KR20130000736A - 아크 및 스파크 검출이 가능한 온열기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 온열 장판에 흐르는 전류의 변화를 감지하여 전력 공급을 차단함으로써 스파크/아크로 인하여 발생하는 화재의 예방이 가능한 아크 및 스파크 검출이 가능한 온열기에 관한 것이다.
본 발명인 아크 및 스파크 검출이 가능한 온열기는 전원으로부터 전력을 공급받아 열 에너지를 출력하는 전기적 특성이 같은 한 쌍의 전열선; 상기 전력을 공급 및 차단하는 전원 제어부; 상기 전원 제어부로부터 인출되어 상기 한 쌍의 전열선 각각에 전기적으로 연결되고, 정상 상태에서 크기 및 위상이 상호 동일하고, 그리고 이상 상태에서 크기 또는 위상이 상호 다른 제1 전류 및 제2 전류가 각각 흐르는 한 쌍의 도선; 상기 정상 상태에서 상기 제1 전류 및 상기 제2 전류의 전류량 또는 위상차에 기반하여 유도되는 유도 기전력이 상쇄되고, 상기 이상 상태에서는 상기 제1 전류 및 상기 제2 전류의 전류량 또는 위상차에 기반하여 유도되는 유도기전력이 서로 다르므로 상쇄되지 않고 전압 또는 전류의 형태로 검출되도록 상기 한 쌍의 도선이 서로 반대방향으로 감겨있는 코일 권선부; 및 상기 이상 상태에서 상기 코일 권선부에 유도되는 기전력을 검출하고, 상기 전원 제어부에 상기 전력을 차단하기 위한 이상 신호 정보를 전달하는 이상 신호 검출부를 포함한다.

Description

아크 및 스파크 검출이 가능한 온열기{HEATING MACHINE FOR DETECTING ARKS AND SPARKS}
본 발명은 아크 및 스파크 검출이 가능한 온열기에 관한 것이다. 보다 상세하게는 온열 장판 또는 온열 매트 등과 같은 온열기에서 이상 신호를 검출하여 전원을 제어할 수 있는 아크 및 스파크 검출이 가능한 온열기에 관한 것이다.
온열 장판 또는 온열 매트와 같은 온열기는 주로 부분단선, 접속/접촉 불량 또는 사용자의 부주의에 의한 부분절단 등의 사유로 고장 및 화재가 날 수 있다. 이러한 고장 사유들은 미소하지만 전류가 감소되며 부분과열 및 스파크/아크가 발생하여 아크/노이즈가 포함된 전류 형태로 흐르는 공통적 특성을 갖는다. 그러나 전체적인 부하전류에 비하여 수십분의 1 또는 수백분의 1 이하의 매우 작은 변화이며, 전력에 포함된 유사한 노이즈와 사고로 발생한 노이즈의 구분이 어렵다.
스파크/아크의 검출을 위해 교류전원 전체를 L/C 필터링 한 후 변류기를 통한 감지도 가능하겠지만, 부하전류에 의하여 변류기가 포화되어 미세한 신호의 검출에는 어느 정도의 한계점이 있다.
또한, 일반적인 동선을 히터로 적용하는 경우 공급되는 전압과 전류의 변화를 이용하여 전압은 공급되나 전류가 흐르지 않는 순간이 있으면 고장으로 인식하도록 하는 방법도 있으나 굵기가 가는 동선을 이용한 발열체에서나 해당되고, 전면이 골고루 발열되는 일명 면상 발열체에서는 적용이 불가능하다.
온열 장판 또는 온열 매트의 화재는 표면 전체의 과열이 아닌 어느 일부분의 과열이 문제를 일으키며 주로 접속/접촉 불량에 의한 스파크/아크가 보온재 또는 인접한 가연 물질에 착화되는 것이며, 이 경우 전류가 증가하지 않고 오히려 감소되는 증상으로 안전장치(휴스, 바이메탈 스위치)가 작동하지 않는 특징이 있다.
또한, 온열 장판의 경우 발열체의 면적이 넓은 관계로 과열위치가 일정치 않아 온도센서에 의한 감지는 더욱이 불가능한 것이 현실이다. 특히, 면상 발열체의 경우 전원공급선과 카본히터의 접속은 서로 재질특성이 다른 관계로 접착력이 없는 불안전한 상태로 접촉되어 있으며, 따라서 물리적인 변형에 매우 취약하다. 운반 및 취급 중 꺾이거나 장기간 사용에 의한 열 변형 등에 매우 취약하며 일부분에서 스파크/아크가 발생하면 연속 또는 연쇄적으로 번지게 되는 특징으로 전기 화재 중의 일부분을 차지하여 문제점으로 되고 있다. 따라서, 온열 장판 또는 온열 매트 등에서 발생할 수 있는 스파크/아크와 같은 이상 신호를 감지하여 제어할 수 있는 온열기에 대한 연구 필요성이 있다.
본 발명은 온열 장판에 흐르는 전류의 변화를 감지하여 전력 공급을 차단함으로써 스파크/아크로 인하여 발생하는 화재의 예방이 가능한 아크 및 스파크 검출이 가능한 온열기를 제공한다.
또한, 공급전원에 포함된 노이즈와 구별하여 온열 장판에 흐르는 미세한 전류의 변화를 감지할 수 있는 아크 및 스파크 검출이 가능한 온열기를 제공한다.
또한, 온열 장판에 주로 사용되는 면상 발열체와 같이 면적이 넓고, 여러 가닥의 가는 도체를 이용한 발열체에 흐르는 미세 전류 변화를 감지할 수 있는 아크 및 스파크 검출이 가능한 온열기를 제공한다.
본 발명인 아크 및 스파크 검출이 가능한 온열기는 전원으로부터 전력을 공급받아 열 에너지를 출력하는 한 쌍의 전열선; 상기 전력을 공급 및 차단하는 전원 제어부; 상기 전원 제어부로부터 인출되어 상기 한 쌍의 전열선 각각에 전기적으로 연결되고, 정상 상태에서 크기 및 위상이 상호 동일하고, 그리고 이상 상태에서 크기 또는 위상이 상호 다른 제1 전류 및 제2 전류가 각각 흐르는 한 쌍의 도선; 상기 정상 상태에서는 상기 제1 전류 및 상기 제2 전류의 전류량 또는 위상차에 기반하여 유도되는 유도 기전력이 상쇄되고, 상기 이상 상태에서는 상기 제1 전류 및 제2 전류의 전류량 또는 위상차에 기반하여 유도되는 유도기전력이 상쇄되지 않고 전압 또는 전류의 형태로 검출되도록 상기 한 쌍의 도선이 서로 반대방향으로 감겨있는 코일 권선부; 및 상기 이상 상태에서 상기 코일 권선부에 유도되는 기전력을 검출하고, 상기 전원 제어부에 상기 전력을 차단하기 위한 이상 신호 정보를 전달하는 이상 신호 검출부를 포함한다.
상기 한 쌍의 전열선은 한 쌍의 발열체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 코일 권선부는 폐루프 형태의 철심과 상기 철심에 권선된 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명인 아크 및 스파크 검출이 가능한 온열기는 온열 장판에 흐르는 전류의 변화를 감지하여 전력 공급을 차단함으로써 스파크/아크로 인하여 발생하는 화재를 예방할 수 있다.
또한, 공급전원에 포함된 노이즈와 구별이 가능하여 온열 장판에 흐르는 미세한 전류의 변화를 감지할 수 있다.
또한, 온열 장판에 주로 사용되는 면상 발열체와 같이 면적이 넓고, 여러 가닥의 가는 도체를 이용한 발열체에 흐르는 미세 전류 변화를 감지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 아크 및 스파크 검출이 가능한 온열기에 대한 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 아크 및 스파크 검출이 가능한 온열기에 대한 등가회로를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 아크 및 스파크 검출이 가능한 온열기에 대한 도면, 및
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 아크 및 스파크 검출이 가능한 온열기에 대한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1, 3, 4는 본 발명의 일실시예에 따른 아크 및 스파크 검출이 가능한 온열기에 대한 도면이고, 도 2는 도 1, 3, 4에 대한 등가회로이다.
본 발명의 일실시예에 따른 아크 및 스파크 검출이 가능한 온열기는 전원으로부터 전력을 공급받아 열 에너지를 출력하는 한 쌍의 전열선(10); 전력을 공급 및 차단하는 전원 제어부(20); 전원 제어부(20)로부터 인출되어 한 쌍의 전열선(10) 각각에 전기적으로 연결되고, 정상 상태에서 크기 및 위상이 상호 동일하고, 그리고 이상 상태에서 크기 또는 위상이 상호 다른 제1 전류 및 제2 전류가 각각 흐르는 한 쌍의 도선(30); 정상 상태에서는 상기 제1 전류 및 상기 제2 전류의 전류량 또는 위상차에 기반하여 유도되는 유도 기전력이 상쇄되고, 이상 상태에서는 제1 전류 및 제2 전류의 건류량 또는 위상차에 기반하여 유도되는 유도기전력이 상쇄되지 않고 전압 또는 전류의 형태로 검출되도록 한 쌍의 도선(30)이 서로 반대방향으로 감겨있는 코일 권선부(40); 및 이상 상태에서 코일 권선부(40)에 유도되는 기전력을 검출하고, 전원 제어부(20)에 전력을 차단하기 위한 이상 신호 정보를 전달하는 이상 신호 검출부(50)를 포함한다.
전열선(10)은 전기에너지를 변환하여 열을 발생시키는 발열체이다. 전열선(10)에는 한 쌍의 도선(30)과 공통선(N)이 전기적으로 연결되며 도선과 공통선의 전위차로 인하여 열에너지를 발생시킨다. 한 쌍으로 된 전열선(10)에는 전원 제어부(20)로부터 인출된 한 쌍의 도선(30)이 전열선 가장자리의 공급선에 각각 전기적으로 연결되며, 단선으로 된 공통선(N)이 한 쌍의 전열선(10)의 중앙 공급선에 연결될 수 있다. 또한, 도 3에서 도시한 바와 같이 한 쌍의 도선(30)이 중앙 공급선에 전기적으로 연결되고, 한 쌍의 공통선(N)이 전열선 가장자리의 공급선에 각각 연결될 수도 있다. 전열선(10)은 열에너지가 고르게 분포할 수 있도록 면상 발열체 또는 일반적인 가는 동선으로 구성된 한 쌍의 발열체를 사용할 수 있다.
전원 제어부(20)에는 전원이 공급되며 이로부터 동일한 전위차를 갖는 한 쌍의 도선(30)과 공통선(N)이 인출된다. 전원 제어부(20)는 전열선(10)에 공급되는 전력을 차단 또는 공급하며 예를 들면, 릴레이 스위치를 이용하여 이러한 기능을 수행할 수 있다. 전원 제어부(20)는 정상 상태의 경우 전열선(10)에 전력을 공급하다가 이상 신호 검출부로부터 이상 신호 정보를 전달받으면 전열선(10)에 공급하는 전력을 차단한다.
한 쌍의 도선(30)은 한 쌍의 전열선(10)의 가장자리에 각각 전기적으로 연결되며 동일한 위상 및 동일한 크기의 제 1전류 및 제 2전류를 각각에 연결된 전열선(10)에 공급한다. 한 쌍의 도선(30)은 코일 권선부(40)에 각각 반대방향으로 들어가서 교차하여 나오며 동일한 횟수로 코일 권선부(40)에 감긴다. 따라서 정상 상태의 경우 제 1전류 및 제 2전류의 위상 및 크기가 동일하므로 코일 권선부(40)에 유도되는 유도 기전력은 서로 상쇄되므로 그 크기는 0이 된다. 그러나 어느 하나의 도선에 전류의 변화가 있을 경우 제 1전류와 제 2전류간의 위상 또는 크기의 차가 발생하게 되며 그 전류의 차는 코일 권선부(40)의 유도 기전력이 된다. 유도 기전력은 변류기와 같은 원리로 코일 권선부(40)에 인가되는 전압의 형태로 나타날 수 있다. 코일 권선부(40)에 나타나는 유도 기전력의 크기는 한 쌍의 도선(30)이 코일 권선부(40)에 감긴 횟수와 코일 권선부(40)에 감긴 코일의 권선수에 비례하여 나타난다. 코일 권선부(40)는 폐루프 형태의 철심과 철심에 권선된 코일을 포함 할 수 있다. 또한, 코일 권선부(40)의 폐루프 형태는 토로이달(Toroidal)형태가 바람직하다.
이상 신호 검출부(50)는 누설 전류로 인하여 코일 권선부에 유도 기전력이 발생하는 경우 이를 감지하여 전열선(10)으로 공급되는 전력을 차단하기 위하여 전원 제어부(20)에 이상 신호 정보를 전달한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
10: 전열선 20: 전원 제어부
30: 도선 40: 코일 권선부
50: 이상 신호 검출부

Claims (3)

  1. 전원으로부터 전력을 공급받아 열 에너지를 출력하는 한 쌍의 전열선;
    상기 전력을 공급 및 차단하는 전원 제어부;
    상기 전원 제어부로부터 인출되어 상기 한 쌍의 전열선 각각에 전기적으로 연결되고, 정상 상태에서는 크기 및 위상이 상호 동일하고, 이상 상태에서는 크기 또는 위상이 상호 다른 제1 전류 및 제2 전류가 각각 흐르는 한 쌍의 도선;
    상기 정상 상태에서 상기 제1 전류 및 상기 제2 전류에 기반하여 유도되는 유도 기전력이 상쇄되고, 상기 이상 상태에서는 상기 제1 전류 및 상기 제2 전류에 기반하여 유도되는 유도기전력이 상쇄되지 않고 전압 또는 전류의 형태로 검출되도록 상기 한 쌍의 도선이 서로 반대방향으로 감겨있는 코일 권선부; 및
    상기 이상 상태에서 상기 코일 권선부에 유도되는 기전력을 검출하고, 상기 전원 제어부에 상기 전력을 차단하기 위한 이상 신호 정보를 전달하는 이상 신호 검출부
    를 포함하는 아크 및 스파크 검출이 가능한 온열기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전열선은 한 쌍의 발열체를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 및 스파크 검출이 가능한 온열기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 코일 권선부는 폐루프 형태의 철심과 상기 철심에 권선된 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 및 스파크 검출이 가능한 온열기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102298503B1 (ko) * 2020-04-23 2021-09-06 주식회사 에스엠전자 발열체 전기사고 예방 가능이 있는 제어시스템
KR20210144232A (ko) * 2020-05-22 2021-11-30 주식회사 에스엠전자 발열체 통합 관리 시스템

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