KR100527278B1 - 테프론으로 절연된 히팅 케이블 - Google Patents

Abstract

본 발명의 히팅 케이블은 금속재 외관을 사용하여 히팅 케이블의 내구성을 향상시키면서 테프론 재질의 절연체를 사용하여 발열선을 피복 절연함으로써 외력에 의해 금속재 외관이 파손되더라도 수분의 흡수로 인한 누전이 방지되는 히팅 케이블에 관한 것이다.

Description

테프론으로 절연된 히팅 케이블{A teflon-insulating heating cable and its manufacturing method}

본 발명은 히팅케이블에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 발열선과 발연선을 싸고 있는 발열선 피복으로 이루어진 발열체와 발열체의 외부를 싸서 보호하고 있는 금속재의 발열체외관으로 구성된 히팅케이블에 관한 것이다.

히팅 케이블은 산업용 또는 일반용 배관이나 탱크의 동결 방지 또는 도로면의 가열 등에 사용되며 사용범위는 갈수록 넓어지고 있는 추세이다. 최근에는 도로저면에 매설하여 눈을 녹이는 데에도 사용되고 있다. 따라서 히팅 케이블은 도로 저면 등에 매설되어 사용되어도 충분할 정도의 내구성을 요하게 되었다. 이러한 용도로 사용되기 위해서 히팅 케이블의 최외곽을 고무 등의 수지로 된 피복으로 감싸서 보호하는 것으로는 불충분하다. 고무 등은 강한 외부 충격에 의해서 파손되기 쉽기 때문이다. 따라서 최근에 사용되는 고급형 히팅 케이블은 거의 예외 없이 금속으로 된 외관 내에 미네랄 절연체를 넣고 절연체 안에 발열선을 형성한 구조로 되어 있다.

종래 기술에 의하면 도 1에 도시된 바와 같은 미네랄 절연 금속 피복된 케이블이 주로 사용되고 있다. 즉 발열선(100) 외부를 미네랄 절연체(102)가 둘러싸서 절연하고 최외곽에 금속 재질의 관(104)으로 싸여 있어 내부를 보호하도록 한 구조의 케이블이 사용되고 있다. 이와 관련하여 미국특허 제 4,998,341호에 개시된 기술은 비교적 큰 직경을 갖는 튜브에 적어도 하나의 도전체로 된 발열선과 이를 둘러싸는 절연체로서 산화마그네슘과 같은 미네랄 분말을 사용한 절연체를 채우고 이를 밀봉한 후 고온에서 롤링 및 밀링하여 얇고 가는 와이어 케이블로 인발시켜 히팅 케이블을 제공한다. 그러나 이러한 기술은 인발가공하므로 접합부가 없는 것이 장점이나 절연체로서 산화마그네슘과 같은 미네랄 분말을 사용하기 때문에 습기에 노출시 절연이 파괴되어 누전이 될 위험성이 큰 단점이 있다. 또한 고온에서 롤링 및 밀링작업을 하여 인발가공함으로써 특수한 롤러 및 밀링 머신이 필요하게 되는 단점이 지적되고 있다.

이 밖에도 미국특허 제 4,739,155호, 제 4,769,529호, 제 4,392,051호, 제 4,345,368호 등의 선행 기술이 있으나 이는 모두 미네랄 분말 절연 방식을 채택하는 것으로 미네랄 분말은 습기에 노출되는 경우 습기를 함유하게 되어 누전 및 단선의 원인이 된다. 또한 미네랄 분말을 사용하여 긴 케이블의 절연을 확보하는 것은 그 제조공정이 복잡하다는 단점이 있다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 테프론 재질의 절연체를 사용하여 발열선을 피복 절연함으로써 외력에 의한 발열체 외관의 파손 등으로 인하여 발열체 외관 내로 습기 등이 침투하는 경우에도 누전이 확실히 방지되는 히팅 케이블을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

한편 본 발명은 금속외관에 강제 인장 삽입함으로써 히팅 케이블을 제조할 수 있도록 마찰 계수가 특이하게 낮은 물질인 테프론을 사용하여 발열선을 피복하여 금속외관에 삽입하여 제조하는 히팅케이블을 제공한다.

본 발명은 전류를 인가하는 경우 발열하는 적어도 한 가닥의 발열선과, 상기 발열선을 피복하여 외부와 절연하는 테프론 피복과, 상기 테프론 피복 외부를 둘러싸는 금속관을 포함하되, 상기 테프론 피복에 의하여 피복된 발열선 구조체를 금속관 내로 삽입하여 압착 인발하여 형성함으로써 습기에 의한 절연파괴를 방지하는 것을 그 특징으로 하는 히팅 케이블에 관한 것이다.

바람직하게는, 테프론 피복으로 테프론 PTFE, 테프론 PFA 등의 물질을 사용할 수 있다.

한편 본 발명은 테프론 절연체를 포함하는 히팅 케이블을 제조하는 방법에 있어서, 전류 인가시 발열하는 적어도 한 가닥의 발열선을 테프론 피복으로 피복하는 단계와, 상기 발열선과 상기 발열선을 피복하는 테프론 피복을 금속재 외관 내로 강제로 삽입하는 단계와, 상기 삽입 단계에 의해 테프론 피복된 발열선이 삽입된 금속재 외관을 압착 하면서 인발하는 단계를 포함하는 테프론 절연체를 포함하는 히팅 케이블 제조 방법에 관한 것이다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 자세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예를 도시한 도면이다. 발열선(200)은 전류를 흘려줄 때 발열하는 니크롬선, 철크롬선, 동크롬선 등의 도체를 사용하여 형성한다. 발열선 주위를 테프론 피복(202)이 둘러싸고 있다. 테프론 피복은 절연을 위하여 형성된다. 테프론은 열에 강한 성질이 있기 때문에 발열선을 피복하여도 화재가 예방되며 또한 우수한 절연성을 가지고 있고 때문에 절연 피복으로 적합하다.

테프론에는 여러 종류가 있는데 각각 내열 온도가 조금씩 다르다. 이하 몇몇 종류의 테프론의 성질로 일반적으로 알려져 있는 사항을 설명하면 다음과 같다.

테프론 PTFE는 비점착성으로 보통 프라이머(Primer)와 탑(Top)코팅으로 피막을 형성한다. 이들 제품은 어떤 탄화불소코팅보다 높은 내열성(290℃/550℉)을 보여준다. 또한 매우 낮은 마찰계수, 우수한 내마모성, 내화학성 그리고 내부식성을 보여준다. 한편 테프론 FEP는 비점착성 코팅이며 소결시 유동성을 지닌 물질로 변하기 때문에 무공질의 피막을 형성시켜 준다. 탁월한 내화학성, 내부식성 그리고 우수한 내마모성과 매우 낮은 마찰계수를 보여준다. 최고 사용온도는 250℃(400℉) 정도로 알려져 있다. 한편 테프론 PEA는 내화학성과 내부식성이 우수하며 내마모성도 지닌 제품이다. 이러한 특성은 최고 260℃(550℉)이내에서 사용할 때 유지되는 것으로 알려져 있다. 한편 테프론 ETEF는 분체 도장용 제품으로(150℃/300℉)정도의 내열성과 뛰어난 내화학성 그리고 내부식성을 보인다. 그리고 SILVER-STON은 조리기구용 코팅제로 전세계적으로 널리 사용되며, 우수한 비점착성 및 내구성 그리고 288℃라는 높은 내열온도를 가진 우수한 코팅 피막을 얻을수 있고 1차, 2차, 3차의 시스템 공법으로 소결온도는 약420℃이상에서 처리된다.

테프론은 난연성이고 우수한 내열성을 가지고 있다. 특히, PTFE, PFA는 상용온도 260℃, 단시간에서는 300℃까지도 사용할수 있다. 또한 모든 화학약품에 대해 우수한 저항성을 나타낸다. PTFE, FEP, PFA는 불소가스, 3불화염소, 용융알칼리금속을 제외한 모든 화학약품에 대하여 안정하고, 모든 산, 알카리, 산화제, 유기용제에도 침식당하지 않는다. 테프론은 전기절연성이 양호하고, 고주파특성도 우수하다. 특히, PTFE는 넓은 주파수 영역에 걸쳐 비유전율이 일정하고 그리고 모든 절연재중에서도 최소의 비유전율을 갖고 있다. 한편 테프론은 고체들 중 대단히 낮은 마찰 계수를 가지며 특이한 자기윤활성을 가지고 있다. 단, PTFE 단독으로서는 마모가 크나 각종 충전제(탄소,흑연,브론즈,유리섬유,탄소섬유 등)를 배합하면 내마모성, 내하중성이 향상된다. 테프론은 특이한 비점착성이 있고 어떠한 점착성물질도 점착되지 못한다. PTFE는 특히 이 성질이 강하다.가령 점착성 물질과 접촉하여도 떨어지기 쉽다. 상술한 바와 같은 테프론은 내열성, 내약품성, 절연성이 매우 우수하다. 또한 특이하게 낮은 마찰 계수를 갖고 있다.

본 발명은 이러한 테프론의 성질에 착안하여 테프론을 사용하여 발열선의 피복을 형성하고 금속재 외관(204)에 삽입한다. 금속재 외관은 동관, 스테인레스관, 알루미늄관, 철관 등으로 형성한다. 발열선(200)과 테프론 피복(202)으로 형성된 발열체를 금속재 외관 내측으로 잡아당겨 삽입한 후 압착 인발하여 케이블을 형성한다. 테프론 재질은 상기한 바와 같이 대단히 낮은 마찰 계수를 가지고 있으므로 금속재 외관 내측으로 삽입하는 것이 용이하며 상술한 공정을 통해서 케이블을 제작하는 것이 가능하다.

도 3은 본 발명의 또다른 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 2의 실시예와는 달리 도 3의 실시예에서는 두 가닥의 발열선을 사용하는 히팅 케이블이 제시되어 있다. 즉, 두 가닥의 발열선(300)을 테프론 재질의 절연체(302)을 사용하여 절연 피복하고 최외곽에 금속재 외관(304)을 형성하여 케이블을 보호하는 구조로 형성되어 있다. 도 2의 실시예의 경우와는 발열선의 갯수만 차이가 있다.

종래 기술에 의하면 발열선을 금속재 외관 내에 삽입하고 금속에 접촉하지 않도록 위치를 잡아주고 미네랄 분말을 금속재 외관 내에 삽입하고 밀봉한 후 고온에서 롤링 및 밀링하여 얇고 가는 와이어 케이블로 인발시켜 히팅 케이블을 형성하기 때문에, 발열선을 외관에 닿지 않게 외관과 평행으로 긴 케이블을 형성하기 위하여 특수한 기술이 필요하였으며 나아가 제조 공정이 복잡하고 많은 고가의 기계를 필요로 하였음은 이미 상술한 바와 같다. 본 발명은 마찰 계수가 특이하게 낮은 테프론의 성질을 이용하여 발열선 외측에 테프론 피복을 형성한 발열체를 미리 형성한 후 최종적으로 금속 외관 내로 강제 삽입하고 압착 인발하는 간단한 공정을 통해 히팅 케이블을 형성한다.

본 발명의 히팅 케이블은 금속재 외관을 사용하여 히팅 케이블의 내구성을 향상시키면서 테프론 재질의 절연체를 사용하여 발열선을 피복 절연함으로써 외력에 의해 금속재 외관이 파손되더라도 누전이 확실히 방지되는 효과를 가져온다. 즉, 기존의 미네랄 분말을 사용한 히팅 케이블은 금속재 외관이 파손되어 수분이 외부로부터 스며들게 되면 미네랄이 수분을 흡수하여 절연이 파괴되는 단점이 있는데 반하여 본 발명의 히팅 케이블은 금속재 외관의 내측에 테프론 절연물질의 피복이 존재하므로 수분의 흡수로 인한 누전이 발생이 방지된다. 따라서 습기에 노출될 위험이 있는 곳에 사용하기에 적합하다.

한편, 테프론 재질은 마찰계수가 낮아서 금속재 외관에 직접 삽입할 수 있으므로 분말 상태의 절연물을 사용하지 아니하여도 발열선과 절연체와 금속재 외관으로 구성된 히팅 케이블의 구조를 형성할 수 있다. 따라서 미네랄 분말을 금속재 외관에 넣고 밀봉하고 고온에서 롤링 및 밀링 가공하여 형성하는 종래의 히팅케이블에 비하여 제조공정이 단순화되고 고가의 특수장비를 요하지 아니하므로 제조단가도 절감된다.

도 1은 종래기술을 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 일실시예를 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 또다른 일실시예를 도시한 도면이다.

Claims (4)

1. 히팅 케이블에 있어서,

   전류 인가시 발열하는 적어도 한 가닥의 발열선과,

   상기 발열선을 피복하여 외부와 절연하는 테프론 피복과,

   상기 테프론 피복 외부를 둘러싸는 금속재 외관을 포함하되,

   상기 발열선과 상기 발열선을 피복하는 테프론 피복을 상기 금속재 외관 내로 강제로 삽입하고 압착 인발하여 형성함으로써 습기에 의한 절연파괴를 방지하는 것을 그 특징으로 하는

   히팅 케이블
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 테프론 피복은 테프론 PFA를 포함하는

   히팅 케이블
4. 테프론 절연체를 포함하는 히팅 케이블을 제조하는 방법에 있어서,

   전류 인가시 발열하는 적어도 한 가닥의 발열선을 테프론 피복으로 피복하는 단계와,

   상기 발열선과 상기 발열선을 피복하는 테프론 피복을 금속재 외관 내로 강제로 삽입하는 단계와,

   상기 삽입 단계에 의해 테프론 피복된 발열선이 삽입된 금속재 외관을 압착 하면서 인발하는 단계를 포함하는

   테프론 절연체를 포함하는 히팅 케이블 제조 방법.