KR200435336Y1 - 감열선 방식 온도조절기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전기매트의 온도 조절에 있어서 감지선 저항 값의 변화와는 상관없이 캐패시티 성분만을 가지고 온도 조절을 하게 되므로 감지선 한 가닥만을 이용하여 온도 제어가 가능하며 별도의 제로볼트 신호 발생 장치가 필요없이 간이전원 회로에 출력되는 이상회로(移相回路)의 신호를 사용함으로써 소형화, 단순화와 비용절감이 가능하게 만든 온도조절기 이다.

감열선

Description

감열선 방식 온도조절기{A Controller of reduction heat wire}

제 1 도는 본 고안인 감열선 온도조절기의 회로도

제 2 도는 감열선 온도조절기의 사시도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

1 : 동작 전원부 2 : 온도 감지부 3 : 비교부 4 : 출력부

12 : 발열선 13 : 나이론 써미스터

14 : 감지선 15 : PVC 피복

우리가 일상생활에서 흔히 사용하는 겨울철의 보조 난방기구로서는 전기매트가 있으며 매트를 발열시키고 온도를 제어하는 방식은 크게 2가지로 분류가 된다.

실리콘 피복의 발열선이나 면상발열체를 이용하여 발열을 시키고 온도감지 센서인 써미스터를 이용하여 온도를 조절하는 방식과 도 2 에서 보듯이 발열선과 감지선이 하나로 이루어진 감열선 방식을 사용하여 발열과 온도제어를 하는 방식이 있다.

발열선과 온도감지 센서를 사용한 발열 방식에 비하여 감열선 방식의 장점은 발열선과 감지선이 함께 구성이 되어 있어 별도의 온도감지 센서나 온도과승방지 장치인 바이메탈을 부착할 필요가 없으므로 설치가 간편하고 비용이 적게 들며 또한 국부 과열 시에도 온도감지가 정확하므로 많이 사용이 되고 있다. 하지만 발열선과 온도감지 써미스터를 이용한 온도조절방식에 비하여 정확도가 떨어지게 되는데 이는 써미스터를 이용한 온도제어방식은 발열선의 온도에 의한 써미스터의 저항값의 변화만을 이용하므로 온도제어가 정확히 이루어지는데 반하여, 도 2의 감열선 방식은 발열선과 감지선이 함께 구성이 되어 그 사이에는 온도의 변화에 따라 임피던스가 변화하는 나일론 써미스터가 구성이 되어 있으므로 발열선과 감지선 사이에는 온도에 따를 캐패시티가 변화 하게 되어 감지선 양단에는 저항 값의 변화와 교류 성분이 함께 입력이 되므로 정확한 온도 제어에는 어려움이 있게 된다.

또한 발열선에 공급되는 전원은 이전에는 위상제어 방식이 많이 사용이 되었으나 이는 전자파 장애(EMI)에 의한 잡음이 높게 되어 근래에는 노이즈가 적은 제로볼트 방식을 많이 사용하게 되었다.

이 방식은 SCR의 게이트에 제로 볼트의 위치에서 트리거를 시켜주어야 하므로 별도의 제로 볼트 신호발생 회로가 필요하다.

이러한 기존의 감열선의 온도제어 방식에 비하여 본 고안은 감지선의 저항 값의 변화와는 상관없이 캐패시티 성분만을 가지고 온도 조절을 하게 되므로 감지선 한 가닥만을 이용하여 온도 제어가 가능하며 별도의 제로볼트 신호 발생장치가 필요 없이 간이전원 회로에 출력되는 이상회로(移相回路)의 신호를 사용함으로써 소형화, 단순화와 비용절감이 가능하게 된다.

본 고안은 도 2 와 같은 감열선 방식에 있어서 발열선의 온도가 상승하거나 하강 시에 나일론 써미스터를 거쳐 발열선과 감지선 사이에 입력되는 캐패시트의 증감을 감지 할 수 있는 온도 감지부를 구성하게 된다.

도 1에서 발열선 H1, H2와 감지선 S1, S2 사이에는 나일론 써미스터 N이 있으며 온도가 상승하면 캐패시티가 증가 하게 되어 임피던스가 감소하는 특성이 있다.

발열선에 전압이 인가되어 AC1-SW-FUSE-H1-H2-SCR-AC2 의 순으로 반파 전류가 흐르게 되면 발열선의 온도가 상승이 되고 온도 감지부는 AC1-SW-FUSE-발열선(H1, H2)-나일론 써미스터-감지선(S1, S2)-C3-AC2의 순으로 회로가 구성이 되므로 발열선의 온도가 상승할수록 나일론 써미스터의 임피던스는 감소하게 되고 캐패시티는 증가하게 되므로 C3의 양단의 전압은 상승하게 된다.

즉, SCR이 턴 온(Turn On)되던지 오프(OFF)가 되던지 간에 항상 AC1 과 AC2 간에는 나일론 써미스터의 캐패시티와 C3가 직렬연결이 되어 있으므로 나일론 써미스터의 임피던스의 변화에 의하여 C3 양단의 전압이 변화하므로 그 전압을 직류로 변환하여 비교기를 거쳐 온도 제어가 가능하게 되는 것이다.

그러므로 기존의 방식과는 달리 감지선의 저항의 변화를 이용 하는 것이 아니므로 감지 선을 2가닥을 모두 사용할 필요가 없이 도 1에서 보듯이 감지선 S1, S2를 합쳐서 사용을 하던지 한 가닥만 사용해도 되므로 사용 중에 전기매트내의 감지선이 단선이 되더라도 온도 제어에는 아무런 이상이 없게 된다.

최근에 특허 등록된 제 10-0467649 호(발명의 명칭 : 전열매트용 온도조절기)의 경우에서도 보듯이 일반적인 온도 감지방식은 감지 선 2가닥을 모두 사용하게 되며 사용 중에 감지선이 단선되면 온도조절이 되지 않는 반면 본 고안은 감지선의 단선과는 무관하게 온도제어가 가능하다..

이번에는 SCR을 제어하는 방법에 관한 것으로서 SCR을 온, 오프시에는 제로볼트 방식을 사용하게 되며 일반적인 방식은 상기의 전열 매트용 온도조절기(제 10-0467649 호)에서와 같이 별도의 회로를 사용하여 제로볼트 신호를 만들어 사용을 하게 되는데 반하여 본 고안은 도 1 의 전원부의 제너다이오드 ZD 양단의 신호를 이용하게 되므로 별도의 제로볼트 회로가 불필요하다.

즉, 전원부의 제너다이오드 양단의 파형은 공지된 일반적인 C와 R에 의한 이상회로(移相回路)로서 전원전압보다 위상이 앞선 전류가 SCR의 게이트에 인가됨으로써 입력되는 교류반파의 제로볼트 점에서 SCR의 게이트에 트리거가 되므로 기존의 방식과는 달리 제로볼트신호를 만들기 위한 별도의 회로가 없이도 본 고안의 직류 전원부는 R1, C1 ,ZD, D1, C2로 이루어지므로 제너 다이오드 ZD 양단에서 생성되는 제로볼트 신호를 이용할 수가 있게 되는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안인 도 1의 회로도를 중심으로 설명하고자 한다.

동작 전원부(1), 온도 감지부(2), 비교부(3)와 출력부(4)로 이루어지는 본 고안은 전원(AC1)이 입력되면 SW를 거쳐 돌입 전류 방지용 저항 R1, C1, ZD, D1, C2로 이루어진 동작 전원부(1)에서 직류 전압이 만들어지게 된다.

AC1-발열선(H1,H2)-나일론 써미스터(N)- 감지선(S1,S2)-C3-AC2 로 이루어진 온도 감지부(2)에서는 처음에 발열선의 온도가 낮게 되어 나일론 써미스터 N의 임피던스가 크므로 나일론 써미스터 N의 캐패시티 Cx는 작아지게 되고 C3의 양단에 걸리는 교류 신호전압은 낮게 된다.

이 신호는 비교부(3)의 D2, R5를 거쳐 R8,C4에서 정류되어 비교기 U1의 마이너스(-)측에 입력된다.

이때 비교기 U1의 플러스(+)입력 측에는 VR1에 의하여 마이너스(-)측 보다 높게 설정된 전압이 인가되고 비교기 U1의 출력은 H가 되어 SCR의 게이트에는 제너 다이오드 ZD 양단에 발생된 제로볼트 신호가 D5를 거쳐 입력이 되어 SCR은 턴 온(Turn On)되고 AC1-H1-H2-SCR-AC2의 순으로 반파전류가 흐르게 되어 발열선은 가열이 된다.

발열선 온도가 상승함에 따라 나일론 써미스터의 임피턴스는 작아지게 되고 즉, 캐패시티 Cx는 증가하게 되므로 C3의 양단의 신호전압은 증가하게 된다.

점차 증가된 교류신호는 다시 D2, R5를 거쳐 R8, C4에서 정류되어 비교기 U1의 마이너스(-)측에 인가되므로 발열선의 온도가 상승함에 따라 비교기 U1의 플러스(+)의 전압보다 높아지게 되며 비교기 U1의 출력은 H에서 L로 바뀌게 된다.

이때에는 SCR의 게이트에 가해지는 신호가 없으므로 SCR은 턴 오프가 되고 발열선에는 전류가 흐르지 않게 되어 일정시간 경과 후 온도는 다시 낮아지게 되고 나일론 써미스터의 임피던스는 다시 증가하게 되므로 캐패시티 Cx는 작아지게 되고 C3의 양단의 전압은 다시 낮아지게 되어 상기와 같은 방식으로 SCR은 턴 온(Turn On)과 턴 오프(Turn Off) 동작을 반복하게 되는 것이다.

여기에서 D3, R6는 나일론 써미스터의 특성상 약 110도이상 온도 과승시 녹게 되어 발열선과 감지선이 서로 쇼트가 되므로 이때에는 R3가 과열이 되어 온도 휴즈 TF가 끊어지는 보호 회로이며, D4는 SCR 쇼트시 전류 휴즈를 끊어주는 보호 회로로서 공지된 기술이므로 설명은 생략한다.

상기와 같이 본 고안에 따른 온도 조절방식은 기존의 온도 감지방식이 감지선의 2선을 모두 사용해야만 온도조절이 가능한 것에 비하여 한선만 사용하거나 합쳐서 사용함으로써 전기매트와 온도 조절기 간의 케이블과 단자를 줄이는 원가 절감 효과가 있으며 전기 매트내의 감지선이 단선이 되더라도 온도 감지에는 영향이 없는 장점이 있고 감지선과 C3를 직렬로 구성하여 나일론 써미스터의 임피던스의 변화만을 가지고 온도 조절이 가능하게 되므로 기존의 온도 감지방식에 비하여 온도조절의 정확도가 높아지는 장점이 있게 된다.

또한 제로볼트 신호를 기존 방식의 경우 별도로 만들어 주어야 하는 것에 비하여 자체 본 고안은 동작 전원부에서 발생된 신호를 이용함으로써 원가 절감의 효과도 있게 된다.

Claims (2)

1. 동작 전원부(1), 온도 감지부(2), 비교부(3) 및 출력부(4)로 이루어지는 감열선을 사용하는 전기매트에 있어서;

   온도 감지부(2)는 AC1-발열선(H1,H2)-나일론 써미스터(N)-감지선(S1,S2)-C3-AC2와 같이 직렬연결시키고

   나일론 써미스터(N)의 임피던스는 온도가 올라가면 낮아지고 온도가 내려가면 임피던스가 커지게되므로

   C3의 양단을 흐르는 교류신호는 발열선(H1,H2)의 온도가 올라가면 커지고 내려가면 작아지는 특성을 이용하여 온도 조절이 되는

   한 선의 감지선과 직렬로 연결된 캐패시티 C3의 양단의 전압 변화를 이용하는 것을 특징으로하는 감열선 방식 온도 조절기.
2. 삭제

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