KR101027275B1 - 탄소나노튜브 혼합물을 함유한 열전달물질을 이용한 제설용 발열체, 그 제조 장치 및 방법 - Google Patents
탄소나노튜브 혼합물을 함유한 열전달물질을 이용한 제설용 발열체, 그 제조 장치 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 탄소나노튜브 혼합물을 함유한 열전달물질을 이용한 제설용 발열체 및 그 제조 장치에 관한 것으로, 실리콘수지 재질의 베이스에 탄소나노튜브 및 카본블랙 혼합물이 함유된 성형물로 이루어져 에너지 효율 및 내구성을 향상시키고, 제조비용, 시공비용 및 유지비용을 절감할 수 있도록 한 제설용 발열체 및 이 발열체의 제조장치를 제공하는 것에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제설용 발열체는, 액상의 열전도성 수지로 이루어진 베이스에 탄소나노튜브 및 카본블랙을 혼합하여 지면의 설치홈에 삽입 가능한 형태로 성형한 열전달물질; 및 상기 열전달물질의 하부에 내장되고, 전원 공급에 따라 발열하여 상기 열전달물질을 통해 지면으로 열이 전달되게 하는 전열선을 포함하여 구성된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제설용 발열체는, 액상의 열전도성 수지로 이루어진 베이스에 탄소나노튜브 및 카본블랙을 혼합하여 지면의 설치홈에 삽입 가능한 형태로 성형한 열전달물질; 및 상기 열전달물질의 하부에 내장되고, 전원 공급에 따라 발열하여 상기 열전달물질을 통해 지면으로 열이 전달되게 하는 전열선을 포함하여 구성된다.
Description
본 발명은 탄소나노튜브 혼합물을 함유한 열전달물질을 이용한 제설용 발열체, 그 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 카본나노튜브 및 카본블랙 혼합물과 실리콘수지의 복합 구조로 이루어져 높은 에너지 효율 및 내구 강도를 가지며, 원터치 방식으로 삽입 시공이 가능한 사전 성형물로 이루어져 제조, 시공 및 유지보수 비용을 절감할 수 있는 탄소나노튜브 혼합물을 함유한 열전달물질을 이용한 제설용 발열체, 그 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 동절기에는 적설과 결빙으로 인해 교통사고 발생 위험이 현저하게 높아진다. 특히, 우리나라는 단기간에 걸쳐 도로망의 확충과 도로의 고속화를 이루었지만, 동절기 폭설 및 결빙에 대한 도로 관리 대책 부족으로 인해 심각한 교통사고가 빈번하게 발생하고 있다. 사례 분석 결과, 결빙 노면의 상해사고 비율은 건조 노면에 비하여 4배나 높은 것으로 조사되었다. 동절기 폭설 및 도로 결빙으로 야기되는 교통사고는 직접적인 인적/물적 피해 뿐 아니라, 교통 정체로 인한 사용자 비용의 증가, 물류 시스템의 효율성 저하 등의 사회적, 경제적 손실을 초래한다.
이에 따라, 도로 상의 적설과 결빙을 제거하기 위한 다양한 방법이 사용되고 있다. 국내의 경우, 제설기(Snow remover)로 눈을 밀어낸 후, 염화칼슘이나 염화칼슘과 모래 혼합물을 인력이나 기계로 살포하는 고정식 융설액 분사 방법, 고체 소금을 염화칼슘 용액(30%농도)에 적셔서 7:3의 중량비로 살포하는 습염 살포 방법(Pre-wetted salt spreading), 도로 포장체 내부에 열매체 관로를 매입 설치하여 열매체를 통해 공급되는 열에 의해 제설하는 열배관 매설 방법, 도로 포장체 내부에 전열선을 매입 설치하여 전열선의 발열에 의해 제설하는 전열선 매설 방법 등을 사용하고 있다.
그러나, 상기한 고정식 융설액 분사 방법과 습염 살포 방법은 염화칼슘 수용액에 의한 도로 훼손 및 차량 부식이 발생하며, 동절기 이후 용액 제거를 위한 탱크, 펌프, 배관 등 부수장치의 유지관리가 필요하고, 염화칼슘 수용액의 하천수 유입으로 인한 환경오염을 유발하는 등의 문제가 있다.
그리고, 열배관 매설 방법은 열매체 관로의 보호와 단열을 위해 그 매설 구조가 복잡하게 되어 시공 비용이 많이 소요되고, 도로의 노후화 및 교통 하중의 증가에 따라 파손의 위험이 높으며, 원거리의 공급원으로부터 열매체를 이송 공급함에 따라 열 손실이 과다하여 에너지 효율이 떨어지는 문제가 있다.
또한, 전열선 매설 방법의 경우, 염화칼슘 사용으로 인한 부식 및 오염 문제가 없고 열매체의 원거리 공급에 따른 에너지 낭비가 없는 등의 장점은 있으나, 종래의 전열선을 이용한 시설물은 지중에 전열선을 포설하고 이 전열선의 열을 노면으로 전달하기 위한 복잡한 구조의 연전달 매체와 보강재 등을 설치해야 했기 때문에, 시공에 과다한 비용과 시간이 소요되는 문제가 있다. 또한, 도로를 주행하는 차량의 하중과 충격에 대한 내구성이 취약하여 사용 수명이 짧고 잦은 보수를 요하여 유지관리 비용도 과다하게 소요되는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실리콘수지 재질의 베이스에 탄소나노튜브 및 카본블랙 혼합물이 함유된 성형물로 이루어져 에너지 효율 및 내구성을 향상시키고, 제조비용, 시공비용 및 유지비용을 절감할 수 있도록 한 제설용 발열체를 제공하는 것에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기한 제설용 발열체의 생산성과 품질을 향상시킬 수 있는 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것에 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 액상의 열전도성 수지로 이루어진 베이스에 탄소나노튜브 및 카본블랙을 혼합하여 지면의 설치홈에 삽입 가능한 형태로 성형한 열전달물질; 및 상기 열전달물질의 하부에 내장되고, 전원 공급에 따라 발열하여 상기 열전달물질을 통해 지면으로 열이 전달되게 하는 전열선을 포함하는 탄소나노튜브 혼합물을 함유한 열전달물질을 이용한 제설용 발열체를 제공한다.
상기한 본 발명의 제설용 발열체에서, 상기 탄소나노튜브 및 카본블랙은 탄소나노튜브 제조공정의 중간 생산물인 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 열전달물질은 베이스와 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물이 100:1~5의 중량비로 혼합된 것이 바람직하다.
상기 열전달물질의 하단부는 하부에 공기단열층이 형성되도록 볼록하거나 오목하게 형성된 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는, 상기 전열선의 양측 단부 중 적어도 일측에 다른 전열선 또는 전원과의 연결을 위한 접속단자가 구비될 수 있다.
상기한 제설용 발열체를 제조하기 위한 본 발명의 장치는, 액상의 열전도성 수지로 이루어진 베이스에 탄소나노튜브와 카본블랙이 혼합된 재료를 공급하는 공급수단; 및 상기 공급수단으로부터 공급된 액상의 재료를 경화시켜 지면의 설치홈에 삽입 가능한 형태의 열전달물질을 성형하는 성형챔버가 구비되고, 상기 열전달물질의 하부에 내장되도록 성형챔버의 내부 하측에 투입된 전열선을 지지하는 지지대가 구비된 성형수단을 포함하여 구성될 수 있다.
상기한 본 발명의 제설용 발열체 제조장치에서, 상기 공급수단은, 액상의 실리콘수지로 이루어진 베이스를 수용하는 제1공급조와, 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물을 수용하는 제2공급조와, 상기 제1공급조 및 제2공급조로부터 공급된 실리콘수지와 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물을 수용하는 혼합조와, 상기 혼합조에 수용된 실리콘수지와 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물을 균일하게 혼합하는 교반기를 포함할 수 있다.
상기 지지대는 종방향 이동하여 성형챔버의 외부로 인출 가능하도록 설치된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 발열체 제조장치는 상기 지지대에 전열선을 공급하는 열선공급기를 더 포함할 수 있다.
상기 열선공급기는 전열선이 권취된 공급롤과, 상기 공급롤로부터 풀려지는 전열선을 성형챔버 내부로 이송하여 상기 지지대에 배치하는 이송롤러와, 상기 지지대에 배치된 전열선의 후단부를 절단하는 컷팅기를 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 경우, 상기 컷팅기는 직선운동 또는 회전운동하면서 전열선을 절단하는 컷터를 구비하고, 상기 컷터는 전열선 투입공을 차단하도록 설치된 것이 바람직하다.
또한, 본발명의 발열체 제조장치에서, 상기 성형수단은 상기 공급수단으로부터 재료가 투입되도록 상부가 개방된 성형챔버를 갖는 성형기를 구비할 수 있다.
이러한 경우, 상기 성형기는 재료가 투입된 후 개방된 상부를 덮어 발열체의 상면 형태를 형성하는 덮개를 더 포함하거나, 서로 분리 가능하게 결합된 복수의 몸체부로 분할 형성된 구조로 이루어질 수 있다.
상기 성형수단은, 내부에 상기 공급수단으로부터 재료가 공급되는 성형챔버가 구비되고 전방측 단부에 상기 성형챔버를 외부와 연통시키는 출구가 구비된 관체 형태의 성형기와, 상기 성형기의 성형챔버 전단부에 설치되어 개폐되는 전방게이트와, 상기 성형기의 성형챔버 후단부에 설치되어 개폐되는 후방게이트와, 상기 성형챔버 내부에서 성형된 발열체를 가압하여 상기 출구를 통해 배출시키는 배출수단을 포함하여 구성될 수도 있다.
이러한 경우, 상기 배출수단은 상기 성형기의 후방게이트 외측에 형성된 가압챔버에 연결되어 고압의 기체를 공급하는 급기장치를 구비한 구조로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 성형수단은, 내부에 성형챔버가 구비되고 전방부에 상기 성형챔버를 외부로 연통시키는 출구가 구비된 관체 형태의 성형기와, 상기 성형기 및 상기 공급수단 간에 연결된 하우징의 내부에 재료를 가압 이송하는 이송스크류가 구비된 배럴을 포함하여 구성될 수도 있다.
이러한 경우, 상기 성형기의 성형챔버 전단과 후단 중 적어도 일측에 개폐되는 게이트가 설치된 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 제설용 발열체 제조방법은, 액상의 열전도성 수지로 이루어진 베이스에 탄소나노튜브와 카본블랙이 혼합된 재료를 공급하는 단계, 상기 재료를 교반하는 단계, 상기 재료를 성형하는 성형기의 내측 하부에 전열선을 배치하는 단계, 상기 성형기에 상기 재료를 공급하는 단계 및 상기 재료를 경화시켜 상기 전열선이 내장된 발열체로 성형하는 단계를 포함한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 제설용 발열체에 의하면, 일체형으로 성형된 발열체를 설치홈에 삽입 고정하는 간단한 공정을 통해 시공이 가능하도록 함으로써, 전열식 제설 시스템의 시공에 소요되는 비용과 시간을 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 전열선의 열을 지면으로 전달하는 열전달매체로서 열전도성과 내구성이 높은 실리콘수지와 탄소나노튜브 혼합물을 이용함을써, 버려지는 열을 최소화하여 에너지 효율을 향상시키고, 신속한 제설이 가능하며, 제설용 시설물의 사용수명이 연장되는 효과가 있다. 또한, 가격이 저렴한 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물을 이용함으로써, 제설용 발열체의 제조 비용과 유지관리 비용을 더욱 절감할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 제설용 발열체 제조장치에 의하면, 상기한 효과를 구현하는 제설용 발열체를 제공할 수 있을 뿐 아니라, 재료의 공급과 성형물의 탈형이 연속 공정을 통해 신속하게 이루어지도록 함으로써, 발열체의 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 고압 기체를 공급하여 성형물을 배출하도록 함으로써, 탈형 중 기계적 접촉에 의한 제품 손상이 방지되고 냉각 촉진을 통해 변형을 방지하여 제품 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 배럴에 의해 성형기의 재료 공급과 성형물 탈형이 동시에 이루어지도록 함으로써, 발열체의 생산성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제설용 발열체의 일 실시예를 설치 상태로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제설용 발열체의 시공 상태를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 제설용 발열체의 접속단자 구조를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제설용 발열체 제조장치의 제1실시예를 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제설용 발열체 제조장치의 제2실시예를 도시한 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 제설용 발열체 제조장치의 제3실시예를 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제설용 발열체의 시공 상태를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 제설용 발열체의 접속단자 구조를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제설용 발열체 제조장치의 제1실시예를 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제설용 발열체 제조장치의 제2실시예를 도시한 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 제설용 발열체 제조장치의 제3실시예를 도시한 구성도이다.
상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 제설용 발열체의 일 실시예를 설치 상태로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 제설용 발열체의 설치 상태를 도시한 평면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제설용 발열체(100)는 가로방향 폭이 좁고 세로방향 폭이 넓은 단면 형태를 갖는 길고 납작한 블록 형태로 성형되어 도로(10)에 기형성한 설치홈(11)에 원터치 방식으로 간단하게 삽입 설치된다.
상기 발열체(100)는 열전달물질(104)의 하부에 전열선(111)이 내장된 구조를 갖는다. 상기 전열선(111)은 전원 공급에 따라 발열하여 눈을 녹이기 위한 열을 공급하는 것으로, 도시된 실시예에서는 하나의 전열선(111)이 설치된 것을 예시하였으나, 설치 조건에 따라 복수개의 전열선(111)이 구비될 수 있다.
상기 열전달물질(104)은 열전도성 수지, 바람직하게는 실리콘수지로 이루어진 베이스(101)에 탄소나노튜브(102) 및 카본블랙(103)을 혼합하여 경화시킨 것이다. 실리콘수지는 가격이 저렴하고, 내구성, 내열성 및 열전도성이 우수하여 상기 베이스(101)의 소재로 바람직하다.
상기 탄소나노튜브(102) 및 카본블랙(103)은 각각 별도로 구비되어 베이스(101)에 혼합될 수도 있으나, 통상적인 탄소나노튜브 제조공정에서 발생되는 중간 생산물인 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물(CNT & CB)을 이용하는 것이 바람직하다. 이 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물은 열전도율이 구리나 알루미늄과 같이 일반적으로 열전도성이 높다고 알려진 금속보다도 3~5배 정도 높을 정도로 매우 우수한 열전도성을 갖으며, 상당히 고가인 탄소나노튜브에 비해 가격이 매우 저렴한 장점을 갖는다.
상기 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물은 베이스(101)를 이루는 실리콘수지의 중량을 100으로 할 때 1 ~ 5 정도의 중량의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명의 제설용 발열체(100)는 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물을 액상의 실리콘수지에 첨가한 후 고르게 혼합하여 열전달물질(104)의 원료를 만들고, 이 원료를 성형장치의 성형챔버에 투입하여 소정 형태를 갖도록 경화시키는 방식으로 제조될 수 있다. 이때, 원료의 투입 전에 성형챔버 내부에 전열선(111)을 먼저 배치하여 경화된 열전달물질(104)에 전열선(111)이 매입된 구조로 성형이 이루어지게 한다.
한편, 상기 발열체(100)는 운반이나 설치 시의 편의성 등을 고려하여 적정 길이로 제조되며, 시공 시 여러 발열체(100)를 연결하여 설치하게 된다. 이때, 각 발열체(100)의 전열선(111)이 서로 통전되도록 연결되어야 하는데, 보다 편리한 시공을 위하여 도 3에 도시된 바와 같이 각 발열체(100)의 양측 종단부에 위치되는 전열선(111)의 단부에 서로 대응되는 형태의 접속단자(112, 113)가 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 전원 연결의 편의를 위해서도 접속단자(112, 113)는 유용하다. 이러한 접속단자(112, 113)는 도시된 바와 같이 암/수 잭이 결합되어 통전되는 삽입형 커넥터 구조로 이루어질 수도 있고, 보다 단순하게는 서로 맞닿아 통전되는 접촉형 커넥터 구조로 이루어질 수도 있다. 접촉형 커넥터의 경우에는 안정적인 접속이 유지될 수 있도록 적어도 일측 단자가 탄성 지지되거나 탄성 변형되는 구조의 것이 바람직하다.
또한, 상기 발열체(100)의 하부는 발열체(100)의 하부와 설치홈(11)의 내측면 사이에 공기단열층(12)이 형성될 수 있도록 설치홈(11)의 내측면과 다른 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도시된 바와 같이 설치홈(11)을 내측단 부분이 각진 모서리를 갖는 형태인 경우, 발열체(100)의 하단부를 볼록하거나 오목한 형태로 형성할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 제설용 발열체는 도로(10)에 소정 깊이로 설치홈(11)을 판 다음, 이 설치홈(11)에 상기 발열체(100)를 삽입하여 간단하게 설치될 수 있다. 이때, 상기 발열체(100)의 하단부는 적어도 일부가 설치홈(11)의 내측단과 이격되어 공기단열층(12)이 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 발열체(100)의 시공방향은 도시된 바와 같이 도로(10)의 진행방향에 대해 종방향이 될 수도 있고, 경우에 따라 횡방향, 사선방향 등 다양하게 선택될 수 있다.
상기 발열체(100)를 설치한 후, 경우에 따라서는 설치 중이나 설치 전에 전열선(111)을 전원케이블(121)을 통해 전원컨트롤러(120)에 연결하여 전원 공급 제어가 가능하도록 함으로써 제설 시스템 시공이 완료된다.
상기와 같은 본 발명의 발열체(100)는 종래와 같이 여러 종류의 부재를 순차적으로 설치할 필요 없이 일체형 발열체(100)를 설치홈(11)에 삽입하여 원터치 방식으로 간단하고 신속하게 설치가 가능하므로, 전열식 제설 시스템 시공에 소요되는 비용과 시간을 절감할 수 있다.
또한, 열전달물질(104)을 이루는 열전달매체로서 베이스를 이루는 실리콘수지(101)와 열전달을 촉진하는 탄소나노튜브(102)와 카본블랙(103)을 이용하므로, 금속을 열전달매체로 하는 종래의 전열식 제설장치에 비해 구조가 간단하면서도 높은 열전달 효율을 구현하여 주변으로 버려지는 열을 최소화하면서 신속하게 눈을 녹여 제거할 수 있다.
뿐만 아니라, 가격이 저렴한 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물과 실리콘수지를 재료로 하는 간단한 구조로 이루어지므로, 전열식 제설 시스템용 발열체의 제조 비용을 절감할 수 있고, 제설 시스템의 설치 및 유지관리에 소요되는 비용과 인력을 더욱 효과적으로 절감할 수 있다.
상기 제설용 발열체(100)는 다양한 방식의 성형장치를 이용하여 제조될 수 있다. 이러한 발열체 제조장치의 여러 실시예가 도 4 내지 도 6에 도시되어 있다.
도 4에 도시된 제1실시예의 제조장치는 실리콘수지, 탄소나노튜브, 카본블랙을 혼합하여 공급하는 공급부(210)와 이 공급부(210)로부터 공급된 혼합 재료를 상기한 발열체(100) 형태로 성형하는 성형부(230)로 이루어진다.
상기 공급부(210)는 액상의 수지 베이스에 탄소나노튜브 및 카본블랙을 혼합하여 공급하는 다양한 구조로 이루어질 수 있다. 도시된 실시예는 실리콘수지 및 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물을 재료로 이용하는 경우를 예시적으로 나타낸 것으로, 상기 공급부(210)는 액상의 실리콘수지를 수용 및 공급하는 제1공급조(211), 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물을 수용 및 공급하는 제2공급조(212), 상기 제1공급조(211) 및 제2공급조(212)로부터 공급된 실리콘수지와 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물을 혼합 수용하는 혼합조(213), 및 상기 혼합조(213)에 수용된 실리콘수지와 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물을 균일하게 혼합되도록 저어주는 교반기(214)를 포함한다.
상기 혼합조(213)의 상부에는 제1공급조(211)로부터 실리콘수지가 이송되는 제1공급관(217)이 연결되고 제2공급조(212)로부터 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물이 이송되는 제2공급관(218)이 연결된다. 또한, 상기 혼합조(213)의 하부에는 혼합된 재료가 성형부로 전달되는 제3공급관(219)이 연결된다. 상기한 각 공급관(217, 218, 219)에는 재료의 이송을 조절하기 위한 제1밸브(221), 제2밸브(222), 및 제3밸브(223)가 설치된다.
한편, 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물이 아닌 탄소나노튜브와 카본블랙을 별도의 재료로 사용하는 경우에는 탄소나노튜브와 카본블랙이 각각 별도의 공급 경로를 통해 혼합조(213)에 투입되는 구조로 이루어질 수도 있다.
상기 교반기(214)는 도시된 바와 같이 모터(215)의 출력축에 연결되어 회전되는 교반날개(216)를 구비한 구조를 비롯하여 물질 교반에 사용되는 통상의 구조로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서 상기 성형부(230)는 내부에 상기 발열체(100)와 대응되는 형상의 성형챔버(272)가 구비된 간단한 성형기(271)로 이루어진다. 상기 성형기(271)는 도시된 바와 같이 혼합조(213)의 재료가 투입되는 상부가 개방된 용기 형태로 이루어질 수 있으며, 도시하지는 않았으나, 재료가 투입된 후 개방된 상부를 덮어 발열체(100)의 상면 형태를 형성하는 별도의 덮개가 구비될 수 있다. 또한, 상기 성형기(271)는 개방된 면이 없는 함체 형태로 이루어지되, 탈형을 위해 둘 이상의 몸체부로 분리 가능한 구조로 이루어질 수도 있다.
상기 성형기(271)의 내측 하부에는 발열체(100)에 내장되는 전열선(111)을 지지하는 지지대(273)가 설치된다. 상기 지지대(273)는 성형챔버(272)의 내부에 고정된 구조로 이루어질 수도 있으나, 성형기(271)의 외부로 인출 가능한 구조로 이루어진 것이 바람직하다. 도시된 실시예에서는 성형기(271)의 종방향 단부에 상기 지지대(273)의 단면 형상과 대응되는 형상의 출입공(275)이 형성되어 지지대(273)가 성형기(271)의 내외측으로 종방향 이동 가능하게 설치된 것을 예시하였다.
상기와 같은 제1실시예의 제조장치는 상기 성형기(271)의 지지대(273)에 전열선(111)을 배치한 상태에서 상기 혼합조(213)로부터 액상 재료가 성형기(271)의 성형챔버(272)에 공급되고, 소정 시간 동안 재료가 경화된 후 탈형하는 과정을 통해 전열선(111)이 내장된 발열체(100)를 성형하게 된다. 이러한 과정에서, 재료의 경화가 완료되기 전에, 바람직하게는 대략 절반 정도 경화가 이루어진 상태에서 상기 지지대(273)를 성형기(271)의 외부로 인출함으로써, 성형된 발열체(100)를 성형기(271)로부터 용이하게 탈형할 수 있고, 발열체(100)의 전열선(111) 하부에 지지대(273)에 의한 홈이 형성되는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 제설용 발열체 제조장치의 제2실시예를 도시한 것으로, 이 제2실시예의 제조장치는 전술한 제1실시예와 동일하게 제1공급조(211)와 제2공급조(212)로부터 이송된 재료를 혼합조(213)에서 혼합하여 성형부(230)에 공급하는 공급부(210)를 구비하되, 성형부(230)가 개폐식 관로 구조의 성형기(231)를 구비한 것이다.
즉, 제2실시예의 성형기(231)는 내부에 상기 발열체(100)와 대응되는 형상의 성형챔버(232)가 구비되고 종방향 단부에 상기 성형챔버(232)를 외부와 연통시키는 출구(237)가 구비된 관체 형태로 이루어지며, 상기 성형챔버(232)에 재료가 유입될 수 있도록 제3공급관(219)을 통해 혼합조(213)와 연결된 유입구(242)가 구비된다.
상기 성형기(231)의 출구(237) 측, 성형챔버(232)의 전단 부분에는 전방게이트(233)가 설치되고, 성형챔버(232)의 후단 부분에는 후방게이트(234)가 설치된다. 상기 전방게이트(233)와 후방게이트(234)는 유입된 재료가 성형되는 동안 성형챔버(232)의 전단과 후단을 차단하여 발열체(100)의 종방향 단부 형상을 형성하는 벽체를 이루며, 성형이 완료된 후에는 성형된 발열체(100)를 배출할 수 있도록 개방되는 구조를 갖는다. 상기 전방게이트(233)와 후방게이트(234)를 개폐시키는 수단은 전동식이나 유압식을 비롯한 통상의 액츄에이터(235, 236)로 이루어질 수 있으며, 도시된 실시예에서는 신축식 유압실린더로 이루어진 것을 예시하였다.
상기 성형기(231)의 내측 하부에 전열선(111)을 지지하는 지지대(273)가 설치되며, 이 지지대(273)는 성형챔버(232)에 고정 설치될 수도 있고, 전술한 제1실시예에서와 같이 인출 가능한 구조로 구비될 수도 있다.
상기 성형기(231)에서 성형된 발열체(100)를 상기 출구(237)를 통해 배출하기 위한 수단으로서, 상기 후방게이트(234)의 외측에 가압챔버(239)가 구비되고, 이 가압챔버(239)의 내부로 고압의 기체를 공급하는 급기장치(242)가 구비된다. 상기 급기장치(242)는 기체를 압축하는 압축기, 압축된 기체를 저장하는 급기탱크 등을 구비한 통상의 구조로 이루어질 수 있으며, 급기관(243)을 통해 상기 가압챔버(239)의 급기구(241)와 연결되어 급기밸브(244)의 개방에 따라 고압의 기체를 가압챔버(239)에 공급한다.
상기와 같이 구성된 제2실시예의 제조장치는 상기 지지대(273)에 전열선(111)을 배치하고 상기 전방게이트(233)와 후방게이트(234)가 차단 위치에 있는 상태에서 혼합조(213)로부터 성형기(231)에 재료 공급이 이루어진다. 소정 시간이 경과되어 성형챔버(232) 내부에 충진된 재료가 경화되어 발열체(100)로 성형되면, 상기 전방게이트(233)와 후방게이트(234)가 개방 위치로 이동되고, 상기 급기장치(242)로부터 고압 기체가 가압챔버(239) 내부로 공급된다. 이에 따라, 발열체(100)가 후방 측에 가해지는 기체 압력에 의해 전방으로 이송되어 출구(237)를 통해 성형기(231) 외부로 배출되어 탈형이 이루어진다. 한편, 상기 지지대(273)가 성형기(231) 외부로 인출 가능한 구조로 이루어진 경우에는 재료가 완전히 경화되기 전에 지지대(273)의 인출이 이루어진다.
상기한 바와 같은 제2실시예의 제조장치는 재료의 공급과 성형물의 탈형이 연속 공정을 통해 신속하게 이루어지므로, 발열체(100)의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 고압 기체를 공급하여 성형물을 배출하므로 탈형 중 기계적 접촉에 의한 제품 손상이 방지되고 냉각 촉진을 통해 변형을 방지하여 제품 품질을 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 제설용 발열체 제조장치의 제3실시예를 도시한 것으로, 이 제3실시예 역시 전술한 제1실시예와 동일하게 제1공급조(211)와 제2공급조(212)로부터 이송된 재료를 혼합조(213)에서 혼합하여 성형부(230)에 공급하는 공급부(210)를 구비하되, 성형부(230)가 개폐식 관로 구조의 성형기(231) 및 상기 공급부(210)로부터 공급된 재료를 상기 성형기(231)에 강제 압송하여 공급하는 배럴(263)을 구비한 것이다. 추가적으로, 상기 성형기(231) 내부에 설치된 지지대(273)에 전열선(111)을 공급하는 열선공급기(180)가 구비된다. 상기 지지대(273) 역시 성형기(231) 내부에 고정 설치되거나 외부로 인출 가능하도록 설치될 수 있다.
상기 성형기(231)는 전술한 제2실시예와 유사하게 상기 발열체(100)와 대응되는 형상의 성형챔버(232)가 구비된 관체 형태로 이루어지고, 성형챔버(232)의 전단 측과 후단 측에 각각 액츄에이터(235, 236)에 의해 개폐되는 전방게이트(233)와 후방게이트(234)가 설치된다. 상기 전방게이트(233)의 외측에 출구(237)가 구비되는 것은 상기 제2실시예와 동일하나, 유입구(269)는 성형챔버(232)의 내측에 위치되지 않고 상기 후방게이트(234)의 외측 후단부에 형성되어 상기 배럴(263)과 연통된다.
상기 배럴(263)은 내부에 이송챔버가 구비된 하우징(264) 및 이 하우징(264)의 내부에 설치되어 모터(242)와 같은 구동수단에 의해 회전되는 이송스크류(261)를 구비한다. 상기 하우징(264)의 후방측에는 제3공급관(219)을 통해 상기 혼합조(213)와 연결된 주입구(242)가 구비되고, 상기 이송스크류(261)에는 상기 주입구(242)를 통해 유입된 재료를 전방으로 압송할 수 있도록 나선형의 베인(262)이 구비된다.
상기 열선공급기(180)는 상기 성형기(231)의 내부에 고정 또는 이송 가능하게 설치된 지지대(273)에 전열선(111)을 연속적으로 자동 공급하기 위한 것으로, 전열선(111)이 권취된 공급롤(181), 이 공급롤(181)로부터 풀려진 전열선(111)을 성형기(231) 내부의 지지대(273)에 배치되도록 이송하는 이송롤러(182), 상기 지지대(273)에 배치된 전열선(111)의 후단부를 절단하는 컷팅기(190)를 구비한다.
상기 열선공급기(180)에 의해 공급되는 전열선(111)이 지지대(273)가 설치된 성형챔버(232) 내부로 진입될 수 있도록 성형기(231)의 후방 부분에 전열선(111)이 통과 가능한 투입공(193)이 구비된다. 이 투입공(193)은 성형이 이루어지는 재료의 누출이 발생하지 않도록 개폐 가능한 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 컷팅기(190)는 다양한 구동수단에 의해 회전 또는 직선운동하면서 전열선(111)을 절단하는 컷터를 구비한 다양한 구조로 이루어질 수 있으며, 도시된 실시예에서는 전동식 또는 유압식 액츄에이터(192)에 의해 왕복 이동되는 컷터(191)를 구비한 구조를 예시하였다. 이러한 경우, 상기 컷터(191)가 전열선(111)을 절단한 후에 상기 투입공(193)을 차단하여 재료의 누출을 방지하는 기능을 하게 되므로 더욱 바람직하다.
상기와 같이 구성된 제3실시예의 제조장치는 상기 혼합조(213)로부터 배럴(263)에 재료 공급이 이루어지고, 이송스크류(261)의 회전에 따라 배럴(263) 내부에 유입된 재료가 압송되어 성형기(231) 측으로 이송된다. 이때, 상기 전방게이트(233)는 차단되고 상기 후방게이트(234)는 개방되어 배럴(263)에 의해 압송되는 재료가 성형챔버(232) 내부로 주입된다. 상기 성형챔버(232) 내부에 재료 주입이 이루어지기 전에 상기 열선공급기(180)에 의해 공급된 전열선(111)이 지지대(273)에 배치된 후 상기 컷팅기(190)에 의해 절단된다.
상기 성형챔버(232)에 재료의 충진이 완료되면 후방게이트(234)가 차단되고, 소정 시간의 경화과정을 거쳐 발열체(100)의 성형이 이루어진다. 어느 정도 재료가 경화되면 상기 전방게이트(233)와 후방게이트(234)가 개방되고, 상기 배럴(263)의 이송스크류(261)가 회전되어 새로운 재료가 성형챔버(232) 내부에 공급되는 동시에 성형된 발열체(100)가 외부로 배출된다. 전술한 바와 같이 성형 완료 전에 지지대(273)의 인출이 이루어질 수 있다.
상기한 바와 같은 제3실시예의 제조장치는 배럴(263)에 의해 성형기(231)의 재료 공급과 성형물 탈형이 동시에 이루어지므로, 발열체(100)의 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 제3실시예에서 예시된 열선공급기(180)와 컷팅기(190)는 전술한 제1실시예 및 제2실시예에도 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 제3실시예의 제조장치는 전방게이트(233)를 구비하지 않고 연속된 형태로 성형물을 배출하는 구조로 이루어질 수도 있다. 이러한 경우에는 상기 열선공급기(180)와 컷팅기(190)가 필요 없게 되고, 연속 성형된 발열체(100)를 적정 길이로 절단하여 제품화할 수 있다.
그리고, 전술한 제2실시예와 제3실시예에서는 상기 전방게이트(233)와 후방게이트(234)가 직선 왕복에 의해 개폐되는 구조를 예시하였으나, 이것으로 한정되는 것이 아니며, 상기 전방게이트(233)와 후방게이트(234)는 회전식 개폐 구조를 비롯하여 상기 성형챔버(232)의 전단과 후단을 개폐시키는 다양한 구조로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전방게이트(233)와 후방게이트(234)의 구조에 따라 개폐를 위한 작동수단 역시 다양한 방식으로 구비될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
10 : 도로 11 : 설치홈
12 : 공기단열층 100 : 발열체
101 : 열전도 수지 102 : 탄소나노튜브
103 : 카본블랙 104 : 열전달물질
111 : 전열선 112, 113 : 접속단자
120 : 전원콘트롤러 121 : 전원케이블
180 : 열선공급기 181 : 공급롤
182 : 이송롤러 190 : 컷팅기
210 : 공급부 211, 212 : 공급조
213 : 혼합조 214 : 교반기
217, 218, 219 : 공급관 221, 222, 223 : 밸브
230 : 성형부 231, 271 : 성형기
232, 272 : 성형챔버 273 : 지지대
233, 234 : 게이트 237 : 출구
242 : 급기장치 243 : 급기관
261 : 이송스크류 263 : 배럴
264 : 하우징
12 : 공기단열층 100 : 발열체
101 : 열전도 수지 102 : 탄소나노튜브
103 : 카본블랙 104 : 열전달물질
111 : 전열선 112, 113 : 접속단자
120 : 전원콘트롤러 121 : 전원케이블
180 : 열선공급기 181 : 공급롤
182 : 이송롤러 190 : 컷팅기
210 : 공급부 211, 212 : 공급조
213 : 혼합조 214 : 교반기
217, 218, 219 : 공급관 221, 222, 223 : 밸브
230 : 성형부 231, 271 : 성형기
232, 272 : 성형챔버 273 : 지지대
233, 234 : 게이트 237 : 출구
242 : 급기장치 243 : 급기관
261 : 이송스크류 263 : 배럴
264 : 하우징
Claims (19)
- 액상의 열전도성 수지로 이루어진 베이스에 탄소나노튜브 및 카본블랙을 혼합하여 지면의 설치홈에 삽입 가능한 형태로 성형한 열전달물질; 및
상기 열전달물질의 하부에 내장되고, 전원 공급에 따라 발열하여 상기 열전달물질을 통해 지면으로 열이 전달되게 하는 전열선을 포함하며;
상기 탄소나노튜브 및 카본블랙은 탄소나노튜브 제조공정의 중간 생산물인 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물로 이루어지고;
상기 열전달물질은 베이스와 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물이 100:1~5의 중량비로 혼합되며;
상기 전열선의 양측 단부 중 적어도 일측에 다른 전열선 또는 전원과의 연결을 위한 접속단자가 구비된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 혼합물을 함유한 열전달물질을 이용한 제설용 발열체. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 열전달물질의 하단부는 하부에 공기단열층이 형성되도록 볼록하거나 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 혼합물을 함유한 열전달물질을 이용한 제설용 발열체.
- 삭제
- 액상의 열전도성 수지로 이루어진 베이스에 탄소나노튜브와 카본블랙이 혼합된 재료를 공급하는 공급수단; 및
상기 공급수단으로부터 공급된 액상의 재료를 경화시켜 지면의 설치홈에 삽입 가능한 형태의 열전달물질을 성형하는 성형챔버가 구비되고, 상기 열전달물질의 하부에 내장되도록 성형챔버의 내부 하측에 투입된 전열선을 지지하는 지지대가 구비된 성형수단을 포함하는 제설용 발열체 제조장치.
- 제6항에 있어서,
상기 공급수단은, 액상의 실리콘수지로 이루어진 베이스를 수용하는 제1공급조와, 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물을 수용하는 제2공급조와, 상기 제1공급조 및 제2공급조로부터 공급된 실리콘수지와 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물을 수용하는 혼합조와, 상기 혼합조에 수용된 실리콘수지와 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물을 균일하게 혼합하는 교반기를 포함하는 것을 특징으로 하는 제설용 발열체 제조장치.
- 제6항에 있어서,
상기 지지대는 종방향 이동하여 성형챔버의 외부로 인출 가능하도록 설치된 것을 특징으로 하는 제설용 발열체 제조장치.
- 제6항에 있어서,
상기 지지대에 전열선을 공급하는 열선공급기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제설용 발열체 제조장치.
- 제9항에 있어서,
상기 열선공급기는 전열선이 권취된 공급롤과, 상기 공급롤로부터 풀려지는 전열선을 성형챔버 내부로 이송하여 상기 지지대에 배치하는 이송롤러와, 상기 지지대에 배치된 전열선의 후단부를 절단하는 컷팅기를 포함하는 것을 특징으로 하는 제설용 발열체 제조장치.
- 제10항에 있어서,
상기 컷팅기는 직선운동 또는 회전운동하면서 전열선을 절단하는 컷터를 구비하고, 상기 컷터는 전열선 투입공을 차단하도록 설치된 것을 특징으로 하는 제설용 발열체 제조장치.
- 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성형수단은 상기 공급수단으로부터 재료가 투입되도록 상부가 개방된 성형챔버를 갖는 성형기를 포함하는 것을 특징으로 하는 제설용 발열체 제조장치.
- 제12항에 있어서,
상기 성형기는 재료가 투입된 후 개방된 상부를 덮어 발열체의 상면 형태를 형성하는 덮개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제설용 발열체 제조장치.
- 제12항에 있어서,
상기 성형기는 서로 분리 가능하게 결합된 복수의 몸체부로 분할 형성된 것을 특징으로 하는 제설용 발열체 제조장치.
- 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성형수단은, 내부에 상기 공급수단으로부터 재료가 공급되는 성형챔버가 구비되고 전방측 단부에 상기 성형챔버를 외부와 연통시키는 출구가 구비된 관체 형태의 성형기와, 상기 성형기의 성형챔버 전단부에 설치되어 개폐되는 전방게이트와, 상기 성형기의 성형챔버 후단부에 설치되어 개폐되는 후방게이트와, 상기 성형챔버 내부에서 성형된 발열체를 가압하여 상기 출구를 통해 배출시키는 배출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제설용 발열체 제조장치.
- 제15항에 있어서,
상기 배출수단은 상기 성형기의 후방게이트 외측에 형성된 가압챔버에 연결되어 고압의 기체를 공급하는 급기장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 제설용 발열체 제조장치.
- 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성형수단은, 내부에 성형챔버가 구비되고 전방부에 상기 성형챔버를 외부로 연통시키는 출구가 구비된 관체 형태의 성형기와, 상기 성형기 및 상기 공급수단 간에 연결된 하우징의 내부에 재료를 가압 이송하는 이송스크류가 구비된 배럴을 포함하는 것을 특징으로 하는 제설용 발열체 제조장치.
- 제17항에 있어서,
상기 성형기의 성형챔버 전단과 후단 중 적어도 일측에 개폐되는 게이트가 설치된 것을 특징으로 하는 제설용 발열체 제조장치.
- 액상의 열전도성 수지로 이루어진 베이스에 탄소나노튜브와 카본블랙이 혼합된 재료를 공급하는 단계,
상기 재료를 교반하는 단계,
상기 재료를 성형하는 성형기의 내측 하부에 전열선을 배치하는 단계 및
상기 성형기에 상기 재료를 공급하는 단계 및
상기 재료를 경화시켜 상기 전열선이 내장된 발열체로 성형하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 제설용 발열체 제조방법.
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