KR200317485Y1 - 직조 카본사 램프히터 - Google Patents

Abstract

본 고안은 진공유리관(밀폐용기)(3)에 발열체로 탄소사속 등의 탄소체를 내장시키고 탄소체는 연결편(4-1)을 통하여 외부 리드선(4)과 도통토록 하고 전원을 외부 리드선(4)을 통하여 공급하도록 이루어진 전기스토브용 램프히터에 있어서,

탄소사(6)를 위사(11)와 경사(12)로 사용하여 직조하되 위사(11)의 폭이 램프의 내경 보다 작도록 직조한 탄소체(10)와,

탄소체(10)의 표면을 코팅하여 결착력을 제공하는 세라믹층(30)과,

코팅된 탄소체(10)의 양단을 고정하고 리드선(4)과 도통하는 고정단자(20)를 포함하도록 구성한 직조 카본사 램프히터 이다.

Description

직조 카본사 램프히터{Lamp heater of woven carbon fiber}

본 고안은 카본사 램프히터에 관한 것으로, 카본(탄소)사를 위사와 경사로 상호 직조하고 표면에 내열성 세라믹 코팅하여 결속시켜 탄소체를 이루고, 탄소체의 양단을 누른 고정용 고정단자로 고정시키고, 고정단자는 내열 중간단자의 일단을 고정시키고, 내열 중간단자의 다른 단은 리드선을 연결시키는 연결편에 스포트용접되도록 구성한 직조 카본사 램프히터에 관한 것이다.

일반적으로 램프는 전구라고도 하는데 진공관의 내부에 설치한 필라멘트에 전류를 흐르게 하여 고온으로 가열함으로써 생기는 빛을 이용하기도 하고, 필요에 따라서는 발열하는 열을 이용하는 히터용 램프로 사용하기도 한다. 이는 진공 상태에서 내부에 필라멘트를 설치하고 유리관의 양단에 필라멘트와 연결하는 단자를 설치한 구성을 예시할 수 있다. 또한 유리관의 축을 따라서 텅스턴 플라멘트를 설치하고 관내에 요오드 가스를 봉입하여 필라멘트에 전류를 보내면(전원을 인가하면) 필라멘트에서 발생한 텅스텐 원자가 관벽에서 요오드와 결합하여 요오드화텅스텐으로 되어 필라멘트로 되돌아가고, 여기서 또 분해되어 텅스텐을 필라멘트에 남기는 이른바 요오드 사이클에 의하여 장시간 사용 가능한 고 효율의 램프로 사용한다.

그러나 이러한 방식의 램프는 필라멘트의 손상이 외부 충격에 약하고, 가열에 의한 형태변형 등으로 내구성이 약한 문제점이 있으며, 코일을 설치하는데 따른 원가 상승 등의 부담이 있다.

한편 면상 발열체 등에 사용하는 카본사는 미세한 굵기의 카본섬유다발을 하나의 군으로 하여 사용한다. 예를 들어 카본섬유가 26400개로 이루어진 경우 길이가 1 미터, 직경이 0.3 미리미터 인 경우 약 60옴의 저항치를 이룬다. 때문에 이를 기초로 원하는 출력(와트)을 설계하여 면상발열체 등을 제조한다. 물론 이 경우 저항치는 저항식(식에서 R;저항, rho ;저항률, l;길이, s;단위면적 이다)에 따라 결정한다. 그러나 이들은 면상발열체의 발열원으로 사용하는 것이어서 주로 약 50도 내지 70도의 온도를 발산토록 설계하며, 그 이상이 되면 화재의 위험이 있고, 공기와 산화되어 내구성이 현격히 저하된다.

한편 이러한 카본사를 열원으로 하여 진공튜브에 내장시킨 히터가 개발되었는데, 카본사를 일정한 묶음으로 저항치를 설정하여 원하는 출력을 제공토록 하는 것이나 카본사를 단자에 고정하는 기술과 카본사를 집속하는 기술이 미비하여 산업화에 어려움을 겪고 있다. 이러한 기술의 일 예로는 일본 공개특허 2000-123960호로 공개된 탄소계 발열체가 알려져 있는바, 이는 도 1 과 같이 탄소계 발열체(1)의 양단에 캡형 전극부(2)를 두고 탄소계 발열체(1)와 캡형 전극부(2)가 진공밀폐용기(3)내에 내장되고, 캡형 전극부(2)는 리드선(4)을 접속시켜 전원을 인가하도록 이루어진다. 상기 리드선(4)은 도 2 와 같이 다수의 다발로 이루어진 탄소계 탄소사(6)의 다발 외주연을 탄소실(7)로 감아 묶어 탄소속체(5)를 이루도록 하는 고정 형태를 이룬다.

도 3 은 이 경우 필요한 탄소사(6)의 다발을 제공 가능토록 구성한 예시도면으로, 일정 다발의 탄소사(6)를 각각 탄소실(7)로 감고, 탄소실(7)로 감은 이들 3가닥을 함께 탄소실(7')로 감아 일체로 만드는 구성의 탄소속체(5)를 나타낸다.

즉, 도 2 와 같은 단위 탄소속체(5)나, 도 3 과 같은 3가닥의 탄소속체를 탄소실(7')로 감은 복수 탄소속체(5)로 된 발열체(1)를 이용하여 그 양단을 캡 형태의 전극부(2)로 결합시켜 진공밀페용기(3)를 씌우도록 성형한다.

그러나 이러한 방식은 원하는 탄소사(6)를 원하는 다발의 수를 사용하여 원하는 저항치를 만들어 원하는 출력(W)을 출력토록 사용하나, 탄소사(6)를 탄소실(7)로 묶어야 하는 번거러움과, 필요시 묶은 탄소실(7)이 벗겨지지 않도록 필요에 따라 액상수지를 함침 시켜야 하는 등의 문제가 있다.

본 고안은 이를 해결코자 하는 것으로, 본 고안의 목적은 면상발열체로 사용하는 탄소사(카본사)를 발열 원으로 하고 탄소사를 위사와 경사로 직조하고 세라믹 코팅한 것을 일정 길이와 폭으로 절단하고 절단한 양단에 고정단자로 고정하고 리드선과 접속토록 하여 카본사의 집속과 카본사의 개수를 용이하게 조정하여 사용 가능토록 하는 직조 카본사 램프히터를 제공하려는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 탄소사를 직조하는 방식이므로 탄소사(카본사)의 폭과 길이를 다양하게 선택 사용 가능토록 하여, 다양한 용량의 히터를 편리하게 제조 가능토록 하려는 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은 카본사로 직조한 탄소체의 양단에 내열성 고정단자와 도선 형 내열 중간단자를 통하여 리드선과 도통토록 함으로써 외부 리드선으로의 열 전달이 작아지도록 하여 히터를 사용한 제품의 내구성을 향상시키도록 하는 램프히터를 제공하려는 것이다.

이를 위하여 본 고안은 탄소체는 탄소사를 위사와 경사로 직조하고 세라믹 코팅한 것을 일정 길이와 폭으로 절단하여 원하는 저항치를 이루도록 하고, 탄소체의 양단은 내열성 고정단자로 고정한 후 내열성 중간단자를 사용하여 리드선을 고정하는 연결편과 연결되도록 하여 외부 리드선으로의 열 전달이 검소하도록 직조 카본사 램프히터를 구성한다.

도 1 은 일반적인 탄소계발열체의 구성도,

도 2 는 도 1 에 사용되는 탄소체의 요부 확대도,

도 3 은 도 2 의 탄소속체를 3개 사용하여 결속한 상태의 도면,

도 4 는 본 고안을 이루는 탄소체의 개략 구성도,

도 5 는 본 고안의 요부 구성도,

도 6 은 본 고안을 이루는 도 5 의 A-A 선 확대 단면도,

도 7 은 본 고안의 요부 분해도,

도 8 은 본 고안의 요부 결합 상태도,

도 9 는 본 고안의 다른 예를 보이는 요부 결합 사시도,

도 10 은 본 고안에 상요하는 카본(탄소)사의 저항치를 나타낸 표이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

4;리드선 4-1;연결편 6;탄소사 10;탄소체 11;위사 12;경사 20;고정단자 21;덮개판 22;받침판 23,24;누름판 25;누름돌기 26;누름공 27,28;절곡편 29;중간단자 30;세라믹층

즉 본 고안은 진공유리관(밀폐용기)에 발열체로 탄소사속 등의 탄소체를 내장시키고 탄소체는 연결편을 통하여 외부 리드선과 도통토록 하고 전원을 외부 리드선을 통하여 공급하도록 이루어진 전기스토브용 가열램프에 있어서,

탄소사를 위사와 경사로 사용하여 직조하되 위사의 폭이 램프의 내경 보다 작도록 직조한 탄소체와,

탄소체의 표면을 코팅하여 결착력을 제공하는 세라믹층과,

코팅된 탄소체의 양단을 고정하고 리드선과 도통하는 고정단자를 포함하도록 구성한 직조 카본사 램프히터를 제공하려는 것이다.

상기 경사는 일정 개수의 속이 각 속마다 일정 거리를 두고 위사와 반복하도록 직조한다.

상기 고정단자는 탄소체의 단부를 바닥에서 지지하는 받침판과, 받침판에 올려진 탄소체의 단부를 눌러 고정시키는 덮개판과, 받침판의 양단에서 연장하여 절곡된 덮개판의 양단을 누름 고정토록 기능 하는 누름판을 포함하여 구성한 것을 에시할 수 있다.

상기 고정단자는 또한 탄소체의 단부를 바닥에서 지지하는 받침판과, 받침판에 올려진 탄소체의 단부를 눌러 고정시키는 덮개판과, 덮개판과 받침판의 겹침단 부에서 연장하여 양단을 누름 고정토록 기능 하는 절곡편을 포함하여 구성한 것을 예시할 수 있다.

상기 탄소체의 양단을 고정하는 고정단자는 내열성 니켈로 구성하며 짧은 중간단자의 일단을 용접토록 하고, 고정단자의 타단은 진공밀폐용기의 양단을 이루는 평면단자부에 안치된 연결편에 고정되도록 구성한다.

상기 중간단자는 내열재인 몰리브덴 도선으로 구성한다.

이하 본원 고안의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4 는 본 고안을 이루는 탄소체의 개략 구성도이고, 도 5 는 본 고안의 요부 구성도이며, 도 6 은 본 고안을 이루는 도 5 의 A-A 선 확대 단면도로,

진공유리관(밀폐용기)(3)에 발열체로 탄소사속 등의 탄소체를 내장시키고 탄소체는 연결편(4-1)을 통하여 외부 리드선(4)과 도통토록 하고 전원을 외부 리드선(4)을 통하여 공급하도록 이루어진 전기스토브용 가열램프에 있어서,

탄소사(6)를 위사(11)와 경사(12)로 사용하여 직조하되 위사(11)의 폭이 램프의 내경 보다 작도록 직조한 탄소체(10)와,

탄소체(10)의 표면을 코팅하여 결착력을 제공하는 세라믹층(30)과,

코팅된 탄소체(10)의 양단을 고정하고 리드선(4)과 도통하는 고정단자(20)를포함하도록 구성한다.

상기, 경사(12)는 일정 개수의 속이 각 속마다 일정 거리(L1)를 두고 위사(11)와 반복하도록 직조한다.

상기 중간단자(29)는 내열재인 몰리브덴 도선으로 구성한다.

(3)은 진공밀페용기 이다. (3-1)은 진공밀페용기(3)의 양단을 실링하면서 단자(3)를 고정토록 이루어진 평면단자부 이다.

상기 중간단자(22)와 연결편(4-1)은 몰리브덴을 사용하는 것이 좋다. 본 고안에 사용하는 몰리브덴은 용융점이 2610℃ 로 전기회로의 접점용이나 내열 부품용으로 사용되는 것을 이용한다.

상기 탄소체(10)는 표면을 매끄럽게 하고 결착력을 증대시키는 세라믹층(30)으로 코팅된 것을 사용하는 것이 좋다. 본 고안에서 사용하는 세라믹층은 세라믹 분말을 희석시켜 유약형태로 직조한 탄소체(10) 표면에 바르고 소성시켜 세라믹층(40)을 이루도록 사용하는 형태를 예시할 수 있다. 본 고안에 사용되는 세라믹층의 재료는 세라믹( { Al}_{2 } { O}_{3 } +Zr { O}_{2 }+{ Y}_{2 } { O}_{3 } )을 들 수 있다. 물론 본원 고안은 카본사인 탄소사(6)로 된 위사(11)와 경사(12)를 큰 사이즈로 직조하되, 경사(12)는 일정 속으로 직조함과 동시에 도 4 에 나타낸 바와 같이 일정 거리(L1)를 두고 반복 직조토록 하여 직조를 이루되 저항에는 큰 영향을 미치지 않도록 기능 한다.

도 7 은 본 고안의 요부 분해도이고, 도 8 은 본 고안의 요부 결합 상태도로, 고정단자(20)는 탄소체(10)의 단부를 바닥에서 지지하는 받침판(22)과,받침판(22)에 올려진 탄소체(10)의 단부를 눌러 고정시키는 덮개판(21)과, 받침판(22)의 양단에서 연장하여 절곡된 덮개판(21)의 양단을 누름 고정토록 기능하는 누름판(23,24)을 포함하여 구성한다.

받침판(22)과 덮개판(21)에는 결착력 증대를 위한 누름공(26)과 누름돌기(25)가 상호 대향하도록 구성한다.

도 9 는 본 고안의 고정단자의 다른 실시예로, 고정단자(20)는 탄소체(10)의 단부를 바닥에서 지지하는 받침판(22)과, 받침판(22)에 올려진 탄소체(10)의 단부를 눌러 고정시키는 덮개판(21)과, 덮개판(21)과 받침판(22)의 겹침단 부에서 연장하여 양단을 누름 고정토록 기능 하는 절곡편(27,28)을 포함하여 구성한다. 상기 고정단자(20)는 순도 99% 이상의 니켈박판으로 구성함이 좋은바, 이는 니켈이 내열성이 있고 원가가 저렴하고, 접힘성이 좋기 때문이다.

도 10 은 본 고안에 사용하는 카본사 탄소체의 가닥수와 그에 대한 저항치의 예를 나타낸 표이다.

본 고안에 사용하는 카본사 탄소체는 면상 발열체 등에 사용하던 것을 고열에도 견딜 수 있도록 진공 유리관(진공밀폐용기) 내에 설치하여 전기 스토브용 카본사 램프 히터로 사용 가능토록 한 것으로, 이러한 카본사는 도 10과 같이 가닥 수에 따른 저항치의 상이함과, 길이를 연장하면 저항치가 증가하고 탄소사의 다발수가 늘어나면 저항치가 줄어드는 등의 원리를 이용하여 필요한 출력(와트)를 설계 가능하다.

즉, 출력은 예를 들어 저항이 60옴이고 전력이 220볼트라면출력식()가 된다. 따라서 이러한 출력의 기초를 가지고 길이를 짧게 하거나 폭(탄소사의 개수)를 조정하면 램프의 유리관 길이를 조정하여 동일 출력의 다양한 램프를 제조 가능케 된다. 실제로 700-900도의 발열을 이루는 것을 확인하였는바, 히터로서의 사용하기에 충분한 조건을 만족시켰다. 이는 진공밀폐용기(3)의 내부가 진공이어서 산화가 원천적으로 차단되고, 길이나 카본사의 개수에 따라 저항치를 조절하여 원하는 출력을 제공 가능하기 때문인 것으로 판단된다.

본원 고안의 또 다른 특징은 중간단자(29)를 사용하는 구성인바, 이는 탄소체(10) 양단에 고정단자(20)를 이루고 고정단자가 탄소체(10)의 결착력을 유지토록 하여 탄소체(10)와 내열단자(22)간의 접촉 불량으로 인한 발열을 감소시켜 단자와의 접촉부에서 생기는 발열을 감소시키고, 덮개판(21)을 눌러 탄소체(10)의 끝단을 고정하므로 생산성을 향상시킨다.

본원 고안에서 중간단자(29)와 리드선(4)은 상호 일정크기의 연결편(4-1)을 통하여 접속되는 구성을 이루는바, 내열단자(22)와 연결편(4-1)은 몰리브덴으로, 리드선(4)은 텅스텐으로 구성함이 좋은바, 이는 용융온도가 몰리브덴은 섭씨 2600도이고, 텅스텐은 섭씨 3387도로 높기 때문이다.

본 고안을 제조함에 있어서는 탄소체(10)를 이루는 탄소사(6)를 위사(11)와 경사(12)로 직조하고, 도 6 과 같이 세라믹층(30)을 이루도록 도포하여 경화시키고 도 4 와 같이 이러한 저항치를 가지도록 폭과 길이를 설정하여 재단한다. 그리고재단한 탄소체(10)의 양 단에는 고정단자(20)를 도 7 내지 도 9 와 같은 방식으로 고정시킨 후 중간단자(29)를 용접시킨다. 물론 이 경우 중간단자(29)의 일 단에는 미리 리드선(4)을 연결한 연결편(4-1)을 스포트 용접하여 고정시킨다.

이와 같이 에비 제조한 것을 양단이 뚫린 상태의 원형 파이프(진공용 흡입관을 물론 파이프이 길이 중간 부분에 구비한 것이다)안에 안치시키고, 양단을 섭씨 1800-2000도로 가열시켜 프레싱 하면 도 5 와 같이 양단이 밀착된 평면단자부(3-1)를 이루고 중앙은 공간을 그대로 유지토록 성형된다. 특히 본원고안은 내열 중간단자(29)를 사용하는 방식을 채택하였기에 평면단자부(3-1)를 이루기 위한 압착후 냉각시켜 진공을 만들 때 리드선(4)으로 인한 공간면적이 넓어도 연결편(4-1)은 얇아서 접착성을 좋게 함으로써 진공을 이룰 때 외기와 차단되는 특성을 지속토록 기능 한다. 아울러 내열 중간단자(29)를 사용하는 것은 평면단자부(3-1)를 이루기 위하여 유리관의 단부를 가열할 때 산소에 노출된 탄소체(10)가 산화되어 직접 가열되는 것을 막아주기 위함이다. 즉, 가열되는 열을 일단 중간단자(29)로 인가하여(몰리브덴으로 용융온도가 섭씨2600도 이므로 유리관을 섭씨 1800-2000도로 가열하여도 내열성을 가지게 된다) 탄소체(10)로 직접열이 전달되는 것을 막아주어 제조시 탄소체(10)가 손상되는 것을 막아주어 제조수율을 높인다. 물론 평면단자부(3-1)의 성형을 완료하면 도시하지 않은 진공 형성용 보조 파이프를 통하여 내부 공기를 흡입하여 진공을 만들고 이를 절단시켜 막아 진공밀폐용기(3)를 완성시킨다.

이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형및 변경이 가능함은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상과 같이 본원 고안은 면상발열체로 사용하는 탄소사(카본사)를 발열원으로 하고 탄소사를 위사와 경사로 직조하고 세라믹 코팅한 것을 일정 길이와 폭으로 절단하고 절단한 양단에 고정단자로 고정하고 리드선과 접속토록 하였기에 카본사의 집속과 카본사의 개수를 용이하게 조정하여 다양한 출력 모델을 가지는 램프히터를 제공 가능케 한다.

본 고안은 또한 탄소사를 직조하여 탄소체를 제공하므로 탄소체의 폭과 길이를 다양하게 선택 사용 가능토록 하여, 다양한 구조의 히터를 제조 가능토록 한다.

본 고안은 또한 카본사로 직조한 탄소체의 양단에 내열성 고정단자와 도선 형 내열 중간단자를 통하여 리드선과 도통토록 함으로써 외부 리드선으로의 열전달이 작아지도록 하여 히터를 사용한 제품의 내구성을 향상시키도록 한다

본 고안은 카본사의 표면을 세라믹으로 코팅하여 표면을 매끄럽게 할 분만 아니라 결착력을 증대시켜 카본사 탄소체의 내구성을 향상시킨다.

Claims (7)

1. 진공유리관(밀폐용기)(3)에 발열체로 탄소사속 등의 탄소체를 내장시키고 탄소체는 연결편(4-1)을 통하여 외부 리드선(4)과 도통토록 하고 전원을 외부 리드선(4)을 통하여 공급하도록 이루어진 전기스토브용 가열램프에 있어서,

   탄소사(6)를 위사(11)와 경사(12)로 사용하여 직조하되 위사(11)의 폭이 램프의 내경 보다 작도록 직조한 탄소체(10)와,

   탄소체(10)의 표면을 코팅하여 결착력을 제공하는 세라믹층(30)과,

   코팅된 탄소체(10)의 양단을 고정하고 리드선(4)과 도통하는 고정단자(20)를 포함하도록 구성한 것을 특징으로 하는 직조 카본사 램프히터.
2. 제 1 항에 있어서, 경사(12)는 일정 개수의 속이 각 속마다 일정 거리(L1)를 두고 위사(11)와 반복하도록 직조한 것을 특징으로 하는 직조 카본사 램프히터.
3. 제 1 항에 있어서, 고정단자(20)는 탄소체(10)의 단부를 바닥에서 지지하는 받침판(22)과, 받침판(22)에 올려진 탄소체(10)의 단부를 눌러 고정시키는 덮개판(21)과, 받침판(22)의 양단에서 연장하여 절곡된 덮개판(21)의 양단을 누름 고정토록 기능하는 누름판(23,24)을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 직조 카본사 램프히터.
4. 제 1 항에 있어서, 고정단자(20)는 탄소체(10)의 단부를 바닥에서 지지하는 받침판(22)과, 받침판(22)에 올려진 탄소체(10)의 단부를 눌러 고정시키는 덮개판(21)과, 덮개판(21)과 받침판(22)의 겹침단 부에서 연장하여 양단을 누름 고정토록 기능 하는 절곡편(27,28)을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 직조 카본사 램프히터.
5. 제 3 항 또는 4항에 있어서, 받침판(22)과 덮개판(21)에는 결착력 증대를 위한 누름공(26)과 누름돌기(25)가 상호 대향하도록 구성한 것을 특징으로 하는 직조 카본사 램프히터.
6. 제 1 항에 있어서, 탄소체(10)의 양단을 고정하는 고정단자(20)는 내열성 니켈로 구성하며 짧은 중간단자(29)의 일단을 용접토록 하고, 고정단자(20)의 타단은 진공밀폐용기(3)의 양단을 이루는 평면단자부(3-1)에 안치된 연결편(4-1)에 고정되도록 구성한 것을 특징으로 하는 직조 카본사 램프히터.
7. 제 6 항에 있어서, 중간단자(29)는 내열재인 몰리브덴 도선으로 구성한 것을 특징으로 하는 직조 카본사 램프히터.