KR101410818B1 - 세라믹 재료와 칸탈선을 사용한 튜브형 고온 전기로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세라믹 재료와 칸탈선을 사용한 튜브형 고온 전기로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상부가 개방된 튜브 형태의 석영관으로 이루어진 본체부의 외면에 감겨지는 열선부가 무유도 방식으로 권선된 칸탈선과 세라믹선으로 구성되고 열선부의 외측에 설치되는 단열부는 세라믹페이퍼와 비자성 스테인리스스틸시트로 구성되어, 간단한 구조이면서 두께도 줄어들어 제조비용을 줄일 수 있고 협소한 공간에서도 편리하게 사용할 수 있을 뿐만 아니라 고온 내열 재료를 사용하여 내열성과 단열성도 향상시킬 수 있는 세라믹 재료와 칸탈선을 사용한 튜브형 고온 전기로에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 상부가 개방된 튜브 형태의 석영관으로 이루어진 본체부; 상기 본체부의 외면에 감겨지는 것으로, 상기 석영관의 외측에 권선되되 양 갈래로 나뉘도록 둥글게 반으로 접은 중간부가 상기 석영관의 하단에 위치한 상태에서 일측부와 타측부가 일정간격을 유지하면서 상기 석영관의 상단까지 나선형으로 감기는 무유도 방식으로 권선된 칸탈선과, 상기 칸탈선의 사이에 권선되어 상기 칸탈선 간의 접촉을 막는 세라믹선으로 이루어진 열선부; 및 상기 열선부의 외측에 설치되는 것으로, 상기 칸탈선과 세라믹선의 외측에 둘러 설치된 세라믹페이퍼와, 상기 세라믹페이퍼의 외측에 둘러 설치된 비자성 스테인리스스틸시트로 이루어진 단열부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한 세라믹 재료와 칸탈선을 사용한 튜브형 고온 전기로를 기술적 요지로 한다.

Description

세라믹 재료와 칸탈선을 사용한 튜브형 고온 전기로{Tube type high temperature electric furnace using ceramic material and Kanthal wire}

본 발명은 세라믹 재료와 칸탈선을 사용한 튜브형 고온 전기로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상부가 개방된 튜브 형태의 석영관으로 이루어진 본체부의 외면에 감겨지는 열선부가 무유도 방식으로 권선된 칸탈선과 세라믹선으로 구성되고 열선부의 외측에 설치되는 단열부는 세라믹페이퍼와 비자성 스테인리스스틸시트로 구성되어, 간단한 구조이면서 두께도 줄어들어 제조비용을 줄일 수 있고 협소한 공간에서도 편리하게 사용할 수 있을 뿐만 아니라 고온 내열 재료를 사용하여 내열성과 단열성도 향상시킬 수 있는 세라믹 재료와 칸탈선을 사용한 튜브형 고온 전기로에 관한 것이다.

일반적으로 고온 전기로는 전열을 이용하여 가열하는 노(爐)로서, 가열방식에 따라 전기저항체에 전기를 인가하여 발생하는 줄열을 이용하는 저항로, 전극 간에 발생하는 아크열을 이용하는 아크로, 전자기유도에 의해 발생하는 줄열을 이용하는 유도로, 고전압에서 가속한 전자의 충돌로 발생하는 국부열을 이용하는 전자빔로 등으로 구분된다.

이러한 고온 전기로는 통상적으로 노를 제공하는 본체부, 본체부의 외측에 설치되어 본체부를 가열하는 열선부, 및 열선부의 외측에 설치되어 열선부를 단열하는 단열부로 구성된다.

상기와 같은 고온 전기로 중에서는 외부로부터 자기장이 인가된 상태에서 초전도 선재 등과 같은 시료를 열처리하거나 온도특성을 측정하는 등의 용도로도 사용되는 고온 전기로가 있는데, 이는 외부에서 자기장을 용이하게 인가할 수 있도록 전자석 자극 사이(pole gap) 협소한 공간에 설치 가능한 형태가 필요하다.

그러나 상기한 용도로 사용되는 종래의 고온 전기로는, 열선부가 고온 내열성이 우수한 백금선으로 구성된 구조이거나 세라믹을 채운 내부에 전열선이 내설된 시스선으로 구성된 구조이다.

즉, 전기한 백금선으로 구성된 경우는 열선부의 두께는 양호하지만 제조비용이 많이 소요되므로 제품 단가를 상승시키는 문제점이 있다. 그리고 후기한 전열선이 내설된 시스선으로 구성된 경우는 구조가 복잡하여 제조가 용이하지 않을 뿐만 아니라 열선부의 두께를 줄이는데 한계가 있어 제한된 공간에 설치하기가 매우 곤란한 문제점이 있다.

따라서 초전도 선재 등의 시료를 자기장이 인가된 상태에서 열처리를 하거나 온도특성을 측정하기 위해서는 간단한 구조이면서 두께도 얇아 제조 비용을 절감할 수 있고 제한된 공간에서도 어려움이 없이 설치할 수 있는 구조를 가진 고온 전기로에 대한 연구 개발이 절실하다.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로서, 고온 내열 재료를 사용하여 구조가 간단하면서도 두께가 얇아 비용을 절감할 수 있고 제한된 공간에 설치할 수 있는 구조를 가진 세라믹 재료와 칸탈선을 사용한 튜브형 고온 전기로를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 세라믹 재료와 칸탈선을 사용한 튜브형 고온 전기로는, 상부가 개방된 튜브 형태의 석영관으로 이루어진 본체부; 상기 본체부의 외면에 감겨지는 것으로, 상기 석영관의 외측에 권선되되 양 갈래로 나뉘도록 둥글게 반으로 접은 중간부가 상기 석영관의 하단에 위치한 상태에서 일측부와 타측부가 일정간격을 유지하면서 상기 석영관의 상단까지 나선형으로 감기는 무유도 방식으로 권선된 칸탈선과, 상기 칸탈선의 사이에 권선되어 상기 칸탈선 간의 접촉을 막는 세라믹선으로 이루어진 열선부; 및 상기 열선부의 외측에 설치되는 것으로, 상기 칸탈선과 세라믹선의 외측에 둘러 설치된 세라믹페이퍼와, 상기 세라믹페이퍼의 외측에 둘러 설치된 비자성 스테인리스스틸시트로 이루어진 단열부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 세라믹선은, 상기 열선부의 두께가 상기 칸탈선 이하가 되도록 상기 칸탈선보다 작거나 같은 직경으로 구성됨을 특징으로 한다.

상기 단열부는, 상기 본체부의 직경 또는 상기 열선부의 사용 온도에 따라 상기 열선부의 외측에 복수 층으로 반복 설치됨을 특징으로 한다.

상기한 구성에 의한 본 발명은, 고온 내열성을 가진 재료를 사용하여 구성함에 따라 구조가 간단하여 제조 비용을 절감할 수 있을 뿐만 두께를 크게 줄여 협소한 공간에서도 편리하게 설치 사용할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라 제품 단가를 크게 낮출 수 있고 초전도 선재, 강자성 재료 등과 같은 시료에 대한 자장 중 열처리나 자장 중 온도특성, 홀효과 온도특성 측정 등을 실시할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세라믹 재료와 칸탈선을 사용한 튜브형 고온 전기로를 도시한 일부 절개 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세라믹 재료와 칸탈선을 사용한 튜브형 고온 전기로를 도시한 부분 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세라믹 재료와 칸탈선을 사용한 튜브형 고온 전기로의 석영관 하부에서의 칸탈선과 세라믹선의 권선 형태를 도시한 부분 사시도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세라믹 재료와 칸탈선을 사용한 튜브형 고온 전기로의 사용 상태를 도시한 예시도.

본 발명에 따른 세라믹 재료와 칸탈선을 사용한 튜브형 고온 전기로는, 외부로부터 자기장이 인가된 상태에서 초전도 선재 등과 같은 시료를 상온에서 500℃ 정도의 고온에서 열처리하거나 온도특성을 측정하는 등의 용도로 사용되는 것이다.

특히, 본 발명에 따른 세라믹 재료와 칸탈선을 사용한 튜브형 고온 전기로는, 우수한 내열성과 단열성을 발휘하면서 크기의 소형화가 가능하고 제조비용이 저렴한 간단한 구조로 구성되어 협소한 공간에도 용이하게 설치할 수 있고 제품 단가를 낮출 수 있는 것이 큰 특징이다.

이러한 특징은, 상부가 개방된 튜브 형태의 석영관으로 이루어진 본체부; 상기 본체부의 외면에 감기는 저가의 칸탈선과 세라믹선으로 이루어진 열선부; 및 상기 열선부의 외측에 둘러지는 세라믹페이퍼와 비자성 스테인리스스틸시트로 이루어진 단열부;를 포함한 구성에 의해 달성된다.

여기서 칸탈선은 유도성 부하가 발생하지 않도록 무유도(non-inductive) 방식으로 권선되고, 세라믹선은 인접한 칸탈선 간의 접촉을 막도록 칸탈선 사이에 권선된다.

그리고 세라믹선은 열선부의 두께가 칸탈선 이하가 되도록 칸탈선보다 작거나 같은 직경으로 구성되며, 세라믹페이퍼와 비자성 스테인리스스틸시트로 이루어진 단열부는 본체부의 직경이나 열선부의 사용 온도에 따라 복수 층으로 구성된다.

따라서 열선부가 칸탈선과 세라믹선이 권선된 형태로서 구조가 간단하며 재료 단가가 저렴하므로 제조 비용이 크게 절감하게 된다.

또한 열선부는 동일한 직경의 칸탈선과 세라믹선으로 구성되고 단열부는 세라믹페이퍼와 비자성 스테인리스스틸시트로 구성된 형태로서 두께의 최소화를 통해 크기의 소형화가 가능하게 된다.

뿐만 아니라 열선부를 구성하는 칸탈선과 세라믹선은 우수한 내열성을 발휘하고 단열부를 구성하는 세라믹페이퍼와 비자성 스테인리스스틸시트는 우수한 단열성을 발휘하므로 고온 전기로서의 기능을 효율적으로 수행하게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세라믹 재료와 칸탈선을 사용한 튜브형 고온 전기로를 도시한 일부 절개 사시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세라믹 재료와 칸탈선을 사용한 튜브형 고온 전기로를 도시한 부분 단면도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세라믹 재료와 칸탈선을 사용한 튜브형 고온 전기로의 석영관 하부에서의 칸탈선과 세라믹선의 권선 형태를 도시한 부분 사시도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세라믹 재료와 칸탈선을 사용한 튜브형 고온 전기로의 사용 상태를 도시한 예시도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세라믹 재료와 칸탈선을 사용한 튜브형 고온 전기로(100)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본체부, 열선부, 및 단열부로 크게 구성되는 것이 바람직하다.

먼저, 상기 본체부는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 석영관(11)으로 이루어지는 것으로, 이는 내부 공간이 노가 되며 상부를 통해 내부로의 시료 투입이 가능할 수 있도록 상부가 개방된 튜브 형태로 구성되는 것이 바람직하다.

여기서 석영관(11)은 고온에 대한 내열성이 우수하고 팽창률이 낮으며 보온성이 좋은 특성을 가지므로, 본체부는 후술할 열선부의 작동에 의한 고온의 전열을 충분히 견디는 안정성과 높은 열효율을 발휘하게 된다.

다음으로, 상기 열선부는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본체부의 외면에 감겨지는 것으로, 이는 칸탈선(21)과 세라믹선(22)으로 구성되는 것이 바람직하다.

이때 칸탈선(21)은 고온의 전열을 발생시키는 것으로, 본체부의 외면에 무유도 방식으로 권선되는 것이 바람직하다. 즉, 하나의 권선 또는 한 구간의 권선에서 발생하는 자속이 이웃한 권선 또는 이웃 구간의 권선이 만드는 자속에 의해서 상쇄되도록 권선하여 인덕턴스를 발생시키지 않게 한다.

상기 무유도 방식의 권선은 다양한 형태가 가능한데, 도 3에 도시된 바와 같이 칸탈선(21)이 양 갈래로 나뉘도록 둥글게 반으로 접은 중간부를 석영관(11)의 하부에 위치시키고 상기 중간부에서 양측으로 갈라지는 일측부와 타측부를 일정간격을 두고 석영관(11)의 상부까지 나선형으로 권선함으로써, 칸탈선(21)의 일단과 타단이 모두 석영관(11)의 상부에서 노출되는 형태가 가장 바람직하다.

그리고 세라믹선(22)은 세라믹 섬유재질로 이루어져 절연체 역할을 하는 것으로, 이는 칸탈선(21)의 사이에 권선되는 것이 바람직하지만, 세라믹선(22)의 두께는 인접한 칸탈선(21) 간의 접촉을 방지할 수 있다면 칸탈선(21)보다 작을 수 있다. 즉, 세라믹선(22)은 상하로 인접한 칸탈선(21) 간의 접촉을 방지하기 위함이다.

여기서 칸탈선(21)과 세라믹선(22)은 열선부의 전체적인 두께가 일정하도록 상호 동일한 직경으로 구성되는 것이 바람직하다.

따라서 열선부의 두께는 최소 칸탈선(21) 혹은 세라믹선(22)의 직경에 불과하므로 종래에 비하여 그 두께를 크게 줄일 수 있다. 그리고 열선부는 칸탈선(21)과 세라믹선(22)이 권선된 형태이므로 종래에 비하여 구조도 단순하고 제조비용도 절감할 수 있다.

다음으로, 상기 단열부는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 열선부의 외측에 설치되는 것으로, 이는 열선부에서 발생하는 고온의 전열이 외부로 방출되지 않도록 차단하는 역할을 하는 것이다.

이때 단열부는 세라믹페이퍼(31)와 비자성 스테인리스스틸시트(32)로 구성되는 것이 바람직한데, 상기 세라믹페이퍼(31)는 0.5~1㎜정도의 두께로 사용온도에 따라 저온에서는 일 회 또는 고온에서는 복수 회 감아서 구성하고 상기 비자성 스테인리스스틸시트(32)는 복사열의 차단에 사용하는 것으로 SUS304, SUS316 등으로 구성하면 된다.

단, 단열부는 석영관(11)의 직경 혹은 칸탈선(21)의 사용 온도에 따라 복수 층으로 설치되는 것이 가능하다. 즉, 석영관(11)의 직경이 클수록, 칸탈선(21)의 사용 온도가 높을수록 단열 효과를 높이기 위해 단열부의 두께도 증대되어야 하므로 복수 층으로 설치되는 것이 바람직하다.

따라서 단열부의 두께는 세라믹페이퍼(31)와 비자성 스테인리스스틸시트(32)를 합한 두께에 불과하므로 종래에 비하여 그 두께를 크게 줄일 수 있다. 그리고 단열부는 세라믹페이퍼(31)와 비자성 스테인리스스틸시트(32)의 조합으로 단열 기능을 수행하므로 단열성을 향상시킬 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세라믹 재료와 칸탈선을 사용한 튜브형 고온 전기로(100)는, 도 4에 도시된 바와 같이 초전도 선재 등의 시료(S)를 자기장이 인가된 상태에서 온도특성을 측정하거나 열처리를 행할 수 있는데, 이를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 고온 전기로(100)를 냉각코일(C)이 외면에 감겨 있는 진공챔버(B)의 내부에 고정시킨 상태에서 고온 전기로(100)의 내부에 시료(S)를 투입한다. 그리고 시료(S)를 측정장치(미도시)에 연결하고 고온 전기로()의 칸탈선(21) 양단자를 전류공급장치(미도시)에 연결한다.

그런 다음 진공챔버(B)의 외부에 설치된 전자석(M)을 이용하여 고온 전기로(100)의 내부에 투입된 시료(S)에 외부 자기장을 가변 인가함과 동시에 전류공급장치를 이용하여 칸탈선(21)에 전류를 가변 공급한다. 그러면 측정장치를 통해 시료(S)에 대한 자장중 고온 온도특성을 측정할 수 있을 뿐만 아니라 자장중 고온 열처리를 행할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 세라믹 재료와 칸탈선을 사용한 튜브형 고온 전기로는, 고온 내열성을 가진 재료만을 사용함으로써 구조를 간단하게 하고 크기의 소형화를 가능하게 하여 제조 비용을 절감할 수 있고 제한된 공간에 어려움이 없이 설치할 수 있게 된다.

상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야에 대한 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형된 다른 실시예가 가능하다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위에는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 상기의 실시예 뿐만 아니라 다양하게 변형된 다른 실시예가 포함되어야 한다.

11: 석영관 21: 칸탈선
22: 세라믹선 31: 세라믹페이퍼
32: 바지성 스테인리스스틸시트 100: 고온 전기로
S: 시료 M: 전자석
C: 냉각코일 B: 진공챔버

Claims (3)

1. 상부가 개방된 튜브 형태의 석영관(11)으로 이루어진 본체부;
   상기 본체부의 외면에 감겨지는 것으로, 상기 석영관(11)의 외측에 권선되되 양 갈래로 나뉘도록 둥글게 반으로 접은 중간부가 상기 석영관(11)의 하단에 위치한 상태에서 일측부와 타측부가 일정간격을 유지하면서 상기 석영관(11)의 상단까지 나선형으로 감기는 무유도 방식으로 권선된 칸탈선(21)과, 상기 칸탈선(21)의 사이에 권선되어 상기 칸탈선(21) 간의 접촉을 막는 세라믹선(22)으로 이루어진 열선부; 및
   상기 열선부의 외측에 설치되는 것으로, 상기 칸탈선(21)과 세라믹선(22)의 외측에 둘러 설치된 세라믹페이퍼(31)와, 상기 세라믹페이퍼(31)의 외측에 둘러 설치된 비자성 스테인리스스틸시트(32)로 이루어진 단열부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 세라믹 재료와 칸탈선을 사용한 튜브형 고온 전기로.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 세라믹선(22)은,
   상기 열선부의 두께가 상기 칸탈선(21) 이하가 되도록 상기 칸탈선(21)보다 작거나 같은 직경으로 구성됨을 특징으로 하는 세라믹 재료와 칸탈선을 사용한 튜브형 고온 전기로.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 단열부는,
   상기 본체부의 직경 또는 상기 열선부의 사용 온도에 따라
   상기 열선부의 외측에 복수 층으로 반복 설치됨을 특징으로 하는 세라믹 재료와 칸탈선을 사용한 튜브형 고온 전기로.
   

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