KR20000070494A

KR20000070494A - 적외선 복사 패널

Info

Publication number: KR20000070494A
Application number: KR1019997006738A
Authority: KR
Inventors: 요한슨라르스-괴란
Original assignee: 롤렌 올라; 칸탈 아베
Priority date: 1997-01-29
Filing date: 1998-01-15
Publication date: 2000-11-25
Anticipated expiration: 2018-01-15
Also published as: JP3803977B2; BR9806792A; EP0956738A1; CN1129347C; KR100498825B1; ID22439A; SE508779C2; CN1246266A; ZA98406B; JP2001509306A; SE9700267L; WO1998033358A1; US6160957A; AU5887698A; CA2277849C; MY140757A; CA2277849A1; SE9700267D0

Abstract

적외선 복사 패널은 전기 가열 요소(2)가 장착되는 세라믹 섬유재 벽(1)을 포함하며, 상기 전기 가열 요소는 적외선 복사열을 방출하는 고온으로 가열될 수 있게 전원에 접속되며, 이 가열 요소는 스태플에 의하여 벽에 고정된다. 본 발명은 상기 가열 요소(2)가 벽(1)의 표면(6)과 일정 간격을 두고 그 표면 상에 장착되는 것을 특징으로 한다.

Description

적외선 복사 패널{AN INFRARED RADIATION PANEL}

적외선 복사 패널은 당해 기술 분야에서 공지되어 있으며, 특히 스웨덴의 칸탈 아베(Kanthal AB)에 의하여 공급되어 왔다.

원칙적으로, 이러한 적외선 복사 패널은 전기 저항 와이어를 세라믹 섬유재의 벽 상에 장착함으로써 구성된다. 저항 와이어는 전원에 연결되어, 예컨대 1500 내지 1600℃ 정도의 고온으로 가열될 수 있다. 그러면, 저항 와이어는 적외선 복사열을 방출한다.

이러한 공지된 패널의 한가지 문제점은 저항 와이어의 유효 수명이 패널의 필요한 유효 수명과 관련하여 충분히 길지 않다는 것이다. 예컨대, 종이와 종이 펄프를 건조하는 데 적외선 복사 패널을 사용할 수 있는 제지 업계에서는, 수반되는 제조 공정의 연속성 때문에 유효 수명이 길 것이 요구된다. 예컨대, 제지 업계에서는 16000 시간의 유효 수명을 희망하고 있다. 칸탈 수퍼 1800(Kanthal Super 1800)이라하는 이름으로 칸탈 아베가 판매하는 공지된 저항 요소를 구비하는 공지된 패널은 유효 수명이 6000 시간이다.

몰리브덴 규화물 형태의 전기 저항 요소가 오래 전부터 공지되어 왔다. 이러한 저항 요소는 약 1700℃에 이르는 온도에서 작동하는 오븐과 같이 소위 고온 용례에서 주로 이용된다.

스웨덴 특허 제458 646호에는 칸탈 수퍼 1900이라는 저항 요소가 개시되어 있다. 이용된 재료는 화학식이 Mo_xW_1-xSi₂인 균질물이다. 상기 화학식에서, 몰리브덴과 텅스텐은 이질동상(異質同像)이므로, 동일 구조에서 서로 대체될 수 있다. 상기 재료는 MoSi₂와 WSi₂재료의 혼합물로 이루어지지는 않는다.

SiO₂는 고온에서 산소에 노출되면 가열 요소의 표면에서 포물선 형태의 성장 속도로 성장하며, 이 성장 속도는 가열 요소의 단면 치수에 상관없이 동일하다. 1850℃의 온도에서 수 백 시간 동안 작동한 후에 층의 두께는 0.1 내지 0.2㎜일 수 있다. 실온으로 냉각되는 경우, 이러한 유리층은 응고되어 가열 요소의 기재(基材)에 인장력이 가해지는데, 이 인장력은 기재의 열 팽창 계수가 유리의 그것과 현저하게 다르기 때문에 발생된다. 유리의 열 팽창 계수는 0.5 ×10^-6인 반면에, 기재의 열 팽창 계수는 7 ×10^-6내지 8 ×10^-6이다.

물론, 이러한 인장력은 유리 층의 두께가 증가함에 따라 증가한다. 인장력이 기재의 기계적인 강도를 초과하는 경우, 기재에 파단이 발생하는데, 이것은 유리가 특정 임계 두께 이상으로 증가하는 경우에 발생한다.

가열 요소가 보다 얇은 경우에, 기재에 대하여 유리층이 이루는 단면적의 비는 가열 요소가 굵은 경우보다 크다. 대략 동일한 작동 상태와 동일한 작동 온도에서, 가열 요소가 얇은 경우는 가열 요소가 굵은 경우보다 훨씬 짧은 작동 시간 후에 유리의 임계 두께에 도달한다.

이제까지는, 가열 요소의 두께가 적외선 복사 패널의 유효 수명에 중요한 인자인 것으로 믿어져 왔다.

그러나, 저항 와이어의 부착과 관련한 패널의 구성이 특히 중요한 것으로 판명되었다.

본 발명은 적외선 복사 패널에 관한 것이다.

도 1은 적외선 복사 패널의 정면도.

도 2는 도 1의 선 A-A를 따라 취한 적외선 복사 패널의 단면도.

본 발명은 동일 저항 와이어를 사용하는 경우 종래 패널의 유효 수명보다 훨씬 긴 유효 수명을 가지는 적외선 복사 패널을 제공한다.

그러므로, 본 발명은 전기 저항 요소가 장착되는 세라믹 섬유재 벽을 구비하며, 상기 전기 저향 요소는 적외선 복사열을 방출하는 고온으로 가열될 수 있게 전원에 접속되며, 상기 저항 요소는 스태플을 이용하여 벽에 부착되도록 되어 있는 적외선 복사 패널로서, 상기 저항 요소는 벽의 표면과 일정 간격을 두고 그 표면 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 적외선 복사 패널에 관한 것이다.

본 발명을 예시적인 실시예와 첨부 도면을 참고로 보다 상세하게 설명하겠다.

도 1 및 도 2에는 전기 저항 요소(2)가 장착되는 세라믹 섬유재 벽(1)을 구비하는 적외선 복사 패널이 도시되어 있다. 상기 세라믹 섬유재는 약 50%의 Al₂O₃를 함유하는 알루미늄-규산염 형태의 재료일 수 있다. 저항 요소는 도전체(3, 4)를 매개로 전원에 접속되어, 저항 와이어가 적외선 복사열을 방출하는 고온으로 가열될 수 있게 되어 있다. 저항 와이어는 스태플(5)에 의하여 벽(1)에 부착된다. 벽(1)은 적절한 재료, 바람직하게는 산화 알루미늄 함량이 벽(1)보다 작은 시트(7)에 의하여 지지된다.

본 발명에 따르면, 저항 요소는 벽(1)의 표면(6)과 일정 간격을 두고 그 표면 상에 장착된다. 이것은 저항 요소가 벽(1)과 접촉하게 놓여 있는 경우에 사용될 수 있는 전력 집중(power concentration)보다 큰 전력 집중을 사용할 수 있게 하는 매우 중요한 특징이다. 저항 요소가 벽으로부터 일정 간격을 두고 배치되어 있기 때문에, 저항 요소의 전체 외면은 자유로이 복사열을 방사할 수 있다. 또한, 저항 요소(2)가 벽(1)과 맞닿는 경우와 달리, 저항 요소가 과열될 위험도 없다.

이러한 실시예에서는 저항 요소(2) 또는 그것의 도전체(3, 4)를 냉각시킬 필요가 없다. 이러한 특징은 매우 바람직한 것이며, 복사 전력과 관련한 공급 전력의 효율은 할로겐 램프를 이용하는 시스템에 비하여 20 내지 30% 만큼 증가될 수 있다.

적외선 복사에 있어서의 에너지 밀도는 종래의 가스 라디에이터에서 얻어지는 에너지 밀도보다 2배 내지 3배 높게 제조될 수 있다. 또한, 보다 효율적인 건조 작용에 이용되는 단파장 복사가 얻어진다. 통상적인 칸탈 저항 요소는 1.5 마이크로미터의 파장에서 메인 피크(main peak)를 2.2 마이크로미터의 파장에서 제2 피크를 가지는 적외선 복사를 한다.

본 발명에 따른 패널의 에너지 밀도는 종이 건조시에 60% 이상의 효율로 250 내지 340 kW/m²에 도달할 수 있다. 가스 라디에이터의 대응하는 에너지 밀도는 90 내지 150 kW/m²이며, 할로겐 적외선 라디에이터는 220 내지 300 kW/m²이다. 할로겐 적외선 라디에이터는 효율이 약 30 내지 40% 이다.

그러므로, 냉각이 필요 없고, 에너지 밀도가 높아져 그 결과 고효율을 얻을 수 있기 때문에, 본 발명이 필요한 설비 비용을 감소시키는 것은 명백하다. 본 발명에 따른 적외선 복사 패널이 가스 라디에이터 및 할로겐 라디에이터보다 성능이 훨씬 우수하다는 것도 또한 명백하다.

저항 요소, 즉 가열 요소가 벽(1)과 맞닿는 경우, 저항 요소의 작동 중에 형성되는 유리가 벽에 붙는다. 저항 요소가 냉각됨에 따라, 먼저 유리가 고화되며, 유리가 수축될 때 저항 요소가 분리될 수 있는 심각한 위험이 존재하는데, 그 이유는 저항 요소의 인장 강도가 벽에 있는 섬유재의 압축 강도 및 섬유재에 대한 유리의 접착력보다 작기 때문이다.

본 발명의 특히 바람직한 일실시예에 따르면, 세라믹 로드(8, 10, 12, 14, 16)는 벽의 표면(6)과 저항 요소(2) 사이에서 서로 일정한 간격을 가지도록 배치된다. 또한, 저항 요소의 다른 면에도 서로 일정 간격을 두고 로드(9, 11, 13, 15)가 배치된다.

세라믹 로드(8 내지 16)는 각각의 로드 둘레에 결합되는 스태플(5)에 의하여 벽(1)에 고정된다. 이하, 로드와 스태플은 지지 세라믹(support ceramic)이라 지칭된다.

이에 따라, 저항 요소(2)는 전방 로드와 후방 로드 사이에서 적소에 유지되고, 로드는 스태플에 의하여 적소에 유지된다.

이러한 바람직한 구조의 결과로서, 저항 요소는 단지 지지 세라믹과만 긴밀하게 접촉하며(punctiform contact), 저항 요소가 수축 또는 축소될 때 저항 요소가 고화된 유리를 분리시킬 수 없을 정도로, 유리가 지지 세라믹에 접착되는 표면적은 작다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 가열 요소 또는 가열 저항기의 양면에 있는 각각의 세라믹 로드는 세라믹 로드(10, 12, 14, 16)가 가열 저항기(2)의 일측면에 존재하는 경우, 상기 가열 저항기의 타측면에는 세라믹 로드가 존재하지 않도록 상기 벽의 표면과 나란한 위치에서 서로에 대하여 오프셋되어 있다. 세라믹 로드(9, 11, 13, 15)에 대한 세라믹 로드(10, 12, 14, 16)의 이러한 평행 거리는 도면으로부터 명백히 알 수 있다.

이러한 구조는 소위 열점(hot spot), 즉 온도가 저항기 요소 또는 가열 요소의 최대 허용 온도보다 높아져 파단이 야기될 수 있는 지점이 생기는 것을 방지한다. 가열 요소의 일측면에서는 복사가 전적으로 억제되기 때문에, 이러한 위치에서의 온도는 로드가 서로에 대하여 평행하게 오프셋되지 않은 경우보다 낮다.

세라믹 로드(9 내지 16)는 세라믹 관으로 구성되며, 저항 요소와 같은 재료로 구성된 로드가 이 관 내에서 연장하는 것이 바람직하다. 이것은 세라믹 로드의 파손으로 인한 고장에 대항하여 안정성을 제공한다. 선택적으로, 세라믹 로드는 경질 세라믹 재료로 구성될 수 있다.

로드를 수용하는 세라믹 관은 도 1의 로드(9)에 도시된 바와 같이 그 길이를 따라 두 개 이상의 관(17)으로 분할되는 것이 또한 바람직하다. 이것은 세라믹 관이 열 응력에 의하여 파손될 위험을 제거한다.

바람직한 일실시예에 따르면, 세라믹 로드에서 연장하는 로드형 저항 요소는 벽(1)에 부착되는 두 개의 로드(18, 19)로 분할되며, 상기 로드의 각 자유단(20, 21)은 서로 접촉하지 않는다. 이것은 도 1의 로드(18)에 도시되어 있다. 이것은 각각의 로드에 크리프 전류와 불꽃 연락(spark-overs, 連絡) 또는 회로 단락(短絡)이 발생하는 일이 없이 보다 높은 최대 전압이 각각의 로드에 가해질 수 있게 한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 스태플(5)은 저항 요소와 같은 재료로 형성된 와이어로 또한 구성되며, 적어도 가열 요소, 즉 저항 요소(2)와 접촉하는 스태플(5)의 영역에서는 와이어 외부에 세라믹 관(22, 23)이 마련된다. 이것은 요소의 다리 사이에서 전기 단락이 발생되는 것을 방지한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 세라믹 로드의 표면과 스태플의 세라믹 표면은 많은 양의 Al₂O₃를 함유하는 재료로 구성된다. 재료는 약 99%의 Al₂O₃와 약 1%의 SiO₂로 구성되는 것이 바람직하다. 이용되는 재료가 많은 양의 알루미늄 산화물을 함유하는 경우에, 유리와 지지 세라믹 사이의 접착력은 적은 양의 알루미늄 산화물을 함유하는 경우의 접착력보다 훨씬 작다는 것을 알 수 있다.

본 발명의 중요한 특징은 각각의 스태플(5)이 그것에 의하여 유지되는 세라믹 로드로부터 일정 간격을 두고 배치되어 있다는 것이다. 이것은 구조물이 온도 변화에 대응하여 이동할 때 로드가 스태플(5)과 가열 요소(2)에 대하여 이동할 수 있게 한다.

본 발명의 특히 바람직한 일실시예에 따르면, 가열 요소(2), 즉 저항 요소는 균일한 규화물 재료로 구성되며, 이 규화물 재료는 몰리브덴과 텅스텐을 함유하며, 화학식은 Mo_xW_1-xSi₂이며, 이 화학식에서 x는 0.5 내지 0.75이며, 총 중량의 10% 내지 40%는 몰리브렌 붕소화물의 혼합물 또는 텅스텐 붕소화물의 혼합물 중 하나 이상으로 대체되며, 상기 혼합물은 규화물 재료에 입자 형태로 존재한다.

이러한 재료는 고온을 견딜 수 있는 것으로 판명되었으며, 이전의 요소보다 작은 양의 유리를 생성하는 것으로 판명되었다. 유리가 구조물에 접착됨으로써 요소가 파단되는 것과 관련한 문제점은 전술한 가열 저항 요소를 이용하면 감소되며, 효율은 온도가 증가함에 따라 동시에 증가한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 가열 요소 도전체(3, 4)는 세라믹 시멘트(24)에 의하여 벽(1, 7)에 접착되며, 도체는 벽에 대하여 도체 축선을 중심으로 도체가 회전하는 것을 방지하는 방식으로 벽을 통과한다. 그렇지 않으면, 가열 요소가 작동 온도에 도달할 때 전술한 바와 같은 회전이 일어난다. 도체의 회전은 가열 요소 둘레에 발생된 자기장에 의하여 일어나며, 여기서 요소의 여러 다리는 서로에게 영향을 끼친다.

이상, 한가지 특정한 구조의 패널을 설명하였지만, 본 발명의 사상이 패널의 모양과 가열 요소가 어떻게 굽혀지는 가에 관계없이 모든 적외선 복사 패널에 적용될 수 있다는 것을 당업자는 알 수 있을 것이다.

그러므로, 본 발명은 전술하고 도시한 본 발명의 실시예에 한정되지 않으며, 이하의 청구 범위의 범주 내에서 변형예가 있을 수 있다.

Claims

전기 가열 요소(2)가 장착되는 세라믹 섬유 재 벽(1)을 포함하며, 상기 전기 가열 요소는 적외선 복사열을 방출하는 고온으로 가열될 수 있게 전원에 접속되며, 이 가열 요소는 스태플에 의하여 벽에 고정되게 되어 있는 적외선 복사 패널에 있어서,

상기 가열 요소(2)는 벽(1)의 표면(6)과 일정 간격을 두고 그 표면 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 적외선 복사 패널.
제1항에 있어서, 상기 벽의 표면(6)과 가열 요소(2) 사이에서 서로 일정 간격을 두고 세라믹 로드(10, 12, 14, 16)가 배치되며, 상기 가열 요소(2)의 다른 측면에는 서로 일정 간격을 두고 세라믹 로드(9, 11, 13, 15)가 배치되며, 상기 세라믹 로드는 각 세라믹 로드(9 내지 16)의 둘레에 결합되는 스태플(5)에 의하여 상기 벽(1)에 고정되는 것을 특징으로 하는 적외선 복사 패널.
제2항에 있어서, 상기 재료는 약 99%의 Al₂O₃와 약 1%의 SiO₂로 구성되는 것을 특징으로 하는 적외선 복사 패널.
제2항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 요소(2)의 각 측면에 있는 각각의 세라믹 로드(9 내지 16)는 세라믹 로드가 가열 요소의 일측면에 존재하는 경우, 상기 가열 요소의 타측면에는 세라믹 로드가 존재하지 않도록 상기 벽의 표면(6)에 평행한 평면에서 서로에 대하여 오프셋되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 복사 패널.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 로드(8, 9 내지 16)는 가열 저항 재료로 구성되는 로드(25)를 둘러싸는 세라믹 관(26)을 구비하는 것을 특징으로 하는 적외선 복사 패널.
제5항에 있어서, 상기 세라믹 관(26)은 그 길이를 따라 두개 이상의 관(17)으로 분할되는 것을 특징으로 하는 적외선 복사 패널.
제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 저항 재료로 구성된 로드는 상기 벽(1)에 장착되는 두 개의 로드(18, 19)로 분할되며, 상기 로드(18, 19)의 자유단(20, 21)은 서로 만나지 않는 것을 특징으로 하는 적외선 복사 패널.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스태플(5)은 가열 저항 재료로 구성된 와이어(27)를 구비하며, 적어도 가열 요소(2)와 접촉하는 스태플의 영역에서는 와이어 외부에 세라믹 관(22, 23)이 마련되는 것을 특징으로 하는 적외선 복사 패널.
제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 각 세라믹 로드(8, 9 내지 16)의 표면과 각 스태플(5)의 세라믹 표면은 많은 양의 Al₂O₃를 함유하는 것을 특징으로 하는 적외선 복사 패널.
제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스태플(5)은 이것에 의하여 유지되는 세라믹 로드(8, 9 내지 16)로부터 일정 거리를 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 적외선 복사 패널.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 요소(2)는 균일한 규화물 재료로 구성되며, 이 규화물 재료는 화학 조성식이 Mo_xW_1-xSi₂인 몰리브덴과 텅스텐을 포함하며, 여기서 x는 0.5 내지 0.75이며, 총 중량의 10% 내지 40%는 몰리브렌 붕소화물 혼합물과 텅스텐 붕소화물 혼합물 중 하나 이상으로 대체되며, 상기 혼합물은 입자 형태로 규화물에 존재하는 것을 특징으로 하는 적외선 복사 패널.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 가열 요소(2)의 도체(3, 4)는 그것이 벽을 통과하는 위치에서 세라믹 시멘트(24)로 벽(1, 7)에 접착되어, 도체는 벽(1)에 대하여 그 축선을 중심으로 회전할 수 없는 것을 특징으로 하는 적외선 복사 패널.