KR200424351Y1

KR200424351Y1 - 온도 감응형 3층 발열체

Info

Publication number: KR200424351Y1
Application number: KR2020060014512U
Authority: KR
Inventors: 이명신; 이명준
Original assignee: 이명준; 이명신
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2006-08-18

Abstract

이 고안은 전기절연체 피복층 내측에 심부지지체와 발열체와 전기전연층과 나일론 서미스터층을 포함하는것에 있어서, 전기절연체 피복층(6) 내측의 2개 층의 발열코일(L1,L3)을 직렬로 연결하여 되는 발열체(7)와; 상기 2개 층의 발열코일 사이에 설치하는 나일론 서미스터층(2)과; 발열온도를 검출하기위하여 상기 나일론 서미스터 층 외면에 감긴 온도검출코일(L2)로 구성한 온도 감응형 3층 발열체이다.

Description

온도 감응형 3층 발열체{TEMPERATURE CONTROLLED OF 3-LAYER HEATER}

도1은 이 고안 3층 히터의 사시도

도2는 이 고안 3층 히터의 구동 회로도

도3은 이 고안 온도 제어부의 블록도

도면 주요 부호의 설명

2은 나일론 서미스터, L1,L3는 발열코일, L2는온도검출코일, 8는 온도제어부

이 고안은 온도 감응형 3층 발열체에 관한 것이다. 종래 특허등록공보 10-0417501호에 게시된 종래 온도감응형 히터는 전기매트, 전기요, 전기방석, 전기침대, 전기양말 등 사람의 몸을 가온 하기 위하여 사용하는 발열체로, 코드상 발열체와 전기절연체 피복층의 사이에 설치한 온도 검출용 나일론 서미스터와; 나일론서미스터의 일면의 전류공급단자 및 타일면의 온도검출단자와; 코드상 발열체의 외면에 압출 성형되어 내면이 발열 코일에 접속되는 관상 나일론 서미스터와; 전계노이즈를 감쇄하기 위해 직열로 접속한 내층 발열코일을 통하여 온도제어부에 접속 되고 동시에 외층발열체인 발열코일을 관상 나일론 서미스터의 내면에 접속시켜 온도전류를 검출하는 온도검출 단자와; 관상 발열체에서 방출되는 전계노이즈를 교류의 중성(NEUTRAL)단자로 방출하는 온도검출코일로 겸용되도록 나일론 서미스터의 외면에 감아붙인 전류공급단자로; 구성하고 있다.

상기 발열체를 구동하기 위한 히터의 온도 제어부는 도 3에 인용된 바와 같이 발열코일의 구동전류를 개폐하기 위하여 발열코일과 전원단자와 중성단자 사이에 SCR을 설치하고; 발열온도가 높아지면 용단되도록 발열저항과 함께 온도휴즈를 봉합하여 설치하고; 온도검출사이클 동안 온도전압을 검출하기 위하여 발열저항과 발열코일 사이에 온도검출기(31)를 설치하고; 가변저항에 의해 히터의 발열온도를 설정하고 동시에 구동전류의 개폐스위치와 연동되도록 온도설정부(32)를 설치하고; 온도비교기에서 온도검출기의 검출온도와 온도설정부의 설정온도를 비교하여 스위치 개폐구동신호 출력하고; 중성단자의 전압이 0v 인 때를 기준으로 7분지1의 교류 사이클동안 제로검출신호를발생하는 제로검출기(34)와; 온도검출코일의 단선검출기(35)와; 상기 제로검출기와 상기 온도비교기와 상기 단선검출기의 출력을 종합하여 구동부에 출력신호를 발생하는 앤드게이트(36)와; 앤드게이트의 출력을 전류 증폭하여 SCR의 게이트 신호를 제공하는 구동부(37)로 구성하였다.

상기 온도 감응형 발열체의 층 구성을 표 1에 정리하였다. 표 1의 층 구성을 가지는 발열체에 아래와 같은 문제점이 포함되어 있음이 이 고안에서 분석되었다.

표 1 : 종래 발열체의 층 구성

순위	층의 내용	비고
1	중심 지지체
2	제1층 발열코일
3	실리콘 전기절연층	제2층 발열체가 파고든다.
4	제2층 발열코일	굴절시 제1층 발열체에 접촉될 수 있다.
5	서미스터 나일론층	절연피복층과 접촉된다.
6	제3층 쉴드코일
7	절연 피복층

i.(발열시간 지연) 표 1의 발열체는 제1층, 제2층 발열코일이 서미스터 나일론층 및 절연피복층의 내측에 위치하므로 히터 표면온도를 기준으로 발열시간이 지체되어 사용자에게 불편함이 초래되었다. ii.(열선의 조기노화) 표 1의 발열체는 발열체 표면의 발열온도를 기준으로 온도를 제어할 때 발열체의 발열온도가 높이 점이 열선이 조기노화시키고 전력손실의 원인이 되고 있다. iii.(유연성 감소) 순위 5번 나일론 서미스터층이 순위 7번 절연피복층과 실질적으로 부착되므로 발열체의 유연성이 감소하고 뻣뻣하여 침구류의 발열체로서 적격성이 감소한다. iv.(열선이 파고든다) 표 1의 발열체는 순위 3번 실리콘 전기절연층위에 제2층 발열코일을 감게 되는데 이때 발열코일이 직경이 작은 실리콘 전기절연층을 파고들면서 감긴다. 이러한 발열체를 전기요에 사용하면 전기요를 개고 펼때 또는 압력이 가해질 때 발열체의 굽어지는 부분에서 제2층 발열코일이 실리콘 전기절연층을 더 깊이 파고들어 제1층 발열체에 접촉되므로 발열체를 파괴하고 제어 기능을 때때로 마비시킨다.

이 고안은 상기 발열체의 층 구조를 개선하여 히터 표면온도를 기준으로 발열시간이 단축되는 온도 감응형 3층 발열체를 제공하려는 것이다. 이 고안은 표면의 발열온도를 기준으로 온도 제어를 하는 발열체에서 열선의 조기노화를 방지하 고 전력효율을 높인 온도 감응형 3층 발열체를 제공하려는 것이다. 이 고안은 나일론 서미스터층을 내층으로 이동시키고 절연피복층에 실시콘 절연층을 접촉시키므로 유연성을 증대시킨 온도 감응형 3층 발열체를 제공하려는 것이다. 이 고안은 실리콘 전기절연층을 직경이 큰 외측이로 이동시켜 열선이 파고듬을 방지하고 내측이로 이동시킨 질긴 나일론 서미스터층에 온도검출코일을 감아주므로 역시 코일이 나일론층을 파고드는 것을 방지한 온도 감응형 3층 발열체를 제공하려는 것이다. 이 고안은 직경이 큰 전기절연 실리콘 층을 구성하여 피복층과 접촉시키므로 발열체가 유연하고 동시에 발열코일 끼리 접촉됨이 방지되는 발열열체를 제공하려는 것이다.

이 고안을 첨부도면에 따라서 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이 고안은 전기절연체 피복층(4) 내측에 심부지지체와 발열체와 전기전연층과 나일론 서미스터층을 포함하는 발열체를 제공한다. 이 고안은 온도 감응형 3층 발열체는 전기절연체 피복층(6) 내측의 2개 층의 발열코일(L1,L3)을 직렬로 연결하여 되는 발열체(7)와; 상기 2개 층의 발열코일 사이에 설치하는 나일론 서미스터층(2)과; 발열온도를 검출하기위하여 상기 나일론 서미스터 층 외면에 감긴 온도검출코일(L2)로 구성한다.

이 고안 상기 발열체(7)는 심부지지체(1)와; 심부지지체 외면에 감긴 제1층 발열코일(L1)과; 발열코일(L1)을 덮도록 심부지지체(1)외면에 압출성형하는 나일론 서미스터층(2)과; 나일론 서미스터층의 겉에 감긴 온도검출코일(L2)과; 온도검 출코일의 겉에 압출성형하는 실리콘 전기절연층(3)과; 실리콘 전기절연층의 겉에 감기고 상기 제1층 발열코일과 직열로 연결하여 구동되는 제2층 발열코일(L3)로 구성한다.

이 고안의 층 구조는 표2와 같다.

표 2 : 이 고안 발열체의 층 구성

도면부호	층의 내용	비고
1	중심 지지체
L1	제1층 발열코일	발열코일 내측에 설치되었다.
2	서미스터 나일론층	온도 검출코일이 파고들수 없다.
L2	제2층 온도검출코일	2개층의 발열코일 사이에 설치되어 있다.
3	실리콘 전기절연층	실리콘 층의 직경이 커졌다.
L3	제3층 발열코일	발열코일 외층에 설치되었다.
4	절연 피복층	실리콘 층과 접촉되었다.

상기 발열체의 규격은 아래 표 3과 같다.

표 3 이 고안 히터의 규격표

중심지지체(1): 선경 0.6 mm의 폴리에스터 필라멘트사 (700 데니어)

발열코일(L1): 선경0.18 mm의 동선을 두께 0.1mm로 압착한 압연동선

나일론 서미스터층(2): 두께 0.45 mm의 나일론 수지 (압출성형)

온도검출코일(L2): 선경 0.4 mm 동선을 두께 0.1mm로 압착한 압연동선

전기절연층(3): 두께 0.45 mm의 실리콘 고무 (압출성형)

발열코일(L3): 선경 0.18 mm의 동선을 두께 0.1mm로 압착한 압연동선

피복층(4) : 두께 0.7 mm의 PVC (압출성형)

이와 같이 구성된 이 고안은 발열코일(L3)이 2개층의 발열코일 중 하나가 나일론 서미스터(2)외측에 설치되어 상기 복합 발열체의 내부 수용열이 감소하고 열 방출이 용이하므로 열선의 조기노화를 방지하고 전력효율을 높인다. 이 고안 상기 발열체는 나일론 서미스터층을 내층으로 이동시키고 절연피복층에 실시콘 절연층을 접촉시키므로 유연성을 개선되었다. 동시에 이 고안은 실리콘 전기절연층을 직경이 큰 외측이로 이동시켜 열선이 파고듬을 방지되었다. 그리고 이 고안은 직경이 큰 전기절연 실리콘 층을 구성하여 피복층과 접촉시키므로 발열체가 유연하고 동시에 발열코일 끼리 접촉됨이 방지되었다.

이 고안은 상기 코드상 발열체(2)에 온도검출용 나일론 서미스터(2)을 설치함으로써 별도의 온도센서를 설치하지 않더라도 온도 제어부에 발열체(7)의 발열온도 정보를 제공할 수 있다. 자세히 이 고안 코드상 발열체(7)의 2개층 발열코일 사이에 압출 성형된 서미스터(2)는 내면이 발열체 코일(L1)에 접속되는 관상 나일론 서미스터(2)이다. 이 고안 상기 서미스터(2)는 코드상 발열체의 일부로서 되어있고 온도 제어부(8)에서 서미스터(2)를 통하여 발열체(7)의 온도를 측정할 수 있게 하였다.

이 고안 발열체의 구동 동작을 설명한다. 상기 발열체(7)의 구동전류 접속단자 T와 N에 상용교류전원을 접속한다. 상기 교류전원 중 단자 T에 플러스 전압이 가해지는 가열사이클 동안 단자 T를 통하여 발열코일(L1,L3)과 SCR의 에노우드에 플러스 전압을 인가하도록 하여 발열코일(L1,L3)를 구동함과 동시에 SCR의 트리거에 대비하고, 단자 N에 플러스전압이 가해지는 온도검출사이클 동안 단자 N, 단 자(6)(또는 온도검출코일L2)를 통하여 나일론 서미스터(2)에 플러스 전압을 인가하기 위하여 발열코일(L1)과 단자 T의 사이에 다이오드(D)를 설치하였다. 상기 관상 나일론 서미스터(2)의 내면에 발열코일(L3)을 접속시켰다. 이 결과로서 직열로 접속되어 있는 발열코일(L3,L1)은 온도검출사이클 동안 온도검출용 단자(5)로서 겸용된다. 상기 관상 나일론 서미스터(2)의 외면에 온도검출코일(L2)이 감겼다. 온도검출코일(L2)은 발열체(7)에 구동전류가 공급되는 가열사이클동안 발열코일(L1)에서 방출되는 전자기파를 흡수하여 접지된 뉴트럴 단자 N으로 전자기파를 방출한다.

상기 단자 N과 단자(6)를 통하여 관상 나일론 서미스터(2)에 플러스 전압이 가해지는 동안 나일론 서미스터(2) 내면에 유기되는 온도전압을 단자(5) 또는 발열코일(L3,L1)에 유도하기 위하여 상기 다이오드(D)에 병열로 발열저항(R)을 설치하였다. 상기 온도제어부(8)는 상기 온도검출 사이클동안 온도검출용 단자(5)에서 발열체(7)의 온도전압를 검출하여 발열코일(L1, L3)의 구동전류를 제어하는 것이다.

상기 온도제어부(8)의 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 단자 T를 통해 공급되는 발열코일(L1,L3)의 구동전류를 개폐하기 위하여 발열코일(L3)과 단자 N의 사이에 SCR을 설치하였다. 온도 검출기(31)는 온도검출사이클 동안 발열저항(R)과 발열코일(L1)사이에 설치된 온도검출용 단자(5)에 유도되는 온도전압을 검출하고 전압을 증폭하여 다음 가열사이클에 온도비교기에 제공한다. 발열체(7)의 발열온도를 설정하기 위하여 온도설정부(32)를 설치한다. 온도설정부(32)는 회로전원부(38)로부터 얻는 Vcc 정전압을 인가한 가변저항으로서 구성한다. 또한 온도설정부(32)는 발열체 구동전류 개폐용 스위치(sw)와 연동되도록 구성한다.

비교기(33)는 가열사이클동안 온도검출기(31)에서 제공하는 검출온도(전압)와 온도설정부(32)의 설정온도(전압)를 비교하여 검출온도가 설정온도보다 낮을 때에 하이 신호를 출력하고 높을 때에 로우신호를 출력한다. 절전 기능을 얻기 위하여 제로검출기(34)를 설치한다.

제로검출기(34)는 단자 N의 전압을 검출하여 단자 N의 전압이 0v인 때를 기준으로 일정한 시간 자세히는 1교류 사이클의 7분지1의 시간동안 하이 신호를 발생하고, 나머지 사이클 시간동안 로우신호를 발생 하도록 구성 하였다. 또한 온도검출코일(L2)의 단선으로 인한 온도 과승시 발열체 구동전류를 자동 차단하기 위하여 온도검출코일(L2)의 단선검출기(35)를 설치한다.

단선검출기(35)는 단자N에 일단을 접속한 온도검출코일(L2)의 타단에 접속하여 온도검출코일(L2)이 단선되지 않 았을 때 하이신호를 발생하고, 단선되었을 때 로우신호를 발생하도록 구성하였다. 상기 제로검출기(34)와 상기 온도비교기(33)와 상기 단선검출기(35)의 출력을 종합하기 위하여 앤드게이트(36)를 설치하였다. 앤드게이트(36)는 상기 제로검출기(34)와 상기 온도비교기(33)와 상기 단선검출기(35)가 모두 하이신호를 제공할 때 발열코일(L1,L3)의 구동신호를 구동부(37)에 제공한다. 구동부(37)는 앤드게이트(36)로부터 하이 신호를 얻었을 때 발열코일(L1,L3)의 스위칭 소자인 SCR의 구동신호를 제공한다.

위와 같이 구성된 온도제어부(8)의 동작을 정리하면 다음과 같다. 단자 N에 플러스 전압이 걸리고, 단자 T에 마이너 스 전압이 가해지는 온도검출사이클에서 SCR은 에노우드에 마이너스 전압이 걸리고, 캐소우드에 플러스 전압이 걸려 턴오프 되어 발열코일(L1,L3)은 구동되지 아니한다. 단자 N에 인가된 플러스 전압은 전류공급용 단자(6), 나일론 서미스터(2), 발열코일(L3), 발열코일(L1), 발열저항(R)과 단자 T로 구성되는 온도검출 전류회로를 흐른다. 이 온도 검출전류는 나일론 서미스터(2)의 저항 값에 반비례하며 온도에 비례하는 전압으로서, 단자(6)에 공급되는 전류에 비례하는 전압이 발열저항(R)의 양단에 유기 된다. SCR이 턴온 상태에서 단자 T에 플러스 전압이 걸리고 단자 N에 마이너스 전압이 걸리는 가열사이클이 되면 전류 방향은 다이오드(D)는 순방향과 같게 되어 단자 T의 플러스 전압이 다이오드(D)를 통하여 발열코일(L1,L3)에 공급되고 저항(R)에는 전압이 걸리지 않는다. 그로나 상기 가열사이클에서도 제로검출기(34)에 의해 제한된 시간을 벗어나 거나, 검출온도가 설정온도 이상이 되거나, 전류공급용 단자(6)의 단선이 검출되어 앤드게이트(36)의 출력이 로우상태 일 때에는 SCR이 턴오프되어 발열코일(L1,L3)을 구동되지 아니한다.

이 고안의 온도 과승방지 동작은 다음과 같다. 어떠한 이유로 나일론 서미스터(2)가 녹거나 파손되어 전류공급 단자(6)로 겸용되는 온도검출코일(L2)과 발열코일(L3)이 접속된 경우 단자 N의 플러스 전압이 발열코일(L1, L3)에 직접 공급된다. 이 경우 단자 N, 온도검출코일(L2), 발열코일(L3m L1), 발열저항(R) 및 단자 T를 잇는 회로에 큰 전류가 흐르게 되어 발열저항(R)이 높은 온도로 가열되어 함께 봉입된 온도 휴즈(tf)를 단선 시킨다. 또한 SCR이 쇼트 되었을 때 전류는 단자 N, SCR, 발열코일(L3), 발열코일(L1) 및 저항(R)으로 흐르게 되고 이 경우에도 마찬가지로 발열저항(R)이 가열되어 함께 봉입된 온도휴즈(tf)를 단선시켜 안전하게 된 다.

상기와 같이 이 고안은 발열체의 층 구조를 개선하여 히터 표면온도를 기준으로 발열시간이 단축되고, 표면의 발열온도를 기준으로 온도 제어를 하는 발열체에서 열선의 조기노화를 방지하고 전력효율을 개선하고, 나일론 서미스터층을 내층으로 이동시키고 절연피복층에 실시콘 절연층을 접촉시키므로 유연성을 증대되고, 실리콘 전기절연층을 직경이 큰 외측이로 이동시켜 열선이 파고듬을 방지하고 내측이로 이동시킨 질긴 나일론 서미스터층에 온도검출코일을 감아주므로 역시 코일이 나일론층을 파고드는 것이 방지되고, 직경이 큰 전기절연 실리콘 층을 구성하여 피복층과 접촉시키므로 발열체가 유연하고 동시에 발열코일 끼리 접촉됨이 방지되는 발열열체를 제공한다.

Claims

전기절연체 피복층 내측에 심부지지체와 발열체와 전기전연층과 나일론 서미스터층을 포함하는것에 있어서, 전기절연체 피복층(6) 내측의 2개 층의 발열코일(L1,L3)을 직렬로 연결하여 되는 발열체(7)와; 상기 2개 층의 발열코일 사이에 설치하는 나일론 서미스터층(2)과; 발열온도를 검출하기위하여 상기 나일론 서미스터 층 외면에 감긴 온도검출코일(L2)로 구성한 온도 감응형 3층 발열체.
제 1항에 있어서, 상기 발열체(7)는 심부지지체(1)와; 심부지지체 외면에 감긴 제1층 발열코일(L1)과; 발열코일(L1)을 덮도록 심부지지체(1)외면에 압출성형하는 나일론 서미스터층(2)과; 나일론 서미스터층의 겉에 감긴 온도검출코일(L2)과; 온도검출코일의 겉에 압출성형하는 실리콘 전기절연층(3)과; 실리콘 전기절연층의 겉에 감기고 상기 제1층 발열코일과 직열로 연결하여 구동되는 제2층 발열코일(L3)로 구성한 온도 감응형 3층 발열체.