잉크젯 프린터용 발열체의 제작과 특성연구

장호정,노영규 한국마이크로전자및패키징학회 2003 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.10 No.3

The crystallized stable cobalt silicide$(CoSi_2)$ films were prepared on $poly-Si/SiO_2/Si$substrates for the application of inkjet printing head as a heating element with omega shape. The structural images and temperature resistance coefficient were investigated. The value of temperature resistance coefficient of the heating element was found to be about $0.0014/^{\circ}C$. The maximum power of the heating element was 2 W at the applied voltage of 2 V, 10 kHz in frequency and $1{\mu}s$ in pulse width. From the investigation of fatigue property according to the repeated applied voltages, there was no drastic changes in the resistances of heating element under the condition of $10^8$ pulsed cycles at below 15 V biased voltage. In contrast, the resistance of heating element was greatly increased at $10^6$ pulsed cycles when the heating element was operated at 17 V. 잉크젯 헤드의 발열체에 적용하기 위해 $poly-Si/SiO_2/Si$ 다층기판 위에 결정화된 안정한 코발트실리사이드$(CoSi_2)$ 박막을 형성하여 오메가 형태의 발열체를 제작하고 발열체의 구조적 형상과 온도저항계수 등 전기적 특성을 조사, 연구하였다 $(CoSi_2)$ 박막의 형성은 금속 Co 박막을 급속 열처리장치를 이용하여 $800^{\circ}C$에서 20초 동안 질소 분위기에서 열처리하여 실리사이드 박막을 형성하였다. 발열체의 온도 저항계수 값은 약 $0.0014/^{\circ}C$ 값을 얻을 수 있었다. 인가전압 10 V, 주파수 10KHz 및 펄스간격 $1{\mu}s$ 인가시 발열체의 순간전력은 최대 2W를 나타내었다. 반복된 전압인가에 따른 발열체의 피로특성을 조사한 결과 15 V 이하의 전압인가시 $10^8$ 펄스 cycle 까지 저항변화가 거의 없었으나 17 V 인가전압에서는 $10^6$ cycle에서 발열체의 저항이 급격히 증가하였다.

카본 발열체의 온도 및 전기적 특성에 관한 연구

金鎭花(김진화),심규진(K. J. Shim),공태우(T. W. Kong),정효민(H. M. Jeong),정한식(H. S. Chung) 한국동력기계공학회 2006 동력시스템공학회지 Vol.10 No.1

MWCNT를 혼입한 발열체의 크기에 따른 발열 효율 분석

박소현(Park, Sohyeon),안승주(An, Sungju),이희영(Lee, Heeyoung),김동휘(Kim, Donghwi),정원석(Chung, Wonseok) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.5

도로살얼음은 겨울철 급격한 기온 변화에 따라 도로 표면에 발생하는 도로 결빙 현상이다. 이러한 도로살얼음은 차량 통행에 위협이 되며 사고 발생위험을 증가시킨다. 기존에는 노면 온도가 2 ℃ 이하일 경우 주로 제설제를 살포하였으나, 제설제는 도로의 노후화를 촉진시킨다. 따라서 본 연구는 Multi-Walled Carbon Nanotube (MWCNT)가 혼입된 발열체를 활용하여 문제를 해결하고자 하며, 발열체의 크기에 따른 발열 효율을 분석하고자 한다. 발열체는 크기가 50 × 50 × 50 mm3인 큐브형과 100 × 300 × 60 mm3인 큐보이드형으로 구분하였다. 매개변수는 발열체의 크기, 양생일, 공급 전압으로 선정하였다. 큐브형의 최대 발열량은 75.7 ℃이고 큐보이드형은 큐브형의 78%까지 최대 발열량이 발생하였다. 열화상 이미지를 분석한 결과, 큐보이드형은 큐브형보다 열 분산성이 더 우수함을 확인하였다. 따라서 큐보이드형의 발열 효율은 우수한 것으로 분석되며, 큐보이드형 발열체는 도로살얼음으로 인한 피해를 감소시키는데 효과적일 것으로 판단된다. Black ice is a road-freezing phenomenon that occurs on the surfaces of roads and is caused by sub-zero temperatures. Black ice is dangerous to vehicular traffic because it is difficult for a driver to detect its presence on roads. Further, it causes vehicles to lose traction on roads, thus causing accidents. Therefore, this study aims to solve this problem by utilizing a heating module with multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) and analyzing the heating efficiency according to the size effect of the heating module. The heating modules were divided into cubes (50 × 50 × 50 mm3) and cuboids (100 × 300 × 60 mm3). The parameters considered were the size of the heating module, number of curing days, and supply voltage. The maximum temperature change of the cubes was 75.7 ℃, and the maximum temperature change of the cuboids was 78% of the cube. The thermal images demonstrated that the cuboids exhibited better thermal dispersibility than that exhibited by the cubes. Therefore, the heating efficiency of the cuboids was inferred to be excellent. Thus, the cuboid heating module can be used to reduce the risk of accidents occurring caused by black ice.

터널 라이닝 표면에 부착된 발열체로 인한 내부 온도 변화의 실험적 연구

진현우(Hyunwoo Jin),황영철(Youngcheol Hwang) 한국지반환경공학회 2017 한국지반환경공학회논문집 Vol.18 No.11

한랭지역에 건설된 터널은 낮은 기온으로 인하여 콘크리트 라이닝 배면의 동결이 발생하게 되며, 콘크리트 라이닝의 손상을 발생시켜 터널구조물의 내구성을 감소시킨다. 터널 라이닝 배면 지반의 동결을 억제시키기 위하여 터널 라이닝 표면에 발열체를 부착하고 일정시간 동안 발열시켜 콘크리트 라이닝 내부의 온도변화를 측정하였다. 냉동챔버를 제작하여 현장현황을 모사하고 발열체는 탄소나노튜브(CNT, Carbon Nano Tube) 재료를 플레이트로 제작하여 표면에 부착하고 전기공급을 통해 발열시켰다. 발열체를 발열시킴에 따라 콘크리트 라이닝의 내부 위치별 온도변화 분포를 측정하였으며, 외기온도 및 발열온도의 유지시간에 따른 영향을 분석하였다. The rearside of concrete lining of tunnels constructed in cold region might experience on freezing due to the low temperature. This causes damage of concrete lining resulting in adverse affect on the durability as well as integrity of tunnel structure by causing damage to the concrete lining. In order to prevent the rearside of tunnel lining from freeing, the temperature change inside the concrete lining was measured by attaching a heating element to the tunnel lining surface and generating heat for a certain period of time. A special freezing chamber was developed to conduct the experiments considering in-situ environment. The carbone nanotube (CNT) was used as a heating element in this study. The temperature distribution of the concrete lining was measured by applying the heat to the heating element. The effect of the outside temperature and heating duration were analyzed.

CT 영상을 이용한 대퇴체부 휨의 3차원적 곡률 분석

송종남,김응곤 한국방사선학회 2015 한국방사선학회 논문지 Vol.9 No.3

본 연구의 목적은 기존에 사용 중인 X선 발생장치의 촬영대를 따뜻하게 가열하면서도 X선 감약이 적은 탄소나노튜 브(carbon nano tube, CNT) 발열체를 사용하여 가열장치를 구비한 X선 발생장치용 부착형 촬영대의 고안 및 설계를 하고자 한다. 고안된 제품의 구성은 부착형 탄소발열체 촬영대로서 기존 X선 촬영대, 탄소나노튜브 면상발열체, 전극 선, 난연 처방된 보호필름과 바닥필름으로 구성되어 있다. 본 고안 제품의 특징과 장점은 냉기(冷氣)를 느끼는 촬영대 에서 환의를 착용하고 검사를 받는 환자에게 온화한 느낌과 안전감을 제공하고 심적인 불안감을 해소하여 검사에 도움 을 줄 수 있기 때문에 임상 적용을 적극 권장하는 바이다. The purpose of this study is to warm up the conventional X-ray table by inventing and design for X-ray table with an attached heating device using less unloaded X-ray, CNT (carbon nano tube) heating element. Configuration of the product design for adhesive carbon heating element X-ray is composed of a conventional X-ray table, carbon nano tube planar heating element, an electrode line, flame resisting protective film, and the bottom film. Characteristics and advantages of this invented product is to provide gentle feeling, the sense of security, and eliminating anxiety to the patient wearing a patient gown and feel the cool air while receiving the test. Thus we are strongly recommend to use this device in the clinical situation.

터널라이닝 표면에 부착된 발열체로 인한 라이닝의 온도변화 현장실험

진현우,황영철 한국지반환경공학회 2019 한국지반환경공학회논문집 Vol.20 No.4

In the cold region, the frozen damages in highway tunnels and regular road tunnels have widely been investigated and reported, but the measurement has not been sufficient made. The average temperature in cold region is below the zero, resulting in that the damage due to freezing at the entrance/exit of tunnel is more severe than in the middle of tunnel. In this study, a heating element was developed to prevent the tunnel lining from being frozen by enforcing to increase the temperature of tunnel lining. Then field tests using the developed heating element were performed and it was ensured that the temperature of tunnel lining increased after a certain time. 국내 한랭지역의 경우 고속도로터널 및 일반도로터널에서 발생하는 동결피해 사례는 조사 및 보고되고 있지만, 이에 대한 방안대책은 미흡한 상황이다. 한랭지역의 경우 영상권을 유지하는 다른 지역들과는 달리 평균온도가 영하로 떨어지는 지역이며, 동일지역 터널 내에서도 기온이 낮은 입출구에서 손상이 좀 더 발생하는 것으로 조사 되었다. 터널 라이닝의 온도저하를 방지하기 위하여 동절기에 라이닝의 온도를 강제로 상승시킬 수 있는 발열체를 제작하였다. 발열체는 실규모 터널의 라이닝에 부착하여 발열체의 열에 의한 터널 라이닝 주변의 온도변화를 측정하였다. 연구결과 발열체의 발열에 의해 라이닝의 온도상승 정도를 확인하였으며, 일정시간이 경과하면 라이닝의 온도상승이 수렴하는 것으로 나타났다. 이러한 결과를 활용하여 동절기 터널라이닝 및 배면의 동결피해를 줄일 수 있음을 확인하였다.

용융아연도금 공정 내 연소기반 연속식 강판 소둔로의 전기화에 따른 설비구조 패러다임 변화

유재진,성영훈,이후경 대한설비공학회 2023 설비공학 논문집 Vol.35 No.12

철강 산업의 탄소배출 저감을 위한 방법으로 기존 화석연료를 사용하는 연소시스템을 전기화하는 연구개발이 수행 중이며, 본 연구는 대상 설비로 중소형 연속식 강판 소둔로의 전기화 시 발생하는 패러다임 변화와 사전 시뮬레이션 결과를 통한 설계인자 평가에 대해 논의하였다. 연소식 연속 소둔로의 전기화는 아래 같은 이점을 가질 것이다. (1) 전기식 연속 소둔로는 기존 연소식 연속 소둔로 운영 시 필요했던 화석연료의 공급과 사용, 후처리 설비들이 불필요해지면서 사라지게 된다. 또한 배가스의 현열 손실이 없는 특성으로 인해 에너지 효율이 향상되어 에너지 소비와 운영비용을 절감할 수 있으며 이는 산업 공정의 경제성에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 예상된다. (2) 전기식 연속 소둔로에서 재결정 또는 반응소결 SiC(desiliconzied type) 발열체를 활용하면 정밀한 온도 제어, 균일한 가열 분포, 무산화로 인한 품질 향상 등의 이점을 얻을 수 있다. 이러한 이점들은 연속 아연 도금 라인의 생산성 향상과 제품 품질 개선에 기여할 수 있다. (3) 궁극적으로 100% 전기화를 통해 화석 연료에 대한 의존도를 줄여 탄소 배출량을 줄이고 탄소중립을 위한 기술에 이바지할 수 있으며 이는 기후 변화를 완화하고 환경 문제를 해결에 기여할 수 있다. 본 연구를 통해 SiC 발열체를 이용한 대상 설비의 전기화에 대한 가이드라인을 제시하였으나 향후 연구를 위한 과제들이 남아있으며 그 내용은 다음과 같다. (1) 적절한 발열체 선택, 발열체 배치, 제어 시스템 등을 고려한 전기식 연속 소둔로 열설계 최적화 연구(2) 다양한 작동 조건에서 SiC 발열체에 대한 장기적인 성능 및 내구성 평가(3) 타 연소 설비의 전기화에 대한 적용 가능성을 포함한 비교 연구이 모든 점들은 서론에서 언급한 듯이 미래 기준에서 재생에너지로부터 생산된 전기가 풍부하다는 가정 하에 이루어질 수 있다. 현재 해당 설비를 대상으로 기술개발이 먼저 수행되고 있으며, 이러한 연구 방향을 통해 산업에서 전기화를 통한 패러다임 변화의 이점을 극대화할 필요가 있다. This study discusses the paradigmatic shift in facility structures due to the electrification of the existing combustion facilities in a continuous steel-strip annealing furnace. To design a heating element for optimal electrification, the principle, material, and structure of the heating element were investigated. The changes in the heat transfer mechanism, structure, and process of existing facilities were analyzed. Since there is no combustion exhaust gas through the burner, the entire fuel and oxidant supply and exhaust process becomes unnecessary, and the overall system size can be reduced accordingly. In addition, since it is possible to operate under nonoxidizing conditions, the formation of an oxide film on the strip plate is suppressed, and accordingly, the amount of reducing gas used is reduced. The volume of the furnace is reduced because the concept of zones, which were previously divided into preheating zones, heating zones, and soaking zones, is integrated. The existing heat transfer mechanism to the object to be heated by convection and radiant heat transfer is changed to a situation in which radiant heat transfer dominates, and the thermal efficiency of the furnace can be improved because sensible heat loss by exhaust gas does not occur.

팽창식 자동발열 구명조끼용 발열체 연구

박윤국,장재민,임용환,이철태 한국공업화학회 2015 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2015 No.1

지난해 발생한 여객선 세월호와 원양어선 501오룡호 침몰사고로 해양안전에 관한 국민의 관심이 커진 계기가 되었다. 당시 어느 매체에서는 세월호 참사의 7대 원인 중 인명구조 장비 및 용품에 대해 언급하였다. 따라서 해양 사고 시 인명피해를 줄이며 효과적으로 구조할 수 있는 구조 용품 개발이 필수적이며 이러한 구조 용품중 구명조끼는 가장 중요한 구조 용품이다. 그러나 물속에 장시간 머무를 경우 저체온증으로 인한 피해가 발생하게 때문에 이러한 문제를 해결하기 위해서 발열체가 내장된 발열 구명조끼의 보급이 필요하다. 현재 개발된 발열체는 발열 유지 시간이 충분치 않으며, 최대 발열 온도가 너무 높아 신체에 화상을 입힐 뿐만 아니라 지속적인 발열을 위해 주무르는 등의 추가적인 조작이 필요한 문제를 안고 있다. 따라서 본 연구에서는 금속 산화물, 수산화물, 금속 파우더 및 유기물을 혼합해 최대 온도와 장시간의 발열 지속성을 가진 발열체를 연구하였고 배합비에 따른 발열 지속성, 최대 발열 온도, 초기 발열 속도 등의 발열 특성을 확인하였다. 또한 부식 합금을 제조해 발열 효과를 높일 수 있었다. 발열 온도 측정은 T-type thermocouple을 이용해 측정하였다.

팽창식 자동발열 구명조끼용 발열체 연구

백선혜,조동혁,박윤국,이철태 한국공업화학회 2014 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2014 No.1

최근 발생한 세월호 참사로 인해 해상 안전에 대한 불신감이 고조되고 있으며, 그에 따라 해양 사고 시 인명을 구조할 수 있는 구조 용품에 대한 관심이 뜨거워지고 있다. 이러한 구조 용품 중 수중에서 체온을 유지시켜 저체온증을 예방할 수 있는 발열 구명조끼는 인명의 생존율을 극적으로 높일 수 있는 방안으로 주목받고 있다. 하지만, 현재 상용 발열 구명조끼에 포함되어 있는 발열체는 발열 유지 시간이 충분치 않으며, 최대 발열 온도가 너무 높아 신체에 화상을 입힐 뿐만 아니라 지속적인 발열을 위해 주무르는 등의 추가적인 조작이 필요한 문제를 안고 있다. 따라서 본 연구에서는 위와 같은 문제를 해결하기 위해 산화 마그네슘을 이용, 기존의 발열체에 비해 더 낮은 최대 온도와 더 긴 시간의 발열 지속성을 가진 발열체를 연구하였다. 또한, 다양한 종류의 수산화물 및 금속을 첨가하였으며, 배합비에 따른 발열 지속성, 최대 발열 온도, 초기 발열 속도 등의 발열 특성을 확인하였다. 이러한 발열 특성은 T-type thermocouple을 이용해 측정하였다.

면상발열체의 표면 열적조건이 발열체 모듈 내부온도에 미치는 영향

고동국,정규진,김민수 한국기계기술학회 2020 한국기계기술학회지 Vol.22 No.6

This study analyzes the internal temperature characteristics of heater module using a numerical method when the constant heat flux and heat flux time are applied to the surface heating element. The horizontal and vertical dimensions of heater module are 100mm, and the height is 5mm. The heat flux is 10,000W/m2, 15,000W/m2, and 20,000W/m2, and heat flux time is 5 seconds, 10 seconds, 15 seconds, 20 seconds, 30 seconds and 50 seconds, respectively. When the heat flux time was 50 seconds, the temperature of the surface heating element rose to 120.5°C, while the skin epidermis temperature rose 1.7°C. As a result, the surface temperature of the surface heating element increased greatly in the horizontal direction, while it increased low in the depth direction. This is because the heat conduction of the surface heating element is transmitted in the X-Y plane direction, and the thermal conductivity of the pet(polyethylene terephthalate) film and insulation sheet under the surface heating element is very low. when the heat flux at the surface heating element is 20,000W/m2, the skin's epidermal temperature rises up to 0.82℃ compared to 10,000W/m2 and 15,000W/m2.