KR101096633B1

KR101096633B1 - 병렬 저항형 ｍｉ 케이블 및 제조방법

Info

Publication number: KR101096633B1
Application number: KR1020100011140A
Authority: KR
Inventors: 김용태
Original assignee: 주식회사 한국엠아이씨
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2011-12-21
Also published as: KR20110091349A

Abstract

절연성 미네랄이 혼합된 반도전성 발열체를 사용하여 일정한 범위에서 온도상승을 억제하는 자기 제어 특성이 있는 병렬 저항형 MI 케이블이 제공된다.
(a) 절연성 미네랄 성분의 분말과 카본 분말을 용제와 혼합하여 반죽상태로 만든 후 상기 반죽상태의 발열체의 내부에 서로 이격된 복수의 도선이 포함되도록 압출기로 압출하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 압출된 발열체를 건조로에서 건조 고형화시켜서 미네랄 발열체블록을 형성하는 단계; (c) 절연성 미네랄 성분의 분말을 용제와 혼합하여 반죽상태의 절연체로 만든 후, 상기 반죽상태의 절연체의 중심부에 상기 미네랄 발열체블록이 포함되도록 압출기로 압출하는 단계; (d) 상기 (c) 단계 이후에, 건조로에서 상기 절연체를 건조 고형화시켜서 상기 미네랄 발열체블록 외부에 절연체 블록을 형성하는 단계; (e) 상기 (d) 단계에서 압출된 절연체 블록 외부에 금속관을 삽입하고, 상기 금속관과 상기 절연체를 밀착시켜서 금속관 케이블을 형성하는 단계; (f) 상기 (e) 단계에서 금속관이 피복된 케이블을 원형 인발기에서 인발을 수회 반복하여 일정 굵기의 외경을 가진 MI 케이블을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 저항형 MI 케이블 제조방법

Description

병렬 저항형 ＭＩ 케이블 및 제조방법 {MI CABLE OF PARALLEL THERMAL RESISTOR TYPE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

온도유지 및 발열, 동파방지용으로 사용되는 병렬 저항형 MI 케이블에 관한 것이다.

MI(Mineral Insulated) cable은 발열도선 외부에 미네랄 재질로 절연을 한 후 그 외부에 금속관으로 피복을 한 것으로서 주로 겨울철 눈이나 비 또는 물에 의하여 결빙되는 도로 등에 결빙되지 않도록 포설하여 콘크리트나 아스팔트 포장면을 전기적인 열로서 얼지 않도록 하거나, 심야전기를 이용한 바닥난방 또는 플랜트 설비 등에서 Pipe Tank 등에 온도유지 및 동파방지용으로 많이 사용된다.

종래의 MI HEATING CABLE은 섭씨 60도 ~ 800도 까지 그 응용범위가 다양하고, 일반적인 히팅케이블보다 높은 온도의 동결방지용으로 사용되나, 주로 직렬 저항식이어서 길이, 전압, 고유저항에 의하여 단위 길이당 발열량이 변하므로 그 설계가 매우 복잡하고, 시공자 또는 생산자는 조건에 따른 수요에 맞추기 위하여 수많은 종류의 저항값의 MI CABLE 을 비축하여야 하는 어려움이 있다.

병렬저항형 히팅케이블은 상기와 같은 직렬저항형보다 단위 길이당 발열량을 일정하게 유지할 수 있으나, 고온에서 용융하는 난연제를 도선과 함께 용융 압출하여야 하는 제조 공법상의 곤란성 때문에 현재 200도 이하에서 사용하기 위한 병렬저항형 정온케이블 들이 주로 개발되고 있다.

현재 개발되고 있는 병렬저항형 정온 케이블은 두 동선 사이에 정온도계수(Positive Temperature Coefficient:PTC) 재료의 폴리머나 폴리에스텔 등을 용융 압출하여 발열체를 만들고 그 외부에 발열체보다 용융온도가 높은 고분자 재료인 테프론 등으로 절연 피복을 씌운 구조로 되어 있다.

상기와 같은 폴리머나 폴리에스텔 등을 용융 압출한 병렬저항형 정온 케이블은 플라스틱 또는 테플론 계열의 피복과 THERMOPLASTIC 발열체로 구성되어 있고, 동선보다 낮은 온도에서 용융 압출하는 제조 공법상의 특성과 THERMOPLASTIC 발열체가 가지는 내열온도의 한계 때문에 섭씨 200도 이상의 높은 온도의 발열을 요구하는 장소에서는 적용할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 과제는 높은 내열특성으로 저온에서 고온까지 온도사용범위가 향상되고 일정한 범위에서 온도상승을 억제하는 자기 제어 특성을 가진 병렬저항형 MI 케이블 및 그 제조방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 내열성을 가지면서도 경제적으로 저렴한 MI 케이블에 대한 제조방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일측면에 따르면 미네랄이 혼합된 반도전성 발열체를 사용하여 일정한 범위에서 온도상승을 억제하는 자기 제어 특성을 갖는 병렬 저항형 MI 케이블이 제공된다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 중심부위에 일정 간격으로 이격된 복수의 도선;

상기 복수의 도선의 외부를 감싸며, 상기 복수의 도선 사이에 충진되는 미네랄 발열체층; 상기 미네랄 발열체 외부를 일정 두께로 형성되는 미네랄 절연체층; 상기 미네랄 절연체층 외부에 피복되는 금속관;을 포함하며, 상기 미네랄 발열체층은 카본블랙 10 ~ 70중량 %, MgO 25~85중량%을 포함하고, 상기 미네랄 절연체층은 MgO 95중량% 이상이 포함되는 것으로서, 상기 복수의 도선 사이에 공급되는 전압에 의하여 상기 미네랄 발열체층에 전류가 흘러서 발열되는 것을 특징으로 하는 병렬 저항형 MI케이블이 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 중심부위에 위치한 내부 도선; 상기 내부 도선 주위에 일정 두께로 형성되는 미네랄 발열체층; 상기 미네랄 발열체층 외부에 피복되는 도전성 금속관;을 포함하며, 상기 미네랄 발열체층은 카본블랙 10 ~ 70중량 %, MgO 25~ 85중량 %를 포함하는 것으로서, 상기 내부 도선과 상기 도전성 금속관 사이에 공급되는 전압에 의하여 상기 미네랄 발열체층에 전류가 흘러서 발열되는 것을 특징으로 하는 병렬 저항형 MI케이블 이 제공될 수 있다.

또한, 상기 도전성 금속관 외부를 일정 두께의 MgO층으로 형성되는 미네랄 절연층; 상기 미네랄 절연층 외부에 피복되는 금속관을 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 저항형 MI 케이블이 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 절연성 미네랄이 혼합된 반도전성 발열체를 사용하여 일정한 범위에서 온도상승을 억제하는 자기 제어 특성이 있는 병렬 저항형 MI 케이블의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 일실시예에 따르면, (a) 절연성 미네랄 성분의 분말과 카본 분말을 용제와 혼합하여 반죽상태로 만든 후 상기 반죽상태 내부에 이격된 복수의 도선이 포함되도록 압출기로 압출하여 미네랄 발열체를 형성하는 단계; (b) 상기 미네랄 발열체를 건조로에서 건조 고형화시켜서 미네랄 발열체블록을 형성하는 단계; (c) 절연성 미네랄 성분의 분말을 용제와 혼합하여 반죽상태의 미네랄 절연체로 만든 후, 상기 반죽상태의 미네랄 절연체의 중심부에 상기 미네랄 발열체블록을 포함하면서 압출기로 압출하는 단계; (d) 상기 (c) 단계 이후에, 건조로에서 상기 압출된 미네랄 절연체를 건조 고형화시켜서 상기 미네랄 발열체블록 외부에 미네랄 절연체 블록을 형성하는 단계; (e) 상기 미네랄 절연체 블록 외부에 상기 미네랄 절연체 블록의 외경보다 10% ~ 20% 큰 내경을 가진 외부 금속관을 삽입하고, 상기 외부 금속관을 상기 미네랄 절연체 블록에 수축 밀착시켜서 금속관체를 형성하는 단계; (f) 상기 금속관체를 인발기에서 수축 인발을 수회 반복하여 일정 굵기의 외경을 가진 MI 케이블을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 저항형 MI 케이블 제조방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, (a) 절연성 미네랄 성분의 분말과 카본 분말을 용제와 혼합하여 반죽상태로 만든 후, 상기 반죽상태의 중심부에 내부 도선이 포함되도록 압출기로 압출하여 미네랄 발열체를 형성하는 단계; (b) 상기 미네랄 발열체를 건조로에서 건조 고형화시켜서 미네랄 발열체블록 형성하는 단계; (c) 상기 미네랄 발열체블록 외부에 상기 미네랄 발열체블록의 외경보다 10% ~ 20% 큰 내경을 가진 외부 금속관을 삽입하고, 상기 외부 금속관을 상기 미네랄 발열체블록에 수축 밀착시켜서 금속관체를 형성하는 단계; (d) 상기 금속관체를 원형 인발기에서 수축, 인발을 수회 반복하여 일정 굵기의 외경을 가진 MI 케이블을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 저항형 MI 케이블 제조방법이 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 일실시예에 따르면, (a) 절연성 미네랄 성분의 분말과 카본 분말을 용제와 혼합하여 반죽상태로 만든 후, 상기 반죽상태 내부에 도선이 포함되도록 압출기로 압출하여 미네랄 발열체를 형성하는 단계; (b) 상기 미네랄 발열체를 건조로에서 건조 고형화시켜서 미네랄 발열체블록을 형성하는 단계; (c) 상기 미네랄 발열체블록의 외경보다 10% ~ 20% 큰 내경의 내부 도전성 금속관에 상기 미네랄 발열체블록을 삽입하고, 상기 내부 도전성 금속관을 상기 미네랄 발열체블록에 수축 밀착시켜서 제1금속관체를 형성하는 단계; (d) 절연성 미네랄 성분의 분말을 용제와 혼합하여 반죽상태의 미네랄 절연체로 만든 후, 상기 제1금속관체가 중심부에 포함되도록 압출기로 압출하는 단계; (e) 상기 (d) 단계 이후에, 건조로에서 상기 미네랄 절연체를 건조 고형화시켜서 상기 미네랄 발열체블록 외부에 미네랄 절연체 블록을 형성하는 단계; (f) 상기 미네랄 절연체 블록 외부에 상기 미네랄 절연체블록의 외경보다 10% ~ 20% 큰 내경의 외부 금속관을 삽입하고, 상기 외부 금속관을 상기 미네랄 절연체 블록에 수축 밀착시켜서 제2금속관체를 형성하는 단계; (g) 상기 제2금속관체를 인발기에서 수축, 인발을 반복하여 일정 굵기의 외경을 가진 MI 케이블을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 저항형 MI 케이블 제조방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 병렬저항형 MI 케이블은 일정한 범위에서 온도상승을 억제하는 자기 제어 효과를 가지며, 단위 길이당 일정한 발열량을 유지할 수 있고 높은 내열특성으로 저온에서 고온까지 넓은 온도 사용범위를 가지는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 MI 케이블 제조방법은 높은 난연성을 가진 미네랄 발열체 및 절연체르로 이루어진 병렬 저항형 MI 케이블에 대한 제조방법을 연속적인 공정에 의하여 제조할 수 있는 공법을 제공함으로써, 공정효율을 향상시키는 효과를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 MI 케이블은 제조공정 중에 카본 분말의 배합비를 조정함으로써 수요처에 따라 다양한 일정 온도범위 및 발열량을 가지는 다양한 MI 케이블을 제조할 수 있는 효과를 가질 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 미네랄 발열체블록을 나타내기 위한 단면도를 간략하게 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 미네랄 발열체블록 주위에 형성된 미네랄 절연체블록을 나타내기 위한 단면도를 간략하게 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 외부 금속관에 미네랄 절연체블록을 삽입한 단면도를 간략하게 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 외부 금속관과 미네랄 절연체 블록을 밀착시킨 단면도를 간략하게 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 MI 케이블의 단면도를 간략하게 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 MI 케이블의 단면도를 간략하게 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 MI 케이블의 단면도를 간략하게 도시한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 병렬 저항형 MI 케이블의 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미네랄 발열체를 나타내기 위한 단면도이다.

도 1의 발열체는 카본 분말과 절연성 미네랄 분말을 혼합하여 제조된 것으로서 그 내부에 복수의 도전성 도체(1)가 일정 간격이 이격된 상태로 위치하고 있다.

카본은 정온도계수(Positive Temperature Coefficient:PTC)를 가진 저항체로서 일정 이상의 온도가 올라가게 되면 저항이 증가하여 흐르는 전류가 감소하기 때문에 일정온도 이상에서는 더 이상 온도상승이 이루어지지 않는다.

따라서 카본 분말과 절연성 미네랄 분말을 적절히 혼합하여 저항값 별로 선택하게 되면, 수요자의 온도설정 요구에 따라 요구되는 일정 온도범위를 자기 스스로 유지할 수 있는 정온형 발열체를 형성할 수 있다.

제1 실시예에 따른 미네랄 발열체의 제조방법에서 제1단계는 미네랄 발열체를 압출기에서 압출이 용이하도록 반죽형태로 만드는 미네랄 발열체 반죽단계이다.

제1단계에서 MgO 분말과 카본 분말을 혼합액인 용제와 혼합하여 반죽상태로 만든다.

MgO 분말은 절연성 미네랄 성분인 석영분말, 석분 등으로도 대체할 수 있다.

MgO 분말과 카본 분말을 혼합하여 반죽 상태로 만들기 위한 가능한 용제로서는 아세테이트(acetate), 알코올(alcohol), 케톤(Ketone), 크실렌(Xylene), 테르피네올(Terpineol), 텍사놀(Texanol) 및 물 등이 사용될 수 있다.

다음, 제2 단계는 반죽형태의 미네랄 발열체에 내부 도체(1)을 포함하여 압출하는 제1 압출단계이다.

제1 압출단계에서는 압출기에서 두 도선(1)을 일정간격을 유지한 상태로 통과시키면서 상기 MgO 분말과 카본 분말 반죽을 투입하여 압출하게 되며, 두 도선이 포함된 압출된 반죽형태의 미네랄 발열체를 연속적으로 제조할 수 있게 된다.

다음 제3 단계는 건조로에서 반죽형태를 고형화시키는 제1 건조단계이다.

제1 건조단계에서는 상기 내부 도선(1)이 포함하여 압출된 반죽형태를 건조로에서 일정시간 건조시키면서 반죽을 만들기 위해 혼합된 용제를 건조시켜서 반죽된 형태를 고형화한다.

위와 같이 고형화되면 도 1에 도시된 병렬 저항형 미네랄 발열체블록(2)이 만들어 지게 된다.

MgO 분말은 절연성 분말로서 탄소분말과 혼합하여 저항을 높여주는 역할을 하는 것으로서, MgO 분말 대신 절연성 미네랄 성분 중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있으며, 절연에 따른 특성을 고려하여 배합비를 달리하면 다양한 종류의 발열체를 제작할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 용어 중 “미네랄 발열체블록”은 카본과 절연성 미네랄 분말을 혼합한 상태의 반죽을 도선과 함께 건조로에서 건조시켜 고형화된 것으로 정의한다.

건조로에서 분말을 반죽상태로 만들기 위한 용제들은 모두 태워지거나 건조되어 미네랄 발열체블록은 고형물만 남게 된다.

도 1과 같은 형태의 미네랄 발열체블록(2)의 두 도선(11) 사이에 전압을 걸어주면 MgO 분말이 혼합된 카본 MgO 발열체블록의 저항에 따라 발열전류가 흐르게 된다. 이때 도전성 CARBON POWDER의 배합 비율을 조절하여 단위 길이당 원하는 저항값을 갖는 카본 MgO 발열체블록을 만들 수 있다.

따라서 원하는 발열량에 따라 정온 특성을 갖는 미네랄 발열체블록을 제작할 수 있게 된다.

통상적으로 난방 또는 동파방지에 사용되는 110/220 V용 MI 케이블의 양 단자의 간격은 3㎜ ~ 12㎜이며 1ft당 소비전력은 1 ~ 40W 정도이다.

상기와 같은 단자 간격의 범위 내에서 CARBON POWDER의 배합비율이 전체 고형물의 10% 미만으로 되면 최소 간격의 단위 길이당 저항값이 2㏁ 이상의 절연체가 되어 발열체로서의 역할을 하지 못하게 된다.

또한, CARBON POWDER의 배합비율이 고형물의 70%를 초과하게 되면, 1ft당 저항값이 10Ω 이하로 되어 1ft당 소비전력 및 발열량이 MI 케이블의 용도에 비하여 과다하게 되므로 적합하지 않다.

일 실시예 따른 미네랄 발열체의 고형물은 용제 성분이 건조기에서 거의 건조되어 주로 카본과 MgO 성분만 남게 되며, 그 배합비는 카본블랙 10 ~ 70중량%, MgO 25~85 중량% 기타 반죽용 용제의 잔유물 등이 포함된 것으로서, CARBON POWDER의 배합비율을 조정하여 각 용도별, 발열량을 충족하는 다양한 발열체를 제작할 수 있다.

다음 제4 단계는 미네랄 발열체 블록 주변에 절연체를 압출하는 제2 압출단계이다.

제2 압출단계는 MgO 분말을 용제와 혼합하여 반죽상태로 만든 다음, 압출기에서 상술한 도 1의 미네랄 발열체블록을 중심부에 통과시키면서 MgO 분말 반죽을 투입하여 압출한다.

다음, 제5 단계는 상기 미네랄 발열체 블록이 중심에 포함된 압출된 MgO 반죽형태를 건조로에서 고형화시키는 제2 건조단계이다.

도 2는 상기 카본 미네랄 발열체블록(2) 주위에 절연체인 MgO를 압출하여 고형화한 미네랄 절연체블록(3)을 형성한 단면을 나타낸 도면이다.

미네랄 발열체블록(2)이 중심에 포함된 압출된 MgO 반죽형태를 건조로에서 일정시간 건조시키면 상기 미네랄 발열체블록(2) 외부에 압출된 반죽형태의 MgO가 고형화되면서 도 2와 같은 미네랄 절연체블록(3)이 형성된다.

건조된 미네랄 절연체블록(3)은 건조로에서 반죽을 위한 용제들이 거의 모두 건조시켜서 MgO가 95중량% 이상으로 된 고형화물만 남도록 한다.

다음 제6 단계는 상술한 미네랄 절연체블록(3)을 형성한 외부에 금속관을 피복 하는 금속관 피복단계이다.

제1 실시예에 따른 금속관 피복단계의 공정은 다음과 같다.

먼저, 미네랄 절연체블록(3)의 외경보다 약 10 ~ 20% 큰 SIZE의 외경을 가진 금속관(METAL TUBE) 내에 미네랄 발열체블록(2)이 포함된 미네랄 절연체블록(3)을 삽입한다.

도 3은 미네랄 절연체블록(3)의 외경보다 약 15% 큰 SIZE의 내경을 가진 금속관(4) 내에 미네랄 발열체블록(2)이 포함된 미네랄 절연체블록(3)이 삽입된 단면도를 도시한 것이다.

금속관의 외경이 미네랄 절연체블록(3)의 외경보다 10% 미만이 되면 내부 마찰면이 넓어져서 미네랄 절연체블록(3)의 삽입이 어렵게 되고 외경이 20%보다 크면 그 틈새를 줄이기 위한 공정시간이 많이 소요되어 비경제적이 된다.

일실시예에서는 미네랄 절연체블록(3)의 외경보다 15% 큰 외경의 금속관을 사용할 수 있다.

위와 같이 삽입한 금속관(4)을 직선 인발을 하여 미네랄 절연체블럭(3)의 외경에 딱 맞추어 초기 미가공상태의 MI 케이블을 제작하게 된다.

도 4는 외부 금속관(4)과 미네랄 절연체 블록(3)을 밀착시킨 단면도를 도시한 것이다.

또는, 외부 금속관(4)을 인발기로 미네랄 절연체블록(3)의 외경에 딱 맞춰 직선 인발을 하고, 이를 다시 상하로 된 롤러에 통과시켜서 외경을 5% 이상 수축을 하여 초기 미가공상태의 MI 케이블을 제작하면, 다음에 이어지는 초기 인발시 절연체인 MgO의 밀도를 높여주면서 금속관과 절연체인 MgO와의 유동을 줄일 수 있기 때문에 더욱 정밀한 인발 작업이 이루어질 수 있다.

다음 제7 단계인 완성단계에서는 제6 단계에서 금속관이 피복된 초기 미가공상태의 MI 케이블을 원형인발기에서 순차적으로 인발하는 인발단계를 거쳐서 원하는 길이 및 발열량에 적합한 MI 케이블을 제작할 수 있다.

즉, 초기 미가공상태의 MI 케이블을 원형 인발기에서 수회 인발하여 필요한 길이로 늘리면서 원하는 발열량의 MI 케이블을 제작하게 된다.

도 5는 삽입된 금속관을 인발하여 제1 실시예에 의한 완성된 MI 케이블의 단면도를 도시한 것이다.

원형 인발기는 외부 금속관과 도선을 당기면서 입구가 크고 출구가 작은 인발기 다이스를 통과하게 되는데, 상기 인발기를 통과할 때마다 내부 고형물 블록이 금속관 내에서 밀착된 분말상태의 고형물로 변하면서, 도선 및 외부 금속관과 함께 단면의 두께가 균일하게 가늘어 지게 되고 그 줄어든 단면의 부피만큼 전체적인 길이가 늘어나게 된다.

따라서 상술한 미네랄 발열체블록(2) 및 미네랄 절연체 블록(3)은 원형 인발기를 통과하면서 고형물 상태가 동일한 단면형상을 유지한 분말 상태로 수축되어 단면이 축소된 미네랄 발열체층(12) 및 미네랄 절연체층(13)을 형성하게 되며, 늘어난 외부 금속관(14)의 길이와 같이 길이방향으로 신장하게 된다.

또한, 도선(11) 역시 균일한 두께로 단면은 축소되고 길이는 금속관(24)의 길이와 같이 길이방향으로 늘어나게 된다.

이와 같이 인발 과정을 순차적으로 여러 번 거치는 이유는 균일한 압력에 의한 수축력으로 수축이 되더라도 동일한 비율의 단면 형상을 유지하고 내부 밀도를 높이기 위해서이다.

인발 과정을 거쳐 완성된 MI 케이블은 내부의 미네랄 발열체층(22) 및 미네랄 절연체층(23)이 외부의 금속관(24)과 일체성을 가질 정도의 밀도와 응집력을 가지게 되며, 완성된 MI 케이블을 복잡한 굴곡면을 따라 설치하더라도 그 전기적인 특성을 유지하면서 설치작업을 용이하게 할 수 있게 된다.

일 실시예에서는 원형 인발기를 한번 통과할 때마다 외경이 약 10 ~ 15% 정도 수축되도록 원형 다이스를 조정하여, 길이 5m, 외경 36mm의 금속관으로 피복된 초기 미가공상태의 MI 케이블을 원형 인발기에서 15회의 인발 과정을 거쳐서 8mm 외경의 MI 케이블을 100m의 길이로 제작하였다.

외부 금속관(4, 14)은 온도 특성 및 필요에 따라 Alloy-825(800℃에 적용), SUS316(640℃에 적용) Copper, Al (250℃에 적용), Al 합금(250~400 적용) 중 어느 하나를 선택할 수 있다.

외부 상기 외부 금속관(4, 14)은 금속으로 이루어지므로, 외부의 물리적 충격으로부터 미네랄 절연체층(23)과 카본 미네랄 발열체층(12)을 보호하는 동시에 내부의 발열상태가 외부로 전달되거나 또는 외부의 화재에 의한 영향이 내부에 전달되지 못하도록 차단하고, 화학적 충격으로부터 보호하는 역할을 한다.

또한, 상기 외부 금속관(14)은 유연성을 확보하는 범위의 소정 두께를 유지하므로, 상기 MI 케이블을 배선하는 현장의 곡선을 따라 자유롭게 구부리거나 휘게 하고 쥐 등의 설치류 공격을 차단하며 기계적 또는 물리적 충격과 화학적 충격 등으로부터 보호하므로 수명이 길고 유지보수가 필요하지 않게 된다.

또한, 금속관(14)이 전선관의 기능을 대체하므로, 설치에 필요한 면적이 작게 소요되어 주변환경에 의한 미관을 해지지 않고, 해당 시설, 작업, 시간 및 비용이 적게 소요된다.

도 5의 미네랄 절연체층(13)은 외부 금속관(14)과 미네랄 발열체층(12)을 전기적으로 절연을 하는 역할을 한다.

상술한 실시예에 따른 병렬저항형 MI 케이블은 중심부위에 일정 간격으로 이격된 복수의 도선의 외부와 상기 복수의 도선 사이에 충진되는 미네랄 발열체층이 형성되며, 그 외부를 일정 두께로 형성되는 미네랄 절연체층이 형성되고, 미네랄 절연체층 외부에 피복되는 금속관으로 이루어 지게 된다.

일실시예에 따른 MI 케이블은 복수의 도선(1) 사이에 전압을 인가되면 미네랄 발열체층(2)에 전류가 흘러서 발열하게 된다.

일실시에에 따른 MI 케이블은 두 도선(1) 사이에 형성된 미네랄 발열체층이 발열하는 병렬 저항형 발열체를 채택함으로써, 단위 길이당 일정한 발열량을 원하는 값으로 조절할 수 있으므로 발열선 자체가 발열을 하는 직렬 저항식에 비하여 발열량에 맞추어 다양한 길이 구간에 따른 MI 케이블의 시공 설계가 보다 간단하게 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 실시예는, 미네랄 발열체블록의 제조 공정을 반죽과정과 고형화 과정을 채택함으로써 낮은 온도에서 도선과 함께 압출 공정이 가능하게 됨으로써, 병렬 저항형 MI 케이블을 연속 공정으로 제조할 수 있어서 제조 공정 시간 및 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

MgO 분말은 용융점이 섭씨 2800도 이상이며 카본파우더는 용융점이 섭씨 3500 이상이므로, 카본 MgO 발열체블록은 종래의 용융 압출하는 정온용 발열체가 섭씨 200도 이상에서는 사용하지 못하는 것에 비하여, 섭씨 800도까지의 광범위한 온도에서도 사용할 수 있는 MI 케이블을 제공할 수 있는 효과를 가지게 된다.

또한, 미네랄 발열체층(12) 주위에 미네랄 절체연층(13)을 채택함으로써, 저온에서 섭씨 800도까지 다양한 온도범위에서 사용할 수 있는 효과를 가지게 된다.

또한, 카본 미네랄 발열체블록은 카본의 저항온도 특성에 의하여 정온도계수(Positive Temperature Coefficient:PTC)를 가진 저항체로서 일정 이상의 온도가 올라가게 되면 저항이 증가하여 흐르는 전류가 감소하게 된다.

따라서, 일정온도 이상에서는 더 이상 온도상승이 이루어지지 않으므로 카본배합비를 저항값 별로 선택하게 되면, 수요자의 온도설정 요구에 따라 요구되는 일정 온도범위를 자기 스스로 유지할 수 있는 저항체를 형성할 수 있는 효과를 가지게 된다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예인 제2 실시예에 따른 완성된 MI 케이블의 단면을 나타내는 단면도이다.

도 6에 따른 MI 케이블은 내부의 도선(21)과 외부의 금속관(23) 사이에 제1실시예에서 설명한 바와 같은 미네랄 발열체층(22)이 형성되는데 도선(21)과 외부의 금속관(23)에 전압을 걸어주면 카본 미네랄 발열체층(22)에 전류가 흘러서 발열을 하게 되는 구조이다.

제 2실시예에 따른 MI 케이블의 제조 공정을 설명하면 다음과 같다.

MgO 분말과 카본 분말을 용제와 혼합하여 반죽상태로 만든 후 압출기에서 내부 도선을 중앙에 유지한 상태로 통과시키면서 MgO와 카본 분말 반죽을 투입, 압출하여, 내부 도선이 포함된 반죽형태의 발열체가 제조된다.

다음, 내부 도선이 포함된 압출된 반죽형태를 건조로에서 반죽이 된 내용물이 고형화되도록 일정시간 건조시켜 도 6의 미네랄 발열체층(12)을 만들기 위한 미네랄 발열체 블록을 형성한다.

다음, 상기 미네랄 발열체블록의 외경보다 약 15% 큰 내경 SIZE의 금속관 내에 상기 미네랄 발열체블록을 삽입한다.

위와 같이 삽입한 금속관의 구경을 미네랄 발열체블록의 외경에 딱 맞도록 직선 인발을 하여 금속관체인 초기 미가공 상태의 MI 케이블을 제작한다.

또는 삽입한 금속관을 미네랄 발열체블록의 외경에 딱 맞춰 직선 인발을 한 후, 상하로 된 롤러에 통과시켜서 외경을 5% 이상 수축하여 금속관체인 초기 미가공 상태의 MI 케이블을 제작할 수도 있다.

위와 같이 상하로 된 롤러에 통과시켜서 외경을 5% 이상 수축하는 공정을 더 부가하는 것은 앞의 제1실시에의 제6단계에서 설명한 바와 같이 신장과 수축과정을 거치면 절연체인 MgO의 밀도를 높여주면서 금속관과 미네랄 발열체블록과의 유동을 없애서 인발 단계에서 균일한 두께를 유지할 수 있게 된다.

위와 같은 초기 미가공 상태의 MI 케이블을 앞의 실시 예의 제7단계인 원형 인발기에서 수차례 인발하는 인발 단계를 거쳐서 원하는 길이의 발열량을 가진 완성된 MI 케이블을 제작하게 된다.

제2실시에의 미네랄 발열체층(22)는 제1 실시예와 같이 카본블랙 10 ~ 70 중량 %, MgO 25~ 85 중량% 를 포함하게 된다.

제2 실시예에 따른 MI 케이블은 외부 금속관(23)을 전원 중 접지극의 일단으로 사용하게 되므로 누전의 위험이 적은 접지 전원용 저압 발열시스템이나 직류용 발열시스템에 사용하기에 적당한 경제적인 MI 케이블이다.

사용 시에는 외부 금속관(23)에 교류 전원의 접지 선을 연결하고 내부 도선(21)과의 사이에 전압을 가하면, 미네랄 발열체층(22)에 발열전류가 흐르게 되어 발열을 한다.

제2 실시예에 따른 MI 케이블은 미네랄 발열체블록(12)이 금속관에 의하여 제1 실시예보다 밀착성을 더 강화할 수 있고 유연성을 가질 수 있으므로 굴곡 등의 작업공정이 많은 경우에 효과적으로 사용할 수 있는 특징이 있다.

또한, 제2 실시예는 작업 공정과 소요 재료를 단순화함으로써 공정시간과 비용을 절약할 수 있으며, 보다 경제적인 병렬 저항형 MI 케이블을 연속적으로 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예인 제3 실시예에 따른 MI 케이블의 완성된 단면을 나타내는 단면도이다.

도 7에 따른 제 3실시예는 중심부위에 위치한 내부 도선(31) 주위에 일정 두께로 형성되는 미네랄 발열체층(32)과, 미네랄 발열체층(32) 외부에 피복되는 내부 도전성 금속관(33)이 형성되며, 내부 도전성 금속관(33) 외부에는 일정 두께의 MgO층으로 형성되는 미네랄 절연체층(34)과 미네랄 절연체층(34) 외부를 피복 하는 외부 금속관(35)을 포함하게 된다.

미네랄 발열체층(32)은 제1 실시예와 같이 카본블랙 10 ~ 70 중량 %, MgO 25~ 85 중량% 를 포함하는 것으로서, 내부 도선(31)과 내부 도전성 금속관(33) 사이에 공급되는 전압에 의하여 미네랄 발열체층(32)에 전류가 흘러서 발열 된다.

미네랄 절연체층(34)은 외부 금속관(35)과 전원 공급부를 절연하는 역할을 하며 외부 금속관(35)은 외부의 물리적 화학적 환경으로부터 내부 충진물을 보호하고 또한, 내부의 미네랄 발열층(32) 및 미네랄 절연층(34)이 결집된 상태를 유지시켜주는 역할을 한다.

제3 실시예는 제2 실시예 보다 다양한 범위의 전압에서 사용할 수 있도록 하기 위하여 제2 실시예의 외부에 미네랄 절연체층(34)을 더 보강한 것으로서, 내부 도선(31)과 내부금속관(33) 사이에 제1 실시예에서 설명한 바와 같은 카본 미네랄 발열체층(32)가 형성되는데 내부 도선(31)과 내부금속관(33)에 전압을 걸어주면 카본 미네랄 발열체층(32)에 전류가 흘러서 발열을 하게 되는 구조이다.

제3 실시예에 따른 MI 케이블의 제조 공정을 설명하면 다음과 같다.

제1 실시예와 같은 MgO 분말과 카본 분말을 혼합액인 용제와 혼합하여 반죽상태로 만든 후 압출기에서 내부 도선을 중앙에 유지한 상태로 통과시키면서 상기 MgO 분말과 카본 분말 반죽을 투입하여 압출하여 내부 도선이 포함된 압출된 반죽형태의 발열체를 제조한다.

다음, 압출된 반죽형태를 건조로에서 내용물이 고형화 되도록 일정시간 건조시켜 도 7의 미네랄 발열체층(32)을 만들기 위한 미네랄 발열체 블록을 형성한다.

다음, 상기 미네랄 발열체블록의 외경보다 약 10% ~20% 큰 SIZE의 내경을 가진 내부 도전성 금속관 내에 상기 미네랄 발열체블록을 삽입한다.

일실시예에서는 약 15% 더 큰 SIZE의 내경을 가진 내부 도전성 금속관 내에 상기 미네랄 발열체블록을 삽입하였다.

위와 같이 내부 도전성 금속관에 미네랄 발열체블록을 삽입한 상태에서, 내부 도전성 금속관 내경을 미네랄 발열체블록의 외경에 딱 맞춰 직선 인발을 하게 되면 내부 도전성 금속관이 피복된 상태인 제1금속관체가 형성된다.

또는 미네랄 발열체블록을 삽입한 미네랄 발열체블록의 외경에 딱 맞춰 직선 인발을 한 후, 상하로 된 롤러에 통과시켜서 외경을 5% 이상 수축하여 내부 도전성 금속관을 피복 하여 제1금속관체를 형성할 수도 있다.

상술한 바와 같이 내부 도전성 금속관을 피복 한 다음, 제1 실시예의 미네랄 절연층과 동일하게 MgO 분말을 혼합액인 용제와 혼합하여 반죽상태로 만든 다음, 압출기에서 제1금속관체를 압출기 다이스의 중심부에 통과시키면서 MgO 분말 반죽을 투입하여 압출한다.

위와 같이 제1금속관체 외부에 압출된 MgO 반죽형태를 건조로에서 일정시간 건조시키면 반죽상태의 MgO가 고형화되면서 제1금속관체 외부에 도 7의 미네랄 절연체층(32)을 형성하기 위한 미네랄 절연체 블록이 형성된다.

미네랄 절연체 블록(34)은 건조로에서 반죽을 위한 용제들이 대부분 건조하여 주로 MgO만 남게 되므로 MgO가 95중량% 이상이 포함하게 된다.

다음 단계에서는, 상술한 미네랄 절연체블록의 외경보다 약 10% 내지 20% 큰 SIZE의 외부 금속관 내에 미네랄 절연체블록을 삽입하고, 외부 금속관의 내경이 미네랄 절연체블록의 외경에 딱 맞추어 줄어들도록 직선 인발을 하면 초기 미가공 상태의 MI 케이블인 제2금속관체가 형성된다.

또는 삽입한 외부 금속관의 내경을 미네랄 절연체블록의 외경에 딱 맞도록 직선 인발을 한 후, 상하로 된 롤러에 통과시켜서 외경을 5% 이상 수축하여 초기 미가공 상태의 MI 케이블인 제2금속관체를 형성할 수 있다.

위와 같은 제2금속관체를 원형 인발기에서 내부 도선, 내부 전도성 금속관, 외부 금속관을 당기면서 수축 인발하는 인발단계를 수차례 반복하여 원하는 굵기 및 발열량의 MI 케이블을 제작하게 된다.

제3 실시예에 따른 MI 케이블은 제2 실시예의 외부에 미네랄 절연체층(34)을 더 포함한 것으로서, 380V, 660V 등 높은 전압의 범위에서 이용할 수 있으며, 비접지식 전원 계통 등 전압의 사용범위를 다양하게 적용할 수 있고, 제3 실시예 역시 연속적인 공정으로 공정을 단순화함으로써 경제적인 MI 케이블을 제작할 수 있는 효과가 있다.

1, 11, 21, 31: 도선 2: 미네랄 발열체블록
3: 미네랄 절연체블록 4, 14, 23, 35 : 외부 금속관
12, 22, 32: 미네랄 발열체층 13, 34: 미네랄 절연체층
33: 내부 금속관

Claims

중심부위에 일정 간격으로 이격된 복수의 도선;
상기 복수의 도선의 외부를 감싸며, 상기 복수의 도선 사이에 충진되는 미네랄 발열체층;
상기 미네랄 발열체 외부를 일정 두께로 형성되는 미네랄 절연체층;
상기 미네랄 절연체층 외부에 피복되는 금속관;을 포함하며,
상기 미네랄 발열체층은 카본블랙 10 ~ 70중량 %, MgO 25~85중량%을 포함하고, 상기 미네랄 절연체층은 MgO 95중량% 이상이 포함되는 것으로서, 상기 복수의 도선 사이에 공급되는 전압에 의하여 상기 미네랄 발열체층에 전류가 흘러서 발열되는 것을 특징으로 하는 병렬 저항형 MI케이블
중심부위에 위치한 내부 도선;
상기 내부 도선 주위에 일정 두께로 형성되는 미네랄 발열체층;
상기 미네랄 발열체층 외부에 피복되는 도전성 금속관;을 포함하며,
상기 미네랄 발열체층은 카본블랙 10 ~ 70중량 %, MgO 25~ 85중량 %를 포함하는 것으로서, 상기 내부 도선과 상기 도전성 금속관 사이에 공급되는 전압에 의하여 상기 미네랄 발열체층에 전류가 흘러서 발열되는 것을 특징으로 하는 병렬 저항형 MI케이블
제2항에 있어서,
상기 도전성 금속관 외부를 일정 두께의 MgO 성분으로 형성되는 미네랄 절연체층;과 상기 미네랄 절연체층 외부에 피복되는 외부 금속관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 저항형 MI 케이블
(a) 절연성 미네랄 성분의 분말과 카본 분말을 용제와 혼합하여 반죽상태로 만든 후 상기 반죽상태 내부에 이격된 복수의 도선이 포함되도록 압출기로 압출하여 미네랄 발열체를 형성하는 단계;
(b) 상기 미네랄 발열체를 건조로에서 건조 고형화시켜서 미네랄 발열체블록을 형성하는 단계;
(c) 절연성 미네랄 성분의 분말을 용제와 혼합하여 반죽상태의 미네랄 절연체로 만든 후, 상기 반죽상태의 미네랄 절연체의 중심부에 상기 미네랄 발열체블록을 포함하면서 압출기로 압출하는 단계;
(d) 상기 (c) 단계 이후에, 건조로에서 상기 압출된 미네랄 절연체를 건조 고형화시켜서 상기 미네랄 발열체블록 외부에 미네랄 절연체 블록을 형성하는 단계;
(e) 상기 미네랄 절연체 블록 외부에 상기 미네랄 절연체블록의 외경보다 10% ~ 20% 큰 내경을 가진 외부 금속관을 삽입하고, 상기 외부 금속관을 상기 미네랄 절연체블록에 수축 밀착시켜서 금속관체를 형성하는 단계;
(f) 상기 금속관체를 인발기에서 수축 인발을 수회 반복하여 일정 굵기의 외경을 가진 MI 케이블을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 저항형 MI 케이블 제조방법
(a) 절연성 미네랄 성분의 분말과 카본 분말을 용제와 혼합하여 반죽상태로 만든 후, 상기 반죽상태의 중심부에 내부 도선이 포함되도록 압출기로 압출하여 미네랄 발열체를 형성하는 단계;
(b) 상기 미네랄 발열체를 건조로에서 건조 고형화시켜서 미네랄 발열체블록을 형성하는 단계;
(c) 상기 미네랄 발열체블록 외부에 상기 미네랄 발열체블록의 외경보다 10% ~ 20% 큰 내경을 가진 외부 금속관을 삽입하고, 상기 외부 금속관을 상기 미네랄 발열체블록에 수축 밀착시켜서 금속관체를 형성하는 단계;
(d) 상기 금속관체를 원형 인발기에서 수축, 인발을 수회 반복하여 일정 굵기의 외경을 가진 MI 케이블을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 저항형 MI 케이블 제조방법
(a) 절연성 미네랄 성분의 분말과 카본 분말을 용제와 혼합하여 반죽상태로 만든 후, 상기 반죽상태 내부에 도선이 포함되도록 압출기로 압출하여 미네랄 발열체를 형성하는 단계;
(b) 상기 미네랄 발열체를 건조로에서 건조 고형화시켜서 미네랄 발열체블록을 형성하는 단계;
(c) 상기 미네랄 발열체블록의 외경보다 10% ~ 20% 큰 내경의 내부 도전성 금속관에 상기 미네랄 발열체블록을 삽입하고, 상기 내부 도전성 금속관을 상기 미네랄 발열체블록에 수축 밀착시켜서 제1금속관체를 형성하는 단계;
(d) 절연성 미네랄 성분의 분말을 용제와 혼합하여 반죽상태의 미네랄 절연체로 만든 후, 상기 제1금속관체가 중심부에 포함되도록 압출기로 압출하는 단계;
(e) 상기 (d) 단계 이후에, 건조로에서 상기 미네랄 절연체를 건조 고형화시켜서 상기 제1금속관체 외부에 미네랄 절연체 블록을 형성하는 단계;
(f) 상기 미네랄 절연체 블록 외부에 상기 미네랄 절연체블록의 외경보다 10% ~ 20% 큰 내경의 외부 금속관을 삽입하고, 상기 외부 금속관을 상기 미네랄 절연체 블록에 수축 밀착시켜서 제2금속관체를 형성하는 단계;
(g) 상기 제2금속관체를 인발기에서 수축, 인발을 반복하여 일정 굵기의 외경을 가진 MI 케이블을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 저항형 MI 케이블 제조방법
청구항 제5항에 있어서,
상기 (c)단계에서, 상기 외부 금속관을 상기 미네랄 절연체블록에 수축 밀착시키는 것은, 상기 외부 금속관을 인발기에 통과시켜서 상기 금속관 내경이 상기 절연체의 외경과 일치될 때까지 수축 인발 가공한 후, 상기 외부 금속관을 상하로 된 롤러에 통과시켜서 외경을 5% 이상 수축하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 저항형 MI 케이블 제조방법
청구항 제4항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 금속관을 상기 미네랄 절연체블록에 수축 밀착시키는 것은, 상기 외부 금속관을 인발기에 통과시켜서 상기 금속관 내경이 상기 절연체의 외경과 일치될 때까지 수축 인발 가공하는 단계(k);를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 저항형 MI 케이블 제조방법
청구항 제8항에 있어서,
상기 단계(k) 이후에 상기 외부 금속관을 상하로 된 롤러에 통과시켜서 외경을 5% 이상 수축하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 저항형 MI 케이블 제조방법
청구항 제4 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연성 미네랄 성분은 MgO이며, 상기 미네랄 발열체 블록은 카본블랙 10 ~ 70중량 %, MgO 25~ 85중량 %를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 저항형 MI케이블 제조방법
청구항 제4항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미네랄 절연체블록은 MgO 95중량 %를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 저항형 MI 케이블 제조방법
청구항 제4 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 금속관은 스테인레스관, 동관, 알루미늄관, 알루미늄합금관, 니켈도금관 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 병렬 저항형 MI 케이블 제조방법