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KR20100061745A - 전기저항 요소용 단자 - Google Patents

전기저항 요소용 단자 Download PDF

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KR20100061745A
KR20100061745A KR1020107008813A KR20107008813A KR20100061745A KR 20100061745 A KR20100061745 A KR 20100061745A KR 1020107008813 A KR1020107008813 A KR 1020107008813A KR 20107008813 A KR20107008813 A KR 20107008813A KR 20100061745 A KR20100061745 A KR 20100061745A
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Abstract

본 발명은 몰리브덴 실리사이드 또는 이 재료의 합금으로 된 전기저항 요소용 단자에 관한 것으로, 이 단자 (1) 는 노벽 (3), 노천정 또는 상응하는 절연벽을 통과하도록 되어 있으며, 요소 (2) 의 고온 영역 (4) 의 각 단부에 위치되는 단자 (1) 는 고온 영역 (4) 에서의 상기 요소의 직경 보다 큰 직경을 갖는다. 본 발명의 특징으로는, 단자 커넥터 (5) 가 각각의 단자 (1) 에 연결되며, 이 단자 커넥터 (5) 는 알루미늄으로 만들어지고, 상기 단자 커넥터 (5) 는 결합 단자 길이의 길이를 전적으로 또는 부분적으로 구성하는 길이를 가지며, 상기 결합 단자 길이는 상기 요소의 관련 단자 (1) 와 단자 커넥터 (5) 의 길이다.

Description

전기저항 요소용 단자{TERMINAL FOR ELECTRICAL RESISTANCE ELEMENT}
본 발명은 전기저항 요소에 대한 전류 공급을 위한 단자에 관한 것이다.
이러한 요소는 알려져 있고 일반적으로 몰리브덴 실리사이드 재료 및 이 재료의 다양한 합금으로 이루어져 있다.
이러한 요소는 고온 영역을 갖고 있으며, 그의 두 단부에는 단자가 있다. 노 공동부를 가열하기 위해 고온 영역이 노 안에 위치되는 경우, 단자는 노벽을 통과한다. 단자는 노 공동부의 외부에 있는 전기 도체에 연결된다. 일반적으로 단자는 고온 영역과 동일한 재료로 구성되지만, 요소에서 고온 영역을 구성하는 부분 보다 큰 직경을 가지며, 이렇게 해서 단자에서 바람직하지 않은 전력 발생이 줄어들게 된다.
고온 영역의 길이와 단자의 길이 사이의 통상적인 비의 경우에 고온 영역과 단자에 대해 선택되는 단면으로 인해, 공급되는 전체 전력의 대략 10% 를 차지하는 전력 발생이 단자에서 있게 된다.
상기 요소는 높은 표면 전력의 부하를 받을 수 있으며, 이리 하여 높은 전력 집중을 발생시키게 된다. 높은 표면 부하의 존재는 높은 전류를 야기하고, 그리 하여 단자에서 바람직하지 않은 추가적인 전력 발생이 야기된다.
또한 단자에서의 전력 발생은 절연 벽 침투부의 길이를 제한하게 된다 침투 요소의 절연 능력이 높을 수록 그 침투 요소는 더 짧아질 수 있으며, 그리 하여 단자에서 과열의 발생을 방지할 수 있다. 통상적인 절연재와 함께 경제적으로 사용될 수 있는 벽과 천정의 두께는 대략 300 ∼ 400 mm 이다. 칸달 슈퍼(Kanthal Super) 라는 이름의 요소의 경우에 노벽을 통과하는 침투부는, 표면 전력, 그 요소의 치수 및 침투 요소 재료의 선택에 따라, 150 ∼ 200 mm 로 제한될 수 있다. 벽 또는 천정 절연의 두께가 침투부의 길이 보다 큰 경우에 절연 두께의 차이가 발생하는데, 이 때문에 침투부에 있는 절연부의 외부에 존재하는 개방 공간은 절연부를 통한 증가된 에너지 흐름을 수반하는데, 즉 침투부가 절연부와 동일한 두께이며 또한 절연부와 동일한 절연 능력을 갖는 경우 보다 큰 에너지 손실을 수반하게 된다.
다른 문제는, 어떤 경우에 MoSi2 합금에 따라 단자의 온도가 400∼600℃ 가 된다는 것인데, 이런 온도에서는 페스트(pest)가 형성된다. 이 페스트는 보호되지 않은 MoSi2 표면에 형성되는 저온 산화물이다. MoSi2 요소에 있는 통상적인 표면층은 SiO2 인데, 이는 산화를 방지한다. 일반적으로 이 표면층은 변하지 않고 그대로 유지되지 못하고, 페스트가 형성된다. 이는 많은 경우에 상기 요소의 수명을 제한하는 요인이 된다.
세라믹 가스켓 (이는 "기밀성" 을 갖는 것으로 생각할 수 없음) 을 사용하여 피제어 분위기를 갖는 장비에서 단자 주위에 밀봉이 이루어진다. MoSi2 의 취성 및 열충격에 대한 민감성과 함께 단자의 비교적 높은 온도는 밀봉 침투를 달성하기 위한 전통적인 기계적 해결책의 사용을 제한한다.
단자와 고온 영역의 단면적비는 일반적으로 1:4 이다. 그리하여 단자용 재료의 비용이 매우 높으며, 그에 따라서 많은 경우에 절연부의 두께와 절연부의 외부 돌출 길이의 선택이 결정된다. 후자로 인해, 전기적 접속부에서 접촉 온도가 높게 되고 또한 천이 저항(transitional resistance)이 증가하는 위험이 크게 된다. 절연부의 최소 두께로의 감소 및 증가된 천이 저항은 전력 손실의 증가로 이어진다.
상기 요소는 요소 홀더를 사용하여 침투부에서 제 위치에 유지되는데, 이 요소 홀더는 요소가 아래로 활주하여 침투부 안으로 들어가는 것을 방지하거나 또는 수평 설치시에는 열 팽창/수축으로 인해 활주하는 것을 방지한다. 이중 및 단일의 홀더가 현재 사용된다. 이중 홀더는 단자와 접촉하는 세라믹 영역을 갖고 있으며, 단일 홀더는 세라믹제 접촉 영역 또는 금속제 접촉 영역을 가질 수 있다. 모든 시스템에서 홀더는 압력을 가하는 스크류 연결부에 의해 단자와 접촉한다. 일반적으로, 너무 낮은 압력을 사용하면 스크류 연결부가 잘못 접촉하게 되거나 또는 열적 효과로 인해 압력이 감소된다. 그리 하여, 단자(들)가 홀더 안으로 활주하여 요소의 변형을 야기하게 되고, 이는 요소의 파손으로 이어질 수 있다. 접촉부는 노의 절연부에 더 가까이 이동할 수도 있는데, 이러면 온도가 증가하게 되고, 이는 접촉부의 과열과 그리 하여 상기 요소의 파손으로 이어질 수 있다.
따라서, 단자의 온도가 너무 높게 되면 많은 문제가 생긴다.
노안에서 일어나는 어떤 과정에서 기상의 반응 생성물이 생성되는데, 이는 낮은 온도에서 응축될 수 있다. 단자를 따라 응축물이 형성되면 일 문제가 발생하는데, 이는 응축물의 종류에 따라 다른 문제를 야기한다. 그러한 일 문제는, 단자가 고정되어 열 팽창 또는 수축을 하지 못하게 되고 이로 인해 변형 또는 요소의 파손이 일어나게 된다는 것이다. 다른 문제는, 응축물이 MoSi2 와 반응할 수 있고 이는 환원 또는 부식 및 그에 따른 요소의 파손으로 이어진다는 것이다. 세번째 문제는, 응축물이 전기 전도성을 가지며 단자간의 와전류(eddy current) 및 단락을 초래할 수 있다는 것이다.
본 발명은 상기한 문제들에 대한 해결책을 제시한다.
본 발명은 몰리브덴 실리사이드 또는 이 재료의 합금으로 된 전기저항 요소용 단자에 관한 것으로, 이 단자는 노벽, 노천정 또는 상응하는 절연벽을 통과하도록 되어 있으며, 요소의 고온 영역의 각 단부에 위치되는 단자는 고온 영역에서의 상기 요소의 직경 보다 큰 직경을 가지며, 본 발명의 단자의 특징은, 단자 커넥터가 각각의 단자에 연결되며, 이 단자 커넥터는 알루미늄으로 만들어지고, 상기 단자 커넥터는 결합 단자 길이를 완전히 또는 부분적으로 이루는 길이를 가지며, 상기 결합 단자 길이는 상기 요소의 관련 단자와 단자 커넥터의 길이다라는 것이다.
본 발명은 첨부된 도면에 나타난 본 발명의 실시 형태와 부분적으로 관련하여 이하 보다 자세히 설명한다.
도 1 은 제 1 구성에 따른 본 발명의 저항 요소용 단자와 단자 커넥터의 단면도를 나타낸다.
도 2 는 제 2 구성에 따른 본 발명의 저항 요소용 단자와 단자 커넥터의 단면도를 나타낸다.
도 3 은 도면에서 빗금이 쳐저 있는 노벽을 통과하는 결합된 단자를 나타낸다.
도 3 은 몰리브덴 실리사이드 또는 이 재료의 합금으로 된 전기저항 요소 (2) 용 단자 (1) 를 보여준다. 이 단자 (1) 는 노벽 (3) 이나 노천정 또는 상응하는 절연벽를 통과하도록 되어 있다. 저항 요소는 두개의 단자를 갖는다. 저항 요소의 고온 영역 (4) (도면에는 일부만 도시되어 있음) 의 각 단부에 있는 단자 (1) 는 그 고온 영역의 직경 보다 큰 직경을 갖는다.
본 발명에 따른 단자 커넥터 (5) 는 각 단자 (1) 에 연결된다. 이 단자 커넥터 (5) 는 알루미늄으로 만들어진다. 또한, 단자 커넥터 (5) 는 결합 단자 길이의 길이를 전적으로 또는 부분적으로 구성하는 길이를 갖는다. 일반적으로, 단자는 단자 (1) 와 단자 커넥터 (5) 의 결합 길이에 상응하는 길이를 갖는다.
본 발명에 따른 해결책은, 알루미늄 부분이 결합 단자 길이의 전체 범위 또는 그의 대부분을 구성하는 알루미늄에 저항 요소의 몰리브덴 실리사이드 재료를 연결하기 위해 알루미늄의 높은 전기 전도성과 그의 기능적 설계에 대한 적합성을 이용하는 것에 기초하고 있다.
바람직한 일 실시 형태에 따르면, 단자 (1) 와 단자 커넥터 (5) 사이의 접촉 영역 (6) 은 도 1, 2 (이들 도면에서는 단자 (1) 와 단자 커넥터 (5) 가 서로 분리되어 있음) 에서 보는 바와 같이 단자 (1) 의 단면 보다 크게 되어 있다. 이 때문에 천이 저항이 낮다.
다른 바람직한 실시 형태에서, 단자 (1) 의 자유 단부 (7) 는 단자와 단자 커넥터 사이의 연결부 영역에서 좁게 되어 있으며, 단자 커넥터는 대응하는 상보적인 형상을 갖는 공동부 (8) 를 갖는다.
한 유리한 연결 방법은, 단자 커넥터의 연결면 (6a) 을 용융시킨 다음 단자의 연결면 (6b) 을 단자 커넥터의 연결면에 갖다 대고 그 후에 용융 재료가 고화됨으로써 단자가 단자 커넥터에 부착되는 것이다.
도 1 의 실시 형태에 대한 대안적인 실시 형태에 따르면, 단자의 자유 단부 (9) 는 단자의 나머지 부분 보다 작은 직경을 갖는 원통형으로 만들어지고 대응하는 드릴가공 구멍 (10) 이 단자 커넥터에 제공된다.
열스프레이에 의해 적용되고 상기 형상을 갖도록 가공된 알루미늄이 단자 (1) 에 제공되는 것이 바람직하다.
한 바람직한 설계에 따르면, 상기 원통형 부분 (9) 과 드릴가공 구멍 (10) 에는 상호작용 나사가 제공된다. 이렇게 하면, 기능을 하지 않는 저항 요소를 단자 커넥터에서 쉽게 제거할 수 있으며, 그 후에 단자 커넥터를 재사용할 수 있다.
단자를 단자 커넥터에 부착하는 다른 방법은 단자와 단자 커넥터를 압력으로 연결하는 것인데, 이 경우에는 본질적으로 단자 커넥터가 변형된다.
또 다른 부착 방법은, 도 3 에서 보는 바와 같이, 단자 (1) 의 끝면 (11) 과 단자 커넥터 (5) 의 끝면 (12) 을 편평하게 만들고 단자와 단자 커넥터의 종방향 축선에 수직인 면내에 각각 놓은 다음 상기 끝면 (11, 12) 을 마찰 용접으로 서로 부착시키는 것이다.
몰리브덴 실리사이드의 전체량 또는 대부분이 동일한 단면의 알루미늄으로 대체되면 저항은 최대 35 의 팩터 만큼 감소하게 되는데, 이는 전체 단자가 단자 커넥터로 대체되고 그리 하여 평균 온도는 600℃ 가 되며 열전도성이 7 팩터 만큼 증가하기 때문이다.
전력 발생이 감소하면 일반적으로 에너지 손실이 감소된다.
감소된 전력 발생으로 인해 또한 더 긴 절연 침투부를 사용할 수 있고 따라서 손실이 감소된다. 알루미늄의 높은 열전도성을 이용하면, 몰리브덴 실리사이드와 알루미늄 사이의 연결부는 알루미늄의 용융점 보다 상당히 더 높은 주위 온도하에 있을 수 있다. 이리 하여, 단자부가 600℃ 보다 높은 온도에서 작동할 수 있도록, 전류 밀도, 주위 온도 및 존재할 수 있는 단자 커넥터를 통한 가스 공급을 고려하여 연결부의 위치를 선택할 수 있다.
더 바람직한 실시 형태에 따르면, 단자 커넥터 (5) 에는 하나 또는 수개의 내부 통로 (13, 14) 가 제공되는데, 이들 통로에는 입구 (15) 를 통해 공기, 질소 또는 아르곤과 같은 냉각 가스가 공급되고, 이 냉각 가스는 출구 (16, 17) 를 통해 노의 공동부 안으로 주입된다.
알루미늄 부분은 가스 공급으로 냉각되며, 높은 열전도성의 부정적인 영향은 제한되고, 동시에 가스는 예열된다. 단자 주변에 응축이 일어나는 경우에는, 단자를 통한 가스 공급이 응축과 관련한 문제를 줄이거나 해소할 수 있다.
전체 단자 또는 단자의 대부분은 알루미늄으로 되어 있으므로, 기밀성의 기계적 침투부가 사용될 수 있는데 이는 알루미늄을 장력 부여하에서 위치 고정시킬 수 있기 때문이다. 단자 (1) 에서 일어나는 열적 움직임은 연성의 알루미늄 부분에 전달되고, 이 부분은 파손 없이 변형될 수 있다. 수냉 또는 다른 강제 냉각이 가능하며, 가스 통로에 대한 최선의 밀봉을 얻기 위해 가스켓 재료를 선택할 수 있다.
이렇게 해서, 앞에서 언급한 문제는 본 발명으로 해결될 수 있다.
몇몇 실시 형태를 위에서 설명하였지만, 단자 커넥터에 알루미늄 합금을 사용할 수 있음도 물론이다. 또한, 연결부의 표면은 다른 방식으로 설계될 수 있다. 또한, 전술한 작용에서 벗어나지 않는 다른 변형예가 가능하다.
그러므로, 본 발명은 다음의 특허 청구범위내에서 변경될 수 있으므로 전술한 실시 형태에 제한되는 것은 아니다.

Claims (10)

  1. 몰리브덴 실리사이드 또는 이 재료의 합금으로 된 전기저항 요소용 단자로서, 이 단자 (1) 는 노벽 (3), 노천정 또는 상응하는 절연벽을 통과하도록 되어 있으며, 요소 (2) 의 고온 영역 (4) 의 각 단부에 위치되는 단자 (1) 는 고온 영역 (4) 에서의 상기 요소의 직경 보다 큰 직경을 갖는 상기 단자에 있어서,
    단자 커넥터 (5) 가 각각의 단자 (1) 에 연결되며, 이 단자 커넥터 (5) 는 알루미늄으로 만들어지고, 상기 단자 커넥터 (5) 는 결합 단자 길이의 길이를 전적으로 또는 부분적으로 구성하는 길이를 가지며, 상기 결합 단자 길이는 상기 요소의 관련 단자 (1) 와 단자 커넥터 (5) 의 길이인 것을 특징으로 하는 단자.
  2. 제 1 항에 있어서, 단자 (1) 와 단자 커넥터 (5) 사이의 접촉 영역은 단자의 단면 보다 큰 것을 특징으로 하는 단자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 단자 (1) 의 자유 단부 (7) 는 단자 (1) 와 단자 커넥터 (5) 의 연결 영역에서 좁게 되어 있으며, 단자 커넥터 (5) 는 대응하는 상보적인 형상을 갖는 공동부 (8) 를 갖는 것을 특징으로 하는 단자.
  4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 단자 커넥터의 연결면 (6a) 을 용융시킨 다음 단자의 연결면 (6b) 을 단자 커넥터의 연결면에 갖다 대고 그 후에 용융 재료가 고화됨으로써 단자 (1) 가 단자 커넥터 (5) 에 부착되는 것을 특징으로 하는 단자.
  5. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    단자 (1) 의 자유 단부 (9) 는 그 단자의 나머지 부분 보다 작은 직경을 갖는 원통형으로 되어 있고, 단자 커넥터 (5) 는 그에 대응하는 드릴가공 구멍 (10) 을 갖는 것을 특징으로 하는 단자.
  6. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    열스프레이에 의해 적용되고 상기 형상을 갖도록 가공된 알루미늄이 단자 (1) 에 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 단자.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 원통형 부분 (9) 과 드릴가공 구멍 (10) 에는 상호작용 나사가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 단자.
  8. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    단자 (1) 와 단자 커넥터 (5) 는 압력으로 연결되어 있고, 본질적으로 단자 커넥터 (5) 가 변형되는 것을 특징으로 하는 단자.
  9. 제 1 항에 있어서, 단자 (1) 의 끝면과 단자 커넥터 (5) 의 끝면은 편평하고 단자와 단자 커넥터의 종방향 축선에 수직인 면내에 각각 놓이며, 끝면 (12) 들은 마찰 용접으로 서로 부착되는 것을 특징으로 하는 단자.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 단자 커넥터 (5) 에는 하나 이상의 내부 통로 (13, 14) 가 제공되어 있고, 이들 통로에는 입구 (15) 를 통해 예컨대 공기, 질소 또는 아르곤과 같은 냉각 가스가 공급되고, 이 냉각 가스는 출구 (16, 17) 를 통해 노의 공동부 안으로 주입되는 것을 특징으로 하는 단자.
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