KR20150142141A - 쿼츠파이버 절연 히팅케이블 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 발열저항선을 준비하는 단계; (b) 상기 발열저항선 외주면에 쿼츠파이버로 절연층을 형성하여 절연심선을 형성하는 절연층 형성 단계; (c) 상기 절연심선의 외경보다 10 ~ 15%의 내경을 가지는 금속관을 포설하는 단계; (c) 상기 금속관에 상기 절연심선을 삽입하는 단계; (d) 상기 금속관을 1회 압축 인발하여 상기 절연심선 외주면에 금속피복을 형성하는 단계; 및 (e) 상기 금속 피복된 절연심선을 400 ~ 450℃에서 풀림 열처리하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 쿼츠파이버 절연 히팅케이블 제조방법이 제공된다.

Description

쿼츠파이버 절연 히팅케이블 및 그 제조방법{quartz fiber insulated heating cable and a method of manufacture thereof}

본 발명은 발열저항선 도체를 쿼츠파이버로 절연하고 그 외주면을 금속관으로 피복하는 쿼츠파이버 절연 히팅케이블 및 그 제조방법에 관한 것이다.

히팅케이블은 산업용 또는 일반용 배관이나 탱크의 동결 방지 또는 고온의 온도 유지용으로 사용되고 있다. 당해 분야에서 많이 알려진 히팅케이블은 미국 TYCO (PYROTENAX)사에 의해 제작된 것으로, 그의 외피소재는 ALLOY 소재와 동파이프 등이 개발되어 있고, ALLOY 소재는 주로 산업용으로, 동파이프 소재는 주로 건축용으로 사용된다.

국내에서는 건축용으로서는 전기 온돌 난방, 심야 전기 난방, 눈녹임 설비 등으로 사용된다.

산업용으로는 국내의 화학공장이나 발전소, 정유공장 등에서 60℃ ~ 800℃ 까지 그 응용범위가 다양하다.

이러한 히팅케이블은 종래부터 산화마그네슘(MgO)과 같은 미네랄을 절연체로 채용한 미네랄 절연 동 피복(mineral insulated copper sheathed)된 히팅케이블이 종래부터 주로 사용되고 있다.

산화마그네슘(MgO)의 경우 절연 성능은 우수한 반면 습기의 흡착성이 높다.

이러한 산화마그네슘을 절연체로 채용한 히팅케이블은 일반 산업체에서 플랜트의 고온용 탱크, 고온배관 등에 사용되고 있는데, 주변 환경이나, 외부적인 충격에 의하여 금속관 외피에 리크가 발생될 경우는 주변의 습기를 강하게 흡수하여 절연이 파괴되어 히팅케이블로서 안정성이 보장되지 않는 경우가 발생될 수 있다.

또한, 산화마그네슘(MgO)은 파우더 원료로서, 절연재로 채용하기 위해서는 압출 성형하는 과정을 거치거나 또는 MgO 블럭에 도체를 삽입하고 MgO 분말을 충진하여 다시 그것을 금속관 속에 삽입한 후 롤링과 인발 가공을 하는 공정을 거치게 된다.

따라서, 생산 공정이 복잡해지고 생산 싸이클이 길어지게 되며, 더 큰 동력과 설비투자비가 요구되어 제품가격의 상승으로 이어지고 있다.

이에 대한 종래 기술로는 본 발명자의 등록특허인 KR10-1041412에는 MgO를 압출에 의하여 도체에 피복하는 방법이 제공된다.

국내 등록 특허 KR 10-1041412

본 발명의 목적은 외부로부터 발생되는 물리적, 화학적 변화로부터 내성이 강하고 습기에 안정적인 절연 성능을 가지는 쿼츠파이버(quartz fiber) 절연 히팅케이블을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 400℃ 이상의 고온에서 안정적이고, 제공 공정을 단축할 수 있는 쿼츠파이버(quartz fiber) 히팅케이블 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 발열저항선을 준비하는 단계; (b) 상기 발열저항선 외주면에 쿼츠파이버로 절연층을 형성하여 절연심선을 형성하는 절연층 형성 단계; (c) 상기 절연심선의 외경보다 10 ~ 15%의 내경을 가지는 금속관을 포설하는 단계; (c) 상기 금속관에 상기 절연심선을 삽입하는 단계; (d) 상기 금속관을 1회 압축 인발하여 상기 절연심선 외주면에 금속피복을 형성하는 단계; 및 (e) 상기 금속피복된 절연심선을 400 ~ 450℃에서 풀림 열처리하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 쿼츠파이버 절연 히팅케이블 제조방법이 제공된다.

또한, 상기 (b) 단계는, (b-1) 상기 발열저항선 외주면에 쿼츠파이버를 횡권하여 제1절연층을 형성하는 단계; (b-2) 상기 제1절연층의 외주면에 쿼츠파이버를 편조 직조하여 제2절연층을 형성하여 단심용 절연심선을 형성하는 단계; 를 포함한다.

또한, 상기 (b) 단계는, (b-11) 상기 발열저항선이 복수인 경우, 상기 발열저항선 각각의 외주면에 쿼츠파이버를 횡권하여 제1절연층을 형성하는 단계; (b-12) 상기 발열저항선 각각의 제1절연층의 외주면에 쿼츠파이버를 편조 직조하여 제2절연층을 형성하여 복수의 절연된 심선을 형성하는 단계; (b-13) 상기 제2절연층이 형성된 복수의 절연된 심선을 중심에 두고 그 외주면에 쿼츠파이버를 횡권하여 제2-1 절연층을 형성하는 단계; 및 (b-14) 상기 제2-1 절연층의 외주면에 쿼츠파이버를 편조 직조하여 형성된 제2-2 절연층을 포함하는 다심용 절연심선을 형성하는 단계; 를 포함한다.

또한, 상기 (b-2) 단계 또는 (b-14) 단계 이후에, (b- 15) 상기 절연심선은 건조실에서 80 ~ 100℃의 온도로 2 ~ 3시간의 건조 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 금속관은 Ni: 38 ~ 46, Cr: 19.5 ~ 23,5 C: 0.05, Mn; 1.0, Si: 0.5 Cu: 1.5 ~3.0, Mo: 2.5 ~ 3.5, Al: 0.2, Ti: 0.6 ~ 1.2 나머지는 Fe가 포함된 니켈 크롬 합금강 재료로 제조된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 금속관은 오스테나이드계 스테인리스 스틸강 재료로 제조된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1절연층의 두께는 상기 절연층의 두께의 85 ~ 95%인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (c) 단계는, (c-1) 상기 금속관에 작업용 와이어를 삽입한 후, 작업용 와이어에 심선보빈에 감겨진 상기 절연심선을 결속하여 상기 작업용 와이어를 당겨서 절연심선을 금속관 내에 삽입하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 작업용 와이어를 상기 금속관에 삽입하는 것은, 고압가스 또는 고압의 압축공기로 동작되는 와이어 발사기를 상기 금속관의 일단부에 결합하고, 와이어 풀림 및 당김 설비로부터 작업용 와이어를 풀어 와이어 발사기에 장전한 다음, 상기 와이어 발사기에 설치된 고압가스 또는 고압의 압축공기 인입구의 밸브를 순간적으로 개방하여, 상기 와이어 발사기에서 작업용 와이어가 상기 금속관의 일단부를 통해 상기 금속관 내로 발사하여 상기 작업용 와이어를 삽입하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 단심 발열저항선 외주면에 쿼츠파이버를 쿼츠파이버를 횡권하여 형성된 제1절연층; 상기 제1절연층 외주면에 쿼츠파이버를 편조 직조하여 형성된 제2절연층; 및 상기 제2절연층 외주면에 피복되는 금속관 피복을 포함하되, 상기 금속관 피복은 상기 제2절연층의 외경보다 10 ~ 15%의 내경을 가지는 금속관 1회의 압축 인발 공정을 거쳐서 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면,

복수의 발열저항선의 각각 외주면에 쿼츠파이버를 쿼츠파이버를 횡권으로 형성된 제1절연층; 상기 각각 제1절연층 외주면에 쿼츠파이버를 편조 직조하여 형성된 복수의 절연된 심선; 상기 복수의 절연된 심선을 중심에 두고 그 외주면에 쿼츠파이버를 횡권으로 형성된 제2-1 절연층; 상기 제1-1 절연층의 외주면에 쿼츠파이버를 편조 직조하여 형성된 2-2 절연층; 상기 제2절연층 외주면에 피복된 금속관 피복을 포함하되, 상기 금속관 피복은 상기 제2절연층의 외경보다 10 ~ 15%의 내경을 가지는 금속관 1회의 압축 인발 공정을 거쳐서 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 절연체의 형성공정을 빠르게 할 수 있는 횡권으로 대부분의 두께를 형성한 뒤, 편조로 절연체의 형성공정을 마감함으로써 공정시간을 단축하고, 쿼츠파이버의 특성상 탄력에 의하여 올이 풀려지는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 외부로부터 발생되는 물리적, 화학적 변화로부터 내성이 강하고 습기에 안정적인 절연 성능을 가지는 쿼츠파이버(quartz fiber) 절연 히팅케이블을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 고온에서 안정적이고, 제공 공정을 단축할 수 있는 쿼츠파이버(quartz fiber) 히팅케이블 제조방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 쿼츠파이버를 사용하여 발열저항선 도체 외부면에 직조와 편조 기계에 의하여 신속하게 절연층을 형성할 수 있어서 제조공정이 단축될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 발열저항선 위에 쿼츠파이버로 횡권과 편조 직조로 적층함으로써, 금속피복과 발열저항선 사이의 절연두께를 발열저항선의 외형이나 금속피복의 인발 압축 공정과 관계없이 일정하게 유지될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 쿼츠파이버로 피복된 절연층은 밀착 권선된 것이어서 제1 금속관을 절연층에 압착하기 위한 1회의 압축 인발 공정만으로 히팅케이블을 제조할 수 있어서 제조 공정이 종래에 비하여 간단하고 신속하게 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 쿼츠파이버 절연 히팅케이블의 제조 방법에 대한 순서도이다.
도 2는 발열저항선에 절연층을 형성하는 방법에 대한 순서도이다.
도 3은 발열저항선 외주면을 쿼츠파이버로 횡권하여 제1 절연층을 형성한 것을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1절연층 외주면을 쿼츠파이버로 편조 직조하여 제2 절연층을 형성한 것을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속관 압축 인발 과정을 도시한 것이다.
도 6은 도 5의 금속관 압축 인발 과정 중 다이스 공정을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 쿼츠파이버 절연 히팅케이블의 외관을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 쿼츠파이버 절연 히팅케이블의 단면을 도시한 것이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

상기 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하 본 발명에 따른 쿼츠파이버 절연 히팅케이블 및 그 제조방법에 대한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 쿼츠파이버 절연 히팅케이블의 제조 방법에 대한 순서도이다.

먼저, 110단계는 발열저항선을 준비하는 단계이다.

발열저항선은 전류를 인가받으면 발열하는 니크롬선과 같은 저항성 발열체를 사용한다. 이와 같은 저항성 발열체는 그 용도에 따라 동선, 니크롬선, 동니켈선, 동크롬선, 철크롬선 중에서 선택적으로 사용할 수 있으며, 기타 필요에 따라 도전 성분이 있는 금속선이 이용될 수 있다. 여기서, 발열저항선은 적어도 하나 이상이며, 적어도 하나 이상이면 되고, 전류를 인가하였을 경우 전류의 흐름을 일으키는 통로를 제공하는 기능을 수행한다.

전원 및 본 발명을 요구하는 장소 여건에 따라 2 ~ 4가닥의 발열저항선이 하나의 히팅케이블 내에 배치될 수 있다.

발열저항선 준비 단계 이후에 발열저항선에 절연층을 형성하는 단계(120)를 수행한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 절연층을 형성하는 단계(120)는 도 2의 121단계 ~ 126단계를 적용하여 수행될 수 있다.

도 2는 발열저항선에 절연층을 형성하는 방법에 대한 순서도이다.

도 2를 참조하면, 먼저 121단계에서, 쿼츠파이버 재료에 대한 검사를 수행한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 쿼츠파이버 절연 히팅케이블은 외경이 1 ~ 2㎛ 굵기를 가진 쿼츠파이버(quartz fiber)가 사용된다.

쿼츠파이버는 너무 굵기가 크면 편조시 틈새가 발생되고 편조작업에 대한 제조 공정이 길어질 수 있다.

또한, 굵기가 작으면 횡권작업시 단선되는 경우가 발생될 수 있다.

122단계에서는 발열저항선 도체 1.0 ~ 2.6mm 주변을 쿼츠파이버로 나선형태로 감는 횡권 작업을 수행하여 제1절연층(12)을 형성한다.

도 3은 발열저항선 외주면을 쿼츠파이버로 횡권하여 제1 절연층을 형성한 것을 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 발열저항선(11) 외주면을 쿼츠파이버을 이용하여 나선형태로 횡권작업을 수행하여 제1절연층(12)을 형성한다.

123단계에서는 횡권된 제1 절연층(12) 주위를 쿼츠파이버로 편조 형태로 직조하여 제2 절연층(14)을 형성한다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 절연층 외주면을 쿼츠파이버로 편조 직조하여 제2 절연층을 형성한 것을 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 제1 절연층(12) 외주면을 쿼츠파이버로 편조 직조작업을 수행하여 제2절연층(14)을 형성함으로서 단심 절연심선이 완성된다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 발열저항선 도체를 1mm로 설정한 경우, 안정성 및 경제성을 감안한 제2절연층의 최적의 두께는 0.2mm로 형성된다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제조 공정 시간을 단축하고 감긴 쿼츠파이버를 치밀하게 유지하기 위하여 쿼츠파이버 절연체의 두께의 85 ~ 95%는 횡권 작업으로 수행하고 5 ~ 15%는 편조 작업으로 수행한다.

편조작업은 제조속도가 느려서 전체를 편조 작업으로 수행하게 되면 비경제적이다.

횡권 작업은 편조 작업에 비하여 상대적으로 감는 속도가 빨라서 신속한 시간 내에 요구하는 절연 두께를 형성할 수 있으며, 횡권된 제1절연층 외부에 편조 마감된 쿼츠파이버를 형성하는 공정에 의하여, 절연층이 더욱 치밀하여 지고 횡권 후의 올이 풀려지는 현상을 막을 수 있어서 효율적인 제조 공정을 제공할 수 있다.

즉 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 절연체의 형성공정을 빠르게 할 수 있는 횡권으로 대부분의 두께를 형성한 뒤, 편조로 절연체의 형성공정을 마감함으로써 공정시간을 단축하고, 쿼츠파이버의 특성상 탄력에 의하여 올이 풀려지는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면 발열저항선이 복수개가 하나의 히팅케이블 내에 배치되는 다심 쿼츠파이버 히팅케이블이 제조될 수 있다.

다심 쿼츠파이버 히팅케이블의 경우에는 각 심선 각각에 횡권으로 형성한 제1절연층과 편조 직조된 제2 절연층을 형성한다.

그 다음 제2절연층이 형성된 복수의 절연된 심선을 중심에 두고 동심원으로 각각 횡권을 형성하여 제1-1절연층을 형성한다. 다음, 상기 제1-1 절연층의 외주면에 쿼츠파이버로 편조 직조하여 다심용 절연심선을 형성한다. 다심 쿼츠파이버 히팅케이의 이후 공정은 단심용 절연심선과 동일한 공정이 수행된다.

제2 절연층이 형성된 절연심선은 심선보빈(210)에 감겨지고, 건조실에서 80 ~ 100℃의 온도로 2 ~ 3시간의 건조 단계(124)를 수행한다.

위 건조 단계(124)를 통하여 절연층 형성 공정 중 또는 보관 중, 쿼츠파이버 원료에 함유된 수분을 증발에 의하여 제거하게 된다.

온도가 80℃ 미만에서는 제습 기능이 떨어지게 되며, 100℃ 이상에서는 증발 온도 이상이어서 비경제적이다.

건조가 완료된 심선은 125단계에서 절연 두께 검사 및 절연 검사, 절연 내전압 검사를 거치게 된다.

125단계에서 절연층이 완성된 절연심선은 도 1의 금속관 공정을 거치게 된다.

125단계에서 절연 성능이 떨어지게 되며, 다시 123단계로 돌아가서 일정 두께를 더 편조 형성하는 단계를 거치게 된다.

금속관 공정은 먼저 130단계에서 제1 금속관 포설 단계를 수행한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 400℃ 이상의 고온에 사용되는 특성상 외부 금속관은 Ni: 38 ~ 46, Cr: 19.5 ~ 23,5 C: 0.05, Mn; 1.0, Si: 0.5 Cu: 1.5 ~3.0, Mo: 2.5 ~ 3.5, Al: 0.2, Ti: 0.6 ~ 1.2 나머지는 Fe 가 포함된 니켈 크롬 합금강 재료로 제조된 금속관을 적용하여 제1 금속관을 포설한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 니켈 크롬 합금강으로 제조된 제1 금속관은 발열온도 800℃ 온도까지 적용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따르면, 제1 금속관은 내식성이 강하고 640℃까지 안정적으로 사용될 수 있는 오스테나이드계 스테인리스 스틸강이 적용될 수 있다.

또한, 250 ~ 400℃ 온도에 사용될 때에는 동관이나 알루미늄 합금관이 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 합금강 또는 오스테나이드계 스테인리스 스틸 금속관은 기계적 강도가 높고 내식성이 강한 금속으로 이루어지므로, 외부의 물리적 충격으로부터 쿼츠파이버 절연체층과 발열저항선을 보호하고, 습기 또는 외부의 화재에 의한 영향이 내부에 전달되지 못하도록 차단하며, 화학적 충격으로부터 보호하는 역할을 한다.

또한, 내부의 발열 에너지를 외부로 전달하는 기능을 수행한다.

종래의 산화마그네슘(MgO)과 같은 미네랄을 절연체로 채용한 히팅케이블의 경우는 절연체의 밀집을 위하여 10회 이상의 인발 수축 작업을 수행하여야 하므로 금속관을 실제 완성된 히팅케이블에 비하여 상당히 큰 수치의 금속관을 준비하게 된다.

그러나 본 발명의 일 실시 예에 따른 쿼츠파이버로 피복된 절연층은 밀착 권선된 것이어서 제1 금속관을 절연층에 압착하기 위한 1회의 압축 인발 공정만으로 히팅케이블을 제조할 수 있어서 제조 공정이 종래에 비하여 간단하고 신속하게 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 금속관은 1회 압축 인발로 수축되는 정도를 감안하여 제2 절연층의 외경보다 내경이 약 10 ~ 15% 정도 큰 관을 준비한다.

제1 금속관의 내경이 절연심선의 제2 절연층의 외경보다 10% 미만이 되면 내부 마찰면이 넓어져서 절연심선의 삽입이 어렵게 된다.

또한, 쿼즈파이버로 직조된 절연체의 특성상 별도로 압축 공정이 필요하지 않기 때문에 본 발명의 일 실시 예에 의한 압축 인발 공정은 1회의 압축 인발 단계만 거치게 되나, 제1 금속관의 내경이 상기 절연심선보다 15%보다 크게 되면 그 틈새를 줄이기 위한 불필요한 여러 번의 압축 인발 공정을 거쳐야 하므로 공정시간이 많이 소요되어 비경제적이다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속관 압축 인발 과정을 도시한 것이다.

도 6은 도 5의 금속관 압축 인발 과정 중 다이스 공정을 도시한 것이다.

도 5를 참조하면, 130단계에서 롤러레일(220) 위에 제1금속관(300)을 포설한다.

제1 금속관 포설 단계 후에는 제1금속관 내에 제2절연층(14)이 피복된 절연심선을 삽입하는 단계(140)을 수행한다.

상기 절연심선을 제1금속관(300)에 삽입하는 단계(140)에는 긴 제1금속관(300)에 작업용 와이어를 삽입한 후, 상기 작업용 와이어에 심선보빈(210)에 감겨진 절연심선을 결속하여 상기 작업용 와이어를 당겨서 절연심선을 긴 제1금속관(300) 내에 삽입하게 된다.

또는 상기 작업용 와이어를 고속으로 긴 제1금속관(300)속에 삽입하는 장치(미도시됨)를 더 포함하여 상기 140단계를 수행할 수 있다. 작업용 와이어를 고속으로 삽입하는 장치는 와이어 풀림 및 담김 설비와 와이어 발사기로 이루어진다.

작업용 와이어를 고속으로 삽입하는 장치에서 작업용 와이어를 삽입하는 단계는 고압가스 또는 고압의 압축공기로 동작되는 와이어 발사기를 상기 제1금속관의 일단부에 결합하고, 와이어 풀림 및 당김 설비로부터 작업용 와이어를 풀어 와이어 발사기에 장전한다. 그리고 와이어 발사기에 설치된 고압가스 또는 고압의 압축공기 인입구의 밸브를 순간적으로 개방하여 압력을 주게 되면, 와이어 발사기에서 작업용 와이어가 제1금속관의 일단부를 통해 제1금속관 내로 발사하게 되며, 일단부의 반대편인 타단부까지 도달하게 된다. 다음에 발사기를 분리한 후, 작업용 와이어의 일측에 형성된 연결고리에 절연심선을 결속한 후, 와이어 풀림 및 당김 설비의 모터의 정역 회전에 의해 작업용 와이어가 절연심선을 당겨서 긴 제1금속관 내에 절연심선을 용이하게 삽입할 수 있다

절연심선 삽입단계(140) 이후에는 금속관 압축 인발 단계(150)를 수행한다.

도 5, 6을 참조하면, 절연심선이 삽입된 제1금속관(300)을 다이스(230)를 포함하는 인발기(240)를 통과시켜 원하는 외경으로 압축 인발 가공하여 제2 금속피복(400)으로 형성시킨다.

본 발명의 일 실시 예에서 제2 금속피복은 제1금속관(300)을 압축 인발하여 외경을 수축시킨 금속 피복을 의미한다.

본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따르면, 절연심선이 삽입된 제1금속관(300)은 다이스(230) 및 인발기(240)를 통과하여 외경이 8 ~ 12% 정도 수축한 제2 금속피복(400)으로 수축됨으로써, 제2 금속피복(400)은 절연심선(410)과 견고하게 밀착되고 압착된다.

다이스(230)를 통과한 제2 금속피복(400)은 직선 인발을 하여 더욱 밀착시키게 된다.

짓선 인발과정에서는 제2 금속피복(400)을 인발기(240)로 설정된 두께에 맞추어서 직선 인발을 하고, 이를 다시 상하로 이루어진 롤러에 통과시켜서 외경을 3 ~ 6% 정도 수축을 하여 초기 미열처리 상태의 히팅케이블을 제작하게 된다.

이와 같은 압축 인발 공정에 의하여 절연체인 쿼츠파이버의 밀도를 높여주면서 제2 금속피복(400)과 절연체와의 유동을 줄이게 된다.

또한, 제2 금속피복(400)과 절연체의 여분의 수분 침투 공간을 모두 제거하여 수분침투를 방지할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 내부의 쿼츠파이버 절연층은 압축 인발된 제2 금속피복과 함께 압축되어 더욱 치밀하여 진다.

인발 과정을 거쳐 완성된 히팅케이블은 내부의 발열저항선 및 쿼츠파이버 절연층이 외측을 둘러싼 제2 금속피복과 일체성을 가질 정도의 밀도와 응집력을 가지게 되며, 완성된 쿼츠파이버 절연 히팅케이블을 복잡한 굴곡면을 따라 설치하더라도 그 전기적인 특성을 유지하면서 설치작업을 용이하게 할 수 있게 된다.

제2 금속피복(400)으로 압축 인발된 히팅케이블은 히팅케이블 보빈(250)에 감겨져서 건조실로 이동하게 된다.

금속관의 경우 압축 인발 과정에서 발생되는 금속관 피복의 표면 경화 현상으로 인하여 표면이 경화되어서, 보빈에 감는 작업이나 시공시 복잡한 굴곡면의 설치작업을 위하여 밴딩이 어려워질 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서는 압축 인발 과정이 완료된 초기 미열처리 히팅케이블을 건조실에서 400 ~ 450℃에서 10 ~ 12시간의 풀림 열처리 단계(160)를 거친다.

상기 풀림 열처리 단계(160)는 전술한 압축 인발 후에 표면 경화현상이 발생되는 것을 방지하고 절연체 및 제2 금속피복으로 피복된 히팅케이블의 밴딩 작업이 용이하도록 연화시키는 기능을 수행한다.

일반적인 유리 섬유의 경우 습기에는 강하나 유리섬유의 경우 400℃가 넘어서게 되면 크리스탈라이즈 현상에 의하여 경화되면서 내부균열이 발생될 수 있다. 따라서 위와 같은 풀림 열처리 공정을 수행하기 부적합하며, 또한, 400℃ 이상의 고온용 절연재로서도 부적합하다.

이산화규소(SiO2) 함량이 99% 이상인 쿼츠파이버의 경우는 1200℃까지 연성을 유지할 수 있어서 산업 플랜트에서 사용되는 400℃ 이상의 고온용 히팅케이블에 안정적이고 효율적으로 적용될 수 있다.

풀림 열처리 단계(160)를 거친 히팅케이블은 검사 단계(170)를 거쳐서 완성된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 히팅케이블에 대한 검사 단계에서는 내전압test, 내열성시험, 인장강도 측정, 내하중 강도 측정 검사 등이 수행된다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 쿼츠파이버 절연 히팅케이블의 외관을 도시한 것이다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 쿼츠파이버 절연 히팅케이블의 단면을 도시한 것이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 쿼츠파이버 절연 히팅케이블은 발열저항선(11)을 한가닥 형성한 1심 히팅케이블 또는 발열저항선(21, 22)을 두가닥 형성한 2심 히팅케이블로 제조될 수 있다.

도 8을 참조하면, 발열저항선(11) 외부를 쿼츠파이버로 나선 횡권으로 형성한 제1절연층(12)과 제1절연층(12)의 외부를 쿼츠파이버로 편조 직조한 제2절연층(14)이 형성되며, 상기 제2절연층(14) 외부에는 금속관을 압축 인발하여 형성된 제2 금속피복(15) 피복이 형성된다.

쿼츠파이버의 경우는 습기를 축적하거나 흡수하는 성질이 없으므로 습기에 의한 절연파괴가 일어날 우려가 없으며, 섬유를 이용하여 절연체의 직조 가공이 용이한 장점이 있다. 또한, 쿼츠파이버는 기존의 미네랄 절연체보다 기계적인 강도가 양호하여 보다 높은 절연성 및 신뢰성을 주며, 쿼츠파이버의 특성상 1000℃ 이상까지 연성을 유지하게 되므로 쿼츠파이버를 절연으로 채택한 히팅케이블은 고온에서 안정적으로 상용될 수 있다.

또한, 쿼츠파이버를 사용하여 발열저항선 도체 외부면에 직조와 편조 기계에 의하여 신속하게 절연층을 형성할 수 있어서 제조공정이 단축될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 발열저항선 위에 쿼츠파이버를 횡권과 편조 직조로 적층 함으로써, 금속 피복과 발열저항선 사이의 절연두께를 발열저항선의 외형이나 금속 피복의 인발 압축 공정과 관계없이 일정하게 유지될 수 있다.

11: 발열저항선
12: 제1 절연층
14: 제2 절연층
210: 심선보빈
230: 다이스
240: 인발기
250: 히팅케이블 보빈
300: 제1 금속관
15, 25, 400: 제2 금속 피복

Claims (11)

1. (a) 발열저항선을 준비하는 단계;
   (b) 상기 발열저항선 외주면에 쿼츠파이버로 절연층을 형성하여 절연심선을 형성하는 절연층 형성 단계;
   (c) 상기 절연심선의 외경보다 10 ~ 15%의 내경을 가지는 금속관을 포설하는 단계
   (c) 상기 금속관에 상기 절연심선을 삽입하는 단계;
   (d) 상기 금속관을 1회 압축 인발하여 상기 절연심선 외주면에 금속 피복을 형성하는 단계; 및
   (e) 상기 금속 피복된 절연심선을 400 ~ 450℃에서 풀림 열처리하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 쿼츠파이버 절연 히팅케이블 제조방법
2. 제1항에 있어서,
   상기 (b) 단계는
   (b-1) 상기 발열저항선 외주면에 쿼츠파이버를 횡권하여 제1절연층을 형성하는 단계; 및
   (b-2) 상기 제1절연층의 외주면에 쿼츠파이버를 편조 직조하여 제2절연층을 형성하여 단심용 절연심선을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 쿼츠파이버 절연 히팅케이블 제조 방법
3. 제1항에 있어서,
   상기 (b) 단계는
   (b-11) 상기 발열저항선이 복수인 경우, 상기 발열저항선 각각의 외주면에 쿼츠파이버를 횡권하여 제1절연층을 형성하는 단계;
   (b-12) 상기 발열저항선 각각의 제1절연층의 외주면에 쿼츠파이버를 편조 직조하여 제2절연층을 형성하여 복수의 절연된 심선을 형성하는 단계;
   (b-13) 상기 제2절연층이 형성된 복수의 절연된 심선을 중심에 두고 그 외주면에 쿼츠파이버를 횡권하여 제2-1 절연층을 형성하는 단계; 및
   (b-14) 상기 제2-1 절연층의 외주면에 쿼츠파이버를 편조 직조하여 형성된 제2-2 절연층을 포함하는 다심용 절연심선을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 쿼츠파이버 절연 히팅케이블 제조 방법
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 (b-2) 단계 또는 (b-14) 단계 이후에
   (b- 15) 상기 절연심선은 건조실에서 80 ~ 100℃의 온도로 2 ~ 3시간의 건조 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 쿼츠파이버 절연 히팅케이블 제조 방법
5. 제1항에 있어서,
   상기 금속관은 Ni: 38 ~ 46, Cr: 19.5 ~ 23,5 C: 0.05, Mn; 1.0, Si: 0.5 Cu: 1.5 ~3.0, Mo: 2.5 ~ 3.5, Al: 0.2, Ti: 0.6 ~ 1.2 나머지는 Fe가 포함된 니켈 크롬 합금강 재료로 제조된 것을 특징으로 하는 쿼츠파이버 절연 히팅케이블 제조 방법
6. 제1항에 있어서,
   상기 금속관은 오스테나이드계 스테인리스 스틸강 재료로 제조된 것을 특징으로 하는 쿼츠파이버 절연 히팅케이블 제조 방법
7. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 제1절연층의 두께는 상기 절연층의 두께의 85 ~ 95%인 것을 특징으로 하는 쿼츠파이버 절연 히팅케이블 제조 방법
8. 제1항에 있어서,
   상기 (c) 단계는,
   (c-1) 상기 금속관에 작업용 와이어를 삽입한 후, 작업용 와이어에 심선보빈에 감겨진 상기 절연심선을 결속하여 상기 작업용 와이어를 당겨서 절연심선을 금속관 내에 삽입하는 것을 특징으로 하는 쿼츠파이버 절연 히팅케이블 제조 방법
9. 제8항에 있어서,
   상기 작업용 와이어를 상기 금속관에 삽입하는 것은,
   고압가스 또는 고압의 압축공기로 동작되는 와이어 발사기를 상기 금속관의 일단부에 결합하고, 와이어 풀림 및 당김 설비로부터 작업용 와이어를 풀어 와이어 발사기에 장전한 다음, 상기 와이어 발사기에 설치된 고압가스 또는 고압의 압축공기 인입구의 밸브를 순간적으로 개방하여, 상기 와이어 발사기에서 작업용 와이어가 상기 금속관의 일단부를 통해 상기 금속관 내로 발사하여 상기 작업용 와이어를 삽입하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 쿼츠파이버 절연 히팅케이블 제조 방법
10. 단심 발열저항선 외주면에 쿼츠파이버를 쿼츠파이버를 횡권하여 형성된 제1절연층;
    상기 제1절연층 외주면에 쿼츠파이버를 편조 직조하여 형성된 제2절연층; 및
    상기 제2절연층 외주면에 피복된 금속관 피복을 포함하되,
    상기 금속관 피복은 상기 제2절연층의 외경보다 10 ~ 15%의 내경을 가지는 금속관을 1회의 압축 인발 공정을 거쳐서 형성되는 것을 특징으로 하는 쿼츠파이버 절연 히팅케이블
11. 복수의 발열저항선의 각각 외주면에 쿼츠파이버를 쿼츠파이버를 횡권으로 형성된 제1절연층;
    상기 각각 제1절연층 외주면에 쿼츠파이버를 편조 직조하여 형성된 복수의 절연된 심선;
    상기 복수의 절연된 심선을 중심에 두고 그 외주면에 쿼츠파이버를 횡권으로 형성된 제2-1 절연층;
    상기 제1-1 절연층의 외주면에 쿼츠파이버를 편조 직조하여 형성된 2-2 절연층; 및
    상기 제2절연층 외주면에 피복된 금속관 피복을 포함하되,
    상기 금속관 피복은 상기 제2절연층의 외경보다 10 ~ 15%의 내경을 가지는 금속관을 1회의 압축 인발 공정을 거쳐서 형성되는 것을 특징으로 하는 쿼츠파이버 절연 히팅케이블
    

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