KR101558263B1 - 전열 보완형 면상발열 장치 - Google Patents

전열 보완형 면상발열 장치 Download PDF

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KR101558263B1 KR1020150064106A KR20150064106A KR101558263B1 KR 101558263 B1 KR101558263 B1 KR 101558263B1 KR 1020150064106 A KR1020150064106 A KR 1020150064106A KR 20150064106 A KR20150064106 A KR 20150064106A KR 101558263 B1 KR101558263 B1 KR 101558263B1
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Abstract

본 발명은 열원(熱源)으로서 미세 도전성 입자와 비전도성 판체가 적층되어 구성된 면상발열체(10)가 적용되는 면상발열 장치에 관한 것으로, 니크롬(nichrome) 등 금속계 선상전열체(線狀電熱體)(15)를 병용함으로써, 입자층 면상발열체(10)의 단점인 태양광 노출에 따른 효율 및 성능 저하를 방지한 것이다.
본 발명을 통하여, 입자층 면상발열체(10)의 고질적인 문제점인 태양광 노출에 따른 기능 상실을 해결할 수 있으며, 이로써 시설농업용 난방장치 또는 각종 공사현장 등에 설치되는 노천 발열장치와 같이 태양광에 지속적으로 노출될 수 밖에 없는 조건에서도 입자층 면상발열체(10)의 활용이 가능하다.

Description

전열 보완형 면상발열 장치{ELECTRIC HEATER AIDED PLATE HEATING APPARATUS}
본 발명은 열원(熱源)으로서 미세 도전성 입자와 비전도성 판체가 적층되어 구성된 면상발열체(10)가 적용되는 면상발열 장치에 관한 것으로, 니크롬(nichrome) 등 금속계 선상전열체(線狀電熱體)(15)를 병용함으로써, 입자층 면상발열체(10)의 단점인 태양광 노출에 따른 효율 및 성능 저하를 방지한 것이다.
탄소입자 등 미세 도전성 입자와 내열유리 등 비전도성 판체가 적층되어 구성되는 면상발열체(10)는 니크롬 등 합금계 전열체에 비하여 에너지 효율이 우수할 뿐 아니라, 내구성에 있어서도 유리한 장점을 가지는 것으로, 관련 종래기술로는 공개특허 제2001-71179호를 들 수 있다.
공개특허 제2001-71179호를 비롯한 입자층 면상발열체(10)는 우수한 효율은 물론 발열 작동시 발광이 수반되지 않는 특성을 가지는데, 이러한 비발광 발열 특성은 다양한 산업 분야에서 유리한 효과를 나타낼 수 있다.
특히, 도 1에서와 같이, 비닐하우스 또는 온실 등 시설농업 현장에서 면상발열체(10)를 난방수단으로 적용할 경우, 광선에 민감한 작물의 생육에 불필요한 영향을 주지 않으면서도 효과적인 난방이 가능하다.
즉, 합금계 전열체가 장착된 전통적인 전열기기의 경우 발열에 수반되는 발광이 불가피한 바, 시설농업용 난방기로 사용될 경우 개화기 작물 또는 화훼작물에 대한 야간 난방시 불필요한 광선이 작물에 조사될 수 밖에 없고, 이는 해당 작물의 생육에 악영향을 미칠 수 있는 반면, 발열시 일체의 발광이 수반되지 않는 입자층 면상발열체(10)의 적용시 상기와 같은 부작용을 근본적으로 억제할 수 있는 것이다.
전술한 바와 같이, 입자층 면상발열체(10)의 적용을 통하여, 우수한 에너지 효율은 물론 불필요한 발광 억제 등 다양한 이점을 얻을 수 있으나, 입자층 면상발열체(10)는 태양광에 노출되면 효율 및 성능이 급격하게 저하되는 심각한 단점을 가지며, 이로 인하여 비닐하우스 및 온실 등 시설농업용 난방수단으로서의 면상발열체(10) 보급에는 제약이 있을 수 밖에 없었다.
즉, 미세 도전성 입자와 비전도성 판체가 적층되어 구성되는 입자층 면상발열체(10)는 태양광에 노출되면 자체 저항이 급격하게 상승되면서 실질적 기능을 상실하는 특성이 있는데, 이로 인하여 태양광에 상시 노출될 수 밖에 없는 시설농업 현장 또는 노천(露天) 발열장치는 물론, 실내라 할지라도 채광(採光)이 양호한 지점에 있어서 주간(晝間) 난방수단으로는 적용이 사실상 불가능한 것이다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 태양광 노출로 인하여 전기 저항이 상승된 입자층 면상발열체(10)를 가열하면 저항이 하강하는 현상에서 착안된 것으로, 입자층 면상발열체(10)가 적용되는 면상발열 장치에 있어서, 면상발열체(10)에 근접하여 선상전열체(15)가 설치되고, 외부 전원이 공급되는 수전단자(28)가 연결된 분전부(25)가 상기 면상발열체(10) 및 선상전열체(15)와 연결되며, 면상발열체(10)와 분전부(25)간 도선에는 회로센서(26)가 연결되고, 상기 분전부(25) 및 회로센서(26)에는 MCU(21)가 연결되어, 태양광 입사에 따른 면상발열체(10)의 저항 상승을 회로센서(26)가 감지하여 MCU(21)에 신호를 입력하고, MCU(21)가 분전부(25)를 제어하여 선상전열체(15)가 가동되며, 선상전열체(15)가 면상발열체(10)를 가열함을 특징으로 하는 전열 보완형 면상발열 장치이다.
또한, 입자층 면상발열체(10)가 적용되는 면상발열 장치에 있어서, 면상발열체(10)에 근접하여 선상전열체(15)가 설치되고, 외부 전원이 공급되는 수전단자(28)가 연결된 분전부(25)가 상기 면상발열체(10) 및 선상전열체(15)와 연결되며, 조도센서(27)가 연결된 MCU(21)가 상기 분전부(25)에 연결되어, 태양광 입사를 조도센서(27)가 감지하여 MCU(21)에 신호를 입력하고, MCU(21)가 분전부(25)를 제어하여 선상전열체(15)가 가동되며, 선상전열체(15)가 면상발열체(10)를 가열함을 특징으로 하는 전열 보완형 면상발열 장치이다.
본 발명을 통하여, 입자층 면상발열체(10)의 고질적인 문제점인 태양광 노출에 따른 기능 상실을 해결할 수 있으며, 이로써 시설농업용 난방장치 또는 각종 공사현장 등에 설치되는 노천 발열장치와 같이 태양광에 지속적으로 노출될 수 밖에 없는 조건에서도 입자층 면상발열체(10)의 활용이 가능하다.
이렇듯, 태양광 노출 조건에서도 입자층 면상발열체(10)의 적용이 가능하게 됨에 따라, 입자층 면상발열체(10)의 우수한 에너지 효율을 통하여 해당 난방장치 또는 발열장치의 운용비용을 획기적으로 절감하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 면상발열체 적용 난방장치 사용상태 예시도
도 2는 본 발명의 사시도
도 3은 본 발명의 구성도
도 4는 비접촉식 회로센서가 적용된 본 발명의 일 실시예 구성도
도 5는 조도센서가 장착된 본 발명의 일 실시예 사시도
도 6은 도 5 실시예의 구성도
도 7은 양면 가열형 선상전열체가 적용된 본 발명의 일 실시예 사시도
본 발명의 상세한 구성을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.
우선 도 2는 본 발명의 외관을 예시한 사시도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명은 미세 도전성 입자와 비전도성 판체가 적층되어 구성된 입자층 면상발열체(10)가 적용되는 면상발열 장치로서, 구동 회로가 내장된 하우징(20)의 일측에 면상발열체(10) 및 선상전열체(15)가 상호 근접된 상태로 설치되고, 하우징(20)의 타측에는 외부 전원이 연결되는 수전단자(28)가 구성된다.
즉, 본 발명의 구성을 도시한 블럭다이어그램인 도 3에서와 같이, 본 발명의 면상발열 장치는 발열체로서 면상발열체(10)와 선상전열체(15)가 동반 장착되는 것으로, 면상발열체(10)에 근접하여 선상전열체(15)가 설치되고, 외부 전원이 공급되는 수전단자(28)가 연결된 분전부(25)가 상기 면상발열체(10) 및 선상전열체(15)와 연결되며, 면상발열체(10)와 분전부(25)간 도선에는 회로센서(26a)가 연결되고, 상기 분전부(25) 및 회로센서(26a)에는 MCU(21)가 연결된 구조를 가진다.
본 발명에 있어서 선상전열체(線狀電熱體)(15)는 니크롬(nichrome) 등 합금계 전열체로서 선상(線狀) 내지 봉상(棒狀)의 외형을 가지며, 도 2에서와 같이, 면상발열체(10)에 근접된 상태로 설치된다.
전술한 바와 같이, 입자층 면상발열체(10)는 태양광에 노출되면 그 기능이 급격하게 상실되는데, 이는 태양광의 입사(入射)에 따라 면상발열체(10)의 전기 저항이 상승되어 면상발열체(10)를 통과하는 전류가 감소됨에 기인하는 것이다.
이러한 태양광 노출에 따른 면상발열체(10)의 저항 상승 현상은 면상발열체(10)를 고온으로 가열함으로써 해소될 수 있는데, 본 발명에서는 면상발열체(10)에 근접 설치된 선상전열체(15)가 면상발열체(10)를 가열하게 된다.
동반 설치되는 면상발열체(10)와 선상전열체(15)간 이격거리는 본 발명 적용 면상발열 장치의 규모에 따라 변화될 수 있으나, 선상전열체(15)가 면상발열체(10)를 신속하게 복사 가열할 수 있도록 1mm 이상 10cm 이하의 표면간 이격거리를 가지는 상호 근접된 상태로 설치되는 것이 바람직하다.
도 3에서와 같이, 본 발명에 있어서 면상발열체(10)와 선상전열체(15)는 분전부(25)와 연결되어 전원이 공급되는데, 분전부(25)에는 MCU(Micro Controller Unit)(21)가 연결되어 면상발열체(10)의 상태에 따라 선상전열체(15)에 대한 전원 공급이 단속된다.
즉, 본 발명에 있어서 선상전열체(15)는 그 자체가 본 발명 적용 발열장치의 열원으로서 난방 또는 가열에 활용될 수도 있으나, 동일한 조건에서 면상발열체(10)의 에너지 효율이 니크롬 등 합금계 전열체인 선상전열체(15)에 비하여 우수하므로, 평상시에는 면상발열체(10)를 열원으로 발열장치를 가동하다가, 태양광의 입사(入射)에 따라 면상발열체(10)의 저항이 상승하면 선상전열체(15)를 가동하여 면상발열체(10)를 가열함으로써 면상발열체(10)의 저항이 소정의 기준치를 하회하도록 유지하는 것이다.
이때, 태양광의 입사에 따른 면상발열체(10)의 저항 상승 여부는 도 3에서와 같이, 면상발열체(10)와 분전부(25)간 도선에 연결된 회로센서(26)에 의하여 수행되며, 회로센서(26a)에 의하여 감지된 측정치는 MCU(21)에 입력된다.
여기서 회로센서(26a)는 면상발열체(10)와 수전단자(28)간 도선 즉, 회로에 연결되어 면상발열체(10)의 전기 저항 증감에 다른 도선상 전류의 변화를 측정하는 센서로서, 통상의 전류, 전압 또는 저항 계측장치가 적용될 수 있으며, 회로센서(26a)에서 발생된 측정치는 전기적 신호 형식으로 MCU(21)에 입력된다.
MCU(21)는 회로센서(26a)로부터 수신한 측정치를 기초로 면상발열체(10)의 저항이 소정의 기준치 즉, 해당 면상발열체(10)의 기능이 유지될 수 있는 수준의 전류가 충분히 유통될 수 있는 저항치를 초과할 경우, 면상발열체(10)의 기능이 저하된 것으로 판단하고, 분전부(25)를 제어하여 선상전열체(15)에 전원을 공급하게 되며, 이로써 선상전열체(15)가 가동되어 면상발열체(10)를 가열하고, 가열된 면상발열체(10)는 저항이 하강되어 기능이 회복된다.
도 4는 회로센서(26)로서 홀센서(hall sensor)를 적용하여 비접촉식 내지 비결선식(非結線式)으로 회로센서(26b)를 구성한 실시예를 도시한 것으로, 도 3에서와 같이 분전부(25)와 면상발열체(10)간 도선에 직접 결선하는 방식에 비하여 주회로(主回路)의 안정성 확보에 있어서 유리할 뿐 아니라 센서 감지 과정에서의 전력손실을 최소화할 수 있다.
한편, 도 5 및 도 6은 회로센서(26)를 배제하고 주회로와 분리된 조도센서(27)를 장착함으로써, 주회로의 안정성을 확보함과 동시에 면상발열체(10)의 저항 상승 현상 개시 전에 태양광 입사에 대한 기민한 대응이 가능하도록 한 것이다.
이러한 본 발명의 조도센서(27) 적용 실시예는 도 5 및 도 6에서와 같이 면상발열체(10)에 근접하여 선상전열체(15)가 설치되고, 외부 전원이 공급되는 수전단자(28)가 연결된 분전부(25)가 상기 면상발열체(10) 및 선상전열체(15)와 연결되며, 조도센서(27)가 연결된 MCU(21)가 상기 분전부(25)에 연결되는 구성을 가진다.
즉, 도 5에서와 같이, 하우징(20) 외부로 노출되는 조도센서(27)를 설치하고, 도 6에서와 같이, 조도센서(27)와 MCU(Micro Controller Unit)(21)를 연결하여 조도센서(27)의 측정치에 따라 MCU(21)가 태양광의 입사 여부를 판단하여, 태양광이 입사하는 것으로 판단되면 선상전열체(15)를 선제적으로 가동하여 면상발열체(10)를 가열함으로써 면상발열체(10)의 기능 저하를 예방하는 것이다.
이렇듯, 면상발열체(10)에 선상전열체(15)를 근접 설치하고, 태양광 입사에 따른 면상발열체(10)의 기능 저하시 선상전열체(15)를 이용하여 면상발열체(10)를 가열함으로써, 면상발열체(10)의 기능을 안정적으로 유지할 수 있는데, 도 7에서와 같이, 단일 선상전열체(15)를 이용하여 면상발열체(10)의 양면을 동시에 가열할 수 있으며, 이로써 일층 신속하고 효율적인 면상발열체(10)의 가열이 가능하다.
이러한 단일 선상전열체(15)를 통한 면상발열체(10)의 양면 가열은 선상전열체(15)에 선회부(16)를 형성함으로써 달성할 수 있는데, 도 7에 도시된 바와 같이, 후단이 하우징(20)에 연결된 선상전열체(15)의 선단부에 절곡부위가 반복 형성된 선회부(16)를 형성하여 면상발열체(10)의 선단을 선회할 수 있도록 한 것이다.
즉, 도 7에서와 같이, 면상발열체(10)의 상면측 하우징(20)에 연결된 선상전열체(15)가 면상발열체(10)의 상면을 종단하여 돌출되고 면상발열체(10)의 선단에서 선회부(16)를 형성함으로써 면상발열체(10)의 저면으로 진입한 후, 면상발열체(10)의 저면을 종단하여 저면측 하우징(20)에 연결되는 구조를 구축함으로써, 단일 선상전열체(15)가 면상발열체(10)의 양면을 동시에 가열할 수 있도록 한 것이다.
10 : 면상발열체
15 : 선상전열체
16 : 선회부
20 : 하우징
21 : MCU
25 : 분전부
26 : 회로센서
27 : 조도센서
28 : 수전단자

Claims (2)

  1. 입자층 면상발열체(10)가 적용되는 전열 보완형 면상발열 장치에 있어서,
    면상발열체(10)에 근접하여 선상전열체(15)가 설치되고;
    외부 전원이 공급되는 수전단자(28)가 연결된 분전부(25)가 상기 면상발열체(10) 및 선상전열체(15)와 연결되며;
    면상발열체(10)와 분전부(25)간 도선에는 회로센서(26)가 연결되고;
    상기 분전부(25) 및 회로센서(26)에는 MCU(21)가 연결되어, 태양광 입사에 따른 면상발열체(10)의 저항 상승을 회로센서(26)가 감지하여 MCU(21)에 신호를 입력하고, MCU(21)가 분전부(25)를 제어하여 선상전열체(15)가 가동되며, 선상전열체(15)가 면상발열체(10)를 가열함을 특징으로 하는 전열 보완형 면상발열 장치.
  2. 입자층 면상발열체(10)가 적용되는 전열 보완형 면상발열 장치에 있어서,
    면상발열체(10)에 근접하여 선상전열체(15)가 설치되고;
    외부 전원이 공급되는 수전단자(28)가 연결된 분전부(25)가 상기 면상발열체(10) 및 선상전열체(15)와 연결되며;
    조도센서(27)가 연결된 MCU(21)가 상기 분전부(25)에 연결되어, 태양광 입사를 조도센서(27)가 감지하여 MCU(21)에 신호를 입력하고, MCU(21)가 분전부(25)를 제어하여 선상전열체(15)가 가동되며, 선상전열체(15)가 면상발열체(10)를 가열함을 특징으로 하는 전열 보완형 면상발열 장치.
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