KR102654849B1 - Carbon fiber heating element - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소 섬유 발열체와 관련된다. 본 발명은 실시예로 탄소 섬유로 이루어지는 코어를 포함하고 상기 코어의 양단에 전극이 연결되며 전극에 전기가 인가됨에 따라 코어에 열이 발생하도록 이루어지는 발열부, 내부에 공간이 형성되고 상기 발열부가 삽입될 수 있도록 개방된 입구를 구비하며 상기 발열부가 내부에 배치되는 하우징부 및 상기 발열부가 상기 하우징부에 배치된 상태에서 상기 하우징부의 내부의 공간에 채워지고 절연성과 전도성을 가지며 상기 발열부에서 발생한 열을 상기 하우징부로 전달하는 열이동부를 포함하는 탄소 섬유 발열체를 제시한다.The present invention relates to carbon fiber heating elements. The present invention, in an embodiment, includes a core made of carbon fiber, electrodes are connected to both ends of the core, a heating portion configured to generate heat in the core as electricity is applied to the electrode, a space is formed therein, and the heating portion is inserted. A housing part having an open inlet so that the heating part is disposed therein, and the heat generating part being disposed in the housing part, fills the space inside the housing part, has insulation and conductivity, and heat generated from the heating part. A carbon fiber heating element including a heat transfer unit that transfers heat to the housing unit is presented.
Description
본 발명은 탄소 섬유를 이용한 발열체에 관한 것으로서, 상세하게는 비닐 하우스, 축사, 전기 보일러, 전기 온수기, 전기 튀김기 등에 난방용과 발열원으로 사용될 수 있는 탄소 섬유 발열체와 관련된다.The present invention relates to a heating element using carbon fiber, and more specifically, to a carbon fiber heating element that can be used as a heating and heat source in greenhouses, livestock sheds, electric boilers, electric water heaters, electric fryers, etc.
일반적으로 난로나 보일러 등은 고온의 열을 방출 또는 복사하여 온도를 상승시킴으로써 난방을 하거나 온수를 사용할 수 있게 한다. 이러한 기기는 통상 석탄, 석유 또는 천연가스 등의 연소를 통한 연소열을 이용하거나, 전기를 이용한 발열체의 저항열을 이용하여 고온을 얻는 것이 주로 사용되고 있다.In general, stoves or boilers emit or radiate high-temperature heat to increase the temperature, allowing heating or hot water to be used. These devices are mainly used to obtain high temperatures by using combustion heat through the combustion of coal, oil, or natural gas, or by using the resistance heat of a heating element using electricity.
최근 대기오염 등의 환경오염 문제와 원료 고갈 및 원료비 상승 등으로 인해 석탄, 석유 등을 원료로 하는 보일러는 사용이 점점 감소하는 추세이지만 전기를 이용한 기기들의 사용은 점점 늘고 있는 실정이다.Recently, due to environmental pollution problems such as air pollution, depletion of raw materials, and rising raw material costs, the use of boilers using coal and oil as raw materials is gradually decreasing, but the use of devices using electricity is increasing.
전기 난로나 보일러는, 니크롬선 등의 전기 저항이 높은 금속을 코일형태로 형성한 발열체에 전류를 인가하여 발생하는 저항열을 이용하는 방법이 주로 사용된다. 하지만 이러한 종래의 발열체는 강한 전류를 흐르게 하여야 일정온도 이상으로 발열하게 되고, 이렇게 발열하는데 장시간이 소요되어 전력소모가 많다. Electric stoves and boilers are mainly used to utilize resistance heat generated by applying current to a heating element made of metal with high electrical resistance, such as nichrome wire, in the form of a coil. However, these conventional heating elements require a strong current to flow to generate heat above a certain temperature, and it takes a long time to generate heat, resulting in high power consumption.
또한, 금속 코일의 특성상 강한 전류가 흐르게 되면 인체에 유해한 전자파(EMI)가 발생할 뿐만 아니라, 장시간 사용시에는 발열체가 단선, 누전, 감전, 과열로 인한 화재 등의 전기사고가 발생할 수 있다.In addition, due to the nature of the metal coil, when a strong current flows, not only does electromagnetic interference (EMI) harmful to the human body occur, but when used for a long time, electrical accidents such as disconnection of the heating element, short circuit, electric shock, and fire due to overheating may occur.
본 발명은 탄소 섬유를 발열소재로 사용하여 발열부를 구성하고 발열부와 발열부의 외곽을 감싸는 하우징부 사이에 절연성과 전도성을 가진 열이동부를 구비함으로써 발열부에서 발생한 열이 안전하고 효율적으로 하우징부로 전달될 수 있도록 하는 탄소 섬유 발열체를 제시한다.The present invention uses carbon fiber as a heating material to construct a heating unit, and provides an insulating and conductive heat transfer part between the heating unit and a housing unit surrounding the outside of the heating unit, so that the heat generated from the heating unit is safely and efficiently transferred to the housing unit. We present a carbon fiber heating element that enables heat transfer.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다. Other detailed purposes of the present invention will be clearly understood and understood by experts or researchers in this technical field through the detailed contents described below.
위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 탄소 섬유로 이루어지는 코어를 포함하고 상기 코어의 양단에 전극이 연결되며 전극에 전기가 인가됨에 따라 코어에 열이 발생하도록 이루어지는 발열부, 내부에 공간이 형성되고 상기 발열부가 삽입될 수 있도록 개방된 입구를 구비하며 상기 발열부가 내부에 배치되는 하우징부 및 상기 발열부가 상기 하우징부에 배치된 상태에서 상기 하우징부의 내부의 공간에 채워지고 절연성과 전도성을 가지며 상기 발열부에서 발생한 열을 상기 하우징부로 전달하는 열이동부를 포함한다.In order to solve the above problem, the present invention, as an embodiment, includes a core made of carbon fiber, electrodes are connected to both ends of the core, a heating unit configured to generate heat in the core as electricity is applied to the electrode, and a space therein. A housing part is formed and has an open inlet so that the heating part can be inserted, and the heating part is placed inside the housing part, and the heating part is placed in the housing part, and the space inside the housing part is filled and insulated and conductive. and includes a heat transfer unit that transfers heat generated from the heating unit to the housing unit.
여기에서 상기 발열부는, 중앙이 비어있는 관 형상으로 이루어지는 통로부재, 상기 통로부재의 외측을 감아 도는 형태로 이루어지고 통전에 의해 발열하는 코어, 상기 코어의 일단에 연결되어 전기를 공급하는 제1전극 및 상기 통로부재의 내부를 통과하도록 배치되고 상기 코어의 다른 일단에 연결되어 전기를 공급하는 제2전극을 포함할 수 있다.Here, the heating unit includes a passage member formed in the shape of a tube with an empty center, a core wound around the outside of the passage member and generating heat by electricity, and a first electrode connected to one end of the core to supply electricity. and a second electrode disposed to pass through the interior of the passage member and connected to the other end of the core to supply electricity.
또한 상기 발열부는, 외형을 이루고 내부에 공간이 형성되는 커버부재를 더 포함하고, 코어가 감긴 상태의 상기 통로부재가 상기 커버부재의 내부에 배치됨과 함께 상기 제1전극과 상기 제2전극이 상기 커버부재의 외부로 연결되도록 이루어질 수 있다.In addition, the heating unit further includes a cover member that has an outer shape and a space therein, and the passage member with the core wound is disposed inside the cover member, and the first electrode and the second electrode are connected to the cover member. It may be connected to the outside of the cover member.
추가로, 상기 커버부재의 내부의 공간에는 절연성과 전도성을 가지며 상기 코어에서 발생한 열을 이동시키는 충진재가 채워질 수 있다.Additionally, the space inside the cover member may be filled with a filler material that has insulating and conductive properties and moves heat generated in the core.
한편 상기 발열부는, 감아 도는 형태로 이루어지고 통전에 의해 발열하는 코어, 상기 코어의 일단에 연결되어 전기를 공급하는 제1전극, 상기 코어의 다른 일단에 연결되어 전기를 공급하는 제2전극 및 외형을 이루고 내부에 공간이 형성되며 상기 코어가 내부에 배치됨과 함께 상기 제1전극과 상기 제2전극이 양측으로 각각 연결되도록 이루어지는 커버부재를 포함할 수 있다.Meanwhile, the heating part includes a core that is wound and generates heat by applying electricity, a first electrode connected to one end of the core to supply electricity, a second electrode connected to the other end of the core to supply electricity, and an external shape. It may include a cover member in which a space is formed inside, the core is disposed therein, and the first electrode and the second electrode are connected to both sides, respectively.
또한 상술한 커버부재의 외측면에는 방열도료가 코팅될 수 있다.Additionally, heat dissipating paint may be coated on the outer surface of the above-described cover member.
한편 상기 하우징부는, 중앙이 비어 있는 관 형상으로 이루어지고 내부에 상기 발열부가 배치되는 몸체 및 상기 몸체의 외주와 접하도록 배치되고 일정한 간격을 두고 돌출되는 복수의 판 형상으로 이루어지는 방열부재를 포함할 수 있다.Meanwhile, the housing portion may include a body in the shape of a tube with an empty center inside which the heating unit is disposed, and a heat dissipation member arranged in contact with the outer periphery of the body and formed in the shape of a plurality of plates protruding at regular intervals. there is.
여기에서 상기 몸체는 양 단부가 개방되고, 상기 발열부가 배치된 상태에서 단부가 단열재와 실링재로 순차적으로 마감될 수 있다.Here, both ends of the body are open, and with the heating unit disposed, the ends may be sequentially closed with an insulating material and a sealing material.
한편 상기 열이동부는, 열 전도율이 높은 금속 분말 또는 무기질 분말로 이루어질 수 있다. Meanwhile, the heat transfer unit may be made of metal powder or inorganic powder with high thermal conductivity.
본 발명의 실시예에 따른 탄소 섬유 발열체는, 탄소 섬유를 발열소재로 사용하고 탄소 섬유에서 발생한 열이 전도성을 가진 열이동부를 통해 하우징부로 신속하게 전달될 수 있으므로 열효율이 높다. 또한 열이동부가 절연성을 가지므로 발열체의 단선, 누전, 감전, 과열에도 대응이 가능하므로 안전성도 뛰어나다.The carbon fiber heating element according to an embodiment of the present invention uses carbon fiber as a heating material and has high thermal efficiency because heat generated from the carbon fiber can be quickly transferred to the housing through a conductive heat transfer part. In addition, since the heat transfer part has insulation properties, it can respond to disconnection, short circuit, electric shock, and overheating of the heating element, thus providing excellent safety.
한편 코어에 전극을 연결함에 있어서 코어의 일측에는 그대로 전극을 연결하고 코어의 다른 일측에는 통로부재의 중앙의 빈 공간을 통해 긴 길이의 다른 전극을 배치함으로써 한쪽 방향으로 2개의 전극을 배치할 수 있다. 이에 따라 일측 방향에서 코어의 양 단부에 전기를 인가하는 것이 가능함과 동시에 2개의 전극 사이의 간섭을 방지할 수 있다.Meanwhile, when connecting electrodes to the core, two electrodes can be placed in one direction by connecting the electrodes as is to one side of the core and placing another long electrode through the empty space in the center of the passage member on the other side of the core. . Accordingly, it is possible to apply electricity to both ends of the core from one direction and at the same time prevent interference between the two electrodes.
이때 통로부재가 없이 코어의 양 단부에 전극을 연결함으로써 양측 방향으로 전극을 배치하는 간단한 형태로 발열부를 구성할 수도 있다.At this time, the heating unit can be formed in a simple form in which electrodes are arranged in both directions by connecting electrodes to both ends of the core without a passage member.
한편 발열부에 코어의 외부를 감싸는 커버부재를 더 구비함으로써 코어가 열이동부와 직접 접촉하지 않도록 하여 코어의 손상을 방지할 수 있다. 또한 커버부재 내부에 절연성과 전도성을 가지는 충진재를 채움으로써 코어의 절연 상태를 확보할 수 있음과 동시에 코어에서 발생한 열이 커버부재로 신속하게 전달될 수 있다. 이때 커버부재의 외측면에 방열도료를 코팅함으로써 발열부에서 열이동부로 열의 확산을 신속하게 하여 빠른 시간에 온도를 상승시킬 수 있다.Meanwhile, by further providing a cover member surrounding the outside of the core in the heating part, damage to the core can be prevented by preventing the core from coming into direct contact with the heat transfer part. In addition, by filling the inside of the cover member with a filler having insulating and conductive properties, the insulating state of the core can be secured and at the same time, heat generated in the core can be quickly transferred to the cover member. At this time, by coating the outer surface of the cover member with a heat dissipating paint, heat can quickly spread from the heating part to the heat transfer part, thereby raising the temperature in a short time.
한편 하우징부를 금속 재질의 파이프로 이루어진 몸체와 몸체의 외주를 따라 일정 간격을 두고 돌출되는 방열부재로 구성함으로써 제작이 용이하고 표면적을 넓힐 수 있어 많은 열을 동시에 방출하는 것이 가능하다. 또한 몸체의 양측에 개방된 단부를 단열재와 실링재로 순차로 마감함으로써 간단한 방법으로 온전하게 하우징부를 밀폐하는 것이 가능하다.Meanwhile, the housing part is composed of a body made of a metal pipe and heat dissipation members that protrude at regular intervals along the outer circumference of the body, making it easy to manufacture and expanding the surface area, making it possible to emit a lot of heat at the same time. In addition, it is possible to completely seal the housing in a simple manner by sequentially closing the open ends on both sides of the body with insulation and sealing materials.
한편 열이동부를 열 전도율이 높은 무기질 분말로 구성함으로써 전도성과 절연성이 높은 열이동부를 용이하게 구성할 수 있다.Meanwhile, by constructing the heat transfer unit with inorganic powder with high thermal conductivity, the heat transfer unit with high conductivity and insulation can be easily constructed.
그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다. Other effects of the present invention will be readily apparent and understood by experts or researchers in the technical field through the specific details described below or during the process of implementing the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소 섬유 발열체의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 따른 탄소 섬유 발열체의 분해사시도.
도 3은 도 1에 도시된 실시예에 채용된 발열부의 내부 구성의 상세도.
도 4는 도 1에 도시된 실시예에 채용된 발열부의 제1형태를 나타내는 사시도.
도 5는 도 1에 도시된 실시예에 채용된 발열부의 제2형태를 나타내는 사시도.
도 6은 도 1에 도시된 실시예에 채용된 발열부의 제3형태를 나타내는 사시도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소 섬유 발열체의 분해사시도.1 is a perspective view of a carbon fiber heating element according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exploded perspective view of the carbon fiber heating element according to the embodiment shown in Figure 1.
Figure 3 is a detailed view of the internal structure of the heating unit employed in the embodiment shown in Figure 1.
Figure 4 is a perspective view showing a first form of a heating unit employed in the embodiment shown in Figure 1.
Figure 5 is a perspective view showing a second form of a heating unit employed in the embodiment shown in Figure 1.
Figure 6 is a perspective view showing a third form of the heating unit employed in the embodiment shown in Figure 1.
Figure 7 is an exploded perspective view of a carbon fiber heating element according to another embodiment of the present invention.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.The features and effects of the present invention described above will become more apparent through the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings, and accordingly, those skilled in the art will be able to easily implement the technical idea of the present invention. You will be able to. Since the present invention can be subject to various changes and can have various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 섬유 발열체(100)에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일유사한 구성에 대해서는 동일유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.Hereinafter, the carbon
본 발명의 실시예에 따른 탄소 섬유 발열체(100)는, 발열부(1), 하우징부(2) 및 열이동부(3)를 포함한다.The carbon
발열부(1)는 탄소 섬유로 이루어지는 코어(13)를 포함한다. 이 코어(13)의 양측 단부에 전극이 연결되며 이들 전극에 전기가 인가됨에 따라 코어(13)에 열이 발생하도록 이루어진다.The
하우징부(2)는 내부에 공간이 형성되고 발열부(1)가 삽입될 수 있도록 개방된 입구를 구비한다. 이 개방된 입구를 통해 발열부(1)가 하우징부(2)의 내부에 배치된다. 하우징부(2)의 개방된 입구는 발열부(1)가 배치된 후 밀폐된다.The
열이동부(3)는 발열부(1)가 하우징부(2)에 배치된 상태에서 하우징부(2)의 내부의 공간에 채워지고 절연성과 전도성을 가진다. 이에 따라 발열부(1)에서 발생한 열을 상기 하우징부(2)로 전달할 수 있다.The
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 탄소 섬유 발열체는, 탄소 섬유를 발열소재로 사용하고 탄소 섬유에서 발생한 열이 전도성을 가진 열이동부를 통해 하우징부로 신속하게 전달될 수 있으므로 열효율이 높다. 또한 열이동부가 절연성을 가지므로 발열체의 단선, 누전, 감전, 과열에도 대응이 가능하므로 안전성도 뛰어나다.As such, the carbon fiber heating element according to an embodiment of the present invention uses carbon fiber as a heating material and has high thermal efficiency because heat generated from the carbon fiber can be quickly transferred to the housing through a conductive heat transfer part. In addition, since the heat transfer part has insulation properties, it can respond to disconnection, short circuit, electric shock, and overheating of the heating element, thus providing excellent safety.
이에 따라 축사나 양계장 및 비닐 하우스 등의 난방 용도로 사용하거나 보일러의 발열체로서 사용하기 적합하다.Accordingly, it is suitable for use in heating purposes such as livestock farms, poultry farms, and greenhouses, or as a heating element in boilers.
이하 각 부의 구성에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the configuration of each part will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소 섬유 발열체의 사시도이고, 도 2는 이러한 탄소 섬유 발열체의 분해사시도이며, 도 3은 이러한 탄소 섬유 발열체에 채용된 발열부의 내부 구성의 상세도이다.FIG. 1 is a perspective view of a carbon fiber heating element according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of this carbon fiber heating element, and FIG. 3 is a detailed diagram of the internal structure of a heating portion employed in this carbon fiber heating element.
발열부(1)는 통전에 의해 열을 발생시키는 기능을 하고, 통로부재(11), 코어(13), 제1전극(14) 및 제2전극(15)을 포함하여 이루어진다.The
통로부재(11)는 중앙이 비어있는 관 형상으로 이루어진다. 도면을 참조하면 통로부재(11)는 일단으로부터 다른 일단으로 긴 통로가 형성된 원통형의 유리관으로서 투명하게 이루어지고 후술하는 제2전극(15)이 이 통로를 통과하도록 설치된다.The
이와 같은 통로부재(11)는 제2전극(15)과 코어(13)의 접촉을 방지하는 한편 코어(13)에 의해 제2전극(15)이 과열되는 것을 방지해 주며, 코어(13)가 감길 수 있는 지지체의 역할을 할 수 있다.This
코어(13)는 통로부재(11)의 외측을 감아 도는 형태로 이루어지고 통전에 의해 발열한다. 도면을 참조하면 코어(13)는 코일 형상으로 이루어지고 내부의 공간에 통로부재(11)가 삽입되어 배치되는 형태로 이루어진다.The
한편 코어(13)는 복수의 탄소 섬유 다발이 서로 꼬여 이루어진다. 코어(13)의 꼬임은 2줄 꼬기, 3줄 꼬기, 4줄 꼬기, 8줄 꼬기 등과 같은 여러 가지 실꼬기 형태를 가질 수 있다. 다발을 이루는 탄소 섬유의 수와 탄소 섬유 다발이 꼬여진 수가 증가함에 따라 발열량이 증가하게 된다. 또한 탄소 섬유 다발이 꼬여진 수가 많을 수록 코어(13)가 견고한 상태를 유지할 수 있다. 이와 같은 방법을 이용하면 2000~3000 가닥의 탄소 섬유를 꼬아 코어(13)를 형성할 수 있다.Meanwhile, the
한편 코어(13)는 통로부재(11)에 감긴 상태에서 내열성 물질의 분산액에 함침될 수 있고 내열성 물질로는 예를 들면 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE)을 사용할 수 있다. 이후 코어(13)가 감긴 통로부재(11)를 열처리하여 코어(13)를 탄화시겨 사용할 수 있다.Meanwhile, the
또한 코어(13)의 길이와 굵기에 따라 코어(13)의 저항을 조절할 수 있고 코어(13)에서 발생하는 전기에너지의 양을 조절할 수 있다. 이에 따라 코어(13)에서 발생하는 열의 온도를 조절할 수도 있다.Additionally, the resistance of the core 13 can be adjusted depending on the length and thickness of the core 13, and the amount of electrical energy generated from the core 13 can be adjusted. Accordingly, the temperature of the heat generated in the core 13 can be adjusted.
이러한 코어(13)의 일단에 제1전극(14)이 연결되고 코어(13)의 다른 일단에 제2전극(15)이 연결되어 코어(13)에 전기를 공급하게 된다. 이때 제2전극(15)은 제1전극(14)보다 긴 길이를 가지고 통로부재(11)의 내부를 통과하도록 배치된다.The
한편 제2전극(15)이 배치된 상태에서 통로부재(11)의 내부는 열전도성과 절연성이 우수한 무기질 충진재로 채워질 수 있고 통로부재(11)의 양 단부는 세라믹 접착제 또는 실리콘 접착제로 밀폐될 수 있다.Meanwhile, with the
따라서 제1전극(14)과 제2전극(15)은 외부로 이어지는 쪽이 같은 방향으로 배치된다. 이에 따라 같은 방향에서 코어(13)의 양 단부에 전기를 인가하는 것이 가능하고 배선 및 유지보수가 편리하다.Accordingly, the
제1전극(14)과 제2전극(15)은 금속의 선재를 포함하여 이루어질 수 있고 코어(13)와 다른 전선과는 압착단자나 수축튜브 등을 이용하여 연결될 수 있다. 이러한 구성에 의해 코어(13)는 제1전극(14)와 제2전극(15)을 따라 통전이 가능해 진다.The
이와 같이 제1형태의 발열부(1)는 도 4a에 도시된 바와 같이 제2전극(15)이 통로부재(11)의 내부를 통과하는 형태로 구성하여 2개의 전극이 일방으로 배치될 수도 있고 도 4b에 도시된 바와 같이 제2전극(15)이 통로부재(11)의 내부를 통과하지 않고 2개의 전극이 양방으로 배치되도록 할 수도 있다. 이러한 발열부(1)는 간단한 형태를 가지므로 경제적인 비용으로 제작이 가능하다.In this way, the first type of
한편 발열부(1)는 외형을 이루고 내부에 공간이 형성되는 커버부재(12)를 더 포함할 수 있다. 커버부재(12) 내부는 진공이 형성될 수 있다.Meanwhile, the
도 5는 발열부의 제2형태로서 도면을 참조하면 커버부재(12)는 길쭉한 유리관으로서 투명하게 이루어지고 커버부재(12)의 내부에 통로부재(11), 코어(13), 제1전극(14) 및 제2전극(15)이 배치된다. 또한 개방된 양 단부가 2종류의 마감부재(4)에 의해 폐쇄된다.5 is a second form of the heating unit. Referring to the drawing, the
이때 스티로폼과 같은 단열재 형태의 제1마감부재(41)가 내측에 위치하도록 커버부재(12) 안쪽으로 삽입되고 제1마감부재(41)의 외측으로 실리콘과 같은 실링재 형태의 제2마감부재(42)가 도포되게 된다.At this time, the first finishing
이와 같이 마감이 완료되면 코어(13)가 감긴 상태의 통로부재(11)가 커버부재(12)의 내부에 배치됨과 함께 제1전극(14)과 제2전극(15)이 커버부재(12)의 외부로 연결되는 형태의 발열부(1)를 형성할 수 있다.When finishing is completed in this way, the
한편 커버부재(12)의 내부의 공간에는 절연성과 전도성을 가지는 충진재가 채워질 수 있다. 충진재는 열 전도율이 높은 금속 분말 또는 무기질 분말로 이루어질 수 있다.Meanwhile, the space inside the
한편 커버부재(12)는 일측이 폐쇄되고 일측이 개방된 형태의 유리관일 수 있다. 이 경우 폐쇄된 일측은 전구와 같이 둥그런 돔 형태로 이루어질 수 있다. 또한 커버부재(12)의 개방된 입구를 가열하여 납작하게 성형(도 6 참조)함으로써 커버부재(12)를 폐쇄할 수도 있다. 또한 제2형태의 경우도 제1형태와 같이 2개의 전극이 양방으로 배치되도록 할 수도 있다.Meanwhile, the
상술한 설명에서는 발열부(1)가 통로부재(11)를 구비하고 코어(3)가 통로부재(11)의 외주에 감기는 형태를 설명하였으나 통로부재(11) 없이 구성할 수도 있다. 도 6에는 이러한 발열부(1)의 제3형태가 도시되어 있다.In the above description, the
이 경우 발열부(1)는, 스프링과 같이 감긴 형태로 이루어지고 통전에 의해 발열하는 코어(13)와, 이 코어(13)의 일단에 연결되어 전기를 공급하는 제1전극(14) 및 코어(13)의 다른 일단에 연결되어 전기를 공급하는 제2전극(15)으로 구성될 수 있다.In this case, the
또한 내부에 공간이 형성되는 커버부재(12)를 구비하여 코어(13)가 커버부재(12)의 내부에 배치되도록 하고, 제1전극(14)과 제2전극(15)이 커버부재(12)의 양측으로 각각 연결되도록 구성할 수 있다.In addition, a
이때 코어(13)와, 제1전극(14), 제2전극(15) 및 커버부재(12)의 구성에 대해서는 배치되지 않는 범위에서 상술한 제1형태 또는 제2형태의 설명이 적용될 수 있다.At this time, the description of the first or second form described above may be applied to the configuration of the core 13, the
한편 도 6b에 도시된 바와 같이 커버부재(12)는 외측면에는 방열도료(16)가 코팅될 수 있다. 이를 통해 발열부(1)에서 열이동부(3)로 열의 확산을 신속하게 하여 빠른 시간에 온도를 상승시킬 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 6B, the outer surface of the
하우징부(2)는 발열부(1)를 감싸도록 이루어지는 구성으로서 발열부(1)를 보호하는 기능을 하는 한편 발열부(1)에서 발생한 열을 외부로 방출하는 기능을 한다.The
도면을 참조하면 하우징부(2)는, 발열부(1)가 배치되는 몸체(21)와 몸체(21)에서 돌출되어 열방출을 촉진시키는 방열부재(22)를 포함하여 이루어진다.Referring to the drawing, the
몸체(21)는 중앙이 비어 있는 관 형상으로 이루어지고 내부에 발열부(1)가 배치된다. 몸체(21)는 금속의 파이프를 사용하여 구성할 수 있고, 개방된 양 단부는 마감부재(4)로 마감될 수 있다. The
마감부재(4)는 단열재와 실링재의 2가지로 이루어질 수 있고 단열재와 실링재가 순차적으로 투입되어 몸체(21)를 마감할 수 있다. 여기에서 단열재와 실링재는 상술한 제1마감부재(41)와 제2마감부재(42)에 해당될 수 있다.The finishing
몸체(21)의 개방된 일측 단부는 발열부(1)가 배치되기 전에 미리 마감처리가 완료될 수 있고 이후 발열부(1)가 하우징부(2)의 내부에 삽입되어 배치된 상태에서 다른 일측 단부를 마감할 수 있다. 이에 따라 간단한 방법으로 열의 누출이 없이 온전한 밀폐가 가능하다.One open end of the
방열부재(22)는 몸체(21)의 외주와 접하도록 배치되고 일정한 간격을 두고 돌출되는 복수의 판 형상으로 이루어진다. 방열부재(22)는 얇은 알루미늄이나 구리와 같은 금속으로 이루어질 수 있다.The
방열부재(22)는 원의 중앙에 홀이 형성되어 도우넛 형상으로 이루어진 단위 부재를 몸체(21)에 압입하여 부착시킬 수도 있고 얇은 띠 모양의 알루미늄판이나 구리판을 몸체(21)의 외주에 세운 상태로 둘러 감으면서 몸체(21)와의 접촉면을 압착하여 연속적으로 형성할 수도 있다.The
하우징부(2)의 외부를 이루는 몸체(21)와 방열부재(22)에는 방열도료가 코팅될 수 있다.The
열이동부(3)는 발열부(1)와 하우징부(2)에 개재되는 구성으로서 발열부(1)에서 발생한 열을 하우징부(2)로 전달하는 기능을 하는 한편 발열부(1)의 과열로 인한 손상을 방지하는 기능을 한다.The heat transfer unit (3) is a component interposed between the heating unit (1) and the housing unit (2) and functions to transfer the heat generated in the heating unit (1) to the housing unit (2). It functions to prevent damage due to overheating.
열이동부(3)는 열 전도율이 높은 금속 분말 또는 무기질 분말로 이루어질 수 있다. 여기에서 열 전도율이 높은 무기질 분말은 유리 분말, 마이카 분말, 산화마그네슘 분말 중 적어도 어느 하나일 수 있다.The
분말 상태의 열이동부(3)는 하우징부(2)에 진동을 가하면서 투입될 수 있다. 이에 따라 하우징부(2)의 내부에 공기층이 발생하지 않도록 하며 습기가 발생하는 것을 방지할 수 있고 열이동부로서 열 전도 시트 등을 이용하는 것에 비해 밀폐도를 높일 수 있다. 이와 같은 열이동부(3)에 의해 발열부(1)의 수명이 늘어나고 방열성능이 높아진다.The
다음으로 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소 섬유 발열체에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소 섬유 발열체의 분해사시도이다.Next, a carbon fiber heating element according to another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Figure 7 is an exploded perspective view of a carbon fiber heating element according to another embodiment of the present invention.
이하의 설명에서 전술한 실시예와 대응되는 구성에 대해서는 배치되지 않는 범위에서 전술한 실시예의 설명이 적용될 수 있다.In the following description, the description of the above-described embodiment may be applied to the configuration corresponding to the above-described embodiment to the extent that it is not arranged.
본 실시예에서 하우징부(2)는 몸체(21), 니플(23) 및 캡(24)을 포함하여 이루어진다. 몸체(21)는 금속의 파이프로서 서스(SUS) 파이프나 동파이프를 사용할 수 있고 일단은 원형 마감체의 용접에 의해 폐쇄될 수 있다.In this embodiment, the
니플(23)은 몸체(21)의 개방된 일측에 결합된다. 니플(23)은 중앙을 기준으로 양측으로 나사가 형성된 것으로서 니플(23)의 일측의 내주면에 몸체(21)가 삽입되어 결합된다. 몸체(21)와 니플(23)은 용접으로 견고하게 결합될 수 있다.The
이와 같은 결합에 따라 몸체(21)와 결합되는 부분의 나사는 외부로 드러난 상태가 되는데 이 나사는 탄소 섬유 발열체(100)를 설치할 때 사용하게 된다. 한편 니플(23)의 다른 일측의 나사에는 캡(24)이 결합되어 마감된다.According to this combination, the screw of the part connected to the
하우징부(2)의 내부에는 발열부(1)가 설치되는데 본 실시예에서 발열부(1)는 상술한 제2형태의 발열부와 유사한 구성을 가진다.A
도면을 참조하면 발열부(1)는 통로부재(11), 커버부재(12), 코어(13), 제1전극(14) 및 제2전극(15)을 포함하여 구성되고 제1전극(14)과 제2전극(15)은 같은 방향으로 연장된다.Referring to the drawing, the
커버부재(12)의 일단은 둥그런 돔 형태로 이루어져 폐쇄되고 다른 일단은 납작하게 성형하여 폐쇄된 형태를 가진다. 이러한 커버부재(12)의 내부에 통로부재(11)에 감긴 코어(13)가 배치되고 코어(13)의 각 단부에 제1전극(14)과 제2전극(15)이 연결되어 커버부재(12)의 외측으로 연장된다.One end of the
상술한 하우징부(2)의 내측에 발열부(1)가 배치되고 내부에 열이동부(3)로서 전도성이 우수한 충진재가 채워진다. 충진재가 채워진 후 몸체(21)의 개방된 일단은 마감부재(4)를 이용하여 마감할 수 있다. 제1전극(14)과 제2전극(15)은 캡(24)부에 형성된 홀을 통해 밖으로 연장되어 전원과 연결될 수 있다.A heating part (1) is disposed inside the above-described housing part (2), and a filler with excellent conductivity is filled inside as a heat transfer part (3). After the filler is filled, the open end of the
이러한 형태의 탄소 섬유 발열체는 설치를 위해 마련된 홀에 니플을 체결하여 결합시킴으로써 간단하게 설치가 가능하고 설치 위치를 일정하게 유지할 수 있는 장점을 가진다.This type of carbon fiber heating element has the advantage of being able to be installed simply by fastening the nipple to the hole provided for installation and maintaining a constant installation position.
상술한 바와 같은 탄소 섬유 발열체(100)는 다음과 같이 제작될 수 있다. 이하에서는 제1형태의 탄소 섬유 발열체의 제작 방법을 기준으로 하여 설명한다. 제2형태와 제3형태의 탄소 섬유 발열체는 하기의 과정 중 일부가 생략되거나 추가되는 형태로 제작될 수 있다.The carbon
먼저, 탄소 섬유로 이루어진 코어(13)를 제조한다. 이때 코어(13)는 복수의 탄소 섬유를 적절한 저항에 맞게 서로 꼬아 적당한 굵기를 가지도록 이루어진다. First, a core 13 made of carbon fiber is manufactured. At this time, the
다음으로 통로부재(11)를 준비한다. 통로부재는 석영관이나 세라믹관으로 이루어질 수 있고 통로부재 내부에 제2전극(15)을 이루는 통전이 좋은 금속 와이어를 넣어 배치한다. 이때 제1전극(14)과 제2전극(15)이 각각 양측으로 배치되는 형태(도 4b 참조)의 경우 금속 와이어는 생략될 수 있다. 통로부재(11)의 내측은 공기가 전혀 없도록 충진재로 충진하고 개방된 양 단부는 세라믹 또는 실리콘 등의 접착제에 의해 밀폐될 수 있다.Next, prepare the passage member (11). The passage member may be made of a quartz tube or a ceramic tube, and a metal wire with good current conductivity forming the
다음으로 코어(13)를 통로부재(11)에 코일 형상으로 감고 열처리를 하여 고정시킨다. 이 때 코어(13)는 내열성을 가진 접착제로 통로부재(11)에 고정된 후 열처리될 수 있다.Next, the
열을 가하면 코어(13)를 이루는 탄소 섬유는 탄화되면서 각 가닥들이 일체화된다. 또한 내열성 접착제가 탄소 섬유와 일체화되어 탄소 섬유가 균일한 저항을 가지게 되고 내열성이 증가한다. 이때 열처리 온도는 1200~1500℃로 하는 것이 바람직하고 진공 또는 불활성 가스 분위기에서 수행할 수 있다.When heat is applied, the carbon fibers that make up the
다음으로 탄화된 코어(13)가 감겨 있는 통로부재(11)를 내열성 및 절연성이 있는 세라믹 코팅제에 함침하여 코팅한다. 이에 따라 탄소 섬유와 통로부재가 전체적으로 일체화되고 절연성을 가지게 된다.Next, the
다음으로 상술한 방법으로 제작된 탄소 섬유와 통로부재의 결합체에에 제1전극(14)과 제2전극(15)을 결합시켜서 발열부를 완성할 수 있다. Next, the heating unit can be completed by combining the
한편 이러한 발열부를 커버부재에 넣어 제2형태의 발열부를 제작할 수 있다. 이 경우 커버부재(12) 내부에 넣고 커버부재(12) 내부를 진공으로 하여 밀봉하거나, 커버부재(12) 내부에 내화성과 절연성을 가진 충진재를 채운 후 밀봉할 수 있다.Meanwhile, a second type of heating unit can be manufactured by inserting such a heating unit into a cover member. In this case, it can be placed inside the
다음으로 발열부(1)가 삽입되어 배치되는 하우징부(2)를 마련한다. 구체적으로는 발열부(1)가 삽입될 수 있는 직경을 가진 금속 파이프를 절단하여 하우징부(2)의 몸체(21)를 제작한다. 이어서 몸체(21)의 외측에 방열부재(22)를 형성하여 하우징부(2)를 제작할 수 있다. 금속 파이프로 형성된 몸체(21)의 개방된 양측 중 한쪽은 마감부재(4)에 의해 미리 마감될 수 있다.Next, a housing part (2) into which the heating part (1) is inserted and placed is prepared. Specifically, the
상술한 설명에서 발열부를 제작하는 과정과 하우징부를 제작하는 과정은 순서를 바꾸어 진행할 수도 있고 동시에 진행할 수도 있다.In the above description, the process of manufacturing the heating unit and the process of manufacturing the housing unit may be performed in reverse order or simultaneously.
다음으로 하우징부(2)에 발열부(1)를 삽입한 후 하우징부(2)의 내부 공간에 금속 분말 또는 무기질 분말을 충진시킨다. 금속 분말 또는 무기질 분말은 열이동부(3)를 형성한다.Next, the
다음으로 마감부재(4)로 몸체(21)의 개방된 부분을 마감함으로써 탄소 섬유 발열체(100)를 제작할 수 있다.Next, the carbon
상기와 같이 탄소 섬유 발열체는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.As described above, the carbon fiber heating element is not limited to the configuration and method of the embodiments described above, and the embodiments may be configured by selectively combining all or part of each embodiment so that various modifications can be made. there is.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the detailed description of the present invention described above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those skilled in the art will understand the spirit of the present invention as described in the patent claims to be described later. It will be understood that the present invention can be modified and changed in various ways without departing from the technical scope.
1 : 발열부
11 : 통로부재 12 : 커버부재 13 : 코어 14 : 제1전극
15 : 제2전극 16 : 방열도료
2 : 하우징부 21 : 몸체 22 : 방열부재 23 : 니플 24 : 캡
3 : 열이동부
4 : 마감부재 41 : 제1마감부재 42 : 제2마감부재
100 : 탄소 섬유 발열체1: Heating part
11: Passage member 12: Cover member 13: Core 14: First electrode
15: second electrode 16: heat dissipation paint
2: Housing portion 21: Body 22: Heat dissipation member 23: Nipple 24: Cap
3: Heat transfer part
4: Finishing member 41: First finishing member 42: Second finishing member
100: carbon fiber heating element
Claims (9)
내부에 공간이 형성되고 상기 발열부가 삽입될 수 있도록 개방된 입구를 구비하며 상기 발열부가 내부에 배치되는 하우징부,
상기 하우징부의 개방된 입구를 폐쇄하는 마감부재 및
상기 발열부가 상기 하우징부에 배치된 상태에서 상기 하우징부의 내부의 공간에 채워지고 절연성과 전도성을 가지며 상기 발열부에서 발생한 열을 상기 하우징부로 전달하는 열이동부를 포함하고,
상기 코어는 복수의 탄소 섬유 다발이 서로 꼬인 상태에서 내열성 물질로 코팅되고 탄화되어 이루어지고,
상기 하우징부는 양단이 개방된 금속 파이프 형태의 몸체로 이루어지고, 상기 마감부재는 단열재와 실링재로 이루어지며, 상기 단열재와 상기 실링재가 순차적으로 접하여 상기 몸체 내부에 채워지면서 상기 하우징부를 마감하고,
상기 발열부는, 중앙이 비어있는 관 형상으로 이루어지는 통로부재와, 상기 통로부재의 외측을 감아 도는 형태로 이루어지고 통전에 의해 발열하는 코어와, 상기 코어의 일단에 연결되어 전기를 공급하는 제1전극 및 상기 통로부재의 내부를 통과하도록 배치되고 상기 코어의 다른 일단에 연결되어 전기를 공급하는 제2전극을 포함하고 상기 통로부재 내부는 무기질 충진재로 채워지는
탄소 섬유 발열체.A heating unit comprising a core made of carbon fiber, electrodes connected to both ends of the core, and generating heat in the core as electricity is applied to the electrode;
A housing portion having a space formed inside and an open entrance so that the heating portion can be inserted, and the heating portion being disposed therein;
A finishing member that closes the open entrance of the housing portion, and
In a state where the heating unit is disposed in the housing unit, a heat transfer unit is filled in the space inside the housing unit, has insulation and conductivity, and transfers heat generated from the heating unit to the housing unit,
The core is made by coating a plurality of carbon fiber bundles with a heat-resistant material and carbonizing them in a twisted state,
The housing part is made of a body in the form of a metal pipe open at both ends, and the finishing member is made of an insulating material and a sealing material, and the insulating material and the sealing material are sequentially brought into contact to fill the inside of the body to close the housing portion,
The heating unit includes a passage member in the shape of a tube with an empty center, a core that wraps around the outside of the passage member and generates heat by applying electricity, and a first electrode connected to one end of the core to supply electricity. and a second electrode disposed to pass through the interior of the passage member and connected to the other end of the core to supply electricity, wherein the interior of the passage member is filled with an inorganic filler.
Carbon fiber heating element.
상기 발열부는,
외형을 이루고 내부에 공간이 형성되는 커버부재를 더 포함하고,
코어가 감긴 상태의 상기 통로부재가 상기 커버부재의 내부에 배치됨과 함께 상기 제1전극과 상기 제2전극이 상기 커버부재의 외부로 연결되도록 이루어지며,
상기 커버부재의 내부의 공간에는 절연성과 전도성을 가지며 상기 코어에서 발생한 열을 이동시키는 무기질 충진재가 채워지는 탄소 섬유 발열체.According to paragraph 1,
The heating unit,
It further includes a cover member that forms an external shape and forms a space inside,
The passage member in which the core is wound is disposed inside the cover member, and the first electrode and the second electrode are connected to the outside of the cover member,
A carbon fiber heating element in which the space inside the cover member is filled with an inorganic filler that has insulating and conductive properties and moves heat generated in the core.
상기 커버부재의 외측면에는 방열도료가 코팅되는 탄소 섬유 발열체.According to paragraph 2,
A carbon fiber heating element coated with a heat dissipating paint on the outer surface of the cover member.
상기 하우징부는,
중앙이 비어 있는 관 형상으로 이루어지고 내부에 상기 발열부가 배치되는 몸체 및
상기 몸체의 외주와 접하도록 배치되고 일정한 간격을 두고 돌출되는 복수의 판 형상으로 이루어지는 방열부재
를 포함하는 탄소 섬유 발열체.According to paragraph 1,
The housing part,
A body made of a tubular shape with an empty center inside which the heating unit is disposed, and
A heat dissipation member made of a plurality of plate shapes disposed in contact with the outer periphery of the body and protruding at regular intervals.
A carbon fiber heating element comprising a.
상기 열이동부는, 무기질 분말로 이루어지는 탄소 섬유 발열체.According to paragraph 1,
The heat transfer unit is a carbon fiber heating element made of inorganic powder.
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