KR20060094229A - 하이브리드 세라믹 정온도계수 히터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하이브리드 세라믹 정온도계수 히터가 개시된다. 본 발명의 하이브리드 세라믹 정온도계수 히터는 간격을 두고 배치되며, 외부리드선을 통해 전원에 각각 연결되는 제 1 및 제 2세라믹 히터부와; 제 1세라믹 히터부와 제 2세라믹 히터부의 사이에 설치되며, 제 1세라믹 히터부와 제 2세라믹 히터부 각각에 전기적으로 연결되어 전기적인 직렬 상태를 이루는 정온도 계수 히터부와; 제 1세라믹 히터부와 정온도 계수 히터부 및, 정온도 계수 히터부와 제 2세라믹 히터부를 용착시키는 브레이징층을 구비한다. 제 1 및 제 2세라믹 히터부는, 텅스텐층과, 텅스텐층을 둘러싸는 알루미나층을 구비한다. 그리고 정온도 계수 히터부는, 티탄산바륨을 주성분으로 하여 구성된다. 그리고 브레이징층은, 몰리브덴 합금층부와, 니켈층부을 구비한다. 이러한 본 발명에 의하면, 세라믹 히터와 정온도계수 히터의 장점을 동시에 갖춤으로써, 목표 온도까지의 승온 속도가 매우 빠르고, 목표온도에서의 발열온도를 일정하게 제어할 수 있다. 특히, 승온 속도가 매우 빠르고 발열온도를 일정하게 제어할 수 있음으로써, 급속가열이 요구됨과 동시에 온도 제어가 요구되는 장치에 매우 유용하게 사용할 수 있다.
Description
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 세라믹 정온도계수 히터의 구성을 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 세라믹 정온도계수 히터의 구성을 나타내는 측단면도,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 세라믹 정온도계수 히터의 저항-온도 특성을 측정하여 나타낸 도표이다.
♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
10: 제 1세라믹 히터부 12: 텅스텐층
14: 알루미나층 15: 외부리드선
20: 제 2세라믹 히터부 22: 텅스텐층
24: 알루미나층 25: 외부리드선
30: 정온도계수 히터부 40: 브레이징층
42: 니켈층부 44: 몰리브덴 합금층부
50: 열교환부재 60: 브레이징층
62: 니켈층부 64: 몰리브덴 합금층부
본 발명은 하이브리드 세라믹 정온도계수 히터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세라믹히터와 정온도계수 히터를 조합하여 구성함으로써 목표 온도까지의 승온 속도가 빠르고, 목표온도에서의 발열온도를 일정하게 제어할 수 있는 하이브리드 세라믹 정온도계수 히터에 관한 것이다.
전기 히터의 일례로서 세라믹 히터가 있다. 세라믹 히터는 인가되는 전류에 의해 발열하는 텅스텐층과, 이것에 의해 가열되어 고온의 열을 발생시키는 알루미나층으로 구성된다.
이러한 세라믹 히터는 승온 속도가 매우 빠르다는 장점이 있다. 따라서, 빠른 승온이 요구되는 급탕기, 파마용 모발 관리기, 납땜기에 주로 사용되고 있다. 뿐만 아니라 세라믹 히터는 발열시 알루미나층에서 원적외선이 방사되므로 의료용기기에도 많이 사용되고 있다.
그런데, 이러한 세라믹 히터는 승온 속도가 매우 빠르다는 장점은 있으나, 온도제어가 어려워 발열온도를 조절할 수 없다는 단점이 있다. 특히, 발열온도를 조절할 수 없으므로 에너지 소모가 많다는 단점이 있다.
한편, 이를 감안하여 정온도계수(Positive Temperature Coefficent:이하, "PTC 히터"라 칭함) 히터가 개발되어 사용되고 있다. PTC 히터는 티탄산바륨계로 이루어진 저항체로서, 인가되는 전류에 의해 고온의 열을 발생한다. 특히, 온도가 상승함에 따라 저항이 상승하여 전류의 흐름을 억제하는데, 이때의 저항값을 검측하여 전류의 흐름을 제어하면, 발열온도를 정온으로 제어할 수 있다는 장점을 갖는다.
이러한 PTC 히터는 발열온도의 제어가 매우 용이한 바, 발열온도의 제어가 요구되는 전기밥솥, 커피포트, 자동차 실내의 예비 난방 장치로 많이 사용되고 있다.
그런데, 이러한 PTC 히터는 발열온도의 제어가 매우 용이하다는 장점은 있으나, 승온 속도가 매우 느려 사용하기가 매우 불편한 단점이 있다. 특히, 자동차 실내의 예비 난방 장치로 사용할 경우에는, 자동차의 냉각수가 고온으로 상승되기 전까지 신속하게 승온되어 차내의 온도를 상승시켜야 하는데, 승온 속도가 매우 느리므로, 차내의 온도를 신속하게 상승시킬 수 없는 문제가 있었다. 이같은 문제점은 운전자의 욕구를 충족시키지 못하여 제품의 신뢰도를 떨어뜨리는 원인이 된다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 세라믹 히터와 정온도계수 히터를 조합하여 구성함으로써 목표 온도까지의 승온 속도가 빠르고, 목표온도에서의 발열온도를 일정하게 제어하여 사용하기가 매우 간편한 하이브리드 세라믹 정온도계수 히터를 제공하는 데 있다.
이와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 하이브리드 세라믹 정온도 계수 히터는, 간격을 두고 배치되며, 외부리드선을 통해 전원에 각각 연결되는 제 1 및 제 2세라믹 히터부와; 상기 제 1세라믹 히터부와 제 2세라믹 히터부의 사이에 설치되며, 상기 제 1세라믹 히터부와 제 2세라믹 히터부 각각에 전기적으로 연결되어 전기적인 직렬 상태를 이루는 정온도 계수 히터부와; 상기 제 1세라믹 히터부와 상기 정온도 계수 히터부 및, 상기 정온도 계수 히터부와 상기 제 2세라믹 히터부를 용착시키는 브레이징층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 1 및 제 2세라믹 히터부는, 텅스텐층과, 상기 텅스텐층을 둘러싸는 알루미나층으로 구성된다. 그리고 상기 정온도 계수 히터부는, 티탄산바륨을 주성분으로 하여 구성된다. 그리고 상기 브레이징층은, 몰리브덴 합금층부와, 니켈층부로 구성된다.
이하, 본 발명에 따른 하이브리드 세라믹 정온도계수 히터에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 히터는, 간격을 두고 배치되는 제 1세라믹 히터부(10)와 제 2세라믹 히터부(20)를 구비한다.
제 1 및 제 2세라믹 히터부(10, 20) 각각은, 저항체인 중앙의 텅스텐층(12, 22)과, 이것을 둘러싸는 양쪽의 알루미나층(14, 24), 그리고 텅스텐층(12, 22)과 전기적으로 연결되는 외부리드선(15, 25)으로 구성된다. 특히, 외부리드선(15, 25)은 외부의 전원 소스와 각각 연결 접속되도록 구성된다.
이러한 제 1 및 제 2세라믹 히터부(10, 20)는, 중앙의 텅스텐층(12, 22)에 전원이 인가되면, 상기 텅스텐층(12, 22)은 빠른게 승온되면서 알루미나층(14, 24) 을 가열하고, 가열된 알루미나층(14, 24)은 고온의 열을 방출한다.
여기서, 텅스텐층(12, 22)과 알루미나층(14, 24)으로 구성된 세라믹 히터는, 이미 잘 알려진 기술이므로 그에 관한 설명은 생략하기로 한다.
다시, 도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 히터는 제 1세라믹 히터부(10)와 제 2세라믹 히터부(20)의 사이에 설치되는 정온도계수 히터부(30:이하, "PTC 히터부"라 칭함)를 구비한다.
PTC 히터부(30)는 인가되는 전류에 의해 발열하는 일종의 저항체로서, 일측면(30a)은 제 1세라믹 히터부(10)의 텅스텐층(12)과 전기적으로 연결되고, 타측면(30b)은 제 2세라믹 히터부(20)의 텅스텐층(22)과 전기적으로 연결된다. 특히, 일측면(30a)과 타측면(30b) 각각이 제 1세라믹 히터부(10)와 제 2세라믹 히터부(20)의 텅스텐층(12, 22)에 각각 전기적으로 연결됨으로써, 제 1세라믹 히터부(10)와 PTC 히터부(30)와 제 2세라믹 히터부(20)가 서로에 대해 직렬로 연결될 수 있게 하며, 따라서 제 1세라믹 히터부(10)로 인가된 전류가 상기 PTC 히터부(30)를 거쳐 제 2세라믹 히터부(20)로 인가될 수 있게 한다.
참고로, PTC 히터는 티탄산바륨(BaTiO3)을 주성분으로 하여 구성된 일종의 반도체로서, 인가되는 전류에 의해 발열하되, 발열온도가 상승하여 정해진 온도까지 도달하면, 전류의 흐름을 억제하여 발열온도를 일정하게 제어하는 특성을 갖는다.
이러한 PTC 히터부(30)에 의하면, 제 1세라믹 히터부(10)로 인가된 전류를 제 2세라믹 히터부(20)로 전달함으로써, 상기 제 2세라믹 히터부(20)가 인가되는 전류에 의해 고온으로 발열할 수 있게 한다.
또한, PTC 히터부(30)는, 제 1세라믹 히터부(10)에 전기를 인가 받으므로, 인가된 전류에 의해 발열하게 된다. 특히, 발생된 열이 정해진 목표온도까지 상승하여 일정하게 제어된다. 또한, 일정하게 제어된 열을 양측의 제 1 및 제 2세라믹 히터부(10, 20)까지 전달하므로, 상기 제 1 및 제 2세라믹 히터부(10, 20)의 온도까지 일정하게 제어하게 된다.
여기서, 제 1세라믹 히터부(10)의 텅스텐층(12)에는 PTC 히터부(30)의 일측면(30a)과 전기적으로 연결되는 연결단자(12a)가 형성되어 있다. 그리고 제 2세라믹 히터부(20)의 텅스텐층(22)에도 PTC 히터부(30)의 타측면(30b)과 전기적으로 연결되는 연결단자(22a)가 형성되어 있음은 물론이다.
한편, 이러한 PTC 히터부(30)는, 도 2에 도시된 바와 같이 제 1세라믹 히터부(10)와 제 2세라믹 히터부(20)에 연결 접합되어 있되, 브레이징층(40)을 개재하여 용착 결합된다.
브레이징층(40)은 양쪽의 니켈층부(42)와 중앙의 몰리브덴 합금층부(44)로 구성되는데, 이때, 양쪽의 니켈층부(42)는 각각 세라믹 히터부(10, 20)와 PTC 히터부(30)에 용이하게 용착되는 구성을 갖는다. 그리고 중앙의 몰리브덴 합금층부(44)는 양쪽의 니켈층(42)을 용이하게 용착시키는 역할을 한다.
결과적으로, 이러한 브레이징층(40)은 서로 다른 소재로 이루어진 PTC 히터부(30)와, 제 1 및 제 2세라믹 히터부(10, 20)간의 접합을 용이하게 한다. 한편, 브레이징층(40)의 용착온도는 대략 600℃정도로 구성하는 것이 좋다.
다시, 도 2를 참조하면, 본 발명의 히터는 제 1 및 제 2세라믹 히터부(10, 20)의 외측면에 설치되는 열교환부재(50)를 더 구비한다.
열교환부재(50)는 방열핀들로 구성되며, 제 1 및 제 2세라믹 히터부(10, 20)에서 발생된 열을 외부로 방출하는 역할을 한다. 특히, 제 1 및 제 2세라믹 히터부(10, 20)를 따라 다수개 부착되므로, 제 1 및 제 2세라믹 히터부(10, 20)에서 발생된 열을 효과적으로 방출하는 역할을 한다.
한편, 이러한 열교환부재(50)는 브레이징층(60)을 개재하여 용착 결합되며, 브레이징층(60)은 상기와 마찬가지로 니켈층부(62)와 몰리브덴 합금층부(64)로 구성된다. 이러한 브레이징층(60)은 서로 다른 소재로 이루어진 열교환부재(50)와, 제 1 및 제 2세라믹 히터부(10, 20)간의 접합을 용이하게 한다.
다음으로, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 작동예를 도 1과 도 2를 참조하여 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 제 1세라믹 히터부(10)의 외부리드선(15)에 전류를 인가한다. 그러면, 인가된 전류는 직렬로 연결된 제 1세라믹 히터부(10)와 PTC 히터부(30)와 제 2세라믹 히터부(20)를 차례로 통과하면서 제 2세라믹 히터부(20)의 외부리드선(25)을 통해 외부로 흐르게 된다.
한편, 인가된 전류가 제 1 및 제 2세라믹 히터부(10, 20)를 흐르는 동안, 상기 제 1 및 제 2세라믹 히터부(10, 20)의 각 텅스텐층(12, 22)은 빠른 속도로 승온되면서 알루미나층(14, 24)을 가열한다. 그리고 가열된 상기 알루미나층(14, 24)은 고온의 열을 신속하게 방출하게 된다.
이때, 빠른 속도로 승온되는 제 1 및 제 2세라믹 히터부(10, 20)는, 주변의 온도를 급속하게 가열하는 역할을 하며, 따라서 급속 가열이 요구되는 장치, 예를 들면 급탕기, 파마용 모발 관리기, 납땜기 및 자동차의 실내 예비 난방 장치 등에 본 발명의 히터를 장치하면, 매우 유용하게 사용될 수 있다. 특히, 자동차의 실내 예비 난방 장치로 사용할 경우, 차내의 온도를 급속하게 상승시킬 수가 있으며, 따라서 신속한 차내 난방을 원하는 운전자의 욕구를 충족시켜줄 수 있게 된다.
그리고, 인가된 전류가 PTC 히터부(30)를 흐르는 동안, 상기 PTC 히터부(30)는 인가된 전류에 의해 발열하게 된다. 특히, 발열된 열을 외부로 방출함과 동시에 양측의 제 1 및 제 2세라믹 히터부(10, 20)까지 전달하여 상기 제 1 및 제 2세라믹 히터부(10, 20)를 가열하게 된다.
이때, 발열하는 PTC 히터부(30)는, 발생된 열이 정해진 목표온도까지 상승한 후 일정하게 제어되므로, 양측의 제 1 및 제 2세라믹 히터부(10, 20)의 발열온도까지 일정하게 제어하게 된다.
이러한 PTC 히터부(30)는, 차체의 발열온도 뿐만이 아니라, 제 1 및 제 2세라믹 히터부(10, 20)의 발열온도도 일정하게 제어하므로, 히터 전체의 발열온도를 제어하는 역할을 한다. 특히, 히터 전체의 발열온도를 제어하는 역할을 하므로, 발열온도의 제어가 요구되는 장치, 예를 들면, 전기밥솥, 커피포트, 자동차의 실내 예비 난방 장치 등에 본 발명의 히터를 장치하면, 매우 유용하게 사용될 수 있다.
다음으로, 본 발명자는 본 발명에 따른 하이브리드 세라믹 정온도계수 히터의 성능을 테스트하기 위해, 도 3에서와 같이 저항-온도 특성(R-T 특성)을 시험해 보았다.
(시험조건)
1,5V DC 이하에서 히터의 주변 온도의 변화에 따른 전기저항을 측정해보았다.
시험결과, 히터의 주변 온도가 실온(기준온도) 25℃에서 목표온도 175 ∼ 180℃까지 도달하였을 경우, 저항값이 실온 저항값의 2배로 급속하게 증가하는 것으로 나타났으며, 따라서 큐리온도에 도달하여 전류의 흐름이 급격하게 저하됨으로써, 히터의 주변 온도가 목표온도(175 ∼ 180℃)에서 일정하게 유지되는 것으로 나타났다.
결과적으로, 본 발명에 따른 하이브리드 세라믹 정온도계수 히터는, 목표온도까지 신속하게 승온됨은 물론, 발열온도가 목표온도에서 일정하게 제어되는 특징을 갖게 되는 것으로 나타났다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 세라믹 정온도계수 히터에 의하면, 세라믹 히터와 정온도계수 히터의 장점을 동시에 갖춤으로써, 목표 온도까지의 승온 속도가 매우 빠르고, 목표온도에서의 발열온도를 일정하게 제어할 수 있다. 특히, 승온 속도가 매우 빠르고 발열온도를 일정하게 제어할 수 있음으로 써, 급속가열이 요구됨과 동시에 온도 제어가 요구되는 장치에 매우 유용하게 사용할 수 있다.
Claims (5)
- 간격을 두고 배치되며, 외부리드선을 통해 전원에 각각 연결되는 제 1 및 제 2세라믹 히터부와;상기 제 1세라믹 히터부와 제 2세라믹 히터부의 사이에 설치되며, 상기 제 1세라믹 히터부와 제 2세라믹 히터부 각각에 전기적으로 연결되어 전기적인 직렬 상태를 이루는 정온도 계수 히터부와;상기 제 1세라믹 히터부와 상기 정온도 계수 히터부 및, 상기 정온도 계수 히터부와 상기 제 2세라믹 히터부를 용착시키는 브레이징층을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 세라믹 정온도계수 히터.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 및 제 2세라믹 히터부는,텅스텐층과, 상기 텅스텐층을 둘러싸는 알루미나층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 세라믹 정온도계수 히터.
- 제 1항에 있어서,상기 정온도 계수 히터부는,티탄산바륨을 주성분으로 하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 세라믹 정온도계수 히터.
- 제 1항에 있어서,상기 브레이징층은,몰리브덴 합금층부와, 니켈층부로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 세라믹 정온도계수 히터.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2세라믹 히터부에 설치되는 열교환부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 세라믹 정온도계수 히터.
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| KR1020050015219A KR101132694B1 (ko) | 2005-02-24 | 2005-02-24 | 하이브리드 세라믹 정온도계수 히터 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050015219A KR101132694B1 (ko) | 2005-02-24 | 2005-02-24 | 하이브리드 세라믹 정온도계수 히터 |
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| KR20040013066A (ko) * | 2004-01-19 | 2004-02-11 | 박재성 | 휴대용 순간 열 발생장치 |
-
2005
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Also Published As
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