KR200403665Y1 - 무전자파 발열선의 안전장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전기 장판, 전기요, 전기 찜질기 등의 온열기에 사용되는 발열선의 안전장치에 대한 것으로서, 한쪽 끝단을 단락하지 않고서도 전자기파가 발생하지 않는 상태에서 가열과 온도검출을 할 수 있는 발열선에 연결되는 안전장치에 관한 것이다. 본 고안의 구성은, 제1열선과 상기 제1열선의 외측에 감기는 제2열선을 포함하고, 상기 제1열선과 상기 제2열선의 사이에 연결된 교류전원에 의해 반 사이클은 온도를 검출하고, 반 사이클은 가열 동작을 하기 위한 무전자파 발열선의 안전장치에 있어서, 상기 제1열선과 상기 제2열선의 사이에 연결되는 과전압 방지 소자 및 상기 과전압 방지 소자와 연결되는 휴즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 고안은 발열선의 온도를 감지하여 자동으로 온도를 조절할 수 있는 발열선에 있어서, 소자가 파손, 단락되는 경우에 자동으로 휴즈를 단선시킬 수 있도록 하여, 전열 침구류 등에 사용되는 발열선 및 온도조절기의 안전성 및 안정성을 향상시키는 효과를 갖는다.

Description

무전자파 발열선의 안전장치 {Safety Device of Heating Wire}

본 고안은 전기 장판, 전기요, 전기 찜질기 등의 온열기에 사용되는 발열선의 안전장치에 대한 것으로서, 한쪽 끝단을 단락하지 않고서도 전자기파가 발생하지 않는 상태에서 가열과 온도검출을 할 수 있는 발열선에 연결되는 안전장치에 관한 것이다.

발열선의 온도를 스스로 감지하고 사용자가 설정한 온도와 비교하여 온도를 조절할 수 있으며, 전자파 및 유도 자기장을 차폐할 수 있도록 제1열선과 제2열선 사이에 NTC써미스터를 삽입하고, 제1열선과 제2열선을 반대 방향으로 배치시키며, 그 외측에는 각종 차폐 수단이 구비된 발열선이 개발되고 있다.

이러한 발열선은 NTC써미스터의 작용으로 별도의 온도 센서 없이도 온도를 검출하고 가열할 수 있기 때문에, 발열선이 고온으로 과열될 때 스스로 가열 동작을 중단하면서 온도를 조절할 수 있게 된다.

다만, 인체에 밀접하게 접촉되며, 화재의 위험성이 항상 존재하는 전기 장판, 전기요, 전기 찜질기 등의 침구류에서는 안전성과 안정성을 보장하는 기능이 중요한데, 스스로 온도를 조절하는 기능 이외에, 발열선 또는 회로에서 쇼트(단락)되는 경우에 전류의 흐름 자체를 차단시키기 위한 안전장치를 추가로 부착시키는 것이 바람직하다.

본 고안은 무전자파 발열선을 포함하는 침구류에 있어서, 쇼트로 인한 과열 전류의 흐름을 차단시키기 위한 안전장치 회로 구성을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성은, 제1열선과 상기 제1열선의 외측에 감기는 제2열선을 포함하고, 상기 제1열선과 상기 제2열선의 사이에 연결된 교류전원에 의해 반 사이클은 온도를 검출하고, 반 사이클은 가열 동작을 하기 위한 무전자파 발열선의 안전장치에 있어서, 상기 제1열선과 상기 제2열선의 사이에 연결되는 과전압 방지 소자 및 상기 과전압 방지 소자와 연결되는 휴즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 과전압 방지 소자는 상기 제1열선과 상기 제2열선의 사이에 연결되는 가열전류 유턴용 정류기 및 상기 제1열선과 상기 제2열선의 사이에 연결되는 배리스터(varistor)를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

상기 과전압 방지 소자는 상기 제1열선과 상기 제2열선의 사이에 연결되는 제너다이오드를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

상기 배리스터 또는 제너다이오드는 전원측과 연결된 상기 제1열선 및 상기 제2열선의 일단부 쪽에 연결되는 것을 일 특징으로 한다.

상기 배리스터 또는 제너다이오드는 전원측과 연결된 일단부의 반대편 타단부 쪽에 연결되는 것을 일 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면에 도시된 본 고안 구성의 실시례를 참조하여, 본 고안의 구성을 상세히 살펴보도록 한다.

도 1은 본 고안의 안전장치를 구비한 회로를 나타내는 일 실시례이다. 도 1을 참조하면, 침구류용으로 사용되는 발열선은 절연코어의 외주면에 권선되어 있는 제1열선(13)과, 제1열선(13)을 감싸고 있으며 온도가 상승할수록 저항값이 낮아지는 NTC 써미스터(Negative Temperature Coefficient thermistor)(14)와, NTC 써미스터(14)의 외주면에 권선되어 있는 제2열선(15)과, 제2열선(15)을 둘러싸는 절연피복으로 이루어져 있다. 제1열선(13)과 제2열선(15)은 서로 나란하게 또는 평행하게 배치되어 있다.

일단이 전원과 연결된 제2온도검출저항(11)과, 그 타단 및 제1열선(13)의 일단 사이에 직렬로 연결된 온도검출 조정용 가변저항(미도시)을 구비하여 온도전압 조절부를 형성하고, NTC 써미스터(14)에 입력되는 전압을 가변시켜 온도조절을 가능하게 한다.

교류 입력전원이 온(on)되면, 교류 사이클 중 선 반주기는 제1열선(13)과 제2열선(15) 사이의 NTC 써미스터(14)의 온도 저항값 변화를 온도전압 검출용 정류기(미도시)로 출력한다. 온도검출신호 전류는 제1열선(13)을 지나 NTC 써미스터(14)에서 유턴하여 제2열선(15)으로 되돌아 흘러나온다. 이 때 제1열선(13)과 제2열선(15)에서 흐르는 온도검출신호 전류는 상호 반대 방향이 되므로 자기장이 상쇄되어 무자계 상태로 온도검출신호 전류가 흐른다.

유턴용 정류기(16)는 제1열선(13)의 타단에 캐소드가 연결되고 동일 측면의 제2열선(15)에 애노드가 연결되어 있으며, 본 실시례에서는 다이오드를 사용하고 있다.

가열 반파 전력제어용 소자(10)는 애노드가 제1열선(13)의 일단에 제2온도검출저항(11)과 병렬로 연결되고 캐소드가 전원측에 연결된다. 가열 반파 전력제어용 소자(10)로는 전력제어용 실리콘 제어 정류기(Silicon-Controlled Rectifier)를 사용하는 것이 바람직하다.

제1열선(13)과 제2열선(15)의 사이에는 유턴용 정류기(16)와 병렬로 배리스터(17)를 연결하며, 또한 이와 병렬로 제1온도검출저항(12)을 연결한다.

이러한 발열선 및 회로의 무자계 가열 및 온도검출 동작은 도 2 및 도 3을 통해 설명하도록 한다.

도 2는 도 1의 회로에서 가열 동작이 진행될 때의 전류 흐름을 나타내는 도면이고, 도 3은 도 1의 회로에서 온도검출 동작이 진행될 때의 전류 흐름을 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 무자계 가열동작은 교류전원(i1)이 음(-)으로 인가되고 가열 반파 전력제어용 소자(10)를 온(on) 시키면, 전원전류가 제2열선(15)으로 인입되고 유턴용 정류기(16)를 통해 다시 제1열선(13)으로 되돌아 나온다. 그리고, 전류가 가열 반파 전력제어용 소자(10)의 애노드를 통해 흐르면 발열선이 가열되며, 이 때 흐르는 전류값은 제1열선(13)과 제2열선(15)의 내부저항 값으로 결정된다.

발열선이 가열되면 NTC 써미스터(14)의 임피던스가 낮아지므로, 교류전원이 양(+)의 위상을 가지는 다음 반주기 동안에는 온도전압이 낮아진다. 따라서, 온도전압이 기준전압보다 낮아진 경우 트리거 신호는 출력되지 않고, 이로 인해 가열 반파 전력제어용 소자(10)는 작동하지 않으므로 가열은 중단된다.

도 3을 참조하면, 양(+)의 위상을 가진 전원(i2)이 인가되면서 제2온도검출저항(11)에 의하여 제어된 전압이 제1열선(13)과 제2열선(15) 사이의 NTC 써미스터(14)에 가해진다. NTC 써미스터(14) 양단(제1열선과 제2열선)의 전위는 온도전압 검출용 정류기(미도시)와 제2열선(15) 사이에서 온도전압으로 출력된다.

발열선은 이와 같이 입력전원의 반주기마다 온도를 먼저 검출한 후 가열하는 것을 반복하므로, 발열선의 내부단락 및 이상 유무를 확인한 후 가열하는 것이 가능하다. 또한 발열선에 전류가 흐르면 제1열선(13)에 의한 자기장의 위상과 제2열선(15)에 의한 자기장의 위상이 서로 반대이다. 그러므로, 발열선 내부의 자기장은 서로 상쇄되고, 제1열선(13) 및 제2열선(15)은 순수하게 무자계가 된다. 따라서 온도검출과 가열이 반복되는 모든 과정에서 인체에 유해한 전자파가 발생하지 않게 된다.

도 4는 도 1의 회로에서 쇼트되었을 때의 과열 전류 흐름을 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 가열 반파 전력제어용 소자(10)가 쇼트(단락)되는 경우, 배리스터(17)를 통해 역방향 과전류(i3)가 흐르게 된다.

배리스터(17)는 배리어블 레지스터(variable register)로서, 양단에 가해지는 전압(E1)에 의해서 저항값이 변하는 저항 소자이다. 배리스터(17)는 필요 이상의 전압이 가해질 때 저항이 떨어지면서 갑자기 전류를 흐르게 한다(바이패스). 이를 통해 휴즈를 단선시키는 역할을 하고, 과도 전압이 더 이상 상승하는 것을 방지하게 되어, 과전압에 대한 안전장치의 역할을 하게 된다.

도 5는 본 고안의 안전장치를 구비한 회로를 나타내는 다른 실시례이다. 도 5를 참조하면, 대부분의 구성은 도 1의 회로와 동일하나, 유턴용 정류기(16)와 배리스터(17) 대신에 제너다이오드(18)가 연결되어 있다.

제너다이오드(zener diode)는 순방향으로 전압을 걸었을 때에는 일반 다이오드의 특성을 나타내나, 역바이어스가 걸릴 때에는 불순물의 농도에 따라 항복전압을 일으킨다. 제너다이오드(18)의 역방향으로 전압을 걸게 되면 특정 전압에서 항복전압이 생기게 되고, 이 전압 이상으로는 걸리지 않고 전류가 급격하게 증가하게 된다. 즉, 역방향 전압을 가했을 때 처음에는 전류가 거의 흐르지 않다가 일정 이상의 고전압이 걸리는 경우 접합면에서 제너항복이 일어나 갑자기 전류가 흐르게 된다.

도 5의 회로에서도 가열 동작이 진행될 때의 전류 흐름과 온도검출 동작이 진행될 때의 전류 흐름은 도 1의 회로와 같다. 도 6은 도 5의 회로에서 가열 동작이 진행될 때의 전류 흐름을 나타내는 도면이고, 도 7은 도 5의 회로에서 온도검출 동작이 진행될 때의 전류 흐름을 나타내는 도면이다. 이러한 가열 동작 및 온도검출 동작에서의 전류 흐름은 도 3 및 도 4에 도시된 내용과 같다.

도 8은 도 5의 회로에서 쇼트되었을 때의 과열 전류 흐름을 나타내는 도면이다. 도 8을 참조하면, 가열 반파 전력제어용 소자(10)가 쇼트(단락)되는 경우, 제너다이오드(18)를 통해 역방향 과전류(i3)가 흐르게 된다.

따라서 제너다이오드(18)에는 정방향 온도검출전류(i1)와 역방향 가열 과전류(i3)가 동시에 흐르게 된다. 제너다이오드(18)는 역방향으로 일정 이상의 전압이 걸리게 되면서 제너항복이 일어나 갑자기 급격한 전류가 흐르게 되고, 이에 따라 휴즈가 단선되어 안전장치의 역할을 하게 된다.

도 9 및 도 10은 도 1 및 도 5의 회로를 변형한 또 다른 실시례이다. 도 9 및 도 10을 참조하면, 배리스터(17)와 제너다이오드(18)의 위치를 발열선의 후단측으로부터 선단측으로 이동시킨 상태의 회로도를 나타낸다. 도 1 및 도 5의 회로도와 같이, 배리스터(17)와 제너다이오드(18)의 위치를 전류가 유턴하는 부분에 위치시키는 것은 물론, 도 9 및 도 10과 같이 배리스터(17)와 제너다이오드(18)를 발열선의 선단측, 즉 전원과 가까운 쪽에 위치시켜 쇼트를 감지하여 안전장치로서의 역할을 할 수 있도록 하는 것이 가능하다. 이를 위해 배리스터(17)와 제너다이오드(18)는 별도의 정류기(16')와 연결되도록 한다.

상기와 같이 쇼트시의 휴즈 단선을 위한 안전장치는 각 열선의 양단에 걸리는 제1열선전압(E3)과 제2열선전압(E4)을 조절함으로써, 더욱 민감하게 동작하게 할 수 있다. 각 열선에 걸리는 제1열선전압(E3)과 제2열선전압(E4)를 낮추는 경우, 배리스터(17)나 제너다이오드(18)에 걸리는 전압이 높아지므로, 임계치에 더욱 근접한 상태에서 안전장치가 언제든지 신속하게 작동될 수 있게 된다.

이러한 본 고안의 구성은 당업자에 의해 청구범위 내에서 자유롭게 변형, 부가하여 실시할 수 있는 것으로서, 상기 실시례의 설명으로 인해 그 범위가 한정되지 아니한다.

본 고안은, 발열선의 온도를 감지하여 자동으로 온도를 조절할 수 있는 발열선에 있어서, 소자가 파손, 단락되는 경우에 자동으로 휴즈를 단선시킬 수 있도록 하여, 전열 침구류 등에 사용되는 발열선 및 온도조절기의 안전성 및 안정성을 향상시키는 효과를 갖는다.

도 1은 본 고안의 안전장치를 구비한 발열선의 회로를 나타내는 일 실시례이다.

도 2는 도 1의 회로에서 가열 동작이 진행될 때의 전류 흐름을 나타내는 도면이다.

도 3은 도 1의 회로에서 온도검출 동작이 진행될 때의 전류 흐름을 나타내는 도면이다.

도 4는 도 1의 회로에서 쇼트되었을 때의 과열 전류 흐름을 나타내는 도면이다.

도 5는 본 고안의 안전장치를 구비한 발열선의 회로를 나타내는 다른 실시례이다.

도 6은 도 5의 회로에서 가열 동작이 진행될 때의 전류 흐름을 나타내는 도면이다.

도 7은 도 5의 회로에서 온도검출 동작이 진행될 때의 전류 흐름을 나타내는 도면이다.

도 8은 도 5의 회로에서 쇼트되었을 때의 과열 전류 흐름을 나타내는 도면이다.

도 9 및 도 10은 도 1 및 도 5의 회로를 변형한 또 다른 실시례이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 가열 반파 전력제어용 소자 11 : 제2온도검출저항

12 : 제1온도검출저항 13 : 제1열선

14 : NTC 써미스터 15 : 제2열선

16 : 유턴용 정류기 17 : 배리스터

18 : 제너다이오드 E1 : 제1온도검출전압

E2 : 제2온도검출전압 E3 : 제1열선전압

E4 : 제2열선전압 i1 : 가열전류

i2 : 온도검출전류 i3 : 과전류

Claims (7)

1. 제1열선과 상기 제1열선의 외측에 감기는 제2열선을 포함하고,

   상기 제1열선과 상기 제2열선의 사이에 연결된 교류전원에 의해 반 사이클은 온도를 검출하고, 반 사이클은 가열 동작을 하기 위한 무전자파 발열선의 안전장치에 있어서,

   상기 제1열선과 상기 제2열선의 사이에 연결되는 과전압 방지 소자; 및

   상기 과전압 방지 소자와 연결되는 휴즈;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무전자파 발열선의 안전장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 과전압 방지 소자는:

   상기 제1열선과 상기 제2열선의 사이에 연결되는 배리스터(varistor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 무전자파 발열선의 안전장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 과전압 방지 소자는:

   상기 제1열선과 상기 제2열선의 사이에 연결되는 제너다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 무전자파 발열선의 안전장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 배리스터는:

   전원측과 연결된 상기 제1열선 및 상기 제2열선의 일단부 쪽에 연결되는 것을 특징으로 하는 무전자파 발열선의 안전장치.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 배리스터는:

   전원측과 연결된 일단부의 반대편 타단부 쪽에 연결되는 것을 특징으로 하는 무전자파 발열선의 안전장치.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 제너다이오드는:

   전원측과 연결된 상기 제1열선 및 상기 제2열선의 일단부 쪽에 연결되는 것을 특징으로 하는 무전자파 발열선의 안전장치.
7. 제 3 항에 있어서, 상기 제너다이오드는:

   전원측과 연결된 일단부의 반대편 타단부 쪽에 연결되는 것을 특징으로 하는 무전자파 발열선의 안전장치.