KR101281054B1 - 안전성이 향상된 전기매트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기매트에 있어서 온도제어 프로그램 전단에 전원 단속의 리레이를 구성하고 온도조절회로 후단 히터전원측 결선에 온도상승으로 인한 전류차단용 리레이를 갖춘 온도조절기(P)를 설치하며, 발열매트에는 2개 이상의 온도센서를 내장하며, 2개의 히터와 피더를 병렬 연결하여 전열발생을 분산하고, 2개 이상의 히터전류 차단용 바이메탈을 피더와 각각 직렬로 연결 설치하여, 온도센서와 히터 및 바이메탈을 각각 온도제어프로그램(PR)에 연결한 것으로, 최초에는 2개의 히터에서 발열케 하다가, 온도조절기의 설정온도에 거의 다다르면(통상 온도조절기의 설정온도 보다 ―3℃ 정도로 설정한다) 하나의 히터는 전원이 차단되고 나머지 히터에서만 전열을 발생케 하여 지정온도로 제어하는 것으로, 온도제어프로그램의 고장 등으로 인해 발열매트가 설정온도이상(통상 ＋5℃ 정도) 과온 되면 리레이(R₁)의 코일(C₁)에 전류가 흐르게 하여 히터(H₁, H₂)의 전원을 차단함과 동시에 리레이(R₂)가 구동되어 전원이 차단되며, 온도제어회로가 작동되지 아니하여 발열매트(M)의 온도가 계속 상승하게 되면 바이메탈이 작동되어 히터전류는 피더를 통하여 전단의 리레이(R₂) 코일(C₂)에 흐르게 되어 리레이(R₂)가 작동되어 전원공급이 차단되고 리셋스위치의 복구 없이는 전원의 공급이 불가능하게 구성하여 된 것이다.

Description

안전성이 향상된 전기매트{A electrical mat improved safety}
본 발명은 전기매트에 있어 온도조절기(P)의 온도제어회로(PR)의 고장으로 인한 지나친 온도상승시 전원을 완벽하게 차단하여 화상 및 화재를 방지하기 위한 다중안전장치를 구비한 안전성이 향상된 전기매트에 관한 것이다.
일반적으로 전기매트는 히터(발열선)가 배선되고 온도센서가 내장되어 온도상승에 따라 온도제어회로에 의해 히터에 공급되는 전류를 단락시켜 적정온도를 유지하는 것으로, 히터에서의 전류의 단락에 상응하는 줄열을 적정온도로 유지하여 발열매트로 사용되고 있다.
이와 같은 전기매트는 히터에 공급되는 교번전류로 인해 전자파를 발생하기도 하여 이의억제가 요청되기도 한 것이다.
이와 같이 구성된 전기매트는 히터에서의 전류의 단속을 이용, 발생하는 전기에너지(줄열)을 이용하여 발열매트를 필요상태의 온도로 가열하는 것이므로, 온도가 설정온도보다 상승되면 온도제어회로는 히터전원을 차단하고, 온도가 하강하게 되면 온도제어회로는 다시 히터에 전원을 공급하여 히터에서 발열되게 하고 있으나, 온도제어회로나 가열온도를 감지하는 온도센서의 고장상태에서는 전원차단이 저해되어, 화상과 화제의 위험을 초래할 수 있게 된다. 이를 예방하기 위해 히터와 직열로 바이메탈을 발열매트에 내장하여 고온시 전류의 흐름을 차단하는 구성을 갖기도 하기도 한다. 한편 히터는 열의 발생과 동시, 자장의 발생이 숙명적이어서 히터 주변에 자장을 형성하게 되며, 전원이 교류이어서 교번하는 자장이 형성되게 된다.
위와 같은 교번자계는 주변에 전자파의 발생의 원인이 되어 전기매트를 사용하는 사람에게 영향을 주게 되고, 교번자계 또한 도체인 인체에 미세한 유기 기전력을 발생시켜 건강상 영향을 미치게 된다.
본 발명은 위와 같은 전기매트에 있어서 히터의 과열을 방지하여 전기매트를 사용자들이 안전하게 사용할 수 있도록 하는 한편, 사용자가 없는 경우에도 과열로 인한 화재를 방지할 수 있는 다중의 안전장치를 구비한 전기매트를 제공하려는데 있으며, 부차적으로 히터에서의 전자파 발생 원인을 제거한 전기매트를 제공하려는데 있다.
위와 같은 본 발명의 과제해결을 위해 본 발명은 전기매트의 온도제어프로그램 전단에 전원차단 리레이를 구성하고 온도조절프로그램 후단 히터전원측 결선에 온도상승으로 인한 전류차단 리레이를 갖춘 온도조절기를 설치하며, 발열매트에는 확실한 온도감지를 위해 2개 이상의 온도센서를 내장하며, 2개의 히터와 피더를 병렬 연결하여 전열발생을 분산하고, 안전성 향상을 위해 2개 이상의 히터전류차단용 바이메탈을 히터 전원선과 각각 직렬로 연결 설치하여, 온도센서 및 히터와 직열된 바이메탈을 각각 온도제어로(PR)에 연결한 것으로, 최초의 전원 공급시에는 급속가열을 위해 2개의 히터에서 발열케 하다가, 온도조절기의 설정온도에 거의 다다르면(통상 온도조절기의 설정온도 보다 -3℃ 정도로 설정한다) 하나의 히터는 전원이 차단되고 나머지 히터에서만 전열을 발생케 하여 발열매트의 온도가 지정온도에 다다르면 (통상 ±1℃로 설정한다), 나머지 히터도 전원이 차단되도록 한 것으로, 온도가 설정온도 이하로 하강 되면 히터에 다시 전원을 공급하여 전열을 발생시킬 수 있도록 구성한 것이다. 위와 같은 본 발명은 안전성 향상을 위해 온도제어프로그램(PR)의 고장 등으로 인해 발열매트(M)가 설정온도(통상 +5℃ 정도)이상 과온 되면 사이리스타(Th)를 도통시켜 온도제어 프로그램(PR) 후단의 전류차단 리레이(R₁)의 리레이 코일(C₁)에 전류를 흐르게 하여, 히터(H₁, H₂)의 전류가 차단됨과 동시에 전류가 피더(F)를 통하여 전단의 전원차단 리레이(R₂)를 작동시켜 입력 전원이 차단되도록 구성한다. 그리고 전원차단 리레이(R₂)의 구동에 의해 전원이 차단되면 리레이(R₂)의 리레이코일(C₂)에는 자가전류가 흐르게 하여, 발열매트(M)의 온도가 하강 되더라도 리셋 스위치(RS)의 작동 없이는 전원이 복구되지 아니하여 발열매트(M)에 전원이 공급될 수 없도록 구성한다. 한편, 온도제어프로그램(PR)이 작동되지 아니하여 발열매트(M)의 온도가 계속 상승하게 되면 바이메탈(BM₁, BM₂)이 작동되어 히터전류는 피더(F)를 통하여 전단의 전원차단 리레이(R₂)의 리레일 코일(C₂)에 흐르게 되어 전원차단 리레이(R₂)가 작동되어, 앞에서와 같이 전원공급이 차단되고, 리셋스위치(RS)등의 복구 없이는 전원의 공급이 불가능하게 구성한다. 그리고 히터(H₁, H₂)와 피더(F)들은 각각 실리콘 등 절연체로 피복처리된 것으로, 2개의 히터와 피더는 일측을 각각 연결하여 상호 꼬아서 그 외부를 실리콘 등으로 피복 고정하며, 그 위를 알루미늄 박으로 감싼 구조로 하여 히터(H₁, H₂)를 거쳐 피더(F)에 전류가 흐르게 되므로 히터(H1) 및 히터(H2)의 합성 또는 각각의 전류와 피더(F) 전류의 양(크기)은 같고 방향은 반대이어서 주변에 자장이 형성되지 아니하도록 구성하여 된 것이다.
위와 같이 구성된 본 발명 전기매트는 발열매트(M)가 2개의 히터(H₁, H₂)에 의해 전열발생을 나눠 발열케 하므로, 발열 부하가 양측으로 분산됨으로 인하여 고온으로 가열되지 아니하여 고온으로 인한 신체의 위험이나 화재의 염려가 현저하게 감소되고, 2개의 히터(H₁, H₂)가 각각 온도 제어되므로, 어느 한쪽 또는 양쪽의 온도제어부분에 고장이 발생하더라도 고온 또는 화재의 위험이 현저하게 감소 된다(1차 안전장치). 그리고 발열매트(M)의 온도가 설정온도보다 5℃이상 상승 되면 사이리스타(Th)의 도통으로, 전류차단 리레이(R₁)가 작동되어 히터전류가 차단되고 동시에 전원차단 리레이(R₂)가 작동되어 전원공급이 차단되게 되며, 리셋(RS)작동 없이 복구되지 아니하게 된다(2차 안전장치). 한편 온도제어프로그램(PR)의 고장으로 인해 발열매트(M)의 고온에 따른 전원차단이 불가하거나, 히터(H₁, H₂)에 전류를 공급하는 온도조절기의 히터 전원부 구성인 트라이액(TR1 , TR2 ) 등의 고장이 발생 되어 히터 전류를 제어하지 못하여 발열매트(M)가 고온으로 더욱 가온 되면, 바이메탈( BM₁, BM₂)의 작동으로 바이메탈( BM₁, BM₂)을 통하여 흐르던 히터 전류가 피더(F)를 통하여 전단의 전원차단 리레이(R₂)의 리레이코일(C₂)를 지나 흐르게 되므로 전원차단 리레이(R₂)가 구동되어, 전원공급 접점(②,③)의 개방으로 전원이 본원적으로 공급되지 아니하게 된다(3차 안전장치). 한편 위에서와 같이 바이메탈(BM₁, BM₂)이 작동되면 앞에서와 같이 순간적으로 히터전류가 전원차단 리레이(R₂)측 리레이 코일(C₂)에 흐르게 됨과 동시, 전원차단 리레이(R₂)가 작동되어 전원차단 리레이(R₂)의 접점(⑤)와 접점(⑥)이 접하게 되므로 전원차단 리레이 코일( C₂)에는 자가전류가 흐르게 되어, 전원차단 리레이(R₂)의 작동은 계속되게 되므로, 리셋 스위치(RS)의 작동 없이는 입력 전원은 공급되지 아니하여 발열매트(M)에 전원이 공급될 수 없게 구성된 것이므로, 사용자가 화상의 우려가 없음은 물론 사용자가 없더라도 화재를 근본적으로 방지할 수 있는 효과가 있게 된다. 이와 같이 본원 발명은 1.2.3차의 안전장치를 구성하고 있음으로 어떠한 경우에도 과온에 의한 신체의 위험이나 화재 등의 위험성은 없게 되며, 사용자가 가동중인 전기매트로부터 이탈하여 없게 되고, 발열매트에는 전원이 공급되고 있더라도 고온에 의한 화재의 위험성이 없는 것이며, 한편 히터(H₁, H₂)와 피더(F)가 일측선이 접합되고 상호 꼬여져 알루미늄 박으로 감싸져 있는 것이어서, 양 히터(H₁, H₂)의 합한 전류와 피더(F) 전류, 또는 히터(H₁,H₂) 각각의 전류와 피더(F)와의 전류는 동일하고 전류방향은 반대이므로 발생자계 또한 반대방향의 동일량이어서, 상쇄되어 외부로 자계가 누출되지 아니하여 전자파 발생의 염려가 없게 된다. 가사 외부로 교번자계가 방사된다 하더라도 방사자계는 알루미늄박에 와류를 발생시켜, 이 와류에 의한 자계는 방사자계를 억제 상쇄케 하므로 어떠한 경우에도 히터 전류에 의한 전자파의 외부 방출은 없게 되는 효과를 가져다주게 된다.
도 1은 본 발명의 전제 회로도
도 2는 히터와 피더의 구조를 보인 예시도
위와 같은 본 발명을 첨부된 도면에 의해 그 실시를 위해 상세히 설명한다.
입력측의 일측 AC-1의 전원은 전단의 전원차단 리레이(R₂)의 평상시(무동작시) 접(②,③)점을 통하여 온도제어프로그램(PR)과 전류차단 리레이(R₁)에 평상시 전원이 공급될 수 있도록 구성되어, 전류는 전류차단 리레이(R₁)를 거쳐 전원선(L₁)을 통하여 발열매트(M)의 바이메탈(BM₁, BM₂)을 지나 히터(H₁, H₂)와 피더(F)의 접합점에 연결구성되며, 피더(F)는 전원선(L₄)을 통하여 전원차단 리레이(R₂)의 리레일 코일(C₂)의 동작시 접점(⑤)에 각각 연결되며, 입력측의 타측 AC-2는, 전원차단 리레이(R₂)의 동작시 타접점(⑥)과 연결되면서 온도제어프로그램(PR)과 온도제어프로그램(PR)의 각각의 트라이액(TR1, TR2)을 거쳐 전원선(L₂, L₃)을 통하여 히터(H₁, H₂)의 타단전선측에 각각 연결 구성되며 온도센서 (TH₁, TH₂)는 온도제어프로그램(PR)의 온도센서 연결측에 각각 연결 구성된다.
위와 같이 구성된 본 발명의 전원입력측에 전원이 입력되면 인가된 전원은 전원차단 리레이(R₂)의 무동작시 접점 (②,③)을 거처 온도조절기 프로그램(PR)과 전류차단 리레이(R₁)의 접점을 거쳐 전원선 (L₁)을 따라 바이메탈( BM₁, BM₂)을 지나 히터(H₁, H₂)에 전원이 공급되어 트라이액(TR₁, TR₂)을 통하여 전류가 흐르게 되므로, 히터(H₁, H₂)는 발열하게 된다.
이와 같은 상태가 지속되면 발열매트(M)는 가온되어 온도조절기(P)의 설정온도의 -3℃ 정도로 근접되면, 온도센서(TH₁, TH₂)와 온도제어프로그램(PR)에 의해 히터(H₁)에 공급되는 전원은 차단되고 히터(H₂)에만 전원이 공급되어 발열되게 되며, 발열매트(M)가 온도조절기(P)의 설정온도(±1℃)에 다다르면 온도센서(TH₁, TH₂)의 감지와 온도제어프로그램(PR)에 의해 히터(H₂)에 공급된 전원마저 차단되게 된다.
발열매트(M)에서 열이 방출되어 온도가 하강하게 되면 히터(H₂)에 다시 전원이 공급되고 이러한 현상은 반복되어 본 발명 발열매트(M)에는 일정온도를 유지하게 된다.
위와 같이 본 발명은 양쪽 히터(H₁, H₂)를 온도조절기프로그램(PR)이
제어하기 때문에 한쪽 히터에 고장이 발생 되면 정격의 50%정도가 발열 되어 저온이 유지되는 것이어서, 고온상승이 없는 안전한 사용상태를 유지하게 된다. 그리고, 발열매트(M)의 온도를 안전하게 유지하려면 온도센서(TH1, TH2)들이 발열매트(M)의 표면을 넓게 감지하여야 할 것이어서 본 발명에서는 여러 개의 온도센서를 직렬로 넓게 배치하고 있는 것으로 본 발명이 2개 이상의 온도센서를 구비하고 있는 논리적 근거를 제시하고 있다.
한편 온도조절기(P)등의 오동작으로 발열매트(M)가 고온으로 상승되어 통상 5℃ 이상이 되면, 사이리스터(Th) 게이트에 신호가 입력되어, 사이리스터(Th)는 도통 되며, 전류차단 리레이 코일(C₁)에는 전류가 흐르게 되어, 히터(H₁, H₂) 전류는 차단되고 동시에 전원차단 리레이(R₂)가 작동되어 입력 전원이 차단되게 된다. 그리고 온도제어 프로그램(PR) 등의 고장으로 발열매트(M)온도가 더욱 상승하게 되면 바이메탈(BM₁, BM₂)이 작동되어(이 경우에 있어서도, 다수개의 바이메탈에 의한 넓은 면적을 감지하는 이유가 있는 것이다) 히터(H₁, H₂)에 공급되는 전류가 차단되고 전류가 전원차단 리레이 코일(C₂)을 통하여 흐르게 되어, 전원차단 리레이(R₂)의 접점(②,③) 간은 차단되고, 접점(⑤,⑥)이 접합되는 것으로, 온도제어 프로그램(PR) 및 히터(H₁, H₂)로 공급되는 전원은 차단되어 발열매트(M)에는 본원적으로 전원이 공급되지 아니하게 된다. 이 상태는 전원차단 리레이 코일(C₂)에 계속하여 전원이 공급되어 사람이 인위적으로 리셋 스위치(RS)를 작동, 전원을 차단하지 아니하면 발열매트(M)에는 전원이 공급될 수 없는 것이어서 공급 전원으로 인하여 발열매트(M)가 고열이 되어 화재가 발생되는 염려는 전혀 없게 되는 것이다.
한편, 전열선은 내부에 히터(H₁, H₂)가 피더(F)와 동시에 내장되어 있는 것이어서 히터(H₂) 또는 히터(H₁)의 전류 및 이의 합성전류는 피더(F)의 전류와 같고, 그 방향이 반대이므로 자계는 상쇄되어 외부로의 자계 방출이 없게 되는 효과가 있는 것이다.
L₁, L₂, L₃, L₄ : 전원선
R₁: 전류차단 리레이 R₂: 전원차단 리레이
M : 발열매트 P : 온도조절기
TH₁, TH₂ : 온도센서 BM₁, BM₂ : 바이메탈
H₁, H₂ : 히터 SW : 전원 스위치
F : 피더 RS : 리셋 스위치
PR : 온도조절기 프로그램 Th : 사이리스타
C₁, C₂ : 리레이 코일 TR1, TR2 : 트라이액

Claims (4)

  1. 통상의 전기 발열매트에 있어서,
    입력측 일측(AC-1)은 전원이 리레이(R₂)를 통하여 공급되도록 구성되어 온도제어회로(PR) 입력측과 리레이(R₁)에 연결되며, 리레이(R₁)에 연결된 전원선(L₁)은 바이메탈(BM₁, BM₂)을 거쳐 병렬로 구성된 히터(H₁, H₂) 및 피더(F)의 접합점에 연결되며, 피더(F)의 타단은 리레이(R₂)의 전류코일(C₂)의 접점(④)에 연결되며, 히터(H₁, H₂)의 타단은 전원선(L₂, L₃)을 지나 온도제어회로(PR)에 각각 연결되며, 온도센서(TH₁, TH₂)는 온도제어회로(PR)의 온도센서 연결 측에 각각 연결되며, 입력측 타측(AC-2)은 전원차단 리레이(R2)의 동작시 타접점(⑥)에 연결되고 온도조절기(P)의 입력측에 각각 연결 구성됨을 특징으로 하는 안정성이 향상된 전기매트
  2. 제 1항에 있어서,
    온도제어회로(PR)의 고장으로 발열매트(M)가 고온 가열 시 바이메탈(BM₁, BM₂)이 작동됨과 동시 리레이(R₂)가 구동되어 전원공급이 차단되도록 구성된 안전성이 향상된 전기매트
  3. 제 1항에 있어서,
    발열매트(M)의 온도가 온도제어회로(PR)의 설정한 온도보다 ＋5℃ 이상 상승되면 온도제어회로(PR)에서 공급되는 차단전류가 전류차단 리레이(R₁)의 리레이 코일(C₁)에 흐르게 되어 전류차단 리레이(R₁)의 작동으로 전원공급이 차단되어 히터(H₁, H₂)가 발열될 수 없게 됨을 특징으로 하는 안전성이 향상된 전기매트
  4. 제 1항에 있어서,
    히터(H₁, H₂)와 피더(F)선은 외부가 절연체로 피복되고 일측이 상호 접합 되어 꼬여진 상태로 고정되어 알루미늄 박으로 밀착감싸 처리된 뒤 절연체로 피복됨을 특징으로 하는 안전성이 향상된 전기매트

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