KR101546402B1

KR101546402B1 - 니크롬 스트립 구조의 히터 장치

Info

Publication number: KR101546402B1
Application number: KR1020130142092A
Authority: KR
Inventors: 한상일
Original assignee: 주식회사 한올주방
Priority date: 2013-11-21
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2015-08-21
Also published as: KR20150058831A

Abstract

본 발명은 니크롬 스트립 구조의 히터 장치에 관한 것이고, 구체적으로 열선을 니크롬 소재의 스트립으로 형성하면서 폭과 길이를 조절하는 것에 의하여 가열 효율이 향상된 니크롬 스트립 구조의 히터 장치에 관한 것이다. 히터 장치(10)는 베이스 기판(12); 및 베이스 기판(11)에 고정되는 니크롬 스트립(11)을 포함하고, 상기 니크롬 스트립(11)은 입력 단자(11a)로부터 출력 단자(11b)로 연결되면서 나사 선 구조 또는 지그재그 구조로 입력 단자(11a)로부터 출력 단자(11b)로 연장되고 그리고 상기 니크롬 스트립의 두께는 인가되는 전력의 주파수에 의하여 결정된다.

Description

니크롬 스트립 구조의 히터 장치{Heating Apparatus Having Structure of Nichrome Strip}

본 발명은 니크롬 스트립 구조의 히터 장치에 관한 것이고, 구체적으로 열선을 니크롬 소재의 스트립으로 형성하면서 폭과 길이를 조절하는 것에 의하여 가열 효율이 향상된 니크롬 스트립 구조의 히터 장치에 관한 것이다.

양단에 인가되는 전압에 의한 전류로 인하여 열을 발생시키는 전기 저항체를 이용하는 히터는 난방용 또는 가열용으로 다양한 소재로부터 만들어질 수 있다. 히터의 소재로 니켈-크롬, 니켈-탄소, 철-크롬, 철-크롬-알루미늄, 몰리브덴, 텅스텐, 탄화규소, 흑연, 몰리브덴-규소 또는 지르코늄과 같은 것이 사용될 수 있다. 히터는 와이어 형태로 만들어지거나 또는 띠 형태로 만들어질 수 있고 사용 용도에 따라 발열량이 적절하게 선택될 수 있다.

히터와 관련된 선행기술로 특허등록번호 제0763279호 ‘세라믹 히터’가 있다. 상기 선행기술은 열을 발열하도록 세라믹으로 이루어진 세라믹 발열 판과, 상기 세라믹 발열 판의 하부에 접합되어 발열 판으로 열을 전달하도록 열이 발생되는 발열체를 포함하고, 상기 발열체는 세라믹 발열체의 아래쪽 면에 접합이 되어 전기적으로 절연 상태에서 열을 전달하도록 하는 한 쌍의 절연체와, 상기 한 쌍의 절연체 사이에 결합되어 외부로부터 인가되는 전원에 의해 열이 발생하도록 하는 다수 개의 저항 발열체로를 포함하는 세라믹 발열체에 대하여 개시한다.

발열체와 관련된 다른 선행기술로 특허등록번호 제0811207호 ‘보조난방장치용 리본 히터’가 있다. 상기 선행기술은 발열체의 양측 평면에 방열 핀이 결합되어 적층되고, 상기 발열체와 방열 핀의 길이 방향 적어도 일단에 전극 단자가 형성된 보조 난방 장치용 히터에 있어서, 상기 발열체는 리본 형태의 비정질 금속 합금물의 외면에 절연재가 코팅이 된 리본 발열체로 되어 있고, 상기 방열 핀은 높이 방향 양측에 평탄부가 지그재그로 형성된 주름 핀으로 되어 있으며, 상기 발열체의 양쪽 평면에 상기 주름 핀의 평판 부분이 교대로 어긋나게 밀착되어 있고, 상기 주름 핀의 평탄 부분에 일체로 연결되어 상기 발열체를 감싸서 거는 걸림 고리부가 구비되어 상기 주름 핀이 발열체에 고정되는 것을 특징으로 하는 보조 난방 장치용 리본 히터에 대하여 개시한다.

상기 선행기술은 주방용으로 적용될 수 있으면서 빠른 반응 시간 및 높은 열의 발생이 가능하도록 하는 히터 장치에 대하여 개시하지 않는다.

본 발명은 선행기술이 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.

본 발명의 목적은 길이 방향으로 나사 구조 또는 지그재그 구조를 가지면서 일정한 폭으로 연장이 되어 가열 효율이 향상될 수 있도록 하는 니크롬 스트립 구조의 히터 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 히터 장치는 베이스 기판; 및 베이스 기판에 고정되는 니크롬 스트립을 포함하고, 상기 니크롬 스트립은 입력 단자로부터 출력 단자로 연결되면서 나사 선 구조 또는 지그재그 구조로 입력 단자로부터 출력 단자로 연장되고 그리고 상기 니크롬 스트립의 두께는 인가되는 전력의 주파수에 의하여 결정된다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 니크롬 스트립은 제1 두께로 연장되는 상부 스트립 부분 및 상부 스트립 부분과 서로 다른 제2 두께로 연장되면서 상기 상부 스트립과 일체로 형성된 하부 스트립 부분으로 이루어진다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 니크롬 스트립의 발열 상태를 측정하기 위한 탐지 센서, 상기 탐지 센서의 측정값에 기초하여 출력 전압을 결정하는 제어 유닛 및 상기 제어 유닛에 의하여 출력 전압이 조절되는 변압기를 더 포함한다.

본 발명에 따른 히터 장치는 조리용 또는 난방용으로 사용되어 빠른 반응이 유도되면서 이와 동시에 높은 효율이 나타날 수 있도록 하는 것에 의하여 전력 손실이 감소될 수 있도록 한다는 이점을 가진다. 또한 본 발명에 따른 히터 장치는 적절한 설계 변경 및 부가 장치를 통하여 다양한 용도로 적용될 수 있도록 한다는 장점을 가진다.

도 1a는 본 발명에 따른 히터 장치의 실시 예를 도시한 것이다.
도 1b는 본 발명에 따른 히터 장치의 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 히터 장치에 적용될 수 있는 니크롬 스트립의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 히터 장치의 작동 구조에 대한 실시 예를 도시한 것이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.

도 1a는 본 발명에 따른 히터 장치(10)의 실시 예를 도시한 것이다.

도 1a를 참조하면, 히터 장치(10)는 베이스 기판(12); 및 베이스 기판(11)에 고정되는 니크롬 스트립(11)을 포함하고, 상기 니크롬 스트립(11)은 입력 단자(11a)로부터 출력 단자(11b)로 연결되면서 나사 선 구조 또는 지그재그 구조로 입력 단자(11a)로부터 출력 단자(11b)로 연장되고 그리고 상기 니크롬 스트립의 두께는 인가되는 전력의 주파수에 의하여 결정될 수 있다.

히터 장치(10)는 조리용 또는 난방용으로 사용되거나 또는 산업용으로 사용될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 히터 장치(10)는 전력 공급에 따라 주울(Joule) 열을 발생시키는 저항체를 포함하고 전력 공급은 교류 전류가 될 수 있고 히터 장치(10)는 전력 공급을 위한 다양한 부가 장치를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 히터 장치(10)는 니크롬 스트립(11)의 저항체를 특징으로 한다. 니크롬은 니켈과 크롬의 합금을 의미하며 필요에 따라 철, 탄소, 규소 또는 망간과 같은 소재를 포함할 수 있다. 니크롬 스트립(11)은 니켈 55 중량% 이상 및 크롬 15 wt% ~ 21 wt%를 포함할 수 있다. 스트립은 리본 또는 띠 형상을 의미하고 두께에 비하여 폭이 충분히 크면서 길이 방향으로 연장이 되는 이 분야에서 일반적으로 알려진 형상을 의미한다. 스트립의 단면은 예를 들어 직선 형상. 사각 형상 또는 이와 유사한 형상이 될 수 있다. 본 명세서에서 스트립은 두께에 대하여 상대적으로 큰 폭 및 길이를 가지는 형상을 의미한다.

니크롬 스트립(11)은 나사 선 구조 또는 지그재그 구조가 될 수 있고 그리고 한쪽 끝은 입력 단자(11a)에 그리고 다른 쪽 끝은 출력 단자(11b)에 연결되어 전류가 흐를 수 있다. 나나선 또는 지그재그 구조는 골과 산이 연속적으로 이어지는 구조를 의미하고 골 또는 산의 끝 부분은 날카로운 형상이 아닌 부드러운 형상이 될 수 있다. 그러므로 니크롬 스트립(11) 은 길이 방향으로 수직이 되는 폭 방향이 꼬불꼬불한 형상을 가질 수 있다. 일반적으로 단면적이 커지면 저항이 감소하고 그리고 길이가 증가하면 저항이 증가한다. 니크롬 스트립(11)은 단면적이 증가되고 그리고 이와 동시에 길이가 증가된 구조를 가질 수 있다. 단면적의 증가로 인하여 저항이 작아지므로 이에 대한 보상으로 길이가 증가되도록 하여 저항이 커지도록 한 것이다. 그리고 길이의 증가를 위하여 니크롬 스트립(11)은 나사선 구조 또는 스트립 구조를 가질 수 있다. 나사선 구조 또는 지그재그 구조는 니크롬 스트립(11)의 길이를 증가시키기 위한 구조에 해당되므로 다양한 형태가 가능하고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

본 발명에 따르면 니크롬 스트립(11)의 두께가 얇을수록 유리하고 그리고 인가되는 전원의 주파수가 높을수록 두께가 얇아질 수 있다. 니크롬 스트립(11)의 두께는 표피 깊이(skin depth)와 관련을 가진다. 일반적으로 전하는 도체의 표면 따라 흐르고 주파수가 높을수록 침투 깊이가 작아질 수 있다. 그러므로 니크롬 스트립(11)의 두께는 표피 두께 이상의 두께를 가질 수 있고 그리고 적용되는 주파수에 따라 적절하게 결정이 될 수 있다. 예를 들어 니크롬 스트립(11)의 두께는 0.01 내지 5 mm가 될 수 있고 니크롬 스트립(11)의 폭은 5 내지 50 ㎜가 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 니크롬 스트립(11)은 주파수에 따라 적절하게 조절이 될 수 있으면서 다양한 구조를 가질 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

니크롬 스트립(11)은 베이스 기판(12)에 설치될 수 있고 베이스 기판(12)은 예를 들어 원형 또는 사각형상이 될 수 있다. 베이스 기판(12)은 내열 또는 난연성을 가진 임의의 절연체가 될 수 있고 세라믹, 석고 보드, 실리카 섬유 또는 탄소 섬유가 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.

베이스 기판(12)의 표면은 연질 소재로 만들어질 수 있고 이로 인하여 니크롬 스트립(11)의 아래쪽 부분의 일부가 베이스 기판(12)의 표면을 이용하여 고정될 수 있다.

베이스 기판(12)에 일정 간격으로 분리 유닛(13)이 배치될 수 있다. 분리 유닛(13)은 길이 방향으로 연장되는 니크롬 스트립(11)의 연장 방향을 변경시키면서 이와 동시에 인접하는 니크롬 스트립(11)을 공간적으로 분리시키는 기능을 가질 수 있다. 도 1a에 도시된 것처럼, 분리 유닛(13)은 막대 형상이 될 수 있지만 이에 제한되지 않고 다양한 형상을 가질 수 있다. 분리 유닛(13)은 고정 수단(14)에 의하여 베이스 기판(12)에 고정되거나 또는 베이스 기판(12)과 일체형으로 만들어질 수 있다.

다양한 절연 소재로 분리 유닛(13)이 형성될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

베이스 기판(12)이 사각 판형으로 형성되는 경우 니크롬 스트립(11)은 서로 나란하게 연장되는 직선 형상으로 연장이 될 수 있다. 니크롬 스트립(11)은 다양한 구조로 연장이 될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

도 1b는 본 발명에 따른 히터 장치의 다른 실시 예를 도시한 것이다.

도 1b를 참조하면, 베이스 기판(12)은 원판 형상이 될 수 있고 그리고 니크롬 스트립(11)은 원형으로 연장이 될 수 있다. 니크롬 스트립(11)의 양 끝 부분에 입력 단자(11a) 및 출력 단자(11b)가 형성될 수 있고 입력 단자(11a)와 출력 단자(11b)는 인접하도록 배치될 수 있다. 다른 한편으로 온도 센서(15)가 내부에 설치될 수 있다.

니크롬 스트립(11)은 베이스 기판(12)의 구조에 따라 적절하게 연장이 될 수 있고 바람직하게 입력 단자(11a)와 출력 단자(11b)는 인접하도록 배치될 수 있다.

다양한 구조를 가지는 니크롬 스트립(11)의 연장 구조가 본 발명에 따른 히터 장치에 적용이 될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

아래에서 본 발명에 따른 니크롬 스트립(11)의 다양한 구조에 대하여 설명이 된다.

도 2는 본 발명에 따른 히터 장치에 적용될 수 있는 니크롬 스트립의 실시 예를 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 니크롬 스트립은 단위 스트립(21a, 21b, 21c, 21d)로 이루어질 수 있고 각각의 단위 스트립(21a, 21b, 21c, 21d)는 단위 연결체(22a, 22b, 22c, 22d)에 의하여 서로 연결이 될 수 있다. 각각의 단위 스트립(21a, 21b, 21c, 21d)은 나사면 형상 또는 지그재그 형상으로 연장이 될 수 있다. 그리고 단위 연결체(22a, 22b, 22c, 22d)는 서로 다른 단위 스트립(21a, 21b, 21c, 21d)을 전기적으로 연결시킬 수 있는 임의의 구조를 가질 수 있다. 다른 한편으로 단위 스트립(21a, 21b, 21c, 21d)의 아래쪽에 핀 스트립(111)이 형성될 수 있다. 핀 스트립(111)은 베이스 기판에 단위 스트립(21a, 21b, 21c, 21d)이 쉽게 고정될 수 있도록 톱니 구조를 가질 수 있다. 또한 핀 스트립(111)은 길이 방향에 대하여 부분적으로 형성이 될 수 있다. 추가로 핀 스트립(111)은 단위 스트립(21a, 21b, 21c, 21d)과 일체로 형성이 되고 적절한 가공 수단으로 형성될 수 있다. 이와 같은 핀 스트립(111)은 니크롬 스트립에 동일 또는 유사한 구조로 형성이 될 수 있다.

단위 연결체(22a, 22b, 22c, 22d)는 끼움 구조, 삽입 구조 또는 다른 적절한 체결 방법으로 서로 다른 단위 스트립(21a, 21b, 21c, 21d)을 연결할 수 있고 그리고 단위 스트립(21a, 21b, 21c, 21d)에 비하여 충분히 작은 저항을 가지는 전도성 소재로 형성될 수 있다.

단위 연결체(22a, 22b, 22c, 22d)가 작은 저항을 가지는 전도성 소재로 형성하는 것은 니크롬 스트립의 전체 설계가 간단해지도록 하면서 특정 용도에 적합하게 만들어지도록 한다는 이점을 가진다.

니크롬 스트립은 히터 장치의 형성을 위하여 관련 장치에 설치될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 히터 장치의 작동 구조에 대한 실시 예를 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 니크롬 스트립(11)은 제1 두께로 연장되는 상부 스트립 부분(112)과 제1 두께에 비하여 .얇은 두께로 연장되는 하부 스트립 부분(113)으로 이루어질 수 있다. 상부 스트립 부분(112)은 베이스 기판의 위쪽으로 노출이 되는 부분에 해당되고 그리고 하부 스트립 부분(113)은 베이스 기판에 고정이 되는 부분에 해당된다. 그리고 하부 스트립 부분(113)은 얇은 두께로 인하여 저항이 커지게 되고 이로 인하여 발열량이 작아지게 된다. 상부 스트립 부분(112) 및 하부 스트립 부분(113)의 상대적인 두께는 하부 스트립 부분(113)이 베이스 기판에 고정을 위하여 삽입이 되는 수준에 기초하여 적절하게 결정이 될 수 있다. 상부 스트립 부분(112)과 하부 스트립 부분(113)의 상대적인 폭 방향의 길이는 예를 들어 10: 0.5 내지 5가 될 수 있고 그리고 제1 두께와 제2 두께는 예를 들어 10: 1 내지 6이 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.

하부 스트립(113)을 형성하는 것에 의하여 발열 효율이 향상될 수 있도록 한다. 히터 장치에서 베이스 기판에 인접하는 공간에 비하여 베이스 기판의 위쪽 공간으로 많은 열이 전달이 되는 것이 유리하다. 다른 한편으로 위에서 설명이 된 것처럼, 니크롬 스트립의 아래쪽 부분은 베이스 기판에 묻히게 되거나 내부에 고정이 될 수 있다. 그러므로 하부 스트립(113)에 비하여 상부 스트립(112)에 발열량이 높은 것이 유리하다. 그리고 하부 스트립(113)을 얇게 만드는 것에 의하여 발열이 주로 상부 스트립(112)에서 발생이 되도록 한다.

상부 스트립 부분(112)과 하부 스트립 부분(113)의 폭 방향의 길이 및 상대적인 두께는 전체 니크롬 스트립의 길이 및 발열 수준에 기초하여 적절하게 선택이 될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

도 3의 (나)를 참조하면, 히터 장치는 니크롬 스트립(11), 니크롬 스트립(11)의 발열 수준을 탐지하기 위한 탐지 센서(32), 전압 조절을 위한 트랜스포머(31) 및 작동의 제어를 위한 제어 유닛(33)을 포함할 수 있다.

외부 전원으로부터 유입되는 전력(P)은 트랜스포머(31)를 경유하여 니크롬 스트립(11)으로 전달이 될 수 있다. 니크롬 스트립(11)은 도 1a 또는 도 2에 도시된 형상을 가질 수 있다. 탐지 센서(32)에 의하여 니크롬 스트립(11)의 발열 상태가 탐지될 수 있다. 위에서 설명이 된 것처럼, 니크롬 스트립(11)의 두께는 얇을수록 유리하고 전하는 실질적으로 니크롬 스트립(11)의 표면을 따라 흐르게 된다. 그리고 니크롬 스트립(11)의 두께는 주파수에 따라 적절하게 선택이 되는 것이 유리하다. 그러나 사용 과정에서 두께의 조절이 되기 어렵다.

본 발명에 따르면 탐지 센서(32)에 의하여 온도 또는 전류가 탐지될 수 있고 그리고 트랜스포머(31)에서 전압을 변경시키는 것에 의하여 최적의 발열 조건이 탐지될 수 있다. 트랜스포머(31)는 외부 전원에서 인가되는 전압을 제어 유닛(33)에서 결정된 최적 발열 조건으로 변화시키는 기능을 가질 수 있다. 제어 유닛(33)은 탐지 센서에서 탐지된 값에 기초하여 최적 발열 조건을 결정할 수 있다. 최적 발열 조건이란 전력 소모량에 대한 상대적인 발열 효율을 의미한다. 다른 한편으로 최적 발열 조건은 히터 장치에 용도에 따른 적절한 온도 조건을 의미할 수 있다.

다양한 인자가 탐지 센서(32)에 의하여 탐지될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

다른 한편으로 본 발명에 따른 니크롬 스트립은 예를 들어 탄소 섬유 또는 실리카 섬유에 니켈-크롬으로 도금 또는 코팅을 하는 방법으로 만들어질 수 있다. 탄소 섬유 또는 실리카 섬유는 위에서 설명한 것처럼 상부 스트립 부분 및 하부 스트립 부분으로 나누어질 수 있고 서로 다른 두께로 코팅이 될 수 있다. 그리고 코팅 두께는 사용되는 주파수에 따라 조절이 될 수 있고 그에 따라 전력 소비 효율이 높아지도록 할 수 있다. 추가로 니크롬 스트립이 다양한 형태로 만들어질 있도록 한다.

위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

10: 히터 장치 11: 니크롬 스트립
11a: 입력 단자 11b: 출력 단자
12: 베이스 기판 13: 분리 유닛
15: 온도 센서
21a, 21b, 21c, 21d: 단위 스트립 22a, 22b, 22c, 22d: 단위 연결체
31: 트랜스포머 32: 탐지 센서
33: 제어 유닛
111: 핀 스트립 112: 상부 스트립 부분
113: 하부 스트립 부분

Claims

베이스 기판(12); 및
베이스 기판(12)에 고정되는 니크롬 스트립(11)을 포함하고,
상기 니크롬 스트립(11)은 입력 단자(11a)로부터 출력 단자(11b)로 연결되면서 나사 선 구조 또는 지그재그 구조로 입력 단자(11a)로부터 출력 단자(11b)로 연장되고 그리고 상기 니크롬 스트립의 두께는 인가되는 전력의 주파수에 의하여 결정되고, 상기 니크롬 스트립(11)은 제1 두께로 연장되는 상부 스트립 부분 및 상부 스트립 부분과 서로 다른 제2 두께로 연장되면서 상기 상부 스트립과 일체로 형성된 하부 스트립 부분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 니크롬 스트립 구조의 히터 장치.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 니크롬 스트립(11)의 발열 상태를 측정하기 위한 탐지 센서, 상기 탐지 센서의 측정값에 기초하여 출력 전압을 결정하는 제어 유닛 및 상기 제어 유닛에 의하여 출력 전압이 조절되는 변압기를 더 포함하는 니크롬 스트립 구조의 히터 장치.