KR20090008383U - 서모스탯 - Google Patents

Abstract

본 고안은 임계온도를 초과하면 반전작동하는 서모스탯에 관한 것으로, 고정접점이 내측에 구비되는 몸체와, 몸체의 중앙에 슬라이딩 가능하게 설치되는 가이드핀과, 가이드핀이 탄성지지되도록 상기 가이드핀의 하부에 설치되고 상기 가동접점이 구비되는 스프링과, 이 고정접점과 스프링에 각각 연결되어 몸체의 외측으로 연장되는 리드선과, 몸체의 상부에 구비되고 가이드핀의 타단에 맞닿아 온도조건에 따라 상기 가이드핀을 이동시키는 일측 또는 타측이 절개된 디스크형 바이메탈과, 몸체의 상부에 결합되고 바이메탈을 고정하며 외부의 열을 받아드리기 위한 개구부가 형성되는 덮개를 포함한다.

이와 같이 구성된 본 고안에 의하면, 열 응답성능이 우수한 서모스탯을 제공할 수 있으며, 바이메탈에 제작시 원자재의 절감을 통해 서모스탯의 제작 원가를 절감할 수 있다.

서모스탯, 고정접점, 가동접점, 바이메탈

Description

서모스탯 {thermostat}

본 고안은 서모스탯에 관한 것으로, 보다 자세하게는 열원이 포함된 장치에서 발생하는 온도를 감지하여, 장치가 일정온도 이상의 온도를 갖는 경우 장치에 공급되는 전원을 차단시키는 서모스탯에 관한 것이다.

일반적으로 서모스탯은 열팽창계수가 다른 두 종류의 금속판이 맞붙어 일정온도 이상이 되면 금속판의 변형이 일어나는 바이메탈을 사용하여 전원공급부의 통전을 차단하는 것으로, 장치의 온도의 과도한 상승을 방지하기 위해 사용하는 것이다.

이러한 서모스탯에 관한 선행기술인 등록실용신안 제20-0249476호 "서모스탯"은 하우징 내에 중앙이 불록하게 형성된 디스크 형태의 바이메탈을 장착하고, 바이메탈에 의하여 작동되는 가이드 핀이 콘텍트 암을 이동시켜 하우징 내에 설치된 가동접점과 고정접점을 단속시키는 구조로, 열원이 포함된 장치에 바이메탈을 접촉시키지 않고 장치의 온도를 감지하도록 구성되어 있다.

이러한 서모스탯의 경우, 이동하는 장치의 온도측정에 사용할 수 있으며, 설치가 간편하다는 장점이 있으나, 온도의 변화에 민감하게 반응하지 않는 문제가 있으며, 따라서 장치의 온도가 과도하게 상승되는 문제가 있었다.

본 고안은 앞에서 언급한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 바이메탈의 형상의 변화를 통하여 열 응답속도가 개선된 비접촉식 서모스탯을 제공하는 데 있다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 고정접점이 내측에 결합되는 몸체와, 상기 몸체의 중앙에 슬라이딩 가능하게 설치되는 가이드핀과, 상기 가이드핀이 탄성지지되도록 상기 가이드핀의 하부에 설치되고, 상기 가종접점이 구비되는 스프링과, 상기 고정접점과 상기 스프링에 각각 연결되어, 상기 몸체의 외측으로 연장되는 리드선과, 상기 몸체의 상부에 구비되고, 상기 가이드핀의 타단에 맞닿아 온도조건에 따라 상기 가이드핀을 이동시키는 일측 또는 양측이 절개된 디스크형 바이메탈 및 상기 몸체의 상부에 결합되고, 상기 바이메탈을 고정하며, 외부의 열을 받아드리기 위한 개구부가 형성되는 덮개를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 바이메탈은 사각형의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 바이메탈은 대향되는 변이 오목하게 만곡되는 것을 특징으로 특징으로 한다.

본 고안의 실시예에 의하면 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 바이메탈의 형태를 변경함으로써 열 응답속도가 빠른 바이메탈을 제공하여 장치의 온도의 과도한 상승을 방지할 수 있는 서모스탯을 제공할 수 있다.

둘째, 바이메탈의 형태를 변경함으로써 바이메탈 원자재를 적게 사용하여 제작시 원가를 절감시킬 수 있다.

이하, 본 고안의 바람직한 일실시예에 의한 서모스탯을 첨부 도면을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안의 서모스탯의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 서모스탯의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 서모스탯의 단면도이다

도 2에 도시된 바와 같이 본 고안의 서모스탯(50)은 크게 몸체(100)와 바이메탈(200)로 구성되어 있다.

몸체(100)는 내부에 고정접점(130), 가동접점(150)이 결합된 스프링(140), 가이드핀(120), 지지판(110), 고정접점(130)과 연결되는 리드선(160) 및 스프링(140)과 연결되는 리드선(160)으로 구성된다.

몸체(100)는 원통형으로 제작되며, 그 소재로는 내열성 및 전기절연성이 우수한 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 아크릴(PMMA), 폴리프로필렌(PP)나 폴리카보네이트(PC), 페놀(Phenol), 폴리페닐린션파이드(PPS), 세라믹(Ceramic)등이 사용된다.

몸체(100)의 상부에는 중앙에 홀이 형성된 원형의 형상의 지지판(110)이 결합되며, 지지판(110)에 형성된 홀에는 가이드핀(120)이 슬라이딩 결합한다.

고정접점(130)은 가동접점(150)과 맞닿아 통전되는 것으로 몸체(100) 외부로 연장형성된 리드선(160)과 전기적으로 연결이 되어 있으며 도 2에서와 같이 지지판(110)의 하면 일측에 고정되어 있다.

고정접점(130)과 연결되는 리드선(160)은 몸통(100)의 하부를 관통하여 결합된 고정접점 연결핀(132)과 연결이 되며, 이때 고정접점 연결핀(132)과 리드선(160)은 리벳결합되어 있다.

스프링(140)은 도 3에 도시된 바와 같이, 'ㄷ'자 형상으로 형성된 판 스프링(140)으로 지지판(110)의 하부에 설치되며, 지지판(110)의 홀을 관통한 가이드핀(120)의 일측과 맞닿아 가이드핀(120)의 상하 움직임에 의해 변형된다.

또한, 스프링(140)의 일측하부에는 가동접점 연결핀(142)이 결합되어 있으며, 이 가동접점 연결핀(142)은 몸통의 하부를 관통하여 다른 리드선(160′)과 연결이 되어 있다.

이때, 가동접점 연결핀(142)과 리드선(160′)은 리벳결합되어 있다.

가동접점(150)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 스프링(140)의 일측 상부에 결합이 되어 있고 스프링(140)의 변형에 따라 고정접점(130)에 대해서 접합 및 이격되며, 스프링(140)의 타측 하부는 몸체(100)의 외부로 연장형성되는 리드선(160)에 전기적으로 연결이 되어 있다.

지지판(110)의 홀에 슬라이딩결합되는 가이드핀(120)은 원통형 기둥의 형상으로 형성된다.

또한, 스프링(140)의 전류가 통전되지 않도록 절연성이 있으며, 장치의 온도에 의하여 변형이 일어나지 않는 내열성이 있는 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

지지판(110)의 상부에는 바이메탈(200)이 설치된다.

바이메탈(200)은 열팽창계수가 매우 다른 두 종류의 얇은 금속판을 포개어 붙여 한 장으로 만든 것으로 열을 가했을 때 휘는 성질을 이용하여 온도에 따라 변형이 일어난다.

열팽창계수가 큰 금속으로는 통상 니켈(Ni)·망간(Mn)·철(Fe)의 합금, 니켈(Ni)·몰리브덴(Mo)·철(Fe)의 합금 및 니켈(Ni)·망간(Mn)·구리(Cu)의 합금이 사용되며 열팽창계수가 작은 금속으로 니켈(Ni)과 철(Fe)의 합금이 사용된다.

상부에 설치된 바이메탈(200)은 사각형의 형상을 하는 바이메탈(200)로 대향 하는 양 변이 상부로 볼록하게 만곡되어 있다.

이때, 만곡된 정도는 바이메탈(200)이 온도의 변화로 인하여 변형이 되어, 바이메탈(200)이 평편해진 경우 가이드핀(120)이 하부로 이동하여 스프링(140)에 압력을 가했을 때 접점에서 떨어질 수 있도록 만곡된다.

바이메탈(200)의 상부에는 열을 받아드리기 위한 원형의 개구부가 형성되는 덮개(160)가 몸체(100)의 상부와 결합되어 바이메탈(200)을 고정한다.

덮개(160)는 파이프(10) 등 온도를 측정하고자 하는 부재에 가장 가까이 위치하는 것으로 내열성이 우수한 재질로 제작되며, 금속 또는 비철금속, 복합소재 등 다양한 소재를 사용한다.

도 4a는 도 1에 도시된 서모스텟에 사용되는 다른 바이메탈(200′)의 사시도이며, 도 4b는 도 4a에 도시된 바이메탈(200′)의 평면도이다.

바이메탈(200′)은 도 4b에서와 같이 나비날개의 형상으로 형성되며, 중앙에 오목한 부분을 기준으로 상부로 볼록하게 만곡되어 있다.

이러한 서모스탯(50)은 도 5에 도시된 바와 같이 열원이 있는 파이프(10) 등의 장치에 부착하고, 리드선(160)을 제어부에 연결하여 사용한다.

파이프(10)의 온도가 작동온도 이하에 있는 경우 가동접점(150)과 고정접점(130)을 맞닿아 있고 따라서, 양쪽 리드선(160)은 통전이 된 상태에 있게 된다.

파이프(10) 등의 온도가 작동온도에 도달한 경우 바이메탈(200)의 만곡부는 몸체(100)방향으로 이동하게 되어 가이드핀(120)을 몸체(100)의 하부로 밀어내게 된다.

가이드핀(120)이 몸체(100)의 하부로 밀려나면, 가이드핀(120)의 일단과 맞 닿은 스프링(140)은 몸체(100)의 하부로 밀려나며, 스프링(140)의 상부 일단에 결합되는 가동접점(150)은 고정접점(130)으로부터 이격된다.

따라서, 양쪽 리드선(160)은 단선이 된 상태에 있게 된다.

다시 파이프(10)의 온도가 작동온도 이하가 되는 경우, 바이메탈(200)은 다시 상부방향으로 만곡되며, 가이드핀(120)은 스프링(140)의 탄성력에 의하여 상부방향으로 이동하고, 스프링(140)은 원래의 형상으로 복원되어 스프링(140)에 결합되는 가동접점(150)이 고정접점(130)에 맞닿게 된다.

따라서, 양쪽 리드선(160)은 통전이 된 상태에 있게 된다.

도 6에 도시된 열 응답성 비교 그래프를 통하여 종래의 디스크형상을 하는 바이메탈과 직사각형 형상을 한 바이메탈(200) 및 나비모양을 한 바이메탈(200′)을 비교하면 다음과 같다.

바이메탈의 열 응답성능을 살펴보기 위하여, 초기온도를 0℃로 하여 초당 16℃ 상승하는 히터를 이용하고, 170℃를 작동온도로 하여 원형인 바이메탈, 대략 직사각형인 바이메탈과, 직사각형 바이메탈의 긴 변이 내측으로 만곡된 바이메탈의 열 응답성능을 살펴보면,

[표]

	작동시간(단위 : 초)	작동시간에서의 온도(단위 : ℃)
원형 바이메탈	35.50	268
직사각형 바이메탈	20.89	214
만곡된 바이메탈	17.8	189

원형바이메탈의 경우 35.50초에 이르러 서모스탯이 작동하게 되어 작동온도 170℃를 98℃ 초과한 268℃에 이르러 서모스탯이 작동하게 된다.

그러나 직사각형 바이메탈의 경우 20.89초, 만곡된 바이메탈의 경우 17.8초에 작동온도 170℃를 44℃ 및 19℃를 초과하여 서모스탯이 작동하게 된다.

따라서, 열 응답성능이 바이메탈의 형상을 변형함에 따라 개선되는 것을 알 수 있다.

도 7는 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 단면도이다.

도 5에 도시된 참조부호와 앞서 도시된 도면에서의 동일한 참조부호는 동일한 부재를 가리키며 본 실시예에서는 도 3 및 도 4에 도시된 바이메탈(200, 200′)이 사용될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 서모스탯(50′)은 도 3에 도시된 'ㄷ'자 형상의 판 스프링(140) 대신에 단면이 '일자' 형태의 판 스프링(140′)이 사용된다.

고정접점(130′)은 지지판(110)의 하부 일측에 형성되며, 지지판(110)에 형성되는 홀을 관통하여 슬라이딩 결합하는 가이드핀(120)의 일단은 스프링(140′)에 중단에 놓여있다.

또한, 스프링(140′)의 일단에는 가동접점(150′)이 고정되며, 스프링(140′)의 타단은 지지판(110)의 하부에 고정이 되어 리드선(160)과 전기적으로 결합되어 있다.

본 고안은 실용신안등록청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고도 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 본 고안의 기술범위는 상술한 특정의 실시예에 한정하지 않는다.

도 1은 본 고안의 바람직한 일실시예의 서모스탯의 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 서모스탯의 분해사시도.

도 3은 도 1에 도시된 서모스탯의 단면도.

도 4a는 본 고안의 바람직한 다른 일실시예에 사용되는 바이메탈의 사시도.

도 4b는 도 4a에 도시된 바이메탈의 평면도.

도 5는 도 1에 도시된 서모스탯의 사용상태도.

도 6은 종래기술, 고안 1 및 고안 2의 열 응답성능을 나타낸 그래프.

도 7은 본 고안의 바람직한 또 다른 실시예의 서모스탯의 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 ; 파이프

50, 50′; 서모스탯

100 ; 몸체

110 ; 지지판

120 ; 가이드핀

130, 130′; 고정접점

132 ; 고정접점 연결핀

140, 140′; 스프링

142 ; 가동접점 연결핀

150, 150′; 가동접점

160, 160′ ; 리드선

170 ; 덮개

200, 200′; 바이메탈

Claims (3)

1. 고정접점이 내측에 결합되는 몸체;

   상기 몸체의 중앙에 슬라이딩 가능하게 설치되는 가이드핀;

   상기 가이드핀이 탄성지지되도록 상기 가이드핀의 하부에 설치되고, 상기 고정접점과 맞닿는 가동접점이 구비되는 스프링;

   상기 고정접점과 상기 스프링에 각각 연결되어, 상기 몸체의 외측으로 연장되는 리드선;

   상기 몸체의 상부에 구비되고, 상기 가이드핀의 타단에 맞닿아 온도조건에 따라 상기 가이드핀을 이동시키는 일측 또는 양측이 절개된 디스크형 바이메탈; 및

   상기 몸체의 상부에 결합되고, 상기 바이메탈을 고정하며, 외부의 열을 받아드리기 위한 개구부가 형성되는 덮개를 포함하는 것을 특징으로 하는 서모스탯.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 바이메탈은 사각형의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 서모스탯.
3. 제 3항에 있어서,

   상기 바이메탈은 대향되는 변이 오목하게 만곡되는 것을 특징으로 하는 서모 스탯.

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