KR101338799B1 - 가열 유체 도관, 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

가열 유체 도관(100)은 반전도성 재료가 내부에 배치된 본체(101)와, 유체 도관에 걸쳐 전압을 제공하여 유체 도관을 통해 전류가 흐르게 함으로써 유체 도관을 가열하도록 유체 도관에 연결된 전원을 구비한다.

Description

가열 유체 도관, 시스템 및 방법{HEATED FLUID CONDUITS, SYSTEMS AND METHODS}

본 발명은 일반적으로는 호스 및 튜브와 같은 유체 도관, 특히 가열 유체 도관에 관한 것으로, 구체적으로는 반도전성 저항 가열을 이용하여 가열되는 유체 도관 및 이러한 도관을 위한 바람직하게는 방수성의 성형 커넥터 단부에 관한 것이다.

유럽에서 유로 V(Euro V) 차량으로도 불리고 있는 선택 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction : SCR) 차량은 배출물을 감소시키도록 작동 유체의 사용을 겸할 수 있는 디젤 자동차이다. 통상 SCR 차량은 연료 탱크와는 별도로, 자동차용 요소 용액 등과 같은 작동 유체를 싣고 다니는 데에 이용되는 요소 탱크를 구비하고 있다. 자동차용 요소 용액(Automotive Urea Solution : AUS)은 탈염수에 고순도의 요소를 용해시킨 용액이다. AUS는 SCR 차량의 요소 탱크에 저장되어, 차량의 배기 가스 내로 분사됨으로써, 질소 산화물을 원소 질소와 물로 전환한다. 그러면, SCR 차량은 유리하게도 유로 V 배출물 기준과 같은 다양한 배출물 기준을 만족할 수 있다.

그 문제점으로는, AUS가 대략 -11 ℃의 온도에서 동결된다는 점이다. SCR 차량에서 배출물을 감소시키는 그러한 방법이 유효하게 유지되도록 보장하기 위해, AUS는 주입될 수 있도록 액체 상태로 유지될 필요가 있다.

SCR 차량은 일반적으로 AUS의 동결을 방지하기 위해 AUS 호스 또는 라인 내에 몰딩되거나 그 주위에 감긴 열선 등에 의존하고 있다. 이는 유체 라인의 가열 특성을 변경하기 위해 유체 라인의 전체적인 재설계를 필요로 하는 다소 비효율적이면서 유연성이 없는 해법이다. 따라서, 내부 열선 조립체의 가열 특성을 변경하기 위해서는 호스의 다른 생산라인을 마련해야 하는데, 그 단위 피트당 저항은 호스를 압출할 때에 열선의 피치를 변경하거나 열선의 크기를 변경하거나 그 시스템 내에 더 많은 열선을 추가하거나, 혹은 이들 세 가지를 조합함으로써 변경된다.

또한, 석유 시추 설비는 석유를 알래스카나 북극 혹은 남극 대륙에서 시추할 때에 혹독한 환경에서 작동하게 된다. 이제는 그 장비를 -60 ℉의 날씨에서 시동시키는 것이 이례적인 것은 아니다. 그러한 추운 날씨는 시추 설비 상의 장비 및 유압 요소들에 악영향을 미치게 된다. 그러한 추운 기온에서 유압 기기를 시동할 때에, 밸브 및 실린더의 시일이 파열되는 것은 이상한 일이 아니다.

본 발명은 도관(호스, 튜브 등) 내의 유체를 가열하는 방법, 유체 도관, 유체 도관, 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 유압 시스템 내의 시일 및 부품의 고장을 방지하도록 관련 장비를 시동하기 전에 유체를 따뜻하게 하거나, 및/또는 AUS의 동결을 방지하도록 요소 라인을 가열하는 전기 가열식 호스 또는 기타 도관에 관한 것이다. 이러한 호스의 실시예는 호스 내에 저항 가열 요소를 생성하도록 고무 또는 탄소 섬유 필라멘트로 이루어진 반전도성 부재를 이용하거나, 호스 내에 배치되는 반전도성 슬리브를 이용할 수 있다. 그 호스는 호스 내에서 전송되는 유체를 가열하는 수많은 다양한 용례에 이용될 수 있다. 가열될 수 있는 물질은 유압 유체, 촉매 컨버터를 위한 요소 혼합물, 그리스 라인, 및/또는 윤활유 라인 등이다.

반전도성 저항 가열 호스는 호스의 내측에 단위 피트당 약 2 내지 15 Ω의 저항을 갖는 전기 전도성 고무 튜브로 이루어진다. 또한, 호스를 제조한 후에 호스 조립체 위에 씌우는 편조(braided) 복합 탄소 섬유 인장 부재 또는 탄소 섬유 슬리브를 포함할 수 있다. 이러한 튜브 또는 슬리브는 전기 경로를 제공하는 식으로 전압이 인가될 때에 전기 저항으로 인해 가열될 것이다. 튜브 또는 슬리브에서 생성되는 열은 내부의 유체를 가열하여 그 유체의 점도를 낮춰 부품들을 손상시키지 않고 흐를 수 있게 한다. 이러한 튜브 또는 슬리브가 통상의 와이어 보강 유압 호스 내에 또는 그 상에 마련되거나, 탄소 섬유가 그 호스의 인장 부재일 수 있다. 튜브 또는 슬리브에 전기가 연결되는 경우, 전기는 튜브 또는 슬리브를 통해 지면으로 흐르고, 그 결과 유체와 접촉하는 호스가 가열될 것이다.

반전도성 가열 슬리브의 작동을 촉진시키기 위해, 호스 또는 튜브와 관련된 커플링을 가열하는 것이 유리할 수 있다. 커플링이 호스와 함께 가열되지 않는 경우, 유체가 커플링을 통과하는 것이 곤란할 수 있다. 따라서, 가열 슬리브를 호스 커플링 위로 연장시키는 등에 의해 커플링을 호스와 함께 가열하는 것이 유리할 수 있다.

또한, 바람직하게는, 호스 커플링은 가열 슬리브에 전력을 제공하는 배선과 함께 절연되어 보호된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 호스 또는 튜브와 같은 가열 유체 튜브를 제공하는 방법은 유체 도관의 본체 내에 반전도성 재료를 배치하고, 유체 도관의 본체에 걸쳐 전류를 인가하여 유체 도관을 가열하는 것을 포함할 수 있다. 이들 실시예에서, 반전도성 재료는 탄소 섬유 실 또는 탄소 섬유 인장 보강 재료로 이루어질 수 있는 반전도성의 탄소 섬유 재료를 포함할 수 있다. 도관이 호스인 경우, 반전도성 재료는 호스의 튜브에 또는 그 피복에 배치될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 호스 또는 튜브와 같은 가열 유체 도관은 그 내에 배치된 배치되는 반전도성 재료를 갖는 본체를 구비할 수 있고, 또한 도관에 걸쳐 전압 및 전류를 인가하여 그 유체 도관을 가열하도록 도관의 각 단부에 전원을 연결하는 수단을 포함할 수 있다. 반전도성 재료는 탄소 섬유 실 및/또는 탄소 섬유 인장 보강 재료로 이루어질 수 있는 반전도성의 탄소 섬유 재료일 수 있다. 호스의 경우, 반전도성 재료는 호스의 튜브에 또는 피복에 배치될 수 있다.

대안적으로, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 유체 도관을 가열하는 방법은, 유체 도관 위에 반전도성 슬리브를 배치하고, 이 반전도성 슬리브에 전류를 인가하여 슬리브 및 그 내의 유체 도관을 가열하는 것을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 슬리브는 적어도 반전도성의 탄소 섬유 실을 구비한 직물 슬리브를 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명의 다른 실시예에서, 유체 도관 가열 시스템은, 유체 도관 위에 배치된 가요성의 반전도성 슬리브, 및 이 반전도성 슬리브에 걸쳐 전압 및 이에 따른 전류를 제공하여 반전도성 슬리브 및 유체 도관을 가열하도록 반전도성 슬리브의 각 단부에 연결되는 전원을 채용할 수 있다. 구체적으로, 제1 컨덕터가 슬리브의 제1 단부에 전기 전도 가능하게 연결되고 제2 컨덕터가 슬리브의 제2 단부에 전기 전도 가능하게 연결되며, 이들 컨덕터에 전원이 연결되어 컨덕터에 걸쳐 전압을 제공하여 반전도성 슬리브에 걸쳐 전류가 흐르게 할 수 있다. 이 실시예에서, 와이어와 같은 컨덕터 중 하나를 슬리브의 안쪽 등에서 슬리브를 따라 배치하여, 컨덕터의 자유단들이 슬리브의 동일한 한쪽 단부에 위치하여, 예를 들면 차량 또는 관련 장비의 전기 시스템 등을 통한 전원에 대한 컨덕터의 연결을 용이하게 할 수 있다. 다양한 실시예에 따라면, 슬리브는 반전도성의 탄소 섬유 실을 구비한 직물 슬리브이다.

몇몇 실시예에서, 그러한 유체 도관 가열 시스템은, 슬리브의 각 단부에서 전기 전도 가능하게 슬리브와 접촉하게 배치된 전도성 페룰을 포함하며, 이들 중 제1 페룰에는 제1 컨덕터가 전기 전도 가능하게 연결되고 제2 페룰에는 제2 컨덕터가 전기 전도 가능하게 연결되어, 컨덕터에 걸쳐 전압을 제공하여 반전도성 슬리브에 걸쳐 전류가 흐르게 할 수 있다.

전술한 바와 같이, 다양한 실시예에서, 전원은 도관 또는 슬리브의 각 단부에 연결될 수 있다. 그러나, 기타 실시예에서, 전원의 하나의 단자는 도관 또는 슬리브의 각 단부에 연결될 수 있고, 전원의 다른 하나의 단자는 단부들 사이의 하나 이상의 지점에서 도관 또는 슬리브에 연결될 수 있다.

유리하게는, 본 발명의 슬리브 가열 시스템은 개별 도관 길이에 대해 필요한 가열 요건을 충족하도록 조립 시에 단위 피트당 저항을 맞출 수 있게 하는 능력을 부여한다. 단위 피트당 Ω으로 나타낼 수 있는 바와 같은 다양한 저항 수준을 갖는 슬리브를 이용함으로써, 긴 길이의 조립체에 대해 단위 피트당 저항을 낮출 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 커버가 도관의 단부에 설치된 커플링 위에 배치되거나, 및/또는 도관의 단부에 전원을 연결하는 와이어의 단부에 위에 배치되어 이 와이어가 커버의 개구를 통과하도록 할 수 있다. 본 발명의 도관, 시스템 또는 방법에 있어서의 몇몇 슬리브의 실시예에서, 그 슬리브는 커플링 위로 연장하고, 커버가 커플링 및 이 커플링 위로 연장된 슬리브 위에 배치됨은 물론, 슬리브의 단부에 전원을 연결하는 컨덕터의 단부 위에 배치되고, 역시 컨덕터가 커버의 개구를 통과하도록 될 수 있다. 바람직하게는, 커버는 생성되는 열을 보존하도록 커플링을 단열시킨다. 역시 열을 보존하기 위해, 다양한 실시예에서는 도관(그리고, 슬리브) 위에 배치되는 단열 재킷을 이용할 수도 있다.

가열 SCR 또는 유압 호스가 종종 사용 중에 악천후(즉, 비 또는 눈)에 직접 또는 간접적으로 노출될 수 있기 때문에, 습기가 호스로 침투하여 전기적 연결을 차단할 가능성이 존재한다. SCR 호스의 대부분의 제조업자들은 단부 이음쇠 내로 습기의 유입을 방지하지 못하는 스냅 오버 커버(snap over cover)를 이용하고 있어, 전기적 연결의 차단을 초래할 수 있다. 이는 또한 마를 때까지 호스의 가열을 중단시킬 것이다. 호스 및 이 호스 내의 유체의 가열의 중단은 바람직하지 못하다. 따라서, 본 발명에 따르면 방수성 또는 적어도 "내후성"의 커버를 호스의 단부 위에 제공하여, 습기가 전기 회로와 접촉하는 것을 막도록 하는 것이 유리할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 본 발명의 가열 호스의 단부는 습기로부터 보호되어, 습기가 호스의 가열을 중단시키는 것을 방지하게 된다. 바람직하게는, 그러한 커버는 커넥터의 단부를 덮어, 가열 슬리브 및 호스를 덮는 단열 재료를 밀봉하는 사출 성형 플라스틱을 포함한다. 성형 플라스틱은 또한 바람직하게는 전력 와이어의 주위를 밀봉하여, 습기가 전기 연결부 내로 이동하는 것을 방지할 것이다. 이상적으로, 가열 호스의 그러한 밀봉은 또한 물 속에 완전히 담글 수 있는 호스 조립체를 제조할 수 있게 할 것이다.

따라서, 본 발명의 그러한 실시예에 따르면, 가열 유체 도관은 반전도성 재료가 내부에 배치된 본체, 및 도관에 걸쳐 전압을 인가하여 그를 통해 전류가 흐르게 함으로써 유체 도관을 가열하도록 전원을 도관에 연결하는 적어도 하나의 와이어를 구비하는 유체 도관뿐만 아니라, 이 도관의 단부에 설치된 이음쇠 위에는 물론 전원을 도관의 단부에 연결하는 와이어의 단부 위에 성형된 단부 커버를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 전원의 하나의 단자는 도관의 각 단부에 연결될 수 있고, 또한 어쩌면 전원의 다른 하나의 단자는 그 단부들 사이의 하나 이상의 지점에서 도관에 연결될 수 있다. 바람직하게는, 단부 커버는 이음쇠를 단열시켜 전류에 의해 제공되는 열을 보존하며, 도관 위에 배치된 단열 재킷이 유체 도관의 열을 보존할 수 있다.

이에 의해, 성형 단부 커버를 갖는 가열 유체 도관을 제공하는 방법은, 유체 도관의 본체 내에 반전도성 재료를 배치하고, 도관의 단부에 단부 커버를 성형하며, 도관의 본체와 접촉하게 전기 컨덕터를 구속(capture)하고, 이 전기 컨덕터를 통해 유체 도관의 본체에 걸쳐 전류를 인가하여 유체 도관을 가열하는 것을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 반전도성 재료는 반전도성 탄소 섬유 재료를 포함할 수 있고, 반전도성 재료는 호스의 내부 튜브 및/또는 호스의 피복층에 배치될 수 있다.

대안적으로, 그러한 성형 단부의 실시예에 있어서 유체 도관 가열 시스템은 유체 도관 위에 배치된 반전도성 슬리브를 이용할 수 있고, 이 슬리브는 도관의 단부에 설치된 이음쇠 위로 적어도 부분적으로 연장하게 된다. 전원이 슬리브의 각 단부에 연결되어, 슬리브에 걸쳐 전압을 인가하여 반전도성 슬리브를 통해 전류가 흐르게 함으로써 슬리브 및 유체 도관을 가열할 수 있으며, 단부 커버가 적어도 이음쇠 및 이 이음쇠 위로 연장하는 슬리브의 일부분 위에 성형된다. 역시, 전원의 하나의 단자는 슬리브의 각 단부에 연결될 수 있고, 전원의 다른 하나의 단자는 단부들 사이의 하나 이상의 지점에서 슬리브에 연결될 수 있다. 전술한 실시예들과 마찬가지로, 단부 커버는 바람직하게는 이음쇠를 단열시켜, 전류에 의해 제공되는 열을 보존할 수 있으며, 단열 재킷이 도관 및 슬리브 위에 배치되어 슬리브 및 유체 도관의 열을 보존할 수 있다.

따라서, 성형 단부 커버를 갖는 가열 유체 도관을 제공하는 방법은, 유체 도관 위에 반전도성 슬리브를 배치하고, 도관의 단부에 단부 커버를 성형하며, 슬리브의 단부와 전기 컨덕터를 슬리브와 접촉하게 구속하고, 전기 컨덕터를 통해 반전도성 슬리브에 전류를 인가하여 슬리브 및 그 내의 유체 도관을 가열하는 것을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 슬리브는 적어도 반전도성의 탄소 섬유 실을 구비한 직물 슬리브를 포함할 수 있다. 또한, 전술한 바와 마찬가지로, 전류는 전원의 제1 단자를 슬리브의 제1 단부에 연결하고, 전원의 제2 단자를 슬리브의 제2 단부에 연결하여, 전압을 전원으로부터 단자들에 걸쳐 제공함으로써 인가될 수 있다. 대안적으로, 전류는 전원의 제1 단자를 슬리브의 각 단부에 연결하고, 전원의 제2 단자를 슬리브의 단부들 사이에서 슬리브에 연결하여, 전압을 전원으로부터 단자들에 걸쳐 선택적으로 제공함으로써 인가될 수 있다. 또한, 도관 및 슬리브는 열을 보존하도록 단열될 수도 있다.

위에서는 후속하는 발명의 상세한 설명을 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징 및 기술적 이점을 다소 광의로 개략적으로 설명하였다. 이하에서는 청구의 범위에 따른 발명의 대상을 형성하는 본 발명의 추가적인 특징 및 이점에 대해 설명할 것이다. 당업자라면 개시하는 개념 및 특정 실시예가 본 발명의 동일한 목적을 수행하기 위해 기타 구조를 수정 또는 설계하는 데에 있어서 기초로서 용이하게 활용될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 또한, 당업자라면, 그러한 등가의 구조가 첨부된 청구 범위에 기재된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는다는 점을 이해할 것이다. 본 발명의 구조 및 작동 방법 모두와 관련하여 본 발명의 특징으로 여겨지는 신규의 특징들은 추가적인 목적 및 이점들과 함께 첨부 도면과 관련하여 고려할 때에 후속하는 상세한 설명으로부터 보다 잘 이해될 것이다. 그러나, 각각의 도면은 단지 예시 및 설명을 위해 제공된 것이지 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니라는 점은 분명해 이해해야 할 것이다.

본 명세서에 포함되어 그 일부를 이루는 첨부 도면은 본 발명의 실시예를 예시하는 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 기능을 하며, 첨부 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 부품들을 가리킨다.
도 1은 본 발명의 가열 유체 도관의 실시예의 부분 파단 도면이며,
도 2는 본 발명에 따른 유체 도관 가열 시스템의 실시예의 부분 파단 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 유체 도관 가열 시스템의 다른 실시예의 부분 파단 도면이며,
도 4는 병렬 가열 회로를 채용하고 있는 본 발명에 따른 유체 도관 가열 시스템의 또 다른 실시예의 부분 파단 도면이고,
도 5는 본 발명의 유체 도관 가열 시스템의 다양한 실시예에 이용되는 커버의 실시예의 사시도이며,
도 6은 본 발명의 유체 도관 가열 시스템의 다양한 실시예에 이용되는 커버의 다른 실시예의 사시도이고,
도 7은 본 발명의 유체 도관 가열 시스템의 다양한 실시예에 이용되는 커버의 또 다른 실시예의 사시도이며,
도 8은 커플링 커버를 채용하고 있는 본 발명에 따른 유체 도관 가열 시스템의 실시예의 부분 파단 측면도이고,
도 9는 성형 단부 커버를 채용하고 있는 본 발명의 가열 유체 도관의 실시예의 부분 파단 도면이며,
도 10은 성형 이음쇠 커버를 채용하고 있는 본 발명에 따른 유체 도관 가열 시스템의 실시예의 사시도이다.

도 1에서는 가열 유체 도관(100)의 실시예의 파단 도면을 도시하고 있다. 도시한 유체 도관(100), 즉 호스는 그 내에 반전도성 재료가 배치된 본체(101)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 반전도성 재료는, 커버(108)에 배치되는 "잘게 절단한" 재료(105); 직조 또는 편조된 반전도성 직물 재료(110 및/또는 112); 중간 호스 층(116, 118)에 배치된 "잘게 절단한" 재료(115 및/또는 117); 및/또는 튜브(122)에 배치되는 "잘게 절단한" 재료(120)의 형태를 취할 수 있다. 도 1의 도시한 예에서, 반전도성 재료는 탄소 섬유 보강 재료로서 나타내고자 하고 있다. 바람직하게는, 탄소 섬유 실이 도시한 호스(100)에서 인장 보강 재료로서 작용한다. 차량 또는 관련 장비의 전기 시스템을 통해 제공될 수 있는 것과 같은 전력은 호스에 전기적으로 연결된 전도성 와이어 등을 통해 도관(100)의 각 단부에 공급되어, 도관(100)에 걸쳐 전압을 인가하여 그를 통해 전류가 흐르게 함으로써, 반전도성 보강 재료에 의해 제공되는 전도 저항으로 인해 유체 도관(100)을 가열하게 된다.

본 발명에 따르면, 유체 도관은 도시한 바와 같이 호스일 수 있다. 대안적으로, 유체 도관은 플라스틱 튜브와 같은 튜브일 수 있고, 그 튜브의 본체 내에 반전도성 재료가 배치될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 2에 도시한 바와 같은 유체 도관 가열 시스템(200)은 유체 도관(202) 위에 배치되는 반전도성 슬리브(201), 및 차량의 전기 시스템이나 그 유체 도관을 이용하는 장비와 관련된 전기 시스템에 의해 제공될 수 있는 바와 같은 전원(205)을 채용할 수 있다. 그러한 전원은 바람직하게는 슬리브(201)의 각 단부에 연결된다. 예를 들면, 와이어(207)로 도시한 바와 같은 제1 컨덕터가 슬리브(201)의 제1 단부(208)에 전기 전도 가능하게 연결될 수 있는 한편, 와이어(210)로 도시한 바와 같은 제2 컨덕터가 슬리브(201)의 제2 단부(212)에 전기 전도 가능하게 연결될 수 있다. 그러한 연결을 용이하게 하이 위해, 전기 커넥터(215, 217)가 슬리브(201)의 각 단부(208, 212)에 배치될 수 있다. 전원은 컨덕터(207, 208)에 걸쳐 전압을 제공하며, 이로 인해 반전도성 슬리브(201)를 통해 흐르는 전류는 슬리브 및 나아가서는 그 내의 도관이 슬리브를 구성하는 재료의 전기적 반전도성으로 인해 가열되게 한다. 바람직하게는, 전원에 연결된 컨덕터의 단부들이 호스 조립체(220)의 동일한 한쪽 단부[도 2에서 슬리브(201)의 단부(212)]에 위치하도록 전도성 와이어(207, 210)가 슬리브를 따라 배치된다. 와이어(207, 210) 중 하나 또는 둘 모두가 적어도 부분적으로 슬리브(201) 내에 배치되거나, 도시한 단열 슬리브(220)와 같은 호스의 다른 외부 피복에 배치될 수 있다. 단열 슬리브(220)는 호스 슬리브(201)에 의해 생성된 열을 보존하기에 충분한 폐기공 고무 포옴(closed cell rubber foam) 등과 같은 임의의 재료로 이루어질 수 있다.

바람직하게는, 슬리브(201)는 가요성을 갖는다. 슬리브는 도 1의 호스와 마찬가지로 반전도성의 탄소 섬유 실을 갖는 직물을 포함할 수 있다. 유체 도관은 호스(202)로서 도시하고 있다. 그러나, 유체 도관은 플라스틱 또는 금속 튜브와 같은 튜브일 수 있다.

도 3에는 대안적인 실시예의 유체 도관 가열 시스템(300)이 도시되어 있다. 본 발명에 따르면, 유체 도관 가열 시스템(300)은 유체 도관(302) 위에 배치되는 전술한 슬리브(201)와 유사한 반전도성 슬리브(301)를 포함할 수 있다. 전도성 페룰(315 또는 317)이 슬리브(301)와 전기 전도 가능하게 접촉하게 슬리브(301)의 각 단부(308, 312)에 배치된다. 제1 컨덕터가 제1 페룰(315)에 전기 전도 가능하게 연결되는 한편, 제2 컨덕터(310)가 제2 페룰(317)에 전기 전도 가능하게 연결된다. 컨덕터(307, 310)에 연결된 전원(305)은 바람직하게는 컨덕터에 걸쳐 전압을 제공하여, 이에 인해 반전도성 슬리브(301)를 통해 전류가 흐르게 한다. 전술한 실시예(200)와 마찬가지로, 슬리브(301)는 또한 바람직하게는 가요성을 가지며, 반전도성의 탄소 섬유 실을 갖는 직물 슬리브 재료를 포함할 수 있다. 또한, 실시예(200)와 유사하게, 시스템(300)의 유체 도관은 호스(도 3 참조), 금속 튜브, 플라스틱 튜브 등일 수 있다. 대안적으로, 도 3에 도시한 실시예와 유사한 실시예는 본 발명에 따라 슬리브 또는 반전도성 본체를 통해 전류를 제공하여 도관을 가열하도록 컨덕터의 단부를 반전도성 슬리브 또는 호스의 본체와 전기 전도 가능하게 접촉한 상태로 유지할 수 있는 비전도성 페룰을 채용할 수 있다.

도 4에서는 병렬 가열 회로를 채용하고 있는 유체 도관 가열 시스템(400)의 실시예의 부분 파단 도면을 도시하고 있다. 병렬 가열은 전원의 하나의 단자는 도관 또는 슬리브의 각 단부에 연결하고, 전원의 다른 하나의 단자는 단부들 사이의 하나 이상의 지점에서 도관 또는 슬리브에 연결함으로써 본 발명의 임의의 실시예에 마련될 수 있다. 예시를 위해, 도 4에서는 도 2에 도시한 실시예(200)와 유사한 슬리브의 실시예에 그러한 병렬 가열 회로를 적용하고 있다. 그러나, 도시한 2개의 병렬 회로보다 많은 수의 병렬 회로가 본 발명의 시스템 및 방법에 따라 제공될 수 있다. 도 4에서는 반전도성 슬리브(401)가 유체 도관(402) 위에 배치되는 한편, 차량의 전기 시스템이나 그 유체 도관을 이용하는 장비와 관련된 전기 시스템에 의해 제공될 수 있는 것과 같은 전원(405)이 슬리브(401)에 연결된다. 바람직하게는 전원(405)의 하나의 단자가 슬리브(401)의 각 단부에 연결된다. 예를 들면, 와이어(407)로 도시한 바와 같은 제1 컨덕터가 슬리브(401)의 제1 단부(408)에 전기 전도 가능하게 연결될 수 있는 한편, 와이어(409)로 도시한 바와 같은 제2 컨덕터가 슬리브(401)의 제2 단부(412)에 전기 전도 가능하게 연결될 수 있으며, 각각의 컨덕터(407, 409)는 바람직하게는 전원(405)의 동일한 단자에 연결된다. 와이어(410)로 도시한 바와 같은 제3 컨덕터가 단부(408, 412)들 사이에서 중앙 지점(413)과 같은 몇몇 기타 지점에서 슬리브(401)에 전기 전도 가능하게 연결될 수 있다. 그러한 연결을 용이하게 하기 위해, 전기 커넥터(418, 417)가 단부(408), 중앙 지점(413) 및 단부(413)에 각각 배치될 수 있다. 전원은 컨덕터(407, 410)는 물론 컨덕터(409, 410)에 걸쳐 병렬로 전압을 제공하며, 이로 인해 반전도성 슬리브(401)를 통해 흐르는 전류는 슬리브 및 나아가서는 그 내의 도관이 슬리브를 구성하는 재료의 반전도성으로 인해 가열되게 한다. 병렬 회로의 실시예에서, 도관은 상당히 빠른 속도로 가열된다. 예를 들면, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같은 단일 회로 슬리브의 실시예는 30분만에 -20 ℉에서 8 ℉로 도관 내의 유체를 가열할 수 있는 한편, 도 4에 도시한 바와 같은 병렬 회로의 실시예는 6분 미만의 시간에 -20 ℉에서 8 ℉로 도관 내의 유체를 가열할 수 있다.

추가로, 전술한 바와 같이, 2개의 병렬 회로보다 많은 수의 병렬 회로가 본 발명의 시스템 및 방법에 따라 제공될 수 있다. 그러한 실시예에서, 전원의 쌍을 이루는 단자들은 호스 또는 슬리브의 길이를 따라 임의의 개수의 쌍으로 호스 또는 슬리브에 전기 전도 가능하게 연결되어, 전술한 복수의 병렬 회로를 제공할 수도 있다. 그 실시예들의 일부는 스위칭 등을 이용하여, 그러한 회로의 작동을 제어하거나, 심지어는 회로의 유효 개수를 제어할 수도 있다. 예를 들면, 도 4에 도시한 실시예에서, 컨덕터(407 또는 409)에서의 열린 스위치는 관련 회로들이 작동하지 않게 할 것이다. 추가로 또는 대안적으로, 스위치가 컨덕터(410)에 대해 열려, 그 출력부에서 컨덕터(407, 409)에 이르는 분로를 만들어 도관(400)에 그 길이를 따른 단일 저항 가열 회로를 제공할 수 있다.

도 5, 도 6 및 도 7에서는 본 발명의 가열 유체 도관 및/또는 유체 도관 가열 시스템의 다양한 실시예에 이용하는 커버(500, 600, 700)들의 실시예의 사시도를 도시하고 있다. 도 8에서는 도 5 및 도 6에 도시한 커버(500, 600)와 유사한 커플링 커버를 채용하고 있는 본 발명에 따른 유체 도관 가열 시스템의 실시예(800)의 부분 파단 도면을 도시하고 있다.

커버(500, 600, 700)는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 가열 유체 도관과 관련된 컨덕터(808, 810) 등의 배선 및 신속 연결 커플링에 보호 및 단열을 제공한다. 도시한 커버(500, 600, 700)의 실시예는 커플링 또는 배선을 위한 경질 보호 덮개를 형성하도록 함께 배치되는 쌍을 이루는 성형 플라스틱 부품들로 이루어진다. 도시한 덮개의 실시예는 각각 서로에 대해 대체로 거울상을 형성하는 2개의 피스(501, 502; 601, 602; 701,702)를 포함한다. 이들 두 절반부들은 함께 "스냅 체결"되도록 되어 있어, 두 절반부들을 함께 접합하는 접착제나 기타 성가신 기법들의 임의의 필요성을 제거할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 두 절반부들은 이들을 함께 유지하는 작은 플라스틱 비트(bit)를 이용하여 하나의 몰드 내에서 함께 성형할 수 있다. 이는 두 절반부들이 설치를 위해 "힌지 운동"하여 포개지게 한다.

커버(500, 600)는 직선형 커플링에 이용하도록 된 것인 반면, 실시예(700)는 90도 엘보우 커플링에 이용하도록 된 것이다. 그러나, 본 발명의 범위 내에서, 임의의 개수의 이음쇠 구성이 이용되어 가열 도관 시스템에서 유사한 방식으로 덮일 수 있다는 점을 예상할 수 있을 것이다. 그러한 커버의 다양한 실시예들의 내면에는 주름형 튜브, 기타 형상의 슬리브, 호스 커버 등을 파지하도록 리지가 채용될 수도 있다. 그 리지들은 커버를 제위치에 유지할 수 있고, 가열 슬리브의 노출을 방지하는 데에 도움을 줄 수 있다.

호스 및 커플링 단부를 위한 커버에서의 2개의 개구[즉, 개구(503, 504; 603, 604; 703, 704)]와 더불어, 컨덕터(801) 등의 배선을 위한 별도의 제3의 개구(605 또는 705)가 존재할 수 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 호스를 위한 배선이 호스의 한쪽 단부에서만 빠져 나올 수 있기 때문에 그러한 제3의 개구가 모든 커버에서 채용되지 않을 수도 있다. 커버(700)와 같이 각진 형태의 커버에서는 배선이 커플링의 단부와는 반대측에서 빠져나갈 수 있다[즉, 도 7에서 커플링은 개구(703)로부터 연장하는 한편, 호스는 개구(704)로부터 연장하고 배선은 개구(705)로부터 연장할 수 있다]. 도 6에서 배선 개구(605)가 소정 각도를 이루어 "Y"자 형상을 형성하는 것으로 도시되어 있지만, 커버(600)와 같은 커버로부터의 배선 개구는 커플링에 대해 직각으로 배치되어 커버가 대체로 "T"자 형상으로 되게 할 수 있다. 배선 개구(605 또는 705)의 내면은 또한 도 6에 도시한 리지(606, 607)와 같은 리지를 구비하여, 임의의 주름 튜브 등을 파지하여 배선을 보호할 수 있다.

추가로, 접근 개구(510, 511 , 610, 611, 710, 또는 711)가 커버의 어느 한쪽에 배치될 수 있다. 이들 개구는 신속 연결 커플링 분리용 버튼 등에 접근할 수 있게 한다. 이는 신속 연결 커플링을 전체 커버를 제거하지 않고도 어댑터로부터 분리할 수 있게 한다. 이는 본 발명의 가열 시스템을 채용하는 도관을 특정 장비에 부착하거나 그로부터 제거하는 데에 있어서의 편리성 및 속도를 증가시킨다. 또한, 커버의 내부 리지에서 간극을 형성하여 커버 내의 보다 양호한 공기 흐름에 의해 커플링의 가열을 향상시키는 것도 예상할 수 있다.

전술한 바와 같이, 가열 SCR 호스 또는 유압 호스는 비나 눈과 같은 가혹한 날씨에 노출될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 가열 호스를 습기 및 이에 따른 가열 중단으로부터 보호하도록 성형 단부를 채용할 수 있다. 바람직하게는, 그러한 커버는 커넥터의 단부를 덮어, 가열 슬리브 및/또는 호스를 덮는 단열 재료를 밀봉하는 사출 성형 플라스틱을 포함한다. 성형 플라스틱은 또한 바람직하게는 전력 와이어의 주위를 밀봉하여, 습기가 전기 연결부 내로 이동하는 것을 방지할 것이다.

도 9에서는 성형 단부 커버(901, 902)를 채용하고 있는 본 발명의 가열 유체 도관(900)의 실시예의 부분 파단 도면을 도시하고 있다. 본 발명에 따르면, 가열 유체 도관(900)은 도관(100)과 마찬가지로, 반전도성 재료가 내부에 배치된 본체, 및 도관에 걸쳐 전압을 제공하여 이를 통해 전류가 흐르게 함으로써 유체 도관을 가열하도록 전원(908)을 도관에 연결하는 하나 이상의 와이어(905, 906)를 구비할 수 있다. 그러나, 도관(900)은 또한 도관의 단부에 설치된 이음쇠 등의 위에 성형된 단부 커버(901, 902)를 채용할 수 있다. 이러한 오버몰딩(overmolding)된 단부 커버(901 및/또는 902)는 와이어(905)의 단부 위에 성형되어, 도관의 단부에 대한 전원(908)의 연결을 용이하게 할 수 있다. 전술한 바와 마찬가지로, 전원(908)의 하나의 단자는 도관의 각 단부에 연결될 수 있고, 또한 어쩌면 전원의 다른 하나의 단자는 도 4와 관련하여 전술한 바와 같이 그 단부들 사이의 하나 이상의 지점에서 도관에 연결될 수 있다. 바람직하게는, 단부 커버(901, 902)는 이들이 오버몰딩된 이음쇠를 단열시켜, 전류에 의해 생성된 열을 보존하는 데에 도움을 준다. 도관 위에는 전술한 바와 같이 단열 재킷이 배치되어 유체 도관의 열을 보존할 수 있다. 그러한 단열 재킷의 단부는 오버몰딩 단부 커버(901, 902)에 의해 구속되어, 단열 재킷을 제위치에 유지할 수 있다.

오버몰딩 단부 커버(901, 902)를 갖는 가열 유체 도관(900)을 제공하는 방법은, 유체 도관(900)의 본체 내에 반전도성 재료를 배치하고, 이 유체 도관(900)의 단부에 단부 커버(901, 902)를 성형하는 것을 포함한다. 바람직하게는, 그러한 오버몰딩은 전기 컨덕터(905)를 도관(900)의 본체와 접촉시킨 상태로 구속한다. 그러면, 전류는 전기 컨덕터(905)를 통해 유체 도관(900)의 본체에 걸쳐 도관에 인가되어, 유체 도관(900)을 가열할 수 있다. 전술한 바와 같이, 반전도성 재료는 반전도성 탄소 섬유 재료를 포함할 수 있으며, 그리고 역시 전술한 바와 같이 반전도성 재료는 호스(900)의 내부 튜브(122) 및/또는 호스(900)의 피복층(108)에 배치될 수 있다.

도 10에서는 성형 이음쇠 커버(1001, 1002)를 채용하고 있는 본 발명에 따른 유체 도관 가열 시스템(1000)의 실시예의 사시도를 도시하고 있다. 유체 도관 가열 시스템(1000)은 유체 도관(1010) 위에 배치된 반전도성 슬리브(1005)를 채용할 수 있으며, 이 슬리브(1005)는 적어도 부분적으로 도관(1010)의 단부에 설치된 이음쇠 위로 연장하게 된다. 전원(1008)이 슬리브(1005)의 각 단부에 연결되어, 슬리브(1005)에 걸쳐 전압을 인가하여 반전도성 슬리브(1005)를 통해 전류가 흐르게 함으로써 슬리브(1005) 및 그 내의 유체 도관(1010)을 가열할 수 있다. 단부 커버(1001, 1002)는 바람직하게는 적어도 이음쇠 및 이 이음쇠 위로 연장하는 슬리브의 일부분 위에 성형된다. 바람직하게는 전원(1008)의 단자 중 적어도 하나가 와이어(1006, 1007) 등에 의해 슬리브(1005)의 단부에 연결되며, 전원의 하나의 단자는 도 4와 관련하여 전술한 바와 같이 슬리브(1005)에 그 사이의 하나 이상의 지점에서 바람직하게는 극성을 교대로 배치한 상태로 연결될 수 있다. 전술한 실시예들과 마찬가지로, 단부 커버(1001, 1002)는 바람직하게는 이음쇠를 단열시켜, 전류에 의해 제공되는 열을 보존할 수 있다. 전술한 바와 마찬가지로, 단열 재킷(320)이 도관 및 슬리브 위에 배치되어 슬리브 및 유체 도관의 열을 보존할 수 있다. 바람직하게는, 단열 재킷(320)의 단부는 성형 커버(1001, 1002)가 오버몰딩되어 유지된다.

따라서, 유체 도관(1010)을 가열하는 방법은, 유체 도관(1010) 위에 반전도성 슬리브(1005)를 배치하고, 유체 도관(1010)의 단부에 단부 커버(1001, 1002)를 성형하여, 슬리브(1005)의 단부 및 이 슬리브(1005)와 접촉하는 하나 이상의 전기 컨덕터(1006 및/또는 1007)를 구속한다. 도관(1010)을 가열하기 위해, 전류가 전기 컨덕터(1006, 1007)를 통해 반전도성 슬리브(1005)에 인가되어, 슬리브(1005) 및 그 내의 유체 도관(1010)을 가열할 수 있다. 전술한 바와 같이, 슬리브(1005)는 적어도 반전도성의 탄소 섬유 실을 구비한 직물 슬리브를 포함할 수 있다. 또한, 전술한 바와 마찬가지로, 전류는 전원의 제1 단자를 슬리브의 제1 단부에 연결하고[예를 들면, 도시한 와이어(1006)를 매개로], 전원의 제2 단자를 슬리브의 제2 단부에 연결하여[예를 들면, 와이어(1007)를 매개로], 전압을 전원으로부터 단자들에 걸쳐 제공함으로써 인가될 수 있다. 대안적으로, 전류는 도 4와 관련하여 전술한 바와 같이 전원의 제1 단자를 슬리브의 각 단부에 연결하고, 전원의 제2 단자를 슬리브의 단부들 사이에서 슬리브에 연결하여, 전압을 전원으로부터 단자들에 걸쳐 선택적으로 제공함으로써 인가될 수 있다. 보다 많은 수의 중간 단자 연결부가 바람직하게는 극성이 교대로 배치되게 마련되어, 도관의 길이를 따라 도관의 가열을 제어하는 능력을 부여할 수 있다.

그러한 시스템 및 방법은 바람직하게는 방수성, 적어도 내후성의 가열 호스를 제공한다. 이상적으로는, 성형 단부(9001, 9002) 또는 성형 단부(1001, 1002)에 의해 각각 제공되는 바와 같은 가열 호스(9000)의 밀봉 또는 시스템(1000)의 밀봉은 물에 담글 수 있는 가열 호스 조립체를 제공할 수 있다.

본 발명 및 그 이점을 상세하게 설명하였지만, 다양한 변경, 대체 및 변형들이 첨부된 청구의 범위에 의해 정해지는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 점을 이해할 것이다. 게다가, 본 명세서의 범위는 본 명세서에 기재된 프로세스, 장치, 제조 공정, 물질 성분, 수단, 방법 및 단계의 특정 실시예에 한정하고자 하는 것은 아니다. 당업자라면, 본 명세서에서 설명한 해당 실시예와 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 실질적으로 동일한 결과를 달성하는 현재에 존재하거나 차후에 개발될 프로세스, 장치, 제조 공정, 물질 성분, 수단, 방법 또는 단계들이 본 발명에 따라 활용될 수 있다는 점을 본 발명의 개시로부터 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 그러한 프로세스, 장치, 제조 공정, 물질 성분, 수단, 방법 또는 단계들도 청구의 범위의 범주 내에 포함시키고자 하는 것이다.

Claims (63)

1. 유체 도관 가열 시스템으로서,
   유체 도관 위에 배치되는 반전도성 슬리브; 및
   상기 반전도성 슬리브의 각 단부에, 이 슬리브와 전기 전도 가능하게 접촉한 상태로 배치되는 전도성 페룰;
   상기 페룰 중 제1의 페룰에 전기 전도 가능하게 연결되는 제1 컨덕터;
   상기 페룰 중 제2의 페룰에 연결되는 제2 컨덕터; 및
   상기 컨덕터들에 연결되어, 상기 반전도성 슬리브를 통과하는 전류를 제공하는 전원
   을 포함하고, 상기 반전도성 슬리브는 적어도 부분적으로 상기 유체 도관의 단부에 설치된 이음쇠 위로 연장되고, 상기 유체 도관 가열 시스템은 커버를 더 포함하되, 상기 커버는 상기 이음쇠 및 이 이음쇠 위로 연장되는 상기 반전도성 슬리브 위에 배치되는 것인 유체 도관 가열 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1의 페룰과 제2의 페룰 사이에서 상기 반전도성 슬리브에 전기 전도 가능하게 연결되는 제3의 컨덕터를 더 포함하며, 상기 전원의 하나의 단자는 상기 제1 및 제2 컨덕터에 연결되고, 상기 전원의 다른 단자는 제3의 컨덕터에 연결되는 것인 유체 도관 가열 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1의 페룰과 제2의 페룰 사이에서 상기 반전도성 슬리브에 전기 전도 가능하게 연결되는 적어도 2개의 다른 컨덕터를 더 포함하며, 상기 전원의 단자들은 컨덕터에 교대로 배치되는 방식으로 연결되는 것인 유체 도관 가열 시스템.
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5. 제1항에 있어서, 상기 커버는 상기 이음쇠 및 이 이음쇠 위로 연장되는 상기 반전도성 슬리브 위에 성형되는 것인 유체 도관 가열 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 커버는 또한 상기 전원을 상기 반전도성 슬리브의 단부에 연결하는 컨덕터의 단부 위에 배치되어, 이 컨덕터가 상기 커버를 통과하도록 되는 것인 유체 도관 가열 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 커버는 커플링을 단열시켜 전류에 의해 제공되는 열을 보존하는 것인 유체 도관 가열 시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 유체 도관 및 반전도성 슬리브 위에 배치되어 상기 커버에 의해 유지되는 단열 재킷을 더 포함하며, 이 단열 재킷에 의해 상기 반전도성 슬리브 및 유체 도관의 열을 보존하는 것인 유체 도관 가열 시스템.
9. 제1항에 있어서, 상기 반전도성 슬리브는 반전도성의 탄소 섬유 실을 구비한 직물 슬리브를 포함하는 것인 유체 도관 가열 시스템.
10. 제1항에 있어서, 상기 유체 도관은 호스인 것인 유체 도관 가열 시스템.
11. 제1항에 있어서, 상기 유체 도관은 튜브인 것인 유체 도관 가열 시스템.
12. 제11항에 있어서, 상기 튜브는 금속 튜브인 것인 유체 도관 가열 시스템.
13. 제11항에 있어서, 상기 튜브는 플라스틱 튜브인 것인 유체 도관 가열 시스템.
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