KR20100101083A

KR20100101083A - 도관형 절연장치를 제조하는 방법 및 그 도관형 절연장치

Info

Publication number: KR20100101083A
Application number: KR1020107010312A
Authority: KR
Inventors: 베랑제르 르끄렉; 올리비에 베르나르; 알렉상드르 뽀띠에
Original assignee: 까르봉 로레인 꽁뽀장
Priority date: 2007-10-08
Filing date: 2008-10-07
Publication date: 2010-09-16
Also published as: CN101918205A; CA2701989A1; EP2209615B1; FR2921860A1; WO2009080915A2; CA2701989C; CN101918205B; EP2209615A2; WO2009080915A3; US9249920B2; FR2921860B1; US20100294391A1

Abstract

본 발명에 따른 제조방법에서는 절연재료(2)를 공급하고 상기 절연재료(2)를 절연 재료(2)의 복수로 이루어진 N개의 층 C_i(3)로 형성하다. 상기 제조방법에 있어서: a) 각 층 C_i(3)를 위해 절연재료(2) 내에 미리 절단된 다수의 N_i개의 축 절연요소 E_i(4)를 형성하고, b) 도관형 절연장치의 미완성성형물(5)을 다음과 같이 형성하고: b1) 접착제(6)를 사용하여 다수의 접합영역 J_i(30)을 따라 나라히 배열된 각 층 C_i(3)의 n_i개의 요소 E_i(4)를, 층 C_i ₊₁의 복수의 접합영역 J_i ₊₁가 옆 층 C_i의 복수의 접합영역 J_i에 대하여 오프셋 되도록 결합되고, b2) 이어서 접착체(6)를 중합하고, c) 도관형 요소의 미완성성형물(5)을 열처리한다. 장점: 매우 큰 기계 저항력을 가진 장치를 경제적인 제조방법으로 얻을 수 있다.

Description

도관형 절연장치를 제조하는 방법 및 그 도관형 절연장치{METHOD OF MANUFACTURING A TUBULAR INSULATING DEVICE AND CORRESPONDING DEVICE}

본 발명은 비산화 대기 및 고온 오븐 내의 고온 절연체로 사용될 수 있는 탄소함유 내화물을 제조하는 것에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 고온 오븐을 위한, 흑연 베이스의 원통형 내지 도관형 절연체에 관한 것이다.

프랑스 특허출원 FR 2 849 651은 밀도가 적어도 400Kg/㎥ 이상인, "고밀도(dense)"의 압축된 팽창흑연 입자베이스를 갖는 하나 이상의 가요성 층과 "고밀도"의 층 보다 밀도가 낮은, 보통 밀도가 400Kg/㎥ 미만인, 팽창흑연 베이스를 갖는 하나 이상의 또 다른 "저밀도(sub-dense)" 층을 포함하고 있는 절연 구조체를 설명하고 있다.

이 특허출원은 또한 상기 기술한 절연 구조체를 나선형으로 코일링(coiling) 작업을 하여 원통형 부품을 제조하도록 절연 구조체를 사용하는 것을 설명하고 있다. 본 기술의 문제점은 코일링 후에 얻어진 원통에 가해지는 열처리 작업중 층들이 서로 분리되어 떨어지는 점에 있다.

상기 나선 코일링 기술은 또한 US 6,143,601 및 US 2004/0076810과 같은 다른 미국특허 내지 미국특허출원에도 기재되어 있다. 프랑스 특허출원 2 849 651은 코일링 단계에 더하여, 상기 기술된 절연 구조체를 갖는 원통의 부분들을 제조하도록 커빙기술(curving technique)을 사용하는 것을 포함하는 제조방법을 기술하고 있다.

본 발명은 동시에 다양한 문제점을 해결하고자 하며, 본 발명에 따른 도관형 절연장치의 제조방법에 의하면 다음과 같은 것을 동시에 실현할 수 있다:

- 1500℃ 온도를 넘을 수 있는 높은 사용온도의 범위 전체에서 높은 기계적 저항성을 갖는 장치를 얻고,

- 높은 "절연 파워/질량비(insulating power/mass ratio)"를 갖는 장치를 얻고,

- 하나의 동일한 기술을 사용하여 간단하고 경제적이며 더 나아가 어떤 형태의 관형 장치에도 쉽게 적용할 수 있는 제조 방법을 실현할 수 있다.

본 발명의 출원인은 고온 오븐의 절연을 위해 사용되는 도관형 장치의 제조방법을 개발했는데, 이는 도관형 벽 요소를 얻을 수 있게 하는 절연 구조체를 구부리고, 상기 요소의 에지에서 접착한 후, 나란히 놓인 두 요소 사이에 접합부가 형성되도록 접착된 에지의 오프셋을 가지고 두 층의 절연 구조체를 쌓은 것이다.

본 발명에 따른 도관형 절연장치의 제조방법은, 축방향을 따라 축길이가 L이고 두께가 E_p인 측벽을 포함하고 있고, 두께 E_M<E_p인, 예를 들어 두께 E_M이 적어도 0.5Ep 이하인 2차원 구조의 절연재료를 공급하고, 상기 절연재료를 복수로 이루어진 N개의 절연재료의 층 C_i을 겹쳐서 구성하고, i의 값은 2 내지 N이고, 상기 도관형 절연장치는 둘 이상의 절연재료의 층 C₁ 및 C₂을 포함한다.

본 발명에 따른 방법은 다음과 같은 특징을 갖고 있다:

a) 각 층 C_i에 대해, 에지 대 에지로 배열한 후 그리고 형상에 맞추어 변형시킴으로써 상기 n_i개의 절연요소 E_i가 상기 층 C_i를 형성할 수 있도록, 절연재료로부터 미리 잘라놓은 복수로 이루어진 n_i개의 축 절연요소 E_i를 형성하는 단계와,

b) 상기 도관형 절연장치의 미완성성형물을 형성하는 단계로서:

b1) 접착제를 이용하여 바람직하게는 축 성형 맨드릴에서 여러층을 연속적으로 조립하고, 우선 제1 내부 층 C₁에서 시작하여, 각 층 C_i의 n_i 개의 요소 E_i가 복수의 접합영역 J_i에 의해 에지 대 에지로 나란히 배치되고, 복수의 접합영역 J_i+1이 복수의 접합영역 J_i에 대하여 오프셋되어 상기 도관형 절연장치가 높은 기계적 강도를 가지도록 층 C_i+1의 요소 E_i+1은 더 안쪽에 있는 내부층 C_i의 요소 E_i에 대하여 오프셋되어 있고,

b2) 상기 미완성성형물을 굳히기 위해 상기 접착제를 중합하는, 단계와,

c) 상기 접착제를 탄화하여 가능하면 상기 맨드릴을 분리시킨 후에 상기 도관형 절연장치를 얻을 수 있도록, 도관 요소의 상기 미완성성형물을 열처리하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 제조방법을 통해, 제기된 문제점을 해결할 수 있다.

출원인은 본 발명의 제조방법에 따라 얻어진 장치들은, 특히 산업 분야에서 오븐용 절연 슬리브로서 사용시 요구되는 높은 기계강도를 구비하며, 적절한 절연 재료를 선택함으로써 우수한 "절연 파워/질량" 비를 보여준다.

나아가, 코일링이 필요 없어, 상기 장치들의 제조방법은 간단하게 모든 형태의 도관형 장치에 적용할 수 있는데, 이는 예를 들자면 절연재료를 스트립 또는 시트로 절단하고, 그 다음에 가능하면 성형한 후, 이어서 접착제를 이용하여 붙이고, 적어도 두 개 이상의 층을 형성함으로써, 절연 재료의 준비하는 과정을 포함하기 때문에 가능한 것이다. 따라서, 본 제조방법은 경제적이면서도 다양한 형태 또는 치수의 장치를 형성함에 큰 유연성을 가질 수 있도록, 단지 한정된 개수의 산업장치의 부품만 요구한다.

모든 도면들은 본 발명에 관한 것이다.
도 1a 내지 도 1g는 본 발명에 따른 여러가지 도관형 절연 장치(1)의 제조단계를 나타낸다.
도 1a는 절연요소(4)를 형성하는 두께 E_M의 이차원 구도체를 갖는 절연 재료(2)를 나타내는 횡단면에 따른 부분 단면도이다.
도 1b와 도 1c는 도면 1a의 절연재료(2)에서 절단하여 형성된 평면 절연요소(4,4a)의 횡단면으로서 각각 Ep1와 Ep2로 표시되어 있고, 도 1b의 평면 절연요소 Ep1은 제1 층 C₁의 절연요소를 형성하며, 그 너비 l₁은 제2 층 C₂의 절연요소를 형성하는 도면 1c의 절연요소 Ep2의 너비 l₂보다 작다.
도 1d와 도 1e는 도 1b와 도 1c와 비슷한 도면으로서, 도 1b와 도 1c의 각 평면 절연요소 Ep1, Ep2를 구부림으로써 형성된 휘어진 절연요소 Ec1, Ec2를 나타낸다.
도 1f는 축방향(11)에 수직하는 평면의 횡단면으로서 나타낸, 미완성성형물(rough form)로서 두 층 C₁, C₂ 위에서 도면 1d와 1e의 여덟 개의 휘어진 절연요소 Ec1, Ec2를 조립(각 층 C_i마다 4개의 절연요소)하여 형성되고, 이러한 조립은 같은 층 C_i에 있는 휘어진 요소(4,4b) 사이의 에지(60)에서 접착을 하고, 또한 층 C₁과 층C₂사이의 중간층 접착(61)을 통해 형성되며, 층 C₁과 층 C₂는 제1 층 C₁(3,3a)의 축 접합부 J_A1(30, 31)가 제2 층 C₂(3,3b)의 축 접합부 J_A2(30,31)와 각도상으로 오프셋되어 있도록 방향이 잡혀있다.
도 1g는 도 1f 미완성성형물(5)의 부분 측면도이다.
도 2a는, 도 1f와 비슷하며, 또 다른 형태의 미완성성형물(5)을 나타내는 도면으로서, 즉 각 층 C_i마다 세 개의 절연요소(4,4b)를 포함하고 있는 두 층 C₁과 C₂를 포함하고 있는 도관형 절연체 장치(1)이다.
도 2b는, 도 2a와 비슷하며, 또 다른 형태의 미완성성형물(5)과 장치(1)를 보여주고 있으며, 이에 층 C_i의 개수 N은 3이고, 각 층 C_i는 두 개의 요소 E_i를 포함하고 있다.
도 2c와 도 2d는 도 2b에서 원으로 표시된 부분 "c"와 "d"의 확대도면이며, 이는 동일층 C_i의 휘어진 요소(4b)들의 에지 접착과 두 개의 인접하는 층 C_i와 C_i ₊₁ 사이의, 즉 도 2b의 C₁과 C₂ 사이의, 중간층 접착(61)을 나타낸다.
도 3a 내지 도 3f는 여러형태의 장치(1)의 측면 벽(10)들과 해당 미완성성형물(5)을 나타낸다.
도 3a 내지 도 3c는 전체 축길이 L에서 일정한 단면을 갖는 측면 벽(10)을 갖는 도관(1a)에 대한 도면이다.
도 3a는 측면 벽(10)의 측면도이며, 축접합영역 J_i(30)은 도시되어 있지 않다.
도 3b와 도 3c는 도 3a의 측면 벽(10)의 2개의 외부 횡단면을 나타내며, 도 3b는 외경이 D인 원통형 벽에 해당하고, 도 3c는 육각형 벽으로서 지름이 D인 원안에 육각형 벽의 외부단면이 그려져 있다.
도 3d 내지 도 3f는, 도 3a 내지 도 3c와 비슷하며, 전체 축길이 L을 따라 단면이 변하고 중간 높이에서 평균 외부지름이 D_M인 도관(1b)을 나타낸다.
도 3d는 테이퍼 형태의 벽(10)의 측면도이다.
도 3e는 원형단면인 경우이고, 도 3f는 다각형(육각형) 단면인 경우이다.
도 4a는, 도 1g 또는 도 3a와 비슷하며, 축길이 L이 긴 미완성성형물(5) 또는 장치(1)를 나타내며, 각 층 C_i는 하나 이상의 횡단 접합영역 J_Ti(32)를 포함하고 있으며, 이는 상기 휘어진 요소(4,4b)를 상기 축방향(11)을 따라 연결하기 위한 것이다. 내부 층 C₁(3a)는 외부 층 C₂의 단일 횡단접합부 J_T2에 대하여 축방향으로 오프셋된 두 개의 횡단접합부 J_T1을 포함하고 있다.
도 4b은 도 4a의 장치(1)의 저면도이다.
도 4c는 상기 축방향(11)을 통과하는 도 4b의 평면 B-B에 따른 벽 (10)의 축단면도이다.
도 4d와 도 4e는 상기 절연재료(2)를 구성하고 다중 층 재료(2a)를 형성하는 팽창흑연 베이스를 갖는 두 가지 유형의 재료(2')를 부분적인 횡단면으로 보여준다.
도 4d는 다중층 재료(2a)를 나타내며, 이는 팽창흑연의 두 층을 포함하고: 한 층은 "저밀도" 층(20)이라 칭하고 다른 층은 "고밀도" 층(21)이라 칭하며, 고밀도 층(21)은 일 예로 저밀도 층(20) 보다 적어도 두배 이상 두께가 얇다.
도 4e는, 도 4d와 비슷하며, 삼층 재료(2)를 형성하고, 이는 저밀도 층(20)을 형성하는 중앙층(23)과, 두 개의 고밀도 층(21)을 형성하는 두 개의 외부층(22)을 포함한다. 도 4f는 벽(10)의 부분적인 횡단면이며, 이는 도 4d의 재료를 사용하여 형성된 두 개의 층 C₁과 C₂를 포함하고 있으며, C₁와 C₂사이에 있는 접착층(61)에 의해 결합되어 있다. 도 4f에서 볼 수 있듯이, 고밀도 층(21)들은 상기 벽(10)의 내부면 및 외부면을 형성한다.
도 5a 내지 도 5e는 성형 맨드릴(7)과 성형 몰드(8)를 사용하여, 여러유형의 미완성성형물(5)을 제조하는 방법을 나타낸다.
도 5a는 절연재료(2, 2')의 두 개 층 C₁과 C₂가 맨드릴(7) 위에 놓인 형태를 나타내는 사시도이다.
도 5b는, 도 5a의 요소들로 구성된 유닛을 포함한 두 개의 하프쉘(half-shell)(80)이 있는 성형 몰드(8)의 축방향(11)에 따른 단면도로서, 상기 층 C_i(3)을 단단한 맨드릴과 전형적인 몰드의 금속 하프쉘(80) 사이에서 압축하도록 형성되어 있으며, 이는 상기 미완성성형물(5)에 미리 정해진 치수를 제공한다.
도 5c는 성형 몰드에서 출력부에서 유닛의 측면도로서, 미리 정해진 치수를 갖는 미완성성형물(5)에 더하여 맨드릴(7)로 형성되며, 도 5d는 도 5e에 도시된 맨드릴(7)과 분리된 미완성성형물(5)을 나타낸다.

본 발명에 따라, 도 1g 및 도 4a에 도시된 것처럼, 접합영역 J_i(30)는 축길이 L이하의 축 접합영역 J_Ai(31)을 포함할 수 있다.

그러나, 도 4a와 도 4c에 나타난 바와 같이, 상기 접합영역 J_i(30)는 큰 축길이 L의 도관형 절연장치(1,1')를 얻을 수 있도록, 횡단 접합영역 J_Ti(32)를 포함할 수 있다.

그러나, 도 4a와 도 4c에 나타난 바와 같이, 요소(4)들을 상기 축방향(11)으로 연결할 필요가 없을 때에는, 상기 접합영역 J_i는 축길이 L의 축 접합영역 J_A _i(31)로 구성될 수 있다.

바람직하게는, 동일 층 C_i의 미리 절단된 n_i개의 축 절연요소 E_i는 동일할 수 있고, 다수의 접합부 J_i는 상기 다수의 축 접합부 J_Ai(31)를 형성하고, n_i개의 축 접합부 J_Ai(31)는 상기 축방향(11)에 대하여 360°/n_i의 각도만큼 각도상 떨어진 상태로 배치되어 있다. 그러나, 비교적 복잡한 구조를 갖는 "주문제작" 장치를 제조히는 경우, 형상에 따라 다양한 절연요소(4)를 나란히 배열시킬 수 있는데, 이때 3차원 공간에 배치된 표면에 여러가지 부품을 퍼즐형식으로 조립할 수 있다.

도 1f, 도 2a 및 도 2b에 도시된 것처럼, 층 C_i(3)의 개수 N은 적어도 2개 이상이 될 수 있다.

절연요소 E_i(4)의 개수 n_i는 상기 도관형 절연장치(1)의 각 층 C_i(3)에 대하여 동일한 수 n이 될 수 있고, n은 보통 평균 지름 D에 따라 달라진다.

따라서, 예를 들면 다음과 같다:

- 지름 D의 값이 286mm에서 573mm일 경우, n은 2가 될 수 있고,

- 지름 D의 값이 573mm이상 907mm이하인 경우, n은 3이 될 수 있고,

- 지름 D의 값이 907mm이상 일 경우, n은 4가 될 수 있다.

도 1a와 도 1f에 도시된 것처럼, 제조방법의 b) 단계 이전에, 상기 n_i개의 절연요소(4a)를 이용하여, 예를 들면 n_i개의 평면 절연요소(4a)를 이용하여 n_i개의 휘어진 절연요소(4b)를 형성할 수 있는데, 이때 상기 축방향(11)에 수직하는 횡단평면에서 곡률반경 R_i를 갖도록 하며, 이는 상기 대응하는 층 C_i의 면에 해당하고, 곡률반경 R_i는 C_i층에서 더 큰 평균지름 D_i ₊₁의 C_i ₊₁ 층으로 증가한다.

본 발명에 따른 제조방법에서, 도 5a 내지 도 5e에 도시된 것처럼, 상기 b2) 단계 중에, 상기 미완성성형물(5)은 예를 들면 두 개의 하프쉘(80)을 포함하는 성형 몰드(8) 안에 위치할 수 있으며, 함께 닫혀 있는 하프쉘(80)은 해당 미완성성형물(5)과 결국 도관형 절연체(1)에 미리 정해진 재생가능한 기하학적 치수를 제공한다.

본 발명에 따른 상기 절연 재료(2)는 2 내지 30mm의 두께 E_M의 팽창흑연 베이스를 갖는 재료(2')일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 20mm두께로 되어 있다.

바람직하게, 도 4d 및 도 4e에 도시되어 있듯이, 해당 팽창흑연 베이스를 갖는 재료(2')는 한 층 이상의 밀도가 0.4g/㎤(400kg/㎥)이하인 "저"밀도 층(20)과, 한 층 이상의 밀도가 적어도 0.4g/㎤이상인 "고"밀도 층(21)을 포함하고 있는, 다중층 재료(2a)일 수 있다.

상기 고밀도 층 (21)은 0.8g/㎤ 내지 1.2g/㎤의 밀도를 나타낼 수 있으며, 상기 저밀도 층(20)은 0.03g/㎤ 내지 0.2g/㎤사이의 밀도를 나타낸다.

도 4e에 도시된 것처럼, 다중층 재료(2a)는 "삼중층"으로 불리는 재료(2b)일 수 있으며, 이는 저밀도의 중앙층(23, 20)의 각 측면에 배치된 고밀도의 두 외부층(22, 21)을 포함한다.

바람직하게, 높은 "절연 파워/질량" 비율을 얻기 위해, 저밀도 중앙층(20, 23)의 두께 E_f는 적어도 고밀도 외부층(21, 22)의 두께 E_h보다 두 배 높을 수 있고, 더욱 바람직하게는 세배 이상 높을 수 있다.

본 발명에 따르면, 접착제(6)는 열경화성 수지를 포함할 수 있으며, 예를 들어 페놀수지 또는 열가소성 수지이며, 상기 접착제는 가루형태 또는 액체형태일 수 있고, 바람직하게는 블랙카본(black carbon) 또는 적지전도성 흑연 가루가 적재되어 있다.

열처리는 적어도 800℃ 이상에서, 바람직하게는 1000℃ 이상에서 베이킹(baking)하는 것을 포함하고 있다.

상기 열처리는 절연장치의 강성을 높이도록 메탄 열분해 플래쉬처리(methane pyrolysis flash treatment)를 더 포함할 수 있다.

또한, 열처리는 절연장치를 정화하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 절연장치는 모든 휘발성 요소를 없애기 위해 2000℃에 놓인다.

마지막으로, 열처리 이후에 기계가공처리가 실행될 수 있다.

도 3a 내지 도 3c에 도시된 것처럼, 도관형 절연장치(1)는 축길이 L을 따라 일정한 단면을 갖는 도관(1a)을 형성할 수 있으며, 이 단면은 지름이 D인 원형이거나 타원형 내지 다각형으로 되어 있다.

그러나, 도 3d 내지 도 3f에 도시된 것처럼, 도관형 절연장치(1)는 축길이 L을 따라 일정하게 단면이 변하는 도관(1b)을 형성할 수 있으며, 이 단면은 평균지름이 D_M인 원형 또는 타원형 내지 다각형으로 되어 있다.

예를 들어, 축길이 L은 0.1m 내지 3m사이에 변동할 수 있으며, 두께 Ep는 5mm 내지 80mm이며 L/D또는 L/D_M 비율은 0.5 내지 5가 될 수 있다.

본 발명의 제조방법에 따라 얻을 수 있는 일반적인 도관형 절연장치(1)는, 본 발명의 또 다른 대상이다. 상기 도관형 절연장치(1)는 측벽(10)을 포함하는데, 축방향(11)을 따라 두께 Ep는 5mm 내지 80mm이고 축길이는 0.1m 내지 3m 이며, 상기 측벽(10)은 절연재료(2)의 복수의 N개 층 C_i(3)로 겹쳐진 구성을 형성하며, i는 2 내지 N이다.

그 특징은 다음과 같다:

a) 각 층 C_i(3)은 절연요소(2)로 구성된 다수의 n_i 개의 축 절연요소 E_i(4)를 포함하고 있으며, 상기 축 절연요소 E_i(4)는 다수의 접합영역 J_i(30)에 따라 에지(40)에서 에지(40')로 나란히 배열되어 있다.

b) 두 개의 연속하는 층 C_i와 C_i ₊₁은 접착제(6)에 의해 결합되어 있고, 상기 연속하는 층 C_i와 C_i ₊₁은 서로에 대하여, 상기 층 C_i ₊₁의 복수의 접합영역 J_i ₊₁이 상기 층 C_i의 복수의 접합영역 J_i에 대하여 오프셋되어 있도록 방향이 설정되어 있어, 결국 도관형 절연장치(1)는 기계강도가 매우 크다.

본 장치에서, 절연재료(2)는 2 내지 30mm 두께 E_M의 팽창흑연 베이스를 갖는 재료(2')일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 20mm의 두께를 가진다.

상기 팽창흑연 베이스를 갖는 재료(2')는 한 층이상의 밀도가 0.4g/㎤(400kg/㎥)이하인 "저"밀도 층(20)과, 한 층 이상의 밀도가 0.4g/㎤이상인 "고"밀도 층(21)을 포함하고 있는, 다중층 재료(2a)일 수 있다.

상기 고밀도 층(21)은 밀도가 0.8g/㎤ 내지 1.2g/㎤이고, 저밀도 층(20)은 밀도가 0.03g/cm 내지 0.2g/㎤이다.

상기 다중층 재료(2a)는 "삼중층" 재료(2b)로 부르는 물질일 수 있고, 이는저밀도의 중앙층(20, 23)의 각 측면에 배치된 고밀도의 두 외부층(22, 21)을 포함한다.

저밀도의 중앙층(20, 23)의 두께 E_f는 고밀도의 외부층(21, 22)의 두께 E_h보다 적어도 두 배 높으며, 바람직하게는 적어도 세 배이상일 수 있다.

실시예들

도 1a 내지 도 5e는 실시예를 구성한다.

본 발명에 따른 제조방법을 실현하기 위하여, 회전대칭을 나타내지 않는 복잡한 형태의 장치를 제조하였으며, 특히 이와 같은 경우 컴퓨터 메모리에 들어오는 장치(1)의 정확한 기하학적 정의를 이용하여, 모든 접합영역(30, 31, 32)이 오프셋되어 있도록 각 층 C_i의 다수의 절연요소 E_i를 정의할 수 있는 컴퓨터 수단을 사용했다.

절연요소(4)들이 단순한 형태가 아니고 균일하면서 밀집된 타일링(tiling)을 보이지 않을 시, 상기 절연요소들을 절단하는 것을 최적화하면서 절연재료가 떨어져나가고 손실되는 것을 최소화하기 위해, 컴퓨터 수단을 사용하였다.

그러나, 떨어져 나간 부분을 균질화시켜 저밀도 층(20)에 낮은 비율(바람직하게는 10% 미만)로 집어넣음으로써 재활용을 하였다.

다양한 유형의 맨드릴을 사용하였다. 맨드릴에 슬라이딩제를 코팅하여 미완성성형물(5)이 맨드릴(7)과 잘 분리되도록 하였다. 분리가 더 잘 되도록, 접어넣을 수 있는 코어가 있는 맨드릴도 사용하였다.

본 발명의 장점

본 발명에 따른 제조방법은 좋은 장점들을 지니고 있다. 실제, 본 발명에 따른 제조방법은 제기된 문제점을 해결할 뿐만 아니라, 복잡한 형태를 가진 장치(1)의 모든 구성에 쉽게 적용할 수 있고 자동화될 수 있다.

도관형 절연장치------------------------------------------1
큰 축길이 L의 장치(1)------------------------------------1'
단면이 일정한 도관---------------------------------------1a
단면이 변하는 도관---------------------------------------1b
측벽------------------------------------------10
축방향---------------------------------------11
2차원 구조의 절연재료------------------------------------2
팽창흑연 베이스를 갖는 재료------------------------------2'
다중층 재료----------------------------------------------2a
삼중층 재료----------------------------------------------2b
"저밀도" 층-----------------------------------20
"고밀도" 층-----------------------------------21
외부층----------------------------------------22
중앙층----------------------------------------23
장치(1)의 층 C_i-------------------------------------------3
내부층---------------------------------------------------3a
외부층---------------------------------------------------3b
중앙층---------------------------------------------------3c
층(3)의 접합영역 J_i---------------------------30
축 접합영역 J_Ai-------------------------------31
횡단 접합영역 Jti----------------------------32
축 절연요소 Ei------------------------------------------4
평면 절연요소 Epi---------------------------------------4a
휘어진 절연요소 Eci-------------------------------------4b
접합위치 에지-------------------------------40,41'
장치(1)의 미완성성형물----------------------------------5
접착제--------------------------------------------------6
에지 접착영역-------------------------------60
중간층 접착영역-----------------------------61
축 맨드릴----------------------------------------------7
성형몰드-----------------------------------------------8
성형몰드의 하프쉘---------------------------80

Claims

축방향(11)을 따라 축길이가 L이고 두께가 E_p인 측벽(10)을 포함하는 도관형 절연장치(10)의 제조방법으로서, 두께 E_M<E_p인, 예를 들어 두께 E_M이 적어도 0.5Ep 이하인 2차원 구조의 절연재료(2)를 공급하고, 상기 절연재료(2)를 복수로 이루어진 N개의 절연재료(2)의 층 C_i(3)을 겹쳐서 구성하고, i의 값은 2 내지 N이고, 상기 도관형 절연장치(1)는 둘 이상의 절연재료(2)의 층 C₁ 및 C₂(3)을 포함하는, 도관형 절연장치의 제조방법에 있어서,
a) 각 층 C_i(3)에 대해, 에지(40) 대 에지(40')로 배열한 후 그리고 형상에 맞추어 변형시킴으로써 상기 n_i개의 절연요소 E_i(4)가 상기 층 C_i(3)를 형성할 수 있도록, 절연재료(2)로부터 미리 잘라놓은 복수로 이루어진 n_i개의 축 절연요소 E_i(4)를 형성하는 단계와,
b) 상기 도관형 절연장치(1)의 미완성성형물(5)을 형성하는 단계로서:
b1) 접착제(6)를 이용하여 바람직하게는 축 성형 맨드릴(7)에서 여러층을 연속적으로 조립하고, 우선 제1 내부 층 C₁(3a)에서 시작하여, 각 층 C_i(3)의 n_i 개의 요소 E_i(4)가 복수의 접합영역 J_i(30)에 의해 에지(40) 대 에지(40')로 나란히 배치되고, 복수의 접합영역 J_i+1이 복수의 접합영역 J_i에 대하여 오프셋되어 상기 도관형 절연장치(1)가 높은 기계적 강도를 가지도록 층 C_i ₊₁의 요소 E_i+1은 더 안쪽에 있는 내부층 C_i의 요소 E_i에 대하여 오프셋되어 있고,
b2) 상기 미완성성형물(5)을 굳히기 위해 상기 접착제(6)를 중합하는, 단계와,
c) 상기 접착제(6)를 탄화하여 가능하면 상기 맨드릴을 분리시킨 후에 상기 도관형 절연장치(1)를 얻을 수 있도록, 도관 요소의 상기 미완성성형물(5)을 열처리하는 단계를 포함하는 도관형 절연장치의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 접합영역 J_i(30)은 L이하의 축길이의 축 접합영역 J_Ai(31)을 포함하는 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치의 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 접합영역 J_i(30)은 긴 축길이 L을 갖는 도관형 절연장치(1,1')를 얻을 수 있도록 횡단 접합영역 J_Ti(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치의 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 접합영역 J_i는 L과 동일한 축길이의 축 접합영역 J_Ai(30)으로 구성 되는 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치의 제조방법.
제4항에 있어서,
같은 층 C_i에서 미리 절단된 n_i개의 축 절연요소 E_i(4)들은 동일하고, 복수의 접합영역 J_i는 복수의 축 접합영역 J_Ai를 형성하고, 복수로 이루어진 n_i개의 축 접합영역 J_Ai(31)는 축방향(11)에 대하여 360°/n_i의 각도만큼 각도상 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치의 제조방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
층 C_i(3)의 개수 N은 2 이상인 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치의 제조방법.
제6항에 있어서,
절연요소 E_i(4)의 개수 n_i는 상기 도관형 절연장치(1)의 각 층 C_i(3) 마다 동일하며, n은 평균지름 D에 따라 보통 달라지는 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치의 제조방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
b) 단계 이전에, n_i개의 절연요소(4)를, 예를 들어 n_i개의 평면 절연요소(4a)를 이용하여, 층 C_i에 대응하는 축방향(11)에 수직하는 횡단 평면에서 곡률반경 R_i를 갖도록 n_i개의 휘어진 절연요소(4b)를 형성하고, 상기 곡률반경 R_i는 층 C_i에서 더 큰 지름 D_i ₊₁의 다음 층 C_i ₊₁로 올라갈 시 증가하는 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치의 제조방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단계 b2) 이전에, 예를 들어 함께 닫혀 있는 두 개의 하프쉘(80)을 포함하는 성형 몰드(8) 안에 놓여, 함께 닫혀 있는 두 개의 하프쉘(80)이 상기 미완성성형물(5)과 도관형 절연장치(1)에 미리 정해진 재생가능한 기하학적 치수를 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치의 제조방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연재료(2)는 2 내지 30mm의 두께 E_M, 바람직하게는 5 내지 20mm의 두께의 팽창흑연 베이스를 갖는 재료(2')인 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치의 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 팽창흑연 베이스를 갖는 재료(2')는 하나 이상의 0.4g/㎤(400kg/㎥) 이하의 "저"밀도의 층(20)과 하나 이상의 0.4g/㎤ 이상의 "고"밀도의 층(21)을 포함하고 있는 다중층 재료(2a)인 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치의 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 고밀도의 층(21)은 밀도가 0.8g/㎤ 내지 1.2g/㎤ 이고, 상기 저밀도 층(20)은 0.03g/㎤ 내지 0.2g/㎤인 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치의 제조방법.
제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 다중층 재료(2a)는 저밀도의 중앙층(23, 20)의 각 측면에 배치된 고밀도의 두 외부층(22, 21)을 포함하는 "삼중층"(2b)으로 불리는 재료인 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치의 제조방법.
제13항에 있어서,
저밀도의 중앙층(20, 23)의 두께 E_f는 고밀도의 외부층(21, 22)의 두께 E_h보다 두 배 이상이고, 바람직하게는 세 배 이상인 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치의 제조방법.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접착제(6)는, 예를 들어 페놀수지와 같은 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 포함하고 있으며, 상기 접착제는 가루형태 또는 액체형태이고, 바람직하게는 블랙카본 또는 전기전도 흑연가루를 포함하는 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치의 제조방법.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열처리는 800℃ 이상, 바람직하게는 1000℃ 온도에서의 베이킹을 포함하는 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치의 제조방법.
제16항에 있어서,
상기 열처리는 절연장치의 강성을 높이도록 메탄 열분해 플래쉬처리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치의 제조방법.
제16항 또는 제17항에 있어서,
상기 열처리는 모든 휘발성 요소를 없애도록 상기 절연장치를 정화하는 단계를 포함하며, 상기 절연장치는 2000℃에 놓여 있는 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치의 제조방법.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열처리 이후 기계가공처리가 이어지는 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치의 제조방법.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도관형 절연장치(1)는 축길이 L상에서 단면이 일정한 도관(1a)을 형성하고, 이 단면은 지름이 D인 원형 또는 타원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치의 제조방법.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도관형 절연장치(1)는 축길이 L상에서 단면이 일정하게 변하는 도관(1b)을 형성하고, 이 단면은 지름이 D_M인 원형 또는 타원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치의 제조방법.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 축길이 L은 0.1m 내지 3m이고, 상기 두께 E_p는 5mm 내지 80mm인 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치의 제조방법.
제22항에 있어서,
L/D 비율 또는 L/D_M 비율은 0.5 내지 5인 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치의 제조방법.
제1항 내지 제23항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 도관형 절연장치(1)로서, 두께가 5mm 내지 80mm이고 축방향(11)을 따라 축길이 L이 0.1m 내지 3m인 측벽(10)을 포함하고, 상기 측벽(10)은 복수로 이루어진 N개의 절연재료(2)의 층 C_i(3)로 겹쳐져 있고, i는 2 내지 N인 도관형 절연장치(1)에 있어서,
a) 각 층 C_i(3)은 상기 축 절연요소 E_i(4)가 복수의 접합영역 J_i(30)에 의해 에지(40) 대 에지(40')로 나란히 놓여 있도록, 절연재료(2)로 구성되어 있고 복수로 이루어진 n_i개의 축 절연요소 E_i(4)를 포함하고,
b) 두 연속하는 층 C_i와 C_i ₊₁은 접착제(6)에 의해 결합되고, 상기 층 C_i+1의 복수의 접합영역 J_i+1이 상기 층 C_i의 복수의 접합영역 J_i에 대하여 오프셋되어 도관형 절연장치(1)가 높은 기계적 강도를 얻도록, 상기 연속하는 층 C_i와 C_i ₊₁의 방향이 정해져 있는, 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치.
제24항에 있어서,
절연재료(2)는 두께 E_M이 2 내지 30mm이고, 바람직하게는 두께가 5 내지 20mm인 팽창흑연 베이스를 갖는 재료(2')인 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치.
제25항에 있어서,
상기 팽창흑연 베이스를 갖는 재료(2')는 하나 이상의 0.4g/㎤(400kg/㎥) 이하의 "저"밀도의 층(20)과 하나 이상의 0.4g/㎤ 이상의 "고"밀도의 층(21)을 포함하고 있는 다중층 재료(2a)인 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치.
제26항에 있어서,
상기 고밀도의 층(21)은 밀도가 0.8g/㎤ 내지 1.2g/㎤이고, 상기 저밀도의 층(20)은 밀도가 0.03g/㎤ 내지 0.2g/㎤인 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치.
제26항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다중층 재료(2a)는 저밀도의 중앙층(20, 23)의 각 측면에 배치된 고밀도의 두 외부층(22, 21)을 포함하는 "삼중층"(2b)으로 불리는 재료인 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치.
제28항에 있어서,
저밀도 중앙층(20, 23)의 두께 E_f는 고밀도의 외부층(21, 22)의 두께 E_h보다 두 배 이상이고, 바람직하게는 세 배 이상인 것을 특징으로 하는 도관형 절연장치.