KR100882827B1 - 평판형 적외선 방사 장치 - Google Patents
평판형 적외선 방사 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 평판형 적외선 방사장치에 관한 것으로서, 평판형으로 형성된 발열체와, 상기 발열체 상부에 형성되며, 적외선을 방사시키는 기판과, 상기 발열체 하부에 형성되며, 박판 형상의 하부 시트절연체와, 상기 하부 시트절연체 하부에 형성된 단열재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 평판형 적외선 방사장치를 기술적 요지로 한다. 이에 따라, 평판형으로 형성된 발열체와, 상기 발열체 상부에 형성되며, 적외선을 방사시키는 기판과, 상기 발열체 하부에 형성되며, 박판 형상의 하부 시트절연체와, 상기 하부 시트절연체 하부에 형성된 단열재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 평판형 적외선 방사장치를 기술적 요지로 한다.
평판형 적외선 방사 시트절연체 기판 방사효율
Description
도 1 - 본 발명에 따른 평판형 적외선 방사장치의 일실시예에 대한 주요부에 대한 단면도.
<도면에 사용된 주요부호에 대한 설명>
100 : 발열체 200 : 기판
210 : 적외선 방사재 300 : 하부 시트절연체
400 : 단열재 500 : 상부 시트절연체 또는 시트체
600 : 바인더
본 발명은 평판형 적외선 방사장치에 관한 것으로서, 평판형으로 형성된 발열체에서 발생된 열이 박판의 시트절연체를 통하여 적외선을 방사시키는 기판에 전달되어 적외선 방사효율이 우수한 평판형 적외선 방사장치에 관한 것이다.
일반적으로 적외선 가열장치는 전도나 대류와 같은 열전달 방식과는 달리, 중간매질이 없이 피가열물에 직접 적외선이 흡수되어 피가열물을 급속, 균일하게 가열시키는 특징을 가지고 있다.
이와 같이, 적외선을 가열원으로 사용할 경우 피가열물을 직접적이고도 균일하게 가열시킬 수 있어 에너지 효율이 높아, 최근에는 적외선을 이용한 가열원에 대한 활용도가 더욱 높아지고 있는 실정이다.
이러한 적외선 가열원은 일상 생활에 사용되는 온열 매트나 난로를 비롯하여, 전열설비, 건조기, 발효숙성, 고분자 경화, 유기용매의 휘발 등 특히, 식품, 식약재, 섬유, 제지, 도료코팅, 건조 등의 처리공정에서 널리 사용되고 있다. 여기에서 피가열 물질의 대부분이 유기물질이므로 전도나 대류 방식보다는 전자기파인 적외선 방사에 의한 방법이 널리 사용될 수 있는 것이다.
특히 적외선을 방출하기 위한 방사체들의 가공성이 뛰어나 가열원의 형상을 다양하게 형성시킬 수가 있어, 다양한 형상의 적외선 방사장치를 제조할 수 있어 그 이용가능성이 더욱 높아지고 있는 실정이다.
종래의 적외선 방사장치로는 금속관에 발열선을 넣고 금속관과 발열선의 절연을 위해 무기물절연체를 그 사이에 채워 넣고 금속관 외부에 적외선 방사체를 코팅한 시즈히터나 세라믹 소결관, 세라믹 소결방사체 등이 상업화되어 있다.
상기 시즈히터에 사용되는 무기물절연체에 의해서 열전달 효율이 떨어지며, 세라믹 소결관이나 세라믹 소결방사체는 가격이 비싸며 가공성이 떨어질 뿐만 아니라 구부릴 수가 없어 사용 용도가 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 방사체의 표면이 둥근 파이프 형태이기 때문에 방사파의 방향제어가 불가능하여 방사효율이 낮으며, 단열재의 적용이 어려운 구조이므로 효율 및 적용성이 떨어지는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 종래기술로서 대한민국특허청 실용신안공보 실1994-0002244호에는 "원적외선을 발생되게 한 발열평판"으로써 단열판상에 전열선을 배열하되, 그 상부에 박판인 전도판을 접촉시켜 그 표면에 세라믹 분말과 아크릴수지용액을 첨가 혼합한 원적외선 방사층을 도착형성하고, 상부판을 전기한 단열판과 함께 진공밀착되게 한 것이다.
그리고, 등록특허공보 등록번호 10-0567946호는 "고출력 적외선 방사장치"로써 구조적인 강도 보강 및 발열체의 고정을 위한 벽체가 형성되어 있는 방사체, 발열체, 제1단열재, 제2단열재 및 구조체 전체의 기계적인 강도를 보강하기 위한 강도보강재로 구성된 것이다.
그러나 상기 종래기술 실1994-0002244호의 "원적외선을 발생되게 한 발열평판"은, 적외선 방사장치에 사용되는 적외선 방사체를 세라믹 분말과 아크릴수지용액을 주로 사용하고 있는데, 이러한 적외선 방사체를 이용한 적외선 방사장치는 가열체의 표면온도를 200℃ 이상으로 높이게 되면 적외선 방사체의 효능이 떨어져 고온에서의 적외선 방사효율이 떨어지는 문제점이 있다.
그리고 등록번호 10-0567946호의 "고출력 적외선 방사장치"는 발열체의 고정 및 강도 보강을 위하여 두께가 두꺼워져 다양한 분야에의 활용도가 떨어지며, 발열의 방법으로서 시즈히터를 사용함으로써 발열 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 평판형으로 형성된 발열체에서 발생된 열이 박판의 시트절연체를 통하여 적외선을 방사시키는 기판에 전달되어 적외선 방사효율이 우수한 평판형 적외선 방사장치의 제공을 그 목적 으로 한다.
상기 구성에 의한 본 발명은, 평판형으로 형성된 발열체와, 상기 발열체 상부에 형성되며, 적외선을 방사시키는 기판과, 상기 발열체 하부에 형성되며, 박판 형상의 하부 시트절연체와, 상기 하부 시트절연체 하부에 형성된 단열재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 평판형 적외선 방사장치를 기술적 요지로 한다.
또한, 상기 기판은 금속재 또는 세라믹재로 형성되며, 상기 기판이 금속재인 경우에는 발열체와의 사이에 상부 시트절연체가 형성되며, 상기 기판이 세라믹재인 경우에는 발열체와의 사이에 시트체가 형성되고, 상부에는 적외선 방사재가 코팅되는 것이 바람직하며, 또한, 상기 적외선 방사재는, 옥, 세르사이트, 코디에라이트, 게르마늄, 산화철, 운모, 이산화망간, 실리콘카바이드, 맥섬석, 카본으로 이루어진 무기 방사체와, 물에 분산된 콜로이달 실리카를 유기실란으로 표면처리한 유무기 하이브리드 졸 바인더를 혼합하여 상기 기판 상부에 코팅시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기판, 발열체, 시트절연체 및 단열재 사이에는 물에 분산된 콜로이달 실리카를 유기실란으로 표면처리한 유무기 하이브리드 졸 바인더에 의해 접착되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 평판형으로 형성되어 발열체와의 거리가 가까워 에너지 손실이 적고, 박판의 시트절연체 및 기판에 의해 열전도성이 우수하여 가열속도가 균일하고 빠를 뿐만 아니라 넓은 공간에서 보다 효율적으로 사용할 수 있으며, 적외선 방사효율이 우수하여 제품 제조 공정 시간을 단축할 수 있고 제품의 생산성과 품질을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
이하에서는 본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다. 도 1은 본 발명에 따른 평판형 적외선 방사장치의 일실시예에 대한 주요부에 대한 단면도이다.
도시된 바와 본 발명은 전체적으로 평판형으로 형성된 적외선 방사장치에 관한 것으로서, 발열체(100), 기판(200), 시트절연체(300),(500) 및 단열재(400)로 크게 구성되어 있다.
상기 발열체(100)는 칸탈(kanthal) 열선이 사용되었으며, 칸탈 열선이 평면형상으로 배열되어 전체적으로는 평판형으로 형성되도록 한다. 적외선 방사장치의 용도에 따라 칸탈 열선을 적절한 크기로 배열형성시키되 평판 전체에 균일한 열이 가해지도록 일정 간격을 유지한 채 구불구불한 열선의 형상을 띄도록 한다.
그리고 상기 발열체(100) 상부에 형성되는 기판(200)은 적외선을 방사시키면서 상기 발열체(100)와는 절연되는 재질로 형성된다. 또한 상기 기판(200)은 평판형 적외선 방사장치의 형태를 지지하고 발열체(100)를 보호할 수 있도록 기계적 특성이 우수하며, 고온에서 기계적 강도가 유지될 수 있는 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 열전도율이 높은 재질로 형성되어 발열체(100)로부터 발생된 열이 효율적으로 전달되고, 골고루 열이 발산되도록 발열체(100) 상면을 완전히 덮도록 평판형으로 형성되는 것이 바람직하다.
여기에서 상기 기판(200)이 금속재로 형성된 경우에는 상기 발열체(100)와의 절연과 발열체의 보호를 위해 상기 기판(200)과 발열체(100)와의 사이에 상부 시트절연체(500)가 형성되어야 하며, 효율적인 적외선 방사를 위해 금속재로 형성된 기판(200) 상부에는 적외선 방사재(210)가 코팅되도록 한다. 일반적으로 상기 기판은 열전도율과 기계적 특성이 우수한 스테인레스 스틸이나 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 기판(200)이 세라믹재로 형성된 경우에는 상기 발열체(100)와 기판(200) 사이에 상부 시트절연체를 형성시키지 않아도 무방하다. 그러나, 발열체(100)의 보호와 형태의 보존을 위해 발열체와 기판 사이에는 시트체(500)를 형성시킬 수 있으며, 세라믹재의 성질에 따라 완벽한 절연을 위해 절연성질을 띄는 상기 상부 시트절연체와 동일한 재질의 시트체(500)를 형성시켜도 무방하다. 일반적으로 세라믹을 소결시켜 평판형상으로 제조한 것으로 알루미나(Al2O3) 등이 사용될 수 있으며, 세라믹 자체가 적외선 방사 역할을 어느 정도 수행하므로, 기판(200) 상부에 적외선 방사재(210)를 별도로 코팅하지 않아도 되나, 적외선 방사 효율이 떨어지는 세라믹재를 사용한 경우에는 기판(200) 상부에 적외선 방사재(210)를 코팅하는 것이 바람직하다.
여기에서 상기 적외선 방사재(210)는 원적외선 방사효율이 높은 적외선 방사체를 사용하며, 가열과 냉각의 반복에 의하여 기판(200)과 열팽창 계수의 차이에 의한 크랙이나 박리가 일어나는 현상이 없어야 한다. 바람직하게는 옥, 세르사이트, 코디에라이트, 게르마늄, 산화철, 운모, 이산화망간, 실리콘카바이드, 맥섬석, 카본으로 이루어진 무기 방사체와, 물에 분산된 콜로이달 실리카를 유기실란으로 표면처리한 유무기 하이브리드 졸 바인더를 혼합한 조성물을 사용하며, 이를 희석용매에 희석하여 상기 기판(200) 상부에 코팅 형성시킨다. 상기 적외선 방사재는 높은 원적외선 방사효율을 가지며, 이에 의해 피가열 물질에 대한 흡수 효율을 높일 수 있도록 한 것이다.
그리고 상기 유기실란은 일반적으로 R1 0 ~3Si(OR2)1~4의 일반식을 가지며, 여기에서 R1은 메틸기, 에틸기, 탄화수소알킬기, 에폭시기, 아크릴기, 메타아크릴기, 알릴기, 비닐기 중에 적어도 하나가 선택되고, R2는 메틸(methyl), 에틸(ethyl), 이소프로필(iso-propyl), 엔프로필(n-propyl), 엔부틸(n-butyl) 중에 하나가 선택되는 것으로서, 콜로이달실리카의 표면을 유기개질하게 된다.
즉, 상기 적외선 방사재(210)는 무기 방사체, 콜로이달 실리카가 상기 유기실란에 의해 표면 처리된 유무기 하이브리드 졸 바인더 및 희석용매를 혼합하여 볼밀로 상기 무기 방사체를 바인더에 분산시켜서 상기 기판(200) 상부에 스프레이 코팅하여 형성시키는 것이다.
그리고, 상기 발열체(100) 하부에는 평판형상의 하부 시트절연체(300)가 형성되어, 발열체(100)를 단열재(400)로부터 보호하고 절연 및 단열시키는 역할을 하게 된다. 본 발명에서 시트절연체(300),(500)는 발열체(100)를 중심으로 상, 하부에 형성되는 것이 바람직하며, 이에 의해 발열체(100)를 효율적으로 보호하고, 발 열체(100)를 절연시키며, 발열체(100)의 열이 손실되지 않도록 하면서 기판(200)으로 열이 잘 전달되도록 한 것이다.
또한, 상기 시트절연체(300),(500)는 일반적으로 열전도율이 높고 내열성이 우수하며 전기적으로 절연시키는 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 이를 위해 유리섬유(glass fiber), 마이카 및 기타 전기적 절연체를 박판의 형태로 가공하여 사용한다. 예를 들어, 천연 마이카 시트에 고온용 접착재를 사용하여 압착하여 박판 형태로 만든 것이다. 여기에서, 기판(200)과 직접적으로 접촉되는 부분은 발열체(100)에서 발생된 열이 잘 전달되도록 0.1mm 두께 정도의 마이카 시트를 사용하며, 그 반대부분은 단열과 기계적인 지지를 목적으로 더 두꺼운 1mm 두께 정도의 마이카 시트를 사용하여 만든다.
그리고, 상기 하부 시트절연체(300) 하부에 형성된 단열재(400)는 일반적으로 사용되는 세라믹 울이나 무기발포 단열재(400) 등을 사용한다.
여기에서, 상기
금속재
기판(200), 상부 시트절연체(500), 발열체(100), 하부 시트절연체(300) 및 단열재(400) 사이에는 바인더(600)에 의해 접착되어 고정되도록 한다. 또한, 상기
세라믹재
기판(200),
시트체
(500), 발열체(100), 하부 시트절연체(300) 및 단열재(400) 사이에도 바인더(600)에 의해 접착되어 고정되도록 한다.
상기 바인더(600)는 가열과 냉각의 반복에 의하여 크랙이나 박리 현상이 없는 재료를 사용하며, 고열전도성이 우수한 재료를 사용한다. 본 발명에서는 유무기 하이브리드 졸 바인더(600)를 사용하며, 이는 상술한 바와 같이, 물에 분산된 콜로 이달 실리카를 유기실란으로 표면처리하여 적절한 농도로 희석하여 사용한다.
이에 의해 전체적으로 평판형상으로 형성되며, 박판의 시트절연체(300),(500) 또는 시트체(500) 및 기판(200)에 의해 열전도성이 우수하며, 기판(200) 상부에 코팅된 적외선 방사재(210)에 의해 적외선 방사효율이 뛰어난 평판형 적외선 방사장치를 제공할 수 있게 되는 것이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예는 적외선 방사재(210)가 코팅된 기판(200), 그 하부에 발열체(100)를 중심으로 상, 하부에 형성된 시트절연체(300),(500) 및 하부 시트절연체(300) 하부에 형성된 단열재(400)로 구성된다.
상기 발열체(100)로서는 칸탈 열선이 사용되며, 시트절연체(300),(500)는 마이카 시트를 사용하여 고온용 접착재를 사용하여 압착하여 평판형의 박판형태로 만들었다. 여기에서 기판(200)과 직접적으로 접촉되는 부분은 발열체(100)에서 발생된 열이 잘 전달되도록 0.1mm의 마이카 시트를 사용하고, 반대쪽은 단열과 기계적인 지지를 목적으로 1mm의 마이카 시트를 사용하였다.
그리고 기판(200)은 고온에서 강도가 유지되는 스테인레스 스틸 430(SUS 430)을 사용하였으며, 두께는 2mm, 크기는 200mm X 200mm로 하였다.
그리고 금속재로 형성된 상기 기판(200) 상부에는 적외선 방사재(210)가 코팅되며, 유무기 하이브리드 졸 바인더와 방사특성이 우수한 옥, 세르사이트, 코디 에라이트, 게르마늄, 산화철, 운모, 이산화망간, 실리콘카바이드, 맥섬석, 카본을 50:50 중량비로 사용하였다. 유무기 하이브리드 졸 바인더는 콜로이달 실리카를 유기실란인 메틸트리메톡시실란(MTMS, methyltrimethoxysilane)으로 표면처리하였고, 희석용매로써 IPA(이소프로필알콜, isopropylalcohol)를 사용하여 콜로이달 실리카와 메틸트리메톡시실란으로 이루어진 고형분의 중량비가 20%가 되도록 하여 사용하였다.
그리고 상기 기판(200), 발열체(100), 시트절연체(300),(500) 및 단열재(400) 사이에는 유무기 하이브리드 졸 바인더(600)에 의해 접착되었으며, 장치 양단에 볼트를 체결하여 적외선 방사장치가 기계적인 지지가 되도록 하였다.
상기 구성에 의해 본 발명은 평판형으로 형성되어 발열체와의 거리가 가까워 에너지 손실이 적고, 박판의 시트절연체 및 기판에 의해 열전도성이 우수하여 가열속도가 균일하고 빠를 뿐만 아니라 넓은 공간에서 보다 효율적으로 사용할 수 있으며, 적외선 방사효율이 우수하여 제품 제조 공정 시간을 단축할 수 있고 제품의 생산성과 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (11)
- 적외선 방사장치에 있어서,평판형으로 형성된 발열체와;금속재로 형성되어 상기 발열체 상부에 형성되며, 상부에 무기 방사체와 유무기 하이브리드 졸 바인더로 혼합된 적외선 방사재가 코팅되어 적외선을 방사시키는 기판과;상기 기판과 발열체 사이에 형성된 상부 시트절연체와;상기 발열체 하부에 형성되며, 박판 형상의 하부 시트절연체와;상기 하부 시트절연체 하부에 형성된 단열재;를 포함하여 구성되며,상기 기판, 발열체, 시트절연체 및 단열재 사이는 유무기 하이브리드 졸 바인더에 의해 접착되는 것을 특징으로 하는 평판형 적외선 방사장치.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 무기 방사체는, 옥, 세르사이트, 코디에라이트, 게르마늄, 산화철, 운모, 이산화망간, 실리콘카바이드, 맥섬석, 카본으로 이루어지며, 상기 유무기 하이브리드 졸 바인더는 물에 분산된 콜로이달 실리카를 유기실란으로 표면처리한 것인 것을 특징으로 하는 평판형 적외선 방사장치.
- 적외선 방사장치에 있어서,평판형으로 형성된 발열체와;세라믹재로 형성되어 상기 발열체 상부에 형성되며, 상부에 무기 방사체와 유무기 하이브리드 졸 바인더로 혼합된 적외선 방사재가 코팅되어 적외선을 방사시키는 기판과;상기 발열체 하부에 형성되며, 박판 형상의 하부 시트절연체와;상기 하부 시트절연체 하부에 형성된 단열재;를 포함하여 구성되며,상기 기판, 발열체, 시트절연체 및 단열재 사이는 유무기 하이브리드 졸 바인더에 의해 접착되는 것을 특징으로 하는 평판형 적외선 방사장치.
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- 제 5항에 있어서, 상기 무기 방사체는, 옥, 세르사이트, 코디에라이트, 게르마늄, 산화철, 운모, 이산화망간, 실리콘카바이드, 맥섬석, 카본으로 이루어지며, 상기 유무기 하이브리드 졸 바인더는 물에 분산된 콜로이달 실리카를 유기실란으로 표면처리한 것인 것을 특징으로 하는 평판형 적외선 방사장치.
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- 제 5항에 있어서, 상기 기판과 발열체 사이에는,시트체가 유무기 하이브리드 졸 바인더에 의해 접착형성되는 것을 특징으로 하는 평판형 적외선 방사장치.
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