KR102537888B1 - 탄소 저감을 위한 저전력 고효율 습식전용 바닥 난방용 전열관 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기 소모량을 원천적으로 감소시켜 전기를 생산하는데 발생되는 이산화탄소 배출량을 줄여 지구 온난화를 억제할 수 있는 탄소 저감을 위한 저전력 고효율 습식전용 바닥 난방용 전열관에 관한 것으로,
열선(23) 양단부에 핀단자(15)를 고정하여 전기적으로 연결시키는 단계(S1); 퇴적암 광물질을 물과 황산이 혼합된 혼합물에 침지하여 퇴적암 광물질에 포함된 도체 성분을 산화시켜 퇴적암 광물질을 비전도체로 만드는 단계(S2); 금속파이프(11) 내부에 열선(23)을 인입하는 단계(S3); 산화마그네시아와 S2단계를 마친 비전도성 퇴적암 광물질을 혼합한 열선보호재(13)를 금속파이프(11) 내부에 충전시키고, 양측 핀단자(15)를 내열 실리콘(14)에 돌출되게 끼우고 이 내열 실리콘(14)을 금속파이프(11) 양단부에 끼움 조립하여 금속파이프(11) 양단부를 폐쇄하는 단계(S4); 금속파이프(11)를 롤링시켜 구경을 원래보다 작게 압축시키는 단계(S5); 금속파이프(11)를 180℃에서 2시간 가열하여 금속파이프(11) 내부에 존재하는 공기를 탈기시키는 단계(S6); 금속파이프(11) 양단 내열 실리콘(14)에 노출되게 끼워진 핀단자(15)와 온돌리드선(16)을 결속하여 연결시키는 단계(S7); 및 핀단자(15)와 온돌리드선(16)의 도체 노출 부분을 밀폐보호용기(17)에 넣고 이 도체 노출부분이 매립되도록 열경화성레진(18)을 충전 경화시키는 단계(S8);를 포함한다.
열선(23) 양단부에 핀단자(15)를 고정하여 전기적으로 연결시키는 단계(S1); 퇴적암 광물질을 물과 황산이 혼합된 혼합물에 침지하여 퇴적암 광물질에 포함된 도체 성분을 산화시켜 퇴적암 광물질을 비전도체로 만드는 단계(S2); 금속파이프(11) 내부에 열선(23)을 인입하는 단계(S3); 산화마그네시아와 S2단계를 마친 비전도성 퇴적암 광물질을 혼합한 열선보호재(13)를 금속파이프(11) 내부에 충전시키고, 양측 핀단자(15)를 내열 실리콘(14)에 돌출되게 끼우고 이 내열 실리콘(14)을 금속파이프(11) 양단부에 끼움 조립하여 금속파이프(11) 양단부를 폐쇄하는 단계(S4); 금속파이프(11)를 롤링시켜 구경을 원래보다 작게 압축시키는 단계(S5); 금속파이프(11)를 180℃에서 2시간 가열하여 금속파이프(11) 내부에 존재하는 공기를 탈기시키는 단계(S6); 금속파이프(11) 양단 내열 실리콘(14)에 노출되게 끼워진 핀단자(15)와 온돌리드선(16)을 결속하여 연결시키는 단계(S7); 및 핀단자(15)와 온돌리드선(16)의 도체 노출 부분을 밀폐보호용기(17)에 넣고 이 도체 노출부분이 매립되도록 열경화성레진(18)을 충전 경화시키는 단계(S8);를 포함한다.
Description
본 발명은 습식 전용 바닥 난방용 전열관에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건축물에 사용되는 습식 전용 바닥 난방용 전열관의 전기 소모량을 원천적으로 감소시켜 전기를 생산하는데 발생되는 이산화탄소 배출량을 줄여 지구 온난화를 억제할 수 있는 탄소 저감을 위한 저전력 고효율 습식전용 바닥 난방용 전열관 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 습식 전용 전기 바닥 난방 제품이라고 하면, 히팅 케이블, 동 파이프 전열관, 폴리에틸렌 XL 파이프 전열관, 스테인레스강 파이프 전열관을 몰탈로 덮어 전기 난방용 보일러 형태로 많이 사용되고 있다.
현재 널리 사용되고 있는 전기 장판은 전기 소모량이 적어 전기 스토브나 전기 온풍기처럼 전기 소모량이 많은 기기를 대체하는 난방기구로 사용되고 있다. 이 난방기구는 마치 여름철 선풍기가 에어컨을 대체할 수 있는 것과 같은 것으로, 전기 장판의 전기 소모량은 전기 스토브나 전기 온풍기에 비해 2% 정도에 불과하다. 에어컨이 선풍기 30대의 전력를 소비하는 것처럼 전기 스토브 한 대의 전기 소모량은 전기 장판 50개를 사용하는 것과 같다. 전기 난방 제품의 수요를 획일적으로 줄이려고 해서는 안되는 이유이다.
한국전력에 의하면 1KW의 전기를 생산할 때 459.4g(온실가스 배출계수, 2017년 기준)의 CO₂가 발생한다고 밝히고 있다. 이를 달리 표현하면 1KW의 전기를 절감하면 459.4g의 CO₂발생을 줄일 수 있다는 의미이다.
글로벌 과제인 탄소 배출이 지속적으로 늘어나 오존층이 파괴되면서 빙하가 녹아 지구 전체의 질량 분포가 바뀌어 자전축이 이동하였다.
본 발명과 같이 탄소의 발생을 줄일 수 있는 탄소 저감의 저전력 고효율 습식 전용 바닥 난방용 전열관의 활용은 온실 효과에 따른 기상 이변, 즉 초대형 태풍, 폭염, 가뭄, 홍수 발생을 억제할 수 있다. 인류는 후손들에게 생존권을 보장해주어야 할 당연한 의무가 있으므로, 시대적인 요청에 따라 탄소 저감 난방제품들이 절실히 요구되고 있다.
그러나 종래 전기 바닥 난방 제품 적용 건물들은 전기 소모량이 크므로 대용량의 수변전 설비를 갖추어야 하고, 간선·입선 시 굵은 전선을 필요로 하므로 설비에 많은 비용이 소요되는 문제도 안고 있다. 무엇보다도 종래 전기 바닥 난방 전열관을 사용하는 건물들은 전기를 많이 소모하여 탄소 배출량을 증가시키고 있다.
종래의 습식 전용 전기 바닥 난방용 전열관은, 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 금속파이프(1) 내부에 열선(2)을 인입하고, 산화마그네시아(3)로 충전한 다음 열선(2)과 연결된 상태로 금속파이프(1) 외부로 노출된 단자(4)를 외부전선(5)과 연결하고, 상기 연결부분과 그 주변에 위치한 금속파이프(1) 단부와 외부전선(5)을 용기(6)에 넣고 에폭시(7) 또는 폴리에틸렌을 충전하여 수밀을 유지하였다.
그러나, 이러한 종래 난방용 전열관은 내부에 인입된 열선(2)을 주로 철크롬열선을 사용하므로 소모되는 전기량에 비해 방사율이 낮아 난방효율이 좋지 않고, 열선(2)을 감싸고 있는 산화마그네시아의 원적외선 방사율도 낮아 열선(2)에서 발생하는 열을 효과적으로 내보내지 못할 뿐만 아니라 열손실이 큰 구조를 가진게 사실이다.
따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 전기량을 높이는 고질적인 문제를 피할 수 없었다.
바닥 난방에 관한 종래 특허문헌은 공개특허 제10-2005-0025214호의 광물질을 이용한 난방용 열매체 및 그 제조방법과 이를 이용한 방열기구가 2005년 03월 14일 공개되었다.
상기 특허문헌의 기술은 파이프(20) 내부에 열매체(10)인 세리사이트를 충전하여 이 열매체(10)에서 방출되는 원적외선이 열선에서 발생하는 열의 손실을 억제하고 있으나, 전열히터선(30)을 철크롬선을 사용할 경우 종래와 같이 전기 소모량이 증가하는 것을 것을 피할 수 없었다. 또한 물이 세리사이트와 혼합된 상태로 파이프(20) 내부에 채워져 노화로 인하여 파이프(20)에서 누수현상이 발생될 경우 열매체(10)의 원적외선 방사율이 급격히 낮아져 심한 열손실로 인하여 난방이 거의 되지 않아 전기 소모량은 더욱 증가하여 탄소 배출량도 함께 증가하는 문제을 안고 있었다.
이에, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래 습식전용 바닥 난방용 전열관의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그의 해결하고자 하는 과제는 전원이 공급될 때 열을 발생시키는 열선을 전기 소모량이 적은 니크롬 1종 코일을 사용하고 이 열선을 감싸는 열선보호재를 원적외선 방사율이 높은 퇴적암 광물질을 사용하여 원적외선 방사에 따른 누적열에 의해 열선의 저항값 최고치 온도보다 열적 온도를 상승시켜 전기 소모량을 줄이면서 탄소 배출을 줄일 수 있는 탄소 저감을 위한 저전력 고효율 습식전용 바닥 난방용 전열관 및 그의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 해결하고자 하는 과제는 열선과 열선보호재가 내장된 금속파이프를 압축기를 이용하여 원관보다 구경을 작게 압축시켜 열전달에 방해가 되는 공기를 외부로 배출시키고, 압축으로 높은 밀도를 가진 열선보호재는 더 높은 원적외선 방사율로 누적열을 발생시켜 전기 소모량을 줄일 수 있는 탄소 저감을 위한 저전력 고효율 습식전용 바닥 난방용 전열관 및 그의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 해결하고자 하는 과제는 압축 후 금속파이프의 길이에 따라 달라진 열선의 코일 권선수 차이에 의해 발생하는 발열 온도차를 열선의 굵기와 열선 저항값 및 권심 내경 그리고, 권선 피치를 설정하여 금속파이프의 길이에 맞는 전열관의 발열온도를 일정하게 유지할 수 있는 탄소 저감을 위한 저전력 고효율 습식전용 바닥 난방용 전열관 및 그의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 해결하고자 하는 과제는 퇴적암 광물질의 도체 성분을 산화시켜 비전도체로 만들어 금속파이프가 누전되는 현상을 줄여 안전성을 확보할 수 있는 탄소 저감을 위한 저전력 고효율 습식전용 바닥 난방용 전열관 및 그의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 과제의 해결수단은 코일형태의 열선 양단부에 핀단자를 결속하여 전기적으로 연결시키는 단계(S1);
분말 형태의 퇴적암 광물질을 물과 황산이 혼합된 혼합물에 침지하여 퇴적암 광물질에 포함된 도체 성분을 산화시켜 퇴적암 광물질을 비전도체로 만드는 단계(S2);
금속파이프 내부에 상기 S1단계를 마친 열선을 인입시키고 양단부에 위치한 각 핀단자의 일부분이 금속파이프 외부로 노출되게 하는 단계(S3);
상기 인입된 열선을 매립 보호할 수 있도록 산화마그네시아와 S2단계를 마친 비전도성 퇴적암 광물질을 7∼9 : 3∼1 중량비율로 혼합한 열선보호재를 상기 금속파이프 내부에 충전시키고, 양측 핀단자를 내열 실리콘에 돌출되게 끼우고 이 내열 실리콘을 금속파이프 양단부에 끼움 조립하여 금속파이프 양단부를 폐쇄하는 단계(S4);
S4단계를 마친 금속파이프에 함유된 공기를 배출시키면서 충전된 열선보호재를 응집고화시킬 수 있도록 금속파이프를 압축기에 공급 롤링시켜 구경을 원래보다 작게 압축시키는 단계(S5);
S5단계를 마친 압축된 금속파이프를 탈기장치에 넣고 150℃ 이상의 온도에서 1시간 이상 가열하여 금속파이프 내부에 존재하는 공기를 탈기시키는 단계(S6);
S6단계를 마친 금속파이프 양단 내열 실리콘에 노출되게 끼워진 핀단자와 온돌리드선을 결속하여 전기적으로 연결시키는 단계(S7); 및
S7단계를 마친 핀단자와 온돌리드선의 도체 노출 부분을 밀폐보호용기에 넣고 이 도체 노출부분이 매립되도록 열경화성레진을 충전시켜 수밀가능하게 경화시키는 단계(S8);를 포함하고,
여기서, 상기 S5단계에서 금속파이프는 압축 전 외경 10mm 두께 0.3∼1.1mm를 가진 원관을 압축기에 넣고 롤링시켜 외경을 6.4∼8mm로 압축하고, 외경 압축에 따라 늘어난 금속파이프 길이가 1.5∼3.5M일 때 사용 열선은 0.12∼0.18mm 외경을 갖는 니크롬 1종 코일이고 그의 열선 저항은 343.3∼1466.7Ω인 것을 사용한다.
본 발명은 퇴적암 광물질을 비전도체로 만들 때 사용된 물과 황산은 7∼9 : 3∼1 중량비율로 혼합되고, 상기 혼합물에 퇴적암 광물질을 24시간 침지하여 산화시킨다.
본 발명에 사용되는 퇴적암 광물질은 80∼120메시 크기를 갖는 분체를 사용할 수 있다.
본 발명에서 핀단자는 내열 실리콘의 외부로 노출된 부분에 나선홈이 형성되고, 이 나선홈에 온돌리드선의 탈피부분을 연결한 후 나선홈과 탈피부분을 금속재질의 슬리브로 감싸 압착시켜 슬리브가 나선홈에 삽입된 상태로 압착되어 결속력을 높일 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 금속파이프를 압축시키는 롤링공정은 외경 10mm 두께 0.3∼1.1mm를 가진 원관을 압축기의 한 쌍의 롤러(R) 사이에 준비된 지름 9.75mm의 홈(H)에 공급 및 배출시켜 외경을 압축시킨 후, 이 압축된 금속파이프(11)를 동일한 방법으로 지름 9.50mm, 9.26mm, 9.02mm, 8.79mm, 8.57mm, 8.37mm, 8.19mm, 8.04mm, 8.0mm의 홈(H)에 순차적으로 공급하여 외경을 점차 압축시키고, 이후 최종 배출된 금속파이프(11)를 상기 8.0mm의 홈(H)에 반복적으로 공급 및 배출시켜 직선형태에 가깝게 형상을 보정하는 것이 좋다.
본 발명은 S6단계를 마치고 S7단계를 수행하기 전에 금속파이프를 직선 교정기에 공급하여 직선형태로 교정하는 단계를 더 수행할 수 있다.
본 발명의 밀폐보호용기는 핀단자와 온돌리드선의 도체 노출 부분을 매립하는 열경화성레진을 수용할 수 있도록 수납공간을 갖는 상,하용가 연결부재로 연결되어 단일체로 구성되고, 상,하용기의 접면부 일측에 금속파이프를 수용하는 제1수용홈이 타측에 온돌리드선을 수용하는 제2수용홈이 구비되고, 상,하용기는 어느 일측에 돌출된 후크가 타측에 형성된 결속홈에 삽입되어 서로 고정되게 한다.
본 발명은 압축 공정에 의해 늘어난 금속파이프 길이가 3.5M일 때 사용 열선(12)은 0.18mm 외경을 갖는 니크롬 1종 코일이고 그의 권선저항은 612.7∼343.3Ω이고;
늘어난 금속파이프 길이가 3.0M일 때 사용 열선은 0.17mm 외경을 갖는 니크롬 1종 코일이고 그의 권선저항은 711.8∼403.3Ω이고;
늘어난 금속파이프 길이가 2.7M일 때 사용 열선은 0.16mm 외경을 갖는 니크롬 1종 코일이고 그의 권선저항은 793.4∼428.3Ω이고;
늘어난 금속파이프 길이가 2.5M일 때 사용 열선은 0.16mm 외경을 갖는 니크롬 1종 코일이고 그의 권선저항은 864.3∼484.0Ω이고;
늘어난 금속파이프 길이가 2.0M일 때 사용 열선은 0.14mm 외경을 갖는 니크롬 1종 코일이고 그의 권선저항은 1100.0∼597.5Ω이고;
늘어난 금속파이프 길이가 1.5M일 때 사용 열선은 0.12mm 외경을 갖는 니크롬 1종 코일이고 그의 권선저항은 1466.7∼806.7Ω인 것을 사용한다.
본 발명의 열선은 금속파이프를 압축한 후 코일들의 피치는 1.0mm∼1.5mm가 되게 한다.
본 발명의 밀폐보호용기는 폴리카보네이트 재질로 구성될 수 있다.
이상의 방법으로 제조되는 본 발명의 전열관은 금속파이프 내부에 충전되어 열선을 매립 보호하는 퇴적암 광물질이 산화되어 부도체 성질을 가지기 때문에 금속파이프에 전기가 흐르는 것을 차단하여 전기적인 안전성을 담보할 수 있는 장점이 있다.
또한, 퇴적암 광물질에서 방사된 다량의 원적외선이 금속파이프를 투과하지 못하고 열선에서 발생하는 열을 가두어 복사열로 누적시킴에 따라 열선의 저항값 최고치 온도 보다 열적 온도를 상승 시키게 되므로, 전기 소모량을 줄이면서도 충분한 난방을 수행할 수 있고, 이로 인하여 결국 탄소 배출을 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 제조과정에서 금속파이프를 압축하여 내부에 충전된 열선보호재를 응집고화시켜 내부에 존재하게 하면서 복사열 전달에 방해가 되는 공기를 외부로 배출시키고, 이후 탈기장치를 이용하여 금속파이프 내부에 잔존한 공기를 탈기시킴으로써 방열 온도를 높여 난방에 필요한 전기 소모량을 더욱 낮출 수 있는 장점을 가진다.
더 나아가, 본 발명은 난방 면적에 따라 금속파이프의 길이를 다양하게 설정하고, 설정된 각 금속파이프에 인입된 열선의 길이 차이에 의한 발열온도의 편차가 발생하지 않도록 열선의 굵기와 열선 저항값 및 권선 내경 그리고 권선 피치를 특정 도출하여 현장 난방 면적의 크기에 맞는 금속파이프를 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 전열관의 시공상태를 보인 개념도
도 2는 도 1의 A부분 내부를 확대한 상세도
도 3은 본 발명에 따른 전열관의 시공상태를 보인 내념도
도 4는 도 3의 B부분 내부를 확대한 상세도
도 5는 본 발명의 전열관 내부를 확대한 상세도
도 6은 본 발명의 전열관이 롤러를 순차적으로 통과하여 압축되는 과정을 보인 개념도
도 7은 본 발명의 전열관이 직선 교정기에서 직선 형태로 교정된 것을 보인 예시도
도 8은 본 발명의 밀폐보호용기의 상,하용기가 개방된 상태를 보인 평면도
도 9는 본 발명의 밀폐보호용기를 보인 사시도
도 10은 본 발명의 금속파이프 내부에 열선보호재를 충전하는 과정을 보인 개념도
도 11은 본 발명의 일 실시예 순서도
도 12는 본 발명의 다른 실시예 순서도
도 2는 도 1의 A부분 내부를 확대한 상세도
도 3은 본 발명에 따른 전열관의 시공상태를 보인 내념도
도 4는 도 3의 B부분 내부를 확대한 상세도
도 5는 본 발명의 전열관 내부를 확대한 상세도
도 6은 본 발명의 전열관이 롤러를 순차적으로 통과하여 압축되는 과정을 보인 개념도
도 7은 본 발명의 전열관이 직선 교정기에서 직선 형태로 교정된 것을 보인 예시도
도 8은 본 발명의 밀폐보호용기의 상,하용기가 개방된 상태를 보인 평면도
도 9는 본 발명의 밀폐보호용기를 보인 사시도
도 10은 본 발명의 금속파이프 내부에 열선보호재를 충전하는 과정을 보인 개념도
도 11은 본 발명의 일 실시예 순서도
도 12는 본 발명의 다른 실시예 순서도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 탄소 저감을 위한 저전력 고효율 습식전용 바닥 난방용 전열관 및 그의 제조방법을 상세히 설명한다.
본 발명은 전기를 사용하여 바닥을 난방하는 난방용 전열관으로써, 종래 습식용 난방 전열관보다 45% 이상 전기 소모량을 절감하여 발전소에서 전기를 생산할 때 발생되는 CO₂ 배출량을 줄여 환경을 보호할 수 있도록 하는 것이다.
이러한 본 발명에 따른 탄소 저감을 위한 저전력 고효율 습식전용 바닥 난방용 전열관(10)과 그의 제조방법은 코일형태의 열선 양단부에 핀단자(15)를 결속하여 전기적으로 연결시키는 단계(S1);
분말 형태의 퇴적암 광물질을 물과 황산이 혼합된 혼합물에 침지하여 퇴적암 광물질에 포함된 도체 성분을 산화시켜 퇴적암 광물질을 비전도체로 만드는 단계(S2);
금속파이프(11) 내부에 상기 S1단계를 마친 열선(12)을 인입시키고 양단부에 위치한 각 핀단자(15)의 일부분이 금속파이프(11) 외부로 노출되게 하는 단계(S3);
상기 인입된 열선(12)을 매립 보호할 수 있도록 산화마그네시아와 S2단계를 마친 비전도성 퇴적암 광물질을 7∼9 : 3∼1 중량비율로 혼합한 열선보호재(13)를 상기 금속파이프(11) 내부에 충전시키고, 양측 핀단자(15)를 내열 실리콘(14)에 돌출되게 끼우고 이 내열 실리콘(14)을 금속파이프(11) 양단부에 끼움 조립하여 금속파이프(11) 양단부를 폐쇄하는 단계(S4);
S4단계를 마친 금속파이프(11)에 함유된 공기를 배출시키면서 충전된 열선보호재(13)를 응집고화시킬 수 있도록 금속파이프(11)를 압축기에 공급 롤링시켜 구경을 원래보다 작게 압축시키는 단계(S5);
S5단계를 마친 압축된 금속파이프(11)를 탈기장치에 넣고 150℃ 이상의 온도에서 1시간 이상 가열하여 금속파이프(11) 내부에 존재하는 공기를 탈기시키는 단계(S6);
S6단계를 마친 금속파이프(11) 양단 내열 실리콘(14)에 노출되게 끼워진 핀단자(15)와 온돌리드선(16)을 결속하여 전기적으로 연결시키는 단계(S7); 및
S7단계를 마친 핀단자(15)와 온돌리드선(16)의 도체 노출 부분을 밀폐보호용기(17)에 넣고 이 도체 노출부분이 매립되도록 열경화성레진(18)을 충전시켜 수밀가능하게 경화시키는 단계(S8);를 포함하고,
여기서, 상기 S5단계에서 금속파이프(11)는 압축 전 외경 10mm 두께 0.3∼1.1mm를 가진 원관을 압축기에 넣고 롤링시켜 외경을 6.4∼8mm로 압축하고, 외경 압축에 따라 늘어난 금속파이프(11) 길이가 1.5∼3.5M일 때 사용 열선(12)은 0.12∼0.18mm 외경을 갖는 니크롬 1종 코일이고 그의 열선(12) 저항은 343.3∼1466.7Ω인 것을 사용한다.
상기 S1단계는 열선(23) 양단부에 핀단자(15)를 결속하여 일체로 연결하는 공정이다. 열선(23)과 핀단자(15)의 결속하는 방법은 일례로 용접으로 결속할 수 있을 것이다. 상기 결속된 핀단자(15)는 이후에 설명하는 내열 실리콘(14) 외부로 돌출되어 온돌리드선(16)과 결속되어 온돌리드선(16)으로부터 공급되는 전기를 열선(23)에 전달하게 된다.
상기 S2단계는 열선(12)을 매립 보호하는 퇴적암 광물질을 산화시켜 비전도체로 만드는 공정이다. 퇴적암 광물질의 원석은 천연광물질을 그대로 함유하고 있으므로 그의 일종인 칠보석과 같은 경우는 원적외선 방사율이 92.6%나 되어 방사율이 매우 높은 것으로 알려져 있고, 본 발명은 방사율이 최저 92% 이상을 가진 퇴적암 광물질을 사용하면 좋다. 이와 같이 퇴적암 광물질에 포함된 성분 중에는 전기가 통하는 도체 성질을 갖는 것이 다량 존재하므로 이들을 산화시켜 비전도체로 만들어야 한다. 만약 퇴적암 광물질을 비전도체로 산화시키지 않으면 열선(12)에 공급된 전기가 열선보호재(13)인 퇴적암 광물질을 통해 금속파이프(11)에 전달되어 누전 우려가 있게 된다.
그러므로, 퇴적암 광물질을 비전도체로 만드는 공정이 필요하며, 이는 분말 형태의 퇴적암 광물질을 물과 황산이 혼합된 혼합물에 침지하여 퇴적암 광물질에 포함된 도체 성분을 산화시킨다. 이 산화과정에서 혼합물은 물과 황산을 7∼9 : 3∼1 중량비율로 혼합하고, 상기 혼합물에 퇴적암 광물질을 24시간 침지하여 산화시킨다. 황산을 1중량비율 이하로 사용하면 퇴적암 광물질의 산화율이 부족하여 전도체가 될 우려가 있고, 3중량비율 이상으로 사용하면 압축률 감소 문제가 발생된다.
퇴적암 광물질을 분말로 사용하면 산화가 잘 진행된다. 본 발명은 80∼120메시의 크기로 파쇄된 퇴적암 광물질을 망사형태의 자루에 담아 혼합물에 완전히 잠긴상태로 24시간 침지시켜 산화시켰다.
상기 S3단계는 금속파이프(11) 내부에 상기 S1단계를 마친 열선(12)을 인입하여 양단부에 위치한 각 핀단자(15)의 일부분이 금속파이프(11) 외부로 노출되게 하는 공정이다. 이와 같이 금속파이프(11) 양단부 외측으로 핀단자(15) 일부가 노출되면 이후 공정에서 금속파이프(11)의 양단부에 내열 실리콘(14)을 끼움 고정하여 폐쇄시킬 때 핀단자(15)가 내열 실리콘(14) 외부로 노출된 상태를 유지하게 된다.
S3단계를 진행하기 위해서는 먼저, 금속파이프(11)를 필요한 길이로 절단한다. 금속파이프(11)는 난방 장소에 도 3과 같이 병렬형태로 배치하여 시공할 수 있으며, 난방 장소의 면적, 예컨대 한 세대의 경우라도 난방 장소의 면적에 따라 길이가 달라질 수 있으므로 그에 맞는 특정한 길이로 절단된다.
상기 금속파이프(11)는 열전도율이 좋은 재질을 사용하며, 일례로 열전도율이 우수한 알루미늄 파이프를 사용할 수 있다. 또한 금속파이프(11)의 표면에는 코팅재(11a)를 입혀 금속파이프(11)의 부식을 방지할 수 있다. 상기 코팅재(11a)로는 고분자계열 화합물을 사용하며, 일례로 폴리비닐화합물(PVC)이 좋다. 이러한 코팅재는 공지된 물질이다.
금속파이프(11) 내부에 인입된 열선(12)은 코일형태로 권선한 것을 사용하며, 전원이 공급되면 열을 발생시켜 실질적으로 난방이 이루어지게 하는 발열체이다. 상기 열선(12)은 절곡될 수 있도록 얇은 굵기를 가지고 코일형태로 감겨지므로 도 5와 같이 권선에 필요한 권선 내경(d)과 피치(P)를 가지게 되고, 권선 내경(d)과 피치(P)가 결정되면 권선수를 알 수 있다.
절단된 금속파이프(11) 내부에 인입된 각 열선(12)들은 동일한 권선 내경(d)과 피치(P)를 가지고 코일형태로 감겨지고, 감겨진 열선(12)의 길이는 그가 인입된 해당 금속파이프(11)의 길이에 맞게 대응된다. 따라서 길이가 다르게 절단된 금속파이프(11) 내부에 인입된 열선(12)의 길이도 금속파이프(11) 길이에 따라 달라지게 된다.
상기 S4단계는 금속파이프(11) 내부에 인입된 열선(23)을 매립 보호할 수 있도록 산화마그네시아와 S2단계를 마친 비전도성 퇴적암 광물질을 7∼9 : 3∼1 중량비율로 혼합한 열선보호재(13)를 상기 금속파이프(11) 내부에 충전시키고, 양측 핀단자(15)를 내열 실리콘(14)에 돌출되게 끼우고 이 내열 실리콘(14)을 금속파이프(11) 양단부에 끼움 조립하여 금속파이프(11) 양단부를 폐쇄하는 공정이다.
산화마그네시아는 마그네슘의 산화물이다. 금속 마그네슘, 탄산 마그네슘, 질산 마그네슘 따위를 공기 속에서 태워서 만드는 흰색의 가루로, 물에 약간 녹아서 염기성을 나타낸다. 이러한 산화마그네시아는 녹는점이 2,800℃로 아주 높아 고온용 노재(爐材)나 도가니, 내화 시멘트 따위의 원료로 사용하고 있으므로, 본 발명과 같이 퇴적암 광물질과 함께 혼합하여 열선보호재(13)로 사용할 수 있다.
산화마그네시아와 퇴적암 광물질은 7∼9 : 3∼1 중량비율로 혼합된다. 산화마그네시아 사용량 대비 퇴적암 광물질을 1중량비율 이하로 사용하면 사용량 부족으로 원적외선 방사율이 낮아 열선(12)을 저항값 최고치 온도 보다 높게 열적 온도를 상승 시키지 못한다는 점과, 3중량비율 이상으로 사용하면 압축률 감소 문제가 발생된다.
S4단계에서 금속파이프(11) 내부에 열선보호재(13)를 충전하는 공정을 도 10을 참조하여 설명한다. 먼저, 열선(23) 일단부에 고정된 핀단자(15)를 내열 실리콘(14)의 관통부에 끼워 외측으로 돌출되게 한 다음 이 내열 실리콘(14)을 금속파이프(11) 일단부에 조립하여 금속파이프(11) 일단부를 폐쇄시킨다. 이후 금속파이프(11)의 폐쇄부분이 하부에 위치하도록 금속파이프(11)를 세워서 상부에 위치한 개방된 금속파이프(11) 타단부를 이용하여 열선보호재(13)를 충전한다. 열선보호재(13)의 충전이 완료되면 열선(23) 타단부에 고정된 핀단자(15)를 새로운 내열 실리콘(14)의 관통구(14a)에 끼워 외측으로 돌출되게 한 다음 이 내열 실리콘(14)을 금속파이프(11) 타단부에 조립하여 금속파이프(11) 타단부를 폐쇄시킨다.
이와 같이 내부에 열선보호재(13)가 충전된 금속파이프(11)는 양단부에 내열 실리콘(14)들이 조립되어 있고, 이들 내열 실리콘(14) 각각에는 핀단자(15)가 외부로 돌출되어 있다. 따라서, 이후 공정에서 온돌리드선(16)이 상기 돌출된 핀단자(15)와 전기적으로 결속될 수 있다.
열선보호재(13)가 금속파이프(11) 외부로 흘러나오지 않도록 금속파이프(11) 양단부에 끼움 조립되는 내열 실리콘(14)은 본 발명의 전열관(10)이 난방용으로 사용됨을 감안하여 열에 강한 재질을 사용하며, 이는 공지 요소이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
내열 실리콘(14)의 관통구(14a)에 노출되게 끼워지고 열선(12)과 전기적으로 연결된 핀단자(15)는 열선(12)의 코일부분과 접속될 수 있도록 충분한 길이를 가지는 것이 좋고, 내열 실리콘(14) 외부로 노출된 부분에 나선홈(15a)이 형성되는 것이 좋다.
상기 S5단계는 S4단계를 마친 금속파이프(11)에 함유된 공기를 배출시키면서 충전된 열선보호재(13)를 응집고화시킬 수 있도록 금속파이프(11)를 압축기에 공급 롤링시켜 구경을 원래보다 작게 압축시키는 공정이다.
열선(12)과 열선보호재(13)를 내장하는 금속파이프(11)는 압축 전 외경 10mm 두께 0.3∼1.1mm를 가진 원관을 파이프 압축기에 넣고 롤링시켜 외경을 6.4∼8mm로 압축시킨다. 이와 같이 금속파이프(11)를 압축기를 이용하여 그의 구경을 압축시키는 이유는 내부에 존재하는 공기를 외부로 배출시키면서 충전된 열선보호재(13)를 응집고화시켜 밀도를 높여 열전도율을 향상시킬 수 있게 하기 위함이다.
금속파이프(11)가 압축되어 그의 구경이 압축되면 그와 동시에 압축된 비율만금 금속파이프(11)의 길이는 늘어나게 되고, 구경 압축에 따라 내부 공간이 감소되는 만큼 공기는 외부로 배출되어 탈기된다. 공기는 단열성능이 매우 뛰어나기 때문에 이중창으로 된 창문이 단일 창문보다 단열성능이 우수하다는 것은 경험적으로 알 수 있다. 열전도율이 가장 높은 물질은 그래핀 4800∼5300(W/m.K)이고, 다이아몬드 900∼2300(W/m.K), 은 429(W/m.K), 구리 400(W/m.K)이고, 공기는 0.025(W/m.K)에 불과하여 열전도율이 매우 낮다. 따라서 금속파이프(11) 내부에 공기가 존재하면 이 공기는 열선(12)의 열이 금속파이프(11)로 전달되는 것을 방해하여 전열관(10)의 온도를 낮게 하는 원인이 되므로 금속파이프(11) 내부에서 최대한 많이 제거하는 것이 요구된다.
한편, 압축되는 과정에서 금속파이프(11) 두께는 거의 변하지 않으므로 압축되는 만큼 길이는 늘어날 수 밖에 없다. 금속파이프(11)가 압축에 의해 외경이 압축되면 그와 동시에 내부 구경도 함께 압축되면서 열선보호재(13)를 응집고화시키고 또한, 인입된 열선(12) 코일의 피치(P)도 원래보다 벌어지면서 늘어나게 된다. 압축이 진행되는 과정에서 열선(12)의 권선된 부분이 금속파이프(11) 내벽에 닿지 않아야 한다. 만약 열선(12)이 금속파이프(11) 내벽에 닿게 되면 이미 설명한 바와 같이 열선(12)에 공급된 전기가 금속파이프(11)로 흐르게 되므로 누전 우려가 있게 된다.
압축에 의해 금속파이프(11) 내부에 충전되어 열선(12)을 매립 보호하는 열선보호재(13)가 압축되면, 열선보호재(13) 내부에 존재하는 공기는 열선보호재(13) 외부로 빠져나와 결국 금속파이프(11) 외부로 배출되어 탈기된다.
금속파이프(11)를 압축시키는 공정은 압축기를 이용한다. 도 6과 같이 압축기에는 한 쌍의 롤러(R) 사이에 금속파이프(11)가 삽입되는 홈(H)이 구비되어 있고, 이 홈(H)의 크기가 점차 압축된 형태를 가지고 복수 개 배치되도록 롤러(R)들이 준비되어 있다. 도 6은 압축기의 롤러(R)를 보인 개념도로써, 좌측에서부터 우측으로 갈수록 롤러(R)의 홈(H)이 점차 축소된 상태로 배치되는 것을 보이고 있다. 따라서 금속파이프(11) 원관을 맨좌측 가장 큰 롤러(R)의 홈(H)에 삽입 및 배출시키고, 이후 화살표 방향을 따라 금속파이프(11)를 순차적으로 압축된 롤러(R)의 홈(H)에 삽입 및 배출시켜 롤링하면 금속파이프(11)는 원하는 굵기로 압축을 수행할 수 있다.
상기 S5단계에서 금속파이프(11)를 압축시키는 롤링공정은 일례로, 외경 10mm 두께 0.3∼1.1mm를 가진 원관을 압축기의 한 쌍의 롤러(R) 사이에 준비된 지름 9.75mm를 가진 롤러(R)의 홈(H)에 공급 및 배출시켜 외경을 축소시킨 후, 이 축소된 금속파이프(11)를 동일한 방법으로 지름 9.50mm, 9.26mm, 9.02mm, 8.79mm, 8.57mm, 8.37mm, 8.19mm, 8.04mm, 8.0mm를 가진 롤러(R)의 홈(H)에 순차적으로 공급하여 외경을 점차 압축시키고, 이후 최종 배출된 금속파이프(11)를 상기 8.0mm 롤러(R)의 홈(H)에 반복적으로 공급 및 배출시켜 직선형태에 가깝게 형상을 보정한다.
더 구체적으로, 금속파이프(11)는 원관이 순차적으로 축소된 롤러(R)의 홈(H)을 통과하면서 외경이 점차 압축되고, 최종 8.0mm의 롤러(R)의 홈(H)을 통과할 때 곡선형태로 약간 구부려지는 현상이 발생한다. 그러면 이후 상기 금속파이프(11)의 구부려진 반대방향이 펴질 수 있도록 금속파이프(11)의 삽입방향을 조절하여 롤러(R)의 홈(H)에 삽입 배출시키면 구부려진 부분이 완화되어 직선 형태에 가깝게 보정된다.
금속파이프(11)의 압축이 완료되면, 금속파이프(11)는 외경이 8.0mm가 되고, 이 때 길이는 늘어나게 된다.
일례로, 본 발명은 S5단계의 압축 공정에 의해 늘어난 금속파이프(11) 최종 길이가 3.5M일 때 사용 열선(12)은 0.18mm 외경을 갖는 니크롬 1종 코일이고 그의 권선저항은 612.7∼343.3Ω을 갖는 것을 사용하고;
늘어난 금속파이프(11) 최종 길이가 3.0M일 때 사용 열선(12)은 0.17mm 외경을 갖는 니크롬 1종 코일이고 그의 권선저항은 711.8∼403.3Ω을 갖는 것을 사용하고;
늘어난 금속파이프(11) 최종 길이가 2.7M일 때 사용 열선(12)은 0.16mm 외경을 갖는 니크롬 1종 코일이고 그의 권선저항은 793.4∼428.3Ω을 갖는 것을 사용하고;
늘어난 금속파이프(11) 최종 길이가 2.5M일 때 사용 열선(12)은 0.16mm 외경을 갖는 니크롬 1종 코일이고 그의 권선저항은 864.3∼484.0Ω을 갖는 것을 사용하고;
늘어난 금속파이프(11) 최종 길이가 2.0M일 때 사용 열선(12)은 0.14mm 외경을 갖는 니크롬 1종 코일이고 그의 권선저항은 1100.0∼597.5Ω을 갖는 것을 사용하고;
늘어난 금속파이프(11) 최종 길이가 1.5M일 때 사용 열선(12)은 0.12mm 외경을 갖는 니크롬 1종 코일이고 그의 권선저항은 1466.7∼806.7Ω을 갖는 것을 사용할 수 있다.
이와 같이 압축된 금속파이프(11) 길이에 따라 열선(12)의 굵기와 열선저항값을 다르게 설정하는 이유는 압축에 의해 금속파이프(11) 길이가 다르더라도 열선(12)의 발열온도 편차를 줄이기 위함이다.
더 구체적으로, 이미 설명한 바와 같이 압축되기 전 길이가 다르게 절단된 각 금속파이프(11)에 인입된 열선(12)들은 동일한 권선 내경(d)과 피치(P)를 가지고 코일형태로 감겨지고, 감겨진 권선수는 그를 인입하고 있는 해당 금속파이프(11)의 길이에 맞게 설정되므로 권선수는 금속파이프(11) 길이에 따라 달라지게 된다.
압축된 금속파이프(11)의 길이에 따라 열선(12)에서 발열하는 온도가 달라지면 시공 후 짧은 길이를 가진 금속파이프(11)를 사용하는 전열관(10)은 발열온도가 낮아 난방이 충분하지 않기 때문에 장시간 전기를 공급하여 난방을 해야 하므로 전기 소모량을 줄일 수 없을 뿐만 아니라 추가로 난방기구를 더 사용해야 하는 등의 문제가 발생된다.
이러한 문제를 해결하기 위해 압축된 금속파이프(11)의 길이에 상관없이 열선(12)의 발열온도 편차를 줄이기 위해 열선(12)의 굵기와 열선 저항값 및 권선 내경 그리고 권선 피치를 조절하여 온도 편차 발생을 줄였다.
상기 S6단계는 금속파이프(11) 내부에 존재하는 공기를 탈기시키는 공정이다. S5단계에서 금속파이프(11)의 압축 공정을 마치면, 금속파이프(11)는 구경이 압축되고 이에 의해 열선보호재(13)는 압축된 상태로 응집고화되어 높은 밀도로 방열하게 된다. 이와 같이 금속파이프(11)가 압축된 상태에도 내부에는 열전달을 방해하는 공기가 존재하게 되므로 이를 탈기 시키기 위해 압축된 금속파이프(11)를 탈기장치에 넣고 150℃ 이상의 온도에서 1시간 이상 가열하여 금속파이프(11) 내부에 존재하는 공기를 팽창시키고, 팽창된 공기는 압력이 증가하여 내열 실리콘(14)를 통해 외부로 탈기되고, 이후 금속파이프(11)를 자연냉각시키면 내열 실리콘(14)은 밀접한 상태로 금속파이프(11) 양단부를 밀폐시키게 되므로 외부 공기가 금속파이프 내부로 침투하는 것을 방지하거나 억제하게 된다.
본 발명은 S6단계를 마치고 S7단계를 수행하기 전에 도 7과 같이 금속파이프(11)를 직선 교정기(20)에 공급하여 직선형태로 교정하는 단계(S6-1)를 더 수행할 수 있다. 상기 직선 교정기(20)는 볼록롤러(20a)와 오목롤러(20b) 사이에 금속파이프(11)를 통과시키면 금속파이프(11)가 직선형태로 교정된다.
상기 S7단계는 S6단계를 마친 금속파이프(11)의 양단부에 노출된 각 핀단자(15)에 전기를 공급할 수 있도록 핀단자(15)들과 온돌리드선(16)을 슬리브(19)를 이용하여 압착시키는 공정이다. 이를 위한 일 실시예로 도 3과 같이 난방장소에 금속파이프(11)를 병렬로 배치하고 각 금속파이프(11) 양단부에 돌출된 핀단자(15)의 나선홈(15a)에 도 4와 같이 온돌리드선(16)을 슬리브(19)를 이용하여 병렬로 압착한 다음 이 결속부분이 풀리지 않도록 압착기로 고정시킨다.
이후, 상기 나선홈(15a)에 인입된 온돌리드선(16) 압착부분은 금속재질을 갖는 슬리브(19) 내부에 넣고 압착시켜 분리되지 않도록 보호하는 것이 좋다. 여기서 온돌리드선(16)을 압착 고정하는 슬리브(19)는 공구 등으로 쉽게 압착시킬 수 있도록 얇은 두께를 가진 구리 재질의 튜브를 사용할 수 있다.
핀단자(15)의 나선홈(15a)에는 온돌리드선(16)의 탈피 부분이 전기적으로 연결되는데, 이 나선홈(15a)과 온돌리드선(16) 탈피 부분을 슬리브(19)로 감싼 후 공구를 이용하여 압착하면 압착된 슬리브(19)가 온돌리드선(16)과 나선홈(15a)은 견고하게 결속하게 된다. 특히 압착된 슬리브(19)는 나선홈(15a) 깊은 곳까지 압착되므로 높은 결속력을 가지게 된다.
상기 S8단계는 S7단계를 마친 핀단자(15)와 온돌리드선(16)의 압착부분을 도 4와 같이 밀폐보호용기(17)에 넣은 후 열경화성레진(18)에 잠긴상태로 충전하여 상기 도체 노출 부부을 수밀가능하게 경화시키는 공정이다.
상기 밀폐보호용기(17)는 도 8 내지 도 9와 같이 핀단자(15)와 온돌리드선(16)의 압착부분은 열경화성레진(18)을 수용할 수 있도록 수납공간을 갖는 상,하용기(17a)(17b)가 연결부재(17h)로 연결되어 단일체로 구성되고, 상,하용기(17a)(17b)의 접면부 일측에 금속파이프(11)를 수용하는 제1수용홈(17c)이 타측에 온돌리드선(16)을 수용하는 제2수용홈(17d)이 구비되고, 상,하용기(17a)(17b)는 어느 일측에 돌출된 후크(17e)가 타측에 형성된 결속홈(17f)에 삽입되어 서로 고정되는 구조를 가진다.
이와 같이 구성되는 밀폐보호용기(17)는 상,하용기(17a)(17b)를 개방하고 제1수용홈(17c)에 금속파이프(11)를 제2수용홈(17d)에 온돌리드선(16)을 각각 삽입한 상태로 수납공간 내부에 핀단자(15)와 온돌리드선(16)의 도체 노출 부분을 수용한 다음 상용기(17a)를 하용기(17b)에 덮은 상태에서 상용기(17a)를 가압하게 되면 후크(17e)가 결속홈(17f)에 삽입되어 상,하용기(17a)(17b)는 밀착된 상태로 형합된다. 이후 상용기(17a)의 통로(17g)를 통해 열경화성레진(18)을 수납공간에 주입하여 핀단자(15)와 온돌리드선(16)의 도체 노출 부분을 완전히 덮은 상태로 경화시킨다. 이렇게 경화된 열경화성레진(18)은 수분이 내부에 침투하지 못하게 차단하게 되므로 핀단자(15)와 온돌리드선(16)의 도체 노출부분을 수밀가능하게 밀폐시킬 수 있게 된다.
상기 밀폐보호용기(17)의 재질은 방탄 유리 소재로 널리 사용되고 있는 폴리카보네이트를 사용한다. 폴리카보네이트는 상,하용기(17a)(17b) 형합 시 망치질을 하더라도 쉽게 파손되지 않을 정도로 견고한 물리적 성질을 가지고 있다.
표 1은 밀폐보호용기(17)의 실험적 특성을 나타낸 것이다.
* 시험조건
- 환경 : 온도 (20±5)℃, 습도 (40±20)℃
- Notes : mg/kg = ppm (parts per millon)
N.D. = Not detected (〈MDL)
MDL = Method detected limit
| 시험 결과 | |||||
| Test Items | Unit | Sample | Results | MDL | Test Methods |
| Pb | mg/kg | - | 검출안됨 | 5 | IEC 62321-5 Ed.1.0b : 2013 (AAS) |
| Cd | mg/kg | - | 검출안됨 | 0.5 | IEC 62321-5 Ed.1.0b : 2013 (AAS) |
| Cr(VI) | mg/kg | - | 검출안됨 | 0.5 | IEC 62321 Ed.1.0b : 2008 (UV/Vis) |
| Hg | mg/kg | - | 검출안됨 | 0.5 | IEC 62321-4 Ed.1.0b : 2013 (AAS) |
이러한 특성을 가지고 있는 밀폐보호용기(17)는 난방과정에서 전열관과 함께 높은 온도에서 발생할 수 있는 유독 가스 방출이 없어 인체에 무해하기 때문에 시멘트 몰탈에 매립된 상태로 사용하여도 안전성에 전혀 문제가 없는 장점이 있다.
또한, 열경화성레진(18)의 경우도 사람이 생활하는 실내 난방장소에 사용되므로 밀폐보호용기(17)와 마찬가지로 인체에 유해한 독성 배출이 없어야 하므로 이에 대한 물리적 성질도 아래 표 2에 나타내었다.
* 시험조건
- Notes : mg/kg = ppm (parts per millon)
N.D. = Not detected (〈MDL)
MDL = Method detected limit
| 시험 결과 | |||||
| Test Items | Unit | Sample | Results | MDL | Test Methods |
| Pb | mg/kg | - | 검출안됨 | 10 | IEC 62321-5 Ed.1.0 : 2013 (준용) |
| Cd | mg/kg | - | 검출안됨 | 1 | IEC 62321-5 Ed.1.0 : 2013 (준용) |
| Hg | mg/kg | - | 검출안됨 | 1 | IEC 62321-4 Ed.1.0 : 2013 (준용) |
| Cr6+ | mg/kg | - | 검출안됨 | 8 | IEC 62321-7-2 Ed.1.0 : 2017 (준용) |
| Total-PBBs | mg/kg | - | 검출안됨 | - | IEC 62321-6 Ed.1.0 : 2015 (준용) |
| Mono-BB | mg/kg | - | 검출안됨 | 10 | IEC 62321-6 Ed.1.0 : 2015 (준용) |
| Di-BB | mg/kg | - | 검출안됨 | 10 | IEC 62321-6 Ed.1.0 : 2015 (준용) |
| Tri-BB | mg/kg | - | 검출안됨 | 10 | IEC 62321-6 Ed.1.0 : 2015 (준용) |
| Tetra-BB | mg/kg | - | 검출안됨 | 10 | IEC 62321-6 Ed.1.0 : 2015 (준용) |
| Penta-BB | mg/kg | - | 검출안됨 | 10 | IEC 62321-6 Ed.1.0 : 2015 (준용) |
| Hexa-BB | mg/kg | - | 검출안됨 | 10 | IEC 62321-6 Ed.1.0 : 2015 (준용) |
| Hepta-BB | mg/kg | - | 검출안됨 | 10 | IEC 62321-6 Ed.1.0 : 2015 (준용) |
| Octa-BB | mg/kg | - | 검출안됨 | 10 | IEC 62321-6 Ed.1.0 : 2015 (준용) |
| Nona-BB | mg/kg | - | 검출안됨 | 10 | IEC 62321-6 Ed.1.0 : 2015 (준용) |
| Deca-BB | mg/kg | - | 검출안됨 | 10 | IEC 62321-6 Ed.1.0 : 2015 (준용) |
| Total-PBDEs | mg/kg | - | 검출안됨 | - | IEC 62321-6 Ed.1.0 : 2015 (준용) |
| Mono-BDE | mg/kg | - | 검출안됨 | 10 | IEC 62321-6 Ed.1.0 : 2015 (준용) |
| Di-BDE | mg/kg | - | 검출안됨 | 10 | IEC 62321-6 Ed.1.0 : 2015 (준용) |
| Tri-BDE | mg/kg | - | 검출안됨 | 10 | IEC 62321-6 Ed.1.0 : 2015 (준용) |
| Tetra-BDE | mg/kg | - | 검출안됨 | 10 | IEC 62321-6 Ed.1.0 : 2015 (준용) |
| Penta-BDE | mg/kg | - | 검출안됨 | 10 | IEC 62321-6 Ed.1.0 : 2015 (준용) |
| Hexa-BDE | mg/kg | - | 검출안됨 | 10 | IEC 62321-6 Ed.1.0 : 2015 (준용) |
| Hepta-BDE | mg/kg | - | 검출안됨 | 10 | IEC 62321-6 Ed.1.0 : 2015 (준용) |
| Octa-BDE | mg/kg | - | 검출안됨 | 10 | IEC 62321-6 Ed.1.0 : 2015 (준용) |
| Nona-BDE | mg/kg | - | 검출안됨 | 10 | IEC 62321-6 Ed.1.0 : 2015 (준용) |
| Deca-BDE | mg/kg | - | 검출안됨 | 10 | IEC 62321-6 Ed.1.0 : 2015 (준용) |
상기와 같이 열경화성레진(18)도 RoHS IEC62321 국제 기준에서 제한하는 납, 카드뮴, 수은, 6가크롬, Total PBBS , Total PBDES가 무검출되어 인체에 무해한 것을 알 수 있다. 이러한 무독성의 열경화성레인은 밀폐보호용기(17)의 수납공간에 주입되어 경화되면 수분을 포함한 어떠한 물질도 내부로 침투하는 것을 방지하는 것은 물론이고, 내부에서 물질이 외부로 누설되지 않으므로 온돌리드선(16) 압착부분을 완벽하게 밀폐 보호하여 누전을 방지할 수 있게 된다.
그렇기 때문에 본 발명의 탄소 저감을 위한 저전력 고효율 습식전용 바닥 난방용 전열관(10)은 전기를 적게 소모할 뿐만 아니라 수밀 기능을 갖추고 있으므로 수영장 데크나 샤워실에 제한 받지 않고 널리 사용할 수 있다.
* 전열관 제조 실시예 *
하기 표 3과 같이 조건으로 본 발명의 전열관(10)을 제조하였다.
| 항목 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 실시예5 | 실시예6 | |
| 혼합물(kg) | 물 | 3 | 3 | 2 | 2 | 2 | 1 |
| 황산 | 1.28 | 1.28 | 0.57 | 0.57 | 0.57 | 0.1 | |
| 산화시간(h) | 25 | 24 | 25 | 24 | 23 | 24 | |
| 열선보호재 (kg) |
산화마그네시아 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| 퇴적암 광물질 |
3 | 3 | 2 | 2 | 1 | 1 | |
| 탈기단계 (S6) |
온도 | 180 | 175 | 180 | 175 | 180 | 175 |
| 시간 | 2 | 2 | 2 | 1.5 | 1.5 | 2 | |
| 압축 전 금속파이프 외경(mm) |
10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | |
| 열선 |
내경(d) (mm) |
1.8 | 2 | 2 | 1.8 | 1.8 | 1.8 |
| 굵기(mm) | 0.18 | 0.17 | 0.16 | 0.16 | 0.14 | 0.12 | |
| 피치(mm) | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
| 저항값(Ω) | 612.7Ω | 711.8Ω | 793.4Ω | 864.3Ω | 1100.0Ω | 1466.7Ω | |
| 축관 후 금속파이프 | 길이(M) | 3.5 | 3.0 | 2.7 | 2.5 | 2.0 | 1.5 |
| 외경(mm) | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | |
| 측정결과 |
전기소모량(W) | 79 | 68 | 61 | 56 | 44 | 33 |
| 열선온도 (℃) |
70 | 71 | 70 | 69 | 68 | 71 | |
금속파이프(11)는 1mm의 두께를 가진 알루미늄 파이프를 사용하였으며, 본 출원인이 응용한 압축기를 이용하여 외경을 8mm로 줄여 압축하였고, 이 때 압축으로 늘어난 압축 후 금속파이프(11)의 길이는 각 실시예에 기재한 바와 같이 3.5∼1.5M로 늘어났다. 압축하기 전 금속파이프(11)에 인입된 열선(12)의 굵기는 0.18∼0.12mm이고, 이들을 코일형태로 감았을 때 피치는 공히 1mm로 하였다.
이렇게 제조한 각 실시예 금속파이프(11) 5개를 도 3과 같이 온돌리드선(16)을 이용하여 병렬로 연결하여 전열관(10)으로 제조한 다음 콘크리트에 매립하지 않고 노출된 상태에서 전원을 공급하여 측정하였고, 그 결과를 상기 표 3에 기재하였다. 상기 표 3에 기재된 바와 같이 열선(12)의 발열온도는 70℃로 거의 동일하고, 이 때 전기소모량은 M당 약 22W였다.
* 실험예 *
하기의 평면도는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 전열관(10)을 2021년 06월 12에 경기도 양주시 장흥면 부곡리 산 28-3번지에 주소를 둔 요양원의 지하1층에 실제 시공한 건축물의 도면이다.
상기 도면에서 본 발명의 전열관(10) 부분은 붉은색으로 표시하였다. 상기 실제 시공된 전열관(10)은 난방장소가 넓은 곳은 실시예 1로 제조한 전열관(10)이 시공되었고, 난방장소가 협소한 부분은 실시예 2 내지 실시예 6으로 제조한 전열관(10)을 조합하여 시공하였다. 표 3과 같이 본 발명의 각 실시예의 방법으로 제조한 모든 전열관(10)은 전원을 공급하여 측정한 결과 열선(12)의 발열온도 편차가 적고, 또한 M당 전기 소모량도 거의 일치됨을 보이고 있다. 따라서 상기 시공 평면도에 시공된 각 실시예 전열관(10)들은 유사한 난방 성능을 가지므로 실험예 측정을 하는데 전혀 문제가 없다.
실제 시공된 전열관(10)을 1일 24시간 121일(2021년 12월 1일부터 2022년 3월 31일까지 동절기 4개월간 난방을 진행하였고, 난방 중 30초 동안 전원을 공급한 후 30초 동안 전원을 차단함을 지속적으로 반복하는 방식으로 난방을 하였다. 이 시간동안 난방을 실험한 결과 난방에 소모되는 소비전력은 28.58KW가 측정되었다.
따라서, 본 발명의 실험예에 따른 전열관의 소비전력은 28.58KW 이므로 이산화탄소 배출량은 459.4g×28.58KW=13,129.652g=13.13kg이 배출되었다.
* 비교예 *
하기의 평면도는 본 발명의 실험예의 건축물과 동일한 건축물의 지하1층에 종래 전열관을 시공하기 위해 비교업체가 설계한 평면도이다. 본 출원인이 비교에서 선정되어 본 발명의 전열관을 시공하여 상기 실험예를 도출하였기 때문에, 비교업체는 선정되지 못한 관계로 실제 시공을 하지 못하였고 설계도만 제출한 상태이므로 이를 비교예로 사용하였다. 종래 전열관은 부분은 노란색으로 표시하였다.
비교예는 일부를 제외하고 실험예와 동일하게 4개월 동안 난방하였고, 난방 중 24초 동안 전원을 공급한 후 36초 동안 전원을 차단함을 지속적으로 반복하는 것으로 가정하였다. 이 기간동안 난방에 필요한 소비전력은 48.26KW가 된다.
따라서, 비교예에 따른 종래 전열관의 소비전력은 48.26KW 이므로 이산화탄소 배출량은 459.4g×48.26KW=22,170g=22.17kg이 배출되었다.
아래 표 4는 실험예와 비교예의 결과를 함께 표시하여 전기 소모량과 이산화탄소 배출량을 대비한 것이다.
| 항목 | 실험예 | 비교예 | 절감율(%) |
| 전기 소모량(KW) | 28.58 | 48.26 | 59.2 |
| 이산화탄소 배출량(kg) | 13.13 | 22.17 | 59 |
표 4와 같이 본 발명의 전열관(10)을 이용한 난방을 수행한 실험예는 종래 전열관을 이용하여 난방을 수행한 비교예와 비교하면 전기 소모량 59.2%, 이산화탄소 배출량 59%가 절감되는 것으로 나타났다.
따라서 본 발명은 전기 소모량과 이산화탄소 배출량을 함께 줄일 수 있고, 이에 의해 환경오염이 줄어들게 되므로 궁극의 목적인 후손들의 생존권을 보장을 담보할 수 있는 진보성을 갖춘 발명이라 하겠다.
10 : 전열관 11 : 금속파이프
12 : 열선 13 : 열선보호재
14 : 내열 실리콘 15 : 핀단자
16 : 온돌리드선 17 : 밀폐보호용기
18 : 열경화성레진 19 : 슬리브
12 : 열선 13 : 열선보호재
14 : 내열 실리콘 15 : 핀단자
16 : 온돌리드선 17 : 밀폐보호용기
18 : 열경화성레진 19 : 슬리브
Claims (11)
- 코일형태의 열선(23) 양단부에 핀단자(15)를 결속하여 전기적으로 연결시키는 단계(S1);
분말 형태의 퇴적암 광물질을 물과 황산이 혼합된 혼합물에 침지하여 퇴적암 광물질에 포함된 도체 성분을 산화시켜 퇴적암 광물질을 비전도체로 만드는 단계(S2);
금속파이프(11) 내부에 상기 S1단계를 마친 열선(23)을 인입시키고 양단부에 위치한 각 핀단자(15)의 일부분이 금속파이프(11) 외부로 노출되게 하는 단계(S3);
상기 인입된 열선(23)을 매립 보호할 수 있도록 산화마그네시아와 S2단계를 마친 비전도성 퇴적암 광물질을 7∼9 : 3∼1 중량비율로 혼합한 열선보호재(13)를 상기 금속파이프(11) 내부에 충전시키고, 양측 핀단자(15)를 내열 실리콘(14)에 돌출되게 끼우고 이 내열 실리콘(14)을 금속파이프(11) 양단부에 끼움 조립하여 금속파이프(11) 양단부를 폐쇄하는 단계(S4);
S4단계를 마친 금속파이프(11)에 함유된 공기를 배출시키면서 충전된 열선보호재(13)를 응집고화시킬 수 있도록 금속파이프(11)를 압축기에 공급 롤링시켜 구경을 원래보다 작게 압축시키는 단계(S5);
S5단계를 마친 압축된 금속파이프(11)를 탈기장치에 넣고 150℃ 이상의 온도에서 1시간 이상 가열하여 금속파이프(11) 내부에 존재하는 공기를 탈기시키는 단계(S6);
S6단계를 마친 금속파이프(11) 양단 내열 실리콘(14)에 노출되게 끼워진 핀단자(15)와 온돌리드선(16)을 결속하여 전기적으로 연결시키는 단계(S7); 및
S7단계를 마친 핀단자(15)와 온돌리드선(16)의 도체 노출 부분을 밀폐보호용기(17)에 넣고 이 도체 노출부분이 매립되도록 열경화성레진(18)을 충전시켜 수밀가능하게 경화시키는 단계(S8);를 포함하고,
여기서, 상기 S5단계에서 금속파이프(11)는 압축 전 외경 10mm 두께 0.3∼1.1mm를 가진 원관을 압축기에 넣고 롤링시켜 외경을 6.4∼8mm로 압축하고, 외경 압축에 따라 늘어난 금속파이프(11) 길이가 1.5∼3.5M일 때 사용 열선(12)은 0.12∼0.18mm 외경을 갖는 니크롬 1종 코일이고 그의 열선 저항은 343.3∼1466.7Ω인 것을 특징으로 하는 탄소 저감을 위한 저전력 고효율 습식전용 바닥 난방용 전열관 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 S2단계에서 사용된 물과 황산은 7∼9 : 3∼1 중량비율로 혼합되고, 상기 혼합물에 퇴적암 광물질을 24시간 침지하여 산화시키는 것을 특징으로 하는 탄소 저감을 위한 저전력 고효율 습식전용 바닥 난방용 전열관 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 S2단계에서 퇴적암 광물질은 80∼120메시의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 탄소 저감을 위한 저전력 고효율 습식전용 바닥 난방용 전열관 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 핀단자(15)는 내열 실리콘(14)의 외부로 노출된 부분에 나선홈(15a)이 형성되고, 이 나선홈(15a)에 온돌리드선(16)의 탈피부분을 연결한 후 나선홈(15a)과 탈피부분을 금속재질의 슬리브(19)로 감싸 압착시켜 슬리브(19)가 나선홈(15a)에 삽입된 상태로 압착되어 결속력을 높이는 것을 특징으로 하는 탄소 저감을 위한 저전력 고효율 습식전용 바닥 난방용 전열관 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, S5단계에서 금속파이프(11)를 압축시키는 롤링공정은 외경 10mm 두께 0.3∼1.1mm를 가진 원관을 파이프 압축기의 한 쌍의 롤러(R) 사이에 준비된 지름 9.75mm의 홈(H)에 공급 및 배출시켜 외경을 압축시킨 후, 이 압축된 금속파이프(11)를 동일한 방법으로 지름 9.50mm, 9.26mm, 9.02mm, 8.79mm, 8.57mm, 8.37mm, 8.19mm, 8.04mm, 8.0mm의 홈(H)에 순차적으로 공급하여 외경을 점차 압축시키고, 이후 최종 배출된 금속파이프(11)를 상기 8.0mm의 홈(H)에 반복적으로 공급 및 배출시켜 직선형태에 가깝게 형상을 보정하는 것을 특징으로 하는 탄소 저감을 위한 저전력 고효율 습식전용 바닥 난방용 전열관 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, S6단계를 마치고 S7단계를 수행하기 전에 금속파이프(11)를 직선 교정기에 공급하여 직선형태로 교정하는 단계(S6-1)를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 탄소 저감을 위한 저전력 고효율 습식전용 바닥 난방용 전열관 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, S8단계의 밀폐보호용기(17)는 핀단자(15)와 온돌리드선(16)의 도체 노출 부분을 매립하는 열경화성레진(18)을 수용할 수 있도록 수납공간을 갖는 상,하용기(17a)(17b)가 연결부재(17h)로 연결되어 단일체로 구성되고, 상,하용기(17a)(17b)의 접면부 일측에 금속파이프(11)를 수용하는 제1수용홈(17c)이 타측에 온돌리드선(16)을 수용하는 제2수용홈(17d)이 구비되고, 상,하용기(17a)(17b)는 어느 일측에 돌출된 후크(17e)가 타측에 형성된 결속홈(17f)에 삽입되어 서로 고정되는 것을 특징으로 하는 탄소 저감을 위한 저전력 고효율 습식전용 바닥 난방용 전열관 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, S5단계의 축관 공정에 의해,
늘어난 금속파이프(11) 길이가 3.5M일 때 사용 열선(12)은 0.18mm 외경을 갖는 니크롬 1종 코일이고 그의 권선저항은 612.7∼343.3Ω이고;
늘어난 금속파이프(11) 길이가 3.0M일 때 사용 열선(12)은 0.17mm 외경을 갖는 니크롬 1종 코일이고 그의 권선저항은 711.8∼403.3Ω이고;
늘어난 금속파이프(11) 길이가 2.7M일 때 사용 열선(12)은 0.16mm 외경을 갖는 니크롬 1종 코일이고 그의 권선저항은 793.4∼428.3Ω이고;
늘어난 금속파이프(11) 길이가 2.5M일 때 사용 열선(12)은 0.16mm 외경을 갖는 니크롬 1종 코일이고 그의 권선저항은 864.3∼484.0Ω이고;
늘어난 금속파이프(11) 길이가 2.0M일 때 사용 열선(12)은 0.14mm 외경을 갖는 니크롬 1종 코일이고 그의 권선저항은 1100.0∼597.5Ω이고;
늘어난 금속파이프(11) 길이가 1.5M일 때 사용 열선(12)은 0.12mm 외경을 갖는 니크롬 1종 코일이고 그의 권선저항은 1466.7∼806.7Ω인 것;을 특징으로 하는 탄소 저감을 위한 저전력 고효율 습식전용 바닥 난방용 전열관 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 열선(12)은 금속파이프(11)를 압축한 후 권선코일들의 피치는 1.0mm∼1.5mm인 것을 특징으로 하는 탄소 저감을 위한 저전력 고효율 습식전용 바닥 난방용 전열관 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 밀폐보호용기(17)는 폴리카보네이트 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소 저감을 위한 저전력 고효율 습식전용 바닥 난방용 전열관 제조 방법.
- 청구항 1 내지 청구항 10 중, 어느 한 항의 방법으로 제조한 것을 특징으로 하는 탄소 저감을 위한 저전력 고효율 습식전용 바닥 난방용 전열관.
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| KR1020220148347A KR102537888B1 (ko) | 2022-11-09 | 2022-11-09 | 탄소 저감을 위한 저전력 고효율 습식전용 바닥 난방용 전열관 및 그의 제조방법 |
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