KR101541318B1 - 고 방사율 세라믹 히터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고 방사율 세라믹 히터에 관한 것으로, 발열체와, 상기 발열체에 전력을 공급하기 위한 리드와, 상기 발열체 및 상기 리드가 매설된 세라믹 몸체를 구비한 세라믹 히터에 있어서, 상기 세라믹 몸체는 와목점토 10~30중량부, 알루미나 70~90중량부, 이산화망간(MnO2) 1~10중량부, 바륨플루라이드(BaF2) 1~10중량부, 탄산칼슘(CaCO3) 1~10중량부, 탈크 1~10중량부를 포함하고, 상기 세라믹 히터의 외표면에는 방사코팅층이 형성되되, 상기 방사코팅층은 무기 바인더 100중량부에 적외선 방사체 분말인, 옥:20~30중량부, 실리콘카바이드:50-70중량부, 코디에라이트:10~20중량부, 세르사이트:1~3중량부, 이산화망간:1~5중량부를 포함하여 구성되는 고 방사율 세라믹 히터를 기술적 요지로 한다. 이에 따라, 열전도성과 기계적 특성이 우수한 세라믹을 사용하여 먼저 세라믹 히터를 형성시키고, 상기 세라믹 히터의 표면에 열이 잘 방사될 수 있는 열복사율이 높은 고방사율의 재료를 코팅시킴에 의해 열전도성, 기계적 강도 및 열복사율이 우수한 고방사율 세라믹히터가 형성되는 이점이 있다.
Description
본 발명은 고 방사율 세라믹 히터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 열전도성과 기계적 특성이 우수한 세라믹을 사용하여 먼저 세라믹 히터를 형성시키고, 상기 세라믹 히터의 표면에 열이 잘 방사될 수 있는 열복사율이 높은 고방사율의 재료를 코팅시킴에 의해 열전도성, 기계적 강도 및 열복사율이 우수한 고방사율 세라믹히터에 관한 것이다.
일반적으로 많이 사용되고 있는 평판형의 전열장치에서는 내부의 발열선에서 발생된 열이 전열장치의 표면으로 전달되고 전열장치의 표면에서 열이 외부로 방사되게 된다. 이 경우 전열장치의 표면은 알루미늄이나 스테인레스강 등의 금속재질의 기판을 많이 사용하게 되는데 금속재질의 기판은 열의 전도는 용이하게 되지만 열이 금속의 표면으로부터 바깥으로 방사되는 복사특성은 좋지 않게 나타난다. 따라서 금속기판의 표면으로부터 열을 잘 방사시키기 위하여 고방사율의 재료를 금속기판의 표면에 코팅하게 되면 열이 잘 방사되어 좋은 특성의 전열장치로 사용할 수 있게 된다. 그렇지만 이러한 금속재질 기판의 경우 고온에서 용융이 발생하거나 휘어지기 때문에 높은 온도에서 사용하는데 많은 제약 요인이 존재한다.
고온에서 사용하기 위한 방법으로 발열선을 세라믹 성형물에 넣고 소성하여 만든 세라믹 히터가 많이 사용되고 있다. 이러한 세라믹 히터는 대한민국특허청 공개특허공보 공개번호 제10-2004-0029490호(공개일자 2004년 04월 08일) 및 대한민국특허청 공개특허공보 공개번호 제10-2013-0110091호(공개일자 2013년 10월 08일)에 소개되어 있다.
세라믹 히터에 사용되는 세라믹 재료는 발열선에서 발생된 열이 세라믹 표면으로 잘 전도되어야 하고 표면에서 열복사성이 높아야 한다. 또한 세라믹 재료는 세라믹 히터의 몸체를 구성하여야 하므로 기계적 특성이 우수하여야 한다.
이러한 세라믹 히터에 사용되는 세라믹 재료는 여러 가지 특성을 구비하여야 하지만 열전도성, 열복사성, 기계적 특성 등의 각각의 특성이 가장 우수한 재료를 사용할 수 없는 실정이다. 또한 일반적으로 열전도성과 열복사성은 서로 상반되는 특징을 가지므로 열전도성과 열복사성을 동시에 높게 구성하는 것은 매우 어려운 일이다.
아래의 수학식 1에 나타난 바와 같이
여기서 ε:열복사율이고, k:비례상수이고, υ:진동수이고, σ:열전도도로써,
세라믹 재료의 특성상 열전도도와 열복사율을 동시에 우수하게 만들 수 있는 방법이 거의 없는 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술들의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 열전도성과 기계적 특성이 우수한 세라믹을 사용하여 먼저 세라믹 히터를 형성시키고, 상기 세라믹 히터의 표면에 열이 잘 방사될 수 있는 열복사율이 높은 고방사율의 재료를 코팅시킴에 의해 열전도성, 기계적 강도 및 열복사율이 우수한 고방사율 세라믹히터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 발열체와, 상기 발열체에 전력을 공급하기 위한 리드와, 상기 발열체 및 상기 리드가 매설된 세라믹 몸체를 구비한 세라믹 히터에 있어서, 상기 세라믹 몸체는 와목점토 10~30중량부, 알루미나 70~90중량부, 이산화망간(MnO2) 1~10중량부, 바륨플루라이드(BaF2) 1~10중량부, 탄산칼슘(CaCO3) 1~10중량부, 탈크 1~10중량부를 포함하고, 상기 세라믹 히터의 외표면에는 방사코팅층이 형성되되, 상기 방사코팅층은 무기 바인더 100중량부에 적외선 방사체 분말인, 옥:20~30중량부, 실리콘카바이드:50-70중량부, 코디에라이트:10~20중량부, 세르사이트:1~3중량부, 이산화망간:1~5중량부를 포함하여 구성되는 고방사율 세라믹 히터를 기술적 요지로 한다.
상기 세라믹 히터는 900℃ 내지 1100℃ 온도에서 소성 가공되는 것이 바람직하다.
상기 와목점토는 SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO, K2O, Na2O를 포함하여 형성되는 것이 바람직하다.
상기 무기바인더는, 수 분산된 콜로이드 실리카에 Li+, Na+, K+, Mg2+, Pb2+, Ca2+중 하나 이상의 이온을 포함하는 물질을 첨가하여 형성되는 것이 바람직하다.
상기 Li+, Na+, K+, Mg2+, Pb2+, Ca2+중 하나 이상의 이온을 포함하는 물질은 수산화물인 LiOH, NaOH, KOH, Mg(OH)2, Pb(OH)2, Ca(OH)2를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 열전도성과 기계적 특성이 우수한 세라믹을 사용하여 먼저 세라믹 히터를 형성시키고, 상기 세라믹 히터의 표면에 열이 잘 방사될 수 있는 열복사율이 높은 고방사율의 재료를 코팅시킴에 의해 열전도성, 기계적 강도 및 열복사율이 우수한 고방사율 세라믹히터가 형성되는 이점이 있다.
상기의 구성에 의한 본 발명은, 세라믹 히터 자체는 열전도성과 기계적 특성이 우수하고, 동시에 세라믹 히터의 표면에 코팅된 방사층에 의해 열복사율이 우수해짐에 의해 전체적으로 열전도성, 기계적 강도 및 열복사율이 우수한 고방사율 세라믹히터가 형성되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고방사율 세라믹히터의 파장에 따른 원적외선 방사율을 나타낸 도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고방사율 세라믹히터의 파장에 따른 원적외선 방사에너지를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고방사율 세라믹히터의 파장에 따른 원적외선 방사에너지를 나타낸 도이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고방사율 세라믹히터의 파장에 따른 원적외선 방사율을 나타낸 도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고방사율 세라믹히터의 파장에 따른 원적외선 방사에너지를 나타낸 도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고방사율 세라믹 히터는 크게 발열체와, 상기 발열체에 전력을 공급하기 위한 리드와, 상기 발열체 및 상기 리드가 매설된 세라믹 몸체 그리고 상기 세라믹 히터의 외표면에 형성된 방사코팅층으로 구성된다.
먼저, 상기 발열체는 통상의 니크롬선을 사용하나, 그 외의 발열이 가능한 발열체이면 가능하고 발명체의 말단에는 외부의 전원을 연결하기 위한 리드가 형성된다. 여기서 상기 발열체와 리드는 공지의 기술이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다음은 상기 발열체 및 리드가 매설되는 세라믹 몸체를 형성하여야 하는바, 상기 발열체 및 리드를 세라믹 성형물에 넣고 소성하여 세라믹 히터를 형성시킨다.
상기 세라믹 몸체를 구성하는 세라믹 재료는 열전도율과 기계적 강도가 우수한 알루미나를 주조성으로 하여 세라믹을 제작한다.
본 발명에서는 알루미나 함량이 높은 와목점토와 추가의 알루미나를 사용하여 제작하되 소성온도를 낮추기 위하여 이산화망간, 바륨플루라이드, 탄산칼슘, 탈크 등을 첨가하여 세라믹 히터를 제작한다.
본 발명의 실시예에서는 와목점토 10~30중량부, 알루미나 70~90중량부, 이산화망간 1~10중량부, 바륨플루라이드 1~10중량부, 탄산칼슘 1~10중량부, 탈크 1~10중량부를 혼합하여 세라믹 재료를 형성하고, 와목점토는 아래의 표1과 같은 물질을 포함하는 와목점토를 이용한다.
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | MgO | K2O | Na2O |
| 56.3 | 40.2 | 1.60 | 0.34 | 1.34 | 0.22 |
본 발명의 실시예에서는, 특히, 와목점토 20중량부, 알루미나 80중량부, 이산화망간 5중량부, 바륨플루라이드 5중량부, 탄산칼슘 5중량부, 탈크 5중량부를 혼합하여 세라믹 재료를 형성하고, 1000℃에서 소성하는 방식으로 내부에 발열체 및 리드가 매설된 세라믹 히터를 형성하였다. 상기 세라믹 히터에서 제작된 세라믹의 열전도도는 0.02 cal/s·cm·℃이고, 굽힘강도는 750 kg/cm2으로 측정되었다.
상기 세라믹 히터의 외표면에는 방사코팅층이 형성되는바, 상기 방사코팅층은 방사코팅제를 형성하여 스프레이 방법으로 세라믹 히터의 외표면에 방사코팅제를 도포하여 방사코팅층을 형성한다.
상기 방사 코팅제는 무기 바인더 100 중량부에 적외선 방사체 분말인 옥:20~30중량부, 실리콘카바이드:50-70중량부, 코디에라이트:10~20중량부, 세르사이트:1~3중량부, 이산화망간:1~5중량부 그리고 점도를 떨어뜨리기 위한 톨루엔 50 중량부를 섞어서 2시간 동안 볼밀로써 혼합하여 만들었다. 제조된 방사 코팅제를 사용하여 스프레이 방법으로 세라믹 히터의 세라믹 표면에 코팅하여 방사 코팅층을 형성하였다.
본 발명의 실시예에서는 옥:25중량부, 실리콘카바이드:60중량부, 코디에라이트:15중량부, 세르사이트:2중량부, 이산화망간:3중량부를 사용하고, 무기바인더는 수 분산된 콜로이드 실리카에 수산화물인 LiOH를 첨가하여 사용하였다.
상기의 과정을 통하여 방사코팅층이 형성된 세라믹히터가 형성되었으며, 이를 이용하여 원적외선 방사율 및 원적외선 방사에너지를 측정하였으며, 이를 아래의 표2에 나타내었다.
이를 도1 및 도2에 그래프로써 나타낸바, 원적외선 방사율이 측정파장대에서 0.9이상을 유지함을 알 수 있으며, 원적외선 방사에너지 또한 측정파장대에서 블랙바디에 거의 근접하는 방사에너지를 가짐을 알 수 있다.
Claims (5)
- 발열체와, 상기 발열체에 전력을 공급하기 위한 리드와, 상기 발열체 및 상기 리드가 매설된 세라믹 몸체를 구비한 세라믹 히터에 있어서,
상기 세라믹 몸체는 와목점토 10~30중량부, 알루미나 70~90중량부, 이산화망간(MnO2) 1~10중량부, 바륨플루라이드(BaF2) 1~10중량부, 탄산칼슘(CaCO3) 1~10중량부, 탈크 1~10중량부를 포함하고,
상기 세라믹 히터의 외표면에는 방사코팅층이 형성되되, 상기 방사코팅층은 무기 바인더 100중량부에 적외선 방사체 분말인, 옥:20~30중량부, 실리콘카바이드:50-70중량부, 코디에라이트:10~20중량부, 세르사이트:1~3중량부, 이산화망간:1~5중량부를 포함함을 특징으로 하는 고방사율 세라믹 히터. - 제1항에 있어서, 상기 세라믹 히터는 900℃ 내지 1100℃ 온도에서 소성 가공되는 것을 특징으로 하는 고방사율 세라믹 히터.
- 제1항에 있어서, 상기 와목점토는 SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO, K2O, Na2O를 포함하여 형성됨을 특징으로 하는 고방사율 세라믹 히터.
- 제1항에 있어서, 상기 무기 바인더는, 수 분산된 콜로이드 실리카에 Li+, Na+, K+, Mg2 +, Pb2 +, Ca2 +중 하나 이상의 이온을 포함하는 물질을 첨가하여 형성된 것을 특징으로 하는 고방사율 세라믹 히터.
- 제4항에 있어서, 상기 Li+, Na+, K+, Mg2 +, Pb2 +, Ca2 +중 하나 이상의 이온을 포함하는 물질은 수산화물인 LiOH, NaOH, KOH, Mg(OH)2, Pb(OH)2, Ca(OH)2를 사용하여 형성됨을 특징으로 하는 고방사율 세라믹 히터.
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| KR1020140061176A KR101541318B1 (ko) | 2014-05-21 | 2014-05-21 | 고 방사율 세라믹 히터 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101541318B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102321977B1 (ko) * | 2020-09-29 | 2021-11-04 | 주식회사 지엘에코에너지 | 에너지 절감 히터를 구비하는 열풍기 및 이를 이용하는 콘크리트 구조물 건조방법 |
-
2014
- 2014-05-21 KR KR1020140061176A patent/KR101541318B1/ko active IP Right Grant
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102321977B1 (ko) * | 2020-09-29 | 2021-11-04 | 주식회사 지엘에코에너지 | 에너지 절감 히터를 구비하는 열풍기 및 이를 이용하는 콘크리트 구조물 건조방법 |
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|---|---|---|---|
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