KR100300482B1 - 면형상발열체와그제조방법 - Google Patents

Abstract

온도의 제어가 용이하고, 열원이 되는 에너지를 안정되게 공급할 수 있으며, 유지 및 관리가 간편할 뿐 아니라, 환경을 파괴시킬 우려가 없는 면형상 발열체를 제공한다.

제 1 및 제 2 방향으로 절연용 유리섬유(12)를 방직하고 제 1 방향으로 발열용 탄소섬유(11)를 소정 간격마다 짜넣음과 동시에 제 2 방향으로 전극용 제 1 및 제 2 도체(13)를 짜넣은 발열체 본체(10)와, 유리섬유(12), 탄소섬유(11), 및 각 도체(13)를 결합시키는 열경화성 수지로 이루어진 결합재(14)와, 그리고 발열체 본체의 양면에 맞붙여지는 절연성 수지시트(15),(16)를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

Description

면형상 발열체와 그 제조방법

제 1도는 본 발명에 따른 면형상 발열체의 제 1 실시예(발열체 본체만)를 도시한 주요부분의 확대도이다.

제 2도는 제 1도의 발열체 본체가 로울 형상으로 감겨진 상태를 나타낸 사시도이다.

제 3도는 제 1 실시예에 따른 면형상 발열체의 제조장치를 나타낸 개략도이다.

제 4도는 본 발명에 따른 면형상 발열체의 제 2 실시예를 나타낸 사시도이다.

제 5도는 본 발명에 따른 면형상 발열체의 제 3 실시예를 나타낸 사시도이다.

제 6도는 본 발명에 따른 면형상 발열체의 제 4 실시예를 나타낸 사시도이다.

제 7a도, 제 7b도, 및 제 7c도는 본 발명에 따른 면형상 발열체의 시공예를 각각 도시한 도면들이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,2,3,4 : 면형상 발열체 10 : 발열체 본체

11 : 탄소섬유 12 : 유리섬유

13 : 도체 14 : 결합재

15,16 : 절연성 수지시트 17 : 절단부

21 : 절단부 22,23 : 전극

24,25 : 배선 31,32 : 방직 피복시트

41 : 관통구멍

본 발명은 절연성이 뛰어나며 도로의 동결방지용 등으로 적합한 면형상 발열체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

한냉지에 대한 스파이크 타이어(spike tyre)의 사용이 금지됨에 따라서 도로동결방지 시스템이 개발되고 있으며, 이미 온수식 또는 전열선식 등의 방법이 제안된 바 있다.

온수식 동결방지 시스템은 가스, 등유, 전기등을 열원으로 하여 보일러에 의해 온수를 만들어서 동관, 스테인레스관, 염화비닐관 등으로 배관된 파이프 내를 온수가 순환하는 방식으로서, 소비되는 열량은 온수에 의해 공급된다.

한편, 전열식 동결방지 시스템은 금속저항선을 도로면 아래에 매설하고 배선접속하여 사용된다.

그러나, 온수식 동결방지 시스템은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째로, 배관에 의해 온수가 순환되므로 시스템 전체의 온도를 올리는데 장시간이 소요될 뿐만 아니라, 시스템 전체의 온도를 일괄적으로 제어 해야 하므로 분할 제어가 곤란함과 동시에, 배관의 간격에 의해 온도가 일정치 못한 경우가 발생되기 쉬우며, 배관의 일부에 물이 새면 시스템 전체의 기능을 손상시킬 우려가 있는 등온수의 제어가 어렵다.

둘째로, 온수중의 칼슘이 파이프 내에 부착됨으로 인해 이를 제거하기 위한 세정 공정이 필요하며, 또한 보일러의 사용기간이 짧아서 5-7년마다 설비를 교환해야 하는 등 유지 및 관리가 어렵다.

셋째로, 산길 등에서는 연료의 보급이 곤란하여 안정된 운용이 불가능한 경우가 있다.

넷째로, 보일러에 의해 온수를 만드는데 있어서 보일러 소음이 발생되거나, 등유를 사용하는 경우는 대기가 오염되므로 환경을 파괴시키는 결과를 초래한다.

한편, 전열식 동결방지 시스템은 온수 순환방식에 비하면 소음이나 오염의 우려가 없고 제어가 용이하며, 세정 등의 유지관리도 불필요하다. 그러나, 금속저항을 이용하는 것이므로, 온도가 상승하면 전력소비량이 증가됨과 동시에, 배선간격이 넓어 온도가 불균일해질 우려가 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하는 것으로서, 온도의 제어가 용이하고, 열원이 되는 에너지를 안정되게 공급할 수가 있으며, 유지 및 관리가 편리할 뿐만 아니라 환경도 파괴시키지 않는 면형상 발열체를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 본 발명에 따른 면형상 발열체의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 해결수단은, 제 1 및 제 2 방향으로 절연용 유리섬유를 방직하고 상기 제 1 방향으로 발열용 탄소섬유를 소정의 간격마다 짜넣음과 동시에 상기 제 2 방향으로 전극용 제 1 및 제 2 도체를 짜넣은 발열체 본체와, 상기 유리섬유, 상기 탄소섬유, 및 상기 각 도체를 결합시키는 열경화성 수지로 이루어진 결합재와, 그리고 상기 발열체 본체의 양면에 맞붙여지는 절연성 수지시트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2 해결수단은, 제 1 해결수단의 면형상 발열체에 있어서, 상기 발열체 본체의 제 1 및 제 2 도체를 교대로 절단한 절단부를 구비한 것이 특징이다.

본 발명의 제 3 해결수단은, 제 1 또는 제 2 해결수단의 면형상 발열체에 있어서, 유리섬유를 방직하여 열경화성 수지를 침투시킨 방직 피복시트가 상기 절연성 수지시트의 양측에 밀착되어 있는 것이 특징이다.

본 발명의 제 4 해결수단은, 제 1 내지 제 3 해결수단 중 어느 하나의 면형상 발열체에 있어서, 상기 도체를 피해 관통된 관통구멍을 구비한 것이 특징이다.

본 발명의 제 5 해결수단은, 제 1 내지 제 4 해결수단 중 어느 하나의 면형상 발열체를 제조하는 방법에 있어서, 상기 유리섬유와 탄소섬유의 방직공정중에 상기 도체를 짜넣는 것이 특징이다.

본 발명의 제 6 해결수단은, 제 1 내지 제 4 해결수단 중 어느 하나의 면형상 발열체를 제조하는 방법에 있어서, 상기 발열체 본체의 제 1 및 제 2 도체를 교대로 절단하여 전기회로를 만드는 회로형성공정과, 그리고 상기 발열체 본체를 소정의 크기로 절단하는 절단공정을 포함하고 있는 것이 특징이다.

제 1 해결수단에 있어서, 발열체 본체는 절연용 유리섬유, 발열용 탄소섬유, 및 도체를 섞어 방직함과 동시에 유리섬유, 탄소섬유, 및 도체를 결합재에 의해 고정시켰으므로, 각각의 탄소섬유간 및 각각의 탄소섬유와 도체간의 위치결정 및 고정이 용이하다. 또한, 발열체 본체의 양면에 절연성 수지시트를 맞붙였기 때문에 누전 등의 염려가 없다.

또한, 탄소섬유는 금속저항선과는 달리 온도상승에 대해서도 스스로 제어되므로 전력소비량이 증가되는 일은 없다. 그리고, 탄소섬유 및 유리섬유의 사용기간은 반영구적이므로, 인위적으로 손상을 가하지 않는 한 고장이 일어나지 않는다.

제 2 해결수단에 있어서, 발열체 본체의 제 1 및 제 2 도체를 교대로 절단한 절단부를 구비하고 있기 때문에, 절단부에 의해 분할된 도체와 이러한 도체에 접속된 탄소섬유에 의해 전기회로를 용이하게 형성할 수가 있다.

제 3 해결수단에 있어서는, 절연성 수지시트의 양측에 열경화성 수지를 침투시킨 방직 피복시트가 밀착되게 형성되어 있기 때문에, 아스팔트 등의 고온부재 사이에 끼우면 밀착성이 좋아진다.

제 4 해결수단에 있어서는, 관통구멍이 도체를 피해 형성되어 있으므로, 아스팔트나 콘크리트 사이에 끼웠을 때 상하의 아스팔트 및 콘크리트가 일체화되어서 밀착성이 좋아진다.

제 5 해결수단에 있어서는, 유리섬유와 탄소섬유의 방직공정중에 도체를 짜넣기 때문에, 제조가 간편하고, 대량생산이 가능하며, 비용 또한 절감된다.

제 6 해결수단에 있어서는, 발열체 본체의 제 1 및 제 2 도체를 교대로 절단하여 전기회로를 형성하고 발열체 본체를 소정의 크기로 절단하기 때문에 연속공정에 의해 제조가 가능하며, 발열체 본체가 로울 형상이기 때문에 제조원가도 적게 든다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 첨부된 도면들을 참조하면서 자세히 설명한다.

제 1도는 본 발명에 따른 면형상 발열체의 제 1 실시예를 도시한 주요부의 확대도이고, 제 2도는 제 1도의 발열체 본체가 로울 형상으로 감겨진 상태를 도시한 사시도이다.

제 1 실시예의 면형상 발열체(1)는 발열체 본체(10)와, 결합재(14)와, 그리고 절연성 수지시트(15,16) 등으로 구성되어 있다.

발열체 본체(10)는 탄소섬유(11), 유리섬유(12), 및 도체(13)를 방직한 것으로서, 유리섬유(12)를 날실과 씨실로 하여 짜냄과 동시에, 수 밀리미터 내지 수십 밀리미터의 간격으로 탄소섬유(11)를 씨실로서 짜넣고, 양끝단에 전극이 되는 동선 등으로 이루어진 도체(13)를 날실로 하여 짜넣었다.

따라서, 탄소섬유(11)와 탄소섬유(11)의 사이에는 유리섬유(12)가 천형상으로 성형되므로, 위치가 고정되어서 움직임이 없이 완전하게 절연된다. 또한, 탄소섬유(11)와 양끝단의 도체(13)는 서로 밀착되어서 전기적인 접촉이 이루어진다.

여기서, 탄소섬유(11)를 사용하는 이유는 안정된 저항값을 얻을 수가 있고, 금속의 저항과는 달리 온도상승에 대해서도 자체적으로 제어가능하므로, 전력소비량이 증가하지 않기 때문이다. 또, 탄소섬유(11) 및 유리섬유(12)는 사용기간이 반영구적이므로 인위적으로 손상을 가하지 않는 한 고장의 원인이 되지 않는다는 잇점이 있고, 열원으로서 안정하게 공급할 수 있는 전기를 사용할 수 있으므로 대기오염 및 소음을 발생시키지 않으며, 온도가 균일하고 열효율이 좋으므로 온도상승시간이 짧다. 게다가, 전기량도 전열선에 비해 적게 든다.

발열체 본체(10)는 제 2도에 도시한 바와같이 로울 형상으로 감을 수가 있다. 이 감겨진 발열체 본체(10A)는 양끝단의 도체(13)부분에 교대로 절단부(17A,17B,17C,17D,…)를 형성하여서 이를 전극(13A,13B,13C,13D,…)으로 하고, 전극(13A), 탄소섬유(11A), 전극(13B), 탄소섬유(11B), 전극(13C), 탄소섬유(11C),…와 같이 구성하여 전기회로를 형성한다.

발열체 본체(10)는, 예를 들면 7μ/가닥의 탄소섬유(11)를 1000가닥씩 모아서 이를 1다발로 하여 사용하는데, 탄소섬유(11)의 저항은 456Ω/m 정도이며, 각 탄소섬유(11)의 간격은 20mm이고, 폭은 0.9m×10m로 방직되어 있다. 이러한 발열체 본체(1)는 양끝단에 15mm의 송전로스부분 및 60mm의 전극부분을 갖추고 있기 때문에, 유효칫수는 810mm이며, 열량 330kcal/m²h,전압 200V를 인가하면 탄소섬유(11)의 1가닥당 저항치는 369.36Ω이 된다.

이러한 발열체 본체(10)는 길이가 10m인 경우에 탄소섬유(11)가 500가닥 필요하므로, 제 2도와 같이 4개의 회로로 구성하였을 때 다음과 같은 수치계산 결과가 얻어진다.

즉, 125가닥/1회로이고, 병렬접속이므로, 발열체 본체(10)의 저항치는 369.36Ω÷125가닥≒2.95Ω×4회로=11.82Ω이 된다. 200V의 전압을 인가하는 경우에, 전류는 200V÷11.8Ω=16.95A가 된다. 따라서, 발열체 본체(10)는 1장당 용량이 200V×16.95A=3389.8W가 된다. 또, 와트밀도는 3389.8W÷9㎡=376.6W/㎡이며, 열량은 3.766×860≒324kcal/㎡h 이다.

발열체 본체(10)에 4개의 절단부(17A,17B,17C,17D)를 형성한 경우, 4개의 회로로 구성되므로 125가닥/회로가 된다.

또한, 폭 0.9m×길이 10m의 크기로 연속 제조가 가능하다.

제 2도에 있어서, 발열체 본체(10)는 회로구성을 완료한 후에 열경화성 수지 등의 결합재(14)를 침투시켜서 그 양면으로부터 강화 플라스틱으로 된 절연성 수지 시트(15,16)를 적층시킨 것이다.

제 3도는 제 1실시예에 관한 면형상 발열체의 제조장치를 도시한 개략도이다.

제조장치(100)는, 디스펜서(dispenser, 101)에 의해서 발열체 본체(10)에 열경화성 수지(14)를 한방울씩 떨어뜨린 다음에, 상하로부터 절연성 수지시트(15,16)를 공급하여 가압로울러(102)에 의해 가압시킨 후, 히터(103)로 가열하여 열경화성 수지(14)를 균일하게 한 후, 가압로울러(104)로 최종 마무리 가압을 행하여 면형상 발열체(1)를 성형한다.

이러한 면형상 발열체(1)는 절연성 수지시트(15,16)로 피복되어 있으므로, 물이 새거나 누전될 염려가 없다.

제 4도는 본 발명에 따른 면형상 발열체의 제 2 실시예를 도시한 사시도이다.

제 4도의 제 2 실시예에서는, 제 1 실시예와 마찬가지로 면형상 발열체(1')(단, 제 2도에 도시한 전기회로를 구성하고 있지 않다)를 로울 형상으로 성형하고, 형성된 면형상 발열체(1')를 적당한 크기(L)로 절단하여 1장의 면형상 발열체(2)를 제조한다.

그리고, 제 2도와 같이 전기회로를 구성하기 위해서, 외부로부터 절단부(21A,21B,21C)를 형성하고, 도체의 끝단부에 전입인가용 단자(22,23)를 부착시킨 후, 전압인가용 단자(22,23)에 배선(24,25)을 설치한다.

제 2 실시예에 의하면, 어떠한 용량의 발열체도 제조가 가능하다. 또한, 직류 전압과 교류 전압 모두를 인가할 수 있다.

제 5도는 본 발명에 따른 면형상 발열체의 제 3 실시예를 도시한 사시도이다.

제 3 실시예에서는 제 2 실시예에 의해 제조된 면형상 발열체(2)의 상하에 방직 피복시트(31,32)를 일체화시켰다. 이러한 방직 피복시트(31,32)는 유리섬유를 방직한 시트에 열경화성 수지를 침투시켜 접착한 것이다.

열경화성 수지로서는 고온에서 반응을 일으키는 수지를 이용하는 것이 바람직하다.

제 3실시예에 따른 면형상 발열체(3)는 아스팔트용 로드 히팅(road heating)에 사용하면 효과적이다. 아스팔트의 온도는 140~170℃ 인데, 이 온도에서 면형상 발열체(3)가 반응하므로, 상부로부터 가압하면 아스팔트의 열에 의해서 면형상 발열체(3)는 상하로 끼워지는 아스팔트 층과 밀착될 수 있다.

제 6도는 본 발명에 따른 면형상 발열체의 제 4 실시예를 나타낸 사시도이다.

제 4실시예에 따른 면형상 발열체(14)는 제 2 실시예에 의해 제조된 면형상 발열체(2)에서 도체를 절단하지 않은 곳에 관통구멍(41)을 형성한 것이다. 관통구멍(41)을 설치함으로써, 아스팔트 및 콘크리트 내에 매설된 경우에 이러한 관통구멍(41)을 통해서 면형상 발열체(4)가 끼워진 상하의 층이 일체가 되므로, 밀착성이 좋아지고 박리현상이 사라진다.

따라서, 제 4 실시예는 아스팔트 도로, 보도, 보도교, 콘크리트 바닥, 주차장 등의 동결방지 및 바닥 난방용으로 사용하면 적합하다.

이상 설명한 각각의 실시예에 따른 면형상 발열체의 도로의 동결방지용, 보도의 동결 방지용, 보도교의 융설용, 주택이나 사무소 또는 공장 등의 바닥 난방용, 주차장의 융설용, 빌딩이나 아파트 등의 고가수조의 동결방지용, 산길이나 비탈길 등의 동결 방지용, 그리고 농업용 터널 하우스의 바닥 온도 및 온실의 바닥온도 등을 조절하는데 사용할 수가 있다. 다음으로, 몇가지 시공예를 구체적으로 설명한다.

제 7a도 내지 제 7c도는 본 발명에 따른 면형상 발열체의 몇몇 시공예를 도시한 도면들이다.

제 7a도는 일반 목조바닥의 난방에 대한 시공예이다. 이 시공예는, 멍에(51)의 장선(52)에 걸쳐놓은 바닥재(53) 위의 소장선(54)과 소장선(54)간에 단열재(55)를 배치하고, 그 위에 못 등을 이용하여 면형상 발열체(1)를 고정시킨 다음, 그 상부에 바닥 난방용 플로오링(56)을 부착하여 마무리한 것이다.

제 7b도는 콘크리트 바닥 난방에 대한 시공예이다. 이 시공예는, 하부 콘크리트(61)와 상부 콘크리트(62)의 사이에 면형상 발열체(1)를 매설한 것이다.

제 7c도는 아스팔트 내에 매설한 시공예이다. 이 시공예는, 쇄석(71)을 점압한 후에 아스팔트(72)를 시공하고, 그 위에 면형상 발열체(1)를 시공한 다음에, 이 면형상 발열체(1) 위에 아스팔트의 굵은 입자(73)를 시공한 후, 마무리용으로 아스팔트의 가는 입자(74)를 시공한 것이다.

본 발명의 제 1 실시형태에 따르면, 발열체 본체는 절연용 유리섬유와 발열용 탄소섬유 및 도체를 방직함과 동시에 결합재에 의해 고정하였으므로, 각 탄소섬유간 또는 각 탄소섬유와 도체간의 위치결정 및 고정이 용이하다. 또, 발열체 본체의 양면에 절연성 수지시트를 맞붙였기 때문에 누전의 우려도 없다.

본 발명의 제 2 실시형태에 따르면, 발열체 본체의 제 1 및 제 2 도체를 교대로 절단한 절단부를 갖추고 있으므로, 절단부에 의해 분할된 도체와 이 도체에 접속된 탄소섬유에 의해서 전기회로를 용이하게 형성할 수가 있다.

본 발명의 제 3 실시형태에 따르면, 절연성 수지시트의 양측에 열경화성 수지를 침투시킨 방직 피복시트를 밀착되게 형성하였기 때문에, 아스팔트 등의 고온부재 사이에 끼울 경우에 밀착성이 좋아진다.

본 발명의 제 4 실시형태에 따르면, 도체를 피해 관통구멍을 뚫어서 설치하였기 때문에, 아스팔트나 콘크리트 등의 사이에 끼우면 상하의 부재가 일체화되므로 밀착성이 좋아진다.

본 발명의 제 5 실시형태에 따르면, 유리섬유와 탄소섬유의 방직공정중에 도체를 짜넣기 때문에, 제조가 간단하고 대량생산이 가능하여 비용을 절감시킬 수가 있다.

본 발명의 제 6 실시형태에 따르면, 발열체 본체의 제 1 및 제 2 도체를 교대로 절단하여 전기회로를 구성하고 발열체 본체를 소정의 크기로 절단하므로, 연속공정에 의한 제조가 가능하며, 발열체 본체가 로울 형상이므로 제조원가도 절감된다.

Claims (6)

1. 제 1 및 제 2 방향으로 절연용 유리섬유를 방직하고 상기 제 1 방향으로 발열용 탄소섬유를 소정간격마다 짜넣음과 동시에 상기 제 2 방향으로 전극용 제 1 및 제 2 도체를 짜넣은 발열체 본체와, 상기 유리섬유, 탄소섬유와 각각의 상기 도체를 결합시키는 열경화성 수지로 이루어진 결합재와, 그리고 상기 발열체 본체의 양면에 맞붙여지는 절연성 수지시트를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 면형상 발열체.
2. 제 1항에 있어서, 상기 발열체 본체의 제 1 및 제 2 도체를 교대로 절단한 절단부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 면형상 발열체.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 절연성 수지시트의 양측에 밀착형성된, 유리섬유를 방직하여서 열경화성 수지를 침투시킨 방직 피복시트를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 면형상 발열체.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 도체를 피해 관통된 관통구멍을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 면형상 발열체.
5. 상기한 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 면형상 발열체를 제조하는 방법에 있어서, 유리섬유와 탄소섬유의 방직공정중에 도체를 짜넣는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 면형상 발열체의 제조방법.
6. 상기한 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 면형상 발열체를 제조하는 방법에 있어서, 발열체 본체의 제 1 및 제 2 도체를 교대로 절단하여 전기회로를 구성하는 회로형성공정과, 그리고 상기 발열체 본체를 소정의 크기로 절단하는 절단공정을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 면형상 발열체의 제조방법.