KR20110029521A - 온도 제어 시스템 및 온도 제어 방법 - Google Patents

온도 제어 시스템 및 온도 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하는 전원부; 전원부와 전기적으로 연결되며, 전류 인가에 의해 발열되는 발열부; 발열부의 온도를 감지하는 온도 감지 센서; 및 전원부 및 발열부와 전기적으로 연결되고, 발열부에 전류가 인가되도록 하여 발열부가 설정 온도까지 상승시키며, 온도 감지 센서에 의해 설정 온도에 도달된 것이 감지되면 전류 인가가 중지되도록 하여 발열부의 온도를 하한 온도까지 하강시키며, 온도 감지 센서에 의해 하한 온도에 도달된 것이 감지되면 발열부에 전류가 재인가되도록 하여 발열부의 온도를 설정 온도까지 재상승시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
발열부, 소비전력, 온도 제어, PWM 방식

Description

온도 제어 시스템 및 온도 제어 방법{TEMPERATURE CONTROL SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 온도 제어 시스템 및 온도 제어 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 제어부에 의해 발열부로 인가되는 전류량이 제어되어, 발열부의 소비전력을 가변시킬 수 있는 온도 제어 시스템 및 온도 제어 방법에 관한 것이다.
도 1a는 종래 기술에 따른 온도 제어 시스템에 대한 개략도이다. 도 1b는 종래 기술에 따른 온도 제어 시스템의 온도-시간 그래프이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 전열선부(20)의 양극선(23)은 전원부의 양극(13a)과 과열방지부(30)를 전기적으로 연결하고, 전열선부의 음극선(21, 22)은 전원부의 음극(13b)과 과열방지부(30)를 전기적으로 연결한다. 전열선부의 온도는 온도센서(12)가 감지한다. 전열선부(20)는 전류 인가에 의해 발열된다.
접촉스위치(11)는 전원부의 음극(13b)과 전열선의 음극선(21, 22)을 전기적으로 연결한다. 접촉스위치(11)는 전열선부의 온도에 따라, 전원부(13)와 전열선부(20)를 전기적으로 연결하거나, 전기적 연결을 차단한다.
종래의 온도 제어 시스템은, 전열선부의 온도가 상승하여 설정 온도(T1c)에 도달하면, 접촉스위치(11)를 온(on) 상태에서 오프(off) 상태로 전환시켜 전원부(13)와 전열선부(20)의 전기적 연결을 차단함으로써, 전열선부(20)로의 전류 인가를 중단하여 전열선부의 온도가 설정 온도(T1c)를 넘지 않도록 조정하였다.
즉, S1' 구간에서는 접촉스위치(11)를 온 상태로 유지하여 전열선부의 온도를 설정온도(T1c)까지 상승시켰으며, S2' 구간에서, 접촉스위치(11)를 오프 상태로 유지하여 전열선부의 온도를 하한온도(T2c)까지 하강시켰다. 한편, 전열선부의 온도를 제어하는 장치는 접촉스위치(11) 뿐이므로, 전열선부(20)로 인가되는 전류량은 일정하였다.
종래 기술에 따른 온도 제어 시스템은 온도하강시간(t2c-t1c)과 온도상승시간(t3c-t2c)이 짧아, 접촉스위치(11)의 온/오프 변환 상태의 주기가 짧고, 이로 인해 접촉스위치의 접촉 횟수 또한 증가하였다. 이로 인하여 종래의 온도 제어 시스템은 전열선부(20) 및 접촉스위치(11)의 수명이 짧았다.
한편, 종래의 온도 제어 시스템은 접촉스위치(11) 하나만으로 전열선부의 온도를 제어하므로, 전열선부의 온도가 설정 온도(T1c)에 도달하여 접촉스위치(11)를 오프 상태로 전환하더라도, 전열선부(20)에는 잔열로 인한 오버-샷(over-shot) 현상이 발생하였다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1 목적은, 제어부에 의해 발열부로 인가되는 전류량이 제어되어, 발열부의 소비전력을 감소시킬 수 있는 온도 제어 시스템을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 제 2 목적은, 제어부에 의해 PWM 방식으로 제어된 전류가 발열부에 인가되어 발열부의 소비전력을 감소시킬 수 있는 온도 제어 시스템을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 제 3 목적은, 발열부의 온도가 설정 온도에 도달한 후 발열부로 인가되던 전류가 중단되더라도, 잔열로 인한 오버-샷(over-shot) 현상을 방지하는 온도 제어 시스템을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 제 4 목적은, 발열부를 이루는 전열선들에 인가되는 전류의 흐름을 상이하게 함으로써, 자기장을 중첩 및 상쇄시켜 전자파를 차폐시키는 온도 제어 시스템을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 제 5 목적은, 발열부가 유연성을 갖는 온도 제어 시스템을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명은 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하는 전원부; 전원부와 전기적으로 연결되며, 전류 인가에 의해 발열되는 발열부; 발열부의 온도를 감지하는 온도 감지 센서; 및 전원부 및 발열부와 전기적으로 연결되고, 발열부에 전류가 인가되도 록 하여 발열부가 설정 온도까지 상승시키며, 온도 감지 센서에 의해 설정 온도에 도달된 것이 감지되면 전류 인가가 중지되도록 하여 발열부의 온도를 하한 온도까지 하강시키며, 온도 감지 센서에 의해 하한 온도에 도달된 것이 감지되면 발열부에 전류가 재인가되도록 하여 발열부의 온도를 설정 온도까지 재상승시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 제어부는 발열부를 설정 온도까지 재상승시키는 경우에, 발열부에 PWM (Pulse Width Modulation) 방식으로 전류가 재인가되도록 하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 제어부는 발열부를 설정 온도까지 상승시키는 경우에, 발열부의 온도가 가변 차단 온도에 도달하면, 가변 차단 온도부터 설정 온도까지는 발열부에 PWM 방식으로 전류가 인가되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 발열부는 제 1 전극과 전기적으로 연결된 제 1 전열선; 제 1 전열선과 병렬 상태로 제 1 전극과 전기적으로 연결된 제 2 전열선; 및 제 2 전극을 제 1 전열선 및 제 2 전열선과 전기적으로 연결하는 제 3 전열선을 포함하는 것을 특징으로 한다.
제어부는 제 1 전극과 제 1 전열선 사이에 위치되며, 발열부의 온도가 가변 차단 온도에 도달하면, 제 1 전극과 제 1 전열선 사이의 전기적 연결을 차단하여 제 2 전열선에만 전류가 인가되도록 하는 소비전력 가변 개폐 스위치; 및 제 1 전극과 제 2 전열선 사이에 위치되며, 발열부의 온도가 설정 온도에 도달하면, 제 1 전극과 제 2 전열선 사이의 전기적 연결을 차단하여 발열부의 온도가 하한 온도까지 하강되도록 하며, 발열부의 온도가 하한 온도에 도달하면, 제 1 전극과 제 2 전 열선을 전기적으로 재연결하여 발열부의 온도가 설정 온도까지 재상승 되도록 하는 온도 제어 스위치를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 제 1 및 2 전열선과 제 3 전열선 사이에 위치하며, 발열부의 온도가 과열 온도에 도달하면, 제 1 및 2 전열선과 제 3 전열선 사이의 전기적 연결을 차단하는 과열방지부를 더 포함한다.
제 1 전열선 및 제 2 전열선은 이격되어 나란하게 배치된 상태에서 피복되고, 제 3 전열선은 제 1 전열선 및 제 2 전열선을 나선형으로 감는다. 제 1 전열선 및 제 2 전열선은 피복된 상태에서 상호 간에 꼬이며, 제 3 전열선은 제 1 전열선 및 제 2 전열선을 나선형으로 감아 피복된다. 제 1 전열선, 제 2 전열선 및 제 3 전열선은 상호 간에 꼬이는 것을 특징으로 한다.
한편, 발열부는 제 1 전극과 전기적으로 연결된 제 1 전열선, 및 제 1 전열선과 제 2 전극을 전기적으로 연결하는 제 2 전열선을 포함하는 제 1 발열부; 및 제 1 전극과 전기적으로 연결된 제 3 전열선, 및 제 3 전열선과 제 2 전극을 전기적으로 연결하는 제 4 전열선을 포함하는 제 2 발열부를 포함하되, 제 1 전열선과 제 3 전열선은 병렬 상태로 연결되고, 제 2 전열선은 제 4 전열선과 병렬 상태로 연결된 것을 특징으로 한다.
제 1 전열선은 상호 간에 병렬 연결된 둘 이상의 전열선들로 이루어지며, 제 3 전열선은 상호 간에 병렬 연결된 둘 이상의 전열선들로 이루어진다.
한편, 제어부는 제 1 전극과 제 1 전열선 사이에 위치되며, 발열부의 온도가 가변 차단 온도에 도달하면, 제 1 전극과 제 1 전열선 사이의 전기적 연결을 차단 하여 제 3 전열선에만 전류가 인가되도록 하는 소비전력 가변 개폐 스위치; 및 제 1 전극과 제 3 전열선 사이에 위치되며, 발열부의 온도가 설정 온도에 도달하면, 제 1 전극과 제 3 전열선 사이의 전기적 연결을 차단하여 발열부의 온도가 하한 온도까지 하강되도록 하며, 발열부의 온도가 하한 온도에 도달하면, 제 1 전극과 제 3 전열선을 전기적으로 재연결하여 발열부의 온도가 설정 온도까지 재상승되도록 하는 온도 제어 스위치를 포함한다.
본 발명인 온도 제어 시스템은 제 1 및 3 전열선과 제 2 및 4 전열선 사이에 위치하며, 발열부의 온도가 과열 온도에 도달하면, 제 1 및 3 전열선과 제 2 및 4 전열선 사이의 전기적 연결을 차단하는 과열방지부를 더 포함한다.
본 발명은 설정 온도와 하한 온도를 설정하는 온도설정부를 더 포함한다.
한편, 본 발명은 설정작동시간 이후에만 소비전력 가변 개폐 스위치를 작동시키는 타이머를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 설정종료시간 이후에 소비전력 가변 개폐 스위치의 작동을 중단시키는 타이머를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 발열부에 전류를 인가하여 발열시키는 온도 제어 방법에 있어서, (a) 발열부에 전류를 인가하여 설정 온도까지 발열부의 온도를 상승시키는 단계; (b) 발열부의 온도가 설정 온도에 도달하면, 전류 인가를 중단하여 발열부의 온도를 하한 온도까지 하강시키는 단계; 및 (c) 발열부의 온도가 하한 온도까지 하강하면, 발열부에 전류를 재인가하여 설정 온도까지 발열부의 온도를 재상승시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은 상기 (a) 단계 전에 발열부의 온도가 가변 차단 온도에 도달하면, PWM방식으로 제어된 전류가 발열부에 인가되어 설정 온도까지 발열부의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 한다. (c) 단계는 PWM방식으로 제어된 전류가 발열부에 재인가되어, 설정 온도까지 발열부의 온도를 재상승시키는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 제 1 효과는, 제어부에 의해 발열부로 인가되는 전류량이 제어되어, 발열부의 소비전력을 감소시킬 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 제 2 효과는, 제어부에 의해 PWM 방식으로 제어된 전류가 발열부에 인가되어 발열부의 소비전력을 감소시킬 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 제 3 효과는, 발열부의 온도가 설정 온도에 도달한 후 발열부로 인가되던 전류가 중단되더라도, 잔열로 인한 오버-샷(over-shot) 현상을 방지할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 제 4 효과는, 발열부를 이루는 전열선들에 인가되는 전류의 흐름을 상이하게 함으로써, 자기장을 중첩 및 상쇄시켜 전자파를 차폐시킬 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 제 5 효과는, 발열부가 유연성을 가질 수 있도록 하는 것이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하 면 다음과 같다.
제 1 실시예
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 온도 제어 시스템에 대한 개략도이다. 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 온도 제어 방법에 관한 순서도이다. 도 4는 가변 차단 온도(T3)가 설정 온도(T1)와 동일 온도로 제어부(140)에 설정된 경우에, 발열부의 온도-시간 그래프이다. 도 5는 가변 차단 온도(T3)가 설정 온도(T1)보다 낮은 온도로 제어부에 설정된 경우에, 발열부의 온도-시간 그래프이다. 도 6의 (a)는 종래 기술에 따른 온도 제어 시스템의 전압-시간 그래프이고, 도 6의 (b)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 온도 제어 시스템의 전압-시간 그래프이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명인 온도 제어 시스템(100)은 전원부(110), 발열부(120), 온도 감지 센서(130), 제어부(140), 온도설정부(150), 과열방지부(160) 및 타이머(170)를 포함한다. 본 발명인 온도 제어 시스템(100)은 초기 온도(T0)에서 설정 온도(T1)까지 발열부(120)를 가열하고, 초기 가열 후 발열부(120)의 온도가 설정 온도(T1)와 하한온도(T2) 사이에서 유지되도록 제어부(140)를 제어한다. 초기 온도(T0)는 발열부의 온도가 상온인 경우이다.
발열부(120)는 전원부(110) 및 제어부(140)와 전기적으로 연결되어, 전원부(110)로부터 인가된 전류에 의해 발열된다.
온도 감지 센서(130)는 발열부의 온도(TX)를 감지하는 센서이다. 온도 감지 센서(130)는 제어부(140)와 전기적으로 연결된다. 온도 감지 센서(130)는 감지된 발열부의 온도(TX)를 제어부(140)로 전송한다.
제어부(140)는 전원부(110) 및 발열부(120)와 전기적으로 연결된다. 본 실시예에서, 제어부(140)에는 PWM 회로(미도시)가 내장된다. PWM (Pulse Width Modulation) 회로는 입력 전압의 진폭을 원하는 펄스 폭으로 변환하는 회로로서, 입력 전압의 진폭 정보를 펄스 폭 정보로 변환한다.
제어부(140)는 발열부(120)의 가열 구간을 초기 가열 구간, 냉각 구간 및 재가열 구간으로 구분하여, 발열부(120)로 전류를 인가하거나 중단함으로써 발열부의 온도(TX)를 제어한다.
초기 가열 구간(도 4, 도 5 및 도 6의 (b)의 S1 구간 참조)에서, 제어부(140)는 발열부(120)에 전류를 인가한다. 이때, 발열부의 온도(TX)가 설정 온도(T1)까지 상승하여, 발열부(120)가 가열된다. 초기 가열 구간은 발열부(120)가 처음으로 가열되는 구간이다.
만약, 제어부(140)에 가변 차단 온도(T3)가 미리 설정되어 있고, 발열부의 온도(TX)가 가변 차단 온도(T3)에 도달한다면(도 5의 S1A), 제어부(140)는 가변 차단 온도(T3)에서 설정 온도(T1)에 도달할 때까지 발열부(120)에 PWM 방식으로 제어 된 전류를 인가한다(도 5의 S1B). 이때, 발열부의 온도(TX)는 설정 온도(T1)까지 상승한다. 여기서, 가변 차단 온도(T3)는 온도 제어 시스템(100)에서 미리 설정된 온도이며, 가변 차단 온도(T3) 범위는 초기 온도(T0) ≤ 가변 차단 온도(T3) ＜ 설정 온도(T1)이다.
한편, 냉각 구간(도 4, 도 5 및 도 6의 (b)의 S2 구간 참조)에서, 발열부의 온도(TX)가 온도 감지 센서(130)에 의해 설정 온도(T1)에 도달된 것으로 감지되면, 제어부(140)는 발열부(130)로의 전류 인가를 중단한다. 발열부(130)로의 전류 인가가 중단되면, 발열부의 온도(TX)는 설정 온도(T1)에서 하한 온도(T2)까지 하강한다.
재가열 구간(도 4, 도 5 및 도 6의 (b)의 S3 구간 참조)에서, 온도 감지 센서(130)에 의해 발열부의 온도(TX)가 하한 온도(T2)에 도달된 것으로 감지되면, 제어부(140)는 발열부(120)에 PWM 방식으로 제어된 전류를 인가한다. 이때, 발열부의 온도(TX)는 설정 온도(T1)까지 재상승하여, 발열부(120)가 재가열된다. 재가열 구간은 발열부(120)가 초기 가열된 후, 발열부의 온도(TX)가 하한 온도(T2)와 설정 온도(T1) 사이에서 유지되도록 발열부(120)가 재가열되는 구간이다. 설정 온도(T1)는 하한 온도(T2)보다 높다.
PWM 방식이란, 일정 크기의 전류가 공급되면 PWM 회로의 스위칭소자(미도시)가 주파수 대역을 온/오프하면서 펄스 폭을 제어하는 방식을 말한다. 이때, 스 위칭소자에 의한 스위칭 출력신호는 도 6의 (b)의 S3 구간에 도시된 바와 같이 전압 진폭이 일정하다.
온도설정부(150)는 제어부(140)와 전기적으로 연결된다. 온도설정부(150)는 설정 온도(T1)와 하한 온도(T2)를 설정하는 장치이다.
과열방지부(160)는 제어부(140)와 전기적으로 연결된다. 과열방지부(160)는, 발열부의 온도(TX)가 설정 온도(T1)를 초과하여 과열 온도에 도달하면, 발열부(120)와의 전기적 연결을 차단한다. 과열방지부(160)의 작동 방식은 바이메탈 방식에 의한다.
타이머(170)는 제어부(140)와 전기적으로 연결된다. 타이머(170)에는 재가열 구간에서의 전압 인가 시간(Δton) 및 전압 중단 시간(Δtoff)이 미리 설정될 수 있다. 제어부(140)에 설정된 듀티비(duty rate)에 따라, 인가 시간(Δton)과 중단 시간(Δtoff)이 정해진다. 듀티비가 작을수록, 전압-시간 그래프의 펄스 폭도 작아진다. 듀티비는 펄스 1 회 시간(Δton + Δtoff)에 대한 인가 시간(Δton)의 비율이다.
또한, 타이머(170)에는 설정작동시간 및 설정종료시간이 미리 설정될 수 있다. 여기서 "설정종료시간"은 설정작동시간으로부터 일정 시간 경과한 시간이다.
타이머(170)에 설정작동시간이 미리 설정된 경우, 제어부(140)는 설정작동시간 동안에는 발열부의 온도(TX)가 가변 차단 온도(T3)에 도달하더라도 PWM 방식으로 제어된 전류를 발열부(120)에 인가하지 않고 종래 방식으로 인가한다. 예를 들어, 설정작동시간이 "0"인 경우에, 발열부의 온도(TX)가 가변 차단 온도(T3)에 도달하면, 제어부(140)는 PWM 방식으로 제어된 전류를 발열부(120)로 인가한다. 그러나, 만약, 설정작동시간이 "1시간"인 경우, 제어부(140)는 1시간의 경과하기 전까지는 발열부의 온도(TX)가 가변 차단 온도(T3)에 도달하더라도 PWM 방식으로 제어된 전류를 발열부(120)로 인가하지 않고, 1시간 경과 후에 PWM 방식으로 제어된 전류를 발열부(120)로 인가한다.
타이머(170)에 설정작동시간이 미리 설정된 경우, 제어부(140)는 설정종료시간 이후에는, 발열부의 온도(TX)가 가변 차단 온도(T3)에 도달하더라도, PWM 방식으로 제어된 전류를 발열부(120)에 인가하지 않는다.
한편, 본 실시예에서, 온도 감지 센서(130), 온도설정부(150) 및 타이머(170)는 제어부(140)에 연결된 것으로 설명되었으나, 이는 본 실시예에 의해 한정되지 않는다. 온도 감지 센서(130), 온도설정부(150) 또는 타이머(170)는 발열부(120)에 연결될 수도 있다.
이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여, 가변 차단 온도(T3)가 설정 온도(T1)와 동일 온도로 제어부(140)에 설정된 경우에, 온도 제어 시스템(100)의 제어 방법에 대하여 살펴보기로 한다. 도 4에서, 가로축은 전류 인가 시간, 세로축은 발열부의 온도(TX)이고, 기울기는 발열부(120)에 가해지는 전류량에 비례한다.
우선, S-1 단계에서, 제어부(140)는 발열부(120)에 전류를 인가하여, 발열부 의 온도(TX)를 설정 온도(T1)까지 상승시킨다. 가변 차단 온도(T3)는 설정 온도(T1)와 동일한 온도이므로, 이후의 전류 인가는 PWM 모드로 설정되어 인가된다.
S-2 단계에서, 발열부의 온도(TX)가 설정 온도(T1)에 도달하면, 제어부(140)는 발열부(120)로의 전류 인가를 중단한다. 이때, 발열부의 온도(TX)는 하한 온도(T2)까지 하강한다.
S-3 단계에서, 발열부의 온도(TX)가 하한 온도(T2)에 도달하면, 제어부(140)는 PWM 방식으로 제어된 전류를 발열부(120)에 재인가한다. 이때, 발열부의 온도(TX)가 설정 온도(T1)까지 재상승함에 따라, 발열부(120)는 재가열된다.
S-3 단계에서는, 발열부(120)로의 전류의 인가 또는 중단이 반복됨에 따라, 발열부의 온도(TX)가 점차적으로 상승하여 설정 온도(T1)에 도달하므로, 종래 기술에 비해 설정 온도(T1)를 정밀하게 맞출 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 온도 제어 시스템(100)은 발열부(120)로 인가되던 전류가 갑자기 중단되는 경우에 발생할 수 있는 잔열로 인한 오버-샷 현상이 일어나지 않는다.
한편, S-3 단계에서 발열부의 온도(TX)가 설정 온도(T1)에 도달하면 발열부(120)로의 전류 인가가 중단되고, S-2 단계가 진행된다. 온도 제어 시스템(100)의 작동이 중단될 때까지, S-2 단계 및 S-3 단계는 반복된다.
이제까지는, 가변 차단 온도(T3)가 설정 온도(T1)와 동일 온도로 제어 부(140)에 설정된 경우에, 온도 제어 시스템의 온도 제어 방법에 대해 살펴보았다. 이하에서는, 도 3 및 도 5를 참조하여 가변 차단 온도(T3)가 설정 온도(T1)보다 낮은 온도로 제어부에 설정된 경우에, 온도 제어 시스템(100)의 온도 제어 방법에 대해 살펴보기로 한다. 도 5에서, 가로축은 전류 인가 시간, 세로축은 발열부의 온도(TX)이고, 기울기는 발열부(120)에 가해지는 전류량에 비례한다.
우선, S-1 단계에서, 발열부(120)에 전류를 인가하여, 발열부의 온도(TX)를 가변 차단 온도(T3)까지 상승시킨다(S1A). 발열부의 온도(TX)가 가변 차단 온도(T3)에 도달하면, 제어부(140)는 발열부의 온도(TX)가 설정 온도(T1)에 도달할 때까지 PWM 방식으로 제어된 전류를 발열부(120)에 인가한다(S1B).
S-2 단계에서, 발열부의 온도(TX)가 설정 온도(T1)에 도달하면, 제어부(140)는 발열부(120)로의 전류 인가를 중단한다. 이때, 발열부의 온도(TX)는 하한 온도(T2)까지 하강한다(S2).
S-3 단계에서, 발열부의 온도(TX)가 하한 온도(T2)에 도달하면, 제어부(140)는 PWM 방식으로 제어된 전류를 발열부(120)에 인가한다. 이때, 발열부의 온도(TX)는 설정 온도(T1)까지 재상승하여, 발열부(120)가 재가열된다(S3).
이제까지는 가변 차단 온도(T3)가 설정 온도(T1)보다 낮은 온도로 제어부에 설정된 경우에, 온도 제어 시스템(100)의 온도 제어 방법에 대해 살펴보았다. 이하에서는, 도 6을 참조하여, 본 실시예에 따른 발열부의 소비전력과 종래 기술의 소비전력을 비교한다. 다만, 도 6의 (b)는 재가열 구간에서만 PWM 방식으로 발열부(120)에 전압이 인가되는 경우를 도시한 것이다.
도 6의 (a)의 소비전력과 도 6의 (b)의 소비전력은 다음과 같은 조건에서 비교된다. 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)에서의 전압-시간 그래프의 면적은 소비전력에 비례한다. 초기 가열 구간에서, 종래 기술의 소비전력(S1' 구간)과 본 실시예에 따른 소비전력(S1 구간)은 동일하다고 가정한다.
재가열 구간에서, 종래 기술의 소비전력과 본 실시예의 소비전력을 비교하면 다음과 같다. 종래 기술의 재가열 구간은 도 6의 (a)의 S3' 구간이고, 본 발명의 일 실시예의 재가열 구간은 도 6의 (b)의 S3 구간이다. 재가열 시간(Δt23)은 발열부(120)가 하한 온도(T2)에서 설정 온도(T1)까지 재상승될 때까지 발열부(120)에 전류가 재인가되는 시간이다.
재가열 구간에서 전압(V1) 및 재가열 시간(Δt23=Δt2c3c)이 동일하다면, 본 실시예의 재가열 구간(S3 구간)에서는 PWM 방식으로 전압이 발열부(120)에 인가되어, 도 6의 (b)의 S3 구간에서의 전압-시간의 면적이 도 6의 (a)의 S3' 구간에서의 전압-시간의 면적보다 작다. 전압-시간의 면적은 소비전력에 비례하므로, 도 6의 (b)의 S3 구간에서의 총 소비전력(P3)은 도 6의 (a)의 S3' 구간에서의 소비전력(P3')보다 작다.
예를 들어, 본 실시예서, PWM 방식으로 전압이 인가되는 재가열 구간에서의 듀티비가 50%로 설정된다면, 인가 시간(Δton) 및 중단 시간(Δtoff)의 비율은 1:1이고, 인가 전압(V1)이 일정하므로, S3 구간에서 발열부(120)로 인가된 전압의 평균값은 S3' 구간에서 전열선부(20)로 인가된 전압의 평균값의 50%이다. 듀티비가 50%일 때, S3 구간에서의 전압-시간의 면적은 S3' 구간에서의 전압-시간의 면적의 50%이다. 따라서, 듀티비가 50%일 때, S3 구간의 총 소비전력(P3)은 S3' 구간의 소비전력(P3')의 50%로서, 종래의 발명의 소비전력과 비교하여 소비전력이 감소된다.
한편, S3 구간에서, 펄스 폭은 듀티비에 따라 가변 가능하다. 펄스 폭이 가변됨에 따라, 발열부(120)의 소비전력도 가변된다. 본 실시예에서, 전압-시간 그래프(도 6의 (b))의 펄스 폭이 좁아질수록, 발열부(120)의 소비전력은 종래 기술에 비해 감소된다.
이제까지는 본 발명의 제 1 실시예에 대하여 설명하였다.
이하부터는, 도 7을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 온도 제어 시스템에 대하여 설명하기로 한다.
제 2 실시예
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 온도 제어 시스템(200)의 개략도를 도시한다. 도 8a, 도 8b 및 도 8c는 본 발명의 제 2 실시예에 따라, 전열선들의 배열 상태를 개략적으로 도시한 발열부의 사시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명인 온도 제어 시스템(200)은 전원부(210), 발열부(220), 온도 감지 센서(230), 제어부(240), 온도설정부(250), 과열방지부(260) 및 타이머(270)를 포함한다. 본 실시예에서는, 상술한 제 1 실시예와 동일한 기능을 수행하는 온도 감지 센서(230) 및 온도설정부(250)의 기능 및 설치 위치 등에 대해서는 반복적인 설명을 생략하기로 한다. 한편, 본 실시예에서, 온도 감지 센서(230), 온도설정부(250) 및 타이머(270)는 제어부(240)에 연결된 것으로 설명되었으나, 이는 본 실시예에 의해 한정되지 않는다. 따라서, 온도 감지 센서(230), 온도설정부(250) 또는 타이머(270)는 발열부(220)에 연결될 수도 있다.
이하에서는, 상술한 제 1 실시예와 차이가 있는 전원부(210), 발열부(220), 제어부(240), 과열방지부(260) 및 타이머(270)에 대해 설명하기로 한다.
전원부(210)는 제 1 전극(211) 및 제 2 전극(212)을 포함한다. 본 실시예에서, 제 1 전극(211)은 음극이고, 제 2 전극(212)은 양극이다.
발열부(220)는 전원부(210)와 전기적으로 연결되어, 전류 인가에 의해 발열된다. 발열부(220)는 제 1 전열선(221), 제 2 전열선(222) 및 제 3 전열선(223)을 포함한다.
제 1 전열선(221)은 제 1 전극(211)과 전기적으로 연결된다. 제 1 전열선(221)은 일단이 제 1 전극(211)과 전기적으로 연결되고, 타단이 과열방지부(260)와 전기적으로 연결된다.
제 2 전열선(222)은 제 1 전열선(221)과 병렬 상태로 제 1 전극(211)과 전기적으로 연결된다.
제 3 전열선(223)은 제 2 전극(212)과 전기적으로 연결된다. 제 3 전열선(223)은 일단이 제 2 전극(212)과 전기적으로 연결되고 타단이 과열방지부(260)와 전기적으로 연결된다. 제 3 전열선(223)은 발열부의 온도(TX)가 설정 온도(T1)를 초과하여 과열 온도에 도달하지 않는 한, 제 1 전열선(221) 및 제 2 전열선(222)과 전기적으로 연결된다.
한편, 발열부(220)에서 전열선들의 배열 상태는 다음 중 어느 하나가 될 수 있다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 제 1 전열선(221) 및 제 2 전열선(222)은 이격되어 나란하게 배치된 상태에서 피복되고, 제 3 전열선(223)은 제 1 전열선(221) 및 제 2 전열선(222)을 나선형으로 감는다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 제 1 전열선(221) 및 제 2 전열선(222)은 피복된 상태에서 상호 간에 꼬이며, 제 3 전열선(223)은 제 1 전열선(221) 및 제 2 전열선(222)을 나선형으로 감아 피복된다. 도 8c에 도시된 바와 같이, 제 1 전열선(221), 제 2 전열선(222) 및 제 3 전열선(223)은 상호 간에 꼬일 수 있다. 도 8c의 제 1 전열선(221), 제 2 전열선(222) 및 제 3 전열선(223)은 각각 피복된 상태이다.
도 8a 내지 도 8c에 도시된 발열부(220)의 전열선들의 배열 상태는, 음극선인 제 1 전열선(221) 및 제 2 전열선(222)과 양극선인 제 3 전열선(223)과의 접촉 면적을 확대시켜 자기장의 중첩으로 인한 자기장의 상쇄를 증가시켜, 전자파를 더욱 효율적으로 차폐하기 위함이다. 또한, 도 8a 내지 도 8c에 도시된 발열부(220)의 전열선들의 배열 형태는 구부러지기 쉬운 특성이 있어, 전기장판 등과 같이 접 었다 폈다 하는 발열장치에 용이하게 사용될 수 있다.
한편, 제어부(240)는 전원부(210) 및 발열부(220)와 전기적으로 연결되어, 전원부(210)로부터 인가받은 전류를 발열부(220)로 인가한다. 한편, 제어부(240)는 소비전력 가변 개폐 스위치(241) 및 온도 제어 스위치(242)를 포함한다.
소비전력 가변 개폐 스위치(241)는 제 1 전극(211)과 제 1 전열선(221) 사이에 위치되어, 발열부(220)와 전기적으로 연결된다. 소비전력 가변 개폐 스위치(241)는 발열부의 온도(TX)가 가변 차단 온도(T3)에 도달하면 제 1 전극(211)과 제 1 전열선(221) 사이의 전기적 연결을 차단한다. 소비전력 가변 개폐 스위치(241)에 의해, 제 1 전극(211)과 제 1 전열선(221)의 전기적 연결이 차단되면, 전류는 제 2 전열선(222)에만 인가된다.
온도 제어 스위치(242)는 제 1 전극(211)과 제 2 전열선(222) 사이에 위치되어, 발열부(220)와 전기적으로 연결된다. 발열부의 온도(TX)가 설정 온도(T1)에 도달하면, 온도 제어 스위치(242)는 제 1 전극(211)과 제 2 전열선(222) 사이의 전기적 연결을 차단하여, 제 2 전열선(222)에 전류가 인가되지 않도록 한다. 이때, 발열부의 온도(TX)는 하한 온도(T2)까지 하강한다.
반면, 발열부의 온도(TX)가 하한 온도(T2)에 도달하면, 온도 제어 스위치(242)는 제 1 전극(211)과 제 2 전열선(222)을 전기적으로 재연결하여, 제 2 전열선(222)으로 전류를 재인가한다. 이때, 발열부의 온도(TX)는 설정 온도(T1)까지 재상승한다.
과열방지부(260)는 제 1 전열선(221) 및 제 2 전열선(222)과 제 3 전열선(223) 사이에 위치한다. 과열방지부(260)는 발열부의 온도(TX)가 설정 온도(T1)를 초과하여 과열 온도에 도달하면, 제 1 전열선(221) 및 제 2 전열선(222)과 제 3 전열선(223) 사이의 전기적 연결을 차단한다. 과열방지부(260)의 작동 방식은 바이메탈 방식에 의한다.
타이머(270)는 제어부(240)와 전기적으로 연결된다. 타이머(270)에는 설정작동시간 및/또는 설정종료시간이 미리 설정될 수 있다.
타이머(270)에 설정작동시간이 미리 설정된 경우에, 소비전력 가변 개폐 스위치(241)는 설정작동시간 동안에는 발열부의 온도(TX)가 가변 차단 온도(T3)에 도달하더라도 제 1 전극(211)과 제 1 전열선(221)을 전기적으로 연결하고, 설정작동시간이 경과한 후에 발열부의 온도(TX)가 가변 차단 온도(T3)에 도달하면 제 1 전극(211)과 제 1 전열선(221)의 전기적 연결을 차단한다.
타이머(270)에 설정종료시간이 미리 설정된 경우에, 소비전력 가변 개폐 스위치(241)는 설정종료시간 이후에는 발열부의 온도(TX)가 가변 차단 온도(T3)에 도달하더라도 제 1 전극(211)과 제 1 전열선(221)을 전기적으로 연결한다. 여기서, "설정종료시간"이란 타이머(270)에 미리 설정된 시간으로서, 설정작동시간으로부터 일정 시간 경과한 시간이다.
설정작동시간 및 설정종료시간은 본 발명인 온도 제어 시스템(200)이 사용되 는 제품에 따라 변경가능하다.
이하에서는, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 실시예에 따른 온도 제어 시스템의 온도 제어 방법에 대해 살펴보기로 한다.
우선, 도 3 및 도 4를 참조하여, 제어부(240)에 가변 차단 온도(T3)가 설정 온도(T1)와 동일 온도로 설정된 경우에, 온도 제어 시스템의 온도 제어 방법에 대해 살펴보기로 한다.
S-1 단계에서, 소비전력 가변 개폐 스위치(241) 및 온도 제어 스위치(242)가 모두 발열부(220)와 전기적으로 연결되어, 발열부(220)에 전류를 인가한다(S1). 이때, 발열부의 온도(TX)가 설정 온도(T1)까지 상승함에 따라, 발열부(220)가 가열된다.
S-2 단계에서, 온도 감지 센서(230)에 의해 발열부의 온도(TX)가 설정 온도(T1)에 도달한 것으로 감지되면, 제어부(240)는 온도 제어 스위치(242)와 발열부(220)와의 전기적 연결, 및 소비전력 가변 개폐 스위치(241)와 발열부(220)와의 전기적 연결을 모두 차단한다. 이때, 발열부의 온도(TX)는 하한 온도(T2)까지 하강한다(S2).
S-3 단계에서, 온도 감지 센서(230)에 의해 발열부의 온도(TX)가 하한 온도(T2)에 도달한 것으로 감지되면, 소비전력 가변 개폐 스위치(241)가 발열부(220) 사이의 전기적 연결을 차단한 상태에서, 온도 제어 스위치(242)는 발열부(220)와 전기적으로 재연결된다. 이때, 발열부의 온도(TX)는 설정 온도(T1)까지 재상승하여, 발열부(220)가 재가열된다(S3). 한편, 발열부의 온도(TX)가 설정 온도(T1)를 초과하여 과열 온도에 도달하면, 과열방지부(260)는 발열부(220)와의 전기적 연결을 차단하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명인 온도 제어 시스템은 장시간 동안 설정 온도(T1)와 하한 온도(T2) 사이에서 일정한 온도를 유지하기 위하여 상술한 S-2 단계 및 S-3 단계가 반복적으로 실행된다.
이하에서는 도 1b 및 도 4를 참조하여, 가변 차단 온도(T3)가 설정 온도(T1)와 동일한 경우(T1=T3)에, 종래 기술의 소비전력과 본 발명의 일 실시예에 따른 소비전력을 살펴보기로 한다. 종래 기술과 본 발명은 인가 전압, 초기 가열 시간(Δt1c=Δt1) 및 냉각 시간(Δt1c2c=Δt12)이 동일하며, S1' 구간의 기울기 값과 S1 구간의 기울기 값이 동일하고, S2' 구간의 기울기 값과 S2 구간의 기울기 값이 동일하다고 가정한다. 상기와 같은 조건에서, 도 1b의 S3' 구간의 기울기와 도 4의 S3 구간의 기울기를 비교하여 종래 기술과 본 발명의 소비전력을 비교하면 다음과 같다.
설정 온도(T1)와 하한 온도(T2)의 온도차(ΔT21)가 본 실시예와 종래 기술에서 동일한 경우, 본 실시예에서의 재가열 시간(Δt23)은, 종래 기술에서의 재가열 시간(Δt2c3c)보다 길어, S3 구간의 기울기 값은 S3' 구간의 기울기 값보다 작다. 온도-시간 그래프에서 전류량은 기울기에 비례하고, 소비전력은 전류량에 비례한다. 따라서, 온도-시간 그래프에서 본 실시예의 기울기 값이 종래 기술의 기술기 값보다 작을수록, 본 발명의 소비전력이 종래 기술의 소비전력에 비해 감소한다.
다음으로, 도 3 및 도 5를 참조하여, 제어부(240)에 가변 차단 온도(T3)가 설정 온도(T1)보다 낮은 온도로 설정된 경우에, 온도 제어 시스템의 온도 제어 방법에 대해 살펴보기로 한다.
S-1 단계에서, 소비전력 가변 개폐 스위치(241) 및 온도 제어 스위치(242)가 모두 발열부(220)와 전기적으로 연결되어, 발열부(220)에 전류를 인가한다. 이때, 발열부의 온도(TX)가 가변 차단 온도(T3)까지 상승함에 따라, 발열부(220)가 가열된다(S1A).
이어서, 온도 감지 센서(230)에 의해 발열부의 온도(TX)가 가변 차단 온도(T3)에 도달한 것으로 감지되면, 온도 제어 스위치(242)가 발열부(220)와 전기적으로 연결된 상태에서, 발열부(220)와 소비전력 가변 개폐스위치(242)의 전기적 연결이 차단된다. 이때, 발열부의 온도(TX)는 설정 온도(T1)까지 상승하여 발열부(220)가 가열된다(S1B).
S-2 단계에서, 온도 감지 센서(230)에 의해 발열부의 온도(TX)가 설정 온 도(T1)에 도달한 것으로 감지되면, 제어부(240)는 온도 제어 스위치(242)와 발열부(220)와의 전기적 연결, 및 소비전력 가변 개폐 스위치(241)와 발열부(220)와의 전기적 연결을 모두 차단한다. 이때, 발열부의 온도(TX)는 하한 온도(T2)까지 하강한다(S2).
S-3 단계에서, 온도 감지 센서(230)에 의해 발열부의 온도(TX)가 하한 온도(T2)에 도달한 것으로 감지되면, 소비전력 가변 개폐 스위치(241)에 의해 발열부(220)와의 전기적 연결이 차단된 상태에서, 온도 제어 스위치(242)는 발열부(220)와 전기적으로 재연결된다. 이때, 발열부의 온도(TX)가 설정 온도(T1)까지 재상승하여, 발열부(220)가 재가열된다(S3). 한편, 발열부의 온도(TX)가 설정 온도(T1)를 초과하여 과열 온도에 도달하면, 과열방지부(260)는 발열부(220)와의 전기적 연결을 차단하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명인 온도 제어 시스템(200)은 장시간 동안 설정 온도(T1)와 하한 온도(T2) 사이에서 일정한 온도를 유지하기 위하여 상술한 S-2 단계 및 S-3 단계가 반복적으로 실행된다.
이하에서는 도 1b와 도 5를 참조하여 가변 차단 온도(T3)가 설정 온도(T1)보다 작은 경우(T1＞T3)에, 종래 기술의 소비전력과 본 발명의 일 실시예에 따른 소비전력을 살펴보기로 한다.
가변 차단 온도(T3)가 설정 온도(T1)보다 작은 경우(T1＞T3)에, 발열부의 온도(TX)가 설정 온도(T1)에 도달하는데 걸리는 시간은 본 발명(200)이 종래 기술에 비해 길어, S1 구간의 기울기 평균값은 S1' 구간의 기울기 값보다 작다. 아울러, 상술한 바에 따라, S3 구간의 기울기 값도 S3' 구간의 기울기 값보다 작다. 따라서, 본 발명의 소비전력은 종래 기술의 소비전력에 비해 감소된다.
이제까지는 본 발명의 제 2 실시예에 대하여 설명하였다.
이하부터는, 도 9를 참조하여 본 발명의 제 3 실시예에 따른 온도 제어 시스템에 대하여 설명하기로 한다.
제 3 실시예
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 온도 제어 시스템(300)의 개략도를 도시한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명인 온도 제어 시스템(300)은 전원부(310), 발열부(320), 온도 감지 센서(330), 제어부(340), 온도설정부(350), 과열방지부(360) 및 타이머(370)를 포함한다. 본 실시예에서는, 상술한 제 2 실시예와 동일한 기능을 수행하는 전원부(310), 온도 감지 센서(330), 온도설정부(350) 및 타이머(370)의 기능 및 설치 위치, 발열부(320)와 제어부(340)의 기능 및 온도 제어 방법에 대해서는 반복적인 설명을 생략하기로 한다. 한편, 본 실시예에서, 온도 감지 센서(330), 온도설정부(350) 및 타이머(370)는 제어부(240)에 연결된 것으로 설명 되었으나, 이는 본 실시예에 의해 한정되지 않는다. 따라서, 온도 감지 센서(330), 온도설정부(350) 또는 타이머(370)는 발열부(320)에 연결될 수도 있다.
이하에서는, 상술한 제 2 실시예와 차이가 있는 발열부(320), 제어부(340) 및 과열방지부(360)에 대해 설명하기로 한다.
발열부(320)는 제 1 발열부(320A) 및 제 2 발열부(320B)를 포함한다. 한편, 제 1 발열부(320A) 및 제 2 발열부(320B)의 전열선들의 배열 상태는 상술한 제 2 실시예와 동일하다.
제 1 발열부(320A)는 제 1 전열선(321) 및 제 2 전열선(322)을 포함한다. 제 1 전열선(321)은 제 1 전극(311)과 전기적으로 연결된다. 제 1 전열선(321)은 상호 간에 병렬 연결된 둘 이상의 전열선들(321a, 321b)을 포함한다. 한편, 제 2 전열선(322)은 제 1 전열선(321)과 제 2 전극(312)을 전기적으로 한다.
제 2 발열부(320B)는 제 3 전열선(323) 및 제 4 전열선(324)을 포함한다. 제 3 전열선(323)은 제 1 전극(311)과 전기적으로 연결된다. 제 3 전열선(323)은 상호 간에 병렬 연결된 둘 이상의 전열선들(323a, 323b)을 포함한다. 한편, 제 4 전열선(324)은 제 3 전열선(323)과 제 2 전극(312)을 전기적으로 연결한다.
제 1 전열선(321)과 제 3 전열선(323)은 병렬 상태로 연결되어 제 1 전극(311)과 전기적으로 연결된다. 제 2 전열선(322)과 제 4 전열선(324)은 병렬 상태로 연결되어, 제 2 전극(312)과 전기적으로 연결된다.
제어부(340)는 소비전력 가변 개폐 스위치(341) 및 온도 제어 스위치(342)를 포함한다.
소비전력 가변 개폐 스위치(341)는 제1 전극(311)과 제 1 전열선(321) 사이에 위치되어, 발열부(320)와 전기적으로 연결된다. 발열부의 온도(TX)가 가변 차단 온도(T3)에 도달하면, 소비전력 가변 개폐 스위치(341)는 제 1 전극(311)과 제 1 전열선(321) 사이의 전기적 연결을 차단하여 제 3 전열선(323)에만 전류가 인가되도록 한다.
온도 제어 스위치(342)는 제 1 전극(311)과 제 3 전열선(323) 사이에 위치되어, 발열부(320)와 전기적으로 연결된다. 발열부의 온도(TX)가 설정 온도(T1)에 도달하면, 온도 제어 스위치(342)는 제 1 전극(311)과 제 3 전열선(323) 사이의 전기적 연결을 차단한다. 이때, 발열부의 온도(TX)는 하한 온도(T2)까지 하강한다. 한편, 발열부의 온도(TX)가 하한 온도(T2)에 도달하면, 온도 제어 스위치(342)는 제 1 전극(311)과 제 3 전열선(323)을 전기적으로 재연결한다. 이때, 발열부의 온도(TX)는 설정 온도(T1)까지 재상승한다.
한편, 과열방지부(360)는 제 1 전열선(321) 및 제 3 전열선(323)과 제 2 전열선(322) 및 제 4 전열선(324) 사이에 위치한다. 과열방지부(360)는 발열부의 온도(TX)가 설정 온도(T1)를 초과하여 과열 온도에 도달하지 않는 한, 제 1 및 제 3 전열선(321, 323)과 제 2 및 제 4 전열선(322, 324)을 전기적으로 연결한다. 다만, 과열방지부(360)는 온도 감지 센서(330)에 의해 발열부의 온도(TX)가 과열 온도에 도달한 것으로 감지되면, 제 1 및 제 3 전열선(321, 323)과 제 2 및 제 4 전열선(322, 324)의 전기적 연결을 차단한다.
위에 설명된 예시적인 실시예는 제한적이기보다는 본 발명의 모든 관점들 내에서 설명적인 것이 되도록 의도되었다. 따라서 본 발명은 본 기술 분야의 숙련된 자들에 의하여 본 명세서 내에 포함된 설명들로부터 얻어질 수 있는 많은 변형 및 상세한 실행이 가능하다. 다음의 청구범위에 의하여 한정된 바와 같이 이러한 모든 변형 및 변경은 본 발명의 범위 및 사상 내에 있는 것으로 고려되어야 한다.
도 1a는 종래 기술에 따른 온도 제어 시스템에 대한 개략도이다.
도 1b는 종래 기술에 따른 온도 제어 시스템의 온도-시간 그래프이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 온도 제어 시스템에 대한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 온도 제어 시스템의 제어 방법에 관한 순서도이다.
도 4는 가변 차단 온도(T3)가 설정 온도(T1)와 동일 온도로 제어부(140)에 설정된 경우에, 발열부의 온도-시간 그래프이다.
도 5는 가변 차단 온도(T3)가 설정 온도(T1)보다 낮은 온도로 제어부에 설정된 경우에, 발열부의 온도-시간 그래프이다.
도 6의 (a)는 종래 기술에 따른 온도 제어 시스템의 전압-시간 그래프이고, 도 6의 (b)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 온도 제어 시스템의 전압-시간 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 온도 제어 시스템의 개략도를 도시한다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 본 발명의 제 2 실시예에 따라, 전열선들의 배열 상태를 개략적으로 도시한 발열부의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 온도 제어 시스템의 개략도를 도시한다.

Claims (19)

  1. 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하는 전원부;
    상기 전원부와 전기적으로 연결되며, 전류 인가에 의해 발열되는 발열부;
    상기 발열부의 온도를 감지하는 온도 감지 센서; 및
    상기 전원부 및 상기 발열부와 전기적으로 연결되고, 상기 발열부에 전류가 인가되도록 하여 상기 발열부가 설정 온도까지 상승시키며, 상기 온도 감지 센서에 의해 상기 설정 온도에 도달된 것이 감지되면 전류 인가가 중지되도록 하여 상기 발열부의 온도를 하한 온도까지 하강시키며, 상기 온도 감지 센서에 의해 상기 하한 온도에 도달된 것이 감지되면 상기 발열부에 전류가 재인가되도록 하여 상기 발열부의 온도를 상기 설정 온도까지 재상승시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 발열부를 상기 설정 온도까지 재상승시키는 경우에,
    상기 발열부에 PWM (Pulse Width Modulation) 방식으로 전류가 재인가되도록 하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 발열부를 상기 설정 온도까지 상승시키는 경우에,
    상기 발열부의 온도가 가변 차단 온도에 도달하면, 상기 가변 차단 온도부터 상기 설정 온도까지는 상기 발열부에 PWM 방식으로 전류가 인가되는 것을 특징으로 하는 온도 제어 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 발열부는
    상기 제 1 전극과 전기적으로 연결된 제 1 전열선;
    상기 제 1 전열선과 병렬 상태로 상기 제 1 전극과 전기적으로 연결된 제 2 전열선; 및
    상기 제 2 전극을 상기 제 1 전열선 및 제 2 전열선과 전기적으로 연결하는 제 3 전열선을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 제 1 전극과 상기 제 1 전열선 사이에 위치되며, 상기 발열부의 온도가 가변 차단 온도에 도달하면, 상기 제 1 전극과 상기 제 1 전열선 사이의 전기적 연결을 차단하여 상기 제 2 전열선에만 전류가 인가되도록 하는 소비전력 가변 개폐 스위치; 및
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전열선 사이에 위치되며, 상기 발열부의 온도가 상기 설정 온도에 도달하면, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전열선 사이의 전기적 연결을 차단하여 상기 발열부의 온도가 상기 하한 온도까지 하강되도록 하며, 상기 발열부의 온도가 상기 하한 온도에 도달하면, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전열선을 전기적으로 재연결하여 상기 발열부의 온도가 상기 설정 온도까지 재상승되도록 하는 온도 제어 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 온도 제어 시스템은
    상기 제 1 및 2 전열선과 상기 제 3 전열선 사이에 위치하며, 상기 발열부의 온도가 과열 온도에 도달하면, 상기 제 1 및 2 전열선과 상기 제 3 전열선 사이의 전기적 연결을 차단하는 과열방지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 전열선 및 상기 제 2 전열선은 이격되어 나란하게 배치된 상태에서 피복되고, 상기 제 3 전열선은 상기 제 1 전열선 및 상기 제 2 전열선을 나선형으로 감는 것을 특징으로 하는 온도 제어 시스템.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 전열선 및 상기 제 2 전열선은 피복된 상태에서 상호 간에 꼬이며, 상기 제 3 전열선은 상기 제 1 전열선 및 상기 제 2 전열선을 나선형으로 감아 피복되는 것을 특징으로 하는 온도 제어 시스템.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 전열선, 상기 제 2 전열선 및 상기 제 3 전열선은 상호 간에 꼬이는 것을 특징으로 하는 온도 제어 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 발열부는
    상기 제 1 전극과 전기적으로 연결된 제 1 전열선, 및 상기 제 1 전열선과 상기 제 2 전극을 전기적으로 연결하는 제 2 전열선을 포함하는 제 1 발열부; 및
    상기 제 1 전극과 전기적으로 연결된 제 3 전열선, 및 상기 제 3 전열선과 상기 제 2 전극을 전기적으로 연결하는 제 4 전열선을 포함하는 제 2 발열부를 포함하되,
    상기 제 1 전열선과 상기 제 3 전열선은 병렬 상태로 연결되고, 상기 제 2 전열선은 상기 제 4 전열선과 병렬 상태로 연결된 것을 특징으로 하는 온도 제어 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 전열선은 상호 간에 병렬 연결된 둘 이상의 전열선들로 이루어지며,
    상기 제 3 전열선은 상호 간에 병렬 연결된 둘 이상의 전열선들로 이루어진 것을 특징으로 하는 온도 제어 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 제 1 전극과 상기 제 1 전열선 사이에 위치되며, 상기 발열부의 온도가 가변 차단 온도에 도달하면, 상기 제 1 전극과 상기 제 1 전열선 사이의 전기적 연결을 차단하여 상기 제 3 전열선에만 전류가 인가되도록 하는 소비전력 가변 개폐 스위치; 및
    상기 제 1 전극과 상기 제 3 전열선 사이에 위치되며, 상기 발열부의 온도가 상기 설정 온도에 도달하면, 상기 제 1 전극과 상기 제 3 전열선 사이의 전기적 연결을 차단하여 상기 발열부의 온도가 상기 하한 온도까지 하강되도록 하며, 상기 발열부의 온도가 상기 하한 온도에 도달하면, 상기 제 1 전극과 상기 제 3 전열선을 전기적으로 재연결하여 상기 발열부의 온도가 상기 설정 온도까지 재상승되도록 하는 온도 제어 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 시스템.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 온도 제어 시스템은
    상기 제 1 및 3 전열선과 상기 제 2 및 4 전열선 사이에 위치하며, 상기 발열부의 온도가 과열 온도에 도달하면, 상기 제 1 및 3 전열선과 상기 제 2 및 4 전열선 사이의 전기적 연결을 차단하는 과열방지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 온도 제어 시스템은
    상기 설정 온도와 상기 하한 온도를 설정하는 온도설정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 시스템.
  15. 제 5 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 온도 제어 시스템은
    설정작동시간 이후에만 상기 소비전력 가변 개폐 스위치를 작동시키는 타이머를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 시스템.
  16. 제 5 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 온도 제어 시스템은
    설정종료시간 이후에 상기 소비전력 가변 개폐 스위치의 작동을 중단시키는 타이머를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 시스템.
  17. 발열부에 전류를 인가하여 발열시키는 온도 제어 방법에 있어서,
    (a) 상기 발열부에 전류를 인가하여 상기 설정 온도까지 상기 발열부의 온도를 상승시키는 단계;
    (b) 상기 발열부의 온도가 상기 설정 온도에 도달하면, 전류 인가를 중단하여 상기 발열부의 온도를 하한 온도까지 하강시키는 단계; 및
    (c) 상기 발열부의 온도가 상기 하한 온도까지 하강하면, 상기 발열부에 전류를 재인가하여 상기 설정 온도까지 상기 발열부의 온도를 재상승시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 (a) 단계 전에,
    발열부의 온도가 가변 차단 온도에 도달하면, PWM방식으로 제어된 전류가 상기 발열부에 인가되어 상기 설정 온도까지 상기 발열부의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 (c) 단계는
    PWM방식으로 제어된 전류가 상기 발열부에 재인가되어, 상기 설정 온도까지 상기 발열부의 온도를 재상승시키는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
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