KR100657469B1 - 탄소 히터의 트위스트형 탄소 필라멘트 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 탄소 히터의 트위스트형 탄소 필라멘트 구조는, 튜브 내에 시트 형상의 탄소 필라멘트가 구비되고, 상기 탄소 필라멘트는 상기 튜브 내에 트위스트(twist) 구조로 배치되어 구성됨으로써, 전방향으로 고르게 복사열을 방사할 수 있고, 탄소 필라멘트가 트위스트 구조로 배치된 상태에서 탄소 필라멘트에서 일체로 돌출된 지지부가 형성되거나, 지지와이어가 설치됨으로써, 탄소 필라멘트 지지구조가 보다 견고하게 이루어져, 히터의 수명이 연장되고 히터의 설계 및 조립 작업도 용이하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.

탄소 히터, 탄소 필라멘트, 트위스트, 지지부, 지지와이어

Description

탄소 히터의 트위스트형 탄소 필라멘트 구조{Twist type Carbon filament structure of carbon heater}

도 1은 종래 나선형 탄소 히터가 도시된 개략적인 사시도,

도 2는 종래 나선형 탄소 히터가 도시된 개략적인 종단면도,

도 3은 종래 시트형 탄소 히터가 도시된 개략적인 종단면도,

도 4는 본 발명에 따른 탄소 히터의 트위스트형 탄소 필라멘트 구조의 일 실시예가 도시된 내부 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 탄소 히터의 트위스트형 탄소 필라멘트 구조의 다른 실시예가 도시된 내부 구성도,

도 6은 도 5의 A-A선 방향의 단면도,

도 7은 본 발명에 따른 탄소 히터의 트위스트형 탄소 필라멘트 구조의 또 다른 실시예가 도시된 내부 구성 도면,

도 8은 도 7의 B-B선 방향의 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 석영 튜브 52, 52', 52" : 탄소 필라멘트

52a : 발열부 52b : 지지부

54 : 연결 전도체 55 : 금속 와이어

56 : 외부 전극 58 : 금속편

60 : 지지와이어

본 발명은 발열체로 탄소 섬유 또는 탄소 필라멘트를 이용하는 탄소 히터에 관한 것으로서, 특히 시트형상의 탄소 필라멘트가 트위스트 구조로 배치되어 전방향으로 균일한 복사 특성을 갖는 동시에 필라멘트 지지 구조도 견고하게 이루어지도록 한 탄소 히터의 트위스트형 탄소 필라멘트 구조에 관한 것이다.

일반적으로 탄소 히터는 발열체로 탄소 성분으로 제작된 필라멘트를 이용한 히터로서, 열효율이 좋고, 폐기시 환경에 무해하며, 원적외선 방사 및 탈취효과, 살균 및 항균작용 등 여러 가지 효과가 있는 것으로 알려지면서 최근 가열 장치는 물론, 난방 장치, 건조 장치 등에도 점차 많이 보급되고 있는 추세에 있다.

도 1과 2는 종래 탄소 히터 중 나선형 탄소 히터가 도시된 개략적인 내부 구성도면들이다.

종래 기술의 탄소 히터는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 양쪽 봉지부(11)를 통해 내부가 밀봉되는 석영 튜브(quartz tube)(10)와, 상기 석영 튜브(10) 내에 나선형 구조로 길게 배열된 탄소 필라멘트(12)와, 상기 탄소 필라멘트(12)의 양단 부에서 상기 석영 튜브(10)의 양쪽으로 연결되는 금속 와이어(14)와, 상기 석영 튜브(10)의 봉지부(11) 내의 금속편을 통해 상기 금속 와이어(14)와 전기적으로 연결되어 외부로 노출되는 외부 전극(16)으로 구성된다.

상기 석영 튜브(10)는 내부가 밀봉되어, 상기 탄소 필라멘트가 250 ~ 300℃ 이상에서 산화하지 않도록 밀봉된 내부에 진공 또는 불활성 가스가 채워져 있다.

상기 탄소 필라멘트(12)는 상기 금속 와이어(14)와 연결된 나선 형상으로, 도 2에서는 나선 형상을 예시하고 있으나, 도 3에서와 같이 시트 형상의 탄소 필라멘트(22)가 있고, 이외에도 직선형, 직물형, 스펀지형 등 다양한 형태와 종류의 탄소 필라멘트가 있다.

도 3은 종래 기술의 탄소 히터 중 상기 시트 형상의 탄소 필라멘트가 사용되는 탄소 히터가 도시된 개략도이다.

도 3에 도시된 탄소 히터는 석영 튜브(20) 내에 구비된 탄소 필라멘트(22)가 시트 형상으로 형성되고, 이 시트 형상의 탄소 필라멘트(22)의 양단부는 원통 형상의 흑연막대인 탄소봉(24)에 끼워지며, 이 탄소봉(24)과 금속 와이어(23)와의 사이에는 탄소 필라멘트(22)에 인장력을 제공하기 위하여 스프링(25)이 연결된다.

도 3에서 참조 번호 26은 외부 전극이고, 28은 상기 외부 전극(26)과 금속 와이어(23)가 연결되는 금속편이다.

여기서 도 2에 도시된 나선 구조의 탄소 필라멘트(12)는 금속 와이어(14)와의 연결부에서 접촉저항을 줄이기 위해 탄소 필라멘트(12)와 금속 와이어(14)를 서로 잡아 묶는 등의 방법으로 연결시키게 되나, 도 3에 도시된 시트 형상의 탄소 필 라멘트(22)의 경우에는 상기 금속 와이어(13)와의 연결 부분을 묶는 등의 방법으로 연결할 수 없으므로 탄소봉(24)에 홈을 내어 탄소 필라멘트의 한쪽을 끼운 다음, 그 뒤쪽에 스프링(25)으로 인장력을 가하는 방법이 사용되고 있다.

그러나, 상기 도 3에 도시된 바와 같은 탄소 히터는, 상기 시트 형상의 탄소 필라멘트(22)를 탄소봉(24)에 끼워 고정하여 연결한 다음, 상기 탄소봉(24)을 스프링(25) 등을 통해 금속 와이어(23)와 연결하기 때문에 탄소 필라멘트(22)의 연결 구조는 물론 전체적인 탄소 히터의 구조가 복잡해지고, 이에 따라 히터 제조 비용도 그만큼 많이 소요되는 문제점이 있다.

특히, 상기한 종래 탄소 히터는 탄소 필라멘트(22)가 시트 형상으로 이루어지기 때문에 시트형 탄소 필라멘트(22)의 면 방향으로는 복사량이 많으나, 측면은 복사량이 상당히 작기 때문에 히터의 360°전방향으로 균일하게 복사 에너지를 방출하기 어려운 문제점이 있다.

또한, 상기 탄소 필라멘트(22)를 양단부에서 탄소봉(24), 스프링(25), 금속 와이어(23) 등을 통해 상기 석영 튜브(20) 내에 팽팽한 상태가 유지되도록 당긴 상태로 지지하기 때문에 장시간 사용하면 탄소 필라멘트(22)가 늘어지는 등 변형됨에 따라 석영 튜브(20)의 내면에 접촉되어 변형될 수 있는 문제점도 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 시트형 탄소 필라멘트를 트위스트 구조로 배치하여 구성하고, 필요에 따라 지지부를 형성하거나 지지와이어를 설치함으로써 전방향으로 균일한 복사 에너지를 방출할 수 있는 동시에 필라멘트 지지 구조도 견고하게 이루어지도록 하는 탄소 히터의 트위스트형 탄소 필라멘트 구조를 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 탄소 히터의 트위스트형 탄소 필라멘트 구조는, 튜브 내에 시트 형상의 탄소 필라멘트가 길게 구비되고, 상기 탄소 필라멘트는 상기 튜브 측으로 모든 방열면이 향하도록 상기 튜브 내에 양단부가 반대방향으로 비틀려진 트위스트(twist) 구조로 배치된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 탄소 히터의 트위스트형 탄소 필라멘트 구조의 일 실시예가 도시된 내부 구성도이다.

본 발명에 따른 일 실시예의 트위스트형 탄소 필라멘트를 갖는 탄소 히터는, 도 4에 도시된 바와 같이, 양단부에 봉지부(51)가 형성된 석영 튜브(50)와, 상기 석영 튜브(50) 내에 길게 트위스트 구조로 연결되는 시트(sheet) 형상의 발열체인 탄소 필라멘트(52)와, 상기 석영 튜브(50)의 봉지부(51)에서 외부로 노출되는 외부 전극(56)과, 상기 석영 튜브(50)의 양측에서 봉지부(51)에 고정된 금속편(58)을 통해 상기 외부 전극(56)에 연결되는 금속 와이어(55)와, 상기 탄소 필라멘트(52)와 상기 금속 와이어(55) 사이를 연결하는 연결 전도체(54)로 구성된다.

상기 석영 튜브(50)는 내부에 진공 또는 불활성 가스로 채워진 상태에서 내부가 밀봉되게 구성된다. 여기서 상기 튜브는 석영으로 이루어진 튜브가 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 특수 유리관 등 충분한 내열성과 강도를 가진 관이면 가능할 것이다.

상기 탄소 필라멘트(52)는 여러 겹의 탄소 시트가 서로 압착되는 방식으로 성형되어 구성된다. 특히 상기 탄소 필라멘트(52)는 긴 시트 모양의 박판이 나선형상으로 꼬아진 트위스트 구조로 형성된다.

상기 금속 와이어(55)는 금속재로 이루어져 상기 연결 전도체(54)에 용접 등의 방법으로 고정되어 전기적으로 상호 연결된다.

상기 연결 전도체(54)는 금속 박판 시트이면서 메쉬(mesh) 구조로 형성되어 상기 탄소 필라멘트(52)의 끝단부에 삽입된 상태로 고정되어 연결된다.

즉, 상기 연결 전도체(54)는 여러 겹의 탄소 시트가 서로 압착되는 방식으로 상기 탄소 필라멘트(52)가 성형될 때, 여러 겹의 탄소 시트 사이에 끼워진 상태에서 함께 압착되면서 탄소 필라멘트(52)에 연결되어 고정된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 탄소 히터의 탄소 필라멘트 구조의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기한 바와 같이 탄소 필라멘트(52)를 성형할 때, 여러 겹의 탄소 시트를 압착하는 방식으로 제작하는 데, 이때 연결 전도체(54)를 삽입한 상태에서 압착하여 가공함으로써 탄소 필라멘트(52)의 양단부에 연결 전도체(54)가 고정되어 설치된다.

이와 같이 상기 탄소 필라멘트(52)에 연결 전도체(54)가 연결된 상태에서, 양단부에 각각 구비된 연결 전도체(54)를 서로 반대 방향으로 일정 정도 회전시키게 되면, 도 4에서와 같이 탄소 필라멘트(52)가 꼬아진 트위스트 구조로 배치된다. 이후 상기 탄소 필라멘트(52)가 트위스트 구조로 배치된 상태에서 상기 연결 전도체(54)에 금속 와이어(55)를 용접 등의 방법으로 연결한다.

상기와 같이 탄소 필라멘트(52)의 양단부에 연결 전도체(54)와 금속 와이어(55)를 각각 연결한 상태에서 상기 석영 튜브(50) 내에 삽입한 다음, 봉지부(51)를 밀봉하여 외부 전극(56)과 연결하면 탄소 필라멘트(52)의 설치가 완료된다.

상기한 바와 같이 탄소 필라멘트(52)가 트위스트 구조로 배치되면, 상기 석영 튜브의 전방향으로 고르게 탄소 필라멘트에서 발생한 복사 에너지가 주변으로 방사되어 균일한 발열 작용을 할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 탄소 히터의 트위스트형 탄소 필라멘트 구조의 다른 실시예가 도시된 내부 구성도이고, 도 6은 도 5의 A-A선 방향의 단면도이다.

본 발명의 다른 실시예의 탄소 필라멘트 구조는 전술한 일 실시예의 구성과는 다르게 탄소 필라멘트(52′)에서 지지부(52b)가 일체로 돌출되어 형성된다.

즉, 본 발명의 다른 실시예에서 탄소 필라멘트(52′)는 상기 석영 튜브 내에 길게 꼬아진 트위스트 구조로 배치되어 전원 인가시 발열 작용을 하는 발열부(52a)와, 상기 발열부(52a)의 양측에서 상기 탄소 필라멘트(52′)의 길이 방향에 대하여 교차하는 방향으로 돌출되어 상기 석영 튜브(50) 내에 지지되는 지지부(55b)로 구성된다.

여기서, 상기 발열부(52a)가 트위스트 구조로 배치됨에 따라 상기 지지부(52b)도 상기 석영 튜브(50) 내에서 일정 각도 회전된 상태로 여러 지점에서 지지되므로 탄소 필라멘트(52′)의 지지 구조가 보다 견고해진다.

도 7은 본 발명에 따른 탄소 히터의 트위스트형 탄소 필라멘트 구조의 또 다른 실시예가 도시된 내부 구성 도면이고, 도 8은 도 7의 B-B선 방향의 단면도이다.

본 발명의 또 다른 실시예의 탄소 필라멘트 구조는 전술한 다른 실시예의 구성과는 다르게 탄소 필라멘트에서 지지부가 일체로 돌출되지 않고 지지와이어가 삽입되어 설치된다.

상기 지지와이어(60)는 트위스트 구조로 배치된 상기 탄소 필라멘트(52″)의 길이 방향에 대하여 교차하는 방향으로 탄소 필라멘트(52″)에 결합되어 상기 석영 튜브(50) 내에 지지된다.

상기 지지와이어(60)는 직선형 구조로 형성되어, 상기 탄소 필라멘트(52″)가 여러 겹의 탄소 시트가 서로 압착되는 방식으로 성형될 때, 그 사이에 끼워져 고정되는 것이 바람직하고, 그 양 끝단부는 상기 석영 튜브(50) 내에 접촉되게 구성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 지지와이어(60)는 상기 석영 튜브(50) 내에서 복수개가 일정 간격마다 설치되어 상기 탄소 필라멘트(52″)를 지지토록 구성되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 탄소 히터의 트위스트형 탄소 필라멘트 구조는, 석영 튜브 내에 탄소 필라멘트가 꼬아진 트위스트 구조로 배치되기 때문에 전방향으로 고르게 복사열을 방사할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 탄소 필라멘트가 트위스트 구조로 배치된 상태에서 탄소 필라멘트에서 일체로 돌출된 지지부가 형성되거나, 지지와이어가 설치되기 때문에 탄소 필라멘트 지지구조가 보다 견고하게 이루어져, 히터의 수명이 연장되고 히터의 설계 및 조립 작업도 용이하게 이루어질 수 있는 이점도 있다.

Claims (4)

1. 튜브 내에 시트 형상의 탄소 필라멘트가 길게 구비되고,

   상기 탄소 필라멘트는 상기 튜브 측으로 모든 방열면이 향하도록 상기 튜브 내에 양단부가 반대방향으로 비틀려진 트위스트(twist) 구조로 배치된 것을 특징으로 하는 탄소 히터의 트위스트형 탄소 필라멘트 구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 탄소 필라멘트는 자신의 길이 방향에 대하여 교차하는 방향으로 지지부가 일체로 돌출되어 상기 튜브 내에 지지된 것을 특징으로 하는 탄소 히터의 트위스트형 탄소 필라멘트 구조.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 탄소 필라멘트는 자신의 길이 방향에 대하여 교차하는 방향으로 결합된 지지와이어에 의해 상기 튜브 내에 지지된 것을 특징으로 하는 탄소 히터의 트위스트형 탄소 필라멘트 구조.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 탄소 필라멘트는 그 양단부 중 적어도 한쪽 끝단부를 연결하는 연결 전도체가 상기 탄소 필라멘트의 끝단부에 삽입된 상태로 고정되어 연결된 것을 특징으로 하는 탄소 히터의 탄소 필라멘트 지지 구조.

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