KR20010009391A - 피사체 추적 원적외선 가열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피사체 추적 원적외선 가열장치에 관한 것으로, 피사체의 움직임을 검출하는 움직임감지센서와, 난방유효영역내의 영상을 전기적인 신호로 변환하는 카메라와, 피사체에 원적외선을 조사하는 원적외선 히터를 탑재하고 한 축을 중심으로 회전함과 동시에 그 축과 직교하는 다른 한 축을 중심으로 회전할 수 있도록 팬모터와 틸트모터를 구비한 원적외선 히터 지지장치와, 상기 원적외선 히터의 전원공급을 조절하여 히터의 온도를 조절하는 온도콘트롤러와, 피사체의 이동벡터를 산출하여 방위각과 앙각 방향의 회전각도를 계산하고 원적외선 히터를 움직여야 할 거리만큼 모터구동 펄스신호를 발생시켜 상기 팬모터와 틸트모터의 구동을 제어하는 모터콘트롤러와, 장치를 초기화하고 모터콘트롤러와 온도콘트롤러에 연결되어 각 기능블럭들의 동작순서를 제어하는 중앙처리장치로 이루어져, 가온의 필요성이 없는 광범위한 공간을 가열하지 않고 목표로 하는 피사체가 움직이거나 이동할 경우에는 피사체의 이동된 위치를 추적하면서 피사체에 직접 원적외선이 중점적으로 조사되도록 하여 경제적이고 효율적으로 가열 또는 난방하도록 하는 효과가 있는 것이다.

Description

피사체 추적 원적외선 가열장치{Infrared heater having a function of pursuing object}

본 발명은 피사체 추적 원적외선 가열장치에 관한 것으로, 가온의 필요성이 없는 광범위한 공간을 가열하지 않고서도 가온하고자 하는 우직이는 피사체의 위치를 추적하면서 피사체에 직접 원적외선이 중점 흡수되도록 하여 경제적이고 효율적으로 가열 또는 난방하는 원적외선 가열장치에 관한 것이다.

종래의 난방장치는 전력을 이용하거나 연료를 연소시켜서 실내공간 전체의 온도를 상승시키거나, 복사열을 이용하여 근접된 피사체에 열을 가하도록 된 것이 대부분이어서 가온의 필요성이 없는 가구등도 가열하게 되므로 난방을 위한 에너지 손실이 많아 에너지 낭비의 큰 원인이 되어 왔다. 특히, 불필요하게 실내의 공기온도까지도 상승시키기 때문에 상대습도가 낮아져서 불쾌감을 유발하거나 호흡기질환을 유발하기도 하였다.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 피사체에 직접 원적외선이 중점적으로 조사되도록 하여 난방으로 인한 에너지 낭비가 작아 경제적이고 효율적으로 난방할 수 있게 된 원적외선 가열장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 피사체의 움직임을 검출하는 움직임감지센서와, 난방유효영역내의 영상을 전기적인 신호로 변환하는 카메라와, 피사체에 원적외선을 조사하는 원적외선 히터를 탑재하고 한 축을 중심으로 회전함과 동시에 그 축과 직교하는 다른 한 축을 중심으로 회전할 수 있도록 팬모터와 틸트모터를 구비한 원적외선 히터 지지장치와, 상기 원적외선 히터의 전원공급을 조절하여 히터의 온도를 조절하는 온도콘트롤러와, 피사체의 이동벡터를 산출하여 방위각과 앙각 방향의 회전각도를 연산하고 원적외선 히터를 움직여야 할 거리만큼 모터구동 펄스신호를 발생시켜 상기 팬모터와 틸트모터의 구동을 제어하는 모터콘트롤러와, 장치를 초기화하고 모터콘트롤러와 온도콘트롤러에 연결되어 각 기능블럭들의 동작순서를 제어하는 중앙처리장치로 이루어진 이동하는 피사체를 추적하여 원적외선을 조사하는 가열장치를 제공한다.

이와 같은 본 발명의 이동 피사체 원적외선 가열장치는 건물내부의 천정 또는 벽면에 설치되어 가구, 집기류, 공기등 난방의 필요성이 없는 부분을 가온하지 않고 사람, 동물등 체온의 유지를 위하여 가온의 필요성이 있고 움직이는 피사체에 직접 원적외선을 조사하여 난방시킬 수 있게 하므로 가온의 필요성이 없는 물체와 공기의 가열에 에너지를 낭비하지 않게 되므로 난방에 소요되는 에너지를 현저히 줄일 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 피사체 추적 원적외선 가열장치의 구성도,

도 2는 원적외선 히터 지지장치의 구조도,

도 3은 중앙처리장치의 동작흐름도,

도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 구성도,

도 5는 방사갓의 동작을 설명하기 위한 원적외선 히터의 구성도,

도 6은 방사갓 동작흐름도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 움직임감지센서 12 : 카메라

14 : 원적외선 히터 16 : 전열기

18 : 방사관 22 : 온도콘트롤러

24 : 지지장치 26 : 팬모터

28 : 틸트모터 30 : 모터콘트롤러

32 : 중앙처리장치 40 : 방사갓

42 : 구동모터 44 : 방사갓콘트롤러

이하, 본 발명의 원적외선 방사 난방장치를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 원적외선 방사 난방장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.

움직임감지센서(10)는 난방유효영역내의 피사체 움직임을 감지하는 센서로서, 이 센서의 움직임감지신호로부터 장치가 동작된다.

카메라(12)는 난방유효영역내의 영상을 전기적인 신호로 변환시키는 것으로, 이 카메라(12)는 렌즈를 통해 난방유효영역내의 영상을 소정의 소자에 촬상하여 전기적인 신호로 변환한다. 이 카메라(12)는 여러가지 공지된 것을 사용할 수 있으나, 적외선 카메라(12)를 사용할 경우 가시광선이 없는 어두운 조건에서도 피사체와 피사체의 표면온도를 직접 감지할 수 있으므로 본 장치에 특히 바람직하다.

원적외선 히터(14)의 설명을 위해 도 2를 참조하면 전열기(16)가 방사관(18) 내부에 구비되어 전열기(16)에 전원이 인가되면 방사관(18)이 가열되어 외부로 원적외선을 방사토록 되어 있다. 상기 원적외선 히터(14)와 연결된 온도콘트롤러(22)는 원적외선 히터(14)로 공급되는 히터스위치를 개폐시키거나 또는 전류공급량을 조절한다.

원적외선은 파장이 긴 광선이므로 공기중에서는 잘 산란되지 않고 비교적 먼거리까지 통과되며 인체 등의 피부 깊은 곳까지 투과되는 특성이 있으므로, 목표로 하는 피사체 즉 사람과 동물등을 추적하여 원적외선을 중점 조사시키므로서 공기의 온도를 높이지 않고 직접 피사체에 원적외선을 흡수시켜 피사체를 따뜻하게 할 수 있으므로, 피사체 추적 원적외선 가열장치는 경제적인 난방방법을 제공하게 된다.

빛의 파장은 빛을 방사하는 물체의 표면온도에 따라 결정되며, 파장이 4미크론 정도의 원적외선을 가장 다량으로 방사하는 물체의 표면온도는 약 450℃이다.

물이나 유기물에 가장 흡수되기 쉬운파장은 5~6미크론 정도의 원적외선으로 물체표면온도가 약 200~300℃정도일 때이다. 따라서 상기 원적외선 히터(14)도 이 온도범위로 유지될 수 있게 하는 것이 중요하다. 이러한 온도범위의 유지는 온도콘트롤러(22)에 의해 이루어진다.

다시 도 1로 돌아가서 상기 온도콘트롤러(22)는 움직임감지센서(10)의 움직임감지신호에 의해 히터스위치를 작동시켜 원적외선 히터(14)가 가동되게 하며, 전열기(16) 온도를 기준온도값과 대비하면서 히터스위치를 개폐시키거나 공급되는 전류량을 제어하여 원적외선 히터(14)의 온도를 적절하게 유지시킨다.

만약 상기 카메라(12)를 적외선카메라를 사용할 경우 피사체의 표면온도를 감지할 수 있으므로 그 표면온도와 설정된 기준온도를 대비하면서 피사체 표면온도가 기준온도 이하일 경우 원적외선 히터(14)를 가동시키고, 기준온도 이상일 경우 원적외선 히터(14)의 가동을 멈추는 동작을 반복하거나 전류공급량을 제어하여 피사체의 온도를 일정하게 유지하게 할 수 있다.

상기 원적외선 히터(14)가 탑재된 지지장치(24)는 원적외선 히터(14)의 방위각 및 앙각 방향의 회전운동이 가능하도록 팬모터(26)와 틸트모터(28)를 구비한다.

팬모터(26)와 틸트모터(28)에 연결된 모터콘트롤러(30)는 피사체의 움직임에 따라 상기 팬모터(26)와 틸트모터(28)를 제어한다. 이를 위해 먼저 피사체의 위치를 연산하여 이동벡터를 산출하고, 이동벡터로부터 원적외선 히터(14)의 방위각과 앙각 방향의 회전각도를 계산한 후, 원적외선 히터(14)를 움직여야 할 거리만큼 모터구동 펄스신호를 발생시켜 팬모터(26)와 틸트모터(28)로 출력한다. 그러면 팬모터(26)가 구동되어 원적외선 히터(14)를 좌측 또는 우측방향으로 회전시키고, 동시에 틸트모터(28)가 구동되어 원적외선 히터(14)를 피사체방향으로 움직이게 한다.

상기 움직임감지센서(10)와 온도콘트롤러(22) 및 모터콘트롤러(30)와 연결된 중앙처리장치(32)는 장치를 초기화하고 각 기능블럭들의 동작순서를 제어한다.

도 2는 도 1의 원적외선 히터(14)와 지지장치(24)의 구조를 보다 상세하게 설명하기 위한 예를 도시한 것으로, 원적외선 히터(14)는 어떤 한 축을 중심으로 회전할 수 있고, 동시에 그 축과 직교하는 또다른 한 축을 중심으로 회전할 수 있다. 지지장치(24)에서 원적외선 히터(14)의 회전운동을 지지하는 부분은 베이스(34)에 위치한다. 여기서 a는 틸트모터(28)에 의한 수직방향의 회전각도를 의미하고, b는 팬모터(26)에 의한 수평방향의 회전각도를 의미한다.

방위각(b) 방향의 회전운동을 위해 팬모션캐리어(36)가 베이스(34)에 설치되며, 이 팬모션캐리어(36)는 팬샤프트를 통해 팬모터(26)에 직접 연결된다. 방위각(b)은 180°이상 이어야 하며 한계 회전각을 포착하기 위해 센서를 설치한다. 이 센서는 포토센서가 바람직하고, 좌회전한계와 우회전한계 위치에 각각 설치하여 발광부와 수광부가 일직선상에 배열될 때 한계위치라는 것을 감지하게 하여 더이상 회전되지 않게 할 수 있다.

앙각(a) 방향의 회전운동을 위해 팬모션캐리어(36) 아래에 틸트모션캐리어(38)가 설치되며, 이 틸트모션캐리어(38)는 틸트샤프트를 통해 틸트모터(28)에 연결된다. 앙각은 난방유효영역의 반경을 결정하는 것으로 조사열효율을 고려하여 결정된다. 앙각이 클 경우 난방영역은 넓게 되지만 피사체에 도달하는 에너지 밀도가 작게 되고, 앙각이 작을경우 피사체에 열전달은 용이하나 난방영역이 적어 여러개의 장치가 설치되어야 하는 점이 있으므로, 적절한 난방영역을 결정하여 앙각을 결정한다. 이 틸트모션캐리어(38)에도 한계위치를 감지하는 센서를 두면 난방유효영역의 한계위치를 벗어나는 것을 방지할 수 있어 바람직하다.

도 3은 상기 중앙처리장치(32)에 의해 실행되는 난방장치의 동작흐름도이다.

움직임감지센서에서 움직임이 감지되었다는 신호를 받으면 장치를 초기화하기 위하여 각 콘트롤러와 카메라에 초기화 명령을 보낸다(S1). 온도콘트롤러는 초기화명령을 받으면 히터에 전원을 인가하고, 히터의 온도를 체크한다. 모터콘트롤러는 초기화명령에 의해 지지장치의 팬모션캐리어와 틸트모션캐리어는 히터의 조사방향이 정중앙을 향하도록 방위각과 앙각을 0°로 조정한다.

그리고, 초기화 명령에 의해 카메라는 최초 난방유효영역의 영상프레임을 검출하여 중앙처리장치로 보낸다(S2). 영상신호를 분석하여 피사체가 있는지를 판단한 후 피사체가 없으면 장치구동을 종료시키고(S3), 피사체가 있다면 위치를 연산해 모터콘트롤러에 그 위치값을 보낸다(S4). 모터콘트롤러는 위치값에 따라 히터의 이동거리를 연산하여 이동거리에 따른 구동펄스수에 따라 각 모터를 구동시킨다(S5).

이후 카메라는 주기적으로 영상프레임을 검출하여 영상신호를 중앙처리장치로 보내게 되며(S6), 이 신호를 받은 중앙처리장치는 피사체의 움직임이 있는가를 계속적으로 판단하여 움직임이 있으면 피사체의 움직인 위치를 연산해 모터콘트롤러에 그 위치값을 보내게 되고, 피사체의 변화된 위치에 따른 이동벡터를 모터콘트롤러가 연산하여 각 모터를 구동시킨다(S7). 피사체의 움직임이 없을 때는 피사체가 있는지를 반복적으로 판단하여 피사체가 없다고 판단되는 경우 장치구동을 종료시킨다(S8).

따라서, 피사체의 위치를 추적하면서 피사체를 중심으로 원적외선을 조사하여 피사체를 가온할 수 있게 한다.

도 4는 피사체가 둘이상 있을 경우의 장치구성도로서, 도 1의 장치에서 히터에 조사각도를 조절할 수 있는 방사갓(40)을 두고, 이 방사갓(40)의 동작을 위한 구동모터(42)가 구비되며 이를 제어하는 방사갓콘트롤러(44)를 두어 조사영역을 변화시킬 수 있게 한 것에 특징이 있는 것이다.

도 5는 방사갓(40)의 동작을 설명하기 위한 구성예를 도시한 것으로, 방사관(18)의 외면을 다수개의 직사각판(46) 상부모서리와 힌지로 연결하고, 상기 직사각판(46)의 좌우측모서리간을 삼각천(48)으로 연결하여 삼각천(48)이 접히고 펴질 수 있게 되어 있으며, 방사관(18)의 내부에는 투명한 내부방사관(50)이 구비되고, 내부방사관(50)의 외주면을 따라 상하 왕복운동하도록 된 원형관(52)이 설치되며, 원형관(52)의 상부에는 원주방향으로 여러개의 줄(54)이 구비되어 이 줄(54)로써 구동모터(42)와 연결되고, 원형관(52)의 외주면에 원주방향으로 다수개의 봉(56)이 상기 직사각판(46)의 내면과 힌지를 매개로 연결되어 있는 구조이다.

방사갓(40) 동작 역시 중앙제어장치(32)의 통제에 따르게 되는데, 도 6은 방사갓의 동작흐름도로서, 카메라의 영상신호를 분석한 결과 난방유효영역내에 피사체가 둘이상일 경우(S10) 모터콘트롤러에 그 중심점의 위치를 전송하고(S11), 방사갓콘트롤러에 중심점과 피사체 위치를 전송하여 중심점과 피사체간의 최대각도를 연산하여 방사갓각도에 따라 구동모터를 작동시켜 2개 이사의 독립된 피사체에 원적외선이 조사되도록 한다(S13).

만약 피사체가 난방영역의 마주보는 끝지점에 각각 위치하는 등의 경우에는 조사영역이 난방유효영역과 같아지게 된다. 이때는 난방효율이 저하될 수 있으므로 방사관내의 전열기를 다수개두어 조사영역이 어느 정도 이상될 때마다 가동되는 전열기수를 늘려 난방효율이 저하되지 않게 구성할 수 있다.

이외에도 방사갓(40)을 고정시켜 두고 방사관내의 전열기를 상하로 움직일 수 있는 전열기구동수단을 두거나, 방사관내의 전열기를 고정시켜 두고 방사갓(40)을 상하로 움직일 수 있는 방사갓구동수단을 두어 조사영역을 조절할 수도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 피사체 추적 원적외선 가열장치는 넓은 공간의 공기를 가열하여 난방하거나, 가온의 필요성이 없는 가구, 벽면 등 모든 물체를 가열하여 난방하는 기존의 난방장치와는 달리 유효난방영역내의 사람, 동물 등 가온이 요구되는 피사체를 식별하여 움직임을 추적하면서 피사체에 직접 원적외선이 흡수되도록하여 경제적으로 난방할 수 있는 효과가 있다.

또한, 피사체는 사람에만 제한되는 것이 아니라 모든 유기물에 적용될 수 있으므로 축사에도 사용할 수 있으며, 밀폐되지 않은 개방된 공간에서도 경제적으로 작업자를 따뜻하게 할 수 있는 효과가 있다. 특히 실내공간이 매우 넓은 산업시설에서 소수의 작업자가 작업할 경우 작업자를 선택하여 가온하므로서 실내 전체를 가열하는 기존의 방법과 달리 에너지를 크게 절감시킬 수 있다.

특히 원적외선에 의한 복사난방은 실내의 기온을 상승시키지 않고 인체의 피부속까지 따뜻하게 가온하게 되므로 쾌적하고 건강에도 도움이 되는 난방이다.

Claims (6)

1. 피사체의 움직임을 검출하는 움직임감지센서와, 난방유효영역내의 영상을 전기적인 신호로 변환하는 카메라와, 피사체에 원적외선을 조사하는 원적외선 히터를 탑재하고 한 축을 중심으로 회전함과 동시에 그 축과 직교하는 다른 한 축을 중심으로 회전할 수 있도록 팬모터와 틸트모터를 구비한 원적외선 히터 지지장치와, 상기 원적외선 히터의 전원공급을 조절하여 히터의 온도를 조절하는 온도콘트롤러와, 피사체의 이동벡터를 산출하여 방위각과 앙각 방향의 회전각도를 계산하고 원적외선 히터를 움직여야 할 거리만큼 모터구동 펄스신호를 발생시켜 상기 팬모터와 틸트모터의 구동을 제어하는 모터콘트롤러와, 장치를 초기화하고 모터콘트롤러와 온도콘트롤러에 연결되어 각 기능블럭들의 동작순서를 제어하는 중앙처리장치로 이루어진 이동 피사체 원적외선 가열장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 원적외선 히터에 조사각도를 조절할 수 있는 방사갓을 두고, 이 방사갓의 동작을 위한 구동모터가 구비되며, 이를 제어하는 방사갓콘트롤러를 두어 조사영역을 변화시킬 수 있게 한 것을 특징으로 하는 이동 피사체 원적외선 가열장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 원적외선 히터는 일정영역으로 원적외선이 조사될 수 있도록 하는 방사갓과, 원적외선을 발생시키는 방사갓 내부의 전열기로 이루어지는 한편, 상기 전열기를 상하로 움직여 원적외선 조사영역을 변화시킬 수 있게 하는 전열기구동수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이동 피사체 원적외선 가열장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 원적외선 히터는 일정영역으로 원적외선이 조사될 수 있도록 하는 방사갓과, 원적외선을 발생시키는 방사갓 내부의 전열기로 이루어지는 한편, 상기 방사갓을 상하로 움직여 원적외선 조사영역을 변화시킬 수 있게 하는 방사갓구동수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이동 피사체 원적외선 가열장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 카메라는 적외선카메라인 것을 특징으로 하는 피사체 추적 원적외선 가열장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 적외선 카메라로 피사체와 피사체 표면온도를 감지하고 피사체의 표면온도에 따라 히터의 발열량을 조절하도록 된 것을 특징으로 하는 피사체 추적 원적외선 가열장치.