KR101291558B1 - 온도 감지 발열 섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공성과 내구성이 뛰어난 전도성사를 이용한 발열 섬유에 관한 것으로서, 특히 발열 온도 조절을 위해 별도의 온도센서를 사용하지 않고 금속의 저항이 온도의 변화에 따라 선형적으로 변화하는 특징을 이용하여 전도성사 자체를 온도센서로 활용하는 전도성사를 활용한 온도 감지 발열 섬유에 관한 것이고, 또한 발열 전원의 듀티비를 조절하여 공급되는 전원의 크기가 변하더라도 전도성사의 발열 온도가 설정 온도에 맞게 일정하게 유지될 수 있도록 제어하는 온도 감지 발열 섬유에 관한 것이다.
본 발명에 따른 온도 감지 발열 섬유는 전도성사; 상기 전도성사에 발열전원을 공급하는 전원공급수단; 상기 전도성사의 저항값을 측정하여 발열 온도를 감지하고, 감지된 온도에 따라 상기 전원공급수단의 발열전원 공급을 제어하는 컨트롤러;를 포함하여 이루어진다.

Description

온도 감지 발열 섬유{Heating and temperature sensing textiles}

본 발명은 가공성과 내구성이 뛰어난 전도성사를 이용한 발열 섬유에 관한 것으로서, 특히 발열 온도 조절을 위해 별도의 온도센서를 사용하지 않고 금속의 저항이 온도의 변화에 따라 선형적으로 변화하는 특징을 이용하여 전도성사 자체를 온도센서로 활용하는 온도 감지 발열 섬유에 관한 것이고,

한 발열 전원의 듀티(duty)비를 조절하여 공급되는 전원의 크기가 변하더라도 전도성사의 발열 온도가 설정 온도에 맞게 일정하게 유지될 수 있도록 하는 온도 감지 발열 섬유에 관한 것이다.

전기가 인가되면 발열되는 발열체는 면상 발열체와 선상 발열체로 구별될 수 있다.

면상 발열체는 명칭 그대로 넓은 면적과 얇은 두께를 갖는 발열체로서, 탄소 등을 표면에 입혀 사용되고, 선상 발열체는 명칭 그대로 가는 선의 형태로 된 발열체로서, 탄소 섬유나 얇은 구리선(전열선) 등을 하나 또는 다수를 꼬아서 사용되며, 면상 발열체와 선상 발열체는 공히 전류가 유입되는 때에 발열되는 성질을 이용하여 전기매트, 발열조끼, 발열방석, 발열복대, 발열깔창 등과 같은 전기 발열섬유에 주로 사용되고 있다.

사람이 착용하는 조끼 등과 같은 의류에는 발열체가 착용자의 활동을 제약하는 것을 최소화하고 편안한 착용감을 제공하기 위해 면상 발열체 보다는 선상 발열체가 주로 사용된다.

선상 발열체로 주로 사용되는 탄소 섬유나 구리 등은 가공성이 좋지 아니하여 원하는 모양(예; 좌에서 우로 일정간격으로 배열되고 상하로 왔다갔다하는 지그재그 모양, 내측에서 외측으로 일정간격으로 배열되고 직경이 점차 커지는 나선형 모양 등)으로 배열하기 쉽지 않고, 원하는 모양으로 배열하더라도 의류에 견고히 고정시켜 제 위치를 이탈하지 않도록 하는 것도 쉽지 않다. 또한, 탄소 섬유나 구리 등으로 이루어진 선상 발열체는 비중이 커서 무거우며, 구리와 같은 소성 물질은 우발적인 외력에 손상될 위험이 항시 있고, 특히 선상 발열체가 장착된 의류는 세탁기를 이용한 세탁이 곤란하며 손 세탁시에도 상당한 주의를 요한다.

그래서 가공성이 좋아 원하는 모양으로 배열하기 좋고, 의류에 견고히 고정되어 제 위치를 이탈할 우려가 없고, 가볍고 유연하여 착용감이 좋으며, 외력에 강하여 세탁에도 손상되지 않는 선상 발열체에 대한 필요성이 절실히 요구되고 있다.

그리고 전기로 발열되는 발열 섬유(이하 넓은 의미에서 '발열장치'라고 혼용한다.)는 일반적으로 발열체의 발열 온도가 설정 온도로 유지될 수 있도록 발열 온도를 감지하는 온도센서가 별도로 구비된다.

발열체의 발열 온도를 감지하기 위한 온도센서는 일반적으로 NTC 또는 PTC 소자를 주로 사용하고 있는데, 이러한 온도센서는 고가의 반도체 소자로서 가격 상승의 요인이 되고, 수명 한계로 장기 사용시 감지하는 온도의 정확성(신뢰성)에 문제가 발생되어 사용자가 설정한 온도를 훨씬 벗어난 온도로 발열체를 발열시키는 문제가 있다.

또한, 별도로 구비되는 온도센서는 발열장치의 제조원가를 상승시키고, 보다 정확한 발열 온도 센싱을 위해 발열체에 인접하여 장착되는 관계로 발열체의 발열 고온에 손상되는 일이 종종 발생되고, 손상되어 온도 감지가 제대로 이루어지지 아니하면 발열체의 발열 온도를 컨트롤할 수 없는 문제를 유발하는 등 발열장치에서 발생되는 여러 가지 문제의 원인이 된다.

따라서 별도의 온도센서를 구비하지 아니하면서도 발열 온도를 센싱하여 온도센서로 인해 발생될 수 있는 문제를 예방할 수 있는 기술에 대한 필요성이 절실히 요구되고 있다.

이러한 발열체를 이용하여 발열하는 전기 발열장치의 공급전원은 배터리나 아답터에서 출력되는 직류전원 또는 상용전원의 교류전원을 사용하고, 사용자의 편의를 위해 발열 온도를 조절할 수 있는 조절기(컨트롤러)를 대부분은 구비한다.

발열체의 발열온도는 발열체에 인가되는 발열전원의 세기에 따라 결정된다.

발열체로 인가되는 발열전원의 세기를 조절하는 방식으로는 직류전원을 발열전원으로 사용하면서 발열체로 인가하는 직류전압의 크기를 조절하는 방식과, 펄스전원을 발열전원으로 사용하면서 발열체로 인가하는 펄스전압의 크기는 고정시키고 펄스의 듀티(duty)비를 조절하는 방식이 주로 사용되고 있다.

전자의 방식은 배터리나 아답터 또는 상용전원 라인을 통해 입력되는 공급전원을 승압 또는 강압시켜 발열체로 인가되는 발열전원의 직류전압 크기를 발열체의 발열온도에 따라 수시로 변환하는 전압변환모듈을 컨트롤러가 구비하여야 한다. 전압변환모듈은 고가의 제품으로서 전기발열장치의 가격을 상승시키는 요인이 되고, 부피가 커서 휴대하여 소지하고 다니는 소형 전기발열장치에는 사용하기 곤란하다.

후자의 방식은 배터리나 아답터 등에서 직류전원이 공급전원으로 입력되는 경우에 입력되는 공급전원의 전압의 크기를 그대로 유지하면서 온오프 스위칭하여 펄스전원으로 변환시켜 발열전원으로 발열체에 인가하되, 발열체의 온도에 따라 스위칭을 제어하여 발열전원 펄스의 듀티비를 조절함으로써 발열전원의 평균전압 크기를 조절하는 방식으로서, 스위칭소자와 스위칭소자의 스위칭을 제어하는 기능을 컨트롤러가 구비한다. 스위칭소자는 저렴하고 스위칭을 제어하는 기능을 컨트롤러의 제어부에 프로그램으로 탑재하면 되므로, 부피가 작고 저렴한 장점이 있어 전기발열장치의 컨트롤러에 주로 사용되고 있다.

그런데 후자의 방식은 사용자가 입력하는 설정 온도로 발열체의 발열 온도가 유지되지 못하고, 발열 온도의 변화가 많은 문제가 있다.

듀티비 조절을 통해 발열 온도를 제어하는 후자의 방식은 공급전원으로서 직류전원의 전압 크기가 지속적으로 일정하게 유지되지 않는 상황이 발생하기 때문에 위와 같은 문제가 발생한다.

공급전원을 배터리가 공급하는 경우, 배터리의 공급할 수 있는 전원은 한정되어 있기 때문에 배터리의 방전이 계속되면 배터리가 출력하는 공급전원의 전압 크기는 떨어지게 되고, 아답터가 상용전원을 직류전원으로 변환하여 공급전원을 공급하는 경우, 아답터가 연결된 건물의 전력 소비가 적정 소비전력을 넘어서면 아답터가 출력하는 공급전원의 크기는 떨어진다.

이처럼 공급전원의 전압 크기가 변화되는 상황이 발생될 수 있음에도 불구하고, 공급전원의 전압 크기는 일정하게 유지되는 것으로 고정시켜 놓고 펄스의 듀티비를 조절하는 경우에는, 펄스전원으로 변환된 발열전원의 전압 크기가 의도와 달라지는 상황이 발생된다.

즉, 도1을 참조하면, 위의 도면과 같이 만충된 배터리가 초기에 공급하는 공급전원의 전압 크기는 높고, 이 공급전원 전압의 크기를 기준으로 듀티비를 조절한 때에는 펄스전원으로서 발열전원의 실질적인 전압인 평균 전압은 'a'의 크기를 가지만, 아래 도면과 같이 계속적인 사용으로 방전된 배터리가 공급하는 공급전원의 전압 크기가 감소되었음에도 불구하고 초기의 공급전원 전압 크기를 기준으로 듀티비를 조절한 때에는 펄스전원으로서 발열전원의 실질적인 전압인 평균 전압은 'b'의 크기를 갖는다.

따라서 'a' 크기의 전압을 발열전원으로 발열체에 인가하고자 듀티비를 조절하였음에도 'b' 크기의 전압이 발열전원으로 발열체에 인가되어, 발열체는 설정 온도로 유지되지 못하는 문제가 발생한다.

종래기술에서는 위와 같이 컨트롤러의 부피가 크고 고가이거나, 발열체의 발열 온도를 설정한 온도로 유지시키지 못하고 변화가 많은 문제가 있다.

본 발명은 위와 같이 종래기술에 따른 전기 발열 섬유가 갖는 문제와 요구되는 필요성을 해결하기 위해 안출된 발명으로서, 발열체로서 섬유사와 금속 필라멘트사가 합사된 전도성사를 사용함으로써 원하는 모양으로 배열하기 쉽고, 원단에 쉽고 간편한 자수 박음질 방식으로 견고하게 부착되고, 외력에 의한 손상으로부터 강하게 보호되어 세탁이 가능한 온도 감지 발열 섬유를 제공함을 목적으로 한다.

그리고 전도성사 금속의 저항이 온도에 따라 선형적으로 변환되는 원리를 이용하여 전도성사 자체를 온도센서로 활용함으로써 별도의 온도센서를 구비해야 하는 번거로움이 없고 원가를 절감할 수 있으며, 별도의 온도센서가 야기하는 문제가 발생되지 않는 온도 감지 발열 섬유를 제공함을 또 다른 목적으로 한다.

그리고 전도성사의 발열 온도를 제어하는 컨트롤러는 회로 구성을 간소화하여 부피와 제조원가를 최소화하여 제품 경쟁력이 탁월하고, 공급전원 전압의 크기가 변화되더라도 발열체의 발열 온도를 설정 온도에 맞게 일정하게 유지시킬 수 있어 신뢰성이 높은 온도 감지 발열 섬유를 제공함을 또 다른 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 온도 감지 발열 섬유는

전도성사;

상기 전도성사에 발열전원을 공급하는 전원공급수단;

상기 전도성사의 저항값을 측정하여 발열 온도를 감지하고, 감지된 온도에 따라 상기 전원공급수단의 발열전원 공급을 제어하는 컨트롤러;를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 전도성사는 금속 필라멘트사가 섬유사에 커버드 상태로 감긴 꼬임수 구조를 가지는 것을 특징으로 하고,

상기 금속 필라멘트사는 절연 피복이 되어 있는 것을 특징으로 하고,

상기 전도성사가 자수되는 재봉원단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하고,

상기 컨트롤러는

스위칭하여 상기 전원공급수단의 전원이 상기 전도성사에 인가되도록 하는 스위칭부와,

상기 전도성사의 발열 온도에 따른 저항값을 측정하는 저항측정부와,

상기 저항측정부에서 측정한 전도성사의 저항값에 따라 상기 스위칭부의 스위칭을 제어하여 상기 전도성사의 발열 온도가 설정 온도로 유지되도록 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하고,

상기 제어부는 상기 스위칭부를 오프시켜 발열전원의 공급을 차단한 상태에서 상기 저항측정부를 구동시켜 발열체의 저항값을 측정하는 것을 특징으로 하고,

상기 전원공급수단은 배터리를 사용하고,

상기 컨트롤러는 상기 배터리에 역기전력이 유입되는 것을 차단하고, 과방전되는 것을 방지하고, 순간적으로 고전원이 출력되는 것을 차단하는 보호부를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,

상기 컨트롤러는 상기 배터리의 출력전원을 정전압화하여 상기 제어부에 구동전압을 공급하고, 상기 저항측정부에 저항값 측정을 위한 기준전압을 공급하는 정전압부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

위와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 온도 감지 발열 섬유는 발열체로서 섬유사와 얇고 가는 금속 필라멘트사가 복합된 전도성사를 사용함으로써, 전도성사의 자수(재봉 박음질)가 가능하고 그에 따라 어떠한 모양이든 간편하고 신속하게 배열할 수 있고, 견고하게 재봉 박음질되어 원단에서 분리 이탈될 소지가 없어 안전하고, 강한 외력에도 손상될 위험이 거의 없으며 세탁기를 이용한 세탁도 가능하다.

또한, 전도성사 금속의 저항값의 온도에 따른 선형적 변화 특성을 이용하여 전도성사 자체를 온도센서를 사용함으로써, 발열 온도 측정을 위해 별도의 온도센서를 구비할 필요가 없어 추가적인 비용 발생이 없고, 전도성사의 저항값을 이용하여 온도를 센싱함으로써 수명의 한계 없이 발열 온도를 영구적으로 정확하게 측정할 수 있고, 별도의 온도센서를 구비함으로써 야기될 수 있는 문제가 원천적으로 봉쇄된다.

그리고 전도성사의 발열 온도를 제어하는 컨트롤러는 구성이 간단하여 부피가 적고, 가격이 저렴하여 제품 경쟁력이 뛰어나고, 공급전원의 전압크기가 변화되더라도 발열체의 발열 온도를 설정 온도에 맞게 일정하게 유지시킬 수 있다.

도 1 은 공급전압의 크기가 변경되는 때에 발열전원의 실질적인 크기가 다른 것을 설명하기 위한 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 전도성사를 활용한 온도 감지 발열 섬유의 개략적인 구성도.
도 3 의 a,b 는 본 발명에 사용된 전도성사와, 재봉원단에 자수 박음질된 상태의 일례를 도시한 도면 대용 사진.
도 4 는 전도성사의 발열 온도에 따른 저항값의 변화 일례도.
도 5 는 본 발명에 따른 컨트롤러의 블럭 구성도.
도 6 은 본 발명에 따른 컨트롤러의 구체적인 회로도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 온도 감지 발열 섬유에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도면에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 온도 감지 발열 섬유는 전도성사(1), 전원공급수단(B), 컨트롤러(C)의 대 구성요소를 포함하여 이루어진다.

상기 전도성사(1)는 전원이 인가되면 발열하는 도체로서 금속 필라멘트사(1a)와, 금속 필라멘트사(1a)를 보호하고 지지하는 섬유사(1b)로 구성되며, 상기 금속 필라멘트사(1a)와 섬유사(1b)는 컴퓨터 자수나 재봉 박음질이 가능한 내구성과 고강도를 갖도록 일반 고강력 섬유사(1b)와 금속 필라멘트사(1a)가 커버드 상태로 복합되어 꼬인 구조를 갖도록 하여, 휘거나 마는 등의 변형이 자유로우면서도, 변형시에 금속 필라멘트사(1a)가 늘어나거나 단선되는 등의 손상을 입지 않도록 하는 것이 바람직하다.

상기 전도성사(1)는 섬유사(1b) 표면에 한 가닥 이상의 금속 필라멘트사(11a) 다수를 꼬임수가 되도록 커버드 상태로 감아서 제작하고, 전도성사(1)의 내구성과 강도를 보강 조절하기 위해 커버드 상태로 감긴 꼬임수 다수를 재차 꼬임수가 되도록 우연 합연하고, 우연 합사된 사를 합사하여 다수의 꼬임수가 되도록 좌연 합연하는 방식을 거쳐, 내구성을 높이고 필요한 전기저항을 갖도록 한다.

상기 전도성사(1)의 금속 필라멘트사(1a)는 금, 은, 구리 등과 같이 전기 전도성이 뛰어난 금속을 이용하고, 금속 필라멘트사(1a) 단일 가닥의 굵기는 0.01mm~0.1mm 범위가 바람직하다.

그리고 금속 필라멘트사(1a)의 표면은 절연 피복하여 인체 감전 등의 사고가 발생되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 절연 피복은 PVC 코팅, 에나멜 코딩 등의로 할 수 있다. 특히, 에나멜 코팅으로 절연 피복한 금속 필라멘트사(1a)를 포함하는 전도성사(1)는 외형과 물성 면에서 일반적인 재봉사나 자수사에 가장 근접하고, 또한 시판 중인 재료를 용이하게 사용하여 제조할 수 있다는 이점이 있다.

상기 전도성사(1)의 섬유사(1b) 소재에는 특별한 제한이 있지 않지만, 폴리에스터, 나일론, 실크, 면 등의 유연하면서도 강한 비전도성 섬유가 바람직할 수 있다.

상기 전도성사(1)는 도3에서 보는 바와 같이 자수 재봉기계를 이용하여 재봉원단(3)에 자수 박음질된다.

상기 재봉원단(3)은 상기 전도성사(1)가 움직이지 않도록 제 위치에 고정되어 있도록 잡아주기 위한 것으로서, 모양이나 재질 등에 특별한 제한이 없다. 재봉원단(3)으로는 나일론, 폴리에스터, 아크릴, 스판덱스, 면, 양모, 실크 등의 비전도성 재료를 이용하여 제조된 직물, 편물, 부직포 등이 사용될 수 있다.

상기 전도성사(1) 금속 필라메트사의 저항값은 도4에서 일례로 도시한 바와 같이 발열 온도가 높아질수록 선형적으로 증가한다. 온도에 따른 저항값의 상승률은 전도성사(1) 금속필라메트사의 종류에 따라 달라진다.

이처럼 금속 필라메트사의 저항값이 온도에 따라 선형적으로 증가하는 성질을 이용하면, 별도의 온도센서가 없어도 상기 전도성사(1)로 만들어진 발열회로의 금속 필라멘트사(1a)의 저항값을 측정하는 것으로 발열 온도를 센싱할 수 있게 된다.

상기 전원공급수단은 상용 교류전원, 배터리, 상용 교류전원을 직류전원으로 변환하여 출력하는 아답터 등이 사용될 수 있다.

발열장치는 몸에 착용하는 조끼나 복대 등에 사용하는 때에는 휴대하고 다니면서 장소에 구애 없이 사용 가능하고, 교체 가능하고, 충전 가능한 배터리(B)를 전원공급수단으로 사용하는 것이 바람직할 것이다. 충전 가능한 배터리(B)로는 소형이면서 용량이 큰 리튬 이온 전지를 사용하는 것이 바람직하고, 배터리는 컨트롤러(C)에 내장하는 것이 바람직할 수 있다.

이하에서는 도5 및 도6을 참조하여 전도성사(1)의 발열 온도를 센싱하여 전원공급을 제어하는 컨트롤러(C)에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

도5에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 컨트롤러(C)는 스위칭부(10), 저항측정부(20), 제어부(U4), 무부하검출부(30), 보호부(50), 정전압부(40)를 포함하여 이루어진다.

상기 스위칭부(10)는 상기 전원공급수단의 배터리(B)가 방전하여 출력하는 공급전원을 스위칭하여 펄스형태의 발열전원을 생성하여 상기 전도성사(1)로 인가한다.

상기 스위칭부(10)는 상기 제어부(U4)에 의해 온오프 스위칭이 제어되어 펄스의 듀티비가 조절된다.

상기 스위칭부(10)는 도6에 도시된 바와 같이,

배터리(B)와 전도성사(1)를 연결하는 전원라인에 구비되는 제1스위칭소자(U5)와,

상기 제1스위칭소자(U5)의 게이트단자와 제어부(U4)를 연결하여, 제어부(U4)의 제어신호에 따라 상기 제1스위칭소자(U5)를 온오프시키는 제2스위칭소자(Q1)를 포함하고,

제1스위칭소자(U5)와 제2스위칭소자(Q1)에 직렬 또는 병렬로 연결되어 안정적인 스위칭 동작이 이루어지도록 하는 저항(R14,15,16)을 포함하여 이루어진다.

상기 제1스위칭소자(U5)는 응답속도(스위칭속도)가 빠르고, 고전압에 적합하고, 스위칭 동작이 안정적인, 전압제어 소자인 FET 또는 IGBT를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 저항측정부(20)는 출력단에 연결되어 있는 상기 전도성사(1)의 저항값을 측정하여, 전도성사(1)에서 발산되는 열의 온도를 감지하도록 하고, 측정된 전도성사(1)의 저항값을 상기 제어부(U4)로 전송한다. 그리하여 상기 제어부(U4)가 설정 온도에 맞도록 전도성사(1)의 발열 온도가 조절되도록 상기 스위칭부(10)의 스위칭을 제어하여, 발열전원 펄스의 듀티비를 조절한다.

상기 저항측정부(20)는 도6에 도시된 바와 같이,

전도성사(1)가 비반전단자에 연결되어, 전도성사(1)의 저항값을 이득율에 따라 증폭시키는 오피앰프(U7A)와,

상기 오피앰프(U7A)의 반전단자에 연결되어 이득율을 결정하는 두 저항(R26,27)과,

상기 정전압부(40)가 공급하며, 전도성사(1)의 저항값을 측정하는데 사용되는 기준전압(VCC1)이 상기 오피앰프(U7A)에 공급되는 것을 제어하는 제1트랜지스터(U6)와,

상기 제어부(U4)에 의해 온오프가 제어되고, 상기 제1트랜지스터(U6)의 온오프를 제어하는 제2트랜지스터(Q3)를 포함하여 이루어진다.

상기 저항측정부(20)에서 측정되는 전도성사(1) 저항값의 정확도를 높이기 위해, 저항값 측정 시에는 상기 제어부(U4)는 상기 전도성사(1)로 인가되는 발열전원을 차단(즉, 상기 제1스위칭소자(U5)를 오프 상태로 유지시킴)하고, 상기 제2트랜지스터(Q3)를 온시켜 상기 제1트랜지스터(U5)가 도통되어 상기 정전압부(40)의 기준전압(VCC1)이 공급되도록 한다. 공급된 기준전압(VCC1)은 전도성사(1)에 인가되어 발열체(H)의 저항값을 감지할 수 있도록 한다.

발열전원은 펄스형 전원이고, 또 본 발명은 전도성사(1)에 인가되는 발열전원의 크기가 변하더라도 발열 온도를 설정 온도에 맞게 유지시키는 것을 과제로 하므로 발열전원의 정확한 크기를 제어부(U4)가 인지하지 못할 수 있으므로, 전도성사(1)에 인가되는 발열전원으로부터 전도성사(1)의 저항값을 측정하는 것은 오류가 있을 수 있다. 그래서 본 발명은 발열전원은 차단한 상태에서, 일정한 크기의 기준전압(VCC1)을 저항측정부(20)를 통해 전도성사(1)에 인가하여 전도성사(1)의 저항값을 측정한다.

상기 제어부(U4)는 본 발명에 따른 컨트롤러(C)는 전체적으로 제어한다. 보다 구체적으로 설명하면,

우선, 입력부(S1)을 통해 사용자가 조작하여 입력하는 명령신호를 입력받아 처리한다. 사용자가 입력하는 명령신호는 컨트롤러(C)를 온 또는 오프시키는 전원신호와, 전도성사(1)가 발열 온도를 희망하는 온도로 설정하는, 즉, 설정 온도신호 등이 있다.

다음으로, 상기 저항측정부(20)가 감지 측정하여 전송하는 전도성사(1)의 저항값으로부터 전도성사(1)의 발열 온도를 연산하고, 연산된 저항값에 따른 발열 온도와 기 설정된 설정 온도와 비교하고, 그 비교결과에 따라 상기 스위칭부(10)를 제어하여 발열전원의 펄스 듀티비를 조절하여, 전도성사(1)의 발열 온도가 설정 온도를 유지하도록 한다. 이때, 상기 제어부(U4)는 내부적으로 A/D컨버터를 통해 상기 저항측정부(20)에서 전송하는 저항값의 아날로그신호를 디지털신호로 변환하고, 변환된 디지털신호를 가지로 발열 온도를 연산한다.

그리고 상기 저항측정부(20)를 통해 전도성사(1)의 저항값을 감지 측정할 때에는 상기 스위칭부(10)의 제1스위칭소자(U5)를 오프시켜 발열전원을 차단하고, 상기 저항측정부(20)의 제1트랜지스터(U6)를 온시켜 상기 정전압부(40)의 기준전압이 공급되도록 한다.

그리고 무부하검출부(30)를 제어하여 출력단에 전도성사(1)가 정상적으로 연결되어 있는지 여부를 검출하고, 검출 결과 전도성사(1)가 연결되어 있지 아니한 때에는 발열전원이 전도성사(1)에 인가되지 않도록 상기 스위칭부(10)를 오프시킨다.

참고로, 상기 무부하검출부(30)는 전도성사(1)의 연결 여부를 검출하는 검출저항(R18)과, 상기 검출저항(R18)에의 전원공급을 제어하는 제3트랜지스터(Q2)와, 상기 검출저항(R18)이 검출한 결과를 상기 제어부(U4)로 전송하는 전송저항(R19)를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 제어부(U4)에는 작동상태를 사용자에 표시하여 알려주는 표시부로서, 발광다이오드(LED1,2)가 연결될 수 있다.

상기 보호부(50)는 배터리(B)에 직접 연결되어, 배터리(B)가 출력하는 공급전원에서 서지와 같은 순간적인 고전원이 포함되어 있는 경우 이를 차단하여 그 뒤에 연결되는 정전압부(40), 제어부(U4) 등의 손상되는 것을 방지하여 보호하고, 후단에 연결되어 있는 정전압부(40)를 통해 역기전력이 배터리(B)로 인가되어 배터리(B)가 손상되는 것을 방지하여 보호하고, 배터리(B)가 기준치 이하로 방전된 경우 더 이상의 방전을 차단하여 배터리(B)를 보호한다.

상기 정전압부(40)는 상기 배터리(B)가 공급하는 공급전원을 정전압화하여, 상기 제어부(U4)에 구동전원을 공급하고, 상기 저항측정부(20)에 기준전압을 공급한다.

상기 정전압부(40)는 상기 배터리(B)에서 입력되는 공급전원을 정전압화하여 출력하는 레귤레이터(U3)와, 상기 레귤레이터(U3)의 출력전압을 구동전압(VCC)으로 하여 상기 제어부(U4)에 공급하는 캐패시터(C5)와, 상기 캐패시터의 전압을 전압분배하여 기준전압(VCC1)으로 상기 저항측정부(20)에 공급하는 두 분배저항(R6, R7)을 포함하여 이루어진다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 전도성사를 활용한 온도 감지 발열 섬유에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 전도성사
1a : 금속 필라멘트사 1b : 섬유사
3 : 재봉원단
C : 컨트롤러 B : 배터리(전원공급부)
H : 발열체 U4 : 제어부
10 : 스위칭부 20 : 저항측정부
30 : 무부하검출부 40 : 정전압부
50 : 보호부

Claims (8)

1. 전도성사;
   상기 전도성사에 발열전원을 공급하는 전원공급수단;
   상기 전도성사의 저항값을 측정하여 발열 온도를 감지하고, 감지된 온도에 따라 상기 전원공급수단의 발열전원 공급을 제어하는 컨트롤러;를 포함하되,
   
   상기 컨트롤러는
   스위칭하여 상기 전원공급수단의 전원이 상기 전도성사에 인가되도록 하는 제1스위칭소자를 포함하는 스위칭부와,
   상기 전도성사의 발열 온도에 따른 저항값을 측정하며, 상기 전도성사의 저항값을 측정하는데 사용되는 기준전압이 공급되는 것을 제어하는 제1트랜지스터를 포함하는 저항측정부와,
   상기 저항측정부에서 측정한 전도성사의 저항값에 따라 상기 스위칭부의 스위칭을 제어하여 상기 전도성사의 발열 온도가 설정 온도로 유지되도록 하는 제어부와,
   상기 전원공급수단으로서 배터리의 전원을 정전압화하여 상기 제어부에 구동전압을 공급하고, 상기 저항측정부에 저항값 측정을 위한 기준전압을 공급하는 정전압부를 포함하고,
   
   상기 제어부는 상기 저항측정부에서 측정되는 전도성사 저항값의 정확도를 높이기 위해,
   저항값 측정 시에는 상기 스위칭부의 제1스위칭소자를 오프 상태로 유지하여 상기 전도성사로 인가되는 발열전원을 차단하고, 상기 저항측정부의 제1트랜지스터를 도통시켜 상기 정전압부의 기준전압이 전도성사에 인가되어 상기 저항측정부가 발열체의 저항값을 측정하도록 하고,
   
   상기 저항측정부는
   상기 전도성사가 비반전단자에 연결되어, 전도성사의 저항값을 이득율에 따라 증폭시키는 오피앰프와,
   상기 오피앰프의 반전단자에 연결되어 이득율을 결정하는 두 저항과,
   상기 정전압부가 공급하며, 전도성사의 저항값을 측정하는데 사용되는 기준전압이 상기 오피앰프에 공급되는 것을 제어하는 제1트랜지스터와,
   상기 제어부에 의해 온오프가 제어되고, 상기 제1트랜지스터의 온오프를 제어하는 제2트랜지스터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 감지 발열 섬유.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 전도성사는 금속 필라멘트사와 섬유사가 커버드 상태로 감긴 꼬임수 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 온도 감지 발열 섬유.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 금속 필라멘트사는 절연 피복이 되어 있는 것을 특징으로 하는 온도 감지 발열 섬유.
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전도성사가 자수되는 재봉원단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 감지 발열 섬유.
   
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 스위칭부에서 출력되는 발열전원의 듀티비를 조절하여 상기 발열체의 발열 온도가 설정 온도로 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 온도 감지 발열 섬유.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 스위칭부는
   상기 제1스위칭소자의 게이트단자와 제어부를 연결하여, 제어부의 제어신호에 따라 상기 제1스위칭소자를 온오프시키는 제2스위칭소자와,
   상기 제1스위칭소자와 제2스위칭소자에 직렬 또는 병렬로 연결되어 안정적인 스위칭 동작이 이루어지도록 하는 저항을 더 포함하고,
   상기 제1스위칭소자는 응답속도(스위칭속도)가 빠르고, 고전압에 적합하고, 스위칭 동작이 안정적인, 전압제어 소자인 FET 또는 IGBT를 사용하는 것을 특징으로 하는 온도 감지 발열 섬유.
   
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 컨트롤러는 상기 배터리에 역기전력이 유입되는 것을 차단하고, 과방전되는 것을 방지하고, 순간적으로 고전원이 출력되는 것을 차단하는 보호부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 감지 발열 섬유.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 컨트롤러는
   상기 전도성사의 연결 여부를 검출하는 검출저항과,
   상기 검출저항에의 전원공급을 제어하는 제3트랜지스터와,
   상기 검출저항이 검출한 결과를 상기 제어부로 전송하는 전송저항을 포함하여 이루어져,
   상기 전도성사가 출력단에 연결되어 있지 아니한 때에 상기 제어부가 상기 스위칭부를 오프시켜 발열전원이 전도성사에 인가되지 않도록 하는 무부하검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 감지 발열 섬유.

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