KR20240083192A - 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체 - Google Patents

복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발열체의 주재료인 탄화규소(SiC)에 비산화물계 세라믹, 산화물계 세라믹, 금속 분말을 첨가제로 넣어줌으로써, 원적외선 방사 효과와 음이온 발생 효과를 부가할 수 있음은 물론 발열체 재료의 저항을 높일 수 있고, 탄화규소(SiC)에 비산화물계 세라믹, 산화물계 세라믹, 금속 분말을 첨가제를 넣은 혼합된 재료에 비드 형태의 PE, 흑연, 카본을 첨가하여 줌으로써, 높은 기공율을 가지게 하고, 비표면적을 극대화하여 표면을 통한 열 방출 효과를 가질 수 있게 할 뿐만 아니라 촉매를 코팅할 때 접착 강도 및 촉매 담지량을 높게 할 수 있으며, 넓은 표면적과 우수한 열전도율을 갖는 발열체 재료로 인하여 열 교환 특성이 우수하여 에너지 효율을 극대화 할 수 있음은 물론 고온에서의 우수한 내부식성을 갖고, 악취 저감 장치, 휘발성 유기 화합물(VOC : volatile organic compound) 제거 장치, 총 탄화수소(THC : Total Hydrocarbon) 제거 장치는 물론 헤어 드라이기, 순간온수기, 세탁기용 건조기, 보일러, 배기가스 저감장치용 히터에 적용할 수 있으므로 그 사용 및 적용 대상이 광범위한 효과가 있다.

Description

복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체{A porous silicon carbide(SiC) electric heating element with multiple channels}
본 발명은 발열체의 주재료인 탄화규소(SiC)에 비산화물계 세라믹, 산화물계 세라믹, 금속 분말을 첨가제로 넣어줌으로써, 원적외선 방사 효과와 음이온 발생 효과를 부가할 수 있음은 물론 발열체 재료의 저항을 높일 수 있고, 탄화규소(SiC)에 비산화물계 세라믹, 산화물계 세라믹, 금속 분말을 첨가제를 넣은 혼합된 재료에 비드 형태의 PE, 흑연, 카본을 첨가하여 줌으로써, 높은 기공율을 가지게 하고, 비표면적을 극대화하여 표면을 통한 열 방출 효과를 가질 수 있게 할 뿐만 아니라 촉매를 코팅할 때 접착 강도 및 촉매 담지량을 높게 할 수 있으며, 넓은 표면적과 우수한 열전도율을 갖는 발열체 재료로 인하여 열 교환 특성이 우수하여 에너지 효율을 극대화 할 수 있음은 물론 고온에서의 우수한 내부식성을 갖고, 악취 저감 장치, 휘발성 유기 화합물(VOC : volatile organic compound) 제거 장치, 총 탄화수소(THC : Total Hydrocarbon) 제거 장치에 적용할 수 있으므로 그 사용 및 적용 대상이 광범위한 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체에 관한 기술이다.
최근 들어, 환경 문제로서 디젤 엔진의 배기가스 처리나, 산업 폐기물 소각시의 배기가스 처리(탈취) 등이 문제가 되고 있으며, 그 처리 방법으로서 내연기관의 배기 경로 상에 배기가스 필터를 설치해, 배기가스 중의 미립자를 포집해 더욱이 그 포집된 미립자를 발화해 연소시킨다는 처리 기술이 넓게 연구되고 있다.
또한 각종 가정에서 사용하고 있는 많은 제품들인 헤어 드라이기, 순간온수기, 냉온수기, 세탁기용 건조기, 가스레인지, 보일러 등에 금속으로 만든 히터를 사용하고 있다.
하지만, 도 1에 도시한 바와 같은 금속류로 만든 히터의 경우는 플레이트(plate) 구조로 열 교환의 효과가 저조할 뿐만 아니라 내열 충격성에 대한 문제도 갖고 있다. 그러므로 예를 들어, 순간온수기와 냉온수기 및 보일러에 적용되는 경우, 열 교환의 효과가 저조하고 내열 충격성이 약하며, 헤어 드라이기와 세탁기용 건조기와 가스레인지에 적용되는 경우 전력 소모가 많은 문제점을 갖고 있다.
한편, 최근 들어 환경 개선의 일환으로 탄소, 미세 먼지 등의 발생량을 최소화하려는 움직임이 있는데, 그 중에서 미세먼지의 원인 물질인 VOC, THC 등의 제거 방법으로 기존에 사용하는 가스버너를 사용하여 왔으나, 에너지 효율의 저감은 물론 환경에도 악영향을 끼치고 있는 문제점이 있다.
따라서 발열체의 주재료인 탄화규소(SiC)에 비산화물계 세라믹, 산화물계 세라믹, 금속 분말을 첨가제로 넣어주므로 원적외선 방사 효과와 음이온 발생 효과를 부가할 수 있음은 물론 발열체 재료의 저항을 높일 수 있고, 탄화규소(SiC)에 비산화물계 세라믹, 산화물계 세라믹, 금속 분말을 첨가제를 넣은 혼합된 재료에 비드 형태의 PE, 흑연, 카본을 첨가하여 주어 높은 기공율을 가지게 하고, 비표면적을 극대화하여 표면을 통한 열 방출 효과를 가질 수 있게 할 뿐만 아니라 촉매를 코팅할 때 접착 강도 및 촉매 담지량을 높게 할 수 있으며, 넓은 표면적과 우수한 열전도율을 갖는 발열체 재료로 인하여 열 교환 특성이 우수하여 에너지 효율을 극대화 할 수 있음은 물론 고온에서의 우수한 내부식성을 갖는 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
KR 10-2007-0020641(2007. 2. 28)
이에 본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 착상된 것으로서, 발열체의 주재료인 탄화규소(SiC)에 비산화물계 세라믹, 산화물계 세라믹, 금속 분말을 첨가제로 넣어줌으로써, 원적외선 방사 효과와 음이온 발생 효과를 부가할 수 있음은 물론 발열체 재료의 저항을 높일 수 있는 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한 본 발명의 목적은 탄화규소(SiC)에 비산화물계 세라믹, 산화물계 세라믹, 금속 분말을 첨가제를 넣은 혼합된 재료에 비드 형태의 PE, 흑연, 카본을 첨가하여 줌으로써, 높은 기공율을 가지게 하고, 비표면적을 극대화하여 표면을 통한 열 방출 효과를 가질 수 있게 할 뿐만 아니라 촉매를 코팅할 때 접착 강도 및 촉매 담지량을 높게 할 수 있는 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체를 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 목적은 넓은 표면적과 우수한 열전도율을 갖는 발열체 재료로 인하여 열 교환 특성이 우수하여 에너지 효율을 극대화 할 수 있음은 물론 고온에서의 우수한 내부식성을 갖는 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체를 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 목적은 악취 저감 장치, 휘발성 유기 화합물(VOC : volatile organic compound)) 제거 장치, 총 탄화수소(THC : Total Hydrocarbon) 제거 장치는 물론 헤어 드라이기, 순간온수기, 세탁기용 건조기, 보일러, 배기가스 저감장치용 히터에 적용할 수 있으므로 그 사용 및 적용 대상이 광범위한 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체는 탄화규소(SiC) 30 내지 90 중량부와, 텅스텐카바이드(WC), 보론카바이드(B4C) 중에서 선택되는 단수 또는 복수개의 재료 1 내지 10 중량부와, 기공제의 역할을 통해 열 방출 효과를 높이는 비드 형태의 PE, 흑연, 카본 중에서 선택되는 단수 또는 복수개의 재료 1 내지 5 중량부와, 실리콘(Si) 20 내지 30 중량부와, 카올리나이트(Al2O2SiOH2O)계, 일라이트(FeMgOAl2OSiO2)계, 세리사이트(K2O·Al2OSiOH2O)계 원적외선 방사 세라믹 분말을 함유하여 저항을 높일 수 있게 하고 원적외선을 방출하는 원적외선 방사 산화물로 구성된 발열부와; 상기 발열부의 양쪽 끝단부에 형성되어 전기가 통할 수 있게 하는 전극부; 을 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 발열부의 평균 기공 크기는 1 내지 50 μm이고, 기공율은 1 내지 60%인 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 발열부의 셀 벽의 두께가 0.1~1.0 mm이고, 통로의 수량은 1.0 in2의 면적에 10 내지 400개인 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 발열부의 비저항은 0.1 내지 1000 Ωcm%인 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 발열부의 재료 중에서 카올리나이트(Al2O2SiOH2O)계,일라이트(FeMgOAl2OSiO2)계,세리사이트(K2O·Al2OSiOH2O)계 원적외선 방사 세라믹은 원적외선을 방출하는 천연소재인 포죠란과, 제올라이트(Na2O3Al2O3x SiO2yH2O)를 첨가하여 제조된 고효율의 코디어라이트(2MgO2Al2O35SiO2)계 원적외선 방사 세라믹류와, 알루미나 실리케이트(Al2O3xSiO2)계 원적외선 방사 세라믹류 중에서 단수 또는 복수개인 것으로 대체가 가능한 것을 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체는 악취 저감 장치, 휘발성 유기 화합물(VOC : volatile organic compound) 제거 장치, 총 탄화수소(THC : Total Hydrocarbon) 제거 장치, 헤어 드라이기, 순간온수기, 세탁기용 건조기, 보일러, 배기가스 저감장치용 히터에 적용할 수 있는 것을 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체는 다음과 같은 효과를 나타낸다.
첫째, 본 발명은 발열체의 주재료인 탄화규소(SiC)에 비산화물계 세라믹, 산화물계 세라믹, 금속 분말을 첨가제로 넣어줌으로써, 원적외선 방사 효과와 음이온 발생 효과를 부가할 수 있음은 물론 발열체 재료의 저항을 높일 수 있다.
둘째, 본 발명은 탄화규소(SiC)에 비산화물계 세라믹, 산화물계 세라믹, 금속 분말을 첨가제를 넣은 혼합된 재료에 비드 형태의 PE, 흑연, 카본을 첨가하여 줌으로써, 높은 기공율을 가지게 하고, 비표면적을 극대화하여 표면을 통한 열 방출 효과를 가질 수 있게 할 뿐만 아니라 촉매를 코팅할 때 접착 강도 및 촉매 담지량을 높게 할 수 있다.
셋째, 본 발명은 넓은 표면적과 우수한 열전도율을 갖는 발열체 재료로 인하여 열 교환 특성이 우수하여 에너지 효율을 극대화 할 수 있음은 물론 고온에서의 우수한 내부식성을 갖는다.
넷째, 본 발명은 악취 저감 장치, 휘발성 유기 화합물(VOC : volatile organic compound) 제거 장치, 총 탄화수소(THC : Total Hydrocarbon) 제거 장치는 물론 헤어 드라이기, 순간온수기, 세탁기용 건조기, 보일러, 배기가스 저감장치용 히터에 적용할 수 있으므로 그 사용 및 적용 대상이 광범위하다.
도 1은 종래의 금속류 발열체를 나타낸 사진 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체를 나타낸 사진 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체를 히터 제품에 적용하기 위해 조립한 상태를 나타낸 사진 도면.
이하 첨부된 도면과 함께 본 발명의 바람직한 실시 예를 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명인 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체를 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체를 나타낸 사진 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체를 히터 제품에 적용하기 위해 조립한 상태를 나타낸 사진 도면이다.
도 2 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체는 탄화규소(SiC) 30 내지 90 중량부와, 텅스텐카바이드(WC), 보론카바이드(B4C) 중에서 선택되는 단수 또는 복수개의 재료 1 내지 10 중량부와, 기공제의 역할을 통해 열 방출 효과를 높이는 비드 형태의 PE, 흑연, 카본 중에서 선택되는 단수 또는 복수개의 재료 1 내지 5 중량부와, 실리콘(Si) 20 내지 30 중량부와, 카올리나이트(Al2O2SiOH2O)계, 일라이트(FeMgOAl2OSiO2)계, 세리사이트(K2O·Al2OSiOH2O)계 원적외선 방사 세라믹 분말을 함유하여 저항을 높일 수 있게 하고 원적외선을 방출하는 원적외선 방사 산화물로 구성된 발열부(10)와; 상기 발열부의 양쪽 끝단부에 형성되어 전기가 통할 수 있게 하는 전극부(20); 로 구성된다.
상기 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체를 구성하는 기술적 수단들의 구성과 기능을 살펴보면 다음과 같다.
상기 발열부(10)는 탄화규소(SiC) 30 내지 90 중량부와, 텅스텐카바이드(WC), 보론카바이드(B4C) 중에서 선택되는 단수 또는 복수개의 재료 1 내지 10 중량부와, 기공제의 역할을 통해 열 방출 효과를 높이는 비드 형태의 PE, 흑연, 카본 중에서 선택되는 단수 또는 복수개의 재료 1 내지 5 중량부와, 실리콘(Si) 20 내지 30 중량부와, 카올리나이트(Al2O2SiOH2O)계, 일라이트(FeMgOAl2OSiO2)계, 세리사이트(K2O·Al2OSiOH2O)계 원적외선 방사 세라믹 분말을 함유하여 저항을 높일 수 있게 하고 원적외선을 방출하는 원적외선 방사 산화물로 구성된 것이다.
여기서, 상기 카올리나이트(Al2O2SiOH2O)계, 일라이트(FeMgOAl2OSiO2)계, 세리사이트(K2O·Al2OSiOH2O)계 원적외선 방사 세라믹은 원적외선을 방출하는 천연소재인 포죠란과, 제올라이트(Na2O3Al2O3x SiO2yH2O)를 첨가하여 제조된 고효율의 코디어라이트(2MgO2Al2O35SiO2)계 원적외선 방사 세라믹류와, 알루미나 실리케이트(Al2O3xSiO2)계 원적외선 방사 세라믹류 중에서 단수 또는 복수개로 대체가 가능한 것이다.
또한, 상기 원적외선을 방출하는 천연소재인 포죠란은 무독성의 2가지 이상의 유색 유성실리콘에 4-5㎛의 미세분말 형태의 원적외선 방사 세라믹류로서, 상기 원적외선 방사 세라믹이 함유된 포죠란은 인체에 원적외선이 5 내지 20㎛의 정도로 적당하게 투과되어 혈액순환을 촉진시키고, 세포기능을 활성화시키며, 물분자가 활성화되어 생육을 촉진시켜 주는 것이다.
또한, 2가 금속이온을 흡착하는 성질을 가지는 제올라이트(Na2O3Al2O3x SiO2yH2O)를 첨가하여 제조된 고효율의 코디어라이트(2MgO2Al2O35SiO2)계 원적외선 방사 세라믹류와, 알루미나 실리케이트(Al2O3xSiO2)계 원적외선 방사 세라믹류도 가능한 것이다.
상기 전극부(20)는 상기 발열부(10)의 양쪽 끝단부에 형성되어 전기가 통할 수 있게 하는 것이다.
상술한 바와 같은 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체의 발열부(10)의 양쪽 끝단부에 전극부(20)가 형성되어 전기가 통할 수 있게 하여 히터(30)로 사용할 수 있게 하는 것이다.
그러므로 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체를 이용한 히터는 원적외선 방사 효과와 음이온 발생 효과를 부가할 수 있음은 물론 발열체 재료의 저항을 높일 수 있고, 높은 기공율을 가지게 하고, 비표면적을 극대화하여 표면을 통한 열 방출 효과를 가질 수 있게 할 뿐만 아니라 촉매를 코팅할 때 접착 강도 및 촉매 담지량을 높게 할 수 있으며, 넓은 표면적과 우수한 열전도율을 갖는 발열체 재료로 인하여 열 교환 특성이 우수하여 에너지 효율을 극대화 할 수 있음은 물론 고온에서의 우수한 내부식성을 갖는 Honeycomb 구조인 것이다.
상술한 바와 같은, 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체는 악취 저감 장치, 휘발성 유기 화합물(VOC : volatile organic compound) 제거 장치, 총 탄화수소(THC : Total Hydrocarbon) 제거 장치는 물론 헤어 드라이기, 순간온수기, 세탁기용 건조기, 보일러, 배기가스 저감장치용 히터에 적용하여 사용할 수 있으므로 그 사용 및 적용대상이 광범위하다.
상기 휘발성 유기 화합물(VOC)은 대기 중에서 쉽게 기화되는 유기 화합물들을 의미하는 것이고, 상기 총 탄화수소(THC)는 탄소와 수소로 이루어진 화합물의 총칭으로, 메테인, 에테인, 석유, 벤젠, 나프탈렌 등 다양한 물질로 구성되며, 다환방향족 탄화수소(PAHs), 휘발성유기화합물(VOCs)등도 총탄화수소의 일종이고, 총탄화수소(THC)는 광화학 스모그의 원인 물질이기도 한 것이다.
도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었으며, 여기서 사용된 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며, 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능할 것이며, 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 다공성 형태의 탄화규소 발열부
20 : 전극부 30 : 히터

Claims (6)

  1. 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체에 있어서,
    탄화규소(SiC) 30 내지 90 중량부와, 텅스텐카바이드(WC), 보론카바이드(B4C) 중에서 선택되는 단수 또는 복수개의 재료 1 내지 10 중량부와, 기공제의 역할을 통해 열 방출 효과를 높이는 비드 형태의 PE, 흑연, 카본 중에서 선택되는 단수 또는 복수개의 재료 1 내지 5 중량부와, 실리콘(Si) 20 내지 30 중량부와, 카올리나이트(Al2O2SiOH2O)계, 일라이트(FeMgOAl2OSiO2)계, 세리사이트(K2O·Al2OSiOH2O)계 원적외선 방사 세라믹 분말을 함유하여 저항을 높일 수 있게 하고 원적외선을 방출하는 원적외선 방사 산화물로 구성된 발열부와;
    상기 발열부의 양쪽 끝단부에 형성되어 전기가 통할 수 있게 하는 전극부; 을 포함함을 특징으로 하는 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 발열부의 평균 기공 크기는 1 내지 50 μm이고, 기공율은 1 내지 60%인 것을 특징으로 하는 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 발열부의 셀 벽의 두께가 0.1~1.0 mm이고, 통로의 수량은 1.0 in2의 면적에 10 내지 400개인 것을 특징으로 하는 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 발열부의 비저항은 0.1 내지 1000 Ωcm%인 것을 특징으로 하는 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 발열부의 재료 중에서 카올리나이트(Al2O2SiOH2O)계, 일라이트(FeMgOAl2OSiO2)계, 세리사이트(K2O·Al2OSiOH2O)계 원적외선 방사 세라믹은 원적외선을 방출하는 천연소재인 포죠란과, 제올라이트(Na2O3Al2O3x SiO2yH2O)를 첨가하여 제조된 고효율의 코디어라이트(2MgO2Al2O35SiO2)계 원적외선 방사 세라믹류와, 알루미나 실리케이트(Al2O3xSiO2)계 원적외선 방사 세라믹류 중에서 단수 또는 복수개인 것으로 대체가 가능한 것을 포함함을 특징으로 하는 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체는 악취 저감 장치, 휘발성 유기 화합물(VOC : volatile organic compound) 제거 장치, 총 탄화수소(THC : Total Hydrocarbon) 제거 장치, 헤어 드라이기, 순간온수기, 세탁기용 건조기, 보일러, 배기가스 저감장치용 발열체에 적용할 수 있는 것을 포함함을 특징으로 하는 복수개의 통로를 가지는 다공성 형태의 탄화규소(SiC) 전기 발열체.
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