KR20210137853A - 탄소 섬유 발열체 및 이를 포함하는 전기 보일러 - Google Patents
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Abstract
본 발명을 탄소 섬유 발열체 및 이를 포함하는 전기 보일러와 관련된다. 본 발명은 실시예로, 탄소 섬유를 이용한 발열체로서, 탄소 섬유로 이루어지는 코어를 포함하고 상기 코어의 양단에 전극이 연결되며 전극에 전기가 인가됨에 따라 코어에 열이 발생하도록 이루어지는 발열부, 내부에 공간이 형성되고 일단이 폐쇄되고 다른 일단이 개방되도록 이루어지며 상기 발열부가 삽입되어 배치되는 하우징부 및 상기 발열부와 상기 하우징부 사이에 개재되고 절연성과 전도성을 가지며 상기 발열부에서 발생한 열을 상기 하우징부로 전달하는 열이동부를 포함하는 탄소 섬유 발열체를 제시한다.
Description
본 발명은 탄소 섬유를 이용한 발열체와 이러한 발열체를 포함하여 구성되는 전기 보일러와 관련된다.
일반적으로 난로나 보일러 등은 고온의 열을 방출 또는 복사하여 온도를 상승시켜 냉수를 고온수로 가열해 난방 및 온수로 사용하는데, 이는 통상 석탄, 석유 또는 천연가스 등의 연소를 통한 연소열을 이용하거나, 전기를 이용한 발열체의 저항열을 이용하여 고온을 얻는 것이 주로 사용되고 있다.
최근 대기오염 등의 환경오염 문제와 원료 고갈 및 원료비 상승 등으로 인해 석탄, 석유 등을 원료로 하는 보일러는 사용이 점점 감소하는 추세에서 전기를 이용한 전기보일러의 사용이 점점 늘고 있는 실정이다.
전기 보일러는 니크롬선 등의 전기 저항이 높은 금속을 코일형태로 형성한 발열체에 전류를 인가하여 발생하는 저항열을 이용하여 보일러 내부를 순환하는 냉수를 가열하는 방법이 주로 사용된다. 하지만, 코일형태의 발열체에는 강한 전류를 흐르게 하여야 일정온도 이상으로 발열하게 되고, 이렇게 발열하는데 장시간이 소요되어 사용하는 데에 전력소모가 많다.
또한, 코일의 특성상 강한 전류가 흐르게 되면 인체에 유해한 전자파(EMI)가 발생할 뿐만 아니라, 장시간 사용시에는 발열체가 단선, 누전, 감전, 과열로 인한 화재 등의 전기사고가 발생하는 등 많은 문제점이 있었다.
본 발명은 탄소 섬유를 발열소재로 사용하여 발열부를 구성하고 발열부와 발열부의 외곽을 감싸는 하우징부 사이에 절연성과 전도성을 가진 열이동부를 구비함으로써 발열부에서 발생한 열이 안전하고 효율적으로 하우징부로 전달될 수 있도록 하는 탄소 섬유 발열체를 제시한다. 또한 이러한 탄소 섬유 발열체를 이용한 전기 보일러를 제시한다.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 탄소 섬유를 이용한 발열체로서, 탄소 섬유로 이루어지는 코어를 포함하고 상기 코어의 양단에 전극이 연결되며 전극에 전기가 인가됨에 따라 코어에 열이 발생하도록 이루어지는 발열부, 내부에 공간이 형성되고 일단이 폐쇄되고 다른 일단이 개방되도록 이루어지며 상기 발열부가 삽입되어 배치되는 하우징부 및 상기 발열부와 상기 하우징부 사이에 개재되고 절연성과 전도성을 가지며 상기 발열부에서 발생한 열을 상기 하우징부로 전달하는 열이동부를 포함하는 탄소 섬유 발열체를 제시한다.
여기에서, 상기 발열부는, 외형을 이루고 내부에 공간이 형성되는 외측관, 상기 외측관의 내부에 배치되고 연장되는 방향으로 통로가 형성되는 내측관, 상기 외측관의 내부에 배치되고 상기 내측관의 외측을 감아 도는 형태로 이루어지고 통전에 의해 발열하는 코어, 상기 코어의 일단에 연결되어 전기를 공급하는 제1전극 및 상기 내측관을 통과하도록 배치되고 상기 코어의 다른 일단에 연결되어 전기를 공급하는 제2전극을 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 제2전극은, 전기가 공급되고 상기 내측관을 통과하도록 배치되는 제2전극봉, 상기 제2전극봉에 끼워지고 내측관 양단에 배치되는 한 쌍의 스프링 및 상기 스프링 중 상기 내측관을 통과한 제2전극봉의 끝단에 끼워진 스프링에 일단이 결합되고 다른 일단이 상기 코어의 다른 일단에 연결되는 제2지지편을 포함할 수 있다.
한편 상기 하우징부는, 금속 재질의 파이프로 이루어지고 일단에는 캡이 용접되어 결합되고, 다른 일단에는 니플이 용접되어 결합될 수 있다.
한편 상기 열이동부는, 열 전도율이 높은 금속 분말 또는 무기질 분말이 용융되어 이루어질 수 있다.
또한 위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 물이 흐르는 관로가 형성되고 외벽에 부착홀이 형성되는 본체부 및 상기 본체부의 부착홀에 삽입되고 하우징부가 관로에 위치하도록 설치되는 상술한 탄소 섬유 발열체를 포함하는 전기 보일러를 제시한다.
본 발명의 실시예에 따른 탄소 섬유 발열체는, 탄소 섬유를 발열소재로 사용하고 탄소 섬유에서 발생한 열이 전도성을 가진 열이동부를 통해 하우징부로 신속하게 전달될 수 있으므로 열효율이 높다. 또한 열이동부가 절연성을 가지므로 발열체의 단선, 누전, 감전, 과열에도 대응이 가능하므로 안전성도 뛰어나다.
한편 코어의 길이와 두께를 유연하게 확보하여 높은 열을 얻을 수 있고 코어에 전기를 인가하는 전극이 과열되는 것을 방지하여 열효율과 안전성을 더욱 높일 수 있다.
또한 내측관의 양단에 스프링을 각각 배치하여 내측관의 위치를 잡아주는 한편 내측관의 열팽창에 대응이 가능하도록 하고, 내측관을 통과한 제2전극봉의 끝단에 끼워진 스프링과 코어의 일단을 지지편이 연결함으로써 용이하게 코어에 통전이 가능하다.
한편 하우징부를, 금속 재질의 파이프의 일단에 캡을 다른 일단에 니플을 용접하여 부착한 형태로 함으로써 하우징부의 제작 및 하우징부를 홀에 부착하는 것이 용이해 진다.
한편 열이동부를 열 전도율이 높은 무기질 분말을 용융하여 이루어지도록 함으로써 전도성과 절연성이 높은 열이동부를 용이하게 구성할 수 있다.
그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소 섬유 발열체의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 따른 탄소 섬유 발열체의 분해사시도.
도 3은 도 1에 도시된 실시예에 채용된 발열부를 나타내는 사시도.
도 4는 도 1에 도시된 실시예에 채용된 발열부 내부 구성의 상세도.
도 5는 도 1에 도시된 실시예에 따른 탄소 섬유 발열체를 이용한 전기 보일러를 나타내는 개념도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 탄소 섬유 발열체와 비교예의 발열체의 시간에 따른 측정온도와 측정온도의 차이를 나타내는 그래프.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 따른 탄소 섬유 발열체의 분해사시도.
도 3은 도 1에 도시된 실시예에 채용된 발열부를 나타내는 사시도.
도 4는 도 1에 도시된 실시예에 채용된 발열부 내부 구성의 상세도.
도 5는 도 1에 도시된 실시예에 따른 탄소 섬유 발열체를 이용한 전기 보일러를 나타내는 개념도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 탄소 섬유 발열체와 비교예의 발열체의 시간에 따른 측정온도와 측정온도의 차이를 나타내는 그래프.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 섬유 발열체와 이를 포함하는 전기 보일러에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일유사한 구성에 대해서는 동일유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.
본 발명의 실시예에 따른 탄소 섬유 발열체는, 탄소 섬유를 이용한 발열체로서, 발열부, 하우징부 및 열이동부를 포함한다.
발열부는, 탄소 섬유로 이루어지는 코어를 포함하고 코어의 양단에 전극이 연결되며 전극에 전기가 인가됨에 따라 코어에 열이 발생하도록 이루어진다.
한편 하우징부는 내부에 공간이 형성되고 일단이 폐쇄되고 다른 일단이 개방되도록 이루어지며 공간 내에 발열부가 삽입되어 배치된다.
또한 열이동부는, 전도성과 절연성을 가진 소재로 이루어지고 발열부와 하우징부 사이에 개재되어 발열부에서 발생한 열을 하우징부로 전달한다.
이하 각 부의 구성에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소 섬유 발열체의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 실시예에 따른 탄소 섬유 발열체의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 실시예에 채용된 발열부를 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 1에 도시된 실시예에 채용된 발열부 내부 구성의 상세도이다.
발열부(1)는 통전에 의해 열이 발생하는 기능을 하고, 외측관(11), 내측관(12), 코어(13), 제1전극(14) 및 제2전극(15)을 포함하여 이루어진다.
외측관(11)은 외형을 이루고 내부에 공간이 형성된다. 도면을 참조하면 외측관(11)은 길쭉한 벌브 형태의 유리관으로서 투명하게 이루어지고 외측관(11)의 내부에 내측관(12), 코어(13), 제1전극(14) 및 제2전극(15)이 배치된다.
외측관(11) 일단은 둥그런 돔 형태로 이루어지고 다른 일단은 납작한 형태로 이루어질 수 있다. 납작한 단부의 내부에는 제1전극(14)과 제2전극(15)의 일부분이 삽입된 형태로 이루어질 수 있다.
내측관(12)은 외측관(11)의 내부에 배치되고 연장되는 방향으로 통로가 형성된다. 도면을 참조하면 내측관(12)은 일단으로부터 다른 일단으로 긴 통로가 형성된 빨대 형태의 유리관으로서 투명하게 이루어지고 후술하는 제2전극(15)이 이 통로를 통과하도록 설치된다. 이와 같은 내측관은 코어에 의해 제2전극(15)이 과열되는 것을 방지해 준다.
코어(13)는 외측관(11)의 내부에 배치되고 내측관(12)의 외측을 감아 도는 형태로 이루어지며 통전에 의해 발열한다. 도면을 참조하면 코어(13)는 코일 형상으로 이루어지고 내부의 공간에 내측관(12)이 삽입되어 배치되는 형태로 이루어진다.
한편 코어(13)는 복수의 탄소 섬유 다발이 서로 꼬여 이루어진다. 코어(13)의 꼬임은 2줄 꼬기, 3줄 꼬기, 4줄, 8줄 꼬기 등과 같은 여러 가지 실꼬기 형태를 가질 수 있다. 다발을 이루는 탄소 섬유의 수와 탄소 섬유 다발이 꼬여진 수가 증가함에 따라 발열량이 증가하게 된다. 또한 탄소 섬유 다발이 꼬여진 수가 많을 수록 코어(13)가 견고한 상태를 유지할 수 있다. 이와 같은 방법을 이용하면 2000~3000 가닥의 탄소 섬유를 꼬아 코어를 형성할 수 있다.
한편 코어(13)는 내열성 물질의 분산액에 함침될 수 있고 내열성 물질로는 예를 들면 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE)을 사용할 수 있다. 이러한 코어(13)는 열을 가하여 탄화시킨 후 사용할 수 있다.
제1전극(14)은 코어(13)의 일단에 연결되어 전기를 공급한다. 제1전극(14)은 전기가 공급되는 제1전극봉(141)과 일단이 제1전극봉(141)의 끝단에 결합되고 다른 일단이 코어(13)의 일단에 연결되는 제1지지편(142)을 포함한다.
제1전극봉(141)은 외측관(11)의 납작한 단부에 끼워지는 형태로 결합되는데 여기에 구비된 금속의 단자편(16)과 결합되고 이 단자편(16)에 전선이 결합되어 제1전극봉(141)에 통전이 가능해 진다.
제1지지편(142)은 일측에 제1전극봉(141)이 납땜으로 결합되고 다른 일측에는 코어(13)의 일단이 결합된다. 코어(13)가 결합되는 부분은 두 겹으로 압착된 형태로 이루어져 이 사이에 코어(13)가 물리게 됨으로써 서로 연결된다.
제2전극(15)은 내측관(12)을 통과하도록 배치되고 코어(13)의 다른 일단에 연결되어 전기를 공급한다. 제2전극(15)은, 제2전극봉(151), 스프링(153) 및 제2지지편(152)을 포함하여 이루어진다.
제2전극봉(151)은 전기가 공급되고 내측관(12)을 통과하여 배치되는 구성이다. 제2전극봉(151)은 제1전극봉(141)과 마찬가지로 외측관(11)의 납작한 단부에 끼워지는 형태로 결합되어 제1전극봉(141)과 나란한 형태로 배치된다. 또한 납작한 단부에 구비된 금속의 단자편(16)과 결합되고 이 단자편(16)에 전선이 결합되어 제2전극봉(151)에 통전이 가능해 진다.
제2전극봉(151)은 제1전극봉(141)보다 길게 이루어져 코어(13)의 반대측 일단과 스프링(153) 및 제2지지편(152)을 통해 연결되게 된다.
여기에서 스프링(153)은 제2전극봉의 양 단부에 각각 하나씩 결합된다. 한편 이 스프링(153)들은 각각 내측관(12) 양단과 접촉하도록 배치된다.
제2지지편(152)은 내측관(12)을 통과한 제2전극봉(151)의 끝단에 끼워진 스프링(153)에 일단이 결합되고 다른 일단이 코어(13)의 다른 일단에 연결된다. 제2지지편(152)은 제1지지편(142)과 마찬가지로 코어(13)가 결합되는 부분이 두 겹으로 압착된 형태로 이루어져 이 사이에 코어(13)가 물리게 된다.
이에 따라 코어(13)는 제1전극봉(141)과 제2전극봉(151)을 따라 통전이 가능해 진다. 한편 발열부(1)의 외측관 내부는 진공이거나 방열재가 채워질 수 있다.
하우징부(2)는 발열부(1)를 감싸도록 이루어지는 구성으로서 발열부(1)를 보호하는 기능을 하는 한편 발열부(1)에서 발생한 열을 외부로 방출하는 기능을 한다.
도면을 참조하면 하우징부(2)는, 몸체(21)의 일단에 캡(22)이 용접되어 결합되고, 다른 일단에 니플(23)이 용접되어 결합되는 형태를 가진다.
니플(23)은 외주에는 나사산이 형성되어 하우징부(2)가 홀 등에 나사 결합될 수 있도록 하며 몸체(21)에 밀착되어 결합된다. 이에 더하여 몸체(21)와 니플(23)이 용접되어 결합됨으로써 물이 결합 부분을 통해 스며들지 않도록 이루어진다. 또한 니플(23)에는 플랜지가 형성되어 나사결합할 때 결합 정도를 제한할 수 있도록 이루어진다.
한편 하우징부(2)는 금속 재질, 유리 재질, 세라믹 재질 중 적어도 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있다.
열이동부(3)는 발열부(1)와 하우징부(2)에 개재되는 구성으로서 발열부(1)에서 발생한 열을 하우징부(2)로 전달하는 기능을 하는 한편 발열부(1)의 과열로 인한 손상을 방지하는 기능을 한다.
열이동부(3)는 열 전도율이 높은 금속 분말 또는 무기질 분말로 이루어질 수 있고 이들 금속 분말 또는 무기질 분말이 용융되어 이루어질 수 있다. 한편 이러한 금속 분말 또는 무기질 분말을 대신하거나 이들 분말과 함께 열 전도율이 높은 시트가 배치되어 이루어질 수 있다.
여기에서 열 전도율이 높은 무기질 분말은 유리 분말, 마이카 분말, 산화마그네슘 분말 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
이와 같은 열이동부(3)에 의해 발열부(1)의 수명이 늘어나고 방열성능이 높아진다.
한편 하우징부(2)의 일단은 마감부재(4)에 의해 마감될 수 있다. 이때 발열부(1)를 하우징부(2)의 내부로 삽입한 후 마감부재(4)로 하우징의 개방된 부분을 마감할 수 있다.
마감부재(4)는 외주에 나사산이 형성된 형태일 수 있다. 이때 니플(23)은 플랜지 부분의 내주에 나사산이 형성되어 마감부재의 외주가 플랜지 부분에 내주에 결합될 수 있다. 한편 다른 형태로서 마감부재(4)의 내주에 나사산이 형성되고 니플(23)의 플랜지 부분에도 나사산이 형성된 돌출부가 있어 돌출부와 마감부재의 내주가 서로 결합하는 방식을 채택할 수도 있다.
마감부재(4)에는 발열부(1)의 일단이 고정되기 위한 구조물이 형성될 수 있다. 한편 다른 형태로서 발열부(1)에서 외측관(11)의 납작한 부분에 실링부재 등이 결합되고 하우징부(2) 또는 마감부재(4)의 적어도 어느 한쪽에 끼움결합될 수 있다. 마감부재(4)에는 홀이 형성되어 발열부(1)에 연결되는 전선이 통과할 수 있다.
한편 열이동부(3)가 발열부(1) 전체를 감싸는 형태로 충진되어 마감부재(4)나 실링부재를 대신할 수도 있다.
상술한 바와 같은 탄소 섬유 발열체는 다음과 같이 제작될 수 있다.
먼저, 제작이 완료된 발열부(1)를 준비한다.
이때 코어는, 섬유 다발들을 서로 꼬아 만들어진 코어 원형을 내열성 물질의 분산액에 함침하여 코팅한 후 유리봉 또는 금속봉의 외주에 코일 형상으로 감아 탄화하여 굳히는 방식으로 제작할 수 있다.
한편 발열부(1)는 외측관 내부를 진공으로 하여 제작하거나 외측관 내부를 진공으로 하는 대신 방열재를 채우는 방식으로 하여 제작할 수 있다. 방열재로는 유리나 세라믹의 분말 형태 또는 용융한 형태를 사용할 수 있다.
즉 상술한 방법으로 제작된 코어에 제1전극과 제2전극을 결합시킨 후 외측관 내부에 넣고 외측관 내부를 진공하여 밀봉하거나, 외측관 내부에 내화성과 절연성을 가진 방열재를 채운 후 밀봉할 수 있다.
다음으로 발열부(1)가 삽입되어 배치되는 하우징부(2)를 마련한다. 구체적으로는 발열부(1)가 삽입될 수 있는 직경을 가진 금속 파이프를 절단하여 하우징부(2)의 몸체(21)를 제작한다. 이어서 몸체(21)의 일단을 폐쇄하도록 캡(22)을 용접하고 다른 일단에는 니플(23)을 용접하여 결합시킨다. 이와 같이 하여 하우징부(2)를 제작할 수 있다.
다음으로 하우징부(2)에 발열부(1)를 삽입한 후 하우징부(2)의 내부 공간에 금속 분말 또는 무기질 분말을 충진시키거나 또는 발열부(1)를 방열시트로 감싼 후 하우징부(2)의 내부 공간에 삽입한다. 이는 열이동부(2)를 형성하기 위함이다.
다음으로 마감부재(4)로 봉인한 후 열을 가하면 탄소 섬유는 탄화되면서 각 가닥들이 일체화된다. 탄소 섬유에 내열성 물질이 코팅된 경우에는 내열성 물질이 탄소 섬유와 일체화되어 탄소 섬유의 내열성이 증가한다. 한편 열이동부로서 금속 분말 또는 무기질 분말을 사용하는 경우 금속 분말 또는 무기질 분말이 소결되면서 밀봉과 진공이 되므로 탄소 발열체의 수명을 늘릴 수 있다.
이때 코어로서 이미 탄화된 탄소 섬유를 사용한 경우에는 이 과정은 생략될 수 있고 금속 분말 또는 무기질 분말은 소결되지 않고 분말 상태를 유지할 수 있다. 이 경우 경제적인 비용으로 제작이 가능하다.
이하의 표 1은 일반 전기 발열체와 본 발명의 실시예에 따른 탄소 섬유 발열체를 물에 넣고 전기를 인가한 후 시간에 따른 물의 온도를 측정한 표이다. 비교예는 1140W의 일반 전기 발열체이고, 실시예 1은 610W의 본 발명에 따른 탄소 섬유 발열체이며, 실시예 2는 853W의 본 발명에 따른 탄소 섬유 발열체이다.
한편 이 중 실시예 2의 본 발명의 탄소 섬유 발열체와 비교예의 일반 전기 발열체의 시간에 따른 측정온도와 측정온도의 차이(실시예-비교예)를 나타내는 그래프를 도 6에 도시하였다. 그래프에서 가로축은 시간(분)을 나타내고 세로축은 온도(℃)를 나타낸다.
| 비교예 | 실시예 1 | 실시예 2 | |||
| 시간(분) | 온도℃ | 시간(분) | 온도℃ | 시간(분) | 온도℃ |
| 1 | 19.7 | 1 | 21.3 | 1 | 18.0 |
| 2 | 22.8 | 2 | 25.2 | 2 | 23.9 |
| 3 | 28.2 | 3 | 29.1 | 3 | 26.6 |
| 4 | 34.0 | 4 | 32.4 | 4 | 32.2 |
| 5 | 38.4 | 5 | 35.4 | 5 | 37.3 |
| 6 | 41.4 | 6 | 39.3 | 6 | 42.3 |
| 7 | 45.9 | 7 | 42.2 | 7 | 46.9 |
| 8 | 49.6 | 8 | 45.2 | 8 | 50.9 |
| 9 | 52.8 | 9 | 48.2 | 9 | 55.1 |
| 10 | 55.1 | 10 | 50.6 | 10 | 58.4 |
| 11 | 58.8 | 11 | 53.1 | 11 | 61.6 |
| 12 | 61.0 | 12 | 55.5 | 12 | 65.1 |
| 13 | 63.9 | 13 | 58.2 | 13 | 68.2 |
| 14 | 66.3 | 14 | 60.3 | 14 | 71.6 |
| 15 | 69.1 | 15 | 61.8 | 15 | 73.8 |
| 16 | 71.5 | 16 | 64.1 | 16 | 76.1 |
| 17 | 73.4 | 17 | 66.1 | 17 | 79.1 |
| 18 | 76.0 | 18 | 68.5 | 18 | 81.5 |
| 19 | 77.2 | 19 | 70.8 | 19 | 83.9 |
| 20 | 80.3 | 20 | 72.1 | 20 | 86.1 |
이와 같이 본 발명에 따른 탄소 섬유 발열체는 탄화되어 자체적으로 통전이 가능하고 높은 열에도 견딜 수 있으며 열 효율이 높고 수명이 오래간다. 특히 적은 전력을 소비하면서도 기존의 일반 전기 발열체에 비해 동등하거나 더 뛰어난 성능을 가진다.
이하에는 본 발명의 실시예에 따른 전기 보일러에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 5는 도 1에 도시된 실시예에 따른 탄소 섬유 발열체를 이용한 전기 보일러를 나타내는 사시도이다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 보일러(300)는 상술한 탄소 섬유 발열체(100)가 본체부(200)에 설치되어 이루어진다.
본체부(200)는 물이 흐르는 관로가 형성되고 외벽에 탄소 섬유 발열체(100)의 장착을 위한 부착홀(223)이 형성된다. 본체부(200)는 물의 순환을 위한 펌프유닛(210), 물을 분배하기 위한 분배유닛(220), 물의 온도 조절을 위한 온도조절유닛(230) 및 물을 공급하기 위한 저장유닛(240)을 포함한다.
여기에서 분배유닛(220)에는 물을 공급하는 복수의 제1배관(251)과 물을 회수하는 복수의 제2배관(252)이 결합되며 제1배관(251)과 제2배관(252)은 본체부(200)의 제1관로(221)와 제2관로(222)에 각각 결합된다. 제1관로(221)와 제2관로(222)는 펌프유닛(210)이 개재되어 연결된다.
온도조절유닛(230)은 제1관로(221) 또는 제2관로(222)에 연결되어 물의 온도를 측정하는 한편 탄소 섬유 발열체(100)에 연결되어 물의 온도가 설정 온도보다 낮은 경우 탄소 섬유 발열체(100)에 통전하여 물의 온도를 높일 수 있다. 한편 제1관로(221) 또는 제2관로(222)에는 저장유닛(240)이 연결되어 물을 공급할 수 있다.
이때 탄소 섬유 발열체(100)는 분배유닛(220)의 부착홀(223)에 삽입되고 이 탄소 섬유 발열체(100)의 하우징부(2)가 관로에 위치하도록 설치된다. 하우징부(2)의 니플(23)에 형성된 나사산을 부착홀(223)에 결합하여 장착할 수 있고 이때 실링부재가 개재될 수 있다. 탄소 섬유 발열체(100)가 작동하면 하우징 주변의 물이 가열되고 펌프유닛(210)에 의해 순환하게 됨으로써 난방 기능을 수행할 수 있다.
이와 같은 전기 보일러(300)는 적은 에너지로 고효율을 낼 수 있고 1KW로 대략 20평 정도의 난방이 가능하다. 이는 종전에 비해 크게 낮은 전력 소비에 해당하므로 본 발명의 실시예에 따른 전기 보일러(300)는 전기를 절약하면서 높은 열을 얻을 수 있다.
상기와 같이 탄소 섬유 발열체 및 이를 포함하는 전기 보일러는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 발열부
11 : 외측관 12 : 내측관 13 : 코어
14 : 제1전극 141 : 제1전극봉 142 : 제1지지편
15 : 제2전극 151 : 제2전극봉 152 : 제2지지편 153 : 스프링
16 : 단자편
2 : 하우징부 21 : 몸체 22 : 캡 23 : 니플
3 : 열이동부
4 : 마감부재
100 : 탄소 섬유 발열체 200 : 본체부
210 : 펌프유닛 220 : 분배유닛 230 : 온도조절유닛 240 : 저장유닛
221 : 제1관로 222 : 제2관로 223 : 부착홀
250 : 배관유닛
251 : 제1배관 252 : 제2배관
300 : 전기 보일러
11 : 외측관 12 : 내측관 13 : 코어
14 : 제1전극 141 : 제1전극봉 142 : 제1지지편
15 : 제2전극 151 : 제2전극봉 152 : 제2지지편 153 : 스프링
16 : 단자편
2 : 하우징부 21 : 몸체 22 : 캡 23 : 니플
3 : 열이동부
4 : 마감부재
100 : 탄소 섬유 발열체 200 : 본체부
210 : 펌프유닛 220 : 분배유닛 230 : 온도조절유닛 240 : 저장유닛
221 : 제1관로 222 : 제2관로 223 : 부착홀
250 : 배관유닛
251 : 제1배관 252 : 제2배관
300 : 전기 보일러
Claims (6)
- 탄소 섬유를 이용한 발열체로서,
탄소 섬유로 이루어지는 코어를 포함하고 상기 코어의 양단에 전극이 연결되며 전극에 전기가 인가됨에 따라 코어에 열이 발생하도록 이루어지는 발열부,
내부에 공간이 형성되고 일단이 폐쇄되고 다른 일단이 개방되도록 이루어지며 상기 발열부가 삽입되어 배치되는 하우징부 및
상기 발열부와 상기 하우징부 사이에 개재되고 절연성과 전도성을 가지며 상기 발열부에서 발생한 열을 상기 하우징부로 전달하는 열이동부
를 포함하는 탄소 섬유 발열체. - 제1항에 있어서,
상기 발열부는,
외형을 이루고 내부에 공간이 형성되는 외측관,
상기 외측관의 내부에 배치되고 연장되는 방향으로 통로가 형성되는 내측관,
상기 외측관의 내부에 배치되고 상기 내측관의 외측을 감아 도는 형태로 이루어지고 통전에 의해 발열하는 코어,
상기 코어의 일단에 연결되어 전기를 공급하는 제1전극 및
상기 내측관을 통과하도록 배치되고 상기 코어의 다른 일단에 연결되어 전기를 공급하는 제2전극
을 포함하는 탄소 섬유 발열체. - 제2항에 있어서,
상기 제2전극은,
전기가 공급되고 상기 내측관을 통과하도록 배치되는 제2전극봉,
상기 제2전극봉에 끼워지고 내측관 양단에 배치되는 한 쌍의 스프링 및
상기 스프링 중 상기 내측관을 통과한 제2전극봉의 끝단에 끼워진 스프링에 일단이 결합되고 다른 일단이 상기 코어의 다른 일단에 연결되는 제2지지편
을 포함하는 탄소 섬유 발열체. - 제1항에 있어서,
상기 하우징부는, 금속 재질의 파이프로 이루어지고 일단에는 캡이 용접되어 결합되고, 다른 일단에는 니플이 용접되어 결합되는 탄소 섬유 발열체. - 제1항에 있어서,
상기 열이동부는, 열 전도율이 높은 금속 분말 또는 무기질 분말이 용융되어 이루어지는 탄소 섬유 발열체. - 물이 흐르는 관로가 형성되고 외벽에 부착홀이 형성되는 본체부 및
상기 본체부의 부착홀에 삽입되고 하우징부가 관로에 위치하도록 설치되는 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 탄소 섬유 발열체
를 포함하는 전기 보일러.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200056208A KR102403908B1 (ko) | 2020-05-11 | 2020-05-11 | 탄소 섬유 발열체 및 이를 포함하는 전기 보일러 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200056208A KR102403908B1 (ko) | 2020-05-11 | 2020-05-11 | 탄소 섬유 발열체 및 이를 포함하는 전기 보일러 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210137853A true KR20210137853A (ko) | 2021-11-18 |
| KR102403908B1 KR102403908B1 (ko) | 2022-05-31 |
Family
ID=78717141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200056208A KR102403908B1 (ko) | 2020-05-11 | 2020-05-11 | 탄소 섬유 발열체 및 이를 포함하는 전기 보일러 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102403908B1 (ko) |
Cited By (1)
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2020
- 2020-05-11 KR KR1020200056208A patent/KR102403908B1/ko active IP Right Grant
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102403908B1 (ko) | 2022-05-31 |
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |