KR200384505Y1 - 다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접 발열형라디에이터 - Google Patents

Abstract

본 고안은 다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접 발열형 라디에이터에 관한 것으로, 전기전도도와 비열전도도가 우수한 다공성 탄소재를 탄화공정 조절에 의하여 전기저항발열이 가능한 직접방열방식을 채택하여 구성이 간편하고, 방열효율이 높으며, 전기소모량이 적은 다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접 발열형 라디에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 전기저항에 의해 발열되며 발열체로 사용되는 하나 이상의 다공성 탄소재; 상기 다공성 탄소재를 구비하고, 탄소재에서 발열되는 복사열이 반사되어 전체적으로 방사되도록 소정 각도의 원추형상으로 형성되는 수용체; 및 상기 다공성 탄소재에 전기가 공급되어 전기저항에 의해 발열 가능하도록 탄소재에 구비되는 한 쌍 이상의 전기공급단을 포함하는 다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접 발열형 라디에이터를 제공한다.

Description

다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접 발열형 라디에이터{Radiator of direct heating using porous carbon material as heating element}

본 고안은 다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접 발열형 라디에이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기전도도와 비열전도도가 우수한 다공성 탄소재를 탄화공정 조절에 의하여 전기저항발열이 가능한 직접방열방식을 채택하여 구성이 간편하고, 방열효율이 높으며, 전기소모량이 적은 다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접 발열형 라디에이터에 관한 것이다.

일반적으로, 탄소재는 그 원료로 갈탄, 무연탄, 목탄 및 코크스 등의 동식물이 탄화한 것과 각종 수지를 가열한 것 등이 이용되고 있으며, 원료 및 제조방법에 따라 다양한 구조를 취할 수 있고, 그 결정구조의 특징으로 인해 표면적이 크고 전기전도도와 비열전도도가 매우 우수하면서 비중이 낮은 특성이 있다.

또한, 탄소재는 화학적으로 불활성이므로 흡착제, 촉매, 전극재, 기계용 구조재 등의 넓은 용도로 이용되고 있다.

이하, 종래의 라디에이터를 설명하면 다음과 같다.

종래의 라디에이터는 프로판가스 등의 연료를 연소시켜 공기, 물, 세라믹블럭 등을 가열하여 소정의 공간에 방열하는 방식과, 금속발열체의 전기저항의 발열에 의해 소정의 공간에 직접 또는 반사 방열하는 방식 또는 기름, 물 등의 매체를 가열하여 방열하는 방식이 있다.

그러나, 전술한 바와 같이 종래의 라디에이터는 연료를 연소시키기 위한 연료통 등의 관련설비와 기름, 물 등의 매체를 수용하기 위한 부가설비를 필요로 하기 때문에 구성이 간단하지 않으며, 이에 따라 제품단가의 비용이 상승하는 문제점이 있다.

또한, 종래의 라디에이터는 방열효율이 낮기 때문에 더 높은 방열을 위해서 연료 및 전기소모가 많아지므로 유지비용이 증가하는 문제점도 있다.

따라서, 본 고안은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 전기전도도와 비열전도도가 우수한 다공성 탄소재를 탄화공정 조절에 의하여 전기저항발열이 가능한 직접방열방식을 채택하여 구성이 간편하고, 방열효율이 높으며, 전기소모량이 적은 다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접 발열형 라디에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 전기저항에 의해 발열되며 발열체로 사용되는 하나 이상의 다공성 탄소재; 상기 다공성 탄소재를 구비하고, 탄소재에서 발열되는 복사열이 반사되어 전체적으로 방사되도록 소정 각도의 원추형상으로 형성되는 수용체; 및 상기 다공성 탄소재에 전기가 공급되어 전기저항에 의해 발열 가능하도록 탄소재에 구비되는 한 쌍 이상의 전기공급단을 포함하는 다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접 발열형 라디에이터를 제공한다.

여기에서, 상기 다공성 탄소재가 전기저항에 의해 발열되도록 탄소재의 비저항은 1~500Ω·㎝로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 다공성 탄소재의 제조시에 결정되는 비저항에 따라 탄소재의 규격이 형성될 수 있다.

상기 다공성 탄소재는, 외측은 넓고 두껍게 형성하여 전기저항을 작게하고, 중앙측은 좁고 얇게 형성하여 전기저항을 상대적으로 높게하여 중앙측에서 발열을 높게 발생시킬 수 있다.

또한, 상기 다공성 탄소재는 사각 형상, 도우넛 형상 또는 복수개의 절개부를 갖는 형상 중 어느 하나로 가공하여 수용체에 구비시켜서 발열체로 사용될 수 있다.

상기 수용체는 다공성 탄소재에서 발열되는 복사열이 반사되어 전체적으로 방사되도록 스테인리스(stainless) 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도1은 본 고안의 제1실시예에 따른 사각 형상의 다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접 발열형 라디에이터를 개략적으로 나타낸 정면도이고, 도2는 본 고안에 따른 다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접 발열형 라디에이터에서 수용체를 개략적으로 나타낸 측면도이다.

본 고안은 다공성 탄소재를 탄화공정 조절에 의하여 전기저항발열이 가능한 발열체로 이용하도록 구현한 것으로, 본 고안에 따른 다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접 발열형 라디에이터는 도1 및 도2에 나타낸 바와 같이, 전기저항에 의해 발열되며 발열체로 사용되는 하나 이상의 다공성 탄소재(200); 상기 다공성 탄소재(200)를 구비하고, 탄소재(200)에서 발열되는 복사열이 반사되어 전체적으로 방사되도록 소정 각도의 원추형상으로 형성되는 수용체(100); 및 상기 다공성 탄소재(200)에 전기가 공급되어 전기저항에 의해 발열 가능하도록 탄소재(200)에 구비되는 한 쌍 이상의 전기공급단(210)을 포함한다.

상기 전기공급단(210)에 전기가 공급되도록 전기공급단(210)에 연결되는 전선(미도시)을 더 포함한다.

여기에서, 상기 수용체(100)는, 다공성 탄소재(200)에서 발열되는 복사열이 반사되어 전체적으로 방사되도록 스테인리스 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 또한 상기 복사열이 효율적으로 반사되어 방사되도록 원추형상으로 이루어지는 각도는 100~150°가 바람직하다.

또한, 상기 다공성 탄소재(200)에 구비되는 전기공급단(210)은 전류가 흐르도록 한 쌍으로 이루어진다.

도3은 본 고안의 제1실시예에 따른 사각 형상의 다공성 탄소재를 개략적으로 나타낸 정면도이다.

도1 내지 도3에 나타낸 바와 같이, 상기 다공성 탄소재는 석탄계 피치(pitch) 등을 활용하여 포밍(foaming)공정을 거친후 탄화공정에 의해 다공성의 흑연재 내지는 탄소재를 제조하는 것으로 전기전도도 및 비열전도도가 우수하다.

또한, 상기 다공성 탄소재는 공기 등의 유체가 자유롭게 통과할 수 있는 균일한 형태와 크기로 이루어진 개기공(open pore) 형상이고, 표면적이 매우 넓어 방열용 소재로 적합하다.

즉, 열전도율은 물질의 열전도계수와 표면적에 비례하고 그 단면의 두께에 반비례하므로(I=kA△T/△d; I는 열전도율, k는 열전도계수, A는 표면적, △T는 온도차, △d는 두께), 열전도계수(열전도도)가 크고 표면적이 넓으며 개기공 형상이어서 그 단면의 두께가 얇은 다공성 탄소재는 열전도율이 우수하여 방열용 소재로 적합하다. 이와 같이, 다공성 탄소재의 높은 통기성 및 표면적은 방열기능의 효율을 향상시킨다.

본 실시예에서 사용하는 다공성 탄소재(200)는 탄화공정 조절에 따라 전기저항의 조절이 가능하며, 이는 발열체로서 사용이 가능하다는 의미이다. 즉, 탄화공정시에 1000℃ 부근으로 열처리한 다공성 탄소재를 이용하여 간접적인 방열방식이 아닌 전기저항에 의해 발열되는 직접방열방식(즉, 발열체로서 사용하는)을 라디에이터에 채택하여 구성이 간편하고, 다공성 탄소재(200)의 구조적 특성으로 인하여 방열효율이 높고, 전기소모량이 낮아지는 방식이다.

다시 말해서, 소정의 비저항을 가지는 다공성 탄소재(200)에 전류를 통과시켜, 이때 발생되는 전기저항열을 이용하는 것이다. 즉, 상기 전기저항열은 전류와 전기저항에 비례하므로, 본 고안(즉, 라디에이터)에서의 다공성 탄소재(200)가 갖는 비저항은 1~500Ω·㎝로 이루어지는 것이 바람직하다.

여기에서, 전술한 비저항값에 대해서 부연 설명하면 열처리 온도와 시간을 조절하는 것에 의해 비저항값 등의 조절이 가능하며, 이와 같이 제조된 탄소재는 기공의 형상에 손상이 없으면서, 비저항값이 1~500Ω·㎝이고, 실온~500℃로 저온 발열한다.

즉, 일반적으로 탄화시 열처리 온도범위가 750~1000℃일때 비저항값이 1~500Ω·㎝ 범위에 있고, 열처리시 온도를 30분~3시간으로 유지했을 때 비저항값이 1~500Ω·㎝ 범위에 있게 된다.

이와 같이, 비저항이 1~500Ω·㎝로 조절된 탄소재는 220볼트의 전기 환경에서 고출력의 전압, 전류조절기 없이 간편하게 사용이 가능함은 물론, 500℃ 이하로 발열하는 이점이 있다. 따라서, 생활용 라디에이터 등에 저온 발열체로서 유용하게 사용될 수 있다.

또한, 상기 다공성 탄소재(200)의 제조시에 결정되는 비저항에 따라 탄소재의 규격이 형성된다. 즉, 높은 비저항을 갖는 다공성 탄소재(200)는 소정의 규격범위 중 최소크기로 가공하고, 낮은 비저항을 갖는 다공성 탄소재(200)는 소정의 규격범위 중 최대크기로 가공하여 라디에이터에서 목표로하는 발열량을 발생시키도록 한다. 마찬가지로, 상기 다공성 탄소재(200)의 두께도 탄소재의 비저항에 따라 조절한다.

또한, 상기 다공성 탄소재(200)는, 외측(즉, 가장자리측)은 넓고 두껍게 형성하여 전기저항을 작게하고, 중앙측은 좁고 얇게 형성하여 전기저항을 상대적으로 높게하여 중앙측에서 발열을 높게 발생시키는 것이 바람직하다.

도4는 본 고안의 제2실시예에 따른 도우넛 형상의 다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접 발열형 라디에이터를 개략적으로 나타낸 정면도이고, 도5는 본 고안의 제2실시예에 따른 도우넛 형상의 다공성 탄소재를 개략적으로 나타낸 정면도이며, 도6은 본 고안의 제3실시예에 따른 복수개의 절개부를 갖는 형상의 다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접 발열형 라디에이터를 개략적으로 나타낸 정면도이고, 도7은 본 고안의 제3실시예에 따른 복수개의 절개부를 갖는 형상의 다공성 탄소재를 개략적으로 나타낸 정면도이다.

도1 내지 도7에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서 상기 다공성 탄소재는 사각 형상(200), 도우넛 형상(200') 또는 복수개의 절개부를 갖는 형상(200") 중 어느 하나로 가공하여 수용체(100, 100', 100")에 구비시켜서 발열체로 사용되나, 이에 한정되는 것은 아니고 발열체로 사용되기에 적합하다면 다양한 형상으로 가공될 수 있다.

또한, 전술한 실시예의 내용은 제2 및 제3실시예에도 적용된다. 다만, 제3실시예의 복수개의 절개부를 갖는 형상의 다공성 탄소재(200")를 라디에이터의 수용체(100")와 일체로 제작시에는 전체하중을 견딜 수 있도록 비교적 두껍게 가공하는 것이 바람직하다.

본 고안에서는 다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접방열방식을 채택하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 간접방열방식으로 응용될 수도 있다. 다시 말해서, 상기 다공성 탄소재는 탄화공정시에 3000℃ 부근으로 열처리 할 경우 흑연구조를 가지게 되고, 이러한 다공성흑연재를 물이나 기름으로부터 간접적으로 열을 받아 방열하는 간접방열방식을 취할 수 있다. 이와 같은 간접방열방식을 취하더라도 다공성흑연재가 가지는 높은 표면적과 통기성으로 인해 기존의 라디에이터보다 약 4배 이상의 방열효율이 있다.

또한, 본 고안으로 제작한 라디에이터에 바퀴를 달아 이동이 가능한 이동식 라디에이터, 책상에 올려놓을 수 있도록 소형으로 제작한 책상용 라디에이터 또는 벽에 걸 수 있는 벽걸이용 라디에이터 등에 응용이 가능하다.

전술한 바와 같이 구성되는 다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접 발열형 라디에이터의 결합 및 동작을 첨부된 도면을 참조하여 더 설명한다.

다공성 탄소재는 탄화공정 조절에 따라 전기저항의 조절이 가능하므로 이를 라디에이터의 발열체로써 사용한다. 상기 다공성 탄소재를 사각 형상(200), 도우넛 형상(200') 또는 복수개의 절개부를 갖는 형상(200") 중 어느 하나로 가공하여 수용체(100, 100', 100")에 결합하고, 상기 다공성 탄소재의 전기공급단(210, 210', 210")에 전기가 공급되어 전기저항에 의해 발열이 발생되도록 한다. 이때 원추형상으로 형성되는 수용체(100, 100', 100")에 의해 다공성 탄소재에서 발열되는 복사열이 반사되어 전체적으로 방사된다.

이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 바와 같이 본 고안에 따르면, 전기전도도와 비열전도도가 우수한 다공성 탄소재를 탄화공정 조절에 의하여 전기저항발열이 가능한 직접방열방식을 채택하여 구성이 간편해지는 효과가 있다.

또한, 본 고안은 다공성 탄소재가 가지는 높은 표면적과 통기성으로 인해 방열효율이 향상되는 효과도 있고, 이에 따라 전기소모량이 작게되는 효과도 있다.

도1은 본 고안의 제1실시예에 따른 사각 형상의 다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접 발열형 라디에이터를 개략적으로 나타낸 정면도.

도2는 본 고안에 따른 다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접 발열형 라디에이터에서 수용체를 개략적으로 나타낸 측면도.

도3은 본 고안의 제1실시예에 따른 사각 형상의 다공성 탄소재를 개략적으로 나타낸 정면도.

도4는 본 고안의 제2실시예에 따른 도우넛 형상의 다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접 발열형 라디에이터를 개략적으로 나타낸 정면도.

도5는 본 고안의 제2실시예에 따른 도우넛 형상의 다공성 탄소재를 개략적으로 나타낸 정면도.

도6은 본 고안의 제3실시예에 따른 복수개의 절개부를 갖는 형상의 다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접 발열형 라디에이터를 개략적으로 나타낸 정면도.

도7은 본 고안의 제3실시예에 따른 복수개의 절개부를 갖는 형상의 다공성 탄소재를 개략적으로 나타낸 정면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100: 수용체 200: 다공성 탄소재

210: 전기공급단

Claims (6)

1. 전기저항에 의해 발열되며 발열체로 사용되는 하나 이상의 다공성 탄소재;

   상기 다공성 탄소재를 구비하고, 탄소재에서 발열되는 복사열이 반사되어 전체적으로 방사되도록 소정 각도의 원추형상으로 형성되는 수용체; 및

   상기 다공성 탄소재에 전기가 공급되어 전기저항에 의해 발열 가능하도록 탄소재에 구비되는 한 쌍 이상의 전기공급단

   을 포함하는 다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접 발열형 라디에이터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 다공성 탄소재가 전기저항에 의해 발열되도록 탄소재의 비저항이 1~500Ω·㎝로 이루어지는

   다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접 발열형 라디에이터.
3. 제2항에 있어서,

   상기 다공성 탄소재의 제조시에 결정되는 비저항에 따라 탄소재의 규격이 형성되는

   다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접 발열형 라디에이터.
4. 제1항에 있어서,

   상기 다공성 탄소재는

   외측은 넓고 두껍게 형성하여 전기저항을 작게하고, 중앙측은 좁고 얇게 형성하여 전기저항을 상대적으로 높게하여 중앙측에서 발열을 높게 발생시키는

   다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접 발열형 라디에이터.
5. 제1항에 있어서,

   상기 다공성 탄소재는

   사각 형상 또는 도우넛 형상 중 어느 하나로 가공하여 수용체에 구비시켜서 발열체로 사용되는

   다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접 발열형 라디에이터.
6. 제1항에 있어서,

   상기 수용체는

   상기 다공성 탄소재에서 발열되는 복사열이 반사되어 전체적으로 방사되도록 스테인리스 재질로 이루어지는

   다공성 탄소재를 발열체로 이용하는 직접 발열형 라디에이터.