KR20130004574U - 자기 에너지 발열체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열원; 및 자기(porcelain) 재질로 만든 절연 매체(insulating medium)를 포함하고, 상기 절연 매체는 상기 열원을 내부로 감싸고, 상기 열원은 전도성 pinout과 연결되는 것을 특징으로 하는 자기 에너지 발열체를 제공한다. 본 발명의 자기 에너지 발열체는 수명이 길고, 에너지 절약하고, 환경을 보호하고, 높은 안전성을 가질 수 있다.

Description

자기 에너지 발열체{PORCELAIN-ENERGY HEATER}
본 발명은 오믹 저항 가열(ohmic resistance heating) 분야에 관한 것이며, 더 상세하게는, 자기(porcelain) 에너지 발열체에 관한 것이다.
최근 몇 년 간에 도시 전력 네트워크의 발전에 따라 전기 사용 환경도 크게 발전되고 있다. 즉시 가열식(instant heating) 전기 온수기(electric water heater)는 가볍고 빠르고 편리한 기능 때문에 많은 소비자들의 사랑을 받고 있다. 즉시 가열식 전기 온수기는 작동하는 동안에 전기가 사용되는 것이기 때문에 안전적인 문제가 가장 중요시해야 하는 점이다. 따라서 이의 핵심부품인 절연매체의 안전 성능은 즉시 가열식 전기 온수기의 안전 성능을 결정하는 요소이다. 기존에 사용되고 있는 절연 매체는 주로 구리(copper) 튜브(tube) 절연 매체, 스테인리스 스틸(stainless steel) 절연 매체, 알루미늄(aluminum) 합금 절연 매체, 유리 절연 매체, 석영(quartz) 튜브, 크리스털(crystal) 절연 매체 등이 있는데 이들은 각각 안정하지 않은 성능, 높은 에너지 소비, 낮은 안전성, 낮은 가열 효율, 짧은 수명, 큰 부피, 비싼 원가 등 단점을 가지고 있다. 산업 응용 및 기계 생산 분야에 사용되는 유체(fluid) 또는 고체(solid)의 가열에 사용되는 기존의 절연 매체도 위와 같은 문제점이 존재하다.
기존의 핵심적인 절연 매체는 주로 금속류 절연체 및 비금속류 절연체 두 가지가 있다.
외부에 스테인리스 스틸 또는 구리가 사용되고 내부에 니켈-크롬 합금 저항 와이어 등을 사용되는 금속 절연체의 기본적 작동 원리는 발열 튜브를 컵 모양의 공간에 삽입하여 가열하는 것이다. 금속 절연체의 절연 부품으로써 스테인리스 스틸을 사용하든 구리를 사용하든 이들의 고유 특성 때문에 물때가 생기는 것을 피할 수 없다. 때로는 사용하는 과정에서 물때로 인해 누전, 폭발 사고가 발생하기도 한다. 모든 금속류는 물때가 생기는 단점을 극복할 수 없고 사용할 수록 가열 효율이 낮아지고 에너지 소비가 많아질 수 밖에 없다. 이외에 금속 및 물때의 팽창 계수(coefficient of expansion)가 많이 다르기 때문에 금속 튜브가 쉽게 터지고 누전을 일으키는 것은 아주 큰 안전 문제를 가져올 수 있다. 현재 국내외에서 널리 사용되고 있는 전기 온수기는, 보통 금속 튜브 내부로 전기저항와이어용 전열분말을 채워서 전기저항을 분리시키는 가열 수단, 또는 전기저항와이어를 절연 재질 외부로 묶는 외부 노출식 가열 수단을 사용하고 있다. 예를 들어 기존의 전기 온수기, 전기 가열 포트, 전기 냄비, 전기 정수기, 전기 가열 컵, 전기 다리미, 전기 헤어 드라이기, 전기 밥솥, 전기 소독장, 히터, 스파 욕조 가열 시스템, 플라스틱 프레스 기계, 산업용 인산염 풀(phosphating pool), 열처리용 산-알칼리 풀(acid-alkali pool)은 모두 위 가열수단을 사용하고 있다.
비금속 절연체는 주로 석영 튜브, 유리, 크리스털 등이 있는데 이들은 모두 절연하면서 물때가 생기지 않다는 특징이 있다. 그러나 크리스털은 원가가 너무 비싸고, 석영 및 유리는 급변하는 온도 하에서 안정하지 않고 쉽게 파열되는 특성을 가지고 있다. 이외에 이들은 형상을 쉽게 바꿀 수 없어 광범위에서 사용할 수 없는 단점도 가지고 있다. 최근 몇 년간에 PTC 자기 (porcelain) 석영 튜브가 사용되는 가열기를 히터에 사용하는 사례도 있지만 이는 짧은 사용 수명, 큰 부피, 낮은 가열효율, 높은 에너지 소비, 낮은 안정성 및 낮은 안전성이라는 결함을 가지고 있다.
이외에 전자기(electromagnetism) 가열 및 마이크로 웨이브 가열 방식도 있다. 이 발열방식의 단점은 발열체의 에너지 소비가 높고 부피가 크고 형상, 공간 등 여러 요소의 제한을 받고, 방사선을 방출해서 인체 건강에 피해를 가져올 수 있다는 점이다.
상기 여러 결함을 해결하기 위한 본 발명의 기술과제는 사용 수명이 길고 에너지를 절약하고 환경을 보호하면서 안전성이 좋은 자기 에너지 발연체를 제공하는 것이다.
상기 기술문제를 해결하기 위해 본 발명은 열원; 및 자기 재질로 만든 절연 매체(insulating medium)를 포함하고, 상기 절연 매체는 상기 열원을 내부로 감싸고, 상기 열원은 전도성 핀아웃(pinout)과 연결되는 것을 특징으로 하는 자기 에너지 발열체를 제공한다.
바람직하게, 상기 열원은 합금 가열 와이어(Alloy heating wire) 및/또는 텅스텐 와이어(Tungsten wire)로 구성되고, 상기 절연 매체 및 상기 열원은 가열압축(hot press) 소결(燒結)을 통해 만들어질 수 있다.
바람직하게, 상기 자기 재질은 실리콘 질화물(silicon nitride), 알루미늄 질화물(aluminum nitride), 티타늄 질화물(titanium nitride) 및 알루미늄 산화물(aluminum oxide) 중의 하나 또는 하나 이상일 수 있다.
바람직하게, 상기 합금 가열 와이어는 니켈-크롬 가열 와이어(nickel-chromium heating wire)일 수 있다.
바람직하게, 상기 열원은 복수 개 작은 열원 세트로 구성될 수 있다.
기존의 기술과 비교할 때 본 발명의 자기 에너지 발열체는, 기존의 발열장치가 2층의 절연 매체 격리 열원을 가지고 있는 반면에 본 발명의 자기 에너지 발열체가 한 층의 절연 매체 격리 열원만을 가지기 때문에 전도 과정에서 발생하는 열에너지의 손실을 줄일 수 있고, 기존 발열체의 파열로 인한 누전 문제를 크게 개선할 수 있고, 광범위에서의 응용의 안전성능을 높일 수 있고, 제품의 사용 수명을 연장할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
도 1은 본 발명의 자기 에너지 발열체의 구조를 나타내는 개념도이다.
이하에서, 본 발명의 일 실시예를, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하, 이 분야의 기술자가 정확하게 본 발명이 기술방안을 이해할 수 있도록 구체적인 실시예를 참조하여 본 발명에 대해 자세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 자기 에너지 발열체의 구조를 나타내는 개념도이다.
실시예 1
본 발명의 자기 에너지 발열체(1)는 열원(12), 자기 재질로 만든 절연 매체(11)을 포함하고, 상기 절연 매체(11)는 상기 열원(12)을 내부로 감싸고, 상기 열원(12)은 전도성 핀아웃(13)과 연결된다.
상기 절연 매체(11)는 자기 재질로 만들어지고, 상기 자기 재질은 실리콘 질화물이다. 상기 열원(12)은 합금 가열 와이어 및/또는 텅스텐 와이어로 만들어지고, 상기 절연 매체(11) 및 열원(12)은 가열압축 소결을 통해 만들어진다.
실시예 2
본 발명의 자기 에너지 발열체(1)는 열원(12), 자기 재질로 만든 절연 매체(11)를 포함하고, 상기 절연 매체(11)는 상기 열원(12)을 내부로 감싸고, 상기 열원(12)은 전도성 핀아웃(13)과 연결된다.
상기 절연 매체(11)는 자기 재질로 만들어지고, 상기 자기 재질은 알루미늄 질화물이다. 상기 열원(12)은 합금 가열 와이어 및/또는 텅스텐 와이어로 만들어지고, 상기 절연 매체(11) 및 열원(12)은 가열압축 소결을 통해 만들어진다. 상기 합금 가열 와이어는 니켈-크롬 가열 와이어일 수 있다.
실시예 3
본 발명의 자기 에너지 발열체(1)는 열원(12), 자기 재질로 만든 절연 매체(11)를 포함하고, 상기 절연 매체(11)는 상기 열원(12)을 내부로 감싸고, 상기 열원(12)은 전도성 핀아웃(13)과 연결된다.
상기 절연 매체(11)는 자기 재질로 만들어지고, 상기 자기 재질은 티타늄 질화물이다. 상기 열원(12)은 합금 가열 와이어 및/또는 텅스텐 와이어로 만들어지고, 상기 절연 매체(11) 및 열원(12)는 가열압축 소결을 통해 만들어진다.
실시예 4
본 발명의 자기 에너지 발열체(1)는 열원(12), 자기 재질로 만든 절연 매체(11)를 포함하고, 상기 절연 매체(11)는 상기 열원(12)을 내부로 감싸고, 상기 열원(12)은 전도성 핀아웃(13)과 연결된다.
상기 절연 매체(11)는 자기 재질로 만들어지고, 상기 자기 재질은 알루미늄 산화물이다. 상기 열원(12)은 합금 가열 와이어 및/또는 텅스텐 와이어로 만들어지고, 상기 절연 매체(11) 및 열원(12)는 가열압축 소결을 통해 만들어진다.
실시예 5
본 발명의 자기 에너지 발열체(1)는 열원(12), 자기 재질로 만든 절연 매체(11)를 포함하고, 상기 절연 매체(11)는 상기 열원(12)을 내부로 감싸고, 상기 열원(12)은 전도성 핀아웃(13)과 연결된다.
상기 절연 매체(11)는 자기 재질로 만들어지고, 상기 자기 재질은 실리콘 질화물, 티타늄 질화물, 알루미늄 질화물 및 알루미늄 산화물 중 두 가지 또는 두 가지 이상으로 구성된다. 상기 열원(12)은 합금 가열 와이어 및/또는 텅스텐 와이어로 만들어지고, 상기 절연 매체(11) 및 열원(12)은 가열압축 소결을 통해 만들어진다.
상기 각 실시예에서 상기 열원(12)은 복수 개 작은 열원 세트로 구성할 수 있다.
기존의 기술과 비교할 때 본 발명은 다음 장점이 있다.
1. 안전하고 신뢰할 수 있다. 본 발명의 자기 에너지 발열체 중의 실리콘 질화물/알루미늄 질화물/티타늄 질화물/알루미늄 산화물은 절연 재질이고 이들의 누전 전류가 0.052mA이며, 일반 가정용 전자제품의 규정 누전 전류는 0.25Ma 미만이어야 한다. 물 속에서 실시한 실험 결과에 따르면, 입력 전압이 220V일 때 본 발명의 자기 에너지 발열체는 물 속에서 작동되다가 갑작스러운 사고로 절단되어 파손되더라도 전압이 36V 이하이고 누전 저항이 300㏀ 이상이고 인체에게 감전 위험을 가져올 수 없는 것으로 나타났다. 본 발명의 제품은 6V~380V의 전압 범위 안에서 사용할 수 있다.
2. 물때가 생기지 않다. 발열체는 전기 온수기의 '심장'이라고 할 수 있는데, 물때는 온수기의 가장 큰 '적'이라 할 수 있다. 특히 현재 중국의 일부 지역에는 심각한 물때로 인한 온수기 안전 사고가 끝없이 일어나고 있다. 본 발명의 사용은 온수기의 물때로 인한 안전적 문제를 근본적으로 해결할 수 있다.
3. 에너지를 절약하고 환경을 보호하면서 에너지의 활용도가 높다. 본 발명의 자기 에너지 발열체는 전기를 이용하기 때문에 폐기 가스를 방출하지 않고, 전력 자원을 이용하기 때문에 탄소 방출량이 낮은 부품에 속한다. 또한, 이 분야에서 사용되는 스테인리스 스틸 발열체의 열 효율이 80%~90%인 것에 비해 본 발명의 자기 에너지 발열체의 열 효율이 최대 98% 이상에 도달할 수 있으므로 에너지의 활용도가 높고 효과적으로 에너지를 절약할 수 있다.
4. 본 발명의 자기 에너지 발열체를 온수기에 적용하면 발열체는 소량의 전자기 효과(electromagnetic effect)가 발생하고 열에너지를 물로 전달되는 동시에 작은 전기자기장(electromagnetic field)으로 물을 자화(磁化, magnetize)할 수 있다. 목욕하거나 세면할 때 이러한 자화된 자력수(磁力水, magnetic water)를 자주 사용하면 미용할 수 있고 수명 연장할 수 있고 인체 건강에 좋은 점이 많다. 본 발명의 자기 발열체를 정수기의 온수 가열 시스템에 적용하여 자력수를 마시는 것도 건강에 좋은 점이 많다. 본 발명의 자기 발열체를 세탁기의 온수 시스템에 적용하여 자력수로 세탁하면 세제의 사용을 줄여도 되고 환경을 보호하면서 세탁 비용을 절감할 수 있다.
5. 고온 내열성이 강하다. 1200? 이하의 작동 온도 하에서 장기간으로 작동할 수 있다.
6. 부식 저항성이 강하다(높은 방식성(anti-corrosion)). 본 발명의 자기발열체를 30%의 수산화 나트륨(sodium hydroxide) 용액에 투입해 6시간 끓는 실험 결과는 평균 부식 속도는 0.43g/m2h이고 5%의 황산 용액에 투입해 6시간 끓는 실험 결과는 평균 부식 속도는 9.21g/m2h이다. 스테인리스 스틸의 위 실험 조건 하에서의 평균 부식 속도는 81~121g/m2h이다. 그러므로 본 발명의 자기 에너지 발열체의 산, 알칼리에 대한 저항력은 금속 발열체에 비해 훨씬 강하다.
7. 강도가 높다. 본 발명의 자기 에너지 발열체의 절단 저항 강도는 700Mpa 이상이고 계산해 보면 100℃의 물 속에서 발열 면적이 41cm2이고 파워가 1500W인 본 발열장치는 50~60Mpa의 강도 하에서도 절단되지 않을 것이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 위 실시예는 이 분야의 기술자들에게 본 실시예를 실시하거나 사용하는 것에 도움이 제공하는 목적으로 제시된 것이다. 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해진 가정 넓은 원리 및 특징 범위로 해야 한다.

Claims (5)

  1. 열원; 및
    자기(porcelain) 재질로 만든 절연 매체(insulating medium)
    를 포함하고,
    상기 절연 매체는 상기 열원을 내부로 감싸고,
    상기 열원은 전도성 핀아웃(pinout)과 연결되는 것을 특징으로 하는 자기 에너지 발열체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열원은 합금 가열 와이어(Alloy heating wire) 및/또는 텅스텐 와이어(Tungsten wire)로 구성되고,
    상기 절연 매체 및 상기 열원은 가열압축(hot press) 소결(燒結)을 통해 만들어지는 것을 특징으로 하는 자기 에너지 발열체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자기 재질은 실리콘 질화물(silicon nitride), 알루미늄 질화물(aluminum nitride), 티타늄 질화물(titanium nitride) 및 알루미늄 산화물(aluminum oxide) 중의 하나 또는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 자기 에너지 발열체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 합금 가열 와이어는 니켈-크롬 가열 와이어(nickel-chromium heating wire)인 것을 특징으로 하는 자기 에너지 발열체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열원은 복수 개 작은 열원 세트로 구성된 것을 특징으로 하는 자기 에너지 발열체.
KR2020117000033U 2010-08-17 2010-12-22 자기 에너지 발열체 KR20130004574U (ko)

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