KR200290026Y1 - 무자계 전열선을 이용한 침구류의 온도조절기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 무자계 전열선을 이용한 침구류의 온도조절기에 관한 것으로서, 역방향 전류에 의해 전자파의 발생을 미연에 효과적으로 차단할 수 있는 무자계 전열선을 제공하면서, 정격전류를 트랜스 방식으로 검출함과 아울러 온도조절을 위한 출력제어는 마이컴에 의한 제로스위칭 전압제어방식에 의해 자동적으로 수행되도록 함으로써 장기간 외출시에도 과열로 인한 화재발생을 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 고안의 무자계 전열선을 이용한 침구류의 온도조절기는, 제1히터리드(41) 및 제2히터리드(43)의 전류방향이 반대가 되는 무자계 전열선(40)과; 상기 무자계 전열선에 인가되는 정격교류전류를 검출하는 전류검출용 트랜스(6), 이 정격교류전류 검출신호를 직류로 변환하는 제1브릿지정류기(7), 제1가변저항(8) 및 평활콘덴서(9)를 가지는 정격부하전류 신호전압발생회로와; 그리고, 각 회로에 사용전압을 인가하는 전원부(11);를 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 신호전압발생회로의 전압신호에 따라 무자계 전열선에 인가되는 전원을 1차적으로 차단하는 마이컴(12)과; 상기 전압신호에 따라 단락됨으로써 무자계 전열선에 인가되는 전원을 2차적으로 차단하는 온도휴즈(1);가 더 구비된다.

Description

무자계 전열선을 이용한 침구류의 온도조절기{TEMPERATURE CONTROLLER OF BEDDING USING NON-MAGNETIC FIELD HEATING WIRE}

본 고안은 무자계 전열선을 이용한 침구류의 온도조절기에 관한 것으로서, 특히 정격전류를 트랜스 방식으로 검출함과 아울러 온도조절을 위한 출력제어는 마이컴에 의한 제로스위칭 전압제어방식에 의해 자동적으로 수행되도록 함으로써 장기간 외출시에도 과열로 인한 화재발생을 방지할 수 있는 무자계 전열선을 이용한 침구류의 온도조절기에 관한 것이다.

전열 침구류에 사용되는 평행2선식 열선히터 등에 의하여 침구류를 따뜻하게 가열할 때 히터의 열선이 중간에서 단락되어 과전류가 흐르거나 열선 사이에 누설전류가 흐르거나 또는 전원인입 양단자 사이에 전압변동 등으로 인한 과전류가 흘러 과열됨으로써 화재가 발생할 수 있다. 이러한 과열현상을 방지하기 위하여 감온바이메탈접점기를 주로 사용하고 있지만 이것은 열선의 부분적인 과열만을 제어하고 열선 전체를 효과적으로 제어하지 못하므로 화재의 발생 위험이 높다.

한편, 열선에서 전력이 교류로 인가되어 전열선에서 교류교반 전자기가 발생하고, 이 교류교반 전자기중 전열선 자체에서 상쇄되지 않은 양이 유해전자파로 새어나오므로 유해전자파에 의해 인체에 악영향을 끼칠 수 있다. 즉, 상기 전자파는 에너지의 파동이 전기적인 성질과 자기적인 성질의 전자장 내의 일점에서 진동이 일정한 속도로 전해짐으로써 발생하는 현상이다. 이러한 전자파는 전기매트, 전기장판, 전기침대 등의 침구류 뿐만 아니라 전기 찜질기 등과 같이 인체의 몸에 직접 접촉시켜 사용하는 전기기기에서 발생되며, 이러한 전기기기를 장시간 사용할 경우 전자파에 의해 암, 백혈병 등이 유발될 수 있다.

전술한 바와 같이, 전자파에 의한 피해를 막기 위하여, 종래 침구류용 열선에 대하여 많은 연구가 행해졌는데, 그 중 예컨대 대한민국 등록실용신안 제108921호에서는 전열선 방식이 아니지만 열선 위에 온도감지용 저항선을 감고 그 위에 쉴드선이 구성된 3층의 무자계 열선을 제안하고 있다. 또한, 열선과 쉴드 차폐막이 각각 별도로 작동하는 전열선도 종래 제안된 바 있다. 이 전열선에서는 쉴드 차폐막에 의해 상기 열선에서 발생된 유해전자파를 감쇠시키는 것이다. 즉, 이는 전자파의 발생을 사전에 억제하는 것이 아니라, 발생된 전자파를 사후에 억제시키는 것이기 때문에 쉴드 차폐막의 노후 등에 따라 전자파 차폐기능은 점차 저하되며, 따라서 사용기간이 늘어나면 날수록 인체에 전자파의 영향이 크게 작용한다.

본 고안은 상기 종래 문제점들을 고려하여 이루어진 것으로서, 역방향 전류에 의해 전자파의 발생을 미연에 효과적으로 차단할 수 있는 무자계 전열선을 제공하면서, 정격전류를 트랜스 방식으로 검출함과 아울러 온도조절을 위한 출력제어는 마이컴에 의한 제로스위칭 전압제어방식에 의해 자동적으로 수행되도록 함으로써 장기간 외출시에도 과열로 인한 화재발생을 방지할 수 있는 무자계 전열선을 이용한 침구류의 온도조절기의 제공을 목적으로 한다.

도 1은 본 고안에 따른 무자계 전열선을 이용한 침구류의 온도조절기의 회로도이다.

도 2는 본 고안에 따른 무자계 전열선을 이용한 침구류의 온도조절기의 다른 예를 나타내는 회로도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 온도휴즈, 6 : 전류검출용 트랜스,

7, 26 : 브릿지정류기, 11 : 전원부,

12 : 마이컴, 40 : 무자계 전열선,

41 : 제1히터리드, 42 : 절연내피,

43 : 제2히터리드, 44 : 절연외피

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 고안에 따른 무자계 전열선을 이용한 침구류의 온도조절기는, 일단이 +전원측과 연결되고 절연내피로 피복되는 제1히터리드, 상기 제1히터리드의 전류방향과 전류가 역방향으로 흐르도록 상기 제1히터리드의 타단과 연결되면서 절연내피의 외주면에 나선형으로 권취되어 -전원측과 연결되고 절연외피로 피복되는 제2히터리드를 구비하는 무자계 전열선과; 상기 무자계 전열선에 인가되는 정격교류전류를 검출하도록 무자계 전열선의 전력공급라인에 1차선이 직렬로 삽입되는 전류검출용 트랜스, 상기 정격교류전류 검출신호를 직류로 변환하는 제1브릿지정류기, 제1가변저항 및 평활콘덴서를 구비하여, 과전류 검출시 정격부하전류 신호전압에 의해 상기 무자계 전열선에 인가되는 전원을 차단함으로써 무자계 전열선의 과열을 방지하는 정격부하전류 신호전압발생회로와; 그리고, 상기 각 회로에 사용전압을 인가하는 전원부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 고안에 따르면, 상기 정격부하전류 신호전압발생회로의 신호전압에 의해 무자계 전열선에 인가되는 전원을 차단하도록, 상기 신호전압발생회로의 전압신호에 따라 무자계 전열선에 인가되는 전력을 자동제어함으로써 과전류검출시 무자계 전열선에 인가되는 전원을 1차적으로 차단하는 마이컴과; 상기 신호전압발생회로의 전압신호에 따라 과전류검출시 단락됨으로써 무자계 전열선에 인가되는 전원을 2차적으로 차단하는 온도휴즈;가 더 포함될 수 있다.

본 고안에 따르면, 상기 무자계 전열선에 인가되는 교류전류를 직류로 변환하도록 상기 무자계 전열선에 접속되는 제2브릿지정류기가 더 포함될 수 있으며, 이 경우 전자파 방출 차단효과가 더 큰 이점이 있다.

본 고안에 따르면, 상기 정격부하전류 신호전압발생회로의 신호전압은 정격압 제너다이오드를 거쳐 제2가변저항에 양단에 인가되고, 이 제2가변저항의 양단에 인가된 신호전압중 하나는 마이컴으로 인가되어 무자계 전열선의 전력제어용 트라이액의 게이트신호 전압공급용 저항의 전류를 차단하여 전력제어용 트라이액을 단선시킴으로써 무자계 전열선으로의 전원공급이 1차적으로 차단될 수 있고, 또한,상기 제2가변저항의 양단에 인가된 신호전압중 나머지 하나는 결합다이오드를 통하여 트라이액을 온시킴으로써 저항에 흐르는 전류에 의해 발열하는 온도가 상기 온도휴즈로 전이되어 온도휴즈가 단선되는 것에 의해 무자계 전열선으로의 전원공급이 2차적으로 차단될 수 있다.

또한, 본 고안에 따르면, 상기 마이컴은 저항 및 다이오드들로 이루어진 입력전원 제로점 동기신호를 결합다이오드를 통해 마이컴 입력포트저항으로 받아들여, 제3가변저항 및 타이밍 콘덴서와, 제로점동기 방전다이오드로 이루어진 회로에 의해 1초 주기의 펄스폭 조절을 전원 1/60∼60/60Hz로 분주하여 저항 및 다이오드를 통해 트라이액의 턴온시간을 제어함으로써 무자계 전열선을 온도조절하도록 이루아질 수 있다.

본 고안의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 고안자가 그 자신의 고안을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 고안의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 무자계 전열선을 이용한 침구류의 온도조절기는, 무자계 전열선(40)과; 상기 무자계 전열선(40)에 인가되는 정격교류전류를 검출하는 전류검출용 트랜스(6), 상기 정격교류전류 검출신호를 직류로 변환하는 제1브릿지정류기(7), 제1가변저항(8) 및 평활콘덴서(9)를 구비하여, 과전류 검출시 정격부하전류 신호전압에 의해 상기 무자계 전열선에 인가되는 전원을 차단함으로써 무자계 전열선(40)의 과열을 방지하는 정격부하전류 신호전압발생회로와; 그리고, 상기 각 회로에 사용전압을 인가하는 전원부(11);를 포함하여 이루어진다.

본 고안에 따르면, 상기 정격부하전류 신호전압발생회로의 신호전압에 의해 무자계 전열선에 인가되는 전원을 차단하도록, 상기 신호전압발생회로의 전압신호에 따라 무자계 전열선(40)에 인가되는 전력을 자동제어함으로써 과전류검출시 무자계 전열선(40)으로의 전원을 1차적으로 차단하는 마이컴(12)과; 상기 신호전압발생회로의 전압신호에 따라 과전류검출시 단락됨으로써 무자계 전열선(40)으로의 전원을 2차적으로 차단하는 온도휴즈(1);가 더 포함될 수 있다.

상기 무자계 전열선(40)은, 일단이 +전원측과 연결되고 절연내피(42)로 피복되는 제1히터리드(41)와, 상기 제1히터리드(41)의 전류방향과 전류가 역방향으로 흐르도록 하여 서로 상쇄시킴으로써 전자파의 발생을 방지하도록 상기 제1히터리드(41)의 타단과 연결되면서 절연내피(42)의 외주면에 나선형으로 권취되어 -전원측과 연결되고 절연외피(44)로 피복되는 제2히터리드(43)를 구비한다. 즉, 무자계 전열선(40)에 인가되는 전류가 인가될 때, 제1히터리드(41)와 제2히터리드(43)의 전류방향이 서로 반대이므로 전류위상차에 의한 상쇄로 자가장이 발생을 줄일 수 있고, 이에 따라 전자파의 발생 방지할 수 있는 것이다.

한편, 본 고안에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 무자계 전열선(40)에 인가되는 교류전류를 직류로 변환하는 제2브릿지정류기(26)가 더 포함될 수 있으며, 이 경우 전자파 방출 차단효과가 더 큰 이점이 있다. 즉, 제2브릿지정류기(26)로 정류하여 제1히터리드(41) 및 제2히터리드(43)에 전류가 인가될 경우 전자파 방출을 차단하는데 효과적인데, 이 경우 상기 무자계 전열선(40)의 제1히터리드(41)는 제2브릿지정류기(26)의 +측에 접속되고, 상기 제2히터리드(43)는 제2브릿지정류기(26)의 -측에 접속된다. 이러한 구조에 의한 전자파 방출 차단원리를 살펴보면, 무자계 전열선(40)에 가해지는 교류전류를 직류로 변환시키면 전자기의 교반작용이 일어나지 않아 공기 중으로 방출되는 에너지가 없어지고 무자계 전열선(40) 내에서의 직류전자기도 제1히터리드(41)와 제2히터리드(43)의 전류방향이 반대이므로 전류위상차에 의한 상쇄로 자기장이 발생하지 않는 것이다.

한편, 본 고안에 있어서, 무자계 전열선 히터의 과열로 인한 임의의 중간지점 단락 또는 누설전류 검출구조를 살펴보면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 무자계 전열선(40)에 대한 전력공급라인에 전류검출용 트랜스(6)가 설치되는데, 이 전류검출용 트랜스(6)의 1차선을 상기 전력공급라인에 직렬로 삽입하면, 무자계 전열선 히터의 과열 또는 기타 사유로 인하여 임의지점이 단락되어 무자계 전열선 부하저항값의 저하로 인한 전류증가분과, 무자계 전열선(40)에 인가되는 과전압공급으로 발생하는 과전류분과, 그리고 과열 또는 기타 사유로 인하여 무자계 전열선(40) 사이의 누설전류분이 그대로 전류검출용 트랜스(6)의 2차선에 유도되어 나타난다. 이 과전류신호전압은 제1브릿지정류기(7)에서 직류로 변환되어 이 제1가변저항(8)의 양단에 나타나며, 이 신호전압은 평활콘덴서(9)를 거쳐 정격압 제너다이오드(10)를 거쳐 제2가변저항(5)의 양단에 인가된다.

상기 제2가변저항(5)의 양단에 인가된 신호전압은 두 갈래로 보내지는데, 그중 하나는 제2가변저항(5)의 2번단자에서 출력되어 마이컴(12)으로 인가되어 무자계 전열선(40)의 전력제어용 트라이액(3)의 게이트신호 전압공급용 저항(2)의 전류를 차단하여 전력제어용 트라이액(3)을 단선시켜 무자계 전열선(40)으로의 전원공급을 오프시킴과 동시에, 상기 마이컴(12)은 LED램프(19 또는 21)를 점등시켜 온도조절기가 동작정지중이라는 것을 표시하며, 이 상태를 다시 전원을 넣을 때까지 마이컴(12)이 자기유지(홀딩)시킨다.

그리고, 제2가변저항(5)의 양단에 인가된 신호전압중 나머지 하나는 결합다이오드(4)를 통하여 트라이액(3)을 온시킴으로써 저항(2)에 전류가 흘러 저항(2)이 발열한다. 이 저항(2)의 발열온도가 온도휴즈(1)로 전이되어 온도휴즈(1)가 단선되면 무자계 전열선(40)으로의 전원공급이 차단됨으로써 과열을 방지할 수 있는 것이다.

상기 온도휴즈(1)의 동작 응답시간과 마이컴(12)의 자기유지(홀딩) 응답시간은 마이컴(12)이 수 초 이상 빠르기 때문에 온도휴즈(1)는 제2안전장치로서 마이컴(12)에 이상이 발생하였을 경우 동작하여 무자계 전열선(100)으로의 전원공급을 차단하여 과열을 2차적으로 방지하게 되는 것이다.

본 고안에 따른 무자계 전열선을 이용한 침구류의 온도조절기는 제로스위칭 전압조절방식에 의해 구동되는데, 이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 마이컴(12)은 저항(13) 및 다이오드들(14, 15)들로 이루어진 입력전원 제로점 동기신호를 결합다이오드(16)를 통해 마이컴 입력포트저항(17)으로 받아들여, 초당 60Hz의 전원동기주파수를 1초의 시간펄스폭 조정으로 입력전압을 1/60∼60/60Hz 분주하여 무자계전열선(40)에 인가하는 전압조절을 행한다. 상기 1초의 시간폭 조절 펄스발생을 제로점동기에 맞추어 발생하는 회로가 제3가변저항(31) 및 타이밍 콘덴서(32)와, 제로점동기 방전다이오드(33)로 이루어져 있으며, 이 펄스동작은 다음과 같다.

즉, 마이컴(12)에 60Hz 제로점 동기신호가 들어오면 방전다이오드(33)로 타이밍 콘덴서(32)가 순간방전되고, 이 타이밍 콘덴서(32)는 제3가변저항(31)을 통해 다시 충전된다. 이 충전시간을 마이컴(12)이 결합다이오드(34)와 저항(35)으로 받아 읽어들여 1초가 되면 다시 방전다이오드(33)를 통해 타이밍 콘덴서(32)를 순간 방전시키는 동작을 반복한다. 이것이 펄스폭이 조절되는 1초 주기의 발진기이며, 이 1초 주기의 펄스폭 조절이 전원 1/60∼60/60Hz로 마이컴(12)이 분주하여 저항(22) 및 다이오드(23)를 통해 트라이액(25)의 턴온(turn on) 시간을 조절하여 무자계 전열선(40)을 가열하는 것이다.

이러한 무자계 전열선(40)를 이용한 히터와 온도조절기가 구비된 히터에 의해 전열 침구류를 가열하는 과정에서 사용자가 장기외출 또는 기타 사유로 인한 실수로 온도조절기의 설정온도를 최대로 설정하여 장시간 방치한 경우 필요없는 전력손실이 발생함은 물론 무자계 전열선(40)이 과열되어 화재가 발생하게 되는데, 본 고안에서는 상기 과열을 마이컴(12)에 의한 제로스위칭 전압조절방식으로 1차적으로 차단하고, 또한 온도휴즈(1)에 의하여 2차적으로 차단함으로써 화재발생을 방지할 수 있으므로, 침구류를 안전하게 사용할 수 있는 이점이 있다.

마이컴(12)은 트라이액(25) 게이트 턴온 펄스주기가 최대로 연속출력되는 시간을 카운트하여 출력펄스폭을 1/2 이하로 줄임과 동시에 LED램프(19, 21)중 어느하나를 외출표시동작으로 선택하여 외출동작중이라는 것을 자동으로 표시할 수 있다.

도면중 미설명 부호 18, 20 및 24는 각각 저항을 나타내며, 45는 무자계 전열선(40)의 전류방향을 역방향으로 이루기 위한 제1히터리드(41) 및 제2히터리드(43)와의 연결점을 나타낸다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 무자계 전열선을 이용한 침구류의 온도조절기에 의하면, 인체에 직접 접촉하는 상태로 사용되는 전열 침구류에서 발생하는 교류전자기에 의한 유해전자파를 전열선의 자체 구조에 의해 미연에 차단할 수 있으므로 인체가 유해전자파에 노출되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 과열의 원인이 되는 과전류를 아주 짧은 순간에 검출하여 무자계 전열선(40)에 대한 전원공급을 마이컴(12)에 의한 제로스위칭 전압조절방식으로 1차적으로 차단하고, 또한 온도휴즈(1)에 의하여 2차적으로 차단함으로써, 화재발생을 방지할 수 있으므로, 침구류를 안전하게 사용할 수 있는 이점이 있다.

또한, 별도의 온도센서없이 전압제어로써 온도조절을 할 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 일단이 +전원측과 연결되고 절연내피(42)로 피복되는 제1히터리드(41), 상기 제1히터리드의 전류방향과 전류가 역방향으로 흐르도록 상기 제1히터리드의 타단과 연결되면서 절연내피의 외주면에 나선형으로 권취되어 -전원측과 연결되고 절연외피(44)로 피복되는 제2히터리드(43)를 구비하는 무자계 전열선(40)과;

   상기 무자계 전열선에 인가되는 정격교류전류를 검출하도록 무자계 전열선의 전력공급라인에 1차선이 직렬로 삽입되는 전류검출용 트랜스(6), 상기 정격교류전류 검출신호를 직류로 변환하는 제1브릿지정류기(7), 제1가변저항(8) 및 평활콘덴서(9)를 구비하여, 과전류 검출시의 정격부하전류 신호전압에 의해 상기 무자계 전열선에 인가되는 전원을 차단함으로써 무자계 전열선의 과열을 방지하는 정격부하전류 신호전압발생회로와; 그리고,

   상기 각 회로에 사용전압을 인가하는 전원부(11);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무자계 전열선을 이용한 침구류의 온도조절기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 정격부하전류 신호전압발생회로의 신호전압에 의해 무자계 전열선에 인가되는 전원을 차단하도록, 상기 신호전압발생회로의 전압신호에 따라 무자계 전열선에 인가되는 전력을 자동제어함으로써 과전류검출시 무자계 전열선에 인가되는 전원을 1차적으로 차단하는 마이컴(12)과; 상기 신호전압발생회로의 전압신호에 따라 과전류검출시 단락됨으로써 무자계 전열선에 인가되는 전원을 2차적으로 차단하는 온도휴즈(1);를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무자계 전열선을 이용한 침구류의 온도조절기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 무자계 전열선(40)에 인가되는 교류전류를 직류로 변환하도록 상기 무자계 전열선에 접속되는 제2브릿지정류기(26)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무자계 전열선을 이용한 침구류의 온도조절기.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 정격부하전류 신호전압발생회로의 신호전압은 정격압 제너다이오드(10)를 거쳐 제2가변저항(5)의 양단에 인가되고, 이 제2가변저항의 양단에 인가된 신호전압중 하나는 마이컴(12)으로 인가되어 무자계 전열선(40)의 전력제어용 트라이액(3)의 게이트신호 전압공급용 저항(2)의 전류를 차단하여 전력제어용 트라이액(3)을 단선시킴으로써 무자계 전열선으로의 전원공급이 1차적으로 차단되도록 되어 있고;

   상기 제2가변저항의 양단에 인가된 신호전압중 나머지 하나는 결합다이오드(4)를 통하여 트라이액(3)을 온시킴으로써 저항(2)에 흐르는 전류에 의해 발열하는 온도가 상기 온도휴즈(1)로 전이되어 온도휴즈가 단선되는 것에 의해 무자계 전열선으로의 전원공급이 2차적으로 차단되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 무자계 전열선을 이용한 침구류의 온도조절기.
5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 마이컴(12)은 저항(13) 및 다이오드들(14, 15)들로 이루어진 입력전원 제로점 동기신호를 결합다이오드(16)를 통해 마이컴 입력포트저항(17)으로 받아들여, 제3가변저항(31) 및 타이밍 콘덴서(32)와, 제로점동기 방전다이오드(33)로 이루어진 회로에 의해 1초 주기의 펄스폭 조절을 전원 1/60∼60/60Hz로 분주하여 저항(22) 및 다이오드(23)를 통해 트라이액(25)의 턴온시간을 제어함으로써 무자계 전열선(40)을 온도조절하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 무자계 전열선을 이용한 침구류의 온도조절기.