KR100290515B1 - 트랜스리스발열체 - Google Patents
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Abstract
금속산화물을 도프한 BaTiO3를 기체로 하는 세라믹 재료 조성물의 소결체로 이루어지는 정특성 서미스터이고, 정특성 서미스터에 인가하는 전압의 대소에 의하여, 그 발열온동 거의 차이가 생기게 되지 않는다. 따라서, 예를들면, 사용전압이 110V와 220V가 병용되어 있는 나라, 혹은 지역에 있어서 사용할때에 전압강압 또는 강압을 위한 트랜스를 사용하는 일없이 거의 일정한 온도로 발열시킬 수가 있다.
Description
제 1도는 정특성 서미스터의 온도-저항 특성을 도시하는 도면,
제 2도는 정특성 서미스터의 전압-전류 특성을 도시하는 도면,
제 3도는 정특성 서미스터의 상온저항-발열온도 특성을 도시하는 도면,
제 4도는 정특성 서미스터 소체의 맞붙임 요령을 도시하는 도면,
제 5도는 본발명을 적용하는 모기잡기기기의 단면도.
1. 발명분야
본발명은 예를들면 액체식 전기모기잡기기기의 살충액 증발용 열원등에 사용하는 트랜스리스 발열체에 관한 것이다.
2. 선행기술의 기술 (서술)
액체식 전기모기잡기기기는 제 5도에 도시하는 바와같이 살충액(1) 을 충전한 탱크(2) 내에 세라믹제의 심(3) 을 질러넣어, 탱크(2) 상에 돌출한 심(3)의 둘레위에 발열장치(4) 를 장비하고, 발열장치(4) 에 통전하여 이를 발열시켜, 그열을 심에 전달하고, 심(3) 에 빨아올려진 살충액(1)을 증발시켜 살충액의 증기를 실내에 확산시키는 것이다.
발열장치(4) 에는 발열체로서 정특성 서미스터 소체(5) 가 조립되어 있다. 정특성 서미스터 소체는 BaTiO3를 기체로하고, 여기에 금속산화물을 도프(dope)한 세라믹스 조성물의 소결체이다. 정특성 서미스터 소체에는 원통체의 양면에 전극을 형성한것(일본실공평 1-12395호) 이거나, 원호상의 세그먼트의 양면에 전극을 형성한 것이 사용된다. 액체식 전기모기잡기기기의 발열장치(4) 는 일본국내에서는 통상 110V의 상용 전원으로 발열시키고 있다.
그런데, 발열장치에 조립된 정특성 서미스터 소자는 인가전압에 비례하여, 발열온도가 변화하는 문제가 있다. 일반의 액체식 전기모기잡기기기의 발열장치에 220V를 인가하여 발열시켰을때, 100V로 발열시켰을 때에 비하여 발열온도가 약 7℃이상 상승한다.
발열온도가 100V에서의 실정온도 보다 7℃이상 상승하면, 살충액의 증산량이 이상하게 빨라지고, 탱크내에 충전된 살충액의 유효기간의 규정일수를 만족할 수 없다라는 문제가 생긴다.
일본국에서는 상용전원전압은 100V로 통일되어 있지만, 해외에서는 상용전원전압에 220V가 사용되는 나라가 있고, 또, 일부 나라에서는 상용전원에 2종류의 전압을 사용하고 있는 나라가 있다.
이와관련하여, 세계 각국에서 사용되는 상용전원전압을 예시하면 표 1과 같고, 2종류의 전압을 선택적으로 사용되는 나라, 지역은 상당한 수에 달한다.
표 1에 의하면, 한국, 필리핀, 싱가포르, 벨기에, 덴마크, 이탈리아, 스페인, 스웨덴 등의 나라에서는 상용전원에 어느것이든 110V와 220V와의 2종류의 전압이 사용된다. 따라서, 예를들면 이들 나라에서 사용되는 제품의 발열장치에 정특성 서미스터를 조립할 때에는 상용전원전압 220V를 110V로 전압강하시키는 트랜스를 부설하고, 또는 트랜스에 전압변환스위치를 설치하고, 스위치를 변환하여 필요에 따라 트랜스를 사용하는 것으로 이에 대응하고 있는 것이 실정이다. 제품에 트랜스를 부설하는 것은 말할것도 없이, 제품의 코스트증가가 되고, 중량, 용적의 증대를 초래하는 것으로 된다. 다만, 인가전압이 AC 110V, 220V의 양쪽으로 사용할 수 있는 발열체는 알려져 있지만, 그것은 신뢰성을 향상하고, 최대정격 전압을 높임으로서 대응하려고 하는 것이고, 인가전압의 차이에 기인하는 발열온도차에 주목한 것은 아니였다.
본발명의 목적은 인가전압의 변화에 대하여 발열온도에 대폭적인 변화가 생기지 않는 발열체, 즉, 트랜스리스 발열체를 제공하는 것에 있다.
본발명의 다른 목적은 발열체로서의 전류전압 특성이 인가전압의 증가에 따라, 약 45°의 각도로 직선적으로 전류가 하갈하는 영역을 갖는 정특성 서미스터를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 전압-전류특성이 45°의 각도로 직선적으로 감쇄하는 영역의 범위내에 인가전압이 적어도 100V~240V의 범위에 포함되고, 실질상, 세계 각국에서 채용되는 상용전원의 전압범위를 분명히 하고 있는 정특성 서미스터를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 더욱 다른 목적은 전압-전류특성이 45°의 각도에서 직선적으로 감쇄하는 영역을 BaTiO3를 기체로 하는 세라믹스재료 조성물을 갖고 실현한 정특성 서미스터를 제공하는 것에 있다.
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태의 상세한 설명)
BaTiO3를 기체로 하는 세라믹스 재료 조성물에 첨가하는 특정의 첨가물의 양을 고정하였을 때, 예를들면,
(BaPbCaY) TiO3+SiO2+Mn
을 조성으로 하는 정특성 서미스터 수체에 있어서, SiO2와 Mn의 첨가량이 SiO2=O.1중량%, Mn=0.020중량% 일때에, 제 1도에 도시하는 바와같이, 퀴리점(Tc)이후, 온도-저항특성에 급격한 상승이 보인다. 이 사실은 제 2도에 의하면, Tc이상으로 서미스터 소체를 발열하면, 그이상 인가전압을 높이 하였을때에도, 전류치가 전압치에 역비례하여 급속히 감소하고, 전력의 증가가 적게되면서 끝난다고 생각한다. 그 전압-전류 특성을 살펴보면, 제 2도와 같이 적어도 인가전압이 100V~240V를 포함하는 영역에서 45°직선에 극히 가까운 감쇄를 하는 것을 발견하였다. 즉 전압 Vx을 가로축에, 전류 Iy를 세로축으로 하는 양로그 눈금의 직각좌표에 있어서
Vx + Iy = a (a는 상수)
의 관계를 충족하는 감쇄 특성이 얻어지는 것이 판면되었다. 제 1도에 비교를 위하여 BaTiO3를 기체로하는 세라믹스 재료 조성물을 사용한 종래의 정특성 서미스터 소자의 특성을 비교예로서 도시하였다.
제 2도에 있어서, (BaPbCaY) TiO3+SiO2+Mn중의 SiO2의 첨가량을 0.1중량%, Mn의 첨가량을 0.020중량%으로 고정한 세라믹스 재료 조성물을 소결하여 정특성 서미스터 소자로 가공하고, 이들 발열체로 사용하였을때, 인가전압을 100V일때와 240V일때에서는 그 소비전력 P = VI의 변화가 적고, 따라서 적어도 인가전압 100 ~ 240V의 범위내에 있어서는 그 발열온도에는 차가 거의 생기지 않는다. 통상의 정특성 서미스터에서는 제 2도의 비교예에 도시하는 바와같이, 일반으로 감쇄특성은 45°직선 보다 완만하게 감쇄하고, 그결과, 인가전압이 클수록, 소비전력이 증대하고 발열온도는 높다.
본발명에 의한 이 특이한 특성은 실험의 결과로 얻어진 것이다. 상기 조성에 의하면, 45°직선 감쇄특성이 얻어지는 범위는 대체로 70℃ ~ 250℃였다. 형편이 좋은 것으로, 이 범위는 상용전원전압 100V~240V의 범위를 분명히 하고 있다. 또, 상기 조성물의 또하나의 특징은 높은 내전압을 얻을 수 있는 것이다. 더욱더 발열온도의 고저는 조성물중의 Pb의 양을 증감함으로서 임의로 제어할 수 있다.
한편(Ba, Pb, Ca, Y) TiO3+SiO20.1중량% + Mn 0.020중량%의 조성물에 있어서, Ca 를 Sr로 치환한 조성물일지라도, 전압-전류특성에, 꼭같은 감쇄특성이 얻어지는 것이 확인되었다. 또 정특성 서미스터는 제 3도의 비교예에 도시하는 바와같이 일반으로 상온저항 R25에 반비례하여 발열온도가 변화하지만, Ca를 Sr로 치환한 조성물의 경우에도 제 3도의 본발명을 도시하는 바와같이, 통상 사용할 수 있는 상온저항 R25의 범위내에서는 대부분 변화하지 않는 것을 알았다. 이 사실은 상기 조성물에 의한 정특성 서미스터의 2이상의 조를 발열체에 사용하였을때, 각각의서미스터의 상온저항 R25을 반드시 가지런하게 하지 않더라도 같은 발열량을 얻을 수가 있다.
따라서, 본발명에 의한 정특성 서미스터를 원통상 또는 세그먼트로 가공하고, 그 소자의 양면에 전극을 부착하고, 이를 발열체로 사용하였을때, 적어도 100V~240V의 범위에서는 상용전원전압 240V의 인가전압의 차이에 의하여 발열온도에 차가 생기지 않고, 발열장치의 트랜스리스화를 실현할 수 있다.
이하에 본발명의 실시예를 설명한다.
(실시예 1) 표2는 세라믹스조성(Ba1-x-y-zPbxCayYz)Ti 1,000 O3+αwt% SiO2+βwt%Mn에서, x = 7.0몰%로 고정하고, y, z 및 α,β를 여러가지로 변화시켜 소성한 정특성 서미스터에 대하여, 상온저항(KΩ), 인가전압 220V와 100V와의 발열온도(℃), 내전압(V), 퀴리점(℃)을 측정한 결과를 표시하고 있다.
표 2의 결과로 부터, SiO2의 첨가량 α= 0.1중량%, Mn의 첨가량 β= 0.020중량%으로 설정한 것은 인가전압을 220V으로 설정하였을때와, 100V으로 설정하였을때의 발열온도의 온도차가 어느것이든지 7℃를 크게 밑돌고, α,β의 어느한쪽을 약간이라도 증가시켰을 때에는, 발열온도의 온도차는 7℃를 밑돌고 있지만 그 온도차에 증가의 경향이 보였다. 측정치에는 약간의 분산이 인정되지만, 내압성, 상온저항치를 총합하여 판단하면, HX-18 의 시료 즉 x = 7.0중량%, y = 4.0중량%, z = 0.40중량% 조건하에서 실질적으로 α= 0.1중량%, β= 0.020중량%으로 설정하여 소성한 것이 전압-전류감쇄특성에 우수하다라고 알수 있다.
표 3은 SiO2의 첨가량을 0.4중량% 으로 고정하고, 다른 성분의 첨가량을 변화시킨 경우의 측정결과를 나타내고 있다. 표 3에서 명백한대로, 인가전압 220V와 100V에서의 발열온도의 온도차는 표 2와 비교할때 현저히 증대하고 있다.
(실시예 2) 표 4는 세라믹조성(Ba1- x-y-xPxSryYz)Ti 1.000 O3+αwt% SiO2+βwt%Mn에서, SiO2의 첨가량 α= 0.1중량%, Mn의 첨가량 β= 0.020 로 고정하고, x, t, z몰% 를 여러가지로 변화시켜 소성한 정특성 서미스터에 대하여, 상온 저항(KΩ), 인가전압 220V와 100V와의 발열온도(℃), 내전압(V), 퀴리점(℃)을 측정한 결과를 나타내고 있다.
표 4의 결과로 부터 인가전압 220V와 100V와의 발열온도의 온도차에 관하여는 실시예에 비하여 뒤지고 있지만, 비교적 안정하여 있는 것이 인정되었다. 표 5는 x, y, z와 같이 α,β를 여러가지로 변화시킨 예이다.
표 5의 결과에서 명백한 바와같이, α= 0.1, β= 0.020로 부터 차이가 클수록 인가전압이 220V일때와 100V일때와는, 정특성 서미스터의 발열온도의 온도차가 큰것임을 인정되었다. (실시예 3) 세라믹스 재료조성((BaPbSrY) TiO3+SiO20.1중량%+Mn중 0.020중량%)에 대하여 소성온도를 여러가지 변화시켜 얻어진 조성물의 상온저항 R25KΩ와, 인가전압을 100V, 220V로 설정하였을때의 발열온도를 측정하였다. 측정결과를 표 6에 나타낸다.
1320℃ ×2hr 소체는 소성부족이고, 발열 온도가 소체에 의하여 크게 변동한다.
표 6의 결과로 명백한 바와같이, 소성온도 1320℃ ×2hr로 소성한 정특성 서미스터 소체는, 소성부족 때문에 발열온도가 소체에 의하여 크게 변동하였지만, 소성온도가 1340℃~1380℃의 범위내에서는 상온저항 R25의 변화폭도 통상보다 작고, 또 인가전압을 220V로 설정하였을 때와 100V로 설정하였을때의 정특성 서미스터의 발열온도의 온도차의 변동폭도 적고, 발열온도가 소정온도의 영향을 거의 받지않는 것이 판명되었다.
통상, 정특성, 서미스터는 상온저항 R25에 반비례하여 발열온도가 변화하지만, 상기 조성물을 사용한 정특성 서미스터에서는 통상 사용하는 상온저항 R25의 범위내에서는 거의 발열온도가 변화하지 않고, 따라서 대량생산시에 다소 소성온도가 상하하고, 상온저항 R25이 변동하더라도 소체의 발열특성에 큰 변동은 생기지 않는다.
(실시예 4) 실시예 1의 표 2에 표시한 시료 HX-18 를 외경 1.32cm, 내경 0.78cm, 두께 0.35cm, 중심각 100°의 원호상 세그먼트의 패턴으로 성형하고, 이를 1330℃에서 2시간 소성하고, 얻어진 소체(5) 의 양면에 전극(6) 을 붙이고, 제 4도에 도시하는 단자금구(7) 의 쌍 사이에 압착하고, 이를 발열장치(5) 로 하여, 제 5도의 요령으로, 탱크(2) 내에 담금한심(3) 의 주위에 세트하였다. 탱크(2) 내에는 어느것이든 45㎖의 살충액을 충전하고, 발열장치(4) 를 인가전압 100V로 가열하였을 때와, 인가전압 220V로 가열하였을 때와의 살충액의 전량의 소비시간을 비교하였다. 결과는 표 7와 같다.
이상 표 7의 결과에 의하여, 어느 시료에 대하여도 살충액의 전량소비시간은 인가전압이 220V일때에 인가전압이 100V일때에 비하여 짧지만, 그 차는 겨우 31시간의 범위로 멈추어졌다. 이와 관련하여, 실험에 의하면, 인가전압 220V와 100V와의 발열온도착 1℃의 차이로 45㎖의 살충액을 전액의 소비시간에 12시간의 차이가 생기는 것을 알게되었다. 따라서 온도차 7℃ 이상에서는 실로 84시간 이상의 차이로 된다.
이상과 같이, 본발명에 의할때에는 인가전압의 차이에 의하여, 발열체의 발열온도에 거의 차이가 생기지 않고, 안정한 특성이 얻어지고, 정특성 서미스터 소체의 2개 이상을 같은 발열장치로 조립할때에도, 서로의 소체의 상온저항을 가지런히 할필요가 없어지고, 소체를 임의로 선정하여 발열장치를 조립할 수 있다. 이상 실시예에서는 액체식 전기모기잡기기기의 발열장치에 적용한 예를 설명하였지만, 물론 이에 한하지 않고, 동결방지용의 히터기타의 열선을 널리 이용하여 인가전압의 차이에 의한 발열장치의 트랜스리스화를 실현할 수 있다.
Claims (5)
- 금속산화물을 도프한 BaTiO3를 기체(基體))로 하는 세라믹스 재료 조성물의 소결체에 통전하여 발열시키는 트랜스리스 발열체에서,도프한 BaTiO3를 기체로 하는 세라믹스 재료 조성물의 소결체는 정특성 서미스터이고, 정특성 서미스터의 전압-전류특성은 전압 Vx을 가로축, 전류 Iy를 세로축으로하는 직각좌표에 있어서,Vx + Iy = a (a는 상수)의 조건을 만족하는 영역을 갖는 것이고, Vx + Iy = a의 조건을 만족하는 영역은 100V~240V의 범위를 포함하는 것임을 특징으로 하는 트랜스리스 발열체.
- 제 1항에 있어서, BaTiO3를 기체로 하는 세라믹스 재료 조성은 SiO2와 같은 Mn을 포함하고,정특성 서미스터의 전압-전류특성은 조성물에 포함되는 SiO2와 Mn의 첨가량에 의하여 결정된 것임을 특징으로 하는 트랜스리스 발열체.
- 제 1항에 있어서, BaTiO3를 기체로 하는 재료 조성물은 화학식(BaPbCaY) TiO3+SiO2+Mn으로 표시되고,재료 조성중에 첨가된 SiO2와 Mn와의 첨가량은 실질적으로,SiO20.1중량%Mn 0.020중량%임을 특징으로 하는 트랜스리스 발열체.
- 제 1항에 있어서, BaTiO3를 기체로 하는 재료 조성물은 화학식(BaPbSrY) TiO3+SiO2+Mn으로 표시되고,재료 조성중에 첨가된 SiO2와 Mn와의 첨가량은 실질적으로,SiO20.1중량%Mn 0.020중량%임을 특징으로 하는 트랜스리스 발열체.
- 제 1항에 있어서, 2 이상의 정특성 서미스터의 조합을 갖는 발열체에서, 각각의 정특성 서미스터의 상온저항이 서로 다른 것임을 특징으로 하는 트랜스리스 발열체.
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