KR200261088Y1

KR200261088Y1 - 전자장 차폐 전기요

Info

Publication number: KR200261088Y1
Application number: KR2020010031066U
Authority: KR
Inventors: 길종진
Original assignee: 길종진
Priority date: 2001-10-11
Filing date: 2001-10-11
Publication date: 2002-01-19

Abstract

전자파의 발생을 효과적으로 차단하면서도 전자요의 과열을 효과적으로 차단할 수 있는 전자요가 제공된다. 본 고안의 전자요의 발열선은 안쪽부터 절연코어, 열선, 고온절연층, 금속쉴드, 외측 절연피복으로 구성되며, 발열선의 끝부분에서 열선과 금속쉴드를 접속시킨 구성을 가지고 있다. 또한, 발열선의 시작 부분에서 열선은 상용전원의 핫라인에, 금속쉴드는 상용전원의 뉴트럴 라인에 2선식 스위치를 통해 연결된다. 핫라인과 뉴트럴 라인을 구분하기 위하여 램프 또는 부저를 사용할 수 있다. 발열선의 과열에 의한 화재를 방지하기 위하여 열선과 금속쉴드를 접속점 사이에 과전류를 감지하기 위한 회로를 장착할 수 있다.

Description

전자장 차폐 전기요 {Electric blanket shielded from electromagnetic field}

본 고안은 유해 전자파를 발생하지 않는 전기요에 관한 것으로서, 특히 열선과 차폐막을 열선의 끝부분에서 연결하고 열선의 시작부분을 상용전원의 핫라인에, 차폐막을 상용전원의 뉴트럴 라인에 연결시킴으로써 유해한 전자파의 발생을 원천적으로 봉쇄한 전기요에 관한 것이다.

전기요나 전기히터 등의 난방기구에서는 열선에 전류를 흘려서 열을 발생시키도록 함으로써 난방을 하고 있다. 그런데, 열선에 많은 전류가 흐르게 되면 필연적으로 전자장이 발생한다. 전자장은 인체에 유해한 작용을 하므로 열선에서 발생되는 전자파를 차단하려고 하는 시도가 많이 있었다.

실용신안 공개공보 제1999-042175호에서는 열선을 적어도 복수가닥의 절연사로 꼰 다음 그 둘레에 온도감지선을 일정간격으로 권선하고, 다시 권선된 온도감지선의 외둘레에 일정두께의 절연피를 피복하고, 절연피의 외둘레에 열선의 길이방향으로 다수 가닥의 에나멜선을 망상체로 엮어 연속 꼬임되게 권선한 후에 2차로 절연피를 피복한 구성이 개시되어 있다.

이러한 종래 장치에서는 열선에서 발생되는 전자장을 차폐선(에나멜선)이 차폐하도록 하는 구성을 가지고 있으나, 전자장의 완전한 차폐 효과를 얻기가 어렵다고 하는 단점이 있다. 또한, 온도감지선이 함께 권선되어 전열선의 두께가 두꺼워진다고 하는 단점이 있다.

한편, 실용신안등록 제186614호에서는 중심으로부터 전기 절연성 심부 지지체, 나선상 내층도선, 중간 전기 절연층, 나선상 외층도선 및 피복 전기 절연층을 가지며, 내층도선과 외층도선은 외단을 연결하는 결선부를 가지며, 내층도선과 외층도선의 나선 방향은 전류의 방향을 기준으로 서로 반대 방향으로 배열하고, 전기요에 발열체를 포설하는 전자파 흡수도체를 구비하며, 상하의 전자파 흡수도체는 하나의 접지에 접속할 수 있도록 연결회로로 연결한 구성이 개시되어 있다.

이러한 구성에서는 내층도선으로 흐르는 전류의 크기와 외층도선으로 흐르는 전류의 크기가 서로 같고 그 방향이 서로 반대이므로 양 도선에서 발생되는 전자장이 상쇄되게 된다. 그러나, 실제로는 양 도선이 나선상으로 권선되어 있고 권선되는 두께가 서로 다르므로 전자장이 완전히 상쇄되지는 않는다. 또한, 이러한 구성에 의하면 내층도선과 외층도선에서 모두 열을 발생하게 되므로 그 열에 의해 양자 사이의 중간 전기 절연층이 녹아서 화재가 날 우려가 있다.

한편, 전기요 등의 전기난방장치는 과열되면 절연체 등이 녹아서 화재가 날 수 있으므로, 발열체의 온도를 감지하는 회로를 추가하는 것이 일반적이다. 그런데, 발열체의 온도를 감지하기 위한 온도감지선을 발열선에 함께 포함시키는 경우에는 발열선의 두께가 두꺼워져서 비용이 올라가고 생산 및 사용이 불편하다. 따라서, 온도감지선을 발열선에 포함시키지 않고 별도의 온도센서를 발열선 근처에 두어서 온도를 감지하도록 하는 구성이 알려져 있다. 그러나, 이러한 방식으로는 특정 부위에서만 과열이 되는 경우를 감지하기가 어렵기 때문에 좀더 효과적인 과열방지 방법이 요구되고 있다.

본 고안은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 전자파의 발생을 효과적으로 차단할 수 있는 전자요를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 고안의 다른 목적은 전자파의 발생을 효과적으로 차단하면서도 전자요의 과열을 효과적으로 차단할 수 있는 전자요를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 고안의 기본적인 구성을 설명하기 위한 개념도이다.

도 2는 본 고안에 사용된 발열선의 단면도이다.

도 3은 본 고안의 전자파 차폐 원리를 설명하기 위한 등가회로도이다.

도 4는 발열선에서의 전류분포를 보여주는 도면이다.

도 5는 본 고안의 순수발열선을 보여주는 등가회로도이다.

도 6은 본 고안의 전기장 차단 전기요의 회로도이다.

도 7 내지 도 9는 과열방지회로의 실시예를 보여주는 회로도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 절연코어, 2 열선,

3 고온절연층, 4 금속쉴드,

5 외측 절연피복, 6 열선과 금속쉴드의 접속점,

10 발열선, 11 스위치,

14 네온관, 16 부저,

18 수광소자, 19 트라이액

본 고안의 전자요의 발열선은 안쪽부터 절연코어, 열선, 고온절연층, 금속쉴드, 외측 절연피복으로 구성되며, 발열선의 끝부분에서 열선과 금속쉴드를 접속시킨 구성을 가지고 있다. 또한, 발열선의 시작 부분에서 열선은 상용전원의 핫라인에, 금속쉴드는 상용전원의 뉴트럴 라인에 2선식 스위치를 통해 연결된다. 핫라인과 뉴트럴 라인을 구분하기 위하여 램프 또는 부저를 사용할 수 있다. 발열선의 과열에 의한 화재를 방지하기 위하여 열선과 금속쉴드를 접속점 사이에 과전류를 감지하기 위한 회로를 장착할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 고안의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안의 전기요의 기본적인 구성을 설명하기 위한 개념도이고, 도 2는 도 1에서 A'' 부분을 절단하여 바라본 발열선(10)의 단면도이다. 본 고안의 전기요의 발열선(10)은 안쪽부터 절연코어(1), 열선(2), 고온절연층(3), 금속쉴드(4), 외측 절연피복(5)으로 구성되며, 발열선의 끝단(6)에서 열선(2)과 금속쉴드(4)가 서로 연결되어 있다. 또한, 열선은 상용전원(7)의 핫라인에, 금속쉴드(4)는 상용전원(7)의 뉴트럴 라인, 즉 접지(8)에 연결되게 된다.

이러한 구성으로 되어 있는 본 고안의 발열선의 전자파 차단 원리를 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다. 도 3은 본 고안의 전자파 차폐 원리를 설명하기 위한 등가회로도이고, 도 4는 발열선에서의 전류분포를 보여주는 도면이다.

도 3에서 볼 수 있는 것처럼, 열선(2)은 전자장을 발생시키는 코일로 볼 수 있으며, 이러한 코일(2)이 금속쉴드(4)로 싸여있는 구성을 가지고 있다. 또한, 도 4에서 볼 수 있는 것처럼, 코일(2)로 흐르는 전류는 발열선의 끝단(6)에서 금속쉴드(4)로 흐르게 되어, 코일(2)로 흐르는 전류와 금속쉴드(4)로 흐르는 전류는 그 양이 같고 방향은 반대가 된다. 결국, 전류가 인입되는 두 단자(2', 4')의 전압 위상 및 전류 위상은 동일하여 무유도성 순수 내부 저항 성분으로만 유지되며, 전류에 의한 전자장도 상쇄되어 발열선(10)에서 전자장이 발생되지 않는다. 따라서, 본 고안의 발열선(10)은 도 5에서와 같이 순수 무유도 저항으로만 동작하는 것으로 등가적으로 볼 수 있다.

도 6은 본 고안의 전기장 차단 전기요의 회로도이다. 전자장 발생을 방지하기 위해서는 금속쉴드(4)를 상용전원의 뉴트럴 라인에 연결하여야 한다. 따라서, 사용자가 금속쉴드(4)를 사용전원의 뉴트럴 라인에 연결할 수 있도록 스위치(11)와 뉴트럴 라인 감지회로가 마련되어 있다.

스위치(11)는 상용전원을 전기요에 연결하거나 끊어주는 역할을 한다. 이때, 전기요의 금속쉴드(4)에 뉴트럴 라인이, 열선(2)에 핫라인이 연결되도록 상용전원의 단자를 선택할 수 있게 하기 위하여 스위치(11)는 3개의 접점을 가진 2단 스위치를 사용한다. 또한, 스위치(11)는 프레임이 금속으로 되어 있는 것을 사용한다. 전기요를 사용하지 않을 때에는 스위치(11)를 오프(off) 위치에 놓고, 전기요를 사용할 때에는 a 또는 b 위치에 놓는다.

이때, 스위치(11)를 동작시킬 때에는 사람의 손이 스위치(11)의 금속 프레임에 닿게 된다. 네온관(14)은 스위치(11)의 금속프레임(12)에 접속되어 있으므로, 금속쉴드(4)에 연결되는 라인이 핫라인인 경우에는 저항(13), 네온관(14)을 통해 사람의 손으로 순간적으로 전류가 흘러들어가므로 네온관(14)이 점등되게 된다. 또한, 네온관(14)이 점등되면 수광소자(18)가 동작하여 트라이액(19)의 게이트를 도통시켜서 저항(17)을 통해 부저(16)에 전류가 흐르게 되어 소리가 나게 된다. 반대로, 금속쉴드(4)에 연결되는 라인이 뉴트럴 라인인 경우에는 스위치(11)를 동작시킬 때 전류가 흐르지 않으므로 네온관(14)이 켜지지 않으며, 따라서 부저(16)도 울리지 않는다. 그러므로, 사용자는 금속쉴드(4)에 뉴트럴 라인이 접속되도록 스위치(11)를 조작할 수 있게 되는 것이다. 한편, 네온관(14)을 스위치(11)의 금속프레임(12)에 연결하는 대신에, 사용자가 손을 대서 확인할 수 있는 단자(14)를 마련하는 것도 가능하다.

전원부(50)와 전력제어부(60)와 온도검출부(70)는 기존의 전기요에서도 사용되고 있는 것으로서, 온도검출부(70)가 검출한 온도에 따라 전기요의 발열선(10)에 가하는 전력을 전력제어부(60)가 제어하는 구성을 갖는다. 한편, 온도센서는 발열선(10)에서 가까운 곳에 위치하여 발열선(10)의 온도를 검출하는 역할을 한다. 이들의 동작은 기존의 전기요와 대동소이하므로 상세한 설명은 생략한다.

이와 같은 구성에 의해 사용자는 금속쉴드(4)에 뉴트럴 라인을 연결할 수 있으므로 효과적으로 전자장을 차단할 수 있다.

한편, 본 고안의 구성에서는 전기 입력이 열선 한쪽 끝으로 들어가기 때문에 발열선의 구조상 열이 상승하여 쉴드와 열선이 단락될 우려가 있다. 이때에는 열선이 급격히 과열되어 화재가 발생할 우려가 있으므로 이를 방지하기 위하여 발열선의 열선(2)과 금속쉴드(4)가 접속되는 부분에서 열선(2)과 금속쉴드(4)의 사이에 과열방지회로를 삽입하는 것이 바람직하다.

도 7 내지 도 9는 이러한 과열방지회로의 실시예를 보여주는 회로도이다.

과열방지회로는 열선(2)과 금속쉴드(4)의 끝부분(23, 24) 사이에 직렬로 마련된다. 도 7 내지 도 9에서 제너다이오드(37)는 서지 방지용이며, 다이오드(35), 저항(36), 커패시터(38)는 반파정류회로를 구성하여 과열방지회로에서 필요한 직류전압을 제공한다.

도 7은 포토커플러(29, 34)를 사용하여 과열을 감지한다. 저항(25)은 브릿지다이오드(26)로 일부의 전류만을 흘리기 위한 바이패스 저항이며 브릿지다이오드(26)와 커패시터(27)에 의해 포토커플러(29)의 발광다이오드로 직류전류가 흘러들어가게 된다. 전기요가 정상 동작을 하는 경우에는 포토커플러(29)의 발광다이오드로 전류가 흘러들어가서 포토커플러(29)의 광트랜지스터가 턴온되고, 따라서, npn형 트랜지스터(32)의 베이스는 접지 전위가 되어 트랜지스터(32)가 턴오프된다. 그러면, 포토커플러(34)의 발광다이오드로는 전류가 흐르지 않게 되어포토커플러(34)의 트랜지스터가 턴오프된다. 포토커플러(34)의 출력은 전력제어부(60)에 연결되어 있으며, 전력제어부(60)는 이를 감지하여 전기요가 정상동작임을 알게 된다.

한편, 금속쉴드(4)와 열선(2)이 어느 쪽에선가 단락되면, 단자 23과 단자 24에서의 전위는 동일하게 된다. 따라서, 포토커플러(29)의 발광다이오드로 전류가 흐르지 않으므로 포토커플러(29)의 트랜지스터는 오프되고, 트랜지스터(32)는 온된다. 그러면, 포토커플러(34)의 발광다이오드로는 저항(33)을 통해 전류가 흐르게 되어 포토커플러(34)의 트랜지스터가 온되어 전력제어부(60)는 이상이 발생하였음을 알게 된다. 그러면, 전력제어부(60)는 발열선(10)으로의 전력공급을 중단함으로써 과열에 의한 화재를 방지하게 된다.

도 8에서는 도 7에서의 포토커플러(29) 대신에 트랜지스터(45)를 사용하였다는 점과, 트랜지스터(45)로의 전력공급을 브릿지다이오드(26) 대신에 열선(2)과 금속쉴드(4)과의 연결선에 유도결합되어 있는 코일(41)을 사용하였다는 점이 다르다. 단자 23과 단자 24 사이로 교류전류가 흐르면 코일(41)에는 유도전류가 흐르게 된다. 이는 다시 트랜지스터(45)를 턴온 시켜서 위에서 설명한 것처럼 트랜지스터(32)가 턴오프되고, 포토커플러(34)가 턴오프된다. 반대로, 이상이 발생하여 단자 23과 단자 24 사이에 전류가 흐르지 않으면, 코일(41)에는 전류가 흐르지 않으므로 트랜지스터(45)는 턴오프되고, 위에서 설명한 것처럼 트랜지스터(32)가 턴온되어 포토커플러(34)가 온된다. 따라서, 전력제어부(60)는 이상이 발생하였음을 알게 되어, 발열선(10)으로의 전력공급을 중단함으로써 과열에 의한 화재를방지하게 된다.

도 9에서는 도 7에서의 포토커플러(34) 대신에 열감지 휴즈를 사용하여 전력제어부(60)의 제어와 관계없이 바로 발열선(10)으로의 전력공급을 차단하도록 하는 구성을 가지고 있다. 즉, 이상이 발생하면 위에서 설명한 것처럼 트랜지스터가 온되어 저항(33)으로 전류가 흐르게 되어 저항(33)에서 발생하는 열에 의해 휴즈가 끊어지게 된다. 따라서, 발열선(10)으로의 전기공급이 차단되어 과열에 의한 화재를 방지하게 된다.

이상 본 고안을 몇가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 고안의 사상과 첨부된 실용신안등록청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

본 고안에 따르면, 동일한 양의 전류가 반대방향으로 흐르게 될 뿐만 아니라 금속쉴드는 뉴트럴 라인에 연결되어 전자파의 발생을 효과적으로 차단할 수 있다고 하는 효과가 있다.

또한, 금속쉴드와 열선이 만나는 부분에 과열을 감지할 수 있는 회로를 추가하여 금속쉴드와 열선이 단락되는 경우에 발열선으로의 전력공급을 차단하므로 전자요의 과열을 효과적으로 차단할 수 있다고 하는 효과가 있다.

Claims

발열선(10)과, 전원부(50)와, 전력제어부(60)와, 온도검출부(70)를 구비한 전기요에 있어서,

상기 발열선(10)은 안쪽에서부터 절연코어(1), 열선(2), 고온절연층(3), 금속쉴드(4), 외측 절연피복(5)으로 구성되며, 끝단(6)에서 열선(2)과 금속쉴드(4)가 서로 연결되어 있으며,

열선(2)과 금속쉴드(4)를 상용전원(7)의 핫라인과 뉴트럴 라인에 선택적으로 연결시키거나 연결을 끊을 수 있도록 되어있는 스위치(11)와,

상기 스위치(11)의 조작에 의해 열선(2)이 핫라인에, 금속쉴드(4)가 뉴트럴 라인에 연결되었는지를 확인하기 위하여 상기 금속쉴드(4)의 앞단에서 저항(13)을 통하여 연결된 램프(14)

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기요.
제1항에 있어서, 상기 램프(14)의 타단은 스위치(11)의 금속프레임에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전기요.
제1항에 있어서, 상기 램프의 빛을 감지하는 감광소자(14)와, 부저(16)와,상기 감광소자에 불이 들어오면 상기 부저(16)에 전원을 인가하여 소리를 울리게 하는 스위칭 소자(19)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기요.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 끝단(6)에서 상기 열선(2)과 금속쉴드(4) 사이에 상기 열선(2)과 상기 금속쉴드(4) 사이에 흐르는 전류를 감지하기 위한 전류감지기가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 전기요.
제4항에 있어서, 상기 전류감지기는

상용전원으로부터 직류전압을 만들기 위한 제1의 정류회로와,

열선(2)과 금속쉴드(4) 사이에 연결된 제2의 정류회로와,

상기 제2의 정류회로의 양의 출력에 발광다이오드의 애노드가, 음의 출력에 캐소드가 연결된 포토커플러(29)와,

상기 포토커플러의 트랜지스터의 컬렉터에 베이스가, 그리고 접지에 에미터가 연결된 npn형 트랜지스터(32)와,

상기 트랜지스터(32)의 컬렉터에 발광다이오드의 캐소드가, 상기 제1의 정류회로의 양의 출력에 애노드가 연결되어 있으며, 트랜지스터 출력단자가 상기 전력제어부(60)에 연결되어 있는 포토커플러(34)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기요.
제4항에 있어서, 상기 전류감지기는

상용전원으로부터 직류전압을 만들기 위한 제1의 정류회로와,

열선(2)과 금속쉴드(4)과의 연결선에 유도결합되어 있는 코일(41)과,

상기 코일(41)에 다이오드(42)를 통하여 베이스가 연결되며 에미터는 접지에 콜렉터는 저항을 통하여 상기 제1의 정류회로의 양의 출력에 연결되어 있는 npn형 트랜지스터(45)와,

상기 트랜지스터(45)의 컬렉터에 베이스가 연결된 npn형 트랜지스터(32)와,

상기 트랜지스터(32)의 컬렉터에 발광다이오드의 캐소드가, 상기 제1의 정류회로의 양의 출력에 애노드가 연결되어 있으며, 트랜지스터 출력단자가 상기 전력제어부(60)에 연결되어 있는 포토커플러(34)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기요.
제4항에 있어서, 상기 전류감지기는

상용전원으로부터 직류전압을 만들기 위한 제1의 정류회로와,

열선(2)과 금속쉴드(4) 사이에 연결된 제2의 정류회로와,

상기 제2의 정류회로의 양의 출력에 발광다이오드의 애노드가, 음의 출력에 캐소드가 연결된 포토커플러(29)와,

상기 포토커플러의 트랜지스터의 컬렉터에 베이스가, 그리고 접지에 에미터가 연결된 npn형 트랜지스터(32)와,

상기 트랜지스터(32)의 컬렉터와 상기 제1의 정류회로의 양의 출력 사이에 연결되어 있는 저항(33)과,

상기 저항의 열에 의해 개방되는, 상기 스위치(11)와 상기 금속쉴드(4) 사이에 직렬 연결된 온도휴즈

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기요.