KR200296269Y1 - 자기온도제어 카트리지 히터 - Google Patents

Abstract

본 고안은 자기온도제어 카트리지 히터에 관한 것이며, 그 목적은 발열원으로 사용되는 전열선의 온도 감지 및 제어를 위한 온도 감지기와 제어장치 없이 자기 스스로 온도를 감지하여 제어할 수 있도록 하는 자기온도제어 카트리지 히터를 제공함에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 고안은 각종 장비의 히터용으로 사용되는 카트리지 히터에 있어서, 끝이 막힌 황동관(10) 내부에 삽입·설치되고 상하 양면에 전극(13)을 구비하며 설정온도에 대응하도록 제조한 PTC 히터(12)와, 상기 PTC 히터(12)에 전원을 공급하여 PTC 히터(12)를 카트리지 히터의 발열원으로 사용하기 위하여 PTC 히터(12)의 전극면(13)에 연결되는 내열전선(14)과, 상기 PTC 히터(12)를 안전하게 보호함과 동시에 PTC 히터(12)에서 발생한 열을 외부로 전달하기 위하여 황동관 내부에 채워진 절연수지(11)로 구성된 것을 특징으로 하는 자기온도제어 카트리지 히터에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

자기온도제어 카트리지 히터{Self-regulating cartridge heater}

본 고안은 자기온도제어 카트리지 히터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발열원으로 사용되는 전열선의 온도 감지 및 제어를 위한 온도 감지기와 제어장치 없이 자기 스스로 온도를 감지하여 제어할 수 있도록 하는 자기온도제어 카트리지 히터에 관한 것이다.

일반적으로 PTC는 티탄산바륨계(系) 세라믹으로 온도가 상승하면 전기저항이 급격히 커지는 반도체소자로 정특성 서미스터(thermistor)라고도 하며, 니크롬선과 같은 것을 대신하는 안전한 발열체이다. 또한 극히 단시간 동안 전류가 흐르면 전기저항이 커져서 전류가 흐르지 않게 되는 스위치 작용을 이용한 것으로 텔레비전섀도마스크(shadow mask)의 소자용, 에어컨의 모터 기동용 등의 용도로도 쓰이고 있으며, PTC를 벌집 구조로 성형하여 그 사이를 지나가는 공기 등을 직접적으로 가열할 수 있도록 한 것은 헤어드라이어나 의류건조기를 만드는 데 사용 된다.

종래의 카트리지 히터는 도1(국내특허 10-2001-0070502)에 도시한 것과 같이, 중공관 형상으로 된 하우징(2)의 내부에 사기재질 또는 산화마그네슘의 원통형 보빈(8)의 외주에 코일형상으로 전열선(3)이 감겨지며, 하우징(2)의 내부에 삽입된 전열선(3)의 주위에는 전열선(3)과 하우징(2)을 전기적으로 절연시키는 산화마그네슘(5)이 충전되고, 상기 하우징의 전단부에는 마개(7)가 용접 설치되며, 후단부에는 상기 전열선(3)과 연결된 전선(4)이 외부로 노출된 상태로 실리콘재(6)에 의해 밀봉되어, 열 성형기나 프레스의 금형내부로의 삽입을 용이하게 하는 동시에 금형 내부로의 열전달 효율을 높이기 위하여 공지의 회전롤러식 축관기에 의해 상기 하우징(2)의 직경을 전체적으로 균일하게 축소시키게 된다.

상기와 같은 종래의 카트리지 히터(1)는 제조시 열전도도가 높으며 녹슬지 않는 스테인리스강이나 티타늄재질로 된 하우징(2)의 직경을 공지의 회전 롤러식 축관기에 의해 전체적으로 축소시키게 됨으로서, 하우징(2)의 내부에 충전되어 하우징(2)과 전열선(4)을 전기적으로 절연시키게 되는 산화마그네슘(5)을 고밀도로 압축시키게 됨에 따라 전열선으로부터의 열전달이 원활하게 이루어져 발열량을 증가시킬 수 있다는 장점이 있어 일반적으로 카트리지 히터는 프레스나 열성형기에 사용되는 금형의 내부에 형성된 삽입공에 삽입 설치되어 전열선에 의해 발산되는 열량을 전달시켜 금형내의 한정된 공간부를 가열하는데 주로 사용되고 있으나, 제조시 발열량을 증가시키기 위하여 하우징(2)의 전체를 균일하게 축관시키는 경우에는 하우징(2)의 전단부에 용접 설치되어 있는 마개(7)의 용접부위에 축관기에 의한 강한 압력이 가해지게 되므로 용접부에 금이 가거나 미세하게 갈라지는 크랙이 발생하여 기체나 고체 이외에 액체를 가열하고자 하는 경우에 크랙 사이로 액체가 유입되어 전기적인 절연이 파괴되어 치명적인 누전사고를 야기할 수 있고, 사용 중에 카트리지 히터 내부에 삽입되어 있는 전열선의 온도를 감지하여 조절하지 않으면 전열선이 과열되었으며, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 온도를 감지하여 제어할 수 있는 센서나 서모스탯(thermostat)과 같은 온도제어장치를 필요로 하고 있어 실제 사용시 카트리지 히터 이외에 자동온도제어장치, 센서 등과 같은 온도 감지 및 제어를 위한 부속 장치가 필요하여 장비의 부피가 증가하고, 제작비용이 다량 소비되는 등 많은 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출되는 것으로,

그 목적은 발열원으로 사용되는 전열선의 온도 감지 및 제어를 위한 온도 감지기와 제어장치 없이 자기 스스로 온도를 감지하여 제어할 수 있도록 하는 자기온도제어 카트리지 히터를 제공하는 것이다.

본 발명은 각종 장비의 히터용으로 사용되는 카트리지 히터에 있어서, 끝이 막힌 황동관 내부에 삽입·설치되고 상하 양면에 전극을 구비하며 설정온도에 대응하도록 제조한 PTC 히터와, 상기 PTC 히터에 전원을 공급하여 PTC 히터를 카트리지 히터의 전열원으로 사용하기 위하여 PTC 히터의 전극면에 연결되는 내열전선과, 상기 PTC 히터를 안전하게 보호함과 동시에 PTC 히터에서 발생한 열을 외부로 전달하기 위하여 황동관 내부에 채워진 절연수지로 구성된 것을 특징으로 하는 자기온도제어 카트리지 히터를 제공함으로서 고안이 추구하는 목적을 달성 할 수 있다.

도 1 은 종래의 카트리지 히터 부분절개 사시도,

도 2 는 본 고안의 자기온도 제어 카트리지 히터의 부분절개 사시도,

도 3 은 본 고안의 실시예 1,

도 4 는 본 고안의 실시예 2,

도 5 는 본 고안의 실시예 3.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

1, 9 : 카트리지 히터 2 : 하우징

3 : 전열선 4 : 전선

5 : 산화마그네슘 6 : 실리콘재

7 : 마개 8 : 보빈

10 : 황동관 11 : 절연수지

12 : PTC 히터 13 : 전극

14 : 내열전선

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 고안의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 는 본 고안의 자기온도 제어 카트리지 히터의 부분절개 사시도를 도시한 것으로,

끝이 막힌 황동관(10) 내부에 삽입·설치되고 상하 양면에 전극(13)을 구비한 PTC 히터(12)와, 상기 PTC 히터(12)에 전원을 공급하여 PTC 히터(12)를 카트리지 히터의 전열원으로 사용하기 위하여 PTC 히터(12)의 전극면(13)에 연결되는 내열전선(14)과, 상기 PTC 히터(12)를 안전하게 보호함과 동시에 PTC 히터(12)에서 발생한 열을 외부로 전달하기 위하여 황동관 내부에 채워진 절연수지(11)로 구성된다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

<실시예 1>

도 3 은 본 고안의 실시예 1을 도시한 것으로, 발열온도가 120℃인 자기온도제어 카트리지 히터를 제조하기 위하여 출발원료로 BaTiO₃, TiO₂, SiO₂, Sb₂O₃, MnO₂를 사용하고, BaTiO₃, TiO₂, SiO₂, Sb₂O₃, MnO₂의 비가 각각 99.9 mol%, 0.2 mol%, 0.4 mol%, 0.1 mol%, 0.04 mol%가 되도록 정확하게 칭량한 후, 칭량된 원료분말을 균일하게 혼합함과 동시에 조립하기 위하여 분산제, 결합재, 소포제, 윤활이형제등을 첨가하여 볼밀에서 혼합한다. 그 후 혼합된 슬러리를 분무건조기에 분무 건조하여 조립한 후, 일축가압 성형기에서 성형한다. 성형된 성형체를 전기로에서 소성한 후, 소성체의 앞뒷면에 전극을 형성하기 위하여 오옴익 페이스트(Ohmic paste)와 커버 페이스트(cover paste)를 도포하여 제조하였다. 이렇게 제조된 PTC 히터(12)를 카트리지 히터의 발열원으로 사용하기 위하여 PTC 히터(12)의 전극면 (13)에 내열 전선(14)을 연결한다. 상기 내열전선이 연결된 PTC 히터(12)를 끝이 막힌 황동관(10) 내부에 삽입 설치하고, 삽입된 PTC 히터(12)를 안전하게 보호함과 동시에 PTC 히터(12)에서 발생한 열을 외부로 전달하기 위하여 PTC 히터(12)가 삽입되고 남은 빈 공간에 절연수지(11)를 끝이 막힌 황동관(10) 내부에 충전하여 자기온도제어 카트리지 히터를 제조한다. 제조된 자기온도제어 카트리지 히터는 도 3 과 같이 수초 내에 120℃에 도달하며 120℃에 도달된 이후에는 온도조절장치 없이도 120℃를 계속 일정하게 유지하고 있음을 알 수 있다.

<실시예 2>

도 4 는 본 고안의 실시예 2를 도시한 것으로, 실시예 2는 발열온도가 130℃인 자기온도제어 카트리지 히터를 제조하기 위하여 출발원료로 BaTiO₃, PbO, TiO₂, SiO₂, Sb₂O₃, MnO₂를 사용하고, BaTiO₃, PbO, TiO₂, SiO₂, Sb₂O₃, MnO₂의 비를 각각 95.0 mol%, 5 mol%, 5.2 mol%, 0.4 mol%, 0.1 mol%, 0.06 mol%로 하여 실시예 1의 방법과 동일하게 하여 실시한다.

그 결과 도 4 와 같이 발열온도가 130℃로 실시예 1 의 120℃와 다른 점을 제외하고는 실시예 1 의 경우와 동일한 결과를 나타내고 있으며, 실시예 2의 경우에도 실시예 1 의 경우와 마찬가지로 축관 공정없이 자기 스스로 온도를 제어할 수 있는 자기온도제어 카트리지 히터를 제조할 수 있다.

<실시예 3>

도 5 는 본 고안의 실시예 3을 도시한 것으로, 실시예 3 은 발열온도가 170℃인 자기온도제어 카트리지 히터를 제조하기 위하여 실시예 2 의 경우와 동일한 출발원료를 사용하였으나, 발열온도를 실시예 2 의 경우보다 20 정도 높게 하기 위하여 PbO와 TiO₂의 첨가량을 10 mol%씩 증가하여 15 mol% 및 15.2 mol%로 변화시켜 실시예 1 및 실시예 3의 방법과 동일하게 하여 실시한다.

실시예 3 의 경우에도 도 5 와 같이 발열온도가 실시예 1 및 실시예 2와 다른 것을 제외하고는 동일한 결과를 나타내고 있으며, 실시예 1 및 실시예 2의 경우와 마찬가지로 축관 공정없이 자기 스스로 온도를 제어할 수 있는 자기온도제어 카트리지 히터를 제조할 수 있다.

본 고안은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같은 본 고안은 종래 카트리지 히터의 발열원으로 사용하는 철-크롬선이나 니켈-크롬선 대신에 자기온도 제어능력을 가지고 있어 과열의 위험이 없는 PTC 히터를 사용하여 축관공정 없이 카트리지 히터를 제조할 수 있어 과열에 의한 전열선의 효율 감소를 줄일 수 있고, 온도제어 장치 등과 같은 부가장치가 필요 없어 카트리지 히터의 내구성, 안정성 등을 대폭 향상시킬 수 있으며, 축관공정이 생략되어 제품의 생산성이 증진되며, 제조공정의 단순화에 기인하여 경제성이 증진되는 등 매우 유용한 고안인 것이다.

Claims (1)

1. 각종 장비의 히터용으로 사용되는 카트리지 히터에 있어서,

   끝이 막힌 황동관(10) 내부에 삽입·설치되고 상하 양면에 전극(13)을 구비하며 설정온도에 대응하도록 제조한 PTC 히터(12)와,

   상기 PTC 히터(12)에 전원을 공급하여 PTC 히터(12)를 카트리지 히터의 전열원으로 사용하기 위하여 PTC 히터(12)의 전극면(13)에 연결되는 내열전선(14)과,

   상기 PTC 히터(12)를 안전하게 보호함과 동시에 PTC 히터(12)에서 발생한 열을 외부로 전달하기 위하여 황동관 내부에 채워진 절연수지(11)로 구성된 것을 특징으로 하는 자기온도제어 카트리지 히터.