KR20020092727A - Carbon heater and fabrication method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 발열체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 카본에 부분적으로 질화붕소를 피복처리한 카본 발열체 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a heating element and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a carbon heating element coated with boron nitride partially on carbon and a method for producing the same.
일반적으로 카본은, 용융점이 높고 열팽창 계수가 작으며 가공성이 우수하고 고온에서의 안정성이 뛰어나면서도 우수한 전도성을 함유하고 있기 때문에, 다양한 형태의 발열체로 사용되고 있다.In general, carbon is used in various types of heating elements because it has a high melting point, a low coefficient of thermal expansion, excellent workability, excellent stability at high temperatures, and excellent conductivity.
물체의 온도를 증가시키거나 유지하기 위해 사용되는 발열체는 주로 줄열을 이용한다. 줄열이란 저항이 비교적 큰 금속이나 카본 등에 전류를 흘리면 발생되는 열을 의미하는 것으로 발생되는 열의 양은 전류와 전압 그리고 시간의 곱으로 나타나게 된다.The heating element used to increase or maintain the temperature of the object mainly uses joule heat. Joule heat means heat generated when a current flows in a metal or carbon having a relatively high resistance. The amount of heat generated is expressed as a product of current, voltage, and time.
카본을 이용한 발열체는 카본을 적당한 형태로 가공한 후 가공된 카본의 양단에 전류를 흘려 고온으로 가열시키며, 이러한 카본 발열체를 사용하여 피처리 물체의 온도를 원하는 값으로 유지시키며, 카본 발열체의 대표적인 사용례는 진공로이다.The heating element using carbon is heated to a high temperature by flowing a current through both ends of the processed carbon after processing the carbon in a suitable form, and using the carbon heating element to maintain the temperature of the object to be processed to a desired value, and a typical use case of the carbon heating element Is a vacuum furnace.
진공로의 용기 내부에는 카본 발열체를 설치하고, 외부로의 열확산 방지를 위해 발열체의 외부를 내화물로 감싸며, 카본 발열체의 안쪽에는 시편을 둘 수 있는 직사각형 또는 원형의 공간을 만든다. 이와 같은 진공로는 배기장치를 이용하여 용기를 진공상태로 유지시키면서 시편의 온도 변화에 따른 각종 특성을 평가하는데 사용된다.A carbon heating element is installed inside the container of the vacuum furnace, and the outside of the heating element is wrapped with refractory to prevent heat diffusion to the outside, and a rectangular or circular space for placing a specimen inside the carbon heating element is made. Such a vacuum furnace is used to evaluate various characteristics according to the temperature change of the specimen while maintaining the vessel in a vacuum state using an exhaust device.
진공로 외에도, 카본을 이용한 발열체는 여러 분야에서 다양한 형태로 사용된다. 예를 들면 카본 발열체를 이용한 전기 열처리로, 전기온수기 또는 온풍기, 카본사를 이용한 발열체, 전기매트나 난방장치에 이용되는 면상 발열체 등이 있다.In addition to the vacuum furnace, a carbon heating element is used in various forms in various fields. For example, there are an electric heat treatment furnace using a carbon heating element, an electric water heater or a hot air heater, a heating element using a carbon yarn, and a planar heating element used for an electric mat or a heating device.
그러나 상기한 바와 같은 카본을 이용한 발열체에서는 열의 방사가 모든 방향으로 발생하므로 실제로 시편의 가열에 사용되는 열용량은 훨씬 줄어들게 된다.However, in the heating element using carbon as described above, since radiation of heat occurs in all directions, the heat capacity actually used for heating the specimen is much reduced.
전기 열처리 장치를 예로 들면 열처리용 시편이 중앙 부근에 위치하고 그 주위를 발열체인 히터가 감싸는 형태로 되어 있다. 이 경우 4각 형태의 발열체를 사용한다면 총 발생 열용량의 1/4만이 시편을 가열하는데 사용되고 나머지는 시편이 아닌 다른 곳으로 방사되어 낭비되는 것이다.For example, a heat treatment specimen is positioned near the center, and a heater, which is a heating element, is wrapped around the heat treatment apparatus. In this case, if a four-sided heating element is used, only one quarter of the total generated heat capacity is used to heat the specimen and the rest is wasted by discharging it somewhere other than the specimen.
따라서 발열이 되는 부분을 제외한 나머지 부분의 열 방사를 효과적으로 차단할 수 있다면 그 만큼 적은 전력에서도 동일한 효과를 얻을 수 있는 장점이 있는 것이다. 이를 위해 지금까지는 단열재 등을 별도로 설치하여 열손실을 차단하는 것이 일반적이다.Therefore, if it can effectively block the heat radiation of the remaining portion except for the heat generating portion has the advantage that the same effect can be obtained at that little power. To this end, it is common to block heat loss by installing a heat insulating material.
일례로서, 유리섬유 등을 이용하는 방법도 있고 내화벽돌을 이용하여 단열 효과를 나타내는 방법도 있다.As an example, there may be a method of using glass fiber or the like, and there is also a method of showing a heat insulation effect using a firebrick.
그러나 이와 같이 별도의 단열재를 이용할 경우 단열재를 이용함에 따른 경제적 손실은 물론 처리 공간의 확보에도 어려움이 있다는 단점이 있다. 뿐만 아니라 열처리 온도가 매우 높은 곳에서는 사용가능한 단열재의 종류가 매우 제한적인 문제점이 있었다.However, in the case of using a separate heat insulator as well as the economic loss of using the heat insulator, there is a disadvantage in that it is difficult to secure the processing space. In addition, where the heat treatment temperature is very high, there is a problem that the kind of heat insulating material that can be used is very limited.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 간단하고도 저렴한 방법으로 열효율을 향상시킨 카본 발열체를 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a carbon heating element having improved thermal efficiency in a simple and inexpensive method.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 카본 발열체의 평면도이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 카본 발열체의 사시도이다.1A is a plan view of a carbon heating element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a perspective view of the carbon heating element shown in FIG. 1A.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 카본 발열체의 발열부분을 제외한 나머지 부분에 10㎛ 이하의 평균 입자 크기를 가지는 파우더 형태의 질화붕소를 0.1∼0.4 g/dm2의 두께로 피복하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the object as described above, in the present invention to cover the boron nitride in the form of powder having an average particle size of 10㎛ or less in the remaining portion except the heat generating portion of the carbon heating element to a thickness of 0.1 ~ 0.4 g / dm 2 It is characterized by.
이 때, 질화붕소를 피복할 부분에 100 메쉬 이하의 사포의 마찰에 의해 표면에 스크래치를 형성한 다음, 스크래치가 형성된 곳에 질화붕소를 피복하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to form a scratch on the surface by friction of sandpaper of 100 mesh or less on the portion to be coated with boron nitride, and then coat boron nitride where the scratch is formed.
이하, 본 발명에 따른 카본 발열체의 구성에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration of the carbon heating element according to the present invention will be described in detail.
먼저, 본 발명에 따른 카본 발열체의 형태는 일반적인 발열체의 다양한 형태가 모두 가능하며, 일례로서 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같은 형태의 카본 발열체일 수도 있다.First, the form of the carbon heating element according to the present invention can be any of various forms of a general heating element, as an example may be a carbon heating element of the type shown in Figure 1a and 1b.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 카본 발열체의 평면도이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 카본 발열체의 사시도이다. 그러나, 상기한 도 1a 및 도 1b의 형태로 본 발명의 카본 발열체의 형태가 한정되는 것이 아니다.1A is a plan view of a carbon heating element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a perspective view of the carbon heating element shown in FIG. 1A. However, the form of the carbon heating element of the present invention is not limited to the form of FIGS. 1A and 1B described above.
카본 발열체에서 발열부분을 제외한 나머지 부분의 표면은 매끈하지 않고 거칠도록 스크래치가 형성되어 있으며, 그 표면 조도는 100 메쉬 이하의 사포 마찰에 의해 부여된 정도이다. 예를 들어 육면체의 카본 발열체에서는 하나의 발열면을 제외한 나머지 다섯면의 표면이 거칠도록 가공되어 있다.In the carbon heating element, scratches are formed such that the surface of the remaining portion except for the heat generating portion is not smooth but rough, and the surface roughness thereof is given by sandpaper friction of 100 mesh or less. For example, in the hexahedral carbon heating element, the surface of five remaining surfaces except one heating surface is roughened.
이러한 표면 스크래치는 이후 그 상부에 피복될 질화붕소의 밀착력을 증대시키기 위한 목적으로 형성된 것이다. 이 때 100 메쉬 이하의 사포를 이용하는 이유는, 100 메쉬를 초과하는 정도로 사포의 입자 크기가 너무 작으면 밀착력 증대에 충분한 효과가 없기 때문이다.Such surface scratches are formed for the purpose of increasing the adhesion of boron nitride to be subsequently coated thereon. The reason for using sandpaper of 100 mesh or less at this time is that when the particle size of sandpaper is too small to exceed 100 mesh, there is no sufficient effect to increase adhesive force.
이와 같이 표면 스크래치가 형성된, 카본 발열체의 발열부분을 제외한 나머지 부분 상에는 평균입자 크기가 10㎛ 이하인 파우더 형태의 질화붕소가 도포되어 있으며, 이 때 질화붕소 피복층의 두께는 0.1∼0.4 g/dm2정도가 적당하다.In this way, on the remaining portions other than the heat generating portion of the carbon heating element on which the surface scratches are formed, powdered boron nitride having an average particle size of 10 μm or less is applied, and the thickness of the boron nitride coating layer is about 0.1 to 0.4 g / dm 2 . Is suitable.
파우더 형태의 질화붕소는 전기적인 절연성 및 고온 안정성이 우수하고 다른 물질과의 접촉시 접촉각이 큰 관계로 우수한 마찰특성을 가짐으로 인해 산업상 그 응용분야가 다양하다. 특히, 고온에서 매우 안정한 화합물이기 때문에 발열체에 사용가능하다.Since boron nitride in powder form has excellent electrical properties and high temperature stability and has excellent friction characteristics due to its large contact angle when contacted with other materials, its industrial fields are diverse. In particular, the compound can be used in a heating element because it is a very stable compound at high temperatures.
질화붕소의 평균입자 크기를 10㎛ 이하로 제한한 것은, 입자의 크기가 10㎛를 초과하면 카본과 질화붕소 사이의 밀착력이 저하되고 이로 인해 열차단 효과가 저하되기 때문이다.The average particle size of boron nitride is limited to 10 mu m or less because the adhesion between carbon and boron nitride is lowered when the particle size exceeds 10 mu m, thereby lowering the thermal barrier effect.
한편, 질화붕소 피복층의 두께는 0.1∼0.4 g/dm2정도가 적당한 이유는 다음과 같다. 질화붕소 피복층의 두께가 0.1 g/dm2미만이면 열 발산에 대한 방지 효과가 너무 작으며, 0.4 g/dm2를 초과하면 밀착력 저하에 의한 피복층의 손상이 발생하기 쉽기 때문이다.On the other hand, the reason why the thickness of the boron nitride coating layer is about 0.1 to 0.4 g / dm 2 is as follows. If the thickness of the boron nitride coating layer is less than 0.1 g / dm 2 , the effect of preventing heat dissipation is too small, and if the thickness of the boron nitride coating layer is more than 0.4 g / dm 2 , damage to the coating layer due to a decrease in adhesion is likely to occur.
다음, 본 발명에 따른 카본 발열체의 제조방법에 대해 상세히 설명한다.Next, the method for producing the carbon heating element according to the present invention will be described in detail.
먼저, 카본을 원하는 발열체의 형태로 가공한다. 본 발명의 일실시예로서 통상적인 카본블록을 이용하여 원하는 발열체의 형태로 가공할 수도 있다.First, carbon is processed into the form of a desired heating element. As an embodiment of the present invention can be processed in the form of a desired heating element using a conventional carbon block.
다음, 발열부위를 제외한 나머지 부분에 100 메쉬 이하의 사포를 마찰하여 그 표면에 스크래치를 형성한다.Next, the sandpaper of 100 mesh or less is rubbed on the remaining portions except for the heating portion to form scratches on the surface thereof.
다음, 스크래치가 형성된 부분에 10㎛ 이하의 평균 입자 크기를 가지는 파우더 형태의 질화붕소를 0.1∼0.4 g/dm2의 두께로 피복한다.Next, boron nitride in powder form having an average particle size of 10 μm or less is coated on the scratched portion at a thickness of 0.1 to 0.4 g / dm 2 .
질화붕소의 피복방법은 어떤 방법을 사용하여도 좋고, 일례로는 파우더 형태의 질화붕소가 함유된 질화붕소 스프레이를 분사함으로써 간단하고도 용이하게 질화붕소를 피복시키는 방법을 사용할 수도 있으나, 이 방법에 한정되는 것은 아니다.The coating method of boron nitride may be any method. For example, a method of coating boron nitride simply and easily by spraying a boron nitride spray containing powdered boron nitride may be used. It is not limited.
이로써, 본 발명에 따라 질화붕소가 피복된 카본 발열체의 제조를 완료한다.This completes the production of the carbon heating element coated with boron nitride according to the present invention.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
본 발명의 일실시예에서는 통상의 카본 블록을 이용하여 카본 발열체를 제조하였다.In one embodiment of the present invention, a carbon heating element was manufactured using a conventional carbon block.
카본 블록을 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같은 형태의 카본 발열체로 가공한 후, 발열면인 상면(1)을 제외한 나머지 면인 측면(2, 3) 및 하면(미도시)에 100 메쉬 이하의 사포를 마찰하여 표면에 스크래치를 형성하였다.After processing the carbon block into a carbon heating element having a shape as shown in Figs. 1A and 1B, 100 mesh or less on the side surfaces 2 and 3 and the lower surface (not shown) except for the upper surface 1, which is the heating surface, The sandpaper was rubbed to form scratches on the surface.
다음, 사포 마찰에 의해 스크래치가 형성된 측면 및 하면에, 화연테크(주) 제품의 상품명이 BN spray인 분말액 질화붕소를 분사하여 질화붕소를 피복시켰다. 이 때 질화붕소 피복층은 0.2 g/dm2두께로 하였다.Next, boron nitride was coated by spraying a powdered liquid boron nitride having a brand name of BN spray on the side and bottom surface where scratches were formed by sandpaper friction. At this time, the boron nitride coating layer was 0.2 g / dm 2 thickness.
상기한 방법으로 제조된 본 발명의 일실시예에 따른 카본 발열체의 성능을 시험하기 위해, 카본 발열체의 양단에 전류를 흘려 가열시키는 실험을 수행하였다. 그 결과, 5cm 떨어진 스텐레스 시편의 온도를 800℃로 올리는데 필요한 전기에너지가, 질화붕소가 피복되지 않은 일반적인 카본 발열체에 비해 30% 이상 감소함을 확인할 수 있었다. 이 때의 전기에너지는 전압과 전류를 곱한 전력으로 비교한 것이다.In order to test the performance of the carbon heating element according to the embodiment of the present invention manufactured by the above method, an experiment was performed in which a current was flowed through both ends of the carbon heating element. As a result, it was confirmed that the electrical energy required to raise the temperature of the stainless specimen 5 cm away to 800 ℃ is reduced by more than 30% compared to the general carbon heating element not coated with boron nitride. The electrical energy at this time is compared with the power multiplied by the voltage and current.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 카본 발열체에서는, 발열에 참여하지 않는부분에 질화붕소가 피복되어 있어 열 방사를 차단시키기 때문에 불필요한 열손실을 방지하여 결과적으로 카본 발열체의 열효율을 향상시키는 효과가 있다.In the carbon heating element according to the present invention as described above, since the boron nitride is coated on the portion that does not participate in the heat generation to block heat radiation, unnecessary heat loss is prevented, and as a result, the thermal efficiency of the carbon heating element is improved.
또한, 질화붕소 피복층은 불순물로부터 발열체를 보호하기 때문에 카본 발열체의 파손이 방지되는 효과가 있다.In addition, since the boron nitride coating layer protects the heating element from impurities, the carbon heating element is prevented from being damaged.
상기한 열효율 향상 및 파손 방지로 인해 결과적으로 발열체의 수명이 길어지는 효과가 있다.As a result, the heat efficiency of the heating element is improved due to the above-described thermal efficiency improvement and damage prevention.
그리고, 본 발명에서는 질화붕소가 피복될, 발열에 참여하지 않는 부분의 표면에 소정의 표면 조도가 부여되어 있으며, 이러한 표면 조도로 인해 질화붕소 피복층의 밀착력이 향상되므로, 질화붕소 피복층의 열효율 향상기능, 파손방지 기능, 발열체 수명 연장 기능 등이 변함없이 안정적으로 지속되는 효과가 있다.In the present invention, a predetermined surface roughness is given to the surface of the portion where boron nitride is to be coated and does not participate in heat generation, and the adhesion of the boron nitride coating layer is improved due to the surface roughness, thereby improving the thermal efficiency of the boron nitride coating layer. There is an effect that the damage prevention function, the function of extending the life of the heating element, etc. remains stable.
또한, 본 발명에 따른 카본 발열체는 사포 마찰 및 질화붕소 피복이라는 간단하고도 저렴한 방법으로 제조되기 때문에 그 제조방법이 간단하면서도 비용은 적게 드는 경제적인 카본 발열체를 제공하는 효과가 있다.In addition, since the carbon heating element according to the present invention is manufactured by a simple and inexpensive method such as sandpaper friction and boron nitride coating, there is an effect of providing an economical carbon heating element that is simple and low in cost.
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| KR20160005442A (en) * | 2014-07-07 | 2016-01-15 | (주)한국열융합기술 | Hot Air Blower |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100396092B1 (en) | 2003-08-27 |
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