KR20160014443A - Ｐｔｃ 구조체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 PTC 구조체에 관한 것으로, 절연체(10, 10')와; 절연체(10, 10')의 외주면 또는 선택된 일 측면에 차례로 적층되어 각각의 단부가 노출되도록 설치되는 2개 이상의 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D)와; 2개 이상의 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D) 사이에 각각 개재되는 절연부(30A, 30B, 30C)로 이루어지고, 2개 이상의 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D)는 임계 온도가 각각 다른 금속소재의 PTC 소자로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의해 본 발명의 PTC 구조체의 양 단부에 각각 발열코일 등의 히터용 발열체를 연결하여 전원을 인가하면, 온도 센서 및 제어기 등을 설치하지 않고도 PTC 조립체가 스위치 작용을 하므로 히터용 발열체의 온도가 일정한 온도로 유지된다.
상기와 같은 구성에 의해 본 발명의 PTC 구조체의 양 단부에 각각 발열코일 등의 히터용 발열체를 연결하여 전원을 인가하면, 온도 센서 및 제어기 등을 설치하지 않고도 PTC 조립체가 스위치 작용을 하므로 히터용 발열체의 온도가 일정한 온도로 유지된다.
Description
본 발명은 PTC 구조체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 온도센서와 복잡한 배선이 요구되지 않고도 이와 연결된 발열체에 공급되는 전원을 제어하여 발열체의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 하는 PTC 구조체에 관한 것이다.
산업현장에서 다양한 제품을 생산하는 과정에서 열에너지가 필요하며, 이러한 열에너지를 공급하기 위해 보일러, 건조기 등의 가열장치가 사용되는데, 이러한 가열장치에는 금속 재질의 히팅코일 등의 발열체가 구비되어 이 발열체에 전기가 인가됨으로써 열에너지를 생산한다.
상기와 같은 발열체에는 생산현장에서 필요로 하는 온도 조건을 만족시킴과 동시에 일정한 온도로 유지시키기 위해 온도센서, 스위치 및 제어기 등이 함께 설치되며, 특히 요구되는 온도 조건이 고온인 경우에는 해당 온도 조건에서도 정상적으로 동작할 수 있는 고가의 센서가 설치되어야 할 뿐만 아니라, 발열 면적이 넓은 경우 발열 면적 전체에 걸쳐 온도를 균일하게 유지하기 위해서는 복수 개의 온도센서와 발열체가 설치되어야 하기 때문에 많은 비용이 소요되고, 또한 가열장치가 복잡하게 되는 문제가 있다.
또한 외력이나 이상 현상 등에 의해 온도센서 및/또는 제어기 등이 오동작하여 발열체의 온도가 정상온도 온도보다 크게 상승하는 경우에는 발열체가 변형되면서 파손될 수 있고, 이 경우 발열체가 내장된 가열장치 전체적으로 교체하여야 하는 경우도 발생되어 해당 제조공정이 중단되기도 하며, 이 경우 막대한 손실이 발생될 수 있다.
따라서 고가의 온도센서 및 제어기 등을 구비하지 않고도 발열체의 온도를 일정하면서도 안정적으로 유지할 수 있는 구조의 발열체의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 발열체가 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 가열장치 등에 설치되는 발열체에 있어서 온도센서와 복잡한 배선이 요구되지 않고도 온도를 일정하게 유지할 수 있는 PTC 구조체를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 PTC 구조체를, 절연체와; 절연체의 외주면 또는 선택된 일 측면에 차례로 적층되어 각각의 단부가 노출되도록 설치되는 2개 이상의 정특성 발열체와; 2개 이상의 정특성 발열체 사이에 각각 개재되는 절연부로 이루어지고, 2개 이상의 정특성 발열체는 임계 온도가 각각 다른 금속소재로 구성하는 것에 의해 달성된다.
본 발명은 절연체 및 절연부의 재질이 티탄산바륨(BaTiO3)인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 2개 이상의 정특성 발열체는 절연체와 인접된 위치에서부터 순차적으로 길이가 짧게 형성되어 양 단부가 외부에 노출되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
그리고 본 발명은 2개 이상의 정특성 발열체 각각의 단부는 알루미늄 또는 백금 중에서 선택되는 어느 하나의 금속에 의해 코팅되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
한편, 본 발명은 2개 이상의 정특성 발열체가 텅스텐, 몰리브덴, 니켈, 크롬, 코발트, 은, 금 중에서 선택되는 1개 이상의 금속소재의 분말과 반도체 물질 및 바인더가 혼합되어 이루어지는 것을 또 다른 특징으로 한다.
이때 본 발명의 반도체 물질은 초전도성 반도체 물질인 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한 본 발명은 복수 개의 통전핀이 절연체 및 절연부의 양 단부 중에서 출력측 단부에 선택적으로 관통 설치되어 2개 이상의 정특성 발열체가 서로 통전되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
그리고 본 발명은 2개 이상의 정특성 발열체의 양단 외면에는 각각 금속 재질의 접속부가 더 설치되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
본 발명에 따른 PTC 구조체는 온도 센서 및 복잡한 배선이 요구되지 않고, PTC 구조체의 양단에 각각 히터용 발열체 즉, 발열코일을 연결하여 전기를 인가함으로써 PTC 구조체의 임계 온도에 맞추어 발열 온도가 일정하게 유지되며, 이에 의해 히터 조립체의 설치 및 제작비용을 대폭 줄일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 PTC 구조체는 정특성 발열체의 임계 온도가 서로 다른 복수 개가 설치되므로, 필요한 임계 온도에 맞추어 해당 정특성 발열체에 발열코일을 연결하여 사용함으로써 다양한 온도 조건에 맞추어 적용이 가능하다.
그리고 본 발명에 따른 PTC 구조체는 일정 온도에 맞추어 온도가 유지되기 때문에 불필요하게 전기에너지가 소모되지 않고, 따라서 전기에너지 절감되는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 PTC 구조체를 소형화 하여 플레이트 형상의 넓은 면적을 가지는 가열장치에 적용하는 경우, 넓은 면적 전체에 대해 온도 균일화를 기할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 PTC 구조체의 예를 보인 사시도,
도 2는 도 1의 단면을 보인 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 PTC 구조체의 다른 실시예를 보인 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 PTC 구조체를 이용한 히터용 발열체의 예를 보인 사용 상태도,
도 5는 본 발명에 따른 PTC 구조체의 또 다른 실시예를 보인 사시도,
도 6에 따른 발열체용 PTC 구조체의 사용 예를 보인 사용 상태도이다.
도 2는 도 1의 단면을 보인 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 PTC 구조체의 다른 실시예를 보인 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 PTC 구조체를 이용한 히터용 발열체의 예를 보인 사용 상태도,
도 5는 본 발명에 따른 PTC 구조체의 또 다른 실시예를 보인 사시도,
도 6에 따른 발열체용 PTC 구조체의 사용 예를 보인 사용 상태도이다.
이하에서는 바람직한 실시예를 도시한 첨부 도면을 통해 본 발명의 구성과 작용을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명은 온도센서와 제어기 등을 별도로 구비하지 않고도 발열체와 연결되어 발열체의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 하는 PTC 구조체를 제공하고자 하는 것으로, 이를 위해 본 발명의 PTC 구조체는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 절연체(10, 10')와, 복수 개의 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D) 및 복수 개의 절연부(30A, 30B, 30C)로 이루어진다.
절연체(10, 10')는 후술하는 복수 개의 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D)와 복수 개의 절연부(30A, 30B, 30C)가 설치되기 위한 베이스로서 기능하며, 이러한 절연체(10, 10')는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 원통 형상의 절연체(10)로 이루어지거나 또는 직사각형 형상의 절연체 및 판 형상의 절연체(10')로 이루어질 수 있다.
이때 절연체가 원통 형상의 절연체(10)로 이루어지는 경우에는 이 절연체(10)의 내부에는 길이를 따라 관통공(11)이 형성되는 것이 바람직한데, 이러한 관통공(11)은 후술하는 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D)가 온도에 의해 반도체 물질이 서로 이격되려는 변형력과 열에 의한 팽창 등을 쉽게 흡수할 수 있도록 하는 유동 공간을 부여함으로써 파손이 방지되고, 또한 발열코일(2') 등이 관통공(11) 내부에 삽입 설치됨으로써 구조적으로 더욱 강건한 히터용 발열체가 제공된다.
그리고 본 발명의 절연체(10, 10')는 티탄산바륨(BaTiO3)으로 이루어지며, 이에 의해 높은 절연성능이 확보된다.
원통 형상의 절연체(10)와 직사각형 형상의 절연체의 외주면 또는 판 형상의 절연체(10')의 일측면에는 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D)가 설치되며, 이때 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D)는 2개 또는 2개 이상의 복수 개가 적층되는 구조로 이루어지며, 이를 위해 각각의 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 양 단부가 외부로 노출되도록 그 길이가 다르다.
그리고 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D)의 각각의 단부는 알루미늄 또는 백금 중에서 선택되는 어느 하나의 금속이 코팅되며, 이에 의해 발열코일(2') 또는 전원선과 연결되면 통전이 이루어진다.
한편, 정특성 발열체(PTC)는 정온도계수 특성을 가진 반도체 물질에 전도성 미립자인 WMCNT(multi-walled carbon nanotube)를 고도 분산하여 만든 전자부품소재로서, 전기 에너지를 인가하면 발열하고, 어느 정도 발열하여 온도가 상승하면 전기 저항을 상승시켜 전류의 흐름을 억제할 뿐만 아니라, 온도가 떨어지면 다시 전기저항이 낮아져 전류의 흐름이 좋아져서 발열하는 자기온도제어 기능을 가진다.
한편, 본 발명의 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D)는 텅스텐, 몰리브덴, 니켈, 크롬, 코발트, 은, 금 중에서 선택되는 1개 이상의 금속소재의 분말과 반도체 물질 및 바인더가 혼합되어 이루어지는데, 이때 금속소재의 분말은 상기에서 언급한 금속 분말에 국한되지 않고 일반적으로 널리 알려진 다양한 종류의 전도성 금속소재가 사용되어도 무방하다.
그리고 본 발명에서는 각각의 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D)의 임계 온도가 서로 다른 금속소재가 선택되어 사용되며, 절연체(10, 10')와 인접하여 위치될수록 임계 온도가 높은 금속소재로 이루어진 정특성 발열체가 설치되며, 이에 의해 온도에 따른 저항의 증가로 인해 최외측에 설치된 정특성 발열체(20D)부터 차례로 반도체 물질이 이격되면서 스위치 작용을 하게 된다.
이때 본 발명의 임계온도는 온도에 의해 반도체 물질이 서로 이격되지 않고 전류가 흐를 수 있는 최고 온도를 의미한다.
그리고 본 발명에 사용되는 반도체 물질은 니오븀(Nb), 란탄(La), 이트륨(Y), 안티몬(Sb), 가돌리늄(Gd) 등과 같이 PTC에 일반적으로 사용되고 있는 공지의 물질이 선택된다.
상기와 같이 구성되는 경우에는 상대적으로 임계 온도가 높은 정특성 발열체(20A)가 절연체(10, 10')와 인접해 있으므로 이 정특성 발열체(20A)의 임계 온도에 도달될 때 까지 절연체(10, 10')의 변형을 최소화할 수 있고, 이에 의해 스위치 동작의 신뢰성이 담보됨과 동시에 사용 수명이 연장된다.
한편, 본 발명에서는 금속소재와 혼합되는 반도체 물질이 초전도성 반도체 물질로 선택됨으로써 온도에 따른 스위치 작용을 더욱 신뢰성 있게 구현할 수 있다.
2개 이상의 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D) 사이에 각각 개재되는 절연부(30A, 30B, 30C)는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 외부에 노출되는 정특성 발열체(20D)를 커버하기 위한 절연부(30D)가 더 포함되며, 이들 절연부(30A, 30B, 30C, 30D)에 의해 복수 개의 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D)가 설치되더라도 전기적 저항이 크게 증가되지 않는다.
이상과 같이 구성되는 본 발명은 각각의 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D)가 통전되어 이들 중 선택된 어느 하나와 전기적 접점을 이루더라도 각각의 발열체(20A, 20B, 20C, 20D)가 온도에 따른 저항의 변화로 스위치 작용을 할 수 있도록 구현되는 것이 바람직한데, 이하에서는 이러한 실시예에 대하여 설명한다.
<실시예 1>
실시예 1에 따른 PTC 구조체(1)는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 복수 개의 통전핀(P)을 절연체(10, 10') 및 절연부(30A, 30B, 30C)를 선택적으로 관통시켜 설치함으로써 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D)가 통전핀(P)에 의해 통전되도록 구성되는 것으로 실시될 수 있다.
이때 통전핀(P)은 외부로 노출되는 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D) 중에서 출력측에 위치되는 일측 단부를 관통하도록 설치되는데, 이때 통전핀(P)이 설치되기 위한 관통공(도면부호 없음)은 양 단부에 각각 형성된 상태에서 설치시 출력측에 해당되는 위치의 관통공에 통전핀(P)이 선택적으로 설치됨으로써 통합된 단자의 기능을 하도록 실시된다.
상기와 같은 구성에 의해 통전핀(P)이 선택된 복수 개의 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D)와 전기적 통전 상태를 이루게 되고, 이에 의해 출력 단자를 복잡하게 구성할 필요 없이 하나의 단자를 이용하여 연결할 수 있다.
<실시예 2>
실시예 2에 따른 PTC 구조체(1)는 도 4에 도시된 바와 같이 한 쌍의 발열체(2) 사이에 본 발명에 따른 PTC 구조체(1)가 개재된 다음, 서로 연결됨으로써 일체로된 히터용 발열체를 이루는 것으로, 이 경우 실시에 1에서와 같이 통전핀(P)을 설치하지 않더라도 한 쌍의 세라믹 발열체(2)가 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D)의 노출된 양단이 각각 접촉을 이루기 때문에 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D) 각각에 전류가 흐르게 된다.
<실시예 3>
실시예 3에 따른 PTC 구조체(1")는 실시예 2에 있어서 도 4의 부분 확대된 것과 같이 한 쌍의 발열체(2) 사이에 개재되기에 앞서, 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D)의 양단을 금속소재를 이용하여 하나로 연결하는 접속부(40)가 구성되는 것으로, 이에 의해 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D) 각각의 양단과 접촉을 이루지 않더라도 접속부(40)를 이용하여 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D)의 전체적으로 전류가 흐를 수 있고, 이에 의해 더욱 간단하게 사용할 수 있다.
<실시예 4>
실시예 4에 따른 PTC 구조체(1)는 실시예 1의 PTC 구조체(1)에 있어서, 절연체(10)의 관통공(11)에 세라믹, 카본블랙, 카본화이버 등으로 이루어지는 한 쌍의 발열코일(2') 사이에 PTC 소자(3)가 연결되어 삽입되는 것에 관한 것으로, 이와 같은 구성에 의해 발열코일(2')의 외압 및 열에 의한 변형이 감소되어 내구성이 향상된 히터용 발열체가 제공된다.
한편, 본 발명의 실시예에 있어서 복수 개의 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D)가 통전핀(P), 발열체(2) 또는 접속부(40)에 의해 선택적으로 통전되어 사용되는 것으로 설명하였으나, 이는 당업자가 다양한 형태의 히터 조립체를 구성함에 있어서, 하나의 PTC 구조체를 사용하여 요구되는 한계 온도가 다른 복수 개의 발열코일과 각각 연결되어 독립된 복수 개의 발열체에 대한 각각의 스위치 작용을 하도록 구성될 수 있다.
본 발명은 임계 온도가 다른 복수 개의 정특성 발열체를 이용하여 PTC 구조체를 이루고, 이에 의해 히터용 발열체와 연결됨으로서 별도로 온도 센서 및 제어기 등을 설치하지 않고 일정한 온도로의 유지가 가능하고, 그 결과 정교한 온도 제어가 요구되는 히터의 설치 및 제작비용을 대폭 줄일 수 있다.
1, 1', 1": PTC 구조체
2: 발열체
2': 발열코일 3: PTC 소자
10, 10': 절연체 11: 관통공
20A, 20B, 20C, 20D: 정특성 발열체 30A, 30B, 30C, 30D: 절연부
40: 접속부 50A, 50B: 발열코일
60: 절연체 C: 금속 코팅부
P: 통전핀
2': 발열코일 3: PTC 소자
10, 10': 절연체 11: 관통공
20A, 20B, 20C, 20D: 정특성 발열체 30A, 30B, 30C, 30D: 절연부
40: 접속부 50A, 50B: 발열코일
60: 절연체 C: 금속 코팅부
P: 통전핀
Claims (8)
- 히터용 발열체에 연결되어 사용되는 PTC에 있어서,
PTC는 절연체(10, 10')와;
상기 절연체(10, 10')의 외주면 또는 선택된 일 측면에 차례로 적층되어 각각의 단부가 노출되도록 설치되는 2개 이상의 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D)와;
상기 2개 이상의 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D) 사이에 각각 개재되는 절연부(30A, 30B, 30C)로 이루어지고,
상기 2개 이상의 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D)는 임계 온도가 각각 다른 금속소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 PTC 구조체.
- 청구항 1에 있어서,
상기 절연체(10, 10') 및 절연부(30A, 30B, 30C)의 재질은 티탄산바륨(BaTiO3)인 것을 특징으로 하는 PTC 구조체.
- 청구항 1에 있어서,
상기 2개 이상의 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D)는 상기 절연체(10, 10')와 인접된 위치에서부터 순차적으로 길이가 짧게 형성되어 양 단부가 외부에 노출되는 것을 특징으로 하는 PTC 구조체.
- 청구항 1 내지 청구항 3 중 선택된 어느 한 항에 있어서,
상기 2개 이상의 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D) 각각의 단부는 알루미늄 또는 백금 중에서 선택되는 어느 하나의 금속에 의해 코팅되는 것을 특징으로 하는 PTC 구조체.
- 청구항 1 내지 청구항 3 중 선택된 어느 한 항에 있어서,
상기 2개 이상의 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D)는 텅스텐, 몰리브덴, 니켈, 크롬, 코발트, 은, 금 중에서 선택되는 1개 이상의 금속소재의 분말과 반도체 물질 및 바인더가 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 PTC 구조체.
- 청구항 5에 있어서,
상기 반도체 물질은 초전도성 반도체 물질인 것을 특징으로 하는 PTC 구조체.
- 청구항 1 내지 청구항 3 중 선택된 어느 한 항에 있어서,
복수 개의 통전핀(P)이 상기 절연체(10, 10') 및 절연부(30A, 30B, 30C)의 양 단부 중에서 출력측 단부에 선택적으로 관통 설치되어 상기 2개 이상의 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D)가 서로 통전되는 것을 특징으로 하는 PTC 구조체.
- 청구항 1 내지 청구항 3 중 선택된 어느 한 항에 있어서,
상기 2개 이상의 정특성 발열체(20A, 20B, 20C, 20D)의 양단 외면에는 각각 금속 재질의 접속부(40)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 PTC 구조체.
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|---|---|---|---|
| KR1020140096690A KR20160014443A (ko) | 2014-07-29 | 2014-07-29 | Ｐｔｃ 구조체 |
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|---|---|
| KR20160014443A true KR20160014443A (ko) | 2016-02-11 |
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| KR (1) | KR20160014443A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111609531A (zh) * | 2020-05-06 | 2020-09-01 | 海信（山东）空调有限公司 | 功率计算方法、室内电控板及空调器 |
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| KR100759648B1 (ko) | 2002-06-19 | 2007-09-17 | 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 | 유연성 ｐｔｃ 발열체 |
| KR101129251B1 (ko) | 2009-10-13 | 2012-03-26 | (주) 유니플라텍 | 피티씨 소자의 제조방법 및 이를 이용한 면상발열체 과열방지 시스템 |
-
2014
- 2014-07-29 KR KR1020140096690A patent/KR20160014443A/ko active IP Right Grant
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| CN111609531B (zh) * | 2020-05-06 | 2022-02-01 | 海信（山东）空调有限公司 | 功率计算方法、室内电控板及空调器 |
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