KR20090054646A - 카본섬유를 이용한 튜브 램프 히터 - Google Patents

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KR20090054646A
KR20090054646A KR1020070121430A KR20070121430A KR20090054646A KR 20090054646 A KR20090054646 A KR 20090054646A KR 1020070121430 A KR1020070121430 A KR 1020070121430A KR 20070121430 A KR20070121430 A KR 20070121430A KR 20090054646 A KR20090054646 A KR 20090054646A
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Abstract

본 발명은 카본사를 평면 또는 원통형으로 직조하되 카본사의 간격을 엉성하게 직조함으로써 방열 면적을 증대시킴과 동시에 직물의 형태에서 오는 강성에 의하여 발열체인 카본섬유가 처져 유리관에 접촉되는 것이 방지되는 카본섬유를 이용한 튜브 램프 히터와, 이에 사용되는 카본섬유의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 진공유리관; 진공유리관의 양단부를 관통하여 내외부를 연결하는 리드선; 진공유리관의 양측 내측으로 돌출된 리드선에 접속단자에 의해 접속된 카본섬유 발열체;를 포함하여 구성된 카본섬유를 이용한 램프 히터에 있어서, 상기 접속단자는 압지돌조가 상부로 돌출된 기판과, 압지돌조가 상부로 돌출되고 기판의 일측에 일체로 형성된 압지판과, 기판의 양측에 일체로 형성된 측판으로 구성되고; 상기 발열체의 양측 단부가 각각 기판의 상부에 얹히고, 압지판이 절곡되어 발열체가 상하부의 압지돌조에 의해 가압고정되며, 양쪽 측판이 압지판의 상부로 절곡되어 발열체을 재차 가압고정시키며; 리드선은 기판이나 압지판이나 측판 중에서 어느 한 곳에 접속됨을 특징으로 하는 카본섬유를 이용한 튜브 램프 히터가 제공된다.
카본사, 카본섬유, 튜브 램프 히터

Description

카본섬유를 이용한 튜브 램프 히터와, 이에 사용되는 카본섬유의 제조방법{Tube lamp heater and manufacturing method of the carbon fiber of lamp heater}
본 발명은 카본사를 평면 또는 원통형으로 직조하되 카본사의 간격을 엉성하게 직조함으로써 방열 면적을 증대시킴과 동시에 직물의 형태에서 오는 강성에 의하여 발열체인 카본섬유가 처져 유리관에 접촉되는 것이 방지되는 카본섬유를 이용한 튜브 램프 히터와, 이에 사용되는 카본섬유의 제조방법에 관한 것이다.
[문헌 1] 한국 실용신안등록 제0318659호, 2003.06.20
[문헌 2] 한국 실용신안등록 제0341961호, 2004.02.04
[문헌 3] 한국 특허등록 제0491646호, 2005.05.18
[문헌 4] 한국 실용신안등록 제0239402호, 2001.07.10
[문헌 5] 한국 특허등록 제0412340호, 2003.12.11
[문헌 6] 한국 특허등록 제0686328호, 2007.02.15
문헌 1 내지 문헌 3에 개시된 튜브 램프 히터는 진공 유리관과, 진공 유리관에 설치된 발열체로 구성된다. 상기 발열체는 한 가닥의 카본사를 직선 형태 또는 코일 형태로 감아 사용하거나, 다수 가닥의 카본사를 묶음한 카본사 다발을 사용하거나, 카본사를 엮어 조밀하게 직조한 카본섬유를 사용한다.
상기 중 직선형의 카본사는 늘어남에 의해 유리관과 접촉되어 급속한 열화로 인한 단선의 문제가 있다. 코일 형태로 감아 사용하는 경우는 카본사를 금형에 감은 후 내열소재로 코팅하고 이를 통전시켜 경화시켜 제조되는데, 처짐을 어느 정도 방지할 수 있으나 제조시의 고열 발생에 의하여 경화가 심하게 일어나고, 이와 같이 제조된 발열체를 유리관에 설치하고 양단부를 전극에 접속시킬 때 깨어지는 등의 파손이 있다. 특히 구조적인 처짐을 방지하기 위하여 경화를 많이 시켜야 하므로 상기의 문제점은 극복될 수가 없다.
그리고 상기의 발열체로서 카본섬유를 사용한 경우는 다수 가닥의 카본사가 사용되었으나 직조를 함에 있어 인접된 카본사들이 서로 접촉된 구조이므로 발열면적이 적은 문제점이 있다.
본 발명은 발열체와 유리관의 접촉을 방지하기 위한 수단으로써 카본사로 직조된 원통형 발열체를 사용하여 그 형상에 의한 강성을 얻고, 직조된 카본사의 간 격을 카본사 두께의 1~3배가 되도록 함으로써 각각의 카본사가 가지는 발열면적을 그대로 사용할 수 있도록 하여 발열면적은 높여 효율을 증대시키도록 한다.
본 발명에 따르면, 발열체의 구조가 원통형의 직조된 형태를 가짐으로써 형상에 의한 강성의 증대로 유리관과의 접촉이 방지되어 내구 수명이 증대됨은 물론이고, 원통형의 카본섬유의 각각의 카본사의 간격이 넓어 발열면적이 증대되어 열효율이 높은 효과가 있다.
본 발명은 진공유리관(1); 진공유리관(1)의 양단부를 관통하여 내외부를 연결하는 리드선(2); 진공유리관(1)의 양측 내측으로 돌출된 리드선(2)에 접속단자(4)에 의해 접속된 카본섬유 발열체(5);를 포함하여 구성된 카본섬유를 이용한 튜브 램프 히터로서, 그 특징적인 구조는 접속단자(4)의 구조와, 카본섬유 발열체(5)에 있다.
접속단자(4)는 압지돌조(8)가 상부로 돌출된 기판(9)과, 압지돌조(8)가 상부로 돌출되고 기판(9)의 일측에 일체로 형성된 압지판(10)과, 기판(9)의 양측에 일체로 형성된 측판(11)으로 구성되고; 상기 발열체(5)의 양측 단부가 각각 기판(9)의 상부에 얹히고, 압지판(10)이 절곡되어 발열체(5)가 상하부의 압지돌조(8)에 의해 가압고정되며, 양쪽 측판(11)이 압지판(10)의 상부로 절곡되어 발열체(5)을 재 차 가압고정시키며; 리드선(2)은 기판(9)이나 압지판(10)이나 측판(11) 중에서 어느 한 곳에 접속된 구조이다.
그리고 접속단자(4)의 다른 실시예는, 일정 형태의 평판의 가운데 양측부가 일정 길이로 절취되어 외측날개(12)와 내측날개(13)로 구분되고; 상기 발열체(5)의 양측 단부인 절곡단부(14)가 각각 절취부를 넘어 외측날개(12)부분에 얹히도록 설치되고, 양측 내측날개(13)가 절곡되어 발열체(5)를 압지하여 고정시키며, 외측날개(12)가 발열체(5)의 절곡단부(14)와 함께 절곡되어 절곡된 내측날개(13)상부에 압착되며, 리드선(2)은 내측날개(13)에 접속되고, 내측날개(13)의 외측으로 돌출된 양측의 외측날개(12)는 재차 절곡되어 리드선(2)의 접속부를 감사면서 내측날개(13)의 상부로 압착고정된 구조이다.
상기에서 압착고정된 외측날개(12)와 내측날개(13) 및 발열체(5)를 관통하는 리벳(17)을 체결하여 더욱더 견고하게 결속시킬 수도 있다. 이의 예는 도 8(a)와 도 13에 도시되어 있다.
그리고 카본섬유 발열체(5)는 카본사(15)가 원통형의 나선형으로 감기면서 직조된 카본섬유이고, 직조된 카본사(15)의 간격은 카본사(15) 굵기의 1~3배인 성긴 조직이며, 카본사(15)는 내열성 코팅제로 코팅된 원통형카본섬유(6)임을 특징으로 한다. 물론 카본사(15)가 일반 직물과 같이 조밀하게 직조된 평판형카본섬유(7)로도 가능하다.
상기의 압지판(10)은 그 일부가 절취된 접속돌기(16)가 기판(9)과 동일 평면상을 이루고, 접속돌기(16)에 리드선(2)이 접속된 구조로 실시가능하다.
또한 본 발명은 리드선(2)을 코일형으로 형성시켜 인장스프링의 역할을 할 수 있도록 코일형리드선(3)으로 함으로써, 발열체(5)가 항상 일정한 위치를 가지도록 구성할 수도 있고, 발열체(5) 그 자체를 코일형으로 형성시킬 수도 있는데, 한 가닥의 카본사(15) 또는 카본사(15)의 다발 또는 일정 폭을 가진 카본섬유가 코일형태로 감길 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은 카본섬유 발열체(5)로서 원통형카본섬유(6)를 제조하는 방법에 특징이 있다. 이의 방법은 카본사(15)를 내열성 코팅제로 코팅하고, 50~100℃에서 건조시키는 단계; 카본사(15)를 원통형으로 직조하여 카본섬유로 만들되, 카본사(15)의 간격은 카본사(15)의 두께보다 1~3배 정도로 성기게 직조하는 단계; 원통형으로 직조된 카본섬유를 내열성 코팅제로 재차 코팅하고, 450~550℃에서 5~10분 동안 소성하여 세라믹화 하는 단계;를 포함하여 구성된다.
상기의 내열성 코팅제는 세라믹 분말을 희석하여 유약형태로 만든 것으로써, 카본사(15)에 코팅한 후에는 저온에서 건조시켜 직조를 용이하게 하고, 원통형 직조 후에는 고온에서 소성시켜 세라믹화시킨다.
본 발명에 사용되는 카본사(15)는 다음과 같이 제조된다.
도전성 카본원료를 챔버에 넣고, 챔버 내부를 5~15기압, 섭씨 1500~3000도의 고온 고압 상태로 조절하여 챔버 내부에 인입된 도전성 카본원료를 용융시키는 단계와; 용융된 도전성 카본원료를 챔버에서 유출시키는 단계; 유출되는 도전성 카본원료를 진공상태에서 냉각키는 단계; 냉각장치를 이용하여 도전성 카본원료를 응고시킴으로써 도전성 카본원료를 실 형태의 카본사로 제조하는 단계로 이루어진다.
상기 카본사의 재료가 되는 도전성 카본원료는 도전성과 저항성을 갖는 물질로서, 카본, 카본블랙 목탄분 및 흑연분말 중 어느 하나로 선택될 수도 있고, 상기 세 종류의 물질 중 둘 이상이 혼합된 물질로 선택될 수도 있다. 또한 카본사의 재료가 되는 도전성 카본원료는 저항이 큰 금속 등의 저항체 물질, 절연체 화합물, 세라믹 바인더, 분산제 중 하나 이상의 물질이 첨가된 도전성 카본분말로 이루어질 수도 있다.
도전성 카본원료에는 탄소가 포함되어 있는데, 탄소는 원자번호 6번인 원소로서 기저상태에 있는 6개의 전자는 원자핵 가까이에 있는 K궤도에 2개, L궤도에 4개가 배열되어 있다. 이때 L궤도에 배열된 전자들의 각도가 변경됨에 따라 저항성이 변경된다는 특성이 있다. 즉, L궤도의 전자 각도가 크면 클수록 저항이 증가하고 이에 따라 발열량이 증대된다.
도전성 카본원료는, 챔버에서 유출되면서 냉각되는 단계와 냉각장치에 의해 응고되어 실 형태로 제조되는 단계를 거치는 동안 탄소의 L궤도 전자 배열각도가 변경되어, 저항이 증가되고 이에 따라 높은 열을 발산할 수 있게 된다.
상기의 일실시예와 같이 제조된 카본사(15)를 이용하여 본 발명에 적용되는 발열체(5)의 다양한 예시인 원통형카본섬유(6)와 평판형카본섬유(7)가 제조된다.
이와 같은 원통형카본섬유(6)와 평판형카본섬유(7)를 발열체(5)로 이용한 튜브 램프 히터는 도 1 내지 도 15에 도시되어 있다.
구조적으로는 접속단자(4)에 큰 특징이 있다. 접속단자(4)는 발열체(5)와 리드선(2)을 연결하는 것으로, 발열체(5)와의 접촉부가 균일하고 넓어야 한다. 따라 서 본 발명은 종래의 용접 등으로 접속시키는 구조를 탈피하여 넓은 면을 절곡시켜 접속하는 구조를 제공한다.
도 5 내지 도 9에 도시된 예는 발열체(5)가 원통형카본섬유(6)이나 평판형카본섬유(7)로도 가능하다.
이에 실시된 접속단자(4)는 압지판(10)과 기판(9)에 각각 형성된 압지돌조(8)가 발열체(5)를 압지하여 고정시키게 된다. 이 때 상하의 압지돌조(8)가 균일하 가압력으로 발열체(5)를 가압하게 되어 모든 부분에서 압착된다. 따라서 사용중 들뜨는 현상이 없어 스파크 등의 발생이 없고, 이로 인해 내구 수명이 증대된다.
그리고 압지판(10)의 상부로 측판(11)이 다시 절곡되어 압지판(10)을 가압하는 구조로 되어 있어, 발열체(5)를 더욱 안정되게 고정할 수 있게 된다.
도 10 내지 도 13의 경우는 접속단자(4)의 다른 실시예이고, 이에 도시된 발열체(5)는 평판형카본섬유(7)이다. 물론 원통형카본섬유(6)를 사용할 수도 있다.
이 경우는 발열체(5)의 단부인 절곡단부(14)가 외측날개(12)와 함께 접힘으로써 보다 넓은 면적으로 접속단자(4)와 접촉하게 되어 안정된 통전이 이루어짐에 특징이 있다.
즉, 발열체(5)는 내측날개(13)의 절곡에 의해 넓은 면적으로 접촉되고, 다시 절곡단부(14)와 함께 외측날개(12)가 내측날개(13)의 상부로 다시 접힌 후 양단이 절곡되어 고정됨으로써, 발열체(5)와 접속단자(4)가 긴밀하게 연결된다.
상기와 같이 본 발명은 다양한 형상으로 실시된 발열체(5)의 단부가 접속단 자(4)와 견고하게 밀착되어 접속됨으로써, 사용중의 스파크 현상 등이 방지되어 내구 수명이 증대된다.
그리고 본 발명은 발열체(5) 중에서 원통형카본섬유(6)로 실시된 경우에 큰 구조적인 특징을 가진다. 즉, 성진 조직으로 직조됨으로써, 각각의 카본사(15)의 발열면적이 전체 발열에 기여함으로써 발열효율이 증대된다. 이에 비하여 종래의 경우는 카본사(15)가 조밀하게 접촉된 직조 구조였기 때문에 외부로 노출되는 발열면적이 적어 효율이 낮았다.
도 14의 경우는 리드선(2)이 인장 스프링의 형상을 가진 코일형리드선(3)으로 실시된 예로서, 발열체(5)가 항상 진공유리관(1)의 가운데에 위치할 수 있도록 탄성력에 의해 적절한 인장강도를 가지도록 함이다.
도 15의 경우는 발열체(5) 전체가 코일의 형상으로 감긴 실시예로써, 발열체(5) 자체가 일정한 탄성력을 가짐과 동시에 발열 면적을 증대시키는 역할을 한다.
도 16에는 본 발명의 튜브 램프 히터가 외부 도선과 연결되는 접속부의 다양한 실시예를 도시한 것이다.
도 17은 튜브 램프 히터를 수중에 넣어 사용할 수 있는 구조로서, 진공유리관(1)의 내부에 절연튜브(18)가 설치되고, 절연튜브(18) 외부에 발열체(5)가 나선형으로 감긴 경우이다.
도 18은 리드선(2)이 코일형으로 감긴 튜브 램프 히터의 실시 예시이다. 이 경우 발열체(5)는 유리관 등의 절연튜브(18)에 나선형으로 감기고, 절연튜브(18)의 끝단부에 위치된 발열체(5)는 리드선(2)에 접속되되, 발열체(5)와의 접속부의 리드선(2)은 코일 형상으로 감긴 구조이다.
도 19와 도 20은 진공유리관(1)이 다양한 형태로 실시될 수 있는 예시로서, 도 19는 둥근 고리 형태인 튜브 램프 히터의 실시 예시이고, 도 20은 U형으로 실시된 예시이다.
도 1은 본 발명에 의한 튜브 램프 히터의 사시도
도 2는 발열체의 실시예를 도시한 사시도
도 3은 본 발명의 단면도
도 4는 도 3의 "A-A"부 단면도
도 5 내지 도 8은 접속단자의 일실시예에 의한 발열체와의 접속 관계도
도 9는 도 5의 "B-B"부 단면도
도 10 내지 도 13은 접속단자의 다른 실시예에 의한 발열체와의 접속 관계도
도 14는 코일형리드선의 예시도
도 15는 발열체가 코일형으로 실시된 예시도
도 16은 튜브 램프 히터와 외부 접속 단자가 연결되는 다양한 예시도
도 17은 수중용 튜브 램프 히터의 실시 예시도
도 18은 리드선이 코일형으로 감긴 튜브 램프 히터의 실시 예시도
도 19는 진공유리관이 둥근 고리 형태인 튜브 램프 히터의 실시 예시도
도 20은 진공유리관이 U형인 튜브 램프 히터의 실시 예시도
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 진공유리관 2 : 리드선
3 : 코일형리드선 4 : 접속단자
5 : 발열체 6 : 원통형카본섬유
7 : 평판형카본섬유 8 : 압지돌조
9 : 기판 10 : 압지판
11 : 측판 12 : 외측날개
13 : 내측날개 14 : 절곡단부
15 : 카본사 16 : 접속돌기
17 : 리벳 18 : 절연튜브

Claims (5)

  1. 진공유리관(1); 진공유리관(1)의 양단부를 관통하여 내외부를 연결하는 리드선(2); 진공유리관(1)의 양측 내측으로 돌출된 리드선(2)에 접속단자(4)에 의해 접속된 카본섬유 발열체(5);를 포함하여 구성된 카본섬유를 이용한 튜브 램프 히터에 있어서, 상기 접속단자(4)는 압지돌조(8)가 상부로 돌출된 기판(9)과, 압지돌조(8)가 상부로 돌출되고 기판(9)의 일측에 일체로 형성된 압지판(10)과, 기판(9)의 양측에 일체로 형성된 측판(11)으로 구성되고; 상기 발열체(5)의 양측 단부가 각각 기판(9)의 상부에 얹히고, 압지판(10)이 절곡되어 발열체(5)가 상하부의 압지돌조(8)에 의해 가압고정되며, 양쪽 측판(11)이 압지판(10)의 상부로 절곡되어 발열체(5)을 재차 가압고정시키며; 리드선(2)은 기판(9)이나 압지판(10)이나 측판(11) 중에서 어느 한 곳에 접속됨을 특징으로 하는 카본섬유를 이용한 튜브 램프 히터.
  2. 진공유리관(1); 진공유리관(1)의 양단부를 관통하여 내외부를 연결하는 리드선(2); 진공유리관(1)의 양측 내측으로 돌출된 리드선(2)에 접속단자(4)에 의해 접속된 카본섬유 발열체(5);를 포함하여 구성된 카본섬유를 이용한 튜브 램프 히터에 있어서, 상기 접속단자(4)는 일정 형태의 평판의 가운데 양측부가 일정 길이로 절취되어 외측날개(12)와 내측날개(13)로 구분되고; 상기 발열체(5)의 양측 단부인 절곡단부(14)가 각각 절취부를 넘어 외측날개(12)부분에 얹히도록 설치되고, 양측 내측날개(13)가 절곡되어 발열체(5)를 압지하여 고정시키며, 외측날개(12)가 발열체(5)의 절곡단부(14)와 함께 절곡되어 절곡된 내측날개(13)상부에 압착되며, 리드선(2)은 내측날개(13)에 접속되고, 내측날개(13)의 외측으로 돌출된 양측의 외측날개(12)는 재차 절곡되어 리드선(2)의 접속부를 감사면서 내측날개(13)의 상부로 압착고정됨을 특징으로 하는 카본섬유를 이용한 튜브 램프 히터.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 카본섬유 발열체(5)는 카본사(15)가 원통형의 나선형으로 감기면서 직조된 카본섬유이고, 직조된 카본사(15)의 간격은 카본사(15) 굵기의 1~3배인 성긴 조직이며, 카본사(15)는 내열성 코팅제로 코팅된 원통형카본섬유(6)임을 특징으로 하는 카본섬유를 이용한 튜브 램프 히터.
  4. 제 3항에 있어서, 압지판(10)의 일부가 절취된 접속돌기(16)가 기판(9)과 동일 평면상을 이루고, 접속돌기(16)에 리드선(2)이 접속됨을 특징으로 하는 카본섬유를 이용한 튜브 램프 히터.
  5. 제 3항에 사용된 카본섬유 발열체(5)로서의 원통형카본섬유(6)를 제조하는 방법을 구성함에 있어서, 카본사(15)를 내열성 코팅제로 코팅하고, 50~100℃에서 건조시키는 단계; 카본사(15)를 원통형으로 직조하여 카본섬유로 만들되, 카본사(15)의 간격은 카본사(15)의 두께보다 1~3배 정도로 성기게 직조하는 단계; 원통형으로 직조된 카본섬유를 내열성 코팅제로 재차 코팅하고, 450~550℃에서 5~10분 동안 소성하여 세라믹화 하는 단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 튜브 램프 히터에 사용되는 카본섬유의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101446602B1 (ko) * 2012-12-04 2014-10-06 주식회사 인터히트 전기히터용 발열램프 조립체
KR20150020294A (ko) * 2012-05-15 2015-02-25 블랙만 게엠베하 코. 카게 나선 동적 유동 관통 히터
CN105101488A (zh) * 2014-05-20 2015-11-25 苏州创成爱康建筑科技有限公司 一种空气能石墨碳纤维地暖电发热管

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