KR200318914Y1 - 카본사 램프 히터 - Google Patents

Abstract

본 고안은 진공 유리관(밀폐용기)에 발열체로 탄소체를 내장시켜 전원을 외부로 노출된 리드선을 통하여 공급토록 이루어진 전기스토브용 가열램프에서,

카본사속으로 이루어진 탄소체(10)를 외주연에 균등하게 감도록 안내홈(25)을 가진 봉상의 내열홀더(20),

상기 내열홀더(20)의 일단에서 탄소체(10)의 일단과 도통 가능토록 감아 고정하는 고정감김부(22-1)를 가지며 리드선(4)과 도통하는 내열단자(22),

상기 탄소체(10)의 다른단과 도통 가능토록 감아 고정하는 고정감김부(22-2)를 가지며 다른 리드선(4-1)과 도통토록 고정감김부(22-2) 끝에서 방향을 180도 바꾸는 절곡단자부(22-3)를 가지는 내열단자(22-4)와,

내열단자(22-4)를 내열홀더(20)와 절연되도록 감싸는 절연관(30)을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 카본사 램프히터이다.

Description

카본사 램프 히터{Carbon fibers lamp heater}

본 고안은 카본사 램프 히터에 관한 것으로, 카본사(탄소사)속을 봉상의 내열홀더 외주연에 감고, 카본사속 일단은 하나의 리드선을, 타단은 절곡하여 실리카절연관 내를 통하여 다른 하나의 리드선과 통하도록 하여 진공밀폐용기 내에 이를 수용토록 한 카본사 램프 히터에 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 필라멘트를 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 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 구성을 나타낸다.

즉, 도 2 와 같은 단위 탄소속체(5)나, 도 3 과 같은 3가닥의 탄소속체(5)를 탄소실(7')로 감은 복수 탄소속체(5)로 된 탄소체(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)를탄소실(7)로 묶어야 하는 번거러움 등의 문제가 있다.

아울러 탄소체(1)의 특성상 리드선(4)과의 용접이 불가능하기에 접속을 위한 별도의 전극부(2)를 구비하여야 하고, 전극부(2)를 탄소체(1)의 양단과 접속시키기 위한 복잡한 공정을 요하는 문제점이 있다.

본 고안은 이를 해결코자 하는 것으로, 본 고안의 목적은 면상발열체로 사용하는 탄소사(카본사, 탄소체)를 발열원으로 하고 탄소사를 내열홀더 외주연에 감고, 탄소사의 양단을 리드선 접속용 내열단자로 감아 고정토록 함으로써 리드선과의 접속 불량을 감소시키고, 내열홀더가 열음 저장하는 효과를 제공하도록 하는 카본사 램프 히터를 제공하려는 것이다.

이를 위하여 본 고안은 유리관의 내부에 카본사속을 감도록 외주연에 안내홈을 가진 내열홀더를 두고, 내열홀더에 감긴 카본사속의 양단을 내열단자로 일정 구간 동시에 감아 각각 고정시키고, 내열단자의 일단에는 리드선을, 내열단자의 다른 단은 절곡하여 실리카 절연관을 통하도록 한 후 다른 리드선과 접속토록 하고, 내열홀더와 절연관을 진공밀폐용기 내에 진공 수장토록 한다.

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 고안의 단면도,

도 5 는 본 고안의 요부 확대도,

도 6 은 본 고안에서 사용하는 탄소체의 저항치를 나타낸 표이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

3;진공밀폐용기 3-1;평면단자부 4,4-1;리드선 10;탄소체 20;압착 내열홀더 21;연결편 22;내열단자 22-1;고정감김부 22-2;고정감김부 22-3;내열절곡 단자부 22-4;내열단자 25;안내홈 30;실리카 절연관

즉, 본 고안은 진공 유리관(밀폐용기)에 발열체로 탄소체를 내장시켜 전원을 외부로 노출된 리드선을 통하여 공급토록 이루어진 전기스토브용 가열램프에서,

카본사속으로 이루어진 탄소체를 외주연에 균등하게 감도록 안내홈을 가진 봉상의 내열홀더,

상기 내열홀더의 일단에서 탄소체의 일단과 도통 가능토록 감아 고정하는 고정감김부를 가지며 리드선과 도통하는 내열단자,

상기 탄소체의 다른 단과 도통 가능토록 감아 고정하는 고정감김부를 가지며 다른 리드선과 도통토록 고정감김부 끝에서 방향을 180도 바꾸는 절곡단자부를 가지는 내열단자와,

내열단자를 내열홀더와 절연되도록 감싸는 절연관을 포함하여 구성한 카본사 램프히터를 제공하려는 것이다.

이하 본 고안의 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4 는 본 고안의 카본사 램프 히터의 단면도로, 진공 유리관(밀폐용기)(3)에 발열체로 탄소체(10)를 내장시켜 전원을 외부로 노출된 리드선(4)을 통하여 공급토록 전기스토브용 카본사 램프 히터를 구성하고;

카본사 램프 히터는 카본사속으로 이루어진 탄소체(10)를 외주연에 균등하게 감도록 안내홈(25)을 가진 봉상의 내열홀더(20),

상기 내열홀더(20)의 일단에서 탄소체(10)의 일단과 도통 가능토록 감아 고정하는 고정감김부(22-1)를 가지며 리드선(4)과 도통하는 내열단자(22),

상기 탄소체(10)의 다른단과 도통 가능토록 감아 고정하는 고정감김부(22-2)를 가지며 다른 리드선(4-1)과 도통토록 고정감김부(22-2) 끝에서 방향을 180도 바꾸는 절곡단자부(22-3)를 가지는 내열단자(22-4)와,

내열단자(22-4)를 내열홀더(20)와 절연되도록 감싸는 절연관(30)을 포함하여 구성한다.

상기 진공밀폐용기(3)의 리드선(4,4-1) 결합부는 가열하여 누름 접착시킨 평면 단자부(3-1)를 이룬다. 상기 내열절곡 단자부(22-3)의 바림직한 예로는 고정감김부(22-2)에서 일차 90도로 절곡한 제 1 절곡단자부(22-31)와, 제 1 절곡단자부(22-31)에서 일정 폭 방향으로 연장 후 다시 90도로 절곡한 제 2 절곡단자부(22-32)로 이루어진다.

상기 실리카 절연관(30)은 일단은 끝을 가열 누름 작용으로 내열단자(22-4)와 융착되도록 하여 고정시킨다.

상기 내열홀더(20)의 바람직한 재료는 마그네시아(MgO)를 들 수 있으며, 내화재, 도자기 등으로 사용하는 것을 사용한다. 물론 안내홈(25)등을 이루도록 성형하기 위하여는 일차 프레스 성형한 후 약 1600도 정도로 구어 소결 성형한 것을 사용하는 것이 좋다.

상기 내열단자(22,22-4)와 연결편(21)은 몰리브덴을 사용한 것을 예시할 수 있다. 본 고안에 사용하는 몰리브덴은 용융점이 2610℃ 로 전기회로의 접점용이나 내열재료 고온 부품용으로 사용되는 것을 이용한다.

상기 탄소체(10)는 표면을 매끄럽게 하는 세라믹층(40)으로 코팅된 것을 사용하는 것이 좋다. 본 고안에서 사용하는 세라믹층은 세라믹 분말을 희석시켜 유약형태로 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.

도 6 은 본 고안에 사용하는 카본사 집합체의 가닥수와 그에 대한 저항치의예를 나타낸 표이다.

본 고안에 사용하는 카본사 집합체는 면상 발열체 등에 사용하던 것을 고열에도 견딜 수 있도록 진공 유리관(진공밀페용기) 내에 설치하여 전기 스토브용 카본사 램프 히터로 사용 가능토록 한 것으로, 이러한 카본사는 도 6 과 같이 가닥 수에 따른 저항치의 상이함과, 길이를 연장하면 저항치가 증가하고 탄소사의 다발수가 늘어나면 저항치가 줄어드는 등의 원리를 이용하여 필요한 출력(와트)를 설계 가능하다. 아울러 본원고안은 유리관의 진공밀폐용기(3)내에 있는 압착내열홀더(20) 외주연에 탄소체(10)를 감아 고정시켰기에 탄소체(10)의 산화가 원천적으로 차단되어 내구성이 반 영구적이다.

아울러 설계 시에도 예를 들어 전원이 220볼트이고, 카본사집합체의 1미터당의 저항이 60옴이고, 길이가 1미터 일 때의 출력(와트)은 ()가 된다. 따라서 이러한 출력의 기초를 가지고 길이를 짧게 하거나 두께(카본사속의 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 유리관(5)의 내부가 진공이어서 산화가 원천적으로 차단되고, 길이에 따라 저항치를 조절하여 원하는 출력을 제공 가능하기 때문인 것으로 판단된다.

이와 같이 구성한 본 고안은 탄소체(10)의 양단에 내열단자(22,22-4)를 각각 감아 고정토록 하고,

상기에서 내열단자(22,22-4)와 리드선(4)은 상호 일정크기의 연결편(21)을 통하여 접속되는 구성을 이루는바, 내열단자(22,22-4)와 연결편(21)은 몰리브덴으로, 리드선(4,4-1)은 텅스텐으로 구성함이 좋은바, 이는 용융온도가 몰리브덴은 섭씨 2600도이고, 텅스텐은 3387도로 높기 때문이다.

이어 상기와 같이 먼저 탄소체(10)의 양단에 내열단자(22,22-4)의 고정감김부(22-1,22-2)를 통하여 감김 고정토록 하고, 이전에 내열단자(22)의 다른 단에는 몰리브덴의 연결편(21)을 통하여 리드선(4)과 접속(스포트 용접)시킨다. 그리고 내열단자(22-4)의 다른 단은 미리 제 1 절곡단자부(22-31)와 제 2 절곡단자부(22-32)를 통하여 180도 방향을 바꾸도록 하고 진공밀폐용기(3)의 길이 방향으로 나란한 부위에는 실리카 절연관(30)을 씌우고 일단을 가열 고정시킨다.

이와 같이 성형한 것을 일단이 뚫린 상태의 원형 파이프(진공용 흡입관을 물론 파이프이 길이 중간 부분에 구비한 것이다)안에 안치시키고, 뚫린 끝단을 1800-2000도로 가열시켜 프레싱 하면 도 4 와 같이 끝단이 밀착된 평면단자부(3-1)를 이루고 중앙은 공간을 그대로 유지토록 성형된다. 특히 본원고안은 내열단자(22,22-4)를 사용하는 방식을 채택하였기에 평면단자부(3-1)를 이루기 위한 압착 후 냉각시켜 진공을 만들 때 리드선(4)으로 인한 공간면적이 넓어도 연결편(21)은 얇아서 접착성을 좋게 함으로써 진공을 이룰 때 외기와 차단되는 특성을 지속토록 기능 한다. 아울러 내열단자(22)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 내열단자(22)로 인가하여(몰리브덴으로 용융온도가 2600도이므로 유리관을 1800-2000도로 가열하여도 내열성을 가지게 된다) 탄소체(10)로 직접 열이 전달되는 것을 막아주어 제조시 탄소체(10)가 손상되는 것을 막아주어 제조 수율을 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.

이와 같이 제조한 본원고안은 리드선(4)의 양단에 전원을 인가하면, 저항이 높은 리드선(4), 연결편(21), 내열단자(22) 및 압착성형부(20) 보다는 저항이 상대적으로 낮은 탄소체(10)에서 집중 발열되고 이를 이용하여 히터로 사용한다. 예를 들어 전원이 220볼트이고, 카본사집합체의 1 미터 당의 저항이 60옴이고, 길이가 1미터 일 때의 출력(와트)은 ()가 된다. 따라서 이러한 출력의 기초를 가지고 길이를 짧게 하거나 두께(카본사속의 개수)를 조정하고 램프의 유리관 길이를 조정하여 동일 출력의 다양한 램프를 제조 가능케 된다. 실제로 섭씨 700-900도의 발열을 이루는 것을 확인하였는바, 본원 고안에서는 내열단자(22,22-4), 연결편(21) 및 리드선(4)을 통하여 발열이 감소하여 사용시의 내열 설계의 고려를 줄여 제품의 사용상의 편리를 제공한다.

아울러 본원 고안은 내열홀더(20)를 산화마그네시움으로 성형한 것을 사용하였기에 1600도 이상의 내열성을 가져 탄소체(10)의 가열에도 내열성을 유지 가능하고, 탄소체(10)를 통하여 동시에 가열되므로 탄소체(10)에 전원의 인가가 차단되어도 잠열이 존재하여 일정 시간 동안은 발열을 지속할 수 있는 이점이 있다.

또한 본원 고안은 실리카 절열관(30)을 추가로 설치한 형상이므로, 실리카 절연관(30)역시 빛을 발산하는 역할을 하여 진공밀폐용기(3)를 통하여 발산하는 열광을 보는 각도에 따라 달리 보이도록 하는 시각 효과도 제공한다.

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

이상과 같이 본원고안은 카본사집합체(탄소사)인 탄소체를 사용하여 카본사램프의 발열체로 사용하고 탄소체를 내열홀더 외주연에 감아 고정시키므로, 발열시 탄소체와 내열홀더의 발열로 인하여 발열효과가 지속되고, 내열홀더는 산화마그네시움으로 구성하여 사용 후 전원을 오프시켜도 일정 시간 동안 내열홀더를 통하여 발열되도록 하고, 내열홀더 외주연에는 나사형 안내홈을 두어 탄소체가 일정 간격을 두고 감기도록 하는 효과를 제공한다.

또한 본원 고안은 내열홀더의 다른단에 고정된 내열단자는 180도 절곡토록 하여 리드선과 도통 가능토록 하고, 다른단과 고정된 내열단자는 실리카 절연관을 고정토록 하여 절연과 조명효과의 다양성을 제공한다.

Claims (3)

1. 진공 유리관(밀폐용기)에 발열체로 탄소체를 내장시켜 전원을 외부로 노출된 리드선을 통하여 공급토록 이루어진 전기스토브용 가열램프에서,

   카본사속으로 이루어진 탄소체(10)를 외주연에 균등하게 감도록 안내홈(25)을 가진 봉상의 내열홀더(20),

   상기 내열홀더(20)의 일단에서 탄소체(10)의 일단과 도통 가능토록 감아 고정하는 고정감김부(22-1)를 가지며 리드선(4)과 도통하는 내열단자(22),

   상기 탄소체(10)의 다른단과 도통 가능토록 감아 고정하는 고정감김부(22-2)를 가지며 다른 리드선(4-1)과 도통토록 고정감김부(22-2) 끝에서 방향을 180도 바꾸는 절곡단자부(22-3)를 가지는 내열단자(22-4)와,

   내열단자(22-4)를 내열홀더(20)와 절연되도록 감싸는 절연관(30)을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 카본사 램프히터.
2. 제 1 항에 있어서, 내열절곡단자부(22-3)는 고정감김부(22-2)에서 일차 90도로 절곡한 제 1 절곡단자부(22-31)와, 제 1 절곡단자부(22-31)에서 일정 폭 방향으로 연장 후 다시 90도로 절곡한 제 2 절곡단자부(22-32)로 이루어진 것을 특징으로 하는 카본사 램프히터.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 절연관(30)의 일단은 내열단자(22-4)와 융착되도록구성한 것을 특징으로 하는 카본사 램프히터.