KR200480818Y1 - 탄화규소 막대형 전기 발열히터 - Google Patents

탄화규소 막대형 전기 발열히터 Download PDF

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Abstract

본 고안은 전기 용해로 등에 사용되는 탄화규소재질의 막대형 전기 발열히터에 관한 것으로, 구체적으로는 전기접속부와 비 발열 연결부의 직경을 거의 동일하게 제작하면서도 상호 간의 연결이 원활하고 안정적으로 이루어질 수 있도록 함으로써, 전기저항값의 편차에 의한 제품수명 저하 현상을 최소화할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다. 이를 위한 본 고안은, 탄화규소 막대형 전기 발열체에 있어서, 둘레면이 원형이고 일정 길이를 갖는 막대 형태이며 공급된 전기에 의해 발열이 이루어지는 발열부, 상기 발열부의 상단으로부터 상측을 향해 연장 형성되되 상기 발열부와 동일한 직경(또는 단면)을 갖는 막대 형태인 탄화규소(Silicon Carbide) 재질의 비 발열 연결부, 상기 비 발열 연결부 상부에 위치하고 둘레면이 원형인 막대 형태이되 상기 비 발열 연결부의 직경보다 큰 직경을 가지며 상기 비 발열 연결부와 수직 방향으로 위치하고 하단부가 상기 비 발열 연결부 상단부와 일체로 연결되어 있는 저항제어부, 적어도 상기 비 발열 연결부의 직경 이상의 직경이고 상기 저항제어부의 직경보다 작은 직경을 갖는 막대 형태이고 일단부가 상기 저항제어부의 일측 단부에 일체로 연결되어 있으며 별도의 전기공급용 편조선과 접촉 연결되어 있는 전기접속부를 포함한다.

Description

탄화규소 막대형 전기 발열히터{Silicon carbide rod type electrical heaters}
본 고안은 전기용해로 등에 설치되어 알루미늄 등의 금속용해에 필요한 가열원 역할을 하는 막대형태의 탄화규소 히터에 관한 것으로, 특히 발열체와 일체로 연결된 비 발열 연결부와 외부전원과 연결되는 전기접촉부 간 연결구조를 개선함으로써 상호 간의 직경차이를 거의 동일하게 유지하면서 연결될 수 있어, 결국 전원 공급 시 비 발열 연결부와 전기접속부 간 저항값 차이가 최소화 되어 부분적인 발열에 의한 변형 및 파손 현상을 최소화할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.
일반적으로 전기용해로는 내부 수용공간에 알루미늄 등의 용해 대상물이 수용되고 수용공간 내부 둘레에 막대 형태의 발열히터가 장착된 구조로 이루어지고, 각 발열히터의 발열에 의해 수용공간 내 용해 대상물이 용해되는 형태이다.
이렇게 사용되는 발열히터는 전체적으로 막대 형태를 이루되 용해로에 손쉽고 안정적인 장착을 위해 상단부가 수직 형태로 꺽여지며, 꺽여진 부분이 용해로 상단테두리에 걸쳐지는 형태로 장착된다.
이때 발열히터 중 용해로 상단에 걸쳐지는 부분이 외부 전원과 연결되어 발열에 필요한 전기가 공급되는 전기접속부이고, 전기접속부의 단부로부터 아래를 향해 수직 방향으로 꺽여져 수용공간 내부에 수용되는 부분이 실질적인 발열이 이루어지는 발열부이다.
그리고 이때 발열부와 전기접속부 사이 구간 중 발열부의 상단으로부터 전기접속부와 연결되는 구간은 비 발열 형태의 연결부이다.
이러한 구조를 갖는 발열히터는 외부로부터 인가된 전기가 전기접속부 및 비 발열 연결부를 통해 발열부로 전달되어 발열이 이루어지는데, 이때 발열부는 전기접속부 및 비 발열 연결부에 비해 저항값이 높도록 제작되어 발열되는 기본 원리를 갖는다.
이러한 발열히터는 전기접속부와 비 발열 연결부 간 직경이 거의 동일하도록 하여 저항값의 편차를 최소화 해야하는데,
예를 들어 전기접속부의 직경이 비 발열 연결부의 직경에 비해 작을 경우 그만큼 전기접속부의 저항값이 크게 형성 되므로 전기접속부 전체구간 및 비 발열 연결부와의 연결지점이 원치않게 발열되어 변형 또는 파손의 원인이 되기 때문이다.
하지만 전기접속부와 비 발열 연결부 간의 연결은 전기접속부의 단부가 비 발열 연결부의 둘레면에 접합되는 형태로 연결되어야 하는데, 전기접속부와 비 발열 연결부의 직경이 거의 같은 상태에서는 단부와 둘레면 간의 균일한 접합이 불가능하다.
따라서 어쩔 수 없이 전기접속부의 직경을 비 발열 연결부의 직경보다 작게 제작하여 연결하되, 연결부위에 저항값을 낮추기 위한 알루미늄 등의 금속재료로 연결매개체를 사용하기도 하지만, 알루미늄 등 금속은 저항값이 낮추는 역할을 하지만 열에 의해 쉽게 변형되는 특징이 있으므로, 고열분위기의 가열로 내에서 변형이 초래되어 연결부위가 파단되는 등의 현상이 생길 수 있다.
이러한 문제점 외에 전기접속부 표면에는 외부전원과의 연결을 위한 편조선이 접촉 연결되는데, 이때 접기접속부는 탄화규소(Silicon Carbide) 형태임에 따라 표면이 매끄럽지 못하고 오돌토돌한 형태로 거칠다.
따라서 이 상태에서 편조선이 접기접속부 표면을 감싸는 형태로 접촉될 경우 편조선 표면 전체적으로 균일하게 접촉되기 어렵기 때문에 균일한 전기공급이 어려운 단점도 갖는다.
공개특허공보 제10-2013-0091382(2013.08.19)
본 고안은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로,
기본적으로 전기접속부와 비 발열 연결부의 직경을 거의 동일하게 제작하면서도 상호 간의 연결이 원활하고 안정적으로 이루어질 수 있도록 함으로써, 전기저항값의 편차에 의한 제품수명 저하 현상을 최소화할 수 있도록 함을 목적으로 한다.
또한 전기접속부와 편조선 간의 균일한 접촉을 유도할 수 있도록 함으로써 안정적인 전기공급이 가능하도록 함도 목적으로 한다.
이러한 과제 해결을 위한 본 고안은,
둘레면이 원형이고 일정 길이를 갖는 막대 형태이며 공급된 전기에 의해 발열이 이루어지는 발열부, 상기 발열부의 상단으로부터 상측을 향해 연장 형성되되 상기 발열부와 동일한 직경을 갖는 막대 형태인 탄화규소(Silicon Carbide) 재질의 비 발열 연결부, 상기 비 발열 연결부 상부에 위치하고 둘레면이 원형인 막대 형태이되 상기 비 발열 연결부의 직경보다 큰 직경을 가지며 상기 비 발열 연결부와 수직 방향으로 위치하고 하단부가 상기 비 발열 연결부 상단부와 일체로 연결되어 있는 저항제어부, 적어도 상기 비 발열 연결부의 직경 이상의 직경이고 상기 저항제어부의 직경보다 작은 직경을 갖는 막대 형태이고 일단부가 상기 저항제어부의 일측 단부에 일체로 연결되어 있으며 별도의 전기공급용 편조선과 접촉 연결되어 있는 전기접속부를 포함한다.
그리고 상기 저항제어부의 하단부에는 제1설치공이 형성될 수 있고 상기 비 발열 연결부의 상단부가 상기 제1설치공에 삽입될 수 있으며, 상기 저항제어부의 일측단부에는 제2설치공이 형성될 수 있고 상기 전기접속부의 단부가 상기 제2설치공에 삽입되는 형태로 연결될 수 있다.
또한 상기 제1설치공 테두리와 상기 비 발열 연결부 둘레면 간 경계지점에 도포되어 있는 제1접합체, 상기 제2설치공 테두리와 상기 전기접속부 둘레면 간 경계지점에 도포되어 있는 제2접합체를 더 포함할 수 있고, 이때 상기 제1접합체와 제2접합체는 점액질 상태에서 고온 소결된 형태일 수 있다.
그리고 알루미늄과 주석이 혼합된 형태의 분말 형태이고 상기 전기접속부 단부 표면에 도포 형성되되 표면이 상기 전기접속부 표면에 비해 평탄하게 형성되어 있는 균일접촉유도 코팅층을 더 포함할 수 있고, 상기 전기공급용 편조선이 상기 균일접촉유도 코팅층 상에 균일접촉유도 코팅층 표면을 감싸는 형태로 접촉될 수 있다.
이러한 실시 예를 갖는 본 고안은,
기본적으로 전기접속부와 비 발열 연결부가 상대적으로 직경이 큰 저항제어부를 통해 상호 간접적으로 일체 연결됨에 따라,
전기접속부와 비 발열 연결부의 직경을 상호 거의 동일하게 형성시키더라도 상호 간의 연결이 안정적으로 이루어질 수 있어, 저항 값의 편차를 최소화 할 수 있으므로, 전기 저항값의 편차로 인한 부분적인 발열 현상을 방지할 수 있는 장점을 갖는다.
또한 전기 공급과정에서 상대적으로 직경이 큰 저항제어부에서 저항값이 저하되고 이 상태에서 비 발열 연결부에 전달되기 때문에, 저항값 상승에 의한 비 발열 연결부 전체 및 저항제어부와의 연결부위의 원치 않는 과열 현상도 방지할 수 있게 된다.
그리고 전기접속부 및 비 발열 연결부와 저항제어부 간 연결부위에 제1, 2접합체가 형성되고, 제1, 2접합체에 의해 상호 간 연결고정이 이루어지되, 제1, 2접합체는 고온 소성된 형태를 이룸에 따라 고온분위기의 용해로 내에서도 연결부위가 변형되거나 파단되는 현상이 최소화될 수 있다.
또한 전기접속부의 표면에 균입접촉유도 코팅층이 형성되어 전기공급용 편조선 표면과의 접촉이 균일하게 이루어지도록 함으로써, 안정적인 전기공급이 가능한 장점도 갖는다.
도1은 전체 분해 사시도
도2는 전체 저면에서 바라본 분해 사시도
도3은 전체 결합 사시도
도4는 도3의 상태에서 전기접속부와 저항제어부 및 비 발열 연결부 간 연결구조를 나타낸 부분 단면도
이하 도면에 도시된 실시 예를 바탕으로 본 고안의 구체적인 구성 및 그에 따른 효과를 설명하도록 한다.
본 고안에 의한 탄화규소 막대형 전기 발열히터는 도1 내지 도4에 도시된 바와 같이 크게 발열부(10)와 비 발열 연결부(20), 저항제어부(30) 및 전기접속부(40)를 포함하여 구성된다.
먼저 발열부(10)는 실질적으로 용해로 내부를 가열하기 위한 발열이 이루어지는 부분으로, 전체적으로 둘레면이 원형을 이루고 일정길이를 갖는 막대 형태이고 탄화규소 재질로 이루어진다.
이러한 발열부(10)는 전기공급 시 자체 저항값에 의해 발열되는 구조로 이루어지며 용해로(미도시)의 내부 수용공간에 위치되어 자체 발열을 통해 수용공간 내부를 가열하게 된다.
이러한 발열부(10)에는 비 발열 연결부(20)가 연결된다.
비 발열 연결부(20)는 후술하는 전기접속부(40)와 발열부 간 연결기능과 더불어 전기접속부(40)를 통해 공급된 전기를 발열부(10)로 전달하는 역할을 하는 것으로, 전체적으로 발열부와 동일한 둘레직경을 갖는 원형 막대 형태이고 하단부가 발열부(10)의 상단부에 일체로 연결된 상태에서 위쪽을 향해 연장 형성된 구조로 이루어진다.
이러한 비 발열 연결부(20)도 기본적으로 탄화규소 재질로 이루어지되, 발열부(10)에 비해 전기저항값을 최대한 낮추도록 성분을 조절하여 불필요한 발열 현상을 최대한 억제할 수 있도록 한다.
이러한 비 발열 연결부(20)에는 저항제어부(30)가 연결된다.
저항제어부(30)는 후술하는 외부 전기가 전기접속부(40)를 통해 발열부로 전달되는 과정에서 전기접속부(40)와 비 발열 연결부(20)를 연결하는 연결 매개체 역할 및 연결과정에서 전기접속부(40)와 비 발열 연결부(20) 간 전기 저항값 편차를 최소화 시키는 역할을 하는 것으로,
전체적으로 둘레가 원형을 갖는 막대 형태이고 비 발열 연결부(20)의 상부에 위치한 상태에서 비 발열 연결부(20) 수직 형태로 횡 방향을 향하도록 위치된다.
이때 저항제어부(30)의 직경은 비 발열 연결부(20)의 직경 보다 크게 제작되어 비 발열 연결부(20)의 단부 전체가 균일하게 저항제어부(30)와 연결될 수 있도록 한다.
이 상태에서 저항제어부(30)의 하단부에는 비 발열 연결부(20)의 직경과 거의 동일한 직경을 갖는 제1설치공(31)이 형성되고, 비 발열 연결부(20)의 상단부가 제1설치공(31)에 삽입됨에 따라 상호 간 연결된다.
이처럼 저항제어부(30)의 직경을 비 발열 연결부(20)에 비해 크게 형성시킴에 따라 비 발열 연결부(20)의 단부가 제1설치공(31)에 원활하게 삽입되어 삽입구간 전체 둘레면이 제1설치공(31) 내부면에 균일하게 접촉될 수 있다.
이 상태에서 제1설치공(31)의 테두리와 이와 마주하는 비 발열 연결부(20) 둘레면 간 경계지점에는 제1접합체(32)가 형성되는데, 제1접합체(32)는 비 발열 연결부(20)가 제1설치공(31)에 삽입된 상태에서 비 발열 연결부(20)와 저항제어부(30) 간 일체화 기능을 하는 것으로, 최초 점액질 형태로 비 발열 연결부(20)와 제1설치공(31) 테두리 사이에 도포된 후 약 1600℃ 내지 2400℃의 고온에서 소성 성형된다.
이로 인해 저항제어부(30)와 비 발열 연결부(20) 간 연결지점은 제1접합체(32)에 의해 상호 일체로 연결되는 구조를 갖는다.
이렇게 비 발열 연결부(20)와 연결된 저항제어부(30) 중 일측 단부에는 후술하는 전기접속부(40)와의 연결을 위한 제2설치공(33)이 형성되는데, 이때 제2설치공(33) 또한 비 발열 연결부(20)의 직경과 거의 동일한 직경을 갖도록 형성된다.
이 상태에서 저항제어부(30)에는 전기접속부(40)가 연결된다.
전기접속부(40)는 발열히터 중 외부전원이 최초 인가되는 부분으로, 전체적으로 둘레면이 원형을 이루고 일정 길이를 갖는 막대형태이되 비 발열 연결부(20)와 거의 동일한 직경을 이룬다.
전기접속부(40)는 비 발열 연결부(20) 및 저항제어부(30)와 마찬가지로 탄화규소 재질로 이루어지되, 발열부(10)에 비해 낮은 전기 저항값이 형성되도록 함으로써 불필요한 발열 현상이 억제될 수 있도록 한다.
이러한 전기접속부(40)는 저항제어부(30) 일측에 위치된 상태에서 일측 단부가 저항제어부(30)의 제2설치공(33)에 삽입됨에 따라 저항제어부(30)와 연결된다.
이때 전기접속부(40)의 직경은 최소한 비 발열 연결부(20)의 직경 이상이되 저항제어부(30)의 직경 보다 작게 제작되도록 함으로써 전기 저항값이 불필요하게 커지지 않도록 함은 물론, 저항제어부(30)의 직경이 크게 형성됨에 따라 전기접속부(40)의 단부가 제2설치공(33)에 원활하게 삽입되어 삽입구간 전체 둘레면이 제2설치공(33) 내부면에 균일하게 접촉될 수 있다.
이 상태에서 제2설치공(33)의 테두리와 이와 마주하는 전기접속부(40) 둘레면 간 경계지점에는 제2접합체(34)가 형성되는데, 제2접합체(34)는 전기접속부(40)가 제1설치공(31)에 삽입된 상태에서 전기접속부(40)와 저항제어부(30) 간 일체화 기능을 하는 것으로,
제1접합체(32)와 마찬가지로 최초 점액질 형태로 전기접속부(40)와 제1설치공(31) 테두리 사이에 도포된 후 약 1600℃ 내지 2400℃의 고온에서 소성 성형 된다.
이로 인해 저항제어부(30)와 전기접속부(40) 간 연결지점은 제1접합체(32)에 의해 상호 일체로 연결되는 구조를 갖는다.
이 상태에서 전기접속부(40)의 타 단부에는 외부전원 공급을 위한 전기공급용 편조선(60)이 감싸지는데, 이때 전기접속부(40) 중 전기공급용 편조선(60)이 감싸지는 표면에는 균일접촉유도 코팅층(50)이 형성된다.
균일접촉유도 코팅층(50)은 전기공급용 편조선(60)이 전기접속부(40) 표면을 감싸는 과정에서 전기공급용 편조선(60) 전체면과 전기접속부(40) 둘레 표면 전체가 상호 균일하게 접촉될 수 있도록 하기 위한 것으로, 전기 저항값이 낮는 알루미늄과 주석이 혼합된 분말 형태로 전기접속부(40) 둘레면 상에 도포 형성된다.
이로 인해 균일접촉유도 코팅층(50) 표면은 전기접속부(40) 표면에 비해 평평한 상태를 갖게 되고, 이러한 균일접촉유도 코팅층(50) 상에
이상 설명한 구조에 의해 본 고안에 의한 발열히터는 발열부(10)와 비 발열 연결부(20)가 상하 동일선상을 이루며 막대 형태를 갖고 비 발열 연결부(20)의 상단부가 상대적으로 직경이 큰 저항제어부(30)의 제1설치공(31)에 삽입되어 일체로 연결되며, 저항제어부(30)의 타측 제2설치공(33)에는 비 발열 연결부(20)의 직경과 거의 동일한 직경의 전기접속부(40)의 단부가 삽입되어 일체로 연결된 구조를 갖는다.
이 상태에서 발열 히터는 발열부(10)가 용해로 내부 벽면 상에 위치되고 전기접속부(40)는 용해로 상단 테두리 상에 걸쳐진 상태로 위치된다.
이러한 구조에 의해 본 고안의 막대형 발열히터는 외부전원이 전기공급용 편조선(60)을 통해 전기접속부(40)로 인가된 후 저항제어부(30)와 비 발열 연결부(20)를 통해 발열부(10)까지 전달된다.
이 과정에서 전기접속부(40)와 비 발열 연결부(20)는 직경이 상호 거의 동일하게 형성됨에 따라 전기 저항값의 편차가 거의 발생되지 않는다. 이렇게 전기접속부(40)와 비 발열 연결부(20)의 직경이 상호 거의 같은 형태로 상호 연결될 수 있는 것은, 위에서 언급한 것처럼 전기접속부(40)와 비 발열 연결부(20)의 단부가 상대적으로 직경이 큰 저항제어부(30)를 통해 연결되므로 전기접속부(40)와 비 발열 연결부(20)의 단부가 저항제어부(30)에 균일하고 안정적으로 연결될 수 있기 때문이다.
따라서 또한 저항제어부(30)의 직경이 전기접속부(40)의 직경보다 크기 때문에, 저항제어부(30)의 전기 저항값이 전기접속부(40)의 저항값에 비해 저하되므로 이와 연결된 전기접속부(40)의 전기 저항값도 최대한 낮게 형성될 수 있게 된다.
즉 본 고안은 전기접속부(40)와 비 발열 연결부(20)가 상대적으로 직경이 큰 저항제어부(30)를 통해 상호 간접적으로 연결되는 구조를 가짐에 따라, 전기접속부(40)와 비 발열 연결부(20)의 직경을 상호 거의 동일하게 제작할 수 있으므로, 전원 인가 시 전기 저항값의 편차가 최소화되므로, 부분적인 발열 현상 및 그로 인한 제품수명 저하 현상 등을 방지할 수 있도록 한 것을 가장 큰 특징으로 한다.
이상 설명한 본 고안의 여러 특징들은 당업자에 의해 다양하게 변형되거나 조합되어 실시될 수 있으나, 본 고안의 권리범위는 위 설명과 도면으로 한정되지 않고 당업자에 의한 실시가 아래 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 관련될 경우 본 고안의 보호범위에 속하는 것으로 판단되어야 한다.
10 : 발열부 20 : 비 발열 연결부
30 : 저항제어부 31 : 제1설치공
32 : 제1접합체 33 : 제2설치공
34 : 제2접합체 40 : 전기접속부
50 : 균일접촉유도 코팅층 60 : 전기공급용 편조선

Claims (3)

  1. 탄화규소 막대형 전기 발열히터에 있어서,
    둘레면이 원형이고 일정 길이를 갖는 막대 형태이며 공급된 전기에 의해 발열이 이루어지는 발열부,
    상기 발열부의 상단으로부터 상측을 향해 연장 형성되되 상기 발열부와 동일한 직경을 갖는 막대 형태인 탄화규소(Silicon Carbide) 재질의 비 발열 연결부,
    상기 비 발열 연결부 상부에 위치하고 둘레면이 원형이고 막대 형태이되 상기 비 발열 연결부의 직경보다 큰 직경을 가지며 상기 비 발열 연결부와 수직 방향으로 위치하고 하단부가 상기 비 발열 연결부 상단부와 일체로 연결되어 있는 저항제어부,
    적어도 상기 비 발열 연결부의 직경 이상의 직경이고 상기 저항제어부의 직경보다 작은 직경을 갖는 막대 형태이고 일단부가 상기 저항제어부의 일측 단부에 일체로 연결되어 있으며 별도의 전기공급용 편조선과 접촉 연결되어 있는 전기접속부를 포함하되,
    상기 전기공급용 편조선과 접촉되는 상기 전기접속부의 일부에 알루미늄과 주석이 혼합된 분말이 도포 형성되어, 상기 전기공급용 편조선과 상기 전기접속부의 접촉면의 전기저항이 낮게 유지되도록 하는 균일접촉유도 코팅층을 더 구비하고,
    상기 저항제어부는 상기 전기접속부와 상기 비 발열 연결부간의 전기저항의 편차를 최소화시키는 기능을 수행하는 탄화규소 막대형 전기 발열히터.
  2. 제1항에서,
    상기 저항제어부의 하단부에는 제1설치공이 형성되어 있고, 상기 비 발열 연결부의 상단부가 상기 제1설치공에 삽입되어 있으며,
    상기 저항제어부의 일측 단부에는 제2설치공이 형성되어 있고, 상기 전기접속부의 단부가 상기 제2설치공에 삽입되어 있는
    탄화규소 막대형 전기 발열히터.
  3. 제2항에서,
    상기 제1설치공 테두리와 상기 비 발열 연결부 둘레면 간 경계지점에 도포되어 있는 제1접합체,
    상기 제2설치공 테두리와 상기 전기접속부 둘레면 간 경계지점에 도포되어 있는 제2접합체
    를 더 포함하고,
    상기 제1접합체와 제2접합체는 점액질 상태에서 고온 소결된 형태인
    탄화규소 막대형 전기 발열히터.
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KR101321517B1 (ko) 2012-02-08 2013-10-28 (주)글로벌코센테크 탄화규소(SiC)를 이용한 허니콤 구조의 히터

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