AC전압을 사용하는 난방용 밸브 구동기의 위치 제어방법{Position control method for a heating valve actuator using AC voltage}

본 발명은 난방용 밸브 구동기의 위치 제어방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 밸브의 최소값과 최대값을 체크하여 단방향 모터 제어와 양방향 모터 제어를 가능하게 구성한 AC전압을 사용하는 난방용 밸브 구동기의 위치 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 일반주택이나 공공시설 및 사무실 등에는 실내의 온도를 항상 적정온도로 조절하기 위하여 난방제어시스템을 구축하고 있으며, 상기 난방제어시스템은 통상 수온을 조절하여 그 내부온도를 적절하게 조절하게 되는데, 이를 위해서 실내에는 온도를 감지하는 온도조절기를 구비하고 있게 된다.

상기와 같은 난방제어시스템은 내부온도를 적절하게 조절함으로써 에너지를 절감하는데 지대한 공헌을 하고 있다. 그러나, 현재의 난방제어시스템에서 특히 밸브제어함은 특별히 안전인증을 받지 않아도 되기에 모든 공급업체들이 전기안전에 무지하거나, 고비용에 의한 비용문제로 고의적으로 전기안전을 외면하고 있는 실정이다.

실제로도 현재 통상의 밸브제어함에는 밸브 구동기로 전원을 공급하는데, 항상 교류 220V가 흐르고 있어서, 사용자의 실수 또는 누수로 인해서 사용자의 감전의 위험성이 항상 도사리고 있다.

상기와 같은 밸브 구동기로 전원을 공급하는 것과 관련된 선행기술로는 국내공개특허공보 공개번호 제10-2007-0063089호에는 기설치된 밸브 제어기 및 추가되는 밸브 제어기 간에 전용 통신선을 배선하지 않고 밸브 제어기용 전력선 통신 모뎀을 이용한 온도 제어 시스템을 제공하여 중앙 또는 각 방에서 온도를 제어할 수 있는 효과가 있는 밸브 제어기용 전력선 통신 모뎀을 이용한 온도 제어시스템에 관하여 개시되어 있고, 국내공개특허공보 공개번호 제10-2008-0103358호에는 난방을 위하여 사용되는 온수용 밸브에 장착된 밸브 구동기를 자동으로 개폐작동과 중간위치 조절이 가능케 한 자동 온도조절 밸브구동기의 제어장치 및 제어방법에 관하여 개시되어 있다.

그러나 상기의 선행기술들은 AC 220V용 밸브 구동기의 누전시 안전성을 확보하기 위해서 저전압 구동기로의 교체 요청이 빈번하고, 밸브 구동기의 경우 항상 AC전원이 통하고 있는 상태에서 리미트스위치로 전원을 ON/OFF 하여 최저점과 최고점의 위치를 제어하고 있는데, 리미트스위치가 항상 눌려 있는 경우에 수천 회 정도 사용하면 파손되는 경우가 많아서 문제가 발생한다.

이에 본 발명은 리미트스위치를 위치제어를 하는 용도로만 사용하기 위해 피드백 선로에 위치시키고 위치를 확인한 후에 리미트스위치를 지나쳐서 모터를 정지하게 되면 항상 리미트스위치는 눌려있지 않게 되어 내구성을 연장할 수 있게 되며, 밸브의 최소값 뿐만 아니라 최대값도 체크하므로 단방향 모터의 제어뿐만 아니라 양방향 모터의 제어도 가능하게 구성하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명은 AC전압을 사용하는 난방용 밸브 구동기의 위치 제어방법의 제공에 목적이 있으며, 보다 구체적으로는 본 발명의 출원인이 선출원하여 등록된 국내 등록특허공보 등록번호 제10-1502753호의 작동시에만 교류전원을 공급하는 안전한 밸브 구동기 제어회로를 개량하여, 밸브의 최소값만 체크하지 않고 더 나아가 최대값도 체크하여 단방향 모터 제어뿐만 아니라 양방향 모터의 제어도 가능하게 하고, 전원이 끊어져 있을 때 리미트스위치를 누르고 있지 않도록 하여 리미트스위치의 수명을 반영구적으로 늘릴 수 있도록 구성한 AC전압을 사용하는 난방용 밸브 구동기의 위치 제어방법의 제공을 목적으로 하는 것이다.

본 발명에 따른 AC전압을 사용하는 난방용 밸브 구동기의 위치 제어방법의 해결수단으로는 AC전원을 입력받는 SMPS와 이를 제어하는 제어부와 상기 제어부의 제어를 받아 안전전압을 공급하기 위한 DC/AC 컨버터와 모터구동부와 구동기에서 송신되는 피드백신호를 처리하는 피드백회로와 외부기기와의 통신을 위한 통신부로 구성된다.

상기의 SMPS에서는 본체인 시스템에 전원을 공급하고, 안전전압용 AC구동기를 사용하기 위해서 AC Down 트랜스포머 또는 DC/AC 컨버터를 사용한다. 그리고 Down 된 AC신호를 이용하여 구동기를 제어하기 위한 스위치 회로를 추가하여 구성한다. 상기의 구동기에서 출력되는 피드백 신호를 분석하여 구동기의 모터를 사용자가 원하는 위치로 제어하게 된다.

본 발명에 따른 AC전압을 사용하는 난방용 밸브 구동기의 위치 제어방법은 리미트스위치의 수명을 늘리기 위해서 리미트스위치의 눌림을 확인한 후, 약간의 시간만큼 더 회전시켜서 리미트스위치가 눌린 상태가 벗어나서 복원되면 즉시 모터의 가동을 중지하므로, 리미트스위치가 눌려 있지 않으므로 수명이 기존의 기술보다 2배 이상 늘어나게 되고, 기존기술에서는 구동기 채널별로 하나의 포토커플러 또는 트랜스포머를 사용하였으나, 본 발명은 전체 채널에 단 하나의 포토커플러를 사용하여 피드백 신호를 받게 된다. 따라서 제품의 원가가 획기적으로 줄어들게 되며, 양방향 및 단방향 모터, 그리고 비례제어 방식과 On/Off 제어방식에 구애받지 않고 사용자가 원하는 대로 사용가능한 효과가 있다.

도 1은 기존기술의 단 방향 모터를 이용한 밸브 구동기 제어회로이다.
도 2는 본 발명의 AC전압을 사용하는 난방용 밸브 구동기의 위치 제어방법의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 AC전압을 사용하는 난방용 밸브 구동기의 위치 제어방법의 회로도이다.
도 4는 리미트스위치가 눌리지 않았을 때의 포토 커플러 출력파형이다.
도 5는 최고점 리미트스위치가 눌렸을 때의 포토 커플러 출력파형이다.
도 6은 최저점 리미트스위치가 눌렸을 때의 포토 커플러 출력파형이다.
도 7은 리미트스위치와 구동기 캠의 노브가 터치되는 도면이다.
도 8은 기존기술과 본 발명인 AC전압을 사용하는 난방용 밸브 구동기의 위치 제어방법을 비교한 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명을 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸치 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 기존기술의 단 방향 모터를 이용한 밸브 구동기 제어회로로서, 도 1을 참조하여 상세하게 설명하면,

밸브 구동기의 모터를 작동시키고자 할 때만 교류전원을 인가하며, 모터의 제어는 리미트스위치를 통해 입력되는 신호를 받아서 실행하게 된다. 또한, 제어 신호를 받아서 실행하므로 해당 세트에 맞도록 개별적인 조정이 가능하다. 그리고, 비례제어 방식 또는 On/off 제어방식에 구애받지 않고서 사용자가 원하는 대로 이용이 가능하다.

그러나 기존 기술인 도 1의 회로의 경우 단방향 모터에 대해서는 위치제어가 자유로우나 양방향으로 움직이는 모터에 대해서는 시작점을 체크하기 위한 상당한 시간이 필요하다. 따라서 이를 해결하기 위해서는 최저점과 최고점을 체크하는 별도의 리미트스위치가 필요하게 된다. 그리고 피드백선 하나로 최저점과 최고점을 체크할 수 있어야 한다.

그리고 또 다른 기존기술의 경우 리미트스위치가 눌려진 상태에서 모터가 정지하게 되어 있어서 눌려진 리미트스위치의 수명이 짧아지는 문제점이 발생한다. 리미트스위치가 눌려있는 상태로 정지하여 장시간 방치될 경우 단자의 스프링이 복원되지 않아서 기계적으로 고장이 발생하는 문제점이 생긴다. 이는 제품의 수명이 수천회 정도로 줄어들게 되어 구동기 불량의 주원인이 된다.

도 2는 본 발명의 AC전압을 사용하는 난방용 밸브 구동기의 위치 제어방법의 구성도로서, 도 2를 참조하여 상세하게 설명하면,

본 발명인 AC전압을 사용하는 난방용 밸브 구동기의 위치 제어방법은 AC전원을 입력받는 SMPS와 이를 제어하는 제어부와 상기 제어부의 제어를 받아 안전전압을 공급하기 위한 DC/AC 컨버터와 모터구동부와 구동기에서 송신되는 피드백신호를 처리하는 피드백회로와 외부기기와의 통신을 위한 통신부로 구성된다.

상기의 SMPS에서는 본체인 시스템에 전원을 공급하고, 안전전압용 AC구동기를 사용하기 위해서 AC Down 트랜스포머 또는 DC/AC 컨버터를 사용한다. 그리고 Down 된 AC신호를 이용하여 구동기를 제어하기 위한 스위치 회로를 추가하여 구성한다. 상기의 구동기에서 출력되는 피드백 신호를 분석하여 구동기의 모터를 사용자가 원하는 위치로 제어하게 된다.

상기의 안전전압은 AC 30V 이하인 것이 바람직하지만, 이에 국한되지 않고 AC 30V 이상의 전압도 가능하다.

도 3은 본 발명의 AC전압을 사용하는 난방용 밸브 구동기의 위치 제어방법의 회로도이고, 도 4는 리미트스위치가 눌리지 않았을 때의 포토 커플러 출력파형이며, 도 5는 최고점 리미트스위치가 눌렸을 때의 포토 커플러 출력파형이고, 도 6은 최저점 리미트스위치가 눌렸을 때의 포토 커플러 출력파형으로서, 도 3 내지 도 6을 참조하여 상세하게 설명하면,

도 1과 같은 기존기술을 기반으로 하여 리미트스위치로 피드백 신호를 받고서 일정시간 동안 모터를 구동하는 AC전원을 공급해 주어서 모터의 위치를 제어하도록 한다. 기존기술에서는 최저점에 하나의 리미트스위치를 설치하고서 최고점은 일정시간을 흐르게 한 뒤, 모터를 회전시켜서 맞추었으나, 상기와 같은 방법을 사용하면 밸브의 압력이 큰 경우에 정해진 위치로 모터가 다 회전하지 못하고 정지하는 경우가 종종 발생한다. 이를 개선하기 위해서 최고점에도 리미트스위치를 하나 더 추가하여 위치를 측정하게 된다.

다만 구동기 선이 AC선 2가닥과 피드백신호선 1가닥 등 총 3가닥이 필요하지만, 최저점과 최고점을 인식하는 리미트스위치 2개를 피드백신호선 한 개로 인식하도록 하기 위해서 도 3의 도시된 바와 같이 회로도를 구성한다.

구동방식은 최초에 밸브의 압력에 따른 열림 시간을 보정 하기 위해서 최저점에서 최고점까지 걸리는 시간을 체크 하여, 상기의 시간 데이터를 저장하고 이를 기반으로 개도율에 맞는 열림 시간만큼 밸브를 열어주게 된다.

도 4에서 도시된 바와 같이 리미트스위치가 눌려지지 않았을 때의 포토커플러의 출력파형을 나타내었다. 그리고 도 5에서 도시된 바와 같이 최고점 리미트스위치가 눌렸을 때의 포토커플러의 출력파형을 나타내었으며, 도 6에서 도시된 바와 같이 최저점 리미트스위치가 눌렸을 때의 포토커플러의 출력파형을 나타내었다.

상기의 도 4 내지 도 6에서와 같이 최저점과 최고점은 리미트스위치의 입력이 있을 때와 없을 때와 다이오드로 눌린 상태의 차이를 통해서 구분할 수 있게 된다.

상기와 같이 양방향 모터를 사용하여 비례 제어를 하는 경우에도 정확한 시간을 체크 할 수 있게 되어 밸브를 정확하게 제어할 수 있게 된다.

도 7은 리미트스위치와 구동기 캠의 노브가 터치되는 도면으로서, 도 7을 참조하여 상세하게 설명하면,

리미트스위치와 구동기 캡의 노브가 터치되는 형상으로서, (a)의 경우에는 리미트스위치에 캠 노브가 터치되기 직전의 상황이며, (b)의 경우에는 구동기 캠 노브가 리미트스위치를 정확하게 누른 상황이고, (c)의 경우에는 리미트스위치에 구동기 캠 노브가 눌려져 있던 상태에서 방금 해제된 상황이다.

일반적인 구동기의 경우 리미트스위치가 눌린 상태로 구동기 모터가 정지하게 되는데, 이와 같이 리미트스위치가 눌린 상태로 구동기 모터가 정지하게 되면, 리미트스위치의 스프링이 복원되지 않아서 구동기의 기계적인 불량의 주된 원인이 된다.

그래서 본 발명인 AC전압을 사용하는 난방용 밸브 구동기의 위치 제어방법을 이용하면 리미트스위치를 피드백 신호로 사용하여 (c)와 같이 리미트스위치가 구동기 캠 노브에 의해 눌림 상태를 유지하지 않고, 해제된 상황에서 정지하게 할 수 있다.

도 8은 기존기술과 본 발명인 AC전압을 사용하는 난방용 밸브 구동기의 위치 제어방법을 비교한 도면으로서, 도 8을 참조하여 상세하게 설명하면,

기존기술에는 구동기의 채널별로 피드백 신호를 전달하기 위해서 포토커플러 또는 트랜스포머 회로를 각 채널별로 사용하였다. 그러나 본 발명인 AC전압을 사용하는 난방용 밸브 구동기의 위치 제어방법에서는 피드백 신호를 하나로 모아서 전달하게 되며, 이를 위해서 2개의 리미트스위치에 'OR회로'를 구성하게 된다. 따라서 포토커플러는 도면에서와 같이 하나만 사용하게 되므로 비용을 절감할 수 있게 된다.

상기에서와 같이 모터를 하나씩 제어하게 되고, 순차적으로 리미트스위치의 피드백 신호를 받아서 제어하게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 상기한 상세한 설명에 한정되지 아니하며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.