KR200361398Y1 - 열전소자 구동 수유장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 열전소자 및 FET 구동회로를 이용하여 발열을 최소화한 열전소자 구동 수유장치에 관한 것으로서, 일반 가정 또는 산부인과나 산후조리원 등에서 분유 또는 모유를 원하는 시간과 온도에 맞게 수유하기 위하여 모유 또는 물을 담은 젖병을 세균의 번식이 없는 온도인 5℃ 내외의 냉장상태로 보관하다가 설정된 시간이 되면 자동으로 이를 가온하여 수유에 적당한 40℃ 내외의 온도가 유지되도록 하고 이를 시각 또는 청각적으로 알려줌으로써 수유시의 불편함 및 시간 낭비를 덜어줄 수 있도록 하였다.

Description

열전소자 구동 수유장치 {FEEDING APPARATUS WITH THERMOELECTRIC ELEMENT}

본 고안은 열전소자 및 FET 구동회로를 사용하여 발열을 최소화한 유아용 수유장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열전소자를 이용하여 젖병을 세균의 번식이 억제되는 온도인 5℃ 내외의 냉장상태로 유지하다가 예약된 시간이 되면 수유에 적당한 40℃로 가열하여 주는 열전소자 구동 수유장치에 관한 것이다.

일반적으로 유아에게 분유를 먹일 때는 끓인 물을 미리 보온병에 보관하거나소형 주전자 등으로 물을 끓인 후 식혀야 했다. 또는 물을 전자레인지에 가열하는 방법도 많이 사용되고 있는 실정이다. 유축기 등을 통해 모유를 착유하여 젖병으로 수유할 때도 뜨거운 물에 중탕하는 등 이와 유사한 방법이 사용되고 있다.

위와 같은 방법의 번거로움을 해소하기 위해 몇가지 편의장치가 시판되고 있으나, 이들 종래의 수유장치들은 유아용 젖병을 히터에 의해 가열시킬 수 있도록 하는 방식을 채택하고 있어 유아에게 심각한 화상의 우려가 있었고 수유자에게도 많은 불편이 있었다.

도 1은 독일 세버린의 젖병 데우기 제품을 도시한 것으로, 이 제품은 물을 넣어 끓임으로써 젖병 가열이 가능하고, 끓이는 물의 온도를 조절하여 온도 조절하며 다 데워진 후 알람 표시등으로 확인하는 방식을 채택하고 있다. 이 제품은 끓이는 방식이라 병을 신속히 데울 수 있고 젖병 1병이 들어갈 수 있는 사이즈라 이동이 편리한 반면, 젖병을 데운 후 보관이 용이하지 않으며 젖병을 데운 후 꺼내 수건으로 물기를 닦아야 한다는 문제점을 내포하고 있다.

또한, 상기 세버린의 제품뿐만 아니라 기존의 젖병 예열장치들은 상기와 같이 히터에 의한 예열 및 보온이 가능하도록 하고 여기에 알람이나 타이머 등의 부수적인 편의장치를 구비한 것인 바, 이를 사용할 경우 발생될 수 있는 가장 큰 문제점은 젖병 및 물을 상온에서 보관하게 되므로 소독 및 살균 과정에서 미처 제거되지 못한 잔여 세균 등이 번식하여 분유 또는 모유의 변질을 가져오게 되고, 변질된 분유 또는 모유를 유아가 섭취하게 되는 것을 예방하지 못한다는 것이다.

한편, 대한민국 특허출원 제 2003-22053호에서 본 고안자는 상술한 냉온 제어 및 세균 번식 문제를 근원적으로 해결할 수 있는 기술을 개시한 바 있다. 즉, 기존의 라디에이터 가열 방식 대신 열전소자를 이용한 가열 방식을 이용한 수유장치를 개발하였다. 그러나, 열전소자를 구동할 때 많은 열이 발생하여 장시간 운전 시 방열 문제가 심각하게 대두되었다. 또한, 온도 측정을 위해 LM35DZ를 사용하였는데, 이 소자는 냉각팬 구동 시 자기 현상으로 인한 노이즈 발생원에 의해 4비트 이상이 흔들려 ±0.5℃의 성능을 갖는 제품을 구현하기가 힘들다는 문제가 있었다.

본 고안은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 일반 가정 또는 산부인과나 산후조리원 등에서 분유 또는 모유를 원하는 시간과 온도에 맞게 수유하기 위하여 모유 또는 물을 담은 젖병을 세균의 번식이 없는 온도인 5℃ 내외의 냉장상태로 유지하다가 설정된 시간이 되면 자동으로 이를 가온하여 수유에 적당한 40℃ 내외의 온도가 유지되도록 하고 이를 시각 또는 청각적으로 알려줌으로써 수유시의 불편함 및 시간 낭비를 덜어줄 수 있도록 한 열전소자 구동 수유장치를 제공함에 있어서, 트랜지스터 대신 FET 소자를 사용하여 열전소자 구동 시의 방열 문제를 해결하고, 백금 저항체를 이용한 온도 제어 방식을 통해 부정확한 온도 측정 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

또한, 디지털 회로와 FET 구동회로 간의 노이즈 간섭을 최소화하고, 단전원으로 열전소자의 양방향 구동을 가능하게 한 열전소자 구동 수유장치를 제공함을 목적으로 한다.

도 1은 종래의 시판중인 젖병 데우기 장치를 예시한 도면,

도 2는 본 고안에 따른 열전소자 구동 수유장치의 하드웨어 구성도,

도 3은 본 고안에 따른 열전소자 구동 수유장치의 동작 흐름도,

도 4는 본 고안에 따른 수유장치의 실시예를 도시한 도면,

도 5는 본 고안의 실시예에 사용된 FET 구동회로,

도 6은 본 고안에 실시예에 사용된 미소신호 증폭 회로.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 1개 이상의 젖병 적재함을 구비한 수유장치에 있어서, 상기 젖병 적재함의 냉온 제어를 위한 열전소자 및 상기 열전소자의 양방향 구동을 위한 FET 구동회로를 포함하는 온도제어부; 상기 열전소자의 온도를 측정하는 온도센서부; 수유 예정시간 및 희망온도를 입력하는 키입력부; 상기 장치의 상태를 출력하는 표시부; 젖병 적재시 상기 온도제어부를 컨트롤하여 냉장하고, 상기 예정시간이 되면 상기 온도센서부에서 측정한 온도와 상기 희망온도를 비교하여 다르면 상기 온도제어부를 컨트롤하여 상기 희망온도가 될 때까지 냉각 또는 가열하며, 상기 표시부로 온도 제어가 완료되었음을 출력하는 마이크로프로세서;를 구비하는 것을 특징으로 하는 열전소자 구동 수유장치를 제공한다.

또한, 상기 FET 구동회로는 디지털 회로와의 절연을 위해 포토커플러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 FET 구동회로는 FET_R1을 거쳐 FET_D1의 게이트에 순방향으로 바이어스되는 단전원으로 상기 열전소자를 구동하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 온도센서부는 백금 저항체, 상기 백금 저항체의 미소한 온도차 전압의 불필요한 고조파를 제거하는 RC 필터 및 상기 RC 필터의 출력 신호를 증폭하는 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 고안의 실시예들을 첨부 도면에 연계시켜 설명한다.

도 2는 본 고안에 따른 열전소자 구동 수유장치의 하드웨어 구성도로서, 열전소자 구동을 위한 FET 구동회로를 구비하여 열전소자의 냉온 제어를 담당하는 온도제어부(21), 온도 센서를 위한 아날로그 회로로 구성되어 열전소자 표면의 온도 센서 출력을 담당하는 온도센서부(22), 입출력을 담당하는 키입력부 및 표시부(23), 상기 온도제어부(21) 및 온도센서부(22)와 장치의 입출력을 컨트롤하는 마이크로프로세서(24)로 구성된다.

마이크로프로세서(24)는 본 수유장치의 제어기로서, 내부 시계인 RTC(Real Time Clock)를 제어하고, 상기 온도센서부(22)에서 계측한 온도를 계산하여 사용자가 설정한 희망온도와 비교하며, 온도 제어를 위한 전원 ON/OFF 출력을 제어한다. 또한, 심야 이용시의 편리함을 더해주는 스탠드 기능 및 알람 기능을 제어하도록 설계하였다. 또한, 실시예에 따라서는 장치의 자기진단 기능을 부가할 수도 있다.

키입력부 및 표시부(23)는 LCD 표시부와 키 패드 스위치(Key Pad Switch) 등으로 구현하였다. 현재의 시간, 시스템의 상태, 각 열전소자의 온도와 희망온도를 LCD에 표시하도록 하였으며, 키 패드를 이용하여 유아마다 다른 수유 시간과 수유 희망온도를 설정할 수 있다.

온도제어부(21)는 열전소자 구동을 위한 디지털 제어 출력, 원하는 온도를 유지하기 위하여 열전대에 입력되는 제어 전원을 제어하는 기능을 한다. 유아의 경우 평균적으로 하루 저녁에 3개의 젖병이 필요하므로, 따라서 각각의 젖병에 대하여 원하는 시간, 원하는 온도에 수유할 수 있도록 전원을 제어한다.

온도센서부(22)는 열전소자의 온도 측정을 위한 아날로그 회로이다. 마이크로프로세서(24)는 측정된 열전소자 온도를 사용자가 설정한 온도와 비교함으로써 원하는 온도로 제어한다.

본 고안을 실시하여 개발한 수유장치의 사양은 다음과 같다.

(1) 마이크로프로세서 : 많은 입출력 및 A/D가 포함된 Atmega128 프로세서 사용, (2) 전원 : +5V @0.6A~1.0A / +12V @12A, (3) 온도센서 : ±0.25℃ 이내의 정밀도를 갖는 LM35 적용, (4) 동작 온도 : 0℃ ~ 60℃, (5) 부가기능 : 모유나 유아용 약품을 보관할 수 있는 기능, (6) 키 패드 : 어두운 곳에서도 조작이 가능한 백 라이트(Back Light) 기능, (7) 조명 : 분유를 섞을 때 필요한 정도의 조도를 갖는 스탠드 기능, (8) 알람기능 : 심야시 숙면을 위한 알람기능.

도 3은 본 고안에 따른 열전소자 구동 수유장치의 동작 흐름도이다. 먼저 전원이 인가되면 LCD 창에 현재 시간과 현재 온도가 나타나며, 4개의 온도센서를 통해 외부 온도(현재 온도), 각 젖병 적재함 내부의 온도를 측정하여 LCD 창에 나타낸다. 사용자가 키 패드를 조작하여 각 적재함의 희망온도와 수유 예정시간을 설정하면, 설정된 희망온도와 현재 온도를 비교하여 열전소자 ON-OFF 구동으로 온도 제어를 한 후, 수유 예정시간이 되면 알람출력과 조명등 점등으로 수유가능 상태를 알린다.

도 4는 본 고안에 따른 수유장치의 실시예를 도시한 것으로, 이 실시예에서는 젖병 적재함이 2 개임을 볼 수 있다. 특징을 요약하면, 냉장 기능으로 평상시 젖병의 세균 번식 우려가 없고, 물을 넣어 끓이는 방식이 아닌 반도체 타입으로 유아의 안전성이 탁월하며(화상 방지), 젖병 적재시에 감지센서로 자동 냉장되어 보관되고, 유아에게 꼭 필요한 시럽 등 약 전용냉장보관 기능이 있고, 평상시는 냉장 유아가 먹을 때는 약 36~40℃로 최적의 온도 배분이 가능하며, 유아에 따라 별도로 온도를 조절할 수 있는 컨트롤 기능이 있다. 또한, 캐리어 우먼의 직장 내 모유 보관이 가능하고, 현재 작동 상태를 한눈에 알 수 있는 LCD 창을 채용하였으며, 야간 유아 수유시 One-Stop으로 바로 수유 가능하며, 덮개 채택으로 먼지를 방지할 수 있고, 야간 수유시 2~3개의 젖병을 별도의 시간으로 예약하여 필요한 시간에 수유 가능하다.

본 고안에서는 열전소자 구동 시의 방열 문제를 해결하기 위하여 트랜지스터 대신 FET 소자를 사용하여 냉온 제어가 가능하도록 하였다. 도 5는 본 고안을 위해 설계된 FET 제어 회로로서, 신뢰성을 높이기 위해 디지털 회로와 FET 구동간의 전기적 절연을 한 회로를 설계하였으며, 단전원으로 열전소자의 양방향 구동을 위하여 FET 소자를 이용하였다.

디지털 회로와 FET 구동 간의 전기적 절연을 위해서는, 디지털 회로와 FET 구동회로 간의 간섭을 없애기 위하여 포토커플러(Photocoupler)로 절연시킨 후 FET를 구동함으로써, 디지털 회로와 아날로그 회로 간의 노이즈(Noise) 간섭을 최소화하도록 하드웨어를 설계하였다. 먼저, HOT_01에 전압 5V(논리적으로 "1(High)")가 인가되면 FET_PC1의 포토다이오드가 Turn-On된다. 그 결과 FET_PC1의 포토트랜지스터가 Turn-On되어 V_12의 전원이 FET_R5470와 FET_R11을 거쳐 아날로그 그라운드에 걸린다. 그 결과로 FET_D6가 Turn-On된다. COL_01도 같은 원리로 동작된다.

한편, V_12 전원 전압이 FET_R1을 거쳐 FET_D1의 게이트(Gate)에 순방향으로 바이어스가 되어 있다. 그 결과 전류는 FET_D1의 드래인(Drain)과 소스(Source)를 통하여 FET_J1의 1번 핀을 통하여 열전소자의 한 단자에 연결된다. 열전소자의 다른 단자로 전류가 흘러나와 FET_D6의 드래인까지 전류가 와 있다(실제는 FET_D6가 OFF되어 있으므로 전류는 Zero이다). HOT_01에 5V의 전압이 인가되면 상술한 바와 같이 FET_D6에 바이어스가 인가되어 FET_D6가 Turn-On되어 비로서 열전소자를 구동시킨다. 따라서, FET_D1과 FET_D6가 같이 움직이며 FET_D2과 FET_D5가 같이 움직인다. 종래에는 양방향 FET를 구동하기 위하여 2개의 전원이 필요하였지만 본 고안에서는 단전원(12V)만으로 양방향 FET 구동회로를 구현하여 냉온 제어가 가능한 회로를 설계하였다는데 큰 기술적 장점이 있다.

도 6은 본 고안에 실시예에 사용된 미소신호 증폭 회로 및 아날로그 입력부를 도시한 것이다.

유아 장치에서 적정 온도의 물을 유아에게 공급하기 위해 필요한 온도 제어는 열전소자의 온도를 측정하여 설정된 온도와 비교하여 열전소자의 입력 전원을 ON/OFF함으로써 온도를 제어하는 것이다. 상기와 같이 LM35DZ 소자를 사용한 경우는 냉각팬 구동 시 자기 현상으로 인한 노이즈 발생원에 의해 4비트 이상이 흔들려 ±0.5℃의 성능을 갖는 제품을 구현하기 힘들다는 판단을 내렸다.

본 고안에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 백금 저항체를 이용한 온도 제어 방식을 사용하였다. 백금 저항체의 미소한 온도차 전압을 먼저 RC 필터(100k와 0.1uF)로 불필요한 고조파를 제거한 후 1000배(1M)로 증폭하며, 증폭된 신호는 마이크로 프로세서의 아날로그 입력부에 입력된다.

본 고안은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같이 구성된 본 고안은 심야에 분유를 타는 고충 해소와 유아가 가장 좋아하는 온도의 물을 공급할 수 있는 장치이다.

본 고안에 따른 수유장치의 효과를 요약하면 다음과 같다.

첫째, 물을 데워 젖병의 온도를 제어하는 간접 가열 방식은 물의 온도가 매우 높으므로 유아의 안정성에 심각한 문제를 야기할 수 있고, 또한 젖병의 뜨거운 물기를 닦아야 하는 번거로움이 있다. 본 고안은 열전소자와 FET 구동회로를 사용하여 발열을 최소화함으로써 상기 두 가지 문제점을 해결한 새로운 방식이다.

둘째, 종래의 방법은 분유를 50도에서 미리 타서, 40도의 온도를 유지하는 보온기의 기능으로 젖병의 온도를 제어하였다. 그러나 이러한 방식은 분유를 타서 장시간 보관하는 방법으로 주부들이 선호하지 않는다. 본 고안은 필요한 시간에 원하는 온도로 분유를 타서 수유할 수 있도록 한 방식이다. 또한, 백금 저항체를 사용하여 정확한 온도 제어가 가능하다.

셋째, 상온 15℃에서 세균 번식력이 가장 강하므로 종래의 제품은 면역 기능이 약한 유아에게 치명적인 문제를 야기할 수 있다. 본 고안에서는 저온 보관 기능을 부가하여 이러한 문제점을 해결하였다.

넷째, 기존의 방법은 물을 이용한 간접 가열 방식이거나, 물의 온도를 유지하기 위하여 보온기의 기능을 이용하였으므로 청소 문제가 까다로웠다. 본 고안은 이러한 청소 문제를 근원적으로 해결하였다.

Claims (4)

1개 이상의 젖병 적재함을 구비한 수유장치에 있어서,

상기 젖병 적재함의 냉온 제어를 위한 열전소자 및 상기 열전소자의 양방향 구동을 위한 FET 구동회로를 포함하는 온도제어부;

상기 열전소자의 온도를 측정하는 온도센서부;

수유 예정시간 및 희망온도를 입력하는 키입력부;

상기 장치의 상태를 출력하는 표시부;

젖병 적재시 상기 온도제어부를 컨트롤하여 냉장하고, 상기 예정시간이 되면 상기 온도센서부에서 측정한 온도와 상기 희망온도를 비교하여 다르면 상기 온도제어부를 컨트롤하여 상기 희망온도가 될 때까지 냉각 또는 가열하며, 상기 표시부로 온도 제어가 완료되었음을 출력하는 마이크로프로세서;를 구비하는 것을 특징으로 하는 열전소자 구동 수유장치.

제 1 항에 있어서,

상기 FET 구동회로는 디지털 회로와의 절연을 위해 포토커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자 구동 수유장치.

제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 FET 구동회로는 FET_R1을 거쳐 FET_D1의 게이트에 순방향으로 바이어스되는 단전원으로 상기 열전소자를 구동하는 것을 특징으로 하는 열전소자 구동 수유장치.

제 3 항에 있어서,

상기 온도센서부는 백금 저항체, 상기 백금 저항체의 미소한 온도차 전압의 불필요한 고조파를 제거하는 RC 필터 및 상기 RC 필터의 출력 신호를 증폭하는 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자 구동 수유장치.