KR200468961Y1

KR200468961Y1 - 전열 기기의 과열 차단 장치

Info

Publication number: KR200468961Y1
Application number: KR2020110005631U
Authority: KR
Inventors: 박덕배
Original assignee: 박덕배
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2013-09-09
Also published as: KR20120009005U

Abstract

본 고안은 전열 기기의 과열 차단 장치에 관한 것이다. 본 고안에 따른 상용 교류 전원단으로부터의 교류 전원을 인가받아 열판을 가열하는 전열 기기의 과열 차단 장치는, 상기 열판내의 열선에 고정 연결된 바이메탈이 과열 감지에 따라 끊어지게 되면서 교류 전원이 차단되면, 교류 전원의 차단에 따른 스위칭 신호를 발생하는 과승 방지부와; 상기 과승 방지부의 바이메탈이 끊어져서 교류 전원이 차단됨에 따른 스위칭 신호를 인가받게 되면, 상기 열판에 인가되는 교류 전원을 차단하기 위한 제어 출력신호를 발생하고, 상기 열판의 교류 전원 차단에 따라 온도가 하강되어 상기 바이메탈이 접속되더라도 교류 전원을 차단하기 위한 제어 출력신호를 발생을 유지하는 마이컴; 상기 마이컴으로부터의 제어 출력신호에 따라 스위칭되는 스위칭 소자; 및 상기 상용 교류 전원단으로부터 상기 열판의 교류전원 인가 경로 상에 접속되고, 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따라 릴레이 코일이 여자되어 스위칭 동작함에 의해 상기 열판으로부터의 교류전원 인가 경로를 차단하는 릴레이를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

전열 기기의 과열 차단 장치{Apparatus for Blocking Overheat of Electric Heater}

본 고안은 전열 기기의 가열부가 과열되는 상태를 감지하게 되면 전원을 자동으로 차단시킴으로써, 과열로 인한 전열 기기의 파손 및 화재의 위험을 미연에 방지하기 위한 전열 기기의 과열 차단 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전기 장판이나 전기 온돌침대, 온열기 등과 같은 전열 기기의 경우에는 단상 2선식 또는 단상 3선식 콘센트를 통해 공급되는 상용 교류전원단으로부터 전력을 공급받아 동작하도록 되어 있다.

이러한 상용 교류전원단을 이용하는 전열 기기들은 인체에 직접 접촉되어 열을 발생하도록 하는 용도로 사용되기 때문에, 인체에 피해가 가지 않는 범위내에서의 과열 단속이 필요하고, 침대 시트나 이불 등과 같은 가연성 재질의 물질과 항상 접촉하고 있는 상태이므로 과열로 인한 화재의 위험성을 가지고 있다.

한편, 통상적인 전열 기기들은 열을 발생하는 열판(Heating Panel)의 온도 조절을 위해, 방열판 등과 같은 방열 기능의 부속품에 트라이액(Triac) 등과 같이 주변 온도 변화에 반응하는 회로적인 스위치를 설치하고, 이러한 트라이액의 스위칭 온/오프 조작에 의해 열판의 온도를 조절하도록 하고 있다.

하지만, 이러한 트라이액과 같은 온도 반응형의 스위칭 회로의 경우에는 장시간의 반복적인 사용이나 전열 기기의 사용 미숙 등과 같은 요인에 의해 불량 상태가 되어 트라이액의 내부가 쇼트되어 버리게 되면, 온도 변화에 따른 스위칭이 원활히 이루어지지 못하게 되므로 열판의 지속적인 가열로 인한 과열이 발생되고, 과열로 인한 화재 발생의 가능성이 많아지게 된다.

이러한 전열 기기들의 과열 단속을 위해, 최근에는 전열 기기 열판 내부에 배선된 열선의 특정 부위에 바이메탈을 설치하여 과열로 인해 열선의 온도가 급격히 상승하면, 바이메탈이 물리적인 방법으로 열선 간의 연결 상태를 해제하여 열선이 더이상 작동하지 못하도록 하는 방식을 채택하고 있다.

그러나, 열판 내부의 열선 사이에 바이메탈을 설치하는 방식의 경우에는 바이메탈이 고열을 감지하여 열선 간의 연결 상태를 해제하게 되면 더이상의 과열을 방지할수는 있으나, 소정 시간 경과후 온도가 하강하여 바이메탈이 다시 온됨에 의해 열선이 다시 연결되는 상태로 되는 경우에도 열선이 다시 과열 상태가 되어 버리기 때문에, 바이메탈의 반복적인 온/오프 동작이 불가피하다. 더욱이, 이로 인한 열선의 위험 온도를 넘어서는 과열이 반복적으로 이루어지게 되면서 과열로 인한 화재의 위험성을 근본적으로 예방하지 못하게 되고, 열판의 온도 조절 동작이 비효율적으로 이루어질 수 밖에 없다는 문제점을 가지고 있다.

따라서, 본 고안은 상기한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은 전열 기기의 열발생부 측에 공급되는 전원 자체를 자동으로 차단함으로써, 과열 및 화재 발생을 근본적으로 예방할 수 있도록 하는 전열 기기의 과열 차단 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 다른 예에 따르면, 상용 교류 전원단으로부터의 교류 전원을 인가받아 열판을 가열하는 전열 기기의 과열 차단 장치에 있어서, 상기 열판내의 열선에 고정 연결된 바이메탈이 과열 감지에 따라 끊어지게 되면서 교류 전원이 차단되면, 교류 전원의 차단에 따른 스위칭 신호를 발생하는 과승 방지부와, 상기 과승 방지부의 바이메탈이 끊어져서 교류 전원이 차단됨에 따른 스위칭 신호를 인가받게 되면, 상기 열판에 인가되는 교류 전원을 차단하기 위한 제어 출력신호를 발생하고, 상기 열판의 교류 전원 차단에 따라 온도가 하강되어 상기 바이메탈이 접속되더라도 교류 전원을 차단하기 위한 제어 출력신호를 발생을 유지하는 마이컴, 상기 마이컴으로부터의 제어 출력신호에 따라 스위칭되는 스위칭 소자 및, 상기 상용 교류 전원단으로부터 상기 열판의 교류전원 인가 경로 상에 접속되고, 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따라 릴레이 코일이 여자되어 스위칭 동작함에 의해 상기 열판으로부터의 교류전원 인가 경로를 차단하는 릴레이를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전열 기기의 과열 차단 장치를 제공한다.

이상과 같이 본 고안에 따르면, 전기 장판이나 전기 온돌침대, 온열기 등과 같은 전열 기기에서 열을 발생하는 열판 내부에 바이메탈이 포함된 과승 방지부를 설치하고, 과승 감지부로부터 감지되는 열판의 온도를 마이컴에서 체크하여 과열의 가능성이 있는 특정 위험 온도에 도달하면, 전원 공급 회로로부터 열판에 공급되는 전원을 릴레이의 스위칭 제어를 통하여 차단할 수 있도록 함에 따라, 열판의 과열을 근본적으로 차단하여 종래 바이메탈을 사용시 발생했던 온도 단속의 비효율성 및 화재의 위험성으로 인한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있고, 이로 인해 전열 기기의 과열로 인한 기기 부속재의 열화 또는 화재의 가능성을 최대한 방지할 수 있다는 효과를 갖게 된다.

또한, 마이컴의 과열 감지로 인해 전원을 차단한 릴레이의 가능 복귀가 별도의 리세트 스위치를 사용자가 조작함에 의해서만 가능하도록 함에 따라, 전열 기기의 정상 동작을 사용자가 직접 관리할 수 있게 되어 더욱 안전한 전열 기기의 사용성을 보장할 수 있다는 효과를 갖게 된다.

도 1은 본 고안의 일예에 따른 전열 기기의 과열 차단 장치에 대한 전체 회로 구성을 나타낸 도면이다.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 고안에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 고안의 다른예에 따른 전열 기기의 과열 차단 장치는 제1콘센트(CON1)와, 제2콘센트(CON2), 제3콘센트(CON3), 전원 공급 회로(10), 전압 변환 회로(20), 전열 기기의 열판(30), 과승 방지부(70), 마이컴(40), 포토 트라이액(TRA) 및 포토 다이오드(PD)로 이루어진 포토 커플러, 제로 크로스 회로(ZC), 릴레이(50), 스위칭 트랜지스터(Q1), 리세트 스위치(60)로 구성된다.

상기 제1콘센트(CON1)는 AC 220V의 상용 교류 전원을 인가받아 2개의 교류 단자를 통해 상기 전원공급 회로(10)에 인가하고, 상기 제2콘센트(CON2)는 상기 전원 공급 회로(10)에 공급되는 상기 제1콘센트(CON1)로부터의 교류 전원을 상기 포토 트라이액(TRA)을 통해서 상기 열판(30)으로 공급한다.

상기 제3콘센트(CON3)는 상기 열판(30)측에 탈착이 가능한 형태로 이루어진 것으로서, 일측 단자가 상기 포토 트라이액(TRA)을 통해 상기 제2콘센트(CON2)와 연결되고, 그 타측 단자가 상기 과승 방지부(70 및 상기 릴레이(50)를 통해 상기 제1콘센트(CON1)의 일측 단자와 연결된다.

상기 과승 방지부(70)는 상기 열판(30)의 가열 온도가 상승함에 따라 상기 전열 기기의 열판(30) 내부에 설치되어 있는 열선(74)이 과열되어 바이메탈(72)이 물리적으로 끊어지면, 상기 바이메탈(72)의 과열 감지에 따른 끊어진 상태를 상기 마이컴(40)에 감지신호의 형태로 제공한다.

상기 과승 방지부(70)는 바이메탈(72)과, 트랜스 코일(T1), 정류용 다이오드(D2), 제1 및 제2스위칭 트랜지스터(Q2,Q3), 저항(R8) 및 커패시터(C5)를 포함하여 구성된다.

상기 바이메탈(72)은 상기 전열 기기의 열판(30) 내에 설치된 열선(74)의 특정 부위에 고정적으로 연결되어, 해당 바이메탈(72)의 열센싱 재질 특성에 따라 결정된 고열이 가해지면 열선(74)의 과열 상태를 방지하기 위해 물리적으로 끊어지게 되고, 가해지는 온도가 저하하게 되면 다시 접속되도록 되어 있다.

한편, 상기 제3콘센트(CON3)는 상기 포토 커플러 및 상기 제2콘센트(CON2)를 통해서 인가받은 교류 전원을 상기 전열 기기의 열판(30)에 공급하다가 상기 바이메탈(72)이 물리적으로 끊어지게 되면 해당 열판(30) 내의 열선과 통전이 이루어지지 않기 때문에 전원 공급이 차단되고, 상기 트랜스 코일(T1)의 1차측 코일에 전원을 공급하지 못하게 된다.

상기 전원 공급 회로(10)는 2개의 교류 입력단 양단에 대해 병렬 접속된 제1 및 제2커패시터(C1,C2)의 접속단 사이에 어스(Earth)단이 접속되어 있고, 제3커패시터(C3) 및 제1저항(R1)으로 이루어진 교류 안정화회로, 제2저항(R2) 및 제4커패시터(C4)로 이루어진 고조파 필터링 회로를 갖추고 있으며, 교류를 직류로 정류하기 위한 브릿지 다이오드 회로(BD)를 갖추고 있어서, 교류 전압의 안정화 및 고조파 성분의 제거, 직류 정류를 통해 12V의 직류 전압을 공급한다

상기 트랜스 코일(T1)은 1차측 코일 및 2차측 코일을 갖추되, 1차측 코일의 일단이 상기 릴레이(50)의 스위칭 단자와 연결되고, 그 1차측 코일 타단이 상기 전열 기기의 열판(30) 측에 결합되어 있는 상기 제3콘센트(CON3)의 제4번 전원단자(즉, 상기 바이메탈(72)이 연결되어 있는 열선(74)의 전원 인가 경로)와 연결되어 있다.

또한, 상기 정류용 다이오드(D2)는 상기 트랜스 코일(T1)의 2차측 코일 양단에 역방향으로 병렬 접속되고, 그 애노드단이 트랜스 코일(T1)의 2차측 코일 타단과 접지단에 공통 접속되어 교류 전압을 정류하게 된다.

상기 제1스위칭 트랜지스터(Q2)는 NPN 트랜지스터로 이루어진 것으로서, 그 베이스단이 상기 트랜스 코일(T1)의 2차측 코일의 일단 및 상기 정류용 다이오드(D2)의 캐소드단과 접속되어 해당 정류용 다이오드(D2)의 정류 작용에 의한 인가 전류에 따라 온/오프 스위칭된다.

상기 제2스위칭 트랜지스터(Q3)는 상기 제1스위칭 트랜지스터(Q2)의 콜렉터단에 그 베이스단이 접속되고, 그 콜렉터단에 저항(R8) 및 커패시터(C5)가 접속되고서, 상기 제1스위칭 트랜지스터(Q2)의 스위칭에 따라 연동적으로 스위칭되어 해당 콜렉터단과 저항(R8)및 커패시터(C5)의 접속단 사이에 접속된 마이컴(40)에 스위칭 신호를 전달한다.

상기 마이컴(40)은 상기 과승 방지부(70)의 제2스위칭 트랜지스터(Q3)로부터 스위칭 신호를 인가받아서 상기 전열 기기의 열판(30)에 대한 과열 여부를 판단하게 된다.

상기 마이컴(40)은 상기 바이메탈(72)이 과열 감지에 따라 끊어지게 되어 트랜스 코일(T1)에 전원이 인가되지 못하게 되면서, 상기 제1 및 제2스위칭 트랜지스터(Q2,Q3)가 스위칭 오프되어 로우 레벨의 스위칭 신호를 인가받게 되면, 상기 스위칭 트랜지스터(Q1)를 스위칭 온시켜서 스위칭 오프 상태를 유지하고 있는 상기 릴레이(50)를 스위칭 온시켜서 상기 트라이액(TRA)으로부터 제3콘센트(CON3)로 인가되는 교류 전원을 차단시킴에 의해, 상기 열판(30)에 전원이 인가되지 않도록 함으로써 가열 동작을 중지시키게 된다.

여기서, 상기 마이컴(40)은 상기 열판(30)에 전원 인가가 되지 못하게 됨에 따라 온도가 하강하면서 상기 바이메탈(72)의 과열 감지가 해제되어 다시 접속되더라도(즉, 상기 열판(30)의 열선 및 트랜스 코일(T1)에 교류 전원이 다시 인가될 수 있는 조건이 되더라도), 상기 스위칭 트랜지스터(Q1)의 스위칭 온 상태를 유지시켜서 상기 제3콘센트(CON3)로 인가되는 교류 전원의 차단 상태를 유지하게 된다.

한편, 상기 마이컴(40)은 상기 릴레이(50)의 스위칭 온에 의해 교류 전원의 인가가 차단되어 상기 열판(30)의 가열 동작이 중지된 상태에서, 사용자의 조작에 의해 상기 리세트 스위치(60)가 스위칭되면 상기 스위칭 트랜지스터(Q1)를 스위칭 오프 시킴에 의해 상기 릴레이(50)가 다시 스위칭 오프 상태로 복귀되도록 함으로써, 상기 열판(30)에 교류 전원이 다시 공급되도록 할 수 있다.

상기 포토 커플러는 상기 마이컴(40)의 출력 제어에 의해 해당 포토 다이오드(PD)를 통전시켜서 상기 포토 트라이액(TRA)이 활성화 동작되도록 함에 의해 상기 제2콘센트(CON2)를 통해서 인가되는 교류 전원이 상기 열판(30)에 공급되도록 한다.

상기 제로 크로스 회로(ZC)는 상기 포트 트라이액(TRA)과 같은 무접점 소자가 교류 전압의 전류 변화가 없는 제로 볼트 시점에서 무작위로 온/오프 동작함에 의해 교류 전류가 급격히 온/오프되어 주변 전자 회로 등에 강한 잡음이 유발되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 전류의 변화가 없는 제로 볼트 시점에서 상기 포토 트라이액(TRA)의 게이트 단에 대한 온/오프 타이밍을 컨트롤함에 의해 급격한 전류의 변화가 없는 안정된 동작 제어가 가능하도록 한다.

상기 릴레이(50)는 그 스위칭 단자가 과승 방지부(70)의 트랜스 코일(T1)과 접속되고, 그 스위칭 온단이 쇼트단에 접속되어 있는 한편, 그 릴레이 코일은 12V의 직류 전원단과 접속됨과 동시에 상기 스위칭 트랜지스터(Q1)와 접속되어 있다.

상기 릴레이(50)는 정상 동작 상태에서 그 스위칭 단자가 상시 오프 상태를 유지하고 있도록 하여 스위칭 단자에 인가되는 교류 전압이 스위칭 오프단을 통해 상기 제3콘센트(CON3)로 인가(트랜스 코일을 경유하여 인가)되도록 하고, 상기 마이컴(40)의 제어에 의해 상기 스위칭 트랜지스터(Q1)가 스위칭 온되면 그 릴레이 코일이 여자되어 스위칭 단자가 스위칭 온단으로 스위칭 온됨에 따라 교류 전압의 인가 경로가 차단되도록 한다.

상기 스위칭 트랜지스터(Q1)는 상기 마이컴(40)의 제어 출력 신호에 의해 스위칭이 제어되는 스위칭 소자로서, 그 베이스단이 상기 마이컴(40)의 제어 출력단과 접속되고, 그 컬렉터단이 상기 릴레이(50)의 릴레이 코일의 일단에 접속되며, 그 에미터단이 접지단과 접속되어, 상기 마이컴(40)으로부터의 제어 출력신호에 따라 스위칭 온되어 상기 릴레이(50)의 릴레이 코일을 여자시켜서 해당 릴레이(50)가 스위칭 온되도록 한다.

상기 리세트 스위치(60)는 일단이 상기 마이컴(40)의 스위칭 입력단과 접속됨과 동시에 5V의 직류 전원단이 저항(R7)을 매개로 접속되어 있고, 그 타단이 접지단과 접속되어, 사용자의 스위칭 동작에 따라 5V의 직류 전원이 접지단으로 흐르도록 함으로써, 로우 레벨의 리세트 신호가 상기 마이컴(40)에 입력되도록 한다.

한편, 상기한 바와 같이 이루어진 본 고안에서는 상기 마이컴(40)과 스위칭 트랜지스터(Q1) 및 릴레이(50)가 해당 전열 기기의 온도 조절기 등과 같은 본체 장치 내에 설치할 수도 있고, 상기 전열 기기와는 별도의 착탈이 가능한 과열 차단 장치의 형태로 독립적으로 구비할 수도 있다.

상기에서 본 고안의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 고안이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시예들은 본 고안의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 고안에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

10:전원 공급 회로, 20:전압 변환 회로,
30:전열 기기의 열판, 40:마이컴, 50:릴레이, 60:리세트 스위치,
70:과승 방지부. CON1∼CON3:콘센트, TRA:포토 트라이액, PD:포토 다이오드, ZC:제로 크로스 회로, T1:트랜스 코일, D2:정류용 다이오드, Q1,Q2,Q3:스위칭 트랜지스터.

Claims

상용 교류 전원단으로부터의 교류 전원을 인가받아 열판을 가열하는 전열 기기의 과열 차단 장치에 있어서,
상기 열판(30)내의 열선(74)에 고정 연결된 바이메탈(72)이 과열 감지에 따라 끊어지게 되면서 교류 전원이 차단되면, 교류 전원의 차단에 따른 스위칭 신호를 발생하는 과승 방지부(70)와;
상기 과승 방지부(70)의 교류 전원 차단에 따른 스위칭 신호를 인가받게 되면, 상기 열판(30)에 인가되는 교류 전원을 차단하기 위한 제어 출력신호를 발생하고, 상기 열판(30)의 교류 전원 차단에 따라 온도가 하강되어 상기 바이메탈(72)이 접속되더라도 교류 전원을 차단하기 위한 제어 출력신호를 발생을 유지하는 마이컴(40)과;
상기 마이컴(40)으로부터의 제어 출력신호에 따라 스위칭되는 스위칭 소자(Q1); 및
상기 상용 교류 전원단으로부터 상기 열판(30)의 교류전원 인가 경로 상에 접속되고, 상기 스위칭 소자(Q1)의 스위칭 동작에 따라 릴레이 코일이 여자되어 스위칭 동작함에 의해 상기 열판(30)으로의 교류전원 인가 경로를 차단하는 릴레이(50)를 포함하여 구성되고,
상기 과승 방지부(70)는 트랜스 코일(T1)의 1차측 코일 일단이 상기 릴레이(50)의 스위칭 단자와 연결되고, 1차측 코일 타단이 상기 바이메탈(72)이 연결된 열선(74)의 전원 인가 경로와 연결되어 있으며, 정류용 다이오드(D2)가 상기 트랜스 코일(T1)의 2차측 코일 양단에 역방향으로 병렬 접속되고, 그 애노드단이 트랜스 코일(T1)의 2차측 코일 타단과 접지단에 공통 접속되어 교류 전압을 정류하게 되고, 제1스위칭 트랜지스터(Q2)의 베이스단이 상기 트랜스 코일(T1)의 2차측 코일의 일단 및 상기 정류용 다이오드(D2)의 캐소드단과 접속되어 정류된 인가 전류에 따라 온/오프 스위칭되며, 제2스위칭 트랜지스터(Q3)의 베이스단에 상기 제1스위칭 트랜지스터(Q2)의 콜렉터단이 접속되고, 상기 제1스위칭 트랜지스터(Q2)의 스위칭에 따라 연동적으로 스위칭되어 콜렉터단과 저항 및 커패시터의 접속단 사이에 접속된 마이컴(40)에 스위칭 신호를 전달하도록 이루어진 것을 특징으로 하고,
상기 스위칭 소자(Q1)는 상기 마이컴(40)의 제어 출력 신호에 의해 스위칭이 제어되는 스위칭 트랜지스터(Q1)로서, 그 베이스단이 상기 마이컴(40)의 제어 출력단과 접속되고, 그 컬렉터단이 상기 릴레이(50)의 릴레이 코일의 일단에 접속되며, 그 에미터단이 접지단과 접속되어, 상기 마이컴(40)으로부터의 제어 출력신호에 따라 스위칭 온되어 상기 릴레이(50)의 릴레이 코일을 여자시켜서 해당 릴레이(50)가 스위칭 온되도록 이루어진 것을 특징으로 하며,
상기 릴레이(50)는 그 스위칭 단자가 과승 방지부(70)의 트랜스 코일(T1)과 접속되고, 그 스위칭 온단이 쇼트단에 접속되어 있으며, 그 릴레이 코일은 12V의 직류 전원단과 접속됨과 동시에 상기 스위칭 트랜지스터(Q1)와 접속되도록 구성된 것을 특징으로 하는
전열 기기의 과열 차단 장치.
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