KR200344601Y1 - The structure having electrical heating element of immersed current detection for electrical heating device - Google Patents
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Abstract
본 고안은 전열기의 돌입전류 방지용 전기발열체의 구조에 관한 것이다. 특히 더욱 상세하게는 PTC 발열체와 금속박막저항발열체를 일체형으로 구성함으로써, 구동 초기에는 PTC 발열체와 금속박막저항발열체가 직렬회로로 구성되어 발열되고 이후 발열체가 적정온도에 도달되면 PTC 발열체에 전기가 접속되도록 회로 결선이 절환되어 PTC 발열체에 구동 초기의 발열 시 전기적 저항의 감소로 인하여 급격하게 전류가 증가되는 것을 금속박막저항발열체에 의해 제한하여 전열기의 돌입전류를 방지할 수 있는 전열기의 돌입전류 방지용 전기발열체의 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a structure of an electric heating element for preventing inrush current of a heater. More specifically, the PTC heating element and the metal thin film resistive heating element are integrally formed so that the PTC heating element and the metal thin film resistive heating element are generated in series circuit in the initial stage of driving, and when the heating element reaches the proper temperature, electricity is connected to the PTC heating element. The circuit wiring is switched so that the current is rapidly increased due to the decrease of the electrical resistance during the initial heating of the PTC heating element by the metal thin film resistance heating element to prevent the inrush current of the heater. It relates to the structure of the heating element.
상기 본 고안은 전기발열체의 구조상 중앙에 장착되는 전기발열체에 양쪽 면에 설치되어 전기를 공급하기 위한 상, 하단 전극판과; 상기 상, 하단 전극판 사이에 장착되어 상기 전극판을 통하여 외부로부터 전기를 공급받아 병렬 또는 직렬로 다수 연결되어 있는 전기발열체의 발열에 의해 전기 발열체 표면이 가열되는 복수의 PTC 발열체를 갖는 전기발열체부와; 상기 전기발열체부 하단 전극판 아래에 절연부가 장착되고, 상기 절연부 하단에 장착되어 PTC 발열체에 구동 초기의 발열 시 전기적 저항의 감소로 인하여 급격하게 전류가 증가되는 것을 방지하는 금속박막저항발열체와; 상기 금속박막저항발열체 상단과 하단에 각각 장착되고, 상단 전극판과 방열체부 사이에 장착되어 잡음을 줄이기 위한 절연부와; 상기 절연부의 양쪽 면에 장착되어 온도로 인한 타 전기부품의 영향을 감소시키는 방열체부; 로 구성됨을 특징으로 한다.The present invention is the upper and lower electrode plates for supplying electricity is installed on both sides to the electric heating element mounted on the center of the structure of the electric heating element; An electric heating element unit having a plurality of PTC heating elements are mounted between the upper and lower electrode plates and the surface of the electric heating element is heated by the heat of the electric heating elements connected in parallel or in series by receiving electricity from the outside through the electrode plate. Wow; A metal thin film resistance heating element mounted under the electric heating element lower electrode plate and mounted under the insulation to prevent the current from being rapidly increased due to a decrease in electrical resistance during the initial heating of the PTC heating element; An insulating part mounted on the upper and lower ends of the metal thin film resistance heating element, respectively, between the upper electrode plate and the radiator part to reduce noise; A heat dissipation unit mounted on both sides of the insulator to reduce the influence of other electrical components due to temperature; Characterized in that consisting of.
또한 상기 본 고안의 금속박막저항발열체는 복수의 PTC 발열체를 갖는 전기발열체부 하단 전극판 아래에 있는 절연부 하단에 장착되지 않고 별도로 상기 전기발열체와 일체형 또는 분리형으로 설치될 수 있음을 특징으로 한다.In addition, the metal thin film resistance heating element of the present invention is characterized in that it can be installed separately or integrally with the electric heating element without being mounted on the lower portion of the insulation under the lower electrode plate of the electric heating element having a plurality of PTC heating elements.
또한 상기 본 고안의 전기발열체부는 복수의 PTC 발열체를 직렬과 병렬 및 직렬, 병렬의 조합 중에서 어느 하나로 설치될 수 있음을 특징으로 한다.In addition, the electric heating element of the present invention is characterized in that the plurality of PTC heating elements can be installed in any one of a combination of series and parallel and series, parallel.
또한 상기 본 고안의 전기발열체부는 NTC 발열체 또는 PTC 발열체와 NTC 발열체의 조합을 직렬과 병렬 및 직렬, 병렬의 조합 중에서 어느 하나로 설치될 수 있음을 특징으로 한다.In addition, the electric heating element of the present invention is characterized in that the NTC heating element or a combination of PTC heating element and NTC heating element can be installed in any one of a combination of series and parallel and series, parallel.
따라서 상기와 같은 전열기의 돌입전류 개선용 전기발열체의 구조는 PTC 히터와 금속박막저항체를 일체형으로 구성함으로써, 구동 초기에는 PTC 발열체와 금속박막저항발열체가 직렬회로로 구성되어 발열되고 이후 발열체가 적정온도에 도달되면 PTC 발열체에 전기가 접속되도록 회로 결선이 절환되어 PTC 발열체에 구동 초기의 발열 시 전기적 저항의 감소로 인하여 급격하게 전류가 증가되는 것을 금속박막저항발열체에 의해 제한된다. 그러므로 PTC 발열체의 최소저항을 벗어난 적정 온도까지 PTC 발열체 및 금속박막저항발열체에 의해 온도를 상승시키고 그 이후 PTC 발열체의 특성을 이용한 방식으로 전류 흐름 경로를 설정함으로써, PTC 발열체의 작동 전류 용량에서 히터로 작용함으로 돌입전류를 방지할 수 있다. 또한 PTC 발열체와 금속박막저항발열체를 일체형 또는 분리형으로 구성하여 사용함으로써, 실시예와 같이 160 암페어 이상의 대용량의 릴레이를 사용할 필요가 없고 전류용량이 큰 트랜지스터를 사용할 필요가 없이 60 암페어의 소용량 소자를 선택하여 사용할 수 있어 전기발열체에 대한 제어 관련 경제성과 안전성을 확보할 수 있다. PTC 발열체와 금속박막저항체를 일체형 또는 분리형으로 구성할 수 있음으로 사용자가 사용 용도에 맞게 다양하게 회로 설계를 할 수 있다는 편리성을 갖는다.Therefore, the structure of the electric heating element for improving the inrush current of the heater is composed of the PTC heater and the metal thin film resistor integrally, so that the PTC heating element and the metal thin film resistance heating element are generated in series circuit at the initial stage of operation, and then the heating element is heated to an appropriate temperature. When the circuit is reached, the circuit connection is switched so that electricity is connected to the PTC heating element, and the current is rapidly increased due to the decrease in the electrical resistance during the initial heating of the PTC heating element. Therefore, by raising the temperature by the PTC heating element and the metal thin film resistance heating element to an appropriate temperature beyond the minimum resistance of the PTC heating element, and then setting the current flow path in a manner using the characteristics of the PTC heating element, the operating current capacity of the PTC heating element is increased from the heater to the heater. This can prevent inrush current. In addition, by using PTC heating element and metal thin film resistive heating element as an integrated or separate type, it is not necessary to use a large-capacity relay of 160 amps or more as in the embodiment, and select a small-capacity device of 60 amps without using a transistor having a large current capacity. It can be used to secure the economics and safety related to the control of the electric heating element. The PTC heating element and the metal thin film resistor can be configured in one piece or in a separate type, so that the user can conveniently design the circuit in various ways.
Description
본 고안은 전열기의 돌입전류 방지용 전기발열체의 구조에 관한 것이다. 특히 더욱 상세하게는 PTC 발열체와 금속박막저항발열체를 일체형으로 구성함으로써, 구동 초기에는 PTC 발열체와 금속박막저항발열체가 직렬회로로 구성되어 발열되고 이후 발열체가 적정온도에 도달되면 PTC 발열체에 전기가 접속되도록 회로 결선이 절환되어 PTC 발열체에 구동 초기의 발열 시 전기적 저항의 감소로 인하여 급격하게 전류가 증가되는 것을 금속박막저항발열체에 의해 제한하여 전열기의 돌입전류를 방지할 수 있는 전열기의 돌입전류 방지용 전기발열체의 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a structure of an electric heating element for preventing inrush current of a heater. More specifically, the PTC heating element and the metal thin film resistive heating element are integrally formed so that the PTC heating element and the metal thin film resistive heating element are generated in series circuit in the initial stage of driving, and when the heating element reaches the proper temperature, electricity is connected to the PTC heating element. The circuit wiring is switched so that the current is rapidly increased due to the decrease of the electrical resistance during the initial heating of the PTC heating element by the metal thin film resistance heating element to prevent the inrush current of the heater. It relates to the structure of the heating element.
본 고안에서 가열원으로 사용되는 전기발열체는 정온도계수써미스터(PTC : positive temperature coefficient thermistor)와 부온도계수써미스터(NTC: negative temperature coefficient thermistor)가 있다. 상기 전기발열체에 전기를 가하면 주울열에 의해 열을 발생하는 것으로 니크롬선을 대신하는 안전한 발열체이다.The electric heating element used as a heating source in the present invention is a positive temperature coefficient thermistor (PTC) and a negative temperature coefficient thermistor (NTC). Applying electricity to the electric heating element is a safe heating element that generates heat by Joule heat to replace the nichrome wire.
상기 정온도계수서미스터는 극히 단시간 동안 일정 전원에 의한 과도전류가 흐르면 전기저항이 자체적으로 커져서 전류를 차단하는 물성을 가져 텔레비전의 섀도마스크(shadow mask)에서의 소자(消磁)의 용도나 차량의 예열기, 난방기, 레저 온풍기 및 가정의 비데, 온수기, 에어컨, 냉장고, 보조 가열기 등의 구성부품으로응용되고 있으며, 생활주변에서 가까이 볼 수 있는 것으로 헤어드라이어나 의류건조기에 사용되기도 한다.The constant temperature coefficient thermistor has a property of blocking electric current by increasing the electric resistance by itself when a transient current flows by a constant power supply for a very short time, and thus uses a device in a shadow mask of a television or a preheater of a vehicle. It is applied to components such as heaters, heaters, leisure warmers and household bidets, water heaters, air conditioners, refrigerators, and auxiliary heaters, and is also used in hair dryers and clothes dryers.
상기 부온도계수써미스터는 일정한 전원하에서 주울열로 인하여 열이 발생되고, 자체 저항이 작아지면서 많은 전류가 흐르게 되는 소자로서, 자동차 연료 탱크내의 연료 잔량 센서로 사용된다. 상기 연료 잔량 센서는 연료가 있을 때에는 연료내에 침적된 상태로 주울열에 의한 가열보다는 냉각이 되기 때문에 연료 경고등 회로가 작동되지 않는 상태로 있지만, 연료가 줄어들어 연료내에 침적되지 않은 상태로 되면 주울열에 의해 급격히 가열되면서 회로내 저항이 작아지고 연료 경고등이 작동되어 불이 켜지게 된다.The negative temperature coefficient thermistor is a device in which heat is generated due to Joule heat under a constant power supply, and a large amount of current flows as its resistance decreases. The negative temperature coefficient thermistor is used as a fuel residual sensor in an automobile fuel tank. The fuel level sensor is in a state of being deposited in the fuel when the fuel is present, but is cooled rather than heating by Joule heat, but the fuel warning light circuit is not operated, but when the fuel is reduced and is not deposited in the fuel, it is suddenly caused by Joule heat. As it heats up, the resistance in the circuit decreases and the fuel warning light is activated to light.
그런데 종래에 사용되고 있는 전기발열체의 구조와 상기 전기발열체의 제어회로는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 전기발열체의 구조상 중앙에 장착되는 전기발열체에 양쪽 면에 설치되어 전기를 공급하기 위한 상, 하단 전극판과; 상기 상, 하단 전극판 사이에 장착되어 상기 전극판을 통하여 외부로부터 전기를 공급받아 직렬로 다수 연결되어 있는 전기발열체의 발열에 의해 전기 발열체 표면이 가열되는 복수의 PTC 발열체를 갖는 전기발열체부와; 상단, 하단 전극판의 양쪽 면에 장착되어 온도로 인한 타 전기부품의 영향을 감소시키는 방열체부로 구성되어 PTC 발열체가 전원과 작동 스위치에 의해서 직접 연결되어 있다. PTC 발열체에 의한 전기발열체 특성인 PTC 고유 특성에서 저항 대 온도 특성에 의하면 도 5의 일부에서 볼 수 있는 바와 같이, 구동 초기에 전기발열체의 온도 상승으로 인하여 전기저항이 감소되다가 PTC 발열체의 최소 저항을 지나 다시 증가하여 발열체의 적정 저항용량에 도달되어 전기히터로 이용되며, 주위 환경에 의한 불필요한 온도 상승 시 PTC 고유 특성에 의한 저항의 증가로 발열량의 감소하는 하는데, 여기서 발열체의 초기 전기 인가 시 온도 상승초기에 PTC 발열체의 고유 전기저항 값이 감소하여 급속한 전류의 증가하는 현상이 발생하게 되며, 이로 인하여 전기 공급원의 용량 및 제어하는 소자를 160 암페어 이상의 대용량 부품을 사용해야 되므로 경제적인 손실과 다양하게 회로 설계를 할 수 없다는 문제점을 갖고 있다.However, the structure of the electric heating element and the control circuit of the electric heating element used in the prior art, as shown in Figs. 1 and 2, is installed on both sides of the electric heating element mounted on the center of the structure of the electric heating element for supplying electricity A bottom electrode plate; An electric heating element having a plurality of PTC heating elements which are mounted between the upper and lower electrode plates to receive electric power from the outside through the electrode plates, and thereby heat the surface of the electric heating elements by heat of the electric heating elements connected in series; PTC heating element is directly connected by power supply and operation switch because it is composed of heat dissipation part mounted on both sides of upper and lower electrode plates to reduce the influence of other electric parts due to temperature. According to the resistance versus temperature characteristic of the PTC intrinsic characteristic, which is an electric heating element characteristic of the PTC heating element, as shown in FIG. 5, the electrical resistance decreases due to the temperature increase of the electric heating element at the initial stage of operation, thereby reducing the minimum resistance of the PTC heating element. It is increased again and reaches the proper resistance capacity of the heating element, which is used as an electric heater.In case of unnecessary temperature rise due to the surrounding environment, the heating value decreases due to the increase of resistance due to the intrinsic PTC property. Initially, the electric resistance value of PTC heating element decreases, causing a rapid increase of current, and as a result, it is necessary to use a large-capacity component of more than 160 amps for the capacity of the power supply and the controlling device. There is a problem that can not be.
본 고안은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, PTC 히터와 금속박막저항체를 일체형으로 구성함으로써, 구동 초기에는 PTC 발열체와 금속박막저항발열체가 직렬회로로 구성되어 발열되고 이후 발열체가 적정온도에 도달되면 PTC 발열체에 전기가 접속되도록 회로 결선이 절환되어 PTC 발열체에 구동 초기의 발열 시 전기적 저항의 감소로 인하여 급격하게 전류가 증가되는 것을 금속박막저항발열체에 의해 제한됨으로 PTC 발열체의 최소저항을 벗어난 적정 온도까지 PTC 발열체 및 금속박막저항발열체에 의해 온도를 상승시키고 그 이후 PTC 발열체의 특성을 이용한 방식으로 전류 흐름 경로를 설정함으로써, PTC 발열체의 작동 전류 용량에서 히터로 작용함으로 돌입전류를 방지할 수 있는 전열기의 돌입전류 방지용 전기발열체의 구조를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, by integrally constructing the PTC heater and the metal thin film resistor, when the PTC heating element and the metal thin film resistance heating element is composed of a series circuit in the initial stage of operation, when the heating element reaches the proper temperature The circuit connection is switched so that the electricity is connected to the PTC heating element, and the current is rapidly increased due to the decrease of the electrical resistance during the initial heating of the PTC heating element. The current is limited by the metal thin film resistance heating element so that the proper temperature is beyond the minimum resistance of the PTC heating element. By heating the temperature by the PTC heating element and the metal thin film resistance heating element until then, by setting the current flow path in a manner using the characteristics of the PTC heating element, the heater to prevent inrush current by acting as a heater in the operating current capacity of the PTC heating element It provides a structure of an electric heating element for preventing inrush current of There is a purpose.
또한 본 고안의 다른 목적은 PTC 발열체와 금속박막저항발열체를 일체형 또는 분리형으로 구성하여 사용함으로써, 실시예와 같이 160 암페어 이상의 대용량의 릴레이를 사용할 필요가 없고 전류용량이 큰 트랜지스터를 사용할 필요가 없이 60암페어의 소용량 소자를 선택하여 사용할 수 있어 전기발열체에 대한 제어 관련 경제성과 안전성을 확보할 수 있는 전열기의 돌입전류 방지용 전기발열체의 구조를 제공함에 그 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to use a PTC heating element and a metal thin film resistance heating element in an integral or separate configuration, there is no need to use a large-capacity relay of 160 amps or more, as in the embodiment, without using a transistor having a large current It is an object of the present invention to provide a structure of an electric heating element for preventing inrush current of a heater that can select and use a small-capacity element of ampere, thereby ensuring economical and safety-related control of the electric heating element.
또한 본 고안의 다른 목적은 PTC 발열체와 금속박막저항체를 일체형 또는 분리형으로 구성할 수 있음으로 사용자가 사용 용도에 맞게 다양하게 회로 설계를 할 수 있다는 편리성을 갖는 전열기의 돌입전류 방지용 전기발열체의 구조를 제공함에 그 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is that the PTC heating element and the metal thin film resistor can be configured in one piece or separated type, the structure of the electric heating element for preventing the inrush current of the heater having the convenience that users can design a variety of circuits for the intended use. The purpose is to provide.
도 1은 종래의 전기발열체의 구조를 나타낸 도면.1 is a view showing the structure of a conventional electric heating element.
도 2는 종래의 전기발열체의 제어회로도.2 is a control circuit diagram of a conventional electric heating element.
도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 전열기의 돌입전류 방지용 전기발열체의 구조를 나타낸 도면.3 is a view showing the structure of the electric heating element for preventing the inrush current of the heater according to an embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4d는 본 고안의 일 실시예에 따른 전열기의 돌입전류 방지용 전기발열체의 제어회로도.4a to 4d is a control circuit diagram of the electric heating element for preventing the inrush current of the heater according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 고안의 일 실시예에 따른 PTC 히터의 작동 특성을 설명하기 위한 특성 곡선.Figure 5 is a characteristic curve for explaining the operating characteristics of the PTC heater according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 고안의 일 실시예에 따른 전기 발열체의 전기적 특성을 설명하기 위한 특성 곡선.Figure 6 is a characteristic curve for explaining the electrical characteristics of the electric heating element according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10...상, 하단 전극판 20...전기발열체부10 ... Upper, Lower electrode plate 20 ... Electric heating element
30...금속박막저항발열체 40...절연부30.Metal thin film resistance heating element 40 ... Insulation part
50...방열체 60...작동스위치50 ... radiator 60 ... operating switch
70...동작모드 절환 스위치 80...전원70 ... Operation mode selector switch 80 ... Power
상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 본 고안은 전기발열체의 구조상 중앙에 장착되는 전기발열체에 양쪽 면에 설치되어 전기를 공급하기 위한 상, 하단 전극판과; 상기 상, 하단 전극판 사이에 장착되어 상기 전극판을 통하여 외부로부터 전기를 공급받아 병렬 또는 직렬로 다수 연결되어 있는 전기발열체의 발열에 의해 전기 발열체 표면이 가열되는 복수의 PTC 발열체를 갖는 전기발열체부와; 상기 전기발열체부 하단 전극판 아래에 절연부가 장착되고, 상기 절연부 하단에 장착되어 PTC 발열체에 구동 초기의 발열 시 전기적 저항의 감소로 인하여 급격하게 전류가 증가되는 것을 방지하는 금속박막저항발열체와; 상기 금속박막저항발열체 상단과 하단에 각각 장착되고, 상단 전극판과 방열체부 사이에 장착되어 잡음을 줄이기 위한 절연부와; 상기 절연부의 양쪽 면에 장착되어 온도로 인한 타 전기부품의 영향을 감소시키는 방열체부; 로 구성됨을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention, the present invention is installed on both sides of the electric heating element mounted on the center of the structure of the electric heating element, upper and lower electrode plates for supplying electricity; An electric heating element unit having a plurality of PTC heating elements are mounted between the upper and lower electrode plates and the surface of the electric heating element is heated by the heat of the electric heating elements connected in parallel or in series by receiving electricity from the outside through the electrode plate. Wow; A metal thin film resistance heating element mounted under the electric heating element lower electrode plate and mounted under the insulation to prevent the current from being rapidly increased due to a decrease in electrical resistance during the initial heating of the PTC heating element; An insulating part mounted on the upper and lower ends of the metal thin film resistance heating element, respectively, between the upper electrode plate and the radiator part to reduce noise; A heat dissipation unit mounted on both sides of the insulator to reduce the influence of other electrical components due to temperature; Characterized in that consisting of.
또한 상기 본 고안의 금속박막저항발열체는 일반적인 전류제한용 저항체, 금속저항체, 니크롬열선 중에서 어느 하나이고, 복수의 PTC 발열체를 갖는 전기발열체부 하단 전극판 아래에 있는 절연부 하단에 장착되지 않고 별도로 상기 전기발열체와 일체형 또는 분리형으로 설치될 수 있음을 특징으로 한다.In addition, the metal thin film resistive heating element of the present invention is any one of a general current limiting resistor, a metal resistor, and a nichrome heating wire, and is not mounted on the lower portion of the insulating part under the lower electrode plate of the electric heating element having a plurality of PTC heating elements. Characterized in that it can be installed integrally or separately with the electric heating element.
아울러, 상기 본 고안의 전기발열체부는 복수의 PTC 발열체를 직렬과 병렬 및 직렬, 병렬의 조합 중에서 어느 하나로 설치될 수 있음을 특징으로 한다.In addition, the electric heating element of the present invention is characterized in that the plurality of PTC heating elements can be installed in any one of a combination of series and parallel and series, parallel.
또한 상기 본 고안의 전기발열체부는 NTC 발열체 또는 PTC 발열체와 NTC 발열체의 조합을 직렬과 병렬 및 직렬, 병렬의 조합 중에서 어느 하나로 설치될 수 있음을 특징으로 한다In addition, the electric heating element of the present invention is characterized in that the combination of NTC heating element or PTC heating element and NTC heating element can be installed in any one of a combination of series and parallel and series, parallel.
이하, 본 고안에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, one embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 전열기의 돌입전류 방지용 전기발열체의 구조를 나타낸 도면이고, 도 4a 내지 도 4d는 본 고안의 일 실시예에 따른 전열기의 돌입전류 방지용 전기발열체의 제어회로도이며, 도 5는 본 고안의 일 실시예에 따른 PTC 발열체의 작동 특성을 설명하기 위한 특성 곡선이다. 또한 도 6은 본 고안의 일 실시예에 따른 전기 발열체의 전기적 특성을 설명하기 위한 특성 곡선이다.3 is a view showing the structure of the electric heating element for preventing the inrush current of the heater according to an embodiment of the present invention, Figures 4a to 4d is a control circuit diagram of the electric heating element for preventing the inrush current of the heater according to an embodiment of the present invention. 5 is a characteristic curve for explaining the operating characteristics of the PTC heating element according to an embodiment of the present invention. In addition, Figure 6 is a characteristic curve for explaining the electrical characteristics of the electric heating element according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 전열기의 돌입전류 방지용 전기발열체의 구조로서, 도시된 바와 같이, 상기 전열기의 돌입전류 방지용 전기발열체의 구조는 상, 하단 전극판(10), 전기발열체부(20), 금속박막저항발열체(30), 절연부(40) 및 방열체(50)로 구성된다.3 is a structure of the electric heating element for preventing the inrush current of the heater according to an embodiment of the present invention, as shown, the structure of the electric heating element for preventing the inrush current of the heater is the upper, lower electrode plate 10, the electric heating element 20, a metal thin film resistance heating element 30, an insulating portion 40, and a heat dissipation element 50.
상기 상, 하단 전극판(10)은 상기 전기발열체의 구조상 중앙에 장착되는 전기발열체에 양쪽 면에 설치되어 전기를 공급하기 위한 것이다. 여기서 상, 하단 전극판(10)의 재질은 일반적으로 사용되고 있는 은, 금, 알루미늄, 니켈 등이 가장 바람직하나 스틸 등의 금속류 모두가 가능할 것이다.The upper and lower electrode plates 10 are provided on both sides of an electric heating element mounted on the center of the electric heating element to supply electricity. Here, the material of the upper and lower electrode plates 10 is most preferably silver, gold, aluminum, nickel, and the like, which are generally used, but all metals such as steel may be used.
상기 전기발열체부(20)는 상기 상, 하단 전극판 사이에 장착되어 상기 전극판을 통하여 외부로부터 전기를 공급받아 병렬 또는 직렬로 다수 연결되어 있는 전기발열체의 발열에 의해 전기 발열체 표면이 가열되는 복수의 PTC 발열체를 갖는다. 여기서 전기발열체는 정온도계수서미스터(PTC:positive temperature coefficient thermistor )를 실시예로 나타낸 것이 가장 바람직하나, 부온도계수서미스터(NTC:negative temperature coefficient thermistor)도 가능할 것이고, 정온도계수서미스터와 부온도계수서미스터의 조합도 가능할 것이다. 또한 전기발열체의 조합은 복수의 PTC 발열체를 직렬로 설치하는 것이 가장 바람직하나 병렬 및 직렬, 병렬의 조합으로 하여도 무방할 것이다. 상기 PTC 발열체의 형태는 얼마든지 변경 가능함은 물론이다. 예컨대 원형이나 타원형 또는 기타 다각형이나 띠 형 그리고 튜브형, 판상형 등으로 제작하여 사용할 수 있는 것이다.The electric heating element part 20 is mounted between the upper and lower electrode plates and receives electricity from the outside through the electrode plate, and a plurality of surfaces of the electric heating elements are heated by heat of the electric heating elements connected in parallel or in series. Has a PTC heating element. Here, the electric heating element is most preferably represented by a positive temperature coefficient thermistor (PTC) as an embodiment, but a negative temperature coefficient thermistor (NTC) may also be possible, and a positive temperature coefficient thermistor and a negative temperature coefficient Combinations of thermistors would be possible. In addition, the combination of the electric heating element is most preferably provided with a plurality of PTC heating elements in series, but may be a combination of parallel, series, and parallel. Of course, the form of the PTC heating element can be changed as much as possible. For example, it can be used in the form of a circle or oval or other polygons or bands and tubular or plate.
상기 금속박막저항발열체(30)는 상기 전기발열체부 하단 전극판 아래에 절연부가 장착되고, 상기 절연부 하단에 장착되어 PTC 발열체에 구동 초기의 발열 시 전기적 저항의 감소로 인하여 급격하게 전류가 증가되는 것을 방지하는 것이다. 상기 금속박막저항발열체(30)는 복수의 PTC 발열체를 갖는 전기발열체부 하단 전극판 아래에 있는 절연부 하단에 장착된 일체형으로 장착될 수 있고, 또한 복수의 PTC발열체를 갖는 전기발열체부 하단 전극판 아래에 있는 절연부 하단에 장착되지 않고 분리형으로도 장착할 수 있다. 상기 금속박막저항발열체(30)는 전류를 제한하는 저항체로 구성되었는데, 상기 전류를 제한하는 저항체는 일반적인 니크롬 발열체 또는 전류를 제한할 수 있는 저항체 모두 가능하다. 즉, 상기 금속박막저항발열체(30)는 일반적인 전류제한용 저항체, 금속저항체, 니크롬열선 등이 모두 가능할 것이다.The metal thin film resistance heating element 30 has an insulation portion mounted under the lower electrode plate of the electric heating element portion, and is mounted on the lower portion of the insulation portion so that the current rapidly increases due to a decrease in electrical resistance during the initial heating of the PTC heating element. To prevent that. The metal thin film resistance heating element 30 may be integrally mounted to the lower portion of the insulating portion under the electric heating element portion lower electrode plate having a plurality of PTC heating elements, and may further include an electric heating element portion lower electrode plate having a plurality of PTC heating elements. It can also be mounted as a separate unit without mounting underneath the insulation below. The metal thin film resistance heating element 30 is composed of a resistor for limiting the current. The resistor for limiting the current may be a general nichrome heating element or a resistor capable of limiting the current. That is, the metal thin film resistance heating element 30 may be a general current limiting resistor, a metal resistor, a nichrome heating wire, or the like.
상기 절연부(40)는 상기 금속박막저항발열체 상단과 하단에 각각 장착되고, 상단 전극판과 방열체부 사이에 장착되어 잡음을 줄이기 위한 것이다.The insulating part 40 is mounted on the upper and lower ends of the metal thin film resistance heating element, respectively, and is mounted between the upper electrode plate and the radiator part to reduce noise.
상기 방열체(50)는 상기 절연부의 양쪽 면에 장착되어 온도로 인한 타 전기부품의 영향을 감소시키는 위한 것이다.The radiator 50 is mounted on both sides of the insulation to reduce the influence of other electrical components due to temperature.
도 4a 내지 도 4d는 본 고안의 일 실시예에 따른 전열기의 돌입전류 방지용 전기발열체의 제어회로도이고, 도 5는 본 고안의 일 실시예에 따른 PTC 히터의 작동 특성을 설명하기 위한 특성 곡선이다. 상기 도 4a내지 도 4d에 도시된 바와 같이, 도 4a는 단순한 형태로서, 동작 초기의 돌입전류를 금속박막저항발열체로 제한하는 형태인데, 전원(80)과 PTC 발열체(20)와 금속박막저항발열체(30)와 동작모드 절환 스위치(70)와 동작스위치(60)가 직렬로 연결되어 있으며, 도 4b는 동작 초기의 돌입전류 이후의 PTC발열체의 작동 회로 구성형태인데, 초기 돌입전류 이후 안정화되었을 때 전원과 PTC 발열체와 동작모드 절환 스위치(70)와 동작스위치(60)가 직렬로 연결되어 있다. 또한 도 4c는 도 4a에 의해 돌입전류 제한 후 각각 발열체로 사용하는 경우이고, 도 4d는 도 4a에 의해 돌입전류 제한 후 PTC 발열체를 주발열원으로 제어 하는 방식으로서, 금속박막저항발열체(30)와 PTC 발열체(20)를 직렬로 사용함으로 보조 발열원으로 활용하는 것이다.4A to 4D are control circuit diagrams of an electric heating element for preventing inrush current of a heater according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a characteristic curve for explaining an operating characteristic of a PTC heater according to an embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 4A to 4D, FIG. 4A is a simple form in which the inrush current at the initial stage of operation is limited to the metal thin film resistance heating element. The power source 80, the PTC heating element 20, and the metal thin film resistance heating element are shown in FIG. 30 and the operation mode switching switch 70 and the operation switch 60 is connected in series, Figure 4b is a configuration of the operation circuit of the PTC heating element after the inrush current of the initial operation, when stabilized after the initial inrush current The power source, the PTC heating element, the operation mode switching switch 70, and the operation switch 60 are connected in series. In addition, Figure 4c is a case of using as a heating element after each inrush current limit by Figure 4a, Figure 4d is a method of controlling the PTC heating element as the main heating source after the inrush current limit by Figure 4a, the metal thin film resistance heating element 30 and By using the PTC heating element 20 in series it is utilized as an auxiliary heating source.
상기 도 5에 도시된 바와 같이, PTC 히터의 작동 특성에서 작동 초기에 히터용량의 3배 이상의 돌입전류가 발생되면 이를 금속박막저항발열체(30)에 의해 전류가 제한되어 안정한 동작이 이루어지며, 이를 좀더 구체적으로 기술하면, PTC 발열체(또는 히터)(20)와 금속박막저항발열체(30)를 일체형으로 구성하여, 동작 초기에는 PTC 발열체(20)와 금속박막저항발열체(30)에 직렬로 회로를 구성하여 발열하고, 상기 발열체가 적정한 온도에 도달되면 PTC 발열체(20)에 전기가 접속되도록 회로 결선을 절환한다. 그러면 PTC발열체(20)에 동작 초기 발열 시 전기저항의 감소로 인하여 급격하게 전류가 증가되는데, 이를 금속박막저항발열체(30)에 의해 제한한다. 그리고 PTC 발열체(20)의 최소저항을 벗어난 적정 온도까지 PTC 발열체(20) 및 금속박막저항발열체(30)에 의해 온도를 상승시키고, 그 이후 PTC 발열체(20)의 특성을 이용한 방식으로 전류흐름의 경로를 설정하므로 PTC 발열체(20)의 작동전류 용량에서 히터로 작용하므로 돌입전류가 방지된다.As shown in FIG. 5, when an inrush current of three times or more of the heater capacity is generated at the initial stage of operation of the PTC heater, the current is limited by the metal thin film resistance heating element 30, thereby achieving stable operation. More specifically, the PTC heating element (or heater) 20 and the metal thin film resistance heating element 30 are integrally formed so that a circuit is formed in series with the PTC heating element 20 and the metal thin film resistance heating element 30 at the beginning of operation. When the heat generating element reaches an appropriate temperature, the circuit connection is switched so that electricity is connected to the PTC heat generating element 20. Then, the current is rapidly increased due to the decrease in the electrical resistance during the initial heating of the PTC heating element 20, which is limited by the metal thin film resistance heating element (30). Then, the temperature is raised by the PTC heating element 20 and the metal thin film resistance heating element 30 to an appropriate temperature outside the minimum resistance of the PTC heating element 20, and then the current flow is controlled in a manner using the characteristics of the PTC heating element 20. Since the path is set, the inrush current is prevented because it acts as a heater in the operating current capacity of the PTC heating element 20.
따라서 실시예에서 보는 것과 같이 160 암페어 이상의 대용량의 릴레이를 사용할 필요가 없고 또한 전류용량이 큰 트랜지스터를 사용할 필요가 없이 60 암페어의 소용량 소자를 선택하여 사용할 수 있으므로 전기발열체에 대한 제어 관련 경제성과 안전성을 확보할 수 있는 것이다.Therefore, as shown in the embodiment, it is not necessary to use a large-capacity relay of 160 amps or more, and it is possible to select and use a small-capacity device of 60 amps without using a transistor having a large current capacity. It can be secured.
도 6은 본 고안의 일실시 예에 따른 전기 발열체의 전기적 특성 곡선으로서, 도시된 바와 같이, 도 6의 (가)는 온도에 따른 저항 변화 특성 곡선으로 일정 온도까지는 일정 저항으로 유지가 되다가 어느 임계점부터 저항이 상승하는 것이 정온도계수 서미스터로 외부 환경의 온도가 상승 되었을 때나 전기장에 의한 주울열에 의해 자체적으로 온도가 상승되는 특성을 보이고 있다. 이때 회로내의 저항이 상승 되어 옴의 법칙에 의거하여 도 6의 (나)와 같은 전류 특성을 보인다.Figure 6 is an electrical characteristic curve of the electric heating element according to an embodiment of the present invention, as shown, Figure 6 (a) is a resistance characteristic curve according to the temperature is maintained as a constant resistance up to a certain temperature to a certain threshold The resistance rises from the constant temperature coefficient thermistor, which shows that the temperature rises by itself when the temperature of the external environment rises or by Joule heat caused by the electric field. At this time, the resistance in the circuit is increased to show the current characteristics as shown in FIG. 6B based on Ohm's law.
이와 같이 정온도계수 서미스터 특성을 이용하여 차량의 예열기, 난방기, 레저 온풍기 및 가정의 비데, 온수기, 에어컨, 냉장고, 보조 가열기 등의 전기 발열체로 적용 시 이상적인 효율을 얻을 수 있다.Thus, by using the constant temperature coefficient thermistor characteristics, it is possible to obtain the ideal efficiency when applied to electric heating elements such as vehicle preheater, heater, leisure warmer and home bidet, water heater, air conditioner, refrigerator, auxiliary heater.
또한 도 6의 (가)는 온도에 따른 저항 변화 특성 곡선으로서, 온도변화에 따라 저항이 감소하는 것은 부온도계수 서미스터 특성을 나타내며, 이는 외부 환경 온도가 상승 되었을 때나 전기장에 의한 주울열에 의해 자체적으로 온도가 상승되는 특성을 보인다. 이때 회로내의 저항이 감소되어 옴 법칙에 의거 도 6의 (나)와 같은 전류 특성을 보인다.In addition, Figure 6 (a) is a resistance change characteristic curve according to temperature, the resistance decreases with temperature change indicates a negative temperature coefficient thermistor characteristics, which is itself when the external environmental temperature is raised or due to Joule heat caused by the electric field The temperature rises. At this time, the resistance in the circuit is reduced to show the current characteristics as shown in FIG.
이와 같이 부온도계수 서미스터 특성을 이용하여 히터 장치의 전기 발열체로 적용시 이상적인 효율을 얻을 수 있다.As described above, an ideal efficiency can be obtained when the negative temperature coefficient thermistor is used as an electric heating element of the heater device.
이상, 본 고안을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 고안은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 본 고안의 기술적 사상의 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.The present invention has been described in detail through specific embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. .
상기와 같은 전열기의 돌입전류 방지용 전기발열체의 구조는 다음과 같은 효과가 있다.The structure of the electric heating element for preventing the inrush current of the heater as described above has the following effects.
첫째, 본 고안은 PTC 히터와 금속박막저항체를 일체형으로 구성함으로써, 구동 초기에는 PTC 발열체와 금속박막저항발열체가 직렬회로로 구성되어 발열되고 이후 발열체가 적정온도에 도달되면 PTC 발열체에 전기가 접속되도록 회로 결선이 절환되어 PTC 발열체에 구동 초기의 발열 시 전기적 저항의 감소로 인하여 급격하게 전류가 증가되는 것을 금속박막저항발열체에 의해 제한됨으로 PTC 발열체의 최소저항을 벗어난 적정 온도까지 PTC 발열체 및 금속박막저항발열체에 의해 온도를 상승시키고 그 이후 PTC 발열체의 특성을 이용한 방식으로 전류 흐름 경로를 설정함으로써, PTC 발열체의 작동 전류 용량에서 히터로 작용함으로 돌입전류를 방지할 수 있다.First, the present invention is constructed by integrally constructing the PTC heater and the metal thin film resistor, so that the PTC heating element and the metal thin film resistive heating element are generated in series circuit in the initial stage of operation, so that when the heating element reaches the proper temperature, electricity is connected to the PTC heating element. When the circuit connection is switched and the PTC heating element heats up, the current is rapidly increased due to the decrease in the electrical resistance during the initial heat generation.The PTC heating element and the metal thin film resistance are maintained to an appropriate temperature beyond the minimum resistance of the PTC heating element. By raising the temperature by the heating element and then setting the current flow path in a manner using the characteristics of the PTC heating element, the inrush current can be prevented by acting as a heater in the operating current capacity of the PTC heating element.
둘째, 본 고안은 PTC 발열체와 금속박막저항발열체를 일체형 또는 분리형으로 구성하여 사용함으로써, 실시예와 같이 160 암페어 이상의 대용량의 릴레이를 사용할 필요가 없고 전류용량이 큰 트랜지스터를 사용할 필요가 없이 60 암페어의 소용량 소자를 선택하여 사용할 수 있어 전기발열체에 대한 제어 관련 경제성과 안전성을 확보할 수 있다.Secondly, the present invention uses the PTC heating element and the metal thin film resistance heating element as an integrated or separate type, so that it is not necessary to use a large-capacity relay of 160 amps or more as in the embodiment, and it is not necessary to use a transistor having a large current capacity. Small capacity devices can be selected and used to secure economics and safety related to the control of electric heating elements.
셋째, 본 고안은 PTC 발열체와 금속박막저항체를 일체형 또는 분리형으로 구성할 수 있음으로 사용자가 사용 용도에 맞게 다양하게 회로 설계를 할 수 있다는 편리성을 갖는다.Third, the present invention has the convenience that the user can design a variety of circuits to suit the intended use because the PTC heating element and the metal thin film resistor can be configured integrally or separately.
넷째, 본 고안은 NTC 발열체 또는 및 NTC 발열체와 PTC 발열체의 조합과 금속박막저항체를 일체형 또는 분리형으로 구성할 수 있음으로 사용자가 사용 용도에 맞게 다양하게 회로 설계를 할 수 있다는 편리성을 갖는다.Fourth, the present invention has the convenience that the user can design a variety of circuits to suit the intended use because the NTC heating element, or a combination of the NTC heating element and PTC heating element and the metal thin film resistor can be configured as an integrated or separate type.
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|---|---|---|---|---|
| US20210146755A1 (en) * | 2019-11-14 | 2021-05-20 | Lexmark International, Inc. | Cabin heater for vehicle |
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