KR100968900B1

KR100968900B1 - 절전 및 3단 안전 발열장치 및 발열제어방법

Info

Publication number: KR100968900B1
Application number: KR1020090008914A
Authority: KR
Inventors: 김세원
Original assignee: 김세원
Priority date: 2009-02-04
Filing date: 2009-02-04
Publication date: 2010-07-14

Abstract

본 발명은 가변차단온도 및 하한온도를 차례대로 거쳐 설정온도까지 가열시키는, 절전 및 3단 안전 발열장치에 있어서, 제 1 전극 및 제 1 전극에 대응되는 제 2 전극을 포함하는 전원부; 전원부와 전기적으로 연결되어 전원부로부터 인가되는 전류에 의해 발열되되, 제 1 전극에 전기적으로 연결되는 제 1 전열선, 제 1 전극에 전기적으로 연결되는 제 2 전열선 및 제 2 전극에 전기적으로 연결되는 제 3 전열선을 포함하고, 제 1 전열선과 제 2 전열선은 제 3 전열선과 전기적으로 연결된 전열선부; 제 1 전열선과 제 2 전열선을 제 1 전극에 전기적으로 연결시키는 개폐스위치를 포함하되, 개폐스위치의 개폐에 의해 전열선부의 온도가 설정온도 및 하한온도 사이에서 유지되도록 하는 온도제어부; 및 제 1 전열선에 설치되어 전열선부의 온도가 가변차단온도에 도달하면, 제 1 전열선으로 흐르는 전류를 차단하는 소비전력 가변개폐부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

전열선부, 소비전력 가변개폐부, 온도제어부, 발열장치

Description

절전 및 3단 안전 발열장치 및 발열제어방법{HEATING APPARATUS AND HEATING CONTROL METHOD FOR SAVING ELECTRICITY AND THREE-STEP SAFETY}

본 발명은 열을 발생시켜 일정한 온도로 유지시키는 발열장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 전기 소비를 감소시키면서, 발생될 수 있는 전자파를 차폐시키고, 전열선들에 인가되는 소비전력을 가변시킴으로써 발열장치의 안전성을 향상시킬 수 있는 발열장치에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 발열장치에 대한 개략도이며, 도 2는 종래 기술에 따른 발열장치의 온도변화 및 시간에 대한 그래프이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 발열장치에서 전열선부(20)의 양극선(23)은 전원부의 양극(13a)과 과열방지부(30)에 연결되고, 전열선부의 음극선(21, 22)은 전원부의 음극(13b)과 과열방지부(30)에 연결되었다. 한편, 전원부의 음극(13b)과 전열선의 음극선(21, 22) 사이에는 접촉스위치(11)가 존재한다. 접촉스위치(11)는 전열선부(20)의 온도에 따라, 전원부(13)와 전열선부(20)를 연결시키거나 차단 시킨다. 전열선부(20)는 전원부(13)의 전류 인가에 의해 발열된다. 전열선부(20)의 온도는 온도센서(12)가 측정했다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 발열장치에는 전열선부(20)의 온도를 조절할 수 있는 접촉스위치가 하나밖에 없어, 설정온도(T_1c)까지 전열선부(20)의 온도가 상승되면(S_1C), 온(on) 상태의 접촉스위치를 오프(off)시켜 전원부와 전열선부의 연결을 차단하여(S_2C), 설정온도를 조정하였다. 일반적으로 발열장치는 초기 설정온도까지 이르는 시간을 단축하기 위하여 사용자가 일반적으로 발열장치를 사용하는 온도의 소비전력보다 많은 소비전력을 사용하여 전열선을 발열시킨다. 이때, 사용되는 소비전력은 일반적으로 발열장치를 사용하는 온도의 소비전력의 두배 이상이다.

또한, 전열선부(20)의 온도가 설정온도(T_1C)에 도달한 후, 접촉센서의 스위치(11)는 오프(off)되어 전열선부로의 전류 인가를 차단한다(S_2C). 차단 후, 일정 온도가 하강하여 하한온도(T_2C)에 도달하면, 접촉센서의 스위치(11)의 상태가 온(on)되도록 하여 전열선부(20)로의 전류의 인가를 허용하여 전열선부(20)의 온도를 상승시켰다(S_3C). 발열장치는 설정온도를 유지하기 위하여, 접촉스위치의 온/오프가 주위의 온도가 변하지 않으면 L1선 및 L2선 내에서 반복적으로 행해진다. 이때, 전열선부로 인가되는 전류량은 일정하여, 하한온도(T_2C)로부터 설정온도(T_1C)로의 온도 상승이 빠르며, 또한 설정온도(T_1C)로부터 하한온도(T_2C)의 온도 하강 또한 빠르다.

또한, 설정온도(T_1C)에서 하한온도(T_2C)로 도달하는데 걸리는 온도하강시간(t_2c-t_1c)과 하한온도(T_2C)에서 설정온도(T_1C)로 도달하는데 걸리는 온도상승시간(t_3c-t_2c)이 짧아, 접촉스위치의 온/오프 변환 상태의 주기가 짧고, 이로 인해 접촉스위치의 접촉 횟수 또한 증가하였다. 이로 인하여 종래의 발열장치는 전열선부 및 접촉스위치의 수명이 짧았다.

아울러, 각종 전열기구의 전열선에 전류가 흐르면 전류에 의한 전자파가 발생하였는데, 이때 발생하는 전자파는 인체에 매우 위험하여 고압전선이 흐르는 지역이나 장시간 전자파에 노출될 경우 암, 당뇨병, 불임, 유산 및 아동의 성장부진 등을 초래할 수 있는 새로운 공해병으로 다가오는 현실에 있으며, 일반적으로 가정에서 주로 사용되는 전기담요나 전기장판, 전기방석 및 전기찜질기 등과 같이 인체의 몸에 직접 접촉시켜 사용되는 경우에는 더욱 인체에 해로운 것으로 인체에 치명적 손상을 가져오게 되는 문제점이 발생하였다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1 목적은 전열선부로 전달되는 전류량을 감소시킴으로써 전열선들에 인가되는 소비전력을 감소시키도록 하는 것이다.

본 발명의 제 2 목적은, 전열선부의 온도가 가변차단온도에 도달한 후, 전열선부의 전열선들에 대해 서로 다른 가변소비전력을 인가시킬 수 있는 발열장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 3 목적은, 전열선들 간의 전류의 흐름을 상이하게 하여 자기장을 중첩 및 상쇄시켜 전자파를 차폐시키도록 하는 것이다.

본 발명의 제 4 목적은, 전열선부가 유연성을 갖는 발열장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 가변차단온도 및 하한온도를 차례대로 거쳐 설정온도까지 가열시키는, 절전 및 3단 안전 발열장치에 있어서, 제 1 전극 및 제 1 전극에 대응되는 제 2 전극을 포함하는 전원부; 전원부와 전기적으로 연결되어 전원부로부터 인가되는 전류에 의해 발열되되, 제 1 전극에 전기적으로 연결되는 제 1 전열선, 제 1 전극에 전기적으로 연결되는 제 2 전열선 및 제 2 전극에 전기적으로 연결되는 제 3 전열선을 포함하고, 제 1 전열선과 제 2 전열선은 제 3 전열선과 전기적으로 연결된 전열선부; 제 1 전열선과 제 2 전열선을 제 1 전극에 전기적으로 연결시키는 개 폐스위치를 포함하되, 개폐스위치의 개폐에 의해 전열선부의 온도가 설정온도 및 하한온도 사이에서 유지되도록 하는 온도제어부; 및 제 1 전열선에 설치되어 전열선부의 온도가 가변차단온도에 도달하면, 제 1 전열선으로 흐르는 전류를 차단하는 소비전력 가변개폐부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 가변차단온도 및 하한온도를 차례대로 거쳐 설정온도까지 가열시키는, 절전 및 3단 안전 발열장치에 있어서, 제 1 전극 및 제 1 전극에 대응되는 제 2 전극을 포함하는 전원부; 전원부와 전기적으로 연결되어 전원부로부터 인가되는 전류에 의해 발열되되, 제 1 전극과 제 2 전극에 전기적으로 연결되는 제 1 전열선, 및 제 1 전극과 제 2 전극에 전기적으로 연결되는 제 2 전열선을 포함하는 전열선부; 제 1 전열선 및 제 2 전열선을 제 1 전극에 전기적으로 연결시키는 개폐스위치를 포함하되, 개폐스위치의 개폐에 의해 전열선부의 온도가 설정온도 및 하한온도 사이에서 유지되도록 하는 온도제어부; 및 제 1 전열선에 설치되어 전열선부의 온도가 가변차단온도에 도달하면, 제 1 전열선으로 흐르는 전류를 차단하는 소비전력 가변개폐부를 포함하는 것이 바람직하다.

더욱이, 본 발명은 제 2 전열선에 설치되어, 전열선부가 설정온도를 초과하는 과열온도에 도달하면, 제 2 전열선으로 흐르는 전류를 차단하는 과열방지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 전열선부의 온도를 측정하고, 측정된 온도를 온도제어부 및 소비전력 가변개폐부로 전송하는 제어온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 온도 제어부는 전열선부의 온도가 설정온도에 도달하면, 개 폐스위치를 오프(off) 상태로 변환시키고, 전열선부의 온도가 하한온도에 도달하면, 개폐스위치를 온(on) 상태로 변환시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 소비전력 가변개폐부는 바이메탈에 의해 전류를 차단하거나 연결하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 소비전력 가변개폐부는 개폐스위치에 의해 전류를 차단하거나 연결하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명의 전열선부의 전열선들은 제 1 전열선 및 제 2 전열선은 이격되어 나란하게 배치된 상태에서 피복되고, 제 3 전열선은 제 1 전열선 및 제 2 전열선을 나선형으로 감는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 본 발명의 전열선부는 제 1 전열선, 제 2 전열선 및 제 3 전열선은 피복된 상태에서 상호 간에 꼬이는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 전열선부에서 제 1 전열선 및 제 2 전열선은 피복된 상태에서 상호 간에 꼬이며, 제 3 전열선은 제 1 전열선 및 제 2 전열선을 나선형으로 감아 피복되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 소비전력 가변개폐부는 제 2 전열선에 설치되어 전열선부의 온도가 가변차단온도에 도달하면, 제 2 전열선으로 흐르는 전류를 차단하는 제 2 소비전력 가변개폐부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은 가변차단온도 및 하한온도를 차례대로 거쳐 설정온도까지 가열시키는 절전 및 3단 안전 발열장치의 발열제어방법에 있어서, (a) 제 1 전열선, 제 2 전열선 및 제 3 전열선을 포함하되, 제 1 전열선 및 제 2 전열선은 제 1 전극에 연결되고, 제 3 전열선은 제 2 전극에 연결되어, 제 1 전열선, 제 2 전열선 및 제 3 전열선이 상호 연결된 전열선부에 전류가 인가되는 단계; (b) 전열선부의 온도가 가변차단온도에 도달할 때까지, 제 1 전열선, 제 2 전열선, 및 제 3 전열선 모두에 전류가 인가되는 단계; (c) 전열선부의 온도가 가변차단온도에 도달하면, 제 2 전열선 및 제 3 전열선에 전류가 인가되는 단계; (d) 전열선부의 온도가 설정온도에 도달하면, 제 1 전열선, 제 2 전열선 및 제 3 전열선 모두에 전류가 차단되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 가변차단온도 및 하한온도를 차례대로 거쳐 설정온도까지 가열시키는 절전 및 3단 안전 발열장치의 발열제어방법에 있어서, (a) 제 1 전극과 제 2 전극에 전기적으로 연결되는 제 1 전열선, 및 제 1 전극과 제 2 전극에 전기적으로 연결되는 제 2 전열선을 포함하되, 제 1 전열선 및 제 2 전열선이 병렬 연결된 전열선부에 전류가 인가되는 단계; (b) 전열선부의 온도가 가변차단온도에 도달할 때까지, 제 1 전열선 및 제 2 전열선 모두에 전류가 인가되는 단계; (c) 전열선부의 온도가 가변차단온도에 도달하면, 제 2 전열선에 전류가 인가되는 단계; (d) 전열선부의 온도가 설정온도에 도달하면, 제 1 전열선 및 제 2 전열선 모두에 전류가 차단되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명은 (e) 전열선부의 온도가 설정온도로부터 하강하여 하한온도에 도달하면, 제 2 전열선에 전류가 인가되도록 하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명인 발열제어방법은 (f) 전열선부의 온도가 설정온도를 초과하 여 과열온도에 도달하면, 전열선부로 인가된 전류가 과열방지부에서 차단되도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명의 제 1 효과는, 전열선부로 전달되는 전류량을 감소시킴으로써 전열선들에 인가되는 소비전력을 감소시킬 수 있어, 본 발명을 장기간 사용하는 경우 비용 절감의 효과가 있으며, 과열에 대한 안전성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제 2 효과는, 전열선부의 온도가 가변차단온도에 도달한 후, 전열선부의 전열선들에 대해 서로 다른 가변소비전력을 인가시킬 수 있어, 소비전력을 감소시키고, 발열장치의 안전성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제 3 효과는, 전열선들 상호 간의 전류의 흐름을 상이하게 하여 자기장을 중첩 및 상쇄시켜 전자파를 차폐시킬 수 있다. 더욱이 소비전력량이 증가되면 전자파 발생량도 증가되는데, 소비전력량을 저감시킴으로써 전자파 발생량을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 제 4 효과는, 본 발명에 의한 전열선부가 유연성을 가지는 것이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제 1 실시예

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열장치에 대한 개략적인 구성도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도제어부 및 소비전력 가변개폐부의 전류의 인가 여부 및 시간의 변화에 따른 전열선부의 온도 변화에 대한 그래프이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명인 발열장치(100)는 전원부(110), 온도제어부(120), 제어온도센서(130), 온도조절하우징(140), 전열선부(150), 과열방지부(160) 및 소비전력 가변개폐부(170)를 포함한다. 본 발명인 발열장치(100)는 가변차단온도(T₁) 및 하한온도(T₃)를 차례대로 거쳐 설정온도(T₂)까지 가열시키는, 절전 및 3단 안전 발열장치이다.

본 실시예에서, 전원부(110)는 제 1 전극(111) 및 제 1 전극(111)에 대응하는 제 2 전극(112)을 포함한다. 본 실시예에서, 제 1 전극(111)은 음극이고, 제 2 전극(112)은 양극인 것으로 설명한다.

온도제어부(120)는 개폐스위치(121)를 포함하며, 개폐스위치(121)는 제 1 전열선(151)과 제 2 전열선(152)을 제 1 전극(111)에 전기적으로 연결시키는 것이 바람직하다. 온도제어부(120)는 개폐스위치(121)의 개폐를 조절함으로써, 전열선부(150)로의 전류의 인가를 허용 및 차단할 수 있어, 전열선부(150)의 온도가 설정온도(T₂) 및 하한온도(T₃) 사이에서 유지되도록 하는 장치이다. 여기서 "전기적으로 연결된다"는 의미는 직접 또는 간접적(예를 들어, 다른 구성요소들을 경유)으로 상호 연결되어 전류가 흐를 수 있도록 하는 것을 의미한다. 온도제어부(120)의 작동 방식은 다음과 같다.

온도제어부(120)는 전열선부(150)의 온도가 설정온도(T₂)에 도달하면, 개폐스위치(121)를 오프(off) 상태로 변환시키고, 전열선부(150)의 온도가 하한온도(T₃)에 도달하면, 개폐스위치(121)를 온(on) 상태로 변환시킨다. 즉, 온도제어부(120)는 제어온도센서(130)에서 측정한 전열선부(150)의 온도가 설정온도(T₂)에 도달하면 제 1 전극(111)과 제 1 전열선(151) 및 제 2 전열선(152)의 연결을 차단하여 전열선부(150)로 전류가 인가되는 것을 차단할 수 있고, 하한온도(T₃)까지 전열선부(150)의 온도가 하강하면 제 1 전극(111)과 제 1 전열선(151) 및 제 2 전열선(152)을 연결하여 전열선부(150)로 전류가 인가되는 것을 허용할 수 있도록 한다. 하한온도(T₃)는 설정온도(T₂)와 일정한 온도차 값(△T₃₂)을 갖도록 발열장치(100)에서 미리 설정되는 것이 바람직하다. 한편, 하한온도(T₃)는 설정온도(T₂)에 따라 가변가능하며, 설정온도(T₂)와 하한온도(T₃)의 온도차 값(△T₃₂)은 사용 환경에 따라 변경가능하다.

제어온도센서(130)는 전열선부(150) 주변에 구비되어, 전열선부(150)의 온도를 측정하고, 측정된 온도를 온도제어부(120) 및 소비전력 가변개폐부(170)로 전송하는 센서이다. 제어온도센서(130)는 전자식 센서를 사용하는 것이 바람직하다. 제어온도센서(130)는 전열선부(150) 및 과열방지부(170)와 함께 온도조절하우징(140)의 외부에 설치되어 발열부를 이룬다.

온도조절하우징(140)은 전원부(110), 온도제어부(120)를 포함하는 부재이며, 온도제어부(120)에 소비전력 가변개폐부(170)가 연결된 경우에는 소비전력 가변개폐부(170)도 포함하는 부재이다.

한편, 전열선부(150)는 제 1 전열선(151), 제 2 전열선(152) 및 제 3 전열선(153)을 포함하며, 전원부(110)의 전류 인가시 발열된다. 다만, 전열선의 갯수 및 형상은 본 실시예에 의해 한정되지 않는다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 전열선(151) 및 제 2 전열선(152)은 이격되어 나란하게 배치된 상태에서 피복되어, 제 1 피복선(154)을 형성한다. 제 3 전열선(153)은 피복된 상태에서 제 1 피복선(154)을 나선형으로 감는 것이 바람직하다. 제 3 전열선(153)이 감긴 제 1 피복선(154)은 다시 피복되어, 제 2 피복선(155)을 형성하는 것이 바람직하다.

제 1 전열선(151)은 제 1 피복선(154)으로부터 인출되어 제 1 전극(111)과 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다. 제 1 전열선(151)의 일단에는 소비전력 가변개폐부(170)가 연결되며, 제 1 전열선(151)의 타단에는 과열방지부(160)가 연결된다. 과열방지부(160)에 연결된 제 1 전열선(151)의 타단은 제 2 전열선(152)의 타단과 결합된다. 한편, 전원부(110)의 초기 전류 인가시 제 1 전열선(151)에는 과열방지부(160)로부터 전원부(110) 방향으로 전류가 흐를 것이다. 이때, 온도제어부(120)의 개폐스위치(121), 과열방지부의 과열방지 스위치(161), 및 소비전력 가변개폐부(170)의 개폐스위치(171)는 온(on) 상태이다.

제 2 전열선(152)은 제 1 피복선(154)으로부터 인출되어 제 1 전극(111)과 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다. 또한, 제 2 전열선(152)은 제 1 전열선(151)과는 병렬 연결되어 제 1 전극(111)에 연결되는 것이 바람직하다.

제 2 전열선(152)은 그 일단이 제 1 전극(111)과 전기적으로 연결되고, 그 타단이 제 1 전열선(151)과 결합되어 과열방지부(160)에 연결된다. 제 2 전열선(152)에 흐르는 전류의 방향은 과열방지부(160)로부터 전원부(110) 방향이다. 이때, 온도제어부(120)의 개폐스위치(121) 및 과열방지부(160)의 과열방지 스위치(161)는 온(on) 상태이다.

제 1 전열선(151) 및 제 2 전열선(152)의 제 1 전극(111)과의 전기적 연결은, 제 1 전열선(151) 및 제 2 전열선(152)이 직접 제 1 전극(111)에 연결될 수도 있거나, 본 실시예와 같이 개폐스위치(121)와 같은 소자에 의하여 제 1 전열선(151) 및 제 2 전열선(152)이 제 1 전극(111)에 연결될 수도 있다는 것을 말한다.

한편, 제 3 전열선(153)은 제 2 피복선(155)으로부터 인출되어, 제 3 전열선(153)의 일단이 제 2 전극(112)에 전기적으로 연결되고, 제 3 전열선(153)의 타단이 과열방지부(160)에 연결된다. 과열방지 스위치(161)의 온(on) 상태시, 제 3 전열선(153)은 제 1 전열선(151) 및 제 2 전열선(152)과 전기적으로 연결된다. 또한, 전원부(110)의 전류 인가시, 제 3 전열선(153)에 흐르는 전류의 방향은 전원부(110)로부터 과열방지부(160) 방향이다.

상술한 바에 따르면, 제 1 전열선(151) 및 제 2 전열선(152)에 흐르는 전류의 방향은 제 3 전열선(153)에 흐르는 전류의 방향과 반대된다. 이에 따라, 제 1 전열선(151) 및 제 2 전열선(152)에 흐르는 자기장과 제 3 전열선(153)에 흐르는 자기장은, 자기장의 중첩시 자기장의 상쇄 현상이 나타나고, 이에 따라 전열선부(150)에서 형성된 전자파가 차폐된다. 본 실시예에서, 제 3 전열선(153)을 제 1 전열선(151) 및 제 2 전열선(152)이 피복된 제 1 피복선(154) 위에서 나선형으로 권선한 이유는, 제 3 전열선(153)에서 흐르는 자기장으로 하여금 제 1 전열선(151) 및/또는 제 2 전열선(152)에서 흐르는 자기장에 의한 전자파를 더욱 효율적으로 차폐하기 위함이다.

한편, 전열선부의 전열선들의 배열 상태는 상술한 것이외에도, 도 4a에 도시된 바와 같이, 피복된 제 1 전열선(151a), 제 2 전열선(152a) 및 제 3 전열선(153a)이 상호 간에 꼬인 상태로 배열된 후 피복되어 전열선부(150a)를 형성할 수 있다. 또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 피복된 제 1 전열선(151b) 및 제 2 전열선(152b)은 상호 간에 꼬이고, 제 3 전열선(153b)은 제 1 전열선(151b) 및 제 2 전열선(152b)을 나선형으로 감긴 상태로 배열된 후 피복(154b)되어 전열선부(150b)를 형성할 수도 있다.

도 4a 및 도 4b에 도시된 전열선부(150a, 150b)의 전열선들의 배열 상태는 음극선인 제 1 전열선(151a, 151b) 및 제 2 전열선(152a, 152b)과 양극선인 제 3 전열선(153a, 153b)과의 접촉 면적을 확대시켜 자기장의 중첩으로 인한 자기장의 상쇄를 증가시켜, 전자파를 더욱 효율적으로 차폐하기 위함이다. 또한, 도 4a 및 도 4b에 도시된 전열선부(150a, 150b)의 전열선들의 배열 형태는 구부러지기 쉬운 특성이 있어, 전기장판 등과 같이 접었다 폈다 하는 발열장치에 용이하게 사용될 수 있다.

과열방지부(160)는 과열방지 스위치(161)를 포함한다. 과열방지 스위치(161)는 양극선인 제 3 전열선(153)과, 음극선인 제 1 전열선(151) 및 제 2 전열선(152)을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 다만, 과열방지부(160)는 전열선부(150)의 온도가 설정온도(T₂)를 초과하여 온도제어부(120)에 의해 제어되지 못하는 과열온도에 도달하면, 전열선부(15)로 인가된 전류를 차단할 것이다.

예를 들어, 과열방지부(160)는 전열선의 온도가 설정온도(T₂)에 도달할 때까지는, 과열방지 스위치(161)가 온(on) 상태를 유지하여 음극선(151, 152)과 양극선(153)을 연결한다. 그러나, 전열선의 온도가 설정온도(T₂)를 초과하여 과열온도에 도달할 때에는, 과열방지부(160)는 과열방지 스위치(161)를 오프(off)시켜 음극선(151, 153)과 양극선(153)의 연결을 차단한다. 과열온도는 발열장치(100)에서 미리 설정된 온도이다.

한편, 소비전력 가변개폐부(170)는 제 1 전열선(151)에 설치되어, 전원부(110)의 전류 인가시 온도제어부(120)를 통과한 전류의 제 1 전열선(151)으로의 인가를 허용하거나 차단할 수 있다.

소비전력 가변개폐부(170)의 제 1 전열선(151)으로의 전류 인가 방식에는 도 3에 도시된 바와 같이, 소비전력 가변개폐부의 개폐스위치(171)를 이용한 방식이 사용될 수도 있다. 또한, 소비전력 가변개폐부(170)의 제 1 전열선(151)으로의 전류 인가 방식으로는 바이메탈 방식, 반도체 소자를 이용한 방식 또는 수동방식도 사용될 수도 있다.

또한, 소비전력 가변개폐부(170)는 제 2 전열선(152)에 설치되어 전열선부(150)의 온도가 가변차단온도에 도달하면, 제 2 전열선(152)으로 흐르는 전류를 차단하는 제 2 소비전력 가변개폐부(172)를 포함한다. 이는 제 1 전열선(151)의 소비전력과 제 2 전열선(152)의 소비전력이 상이할 경우, 제 1 전열선(151)에 설치된 소비전력 가변개폐스위치(171) 및/또는 제 2 전열선에 설치된 제 2 소비전력 가변스위치(172)를 상황에 따라 전열선부(150)의 소비전력을 선택할 수 있다.

소비전력 가변개폐부(170)의 기능은 전열선부(150)의 온도가 가변차단온도(T₁)에 도달하면, 제 1 전열선(151)으로 흐르는 전류를 차단하여, 전열선부(150)의 소비전력을 조절한다. 가변차단온도(T₁)는 발열장치(100)에서 미리 설정된 온도이다.

이하에서는, 도 5를 참조하여, 온도제어부(120) 및 소비전력 가변개폐부(170)의 전류 인가 상태 및 시간의 변화에 따른 전열선부(150)의 온도 변화에 대하여 설명하기로 한다. 도 5에서, 가로축은 전류 인가 시간, 세로축은 전열선부의 온도, 기울기는 전열선부에 가해지는 전류량을 나타낸다. 일반적으로 발열량은 전류량 및 시간에 비례하며, 소비전력은 전압이 동일할 경우, 전류량에 비례한다.

우선, 전열선부(150)가 발열되도록, 전원부(110)는 전열선부(150)에 전류를 인가한다. 이때, 빠른시간 내에 전열선의 온도를 가변차단온도(T₁)까지 상승시키기 위하여, 온도제어부(120)의 개폐스위치(121) 및 소비전력 가변개폐부(170)의 개폐스위치(171)는 모두 온(on)시킨다.(이때, 발열이 시작되기 시작하는 전열선부의 온도(T₀)는 상온에서의 전열선부의 온도라고 본다.) 이에 따라, 전원부(110)의 전류 인가시 제 1 전열선(151), 제 2 전열선(152) 및 제 3 전열선(153) 모두에 전류가 인가된다.(S1 단계) 이때, 제 1 전열선(151), 제 2 전열선(152) 및 제 3 전열선(153)의 소비전력은 동일할 수도 있지만, 각각 다를 수도 있다. 소비전력은 계절적 요인 또는 주변 환경 요인에 따라 가변가능하다. 제 1 전열선(151), 제 2 전열선(152) 및 제 3 전열선(153)의 소비전력은 i)제 1 전열선(151), 제 2 전열선(152) 및 제 3 전열선(153) 모두에 전류가 인가되는 제 1 차 소비전력, ii)제 1 전열선(151) 및 제 3 전열선(153)에 전류가 인가되는 제 2 차 소비전력, 및 iii) 제 2 전열선(152) 및 제 3 전열선(153)에 전류가 인가되는 제 3 차 소비전력 등이 있으며, 사용자의 선택에 따라 선택가능하다.

전열선부(150)의 온도가 가변차단온도(T₁)에 도달(S1)하면, 온도제어부(120)의 개폐스위치(121)만 온(on) 상태를 유지한 상태로, 제 1 전극(111)에 연결된 소비전력 가변개폐부(170)의 개폐스위치(171)를 온(on)상태에서 오프(off) 상태로 변환시킨다.(S2 단계) 즉, S2 단계의 가변차단온도(T₁)에서, 전원부(110)로부터 인가된 전류는 전열선부(150)로의 전달이 1차적으로 차단된다. 이때, 전원부(110)로부터 인가된 전류는 제 2 전열선(152) 및 제 3 전열선(153)에만 흐르고, 제 1 전열선(151)에 흐르지 않게 된다.

따라서, S2 단계에서 전열선부(150)에 흐르는 전류량은 S1단계에서 전열선부(150)에 흐르는 전류량보다 작다. 또한, 소비전력은 전류량에 비례하므로, S2 단계에서의 전류량 감소시, 소비전력 또한 감소할 것이다. 이는, 제 1 전열선(151) 및 제 2 전열선(152)이 병렬연결되어, 동일 전압하에서 전류 인가시, 제 1 전열선(151) 및 제 2 전열선(152) 모두에 전류가 인가된 경우보다, 이들 중 어느 하나의 전열선(151 또는 152)에만 전류가 인가된 경우가 전류량이 작기 때문이다. 이는 도 5의 그래프 상에 나타난 기울기를 비교해보면 알 수 있다. 다만, 도 5에 도시된 기울기는 임의적인 것이므로, 이에 한정되지는 않는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 전열선(151) 및 제 2 전열선(152)에 인가되는 전류량은 당업자의 선택에 따라 변경될 수 있다.

S2 단계가 진행되어 전열선부(150)의 온도가 설정온도(T₂)에 도달하면, 온도제어부(120)는 S2 단계에서의 온(on) 상태의 개폐스위치(121)를 오프(off)상태로 변환시킨다. 이에 따라, S3 단계에서는 제 1 전열선(151)뿐 아니라 제 2 전열선(152)도 제 1 전극(111)과 연결이 차단되어, 전원부(110)로부터 전열선부(150)로의 전류의 흐름이 차단된다. 즉, S3 단계의 설정온도(T₂)에서 전원부(110)로부터 전열선부(150)로의 전류의 흐름이 2차적으로 차단된다. S3 단계에 의해, 전열선부(150)의 온도는 설정온도(T₂)로부터 하한온도(T₃)까지 하강한다. 한편, 설정온도(T₂)로부터 하한온도(T₃)까지의 전열선부(150)의 온도 하강속도는 단순 냉각이므 로, 종래 기술(도 2참조, S_2C)의 온도 하강속도와 거의 동일하다.

전열선부(150)의 온도가 하한온도(T₃)에 도달하면, 온도제어부(120)는 S3 단계에서 오프(off) 변환된 개폐스위치(121)를 온(on)상태로 변환시킨다. 이에 따라, 제 2 전열선(152)은 제 1 전극(111)에 연결되어, 제 2 전열선(152)과 제 3 전열선(153)에 전류가 흐르도록 한다. 상술한 바와 마찬가지로, 제 1 전극과 연결되지 않은 제 1 전열선(151)에는 전류가 흐르지 않는다.(S4 단계)

본 발명인 발열장치(100)는 장기간 동안 설정온도(T₂)를 유지하기 위하여, 전원부(110)의 전류가 전열선부(150)에 인가되는 동안 상술한 S3 단계 및 S4 단계가 반복적으로 실행된다. 즉, 전열선부(150)의 온도가 설정온도(T₂)이면 개폐스위치(121)는 오프(off) 변환되고, 전열선부(150)의 온도가 하한온도(T₃)가 되면 개폐스위치(121)는 온(on) 변환되어, 주위의 온도가 변하지 않으면 L1선 및 L2선 내에서 개폐스위치(121)의 온/오프 변환과정이 일정한 주기로 반복되어 나타난다.

종래 기술(도 2참조)과 비교할 때, S3 단계에서 설정온도(T₂)로부터 하한온도(T₃)로 하강시 소요되는 온도하강시간(△t₂₃)은 종래기술에서의 시간(t_2c-t_1c)과 같고, S4 단계에서 하한온도(T₃)로부터 설정온도(T₂)로 상승시 소요되는 온도상승시간(△t₃₄)은 종래기술에서의 시간(t_3c-t_2c)보다 길다. 따라서, 본 발명과 종래 발명을 동일시간 동안 작동시켰을 때, 본 발명은 종래 기술에 비하여 L1선 및 L2선 내에서 개폐스위치의 접촉 횟수가 감소하는 효과가 있다. 다만, 개폐스위치의 온/오프 변환 주기 및 접촉 횟수는 전압, 전류, 전열선의 저항값에 따라 다소 차이가 있을 수는 있다.

한편, 전열선부(150)의 온도가 과열온도를 초과하는 경우에는, 과열방지부(160)가 음극선(151, 152) 및 양극선(153)의 연결을 차단한다. 즉, 전열선부의 과열 단계에서, 전원부(110)로부터 전열선부(150)로의 전류의 흐름이 3차적으로 차단된다. 차단 방법은 상술한 바와 같이, 과열방지부(160) 내의 과열방지 스위치(161)가 오프(off)되어, 음극선(151, 152)과 양극선(153)의 연결을 차단하는 것이 바람직하다.

본 실시예에 따른 발열장치(100)는 전열선부로 인가된 전류가 가변차단온도(T₁)에서 소비전력 가변개폐부의 개폐스위치(171)의 오프(off) 변환에 의해 1차적으로 차단되고, 설정온도(T₂)에서 온도제어부의 개폐스위치(121)의 오프(off) 변환에 의해 2차적으로 차단되어, 전열선부(150)에 인가되는 소비전력을 가변할 수 있다. 또한, 과열온도에서 전열선부로 인가된 전류는 과열방지부의 과승방지 스위치(161)의 오프(off) 변환에 의해 3차적으로 차단할 수 있어 과열로 인한 전열선부의 손상도 예방할 수 있다.

이제까지는 본 발명의 제 1 실시예에 대하여 설명하였다.

이하부터는, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발열장치에 대하여 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.

제 2 실시예

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발열장치의 개략적인 구성도를 도시한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명인 발열장치(200)는 전원부(210), 온도제어부(220), 제어온도센서(230), 온도조절하우징(240), 전열선부(250), 과열방지부(260) 및 소비전력 가변개폐부(270)를 포함한다.

본 실시예에서는, 상술한 제 1 실시예에서와 동일한 기능을 수행하는 전원부(210), 온도제어부(220), 제어온도센서(230), 온도조절하우징(240) 및 과열방지부(260)의 기능, 형상, 설치 위치, 및 소비전력 가변개폐부(270)의 전류 인가 방식에 대해서는 반복적인 설명을 생략하도록 한다.

이하에서는, 상술한 제 1 실시예와 차이가 있는 전열선부(250)와 소비전력 가변개폐부와의 연결관계, 및 전열선부(250)와 과열방지부(260)의 연결관계에 대하여 설명하기로 한다. 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

전열선부(250)는 제 1 전열선(251), 제 2 전열선(252) 및 제 3 전열선(253)을 포함하며, 전원부(210)의 전류 인가시 발열된다. 제 1 전열선(251), 제 2 전열선(252) 및 제 3 전열선(253)은 이격되어 나란하게 배치된 상태에서 피복되어 피복선(254)을 형성한다.

제 1 전열선(251) 및 제 3 전열선(253)은 피복선(254)으로부터 인출되어 전원부(210)와 소비전력 가변개폐부(270)를 전기적으로 연결하고, 제 2 전열선(252) 및 제 3 전열선(253)은 피복선(254)으로부터 인출되어 전원부(210)와 과열방지부(260)를 전기적으로 연결한다. 한편, 전열선부(250)의 전열선들의 배열 상태는 상술한 제 1 실시예와 같이 변형 및 변경가능하다.

온도제어부(220)는 개폐스위치(221)를 포함하며, 전원부(210)의 제 1 전극(211)과 제 1 전열선(251) 및 제 2 전열선(252) 사이에 위치하여, 제 1 전극(211)과 제 1 전열선(251) 및 제 2 전열선(252)을 연결하는 것이 바람직하다. 온도제어부(220)는 전원부(210)의 전류 인가시, 개폐스위치(221)의 온/오프 변환상태에 따라 제 1 전극(211)으로부터 제 1 전열선(251) 및 제 2 전열선(252)으로의 전류 인가를 허용하기도 하고, 또는 차단하기도 한다.

도 5 및 도 6을 참조하여 온도제어부(220)의 작동 방식에 대하여 설명하면 다음과 같다. 온도제어부(220)는 제어온도센서(230)에서 측정한 전열선부(250)의 온도가 설정온도(T₂)에 도달하면 제 1 전극(211)과 제 1 전열선(251) 및 제 2 전열선(252)의 연결을 차단하여 전열선으로 전류가 인가되는 것을 차단할 수 있고, 하한온도(T₃)까지 전열선부(250)의 온도가 하강하면 제 1 전극(211)과 제 1 전열선(251) 및 제 2 전열선(252)을 연결하여 전열선으로 전류가 인가되는 것을 허용할 수 있다.

가변차단온도(T₁), 설정온도(T₂) 및 하한온도(T₃)는 상술한 제 1 실시예와 동일한 방식으로 발열장치(200)에서 설정 가능하다. 가변차단온도(T₁), 설정온도(T₂) 및 하한온도(T₃)는 전열선부(250)와 온도제어부(220)의 연결허부, 전열선부(250)의 온도제어부(220) 및 소비전력 가변개폐부(270)의 연결허부, 및 전열선부(250)의 온도제어부(220) 및 과열방지부(260)의 연결허부에 따라 달라진다.

이제부터는, 전열선부(250)의 온도제어부(220) 및 소비전력 가변개폐부(270)의 연결허부, 및 전열선부(250)의 온도제어부(220) 및 과열방지부(260)의 연결허부에 따른 전열선부(250)의 시간의 경과에 따른 온도 변화에 대하여 이하에서 설명한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 피복선(254)으로부터 인출된 제 1 전열선(251) 및 제 3 전열선(253)은 소비전력 가변개폐부(270)에 연결되고, 제 2 전열선(252) 및 제 3 전열선(253)은 과열방지부(260)에 연결된다.

과열방지부(260)는 발열장치(200)에서 미리 설정된 과열온도에 도달하지 않는 한, 과열방지 스위치(261)를 온(on) 상태로 유지하여 제 2 전열선(252) 및 제 3 전열선(253)이 전기적으로 연결되도록 한다. 다만, 과열방지부(260)는 전열선부(250)의 온도가 설정온도(T₂)를 초과하여 온도제어부(220)가 제어할 수 없으면, 제 2 전열선(252) 및 제 3 전열선(253)의 연결을 차단하여, 전열선부(250)가 과열되는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 한편, 과열방지부(260)는 소비전력 가변개폐부(270)와 병렬 연결되는 것이 바람직하다.

소비전력 가변개폐부(270)는 제어온도센서(230)가 감지한 전열선부(250)의 온도에 따라 제 1 전열선(251)과 제 3 전열선(253)의 연결을 허용할 수도 있고, 차 단할 수도 있다. 소비전력 가변개폐부(270)의 전류 인가 방식은 상술한 제 1 실시예와 동일하다. 이는 전열선부(250)의 온도가 가변차단온도(T₁)일 때를 기준으로 이루어진다.

소비전력 가변개폐부(270)는 전열선부(250)의 온도가 가변차단온도(T₁)에 도달하면, 제 1 전열선(251)과 제 3 전열선(253)의 연결을 차단시킨다(S2 단계, 도 5참조). 이에 따라, 전원부의 전류 인가시, 전류는 과열방지부(260)와 전원부(210) 사이의 전열선들(252, 253)로만 인가되어, S2 단계에서 전열선부(250)로 인가되는 전류량은 S1 단계에서 전열선부(250)로 인가되는 전류량보다 감소하게 된다. 또한, S2 단계에서 전열선부의 온도가 전류량이 감소된 상태로 설정온도(T₂)까지 상승하는데 걸리는 시간은 종래기술(도 2참조, S_1C)과 비교하여 지연된다. 이는 소비전력 가변개폐부(270)가 전류의 인가를 차단하였기 때문이다.

아울러, 소비전력 가변개폐부(270)로의 전류의 인가를 차단하였기 때문에, 설정온도(T₂)에서 하한온도(T₃)로 이르는 데 걸리는 온도하강시간(△t₂₃, S3 단계)은 종래기술(도 2참조)에서의 시간(t_2c-t_1c)과 같고, 하한온도(T₃)에서 설정온도(T₂)로 이르는 데 걸리는 온도상승시간(△t₃₄, S4 단계)은 온도하강시간(△t₂₃)보다 길다. 따라서, 전열선부(250)의 온도가 L1선 및 L2선 사이의 설정온도(T₂)와 하한온도(T₃) 사이를 유지하는 과정이 반복하여 이루어질 때, 온도상승시간(△t₃₄)은 온도하강시 간(△t₂₃)보다 길기 때문에 온도제어부(220)의 개폐스위치(221)의 접촉 주기는 길어진다. 또한, 종래기술과 비교하여 온도제어부의 접촉 횟수가 감소하여 온도제어부(220)의 수명이 연장되는 효과가 발생한다.

한편, 전열선부의 가변차단온도(T₁), 설정온도(T₂) 및 하한온도(T₃), 전원부의 전압값을 특정하여 본 실시예에 대하여 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 실시예에서 사용된 가변차단온도(T₁), 설정온도(T₂) 및 하한온도(T₃), 전원부의 전압값은 임의적인 수치이므로, 본 실시예는 이에 한정되지 않는다.

설정온도(T₂)는 사용자가 임의로 설정가능하므로, 본 구체예에서는 설정온도(T₂)를 40℃로 설정한다. 가변차단온도(T₁)는 설정온도(T₂)에 따라 가변가능하나, 본 구체예에서의 가변차단온도(T₁)는 설정온도(T₂)보다 5℃ 낮은 35℃라 본다. 가변차단온도(T₁)와 설정온도(T₂)의 온도차이값은 당업자의 입장에서 자명한 범위 내에서 변경가능하다.

또한, 하한온도(T₃)는 상술한 바와 같이, 설정온도(T₂)와 일정한 온도차이값을 가지는데, 본 실시예의 발열장치(200)는 설정온도(T₂)과 하한온도(T₃)의 차이를 2℃라 하면, 하한온도(T₃)는 38℃이다. 다만, 설정온도(T₂)와 일정한 온도차이값은 본 실시예에 한정되지 않으며, 당업자의 입장에서 자명한 범위 내에서 변형 및 변경가능하다. 그러나, 하한온도(T₃)는 설정온도(T₂)보다는 낮고, 가변차단온도(T₁)보 다는 높은 것이 바람직하다.

한편, 본 실시예의 전열선부(250)는 제 1 전열선(251) 및 제 3 전열선(253)에서 230W의 소비전력, 및 제 2 전열선(252) 및 제 3 전열선(253)에서 230W의 소비전력을 가짐에 따라, 과열방지부(260) 및 소비전력 가변개폐부(270) 모두에 전류가 인가되는 경우에는 460W의 소비전력을 갖는다.(S1 단계, 도 5 참조) S1 단계에서 온도제어부(220)의 개폐스위치(221)는 온(on) 상태이다. 이에 따라, 전열선부(250)의 온도는 시간에 대하여 일정한 기울기로 증가하다가, 가변차단온도(T₁)인 35℃에 이르게 된다.

그러나, 전열선부(250)의 온도가 가변차단온도(T₁)인 35℃에 도달하면, 소비전력 가변개폐부(270)는 제 1 전열선(251) 및 제 3 전열선(253)의 연결을 차단하여, 제 1 전열선(251) 및 제 3 전열선(253)으로는 전류가 인가되지 않도록 한다. 이에 의해, 전열선부(250)의 소비전력은 제 2 전열선(252) 및 제 3 전열선(253)에 인가된 전류에 의한 230W의 소비전력만을 가진다. 다만, 본 구체예에서 전열선들로 인가된 소비전력은 예시일 뿐이며, 이에 한정되지 않는다. 따라서, 제 1 전열선(251)과 제 3 전열선(253)에서의 소비전력과 제 2 전열선(252)과 제 3 전열선(253)에서의 소비전력이 동일하거나 230W일 필요가 없다.(S2 단계, 도 5 참조) 여기서, "전열선부의 온도"라 함은 제어온도센서(230)가 감지한 온도를 말한다.

한편, S2 단계에서 온도제어부(220)의 개폐스위치(221)는 온(on) 상태이다. 이에 따라, 전열선부(250)의 온도는 시간에 대하여 일정한 기울기로 증가하다가, 설정온도(T₂)인 40℃에 이르게 된다. S2 단계에서의 기울기 값은 S1 단계의 기울기 값보다 작다. 이는 소비전력 가변개폐부(270)가 제 1 전열선(251) 및 제 3 전열선(253)의 연결을 차단함에 따라 전열선부(250)의 소비전력은 감소되기 때문이다.

S2 단계에서, 제 2 전열선(252) 및 제 3 전열선(253)이 서서히 발열되어, 설정온도(T₂)인 40℃에 도달하면, 온도제어부(220)의 개폐스위치(221)는 오프(off)상태로 변환되어, 제 1 전극(211)과 제 2 전열선(252)의 연결을 차단한다. 전열선부(250)로의 전류 인가가 차단되어, 전열선부(250)의 온도는 하한온도(T₃)인 38℃에 이를 때까지 일정한 기울기로 점차 감소한다. 이때 전열선부(250)는 단순 냉각이 이루어지기 때문에, 온도가 감소하는 기울기는 종래의 전열선부(101)의 기울기와 동일하다.(S3 단계)

S3 단계에 따라, 전열선부(250)의 온도가 하한온도(T₃)인 38℃에 이르게 되면 온도제어부(220)의 개폐스위치(221)는 온(on)되어, 제 1 전극(211)과 제 2 전열선(252)을 연결한다. 이에 따라, 전류가 제 2 전열선(252) 및 제 3 전열선(253)으로 인가되고, 전열선부(250)의 온도는 일정한 기울기로 점차 증가하여, 설정온도(T₂)에 도달한다.(S4 단계)

결국, 전열선부(250)는 주위의 온도 변화가 없다면 L1선 및 L2선 사이에서 일정한 기울기로 감소했다가 점차 증가하는 것을 반복한다. 이에 따른 효과는 본 실시예 내에서 상술한 바와 같다.

한편, 온도제어부(220), 소비전력 가변개폐부(270) 및 과열방지부(260)는 전열선부(250)의 온도를 감지하고 이에 따라 작동하는 소자 또는 조절기 등의 형태로 제작될 수 있고, 이에 한정되지 않고 다양한 형태로 제작될 수 있다.

이제까지는 본 발명의 제 2 실시예에 대하여 설명하였다.

이하부터는, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발열장치에 대하여 도 7를 참조하여 설명하기로 한다.

제 3 실시예

도 7은 상술한 제 1 실시예와 상이한 실시예에 따른 발열장치의 개략적인 구성도를 도시한다

본 발명인 발열장치(300)는, 전원부(310), 온도제어부(320), 제어온도센서(330), 온도조절하우징(340), 전열선부(350), 과열방지부(360) 및 소비전력 가변개폐부(370)를 포함한다. 한편, 본 실시예에서는, 상술한 제 1 실시예에서와 동일한 기능을 수행하는 전원부(310), 온도제어부(320), 제어온도센서(330), 온도조절하우징(340), 과열방지부(360) 및 소비전력 가변개폐부(370)의 기능, 형상, 설치 위치에 대해서는 반복적인 설명을 생략하도록 한다.

아울러, 본 실시예에 따른 발열장치(300)는, 상술한 제 1 실시예에서 설명한 바와 같이, 온도제어부(320)의 개폐스위치(321) 및 소비전력 가변개폐부(370)의 개폐스위치(371)의 연결상태에 따른 전류 인가량 및 시간에 따라 전열선부(350)의 온도가 변화하는데, 이는 도 5에 도시된 바와 같다.

본 실시예에 따른 전열선부(350)는 제 1 전열선(351), 제 2 전열선(352) 및 피복선(353)으로 이루어지는 것이 바람직다.

제 1 전열선(351)은 피복선(353)으로부터 인출되어, 그 일단이 제 1 전극(311)에 전기적으로 연결되고, 그 타단이 제 2 전극(312)에 전기적으로 연결된다. 또한, 제 1 전열선(351)의 일단은 제 1 극(311)과 온도제어부(320), 및 온도제어부(320)와 소비전력 가변개폐부(370)를 전기적으로 연결시킨다. 반면, 제 1 전열선(351)의 타단은 제 2 전극(312)과 과열방지부(360)를 전기적으로 연결시킨다.

제 2 전열선(352)은 피복선(353)으로부터 인출되어, 그 일단이 제 1 전극(311)에 전기적으로 연결되고, 그 타단이 제 2 전극(312)에 전기적으로 연결된다. 제 2 전열선(352)의 일단은 제 1 극(311)과 온도제어부(320)를 전기적으로 연결시킨다. 반면, 제 2 전열선(352)의 타단은 제 2 전극(312)과 과열방지부(360)를 전기적으로 연결시킨다.

제 1 전열선(351) 및 제 2 전열선(352)은 상호 간에 병렬 연결되는 것이 바람직하다. 제 1 전열선(351) 및 제 2 전열선(352)은 전원부(310)로부터의 전류 인가에 의해 발열된다.

한편, 온도제어부(320)는 개폐스위치(321)를 포함한다. 개폐스위치(321)는 제 1 전극(311)과 전기적으로 연결되어, 제 1 전열선(351) 및 제 2 전열선(352)와 제 1 전극을 전기적으로 연결할 수도 있고, 전기적 연결을 차단할 수도 있다. 온도제어부(320)는 상술한 제 1 실시예와 마찬가지로, 개폐스위치(321)의 개폐에 의해 전열선부(350)의 온도가 설정온도(T₂) 및 하한온도(T₃) 사이에서 유지되도록 한다.

과열방지부(360)는 전열선부(350)와 제 2 전극(312) 사이에 위치되는 것이 바람직하다. 과열방지부(360)는 전열선부(350)의 온도가 설정온도(T₂)를 초과하여 과열온도에 도달하는 경우에는 제 1 전극(311)으로부터 제 2 전극(312)으로의 전류의 인가를 차단한다.

소비전력 가변개폐부(370)는 상술한 실시예서와 마찬가지로 제 1 전열선(351)에 설치되어, 전열선부(350)의 온도가 가변차단온도(T₁)에 도달하면, 제 1 전열선(351)으로 흐르는 전류가 차단되도록 한다. 또한, 소비전력 가변개폐부(370)는 제 2 전열선(352)에 설치되어 전열선부(350)의 온도가 가변차단온도(T₁)에 도달하면, 제 2 전열선(352)으로 흐르는 전류를 차단하는 제 2 소비전력 가변개폐부(372)를 더 포함할 수도 있다. 소비전력 가변개폐부(370)의 전류 인가 방식은 상술한 제 1 실시예와 동일하다.

본 실시예에 따른 온도제어부(320)의 개폐스위치(321)의 개폐 상태, 및 소비전력 가변개폐부(370)의 개폐스위치(371)에 따른 전열선부의 온도 변화에 대하여 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

온도제어부(320)는 전열선부(350)의 온도가 가변차단온도(T₁)에 도달할 때까지는, 온도제어부(320)의 개폐스위치(321) 및 소비전력 가변개폐부(370)의 개폐스위치(371) 모두를 온(on)시켜, 제 1 전열선(351) 및 제 2 전열선(352) 모두에 전류 가 인가되도록 한다.(도 5참조, S1) S1 단계에서, 제 1 전열선(351) 및 제 2 전열선(352) 모두에 전류가 인가되어, 전열선부(350)는 빠른시간 내에 온도가 상승할 것이다.

한편, 제 1 전열선(351) 및 제 2 전열선(352)의 소비전력은 동일할 수도 있지만, 각각 다를 수도 있다. 또한, 소비전력은 계절적 요인 또는 주변 환경 요인에 따라 가변가능하다. 제 1 전열선(351) 및 제 2 전열선(352)에 사용될 수 있는 소비전력으로는 i)제 1 전열선(351) 및 제 2 전열선(152) 모두에 전류가 인가되는 제 1 차 소비전력, ii)제 1 전열선(351) 에만 전류가 인가되는 제 2 차 소비전력, 및 iii) 제 2 전열선(352)에만 전류가 인가되는 제 3 차 소비전력이 있다.

S1 단계를 거쳐 전열선부(350)의 온도가 가변차단온도(T₁)로부터 설정온도(T₂)에 도달할 때까지, 소비전력 가변개폐부(370)는 개폐스위치(371)를 오프(off) 상태로 변환시켜, 제 2 전열선(352)에만 전류가 인가되도록 한다(S2). 이는 전열선부(350)로 흐르는 전류량을 조절하여, 전열선부(350)에서 소비되는 소비절력을 감소시키기 위함이다.

한편, 전열선부(350)의 온도가 설정온도(T₂)에 도달하면, 온도제어부(320)는 개폐스위치(321)를 온(on)상태에서 오프(off)상태로 변환시켜, 제 2 전열선(352)으로 전류가 인가되는 것을 차단한다. 이는 전열선부(350)로의 전류의 흐름을 차단하여, 설정온도(T₂) 이상으로 전열선부(350)가 발열되지 않도록 하기 위함이다. 개폐 스위치(321)가 오프(off)상태로 변환된 후 일정 시간(△t₂₃)이 지나면, 전열선부(350)의 온도는 하한온도(T₃)까지 하강한다(도 5참조, S3)

전열선부(350)의 온도가 설정온도(T₂)로부터 온도가 하강하여 하한온도(T₃)에 도달하면, 온도제어부(320)는 개폐스위치(321)를 온(on)시켜, 제 2 전열선(352)에 전류가 인가되도록 한다. 개폐스위치(321)가 온(on)상태로 변환된 후, 일정 시간(△t₃₄)이 지나면, 전열선부(350)의 온도는 설정온도(T₂)까지 상승한다(도 5참조, S4).

전원부(310)의 전열선으로의 전류 인가 후, 사용자가 발열장치(300)의 사용을 중지하기까지, 상술한 S3 단계 및 S4 단계가 반복된다. 종래 기술(도 2 참조)과 비교하면, 본 실시예에서의 S2 단계는 종래 기술의 S_1C 단계에 비하여 전류량을 감소시켜 소비전력을 감소시키는 효과가 있고, S3 단계 및 S4 단계는 동일시간 내에서 종래기술의 S_2C 및 S_3C의 단계보다 L1선과 L2선 사이에서 개폐스위치의 접촉 횟수를 감소시키는바, 소비 전력의 감소뿐 아니라 개폐스위치의 수명 연장의 효과도 있다.

이제까지는 본 발명의 제 3 실시예에 대하여 설명하였다.

이하부터는, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발열장치에 대하여 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.

제 4 실시예

도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발열장치의 개략적인 구성도를 도시한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명인 발열장치(400)는 전원부(410), 온도제어부(420), 제어온도센서(430), 온도조절하우징(440), 전열선부(450), 과열방지부(460) 및 소비전력 가변개폐부(470)를 포함한다.

본 실시예에서는, 상술한 제 3 실시예에서와 동일한 기능을 수행하는 전원부(410), 온도제어부(420), 제어온도센서(430), 온도조절하우징(440), 과열방지부(460), 및 소비전력 가변개폐부(470)의 기능, 형상, 설치 위치에 대해서는 반복적인 설명을 생략하도록 한다.

이하에서는, 상술한 제 3 실시예와 차이가 있는 전열선부(450)와 소비전력 가변개폐부(470)와의 연결관계, 및 전열선부(450)와 과열방지부(460)의 연결관계에 대하여 설명하기로 한다. 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

아울러, 본 실시예는, 상술한 제 3 실시예에서와 같이, 온도제어부(420)의 개폐스위치(421) 및 소비전력 가변개폐부(470)의 개폐스위치(471)의 연결상태에 따른 전류 인가량 및 시간에 따라 전열선부(450)의 온도가 변화하는데, 이는 도 5에 도시된 바와 같다.

전열선부(450)는 상술한 제 3 실시예에서와 마찬가지로 제 1 전열선(451) 및 제 2 전열선(452)을 포함하며, 제 1 전열선(451) 및 제 2 전열선(452)은 전류의 흐름 방향이 동일하다. 제 1 전열선(451) 및 제 2 전열선(452)은 피복된 상태로 상호 간에 이격되어 위치되는 것이 바람직하며, 제 1 전열선(451) 및 제 2 전열선(452)은 병렬 연결로 상호 간에 연결된다.

제 1 전열선(451) 및 제 2 전열선(452)은 온도제어부(420)와 전기적으로 연결되어 제 1 전극(411)과 전기적으로 연결되고, 과열방지부(360) 및 소비전력 가변개폐부(370)와 전기적으로 연결되어 제 2 전극(412)과 전기적으로 연결된다.

한편, 본 실시예에서 과열방지부(460) 및 소비전력 가변개폐부(470)는 온도제어부(420)와 대응되는 위치에서 상호 간에 병렬로 연결되는 것이 바람직하다. 과열방지부(460) 및 소비전력 가변개폐부(470)의 작동 방식은 상술한 실시예들과 동일하다. 이하에서는 전원부(410)의 전류 인가시, 온도제어부(420)의 개폐스위치(421)이 온(on) 상태인 경우, 전열선부의 온도 변화에 따른 과열방지부(460) 및 소비전력 가변개폐부(470)의 작동 상태에 대하여, 도 5 및 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.

상술한 실시예들에서와 마찬가지로, 전열선부(450)의 온도가 가변차단온도(T₁)에 도달하기까지는, 과열방지부(460)의 과열방지 스위치(461) 및 소비전력 가변개폐부(470)의 개폐스위치(471) 모두는 온(on) 상태이다.

그러나, 전열선부(450)의 온도가 가변차단온도(T₁)에 도달하면, 소비전력 가변개폐부(470)의 개폐스위치(471)는 온(on)상태에서 오프(off)상태로 변환되어, 소비전력 가변개폐부(470)에 연결된 전열선으로의 전류의 흐름을 차단한다. 이때, 과열방지부(460)의 과열방지 스위치(461)는 온(on) 상태를 유지하며, 이는 전열선 부(450)의 온도가 과열온도에 도달하지 않는 한, 온(on) 상태를 계속 유지한다.

전열선부(450)의 온도가 설정온도(T₂)에 도달하면, 온도제어부(420)는 개폐스위치(421)를 온(on)상태에서 오프(off)상태로 변환시켜 제 2 전극(412)으로부터 제 1 전극(411)으로의 전류의 흐름을 차단한다.

설정온도(T₂)와 하한온도(T₃) 사이에서, 온도제어부(420)의 개폐스위치(421)는 온/오프 변환을 반복하며, 이때 과열방지부(460)의 과열방지 스위치(461)는 온(on) 상태이고, 소비전력 가변개폐부(470)의 개폐스위치(471)는 오프(off) 상태이다.(S3 단계 및 S4 단계, 도 5참조)

위에 설명된 예시적인 실시예는 제한적이기보다는 본 발명의 모든 관점들 내에서 설명적인 것이 되도록 의도되었다. 따라서 본 발명은 본 기술 분야의 숙련된 자들에 의하여 본 명세서 내에 포함된 설명들로부터 얻어질 수 있는 많은 변형 및 상세한 실행이 가능하다. 다음의 청구범위에 의하여 한정된 바와 같이 이러한 모든 변형 및 변경은 본 발명의 범위 및 사상 내에 있는 것으로 고려되어야 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 발열장치에 대한 개략도이다.

도 2는 종래 기술에 따른 발열장치의 온도변화 및 시간에 대한 그래프이다.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발열장치에 대한 개략적인 구성도이다.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전열선부의 일 형태를 도시한 개략도이다.

도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전열선부의 일 형태를 도시한 개략도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열장치의 온도변화 및 시간에 대한 그래프이다.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발열장치에 대한 개략적인 구성도이다.

도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발열장치에 대한 개략적인 구성도이 다.

도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발열장치에 대한 개략적인 구성도이다.

Claims

가변차단온도 및 하한온도를 차례대로 거쳐 설정온도까지 가열시키는, 절전 및 3단 안전 발열장치에 있어서,

제 1 전극 및 상기 제 1 전극에 대응되는 제 2 전극을 포함하는 전원부;

상기 전원부와 전기적으로 연결되어 상기 전원부로부터 인가되는 전류에 의해 발열되되, 상기 제 1 전극에 전기적으로 연결되는 제 1 전열선, 상기 제 1 전극에 전기적으로 연결되는 제 2 전열선 및 상기 제 2 전극에 전기적으로 연결되는 제 3 전열선을 포함하고, 상기 제 1 전열선과 상기 제 2 전열선은 상기 제 3 전열선과 전기적으로 연결된 전열선부;

상기 제 1 전열선과 상기 제 2 전열선을 상기 제 1 전극에 전기적으로 연결시키는 개폐스위치를 포함하되, 상기 개폐스위치의 개폐에 의해 상기 전열선부의 온도가 상기 설정온도 및 상기 하한온도 사이에서 유지되도록 하는 온도제어부; 및

상기 제 1 전열선에 설치되어 상기 전열선부의 온도가 상기 가변차단온도에 도달하면, 상기 제 1 전열선으로 흐르는 전류를 차단하는 소비전력 가변개폐부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열장치.
가변차단온도 및 하한온도를 차례대로 거쳐 설정온도까지 가열시키는, 절전 및 3단 안전 발열장치에 있어서,

제 1 전극 및 상기 제 1 전극에 대응되는 제 2 전극을 포함하는 전원부;

상기 전원부와 전기적으로 연결되어 상기 전원부로부터 인가되는 전류에 의해 발열되되, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극에 전기적으로 연결되는 제 1 전열선, 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극에 전기적으로 연결되는 제 2 전열선을 포함하는 전열선부;

상기 제 1 전열선 및 상기 제 2 전열선을 상기 제 1 전극에 전기적으로 연결시키는 개폐스위치를 포함하되, 상기 개폐스위치의 개폐에 의해 상기 전열선부의 온도가 상기 설정온도 및 상기 하한온도 사이에서 유지되도록 하는 온도제어부; 및

상기 제 1 전열선에 설치되어 상기 전열선부의 온도가 상기 가변차단온도에 도달하면, 상기 제 1 전열선으로 흐르는 전류를 차단하는 소비전력 가변개폐부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 발열 장치는,

상기 제 2 전열선에 설치되어, 상기 전열선부가 상기 설정온도를 초과하는 과열온도에 도달하면, 상기 제 2 전열선으로 흐르는 전류를 차단하는 과열방지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발열장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 발열 장치는,

상기 전열선부의 온도를 측정하고, 측정된 온도를 상기 온도제어부 및 상기 소비전력 가변개폐부로 전송하는 제어온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발열장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 온도 제어부는

상기 전열선부의 온도가 상기 설정온도에 도달하면, 상기 개폐스위치를 오프(off) 상태로 변환시키고,

상기 전열선부의 온도가 상기 하한온도에 도달하면, 상기 개폐스위치를 온(on) 상태로 변환시키는 것을 특징으로 하는 발열장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 소비전력 가변개폐부는 바이메탈에 의해 전류를 차단하거나 연결하는 것을 특징으로 하는 발열장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 소비전력 가변개폐부는 개폐스위치에 의해 전류를 차단하거나 연결하는 것을 특징으로 하는 발열장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 전열선 및 상기 제 2 전열선은 이격되어 나란하게 배치된 상태에서 피복되고, 상기 제 3 전열선은 상기 제 1 전열선 및 상기 제 2 전열선을 나선형으로 감는 것을 특징으로 하는 발열장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전열선부에서 상기 제 1 전열선, 상기 제 2 전열선 및 상기 제 3 전열선은 피복된 상태에서 상호 간에 꼬이는 것을 특징으로 하는 발열장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전열선부에서 상기 제 1 전열선 및 상기 제 2 전열선은 피복된 상태에서 상호 간에 꼬이며, 상기 제 3 전열선은 상기 제 1 전열선 및 상기 제 2 전열선을 나선형으로 감아 피복되는 것을 특징으로 하는 발열장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 소비전력 가변개폐부는 상기 제 2 전열선에 설치되어 상기 전열선부의 온도가 상기 가변차단온도에 도달하면, 상기 제 2 전열선으로 흐르는 전류를 차단 하는 제 2 소비전력 가변개폐부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발열장치.
가변차단온도 및 하한온도를 차례대로 거쳐 설정온도까지 가열시키는 절전 및 3단 안전 발열장치의 발열제어방법에 있어서,

(a) 제 1 전열선, 제 2 전열선 및 제 3 전열선을 포함하되, 상기 제 1 전열선 및 상기 제 2 전열선은 제 1 전극에 연결되고, 상기 제 3 전열선은 제 2 전극에 연결되어, 상기 제 1 전열선, 상기 제 2 전열선 및 상기 제 3 전열선이 상호 연결된 전열선부에 전류가 인가되는 단계;

(b) 상기 전열선부의 온도가 상기 가변차단온도에 도달할 때까지, 상기 제 1 전열선, 상기 제 2 전열선, 및 상기 제 3 전열선 모두에 전류가 인가되는 단계;

(c) 상기 전열선부의 온도가 상기 가변차단온도에 도달하면, 상기 제 2 전열선 및 상기 제 3 전열선에 전류가 인가되는 단계;

(d) 상기 전열선부의 온도가 상기 설정온도에 도달하면, 상기 제 1 전열선, 상기 제 2 전열선 및 상기 제 3 전열선 모두에 전류가 차단되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열장치의 발열제어방법.
가변차단온도 및 하한온도를 차례대로 거쳐 설정온도까지 가열시키는 절전 및 3단 안전 발열장치의 발열제어방법에 있어서,

(a) 제 1 전극과 제 2 전극에 전기적으로 연결되는 제 1 전열선, 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극에 전기적으로 연결되는 제 2 전열선을 포함하되, 상기 제 1 전열선 및 상기 제 2 전열선이 병렬 연결된 전열선부에 전류가 인가되는 단계;

(b) 상기 전열선부의 온도가 상기 가변차단온도에 도달할 때까지, 상기 제 1 전열선 및 상기 제 2 전열선 모두에 전류가 인가되는 단계;

(c) 상기 전열선부의 온도가 상기 가변차단온도에 도달하면, 상기 제 2 전열선에 전류가 인가되는 단계;

(d) 상기 전열선부의 온도가 상기 설정온도에 도달하면, 상기 제 1 전열선 및 상기 제 2 전열선 모두에 전류가 차단되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열장치의 발열제어방법.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,

(e) 상기 전열선부의 온도가 상기 설정온도로부터 하강하여 상기 하한온도에 도달하면, 상기 제 2 전열선에 전류가 인가되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열장치의 발열제어방법.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 발열제어방법은

(f) 상기 전열선부의 온도가 상기 설정온도를 초과하여 과열온도에 도달하면, 상기 전열선부로 인가된 전류가 과열방지부에서 차단되도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발열장치의 발열제어방법.