KR200272562Y1 - 무기질 바인더로 흑연을 고형화하여 제작한 인조흑연발열기구 - Google Patents

Abstract

본 고안은 흑연 분말을 무기질 접착제로 고형화하여 제작하는 발열체 및 이를 구성 요소로 하여 제작하는 발열판으로서, 흑연 분말과 무기질 바인더를 서로 혼합하고 반죽을 하여 흑연사, 흑연판 또는 임의의 형상으로 성형하고 양생하여 인조흑연 발열체를 제작하며, 바인더는 고온에서 산화되지 않고 장시간 사용해도 물성을 변하지 않는 무기질 바인더를 이용하여 고형화함으로서 인조흑연 발열체의 내구성을 확보하고, 인조흑연 발열체의 표면에 내구성이 강하고 전기를 전도하지 않는 무기질 세라믹 코팅제를 도포하며, 인조흑연 발열체를 조합하고 양단에 전극을 형성하여 인조흑연 발열기구를 구성하며, 인조흑연 발열기구의 전극을 서로 연결하여 전기를 흘려서 발열하도록 하는 것을 특징으로 하는 무기질 바인더로 흑연을 고형화하여 제작한 인조흑연 발열기구에 관한 것이다.

본 고안의 인조흑연 발열체의 재료로 사용되는 흑연은 석탄, 숯 또는 자연에서 채굴되는 흑연 및 공장에서 분진으로부터 집진되는 흑연 폐기물을 사용할 수 있으므로 이것을 원료로 사용하면 폐기물 처리비를 받을 수 있다. 흑연 분말과 무기질 세라믹 바인더를 섞어서 반죽을 하여 인발기를 이용하여 소요 직경의 흑연사로 뽑든지 또는 압출기를 이용하여 필요한 형상으로 성형하여 인조흑연 발열체를 제작한다. 인조흑연 발열체를 필요한 규모와 형상으로 조립하고 그 양단을 전극에 접합하여 발열기구를 제작하고 전기를 통하면 발열하며, 전압을 조절하여 온도를 조절할 수 있다. 발열기구는 연결장치를 이용하여 연결하면 넓은 면적 또는 공간에 발열기구를 설치하여 발열기구로 제작할수 있다.

인조흑연 발열체는 30V 이하의 저압에서도 발열하므로 인체에 무해하고 동식물의 생장에도 도움을 준다. 흑연은 450℃ 이하에서는 대기중에서도 숯으로 변하지 않으므로 난방용, 침구용 또는 의료기기용 등 이용할 수 있다.

본 고안에서 제공하는 인조흑연 발열체는 종래의 기술에서 제작에 사용되어온 고온 고압을 사용하지 않고 상온에서 무기질 바인더를 이용하여 흑연을 고형화하므로 제작비가 저렴하여, 본 고안의 인조흑연 발열체를 이용하면 경제적인 인조흑연 발열기구를 제작할 수 있다.

Description

무기질 바인더로 흑연을 고형화하여 제작한 인조흑연 발열기구{Heating Instrument using Artificial Solid Graphite made by Nonorganic Binder}

본 고안은 흑연 분말을 무기질 바인더로 고형화하여 인조흑연 발열체로 제작하고 이것을 이용하여 인조흑연 발열기구를 제작하는 것에 관한 것으로서, 종래의 기술에서 사용되어 오던 발열체는 주로 전기저항을 보유하고 있어서 전기를 통하면 발열을 하는 금속 또는 비금속계를 이용하여 제작되어 왔다. 전자기기 외의 경우에 사용되는 저항 발열체는 금속 발열체로서 Fe-Cr-Al계, NI-Cr계, 고용점 금속 등이 있으며, 비금속 발열체로서 탄화규소, 몰리브덴 실리사이드,란탄크로마이트, 탄소, 지르코니아 등이 있다.

금속발열체는 고온에서 변형이 적고, 가공성이 좋으며 내산화성이 좋으나 고압에서 발열하므로 전류가 흐를 때 발생하는 자장이 유해하다. 이들 금속 발열체들은 통상적으로 고압의 교류 전원을 사용하므로 전압이 높아서 안전상 위험할 뿐만 아니라 발열체에 흐르는 고압 전류가 인체에 유해한 전자장을 발생시켜 장시간 사용할 경우에 건강에 해롭다.

비금속 발열체 중에서 탄화규소 발열체는 비금속 발열체로서 가장 많이, 또 넓은 분야에 걸쳐 공업적으로 실용되고 있고, 주로 800~1600℃의 온도영역에서 사용되며, 몰리브덴 실리사이드(MoSi₂)계 및 란탄크로마이트(LaCrO₂)발열체 등은 특수한 고온에서 사용되고 있다.

흑연(탄소) 발열체는 직접 통전하여 발열하는 저항 발열체로서, 그리고 고주파유도에 의한 발열을 이용하는 다양한 고온용 발열체로서 이용되고 있다. 흑연(탄소) 발열체는 중성이나 환원분위기에서 사용할 경우에는 200~2500℃의 온도로 사용 할 때가 가장 많으며, 저항 발열체의 경우 사용조건이나 전기조건에 맞추어 형상을 파이프 모양이나 막대모양, 판 모양의 단순한 것으로부터 복잡한 것까지 선정 할 수 있다. 흑연(탄소) 발열체의 특징으로서는 열과 전기를 잘 전달하고 열팽창이 작고 내열충격성이 우수하며, 고온에서의 강도가 높고 화학적으로 안정하고 내약품성이 있을 뿐만 아니라 가공성이 좋다. 그러나 흑연(탄소) 제품은 어느 온도(대기중에서 탄소는 350℃, 흑연은 450℃ 정도) 이상에서는 산하되기 시작하며 기계적 강도도 금속보다 낮은 단점이 있다.

흑연은 30볼트 이하의 저압에서도 발열하며 발열체의 온도가 변하더라도 저항값의 변화가 없어서 전압만 조정하면 소정의 온도를 일정하게 유지할 수 있으며, 직류로 발열이 가능하고 저압의 직류에 의해 발생하는 자장은 지구 자기장과 유사하여 인체나 동식물에 전혀 무해할 뿐만 아니라 동식물의 생장을 촉진하는 기능이 있다.

흑연은 이러한 장점이 있음에도 불구하고 분말을 고형화하기 아주 어려운 재료이다. 종래의 기술을 이용하는 경우에는 흑연 분말을 통상적인 방법으로 고형화할 수 없어서 고압 또는 고온으로 고형화하여야 하지만 이렇게 고형화하려면 고가의 장비를 확보해야 하므로 제작비가 많이 소요되어 비경제적이어서 종래의 기술을 이용하여 고가로 제작된 고가의 흑연 고체는 원자로 제어봉, 특수목적의 고온 발열로 등에서만 적용되고 있다.

또한 흑연을 미세한 섬유로 뽑아서 고형화할 수 있으나 저압에서는 발열되지 않는다.

다시 정리하면 흑연 발열체가 인체나 동식물에 발열체로 사용할 때 여러 가지 우수한 장점을 보유하고 있음에도 불구하고 고형화하는 성형과정에서 고압 또는 고온의 특수한 장비와 기술이 필요하여 경제성이 떨어지고 고형화한 크기가 적으며 원하는 형상으로 제작하려면 공작기계를 사용하여 가공해야 하므로 이차 가공비가 소요된다.

본 고안에 사용되는 기본 재료중의 하나인 흑연 분말은 성형된 후에도 미세 분말이 표면에서 묻어나고 흑연 자체가 전기 전도체이므로 표면에서 전기가 흐르므로 발열체의 표면을 통해 누전되거나 사람이나 동식물이 감전될 우려가 있다. 따라서 종래의 기술에서는 고온 발열을 위해 흑연을 진공 또는 질소 분위기 내에 밀봉하거나, 저온 발열의 경우에는 흑연을 합성수지 또는 금속재로 밀봉하고 있다. 고온 발열체의 경우에는 흑연의 산화를 방지하기 위하여 특수한 방법이 불가피하지만, 저온 발열이 경우에는 합성수지로 피복하는 경우에는 비용이 많이 들고 발열체가 발열하는 동안에 유해물질이 배출될 우려가 있으며 금속 피복의 경우에도 비용이 많이 들고 발열체를 통하는 전기가 금속을 통해 누전되거나 이 금속 피복을 접촉하는 경우에 사람이나 동식물이 감전될 우려가 있다.

본 고안에서는 흑연 발열체를 제작하는 과정에서 고압이나 고열을 이용하지 않고 바인더를 이용하여 고형화하여 제작비를 대폭 절감하여 흑연 발열체를 경제적으로 제작할 수 있도록 한다.

본 고안에서 사용하는 바인더는 유기질을 함유하지 않아서 장시간 사용하여도 물성이 변하지 않고 고온에서도 산화되지 않는 통상의 무기질 바인더를 이용하여 발열체의 내구수명을 확보하도록 한다.

본 고안에서는 흑연 분말과 바인더를 혼합하여 이들이 고형화하기 전에 형틀에 넣어 압출하거나 인발기를 이용하여 인발하여 긴 발열체를 제작하거나 전극을 미리 삽입하여 제작할 수 있도록 한다.

본 고안에서 사용되는 전원은 일반적으로 공급되는 교류 전력을 직류전류로 변환하여 전원으로 사용하며, 교류에서 직류로 전환시키는 정류회로를 통하여 전극에 전원을 연결하여 전기가 들어가면 인조흑연 발열체에 전류를 흐르게 되고 인조흑연 발열체의 전기저항으로 발열되므로 본 고안의 인조흑연을 발열체로 활용할 수 있게 된다.

본 고안에서 제공하는 인조흑연 발열체는 전압에 따라 일정한 온도로 발열하므로 발열체의 온도는 전압으로 조절할 수 있도록 하며, 전극 사이에 있는 발열체의 저항은 최고 온도에서 저항치 변화가 없어 항온을 유지할 수 있으며, 극간 거리를 넓히면 저항이 늘어나서 온도가 낮아지는 도체이므로 최고 온도의 항온이 유지됨과 동시에 온도를 발열체의 저항으로 제어할 수 있도록 한다.

본 고안에서 제공하는 인조흑연 발열체의 표면에서 미세한 흑연 분말이 묻어나는 것을 방지하고 인조흑연 발열체의 표면에서 전기가 누전되거나 사람이나 동식물이 감전되는 것을 방지하기 위해 내구성이 우수하고 전기 절연성이 보장되는 무기질 세라믹 코팅제로 인조흑연 발열체에 피막을 형성하도록 한다.

도 1에는 본 고안에 따른 흑연 발열체를 이용한 발열기구의 단위 구조가 개략적으로 도시되어 있다. 인조흑연 발열체(100)을 병열로 조합하고 양단에 전극(200)을 설치하여 인조흑연 발열기구(300)를 제작한다.

도 2는 본 고안의 인조흑연 발열기구를 이용하여 넓은 면적에 설치한 것을 도시한 편면도이다. 발열기구(300)는 전극(200)을 전극연결판(230) 및 전극연결구(220)를 이용하여 직류 전원이 흐르도록 연결햐며, 전원(400)을 연결하면 전기가 흘러 발열하게 된다.

도 3은 인조흑연 발열체(100)의 단면을 보여주는 것으로서 인조흑연 발열체(100)의 표면에 절연피막(110)을 입혀 누전과 감전을 예방한다.

<도면 주요부분에 대한 간단한 설명>

100 인조흑연 발열체 110 절연피막

200 전극 210 전극 연결구멍

220 전극 연결구 230 전극 연결판

300 인조흑연 발열기구 400 전원

이하, 첨부도면을 참조하여 본 고안의 상세한 구성 및 실시 예에 대하여 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 인조흑연 발열체(100)를 이용한 인조흑연 발열기구(300)의 구조를 개략적으로 도시한 평면도이다. 인조흑연 발열체(100)는 필요한 형상과 크기에 따라 흑연사, 흑연판, 흑연괴 또는 임의의 형상과 크기로 제작할 수 있고, 이렇게 제작된 인조흑연 발열체(100)를 병열 또는 직열로 조합하고 양단에 전극(200)을 설치하여 인조흑연 발열기구(300)를 제작한다. 발열기구(300)의 전극(200)을 서로 연결할 수 있도록 전극연결구멍(210)이 전극에 천공되며, 전극연결판(230)을 전극연결구(220)으로 결합하면 전극(200)이 서로 연결되어 전기가 여러 개의 발열기구(300)로 통하게 된다. 인조흑연 발열체(100)는 필요한 크기와 형상에 따라 제작될 수 있으며 인조흑연 발열체(100)의 조합은 발열기구(300)의 사용 목적에 따라 수효와 간격을 조절한다.

도 2는 본 고안의 일 실시예로서 인조흑연 발열기구(300)를 네개 이용하여 넓은 면적에 설치한 것을 도시한 평면도이다. 인조흑연 발열기구(300)는 전극(200)을 전극연결구멍(도1의 210)을 통하여 전극연력판(230)을 전극연결구(220)로 연결하여 각각의 인조흑연 발열기구(300)을 통해 전기가 직류로 흐르도록 연결한다. 인조흑연 발열기구(300)의 배치 및 규모는 발열기구의 사용 목적과 소요 열량에 따라 결정하며 인조흑연 발열체(100)의 제작 형상에 따라 변형이 가능하다.

도 3은 본 고안에서 제공하는 인조흑연 발열체(100)의 단면을 보인 것으로서 인조흑연 발열체(100)의 표면에 무기질 세라믹 코팅제로 코팅하여 전기 절연 및 표면 보호을 위한 절연피막(110)을 형성한다. 세라믹 코팅은 코팅제를 인조흑연 발열체(100)의 표면에 살포하거나 붓으로 바르거나 코팅제 용액에 담가서 말리거나 양생하면 세라믹피막(110)을 인조흑연 발열체(100)에 도포할 수 있다.

이상에서는 본 고안에 따른 실시 예를 기준으로 본 고안의 구성과 특징을 설명하였으나, 본 고안은 이에 한정되지 아니하며, 본 고안의 기술적 사상에 따라 자유로운 변형이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에서 제공하는 흑연 발열체를 사용하면 제작하는 과정에서 고압이나 고열을 이용하지 않고 상온 중의 대기압 하에서 바인더를 이용하여 흑연분말을 고형화하여 고체로 된 인조흑연을 제작하므로 제작비를 대폭 절감하여 경제적으로 흑연 발열체를 제작할 수 있고, 흑연 분말과 바인더를혼합하여 이들이 고형화하기 전에 형틀에 넣어 압출하여 모든 형상의 발열체를 제작할 수 있으며, 인발기를 이용하여 인발하면 무한히 긴 발열체를 제작할 수 있을 뿐만 아니라 필요에 따라 발열체 제작 과정에서 전극을 미리 삽입하여 제작할 수 있다.

본 고안에 사용되는 무기질 세라믹 바인더는 대기 중에서 600℃∼1200℃의 온도에서도 산화되지 않고, 무기질이어서 장시간 사용해도 물성이 변하지 않으므로 발열체의 내구성을 보장한다.

본 고안에서 제공하는 흑연 발열체는 인체에 무해한 30볼트 이하의 저전압에서도 발열되므로 감전, 누전 등의 위험이 없고, 최고 온도에 도달하면 항온이 유지되므로 과열 위험이 없는 안전한 발열체를 인간과 동식물에 제공한다.

통상적인 발열기구에서 사용되는 교류 전원에서 발생하는 자장은 인체에 유해한 반면, 본 고안에서 제공하는 흑연 발열체는 저압의 직류 전원을 사용하므로 사용과정에서 발생하는 자장은 지구의 자장과 거의 동일하게 인체 또는 동식물에 작용하므로 안락하고 쾌적한 환경을 제공한다.

본 고안에서 제공하는 인조흑연 발열체는 전압에 따라 일정한 온도로 발열하고 발열체의 온도는 전압으로 조절할 수 있으며, 전극 사이에 있는 발열체의 저항은 최고 온도에서 저항치 변화가 없어 항온을 유지할 수 있으므로 과열의 위험이 없어서 사람이나 동식물에 사용하기에 유익한 난방 에너지가 되도록 한다.

본 고안에서 제공하는 절연피막은 내구성이 우수하고 전기 절연성이 보장되는 무기질 세라믹 코팅제를 인조흑연 발열체의 표면에 코팅하여 성형하며, 이렇게코팅을 하면 종래의 기술에서 합성수지나 금속으로 코팅하는 것보다 경제적으로 절연 피막을 만들 수 있고, 인조흑연 발열체의 표면에서 미세한 흑연 분말이 묻어나는 것을 방지하고 인조흑연 발열체의 표면에서 전기가 누전되거나 사람이나 동식물이 감전되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (2)

1. 흑연 및 보조재료를 무기질 바인더로 고형화하여 제작된 인조흑연 발열체를 구성 요소로 하여 제작하는 인조흑연 발열기구로서, 흑연 분말과 전기저항 및 기능성 보조재료를 무기질 바인더로 접합하여 성형된 봉, 판 및 임의 형상의 인조흑연 발열체를 조합하고 양단에 전극을 형성하여 인조흑연 발열기구를 구성하며, 인조흑연 발열기구의 전극을 서로 연결하여 전기를 흘려서 발열하도록 하는 것을 특징으로 하는 무기질 바인더로 흑연을 고형화하여 제작한 인조흑연 발열기구
2. 제1항에 있어서 인조흑연 발열체의 원료로서 흑연 분말 또는 석탄 및 숯 성분으로 구성된 재료를 사용하며, 전극의 재료는 통상의 도체로 사용되는 구리, 철, 텅스텐, 니켈 및 이들의 합금을 사용하는 것을 특징으로 하는 무기질 바인더로 흑연을 고형화하여 제작한 인조흑연 발열기구