KR20220091935A - 인접한 도전체 사이에서의 아크 방전 발생이 억제된 카본 히터 - Google Patents

Abstract

카본 히터가 개시된다. 카본 히터는 복수개의 슬릿을 구비하는 발열부 및 발열부를 전극접속부와 연결시키는 연장부를 포함한다. 발열부와 연장부 사이의 차단 간극의 간격을 조정함으로써, 카본 히터와 인접한 도전체 사이에서의 아크 방전의 발생이 억제된다. 카본 히터는 글래스 수트의 유리화 공정 등에 이용될 수 있다.

Description

인접한 도전체 사이에서의 아크 방전 발생이 억제된 카본 히터{Carbon heater refraining arching between adjacent conductive member}

본 발명은 글래스 수트 등의 가열 대상을 가열하는 카본 히터에 관한 것이다.

카본 히터는 카본의 전기 저항체로 이루어지는 원통 형상의 히터로서, 글래스 수트 등의 대상물을 가열하여 유리화하는 공정 등에 이용된다.

일본공개특허 특개평08-059277호, 한국공개특허 2014-0036268호 등에는 광섬유 제조공정에서 이용되는 카본 히터가 개시되어 있다.

카본 히터의 전압을 올려 정해진 가열 온도로 할 때, 카본 히터와 가장 가까운 도전체 사이에서 아크 방전이 발생하는 일이 있다. 아크 방전이 발생하면, 방전 경로로 전기가 흘러버리기 때문에, 카본 히터에 흐르는 전력에 손실이 발생하고, 열에너지의 제공이 방해된다. 또한, 방전에 의해 설비가 손상될 수 있다.

본 발명은, 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 카본 히터와 인접한 도전체 사이에서의 아크 방전의 발생이 억제된 카본 히터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따라, 서로 정해진 각도를 두고 배치되는 전극 접속부; 원통 형상을 갖고 복수개의 슬릿을 구비하며, 가열 대상을 둘러싸고 이를 가열시키는 발열부; 및, 상기 발열부 및 상기 전극접속부의 사이에 배치되고 이들을 전기적으로 연결시키는 연장부를 포함하며, 상기 발열부와 상기 전극 접속부 사이에는, 양자를 구분하는 차단 간극이 원주방향을 따라 마련되고, 카본 히터에 인접한 도전체와의 사이의 최대 전위차를 E1, 상기 차단 간극을 사이에 두고 상기 발열부와 상기 연장부 사이의 최대 전위차를 E2라고 할 때, E2가 E1보다 크도록 상기 차단 간극의 간격이 결정되는 카본 히터가 제공된다.

카본 히터에 인접한 도전체와의 간격을 D, 카본 히터의 슬릿수를 N, 상기 발열부와 상기 연장부 사이의 간극을 g라고 할 때, g<(1-4/N)D가 되도록, 상기 D, N, g의 값이 설정되는 것이 좋다.

상기 발열부에 마련된 슬릿의 간격보다 상기 차단 간극의 간격이 더 작도록 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하여 카본 히터와 인접한 도전체 사이에서의 아크 방전의 발생이 억제되어 가열 대상물을 보다 효과적으로 가열할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 카본 히터의 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 카본 히터의 밑면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 카본 히터를 전개한 도면이다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 동일하거나 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략한다. 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않는다.

“제1”, “제2” 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 용어들은 하나의 요소를 다른 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되며 해당되는 요소들은 이러한 용어들에 의해 한정되지 않는다. 단수의 표현은, 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에서 사용된 "포함한다", "구비한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 한정하려는 것으로 이해되어야 하며, 하나 이상의 다른 특징들이나 단계, 요소 또는 이들을 조합한 것들이 존재할 또는 부가될 가능성을 배제하려는 것은 아니다.

도 1 및 도 2에는 각각 카본 히터(17)의 정면도 및 밑면도가 도시되어 있으며, 도 3에는 카본 히터(17)가 전개된 형태를 나타내는 도면이 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 카본 히터(17)는, 서로 180도 간격을 두고 마주하는 한쌍의 전극접속부(18), 가열 대상을 둘러싸는 발열부(20), 이들 발열부(20) 및 전극접속부(18)의 사이에 배치되고 이들을 접속하는 연장부(21)를 포함한다.

전극접속부(18)에는, 급전부(도시되지 않음)에 연결되는 한쌍의 전극(23)이 연결되고, 이에 의해 히터(17)에 전력이 제공된다. 발열부(20)에는 카본의 전기 저항체로 이루어지는 원통체에 상하단측으로부터 번갈아 슬릿(26, 27)이 형성된다. 하방으로부터 넣어지는 슬릿(26)과 상방으로부터 넣어지는 슬릿(27)이 번갈아 형성됨으로써 소정의 저항 길이를 얻는다.

발열부(20)과 연장부(21)의 사이에는, 이들을 구분하는 2개의 차단 간극(25)이 원주방향을 따라 형성되어 있다. 이들 2개의 차단 간극(25)의 중앙부에는, 전극접속부(18)를 분리하기 위한 2개의 분리 간극(28)이 형성되어 있다. 연장부(21)에는 전극접속부(18)과 발열부(20) 사이의 전류 통로가 원주방향으로 구부러지게 하기 위해서, 원주방향 중앙부에 위치하는 슬릿(27)의 상단에 접속하는 수평 간극(30)이 형성되어 있다.

도 3의 전개도에서, 슬릿(26, 27)에 의한 발열부(20)의 원주방향에 따른 간격은, 수평 간극(30)에 의한 연장부(21)의 상하방향에 따른 간격보다 좁다. 이렇게 발열부(20)의 전류통로 단면적을 연장부(21)의 전류통로 단면적보다도 작게 형성하여, 발열부(20)에서의 발열량이 충분히 높아지도록 한다.

카본 히터(17)는 저항체이며, 길이 방향으로 전압 강하가 생기기 때문에, 발열부(20)와 연장부(21) 사이에도 전위차가 발생한다. 카본 히터(17)에서는, 단자부(18)의 일방에서 가장 전위가 높고, 타방에서 가장 낮아지기 때문에, 발열부(20)와 연장부(21) 사이의 전위차는 도 3에 도시된 두 지점 사이에서 가장 큰 값인 E2를 갖는다. 카본 히터와 인접한 도전체(5) 사이의 전위차를 E1이라고 할 때, E2를 E1 보다 크게 함으로써, 카본 히터와 인접한 도전체와의 사이에서 방전이 발생하지 않고 카본 히터의 발열부와 연장부 사이에서 방전이 일어나도록 한다. 이 경우, 카본 히터의 전력이 외부의 도전체(5)로 흘러나가는 것이 방지되고, 전력 손실에 의하여 가열 작용이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 다만, 히터의 차단 간극(25) 사이에서도 방전이 발생하지 않는 것이 바람직하므로, 간극의 대향하는 표면을 곡면으로 처리하는 것이 바람직하다. 곡면의 곡률은 최대한으로 한다. 예를 들어, 발열부(20) 또는 연장부(21)의 두께를 직경으로 하는 곡률을 갖는 것이 좋다.

본 발명에서는, 카본 히터(17)와 인접한 도전체(5)와의 간격을 D로 하고, 이 간격의 최대 전위차를 E1이라 한다. 또한, 차단 간격(25)을 사이에 두고 발열부(20)와 연장부(21) 사이의 최대 전위차를 E2라고 한다. 카본 히터(17)에 번갈아 형성된 슬릿의 수를 N, 상기 발열부와 상기 연장부 사이의 차단 간극(25)의 간격을 g라고 하면, 간극 g를 (1-4/N)×D 미만으로 함으로써 E2가 E1 보다 큰 값을 갖도록 할 수 있다.

임계값이 상기한 값이 되는 이유는 다음과 같다. 발열부(20)의 원주방향에 따른 각각의 간격을 N개의 슬릿으로 분할되는 저항 소자 r이라고 하면, 2개의 단자부(18) 사이는 r×(N/2)인 직렬 저항을 2개 병렬 접속한 형태가 된다. 단자 사이에 가해지는 전압이 +전위와 -전위라고 하면, 단자부(18) 사이의 전위차는 2V가 된다. 발열부(20)와 연장부(21)의 최대 전위차 E2는 도 3에 도시된 두 지점 사이에서 발생하며, 발열부(20)의 저항 소자 4개에 해당한다. 차단 간극(25)의 간격이 g라고 하면, 두 지점 사이의 전위차 E2는 (1-4/N)V/g가 된다. 한편, 카본 히터와 간격 D를 두고 인접한 도전체(5)는 영전위이므로, 카본 히터와 도전체(5) 사이에는 V/D의 전위차(E1)가 발생한다. 카본 히터와 인접한 도전체(5) 사이의 방전이 일어나는 것을 방지하고 차단 간극(25) 사이에서 방전이 일어나도록 하기 위해서는, E2>E1이 되어야 한다. 즉, (1-4/N)V/g>V/D의 관계에서 g<(1-4/N)D인 관계를 얻는다.

위에서 설명한 실시예에 따라 발열부와 연장부 사이의 차단 간극의 간격이 결정된 카본 히터를 광섬유의 인발(drawing) 공정에 적용한 경우와, 이에 대한 비교예로서, 간격 g가 (1-4/N)D와 같거나 그보다 크게 결정된 카본 히터를 광섬유의 인발 공정에 적용한 경우를 아래에서 대비하여 나타내었다.

구분		투입량	생산량	수율
실시예	1호기	143,552	137,167	96%
	2호기	95,127	91,835	97%
	계	238,680	229,002	96%
비교예	3호기	238,329	225,071	94%
	4호기	229,918	213,677	93%
	계	468,247	438,748	94%

표 1로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 카본 히터를 이용하는 경우 공정의 수율이 증가하였다. 이는, 본 발명에 따른 카본 히터의 경우, 방전에 의하여 외부의 도전체로 전력을 잃어버리지 않기 때문에, 가열 대상물을 보다 온전히 가열할 수 있어서라고 판단된다. 또한, 차단 간극 사이의 대향하는 표면을 최대 곡률로 형성하였기 때문에, 히터 내에서 발생하는 방전도 방지할 수 있어서, 카본 히터의 청소나 파손에 의한 교체 주기가 비교예와 차이가 없었다.

전술한 상세한 설명은 어떤 면에서도 제한적으로 해석되어서는 아니되며 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (3)

1. 서로 정해진 각도를 두고 배치되는 전극접속부;
   원통 형상을 갖고 복수개의 슬릿을 구비하며, 가열 대상을 둘러싸고 이를 가열시키는 발열부; 및,
   상기 발열부 및 상기 전극접속부의 사이에 배치되고 이들을 전기적으로 연결시키는 연장부
   를 포함하며,
   상기 발열부와 상기 전극접속부 사이에는, 양자를 구분하는 차단 간극이 원주방향을 따라 마련되고,
   카본 히터에 인접한 도전체와의 사이의 최대 전위차를 E1, 상기 차단 간극을 사이에 두고 상기 발열부와 상기 연장부 사이의 최대 전위차를 E2라고 할 때, E2가 E1보다 크도록 상기 차단 간극의 간격이 결정되는
   카본 히터.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   카본 히터에 인접한 도전체와의 간격을 D, 카본 히터의 슬릿수를 N, 상기 발열부와 상기 연장부 사이의 간극을 g라고 할 때, g<(1-4/N)D가 되도록, 상기 D, N, g의 값이 설정되는 것
   을 특징으로 하는 카본 히터.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 발열부에 마련된 슬릿의 간격보다 상기 차단 간극의 간격이 더 작도록 형성되는 것
   을 특징으로 하는 카본 히터.
   

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