KR102564781B1

KR102564781B1 - 흑연 조성물이 코팅된 통전부재

Info

Publication number: KR102564781B1
Application number: KR1020230052572A
Authority: KR
Inventors: 홍정애; 이경선
Original assignee: 홍정애; 이경선
Priority date: 2023-04-21
Filing date: 2023-04-21
Publication date: 2023-08-07

Abstract

본 발명은 통전부재가 전기적 에너지를 전달하는 과정에서 발생하는 열을 외부로 빠르게 방출시킬 수 있고, 코팅층이 묻어나거나 쉽게 벗겨지지 않도록 개선된 흑연 조성물이 코팅된 통전부재에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 흑연 조성물이 코팅된 통전부재는, 표면에 흑연 조성물이 분사 또는 도포되어 소정 두께의 열전도 코팅층이 형성되고, 상기 흑연 조성물은, 수분산폴리우레탄, 그라파이트 및 첨가제가 소정 비율로 혼합되어 이루어지며, 상기 흑연 조성물에 의해 상기 통전부재에서 발생하는 열이 상기 통전부재의 전체 면적으로 분산되어 방출되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

흑연 조성물이 코팅된 통전부재{Conductive Member Coated with Graphite Composition}

본 발명은 흑연 조성물이 코팅된 통전부재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부에 각종 전력기기가 수용되는 수배전반, 전동기제어반, 분전반, 접속반 및 부스덕트에 있어서, 구리 또는 알루미늄 재질의 부스바 또는 전력기기 간에 전기적 에너지를 전달하는 다양한 형태의 도체(이하 ‘통전부재’로 통칭한다)의 외측면에 방열 효과의 상승을 위해 흑연 조성물이 코팅되어 이루어지는 흑연 조성물이 코팅된 통전부재에 관한 것이다.

일반적으로 배전반, 전동기제어반, 분전반, 접속반 및 부스덕트의 내부에는 각종 전력기기가 설치되고, 이러한 전력기기 간에 전기적 에너지를 전달하기 위한 부스바 등 다양한 형태의 통전부재가 설치된다.

이러한 통전부재는 전기적 에너지를 전달하는 과정에서 전기 저항에 의해 지속적으로 열이 발생되고, 이러한 열이 누적되어 과열로 인한 절연 열화 및 화재 등과 같은 안전사고가 발생하는 위험이 있다.

따라서 통전부재의 온도를 지속적으로 감지하여 통전부재의 과열 등을 사전에 감시하고, 이와 동시에 통전부재의 방열 성능을 개선하여 쉽게 과열되지 않도록 하는 연구가 이루어지고 있다.

상기와 같은 목적의 종래기술로는 등록특허공보 제1373570호의 흑연 조성물로 코팅된 알루미늄 부스바 및 이를 구비한 배전반(이하 ‘특허문헌’이라 한다)이 개시되어 있다.

상기 특허문헌은, 알루미늄 재질의 몸체; 및 상기 몸체의 외측면에 도포된 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 흑연 및 물을 포함하는 흑연 조성물로 이루어진다.

그러나 상기 특허문헌은 흑연을 용제인 물에 혼합하여 부스바 등의 피코팅물에 코팅하는 것이나, 이렇게 코팅된 피코팅물이 건조되어 용제가 증발하고 나면, 부스바의 설치 간에 흑연이 쉽게 묻어나는 문제가 있다.

따라서 통전부재의 표면에 흑연 조성물이 코팅된 후 묻어남이 없고, 쉽게 벗겨지지 않으면서도 통전부재의 방열 효과를 향상시켜 과열 등을 방지할 수 있도록 사용성이 개선된 흑연 조성물이 코팅된 통전부재의 개발이 요구된다.

KR 10-1373570 B1 (2014. 03. 06.) KR 10-1216914 B1 (2012. 12. 21.) KR 10-2474494 B1 (2022. 12. 01.) KR 10-2297175 B1 (2021. 08. 27.)

본 발명은 상기와 같은 종래의 통전부재가 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 통전부재가 전기적 에너지를 전달하는 과정에서 발생하는 열을 외부로 빠르게 방출시킬 수 있고, 코팅층이 묻어나거나 쉽게 벗겨지지 않도록 개선된 흑연 조성물이 코팅된 통전부재를 제공하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 흑연 조성물이 코팅된 통전부재는, 표면에 흑연 조성물이 분사 또는 도포되어 소정 두께의 열전도 코팅층이 형성되고, 상기 흑연 조성물은, 수분산폴리우레탄, 그라파이트 및 첨가제가 소정 비율로 혼합되어 이루어지며, 상기 흑연 조성물에 의해 상기 통전부재에서 발생하는 열이 상기 통전부재의 전체 면적으로 분산되어 방출되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명은 상기 수분산폴리우레탄이 헥사메틸렌 디이소사아네이트(HMDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI) 및 디페닐메탄 디이소시아네이트(DPMDI) 중에서 선택되는 어느 하나인 소프트 세그먼트와, 폴리에스터, 폴리에테르 및 폴리카보네이트 폴리올 중에서 선택되는 어느 하나의 하드 세그먼트로 구성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 그라파이트의 입자 크기가 3~10㎛인 미립자 분말이 사용되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

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그리고 본 발명은 상기 흑연 조성물이 통전부재에 분사 또는 도포될 때, 용제와 소정 비율로 혼합되어 사용되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 흑연 조성물이 통전부재의 표면을 감싸도록 소정 두께로 코팅되므로 열전도율이 향상되어 전기적 에너지의 전달 과정에서 발생하는 열이 통전부재 전체적으로 빠르게 분산되므로 통전부재의 전체면을 통해 열이 방출되어 빠르게 방열될 수 있는 장점이 있다.

또한, 흑연 조성물로 인해 와전류가 감소되는 장점이 있고, 통전부재가 알루미늄 재질인 경우에는 흑연 조성물 코팅에 의해 부식이 방지되는 장점도 있다.

이에 더해 그라파이트(흑연)의 입자가 수분산폴리우레탄에 의해 코팅되므로 흑연 조성물이 통전부재의 표면에 코팅되더라도 묻어남이 없고, 시간이 지날수록 코팅층이 단단해져 통전부재의 표면에 밀착되므로 코팅층이 쉽게 박리되지 않는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 흑연 조성물이 코팅된 통전부재의 예를 보인 도면.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부도면에 따라 상세하게 설명한다.

본 발명은 통전부재가 전기적 에너지를 전달하는 과정에서 발생하는 열을 외부로 빠르게 방출시킬 수 있고, 코팅층이 묻어나거나 쉽게 벗겨지지 않도록 개선된 흑연 조성물이 코팅된 통전부재를 제공하고자 하는 것으로, 이러한 본 발명의 부스바(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 소정 크기를 가지는 도체부(11)와, 상기 도체부(11)의 표면에 분사 또는 도포되어 소정 두께로 형성되는 흑연 조성물로 이루어진 코팅부(12)로 이루어지고, 이러한 흑연 조성물을 통해 통전부재의 열전도율이 향상되게 된다.

상기와 같이 통전부재(10)의 열전도율을 높이기 위해 사용되는 흑연 조성물은 수분산폴리우레탄, 그라파이트 및 첨가제가 소정 비율로 혼합되어 이루어지는데, 여기서 수분산폴리우레탄은 미립자의 그라파이트(흑연) 분말을 코팅하여 통전부재(10)에 부착된 그라파이트가 묻어나는 것을 방지하고, 이와 동시에 통전부재(10)의 표면에 분사 또는 도포된 그라파이트가 강건하게 부착된 상태로 유지되도록 하는 바인더의 역할을 한다.

이러한 수분산폴리우레탄은 헥사메틸렌 디이소사아네이트(HMDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI) 및 디페닐메탄 디이소시아네이트(DPMDI) 중에서 선택되는 어느 하나인 소프트 세그먼트와, 폴리에스터, 폴리에테르 및 폴리카보네이트 폴리올 중에서 선택되는 어느 하나의 하드 세그먼트로 구성될 수 있고, 이러한 소프트 세그먼트와 하드 세그먼트의 조성비를 조절하여 흑연 조성물의 사용 방식(예를 들면, 스프레이 분사, 도포, 침전 등)에 맞는 적정의 점도를 가지도록 제조되게 된다.

그리고 그라파이트는 입자 크기가 3~10㎛인 미립자 분말이 사용되는 것이 바람직한데, 입자 크기가 3㎛미만이면 수분산폴리우레탄과의 혼합시 그라파이트 입자가 응집되어 취급 및 사용이 쉽지 않고, 입자 크기가 10㎛를 초과하면 통전부재(10)의 표면에 코팅되는 코팅층의 표면이 매끄럽지 못하고 울퉁불퉁한 불규칙적인 굴곡이 형성될 수 있으므로 바람직하지 못하다.

또한, 첨가제로는 그라파이트 입자의 응집을 방지하기 위한 분산제와, 혼합 과정에서 발생하는 기포를 억제하기 위한 소포제 및 점도를 조절하기 위한 증점제 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수 개로 이루어질 수 있다.

이에 더해 첨가제에는 흑연 조성물에 필요한 부가 기능을 더 하기 위해 필요에 따라 산화 방지제 및 자외선 차단제 등이 더 포함될 수 있다.

그리고 수분산폴리우레탄, 그라파이트 및 첨가제가 소정 비율로 혼합된 흑연 조성물을 통전부재(10)의 표면에 분사 또는 도포할 때에는 흑연 조성물과 용제를 소정 비율로 혼합하여 사용될 수 있는데, 이때 용제로는 자연 증발이 가능한 물이 사용되는 것이 바람직하고, 이를 통해 흑연 조성물과 물을 소정 비율로 혼합하여 통전부재(10)의 표면에 분사 또는 도포한 다음, 소정 기간 자연 건조시키는 것으로 용제로 사용된 물이 증발되어 제거되게 된다.

한편, 흑연 조성물은 통전부재(10)의 외측면에 20~50㎛의 두께로 코팅되는 것이 바람직한데, 이는 코팅부(12)의 두께가 20㎛ 미만이면 흑연 조성물에 의한 열전도율 상승효과가 미비하여 방열 효율 상승효과를 기대하기가 어렵고, 코팅부(12)의 두께가 50㎛를 초과하면 흑연 조성물의 사용량에 비해 열전도율이 상승되는 효과가 미비하므로 효율성이 떨어져서 바람직하지 못하다.

본 발명에 따른 흑연 조성물은 수분산폴리우레탄 제조 단계, 그라파이트 투입 단계, 첨가제 투입 단계, 점도 조절 단계를 통해 제조되고, 이하에서는 위에서 설명한 흑연 조성물의 제조방법에 대하여 설명한다.

(1) 수분산폴리우레탄 제조 단계

이 단계는 흑연 조성물 중, 수분산폴리우레탄을 제조하는 것으로, 이를 위해 헥사메틸렌 디이소사아네이트(HMDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 디페닐메탄 디이소시아네이트(DPMDI) 중에서 선택되는 어느 하나가 소프트 세그먼트(Soft segment)로 선택되어 준비되고, 폴리에스터, 폴리에테르 및 폴리카보네이트 폴리올 중에서 선택되는 어느 하나가 하드 세그먼트(Hard segment)로 선택되어 준비된다.

그리고 위에서 준비된 소프트 세그먼트와 하드세그먼트가 소정 비율로 혼합되어 고형분이 30~50%가 되도록 제조된다.

(2) 그라파이트 투입 단계

이 단계는 위 수분산폴리우레탄 제조 단계를 통해 수분산폴리우레탄이 제조되고 나면, 준비된 그라파이트(Graphite)를 수분산폴리우레탄에 투입하여 혼합하는 것이다.

이때 그라파이트는 3~10㎛정도의 입자를 가지는 천연흑연이 사용되고, 수분산폴리우레탄 70 ~ 90중량부, 10 ~ 30중량부의 그라파이트가 투입된다.

(3) 첨가제 투입 단계

이 단계는 위 그라파이트 투입 단계를 통해 수분산폴리우레탄에 그라파이트가 투입되고 나면, 소정량의 분산제 및 소포제를 투입하고, 교반기를 통해 소정 시간 교반하여 혼합하는 것이다.

이때 분산제와 소포제는 0.1 ~ 2.5중량부의 비율로 투입되고, 교반기를 통해 2,000~5,000rpm의 속도로 10 ~ 30분 동안 교반될 수 있다.

상기와 같은 분산제와 소포제를 통해 교반 과정에서 수분산폴리우레탄과 그라파이트가 서로 엉겨 잘 풀리지 않거나 기포가 발생하는 것을 감소시켜 수분산폴리우레탄에 그라파이트가 쉽게 분산되어 고르게 섞이게 된다.

(4) 점도 조절 단계

이 단계는 첨가제 투입 단계를 통해 수분산폴리우레탄에 그라파이트와 기타첨가제가 투입되어 고르게 혼합되고 나면, 흑연 조성물의 사용 용도에 맞추어 혼합물의 점도를 조절하는 것이다.

이때 혼합물에는 점도를 조절하기 위한 첨가제로 디에틸렌모노부틸에테르계 우레탄 및 아크릴릭폴리머 중에서 선택되는 어느 하나의 증점제가 사용될 수 있고, 또 다르게는 알카리 팽윤성을 가지는 공지된 다양한 증점제들 중에서 선택되어 사용될 수 있다.

또한, 증점제는 흑연 조성물의 사용 방법 즉, 스프레이 분사 방식, 함침(침지) 방식, 도포 등과 같이 흑연 조성물이 직접적으로 통전부재(10)에 코팅되는 방식에 따라 0.2 ~ 2중량부 범위 내에서 조절되어 투입되게 된다.

한편, 위와 같이 제조된 흑연 조성물이 통전부재(10)에 코팅층을 형성하도록 분사 또는 도포될 때, 사용이 쉽도록 용제를 소정 비율로 섞어서 사용하게 되는데, 본 발명은 유기용제 대신 친환경적이면서도 화재의 위험이 적은 물을 용제로 사용하여 통전부재(10)에 분사 또는 도포한 다음, 100℃이상의 열로 가열시켜 건조하게 된다.

이때 통전부재(10)의 가열 건조시, 급격한 온도 상승으로 인해 통전부재(10)의 표면에 핀홀이 발생되어 표면평활도가 떨어질 수 있으므로 대략 60℃부터 소정 시간차를 두고 순차적으로 100℃까지 서서히 승온될 수 있다.

또한, 위에서는 통전부재(10)의 도체부(11) 표면에 전체적으로 흑연 조성물이 분사 또는 도포되어 코팅층(12)이 형성되는 것으로만 설명되었으나, 이와 달리 체결부재 등의 구성과 접지되는 인접된 면을 제외하고 부분적으로 코팅될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 흑연 조성물이 통전부재의 표면을 감싸도록 소정 두께로 코팅되므로 열전도율이 향상되어 전기적 에너지의 전달 과정에서 발생하는 열이 부스바의 전체적으로 빠르게 분산되므로 부스바의 전체면을 통해 열이 방출되어 빠르게 방열될 수 있고, 흑연 조성물로 인해 와전류가 감소되며, 부스바가 알루미늄 재질인 경우에는 부스바의 부식이 방지되게 된다.

또한, 그라파이트(흑연)의 입자가 수분산폴리우레탄에 의해 코팅되므로 흑연 조성물이 통전부재의 표면에 코팅되더라도 묻어남이 없고, 시간이 지날수록 코팅층이 단단해지면서 부스바에 밀착되어 코팅층이 쉽게 벗겨지지 않게 된다.

위에서는 설명의 편의를 위해 바람직한 실시예를 도시한 도면과 도면에 나타난 구성에 도면부호와 명칭을 부여하여 설명하였으나, 이는 본 발명에 따른 하나의 실시예로서 도면상에 나타난 형상과 부여된 명칭에 국한되어 그 권리범위가 해석되어서는 안 될 것이며, 발명의 설명으로부터 예측 가능한 다양한 형상으로의 변경과 동일한 작용을 하는 구성으로의 단순 치환은 통상의 기술자가 용이하게 실시하기 위해 변경 가능한 범위 내에 있음은 지극히 자명하다고 볼 것이다.

10: 통전부재 11: 도체부
12: 코팅부

Claims

수배전반, 전동기제어반, 분전반, 접속반 및 부스덕트의 내부에 설치되는 통전부재에 있어서,
상기 통전부재는,
표면에 흑연 조성물이 분사 또는 도포되어 소정 두께의 열전도 코팅층이 형성되고,
상기 흑연 조성물은,
수분산폴리우레탄, 그라파이트 및 첨가제가 소정 비율로 혼합되어 이루어지며,
상기 흑연 조성물에 의해 상기 통전부재에서 발생하는 열이 상기 통전부재의 전체 면적으로 분산되어 방출되도록 구성되고,
상기 수분산폴리우레탄은,
헥사메틸렌 디이소사아네이트(HMDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI) 및 디페닐메탄 디이소시아네이트(DPMDI) 중에서 선택되는 어느 하나인 소프트 세그먼트와,
폴리에스터, 폴리에테르 및 폴리카보네이트 폴리올 중에서 선택되는 어느 하나의 하드 세그먼트로 구성되며,
상기 소프트 세그먼트와 상기 하드 세그먼트가 소정 비율로 혼합되어 고형분이 30~50%가 되도록 제조되고,
상기 첨가제는,
분산제, 소포제 및 증점제로 이루어지며,
상기 흑연 조성물은,
상기 수분산폴리우레탄 70~90중량부, 그라파이트 10~30중량부, 분산제 0.1~2.5중량부, 소포제 0.1~2.5중량부, 증점제 0.2~2중량부로 이루어지도록 제조되고,
상기 증점제는,
디에틸렌모노부틸에테르계 우레탄 및 아크릴릭폴리머 중에서 선택되는 어느 하나로 이루어지며,
상기 분산제와 소포제가 투입된 상태에서 교반기를 통해 2,000~5,000rpm의 속도로 10 ~ 30분 동안 교반하여, 수분산폴리우레탄과 그라파이트가 서로 엉겨 잘 풀리지 않거나 기포가 발생하는 것을 감소시키고,
상기 흑연 조성물은,
상기 통전부재에 분사 또는 도포될 때, 용제와 소정 비율로 혼합되어 사용되며,
상기 용제는,
물이 사용되되, 상기 통전부재(10)에 분사 또는 도포된 다음 가열 건조되고,
상기 통전부재(10)의 가열 건조시,
60℃부터 소정 시간차를 두고 순차적으로 100℃까지 승온되어 제조되고,
상기 흑연 조성물은 상기 통전부재(10)의 외측면에 20~50㎛의 두께로 코팅되는 것을 특징으로 하는 흑연 조성물이 코팅된 통전부재.
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청구항 1에 있어서,
상기 그라파이트는,
입자 크기가 3~10㎛인 미립자 분말이 사용되는 것을 특징으로 하는 흑연 조성물이 코팅된 통전부재.
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