KR100525308B1

KR100525308B1 - 발열장치

Info

Publication number: KR100525308B1
Application number: KR10-2002-0087702A
Authority: KR
Inventors: 등태균
Original assignee: (주)성일상역
Priority date: 2002-12-31
Filing date: 2002-12-31
Publication date: 2005-11-02
Also published as: KR20040061438A

Abstract

본 발명은 발열장치에 관한 것으로서, 소정 방향으로 열기를 방사하는 발열장치에 있어서, 내열성 재질로 제작되고, 상기 열기방사방향의 법선을 갖는 한 쌍의 대향면중 일면 중앙영역에는 열기배출개구가 형성되는 케이싱과; 다수의 발열공이 두께방향을 따라 관통하여 형성되고, 상기 발열공의 내표면 및 발열공형성표면에는 탄소전열층이 형성되며, 상기 탄소전열층이 형성된 발열공형성표면에는 금속전극층이 형성되며, 상기 케이싱내에 상기 발열공이 상기 열기배출개구를 향하도록 장착되는 내열성 재질의 발열판과; 중앙영역에 개구가 형성되어 있고, 상기 발열판에 형성된 금속전극층의 외측표면에 면접촉하도록 상기 발열판을 사이에 두고 상기 케이싱의 내부공간에 분리 장착되고, 상기 케이싱의 내부공간에 배치되는 전원선을 통해 소정의 외부전압전원에 연결되는 한 쌍의 외부연결전극과; 상기 발열판의 탄소전열층의 발열온도를 일정하게 유지하도록 상기 외부연결전극으로의 전압공급을 제어하는 자동온도조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 단위시간당 줄열발산량을 증가시킬 수 있고, 저항가열영역에 발열동작전압을 안정적으로 공급할 수 있으며, 발열체의 제조비용을 줄일 수 있다.

Description

발열장치 {Heating Device}

본 발명은 발열장치에 관한 것으로서, 보다 상세히는 전기에너지를 열에너지로 변환시키는 즉, 전열방식의 발열장치에 관한 것이다.

전열방식의 발열장치는 가스 등을 에너지원으로 하는 다른 종류의 발열장치에 비해 연료를 저장할 필요가 없다는 점, 온도조절이 용이하다는 등의 좋은 점이 있어 널리 이용되고 있다. 전열방식의 발열장치는 와이어형태 또는 판형태의 저항체에 전류를 흘릴 때 발생하는 줄열을 이용하는 저항가열방식을 발열기구로 채용하고 있다.

이러한 저항가열방식의 발열장치는 짧은 시간 이내에 가열목적물의 목적온도에 도달할 수 있도록 단위시간당 줄열발산량을 크게 하는 것이 바람직하다.

단위시간당 줄열발산량은 발열체에서의 단위시간당 줄열발생량을 증가시키거나 발생한 줄열의 발산 면적을 증가시킴으로써 증가시킬 수 있다. 발열동작전압을 크게 하면 단위시간당 줄열발생량을 증가시킬 수 있지만, 발열동작전압 증가에 따른 전원설비비용이 증가한다는 문제점이 있다.

여기서 발열동작전압을 증가시키지 않고 단위시간당 줄열발생량과 발산면적을 증가시키는 방법의 하나로 외부에 노출되는 다수의 저항가열영역을 발열체에 형성하는 것을 고려할 수 있다.

이렇게 발열체에 다수의 저항가열영역을 형성하고자 할 때 가능한 많은 수의 저항가열영역을 형성하면서 각 저항가열영역에 안정적으로 발열동작전압이 공급될 수 있도록 발열체가 점하는 한정된 공간을 잘 활용하는 것이 바람직하다.

이 때 발열체 전부를 저항재질로 형성하는 것은 제조비용이 증가하기 때문에 저항 재질의 사용량을 줄이면서 각 저항가열영역을 형성할 필요가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 발열동작전압이 안정적으로 공급되고 재질사용량이 적은 다수의 저항가열영역을 갖는 발열장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 소정 방향으로 열기를 방사하는 발열장치에 있어서, 내열성 재질로 제작되고, 상기 열기방사방향의 법선을 갖는 한 쌍의 대향면중 일면의 중앙영역에는 열기배출개구가 형성되는 케이싱과; 다수의 발열공이 두께방향을 따라 관통하여 형성되고, 상기 발열공의 내표면 및 발열공형성표면에는 탄소전열층이 형성되며, 상기 탄소전열층이 형성된 발열공형성표면에는 금속전극층이 형성되며, 상기 케이싱내에 상기 발열공이 상기 열기배출개구를 향하도록 장착되는 발열판과; 중앙영역에 개구가 형성되어 있고, 상기 발열판에 형성된 금속전극층의 외측표면에 면접촉하도록 상기 발열판을 사이에 두고 상기 케이싱의 내부공간에 분리 장착되고, 상기 케이싱의 내부공간에 배치되는 전원선을 통해 소정의 외부전압전원에 연결되는 한 쌍의 외부연결전극과; 상기 발열판의 탄소전열층의 발열온도를 일정하게 유지하도록 상기 외부연결전극으로의 전압공급을 제어하는 자동온도조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열장치에 의하여 달성된다.

여기서 발산되는 열기를 효율적으로 가열목적물을 향해 이동시킬 수 있도록, 상기 케이싱에는 상기 열기배출개구에 대향하는 송풍인입개구가 형성되어 있고; 상기 케이싱에 형성된 송풍인입개구를 향해 송풍하는 송풍기를 더 포함하도록 구성할 수 있다.

그리고 발열장치의 안전성을 확보할 수 있도록, 상기 케이싱의 내부공간을 발열공간과 외부연결공간으로 구획하도록 상기 열기방사방향을 따라 배치되고, 일영역에 온도조절개구가 형성되는 내열성 절연재질의 격벽을 더 포함하고; 상기 각 외부연결전극은 상기 발열판에 접촉하는 판접촉부와 상기 판접촉부를 상기 전원선에 연결하는 연결단자를 가지고, 상기 판접촉부가 상기 발열공간에 위치하고 상기 연결단자가 상기 외부연결공간에 위치하도록 상기 케이싱의 내부에 장착되고; 상기 전원선은 상기 케이싱의 외부연결공간에 배치되고; 상기 자동온도조절부는 상기 격벽에 형성된 열기배출공에 인접하도록 설치하는 것이 바람직하다.

그리고 외부열결전극과 발열판사이의 접촉불량에 따른 전력소비를 줄일 수 있도록, 상기 케이싱의 송풍인입개구 및 열기배출개구에 대응하는 개구가 형성되어 있고 상기 외부연결전극과 상기 케이싱사이중 적어도 어느 하나에 상기 발열판과 상기 외부연결전극사이의 접촉력이 증가되도록 장착되는 내열성 절연재질의 전극가압판을 더 포함하도록 구성하는 것이 바람직하다.

이하에서, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 발열장치는, 도1 내지 도2에 도시된 바와 같이, 상면 및 하면에 정방형상의 송풍인입개구(14)와 열기배출개구(12)가 각각 형성되는 직육면체 형상의 케이싱(10)과, 다수의 발열공(22)이 두께방향을 따라 관통하여 형성되고 발열공(22)이 열기배출개구(12)에 대향하도록 케이싱(10)의 내부에 장착되어 있는 발열판(20)과, 발열판(20)을 사이에 두고 케이싱(10)의 내부에 상하로 장착되는 한 쌍의 외부연결전극(40)과, 케이싱(10)에 형성된 송풍인입개구(14)를 향해 송풍하는 송풍기(70)와, 외부연결전극(40)에의 전압공급을 단속하여 자동으로 발열판(20)의 발열온도를 조절하는 서머스탯(Thermostat, 72)를 갖고 있다.

케이싱(10)은 300??의 온도에서 견딜수 있는 플라스틱 등의 내열성 재질로 제작되고, 그 내부공간은 상하방향을 따라 배치된 내열성 절연재질의 격벽(74)에 의해 발열공간(16)과 외부연결공간(17)으로 구획되어 있다. 격벽(74)의 중앙영역에는 발열공간(16)과 외부연결공간(17)을 연통시키는 열기배출공(75)이 형성되어 있다.

발열판(20)은 발열공 내표면 및 발열공형성표면에 탄소전열층(26)이 형성되며, 탄소전열층(26)이 형성된 발열공형성표면에는 금속전극층(24)이 형성되어 있다. 여기서 발열판(20)은 세라믹 등의 내열성 재질로 제작할 수 있고, 탄소전열층(26)의 재질로는 탄소를 주성분으로 하고 섬유소 기타 탄소막 저항을 제작할 때 사용하는 다른 성분을 포함할 수 있으며, 금속전극층(24)의 재질로는 은(Ag)을 채용할 수 있다. 이러한 탄소전열층(26)은 발열판(20)의 측면에 테이프를 붙인 상태에서 탄소도료액에 침전시킨 후 테이프를 떼어내고 200-500℃ 온도에서 10분 정도 가열하여 형성할 수 있고, 금속전극층(24)은 분사방식 등으로 형성할 수 있다. 금속전극층(24)이 형성된 후 200-500℃ 온도에서 수분 정도 가열한 후 발열판(20)으로 사용할 수 있다. 이러한 발열판(20)의 발열온도는 외부연결공간(17)의 열기배출공(75) 입접영역에 전원선(76)에 직렬로 연결된 서머스탯의 단속(斷續)동작에 따라 자동으로 조절된다. 여기서 서머스탯(72)은 금속의 열팽창계수를 이용하는 바이메탈식으로 구성하거나 페라이트 등의 온도에 따른 자성변화를 이용하는 마그네트식으로 구성할 수 있다.

외부연결전극(40)은 케이싱(10)의 외부연결공간(17)에 배치되는 전원선(76)을 통해 소정의 외부전압전원(78)에 연결되어 있다. 각 외부연결전극(40)은 발열판(20)에 접촉하는 판접촉부(40a)와 판접촉부(40a)를 전원선(76)에 연결하는 연결단자(40b)를 가지고 있다. 상측 외부연결전극(40)의 중앙영역에는 열기배출개구(12)에 대응하는 개구가 형성되어 있고, 하측 외부연결전극(40)의 중앙영역에는 케이싱(10)의 송푼인입개구(14)에 대응하는 개구가 형성되어 있다. 외부연결전극(40)는 판접촉부(40a)가 케이싱(10)의 발열공간(16)에 위치하고 연결단자(40b)가 외부연결공간(17)에 위치하도록 케이싱(10)의 내부에 장착된다. 외부연결전극(40)은 동(銅)재질로 제작할 수 있고, 장착상태에서 발열판(20)에 형성된 금속전극층(24)의 외표면에 면접촉되어 있다. 외부연결전극(40)과 금속전극층(24) 사이의 접촉은 케이싱(10)과 각 외부연결전극(40)사이에 개재하는 내열성 절연재질의 전극가압판(80)의 가압작용에 의해 안정적으로 유지되어 있다. 상측 전극가압판(80)의 중앙영역에는 열기배출개구(12)에 대응하는 개구가 형성되어 있고, 하측 전극가압판(80)의 중앙영역에는 케이싱(10)의 송풍인입개구(14)에 대응하는 개구가 형성되어 있다. 이러한 전극가압판(80)은 내열성 절연재질로 탄성력을 갖도록 제작할 수 있다.

송풍기(70)로부터의 바람은 케이싱(10)의 하부에 나사못에 의해 결합되는 브라켓트(72)에 설치되는 원형단면의 송풍안내관(72)을 통해 케이싱(10)의 송풍인입개구(14)로 안내된다.

이러한 구성을 갖는 발열장치의 발열동작을 설명하면 다음과 같다.

사용자가 스위치를 조작하여 발열장치를 동작시키면 외부전압전원(78)으로부터 전원선(76)을 통해 한 쌍의 외부연결전극(40)사이 및 송풍기(70)에 전압이 인가된다. 송풍기(70)에 동작전압이 공급되면 송풍안내관(72) 및 케이싱(10)의 송풍인입개구(14)를 통해 발열판(20)의 저면을 향해 송풍이 개시된다. 이 때 서머스탯(72)은 접속상태에 있다.

외부연결전극(40)에 전압이 인가되면 발열판(20)의 금속전극층(24)을 통해 탄소전열층(26)에 전류가 흐르고, 이에 따라 탄소전열층(26)은 저항 가열된다. 탄소전열층(26)이 저항 가열되면 발열판(20)의 상면과 하면 및 발열공(22)의 내표면으로부터 열(원적외선)이 방출된다.

발열판(20)으로부터 방출되는 열에 의해 뜨거워진 공기는 송풍기(70)의 송풍작용에 의해 케이싱(10)의 열기배출개구(12)를 통해 가열목적영역을 향해 이동하게 된다.

한편 발열판(20) 주위의 열기는 격벽(74)에 형성된 열기배출공(75)을 통해 서머스탯(72)에 전달된다. 외부연결전극(40)에 전압이 인가되는 시간이 증가하면 발열판(20)으로부터 방출되는 열량이 증가하고, 열기배출공(75)을 통해 방출되는 열기의 온도가 상승한다. 열기배출공(75)을 통해 방출되는 열기의 온도가 서머스탯(72)의 개방온도를 넘어서면 서머스탯(72)은 절단 즉, 오프 상태가 된다.

서머스탯(72)이 절단상태가 되면 외부연결전극(40)으로의 전압공급이 중단되어 탄소전열층(26)에서의 저항가열동작은 중단된다.

탄소전열층(26)에서의 저항가열동작이 중단되면 서머스탯(72)의 주위 온도가 하강하고 온도하강이 계속된다. 이 후 소정의 접속온도가 되면 서머스탯(72)은 다시 접속상태가 되고 전술한 과정을 거쳐 탄소전열층(26)은 저항 가열하게 된다.

한편 서머스탯(72)이 절단상태가 되더라도 송풍기(70)에의 동작전압공급은 계속되므로 발열판(20)으로부터 열기는 지속적으로 가열목적영역을 향해 이동하게 된다.

전술한 바와 같이 발열판(20)에 두께방향을 따라 다수의 발열공(22)을 형성하고 발열공(22)의 내표면에 탄소전열층(26)을 형성함으로써, 다수의 저항가열영역(각 발열공)을 가질 수 있다.

그리고 발열공(22)의 내표면 및 발열판(20)의 상면 및 저면에 탄소전열층(26)을 형성한 후 발열판의 상면 및 저면에 형성된 탄소전열층(26)의 상부에 금속전극층(24)을 형성함으로써, 발열판(20)의 상면 및 저면에 형성된 탄소전열층(26)과 금속전극층(24)사이의 면접촉을 통해 발열공(22)의 내표면에 형성된 탄소전열층(26)에 발열동작전압이 공급되도록 함으로써, 탄소전열층(26)이나 금속전극층(24)에 부분적으로 흠결이 발생하더라도 각 저항가열영역(각 발열공)에는 발열동작전압이 안정적으로 공급될 수 있다.

또한 발열판(20)을 세라믹 재질 등 내열성 재질로 제작한 후 저항체로 탄소전열층(26)을 형성함으로써, 저항체 재질의 사용량을 줄일 수 있게 된다.

한편 전술한 실시예에서는 자동온도조절부를 주위온도에 따라 자동으로 단속되는 서머스탯을 사용하고 있으나, 열기배출공(75) 인접영역에 온도센서를 설치하고 이 온도센서에서의 검출온도에 기초하여 외부전압전원에 설치된 전압공급스위치(미도시)를 단속시켜 발열판(20)의 발열온도를 조절하도록 하거나 온도가 상승함에 따라 저항값이 증가하는 정특성 서미스터(Positive Temperature Coefficient Thermister)를 전원선에 직렬로 연결하여 발열판(20)의 발열온도를 조절할 수 있다.

전술한 본 발명에 따른 발열장치는 발열판의 크기를 적절히 조절하여 단독으로 사용하거나 여러 개를 직렬로 연결하여 사용할 수 있다.

따라서 본 발명에 따르면, 발열판에 두께방향을 따라 형성된 다수의 발열공의 내표면에 저항가열영역을 형성함으로써, 단위시간당 줄열발산량을 증가시킬 수 있다.

그리고 저항가열영역의 전 둘레방향을 따라 연결되고 금속전극층에 면접촉되는 탄소전열층을 형성함으로써, 저항가열영역에 발열동작전압을 안정적으로 공급할 수 있다.

또한 저항가열영역을 층형상으로 형성함으로써, 발열체 재질의 사용량을 줄일 수 있고 이에 따라 제조비용을 줄일 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 발열장치의 분해사시도,

도2는 도1에 도시된 발열판의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 케이싱 20 : 발열판

22 : 발열공 40 : 외부연결전극

70 : 송풍기 80 : 전극가압판

72 : 서머서탯

Claims

소정 방향으로 열기를 방사하는 발열장치에 있어서,

내열성 재질로 제작되고, 상기 열기방사방향의 법선을 갖는 한 쌍의 대향면중 일면 중앙영역에는 열기배출개구가 형성되는 케이싱과;

다수의 발열공이 두께방향을 따라 관통하여 형성되고, 상기 발열공의 내표면 및 발열공형성표면에는 탄소전열층이 형성되며, 상기 탄소전열층이 형성된 발열공형성표면에는 금속전극층이 형성되며, 상기 케이싱내에 상기 발열공이 상기 열기배출개구를 향하도록 장착되는 내열성 재질의 발열판과;

중앙영역에 개구가 형성되어 있고, 상기 발열판에 형성된 금속전극층의 외측표면에 면접촉하도록 상기 발열판을 사이에 두고 상기 케이싱의 내부공간에 분리 장착되고, 상기 케이싱의 내부공간에 배치되는 전원선을 통해 소정의 외부전압전원에 연결되는 한 쌍의 외부연결전극과;

상기 발열판의 탄소전열층의 발열온도를 일정하게 유지하도록 상기 외부연결전극으로의 전압공급을 제어하는 자동온도조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열장치.
제1항에 있어서,

상기 케이싱에는 상기 열기배출개구에 대향하는 송풍인입개구가 형성되어 있고;

상기 케이싱에 형성된 송풍인입개구를 향해 송풍하는 송풍기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발열장치.
제2항에 있어서,

상기 케이싱의 내부공간을 발열공간과 외부연결공간으로 구획하도록 상기 열기방사방향을 따라 배치되고, 일영역에 온도조절개구가 형성되는 내열성 절연재질의 격벽을 더 포함하고;

상기 각 외부연결전극은 상기 발열판에 접촉하는 판접촉부와 상기 판접촉부를 상기 전원선에 연결하는 연결단자를 가지고, 상기 판접촉부가 상기 발열공간에 위치하고 상기 연결단자가 상기 외부연결공간에 위치하도록 상기 케이싱의 내부에 장착되고;

상기 전원선은 상기 케이싱의 외부연결공간에 배치되고;

상기 자동온도조절부는 상기 격벽에 형성된 열기배출공에 인접하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 발열장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,

상기 케이싱의 송풍인입개구 및 열기배출개구에 대응하는 개구가 형성되어 있고, 상기 외부연결전극과 상기 케이싱사이중 적어도 어느 하나에 상기 발열판과 상기 외부연결전극사이의 접촉력이 증가되도록 장착되는 내열성 절연재질의 전극가압판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발열장치.
외부전압전원으로부터 전압이 공급될 때 열을 발산하는 발열체에 있어서,

다수의 발열공이 두께방향을 따라 관통하여 형성되는 세라믹재질의 바디부와;

상기 발열공의 내표면 및 상기 바디부의 발열공형성표면에 형성되고, 상기 외부전압전원으로부터 전압이 인가될 때 저항 가열되는 탄소전열층과;

상기 바디부의 발열공형성표면에 형성된 탄소전열층의 상부에 적층 형성되고, 상기 외부전압전원에 전원선을 통해 연결되는 금속전극층을 포함하는 것을 특징으로 발열체.