KR101382584B1 - 탄소발열체 히터를 이용한 관상어용 수족관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 관상어용 수족관에 관한 것으로, 관상어 수조; 상기 수조 내부에 설치되는 탄소발열체 히터; 상기 히터에 전원을 공급하는 전원장치; 상기 수조의 수온을 측정하는 온도센서; 상기 측정된 온도를 통해 상기 히터에 인가되는 전원을 제어하여 상기 수온을 제어하는 온도제어장치를 포함한다.
이와 같은 본 발명을 제공하면, 탄소발열체를 이용한 고효율 에너지 절감형 관상어용 수족관 히터를 제공할 수 있고, 특히 탄소발열체가 에너지소비 및 환경오염문제에 큰 장점을 가지므로 국내 및 전 세계적으로 확산되고 있는 그린에너지의 대표적인 응용사례가 될 뿐만 아니라, 탄소봉 흑연의 성분비를 조정하여 향후 에너지 절감율을 더욱 높일 수 있는 히터 또는 관상어용 수족관을 제공할 수 있게 된다.

Description

탄소발열체 히터를 이용한 관상어용 수족관{aquarium using of carbon heater}

본 발명은 수족관에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소발열체 히터를 사용하는 고효율 에너지 절감형 관상어용 수족관에 관한 것이다.

세계 관상어 산업은 2007년 기준으로 4억 5000만 달러 이상으로 추정되고 있으며 지속적인 증가 추세를 보이고 있다. 관상어 시장에 필수적인 기긱인 수족관 히터의 경우 제품의 가격 외에 전기 소모량에 있어서 많은 애호가들이 어려움을 제기하고 있는 대표적인 관상어 양식 장치이다.

에너지는 가정생활을 보다 효율적이고 안락하게 하여 삶의 질을 향상시켜주는데 필수 불가결한 것이다. 특히 기본적인 발열 시스템의 경우 대부분이 유류를 사용하고 있어 많은 에너지 소비와 더불어 환경오염으로 인한 제재를 받고 있는 상태이다. 이에 많은 국가에서는 탄소, 이규화몰리브덴을 이용하여 유류를 대체할 수 있는 고온의 발열체의 제조가 이루어지고 있다. 특히 우리나라와 근접한 일본에서는 탄소입자에 여러가지의 분말을 소결 후 촉지제를 사용한 발열체의 제조와 함께 발열체의 응용분야에 대해서 많은 연구가 진행되고 있으며 우리나라 역시 최근 정부에서 그린에너지 산업에 대해 많은 지원을 하고 있으며 기업 역시 탄소발열체를 이용한 발열체 응용기기 개발에 만은 투자를 하고 있다.

그러므로 에너지 소비 및 환경오염문제에 큰 장점을 가지는 발열체를 이용한 관상어 수족관 히터의 개발이 필요한 실정이다.

도 1은 종래의 독일의 쟈가사가 제작한 관상어용 수족관을 나타내는 사진이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 수족관에서는 텅스텐이나 할로겐 램프를 이용한 히터를 사용하기 때문에, 에너지 손실과 설치비용이 비싸다는 문제점이 있었다.

이처럼, 최근의 에너지 절감을 위한 기술개발은 전 세계적으로 실현되어야 할 기술로서 산업에서 사용하는 에너지뿐만 아니라 일반 가정에서 사용하는 에너지에 있어서도 관련 기술의 개발을 통하여 에너지를 절감하려는 노력이 필요하고, 각종 전기히터에 있어서도 이러한 에너지 절감에 대한 요구는 동일하여, 일정한 전류에서 방열량이 높은 발열체 제조에 대한 요구가 거세지고 있는 실정이다.

상술한 문제를 해결하려는 본 발명의 과제는 고효율 에너지 절감형 관상어용 수족관 히터를 제공하고, 그린에너지의 대표적인 응용사례와, 에너지 절감율을 더욱 높일 수 있는 히터 또는 관상어용 수족관을 제공하고자 함이다.

상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 특징은 관상어 수조; 상기 수조 내부에 설치되는 탄소발열체 히터; 상기 히터에 전원을 공급하는 전원장치; 상기 수조의 수온을 측정하는 온도센서; 및 상기 측정된 온도를 통해 상기 히터에 인가되는 전원을 제어하여 상기 수온을 제어하는 온도제어장치를 포함한다.

여기서, 상기 탄소발열체 히터는, U형 유리관 내부에 탄소발열체 스프링 와이어가 삽입된 구조인 것이 바람직하고, 상기 탄소발열체 히터는 탄소-세라믹계 또는 탄소-폴리머계의 복합 재질인 것이 바람직하다.

또한, 바람직하게는 상기 온도제어장치는, 상기 수조의 수온의 온도를 표시하는 디스플레이부를 구비하는 것일 수 있다.

이와 같은 본 발명을 제공하면, 탄소발열체를 이용한 고효율 에너지 절감형 관상어용 수족관 히터를 제공할 수 있고, 특히 탄소발열체가 에너지소비 및 환경오염문제에 큰 장점을 가지므로 국내 및 전 세계적으로 확산되고 있는 그린에너지의 대표적인 응용사례가 될 뿐만 아니라, 탄소봉 흑연의 성분비를 조정하여 향후 에너지 절감율을 더욱 높일 수 있는 히터 또는 관상어용 수족관을 제공할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 독일의 쟈가사가 제작한 관상어용 수족관을 나타내는 사진,
도 2는 본 발명에 따른 탄소발열체 히터를 이용한 관상어 수족관의 구성을 나타낸 사진,
도 3은 본 발명에 따른 관상어용 수족관에 사용되는 탄소발열체 히터의 예를 나타낸 사진,
도 4는 본 발명에 따른 관상어용 수족관에 사용되는 온도제어부와 센서부를 나타낸 사진이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 통해 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 여기에서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 본 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

도면들에 있어서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 명세서에서 "및/또는"이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "포함한다" 또는 "포함하는"으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 소자 및 장치의 존재 또는 추가를 의미한다.

이하에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 탄소발열체 히터를 이용한 관상어 수족관의 구성을 나타낸 사진이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 관상어 수족관은 수조(100), 탄소발열체 히터, 수온센서, 온도제어장치 및 전원장치를 포함하여 구성되는데, 본 발명에서는 종래의 수족관 히터에서 사용되는 히터(니크롬선이나 할로겐 히터 등)와 차별되는 탄소발열체 히터(200)를 사용함으로써, 고효율의 에너지 절감형 히터를 사용한 관상어 수족관을 제안한다.

본 발명은 전기 히터 등에 사용하는 기존의 니크롬선이나 할로겐 히터를 탄소계 발열체로 대체하게 되면, 전원 인가시 기존의 발열체인 텅스텐 선의 상온에서의 낮은 저항 때문에 정격 전류치의 수배에서 수십 배의 전류가 흐르게 되는 돌입전류가 발생하지않고, 50% 가량의 전력으로도 인체에 대해서 동등이상의 발열효과를 낼 수 있다는 점에 착안하여 관상어용 수족관 히터로 사용하게 되면 고효율 에너지 절감형 수족관을 제안한다.

본 발명에 따른 관상어 수족관에 적용되는 탄소발열체 히터(200)의 재질인 탄소재료는 오래전부터 인간과 친숙한 재료 중의 하나이며, 철강에서부터 반도체, 정보 통신분야 등에 이르기까지 다양한 분야에서 많이 사용되는 재료이다.

그러나 탄소 블록을 수입하여 가공하는 업체나 모터 브러쉬를 생산하고 있는 업체는 국내에 존재하지만, 아직 고부가가치의 탄소재료를 생산하고 있는 업체는 없다고 해도 무방할 정도로 그 생산기술 기반이 취약한 것이 현실이다.

철강에서 사용하고 있는 전극봉의 경우에는 매년 1,500억원 이상을 미국, 일본, 중국, 인도등지에서 수입하여 사용하고 있으며, 반도체 제조용 단열재 및 발열체의 경우에는 연간 100억원 이상을 일본에서 수입하여 사용하고 있다. 따라서 탄소재료는 일본에의 의존성이 큰 부품 소재라고 해도 과언이 아니다.

그러나, 도 2에 나타난 수족관의 히터를 탄소를 발열체로 사용할 경우, 높은 돌입전류의 발생 없이 고효율의 방열이 가능하기 때문에 기존의 탄소발열체는 탄소를 단일 재로로 하는 발열체와, 탄소-세라믹계, 탄소-폴리머계 복합 발열체 모두 가능하다.

또한 이들 탄소계 복합재료 발열체는 미세조직의 제어에 의해서, PTC(positive temperature coefficient)효과를 응용하여 별도의 컨트롤 시스템 없이, 열팽창 특성을 활용하여 전류의 투입, 차단을 하는 효과를 거둘 수 있다는 점에서 발열체로서 상당한 장점이 있는 재료이다. 이러한 복합재료계 탄소 발열체의 제조를 위해서는 먼저 그 복합재료의 제조기술의 확보가 필수적이며, 이들 요소기술을 먼저 확보한 뒤에 발열체에의 응용기술을 확보하는 것이 바람직하다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 탄소발열체 히터(200)를 이용한 관상어 수족관은 물이 채워진 수족관 내부로 설치된 탄소발열체 히터(200), 상기 히터와 연결되어 전원을 공급하는 전원장치, 상기 수족관의 수온을 측정하는 수온센서 및 상기 수온센서(300)에서 측정된 온도를 일정한 범위 내에서 유지하도록 상기 히터에 인가되는 전원을 제어하여 상기 수온을 조절하는 온도제어장치(400)를 포함하여 구성된다.

이처럼 본 발명은 관상어 수족관의 수온이 항상 적정 온도를 유지해야 하기 때문에, 수족관 내부에 히터를 설치하여 수온을 유지하게 되는데, 종래의 니크롬선 또는 할로겐 히터가 아닌 탄소발열체 히터(200)를 사용하고, 수온센서(300)를 통해 수온을 측정하고, 측정된 온도에 따라 상기 히터에 인가되는 전압 또는 전류를 제어하여 온도를 조절하여 고효율의 에너지 절감형 관상어용 수족관을 제공할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 관상어용 수족관은 종래의 히터와 달리 탄소발열체 히터(200)를 사용함으로써, 고효율 에너지 절감형 관상어용 수족관을 제공할 수 있고, 저비용으로 제작 가능하기 때문에 제품 단가를 낮출 수 있는 장점이 있다.

도 3은 본 발명에 따른 관상어용 수족관에 사용되는 탄소발열체 히터(200)의 예를 나타낸 사진이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예는 U형 유리관(210) 내부에 탄소발열체 스프링 와이어(250)가 삽입된 구조로서, 탄소 스프링 와이어에 전류 또는 전압을 인가하여 발열시키는 것이므로, 도선과의 연결부위는 방수처리되거나, 수족관의 물과의 접촉을 피하는 곳에 위치하는 것이 바람직하다.

그리고 상술한 탄소발열체 히터(200)의 모양은 U형 외에도 다양한 모양으로 형성할 수 있음은 물론이고, 좁은 공간을 차지하면서 수온과의 접촉면적이 넓은 모양이 바람직하다. 도 3에 나타난 실시예는 400W용을 제작된 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 관상어용 수족관에 사용되는 온도제어부와 센서부를 나타낸 사진이다. 수족관의 물을 인정한 온도로 유지하기 위해서는 수온을 측정하고, 이 측정된 수온에 따라 히터에 인가되는 전원을 제어하는 온도제어장치가 필요하다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서는 물의 온도를 측정하는 센서부(b)와 온도를 제어하는 부분(a)으로 구성되고, 온도제어장치는 센서부의 측정신호를 받아 미리 설정된 범위의 온도로 유지하기 위한 제어값을 산출하고 전원장치에서 히터로 인가되는 전류 또는 전압값을 산출하는 마이크로콘트롤러와 상기 실시간으로 측정된 온도값을 표시하는 디스플레이부를 포함하여 구성된다.여기서 디스플레이부는 LED를 이용한 디지털 표시장치인 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명의 핵심적 특징인 탄소발열체 히터(200)에 사용되는 탄소봉의 물성은 다음의 [표 1]과 같다.

실험결과

이하에서 본 발명에서 사용되는 탄소발열체 히터(200)의 에너지 효율을 알아보기 위해 도 2에 나타난 본 발명의 실시예의 관상어용 수족관과 도 1에 나타난 독일 에하임에서 만들어진 쟈가 관상어용 수족관 히터와 비교하여 실험결과를 설명하기로 한다.(독일의 에하임 쟈가는 세계 최고의 수족관 히터 제조사이다.)

상용히터의 소비전력이 200W용이므로 제작한 탄소발열체를 이용한 히터도 200W용으로 변환하여 성능을 비교하였다. 실험을 위해 제작한 수족관은 일반적으로 관상어용 수족관으로 사용하는 42.5 × 15.5 × 12.5(cm)의 크기로 하고, 실험결과는 [표 2]와 같다.

[표 2]에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 탄소발열체 히터(200)가 사용히터에 비해 약 20.6% 전력소비를 절감할 수 있음을 알 수 있다. 이를 월 전기사용료로 계산하면 [표 3]과 같이 1,340원을 절약하는 효과가 있다.

일반적으로 관상어 양식 가구 사용 히터는 평균 3개이므로 가구당 월 절감액은 약 4,020원이다. 국내 관상어 양식업계에 따르면 약 100만 가구에서 관상어용 수족관을 이용하여 관상어를 기르고 있는 것으로 파악되고 있다. 이를 기준으로 본 발명에서 제안한 탄소발열체를 이용한 히터를 종래의 독일제품과 비교해보면 [표 4]에 나타난 바와 같이 월 40억 원 가량의 전기사용료를 절감할 수 있다.

본 발명에서는 미래 대체 에너지로 각광받고 있는 탄소발열체를 이용한 고효율 에너지 절감형 관상어용 수족관 히터를 제공하고자 한다. 즉, 에너지소비 및 환경오염문제에 큰 장점을 가지는 탄소발열체를 이용한 관상어 산업에 필수적 기기인 수족관 히터를 사용하면 기존 일반 히터에 비해 20.6%의 에너지 절감을 할 수 있다.

특히 탄소발열체가 에너지소비 및 환경오염문제에 큰 장점을 가지므로 국내 및 전 세계적으로 확산되고 있는 그린에너지의 대표적인 응용사례가 될 뿐만 아니라, 탄소봉 흑연의 성분비를 조정하여 향후 에너지 절감율을 더욱 높일 수 있는 히터 또는 관상어용 수족관을 제공할 수 있게 된다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능 하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 관상어 수조;
   U형 유리관 내부에 탄소발열체 스프링 와이어가 삽입된 구조로서, 상부는 수면위 상기 수조 상부 위치하여 상기 스프링 와이어가 양쪽 전극에 연결되고, 나머지 부위는 수면 아래에 잠기도록 설치된 탄소발열체 히터;
   상기 전극을 통해 상기 히터에 전원을 공급하는 전원장치;
   상기 수조의 수온을 측정하는 온도센서;
   상기 온도센서의 측정신호를 받아 미리 설정된 범위의 온도로 유지하기 위한 제어값을 산출하고 전원장치에서 히터로 인가되는 전류 또는 전압값을 산출하고 상기 히터에 인가되는 전원을 제어하는 마이크로콘트롤러와 실시간으로 측정된 온도값을 표시하는 디스플레이부를 포함하는 온도제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소발열체 히터를 이용한 관상어 수족관.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 탄소발열체 히터는 탄소-세라믹계 또는 탄소-폴리머계의 복합 재질인 것을 특징으로 하는 탄소발열체 히터를 이용한 관상어 수족관.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 온도제어장치는,
   상기 수조의 수온의 온도를 표시하는 디스플레이부를 구비하는 것을 특징으로 하는탄소발열체 히터를 이용한 관상어 수족관.
   

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