KR20070119701A

KR20070119701A - 접지된 결정성 가열 리본

Info

Publication number: KR20070119701A
Application number: KR1020077023623A
Authority: KR
Inventors: 루벤 호라시오 프리루크
Original assignee: 아이.디.엘. 히터즈 서멀 프로덕츠 엘티디.
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2007-12-20
Also published as: US20090179024A1; EP1859651B1; DE602006016569D1; EP1859651A1; CA2600775A1; WO2006097930A1; PL1859651T3; ATE480127T1; CA2600775C

Abstract

본 발명은 두 개 이상의 전기적 절연층들에 의해 둘러싸인 결정 금속 합금으로 된 전기 저항성의 얇고 기다란 시트를 포함하는 가열 리본으로서, 상기 절연층들 사이에 삽입된 전기 전도성 포일의 형태의 내부 접지 수단을 더 포함하는 가열 리본에 관한 것이다.

Description

접지된 결정성 가열 리본{GROUNDED CRYSTALLINE HEATING RIBBON}

본 발명은 결정성 가열 리본 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 실내외에서 사용하기 위한 접지된 결정성 가열 리본, 그의 제조 방법, 및 가열, 건조 및 제빙(deicing) 시의 그의 사용에 관한 것이다.

가열 목적으로 현재 사용되는 비결정질 금속으로 된 가열 리본 매트는 각 나라의 전기적 안전 규정에 부합되도록 외부 접지를 필요로 한다. 또한, 이러한 리본에 사용되는 비결정질 금속은 경질의 불안정한 재료이고 28 미크론을 넘는 두께에 대해서 비결정질 금속은 결정화를 시작한다. 비결정질 금속의 결정화는 가열 리본의 금속층에 구멍들을 형성하게 되어 비균일한(non-uniform) 전기 저항을 가진 불안정한 리본으로 된다. 따라서, 비결정질 리본은 28 미크론까지의 두께로 제조될 수 있다.

이러한 비결정질 리본의 제한은 가열 면적에 있어서 중대한 결점이다. 현재제조되는 비결정질 리본은 그들의 표면적이 상기한 두께 제한으로 인해 한정되기 때문에 넓은 면적의 커버리지를 제공하기에는 부적절하다.

미국 특허 제6,353,707호에 기재된 전기 가열 장치는 가요성(flexible) 레지스터 리본, 소정 간격들로 레지스터 리본에 부착된 다수의 전도성 코팅 부분들, 및 레지스터 리본에 전원을 접속할 수 있도록 레지스터 리본에 결합된 접속기 콘택트들을 포함한다. 상기 가요성 레지스터 리본은 플로어, 벽 또는 천장 패널로서 빌딩에 조합되도록 경질 또는 가요성의 편평한 기부 패널에 부착된다.

미국 특허 제2004/175164호는 경질 또는 가요성의 절연 쉘, 및 쉘의 내측에 배치된, 편평한 연속의 가열 저항 리본을 포함하는 가요성의 전기 가열 요소로 구성된 전기 가열 장치를 기재하고 있다.

WO 03/037037호는 유리 섬유 매트 또는 메쉬의 층들 사이에 배열되어, 연속적인 인발성형 과정 중에 플라스틱 프로파일로 조합되는 가열 인서트들을 형성하는 얇은, 고저항 리본을 갖는 가요성의 가열 요소를 포함하는 가열 장치를 기재하고 있다.

종래 기술의 가열 리본들은 상기한 문제들에 대한 만족스러운 해답을 제공하지 못하고 있다. 따라서, 상기한 문제들을 극복하는 전기적으로 접지된 결정성 가열 리본에 대한 필요가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 접지된 결정성 가열 리본 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 비교적 두껍고 잘 파괴되지 않으며 따라서 넓은 면적을 커버할 수 있고 부서지지 않고 비틀리거나 튀어 오를 수 있는 결정성 가열 리본을 제공하는 것이다.

본 발명은 큰 표면적을 통해 비교적 높은 가열 파워의 방사를 제공하도록 설계된, 가요성의 구부려질 수 있는 가열 리본에 관한 것으로, 상기 가열 리본은 내장된 저항 시트를 밀봉하여 전기적으로 절연하기 위한 하나 이상의 절연 쟈켓(jacket)의 층들에 의해 코팅된 결정성 금속 합금으로 된 비교적 얇은 저항 시트를 포함하며, 저항 시트를 둘러싸는 쟈켓은, 전기적 접속을 제공하도록 전도성 와이어가 부착될 수 있는 전기적 전도성의 포일에 의해 부분적 또는 전체적으로 커버되며, 상기 전도성 포일은 절연 재료의 하나 이상의 절연 재료의 층들에 의해 커버된다.

바람직하게 결정성 합금은 크롬, 니켈, 및 안정화제들을 포함하며, 상기 안정화제들은, 이들로 제한되지는 않지만, 알루미늄, 망간 또는 실리콘, 또는 그의 조합물들로 될 수 있다. 가장 바람직하게, 결정성 합금은 19.9% 크롬, 5.1% 망간, 3.0% 알루미늄, 1.1% 실리콘, 및 70.9% 니켈을 포함한다. 바람직하게 상기 전기 전도성 포일은 알루미늄 포일이다.

또한, 본 발명은 큰 표면적(예컨대 폭이 약 30mm)을 가진 가요성의 접을 수 있는 가열 리본을 포함하는 가열 요소에 관한 것으로서, 상기 가열 요소는 바람직하게도, 편평하게 지그재그 형태로 구부려지는 부분들에 의해, 가열 리본이 장착되는 기재(substrate)를 포함한다. 가열 리본은 접착 테이프의 타입에 의해 기재에 부착될 수 있다. 편리하게, 전도성 와이어들이 가열 리본의 각 단부에서 상기 가열 리본에 내장된 저항 시트에 전기적으로 접속되어 상기 저항 시트를 전원에 접속하게 되어 있다. 가열 리본의 전도성 포일은 전기적 네트워크의 전기적 접지에 접속될 수 있다.

또한, 본 발명은 결정 금속 합금으로 된 얇고 기다란 저항 시트를 압출하는 단계, 절연 자켓층에 의해 상기 기다란 저항 시트를 코팅하는 단계, 전도성 와이어가 전기적으로 부착되는 전도성 포일로 상기 코팅된 기다란 저항 시트를 부분적으로 또는 전체적으로 커버하는 단계, 및 상기 코팅된 저항 시트 및 하나 이상의 절연층들 내에서 상기 시트를 커버하는 전도성 포일(foil)을 둘러싸는 단계를 포함하는, 가요성의 구부려질 수 있는 가열 리본을 제조하는 방법에 관한 것이다.

첨부 도면들을 참조하여 본 발명을 설명하며, 유사한 참조 부호들은 일관되게 유사한 요소들을 나타낸다 :

도1은 본 발명의 가열 리본의 단면도; 및

도2는 본 발명의 가열 요소의 배열을 나타낸 도면이다.

본 발명은 높은 전기 저항성(예컨대, 1.1-4.2 오옴/미터)을 가진 니켈-크롬계 합금으로 된 저항 시트(12,도1)를 포함하는 가열 리본 및 가열 요소를 제공한다. 본 발명의 가열 리본은 바람직하게 공압출(co-extrusion) 과정에 의해 부착된 이중 또는 3중의 폴리에틸렌 절연층(쟈켓,14)으로 코팅된다.

도1에 본 발명의 가열 리본(10)의 단면도가 도시되어 있다. 가열 리본(10)은 그의 가열 요소로서 사용되는 저항 시트(12)를 포함한다. 저항 시트(12)는 그를 전기적으로 절연하는 쟈켓(14)으로 코팅된다. 쟈켓(14)은 전기 전도성 포일(15)에 의해 커버될 수 있고 전도성 와이어(13)가 요구되는 외부 접지 콘택트를 제공하도록 상기 포일에 전기적으로 접속된다. 이 배열은 상기 저항 시트(12) 및 그의 쟈켓(14), 전도성 포일(15) 및 와이어(13)를 둘러싸는 절연층(17)으로 코팅되어 있다.

저항 시트(12)는 적절한 전기적 전도성을 가진 결정 금속 합금으로의 공압출 과정에 의해 제조될 수 있다. 압출된 저항 시트(12)의 두께는 일반적으로 10미크론(마이크로 미터) 내지 50미크론의 범위, 바람직하게는 약 30미크론이고, 그의 (단면) 폭은 7 내지 45mm, 바람직하게는 약 25mm로 되는 것이다. 저항 시트(12)의 길이는 각각의 특정 용도에 따라 변화될 수 있다. 예컨대, 플로어 히팅 하에서 가열 리본의 길이는 통상 60-80미터의 범위, 바람직하게는 약 62미터로 될 수 있다.

저항 시트(12)의 제조 시에 사용되는 결정 금속 합금은 높은 전기적 저항을 가진 임의의 적절한 화합물 또는 합금으로 제조될 수 있다. 바람직하게 상기 결정 금속 합금은 크롬, 니켈, 및 안정화제로 구성되며, 약 1.37 오옴-cm²의 전도성을 가질 수 있다. 예컨대, 상기 결정 금속 합금은 17-22% 크롬, 70-75% 니켈, 및 소량의 안정화제를 이용하여 제조될 수 있다.

상기 결정 금속 합금의 준비 시에 여러 가지의 안정화제들이 사용될 수 있지만, 알루미늄, 망간 및 실리콘이 그들과 함께 제공되는 금속 리본의 개선된 가요성 및 강도로 인해 바람직하다. 상기 안정화제의 합금 내에서의 중량 퍼센트 농도는 통상 2.5-3.5% 알루미늄, 4-6% 망간, 및 0.9-1.5% 실리콘의 범위로 될 수 있다. 예컨대, 상기 결정 금속 합금은 19.9% 크롬, 5.1% 망간, 3.0% 알루미늄, 1.1% 실리 콘, 및 70.9% 니켈로 구성될 수 있다.

저항 시트(12)의 쟈켓(14)은 바람직하게 텔더 명세서 "결정 금속 리본에 대한 719HTNN 이중 코팅"에 따라 부착된다. 쟈켓(14)은 폴리에틸렌으로 구성될 수 있고, 바람직하게 전력 및 통신 케이블들을 덮어 싸기 위해 사용되는 바와 같이, 약 0.25mm의 두께를 가진 PO로 제조된다. 쟈켓(14)은 다음의 특징들을 가지는 것이 바람직하다 :

* 고 융점(약 120℃);

* 저마찰 계수(UL 1581/1040 스탠다드 UL 1581/460 만족);

* UL 1581/593 콜드 임팩트 요건 만족;

* 방염(flame resistant) UL 94HB 스탠다드 만족;

* 낮은 수분 흡수성(UL 1581/1040 스탠다드 만족);

* 양호한 내후성(weathering resistance)을 보장하도록 충분한 량의 잘 분산되어, 높은 효과가 있는 UV-안정화제를 포함할 것.

쟈켓(14)을 부착하도록 사용되는 압출 윈도우는, 코팅 재료가 약 40-60미터/분의 속도로 일정한 두께로 유동하여 저항 시트(12)를 커버하도록 허용하는, 비교적 넓은 처리 윈도우(예컨대, 27x555 미크론)이다.

쟈켓(14)의 두께는 일반적으로 400-600미크론 범위, 바람직하게는 약 500미크론으로 될 수 있고, 저항 시트(12)를 둘러싸도록 배열된다. 쟈켓(14)은 제1층과 유사한 방식으로 부착되는, 다른 코팅층을 포함할 수 있고, 그의 두께는 일반적으로 400-600미크론의 범위, 바람직하게는 400미크론으로 될 수 있다.

전도성 포일(15)은 가요성 및 전기 전도성 재료, 바람직하게 알루미늄으로 제조될 수 있다. 가장 바람직하게, 전도성 포일(15)은 7x0.16mm, 26awg, TC-드레인-와이어와 밀접 접촉하게 놓여 100% 커버리지를 제공하는 폴리에스터 알루미늄 포일 테이프 랩이다. 전도성 포일(15) 및 전도성 와이어(13)의 기하학적 치수는, 접지 요건들에 대한 안전 규정에 따라 최대로 허용되는 전류 조건들이 만족됨을 보장하도록 저항 시트(12)의 두께 및 폭에 따라 계산되는 것이 바람직하다. 더 구체적으로, 전도성 와이어(13)의 두께는 전도성 포일(15)의 전체 두께보다 적어도 1.15배 두껍게 되어야 한다.

따라서, 이중으로 적층된 쟈켓(14)의 일반적인 두께는 1000-1400미크론(알루미늄 금속 포함)의 범위로 될 수 있다.

코팅 과정(압출된 폴리에틸렌 층들)(14)을 완료한 후에, 전도성 포일(15)은 리본(10)의 가요성을 보존하는 공압출 과정을 통해 가열 리본(10)에 추가된다. 코팅된 리본은 전도성 포일(15)에 의해 커버되며, 그것에 전도성 와이어(13)가 전기적으로 접속된 후, 역시 압출 과정에 의해 부착되는 최종 절연층(폴리에틸렌)(17)으로 코팅된다.

전도성 와이어(13)는 구리, 또는 적절한 가요성을 가진 다른 전도성 재료로 된 나사형 와이어이다. 예컨대, 전도성 와이어(13)는 7x0.16mm 또는 25x0.16mm 와이어로 될 수 있다. 전도성 와이어(13)는, 전도성 포일(15)과 전기 접속되는 관계로, 가열 리본(10)의 측면들 중 하나에 배치되며 가열 리본(10)의 전체 길이를 따라 끌어당겨 진다.

본 발명의 가열 요소(20)의 일반적인 구조가 도2에 도시되어 있다. 가열 요소(20)는 기재(27) 상에 접혀져 장착된 가열 리본(10)을 포함한다. 기재(27)는 가요성 및 전기 전도성 재료, 바람직하게 유리 섬유로 제조된다. 예컨대, 1스퀘어 미터 당 약 120 그램의 공칭 밀도(nominal specific density), 및 약 10x10 mm의 공칭 구멍 크기를 가진 네트 유리섬유로 제조될 수 있다. 또한, 기재(27)는 가열 요소(20)에 대해 원하는 구조를 성립하도록 사용되는 셰이퍼로서 작용한다.

가열 요소(20)는 원하는 가열 파워에 따라 여러 가지 방식들로 형성될 수 있다. 가열 리본(10)은 바람직하게 기재(27)의 각 측면에서 약 2-3cm의 테두리를 남기는 방식으로 기재(27)의 표면 위에 배치된다.

가열 요소(20)의 밀도는 가열 리본(10)이 존재하는 기재(27)의 영역 및 기재(27)의 전체 영역 사이의 비로 정의된다. 예컨대, 플로어 히팅 조건 하에서, 플로어 면적의 50%를 의미하는 50%의 리본 밀도는 가열 리본(10)에 의해 커버된다. 이러한 커버리지는, 가열 케이블이 원형 단면을 가지며, 본 발명의 가열 리본(10)에 의해 생성된 가열이 리본의 표면에서 균일하게 방사되기 때문에, 이들 조건들에서 사용되는 바와 같은 종래의 가열 케이블들에서는 불가능함을 이해하기 바란다.허용된 공칭 리본 밀도 범위는 27%-50% 범위이지만, 가열 요소(20)는 30%의 공칭 리본 밀도를 제공하도록 설계될 수 있다.

기재(substrate,27)의 길이는 일반적으로 2-12미터의 범위이고, 그의 폭은 약 50mm이다. 가열 리본(10)의 길이는 일반적으로 50-90미터 범위, 바람직하게는 65미터이다. 물론, 가열 요소(20)는 기재(27) 없이 제조되어 공급될 수 있다.

가열 요소(20)는 와이어(23)를 통해 전원에 전기적으로 접속될 수 있다. 와이어(23)를 저항 시트(12)에 접속하는 접속기들은 가열 리본(10)의 각 단부(25)에서 저항 시트(12)에 압착되어 부착된 콘택트들을 가진 주석 코팅된 얇은 철계(iron base) 접속기들이다. 와이어들(23)은 약 2mm의 직경을 가진 구리계의 꼬인 전기 와이어들로 될 수 있다. 가장 바람직하게, 와이어들(23)은 IEC228 클래스 5 요건에 부응하며, PVC의 이중 층으로 된 절연부(105℃의 가열 내구성을 가짐)를 갖는 타입이다. 각 와이어(23)의 공칭 직경은 바람직하게 약 3.3mm이고, 일반적으로, 그들의 직경은 3.4mm를 초과하지 않는다. 와이어들(23)은 바람직하게 UL1015 요건에 부응하며, 약 3미터 이상의 길이를 가진다.

수축성 슬리브(22)가 각 와이어(23), 특히 저항 시트(12) 및 "콜드" 전기 와이어(23)(즉, 전원 및 가열 리본(10) 사이에서 전기적 콘택트들로서 작용하지만 열을 전달하지 않음) 사이의 접속부를 둘러싸서 밀봉한다. 상기 슬리브(22)는 1 내지 4의 수축비, 예컨대 ATUM 시리즈, 및 -55℃ 및 110℃의 범위의 온도 안정성을 가진다. 수축성 슬리브(22)는 MIL-DTL-23053/4, 클래스 3(안전한 수중 담금 저항성에 대한 군사적 표준 사양 인증), 및 라이쳄 사양(specification) RK-6025의 요건에 충족된다.

접착 테이프(26)는 가열 리본(10)을 지지 기재(27)에 접착하도록 사용되며 따라서 가열 리본(10)의 설치를 간단화한다. 접착 테이프(26)는 바람직하게 :

폭 : 47미크론

신장 강도 : 100N -25mm

신장도 : 130%

접착 강도 : 12N-25mm

저장 수명 : 1년

폴리프로필렌 시트 온도 제한 : 120℃

의 조건을 가진, 이스라엘 표준 791에 의해 정의되는 바와 같은, 폴리프로필렌 접착 테이프가 바람직하다.

각각의 가열 요소(20)의 출력 파워는 바람직하게 난방 기구용 CEI IEC 60335-1 국제 표준, 패러그래프 10에 따라 규격이 정해진다.

그 결과 측정된 저항 공차(tolerance)는 전력 편차의 역수이다. 또한, 공칭 규격 파워는 가열 요소(20)의 기하학적 치수 및 기재(27) 상에 배치된 가열 리본(10)의 길이에 따라 100, 120, 150, 200, 300, 400, 500와트 값으로 변화될 수 있음을 이해하기 바란다.

예 :

약 2.25sqm(예컨대, 450x50cm)의 가열 요소(20)에 대해 폭(w) 약 10cm 및 두께 약 50미크론의 가열 리본(10)이 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 약 150와트/sqm의 가열 리본(10)이 230V의 작동 전압에 대해 얻어져서, 가열 요소(20)의 전체 전압은 약 58.4미터의 전체 길이를 가진 가열 리본(10)에 대해 약 337.5와트이다. 튀어오른 리본의 부분들 사이의 거리(d)는 바람직하게 약 3.8cm이다. 저항 시트(12)를 덮고 있는 전도성 포일(15)은 바람직하게 두께 약 12미크론이고 전도성 와이어(13)의 직경은 바람직하게 약 0.50mm이며 그의 저항은 약 0.33오옴/미터이 다. 상기 바람직한 실시예에서, 상기 리본의 전체 저항은 약 2.8오옴/미터이고 가열 요소(20)의 밀도는 약 32%이다.

상기한 변수들 모두는 예시적으로만 주어진 것들이고, 본 발명의 여러 가지 실시예들의 다른 요구 조건들에 따라 변화될 수 있다. 따라서, 상기한 변수들은 어떠한 방식으로든 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않는다. 또한, 상기한 바와 다른 시트들, 포일들, 코팅, 및 다른 부재들은 전술한 설명에서 예시된 것들과 다른 형상들(예컨대, 평면도에서 타원형, 정방형 등의 형태를 가진다) 및 크기들로 구성될 수 있다.

물론 상기한 예 및 설명은 예시의 목적으로만 주어진 것이고, 어떠한 방식으로든 본 발명을 제한하려는 의도는 아니다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 본 발명은, 상기한 것들로부터 하나 이상의 기술을 사용하여, 여러 가지 방식으로 실행될 수 있고, 이들 모두는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다.

Claims

두 개 이상의 전기적 절연층들에 의해 둘러싸인 결정 금속 합금으로 된 전기 저항성의 얇고 기다란 시트를 포함하는 가열 리본으로서, 상기 절연층들 사이에 삽입된 전기 전도성 포일의 형태의 내부 접지 수단을 더 포함하는 가열 리본.
제1항에 있어서,

상기 전도성 포일에 전도성 와이어가 부착되어 그에 대해 전기적 접속을 제공하는 가열 리본.
제1항 또는 2항에 있어서,

상기 결정 합금은 크롬, 니켈, 및 하나 이상의 안정화제들을 포함하는 가열 리본.
제3항에 있어서,

상기 하나 이상의 안정화제들은 알루미늄, 망간 및 실리콘으로 된 그룹에서 선택되는 가열 리본.
제4항에 있어서,

상기 결정 합금은 19.9% 크롬, 5.1% 망간, 3.0% 알루미늄, 1.1% 실리콘, 및 70.9% 니켈을 포함하는 가열 리본.
제1항에 있어서,

상기 전기 전도성 포일은 알루미늄 포일인 가열 리본.
편평한 지그재그 형태로 구부려진 부분들에 의해 기재 상에 장착된 가요성의 접혀질 수 있는 가열 리본을 포함하는 가열 요소로서, 상기 가열 리본은 결정성 금속 합금으로 된 비교적 얇고 기다란 저항 시트 및 상기 저항 시트를 부분적 또는 전체적으로 덮고 있는, 전기 전도성 포일을 포함하며, 절연 자켓의 하나 이상의 층들이 상기 기다란 저항성 시트 및 전도성 포일을 절연시키는 가열 요소.
제7항에 있어서,

상기 가열 리본은 접착 테이프에 의해 기재에 부착되는 가열 요소.
제7항에 있어서,

상기 가열 리본의 각 단부에서, 상기 가열리본에 내장된 기다란 저항 시트에 전도성 와이어가 전기적으로 접속되는 가열 요소.
제7항에 있어서,

상기 결정 합금은 크롬, 니켈, 및 하나 이상의 안정화제들을 포함하는 가열 요소.
제10항에 있어서,

상기 하나 이상의 안정화제들은 알루미늄, 망간 및 실리콘으로 된 그룹에서 선택되는 가열 요소.
제11항에 있어서,

상기 결정 합금은 19.9% 크롬, 5.1% 망간, 3.0% 알루미늄, 1.1% 실리콘, 및 70.9% 니켈을 포함하는 가열 요소.
결정 금속 합금으로 된 비교적 얇은 기다란 저항 시트를 압출하는 단계, 하나 이상의 절연 자켓층들에 의해 상기 기다란 저항 시트를 코팅하는 단계, 전도성 포일로 상기 코팅된 기다란 저항 시트를 부분적으로 또는 전체적으로 커버하는 단계, 및 절연층으로 상기 코팅된 저항 시트 및 전도성 포일을 둘러싸는 단계를 포함하는, 가요성의 접혀질 수 있는 가열 리본을 제조하는 방법.
제13항에 있어서,

전도성 와이어를 전도성 포일에 부착하는 단계를 더 포함하는 방법.
제13항에 있어서,

상기 결정 합금은 크롬, 니켈, 및 하나 이상의 안정화제들을 포함하는 방법.
제15항에 있어서,

상기 하나 이상의 안정화제들은 알루미늄, 망간 및 실리콘으로 된 그룹에서 선택되는 방법.
제16항에 있어서,

상기 결정 합금은 19.9% 크롬, 5.1% 망간, 3.0% 알루미늄, 1.1% 실리콘, 및 70.9% 니켈을 포함하는 방법.