KR20150100345A - 발열저항체를 이용한 히터 - Google Patents

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KR20150100345A
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Abstract

본 발명은 발열저항체를 이용한 히터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게, 전원연결부가 피티씨소자로 이루어짐에 따라 발열저항체의 과열 시, 전원연결부 자체의 저항이 증가되고, 발열저항체로 흐르는 전류를 감소함으로써 과열을 방지할 수 있는 발열저항체를 이용한 히터에 관한 것이다.

Description

발열저항체를 이용한 히터{A HEATER}
본 발명은 발열저항체를 이용한 히터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게, 전원연결부가 피티씨소자로 이루어짐에 따라 발열저항체의 과열 시, 전원연결부 자체의 저항이 증가되고, 발열저항체로 흐르는 전류를 감소함으로써 과열을 방지할 수 있으며, 안전성을 더욱 높일 수 있는 발열저항체를 이용한 히터에 관한 것이다.
가열수단은 외부의 온도를 높이기 위해 이용되는 것으로서, 다양한 방법을 이용한 수단이 제안된 바 있으며, 또한 다양한 용도로 이용되고 있다.
특히, 차량 엔진룸 내부에 구비되는 가열수단 중, 실내 난방을 담당하는 가열수단은 엔진의 온도를 낮추기 위한 열교환매체가 히터코어를 순환하면서 외부 공기를 가열하여 자동차 실내를 난방하도록 되어 있다.
그러나 엔진 중에서 디젤엔진은 열교환율이 높아 자동차의 초기 시동 시, 엔진을 냉각하는 열교환매체가 가열되기 까지 가솔린엔진에 비하여 오래 소요된다.
따라서 겨울철에 디젤엔진이 구비된 차량은 초기 시동 후에 열교환매체의 가열이 늦어지게 되어 초기 실내 난방 성능이 저하되는 문제점이 있으며, 이를 포함하여 난방 열원이 부족한 경우 이를 보완하기 위한 다양한 가열수단이 더 구비될 수 있다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 다양한 수단을 이용하여 실내 측으로 송풍되는 공기를 직접 가열하는 형태의 차량용 공기 가열식 히터가 제안된 바 있다.
그런, 상기 공기 가열식 히터는 공기를 직접 가열하여 난방 성능을 보다 높일 수 있는 장점이 있으나, 소형화 및 고효율화의 추세에 따라 엔진룸 내부에 충분한 공간을 확보하기 어려운 상황에서 히터의 크기만큼의 공간을 차지하게 되어 소형화를 방해하는 원인이 될 수 있다.
특히, 니크롬선을 이용한 카트리지 히터의 경우에는 온도를 제어하는 것이 어려우며, 상기 히터 측으로 공기가 송풍되지 않을 경우 과열될 우려가 있으며, 또한 고전압에 따른 절연 문제가 발생할 수 있고, 화재의 위험성을 갖고 있는 문제점이 있다.
또, 피티씨(PTC, Positive Temperature Coefficient) 히터를 이용한 차량용 공조 장치가 일본공개특허 2009-255739호에 제안된 바 있으며, 종래의 PTC 히터를 도 1에 도시하였다.
도 1에서, 공기의 흐름방향을 화살표로 표시하였으며, 도 1에 도시한 PTC 히터는 PTC소자로 이루어진 열원부(11)와, 상기 열원부(11)와 접촉하면서 열을 효과적으로 방출하기 위한 방열부(12)와, 상기 단자부, 열원부(11), 방열부(12)를 감싸서 보호하는 하우징(20)으로 이루어진다.
종래의 PTC 히터는 상세 구성에 일부 차이가 있을 수 있으나, 열원부가 공기 흐름방향과 나란하게 형성됨에 따라 열원부의 형성 면적은 발열 성능과 직접적인 영향을 끼치게 되며, 이에 따라 PTC 히터의 두께(공기 흐름방향)를 줄이는 데는 한계가 있다.
특히, PTC 히터의 경우, 방열 조건이 좋지 않을 경우에 전기적 문제가 발생될 수 있어 방열부(일반적으로 방열핀)를 형성해야하므로, 방열부 제조 및 조립 공정이 번거로울 뿐만 아니라, 방열이 효과적으로 이루어지지 않을 경우, PTC 히터 전체의 내구성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 탄소나노튜브 또는 탄소섬유를 포함하는 페이스트 조성물이 도포되어 복수개의 발열저항체를 형성하고, 상기 발열저항체의 발열에 의해 공기를 가열하는 발열저항체를 이용한 히터가 제안된 바 있다.
그러나, 이러한 발열저항체를 이용한 히터는 제어기 고장 등의 여러 가지 이유로 과전압이 공급되는 경우, 발열저항체가 소손되며, 소손된 발열저항체를 인식하기 어려워 전체 발열저항체가 소손되어 과열로 인한 화재 위험성이 있는 문제점이 있다.
이에 따라, 소형화가 가능하면서도 효과적으로 공기를 가열할 수 있으며, 과열을 효과적으로 방지하여 안전성을 확보할 수 있는 히터가 요구되고 있다.
특허1) 일본공개특허 2009-255739(발명의 명칭 : 차량용 공조 장치, 공개일 : 2009.11.05.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전원연결부가 피티씨소자로 이루어짐에 따라 발열저항체의 과열 시, 전원연결부 자체의 저항이 증가되고, 발열저항체로 흐르는 전류를 감소함으로써 과열을 방지할 수 있으며, 안전성을 높일 수 있는 발열저항체를 이용한 히터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 전원연결부가 발열저항체의 상측에 접착재를 통해 접착되는 간단한 방법에 의해 제조 가능하며, 제1보호층 및 제2보호층이 형성됨으로써 절연 및 단열성을 확보할 수 있는 발열저항체를 이용한 히터를 제공하는 것이다.
본 발명의 발열저항체를 이용한 히터(1000)는 기판(100); 상기 기판(100) 상측에 형성되는 절연층(200); 상기 절연층(200)의 상측에 배치되는 한 쌍의 전원공급부(300); 상기 절연층(200)의 상측에 형성되어 발열하는 복수개의 발열저항체(400); 및 피티씨(PTC, Positive Temperature Coefficient)소자로 이루어지며, 상기 복수개의 발열저항체(400)가 병렬 연결되도록 상기 발열저항체의 양단부와 연결되어 상기 발열저항체(400)로 전류를 공급하는 한 쌍의 전원연결부(500)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전원연결부(500)는 상기 발열저항체의(400) 발열에 의해 온도가 증가되면 소자 저항이 증가되면서 상기 발열저항체(400)로 흐르는 전류량을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 발열저항체(400)는 탄소나노튜브 및 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 페이스트 조성물이 도포되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 발열저항체를 이용한 히터(1000)는 상기 발열저항체(400) 양단부의 상측에 상기 전원연결부(500)가 접착재(501)를 통해 접착될 수 있다.
아울러, 상기 발열저항체를 이용한 히터(1000)는 상기 전원연결부(500)가 접착되지 않는 상기 발열저항체(400)의 상면 및 측면을 감싸는 제1보호층(610)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 발열저항체를 이용한 히터(1000)는 상기 제1보호층(610) 및 전원연결부(500)의 상측에 제2보호층(620)이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 발열저항체를 이용한 히터는 전원연결부가 피티씨소자로 이루어짐에 따라 발열저항체의 과열 시, 전원연결부 자체의 저항이 증가되고, 발열저항체로 흐르는 전류를 감소함으로써 과열을 방지할 수 있으며, 안전성을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 발열저항체를 이용한 히터는 전원연결부가 발열저항체의 상측에 접착재를 통해 접착되는 간단한 방법에 의해 제조 가능하며, 제1보호층 및 제2보호층이 형성됨으로써 절연 및 단열성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 열교환기용 캡을 나타낸 단면도.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 발열저항체를 이용한 히터의 개략도 및 회로도.
도 4는 상기 도 2에 도시한 본 발명에 따른 발열저항체를 이용한 히터의 AA' 방향 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 발열저항체를 이용한 히터의 다른 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 발열저항체를 이용한 히터의 제조 방법을 나타낸 도면.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 발열저항체를 이용한 히터(1000)를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 발열저항체를 이용한 히터(1000)의 개략도 및 회로도이고, 도 4는 상기 도 2에 도시한 본 발명에 따른 발열저항체를 이용한 히터(1000)의 AA' 방향 단면도이다.
본 발명의 발열저항체를 이용한 히터(1000)는 기판(100), 절연층(200), 전원공급부(300), 발열저항체(400) 및 전원연결부(500)를 포함하여 형성된다.
상기 기판(100)은 나머지 구성들(절연층(200), 전원공급부(300), 발열저항체(400) 및 전원연결부(500))가 형성되는 기본 몸체로서, 일정 두께를 갖는 판재 형상이다.
상기 절연층(200)은 상기 기판(100) 상측에 도포되어 그 상측에 형성되는 발열저항체(400)와, 상기 기판(100) 사이의 전기적 쇼트를 방지하기 위한 구성이다.
상기 절연층(200)은 절연재를 다양한 코팅 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 전원공급부(300)는 상기 절연층(200)의 상측에 배치되는 한 쌍으로서, 전원을 공급하기 위한 구성이다.
도 2에서, 상기 전원공급부(300)는 전선(310), 전원 단자(320), 및 도전판(330)을 포함하는 예를 나타내었다.
상기 전선(310)이 연결된 전원 단자(320)는 상기 도전판(330)의 상측 또는 하측과 연결되고, 상기 도전판(330)은 상기 전원연결부(500)와 연결되어 상기 전원연결부(300)로 전원을 공급한다.
상기 발열저항체(400)는 상기 절연층(200)의 상측에 형성되어 발열하는 구성으로서, 하나 이상이 상기 전원연결부(500)에 병렬 연결된다.
이 때, 상기 발열저항체(400)는 탄소나노튜브 및 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 페이스트 조성물을 도포하여 형성된다.
상기 전원연결부(500)는 피티씨(PTC, Positive Temperature Coefficient)소자로 이루어진 판형부재로서, 한 쌍이 상기 복수개의 발열저항체(400)의 양단부와 연결되어 상기 발열저항체(400)로 전류를 공급한다.
도 2에서, 상기 전원연결부(500)가 좌, 우측 방향으로 길게 형성되고, 상, 하측 방향으로 일정거리 이격되게 구비되는 예를 나타내었다.
즉, 상기 한 쌍의 전원연결부(500)는 일측 단부가 상기 전원공급부(300)(도 2의 경우 전원 단자(320))와 연결되어 상기 전원공급부(300)를 통해 공급되는 전원을 상기 발열저항체(400)로 공급하는 역할을 담당한다.
또한, 상기 한 쌍의 전원연결부(500)는 피티씨소자로 이루어짐에 따라 상기 발열저항체(400)가 발열하여 상기 발열저항체(400)와의 연결 부분이 과열되면, 소자 저항 자체가 증가됨에 따라 상기 발열저항체(400)로 흐르는 전류량을 감소하는 역할을 담당한다.
도 3을 참조하면, 상기 전원연결부(500)는 전류를 공급하되, 그 자체가 온도에 따라 저항이 변화되는 피티씨소자이므로, 상기 발열저항체(400)가 발열되면, 상기 전원연결부(500)의 저항이 증가되어 상기 발열저항체(400)로 공급되는 전류량이 감소된다.
다시 말해, 상기 전원연결부(500)는 상기 발열저항체(400)로 전류(전원)를 공급하되, 상기 발열저항체(400)가 과열될 경우, 자동으로 상기 발열저항체(400)로 흐르는 전류량을 감소함으로써 상기 발열저항체(400)의 과열 및 그로 인한 화재 등을 미연에 방지할 수 있으며, 이에 따라, 본 발명의 발열저항체를 이용한 히터(1000)는 안전성을 더욱 높일 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명의 발열저항체를 이용한 히터(1000)는 과열을 효과적으로 방지하여 과열에 따른 화재 등을 미연에 방지할 수 있으면서도, 과열을 방지하기 위한 별도의 구성이 추가될 필요 없이 전원을 연결하기 위한 전원연결부(500)를 과열방지수단으로 이용함으로써 간단한 구성으로 제조가 용이한 장점이 있다.
한 편, 상기 전원연결부(500)는 판형부재이므로, 상기 발열저항체(400) 양단부의 상측에 접착재(501)를 통해 접착될 수 있다.
도 4에서, 상기 접착재(501)가 상기 전원연결부(500)와 발열저항체(400) 사이에 도포되어 상기 전원연결부(500)가 접착되는 예를 나타내었다.
상기 전원연결부(500)는 일측에 접착재(501)를 도포한 후, 상기 발열저항체(400)의 상측에 접착되거나, 전체가 접착재(501) 용액에 담가(디핑)진 후, 상기 발열저항체(400)의 상측에 접착될 수 있다.
또한, 상기 발열저항체(400) 상측의 상기 전원연결부(500)가 접착되는 영역에 접착재(501)가 도포될 수도 있다.
이 때, 본 발명의 발열저항체를 이용한 히터(1000)는 상기 발열저항체(400)의 상기 전원연결부(500)가 접착되지 않는 상면 및 측면을 감싸는 제1보호층(610)이 형성될 수 있다.
상기 제1보호층(610)은 단열 및 절연 특성이 있는 재료가 도포되어 형성될 수 있다.
즉, 상기 발열저항체(400)는 상기 전원연결부(500) 및 제1보호층(610)에 의해 보호된다.
이 때, 상기 제1보호층(610)은 상기 발열저항체(400)의 상면 및 측면을 모두 감싸도록 형성되어 상기 제1보호층(610)의 상면은 상기 발열저항체(400)가 형성된 영역 및 상기 발열저항체(400)가 형성되지 않은 영역 전체가 동일한 평면을 갖도록 형성된다.
도 5는 본 발명에 따른 발열저항체를 이용한 히터(1000)의 다른 단면도로, 상기 전원연결부(500)와 제1보호층(610)의 상측 영역에 제2보호층(620)이 더 형성될 수 있다.
상기 제2보호층(620) 역시 단열 및 절연 특성이 있는 재료가 도포되어 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 발열저항체를 이용한 히터(1000)의 제조 방법을 나타낸 도면으로, 상기 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 발열저항체를 이용한 히터(1000)의 제조 방법을 설명한다.
본 발명에 따른 발열저항체를 이용한 히터(1000)의 제조 방법은 절연층 형성 단계와, 발열저항체 형성 단계와, 전원공급부 형성 단계와, 제1보호층 형성 단계와, 전원연결부 접착 단계와 제2보호층 형성 단계를 포함한다.
먼저, 본 발명에 따른 발열저항체를 이용한 히터(1000)는 상기 기판(100)의 상측의 상기 전원공급부(300), 발열저항체(400) 및 전원연결부(500)가 형성되는 영역에 절연층(200)을 형성한다. (절연층 형성 단계)
물론, 상기 절연층(200)은 상기 전원공급부(300), 발열저항체(400) 및 전원연결부(500)가 형성되는 일측 면 전체에 형성될 수도 있다. (발열저항체 형성 단계)
상기 절연층(200)이 형성된 기판(100)(상기 절연층(200)의 상측)에 상기 발열저항체(400)를 형성하고, 전원공급부(300)를 형성한다. (전원공급부 형성 단계)
또한, 상기 발열저항체(400)의 일정 영역(발열저항체(400) 길이방향으로 상기 전원연결부(500)가 형성된 양단부를 제외한 중앙 영역인, 상기 전원연결부(500)가 형성되지 않는 영역)에 절연 및 단열 특성을 갖는 제1보호층(610)을 형성한다. (제1보호층 형성 단계)
또, 상기 발열저항체(400) 상측의 나머지 양단부 영역에 한 쌍의 전원연결부(500)를 접착한다. 이 때, 상기 전원연결부(500)는 상기 전원공급부(300)와도 연결된다. (전원연결부 접착 단계)
아울러, 상기 발열저항체(400) 및 전원연결부(500)의 상측에 절연 및 단열 특성을 갖는 제2보호층(620)을 형성한다. (제2보호층 형성 단계)
이에 따라, 본 발명의 발열저항체를 이용한 히터(1000)는 상기 전원연결부(500)가 발열저항체(400)의 상측에 접착재(501)를 통해 접착되는 간단한 방법에 의해 제조 가능하며, 제1보호층(610) 및 제2보호층(620)이 형성됨으로써 상기 발열저항체(400)의 절연 및 단열성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 발열저항체를 이용한 히터(1000)는 상기 전원연결부(500)가 피티씨소자로 이루어짐에 따라 별도의 과열 방지 수단 없이, 전원을 연결하기 위한 전원연결부(500)가 과열을 방지할 수 있어 안전성을 더욱 높일 수 있는 장점이 있다.
더욱 상세하게, 본 발명의 발열저항체를 이용한 히터(1000)는 상기 발열저항체(400)의 과열 시, 상기 발열저항체(400)와 접하는 영역의 전원연결부(500) 자체 저항이 증가되고, 이에 따라, 상기 발열저항체(400)로 흐르는 전류량이 감소함으로써 상기 발열저항체(400)의 발열을 줄일 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 발열저항체를 이용한 히터
100 : 기판
200 : 절연층
300 : 전원공급부
310 : 전선
320 : 전원 단자
330 : 도전판
400 : 발열저항체
500 : 전원연결부(피티씨 소자)
501 : 접착재
610 : 제1보호층
620 : 제2보호층

Claims (6)

  1. 기판(100);
    상기 기판(100) 상측에 형성되는 절연층(200);
    상기 절연층(200)의 상측에 배치되는 한 쌍의 전원공급부(300);
    상기 절연층(200)의 상측에 형성되어 발열하는 복수개의 발열저항체(400); 및
    피티씨(PTC, Positive Temperature Coefficient)소자로 이루어지며, 상기 복수개의 발열저항체(400)가 병렬 연결되도록 상기 발열저항체의 양단부와 연결되어 상기 발열저항체(400)로 전류를 공급하는 한 쌍의 전원연결부(500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열저항체를 이용한 히터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원연결부(500)는 상기 발열저항체의(400) 발열에 의해 온도가 증가되면 소자 저항이 증가되면서 상기 발열저항체(400)로 흐르는 전류량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 발열저항체를 이용한 히터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발열저항체(400)는 탄소나노튜브 및 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 페이스트 조성물이 도포되어 형성되는 것을 특징으로 하는 발열저항체를 이용한 히터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발열저항체를 이용한 히터(1000)는
    상기 발열저항체(400) 양단부의 상측에 상기 전원연결부(500)가 접착재(501)를 통해 접착되는 것을 특징으로 하는 발열저항체를 이용한 히터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 발열저항체를 이용한 히터(1000)는
    상기 전원연결부(500)가 접착되지 않는 상기 발열저항체(400)의 상면 및 측면을 감싸는 제1보호층(610)이 형성되는 것을 특징으로 하는 발열저항체를 이용한 히터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 발열저항체를 이용한 히터(1000)는
    상기 제1보호층(610) 및 전원연결부(500)의 상측에 제2보호층(620)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 발열저항체를 이용한 히터.
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