KR100945235B1 - 반도체 발열기의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 발열기의 제조방법에 관한 것으로,

내열성이고 절연체인 수정(水晶), 유리, 도토(陶土) 중에서 어느 하나의 재질을 원료로 하여 원통형이나 평판형으로 제조된 발열체의 상,하단에 상,하부 고무밴드를 고정 부착시키게 되는 고무밴드 부착단계;

상기 고무밴드 부착단계에서 고정 부착된 상,하부 고무밴드 사이에 노출되어 있는 상기 발열체의 표면 전체가 고르게 거칠어진 부식면이 형성되도록 상기한 표면에 다이아몬드사를 공압으로 분사하여 부식시키는 샌딩처리단계;

미립자상의 금속규소가루에 소정 비율의 은가루를 혼합한 후 물에 풀어서 스프레이건을 이용하여 분사가능하도록 묽게 반죽한 다음, 이를 상기 샌딩처리단계에서 거칠게 부식처리된 발열체의 부식면 전체에 고르게 분사하되, 분사된 은가루 및 금속규소가루가 흘러내리지 않을 정도로 상기 발열체의 부식면에 고르게 피복된 상태가 되면 분사작동을 일시 중단하고, 이어서 상기 발열체의 부식면에 피복된 은가루와 금속규소가루를 가열건조하여 수분은 증발시키고 은가루와 금속규소가루는 상기 발열체의 부식면에 부착되어 있도록 하는 작업을 1회 이상 반복하여 상기 발열체의 부식면에 은가루가 혼합된 금속규소층을 소정 두께로 피복시키는 금속규소층 피복단계;

미립자상의 탄화규소가루, 무기게르마늄가루 중 어느 하나 종류의 가루만으로 구성되거나 또는 두 종류의 가루를 소정 비율로 혼합 구성하여서 된 반도체가루 에다 소정 비율의 은가루를 혼합한 후 물에 풀어서 스프레이건을 이용하여 분사가능하도록 묽게 반죽한 다음, 이를 상기 금속규소층 피복단계에서 발열체의 부식면에 피복된 금속규소층의 표면 전체에 고르게 분사하되, 분사된 은가루와 반도체가루가 흘러내지지 않을 정도로 상기 금속규소층의 표면에 고르게 피복된 상태가 되면 분사작동을 일시 중단하고, 이어서 상기 금속규소층의 표면에 피복된 은가루와 반도체가루를 가열건조하여 수분은 증발시키고 은가루와 반도체가루는 상기 금속규소층의 표면에 부착되도록 하는 작업을 1회 이상 반복하여 상기 금속규소층의 표면에 은가루가 혼합된 반도체층을 소정 두께로 피복시키는 반도체층 피복단계;

상기 반도체층 피복단계를 거친 발열체의 상,하단에 부착되어 있는 상,하부 고무밴드를 벗겨내고, 가열로에서 900∼1400℃의 고온으로 가열하여 상기 발열체의 부식면에 차례로 피복된 금속규소층과 반도체층이 단단하게 부착되도록 응결시키는 가열단계;

상기 가열단계를 거친 발열체의 부식면에 단단하게 부착된 반도체층의 상,하단에 전기를 통전시키기 위한 상,하부 동선밴드를 부착시키는 동선밴드 부착단계;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 발명이다.

반도체 발열기, 발열체, 고무밴드, 샌딩처리단계, 금속규소층 피복단계, 반도체층 피복단계, 가열단계, 동선밴드

Description

반도체 발열기의 제조방법{Manufacturing method of semiconductor heater}

본 발명은 보일러 내부를 순환하는 온수를 가열하는 용도로 사용되거나 또는 실내를 난방하는 용도로 사용될 수 있는 반도체 발열기의제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 냉수를 가열하여 온수를 생산 공급하는 보일러는 주로 유류나 가스를 연료로 하고 있는바, 이러한 보일러는 고유가 시대에서는 연료비가 많이 들게 되므로 비경제적이라는 것이 것이 단점으로 지적되고 있으며, 근래에 와서는 전기를 열원으로 하는 열교환기를 이용한 전자보일러 등이 소개된 바 있으나, 종래의 전자보일러에서 열원으로 하는 전기히터의 전력소비가 높다는 점이 단점으로 지적되고 있다.

또한 실내를 난방하는 온풍기에 있어서도 유류나 가스를 연료로 할 경우에는 연료비가 많이 소요되어 비경제적이며, 전기에너지를 열원으로 하는 전기히터를 사용하여 실내를 난방하게 될 경우 전력소비가 높아져 이 역시 비경제적이라는 점이 단점으로 지적되고 있다.

본 발명은 상기와 같이 유류나 가스 및 전기에너지를 열원으로 하는 종래 기술에서 나타나는 제반 사항을 감안하여 제안된 것으로, 고유가 시대에 적은 소비전력으로도 냉수를 가열하여 뜨거운 온수를 공급하는 각종 보일러의 가열원통에 적용되는 원통형의 발열체를 제공하거나 또는 실내의 창문 및 벽면에 설치되어 열을 방출하여 실내를 난방하는데 적용되는 평판형의 발열체를 제공할 수 있도록 하는데 목적을 두고 발명한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

내열성이고 절연체인 수정(水晶), 유리, 도토(陶土) 중에서 어느 하나의 재질을 원료로 하여 원통형이나 평판형으로 제조된 발열체의 상,하단에 상,하부 고무밴드를 고정 부착시키게 되는 고무밴드 부착단계;

상기 고무밴드 부착단계에서 고정 부착된 상,하부 고무밴드 사이에 노출되어 있는 상기 발열체의 표면 전체가 고르게 거칠어진 부식면이 형성되도록 상기한 표면에 다이아몬드사를 공압으로 분사하여 부식시키는 샌딩처리단계;

미립자상의 금속규소가루에 소정 비율의 은가루를 혼합한 후 물에 풀어서 스프레이건을 이용하여 분사가능하도록 묽게 반죽한 다음, 이를 상기 샌딩처리단계에서 거칠게 부식처리된 발열체의 부식면 전체에 고르게 분사하되, 분사된 은가루 및 금속규소가루가 흘러내리지 않을 정도로 상기 발열체의 부식면에 고르게 피복된 상태가 되면 분사작동을 일시 중단하고, 이어서 상기 발열체의 부식면에 피복된 은가루와 금속규소가루를 가열건조하여 수분은 증발시키고 은가루와 금속규소가루는 상기 발열체의 부식면에 부착되어 있도록 하는 작업을 1회 이상 반복하여 상기 발열체의 부식면에 은가루가 혼합된 금속규소층을 소정 두께로 피복시키는 금속규소층 피복단계;

미립자상의 탄화규소가루, 무기게르마늄가루 중 어느 하나 종류의 가루만으로 구성되거나 또는 두 종류의 가루를 소정 비율로 혼합 구성하여서 된 반도체가루에다 소정 비율의 은가루를 혼합한 후 물에 풀어서 스프레이건을 이용하여 분사가능하도록 묽게 반죽한 다음, 이를 상기 금속규소층 피복단계에서 발열체의 부식면에 피복된 금속규소층의 표면 전체에 고르게 분사하되, 분사된 은가루와 반도체가루가 흘러내지지 않을 정도로 상기 금속규소층의 표면에 고르게 피복된 상태가 되면 분사작동을 일시 중단하고, 이어서 상기 금속규소층의 표면에 피복된 은가루와 반도체가루를 가열건조하여 수분은 증발시키고 은가루와 반도체가루는 상기 금속규소층의 표면에 부착되도록 하는 작업을 1회 이상 반복하여 상기 금속규소층의 표면에 은가루가 혼합된 반도체층을 소정 두께로 피복시키는 반도체층 피복단계;

상기 반도체층 피복단계를 거친 발열체의 상,하단에 부착되어 있는 상,하부 고무밴드를 벗겨내고, 가열로에서 900∼1400℃의 고온으로 가열하여 상기 발열체의 부식면에 차례로 피복된 금속규소층과 반도체층이 단단하게 부착되도록 응결시키는 가열단계;

상기 가열단계를 거친 발열체의 부식면에 단단하게 부착된 반도체층의 상,하단에 전기를 통전시키기 위한 상,하부 동선밴드를 부착시키는 동선밴드 부착단계;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 수정이나 유리 또는 도토 등을 원료로 하여 제조된 발열체는 그 표면에 은가루가 소정비율로 혼합된 금속규소가루층 및 반도체가루층 각각을 차례로 피복시키는 간단한 구조로 제작할 수 있으므로 기존의 보일러에서 냉수를 가열하는 가열장치에 비하여 구조가 간단하고 저렴한 제작비로 제조할 수 있으며, 또한 보일러에 설치되어 냉수를 뜨겁게 가열하는 용도로 적용되거나 또는 건물의 창문에 설치된 유리창이나 벽면에 부착된 타일 등의 내장재에 설치되어 실내를 난방하는 용도로 적용될시 적은 소비전력으로 냉수를 뜨거운 온수로 가열할 수 있을 뿐 아니라 실내의 창문이나 벽면에서 직접 뜨거운 열기를 방출하여 실내를 난방할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

본 발명에 의한 반도체 발열기의 제조방법에 대한 구체적인 실시예를 첨부한 도면에 따라서 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 반도체 발열기의 발열체를 원통형으로 구성한 일실시예의 일부 단면한 사시도이며, 도 2a∼도 2g는 본 발명의 원통형의 발열체를 실시예로 하여 반도체 발열기의 제조단계를 나타낸 제조공정도이고, 도 3은 본 발명의 반도체 발열기의 다른 실시예의 일부 단면한 사시도를 도시한 것이다.

도면부호 1은 반도체 발열기를 나타내는 것으로, 상기 반도체 발열기(1)는 내열성이고 절연체인 수정이나 유리 또는 도토 중에서 하나의 재질을 원료로 하여 제조되는 발열체로 구성되는 것으로, 상기 발열체는 도 1의 도시와 같이 원통형으로 형성된 발열체(2a) 및 도 3의 도시와 같이 평판형으로 제조된 발열체(2b)로 구분할 수 있다.

상기에서 원통형이나 평판형으로 제조된 발열체(2a)(2b) 각각의 표면에는 은가루가 포함된 금속규소층(3)과 반도체층(4)이 차례로 피복 형성되어 있으며, 상기 반도체층(4)의 상,하단에 상,하부 동선밴드(5a)(5b)가 부착되면 상기 발열체(2a)(2b)의 제조가 완료되는 것이다.

상기와 같이 제조된 발열체(2a)(2b)의 상,하단에 형성된 상,하부 동선밴드(5a)(5b) 각각에 전선을 연결하고 전원을 공급하게 되면 반도체층(4) 및 금속규소층(3)에 전기가 통전되면서 서서히 가열되며, 상기 반도체층(4) 및 금속규소층(3)은 일정온도로 가열된 상태가 되면 전기가 통하는 도체로 전환되어 전기통전이 활발하게 진행되면서 발열온도도 높아지게 되며, 이에 따라 원통형으로 형성된 발열체(2a)의 경우에는 보일러 등에 설치되어 냉수를 뜨겁게 가열하여 온수를 공급하는 용도로 사용할 수 있으며, 평판형으로 형성된 발열체(2b)의 경우에는 실내의 창문에 설치되는 유리창의 표면이나 벽면에 부착되는 타일의 표면에서 직접 열기를 방출하여 실내를 난방하는 용도로 사용할 수 있게 되는 것이다.

이하, 본 발명의 반도체 발열기(1)를 제조하는 공정을 도 2a∼도 2g의 도시와 같이 원통형의 발열체(2a)를 실시예로 하여 제조단계별로 설명하기로 한다.

< 고무밴드 부착단계 >

이 단계는 원통형의 발열체(2a)의 표면 상,하단에 상,하부 고무밴드(21)(22)를 고정 부착시키는 단계이다.

상기 발열체(2a)에 부착된 상,하부 고무밴드(21)(22)는 후술하는 샌딩처리단계에서 다이아몬드사로 샌딩처리하는 영역을 설정해주는 작용과 함께 샌딩처리로 거칠게 형성된 부식면(23)에 묽게 반죽된 은가루와 금속규소가루를 스프레이건으로 분사하여 부착시킬 때 상기한 은가루와 금속규소가루가 흘러내지 못하도록 하는 작용을 한다.

< 샌딩처리단계 >

이 단계는 전 단계인 고무밴드 부착단계에서 부착된 상,하부 고무밴드(21)(22) 사이에 노출된 상기 발열체(2a)의 표면에 다이아몬드사를 공압과 함께 분사하여 발열체(2a)의 표면이 고르게 거칠어진 상태로 부식처리된 부식면(23)을 형성시키는 단계이다.

< 금속규소층 피복단계 >

이 단게는 상기 샌딩처리단계에서 부식처리된 부식면(23)에 은가루가 혼합된 금속규소층(3)을 형성시키는 단계이다.

상기 금속규소층(3)은 미립자상의 금속규소가루에다 소정 비율의 은가루를 혼합한 후 물에 풀어서 반죽하는데, 이때의 반죽상태는 스프레이건을 이용하여 분 사가능한 상태로 묽게 반죽한 다음, 그 반죽물을 전 단계인 샌딩처리단계에서 거칠게 부식처리된 부식면(23)에 고르게 분사하되, 묽은 상태로 반죽된 은가루와 금속규소가루가 흘러내리지 않을 정도로 상기 부식면(23)에 고르게 피복시킨 상태가 되었을 때에는 분사작동을 일시 중단하고, 곧바로 상기 발열체(2a)의 부식면(23)에 피복된 은가루와 금속규소가루를 가열건조하여 수분은 증발시키고 은가루와 금속규소가루만 상기 부식면(23)에 부착된 상태가 되도록 하는 작업을 1회 이상으로 반복하게 되면 상기 발열체(2a) 표면의 부식면(23)에는 소정 두께를 갖는 금속규소층(3)이 피복 형성되는 것이다.

상기에서 발열체(2a) 표면의 부식면(23)에 소정 두께로 피복 형성된 금속규소층(3)은 금속규소가루에 은가루가 소정 비율로 혼합된 상태인데, 상기 금속규소가루에 혼합되어 있는 은가루는 후술하는 상,하부 동선밴드(5a)(5b)를 통해 전기를 공급하게 될 때 금속규소층(3)에 전기가 흐를 수 있도록 하는 정도의 량으로 혼합되면 만족하는 것이다.

예를 들어, 상기 금속규소층(3)을 형성하는 금속규소가루가 은가루의 혼합비율보다 많이 혼합되었을 경우에는 전기저항이 높아지므로 발열량도 높아지게 되며, 이와 반대로 금속규소가루가 은가루의 혼합비율보다 적을 경우에는 전기저항이 낮아지게 되므로 발열량도 낮아지게 된다.

따라서 상기 금속규소층(3)을 형성하는 금속규소가루와 은가루의 혼합비율은 상기 발열체(2a)의 발열량이 높고 낮아짐에 따라 변하게 되는 것이므로 상기 금속규소층 피복단계에서는 상기 발열체(2a)의 부식면(23)에 피복 형성되는 금속규소 층(3)에서 금속규소가루와 은가루의 혼합비율에 대하여서는 특정하지 아니하였다.

< 반도체층 피복단계 >

이 단계는 상기 금속규소층 피복단계에서 발열체(2a)의 부식면(23)에 소정 두께로 피복 형성된 금속규소층(3)의 표면에 반도체층(4)을 소정 두께로 피복 형성시키는 단계이다.

상기 반도체층(4)은 미립자상의 탄화규소가루와 무기게르마늄가루가 소정 비율로 혼합되어 구성되거나 또는 탄화규소가루 및 무기게르마늄가루 중 어느 하나의 가루만으로 구성될 수 있는데, 그 이유 중 하나는 한국 기준으로 볼 때 탄화규소는 발열량이 낮은 반면에 가격이 싸고, 무기게르마늄은 발열량이 높은 반면에 가격이 비싸기 때문에 상기 반도체 발열기(1)의 용도 및 품질에 따라 상기 탄화규소가루와 무기게르마늄가루의 혼합비율을 조절하여 반도체층(4)을 형성할 수 있으며, 또는 상기 탄화규소가루 및 무기게르마늄가루 중 어느 하나의 가루만으로 반도체층(4)을 형성할 수 있는 것이다.

상기에서 금속규소층(3)의 표면에 소정 두께로 피복 형성되는 반도체층(4)은 탄화규소가루와 무기게르마늄가루를 소정 비율로 혼합된 상태이거나 또는 상기 탄화규소가루 및 무기게르마늄가루 중 어느 하나의 가루만을 물에 풀어서 반죽함에 있어 스프레이건을 이용해서 분사할 수 있을 정도로 묽게 반죽하고, 이와 같이 묽게 반죽된 반도체가루반죽물을 상기 금속규소층(3)의 표면에 고르게 분사하는데, 이때 상기 금속규소층(3)의 표면으로 분사된 반도체가루반죽물이 흘러내리지 않을 정도로 분사한 후에는 준사작동을 일시 중단하고 상기 금속규소층(3) 표면에 부착 되어 있는 반도체가루반죽물을 가열건조하여 수분은 증발시키고 반도체가루만 부착되어 있도록 하는 작업을 1회 이상으로 반복하게 되면 상기 금속규소층(3)의 표면에 반도체가루로 된 반도체층(4)을 소정 두께로 피복 형성시키게 된다.

한편, 상기와 같이 금속규소층(3)의 표면에 소정 두께로 피복 형성되는 반도체층(4)을 구성하는 반도체가루(탄화규소 및 무기게르마늄)에 혼합되는 은가루는 상기 금속규소층 피복단계에서와 같이 반도체층(4)의 발열량에 따라 조절되는 것이므로 상기 반도체층 피복단계에서도 은가루의 혼합비율을 특정하지 아니하였다.

또한 상기에서 금속규소층(3)의 표면에 흘러내리지 않도록 분사된 반도체가루반죽물을 가열건조는 직화가열건조방법이 사용될 수 있다. 예를 들면, 도치램프와 같이 노즐에서 분사되는 화염으로 직접 가열하게 되면 가열건조시간을 단축시키면서 반도체가루를 금속규소층(3)의 표면에 단단하게 부착시킬 수 있게 된다.

< 가열단계 >

이 단계는 상기 반도체층 피복단계를 거친 발열체(2a)의 표면 상,하단에 부착되어 있는 상,하부 고무밴드(21)(22)를 떼어내고, 이어서 상기 발열체(2a)를 가열로에 투입하여 낮은 온도에서부터 가열하기 시작하여 900∼1400℃의 고온으로 가열하는 단계로서, 이와 같이 가열로에 투입된 발열체(2a)를 고온으로 가열하게 되면 상기 발열체(2a)의 표면 즉, 부식면(23)에 차례로 부착되어 있는 금속규소층(3)과 반도체층(4)이 단단하게 부착되어 강한 표면강도를 가지도록 응결되는 것이다.

< 동선밴드 부착단계 >

이 단계는 상기 가열단계를 거친 발열체(2a)의 부식면(23)에 차례대로 피복 형성된 금속규소층(3) 및 반도체층(4)에 전기를 공급하기 위하여 (+)(-)전선이 연결되는 상,하부 동선밴드(5a)(5b)를 상기 반도체층(4)의 상,하단에 부착시키는 단계이다.

상기와 같이 상,하부 동선밴드(5a)(5b)를 부착시키게 되면 발열체(2a)의 제조공정이 완료되는 것이며, 또한 상기 원통형의 발열체(2a)를 제조하는 각 공정별 단계는 도 3에 도시된 평판형의 발열체(2b)를 제조하는 공정에도 똑같이 적용되는 것이며, 도 3의 실시예에 도시된 평판형의 발열체(2b)의 표면에 형성되는 각 구성요소의 부호는 원통형의 발열체(2a)와 같은 부호를 사용하였다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제조방법으로 제조되는 반도체 발열기(1)는 사용용도 즉, 보일러에 적용되어 냉수를 온수로 가열하는 용도로 사용하고자 할 때에는 원통형의 발열체(2a)를 보일러에 적용하게 되면 낮은 소비전력으로도 뜨거운 온수를 얻을 수 있는 것이며, 또는 실내의 창문의 유리창이나 벽면의 타일 등을 이용하여 실내를 난방하고자 할 때에는 평판형의 발열체(2b)를 유리창이나 타일 등에 적용하게 될 경우에도 낮은 소비전력으로 실내를 따뜻하게 난방할 수 있게 되는 것이다.

도 1은 본 발명의 반도체 발열기의 발열체를 원통형으로 구성한 일실시예의 일부 단면한 사시도.

도 2a∼도 2g는 본 발명의 원통형의 발열체를 실시예로 하여 반도체 발열기의 제조단계를 나타낸 제조공정도.

도 3은 본 발명의 반도체 발열기의 다른 실시예의 일부 단면한 사시도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 반도체 발열기 2a,2b : 발열체

21,22 : 상,하부 고무밴드 23 : 부식면

3 : 금속규소층 4 : 반도체층

5a,5b : 상,하부 동선밴드

Claims (1)

1. 내열성이고 절연체인 수정(水晶), 유리, 도토(陶土) 중에서 어느 하나의 재질을 원료로 하여 원통형이나 평판형으로 제조된 발열체의 상,하단에 상,하부 고무밴드를 고정 부착시키게 되는 고무밴드 부착단계;

   상기 고무밴드 부착단계에서 고정 부착된 상,하부 고무밴드 사이에 노출되어 있는 상기 발열체의 표면 전체가 고르게 거칠어진 부식면이 형성되도록 상기한 표면에 다이아몬드사를 공압으로 분사하여 부식시키는 샌딩처리단계;

   미립자상의 금속규소가루에 소정 비율의 은가루를 혼합한 후 물에 풀어서 스프레이건을 이용하여 분사가능하도록 묽게 반죽한 다음, 이를 상기 샌딩처리단계에서 거칠게 부식처리된 발열체의 부식면 전체에 고르게 분사하되, 분사된 은가루 및 금속규소가루가 흘러내리지 않을 정도로 상기 발열체의 부식면에 고르게 피복된 상태가 되면 분사작동을 일시 중단하고, 이어서 상기 발열체의 부식면에 피복된 은가루와 금속규소가루를 가열건조하여 수분은 증발시키고 은가루와 금속규소가루는 상기 발열체의 부식면에 부착되어 있도록 하는 작업을 1회 이상 반복하여 상기 발열체의 부식면에 은가루가 혼합된 금속규소층을 소정 두께로 피복시키는 금속규소층 피복단계;

   미립자상의 탄화규소가루, 무기게르마늄가루 중 어느 하나 종류의 가루만으로 구성되거나 또는 두 종류의 가루를 소정 비율로 혼합 구성하여서 된 반도체가루에다 소정 비율의 은가루를 혼합한 후 물에 풀어서 스프레이건을 이용하여 분사가 능하도록 묽게 반죽한 다음, 이를 상기 금속규소층 피복단계에서 발열체의 부식면에 피복된 금속규소층의 표면 전체에 고르게 분사하되, 분사된 은가루와 반도체가루가 흘러내지지 않을 정도로 상기 금속규소층의 표면에 고르게 피복된 상태가 되면 분사작동을 일시 중단하고, 이어서 상기 금속규소층의 표면에 피복된 은가루와 반도체가루를 가열건조하여 수분은 증발시키고 은가루와 반도체가루는 상기 금속규소층의 표면에 부착되도록 하는 작업을 1회 이상 반복하여 상기 금속규소층의 표면에 은가루가 혼합된 반도체층을 소정 두께로 피복시키는 반도체층 피복단계;

   상기 반도체층 피복단계를 거친 발열체의 상,하단에 부착되어 있는 상,하부 고무밴드를 벗겨내고, 가열로에서 900∼1400℃의 고온으로 가열하여 상기 발열체의 부식면에 차례로 피복된 금속규소층과 반도체층이 단단하게 부착되도록 응결시키는 가열단계;

   상기 가열단계를 거친 발열체의 부식면에 단단하게 부착된 반도체층의 상,하단에 전기를 통전시키기 위한 상,하부 동선밴드를 부착시키는 동선밴드 부착단계;

   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 발열기의 제조방법.

Images