KR20010085151A

KR20010085151A - 원적외선 방사 세라믹 히타의 제조방법

Info

Publication number: KR20010085151A
Application number: KR1020000010265A
Authority: KR
Inventors: 나창호
Original assignee: 나창호; 반석제로파 주식회사
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2001-09-07

Abstract

본 발명의 원적외선 방사 세라믹 히타는 도장 건조 및 도막 구어내기, 수지재료 예열 및 가열, 금속, 종이 섬유 등의 수분 건조, 식품 제조 공정에 있어서의 식품을 불에 쪼여서 익히는 일과 볶는일, 그리고 살균, 난방 보온용으로 사용되며 2.5㎛ ∼ 7.0㎛ 를 피크 파장으로 하는 원적외선을 방사하고 원적외선의 방사율이 0.9 ~ 0.96으로 고효율의 원적외선 방사체로서 허용 표면 온도는 400℃ ∼ 600℃ 이다.

원적외선 방사 세라믹 히타의 주조성물과 혼합 비율은 크리이 20 ∼ 30 중량%, 티탄산(TiO₂) 5 ∼ 7 중량%, 카오린 20 ~ 30 중량%, 물라이트 15 ∼ 20 중량%, 포스레인 20∼30 중량%, 산화알미늄(Al₂O₃) 10 ∼ 15 중량%, 그리고 기타 첨가재로 해교제, 분해제 등으로 이루어진 소재에다 발열체인 전열선(니크롬선) 을 내장하고 원하는 형태를 만든 다음 일(1)과 소성을 하고 산화망간(MnO₂), 산화철(Fe₂O₃), 산화크롬(Cr₂O₃), 산화코발트(CoO) 및 산화동(CuO) 등의 천이원소 3.0 ∼ 3.5 중량%와 장석 29 ∼ 30.5 중량%, 톨로마이트 5.5 ∼ 6.2 중량%, 석회석 9.2 ∼9.7 중량%, 아연화 5.5∼ 6.0 중량%, 가소성점토 4.5 ~ 5.0 중량%, 황색안료 1.2 ~1.8 중량%, 석영 26 ∼ 28 중량%, 산화알미늄 1.2 ~ 1.6 중량%,산화주석 5.5 ~ 6.5 중량%,카오린 6.0 ~ 6.5 중량%, 크롬 0.3 ∼ 0.5 중량% 로 조성된 유약에 1차 소성된 제품을 바른 다음 건조시키고 나서 제 2차 소성을 거쳐 고효율의 원적외선 방사 세라믹 히타를 만든다.

Description

원적외선 방사 세라믹 히타의 제조방법{The far infra red ray emissive heater and method for its preparation}

적외선 방사체는 열원이 직접 적외선을 방사하는 것과 같은 것도 있으나 여러 가지의 매개체를 통해서 효율 좋게 방사시키는 방법은 있다. 본 발명은 적외선을 방사하는 매개체인 세라믹 적외선 방사 히타를 제조하는 것이다.

세라믹 방사체를 만드는 데는 여러 가지 조건들을 만족시키지 않으면 안 되는데 그 중에서도 다음과 같은 것이 주 조건이 되는 것이다. 즉 가열하여 사용하기 때문에 내열성이 높아야 하며, 열 충격성에 강해야 하고 기계적 강도가 강해야 하고 적외선 방사성이 뛰어나야 한다.

본 발명의 원적외선 방사 히타는 열 전달 매체가 세라믹이며 매개체인 세라믹 소지의 성분과 배합 비율은 크레이(점토) 20 ~ 30 중량%, 산화티탄(TiO₂) 5 ~ 7 중량%, 카오린(백토) 20 ∼ 30 중량%, 물라이트 15 ∼ 20 중량%, 포스레인 20 ~ 30 중량%, 산화알미늄(Al₂O₃) 10 ~ 15 중량%와 기타 해교제, 분해제 에다 30 중량% 의 물을 넣고 혼합한 다음 원하는 형을 얻기 위해 몰드에 혼합된 소지를 넣고 석고로 된 몰드가 수분을 흡수한 다음 준비된 발열체인 열선(니크롬선)을 넣은 몰드의 상판을 덮고 몰드 상판에 마련된 액상으로 된 소지를 주입하는 주입구를 통해서 액상으로 된 소지를 넣는다. 석고로 된 몰드가 수분을 흡수하고 나면 공간이 발생하는데 이 공간에 재차 액상소지를 넣어 충진한 다음 30분 후에 몰드에서 탈형하여 건조실에 넣어 24시간 건조시킨다.

이때의 건조실의 온도는 45℃ ∼ 55℃ 를 유지한다.

완전히 건조된 성형체를 소성로에 넣고 800℃ ∼ 850℃의 로내 온도에서 3시간 내지 4시간에 걸쳐 1차 소성을 한다. 1차 소성이 끝나면 로내 온도가 200℃ 까지 냉각될 때까지 서서히 냉각시킨 다음 소성로 밖으로 꺼내어 실온에서 냉각 시킨다.

1차 소성이 끝난 성형체를 산화망간(MnO₂), 산화철(Fe₂O₃), 산화크롬(Cr₂O₃), 산화코발트(CoO) 및 산화동(CuO) 등의 천이원소 3.0 ∼ 3.5 중량% 와 장석 29 ∼ 30.5 중량%, 톨로마이트 5.5 ∼ 6.2 중량%, 석회석 9.2 ∼ 9.7 중량%, 아연화 5.5∼ 6.0 중량%, 가소성 점토 4.5 ∼ 5.0 중량%, 황색안료 1.2 ∼ 1.8 중량%, 석영 26 ∼ 28 중량%, 산화알미늄 1.2 ∼ 1.6 중량%, 크롬 0.3 ∼ 0.5 중량%, 바이오 세라믹 10 ∼ 20 중량% 으로 조성된 유약을 바른 다음 45℃ ∼ 55℃의 건조실에서 24 시간에 걸쳐 건조시킨다.

1차 소성과 유약처리를 끝낸 제품을 소성 로내에 적제하고 1.176℃ ∼ 1.220℃ 의 로내 온도를 8시간에 걸쳐 소성을 하고 소성로내 온도가 200℃ 에 도달할 때까지 서서히 냉각시킨 다음 소성로 문을 개방하고 제품을 꺼내서 실온에서 냉각시킨다.

기존의 열 발생장치는 전열선을 이용한 전기 히타, 가스을 이용한 가스히타(버너), 유류를 이용한 유류 버너 들로서 이들은 하나 같이 모두 적외선을 방사하고 열 전도방식에 의하여 피열체에게 열을 전달하기 때문에 그 효율이 떨어짐은 물론 경제적면에서 상당한 손실을 가져옴은 물론이고 제조공장에서는 제조 공정에서 제품의 질을 떨어뜨리는 사례가 많았다.

그러나 원적외선 방사 세라믹 히타는 열 발생장치에서 발생하는 열을 피열체에 전달하는 방식이 열 전도 방식이 아니라 직접 전파 방식으로서 피열체의 원적외선 흡수 특성에 따라 열이 피열체 내부와 외부에 직접적으로 균일하게 전달되므로 상기와 같은 하자가 없음은 물론 제품의 건조 등에 뛰어난 효과를 얻을 수 있으며 또한 난방의 경우 보온의 효과도 뛰어나며 아울러 열전도 방식에 의해 발생했던 경제적 손실을 방지하고 효율적인 보온과 난방에 기여하고자 하는 것이다.

종래로부터 히타로서 각종의 것이 개발되어 실용화되고 있다. 그 대표적인것으로서 금속 발열체, 탄화규소 발열체, 규화 몰리브텐 발열체 및 세라믹 발열체가 알려져 있다. 금속 발열체로서는 비교적 저렴한 가격의 니크롬선, 철 크롬선, 칸탈선이 사용되고 있다. 또한 고가인 것으로 백금선이 사용되고 있지만 이것은 사용하는 시스템이 특수한 경우에 한정된다. 그리고 이러한 발열체는 벗어진 체로 사용되는 것도 있지만 개방된 분위기 중에서 사용하는 경우에는 발열체는 절연성 분말(예를 들어 스텐레스) 가운데 봉입하여 분위기 열화를 방지하고 있다. 이 경우 내열 온도는 스텐레스 파이프에 따라 결정되어 최고 온도는 800℃ 정도이다. 그럼에도 불구하고 이러한 구성의 제품은 상당히 고가이다.

고온용 발열체로서 가장 대표적인 것은 탄화규소 발열체인데 이 발열체는 1400℃의 공기중에서도 필요한 시간 동안 계속하여 사용할 수 있어서 금속 이외의 금속 발열체에 대신하여 고온 전기로용 열체로서 널리 사용되고 있다.

그러나 이 발열체의 커다란 결점은 800℃부터 1000℃에서 그 저항의 온도 특성이 큰 온도 계수가 급격히 마이너스 온도 계수로 변화시키는 것으로서 그 제어 회로를 충분히 검토하는 것이 필요하며 그 제어 회로가 포함되므로 가격이 비싸다. 결국 발열체로서는 거의 사용되지 않는다.

또한 이 밖에 코디어 라이트(Cordierite) 로 이루어진 분말에 산화규소, 해교제, PVA,수용액을 혼련하여 분쇄한 후 봉상으로 성형하여 1300℃ ∼ 1600℃에서 소성하여 냉각시킨 후 Silver Paste 를 이용하여 가열 접합시켜 제조하는 봉상형 원적외선 히타도 있지만 이는 극히 기계적 강도에 약할 뿐 아니라 이 봉상형 히타에서 발산하는 원적외선을 한 곳으로 집중시키면 방사판을 이용하여야 할 복잡성이있다.

방사 매개체로서의 재질은 가열시 유효한 장파장대의 방사율이 높은 것이 필요하다.적외선 방사율은 금속에서는 낮다고 한다. 또한 세라믹 재질의 종류에 따라서도 차이가 있다. 따라서 본 발명은 방사 매체인 세라믹 재질의 조성물의 성분과 배합 비율을 점토 20 ∼ 30 중량%, 티탄산(TiO₂) 5 ∼ 7 중량%, 카오린(백토) 20 ∼ 30 중량%, 물라이트 15 ~ 20 중량%, 포스레인 20 ∼ 30 중량%, 산화알미늄(Al₂O₃) 10 ~ 15 중량%와 기타 해교제, 분해제 에다 30 중량% 의 물을 넣고 혼합하여 기본 소지를 만들고 준비된 소지를 원하는 형을 얻기 위해 준비된 몰드에 넣은 다음 발열체인 전열선(니크롬선)을 넣고 몰드에 뚜껑을 덮고 뚜껑에 마련된 기초 소지의 주입구를 통해 소지를 충진하여 탈수, 탈형하고 45℃ ∼ 55℃ 의 건조실에서 24시간 건조시킨다.

건조가 끝난 다음 제품을 소성로에 적재하고 800℃ ∼ 850℃의 로내 온도에서 3시간 내지 4시간에 걸쳐 소성을 한다. 1차 소성이 끝나면 급격한 주위 온도의 변화로 제품에 균열이 가는 것을 막기 위해 로내 온도가 200℃ 에 이를 때까지 서서히 냉각시킨 다음 로내 온도가 200℃ 에 도달하면 1차 소성이 끝난 제품을 소성로 밖으로 꺼내서 실온에서 서서히 냉각시킨다.

1차 소성이 끝난 성형체를 고효율의 원적외선 방사체로 만들기 위하여 산화망간(MnO₂), 산화철(Fe₂O₃), 산화크롬(Cr₂O₃), 산화코발트(CoO) 및 산화동(CuO) 등의천이원소 3.0 ∼ 3.5 중량%와 장석 29 ∼ 30.5 중량%, 톨로마이트 5.5 ~ 6.2 중량%, 석회석 9.2 ∼9.7 중량%, 아연화 5.5∼ 6.0 중량%, 가소성 점토 4.5 ∼ 5.0 중량%, 황색안료 1.2∼1.8 중량%, 석영 26 ∼ 28 중량%, 산화알미늄 1.2 ∼ 1.6 중량%, 크롬 0.3 ∼ 0.5 중량%, 바이오 세라믹 10 ~ 20 중량% 으로 조성된 유약을 바른 다음 45℃ ~ 55℃의 건조실에서 24 시간에 걸쳐 건조시킨다.

건조실에서 완전히 건조된 성형체를 재차 소성로에 적재하고 1,170℃ ∼ 1,220 의 온도로 8시간에 걸쳐 제 2차 소성을 한다. 이렇게 고온에서 소성을 행하는 것은 세라믹의 내열 충격성을 강하게 하려는 것이다. 2차 소성이 끝나면 소성로내 온도가 200℃에 도달할 때까지 서서히 냉각시킨 다음 소성로 문을 개방하고 소성된 성형체를 꺼내서 실온에서 서서히 냉각시킨다.

(도 1)

1-1 세라믹 히타 몸체

1-2 니크롬선

1-3 니크롬선과 리드선의 연결

1-4 전원 연결 터미널 (단자)

1-5 절연 애자

상기의 목적을 달성하기위하여 방사매체의 조성물 성분과 비율을 점토 20∼30중량%, 티탄산5∼7중량%,카오린(백토)20∼30중량%,물라이트15∼20중량%,포스레인20∼30중량%,산화 알미늄10~15중량%와 기타 해교제,분해제에다 30중량%의 물을 넣고 혼합하여 만든 기본 소지를 원하는 형(도1-1)을 얻기 위하여 준비된 몰드에 넣고 발열체인 니크롬선(도1-2)을 몰드에 맞게 넣은 다음 몰드내에 소지를 충진시키고 , 주입한 소지의 수분이 완전히 몰드에 흡수될 때까지 기다린후 탈형하여 45℃∼55℃의 건조실에서 24시간 건조시키고 소성로에 적재,800℃∼850℃의 온도에서 3시간동안 소성한다음 소성로내의 온도가 200℃에 도달하면 소성로에서 꺼내어 실온에서 서서히 냉각시켜 첫번째의 제품을 만들게된다.

이렇게 만들어진 제품은 고효율의 원적외선 방사체를 얻기 위하여 산화망간(MnO₂) 산화철(FeO₃),산하크롬(Cr₂O₃),산화코발트(CoO),산화동(CuO)으로 이루어진 천이원소 3.0∼3.5중량%와 장석29∼30.5%, 아연화5.5∼6.0중량%,틀로라이드 5.5∼6.2 중량%,석회석9.2∼9.7중량%,가소성 점토4.5∼5.0중량%,황색 안료1.2∼1.8중량%,석영26∼28중량%,산화 알미늄1.2~1.6중량%,크롬0.3∼0.5중량%로 조성된 유약을 바른다음 45℃∼55℃의 건조실서 24시간 건조시킨다.이렇게 해서 얻어진 제품을 소성로 내에 적재하고 1,170℃~1,220℃의 온도에서 8시간에 걸쳐 소성한다음 로내 온도가 200℃에 도달하면 소성로에서 꺼내서 실온에서 서서히 냉각시켜 본발명이 목적 하는바 원적외선 방사 세라믹 히타를 만드는 것이 바람직하다.

본 발명의 원적외선 방사 세라믹 히타는 고효율의 원적외선(방사율 0.93)과 아울러 강한 원적외선 방사 에너지(3.74 ×10²W/㎡㎛ 500℃)를 발산한다. 따라서 철판표면 도장의 굽기, 각종 도막의 건조, 식품의 숙성, 건조, 살균, 플라스틱의 가공 나염의 건조, 철의 건조, 목재 건조, 공장, 암실 등 공업, 농업,축산용 남방 및 보온 부란 등에 이용된다. 철판 표면 도장을 건조할 때 원적외선 방사 세라믹에서 방사되는 원적외선 열선은 전도 방식이 아닌 직접 가열 방식으로 피건조 도장의 흡수 특성에 따라 같은 파장대의 열선을 흡수하게 되므로 표면과 내면이 동시에 같은 열을 받게 된다. 따라서 열전도 방식에 의한 도막 건조시에 발생하는 도막의 기포가 발생하지 않고 도막의 경도를 높여 주게 된다.

목 제품의 도막 건조의 경우, 목재 제품의 도막 건조는 통상적으로 열풍건조, 혹은 자연 건조에 의한 저온, 장시간 건조가 많이 사용되고 있다. 이는 목재의 구조조직, 성질이 매우 복잡한 천연의 유기물이기 때문에 도막 건조 공정에 주의하지 않으면 도막의 변색, 핑홀, 기포 광택 등 도막 결함이 발생하기 때문에 그 동안 목재의 복잡한 조직에 대해서는 단 시간 건조는 곤란하다고 해 왔었지만 본 발명의 원적외선 방사 세라믹 히타를 사용하게 되면 원적외선의 가열에 의한 고효율의 건조 씨스템이 가능하게 되었다.

목 제품의 도막 건조와 같이 원적외선에 의한 금속제품, 플라스틱 제품의 도막 건조에 있어서도 크게 건조시간의 단축이 가능해졌으며 도막 품질도 한 두 단계 높아졌슴이 확인되었다. 본 발명의 원적외선 방사 세라믹 히타의 특성은 계속되는 구체적인 실시예를 통해서 확실하게 증명될 것이다.

[실시예 1]

방사 매체의 조성물의 성분과 비율을 점토 20 중량%, 티탄산(TiO₂) 5 중량%, 백토 20 중량%, 물라이트 15 중량%, 포스레인 20 중량%, 산화알미늄(Al₂O₃) 10 중량% 로 하고

여기에 해교제, 분산제를 넣은 다음 30 중량% 의 물을 넣고 혼합한 반죽 상태의 소지를 마련된 몰드 하판에 넣고 물을 따라 낸 다음 양끝이 리드선으로 연결된 니크롬선(전열선)을 몰드에 맞도록 느려서 넣은 다음 몰드 상판을 덮고 몰드 상판에 마련된 소지 주입구를 통해서 반죽 상태의 소지를 흘려 넣은 다음물이 몰드에 흡수되어 공간이 생기면 이 공간에 재차 반죽 상태의 소지를 흘려 넣어 공간을 완전히 채운 다음 30분 후에 몰드에서 분리하여 45℃ ∼ 55℃ 의 건조실에 넣어 24시간 건조시키고 나서 소성로에 적제하고 800℃ ∼ 850℃에서 8시간 소성한 다음 로내 온도가 200℃ 에 도달하면 로 밖으로 꺼내어 실온에서 서서히 냉각 시킨다.

이렇게 얻어진 세라믹을 장석 29 중량%, 톨로마이트 5.5 중량%, 석회석 9.2 중량%, 아연화 5.5 중량%, 가소성 점토 4.5 중량%, 황색안료 1.2 중량%, 석영 26 중량%, 산화알미늄 1.2 중량%, 산화주석 5.5 중량%, 백토 6.0 중량%, 크롬 0.3 중량% 그리고 고효율의 천이원소 3.5 중량% 와 물 30 중량%, 바이오 세라믹 10 ∼ 20 중량% 으로 이루어진 유약에 담가서 완전히 외부에 유약을 바른 다음 55℃의 건조실에서 24 시간에 걸쳐 건조시키고 나서 재차 소성로에 넣고 1.176℃ ∼ 1.220℃ 의 온도에서 8시간 소성한 다음 로내 온도가 200℃ 에 도달하면 로 밖으로 꺼내어실온에서 서서히 냉각시켜 얻어진 본 발명의 원적외선 방사 세라믹으로 금속 제품의 도장 표면의 도장 건조를 실시한 결과는 다음과 같았다.

이 실험에 사용된 히타의 재특성은 다음과 같다.

히타의 규격 65mm ×125mm

정 격 200V, 1000W

적외선파장 2.5 ∼ 7.1㎛ 을 피크로 하는 파장의 원적외선

표 면 온 도 200 ∼ 600℃

온도안정시간 6분 (안정온도의 90% 도달시간)

절연 저항치 1000 mΩ

수 명 10000 시간

허용표면온도 600℃

방 사 율 0.96

[실시예 2]

실시예 1의 방식으로 얻어진 원적외선 방사 세라믹으로 목 제품의 도장 표면 건조를 실시한 결과는 다음과 같다.

이 실험에 사용된 원적외선 방사 세라믹 히타의 제 특성은 실시예 1 의 히타의 특성과 동일하다.

Claims

원적외선 방사 세라믹 히타의 세라믹의 조성물이 점토 20 ~ 30% 중량%, 티탄산(TiO₂) 5 ∼ 7 중량%, 카오린 20 ∼ 30 중량%, 물라이트 15 ∼ 20 중량%, 포스레인 20 ∼ 30 중량%, 산화알미늄(Al₂O₃) 10 ∼ 15 중량% 와 기타 해교제, 분해제에다 30 중량% 의 물을 넣고 혼합하여 기본 소지를 만들고 준비된 소지를 원하는 형을 얻기 위해 준비된 몰드에 넣은 다음 발열체인 전열선(니크롬선) 을 넣고 몰드에 뚜껑을 덮고 뚜껑에 마련된 기초 소지의 주입구를 통해 소지를 충진하여 탈수, 탈형하고 45℃ ∼ 55℃ 의 건조실에서 24시간 건조시킨 다음 건조된 제품을 소성로에 적재하고 800℃ ∼ 850℃의 로내 온도에서 3시간 내지 4시간에 걸쳐 1차 소성을 하는 원적외선 방사 세라믹 히타의 제조방법
청구항 1에서 얻어진 원적외선 방사 세라믹 히타를 고효율의 원적외선 방사체로 만들기 위하여 산화망간(MnO₂), 산화철(Fe₂O₃), 산화크롬(Cr₂O₃), 산화코발트(CoO) 및 산화동(CuO) 등의 천이원소 3.0 ∼ 3.5 중량% 와 장석 29 ~ 30.5 중량%, 톨로마이트 5.5 ∼ 6.2 중량%, 석회석 9.2 ∼ 9.7 중량%, 아연화 5.5 ∼ 6.0 중량%, 가소성 점토 4.5 ∼ 5.0 중량%, 황색안료 1.2 ~1.8 중량%, 석영 26 ∼ 28 중량%, 산화알미늄(Al₂O₃) 1.2 ∼ 1.6 중량%, 산화주석 5.5 ∼ 6.5 중량%, 카오린 6.0 ~ 6.5 중량%, 크롬 0.3 ∼ 0.5 중량%, 바이오 세라믹 10 ∼ 20 중량%으로 조성된 유약을 바른 다음 45℃ ∼ 55℃ 의 건조실에서 24시간 건조시키고 완전히 건조된 제품을 재차 소성로 내에 적재하고 1170℃ ∼ 1220℃ 의 온도에서 8시간에 걸쳐 제 2 차 소성을 한다. 2 차 소성이 끝나면 소성로내 온도가 200℃ 에 도달할 때까지 서서히 냉각시켜 만들어지는 원적외선 방사 세라믹 히타의 제조방법