KR200274836Y1 - 전기전도성 흑연발열관을 이용한 발열구조 - Google Patents

Abstract

전기를 통하면 발열하는 전기전도성을 가진 흑연과 바인더를 혼합한 발열재를 튜브에 넣어 제작한 흑연발열관을 발열하고자 하는 곳에 설치하고 전극에 전기를 통하여 발열하도록 하는 발열구조로서, 전기를 통하는 흑연을 전기전도체로 사용하고 물과 황토, 시멘트, 실리카 중의 하나를 접합제로 사용하여 구성되는 발열재를 포리프로필렌, 폴리에틸렌, 엔지니어링 플라스틱, 폴리염화비닐 중의 하나로 제작한 튜브에 넣어서 흑연발열관을 제작하고 이것을 발열하고자 하는 물체의 표면 또는 내부에 설치하며 흑연발열관의 양단에 설치되는 전극에 전기를 통하여 발열하도록 한다. 발열재 내에는 아연, 산화알미늄 또는 산화철을 첨가물질을 포함하여 발열체의 전기저항성, 발열성, 구조적 강도 및 내구성을 확보하고, 맥반석, 게르마늄, 옥, 수정의 암석분말을 보조물질로 포함하여 이들이 지닌 보온, 습도조절, 축열에 의한 원적외선 방사효과를 높이는 것을 특징으로 하는 흑연발열관을 이용한 발열구조를 제공한다.

발열구조를 제작하기 위해서는 대상 구조물의 기하학적인 구조에 맞게 흑연발열관을 간단하게 포설하면 되므로 난방구조 또는 가열구조를 제작하는 데 있어서 보일러 또는 굴뚝 등의 추가 공정이 필요하지 않으며, 기존의 구조물에 설치하는 경우에도 기존의 구조물의 형상대로 흑연발열관을 간단하게 포설하기만 하면 되므로 종래의 발열구조를 용이하게 개선할 수 있다.

발열구조를 제작하는 과정에서 발열관을 포설하고 발열구조의 양단에 적어도한쌍 이상의 전극을 설치하여 전원을 발열관에 연결할 수 있도록 하며, 본 고안을 이용하여 제작한 발열구조는 저압의 전기를 흐르게 하더라도 발열 효율이 우수하고, 고온에서 발열구조의 물리적 성질이 변화하지 않는 안정성이 있으며 장기간 동안 가열과 냉각이 반복되더라도 내구성이 뛰어나며 지속적으로 발열성이 유지된다.

종래의 주거용 난방방식에서 온돌은 우리 나라만의 독특한 난방방식으로서 그 우수성을 인정받고 있으나 기존 온수온돌의 경우 시공이 복잡하고 에너지 효율이 낮으며 유지관리상의 불편성과 함께 보일러나 히터 등 열원설비가 비싸고 굴뚝, 온수배관 등 설비를 필요로 하는 등의 단점이 있었다.

본 고안의 발열관을 이용하여 난방 또는 가열구조를 제작하는 경우에는 기성의 발열관을 발열하고자 하는 구조물의 기하학적인 구조에 맞게 임의의 형태로 발열관을 포설하기만 하면 되므로, 난방을 위한 발열을 위해 일련의 보일러 공사 또는 굴뚝 공사 등의 추가 공정이 필요하지 않으므로 공사비가 대폭 줄어든다.

전기전도성 흑연을 이용한 난방은 기존 온수 온돌 난방보다 저렴한 것으로 평가되고 있는데, 청정에너지인 전기를 사용함으로서 환경오염을 줄일 수 있고, 전기를 사용하는 기간이 동절기이므로 하절기 전력 피크 부하와는 무관하게 사용할 수 있다.

또한 본 고안의 발열구조에 사용되는 저압의 전기는 물레방아 등의 소형 수력발전이나 태양열 발전으로 확보할 수 있으므로 도서 벽지나 산간의 난방에 적절하게 사용할 수 있고, 농촌의 비닐하우스 등에 사용할 경우에도 별도의 전력을 사용하지 않고 난방을 할 수 있다.

본 고안의 발열구조는 건물의 바닥 및 벽체 등 실내 난방, 난방용 라디에이터, 축열식 온수기, 가열기, 주방용 렌지, 온장고 등 주거용 난방뿐만 아니라, 활주로, 램프, 교량 및 도로 등의 제설 또는 제빙 등을 위한 용도에 사용될 수 있다.

Description

전기전도성 흑연발열관을 이용한 발열구조{Heating Structure using Electro-Conductive Heating Graphite Tube}

본 고안은 흑연, 황토, 광물 또는 암석을 함유한 수경성 발열재을 이용하여 제작되는 발열관을 활용한 난방구조로서, 상세하게는 흑연, 황토, 광물 또는 암석 등을 건조 선별하여 용도에 맞추어 이상적인 입자크기로 만들고 이들을 소정의 비율로 배합한 것을 물과 혼합하여 발열재로 제작하고 이것을 튜브에 넣어서 발열관으로 제작하고 이것을 발열하고자 하는 구조에 설치하여 발열구조로 하며, 발열관의 양단에 적어도 한쌍 이상의 전극을 설치하고 인체에 무해한 저압의 직류를 흘려서 발열하는 것을 특징으로 하는 전기전도성 흑연발열관을 이용한 발열구조이다.

다시 말하면 흑연, 황토, 광물 또는 암석 등을 혼합하여 분말을 제조한 뒤, 이와는 별도로 고화접합제를 제조하여 이들을 물로 섞어 반죽하여 발열재로 제작하고 이것은 튜브에 넣에 발열관으로 제작한 다음 발열한 구조에 발열관을 설치하여 발열구조로 하는 것으로서, 발열재 내에 포함된 흑연이 가진 전기전도성을 이용하여 전기를 통하여 발열하고, 황토, 광물 또는 암석성분이 지닌 보온, 습도조절, 축열에 의한 원적외선 방사효과를 비롯하여, 압축강도, 인장강도 및 내구성 등이 우수하여 주거환경의 개선에 적용할 수 있는 전기전도성 흑연발열관을 이용한 발열구조의 에 관한 것이다.

종래의 기술에서는 건물 바닥의 난방을 위해 온돌을 사용하고 있으며, 온돌은 우리 나라만의 독특한 난방방식으로서 그 우수성을 인정받고 있으나 기존 온수 온돌의 경우 현장 시공이 복잡하여 시공성이 떨어지고, 에너지 효율이 낮으며, 유지관리상에 불편할 뿐만 아니라 열원설비인 보일러 또는 히터가 고가이고 굴뚝을 설치해야 하는 등의 단점을 가지고 있다.

심야전기를 이용할 수 있는 축열식 전기온돌이 개발되어 있지만 발열을 위해 고압의 교류전기를 전원으로 사용하여 히터에 통전하면 발열하므로, 고압의 전기로 인한 감전의 우려가 있고 난방을 위해 통전을 하는 과정에서 히터를 중심으로 발생하는 전자장은 인체에 유해하며 소비전력이 많아서 난방비가 상대적으로 고가이다.

황토는 건축을 위해 재래적으로 사용되어 오던 재료로서, 전통적 방법으로 황토에 볏짚 한천석회 등을 혼합하여 미장재나 벽체용으로 사용되다 건축 벽체용 벽돌, 온돌미장용 페인트 등 건축 소재로 다시 각광을 받기 시작하여 최근에는 시멘트나 공업용 본드 바인더를 황토에 혼합하여 균열 방지 강도를 높였던 것이 일반적인 기술이다.

맥반석, 게르마늄, 옥, 수정 등은 온도를 높이면 인체에 유익한 원적외선을 방출하는 것이 검증된 바 있고, 이들은 침대, 방열기기, 매트리스 등 생활용품에 널리 응용되고 있다.

본 고안에서는 전기전도성 발열재를 이용하여 제작된 발열관으로 구성되는 발열구조를 제공하며, 발열재 내에 포함된 흑연이 가진 전기전도성을 이용하여 전기를 통하여 발열하도록 하고, 황토, 광물 또는 암석분말이 지닌 보온, 습도조절, 축열에 의한 원적외선 방사효과를 비롯하여, 압축강도, 인장강도 및 내구성 등을 이용하여 주거환경 또는 생산시설 난방의 개선에 적용할 수 있는 난방구조를 간편하게 제작하기 위해 전기전도성 흑연발열관을 이용한 발열구조를 제공한다.

흑연, 황토, 광물 또는 암석 등을 건조 선별하여 용도에 맞추어 이상적인 입자크기로 만들고 이들을 소정의 비율로 배합하고 필요한 양의 보조물질과 물을 혼합하여 발열재로 만들고 이것을 튜브에 넣어서 발열관를 제작하며 발열관을 발열하고자 하는 구조체에 설치하여 소정 전압의 전기를 통하면 필요한 온도로 발열하게 된다.

발열구조를 제작하는 과정에서 발열관의 양단에 적어도 한쌍 이상의 전극을 설치하여 전원을 발열구조에 연결할 수 있도록 하며, 인체에 무해한 저압의 직류를 흘려서 발열구조가 발열하도록 한다.

발열재가 전기전도성을 보유하도록 흑연을 사용하고, 황토, 시멘트 또는 실리카계 접합제 등을 무기질 접합제로 사용할 수 있도록 하며, 발열재의 접착성을 강화하는 첨가물질을 혼합하여 발열재의 강도와 내구성을 확보하고, 맥반석 또는 게르마늄, 옥, 수정 등 보조물질을 혼합하여 발열구조에서 원적외선 방사를 강화하도록 한다.

본 고안의 발열재는 저압의 전기를 흐르게 하더라도 발열 효율이 우수하도록 하여 인체나 동물에게 무해하도록 하며, 고온에서 발열구조의 물리적 성질이 변화하지 않는 안정성이 있고 장기간 동안 가열과 냉각이 반복되더라도 내구성이 뛰어나고 지속적으로 발열성이 유지될 수 있도록 한다.

본 고안의 발열관을 이용한 발열구조는 건물의 벽재 또는 바닥재 등으로 사용할 수 있도록 하며, 종래의 온수온돌과 같이 복잡한 현장 시공성, 낮은 에너지효율, 유지관리상의 불편성과 함께 값비싼 열원설비와 열수송 설비를 필요로 하는 등의 취약점을 개선하여, 본 고안에서는 이러한 열원설비와 열수송 설비가 불필요하며 발열재에 전기로 직접 발열하도록 하여 시공성을 향상하고 에너지 효율을 높이며, 유지관리 상의 불편성을 배제한다.

본 고안을 적용하여 난방재 또는 가열재를 제작하고 이를 이용한 발열구조를 구성하는 경우에는 구조물의 기하학적인 구조에 맞게 임의의 형태로 발열관을 설치하면 되므로 일련의 보일러 공사 또는 굴뚝공사 등의 추가 공정이 필요하지 않으므로 난방공사의 시공단가를 대폭 저감한다.

전기전도성 흑연발열관을 이용하여 발열구조를 제작하여 난방구조를 제작하면 전기로 발열구조를 직접 가열하게 되어 열효율이 높아서 기존 온수온돌 난방보다 난방비가 저렴하도록 하며, 청정에너지인 전기를 에너지원으로 사용함으로서 환경오염을 줄이도록 한다.

도 1은 본 고안에 따른 일 실시 예로서 본 고안의 발열관(100)을 이용하여 제작한 발열구조(150)를 이용한 방의 난방구조를 사시도로 보이는 것으로서 편의상 벽체(800)에서 전면과 우측면의 벽체는 그림에서 생략하여 도시하였으며, 기존 또는 신설 바닥 슬래브(500) 위에 발열관(100)를 간단하게 포설하고 한쌍 이상의 전극(200a, 200b)을 설치하고 통전하면 발열하게 된다. 발열관(100) 위에 는 발열된 열이 고루 분포되도록 몰탈(600)을 포설하며 가장 위쪽에 까는 장판(700)은 이해를 돕기 위해 일부를 말아 둔 것으로 도시하였다.

도 2a와 도 2b는 발열관(100)의 형상을 도시한 것으로서 튜브(110)의 내부에 발열재(120)을 포함하고 있다.

100 발열관 110 튜브

120 발열재 150 발열구조

200a 양극전극 200b 음극전극

210a 양극전선 210b 음극전선

220 전압조절기 300 온도센서

310 온도센서리드선 320 온도표시기

500 바닥슬래브 600 몰탈

700 장판 800 벽체

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안에서는 전기전도성 흑연발열관을 이용한 발열구조를 제공하여 발열구조를 간편하게 제작할 수 있도록 미리 발열관으로 제조하고 이것을 현장에서 간단하게 포설하여 발열구조를 제작하며, 발열관 내에 포함된 흑연이 가진 전기전도성을 이용하여 발열구조에 전기를 통하여 발열하고, 황토, 광물 또는 암석분말이 지닌 보온, 습도조절, 축열에 의한 원적외선 방사효과를 높이도록 하며, 압축강도, 인장강도 및 내구성 등을 확보하여 주거환경 또는 생산시설의 개선에 적용할 수 있는 난방구조를 제작할 수 있도록 전기전도성 흑연발열관을 이용한 발열구조를 제공한다.

본 고안의 발열재는 흑연 20∼70 중량%, 무기질 접합제 50∼30 중량%, 첨가물질 0∼30 중량% 및 보조물질 25∼30 중량%으로 구성되어, 고형 성분의 50∼65 중량%의 물을 혼합하고 반죽하여 발열재를 제작하며, 발열재를 튜브에 넣어 발열관으로 만들고 이것을 설치하여 발열구조를 구성하며 발열관의 전극에 전기를 통하면 발열하는 전기전도성을 가진 흑연발열관을 이용한 발열구조가 된다. 황토, 시멘트 또는 실리카 등을 무기질 접합제로 사용하여 발열재를 제작하며, 아연, 산화알미늄 또는 산화철 등을 첨가물질을 이용하여 발열체의 전기저항성, 발열성, 구조적 강도 및 내구성을 확보하고, 맥반석, 게르마늄, 옥, 수정 등을 보조물질로 사용하여 이들이 지닌 보온, 습도조절, 축열에 의한 원적외선 방사효과를 높이도록 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 고안의 전기전도성 흑연발열관을 이용한 발열구조를 사용하여 건물의 난방을 하는 실시 예에 대하여 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 일 실시 예로서 본 고안의 전기전도성 흑연 발열관(100)을 이용하여 제작한 발열구조(150)를 난방재로 설치한 방의 구조를 사시도로 보이는 것으로서 편의상 벽체(800)에서 전면과 우측면의 벽체는 그림에서 생략하여 도시하였다.

발열관(100)을 이용하여 제작한 발열구조(150)는 통상 바닥슬래브(500) 위에설치되며 발열구조(150) 위에는 발열되는 열을 분산시키기 위해 몰탈(600)을 포설하고 장판(700)을 깔고 사용하게 된다. 장판(700)은 사시도의 이해를 돕기위해 일부를 말아 둔 것으로 도시하였다.

발열관(100)에는 저압의 직류전기를 흘려서 발열하게 되며 전압조절기(200)를 통해 직류의 양극을 양극전선(210a)을 통해 양극전극(200a)에 연결하고 음극을 음극전선(210b)을 통해 음극전극(200b)에 연결하면 직류가 양극전극(200a)으로부터 음극전극(200b)으로 흐르면서 판상발열체(100)의 전기저항으로 인해 발열하게 된다.

발열되는 온도는 온도센서(300)를 통해 감지되며 온도센서리드선(310)을 통해 온도표시기(320)에 표시되므로 발열구조(150)의 온도를 알 수 있다.

발열구조(150)의 온도는 직류전원의 전압을 전압조절기(220)으로 조절하여 발열온도를 소정의 온도로 조정할 수 있다.

도 2a와 도 2b는 본 고안에 따른 일 실시 예로서 본 고안의 전기전도성 흑연 발열관(100)을 원형(도 2a)과 사각형(도 2b)으로 제작한 것를 단면도로 보이는 것으로서 발열관(100)은 튜브(110)와 발열재(120)로 구성된다.

본 고안의 전기전도성 흑연발열관을 이용한 발열구조는 이에 한정되지 아니하며 다양한 형상 및 방법으로 구성될 수 있다.

본 고안에서는 제공하는 전기전도성 흑연발열관을 사용하여 편리하게 발열구조를 만들수 있으며, 발열관 내에 포함된 흑연이 가진 전기전도성을 이용하여 저압의 직류 전기를 발열체에 통하여 발열하고, 발열구조에 포함된 황토, 광물 또는 암석분말은 보온, 습도조절, 축열에 의한 원적외선 방사효과가 있어서 사용자에게 유익하며, 압축강도, 인장강도 및 내구성 등이 우수하여 주거환경 또는 생산시설 난방을 위한 난방구조의 신설 및 개선에 적용할 수 있다.

흑연, 황토, 광물 또는 암석 등을 건조 선별하여 용도에 맞추어 이상적인 입자크기로 만들고 이들을 소정의 비율로 배합하여 물 또는 바인더를 혼합하여 발열재를 제조하고 이것을 튜브에 넣어서 발열관을 편리하게 제작하며, 현장에서는 발열관을 간단하게 포설하면 되므로 발열구조 제작의 효율성을 높여 발열구조를 손쉽게 설치할 수 있다.

발열구조를 제작하는 과정에서 발열구조의 양단에 적어도 한쌍 이상의 전극을 설치하여 전원을 발열구조에 연결할 수 있도록 하여, 인체에 무해한 저압의 직류 직류를 흘려서 발열하므로 고압의 교류전원을 사용하는 종래의 전기발열체와는 달리 통전과정에서 발생하는 전자장은 사용하는 사람이나 동물에 무해하다.

본 고안의 발열구조는 저압의 전기를 흐르게 하더라도 발열 효율이 우수하며, 고온에서 발열관의 물리적 성질이 변화하지 않는 안정성이 있고 장기간 동안 가열과 냉각이 반복되더라도 내구성이 뛰어나며 지속적으로 발열성이 유지될 수 있다.

본 고안의 발열구조를 건물의 바닥재 또는 벽재 등으로 사용할 수 있으며, 발열체 내에 황토를 포함하면 발열체가 발열하면서 인체에 유익한 원적외선이 발열체로부터 방출되고, 맥반석, 게르마늄, 옥, 수정 등을 혼합하면 원적외선의 방출을높일 수 있어서 사용하는 사람이나 동물의 체내에 원적외선이 깊숙히 침투하여 땀을 통해 노폐물을 배출하고 체온을 높여 병에 대한 저항성을 높인다.

종래의 온수온돌에서는 난방구조를 설치하기 위한 현장 시공이 복잡하고, 에너지 효율이 낮으며, 유지관리상의 불편성과 함께 보일러나 히터 등 열원설비가 고가이고 온수배관 등 열수송 설비를 필요로 하는 등의 취약점을 가지고 있었을 뿐만 아니라 통상 고가의 기름을 연료로 사용하므로 난방비가 많이 들었으나, 본 고안의 발열구조는 이러한 열원설비와 열수송 설비가 불필요하며 발열구조에 전기를 통하기만 하면 간단하게 발열할 수 있으므로 설비비와 유지관리비 및 난방비를 절감할 수 있다.

본 고안을 이용하여 난방재 또는 가열재를 제작하고 이를 난방구조로 구성하는 경우에는 구조물의 기하학적인 구조에 맞게 임의의 형태로 발열관을 설치하면 되므로 일련의 보일러 공사 또는 굴뚝공사 등의 추가 공정이 필요하지 않으므로 난방구조의 시공단가를 대폭 저감할 수 있다.

기존의 건물 바닥에 난방구조를 설치하는 경우에도 장판을 걷어내고 기존의 슬래브 위에 발열구조를 간단하게 포설하기만 하면 되므로 본 고안의 발열관을 이용하여 제작한 발열구조를 적용하여 종래의 난방 방식을 간단하게 개선할 수 있다.

전기전도성 흑연발열관을 이용한 난방구조는 전기를 이용하여 발열하므로 기름을 연료로 사용하여 주거지역의 환경을 오염시키는 기존 온수온돌 난방과는 달리 청정에너지인 전기를 사용함으로서 주거지역의 환경오염을 줄인다.

본 고안의 난방구조는 건물의 바닥 및 벽체 난방, 난방용 라디에이터 등 주거용 난방으로 사용할 수 있고, 축열식 온수기, 가열기, 주방용 렌지, 온장고 등 기기의 가열에 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 활주로, 램프, 교량 및 도로 등의 제설 또는 제빙 등을 위한 용도에 사용될 수 있다.

Claims (3)

1. 흑연 20∼70 중량%, 무기질 접합제 50∼30 중량%, 첨가물질 0∼30 중량% 및 보조물질 25∼30 중량%의 성분을 가지는 재료에 고형 성분의 50∼65 중량%의 물을 혼합하고 반죽하여 발열재를 만들고, 발열재를 튜브에 넣고 양단에 한쌍 이상의 전극을 설치하며 전극에 전원을 연결하여 발열관에 전기를 통하면 발열하는 전기전도성흑연 발열관으로 제작하고, 발열관을 발열하고자 하는 구조에 설치하여 구성되는 발열구조로서, 발열관의 내부에는 전기전도성을 가진 흑연이 포함되어 물과 황토, 시멘트, 실리카 중의 한 가지를 접합제로 사용하여 발열재로 제작되고, 발열재에는 아연, 산화알미늄, 산화철을 첨가물질로 포함하여 발열체의 발열성, 구조적 강도 및 내구성을 확보하며, 맥반석, 게르마늄, 옥, 수정의 암석분말을 보조물질로 포함하여 이들이 지닌 보온, 습도조절, 축열에 의한 원적외선 방사효과를 높인 발열재를 이용한 흑연발열관으로 난방구조를 구성하는 것을 특징으로 하는 전기전도성 흑연발열관을 이용한 발열구조
2. 제 1항에 있어서, 발열관의 형상은 원형, 다각형, 판형 중의 한 가지로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기전도성 흑연발열관을 이용한 발열구조
3. 제 1항에 있어서, 튜브의 재질은 폴리 염화비닐, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 엔지니어링 플라스틱 중의 한 가지로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기전도성 흑연발열관을 이용한 발열구조