KR0179417B1 - Self-control type heater and its control method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발열체의 PTC(positive temperature coefficient)스위칭 특성을 개선한 자율제어형 히터 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 전기가 흐르는 도체와, 결정성수지 또는 상기 결정형 수지에 카본블랙, 무기충전제, 그라스 화이버 보강제 또는 산화방지제 등을 혼합하여 접촉저항을 감소시키는 스페이서와, 주위 온도가 저하 또는 상승하더라도 전기저항을 제어함으로서 평형온도를 유지하는 발열체와, 상기 도체와 발열체 사이에 발생하는 접촉저항을 줄이기 위한 전도성 코팅층과, 상기 발열체의 외주면에 피복되어 있으며 폴리올레핀, 불소수지를 그대로 사용하거나 폴리올레핀, 불소수지에 난연제, 무기충전제, 열 안정제 또는 UV-안정제 등을 혼합한 자켓으로 구성되어 있어서, 히터의 PTC특성을 개량하고, 폭발위험을 제거할 수 있는 자율제어형 히터 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a self-regulating heater having improved PTC (positive temperature coefficient) switching characteristics of a heating element, and a method of manufacturing the same, comprising a carbon black, an inorganic filler, and a glass fiber reinforcing agent in a conductive conductor, a crystalline resin, or the crystalline resin. Or a spacer that reduces contact resistance by mixing an antioxidant, a heating element that maintains an equilibrium temperature by controlling electrical resistance even if the ambient temperature decreases or rises, and a conductive coating layer for reducing contact resistance generated between the conductor and the heating element. And a jacket coated on the outer circumferential surface of the heating element and using polyolefin or fluorine resin as it is or mixing polyolefin and fluorine resin with a flame retardant, an inorganic filler, a heat stabilizer or a UV stabilizer, thereby improving PTC characteristics of the heater. Self-controlled heaters and their It relates to a manufacturing method.
Description
제1도는 종래의 자율제어형 히터구조를 도시한 사시도이고,1 is a perspective view showing a conventional self-regulating heater structure,
제2도는 본 발명의 자율제어형 히터를 도시한 사시도이고,2 is a perspective view showing a self-regulating heater of the present invention,
제3도는 스페이서를 도시한 사시도이고,3 is a perspective view showing a spacer,
제4도는 온도에 대한 저항의 PTC특성을 비교한 그래프이고,4 is a graph comparing the PTC characteristics of the resistance to temperature,
제5도는 온도에 대한 출력을 비교한 그래프이다.5 is a graph comparing the output against temperature.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
20 : 도체 22 : 전도성코팅층20: conductor 22: conductive coating layer
24 : 스페이서 26 : 발열체24: spacer 26: heating element
28 : 자켓28: jacket
본 발명은 발열체의 PTC(positive temperature coefficient)스위칭 특성을 개선한 자율제어형 히터 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a self-regulating heater having improved PTC (positive temperature coefficient) switching characteristics of a heating element and a method of manufacturing the same.
종래의 자율제어형 히터는 제1도에 도시한 바와 같이, 주석, 니켈 또는 은 등으로 도금되어 전기를 전달하는 도체(10)와, 상기 도체(10)가 일정한 간격을 유지하도록 연결부로 연결되고 카본블랙입자가 고분자 매트릭스수지에 균일 분산되어 있는 발열체(12)와, 상기 발열체(12)의 외주면에 피복되고 폴리올레핀, 불소수지를 그대로 사용하거나 폴리올레핀, 불소수지에 난연제, 무기충전제, 열 안정제 또는 UV-안정제 등이 혼합된 자켓(14)으로 구성되어 있다.In the conventional self-regulating heater, as shown in FIG. 1, the conductor 10 is plated with tin, nickel or silver, and transmits electricity, and the conductor 10 is connected to the connection part so as to maintain a constant interval and the carbon The heating element 12 in which black particles are uniformly dispersed in the polymer matrix resin and the outer circumferential surface of the heating element 12 are coated with polyolefin or fluorine resin, or the polyolefin or fluorine resin is flame retardant, inorganic filler, heat stabilizer or UV-. It consists of the jacket 14 in which stabilizer etc. were mixed.
즉, 종래의 자율제어형 히터는, 도체(10)를 통해서 발열체(12)에 전기가 인가되면 주울(Joule)열(I2R)이 발생하고, 만약 주위온도가 이 보다 높아지면 발열체 고분자 매트릭스의 열팽창에 의해 카본블랙 입자간의 간격이 커지고, 이에 따라서 전자의 이동이 어려워짐으로서 저항이 증가되고 스위칭된다. 그러나 이러한 매트릭스 고분자만의 열팽창에 의한 스위칭은 스위칭 되기까지 걸리는 시간이 비교적 느리다는 문제점이 있었다.That is, in the conventional self-regulating heater, Joule heat (I 2 R) is generated when electricity is applied to the heating element 12 through the conductor 10, and if the ambient temperature is higher than this, the heating element of the polymer matrix The thermal expansion causes a large gap between the carbon black particles, which makes the electrons difficult to move, thereby increasing resistance and switching. However, the switching by the thermal expansion of the matrix polymer alone has a problem that the time taken to switch is relatively slow.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 고분자 매트릭스의 열팽창과 스페이서의 열팽창이 복합 작용하여 입자간의 이격을 보다 크게함으로서, 히터의 PTC특성을 개량한 자율제어형 히터 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention for solving the above problems is to provide a self-regulating heater and a method of manufacturing the same, which improves the PTC characteristics of the heater by increasing the separation between particles by the thermal expansion of the polymer matrix and the thermal expansion of the spacer composite action. It is.
본 발명의 다른 목적은, 비록 자율제어형 히터가 휘발성기체의 누출에 의한 폭발위험이 있는 지역에 포설되어 규정온도 이상으로 온도가 상승하더라도 발열체에 고분자 매트릭스의 열팽창에 의해서 즉, 발열체재료 보다 적어도 10% 이상 큰 열팽창 특성을 갖는 플라스틱의 스페이서가 도체간의 길이방향의 팽창을 촉진시키고 스위칭동작을 향상시킴으로서, 그러한 폭발위험으로부터 벗어날 수 있는 자율제어형 히터 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is that even if a self-regulating heater is installed in an area where there is a risk of explosion due to leakage of volatile gas and the temperature rises above a specified temperature, it is caused by thermal expansion of the polymer matrix in the heating element, that is, at least 10% of the heating element material. The plastic spacer having a large thermal expansion characteristic is to provide a self-regulating heater and a method of manufacturing the same, which promotes longitudinal expansion between conductors and improves a switching operation, thereby releasing such an explosion risk.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 자율제어형 히터는, 전기가 흐르는 도체와, 결정성수지 또는 상기 결정형 수지에 카본블랙, 무기충전제, 그라스 화이버 보강제 또는 산화방지제 등을 혼합하여 접촉저항을 감소시키는 스페이서와, 주위 온도가 저하 또는 상승하더라도 전기저항을 제어함으로서 평형온도를 유지하는 발열체와, 상기 도체와 발열체 사이에 발생하는 접촉저항을 줄이기 위한 전도성 코팅층과, 상기 발열체의 외주면에 피복되어 있으며 폴리올레핀, 불소수지를 그대로 사용하거나 폴리올레핀, 불소수지에 난연제, 무기충전제, 열 안정제 또는 UV-안정제 등을 혼합한 자켓으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.The self-regulating heater for achieving the above object is a spacer that reduces the contact resistance by mixing a conductive conductor, carbon black, inorganic filler, glass fiber reinforcing agent or antioxidant with crystalline resin or the crystalline resin; In addition, the heating element maintains the equilibrium temperature by controlling the electrical resistance even if the ambient temperature decreases or rises, the conductive coating layer for reducing the contact resistance generated between the conductor and the heating element, and the outer circumferential surface of the heating element is coated with polyolefin, fluorine resin It is used as it is or characterized by consisting of a jacket mixed with a polyolefin, fluororesin, flame retardant, inorganic filler, heat stabilizer or UV-stabilizer.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 자율제어형 히터의 제조방법은, 발열체, 플라스틱 스페이서 및 자켓에 사용되는 수지 혼합물을 반바리 믹서, 트윈 스크류, 압출기, 부스 니더 등의 설비를 이용하여 용융혼련한 후 칩상태로 제조하는 공정과, 상기 도체의 표면 위에 전도성코팅층을 피복하는 공정과, 그후 압출기를 이용하여 도체의 두께와 같게 하고 그의 폭은 제품의 사양에 따라서 5-l5mm 정도의 쉬트 모양의 플라스틱 스페이서를 형성하는 공정과, 상기 스페이서와 도체의 외주면을 발열체로 피복하는 공정과, 마지막으로 상기 발열체위에 압출로서 자켓을 피복하는 공정으로 이루어져 있으며, 상기의 공정과는 별도로 열 안정성의 향상을 위해서 열처리와 전자선조사의 공정을 거칠 수도 있도록 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a method of manufacturing a self-regulating heater includes melting and kneading a resin mixture used in a heating element, a plastic spacer, and a jacket using equipment such as a short-bar mixer, a twin screw, an extruder, a boot kneader, and the like. A process of manufacturing in a state, coating a conductive coating layer on the surface of the conductor, and then using an extruder to make the same thickness as the conductor, the width of which is a sheet-shaped plastic spacer of about 5-l5mm according to the specification of the product. Forming a layer, coating the outer circumferential surface of the spacer and the conductor with a heating element, and finally covering the jacket by extrusion on the heating element, and heat treatment and electron beam to improve thermal stability separately from the above process. It is characterized in that it is made so as to pass through the irradiation process.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
제1도에 도시된 바와 같이, 자율제어형 히터는 도체(20), 전도성코팅층(22), 스페이서(24), 발열체(26) 및 자켓(28)으로 구성되어 있다.As shown in FIG. 1, the self-regulating heater is composed of a conductor 20, a conductive coating layer 22, a spacer 24, a heating element 26, and a jacket 28.
상기 전도성코팅층(22)은 상기 도체(20)와 발열체(26)사이에 발생하는 접촉저항을 줄이기 위해서 카본블랙, 그래파이트 등이 올레핀계 또는 불소계수지 또는 고무에 분산된 용액을 사용하며, 10-103Ω·cm의 체적고유저항을 갖는다.The conductive coating layer 22 uses a solution in which carbon black, graphite, etc. are dispersed in an olefin-based or fluorine-based resin or rubber in order to reduce the contact resistance generated between the conductor 20 and the heating element 26. It has a volume specific resistance of 3 · cm.
상기 발열체(26)는 결정성 수지, 카본블랙, 무기충전제, 산화방지제(또는 열안정제) 및 가교 조제 등이 혼합된 혼합물로 구성되어 있고, 103-104Ω·cm 정도의 전기전도 특성을 가짐으로서, 주위온도가 평형온도 이상으로 온도가 상승하더라도 매트릭스수지의 열팽창에 의해서 상기 발열체(26)의 카본블랙전도 통로가 차단되어 상기 발열체(26)는 더 이상 발열되지 않음으로서 히터가 자율 제어된다.The heating element 26 is composed of a mixture of a crystalline resin, carbon black, an inorganic filler, an antioxidant (or a heat stabilizer), a crosslinking aid, and the like, and has an electrical conductivity of about 10 3 -10 4 Ω · cm. As a result, even if the ambient temperature rises above the equilibrium temperature, the carbon black conduction path of the heating element 26 is blocked by thermal expansion of the matrix resin, so that the heating element 26 no longer generates heat so that the heater is autonomously controlled. .
한편, 주위 온도가 낮아져서 히터가 갖고 있는 평형온도 이하로 저하되면, 발열체(36)의 저항이 낮아지게 되어 발열량을 증가시킴으로서 히터는 온도를 자율 제어한다.On the other hand, when the ambient temperature decreases and falls below the equilibrium temperature held by the heater, the resistance of the heating element 36 decreases, thereby increasing the amount of heat generated, thereby autonomously controlling the temperature.
그리고 상기 발열체(26)에 사용되는 결정형 수지에는 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 극 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 에틸 아크릴레이트, 에틸렌 메틸 아크릴레이트 등의 폴리올레핀 수지 또는 폴리비닐리덴 프로라이드, 플로리에이티드 에틸렌 프로필렌, 에틸렌 테트라 플루오로에틸렌, 퍼플루오르 알킬 비닐 에테르 등의 불소수지가 사용된다.The crystalline resin used for the heating element 26 may be polyolefin resin or polyvinyl such as low density polyethylene, medium density polyethylene, high density polyethylene, linear low density polyethylene, ultra low density polyethylene, ethylene vinyl acetate, ethylene ethyl acrylate, ethylene methyl acrylate, and the like. Fluorine resins, such as lidene prolide, fluorinated ethylene propylene, ethylene tetra fluoroethylene, perfluoro alkyl vinyl ether, are used.
상기 발열체(26)에 사용되는 카본블랙에는 퍼니스 블랙 또는 아세틸렌블랙을 사용한다.Furnace black or acetylene black is used as the carbon black used for the heating element 26.
상기 발열체(26)에 사용되는 스페이서(24)에는 결정성 수지 또는 상기 결정성 수지에 카본블랙, 무기충전제, 그라스 화이버 보강제, 산화방지제 등이 혼합된 혼합물을 사용한다.The spacer 24 used for the heating element 26 uses a crystalline resin or a mixture of carbon black, an inorganic filler, a glass fiber reinforcing agent, an antioxidant, and the like, in the crystalline resin.
그리고 상기 스페이서(24)에 사용되는 결정성 수지는 상기 발열체(26)에 사용되는 수지에 비하여 열팽창율(선팽창 계수)이 적어도 10% 이상 큰 재료를 사용함으로서, 상기 발열체(26)가 도체(20)에 길이 방향으로 팽창을 증가시켜 상기 발열체(26)의 PTC강도를 크게 증가시킬 수 있다.In addition, the crystalline resin used for the spacer 24 uses a material having a thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of at least 10% or higher than that of the resin used for the heating element 26, so that the heating element 26 has a conductor 20. ) Can increase the PTC strength of the heating element 26 by increasing the expansion in the longitudinal direction.
본 발명의 제조 공정은 다음과 같다.The manufacturing process of this invention is as follows.
먼저, 발열체(B6), 플라스틱 스페이서(24) 및 자켓(28)에 사용되는 수지혼합물을 반바리 믹서, 트윈 스크류, 압출기, 부스 니더 등의 설비를 이용하여 용융훈련한 후 칩상태로 제조한다.First, the resin mixture used for the heating element B6, the plastic spacer 24, and the jacket 28 is melt-trained using equipment such as a short-bar mixer, twin screw, extruder, booth kneader, and then manufactured in a chip state.
그리고 도체(20)의 표면 위에 전도성코팅층(22)을 피복한다.The conductive coating layer 22 is coated on the surface of the conductor 20.
그후 압출기를 이용하여 제3도에 도시한 바와 같이, 도체(20)의 두께와 같게 하고 그의 폭은 제품의 사양에 따라서 5-l5mm 정도로 쉬트 모양의 플라스틱 스페이서(24)를 형성한다.Then, using an extruder, as shown in FIG. 3, the sheet 20 is made to have the same thickness as that of the conductor 20, and the width thereof is 5-l5mm, depending on the specification of the product.
그리고 상기 발열체(26)는 상기 스페이서(24)와 도체(20)의 외주면을 에워싸면서 피복된다.The heating element 26 is coated while surrounding the outer circumferential surfaces of the spacer 24 and the conductor 20.
또한 상기 발열체(26)위에 압출로서 자켓(28)을 피복한다.The jacket 28 is also coated on the heating element 26 as extrusion.
그리고 열 안정성의 향상을 위해서 열처리와 전자선조사의 공정을 거칠 수도 있다.In addition, heat treatment and electron beam irradiation may be performed to improve thermal stability.
그리고 본 발명의 실시예 및 비교예의 PTC강도(온도별 저항변화) 및 스위칭특성(온도별 출력변화)을 비교하면 다음의 표 1과 같다.And when comparing the PTC strength (resistance change by temperature) and switching characteristics (output change by temperature) of the Examples and Comparative Examples of the present invention are shown in Table 1 below.
이와 같이, 본 발명에 의한 자율제어형 히터 및 그 제조방법은, 고분자매트릭스의 열팽창과 스페이서의 열팽창이 복합 작용하여 입자간의 간격을 보다 크게함으로서 히터의 PTC특성을 개량하고, 주위온도가 평형온도 이상 또는 이하로 변동하더라도 이를 제어함으로서 폭발위험을 제거할 수 있는 자율제어형 히터 및 그 제조방법에 관한 것이다.As described above, the self-regulating heater according to the present invention and the manufacturing method thereof improve the PTC characteristics of the heater by making the thermal expansion of the polymer matrix and the thermal expansion of the spacer complex to increase the spacing between particles, and the ambient temperature is equal to or higher than the equilibrium temperature or The present invention relates to a self-regulating heater and a method of manufacturing the same, which can eliminate the risk of explosion by controlling the same even if fluctuated below.
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KR1019950049548A KR0179417B1 (en) | 1995-12-14 | 1995-12-14 | Self-control type heater and its control method |
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KR970058333A KR970058333A (en) | 1997-07-31 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100488883B1 (en) * | 2002-08-19 | 2005-05-10 | 한국화학연구원 | Preparation of electrical device having positive temperature coefficient property |
KR20210150070A (en) * | 2020-06-03 | 2021-12-10 | 주식회사 백세나노바이오 | Flat Type Heating Element for Portable Sauna |
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1995
- 1995-12-14 KR KR1019950049548A patent/KR0179417B1/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100488883B1 (en) * | 2002-08-19 | 2005-05-10 | 한국화학연구원 | Preparation of electrical device having positive temperature coefficient property |
KR20210150070A (en) * | 2020-06-03 | 2021-12-10 | 주식회사 백세나노바이오 | Flat Type Heating Element for Portable Sauna |
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KR970058333A (en) | 1997-07-31 |
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