KR20160068491A - 헤어 아이론의 온도제어시스템 및 방법 - Google Patents

헤어 아이론의 온도제어시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

헤어 아이론의 온도제어시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 헤어 아이론의 온도제어시스템은, 모발에 열을 가하는 가열 로드에 마련되어 가열 로드를 가열시키는 PTC 히터; 가열 로드에 마련되어 가열 로드의 온도를 감지하는 온도 센서; 및 PTC 히터의 온도를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는 온도 센서에서 감지되는 신호를 기초로 목표 온도와 현재 온도의 차이를 균등하게 분할하여 목표 온도에 도달시키되 목표 온도에 접근하여 미소 온도 편차가 발생 되면 미소 온도 편차를 시간적으로 누적한 후 온도의 가변 범위를 다르게 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

헤어 아이론의 온도제어시스템 및 방법{TEMPERATURE CONTROL SYSTEM AND METHOD OF HAIR IRON}
본 발명은, 헤어 아이론의 온도제어시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 모발을 가열하는 가열 로드의 온도를 제어하는 헤어 아이론의 온도제어시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 피티씨(PTC: Positive Temperature Coefficient)(이하 'PTC'라고 함) 특성을 가지는 발열소자는 플라스틱 폴리머(Polymer)에 도전성 물질(예를 들면, 도전성 카본(Conductive Carbon))이 배합되어 반도체화 함으로써, 온도 상승에 따라 반도전성 전기 특성을 갖도록 구성된다.
여기서 PTC 특성이란 주위온도가 낮은 상태에서는 플라스틱 폴리머 분자가 수축되어 반도전성층(Semi Conductive Metrix)에 전류의 흐름(Current Path)이 많아져 발열량이 커지고, 주위온도가 높으면 플라스틱 폴리머 분자가 팽창하여 전류의 흐름이 적어져 발열량이 줄어든다.
상술한 바와 같은 PTC 특성을 가지는 발열소자로 이루어지는 정온 발열 히터는 발전소, 석유화학플랜트 등의 산업 플랜트 시설, 상수도배관, 소방용수용 배관, 빌딩 배관 등에 설치되어 배관이나 탱크의 동파 방지용 또는 일정 온도 유지용으로 널리 사용된다.
또한 일정 온도 이상에서 발열이 멈추어질 필요가 있는 퍼머기, 전기온돌침대 등의 발열장치에 널리 사용되고 있다.
이중 퍼머용 로드에 사용되는 PTC 히터의 온도 제어에 있어 단순한 온(on) 또는 오프(off) 제어의 경우 마이콤(MCU, Micro Controller Unit)의 제어 조작량은 0%(off)와 100%(on) 사이를 반복하므로 조작량의 변화가 너무 크다.
또한 이 경우 실제로 목표 값에 대해 지나치게 반복하기 때문에 목표 값의 부근에서 온도 변화량이 많은 제어로 이루어지고 있고, 목표 값에 도달하는 데 시간이 오래 걸리는 단점이 있어 이에 대한 개선책이 요구된다.
한국특허공개공보 제2006-0018457호(카오스 주식회사) 2006. 03. 02
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 모발을 가열시키는 가열 로드의 목표 온도 값 부근에서 온도 변화량이 적고, 목표 온도 값에 도달하는 시간을 단축할 수 있는 헤어 아이론의 온도제어시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 모발에 열을 가하는 가열 로드에 마련되어 상기 가열 로드를 가열시키는 PTC 히터; 상기 가열 로드에 마련되어 상기 가열 로드의 온도를 감지하는 온도 센서; 및 상기 PTC 히터의 온도를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 온도 센서에서 감지되는 신호를 기초로 목표 온도와 현재 온도의 차이를 균등하게 분할하여 상기 목표 온도에 도달시키되 상기 목표 온도에 접근하여 미소 온도 편차가 발생 되면 상기 미소 온도 편차를 시간적으로 누적한 후 온도의 가변 범위를 다르게 제어하는 것을 특징으로 하는 헤어 아이론의 온도제어시스템이 제공될 수 있다.
상기 제어부는 상기 미소 온도 편차가 발생 되면 온도의 가변 범위를 증가시켜 상기 미소 온도 편차를 제거할 수 있다.
상기 헤어 아이론의 전원은 전원 버튼을 누른 후 일정 시간이 경과 되어야 온(on) 또는 오프 (off) 될 수 있다.
상기 헤어 아이론의 전원이 온(on) 된 상태에서 온도 조절 버튼을 일정 시간 눌러야 상기 헤어 아이론의 온도를 조절할 수 있다.
상기 헤어 아이론은 마지막 설정 온도가 저장되어 재사용 시 자동으로 이전 사용 온도로 설정되어 작동될 수 있다.
상기 제어부는 상기 헤어 아이론의 자동 안전 모드 시 발광 소자를 세팅된 온도 범위에서 순차적으로 점등시킬 수 있다.
상기 발광 소자의 점등은 일정 시간 동안 반복될 수 있다.
상기 발광 소자의 일정 시간 반복이 이루어지는 시간 동안에 버튼의 작동이 없으면 상기 발광 소자의 점등은 오프(off) 될 수 있다.
상기 자동 안전 모드 중간이라도 버튼을 일정 시간 이상 누르면 이전 사용 온도로 자동 복귀될 수 있다.
상기 헤어 아이론의 전원을 온(on) 후 일정 시간이 지나면 안전 또는 절전을 위해 상기 PTC 히터의 전원은 오프(off) 될 수 있다.
또한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 온도 센서에서 감지되는 신호를 기초로 가열 로드의 목표 온도와 현재 온도의 차이를 균등하게 분할하여 상기 목표 온도에 도달시키되 상기 목표 온도에 접근하여 미소 온도 편차가 발생 되면 온도의 가변 범위를 다르게 제어하는 것을 특징으로 하는 헤어 아이론의 온도제어방법이 제공될 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 모발에 열을 가하는 가열 로드에 마련되어 상기 가열 로드를 가열시키는 히터; 상기 가열 로드에 마련되어 상기 가열 로드의 온도를 감지하는 온도 센서; 및 상기 히터의 온도를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 온도 센서에서 감지되는 신호를 기초로 목표 온도와 현재 온도의 차이를 균등하게 분할하여 상기 목표 온도에 도달시키되 상기 목표 온도에 접근하여 미소 온도 편차가 발생 되면 상기 미소 온도 편차를 시간적으로 누적한 후 온도의 가변 범위를 다르게 제어하는 것을 특징으로 하는 헤어 아이론의 온도제어시스템이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 가열 로드의 목표 온도와 현재 온도의 차이를 균등하게 분할하여 목표 온도에 도달시키되 목표 온도에 접근하여 미소 온도 편차가 발생 되면 미소 온도 편차를 시간적으로 누적한 후 온도의 가변 범위를 다르게 제어함으로써 목표 온도 값 부근에서 온도의 변화량을 줄일 수 있고, 목표 온도 값에 도달하는 시간을 단축할 수 있다.
또한 본 실시 예의 초기 생산 시 미세 온도를 조정할 필요가 없으므로 초기 온도 세팅에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어 아이론의 온도제어시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 PTC 히터의 시간에 따른 온도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 실시 예에서 목표 온도 값에 근접한 온도에서 미소 온도 편차를 제거하기 위해 온도의 가변 범위를 제어한 것을 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 4는 본 실시 예가 적용될 수 있는 헤어 아이론의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 헤어 아이론의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 실시 예의 온도 제어 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어 아이론의 온도제어시스템을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 2는 PTC 히터의 시간에 따른 온도 특성을 나타낸 그래프이고, 도 3은 본 실시 예에서 목표 온도 값에 근접한 온도에서 미소 온도 편차를 제거하기 위해 온도의 가변 범위를 제어한 것을 개략적으로 도시한 그래프이고, 도 4는 본 실시 예가 적용될 수 있는 헤어 아이론의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 헤어 아이론의 개략적인 단면도이고, 도 6은 본 실시 예의 온도 제어 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 헤어 아이론의 온도제어시스템(1)은, 모발에 열을 가하는 가열 로드(120)에 마련되어 가열 로드(120)를 가열시키는 PTC 히터(10)와, 가열 로드(120)에 마련되어 가열 로드(120)의 온도를 감지하는 온도 센서(20)와, PTC 히터(10)의 온도를 제어하는 제어부(30)와, 헤어 아이론(100)의 본체(110)에 마련되는 온도 표시부(40)와, 헤어 아이론(100)의 본체(110)에 마련되는 전원 버튼(50) 및 온도 조절 버튼(60)과, 음성을 출력하는 음성 출력부(70)를 구비한다.
PTC 히터(10)는, 도 4 및 도 5에 도시된 가열 로드(120)의 내부에 마련되며, 제어부(30)의 제어의 의해 미리 설정된 온도 범위 내에서 가열 로드(120)를 가열하는 역할을 한다.
일반적으로 PTC 히터는, 도 2에 도시된 바와 같이, 히터의 작동 시간에 비례하여 온도가 상승하다가 특정 온도에 도달하면 저항이 무한대로 되어 더 이상 온도가 상승 되지 않는 특성이 있다. 즉 PTC 히터는 전원 인가 후 짧은 시간 내에 온도가 급상승 하는 특성이 있기 때문에 미소 온도 제어가 힘든 특성이 있다.
또한 종래에는 PTC 히터(10)의 온도 제어를 마이컴(Micro Controller Unit)에서 단순히 온(on)/오프(off)로 제어한다. 이 경우 마이컴의 제어 조작량은 0%(off)와 100%(on) 사이를 반복하여 조작량의 변화가 너무 크기 때문에 목표 값 부근에서 변화폭이 큰 제어방식으로 되고 있다.
나아가 종래의 PTC 히터(10) 제어 방법은 목표 온도에 도달하는 데 시간이 많이 걸리고, 과열에 취약한 단점이 있다.
본 출원인은 이러한 문제점을 인식하고 후술하는 제어부(30)에서 PTC 히터(10)의 제어 조작량을 목표 온도 값과 현재 온도 값의 차이에 비례한 크기가 되도록 제어한다. 즉, 목표 온도 값과 현재 온도 값을 균등한 비율로 분할한 후 제어하는 방법으로 1차적으로 제어할 수 있다.
전술한 제어에 의해 목표 온도 값에 접근하면 조작량 즉 온도 폭이 너무 작아져 더 이상 미세하게 제어할 수 없는 상태가 발생한다. 이렇게 되면 목표 온도 값에 가까워 지지만 아무리 시간이 지나도 제어량과 일치하지 않아 미소 온도 편차가 발생 된다.
이 경우 미소 온도 편차를 시간적으로 분할하는 데 한계가 있다. 따라서 제어부(30)에서 미소 온도 편차를 시간으로 누적한 후 인위적으로 온(on)/오프(off) 시켜 온도의 가변 범위를 변경함으로써 미소 온도 편차를 제거할 수 있다.
그리고 본 실시 예에서 PTC 히터(10)는 도 5에 도시된 가열 로드(120)의 히터 고정부(121)에 마련될 수 있다. 본 실시 예에서 히터 고정부(121)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 가열 로드(120)의 몸체에서 일체로 한 쌍이 판 형상으로 연장되어 마련될 수 있다.
온도 센서(20)는, 도 4 및 도 5에 도시된 가열 로드(120)의 내부에 마련되어 가열 로드(120)의 온도를 감지하고, 온도 센서(20)에서 감지된 온도는 신호로 변환되어 제어부(30)로 전달된다.
본 실시 예에서 온도 센서(20)는 도 5에 도시된 가열 로드(120)의 온도 센서 고정부(122)에 끼움 결합 방식으로 결합 될 수 있다. 본 실시 예에서 온도 센서 고정부(122)는 PTC 히터(10)가 결합 되는 히터 고정부(121)에 근접되도록, 도 5에 도시된 바와 같이, 마련될 수 있다.
한편 본 실시 예에서 온도 센서(20)는 가열 로드(120)의 온도를 정확히 측정하기 위해 고정밀 온도 센서를 사용할 수 있다.
제어부(30)는, 헤어 아이론(100)의 본체(110) 내부에 마련되어 온도 센서(20)에서 감지되는 온도를 기초로 PTC 히터(10)의 가열 온도를 제어하며, 마이컴(Micro Controller Unit)을 포함한다.
본 실시 예에서 제어부(30)는 전술한 바와 같이 PTC 히터(10)를 목표 온도 값 부근에서 온도 변화량이 적도록 제어하고, 목표 온도 값에 빠른 시간에 도달하도록 제어할 수 있다.
구체적으로 제어부(30)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 목표 온도와 현재 온도의 차를 균등한 크기로 분할하여 조작량을 제어할 수 있다. 즉 비례적인 개념으로 온(on)/오프(off) 동작을 최소한 0.01초, 0.02초 등으로 쪼개서 한다. 따라서 목표 온도에 큰 온도 변화없이 도달하므로 종래와 같이 목표 온도 부근에서 온도 변화량이 적음을 알 수 있다.
이 경우 제어량이 목표 온도 값에 접근하면, 도 3의 좌측 확대도에 도시된 바와 같이, 기울기의 폭이 좁아져 조작량이 너무 작아지고 더 이상 미세하게 제어할 수 없는 상태가 된다. 이렇게 되면 목표 온도 값에 가까워지지만 시간이 지나도 제어량과 완전히 일치하지 않은 상태가 되어 미소 편차가 발생 된다.
본 실시 예는 이러한 미소 편차를 제어부(30)에서 시간적으로 누적한 후 조작량을 증가하여 편차를 없앨 수 있다. 즉 제어부(30)에서 인위적으로 온/오프 시켜, 도 3의 우측 확대도에 도시된 바와 같이, 온도의 가변 범위를 증가할 수 있다.
그리고 본 실시예는 제어 응답 속도를 제어부(30)에서 제어하여 확실히 목표 값에 도달하게 할 수도 있다. 이때 시간이 크면 젖은 모발과 같은 외란(disturbance)이 있을 때의 응답 성능이 나빠져 신속하게 반응을 할 수 없고, 즉시 원래의 목표 값으로 돌아갈 수 없는 문제점이 있다.
본 실시 예는 온도 센서(20)에서 감지되는 온도를 기초로 급격히 일어나는 외란에 대한 편차를 제어부(30)에서 인식하고, 전회 편차의 차가 큰 경우에는 조작량을 많게 하여 목표 값에 최대한 근접하게 제어할 수도 있다.
한편 본 실시 예에서 제어부(30)는 사용자가 사용한 마지막 설정 온도를 저장하여 재사용 시 자동으로 이전 사용 온도로 설정되어 동작 되도록 할 수 있다.
또한 제어부(30)는 전원 온(on) 후 일정 시간, 예를 들어 2시간이 지나면 안전 및 절전을 위해 자동으로 PTC 히터(10)를 오프(off) 할 수 있다.
나아가 제어부(30)는 일정 시간 예를 들어 2시간이 지나 자동 안전 모드(auto sleep mode)가 되면 본체(110)에 마련된 복수의 발광 소자가 일정 시간 동안 순차적으로 점등되어 온도 표시부(40)에 표시된 온도 눈금에 조사될 수 있다.
본 실시 예에서 온도 표시부(40)에 표시되는 눈금은 예를 들어 130에서 200℃까지 10℃ 단위로 나눠질 수 있고, 발광 소자의 점등은 일정 시간 예를 들어 30분 동안 반복적으로 이루어질 수 있다.
이러한 발광 소자의 반복 점등은 자동 안전 모드가 되었음을 알리는 동시에 가열 로드(120)의 표면 온도가 아직 높아 화상 및 기타 위험에 대비하도록 하기 위함이다.
본 실시 예는 발광 소자의 반복 동작이 이루어지는 시간 동안에 전원 버튼(50)이나 온도 조절 버튼(60)의 입력이 없으면 제어부(30)에서 발광 소자를 자동으로 오프(off) 할 수 있다.
또한 본 실시 예는 전원이 온(on) 된 상태에서 온도 조절 버튼(60)을 일정 시간 눌러야 PTC 히터(10) 온도를 조절할 수 있도록 제어될 수 있다. 이는 본 실시 예의 사용 중 의도하지 않게 온도 조절 버튼(60)이 눌러져 온도가 변경되는 것을 방지하기 위해서다.그리고 본 실시 예는 자동 안전 모드 중간이라도 전원 버튼(50)을 일정 시간 예를 들어 1초 이상 누르면 이전 사용 온도로 자동 복귀되어 정상 작동될 수 있다.
또한 본 실시 예는 전원이 온(on) 된 후 일정 시간 예를 들어 2시간이 지나기 전에 온도 설정 버튼을 누르면 시간이 다시 리셋(reset) 될 수 있다.
나아가 본 실시 예는 음성 출력부(70)를 통해 위험에 대한 일정 경고음이나 사운드를 출력할 수도 있다.
전술한 본 실시예의 PTC 히터 제어 방법은 세라믹 히터, 코일 히터, 필름 히터 등 공지된 다른 히터에도 적용될 수 있다.
이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시 예는 가열 로드의 목표 온도와 현재 온도의 차이를 균등하게 분할하여 목표 온도에 도달시키되 목표 온도에 접근하여 미소 온도 편차가 발생 되면 미소 온도 편차를 시간적으로 누적한 후 온도의 가변 범위를 다르게 제어함으로써 목표 온도 값 부근에서 온도의 변화량을 줄일 수 있고, 목표 온도 값에 도달하는 시간을 단축할 수 있다.
또한 본 실시 예의 초기 생산 시 미세 온도를 조정할 필요가 없으므로 초기 온도 세팅에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
1 : 헤어 아이론의 온도제어시스템
10 : PTC 히터 20 : 온도 센서
30 : 제어부 40 : 온도 표시부
50 : 전원 버튼 60 : 온도 조절 버튼
70 : 음성 출력부 100 : 헤어 아이론
110 : 본체 120 : 가열 로드
121 : 히터 고정부 122 : 온도 센서 고정부

Claims (12)

  1. 모발에 열을 가하는 가열 로드에 마련되어 상기 가열 로드를 가열시키는 PTC 히터;
    상기 가열 로드에 마련되어 상기 가열 로드의 온도를 감지하는 온도 센서; 및
    상기 PTC 히터의 온도를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 온도 센서에서 감지되는 신호를 기초로 목표 온도와 현재 온도의 차이를 균등하게 분할하여 상기 목표 온도에 도달시키되 상기 목표 온도에 접근하여 미소 온도 편차가 발생 되면 상기 미소 온도 편차를 시간적으로 누적한 후 온도의 가변 범위를 다르게 제어하는 것을 특징으로 하는 헤어 아이론의 온도제어시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 상기 미소 온도 편차가 발생 되면 온도의 가변 범위를 증가시켜 상기 미소 온도 편차를 없애는 것을 특징으로 하는 헤어 아이론의 온도제어시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 헤어 아이론의 전원은 전원 버튼을 누른 후 일정 시간이 경과 되어야 온(on) 또는 오프 (off)되는 것을 특징으로 하는 헤어 아이론의 온도제어시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 헤어 아이론의 전원이 온(on) 된 상태에서 온도 조절 버튼을 일정 시간 눌러야 상기 헤어 아이론의 온도를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 헤어 아이론의 온도제어시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 헤어 아이론은 마지막 설정 온도가 저장되어 재사용 시 자동으로 이전 사용 온도로 설정되어 작동되는 것을 특징으로 하는 헤어 아이론의 온도제어시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 상기 헤어 아이론의 자동 안전 모드 시 발광 소자를 세팅된 온도 범위에서 순차적으로 점등시키는 것을 특징으로 하는 헤어 아이론의 온도제어시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 발광 소자의 점등은 일정 시간 동안 반복되는 것을 특징으로 하는 헤어 아이론의 온도제어시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 발광 소자의 일정 시간 반복이 이루어지는 시간 동안에 버튼의 작동이 없으면 상기 발광 소자의 점등은 오프(off) 되는 것을 특징으로 하는 헤어 아이론의 온도제어시스템.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 자동 안전 모드 중간이라도 버튼을 일정 시간 이상 누르면 이전 사용 온도로 자동 복귀되는 것을 특징으로 하는 헤어 아이론의 온도제어시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 헤어 아이론의 전원을 온(on) 후 일정 시간이 지나면 안전 또는 절전을 위해 상기 PTC 히터의 전원은 오프(off) 되는 것을 특징으로 하는 헤어 아이론의 온도제어시스템.
  11. 온도 센서에서 감지되는 신호를 기초로 가열 로드의 목표 온도와 현재 온도의 차이를 균등하게 분할하여 상기 목표 온도에 도달시키되 상기 목표 온도에 접근하여 미소 온도 편차가 발생 되면 온도의 가변 범위를 다르게 제어하는 것을 특징으로 하는 헤어 아이론의 온도제어방법.
  12. 모발에 열을 가하는 가열 로드에 마련되어 상기 가열 로드를 가열시키는 히터;
    상기 가열 로드에 마련되어 상기 가열 로드의 온도를 감지하는 온도 센서; 및
    상기 히터의 온도를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 온도 센서에서 감지되는 신호를 기초로 목표 온도와 현재 온도의 차이를 균등하게 분할하여 상기 목표 온도에 도달시키되 상기 목표 온도에 접근하여 미소 온도 편차가 발생 되면 상기 미소 온도 편차를 시간적으로 누적한 후 온도의 가변 범위를 다르게 제어하는 것을 특징으로 하는 헤어 아이론의 온도제어시스템.
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