KR200354468Y1 - 무자계 특성을 갖는 전기발열 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 민생용 전열제품인 전기장판, 전기요, 전기매트 등과 같은 제품에 일반적으로 사용되는 기존의 열선으로 온도감지와 무자계의 특성을 갖도록한 전기발열 제어장치에 관한 것으로, 인입 전원 (W1)을 기준으로 반대 인입 전원 (W2) 가 정(+) 극성일 경우에는 내부 열선과 외부 열선에 서로 반대되는 전류를 흐르게 하여, 전류의 흐름에 의해 발생하는 자기장을 서로 상쇄시켜 무자계 특성을 갖게 하고, 인입 전원 (W2)의 위상이 부 (-) 극성인 경우에는 다이오드의 부특성에 의해 내부 열선과 외부 열선을 분리시켜서 내부 열선과 외부 열선 사이에서 발생하는 정전 용량을 감지하여 온도 제어에 응용함으로서 기존의 열선으로 온도 감지와 무자계 특성을 갖는 전기 발열 제어 장치를 제공하려는 것이다.

Description

무자계 특성을 갖는 전기발열 제어장치 { The electric calorification control unit with non-magnetic field quality}

본 고안은 민생용 전열제품인 전기장판, 전기요, 전기매트 등과 같은 제품에 일반적으로 사용되는 기존의 열선으로 온도감지와 무자계의 특성을 갖도록한 전기발열 제어장치에 관한 것이다.

좀더 구체적으로는, 인입 전원 (W1)을 기준으로 반대 인입 전원 (W2) 가 정(+) 극성일 경우에는 내부 열선과 외부 열선에 서로 반대되는 전류를 흐르게 하여 , 전류의 흐름에 의해 발생하는 자기장을 서로 상쇄시켜 무자계 특성을 갖게 하고, 인입 전원 (W2) 의 위상이 부 (-) 극성인 경우에는 다이오드의 부특성에 의해 내부 열선과 외부 열선을 분리시켜서 내부 열선과 외부 열선 사이에서 발생하는 정전 용량을 감지하여 온도 제어에 응용함으로서 기존의 열선으로 온도 감지와 무자계 특성을 갖는 전기 발열 제어 장치를 제공하려는 것이다.

보다 상세히 설명하면, 본 고안은 기존의 열선을 이용하여 내부 열선과 외부 열선의 종단에 직렬로 다이오드를 연결하여 발열시에는 내부 열선과 외부 열선의 전류 방향이 반대로 흐르게 하여 두 열선에서 발생하는 자기장을 서로 상쇄 시켜 무자계 특성을 갖게 하고, 열선의 온도 감지시에는 내부 열선과 외부 열선 사이에 연결된 다이오드의 부 특성으로 내부 열선과 외부 열선이 분리되며, 단지 내부열선과 외부열선사이에는 거리가

가깝고, 열선길이가 길어서 단면적이 크므로, 정전 용량이 발생한다.

이 정전 용량은 내부열선과 외부열선 사이에 있는 부도체의 온도 특성에 의한 온도에 따라 정전용량의 변화가 생기게 된다.

따라서 온도에 따른 정전 용량을 감지하여 온도 제어 함으로서 온도제어와 무자계 특성을 동시에 갖는 무자계 특성을 갖는 전기 발열 제어 장치인 것이다.

종래의 전기 발열선을 이용한 민생용 전기제품의 발열장치는 내부 열선을 발열선으로 사용하고, 외부 열선을 온도 감열선으로 하여 열선과 온도 감열선 사이의 정전 용량을 감지하여 위상제어에 의한 발열제어를 함으로써 온도의 감지가 이루어졌다.

그러나 위상 제어에 따른 통신잡음의 발생과 다량의 자기장이 발생되는 문제점을 내재하고 있었다.

또한 무자계 특성을 나타 내기 위해서 내부열선과 외부열선의 끝단을 단순히 연결함으로서 발열시 내부열선과 외부열선에 흐르는 전류를 반대로 하여 자기장이 서로 상쇄되도록 하여 이를 제거하고자 하는 실시예도 있었다.

그러나 이러한 경우에도 온도감지를 위해서는 발열선과 별도로 온도 감지를 위한 온도감지센서와 온도의 과승방지용 바이메탈등이 여러개 구성되어야 하는 등의 제조상의 번거로움과 또한 제조원가를 상승시키게 되는 비경제적인 결점을 가지고 있었다.

본 고안은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서 내부 열선과 외부 열선의 끝단에 다이오드를 직렬로 연결하고, 인입전원(W2)의 정/역 위상에 따라서 내부열선과 외부 열선을 발열선 또는 온도감지 센서로 작용할 수 있게 하였으며, 인입전원(W2)의 위상이 정(+)위상 일 경우에는 내부열선과 외부열선 사이의 다이오드 극성이 정극성이므로 내부 열선과 외부 열선이 다이오드를 통해서 직렬 연결되어 서로 반대되는 방향의 동일한 발열 전류가 흐르게 되어 내부열선과 외부열선에서 발생하는 자기장이 서로 상쇄하게 된다.

또한 인입전원(W2)이 역(-) 위상인 경우에는 내부 열선과 외부 열선 사이의 다이오드 극성이 부(-) 극성이 되어 내부열선과 외부열선은 전기적으로 서로 분리되며 이때 내부열선과 외부열선 사이에는 교류적인 측면에서의 정전 용량이 발생하게 되고, 이 정전용량은 내부열선과 외부열선 사이의 절연체의 온도 특성에 따라 변하게 되므로 이 정전 용량을 감지함으로서 열선의 온도를 알수 있는 것이다.

이와같이 본고안 은 내부열선과 외부열선의 발열 전류에 의하여 생기는 자기장을 서로 상쇄시킴과 인입 전원(W2)의 정/역 위상을 따로 응용함으로서 무자계 특성과 온도 감지제어를 동시에 할 수 있도록한 것인바, 이하 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부도면에 따라 보다 상세히 설명한다.

도 1 은 본 고안의 회로도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

S : 외부열선 H : 내부열선 D3 :다이오드

SCR : 사이리스터 M : 메인제어부

본 고안에 사용되는 통상의 전기발열선은 심선의 외면에 합금선이나 동선으로 된 저항선이 권선되고 이 외면에 나일론, PVC, 실리콘, 테프론 등으로 피복층이 형성되며, 다시 합금선이나 동선으로 된 저항선을 권선하여 외면에 PVC나 실리콘 등의 피복 재료를 입혀서된 발열선으로 사용한다.

본 고안은 외부열선(S)의 일단(S1)을 인입전원 (W2)에 연결하고, 외부열선(S)의 다른 일단(S2)을 다이오드(D3)의 애노우드에 연결하며, 내부열선(H)의 일단(H2)을 다이오드(D3)의 캐소우드에 연결하고, 내부열선(H)의 다른 일단(H1)은 사이리스터(SCR)의 애노우드에 연결하며, 사이리스터(SCR)의 캐소우드는 인입전원(W1)에 연결하여 구성한다.

그리고 영위상 감지용저항(R1)은 일단이 인입전원(W2)에 연결되고, 다른 일단은 메인제어부(M)의 단자(PU)에 연결된다.

온도검출용 저항(R3)의 일단은 사이리스터(SCR)의 애노우드에 연결되고, 다른 일단은 메인제어부(M)의 온도감지단자(SA)에 연결되고, 저항(R2)은 메인 제어부(M)의 단자(A)와 단자(SA) 사이에 연결 된다.

또한 메인제어부(M)의 출력단자(OUT)와 사이리스터(SCR)의 게이트 사이에 저항(R4)을 연결한다.

메인제어부(M)의 DC 전원은 DC 전원부에서 메인제어부(M)의 VCC 단으로 공급되고, 가변저항(VR)의 일단은 인입전원(W1)에 연결되며 다른 단은 메인제어부(M)의 VCC단에 연결되고, 중간 가변단은 메인제어부(M)의 온도 설정단 인 VRS 단에 연결된다.

메인제어부(M)의 VSS단은 인입전원(W1)에 연결되고, 발열표시등(LED1)의 애노우드는 인입전원(W2)에 연결되며, 캐소우드는 다이오드(D4)의 애노우드에 연결되고, 다이오드(D4)의 캐소우드와 사이리스터(SCR)의 애노우드 사이에는 저항(R5)이 연결된다.

전원표시등(LED2)의 애노우드는 인입전원(W2)에 연결되고, 전원표시등(LED2)의 캐소우드와 인입전원(W1) 사이에는 저항(R6)이 연결되어 있다.

또한 전원단에는 전류휴즈와 전원스위치가 연결되어 있다.

이와같이 구성된 본 고안은 인입전원(W2)이 정(+) 위상인 경우에는 사이리스터(SCR)가 메인제어부(M)의 온도제어에 따라서 ON/OFF 되는데 사이리스터(SCR)가 ON 될 시는 제로볼트 위상에서 사이리스터(SCR)를 ON 시켜서 이에 따른 통신잡음을 최소화하고, 열선에는 외부열선(S)의 S1 단에서 S2 단 쪽으로 전류가 흐르며 다시다이오드(D3)를 거쳐서 내부열선(H)의 일단 (H2)에서 다른단(H1) 쪽으로 전류가 흐르게 된다.

이때 외부 열선의 전류와 내부열선(H)의 전류방향은 반대가 되고, 내부열선(H)에서 발생하는 자기장과 외부열선에서 발생하는 자기장이 서로 상쇄되어 무자계 특성을 나타나게 된다.

여기에서 내부열선(H)의 권선방향과 외부열선(S)의 권선방향은 관계가 없다.

그 이유는 내부나 외부의 열선을 권선할 시 권선의 직경에 비해 권선의 피치가 너무 크기 때문에 권선사이의 누설 자속이 매우 크기 때문이다.

따라서 열선은 트랜스와 같은 권선으로서가 아니라, 약간 휘어진 도체로서만 자기장이 작용을 하게 되는 것이다.

그러므로 내부열선(H)의 권선과 외부열선(S)의 권선 방향과는 관계가 없고, 단지 내부열선(H)의 전류 방향과 외부열선(S)의 전류방향이 반대로 되면, 자기장은 서로 상쇄되는 것이다.

열선의 온도감지는 인입전원(W2) 의 위상이 부(-) 위상에서 하는데, 인입전원(W2)이 부(-) 위상이면, 내부열선(H)과 외부열선(S)은 다이오드(D3) 가 부(-) 특성이므로 전기적으로 분리되어 직류적인 전류는 흐르지 않게 된다.

단지 내부열선(H)과 외부열선(S)의 사이에는 온도에 따른 정전용량이 발생하게 된다.

따라서 메인제어부(M)의 A 단자에 기준 전압을 인가하고, 저항(R3)을 통해서 내부열선(H)과 외부열선(S)사이의 정전용량에 부(-) 위상의 교류전류를 공급하면, 메인제어부(M)의 온도감지단(SA)에는 열선의 온도에 상대적으로 비례하는 전압이 발생한다.

이 때 메인제어부(M)에서 이 전압을 분석 처리하면, 현재의 열선온도를 알수 있게 된다.

또한 인입전원(W2)의 제로볼트 위상은 인입전원(W2)에 연결된 저항(R1)을 통해서 메인제어부(M)의 PU 단자에서 감지하여 온도감지 및 사이리스터(SCR) 의 제로볼트 제어에 이용된다.

온도 설정은 가변저항(VR)의 분압저항을 메인제어부(M)의 VRS 단에서 감지 분석하여 설정온도를 결정한다.

메인제어부(M)의 VRS 단에서 감지한 설정온도와 PU 단에서 감지한 제로볼트 위상과 SA 단에서 감지한 열선의 현재 온도를 종합하여 메인제어부(M)의출력단(OUT)에서 사이리스터(SCR) 제어용펄스를 인가하여 사이리스터(SCR)를 제어함으로서 열선의 온도를 제어하는 것이다.

이와같이 기존의 열선을 이용하여 열선의 온도감지와 무자계특성으로 발열을 하게 된다.

또한 열선의 동작상태를 보기 위하여 발열표시등(LED1)을 다이오드(D4) 와 저항(R5)을 직렬로 인입전원(W2)과 사이리스터(SCR)의 애노우드 사이에 연결함으로서 열선이 ON시에 발열표시등(LED1) 도 같이 ON 되어 열선의 제어상태를 사용자가 육안으로 확인할 수 있게 하였다.

이상과 같이 본 고안은 기존의 발열선을 이용하면서 별도의 온도센서 구성이 없이도 열선의 온도제어는 물론이고, 발열작용시 자기장을 서로 상쇄하여 억제시킴으로서 자기장으로 인한 사용자의 유해적인 문제점을 해소할 수 있는 것이고, 또한 통신잡음을 억제하며 제조원가를 극소화 시킬 수 있는 등의 경제적인 이점을 가질 수 있는 매우 유용한 고안인 것이다.

Claims (2)

1. 외부 열선의 일단(S1)이 인입전원(W2)에 연결되고 사이리스터(SCR)의 애노우드에 내부열선(H)의 일단(H1)을 연결하고, 사이리스터(SCR)의 캐소우드는 인입전원(W1)에 연결하며 메인제어부(M)의 DC 전원(VCC)은 DC 전원부에 연결하고 인입전원(W2)에서 저항(R1)을 통해 메인제어부(M)에 연결하며 사이리스터(SCR)의 애노우드와 메인제어부(M)의 단(SA) 사이에는 저항(R3)을 연결하고 메인제어부(M)의 A 단 과 SA 단 사이에 저항 (R2) 이 연결되어 있고 메인제어부(M)의 출력단(OUT)과 사이리스터(SCR)의 사이에는 저항 (R4)이 연결되어 사이리스터(SCR)의 게이트를 트리거 하여 사이리스터(SCR)를 제어하게 하며 메인제어부(M)의 VRS 단에 가변저항(VR)의 중앙단에 연결하며 열선동작 표시등(LED1)은 다이오드(D4), 저항(R5)을 통해서 인입전원(W2)과 사이리스터(SCR)의 애노우드 사이에 연결하여된 것에 있어서,

   외부열선(S)의 다른단(S2)을 다이오드(D3)의 애노우드에 연결하고, 다이오드(D3)의 캐소오드에는 내부열선(H)의 다른단(H2)을 연결하여됨을 특징으로하는 무자계 특성을 갖는 전기발열 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 내부열선(H)과 외부열선(S)이 서로 바뀌어서 연결하여 구성된 무자계 특성을 갖는 전기발열 제어장치.