KR20020068198A - 2중 전도성 복합체를 함유한 전기소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전도성 복합체에 관한 것으로 특히 PTC 전기소자를 구성하는 전도성복합체를 서로 다른 온도에서 동작하는 두 종류의 전도성 복합체로 구성하여 과전류로 인한 전기장치의 오작동을 두단계로 차단시키는 2중 전도성 복합체를 함유한 전기소자에 관한 것이다.

본 발명은 두 종류의 전도성 복합체를 혼합하여 서로 다른 온도에서 과전류를 차단시키도록 하는 것으로, 전도성 복합체를 구성하는 비전도성 물질의 종류에 따라 차단을 위한 작동 온도의 조절이 가능하며, 두번째 혼합물인 전도성 볼의 작동온도가 높기 때문에, 첫번째 혼합물의 작동 온도에는 영향을 미치지 않는 효과가 있다. 따라서, 본 발명은 PTC 전기소자와 연결된 전기장치가 동작중에 과전류로 인한 온도의 상승시에 첫번째 설정온도에 이르면 저항을 증가시켜 과전류를 차단시키고, 다시 전기장치가 동작중에 과전류로 인하여 첫번째 설정온도를 넘어서 두번째 설정온도에 이르면 전도성 복합체의 비전도성 물질이 팽창하여 전도성 볼이 파괴되어 흘러나오는 비전도성 물질의 종류에 따라 차단이 가능하도록 구현한 것으로, 두단계로 나뉘어서 과전류로 인한 전기장치의 오작동을 방지하여 회로를 보호하여 연결되어 사용하는 전기장치의 사용기간을 연장시킬 수 있고 따라서 비용을 절감하는 효과가 있다.

Description

2중 전도성 복합체를 함유한 전기소자{Electrical device with duplication compounds}

본 발명은 전도성 복합체에 관한 것으로 특히 PTC 전기소자를 구성하는 전도성 복합체를 서로 다른 온도에서 동작하는 두 종류의 전도성 복합체로 구성하여 과전류로 인한 전기장치의 오작동을 두단계로 차단시키는 2중 전도성 복합체를 함유한 전기소자에 관한 것이다.

일반적으로, PTC(Positive Temperature Coefficient)란 온도가 증가함에 따라 전기저항이 커지는 현상이다. 상온의 낮은 온도에서는 낮은 저항으로 전도성 성질을 나타내지만, 과전류가 발생하여 온도가 증가하면 저항이 급격히 커짐으로써 전류를 차단하여 소자를 보호하게 된다.

PTC 특성을 갖는 전도성 복합체는 이미 오래 전부터 공지되었으며, 정온 전선, 과전류 차단용 전기장치, 열 센서, 과전류 레귤레이터 및 저전력 보호회로, 배터리, 회로 보호 소자, 가열기 등에 적용되고 있다.

또한, PTC 소자를 함유하는 전기장치는 과전류 부하로부터 보호될 회로와 직렬로 연결되어 정상 작동시에는 낮은 저항을 유지하여 전력손실이 작은 범위에서 전류를 통과시키지만 과전류 부하가 인가되면 전기장치의 온도상승에 따른 전도성 복합체의 부피변화와 이에 따른 저항이 상승하여 보호될 회로의 과전류를 차단하는 성능을 가진다.

PTC 소자를 사용하는 전기장치는 정상전류가 흐를 때에는 상온의 저항이 낮게 유지되어 전력 손실을 최소화하는 것이 바람직하며, 과전류의 인가시에는 PTC 전기 소자를 구성하는 전도성 복합체가 녹는점 이상으로 온도의 상승 하강과 저항 상승의 반복적인 동작 후에도 초기의 낮은 저항을 유지하는 것이 중요한 특성이다.

PTC 전기 소자를 구성하는 전도성 복합체는 결정성 복합체나 적어도 하나의 결정성 복합체를 포함하며 여기에 분산되어 있는 입상 전도성 충진제로 이루어진다. 입상 전도성 충진제는 카본 블랙, 카본 섬유, 초핑섬유, 니켈입자, 흑연 및 금속 플레이크 등이 있으며 전도성 충진제를 함유한 전도성 복합체를 열에너지나 방사선 등에 의해서 가교결합 시켜 열 안정성 및 저항률을 증가시킨다.

전도성 복합체는 상온과 같은 낮은 온도에서는 전도성을 가지지만 온도의 상승에 따른 용융점 부근에서는 고분자 결정이 와해되면서 부피 팽창이 전도성 충진제간의 이격을 조장하여 저항이 증가하는 PTC 특성을 갖는다.

도 1은 종래의 PTC 소자의 단면도로, 금속전극(11)과 PTC 특성을 나타내는 전도성 복합체(12)로 이루어진 PTC 전기 소자를 도시한 것이다.

PTC 소자를 함유하는 전기장치는 과전류로부터 보호될 회로와 직렬로 연결되어 정상 작동시에는 낮은 저항을 유지하여 전력 손실이 작은 범위에서 전류를 통과시키지만 과전류 부하가 인가되면 전기장치의 온도 상승에 따른 전도성 복합체(12)의 부피변화와 이에 따른 저항이 상승하여 보호될 회로의 과전류를 차단하는 것이다.

종래의 PTC 소자를 함유한 전기장치는 설정한 작동 온도에서 한단계로 과전류를 차단하는 것으로, 과전류로 인하여 온도가 상승시에 설정된 작동 온도에서 저항을 증가시켜 과전류를 차단하지만, 계속적으로 전기장치의 가동중에 설정된 작동 온도 이상으로 전기장치의 온도가 상승시에는 과전류를 차단할 수 없어서 과부하로 인한 전기회로의 고장 등이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 두 종류의 전도성 복합체를 혼합하여 서로 다른 온도에서 과전류를 차단시키도록 하는 것으로, 전도성 복합체를 구성하는 비전도성 물질의 종류에 따라 차단 온도의 조절이 가능한 2중 전도성 복합체를 함유한 전기소자를 그 목적으로 한다.

본 발명은 PTC 소자와 연결된 전기장치가 동작중에 과전류로 인한 온도의 상승시에 첫번째 설정온도에 이르면 제1 전도성 복합체는 저항을 증가시켜 과전류를 차단시키고, 다시 전기장치가 동작중에 과전류로 인하여 첫번째 설정온도를 넘어서 두번째 설정온도에 이르면 제2 전도성 복합체의 비전도성 물질이 팽창하여 전도성 볼이 파괴, 흘러나온 비전도성 물질의 종류에 따라 차단이 가능하도록 구현한 것으로, 두단계로 나뉘어서 과전류로 인한 전기장치의 오작동을 방지하여 회로를 보호하는 2중 전도성 복합체를 함유한 전기소자를 그 목적으로 한다.

도 1은 종래의 PTC 특성을 갖는 전기 소자의 단면을 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 두 종류의 전도성 복합체로 제조한 PTC 특성을 나타내는 전기 소자를 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

11, 23 : 금속 전극, 12 : 전도성 복합체,

21 : 제 1전도성 복합체, 22 : 제 2전도성 복합체.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, PTC 특성을 갖는 전도성 복합체와 금속전극으로 구성된 전기장치에 있어서, 상기 전도성 복합체는 제1 전도성 복합체와 제2 전도성 복합체로 구성되며 상기 제1 전도성 복합체와 상기 제2 전도성 복합체는 동작 온도가 각각 달라서 과전류로 인한 온도의 상승시에 두단계로 나뉘어서 상기 과전류를 차단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 제2 전도성 복합체는 과전류로 인한 온도의 상승으로 동작 온도에 이르면 제2 전도성 복합체는 파괴되어 비전도성 물질이 녹아서 과전류를 차단하는 것을 특징으로 하며, 제2 전도성 복합체는 비전도성 고분자를 전도성 물질이 둘러싸고 있는 구 형태로 구비되며 지름은 50㎛이하이고, 상기 비전도성 고분자의 비율과 재료를 변경하여 동작 온도의 설정이 가능한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명에서는 두종류의 전도성 복합체와 금속전극으로 구성된 전기소자에 관한 것으로, 동작은 두단계로 나뉘어서 과전류로 인한 온도상승시에 전류를 차단하여 회로를 보호하는 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 두 종류의 전도성 복합체를 혼합하여 제조한 PTC 특성을 가지는 전기소자를 도시한 것이다.

구성은 서로 동작온도가 다른 제1 전도성 복합체(21)와 제2 전도성 복합체(22), 금속전극(23)으로 이루어 지며, 제2 전도성 복합체(22)는 도면에 도시된 바와 같이 50㎛ 이하의 크기를 가지는 구형태의 모양을 갖는다.

제1 전도성 복합체(21)는 충진제로 카본 블랙을 사용하고 저밀도의 폴리에틸렌(low density polyethylene) 또는 고밀도의 폴리에틸렌(high density polyethylene)으로 구성되며 과산화물 가교를 하여 제조된다.

저밀도의 폴리에티렌과 고밀도의 폴리에틸렌의 용융수지는 3~6이며, 카본블랙은 충진제로 전도성 복합체의 질량비로 30~40%를 차지하며, 과산화물 가교제는 0.2 wt%로 구성된다.

제2 전도성 복합체(22)는 비전도성 고분자와 전도성 물질로 구성되며, 비전도성 고분자가 전도성 물질을 둘러싸고 있는 형태로 구성되며, 지름 50㎛ 이하의 구 형태의 전도성 볼이다.

비전도성 고분자 물질의 녹는점은 전기장치에서 필요로 하는 과전류 차단온도 부근으로 설정이 가능하며, 비전도성 고분자의 비율이나 재료를 변경하여 동작온도를 설정할 수 있으며, 비전도성 고분자 물질은 총 전도성 복합체 중 5~15%의 비율을 차지한다.

한편, 금속전극(23)은 니켈 도금박, 니켈 압연박, 구리 도금박에 전해 또는 무전해 도금을 한 박막으로 구성되며, 두께는 15~50㎛를 나타낸다.

본 발명의 PTC 특성을 가지는 2중 전도성 복합체를 함유한 전기소자의 동작을 설명하면 다음과 같다.

연결되어 사용하는 전기장치가 동작중에 여러 이유로 과전류가 발생하게 되면 PTC 특성을 나타내는 제1 전도성 복합체(21)는 차단 온도에서 저항을 증가시켜 과전류를 차단하며, 동작하는 전기장치의 부하가 더 증가하여 과전류로 온도가 제1 전도성 복합체(21)의 차단온도 이상으로 증가하여 제2 전도성 복합체(22)가 차단하는 온도에 이르면 제2 전도성 복합체(22)를 구성하는 전도성 볼이 파괴되어 전류를 완전히 차단시켜 두 단계로 과전류를 차단시켜 회로를 보호하는 것이다.

이때, 제2 전도성 복합체(22)를 구성하는 혼합물은 작동온도가 제1 전도성 복합체(21)를 구성하는 혼합물의 작동온도와는 다르게 설정되며, 본 발명에서는 제2 전도성 복합체(22)를 구성하는 혼합물의 과전류 차단 작동온도를 높게 설정하여 제1 전도성 복합체(21)를 이루는 혼합물의 작동 온도에는 영향을 미치지 않는다.

종래의 PTC 소자는 한 단계의 작동 온도에서만 동작을 하여 작동온도 이상으로 온도가 상승하면 과전류를 차단할 수 없었지만, 본 발명은 두 종류의 제1, 제2 전도성 복합체(21, 22)를 혼합하여 서로 다른 온도에서 과전류를 차단시키도록 하는 것으로, 제2 전도성 복합체(22)를 구성하는 비전도성 물질의 종류에 따라 차단을 위한 작동온도의 조절이 가능하며, 두번째 혼합물인 전도성 볼의 작동온도가 높기 때문에, 첫번째 혼합물의 작동 온도에는 영향을 미치지 않는다.

따라서, 본 발명은 PTC 전기 소자와 연결된 전기장치가 동작중에 과전류로 인한 온도의 상승시에 첫번째 설정온도에 이르면 제1 전도성 복합체(21)의 저항을 증가시켜 과전류를 차단시키고, 다시 전기장치가 동작중에 과전류로 인하여 첫번째 설정온도를 넘어서 두번째 설정온도에 이르면 제2 전도성 복합체(22)의 비전도성 물질이 팽창하여 전도성 볼이 파괴되어 흘러나오는 비전도성 물질의 종류에 따라 차단이 가능하도록 구현한 것으로, 두단계로 나뉘어서 과전류로 인한 전기장치의 오작동을 방지하여 회로를 보호하여 함께 사용하는 전기장치의 동작수명을 연장시킬 수 있고 따라서 비용을 절감할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 PTC 특성을 나타내는 전기장치를 구성하는데 있어서, 제1 전도성 복합체(21)는 저밀도 폴리에틸렌 또는 고밀도 폴리에틸렌을 과산화물 가교를 하고 카본블랙을 충진제로 사용하여 제조하고, 제2 전도성 복합체(22)는 비전도성 고분자를 전도성 물질이 둘러싸고 있는 50㎛ 이하의 구형태로 제조하여 과전류로 인한 전기장치의 온도가 상승시에 두단계로 전류를 완전히 차단하는 것이다.

이상과 같이, 종래의 PTC 소자는 한단계의 작동 온도에서만 동작을 하여 작동온도 이상으로 온도가 상승하면 과전류를 차단할 수 없었지만, 본 발명은 두 종류의 제1, 제2 전도성 복합체를 혼합하여 서로 다른 온도에서 과전류를 차단시키도록 하는 것으로, 제1, 제2 전도성 복합체를 구성하는 비전도성 물질의 종류에 따라 차단을 위한 작동온도의 조절이 가능하며, 두번째 혼합물인 전도성 볼의 작동온도가 높기 때문에, 첫번째 혼합물의 작동 온도에는 영향을 미치지 않는 효과가 있다.

따라서, 본 발명은 PTC 소자와 연결된 전기장치가 동작중에 과전류로 인한 온도의 상승시에 첫번째 설정온도에 이르면 제1 전도성 복합체에서 저항을 증가시켜 과전류를 차단시키고, 다시 전기장치가 동작중에 과전류로 인하여 첫번째 설정온도를 넘어서 두번째 설정온도에 이르면 제2 전도성 복합체의 비전도성 물질이 팽창하여 전도성 볼이 파괴되어 흘러나오는 비전도성 물질의 종류에 따라 차단이 가능하도록 구현한 것으로, 두단계로 나뉘어서 과전류로 인한 전기장치의 오작동을 방지하여 회로를 보호하여 연결되어 사용하는 전기장치의 사용기간을 연장시킬 수 있고 따라서 비용을 절감하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. PTC 특성을 갖는 전도성 복합체와 금속전극으로 구성된 전기소자에 있어서,

   상기 전도성 복합체는 제1 전도성 복합체와 제2 전도성 복합체로 구성되며 상기 제1 전도성 복합체와 상기 제2 전도성 복합체는 동작 온도가 각각 달라서 과전류로 인한 온도의 상승시에 두단계로 나뉘어서 상기 과전류를 차단하는 것을 특징으로 하는 2중 전도성 복합체를 함유한 전기 소자.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제2 전도성 복합체는 과전류로 인한 온도의 상승으로 동작 온도에 이르면 상기 제2 전도성 복합체는 파괴되어 비전도성 물질이 녹아서 상기 과전류를 차단하는 것을 특징으로 하는 2중 전도성 복합체를 함유한 전기소자.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제2 전도성 복합체는 비전도성 고분자를 전도성 물질이 둘러싸고 있는 구 형태로 구비되며 지름은 50㎛ 이하이고, 상기 비전도성 고분자의 비율과 재료를 변경하여 동작 온도의 설정이 가능한 것을 특징으로 하는 2중 전도성 복합체를 함유한 전기소자.