KR20000022157A

KR20000022157A - 가열장치와 이 가열장치를 위한 축열식 발열체 및 보호시트

Info

Publication number: KR20000022157A
Application number: KR1019980710575A
Authority: KR
Inventors: 다케히코 히토미; 미츠카즈 오가와; 도시오 사부리
Original assignee: 다케히코 히토미; 미츠카즈 오가와
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1997-06-25
Publication date: 2000-04-25
Also published as: WO1997050279A1; CA2258964A1

Abstract

본 발명은 가열장치와 이 가열장치를 위한 축열식 발열체 및 보호시트에 관한 것으로서, 도로와 지붕 등의 융설, 건물시설의 난방 등에 이용되는 가열장치에 있어서, 피가열물에 대해 그 전체 영역에 걸쳐 균일한 가열을 실행하는 동시에, PTC히터의 유효한 이용을 가능하게 하기 위해 단열재(12)의 상면에 발열체(16)가 발하는 열을 확산하는 열확산판(14)을 배치하고, 그 상면에 설치된 오목부(13)에 발열체(16)를 배치하고, 발열체(16)로서는 잠열흡수 타입의 축열제(3)가 봉입된 용기(2) 내에 방열판(5)을 장착한 발열요소(4)를 축열제(3)와 접촉상태로 삽입하여 구성하고, 또한 이 가열장치(10)를 보호하기 위해 원적외선 방사재를 배합한 석유 아스팔트를 기재에 함침하여 이루어진 보호시트(18)를 열원부를 덮도록 설치하고 열원부를 표층(20)과 기층(22) 사이에 일체적으로 고착시킨 것을 특징으로 한다.

Description

가열장치와 이 가열장치를 위한 축열식 발열체 및 보호시트

종래부터 노면의 융설과 마루면의 난방 등을 위한 가열장치는 노면 또는 마루면 밑에 발열체를 매설하여 구성되어 있다. 관련된 가열장치에 있어서는 발열체로부터 발한 열이 가장 가까운 경로를 통해 표면에 도달하기 때문에, 발열체의 바로 위만이 가열되고, 피가열물에 대해 그 전체 영역에 걸쳐 균일한 가열효과를 얻기 어렵다.

또, 종래부터 관련된 가열장치에 있어서는 발열체로서 PTC특성, 즉 자기온도(自己溫度) 제어기능을 갖는 전기히터를 사용하는 것이 있다. 이 PTC특성을 갖는 발열체는 통전에 의한 자기온도 상승에 반응하여 전류저항값이 증대하고, 전류값이 저하하는 것이고, 외부에서의 컨트롤 없이 일정온도를 유지할 수 있는 제어성, 안전성 및 경제성이 우수한 특징을 갖는다.

그러나, 상기 종래의 구조에서는 PTC특성을 유효하게 이용하는 것이 곤란했다. 즉, 통전에 의해 발열체 근방이 국부적으로 온도상승하여 상기 발열체의 전류값이 저하하게 되어 주위를 신속하고, 균일하게 가열하는 것이 곤란했다.

그래서, 본 발명은 첫번째로 피가열물에 대해 그 전체 영역에 걸쳐 균일한 가열효과를 얻기 쉽고, 또한 PTC특성을 갖는 발열체를 유효하게 이용할 수 있는 가열장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

한편, 종래부터 이와 같은 가열장치에 있어서는 발열체의 열을 저장하는 축열제를 이용하는 경우가 있다. 그 때, 축열제로서 온도변화에 의해 고체-액체 간에 상변화하고, 이 상변화에 수반하는 잠열을 흡수하는 것에 의해 축열을 실행하는 잠열 흡수 타입의 축열제를 사용하는 것이 있다. 관련된 잠열흡수 타입의 축열제는 단시간 내에 잠열을 흡수시키는 것이 그 유효한 이용을 꾀하는데 특히 중요하다.

그러나, 종래의 가열장치는 면형상 전기 히터 상에 축열제를 봉입한 용기(예를 들면 파이프)를 설치하거나, 또는 축열제를 봉입한 평판형상 용기의 표면에 오목부를 설치하고 이 오목부 내에 전열선 등의 발열체를 배치하여 이러한 발열체에 통전하는 것에 의해 축열제에 열을 흡수시키는 것이었다.

그 때문에, 발열체로부터 발생하는 주울(Joule)열은 주변으로의 방열(온도와 에너지량의 저하) 및 용기 자체의 열저항을 거친 후에 축열제에 흡수되고, 따라서 축열제의 에너지 흡수율이 현저하게 낮아 효과적인 잠열흡수가 어려운 문제가 있다. 또, 축열제의 에너지 흡수효율이 낮기 때문에 융점이 낮은 축열제밖에 이용할 수 없고, 축열제의 양(축열용량)도 많게 할 수 없다.

그래서, 본 발명은 두번째로 발열요소에서 생긴 에너지의 효과적인 이용과 축열제의 에너지흡수의 고효율화를 꾀하는 것에 의해 신속한 잠열흡수, 융점이 높은 축열제의 사용 및 고축열용량을 가능하게 한 축열식 발열체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 지금까지 원적외선 방사에너지를 이용하는 몇 개의 융설, 난방방법이 시장에 제안되어 실험적 규모로 시공되고 있다.

예를 들면 아스팔트 포장에 있어서, 도로의 기층 상에 발열선을 설치하고, 그 위에 표층으로서 원적외선 방사재를 배합한 아스팔트 노재(路材)를 포장하는 방법, 또는 아스팔트 표층의 표면에 원적외선 방사층을 형성시키고, 지면 하의 발열선과 온수파이프 등의 열원으로부터의 전도전열을 원적외선 방사에너지로 변환하여 노면의 눈을 녹이는 방법 등이 있다.

그러나, 이러한 몇 개의 방법에 있어서도 종래의 전도전열 방식에 의한 융설, 난방방법과 비교하여 큰 이점을 얻을 수 없는 것이 현실이다. 또, 매설된 열원부가 표층표면에서의 충격하중과 진동 등에 의해 단선, 파손되는 등 고장이 종종 발생하는 상황에 있다. 또, 이와 같이 표층 하에 열원부를 매설하는 경우에 있어서는 표층표면에서의 충격, 하중 및 진동과, 노내(路內) 온도의 변동에 의한 반복신축 등에 의해 표층과 열원부와의 사이에 상간박리가 일어나고, 금이 가는 등의 표층의 파괴로 이어지는 문제가 있다.

그래서, 본 발명은 세번째로 가열장치에 있어서, 열원부의 보호와, 도로와 마루 등의 표층의 강도 및 내구성의 향상을 꾀하는 것에 의해 장치 전체의 보호강화를 꾀하는 동시에 원적외선 방사에너지의 유효한 이용을 달성할 수 있는 가열장치를 위한 보호시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 도로, 주차장 또는 지붕 등의 눈을 녹여 제거함(이하, 융설(融雪)이라 한다)·동결방지, 건물시설의 난방, 농업분야에 있어서 온실가온, 또는 어업분야에 있어서 양식장 가온 등에 이용되는 가열장치와, 이 가열장치에 적합하게 이용되는 축열식 발열체 및 보호시트에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 한 실시형태에 관련된 축열식 발열체(1)를 나타낸 일부 절개사시도,

도 2는 축열식 발열체(1)의 발열요소(4), 방열판(5) 및 금속선(6)의 구조를 나타낸 사시도,

도 3은 축열식 발열체(1)의 단면도,

도 4는 축열식 발열체(1)에 있어서 방열판(5)의 변경예를 나타낸 사시도,

도 5는 본 발명의 한 실시형태에 관련된 가열장치(10)를 나타낸 단면사시도,

도 6은 가열장치(10)의 요부 확대단면도,

도 7은 가열장치(10)의 단면도,

도 8은 가열장치(10)의 평면도,

도 9는 도 8의 A-A단면도,

도 10은 본 발명의 다른 실시형태에 관련된 가열장치(30)의 단면도,

도 11은 실시예 1의 시험체(A)의 단면도,

도 12는 시험예 1에 있어서 각 시험체의 노면온도 상승을 나타낸 그래프,

도 13은 시험예 2에 있어서 각 시험체의 노면온도 유지특성을 나타낸 그래프,

도 14는 시험예 4에 있어서 각 시험체의 전류값 변동 특성을 나타낸 그래프,

도 15a는 시험예 5에 있어서 시험체의 종단면도,

도 15b는 시험예 5에 있어서 시험체의 수평단면도,

도 16은 시험예 6에 있어서 시험체(D)의 단면도 및

도 17은 시험예 6에 있어서 시험체(D)의 온도변화를 나타낸 그래프이다.

본 발명의 가열장치는 상면에 오목부를 갖는 단열재와, 상기 오목부에 배치된 발열체와, 상기 단열재의 상면에 설치되고 상기 단열재와 상기 발열체와의 사이에 개재하여 상기 발열체가 발하는 열을 확산하는 열확산판을 구비하여 이루어진다.

이 가열장치에서는 발열체로부터 생긴 에너지는 단열재에 의해 아래쪽으로 빠져나가지 않고, 또한 열확산판에 의해 가로방향으로 신속하게 퍼진다. 그 때문에, 발열체 근방에 있어서 국부적인 온도상승을 방지하여 위쪽뿐만아니라 가로방향으로의 신속한 에너지의 확산이 가능하게 된다. 그 때문에, 피가열물에 대해 그 전체 영역에 걸쳐 균일한 가열효과를 얻기 쉽다. 또, 상기한 바와 같이 발열체 근방에 있어서 국부적인 온도상승을 방지할 수 있기 때문에, 특히 발열체로서 PTC특성을 갖는 것을 이용한 경우에 발열체의 자기온도 상승에 의한 전류값 저하를 방지하여 주위를 신속하고 또한 균일하게 가열할 수 있다. 또, 단열재의 유효한 이용이 가능하게 된다.

이 가열장치에 있어서는 열확산판의 상면에 원적외선 방사층이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 열확산판 상면의 원적외선 방사층은 발열체로부터 공급된 에너지로 가열되고, 원적외선 파장을 위쪽으로 광범위하게 방사한다.

상기 가열장치에 있어서는 발열체의 위에서 단열재를 덮도록 원적외선 방사층을 배치하는 것이 바람직하다. 단열재를 덮도록 배치된 원적외선 방사층은 단열재 상면의 열확산판 및 발열체로부터 공급된 에너지를 받아서 원적외선을 위쪽으로 광범위하게 재방사한다.

이 경우, 상기 단열재가 기층상에 배치되고, 상기 단열재를 덮도록 배치된 상기 원적외선 방사층이 열융착성을 갖고, 이 열융착성에 의해 상기 단열재 및 상기 발열체가 일체화되어 상기 기층상에 고착되어 있는 것이 바람직하다. 또, 이 원적외선 방사층 상에 표층이 형성되고, 원적외선 방사층의 열융착성에 의해 기층, 표층, 단열재 및 발열체가 융착하여 일체화되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해 특히 본 가열장치를 표층하에 매설하여 이용하는 경우에 그 강도저하를 방지할 수 있다.

또, 단열재를 덮도록 배치한 원적외선 방사층상에 표층이 형성되고, 이 표층에 원적외선 방사층에서 방사된 원적외선 파장을 흡수대로 하는 원적외선 방사재를 배합하는 것에 의해 원적외선 파장의 감쇠를 최소한으로 하고, 원적외선 파장을 표층표면의 피가열물에 효율적으로 재방사, 흡수시킬 수 있다.

본 발명의 축열식 발열체는 고체-액체간에 상변화하여 잠열을 흡수하는 축열제가 봉입된 용기 내에 상기 축열제와 접촉상태로 발열요소가 삽입되고, 이 발열요소에 열을 상기 용기 내에 확산하는 방열판(放熱板)이 장착된 것을 특징으로 한다.

이 축열식 발열체라면 잠열 흡수 타입의 축열제를 봉입한 용기 내에 방열판을 장착한 발열요소를 축열제와 접촉하도록 삽입하고 있기 때문에 축열제는 발열요소로 부터 직접적으로 및 방열판을 통해 간접적으로 전열흡수할 수 있다. 그 때문에, 발열요소로부터 생긴 에너지의 효과적인 이용과, 축열제의 에너지흡수의 고효율화를 꾀할 수 있기 때문에, 신속하고 평균적인 잠열흡수가 가능해지고, 따라서 융해온도가 높은 축열제의 사용과 축열용량의 증대가 가능하게 된다.

또, 관련된 구성에 의해 발열요소로서 자기온도 제어기능을 갖는 전기히터를 이용한 경우에 있어서, 축열제와 발열요소와의 접촉면에서 생긴 국부과열현상에 의한 전류저하를 방지하여 PTC특성의 유효한 이용이 가능하게 된다.

상기 축열식 발열체에 있어서는 축열제가 원적외선 파장을 흡수하는 전기적 쌍극자 분자구조를 갖는 축열제이고, 방열판의 표면에 원적외선 방사층이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 관련된 특이한 축열제와 원적외선 방사층과의 조합에 의해 발열요소로부터 생긴 에너지는 방열판 표면의 원적외선 방사층에서 원적외선 파장(전자파)으로서 방사되고, 이 원적외선 파장을 축열제의 분자가 직접 흡수하여 진동여기한다. 그 결과, 용기 내의 축열제는 발열요소 및 방열판으로부터의 직접간접적인 열전도와, 원적외선 방사층으로부터의 원적외선 방사와의 두 개의 에너지 공급을 받아 용기 내의 전체 영역에서 균일하고 신속하게 융해온도까지 온도가 상승하여 잠열을 흡수한다.

상기 축열식 발열체에 있어서는 축열제에 방열판 표면에 형성된 원적외선 방사층에서 방사된 원적외선 파장을 흡수파장 영역으로 하는 원적외선 방사재가 배합되어 있는 것이 바람직하다. 이 축열제에 배합된 원적외선 방사재는 방열판 표면으로부터의 원적외선 방사와 전열의 두 개 에너지공급을 받아 여기되고, 축열제의 분자진동을 촉진하여 그 온도상승을 촉진한다.

상기 축열식 발열체에 있어서는 용기 내에 융해온도가 다른 2종 이상의 축열제를 봉입하는 것이 바람직하다. 용기 내에 봉입된 축열제는 발열요소 및 방사판에서 에너지 공급을 받아 우선 융해온도가 낮은 축열제가 액체화한다. 그 결과, 용기 내의 축열제 전체에 유동화 현상이 생겨 교반되고, 이것에 의해 융해온도가 높은 축열제가 과열화된 융해온도가 낮은 축열제 및 방열판 등에서 에너지를 흡수하여 단시간에 융해온도에 도달한다.

상기 축열식 발열체에 있어서는 발열요소에 장착한 방열판의 외부둘레에 원적외선 방사층으로 피복된 금속방열선을 감는 것이 바람직하다. 이에 의해 용기 내의 축열제의 온도상승과 잠열흡수가 더욱 촉진되는 동시에 용기 표면의 온도상승이 현저하게 빨라진다.

상기 축열식 발열체에 있어서는 상기 용기의 표면에 원적외선 방사재를 함유하는 세라믹 코팅층을 형성시키는 것이 바람직하다. 관련된 구성은 용기가 수지제로서 상기 발열체를 도로의 융설에 이용하는 경우에 특히 유효하다.

이 축열식 발열체는 상기한 본 발명의 가열장치의 발열체로서 이용하는 것이 바람직하다. 이에 의해 열확산판 상의 원적외선 방사층은 축열제로부터 공급된 에너지에 의해 안정적인 온도를 유지하여 원적외선을 안정적으로 방사할 수 있다.

본 발명의 보호시트는 석유 아스팔트에 원적외선 방사재를 첨가하여 가열혼합하여 이루어진 혼합액을 기재에 함침(含浸)시켜 이루어진 원적외선 방사기능과 열융착성을 함께 갖는 것이다.

본 발명의 보호시트는 기층과 표면과의 사이에 열원부를 매설하여 이루어진 가열장치에 있어서, 이 열원부를 보호하기 위해 상기 열원부 상에 설치하여 사용할 수 있다. 관련된 사용에 있어서, 보호시트는 석유 아스팔트에 의한 열융착성에 의해 열원부를 기층과 표층과의 사이에 융착 일체화시켜 열원부의 보호를 꾀하는 동시에 표층의 강도 및 내구성을 향상시킬 수 있고, 따라서 장치 전체의 보호강화를 꾀할 수 있다. 또, 원적외선 방사재를 첨가한 것에 의해 열원부로부터의 에너지를 넓은 방사면적에서 원적외선으로서 방사할 수 있어 원적외선 방사에너지의 효과적인 이용을 꾀할 수 있다. 특히 열원부 자체가 원적외선을 방사하는 것인 경우, 관련된 원적외선을 감쇠시키지 않고, 넓은 면적에서 흡수하여 재방사할 수 있다. 또, 기재에 의해 보호시트의 인장강도가 높아지기 때문에 열원부 및 표층을 그 전단방향에 작용하는 힘에서 보호할 수 있다.

본 발명의 보호시트에 있어서는 상기 혼합액에 그래파이트(graphite)를 배합하는 것이 바람직하다. 이것에 의해 열전도성이 개선되는 동시에, 원적외선의 방사발산도가 높아진다.

본 발명의 보호시트에 있어서는 그 한쪽면 또는 양면에 석유 아스팔트와 원적외선 방사재와의 혼합물을 도포하여 복층구조로 해도 좋다. 관련된 복층구조는 원적외선 방사전파를 저하시키지 않고, 융착강도를 높이고, 동시에 열전도와 방사효과를 높일 수 있는 점에서 유리하다.

이 보호시트는 상기한 본 발명의 가열장치에 있어서, 그 단열재의 상면을 덮도록 배치한 원적외선 방사층으로서 이용되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.

도 1∼도 3은 본 발명의 한 실시형태에 관련된 축열식 발열체(1)를 나타내고 있고, 도면에 있어서 (2)는 축열용기, (3)은 축열제, (4)는 발열요소, (5)는 방열판, (6)은 방열금속선을 각각 나타내고 있다.

축열용기(2)는 원통형상을 이룬 금속제 또는 합성수지제의 파이프이고, 그 내부에는 축열제(3)가 봉입되어 있다.

축열제(3)는 그 온도변화에 의해 고체-액체 간에 상변화하고, 이 상변화에 따라 잠열의 흡수방출을 하는 축열제이다. 여기에서는 축열제(3)로서 일반의 축열제와 달리, 원적외선 파장을 흡수할 수 있는 전기적 쌍극자의 분자구조를 갖는 축열제가 사용되고 있다. 이와 같은 원적외선 파장을 흡수하는 전기적 쌍극자의 분자구조를 갖는 축열제로서는 폴리에틸렌글리콜 등의 폴리옥시알킬렌이 적합하다.

이 축열제(3)에는 원적외선 방사재가 함유되어 있다. 원적외선 방사재로서는 10미크론 전후로 고방사율을 갖는 것을 선정하는 것이 바람직하다.

그 적합한 예로서는 산화실리카, 산화알루미나 등을 주요성분으로 하는 화강암과 유문암의 미세분말, 또는 플라이 애시(fly ash)(석탄회) 등을 들 수 있다. 또, 산화철, 이산화망간, 산화니켈 등의 금속산화물을 적량배합하는 것이 바람직하다.

이 축열제(3)가 봉입된 축열용기(2) 내에는 방열판(5)을 장착한 발열요소(4)가 축열제(3)와 접촉상태로 삽입되어 있다. 발열요소(4)는 축열용기(2)의 전체 길이에 걸쳐서 그 대략 중심선 상에 배치되어 있고, 축열용기(2)의 한쪽면에 부착된 시일체(7)를 통해 축열용기(2)에서 전원공급용의 배선(8)이 나와 있다.

발열요소(4)는 PTC특성을 갖는 자기온도 제어기능의 테이프 형상 전기히터(폭 10∼20㎜정도)이다. 이 발열요소(4)는 통전에 의한 자기온도 상승에 반응하여 전기저항값이 증대하고 전류값이 저하한다. 또 온도가 상승하여 소정온도(예를 들면 80℃)에 달하면 전류값은 더욱 감소하고, 방열과 균형을 이루면서, 외부에서의 컨트롤없이 일정온도를 유지할 수 있는 제어성, 안전성, 경제성 등이 우수한 특성을 갖고 있다. 이 발열요소(4)는 카본과 유기고분자 수지를 혼합압연하고, 이 유기열 반도체에 병렬회로의 전극을 설치하고, 합성수지로 절연피복 등을 한 것으로서 그 테이프형상의 어느 길이에서 절단해도 전극간의 저항값은 변하지 않는다.

발열요소(4)에 장착된 방열판(5)은 발열요소(4)가 발하는 열을 축열용기(2) 내에 확산하기 위한 것이다. 이 방열판(5)은 열전도성이 좋은 금속판으로 이루어지고, 도 2, 도 3에 나타낸 바와 같이 축열용기(2)를 중심으로 배치된 발열요소(4)에서 방사형상으로 전개되어 있다. 또, 방열판(5)의 바깥 테두리부에는 축열제(3)의 유동효과를 높이기 위해 복수의 오목부(9)가 소정 간격으로 형성되어 있다. 방열판(5)의 양표면에는 원적외선 방사층이 형성되어 있다. 이 원적외선 방사층은 상기한 원적외선 방사재를 함유한 도료를 도포하는 것에 의해 형성할 수 있다. 또는 방열판(금속판)의 표면을 산화처리하는 것에 의해 원적외선 방사층을 형성할 수도 있다. 또, 방열판(5)은 금속박과 같은 얇은 것은 아니고, 열전도를 충분히 효과적이게 하고, 또 필요로 하는 원적외선 파장을 안정적으로 얻을 수 있기 위한 단면적, 열전도율, 방열(방사)면적을 갖는 것이 바람직하다.

방열판(5)의 외부둘레에는 원적외선 방사층을 형성한 동선, 알루미늄선 등의 방열금속선(6)이 감겨 있다. 즉, 방열금속선(6)은 방사형상으로 뻗는 방열판(5)에 접하여 그 외부둘레에 나선형상으로 감겨 있다. 방열금속선(6)을 피복하는 원적외선 방사층은 상기한 원적외선 방사재를 함유하는 도료에 의해 형성할 수 있다. 또는 금속선 표면을 산화처리하는 것에 의해 원적외선 방사층을 형성시킬 수 있다. 이 방열금속선(6)은 방열판(5) 바깥 테두리부의 오목부(9)에 걸어서 감는 것이 바람직하다.

축열용기(2)의 표면에는 원적외선 방사재를 함유하는 약 10㎛정도의 세라믹 코팅층이 형성되어 있다. 이 세라믹 코팅층은 본 축열식 발열체(1)를 아스팔트 도로 등의 융설장치에 이용하는 경우에 그 아스팔트 시공시에 있어서 외부에서의 열충격을 완화하기 위한 열완충층으로서 작용하는 동시에, 축열용기(2) 내부의 축열에너지를 원적외선 파장으로 변환하여 외부로 방사하는 작용을 갖는다. 여기에서 말하는 열완충은 통상의 단열(공기)이라는 개념이 아니라, 외부에서 입사한 에너지를 일단 흡수하여 외부로 재방사하여 열의 침입을 방지하는 새로운 관점에서의 열완충효과를 얻도록 한 것이다. 따라서, 세라믹 코팅제는 그 목적에 합치한 재방사율을 갖는 원적외선 방사재가 배합되어 있지 않으면 안 되고, 또 세라믹 코팅제 자신이 아스팔트 시공시의 온도에 견딜 수 있는 성분배합이어야 한다. 그래서, 이와 같은 세라믹 코팅제로서는 수성 라텍스 수지를 베이스로 하는 코팅제에 상기 원적외선 방사재를 함유시킨 것을 이용하는 것이 적합하다.

이상과 같이 이루어진 축열식 발열체(1)에 있어서는 작동신호에 의해 발열요소(4)에 전기가 공급되어 발열을 개시한다. 이 발열요소(4)가 발한 주울열은 축열제(3)에 대해 직접 또는 간접적으로 공급된다. 즉, 발열요소(4) 근방의 축열제(3)는 발열요소(4)가 발하는 열을 흡수하고, 한편 발열요소(4)에서 떨어진 축열용기(2)의 내벽 근방의 축열제(3)는 방열판(5)과 방열금속선(6)의 열을 흡수한다. 또 축열제(3)는 방열판(5)의 양면에 형성된 원적외선 방사층과, 방열금속선(6) 표면의 원적외선 방사층 및 축열제(3)에 배합된 원적외선 방사재 등에서 방사된 10㎛를 최대영역으로 하는 원적외선 파장을 직접 흡수하여 축열제 분자가 여기상태가 된다. 이 원적외선 방사와 전열의 두가지 다른 에너지 전도를 축열제(3)에 부여하는 것에 의해 축열제(3)는 급속하게 융해온도에 도달하고, 잠열흡수를 단시간에 완료하여 액화한다. 센서가 이 액화를 감지하면, 작동신호가 OFF가 되고, 액화한 축열제(3)는 흡수한 잠열의 방출에 의해 고체상으로 되돌아간다.

이와 같이 이 축열식 발열체(1)라면 원적외선 방사와 전열의 두가지 에너지 전도를 축열용기(2)의 전체 영역에 걸쳐 축열제(3)에 부여할 수 있기 때문에 축열제(3)의 잠열 흡수를 신속하고, 균등하게 완료시킬 수 있다. 그 때문에, 난방과 융설을 시작하기까지의 시간을 짧게 할 수 있다. 또, 축열제(3)로서 융해온도가 높은 것을 이용할 수 있고, 이것에 의해 난방·융설효과를 높일 수 있다. 또, 축열제(3)의 양을 많게 하여 난방·융설효과를 장시간 지속시킬 수 있다.

상기 축열식 발열체(1)에 있어서, 축열제(3)는 융설용으로서 이용하는 경우, 그 융해온도가 18∼55℃인 것이 바람직하고, 한편 마루 난방 등의 난방가열용으로 이용하는 경우, 그 융해온도가 35∼61℃인 것이 바람직하다.

여기에서, 축열제(3)는 융해온도가 다른 2종 이상의 축열제를 배합한 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 축열용기(2)내에 봉입된 축열제(3)는 원적외선 방사와 전열의 두가지 에너지 공급을 받아 먼저 융해온도가 낮은 축열제가 에너지를 흡수하여 액체화한다. 동시에 배합된 원적외선 방사재도 여기한다. 그 결과, 축열용기(2)내의 축열제(3) 전체에 유동화 현상이 생겨 교반되고, 이것에 의해 융해온도가 높은 축열제는 과열화된 융해온도가 낮은 축열제, 원적외선 방사재 및 방열판(5) 등에서 골고루 방사, 전열을 받아 분자진동을 일으켜 단시간에 잠열을 흡수하고, 융해온도에 도달한다.

또, 혹한지역과 산간지역과 같이 축열제(3)가 융해온도에 도달하는데 많은 시간을 필요로 할 우려가 있는 경우는 재빨리 융해온도에 도달하도록 융해온도가 낮은 축열제의 배합량을 많게 하는 것이 바람직하다. 또, 융해온도가 높은 축열제의 융점을 1랭크 내리는 것이 바람직하다.

상기에 있어서는 축열용기(2)로서 원통형상을 이룬 수지제 또는 금속제의 파이프를 이용했는데, 축열용기(2)는 파이프에 한정하지 않고, 필요목적에 따라서 평판형상의 용기를 이용해도 좋다.

또, 일반적으로 융설용으로서 아스팔트에 매설된 수지제 파이프로서는 그 시공시의 아스팔트 노재온도(약 150℃ 이상)에 견디도록 내열성이 좋은 고밀도 가교 폴리에틸렌관을 이용하여 그 표면에 약 15㎛ 정도의 알루미늄박 등의 금속박을 감아붙여 사용하고 있다. 그 때, 금속박을 파이프에 접착하는 것이 곤란하기 때문에, 금속박을 단지 파이프에 감아붙여 내열테이프에 고정만을 한 구조를 채용하고 있다. 그러나, 관련된 구조에서는 금속박이 현장작업에 있어서 간단하게 박리되고, 또 파이프 구부림 작업에 있어서는 구부림 부분의 금속박이 부상하여 파이프를 보호하는 열완충층으로서의 작용을 충분히 얻을 수 없다는 문제가 있다. 그래서, 본 실시형태에서는 축열용기(2)의 표면에 세라믹 코팅층을 형성하고 있다. 이 구조는 축열용기(2)로서 가교 폴리에틸렌관 등의 수지제 용기를 이용하여 아스팔트 도로의 융설에 적용하는 경우에 특히 유리하다. 본 실시형태에 있어서는 이 세라믹 코팅층이 외부로부터의 열완충층으로서 작용하는 동시에, 축열제(3)가 축열용기(2)의 관벽을 통과하는 열을 흡수하는 상승효과에 의해 축열용기(2)에 대한 아스팔트 시공시의 열충격을 완화하여 허용내열온도 이상의 고온분위기에서의 사용을 가능하게 하고 있다.

상기에 있어서, 발열요소(4)는 PTC특성의 테이프형상 히터에 한정된 것은 아니고, PTC특성의 면형상 히터, PTC특성이 없는 면형상 히터 또는 발열선을 이용해도 좋다. 또, 온수와 히트파이프 등의 열원의 이용도 가능하다.

이 축열식 발열체(1)는 융설과 실내의 마루 난방에 한정된 것은 아니다. 예를 들면 공조용의 축열식 발열체로서 효과적으로 사용을 할 수 있다. 본래, 잠열 흡수에 의해 고체-액체 간에 상변화하는 축열제는 물이나 부동액 등으로 축열하는 현열저장의 축열제보다도 단위 체적당 에너지 축열량, 사용온도 영역의 안정성, 그 이외에 뛰어난 유리함이 있지만, 빙축열과 달리, 잠열을 흡수시키는 초기에 있어서는 고체상이기 때문에 유동성이 없다. 그 때문에, 간편하게 효율적으로 에너지를 주어 잠열을 흡수시키기 위한 적절한 기술개발이 요구되고 있다. 상기 축열식 발열체(1)는 축열용기(2)에 2종 이상의 축열제와 원적외선 방사재를 배합하여 이루어진 축열제(3)를 봉입하고, 이 축열용기(2)내에 원적외선 방사층을 갖는 방열판(5)을 장착한 발열요소(4)를 축열제(3)와 직접 접촉하도록 삽입한 매우 간편한 구조이면서, 원적외선 방사와 전열의 상승효과에 의해 급속한 축열제(3)의 액화(잠열흡수)를 얻을 수 있다. 이 축열식 발열체(1)는 창가와 벽쪽으로의 실내 설치형(소용량형 축열식 발열장치), 또는 빌딩·공장의 지하실과 옥상 등에 설치한 대용량 축열식 발열장치로서 사용할 수 있다. 모두 이 축열식 발열체(1)의 이용에 의해 재빠른 에너지 흡수와 낭비없는 난방, 수전(受電) 용량을 50%로 하는 ON-OFF운전, 야간의 싸게 할인된 전력의 사용 등의 큰 이점을 얻을 수 있다.

도 4는 상기한 축열식 발열체(1)에 있어서, 방열판(5)의 배치구성을 변경한 예를 나타내고 있다.

이 예에 있어서는 단면이 대략 V자형을 이룬 방열판(5)의 바닥부에 발열요소(4)를 끼운 상태에서 발열요소(4)가 축열용기(2)의 바닥부쪽으로 삽입되어 있다. 이 예에 있어서도 방열판(5)의 표면에는 원적외선 방사층이 형성되어 있고, 또 방열판(5)의 바깥 테두리부에는 복수의 오목부(9)가 소정 간격을 두고 형성되어 있다. 또, 방열판(5)의 외부둘레에는 원적외선 방사층을 박막 도장한 방열금속선(6)이 복수의 오목부(9)에 걸리도록 감겨 있다.

도 5∼도 9는 본 발명의 한 실시형태에 관련된 가열장치(10)를 나타내고 있고, 도면에 있어서 (12)는 단열재, (14)는 열확산판, (16)은 발열체, (18)은 보호 시트, (20)은 표층, (22)는 기층을 각각 나타내고 있다. 이 실시형태의 가열장치(10)는 도로의 융설장치로서 이용된 것이다.

단열재(12)는 장방형상을 이룬 판형상 부재로서, 그 상면의 거의 중앙에는 길이 방향으로 뻗은 오목형상의 홈(13)이 형성되어 있다. 이 단열재(12)는 고내압 단열재로서, 여기에서는 하층을 이룬 평판형상의 단열재(12a)와, 홈(13)을 형성하기 위한 상층의 단열재(12b)에 의해 일체적으로 구성되어 있다. 상층의 단열재(12b)는 단열재(12)의 길이 방향에 있어서 두개로 분리된 상태로 배치되어 있고, 이것에 의해 도 8, 도 9에 나타낸 바와 같이 단열재(12)의 길이 방향의 양단부와 중앙부의 3군데에 단열재(12)의 짧은 변 방향으로 뻗은 우묵하게 패인 부분(24)이 형성되어 있다. 이 우묵하게 패인 부분(24)은 표층(20)이 들어가는 것에 의해 표층(20)의 수평방향으로의 어긋남을 방지하는 쐐기로서 작용한다. 또, 도로구조의 강도를 유지하기 위해 단열재(12)는 내압강도가 15∼90㎏/㎠, 비중이 1.0∼1.5g/㎤인 것이 바람직하다.

열확산판(14)은 단열재(12)의 상면, 상세하게는 상층의 단열재(12b)의 상면을 거의 그 전체 영역에 걸쳐 덮도록 배치되어 있고, 양자는 일체화되어 열확산 단열 보드로서 구성되어 있다. 열확산판(14)은 동, 알루미늄 등으로 이루어진 금속판이고, 발열체(16)가 발하는 에너지를 단열재(12)의 상면을 따라 주위에 충분히 확산하기 위한 적절한 열전도율과 두께를 갖는다. 이 열확산판(14)의 상면에는 상기 원적외선 방사재를 함유하는 도료를 도포하여 이루어진 원적외선 방사층이 형성되어 있다. 또는 열확산판(14)의 표면을 산화처리하여 원적외선 방사층으로 해도 좋다. 이 원적외선 방사층은 발열체(16)로부터 공급된 에너지에 의해 가열되고, 원적외선 파장을 위쪽으로 광범위하게 방사한다.

발열체(16)는 단열재(12)의 길이 방향을 따라 뻗은 원통형상을 이루어 단열재(12)의 홈(13)에 배치되어 있다. 이 실시형태에서는 상기한 도 4의 축열식 발열체(1)를 발열체(16)로서 이용하고 있다.

도 6에 나타낸 바와 같이 발열체(16)는 그 바닥부가 홈(13) 내에 배치되고, 나머지 부분이 단열재(12)의 상면에서 위쪽으로 돌출하도록 배치되어 있다. 홈(13)내에 배치된 발열체(16)의 바닥부는 단열재(12) 상에 배치된 열확산판(14)과 접촉하고 있다. 이것에 의해 발열체(16)의 바닥부측의 열을 가로방향으로 확산시켜 발열체(16)가 발한 에너지의 유효이용을 꾀할 수 있다. 또, 열확산판(14)은 홈(13)의 양측부에 있어서 발열체(16)를 따라 위쪽에 뻗어 설치되어 접혀서 이루어진 돌출된 연장부(14a)를 갖고 형성되어 있다. 이것에 의해 발열체(16)에 대한 열확산판(14)의 접촉면적을 높여서 가로방향으로의 열확산 효과를 높일 수 있다. 또, 단열재(12)의 두께를 줄여서 장치의 경량화를 꾀할 수 있기 때문에, 작업성 및 비용이 뛰어나다. 이와 같은 연장부(14a)를 설치하는 경우, 열확산판(14)이 발열체(16)의 표면의 40% 이상 접촉하도록 설계하는 것이 바람직하다.

발열체(16)는 단열재(12)의 우묵하게 패인 부분(24)에 있어서, 고정 밴드(26)를 통해 콘크리트 못 등의 조임부재(27)에 의해 단열재(12) 및 열확산판(14)에 대해 밀착고정되어 있다. 이 조임부재(27)는 단열재(12)를 관통하여 기층(22)에 박혀 있고, 이것에 의해 본 가열장치(10)는 기층(22)에 대해 고정되어 있다. 여기에서 기층(22)은 통상 충전재를 배합하여 이루어진 층을 말한다.

보호시트(18)는 석유 아스팔트에 상기 원적외선 방사재를 첨가하고 가열혼합하여 이루어진 혼합액을 시트형상의 기재에 함침하여 이루어지고, 열전도성, 원적외선 방사기능, 인장강도 및 소정온도 이상에서 융착성을 나타낸 열융착성을 갖는 것이다. 이 보호시트(18)는 도 7, 도 8에 나타낸 바와 같이 발열체(16)의 위에서 단열재(12) 상에 배치된 열확산판(14)의 상면을 전체적으로 덮도록 배치되어 있다. 또, 그 양측부가 기층(22) 상에까지 뻗어 있다. 이 보호시트(18)는 아스팔트로 이루어진 표층(20)의 시공시에 그 아스팔트 노재의 열에 의해 융착성을 발휘하여 용이하게 단열재(12)와 발열체(16)를 기층(22) 상에 고착시키는 동시에, 표층(20)에 대해 고착시키고, 또 기층(22)과 표층(20)을 단단하게 고착시킬 수 있다.

표층(20)은 밑에서 보호층(20a), 중간층(20b), 표면층(20c)의 3층으로 이루어진 아스팔트 층이다. 이 표층(20)에는 발열체(16), 열확산판(14) 및 보호시트(18)에서 방사된 원적외선 파장을 흡수대로 하는 원적외선 방사재가 배합되어 있다. 이와 같은 원적외선 방사재로서는 석영계 화산암, 만주 타르크, 플라이 애시 등이 있다.

이 가열장치(10)에 있어서는 발열체(16)인 축열식 발열체(1)에서 발생한 에너지는 축열용기(2)의 원적외선 방사층에서 보호시트(18) 및 열확산판(14)에 대해 방사 및 접촉전열로 전도한다. 열확산판(14)이 흡수한 에너지는 가로방향으로 넓게 전개되어 있는 열확산판(14)의 원적외선 방사층에서 표층(20)에 넓게 방사 및 접촉전열된다. 이 열확산판(14)의 원적외선 방사층에서 방사된 파장은 10㎛를 최대 영역으로 하는 원적외선(전자파)으로 변환방사되고, 보호시트(18) 및 표층(20) 내의 원적외선 방사재로 재방사, 흡수를 반복하면서 전파하고, 표면층(20C)에서 설빙(雪氷)과 인체 등에 방사된다.

예를 들면 설빙은 이 10㎛의 원적외선 파장을 효율적으로 흡수하여 급속하게 융해한다. 물론, 열전도에 의한 노면온도 상승에 의한 융설효과도 이것에 가미된다. 즉, 본 가열장치(10)는 원적외선 방사에 의한 복사전도를 주체로 하고, 열전도를 종으로 하여 구성되어 있다.

상기 가열장치(10)라면, 축열용기(2)가 발한 에너지를 아래쪽으로의 단열 및 열확산 효과에 의해 위쪽 및 가로방향으로 신속하게 퍼질 수 있다. 동시에 열확산판(14) 상의 원적외선 방사층이 축열용기(2)에서 공급된 에너지에 의해 안정적인 온도를 유지하여 10㎛를 최대영역으로 하는 원적외선 파장을 노면 하에 광범위하게 안정방사할 수 있다. 그 때문에, 종래의 일반적인 융설장치보다 재빠른 온도상승과, 1.5배 이상의 융설 지역의 확대가 가능하고, 축열식 발열체(1)의 옥외에서의 이용을 한층 효과적인 것으로 할 수 있다.

도 10은 본 발명의 다른 실시형태에 관련된 가열장치(30)이다. 이 가열장치(30)는 상기 가열장치(10)에 있어서, 발열체(16)로서 축열식 발열체(1)를 이용하는 대신에 PTC특성의 테이프 형상 히터, 즉 축열식 발열체(1)의 발열요소(4)를 이용하고 있다. 도면에 나타낸 바와 같이 단열재(12) 상면의 홈(13)은 단면 대략 장방형상을 이루고, 발열체(16)는 그 홈(13) 내에 상면을 제외한 바닥면 및 양측면이 열확산판(14)에 접촉하도록 배치되어 있다. 이와 같이 가열장치에 이용된 발열체(16)는 축열식 발열체로는 제한되지 않는다.

여기에서 보호시트(18)의 구성에 대해 상술한다.

석유 아스팔트는 보호시트에 열융착성을 부여하기 위해 이용된다. 석유 아스팔트에는 일반적으로 스트레이트 아스팔트와 브론 아스팔트가 있는데, 본 발명에 있어서는 스트레이트 아스팔트에 경도의 가열공기를 불어넣어서 개질한 세미브론 아스팔트를 사용하는 것이 바람직하다. 세미브론 아스팔트는 상기 개질에 의해 스트레이트 아스팔트보다도 연화점이 높고, 신축도가 적으며, 접착 강도가 향상되기 때문에, 보호 시트로서 이용할 때에 우수한 특성을 발휘시킬 수 있기 때문이다. 여기에서, 세미브론 아스팔트로서는 연화점이 80∼100℃, 침입도(針入度)(25℃)가 40(1/10㎜)이상, 점도(180℃)가 200cSt(㎟/s) 이하의 것을 이용하는 것이 바람직하다.

또, 일반 지붕 융설과 시설 마루 난방 등에 있어서는 열융착강도를 비교적 낮게 해도 좋고, 또한 작업성의 관점에서 나머지 끈적거리지 않는 보호시트로 하고 싶은 경우와, 또는 비교적 높은 내열온도와 적당한 단열성을 필요로 하는 보호시트로 하고 싶은 경우가 있다. 이와 같은 경우는 석유 아스팔트로서 브론 아스팔트를 이용하고, 에틸렌 초산 비닐 공중합체(EVA) 등의 열가소성 에라스토머, 석유 수지, 우레탄 수지 등의 개질제를 1종 또는 2종 이상, 혼합액에 적량 배합하는 것에 의해 관련된 요구에 대응한 보호 시트로 할 수 있다.

이러한 개질제를 이용하는 경우에는 개질제에 미리 원적외선 방사재와 그래파이트 등을 첨가하여 용해하기 쉬운 형상 및 크기로 혼련 압출기에서 펠릿 형상화하여 두고, 이것을 용융 아스팔트에 적량 배합하여 교반하는 것에 의해 배합재가 균일하게 분산된 혼합액을 신속하고 용이하게 얻을 수 있다.

원적외선 방사재는 보호시트에 높은 원적외선 방사기능을 부여하기 위해 첨가된다. 원적외선 방사재로서는 융설·동결방지 또는 난방이라는 사용목적에 비추어, 상기한 10미크론 전후로 고방사율을 갖는 것을 선정하는 것이 바람직하다.

원적외선 방사재의 입도는 5㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 5㎛를 초과하면 액상화된 석유 아스팔트와의 혼합시에 비중차에서 상기 원적외선 방사재가 석유 아스팔트내에 균일하게 분산되기 어렵고, 또 보호시트의 제조시에 석유 아스팔트로부터 분리침전하여 원적외선 방사재가 균일하게 분산된 시트를 얻을 수 없기 때문이다. 원적외선 방사재의 첨가량은 석유 아스팔트 100중량부에 대해 5∼40중량부인 것이 원적외선 방사기능을 유효하게 발휘시키는데 바람직하다.

상기 혼합액에는 비금속 고체 중에서 가장 열전도성이 높은 그래파이트, 예를 들면 열전도율 90∼120kcal/mh℃의 그래파이트를 배합하는 것이 바람직하다. 상기한 석유 아스팔트는 열전도율이 상온 영역(예를 들면 0∼70℃)에 있어서 약 0.12∼15kcal/mh℃로서, 열전도성이 떨어지는 물질이지만, 그래파이트를 첨가하는 것에 의해 보호 시트의 열전도성이 개선되고, 융설과 마루 난방용에 더욱 적합한 시트로 할 수 있기 때문이다. 또, 그래파이트의 배합은 단지 열전도성의 개선뿐만 아니라, 보호시트 표면의 온도상승을 개선하는 것에 의해 원적외선의 방사발산도(w/㎡)를 높이는 큰 효과를 얻을 수 있는 점에서도 유리하다. 관련된 효과를 유효하게 발휘시키는 점에서 그래파이트의 배합량은 석유 아스팔트 100중량부에 대해 5∼50중량부인 것이 바람직하다.

혼합액을 함침시키는 기재는 보호시트의 인장강도를 높이기 위해 이용되고 있고, 특히 표층과 열원부를 그 전단방향에 작용하는 힘으로부터 보호하는 역할을 한다.

관련된 기재로서는 부직포, 직포, 펠트 등의 시트형상의 섬유구조물을 이용할 수 있다. 기재에 사용하는 섬유소재로서는 합성섬유가 바람직하고, 그 중에서도 특히 10미크론 전후로 높은 적외선 흡수특성을 갖는 합성섬유, 예를 들면 폴리프로필렌, 염화비닐 등을 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들면 폴리프로필렌섬유는 7미크론 부근에 원적외선 흡수효율이 낮은 파장영역을 갖고 있는데, 8미크론 이상의 저온도의 파장 영역이 됨에 따라 흡수효율은 상승한다. 그 때문에, 열원부가 10미크론 전후를 최대파장 영역으로 하는 원적외선을 방사하는 시스템에 본 보호시트를 적용하는 경우에 상기 원적외선을 효율적으로 흡수재방사시킬 수 있다.

기재는 보호시트의 용도에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들면 보호시트를 도로, 주차장, 항만, 공항시설 등의 융설과, 각종 공장시설의 마루 난방 등과 같이 표층 상에 중(重)하중이 가해지는 설비에 이용하는 경우에는 부직포, 특히 니들 펀치(needle punch)법을 이용하여 형성한 숭고한 부직포를 이용하는 것이 바람직하다. 한편, 보도와 지붕의 융설, 일반시설의 마루 난방 등과 같이 표층 상에 중하중이 가해지지 않은 설비에 이용하는 경우에는 숭고하지 않은 직포를 이용하는 것이 바람직하다.

기재에 대한 혼합액의 함침율[(혼합액의 중량/기재의 중량)×100]은 특별히 한정된 것은 아니고, 기재의 종류 및 보호시트의 용도에 따라서 적절하게 설정할 수 있다. 예를 들면 도로융설용으로서 숭고한 부직포를 이용한 경우에는 700∼800%, 보도의 융설과 마루 난방용으로서 직포를 이용한 경우에는 250∼300%인 것이 바람직하다.

보호시트의 두께는 원적외선 방사강도를 높게 유지하는 점에서 2㎜이하인 것이 바람직하다. 보호시트의 두께를 약 1∼2㎜로 할 때에는 기재로서 숭고한 부직포를 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들면 무거운 차량이 통과하는 도로용으로서는 약 2㎜로 하고, 주차장과 각종 공장시설용으로서는 약 1㎜로 하는 것이 적당하다. 한편, 보호시트의 두께를 1㎜이하로 할 때에는 기재로서 직포를 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들면 보도와 일반가옥의 지붕용으로서는 0.5㎜정도로 하는 것이 적당하다.

본 보호시트에 있어서는 그 한면 또는 양면에 석유 아스팔트와 원적외선 방사재와의 혼합물을 도포하여 원적외선 방사층을 형성하고, 이것에 의해 보호시트를 복층구조를 갖는 시트로서 형성해도 좋다. 보호시트에 또한 융착 일체화 강도가 요구된 경우에는 시트의 두께를 크게 하는 것에 의해 상기 일체화 강도를 높일 수 있는데, 단지 두께를 크게 하는 것만으로는 보호시트의 표면 온도가 저하하여 원적외선 방사효과가 저하되어 버린다. 관련된 경우에 원적외선 방사효과를 저하시키지 않고, 융착 일체화 강도를 높일 수 있는 점에서 상기 복층 구조가 유리하다. 또, 보호시트에 도포한 혼합물로서는 상기한 기재에 함침시킨 혼합액을 이용할 수 있다.

이와 같이 복층구조로 하는 경우, 기재에 함침시킨 혼합액에는 그래파이트의 배합량을 보다 많이 설정하는 동시에 원적외선 방사재의 배합량을 적게 설정하여 열전도 주체의 시트로 하고, 시트 표면에 도포한 혼합물에는 원적외선 방사재를 상기 혼합액보다도 많게 배합하는 것이 바람직하다. 예를 들면 기재에 함침시킨 혼합액으로서는 석유 아스팔트 100중량부에 대해 원적외선 방사재를 5∼40중량부, 그래파이트를 20∼50중량부 배합하고, 시트 표면에 도포한 혼합물로서는 석유 아스팔트 100중량부에 대해 원적외선 방사재를 20∼40중량부, 그래파이트를 5∼20중량부 배합하는 것이 바람직하다. 이것에 의해 보호시트의 표면온도는 상승하고, 보호시트 표면의 원적외선층의 절대온도는 상승한다. 그 결과, 원적외선 방사발산도가 높아지고, 보다 우수한 방사효과를 얻을 수 있다.

또, 기재에 혼합액을 함침시키는 방법은 특별히 한정되지 않고, 공지한 여러 가지 방법을 이용할 수 있다.

이 보호시트는 상기한 바와 같이 표층(20)을 아스팔트 노재로 형성하는 경우에는 발열체(16) 상에 설치한 후, 그 위부터 열을 가한 아스팔트 노재를 놓고 포장하는 것에 의해 노내 전체를 융착 일체화할 수 있다. 한편, 표층(20)을 콘크리트와 모르타르 등의 표층재에 의해 형성하는 경우에는 전용의 프라이머를 사용하는 것에 의해 보호시트에 의한 열융착을 실행할 수 있다.

또, 보호시트에 세미브론 아스팔트를 사용한 경우, 스트레이트 아스팔트를 사용하는 아스팔트 포장도로의 아스팔트 노재와 동일하지 않지만, 기본적으로는 동질재에 의한 시공이 된다. 따라서, 보호시트는 시공시의 아스팔트 노재온도가 130℃이면, 충분하고 용이하게 통상의 공사요령으로 노내를 융착 일체화시킬 수 있다. 또, 세미브론 아스팔트의 품질은 예를 들면 침입도(25℃)가 40(1/10㎜), 연화점이 90℃, 신축도(0℃)가 2.0㎝이고, 일반적인 아스팔트 포장에 사용되고 있는 포장용 석유 아스팔트, 예를 들면 미츠비시 스트레이트 아스팔트 60-80(내유동화용)의 품질, 침입도(25℃)66(1/10㎜), 연화점 47.5℃, 신축도(15℃)140㎝이상과 비교하여 열적 특성과 신축도 등에 있어서 우수하다. 그 때문에, 세미브론 아스팔트를 사용한 보호시트에 의해 열원부를 표층 및 기층에 열융착하고 고정 일체화한 경우, 열, 충격, 진동 및 미끄러짐에 대해 우수한 보호강화를 얻을 수 있는 것으로 판단할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

실시예 1

아스팔트 포장도로를 상정하여 폭 310㎜, 길이 900㎜, 두께 140㎜의 아스팔트 구체로서 시험체(A)를 작성했다. 도 11에 나타낸 바와 같이 이 아스팔트 구체중에 2개의 가열장치(10)를 나열하여 매설했다. 여기에서 2개의 발열체(16)의 간격은 150㎜로 하고, 노면에서 발열체(16) 상면과의 거리를 60㎜로 했다. 또, 아스팔트 구체는 그 바닥면을 두께 100㎜, 측면을 두께 75㎜의 단열재(32)(열전도율 0.027kcal/mh℃)로 단열하고, 또 그 바깥쪽을 나무틀(36)로 둘러쌌다. 또, 아스팔트 구체의 측면과 단열재(32)와의 사이에는 수지발포체(34)를 개재시켰다.

시험체(A)의 구체적 구성은 이하와 같다.

·단열재(12): 폴리에스테르, 염화비닐, 탄산칼슘 등을 함유한 산업폐기물 잔사를 압축성형하여 이루어진 내압강도 26㎏/㎠의 고내압 단열 보드(두께 20㎜)

·열확산판(14): 원적외선 방사재(석영계 화산암)를 함유한 수성 라텍스 수지계 도료를 박막도장한 동판(두께 0.5㎜)

·발열체(16): 도 4에 나타낸 축열식 발열체(1)

·축열용기(2): 외부지름 27㎜, 길이 800㎜의 고밀도 가교 폴리에틸렌관(미츠비시산시 가부시키가이샤제: 상품명 유카론엑셀파이프)에 원적외선 방사제(석영계 화산암)를 배합한 세라믹 코팅제(스판월드사제: 상품명 템프코트)를 약 10㎛두께로 도장한 것

·축열제(3): 융해온도 약 23℃의 폴리에틸렌글리콜(ㄱ)과 융해온도 약 42℃의 폴리에틸렌글리콜(ㄴ)을 혼합(혼합비 ㄱ/ㄴ=40/60)한 것에 상기 원적외선 방사재 3%배합한 것

·발열요소(4): 폭 12㎜, 두께 6㎜, 길이 610㎜이고, 사용전압 200V, 소비전력 85W/m의 PTC특성을 갖는 레이켐사제 테이프형상 히터

·방열판(5): 원적외선 방사재(석영계 화산암)를 함유하는 도료를 박막도장한 두께 0.3㎜의 동판

·방열금속선(6): 원적외선 방사재(석영계 화산암)를 함유하는 도료를 박막도장한 강선(직경 0.8㎜)

·보호시트(18): 석유 아스팔트/원적외선 방사재=100중량부/25중량부를 함침한 폴리에스테르계 부직포(두께 1㎜, 함침율=750%)

·표층(20): 이산화규소를 주성분으로 한 원적외선 방사재를 노재 중량비로 약 7% 배합한 것.

비교예 1,2

비교예 1로서 시험체(B)를 비교예 2로서 시험체(C)를 각각 실시예 1의 시험체(A)와 같은 아스팔트 구체로 형성했다.

시험체(B)는 시험체(A)와 같은 고밀도 폴리에틸렌관을 이용하여 그 표면에 두께 15㎛의 알루미늄박으로 내열보호한 축열용기중에 융해온도 41℃의 폴리에틸렌글리콜의 축열제를 1종만 봉입(원적외선 방사재는 미배합)하고, 이것에 시험체(A)와 같은 PTC테이프형상 히터를 삽입하여 이루어진 발열체를 단열판 상에 설치한 것이다. 발열요소에는 방열판 및 방열금속선을 장착시키지 않고, 또 열확산판 및 보호시트는 사용하지 않고, 또 표층에 원적외선 방사재를 배합하지 않았다.

시험체(C)는 종래의 일반융설구조이고, 아스팔트 기층 상에 설치한 용접금속망에 시험체(A)와 같은 PTC테이프형상 히터만을 부착하고, 표층을 포장했다. 표층에는 원적외선 방사재를 배합하지 않았다.

시험예 1

이와 같이 하여 얻을 수 있는 세가지의 시험체(A, B, C)를 인공기상실 내에 나란히 설치하고, 융설실험을 실행했다.

도 12는 통전개시부터 90분 경과까지의 각 시험체의 노면온도 상승을 나타낸 것이고, 인공기상실의 온도 -20℃, 강설없음의 조건설정에 있어서 실험결과를 나타내고 있다.

시험체(A)는 통전개시부터 30분 경과후 0.8℃, 60분 경과후 3.4℃의 노면온도상승이 되고 있다. 시험체(B)는 통전개시부터 30분 경과후 0.1℃, 60분 경과후 1.15℃밖에 노면온도가 상승하지 않았다. 시험체(C)는 통전개시부터 30분 경과후 1.2℃, 60분 경과후 2.8℃의 노면온도 상승이 되었다.

이 결과에서 실시예 1의 시험체(A)는 축열방식에도 관계없이 초기시동에 있어서 종래의 융설구조인 시험체(C)와 거의 동등 또는 그 이상의 노면온도 상승을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 시험체(B)는 시험체(A)와 같은 축열방식이지만, 상기한 바와 같이 단지 축열용기에 축열제 1종을 넣고, 발열체를 삽입만 한 것이고, 또 열확산판, 보호시트, 표층으로의 원적외선 방사재의 배합이라고 하는 시스템화가 이루어지지 않기 때문에, 시험체(A)와 비교하여 노면온도의 상승이 대폭 뒤떨어지고, 종래의 융설구조에 비해서도 크게 뒤떨어져 있다.

특히, 시험체(B)의 축열제 온도는 30분 경과후에 있어서도 34.4℃밖에 상승하지 않고, 축열제의 융해온도 41℃에 도달하지 않았다. 결국 잠열에너지 흡수의 단계에 도달하지 않고, 이 상태에서는 실용화는 어렵다고 판단된다. 한편, 시험체(A)의 30분 경과후의 축열제 온도는 48.4℃로 융해온도를 크게 넘고, 잠열 흡수를 끝내고 다시 고온영역으로의 상승을 나타내고 있고, 노내 온도를 급속하게 높이는 효과를 가져온다.

시험예 2

시험체(A)와 시험체(C)에 대해 외기온도-10℃, 강설있음의 조건에서의 노면온도 유지특성을 조사했다. 결과를 도 13에 나타낸다.

시험체(A)는 통전개시 80분 후에 노면온도가 5.2℃로 상승했다. 이 시점에서 강설을 개시하고, 통전을 OFF로 했다. 그 결과, 노면온도는 3.6℃까지 강하했다. 또, 통전은 30분 주기로 ON-OFF를 실행하는 통전율 50%로 실험했다. 그 결과, 노면온도는 4.2∼3.0℃를 유지했다.

시험체(C)는 통전개시 80분후에 노면온도가 3.75℃로 상승하고, 이 시점에서 강설을 개시했다. 그 결과 노면온도는 2.4℃까지 강하하고, 이후 4.5∼2.6℃로 노면온도를 유지했다. 단, 시험체(C)는 통전율 100%로 실험했다.

이 결과에서 시험체(A)는 통전율 50%임에도 불구하고, 통전율 100%의 시험체(C)보다도 평균적으로 높은 노면온도를 유지했다. 즉, 시험체(A)를 융설설비로 하여 이용하면 강설 중에 있어서도 전체 설치 발열체(융설면적)의 50%로 교대로 통전을 실행하는 ON-OFF운전이 가능해진다. 즉, 전체 설치 히터의 전기총용량에 대해 수전용량이 1/2의 설정에서의 이용이 가능하다.

시험예 3

시험체(A)와 시험체(C)를 -10℃의 분위기하에 투입하고, 인공강설에 의한 강설없음의 조건에서 통전개시 후 60분에 있어서 노면온도 분포를 측정했다. 또, 인공강설에 의한 강설있음의 조건에서 통전개시 후 120분에 있어서 노면온도 분포를 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 각 시험체(A, C)에 대한 노면온도의 측정점은 측정점(Ⅰ)이 발열체와 발열체의 중간위치의 위쪽, 측정점(Ⅱ)이 발열체 바로 위로 했다.

	시험체A	시험체C
	측정점(Ⅰ)	측정점(Ⅱ)	측정점(Ⅰ)	측정점(Ⅱ)
강설없음통전 60분 후	5.4℃	5.6℃	4.4℃	5.8℃
강설있음통전 120분 후	3.8℃	3.8℃	2.25℃	3.9℃

이것에 의하면 강설없음의 조건에서는 통전 60분후에 있어서 시험체(A)는 측정점(Ⅰ)이 5.4℃, 측정점(Ⅱ)이 5.6℃에서 온도차가 거의 없었다.

한편, 시험체(C)는 측정점(Ⅰ)이 4.4℃, 측정점(Ⅱ)이 5.8℃로 온도차가 컸다. 또, 강설있음의 조건에서는 통전 120분 후에 있어서 시험체(A)는 측정점(Ⅰ)이 3.8℃, 측정점(Ⅱ)이 3.8℃, 시험체(C)는 측정점(Ⅰ)이 2.25℃, 측정점(Ⅱ)이 3.9℃이고, 시험체(A)의 노면온도의 분포는 평균으로 했다. 이 결과에서 시험체(A)는 원적외선 방사 및 전파가 균질, 효율적으로 작용하여 유효한 융설효과를 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다. 동시에 시험체(A)의 발열체간의 온도가 시험체(C)보다도 높은 것은 실제의 사용에 있어서 발열체의 설치간격을 일반의 융설방식보다 넓게 해도 융설이 가능한 것을 의미한다. 이 실험에서는 시험체(A)의 발열체의 간격을 150㎜로 했지만, 노면의 상승온도의 비교에서 같은 조건이라면 설치간격을 200㎜ 이하로 넓게 해도 충분히 설치가 가능하고, 따라서 시험체(C)의 일반적인 융설구조의 75% 이하의 설치율로 대응할 수 있는 것을 알 수 있다.

시험예 4

시험체(A∼C)에 대해 외기온도 -10℃, 강설없음의 조건에서 초기운전시에 있어서 전류값 변화를 조사했다. 결과를 도 14에 나타낸다.

시험체(A)는 통전직후에 0.63A를 나타내고, 20분 후 0.425A, 40분 후 0.40A로 변화했다. 시험체(C)는 통전 직후에 0.5A를 나타내고, 20분 후 0.425A, 30분후 0.415A이고, 시험체(A)와 거의 같았다. 한편, 시험체(B)는 통전직후에 0.57A였지만, 20분후 0.36A, 40분후 0.35A로 저하했다.

이 시험결과로부터 시험체(A)는 축열방식이면서 종래의 일반융설구조의 시험체(C)와 변함없는 전류값을 유지하고 있다. 한편, 시험체(B)의 전류값은 통전후 20분에 있어서 시험체(A)를 10으로 하면 84.7%(15.3%감소)까지 저하하는 바와 같이, 축열제 이용에 의한 PTC특성의 발열체의 전류저하의 결점이 발현하고 있다.

이 시험결과로부터 알 수 있는 바와 같이, PTC특성의 발열체의 사용에 있어서, 옥외에 있어서도 신속한 온도상승, 부하변동(외기변동, 강설변화)에 대응할 수 있고, 안전성이 높고, 경제적이고, 기능성이 뛰어난 축열식의 융설·난방용 설비의 사용이 가능한 것을 알 수 있다.

이상의 시험결과로부터 본 실시형태의 가열장치(10)라면 종래의 일반적인 융설구조에 대해 수전용량을 1/2로 할 수 있고, 또 그 설치율을 75% 이하로 할 수 있다. 또, 종래의 일반적인 융설구조에 대해 약 37% 이하의 전력소비량에서의 융설이 가능하다.

여기에서, 이 가열장치(10)의 융설의 이론적 고찰을 한다.

본 가열장치(10)에 있어서는 융설과 난방가열의 대상이 되는 피가열물이 수분을 함유한 것이기 때문에 원적외선 방사 에너지에 의한 가열이 효과적이다. 예를 들면 설빙은 물분자가 수소결합으로 결정화한 것이고, 이 물분자 H₂O는 산소원자가 음으로, 수소원자가 양으로 분극한 전기적 분극분자이고, 3.51∼14.3㎛의 원적외선 파장을 흡수파장대로 하고 있다. 이 흡수파장대 중에서 3㎛와 6㎛의 각 좁은 범위와 10㎛ 전후의 넓은 범위에 물분자가 보다 높은 흡수파장영역을 갖고 있다. 한편, 원적외선 에너지는 전장과 자장이 교차하면서 광속으로 나아가는 전자파이고, 전장이 1초간에 10¹³이나 플러스와 마이너스로 변화하는 교류적 에너지이다. 설빙은 상기한 바와 같이 분극분자이기 때문에, 본 가열장치(10)에서 방사된 10㎛를 중심파장으로 하는 원적외선의 파장을 직접 흡수하여 급속하게 분자운동을 증폭시킨다. 그 결과, 설빙의 입체적인 수소결합은 떨어지고, 결정은 급속하게 붕괴하여 유체화한다.

이와 같은 융설방식은 종래의 열전도에 의한 융설방식과는 근본적으로 다른 것이다. 본 가열장치(10)에 있어서는 관련된 원적외선 방사흡수의 시스템화에 의해 상기 실험결과에 나타낸 바와 같이, 종래의 열전도의 융설방식에 대해 약 37% 이하의 전력소비량에서의 융설을 가능하게 하고 있다.

이 원적외선에 의한 융설효과를 얻기 위해서는 축열식 발열체(1)와 가열장치(10)를 조합시키는 것이 유효하다. 이것은 원적외선을 주체로 하는 융설방식에 있어서는 재빠르게 축열한 열에너지를 원적외선으로 변환하고, 넓은 면적에서 안정적으로 방사하여 최소의 감쇠량으로 피가열물에 흡수시키는 것이 중요하기 때문이다.

이 가열장치(10)에서는 급속축열을 가능하게 한 축열식 발열체(1)와 원적외선 방사기능과의 시스템화에 의해 옥외에 있어서 축열식 발열체(1)의 이용을 가능하게 하고, 또 지금까지 없는 원적외선 효과를 지속적으로 얻을 수 있는 융설·난방가열구조가 되었다.

이 가열장치(10)를 융설·동결방지 장치로서 이용하면 ①축열식 발열체(1)이면서 재빠른 노면온도 상승을 얻을 수 있어 융설·동결방지에 기능적으로 대응할 수 있고, ②축열식 발열체(1)와 원적외선 방사기능의 시스템화에 의해 수전용량·전력기본 요금의 50%삭감, 소비전력량을 2/3삭감할 수 있고, ③발열체(16) 단위당 융설면적을 1.5배 이상으로 확대(25% 이상 절감)가능하게 한 것에 의한 발열체(16)의 설치율의 삭감에 의해 자재와 전력의 절감을 꾀할 수 있고, ④발열요소(4)가 축열용기(2)로 보호되기 때문에, 종래방식보다 내구성, 안전성이 뛰어난 등의 효과를 얻을 수 있다.

이 가열장치(10)는 실내의 마루난방에도 이용할 수 있다.

현재 사용되고 있는 종래의 실내용 축열식 발열장치(콘크리트 내장식의 축열식 마루난방 설비)는 축열제의 잠열흡수시간 및 마루온도 상승시간에 약 6시간이라는 긴 축열시간을 필요로 하고 있다. 예를 들면 축열파이프(외부지름 27㎜, 내부지름 24㎜)에 황산나트륨계 축열제(융해점 31℃, 잘열량 42kcal/㎏)를 봉입하여 슬래브에 설치한 단열재 상에 PTC면형상 히터(폭 230㎜, 두께 2㎜, 소비전력 70W/m)에 접촉상태로 두고, 그 위부터 모르타르 50㎜를 시공한 것에 있어서는 실온 17℃의 조건하에서 축열제가 융해잠열(42kcal/㎏)을 흡수하는데 필요한 시간은 약 6시간으로 되어 있다. 이 때, 마루면의 온도상승은 스타트시 18.5℃, 60분 경과시간에서 20℃이고, 6시간 경과시점에서 26.5℃로 되어 있다.

이에 대해 콘크리트 슬래브 위에 단열재(12)와 열확산판(14)으로 이루어진 열확산 단열보드, 축열식 발열체(1), 보호시트(18), 원적외선 방사제 배합모르타르로 이루어진 표층(20)(두께 50㎜)의 구성으로 설치 시공한 실험에 있어서, 축열제(3)는 30분으로 44℃에 도달하고, 마루면 온도는 스타트시 18℃, 30분 경과로 23℃, 60분 경과로 28℃로 상승했다. 또 스타트시의 실온은 +6℃였다.

이와 같이 축열제가 신속하게 잠열을 흡수하고, 급속하게 마루면 온도의 상승을 가능하게 하는 콘크리트 매설의 축열식 마루난방 장치는 현재 시장에는 존재하지 않는다.

결국, 본 실시형태의 가열장치(10)를 축열식 마루 난방설비로서 이용하면 ①마루면 온도를 적어도 종래 방식보다 2∼3배 이상 빠르게 상승시키는 것이 가능하고, ②높은 응고점의 축열제의 사용이 가능하고, ③축열용량을 대폭 증대할 수 있으며, ④야간의 낭비 통전을 방지할 수 있고, ⑤축열용량 부족에 의한 주간 통전의 필요가 없어지고(또는 완전히 없어진다), ⑥원적외선 방사효과에 의한 복사난방이 보다 촉진되어 쾌적하게 되는 등 큰 효과를 얻을 수 있다. 그 이외에 수전용량 및 소비전력의 삭감 등의 경제적 이점이 추가된다.

이상과 같이 본 실시형태의 가열장치(10)는 융설·난방가열설비로서 지금까지 없는 큰 효과를 얻을 수 있다. 이것은 본 가열장치(10)가 원적외선을 이용한 에너지의 복사전도에 있어서 새로운 구조를 구성한 것이기 때문이다. 즉, 원적외선을 효과적으로 이용하기 위해서는 피가열물이 가장 효율적으로 흡수하는 파장영역을 최대영역의 파장으로 하여 안정적으로 광범위하게 방사하고, 또 피가열물에 최소의 감쇠율로 도달시키고, 효율적으로 흡수시키는 것이 중요하다.

그 때문에, 이 가열장치(10)는 전기적 쌍극자의 분자구조를 갖는 전자파를 흡수하는 상변화 타입의 축열제(3)를 선정하고, 이 축열제(3)에 원적외선 복사전도와 접촉열전도의 두가지 전도를 가능하게 한 원적외선 방사층을 갖는 방열판(5) 및 방열금속선(6)을 조합시켜 이루어진 축열식 발열체(1)를 발열체(16)로 하여 사용하고, 또 이 축열식 발열체(1)에서 복사, 전열된 에너지를 융설·난방가열설비로 하여 효율적이고, 효과적으로 하기위해 단열재(12)와 열확산판(14)으로 이루어진 열확산 단열보드, 보호시트(18) 및 표층(20)으로의 원적외선 방사재의 배합을 조합시켜 시스템화했다.

열확산 단열보드는 축열식 발열체(1)에서 전열공급된 변동이 적은 온도 에너지를 받아 노내로 전열하는 동시에 원적외선으로 변환하여 안정된 파장영역으로 표층(20)으로 넓게 방사전파한다. 이 경우, 열원의 온도가 변동하면 원적외선의 최대파장영역도 변동하고, 보다 효과적인 원적외선 방사가 저해되지만, 축열식 발열체(1)를 열원으로 하기 때문에 그와 같은 일도 없다.

보호시트(18)는 열확산 단열보드와 발열체의 매설에 의해 생긴 표층의 강도저하를 방지하기 위해, 표층, 열원부 및 기층을 일체화하여 그 강도를 유지하기 위해 매설되어 있다. 또, 원적외선 방사재를 함유하기 때문에 표층(20)으로의 원적외선 방사재의 배합과 아울러 축열용기(2)와 열확산 단열보드의 표면에서 방사된 원적외선은 최소의 감쇠율로 표층표면에 도달하고, 피가열물에 흡수된다.

이와 같이 본 가열장치(10)라면 원적외선의 복사전도를 최대한으로 이용한 축열식 발열체(1)와 표층표면까지의 전열과 복사(저온도 영역 원적외선 방사)전도를 시스템화한 것에 의해 지금까지 없는 큰 효과를 얻을 수 있다.

실시예 2

기재로서 8데닐의 폴리프로필렌 장섬유를 사용한 니들펀치법(120회/㎠)에 의한 부직포(200g/㎡, 두께 1.8∼2.0㎜)를 이용했다. 혼합액으로서는 연화점 90℃, 침입도 40(25℃)의 세미브론 아스팔트 100중량부에 대해 실리카(SiO₂), 알루미나(Al₂O₃), 산화철(Fe₂O₃) 및 이산화망간(MnO₂)을 적절히 배합하여 이루어진 원적외선 방사재 미세분말 20중량부와, 열전도율 120kcal/mh℃의 그래파이트의 미세분말 30중량부를 첨가하여 가열혼합하여 이루어진 것을 이용했다. 이 혼합액에 기재를 함침하여 두께 2㎜의 보호시트(함침율=750%)를 얻었다.

비교예 3

혼합액에 원적외선 방사재 및 그래파이트를 첨가하지 않고, 그 이외에는 실시예 2와 마찬가지로 하여 시트를 작성했다.

시험예 5

실시예 2와 비교예 3의 시트의 열전도 특성의 비교시험을 실행했다. 시트의 크기는 모두 폭 230㎜×길이 200㎜로 했다.

도 15a, 도 15b에 나타낸 바와 같이 단열 틀체(70)내에 모르타르기층(두께 50㎜)(22)을 형성하고, 그 위에 PTC면형상 전기 히터(사이즈 230×700×t3㎜, 전압 200V, 소비전력량 70W/m(20℃))(72)를 놓고, 또 상기 히터(72) 상에 실시예 2의 시트(α)와 비교예 3의 시트(β)를 놓고, 모르타르표층(두께 30㎜)(20)에서 매설시켰다.

이것을 0℃ 분위기하에 투입하여 표층(20)의 표면을 습윤상태로 하여 각 시트 위쪽의 표층(20) 표면의 온도를 측정했다. 여기에서 온도측정점(Ⅲ)은 표층(20) 표면에 있어서 각 시트(α,β)의 대략 중앙에 상당하는 위치로 했다. 시험개시시의 온도는 실시예 2가 7.7℃, 비교예 3이 6.7℃였다. 또, 히터(72)에 대한 발열온도의 제어는 실행하지 않고, 자기온도 제어기능에 의한 컨트롤로 했다.

통전개시 60분 후에 있어서, 실시예 2의 시트(α) 상의 표층(20)표면의 온도는 26.0℃가 되고, 한편 비교예 3의 시트(β)상의 표층(20)표면의 온도는 15.2℃가 되었다. 즉, 실시예 2에서는 통전개시 60분후에 18.3℃상승했지만, 시판하는 차수(遮水) 시트 사양으로 제작된 비교예 3에서는 8.5℃밖에 상승하지 않았다.

이 결과에서 본 발명에 의한 보호시트는 종래의 차수 시트와는 전혀 특성이 다른 것이고, 열전도성 및 원적외선 방사효과에 우위를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 이와 같은 원적외선 방사특성과 열전도 효과를 갖는 열융착성의 보호시트는 현시장에는 존재하지 않는다.

시험예 6

실시예 2의 보호시트를 도로용의 융설장치에 적용한 경우의 효과를 나타내기 위해 융설장치를 끼워넣은 실험용의 도로시험체(D)를 아스팔트 포장요강(한냉지 사양 13F)에 준하여 제작했다.

상기 시험체(D)는 도 16에 나타낸 구조를 갖는다. 기층(22)은 조립도 아스콘에 의해 형성하고, 두께를 65㎜로 했다. 열확산 단열보드로서 고내압(16㎏/㎠)의 단열판(12)(두께 10㎜)상에 원적외선 방사층을 갖는 알루미늄판(두께 0.5㎜)을 장착한 것을 이용했다. 이 열확산 단열보드는 폭 100㎜×길이 800㎜×두께 10㎜로 하여 중심 거리 150㎜로 2장을 설치 고정했다. 발열체(16)로서는 PTC 테이프 히터(전압 200V, 소비전력 65W/m(융설시), 폭 12㎜×길이 610㎜×두께 6㎜)를 이용했다. 표층(20)으로서는 밀립도 아스콘 13F(원적외선 방사재 7% 배합)을 두께 75㎜로 형성했다. 또, 시험체(D)의 주위에는 단열처리를 실시했다.

이 시험체(D)를 -20℃의 분위기하에 투입하여 표층(20)의 표면온도의 변화를 측정했다. 표면온도는 2개의 발열체(16)의 중간위치(측정점(Ⅰ))의 위쪽과 발열체(16)의 바로 위(측정점(Ⅱ))와의 평균값으로 했다. 온도변화를 도 17에 나타낸다.

또, 비교를 위해 열확산 단열보드와 보호시트(18)를 설치하지 않고, 또 표층에는 원적외선 방사재를 첨가하지 않고, 2개의 발열체(16)만을 매설한 시험체(E)에 대해 같은 조건으로 표층(20)의 표면온도의 변화를 측정했다.

도 17에 나타낸 바와 같이 실시예 2의 보호시트를 사용한 시험체(D)에서는 통전개시시의 표면온도 -4.3℃가, 60분후에 0℃를 넘어서 +0.36℃가 되었다. 또, 120분 경과후에는 표면온도가 +3.5℃까지 상승하고 있다. 이에 대해 시험체(E)에서는 통전개시시의 표면온도 -4.4℃가 0℃를 넘는데 약 110분을 필요로 하고, 120분 경과후에도 +0.5℃까지 밖에 상승하고 있지 않았다.

시험예 7

실시예 2의 보호시트를 이용하여 시설 마루난방용의 시험체를 작성하고, 실내에 있어서 마루면 온도상승의 테스트를 실행했다.

상기 시험체는 도 7에 나타낸 구조를 갖는 것이고, 두께 80㎜의 모르타르 기층(22)상에 두께 10㎜의 열확산 단열보드(12)를 두고, 그 홈(13)에 축열식 발열체(16)를 삽입하여 보호시트(18)로 전체를 덮고, 그 위에서 원적외선 방사재를 배합한 두께 50㎜의 모르타르 표층(20)을 형성했다. 또, 축열식 발열체(16)는 실시예 1과 같은 것을 이용했다.

마루면 온도 18℃, 실내온도 17℃이고, 통전을 개시하여 마루면 온도를 측정하면, 통전개시후 30분에서 26℃, 60분에서 32℃로서, 마루 난방용으로 충분히 적용될 수 있는 것을 알 수 있다.

본 발명의 가열장치에 의하면, 피가열물에 대해 그 전체 영역에 걸쳐 균일한 가열효과를 얻을 수 있고, 또한 PTC특성을 갖는 발열체를 유효하게 이용할 수 있다.

본 발명의 축열식 발열체에 의하면, 발열요소로부터 생긴 에너지의 효과적인 이용과 축열제의 에너지 흡수의 고효율화를 꾀할 수 있고, 신속한 잠열흡수, 융점이 높은 축열제의 사용 및 고축열용량이 가능하게 된다.

본 발명의 보호시트에 의하면, 표층하에 매설된 열원부의 보호와, 표층의 강도 및 내구성의 향상을 꾀할 수 있고, 따라서 가열장치 전체의 보호강화를 꾀할 수 있다. 또, 원적외선 방사에너지의 유효한 이용을 꾀할 수 있다.

Claims

상면에 오목부를 갖는 단열재와, 상기 오목부에 배치된 발열체와, 상기 단열재의 상면에 설치되고 상기 단열재와 상기 발열체 사이에 개재하여 상기 발열체가 발한 열을 확산하는 열확산판을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 가열장치.
제 1 항에 있어서,

상기 열확산판의 상면에 원적외선 방사층이 형성된 것을 특징으로 하는 가열장치.
제 1 항에 있어서,

상기 발열체가 자기온도 제어기능을 갖는 것을 특징으로 하는 가열장치.
제 1 항에 있어서,

상기 발열체가 축열식 발열체이고, 상기 축열식 발열체가 고체-액체간에 상변화하여 잠열을 흡수하는 축열제가 봉입된 용기 내에 상기 축열제와 접촉 상태로 발열 요소가 삽입되고, 이 발열요소에 열을 상기 용기 내에 확산하는 방열판이 장착된 것을 특징으로 하는 가열장치.
제 1 항에 있어서,

상기 발열체의 위에서 상기 단열재를 덮도록 원적외선 방사층이 배치된 것을 특징으로 하는 가열장치.
제 5 항에 있어서,

상기 단열재가 기층 상에 배치되고, 상기 단열재를 덮도록 배치한 상기 원적외선 방사층이 열융착성을 갖고, 이 열융착성에 의해 상기 단열재 및 상기 발열체가 일체화되어 상기 기층 상에 고착된 것을 특징으로 하는 가열장치.
제 6 항에 있어서,

상기 단열재를 덮도록 배치된 상기 원적외선 방사층 상에 표층이 형성되고, 상기 원적외선 방사층의 열융착성에 의해 기층, 표층, 단열재 및 발열체가 융착하여 일체화된 것을 특징으로 하는 가열장치.
제 6 항에 있어서,

상기 단열재를 덮도록 배치된 상기 원적외선 방사층이 석유 아스팔트에 원적외선 방사재를 첨가하여 가열혼합하여 이루어진 혼합액을 기재에 함침시켜 이루어져서 원적외선 방사기능과 열융착성을 함께 갖는 보호시트에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 가열장치.
제 6 항에 있어서,

상기 단열재를 덮도록 배치된 상기 원적외선 방사층상에 표층이 형성되고, 이 표층에 상기 원적외선 방사층에서 방사된 원적외선 파장을 흡수대로 하는 원적외선 방사재를 배합한 것을 특징으로 하는 가열장치.
고체-액체간에 상변화하여 잠열을 흡수하는 축열제가 봉입된 용기 내에 상기 축열제와 접촉상태로 발열요소가 삽입되고,

이 발열요소에 열을 상기 용기 내에 확산하는 방열판이 장착된 것을 특징으로 하는 축열식 발열체.
제 10 항에 있어서,

상기 발열요소가 자기온도 제어기능을 갖는 전기 히터인 것을 특징으로 하는 축열식 발열체.
제 10 항에 있어서,

상기 축열제가 원적외선 파장을 흡수하는 전기적 쌍극자 분자구조를 갖는 축열제이고,

상기 방열판의 표면에 원적외선 방사층을 형성시킨 것을 특징으로 하는 축열식 발열체.
제 12 항에 있어서,

상기 축열제에 상기 방열판 표면에 형성된 원적외선 방사층에서 방사된 원적외선 파장을 흡수파장 영역으로 하는 원적외선 방사재가 배합된 것을 특징으로 하는 축열식 발열체.
제 10 항에 있어서,

상기 용기 내에 융해온도가 다른 2종 이상의 축열제를 봉입한 것을 특징으로 하는 축열식 발열체.
제 10 항에 있어서,

상기 발열요소에 장착한 상기 방열판의 외부둘레에 원적외선 방사층으로 피복된 금속방열선을 감은 것을 특징으로 하는 축열식 발열체.
제 10 항에 있어서,

상기 용기의 표면에 원적외선 방사재를 함유한 세라믹 코팅층을 형성시킨 것을 특징으로 하는 축열식 발열체.
석유 아스팔트에 원적외선 방사재를 첨가하여 가열혼합하여 이루어진 혼합액을 기재에 함침시켜 이루어진 원적외선 방사기능과 열융착성을 함께 갖는 것을 특징으로 하는 가열장치를 위한 보호시트.
제 17 항에 있어서,

상기 혼합액에 그래파이트를 배합한 것을 특징으로 하는 보호시트.
제 17 항 또는 제 18 항에 기재된 보호시트의 한면 또는 양면에 석유 아스팔트와 원적외선 방사재와의 혼합물을 도포하여 이루어진 복층구조를 갖는 것을 특징으로 하는 가열장치를 위한 보호시트.