KR101129403B1 - 일측형 리드선이 구비된 탄소 발열체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 두 개의 전원선이 한 쪽 방향에 형성된 일자형의 탄소 발열체에 관한 것이다.
종래의 탄소 발열체는 장시간 사용에 의해 금속 와이어가 분리되거나 탄소 필라멘트에서 발생한 흑연가루에 의해 통전이 발생하여 탄소 발열체를 교체해야 하는 문제점이 있는데, 이를 해결하기 위하여 본 발명은 일자형으로 형성되어 양측이 밀봉된 석영관과, 상기 석영관의 외측 일방향으로 돌출된 한 쌍의 리드선과, 일측은 리드선에 연결되며 타측은 제1?제2내열전원선에 연결되는 제1?제2 연결편과, 상기 제1?제2내열전원선과 양 단이 연결되며 석영관의 내측에 나선형으로 구비된 탄소섬유를 포함하여 구성되되, 상기 제1내열전원선은 제1속관에 삽입된 상태에서 나선형을 이루는 탄소섬유의 내측 공간을 관통하여 제1단자에 의해 탄소섬유의 후단에 연결되고, 상기 제2내열전원선은 일측이 제2단자에 의해 탄소섬유의 전단에 연결되며, 하단부에는 탄소섬유에서 발생한 흑연가루가 제1내열전원선과 제2내열전원선을 통전시키는 것을 방지하기 위해 제2속관이 결합되는 것을 특징으로 하는 일측형 리드선이 구비된 탄소 발열체를 제안한다.
따라서, 본 발명에 의한 일측형 리드선이 구비된 탄소 발열체는 제1속관의 내측으로 제1내열전원선을 관통설치하고, 제2속관의 내측으로 제2내열전원선을 관통설치하여 하부로 침착되는 흑연가루가 제1?제2내열전원선에 직접 접촉되는 것을 차단함으로써 통전에 의한 고장을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 탄소섬유의 중심을 관통하는 제1내열전원선의 상측의 끝단에 소정의 지름을 갖는 반원 형상으로 절곡한 지지부를 형성하고, 상기 지지부의 선단은 석영관의 내주면에 밀착된 상태를 유지시킴으로써 탄소섬유가 석영관의 내주면에 밀착되지 않고 중심부에 안정된 위치를 유지하는 효과가 있다.

Description

일측형 리드선이 구비된 탄소 발열체{CARBON HEATING UNIT}
본 발명은 가열?건조장치 등에 설치되는 탄소 발열체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전원이 유입되는 1쌍의 리드선이 한 쪽 방향에 형성된 일측형 리드선이 구비된 탄소 발열체에 관한 것이다.
일반적으로 탄소(炭素 carbon)는 주로 무기질 또는 유기질의 흑연구조를 가진 탄소(카본)로 이루어진 것으로서, 형태로는 실로 만들어진 탄소사, 가루로 만들어진 파우더, 솜처럼 만들어진 탄소펠트, 고형화시킨 탄소봉 등으로 대별할 수 있으며, 이와 같은 탄소는 탄성과 강도가 크기 때문에 흔히 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다. 원료에 따라 폴리아크릴로니트릴(PAN)계, 피치계, 레이온계로 분류되나 PAN계와 레이온계가 거의 대부분을 차지한다.
일반적인 탄소 발열체는 탄소 성분으로 제작된 필라멘트를 이용한 것으로서, 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 추세다.
종래의 탄소 발열체는 내부가 밀봉되는 석영관(quartztube)과, 상기 석영관 내에 나선형 구조로 길게 배열된 탄소 필라멘트와, 상기 탄소 필라멘트의 양단부에서 상기 석영관의 양쪽으로 연결되는 금속 와이어와, 상기 금속 와이어와 전기적으로 연결되어 석영관의 양 측방의 외부로 노출되는 리드선으로 구성된다.
상기 석영관은 내부가 밀봉되어, 상기 탄소 필라멘트가 250 ~ 300℃ 이상에서 산화하지 않도록 밀봉된 내부에 진공 또는 불활성 가스가 채워져 있다.
최근에는 전원을 공급하는 두 개의 리드선이 모두 한 방향에 형성된 일측형 단자가 구비된 탄소 발열체(특허출원 제10-2008-0103689호)가 제안되고 있으나, 이러한 탄소 발열체는 금속 와이어가 내부에서 U자 형으로 절곡된 구조를 형성하여 제작이 어려울 뿐만 아니라, 금속 와이어와 탄소 필라멘트를 연결하는 결합구의 접속구조가 단순하여 외부의 충격 또는 순간적인 과전압에 의해 결합구와 금속 와이어가 분리되거나, 장시간 사용에 의해 탄소 필라멘트에서 발생한 흑연가루가 1쌍의 금속 와이어를 서로 통전시켜 제품의 불량이 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 장시간의 사용에도 결합구와 내열전원선이 분리되지 않아 수명을 연장할 수 있는 일측형 리드선이 구비된 탄소 발열체를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 제1속관의 내측으로 제1내열전원선을 관통설치하고, 제2속관의 내측으로 제2내열전원선을 관통설치하여 하부로 침착되는 흑연가루가 제1?제2내열전원선에 직접 접촉되는 것을 차단함으로써 통전에 의한 고장을 미연에 방지할 수 있는 일측형 리드선이 구비된 탄소 발열체를 제공함에 다른 목적이 있다.
본 발명에 의한 일측형 리드선이 구비된 탄소 발열체는 일자형으로 형성되어 양측이 밀봉된 석영관과, 상기 석영관의 외측 일방향으로 돌출된 한 쌍의 리드선과, 일측은 리드선에 연결되며 타측은 제1?제2내열전원선에 연결되는 제1?제2 연결편과, 상기 제1?제2내열전원선과 양 단이 연결되며 석영관의 내측에 나선형으로 구비된 탄소섬유를 포함하여 구성되되, 상기 제1내열전원선은 제1속관에 삽입된 상태에서 나선형을 이루는 탄소섬유의 내측 공간을 관통하여 제1단자에 의해 탄소섬유의 후단에 연결되고, 상기 제2내열전원선은 일측이 제2단자에 의해 탄소섬유의 전단에 연결되며, 하단부에는 탄소섬유에서 발생한 흑연가루가 제1내열전원선과 제2내열전원선을 통전시키는 것을 방지하기 위해 제2속관이 결합되는 것을 그 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 의한 일측형 리드선이 구비된 탄소 발열체는 제1속관의 내측으로 제1내열전원선을 관통설치하고, 제2속관의 내측으로 제2내열전원선을 관통설치하여 하부로 침착되는 흑연가루가 제1?제2내열전원선에 직접 접촉되는 것을 차단함으로써 통전에 의한 고장을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 탄소섬유의 중심을 관통하는 제1내열전원선의 상측의 끝단에 소정의 지름을 갖는 반원 형상으로 절곡한 지지부를 형성하고, 상기 지지부의 선단은 석영관의 내주면에 밀착된 상태를 유지시킴으로써 탄소섬유가 석영관의 내주면에 밀착되지 않고 중심부에 안정된 위치를 유지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일측형 리드선이 구비된 탄소 발열체를 도시한 정면도,
도 2는 본 발명에 의한 탄소 발열체의 상단부를 도시한 부분 확대도,
도 3은 본 발명에 의한 탄소 발열체의 하단부를 도시한 부분 확대도,
도 4는 본 발명에 의한 결합구와 내열전원선의 결합구조를 나타낸 확대도,
도 5는 도 4의 V-V선 단면도.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 통해 상세히 설명한다.
본 발명의 일측형 리드선이 구비된 탄소 발열체는 도 1에서 도시한 바와 같이 일자형으로 형성되며 상측과 하측이 밀봉된 투명한 유리재질의 석영관(10)이 구비되며, 특히 상기 석영관(10)의 하측에는 내부에 제1연결편(21) 및 제2연결편(21a)이 삽입된 상태에서 가열 압착에 의해 밀봉된 압착부(11)가 형성되어 있다.
이때, 상기 석용관(10)의 내측에는 탄소섬유에서 발생되는 고열에 대한 안정성과 탄소섬유의 낙진을 억제하기 위해 질소(N2)가 충진된다.
또한, 상기 압착부(11)의 제1연결편(21) 및 제2연결편(21a)의 일측에는 몰리브덴 등의 도전성 금속재질로 이루어진 한 쌍의 리드선(20)이 연결되어 석영관(10)의 외측으로 돌출되며, 타측에는 석영관(10)의 내측에 구비된 제1내열전원선(22)과 제2내열전원선(22a)이 각각 연결되어 있다.
상기 제1내열전원선(22)과 제2내열전원선(22a)은 직접적으로 고열에 노출되므로 용융온도가 2600℃ 이상인 몰리브덴으로 이루어지며, 상기 제1연결편(21) 및 제2연결편(21a) 역시 몰리브덴을 압연 등을 통해 얇게 편(일 실시례로 0.01～0.05 T) 몰리브덴 포일(foil)로 이루어지는 것이 바람직하다.
특히, 전원의 안정적인 공급과 순간적인 과전압에 의한 단락을 방지하기 위해 전원이 유입되는 제1연결편(21)은 제2연결편(21a)보다 1.5배 이상 넓은 면적으로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1내열전원선(22)은 탄소섬유(30)에 직접 접촉되는 것을 차단하기 위해 제1속관(40)의 내측에 삽입된 상태에서 나선형으로 형성된 탄소섬유(30)의 내부공간을 관통하여 탄소섬유(30)의 끝단에 연결되고, 상기 제2내열전원선(22a)은 제2속관(40a)의 내측에 삽입된 상태에서 탄소섬유(30)의 전단에 연결된다.
따라서 외부로 돌출된 1쌍의 리드선(20)에 전원을 공급하게 되면 탄소섬유(30)가 발열을 하게 되어 본 발명의 탄소 발열체를 각종 가열?난방?건조 장치 등에 설치할 수 있는 것이다.
한편, 본 발명에서는 상기 제1내열전원선(22)과 제2내열전원선(22a)을 탄소섬유(30)에 견고하게 연결하기 위해 동일한 구조로 이루어진 제1단자(31)와 제2단자(31a)가 구비되어 있다.
즉, 탄소섬유(30)의 상측 끝단과 제1내열전원선(22)의 일측은 제1단자(31)에 의해 고정되어 전기적으로 접속하게 되며, 탄소섬유(30)의 하측 전단과 제2내열전원선(22a)의 일측은 제2단자(31a)에 의해 고정되어 전기적으로 접속하게 된다.
이때, 상기 제1내열전원선(22)의 상측의 끝단은 도 2에 도시된 바와 같이, 소정의 지름을 갖는 반원 형상으로 절곡 형성되어 지지부(24)를 이루고, 상기 지지부(24)의 선단은 석영관(10)의 내주면에 밀착된 상태를 유지하게 된다.
이에 따라 탄소섬유(30)가 석영관(10)의 내주면에 밀착되지 않고 중심부에 안정된 위치를 유지하게 된다.
또한, 상기 제1속관(40)은 석영관(10)의 바닥과 접촉되는 것을 방지할 수 있도록 이격된 상태를 유지하여야 하는데, 이를 위해 본 발명에서는 제1속관(40)의 하강을 방지할 수 있도록 도 3에서 도시한 바와 같이 제1내열전원선(22)의 하단부를 절곡하여 반원 형상을 이룬 하강방지부(23)를 형성하였다.
또한, 도 3에서와 같이 탄소발열체를 장시간 사용하는 경우 탄소섬유(30)의 흑연가루(30a)가 낙하하여 석영관(10)의 내부 하측에 침전되면 이격된 두 개의 내열전원선(22)(22a)이 서로 통전되어 탄소 발열체가 고장 나는 일이 종종 발생하게 된다.
본 발명에서는 제2내열전원선(22a)의 하측부에 제2속관(40a)이 결합되어 있으므로, 흑연가루(30a)에 의해 제1내열전원선(22) 및 제2내열전원선(22a)이 전기적으로 통전되는 것을 방지하게 된다.
한편, 상기 제2내열전원선(22a)은 일측이 제2단자(31a)에 의해 탄소섬유(30)의 전단에 연결되는데, 종래에는 외부의 진동 또는 충격이 반복적으로 전달되거나, 순간적인 과전압이 유입되는 경우 연결부위에 단락이 발생되는 경우가 있었다.
이를 개선하기 위한 본 발명에서는 도 4 및 도 5에서 도시한 바와 같이 제2단자(31a)를 이루는 하측고정편(32a)과 상측고정편(33a)의 사이에 제2내열전원선(22a)와 탄소섬유(30)이 서로 밀착되게 설치한다.
그리고 상기 하측고정편(32a)의 양단을 도 5와 같이 상방으로 절곡하여 상측고정편(33a)의 상면 양측을 압착할 수 있도록 함에 따라 제2내열전원선(22a) 및 탄소섬유(30)를 고정할 수 있다. 이때, 상기 하측고정편(32a)에는 용접부(32b)가 형성되어 있고, 상기 상측고정편(33a)에는 절개부(33b)가 형성되어 있어, 이를 이용하여 상기 제2내열전원선(22a)을 하측고정편(32a)에 여러 곳에 걸쳐 스폿(spot) 용접할 수 있다.
이때, 상측고정편(33a)에는 복수의 절개홈(도면미표시)이 구비되어 하측고정편(32a)의 압착시 탄소섬유(30)와의 밀착성을 강화할 수도 있다.
상기와 같은 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.
10 : 석영관 11 : 압착부
20 : 리드선 21 : 제1연결편
21a: 제2연결편 22 : 제1내열전원선
22a: 제2내열전원선 23 : 하강방지부
24 : 지지부
30 : 탄소섬유 30a: 흑연가루
31 : 제1단자 31a: 제2단자
32a: 하측고정편 32b: 용접부
33a: 상측고정편 33b: 절개부
40 : 제1속관 40a : 제2속관

Claims (5)

  1. 일자형으로 형성되어 양측이 밀봉된 석영관의 내측에 발열원으로서 탄소섬유가 구비된 탄소발열체에 있어서,
    상기 석영관(10)의 외측 일방향으로는 외부의 전원을 공급하기 위한 한 쌍의 리드선(20)이 돌출 형성되고, 상기 한쌍의 리드선(20)은 석영관(10)의 내측에서 각각 제1?제2 연결편(21)(21a) 및 제1?제2내열전원선(22)(22a)에 의해 석영관(10)의 내측에 나선형으로 구비된 탄소섬유(30)의 양단에 전기적으로 도통가능하도록 연결되되,
    상기 제2내열전원선(22a)은 제2단자(31a)에 의해 탄소섬유(30)의 전단에 직접 연결되고, 상기 제1내열전원선(22)은 제1속관(40)에 삽입된 상태에서 나선형을 이루는 탄소섬유(30)의 내측 공간을 관통하여 제1단자(31)에 의해 탄소섬유(30)의 후단에 연결되며,
    상기 제2내열전원선(22a)의 하단부에는 탄소섬유(30)에서 발생한 흑연가루가 제1내열전원선(22)과 제2내열전원선(22a)을 통전시키는 것을 방지하기 위해 제2속관(40a)이 결합되고, 상기 제1내열전원선(22)은 제1속관(40)이 석영관(10)의 바닥과 밀착되는 것을 방지할 수 있도록 하단 일측이 반원형으로 절곡된 하강방지부(23)가 형성되는 것을 특징으로 하는 일측형 리드선이 구비된 탄소 발열체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1?제2 연결편(21)(21a)은 몰리브덴을 압연 또는 압착에 의해 얇게 편 몰리브덴 포일(foil)로 이루어지며, 석영관(10)의 하측에 삽입된 상태에서 가열 압착에 의해 밀봉되되,
    전원의 안정적인 공급과 순간적인 과전압에 의한 단락을 방지하기 위해 전원이 유입되는 제1연결편(21)은 제2연결편(21a)보다 1.5배 이상 넓은 면적으로 구성되는 것을 특징으로 하는 일측형 리드선이 구비된 탄소 발열체.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1내열전원선(22)은 끝단이 절곡 형성되어 석영관(10)의 내측면에 밀착되는 지지부(24)를 형성하는 것을 특징으로 하는 일측형 리드선이 구비된 탄소 발열체.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제2단자(31a)는 하측고정편(32a)과 상측고정편(33a)의 사이에 제2내열전원선(22a)와 탄소섬유(30)의 끝단이 서로 밀착되게 설치되고, 상기 하측고정편(32a)의 양단을 상방으로 절곡하여 상측고정편(33a)의 상면 양측을 압착하여 제2내열전원선(22a) 및 탄소섬유(30)를 고정하되,
    상기 하측고정편(32a)에는 용접부(32b)가 형성되어 있고, 상기 상측고정편(33a)에는 절개부(33b)가 형성되어, 상기 제2내열전원선(22a)을 하측고정편(32a)의 복수 위치에 스폿(spot) 용접하는 것을 특징으로 하는 일측형 리드선이 구비된 탄소 발열체.
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