KR102476317B1 - 절전 장치, 절전 시스템, 및 절전형 멀티탭 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선로 내 상존하고 있는 열에너지를 제거하는 기술과 이를 이용한 절전 장치 및 멀티탭콘센트 절전기를 제조하는 것에 관한 것으로, 본 발명에 사용된 절전기술은 종전에 해결방법이 없어 오랜기간 동안 방치되어 왔던 고조파잡음(Harmonic Distortion), 기동전류, 3상불평형, 유도성부하의 위상차, 전류의 열작용에 의해 생성된 전기선로내 열에너지를 산화금속 물질을 사용하여 제거함으로써, 전기선로내 저항성분을 줄이고 고조파 잡음레벨을 낮추어 임피던스에 구애받지 아니하고 전력손실을 6%~10% 수준 절전할 수 있는 절전기술과, 이 기술을 이용한 멀티탭콘센트 절전기 제조방법에 대하여 지정된 중량백분율(wt%) 범위의 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화철, 이산화규소, 산화아연을 포함하는 N개의 물질을 기 설정된 배합비율로 혼합한 후 에폭시 계열의 바인더와 경화제를 사용하여 교반한 후 절전기 케이스에 투입하여 건조하는 과정을 거쳐 최종 제품까지 제조하는 과정을 모두 포함한다.

Description

절전 장치, 절전 시스템, 및 절전형 멀티탭{Power saving device, power saving system, and power saving multitap}

본 발명은 고조파잡음(Harmonic Distortion), 기동전류, 3상불평형, 기계설비, 유도성부하의 위상차 및 전류의 열작용에 의해 발생한 열을 제거하여 전류손실을 줄이는 절전 장치 기술 및 이 기술을 이용한 절전 장치, 절전 시스템, 및 절전형 멀티탭에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 교류(AC)전원에서 사용하는 상용 주파수 60hz(또는 50Hz) 때문에 발생하는 고조파잡음 (Harmonic Distortion)에 의해 발생한 열에 의한 전류손실, 기동전류에 의해 발생하는 열에 의한 전류손실, 3상불평형에 의해 발생하는 열에 의한 전류손실, 공장내 기계장치에서 발생한 열로 인한 전류손실, 유도성부하의 위상차에 의해 발생한 열에 의한 전류손실, 전류가 전기선로에 흐를 때 발생하는 열로 인하여 생성된 운동에너지인 열에너지 때문에 생긴 전류손실 문제를 해결할 수 있는 절전 장치기술과, 이 기술을 이용한 절전 장치, 절전 시스템, 및 절전형 멀티탭에 관한 것이다.

종래의 절전을 위한 기술은 전압강하 방식 및 역률개선방식 2가지밖에 없으며 이 원리를 적용한 다양한 제품들이 나와 있다. 전압강하 방식은 기존에 설치되고 있는 대다수 절전 장치의 일반적인 절전 방식으로서, 전압(V)을 자연변동치 이내로 인위적인 하락을 시켜 절전하는 원리를 이용한 것이다. 권선방식 또는 트랜스방식이라고도 하며, 변압기의 원리와 비슷하다. 그러나 전압강하 방식의 경우 설치 후 전압이 자연변동치 이상(10%)으로 떨어지므로 조명의 밝기가 저하되고 전기 기기나 장비의 노이즈 발생, 모터 회전수 감소 및 마모현상 등이 발생하며, 절전 장치를 직렬로 연결하므로 절전 장치 자체의 고장 발생시 단전사고 등 전력계통의 전기적인 위험과 피해가 발생할 수 있다. 따라서 대전력을 사용하는 산업체 공장의 설비에는 부적합하고, 회전수 감소 문제가 발생하기 때문에 사용하지 않는다.

또 다른 방식은 역률개선 방식이 있다. 여기서 역률(Power Factor)이란 부하가 사용하는 유효전력과 부하에 공급되는 피상전력의 차를 말한다. 유도성 부하로는 모터(Motor)가 대표적인 설비로 전압과 전류(위상차)가 90도 차이가 나 무효전력이 크게 나타나므로, 이를 줄이면 유효전력이 증가하여 역률이 개선되었으므로 전력손실이 줄어드는 효과가 있다. 대개 역률개선용 진성콘덴서를 사용하여 해결한다.

전압과 전류의 위상차가 0일 때 역률 1.0으로 표시된다. 역률이 1.0일 때 무효전력 0이라는 이상적인 상태가 되며 전류의 상을 전진시켜 무효전력이 감소하게 된 것이다. 예를 들어 부하용량이 1,000㎾인 전기 수용가에서 역률이 1.0인 경우 주 변압기의 용량은 1,000㎾ / 1.0 = 1,000㎸A가 되지만, 역률이 0.8인 경우에는 1,000㎾ / 0.8 = 1,250㎸A가 되어 역률 1.0보다 약 25%의 전력 손실이 발생한다. 따라서 이러한 손실을 막기 위하여 역률 개선 방식이 사용된다. 그러나 이 방법의 경우, 콘덴서의 기능이 열화됨에 따라 지상역률과 진상역률이 30분 간격으로 변동되어 전력손실이 오히려 15%~20%이상 증가하거나, 기계 가동수에 따라 전력 사용량이 늘어나는 문제가 발생한다. 따라서, 이를 막기 위하여 조업을 하지 않는 저녁시간 에는 전원 자체를 차단하는 등의 조치를 취하고 있다.

종래의 절전 장치기술은 상기와 같은 전압을 인위적으로 낮추거나 유도성 부하의 위상차를 줄이는 방법 이외에, 전류가 흐를 때 발생하는 열작용에 의한 전류손실이나 고조파잡음에 의한 전류손실, 기동전류에 의한 전류손실, 3상불평형에 의해 발생한 열 및 기계장치에서 발생한 열에 의한 전류손실에 대해서는 절전기술을 지금까지 찾지 못하고 있는 실정이였다.

상기에서 기술한 6가지 전류손실 원인에 대하여 상세히 기술하면 다음과 같다.

(1) 유도성 부하인 모터는 전압이 전류보다 90도 빨라 위상차에 따른 전력손실이 기본적으로 발생한다. 이 위상차로 전력을 100% 활용하지 못한다. 코일(Coil)에 전류가 흐르면 주파수가 높아져 열이 발생하므로, 전류의 흐름이 방해받는 현상이 발생한다. 따라서 파형의 손실이 열로 전환되어 부품의 수명을 단축시킬 뿐만 아니라 더 많은 전력을 소모하게 되는 원인이 된다.

(2) 전류의 열작용은 전류가 흐를 때 자유전자와 원자들의 충돌로 생기며, 열(Q) ∝ E(=VIt)으로 전압, 전류, 시간의 증가에 비례하여 증가하게 된다. 대표적인 것이 다리미, 전기난로, 헤어 드라이기를 들 수 있다.

(3) 고조파는 설비의 제어 및 전원공급장치(특히, SMPS)에서 발생하는 잡음으로 도선내 저항 증가로 인한 자유전자 흐름을 방해하여 전류손실이 원인이 된다.

(4) 기동전류의 경우에는 정지상태인 모터의 저항값과 운전중인 모터의 저항값이 다르기 때문에 나타나는 현상이다. 정지상태에서 모터의 저항값은 매우 작아 초기 동작을 하게 되면 전류는 엄청난 양이 흐르게 되는데 이것을 기동전류라고 한다. 유도성 부하(L)인 모터를 사용하는 냉동기 및 에어컨의 컴퓨레셔, 압축기, 증발기의 급기동에 따른 기동전류가 많이 흐르는데 코일에 전류가 흐르게 되면 주파수가 높아져 전류의 흐름이 방해를 받게 되고 이때 열이 발생하게 되어 코일의 저항값은 점차적으로 증가하게 되어 흐르는 전류의 양이 줄어들게 만든다. 같은 전압을 인가하였을 경우에도 저항값이 상대적으로 적은 정지상태 보다 전류가 6~10배가 흐르게 되며, 이때 전류손실이 과도하게 발생한다.

(5) 3상 불평형인 경우, 예를 들어 R상은 42A, S상은 15A, T상은 2A로 불평형한 상태면, 같은 굵기의 전선에 전류가 많이 흐르는 곳에는 전압강하가 심하게 일어나 전력손실이 발생한다.

(6) 기계장치(가정에서는 가전제품)에서 발생한 열은 전기선로 내부로 유입되어 온도를 상승시켜 선로내 저항성분을 증가시키기 때문에 전류손실의 원인이 된다.

이제까지 밝혀진 전류손실 원인은 상기와 같이 크게 6가지 정도이다. 이중 유도성 부하의 위상차를 보상하는 역률개선 방식의 절전 장치기술은 개발되어 지금까지 보편적으로 사용되어 왔으나, 위상차에 의해 발생한 열로 인한 전류손실과 고조파잡음(Harmonic Distortion), 기동전류, 3상불평형, 기계설비에서 발생한 열, 및 전류의 열작용에 대한 열로 인해 생성된 선로내 열에너지에 의해 발생하는 전류손실을 막을 수 있는 해결책은 아직까지 찾지 못하고 있다. 따라서, 이를 해결하기 위한 연구가 필요하다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 고조파잡음 (Harmonic Distortion)에 의해 발생하는 열에 의한 전류손실, 기동전류에 의해 발생하는 열에 의한 전류손실, 3상불평형에 의해 발생하는 열에 의한 전류손실, 기계장치에서 발생한 열로 인한 전류손실, 유도성부하의 위상차에 의해 발생한 열에 의한 전류손실, 전류가 전기 선로에 흐를 때 발생하는 열작용으로 인하여 발생한 열에너지로 인한 전류손실을 차단할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.

전류손실을 차단하는 기술은 고조파잡음, 기동전류, 3상불평형, 설비, 유도성부하의 위상차, 전류의 열작용 및 기계장치에서 발생한 열 때문에 생성된 열에너지(Thermal Energy)를 제거하는 것이다.

열에너지란 온도로 인하여 생겨난 선로 및 시스템 내에 존재하는 운동 에너지를 말한다. 열에너지는 임의 또는 무질서한 움직임에서 비롯되며, 이상적인 단원자 기체에서 열에너지는 전적으로 운동 에너지를 말한다. 열과 열에너지는 엄연히 다르며 열은 에너지의 전달방식이지만 열에너지는 에너지의 한 종류이다. 따라서 열에너지는 에너지의 총량에 따라 크기(세기, 밀도)를 갖게 된다.

본 발명은 이와 같이 전기선로와 기계장치 내부에 상존하고 있는 열에너지를 안정적으로 제거하는 기술과, 이를 이용하여 임피던스와 상관없이 전류손실을 줄여 절전할 수 있는 무회로 절전 장치, 절전 시스템, 및 절전형 멀티탭을 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 열에너지 제거 방법은 전기선로(또는 전선)는 기계장치가 가동되면 내부 온도가 24℃~29℃로 상승하게 되며, 기계 가동수가 일정하다면 항상 이 온도를 유지하게 된다. 공장 내부온도가 60℃를 넘어도 전기선로의 온도는 24℃~29℃ 수준을 유지한다. 이유는 전선에는 플라스틱(PE: 폴리에틸렌) 외피가 있어 외부의 온도가 유입이 안되기 때문이다. 24℃~29℃는 상기의 6가지 열 발생원인에 의해 생성된 것이라고 할 수 있다. 이 온도는 전류 사용량에 따라 차이가 있으나 고압이나 저압을 사용하는 설비 모두 이 범위를 벗어나지 않는다. 저압의 경우는 24℃~25℃, 고압(3,300V, 6,600V)의 경우는 27℃~29℃ 수준이다. 전기선로가 이 수준의 온도밖에 되지 않은 이유는 전력 계통에서는 70℃ 이상의 열을 발생시키는 트랜지스터 부품을 사용하지 않기 때문이다.

본 발명의 기술적 사상에 따르면, 전기선로 내 열에너지를 외부로 방출시키기 위하여, 전도(Conduction) 방법을 이용한다. 여기에 사용할 수 있는 것은 전도 특성이 우수한 금속을 사용하는 것이며, 금속이 가지고 있는 고유의 열적평형 특성을 이용하여 전기선로의 내부 열에너지를 외부로 방출시키는 것이다. 선로 내부는 온도가 높으나 절전 장치는 온도가 낮기 때문에 열에너지가 내부의 금속물질을 통하여 전도되게 된다. 전도된 열에너지는 절전장치 철판 케이스로 전달되어 외부로 배출되어 선로내 온도가 지속적으로 낮게 유지될 수 있다.

그러나, 전도특성이 우수한 금속은 모두 전류가 잘 통하는 특징을 가지고 있어 합선 문제가 발생하므로 사용이 불가하다. 따라서, 본원 발명은 열전도 특성은 보유하고 있으면서 전류가 흐르지 않는 물질을 사용한다. 본 출원은 그러한 특성을 갖는 물질로서 산화금속류를 이용하였으며, 특히 출원인은 산화알루미늄, 산화철, 이산화규소가 전기선로 내부의 열에너지를 합선(Short Circuit) 문제없이 제거할 수 있다는 점을 발견하였다.

열에너지를 제거하기 위해서는 3가지의 대표적인 특징을 지녀야만 한다. 첫째는 절연특성이 우수하여야 한다. 통상 저압의 경우는 단자(R, S, T)간 절연내력이 10MΩ 이상, 고압은 100MΩ이상 이어야 한다. 절연내역은 절연저항이라고도 하며 단자(R, S, T)간 전기가 도통할 수 있는지 여부를 판단하는 기준이다. 본 발명에 의한 장치는 저압의 경우 1,000MΩ, 고압의 경우 14 x 10⁴MΩ으로 절연내역 특성이 매우 우수하다. 둘째는 비열특성(열을 빠르게 흡수하는 능력)이 우수하여야 한다. 본 발명에 따라 사용하는 산화금속은 그 어느 냉각 소재보다 비열특성이 나쁘지 않다. 산화금속은 일반 순수금속에 비해 5%~7% 수준 비열 특성이 떨어지지만 전기선로내 온도가 높지 않아 이를 처리하는데 문제가 없다. 셋째는 화학적, 열역학적으로 안정화되어 있어야 한다. 대표적인 절연체인 변압기내 절연유는 산성화로 인하여 3년~4년에 한번씩 교체하여야 하나, 본 발명에 사용하는 산화금속은 이미 산소와 결합되어 있는 상태이기 때문에 공기중에 산소와 지속적으로 접촉하면 산화가 진전되어 열전도 특성이 떨어지는 문제가 발생하나. 전기 절전 장치 제작시 에폭시 계열의 바인더(Binder, 접합제)와 배합하여 케이스 안에 성형시켜 사용하기 때문에 에폭시 피막이 생겨 더 이상의 산화가 이루어 지지 않는다. 따라서, 성형된 산화금속은 절연유처럼 교체도 필요없고 가스도 발생하지 않기 때문에 장기간 반영구적으로 사용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 전기 절전 장치를 설치하여 열에너지로 인한 전류손실을 최소화할 수 있는 이점을 가지고 있다. 기존에는 전기선로내 열에너지를 제거할 수 있는 방법을 찾지 못해 고조파잡음(Harmonic Distortion)에 의해 발생하는 열에 의한 전류손실, 기동전류에 의해 발생하는 열에 의한 전류손실, 3상불평형에 의해 발생하는 열에 의한 전류손실, 기계장치에서 발생한 열로 인한 전류손실, 유도성부하의 위상차에 의해 발생한 열에 의한 전류손실, 전류가 선로에 흐를 때 발생하는 열작용으로 인한 전류손실에 대하여 방치되어 왔지만 이제는 안정적으로 평균 7%~10% 수준의 전력손실을 차단할 수 있게 되었다. 전압품질이 낮거나 노후화된 설비나 공장의 경우에는 12%~20% 수준의 전력손실도 막을 수도 있다. 특히, 기동전류나 고조파가 많은 공장일수록 더 높은 절전율이 달성될 수 있다.

또한, 종전의 절전 장치는 모두 전기회로를 사용하여 제작함에 따라 고장이 발생하거나, 부품의 기능 열화시 오히려 전력소모를 증가시키는 원인을 제공하였지만, 본 발명에 따라 제조된 전기 절전 장치는 일체 전기회로를 사용하지 않으므로 부하설비의 속도(RPM)가 떨어지거나 조명의 조도가 낮아지는 등의 문제가 일어나지 않는다. 나아가 전기 절전장치 자체에 전자부품이 사용되지 않아 전력소모 요소 없고, 따라서 절전이 안정적으로 이루어지며 인위적인 손상을 가하지 않으면 고장이 발생하지 않는다. 따라서 30년 이상 반영구적으로 사용이 가능하다.

이외에도, 본 발명에 따르면, 본 기술에 의한 절전 장치는 전기선로 열에너지 제거로 인하여 고조파잡음의 세기를 낮출 수 있다. 즉, 전기 선로 내 고조파잡음을 제거할 수 있다. 따라서, 고조파잡음으로 인한 많은 피해발생을 차단할 수 있다. 고조파잡음은 전류손실뿐만 아니라 중성선에 과다전류를 흐르게 하여 화재를 발생하게 하거나, 센서의 안정적 동작을 방해하여 생산라인을 멈추게 하거나, 제어반의 PCB와 부품을 손상시키고, 제어반 전자부품의 열화현상을 가속시키는 등의 피해를 일으킨다. 본 발명에 의한 전기 절전 장치를 해당 기계장치 또는 제어반, 공장 전체에 설치하면 고장 발생율을 80% 이상 낮출 수 있다. 이는 자동차 부품 생산공장의 생산라인이 월 3~4회 이유없이 멈추는 사태가 본 발명에 의한 전기 절전 장치를 설치하면 6개월에 1번 정도로 줄어 든다는 의미이다. 또한, 기존의 고조파 필터와 달리 임피던스에 영향을 받지 않을뿐더러 모든 주파수 대역에서 사용이 가능하고, 고조파 이외의 고주파 노이즈(Noise)도 제거가 가능하다.

본 발명에 따르면, 멀티탭콘센트 절전 장치와 같은 절전 장치는 분전함에 차단스위치를 내릴 필요없이 가정이나 사무실 벽체 콘센트에 직접 삽입함으로써 사용할 수 있기 때문에 별도의 설치과정이 필요 없는 장점이 있다. 또한 본 발명에 따른 멀티탭콘센트 절전 장치와 같은 절전 장치는 전류가 부하(가전 제품, PC 등)로 통과하는 방식을 채택한 제품으로, 벽체 콘센트에 꽂아 두어도 그 자체로 절전 장치 역할을 수행하며, 멀티탭콘센트 절전 장치 삽입구에 PC, 에어컨, 냉장고 등의 가전제품을 연결하면, 이것 역시 절전이 되는 구조를 가지고 있다.

본 발명에 따른 열에너지 제거기술은, 제4차 산업혁명시대의 자율주행차와 전기차, 스마트시티, 스마트공장에 사용되는 각종 센서의 안정적 동작을 위하여 반드시 필요한 기술이다, 센서가 가장 취약한 것은 신호왜곡 및 잡음(Distortion & Noise)이며 대표적인 것이 고조파잡음이다. 전술한 바와 같이 본원 발명의 절전 장치는 고조파 잡음을 제거할 수 있기 때문에, 안정적인 센서 운용이 구현될 수 있다.

전기차의 전력효율 개선뿐만 아니라, 자율 주행차, 스마트시티, 스마트공장의 전력효율을 개선하여 전력품질을 높히고, 안정적 센서 운용을 통하여 인명사고를 방지하고, 센서의 오동작으로 인한 정전사태 등을 막을 수 있을 것이다. 전기회로 없이 산화물만으로 제작되어 있어 충격에 강하고 기능 열화현상이 발생하지 않아 장기간 반영구적으로 사용할 수 있는 장점을 갖고 있다.

본 발명에 따른 전기 절전 장치는 전력사용 용량에 맞게 다양한 모양과 크기로 제작할 수 있어 설비의 기구물이나 회로 변경없이 제작이 가능하다. 필요하다면 노트북의 아답터처럼 충전선 중간에 삽입하여 사용할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 열에너지 제거를 위한 물질에 대한 표이다.
도 2는 본 발명의 실시 방법에 따른 열에너지 제거 원리를 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 절전 장치를 이용한 열에너지의 전도과정을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시방법에 따른 열에너지 제거기술이 적용된 절전 장치를 도시한다.
도 5는 열에너지 제거기술이 적용된 멀티탭콘센트 절전기 구조도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 절전 장치의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 “포함한다(comprise)” 및/또는 “포함하는(comprising)”은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 “및/또는”은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열의 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 열에너지 제거를 위한 물질에 대한 표이다.

보다 상세하게 본 표는 전기학적인 측면에서 사용할 수 있는 재료를 말한다. 첫번째 자성도 갖고 있으면서 전류도 잘 흐르는 대표적인 물질로 철(Fe)이 있다. 둘째는 자성은 없지만 전류가 잘 흐르는 물질로 알루미늄(Al)과 구리(Cu)가 있다, 주로 전선의 도체 또는 통신선의 내부도체, 외부도체로 주로 사용한다. 상기 2가지 특성을 가지고 있는 물질은 전도 특성이 우수하지만 전류가 통하여 합선이 발생하므로 전선내부의 도체에서 열에너지를 제거하는 용도로는 사용할 수가 없다. 이유는 합선이 되기 때문이다.

세번째는 자성은 띠고 있지만 전류가 흐르지 않는 물질로 대표적인 것이 산화금속이다. 즉 산소와 금속원자가 결합되어 있는 구조로 이 물질들은 전류가 흐르지 않는 특징을 가지고 있다. 네번째는 자성도 없고 전류도 흐르지 않는 물질로 흔히들 절연체라고 한다. 대표적인 것이 유리, 플라스틱, 고무를 들 수 있다. 이 물질들은 기본적으로 전도특성이 없어 전기선로내 열에너지를 외부로 방출시키는데 사용이 불가하다.

따라서, 전술한 4가지 물질 중 세번째 자성은 띠고 있으나 전류가 흐르지 않는 물질을 본 발명에서는 선로내부의 열에너지를 외부로 방출시키는데 필요한 전도체로 사용할 수가 있다. 이는 일반 알루미늄이나 구리에 비해 열 전도도가 7%~10% 정도 떨어지나 전기선로 내부의 온도가 24℃~29℃ 정도로 높지 않기 때문에 열에너지 전도물질로 사용하는데 무리가 없다. 여기에 사용하는 금속은 이미 공기중의 산소와 접촉하여 산화가 된 상태이지만, 에폭시 계열의 바인더(Binder, 접합제)와 배합하여 절전 장치 케이스 안에 성형시킨 상태로 피막이 형성되어 더 이상의 산화가 이루어 지지 않아 장기간 사용하여도 전도특성이 떨어지지 않는다.

도 2는 본 발명의 실시 방법에 따른 열에너지 제거 원리를 도시한 그림이다. 보다 구체적으로, 도 2는 전기선로의 대표적인 잡음인 고조파와 열에너지와의 관계를 나타내는 그림이다. 이는 오실로스코프로는 확인이 불가하고 스펙트럼분석기(Spectrum Analyzer)를 통하여 획득할 수 있다. X축은 주파수 대역이며, Y축은 진폭(크기)를 나타낸다.

도 2a를 참조하면, 1개의 기계장치에서 발생하는 고조파의 형태가 도시된다. 이 상태에서는 에너지 밀도가 낮아 기계설비나 전류손실에 거의 영향을 끼치지 않는다. 고조파는 교류에서 전기를 전송할 때 사용하는 상용주파수(60Hz, 50Hz)가 체배되어 나타난 기생 파형으로 전기선로에서는 잡음 역할을 한다. 대개 50차(3KHz) 까지를 고조파라 하며, 37차(2.2KHz)까지 전기품질에 영향을 끼칠 수 있다.

고조파는 주로 반도체 전력변환 설비와 변압기 및 회전기의 비선형 특성에서 운전시 주로 발생하며, 해당 설비로는 SCR 교류위상 제어장치 (Heater), UPS (Uninterruptible Power Systems), 조명설비(DIMMER), 인버터(V.V.V.F), DC 파워 시스템/ 충전기, AC / DC 인버터, 주파수 변환기, 아크로, 유도로, 용접기계, 사무용기기, 가전기기 등이다.

도 2b를 참조하면, 공장내 다수의 기계장치로부터 발생한 고조파가 중첩되어 에너지 밀도가 커지고 고조파 레벨이 증폭되어 급격히 증가한 것을 알 수 있다. 고조파에는 전류고조파와 전압고조파가 존재한다. 전류고조파의 경우는 국제기구(IEC)에서는 개별 고조파는 2%~4%, 총고조파잡음(THD : Total Harmonic Distortion) 기준은 5%이내로 규정하고 있다. 전압고조파는 개별 고조파는 5%, 총 고조파잡음(THD : Total Harmonic Distortion)는 8% 이하로 규정하고 있다.

고조파의 경우, 전압고조파보다 전류고조파가 더 심각하게 다루어야 할 대상이다. 전류고조파는 고객의 고조파 발생원(컨트롤러, 모터, 인버터 등)에 의해 전력계통으로 유입되기 때문에 발생한다. 그러나, 전압고조파는 전류고조파와 임피던스에 의해 발생되기 때문에 우선적으로 전류고조파를 제거하여야 피해를 줄일 수 있다.

고조파가 규정 이상으로 에너지밀도가 클 경우 기계설비의 고장 및 생산라인 정지 등의 심각한 문제를 일으키지만 가장 큰 피해는 전류손실이 크게 발생한다는 것이다. 고조파 발생량이 큰 공장일수록 절전율이 높은 것은 이와 같은 이유 때문이다.

다시 도 2b를 참조하면, 도2a에서의 단일 기계장치 시스템에서 발생한 고조파잡음 레벨(200)은 상대적으로 낮은 반면에, 다수의 기계장치 시스템에서 발생한 고조파가 서로 중첩되고 이로 인하여 고조파 레벨(210)이 증가되었음을 알 수 있다. 이 상태가 되면 고조파는 에너지밀도가 커져 운동에너지가 급격히 증가하게 되면서 선로 내 전류손실이 급격이 증가하게 된다.

도 2c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 전기 절전 장치를 설치하여 도 2b에 나타난 높은 레벨(210)의 고조파잡음을 제거한 예이다. 이는 선로 내의 열에너지를 제거함으로써 고조파의 운동에너지를 감소시킨 결과로, 증폭된 고조파 레벨도 많이 감소하였음을 알 수 있다.

본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 절전 장치를 공장이나 사무실의 고조파 발생원마다 설치하면, 해당 존(Zone)에서 발생한 고조파잡음 세력이 1차로 감소하기 때문에, 다수의 고조파가 전력 계통 내에서 다수 중첩이 된다고 해도, 높은 레벨의 고조파잡음이 발생하지 않는다. 다시 말해, 도 2c에 나타난 바와 같이, 공장 전체의 고조파 세력이 약화되기 때문에, 고조파로 인한 저항성분이 줄어 들어 전류손실을 줄일 수 있고 고조파로 인한 많은 피해도 함께 해결할 수 있다.

고조파와 절전은 서로 상관관계를 갖고 있어서, 고조파를 제거하면 자연적으로 절전이 된다. 본 발명에 의한 전기 절전 장치를 설치하면 순시치 기준으로 50% 이상 고조파를 제거시킬 수 있어 절전효율을 7%~10%을 올릴 수 있다. 또한, 고조파로 인한 고장 피해를 80% 이상 막을 수 있다.

도 3은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 절전 장치를 이용한 열에너지의 전도과정을 도시한 것이다. 보다 구체적으로, 도 3은 공장 내 차단스위치 2차측에 전기 절전 장치를 설치하여 전기선로내 열에너지가 절전 장치로 전도되는 상태를 보여준다.

도 3a를 참조하면, 공장 내 차단스위치 1차측 터미널(300)을 열화상카메라로 촬영하면 전기선로 내부의 온도를 알 수 있다. 전기 부하와 연결된 전기선로의 온도는 각각 24.9℃ 및 26.9℃ 이다. 통상 전기 부하에 전기적으로 연결된 선로는 20℃ 내지 30℃의 온도를 가질 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 절전 장치는 이러한 온도의 선로를 대상으로 전력 절감 효과가 구현될 수 있도록 한다.

이후, 차단스위치 2차측 터미널(310)에 절전 장치를 설치하고 열화상카메라로 촬영하면 전기선로 내부의 온도를 알 수 있다. 2차측 터미널(310)의 전기 선로의 온도 역시 각각 24.9℃, 26.9℃ 이다. 1차측 터미널(300)의 온도와 2차측 터미널(310)의 온도는 거의 동일하다.

2차측 터미널(310)에 설치된 절전 장치의 표면(320)을 열화상카메라로 촬영하면, 전기선로 내부의 온도를 알 수 있다. 촬영한 표면 온도는 각각 24.9℃, 26.9℃ 이다. 이는 1,2차측 온도와 소수점 이하의 편차만 있을 정도로 거의 동일하다. 이는 선로 내부의 온도가 그대로 절전 장치로 전달되어 열전도 되었음을 의미한다.

선로 내부는 24.9℃, 26.9℃이지만 절전 장치의 최초 표면온도는 12.2℃, 11.2℃이기 때문에 상대적으로 온도가 높은 선로내 열에너지가 온도가 낮은 절전 장치 쪽으로 흐르는 것이다. 즉, 상기 선로와 절전 장치의 절연성 열전도 물질 사이의 접촉으로 인해, 절연성 열전도 물질과 선로는 서로 동일한 온도를 갖게 될 수 있다. 이 방법과 이 원리로 열에너지를 외부로 방출시킬 수 있다.

도 3b는 2개의 사이트(site)에서 측정한 절전 장치의 설치 전과 설치 후의 절전 장치의 표면 온도를 비교한 실험 결과이다. 먼저 제1 사이트에서, 절전 장치가 전기 부하에 설치되기 이전에, 상온에서 열화상카메라로 측정한 절전 장치의 표면온도는 12.2℃이다. 이후 절전 장치를 차단스위치의 2차측에 연결한 후 열화상카메라로 측정한 온도는 24.9℃이다. 즉, 절전 장치의 설치 전과 후를 비교해 보면 절전 장치의 표면 온도가 12.7℃ 증가하였음을 알 수 있다.

두번째로 제2 사이트에서, 절전 장치가 전기 부하에 설치되기 이전에, 상온에서 열화상카메라로 측정한 절전 장치의 표면온도는 11.2℃이다. 이후 절전 장치를 차단스위치의 2차측에 연결한 후 열화상카메라로 측정한 온도는 26.9℃이다. 즉, 절전 장치의 설치 전과 후를 비교해 보면 절전 장치의 표면 온도가 15.7℃ 증가하였음을 알 수 있다.

이와 같이, 전기 선로내 열에너지는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 절전 장치로 전도될 수 있다. 절전 장치로 유입된 열에너지는 전기 절전 장치 내부의 산화물을 통하여 90%는 분산 흡수되면서 소멸되고, 5%~10% 정도가 전기 절전 장치 스틸케이스를 통하여 외부로 방출된다. 내부에서 흡수된 열이 자체에서 소멸되는 것은 산화물이 일정 이상의 체적을 가지고 있기 때문이며, 이는 전류사용 용량에 따라 달라진다.

후술하겠지만, 상기 절전 장치는 가정에서도 이용될 수 있으며, 예를 들어 멀티탭 콘센트 절전 장치로 구현될 수 있다. 즉, 멀티탭 콘센트를 벽체 콘센트에 꽂아 둠으로써, 전술한 바와 같은 절전 효과가 달성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시방법에 따른 열에너지 제거기술이 적용된 절전 장치를 도시한다.

도 4a는 병렬형 절전 장치(400)의 구조를 도시한 도면이다. 병렬형이란 전압만 인가되고 전류가 통과되지 않은 구조를 말한다. 즉, 부하(기계장치)가 직접 연결되지 않는 것을 말한다. 병렬형은 주로 기존의 공장이나 업무용 건물에 설치하는 용도이다. 직접 부하와 연결하지 않으므로 기계장치의 용량과 상관없이 저압, 고압을 막론하고 모두 설치가 가능하다. 병렬형을 사용하는 또 하나의 이유는 분전함 공사가 용이하기 때문이기도 하다.

통상적으로 본 발명에 따른 병렬형 절전 장치의 경우, 가열로는 7%~8%, 유도방식 전기로는 7%~8%, 컴퓨레셔는 6%~7%, 에어컨은 8%, 일반 공조기는 3%~3.5%, 냉동기는 7%~8%, 순환펌프는 2.5%~3.5%, 베이커리 오븐은 20% 정도 절전이 가능하며, 산업체 공장 전체에 설치시 평균적으로 7%~10%, 슈퍼, 마트는 7%~8%, 아이스크림 매장은 8%~9%, 가정집은 평달은 6%~8%정도, 여름철은 9%~10% 절전이 가능하다.

전기를 손실 없이 전송하기 위해서는 입력 임피던스(Zin)와 출력 임피던스(Zout)값이 동일하여야 한다. 그러나 초전도체가 아니고는 입출력 임피던스가 동일할 수 없다. 이는 저항성분 및 리액턴스 성분 때문인데, 요소 때문에 전류손실이 발생하고 결국은 전력손실로 이어진다. 리액턴스는 전류흐름의 방해 크기를 나타내는 크기를 말한다. 유도저항 또는 감응저항이라고 하는 것으로, 전류가 코일에 흐르면 자기 유도 작용(인덕턴스)이 생겨 교류의 흐름을 방해하는 저항이라는 것이 생기는데 이 방해 정도를 리액턴스라고 한다. 리액턴스에는 유도성과 용량성의 2가지가 있다. 유도성 리액턴스(L)는 전류가 흐르는 전선이나 코일 주위에 생기는 자기장과 관련이 있고, 용량성 리액턴스(C)는 전기장의 변화와 관계가 있는 것으로 절연물을 매개로 하는 2장의 분리된 도체판에서 생긴다. 주파수가 커지거나 작아지면 전류값도 같이 변하는 특성을 가지고 있다.

본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 절전 장치는 외부의 요인에 의해 발생한 임피던스 성분의 증가 원인인 열로 인해 생성된 전기선로내 열에너지를 제거하는 방법으로서, 증가된 임피던스로 인한 전류손실을 줄여 전력소모를 줄이는 절전 방법을 개시한다.

다시 도 4를 참조하면, 도 4a에서는 병렬형 절전 장치(400)가 도시되고, 도 4b에서는 직렬형 절전 장치(450)가 도시된다.

도 4a를 참조하면, 입력라인은 있으나 출력라인이 없는 병렬형 절전 장치가 도시된다. 즉, 도선부(420)는 전기 부하와 같은 전력 계통에 연결되고, 상기 도선부(420)는 절전 장치 내부의 전극부(410)의 일 단부와 전기적으로 연결되나, 전극부(410)의 다른 단부는 개방된 상태로 유지된다. 병렬형 절전 장치는 직렬형 절전 장치에 비해 절전율이 30% 수준 낮지만 기존에 전기시설이 완료되어 있는 곳에 절전 장치의 설치를 편리하게 하기 위하여 필요한 구조이다.

병렬형 절전 장치의 전극부(410)와 관련하여, 전력 계통이 단상인 경우 2개 전극부(410)가 구현되고, 전력 계통이 3상인 경우, 3개의 전극부(410)가 구현될 수 있다. 병렬형 절전 장치는 임피던스와 관계가 없는 절전 원리가 적용되기 때문에, 접지선이 필요없다. 마찬가지로 절전 정치의 전압이 인가되는 도선부(420) 역시 단상은 2개, 3상은 3개로 구성된다. 또한, 도선부(420)의 경우에도 임피던스와 관계가 없는 절전원리가 적용되었기 때문에 접지선이 필요 없다.

병렬형 절전 장치 내부에는 열에너지 제거 유닛(430)이 구현된다. 열에너지 제거 유닛(430)은 전극부(410)나 도선부(420)와 같은 선로에 존재하는 열에너지를 제거하도록 구성될 수 있다. 이러한 열에너지 제거 유닛(430)은 선로와 접촉하도록 배치된 절연성 열전도 물질을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 열에너지 제거 유닛(430)은 병렬형 절전 장치의 내부에 충진될 수 있고 산화물질, 특히 전기를 인가하지 않아도 전기적 특성을 지닌 유전체의 특징을 갖는 산화물질을 포함할 수 있다.

예를 들어, 열에너지 제거 유닛(430)은 금속 산화물질을 포함할 수 있다. 상기 금속 산화물질은 자연상태의 광물질이나 가공된 제품에서도 취득이 가능하다. 예를 들어, 상기 금속 산화물질은 보크사이트 또는 토르말린으로부터 획득될 수 있다. 보크사이트 또는 토르말린은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 절전 장치의 열에너지 제거 유닛을 구현하는데 필요한 성분들을 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 일부 실시예에서, 전도 용도의 산화물질은 산화알루미늄(Al₂O₃)과 산화철(Fe₂O₃), 이산화규소(SiO₂), 산화마그네슘(MgO)를 포함할 수 있다. 이 물질들은 보크사이트(bauxite) 또는 토르말린(Tourmaline)에서도 구할 수 있다. 보크사이트(bauxite)는 산화 알루미늄(Al₂O₃)과 산화철(Fe₂O₃), 이산화규소(SiO₂)와 그 외 금속염 불순물이 섞여 있는 혼합물로 사용이 가능하며, 전기석이라고 불리는 토르말린을 통해서도 열전도 특성을 지닌 산화금속물을 획득할 수 있으며, 이중 하나 이상의 물질을 더 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 절연성 열전도 물질은 적어도 30% 중량의 산화알루미늄을 포함할 수 있다. 적어도 30% 중량의 산화알루미늄을 통해 보다 효과적인 열에너지제거 효과가 달성될 수 있다. 예를 들어, 절전 장치의 제조를 위해 복수의 보크사이트들 또는 복수의 토르말린들로부터, 소정의 중량 백분율을 갖는 광물질을 선정하는 단계가 수행될 수 있으며, 이 경우 상기 소정의 중량 백분율을 갖는 광물질은 적어도 30% 중량의 산화알루미늄이 될 수 있다.

추가적인 실시예에서, 절연성 열전도 물질은 산화철 및 이산화규소를 더 포함할 수 있다. 절연성 열전도 물질은 열전도성 이외에서 절연성이 담보되어야 하는데, 산화철 및 이산화규소는 이러한 절연성에 기여하는 물질일 수 있다. 예를 들어, 재료가 산화철 및/또는 이산화규소만으로 구성하는 경우, 절연성은 달성되지만, 열전도성 특성이 구현되지 않을 수 있다.

예를 들어, 적절한 열전도성과 절연성을 담보하기 위해, 절연성 열전도 물질은, 산화알루미늄 30~40중량%, 산화철 10~15 중량%, 이산화규소 20~25중량%, 및 산화마그네슘 5%~10%, 중량%를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 상기 절연성 전도 물질은, 산화알루미늄 40~50중량%, 이산화규소 20~30중량%, 산화철 5~10 중량%, 및 산화마그네슘 5%~10%, 중량%를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 절연성 전도 물질은, 산화알루미늄 50~60중량%, 이산화규소 20~30중량%, 및 산화철 5~10 중량%를 포함할 수 있다. 이들 실시예들에 따르면, 분쇄된 광물질(즉, 절연성 열전도 물질)의 소성 과정이나 산화(건조) 과정 없이, 간단한 공정을 통해 절연성 열전도 물질이 제조될 수 있다.

한편, 전술한 중량% 비율을 갖는 절연성 열전도 물질을 구현하기 위해, 보크사이트 또는 토르말린이 이용될 수 있다. 예를 들어, XRF 내지 AAS와 같은 성분 분석 기술을 이용하여, 복수의 보크사이트 및/또는 토르말린으로부터 전술한 중량% 비율을 만족하는 보크사이트, 토르말린, 또는 이들의 조합이 선정될 수 있다. 즉, 상기 절연성 전도 물질은 보크사이트 기반 물질 및 토르말린 기반 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 보크사이트 또는 토르말린은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 절전 장치의 열에너지 제거 유닛을 구현하는데 필요한 성분들을 포함할 수 있다.

일부 선택적인 실시예에서, 절연성 열전도 물질은 순지트(shungite)를 더 포함할 수 있다. 상기 순지트가 더해짐으로써, 절연성 열전도 물질의 압축강도가 강화될 수 있다. 또한, 순지트에 포함된 플러렌 성분을 통해, 절연성 열전도 물질의 절연성 및 열전도성이 강화될 수 있다. 이외에도 순지트는 노이즈 흡수(필터) 기능을 수행할 수 있다. 순치트를 부가하는 경우, 순지트의 중량% 비율은 10중량% 미만일 수 있다.

다른 선택적인 실시예에서, 절연성 열전도 물질은 산화마그네슘 및 산화칼슘 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 산화마그네슘 및/또는 산화칼슘이 더해짐으로써, 절연 장치의 제조 동안 발생할 수 있는 절연성 열전도 물질의 수축이 방지될 수 있다. 즉, 산화마그네슘 및/또는 산화칼슘은 절연성 열전도 물질의 수축 방지제로서 기능할 수 있다.

산화마그네슘 및/또는 산화칼슘은 토르말린이나 보크사이트에 포함될 수 있다. 토르말린이나 보크사이트에 포함된 성분이 작은 경우, 산화마그네슘 및/또는 산화칼슘이 인위적으로 부가될 수 있다. 한편, 산화마그네슘 및/또는 산화칼슘이 과량 부가될 경우 절연성 열정도 물질의 과다 팽창으로 인해 공극이 임계 범위 이상으로 커질 수 있으므로, 부가되는 산화마그네슘 및/또는 산화칼슘은 3중량% 미만일 수 있다.

다시 도 4a를 참조하면, 본 발명에 의한 병렬형 절전 장치는 전류가 흐르지 않는 구조이며, 전자회로나 부품이 일체 없어 내부에서 전력소모가 전혀 발생하지 아니한다. 따라서, 고조파와 같은 잡음을 발생시키지 않으며 본 발명에 의한 전기 절전 장치를 설치하여 운용하더라도 전력 사용량이 제로(Zero) 이다

도 4b는 직렬형 절전 장치(450)의 구조를 도시한 도면이다. 직렬형이란 병렬형의 반대되는 의미로 출력라인에 부하(기계장치)가 연결되어 전류가 통과하는 구조이다. 이는 열에너지를 더 많이 전도시킬 수 있어 절전효율이 병렬형 절전 장치에 비해 30% 수준 높다. 따라서 절전대상이 아닌 저항성 부하인 전기밥솥의 경우에도 취사때 5.3%의 절전이 가능하고, 보온의 경우 2.5%의 절전이 가능하다. 병렬형 절전 장치에서는 기대하기 어려운 수치이다. 이 절전 장치는 전기시설이 아직 건설되지 않은 초기에 분전함에 일체형으로 설치시 큰 절전효율을 기대할 수 있다. 대전력(6,600V까지)을 사용하는 기계장치 및 설비에도 적용 가능하다.

도 4b를 참조하면, 직렬형 절전 장치(450)는 입력라인(460) 및 출력라인(470)을 포함할 수 있다. 이는 부하(기계장치)가 연결되어 전류가 흐르는 구조이다. 예를 들어, 부하가 연결되는 전선의 일 단부에 입력라인(460)이 연결될 수 있고, 상기 전선의 다른 단부에는 출력라인(470)이 연결될 수 있다. 입력라인(460) 및 출력라인(470)은 단상일 경우 2개, 3상일 경우 3개로 구성될 수 있다. 직렬형 절전 장치의 경우 임피던스와 관계가 없는 절전원리가 적용되었기 때문에 별도의 접지선이 필요 없다.

직렬형 절전 장치의 전압과 전류가 통과하는 도선부(480)는 입력라인(460)과 출력라인(470) 사이에 연결될 수 있다. 일 예에서, 도선부(480)는 단상일 경우 2개, 3상일 경우 3개로 구성될 수 있다. 이 도선도 임피던스와 관계가 없는 절전원리가 적용되었기 때문에 접지선이 필요없는 구조이다. 공장의 경우 일반적으로 R,S,T 라인과 접지선이 개별적으로 배치되기 때문에 직렬형 절전 장치 내부에는 접지선을 별도로 수용하지 않을 수 있다. 즉, 전기 절전 장치에서 접지선의 역할이 없기 때문에 수용하지 아니한 것이다.

직렬형 절전 장치의 내부에는 산화물질과 같은 열에너지 제거 유닛(490)이 충진될 수 있다. 열에너지 제거 유닛(490)에 포함된 산화물질은 전술한 바와 같은 자연상태의 광물질(특히, 보크사이트 및/또는 토르말린)이나 가공된 제품으로 제조될 수 있다. 병렬형과 직렬형에 사용하는 산화물은 동일할 수 있다. 일부 실시예에서, 병렬형과 직렬형에 사용하는 산화물이 동일하더라도, 이들의 조성비는 서로 다르게 구현될 수 있다.

도 5는 열에너지 제거기술이 적용된 멀티탭콘센트 절전기 구조도를 도시한다. 멀티탭콘센트 절전기는 전류가 통과하는 직렬형 구조이다. 직렬형이란 병렬형의 반대되는 의미로 출력라인에 부하(기계장치)를 연결할 수 있는 구조로 전류가 통하는 구조이다. 이는 열에너지를 더 많이 전도시킬 수 있어 절전효율이 병렬형에 비해 30% 수준 높다. 따라서 절전대상이 아닌 저항성 부하인 전기밥솥의 경우 취사때 5.3%의 절전이 가능하고, 보온의 경우 2.5%의 절전이 가능하다. 이러한 절전 수치(절전율)는 병렬형 절전기의 절전율에 비해 상대적으로 높은 것이다.

도 5를 참조하면, 절전 장치(700)는 단상 구조로 2개의 도선과 1개의 접지선을 갖는 구조를 가지고 있다. 예를 들어, 절전 장치(700)는 전원 플러그(710), 제1 플러그 삽입구(P1), 제2 플러그 삽입구(P2), 제1 도선부(720), 제2 도선부(730), 접지부(740), 및 열에너지 제거 유닛(750)을 포함할 수 있다.

전원 플러그(710)는 예를 들어 벽면 콘센트에 꽂을 수 있는 220V 구조로 구현될 수 있다. 전원 플러그(710)는 제1 단자(T1) 및 제2 단자(T2)를 포함할 수 있다. 제1 단자(T1) 및 제2 단자(T2)를 통해 단상의 교류전원이 인입될 수 있다. 전원 플러그(710)를 통하여 인입된 교류전원은 열에너지 제거 유닛(750)을 거쳐 플러그 삽입구(P1, P2)로 전달될 수 있다.

제1 플러그 삽입구(P1)는 제3 단자(T3) 및 제4 단자(T4)를 포함할 수 있다. 마찬가지로 제2 플러그 삽입구(P2)는 제5 단자(T5) 및 제6 단자(T6)를 포함할 수 있다. 제1 선로인 제1 도선부(720)는 제1 단자(T1), 제3 단자(T3), 및 제5 단자(T5)를 전기적으로 연결할 수 있다. 제2 선로인 제2 도선부(730)는 제2 단자(T2), 제4 단자(T4), 및 제6 단자(T6)를 전기적으로 연결할 수 있다. 예를 들어 제1 도선부(720) 및 제2 도선부(730)는, 단상으로 전원이 흐르는 도선부로서, 순도 99.8%의 동판으로 구현될 수 있고, 유입된 열에너지를 전도체인 산화물로 전달하는 역할을 수행할 수 있다.

일부 실시예에서, 전원 플러그(710)는 접지 단자(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이 경우 상기 접지 단자는 접지부(740)를 통해 가정 내 접지라인과 연결될 수 있다.

열에너지 제거 유닛(750)은 제1 도선부(720) 및 제2 도선부(730)에 존재하는 열에너지를 제거하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 열에너지 제거 유닛(750)은 제1 도선부(720) 및 제2 도선부(730)와 접촉하도록 배치된 절연성 열전도 물질을 포함할 수 있다. 이러한 절연성 열전도 물질은 전술한 종류의 물질들 및 이들의 조성비를 갖도록 구현될 수 있다.

전원 플러그(710)를 통하여 인입된 교류전원에 내재되어 있는 열에너지가 열에너지 제거 유닛(750)을 통하여 전도되면서 선로 내 온도가 낮아지고 고조파로 인한 잡음레벨도 함께 감소하여 열에너지가 낮아지므로, 온도에 따른 저항성분이 낮아지는 결과를 가져 온다. 가정 내에서는 평균 6%~7% 정도 절전이 이루어지며, 여름철의 경우 에어컨 사용의 증가로 8%~10%정도 절전이 된다.

도 6은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 절전 장치의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 복수의 광물질들로부터 소정의 중량 백분율을 갖는 광물질을 선정한다(600). 예를 들어, 복수의 보크사이트들 중에서, 적어도 30% 중량의 산화알루미늄을 포함하는 보크사이트가 선정될 수 있다. 다른 예에서, 복수의 토르말린들 중에서, 적어도 30% 중량의 산화알루미늄을 포함하는 토르말린이 선정될 수 있다. 선택적인 실시예에서, 지정된 중량 백뷴율을 달성하기 위해, 선정된 광물질(또는 개별 금속 산화물)의 배합이 이루어질 수 있다.

이후 선정된 광물질을 분쇄(예를 들어, 광물질은 100 내지 120메쉬로 분쇄)하고, 분쇄된 광물질을 바인더와 섞어 액상 혼합물을 생성한다(610). 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따르면, 상기 액상 혼합물을 생성하는 단계는, 상기 광물질을 분쇄하는 단계 이후 별도의 처리 없이 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 액상 혼합물을 생성하는 단계는, 상기 광물질을 분쇄하는 단계 이후 분쇄된 광물질에 대한 건조 또는 소성 과정 없이 수행될 수 있다.

분쇄된 광물질과 바인더를 섞어 액상 혼합물을 생성하기 위하여, 교반기가 이용될 수 있다. 예를 들어, 교반기를 사용하여 액상화될 때까지 분쇄된 광물질과 바인더를 골고루 섞는 단계가 수행될 수 있다.

이후 선로가 배치된 케이스 내로 액상 혼합물을 충진한다(620). 예를 들어, 절전 장치로서 멀티탭 콘센트를 구현하고자 하는 경우, 멀티탭 케이스에 액상화된 혼합물을 부어 넣는다. 이 때 공기층이 생기지 않도록 주의하여야 한다.

이후 액상 혼합물이 케이스에 충진된 상태에서, 상온에서 72시간 정도 건조 과정이 이루어진다(630). 건조 과정 동안 광물질과 바인더의 혼합물 표면에 금이 가지 않도록 주의한다.

건조 이후, 품질검사가 수행된다(640). 예를 들어 건조된 혼합물 표면에 금이 생겼는지와 기포층이 있는 지가 확인될 수 있다. 품질검사에 불합격이 된 경우 제조된 장치를 폐기처분 한다(650).

품질검사에서 합격한 경우 제조된 장치를 완제품으로서 활용한다. 즉 절전 장치의 덮개를 조립하고(660) 전기적 특성시험(내전압, 절연저항, 도통)을 실시한다.

본 발명을 명확하게 이해하기 위해 첨부한 도면의 각 부위의 형상은 예시적인 것으로 이해하여야 한다. 도시된 형상 외의 다양한 형상으로 변형될 수 있음에 주의하여야 할 것이다.

이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (10)

1. 절전형 멀티탭으로서,
   제1 단자 및 제2 단자를 포함하는 전원 플러그;
   제3 단자 및 제4 단자를 포함하는 제1 플러그 삽입구;
   제5 단자 및 제6 단자를 포함하는 제2 플러그 삽입구;
   상기 제1 단자, 상기 제3 단자, 및 상기 제5 단자를 전기적으로 연결하는 제1 선로;
   상기 제2 단자, 상기 제4 단자, 및 상기 제6 단자를 전기적으로 연결하는 제2 선로;
   상기 제1 선로 및 상기 제2 선로에 존재하는 열에너지를 제거하도록 구성된 열에너지 제거 유닛을 포함하고,
   상기 열에너지 제거 유닛은, 상기 제1 선로 및 상기 제2 선로와 접촉하도록 배치된 절연성 열전도 물질을 포함하고,
   상기 전원 플러그가 벽체 콘센트에 삽입되고 상기 제1 플러그 삽입구 및 상기 제2 플러그 삽입구 어디에도 전기 부하가 연결되지 않는 경우 상기 절전형 멀티탭은 그 자체로 상기 절연성 열전도 물질을 이용하며 입력라인이 전력 계통에 연결되고 출력라인이 개방된 상태인 병렬형 절전 장치로서 동작하고,
   상기 전원 플러그가 벽체 콘센트에 삽입되고 상기 제1 플러그 삽입구 및 상기 제2 플러그 삽입구 중 적어도 하나에 전기 부하가 연결된 경우 상기 절전형 멀티탭은 상기 절연성 열전도 물질을 이용하며 출력라인에 전기 부하가 연결되어 전류가 통과하는 구조인 직렬형 절전 장치로서 동작하는, 절전형 멀티탭.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 절연성 열전도 물질은 적어도 30 중량%의 산화알루미늄을 포함하는, 절전형 멀티탭.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 절연성 열전도 물질은 산화철 및 이산화규소를 더 포함하는, 절전형 멀티탭.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 절연성 열전도 물질은, 산화알루미늄 30~40중량%, 산화철 10~15 중량%, 이산화규소 20~25중량%, 및 산화마그네슘 5%~10%, 중량%를 포함하는, 절전형 멀티탭.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 절연성 열전도 물질은, 산화알루미늄 40~50중량%, 이산화규소 20~30중량%, 산화철 5~10 중량%, 및 산화마그네슘 5%~10%, 중량%를 포함하는, 절전형 멀티탭.
6. 청구항 3에 있어서,
   상기 절연성 열전도 물질은, 산화알루미늄 50~60중량%, 이산화규소 20~30중량%, 및 산화철 5~10 중량%를 포함하는, 절전형 멀티탭.
7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 절연성 열전도 물질은 보크사이트 기반 물질 및 토르말린 기반 물질 중 적어도 하나를 포함하는, 절전형 멀티탭.
8. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 선로와 상기 절연성 열전도 물질 사이의 접촉으로 인해, 상기 절연성 열전도 물질은 상기 선로와 서로 동일한 온도를 갖는, 절전형 멀티탭.
9. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 절연성 열전도 물질은 플러렌 성분을 더 포함하는, 절전형 멀티탭.
10. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연성 열전도 물질은 순지트(shungite)를 더 포함하는, 절전형 멀티탭.

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