KR20120067386A

KR20120067386A - 발열케이블

Info

Publication number: KR20120067386A
Application number: KR1020100126628A
Authority: KR
Inventors: 김경숙
Original assignee: 김경숙
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2012-06-26

Abstract

본 발명은 전기를 흘려줌으로써 발열을 하는 발열 케이블과 그 제조방법 및 발열케이블을 효과적으로 전기가 절약될 수 있도록 설치하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 기존의 발열케이블이 가지고 있는 단점을 해결하여 보다 안전하고 내구성이 뛰어난 발열케이블을 제조하기 위한 것으로, 구체적으로는 전기에 의하여 발열하는 발열 선과 발열 선을 보호하고 발생하는 열을 효과적으로 외부에 확산하여 온도를 낮추는 기능을 하는 중간재 와 이를 보호하기 위한 외피로 이루어지는 발열 케이블로서, 발열선(100) 위에 발열케이블이 열화 되어 소실되는 것을 방지하기 위하여 외부 표면으로 열이 효율적으로 확산할 수 있도록 고열에도 열변형이 없고 열전도율이 높은 섬유형 절연재를, 발열선 위에 행건 직조하여 1차 피복 (110)한 후, 열에 강하고 습기 전기 절연체인 실리콘, 테프론,우레탄,등으로 2차 전기절연 피복하여 완성하는 것과, 방수,절연과 외부의 물리적 충격에 견딜 수 있도록 실리콘 또는 우레탄과 유리섬유가 일체화되어 직조하여 만들어진 유리섬유 직조 체(140)를 3차 외피로 더 피복 하여 제품을 완성하거나, 금속 외피(130)를 씌우고, 금속 외피는 부식을 방지하기 위하여 금속 외피(130)에 열과 화학적 부식에 강한 도료(131)로 피복 도포하는 것이다. 또한 이렇게 만들어진 발열케이블을 효과적으로 전기가 절약 되도록 설치하기 위하여 발열케이블 설치시 설치된 발열 케이블의 상부에 철망(와이어 매쉬)을 더 적층 하는 것에 관한 발명인 것이다.

Description

발열케이블{HEATING CABLE }

본 발명은 전기를 흘려줌으로써 발열을 하는 발열 케이블과 그 제조방법 및 발열케이블을 효과적으로 전기가 절약될 수 있도록 설치하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 전기를 흘려줌으로써 발열을 하는 발열 케이블과 그 제조방법 및 발열케이블을 효과적으로 전기가 절약될 수 있도록 설치하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 전기에 의하여 발열하는 열선 발열체와 열선 발열체를 보호하고 발생하는 열을 효과적으로 외부에 확산하는 기능을 하는 중간재 와 이를 보호하기 위한 외피로 이루어지는 발열 케이블에 관한 것이다. 발열 케이블은 일반용과 산업용으로 사용되는데, 일반용은 발열매트,온돌침대, 바닥의 난방을 하는 용도와 지붕 비닐 하우스의 제설용으로 사용되며 산업용으로는 각종 배관과 탱크의 동결방지,도로면의 결로 방지 등에 사용되고 있는 것으로 그 사용 용도가 점점 더 많아지는 추세이다. 발열 케이블은 크게 3 가지로 나눌 수 있는데, 외피가 열에 강하고 절연기능이 있는 실리콘,테프론,우레탄 등 합성수지로 만들어진 것과 외피가 금속으로 만들어진 것 중 절연체가 미네랄 성분인 것과 실리콘 테프론 우레탄 등 합성 수지로 만들어진 것으로 분류할 수 있다.

종래의 기술에 의하면 외피가 실리콘,우레탄 등 합성수지로 만들어진 종류는 도 1에 도시된 것과 같이 발열 선의 외부를 열에 강한 실리콘,테프론,우레탄 등으로 감싸서 피복 한 것과 도 2에 도시된 것과 같이 열에 강한 합성수지를 여러 겹으로 감싸서 피복 한 종류의 것이 있다. 도 1과 도 2의 발열 케이블은 대량 생산하기 적합하나 외부의 물리적 충격에 약하고 외피가 손실되는 온도, 약 270도 이상 고온을 발열시킬 수 없는 기술적 단점이 있어 그 사용 용도가 한정되는 단점이 있었다. 또한 외피가 금속인 발열 케이블 종류는 도 3과 같이 발열 선을 금속관에 삽입한 후 산화마그네슘, 유리섬유, 실리카 등과 같은 미네랄성분으로 만들어진 절연체를 발열체와 금속관 사이에 채우고 밀봉한 후 고온에서 밀링, 롤링, 인발 등의 과정을 거처 만들어진 것으로 제작 과정이 복잡하고 절연체로 사용된 미네랄성분은 절연이 파괴되었을 때 누전의 위험성이 크고, 외피인 금속은 외부와 접촉되는 여러 가지의 화학물질에 쉽게 부식되고, 발열체가 전선과 연결되는 양 끝단은 절연파괴와 단선이 발생하지 않도록 밀봉하여 연결하기 어렵다는 단점이 지적되고 있었다.

종래의 기술로 외피가 금속인 발열 케이블 종류로는 발열 선을 금속관에 삽입한 후 산화마그네슘,유리섬유,실리카 등과 같은 미네랄성분으로 만들어진 절연체를 발열체와 금속관 사이에 채우고 밀봉한 후 고온에서 밀링, 롤링, 인발 등의 과정을 거처 만들어진 것이며, 미국 특허 제 4,998,341호 와 미국특허 제 4,739,155호, 제 4,769,529호 제 4,392,051호, 제 4,345,368호 등의 선행기술이 개시되어 있으나 이는 모두 절연체가 미네랄 분말 절연체를 사용한 것이다. 국내 특허 기술로는 외피가 실리콘,우레탄 등 합성수지로 만들어진 종류로 동파 방지용 히팅 케이블 등록번호 1009024020000,가 있고 외피가 금속인 발열 케이블 종류로는 히팅 케이블 특허 등록번호 10-0756013호, 테프론으로 절연된 히팅 케이블 등록번호 1005272780000 , 전기온돌 장치의 금속 발열체 실용신안 등록번호 20-0415448 쥴히터, 유리섬유로 절연된 히팅케이블 공개번호 특1999-0032978 , 알루미늄합금 피복 방식의 히팅케이블 및 그 제조 방법 등록번호 1008793710000, 등이 특허로 개시되어 사용되고 있다.

발열 케이블은 3가지 각각의 종류에 따라 구조적 특징으로 인하여 여러 가지 단 점을 가지게 되는데 그 단점은 해결 과제로 아래와 같이 열거한다.

(절연체 또는 외피가 실리콘,우레탄 등 합성수지로 만들어진 도 1과, 도 2의 종류) 해결과제 1 : 발열선 위에 바로 실리콘외피를 입힌 종류의 것, 또는 발열선 위에 바로 테프론 외피를 입힌 종류의 것, 유리섬유 위에 발열선을 감은 후 실리콘을 입힌 종류의 것, 발열선 또는 전선 위에 유리섬유를 피복하고 그 위에 다시 발열선을 다시 감은 후 실리콘으로 외피 피복 한 것, 등이 생산되고 있으나 외피가 외부의 물리적 충격에 약하여 외피가 파괴되고 절연파괴에 의한 누전이 발생 사고가 빈번하였다.

해결과제 2 : 절연체로 사용되는 실리콘, 테프론,등이 열전도율이 낮아서 사용조건에 따라 발생 된 열이 원활하게 외부로 발산되지 않을 경우 발열 선의 온도가 상승하여 절연체가 열화 되어 타버리게 되는 현상이 발생하게 된다.

이 때문에 절연체가 견딜 수 있는 낮은 온도 범위 내에서 제작되고 고온을 발열시킬 수 없어 그 사용 용도가 한정되었으나 사용 환경에 따라 절연체가 열화 되어 타버리게 될 수 있기 때문에 화재와 단선 등의 사고가 빈번하게 발생하였다. 이런 이유로 현재는 외피가 금속인 발열케이블을 선호하는 추세이다.

(외피가 금속인 종류로 절연체가 산화 마그네슘,유리섬유 등 미네랄 성분 종류(MI 케이블))

해결과제 3 : 이 발열 케이블 종류는 발열선과 금속외피 사이에 열전달 충진체로 사용된 유리섬유 또는,미네랄성분이 습기에 대한 전기절연기능이 없어 금속관 내에 남아있게 되는 케이블 제작 과정에서 오염된 유기물과 습기 때문에 누전이 발생하고 이를 제거하기 위하여 고온으로 열처리를 해서 유기물을 태우고 습기를 제거해야 하는 과정을 꼭 거처야 하며 유기물이 타고난 후 도체인 탄소로 변하기 때문에 완전 절연 이 어렵다. 또한 제작 후에도 습기 등에 의하여 절연 이 쉽게 파괴되고 금속외피만 손상되면 곧바로 누전과 단선이 일어나는 위험성이 아주 큰 치명적 결함이 있다.

해결과제 4 : 미네랄성분, 유리섬유는 습기에 대한 절연기능이 없어 발열선(100) 전선과 연결되는 양 끝단은 절연파괴와 단선이 발생하지 않도록 밀봉하여 연결하기 매우 어렵다. 발열케이블은 양끝단에 전기를 인가해야 하는데, 발열선 과 전선을 연결하기 위하여 양 끝단의 금속외피를 제거하면 절연기능이 없는 미네랄은 분말로 되어 흘러내려 버리고 유리섬유는 풀어져 버린다. 가운데 한 가닥 금속 발열선 을 일정한 길이 노출시켜서 전선과 연결 후 습기에 대한 전기절연과 발열을 대비한 고정을 하게 되는데, 노출된 발열선 (100)에서 고열이 발생하고 열에의 한 수축 팽창이 계속 반복되는 이 부분의 특성 때문에 전기적 절연된 밀폐 고정이 기술적으로 매우 어렵다. 제품이 설치되어 사용하는 과정에서 발생하는 하자의 약 60% 이상이 이 부분의 누전과 단선이다.

해결과제 5 : 금속으로 된 외피는 외부와 접촉되는 여러 가지의 화학 물질에 쉽게 부식되어 천공되기 쉽다. 거의 모든 금속은 시간이 지나면 부식이 되게 된다. 금속의 종류와 환경에 따라 그 속도가 다를 뿐이다. 특히 히터의 금속외피는 온도가 높은 상태가 반복되어 부식 속도가 일반적 부식속도에 비하여 수십 배에 이르고 염분 함유 모래 황 화합물이 함유된 자갈 등과 접촉되면 부식이 촉진되어 천공이 쉽게 일어나게 된다. 이 발열 케이블(MI 케이블) 종류는 발열체와 금속 외피 사이에 습기에 대한 전기절연기능이 전혀 없는 유리섬유, 산화 마그네슘, 등 미네랄 성분밖에 없어 금속외피의 부식은 바로 누전과 단선 사고로 나타나게 되는 치명적 결함이 있다.

(외피가 금속인 종류로 절연체가 실리콘,테프론,우레탄성분 종류인 것)

해결과제 2 번과, 해결과제 5번의 2가지의 단점을 가지게 된다.

해결과제 6: 발열케이블을 바닥난방에 사용할 때 발열케이블을 약 200MM 에서 250MM 간격으로 설치한 후 약 40MM에서 250MM 두께로 시멘트 몰탈을 타설하게 되는데 두께가 두꺼울수록 뜨거워지는데 시간이 걸리게 된다. 에너지는 실제 사용되는 효용이 있는 실효 효율이 기준이 되는데 효율이 높은 것은 전등처럼 사용할 때 켜고 사용 종료시 끄는 것이 효율이 100%인 것이다. 그런데 바닥 난방은 기본적으로 바닥의 시멘트를 데운 후에 난방효과가 나타나기 때문에 두께가 두꺼울수록 데우는 시간이 많이 소요되고 실효에너지 효율은 떨어지게 된다. 난방공간을 1시간 사용하기 위하여 3-4시간 전에 전기를 인가하여 사전난방을 해야 난방효과가 나타나게 때문에 에너지소비가 많아지게 된다. 실제사용하는 1시간을 위해서 4-5시간 동안 전기를 사용하는 비효율이 발생한다.이 때문에 약 40MM 이하의 두께로 시멘트 몰탈을 타설하는 것이 바람직하나 이때의 단점은 발열 케이블 근처만 따뜻하고 발열케이블과 발열케이블 사이의 공간 약 150MM 가 뜨거워 지지 않는 단점이 발생하는 것과 시멘트 몰탈 자체가 얇아서 균열이 잘 생기고 깨지게 되는 단점이 생기게 된다.

발열케이블은 케이블형태로 만들어져 쉽게 구부릴 수 있고, 수십 미터에서 길게는 수백 미터의 길이로 절연에 취약한 연결 부위 없이 만들 수 있어 다양한 곳에 설치하여 사용할 수 있는 장점이 많은 발열체이다. 현재 사용하고 있는 발열케이블들은 3가지 종류별로 상기열거한 해결 과제에 해당하는 단점이 있었다. 본 발명은 이러한 단점인 해결과제 1번을 해결하기 위하여 실리콘, 테프론, 우레탄, (120)등으로 피복된 발열 선(100)에 실리콘 또는 우레탄과 유리섬유가 일체화되어 방수,절연과 외부의 물리적 충격에 견딜수 있도록 직조하여 만들어진 유리섬유 직조 체(140)를 외피로 씌워서 제품을 완성하거나, 금속 외피(130)를 씌우는 것이다. 해결과제 2번을 해결하기 위하여 발열선(100) 위에 유리섬유를 행건(감는 것)하고 그 위에 다시 유리섬유를 직조하여 피복(110) 하는 것이다. 유리섬유는 고열에도 열변형이 없고 열전도율이 높아 발열 선의 고열을 효과적으로 외부 표면으로 전달하여 확산시키는데 효과적이다.

해결과제 3번과 4번을 해결하기 위하여 유리섬유를 직조하여 피복 한 발열선 위에 열에 강한 습기 전기절연체인 실리콘, 테프론,우레탄,등으로 절연 피복 하는 것이다. 해결과제 5번을 해결하기 위하여 금속 외피(130)에 열과 화학적 부식에 강한 도료(131)로 피복 도포하는 것이다. 해결과제 6번을 해결하기 위하여 발열케이블 설치시 도 9 와 같이 설치된 발열케이블의 상부에 철망(와이어 매쉬)을 적층 하는 것이다.

석탄 유류 가스등에 비하여 전기는 사용이 아주 편리한 에너지로 전기를 이용한 발열체는 점점더 그 사용 양과 용도가 늘어나는 추세이고, 발열케이블은 아직은 개발 발전이 진행되고 있는 미래형 전기 발열체라 할 수 있을 것이다. 발열케이블은 케이블형태로 만들어져 쉽게 구부릴 수 있고, 수십 미터에서 길게는 수백 미터의 길이로 절연에 취약한 연결 부위 없이 만들 수 있어 다양한 곳에 설치하여 사용할 수 있는 장점이 많은 발열체이다. 이러한 장점 때문에 가정 용품과 산업용으로 널리 사용되고 있으나 화재와 누전 단선 등의 사고가 빈번하게 나타나고 있었다. 본 발명은 발열 케이블에서 화재와 누전 단선 등의 사고가 빈번하게 나타나는 원인을 찾아내어 이러한 원인이 없는 생산성이 높은 새로운 형태의 발열케이블을 개발함 으로서, 가정용과 산업용으로 사용이 용이한 안전성과 내구성을 확보한 새로운 형태의 발열케이블을 저비용으로 생산 공급하게 되는 것이다.

도 1: 은 종래의 실리콘 발열케이블을 도시한 것이다.
도 2: 는 종래의 합성수지종류 발열케이블을 도시한 것이다.
도 3: 은 공개번호 특1999-0032978 유리섬유로 절연된 히팅 케이블 을 도시한 것이다.
도 4: 는 등록번호 1005272780000 테프론으로 절연된 히팅 케이블을 도시한 것이다.
도 5: 는 본 발명으로 제조된 2종류의 제품을 도시한 것이다.
도 6: 은 본 발명으로 제조된 1종류의 제품을 도시한 것이다.
도 7: 은 본 발명에 의하여 제조된 1종류의 제품을 도시한 것이다.
도 8: 은 종래의 실리콘 합성수지 종류로 제조된 발열케이블의 구조와 전기 인가시 발열 온도를 도시한 것이다.
도 9: 는 본 발명으로 제조된 발열케이블의 구조와 전기인가시 발열 온도를 도시한 것이다.
도 10: 은 발열케이블의 양끝이 전선과 연결되는 부분으로 그림A 는 종래의 방법을 도시한 것이고 그림 B 는 본 발명에 의한 연결형태를 도시한 것이다.
도 11: 은 발열 케이블의 형태로서 도료를 도포하기 위한 형태를 도시한 것이다.
도 12: 는 종래의 발열케이블과 본 발명품의 발열특성 시험결과를 도시한 것이다.
도 13: 은 발열케이블을 전기가 절약되는 방법으로 시공하는 시공 방법을 도시한 것이다.
도 14: 는 본 발명의 발열케이블을 제조하는 방법을 도시한 것이다.
도 15: 는 본 발명에 의하여 제작되고 실험한 4종류의 시험용 발열케이블 시제품의 사진이다.

해결과제 1번을 해결하기 위하여 실리콘, 테프론,우래탄,등으로 피복된 발열체에 실리콘 또는 우래탄 과 유리섬유가 일체화되어 방수,절연과 외부의 물리적 충격에 견딜 수 있도록 직조하여 만들어진 유리섬유 직조 체를 외피로 씌워서 제품을 완성하거나, 금속 외피를 씌우는 것이다. 이것은 발열체가 방수,절연과 외부의 물리적 충격에 견딜 수 있도록 외피를 만드는 것으로 액체 상태의,실리콘,우래탄,테프론,등을 통속에 넣고 유리섬유 또는 금속 사를 통속에 담근 다음 직조 등을 하여 외피를 완성하는 것이다.이렇게 실리콘이 스며들어 만들어진 직조체 외피는 방수, 절연 이 되고 강도 또한 강하게 되는 장점이 있다. 본 발명의 발열케이블 완성품은 1 발열선(100) 2 섬유형 절연재(110) 3 절연 물질(120) 4 보호용 외피(140) 또는 금속 사 직조 체(141)의 순서로 적층 피복되어 진다. 해결과제 1번을 해결한 것이다. 완성품은 도 5 의 그림1과, 도 6 과 같다.

해결과제 2번을 해결하기 위하여 발열선 위에 유리섬유를 행건(감는 것)하고 그 위에 다시 액체 실리콘에 담근 유리섬유를 직조하여 피복 하는 것이다.

도 1, 도 2, 도 3, 도 4의 제품과 본 발명품을 초정밀 적외선 분광 온도 측정 장치를 부착할 수 있도록 기구를 제작하여 각각의 온도를 측정하였다. 시험조건은 구입한 발열 케이블이 1M 에 100W의 발열을 하도록 만들었다. 각각의 제품은 1M 에 100W의 발열을 하도록 하기 위하여 저항값에 맞추어 길이를 조절하고 전압을 제어할 수 있는 장치를 설치하여 정밀하게 제어하였다. 각 피복 층별로 온도를 측정할 수 있도록 각각의 층별로 탈피한 것을 여러 개 만들어 항온 조 내에 설치하였다. 공기 중 상온 22도에서 실험과, 도 13과 같이 시공을 한 후 실험을 진행하였다. 실험은 평균적인 결과를 얻기 위하여 여러 번 시행한 후 결과를 종합하였다. 종합적인 실험 결과는 도 12의 그래프로 작성되었다.

A는 실리콘 열선으로, 도 1, 도 2,의 종류이다. B는 테프론 열선으로, 도 4의 종류이다. D는 유리섬유 열선으로, 도 3의 종류이다. E는 MI 열선으로 절연체가 미네랄 분말 절연체를 사용한 것이다. 도 12의 그래프에서 온도의 표시는 발열선 자체의 온도를 측정한 것이다.

A는 1분 만에 온도가 270도가 되었고 실리콘이 끓어오르고 하얀 연기가 발생하며 폭음과 함께 290도에서 모두 소실되었다. 발열 선(100)의 온도가 250도일때 외부 표면의 온도는 100 도였으며, 그 이후는 실리콘 자체가 소실되어 외부 표면 온도를 측정할 수 없었다. B 는 도 4의 종류인데 도 4의 그림1은 250도에서 테프론이 투명하게 변하고 320도 정도에서 점점 갈색으로 변하며 갈라지고 450도에서 연기를 내고 소실되었다. 도 4의 그림2는 금속관이 폭발했다.내부의 실리콘이 열화되어 부피가 늘어나 압력이 발생하여 외부 금속관까지 폭발한 것으로 보인다. C는 400도 이상까지 아무 변화가 없이 안정했고 온도는 더 이상 상승하지 않았다. D와 E는 온도가 300도 이내에서 더 올라가지 않고 아주 안정했다. A와 B는 도 6에서 열선(100)을 직접 감싸고 있는 실리콘,테프론(120)이 열 전도성이 낮아서 열선에서 발생 된 열을 빨리 외부로 발산하지 못하게 되어 열선의 온도가 더욱 높아지게 되어 실리콘,테프론 이 소실된 것으로 판단할 수 있다.

C,D,E,는 도 9에서 열선(100)을 직접 감싸고 있는 미네랄, 유리섬유(110) 등이 800도-900도의 고열에도 타지않는 성분이고 열 전도성이 실리콘,테프론 보다 높아 열선에서 발생 된 열을 외부로 빨리 확산시키게 되어 고열에 이르지않고 안정된 성능을 나타낸 것으로 판단할 수 있다. 또한 C가 도 4의 그림 2처럼 폭발하지 않은 것은 금속관 내의 실리콘 피복이 열팽창을 하여 늘어난 양만큼 유리섬유의 함유공간이 수용하게 되어 폭발하지 않은 것으로 보인다.

결론 : 도 8에서 발열 선의 온도 250도일때 외부온도는 100 도였다. 발열 선의 고열이 외부 표면에 효과적으로 확산 되지 못한 것이다. 발열 선에 실리콘,테프론 등을 직접 피복 한 종류, A 와 B종류의 제품이 과열 현상으로 인한 사고가 빈번한 것은 이런 이유인 것으로 판단할 수 있다. 발열 선에 실리콘,테프론 등을 직접 피복 하는 것은 불합리한 것으로 판단할 수 있다. 도 9에서 와 같이 고열에도 타지않고 열 전도성이 높아 열선에서 발생 된 고열을 외부로 빨리 확산시키게 되는 섬유형 절연재(110) 미네랄, 유리섬유 등으로 열선(100)을 직접 감싸게 피복 하는 것이 효과적인 것으로 판단할 수 있다.

발열 선에 실리콘,테프론 등을 직접 피복 하지 않고 고열에도 타지않고 열 전도성이 높아 열선에서 발생 된 고열을 외부로 빨리 확산시키게 되는 섬유형 절연재(110) 미네랄, 유리섬유 등으로 열선(100)을 직접 감싸면 해결과제 2번을 해결할 수 있는 것이다. 해결과제 3번과 4번을 해결하기 위하여 유리섬유를 직조하여 피복 한 발열체 위에 열에 강하고 습기에 대한 전기절연체인 실리콘, 테프론,우래탄,등으로 피복 하는 것이다.

해결과제 3번의 해결 : 도 9에서 발열 선(100)의 온도가 400도일 때 유리섬유를 두께 1mm 로 피복 한 표면의 온도는 130 도였다. 열이 떨어진 이유는 유리섬유의 두께를 두껍게 할수록 열을 방출하는 표면적이 급격히 증가하여 열을 분산시키기 때문이라 할 수 있다. 발열케이블에 사용되는 발열 선(100)의 선경은 지름 약 0.1에서 1.2mm 내외를 사용한다. 도 9에서 선경 1mm의 발열 선의 둘래 길이는 지름 X 3.14로 3.14mm 이다. 섬유형 절연재(110)의 둘래 길이는 섬유 지름 3mm X 3.14로 9.42mm 이다. 길이 3,14mm에서 400도의 열 이 라면 길이 9.42mm 로 확산 되었을 때 온도는 길이의 증가 량 만큼 확산 되어 떨어지게 되고 133.333 도가 된다. 이는 열이 확산 되어 표면적이 증가한 길이 만큼 온도가 떨어지기 때문이다. 상기 피복 한 섬유형 절연재의 표면의 온도가 130도로 낮아지게 되면 270도 정도에서 열변형이 일어나는 절연체인 실리콘, 테프론,우레탄, 피복이 안정된 온도 범위 내에서 기능이 가능하게 되고 안정된 절연 층을 확보할 수 있게 된다. 이 절연 층으로 인하여 본 발명에서 발열 케이블은 열처리 과정이 필요 없이 습기에 대한 전기절연이 가능하게 되는 것이다. 이것은 발열케이블에 있어서 안전한 완성품이 되려면 1 발열체 2 섬유형 절연재 3 절연 물질의 순서로 적층 피복되어야 한다는 것을 확인한 것이다. 이것으로 해결과제 3번을 해결한 것이다. 완성품은 도 5의 그림2 와 같다.

해결과제 4번의 해결 : 발열 케이블을 구성하는 구성품이 상기와 같이 1 발열선(100) 2 섬유형 절연재(110) 3 절연 물질(120)의 순서로 적층 되는 본 발명에서, 3 절연 물질(120)의 절연 층은 도 10에서 그림 A 와 같이 유리섬유,미네랄절연 발열케이블의 틈새 발생 누전문제를 발생시킨다. 그림 B의 피복 실리콘(120)과 충전용 실리콘 (120)이 같은 성분으로 되면, 피복 실리콘(120)과 충전용 실리콘 (120)이 같은 성분으로 완전 용접되어 동일체로 만들 수 있게 된 것으로, 이것은 발열케이블에서 가장 취약한 전기를 인가하기 위한 양 끝단 발열선 과 전선을 연결하는 부분의 습기에 대한 전기절연과 발열을 대비한 전기적으로 절연된 밀폐 고정을 효과적으로 할 수 있게 되는 것이다.

도 10의 그림C 는 발열케이블과 전선을 연결하는 방법으로 더욱 효과적으로 습기에 대한 전기절연하는 방법을 도시한 것이다. 발열케이블과 전선을 금속 압착연결관을 이용하여 압착 연결한 후 연결부위에 실리콘튜브를 삽입하여 피복하고 실리콘 튜브의 내부에 액체실리콘을 채워서 절연하는 것이다. 연결부위와 실리콘 튜브사이에 채워진 실리콘은 피복된 실리콘 튜브의 양단부와 몸체를 통하여 공기와 접촉하여 경화된다. 해결과제 4번을 해결한 것이다.

실리콘, 테프론,우래탄,등으로 피복된 발열체에 금속 외피를 씌울 때는 피복된 발열체를 금속관에 넣고 이를 원하는 크기의 구멍에 통과시켜 잡아당기는 인발 방식으로 생산을 하게 되는데 금속의 종류는 알루미늄, 동, 철, 스테인레스,각종 금속합금, 등등,이 가능하다. 특히 알루미늄은 인발 후 열처리 과정을 생략할 수 있어 가장 적합하다.

순수 알루미늄은 경도가 너무 무르고 약하기 때문에 특수한 곳에 사용되고 일반적으로는 사용 용도에 맞도록 강도를 강화하기 위한 SI와 MG의 합금 형태로 시판되는 것이다. 파이프 인발 용, 창틀(샷슈) 용, 각재 용, 판재 용,등등의 사용 용도에 따라 SI와 MG의 알루미늄합금 함량 범위가 정해져 있다. 이런 이유로 알루미늄 시장에서 실제 사용하기 위한 순수 알루미늄으로 만든 파이프 인발 용, 창틀(샷슈)용, 각재 용, 판재 용, 알루미늄은 없는 것이다. 테프론으로 절연된 히팅 케이블 등록 번호 1005272780000는 2004년부터 생산하여 2009년까지 인발 용 알루미늄 파이프를 사용하여 금속외피를 피복 한 발열케이블을 완성하여 시중에 시판하였다. 본 발명에는 인발 용으로 생산된 알루미늄 파이프가 적당하다.

도 5의 그림2의 발열 케이블에 외피로 난방용 온수관을 만드는 소재인 가교 화 폴리에틸렌을 압출 성형하여 사용할 수 있다. 또한 가교 화 폴리에틸렌 관 (XL관)에 도 5의 그림 2의 발열 케이블을 한 가닥 이상 삽입한 후 나머지 공간을 물,기름,절연유,액체 실리콘, 등 열 전달물질을 채워서 발열케이블을 완성하여 사용할 수 있다. 해결과제 5번을 해결하기 위하여 금속 외피에 열과 화학적 부식에 강한 도료로 도포하는 것이다.

본 발명에서는 금속외피에 도료를 도포하는 것인데, 열에 강하고 금속의 부식을 방지할 수 있고, 사용할 때 구부리고 펴도 쉽게 떨어지지 않는 고밀도의 피막을 형성할 수 있는 테프론 계,실리콘계,우레탄 계,세라믹 계,등의 고온용 도료를 도포하고 100도 이상의 고온에서 처리하여 숙성하는 것이다. 도 11의 그림 A에서 발열케이블은 실타래와 같이 여러 겹으로 뭉치게 되고 이것을 정리해도 용수철처럼 형상이 이루어져 용수철형상의 안쪽을 도포하기 어렵고 도료의 통에 넣었다가 꺼내도 서로 흔들리고 부딪치게 되어 도포 된 도료가 서로 붙었다가 떨어지며 찌꺼기 자국을 남기고 엉망이 된다. 또한 도 11의 그림 A에서처럼 용수철 형상의 케이블에 도료를 스프레이로 도포할 경우 실제 80%가 날라 가 버리게 된다. 이처럼 여러 겹 원형 케이블의 균일한 도료의 도포는 매우 어렵다. 본 발명의 도료 도포 방법은 도 11의 그림 C처럼 케이블을 감았다가 놓으면 탄성에 의하여 케이블의 거리가 일정한 간격으로 벌어지는 원리를 이용하는 것이다. 도 11의 그림 C처럼 만든 후 바닥에 놓고 먼저 위에서 한쪽 면을 스프레이로 도포한 후 건조하고 이것을 뒤집어 놓고 반대편을 도포하는 것이다. 이렇게 하면 도료 도포 후 케이블끼리 서로 닫지 않아 깨끗하게 도료를 도포할 수 있게 된다. 도료를 도포한 후 고온숙성 과정을 거쳐 상품을 완성 출하할 수 있게 된다. 해결과제 5번을 해결한 것이다. 본 발명의 완성품은 도 7 과 같다.

제조 방법 : 발열케이블의 제조방법은 선행기술로서, 유리섬유로 절연된 히팅케이블 공개번호 특1999-0032978 , 알루미늄합금 피복 방식의 히팅케이블 및 그 제조 방법 등록번호 100879371000, 의 제조기술이 있다. 이 제조 기술은 외피가 없는 발열케이블을 금속관에 삽입하기 위한 것으로, 먼저 금속관을 직선으로 만든 다음 작업 용 와이어를 감고 풀어 줄 수 있는 장치를 만들어 작업용 와이어 의 끝에 탄두를 달아 압축공기로 금속관 안에 쏘아서 타단 부에 도달하게 한 후 타 단부에 발열 케이블을 연결하여 다시 잡아당김으로 금속관에 발열케이블을 삽입하는 방법이다. 이 방법은 작업 와이어를 발사하는 장치가 복잡하고, 금속관이 휘어지면 탄두와 작업 와이어가 통과할 수 없기 때문에 일직선상으로 만들어야 하므로 금속관의 길이만큼 100m 이상의 아주 긴 작업공간이 필요하고, 작업 와이어 가 왕복을 해야 공정이 이루어진다는 것이다. 또 다른 제조방법으로 2009년 특허 출원 제 125948호는 금속제 외관의 끝단에 실을 가까이하고 반대쪽 끝단에서 에어 를 흡입시켜 실을 금속제 외관을 관에 관통시켜 반대 측으로 뽑아내고 관통된 실에 테프론 피복 열선을 메달아 금속제 외관의 내측으로 삽입하는 것이다. 이 방법은 유연한 실을 사용하기 때문에 금속관을 U자 W자로 휘어진 상태로 작업할 수 있어 작업 공간을 줄일 수 있으나, 실이 금속관 내에서 뭉쳐서 엉키고, 실을 잡아당기면 늘어나고 줄어들고 하는 신축성과, 실이 빈번하게 끊어지고, 실이 왕복을 해야 작업이 완성되는 단점이 있다.

본 발명에서는 이러한 단점을 해결하는 방법으로, 도 14와 같이 금속관의 일측 단부에 진공 펌프를 설치하여 진공연결부를 연결하여 금속관의 내부를 진공 상태가 되도록 한 후, 타 단부에 실리콘 등 유연재 로 제작한 탄두에 발열케이블을 직접 결합하여 금속관에 삽입하여 관통시키는 것이다. 탄두의 재료가 실리콘으로 젤리처럼 말랑말랑한 상태에서 금속관에 투입되면, 탄두에 결합 된 발열케이블에 의한 저항이나, 금속관이 U자 또는 W자가 되어 발생하는 저항이 발생하여도 탄두의 진행속도가 느려지면 진공 펌프에 의하여 진공이 더욱 강하게 되어 탄두를 빨아 들이게 되므로 탄두는 금속관의 길이와 관계없이 진공 펌프 쪽으로 진행하게 되어 금속관의 단부에 이르게 된다. 탄두의 진행속도는 진공펌프의 진공도를 변화시켜 조절하고 진공 연결부에는 철망을 설치하여 탄두가 진공펌프의 내부로 빨려들어가 진공펌프를 파손하지 않도록 해야한다. 이 방법은 탄두에 발열케이블이 직접 부착되어 있어 탄두가 금속관을 관통만 하면, 발열케이블을 금속관에 삽입하는 공정 자체가 완료되는 것으로, 이 제조방법은 한대의 진공 펌프와 여러 개의 탄두만 있으면, 한 공정의 작업으로 작업이 완료되기 때문에 작업을 연속적으로 할 수 있고, 금속관이 휘거나 구부러져 있어도 작업이 가능하기 때문에 좁은 작업공간에서 대량생산이 가능한 것이다. 실제 생산에 있어서 상기 공정처리 시간은 금속관이 24m일 때 금속관의 준비부터 완료까지, 상기 발열케이블 제조방법의 선행기술은 약 6분에서 10분이 소요되는데 비하여 본 발명은 1분 20 초에 완료할 수 있었다.

시공방법 : 해결과제 6번을 해결하기 위하여 발열케이블 설치시 도 13 과 같이 설치된 발열케이블의 상부에 철망(와이어 매쉬)을 적층 하는 것이다. 도 13에서 케이블히터의 설치간격은 250MM 가 된다. 여기에 시멘트 몰탈을 두깨 25MM- 200MM 까지 시공하게 되는데 두께를 200MM로 두껍게 하면 열 전달이 안 되는 부분은 거의 없어지게 되고 균열이 생기고 깨지는 현상 발생이 없으나 시멘트 두깨 200MM를 뜨겁게 하기 위한 시간이 많이 걸리고 에너지 소비가 많아지게 된다.

에너지소비를 줄이기 위하여 두께를 25MM-30MM로 얇게 하는 것이 바람직하나 이렇게 하면 시멘트에 균열이 생기고 깨어지며 도 13 과 같이 열전달이 안 되는 구간이 생기게 된다. 시멘트 몰탈 두께를 25MM-30MM로 얇게 하고도 균열이 생기고 깨어지는 것을 방지하기 위하여, 도 13의 A철망 (격자형 철망 와이어 매쉬)를 추가로 설치하는 것이다. A철망(와이어 매쉬)은 시멘트의 강도를 강화시켜 균열과 깨지는 것을 방지하고 열전도율이 뛰어나 발열케이블에서 발생 된 열을 빠르게 옆으로 확산시키게 되어 열전달이 안 되는 구간을 없애주게 되는 효과가 있다. 상기 온도실험에서 실제 실험결과 A철망 (와이어 매쉬)는 철사와 철사의 간격이 좁은 것이 효과가 좋으나 약 50MM 간격의 것이 경제성과 효과 면에서 가장 바람직하였다.

전기를 히터에 인가하고 전기가 인가된 히터를 바닥에 직접 설치하는 바닥 난방에 있어서 일반적인 시공방법 순서는 1: 슬라브, 2: 기포 시멘트 도포, 3: 단열재 5mm 설치, 4: 철망(와이어 매쉬)설치, 5: 전기인가히터(파이프히터, 엑셀관 히터,발열케이블)설치, 6: 마감 미장 시멘트 도포의, 순서로 적층 시공하는 것인데, 본 발명에서는 1: 슬라브, 2: 기포 시멘트 도포, 3: 단열재 5mm 설치, 4: 철망(와이어 매쉬)설치, 5: 전기인가히터(파이프히터, 엑셀관 히터,발열케이블)설치, 6: A철망(와이어 매쉬)설치, 7: 마감 미장 시멘트 도포의, 순서로 적층 시공하는 것이다. 해결과제 6번을 해결한 것이다. 본 발명의 완성된 시공 방법은 도13 과 같다.

발열케이블은 자유롭게 휘어지는 구조로 만들어져 있어 사용 조건에 맞도록 형태를 자유로이 변형하여 설치할 수 있는 할 수 있는 구조적 특성이 있다. 이런 특성 때문에 가정용 전열기기부터 전열이 필요한 산업용 전반에 이르기까지 다양하게 그 사용 용도가 점점더 확장되고 있는 미래형 전기 발열체라 할 수 있다.

100 : 발열선 (금속 또는 탄소 섬유 발열선)
110 : 섬유형 절연재(유리섬유, 실리카섬유, 고온용 화학섬유 등)
111 : 절연용 폴리머
112 : 고온용 합성수지
113 : 금속 사 직조 체
114 : PVC 외피
120 : 절연물질(실리콘, 테프론,우레탄,등 절연체)
121 :실리콘
122 :테프론
130 : 금속관
140 : 보호용 외피(실리콘,테프론,우레탄,등과 섬유형 절연재가 일체화되어 직조 된 것)
141 : 금속 사 직조 체 외피
150 : 실리콘, 테프론,세라믹,등 부식방지용 도료
160 : 발열케이블 (발열선-섬유형 절연재-절연물질 순서로 피복된 것)
170 : 진공 펌프
180: 유연성 탄두

Claims

발열케이블에 있어서 인가된 전기에 의하여 발열하는 발열선 (100)과,
상기 발열 선을 피복 하여 절연하고 발열 선에서 발열 되는 고열을 외부로 확산하여 온도를 낮추는 열에 강한 섬유형 절연재(110)와,
상기 섬유형 절연재를 절연물질(120)로 피복 하여 외부의 습기에 의한 절연파괴를 방지하는 것으로, 1 발열 선, 2 섬유형 절연재, 3 절연 물질,의 순서로 피복 적층 하여 섬유형 절연재(110)가 표면적 을 넓혀서 발열선 의 고열이 넓어진 표면적 만큼 온도가 확산 되어 낮아져서 절연물질(120)이 열화 소실되지 않도록 하는 것을 그 특징으로 하는 발열케이블
청구항 1에 있어서 발열케이블(160)에 보호용 외피(140) 또는 금속 사 직조 체(141)가 외피로 더 피복된 것을 특징으로 하는 발열케이블
청구항 1에 있어서 발열케이블의 발열선 (100)은 온도가 상승하면 저항이 높아져 일정 온도이상 올라가지 않는 정온 열선인 것과, 발열선(100) 은 한 가닥 또는 두 가닥을 각각 섬유형 절연재로 감고,직조한 것을 반복한 것을 특징으로 하는 발열 케이블
청구항 1에 있어서 발열케이블(160)에 금속관(130)이 외피로 더 씌워진 것을 특징으로 하는 발열케이블
청구항 4에 있어서 금속관(130)은 인발 용 알루미늄관,동관,철관,스테인레스 관,기타 금속 관인 것을 특징으로 하는 발열케이블
청구항 1에 있어서 발열케이블(160)에 가교 화 폴리에틸렌이 외피로 더 씌워진 것을 특징으로 하는 발열케이블
청구항 6에 있어서 발열케이블(160)과 가교 화 폴리에틸렌(엑셀)관 사이에 열 전달 물질로 물,기름,우레탄,절연유,액체실리콘,엑셀 관 주입 후 경화되는 액체 실리콘,등이 추가로 채워져 있는 것을 특징으로 하는 발열케이블.
발열케이블에 있어서 외피 금속관의 표면에 도료가 도포 된 것을 특징으로 하는 발열 케이블
청구항 8에 있어서 도료는 테프론 계, 실리콘계, 우레탄 계, 세라믹 계,분체 등의 고온용 도료로써 도료 도포 후 100도 이상의 고온 숙성 과정으로 도료가 경화되는 것을 특징으로 하는 발열케이블 표면 도포 도료
청구항 8에 있어서 도료의 도포는 발열케이블을 내부로부터 외부로 방사상 형태로 감아나가 나선형의 원판 형태가 되도록 만든 후, 도료를 도포하는 것을 특징으로 하는 발열케이블 도료 도포 방법
발열케이블의 제조방법으로 금속관(130)의 한 단부에 진공펌프(170)를 연결하여 금속관의 내부에 진공현상이 발생하도록 하고 금속관의 내경에 대응하는 연질의 유연성 탄두(180)를 타 단부에 삽입하여 금속관을 관통하여 진공펌프로 이동하게 함으로써 탄두에 연결된 발열케이블을 금속관(130)에 삽입하는 것을 특징으로 하는 발열케이블 제조방법.
전기를 히터에 인가하고 전기가 인가되는 히터(파이프히터,엑셀관 히터,발열케이블)를 바닥에 직접 설치하는 바닥 난방에 있어서, 전기가 인가되는 히터의 상부에 시멘트의 강도를 강화하고 열을 분산 시키기 위한 철망을 더 적층 하는 것을 특징으로 하는 발열 케이블 시공방법.
발열케이블에 있어서 발열케이블에 전기를 인가하기 위한 전선의 연결은,
발열케이블과 전선을 연결하고 연결부위를 전기 절연하는 것으로, 연결부위에 실리콘 튜브를 피복하고 실리콘 튜브의 내부에 액체실리콘이 투입되고, 투입된 액체 실리콘이 피복된 실리콘튜브를 통과한 공기와 접촉하여 경화된 것을 특징으로 하는 것