KR101213580B1 - 수중 가열장치 - Google Patents

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KR101213580B1
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Abstract

액체의 양이 기준값 이상일 경우에만 히터를 작동시키도록 구현하는 것이 가능하도록, 전원이 공급되면 발열하는 히터와, 히터를 외부에서 감싸는 케이스와, 히터에 전원을 공급하기 위하여 케이스의 일부를 관통하여 히터와 전기적으로 연결되는 전원선과, 케이스 내부에 설치되고 온도감지센서와 정전용량센서가 내부에 설치되는 온도센서를 포함하는 수중 가열장치를 제공한다.

Description

수중 가열장치 {Heating Device Used In Water}
본 발명은 수중 가열장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 히터가 수중에 있는지의 여부를 감지하여 수족관이나 미생물 발효기 등에서 사용할 때의 안전성을 크게 향상시킨 수중 가열장치에 관한 것이다.
일반적으로 어항이나 수족관, 수조, 종자 발아기, 미생물 발효기, 액체비료 제조기, 간이 온수기 등에 있어서는 물이나 액체의 온도를 일정하게 유지하는 것이 매우 중요하며, 이를 위하여 수중 히터를 사용하고 있다.
종래 수중 히터는 직접 물이나 액체와 접촉하도록 케이스를 사용하지 않는 방식과, 케이스 내부에 히터를 장착하여 안전성을 향상시킨 방식 등이 사용된다.
대한민국 공개실용신안 제20-2008-0005572호, 등록실용신안 제20-0288311호, 공개특허 제10-2003-0064698호, 제10-2005-0111561호, 제10-2011-0027622호 등에는 다양한 수중 히터의 구조가 공개되어 있다.
종래 수중 히터의 경우에는 히터의 과열을 방지하고 가열되는 액체의 온도를 측정하기 위하여 온도센서를 설치하고 있다.
그런데, 단순히 온도를 감지하기 위한 온도센서만을 설치하는 경우에는 센서가 수중이나 액중이 아니라 공기중에 노출된 경우에도 이를 정확하게 분별하여 감지하는 것이 불가능하므로, 히터를 작동시켜 화재가 발생하거나 작업자가 화상을 입을 우려가 있다. 기존 온도센서의 경우에는 온도의 변화에 따라 히터의 작동여부를 결정하므로, 수조의 청소나 액체의 증발, 수조의 파손 등의 원인으로 공기 중에 노출된 경우에도 히터가 작동될 가능성이 높다.
따라서 공개특허 제10-2005-0111561호 및 제10-2011-0027622호 등의 수중 히터에는 물이나 액체가 부족하거나 없는 상태에서 히터가 작동되는 것을 방지하기 위하여 수위감지센서나 액체감지센서 등을 설치하고 있다.
공개특허 제10-2005-0111561호의 경우에는 수위감지센서가 수중에 있을 경우에는 통전이 이루어지고, 공기중에 노출될 경우에는 접점이 단락되는 것으로 수위를 감지하도록 구성된다. 그러나 이 경우에는 액체의 양이 많고 적음에 따른 감지가 어려울 뿐만 아니라, 실제 히터는 공기중에 노출되었지만 히터와 분리되어 설치되는 수위감지센서에서는 이를 감지할 수 없다는 문제가 있다.
공개특허 제10-2011-0027622호의 경우에는 액체감지센서의 구체적인 구성이 기재되어 있지 않지만, 단순히 히터 부분이 액체에 잠겼는지의 여부만을 감지하도록 이루어지는 것으로 추정된다. 이 경우에는 액체의 양에 따른 제어가 어렵다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 점에 조감하여 이루어진 것으로서, 정전용량센서를 일체로 설치하여 액체의 양이 기준값 이상일 경우에만 히터를 작동시키도록 구현하는 것이 가능한 수중 가열장치용 온도센서를 제공하는데, 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 히터와 근접된 위치에 정전용량센서와 온도감지센서를 일체로 설치하여 액체의 온도 및 액체의 양을 감지하여 히터의 작동을 효율적으로 제어하는 것이 가능한 수중 가열장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 수중 가열장치용 온도센서는 주변의 온도를 감지하는 온도감지센서와, 상기 온도감지센서와 전기적으로 연결되고 감지된 온도의 데이터를 처리하는 회로가 탑재된 주기판과, 상기 주기판의 한쪽에 설치되고 도전체로 이루어지는 판형상의 정전용량센서와, 상기 주기판의 정전용량센서의 반대쪽에 설치되고 상기 정전용량센서와 전기적으로 연결되어 감지된 정전용량의 데이터를 처리하는 정전용량 감지회로가 탑재되고 상기 주기판과 전기적으로 연결되는 보조기판과, 상기 주기판과 전기적으로 연결되며 상기 온도감지센서와 정전용량센서로부터 감지된 데이터를 외부의 제어회로로 전송하는 신호선과, 상기 온도감지센서와 주기판, 정전용량센서, 보조기판의 외부를 일체로 감싸며 지지하는 몰딩부재를 포함하여 이루어진다.
상기에서 판형상의 정전용량센서를 설치하면, 기생 정전용량을 감지하는 것에 의하여 주변에 있는 액체의 양을 감지하는 것이 가능하다. 즉 주변에 있는 액체의 양에 따라 상기 정전용량센서에서 감지되는 정전용량의 값이 달라진다.
상기 몰딩부재의 외면에는 둘레를 따라 간격을 두고 외부로 돌출하여 금속 등의 도전체가 정전용량센서쪽으로 근접하는 것을 방지하기 위한 복수의 접근방지날개를 일체로 설치한다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 수중 가열장치는 전원이 공급되면 발열하는 히터와, 상기 히터를 외부에서 감싸는 케이스와, 상기 히터에 전원을 공급하기 위하여 상기 케이스의 일부를 관통하여 상기 히터와 전기적으로 연결되는 전원선과, 상기 케이스 내부에 설치되고 온도감지센서와 정전용량센서가 내부에 설치되는 온도센서를 포함하여 이루어진다.
상기 히터에 공급되는 전원을 제어하며 상기 온도센서와 전기적으로 연결되는 히터제어부를 상기 히터와 전원선이 연결되는 부분의 상기 케이스 내부에 설치하는 것도 가능하다.
상기 히터제어부에는 히터의 전원을 단속하는 스위치부와, 상기 온도센서로부터 전달되는 온도 데이터를 설정된 기준값과 비교하여 전원의 단속여부에 대한 신호를 상기 스위치부로 전송하는 온도비교부와, 상기 전원선으로부터 공급되는 전원을 안정화하여 상기 히터로 공급하는 전원안정화부를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따른 수중 가열장치용 온도센서 및 수중 가열장치에 의하면, 도전체로 이루어지는 판형상의 정전용량센서와 근접하여 보조기판을 설치하므로, 주변 환경이나 정전용량 데이터를 처리하는 회로부와 연결하는 선로의 길이가 길어짐에 따른 측정되는 정전용량 데이터의 왜곡을 최소화하는 것이 가능하다. 따라서 정확한 정전용량 데이터를 이용하여 히터가 위치한 주위의 액체의 양을 정확하게 추적하여 히터의 작동여부를 제어하는 것이 가능하다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 수중 가열장치용 온도센서 및 수중 가열장치에 의하면, 몰딩부재의 외부에 접근방지날개를 설치하므로, 도전체가 정전용량센서로 접근하는 것을 효과적으로 방지하는 것이 가능하며, 정밀도를 높게 유지하는 것이 가능하다.
나아가 본 발명의 실시예에 따른 수중 가열장치에 의하면, 히터제어부를 케이스 내부에 설치하는 것이 가능하므로, 수시로 이동하면서 사용하는 간이형을 제작하는 것이 가능하다.
또 본 발명의 실시예에 따른 수중 가열장치에 의하면, 히터와 근접된 위치에 온도센서를 설치하므로, 정확한 온도 제어가 가능하고, 히터 동작의 안전을 충분하게 확보하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 수중 가열장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 수중 가열장치에 있어서 온도센서를 보이게 절단하여 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 수중 가열장치용 온도센서를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 수중 가열장치용 온도센서를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 수중 가열장치용 온도센서에 있어서 보조기판에 탑재되는 정전용량 감지회로의 일예를 나타내는 회로도이다.
다음으로 본 발명의 수중 가열장치용 온도센서 및 수중 가열장치의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
이하에서 동일한 기능을 하는 기술요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고, 중복 설명을 피하기 위하여 반복되는 상세한 설명은 생략한다.
이하에 설명하는 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 효과적으로 보여주기 위하여 예시적으로 나타내는 것으로, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위하여 해석되어서는 안된다.
본 발명의 제1실시예에 따른 수중 가열장치는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 케이스(10)와, 히터(20)와, 온도센서(50)를 포함하여 이루어진다.
상기 히터(20)는 전원이 공급되면 발열하는 재질로 이루어진다.
예를 들면, 상기 히터(20)는 전원이 공급되면 열을 발생시키는 니크롬선, 탄소발열체, 세라믹발열체, 텅스텐선 등으로 구성되는 발열선이 내부에 설치되는 발열구조로 이루어진다.
상기 히터(20)의 구체적인 구성은 일반적으로 액체를 가열하기 위하여 사용하는 다양한 구조를 적용하여 실시하는 것이 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 케이스(10)는 외부에서 상기 히터(20)를 감싸며 보호하도록 구성된다.
상기 케이스(10)는 다수의 구멍을 형성하여 물이나 액체가 상기 히터(20)에 직접 접촉하여 가열되는 구조로 구성하는 것도 가능하다.
상기 히터(20)에는 전원을 공급하기 위한 전원선(40)이 전기적으로 연결된다.
상기 전원선(40)은 상기 케이스(10)의 일부를 관통하여 외부로 노출되며, 외부의 전원에 연결된다.
상기 전원선(40)과 히터(20)가 연결되는 부분에는 히터제어부(30)를 설치하는 것도 가능하다.
상기 히터제어부(30)에서는 상기 히터(20)에 공급되는 전원을 제어한다.
상기 히터제어부(30)는 상기 온도센서(50)와 전기적으로 연결된다.
상기 히터제어부(30)는 상기 히터(20)와 전원선(40)이 연결되는 부분의 상기 케이스(10) 내부에 설치하는 것도 가능하다.
상기 히터제어부(30)에는 히터의 전원을 단속하는 스위치부(32)와, 상기 온도센서(50)로부터 전달되는 온도 데이터를 설정된 기준값과 비교하여 전원의 단속여부에 대한 신호를 상기 스위치부(32)로 전송하는 온도비교부(36)와, 상기 전원선(40)으로부터 공급되는 전원을 안정화하여 상기 히터(20)로 공급하는 전원안정화부(34)를 포함하여 이루어진다.
상기 온도센서(50)는 상기 케이스(10) 내부에 설치된다.
상기 온도센서(50)는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 전원선(40)과 히터(20)가 연결되는 부분에 근접시켜 설치한다.
상기 온도센서(50)는 히터(20)쪽으로 감지되는 부분이 노출되도록 설치하는 것이 히터(20) 주변의 온도와 히터(50)가 액체에 잠겼는지의 여부를 정확하게 감지하는 것이 가능하므로, 바람직하다.
도 2에 있어서, 참조부호 80은 상기 히터(20)와 전원선(40)의 연결부분을 견고하게 지지하기 위한 지지부재를 나타낸다. 상기 지지부재(80)에는 상기 온도센서(50) 및 히터제어부(30) 등이 설치되어 지지된다.
그리고 본 발명의 제2실시예에 따른 수중 가열장치용 온도센서는 도 2 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 온도감지센서(52)와 정전용량센서(56)를 포함하여 이루어진다.
상기 온도감지센서(52)는 주변의 온도(예를 들면 히터(20) 주변의 온도)를 감지하도록 구성된다.
상기 정전용량센서(56)는 도전체로 이루어지는 판형상으로 구성된다.
상기에서 정전용량센서(56)의 형상은 평판형상으로 형성하는 것도 가능하고, 곡면판형상으로 형성하는 것도 가능하다.
상기에서 판형상의 정전용량센서(56)를 설치하면, 기생 정전용량을 감지하는 것에 의하여 주변에 있는 액체의 양을 감지하는 것이 가능하다. 즉 주변에 있는 액체의 양에 따라 상기 정전용량센서(56)에서 감지되는 정전용량의 값이 달라진다.
상기 온도감지센서(52)에는 감지된 온도의 데이터를 처리하는 회로가 탑재된 주기판(54)을 전기적으로 연결 구성한다.
상기 주기판(54)은 상기 온도감지센서(52)와 근접된 위치에 설치하는 것도 가능하다.
상기 정전용량센서(56)는 상기 주기판(54)의 한쪽 면에 지지되도록 설치한다.
상기 정전용량센서(56)의 감도는 바닷물의 염도를 기준으로 설계하며, 5%(50퍼밀) 이하의 염도에서 5리터의 액체를 원활하게 감지할 수 있도록 설계하는 것이 바람직하다.
상기 주기판(54)의 정전용량센서(56) 반대쪽 면에는 보조기판(58)이 설치된다.
상기 보조기판(58)에는 상기 정전용량센서(56)와 전기적으로 연결되어 감지된 정전용량의 데이터를 처리하는 정전용량 감지회로가 탑재된다.
상기 보조기판(58)의 정전용량 감지회로는 상기 주기판(54)쪽과 전기적으로 연결한다.
예를 들면, 상기 보조기판(58)에 탑재되는 정전용량 감지회로는 도 5에 나타낸 바와 같이 구성하는 것도 가능하다.
상기 정전용량 감지회로의 외부정전용량 검출부(92)에서는 정전용량센서(56)에서 검출된 정전용량 값에 따라 주파수를 발생시킨다.
상기 정전용량 감지회로의 기준(내부)용량성 단자(94)에서는 회로 전원 전압에 따라 주파수를 발생시킨다. 필요시에는 전압을 가변(프로그램값에 의한)하여 출력 주파수를 변화(전압/주파수변화율)시키는 것도 가능하다.
상기 기준(내부)용량성 단자(94)에서 발생시키는 주파수가 기준값(U1 회로 대비)이 된다.
상기에서 기준 주파수의 변화로 정전용량 검출에 의한 액체의 유무를 보다 정확하게 확인하는 것이 가능하며, 액체의 양과 성분에 따른 정전용량의 편차에 따른 오동작을 방지하고, 사용자의 편의에 따라 값을 조정할 수 있도록 설계하는 것도 가능하다.
예를 들면, 전압을 고정(5V)하여 기준 주파수를 일정하게 발생시켜 외부의 정전용량에 의한 액체의 유무를 판단하도록 구성하는 것도 가능하다.
상기 비교부(96)에서는 기준 주파수(U2)보다 외부 정전용량에 의한 주파수(U1)가 크면 액체가 있는 것으로 출력한다. 상기 비교부(96)는 주파수를 전압레벨로 변환하여 비교하는 방법으로 구성하는 것도 가능하다.
상기 주기판(54)에는 상기 온도감지센서(52)와 정전용량센서(56)로부터 감지된 데이터를 외부의 제어회로로 전송하는 신호선(68)이 전기적으로 연결된다.
상기 신호선(68)과 주기판(54)이 연결되는 부분에는 실리콘 등으로 마감하는 실링마감부(62)가 형성된다.
그리고 상기 실링마감부(62)의 외부에는 본드형 수축튜브(70)를 설치한다.
상기 온도감지센서(52)와 주기판(54), 정전용량센서(56), 보조기판(58)의 외부를 몰딩부재(60)를 이용하여 일체로 감싸며 지지한다.
상기와 같이 온도감지센서(52)와 주기판(54) 주위에 정전용량센서(56)와 보조기판(58)을 설치하는 것에 의하여, 감지하는 부분으로부터 데이터를 처리하는 회로까지의 선로 길이가 짧게 형성되므로, 선로의 길이가 길어짐에 따른 데이터의 변화를 최소화하는 것이 가능하고, 정밀도를 향상시키는 것이 가능하다.
그리고 본 발명의 제2실시예에 따른 수중 가열장치용 온도센서에 있어서는, 상기 몰딩부재(60)의 외면에 둘레를 따라 간격을 두고 외부로 돌출하여 금속 등의 도전체가 정전용량센서(56)쪽으로 근접하는 것을 방지하기 위한 복수의 접근방지날개(64)를 일체로 설치하는 것도 가능하다.
상기와 같이 접근방지날개(64)를 설치하게 되면, 도전체가 정전용량센서(56)에 근접되어 정전용량센서(56)의 감도에 변화를 발생시키는 것을 최소화하는 것이 가능하다.
상기 접근방지날개(64)가 몰딩부재(60) 외면으로부터 돌출되는 높이는 2mm 이상으로 구성하게 되면, 도전체가 정전용량센서(56)에 영향을 미치는 것을 최소화하는 것이 가능하다.
상기 몰딩부재(60)는 상기 정전용량센서(56)의 표면으로부터 1~5mm의 두께를 갖도록 형성한다.
상기 몰딩부재(60)는 에폭시 수지 등을 이용하여 구성하는 것이 가능하다.
상기 몰딩부재(60)의 상부는 상기 실링마감부(62)와 연결되며, 상기 수축튜브(70)의 하단부가 몰딩부재(60)의 상단부 외면을 둘러싸 밀봉하게 구성한다.
상기와 같이 실링마감부(62)와 수축튜브(70), 몰딩부재(60)를 설치하는 것에 의하며, 신호선(68)과 주기판(54)의 연결부위에 외부 액체의 종류와 온도에 따른 변형 등을 방지할 수 있다.
그리고 본 발명의 제2실시예에 따른 수중 가열장치용 온도센서에 있어서는, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 몰딩부재(60)의 상단부에 둘레를 따라 바깥쪽으로 돌출하는 판형상으로 플랜지부(66)를 일체로 형성하는 것도 가능하다.
상기 플랜지부(66)에는 하나이상의 걸이구멍(67)을 형성한다.
상기와 같이 플랜지부(66)와 걸이구멍(67)을 구성하게 되면, 상기 히터(20)의 구조물과 온도센서(50)의 결합이 용이하며, 상기 히터(20)의 구조물로부터 온도센서(50)가 쉽게 분리되거나 이탈되지 않도록 위치를 고정된 상태로 설치하는 것이 가능하다.
상기와 같이 온도센서(50)를 히터(20)의 구조물과 근접된 상태로 고정 설치하게 되면, 정확한 온도제어가 가능할 뿐만 아니라 히터(20) 근처에 액체가 존재하는 지의 유무도 정확하게 감지하는 것이 가능하므로, 안전성이 크게 향상된다.
상기에서는 본 발명에 따른 수중 가열장치용 온도센서 및 수중 가열장치의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 명세서 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
10 - 케이스, 20 - 히터, 30 - 히터제어부, 32 - 스위치부
34 - 전원안정화부, 36 - 온도비교부, 40 - 전원선
50 - 온도센서, 52 - 온도감지센서, 54 - 주기판, 56 - 정전용량센서
58 - 보조기판, 60 - 몰딩부재, 62 - 실링마감부, 64 - 접근방지날개
66 - 플랜지부, 67 - 걸이구멍, 68 - 신호선, 70 - 수축튜브
92 - 외부 정전용량 검출부, 94 - 기준(내부)용량성 단자, 96 - 비교부

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 전원이 공급되면 발열하는 히터와, 상기 히터를 외부에서 감싸는 케이스와, 상기 히터에 전원을 공급하기 위하여 상기 케이스의 일부를 관통하여 상기 히터와 전기적으로 연결되는 전원선과, 상기 케이스 내부에 설치되고 온도감지센서와 정전용량센서가 내부에 설치되는 온도센서와, 상기 히터와 전원선이 연결되는 부분의 상기 케이스 내부에 설치되고 상기 히터에 공급되는 전원을 제어하며 상기 온도센서와 전기적으로 연결되는 히터제어부를 포함하고,
    상기 온도센서는 주변의 온도를 감지하는 온도감지센서와, 상기 온도감지센서와 전기적으로 연결되고 감지된 온도의 데이터를 처리하는 회로가 탑재된 주기판과, 상기 주기판의 한쪽에 설치되고 도전체로 이루어지는 판형상의 정전용량센서와, 상기 주기판의 정전용량센서의 반대쪽에 설치되고 상기 정전용량센서와 전기적으로 연결되어 감지된 정전용량의 데이터를 처리하는 정전용량 감지회로가 탑재되고 상기 주기판과 전기적으로 연결되는 보조기판과, 상기 주기판과 전기적으로 연결되며 상기 온도감지센서와 정전용량센서로부터 감지된 데이터를 외부의 제어회로로 전송하는 신호선과, 상기 온도감지센서와 주기판, 정전용량센서, 보조기판의 외부를 일체로 감싸며 지지하는 몰딩부재를 포함하고,
    상기 보조기판에 탑재되는 정전용량 감지회로는 상기 정전용량센서에서 검출된 정전용량 값에 따라 주파수를 발생시키는 외부정전용량 검출부와, 회로 전원 전압에 따라 기준 주파수를 발생시키는 기준(내부)용량성 단자와, 기준 주파수보다 외부 정전용량 검출부로부터의 주파수가 크면 액체가 있는 것으로 출력하는 비교부를 포함하는 수중 가열장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 히터제어부는 히터의 전원을 단속하는 스위치부와, 상기 온도센서로부터 전달되는 온도 데이터를 설정된 기준값과 비교하여 전원의 단속여부에 대한 신호를 상기 스위치부로 전송하는 온도비교부와, 상기 전원선으로부터 공급되는 전원을 안정화하여 상기 히터로 공급하는 전원안정화부를 포함하는 수중 가열장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 몰딩부재의 외면에는 둘레를 따라 간격을 두고 외부로 돌출하는 복수의 접근방지날개를 일체로 설치하는 수중 가열장치.
  6. 삭제
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 신호선과 주기판이 연결되는 부분에는 실리콘 등으로 마감하는 실링마감부가 형성되고,
    상기 실링마감부의 외부에는 수축튜브를 설치하고,
    상기 수축튜브의 하단부는 상기 몰딩부재의 상단부 외면에 밀착되어 설치되는 수중 가열장치.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 몰딩부재의 상단부에 둘레를 따라 바깥쪽으로 돌출하는 판형상으로 플랜지부를 일체로 형성하고,
    상기 플랜지부에는 하나이상의 걸이구멍을 형성하는 수중 가열장치.
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