KR101720226B1 - 온도측정용 적외선 센서를 가지는 천장형 히터 - Google Patents

Abstract

히터 설치 공간의 복수 개소의 복사열을 감지하여 온도를 측정하고, 그 결과를 함께 처리하여 공간의 실질적 온도를 찾도록 이루어진 것을 특징으로 하는 천장형 히터가 개시된다. 이 천장형 히터는 히터 설치 공간의 높은 위치, 가령, 천장에 설치되는 히터 본체와, 히터 설치 공간 내의 복수 개소의 온도를 측정하는 온도감지장치와, 온도감지장치에서 측정된 복수 개소의 온도를 이용하여 히터 사용자 공간의 온도를 연산하는 온도연산장치와, 온도연산장치에서 얻은 온도를 이용하여 히터 동작을 조절하는 조절기를 구비하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면 히터 설치 공간 내에 히터를 가동할 때 사용자가 느낄 수 있는 공간의 온도 혹은 체감 온도와 히터의 설정온도의 차이를 줄일 수 있어서 쾌적한 온도를 유지할 수 있고, 불필요한 전력 소비를 방지할 수 있으며, 복수 개소의 실질적 측정을 통해 합리적으로 히터 설치 공간의 대표 온도를 획득할 수 있다.

Description

온도측정용 적외선 센서를 가지는 천장형 히터{ceiling type heater having infrared sensor for temperature}

본 발명은 천장형 히터에 대한 것으로, 보다 상세하게는 히터 설치 공간의 실질적 온도를 잘 반영할 수 있는 온도측정용 적외선 센서를 가지는 천장형 히터에 관한 것이다.

히터는 열을 전달하는 원리에 따라 복사형, 대류형, 전도형이 있지만 근래에 많이 사용되는 원적외선 히터는 전기를 흘려 전열체를 가열하여 전열체나 그 주변 물질을 고온의 복사체로 만들고, 이 복사체가 주로 복사 현상을 이용하여 주변에 열을 전달하게 된다.

히터는 과열되면 화재를 일으키기 쉽고, 따라서 사용에 주의를 요한다. 전기 히터는 연료를 연소시키는 히터들에 비해 공해물질 발생이 적고 위생적이며, 즉시 고온에 도달할 수 있어서 사용이 편리하지만 많은 전력을 소모하므로 주변 온도를 지나치게 높은 온도까지 가열시키지 않도록 조절을 잘할 필요가 있다.

처음 히터를 켜서 일정 시간이 지나면 주변 온도는 사용자에게 적합한 온도가 되며 이때에는 히터를 꺼서 온도가 지나치게 올라가는 것을 막고 전력 낭비를 막아야 하고, 히터를 끈 상태로 시간이 지나면 다시 온도가 내려가 히터를 켜야 하지만 수동으로 히터를 켜고 끄는 것은 주의를 하지 않으면 적절한 시점을 놓치기 쉽다.

이런 조절이 잘 되지 않아 겨울에 지나치게 건조한 고온 환경을 만들거나, 추운 환경을 만들어 건강을 해칠 수도 있다. 이런 불편을 해소하기 위해 최근에는 히터에 온도 센서를 부착하고 온도 설정 기능을 갖추어 일정 온도로 히터를 설정하면 그 온도에 맞게 히터가 자동으로 켜지거나 꺼져 온도를 관리하는 경우가 많다.

그런데, 기존의 천장형 히터에 설치되는 센서는 사용자가 생활하는 공간의 온도와 다른 온도로 온도를 감지하는 경우가 많다. 이는 주로 대류 현상에 의해 공간 상부는 따뜻하고, 공간 하부는 상대적으로 온도가 낮을 수 있기 때문이다. 복사형 히터의 경우, 히터가 향하는 혹은 반사경이 향하는 방향은 따뜻하고, 다른 방향은 따뜻하지 않을 수 있으며, 히터의 용량이 작은 전기 히터의 경우 주변만 따뜻하고, 먼 곳은 기온이 낮을 수 있다. 히터 몸체의 전도에 의해 히터 자체의 온도는 오르기 쉽지만 히터와 떨어진 곳은 전도열도 없어 온도가 낮게 된다.

천장형 히터의 경우, 복사 가열을 하는 한편, 설치 위치가 사용자 생활공간의 상부가 되므로 히터 주변은 복사, 대류, 전도에 의한 열전달을 모두 감안할 때 매우 높은 온도가 되기 쉽고, 바닥은 반대로 거리가 멀고 낮아 낮은 온도가 되기 쉽다.

물론, 고급 난방 시스템의 경우, 생활공간 높이의 중간인 사용자의 주된 생활 위치에 온도 센서를 설치하고, 센서의 신호를 히터가 받아 히터 가동을 조절할 수 있지만 이런 경우에도 센서가 공간의 일 측에 치우치면 반드시 사용자가 생활하는 공간의 온도와 히터에 부속되는 센서가 감지하는 온도가 같지 않을 수 있고, 이런 시스템 난방의 경우 설치 비용이 높아 일반적인 천장형 히터에서는 이런 형태를 갖추기 쉽지 않다.

결과적으로 천장형 히터의 경우 사용자가 설정한 온도를 히터에 있는 센서가 감지하고 디스플레이에 표시할 때에는 사용자 환경은 설정 온도보다 훨씬 낮은 온도인 경우가 많아 적절한 온도 조절이 이루어지지 못하는 경우가 많다.

대한민국 등록특허 제10-0605289호

본 발명은 상술한 기존의 천장형 히터의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공간 내에 사용자가 느낄 수 있는 온도와 히터의 설정온도의 차이를 줄일 수 있는 구성을 가지는 천장형 히터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 실질적 측정을 통해 합리적으로 설치 공간의 온도를 감지할 수 있는 구성을 가지는 천장형 히터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 일 부가적 측면에서 공간내에 인원이 부재할 경우, 자동적으로 히터를 끌 수 있는 구성을 온도 센서와 함께 결합하여 가지는 천장형 히터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 천장형 히터는 히터 설치 공간의 복수 개소의 복사 적외선을 센서로 감지하고, 감지 결과를 처리하여 설치된 히터 본체의 발열량 혹은 소비전력을 조절하도록 이루어진다.

본 발명에서 센서는 볼로메터를 구비하여 이루어질 수 있다.

본 발명에서 감지센서로 볼로메터가 사용되는 경우, 복수 개소의 복사 적외선 감지한 결과를 처리하는 데에는 각 개소에 대한 적외선 감지 결과로 각 개소의 온도를 획득하는 보정 프로그램(보정 소프트웨어)이 사용되고, 복수 개소의 온도를 처리하여 히터 본체 조절을 위한 대표 온도를 얻기 위해 융합 프로그램이 사용될 수 있다.

본 발명에서 센서는 복수 개소의 복사 적외선과 함께 인체의 적외선 복사를 감지하도록 이루어질 수 있고, 센서의 감지 결과 신호를 처리할 때에는 인체의 존재 여부에 따라 히터 본체의 전력을 단계적으로 줄이거나 이후의 센싱 주기에서 인체의 존재 여부를 감지할 때까지 임시로 차단하도록 이루어질 수 있다.

본 발명에서 센서는 히터와 함께 일체형으로 설치될 수도 있지만 분산 설치될 수도 있다. 가령, 히터 본체와 일부 센서가 함께 천장에 설치되고 히터 본체를 조절하는 휴대용 리모콘이 있어서 이 리모콘에 센서 일부가 설치되어 이 리모콘 센서에서 감지한 결과를 히터 본체의 조절기 혹은 조절 회로로 무선으로 전달하여 히터 본체의 소비전력 혹은 발열량을 조절에 이용하는 형태도 가능하다.

이때, 리모콘에 설치되는 센서는 적외선 센서가 아닌 온도 센서, 가령, 열전쌍 온도계 형태의 센서가 될 수 있다.

본 발명의 천장형 히터는 히터 설치 공간의 높은 위치, 가령, 천장에 설치되는 히터 본체와, 히터 설치 공간 내의 복수 개소의 온도 관련 정보를 측정하는 온도감지장치와, 온도감지장치에서 측정된 복수 개소의 온도를 이용하여 히터 사용자 공간의 온도 혹은 대표 온도를 연산하는 온도연산장치와, 온도연산장치에서 얻은 온도를 이용하여 히터 동작을 조절하는 조절기를 구비하여 이루어질 수 있다.

본 발명에서 복수 개소의 온도를 측정하는 온도감지장치는 히터 본체에 일체로 결합되는 것일 수도 있지만, 복수 개소에 분산배치되고 온도 연산 장치로 측정 온도를 각각 전달하는 구성을 가지는 것일 수 있다.

본 발명의 천장형 히터는 복수 개소의 복사열을 감지하기 위한 센서로 마이크로 볼로메터를 구비하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 천장형 히터는 공간 내에서 인체의 존재를 감지할 수 있는 적외선 센서를 복수 개소의 온도를 측정하는 온도감지장치의 온도 센서와 일체형으로 구비하여 센싱 결과에 따라 히터의 전원을 끄거나, 지정된 온도로 유지하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따르면 히터 설치 공간 내에 히터를 가동할 때 사용자가 느낄 수 있는 공간의 온도 혹은 체감 온도와 히터의 설정온도의 차이를 줄일 수 있어서 쾌적한 온도를 유지할 수 있고, 불필요한 전력 소비를 방지할 수 있다.

본 발명에 따르면 히터 내의 온도감지장치 및 온도연산장치가 실질적 측정을 통해 합리적으로 설치 공간의 온도를 감지할 수 있다.

본 발명의 일 부가적 측면에 따르면 히터 사용시 공간 내에 인원의 존재 여부를 온도감지장치와 일체화된 센서로 확인하여 자동적으로 히터를 조절하여 전력 낭비와 안전성 제고를 할 수 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 천장형 원적외선 히터를 나타내는 박스 다이어그램 형태의 구성 개념도,
도2는 마이크로 볼로메터 기본 구성을 개념적으로 나타내는 사시도,,
도3은 본 발명의 일 실시예에서 볼로메터가 히터 체험 공간의 바닥 4 개소의 온도를 감지하는 것을 나타내는 설명도,
도4는 적외선 감지체로 적외선 카메라를 이용하여 흑체 측정을 실시하여 온도, 복사 에너지 측정에서 얻어지는 A/D 카운트를 바탕으로 작성된 수치표 예시도,
도5는 리모콘을 이용한 분산형 온도감지장치를 이용하여 히터 설치 공간의 대표 온도값을 산출하는 개념을 나타내는 설명도이다.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도1은 본 발명의 일 실시예를 이루는 천장형 원적외선 히터 시스템을 나타내는 개략적인 구성 개념도이다.

히터 설치 공간의 높은 위치, 가령, 천장에 설치되는 히터 본체(40)와, 히터 설치 공간 내의 복수 개소의 온도를 측정하는 온도감지장치(10)와, 온도감지장치(10)에서 측정된 복수 개소의 온도를 이용하여 히터 사용자 공간의 온도를 연산하는 온도연산장치(20)와, 온도연산장치(20)에서 얻은 온도를 이용하여 히터 동작을 조절하는 조절기(30)를 구비한 천장형 원적외선 히터가 개시된다.

본 실시예에서는, 복수 개소의 온도를 측정하는 온도감지장치(10)는 히터 본체 (40)및 온도조절기 회로와 함께 천장부에 설치되며, 이 온도감지장치(10)는 열전쌍 온도계(11) 혹은 기타 형식으로 종래와 같이 히터 본체 주변의 온도를 감지하는 온도센서와 함께 복수의 마이크로 볼로메터(15)를 가지는 볼로메터(13)를 포함한다.

종래 방식의 열전쌍 온도계는 히터의 영향을 직접 받지 않도록 히터 본체에서 원적외선을 하부로 비추기 위한 반사경 뒤쪽에 설치되며, 반사경에서 가능하면 반사경의 온도를 높이지 않고 모든 열이 전방으로 반사될 수 있도록 후면 반사경에는 고반사 처리막을 설치한다. 또한, 적외선 복사가 잘 이루어지도록 알루미늄판과 같은 복사체에는 세라믹코팅과 같은 반사방지막을 처리한다. 또한, 반사경의 뜨거운 열이 온도계에 바로 전도되는 것을 억제하기 위해 반사경과 온도계 사이에는 단열재를 설치한다. 단열재로는 높은 온도에 강하고, 가벼운 여러 가지 단열재, 가령 유리버블층을 사용할 수 있다.

볼로메터(13)는 일종의 적외선 열화상 카메라로, 기존에 알려진 바와 같이 지향하는 방향에 있는 물체가 내는 적외선 복사를 받아들이는 렌즈(미도시) 혹은 윈도우를 가지고, 대개 행렬을 이루도록 배열된 복수의 마이크로 볼로메터를 가진다. 모든 물체는 자신의 온도에 따른 패턴으로 적외선을 방출하고, 물체의 온도가 높을수록 적외선의 방출량도 많다는 것에 착안하여 대상의 적외선 방출량을 측정하여 온도를 측정하는 방법을 사용한다.

마이크로 볼로메터의 기본 구성을 먼저 살펴보면, 도2와 같이 신호처리회로(ROIC) 기판(110)) 위에서 적외선 복사 에너지를 감지할 수 있는 대략 사각형의 구조체(감지체: 130)가 그 양측에 있는 두 개의 지지대(141, 143))에 의해 기판(110)과 이격된 상태로 지지되는 형태를 가진다.

감지체(130)는 적외선 복사 에너지를 잘 흡수하여 작은 에너지로도 쉽게 온도 상승할 수 있으며, 미세한 온도 증가에도 저항 수치가 예민하게 반응하는 가령 산화바나듐과 같은 반도체 물질을 포함하는 물질을 사용한다. 지지대에는 금속전극이 들어 있으며 하나는 감지체(130) 및 Y 금속층(151)에, 다른 하나는 감지체(130) 및 ROIC 기판(110) 상의 회로소자(트랜지스터 등 회로소자)에 연결되어 있다.

감지체(130)의 열을 주변에 쉽게 옮기지 못하도록 감지체(130)에 결합된 지지대(141, 143)는 열전도성이 낮은 것을 사용하고, 기판(110)과 감지체(130) 사이의 공간은 진공으로 되어 있다. 감지체 온도 변화로 저항이 변화하면 이에 따라 회로소자에 인가되는 출력전압도 높아지며, 회로소자를 통해 전류가 흐르도록 한다. 이런 출력전압이나 전류는 이 마이크로 볼로메터에 대응하는 대상물의 온도 관련 정보가 되며, 기판 상의 도선을 통해 온도연산장치로 전달된다.

단, 이 마이크로 볼로메터의 감지체에서 감지된 적외선 복사 에너지는 대상물이 방출한 전체 복사에너지가 아니고, 대상물과 온도감지장치 사이의 거리, 대기 상태에 따라 달라질 수 있는 것이므로 온도 연산장치에서는 보정 프로그램을 통해 대상물의 실제 온도를 획득하도록 처리한다.

볼로메터의 렌즈 혹은 윈도우는 대상물인 복사체가 내는 적외선을 흡수하지 않고 잘 통과시킬 수 있는 물질, 가령 게르마늄이 많이 함유된 적외선 통과 물질의 창(window)으로 이루어질 수 있고, 자체 열 흡수 용량을 줄이기 위해 볼록렌즈 대신에 용적이 작은 프레넬 렌즈를 채용할 수 있다. 표면에는 특정 (온도) 대역 주파수를 잘 감지할 수 있는 필터가 설치될 수 있다.

통상의 볼로메터에서는 감지하는 전체 대상 영역을 하나의 화상으로 보면 화상을 이루는 개별 화소(픽셀:fixel)를 담당하는 마이크로 볼로메터를 통해 얻은 대상 영역의 온도를 디스플레이장치에 다른 색상으로 표시하게 되지만 본 발명에서는 이런 표시는 필요하지 않다. 따라서, 해상도를 높이기 위해 행렬을 이루는 마이크로 볼로메터 숫자를 다수로 늘릴 필요도 없다. 다만, 대표 온도를 찾기에 적합한 개수로 마이크로 볼로메터를 설치하는 것이 바람직하며, 온도를 얻기 위한 대상물이 서로 충분히 이격, 분포되도록 마이크로 볼로메터와 렌즈 혹은 윈도우를 세팅할 필요가 있다. 그런 의미에서 본 실시예에서도 볼로메터가 해상도가 낮은(화소수가 적은) 열화상 카메라 형태로 온도감지장치를 이룰 수 있다.

경우에 따라, 도3과 같이 천장에 설치된 히터 본체(40)에서 수직 하방과 30도 각을 이루는 모든 경사 방향으로 뻗는 직선이 바닥과 만나 형성하는 평면상의 원주(O)에서 서로 등간격으로 이격된 4 지점(A,B,C,D)을 천장에 히터 본체(40)와 함께 설치된 볼로메터(13)를 이루는 마이크로 볼로메터(11) 4개가 각각 지향하면서 이들 4 지점(A,B,C,D)의 바닥 표면에서 방출하는 적외선(실선 화살표로 도시됨)을 감지체가 감지하여 향후 온도연산장치(20)에서 히터 설치 공간의 바닥의 평균 온도를 도출하는 데 이용할 수 있다.

앞서 보듯이, 대상물(대상 영역)에서 나오는 적외선을 통해 대상 영역에 대응되는 마이크로 볼로메터의 감지체는 열에너지를 얻게 되고 수집된 에너지에 의해 감지체와 연결된 회로는 신호 전류를 일종의 온도 관련 정보로서 발생시킨다. 또한, 온도감지장치에서는 개개의 마이크로 볼로메터가 획득한 복수 개소의 온도 관련 정보를 온도연산장치(20)로 전달하고, 온도연산장치(20)는 보정 프로그램을 통해 각각의 마이크로 볼로메터에서 얻은 온도 관련 정보를 바탕으로 연산하여 결과값을 그 마이크로 볼로메터가 측정하는 대상물의 실제 온도로서 획득한다.

온도연산장치(20)는 히터 설치 공간의 복수 개소에 대해 얻은 복수의 실제 온도를 이용하여 다시 히터 설치공간의 사용자가 가장 현실적으로 느낄 수 있는 온도 수치, 즉, 대표 온도를 획득하기 위한 연산을 실시한다. 이런 연산도 여러 가지 방법으로 이루어질 수 있다. 가령, 하드웨어적인 회로구성을 통해 입력된 복수 개소의 측정 온도를 평균, 가중평균 혹은 다른 연산을 하여 최종적 대표 온도를 도출할 수도 있다.

보다 현실적으로 펌웨어나 소프트웨어와 결합되어, 이들 측정 온도에서 보다 합리적인 연산을 통해 대표 온도를 도출할 수도 있다. 소프트웨어 요소가 포함되는 경우, 천장형 원적외선 히터를 설치할 때 이 소프트웨어 요소, 가령, 융합프로그램을 설치 환경에 맞게 수정, 변경할 수 있고, 보정 프로그램이나 융합프로그램은 가령, 온도감지장치가 있는 히터 본체와 온도감지장치가 측정하는 대상물(바닥)까지의 거리 등을 변경 입력하여, 더 적합한 온도를 도출하는 것도 가능하다.

온도 연산장치에서 가능하게 이루어질 수 있는 작용의 보다 구체적인 예를 살펴보면, 온도 연산장치의 A/D 컨버터가 감지체와 연결된 회로에서 발생된 신호전압을 디지털 카운트로 변환한다(예를 들어,플리어 ThermoVisionⓡ SC6000IR 카메라는 14-bit 다이내믹 범위를 가진 A/D 컨버터를 사용해 0~16, 383 사이의 카운트 값을 생성). 카메라의 렌즈를 통해 입사되는 적외선 에너지가 많을수록 디지털 카운트가 높아지며, 카메라가 적절히 교정 상태라면 디지털 카운트가 복사 에너지값으로 정확히 변환될 수 있다. 온도 연산장치는 대상물의 측정된 방사율을 사용해 복사 에너지값을 온도 값으로 변환시킨다. 이런 과정에서 복사 에너지 측정값에 라디오메트리 교정, 온도 대복사 에너지 모델, 대상 물체 또는 장면의 방사율 등을 적용해 흑체로 모사된 대상물 온도 측정값을 구할 수 있다.

중요한 측정용 적외선 카메라는 제작공장에서 교정을 거쳐서 출고되며, 이미 알고 있는 온도, 복사 에너지 레벨, 방사율, 거리 조건을 토대로 여러 차례의 흑체 측정을 실시하여 온도, 복사 에너지 측정에서 얻어지는 A/D 카운트를 바탕으로 도4와 같은 수치표를 작성하고, 이를 소프트웨어 일부에 적용하여 대상 개소의 온도를 얻는 데 사용하고, 복수 개소의 온도를 다시 소프트웨어를 통해 처리하여 최종적으로 대표 온도값 도출에 이용할 수 있다.

좀 더 상세히 한 예를 들어 설명하면, 각 흑체 모사 대상물의 온도 측정의 카운트가 교정 소프트웨어에 입력되면 그 데이터는 대역 내(In-Band) 복사 에너지 곡선 맞춤 알고리즘을 거쳐서 적합한 대역 내 복사 에너지 대 카운트 값을 생성한다. 이때 카메라의 스펙트럼 응답함수는 정규화(Normalized)돼 있어야 한다. 이 과정을 통해 흑체 모사 대상물을 넓은 온도 범위에서 관찰할 수 있고 여기서 디지털 카운트에 대한 대역 내 복사 에너지[W/(sr-㎠)] 값이 구해진다. 얻어진 결과는 일련의 교정 곡선이 된다.

대부분의 용도에서 물체의 방사율은 표에서 찾은 값을 적용한다. 카메라 소프트웨어에 방사율 표가 포함되지만 보통 사용자가 범위 0.1~1.0 사이에 있는 물체의 방사율은 직접 입력할 수도 있다. 또한 카메라는 사용자가 입력하는 반사 주변온도, 감지거리, 상대습도, 대기의 투과율, 외부 광학장치 등을 기반으로 자동보정 기능을 제공하고 있다. 적외선 카메라는 복사 에너지와 물체의 방사율을 사용해온도를 계산한다. 그러나 방사율 값을 모르거나 불확실할 경우에는 역과정을 적용할 수도 있다. 즉, 물체의 온도를 알면 방사율을 계산할 수 있는 것이다. 이는 일반적으로 정확한 방사율 값을 알아야 할 필요가 있을 경우에 해당한다. 방사율을 계산하는 방법에는 두 가지가 있다.

첫째 방법은 온도 균질화상자(Equalization Box)를 사용해물체를 알고 있는 온도로 맞추는 것이다. 이 상자는 열풍을 순환시켜 내부온도를 엄밀하게 제어하는 챔버다. 물체 전체가 균일한 온도가 될 수 있도록상자 내부에 두는 시간은 충분히 주어져야 한다. 또한 그 물체가 실제 온도를 측정하려는 장소의 주위 온도와안정된 상태가 만족돼야 한다는 것도 매우 중요한 사항이다. 물체를 주위 온도보다 최소 10℃ 이상 지속적으로 높아진 상태에 머물도록 균일하게 가열해 측정의 열역학이 유효할 수 있도록 해야 하는 것이다. 물체가 원하는 온도에 도달하면 뚜껑을 열고 물체의 열분석도(Thermogram)를 캡처한다. 카메라나 소프트웨어로 열분석도를 처리해 방사율 값을 산출할 수 있다.

또 다른 인접 스팟 방법은 훨씬 더 간단하게 그리고 방사율 값을 합리적인 수준으로 정확하게 제공할 수 있다. 이 방법은 알고 있는 면적을 이용한다. 기본 아이디어는 카메라를 사용해 통상적인 방법으로 물체의 온도를 결정한다는 점이다. 물체를 조절하여 알려져 있지 않은 부분을 알려져 있는 부분의 방사율이 매우 근접하도록 만든다. 이 두 부분 사이의 거리는 매우 가까워서 서로 같은 온도라고 가정할 수 있어야 한다. 물체의 온도를 측정해 모르는 부분의 방사율을 계산할 수도 있다.

최종적으로 대표 온도값을 얻는 간단한 예로써, 도3과 같은 상태에서 바닥 4개소의 온도를 볼로메터(13)를 포함하는 온도감지장치와 온도연산장치(20)로 측정, 연산하여 이들 온도를 단순평균하여 바닥의 온도 대표값이 15℃라고 하고, 히터 본체(40)의 반사경 뒤쪽에 설치된 열전쌍 온도계(11)의 측정 온도값 25℃라고 하면, 바닥의 온도 대표값과 히터 본체(40)에서의 측정 온도값을 가중 평균하여, 가령, 바닥에서 천장까지 높이가 2.5m이고 대표 온도는 실내 공간 가운데 바닥에서 1m 높이의 온도를 지향한다면, 히터 설치 공간의 대표 온도값은 (15*3+25*2)/5=19℃라는 값을 얻을 수 있다.

이렇게 얻어진 대표 온도값은 히터동작을 조절하는 조절기(30)에 전기 신호의 형태로 입력되어 미리 설정되어 있는 온도, 가령, 20℃와 비교하여 설정온도보다 낮으면 히터 본체(40)에 히터 전류를 통하도록 하고, 설정온도보다 높으면 히터 전류를 일시적으로 차단할 수 있고, 히터 전류를 통하도록 하는 경우에도 비교값(온도 차이)의 크기가 크면 빠른 온도 조절을 위해 히터 전류를 크게 하고, 비교값의 크기가 작으면 히터 전류의 크기를 작게 조절하는 방식으로 히터 본체(40)를 동작시킨다.

이상과 같은 센서들을 통한 온도감지장치의 온도 감지와 온도연산장치를 통한 온도 도출 및 그 결과에 따른 히터 전류의 통과, 일시적 차단 및 전류 세기 조절은 기존의 잘 알려진 회로 구성을 통해 일정 주기로, 가령 1분마다 기존 값을 리셋하면서 반복될 수 있다.

복수 센서가 감지한 복수 온도에서 사용자가 느끼는 온도를 도출하는 방법은 실시예에서 제시한 것 외에도 매우 많으므로 다양한 형태의 소프트웨어 처리가 가능하며, 센서의 개수가 늘어나면 사용자 위치에서의 더 정확한 온도 도출이 가능하게 될 것이다.

이상 실시예에서는 온도감지장치 전체가 히터 본체와 함께 천장에 설치되는 경우를 들고 있으나, 온도를 감지하는 센서의 위치가 분산되어 있는 분산형 온도감지장치도 생각할 수 있다. 가령, 히터를 조절하는 리모콘이 있다면, 히터 본체에 설치된 온도감지장치에 더하여 리모콘에 설치된 온도 센서를 이용한 대표 온도 획득도 가능하다. 이런 경우, 집중형에 비해 더 정확한 온도 감지를 하고 이를 통해 온도 조절을 하는 것이 가능하다.

도5는 리모콘(50)에 온도감지장치 일부를 분산 설치하여 히터 설치 공간의 대표 온도값을 추출하는 개념을 나타내고 있다. 온도 센서 일부를 설치한 리모콘(50)을 사용자가 활동하는 주된 공간에 비치하거나, 바닥에서 일정한 거리(1m)에 비치하고, 리모콘(50)의 온도 센서에서 감지한 온도 정보를 무선통신(화살표도 표시)을 통해 히터 본체(40)에 인접한 송수신기(13')로 보내 온도연산장치(20), 기타 회로부에 필요할 때마다 혹은 주기적으로 송신을 하는 방법을 취하면, 이를 기반으로 히터 설치 공간 내의 온도 등고선으로 표시된 것과 같은 추세적 연산을 통해 더 정확한 사용자 위치에서의 실감 온도 도출이 가능할 것이다.

한편, 이상의 구성에서 천장형 히터는 일단 온도가 설정되면 온도 비교에 의해서만 히터를 켜고 끄며, 일단 전원을 켜고 사람이 공간에서 오랜 시간 부재중인 경우에도 히터를 계속 켠 상태로 운영될 수밖에 없다. 가령, 사무실에 히터를 켠 상태로 퇴근을 할 경우, 별도 타이머가 없는 경우, 히터는 계속 켜진 상태로 일정한 온도를 유지하기 위해 일시적으로 히터 전류를 통과시키거나 차단하면서 운영하게 된다. 이런 환경은 전력의 낭비를 가져오는 것이며, 화재의 위험도 증가시킬 수 있어서 개선점이 마련될 필요가 있다.

하나의 방법으로, PIR 센서와 같은 동작 감지 센서를 설치하는 경우를 들 수 있다. 이런 경우, 통상의 PIR 센서는 적외선 감지를 하여도 동작이 있어야 가동이 되므로 움직이지 않고 가만히 있는 경우, 일정 시간 후에는 전원이 꺼지며, 계속 히터를 가동하기 위해서는 사용자가 실내 공간에서 계속 동작을 해야한다. 이런 PIR 센서는 따라서 매우 번거롭고, 전등 점등, 소등에는 많이 사용되지만 천장형 히터용으로는 사용하기 어렵다.

그러나, 본 발명에서 사용하는 볼로메터를 이용하는 경우, 별도의 동작 없이도 볼로메터가 감지하는 전체 대상 영역 내에 인체와 같은 일정 온도의 물체가 있으면 온도감지장치 및 온도연산장치는 이를 감지하여 공간 내에 인원이 존재함을 확인하는 신호를 발생시킬 수 있다. 그리고, 이를 통해 일정 시간마다 주기적으로 인원 존재를 체크하여 인체가 없으면 조절기의 비교회로를 통해 히터의 전원을 끄거나, 단계적으로 전력을 줄여나가고, 인체가 있는 것으로 판단되면 앞서와 같은 온도 감지를 통해 현재의 히터상태를 온도에 따라 조절하게 된다.

따라서, 앞서 온도감지장치로 볼로메터를 사용하는 실시예에서 특정 개소에서 나오는 적외선 복사를 감지하는 구성에 추가하여 볼로메터 열화상 카메라 화면 전체 혹은 기존의 복수 개소 마이크로 볼로메터 전체를 통해 인체에 해당하는 온도대의 적외선을 감지하는 윈도우, 렌즈, 필터 구성을 이용하면서 마이크로 볼로메터 하나에라도 인체에 대응하는 신호가 존재하면 인원이 공간 내에 존재하는 것으로 처리하여 전원이 계속 켜진 상태를 유지하도록 조절기를 조절할 수 있다.

볼로메터에서 감지 대상 영역에 대응되는 것으로 선택된 일부 마이크로 볼로메터의 감지값을 처리하여 대상영역의 온도를 알아내거나, 공간 내에 인원이 존재하는 여부를 확인하는 구체적인 방법은 기존의 열화상 카메라를 이용하는 많은 장치에서의 정보 처리 방법과 특별한 차이는 없는 것이므로 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체적 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한　것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다. 가령, 이상 실시예에서 온도감지장치, 온도연산장치, 조절기는 별도 요소로 예시되며, 기능이 각각 구분되어 이루어지는 것으로 언급되나 이들은 모두 하나의 일체화된 회로 속에서 통합적으로 구성될 수 있고, 가령, 설정온도, 온도 측정 대상영역과 온도감지장치 사이의 거리 설정치 등을 저장하는 메모리는 소프트웨어와 함께 온도연산장치에 포함될 수 있으나, 이 가운데 설정 온도를 저장하는 메모리는 조절기 회로에 포함되어 온도연산장치가 보낸 대표 온도와 비교하고, 히터 본체를 조절하는 동작이 조절기에서 함께 이루어지는 것일 수 있다.

10: 온도감지장치 13: 볼로메터
20: 온도연산장치 30: 조절기
40: 히터 본체 50: 리모콘
110: 기판 130: 감지체

Claims (15)

1. 히터 설치 공간 천장부에 설치되는 히터 본체와,
   상기 히터 설치 공간 내의 복수 개소의 온도 관련 정보를 얻는 온도감지장치와,
   상기 온도감지장치에서 얻은 상기 복수 개소의 온도 관련 정보를 이용하여 상기 히터 설치 공간의 대표 온도를 획득하도록 연산처리하는 온도연산장치와,
   상기 온도연산장치에서 얻은 온도를 이용하여 상기 히터 본체의 동작을 조절하는 조절기를 구비하며,
   상기 온도감지장치는 상기 복수 개소에 대한 적외선 복사를 감지하기 위한 센서로 마이크로 볼로메터가 행렬을 이루어 복수 개소 온도 분포 측정이 가능한 행렬(어레이)형 볼로메터인 것을 특징으로 하는 천장형 히터.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 온도감지장치는 상기 히터 본체가 설치된 위치에 함께 설치되고,
   상기 온도감지장치가 상기 히터 설치 공간 내의 인체의 존재를 온도를 통해 감지하는 인체감지센서의 기능을 함께 수행하는 것을 특징으로 하는 천장형 히터.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 온도감지장치 및 상기 온도연산장치를 통해 상기 히터 설치 공간 내에서 인체에 해당하는 대상물을 감지할 수 없을 때에는 상기 조절기에 부재 신호가 전달되어 상기 히터 본체의 출력을 조절하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 천장형 히터.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 부재 신호가 지속적으로 일정 시간 전달되면 상기 조절기는 상기 히터 본체의 출력을 현재 단계에서 다음 단계로 단계적으로 낮추도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 천장형 히터.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 온도감지장치는 상기 히터 본체와, 상기 히터 본체가 설치된 위치에 함께 설치되며 상기 히터 본체의 동작을 조절하는 상기 조절기에 무선 신호를 주는 리모트 콘트롤 장치에 분산 설치됨을 특징으로 하는 천장형 히터.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 온도감지장치는 상기 히터 본체가 설치된 위치에 함께 설치되고,
   상기 마이크로 볼로메터는 상기 히터 설치 공간 내의 서로 다른 복수 개소의 온도 관련 정보를 획득할 수 있도록 렌즈 및 지향방향을 세팅하여 복수 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 천장형 히터.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 온도연산장치는 복수 온도 관련 정보를 보정 프로그램을 통해 처리하여 복수의 온도를 획득하고, 상기 복수의 온도를 융합프로그램에 의해 연산처리하여 대표 온도를 얻으며, 상기 보정 프로그램 및 상기 융합프로그램은 상기 온도감지장치에서 상기 복수 개소까지의 거리를 포함하는 설정 수치를 사용자가 변경입력할 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 천장형 히터.
9. 히터 본체와,
   상기 히터 본체가 설치되는 히터 설치 공간의 복수 개소의 복사 적외선을 감지하는 감지센서를 구비하며,
   상기 감지센서의 감지 결과 신호를 처리하여 상기 히터 본체를 조절하도록 이루어지며,
   상기 감지센서는 상기 복수 개소에 대한 적외선 복사를 감지하기 위한 센서로 마이크로 볼로메터가 행렬을 이루어 복수 개소 온도 분포 측정이 가능한 행렬(어레이)형 볼로메터인 것을 특징으로 하는 천장형 히터.
10. 삭제
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 감지센서는 상기 히터 본체와 함께 일체형으로 천장에 설치되는 것을 특징으로 하는 천장형 히터.
12. 제 9 항에 있어서,
    상기 감지센서는 상기 복수 개소의 복사 적외선과 함께 인체의 적외선 복사를 감지할 수 있도록 이루어지고,
    상기 감지센서의 감지 결과 신호를 처리할 때에는 인체의 존재 여부에 따라 상기 히터 본체의 전력을 단계적으로 줄이거나 인체의 존재 여부를 감지할 때까지 임시로 차단하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 천장형 히터.
13. 제 9 항에 있어서,
    상기 감지센서를 이루는 일부 센서는 상기 히터 본체와 함께 천장에 설치되고
    상기 히터 본체를 조절하는 휴대용 리모콘이 더 구비되고, 상기 휴대용 리모콘에 상기 감지센서의 다른 일부 센서가 설치되어 상기 다른 일부 센서에서 감지한 결과를 상기 히터 본체의 조절기 혹은 조절 회로로 무선으로 전달하여 상기 히터 본체의 소비전력 혹은 발열량을 조절에 이용하는 것을 특징으로 하는 천장형 히터.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 휴대용 리모콘에 설치되는 상기 다른 일부 센서는 열전쌍 온도계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천장형 히터.
15. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수 개소의 복사 적외선 감지한 결과를 처리하는 데에는 각 개소에 대한 적외선 감지 결과로 각 개소의 온도를 획득하거나, 상기 복수 개소의 온도를 처리하여 상기 히터 본체 조절을 위한 대표 온도를 얻기 위해서 소프트웨어 (프로그램)이 사용되며,
    상기 소프트웨어를 위해 설치환경에 따라 입력값을 수정하거나 새로 입력할 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 천장형 히터.

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