KR101466570B1

KR101466570B1 - 동파방지용 정온전선 제어시스템

Info

Publication number: KR101466570B1
Application number: KR1020130113191A
Authority: KR
Inventors: 조선철
Original assignee: 주식회사 타마
Priority date: 2013-09-24
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2014-12-01

Abstract

본 발명에 의한 동파방지용 정온전선 제어시스템은 정온전선(C)의 현재온도를 측정하는 온도센서(11)와, 상기 정온전선(C)에 외부전원(AC)이 공급되는 시점의 온도 저항값이 설정된 ON설정저항(12a)이 구비되는 공급설정저항부(12)와, 상기 정온전선(C)에 외부전원(AC)이 차단되는 시점의 온도 저항값이 설정된 OFF설정저항(13a)이 구비되는 차단설정저항부(13)와, 상기 온도센서(11)와 공급설정저항부(12)와 연결된 제1비교기(14a)와, 상기 온도센서(11)와 차단설정저항부(13)와 연결된 제2비교기(14b)로 이루어진 비교출력부(14)로 구성된 온도측정출력부(10)와 상기 비교출력부(14)와 연결되며 상기 비교출력부(14)의 신호에 따라 상기 정온전선(C)에 외부전원(AC)을 공급 또는 차단하는 작동제어부(20)와; 상기 작동제어부(20)에 연결되어 동작에 필요한 전원을 공급하는 작동전원부(30);로 이루어져 온도측정출력부를 통하여 미리 설정된 온도 이하일 경우 트라이액부를 통전시키고, 설정된 온도 이상일 경우 트라이액부를 차단시키는 NTC회로부를 구성하여 생산단가를 저하시키고, 정온전선에 전원이 공급되는 동작시점을 사용자가 원하는 시점으로 설정하여 편리하게 사용하는 것과 더불어 소비전력을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

동파방지용 정온전선 제어시스템 { Constant temperature control system for wire frost protection }

본 발명은 동파방지용 정온전선 제어시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는 정온전선의 제어시스템에 대한 생산단가가 저하되도록 NTC회로부가 구성되고, 사용의 편리함과 소비전력이 절감되도록 정온전선에 전원이 공급되는 동작시점을 사용자가 원하는 시점으로 설정하며, 동작시점에서 발생하는 채터링이 방지되도록 SCR소자와 트랜지스터의 혼합구조로 구성되고, 제품이 소형화되도록 트랜스리스전원이 구비된 동파방지용 정온전선 제어시스템에 관한 것이다.

일반적으로 정온전선은 겨울과 같은 혹한기에 난방용으로 사용되거나 냉동창고와 같은 낮은온도의 환경에 구비된 구조물의 동파를 방지하기 위하여 외부전력으로 일정한 온도를 유지하는 전기적 기구물로서 종래의 정온전선에 대한 온도 제어방식에는 기계식 바이메탈을 사용하는 방식이 주로 사용된다.

여기서, 종래의 기계식 바이메탈을 사용하는 방식은 금속의 열팽창 계수가 다른 두 가지 금속을 서로 접합하여 온도변화에 따라 각각의 금속이 팽창될 경우 열팽창 계수가 큰 고팽창측에서 열팽창 계수가 작은 저팽창측으로 휨이 발생하는 바이메탈(금속명)의 특성을 이용하는 것으로 상기 바이메탈이 온도의 변화에 따라 접점이 차단되거나 개방되는 구성이며, 이를 통상적으로 기계식 온도스위치라 명칭한다.

이러한 종래의 기계식 온도스위치는 도 1에 도시된 바와 같이 상호 떨어져 배치되는 한 쌍의 접점(T) 중에서 일측 접점(T)에 바이메탈(M)이 부착되고, 상기 바이메탈(M)이 온도의 변화에 따라 팽창 또는 수축하는 것으로 타측 접점(T)에 전기를 통전시키거나 단전시키게 된다.

이때, 상기 바이메탈(M)의 고팽창측과 저팽창측의 방향을 가변하여 설정온도 도달시 접점이 떨어지는 방향에서는 발열, 전열기구 등의 온도상승을 필요로 하는 온도제어에 사용하며, 설정온도 도달시 접점이 붙어 전기가 통전이 되는 방향에서는 냉동, 냉장 등의 온도 하강을 필요로 하는 온도 제어에 사용되고 있는 실정이다.

종래의 기계식 온도스위치를 이용한 온도제어시스템의 기술문헌으로 국내등록특허 제10-1223938호가 개시되었다.

그러나, 종래의 기계식 온도스위치는 도 2에 도시된 온도그래프와 같이 바이메탈(10)의 특성으로 온도설정이 자유롭지 못하고 오차가 크며, 동작온도와 복귀온도의 편차가 커서 온도편차를 작게 제작하는데 많이 어려운 문제점이 있었다.

또한, 종래의 기계식 온도스위치는 온도 제어시 동작온도와 복귀온도의 온도편차(Δt)가 작은 특성이 요구되지만, 바이메탈의 특성상 상기의 조건을 만족하기에는 많은 문제점이 있으며, 동작온도의 사용온도 범위는 넓으나 동작온도 단위를 세분화할 수 없고 특정한 동작 온도를 설정하여 제작하기가 매우 어려운 문제점이 있었다.

그리고, 종래의 기계식 온도스위치는 전원의 공급 및 차단이 기계적 접촉에 의해 실시되는 것으로 사용 빈도에 따라 접점 또는 바이메탈이 손상되어 일정한 사용 수명이 존재하며, 접점 사이에 이물질이 발생되며 전기가 도통이 되지 않는 현상이 빈번하게 발생되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로 본 발명의 목적은 온도측정출력부를 통하여 미리 설정된 온도 이하일 경우 트라이액부를 통전시키고, 설정된 온도 이상일 경우 트라이액부를 단전시키는 NTC회로부를 구성하여 생산단가를 저하시키고, 정온전선에 전원이 공급되는 동작시점을 사용자가 원하는 시점으로 설정하여 편리하게 사용하는 것과 더불어 소비전력을 절감하며, SCR소자와 트랜지스터의 혼합구조를 가지는 작동제어부를 형성하여 동작시점에서 발생하는 채터링을 방지하고, 동작용 직류전원을 개별적으로 공급하며 소형으로 형성되는 트랜스리스전원을 구비하여 제품을 소형화시킬 수 있는 동파방지용 정온전선 제어시스템을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 동파방지용 정온전선 제어시스템은 외부온도에 따라 일정한 온도가 유지되도록 외부전원이 공급되어 발열하는 정온전선의 제어시스템으로서 상기 정온전선의 현재온도를 측정하는 온도센서와, 상기 정온전선에 외부전원이 공급되는 시점의 온도 저항값이 설정된 ON설정저항이 구비되는 공급설정저항부와, 상기 정온전선에 외부전원이 차단되는 시점의 온도 저항값이 설정된 OFF설정저항이 구비되는 차단설정저항부와, 상기 온도센서와 공급설정저항부와 연결된 제1비교기와, 상기 온도센서와 차단설정저항부와 연결된 제2비교기로 이루어진 비교출력부로 구성된 온도측정출력부와; 상기 비교출력부와 연결되며 상기 비교출력부의 신호에 따라 상기 정온전선에 외부전원을 공급 또는 차단하는 작동제어부와; 상기 작동제어부에 연결되어 동작에 필요한 전원을 공급하는 작동전원부;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 작동제어부는 상기 제1비교기에 연결된 SCR소자와, 상기 제2비교기에 연결된 트랜지스터와, 상기 SCR소자와 트랜지스터의 사이에 구비되며 상기 정온전선에 교류인 외부전원을 공급 또는 차단하는 트라이액부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 작동전원부에는 제어장치가 소형화되도록 상기 온도측정출력부와 작동제어부를 동작시키는 직류전원을 개별적으로 공급하는 트랜스리스전원이 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 트라이액부에는 상기 작동제어부에서 입력되는 직류신호가 상기 트라이액부에 입력되는 교류신호로 변환되어 상기 트라이액부를 작동시키는 트라이액구동부가 구비된 것을 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명에 의한 동파방지용 정온전선 제어시스템은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 온도측정출력부를 통하여 미리 설정된 온도 이하일 경우 트라이액부를 통전시키고, 설정된 온도 이상일 경우 트라이액부를 단전시키는 것을 OP앰프(비교기)와 SCR소자 및 트랜지스터를 통하여 수행함으로써, 마이크로프로세서에 비해 저가격으로 정온전선의 온도를 일정하게 유지할 수 있어 생산단가가 저하될 수 있고,

둘째, 온도측정출력부에 미리 설정된 저항값을 가지는 비교기와 현재 온도 저항값을 출력하는 NTC온도센서를 구비함으로써, 정온전선에 전원이 공급되는 동작시점을 사용자가 원하는 온도로 설정하여 종래에 사용되는 수동적인 정온전선에 비하여 매우 편리하게 사용하는 것과 더불어 소비전력을 절감할 수 있으며,

셋째, SCR소자와 트랜지스터의 혼합구조를 가지는 작동제어부를 형성함으로써, SCR소자의 특성으로 바로 차단되는 것을 방지하여 동작시점에서 발생하는 채터링을 방지하여 내부소자들의 안전성을 확보할 수 있고,

넷째, 동작용 직류전원을 개별적으로 공급하며 소형으로 형성되는 트랜스리스전원이 구비됨으로써, 종래의 트랜스 또는 스위칭파워 등의 고가격 대형제품이 불필요해져 생산단가를 하락시키고 소형화로 인하여 제품성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 기계식(바이메탈) 온도스위치를 나타내 보인 구성도이고,
도 2는 종래의 기계식 온도스위치에 대한 시간에 따른 온도의 변화를 나타내 보인 그래프이며,
도 3은 본 발명에 따른 정온전선 제어시스템을 집적한 제어키트를 나타내 보인 사진이고,
도 4는 본 발명에 따른 정온전선 제어시스템을 나타내 보인 회로도이며,
도 5는 본 발명에 따른 정온전선 제어시스템의 작용을 나타내 보인 타이밍챠트이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 동파방지용 정온전선 제어시스템은 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이 외부온도(T)에 따라 일정한 온도가 유지되도록 외부전원(AC)이 공급되어 발열하는 정온전선(C)의 제어시스템으로서 상기 정온전선(C)의 현재온도를 측정하는 온도센서(11)와, 상기 정온전선(C)에 외부전원(AC)이 공급되는 시점의 온도 저항값이 설정된 ON설정저항(12a)이 구비되는 공급설정저항부(12)와, 상기 정온전선(C)에 외부전원(AC)이 차단되는 시점의 온도 저항값이 설정된 OFF설정저항(13a)이 구비되는 차단설정저항부(13)와, 상기 온도센서(11)와 공급설정저항부(12)와 연결된 제1비교기(14a)와, 상기 온도센서(11)와 차단설정저항부(13)와 연결된 제2비교기(14b)로 이루어진 비교출력부(14)로 구성된 온도측정출력부(10)가 형성된다.

여기서, 상기 외부전원(AC)은 일반 가정용 산업용으로 사용되며 냉장고·전기담요 등의 온도제어 등에 널리 사용되는 교류전원이 사용되고, 상기 비교출력부(14)의 제1비교기(14a)와 제2비교기(14b)는 OP앰프로 형성되며, 상기 온도센서(11)는 NTC 온도센서가 사용되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 비교출력부(14)와 연결되며 상기 비교출력부(14)의 신호에 따라 상기 정온전선(C)에 외부전원(AC)을 공급 또는 차단하는 작동제어부(20)가 형성된다.

또한, 상기 작동제어부(20)에 연결되어 동작에 필요한 전원을 공급하는 작동전원부(30);로 이루어진다.

여기서, 상기 작동제어부(20)는 상기 제1비교기(14a)에 연결된 SCR소자(21)와, 상기 제2비교기(14b)에 연결된 트랜지스터(22)와, 상기 SCR소자(21)와 트랜지스터(22)의 사이에 구비되며 상기 정온전선(C)에 교류전원인 외부전원(AC)을 공급 또는 차단하는 트라이액부(23)로 이루어진다.

그리고, 상기 작동전원부(30)에는 도 4에 도시된 바와 같이 제어장치가 소형화되도록 상기 온도측정출력부(10)와 작동제어부(20)를 동작시키는 직류전원을 개별적으로 공급하는 트랜스리스전원(31)이 구비된다.

한편, 상기 트랜스리스전원(31)은 온도측정출력부(10)와 작동제어부(20)를 동작시키는 직류전원을 외부전원(AC)에서 변화하여 사용하는 것으로 종래의 면적이 대형으로 형성되며 가격이 고가인 트랜스 또는 스위칭파워를 대신하여 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 트라이액부(23)에는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 작동제어부(20)에서 입력되는 직류신호가 상기 트라이액부(23)에 입력되는 교류신호로 변환되어 상기 트라이액부(23)를 작동시키는 트라이액구동부(23a)가 구비된다.

한편, 상기 트라이액구동부(23a)에는 상기 SCR소자(21)와 트랜지스터(22)의 사이에 연결되는 다이오드(D), 상기 트라이액부(23)와 연결되는 트라이액소자(TC)로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 동파방지용 정온전선 제어시스템의 작용을 살펴보면 아래와 같다.

본 발명에 의한 동파방지용 정온전선 제어시스템은 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이 상기 온도측정출력부(10)를 통하여 미리 설정된 온도 이하일 경우 상기 트라이액부(23)를 통전시키고, 설정된 온도 이상일 경우 상기 트라이액부(23)를 단전시키는 것을 OP앰프(비교기)와 SCR소자 및 트랜지스터를 통하여 수행함으로써, 마이크로프로세서에 비해 저가격으로 정온전선(C)의 온도를 일정하게 지속적으로 유지할 수 있게 된다.

즉, 상기 온도측정출력부(10)는 상기 온도센서(11)에서 측정된 온도 저항값이 상기 공급설정저항부(12)에 미리 설정된 저항값에 비해 높은 경우 즉, 상기 온도센서(11)의 저항값이 상기 공급설정저항부(10)의 저항값보다 높다는 것은 외부온도가 낮다는 것으로 상기 제1비교기(14a)가 동작하여 상기 SCR소자(21)를 동작시키게 된다. 이어서, 상기 SCR소자(21)가 동작되는 것으로 상기 트라이액부(23)의 게이트에 신호가 통전되어 상기 정온전선(C)을 가열시키는 외부전원(AC)이 상기 정온전선(C)으로 통전된다.

이때, 상기 SCR소자(21)의 동작 전 상기 트랜지스터(22)는 미리 동작하게 되는데 이는 상기 공급설정저항부(12)의 설정 온도보다 상기 트랜지스터(22)에 연결되는 차단설정저항부(13)의 온도가 높게 설정됨으로써, 상기 공급설정저항부(12)에 연결된 상기 제1비교기(14a)가 동작하기 전 상기 차단설정저항부(13)에 연결된 제2비교기(14b)가 먼저 동작하여 상기 트랜지스터(22)는 통전이 되고 상기 SCR소자(21)가 동작하게 된다.

이로 인하여, 상기 공급설정저항부(12)와 차단설정저항부(13)의 동작시점을 사용자가 원하는 온도 즉, 빙결점에 가까운 온도 2℃~3℃로 설정함으로써, 종래에 사용되는 수동적인 정온전선(C)에 비하여 매우 편리하게 사용하고, 소비전력을 절감할 수 있게 된다.

여기서, 상기 SCR소자(21)는 한번 도통한 후 애노드 전압이 0이 될 때까지 도통을 유지하는 특성상 상기 트랜지스터(22)가 통전중인 상태에서는 상기 제1비교기(14a)에 로우가 출력되어 게이트신호가 차단되더라도 SCR소자는 단락상태를 유지하여 동작온도시점에서 상기 트라이액부(23)에 채터링이 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있게 된다.

온도측정출력부(10)는 상기 온도센서(11)에서 측정된 온도 저항값이 상기 차단설정저항부(13)에 미리 설정된 저항값에 비해 낮은 경우 즉, 상기 온도센서(11)의 저항값이 상기 차단설정저항부(13)의 저항값보다 낮다는 것은 외부온도가 높다는 것으로 상기 제1비교기(14b)가 동작하여 상기 트랜지스터(22)를 개방상태가 되어 SCR소자(21)를 단전시킨다.

그리고, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 온도측정출력부(10)와 작동제어부(20)를 동작시키는 직류전원을 개별적으로 공급하며 소형으로 형성되는 트랜스리스전원(31)이 구비됨으로써, 종래의 트랜스 또는 스위칭파워 등의 고가격 대형제품이 불필요해져 생산단가를 하락시키고 소형화로 인하여 제품성을 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 온도측정출력부 11 : 온도센서
12 : 공급설정저항부 12a : ON설정저항
13 : 차단설정저항부 13a : OFF설정저항
14 : 비교출력부 14a : 제1비교기
14b : 제2비교기 20 : 작동제어부
21 : SCR소자 22 : 트랜지스터
23 : 트라이액부 23a : 트라이액구동부
30 : 작동전원부 31 : 트랜스리스전원
AC : 외부전원 T : 외부온도
C : 정온전선

Claims

외부온도(T)에 따라 일정한 온도가 유지되도록 외부전원(AC)이 공급되어 발열하는 정온전선(C)의 제어시스템에 있어서,
상기 정온전선(C)의 현재온도를 측정하는 온도센서(11)와, 상기 정온전선(C)에 외부전원(AC)이 공급되는 시점의 온도 저항값이 설정된 ON설정저항(12a)이 구비되는 공급설정저항부(12)와, 상기 정온전선(C)에 외부전원(AC)이 차단되는 시점의 온도 저항값이 설정된 OFF설정저항(13a)이 구비되는 차단설정저항부(13)와, 상기 온도센서(11)와 공급설정저항부(12)와 연결된 제1비교기(14a)와, 상기 온도센서(11)와 차단설정저항부(13)와 연결된 제2비교기(14b)로 이루어진 비교출력부(14)로 구성된 온도측정출력부(10)와;
상기 비교출력부(14)와 연결되며 상기 비교출력부(14)의 신호에 따라 상기 정온전선(C)에 외부전원(AC)을 공급 또는 차단하는 작동제어부(20)와;
상기 작동제어부(20)에 연결되어 동작에 필요한 전원을 공급하는 작동전원부(30);로 이루어지고;
상기 작동제어부(20)는 상기 제1비교기(14a)에 연결된 SCR소자(21)와, 상기 제2비교기(14b)에 연결된 트랜지스터(22)와, 상기 SCR소자(21)와 트랜지스터(22)의 사이에 구비되며 상기 정온전선(C)에 교류(AC)인 외부전원(AC)을 공급 또는 차단하는 트라이액부(23)로 이루어진 것을 특징으로 하는 동파방지용 정온전선 제어시스템.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 작동전원부(30)에는 제어장치가 소형화되도록 상기 온도측정출력부(10)와 작동제어부(20)를 동작시키는 직류전원을 개별적으로 공급하는 트랜스리스전원(31)이 구비된 것을 특징으로 하는 동파방지용 정온전선 제어시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 트라이액부(23)에는 상기 작동제어부(20)에서 입력되는 직류신호가 상기 트라이액부(23)에 입력되는 교류신호로 변환되어 상기 트라이액부(23)를 작동시키는 트라이액구동부(23a)가 구비된 것을 특징으로 하는 동파방지용 정온전선 제어시스템.