KR200372467Y1 - 자동온도제어 기능을 가진 박막 가열 소자 - Google Patents

Abstract

본 고안은 가열소자에 관한 것으로서, 특히, 자동온도제어 기능을 가진 박막 가열소자에 대한 새로운 고안으로서, 기판을 포함하며, 상기 기판 표면에 PTC 재료를 포함한 한 층의 전열막층이 피복되어 있고, 상기 전열막층 양측에 상기 전열막층과 전기적 연결을 이루는 전극이 설치되며, 전극의 전기 전도에 의하여 상기 전열막층이 열을 발생하며, 상기 전열막층의 두께는 2μm보다 작고, 상기 기판은 평판형, 파이프형, 벌집형 등의 외형으로 소정의 가열장치에 결합하며, 상기 기판에는 원적외선으로 가열 대상물을 가열할 수 있도록 기능성 원적외선 재료를 첨가함으로써, 구조를 간단하게 하고 온도 제어를 필요로하지 않는다.

Description

자동온도제어 기능을 가진 박막 가열 소자{FILM HEATING ELEMENT HAVING AUTOMATIC TEMPERATURE CONTROL FUNCTION}

본 고안은 가열장치 기술분야에 속하는 것으로서, 특히, 자동온도제어 기능을 가진 박막 가열 소자에 대한 새로운 고안으로서, 구조를 간단하게 하고 온도 제어를 필요로 하지 않는 가열장치에 관한 것이다.

종래의 가열장치는 주로 니켈-크롬 코일 또는 석영 튜브를 설비의 적절한 위치에 설치하는 것으로서, 반드시 공기를 통하여 열전도 방식으로 가열하여야 한다. 그러나 공기 속에서 열에너지의 전도 효율이 낮고 가열 온도가 균일하지 않은 문제가 있다. 뿐만 아니라 부피가 크고 가열 온도를 제어하기 어려운 문제 등은 모두 재래식 가열장치의 단점이다. 현재 산업상 이용하는 비교적 새로운 고안은 전열막을 이용하여 가열하는 방식이다. 전열막은 재래식 전열선에 비하여, 사용시 2회로 되는 열 전도를 필요로 하지 않기 때문에 가열속도가 빠르고, 균일하고, 안전하며,열 효율이 높은 등 장점이 있다. 대만전리공고 제472997호 "가열 장치"를 예로 들면, 상기 가열장치는 적어도 하나의 전열막을 포함하고, 상기 전열막은 기판, 실버 콜로이드 및 전극을 포함한다. 그 중 상기 기판은 일면에 원적외선층을 구비하고, 다른 면에 전열막층을 구비한다. 상기 전열막층 상에 전기 전도성 보호층을 구비하고, 상기 보호층은 산화표면을 구비한다. 상기 실버 콜로이드는 상기 보호층 상에 소정의 위치에 배치되고, 상기 보호층 내부와 전기적 연결을 이룬다. 상기 전극은 상기 보호층과 상기 실버 콜로이드에 의하여 상기 전열막층과 전기적 연결을 이루며, 전열막과 원적외선층의 결합에 의하여 원적외선으로 가열 대상물에 대하여 고효율의 가열을 진행한다(2002년 1월 11일 대만전리공보 참조). 또한 대만전리공고 제238409호 "반도체 전열막의 제조 방법"은 주로 금, 은 등 금속화합물 또는 이들의 유기화합물을 주체로 하고, 제조시 안티몬(Sb), 철(Fe) 등을 첨가한 적당한 양의 화합물을 첨가제로 하여 결합하며, 다시 상기 고르게 혼합된 원료를 일정한 비례로 매체 재료와 균일하게 혼합한다. 기판을 깨끗이 세정한 다음 고온 화로(火爐)에 넣어 기판 표면을 활성화시킨다. 다음 상기 잘 결합된 유체 재료(流體材料)를 공기와 혼합시켜 일정량을 상기 고온 화로 내에 뿜어넣어 상기 전기 전도성 재료 유체가 뿜어들어간 후 즉시 무화(霧化)되어 안개 모양의 전위를 띤 이온으로 분해되도록 하며 상기 기판 표면에 고르게 피복되도록 한다. 또는 이미 활성화된 기판 표면에 직접 분사, 부착되어 상기 기판과 일체화된 반도전성(半導電性) 박막을 형성한다(1995년 1월 11일 전리공보 참조). 그러나, 전열막을 가열원으로 하는 가열장치는 반드시 원적외선의 가열에 의존하여야 하는데 고온 소결의 방식으로 기판에형성된 원적외선층은 그 가공 절차가 비교적 번잡하고, 전열막층과 원적외선층 사이에 기판이 막혀져 있기 때문에 전환 효율이 비교적 낮은 단점이 있을뿐만 아니라, 가열막인 저항재료의 온도 제어가 용이하지 않아 반드시 온도 제어장치를 결합, 설치하여야 하는 단점이 존재한다.

또한, PTC 효과라 함은, 저온환경에서 저항이 작고 전기를 통과시켜 가열할 때 온도의 상승에 따라 저항이 커지며, 온도가 결합 방법에서 설정된 퀴리온도（Curie Temperature)에 이르렀을 때 저항은 절연체에 접근할 정도로 커져 전압은 있지만 전류가 흐르지 않는다. 아울러 온도가 내려감에 따라(퀴리온도가 내려가기 때문이다) 저항은 작아지고 전류가 흐르게 되며, 따라서 열손실에 필요한 일률(power)을 제공하여 평형을 이루도록 하는데 이것이 바로 PTC 효과이다.

종래의 가압성형 또는 사출성형 방식으로 성형된 PTC 발열체는 극복하기 어려운 물리적 단점이 있어, PTC 재료 발열체에 전기장을 인가할 경우 순간적으로 고전류 및 대전류밀도가 발생하여 급격히 발열하는데 온도 상승율 속도가 10⁴-10⁰K/S에 도달한다. 결정립이 반도체이고 결정립계가 고저항체이기 때문에 외부에서 인가된 전기장은 주로 결정립계에 작용하게 되며, 결정립계 상의 전기장 세기는 샘플에 인가된 전기장의 100배 정도로 되며 높은 온도를 발생한다. 만약 PTC 재료 발열체 도자기 고리 내의 저항이 고르지 않으면 온도가 고르지 않게 된다. 상변화가 있기 때문에 온도가 퀴리점 부근까지 상승할 때 압축응력이 장력으로 돌변하고 응력의 극한에 쉽게 도달하며, PTC 재료 발열체인 도자기의 인장강도가 낮아 쉽게 균열되는현상이 발생한다. 때문에 PTC 성분 구성 또는 입자가 고르지 않으면 PTC 재료 발열체 도자기 고리 내에 열점(熱點)이 생겨 열로 인한 파괴 또는 전기적 절연의 파괴를 초래하는데, 이것은 바로 재래식 압출성형 또는 사출성형에 의한 PTC 발열체의 단점이며, 따라서 재래식 제조공정의 PTC 재료 발열체의 사용의 안정성에 영향을 주게 된다. 상술한 내용은 바로 현행 기술상 존재하는 최대의 단점이며 업계에서 시급히 해결하여야 할 난제로 되고 있다.

본 고안은 종래의 기술상에 존재하는 단점을 감안하여 다년간 산업 도자기 제품 설계 및 제조에 종사한 전공 지식으로 끊임없는 연구, 개량을 진행한 결과 본 고안이 이루어지게 되었다.

본 고안의 주된 목적은, 기판을 포함하고, 상기 기판 표면에 PTC 재료를 포함한 전열막층이 설치되고, 상기 전열막층의 양측에 전열막층과 전기적 연결을 이루는 전극이 설치되며, 전극의 전기 전도에 의하여 상기 전열막이 열을 발생하며, 상기 전열막층의 두께는 2μm보다 작고, 상기 기판은 평판형, 파이프형, 벌집형 등의 외형으로 소정의 가열장치와 결합되며, 상기 기판은 원적외선으로 가열 대상물을 가열할 수 있도록 기능성 원적외선 재료가 첨가되어 있어, 구조를 간단하게 하고 가열 효율을 제고할 수 있는 자동온도제어 기능을 가진 박막 가열소자를 제공하는 것이다.

본 고안의 다른 목적은, 상기 전열막층 상측에 한 층의 내열 절연층을 피복하여 단열(斷熱)시킬 수 있는 자동온도제어 기능을 가진 박막 가열소자를 제공하는것이다.

아래, 상기 목적을 달성하기 위한 기술 수단을 도면과 결부하여 일 실시예로서 자세히 설명하기로 한다. 실시예를 통하여 본 고안의 구조, 특징 및 달성할 수 있는 기능, 효과에 대하여 더욱 잘 파악할 수 있다.

도 1은 본 고안에 따른 실시예의 정면도이다.

도 2는 본 고안에 따른 실시예의 단면도이다.

우선, 본 고안에 따른 실시예의 정면도를 표시한 도 1 및 단면도를 표시한 도 2를 참조한다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 고안은 주로 기판(1)을 포함하고, 상기 기판(1) 표면에 PTC 재료를 포함한 한층의 전열막층(2)이 피복되며[본 고안은 열간화학반응방법{고온 무화(霧化) 성장방법}으로 기판상에 PTC 재료 전열막층을 형성하는 바, 이는 공지된 기술이며, PTC 재료는 PTC 효과를 가진 정(正)온도계수 재료로서 역시 공지된 재료이다. 정온도계수 재료의 온도가 높을수록 저항이 크기 때문에 온도가 계속 상승하는 현상이 발생하지 않는다], 상기 전열막층(2)의 양측에 전기적 연결을 이루는 전극(3)을 구비하며, 전극(3)의 전기 전도에 의하여 상기 전열막층(2)으로 하여금 열을 발생하도록 하는 것이다. 즉, 본 고안의 전열막층(2)의 두께는 2μm보다 작고, 상기 기판(1)은 평판형, 파이프형, 벌집형 등 소정의 외형으로 소정의 가열장치에 결합된다. 본 고안에서 새로운 제조공정인 열화학반응으로 코팅된 PTC 재료 발열체는 막 두께가 2μm보다 작고 기판과의 결합은 분자결합 및 고온에서 서로 확산하면서 화학반응하는 방식으로 결합되기 때문에, 순간적으로 급격히 발열할 경우 온도 구배(temperature gradient)에 의한 온도차 및 열점(熱點) 문제가 발생하지 않으며, 재래식 가압성형 또는 사출성형의 방식으로만들어진 PTC 재료 발열체의 단점을 효과적으로 회피하고 PTC 재료 발열체의 정온도계수의 장점(즉, 구조를 간단히 하고 온도제어를 필요로 하지 않음)을 확보한다.

또한, 본 고안의 기판(1) 제작시 기능성 원적외선 재료(기판의 기능성 원적외선 재료는 원적외선으로 전환할 수 있는 재료로서 공지된 재료이며 도자기 재료를 예로 들 수 있다. 기판을 성형하기 전에 기판 재료에 첨가하여 성형시킨다.)를 첨가할 수 있으며, 전극(3)의 전기 전도에 의해 상기 전열막층(2) 및 기판(1) 내의 기능성 원적외선 재료를 결합시킴으로써, 원적외선으로 가열 대상물 내부를 고르게 가열한다. 본 고안의 기능성 원적외선 재료는 기판 제조시 미리 기판 원료 속에 혼합시켜 성형되므로 종래의 기법 중 기판 상에 반드시 한 층의 원적외선막층을 고온소결하여야 하는 절차를 생략할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 고안 중 기능성 원적외선을 구비한 기판은 원적외선으로 전환시킬 수 있는 기능을 가지며, 종래의 장치에 비하여 제조과정이 직접적이고 효율이 높기 때문에, 구조를 간단하게 하고 가열 효율을 제고할 수 있는 기능을 가진다.

또한, 본 고안의 전열막층(2)의 상측에 무기재료로 된 한 층의 내열 절연층(4)을 피복할 수 있다. 가열면이 전열막층(2)의 배면에 위치하기 때문에 전열막층(2)은 상면에 내열 절연층(4)을 피복함으로써 단열시켜 안전을 보장한다. 이것으로 본 고안 창작의 목적을 달성하므로 실용성이 구비된 고안이라고 할 수 있다.

상기 내용을 종합하면 본 고안에 따른 자동온도제어 기능을 구비한 가열장치는 미증유(未曾有)의 고안이며, 출원일 전에 국내외에서 공개된 간행물에 발표된 적도없으므로 실용신안 등록 요건중 신규성 요구에 부합된다. 또한 본 고안은 종래 기술의 단점을 제거할 수 있고 고안의 목적을 달성할 수 있기 때문에 "산업상 이용할 수 있는 고안"이라는 실용신안 등록 요건에 부합된다.

상술한 내용은 다만 본 고안에 따른 일실시예에 불과할 뿐, 이것으로 본 고안의 청구범위를 한정하지 않는다. 본 분야 기술에 익숙한 자가 본 고안의 명세서 및 실용신안 등록청구범위를 이용하여 실시한 균등한 변경은 마땅히 본 고안의 청구범위에 속하여야 할 것이다.

Claims (5)

1. 자동온도제어 기능을 가진 박막 가열소자에 있어서,

   기판을 포함하며, 상기 기판의 표면에 PTC 재료를 포함한 전열막층이 위치하고, 상기 전열막층의 양측에 상기 전열막층과 전기적 연결을 이루는 전극이 위치하며, 상기 전극의 전기 전도에 의하여 상기 전열막층이 열을 발생하는 것을 특징으로 하는 자동온도제어 기능을 가진 박막 가열소자.
2. 제1항에 있어서,

   상기 기판은 평판형, 파이프형, 벌집형 등의 외형으로 된 것을 특징으로 하는 자동온도제어 기능을 가진 박막 가열소자.
3. 제1항에 있어서,

   상기 전열막층의 두께는 2μm보다 작은 것을 특징으로 하는 자동온도제어 기능을 가진 박막 가열소자.
4. 제1항에 있어서,

   상기 기판에 원적외선으로 가열 대상물을 가열할 수 있도록 기능성 원적외선 재료가 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 자동온도제어 기능을 가진 박막 가열소자.
5. 제4항에 있어서,

   상기 전열막층의 상측에 한 층의 내열 절연층이 피복되어 단열효과를 갖는 것을 특징으로 하는 자동온도제어 기능을 가진 박막 가열소자.