KR102262076B1 - 중계기능을 구비한 선박용 무선 히터 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

중계기능을 구비한 선박용 무선 히터 장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중계기능을 구비한 선박용 무선 히터 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 무선통신이 가능한 선박용 무선 히터 장치에 있어서, 선박 내부의 일정 공간의 온도를 높이기 위하여 탄소나노튜브 발열체를 포함하는 히터부와, 상위노드 장치로부터 히터부의 동작에 관한 명령을 수신하는 무선 중계부와, 무선 중계부로부터의 신호에 의해 히터부를 동작시키는 제어부와 외부에서 공급받은 전기에너지를 제어부에 공급하는 전원 공급부를 포함한다. 평판형 탄소나노튜브 발열체를 히터로 사용하여 낮은 전력으로 제어할 수 있어서 장치를 소형화 할 수 있으며, 무선 중계부는 상위노드로부터 수신된 명령을 하위노드의 히터 장치로 송신할 수 있어서 별도의 중계기가 없이도 선박내 히터를 무선으로 조절할 수 있다.

Description

중계기능을 구비한 선박용 무선 히터 장치 및 그 제어방법{WIRELESS HEATER UNIT WITH RELAY FOR SHIP AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 중계기능을 구비한 선박용 무선 히터 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 평판형 탄소나노튜브 발열체를 히터로 사용하여 낮은 전력으로 제어할 수 있어서 장치를 소형화 할 수 있으며, 무선 중계부는 상위노드로부터 수신된 명령을 하위노드의 히터 장치로 송신할 수 있어서 별도의 중계기가 없이도 선박내 히터를 무선으로 조절할 수 있는 무선통신이 가능한 선박용 무선 히터 장치에 관한 것이다.
다양한 국가를 항해하는 선박의 경우 각 지역마다 온도가 다르므로, 승객 및 화물의 상태에 따라 난방이 필요한 경우가 있다. 따라서 선박에는 각 선박에 적합한 난방장치를 설치하고 있으며, 주로 전기 또는 스팀을 사용하여 대류현상을 이용한 난방을 하고 있어서 열효율이 낮다. 따라서 열효율이 높은 선박용 히터장치의 도입이 필요하다.
대형 선박의 경우 많은 선실이 있으며, 앞쪽 선실과 뒤쪽 선실 사이에는 거리가 많이 떨어져 있는 경우가 대부분이다. 각각의 난방장치를 중앙 제어장치로 통일적으로 관리하기 위해서는 각각의 난방장치와 중앙 제어장치를 유무선으로 연결하여야 한다.
무선통신의 경우 선박이 이동하는 장소에 따라 통신상태에 따른 장애가 발생할 수 있다. 선박의 경우 제작된 이후에는 공간의 확장이 불가능하고, 항해 중에는 설비의 변경이 어려운 문제가 있다. 따라서 각 지역의 통신상태에 따라서 유연하게 변경가능한 선박용 무선 히터 장치의 개발이 필요하다.
등록특허공보 제10-1056472호 “원적외선 히터의 원격 중앙관리시스템” (2011.08.05. 등록)에는 건물 내부 각 실의 내부온도, 사람의 재실여부 등과 같은 환경조건을 유무선으로 전송받아 중앙관제실에서 원격관리에 의해 각 실에 설치된 원적외선 히터의 전원을 원격제어함으로써, 건물 내부에 설치된 원적외선 히터를 효율적으로 관리하고, 화재의 예방과 소비전력을 줄일 수 있는 것을 특징으로 하는 원적외선 히터의 원격 중앙관리시스템에 관하여 개시되어 있다.
등록특허공보 제10-1782071호 “원격 장치관리시스템” (2017.09.20. 등록)에는 조명, 멀티탭, 가전기기 등 실내에 설치되어 있는 적어도 하나 이상의 장치와 이 장치를 제어하는 신호를 송신하는 중앙제어장치 및 중앙제어장치에 접속가능한 단말기를 포함하는 원격 장치관리 시스템에 관하여 개시되어 있다. 그러나 선박의 특성에 따른 문제점을 해결하지는 못하고 있다.
등록특허공보 제10-1056472호 “원적외선 히터의 원격 중앙관리시스템” (2011.08.05. 등록) 등록특허공보 제10-1782071호 “원격 장치관리시스템” (2017.09.20. 등록)
본 발명의 목적은, 무선 중계부를 포함하여 별도의 중계기를 필요로 하지 않는 선박용 무선 히터 장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 저전력으로 동작하는 히터부를 포함하여 장치를 소형화할 수 있는 선박용 무선 히터 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 지역별 통신 상황에 효율적으로 대응가능한 선박용 무선 히터 장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 이루기 위한 하나의 양태에 따르면, 무선통신이 가능한 선박용 무선 히터 장치에 있어서, 외부로부터 전기에너지를 공급받아서, 내부에 전기에너지를 공급하는 전원 공급부; 선박 내부의 일정 공간의 온도를 높이기 위하여 상기 전원 공급부로부터 공급받은 전기에너지를 이용하는 탄소나노튜브 발열체를 포함하는 히터부; 상위노드 장치로부터 상기 히터부의 동작에 관한 명령을 수신하는 무선 중계부; 및 상기 전원 공급부에서 공급된 전기에너지를 상기 무선 중계부로 공급하고, 상기 무선 중계부로부터의 신호에 의해 상기 히터부를 동작시키는 제어부;를 포함한다.
상기 무선 중계부는 상위노드로부터 수신된 명령을 하위노드의 히터 장치로 송신할 수 있다.
상기 히터부는, 내열성 기재에 탄소나노튜브 발열체를 평면상으로 형성한 것을 사용할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전원공급부에서 공급된 전기에너지를 상기 무선 중계부에 공급 가능한 직류 저전압으로 변환하는 스위치 모드 파워 서플라이; 및 상기 전원공급부에서 상기 히터부로 공급되는 전기에너지를 차단 또는 연결하는 릴레이;를 포함할 수 있다.
상기 선박용 무선 히터 장치는, 주위 온도를 측정하는 센서부;를 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 무선 히터 장치는, 희망 온도를 입력받을 수 있는 수동 입력부;를 더 포함할 수 있다.
상기 무선 중계부는, 신호를 다른 히터 장치로 전달하는 신호 송신부; 다른 장치에서 전송한 신호를 전달받는 신호 수신부; 상기 신호 수신부에서 수신한 신호의 세기를 측정하는 신호세기 측정부; 및 하나의 상위노드 히터 장치와 하나 이상의 하위노드 히터 장치를 저장할 수 있는 노드 저장부;를 포함할 수 있다.
상기 목적을 이루기 위한 다른 양태에 따르면, 무선통신이 가능한 선박용 무선 히터 장치의 제어방법에 있어서, 전원 공급부가 외부로부터 전기에너지를 공급받아서, 내부의 제어부로 전기에너지를 공급하는 단계; 상기 제어부가 공급받은 전기에너지를 무선 중계부로 공급하는 단계; 상기 무선 중계부에서 상위노드 장치로부터 히터부의 동작에 관한 명령을 수신하는 단계; 상기 제어부에서 상기 무선 중계부로부터의 신호에 의해 상기 히터부를 동작시키는 단계; 상기 히터부에서 전원 공급부로부터 공급된 전기에너지를 이용하여 탄소나노튜브 발열체를 가열시켜 선박 내부의 일정 공간의 온도를 높이는 단계; 및 상기 무선 중계부를 통해 상위노드로부터 수신된 명령을 하위노드의 히터 장치로 송신하는 단계;를 포함한다.
상기 전기에너지를 무선 중계부로 공급하는 단계는, 상기 제어부의 스위치 모드 파워 서플라이가 상기 전원공급부에서 공급된 전기에너지를 상기 무선 중계부에 공급 가능한 직류 저전압으로 변환하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 히터부를 동작시키는 단계는, 상기 전원공급부에서 상기 히터부로 공급되는 전기에너지를 상기 무선 중계부로부터의 신호에 의해 릴레이에 의해 차단 또는 연결하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 선박용 무선 히터 장치의 제어방법은, 센서부에서 주위의 온도를 측정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 무선 히터 장치의 제어방법은, 수동 입력부를 통해서 희망 온도를 입력받는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 무선 히터 장치의 제어방법은, 무선 중계부에서 주위의 히터 장지로 일정한 길이의 파일럿 신호를 송신하는 단계; 주위의 히터 장치로부터 파일럿 신호의 세기를 수신하는 단계; 수신된 파일럿 신호의 세기가 임계값 이상인 경우, 송신한 히터 장치를 하위노드로 저장하는 단계; 및 상기 하위노드 히터 장치로 하위노드 등록신호를 송신하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 무선 히터 장치의 제어방법은, 무선 중계부에서 주위의 히터 장치로부터 파일럿 신호를 수신하는 단계; 수신한 파일럿 신호의 세기를 측정하는 단계; 복수의 히터 장치로부터 파일럿 신호를 수신한 경우, 파일럿 신호의 세기가 가장 큰 신호를 보낸 히터 장치로 파일럿 신호의 세기를 송신하는 단계; 및 파일럿 신호의 세기를 송신한 히터 장치로부터 하위노드 등록신호를 수신한 경우, 상기 히터 장치를 상위노드로 저장하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 중계기능을 구비한 선박용 무선 히터 장치 및 그 제어방법은, 별도의 중계기 없이도 히터 장치들 사이에 무선통신이 가능하다.
본 발명에 따른 중계기능을 구비한 선박용 무선 히터 장치 및 그 제어방법은, 히터부에 탄소나노튜브 발열체를 포함하여 저전력으로 동작할 수 있으며, 장치를 소형화 할 수 있다.
본 발명에 따른 중계기능을 구비한 선박용 무선 히터 장치 및 그 제어방법은, 지역별로 통신 상황이 달라져도 하위노드를 변경하여 효율적인 대처가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기능을 구비한 무선 히터 장치가 사용되는 선박의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기능을 구비한 선박용 무선 히터 장치의 제어방법을 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기능을 구비한 선박용 무선 히터 장치의 주요 구성을 나타내는 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기능을 구비한 선박용 무선 히터 장치의 무선 중계부의 세부 구성을 나타내는 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기능을 구비한 선박용 무선 히터 장치의 주요 구성을 실제 구현한 모습을 나타내는 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기능을 구비한 선박용 무선 히터 장치 중 히터부를 실제 평판형으로 구현한 모습을 나타내는 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기능을 구비한 선박용 무선 히터 장치의 제어방법 중 상위노드와 하위노드를 설정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기능을 구비한 선박용 무선 히터 장치의 제어방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부한 도면들 및 후술되어 있는 내용을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기능을 구비한 무선 히터 장치가 사용되는 선박의 모식도이다.
대형 컨테이너 선박 또는 크루즈 선박 등은 길이가 수백 m를 넘을 정도로 큰 경우가 많다. 이와 같이 큰 선박은 앞쪽에서 뒤쪽까지 수많은 선실과 각종 공간으로 구분되어 있으며, 바다를 항해하거나 항구에 정박한 동안에도 사람의 수면이나 활동 또는 물건의 보관이나 사용을 위해 적당한 온도를 유지해야 할 필요가 있다. 따라서 각각의 선실 등에는 각각 히터 장치(121, 122, 123)를 설치하여 운영하게 된다.
선박의 크기가 커지면, 각각의 히터 장치(121, 122, 123)를 개별적으로 조절하기 위해 많은 거리를 이동하여야 하는 등 불편한 점이 있다. 이를 개선하기 위하여 전체 히터 장치를 중앙에서 제어할 수 있는 중앙 제어장치(110)를 사용하게 된다. 이때, 선실 크기별 또는 위치별로 나누어 관리할 필요가 있는 경우 중앙 제어장치(110)와 히터 장치 사이에 중계기(120, 130)를 설치할 수 있다.
히터 장치(121, 122, 123)는 히터와 히터 컨트롤러를 포함하고 있으며, 히터 컨트롤러는 센서로 측정된 값, 각 선실에서 수동으로 설정된 값 또는 중앙 제어장치(110)에서 지시하는 온도에 맞추어 히터를 동작시킨다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기능을 구비한 선박용 무선 히터 장치의 제어방법을 나타낸 개념도이다.
도 2(a)는 중계기를 사용한 선박용 히터 장치의 제어방법을 나타내는 개념도이다.
중앙 제어장치(210)는 중계기A(220)와 중계기N(230) 등에 유선으로 연결되어 신호를 주고 받을 수 있다. 중계기A(220)는 히터1(221), 히터2(222), 히터3(223) 등에 유선으로 연결되어 있고, 중계기N(230)은 히터i(231), 히터j(232), 히터k(233) 등에 유선으로 연결되어 있다.
유선 시스템은 히터 장치의 증설 또는 유지보수시 중계기와 연결된 케이블 및 케이블 트레이 등을 새로 설치하거나 변경하여야 하므로 작업이 복잡해지고, 공간적 여유가 없는 선박의 특성상 증설이 곤란한 경우가 있다. 특히 다수의 히터를 추가로 증설하는 경우, 중계기도 추가가 필요한 데, 중계기는 복수의 히터에 전원을 공급하는 등 대용량이 필요하여 부피가 커서 비좁은 선박에 추가 증설하기 어려운 경우가 있다.
무선 시스템의 경우 중앙 제어장치(210)와 중계기(220, 230) 사이의 통신과, 각 중계기와 히터의 통신이 무선으로 이루어진다. 따라서 히터의 증설이 간단한 장점이 있다. 중앙 제어장치(210)로부터 멀리 떨어진 중계기의 경우 중계기 사이의 무선 통신에 의해 중앙 제어장치(210)의 신호를 전달할 수 있다.
다만, 선박의 특성상 다양한 국가의 항구에 정박하는 경우가 발생하는데, 각 국가마다 사용하는 주파수가 다르므로, 지역에 따른 무선통신 품질이 달라지는 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어, 국내에서는 500 Hz를 사용하는데 반해서, 러시아에서는 320 Hz를 사용한다. 이 경우 중계기 간의 거리가 먼 경우에도 국내에서는 문제없이 동작하지만, 러시아 항구에 입항하는 경우 통신의 장애를 받아 헌팅 현상 등 히터가 오동작하는 경우가 발생할 수 있다.
도 2(b)는 별도의 중계기를 사용하지 않고, 선박용 히터 장치에 포함된 무선통신부를 무선 중계부로 활용하는 제어방법을 나타내는 개념도이다.
각각의 히터장치는 무선 중계부를 포함한다. 중앙 제어장치(260)는 각각의 히터 장치에 있는 무선 중계부와 통신이 가능하다. 즉, 중앙 제어장치(260)는 히터 장치3(273)과 히터 장치i(281)와 무선 통신이 가능하다. 히터 장치의 무선 중계부 사이에도 무선 통신이 가능하다. 따라서, 히터 장치2(272)는 중앙 제어장치나 제어기가 아닌 히터 장치3(273)과 무선 통신을 할 수 있다. 마찬가지로 히터 장치j(282)도 히터 장치i(281)과 무선 통신할 수 있다. 이런 방식으로 중앙 제어장치(260)의 신호는 히터 장치1(271)에서 히터 장치k(283)까지 무선으로 전달할 수 있다.
이때, 중앙 제어장치(260)는 상위노드가 되고, 상위노드인 중앙 제어장치와 직접 통신하는 히터 장치i(281)는 상위노드인 중앙 제어장치의 하위노드가 된다. 한편, 히터 장치i(281)와 히터 장치j(282)가 통신하는 경우, 중앙 제어장치로부터 신호를 받는 히터 장치i(281)가 상위노드가 되고 히터 장치j(282)는 히터 장치i(281)의 하위노드가 된다. 히터 장치k(283)의 경우 히터 장치i(281)의 신호 세기에 따라 히터 장치i(281) 또는 히터 장치j(282)의 하위노드로 선택된다. 간명한 신호 전송을 위해 단순한 트리구조를 하기 위해 상위노드 장치는 복수의 하위노드 장치를 가질 수 있으나, 하위노드 장치는 상위노드를 하나만 가지도록 설정한다.
별도의 중계기가 없이도 히터 장치들 간의 무선통신이 가능하므로, 중앙 제어장치로부터 멀리 떨어져 있는 곳에 히터 장치를 추가하는 경우에도 중계기의 추가설치 없이 간단하게 증설이 가능하다. 뿐만 아니라 주파수가 다른 해외의 항구에 도착하여도 중계기간 거리보다 히터 장치간의 거리가 상대적으로 가깝기 때문에, 무선 통신 신호가 원활히 전달될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기능을 구비한 선박용 무선 히터 장치의 주요 구성을 나타내는 구성도이다.
도 3(a)는 제어부에 별도의 전원이 공급되는 경우의 주요 구성을 나타내는 구성도이다. 전원은 히터전원 공급부(310)와 제어전원 공급부(380)로 나뉘어 공급된다. 히터전원 공급부(310)로 전달된 전력은 차단부(320)를 통해서 히터부(330)로 전달된다.
제어부(370)는 무선 통신부(340), 센서부(350), 수동 입력부(360) 등에서 입력된 신호를 이용하여 차단부(320)의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(370)는 마이컴 등으로 구성되어 5V 정도의 저전압 직류 전력을 공급받아야 하므로 별도의 제어전원 공급부(380)를 통해 전력을 공급받는다. 제어전원 공급부(380)는 스위치 모드 파워 서플라이(Switched-Mode Power Supply; SMPS) 등을 포함하여 제어부에 저전압 직류를 공급할 수 있다.
차단부(320)는 제어부(370)의 신호에 의해 히터 공급부로부터 히터부로 전달되는 전력을 차단할 수 있다. 차단부(320)는 릴레이를 포함하고, 제어부의 신호에 의해 릴레가 동작함에 따라 히터부의 전원을 차단할 수 있다. 한편, 히터의 용량이 커서 3상 440V로 30A이상의 대전류를 인가하는 경우, 배선용 차단기인 전자접촉기(magnetic contactor; MC)를 더 포함하여 차단부(320)를 구성할 수 있다. 즉, 제어부의 신호를 차단부의 릴레이로 전달하고, 릴레이의 신호를 전자접촉기(MC)로 전달하여 전자접촉기(MC)가 히터로 전달되는 전류를 차단하게 된다.
도 3(b)는 제어부에 별도의 전원이 공급되지 않는 경우의 주요 구성을 나타내는 구성도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 무선 히터 장치는 전원 공급부(315), 히터부(335), 무선 중계부(345), 제어부(375)를 포함하며, 필요에 따라 센서부(350)와 수동 입력부(360)를 더 포함할 수 있다.
전원 공급부(315)는 외부로부터 전기에너지를 공급받아서, 내부의 제어부(375)로 전기에너지를 공급한다.
히터부(335)는 선박 내부의 일정 공간의 온도를 높이기 위하여, 전원 공급부(315)로부터 공급된 전기에너지를 이용하여 가열되는 탄소나노튜브(carbon nanotube; CNT) 발열체를 포함한다. 전원 공급부로부터 공급된 전기에너지는 제어부(375)를 통해서 히터부로 전달된다.
탄소봉 발열체 등으로 공기의 대류를 이용하여 간접적으로 난방을 하는 경우 전력소모가 심하나, 탄소나노튜브(CNT) 발열체는 직접적인 복사열을 활용하여 낮은 전력으로도 충분한 온도의 발열이 가능하다.
탄소나노튜브(CNT) 발열체는 다양한 형상으로 제작할 수 있어서, 히터부(335)를 평판형 내열성 기재에 탄소나노튜브 발열체를 평면상으로 형성하여 평판형으로 제작할 수 있다. 공간적인 제약이 많은 선박에서는 평판형 히터부(335)를 사용하는 것이 유리하다.
무선 중계부(345)는 상위노드 장치로부터 히터부의 동작에 관한 명령을 수신한다. 수신된 명령은 제어부(375)로 전달되어, 제어부에서 히터부의 동작을 제어하게 된다. 즉, 제어부(375)는 무선 중계부를 통해 수신한 상위노드의 신호에 의해 히터부(335)를 동작시킬 수 있다. 한편, 무선 중계부(345)는 상위노드로부터 수신된 명령을 하위노드의 히터 장치로 송신할 수 있다.
제어부(375)는 릴레이와 스위치 모드 파워 서플라이(Switched-Mode Power Supply; SMPS)를 포함한다. 무선 중계부(345), 센서부(350), 수동 입력부(360) 등은 5V 정도의 저전압 직류로 구동되므로, 제어부(375)는 스위치 모드 파워 서플라이(SMPS)를 이용하여 전원 공급부(315)를 통해 공급된 전기에너지를 직류 저전압으로 변환하여 무선 중계부(345), 센서부(350), 수동 입력부(360) 등에 공급한다.
제어부(375)의 릴레이는 전원 공급부(315)에서 히터부(335)로 공급되는 전기에너지를 차단 또는 연결할 수 있다. 제어부는 릴레이를 이용하여, 무선 중계부로부터의 신호에 의해 전원 공급부에서 공급되는 전기에너지를 차단 또는 연결하여 히터부를 동작시킬 수 있다. 예를 들어, 외부 전원으로 220V의 교류 전원을 사용하는 경우, 전원 공급부(315)로부터 전달된 220V 교류 전력을 제어부(375)의 릴레이를 통해서 히터부(335)로 전달할 수 있다. 이때, 탄소나노튜브(CNT) 발열체는 저전력으로 구동되므로 전류가 0.6A 정도로 적은 양만 흐른다. 따라서 소전류용 릴레이만으로도 히터부로 전달되는 전력을 충분히 차단할 수 있어서, 장치의 소형화가 가능한 장점이 있다.
센서부(350)는 주위 온도를 측정하여 그 결과를 제어부로 전송한다. 제어부(370)로 전송된 결과는 외부 표시장치(미도시)를 통해 출력되거나, 무선 중계부(345)를 통해서 중앙 제어장치(260)로 전달될 수 있다. 수동 입력부(360)는 사용자가 수동으로 입력한 히터 장치의 가동 여부 및 희망 온도를 입력받을 수 있다.
이러한 구성을 가진 무선통신이 가능한 선박용 무선 히터 장치의 제어방법은 다음과 같다.
우선 전원 공급부(315)가 외부로부터 전기에너지를 공급받아서, 내부의 제어부(375)로 전기에너지를 공급한다. 제어부(375)는 스위치 모드 파워 서플라이를 이용하여 전원공급부에서 공급된 전기에너지를 무선 중계부(345), 센서부(350), 수동 입력부(360) 등에 공급 가능한 직류 저전압으로 변환한다. 제어부는 직류 저전압으로 변환된 전기에너지를 무선 중계부(345), 센서부(350), 수동 입력부(360)로 공급한다,
전원을 공급받은 무선 중계부(345)는 상위노드 장치로부터 히터부의 동작에 관한 명령을 수신한다. 한편, 무선 중계부(345)는 상위노드로부터 수신된 명령을 하위노드의 히터 장치로 송신할 수 있어서, 중앙 제어장치(260)로부터 트리구조로 연결된 모든 히터 장치에 신호를 전달할 수 있다.
전원을 공급받은 센서부(350)는 주위의 온도를 측정하여 제어부로 전달할 수 있다. 전원을 공급받은 수동 입력부(360)는 사용자로부터 희망 온도 및 히터 동작 여부를 입력받아서 제어부로 전달할 수 있다.
제어부(375)는 무선 중계부(345), 센서부(350), 수동 입력부(360) 등의 신호에 의해 히터부(335)를 동작시킬 수 있다. 제어부(375)는 히터부를 동작시키기 위해, 무선 중계부(345), 센서부(350), 수동 입력부(360) 등으로부터의 신호에 의해 릴레이를 동작시켜 전원공급부에서 히터부로 공급되는 전기에너지를 차단 또는 연결할 수 있다.
제어부에 의해 전원공급부에서 공급되는 전기에너지가 연결된 경우, 히터부(335)는 전원 공급부로부터 공급된 전기에너지를 이용하여 탄소나노튜브 발열체를 가열시켜 선박 내부의 일정 공간의 온도를 상승시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기능을 구비한 선박용 무선 히터 장치의 무선 중계부의 세부 구성을 나타내는 구성도이다.
무선 중계부(345)는 상위노드로부터 수신된 명령을 하위노드의 히터 장치로 송신할 수 있다. 이렇게 함으로써, 중앙 제어장치(260)로부터 발송된 신호가 상위노드로부터 하위노드의 장치로 순차적으로 전달될 수 있어서, 전체 히터 장치에 전송할 수 있다.
주파수 사용대역이 다른 국가의 항구에 정박하는 경우 등, 주변 환경에 따라 통신 환경이 달라지면, 상위노드와 하위노드의 관계를 다시 설정할 필요가 있다. 예를 들어 신호에 잡음이 없는 경우에는, 상위노드인 히터 장치i(281) 하나에 하위노드로 히터 장치j(282)와 히터 장치k(283) 2개를 등록하여 2단계로 트리구조를 설정할 수 있다. 신호에 잡음이 생기는 경우, 상위노드인 히터 장치i(281)로부터 거리가 먼 히터 장치k(283)는 통신에 장애가 생길을 수 있으므로 하위노드에서 제외한다. 대신에 히터 장치k(283)의 상위노드로 히터 장치j(282)를 등록하여 3단계로 트리구조를 다시 설정하는 경우, 노드간 통신 거리가 짧아져서 장애가 많은 상황에서도 원활한 통신이 유지될 수 있다.
무선 중계부(345)는 신호 송신부(410), 안테나(445), 신호 수신부(450), 신호세기 측정부(470), 노드 저장부(490) 등을 포함한다.
신호 송신부(410)는 다른 히터 장치로 신호를 전달할 수 있다. 특히 트리구조를 다시 설정하는 경우, 세션 정보와 함께 일정한 길이의 파일럿 신호를 다른 히터 장치로 전달할 수 있다.
신호 수신부(450)는 다른 장치에서 전송한 신호를 전달받을 수 있다.
신호세기 측정부(470)는 신호 수신부에서 수신한 파일럿 신호의 세기를 측정할 수 있다. 신호의 세기는 수신된 파일럿 신호의 전력을 측정하거나, 미리 정해진 파일럿 신호의 오류 갯수를 검출하여 측정할 수 있다.
노드 저장부(490)는 트리구조가 다시 설정된 경우, 하나의 상위노드 히터 장치와 하나 이상의 하위노드 히터 장치를 저장할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기능을 구비한 선박용 무선 히터 장치의 주요 구성을 실제 구현한 모습을 나타내는 사진이다.
사진의 아래쪽에 전원 입출력 케이블(505)이 나타나 있다. 전원은 전원 공급부(515)로 입력되고, 제어부(575)를 거쳐서 히터부로 출력된다. 무선 중계부(545)에는 안테나(595)가 연결된다. 무선 중계부(545)는 지그비(ZigBee)모듈을 사용하여 제작하였으나, 와이파이(WiFi) 또는 블루투스(Bluetooth) 모듈을 사용할 수도 있다. 전원 공급부(515), 제어부(575), 및 무선 중계부(545)를 포함한 전체 크기를 소형화 시킬 수 있어서, 선박의 다양한 장소에 설치 가능하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기능을 구비한 선박용 무선 히터 장치 중 히터부를 실제 평판형으로 구현한 모습을 나타내는 사진이다.
사진에는 탄소나노튜브(CNT) 발열체를 이용한 평판형 히터부(635)와 수동 입력부(660)가 나타나 있다. 평판형이므로 공간이 부족한 선박 내에도 설치 가능하며, 탄소나노튜브(CNT) 발열체를 사용하여 저전력 구동이 가능하므로 컨트롤러를 소형화할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기능을 구비한 선박용 무선 히터 장치의 제어방법 중 상위노드와 하위노드를 설정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
주파수 사용대역이 다른 국가의 항구에 정박하는 경우 등, 주변 환경에 따라 통신 환경이 달라져서 상위노드와 하위노드의 관계를 다시 설정할 필요가 있는 경우, 중앙 제어장치(260)로부터 하위노드(703)를 다시 설정할 수 있다.
우선, 상위노드1(701)은 무선 중계부의 신호 송신부(410)를 통해 주위의 하위노드 후보 히터 장치(703)들로 세션정보와 일정한 길이의 파일럿 신호를 송신한다(S710).
하위노드 후보 히터 장치(703)는 무선 중계부의 신호 수신부(450)를 통해 상위노드1로부터 신호를 수신한다. 하위노드 후보 히터 장치(703)는 상위노드1로부터 받은 신호에서 세션정보를 추출하고, 무선 중계부의 신호세기 측정부(470)를 이용하여 파일럿 신호의 세기를 측정한다(S720). 수신된 세션에 대하여 상위노드가 이미 등록되어 있는지 확인하고(S725), 상위노드가 이미 등록되어 있는 경우에는 파일럿 신호를 무시하여, 새로운 세션에 대해서만 노드를 변경한다.
하위노드 후보 히터 장치(703)의 주위에 복수의 상위노드가 존재하는 경우, 다른 상위노드 후보인 상위노드2(702)도 세션정보와 파일럿 신호를 송신할 수 있다(S730). 하위노드 후보 히터 장치(703)는 상위노드2로부터 받은 신호에서도 세션을 추출하고, 파일럿 신호의 세기를 측정한다. 신호의 세기는 수신된 파일럿 신호의 전력을 측정하거나, 미리 정해진 파일럿 신호의 오류 갯수를 검출하여 측정할 수 있다.
하위노드 후보 히터 장치(703)가 주위의 복수의 상위노드들로부터 파일럿 신호를 수신한 경우, 각각의 파일럿 신호의 세기에 대한 리스트를 작성하여(S740), 가장 강한 신호를 보낸 상위노드를 선택한다(S745). 하위노드 후보 히터 장치(703)는 가장 강한 파일럿 신호를 전송한 상위노드1(701)로 신호의 세기를 송신한다(S750). 새로운 세션에 대해 상위노드를 설장하지 않은 각각의 하위노드는 1개의 히터장치에 대해서만 상위노드로 선택하는 정보를 전송하므로 트리구조를 형성할 수 있다.
상위노드1(701)은 주위의 하위노드 후보 히터 장치(703)로부터 파일럿 신호의 세기를 수신하여 임계값과 비교한다(S760). 수신된 파일럿 신호의 세기가 임계값보다 작은 경우 통신이 원활히 이루어지는 것이 보장되지 않으므로 하위노드로 등록하지 않는다. 수신된 파일럿 신호의 세기가 임계값 이상인 경우, 파일럿 신호의 세기를 송신한 히터 장치(703)를 무선 중계부의 노드 저장부(490)에 하위노드로 저장한다(S765). 복수의 히터 장치들로부터 임계값 이상의 신호를 수신한 경우, 하위노드로 복수의 히터 장치를 등록할 수 있다. 하위노드로부터 파일럿 신호의 세기를 회신받지 못한 상위노드2(702)는 하위노드를 등록하지 않는다.
상위노드1(701)은 하위노드로 등록한 하위노드 히터 장치(703)로 하위노드 등록신호를 송신한다(S770). 하위노드 히터 장치(703)는 파일럿 신호의 세기를 송신한 히터 장치인 상위노드1(701)로부터 하위노드 등록신호를 수신한 경우, 하위노드 등록신호를 송신한 히터 장치인 상위노드1을 상위노드로 저장한다(S780).
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기능을 구비한 선박용 무선 히터 장치의 제어방법을 나타내는 순서도이다.
하위노드(703)가 상위노드(701)로부터 신호를 수신하는 경우(S810), 수신된 신호가 히터 동작에 대한 신호인지 파일럿 신호를 포함한 노드 재조정 신호인지 확인한다(S820). 수신된 신호가 히터 동작에 대한 신호인 경우, 신호를 제어부로 전달하여 히터를 동작시킨다(S830).
수신된 신호가 파일럿 신호인 경우, 세션정보를 추출하고 파일럿 신호의 세기를 측정한다(S840). 수신된 세션에 대하여 상위노드가 이미 등록되어 있는 경우(S850), 파일럿 신호를 무시할 수 있다(S860). 수신된 세션에 대하여 상위노드가 아직 등록이 되지 않은 경우(S850), 복수개의 상위노드에 대하여 수신된 파일럿 신호의 세기 리스트를 작성하고(S870), 가장 센 파일럿 신호를 송신한 상위노드로 파일럿 신호의 세기를 송신하여(S880) 하위노드로 등록을 요청한다.
110 : 중앙 제어장치 120, 130 : 중계기
121, 122, 123 : 히터 장치
210 : 중앙 제어장치 220, 230 : 중계기
221, 222, 223, 231, 232, 233 : 히터 장치
260 : 중앙 제어장치
271, 272, 273, 281, 282, 283 : 히터 장치
310, 315 : 전원 공급부 320 : 차단부
330, 335 : 히터부 345 : 무선 중계부
350 : 센서부 360 : 수동 입력부
370, 375 : 제어부 380 : 제어전원 공급부
410 : 신호 송신부 445 : 안테나
450 : 신호 수신부 470 : 신호세기 측정부
490 : 노드 저장부
505 : 전원 입출력 케이블 515 : 전원 공급부
545 : 무선 중계부 575 : 제어부
595 : 안테나
635 : 평판형 히터 660 : 수동 입력부
701 : 상위노드1 702 : 상위노드2
703 : 하위노드

Claims (10)

  1. 무선통신이 가능한 선박용 무선 히터 장치에 있어서,
    외부로부터 전기에너지를 공급받아서, 내부에 전기에너지를 공급하는 전원 공급부;
    선박 내부의 일정 공간의 온도를 높이기 위하여 상기 전원 공급부로부터 공급받은 전기에너지를 이용하는 탄소나노튜브 발열체를 포함하는 히터부;
    상위노드 장치로부터 상기 히터부의 동작에 관한 명령을 수신하는 무선 중계부; 및
    상기 전원 공급부에서 공급된 전기에너지를 상기 무선 중계부로 공급하고, 상기 무선 중계부로부터의 신호에 의해 상기 히터부를 동작시키는 제어부;를 포함하며,
    상기 무선 중계부는,
    신호를 다른 히터 장치로 전달하는 신호 송신부;
    다른 장치에서 전송한 신호를 전달받는 신호 수신부;
    상기 신호 수신부에서 수신한 신호의 세기를 측정하는 신호세기 측정부; 및
    하나의 상위노드 히터 장치와 하나 이상의 하위노드 히터 장치를 저장할 수 있는 노드 저장부;를 포함하고,
    상기 무선 중계부는 상위노드로부터 수신된 명령을 하위노드의 히터 장치로 송신할 수 있는 것을 특징으로 하는 선박용 무선 히터 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 히터부는, 내열성 기재에 탄소나노튜브 발열체를 평면상으로 형성한 것을 특징으로 하는 선박용 무선 히터 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    주위 온도를 측정하는 센서부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 무선 히터 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    희망 온도를 입력받을 수 있는 수동 입력부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 무선 히터 장치.
  5. 삭제
  6. 무선통신이 가능한 선박용 무선 히터 장치의 제어방법에 있어서,
    전원 공급부가 외부로부터 전기에너지를 공급받아서, 내부의 제어부로 전기에너지를 공급하는 단계;
    상기 제어부가 공급받은 전기에너지를 무선 중계부로 공급하는 단계;
    상기 무선 중계부에서 상위노드 장치로부터 히터부의 동작에 관한 명령을 수신하는 단계;
    상기 제어부에서 상기 무선 중계부로부터의 신호에 의해 상기 히터부를 동작시키는 단계;
    상기 히터부에서 전원 공급부로부터 공급된 전기에너지를 이용하여 탄소나노튜브 발열체를 가열시켜 선박 내부의 일정 공간의 온도를 높이는 단계;
    상기 무선 중계부에서 주위의 히터 장지로 일정한 길이의 파일럿 신호를 송신하는 단계;
    주위의 히터 장치로부터 파일럿 신호의 세기를 수신하는 단계;
    수신된 파일럿 신호의 세기가 임계값 이상인 경우, 송신한 히터 장치를 하위노드로 저장하는 단계;
    상기 하위노드로 저장된 히터 장치로 하위노드 등록신호를 송신하는 단계; 및
    상기 무선 중계부를 통해 상위노드로부터 수신된 명령을 하위노드의 히터 장치로 송신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 무선 히터 장치의 제어방법.
  7. 제6항에 있어서,
    센서부에서 주위의 온도를 측정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 무선 히터 장치의 제어방법.
  8. 제6항에 있어서,
    수동 입력부를 통해서 희망 온도를 입력받는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 무선 히터 장치의 제어방법.
  9. 삭제
  10. 제6항에 있어서,
    상기 무선 중계부에서 주위의 히터 장치로부터 송신된 파일럿 신호를 수신하는 단계;
    수신된 파일럿 신호의 세기를 측정하는 단계;
    복수의 히터 장치로부터 파일럿 신호를 수신한 경우, 파일럿 신호의 세기가 가장 큰 신호를 보낸 히터 장치로 파일럿 신호의 세기를 송신하는 단계; 및
    파일럿 신호의 세기를 송신한 히터 장치로부터 하위노드 등록신호를 수신한 경우, 상기 하위노드 등록신호를 송신한 히터 장치를 상위노드로 저장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 무선 히터 장치의 제어방법.
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