KR19990007583A - 무자계 전열선 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무자계 전열선으로서 상용 전원주파수(60 ㎐)와 같은 극저주파(ELF) 자기장의 발생을 최소화시키기 위한 전열소자에 관한 것이다. 이러한 소자는 흙침대, 돌침대, 물침대, 의료용 침구류, 전기담요, 전기장판, 의자, 시트, 전기난방 마루, 전기난방 벽, 마루 또는 벽에 시공할 수 있는 난방타일, 전기 히터, 온열치료기 등의 의료용 체난기 등에 폭넓게 쓰일 수 있다.

본 발명의 무자계 전열선은 발열체인 전열선의 중앙에 전류 상쇄용 금속 심선이 설치된 구성을 갖는다. 단 중앙 심선의 외피는 내열성 절연피복을 입혀 발열체와 심선이 전기적으로 절연이 되도록 하고 금속 심선에 비해 전기저항이 큰 발열체는 그 외피를 절연 보호 피복 또는 피막으로 입혀 둥축형 무자계 전열선을 형성한 것이다. 이러한 전열선의 한 쪽 끝에서 발열체와 심선을 전기적으로 단락시키고 나머지 다른 쪽 끝의 발열체와 심선사이에 전류를 공급하면 발열체와 중앙 심선의 전류는 크기는 같고 방향이 반대가 되며 전류의 기하학적 중심이 서로 일치하므로 전열선의 외부에 생기는 자기장은 발열체의 전류에 의한 자기장과 중앙 심선의 전류에 의한 자기장이 정확히 상쇄가 되어 무자계를 실현한다. 동시에 중앙 금속 심선은 전기저항이 발열체에 비해 전기저항이 작으므로 발열량은 무시되고 대부분의 열이 바깥 발열체에서 효과적으로 발생된다. 경우에 따라 위 전열선의 바깥에 금속망을 추가하여 전기장 차폐형 무자계 전열선을 구성할 수 있다. 이 경우 바깥 금속망은 전열선 사용시 접지시킴으로써 전열선에서 발생되는 ELF 전기장을 차폐시킴으로써 전열선 외부의 전기장까지도 제거하는 작용을 한다.

Description

무자계 전열선

본 발명은 무자계 전열선, 더상세하게는 상용 전원주파수(60 ㎐)와 같은 극저주파(ELF) 자기장의 발생을 최소화시키기 위한 전열소자에 관한 것이다. 이러한 소자는 흙침대, 돌침대, 물침대, 의료용 침구류, 전기담요, 전기장판, 의자, 시트, 전기난방 마루, 전기난방 벽, 마루 또는 벽에 시공할 수 있는 난방타일, 전기 히터, 온열치료기 등의 의료용 체난기 등에 폭넓게 쓰일 수 있다. 상용 전원주파수(60 ㎐)가 속하는 극저주파(ELF)대역의 전자기파가 건강에 해로운 영향을 미칠 수 있다는 주장은 이미 오래 전부터 선진국 과학계에서 제기되어 왔으며 최근 1998년 6월 26일에는 미국 국립암연구소(NCI) 자문위원회가 전자장이 암발생 요인이 될 수 있는 것으로 결론지은 바 있다. 참고로 컴퓨터 모니터 등의 VDT(Visual Display Terminal)의 경우에 시행되고 있는 스웨덴 규격인 MPRⅡ, TCO 등을 보면 대체적인 ELF(Extremely Low Frequency) 전기장 및 자기장의 규제 한계치가 보통의 작업거리(VDT 표면으로부터 30∼50 cm)에서 각기 10 V/m∼25 V/m , 2 mG∼2.5 mG 정도로 매우 엄격히 제정되어 있음을 알 수 있다. VDT와는 달리 전열기들은 보통 인체와 매우 가까운 거리에서 사용되며 취침, 휴식 등과 같이 생리활성도가 약화되는 상태에서 장시간 지속적으로 인체 모든 부분에 작용한다는 특징을 갖고 있다. 이와 같은 상황을 고려할 때 전열기에서 발생되는 ELF 전기장 및 자기장을 보통의 사용거리에서 최대한 감소시키는 것이 요구된다 하겠다. 통상 전열기들은 저항체인 전열선에 상용 전원주파수(60 ㎐) 전원을 사용하여 비교적 큰 전류를 흘려 열을 발생시키므로써 전열소자에서 매우 큰 자기장이 발생되며 이를 막기 위해 전류를 서로 반대방향으로 흐르도록 전열선을 겹쳐 배열함으로써 자기장을 상쇄시키는 기존의 기술들은 직경이 굵은 전열선에 적용할 경우에 전류상쇄방식의 배열시 전열선다발의 굵기가 커져서 실용화가 곤란하다. 본 발명은 이러한 경우에도 실제 제품에 적용이 용이하게 단선 형태의 전열선을 이용해 무자계를 실현할 수 있도록 하는 무자계 전열선에 관한 것이다.

전열기에서 발생되는 자기장을 줄이기 위해 발명된 것으로 전류방향이 +,- 또는 -, + 이 되도록 만든 두 가닥 전열소자(도 1, 대한민국 실용신안공고 96-5022)와 평면상에 전류방향이 +, -, -, + 또는 -, +, +, - 의 순서가 되도록 만든 수평 네 가닥 전열소자(도 2, 미국특허 제 4,908,497호), 동축선 형태로 구성된 동축 전열소자(도 3, 일본특허공고번호 05-021145) 등이 있는데 기본 원리는 서로 반대방향으로 흐르는 같은 크기의 전류에 의해 자기장이 서로 상쇄되도록 함으로써 자기장의 크기를 줄이는 것이다.

그러나 상기 기술은 두 가닥(도 1) 또는 네 가닥(도 2) 전열소자의 경우 가닥사이의 거리를 좁게 할 수 있는 한도 내에서는 자기장을 상당한 정도 줄일 수 있으나 전열선의 직경이 굵은 경우 가닥 중심사이의 거리가 커지므로 자기장 감소 효과도 큰 폭으로 떨어지고, 전열선 다발의 굵기가 커지며, 전열선을 전열기에 임의 곡선모양으로 설치하는 것이 불편하다는 문제점이 있다. 동축선 형태의 전열소자의 경우(도 3) 심선과 바깥도체의 중심이 서로 정확히 일치하는 경우에는 자기장은 완전히 상쇄되나 발생된 열의 상당부분이 두 발열체인 심선과 바깥도체 사이의 절연체에 집중되어 절연체의 내부온도를 지나치게 상승시킬 가능성이 있어 고가의 내열성 절연체를 사용해야 한다는 단점이 있다.

본 발명에서는 직경이 굵은 전열선의 경우에도 전열소자를 전열기에 임의 곡선모양으로 용이하게 설치할 수 있도록 단선의 형태를 유지하면서도 무자계를 실현할 수 있는 새로운 무자계 전열선을 실현하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 자기장 저감을 위한 종래의 두가닥 전열소자의 구조도

도 2는 자기장 저감을 위한 종래의 수평 네가닥 전열소자의 구조도

도 3은 자기장 저감을 위한 종래의 동축 전열소자의 구조도

이상의 도면에서 굵은 실선 및 검은색 원형막대, 검은색 튜브는 전류도체를, 화살표는 전류의 방향을 나타낸다.

도 4는 본 발명에 따른 전열소자의 기본구조로서 본 발명의 바람직한 첫 번째 실시예도

도 5는 본 발명의 바람직한 두 번째 실시예도

이상의 도면중 주요부호 1은 중심 금속 심선의 바깥을 싸고 있는 절연피막 또는 절연피복, 2는 중심 금속 심선, 3은 전열 발열체, 4는 절연성 보호피복, 5는 전기장 차폐용 금속망, 6은 마감용 절연성 보호피복.

본 발명의 무자계 전열선은 도 4와 같이 발열체인 전열선의 중앙에 전류 상쇄용 금속 심선이 설치된 구성을 갖는다. 단 중앙 심선의 외피는 내열성 절연피복을 입혀 발열체와 심선이 전기적으로 절연이 되도록 하고 금속 심선에 비해 전기저항이 큰 발열체는 그 외피를 절연 보호 피복 또는 피막으로 입혀 둥축형 무자계 전열선을 형성한 것이다. 이러한 전열선의 한 쪽 끝에서 발열체와 심선을 전기적으로 단락시키고 나머지 다른 쪽 끝의 발열체와 심선사이에 전류를 공급하면 발열체와 중앙 심선의 전류는 크기는 같고 방향이 반대가 되며 전류의 기하학적 중심이 서로 일치하므로 전열선의 외부에 생기는 자기장은 발열체의 전류에 의한 자기장과 중앙 심선의 전류에 의한 자기장이 정확히 상쇄가 되어 무자계를 실현한다. 동시에 중앙 금속 심선은 전기저항이 발열체에 비해 전기저항이 작으므로 발열량은 무시되고 대부분의 열이 바깥 발열체에서 효과적으로 발생된다. 경우에 따라 도 5와 같이 위 전열선의 바깥에 금속망을 추가하여 전기장 차폐형 무자계 전열선을 구성할 수 있다. 이 경우 바깥 금속망은 전열선 사용시 접지시킴으로써 전열선에서 발생되는 ELF 전기장을 차폐시킴으로써 전열선 외부의 전기장까지도 제거하는 작용을 한다.

(실시예)

제 1 실시예

도 4는 본 발명에 따른 최적의 실시예를 보여준다. 전계강도가 크고 내열성이 우수한 절연피막(1)을 도포막으로 입히거나 별도의 피복으로 입힌 금속심선(2)을 전열선의 중앙에 두고 그 외부에 심선보다 전기저항이 커 발열성이 좋은 전열 발열체(3)를 대칭적으로 입히고 발열체의 외피를 절연성 보호 피복(4)으로 마감한다.

제 2 실시예

경우에 따라서 전열선의 사용시의 편의를 위해 위 전열선의 한쪽 끝의 중앙 심선과 발열체를 전기적으로 단락시키고 다른쪽은 전류입력단자(도시없음)를 설치한 형태로도 제작된다.

제 3 실시예

도 5와 같이 제 1 또는 제 2 실시예의 전열소자의 바깥을 전기장 차폐용 금속망(5)으로 휘감아 싸고 전도체의 바깥을 절연성 보호피복(6)으로 덮어 ELF 전기장 차폐층을 추가한 제 2의 전열소자를 구성한다. 이 차폐용 금속망(5)은 비발열체로서 전열소자를 사용할 때 단지 이 차폐층을 접지시킴으로써 전열소자 자체에서 발생되는 ELF 전기장을 차폐시켜 전열선 외부의 ELF 전기장이 제거되도록 하기 위한 것이다.

본 발명은 종래의 발명보다 자기장을 훨씬 크게 감소시킬 수 있고, 구조가 간단한 만큼 제작이 비교적 간단하여 경제적이고, 크기가 작고 방위각에 대한 대칭성이 크므로 발열면에 임의 곡선모양으로 설치하는 것이 매우 간편하며, 여러 가지 용도에 따라 다양한 형태로 응용될 수 있고 또 전열선에서 발생된 열이 효과적으로 발열면에 도달되는 장점이 있다. 한편 자기장 감소효과를 살펴보면, 이론상 발열체의 모양이 원형이고 그 기하학적 중심에 금속 심선이 정확히 일치하는 경우 발열체와 금속심선의 전류는 같고 크기가 정 반대이므로 전류의 크기에 관계 없이 전열선외부의 자기장은 영(0)이되어 무자계(無磁界)를 형성한다. 자기장 상쇄용 귀환 전류를 나르는 중앙심선이 전열선의 내부에 있으므로 발열체의 기하학적 중심과 중앙심선의 위치를 정확히 일치시키는 것이 가능하므로 자기장 상쇄효과가 탁월하다. 만일 발열체의 기하학적 중심과 중앙심선의 편이가 0.1 mm 이고 전류가 1 A라고 할 때 본 전열선 중심에서 1 cm 떨어진 거리에서 최대 자기장의 세기는 이론상 약 2 mG 정도로 자기장 감소효과가 우수함이 확인된다. 또한 대부분의 열이 전열선 외부의 발열체에서만 일어나므로 종래의 동축형(도 3)에서와 처럼 고가의 내열성 절연체를 사용하지 않아도 되고 구조가 간단하여 제작 공정이 간략화되므로 제조단가를 낮출 수 있다.

(변형예, 응용예)

본 발명은 실시예에 국한되지 아니하고 유사한 변형이나 설계변경 또는 실시대상의 응용등도 모두 본 발명의 청구범위에 포함된다.

Claims (3)

1. 자기장의 발생을 감소시키기 위한 전열선을 구현함에 있어서 전열 발열체의 기하학적 중심에 절연피막 또는 절연피복(1)을 입힌 금속 심선(2)을 삽입함으로써, 전열발열체와 중앙심선에 각기 반대방향의 전류를 흘릴 때 각 전류에 의해 발생되는 자기장이 상쇄될 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 무자계 전열선.
2. 제 1항에 있어서,

   전열선의 한 쪽 끝의 전열 발열체와 금속심선을 전기적으로 단락시키고 다른 쪽 끝은 전류 입력 단자를 설치함으로써 전류를 인가할 때 발열체와 중앙심선에 각기 크기는 같고 방향이 서로 반대로 흐르도록 구성하는 것을 특징으로 하는 무전계 전열선.
3. 제 1항 또는 제 2항중 어느 한가지 항에 있어서,

   전열소자에서 발생되는 전기장을 접지를 통해 제거할 수 있도록 전열선 외부를 차폐용 금속망(5)으로 덮고 그 위에 절연성 보호 피복(6)을 덮은 구조를 특징으로 하는 무자계 전열선.