KR102625421B1 - 고전압 세라믹 전기 발열체 - Google Patents

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Abstract

중공형이고 개방된 후단부를 갖는 몸체(9), 및 몸체 (9)에 축방향으로 제공되고 왼쪽으로부터 오른쪽으로 연장되는 노치 (7)를 포함하는 고전압 세라믹 전기 발열체에 있어서, 온도 조절 영역(8)이 몸체 (9)의 외부 저항층 (2)상의 위치에 제공되고, 온도 조절 영역 (8)의 단면적이 몸체(9)의 단면적보다 작은 고전압 세라믹 전기 발열체. 본 고전압 세라믹 전기 발열체를 사용하면 점화 신뢰성과 수명을 향상시킬 수 있다.

Description

고전압 세라믹 전기 발열체
본 발명은 전기 발열체에 관한 것으로, 특히 층상 구조를 갖는 고전압 세라믹 전기 발열체에 관한 것이다.
종래 기술에서, 세라믹은, 예를 들어, 점화, 예를 들어, 모터 차량 엔진 점화, 가스 점화 등을 위한 전기 발열체로 사용될 수 있다. 사용 중에, 세라믹 전기 발열체는 높은 신뢰성과 안정성 및 긴 서비스 수명을 갖는 다는 장점이 있다.
기존의 세라믹 전기 발열체는 견딜 수 있는 전압에 따라 고전압 세라믹 발열체와 저전압 세라믹 발열체로 구분된다. 일반적으로, 100V 이상의 전압, 예를 들어, 110V 및 120V의 전압을 견딜 수 있는 세라믹 전기 발열체는 고전압 세라믹 전기 발열체이며 100V 미만의 전압을 견딜 수 있는 세라믹 전기 발열체는 저전압 세라믹 전기 발열체이다.
저전압 세라믹 전기 발열체는 상대적으로 작은 저항을 필요로 하며, 고전압 세라믹 전기 발열체의 발열 온도보다 낮은 발열 온도를 갖는다. 예를 들어, 중국 특허 No. CN 200620033322.7의 6 층 세라믹 전기 발열체 및 중국 특허 No. CN200410040517. X의 3 층, 4 층, 5 층 및 6 층 세라믹 전기 발열체는 저전압 세라믹 전기 발열체이다. 저전압 세라믹 전기 발열체는, 저항이 작고 온도, 영역을 쉽게 제어할 수 있다.
고전압 세라믹 전기 발열체는 더 높은 가열 온도를 필요로 하므로 더 큰 저항이 필요하다. 더 큰 저항을 형성하기 위해서는 저항을 부피가 더 크게 제작해야 하고, 부피가 큰 저항층은 온도 영역이 커서 가열 영역을 쉽게 제어할 수 없다. 예를 들어, 중국 특허 번호. CN200420060870. X는 하부에 슬롯을 갖는 4 층 세라믹 전기 발열체를 개시하고 있으며, 이러한 세라믹 전기 발열체는 고전압 세라믹 전기 발열체이다.
그러나 실제 사용시 사용자의 반응에 따라 사용량이 증가함에 따라 기존 고전압 세라믹 전기 발열체의 온도 영역에 대한 불확실한 상하 변동이 발생하여 점화가 발생하는 현상이 발생하였고, 이에 따라, 사용 기간 후에는 신뢰성을 효과적으로 보장할 수 없었다. 또한, 기존의 고전압 세라믹 전기 발열체는, 연속 통전 상태에서 100 H 이하로 그 사용 수명이 짧고 화염 연소실에서 5000회 이하의 수명을 가지며, 표면 품질이 좋지 않고 구조가 느슨하며 강도가 20KG 이하이다.
본 발명의 목적은 기존의 고전압 세라믹 전기 발열체의 낮은 점화 신뢰성과 짧은 수명이라는 기술적 문제를 해결할 수 있는 고전압 세라믹 전기 발열체를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 다음과 같이 구현된다 : 고전압 세라믹 전기 발열체로서, 중공형이며 개방된 후단부를 갖는 몸체, 및 몸체 상에 축방향으로 제공되며 왼쪽으로부터 오른쪽으로 연장되는 노치를 포함하는 고전압 세라믹 전기 발열체에 있어서, 몸체의 외부 저항층 상의 위치에 온도 조절 영역이 제공되고, 온도 조절 영역의 단면적이 단면적 보다 작은 것을 특징으로 한다. 온도 조절 영역의 단면적을 줄임으로써 전술한 방식으로 구성된 고전압 세라믹 전기 발열체는 온도 조절 영역에서 온도 영역을 제어할 수 있고, 즉, 온도 조절 영역에서 가열 및 점화가 수행되도록 보장할 수 있다. 이러한 방식으로, 온도 영역을 제어하는 것이 온도 영역의 상하로 변동되는 것을 방지하여 점화의 신뢰성을 보장한다. 또한, 온도 조절 영역의 온도 영역을 제어하면 온도 영역의 상하 변동 과정에서 약한 부분의 손상을 방지하여 세라믹 전기 발열체의 수명을 향상시킬 수 있다.
고전압 세라믹 전기 발열체의 수명을 더욱 향상시키기 위해 온도 조절 영역이 몸체의 첨단부에 제공 된다.
고전압 세라믹 전기 발열체의 점화 신뢰성과 수명을 더욱 향상시키기 위해, 온도 조절 영역의 단면적은 몸체 단면적보다 적어도 10 % 더 작다.
구조의 신뢰성을 더욱 향상시키기 위해, 몸체는 원통형이고, 온도 조절 영역은 몸체의 하나 이상의 측면에 대해 반경 방향 내측 섹션을 갖는다.
구조의 신뢰성을 더욱 향상시키기 위해, 온도 조절 영역은 두 개의 대향 측면에 대해 반경 방향 내측 섹션을 갖는 평평한 형상이다. 이러한 구조 방식을 사용하면 프로세스를 단순화하고 비용을 줄일 수 있다.
수명과 구조적 강도를 더욱 향상시키기 위해 세라믹 전기 발열체를 슬립 주조로 성형하고, 몸체 첨단부의 상단에 슬립 주조 관통 구멍을 제공한다.
바람직하게는, 세라믹 전기 발열체는 몸체 내부에서 외부로, 내부 절연 강화층, 내부 절연층, 외부 저항층 및 전기 도전층인 4 개의 층을 갖는다. 내부 절연층 및 외부 저항층은 몸체 전체를 덮고, 전기 도전층은 외부 저항층의 후미부분을 덮고, 전기 도전층의 후단은 양극 및 음극 위치이다.
수명과 강도를 더욱 향상시키기 위해, 내부 절연층 및 내부 절연 강화층의 세라믹 재료는 중량 부로 다음과 같은 재료로 마련된다 : 질화 실리콘 : 산화 알루미늄 : 산화 이트륨 : 산화 란탄 : 이규화 몰리브덴 = (200 ~ 800) : (20 ~ 90) : (20 ~ 90) : (10 ~ 80) : (10 ~ 800).
수명과 강도를 더욱 향상시키기 위해 외부 전기 도전층의 세라믹 재료는 중량 부로 다음과 같은 재료로 마련된다 : 질화 규소 : 산화 알루미늄 : 산화 이트륨 : 산화 란탄 : 이규화 몰리브덴 = ( 200 ~ 800) : (20 ~ 90) : (20 ~ 90) : (10 ~ 80) : (700 ~ 3000).
수명과 강도를 더욱 향상시키기 위해, 외부 저항층은 다음과 같은 중량 부 재료로 마련된다: 질화 규소 : 산화 알루미늄 : 산화 이트륨 : 산화 란탄 : 이규화 몰리브덴 = (200 내지 800) : (20 ~ 90) : (20 ~ 90) : (10 ~ 80) : (600 ~ 900).
1. 본 발명의 고전압 세라믹 전기 발열체를 사용하면 사용 중 온도 조절 영역의 가열 영역을 효과적으로 제어할 수 있으며, 온도 영역의 상하 변동을 방지하고 점화의 신뢰성을 효과적으로 확보할 수 있고, 이에, 점화 성공률은 100 %이다.
2. 후미부가 슬립 주조 공정에서 가장 먼 끝이기 때문에 세라믹 전기 발열체의 첨단부의 품질이 후미부의 품질보다 우수하고, 첨단부의 온도 영역을 제어하는 것은 온도 영역이 위아래로 변동할 때 후단부에 손상이 생기는 것을 방지하여, 고전압 세라믹 전기 발열체의 서비스 수명을 향상시킬 수 있다; 또한, 본 발명에서 각 층의 새로운 제형의 조합은 세라믹 전기 발열체의 서비스 수명을 더욱 향상시킨다. 테스트 결과, 본 발명의 고전압 세라믹 전기 발열체는 연속 통전 상태에서 240H 이상의 수명을 가지며, 연소실 내에서 30000 회 이상의 수명을 갖는다.
3. 본 발명의 고전압 세라믹 전기 발열체는 표면이 평활하고 구조가 콤팩트하며 강도가 50KG 이상이다.
도 1은 4 층 세라믹 전기 발열체의 구조를 도시 한 도면이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.
도 3은 도 2의 A-A 을 따른 단면도이다.
도 4는 도 2의 B-B를 따른 단면도이다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않고, 실시예의 기본 사상을 개선한 것 또는 대체하는 것은 여전히 본 발명의 청구 범위의 보호 범위에 속한다.
실시예 1 : 도 1 내지 4에 도시된 바와 같이, 고전압 세라믹 전기 발열체는 중공이고 개방된 후미부를 갖는 몸체, 축 방향으로 몸체에 제공되며 왼쪽에서 오른쪽으로 연장되는 노치를 포함하고, 온도 조절 영역이 몸체의 외부 저항층상의 위치에 제공되며, 온도 조절 영역의 단면적은 몸체의 단면적보다 작다.
온도 조절 영역은 몸체의 외부 저항층의 임의의 위치, 예를 들어 몸체의 중간 부분, 첨단 부분 또는 후단부에 제공될 수 있다. 그러나, 본 실시예에서, 공정 조건을 고려하여 온도 조절 영역을 몸체의 첨단부에 설치하는 것이 바람직하다. 온도 조절 영역의 축 길이와 단면적은 실제 상황에 따라 설정할 수 있다.
이 실시예에서, 온도 조절 영역의 단면적은 몸체의 단면적보다 적어도 10 % 만큼 더 작다. 온도 조절 영역의 단면적은 몸체의 면적보다 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 % 등으로 더 작게 설정할 수 있다.
고전압 세라믹 전기 발열체는 2 개의 층, 3 개의 층, 4 개의 층, 5 개의 층, 6 개의 층 등을 가질 수 있다.
또한, 본 실시예의 세라믹 전기 발열체는 슬립 주조 공정(slip casting process)에 의해 제조 된다. 몸체의 첨단부에는 슬립 주조 관통 구멍이 제공되고, 슬립 주조 관통 구멍을 통해 후단부까지 슬립 주조가 수행 된다. 슬립 주조 공정은 외부에서 내부로 이루어지며 중간 부분은 속이 비어 있다. 슬립 주조 과정에서 노치의 위치는 기구를 이용해 미리 결정된다.
본 실시예의 고전압 세라믹 전기 발열체를 사용하면 점화의 신뢰성이 효과적으로 보장되어 점화 성공률이 100 %가 된다. 서비스 수명은 연속 통전 상태에서 240H에 도달할 수 있으며, 화염 연소실에서 수명은 30000 회에 도달할 수 있다. 본 실시예의 고전압 세라믹 전기 발열체는 표면이 매끄럽고 컴팩트한 구조를 가지며 강도가 50KG이다.
실시예 2 : 도 1 내지 4에 도시된 바와 같이, 고전압 세라믹 전기 발열체는, 중공이고 개방된 후단부를 가지는 몸체, 및 축 방향으로 몸체에 제공되며 왼쪽에서 오른쪽으로 확장 되는 노치를 포함하고, 온도 조절 영역이 몸체의 외부 저항층상의 위치에 제공되며, 온도 조절 영역의 단면적은 몸체의 단면적보다 작다.
온도 조절 영역은 몸체의 외부 저항층의 임의의 위치, 예를 들어 몸체의 중간 부분, 첨단부분 또는 후단부분에 제공될 수 있다. 그러나, 본 실시예에서는 공정 조건을 고려하여 온도 조절 영역을 몸체의 첨단부에 설치하는 것이 바람직하다. 온도 조절 영역의 축 길이와 단면적은 실제 상황에 따라 설정할 수 있다.
이 실시예에서, 온도 조절 영역의 단면적은 몸체의 단면적보다 적어도 10 % 더 작다. 온도 조절 영역의 단면적은 몸체의 면적보다 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 % 등으로 더 작게 설정할 수 있다.
고전압 세라믹 전기 발열체는 2 층, 3 층, 4 층, 5 층, 6 층 등을 가질 수 있다.
또한, 본 실시예에서 세라믹 전기 발열체는 슬립 주조 공정에 의해 제조 된다. 슬립 주조 공정 몸체의 첨단부, 즉 온도 조절 영역의 상부에는 슬립 주조 관통 구멍이 제공되고, 슬립 주조 관통 구멍을 통해 후 단부까지 슬립 주조가 수행 된다. 슬립 주조 공정은 외부에서 내부로 이루어지며 중간 부분은 속이 비어 있다. 슬립 주조 과정에서 노치의 위치는 기구를 통해 미리 결정 된다.
이 실시예에서, 몸체는 원통형이다. 온도 조절 영역과 몸체는 슬립 주조로 일체 성형 된다. 따라서 온도 조절 영역은 더 작은 단면적을 갖도록 다양한 형태로 구성될 수 있고, 즉, 온도 조절 영역의 단면은 몸체와 동심인 실린더와 같이 다양한 형상을 갖도록 구성될 수 있으나, 더 작은 지름, 삼각형, 사각형 또는 기타 불규칙한 모양을 가질 수 있다.
그러나, 본 실시예에서, 온도 조절 영역은 2 개의 대향 측면에 대해 반경 방향 내측 단면을 갖는 평평한 형상이다.
본 실시예의 고전압 세라믹 전기 발열체를 사용하면 점화의 신뢰성이 효과적으로 보장되어 점화 성공률이 100%가 된다. 서비스 수명은 연속 통전 상태에서 260H에 도달할 수 있으며, 화염 연소실에서 서비스 수명은 32000 회에 도달할 수 있다. 본 실시예의 고전압 세라믹 전기 발열체는 표면이 매끄럽고 콤팩트한 구조를 가지며 강도가 55KG이다.
실시예 3 : 도 1 내지 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 몸체 (9)를 포함하는 4 층 고전압 세라믹 전기 발열체를 제공한다. 몸체는, 내부에서 외부 순으로, 내부 절연 강화층 (4), 내부 절연층 (3), 외부 저항층 (2) 및 전기 도전층 (1)을 포함한다. 내부 절연 강화층, 내부 절연층 및 외부 저항층이 몸체 전체를 덮고, 전기 도전층이 외부 저항층의 후단부를 덮고, 전기 전도성 층의 후단부는 양극 및 음극 위치(5)를 제공한다.
세라믹 전기 발열체의 첨단부는 좌우가 안쪽으로 기울어 진 편평한 형상이고, 편평한 형상이 온도 조절 영역 (8)이다. 본 실시예에서, 온도 조절 영역의 단면적은 몸체의 단면적의 80 %이고 온도 조절 영역의 축 길이는 몸체의 축 길이의 30 %이다.
온도 조절 영역의 상부에는 슬립 주조 관통 구멍 (6)이 제공되고, 몸체에는 왼쪽에서 오른쪽으로 연장되는 노치 (7)가 제공 된다. 노치 (7)의 폭은 약 2mm 내지 5mm 일 수 있고, 2mm, 3mm, 4mm, 또는 5mm 중에서 선택될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 노치는 전기 도전층 부분으로부터 온도 조절 영역까지 그 길이가 연장될 수 있다.
모든 층은 세라믹 재료로 이루어지며, 이산화규소(silicon dioxide), 이규화 몰리브덴(molybdenum disilicide), 산화 알루미늄(aluminium oxide), 산화 이트륨(yttrium oxide), 산화 란탄(lanthanum oxide), 물의 5 가지 세라믹 재료로 마련된다. 실리콘 산화물(silicon oxide)은 망상 구조(network structure)를 형성하고, 산화 알루미늄, 산화 이트륨 및 산화 란탄 작용기를 통해 망상 구조를 조정하고, 몰리브덴 디 실리사이드(molybdenum disilicide)는 전도성 발열 물질을 형성하는 작용을 한다.
내부 절연층 및 내부 절연 강화층의 세라믹 재료는 중량 부로 다음과 같은 재료로 제조 된다 : 질화 실리콘 : 산화 알루미늄 : 산화 이트륨 : 산화 란탄 : 몰리브덴 디 실리사이드 = (200 내지 800) : ( 20 ~ 90) : (20 ~ 90) : (10 ~ 80) : (10 ~ 800).
다음의 비율이 사용될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다 : I. 질화 실리콘 : 산화 알루미늄 : 산화 이트륨 : 산화 란탄 : 몰리브덴 이규화물 = 200 : 20 : 20 : 20 : 10 : 10; II. 질화 실리콘 : 산화 알루미늄 : 산화 이트륨 : 산화 란탄 : 몰리브덴 디 실리사이드 = 800 : 90 : 90 : 80 : 800; III. 질화 실리콘 : 산화 알루미늄 : 산화 이트륨 : 산화 란탄 : 몰리브덴 디 실리사이드 = 400 : 50 : 40 : 40 : 400.
외부 전기 도전층의 세라믹 재료는 중량 부로 다음과 같은 재료로 제조 된다 : 질화 실리콘 : 산화 알루미늄 : 산화 이트륨 : 산화 란탄 : 몰리브덴 이규화 = (200 내지 800) : (20 내지 90) : (20 ~ 90) : (10 ~ 80) : (700 ~ 3000).
다음의 비율이 사용될 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다 : I. 질화 실리콘 : 산화 알루미늄 : 산화 이트륨 : 산화 란탄 : 몰리브덴 디시 나 메이트 = 200 : 20 : 20 : 10 : 700; II. 질화 실리콘 : 산화 알루미늄 : 산화 이트륨 : 산화 란탄 : 몰리브덴 디 실리사이드 = 800 : 90 : 90 : 80 : 3000; III. 질화 실리콘 : 산화 알루미늄 : 산화 이트륨 : 산화 란탄 : 몰리브덴 디 실리사이드 = 400 : 50 : 40 : 40 : 1500.
외부 저항층의 세라믹 재료는 다음과 같은 중량 부 재료로 제조 된다 : 질화 실리콘 : 산화 알루미늄 : 산화 이트륨 : 산화 란탄 : 몰리브덴 이규화 = (200 내지 800) : (20 내지 90) : ( 20 ~ 90) : (10 ~ 80) : (600 ~ 900).
다음의 비율이 사용될 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다 : I. 질화규소 : 산화 알루미늄 : 산화 이트륨 : 산화 란탄 : 몰리브덴 이규화 = 200 : 20 : 20 : 10 : 600; II. 질화 실리콘 : 산화 알루미늄 : 산화 이트륨 : 산화 란탄 : 몰리브덴 디 실리사이드 = 800 : 90 : 90 : 80 : 900; III. 질화 실리콘 : 산화 알루미늄 : 산화 이트륨 : 산화 란탄 : 몰리브덴 디 실리사이드 = 400 : 50 : 40 : 40 : 300.
본 실시예의 고전압 세라믹 전기 발열체를 사용하면 점화의 신뢰성이 효과적으로 보장되어 점화 성공률이 100 %가 된다. 서비스 수명은 연속 통전 상태에서 300H에 도달할 수 있으며, 화염 연소실에서 서비스 수명은 36000 회에 도달할 수 있다. 본 실시예의 고전압 세라믹 전기 발열체는 표면이 매끄럽고 콤팩트한 구조를 가지며 강도가 60KG이다.

Claims (10)

  1. 중공형이며 개방된 후단부를 갖는 몸체와, 상기 몸체에 축 방향으로 제공되며 상기 몸체의 일면으로부터 상기 축 방향에 수직한 방향으로 연장되는 노치를 포함하는 고전압 세라믹 전기 발열체에 있어서,
    상기 몸체는 상기 후단부에 상대적으로 인접한 후방부 및 상기 후방부의 전방에 위치하는 전방부를 포함하고,
    상기 전방부의 최외곽층은 외부 저항층이고, 상기 후방부의 최외곽층은 전기 도전층이며,
    온도 조절 영역이 상기 외부 저항층 상의 위치에 제공되며, 상기 온도 조절 영역은 상기 후방부의 단면적보다 작은 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 고전압 세라믹 전기 발열체.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 온도 조절 영역은 상기 몸체의 첨단부에 제공되는 것을 특징으로 하는 고전압 세라믹 전기 발열체.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 온도 조절 영역의 단면적이 상기 몸체의 단면적보다 적어도 10 % 더 작은 것을 특징으로 하는 고전압 세라믹 전기 발열체.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 몸체는 원통형이고, 상기 온도 조절 영역은 상기 몸체의 하나 이상의 측면에 대해 반경 방향 내측 섹션을 갖는 것을 특징으로하는 고전압 세라믹 전기 발열체.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 온도 조절 영역은 두 개의 대향 측면에 대해 반경 방향 내측 섹션을 갖는 평평한 형상인 것을 특징으로 하는 고전압 세라믹 전기 발열체.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 세라믹 전기 발열체는 슬립 주조에 의해 성형되고, 슬립 주조 관통 구멍이 상기 몸체의 첨단부의 상단부에 제공되는 것을 특징으로 하는 고전압 세라믹 전기 발열체.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 세라믹 전기 발열체는, 몸체의 내부에서 외부 순으로, 내부 절연 강화층, 내부 절연층, 외부 저항층, 전기 도전층의 4 개의 층을 가지며,
    상기 내부 절연 강화층, 내부 절연층 및 외부 저항층은 몸체 전체를 덮고, 상기 전기 도전층은 외부 저항층의 후단부를 덮고, 상기 전기 도전층의 후단부는 양극 및 음극 위치에 해당하는 것을 특징으로 하는 고전압 세라믹 전기 발열체.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 내부 절연층 및 내부 절연 강화층의 세라믹 재료는 다음의 중량 부 재료로 : 질화 실리콘 : 산화 알루미늄 : 산화 이트륨 : 산화 란탄 : 몰리브덴 디 실리사이드 = (200 ~ 800) : (20 ~ 90) : (20 ~ 90) : (10 ~ 80) : (10 ~ 800) 제조되는 것을 특징으로하는 고전압 세라믹 전기 발열체.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 전기 도전층의 세라믹 재료는 다음의 중량 부 재료로: 질화 실리콘 : 산화 알루미늄 : 산화 이트륨 : 산화 란탄 : 이규화 몰리브덴 = (200 ~ 800) : (20 ~ 90) : (20 ~ 90) : (10 ~ 80) : (700 ~ 3000) 제조되는 것을 특징으로하는 고전압 세라믹 전기 발열체.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 외부 저항층의 세라믹 재료는 다음의 중량 부 재료로 : 질화 실리콘 : 산화 알루미늄 : 산화 이트륨 : 산화 란탄 : 이규화 몰리브덴 = (200 ~ 800) : (20 ~ 90) : (20 ~ 90) : (10 ~ 80) : (600 ~ 900) 제조되는 것을 특징으로하는 고전압 세라믹 전기 발열체.
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