KR100762296B1 - 전기온열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기온열장치에 관한 것으로서, 발열판부와, 상기 발열판부에 내장된 발열선과, 상기 발열선에 발열전압을 공급하는 발열전압공급부를 갖는 전기온열장치에 있어서, 상기 발열선에 인가되는 전압의 크기가 감소하도록 상기 발열선에 직렬로 연결된 저항선을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 전자파의 발생을 감소시킬 수 있다.

전자파, 전기장판, 바이패스, 발열선, 감지선

Description

전기온열장치{Electric Heating Device}

도1은 본 발명의 실시예에 따른 전기장판의 사시도,

도2는 본 발명의 실시예에 따른 전기장판의 회로도,

도3은 종래의 전기장판의 사시도,

도4는 종래 전기장판의 회로도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

11, 111 : 발열판부 12, 112 : 전원코드

13, 113 : 발열선 14, 114 : 감지선

20, 120 : 발열전압공급부 21, 121 : 스위칭부

22 : 바이패스부 23, 123 : 검출부

24, 124 : 제어부 25, 125 : 온도설정신호부

26, 126 : 표시부 30, 130 : 동작전압공급회로

본 발명은 전기온열장치에 관한 것으로서, 평판형태의 발열판부에 발열선을 내장시키고 발열선의 저항가열에 의해 발열판부의 온도를 상승시키는 온열장치에 관한 것이다.

최근 전기요, 전기장판, 전기매트리스(침대용 포함), 전기방석, 전기이불 등 평판형태의 발열판부를 갖는 전기온열장치가 널리 사용되고 있고, 이들 전기온열장치 중에는 발열선의 노출 등에 의한 안전사고를 방지하기 위해 감지선을 발열판부에 내장한 제품이 안출되어 있다.

도3은 종래의 전기장판의 사시도이고, 도4는 종래 전기장판의 회로도이다.

종래의 전기장판은, 이들 도면에 도시된 바와 같이, 대략 장방형상의 발열판부(111)와, 양단에 각각 플러그(112a)와 삽입잭(112b)이 형성되어 있는 전원코드(112)와, 발열판부(111)에 상호 인접하도록 내장된 발열선(113) 및 감지선(114)과, 전원코드(112)의 중간영역에 결합된 통형상의 조작기(115)와, 피시비상에 구현되어 조작기(115)에 내장된 발열전압공급부(120) 및 동작전압공급회로(130)와, 조작기(115)의 외표면에 마련된 작동조작스위치(116) 및 온도조작스위치(117)를 갖고 있다.

발열판부(111)는 일 영역에 접속기(111a)가 형성되어 있다. 접속기(111a)에는 발열선고정단자(H1, H2)와 감지선고정단자(S1, S2)가 각각 한 쌍씩 형성되어 있다.

삽입잭(112b)에는 발열선연장단자(H'1, H'2)와 감지선연장단자(S'1, S'2)가 각각 한 쌍씩 형성되어 있다. 발열선연장단자 H'1은 발열선고정단자 H1에 전기적으로 연결되어 있고, 발열선연장단자 H'2는 발열선고정단자 H2에 전기적으로 연결되어 있으며, 감지선연장단자 S'1은 감지선고정단자 S1에 전기적으로 연결되어 있으 며, 감지선연장단자 S'2는 감지선고정단자 S2에 전기적으로 연결되어 있다.

발열선(113)은 양단이 각각 발열선고정단자(H1, H2)에 전기적으로 연결되어 있다.

감지선(114)은 양단이 각각 감지선고정단자(S1, S2)에 전기적으로 연결되어 있다. 이에 따라 발열선(113)에 전압이 인가되더라도 감지선(114)에는 전압이 인가되지 않게 된다. 이러한 구성을 갖는 감지선(114)은 일반적으로 전자차폐효과를 얻을 수 있도록 발열선(113)을 코일상으로 둘러싸도록 형성된다.

발열전압공급부(120)는 발열선(113)과 외부전원전압(플러그)사이에 개재된 전압스위칭부(121)와, 감지선(114)과 발열선(113)사이의 합선상태를 검출하는 검출부(123)와, 검출부(123)의 검출신호에 기초하여 전압스위칭부(121)의 온오프동작을 제어하는 제어부(124)와, 제어부(124)의 입력단에 연결된 온도설정신호부(125)와, 제어부(124)의 출력단에 연결된 표시부(126)를 갖고 있다.

전압스위칭부(121)는 하나의 접점단자가 발열선연장단자 H'2에 전기적으로 연결되어 있는 트라이액(Triac, Q101)과, 트라이액(Q1)의 게이트에 이미터가 연결된 NPN트랜지스터(Q102)를 갖고 있다.

트라이액(Q101)은 다른 접점단자가 접지되도록 구성되어 있다.

NPN트랜지스터(Q102)는 베이스가 베이스저항(R108)을 통해 제어부(124)의 출력단에 연결되고 컬렉터가 컬렉터저항(R109)을 통해 동작전압공급회로(130)에 연결되도록 구성되어 있다.

검출부(123)는 감지선연장단자 S'1 및 감지선연장단자 S'2로부터 입력되는 전압을 소정의 기준전압과 비교하고 그 결과를 제어부(124)에 전달하는 비교기로 구현되어 있다.

제어부(124)는 온도설정신호부(125)를 통해 입력되는 온도설정값에 대응하여 전압스위칭부(121)의 스위칭동작을 수행하기 위한 정상동작스위칭정보가 저장된 메모리를 갖고 있다.

온도설정신호부(125)는 접지와 동작전압공급회로(130)사이에 3개의 설정저항(R103, R104, R105)을 직렬로 연결하여 구현되어 있다. 여기서 중간에 배치되는 설정저항 R104는 가변저항으로서, 온도조작스위치(117)의 조작상태에 따라 저항값이 달라진다.

표시부(126)는 제어부(124)의 출력단과 동작전압공급회로(130)사이에 병렬로 연결된 한 쌍의 발광다이오드(LED101, LED102)로 구현되어 있다. 각 발광다이오드(LED101, LED102)의 캐소드에는 표시저항(R106, R107)이 각각 연결되어 있고, 이들 표시저항(R106, R107)은 전류제한기능을 수행한다.

동작전압공급회로(130)는 플러그(112a)를 통해 인입된 교류전압을 직류로 변환(Vcc)하여 출력한다.

동작전압공급회로(130)는 제어부(124), 온도설정신호부(125), 검출부(123) 및 표시부(126)에 동작전압을 공급한다.

이러한 구성을 갖는 종래의 전기장판의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저 사용자가 플러그(112a)를 외부전원전압에 연결시키고 작동조작스위치(116)를 온상태로 조작하면 동작전압공급회로(130)로부터 동작전압(Vcc)이 출력 된다.

다음에 제어부(124)는 온도조작스위치(117)의 조작상태에 대응하는 정상동작스위칭정보에 기초하여 전압스위칭부(121)를 주기적으로 온오프시킨다.

전압스위칭부(121)가 온상태에 있을 때 교류전압(발열전압)은 발열선(113)에 공급되고 발열판부(111)에 열을 공급하게 된다. 여기서 발열판부(111)에 공급되는 발열량은 발열선(113)의 저항값으로 정해지는 발열저항과 발열선(113)을 흐르는 전류에 대응하는 발열전류에 의해 결정된다. 그리고 정상상태(발열선과 합선되지 않은 상태)에서는 감지선(114)에 전압이 인가되지 않기 때문에 감지선(114)은 발열판부(111)의 가열에 기여하지 않는다.

발열선(113)과 감지선(114)이 합선(SHORT)된 상태에서 감지선(114)에 합선전압이 인가된다.

다음에 검출부(123)는 감지선(114)의 합선전압을 소정의 기준전압과 비교하여 발열선(113)과 감지선(114)이 합선된 것으로 판단하고, 그 결과를 제어부(124)에 전달한다.

제어부(124)는 검출부(123)가 발열선(113)과 감지선(114)이 합선된 것으로 판단하면 전압스위칭부(121)를 지속적으로 오프시킨다.

전압스위칭부(121)가 오프되면 발열선(113)에 공급되는 발열전압이 차단되어 발열판부(111)의 온도상승은 중지된다.

한편 제어부(124)는 발열선(113)에의 발열전압 공급상태와 동작전압공급회로(130)의 동작전압출력상태가 외부에 표시되도록 표시부(126)를 제어한다.

그런데 종래의 전기장판에 따르면, 발열전압이 발열선(113)에 그대로 인가되기 때문에 전자파의 발생이 상대적으로 커진다는 문제점이 있었다(발열선에 인가되는 전압이 크면 클수록 전자파를 생성하는 전계가 커지고 이에 따라 전자파의 발생이 증가함).

상술한 문제점들은 전기요 등 다른 전기온열장치에서도 동일하게 발생한다.

따라서 본 발명의 목적은, 전자파의 발생을 감소시킬 수 있도록 한 전기온열장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 발열판부와, 상기 발열판부에 내장된 발열선과, 상기 발열선에 발열전압을 공급하는 발열전압공급부를 갖는 전기온열장치에 있어서, 상기 발열선에 인가되는 전압의 크기가 감소하도록 상기 발열선에 직렬로 연결된 저항선을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기온열장치에 의해 달성된다.

여기서 전자파의 발생을 더욱 더 감소시킬 수 있도록, 상기 발열전압공급부는 상기 저항선에 대하여 병렬을 이루도록 상기 발열선에 연결되는 분압저항을 가지고, 상기 발열선에 흐르는 전류의 일부를 상기 저항선에 대하여 바이패스시키는 바이패스부를 포함하도록 구성하는 것이 바람직하다.

그리고 저항선을 통해 발열선의 합선상태를 검출할 수 있도록, 상기 저항선은 상기 발열선에 인접하도록 상기 발열판부에 설치되고; 상기 발열전압공급부는 상기 발열선과 외부전원전압사이에 개재된 전압스위칭부와, 상기 저항선에 전기적 으로 연결되어 상기 저항선과 상기 발열선사이의 합선상태를 검출하는 검출부와, 상기 검출부의 검출신호에 기초하여 상기 전압스위칭부의 온오프동작을 제어하는 제어부를 포함하도록 구성할 수 있다.

또한 제조단가를 감소시키고 제어부를 간단하게 구현할 수 있도록, 상기 발열전압공급부는 상기 저항선에 대하여 병렬을 이루도록 상기 발열선에 연결되는 분압저항을 가지고, 상기 발열선에 흐르는 전류의 일부를 상기 저항선에 대하여 바이패스시키는 바이패스부를 더 포함하고; 상기 검출부는 상기 분압저항에 인가되는 전압에 기초하여 상기 검출신호를 생성하도록 구성하는 것이 바람직하다.

이하에서, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 전기장판의 사시도이고, 도2는 본 발명의 실시예에 따른 전기장판의 회로도이다.

본 발명의 실시예에 따른 전기장판은, 이들 도면에 도시된 바와 같이, 대략 장방형상의 발열판부(11)와, 양단에 각각 플러그(12a)와 삽입잭(12b)이 형성되어 있는 전원코드(12)와, 발열판부(11)에 상호 인접하도록 내장된 발열선(13) 및 저항선(14)과, 전원코드(12)의 중간영역에 결합된 통형상의 조작기(15)와, 피시비상에 구현되어 조작기(15)에 내장된 발열전압공급부(20) 및 동작전압공급회로(30)와, 조작기(15)의 외표면에 마련된 작동조작스위치(16) 및 온도조작스위치(17)를 갖고 있다.

발열판부(11)는 일 영역에 접속기(11a)가 형성되어 있다. 접속기(11a)에는 발열선고정단자(H1, H2)와 저항선고정단자(S1, S2)가 각각 한 쌍씩 형성되어 있다.

삽입잭(12b)에는 발열선연장단자(H'1, H'2)와 저항선연장단자(S'1, S'2)가 각각 한 쌍씩 형성되어 있다. 발열선연장단자 H'1은 발열선고정단자 H1에 전기적으로 연결되어 있고, 발열선연장단자 H'2는 발열선고정단자 H2에 전기적으로 연결되어 있으며, 저항선연장단자 S'1은 저항선고정단자 S1에 전기적으로 연결되어 있으며, 저항선연장단자 S'2는 저항선고정단자 S2에 전기적으로 연결되어 있다. 그리고 발열선연장단자 H'2는 저항선연장단자 S'2에 전기적으로 연결되어 있다.

발열선(13)은 양단이 각각 발열선고정단자(H1, H2)에 전기적으로 연결되어 있다.

저항선(14)은 양단이 각각 저항선고정단자(S1, S2)에 전기적으로 연결되어 있다. 이에 따라 저항선(14)은 발열선(13)에 직렬로 연결되어 발열선(13)에 전압이 인가되면 저항선(14)에도 전압이 인가되게 된다. 이러한 구성을 갖는 저항선(14)은 종래의 감지선(114)과 같이 전자차폐효과를 얻을 수 있도록 발열선(13)을 코일상으로 둘러싸도록 형성된다.

발열전압공급부(20)는 발열선(13)과 외부전원전압(플러그)사이에 개재된 전압스위칭부(21)와, 발열선(13)에 흐르는 전류의 일부를 저항선(14)에 대하여 바이패스시키는 바이패스부(22)와, 저항선(14)과 발열선(13)사이의 합선상태를 검출하는 검출부(23)와, 검출부(23)의 검출신호에 기초하여 전압스위칭부(21)의 온오프동작을 제어하는 제어부(24)와, 제어부(24)의 입력단에 연결된 온도설정신호부(25)와, 제어부(24)의 출력단에 연결된 표시부(26)를 갖고 있다.

전압스위칭부(21)는 하나의 접점단자가 저항선연장단자 S'1에 전기적으로 연 결되어 있는 트라이액(Triac, Q1)과, 트라이액(Q1)의 게이트에 이미터가 연결된 NPN트랜지스터(Q2)를 갖고 있다.

트라이액(Q1)은 다른 접점단자가 접지되도록 구성되어 있다.

NPN트랜지스터(Q2)는 베이스가 베이스저항(R8)을 통해 제어부(24)의 출력단에 연결되고 컬렉터가 컬렉터저항(R9)을 통해 동작전압공급회로(30)에 연결되도록 구성되어 있다.

바이패스부(22)는 저항선(14)에 대하여 병렬을 이루도록 발열선(13)에 연결된 분압저항(R2)과, 분압저항(R2)에 직렬로 연결된 바이패스저항(R1)을 갖고 있다.

검출부(23)는 제어부(24)의 입력단과 접지사이에 연결된 평활커패시터(C1)와, 평활커패시터(C1)의 비접지단에 캐소드가 연결되고 분압저항(R2)의 비접지단에 애노드가 연결된 정류다이오드(D1)를 갖고 있다.

제어부(24)는 저항선(14)과 발열선(13)사이의 합선상태를 판단하기 위한 합선판단기준전압과 온도설정신호부(25)를 통해 입력되는 온도설정값에 대응하여 전압스위칭부(21)의 스위칭동작을 수행하기 위한 정상동작스위칭정보가 저장된 메모리를 갖고 있다.

온도설정신호부(25)는 접지와 동작전압공급회로(30)사이에 3개의 설정저항(R3, R4, R5)을 직렬로 연결하여 구현되어 있다. 여기서 중간에 배치되는 설정저항 R5는 가변저항으로서, 온도조작스위치(17)의 조작상태에 따라 저항값이 달라진다.

표시부(26)는 제어부(24)의 출력단과 동작전압공급회로(30)사이에 병렬로 연 결된 한 쌍의 발광다이오드(LED1, LED2)로 구현되어 있다. 각 발광다이오드(LED1, LED2)의 캐소드에는 표시저항(R6, R7)이 각각 연결되어 있고, 이들 표시저항(R6, R7)은 전류제한기능을 수행한다.

동작전압공급회로(30)는 플러그(12a)를 통해 인입된 교류전압을 직류로 변환(Vcc)하여 출력한다.

동작전압공급회로(30)는 제어부(24), 온도설정신호부(25) 및 표시부(26)에 동작전압을 공급한다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 전기장판의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저 사용자가 플러그(12a)를 외부전원전압에 연결시키고 작동조작스위치(16)를 온상태로 조작하면 동작전압공급회로(30)로부터 동작전압(Vcc)이 출력된다.

다음에 제어부(24)는 온도조작스위치(17)의 조작상태에 대응하는 정상동작스위칭정보에 기초하여 전압스위칭부(21)를 주기적으로 온오프시킨다.

전압스위칭부(21)가 온상태에 있을 때 교류전압(발열전압)은 발열선(13)과 저항선(14)에 공급되고 발열판부(11)에 열을 공급하게 된다. 여기서 발열판부(11)에 공급되는 발열량은 발열선(13)의 저항값과 발열선(13)을 흐르는 전류에 의해 정해지는 발열량으로 결정된다.

한편 발열선(13)에 발열전압이 공급되면 발열선(13)에 흐르는 전류의 일부는 저항선(14)과 트라이액(Q1)을 통해 흐르고, 나머지는 바이패스부(22)를 통해 흐른 다.

바이패스부(22)에 전류가 흐르면 평활커패시터(C1)의 충전전압이 제어부(24)에 입력되고, 제어부(24)는 평활커패시터(C1)의 충전전압을 합선판단기준전압과 비교한다.

발열선(13)과 저항선(14)이 합선(SHORT)되지 않은 상태에서 평활커패시터(C1)의 충전전압은 합선판단기준전압보다 작지만, 발열선(13)과 저항선(14)이 합선된 상태에서는 바이패스부(22)를 통해 흐르는 전류가 상승하기 때문(발열선에서 발생하는 전압강하분이 적어져 바이패스부를 통해 많은 전류가 흐르게 됨)에 평활커패시터(C1)의 충전전압은 합선판단기준전압보다 커지게 된다(발열선과 저항선이 합선된 상태에서 바이패스부와 교류전압원사이의 실측저항값과 평활콘덴서의 정전용량값을 고려하여 분압저항의 저항값을 적절히 선택할 수 있음).

제어부(24)는 평활커패시터(C1)의 충전전압이 합선판단기준전압보다 커지면 전압스위칭부(21)를 지속적으로 오프시킨다.

전압스위칭부(21)가 오프되면 발열선(13)에 공급되는 발열전압이 차단되어 발열판부(11)의 온도상승은 중지된다.

한편 제어부(24)는 발열선(13)에의 발열전압 공급상태와 동작전압공급회로(30)의 동작전압출력상태가 외부에 표시되도록 표시부(26)를 제어한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 저항선(14)을 발열선(13)에 직렬로 연결하여 발열선(13)에 인가되는 전압이 감소된다. 이에 따라 전자파의 발생을 감소시킬 수 있게 된다(발열선에 인가되는 전압이 감소하면 전자파를 생성하 는 전계가 감소함).

그리고 발열선(13)에 흐르는 전류의 일부를 저항선(14)에 대하여 바이패스시키는 바이패스부(22)를 마련함으로써, 전자파의 발생을 더욱 더 감소시킬 수 있게 된다(바이패스부가 추가되는 경우 발열선을 흐르는 전류는 감소하고 이에 따라 발열선에 인가되는 전압도 감소하게 됨).

또한 바이패스부(22)의 분압저항(R2)에 인가되는 전압에 기초하여 검출신호를 생성하도록 검출부(23)를 구성함으로써, 제조단가를 감소시킬 수 있으며 제어부(24)의 구성이 간단해 진다(직류전압에 기초하여 발열선과 저항선이 합선된 상태를 판단할 수 있게 됨).

종래 전기장판의 경우 비교기형태의 검출부(123)를 통해 발열선(113)과 감지선(114)사이의 합선상태에 대한 검출신호를 생성하기 때문에(발열선과 감지선이 합선된 상태에서 감지선에 인가되는 전압에 의해 제어부가 손상될 염려가 있어 감지선을 제어부에 직접 연결하기 어려움) 검출부(123)가 복잡해지고 이에 따라 제조단가가 증가한다는 문제점이 있었다.

한편 전술한 실시예에서는 저항선(14)이 발열선(13)에 인접하도록 즉, 종래의 감지선(114) 기능도 함께 수행하도록 구성하고 있으나, 저항선(14)을 전원코드(12) 또는 발열판부(11, 발열선과 떨어진 영역)에 내장시켜 본 발명을 실시할 수 있다.

그리고 전술한 실시예에서는 전기장판에 대하여 본 발명을 작용하고 있으나, 전기요, 전기방석 등 다른 전기온열장치에 본 발명을 적용할 수 있음은 물론이다.

또한 종래 널리 사용되고 있는 바와 같이 발열판부(11)에 온도센서를 내장하고 온도센서로부터의 검출신호를 반영하여 제어부(24)가 전압스위칭부(21)를 온오프시키도록 구성할 수 있다.

따라서 본 발명에 따르면, 저항선을 발열선에 직렬로 연결하여 발열선에 인가되는 전압을 감소시킴으로써, 전자파의 발생을 감소시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 발열판부와, 상기 발열판부에 내장된 발열선과, 상기 발열선에 발열전압을 공급하는 발열전압공급부를 갖는 전기온열장치에 있어서,

   상기 발열선에 인가되는 전압의 크기가 감소하도록 상기 발열선에 직렬로 연결된 저항선을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기온열장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 발열전압공급부는 상기 저항선에 대하여 병렬을 이루도록 상기 발열선에 연결되는 분압저항을 가지고, 상기 발열선에 흐르는 전류의 일부를 상기 저항선에 대하여 바이패스시키는 바이패스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기온열장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 저항선은 상기 발열선에 인접하도록 상기 발열판부에 설치되고;

   상기 발열전압공급부는 상기 발열선과 외부전원전압사이에 개재된 전압스위칭부와, 상기 저항선에 전기적으로 연결되어 상기 저항선과 상기 발열선사이의 합선상태를 검출하는 검출부와, 상기 검출부의 검출신호에 기초하여 상기 전압스위칭부의 온오프동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기온열장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 발열전압공급부는 상기 저항선에 대하여 병렬을 이루도록 상기 발열선에 연결되는 분압저항을 가지고, 상기 발열선에 흐르는 전류의 일부를 상기 저항선에 대하여 바이패스시키는 바이패스부를 더 포함하고;

   상기 검출부는 상기 분압저항에 인가되는 전압에 기초하여 상기 검출신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전기온열장치.

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