KR20230126521A - 발열 담체 모듈 조립체 및 이를 포함하는 히터 시스템과, 유해가스 처리 시스템과, 미세입자 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 발열 담체가 수평 방향 및 수직 방향으로 적층되어 대면적으로 형성되는 담체 모듈로 이루어지는 발열 담체 모듈 조립체 및 이를 포함하는 히터 시스템과, 유해가스 처리 시스템과, 미세입자 처리 시스템에 관한 것으로서, 전기 저항에 의해 가열이 가능한 발열체로서 하나 이상의 관통 채널이 내부에 형성되는 담체가 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 적층되어 형성되는 담체 모듈 및 상기 담체 모듈의 내부에서 각 담체가 서로 통전될 수 있도록, 상기 수평 방향 또는 상기 수직 방향으로 서로 이웃하는 담체 사이에 선택적으로 설치되는 접촉 단자를 포함하고, 상기 접촉 단자는, 상기 서로 이웃하는 담체 사이에서 탄성적으로 압축되게 설치될 수 있다.

Description

발열 담체 모듈 조립체 및 이를 포함하는 히터 시스템과, 유해가스 처리 시스템과, 미세입자 처리 시스템{Heating substrate module assembly and heater system including same, harmful gas treatment system, and fine particle treatment system}
본 발명은 발열 담체 모듈 조립체 및 이를 포함하는 히터 시스템과, 유해가스 처리 시스템과, 미세입자 처리 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 복수의 발열 담체가 수평 방향 및 수직 방향으로 적층되어 대면적으로 형성되는 담체 모듈로 이루어지는 발열 담체 모듈 조립체 및 이를 포함하는 히터 시스템과, 유해가스 처리 시스템과, 미세입자 처리 시스템에 관한 것이다.
세라믹 재질 또는 금속 재질의 원기둥 또는 다각기둥 형상으로 형성되고, 내부로 공기가 통과할 수 있도록 복수의 관통 채널이 서로 평행하게 천공되어, 내부에 벌집(Honeycomb) 모양의 채널 구조를 가지는 일종의 허니컴 구조체인 발열 담체는, 전기의 통전 시 자체의 전기저항에 의하여 소정의 온도로 가열될 수 있는 특성, 다공질체로 형성되어 각종 촉매물질을 담지할 수 있는 특성 및 관통 채널을 통과하는 공기 중에 포함된 유해가스 물질이나 미세입자를 포집할 수 있는 특성을 이용하여 다양한 분야에서 활용될 수 있다.
예컨대, 자체 발열을 이용하여 온풍을 배출하는 히터 시스템에 이용되거나, 내부에 담지된 촉매물질 및 자체발열에 의한 촉매반응을 이용하여 관통 채널에 포집된 유해가스 물질을 분해하는 유해가스 처리 시스템에 이용되거나, 다공질체로 형성되는 관통 채널의 내벽에 포집된 미세입자를 자체발열에 의해 태워서 처리하는 미세입자 처리 시스템에 이용되는 등 매우 다양한 분야에서 활용될 수 있다.
일반적으로, 발열 담체는, 모노리스(Monolith) 형태로 일체형으로 구성될 수도 있지만, 발열에 의한 내열충격성 확보나, 처리 효율 증가를 위한 대면적 형성을 위해, 복수의 담체를 적층하여 형성한 접합형의 발열 담체 모듈 조립체로도 구성될 수 있다. 이때, 발열 담체 모듈 조립체의 각 담체는, 수평 방향 또는 수직 방향으로 서로 이웃하는 담체 사이에 선택적으로 설치되는 접촉 단자에 의해, 직렬이나 병렬 또는 직렬과 병렬의 조합 등 다양한 형태로 통전되도록, 발열 담체 모듈 조립체 내에서 전류의 흐름 방향을 제어할 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 발열 담체 모듈 조립체는, 서로 이웃하는 담체 사이를 통전되도록 연결하는 접촉 단자의 접촉 불량이 빈번하게 발생하여 각 담체 간의 통전이 원활하게 이루어지지 않거나, 담체와 접촉 단자 간의 틈 사이로 공기가 새는 문제점이 있었다.
이와 같이, 발열 담체 모듈 조립체의 자체 발열이 원활하게 이루어지지 않고 담체 사이로 공기가 새는 문제로 인해, 발열 담체 모듈 조립체를 히터 시스템으로 사용 시, 난방 효율이 떨어지거나, 유해가스 처리 시스템이나 미세입자 처리 시스템으로 사용 시, 유해가스나 미세입자의 처리 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 탄성력을 가지는 구조의 접촉 단자를 이용하여, 담체와 접촉 단자 간의 접촉 불량을 방지하고, 담체와 접촉 단자 간에 틈이 발생하지 않도록 밀봉되어 공기가 새는 것을 방지할 수 있는 발열 담체 모듈 조립체 및 이를 포함하는 히터 시스템과, 유해가스 처리 시스템과, 미세입자 처리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 발열 담체 모듈 조립체가 제공된다. 상기 발열 담체 모듈 조립체는, 전기 저항에 의해 가열이 가능한 발열체로서 하나 이상의 관통 채널이 내부에 형성되는 담체가 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 적층되어 형성되는 담체 모듈; 및 상기 담체 모듈의 내부에서 각 담체가 서로 통전될 수 있도록, 상기 수평 방향 또는 상기 수직 방향으로 서로 이웃하는 담체 사이에 선택적으로 설치되는 접촉 단자;를 포함하고, 상기 접촉 단자는, 상기 서로 이웃하는 담체 사이에서 탄성적으로 압축되게 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 담체는, 공기가 통과할 수 있도록 복수의 관통 채널이 서로 평행하게 천공되어 내부에 벌집(Honeycomb) 모양의 채널 구조가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 접촉 단자는, 상기 서로 이웃하는 담체 사이에 선택적으로 설치되어, 상기 담체 모듈의 내부에서 각 담체를 직렬이나 병렬 또는 직렬과 병렬의 조합으로 통전시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 접촉 단자는, 탄성력을 가질 수 있도록, 횡단면의 형상이 상승 부재 및 하강 부재가 반복적으로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 접촉 단자는, 전체적으로 S자 형상, ㄹ자 형상 및 지그재그 형상 중 어느 한 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 접촉 단자는, 상기 서로 이웃하는 담체 사이로 공기가 통과하지 않고 밀봉(Sealing)될 수 있도록, 상기 산과 골짜기 형상이 상기 담체 모듈로 유입되는 공기의 유입 방향과 수직한 방향으로 연장되게 상기 서로 이웃하는 담체 사이에 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 접촉 단자는, 횡단면을 기준으로 상기 상승 부재가 일직선 형상으로 연장되어 상방으로 경사지게 형성되고, 상기 하강 부재가 일직선으로 연장되어 상기 상승 부재와 반대로 하방으로 경사지게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 접촉 단자는, 각 담체와의 접촉 면적을 증가시킬 수 있도록, 횡단면을 기준으로 일직선 형상으로 연장되어 수평 방향으로 형성되고, 상기 상승 부재와 상기 하강 부재 사이를 연결하는 수평 부재가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 접촉 단자는, 횡단면을 기준으로 상기 상승 부재가 볼록한 원호 형상 또는 오목한 원호 형상으로 연장되어 상방으로 경사지게 형성되고, 상기 하강 부재가 볼록한 원호 형상 또는 오목한 원호 형상으로 연장되어 상기 상승 부재와 반대로 하방으로 경사지게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 접촉 단자는, 각 담체와의 접촉 면적을 증가시킬 수 있도록, 횡단면을 기준으로 일직선 형상으로 연장되어 수평 방향으로 형성되고, 상기 상승 부재와 상기 하강 부재 사이를 연결하는 수평 부재가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 담체 모듈의 내부에서 상기 접촉 단자가 설치되지 않은 담체 사이에 설치되어 각 담체 사이를 절연시키는 적층 절연재; 및 상기 담체 모듈이 외부와 절연될 수 있도록, 상기 담체 모듈의 외측면을 둘러싸도록 형성되는 외곽 절연재;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 담체 모듈은, 상기 접촉 단자와 접촉하는 각 담체의 외측면에 전도성 페이스트가 도포될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 히터 시스템이 제공된다. 상기 히터 시스템은, 발열 담체 모듈 조립체; 및 상기 발열 담체 모듈 조립체로 유입되는 공기의 유입 방향을 기준으로 상기 발열 담체 모듈 조립체의 전방 또는 후방에 설치되어, 상기 발열 담체 모듈 조립체 내부에 공기의 흐름을 발생시키는 송풍팬;을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 발열 담체 모듈 조립체는, 각 담체의 상기 복수의 관통 채널을 통과하는 공기가 가열되어 온풍으로 배출될 수 있도록, 상기 각 담체가 자체의 전기저항에 의하여 소정의 온도로 가열될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 유해가스 처리 시스템이 제공된다. 상기 유해가스 처리 시스템은, 발열 담체 모듈 조립체;를 포함하고, 상기 발열 담체 모듈 조립체는, 상기 발열 담체 모듈 조립체로 유입되는 공기에 포함된 유해가스를 처리할 수 있도록, 각 담체의 상기 복수의 관통 채널의 내벽에 상기 유해가스의 분해를 촉진하는 촉매물질이 코팅되어 형성된 촉매 코팅층;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 발열 담체 모듈 조립체로 유입되는 공기의 유입 방향을 기준으로 상기 발열 담체 모듈 조립체의 전방 또는 후방에 설치되어, 상기 발열 담체 모듈 조립체 내부에 공기의 흐름을 발생시키는 송풍팬;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 발열 담체 모듈 조립체는, 상기 각 담체의 상기 복수의 관통 채널에 흡착되는 상기 유해가스의 농도가 증가되면, 상기 각 담체가 자체의 전기저항에 의하여 소정의 온도로 가열되어 흡착된 상기 유해가스를 탈착 및 분해할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 미세입자 처리 시스템이 제공된다. 상기 미세입자 처리 시스템은, 발열 담체 모듈 조립체;를 포함하고, 상기 발열 담체 모듈 조립체의 각 담체는, 발열 필터로서 기능할 수 있도록, 다수의 세공을 가지는 다공질체로 형성되고, 상기 발열 담체 모듈 조립체의 상기 각 담체에 형성된 상기 복수의 관통 채널 중, 일부 관통 채널은, 상기 발열 담체 모듈 조립체로 유입되는 공기의 유입 방향을 기준으로 후방 단부가 충전재에 의해 플러깅(Plugging)되고, 나머지 관통 채널은, 전방 단부가 상기 충전재에 의해 플러깅될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 발열 담체 모듈 조립체는, 상기 각 담체의 상기 복수의 관통 채널에서 걸러진 상기 미세입자의 농도가 증가되면, 상기 각 담체가 자체의 전기저항에 의하여 소정의 온도로 가열되어 포집(Filtering)된 상기 미세입자를 분해 및 제거할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 발열 담체 모듈 조립체는, 상기 발열 담체 모듈 조립체로 유입되는 공기에 포함된 미세입자, 유해가스 및 유증기를 저온에서 처리할 수 있도록, 각 담체의 상기 복수의 관통 채널의 내벽에 상기 미세입자와 상기 유해가스 및 상기 유증기의 분해를 촉진하는 촉매물질이 코팅되어 형성된 촉매 코팅층;을 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 탄성력을 가지는 구조의 접촉 단자를 이용하여, 담체와 접촉 단자 간의 접촉 불량을 방지함으로써, 서로 이웃하는 담체 사이의 통전을 원활하게 하고, 담체와 접촉 단자 간에 틈이 발생하지 않도록 밀봉되어 서로 이웃하는 담체 사이로 공기가 새는 것을 용이하게 방지할 수 있다. 또한, 접촉 단자를 수평 방향 또는 수직 방향으로 서로 이웃하는 담체 사이에 선택적으로 설치함으로써, 직렬이나 병렬 또는 직렬과 병렬의 조합 등 다양한 형태로 통전되도록, 발열 담체 모듈 조립체 내에서 전류의 흐름 방향을 용이하게 제어할 수 있다.
이에 따라, 발열 담체 모듈 조립체를 히터 시스템으로 사용 시, 난방 효율을 향상시키고, 유해가스 처리 시스템이나 미세입자 처리 시스템으로 사용 시, 유해가스나 미세입자의 처리 효율을 향상시키는 효과를 가지는 발열 담체 모듈 조립체 및 이를 포함하는 히터 시스템과, 유해가스 처리 시스템과, 미세입자 처리 시스템을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 담체 모듈 조립체의 정면을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 발열 담체 모듈 조립체의 담체 모듈의 일부분을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3 및 도 4는 도 2의 담체 모듈의 정면 및 평면을 개략적으로 나타내는 단면도들이다.
도 5 내지 도 8은 도 2의 담체 모듈의 서로 이웃하는 담체 사이의 설치되는 접촉 단자의 다양한 실시예들을 나타내는 단면도들이다.
도 9 및 도 10은 도 1의 발열 담체 모듈 조립체에서의 접촉 단자 설치의 다양한 실시예를 개략적으로 나타내는 단면도들이다.
도 11은 도 1의 발열 담체 모듈 조립체가 적용된 히터 시스템을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 12는 발열 필터로 기능하는 도 2의 담체 모듈의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 절단 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 담체 모듈 조립체(100)의 정면을 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 발열 담체 모듈 조립체(100)의 담체 모듈(10)의 일부분을 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 3 및 도 4는 도 2의 담체 모듈(10)의 정면 및 평면을 개략적으로 나타내는 단면도들이고, 도 5 내지 도 8은 도 2의 담체 모듈(10)의 서로 이웃하는 담체(1) 사이의 설치되는 접촉 단자(20)의 다양한 실시예들을 나타내는 단면도들이다. 그리고, 도 9 및 도 10은 도 1의 발열 담체 모듈 조립체(100)에서의 접촉 단자(20) 설치의 다양한 실시예를 개략적으로 나타내는 단면도들이고, 도 11은 도 1의 발열 담체 모듈 조립체(100)가 적용된 히터 시스템(1000)을 개략적으로 나타내는 단면도이며, 도 12는 발열 필터로 기능하는 도 2의 담체 모듈(10)의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 절단 단면도이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 담체 모듈 조립체(100)는, 크게, 담체 모듈(10)과, 접촉 단자(20)와, 적층 절연재(30)와, 외곽 절연재(40) 및 외곽 캐닝(50)을 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 담체 모듈(10)은, 전기 저항에 의해 가열이 가능한 발열체로서 다각 기둥 형상으로 형성되고, 공기가 통과할 수 있도록 복수의 관통 채널(C)이 서로 평행하게 천공되어 내부에 벌집(Honeycomb) 모양의 채널 구조가 형성되는 복수의 담체(1)가 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 적층되어 형성될 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 수평 방향 및 상기 수직 방향 중 적어도 어느 한 방향 이상으로 복수열로 적층되어 담체 모듈(10)을 이루는 담체(1)는, 다수의 세공을 갖는 다공질체로서 세라믹 재질 또는 금속 재질로 형성되고, 상기 수평 방향 또는 상기 수직 방향으로 적층될 수 있도록 사각 기둥 형상으로 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 복수의 관통 채널(C)은, 담체(1)의 연장 방향으로 서로 평행하게 천공되어 담체(1)의 내부로 공기의 흐름이 가능하도록 구성될 수 있다.
그러나, 담체(1)의 형상은 반드시 사각 기둥 형상에 국한되지 않고, 오각 기둥 형상이나 육각 기둥 형상과 같은 다각 기둥 형상 또는 원 기둥 형상 등 매우 다양한 기둥 형상으로 형성될 수 있다.
이와 같이, 담체 모듈(10)은, 사각 기둥 형상의 복수의 담체(1)가 상기 수평 방향 및 상기 수직 방향으로 복수열로 적층되어 대면적으로 형성될 수 있으며, 복수의 담체(1)의 적층 열수는 담체 모듈(10)이 설치되는 장치의 크기에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
또한, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 접촉 단자(20)는, 담체 모듈(10) 내부에서 각 담체(1)가 통전될 수 있도록, 서로 이웃하는 담체(1) 사이에 설치될 수 있다.
예컨대, 접촉 단자(20)는, 탄성력을 가지도록 형성되어, 서로 이웃하는 담체(1) 사이에서 탄성적으로 압축되게 설치될 수 있도록, 횡단면의 형상이 산과 골짜기 형상이 반복되도록 형성되어, 전체적으로 S자 형상, ㄹ자 형상 및 지그재그 형상 중 어느 한 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 접촉 단자(20)가 서로 이웃하는 담체(1) 사이에서 탄성적으로 압축될 수 있도록, 서로 이웃하는 담체(1) 사이의 이격 거리는 접촉 단자(20)의 산과 골짜기 형상의 높이 보다 짧은 거리로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다.
이와 같이, 접촉 단자(20)가 서로 이웃하는 담체(1) 사이에서 탄성적으로 압축되게 설치됨으로써, 탄성 압축력에 의해 접촉 단자(20)가 서로 이웃하는 담체(1)의 양측면을 가압하는 형태로 설치되어, 담체(1)와 접촉 단자(20) 간의 접촉 불량을 방지하여, 서로 이웃하는 담체(1) 사이의 통전을 원활하게 할 수 있다.
또한, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 접촉 단자(20)는, 서로 이웃하는 담체(1) 사이로 공기가 통과하지 않고 완전히 밀봉(Sealing)될 수 있도록, 상기 산과 골짜기 형상이 담체 모듈(10)로 유입되는 공기의 유입 방향과 수직한 방향으로 연장되게 서로 이웃하는 담체(1) 사이에 설치될 수 있다.
예컨대, 접촉 단자(20)의 상기 산과 골짜기 형상이 담체 모듈(10)로 유입되는 공기의 유입 방향과 평행한 방향으로 연장되게 서로 이웃하는 담체(1) 사이에 설치되면, 접촉 단자(20)의 상기 산과 골짜기 형상의 사이로 공기가 빠져나감으로써, 서로 이웃하는 담체(1)의 사이가 밀봉되지 못할 수 있다.
그러나, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 접촉 단자(20)의 상기 산과 골짜기 형상이 담체 모듈(10)로 유입되는 공기의 유입 방향과 수직한 방향으로 연장되게 서로 이웃하는 담체(1) 사이에 설치될 경우, 접촉 단자(20)가 가림막 역할을 해주어 서로 이웃하는 담체(1) 사이로 공기가 빠져나가는 것을 방지할 수 있다. 이때, 접촉 단자(20)의 탄성력으로 인해 접촉 단자(20)가 서로 이웃하는 담체(1)의 양측면을 가압하는 형태로 설치됨으로써, 서로 이웃하는 담체(1) 사이의 밀봉력을 더욱 증가시킬 수 있다.
또한, 담체 모듈(10)은, 접촉 단자(20)와 접촉하는 각 담체(1)의 외측면에 전도성 페이스트가 도포됨으로써, 접촉 단자(20)의 설치를 용이하게 하고, 담체(1)와 접촉 단자(20) 간의 통전력을 증가시키며, 밀봉력 또한 증가시킬 수 있다.
예컨대, 접촉 단자(20)의 설치 시, 담체(1)의 외측면에 도포된 상기 전도성 페이스트의 점성으로 인하여, 담체(1)의 외측면에 접촉 단자(20)가 임시 고정될 수 있으며, 그 옆에 또 다른 담체(1)를 위치시킴으로써, 서로 이웃하는 담체(1) 사이에 접촉 단자(20)의 설치를 완료할 수 있다.
또한, 상기 전도성 페이스트는, 점성과 유동성이 있는 수지용액에 금속 분말, 바인더 등이 분산된 복합 재료인 메탈 페이스트(Metal paste)로서, 담체(1)와 접촉 단자(20) 간의 통전을 더욱 용이하게 유도할 수 있으며, 담체(1)와 접촉 단자(20) 간의 틈을 완전히 메꿔줌으로써, 서로 이웃하는 담체(1) 사이의 밀봉력을 더욱 증대시키는 효과를 가질 수 있다.
이러한, 상기 전도성 페이스트는, 다양한 종류의 메탈 페이스트가 적용될 수 있다. 예컨대, 발열 담체 모듈 조립체(100)가 300℃ 내지 400℃ 이상의 고온 환경에 설치될 경우, 은(Ag) 분말이 도전재로 들어간 은 페이스트가 적용될 수 있으며, 300℃ 내지 400℃ 이하의 환경에 설치될 경우, 니켈(Ni) 분말이 도전재로 들어간 니켈 페이스트가 적용될 수 있다. 그러나, 상기 전도성 페이스트는, 상술한 상기 은 페이스트 및 상기 니켈 페이스트에 반드시 국한되지 않고, 금(Au)이나 알루미늄(Al)이나 납(Pb) 등 다양한 금속이 도전재로 들어간 다양한 종류의 상기 메탈 페이스트가 적용될 수 있다.
이와 같이, 서로 이웃하는 담체(1) 사이에 설치되어, 담체(1) 간 통전을 시키는 접촉 단자(20)는, 스프링과 같이 탄성력을 가질 수 있도록, 횡단면의 형상이 상승 부재(21) 및 하강 부재(22)가 반복적으로 배치되어 산과 골짜기 형상을 이루도록 형성되는 매우 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 접촉 단자(20)는, 횡단면을 기준으로 상승 부재(21)가 일직선 형상으로 연장되어 상방으로 경사지게 형성되고, 하강 부재(22)가 일직선으로 연장되어 상승 부재(21)와 반대로 하방으로 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 접촉 단자(20)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 각 담체(1)와의 접촉 면적을 증가시킬 수 있도록, 횡단면을 기준으로 일직선 형상으로 연장되어 수평 방향으로 형성되고, 상승 부재(21)와 하강 부재(22) 사이를 연결하는 수평 부재(23)가 더 형성될 수도 있다.
이외에도, 접촉 단자(20)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 횡단면을 기준으로 상승 부재(21)가 볼록한 원호 형상 또는 오목한 원호 형상으로 연장되어 상방으로 경사지게 형성되고, 하강 부재(22)가 볼록한 원호 형상 또는 오목한 원호 형상으로 연장되어 상승 부재(21)와 반대로 하방으로 경사지게 형성될 수 있다.
이때, 상승 부재(21)와 하강 부재(22)가 볼록한 원호 형상 또는 오목한 원호 형상으로 연장되게 형성되는 경우에도, 도 8에 도시된 바와 같이, 각 담체(1)와의 접촉 면적을 증가시킬 수 있도록, 횡단면을 기준으로 일직선 형상으로 연장되어 수평 방향으로 형성되고, 상승 부재(21)와 하강 부재(22) 사이를 연결하는 수평 부재(23)가 더 형성될 수 있음은 물론이다.
이와 같이, 접촉 단자(20)는, 횡단면의 형상이 상승 부재(21) 및 하강 부재(22)가 반복적으로 배치되어 산과 골짜기 형상을 이루도록 형성되어, 스프링과 같이 탄성력을 가지도록 형성됨으로써, 서로 이웃하는 담체(1) 사이에서 탄성적으로 압축되게 설치될 수 있다.
따라서, 접촉 단자(20)가 서로 이웃하는 담체(1) 사이에서 탄성적으로 압축되게 설치됨으로써, 탄성 압축력에 의해 접촉 단자(20)가 서로 이웃하는 담체(1)의 양측면을 가압하는 형태로 설치되어, 담체(1)와 접촉 단자(20) 간의 접촉 불량을 방지하여, 서로 이웃하는 담체(1) 사이의 통전을 원활하게 할 수 있으며, 담체(1)와 접촉 단자(20) 간에 틈이 발생하지 않도록 밀봉되어 서로 이웃하는 담체(1) 사이로 공기가 새는 것을 방지할 수 있다.
또한, 접촉 단자(20)는, 담체 모듈(10) 내부에서 각 담체(1)가 직렬이나 병렬 또는 직렬과 병렬의 조합으로 통전될 수 있도록, 상기 수평 방향 또는 상기 수직 방향으로 서로 이웃하는 담체(1) 사이에 선택적으로 설치될 수 있다.
예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 접촉 단자(20)는, 상기 수평 방향으로 이웃하는 담체(1) 사이에만 설치되어, 담체 모듈(10)의 각 열이 직렬로 통전되도록 할 수 있다. 이와 같이, 담체 모듈(10)의 각 열이 직렬 형태로 독립적으로 연결됨으로써, 담체 모듈(10)의 각 열에 동일한 양의 전류를 공급하여 동일한 온도로 발열하게 하거나, 각 열에 서로 다른 양의 전류를 공급하여 각각의 열이 서로 다른 온도로 발열하도록 제어하는 것이 가능할 수 있다.
이때, 담체 모듈(10)의 내부에서 접촉 단자(20)가 설치되지 않은 담체(1) 사이에는 적층 절연체(30)가 설치되어 각 담체(1) 사이를 절연시킬 수 있으며, 또한, 담체 모듈(10)의 외측면을 둘러싸도록 외곽 절연재(40)가 설치되어 담체 모듈(10) 전체를 외부와 절연시킬 수 있다. 이러한, 적층 절연체(30) 및 외곽 절연재(40)는, 절연 기능 이외에도 담체 모듈(10)의 원활한 발열을 위해 단열 기능까지 수행할 수 있으며, 외곽 절연재(40)를 둘러싸도록 최종적으로 금속 재질의 외곽 캐닝(50)이 형성되어, 발열 담체 모듈 조립체(100)가 모듈화될 수 있다.
또한, 접촉 단자(20)는, 도시되진 않았지만, 상기 수직 방향으로 이웃하는 담체(1) 사이에만 설치되어, 담체 모듈(10)의 각 행이 병렬로 통전되도록 할 수도 있으며, 이외에도, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 접촉 단자(20)가 상기 수평 방향 또는 상기 수직 방향으로 서로 이웃하는 담체(1) 사이에 선택적으로 설치되어, 담체 모듈(10) 내부에서 각 담체(1)가 직렬과 병렬의 조합으로 통전되도록 할 수 있다.
이와 같이, 접촉 단자(20)가, 담체 모듈(10) 내부에서 수평 방향 또는 수직 방향으로 서로 이웃하는 담체(1) 사이에 선택적으로 설치됨으로써, 각 담체(1)가 직렬이나 병렬 또는 직렬과 병렬의 조합 등 다양한 형태로 통전되도록 구성하여, 담체 모듈(10) 내에서 전류의 흐름 방향을 필요에 따라 다양하게 제어할 수 있다. 이때, 하나의 그룹으로 통전되게 연결된 담체의 각 연결 그룹에 동일한 양의 전류를 공급하여 동일한 온도로 발열하게 하거나, 각 연결 그룹에 서로 다른 양의 전류를 공급하여 서로 다른 온도로 발열하도록 제어 가능함은 물론이다.
이러한, 발열 담체 모듈 조립체(100)는, 매우 다양한 분야에서 활용될 수 있다.
예컨대, 도 11에 도시된 바와 같이, 발열 담체 모듈 조립체(100)는, 히터 시스템(1000)에 적용될 수 있다.
더욱 구체적으로, 히터 시스템(1000)은, 발열 담체 모듈 조립체(100) 및 발열 담체 모듈 조립체(100)로 유입되는 공기의 유입 방향을 기준으로 발열 담체 모듈 조립체(100)의 전방 또는 후방에 설치되어, 발열 담체 모듈 조립체(100) 내부에 공기의 흐름을 발생시키는 송풍팬(200)을 포함하여 구성될 수 있다.
히터 시스템(1000)의 발열 담체 모듈 조립체(100) 및 송풍팬(200)은 별개의 파트로 분리되어 형성될 수 있으며, 주름관과 같은 플렉시블한 연결관(400)에 의해 공기의 흐름이 연통되도록 서로 연결될 수 있다.
이때, 발열 담체 모듈 조립체(100)는, 각 담체(1)의 복수의 관통 채널(C)을 통과하는 공기가 가열되어 온풍으로 배출될 수 있도록, 컨트롤러(300)로부터 전류를 공급 받아 각 담체(1)가 자체의 전기저항에 의하여 소정의 온도로 가열될 수 있다. 컨트롤러(300)는, 송풍팬(200) 파트와도 전기적으로 연결되어, 발열 담체 모듈 조립체(100) 파트와 송풍팬(200) 파트에 각각 적절한 전압과 전류의 전기를 배분하여 공급할 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 발열 담체 모듈 조립체(100)와 송풍팬(200)이 별도의 파트로 분리되어 형성되는 것을 예로 들었지만, 반드시 도 11에 국한되지 않고, 발열 담체 모듈 조립체(100)와 송풍팬(200) 하나의 파트로 통합되어 형성될 수도 있다.
이외에도, 발열 담체 모듈 조립체(100)는, 유해가스 처리 시스템에 적용될 수도 있다.
예컨대, 상기 유해가스 처리 시스템은, 발열 담체 모듈 조립체(100)를 포함하고, 발열 담체 모듈 조립체(100)는, 발열 담체 모듈 조립체(100)로 유입되는 공기에 포함된 유해가스를 처리할 수 있도록, 각 담체(1)의 복수의 관통 채널(C)의 내벽(Wall)에 상기 유해가스의 분해를 촉진하는 촉매물질이 코팅되어 형성된 촉매 코팅층을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 유해가스 처리 시스템은, 공기의 유량이 존재하는 환경에 설치될 경우에는, 별도의 송풍팬을 포함하지 않으며, 공기의 유량이 존재하지 않는 환경에 설치될 경우에는, 도 11에 도시된 상술한 히터 시스템(1000)의 구성과 유사하게 발열 담체 모듈 조립체(100)로 유입되는 공기의 유입 방향을 기준으로 발열 담체 모듈 조립체(100)의 전방 또는 후방에 설치되어, 발열 담체 모듈 조립체(100) 내부에 공기의 흐름을 발생시키는 송풍팬을 더 포함할 수 있다.
이에 따라, 유입된 공기가 발열 담체 모듈 조립체(100)의 담체 모듈(10)을 구성하는 각 담체(1)의 복수의 관통 채널(C)을 통과하는 과정에서, 공기에 포함된 상기 유해가스의 성분이 흡착될 수 있으며, 각 담체(1)가 자체의 전기저항에 의하여 소정의 온도로 가열됨으로써, 상기 촉매 코팅층의 촉매 반응에 의해 흡착된 상기 유해가스를 분해하여 처리할 수 있다.
여기서, 상기 유해가스 처리 시스템을 통해 처리될 수 있는 상기 유해가스로는, 휘발성유기화합물, 산화질소(NOx), 악취, 각종 탄화수소(CxHy), 일산화탄소(CO), 오존 및 유해 라디칼(수산화라디칼 등), 아산화질소(N20) 및 과불화화합물(Poly- & Per-fluorinated Compounds, PFC) 등의 온실가스 등을 포함하며, 더 나아가 병원균, 바이러스 등도 포함할 수 있다. 또한, 상기 촉매 코팅층으로 사용되는 상기 촉매물질로는, Pt, Pd, Rh, Fe, Cu, Ni, Mn, Co, Ag, Au, V, Ti 및 Mo 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 금속, 또는 이러한 금속을 하나 이상 포함하는 화합물 또는 산화물을 포함할 수 있다.
또한, 이외에도, 발열 담체 모듈 조립체(100)는, 미세입자 처리 시스템에 적용될 수도 있다.
예컨대, 발열 담체 모듈 조립체(100)가 상기 미세입자 처리 시스템에 적용될 경우, 발열 담체 모듈 조립체(100)의 각 담체(1)는, 도 12에 도시된 바와 같이, 발열 필터로서 기능할 수 있도록, 다수의 세공을 가지는 다공질체로 형성되고, 복수의 관통 채널(C) 중, 일부 관통 채널은, 발열 담체 모듈 조립체(100)로 유입되는 공기의 유입 방향을 기준으로 후방 단부가 충전재(P)에 의해 플러깅(Plugging)되고, 나머지 관통 채널은, 전방 단부가 충전재(P)에 의해 플러깅될 수 있다.
즉, 하나의 관통 채널에서는, 전방 단부가 개방되어 있는 한편 후방 단부가 충전재(P)에 의해 플러깅되어 있으며, 이에 인접한 다른 관통 채널에서는, 전방 단부가 충전재(P)에 의해 플러깅되는 한편 후방 단부가 개방되어 있을 수 있다. 이러한, 플러깅에 의해 각 관통 채널이 교대로 전방 단부 또는 후방 단부가 개방된 형태로 형성될 수 있다.
이에 따라, 전방 단부가 개방된 관통 채널로 유입된 공기는 다수의 세공을 가지는 다공질체로 형성되는 관통 채널의 벽부를 통과하여 후방 단부가 개방된 관통 채널을 통해 빠져나갈 수 있으며, 다공질체의 상기 벽부를 통과하는 과정에서 공기에 포함된 상기 미세입자가 포집될 수 있다.
여기서, 발열 필터로서 기능하는 발열 담체 모듈 조립체(100)에 포집되는 주요 대상 미세입자는, 유증기 액적, 병원균, 바이러스, 카본(Carbon) 함유 미세입자, 유기물 함유 미세입자 등 다양한 종류의 유해한 미세입자가 그 대상이 될 수 있다.
이때, 발열 담체 모듈 조립체(100)는, 각 담체(1)의 복수의 관통 채널(C)에서 걸러진 상기 미세입자의 농도가 증가되면, 각 담체(1)가 자체의 전기저항에 의하여 소정의 온도로 가열되어 포집된 상기 미세입자를 태움으로써 분해 처리를 할 수 있다. 이와 같이, 상기 미세입자 처리 시스템은, 자체 발열 가능한 발열 담체 모듈 조립체(100)를 발열 필터로 이용하여 포집된 상기 미세입자를 태움으로써, 별도의 추가적인 가열 장치 없이 상기 미세입자를 처리할 수 있는 장점을 가질 수 있다.
또한, 상기 미세입자 처리 시스템은, 발열 담체 모듈 조립체(100)로 유입되는 공기에 포함된 유증기 액적 및 유해가스의 분해도 함께 저온에서 처리할 수 있도록, 발열 담체 모듈 조립체(100)가 각 담체(1)의 복수의 관통 채널(C)의 내벽(Wall)에 상기 유해 성분의 분해를 촉진하는 촉매물질이 코팅되어 형성된 촉매 코팅층을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 촉매 코팅층의 구성 및 역할은, 상술한 상기 유해가스 처리 시스템과 동일할 수 있다. 따라서, 상세한 설명은 생략한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 담체 모듈 조립체(100)는, 탄성력을 가지는 구조의 접촉 단자(20)를 이용하여, 담체(1)와 접촉 단자(20) 간의 접촉 불량을 방지함으로써, 서로 이웃하는 담체(1) 사이의 통전을 원활하게 하고, 담체(1)와 접촉 단자(20) 간에 틈이 발생하지 않도록 밀봉되어 서로 이웃하는 담체(1) 사이로 공기가 새는 것을 용이하게 방지할 수 있다. 또한, 접촉 단자(20)를 수평 방향 또는 수직 방향으로 서로 이웃하는 담체(1) 사이에 선택적으로 설치함으로써, 담체(1) 들이 직렬이나 병렬 또는 직렬과 병렬의 조합 등 다양한 형태로 통전되도록 하여, 담체 모듈(10) 내에서 각 담체(1) 간의 전류의 흐름 방향을 다양한 형태로 제어할 수 있다.
이에 따라, 발열 담체 모듈 조립체(100)를 히터 시스템(1000)으로 사용 시, 난방 효율을 향상시키고, 상기 유해가스 처리 시스템이나 상기 미세입자 처리 시스템으로 사용 시, 상기 유해가스나 상기 미세입자의 처리 효율을 향상시키는 효과를 가질 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 담체
10: 담체 모듈
20: 접촉 단자
21: 상승 부재
22: 하강 부재
23: 수평 부재
30: 적층 절연재
40: 외곽 절연재
50: 외곽 캐닝
100: 발열 담체 모듈 조립체
200: 송풍팬
1000: 히터 시스템
C: 복수의 관통 채널
P: 충전재

Claims (20)

  1. 전기 저항에 의해 가열이 가능한 발열체로서 하나 이상의 관통 채널이 내부에 형성되는 담체가 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 적층되어 형성되는 담체 모듈; 및
    상기 담체 모듈의 내부에서 각 담체가 서로 통전될 수 있도록, 상기 수평 방향 또는 상기 수직 방향으로 서로 이웃하는 담체 사이에 선택적으로 설치되는 접촉 단자;를 포함하고,
    상기 접촉 단자는,
    상기 서로 이웃하는 담체 사이에서 탄성적으로 압축되게 설치되는, 발열 담체 모듈 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 담체는,
    공기가 통과할 수 있도록 복수의 관통 채널이 서로 평행하게 천공되어 내부에 벌집(Honeycomb) 모양의 채널 구조가 형성되는, 발열 담체 모듈 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉 단자는,
    상기 서로 이웃하는 담체 사이에 선택적으로 설치되어, 상기 담체 모듈의 내부에서 각 담체를 직렬이나 병렬 또는 직렬과 병렬의 조합으로 통전시키는, 발열 담체 모듈 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉 단자는,
    탄성력을 가질 수 있도록, 횡단면의 형상이 상승 부재 및 하강 부재가 반복적으로 배치됨으로써 산과 골짜기 형상을 이루도록 형성되는, 발열 담체 모듈 조립체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 접촉 단자는,
    전체적으로 S자 형상, ㄹ자 형상 및 지그재그 형상 중 어느 한 형상으로 형성되는, 발열 담체 모듈 조립체.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 접촉 단자는,
    상기 서로 이웃하는 담체 사이로 공기가 통과하지 않고 밀봉(Sealing)될 수 있도록, 상기 산과 골짜기 형상이 상기 담체 모듈로 유입되는 공기의 유입 방향과 수직한 방향으로 연장되게 상기 서로 이웃하는 담체 사이에 설치되는, 발열 담체 모듈 조립체.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 접촉 단자는,
    횡단면을 기준으로 상기 상승 부재가 일직선 형상으로 연장되어 상방으로 경사지게 형성되고, 상기 하강 부재가 일직선으로 연장되어 상기 상승 부재와 반대로 하방으로 경사지게 형성되는, 발열 담체 모듈 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 접촉 단자는,
    각 담체와의 접촉 면적을 증가시킬 수 있도록, 횡단면을 기준으로 일직선 형상으로 연장되어 수평 방향으로 형성되고, 상기 상승 부재와 상기 하강 부재 사이를 연결하는 수평 부재가 형성되는, 발열 담체 모듈 조립체.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 접촉 단자는,
    횡단면을 기준으로 상기 상승 부재가 볼록한 원호 형상 또는 오목한 원호 형상으로 연장되어 상방으로 경사지게 형성되고, 상기 하강 부재가 볼록한 원호 형상 또는 오목한 원호 형상으로 연장되어 상기 상승 부재와 반대로 하방으로 경사지게 형성되는, 발열 담체 모듈 조립체.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 접촉 단자는,
    각 담체와의 접촉 면적을 증가시킬 수 있도록, 횡단면을 기준으로 일직선 형상으로 연장되어 수평 방향으로 형성되고, 상기 상승 부재와 상기 하강 부재 사이를 연결하는 수평 부재가 형성되는, 발열 담체 모듈 조립체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 담체 모듈의 내부에서 상기 접촉 단자가 설치되지 않은 담체 사이에 설치되어 각 담체 사이를 절연시키는 적층 절연재; 및
    상기 담체 모듈이 외부와 절연될 수 있도록, 상기 담체 모듈의 외측면을 둘러싸도록 형성되는 외곽 절연재;
    를 더 포함하는, 발열 담체 모듈 조립체.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 담체 모듈은,
    상기 접촉 단자와 접촉하는 각 담체의 외측면에 전도성 페이스트가 도포되는, 발열 담체 모듈 조립체.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 발열 담체 모듈 조립체; 및
    상기 발열 담체 모듈 조립체로 유입되는 공기의 유입 방향을 기준으로 상기 발열 담체 모듈 조립체의 전방 또는 후방에 설치되어, 상기 발열 담체 모듈 조립체 내부에 공기의 흐름을 발생시키는 송풍팬;
    을 포함하는 히터 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 발열 담체 모듈 조립체는,
    각 담체의 상기 복수의 관통 채널을 통과하는 공기가 가열되어 온풍으로 배출될 수 있도록, 상기 각 담체가 자체의 전기저항에 의하여 소정의 온도로 가열되는, 히터 시스템.
  15. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 발열 담체 모듈 조립체;를 포함하고,
    상기 발열 담체 모듈 조립체는,
    상기 발열 담체 모듈 조립체로 유입되는 공기에 포함된 유해가스를 처리할 수 있도록, 각 담체의 상기 복수의 관통 채널의 내벽에 상기 유해가스의 분해를 촉진하는 촉매물질이 코팅되어 형성된 촉매 코팅층;
    을 더 포함하는, 유해가스 처리 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 발열 담체 모듈 조립체로 유입되는 공기의 유입 방향을 기준으로 상기 발열 담체 모듈 조립체의 전방 또는 후방에 설치되어, 상기 발열 담체 모듈 조립체 내부에 공기의 흐름을 발생시키는 송풍팬;
    을 더 포함하는, 유해가스 처리 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 발열 담체 모듈 조립체는,
    상기 각 담체의 상기 복수의 관통 채널에 흡착되는 상기 유해가스의 농도가 증가되면, 상기 각 담체가 자체의 전기저항에 의하여 소정의 온도로 가열되어 흡착된 상기 유해가스를 탈착 및 분해하는, 유해가스 처리 시스템.
  18. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 발열 담체 모듈 조립체;를 포함하고,
    상기 발열 담체 모듈 조립체의 각 담체는,
    발열 필터로서 기능할 수 있도록, 다수의 세공을 가지는 다공질체로 형성되고,
    상기 발열 담체 모듈 조립체의 상기 각 담체에 형성된 상기 복수의 관통 채널 중, 일부 관통 채널은, 상기 발열 담체 모듈 조립체로 유입되는 공기의 유입 방향을 기준으로 후방 단부가 충전재에 의해 플러깅(Plugging)되고, 나머지 관통 채널은, 전방 단부가 상기 충전재에 의해 플러깅되는, 미세입자 처리 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 발열 담체 모듈 조립체는,
    상기 각 담체의 상기 복수의 관통 채널에서 걸러진 미세입자의 농도가 증가되면, 상기 각 담체가 자체의 전기저항에 의하여 소정의 온도로 가열되어 포집(Filtering)된 상기 미세입자를 분해 및 제거하는, 미세입자 처리 시스템.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 발열 담체 모듈 조립체는,
    상기 발열 담체 모듈 조립체로 유입되는 공기에 포함된 미세입자, 유해가스 및 유증기를 저온에서 처리할 수 있도록, 각 담체의 상기 복수의 관통 채널의 내벽에 상기 미세입자와 상기 유해가스 및 상기 유증기의 분해를 촉진하는 촉매물질이 코팅되어 형성된 촉매 코팅층;
    을 더 포함하는, 미세입자 처리 시스템.
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