KR101873921B1 - 전기아크 탄소용융 히터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기아크 탄소용융 히터(carbon melting heater with electric arc)에 관한 것으로 격판에 의해 발열부와 비발열부가 구획된 히터 케이스와; 상기 격판에 좌우로 나란히 관상의 애자(碍子;insulator)에 의해 구비된 복수의 전극 삽입공과; 상기 전극 삽입공에 병렬로 나란히 배치된 아크용 탄소 전극봉(carbon electrod)과; 상기 탄소 전극봉의 두부에 결합된 전극단자(terminal)를; 포함하고 상기 케이스의 비발열부에 충전된 내화성 몰탈에 의해 상기 탄소 전극봉이 케이스에 고착되며 상기 케이스의 발열부에 탄소분말이 두 전극봉에 접촉되게 충전되고 케이스의 개방부에 측판이 밀봉되어 구성된 것이다.
본 발명에 의하면, 전기아크 탄소용융 히터가 콤팩트(compact)하게 구성되어 있기 때문에 운반과 취급 및 설치가 간편하고 환경오염을 일으키는 기존의 오일버너, 또는 가스버너를 사용하는 건조기, 보일러, 소각기, 열풍기 등의 화구(火口)에 범용(汎用)으로 대체할 수 있으며, 청정(淸淨)한 고열량 히터로 유용하게 사용할 수 있다.

Description

전기아크 탄소용융 히터 {CARBON MELTING HEATER WITH ELECTRIC ARC}

본 발명은 전기아크 탄소용융 히터(carbon melting heater with electric arc)에 관한 것으로 격판에 의해 발열부와 비발열부가 구획된 히터 케이스와; 상기 격판에 좌우로 나란히 관상의 애자(碍子; insulator)에 의해 구비된 복수의 전극 삽입공과; 상기 전극 삽입공에 병렬로 나란히 배치된 아크용 탄소 전극봉(carbon electrod)과; 상기 탄소 전극봉의 두부에 결합된 전극단자(terminal)를; 포함하고 상기 케이스의 비발열부에 충전된 내화성 몰탈에 의해 탄소 전극봉이 고착되며, 상기 케이스의 발열부에 탄소분말이 두 전극봉에 접촉되게 충전되고 케이스의 일 측 개방부에 측판이 용접으로 밀봉되어 구성된 것이다.

본 발명에 의하면, 전기아크 탄소용융 히터가 콤팩트(compact)하게 구성되어 있기 때문에 운반과 취급 및 설치가 간편하고 환경오염을 일으키는 기존의 오일버너, 또는 가스버너를 사용하는 건조기, 보일러, 소각기, 열풍기 등의 화구(火口)에 범용(汎用)으로 대체할 수 있으며, 청정(淸淨)한 고열량 히터로 유용하게 사용할 수 있다.

전기 에너지를 사용하는 히터는 깨끗한 열원에 의해 다른 오일버너, 또는 가스버너와 같은 환경오염이나 소음이 없으며, 온도조절이 용이할 뿐 아니라 구조가 비교적 간단하고 고온을 얻을 수 있는 이점 때문에 용도에 따라 다양한 형태의 전기히터가 개발되어 있다.

일반적으로 전기히터의 발열체는 선상(線狀)발열체와, 면상발열체, 고주파, 전기아크, 전기아크 탄소용융 발열체, 가스방전(放電), 기타 매우 다양한 종류의 발열체가 있다.

또한 탄소발열체, 또는 전기아크 탄소용융 발열체를 이용한 히터에도 여러 가지 형태의 것이 알려져 있으며, 이에 대한 선행기술의 특허문헌을 열거하면 다음과 같다.

[인용문헌1] 등록특허공보 10-1651209(2016.08.26.공고) [인용문헌2]등록특허공보 10-1269240(1013.05.30.공고 [인용문헌3] 등록특허공보 10-1036509(2011.05.24.공고) [인용문헌4] 등록특허공보 10-1028214(2011.04.11.공고)

일반적으로 소정의 전압에서 탄소 전극봉을 접촉하여 아크를 발생하는 전기아크 발열체는 다른 발열체에 비하여 2000~2500℃의 고열을 얻을 수 있는 이점이 있으나, 전극봉의 탄소분자가 고열에 의해 소모되어 탄소 전극봉의 길이가 쉽게 단축되기 때문에 탄소 전극봉을 빈번하게 교체해야 하는 번거로운 문제점이 있었다.

또한 일정한 전압이 걸리는 탄소 전극봉 간에 탄소분말이 개재(介在)된 전기아크 탄소용융 발열체는 고열을 방출할 뿐 아니라 탄소분말에 의해 탄소 전극봉의 원형이 장시간 유지되는 이점이 있어, 각종 금속제련(製鍊)의 전기로, 소각로, 도기제품의 소성로 등 산업적 용도에 다양하게 이용되고 있다.

종래의 전기아크 탄소용융 히터장치는 바닥면에 축조된 일정한 공간을 가진 반응로(反應爐)의 좌우 양 측벽에 탄소 전극봉의 단부가 반응로의 내부로 마주보게 설치되고 반응로의 공간부에 탄소분말이 탄소 전극봉과 접촉되게 채워져서, 두 전극봉의 아크방전에 의해 탄소분말의 용융으로 아크열이 반응로의 상부 측으로 방출하도록 구성되어 있기 때문에 반응로는 거의 운반 이동을 할 수 없고 또한 반응로를 사용할 보일러, 또는 소각로를 반응로와 일체로 설계제작 해야만 사용할 수 있어, 그 히터의 용도적 범위가 극히 제한적이고 또한 기존의 보일러, 소각로, 또는 건조기 등의 화구에 가스버너, 또는 오일버너와 대체하여 범용(汎用)으로 설치하여 사용할 수도 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 전기아크 탄소용융 히터의 미비점을 해결하기 위하여, 전기아크 탄소용융 히터를 콤팩트(compact)하게 구성하여 운반과 취급이 간편하고 환경을 오염시키는 오일버너, 또는 가스버너를 사용하게 된 기존의 보일러, 소각로, 건조기, 열풍기 등의 화구에 범용으로 설치가 가능하며, 슬라이드형 전압조절기에 의해 온도조절이 용이하여, 원하는 온도의 청정한 고열량 히터로 유용하게 사용할 수 있는 새로운 전기아크 탄소용융 히터(carbon melting heater with electric arc)를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 격판에 의해 발열부와 비발열부가 구획된 히터 케이스와; 상기 격판에 좌우로 나란히 관상(管狀)의 애자(碍子;insulator)에 의해 구비된 복수의 전극 삽입공과; 상기 격판의 전극 삽입공에 간격을 두고 나란히 배치된 탄소 전극봉(carbon electrode)과; 상기 탄소 전극봉의 두부에 결합된 전원 공급용 전극단자(terminal)를; 포함하고 상기 케이스의 비발열부에 충전된 내화(耐火)성 몰탈(mortar)에 의해 상기 케이스에 배치된 탄소 전극봉이 고착(固着)되며, 상기 케이스의 발열부에 탄소분말이 두 탄소 전극봉에 접촉되게 충전되고 케이스의 일 측 개방부에 측판이 용접으로 밀봉되어 구성된 것이다.

상기 케이스는 규산(Si)계의 내화성 절연층(Insulate layer)이 내면에 적층된 금속, 또는 비금속재질로 되어 있고 금속의 경우에는 티타늄(Ti)과 같은 융점이 높은 금속재질이 이용된다. 케이스는 사각관 (四角管), 또는 원형관(圓形管)으로 되고 AC 220v의 전원을 사용하는 경우에는 적어도 2개의 탄소 전극봉이 케이스 내부에 좌우로 나란히 배치할 수 있는 길이와 폭으로 구성되며, AC 380v의 전원을 사용하는 경우에는 적어도 3개의 탄소 전극봉이 케이스 내부에 좌우 나란히 배치할 수 있는 길이와 폭으로 구성된다.

탄소 전극봉은 각봉(角棒), 또는 환봉(丸棒)으로 되어 있고 상기 케이스의 내부에 배치할 수 있는 상응한 긁기와 길이로 되어 있다.

상기 히터의 탄소 전극봉의 길이와 굵기는 용도에 따라 정해진다.

상기 탄소 전극봉 및 탄소분말은 99.9%의 순도를 가진 정제(精製)된 인조 광물성 흑연(graphite)으로서 시판(市販)되고 있는 것이다.

케이스의 격판에 의해 간격을 두고 배치된 두 탄소 전극봉의 두부에는 전원 도선이 접속되는 단자편을 가진 전극 단자가 각각 결합되어 이탈되지 않도록 체결나사로 체결되어 있다.

상기 격판으로 구획된 케이스의 좌우 양측의 비발열부의 공간에는 개방부를 통하여 규소계의 내화성 몰탈이 충전되고 몰탈이 경화되면 케이스 내부에 배치된 탄소 전극봉이 케이스에 견고하게 고착(固着)되며 또한 케이스의 타 측 단부에는 측판이 용접되고 케이스의 일 단부는 상기 내화성 재질로 밀봉된다.

케이스에 비발열부를 두는 이유는 케이스에 배치된 두 개 또는 세 개의 탄소 전극봉이 내화성 몰탈에 의해 케이스 내부에 견고하게 고착(固着)하기 위한 것이다. 그래야만 히터의 운반과 취급 및 사용 중에 전극봉을 안전하게 보호할 수 있다.

케이스의 발열부에는 케이스의 상부에 구비된 투입구를 통하여 탄소 분말이 충전되고 캡을 밀봉한다,

상기 케이스의 일 측에는 히터를 화구에 장착하기 위한 플랜지가 형성되어 있다.

또한 상기 케이스의 발열부를 상방으로 확장되게 구성하여 아크열의 방열량을 보다 증대할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 전기아크 탄소용융 히터는 외부형태가 각관, 또는 원형관의 케이스로 콤팩트한 구성으로 되어 있어, 운반과 설치 및 취급이 보다 간편하게 된다.

또한 본 발명의 탄소용융 히터를 기존의 각종 식품건조기, 난방기구, 또는 산업용 열수를 공급하는 각종 보일러, 또는 각종 폐기물을 소각하는 기존의 소각로의 화구(火口)에 오일버너, 또는 가스버너를 대체하여 플랜지를 이용하여 장착하고 두 탄소 전극봉의 전극단자에 AC 240v의 전원을 공급하면 탄소 전극봉 간에는 전기적 고저항체인 탄소분말이 접속되어 있기 때문에 두 탄소 전극봉 간에 아크(arc)가 방전되면서 고열이 발생된다. 고열로 인하여 탄소분말은 용융상태로 작열(灼熱)되어 히터의 케이스 외부로 고온의 아크 열(arc heat)의 복상열과 전도열에 의해 가열된다.

이때, 탄소 전극봉에 전원을 공급하는 전원도선에는 통상의 슬라이드형 전압조절기가 연결되어 있기 때문에 상기 전압조절기(voltage controller)에 의해 전압을 조절하여 탄소용융 히터의 발열온도를 원하는 온도로 조절하면 된다.

본 발명의 탄소용융 히터는 1800℃~2000℃의 고열을 얻을 수 있으므로 단시간에 다량의 온수를 필요로 하는 산업용 보일러에 유용하게 적용할 수 있고 고추, 쌀, 농작물 등의 건조기, 라면과 같은 건조식품 건조기에 적용하는 경우에는 다량의 열풍을 얻을 수 있어 건조능률을 보다 높일 수 있으며, 또한, 소각로의 경우에는 소각 시에 발생되는 환경공해물질이 분해되는 고온의 가열이 가능하기 때문에 친환경적으로 폐기물을 소각할 수 있다.

물론 본 발명의 탄소용융히터는 상기한 용도에 한정되는 것은 아니며 대형 실내용 난방기구, 작물 하우스 등 다양한 용도의 열원(熱源)으로 사용할 수 있다.

또한 본 발명의 탄소용융 히터는 전기히터의 특징인 온도조절이 용이하고 소음이 없이 청정한 열을 얻는 이점이 있을 뿐 아니라 히터가 콤팩트하게 구성되어 있기 때문에 운반과 취급 및 설치가 간편하고 각종 오일버너, 또는 가스버너를 사용하게 된 기존의 각종 보일러, 소각로, 건조기, 열풍기 등에 설계변경 없이 오일버너 또는 가스버너를 대체하여 범용(汎用)으로 설치가 가능하며, 친환경적으로 유용하게 사용할 수 있다.

본 발명은 내열성 케이스의 내부에 격판에 의해 비발열부와 발열부로 구획하여 격판에 구비된 전극 삽입공을 통하여 적어도 2개의 탄소 전극봉을 간격을 두고 나란히 배치하고 비발열부에는 내열성 몰탈을 충전하여 탄소 전극봉을 케이스에 고착시키며, 발열부에는 탄소분말을 충전하여 탄소 전극봉을 통하여 아크방전에 의해 탄소용융의 고열을 얻을 수 있는 탄소용융 히터를 콤팩트하게 구성하였기 때문에 운반과 취급이 간편하다.

또한 오일버너 또는 가스버너를 사용하는 기존의 각종 보일러, 소각로, 또는 건조기, 열풍기 등에 설계변경 없이 본 발명의 탄소용융 히터를 범용으로 장착하여 사용할 수 있다.

또한 히터의 사용목적에 따라 간편하게 온도조절이 가능하여 각종 산업분야의 청정(淸淨)한 열원(熱源)으로 유용하게 사용할 수 있는 효과가 있다.

도1은 본 발명의 한 실시예의 사시도
도2는 본 발명의 구성을 보인 분리 예시도
도3은 본 발명의 구성을 보인 평 단면 예시도
도4는 본 발명의 구성을 보인 종단면 예시도
도5는 본 발명의 발열부가 증대된 다른 예시도
도6은 본 발명의 히터를 건조기에 적용한 예시도
도7은 도6의 A선 부분의 상세도
도8은 본 발명의 히터를 기존 보일러의 화구에 장착한 예시도
도9는 본 발명의 히터를 기존의 소각기의 화구에 장착한 예시도

본 발명의 한 실시예를 첨부도면에 의해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 탄소용융 히터의 예시도이고 도2는 동 히터의 구성을 보인 분리 예시도이다.

도2에 표시된 바와 같이, 규소계의 내열재(1a)가 적층된 일정한 길이와 폭을 가진 사각관상으로 된 케이스(1)의 내부 공간을 좌우의 두 격판(2)에 의해 발열부(h)와 비발열부(n)로 구획한다. 이때 격판(2)을 케이스(1)의 양측으로 근접되게 구비하여 발열부(h)의 공간을 비발열부(n)의 공간 보다 크게 형성한다.

상기 케이스(1)의 양측에 구비된 상기 격판(2)에는 관상의 애자(2t)에 의해 적어도 2개의 삽입공(2h)을 구비한다.

도3 및 도4에 표시된 바와 같이, 케이스(1)의 좌우 양측의 격판(2)에 구비된 애자(2t)의 삽입공(2h)을 관통하여 환봉으로 된 두 개의 탄소 전극봉(3)을 각각 간격을 두고 나란히 배치하고 상기 탄소 전극봉(3)의 두부(3a)에는 단자편(3c)을 가진 전원 단자(3b)를 결합하여 단자(3b)와 두부(3a) 간에 조임나사(3s)로 각각 견고하게 체결한다.

본 실시예에서 상기 탄소 전극봉(3)의 지름은 14mm, 두부(3a)의 길이는 35mm, 전극봉의 전 길이는 350mm, 케이스(1)의 길이는 445mm, 케이스(1)의 폭은 상기 탄소 전극봉(3) 2개가 간격을 두고 배치되는 상응한 크기로 하였다.

상기 케이스(1) 및 틴소 전극봉(3)의 치수는 예시적인 것으로 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 케이스(1)에 격판(2)을 이용하여 탄소 전극봉(3)을 배치한 다음 격판(2)에 의해 구획된 케이스(1)의 비발열부(b)의 공간에는 케이스(1)의 양단부측의 개방부(1b)를 통하여 규소를 주성분으로 하는 무기질 내화성 몰탈(m)을 각각 충전(充塡)하여 상기 탄소봉(3)의 양 단부를 격판(2)과 케이스(1)에 단단하게 고착시킨다.

도3 및 도4에 표시된 바와 같이, 케이스(1)의 타 측 단부의 개방부(1b)를 측판(1c)으로 용접하여 밀봉하고 케이스(1)의 상면에 구비된 투입구(1n)를 통하여 탄소분말(c)을 발열부(h)의 공간에 채워 넣고 투입구(1n)에 캡(1d)을 밀봉하여 도1에 표시된 본 발명의 전기아크 탄소용융 히터(H)를 구성한다.

상기 케이스(1) 일 측에는 히터를 화구에 장착하기 위해 체결공(fh)이 천공된 플랜지(f)를 구비한다.

도5는, 도4에 표시된 본 실시예의 탄소용융 히터(H)의 구성에서 케이스(1)의 발열부(h')를 상방으로 확장한 다른 예시도이다. 확장된 상기 발열부(h')에 의해 탄소분말(c)의 충전량(充塡量)이 증가되고 발열량도 상대적으로 증대된다.

상기한 구성으로 된 본 발명의 전기아크 탄소용융 히터(H)는 도3에 표시된 바와 같이 케이스(1)의 일 측 외부로 노출된 전원 단자편(3c)에 AC200v의 전원 도선(e)을 결선(結線)하고 슬리아드형 조절기(C)에 의하여 원하는 전압으로 조절하면 케이스(1)의 격판(2)에 배치된 두 탄소 전극봉(3) 간에 탄소분말(c)을 통하여 아크방전이 일어나며 아크의 고열에 의해 탄소분말(c)이 용융상태로 되면서 케이스(1)의 외부로 고열이 방출된다.

도6은 본 발명의 탄소용융히터(H)를 건조기(D)에 적용한 예시도이고 도7은 도6의 A선 부분의 상세도로서 송풍기(F)에 연관된 열풍 닥트(d)의 내부에 본 발명의 탄소용융 히터(H)를 장착하고 전극봉(3)에 전원을 공급하면 상기 히터(H)의 케이스(1)에서 방출되는 고열에 의해 탁트(d)로 이송되는 다량의 공기가 신속하게 가열되어 열풍에 의해 간조기(D)의 피 건조물이 보다 위생적으로 신속하게 건조될 수 있다. 건조에 필요한 열풍의 온도는 히터의 전압조절기에 의해 예민하게 조절할 수 있어 건조물에 적합한 온도로 조절하면서 송풍할 수 있다. 청정한 열원을 사용하게 됨으로 건조식품에 유해 물질이 유입될 우려가 없다.

도8은 본 발명의 탄소용융 히터(H)를 기존의 보일러(B)의 화구에 플랜지(f)에 의해 장착하여 사용하는 예시도로서 탄소용 히터(H)에서 방출되는 고열에 의해 다량의 온수나 열수를 간편하게 얻을 수 있어, 각종 산업분야에 유용하게 이용할 수 있다. 종래의 오일보일러, 또는 가스버너를 사용하는 것에 비하여 버너의 가동 소음이 없고 환경공해가 없으며, 원하는 온도로 가열할 수 있는 이점이 있다.

도9는 통상의 소각로(S)의 화구에 도5에 표시된 실시예의 탄소용융 히터(H)를 적용한 예시도로서 탄소용융 히터(H)의 확장된 발열부(h')가 소각로(S)의 가열면에 접촉된 경우에는 히터(H)의 케이스(1)에서 방출된는 전도열 및 복사열에 의해 소각물이 소각되며 폐기물의 소각 시에 발생되는 환경공해물질이 분해되는 고열의 가열이 가능하여 소각로에 친환경적으로 유용하게 적용할 수 있다.

본 실시예의 탄소용융 히터(H)는 콤팩트하게 구성되어 있기 때문에 운반과 취급 및 설치가 간편하여 각종 산업분야의 청정한 열원으로서 종래의 오일버너 또는 가스버너를 사용하던 기존의 건조기, 보일러, 소각로, 열풍기에 설계변경 없이 본 실시예의 탄소용융 히터(H)를 간편하게 적용하여 유용하게 사용할 수 있다.

1 : 케이스 1a : 내열재 1b : 개방부 1c : 측판 1d : 캡 1n : 투입구
2 : 격판 2h : 전극 삽입공 2t ; 애자 3 : 탄소 전극봉
3a : 전극봉의 두부 3b : 단자 3c : 단자편 3s : 조임나사
c : 탄소분말 d : 닥트 e : 전원 도선 f : 플랜지 m : 몰탈
B : 보일러 C : 전압조절기 D : 건조기 S : 소각로
H : 탄소용융 히터

Claims (5)

1. 전기아크 탄소용융 히터에 있어서,
   규소계의 내열재가 내면에 적층된 일정길이와 폭을 가진 사각관으로 된 케이스의 내부공간이 좌우의 두 격판에 의해 발열부와 비발열부로 구획되고 상기 격판에 좌우 나란히 애자에 의해 구비된 복수의 삽입공에 아크용 탄소 전극봉이 간격을 두고 배치되며, 일 측 격판의 외부로 돌출된 상기 아크용 탄소 전극봉의 두부에 전원 단자가 결합되고 상기 케이스의 상기 발열부의 공간에는 탄소분말이 충전되며, 상기 비발열부의 공간에는 내화성 모르타르가 충전되어 구성된 것을 특징으로 하는 전기아크 탄소용 히터.
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