KR102542536B1

KR102542536B1 - 직류전원을 사용하는 전기온열매트

Info

Publication number: KR102542536B1
Application number: KR1020210096647A
Authority: KR
Inventors: 김성태
Original assignee: (주)상온의료기
Priority date: 2021-07-22
Filing date: 2021-07-22
Publication date: 2023-06-14
Also published as: KR20230015193A

Abstract

직류전원 공급부, 온도조절기 및 매트부를 포함하는 전기온열매트에 있어서,
상기 매트부는 원단과 솜을 누빈 상판과 하판; 상기 상판과 하판 사이 중간에 구비된 면상 발열체;를 포함하여 전자파가 발생하지 않고, 전기요금을 절약할 수 있는 것을 특징으로 하는 직류전원을 사용하는 전기온열매트

Description

직류전원을 사용하는 전기온열매트{Electrical Heating Mat using DC Power Supply}

본 발명은 온열매트에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 직류 12 내지 24볼트를 사용하여 전자파가 발생하지 않고 전기요금을 절약하는 전기온열매트에 관한 것이다.

최근 전기온열매트는 침대 위, 쇼파 위 및 차박용 등으로 사계절 사용이 점점 넓어지고 있다.

그러나 교류전원을 사용하는 매트가 많은데, 인체에 해로운 전자파가 발생하고, 누설전류가 많고 전력 소모량이 큰 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1639538호(2016년 7월 7일 등록)

기존의 전기온열매트는 교류전원을 사용하는 매트가 많은데, 인체에 해로운 전자파가 발생하고, 누설전류가 많고 전력 소모량이 큰 문제점이 있다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 직류 12 내지 24볼트를 사용하여 전자파가 발생하지 않고 전기요금을 절약하는 전기온열매트를 제안하고자 한다.

본 발명에 따른 전기온열매트는 전자파가 발생하지 않고, 전기요금을 절약할 수 있다.

본 발명에 따른 전기온열매트는 에러코드를 표시하여 줌으로써 고장의 원인을 즉시 파악하여 수리를 할 수 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 전기온열매트의 외관이다.
도 2 는 본 발명에 따른 전기온열매트에 포함되는 면상발열체의 실시예이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기온열매트의 온도 조절기(100)의 기능을 보여주는 블록다이아그램이다.
도 4는 본 발명에 따른 온도조절기의 마이컴이다.
도 5는 본 발명에 따른 온도감지회로부이다.
도 6은 본 발명에 따른 온도조절기의 부저 경보가 울리는 실시예이다.
도 7은 본 발명에 따른 전류 에러 감지회로부이다.

본 발명에 따른 전기온열매트는 원단, 3 ~ 5온스의 솜, 방수 기능이 있는 면상 발열체로 일체형으로 구성되고, 세탁이 가능한 커버를 씌워서 제작된다.

커버에는 지퍼를 부착하여 편리하게 커버와 매트를 탈부착할 수 있다.

원단은 천연 원단면 또는 모달 원단, 극세사, 패브릭, 장판 들을 활용하여 제작될 수 있으며,

원단과 솜을 누빈 상판과 하판,

그리고 상판과 하판 사이 중간에 면상 발열체를 구비한다.

도 1은 이와 같이 제작된 본 발명에 따른 전기온열매트의 외관을 보여주는 도면으로서, 직류전원 공급부, 온도조절기 및 매트부로 구성되어 있다.

본 발명의 전기온열매트에 포함되는 면상 발열체는 원단 작업 후 우레탄 코팅 작업을 한다.

코팅 면의 두께는 얇게 50미크론 이하로 양면 코팅롤 작업을 하며, 소비전력이 80~130와트(1인용 기준)가 나올수 있도록 면직을 한다.

그리고 코팅된 부분을 절단하여 열선 작업을 한다.

(+), (-), 온도 휴즈, 센서를 구비하고, 절단된 부분을 전기절연 처리한다.

절연재로는 테프톤 내열 테이프를 기계로 무봉합 처리하여 열처리(72~230℃)한다.

도 2는 본 발명에 따른 전기온열매트에 포함되는 면상 발열체의 모습이다.

도 3은 본 발명에 따른 전기온열매트의 온도 조절기(100)의 구성을 보여주는 블록다이아그램이다.

온도 조절기(100)는 전기온열매트를 제어하는 마이콤(110);

온도센서의 온도를 감지하는 온도감지회로부(110);

발열체에 흐르는 전류를 감지하는 전류에러 감지회로부(130), 에러표시/경보부(140)로 구성된다.

온도 조절기(100)의 에러표시/경보부(140)에서 표시하는 5가지의 에러코드, 원인 및 대응방법은 아래와 같다.

(1) E1 : 센서 단선 → 센서 체결을 확인한다.

(2) E2 : 센서 합선, 온도 조절기 센서 감지부 고장, → 센서, 온도 조절기를 교체한다.

(3) E3 : 온도 과승(설정 온도보다 5℃ 이상 상승), 온도 조절기 제어부 소손, → 온도 조절기 교체

(4) H1 : 발열체 단선, 온도퓨즈 단선, → 발열체 교체

(5) H2 : 발열체 합선 → 발열체 교체

온도 조절기의 에러 발생시, 에러코드(E1, E2, E3, H1, H2)를 표시하고 경고음을 발생하면서, 온열 출력은 자동으로 차단(OFF) 된다.

온도 조절기의 에러 원인이 해결되지 못하는 경우에는 온도 조절기의 기능 버튼(전원, 온도 올림/내림, 선택, 도면 미도시)을 누를 때 마다 에러코드(E1, E2, E3, H1, H2)가 출력된다.

그리고 온도 조절기의 에러 원인이 해결되면 정상 작동으로 복귀한다.

본 발명에 따른 전기온열매트는 직류 전원을 사용함으로써 전자파가 감소하고, 전기요금이 절약되고, 면상 발열체를 사용함으로써 원적외선 효과가 나타난다.

본 발명에 따른 전기온열매트의 사용처로는 가정용, 차박용, 병원 의료용으로 사용가능하며,

세탁기 세탁 및 손세탁이 가능하도록 테프론 처리는 절연 및 방수 기능이 포함되고, 잭부분도 실리콘을 도포하여 방수 기능을 구비한다.

도 4는 본 발명에 따른 전기온열매트의 마이컴이고, 도 5는 온도 감지 회로부이다.

전기 회로 매트는 좌측, 우측으로 분리되어 각기 독립적으로 온열할 수 있으며, 온도를 감지하는 회로부도 좌측 회로부와 우측 회로부 2개를 구비하고, 각기 별도의 센서로 온도를 감지 제어할 수 있다.

<온도 감지회로부>

온도 감지회로부는 커넥터에 부착된 10K 용량의 감지소자;

상기 감지소자와 직렬로 연결된 노이즈 필터 소자;를 포함하여 구성된다.

상기 노이즈 필터 소자는 저항소자(R9, R19)와 콘덴서(C10, C20)의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

커넥터 양단에 부착된 10K 용량은 온도센서를 통해서 들어오는 온도값을 마이콤을 통해서 온도값을 읽어서 히터를 제어한다.

커넥터 양단에 연결된 온도센서는 서미스터(thermistor)를 사용하며, 온도센서의 온도값을 회로에 있는 기준 전압(R14, R24 양단에 걸리는 전압)과 비교해서 온도값 데이터를 생성한다.

이 전압을 저항(R9, R19)과 콘덴서(C10, C20) 소자를 거치면서 노이즈나 이상 온도값은 제거하고 원하는 값만 취한다.

생성된 온도값은 마이콤에서 기본 온도표와 비교하면서 해당 온도별로 전기매트의 면상 발열체를 온도 제어한다.

사용자는 1℃~50℃까지 원하는 온도를 입력하여 발열체를 제어한다.

발열체의 온도가 입력값을 초과하여 55℃ 이상 상승할 때는 (E3) 에러 메시지를 표기하고 경고음을 발생한다.

온도 센서선이 끊어지거나, 온도센서가 파손되거나, 온도센서의 컨트롤러를 연결해주는 콘넥터의 불량, 콘넥터의 빠짐 등 불량이 발생할 때는

T_SENSE_L, T_SENSE_R 단자에 전압(Vcc 5볼트)가 걸리고, 마이컴은 (E1) 메시지를 표시한다.

그리고 도 6에 개시된 바와 같이 25번 핀에 신호를 출력하여 Q33 트랜지스터를 구동시켜서 부저 양단에 전압을 인가한다.

온도센서가 고장나서 센서내부가 쇼트가 되거나, 온도센서 연결선이 쇼트가 되면 T_SENSE_L, T_SENSE_R 단자는 0볼트 전압이 되고, 마이컴은 (E2) 에러 메시지를 표시한다.

또한 25번 핀에 신호를 출력하여 Q33 트랜지스터를 구동시켜서 부저 양단에 전압을 인가한다.

도 6에 개시된 바와 같이, 온도 감지 회로부의 좌측과 우측 출력(T_SENSE_L, T_SENSE_R)이 마이콤의 19번, 20번 핀으로 입력된다.

도 5의 커패시터(C10) 단자전압이 19번 핀 T_SENSE_L 단자로 입력되고, 커패시터(C20)단자전압이20번핀T_SENSE_R단자로입력된다

한편 사용자의 입력온도가 45도인 경우에, 감지온도가 44도이면 도 6에 개시된 바와 같이 마이컴은 26번, 27번 핀의 HET-R, HET-L을 온(ON)시키고, 감지온도가 46도로 상승하면 26번, 27번 핀의 HET-R,HET-L을 오프(OFF)시킨다.

<전류 에러 감지회로부>

도 7은 본 발명에 따른 전류 에러 감지회로부이다.

콘넥터의 5번은 우측 매트와 좌측 매트의 (+)24볼트 전압 단자, 6번은 우측 매트의 (-)전압 단자, 4번은 좌측 매트의 (-)전압 단자에 연결된다.

4번, 5번 및 6번에 연결된 발열체 제어소자(Q6, Q7)로 온/오프 제어하며, 이 제어소자와 직렬로 감지소자(R1, R2)를 연결하여 이 감지소자(R1, R2)의 양단에 걸리는 전류를 읽어서 해당 발열체의 상태를 파악한다.

마이컴은 설정 온도와 온도센서의 값을 비교해서 발열체를 제어한다.

히터 작동시는 마이컴은 26번, 27번 핀으로 히터 온 신호를 출력한다.(도면 6 참조)

전류에러 감지회로부는 크게 2부분으로 구분될 수 있다.

마이콤의 온열 신호에 응답하여 매트의 발열체를 제어하는 히터 제어부;

매트에서 출력되는 전류를 감지하여 증폭하는 전류감지 증폭부;를 포함하고 있다.

아래에서는 우측 매트에 대하여 상기 히터 제어부와 전류감지 증폭부의 실시예를 설명한다.

<히터 제어부>

히터 제어부는 마이콤의 히터 제어신호를 수신하는 트랜지스터(Q13); 상기 트랜지스터(Q13)소자가 연결되어 구동시키는 트랜지스터(Q11); 상기 트랜지스터(Q11)와 직렬 연결된 저항소자(R3) 및 히터 제어 트랜지스터(Q6);로 구성되어 있다.

HET_R 신호는 트랜지스터(Q13) 소자를 통해서 트랜지스터(Q11)을 도통하면, 트랜지스터(Q11)과 직렬로 연결된 저항소자(R3)와 히터 제어소자인 트랜지스터(Q6)를 온 작동시켜서 히터 양단에 전압을 발생시켜서 발열을 한다.

즉, 사용자가 입력한 설정온도에 도달할 때까지 전류가 도통하고, 온도감지 센서가 설정온도에 도달하면 도통을 멈춘다.

좌측 매트에도 동일하게 적용된다.

<전류감지 증폭부>

전류감지 증폭부는,

히터 제어 트랜지스터(Q6)에 연결된 전류감지소자(R1);

상기 히터 제어 트랜지스터(Q6)에 연결된 노이즈 필터 소자(R21, R22, C21, C22);

상기 노이즈 필터 소자(R21, R22, C21, C22)와 연결된 과전압 차단용 소자 (ZD2);

상기 과전압 차단용 소자 (ZD2)가 비반전 단자로 입력 연결하는 앰프 IC(U5);

상기 앰프 IC(U5)의 반전단자와 출력단자 사이에 연결된 저항소자(R26, R27);를 포함하여 구성된다.

전류 감지는 전류감지소자(R1)의 양단에서 발생하는 미약한 신호를 노이즈 필터 소자(R21, R22, C21, C22)로 분류하고, 과전압 차단용 소자 (ZD2)로 1차 감지신호를 추출한다.

이 신호를 감지 신호로 증폭하는 앰프 IC(U5)를 거치면서 신호를 증폭한다.

증폭소자의 5번 핀으로 들어오는 감지신호가 저항소자(R26, R27) 를 지나면서, 원하는 신호로 증폭되어 마이콤의 21번 핀에서 전류신호(AD_AMP_R)를 읽어 들인다. (도면 6 참조)

마이콤은 전류 감지소자인 R1에 적정 전류가 인가되면 해당 온도를 계속 유지하고, 전류가 설정값 이상이거나 이하 일때는 해당 히터에 전압 제어를 하여 과열의 위험으로부터 안전하게 발열체를 제어한다.

전류 감지 소자에 해당 전류보다 적은 전류가 들어오면 해당 발열체가 단선되거나 온도퓨즈가 단선된 것으로 판단하고 마이콤의 히터 제어가 이루어진다.

표시창에는 (H1)이라는 경고 표시와 함께 경고음을 생성한다.

감지소자의 전류가 해당 기준값보다 많은 전류가 들어오면 해당 히터를 즉시 오프 하면서 표시창에 (H2)란 표시를 하고, 경고음을 울린다.

마이콤은 21번 핀과 24번 핀에서 전류(AD_AMP_R, AD_AMP_L)를 감지하고, 27번과 26번 핀으로 히터를 작동 제어한다.

Claims

직류전원 공급부, 온도조절기 및 매트부를 포함하는 전기온열매트에 있어서,
상기 매트부는 원단과 솜을 누빈 상판과 하판; 상기 상판과 하판 사이 중간에 구비된 면상 발열체;를 포함하고,
상기 온도 조절기는 전기온열매트를 제어하는 마이콤(110);
온도센서의 온도를 감지하는 온도감지회로부(110);
발열체에 흐르는 전류를 감지하는 전류에러 감지회로부(130), 에러표시/경보부(140)로 구성되며,
전류에러 감지회로부(130)는 마이콤의 온열 신호에 응답하여 매트의 발열체를 제어하는 히터 제어부;
매트에서 출력되는 전류를 감지하여 증폭하는 전류감지 증폭부;를 포함하여 구성되며,
상기 히터 제어부는 마이콤의 히터 제어신호를 수신하는 트랜지스터(Q13); 상기 트랜지스터(Q13)소자가 연결되어 구동시키는 트랜지스터(Q11); 상기 트랜지스터(Q11)와 직렬 연결된 저항소자(R3) 및 히터 제어 트랜지스터(Q6);를 포함하여 구성되어 전자파가 발생하지 않고, 전기요금을 절약할 수 있는 것을 특징으로 하는 직류전원을 사용하는 전기온열매트
청구항 1에 있어서,
상기 면상 발열체는 면상 발열체 원단에 코팅 면의 두께를 50미크론 이하로 우레탄 양면 코팅롤 하고, 소비전력이 80~130와트(1인용 기준)가 나올수 있도록 면직을 한 후에, 코팅된 부분을 절단하여 열선 작업을 하고, (+), (-), 온도 휴즈, 센서를 구비하고, 절단된 부분을 전기절연 처리하고, 절연재로는 테프톤 내열 테이프를 기계로 무봉합 처리하여 열처리(72~230℃)하는 것을 특징으로 하는 직류전원을 사용하는 전기온열매트
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 온도감지회로부(110)는 커넥터에 부착된 10K 용량의 감지소자;
상기 감지소자와 직렬로 연결된 노이즈 필터 소자;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 직류전원을 사용하는 전기온열매트
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
전류감지 증폭부는,
히터 제어 트랜지스터(Q6)에 연결된 전류감지소자(R1);
상기 히터 제어 트랜지스터(Q6)에 연결된 노이즈 필터 소자(R21, R22, C21, C22);
상기 노이즈 필터 소자(R21, R22, C21, C22)와 연결된 과전압 차단용 소자 (ZD2);
상기 과전압 차단용 소자 (ZD2)가 비반전 단자로 입력 연결하는 앰프 IC(U5);
상기 앰프 IC(U5)의 반전단자와 출력단자 사이에 연결된 저항소자(R26, R27);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 직류전원을 사용하는 전기온열매트
청구항 1에 있어서,
상기 에러표시/경보부(140)는,
(1) E1 : 센서 단선,
(2) E2 : 센서 합선, 온도 조절기 센서 감지부 고장,
(3) E3 : 온도 과승(설정 온도보다 5℃ 이상 상승), 온도 조절기 제어부 소손,
(4) H1 : 발열체 단선, 온도퓨즈 단선,
(5) H2 : 발열체 합선
의 5가지 에러 메시지를 표시하고 경보하는 것을 특징으로 하는 직류전원을 사용하는 전기온열매트