KR20180003117U - 전열 매트의 온도제어장치 - Google Patents

전열 매트의 온도제어장치 Download PDF

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KR20180003117U
KR20180003117U KR2020170002032U KR20170002032U KR20180003117U KR 20180003117 U KR20180003117 U KR 20180003117U KR 2020170002032 U KR2020170002032 U KR 2020170002032U KR 20170002032 U KR20170002032 U KR 20170002032U KR 20180003117 U KR20180003117 U KR 20180003117U
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김민자
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박민수
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Abstract

본 고안의 일측면에 따르면, 전열매트에 배선되어 전류가 흐르면 열을 발생시키는 발열선의 전류 및 전열매트의 온도를 제어하는 온도제어장치에 있어서, 상기 온도제어장치는, AC 전원의 일측 단자(AC1)에 직렬로 연결된 전류퓨즈(F1)을 거쳐서 상기 전열매트의 내부에 장착되는 제1 바이메탈 온도스위치(b11)와 제2 바이메탈 온도 스위치(b12)가 직렬로 접속되고, 상기 제2 바이메탈 온도 스위치(b12)에 상기 발열선(L11)의 일측단자가 직렬로 접속되며, 상기 발열선(L11)의 타측단자는 1/2단 선택단자(T3)와 연결된 제1 다이오드(D11)의 타측 단자 및 고온선택단자(T4)에 각각 접속되며, 상기 AC 전원의 타측 단자(AC1)에는 셀렉터 스위치(SW1)의 일측 단자가 연결되며, 상기 셀렉터 스위치(SW1)의 타측 접점은 회로가 연결되지 않은 off단자(T1), 상기 1/2단 선택단자(T3) 및 고온선택단자(T4)가 선택적으로 연결되도록 회로가 구성되고, 상기 제1 바이메탈 온도스위치(b11)의 양측단은 바이패스 다이오드(D21)가 병렬로 접속되는 것을 특징으로 한다.

Description

전열 매트의 온도제어장치{Temperature control device for electric heating mat}
본 고안은 전열 매트의 온도를 제어하는 온도제어장치에 관한 기술이다.
전열 매트는 열선을 이용하여 매트의 온도를 일정 온도로 유지하기 위하여 전기 저항이 큰 전선으로 전류를 흘려보내면 열이 발생하게 되는데, 이를 장판이나 방석 및 소파용 매트 등에 적용한 것이다.
전기방석과 같은 소형 난방기기는 본체의 내부에는 발열선과 온도과승방지 장치인 바이메탈을 사용하게 되며 본체와 접속기를 통하여 연결되는 온도조절기 내부에는 셀렉터 스위치를 사용하여 저온과 고온으로 온도를 선택하는 간단한 구조로 이루어져 있다.
전기방석의 경우, 셀렉터 스위치와 바이메탈 온도 스위치를 사용하여 발열선의 발열량을 제어하는 방식이 많이 사용되고 있다.
일반적으로 사용되는 전기방석의 크기는 450mm×450mm 정도이며 사용되는 발열선의 길이는 2.5m, 소비전력은 15W 정도를 가장 많이 사용하고 있다.
전기방석용 온도조절기에는 전원꺼짐-저온-고온의 3단 스위치를 사용하게 되는데 스위치를 꺼짐에 위치하면 전원이 차단되고 저온에 위치하면 발열선의 일부만 전력이 공급되어 전체소비전력 15W의 절반인 7.5W의 소비전력이 발생하고 고온에 위치하면 발열선 전체에 전력이 공급되어 15W의 소비전력이 발생하게 된다.
도 1은 종래의 전기방석을 위한 온도제어장치 회로의 일 예를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 전기방석 본체 내부에는 AC 전원의 일측 단자(AC1)에 바이메탈 온도스위치(b1)가 직렬로 접속되고 상기 바이메탈 온도스위치(b1)에 제1 발열선(L1) 및 제2 발열선(L2)의 일측 단자가 연결되고 상기 제1 발열선(L1) 및 제2 발열선(L2)의 타측 단자는 각각 셀렉터 스위치(SW1)의 1단 저온 단자 및 2단 고온단자에 접속되며, 셀렉터 스위치의 타측 단은 AC전원의 타측 단자(AC2)와 연결된다.
도 1을 참조하면, 셀렉터 스위치(SW1)의 off 위치에서는 전원공급이 차단되어 전기방석은 OFF 상태가 되어 발열이 중지된다.
셀렉터 스위치(SW1)를 1단 위치에 작동시키면, 제1 발열선(L1)에만 전원이 공급되어 7.5W의 소비전력이 발생되며, 셀렉터 스위치(SW1)를 2단 위치에 작동시키면, 제1 발열선(L1)과 제2 발열선(L2)에 전원이 공급되어 15W의 소비전력이 발생된다.
종래의 온도제어장치에서는 발열선에서 발생되는 열량이 일정온도를 초과하면 온도 과승 방지장치인 바이메탈 온도스위치(b1)가 동작하여 전원을 차단함으로써, 설정온도 이상의 과열을 방지하게 된다.
이러한 방식에서는 소비전력에 따라 다르지만 주위온도상태에 따라 천천히 또는 빠르게 상승하면서 포화상태가 되기도 하고 계속 상승하기를 반복하게 된다.
도 2는 도 1의 온도제어장치를 적용한 종래의 전기방석에서 저온선택에 대한 발열선 및 방석 표면의 온도변화를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 2단에 SW1을 위치하게 되면, 전원 AC1-전류퓨즈 F1 - 바이메탈 온도스위치(b1) - 발열선(L1) - 셀렉터 SW1, 1단접점 - 전원 AC2의 순으로 전류가 흐르게 된다.
이렇게 저온을 선택하는 경우 발열선(L1)에 전원이 공급되므로 시간의 경과에 따라 발열선의 온도는 천천히 상승을 하게 되며 표면온도는 방석의 재질 및 두께에 따라 다르지만 대개 발열선과 표면의 온도는 약 15℃에서 25℃의 편차를 두고 상승을 하게 된다.
도 2를 참조하면, 발열선의 온도는 약 64℃, 표면온도는 약 45℃도에서 온도가 더 이상 상승하지 않고 포화상태가 되는 것을 알 수 있다.
이것은 발열선의 온도가 무한정 상승하는 것이 아니고 주위온도와 발열선을 감싸고 있는 재질의 종류에 따라 바닥이나 외부 공기층으로 열전도가 되기 때문으로 분석된다.
그래서 발열되는 열량과 주위로 전도되는 열량이 서로 균형이 이루어지면 온도는 포화상태가 된다.
도 3은 도 1의 온도제어장치를 적용한 종래의 전기방석에서 고온선택에 대한 발열선과 표면의 온도변화를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 2단에 SW1을 위치하게 되면, 전원 AC1- 전류퓨즈(F1) - 바이메탈 온도스위치(b1) - 제1, 2발열선(L1, L2) - 셀렉터 SW1, 2단접점 - 전원 AC2의 순으로 전류가 흐르게 된다.
2단에 위치하면 제1, 2발열선(L1, L2)에 모두 전원이 공급되므로 저온의 2배인 15W의 전력이 소비되어 발열선과 표면의 온도는 급속하게 상승을 하게 된다.
발열선의 온도가 상승되어 바이메탈의 동작 온도까지 도달하면 전원이 차단되며 전원이 차단되면 방석의 온도는 점차 식으면서 바이메탈의 복귀온도까지 내려가게 된다.
복귀온도가 되면 다시 바이메탈 온도스위치(b1)가 on 동작이 되고 제1, 2발열선(L1, L2)에는 전원공급이 이루어지게 되는 과정을 반복하게 된다.
이러한 기존의 전기방석의 동작 구조에서는, 저온단자에 위치한 경우에는 특별한 문제가 없으나 고온 단자에 SW1을 위치하게 되면, 전원공급 - 바이메탈 동작 -전원끊김 - 바이메탈 복귀 - 전원공급 - 바이메탈 동작 - 전원끊김의 순으로 반복이 되면서 발열선과 표면온도는 일정하지 않고 상승과 하강을 반복하면서 표면온도는 13℃도 이상의 편차가 발생하게 된다.
즉, 셀렉터 스위치(SW1)가 저온 단자에 위치하면 느리게 온도가 상승을 하게 되고 바이메탈 온도스위치가 동작할 만큼 온도 상승이 이루어 지지 않으며, 고온 단자에 위치하면 온도는 빨리 상승하지만 바이메탈의 동작으로 인하여 표면온도는 일정하게 유지가 되지 않고 약 13℃의 편차가 발생을 하게 되어 표면온도가 일정하게 유지가 되지 않는 단점이 있다.
그래서 사용자는 고온에 설정 후 어느 정도 시간이 경과를 하면 SW1을 다시 저온에 설정을 하는 불편함이 존재하게 된다.
본 고안 기술에 대한 배경기술은 대한민국 공개특허공보 KR2010-0120885호에 게시된 바 있다.
본 고안은 바이메탈 온도스위치를 이용하여 온도를 제어하는 전열 매트에 있어서, 바이메탈 온도스위치의 동작에 따른 온도편차를 줄이고, 경제적으로 온도 설정범위를 넓일 수 있는 전열 매트의 온도제어장치를 제공하는 것이다.
본 고안은 또 다른 목적은 2개의 바이메탈 온도스위치를 이용하여 안전하고 일정한 온도를 유지할 수 있는 경제적인 전열 매트의 온도제어장치를 제공하는 것이다.
본 고안의 목적은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 고안의 일측면에 따르면, 전열 매트에 배선되어 전류가 흐르면 열을 발생시키는 발열선의 전류 및 전열 매트의 온도를 제어하는 온도제어장치에 있어서, 상기 온도제어장치는, AC 전원의 일측 단자(AC1)에 직렬로 연결된 전류퓨즈(F1)을 거쳐서 상기 전열 매트의 내부에 장착되는 제1 바이메탈 온도스위치(b11)와 제2 바이메탈 온도 스위치(b12)가 직렬로 접속되고, 상기 제2 바이메탈 온도 스위치(b12)에 상기 발열선(L11)의 일측단자가 직렬로 접속되며, 상기 발열선(L11)의 타측단자는 1/2단 선택단자(T3)와 연결된 제1 다이오드(D11)의 타측 단자 및 고온선택단자(T4)에 각각 접속되며, 상기 AC 전원의 타측 단자(AC1)에는 셀렉터 스위치(SW1)의 일측 단자가 연결되며, 상기 셀렉터 스위치(SW1)의 타측 접점은 회로가 연결되지 않은 off단자(T1), 상기 1/2단 선택단자(T3) 및 고온선택단자(T4)가 선택적으로 연결되도록 회로가 구성되고, 상기 제1 바이메탈 온도스위치(b11)의 양측단은 바이패스 다이오드(D21)가 병렬로 접속되는 것을 특징으로 한다.
본 고안의 또 다른 측면에 따르면, 전열 매트에 배선되어 전류가 흐르면 열을 발생시키는 발열선의 전류 및 전열 매트의 온도를 제어하는 온도제어장치에 있어서, 상기 온도제어장치는, AC 전원의 일측 단자(AC1)에 직렬로 연결된 전류퓨즈(F1)을 거쳐서 상기 전열 매트의 내부에 장착되는 제1 바이메탈 온도스위치(b11)와 제2 바이메탈 온도 스위치(b12)가 직렬로 접속되고, 상기 제2 바이메탈 온도 스위치(b12)에 상기 발열선(L11)의 일측단자가 직렬로 접속되며, 상기 발열선(L11)의 타측단자는 1/2단 선택단자(T3)와 연결된 제1 다이오드(D11)의 타측 단자 및 고온선택단자(T4)에 각각 접속되며, 상기 AC 전원의 타측 단자(AC1)에는 셀렉터 스위치(SW1)의 일측 단자가 연결되며, 상기 셀렉터 스위치(SW1)의 타측 접점은 회로가 연결되지 않은 off단자(T1), 상기 1/2단 선택단자(T3) 및 고온선택단자(T4)가 선택적으로 연결되도록 회로가 구성되고, 상기 제1 바이메탈 온도스위치(b11)의 양측단은 바이패스 콘덴서(C21)가 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 전열 매트의 온도제어장치가 제공된다.
또한, 상기 발열선(L11)의 타측단자는 저온선택단자(T2)와 연결된 제1 콘덴서(C11)의 타측 단자와 접속되는 것을 더 포함하며, 상기 셀렉터 스위치(SW1)의 타측 접점은 상기 저온선택단자(T2)가 선택적으로 연결되도록 회로가 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2바이메탈 온도 스위치(b12)의 off 동작온도는 제1 바이메탈 온도스위치(b11)의 off 동작온도보다 높게 설정된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2바이메탈 온도 스위치(b12)의 off 동작온도는 75(±5%)℃이고 제1 바이메탈 온도스위치(b11)의 off 동작온도는 80(±5%)℃로 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 콘덴서(C11)는 상기 전열 매트의 전체 소비전력의 40(±5)% 범위, 또는 60(±5)%의 소비전력이 상기 발열선(L11)에 동작되도록 용량값이 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전열 매트의 소비전력은 15W이며, 상기 제1 콘덴서(C11)는 0.6 ~ 0.7uF, 또는 0.6 ~ 0.7uF에서 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바이패스 콘덴서(C21)는 상기 전열 매트의 전체 소비전력의 50(±5%)%의 소비전력이 상기 발열선(L11)에 동작되도록 용량값이 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전열 매트의 소비전력은 15W이며, 바이패스 콘덴서(C21)는 0.822(±0.05)uF 로 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 고안의 일 실시 예에 따르면, 두 개의 바이메탈 온도 스위치 중간에 형성된 바이패스 회로에 의해 바이메탈 동작에 의한 온도편차를 줄여서 전열 매트의 표면온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 고안의 일 실시 예에 따르면 발열선을 추가로 설치하지 않고도 경제적인 회로구조에 의하여 고온선택, 저온선택, 1/2단 소비전력 선택단자로 온도 선택의 폭을 넓힐 수 있는 효과를 가진다.
본 고안의 일 실시 예에 따르면, 최소한의 부품에 의하여 효율적으로 온도의 과승을 제어하고 전열 매트의 표면온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 효과를 가진다.
본 고안의 일 실시 예에 따르면, 서로 동작온도가 다른 두 개의 바이메탈 온도 스위치가 직렬로 연결되는 간단한 구조에 의하여 온도 과승을 안전하게 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 전기방석을 위한 온도제어장치 회로의 일 예를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 온도제어장치를 적용한 종래의 전기방석에서 저온선택에 대한 발열선 및 방석 표면의 온도변화를 도시한 것이다.
도 3은 도 1의 온도제어장치를 적용한 종래의 전기방석에서 고온선택에 대한 발열선과 표면의 온도변화를 도시한 것이다.
도 4는 본 고안의 일 실시 예에 따른 전열 매트의 온도제어장치 회로를 도시한 것이다.
도 5는 본 고안의 일 실시 예에 따른 전열 매트의 온도제어장치에서 SW1을 고온선택단자(T4)에 접속한 경우에 대한 발열선 및 매트 표면의 온도변화를 도시한 것이다.
도 6은 본 고안의 또 다른 실시 예에 따른 전열 매트의 온도제어장치 회로를 도시한 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 고안을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.
이하 본 고안의 구현에 따른 전열 매트의 온도제어장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 고안의 일 실시 예에 따른 전열 매트의 온도제어장치 회로를 도시한 것이다.
본 고안의 일 실시 예에 따른 전열 매트의 온도제어장치는 전열 매트에 배선되어 전류가 흐르면 열을 발생시키는 발열선의 전류 및 전열 매트의 온도를 제어하는 장치이다.
도 4를 참조하면, 전열 매트의 온도제어장치는 AC 전원의 일측 단자(AC1)에 직렬로 연결된 전류퓨즈(F1)를 거쳐서 전열 매트의 내부에 장착되는 제1 바이메탈 온도스위치(b11)와 제2 바이메탈 온도 스위치(b12)가 직렬로 접속되고, 상기 제2 바이메탈 온도 스위치(b12)에 발열선(L11)의 일측 단자가 직렬로 접속되며, 상기 발열선(L11)의 타측 단자는 저온선택단자(T2)와 연결된 제1 콘덴서(C11)의 타측 단자, 1/2단 선택단자(T3)와 연결된 제1 다이오드(D11)의 타측 단자 및 고온선택단자(T4)에 각각 접속된다.
발열선(L11)은 전열 매트에 배선되어 전류가 흐르면 열을 발생시키는 도선으로 절연동선, 에나멜선, 카본발열체 등으로 형성될 수 있다.
본 고안의 일 실시 예에 따른 발열선의 소비전력은 15(±5%)W형으로 형성된다.
한편, 제1 바이메탈 온도스위치(b11)의 양측 단은 바이패스 다이오드(D21)가 병렬로 접속된다.
또한, 상기 전류퓨즈(F1) 일측단과 상기 발열선(L11)의 타측단 사이에는 전원 표시용 엘이디(LED1)와 직렬로 연결되는 저항(R1)이 접속될 수 있다.
AC 전원의 타측 단자(AC2)에는 셀렉터 스위치(SW1)의 일측 단자가 연결되며, 셀렉터 스위치(SW1)의 타측 접점은 사용자의 조작에 의하여 회로가 연결되지 않은 off 단자(T1), 상기 저온선택단자(T2), 1/2단 선택단자(T3) 및 고온선택단자(T4)가 선택적으로 연결될 수 있다.
도 4를 참조하면, 셀렉터 스위치(SW1)의 off 위치(T1)에서는 전원공급이 차단되어 전기방석은 off 상태가 되어 발열이 중지된다.
본 고안의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 바이메탈 온도스위치(b11)의 양측 단에 접속된 바이패스 다이오드(D21)와 상기 1/2단 선택단자(T3)와 연결된 제1 다이오드(D11)는 순방향이 서로 역방향으로 되도록 접속되는 것을 특징으로 한다.
본 고안의 일 실시 예에 따르면, 전류퓨즈(F1)는 과전류 방지용 퓨즈며 저항(R1), 엘이디(LED1)는 발열 동작을 표시하는 동작 표시램프 회로를 구성한다.
본 고안의 일 실시 예에 따르면 제2바이메탈 온도 스위치(b12)의 off 동작온도는 제1 바이메탈 온도스위치(b11)의 off 동작온도보다 높게 설정된 것을 특징으로 한다.
본 고안의 일 실시 예에 따르면 제1 바이메탈 온도스위치(b11)의 off 동작온도는 75(±5%)℃이고, 제2 바이메탈 온도스위치(b12)의 off 동작온도는 80(±5%)℃로 설정 된다.
또한, 제1 바이메탈 온도스위치(b11)의 on 복귀온도는 30(±5%)℃이고, 제2 바이메탈 온도스위치(b12)의 on 복귀온도는 35(±5%)℃로 설정이 된다.
본 고안의 일 실시 예에 따라 두 개의 바이메탈 온도스위치가 직렬로 접속되는 구성을 포함함으로써, 온도가 상승할 때, off 되는 온도와 다시 on으로 복귀하는 온도의 차이를 극복하기 위한 효과가 있다.
본 고안의 일 실시 예에 따르면, 제1 바이메탈 온도스위치(b11)는 주기능이 온도유지용이며, 제2 바이메탈 온도스위치(b12)의 주기능은 온도 과승 방지용으로 작동을 한다.
본 고안의 일 실시 예에 따르며, 제1 바이메탈 온도스위치(b11)가 off 동작을 하게 되면, 바이패스용 다이오드(D21)로 회로가 연결되어 소비전력이 1/2로 감소되어, 발열은 되나, 주위온도에 의해 온도가 약간 떨어진 상태에서 일정 설정온도를 유지하게 된다.
제1 바이메탈 온도스위치(b11)가 off 동작을 한 상태에서는 주위 온도에 의해 발열을 하더라도 1/2로 감소되어 내부 온도가 더 이상 증가하지 않게 되며, 만약 외부 온도가 올라가거나, 이상 현상에 의해 온도가 상승하여 내부 온도가 80℃에 도달하면, 제2 바이메탈 온도 스위치(b21)가 off 동작이 되며, 제2 바이메탈 온도 스위치(b21)의 복귀온도에 이르기 까지는 전류공급이 되지 않는다.
도 4를 참조하면, 셀렉터 스위치(SW1)를 고온선택단자(T4)에 접속한 경우에는 전원(AC1) - 전류퓨즈(F1) - 제1 바이메탈 온도스위치(b11) - 제2 바이메탈 온도스위치(b21) - 발열선(L11) - SW1, 고온선택단자(T4) - 전원(AC2)의 순으로 교류 전파 전류(Full wave current)가 흐르게 된다.
위와 같이 SW1을 고온선택단자(T4)에 접속한 경우에는 발열선(L11)에는 15W에 해당하는 교류 전파 전류(Full wave current)가 흐르게 되므로 빠르게 온도 상승을 하게 된다.
이때, 발열선의 온도가 제1 바이메탈 온도스위치의 동작 온도인 75℃에 도달하면 제1 바이메탈 온도스위치(b11)는 off 동작을 하게 되지만, 제2 바이메탈 온도스위치(b12)는 아직 off동작은 하지 않고 연결된 상태로 된다.
이 경우, 제1 바이메탈 온도스위치(b11)가 동작하여 접점이 떨어지게 되면 병렬로 접속된 바이패스 다이오드(D21)에 의하여 다음과 같이 바이패스로 반파 전류가 흐르게 된다.
전원(AC1) - 전류퓨즈(F1) - 바이패스 다이오드(D21) - 제2 바이메탈 온도스위치(b12) - 발열선(L11) - 고온선택단자(T4) - 전원(AC2)의 순으로 교류 반파 전류(Half wave current)가 흐르게 된다.
즉, 바이패스 다이오드(D21)의 역방향으로는 전류가 흐르지 않으므로 발열선(L11)에는 반파 전류만 흐르게 되어 발열선(L11)에는 초기에는 15W의 소비전력이 발생을 하고 제1 바이메탈 온도스위치(b12)가 동작 후에는 절반인 7.5W의 소비전력이 발생하게 된다.
도 5는 본 고안의 일 실시 예에 따른 전열 매트의 온도제어장치에서 SW1을 고온선택단자(T4)에 접속한 경우에 대한 발열선 및 매트 표면의 온도변화를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 초기에 발열선(L11)은 빠르게 온도가 상승을 하게 되고 약 30분 후에는 발열선의 온도가 동작온도 75℃에 도달하여 제1 바이메탈 온도스위치(b11)가 동작을 하여 제1 바이메탈 온도스위치(b11)회로로는 접점이 끊어져서 전류가 흐르지 않지만, 바이패스 다이오드(D21)를 통하여 반파전류가 흐르게 되면서, 7.5W의 소비전력에 의해 온도 상승이 완화되면서 일정 온도를 유지하게 된다. 이때 발열선의 온도는 조금씩 하강하다가 약 65℃ 정도를 유지하게 되고 표면온도는 50℃ 부근에서 일정하게 유지하는 것을 알 수가 있다.
따라서, 도 4의 실시 예에 따르면, 두 개의 바이메탈 온도 스위치 중간에 형성된 바이패스 회로에 의해 바이메탈 동작에 의한 온도 편차를 줄여서 표면온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 특징을 가질 수 있다.
다시 도 4를 참조하여, 셀렉터 스위치(SW1)를 1/2단 선택단자(T3)에 접속한 경우에는
전원(AC1) - 전류퓨즈(F1) - 제1 바이메탈 온도스위치(b11) - 제2 바이메탈 온도스위치(b21) - 발열선(L11) - 제1 다이오드(D11) - SW1, 1/2단 선택단자(T3) - 전원(AC2)의 순으로 교류 반파전류(Half wave current)가 흐르게 된다.
즉, 셀렉터 스위치(SW1)를 1/2단 선택단자(T3)에 접속한 경우에는 발열선(L11)에는 교류 반파전류(Half wave current)가 흐르게 되어 소비전력은 전체소비전력의 1/2인 7.5W가 된다.
본 고안의 일 실시 예에 따르면, 셀렉터 스위치(SW1)를 1/2단 선택단자(T3)에 접속한 경우에는 소비전력이 1/2로 줄어들기 때문에 정상적인 발열상태에서는 제1 바이메탈 온도스위치(b11) 및 제2 바이메탈 온도스위치(b12)가 동작하는 경우는 거의 발생되지 않는다.
이때 만약 사용상의 부주의로 방석이 접히거나 발열선의 문제가 생겨 이상고온이 발생을 하면 제1 바이메탈 온도스위치(b11)가 먼저 동작을 하게 되며, 제1 바이메탈 온도스위치(b11)가 동작을 하는 경우에는 바이패스 회로의 바이패스 다이오드(D21)와 1/2단 선택단자(T3)의 제1 다이오드(D11)는 순방향 접속이 반대로 접속되도록 회로가 구성된 것이므로 서로 역방향으로 접속된 다이오드 회로에 의해 발열선(L11)에는 전류가 흐르지 않게 된다.
또한, 본 고안의 일 실시 예에서 이러한 구성을 채택한 것에 의해, 셀렉터 스위치(SW1)가 고온선택단자(T4)에 접속한 후, 제1 바이메탈 온도스위치(b11)가 동작한 상태에서 사용자가 셀렉터 스위치(SW1)를 다시 1/2단 선택단자(T3)로 위치하는 경우에 전류가 흐르지 않게 되므로 오작동에 의해 전류가 계속 흐르게 되는 문제점을 대비할 수 있다.
또한, 도 4를 참조하여, 셀렉터 스위치(SW1)를 저온선택단자(T2)에 접속한 경우에는
전원(AC1) - 전류퓨즈(F1) - 제1 바이메탈 온도스위치(b11) - 제2 바이메탈 온도스위치(b12) - 발열선(L11) - 제1 콘덴서(C11) - SW1, 저온선택단자(T3) - 전원(AC2)의 순으로 교류 전파전류(Full wave current)가 흐르게 된다.
본 고안의 일 실시 예에 따르면, 발열선의 소비전력이 220V. 60Hz를 사용시 소비전력이 15W인 경우에는 발열선의 저항값 R은 W=V²/R에서 R=3226Ω이 된다.
제1 콘덴서(C11)에 의해 콘덴서의 리액턴스 Xc=1/2πfc 이 된다.
전체 임피던스 Z=R+jXc 이므로 제1 콘덴서(C11)에 의해 발열선(L11)에 흐르는 전류는 IR= V/Z cosθ이고 발열선(L11)에 흐르는 소비전력 W= V/Z ×cosθ로 되어 콘덴서의 용량에 따라 소비전력을 조절할 수 있게 된다.
본 고안의 일시 예에 따르면, 콘덴서의 용량을 0.6 ~ 0.7uF 사이에서 용량을 선택하여 15W의 40% 범위로 소비전력으로 조절할 수 있다.
본 고안의 일시 예에 따르면, 콘덴서의 용량을 1.0 ~ 1.1uF 사이에서 용량값을 조절하여 15W의 60% 범위로 소비전력으로 조절할 수 있다.
따라서, 본 고안의 일 실시 예에 따르면, 셀렉터 스위치의 SW1의 off 단자(T1)는 전원 꺼짐, 저온선택단자(T2)는 전체소비전력의 40(±5)% 범위, 또는 60(±5)%의 소비전력이 설정되도록 하며, 1/2단 선택단자(T3)는 전체소비전력의 50% 소비전력, 고온선택단자(T4)는 풀 소비전력으로 소비되도록 조절할 수 있다.
도 6은 본 고안의 또 다른 실시 예에 따른 전열 매트의 온도제어장치 회로를 도시한 것이다
본 발명의 또 다른 실시 예에서는 도 4의 실시 예에서 바이패스 다이오드(D21) 대신 바이패스 콘덴서(C21)을 설치하여 구성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이 제1 바이메탈 온도스위치(b11) 양단에 바이패스 다이오드(D21)를 병렬로 설치를 하면 제1 바이메탈 온도스위치(b11)가 off 동작시 소비전력은 바이패스 다이오드(D21)로 흐르는 것에 의하여 1/2이 된다.
그러나 또 다른 실시 예인 도 6과 같이 바이패스 다이오드(D21) 대신 바이패스 콘덴서(C21)를 설치하는 경우에는 제1 바이메탈 온도스위치(b12)가 동작을 할 경우, 바이패스 회로인 바이패스 콘덴서(C21)로 전류가 흘러서 전체 소비전력을 낮추게 된다.
본 고안의 바람직한 실시 예에서는 상기 바이패스 콘덴서(C21)는 상기 전열 매트의 전체 소비전력의 50(±5%)의 소비전력이 상기 발열선(L11)에 동작되도록 용량값이 설정되는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 콘덴서의 용량을 0.822(±0.05)uF로 설정하면 이전 실시 예와 같이 제1 바이메탈 온도스위치(b11)가 off 동작시 소비전력은 바이패스 콘덴서(C21)에 의하여 전체소비전력의 1/2 부하로 작동될 수 있다.
따라서, 본 고안의 일 실시 예에 따르면, 도 6의 실시 예도 도 5의 실시 예와 같이 두 개의 바이메탈 온도 스위치 중간에 형성된 바이패스 회로에 의해 바이메탈 동작에 의한 온도 편차를 줄여서 매트의 표면온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 특징을 가질 수 있다.
본 고안의 일 실시 예와 같이 전기방석 본체 일측에 설치된 접속기 케이스 내부의 접속단자에 바이패스 다이오드(D21)나 또는 바이패스 콘덴서(C21)를 설치하게 되면 접속기와 온도조절기 사이의 접속 코드선은 2가닥만 연결이 되어 경제적이다.
본 고안의 일 실시 예에 따르면, 두 개의 바이메탈 온도 스위치 중간에 형성된 바이패스 회로에 의해 바이메탈 동작에 의한 온도 편차를 줄여서 전열 매트의 표면온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 특징을 가질 수 있다.
또한, 본 고안의 일 실시 예에 따르면 발열선을 추가로 설치하지 않고도 경제적인 회로구조에 의하여 고온선택, 저온선택, 1/2단 소비전력 선택단자로 온도 선택의 폭을 넓힐 수 있는 효과를 가진다.
본 고안의 일 실시 예에 따르면, 최소한의 부품에 의하여 효율적으로 온도의 과승을 제어하고 전열 매트의 표면온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 특징을 가질 수 있다.
본 고안의 일 실시 예에 따르면, 서로 동작온도가 다른 두 개의 바이메탈 온도 스위치가 직렬로 연결되는 구조에 의하여 고장으로 하나가 작동을 하지 않더라도 온도를 낮추거나, 차단할 수 있어서 온도 과승을 안전하게 방지할 수 있는 효과가 있다.
AC1, AC2: AC전원단자
b11: 제1 바이메탈 온도 스위치
b12: 제2 바이메탈 온도 스위치
C11: 제1 콘덴서
C21: 바이패스 콘덴서
D11: 제1 다이오드
D21: 바이패스 다이오드
SW1: 셀렉터 스위치()
T1: off 단자
T2: 저온선택단자
T3: 1/2단 선택단자
T4: 고온선택단자
L11: 발열선

Claims (9)

  1. 전열 매트에 배선되어 전류가 흐르면 열을 발생시키는 발열선의 전류 및 전열 매트의 온도를 제어하는 온도제어장치에 있어서,
    상기 온도제어장치는
    AC 전원의 일측 단자(AC1)에 직렬로 연결된 전류퓨즈(F1)를 거쳐서 상기 전열 매트의 내부에 장착되는 제1 바이메탈 온도스위치(b11)와 제2 바이메탈 온도 스위치(b12)가 직렬로 접속되고, 상기 제2 바이메탈 온도 스위치(b12)에 상기 발열선(L11)의 일측 단자가 직렬로 접속되며, 상기 발열선(L11)의 타측 단자는 1/2단 선택단자(T3)와 연결된 제1 다이오드(D11)의 타측 단자 및 고온선택단자(T4)에 각각 접속되며,
    상기 AC 전원의 타측 단자(AC1)에는 셀렉터 스위치(SW1)의 일측 단자가 연결되며, 상기 셀렉터 스위치(SW1)의 타측 접점은 회로가 연결되지 않은 off 단자(T1), 상기 1/2단 선택단자(T3) 및 고온선택단자(T4)가 선택적으로 연결되도록 회로가 구성되고,
    상기 제1 바이메탈 온도스위치(b11)의 양측 단은 바이패스 다이오드(D21)가 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 전열 매트의 온도제어장치.
  2. 전열 매트에 배선되어 전류가 흐르면 열을 발생시키는 발열선의 전류 및 전열 매트의 온도를 제어하는 온도제어장치에 있어서,
    상기 온도제어장치는
    AC 전원의 일측 단자(AC1)에 직렬로 연결된 전류퓨즈(F1)를 거쳐서 상기 전열 매트의 내부에 장착되는 제1 바이메탈 온도스위치(b11)와 제2 바이메탈 온도 스위치(b12)가 직렬로 접속되고, 상기 제2 바이메탈 온도 스위치(b12)에 상기 발열선(L11)의 일측 단자가 직렬로 접속되며, 상기 발열선(L11)의 타측 단자는 1/2단 선택단자(T3)와 연결된 제1 다이오드(D11)의 타측 단자 및 고온선택단자(T4)에 각각 접속되며,
    상기 AC 전원의 타측 단자(AC1)에는 셀렉터 스위치(SW1)의 일측 단자가 연결되며, 상기 셀렉터 스위치(SW1)의 타측 접점은 회로가 연결되지 않은 off 단자(T1), 상기 1/2단 선택단자(T3) 및 고온선택단자(T4)가 선택적으로 연결되도록 회로가 구성되고,
    상기 제1 바이메탈 온도스위치(b11)의 양측 단은 바이패스 콘덴서(C21)가 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 전열 매트의 온도제어장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 발열선(L11)의 타측 단자는 저온선택단자(T2)와 연결된 제1 콘덴서(C11)의 타측 단자와 접속되는 것을 더 포함하며,
    상기 셀렉터 스위치(SW1)의 타측 접점은 상기 저온선택단자(T2)가 선택적으로 연결되도록 회로가 구성되는 것을 특징으로 하는 전열 매트의 온도제어장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2바이메탈 온도 스위치(b12)의 off 동작온도는 제1 바이메탈 온도스위치(b11)의 off 동작온도보다 높게 설정된 것을 특징으로 하는 전열 매트의 온도제어장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2바이메탈 온도 스위치(b12)의 off 동작온도는 75(±5%)℃이고 제1 바이메탈 온도스위치(b11)의 off 동작온도는 80(±5%)℃로 설정되는 것을 특징으로 하는 전열 매트의 온도제어장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 콘덴서(C11)는 상기 전열 매트의 전체 소비전력의 40(±5)% 범위, 또는 60(±5)%의 소비전력이 상기 발열선(L11)에 동작되도록 용량값이 설정되는 것을 특징으로 하는 전열 매트의 온도제어장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 전열 매트의 소비전력은 15W이며, 상기 제1 콘덴서(C11)는 0.6 ~ 0.7uF, 또는 0.6 ~ 0.7uF에서 설정되는 것을 특징으로 하는 전열 매트의 온도제어장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 바이패스 콘덴서(C21)는 상기 전열 매트의 전체 소비전력의 50(±5%)%의 소비전력이 상기 발열선(L11)에 동작되도록 용량값이 설정되는 것을 특징으로 하는 전열 매트의 온도제어장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 전열 매트의 소비전력은 15W이며, 바이패스 콘덴서(C21)는 0.822(±0.05)uF 로 설정되는 것을 특징으로 하는 전열 매트의 온도제어장치.
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