KR100659187B1 - 안전기능 무자계 온도조절기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 장판, 전기요, 전기 찜질기 등의 온열기에 사용되는 발열선의 한쪽 끝단을 단락하지 않고서도 가열과 단락 검출을 무자계로 할 수 있는 침구류용 발열선의 무자계 온도조절기에 관한 것이다. 보다 상세하게는 정온용융 절연수지의 내외면으로 평행하게 배치된 제1전열선과 제2전열선이 과열시 정온용융 절연수지를 변형시키거나 녹이면서 상호 단락되는 경우에, 별도의 온도 센서 없이도 가열 전력을 차단할 수 있고, 볼륨을 사용하여 펄스폭을 0~100% 사이에서 시분할 조절하여 적절한 온도로 가열할 수 있도록 하는 온도조절기에 관한 것이다. 본 발명의 구성은, 서로 나란히 배치된 제 1, 2 전열선과 그 사이에 감기는 정온용융절연수지를 포함하는 발열선과 연결되고, 상기 제1전열선과 제2전열선 사이가 과열로 단락되거나 절연계수가 음(-)으로 낮아지는지 여부를 검출한 후, 이상이 없으면 가열신호를 출력하는 온도조절 제어부; 및 상기 온도조절 제어부의 제어에 의해서 도통될 때 전원과 연결된 상기 제2전열선의 반대편 단으로부터 상기 제1전열선의 타단과 일단을 통해 전원측으로 가열전류가 되돌아 흐르도록 하는 제어 정류부를 포함하여 이루어지고, 가열전류와 단락, 절연계수 검출전류가 흐를 때 상기 전열선이 자계를 서로 상쇄시켜 무자계를 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 온도센서를 구비하지 않더라도 제1전열선과 제2전열선 사이의 과열, 단선, 단락을 미리 판단하고, 전열선에 가열 전류를 공급할지 여부를 결정하도록 하여, 간단한 구성만으로도 온도 조절이 가능하고, 안전성이 향상되도록 하는 효과를 갖는다. 또한 발열선의 한쪽 끝단을 단락하지 않고서도 가열과 이상검출을 무자계로 할 수 있고, 임의의 위치에서의 국부적인 과열로 인한 변형, 파손을 검출할 수 있고, 이에 적합하게 동작되도록 하는 효과를 갖는다.

Description

안전기능 무자계 온도조절기 {Safe Temperature controller}

도 1은 종래 출원된 무자계 온도조절기의 일 예를 나타내는 회로도이다.

도 2는 본 발명 온도조절기의 일 예를 나타내는 회로도이다.

도 3은 도 2의 온도조절 제어부가 전원측에 위치하는 일 예를 나타내는 회로도이다.

도 4는 도 2에 도시된 구성의 신호전압 검출 및 가열 과정을 설명하기 위한 등가 회로도이다.

도 5는 본 발명 온도조절기의 시분할 펄스폭 변조를 설명하기 위한 파형도이다.

도 6은 본 발명 온도조절기의 시분할 펄스폭과 그에 따른 가열 동작을 설명하기 위한 파형도이다.

도 7은 본 발명 온도 조절기의 신호전압 검출과 가열과정이 무자계 상태에서 동작되는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 본 발명 온도조절기의 제1실시례를 나타내는 회로도이다.

도 9는 도 8의 온도조절 제어부가 전원측에 위치하는 일 예를 나타내는 회로도이다.

도 10은 본 발명 온도조절기의 제2실시례를 나타내는 회로도이다.

도 11은 도 10의 온도조절기의 다른 실시례를 나타내는 회로도이다.

도 12는 도 10의 온도조절 제어부가 전원측에 위치하는 일 예를 나타내는 회로도이다.

도 13은 도 11의 온도조절기의 다른 실시례를 나타내는 회로도이다.

도 14는 본 발명 온도조절기의 제3실시례를 나타내는 회로도이다.

도 15는 도 14의 온도조절 제어부가 전원측에 위치하는 일 예를 나타내는 회로도이다.

도 16은 본 발명의 온도조절기에 마이컴 제어부를 포함하는 다양한 실시례를 나타내는 회로도이다.

도 17은 본 발명 온도조절기의 실제 동작 파형도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 제1전열선 11 : 정온용융 절연수지

12 : 제2전열선 13 : 절연피복

14 : 실드 15 : 발열선

16 : 신호저항 공급부의 저항 17 : 제어 정류기

18 : 가열전류 유턴용 정류기 20 : IC-lm555

21, 26, 28, 30, 34, 35, 39, 51, 52, 54, 56 : 저항

22 : 정류 다이오드 23 : 직류평활 콘덴서

24 : 제너다이오드 25, 32, 55 : 콘덴서

27, 29, 57 : 다이오드 31 : 볼륨

33 : 포토커플 36, 59 : 제1다이오드

37, 60 : 제너다이오드 38, 61 : 제2다이오드

40 : 네온관 50 : 결합다이오드

53 : 제어정류소자 58 : 정류다이오드

70 : 트랜지스터 71 : 저항

72 : 다이오드 73 : 콘덴서

74 : 결합저항 80 : 포토커플

81 : 콘덴서 82 : 방전저항

83 : 저항 100 : 트리거 입력부

101 : 신호전압 검출부 102 : 펄스폭조절 발생회로부

103 : 트리거 출력부 104 : 전원부

108 : 마이컴 제어부 109 : 전원부

110 : 신호전압 검출부 111 : 전원동기 입력부

112 : 트리거 출력부 113 : 출력 표시부

200 : 온도조절 제어부

본 발명은 전기 장판, 전기요, 전기 찜질기 등의 온열기에 사용되는 발열선의 한쪽 끝단을 단락하지 않고서도 가열과 단락 검출을 무자계로 할 수 있는 침구류용 발열선의 무자계 온도조절기에 관한 것이다. 보다 상세하게는 정온용융 절연수지 또는 NTC써미스터의 내외면으로 평행하게 배치된 제1전열선과 제2전열선이 과열시 정온용융 절연수지 또는 NTC써미스터를 변형시키거나 녹이면서 상호 단락되는 경우에, 별도의 온도 센서 없이도 가열 전력을 차단할 수 있고, 볼륨을 사용하여 펄스폭을 0~100% 사이에서 시분할 조절하여 적절한 온도르 가열할 수 있도록 하는 온도조절기에 관한 것이다.

인간의 숙면에는 온도와 습도 등의 침상 주변조건이 중요한 요건으로 작용하며, 일반 가정의 경우에 침상의 온도를 적정하게 유지하기 위하여 전기장판, 전기요, 전기 찜질기 등의 전열 침구류, 온열기를 많이 사용하고 있다. 이러한 전열 침구류, 온열기에는 내부에 발열선이 내장되어 있어서, 발열선에 전원을 공급하면 열을 발생하게 된다. 따라서 발열선 주변의 온도를 감지하여 그에 상응하게 전원 공급을 제어하는 온도 조절기가 필수적으로 구성되어 있다.

종래의 침구류용 발열선은 평행하게 배열되어 있는 두 개의 금속 전열선 중 한쪽 끝단을 단락시키고, 발열선과 분리된 별도의 온도감지 센서를 장착하여 온도를 검출했다. 그러나, 온도센서와 발열선을 분리하는 방식은 발열선 내부의 단락으로 인해 발생하는 발열선 전체의 온도를 검출하지 못할 뿐만 아니라, 임의의 위치에서의 국부적인 과열도 검출하지 못하는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 발열선이 국부적으로 과열하거나 단락 및 단선이 되면, 화재 및 감전사고가 발생할 수 있는 문제점이 있다.

또 다른 종래의 방법으로는, 평행하게 배열되어 있는 두 개의 금속 전열선 중 한쪽 끝단을 단락시킨 외주면 또는 내중심면에 별도의 온도센서를 추가하여 제 3의 전선으로 온도를 검출하는 방법을 사용하였다. 그러나, 발열선과 분리하지 않고 제 3의 전선으로 온도를 검출하는 방법은 온도센서층과 제3의 금속층이 발열선에 추가되기 때문에, 무자계 전열선의 굵기가 커져서 얇은 침구류에는 사용하지 못하고, 발열선 생산공정이 복잡하며 생산원가가 상승하는 등의 문제점이 존재한다. 아울러, 위에 언급된 종래 기술들은 모두 발열선의 온도 제어에 문제가 있거나, 발열선의 굵기가 굵어져 실용선이 실용성이 떨어지거나, 전압, 전류로 인한 유해 전자파를 차단하지 못하는 문제점을 가지고 있다.

이를 개선하기 위한 구성이 본 출원인에 의해, 한국 특허출원 제2005-53382호로 안출된 바 있으며, 이를 설명하기 위한 회로도가 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 발열선(316)과, 온도전압 검출용 정류기(317)와, 온도조절 제어부(330)와, 제어 정류부(318, 319)를 포함한다.

침구류용으로 사용되는 발열선(316)은 절연코어의 외주면에 권선되어 있는 제1전열선(313)과, 제1전열선(313)을 감싸고 있으며 온도가 상승할수록 저항값이 낮아지는 NTC 써미스터(Negative Temperature Coefficient thermistor)(314)와, NTC 써미스터(314)의 외주면에 권선되어 있는 제2전열선(315)과, 제2전열선(315)을 둘러싸는 절연피복으로 이루어져 있다. 제1전열선(313)과 제2전열선(315)은 서로 나란하게 또는 평행하게 배치되어 있다.

그리고 제1전열선(313)의 일단에 인가되는 온도검출용 전압을 조절하기 위한 온도전압 조절부(331)를 더 포함할 수 있다. 본 실시례에서 온도전압 조절부(331)는 일단이 전원과 연결된 저항(311)과, 저항(311)의 타단 및 제1전열선(313)의 일단 사이에 직렬로 연결된 온도검출 조정용 가변저항(312)을 포함한다. 가변저항(312)은 NTC 써미스터(314)에 입력되는 전압을 가변시켜 온도조절을 가능하게 한다.

온도전압 검출용 정류기(317)는 제1전열선(313)의 타단에 직렬로 연결되어 있으며, 제1전열선(313)의 타단에서 출력되는 온도전압을 통과시킨다. 교류 입력전원이 온(on)되면, 교류 사이클 중 선 반주기는 제1전열선(313)과 제2전열선(315) 사이의 NTC 써미스터(314)의 온도 저항값 변화를 온도전압 검출용 정류기(317)로 출력한다. 온도검출신호 전류는 제1전열선(313)을 지나 NTC 써미스터(314)에서 유턴하여 제2전열선(315)으로 되돌아 흘러나온다. 이 때 제1전열선(313)과 제2전열선(315)에서 흐르는 온도검출신호 전류는 상호 반대 방향이 되므로 자기장이 상쇄되어 무자계 상태로 온도검출신호 전류가 흐른다.

온도조절 제어부(330)는 제1전열선으로부터 출력된 온도전압이 기준전압 보다 크면 제어신호를 출력한다. 본 실시례에서 온도조절 제어부(330)는 기준전압을 출력하는 고정 기준전압 발생부(320)와, 온도전압을 기준전압과 비교하여 온도전압이 기준전압보다 높으면 구동신호를 출력하는 비교검출부(321)와, 비교검출부(321)의 구동신호에 의해 구동되며 트리거 신호를 일정시간 동안 지연하도록 하는 트리거 지연부(322)와, 트리거 지연부(322)가 지연시킨 시간동안 트리거 신호를 출력하 는 트리거 출력부(323)를 포함한다.

제어 정류부(318, 319)는 트리거 신호에 의해서 도통될 때 전원과 연결된 제2전열선(315)의 반대편 단으로부터 제1전열선(313)의 타단과 일단을 통해 전원측으로 가열전류가 유턴하여 흐르도록 한다. 본 실시례에서 제어 정류기는 가열전류 유턴용 정류기(318)와 제어 정류기(319)를 포함하여 이루어져 있다.

가열전류 유턴용 정류기(318)는 제1전열선(313)의 타단에 캐소드가 연결되고 동일 측면의 제2전열선(15)에 애노드가 연결되어 있으며, 제어 정류기(319)는 애노드가 제1전열선(313)의 일단에 온도전압 조절부(331)와 병렬로 연결되고 캐소드가 전원측에 연결되며, 트리거 입력부(324)의 트리거 신호에 의해 온 된다. 제어 정류기(319)로는 전력제어용 실리콘 제어 정류기(Silicon-Controlled Rectifier ; 이하 SCR)를 사용하는 것이 가장 바람직하다.

트리거 지연부(322)는 교류전원 사이클의 온도검출 주기에서 시작하여 가열 주기에서 제어 정류기(319)가 온 될 때까지 유지되며, 무자계 가열동작은 온도조절 제어부(330)의 트리거 신호 출력에 의해서 제어 정류기(319)가 온 되면, 전원과 직렬로 연결된 제2전열선(315), 가열전류 유턴용 정류기(318), 제1전열선(313) 및 제어 정류기(319)에 가열전류가 흘러서 전열선이 가열된다.

이러한 발열선은 양(+)의 위상을 가진 전원이 인가되면 저항(311)과 온도검출 조정용 가변저항(312)에 의하여 제어된 전압이 제1전열선(313)과 제2전열선(315) 사이의 NTC 써미스터(314)에 가해지고, NTC 써미스터(314) 양단(제1전열선과 제2전열선)의 전위는 온도전압 검출용 정류기(317)와 제2전열선(315) 사이에서 온 도전압으로 출력된다. 이 때, 제1전열선(313)과 제2전열선(315)은 NTC 써미스터(314)의 전극으로 활용되고, 전열선 전체 길이의 표면온도와 전열선 임의 부분에서 국부적으로 과열되는 것도 동시에 출력된다. 비교검출부(321)는 NTC 써미스터 양단에서 출력된 온도전압을 고정 기준전압 발생부(320)에서 출력된 기준전압과 비교하여, 온도전압이 기준전압보다 높으면 트리거 지연부(322)를 구동한다.

이와 같이 교류전원이 양(+)인 동안에 온도검출과 온도제어 동작이 완료되며, 발열선을 무자계(무유도, 무전자파)로 가열하는 과정은 다음과 같다. 교류전원이 음(-)으로 인가되고 트리거 입력부(324)가 제어 정류기(319)를 온 시키면, 전원전류가 제2전열선(315)으로 인입되고 가열전류 유턴용 정류기(318)를 통해 다시 제1전열선(313)으로 되돌아 나온다. 그리고, 전류가 제어 정류기(319)의 애노드를 통해 흐르면 발열선이 가열되며, 이 때 흐르는 전류값은 제1전열선(313)와 제2전열선(315)의 내부저항 값으로 결정된다.

전열선이 가열되면 NTC 써미스터(314)의 임피던스가 낮아지므로, 교류전원이 양(+)의 위상을 가지는 다음 반주기 동안에는 온도전압이 낮아진다. 따라서, 온도전압이 기준전압보다 낮아진 경우 트리거 신호는 출력되지 않고, 이로 인해 제어 정류기(319)는 작동하지 않으므로 가열은 중단된다.

이러한 종래의 발열선과 온도조절기에 따르면, 발열선의 한쪽 끝단을 단락하지 않고서도 가열과 온도검출을 무전자파로 할 수 있고, 전열선 전체의 온도 뿐만 아니라 임의 위치에서의 국부적인 과열도 검출할 수 있고, 별도의 온도 검출기를 구비하지 않더라도 발열선 자체가 스스로 온도를 검출하고, 이에 알맞게 동작되 도록 하는 효과를 갖는다.

그런데 이러한 기술을 응용, 변형하여, 써미스터를 사용하여 구체적인 온도를 검출하지는 않더라도 과열로 인한 절연층의 변화와 제1전열선과 제2전열선의 단락을 감지하여 전원 공급 여부를 인식하고 이에 따라 적정한 수준의 전력을 시분할 방식으로 공급하는 방식이 제안되고 있다.

본 발명은 제1전열선과 제2전열선 사이에 정온용융 절연수지 또는 NTC써미스터를 구비한 발열선에서 과열시 정온용융 절연수지 또는 NTC써미스터가 물성변화를 일으키는 성질을 이용하여, 온도센서를 구비하지 않더라도 정온용융 절연수지의 물성변화 여부를 가열 전에 미리 판단하고, 정온용융 절연수지에 아무런 이상이 없는 경우에만 가열 전류가 흐르도록 하는 방식을 통해 온도 조절이 가능하고, 안전성이 향상된 무자계 발열선의 온도조절기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 서로 나란히 배치된 제 1, 2 전열선과 그 사이에 감기는 정온용융절연수지 또는 NTC써미스터를 포함하는 발열선과 연결되고, 상기 제1전열선과 제2전열선 사이가 과열로 단락되거나 절연계수가 음(-)으로 낮아지는지 여부를 검출한 후, 이상이 없으면 가열신호를 출력하는 온도조절 제어부; 및 상기 온도조절 제어부의 제어에 의해서 도통될 때 전원과 연결된 상기 제2전열선의 반대편 단으로부터 상기 제1전열선의 타단과 일단을 통해 전원측으로 가열전류가 되돌아 흐르도록 하는 제어 정류부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

온도조절 제어부는: 상기 제1전열선과 상기 제2전열선 사이의 단락 또는 절연계수가 저하되는 것을 검출하는 신호전압 검출부; 상기 신호전압 검출부에 신호전압이 인가된 경우에, 설정된 시분할로 펄스폭을 조절하여 제어하는 펄스폭조절 발생회로부; 및 상기 펄스폭조절 발생회로부로부터의 신호를 받아 가열전류를 통전시키는 트리거 출력부를 포함하여 구성되는 것을 일 특징으로 한다.

온도조절 제어부는: 상기 제1전열선과 상기 제2전열선 사이가 단락되지 않았거나, 또는 절연계수가 저하되지 않은 경우 전류가 통과되는 전원부; 상기 전원부를 통해 통전되는 경우 설정된 시분할로 펄스폭을 조절하여 제어하는 펄스폭조절 발생회로부; 및 상기 펄스폭조절 발생회로부로부터의 신호를 받아 가열전류를 통전시키는 트리거 출력부를 포함하여 구성되는 것을 일 특징으로 한다.

온도조절 제어부는: 상기 제1전열선과 상기 제2전열선 사이의 단락 또는 절연계수가 저하되는 것을 검출하는 신호전압 검출부; 설정된 카운터 분할 조건에 따라 전원동기 주파수를 분할하여 제어하는 마이컴제어부; 및 상기 마이컴제어부의 제어에 따라 트리거 신호를 출력하는 트리거 출력부;를 포함하여 구성되는 것을 일 특징으로 한다.

온도조절 제어부는: 제1전열선과 상기 제2전열선 사이가 단락되지 않았거나, 또는 절연계수가 저하되지 않은 경우 전류가 통과되는 전원부: 설정된 카운터 분할 조건에 따라 전원동기 주파수를 분할하여 제어하는 마이컴제어부; 및 상기 마이컴제어부의 제어에 따라 트리거 신호를 출력하는 트리거 출력부;를 포함하여 구성되는 것을 일 특징으로 한다.

상기 제1전열선의 일단에 단락 또는 음(-)절연계수를 검출하기 위한 전원동기 전압을 공급하기 위한 신호전압 공급부를 더 포함하고, 상기 신호전압 공급부의 전압이 상기 제1전열선과 상기 제2전열선이 단락되거나 상기 정온용융 절연수지 또는 NTC써미스터의 절연계수가 감소하면서, 전압 손실되는 것을 감지할 수 있도록 하는 것을 일 특징으로 한다.

상기 펄스폭조절 발생회로부는: 펄스폭이 볼륨을 통해 조절되도록 하여, 상기 볼륨을 조절함에 따라 가열 전력을 제어하는 것을 일 특징으로 한다.

상기 펄스폭조절 발생회로부는: 저항 및 콘덴서를 포함하고, 상기 저항 및 상기 콘덴서의 충방전 시간을 이용하여 펄스 발생과 펄스폭을 조절하는 것을 일 특징으로 한다.

상기 마이컴 제어부는: 전원동기 주파수를 분할하여 펄스 발생과 펄스폭을 조절하는 것을 일 특징으로 한다.

상기 트리거 출력부는: 절연을 위해 포토커플 SCR 또는 포토커플 TRIAC을 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

상기 포토커플은: 제로 전압 크로싱으로 동작되는 것을 일 특징으로 한다.

상기 트리거 출력부는: 절연시키지 않은 상태에서 콘덴서를 포함하고, 상기 콘덴서의 충전, 방전으로 제로 전압 크로싱으로 트리거하는 것을 일 특징으로 한다.

상기 트리거 출력부는: 절연시키지 않은 상태에서 저항을 포함하고, 상기 저항으로 트리거하는 것을 일 특징으로 한다.

상기 제어 정류부는: 상기 제1전열선의 타단과 상기 제2전열선의 사이에 가열 전류 유턴용 정류기를 포함하고, 상기 가열전류 유턴용 정류기는 상기 제1전열선의 타단에 캐소드가 연결되고 동일 측면의 상기 제2전열선에 애노드가 연결되는 것을 일 특징으로 한다.

상기 제어 정류부는: 애노드가 상기 제1전열선의 일단에 상기 전원동기 전압신호를 상기 제1전열선에 인가해주는 저항과 병렬로 연결되고, 캐소드가 전원측에 연결되며, 상기 온도조절 제어부의 제어 신호에 의해 통전되는 제어 정류기를 더 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

상기 신호전압 공급부는: 전원동기 전압신호를 상기 제1전열선에 실어주는 저항을 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

상기 온도조절 제어부는: 상기 제어 정류기의 게이트에 직렬로 연결된 방전저항; 상기 방전저항에 직렬로 연결된 정류 다이오드; 상기 게이트 바이어스 저항과 정류 다이오드 사이에 병렬로 연결된 콘덴서; 비교 제너다이오드; 게이트 과입력 리미트 저항; 애노드가 콘덴서에 연결되고 게이트가 상기 게이트 과입력 리미트 저항에 연결된 SCR; 상기 게이트 과입력 리미트 저항과 상기 SCR의 게이트 사이에 병렬로 연결된 SCR 게이트 바이어스 저항; 및 상기 SCR의 애노드와 상기 콘덴서 사 이에 연결된 충전전류 리미트용 저항을 포함하여 이루어진 것을 일 특징으로 한다.

상기 제1전열선과 가열전류의 역방향으로 병렬 연결된 제1다이오드; 상기 가열전류 유턴용 정류기와 병렬로 연결된 제너다이오드; 및 상기 제2전열선과 가열전류의 역방향으로 병렬 연결된 제2다이오드로 구성된 역방향 과전류 안전장치를 더 포함하고, 상기 제어 정류기의 단락에 의한 과전류 발생시 상기 역방향 과전류 안전장치를 통해서 퓨즈가 차단되는 것을 일 특징으로 한다.

접지가 되어 있는 상기 제2전열선의 일단에 연결된 접지점등 표시기; 및 상기 접지점등 표시기를 꺼진 위치로 설정하여 상기 전열선의 표면 전기장을 차단하는 점검 테스트 단자를 더 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

또한 본 발명의 일실시례에서는 서로 나란히 배치된 제1, 2전열선, 정온용융 절연수지 또는 NTC써미스터를 포함하는 발열선과 연결되고, 상기 제1전열선과 제2전열선의 단락을 검출 한 뒤에 온도조절 제어부에 제어신호 전압을 공급하는 신호전압 공급부와, 제1전열선의 타측 단부와 제2전열선의 타측 단부 사이에 연결되어 신호전압 공급부로부터의 제어신호 전압의 유무를 판단하는 신호전압 검출부를 포함한다.

신호전압 검출부의 반파 전압 판단 후, 온도 제어신호 전압으로 가열전력을 0~100% 볼륨으로 가변제어 하는 펄스폭 조절 발생회로부와, 상기 펄스폭 조절 발생회로부의 신호 전압으로 전력제어용 소자 SCR를 통전시키는 트리거 출력부와, 상기 온도조절 제어부의 트리거 출력부에 의해서 도통될 때 전원과 연결된 상기 제2전열선의 반대편 단으로부터 상기 제1전열선의 타단과 일단을 통해 전원측으로 가열전 류가 되돌아 흐르도록 하는 제어 정류부를 포함하여, 신호검출과 가열시 상기 전열선이 자계를 서로 상쇄시켜 무전자파를 형성하는 침구류용 발열선의 무전자파 온도조절기를 제공한다.

상기 온도조절 제어부의 펄스폭 조절 발생회로부는 저항과 콘덴서의 충전 방전 시간을 이용하여 펄스폭을 임의로 조절하는 발진 회로를 포함하며, 상기 발진회로는 IC-lm555 또는 OP_amp 등 도면에 도시하지 않은 구형파 또는 타이머 회로에서 펄스폭을 임의로 조절하는 발진 회로를 포함한다. 또는, 상기 온도조절 제어부 내에 회로의 간단화를 위하여 마이컴(MICOM)칩을 포함할 수 있다. 상기 트리거 출력부는 포토커플 TRIAC. 포토커플 SCR을 포함하며, 상기 포토커플은 제로크로싱 포토커플 TRIAC. 제로크로싱포토커플 SCR을 포함한다.

상기 제어 정류부는 상기 제1전열선의 타단과 상기 제2전열선의 사이에 연결된 가열전류 유턴용 정류기;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 가열전류 유턴용 정류기는 상기 제1전열선의 타단에 캐소드가 연결되고 동일 측면의 제2전열선에 애노드가 연결되는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 제어 정류부는 애노드가 상기 제1전열선의 일단에 상기 온도제어부 신호전압 저항과 병렬로 연결되고 캐소드가 전원측에 연결되며 상기 온도조절 제어부의 제어신호에 의해 온 되는 제어 정류기를 더 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

상기 제어 신호전압 공급부는 일단이 전원과 연결된 저항을 포함한 것을 특징으로 한다. 또한 상기 제1전열선과 가열전류의 역방향으로 병렬 연결된 제1다이오드, 상기 가열전류 유턴용 정류기와 병렬로 연결된 제너다이오드, 및 상기 제2전 열선과 가열전류의 역방향으로 병렬 연결된 제2다이오드로 구성된 역방향 과전류 안전장치를 더 포함하고, 상기 제어 정류기의 단락에 의한 과전류 발생시 상기 역방향 과전류 안전장치를 통해서 퓨즈가 차단되는 것을 특징으로 한다.

접지가 되어 있는 상기 제2전열선의 일단에 연결된 접지점등 표시기 및 상기 접지점등 표시기를 꺼진 위치로 설정하여 상기 전열선의 표면 전기장을 차단하는 점검 테스트 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 목적과 특징 및 효과는 첨부 도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 2는 본 발명 온도조절기의 일 예를 나타내는 회로도이고, 도 3은 도 2의 온도조절 제어부가 전원측에 위치하는 일 예를 나타내는 회로도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 제1열선(10)과 제2열선(12) 사이에는 정온용융 절연수지(11)가 감겨 절연 기능을 수행하고 있으며, 제2열선(12)의 외측에는 절연수지(13)와 금속 실드(14)가 감겨져 있다. 정온용융 절연수지(11) 대신에 NTC써미스터를 사용할 수도 있다.

제2열선(12)과 실드(14)는 전원의 일측에 연결되어 접지되고, 제1열선은 제어정류기(17) 및 신호전압 공급부의 저항(16)과 연결된다. 타단부에서는 제1열선(10)과 제2열선(12)의 사이에는 가열전류 유턴용 정류기(18)가 연결되며, 이 양단에는 온도조절 제어부(200)가 연결되어 있다.

온도조절 제어부(200)는 제1열선(10)과 제2열선(12)이 상호 단락되거나, 정 온용융 절연수지(11) 또는 NTC써미스터가 가열되어 물성이 변화하면서, 절연계수가 감소하게 되는 것을 체크, 감시하게 되며, 정상 상태에서는 정해진 시간, 펄스만큼의 전류를 발열선에 흐르게 하여, 가열 동작을 수행하고, 비정상 상태에서는 전류를 차단하여 가열을 멈추도록 하는 역할을 한다.

도 1의 설명에서와 마찬가지로, 제어 정류부(17, 18)는 트리거 신호에 의해서 도통될 때 전원과 연결된 제2전열선(12)의 반대편 단으로부터 제1전열선(10)의 타단과 일단을 통해 전원측으로 가열전류가 유턴하여 흐르도록 한다. 가열전류 유턴용 정류기(18)는 제1전열선(10)의 타단에 캐소드가 연결되고 동일 측면의 제2전열선(12)에 애노드가 연결되어 있으며, 본 실시례에서는 다이오드를 사용하고 있다. 그리고, 제어 정류기(17)는 애노드가 제1전열선(10)의 일단에 신호전압 공급부의 저항(16)과 병렬로 연결되고 캐소드가 전원측에 연결되며, 트리거 입력부(100)의 트리거 신호에 의해 온 된다. 제어 정류기(17)로는 전력제어용 실리콘 제어 정류기(Silicon-Controlled Rectifier ; 이하 SCR)를 사용하는 것이 가장 바람직하다.

온도조절 제어부(200)는 먼저 제1열선(10)과 제2열선(12)을 가열해도 되는지 안되는지 이상 유무를 먼저 판별한 후에 이상이 없으면 다음 반주기 동안에 가열 동작을 하게 된다. 온조조절 제어부(200)는 신호전압 검출부(101), 펄스폭조절 발생회로부(102), 트리거 출력부(103)를 포함하는데, 신호전압 검출부(101)는 이상 유무를 먼저 판별하는 부분이며, 펄스폭조절 발생회로부(102)는 가열 전력을 선택, 조절하는 부분이며, 트리거 출력부(103)는 펄스폭조절 발생회로부(102)의 신호 전 압으로 인해 전력제어용 소자를 통전시키는 역할을 한다. 이러한 구성의 온도조절 제어부(200)는 도 3과 같이, 발열선(15)의 전원측 방향에 설치될 수도 있다.

도 4는 도 2에 도시된 구성의 신호전압 검출 및 가열 과정을 설명하기 위한 등가 회로도이다. 도 4를 참조하면, (a)는 가열시의 전류 흐름을 나타내며, (b)와 (c)는 신호전압 검출시의 전류 흐름을 나타낸다.

초기 반파 동안은 (b), (c)와 같이 전압 유무를 판단하면서, 전압이 손실되는지 여부를 판단하게 된다. 만약 정온용융 절연수지(11) 또는 NTC써미스터가 파손되거나, 고온으로 인해 물성이 변화하는 경우에는 절연수지 또는 NTC써미스터 내부 저항값 R이 변화하면서, 신호 전압이 손실되는데, 이 경우에는 다음 반파 동안에 가열 전류가 흐르지 않도록 한다.

정온용융 절연수지(11)는 PP, PE, PVC, 나일론, 실리콘 등의 재질로서, 전열선이 과열되어 한계 온도보다 상승되면 물성이 변화하면 녹게 되고, 이 때 제1전열선(10)과 제2전열선(12)은 상호 쇼트(단락)되면서, 가열 동작을 차단하게 된다. 이 때 고온으로 인해 내부절연체가 연화(軟化)되어 절연성 급격히 떨어지므로, 내전압이 하강하거나, 누설전류가 상승하거나, 유전도가 변화하는 등의 효과가 발생하는 경우, 이를 절연 성능 또는 절연 계수가 감소 또는 음(-)으로 된다고 칭한다. 따라서 온도조절 제어부(200)의 이상상태 감지 민감도에 따라, 전열선이 단락되는 경우 또는 단락이 되지 않더라도 정온용융 절연수지(11)가 물성의 변화를 일으키면서 주변 전압에 영향을 끼치며 절연 계수가 감소 또는 음(-)으로 되는 경우에는, 더 이 상의 가열 전류를 차단하게 되므로, 안전장치 역할을 하게 된다.

도 5는 본 발명 온도조절기의 시분할 펄스폭 변조를 설명하기 위한 파형도이고, 도 6은 본 발명 온도조절기의 시분할 펄스폭과 그에 따른 가열 동작을 설명하기 위한 파형도이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, (a)는 반복주기당 가열전류의 듀티비를 60%로 하는 경우, (b)는 10%로 하는 경우, (c)는 90%로 하는 경우의 시분할 펄스발진파형을 나타낸다.

듀티비에 따라 가열시간이 길어지거나 짧아지게 되면서, 가열 강도를 조절할 수 있게 되는데, 이러한 듀티비의 조절은 볼륨을 통해 선택하거나, 또는 저항과 콘덴서의 충전, 방전 시간을 이용하여 조절하거나, 또는 마이컴을 통해 펄스 발생과 펄스폭을 조절하기도 한다.

(a)와 같이 듀티비가 10%로 선택된 경우에는 전원이 입력될 때(d), 시분할 적으로 펄스폭이 한정되므로(e), 히터가열 전력은 해당 시간 범위 내에서만 인가된다(f). (b)는 듀티비가 50%일 때, (c)는 듀티비가 90%일 때의 파형을 나타낸 것으로서 그 내용은 동일하다.

즉, 전류를 시분할 상태로 공급하여 발열선의 온도밀도를 조절하는데, 특히 침구류 등에서 인체를 직접 가열하여 보온하는 전열선의 히터 표면온도 밀도 값은 안전관계 또는 규격상 최대 120℃ 이하로 제어하고 실질적으로 평균 100℃ 이하로 규정하고 있으므로, 상기 이유로 발열선 표면온도가 120℃ 이하의 히터저항 표면전력으로 미리 정해지게 된다. 발열선의 표면 온도밀도는 발열선 표면 전기소모 전력 밀도와 동일한 비례 관계를 갖게 되므로 별도의 온도센서로 측정하면서 가열 전력을 공급하여 히터 표면온도를 제어할 필요가 없이 표면 전력밀도를 시분할하여 발열선 표면 온도를 제어할 수 있게 된다.

도 7은 본 발명 온도 조절기의 신호전압 검출과 가열과정이 무자계 상태에서 동작되는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참조하면, (a)와 같이 교류 입력 전원이 먼저 신호전압 검출을 위해 이상 유무 판단용 전압이 인가되며(A), 아무런 이상이 없는 경우에는 이후 반주기 동안에는 가열 전압(B)이 인가된다. 그 후에는 다시 반주기 동안 이상 유무 판단용 전압이 입력된다(C).

이 때의 자기장 위상을 살펴보면, D는 제1전열선(10)의 이상 유무 판단용 반파전압 검출 전류이고, E는 제2전열선(12)의 이상 유무 판단용 반파전압 검출 전류로서 자기장의 위상이 서로 반대이다. F는 제1전열선(10)의 가열전류이며, G는 제2전열선(12)의 가열전류로서, 마찬가지로 자기장의 위상이 서로 반대이다. 그러므로, 발열선 내부의 전기자기장은 서로 상쇄되고, 제1 및 제2전열선은 순수하게 무자계가 된다. 따라서, 이상 유무 판단과 가열이 반복되는 모든 과정에서 인체에 유해한 전자파가 발생하지 않게 된다.

상기 제1, 제2전열선의 이상 유무를 판단하기 위하여 온도조절 제어부(200)는 신호전압 검출부(101)로 제1전열선(10)에 전원동기 신호전압을 가하여 이 신호전압의 손실 유무로서 먼저 온도조절 제어부(200)의 동작 여부를 결정한 뒤 가열동작을 하게 되며, 후 가열동작은 제어정류기(17)와 제1전열선(10)과 제2전열선(12) 과 가열전류 유턴용 정류기(18)가 직렬로 연결되고 가열전류 유턴용 정류기(18)에 의하여 가열전류가 서로 상쇄되도록 하여 자기장이 발생하지 않게 된다.

도 8은 본 발명 온도조절기의 제1실시례를 나타내는 회로도이다. 도 8을 참조하면, 온도조절 제어부(200)는 전원부(104), 펄스폭조절 발생회로부(102), 트리거 출력부(103)를 포함한다. 전원부(104)는 제1전열선(10) 및 제2전열선(12)의 타측 단부와 연결되며, 가열전류 유턴용 정류기(18)와 병렬로 연결된다.

제1전열선(10)의 전원측 단부에는 제어정류기(17)와 신호전압 공급부의 저항(16)이 연결되며, 제어정류기(17)측에는 트리거 입력부(100)가 연결되어 있다. 제2전열선(12)의 전원측 단부는 실드(14)와 함께 접지되도록 한다.

이러한 온도조절기의 동작을 설명하면, 예컨대 저항(16)을 포함하는 신호전압 공급부가 전원의 핫라인 측으로부터 전원동기 신호전압을 제1전열선(10)에 인가하고, 제2전열선(12)은 전원접지 라인에 연결되어 있으므로, 제1전열선(10)과 제2전열선(12) 양단 사이에 걸리는 전압 손실 유무를 통해 온도조절 제어부(200)가 동작 여부를 결정하게 된다.

제1전열선(10)과 제2전열선(12)의 사이가 과열되어 정온용융 절연수지(11) 또는 NTC써미스터의 물성이 변화하면서, 도전율, 유전율을 변화시키거나, 정온용융 절연수지(11) 또는 NTC써미스터가 녹거나 파손되어 제1전열선(10)과 제2전열선(12)가 상호 단락되는 경우, 신호전압 공급부는 제1전열선(10)과 제2전열선(12) 양단 사이의 전압이 소실되므로, 온도조절 제어부(200)는 동작 회로에 대한 전원공급을 차단하게 되어, 제어 정류기(17)를 통전시킬 수 없게 된다.

제1전열선(10)과 제2전열선(12) 사이에 아무런 이상이 없는 경우에는, 제1전열선(10)과 제2전열선(12) 사이의 전압 소실이 없으므로, 신호전압 공급부는 전원부(104), 펄스폭조절 발생회로부(102), 트리거 출력부(103)에 동작 전압이 인가되면서, 가열동작을 시작하게 된다. 가열 동작은 제어 정류기(17), 제1전열선(10) 및 가열전류 유턴용 정류기(18)가 직렬로 연결되어 제어 정류기(17)가 트리거 신호에 의해 통전되면서 반주기동안 가열동작을 하게 된다.

동작신호 전압은 전원부(104), 저항(21), 정류다이오드(22), 직류평활콘덴서(23), 제너다이오드(24)로 구성된 전원부에 인가되어 회로전원이 생성되어, 펄스폭조절 발생회로부(102)의 IC-lm555(20), 콘덴서(25)(32), 저항(26)(28)(30), 볼륨(31)과, 트리거 출력부(103)의 저항(34), 포토커플(33) 에 전원을 공급한다.

펄스폭조절 발생회로부(102)는 공지의 타이머 IC-lm555 발진회로를 사용하며, IC-lm555 발진회로의 펄스폭조절 방식은 공지된 판매 제품에 의한 것이므로 별도의 동작 설명은 생략한다.

도 7에 도시된 것과 같은 발진주기는 콘덴서(32)와 저항(26)(28)(30), 볼륨(31)에 의하여 결정되고, 펄스폭 조절은 볼륨(31)을 통하거나, 다이오드(27)(29)의 충방전 방향, 시간을 조절하여 결정된다. 볼륨(31)에 의해 펄스폭을 조절하는 경우, 도 7과 같이 펄스폭의 듀티비가 10% 이하부터 90% 이상까지의 범위에서 변화가 가능하다. 이러한 볼륨(31)의 조절에 따라 펄스폭 신호가 반파 가열전류와 동기되어, 제1전열선(10)과 제2전열선(12)이 가열된다.

펄스폭조절 발생회로부(102)의 펄스폭 신호전압은 트리거 출력부(103)의 포토커플(33)을 동작시켜 제어 정류기(17)를 통전시키면 제1전열선(10)과 제2전열선(12)에 반파 가열전류가 흘러 가열된다. 여기서 트리거 출력부(103)의 포토커플(33)은 입력 측의 발광다이오드와 직렬로 저항(34)과 연결되어 펄스폭조절 발생회로부(102) 출력 측에 연결하면 펄스폭조절 발생회로부(102)의 펄스폭 그대로 포토커플 발광 다이오드가 켜지면서 트리거 저항(35)의 전류가 제어 정류기(17)의 게이트에 트리거되어 통전된다. 여기서 저항(34)(35)은 과전류 리미트용 저항이며, 포토커플(33)은 제로 전압 크로싱으로 트리거해주는 MOC3061 등을 사용하거나, MOC3021 등과 같은 위상제어용 포토커플을 사용할 수 있다.

한편, 표면 전기장 차단부를 별도로 구비하여, 접지가 되어 있는 제2전열선(12)의 일단에 연결된 접지점등표시기와, 접지점등표시기를 꺼진 위치로 설정하여 전열선의 표면 전기장을 차단하는 점검 테스트 단자(TP)로 구성되어 있다. 접지점등표시기는 직렬로 연결된 저항(39)과 네온관(40)으로 이루어져 있다.

점검 테스트 단자(TP)를 저항(39)과 네온관(40)으로 이루어진 접지점등표시기가 점등하지 않는 위치로 선택하면, 발열선 외부면에 권선된 제2전열선(12)이 접지되어 발열선의 표면 전기장이 영(0) 전위가 되면서, 발열선의 표면 전기장이 차단된다.

상기와 같은 도면 (b)에 과전류 안전장치를 추가한 것이 (c)이다. 과전류 안전장치의 동작은 다음과 같다. 과전류 안전장치는 제어 정류기(17)가 단락되어 제1전열선(10)과 제2전열선(12)에 역방향 과전류가 흐르는 것을 감지하여 단전시키기 위한 것으로서, 이러한 과전류를 감지하기 위해서, 역방향검출용 제1다이오드(36), 제너다이오드(37), 제2다이오드(38)를 포함한다. 제1다이오드(36)는 제1전열선(10)과 가열전류의 역방향으로 병렬 연결되어 있다. 즉, 애노드가 제어 정류기(17)의 애노드와 연결되어 있고, 캐소드가 가열전류 유턴용 정류기(18)의 캐소드에 연결되어 있다. 제너다이오드(37)는 가열전류 유턴용 정류기(18)와 병렬로 연결되어 있다. 그리고, 제2다이오드(38)는 제2전열선(12)과 가열전류의 역방향으로 병렬 연결되어 있다. 즉, 애노드가 제너다이오드(37)의 애노드와 연결되어 있고, 캐소드는 제 2 전열선(12)의 타단과 연결되어 있다.

제어 정류기(17)가 단락되면, 제1다이오드(36), 제너다이오드(37) 및 제2다이오드(38)를 통하여 역방향 과전류가 흐른다. 이러한 과전류 통전시, 과전류가 퓨즈를 단선시킴으로써 과열로부터 회로를 보호할 수 있다.

도 9의 구성은 도 8의 구성과 동일하나, 온도조절 제어부(200)의 위치가 발열선(15)의 전원측, 전류 입력측에 위치된 실시례를 나타낸 것이다. 이러한 구성의 상세 동작은 도 8 구성의 설명과 동일하므로, 추가적인 설명은 생략하도록 한다. (a)는 구성 블록도이고, (b)는 구체 회로도이며, (c)는 과전류 안전장치를 추가한 회로도를 나타낸 것이다.

도 10은 본 발명 온도조절기의 제2실시례를 나타내는 회로도이다. 도 10을 참조하면, 온도조절 제어부(200)는 신호전압 검출부(105), 펄스폭조절 발생회로부 (106), 트리거 출력부(107)를 포함하고, 트리거 출력부(107)는 신호전압 검출부(105)와 직접 연결되어 제어되는 것을 특징으로 한다.

상기 온도제어 동작은 종래의 특허출원 제2005-53382호와 대체적으로 유사하며, 본 발명의 온도조절기는 펄스폭조절 발생회로부(106)를 구비하는 특징을 갖는다. 도 10의 구성이 도 8의 구성과 다른 점은 도 8의 온도조절기는 온도조절 제어부(200)는 신호전압 공급부의 저항(16)에 의해 전원을 공급받아, 동작하기 때문에 제1전열선(10)과 제2전열선(12) 사이의 단락 유무 등을 위주로 검출하는 것이며, 도 10의 구성은 AC전원입력을 그대로 사용하고 신호전압 공급부의 저항(16) 값을 높여서 제1전열선(10)과 제2전열선(12)와의 단락 이전에 발열선 과열에 의한 정온용융 절연수지(11) 또는 NTC써미스터의 절연계수 저하로 발생하는 제1전열선(10)과 제2전열선(12)사이의 미세한 전압손실을 온도조절 제어부(200)에서 감지하여 과열 전에 미리 온도조절 제어부(200)가 이를 정밀하게 조절할 수 있다는 차이가 있다.

(b)를 참조하여 구성 및 동작을 설명하면, 신호전압 공급부의 저항(16)으로부터 제1전열선(11)과 제2전열선(12)와의 신호전압 검출부(105)에서는 제어 신호전압 사용가능 여부를 판단하기 위해, 저항(51), 저항(52)과 고감도 제어정류소자(53)의 게이트 입력으로 포함되어 구성되어 있으며, 저항(51)은 제어정류소자(53)의 게이트의 과전류 입력 리미트 저항이고 저항(52)은 제어정류소자(53) 게이트의 바이어스 저항이다.

신호전압 검출부(105)에서의 제어 신호 전압 사용가능 여부판단은 상기 신호전압의 크기로 판단하며, 도 4의 (c)에 도시된 것과 같이 제1전열선(10)과 제2전열 선(12)이 과열되어 정온용융 절연수지(11) 또는 NTC써미스터의 절연계수가 급격히 낮아지면 제어신호전압의 전위가 손실되어 낮아진다. 제1전열선(10)과 제2전열선(12)이 과열되지 않으면 전압의 손실없이 그대로 제어정류소자(53)의 게이트 바이어스 저항(52) 양단으로 유입되며, 신호전압 사용가능여부 판단은 과열로 변화하는 신호전압의 높고 낮음이 고감도 제어정류소자(53)를 통전시킬 수 있느냐 없느냐에 따라 결정된다.

만약, 제어신호전압이 낮아 제어정류소자(53)를 통전시키지 못하면 동작 불능으로서 온도조절 제어부(200)의 트리거 출력을 할 수 없으므로 제1전열선(10)과 제2전열선(12)의 가열을 중단하게 된다. 제어신호전압이 높아 제어정류소자(53)를 통전시키게 되는 경우에는, 동작이 가능한 것으로서 온도조절 제어부(200)가 트리거 출력을 하게 되면서, 제1전열선(10)과 제2전열선(12)을 가열하게 된다.

펄스폭조절 발생회로부(106)는 도 8의 구성과 동등하며, 신호전압 검출부(105)와 결합 다이오드(50)에 의해 연결, 결합되어 있다. 결합다이오드(50)의 애노드는 제어정류소자(53) 게이트의 바이어스 저항(52)에 연결되고, 캐소드는 펄스폭조절 발생회로부(106)의 출력으로 연결되어, 도 5와 같이 시분할 펄스출력 신호 전압이 low가 되면 바이어스 저항(52) 양단의 제어 신호 전압은 결합 다이오드(50)를 통하여 low레벨이 되면서 제어정류소자(53)의 통전을 제어한다.

시분할 펄스출력 신호 전압이 high가 되면 바이어스 저항(52) 양단의 제어신호전압은 결합 다이오드(50)에 역전압이 되므로, 결합 다이오드(50)의 영향을 받지 않고 제어정류소자(53)의 통전을 결정한다.

트리거 출력부(107)는 고감도 제어정류소자(53), 저항(54)(56), 콘덴서(55), 다이오드(57)를 구비하며, 다이오드(57)와 콘덴서(55), 저항(54), 제어정류소자(53)의 애노드가 직렬로 연결되어 제어정류소자(53)가 통전되면 전원의 반파 전류가 다이오드(57)와 콘덴서(55)와 저항(54)을 통하여 흐르면서 콘덴서(55)를 충전한다. 이 때 저항(54)은 충전 과전류 리미트 저항이다.

콘덴서(55)에 충전된 기전력은 다음 전원 반주기에서 방전저항(56)으로 방전되면서 전력제어용 제어정류소자(17)를 제로전압에서 통전시켜 가열전류가 정류다이오드(58), 전력 제어정류소자(17), 제1전열선(10), 가열전류 유턴용 정류기(18), 제2전열선(12)을 통해 흐르면서 반주기 가열을 한다.

(c)는 과전류 안전장치를 추가한 구성으로서, 상기 설명한 바와 동일하므로 생략하도록 한다.

도 11은 도 10의 온도조절기의 다른 실시례를 나타내는 회로도이다. 도 11을 참조하면, 신호전압 검출부(105)가 트리거 출력부(107)를 제어하는 것이 아니라, 펄스폭조절 발생회로부(106)를 제어하는 방식을 사용할 수도 있으며, 그 구체적인 회로는 (b), (c)와 같이 구성할 수 있다. (b)를 참조하면, 제어 정류기(17)를 가열전류 유턴용 정류기(18)와 바꾸어 구성하고, 제어 정류기(17)와 트리거 출력부(107)와의 결합을 절연하지 않고 직접 결합할 수 있도록 하여, 부품의 수를 감소시킬 수 있게 된다.

이러한 신호전압 검출부(105)가 단락 직전의 전열계수의 변화를 검출하는 동 작은 도 10의 실시례와 동일하며, 그 기능은 신호증폭용 PNP 트랜지스터(70)가 담당하게 된다. 신호전압 검출부(105)는 PNP 트랜지스터(70), 다이오드(72), 저항(71)을 구비하며, 콘덴서(73)는 신호전압 공급부(16)의 DC 평활 콘덴서이고, 저항(71)은 IC-lm555의 리셋용 저항이며, PNP 트랜지스터(70)는 신호전압 공급부(16)로부터의 신호전압의 증폭 기능을 하게 된다.

트리거 출력부(107)는 결합저항(74)을 구비하며, 이 결합저항(74)은 제어 정류기(17)의 게이트 입력과 직접 결합되어 펄스폭조절 발생회로부(106)로 시분할 출력되어 트리거 되어 통전시킨다. (c)는 과전류 안전장치를 추가한 구성으로서, 상기 설명한 바와 동일하므로 생략하도록 한다.

신호전압 검출부(105)는 펄스폭조절 발생회로부(106)와 트리거 출력부(107) 모두를 제어하거나, 또는 펄스폭조절 발생회로부(106)만을 제어하고 트리거 출력부(107)는 제어하지 않거나, 또는 트리거 출력부(107)만을 제어하거 펄스폭조절 발생회로부(106)는 제어하지 않는 방식을 사용할 수도 있다.

도 12는 도 10의 온도조절 제어부가 전원측에 위치하는 일 예를 나타내는 회로도이다. 도 12의 구성은 도 10의 구성과 동일하나, 온도조절 제어부(200)의 위치가 발열선(15)의 전원측, 전류 입력측에 위치된 실시례를 나타낸 것이다. 이러한 구성의 상세 동작은 도 10 구성의 설명과 동일하므로, 추가적인 설명은 생략하도록 한다. (a)는 구성 블록도이고, (b)는 구체 회로도이며, (c)는 과전류 안전장치를 추가한 회로도를 나타낸 것이다. 도 13은 도 11의 온도조절기의 다른 실시례를 나 타내는 회로도이다. 도 13의 구성 역시 도 11의 구성에 있어서, 온도조절 제어부(200)의 위치가 발열선(15)의 전원측, 전류 입력측에 위치된 실시례를 나타낸 것이다. 이러한 구성의 상세 동작은 도 11 구성의 설명과 동일하므로, 추가적인 설명은 생략하도록 한다. (a)는 구성 블록도이고, (b)는 구체 회로도이며, (c)는 과전류 안전장치를 추가한 회로도를 나타낸 것이다.

도 14는 본 발명 온도조절기의 제3실시례를 나타내는 회로도이다. 도 14를 참조하면, 전체적인 구성은 도 10의 구성과 유사하며, (a)는 구성 블록도이고, (b)는 구체 회로도이며, (c)는 과전류 안전장치를 추가한 회로도이다. 도 10의 구성과의 차이점은, 제어 정류기(17)의 게이트 트리거 부분을 분리하여 포토커플(80)로 구현한 것이다. 제어 정류기(17)에 입력되는 트리거 신호를 외부 신호로부터 절연하기 위해 포토커플(80)로 구현한 것으로서, 포토커플(80)은 위상제어용 SCR포토커플, MOC3021 등을 사용할 수 있다.

포토커플(80)의 발광측은 방전저항(82)과 직렬, 콘덴서(81)와 병렬로 연결되어 있으며, 포토커플(80)의 수신측은 트리거 저항(83)과 직렬로 제어 정류기(17)의 게이트와 애노드 사이에 연결되어 있다.

제어 정류기(17)의 게이트 트리거는 저항(83)과 포토커플(80)을 통해 공급되는 전류에 의해서 온 되며, 무자계로 가열되는 동작 전류방향이나 동작 등은 모두 도 10의 구성과 동일하다.

도 15는 도 14의 온도조절 제어부가 전원측에 위치하는 일 예를 나타내는 회 로도이다. 이러한 구성의 상세 동작은 도 14 구성의 설명과 동일하므로, 추가적인 설명은 생략하도록 한다. (a)는 구성 블록도이고, (b)는 구체 회로도이며, (c)는 과전류 안전장치를 추가한 회로도를 나타낸 것이다.

도 16은 본 발명의 온도조절기에 마이컴 제어부를 포함하는 다양한 실시례를 나타내는 회로도이다. 도 16을 참조하면, 아날로그 신호를 입출력하는 마이컴 제어부(108)를 이용하여 온도조절 제어부(200)를 구현한 다른 실시례 구성도이다. 온도조절 제어부(200)는 마이컴 제어부(108)를 통해 전원부(109), 신호전압 검출부(110), 검출된 신호에 따라 트리거 신호를 설정된 지연시간동안 지연 제어하는 전원동기입력부(111), 트리거 신호를 출력하는 트리거 출력부(112), 기준전압, 지연시간 등을 출력하기 위한 출력 표시부(113) 등을 다양한 방식으로 연결하여 제어할 수 있다. (b)는 전원부(109)를 제1전열선(10)의 타측 단부에 연결한 것이고, (c)와 (d)는 (a) 및 (b)의 구성을 전원측에 연결한 것을 나타낸다. 이 외에도 다양한 방법으로 회로 구성을 당업자의 수준에서 변형하여 실시할 수 있다.

도 17은 본 발명 온도조절기의 실제 동작 파형도이다. 도 17을 참조하면, 교류의 전원이 입력되면(g), 초기 반파는 제1전열선(10)과 제2전열선(12) 사이의 단선, 절연 계수 저하 유무에 따라 단선시에는 전압 손실을 일으키고, 정상시에는 트리거 출력부(107)의 제어정류소자(53)를 온 시킨다(i). 제어정류소자(53)가 온 되면 반파 전류가 다이오드(57)와 콘덴서(55)와 저항(54)을 통하여 흐르면서 콘덴 서(55)를 충전시키고(j), 이와 같이 전원의 (+) 반주기 동안에 단락 여부 검출 동작이 완료되면 다음 (-) 반주기 동안에 가열동작을 하는데, 트리거 출력부(107)의 콘덴서(55)에 충전된 전하가 방전(k)되면서 가열이 시작된다(l).

콘덴서(55)에 충전된 전하가 트리거 출력부(107)의 방전저항(56)을 통하여 제어 정류기(17)의 게이트를 트리거시켜 온 되면, 전류는 제2전열선(12)으로 인입된다. 그리고, 가열전류 유턴용 다이오드(18)를 통해 제1전열선(10)으로 되돌아 나온 전류는 다이오드(58)를 통해 전원으로 돌아오므로 발열선을 무자계로 가열시킨다. 이와 같은 과정으로 발열선의 이상 유무를 체크하며 무자계 가열하는 것이다.

본 발명은 온도센서를 구비하지 않더라도 제1전열선과 제2전열선 사이의 과열, 단선, 단락을 미리 판단하고, 미리 설정된 펄스폭에 의해 0~100% 사이에서 시분할 조절하여 전열선에 가열 전류를 적절하게 공급할지 여부를 결정하도록 하여, 간단한 구성만으로도 온도 조절이 가능하고, 안전성이 향상되도록 하는 효과를 갖는다.

삭제

Claims (19)

1. 삭제
2. 서로 나란히 배치된 내측의 제1전열선 및 그 외측에 권취된 제2전열선과 그 사이에 감기는 정온용융절연수지 또는 NTC써미스터를 포함하는 발열선과 연결되고,

   상기 제1전열선과 제2전열선 사이가 과열로 단락되거나 절연계수가 음(-)으로 낮아지는지 여부를 검출한 후, 이상이 없으면 가열신호를 출력하는 온도조절 제어부; 및

   상기 온도조절 제어부의 제어에 의해서 도통될 때 전원과 연결된 상기 제2전열선의 반대편 단으로부터 상기 제1전열선의 타단과 일단을 통해 전원측으로 가열전류가 되돌아 흐르도록 하는 제어 정류부를 포함하여 이루어지고,

   상기 온도조절 제어부는:

   상기 제1전열선과 상기 제2전열선 사이의 단락 또는 절연계수가 저하되는 것을 검출하는 신호전압 검출부;

   상기 신호전압 검출부에 신호전압이 인가된 경우에, 설정된 시분할로 펄스폭을 조절하여 제어하는 펄스폭조절 발생회로부; 및

   상기 펄스폭조절 발생회로부로부터의 신호를 받아 가열전류를 통전시키는 트리거 출력부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 안전기능 무자계 온도조절기.
3. 서로 나란히 배치된 내측의 제1전열선 및 그 외측에 권취된 제2전열선과 그 사이에 감기는 정온용융절연수지 또는 NTC써미스터를 포함하는 발열선과 연결되고,

   상기 제1전열선과 제2전열선 사이가 과열로 단락되거나 절연계수가 음(-)으로 낮아지는지 여부를 검출한 후, 이상이 없으면 가열신호를 출력하는 온도조절 제어부; 및

   상기 온도조절 제어부의 제어에 의해서 도통될 때 전원과 연결된 상기 제2전열선의 반대편 단으로부터 상기 제1전열선의 타단과 일단을 통해 전원측으로 가열전류가 되돌아 흐르도록 하는 제어 정류부를 포함하여 이루어지고,

   상기 온도조절 제어부는:

   상기 제1전열선과 상기 제2전열선 사이가 단락되지 않았거나, 또는 절연계수가 저하되지 않은 경우 전류가 통과되는 전원부;

   상기 전원부를 통해 통전되는 경우 설정된 시분할로 펄스폭을 조절하여 제어하는 펄스폭조절 발생회로부; 및

   상기 펄스폭조절 발생회로부로부터의 신호를 받아 가열전류를 통전시키는 트리거 출력부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 안전기능 무자계 온도조절기.
4. 서로 나란히 배치된 내측의 제1전열선 및 그 외측에 권취된 제2전열선과 그 사이에 감기는 정온용융절연수지 또는 NTC써미스터를 포함하는 발열선과 연결되고,

   상기 제1전열선과 제2전열선 사이가 과열로 단락되거나 절연계수가 음(-)으로 낮아지는지 여부를 검출한 후, 이상이 없으면 가열신호를 출력하는 온도조절 제어부; 및

   상기 온도조절 제어부의 제어에 의해서 도통될 때 전원과 연결된 상기 제2전열선의 반대편 단으로부터 상기 제1전열선의 타단과 일단을 통해 전원측으로 가열전류가 되돌아 흐르도록 하는 제어 정류부를 포함하여 이루어지고,

   상기 온도조절 제어부는:

   상기 제1전열선과 상기 제2전열선 사이의 단락 또는 절연계수가 저하되는 것을 검출하는 신호전압 검출부;

   설정된 카운터 분할 조건에 따라 전원동기 주파수를 분할하여 제어하는 마이컴제어부; 및

   상기 마이컴제어부의 제어에 따라 트리거 신호를 출력하는 트리거 출력부;를 포함하여 구성되고,

   상기 마이컴 제어부는: 전원동기 주파수를 분할하여 펄스 발생과 펄스폭을 조절하는 것을 특징으로 하는 안전기능 무자계 온도조절기.
5. 서로 나란히 배치된 내측의 제1전열선 및 그 외측에 권취된 제2전열선과 그 사이에 감기는 정온용융절연수지 또는 NTC써미스터를 포함하는 발열선과 연결되고,

   상기 제1전열선과 제2전열선 사이가 과열로 단락되거나 절연계수가 음(-)으로 낮아지는지 여부를 검출한 후, 이상이 없으면 가열신호를 출력하는 온도조절 제어부; 및

   상기 온도조절 제어부의 제어에 의해서 도통될 때 전원과 연결된 상기 제2전열선의 반대편 단으로부터 상기 제1전열선의 타단과 일단을 통해 전원측으로 가열전류가 되돌아 흐르도록 하는 제어 정류부를 포함하여 이루어지고,

   상기 온도조절 제어부는:

   제1전열선과 상기 제2전열선 사이가 단락되지 않았거나, 또는 절연계수가 저하되지 않은 경우 전류가 통과되는 전원부:

   설정된 카운터 분할 조건에 따라 전원동기 주파수를 분할하여 제어하는 마이컴제어부; 및

   상기 마이컴제어부의 제어에 따라 트리거 신호를 출력하는 트리거 출력부;를 포함하여 구성되고,

   상기 마이컴 제어부는: 전원동기 주파수를 분할하여 펄스 발생과 펄스폭을 조절하는 것을 특징으로 하는 안전기능 무자계 온도조절기.
6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1전열선의 일단에 단락 또는 음(-)절연계수를 검출하기 위한 전원동기 전압을 공급하기 위한 신호전압 공급부를 더 포함하고, 상기 신호전압 공급부의 전압이 상기 제1전열선과 상기 제2전열선이 단락되거나 상기 정온용융 절연수지 또는 또는 NTC써미스터의 절연계수가 감소하면서, 전압 손실되는 것을 감지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 안전기능 무자계 온도조절기.
7. 제 2 항에 있어서, 상기 펄스폭조절 발생회로부는:

   펄스폭이 볼륨을 통해 조절되도록 하여, 상기 볼륨을 조절함에 따라 가열 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 안전기능 무자계 온도조절기.
8. 제 2 항에 있어서, 상기 펄스폭조절 발생회로부는:

   저항 및 콘덴서를 포함하고,

   상기 저항 및 상기 콘덴서의 충방전 시간을 이용하여 펄스 발생과 펄스폭을 조절하는 것을 특징으로 하는 안전기능 무자계 온도조절기.
9. 삭제
10. 제 2 항에 있어서, 상기 트리거 출력부는:

    절연을 위해 포토커플 SCR 또는 포토커플 TRIAC을 포함하는 것을 특징으로 하는 안전기능 무자계 온도조절기.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 포토커플은:

    제로 전압 크로싱으로 동작되는 것을 특징으로 하는 안전기능 무자계 온도조절기.
12. 제 2 항에 있어서, 상기 트리거 출력부는:

    절연시키지 않은 상태에서 콘덴서를 포함하고,

    상기 콘덴서의 충전, 방전으로 제로 전압 크로싱으로 트리거하는 것을 특징으로 하는 안전기능 무자계 온도조절기.
13. 제 2 항에 있어서, 상기 트리거 출력부는:

    절연시키지 않은 상태에서 저항을 포함하고,

    상기 저항으로 트리거하는 것을 특징으로 하는 안전기능 무자계 온도조절기.
14. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 정류부는:

    상기 제1전열선의 타단과 상기 제2전열선의 사이에 가열 전류 유턴용 정류기를 포함하고,

    상기 가열전류 유턴용 정류기는 상기 제1전열선의 타단에 캐소드가 연결되고 동일 측면의 상기 제2전열선에 애노드가 연결되는 것을 특징으로 하는 안전기능 무자계 온도조절기.
15. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 정류부는:

    애노드가 상기 제1전열선의 일단에 상기 전원동기 전압신호를 상기 제1전열선에 인가해주는 저항과 병렬로 연결되고,

    캐소드가 전원측에 연결되며,

    상기 온도조절 제어부의 제어 신호에 의해 통전되는 제어 정류기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안전기능 무자계 온도조절기.
16. 제 6 항에 있어서, 상기 신호전압 공급부는:

    전원동기 전압신호를 상기 제1전열선에 실어주는 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 안전기능 무자계 온도조절기.
17. 제 15 항에 있어서, 상기 온도조절 제어부는:

    상기 제어 정류기의 게이트에 직렬로 연결된 방전저항;

    상기 방전저항에 직렬로 연결된 정류 다이오드;

    상기 게이트 바이어스 저항과 정류 다이오드 사이에 병렬로 연결된 콘덴서; 비교 제너다이오드;

    게이트 과입력 리미트 저항;

    애노드가 콘덴서에 연결되고 게이트가 상기 게이트 과입력 리미트 저항에 연결된 SCR;

    상기 게이트 과입력 리미트 저항과 상기 SCR의 게이트 사이에 병렬로 연결된 SCR 게이트 바이어스 저항; 및

    상기 SCR의 애노드와 상기 콘덴서 사이에 연결된 충전전류 리미트용 저항을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 안전기능 무자계 온도조절기.
18. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제1전열선과 가열전류의 역방향으로 병렬 연결된 제1다이오드;

    상기 가열전류 유턴용 정류기와 병렬로 연결된 제너다이오드; 및

    상기 제2전열선과 가열전류의 역방향으로 병렬 연결된 제2다이오드로 구성된 역방향 과전류 안전장치를 더 포함하고,

    상기 제어 정류기의 단락에 의한 과전류 발생시 상기 역방향 과전류 안전장치를 통해서 퓨즈가 차단되는 것을 특징으로 하는 안전기능 무자계 온도조절기.
19. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

    접지가 되어 있는 상기 제2전열선의 일단에 연결된 접지점등 표시기; 및

    상기 접지점등 표시기를 꺼진 위치로 설정하여 상기 전열선의 표면 전기장을 차단하는 점검 테스트 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안전기능 무자계 온도조절기.

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