KR101064342B1

KR101064342B1 - 탄소 저저항 접지모듈 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101064342B1
Application number: KR1020110047563A
Authority: KR
Inventors: 정용기
Original assignee: (주)옴니엘피에스
Priority date: 2011-05-19
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2011-09-14
Also published as: US8482374B2; BR102012012018A2; US20120293300A1; JP5331223B2; EP2528068A3; EP2528068A2; JP2012243768A

Abstract

본 발명은 탄소 저항체를 구성하는 원료의 종류 및 혼합비율을 개선하여 별도의 열원을 사용하지 않고 외부의 환경변화에 따른 내구성에 대한 강도를 한층 향상시킬 수 있는 탄소 저저항 접지모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로, 길이방향을 따라 연장형성되는 탄소 저항체(100); 상기 탄소 저항체(100)의 횡단면 중심부에 설치되는 전도성 심봉(200)을 포함하여 구성되며, 상기 탄소 저항체(100)는 흑연, 시멘트, 장석으로 혼합 구성된 것을 특징으로 하므로, 외부의 환경변화, 습기 또는 전기 저항에 의해 내구성이 약화되는 것을 방지할 수 있어 CO₂발생을 최소화하면서 제품의 품질과 신뢰성을 동시에 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

탄소 저저항 접지모듈 및 그 제조방법{A graphite carbon grounding module and the method of the same}

본 발명은 탄소 저저항 접지모듈의 제조방법에 관한 것으로, 특히 탄소 저항체를 구성하는 원료의 종류 및 혼합비율을 개선하여 외부의 환경변화에 따른 내구성에 대한 강도를 한층 향상시킬 수 있는 탄소 저저항 접지모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 접지 장치(grounding device)는 통신 장비, 전자 계측 장비, 피뢰 장치 및 전력 장비 등을 전기적으로 대지와 연결시켜 장비에 작용하는 과부하나 낙뢰 등에 의한 서지 전압을 지상으로 흘려 보낼 수 있도록 하는 장치를 가리킨다.

접지 장치의 일 예가 한국등록특허 제10-0610604호(이하, '종래기술'이라 함)에 개시되어 있으며, 이 종래기술에 따른 접지 장치에서는 전기 전도성이 우수한 흑연 등의 탄소계 비금속 광물과 전해질로 구성된 저 저항체 내부에 금속재 심봉이 박힌 형태의 임피던스 저감형 탄소 저저항 접지모듈이 사용되었다.

한편, 낙뢰를 형성하는 뇌운의 경우, 계절에 따라 예를 들면, 하절기에 (-)전하를 과도하게 포함하거나 동절기에 (+)전하를 과도하게 포함하게 되는데, 이와 같이 낙뢰가 발생할 경우 종래기술의 임피던스 저감형 탄소 저저항 접지모듈은 전기 전도성이 우수하기 때문에 하절기에는 뇌운의 (-)전하를 급격하게 대지로 유입시키고, 동절기에는 대지의 (-)전하를 뇌운으로 급격하게 유출시킨다.

그러나, 종래기술에 따른 탄소 저저항 접지모듈의 주 구성인 탄소 저항체를 단일 원료인 흑연으로만 제작하였기 때문에 외부로부터 전도된 전류의 흐름이 지체되거나, 빗물 등과 접촉하게 될 경우, 탄소 저항체의 내부에 균열이 발생되고 외관형태가 쉽게 변형되거나 파손되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 발명의 목적은 탄소 저항체를 구성하는 원료의 종류 및 혼합비율을 개선하여 외부의 환경변화에 따른 내구성에 대한 강도를 한층 향상시킬 수 있는 탄소 저저항 접지모듈 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 탄소 저저항 접지모듈은,

길이방향을 따라 연장형성되는 탄소 저항체;

상기 탄소 저항체의 횡단면 중심부에 설치되는 전도성 심봉을 포함하여 구성되며,

상기 탄소 저항체는 흑연, 시멘트, 장석으로 혼합 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 탄소 저항체에는 황산마그네슘이 추가적으로 혼합 구성된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 탄소 저항체는 첨가제인 아질산나트륨 또는 황산나트륨을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 탄소 저항체는 흑연 55~70 중량%, 시멘트 20~30 중량%, 장석 5~15 중량% 및 황산마그네슘 2~4 중량% 및 첨가제를 1~3 중량%로 혼합하여 합계 100 중량%로 구성된 것을 특징으로 한다.

삭제

여기서, 상기 흑연은 인상 흑연과 토상 흑연으로 혼합 구성되며, 상기 인상 흑연과 토상 흑연은 2:1 비율로 혼합되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 흑연의 입자크기는 250~350 메쉬인 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 탄소 저저항 접지모듈의 제조방법은,

흑연, 시멘트, 장석 및 황산마그네슘의 원료를 혼합하는 혼합단계;

혼합된 원료에 물을 소정 속도로 투입하고 교반 작용을 통해 슬러리 상태로 변환시키는 슬러리 생산단계;

심봉을 탄소 저항체 성형틀 중앙에 삽입 설치하는 심봉 설치단계;

수분이 흡수된 상태의 슬러리를 탄소 저항체 성형틀에 투입하는 슬러리 투입단계;

상기 탄소 저항체 성형틀 내에 투입된 슬러리 상태의 혼합원료를 상부에서 하부를 향하는 압력을 단계별로 가압하여 탄소 저항체(100)의 외형을 수직 적층 형태로 수직 압출성형단계;

상기 수직 압출성형단계를 거쳐 인출된 탄소 저항체를 수평으로 유지한 후 외관 정리하는 수평 외관정리단계; 및,

상기 수평 외관정리단계를 거쳐 완성된 탄소 저항체를 비닐 포장지로 밀봉시키고 건조시키는 밀봉건조단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 혼합단계에서 아질산나트륨 또는 황산나트륨의 원료를 추가적으로 혼합하는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 탄소 저항체는 흑연, 시멘트, 장석 및 황산마그네슘을 혼합 구성함으로써, 외부의 환경변화, 습기 또는 전기 저항에 의해 내구성이 약화되는 것을 방지할 수 있어 제품의 품질과 신뢰성을 동시에 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 탄소 저항체는 수직 압출성형을 통해 제작됨으로, 가공성과 생산성을 한층 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소 저저항 접지모듈의 구성 및 외관 형태를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 탄소 저저항 접지모듈의 다른 외관 형태를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 본 발명의 실시예에 따른 탄소 저저항 접지모듈의 제조방법을 나타낸 순서도이다.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 탄소 저저항 접지모듈은, 길이방향을 따라 연장형성되는 탄소 저항체(100)와, 상기 탄소 저항체(100)의 횡단면 중심부에 설치되는 전도성 심봉(200)을 포함하여 구성된다.

상기 탄소 저항체(100)는 저 저항성을 가지는 흑연을 주 성분으로 구성되기 때문에 낙뢰와 같은 서지 전압을 신속하게 대지로 전달할 수 있게 된다.

여기서, 상기 탄소 저항체(100)는 흑연, 시멘트, 장석, 황산마그네슘 및 기타 첨가제를 혼합하여 구성하는 것이 바람직하다.

예컨대, 상기 탄소 저항체는 다음 표 1과 같이 구성될 수 있다.

구분	함량(무게비,%)
흙연	55 ~ 70(순도 95% 이상)
시멘트	20 ~ 30
황산마그네슘	2 ~ 4
장석	5 ~ 15
기타 첨가제	1~3

즉, 상기 탄소 저항체(100)는 흑연 55~70 중량%, 시멘트 20~30 중량%, 장석 5~15 중량% 및 황산마그네슘 2~4 중량% 및 기타 첨가제를 1~3 중량%로 혼합하여 합계 100 중량%로 구성하는 것이 바람직하다.

상기 흑연은 저 저항성을 얻기 위한 핵심 원료로서, 종래에는 흑연을 단일 원료로 구성하고 결합재(타르)를 소량 첨가하여 탄소 저항체의 외관을 형성하였다. 이때, 흑연을 주성분으로 탄소 저항체를 제작할 경우, 전기 저항성에 있어서는 높은 저항성을 얻을 수 있으나 그에 반에 일정한 형상으로 생산하기 위한 가공성과 그 형태를 안정적으로 유지시킬 수 있는 내구성이 현저하게 저하되는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명에서는 탄소 저항체(100)의 주 성분인 흑연의 함량을 55~70 중량%로 줄이고, 가공성과 형태 보존성을 한층 향상시킬 수 있는 다른 원료가 추가적으로 혼합되는 구성이다.

여기서, 상기 흑연이 55 중량% 미만을 경우에는, 외관 형상에 대한 강도는 증가하나 도전성이 저하되는 현상이 나타나게 되고, 70 중량%를 초과할 경우에는 도전성은 증가하나 외관 형상 유지를 위한 내구성이 현저히 약화 된다.

특히, 본 발명에 적용되는 흑연은 순도(95% 이상)가 높은 인상 흑연을 사용하는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정하지 않으며 순도 95% 이상 사용되는 상기 흑연은 인상 흑연과 토상 흑연을 적절히 혼합하여 사용할 수도 있다.

이때, 상기 인상 흑연과 토상 흑연의 혼합비율은 2:1 비율을 유지하는 것이 좋다. 상기 인상 흑연이 토상 흑연보다 도전성이 우수하기 때문에 더 많은 양을 함유시키는 것이 전도성에 유리하다.

또한, 상기 흑연의 입도 크기는 약 250∼350 메쉬를 유지하는 것이 바람직한다.

예컨대, 상기 흑연의 입도가 350 메쉬 보다 크면, 물을 투입하여 점액 상태의 슬러리를 형성할 때, 쉽게 부유하는 현상이 발생하여 혼합과정이 쉽지 않을 뿐만 아니라, 유실되는 단점이 있으며, 흑연의 입도가 250보다 작으면, 상기 탄소 저항체의 흑연 분포도가 불균일하여 저 저항값이 다르게 측정되는 문제점이 발생된다.

이러한 상기 탄소 저항체(100)는 후술할 압출성형기에 의해 판상 또는 원통형의 형상으로 이루어지며, 반드시 이에 한정하지 않으며 타원통형, 다각통형 등의 다양한 형태로도 제작할 수 있다.

한편, 상기 시멘트는 탄소 저항체(100)에 대한 강도와 내구성을 한층 향상시키는 결합재의 역할을 수행한다.

상기 시멘트는 탄소 저항체(100)의 구성에 대하여 20~30 중량%로 함유되는 것이 바람직하다.

상기 시멘트의 함량이 20 중량% 미만이면, 완성된 탄소 저항체(100)의 강도 및 내구성 강화의 효과를 충분히 기대하기 어려우며, 30 중량%를 초과하게 되면, 강도 및 내구성을 한층 향상시킬 수 있으나 양호한 도전성을 얻을 수 없게 된다.

여기서, 상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트를 사용한다.

구체적으로, 상기 포틀랜드 시멘트는 주로 석회질 원료와 점토질 원료를 적당한 비율로 혼합하여(성분을 조절하기 위하여 규산질 원료와 산화철 원료를 첨가하기도 한다) 미분쇄하고 그 일부가 용융할 때까지(약 1,450℃) 소성하여 얻어지는 클링커에 응결조절제(凝結調節劑)로서 약간의 석고를 가하여 미분쇄하여 만든다. 제조방법에는 건식법(乾式法) 습식법(濕式法) 반건식법이 있는데, 건식법은 원료를 건조상태에서 분쇄, 혼합, 소성하는 방법이며, 습식법은 원료에 35~40%의 물을 소정 속도로 주입하여 분쇄, 혼합, 소성하는 방법이다. 습식법은 원료조합물에 함유된 많은 수분을 증발시키기 위하여 많은 열량이 필요하므로 습식법에 의한 시멘트의 제조는 줄어들고 있다.

상기 포틀랜드 시멘트의 주성분은 석회 CaO, 실리카 SiO2, 알루미나 Al2O3 및 산화철 Fe2O3 등이다. 포틀랜드 시멘트 클링커의 구성화합물은 규산삼석회 (3CaO, SiO2), 규산이석회(2CaO, SiO2), 알루민산삼석회(3CaO, Al2O3) 및 철(鐵)화합물(4CaO, Al2O3, Fe2O3)이다. 3CaO, SiO2를 주로 하고 약간의 Al2O3, MgO 등을 고용한 고용체를 앨라이트(alite)라 하고, 2CaO, SiO2 중 β형의 것을 주로 한 고용체를 벨라이트(belite)라 한다.

이러한 포틀랜드 시멘트를 물로 반죽하면 얼마 후 유동성을 잃고 굳어지는데 이 과정을 응결(setting)이라 하며, 그 후 강도를 가지게 되는 과정을 경화라고 한다. 시멘트의 구성화합물 중 규산삼석회는 수화(水和)가 빠르며 강도 발현도 좋아 조기강도에 기여한다. 규산이석회는 수화속도가 늦고 장기에 걸쳐 강도를 증진시킨다. 알루민산삼석회는 다른 구성화합물보다 수화속도가 빨라 물과 급격히 반응하여 굳게된다.

한편, 상기 장석은 상기 시멘트와 같이 탄소 저항체(100)에 대한 강도와 내구성을 한층 향상시키는 또 다른 결합재의 역할을 수행하는 것으로, 상기 시멘트의 함량을 줄이므로써 그에 따른 원자재 값을 효과적으로 절감시키는 역할을 수행한다.

여기서, 상기 장석의 함량은 5~15 중량%를 유지하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 장석의 함량이 5 중량% 미만이면, 탄소 저항체(100)의 형상을 유지하기 위한 충분한 강도를 확보하기 어려우며, 15 중량%를 초과하게 되면, 탄소 저항체(100)의 표면이 거칠어지고 전기도전성이 떨어진다.

또한, 본 발명은 콘크리트 도로 경계블럭처럼 일정 이상의 파괴하중에서 견뎌야 한다. 이로 인하여 상기 장석의 함량이 일정범위를 초과하거나 미달될 경우 그 기계적 강도를 유지할 수 없다. 따라서 본 발명에서의 기계적 강도는 한국공업규격인 KSF4006에 규정하는 도로경계블록시험 SB 600mm의 파괴하중(100kN)의 2/3 이상의 강도를 가질 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 하나 본 발명이 이에 한정 하는 것은 아니고 사용자의 시방조건 등에 따라 운반과 살치에 문제가 발생하지 않을 정도의 강도이면 접합하다.

일반적으로, 장석은 칼륨, 나트륨, 칼슘, 바륨을 함유 한 알루미늄 규산염 광물로써, 화강함의 주요 성분이며, 칼륨장석, 나트륨장석, 칼슘장석의 세가지 단성분의 계열로 산출된다. 칼륨장석과 나트륨장석 및 칼슘장석과 나트륨장석은 연속고용체를 이루는데, 각각을 알칼리 장석 또는 사장석이라고 한다.

아울러, 상기 황산마그네슘은 탄소 저항체(100)의 구성에 대하여 2~4 중량%로 함유되는 것이 바람직하다.

상기 황산마그네슘은 탈수제 기능을 갖추고 있어 수분에 의해 탄소 저항체(100)가 물러지는 것을 방지함과 동시에 토양의 전도성을 개선하는 역할을 수행한다.

상기 황산마그네슘의 함량이 2 중량% 미만이면, 수분을 흡수하는 탈수 기능의 효과를 기대하기 어려우며, 4 중량%를 초과하게 되면 탄소 저항체(100)의 표면이 거칠어지는 결정체가 발생하게 된다.

또한, 상기 기타 첨가제는 후술할 전도성 심봉(200)이 부식되는 것을 방지하는 것으로, 아질산 나트륨(NaNO2) 또는 황산나트륨(NaSO4)의 함량무게비 1~3% 이내로 사용된다. 첨가 사용목적은 탄소접지모듈이 생성 후 전기도전성을 지속시키고 접지저항을 저감시키기 위함이다.

특히, 상기 기타 첨가제인 아질산 나트륨(NaNO2) 또는 황산나트륨(NaSO4)의 함량이 3 중량%를 초과하게 되면, 독성이 검출되기 때문에 토양을 오염시키게 된다.

한편, 상기 심봉(200)은 탄성 저항체(100)의 횡단면의 중심부에 배치되는 전도체로써, 전도성이 우수한 구리, 스테인레스, 동 등으로 제작된다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 탄소 저저항 접지모듈의 제조방법에 대하여 설명한다.

먼저, 탄소 저항체(100)를 구성하는 분말 상태의 흑연, 시멘트, 장석 및 황산마그네슘의 원료를 함량무게비에 따라 혼합조에서 수 분 동안 골고루 섞어주는 혼합단계(S100)를 실시한다.

그 다음, 혼합된 상태의 원료에 물을 소정 속도로 투입하고 교반 작용을 통해 슬러리 상태로 변환시키는 슬러리 생산단계(S200)를 실시한다.

이때, 물과 함께 교반되는 과정에서 혼합 원료가 점액 상태가 아닌 수분만 흡수된 슬러리 상태에 이르도록 물의 주입속도 및 주입량을 조절하여 충분히 교반 시킨다.

예컨대, 혼합원료가 20㎏인 경우, 1ℓ의 물을 15분간 지속적으로 공급하고, 교반속도는 57~60rpm의 속도로 15분간 교반 하는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정하지 않으며, 물의 주입량과 주입속도 및 교반속도는 주변환경 및 온도를 고려하여 다르게 적용시킬 수 있다.

그 다음, 심봉(200)을 탄소 저항체 성형틀 중앙에 삽입 설치하는 심봉설치단계(S300)를 실시한다.

이후, 상기 수분이 흡수된 상태의 슬러리를 탄소 저항체 성형틀에 투입하는 슬러리 투입단계(S400)를 실시한다.

그 다음, 상기 탄소 저항체 성형틀 내에 투입된 혼합원료를 상부에서 하부를 향하는 압력(13Mpa≒1885psi)을 단계별로 가압하여 탄소 저항체(100)의 외형을 수직 적층 형태로 수직 압출성형단계(S500)를 실시한다. 이때, 작업온도는 상온에서 이루어져야 한다. 영하로 내려갈 경우 혼합 수분의 결빙 등의 현상으로 교반 자체에 문제가 발생된다.

그 다음, 상기 수직 압출성형단계(S500)를 거쳐 인출된 탄소 저항체(100)를 수평으로 유지한 후 외관 정리하는 수평 외관정리단계(S600)를 실시한다.

그리고, 상기 수평 외관정리단계(S600)를 거쳐 완성된 탄소 저항체(100)를 비닐 포장지로 밀봉시키고 건조시키는 밀봉건조단계(S700)를 진행한다.

한편, 상기 탄소 저항체(100)를 혼합하는 단계(S100)에서 아질산나트륨 또는 황산나트륨의 원료를 1~3% 추가적으로 혼합시킬 수 있다.

이와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 탄소 저항체(100)는 흑연, 시멘트, 장석 및 황산마그네슘을 혼합 구성함으로써, 외부의 환경변화, 습기 또는 전기 저항에 의해 내구성이 약화되는 것을 방지할 수 있어 제품의 품질과 신뢰성을 동시에 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 탄소 저항체(100)는 화석연료 또는 전기에너지를 사용하는 열원을 사용하지 않는 자연상태에서 수직 압출성형을 통해 제작됨으로, 가공성과 생산성을 한층 향상시키고 CO₂발생을 최소화할 수 있다.

100 : 탄소 저항체
200 : 심봉
S100 : 혼합단계
S200 : 슬러리 생산단계
S300 : 심봉 설치단계
S400 : 슬러리 투입단계
S500 : 수직 압출성형단계
S600 : 수평 외관정리단계
S700 : 밀봉건조단계

Claims

길이방향을 따라 연장형성되는 탄소 저항체(100);
상기 탄소 저항체(100)의 횡단면 중심부에 설치되는 전도성 심봉(200)을 포함하여 구성되며,
상기 탄소 저항체(100)는 흑연, 시멘트, 장석으로 혼합 구성된 것을 특징으로 하는 탄소 저저항 접지모듈.
제1항에 있어서,
상기 탄소 저항체(100)에는 황산마그네슘이 추가적으로 혼합 구성된 것을 특징으로 하는 탄소 저저항 접지모듈.
제2항에 있어서,
상기 탄소 저항체(100)는 첨가제인 아질산나트륨 또는 황산나트륨을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 저저항 접지모듈.
제3항에 있어서,
상기 탄소 저항체(100)는 흑연 55~70 중량%, 시멘트 20~30 중량%, 장석 5~15 중량% 및 황산마그네슘 2~4 중량% 및 첨가제를 1~3 중량%로 혼합하여 합계 100 중량%로 구성된 것을 특징으로 하는 탄소 저저항 접지모듈.
삭제
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흑연은 인상 흑연과 토상 흑연으로 혼합 구성되며, 상기 인상 흑연과 토상 흑연은 2:1 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 탄소 저저항 접지모듈.
제6항에 있어서,
상기 흑연의 입자크기는 250~350 메쉬인 것을 특징으로 하는 탄소 저저항 접지모듈.
흑연, 시멘트, 장석 및 황산마그네슘의 원료를 혼합하는 혼합단계(S100);
혼합된 원료에 물을 소정 속도로 투입하고 교반 작용을 통해 슬러리 상태로 변환시키는 슬러리 생산단계(S200);
심봉(200)을 탄소 저항체 성형틀 중앙에 삽입 설치하는 심봉 설치단계(S300);
수분이 흡수된 상태의 슬러리를 탄소 저항체 성형틀에 투입하는 슬러리 투입단계(S400);
상기 탄소 저항체 성형틀 내에 투입된 슬러리 상태의 혼합원료를 상부에서 하부를 향하는 압력을 단계별로 가압하여 탄소 저항체(100)의 외형을 수직 적층 형태로 수직 압출성형단계(S500);
상기 수직 압출성형단계(S500)를 거쳐 인출된 탄소 저항체(100)를 수평으로 유지한 후 외관 정리하는 수평 외관정리단계(S600); 및,
상기 수평 외관정리단계(S600)를 거쳐 완성된 탄소 저항체(100)를 비닐 포장지로 밀봉시키고 건조시키는 밀봉건조단계(S700)를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 저저항 접지모듈의 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 혼합단계(S100)에서 아질산나트륨 또는 황산나트륨의 원료를 추가적으로 혼합하는 것을 특징으로 하는 탄소 저저항 접지모듈의 제조방법.