KR101321338B1 - 탄소나노튜브섬유 발열체 및 이 탄소나노튜브섬유 발열체를 이용한 발열장치 - Google Patents
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Abstract
탄소나노튜브섬유 발열체 및 이 탄소나노튜브섬유 발열체를 이용한 발열장치가 개시되어 있다.
개시된 탄소나노튜브섬유 발열체 및 이 탄소나노튜브섬유 발열체를 이용한 발열장치 중, 탄소나노튜브섬유 발열체는 다수의 탄소나노튜브섬유 가닥(11)을 격자모양으로 반복해서 띠 형상으로 직조하되, 띠의 폭(b)은 2 ~ 10cm, 길이(ℓ)는 40 ~ 100cm, 두께(t)는 0.1 ~ 5cm가 되게 직조하여 만들어진 것이다.
또한, 개시된 탄소나노튜브섬유 발열체 및 이 탄소나노튜브섬유 발열체를 이용한 발열장치 중, 발열장치는 밀봉상태의 열전도 케이스(20); 상기 열전도 케이스(20)의 내부에 내장되며, 맥반석, 게르마늄석, 점토 및 알루미나를 혼합하여 1800℃에서 12시간 소성한 세라믹 봉(30); 상기 세라믹 봉(30)의 외주를 따라 나선형으로 권선되는 상기 탄소나노튜브섬유 발열체(10); 상기 세라믹 봉(30)의 외주면과 상기 열전도 케이스(20)의 내주면 사이 공간에 충진되는 열매체(40); 상기 열전도 케이스(20)의 외주면과 일정 간격을 유지한 채 열전도 케이스(20)의 외부를 감싸고 있는 외부케이스(50); 상기 열전도 케이스(20)의 외주면과 외부케이스(50)의 내주면 사이 공간에 충진되는 물(60)을 포함하는 것이다.
개시된 탄소나노튜브섬유 발열체 및 이 탄소나노튜브섬유 발열체를 이용한 발열장치 중, 탄소나노튜브섬유 발열체는 다수의 탄소나노튜브섬유 가닥(11)을 격자모양으로 반복해서 띠 형상으로 직조하되, 띠의 폭(b)은 2 ~ 10cm, 길이(ℓ)는 40 ~ 100cm, 두께(t)는 0.1 ~ 5cm가 되게 직조하여 만들어진 것이다.
또한, 개시된 탄소나노튜브섬유 발열체 및 이 탄소나노튜브섬유 발열체를 이용한 발열장치 중, 발열장치는 밀봉상태의 열전도 케이스(20); 상기 열전도 케이스(20)의 내부에 내장되며, 맥반석, 게르마늄석, 점토 및 알루미나를 혼합하여 1800℃에서 12시간 소성한 세라믹 봉(30); 상기 세라믹 봉(30)의 외주를 따라 나선형으로 권선되는 상기 탄소나노튜브섬유 발열체(10); 상기 세라믹 봉(30)의 외주면과 상기 열전도 케이스(20)의 내주면 사이 공간에 충진되는 열매체(40); 상기 열전도 케이스(20)의 외주면과 일정 간격을 유지한 채 열전도 케이스(20)의 외부를 감싸고 있는 외부케이스(50); 상기 열전도 케이스(20)의 외주면과 외부케이스(50)의 내주면 사이 공간에 충진되는 물(60)을 포함하는 것이다.
Description
본 발명은 탄소나노튜브섬유 발열체 및 이 탄소나노튜브섬유 발열체를 이용한 발열장치에 관한 것이다.
특히, 저전력으로 고온의 열을 안정적으로 얻을 수 있고, 열효율이 우수하여 가정 및 산업용으로도 사용가능하여 화석연료 발열체에 의존되고 있는 것을 대체할 수 있으며, 지구온난화의 주범이 탄소배출량을 줄일 수 있는 탄소나노튜브섬유 발열체 및 이 탄소나노튜브섬유 발열체를 이용한 발열장치에 관한 것이다.
특히, 저전력으로 고온의 열을 안정적으로 얻을 수 있고, 열효율이 우수하여 가정 및 산업용으로도 사용가능하여 화석연료 발열체에 의존되고 있는 것을 대체할 수 있으며, 지구온난화의 주범이 탄소배출량을 줄일 수 있는 탄소나노튜브섬유 발열체 및 이 탄소나노튜브섬유 발열체를 이용한 발열장치에 관한 것이다.
지금까지 인류가 사용해 온 발열원은 대부분 화석연료가 그 중요한 위치를 점해왔다. 그러나 근래에 들어 화석연료의 단점을 극복하고자 전기 발열체가 여러 가지 형태로 개발되고 있으나 시장의 부응에는 제대로 대응치 못하고 있다. 그 이유는 가정용이든 산업용이든 간에 현재까지 개발된 전기 발열체는 최소한 10Kw/h에서 수십Kw 이상의 전기를 사용하기 때문에 특히 가정용은 누진세의 적용을 받으면 운영비가 올라가 경제성에서 문제가 있다. 그래서 주로 누진세의 적용을 받지 않는 상업용이나 공업용에 한정되어 사용되고 있다.
최근 탄소필름 발열체가 주목을 받고 있으나 공기를 만나면 고온에서 산화되는 문제점과 습기에 의한 단락의 문제, 전자파발생, 온수사용 불 가능이라는 난제를 안고 있어서 일반 가정용으로는 활성화되지 못하고 있다. 탄소를 이용한 발열장치는 산화를 막기 위하여 필름을 코팅해서 바닥에 시공하고 있으나 습기로 의한 단락현상이나, 전자파, 온수사용 불가능 그리고 점차 줄어드는 효율 등이 극복하기 어려운 과제가 산적해 있다.
또한, 탄소 발열체에서 발생한 열을 매체를 통하여 간접가열방식으로 내부의 물에 전달할 때는 소요시간이 길고 높은 효율이 나오지 않는 문제가 있으며, 일반적으로 전기 발열체의 발열체 주변에는 고온에 의한 기포와 기화현상에 의한 열효율저하가 문제이다. 탄소 발열체는 공기 중에서 산화되기 때문에 고온에서는 사용하기 어렵고, 고온발열체로 사용시에는 탄소재료를 산소로부터 차단한 가운데 사용해야 한다. 그리고 고온의 탄소 발열체를 사용하는 경우 발열체의 팽창과 수축에 따른 변화를 충분히 고려해야 한다.
한편, 일반적인 전기발열체의 열원 중에 니크롬선을 사용하는 경우는 지속적으로 사용할 경우 급격한 열효율저하, 많은 전력소모량, 표면부식이 잘된다는 것이 문제점이 있었다.
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본 발명은 상기의 문제점들을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 주요 목적은, 지속적으로 고온의 열을 발생시키는 탄소나노튜브섬유 발열체를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 탄소나노튜브섬유 발열체가 고온 발열을 할 때 변형이나 뒤틀림, 열팽창과 수축에 강하고, 안정적이며, 발열체에서 발생한 열이 흡수되지 않고 반사하여 열매체를 통하여 신속하게 외부로 열을 전달함으로써 높은 효율을 올릴 수 있는 탄소나노튜브섬유 발열체를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 난방면적 99m2를 기준으로 3kw/h 미만을 사용하여 온수와 난방을 동시에 충족시킬 수 있는 탄소나노튜브섬유 발열체를 이용한 발열장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 탄소나노튜브섬유 발열체가 고온 발열을 할 때 변형이나 뒤틀림, 열팽창과 수축에 강하고, 안정적이며, 발열체에서 발생한 열이 흡수되지 않고 반사하여 열매체를 통하여 신속하게 외부로 열을 전달함으로써 높은 효율을 올릴 수 있는 탄소나노튜브섬유 발열체를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 난방면적 99m2를 기준으로 3kw/h 미만을 사용하여 온수와 난방을 동시에 충족시킬 수 있는 탄소나노튜브섬유 발열체를 이용한 발열장치를 제공함에 있다.
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상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따르면,
다수의 탄소나노튜브섬유 가닥을 격자모양으로 반복해서 띠형상으로 직조하되, 띠의 폭은 2 ~ 10cm, 길이는 40 ~ 100cm, 두께는 0.1 ~ 5cm가 되게 직조하여 만들어진 탄소나노튜브섬유 발열체가 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 관점에 따르면,
상기에 기재된 탄소나노튜브섬유 발열체를 이용한 발열장치로서,
상기 발열장치는, 밀봉상태의 열전도 케이스; 상기 열전도 케이스의 내부에 내장되며, 맥반석, 게르마늄석, 점토 및 알루미나를 혼합하여 1800℃에서 12시간 소성한 세라믹 봉; 상기 세라믹 봉의 외주를 따라 나선형으로 권선되는 상기 탄소나노튜브섬유 발열체; 상기 세라믹 봉의 외주면과 상기 열전도 케이스의 내주면 사이 공간에 충진되는 열매체; 상기 열전도 케이스의 외주면과 일정 간격을 유지한 채 열전도 케이스의 외부를 감싸고 있는 외부케이스; 상기 열전도 케이스의 외주면과 외부케이스의 내주면 사이 공간에 충진되는 물을 포함하는 탄소나노튜브섬유 발열체를 이용한 발열장치가 제공된다.
또한, 본 발명은 상기 세라믹 봉의 외주면에는 상기 탄소나노튜브섬유 발열체가 권선되는 권선홈이 형성된 것을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 외부케이스의 일측에는 그 내부에 충진된 물이 외부로 배출되도록 배출포트가 형성되고, 상기 배출포트 상에는 물을 외부로 강제순환시키기 위한 순환펌프가 설치된 것을 더 포함할 수 있다.
다수의 탄소나노튜브섬유 가닥을 격자모양으로 반복해서 띠형상으로 직조하되, 띠의 폭은 2 ~ 10cm, 길이는 40 ~ 100cm, 두께는 0.1 ~ 5cm가 되게 직조하여 만들어진 탄소나노튜브섬유 발열체가 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 관점에 따르면,
상기에 기재된 탄소나노튜브섬유 발열체를 이용한 발열장치로서,
상기 발열장치는, 밀봉상태의 열전도 케이스; 상기 열전도 케이스의 내부에 내장되며, 맥반석, 게르마늄석, 점토 및 알루미나를 혼합하여 1800℃에서 12시간 소성한 세라믹 봉; 상기 세라믹 봉의 외주를 따라 나선형으로 권선되는 상기 탄소나노튜브섬유 발열체; 상기 세라믹 봉의 외주면과 상기 열전도 케이스의 내주면 사이 공간에 충진되는 열매체; 상기 열전도 케이스의 외주면과 일정 간격을 유지한 채 열전도 케이스의 외부를 감싸고 있는 외부케이스; 상기 열전도 케이스의 외주면과 외부케이스의 내주면 사이 공간에 충진되는 물을 포함하는 탄소나노튜브섬유 발열체를 이용한 발열장치가 제공된다.
또한, 본 발명은 상기 세라믹 봉의 외주면에는 상기 탄소나노튜브섬유 발열체가 권선되는 권선홈이 형성된 것을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 외부케이스의 일측에는 그 내부에 충진된 물이 외부로 배출되도록 배출포트가 형성되고, 상기 배출포트 상에는 물을 외부로 강제순환시키기 위한 순환펌프가 설치된 것을 더 포함할 수 있다.
이상의 본 발명은, 일반적인 탄소발열체가 약 150℃를 넘으면 공기 중에 산화되거나 기능을 상실하게 되어 고온으로 발열시킬 수 없어서 열효율의 극대화가 어려웠던 문제점을 개선하여, 저전력으로 고온의 열을 안정적으로 얻을 수 있어서 열효율을 획기적으로 증대시킬 수 있는 탄소나노튜브섬유 발열체를 제공하며, 이러한 탄소나노튜브섬유 발열체는 가정용에 적용하여 기존의 화석연료 발열체를 대체함으로써 지구 온난화의 주범인 과다 탄소배출의 문제점을 해소할 수 있어서 친환경적이다.
또한, 본 발명은 가스, 기름 같은 연료를 사용하지 않으므로 폭발의 위험이 없고, 가스가 발생하지 않아 가스중독사고의 위험성도 없다.
또한, 본 발명은 설치면적이 적고, 소음이 적어서 밀폐공간이 아니더라도 어디든지 설치가 가능하다.
또한, 본 발명은 연료배관이나 연료탱크가 필요없어서 부대비용이나 기기값이 비교적 저렴하다.
또한, 본 발명은 복잡한 연소시스템이 없고 제어가 비교적 용이하여 잔고장 발생 요인이 적고 유지보수가 용이하다.
또한, 본 발명은 가스, 기름 같은 연료를 사용하지 않으므로 폭발의 위험이 없고, 가스가 발생하지 않아 가스중독사고의 위험성도 없다.
또한, 본 발명은 설치면적이 적고, 소음이 적어서 밀폐공간이 아니더라도 어디든지 설치가 가능하다.
또한, 본 발명은 연료배관이나 연료탱크가 필요없어서 부대비용이나 기기값이 비교적 저렴하다.
또한, 본 발명은 복잡한 연소시스템이 없고 제어가 비교적 용이하여 잔고장 발생 요인이 적고 유지보수가 용이하다.
도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브섬유 발열체의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 탄소나노튜브섬유 발열체를 이용한 발열장치에 대한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 세라믹 봉에 탄소나노튜브섬유 발열체가 권선된 상태를 확대한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 탄소나노튜브섬유 발열체를 이용한 발열장치에 대한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 세라믹 봉에 탄소나노튜브섬유 발열체가 권선된 상태를 확대한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 실시예가 개시된다.
개시되는 실시예들은 본 발명의 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 다른 형태로 변형될 수 있다. 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다. 본 명세서에서 다른 구성요소 '상에' 위치한다는 것은 일 구성요소 상에 다른 구성요소가 직접 위치한다는 의미는 물론, 상기 일 구성요소 상에 제 3의 구성요소가 더 위치할 수 있다는 의미도 포함한다. 본 명세서 각 구성요소 또는 부분 등을 제1, 제2 등의 표현을 사용하여 지칭하였으나, 이는 명확한 설명을 위해 사용된 표현으로 이에 의해 한정되지 않는다. 도면에 표현된 구성요소들의 두께 및 상대적인 두께는 본 발명의 실시예들을 명확하게 표현하기 위해 과장된 것일 수 있다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브섬유 발열체의 구성도이다.
도 1에 따르면, 본 발명의 탄소나노튜브섬유 발열체(10)는 다수의 탄소나노튜브섬유 가닥(11)을 격자모양으로 반복해서 띠형상으로 직조하되, 띠의 폭(b)은 2 ~ 10cm, 길이(ℓ)는 40 ~ 100cm, 두께(t)는 0.1 ~ 5cm가 되게 직조하여 만들어진다.
이러한 탄소나노튜브섬유 발열체(10)는 발열을 내는 소재이기는 하지만 다량의 발열을 내는 것은 용이하지 않다. 그러나, 이를 상기와 같이 직조하여 띠형태로 만들면, 단시간에 대량의 발열을 낼 수 있다. 상기 탄소나노튜브섬유 발열체(10)의 폭, 길이 및 두께 치수의 한정된 치수는 최적의 발열을 낼 수 있는 조건으로서 이 치수보다 작으면 발열량이 미미하고, 이 치수보다 크면 저항이 커져서 이 역시 발열량이 미미하게 되므로 위 범위 내에서 치수가 정해져야 효율적인 발열이 가능하다. 이때, 끊어진 가닥을 매듭지어 연결해서 사용해서는 안되며, 처음부터 끝까지 연결된 외줄 가닥으로 직조되어야 원하는 발열온도를 얻을 수 있다. 이렇게 제작된 탄소나노튜브섬유 발열체(10)는 최고 600℃ 까지 발열된다.
도 2는 본 발명에 따른 탄소나노튜브섬유 발열체를 이용한 발열장치에 대한 구성도이다.
도 2에 따르면, 본 발명의 탄소나노튜브섬유 발열체를 이용한 발열장치는,
열전도 케이스(20), 세라믹 봉(30), 탄소나노튜브섬유 발열체(10), 열매체(40), 외부케이스(50) 및 물(60)로 이루어진다.
열전도 케이스(20)는 열매체(40)의 열을 물(60)로 전도하는 매개체 역할을 하는 것으로서, 그 재질은 열전도도가 높은 동(Cu)재질로 되는 것이 바람직하다.
세라믹 봉(30)은 상기 열전도 케이스(20)보다 작은 직경을 가진 채, 열전도 케이스(20)의 내부에 내장되며, 그 표면에 상기 탄소나노튜브섬유 발열체(10)가 권선된다.
상기 세라믹 봉(30)은 맥반석, 게르마늄석, 점토 및 알루미나를 혼합하여 1800℃에서 12시간 소성한 것으로서, 이때 상기 혼합물의 혼합비는 맥반석15%, 게르마늄석 20%, 점토 45%, 알루미나 20%가 적절하다.
이러한 세라믹 봉(30)은 다량의 음이온을 방출하여 탄소나노튜브섬유 발열체(10)가 고온을 발생시키는데 시너지 효과를 준다.
상기 세라믹 봉(30)은 탄소나노튜브섬유 발열체(10)를 안정적으로 지탱하기 위해서 금속성의 재료는 부적합하다. 금속성의 재료는 고온의 열을 견디지 못하고, 열팽창과 수축에 의한 변형과, 열을 내부로 흡수함으로 발열체의 순발력을 떨어뜨릴뿐만 아니라, 탄소나노튜브섬유 발열체(10)의 안정성에 부정적 영향을 미치게 된다. 특히 세라믹은 다른 소재보다 단열성능이 우수하여 탄소나노튜브섬유 발열체(10)의 열이 신속하게 외부로 전달되게 하며, 기타 전기 발열체의 단점인 순발력을 탁월하게 하는 기능을 한다.
한편, 상기 세라믹 봉(30)의 외주면에는 도 3에서와 같이 상기 탄소나노튜브섬유 발열체(10)가 권선되는 권선홈(31)이 형성될 수 있다. 상기 권선홈(31)은 상기 탄소나노튜브섬유 발열체(10)가 세라믹 봉(30)의 외주면에 안정적으로 권선되도록 하는 역할을 하며, 아울러 열발산을 최적화하는 역할도 병행한다.
열매체(40)는 상기 탄소나노튜브섬유 발열체(10)에서 발생되는 열을 물로 전달하는 열전달 매개체로서의 역할과, 상기 탄소나노튜브섬유 발열체(10)가 고온에서도 산화되지 않도록 하는 역할을 병행한다.
즉, 탄소는 최고 150℃를 넘으면 산화되어 그 기능을 상실하게 되는데, 본 발명은 열매체(40)가 상기 탄소나노튜브섬유 발열체(10)를 감싸고 있으므로 최고 600℃의 고온으로 상승하더라도 산화되지 않고 안전하게 보호된다.
상기 열매체(40)는 상기 탄소나노튜브섬유 발열체(10)가 수백도로 상승할 경우 기포발생과 기화현상이 발생하여 에너지 효율이 저하될 수 있으나, 상기 물(60)과의 열교환을 통해 기포발생 및 기화현상을 최소화함으로써 효율저하를 방지할 수 있다.
외부케이스(50)는 상기 열전도 케이스(20)의 외주면과 일정 간격을 유지한 채 열전도 케이스의 외부를 감싸고 있다. 그 내부, 즉 열전도 케이스(20)의 외주면과 외부케이스(50)의 내주면 사이 공간에는 상기 물(60)이 충진된다.
상기 외부케이스(50)의 일측에는 그 내부에 충진된 물(60)이 외부로 배출도도록 배출포트(51)가 형성되고, 상기 배출포트(51) 상에는 물(60)을 외부로 강제순환시키기 위한 순환펌프(70)가 더 설치될 수 있다.
미 설명부호 (80)은 전원선이다.
상기한 구성의 발열장치는 일반적인 발열장치에 비해 고효율이므로 적은 소비전력으로도 충분한 열량을 얻을 수 있다. 시험결과 본 발열장치는 난방면적 99㎡를 기준으로 3kw/h미만 소비되는 것으로 밝혀졌다.
이러한 본 발명은 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
개시되는 실시예들은 본 발명의 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 다른 형태로 변형될 수 있다. 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다. 본 명세서에서 다른 구성요소 '상에' 위치한다는 것은 일 구성요소 상에 다른 구성요소가 직접 위치한다는 의미는 물론, 상기 일 구성요소 상에 제 3의 구성요소가 더 위치할 수 있다는 의미도 포함한다. 본 명세서 각 구성요소 또는 부분 등을 제1, 제2 등의 표현을 사용하여 지칭하였으나, 이는 명확한 설명을 위해 사용된 표현으로 이에 의해 한정되지 않는다. 도면에 표현된 구성요소들의 두께 및 상대적인 두께는 본 발명의 실시예들을 명확하게 표현하기 위해 과장된 것일 수 있다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브섬유 발열체의 구성도이다.
도 1에 따르면, 본 발명의 탄소나노튜브섬유 발열체(10)는 다수의 탄소나노튜브섬유 가닥(11)을 격자모양으로 반복해서 띠형상으로 직조하되, 띠의 폭(b)은 2 ~ 10cm, 길이(ℓ)는 40 ~ 100cm, 두께(t)는 0.1 ~ 5cm가 되게 직조하여 만들어진다.
이러한 탄소나노튜브섬유 발열체(10)는 발열을 내는 소재이기는 하지만 다량의 발열을 내는 것은 용이하지 않다. 그러나, 이를 상기와 같이 직조하여 띠형태로 만들면, 단시간에 대량의 발열을 낼 수 있다. 상기 탄소나노튜브섬유 발열체(10)의 폭, 길이 및 두께 치수의 한정된 치수는 최적의 발열을 낼 수 있는 조건으로서 이 치수보다 작으면 발열량이 미미하고, 이 치수보다 크면 저항이 커져서 이 역시 발열량이 미미하게 되므로 위 범위 내에서 치수가 정해져야 효율적인 발열이 가능하다. 이때, 끊어진 가닥을 매듭지어 연결해서 사용해서는 안되며, 처음부터 끝까지 연결된 외줄 가닥으로 직조되어야 원하는 발열온도를 얻을 수 있다. 이렇게 제작된 탄소나노튜브섬유 발열체(10)는 최고 600℃ 까지 발열된다.
도 2는 본 발명에 따른 탄소나노튜브섬유 발열체를 이용한 발열장치에 대한 구성도이다.
도 2에 따르면, 본 발명의 탄소나노튜브섬유 발열체를 이용한 발열장치는,
열전도 케이스(20), 세라믹 봉(30), 탄소나노튜브섬유 발열체(10), 열매체(40), 외부케이스(50) 및 물(60)로 이루어진다.
열전도 케이스(20)는 열매체(40)의 열을 물(60)로 전도하는 매개체 역할을 하는 것으로서, 그 재질은 열전도도가 높은 동(Cu)재질로 되는 것이 바람직하다.
세라믹 봉(30)은 상기 열전도 케이스(20)보다 작은 직경을 가진 채, 열전도 케이스(20)의 내부에 내장되며, 그 표면에 상기 탄소나노튜브섬유 발열체(10)가 권선된다.
상기 세라믹 봉(30)은 맥반석, 게르마늄석, 점토 및 알루미나를 혼합하여 1800℃에서 12시간 소성한 것으로서, 이때 상기 혼합물의 혼합비는 맥반석15%, 게르마늄석 20%, 점토 45%, 알루미나 20%가 적절하다.
이러한 세라믹 봉(30)은 다량의 음이온을 방출하여 탄소나노튜브섬유 발열체(10)가 고온을 발생시키는데 시너지 효과를 준다.
상기 세라믹 봉(30)은 탄소나노튜브섬유 발열체(10)를 안정적으로 지탱하기 위해서 금속성의 재료는 부적합하다. 금속성의 재료는 고온의 열을 견디지 못하고, 열팽창과 수축에 의한 변형과, 열을 내부로 흡수함으로 발열체의 순발력을 떨어뜨릴뿐만 아니라, 탄소나노튜브섬유 발열체(10)의 안정성에 부정적 영향을 미치게 된다. 특히 세라믹은 다른 소재보다 단열성능이 우수하여 탄소나노튜브섬유 발열체(10)의 열이 신속하게 외부로 전달되게 하며, 기타 전기 발열체의 단점인 순발력을 탁월하게 하는 기능을 한다.
한편, 상기 세라믹 봉(30)의 외주면에는 도 3에서와 같이 상기 탄소나노튜브섬유 발열체(10)가 권선되는 권선홈(31)이 형성될 수 있다. 상기 권선홈(31)은 상기 탄소나노튜브섬유 발열체(10)가 세라믹 봉(30)의 외주면에 안정적으로 권선되도록 하는 역할을 하며, 아울러 열발산을 최적화하는 역할도 병행한다.
열매체(40)는 상기 탄소나노튜브섬유 발열체(10)에서 발생되는 열을 물로 전달하는 열전달 매개체로서의 역할과, 상기 탄소나노튜브섬유 발열체(10)가 고온에서도 산화되지 않도록 하는 역할을 병행한다.
즉, 탄소는 최고 150℃를 넘으면 산화되어 그 기능을 상실하게 되는데, 본 발명은 열매체(40)가 상기 탄소나노튜브섬유 발열체(10)를 감싸고 있으므로 최고 600℃의 고온으로 상승하더라도 산화되지 않고 안전하게 보호된다.
상기 열매체(40)는 상기 탄소나노튜브섬유 발열체(10)가 수백도로 상승할 경우 기포발생과 기화현상이 발생하여 에너지 효율이 저하될 수 있으나, 상기 물(60)과의 열교환을 통해 기포발생 및 기화현상을 최소화함으로써 효율저하를 방지할 수 있다.
외부케이스(50)는 상기 열전도 케이스(20)의 외주면과 일정 간격을 유지한 채 열전도 케이스의 외부를 감싸고 있다. 그 내부, 즉 열전도 케이스(20)의 외주면과 외부케이스(50)의 내주면 사이 공간에는 상기 물(60)이 충진된다.
상기 외부케이스(50)의 일측에는 그 내부에 충진된 물(60)이 외부로 배출도도록 배출포트(51)가 형성되고, 상기 배출포트(51) 상에는 물(60)을 외부로 강제순환시키기 위한 순환펌프(70)가 더 설치될 수 있다.
미 설명부호 (80)은 전원선이다.
상기한 구성의 발열장치는 일반적인 발열장치에 비해 고효율이므로 적은 소비전력으로도 충분한 열량을 얻을 수 있다. 시험결과 본 발열장치는 난방면적 99㎡를 기준으로 3kw/h미만 소비되는 것으로 밝혀졌다.
이러한 본 발명은 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
10 : 탄소나노튜브섬유 발열체
20 : 열전도 케이스
30 : 세라믹 봉
40 : 열매체
50 : 외부케이스
60 : 물
20 : 열전도 케이스
30 : 세라믹 봉
40 : 열매체
50 : 외부케이스
60 : 물
Claims (4)
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- 탄소나노튜브섬유 발열체를 이용한 발열장치로서,
상기 발열장치는, 동(Cu)으로 제작되고 밀봉상태의 열전도 케이스(20);
상기 열전도 케이스(20)의 내부에 내장되며, 맥반석, 게르마늄석, 점토 및 알루미나를 혼합하여 1800℃에서 12시간 소성하여 제작되고, 외주면에 권선홈(311)이 형성된 세라믹 봉(30);
상기 세라믹 봉(30)의 외주에 형성된 권선홈(31)에 나선형으로 권선되도록 하고, 탄소나노튜브섬유 가닥(11)을 격자모양으로 반복해서 띠 형상으로 직조하되, 다수의 외줄 가닥으로 띠의 폭(b)은 2 ~ 10cm, 길이(ℓ)는 40 ~ 100cm, 두께(t)는 0.1 ~ 5cm가 되게 만들어진 탄소나노튜브섬유 발열체(10);
상기 세라믹 봉(30)의 외주면과 상기 열전도 케이스(20)의 내주면 사이 공간에 충진되는 열매체(40);
일측에는 그 내부에 충진된 물(60)이 외부로 배출되도록 배출포트(51)가 형성되고, 상기 배출포트(51) 상에는 물(60)을 외부로 강제순환시키기 위한 순환펌프(70)가 갖추어지며, 상기 열전도 케이스(20)의 외주면과 일정 간격을 유지한 채 열전도 케이스(20)의 외부를 감싸고 있는 외부케이스(50);
상기 열전도 케이스(20)의 외주면과 외부케이스(50)의 내주면 사이 공간에 충진되는 물(60)을 포함하는 탄소나노튜브섬유 발열체를 이용한 발열장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020100128729A KR101321338B1 (ko) | 2010-12-15 | 2010-12-15 | 탄소나노튜브섬유 발열체 및 이 탄소나노튜브섬유 발열체를 이용한 발열장치 |
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| KR200335848Y1 (ko) | 2003-09-04 | 2003-12-11 | 김기호 | 전기전도성 탄소섬유를 이용한 전기 발열체 |
| KR100711734B1 (ko) * | 2004-07-23 | 2007-05-02 | 주식회사 하이카본 | 탄소섬유 히터를 이용한 전기 보일러 |
| KR20100024168A (ko) * | 2008-08-25 | 2010-03-05 | 전순희 | 탄소 발열체를 이용한 약탕기용 용기 |
| KR20100121362A (ko) * | 2009-05-08 | 2010-11-17 | 주식회사 에코카본에너지 | 탄소섬유 발열체 및 이를 이용한 열교환장치 |
-
2010
- 2010-12-15 KR KR1020100128729A patent/KR101321338B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200335848Y1 (ko) | 2003-09-04 | 2003-12-11 | 김기호 | 전기전도성 탄소섬유를 이용한 전기 발열체 |
| KR100711734B1 (ko) * | 2004-07-23 | 2007-05-02 | 주식회사 하이카본 | 탄소섬유 히터를 이용한 전기 보일러 |
| KR20100024168A (ko) * | 2008-08-25 | 2010-03-05 | 전순희 | 탄소 발열체를 이용한 약탕기용 용기 |
| KR20100121362A (ko) * | 2009-05-08 | 2010-11-17 | 주식회사 에코카본에너지 | 탄소섬유 발열체 및 이를 이용한 열교환장치 |
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