KR100706260B1 - 자동 온도 조절기 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동 온도 조절기 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발열체의 저항값을 측정하여 온도 조절을 수행하는 자동 온도 조절기 및 그 방법에 관한 것이다. 모든 물질은 고유한 물리적 특성인 저항을 가지고 있다. 이러한 저항의 저항값은 구성 성분에 따라 차이는 있지만 온도의 변화에 따라 변한다. 이러한 물리적 특성은 발열체의 온도 변화를 표시해 줄 수 있는 온도 지표로 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 발열체와 전원 공급선으로 연결되어 발열체의 온도를 조절하는 자동 온도 조절기로서, 상기 발열체의 온도에 따른 저항값을 저장하는 메모리를 포함하고, 상기 발열체의 저항값을 측정하고 상기 메모리에 저장된 상기 발열체의 온도에 따른 저항값을 기초로 상기 발열체의 온도를 추정하여 상기 발열체의 온도를 조절하는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명은 전기 난방용 온도 조절기로 사용될 수 있다. 특히, 기존의 열선 전기 난방 방식을 대체하는 탄소 면상 발열체 난방 필름과 탄소 섬유 발열체의 온도 조절기로 사용될 수 있다.
발열체, 저항, 온도, 조절, 무센서
Description
도 1은 발열체 내부에 실장된 온도 센서를 이용하는 온도 조절기를 나타낸 도면,
도 2는 자체에 온도 센서가 내장된 자동 온도 조절기를 나타낸 도면,
도 3은 탄소 발열체의 온도에 따른 저항값 변화를 나타낸 일 실시예의 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 자동 온도 조절기 및 이를 이용한 발열체를 나타낸 일 실시예의 도면,
도 5는 본 발명에 따른 자동 온도 조절기의 일 실시예의 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 자동 온도 조절기의 다른 일 실시예의 구성도,
도 7은 본 발명에 따른 자동 온도 조절 방법을 설명하는 일 실시예의 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
501 : 입력부 502 : 출력부
503 : 마이콤 504 : 스위칭부
505 : 전류측정부 506 : 발열량 제어부
본 발명은 자동 온도 조절기 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발열체의 저항값을 측정하여 온도 조절을 수행하는 자동 온도 조절기 및 그 방법에 관한 것이다.
종래 자동 온도 조절기는 발열체의 온도가 일정한 목표까지 도달하는 시간을 마이콤에 미리 설정해 두고 마이콤이 시간에 따라 전원을 온/오프하여 온도를 제어하는 방식, 발열체 내부에 써미스터 또는 바이메탈 등의 온도 센서나 온도 스위치를 연결하여 온도를 제어하는 방식, 자동 온도 조절기 내부에 써미스터 등의 온도 센서를 실장시키는 방식 등이 있다.
먼저, 발열체의 온도가 일정한 목표까지 도달하는 시간을 마이콤에 미리 설정해 두고 마이콤이 그 정해진 시간에 따라 전원을 온/오프하여 온도를 제어하는 방식은 발열체의 온도를 원하는 온도로 조절할 수 없을 뿐만 아니라 발열체가 단열이 우수한 단열재 내부에 실장된 경우 온도가 지속적으로 상승하는 문제점이 있다.
다음으로, 도 1은 발열체 내부에 실장된 온도 센서를 이용하는 온도 조절기를 나타낸 도면으로, 도 1에 도시된 바와 같이 발열체 내부에 온도 센서(101)가 존 재하고 온도 센서(101)는 센서선(102)을 통해 온도 조절기(103)에 연결된다.
온도 조절기(103)는 외부 전원과 연결되어 발열체(104)의 발열체 전극(105)으로 전원을 공급한다. 이 때, 온도 조절기(103)와 발열체 전극(105)은 별도의 전원선(106)을 통해 연결된다.
온도 조절기(103)에 의해 공급된 전원은 발열체 전극(105)으로 공급되고, 공급된 전원에 따라 발열체(104)에는 전류가 흘러 열이 방출된다. 발열체(104)에 실장된 온도 센서(101)는 발열체(104)의 온도를 측정하고 측정된 온도 정보를 센서선(102)을 통해 온도 조절기(103)로 전송한다.
이러한 발열체(104) 내부에 실장된 온도 센서(101)를 이용한 온도 조절기(103)는 온도 센서(101)가 위치한 곳의 온도만을 측정하여 발열을 제어하므로, 단열의 정도와 주위 온도에 따라 온도 센서(101)가 근접한 곳과 온도 센서(101)가 근접하지 않은 곳의 현저한 온도 차이가 발생한다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이 온도 조절기(103)에는 발열체(104)에 전원을 공급하기 위한 한 쌍의 전원선(106)과 온도 센서(101) 연결을 위한 한 쌍의 센서선(102)이 별도로 구비되어야 하므로, 제조상의 번거로움과 비용이 증가하는 문제점이 있다.
특히, 온도 센서(101)로서 온도의 변화에 따라 현저하게 구부러지는 바이메탈을 이용하는 경우, 온도 조절기(103)는 온도 조절의 기능보다는 온도 제한의 역할만 수행할 수 있다. 또한, 금속으로 제작되는 바이메탈의 특성상 파손을 방지하기 위한 보호 케이스 등이 필요하여 얇은 형상이 요구되는 필름이나 매트 등의 발 열체에는 적합하지 않다.
한편, 도 2는 자체에 온도 센서(201)가 내장된 자동 온도 조절기(203)를 나타낸 도면으로, 온도 조절기(203)가 발열체(204)에 인접하지 않는 한 온도 조절기(203)는 발열체(204)의 과열이나 목표 온도 미달 등을 전혀 알 수 없는 문제점이 있다. 또한, 온도 조절기(203)를 발열체(204)에 인접하게 위치시킨다고 하더라도 발열체(204)가 단열 처리된 경우 상기 문제점은 여전히 남는다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 별도의 온도 센서없이 발열체의 온도를 조절하는 자동 온도 조절기 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 발열체와 전원 공급선으로 연결되어 발열체의 온도를 조절하는 자동 온도 조절기로서, 상기 발열체의 온도에 따른 저항값을 저장하는 메모리를 포함하고, 상기 발열체의 저항값을 측정하고 상기 메모리에 저장된 상기 발열체의 온도에 따른 저항값을 기초로 상기 발열체의 온도를 추정하여 상기 발열체의 온도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 발열체의 온도에 따른 저항값을 저장하는 메모리를 포함하고 상기 발열체와 전원 공급선으로 연결된 온도 조절기의 온도 조절 방법으로서, 사용자로부터 설정 온도를 입력받는 온도 입력 단계; 상기 발열체의 저항값을 측정하는 저항값 측정 단계; 측정된 저항값과 상기 메모리에 저장된 발열체의 온도에 따른 저항값을 비교하여 상기 발열체의 온도를 추정하는 온도 추정 단계; 및 상기 발열체를 상기 설정 온도로 조절하는 온도 조절 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
모든 물질은 고유한 물리적 특성인 저항을 가지고 있다. 이러한 저항의 저항값은 구성 성분에 따라 차이는 있지만 온도의 변화에 따라 변한다. 특히, 일반적인 금속 발열체의 경우 온도가 증가함에 따라 저항값은 일정하게 증가하고, 일반적인 탄소 발열체의 경우 온도가 증가함에 따라 저항값이 일정하게 감소한다.
도 3은 탄소 발열체의 온도에 따른 저항값 변화를 나타낸 일 실시예의 그래프로, 0.1Ω의 분해능을 갖는 저항 측정 장비(멀티미터)로 순수 탄소 발열체 (Carbon graphite sheet)의 온도에 따른 저항값 변화를 측정한 결과이다.
도 3에 도시된 바와 같이 상온(25℃)에서 8.5Ω의 저항값을 갖는 순수 탄소 발열체(Carbon graphite sheet)는 10℃의 온도 변화시 약 1.2 ~ 2.4 % 정도의 저항값 변화가 있다. 특히, 도 3의 결과를 측정한 저장 측정 장비의 분해능을 고려하면, 탄소 발열체의 온도가 1℃ 변함에 따라 저항값은 약 0.15% ~ 0.21% 정도의 변화가 발생함을 예측할 수 있다.
이러한 물리적 특성은 발열체의 온도 변화를 표시해 줄 수 있는 온도 지표로 사용할 수 있다. 즉, 발열체 자체가 온도 센서의 역할을 할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 자동 온도 조절기 및 이를 이용한 발열체를 나타낸 일 실시예의 도면으로, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 자동 온도 조절기(401)는 자체에 온도 센서를 내장하지 않고, 또한 발열체(402)에는 온도 센서가 설치되어 있지 않다.
도 4에 도시된 본 발명에 따른 자동 온도 조절기(401)는 발열체(402)에 연결된 전원선(403)에 흐르는 전류량을 측정하여 발열체(402)의 저항값을 계산하고, 계산된 저항값에 따라 발열체(402)의 온도를 추정한다. 자동 온도 조절기(401)는 이렇게 추정된 온도와 사용자가 설정한 온도를 비교하고 발열체(402)로 공급되는 전류량 또는 전압을 조절하여 온도를 조절한다. 도 4에 도시된 발열체(402)로는 탄소 면상 발열체 또는 탄소 섬유 발열체가 바람직하다.
도 5는 본 발명에 따른 자동 온도 조절기의 일 실시예의 구성도로, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 자동 온도 조절기는 입/출력부(501, 502), 마이콤(503), 스위칭부(504), 전류측정부(505) 및 발열량 제어부(506)를 포함한다.
입력부(501)는 사용자로부터 설정 온도를 입력받아 마이콤(503)으로 전송하고, 출력부(502)는 마이콤(503)으로부터 현재 온도를 전달받아 사용자에게 표시한다.
마이콤(503)은 온도 측정 주기와 발열체(507)의 온도에 따른 저항값을 저장하는 메모리(ROM)를 포함하고, 전류측정부(505)로부터 발열체(507)에 흐르는 전류값을 전달받아 발열체(507)의 저항값을 계산하여 상기 메모리에 저장된 발열체(507)의 온도에 따른 저항값을 기초로 발열체(507)의 현재 온도를 추정한다.
또한, 마이콤(503)은 추정된 현재 온도와 상기 입력부(501)를 통해 입력된 설정 온도를 비교하여 발열량 제어부(506)를 제어한다. 즉, 추정된 현재 온도가 설정 온도보다 낮을 경우 마이콤(503)은 발열량 제어부(506)를 제어하여 전류량 또는 전압을 증가시키고, 추정된 현재 온도가 설정 온도보다 높을 경우 발열량 제어부(506)를 제어하여 전원을 오프시키거나 전류량 또는 전압을 감소시킨다. 전류량을 제어하는 것은 입력 전원이 교류 전압인 경우에 바람직하고, 전압을 제어하는 것은 입력 전원이 직류 전압인 경우에 바람직하다.
스위칭부(504)는 마이콤(503)의 제어에 따라 발열체(507)에 연결된 전선을 전류측정부(505)로 스위칭한다. 즉, 스위칭부(504)는 마이콤(503)의 내부 메모리에 설정된 온도 측정 주기에 따라 발열체(507)에 연결된 전선을 전류측정부(505)로 스 위칭한다.
전류측정부(505)는 발열체(507)에 연결된 전선이 연결되면 소정의 정전압을 전선에 인가하여 발열체(507)에 흐르는 전류량을 측정하고 측정된 전류량을 마이콤(503)으로 전달한다.
한편, 마이콤(503)은 계산된 발열체(507)의 저항값이 내부 메모리에 저장된 저항값과 현격한 차이가 나는 경우(예를 들면, 내부 메모리에 저장된 저항값 범위를 넘어서는 경우) 발열체(507)가 끊어지거나 심하게 접힘 등으로 훼손된 것으로 판단하여 출력부(502)를 통해 경고 메시지를 출력할 수 있다. 또한, 마이콤(503)은 출력부(502)를 통해 경고 메시지를 출력함과 동시에 발열량 제어부(506)를 제어하여 발열체(507)로 인가되는 전원을 차단시킬 수 있다.
보다 구체적으로는, 단선 또는 접힘 등이 발생한 발열체(507)의 저항값(이상 발생 저항값)을 미리 측정하여 마이콤(503)의 내부 메모리에 저장해 두고, 실제 발열체(507)의 측정 저장값이 내부 메모리에 저장된 이상 발생 저항값에 근접한 경우 마이콤(503)은 해당 사유의 이상이 발생한 것으로 판단하여 표시할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 자동 온도 조절기의 다른 일 실시예의 구성도로, 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 자동 온도 조절기는 입/출력부(601, 602), 마이콤(603), 전류측정부(604) 및 발열량 제어부(605)를 포함한다.
입력부(601)는 사용자로부터 설정 온도를 입력받아 마이콤(603)으로 전송하고, 출력부(602)는 마이콤(603)으로부터 현재 온도를 전달받아 사용자에게 표시한 다.
마이콤(603)은 온도 측정 주기와 발열체(606)의 온도에 따른 저항값을 저장하는 메모리(ROM)를 포함하고, 전류측정부(604)로부터 발열체(606)에 흐르는 전류값을 전달받아 발열체(606)의 저항값을 계산하여 상기 메모리에 저장된 발열체(606)의 온도에 따른 저항값을 기초로 발열체(606)의 현재 온도를 추정한다.
또한, 마이콤(603)은 추정된 현재 온도와 상기 입력부(601)를 통해 입력된 설정 온도를 비교하여 발열량 제어부(605)를 제어한다. 즉, 추정된 현재 온도가 설정 온도보다 낮을 경우 마이콤(603)은 발열량 제어부(605)를 제어하여 전류량 또는 전압을 증가시키고, 추정된 현재 온도가 설정 온도보다 높을 경우 발열량 제어부(605)를 제어하여 전원을 오프시키거나 전류량 또는 전압을 감소시킨다. 전류량을 제어하는 것은 입력 전원이 교류 전압인 경우에 바람직하고, 전압을 제어하는 것은 입력 전원이 직류 전압인 경우에 바람직하다.
전류측정부(604)는 발열체(606)에 연결된 전선으로부터 발열체(606)에 흐르는 전류량을 측정하여 마이콤(603)으로 전달한다. 이 때, 전류측정부(604)의 전류량 측정은 마이콤(603)의 제어에 의해 이루어지는데, 마이콤(603)은 내부 메모리에 저장된 온도 측정 주기에 따라 전류측정부(604)로 제어 신호를 전달하여 전류측정부(604)가 발열체(606)에 흐르는 전류량을 측정하도록 한다.
한편, 마이콤(603)은 계산된 발열체(606)의 저항값이 내부 메모리에 저장된 저항값과 현격한 차이가 나는 경우(예를 들면, 내부 메모리에 저장된 저항값 범위를 넘어서는 경우) 발열체(606)가 끊어지거나 심하게 접힘 등으로 훼손된 것으로 판단하여 출력부(602)를 통해 경고 메시지를 출력할 수 있다. 또한, 마이콤(603)은 출력부(602)를 통해 경고 메시지를 출력함과 동시에 발열량 제어부(605)를 제어하여 발열체(606)로 인가되는 전원을 차단시킬 수 있다.
보다 구체적으로는, 단선 또는 접힘 등이 발생한 발열체(606)의 저항값(이상 발생 저항값)을 미리 측정하여 마이콤(603)의 내부 메모리에 저장해 두고, 실제 발열체(606)의 측정 저장값이 내부 메모리에 저장된 이상 발생 저항값에 근접한 경우 마이콤(603)은 해당 사유의 이상이 발생한 것으로 판단하여 표시할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 자동 온도 조절 방법을 설명하는 일 실시예의 흐름도로, 도 7에 도시된 바와 같이, 먼저 자동 온도 조절기는 사용자로부터 설정 온도를 입력받고(701), 발열체로 전류를 도통시킨다(702).
이어서, 자동 온도 조절기는 내부 메모리에 저장된 온도 측정 주기를 체크하고(703), 해당되는 시간에 발열체로 흐르는 전류량을 측정한다(704).
이어서, 자동 온도 조절기는 측정된 전류량을 기초로 발열체의 저항값을 계산하고(705), 내부 메모리에 저장된 발열체의 온도에 따른 저항값을 기초로 해당 발열체의 현재 온도를 추정한다(706).
이어서, 자동 온도 조절기는 추정한 발열체의 현재 온도와 상기 사용자가 설정한 온도를 비교한다(707).
발열체의 현재 온도가 상기 사용자가 설정한 온도보다 높을 경우, 자동 온도 조절기는 발열체의 온도를 낮춘다(708). 발열체의 온도를 낮추는 방법으로는, 발열 체로 인가되는 전원을 오프시키거나, 발열체로 인가되는 전류량 또는 전압을 낮추는 방법이 사용될 수 있다.
한편, 발열체의 현재 온도가 상기 사용자가 설정한 온도보다 낮을 경우, 자동 온도 조절기는 발열체의 온도를 높인다(709). 발열체의 온도를 높이는 방법으로는, 발열체로 인가되는 전류량 또는 전압을 증가시키는 방법이 사용될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 별도의 온도 센서를 사용하지 않고 발열체의 저항값을 측정하여 온도를 조절함으로써, 온도 센서를 발열체에 설치하는 위험성과 온도 센서의 위치에 따른 측정 온도의 부정확성을 제거하고, 또한 기존의 전원선을 그대 로 이용함으로써 배선을 추가설치해야 하는 번거로움 및 비용 증가 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
Claims (10)
- 발열체와 전원 공급선으로 연결되어 발열체의 온도를 조절하는 자동 온도 조절기로서,상기 발열체의 온도에 따른 저항값을 저장하는 메모리를 포함하고,상기 발열체의 저항값을 측정하고 상기 메모리에 저장된 상기 발열체의 온도에 따른 저항값을 기초로 상기 발열체의 온도를 추정하여 상기 발열체의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 자동 온도 조절기.
- 제 1 항에 있어서,상기 전원 공급선을 통해 상기 발열체로 흐르는 전류량을 측정하여 상기 발열체의 저항값을 계산하는 것을 특징으로 하는 자동 온도 조절기.
- 제 2 항에 있어서,상기 전원 공급선으로 공급되는 전원을 일시적으로 차단하고 그 전원 공급선에 소정의 정전압을 인가하여 상기 발열체로 흐르는 전류량을 측정하는 것을 특징으로 하는 자동 온도 조절기.
- 제 2 항에 있어서,상기 계산된 발열체의 저항값이 상기 메모리에 저장된 발열체의 저항값 범위 를 벗어난 경우 전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 자동 온도 조절기.
- 제 1 항에 있어서,상기 발열체는, 면상 또는 섬유상 탄소 발열체인 것을 특징으로 하는 자동 온도 조절기.
- 발열체의 온도에 따른 저항값을 저장하는 메모리를 포함하고 상기 발열체와 전원 공급선으로 연결된 온도 조절기의 온도 조절 방법으로서,사용자로부터 설정 온도를 입력받는 온도 입력 단계;상기 발열체의 저항값을 측정하는 저항값 측정 단계;측정된 저항값과 상기 메모리에 저장된 발열체의 온도에 따른 저항값을 비교하여 상기 발열체의 온도를 추정하는 온도 추정 단계; 및상기 발열체를 상기 설정 온도로 조절하는 온도 조절 단계를 포함하는 자동 온도 조절 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 저항값 측정 단계는,상기 전원 공급선을 통해 상기 발열체로 흐르는 전류량을 측정하여 상기 발열체의 저항값을 계산하는 것을 특징으로 하는 자동 온도 조절 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 저항값 측정 단계는,상기 전원 공급선으로 공급되는 전원을 일시적으로 차단하고 그 전원 공급선에 소정의 정전압을 인가하여 상기 발열체로 흐르는 전류량을 측정하는 것을 특징으로 하는 자동 온도 조절 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 온도 조절 단계는,상기 전원 공급선으로 인가되는 전압을 가변하여 상기 발열체의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 자동 온도 조절 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 온도 조절 단계는,상기 측정된 발열체의 저항값이 상기 메모리에 저장된 발열체의 저항값 범위를 벗어난 경우 전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 자동 온도 조절 방법.
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