KR101321517B1 - 탄화규소(ＳｉＣ)를 이용한 허니콤 구조의 히터 - Google Patents
탄화규소(ＳｉＣ)를 이용한 허니콤 구조의 히터 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 탄화규소(SiC)를 이용한 허니콤 구조의 히터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 히터의 주재료인 탄화규소(SiC)에 산화물을 첨가제로 넣어줌으로써, 원적외선 방사 효과와 음이온 발생 효과를 부가할 수 있음은 물론 히터 재료의 저항을 높일 수 있고, 탄화규소(SiC)와 산화물이 혼합된 재료에 인상흑연을 더 첨가하여 줌으로써, 카본소스로도 사용되고 히터 재료의 저항을 높일 수 있으며, 탄화규소(SiC)와 산화물과 인상흑연이 혼합된 재료에 용융실리콘과 고체 카본 분말을 더 첨가한 후 반응 소결을 수행하는 과정에서 반응하지 않은 카본이 기공제의 역할을 함으로써, 열 방출(열 교환)효과를 가질 수 있어 헤어 드라이기, 순간온수기, 냉온수기에 적용될 수 있음은 물론 세탁기용 건조기, 가스레인지, 보일러, 배기가스 저감장치 등에도 적용할 수 있으므로 그 사용 및 적용대상이 광범위하고, 넓은 표면적과 우수한 열전도율을 갖는 히터 재료로 인하여 열 교환 특성이 우수하여 에너지 효율을 극대화 할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 히터의 주재료인 탄화규소(SiC)에 산화물을 첨가제로 넣어줌으로써, 원적외선 방사 효과와 음이온 발생 효과를 부가할 수 있음은 물론 히터 재료의 저항을 높일 수 있고, 탄화규소(SiC)와 산화물이 혼합된 재료에 인상흑연을 더 첨가하여 줌으로써, 카본소스로도 사용되고 히터 재료의 저항을 높일 수 있으며, 탄화규소(SiC)와 산화물과 인상흑연이 혼합된 재료에 용융실리콘과 고체 카본 분말을 더 첨가한 후 반응 소결을 수행하는 과정에서 반응하지 않은 카본이 기공제의 역할을 함으로써, 열 방출(열 교환)효과를 가질 수 있어 헤어 드라이기, 순간온수기, 냉온수기에 적용될 수 있음은 물론 세탁기용 건조기, 가스레인지, 보일러, 배기가스 저감장치 등에도 적용할 수 있으므로 그 사용 및 적용 대상이 광범위하고, 넓은 표면적과 우수한 열전도율을 갖는 히터 재료로 인하여 열 교환 특성이 우수하여 에너지 효율을 극대화 할 수 있는 탄화규소(SiC)를 이용한 허니콤 구조의 히터에 관한 기술이다.
최근 들어, 환경 문제로서 디젤 엔진의 배기가스 처리나, 산업 폐기물 소각시의 배기가스 처리(탈취) 등이 문제가 되고 있으며, 그 처리 방법으로서 내연기관의 배기 경로 상에 배기가스 필터를 설치해, 배기가스 중의 미립자를 포집해 더욱이 그 포집된 미립자를 발화 해 연소시킨다는 처리 기술이 넓게 연구되고 있다.
또한 각종 가정에서 사용하고 있는 많은 제품들인 헤어 드라이기, 순간온수기, 냉온수기, 세탁기용 건조기, 가스레인지, 보일러 등에 금속으로 만든 히터를 사용하고 있다.
하지만, 도 1에 도시한 바와 같은 금속류로 만든 알루미늄 히터의 경우는 플래이트(plate) 구조로 열 교환의 효과가 저조할 뿐만 아니라 내열 충격성에 대한 문제도 갖고 있다. 그러므로 예를 들어, 순간온수기와 냉온수기 및 보일러에 적용되는 경우, 열 교환의 효과가 저조하고 내열 충격성이 약하며, 헤어 드라이기와 세탁기용 건조기와 가스레인지에 적용되는 경우 전력 소모가 많은 문제점을 갖고 있다.
따라서 원적외선 방사 효과와 음이온 발생 효과를 부가할 수 있음은 물론 히터 재료의 저항을 높일 수 있고, 열 방출(열 교환)효과를 가질 수 있어 헤어 드라이기, 순간온수기, 냉온수기에 적용될 수 있음은 물론 세탁기용 건조기, 가스레인지, 보일러, 배기가스 저감장치 등에도 적용할 수 있으므로 그 사용 및 적용 대상이 광범위한 탄화규소(SiC)를 이용한 허니콤 구조의 히터의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
이에 본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 착상된 것으로서, 히터의 주재료인 탄화규소(SiC)에 산화물을 첨가제로 넣어줌으로써, 원적외선 방사 효과와 음이온 발생 효과를 부가할 수 있음은 물론 히터 재료의 저항을 높일 수 있는 탄화규소(SiC)를 이용한 허니콤 구조의 히터를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한 본 발명의 목적은 탄화규소(SiC)와 산화물이 혼합된 재료에 인상흑연을 더 첨가하여 줌으로써, 카본소스로도 사용되고 히터 재료의 저항을 높일 수 있는 탄화규소(SiC)를 이용한 허니콤 구조의 히터를 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 목적은 탄화규소(SiC)와 산화물과 인상흑연이 혼합된 재료에 용융실리콘과 고체 카본 분말을 더 첨가한 후 반응 소결을 수행하는 과정에서 반응하지 않은 카본이 기공제의 역할을 함으로써, 열 방출(열 교환)효과를 가질 수 있어 헤어 드라이기, 순간온수기, 냉온수기에 적용될 수 있음은 물론 세탁기용 건조기, 가스레인지, 보일러, 배기가스 저감장치 등에도 적용할 수 있으므로 그 사용 및 적용 대상이 광범위한 탄화규소(SiC)를 이용한 허니콤 구조의 히터를 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 목적은 넓은 표면적과 우수한 열전도율을 갖는 히터 재료로 인하여 열 교환 특성이 우수하여 에너지 효율을 극대화 할 수 있는 탄화규소(SiC)를 이용한 허니콤 구조의 히터를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 탄화규소(SiC)를 이용한 허니콤 구조의 히터는 탄화규소(SiC) 40 내지 60 중량부와, 저항을 높일 수 있게 하고 기공제의 역할을 통해 열 방출 효과를 높이는 인상흑연(C) 및 카본(C) 5 중량부와, 실리콘(Si) 20 내지 30 중량부와, 포죠란, 코디어라이트(2MgO2Al2O35SiO2)계 원적외선 방사 세라믹류, 알루미나 실리케이트(Al2O3xSiO2)계 원적외선 방사 세라믹류인 원적외선 방사 세라믹분말을 함유하여 원적외선을 방출하는 원적외선 방사 산화물과, 음이온을 방출시키는 모나자이트 10 내지 30 중량부로 구성되는 허니콤상의 발열부와; 상기 발열부의 양쪽 끝단부에 형성되어 전기가 통할 수 있게 하는 전극부; 을 포함하며, 드라이기, 순간온수기, 냉온수기, 세탁기용 건조기, 가스레인지, 보일러, 배기가스 저감장치에 적용할 수 있는 것을 특징으로 한다.
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본 발명에 따른 탄화규소(SiC)를 이용한 허니콤 구조의 히터는 다음과 같은 효과를 나타낸다.
첫째, 본 발명은 히터의 주재료인 탄화규소(SiC)에 산화물을 첨가제로 넣어줌으로써, 원적외선 방사 효과와 음이온 발생 효과를 부가할 수 있음은 물론 히터 재료의 저항을 높일 수 있다.
둘째, 본 발명은 탄화규소(SiC)와 산화물이 혼합된 재료에 인상흑연을 더 첨가하여 줌으로써, 카본소스로도 사용되고 히터 재료의 저항을 높일 수 있다.
셋째, 본 발명은 탄화규소(SiC)와 산화물과 인상흑연이 혼합된 재료에 용융실리콘과 고체 카본 분말을 더 첨가한 후 반응 소결을 수행하는 과정에서 반응하지 않은 카본이 기공제의 역할을 함으로써, 열 방출(열 교환)효과를 가질 수 있어 헤어 드라이기, 순간온수기, 냉온수기에 적용될 수 있음은 물론 세탁기용 건조기, 가스레인지, 보일러, 배기가스 저감장치 등에도 적용할 수 있으므로 그 사용 및 적용 대상이 광범위하다.
넷째, 본 발명은 넓은 표면적과 우수한 열전도율을 갖는 히터 재료로 인하여 열 교환 특성이 우수하여 에너지 효율을 극대화 할 수 있다.
도 1은 종래의 알루미늄 히터를 나타낸 사진 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 탄화규소를 이용한 허니콤 구조의 히터를 나타낸 다양한 크기의 사진 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 탄화규소를 이용한 허니콤 구조의 히터가 통전되어 발열된 상태를 나타낸 사진 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 탄화규소를 이용한 히터가 세탁기, 가스레인지에 장착되는 점화기(Igniter)로 적용되는 상태를 나타낸 사진 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 탄화규소를 이용한 히터가 헤어 드라이기에 장착되어 적용되는 상태를 나타낸 사진 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 탄화규소를 이용한 히터가 순간온수기에 장착되어 적용되는 상태를 나타낸 사진 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 포죠란으로 처리한 세라믹수와 일반수의 NMR 시그널피크(signal peak)도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 탄화규소를 이용한 허니콤 구조의 히터를 나타낸 다양한 크기의 사진 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 탄화규소를 이용한 허니콤 구조의 히터가 통전되어 발열된 상태를 나타낸 사진 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 탄화규소를 이용한 히터가 세탁기, 가스레인지에 장착되는 점화기(Igniter)로 적용되는 상태를 나타낸 사진 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 탄화규소를 이용한 히터가 헤어 드라이기에 장착되어 적용되는 상태를 나타낸 사진 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 탄화규소를 이용한 히터가 순간온수기에 장착되어 적용되는 상태를 나타낸 사진 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 포죠란으로 처리한 세라믹수와 일반수의 NMR 시그널피크(signal peak)도.
이하 첨부된 도면과 함께 본 발명의 바람직한 실시 예를 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명인 탄화규소(SiC)를 이용한 허니콤 구조의 히터를 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 탄화규소(SiC)를 이용한 허니콤 구조의 히터를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 탄화규소를 이용한 허니콤 구조의 히터를 나타낸 다양한 크기의 사진 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 탄화규소를 이용한 허니콤 구조의 히터가 통전되어 발열된 상태를 나타낸 사진 도면이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 탄화규소를 이용한 히터가 세탁기, 가스레인지에 장착되는 점화기로 적용되는 상태를 나타낸 사진 도면이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 탄화규소를 이용한 히터가 헤어 드라이기에 장착되어 적용되는 상태를 나타낸 사진 도면이다. 또한 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 탄화규소를 이용한 히터가 순간온수기에 장착되어 적용되는 상태를 나타낸 사진 도면이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 포죠란으로 처리한 세라믹수와 일반수의 NMR 시그널피크(signal peak)도이다.
도 2 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 탄화규소(SiC)를 이용한 허니콤 구조의 히터(30)는 탄화규소(SiC) 40 내지 60 중량부와, 저항을 높일 수 있게 하고 기공제의 역할을 통해 열 방출 효과를 높이는 인상흑연(C) 및 카본(C) 5 중량부와, 실리콘(Si) 20 내지 30 중량부와, 원적외선 방사 세라믹분말을 함유하여 원적외선을 방출하는 원적외선 방사 산화물과, 음이온을 방출시키는 모나자이트 10 내지 30 중량부로 구성되는 허니콤상의 발열부(10)와; 상기 발열부(10)의 양쪽 끝단부에 형성되어 전기가 통할 수 있게 하는 전극부(20); 로 구성된다.
상기 탄화규소(SiC)를 이용한 허니콤 구조의 히터를 구성하는 기술적 수단의 기능을 살펴보면 다음과 같다.
상기 발열부(10)는 허니콤(honeycomb)의 형태로서, 탄화규소(SiC) 40 내지 60 중량부와, 저항을 높일 수 있게 하고 기공제의 역할을 통해 열 방출 효과를 높이는 인상흑연(C) 및 카본(C) 5 중량부와, 실리콘(Si) 20 내지 30 중량부와, 원적외선 방사 세라믹분말을 함유하여 원적외선을 방출하는 원적외선 방사 산화물과, 음이온을 방출시키는 모나자이트 10 내지 30 중량부로 구성되는 것이다.
여기서, 상기 원적외선 방사 세라믹이 함유된 포죠란은 도 7의 세라믹수가 일반수에 비해 NMR 시그널피크의 선폭이 좁게 나타나는 것에서 알 수 있는 바와 같이, 물 분자를 작게 하여 주는 것은 물론 물의 활성기능을 부여할 수 있다. 그러므로 70% 정도가 물로 구성되어 있는 인체에 원적외선이 5 내지 20㎛의 정도로 적당하게 투과되어 혈액순환을 촉진시키고, 세포기능을 활성화시켜 주는 것이다. 또한 2가 금속이온을 흡착하는 성질을 가지는 제올라이트(Na2O3Al2O3x SiO2yH2O)를 첨가하여 제조된 고효율의 코디어라이트(2MgO2Al2O35SiO2)계 원적외선 방사 세라믹류가 가장 바람직하나, 알루미나 실리케이트(Al2O3xSiO2)계 원적외선 방사 세라믹류도 가능하다. 또한 모나자이트는 음이온을 방출시키는 천연 음이온 소재인데, 상기 모나자이트는 단사정계에 속하는 광물이다. 상기 모나자이트의 화학성분은 (Ce, La, Y, Th)PO4 이고, 세륨족 희토류원소의 인산염광물이다. 판상(板狀) 또는 단주상(短柱狀)의 결정을 이루며, 굳기는 5 내지 5.5이고, 비중은 4.6 내지 5.4인 소재이다. 일반적으로 사람들은 거의 대부분의 생활을 실내에서 행하고 있고, 사람들의 몸은 대체적으로 정신적인 긴장이나 육체적인 피로 및 스트레스를 받을 때나 공기가 혼탁한 실내에서 생활할 때에 양이온을 과다하게 배출하게 되는데, 이 때 양이온을 체내에서 배출하지 않으면 신경통 같은 각종 질병을 유발하게 된다. 그러므로 사람들은 산성의 체질을 알칼리성 체질로 개선하기 위해 음이온의 발생율이 보다 높은 숲이나 폭포 같은 장소를 찾아다니게 되며, 이와 같이 음이온의 발생은 사람들이 숲이나 폭포와 같은 장소에 있는 것과 같은 효과를 볼 수 있는 것이다.
상기 탄화규소(SiC)와, 인상흑연(C) 및 카본(C)과, 실리콘(Si)과, 산화물의 중량부가 각각 50, 5, 25, 20인 경우가 가장 바람직하다.
상기 전극부(20)는 상기 발열부(10)의 양쪽 끝단부에 형성되어 전기가 통할 수 있게 하는 것이다.
상기 탄화규소(SiC)를 이용한 허니콤 구조의 히터(30)는 탄화규소(SiC)와, 인상흑연(C) 및 카본(C)과, 실리콘(Si)과, 산화물을 정해진 중량에 맞게 혼합한 후 압출성형을 하며, 바인딩 열처리한 다음 1500℃ 정도에서 진공 혹은 inert 소결하여 제작하게 되는 것이다.
그러므로 탄화규소(SiC)를 이용한 히터는 Honeycomb 구조로 열효율을 극대화시킬 수 있고, 다양한 치수로 장착이 용이하며, 우수한 내열충격성과 내전압성을 갖는다. 또한 히터의 크기와 히터를 구성하는 재료의 성분양의 조절에 의해 저항의 범위를 다양하게 만들 수 있으며, 직류와 교류의 구분 없이 사용할 수 있는 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 탄화규소를 이용한 허니콤 구조의 히터가 통전되어 발열된 상태를 나타낸 사진 도면으로서, 도 3에 도시한 바와 같이, 히터(30)에 전원이 연결되면 빨갛게 발열되는 것을 알 수 있는 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 탄화규소를 이용한 히터가 세탁기, 가스레인지에 장착되는 점화기로 적용되는 상태를 나타낸 사진 도면으로서, 도 4에 도시한 바와 같이, 점화기(50)에 전원이 연결되면 빨갛게 발열되는 것을 알 수 있는 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 탄화규소를 이용한 히터가 헤어 드라이기에 장착되어 적용되는 상태를 나타낸 사진 도면으로서, 도 5에 도시한 바와 같이, 히터가 헤어 드라이기(40)에 장착되면, 기존의 금속이나 전열선으로 히터를 장착한 것 보다 전력소모를 줄일 수 있으며, 차지하는 부피도 감소시킬 수 있는 것이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 탄화규소를 이용한 히터가 순간온수기에 장착되어 적용되는 상태를 나타낸 사진 도면으로서, 도 6에 도시한 바와 같이, 히터가 순간온수기의 배관(60) 사이에 연결되어 사용되는 것이다.
상술한 바와 같은, 탄화규소(SiC)를 이용한 허니콤 구조의 히터는 헤어 드라이기, 순간온수기, 냉온수기, 세탁기용 건조기, 가스레인지, 보일러, 배기가스 저감장치 등으로 사용할 수 있으므로 그 사용 및 적용대상이 광범위하다.
도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었으며, 여기서 사용된 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며, 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능할 것이며, 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 발열부 20 : 전극부
30 : 히터 40 : 헤어 드라이기
50 : 점화기 60 : 순간온수기 배관
30 : 히터 40 : 헤어 드라이기
50 : 점화기 60 : 순간온수기 배관
Claims (3)
- 탄화규소(SiC)를 이용한 허니콤 구조의 히터에 있어서,
탄화규소(SiC) 40 내지 60 중량부와, 저항을 높일 수 있게 하고 기공제의 역할을 통해 열 방출 효과를 높이는 인상흑연(C) 및 카본(C) 5 중량부와, 실리콘(Si) 20 내지 30 중량부와, 포죠란, 코디어라이트(2MgO2Al2O35SiO2)계 원적외선 방사 세라믹류, 알루미나 실리케이트(Al2O3xSiO2)계 원적외선 방사 세라믹류인 원적외선 방사 세라믹분말을 함유하여 원적외선을 방출하는 원적외선 방사 산화물과, 음이온을 방출시키는 모나자이트 10 내지 30 중량부로 구성되는 허니콤상의 발열부와;
상기 발열부의 양쪽 끝단부에 형성되어 전기가 통할 수 있게 하는 전극부; 을 포함하며, 드라이기, 순간온수기, 냉온수기, 세탁기용 건조기, 가스레인지, 보일러, 배기가스 저감장치에 적용할 수 있는 것을 특징으로 하는 탄화규소(SiC)를 이용한 허니콤 구조의 히터. - 삭제
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