KR100941859B1

KR100941859B1 - 램프히터의 발열체와 전극연결방법

Info

Publication number: KR100941859B1
Application number: KR1020080030819A
Authority: KR
Inventors: 경기수
Original assignee: 경기수
Priority date: 2008-04-02
Filing date: 2008-04-02
Publication date: 2010-02-11
Also published as: KR20090105391A

Abstract

본 발명은 진공상태를 유지하는 석영 유리관의 내부에 발열체를 내장하여 발열체에 전원을 인가함에 따라 난방이 이루어지도록 하는 램프히터의 발열체와 전극연결방법에 관한 것으로, 전원의 인가에 따라 발열하는 발열체에 전극을 안정적으로 연결하여 전극의 연결부에서 발열체인 탄소섬유(활성탄소섬유 발열체)가 산화되는 현상을 미연에 방지할 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 진공상태를 유지하는 튜브의 내부에 발열체를 내장함과 동시에 상기 발열체의 양단에 전원을 인가하기 위한 전극을 고정하는 램프히터의 발열체와 전극연결방법에 있어서, 튜브(11)에 내장되는 발열체는 무수히 많은 공간(13)을 갖는 솜 형태로써, 섬유(14) 및 활성탄소(15)의 비율이 20:80이고 섬유의 표면적비가 1600㎡/g ∼ 2500㎡이며, 체적은 1.5g/㎤이하인 활성탄소섬유 발열체(12)이고, 상기 활성탄소섬유 발열체(12)의 양단에는 비전도성 코팅층(16)을 도포하여 건조 한 후 상기 비전도성 코팅층(16)에 전극(17)을 각각 고정한 것을 특징으로 한다.

램프히터, 활성탄소섬유 발열체, 비전도성 코팅층

Description

램프히터의 발열체와 전극연결방법{omitted}

본 발명은 진공상태를 유지하는 석영 유리관의 내부에 발열체를 내장하여 발열체에 전원을 인가함에 따라 난방이 이루어지도록 하는 램프히터에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 전원의 인가에 따라 발열하는 발열체에 전극을 안정적으로 연결하여 전극의 연결부에서 발열체인 탄소섬유(활성탄소섬유 발열체)가 산화되는 현상을 미연에 방지할 수 있도록 하는 램프히터의 발열체와 전극연결방법에 관한 것이다.

일반적으로 램프(lamp)는 전구라고도 하는데 진공상태인 석영 유리관의 내부에 설치한 필라멘트에 전류를 흐르게 하여 고온으로 가열함으로써 생기는 빛을 이용하기도 하고, 필요에 따라서는 발열하는 열을 이용하는 히터용 램프로 사용하기도 한다.

이는, 진공 상태인 석영 유리관의 내부에 필라멘트를 설치하고 석영 유리관의 양단에 필라멘트와 연결하는 전극을 설치한 구성을 예시할 수 있다.

또한 석영 유리관의 축을 따라 텅스텐 필라멘트를 설치하고 석영 유리관의 내부에 요오드 가스를 봉입한 다음 필라멘트에 전원을 인가하면 필라멘트에서 발생 한 텅스텐 원자가 석영 유리관의 벽에서 요오드와 결합하여 요오드화 텅스텐으로 되어 필라멘트로 되돌아가고, 여기서 또 분해되어 텅스텐을 필라멘트에 남기는 이른바 요오드 사이클에 의하여 장시간 사용 가능한 고 효율의 램프로 사용한다.

그러나 이러한 방식의 램프는 필라멘트가 외부의 충격에 약하고, 가열에 의한 형태 변형 등으로 내구성이 약한 문제점이 있으며, 또한 필라멘트를 코일형태로 설치하는데 따른 원가 상승 등의 부담이 있었다.

따라서, 근래에는 상기한 문제점을 감안하여 미세한 굵기를 갖는 카본섬유를 하나의 군을 이루도록 섬유다발로 묶어 발열체로 사용하고 있다.

예를 들어, 카본섬유의 길이가 1m, 직경이 0.3mm 인 경우 카본섬유 26400가닥이 하나의 군을 이루도록 하면, 약 60Ω의 저항치를 갖게 되므로 이를 기초로 원하는 출력을 설계하여 램프히터에 적용하고 있다.

물론, 이 경우 저항치는 저항식(식에서 R;저항, rho ;저항률, l;길이, s;단위면적 이다)에 따라 결정된다.

그러나 이들은 발열체를 발열원으로 사용하는 것이어서 주로 약 50℃ ∼ 70℃의 온도로 발산되도록 설계하며, 그 이상이 되면 화재의 위험이 있고, 공기와 산화되어 내구성이 현격히 저하되는 특성을 가지므로 이에 유의하여야만 된다.

한편, 이러한 카본섬유를 열원으로 하고 이를 진공상태를 유지하는 석영 유리관에 내장시킨 히터가 개발되어 사용하고 있는데, 카본섬유를 일정한 묶음으로 저항치를 설정하여 원하는 출력을 얻도록 하는 것이나, 카본섬유에 전극을 고정하는 기술과 카본섬유를 집속하는 기술이 미비하여 산업화에 많은 어려움을 겪고 있 다.

이러한 기술의 일 예로는 일본공개특허 2000-123960호로 공개된 탄소계 발열체가 알려져 있는바, 이는 도 1과 같이 탄소계 발열체(1)의 양단에 캡형 전극(2)을 두고 탄소계 발열체(1)와 캡형 전극(2)이 진공밀폐용기(3)내에 내장되고, 캡형 전극(2)은 리드선(4)을 접속시켜 전원을 인가하도록 이루어져 있다.

상기 리드선(4)은 도 2와 같이 다수의 다발로 이루어진 탄소계 탄소사(6)의 다발 외주연을 탄소실(7)로 감아 묶어 고정하는 형태를 취하고 있다.

도 3은 이 경우 필요한 탄소사(6)의 다발을 제공 가능토록 구성한 예시도면으로, 일정 다발의 탄소사(6)를 각각 탄소실(7)로 감고, 탄소실(7)로 감은 이들 3가닥을 함께 또 다른 탄소실(7a)로 감아 일체로 만드는 구성을 나타내고 있다.

즉, 도 2와 같은 단위 탄소다발(5)이나, 도 3과 같은 3가닥의 탄소다발(5)을 탄소실(7a)로 감은 복수 탄소다발(5)로 된 탄소계 발열체(1)의 양단에 캡 형태의 전극(2)을 고정한 다음 진공밀폐용기(3)를 씌워 성형하는 구조로 이루어져 있다.

따라서 리드선(4) 및 전극(2)을 통해 탄소다발(5)에 전원이 인가됨에 따라 발열체인 상기 탄소다발(5)이 발열함에 따라 실내의 난방이 이루어지게 된다.

그러나 이러한 종래의 램프히터는 다음과 같은 여러 가지 문제점이 있었다.

첫째, 발열체인 탄소사의 양단에 전극을 감싸 고정하는 타입으로 되어 있어 전극을 통해 전원이 인가되어 발열체가 발열하는 과정에서 전극의 연결부에서 저항 이 증가함에 따라 고온의 발열로 산화되어 끊어지기 때문에 램프의 수명을 저하시키는 결과를 초래하게 되었다.

즉, 전극 연결부위에서 전극의 압착 고정에 따라 가늘어져 발열체의 단면적이 축소되므로 전원의 인가로 인해 발열하는 과정에서 전극의 고정부위가 고온으로 발열되어 끊어지게 된다.

둘째, 발열체인 탄소사를 여러 개의 다발의 수로 만들어 원하는 저항치를 얻도록 되어 있어 반드시 탄소사를 탄소실로 묶어야만 되었으므로 생산성이 떨어지게 된다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 활성탄소섬유 발열체를 발열체로 함과 동시에 전극이 연결 고정되는 활성탄소섬유 발열체의 부위를 특수 처리하여 전극의 연결부위에서는 발열이 이루어지지 않도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 진공상태를 유지하는 튜브의 내부에 발열체를 내장함과 동시에 상기 발열체의 양단에 전원을 인가하기 위한 전극을 고정하는 램프히터의 발열체와 전극연결방법에 있어서, 튜브에 내장되는 발열체가 무수히 많은 공간을 갖는 솜 형태로써, 섬유 및 활성탄소의 비율이 20:80이고 섬유의 표면적비가 1600㎡/g ∼ 2500㎡이며, 체적은 1.5g/㎤이하인 활성탄소섬유 발열체이고, 상기 활성탄소섬유 발열체의 양단에는 비전도성 코팅층을 도포하여 건조 한 후 상기 비전도성 코팅층에 전극을 각각 고정하는 것을 특징으로 하는 램프히터의 발열체와 전극연결방법이 제공된다.

본 발명은 종래의 램프히터에 비하여 다음과 같은 여러 가지 장점을 갖는다.

첫째, 활성탄소섬유 발열체의 양단에 비전도성 코팅층을 플라즈마 코팅방법에 의해 코팅한 다음 상기 비전도성 코팅층에 전극을 각각 연결하도록 되어 있어 활성탄소섬유 발열체가 발열하는 과정에서 비전도성 코팅층에 의해 전극의 연결부위에서는 전원의 인가에 따른 전류만이 흐를 뿐 고온으로 발열되지 않으므로 활성탄소섬유 발열체의 수명을 극대화하게 된다.

둘째, 발열체인 활성탄소섬유 발열체가 시트형태로 이루어져 있어 종래와 같이 여러 개의 다발로 묶을 필요가 없으므로 램프히터의 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 일 실시예로 도시한 도 4 내지 도 8을 참고하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명을 설명하기 위한 램프히터의 일부 분해 사시도이고 도 5는 본 발명에 적용되는 활성탄소섬유 발열체의 종단면도이며 도 6은 본 발명에 적용되는 활성탄소섬유 발열체의 확대 단면도로서, 본 발명에 적용되는 활성탄소섬유 발열체(12)는 시트형태로 이루어져 튜브(11)의 내부에 그대로 수용되거나, 또는 꽈배기형태로 꼬인 상태로 내장된다.

상기 활성탄소섬유 발열체(12)가 내장되는 튜브(11)는 유리, 수정, 석영 등 내열성을 갖는 재질이면 족하므로 반드시 이에 한정하지는 않는다.

상기한 활성탄소섬유 발열체(12)는 도 6에 나타낸 바와 같이 대략 그 형태가 솜 형태로써, 무수히 많은 미세 공간(13)을 갖도록 무작위로 직조된 섬유(14)에 미세 활성탄소(15)가 알갱이 형태로 달라붙어 있는 구조를 갖고 있다.

이러한 구조를 갖는 상기 활성탄소섬유 발열체(12)는 섬유(14) 및 활성탄소(15)의 비율이 20 : 80이 바람직하고 섬유의 표면적비는 1600㎡/g ∼ 2500㎡이며, 체적은 1.5g/㎤이하인데, 바람직하게는 섬유의 체적이 0.01 ∼ 0.6g/㎤정도이고 더욱 바람직하게는 0.05 ∼ 0.25g/㎤가 좋다.

이는, 섬유(14)의 체적이 적을수록 공극(空隙)이 커지므로 발열효율을 증대시키기 때문이다.

상기 활성탄소섬유 발열체(12)의 양단에 비전도성 코팅층(16)을 도포한 다음 건조 한 후 상기 비전도성 코팅층(16)에 전극(17)을 각각 고정하도록 되어 있는데, 상기 비전도성 코팅층(16)은 난연물질을 플라즈마 코팅방법에 의해 도포하는 것이 내구성을 가지므로 보다 바람직하다.

따라서 상기 활성탄소섬유 발열체(12)의 양단에 도포된 비전도성 코팅층(16)에 전원선(18)과 연결된 전극(17)을 각각 고정한 상태에서 이들을 튜브(11)의 내부에 넣고 불활성가스 또는 할로겐가스를 채워 저압의 분위기가 되도록 한 다음 봉입하면 본 발명의 램프히터가 완성된다.

이러한 상태에서 활성탄소섬유 발열체(12)로부터 발열이 이루어지도록 전원선(18) 및 전극(17)을 통해 활성탄소섬유 발열체(12)에 전원을 인가하면 상기 활성탄소섬유 발열체(12)를 이루는 활성탄소(15)에 의해 발열이 이루어져 실내의 난방이 이루어지게 되는데, 이 때 상기 전극(17)이 고정된 활성탄소섬유 발열체(12)의 양단에는 비전도성 코팅층(16)이 형성되어 있어 고온으로 발열되지 않고 전류만이 흘러 비전도성 코팅층(16)이 도포되지 않은 부위에서만 고온으로 발열되므로 전극(17)의 연결부위에서 고온에 의한 단락현상이 발생되지 않는다.

또한, 상기한 바와 같은 동작으로 램프히터에서 발열이 이루어지면 활성탄소섬유 발열체(12)의 섬유(14)에 달라붙은 미세 알갱이 형태의 활성탄소(15)에서 원적외선을 방사하게 되는데, 시험 결과 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이 원적외선의 방사율이 90％ 이상으로 안정되게 방사되므로 사용자의 피로 회복은 물론이고 인체의 신진대사를 촉진시킴을 알 수 있었다.

시험 결과를 아래의 [표] 에 나타내면 다음과 같다.

[표]

[비고] 본 시험결과는 FT-IR 스팩트로메타(spectrometer)를 이용한 Black Body 대비 측정 결과임.

도 1은 일반적인 탄소계 발열체를 나타낸 종단면도

도 2는 도 1에 사용되는 단위 발열체의 사시도

도 3은 3개의 단위 발열체를 묶은 상태의 사시도

도 4는 본 발명을 설명하기 위한 램프히터의 일부 분해 사시도

도 5는 본 발명에 적용되는 활성탄소섬유 발열체의 종단면도

도 6은 본 발명에 적용되는 활성탄소섬유 발열체의 확대 단면도

도 7은 본 발명에 적용된 활성탄소섬유 발열체에서 원적외선이 방사되는 상태를 나타낸 그래프

도 8은 본 발명에 적용된 활성탄소섬유 발열체의 적외선 열 화상 측정사진

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11 : 튜브 12 : 활성탄소섬유 발열체

13 : 공간 14 : 섬유

15 : 활성탄소 16 : 비전도성 코팅층

17 : 전극 18 : 전원선

Claims

진공상태를 유지하는 튜브의 내부에 발열체를 내장함과 동시에 상기 발열체의 양단에 전원을 인가하기 위한 전극을 고정하는 램프히터의 발열체와 전극연결방법에 있어서, 튜브(11)에 내장되는 발열체는 무수히 많은 공간(13)을 갖는 솜 형태로써, 섬유(14) 및 활성탄소(15)의 비율이 20:80이고 섬유의 표면적비가 1600㎡/g ∼ 2500㎡이며, 체적은 1.5g/㎤이하인 활성탄소섬유 발열체(12)이고, 상기 활성탄소섬유 발열체(12)의 양단에는 비전도성 코팅층(16)을 도포하여 건조 한 후 상기 비전도성 코팅층(16)에 전극(17)을 각각 고정한 것을 특징으로 하는 램프히터의 발열체와 전극연결방법.
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