서모스탯란?
서모스탯은 온도 조절에 사용되는 소자를 말합니다.
온도를 감지한 결과를 바탕으로 냉각 및 가온 장치에 동작 신호를 제어하는 역할을 합니다. 서모스탯의 일반적인 기능은 온도 감지이지만, 제품에 따라서는 온도 이상 상승을 감지하여 온도 과열을 방지하는 기능이 탑재되어 있는 경우도 있습니다.
서모스탯의 사용 용도
사용 용도에 따라 제어와 관련된 부수적인 기능은 다르지만, 서모스탯는 수조의 온도 히터와 같이 설정 온도의 상하 한도만을 제어할 때 사용하는 것이 일반적입니다.
그 외에도 정밀 공조와 같이 상하한을 모두 제어하고 일정한 온도 범위를 지정하거나 설정 온도의 상하한뿐만 아니라 이상 온도까지 상승 저지, 규정 온도 감지 등에 대응하는 제품도 출시되고 있습니다.
또한, 위와 같은 전기 회로에 내장하는 것 외에 엔진룸의 냉각수 유량 제어 등의 유체 회로에 개폐 밸브로서 직접 내장하는 것도 있습니다. 어느 쪽이든 다른 종류의 온도 감지기에 비해 소형화를 실현할 수 있는 것이 장점입니다.
서모스탯의 원리
서모스탯 중에서도 바이메탈식 서모스탯는 금속이 열에 의해 팽창하거나 수축하는 현상을 이용합니다. 이종 금속을 접합한 바이메탈은 각 금속 간의 열팽창 계수가 다르기 때문에 온도 변화에 따른 팽창과 수축의 크기 차이로 인해 바이메탈 전체가 상대적으로 열팽창 계수가 작은 금속 쪽으로 휘어지게 됩니다.
이 바이메탈의 곡률을 이용하면 온도에 따라 접점이 열리고 닫히는 회로를 만들 수 있습니다. 이때 접점 개폐의 임계값을 임의로 설정하면 특정 온도를 경계로 열원이나 냉각원의 전원이 켜지거나 꺼지는 회로 제어가 가능해집니다.
또한, 이 방식은 실제로 온도를 측정한 후 전기적으로 제어하는 것이 아니라 바이메탈 소재의 온도 감도를 직접 이용하기 때문에 소자를 소형화할 수 있는 것이 장점입니다. 서모스탯을 회로의 접점으로 사용하는 것이 아니라 개폐밸브로서 유체 회로에 내장하면 온도 변화에 따라 서서히 열리는 제어밸브를 표현할 수도 있습니다.
서모스탯의 종류
서모스탯은 온도를 제어하기 위한 장치이지만, 용도에 따라 다양한 종류의 서모스탯이 사용되고 있습니다.
1. 전자식 서모스탯
전자식 서모스탯은 온도 제어를 작동 신호가 아닌 컴퓨터 제어에 의해 온도 제어를 합니다. 따라서 사용 환경의 온도를 보다 정확하게 제어할 수 있습니다.
온도 관리도 자동으로 이루어지기 때문에 적절한 온도 관리와 전기료 등 비용 절감을 실현할 수 있습니다. 사용 환경은 주로 산업 분야에서 엔진의 냉각수 온도 관리, 농업용 비닐하우스 내 온도 관리 등에 많이 사용됩니다.
2. 바이메탈식 서모스탯
바이메탈식 서모스탯는 열팽창률이 다른 두 종류의 금속을 접합한 구조로 되어 있습니다. 설정 온도까지 온도가 상승하면 두 종류의 금속으로 구성된 접점이 떨어져 회로를 차단할 수 있습니다.
이러한 원리를 이용한 서모스탯를 바이메탈식 서모스탯라고 합니다. 바이메탈식 서모스탯기는 일반 가정에서 사용하는 냉장고, 가스온수기 등에 사용되고 있습니다.
구조도 간단하고 정확한 온도 조절이 가능하기 때문에 많은 공산품에 사용되고 있습니다. 또한, 금속을 이용한 구조로 되어 있어 장기간 사용해도 파손되지 않는 것도 특징 중 하나입니다.
3. 액체 팽창식 서모스탯
액체팽창식 서모스탯는 열팽창률이 높은 액체를 금속관 안에 봉입한 구조로 되어 있습니다. 봉입한 액체가 팽창하면서 접점이 작동하여 온도를 제어하는 방식입니다.
금속을 액체로 사용할 경우 온도 측정의 정확도가 더 높아지는 특징이 있습니다. 따라서 정확한 온도 측정이 필요한 조리기구나 냉동기기 등에 폭넓게 사용되고 있습니다.
또한, 액체 팽창식 서모스탯는 전기 용량을 크게 할 수 있는 것이 특징입니다. 전기 용량을 증가시킴으로써 더 넓은 범위의 온도 감지가 가능해집니다. 따라서 광범위한 온도 감지가 필요한 대규모 공장 등 산업 분야에서 많이 사용되고 있습니다.