KR20120119657A - 가상 접점을 이용한 무자계 전열선의 실드 접지 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기카펫, 전기매트, 전기요 등과 같은 전열침구류의 온도조절기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무자계 전열선의 전기장 차단을 위해 열선에서 발생하는 전자파를 차단하도록 열선 외측에 감기는 금속실드를 가정용 전원의 접지에 용이하게 연결시킬 수 있는 가상 접점을 이용한 무자계 전열선의 실드 접지 회로에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 전원부; 제1열선과, 상기 제1열선 상부를 감싸는 제1피복과, 상기 제1피복 상부에 권선되는 제2열선과, 상기 제2열선 상부를 감싸는 제2피복과, 상기 제2피복 상부를 감싸는 실드를 포함하는 전열선; 일단은 상기 전원부의 일단에 연결되고, 상기 열선들과 상기 실드에 연결되어 가상 접지를 형성하는 가상 접지부; 및 상기 전열선의 실드에 연결되는 공통접점과, 상기 가상 접지부의 타단에 연결되는 제1접점과, 상기 전원부의 타단에 연결되는 제2접점을 포함하여 조작에 따라 상기 제1접점과 제2접점을 스위칭하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가상 접점을 이용한 무자계 전열선의 실드 접지 회로{Circuit for grounding shield line of heating element using virtual electric contact}

본 발명은 전기카펫, 전기매트, 전기요 등과 같은 전열침구류의 온도조절기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무자계 전열선의 전기장 차단을 위해 열선에서 발생하는 전자파를 차단하도록 열선 외측에 감기는 금속실드를 가정용 전원의 접지에 용이하게 연결시킬 수 있는 가상 접점을 이용한 무자계 전열선의 실드 접지 회로에 관한 것이다.

인간의 숙면에는 온도와 습도 등의 침상 주변조건이 중요한 요건으로 작용하며, 일반 가정의 경우에 침상의 온도를 적정하게 유지하기 위하여 전기장판, 전기요, 전기 찜질기 등의 전열 침구류 등이 많이 사용되고 있다. 이러한 전열 침구류에는 내부에 전열선이 내장되어 있어서, 전열선에 전원을 공급하면 열을 발생하게 된다.

통상적으로 전열선은 2개의 열선이 이중으로 구성되고 상기 두 개의 열선은 상호 방대방향으로 전류가 흐르도록 구성되어, 상기 각 열선에서 발생되는 유도 자기장을 상쇄시키는 무자계 전열선이 사용된다.

그리고 상기 무자계 전열선의 온도를 스스로 감지하고 사용자가 설정한 온도와 비교하여 온도를 조절할 수 있으며, 전자파 및 유도 자기장을 차폐할 수 있도록 제1열선과 제2열선 사이에 절영용 함성수지 또는 NTC 써미스터를 삽입하고, 제1열선과 제2열선을 반대 방향으로 권선시키며, 그 외측에는 각종 차폐 수단이 구비된 전열선이 개발되고 있다. 특히, 제2열선의 외측에 감긴 금속실드를 사용하여, 외부로 누출되는 전기장이 전혀 없도록 차폐하는 무자계 열선들이 새로이 안출되고 있다.

이러한 전열선은 NTC 써미스터 등의 작동으로 별도의 온도 센서 없이도 온도를 검출하고 가열할 수 있기 때문에, 발열선이 고온으로 과열될 때 스스로 가열동작을 중단하면서 온도를 조절할 수 있게 된다. 다만, 인체에 밀접하게 접촉되며, 화재의 위험성이 항상 존재하므로 전열침구류에서는 전열시의 안전성이 무엇보다 중요하다. 따라서 전열침구류에는 온도를 조절하는 온도 조절기 이외에 전열선, 실드 또는 회로의 다른 부분에서 쇼트되는 경우 전원을 차단시키는 등의 안전장치를 추가로 구비하는 것이 바람직할 것이다.

구체적으로, 정온 용융 수지절연층이나 NTC 써미스터가 녹아 내리거나 파손되어 열선과 금속실드가 상호 단락되는 경우에는, 급격한 저항이 발생되며, 화재 또는 감전의 위험이 발생한다. 이때, 열선과 금속실드 사이의 절연상태를 감시하고, 비상시에는 전원을 신속히 차단하여 높은 저항이 발생한 상태로 전류가 통하는 것을 방지하기 위한 간단하고, 신속한 안정장치가 필요한 실정이다.

따라서 상기 전열선 내부의 금속실드는 발생된 전류 및 전자파를 접지로 흘려버리기 위해 외부의 접지 수단과 접속된다.

통상, 상기 접지 수단으로는 가정 내로 들어오는 가정전원을 이용할 수 있을 것이다. 우리나라 가정에 공급되는 전력은 단상2선식 또는 단상3선식으로 공급된다.

도 1은 A, B, N 3선의 전원 선을 통한 단상3선식의 전원회로이며, 도 2는 A, B 2선의 전원 선을 통한 단상2선식의 전원회로를 나타낸 것이다. 여기서 A, B 선은 핫라인이고, N선은 뉴트럴(Neutral)라인이며, A-B 사이에는 220V가 인가되고 A-N, N-B 사이에는 각각 110V가 인가된다. 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.

도 1의 회로의 경우, 수용가측에서 A-B선을 이용하여 220V 전원을 사용한다면, A, B 선이 모두 접지되어 있지 않은 상태의 전원선에 의해 220V가 공급되는 시스템이 된다. 도 2의 경우, B선을 통해 접지하지 않은 경우에도 이와 같다고 할 것이다. 전자파 차단을 위한 실드는 별도의 접지선을 인출하여 수도꼭지 등을 통해 그라운드시키는 방법을 사용할 수 있으나, 매번 사용 시마다 이러한 작업을 하는 것은 번거로운 일이 아닐 수 없다. 따라서 이것만으로는 전자파 차단수단을 제대로 사용하지 못하는 문제점이 있었다.

이를 개선하기 위해 실드와 같은 전자파 차단수단을 전원선 중 접지된 전원선에 연결하도록 플러그, 콘센트를 접속하는 방법을 사용할 수 있다. 즉 실드와 연결된 접지선을 도 2의 접지된 전원선 B에 연결되도록 전기기기의 플러그, 콘센트를 접속시키면, 접지된 전원선을 통해 전자파 차단 수단이 그라운드 처리되므로, 상기 문제점을 해소할 수 있게 된다. 그러나 일반 사용자가 매번 정확하게 플러그를 정확한 방향으로 콘센트에 꼽아 접지된 전원선을 맞추는 것은 사실상 불가능하다. 왜냐하면, 사용 교류전원을 사용하는 가정에서 플러그의 극성을 구분할 수 있는 수단이나 장치를 가지고 있지 않고 있기 때문이다. 이러한 문제점은 도 1과 같이 단상3선식에서 더 크게 발현된다.

따라서 사용자가 손쉽게 전자파 차단수단이 접지선에 제대로 접속되었는지를 판단할 수 있도록 하고, 이러한 판단에 따라 간편하게 전원 연결을 스위칭 할 수 있는 장치에 대한 필요성이 대두되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 무자계 전열선의 전기장 차단을 위해 열선에서 발생하는 전자파를 차단하도록 열선 외측에 감기는 금속실드를 가정용 전원의 접지에 용이하게 연결시킬 수 있는 무자계 전열선의 실드 접지 회로를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무자계 전열선의 실드 접지 회로는; 전원부; 제1열선과, 상기 제1열선 상부를 감싸는 제1피복과, 상기 제1피복 상부에 권선되는 제2열선과, 상기 제2열선 상부를 감싸는 제2피복과, 상기 제2피복 상부를 감싸는 실드를 포함하는 전열선; 일단은 상기 전원부의 일단에 연결되고, 상기 열선들과 상기 실드에 연결되어 가상 접지를 형성하는 가상 접지부; 및 상기 전열선의 실드에 연결되는 공통접점과, 상기 가상 접지부의 타단에 연결되는 제1접점과, 상기 전원부의 타단에 연결되는 제2접점을 포함하여 조작에 따라 상기 제1접점과 제2접점을 스위칭하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전원부는 단상3선식 또는 단상2선식 교류 전원부이고, 상기 전원부가 단상3선식일 때 상기 스위칭부의 공통접점과 제1접점을 연결하여 상기 가상 접지부와 상기 전열선 사이에 가상의 접점을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 가상 접지부는, 상기 열선들과 상기 실드 사이에 형성되는 등가 커패시터의 정전용량과 동일한 정전용량을 가지는 커패시터로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 가상 접지부는, 상기 열선들과 상기 실드 사이에 형성되는 등가 커패시터 정전용량과 동일한 정전용량을 가지는 가상접지 커패시터와, 상기 열선들과 상기 실드 사이에 형성되는 절연계수 저항값과 동일한 저항값을 가지는 가상접지 저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 사용자가 스위치를 이용하여 무자계 전열선의 전자파 누설을 차단하는 금속실드를 단상2선식 및 단상3선식의 교류 전원의 접지에 용이하게 접속시킬 수 있는 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 전열선 자체의 커패시턴스를 이용하여 전열선의 금속실드를 가상 접지점에 접지시키므로 회로의 구성을 단순화시킬 수 있고, 이로 인해 생산원가를 낮출 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 일반적인 단상3선식 전원 회로를 나타낸 도면이다.
도 2는 일반적인 단상2선식 전원 회로를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 가상 접점을 이용한 무자계 전열선 실드 접지 회로를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 가상 접점을 이용한 무자계 전열선 실드 접지 회로의 등가 회로도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 가상 접점을 이용한 무자계 전열선 실드 접지 회로도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 가상 접점을 이용한 무자계 전열선 실드 접지 회로의 등가 회로도이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가상 접점을 이용한 무자계 전열선의 실드 접지 회로의 구성 및 동작을 설명한다.

도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 가상 접점을 이용한 무자계 전열선 실드 접지 회로를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 가상 접점을 이용한 무자계 전열선 실드 접지 회로의 등가 회로도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 가상 접점을 이용한 무자계 전열선 실드 접지 회로는 전원부(20)와 온도 조절부(100)를 포함한다.

전원부(20)는 220V의 단상2선식 교류 전원부 또는 단상3선식 교류 전원부로서, 온도 조절부(100)로 교류 전원을 공급한다.

온도조절부(100)는 전열선(10)과 전력제어부(30)와 스위칭부(40)와 가상 접지부(50)를 포함한다.

전열선(10)은 중앙에 구성되는 심선(1)과 상기 심선(1) 외주면에 권선되는 제1열선(2)과, 상기 제1열선 상부를 감싸는 제1피복(3)과 상기 제1피복(3)의 외주면에 권선되는 제2열선(4)과, 상기 제2열선(4)의 상부를 감싸는 제2피복(5)과 상기 제2피복(6)의 외주면을 감싸는 실드(6)와 상기 실드(6)의 외주면을 감싸는 외피층(7)으로 구성된다. 특히, 상기 실드(6)는 외부로 누출되는 전기장이 없도록 누출되는 전기장을 접지로 바이패스시켜 전기장을 차단한다.

전력제어부(30)는 전열선(10)의 열선과 연결되어 상기 전원부(20)로부터 전원을 인가받아 상기 전열선(10)으로 제공되는 전력을 제어한다.

스위칭부(40)는 상기 전열선의 실드에 연결되는 공통접점(C)과, 상기 가상 접지부의 타단에 연결되는 제1접점(a)과, 상기 전원부의 타단에 연결되는 제2접점(b)을 포함하여 사용자 또는 전원부가 단상2선식인지 단상3선식인지를 식별하는 제어수단에 의해 전원부(20)가 단상2선식 교류 전원부일 경우와 단상3선식 교류전원부일 경우 실드(6)를 접지단에 접지시킨다. 특히, 전원부(20)가 단상 3선식 교류전원부여서 스위칭부(40)의 제1접점(a)과 실드(6)가 연결된 경우, 상기 가상 접지부(50)와 상기 실드(6)를 전기적으로 연결시킨다.

가상 접지부(50)는 전열선(10)의 열선들(2, 4)과 실드(6) 사이에 형성되는 가상 접지부(60)와 쌍으로 구성되어, 상기 스위칭부(40)의 스위칭에 의해 실드(6)와 연결되면 상기 가상 접지부(50)와 가상 접지부(60) 사이에 가상 접지를 형성하도록 한다. 상기 가상 접지부(60)는 열선들(2, 4)과 실드(6) 사이에 형성되는 전열선 커패시터(51)로 구성되고, 상기 가상 접지부(50)는 상기 전열선 커패시터(51)의 정전용량 값과 동일한 정전용량 값을 가지는 가상접지 커패시터(51)를 포함한다. 구체적으로 설명하면, 가상 접지부(50)와 가상 접지부(60)의 커패시터 정전용량 값을 동일하여 가상 접지부(50)와 가상 접지부(60) 사이에 220V의 교류전원이 인가되면 가상 접지부(50) 및 가상 접지부(60) 각각에 110V의 전압이 걸리게 되고 상기 가상 접지부(50)와 가상 접지부(60) 사이의 전압차가 0V가 되어 가상의 접지점을 형성하게 된다.

도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 가상 접점을 이용한 무자계 전열선 실드 접지 회로도이고, 도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 가상 접점을 이용한 무자계 전열선 실드 접지 회로의 등가 회로도이다.

본 발명의 제2실시 예에서는 전열선(10)의 열선들(2, 4)과 실드(6) 사이에 형성되는 전열선 저항의 전열계수 저항 값을 고려한 경우의 가상 접지점을 형성하기 위해 상기 가상 접점부(50)를 가상접지 커패시터(51)와 상기 가상접지 커패시터(51)와 병렬로 연결되는 가상접지 저항(52)으로 구성한다. 상기 가상접지 저항(52)의 저항 값은 상기 전열계수 저항 값과 동일한 값을 가져야 한다.

한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시 예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.

1: 심실 2: 제1열선
3: 제1피복 4: 제2열선
5: 제2피복 6: 실드
7: 외피층 10: 전열선
20: 전원부 30: 전력제어부
40: 스위칭부 50: 제1가상 접지부
51: 가상접지 커패시터 52: 가상접지 저항
60: 제2가상 접지부 61: 전열선 커패시터
62: 전열선 저항 100: 온도조절부

Claims (4)

1. 전원부;
   제1열선과, 상기 제1열선 상부를 감싸는 제1피복과, 상기 제1피복 상부에 권선되는 제2열선과, 상기 제2열선 상부를 감싸는 제2피복과, 상기 제2피복 상부를 감싸는 실드를 포함하는 전열선;
   일단은 상기 전원부의 일단에 연결되고, 상기 열선들과 상기 실드에 연결되어 가상 접지를 형성하는 가상 접지부; 및
   상기 전열선의 실드에 연결되는 공통접점과, 상기 가상 접지부의 타단에 연결되는 제1접점과, 상기 전원부의 타단에 연결되는 제2접점을 포함하여 조작에 따라 상기 제1접점과 제2접점을 스위칭하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 접점을 이용한 무자계 전열선의 실드 접지 회로.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 전원부는 단상3선식 또는 단상2선식 교류 전원부이고,
   상기 전원부가 단상3선식일 때 상기 스위칭부의 공통접점과 제1접점을 연결하여 상기 가상 접지부와 상기 전열선 사이에 가상의 접점을 형성하는 것을 특징으로 하는 가상 접점을 이용한 무자계 전열선의 실드 접지 회로.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 가상 접지부는, 상기 열선들과 상기 실드 사이에 형성되는 등가 커패시터의 정전용량과 동일한 정전용량을 가지는 커패시터로 구성되는 것을 특징으로 하는 가상 접점을 이용한 무자계 전열선의 실드 접지 회로.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 가상 접지부는,
   상기 열선들과 상기 실드 사이에 형성되는 등가 커패시터 정전용량과 동일한 정전용량을 가지는 가상접지 커패시터와,
   상기 열선들과 상기 실드 사이에 형성되는 절연계수 저항값과 동일한 저항값을 가지는 가상접지 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 접점을 이용한 무자계 전열선의 실드 접지 회로.

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