KR20030018816A - 엑스선 실험용 고온장치의 전극과 판상 코일형 히터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 그래파이트 전극, 히터의 열 전도율이 작으며 전기 전도율이 큰 것이란 장점을 살려 그래파이트 전극, 히터를 결합하여 산화성을 최소화할 수 있도록 된 엑스선 실험용 고온장치의 전극과 판상 코일형 히터를 제공함에 있다.

이에 본 발명은 내부에 시료가 놓여지고 엑스선이 시료로 진입하도록 된 용기와, 용기 상판을 통해 용기 내측으로 설치되는 전극봉과, 전극봉에 연결되고 시료 후면에 위치하여 시료를 가열하기 위한 히터 및 용기를 회동시키기 위한 회동수단을 포함하는 엑스선 실험용 고온장치에 있어서, 상기 전극봉이 원형단면 형상으로 이루어지고, 내부에는 전극봉을 냉각시키기 위한 냉각수단이 설치되며, 전극봉 하단에 끼워지는 전극을 매개로 히터가 설치된 것을 특징으로 하는 엑스선 실험용 고온장치의 전극과 판상 코일형 히터를 제공한다.

Description

엑스선 실험용 고온장치의 전극과 판상 코일형 히터{Graphite electrode and Flat-coil type Graphite heater for Device of high temperature X-ray experiments}

본 발명은 가속기빔을 이용한 고온에서의 철광석 분석을 위한 엑스선 실험용 고온장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엑스선 실험용 고온장치에 사용되는 고온용 그래파이트 전극과 판상 코일형 히터에 관한 것이다.

일반적으로 가속기빔을 이용한 고온에서의 철광석 등의 분석을 위한 현장조건 고온 엑스선 실험을 위한 장치는, 엑스선이 유입되는 함체와, 함체 내에 설치되는 고온 발열체(heater) 및 이에 따른 전기장치, 시료의 온도 조절장치, 엑스선 시료 지지장치, 진공 혹은 기체 분위기를 유지하기 위한 진공장치 등을 포함하여 이루어진다.

이러한 실험장치는 실제 고온 및 냉각과정에서의 시료의 상변태 직접관찰(in situ) 등이 주목적으로, 온도가 높을수록 금속 뿐만 아니라 녹는점이 높은 세라믹 등의 시료도 용융 직전까지의 여러 가지 열처리조건에서 시료의 상변태 과정을 관찰 가능해지므로 고온에서의 작업이 매우 중요하다.

그런데 종래의 장치는 고진공 상태에서(5 ×10-3 Torr 이하)만 높은 고온이 가능하고 공기나 기체 분위기에서는 사실상 높은 고온을 기대하기는 어려우며, 큰 전기로에서 대전력을 사용한 그래파이트 막대 전극을 이용하고 있으며, 히터로써는 CVD 방법을 이용한 PBN (Pyrolytic Boron Nitrid) 그래파이트 코팅, 고진공 및 개스 분위기 속에서 사용하고 있다

그러나 이러한 종래의 히터는 초고온 온도에서 적합하지 않은(1000℃이하) 온도이다. 그래파이트가 가지고 있는 초고온에서의 히터기능을 제대로 활용하지 못하는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그래파이트 전극, 히터의 열 전도율이 작으며 전기 전도율이 큰 것이란 장점을 살려 그래파이트 전극, 히터를 결합하여 산화성을 최소화할 수 있도록 된 엑스선 실험용 고온장치의 전극과 판상 코일형 히터를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 초고온(2500℃)에서 철강 시료와의 화학반응을 최소화하고 작은 전력을 이용하여 큰 효율을 낼 수 있도록 된 엑스선 실험용 고온장치의 전극과 판상 코일형 히터를 제공함에 또 다른 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따라 전극봉, 그래파이트 전극 및 판상코일형 히터가 조립된 상태를 도시한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 전극을 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 히터를 도시한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 그래파이트 전극 11 : 홀

12 : 슬릿 20 : 그래파이트 히터

30 : 전극봉 31 : 냉각수관

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 원형 단면의 전극봉과 전극봉 내부에 설치되는 냉각수관, 전극봉 선단에 설치되는 그래파이트 전극, 전극간에 설치되는 히터를 포함한다.

이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따라 전극봉, 그래파이트 전극 및 판상코일형 히터가 조립된 상태를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 전극을 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 히터를 도시한 도면이다.

상기한 도면에 의하면, 본 발명의 전극봉(30)은 스테인리스 재질로 이루어지며, 원형단면 형태로 되어 있고, 내부에는 냉각수관(31)이 선단까지 연장 설치된 구조로 되어 있다.

또한, 상기 전극(10)은 원형단면 형태로 된 전극봉(30)에 끼워지도록 일측에 홀(11)이 형성되고, 다른 쪽 선단에는 히터(20)가 끼워지도록 슬릿(12)이 형성된 구조로 되어 있다.

그리고 각 선단에는 홀(11)과 슬릿(12)을 관통하는 보울트체결홀 등이 설치되어 전극봉(30)에 고정되고 히터(20)를 고정시킬 수 있게 된다.

본 발명에서 상기 전극(10)은 그래파이트 재질로 이루어진다.

전극(10) 자체의 고유특성을 살리면서 전극봉(30)에, (31)을 통해 양쪽 전극(10)에 냉각수를 흘려 히터 양전극의 냉각을 극대화하며 전극(10)과 전극봉(30) 사이의 접촉면을 원형으로 함으로써, 두 부재 사이에서 발생되는 전기아아크를 감쇄시켜 방전을 제거할 수 있게 된다.

한편, 상기 히터(20)는 그래파이트 재질로 이루어지며, 작은 공간에서 높은 효율을 낼 수 있도록 두께, 거리를 어느 정도 유지하면서 지그재그식으로 연장된 판상 코일형태를 이루는 구조로, 상단과 하단은 전극(10)의 슬릿(12)에 끼워질 수 있도록 평판형태로 이루어진다.

여기서 그래파이트 히터(20)의 양 선단은 전극(10)의 사각형 슬릿(12)에 꼭 끼워질 수 있게 설계되며, 보울트 등을 이용하여 체결됨으로써 접촉면에 대한 접촉점을 더욱 높일 수 있게 된다.

또한, 지그재그식으로 코일형태를 이룸에 따라 분위기 개스에 의한 개스손을 줄이고, 히터(20) 중간 중간에 뚫리는 부분을 통해 히터(20) 코일 간에 냉각효과를 높일 수 있게 되며, 접촉면에 대한 아아크를 해소하여 히터(20)가 가져야 할 높은 융해점과 높은 온도에서 증발이 작으며 점화온도에서 주위의 것과 화합하지 않고 모든 조건을 얻을 수 있게 된다.

한편, 그래파이트 자체의 용융점은 3650℃로 매우 높으나 고온 400℃ 이상에서 산화성으로 인해 히터(20) 자체가 가져야 할 고유성을 잃어버린다고 알려져 있으나 산화성 문제는 히터(20)가 설치되는 장치의 밀폐된 공간을 1×10-2 ~ 1×10-3으로 진공시킨 다음 He, N2 등의 불활성개스를 사용하여 분위기를 유지함으로써 해결할 수 있다.

실질적으로 그래파이트의 산화성보다는 주위 열손실, 기체의 개스손, 접촉부의 온도상승, 전극(10) 간의 아아크 방전으로 인한 손실이 히터(20)의 주를 이루고 있다.

따라서 상기 히터(20)를 작은 공간에서 높은 효율을 낼 수 있도록 두께, 거리를 어느 정도 유지하면서 판상 코일형 형태로 제작함으로써, 히터의 효율을 높이고, 가스 인렛(inlet) 작업시 코일형 형태로 제작 개스와의 접촉면을 작게 하여 개스손을 최소화 시켜 작은 크기와 적은 전력으로 고효율을 낼 수 있도록 한다.

이하 본 발명의 작용에 대해 설명하면, 각 전극봉(30) 하단에 전극(10)의 홀(11)을 끼워넣어 보올트 등으로 조여줌으로써, 전극봉(30)에 전극(10)을 고정 설치하게 되고, 각 전극봉(30)에 끼워져 상하부에 위치하는 전극(10)의 슬릿(12)에는 판형태의 히터(20) 상하단이 끼워져 고정 설치된다.

이 상태에서 전극봉(30)에 설치된 냉각수관(31)을 통해 냉각수를 흘러 보내주게 되면 냉각수는 전극봉(30) 끝단까지 다다른 후 냉각수관(31)을 타고 빠져나가면서 전극봉(30)을 냉각시키게 되고, 전극봉(30)과 전극(10)을 통해 가해진 전류는 히터(20)를 가열시키게 된다.

전극봉(30)과 전극(10)사이 접촉면에 냉각수를 흘려 전극봉과 전극에서의전력 손실을 줄이고 히터(20)의 효율을 극대화 시키면서, 전극봉(30)과 전극(10)사이의 아아크 방전을 없애 전력손실을 줄일 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 엑스선 실험용 고온장치의 전극과 판상 코일형 히터에 의하면, 전극, 히터를 결합 사용하여 초고온인 약 2500℃까지 사용 가능한 작은 크기와 적은 전력으로 고효율을 낼 수 있는 히터를 제조할 수 있게 된다.

또한, 그래파이트 전극과 전극봉 접촉면인 원형으로 가공 아아크손실을 방지하고, 전극봉에 냉각수를 흘려 전력손실을 줄일 수 있다.

또한, 개스 및 저진공중 그래파이트 히터 판상 코일형 히터를 사용 개스 분위기 중 개스손에 의한 전력손실을 없앨 수 있으며, 발열이 히터 중앙에서 먼저 발열한 후 좌우 히터로 퍼져서 소형 전극으로 2500℃까지 발열하며 안정된 열구간을 형성할 수 있다.

따라서 가속기빔을 이용 2500℃ 고온에서 철강석 시료과 화학적 반응 없이 열원을 제공 할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 내부에 시료가 놓여지고 엑스선이 시료로 진입하도록 된 용기와, 용기 상판을 통해 용기 내측으로 설치되는 전극봉과, 전극봉에 연결되고 시료 후면에 위치하여 시료를 가열하기 위한 히터 및, 용기를 회동시키기 위한 회동수단을 포함하는 엑스선 실험용 고온장치에 있어서,

   상기 전극봉이 원형단면형상으로 이루어지고, 내부에는 전극봉을 냉각시키기 위한 냉각수단이 설치되며, 전극봉 하단에 끼워지는 전극을 매개로 히터가 설치된 것을 특징으로 하는 엑스선 실험용 고온장치의 전극과 판상 코일형 히터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극은 그래파이트 재질로 이루어지며, 일측선단에 전극봉이 끼워지도록 원형의 홀이 형성되고, 타측선단에는 히터 선단이 끼워지도록 슬릿이 형성된 것을 특징으로 하는 엑스선 실험용 고온장치의 전극과 판상 코일형 히터.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 전극은 그래파이트 재질로 이루어지며, 지그재그식으로 연장된 판상 코일구조로 된 것을 특징으로 하는 엑스선 실험용 고온장치의 전극과 판상 코일형 히터.