KR20230000041A - 전기절전장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

전기절전장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 전기절전장치에 따르면, 전기선로에 전기적 연결되며 전기 전도성과 열 전도성을 지닌 재질로 이루어진 전극부 및 상기 전극부의 표면에 밀착한 상태를 유지하며 전기적 절연 특성과 상기 전극부로 전도된 전기선로 내부의 열에너지를 제거하는 열에너지 제거 특성을 구현하기 위한 N(N≥2)개의 물질을 포함하는 물질부를 포함한다

Description

전기절전장치 및 그 제조 방법{A electric power saving device, and their manufacturing method}
본 발명은 전기 전도성과 열 전도성을 지닌 전극부와 전기적으로 절연되는 특성을 지닌 물질부를 이용하여 상기 전극부와 전기적으로 연결된 전기선로 내부의 열에너지(또는 열)를 상기 물질부로 전도시켜 제거함으로써, 상기 전기선로의 저항을 줄여 전류손실을 줄이는 전기절전장치를 제공하는 것이다.
종래의 절전기술은 전압강하 방식과 역률개선 방식이 있다.
전압강하 방식은 전압(V)을 자연 변동치 범위 내에서 인위적으로 낮추어 전력(W) 사용량을 줄이는 기술이다. 그러나 이 방식은 전자회로로 구성되어 있어 전기 기기나 장비에 노이즈가 발생하는 문제점을 지니고 있으며, 모터의 경우 모터 회전수를 감소시키거나 조명의 경우 조도를 감소시키는 등의 문제점을 지니고 있다. 또한 이 방식은 절전기의 고장이 발생할 경우 단전 또는 화재 등의 전기적인 위험과 피해가 발생하는 문제점을 지니고 있다. 이에 산업체 공장에서는 전압강하 방식을 사용하지 않으며, 최근에는 가정에서도 상기의 문제들로 인하여 퇴출되고 있다.
역률개선 방식은 유도성 부하의 위상차를 보상하여 절전하는 방식이다. 유도성 부하의 경우 전압과 전류는 90도의 위상차가 존재하는데, 이러한 위상차 때문에 전류손실이 발생한다. 역률개선 방식은 역률개선용 콘덴서를 통해 전류의 상을 전진시켜 무효전력을 감소시킴으써 유효전력의 효율을 증가시키는 방법으로 절전하는 기술이다. 이러한 역률개선 방식은 설치가 용이하며 비용이 저렴한 장점은 있으나. 콘덴서의 기능이 시간 경과에 따라 떨어지거나, 써지(Surge)나 지락사고 등에 의하여 기능이 손상되는 경우 지상역률과 진상역률이 30분~1시간 간격으로 변동되면서 오히려 전력 사용량이 15%~20% 이상 증가하는 문제점을 지니고 있다. 또한 이 방식은 기계 가동수에 따라 역률값이 변화하여 오히려 전력 사용량이 늘어나는 문제을 지니고 있다. 이에 일부 산업체 공장에서는 이러한 문제점을 해소하기 위해 캐퍼시터뱅크(Capacitor Bank)를 설치하여 용량을 적절히 배정하거나, 타이머(Timer)를 설치하여 조업을 하지 않는 시간대(예컨대, 심야 등)에는 전원 자체를 차단하는 등의 조치를 취하고 있다.
한편 종래의 절전기술은 유동성 부하의 위상차에 의해 발생하는 전류손실만 감소시킬 수 있으며, 아래의 6가지 원인에 대한 절전기술은 현재 개발되어 있지 않다.
(1) 유도성 부하는 전압이 전류보다 90도 앞서 있는 위상차에 의해 전력손실이 발생하는데, 역률개선 방식 등의 종래 절전기술에 의해 전류손실을 일부 보상한다고 하더라도 위상차를 100% 보상할 수 없기 때문에 전력손실이 발생하게 되고, 이에 따른 열이 발생하게 되며, 이는 전기선로 내에 저항성분이 증가시켜 전류손실을 발생하는 문제를 지니고 있는데, 종래 절전기술은 이러한 문제를 해소하기 난해한 문제점을 지니고 있다.
(2) 전류의 열작용은 전류가 흐를 때 자유전자와 원자들의 충돌에 의해 발생하며, 전압, 전류, 시간의 증가에 비례하여 증가하게 된다. 이러한 전류의 열작용은 전기선로 내에 저항성분이 증가시켜 전류손실을 발생하는 문제를 지니고 있는데, 종래 절전기술은 이러한 문제를 해소하기 난해한 문제점을 지니고 있다.
(3) 고조파 잡음(Harmonic Noise)은 교류에서 사용하는 주파수 60Hz(또는 50Hz)가 비선형 설비를 통과하면서 발생하는 왜형(Distortion)파로, 2차(120Hz)파형에서 50차(3,000Hz) 파형까지를 고조파로 규정한다. 이러한 고조파는 도선내 저항을 증가시켜 전류손실을 발생하는 문제를 지니고 있는데, 종래 절전기술은 이러한 문제를 해소하기 난해한 문제점을 지니고 있다.
(4) 기동전류는 정지상태에서 모터의 저항값이 매우 작아 모터의 초기 동작 시 흐르게 되는 엄청난 양(예컨대, 운전 상태의 6~10배)의 전류이다. 유도성 부하의 코일에 기동전류에 대응하는 엄청난 양의 전류가 흐르게 되면 주파수가 높아져 전류의 흐름이 방해를 받게 되고 열이 발생하게 되며, 코일의 저항값은 점차 증가하여 전류의 양이 줄어드는 전류손실이 발생하는 문제를 지니고 있는데, 종래 절전기술은 이러한 문제를 해소하기 난해한 문제점을 지니고 있다.
(5) 3상 불평형(3-Phase Inequilibrium)은 R상, S상, T상이 불평형이 상태이다. 3상 불평형의 경우 다른 상에 비해 전류가 많이 흐르는 곳에 발열이 발생하게 되고 전압강하가 심하게 일어나 전류손실이 발생하는 문제를 지니고 있는데, 종래 절전기술은 이러한 문제를 해소하기 난해한 문제점을 지니고 있다.
(6) 전기를 사용하는 각종 전기장치(예컨대, 공장 내의 기계장치, 가전제품, 사무용기기 등)의 동작 과정 중에 내부에서 열이 발생할 경우, 상기 열은 전기선로 내부로 유입되어 선로 내 온도를 상승시켜 저항성분을 증가시키고, 이로 인해 전류손실이 발생하는 문제를 지니고 있는데, 종래 절전기술은 이러한 문제를 해소하기 난해한 문제점을 지니고 있다.
본 발명의 목적은, 전기선로에 전기적 연결되며 전기 전도성과 열 전도성을 지닌 재질로 이루어진 전극부 및 상기 전극부의 표면에 밀착한 상태를 유지하며 전기적 절연 특성과 상기 전극부로 전도된 전기선로 내부의 열에너지를 제거하는 열에너지 제거 특성을 구현하기 위한 N(N≥2)개의 물질을 포함하는 물질부를 포함하는 전기절전장치를 제공함에 있다.
본 발명에 따른 전기절전장치는, 전기선로에 전기적 연결되며 전기 전도성과 열 전도성을 지닌 재질로 이루어진 전극부 및 상기 전극부의 표면에 밀착한 상태를 유지하며 전기적 절연 특성과 상기 전극부로 전도된 전기선로 내부의 열에너지를 제거하는 열에너지 제거 특성을 구현하기 위한 N(N≥2)개의 물질을 포함하는 물질부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기절전장치에 있어서, 상기 물질부는, 상기 전기선로에서 발생하여 상기 전극부로 1차 전도된 열에너지를 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기절전장치에 있어서, 상기 물질부는, 상기 전기선로와 전기적 연결된 지정된 소스에서 발생하여 상기 전기선로로 1차 전도된 후 상기 전극부로 2차 전도된 열에너지를 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기선로 내 열에너지 제거 기술을 적용한 전기절전장에 있어서, 상기 물질부는, 전기선로의 전원을 전극부에 인가한 상태에서 상기 전극부의 온도와 기 설정된 허용 온도 범위 이내의 표면 온도에 대응하는 열평형 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기절전장치에 있어서, 상기 물질부는, 전기선로의 전원을 전극부에 인가한 상태에서 대기 온도 이하의 표면 온도에 대응하는 열평형 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기절전장치에 있어서, 상기 물질부는, 전기선로의 전원을 전극부에 인가한 상태에서 18℃ 내지 35℃ 범위 중 지정된 온도 범위의 표면 온도에 대응하는 열평형 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기절전장치에 있어서, 상기 열평형 상태를 벗어난 경우, 복수의 물질부와 밀착된 복수의 전극부를 전기선로에 지정된 전기적 연결 방식으로 다중 연결하여 상기 물질부의 부피나 표면적을 증가시켜 상기 열평형 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기절전장치에 있어서,상기 N개의 물질은, 단자간 합선(Short Circuit)을 방지하기 위하여 전류는 흐르지 않으면서 자성(Magnetism) 특성을 지닌 n(1≤n≤N)개의 물질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기절전장치에 있어서, 상기 N개의 물질은, 지정된 입자 크기 범위로 분쇄되어 상기 물질부 내에 균질하게 분포된 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기절전장치에 있어서, 상기 물질부는, 지정된 입자 크기 범위로 분쇄된 N개의 물질과 지정된 바인더(Binder)를 지정된 중량% 비율 범위에 매칭되게 혼합한 후 건조하여 경화한 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기절전장치에 있어서,상기 바인더는, 상기 N개의 물질과 대기의 산소와의 접촉을 차단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기절전장치에 있어서, 상기 물질부는, 적어도 85kgf/c㎡ 이상의 압축강도 범위로 경화된 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기절전장치에 있어서, 상기 물질부는, 저압의 경우 상기 전극부에 1분 이상 1,000V 이상의 전원을 인가한 상태에서 균열이 발생하지 않는 특성, 또는 고압의 경우 상기 전극부에 1분 이상 12,000V 이상의 전원을 인가한 상태에서 균열이 발생하지 않는 특성을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기절전장치에 있어서, 상기 N개의 물질은, 전기적 절연 특성과 열에너지 제거 특성을 지닌 산화물(oxides)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기절전장치에 있어서,상기 산화물은, 지정된 입자 크기 범위로 분쇄되어 지정된 바인더를 통해 접합 내지 경화된 상태에서 상기 바인더를 통해 대기의 산소와의 접촉이 차단되어 추가 산화 반응이 차단되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기절전장치에 있어서,상기 산화물은, 산화알루미늄(Al2O3)를 포함하며, 산화철(Fe2O3), 산화마그네슘(MgO), 이산화규소(SiO2) 중 적어도 하나의 산화(Oxidation) 금속을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기절전장치에 있어서, 상기 N개의 물질은, 적어도 30 중량%의 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기절전장치에 있어서, 상기 전극부는, 상기 전기선로의 단위 길이 당 표면적보다 크거나 같은 단위 길이 당 표면적을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기절전장치에 있어서, 상기 전극부를 포함하는 물질부를 수용하며 상기 물질부의 표면 영역 중 적어도 일 측과 접촉한 상태를 유지하는 열 전도성 재질의 케이스를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기절전장치 제조 방법은, 절연 특성과 열에너지 제거 특성을 구현하기 위한 N(N≥2)개의 물질을 준비하는 제1 단계와 상기 준비된 N개의 물질을 지정된 입자 크기 범위로 분쇄하는 제2 단계와 상기 분쇄된 N개의 물질과 바인더를 혼합하여 액상화한 액상 혼합물을 생성하는 제3 단계와 전기 전도성 및 열 전도성 재질을 포함하는 M(M≥1)개의 전극부를 구비한 케이스에 상기 액상 혼합물을 부어 상기 전극부와 액상 혼합물을 밀착시키는 제4 단계 및 상기 전극부와 액상 혼합물의 밀착 상태를 유지하면서 건조시키는 제5 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기절전장치 제조 방법에 있어서. 상기 제1 단계는, 지정된 중량% 비율 범위에 매칭된 N개의 물질을 포함하는 i(i≥1)개의 원료 물질을 준비하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기절전장치 제조 방법에 있어서. 상기 제1 단계는, 상기 N개의 물질 중 s(1≤s≤N)개의 물질을 포함하는 j(j≥1)개의 원료 물질을 준비하고, 상기 s개의 물질 별 중량%를 지정된 중량% 비율 범위에 매칭시키기 위한 t(1≤t≤N)개의 물질을 준비하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전기선로에 본 발명에 의한 전기절전장치를 연결하여 상기 전기선로 내의 열에너지를 제거함으로써 전기선로 내의 열에너지로 인한 전류손실을 최소화하여 절전하는 이점을 지니고 있다.
본 발명에 따르면, 종래의 절전기술로는 절전하기 난해했던 절전 대상 중 고조파(Harmonic), 기동전류, 3상 불평형, 유도성 부하에서 발생한 열, 전류의 열작용 및 각종 전기장치에서 발생한 열에 의한 전류손실을 차단하거나 최소화하여 절전하는 이점을 지니고 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명에 의한 전기절전장치를 기계설비에 병렬 접속할 경우에는 7%~10%를 절전할 수 있고, 직렬 접속할 경우에는 9%~16%를 절전 가능한 이점을 지니고 있다. 한편 전압품질이 낮거나 전기선로가 노후화된 공장의 경우는 16%~20% 까지 안정적으로 절전 가능한 이점을 지니고 있다.
한편, 종래 전기절전장치의 경우 전기부품를 사용하여 제작함에 따라 고장이 발생하거나, 부품의 기능 열화시 오히려 전력소모를 증가시키는 원인을 제공하였지만, 본 발명에 의한 전기절전장치는 전기부품을 일체 사용하지 않으므로 모터의 속도(RPM)가 떨어지거나 조명의 조도가 낮아지는 등의 문제가 발생하지 않으며, 무엇보다 기존 설비에 어떠한 영향도 미치지 않는다는 것이다. 인위적인 손상을 가하지 않는 이상 30년 이상 반영구적으로 사용 가능한 이점도 지니고 있다.
본 발명에 따르면, 전기선로에 본 발명에 의한 전기절전장치를 연결하여 전기선로 내의 열에너지를 제거함으로써 전기선로 내의 고조파를 적어도 일부 제거하거나 적어도 전기선로 내의 고조파의 세기를 감소시키는 추가적인 이점을 지니고 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명에 의한 전기절전장치는 전기선로 내부의 열에너지 제거로 인하여 고조파의 세기를 40%~60% 수준까지 낮출 수 있어, 고조파로 인하여 발생하는 많은 피해를 80% 이상 차단할 수 있다. 고조파는 전류손실뿐만 아니라 중성선에 과다전류를 흐르게 하여 화재를 발생하게 하거나, 생산라인을 멈추게 하거나, 제어반의 PCB와 부품을 손상시키고, 전자부품의 열화현상을 가속시키는 등의 피해를 일으킨다. 전기부품을 일체 사용하지 않으므로, 임피던스에 영향을 받지 않고 모든 주파수(Hz~Ghz)에서 사용할 수 있기 때문에 고조파(Harmonic)뿐만 아니라 고주파 노이즈(High Frequency Noise)도 제거하는 이점도 지니고 있다.
본 발명에 따르면, 조명설비(LED, 형광등)에 본 발명에 의한 전기절전장치를 설치하면 고조파 저감효과로 인하여 수명이 2배 이상 증가하고 오랜기간 동안 조도를 유지하는 이점을 지니고 있다.
본 발명에 따르면, 콘센트 및 멀티탭장치(Concent and Multi Tap)에 본 발명에 의한 전기절전장치를 내장할 경우, 상기 콘센트 및 멀티탭 장치를 통해 각각의 장치(예컨대, PC, 에어컨, 냉장고 등)로 공급되는 전원을 절전하는 이점을 지니고 있다.
본 발명에 따르면, 콘센트 및 멀티탭장치에 본 발명에 의한 전기절전장치를 내장할 경우, 상기 콘센트 및 멀티탭장치를 통해 전원을 공급받는 각각의 전기장치(예컨대, PC, 에어컨, 냉장고 등)에서 발생하는 고조파를 제거하는 이점은 물론, 상기 콘센트 장치를 연결한 구역 내에서 발생되어 전기선로를 따라 각각의 전기장치 측으로 유입되는 고조파도 제거하는 이점을 지니고 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명에 의한 전기절전장치는 전력사용 용량에 맞게 다양한 모양과 크기로 제작할 수 있어 설비의 기구물이나 회로 변경없이 사용할 수 있는 이점을 지니고 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명에 의한 전기절전장치는 에디슨이 실용적인 전구를 개발하고 테슬라가 교류모터를 개발한 이후 해결하지 못한 전기절전 및 고조파 문제를 해결할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 실시 방법에 따른 전기절전장치(100)의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 방법에 따른 전기절전장치(100)의 제조 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 방법에 따라 열에너지를 제거하는 전기절전장치(100)의 표면 온도를 예시한 그림이다.
도 4는 본 발명의 실시 방법에 따라 전기선로(130)의 열에너지 제거를 통한 고조파 감소를 예시한 그림이다.
이하 첨부된 도면과 설명을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 방법 중에서 바람직한 실시 방법에 대한 것이며, 본 발명이 하기의 도면과 설명만으로 한정되는 것은 아니다.
즉, 하기의 실시예는 본 발명의 수 많은 실시예 중에 바람직한 합집합 형태의 실시예에 해당하며, 하기의 실시예에서 특정 구성을 생략하는 실시예, 또는 특정 구성에 구현된 기능을 특정 구성으로 분할하는 실시예, 또는 둘 이상의 구성에 구현된 기능을 어느 하나의 구성에 통합하는 실시예, 특정 구성의 동작 순서를 교체하는 실시예 등은, 하기의 실시예에서 별도로 언급하지 않더라도 모두 본 발명의 권리범위에 속함을 명백하게 밝혀두는 바이다. 따라서 하기의 실시예를 기준으로 부분집합 또는 여집합에 해당하는 다양한 실시예들이 본 발명의 출원일을 소급받아 분할될 수 있음을 분명하게 명기하는 바이다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 발명에서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
결과적으로, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도면1은 본 발명의 실시 방법에 따른 전기절전장치(100)의 구성을 도시한 도면이다.
보다 상세하게 본 도면1은 전기선로(130)에 전기적 연결되며 전기 전도성 및 열 전도성 재질로 이루어진 전극부(105)의 표면에 밀착한 상태를 유지하며 상기 전극부(105)와 전기적으로 절연되는 특성과 상기 전극부(105)의 열에너지를 제거하는 열에너지 제거 특성을 지닌 물질부(110)를 이용하여 상기 전기선로(130)의 열에너지를 제거하여 절전하는 전기절전장치(100)의 일 실시예를 도시한 것으로서, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 도면1을 참조 및/또는 변형하여 전기절전장치(100)의 구성에 대한 다양한 실시 방법(예컨대, 일부 구성부가 생략되거나, 또는 세분화되거나, 또는 합쳐진 실시 방법)을 유추할 수 있을 것이나, 본 발명은 상기 유추되는 모든 실시 방법을 포함하여 이루어지며, 본 도면1에 도시된 실시 방법만으로 그 기술적 특징이 한정되지 아니한다.
도면1의 (a)는 전기선로(130)에 직렬식으로 연결되는 직렬식 전기절전장치(100)의 구성을 도시한 것이고, 도면1의 (b)는 전기선로(130)에 병렬식으로 연결되는 병렬식 전기절전장치(100)의 구성을 도시한 것이다. 예를들어, 직렬식 전기절전장치(100)는 전기를 사용하는 각종 전기장치의 전원공급장치에 탑재되어 상기 전기장치의 전력 사용량을 절전하거나 콘센트장치나 멀티탭에 탑재되어 상기 콘센트장치 및 멀티탭을 통해 공급되는 전력 사용량을 절전할 수 있다. 병렬식 전기절전장치(100)는 배전반(ACB, MCCB)이나 분전반(Distribution Panel)의 NFB(No Fuse Breaker) 스위치의 2차 측에 설치하여 상기 배전반이나 분전반을 통해 옥내로 인가되는 전력 사용량을 절전할 수 있다. 한편 출원인의 실험에 의하면, 배전반이나 분전반에 설치하는 병렬식 전기절전장치(100)의 경우, 전기 가열로는 7%~8%, 유도방식 전기로는 7%~8%, 콤프레셔는 6%~7%, 에어컨은 8%~10%, 일반 공조기는 4.0%~4.5%, 냉동기는 7%~8%, 순환펌프는 2.5%~3.5%, 베이커리 오븐은 20% 정도 절전이 가능하며, 산업체 공장 전체에 설치시 평균적으로 7%~10%, 슈퍼마켓, 백화점은 7%~8%, 아이스크림 매장은 8%~9%, 가정집은 평달에 6%~8%, 에어컨을 사용하는 여름철에 9%~13% 정도 절전이 가능하다.
전기를 손실 없이 전송하기 위해서는 입력 임피던스(Zin)와 출력 임피던스(Zout)값이 동일하여야 한다. 그러나 선로저항이 Zero인 초전도체를 제외하고 입출력 임피던스가 동일한 매질은 존재하지 않는다. 이는 저항 및 리액턴스 성분 때문인데, 이에 의해 전류손실이 발생하고 결국 전력손실로 이어진다. 본 발명은 도체의 고유저항과 같은 내부요인이 아니라 외부요인에 의해 발생한 전기선로(130) 내의 저항성분 증가를 차단함으로써, 전류손실을 줄여 절전하는 것을 특징으로 한다. 한편 상기 전기선로(130) 내의 열에너지는 고조파(Harmonic)에 의해 발생한 열에너지, 기동전류에 의해 발생하는 열에너지, 3상불평형에 의해 발생하는 열에너지, 전기를 사용하는 각종 전기장치에서 발생한 열에너지, 유도성부하에 의해 발생한 열에너지, 전류의 열작용에 의한 열에너지 중 하나 이상이 혼합된 것이다.
본 발명의 전기절전장치(100)는, 전기선로(130)에 전기적 연결되며 전기 전도성과 열 전도성을 지닌 재질로 이루어진 전극부(105)와, 상기 전극부(105)의 표면에 밀착한 상태를 유지하며 전기적 절연 특성과 상기 전극부(105)로 전도된 상기 전기선로(130)의 열에너지를 제거하는 열에너지 제거 특성을 구현하기 위한 N(N≥2)개의 물질을 포함하는 물질부(110)를 포함한다. 한편 상기 전기절전장치(100)는, 상기 전극부(105)를 포함하는 물질부(110)를 수용하며 상기 물질부(110)의 표면 영역 중 적어도 일 측 영역과 접촉한 상태를 유지하는 케이스(125)를 더 포함할 수 있다.
상기 전기선로(130)는 지정된 전원을 인가받아 공급하는 선로의 총칭으로서, 전기 전도성과 열 전도성을 지닌 재질을 포함한다. 본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 전기선로(130)는 배전반이나 분전반으로부터 교류 전원을 인가받아 공급할 수 있다. 한편 상기 교류 전원은 국가 별 및/또는 용도 별(예컨대, 가정용, 산업용 등)로 지정된 전압, 전류, 주파수를 포함할 수 있다.
상기 전극부(105)는 상기 전기선로(130)에 전기적 연결되며, 상기 전기선로(130)에 인가된 전기를 전도하는 전기 전도성의 특성과, 상기 전기선로(130)에서 발생하거나 상기 전기선로(130)에 연결된 지정된 소스(예컨대, 전기를 사용하는 각종 전기장치)에서 발생한 열에너지를 전도하는 열 전도성의 특성을 동시에 지닌 구성부의 총칭이다. 상기 전극부(105)는 물질부(110) 내부의 지정된 위치에 구비되며, 상기 물질부(110)와 밀착된 상태를 유지한다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 전극부(105)는 전기 전도성과 열 전도성의 특성을 동시에 지닌 금속 재질 중 적어도 하나의 재질을 포함하여 이루어진다. 바람직하게, 상기 전극부(105)의 재질은 상기 전기선로(130)의 재질과 동일한 재질을 포함하거나, 또는 상기 전기선로(130)의 전기 전도성 및 열 전도성과 일정 범위 내에 동등한(또는 그 이상) 전기 전도성과 열 전도성을 지닌 재질을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 전극부(105)는 상기 전기선로(130)의 단위 길이 당 표면적보다 크거나 같은 단위 길이 당 표면적을 포함하는 것이 바람직하다. 이로써 상기 전극부(105)는 상기 전기선로(130)로부터 전달된 열에너지를 상기 전극부(105)에 밀착된 물질부(110)로 보다 효율적으로 전도하여 제거시킬 수 있다.
상기 물질부(110)는 표면 영역으로부터 지정된 간격 이상 이격된 내부의 지정된 위치에 전극부(105)를 구비하며, 상기 전극부(105)의 표면 영역에 밀착한 상태를 유지한다. 상기 물질부(110)는 전기적 절연 특성과 상기 전극부(105)로 전도된 전기선로(130) 내부의 열에너지를 제거하는 열에너지 제거 특성을 구현하기 위한 N개의 물질을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 물질부(110)는 상기 전기선로(130)에서 발생하여 상기 전극부(105)로 1차 전도된 열에너지를 제거할 수 있다. 또는 상기 물질부(110)는 상기 전기선로(130)에 연결된 지정된 소스(예컨대, 전기를 사용하는 각종 전기장치)에서 발생하여 상기 전기선로(130)로 1차 전도된 후 상기 전극부(105)로 2차 전도된 열에너지를 제거할 수 있다. 한편 상기 전극부(105)로 전도된 열에너지는 고조파 잡음에 의해 발생한 열에너지, 기동전류에 의해 발생하는 열에너지, 3상불평형에 의해 발생하는 열에너지, 전기를 사용하는 각종 전기장치에서 발생한 열에너지, 유도성부하에 의해 발생한 열에너지, 전류의 열작용에 의해 발생한 열에너지 중 하나 이상의 열에너지를 포함하고 있다. 즉, 전극부(105)로 전도된 열에너지는 어느 한 원인에 의한 것일 수도 있지만, 일반적으로 둘 이상의 복합적인 원인을 포함할 수 있다.
한편 본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 전극부(105)로 전도되는 열에너지 중 고조파 잡음에 의해 발생한 열에너지와 전류의 열작용에 의해 발생한 열에너지를 제외한 나머지 열에너지(예컨대, 기동전류에 의해 발생하는 열에너지, 3상불평형에 의해 발생하는 열에너지, 전기를 사용하는 각종 전기장치에서 발생한 열에너지, 유도성부하에 의해 발생한 열에너지 등)의 경우, 해당 열에너지를 발생시키는 소스에서 상기 발생된 열에너지를 제거하려는 구성부(예컨대, 냉각핀, 냉각팬, 냉각장치 등)를 구비하고 있어, 특수한 환경(예컨대, 전기로를 사용하는 환경 등)을 제외하고 상기 나머지 열에너지가 상기 전극부(105)로 전도되는 비율은 지정된 비율 미만일 수 있다. 한편 전기선로(130)의 저항에 의해 발생하는 열에너지의 경우 일시적으로 과도한 전력을 사용하거나 일시적으로 전기선로(130)의 저항이 증가하지 않는 한, 상기 전기선로(130)의 저항에 의해 발생하는 열에너지의 비율은 지정된 비율 미만을 유지할 수 있다. 다만 본 발명의 전기절전장치(100)를 구비한 구역 내에 고조파를 발생시키는 고조파 소스(예컨대, AC/DC 공급기 또는 전자파나 주파수 신호를 발생하는 장치 등)가 존재하는 경우 상기 전극부(105)로 전도된 열에너지는 상기 고조파 잡음에 의해 발생한 열에너지를 포함하게 된다.
한편 출원인의 연구에 의하면, 상기 고조파 잡음과 열에너지 사이에는 다음과 같은 상관 관계를 지닌 것으로 연구된다. 전기선로(130)내 열을 제거하지 않으면 전기선로(130) 내에서 고조파의 다수 결합과 열의 재결합으로 인하여 고조파 레벨이 전체적으로 증가함에 따라 단위 면적당 에너지 밀도가 급격히 상승하여 운동에너지인 열에너지가 활성화(또는 증가)하는 것으로 확인되었다. 즉, 전기선로(130) 내에 지정된 원인에 의한 열에너지(예컨대, 고조파 잡음에 의해 발생한 열에너지, 전류의 열작용에 의해 발생한 열에너지, 기동전류에 의해 발생하는 열에너지, 3상불평형에 의해 발생하는 열에너지, 전기를 사용하는 각종 전기장치에서 발생한 열에너지, 유도성부하의 위상차에 의해 발생한 열에너지 중 하나 이상의 열에너지)가 존재하는 상태에서 상기 전기선로(130) 내의 열에너지를 제거하지 않고 고조파를 유지(또는 유입)할 경우 전기선로(130) 내에서 고조파의 다수 결합과 열의 재결합으로 인하여 전기선로(130) 내의 열에너지가 활성화(또는 증가)하여 마치 쓰나미나 대형파도처럼 지속적으로 선로를 흘러 다닌다. 게 된다. 반면 상기 전기선로(130) 내의 열에너지를 제거하거거나 지정된 온도 범위의 열평형 상태를 유지할 경우 상기 전기선로(130) 내의 고조파 잡음을 적어도 일부 제거(예컨대, 고조파 잡음의 지정된 차수를 지정된 비율 이상 제거)하거나 적어도 상기 전기선로(130) 내의 고조파 잡음의 세기를 감소시킴을 확인하였다. 한편 전기선로(130) 내의 열에너지를 제거할 경우 전기선로(130) 상의 저항 성분도 감소하여 절전하게 되며 전기선로(130)의 저항에 의한 열에너지 발생도 감소하게 된다.
상기 물질부(110)는 상기 전극부(105)로 전도된 열에너지를 전도 방식으로 흡수하여 제거하거나, 및/또는 상기 전극부(105)로 전도된 열에너지를 전도 방식으로 흡수한 후 방출하여 제거하며, 이로써 상기 전극부(105)와 연결된 전기선로(130)의 열에너지를 제거할 수 있다. 한편 상기 물질부(110)는 상기 전극부(105)로 전도된 열에너지를 제거하면서 지정된 온도 범위의 열평형 상태를 유지할 수 있다.
전기장치가 동작하고 있는 경우 전기선로(130) 내부 온도는 상기 물질부(110)의 내부 온도보다 높으며, 상기 물질부(110)는 상기 전기선로(130)를 통해 전극부(105)로 전도된 열에너지를 흡수하여 제거할 수 있다. 상기 물질부(110)를 통해 흡수된 열에너지는 상기 물질부(110)의 열 전도성에 의해 상기 물질부(110) 내부의 각 영역으로 균질하게 전도되고, 상기 물질부(110)의 각 부위 별 표면 온도를 허용 오차 범위 내의 동등한 온도 범위로 유지하는 열평형 상태를 유지하는데 사용된다. 이러한 과정은 전기선로(130)의 내부 온도가 약 18℃~35℃의 온도 범위인 경우에 이루어질 수 있다. 한편 상기 물질부(110) 주변의 대기 온도가 상기 물질부(110)의 표면 온도보다 낮은 경우, 상기 물질부(110)로 흡수된 열에너지의 적어도 일부는 상기 물질부(110)의 노출된 각 표면 영역이나 상기 물질부(110)의 표면과 접촉한 케이스(125)의 열 전도성 재질을 통해 대기로 방출되어 제거될 수 있으며, 이 경우에도 상기 물질부(110)의 각 부위 별 표면 온도는 열평형 상태를 유지할 수 있다.
한편 상기 물질부(110)의 표면 온도와 상기 전극부(105)로 전도된 열에너지의 온도는 기 설정된 허용 온도 범위 내에서 매칭된 온도 범위의 열평형 상태를 유지할 수 있다. 예를들어, 상기 전극부(105)의 온도가 23℃라면, 상기 물질부(110)의 표면 온도는 상기 23℃의 온도를 기준으로 기 설정된 온도 범위의 열평형 상태를 유지할 수 있다. 이 경우 상기 물질부(110)는 상기 전극부(105)로 전도된 열에너지를 전도 방식으로 흡수하고, 내부의 각 영역으로 균질하게 전도함으로써, 상기 물질부(110)의 열평형 상태를 유지하는데 사용되거나 상기 물질부(110)의 노출된 각 표면 영역이나 케이스(125)의 열 전도성 재질을 통해 대기로 방출하여 제거할 수 있다.
전기선로(130)의 전원을 전극부(105)에 인가한 상태에서 상기 전극부(105)의 열에너지를 제거하는 물질부(110)의 표면 온도에 대한 제1 실시예에 따르면, 상기 물질부(110)는 전기선로(130)의 전원을 전극부(105)에 인가한 상태에서 상기 물질부(110) 주변의 대기 온도 이하의 표면 온도에 대응하는 열평형 상태를 유지할 수 있다. 예를들어, 상기 물질부(110) 주변의 대기 온도가 23℃라면 상기 물질부(110)의 표면 온도는 23℃ 이하의 온도를 유지할 수 있다.
상기 물질부(110)의 표면 온도에 대한 제2 실시예에 따르면, 상기 물질부(110)는 전기선로(130)의 전원을 전극부(105)에 인가한 상태에서 18℃ 내지 35℃ 범위 중 지정된 온도 범위의 표면 온도에 대응하는 열평형 상태를 유지할 수 있다.
만약 상기 물질부(110)의 표면 온도가 상기 18℃ 내지 35℃의 온도 범위를 벗어나는 경우, 본 발명은 상기 물질부(110) 주변의 대기 온도를 18℃ 내지 35℃의 온도 범위를 유지하도록 관리함으로써, 상기 물질부(110)의 표면 온도를 18℃ 내지 35℃의 온도 범위에 매칭시킬 수 있다.
한편 상기 물질부(110) 주변의 대기 온도를 18℃ 내지 35℃의 온도 범위로 유지하였음에도 상기 물질부(110)의 표면 온도가 상기 18℃ 내지 35℃의 온도 범위에 대응하는 열평형 상태를 벗어나는 경우, 본 발명은 복수의 물질부(110)와 밀착된 복수의 전극부(105)를 전기선로(130)에 지정된 전기적 연결 방식(예컨대, 직렬식 연결 방식, 또는 병렬식 연결 방식, 또는 직렬 연결과 병렬 연결의 혼합식 연결 방식 등)으로 다중 연결하여 상기 물질부(110)의 부피나 표면적을 증가시킴으로써, 상기 물질부(110)의 표면 온도를 상기 18℃ 내지 35℃의 온도 범위에 대응하는 열평형 상태로 유지시킬 수 있다. 한편 본 발명은 상기 물질부(110)의 표면 온도가 상기 18℃ 내지 35℃의 온도 범위에 대응하는 열평형 상태를 유지하더라도 상기 물질부(110)의 열에너지 제거 특성을 안정적으로 유지하기 위해 복수의 물질부(110)와 밀착된 복수의 전극부(105)를 전기선로(130)에 지정된 전기적 연결 방식으로 다중 연결하여 상기 물질부(110)의 부피나 표면적을 증가시킬 수 있다.
한편 상기 물질부(110)에 포함된 N개의 물질은 지정된 입자 크기 범위(예컨대, 100메시 이상의 입자크기)로 분쇄되어 상기 물질부(110) 내에 균질하게 분포된 상태를 유지한다.
본 발명은 상기 N개의 물질을 지정된 입자 크기 범위로 분쇄하여 분말 혼합물을 생성하고, 지정된 입자 크기 범위로 분쇄된 N개의 물질과 지정된 바인더(Binder)를 지정된 중량% 비율 범위에 매칭되게 혼합하고 교반하여 액상화된 액상 혼합물을 생성한 후, 내부 공간의 지정된 위치에 M(M≥1)개의 전극부(105)를 배치 고정한 케이스(125)에 상기 액상 혼합물을 부어 상기 전극부(105)와 액상 혼합물을 밀착시킨 상태에서 상기 액상 혼합물을 건조 내지 경화시켜 상기 물질부(110)를 생성한다. 상기 바인더는 지정된 입자 크기 범위로 분쇄된 N개의 물질을 접합하거나 경화된 상태를 유지함과 동시에, 상기 N개의 물질과 대기의 산소와의 접촉을 차단하는 피막을 생성하여 상기 N개의 물질이 더 이상 산화되지 않도록 차단할 수 있다. 예를들어, 상기 바인더는 에폭시 계열의 바인더를 포함할 수 있다. 만약 친환경 규제를 적용하는 경우, 상기 에폭시 대신에 친환경 소재의 바인더(예컨대, 2-히드로시에틸메타크릴산(2-Hydroxyethyl methacrylate)와 톨루엔디이소시아네이트(Toluene d-iso cyanate)를 포함하는 바인더, 피마자오일(Caster Oil)과 톨루엔디이소시아네이트를 포함하는 바인더, 비닐아세테이트(Vinyl Acetate)를 포함하는 바인더 등)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 물질부(110)는 적어도 85kgf/c㎡ 이상의 압축강도 범위로 경화된 상태를 유지하는 것이 바람직하다. 만약 상기 바인더를 통한 접합 내지 경화를 통해 상기 물질부(110)의 압축강도가 기 설정된 압축강도 범위에 도달하지 못할 가능성이 있거나 또는 항상 기 설정된 압축강도 범위로 경화하려는 경우, 상기 N개의 물질과 바인더를 혼합하는 과정에서 상기 물질부(110)의 압축강도를 기 설정된 압축강도 범위로 경화시키기 위한 경화제를 지정된 중량% 비율 범위에 매칭되게 추가 혼합한 후 건조하여 경화할 수 있다. 예를들어, 상기 경화제는 아스코르빈산(Ascorbic Acid)이나 FRP(Fiber Reinforced Plastics) 경화제를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 물질부(110)는 전극부(105)의 지정된 표면 영역에 밀착한 상태를 유지해야 하며, 케이스(125)에 수용된 상태에서 상기 전극부(105)가 전기선로(130)에 전기적 연결되어 절전하는 경우 상기 물질부(110)의 표면 영역 중 상기 케이스(125)의 열 전도성 재질과 접촉하는 영역은 상기 열 전도성 재질과 접촉한 상태를 유지해야 한다.
한편 상기 바인더를 통해 상기 분쇄된 N개의 물질을 액상화한 후 건조하는 과정에서 기 설정된 비율 이상의 수축이 발생할 수 있다. 이 경우 상기 전극부(105)의 지정된 표면 영역과 물질부(110) 간 밀착 상태와 상기 물질부(110)의 표면 영역과 케이스(125)의 열 전도성 재질 간 접촉 상태 중 적어도 일부는 훼손될 수 있다. 이를 방지하기 위해 상기 분쇄된 N개의 물질에 상기 바인더를 혼합하여 액상화된 액상 혼합물에 수축을 방지하기 위한 수축 방지제를 지정된 중량% 비율 범위에 매칭되게 추가 혼합한 후 건조될 수 있다. 예를들어, 상기 수축 방지제는 지정된 입자크기로 분쇄된 산화마그네슘이나 탄산칼슘을 포함할 수 있다.
상기 물질부(110)는 상기 전극부(105)에 지정된 전원인 인가된 상태에서 전기적으로 절연되는 절연저항을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 물질부(110)는 지정된 압축강도 범위로 경화된 상태에서 100MΩ 이상의 절연저항을 포함할 수 있다. 예를들어, 상기 물질부(110)는 전극부(105)와 지정된 표면 간 절연저항이 100MΩ 이상의 절연저항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 물질부(110)는 지정된 압축강도 범위로 경화된 상태에서 저압(예컨대, 1,000V 미만의 전압)의 경우 상기 전극부(105)에 1분 이상 1,000V 이상의 전원을 인가한 상태에서 균열이 발생하지 않는 특성, 또는 고압(예컨대, 1,000V 이상의 전압)의 경우 상기 전극부(105)에 1분 이상 12,000V 이상의 전원을 인가한 상태에서 균열이 발생하지 않는 특성을 포함하는 것이 바람직하다.
한편 상기 물질부(110)에 포함된 N개의 물질은 단자간 합선(Short Circuit)을 방지하기 위하여 전류는 흐르지 않으면서 자성(Magnetism) 특성을 지닌 n(1≤n≤N)개의 물질을 포함할 수 있다. 예를들어, 상기 자성 특성을 지닌 n개의 물질은 산화금속류의 물질을 포함할 수 있다.
한편 상기 물질부(110)에 포함된 N개의 물질은 전기적 절연 특성과 열에너지 제거 특성 중 적어도 하나의 특성을 지닌 산화물(oxides)을 포함한다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 N개의 물질에 포함된 산화물은 지정된 전기적 절연 특성을 지닌 조건에서 산화된 물질과 동종의 비산화 물질이 지정된 중량% 비율 범위로 혼합된 혼합물 상태를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명은 N개의 물질을 준비하는 과정 내지 분쇄하는 전 또는 후에 상기 N개의 물질을 별도로 소성하거나 산화시키는 공정을 수행하지 않으며, 이에 상기 산화물은 상기 N개의 물질에 대응하는 원료 물질에 포함된 산화된 물질과 동종의 비산화 물질의 혼합물 상태를 그대로 포함할 수 있다. 다만 상기 원료 물질에 포함된 산화된 물질과 동종의 비산화 물질의 중량% 비율이 지정된 범위를 벗어난 경우(예컨대, 상기 N개의 물질을 분쇄하여 대기에 노출된 상태에서 비산화 물질의 산화반응이 감지되거나 및/또는 상기 물질부(110)의 절연저항이 100MΩ 미만인 경우), 상기 N개의 물질을 소성하거나 산화시키는 공정을 추가하거나 또는 산화된 물질과 동종의 비산화 물질의 중량% 비율이 지정된 범위에 대응하는 다른 원료 물질로 교체할 수 있다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 산화물은 지정된 입자 크기 범위로 분쇄되어 지정된 바인더를 통해 접합 내지 경화된 상태에서 상기 바인더를 통해 생성된 피막에 의해 대기의 산소와의 접촉이 차단되어 상기 산화물에 포함되어 있던 물질의 추가 산화 반응이 차단되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 N개의 물질에 포함된 산화물은 산화알루미늄(Al2O3)를 포함하며, 산화철(Fe2O3), 산화마그네슘(MgO), 이산화규소(SiO2) 중 적어도 하나의 산화(Oxidation) 금속을 포함한다. 한편 상기 N개의 물질은 상기 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 산화금속 외에 원료 물질에 포함되어 있던 지정된 중량% 이하의 불순물을 더 포함할 수 있다. 다만 본 발명은 편의상 상기 불순물에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 산화물은 지정된 입자 크기 범위로 분쇄되어 바인더를 통해 접합 내지 경화된 상태에서 열에너지를 제거하기 위한 기 설정된 범위의 열전도율 특성을 포함할 수 있다. 또한 상기 산화물은 지정된 입자 크기 범위로 분쇄되어 바인더를 통해 접합 내지 경화된 상태에서 전기적 절연을 위한 기 설정된 범위의 절연저항 특성을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 산화물은 지정된 고조파 소스(예컨대, AC/DC 변환기 또는 전자파나 주파수 신호를 발생하는 장치 등)를 통해 생성되어 전기선로(130)를 경유하여 상기 전극부(105)로 유입된 고조파 잡음의 적어도 일부를 흡수하여 제거할 수 있다. 또는 상기 산화금속을 포함하는 산화물은 상기 전기선로(130) 내의 열에너지를 제거함으로써 상기 전기선로(130) 내의 고조파 잡음을 일정 비율 이상 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 산화물은 지정된 입자 크기 범위로 분쇄되어 바인더를 통해 접합 내지 경화된 상태에서 온도 변화에 대한 물질부(110)의 열팽창 또는 열수축을 최소화하는 열역학적 안정성을 유지할 수 있다.
한편 상기 산화물은 지정된 입자 크기 범위로 분쇄되어 바인더를 통해 접합 내지 경화된 상태에서 외부의 화학 자극에 대한 물질부(110)의 화학적 안정성을 유지할 수 있다.
한편 상기 산화물은 지정된 입자 크기 범위로 분쇄되어 바인더를 통해 접합 내지 경화된 상태에서 상기 전극부(105)와 상기 물질부(110) 사이의 유전 손실을 최소화할 수 있다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 N개의 물질은 상기 열에너지 제거 특성과 전기적 절연 특성을 구현하기 위해 적어도 30 중량% 이상의 산화알루미늄을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 산화물의 조성에 대한 제1 실시예에 따르면, 상기 N개의 물질은 상기 열에너지 제거 특성과 전기적 절연 특성을 구현하기 위해 산화알루미늄 30~40 중량%, 산화철 10~15 중량%, 이산화규소 20~25 중량%, 및 산화마그네슘 5~10 중량%를 포함하여 제조될 수 있다.
상기 산화물의 조성에 대한 제2 실시예에 따르면, 상기 N개의 물질은 상기 열에너지 제거 특성과 전기적 절연 특성을 구현하기 위해 산화알루미늄 40~50 중량%, 이산화규소 20~30 중량%, 산화철 5~10 중량%, 및 산화마그네슘 5~10 중량%를 포함하여 제조될 수 있다.
상기 산화물의 조성에 대한 제3 실시예에 따르면, 상기 N개의 물질은 상기 열에너지 제거 특성과 전기적 절연 특성을 구현하기 위해 산화알루미늄 50~60 중량%, 이산화규소 20~30 중량%, 및 산화철 5~10 중량%를 포함하여 제조될 수 있다.
상기 산화물의 조성에 대한 제4 실시예에 따르면, 상기 N개의 물질은 상기 열에너지 제거 특성과 전기적 절연 특성을 구현하기 위해 산화알루미늄 95~96중량%, 불순물(P2O5, SO3, K2O) 4~5중량%를 포함하여 제조될 수 있다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 N개의 물질은 특수 목적이나 용도를 위해 상기 N개의 물질 외에, 보크사이트(Bauxite) 기반 물질과 토르말린(Tourmaline) 기반 물질 중 적어도 하나의 광물질을 통해 구현될 수 있다.
도면1을 참조하면, 상기 전기절전장치(100)는, 상기 전극부(105)와 전기선로(130)를 전기적 연결하는 연결부(115)를 더 포함하거나, 및/또는 상기 물질부(110) 내부의 지정된 위치에 상기 전극부(105)를 배치 고정하는 고정부(120)를 더 포함한다.
상기 물질부(110)는 상기 N개의 물질을 지정된 입자 크기 범위로 분쇄하여 생성된 분말 혼합물과 바인더를 지정된 중량% 비율 범위에 매칭되게 혼합하고 교반하여 액상화된 액상 혼합물을 케이스(125)에 부어 건조 내지 경화시켜 제조되며, 상기 전극부(105)는 상기 물질부(110)의 표면 영역으로부터 지정된 간격 이상 이격된 물질부(110) 내부의 지정된 위치에 배치 고정된다. 예를들어, 상기 물질부(110)가 직육면체 구조라면 상기 전극부(105)는 상기 직육면체의 상면, 하면, 좌면, 우면 등으로부터 지정된 간격 이상 이격된 물질부(110) 내부의 중심 부분에 배치 고정될 수 있다. 상기 고정부(120)는 본 도면1과 같이 상기 케이스(125) 내에 구비되어 상기 전극부(105)를 상기 케이스(125)의 각 면으로부터 지정된 간격 이상 이격된 지정된 위치에 배치 고정시키며, 이에 의해 상기 전극부(105)는 상기 물질부(110)의 표면 영역으로부터 지정된 간격 이상 이격된 물질부(110) 내부의 지정된 위치에 배치 고정될 수 있다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 고정부(120)는 전기적 절연 특성을 지니는 것이 바람직하다. 만약 상기 물질부(110) 내부에 복수의 전극부(105)가 배치 고정되는 경우, 상기 복수의 전극부(105)는 상기 고정부(120)의 전기적 절연 특성과 상기 물질부(110)의 전기적 절연 특성에 의해 상호 절연된 상태를 유지할 수 있다. 한편 상기 고정부(120)는 별도의 절연 재질을 이용하여 제조된 후 상기 전극부(105)를 배치 고정하는데 이용되거나, 또는 상기 물질부(110)를 구성하는 물질돠 동일(또는 동등)한 물질을 포함하여 제조된 후 상기 전극부(105)를 배치 고정하는데 이용될 수 있다. 만약 상기 고정부(120)와 물질부(110)가 동일(또는 동등)한 물질을 포함하여 제조되는 경우, 상기 물질부(110)의 열에너지 제거 성능이 별도의 절연 재질을 사용하는 경우보다 향상될 수 있다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 전극부(105)는 전기 전도성 및 열 전도성 재질의 전기선로(130)와 일체형으로 구현될 수 있다. 또는 상기 전극부(105)는 본 도면1과 같이 전기선로(130)와 탈착 가능한 연결부(115)를 통해 상기 전기선로(130)와 전기적 연결될 수 있다.
상기 연결부(115)는 상기 전극부(105)와 전기선로(130)를 연결하기 위해 전기 전도성과 열 전도성의 특성을 동시에 지닌 재질을 포함하는 접촉 단자, 상기 전기 전도성과 열 전도성의 특성을 동시에 지닌 재질을 포함하는 조임 볼트, 상기 전기 전도성과 열 전도성의 특성을 동시에 지닌 재질을 포함하며 절연 피복으로 보호되는 도선 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함할 수 있다. 예를들어, 상기 연결부(115)는 상기 접촉 단자와 조임 볼트 및 도선을 이용하여 상기 고정부(120)를 통해 물질부(110) 내부의 지정된 위치에 배치 고정된 전극부(105)와 전기선로(130)를 전기적 연결할 수 있다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 전극부(105)를 포함하는 물질부(110)는 케이스(125)에 수용된 상태로 상기 전극부(105)를 전기선로(130)에 연결하여 사용될 수 있다. 이 경우 상기 케이스(125)는 상기 물질부(110)를 수용한 상태에서 상기 물질부(110)의 표면 영역 중 적어도 일 측과 접촉한 상태를 유지한다. 한편 상기 케이스(125)는 상기 접촉한 물질부(110)의 표면 용역으로부터 열에너지를 전도받을 수 있는 열 전도성 재질을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 열 전도성 재질로 전도된 열에너지는 대기로 방출될 수 있다. 다만 상기 케이스(125)의 열 전도성 재질은 안전을 위해 상기 전극부(105) 및 전기선로(130)와 전기적 절연 상태를 유지하는 것이 바람직하다. 한편 상기 케이스(125)의 외형은 상기 물질부(110)에 포함된 전극부(105)와 전기선로(130)를 전기적 연결할 공간의 기하학 구조와 매칭되는 기하학 구조를 포함할 수 있다.
한편 본 발명의 다른 실시 방법에 따르면, 상기 물질부(110)는 전기적으로 절연되는 절연 특성을 지니고 있으므로, 상기 케이스(125)를 생략하고 상기 물질부(110)의 표면 영역을 직접 노출할 수 있으며, 이에 의해 본 발명이 한정되지 아니한다.
도면2는 본 발명의 실시 방법에 따른 전기절전장치(100)의 제조 과정을 도시한 도면이다.
보다 상세하게 본 도면2는 전기 전도성과 열 전도성을 지닌 재질의 전극부(105)로 전도된 열에너지를 제거하는 열에너지 제거 특성과 상기 전극부(105)와 전기적 절연 특성을 지닌 물질부(110)를 구비한 전기절전장치(100)를 제조하는 과정을 도시한 것으로서, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 도면2를 참조 및/또는 변형하여 상기 제조 과정에 대한 다양한 실시 방법(예컨대, 일부 단계가 생략되거나, 또는 순서가 변경된 실시 방법)을 유추할 수 있을 것이나, 본 발명은 상기 유추되는 모든 실시 방법을 포함하여 이루어지며, 본 도면2에 도시된 실시 방법만으로 그 기술적 특징이 한정되지 아니한다. 편의상 본 도면2는 직렬식 전기절전장치(100)를 제조하는 과정을 도시하기로 한다.
도면2를 참조하면, 본 발명은 전기절전장치(100)를 제조하기 위해 절연 특성과 열에너지 제거 특성을 구현하기 위한 N개의 물질을 준비한다(200).
상기 N개의 물질을 준비하는 제1 실시예에 따르면, 본 발명은 각 물질 별로 지정된 중량% 비율 범위에 매칭시켜 N개의 물질을 준비할 수 있다.
한편 상기 N개의 물질을 준비하는 제2 실시예에 따르면, 본 발명은 지정된 중량% 비율 범위에 매칭된 N개의 물질을 포함하는 i(i≥1)개의 원료 물질을 준비할 수 있다.
한편 상기 N개의 물질을 준비하는 제3 실시예에 따르면, 본 발명은 상기 N개의 물질 중 s(1≤s≤N)개의 물질을 포함하는 j(j≥1)개의 원료 물질을 준비하고, 상기 s개의 물질 별 중량%를 지정된 중량% 비율 범위에 매칭시키기 위한 t(1≤t≤N)개의 물질을 준비할 수 있다.
본 발명은 분쇄기를 통해 상기 준비된 N개의 물질을 지정된 입자 크기 범위로 분쇄하여 분말 혼합물을 생성한다(205). 바람직하게, 본 발명은 상기 N개의 물질을 100메쉬~120메쉬의 입자 크기로 분쇄하여 분말 혼합물을 생성할 수 있다.
본 발명은 상기 분쇄된 N개의 물질과 바인더를 지정된 중량% 비율에 매칭되게 혼합한 후 교반기를 통해 교반하여 액상화된 액상 혼합물을 생성한다(210). 한편 상기 액상 혼합물을 건조하여 경화된 물질부(110)의 압축강도가 기 설정된 압축강도 범위(예컨대, 85kgf/c㎡ 이상)에 도달하지 못할 가능성이 있거나 또는 항상 기 설정된 압축강도 범위로 경화하려는 경우, 본 발명은 상기 액상 혼합물에 상기 물질부(110)의 압축강도를 기 설정된 압축강도 범위로 경화시키기 위한 경화제를 지정된 중량% 비율 범위에 매칭되게 추가 혼합할 수 있다. 한편 상기 액상 혼합물을 건조하는 과정에서 기 설정된 비율 이상의 수축이 발생할 가능성이 존재하는 경우, 본 발명은 상기 액상 혼합물에 상기 수축을 방지하기 위한 수축 방지제를 지정된 중량% 비율 범위에 매칭되게 추가 혼합할 수 있다.
한편 본 발명은 상기 액상 혼합물을 생성하기 전 또는 중에, 케이스(125) 내부의 지정된 위치에 전기 전도성 및 열 전도성 재질을 포함하는 M(M≥1)개의 전극부(105)를 배치 고정한 케이스(125)를 준비한다(215). 한편 상기 케이스(125)는 본 도면2의 예시와 같이 고정부(120)를 통해 케이 내부의 지정된 위치에 배치 고정될 수 있으며, 전기선로(130)와 연결하기 위한 연결부(115)를 구비할 수 있다. 한편 본 도면2의 예시와 같이 상기 케이스(125) 내부에 복수의 전극부(105)가 배치 고정되는 경우, 상기 복수의 전극부(105)는 전기적으로 상호 절연된 상태로 배치 고정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 전극부(105)의 개수(M)는 전기선로(130)의 개수만큼 존재하는 것이 바람직하며, 경우에 따라 접지선에 대응하는 전극부(105)는 생략되더라도 무방하다.
본 발명은 상기 M개의 전극부(105)를 지정된 위치에 배치 고정한 케이스(125)의 내부 공간에 상기 액상 혼합물을 부어 상기 전극부(105)와 액상 혼합물을 밀착시킨다(220). 본 발명의 실시 방법에 따르면, 진동기(도시생략)를 통해 상기 케이스(125)에 부어진 액상 혼합물을 진동시켜 상기 전극부(105)와 액상 혼합물 간 밀착율을 향상시킬 수 있다.
한편 상기 케이스(125)에서 상기 물질부(110)를 추출한 후 상기 전극부(105)를 전기선로(130)에 전기적 연결하여 전기절전장치(100)로 이용하는 경우, 상기 케이스(125)의 내부 표면 영역에 상기 물질부(110)를 이탈시키기 위한 이탈제(도시생략)를 도포한 후 상기 케이스(125)에 상기 액상 혼합물을 부을 수 있다.
본 발명은 상기 전극부(105)와 액상 혼합물의 밀착 상태를 유지하면서 건조 내지 경화시켜 전기적 절연 특성과 상기 전극부(105)로 전도된 전기선로(130) 내부의 열에너지를 제거하는 열에너지 제거 특성을 지닌 물질부(110)를 포함하는 전기절전장치(100)를 제조한다(225). 한편 상기 케이스(125)에서 상기 물질부(110)를 추출한 후 상기 전극부(105)를 전기선로(130)에 전기적 연결하여 전기절전장치(100)로 이용하는 경우, 상기 케이스(125)에서 상기 물질부(110)를 추출하여 상기 물질부(110)를 포함하는 전기절전장치(100)를 제조할 수 있다.
도면3은 본 발명의 실시 방법에 따라 열에너지를 제거하는 전기절전장치(100)의 표면 온도를 예시한 그림이다.
보다 상세하게 본 도면3은 열화상 카메라를 통해 전기절전장치(100)의 표면 온도를 촬영한 그림으로써, 도면3의 (a)는 전기선로(130)에 전기절전장치(100)를 연결하기 전 또는 전기절전장치(100)에 연결된 전기선로(130)에 전원을 인가하기 전에 열화상 카메라를 통해 상기 전기절전장치(100)를 촬영한 것이고, 도면3의 (b)는 전기선로(130)에 전기절전장치(100)를 연결한 후 또는 전기절전장치(100)에 연결된 전기선로(130)에 전원을 인가한 후에 열화상 카메라를 통해 상기 전기절전장치(100)를 촬영한 것이다.
도면3의 (a)를 참조하면, 전기선로(130)에 전기절전장치(100)를 연결하기 전 또는 전기절전장치(100)에 연결된 전기선로(130)에 전원을 인가하기 전에 상기 전기절전장치(100)의 표면 온도는 12.2℃와 11.2℃이다. 한편 도면3의 (b)를 참조하면, 상기 전기선로(130)에 전기절전장치(100)를 연결하거나 또는 전기절전장치(100)에 연결된 전기선로(130)에 전원을 인가하고 10분 이상 경과한 후에 상기 전기절전장치(100)의 표면 온도는 24.9℃와 26.9℃로서, 각각 12.7℃와 15.7℃만큼 상승했다. 이 때 상기 전기선로(130)의 표면 온도는 소수점 첫자리의 오차 범위 내에서 상기 전기절전장치(100)의 표면 온도와 매칭된 온도를 포함한다.
도면4는 본 발명의 실시 방법에 따라 전기선로(130)의 열에너지 제거를 통한 고조파 감소를 예시한 그림이다.
보다 상세하게 본 도면4는 반도체 공장에서 6,600V 전원을 사용하는 고압 컴프레서(Compressor)에 본 발명에 의한 전기절전장치(100)를 연결하기 전과 연결한 후의 고조파 발생율을 측정한 그림이다. 도면4를 참조하면, 본 발명에 의한 전기절전장치(100)를 연결하기 전과 연결한 후에 동일한 조건에서 제2차 고조파부터 제20차 고조파까지 측정하였으며, 상기 전기절전장치(100)를 연결하기 전에 비해 평균적으로 69.58%의 고조파를 제거하였다.
100 : 전기절전장치(100) 105 : 전극부(105)
110 : 물질부(110) 115 : 연결부(115)
120 : 고정부(120) 125 : 케이스(125)
130 : 전기선로(130) 200 : N개의 물질 준비
205 : N개의 물질 분쇄 210 : 액상 혼합물 생성
215 : M(M≥1)개의 전극부(105)를 구비한 케이스(125) 준비
220 : 케이스(125)에 액상 혼합물을 부어 전극부(105)에 밀착
225 : 액상 혼합물 건조

Claims (22)

  1. 전기선로에 전기적 연결되며 전기 전도성과 열 전도성을 지닌 재질로 이루어진 전극부; 및
    상기 전극부의 표면에 밀착한 상태를 유지하며 전기적 절연 특성과 상기 전극부로 전도된 전기선로 내부의 열에너지를 제거하는 열에너지 제거 특성을 구현하기 위한 N(N≥2)개의 물질을 포함하는 물질부;를 포함하는 전기절전장치
  2. 제 1항에 있어서, 상기 물질부는,
    상기 전기선로에서 발생하여 상기 전극부로 1차 전도된 열에너지를 제거하는 것을 특징으로 하는 전기절전장치
  3. 제 1항에 있어서, 상기 물질부는,
    상기 전기선로와 전기적 연결된 지정된 소스에서 발생하여 상기 전기선로로 1차 전도된 후 상기 전극부로 2차 전도된 열에너지를 제거하는 것을 특징으로 하는 전기절전장치
  4. 제 1항에 있어서, 상기 물질부는,
    전기선로의 전원을 전극부에 인가한 상태에서 상기 전극부의 온도와 기 설정된 허용 온도 범위 이내의 표면 온도에 대응하는 열평형 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 전기절전장치
  5. 제 1항에 있어서, 상기 물질부는,
    전기선로의 전원을 전극부에 인가한 상태에서 대기 온도 이하의 표면 온도에 대응하는 열평형 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 전기절전장치
  6. 제 1항에 있어서, 상기 물질부는,
    전기선로의 전원을 전극부에 인가한 상태에서 18℃ 내지 35℃ 범위 중 지정된 온도 범위의 표면 온도에 대응하는 열평형 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 전기절전장치
  7. 제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열평형 상태를 벗어난 경우,
    복수의 물질부와 밀착된 복수의 전극부를 전기선로에 지정된 전기적 연결 방식으로 다중 연결하여 상기 물질부의 부피나 표면적을 증가시켜 상기 열평형 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 전기절전장치
  8. 제 1항에 있어서, 상기 N개의 물질은,
    단자간 합선(Short Circuit)을 방지하기 위하여 전류는 흐르지 않으면서 자성(Magnetism) 특성을 지닌 n(1≤n≤N)개의 물질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기절전장치
  9. 제 1항에 있어서, 상기 N개의 물질은,
    지정된 입자 크기 범위로 분쇄되어 상기 물질부 내에 균질하게 분포된 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 전기절전장치
  10. 제 1항에 있어서, 상기 물질부는,
    지정된 입자 크기 범위로 분쇄된 N개의 물질과 지정된 바인더(Binder)를 지정된 중량% 비율 범위에 매칭되게 혼합한 후 건조하여 경화한 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 전기절전장치
  11. 제 10항에 있어서, 상기 바인더는,
    상기 N개의 물질과 대기의 산소와의 접촉을 차단하는 것을 특징으로 하는 전기절전장치
  12. 제 1항 또는 제 10항에 있어서, 상기 물질부는,
    적어도 85kgf/c㎡ 이상의 압축강도 범위로 경화된 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 전기절전장치
  13. 제 1항에 있어서, 상기 물질부는,
    저압의 경우 상기 전극부에 1분 이상 1,000V 이상의 전원을 인가한 상태에서 균열이 발생하지 않는 특성, 또는
    고압의 경우 상기 전극부에 1분 이상 12,000V 이상의 전원을 인가한 상태에서 균열이 발생하지 않는 특성을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기절전장치
  14. 제 1항에 있어서, 상기 N개의 물질은,
    전기적 절연 특성과 열에너지 제거 특성을 지닌 산화물(oxides)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기절전장치
  15. 제 14항에 있어서, 상기 산화물은,
    지정된 입자 크기 범위로 분쇄되어 지정된 바인더를 통해 접합 내지 경화된 상태에서 상기 바인더를 통해 대기의 산소와의 접촉이 차단되어 추가 산화 반응이 차단되는 것을 특징으로 하는 전기절전장치
  16. 제 14항에 있어서, 상기 산화물은,
    산화알루미늄(Al2O3)를 포함하며,
    산화철(Fe2O3), 산화마그네슘(MgO), 이산화규소(SiO2) 중 적어도 하나의 산화(Oxidation) 금속을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기절전장치
  17. 제 1항 또는 제 16항에 있어서, 상기 N개의 물질은,
    적어도 30 중량%의 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기절전장치
  18. 제 1항에 있어서, 상기 전극부는,
    상기 전기선로의 단위 길이 당 표면적보다 크거나 같은 단위 길이 당 표면적을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기절전장치
  19. 제 1항에 있어서,
    상기 전극부를 포함하는 물질부를 수용하며 상기 물질부의 표면 영역 중 적어도 일 측과 접촉한 상태를 유지하는 열 전도성 재질의 케이스를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기절전장치
  20. 절연 특성과 열에너지 제거 특성을 구현하기 위한 N(N≥2)개의 물질을 준비하는 제1 단계;
    상기 준비된 N개의 물질을 지정된 입자 크기 범위로 분쇄하는 제2 단계;
    상기 분쇄된 N개의 물질과 바인더를 혼합하여 액상화한 액상 혼합물을 생성하는 제3 단계;
    전기 전도성 및 열 전도성 재질을 포함하는 M(M≥1)개의 전극부를 구비한 케이스에 상기 액상 혼합물을 부어 상기 전극부와 액상 혼합물을 밀착시키는 제4 단계; 및
    상기 전극부와 액상 혼합물의 밀착 상태를 유지하면서 건조시키는 제5 단계;를 포함하는 전기절전장치 제조 방법.
  21. 제 1항에 있어서, 상기 제1 단계는,
    지정된 중량% 비율 범위에 매칭된 N개의 물질을 포함하는 i(i≥1)개의 원료 물질을 준비하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기절전장치 제조 방법.
  22. 제 1항에 있어서, 상기 제1 단계는,
    상기 N개의 물질 중 s(1≤s≤N)개의 물질을 포함하는 j(j≥1)개의 원료 물질을 준비하고, 상기 s개의 물질 별 중량%를 지정된 중량% 비율 범위에 매칭시키기 위한 t(1≤t≤N)개의 물질을 준비하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기절전장치 제조 방법.
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KR1020210081874A KR20230000041A (ko) 2021-06-23 2021-06-23 전기절전장치 및 그 제조 방법

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