KR20170006213A - 내구성이 향상된 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체 및 이를 포함하는 발열 파이프 장치 - Google Patents

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Abstract

내구성이 향상된 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체 및 이를 포함하는 발열 파이프 장치가 개시된다. 개시된 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체는 전류가 흐름으로써 발열하는 탄소섬유들을 포함하는 탄소섬유 발열 케이블과, 상기 탄소섬유들에 전류를 인가하기 위한 전선을 포함하는 전선 케이블과, 상기 탄소섬유들과 상기 전선을 전기적으로 연결하는 연결부를 포함한다. 여기서, 상기 연결부는 상기 전선과는 전기적으로 연결되며, 상기 탄소섬유들의 일단부를 감아서 둘러싸도록 마련되는 연결 도선을 포함한다.

Description

내구성이 향상된 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체 및 이를 포함하는 발열 파이프 장치{Carbon fiber heating cable having high efficiency and heating pipe apparatus including the heating cable}
본 발명은 탄소섬유 발열 케이블에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소섬유 발열 케이블과 탄소섬유에 전류를 인가하는 전선 케이블의 연결 구조체가 높은 열효율 및 내구성을 가짐으로써 생산성을 향상시킬 수 있는 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체 및 이를 포함하는 발열 파이프 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 탄소섬유 발열 케이블은 발열소재인 탄소섬유에 전류를 흘려줌에 따라 탄소섬유에서 저항열이 발생됨으로써 발열 케이블 주위의 온도를 올려줄 수 있다. 종래에는 발열소재로서 구리선이 많이 사용되었으나, 근래에는 구리선 보다 우수한 열효율을 가지는 탄소섬유가 사용되고 있다. 탄소섬유는 높은 전기저항을 갖는 탄소를 매개체로 하여 전기에너지를 열에너지로 변환시켜 주는 발열소재이다. 이러한 탄소섬유는 기존이 다른 발열 소재에 비해 높은 절전 성능을 가지고 있으며, 또한 원적외선, 음이온 등의 방출로 항균, 항습 효과가 뛰어난 장점을 가지고 있으므로 건강을 물론 삶의 질을 높혀줄 수 있는 미래형 에너지 소재가 될 수 있다.
탄소섬유 발열 케이블은 발열소재인 탄소 섬유와 이 탄소 섬유를 피복재가 둘러싸는 구조를 가지고 있다. 이러한 탄소섬유 발열 케이블은 온열을 필요로 하는 모든 용도, 예를 들면, 농사용 온열기, 농수산용 건조기, 건축용 난방기기, 또는 전기 담요, 전기 장판, 전기 찜질기 등과 같은 전열 침구류 등과 같이 다양한 분야에 응용될 수 있다.
한편, 탄소섬유 발열 케이블은 전선 케이블의 전선을 통해 탄소섬유에 전류가 인가됨으로써 발열하게 되는데, 이 경우 탄소섬유와 전선의 연결부가 취약하게 되면 시간이 흐르면서 반복적으로 사용함에 따라 단락 등이 발생할 염려가 있다.
도 1에는 기존의 일반적인 탄소섬유 발열 케이블(110)과 전선 케이블(120)의 연결 구조체(100)가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 탄소섬유 발열 케이블(110)은 내부에 발열소재인 탄소섬유(111)가 다발 형태로 마련되어 있으며, 이 탄소섬유(111)를 탄소섬유 피복재(112)가 둘러싸도록 마련되어 있다. 그리고, 전선 케이블(120)은 그 내부에 탄소섬유(111)에 전류를 흘려주기 위한 전선(121)이 마련되어 있으며, 이 전선(121)을 전선 피복재(122)가 둘러싸도록 마련되어 있다. 탄소섬유 발열 케이블(110)과 전선 케이블(120)의 연결부(130)에서는 전선(122)과 탄소섬유(111)가 접촉하고 있는데, 여기서, 전선(121)은 탄소섬유(111) 외측의 일부분에만 접촉하고 있다. 그리고, 이렇게 접촉하고 있는 전선(121)과 탄소섬유(111)는 납땜(soldering)에 의해 고정됨으로써 연결부(130)를 형성하게 된다.
그러나, 이와 같은 탄소섬유 발열 케이블(110)과 전선 케이블(120)의 연결부(130)에서는 전선(121)이 탄소섬유(111) 중 극히 일부와 접촉하고 있어 전선(121)을 통해 인가되는 전류가 모든 탄소섬유(111)에 전달되어 열을 발생시키기는 어렵다는 문제가 있다. 또한, 납땜 재료인 솔더(solder,135)는 일반적으로 탄소섬유(111)와의 부착력이 없기 때문에 전선(111)을 통해 인가되는 전류가 솔더(135)를 통해 탄소섬유(111)에 흐르기 어려우므로 열효율이 떨어지는 문제가 있다. 더구나, 탄소섬유 발열 케이블(110)과 전선 케이블(120)의 연결 구조체(100)가 취약한 구조를 가지고 있어 시간이 지나면서 반복적으로 사용함에 따라 단락 등과 같은 문제가 발생되기 쉽다.
본 발명은 탄소섬유에 전류를 인가하는 전선 케이블과 탄소섬유 발열 케이블의 연결 구조체가 높은 열효율 및 내구성을 가짐으로써 생산성을 향상시킬 수 있는 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체 및 이를 포함하는 발열 파이프 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 있어서,
전류가 흐름으로써 발열하는 탄소섬유들을 포함하는 탄소섬유 발열 케이블;
상기 탄소섬유들에 전류를 인가하기 위한 전선을 포함하는 전선 케이블; 및
상기 탄소섬유들과 상기 전선을 전기적으로 연결하는 연결부;를 포함하고,
상기 연결부는 상기 전선과는 전기적으로 연결되며, 상기 탄소섬유들의 일단부를 감아서 둘러싸도록 마련되는 연결 도선(connecting conductive wire)을 포함하는 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체가 제공된다.
상기 연결부는 상기 연결 도선에 의해 감긴 상태의 상기 탄소섬유들의 단부를 상기 연결 도선과 납땜(soldering)함으로써 형성되는 솔더(solder)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 솔더는 상기 탄소섬유들 사이를 채우도록 마련될 수 있다.
상기 연결부는 상기 솔더 및, 상기 솔더 주위의 상기 탄소 섬유들과 상기 전선을 고정하기 위한 슬리브(sleeve)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 상기 연결부는 상기 슬리브, 상기 솔더, 상기 탄소섬유들 및 상기 전선을 덮도록 마련되는 절연재(insulating material)를 더 포함할 수 있다.
상기 전선은 상기 연결 도선과 일체로 형성될 수 있다. 한편, 상기 전선은 상기 솔더 및 상기 슬리브 중 적어도 하나에 의해 상기 연결 도선과 전기적으로 연결될 수도 있다.
탄소섬유 발열 케이블은 상기 탄소섬유들을 둘러싸는 피복재를 포함하며, 상기 피복재는 상기 탄소섬유들로부터 발생되는 열을 외부로 확산시키는 중간층과, 상기 중간층의 외면에 마련되어 외부의 수분이 상기 탄소 섬유로 침투하는 것을 방지하는 보호층과, 상기 보호층의 외면에 마련되는 외피층을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 중간층은 유리 섬유(glass fiber)를 포함하고, 상기 보호층은 실리콘(silicone)을 포함하며, 상기 외피층은 테프론(Teflon) 또는 유리 섬유를 포함할 수 있다.
다른 측면에 있어서,
방열 파이프; 및
상기 방열 파이프 내에 마련되는 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체를 포함하고,
상기 연결 구조체는 전류가 흐름으로써 발열하는 탄소섬유들을 포함하는 탄소섬유 발열 케이블; 상기 탄소섬유들에 전류를 인가하기 위한 전선을 포함하는 전선 케이블; 및 상기 탄소섬유들과 상기 전선을 전기적으로 연결하는 연결부;를 포함하며, 상기 연결부는 상기 전선과는 전기적으로 연결되며, 상기 탄소섬유들의 일단부를 감아서 둘러싸도록 마련되는 연결 도선을 포함하는 발열 파이프 장치가 제공된다.
상기 방열 파이프는 유연성(flexibility)을 가질 수 있다. 이러한 방열 파이프는 예를 들면, 스테인리스 스틸, 알루미늄, PE(Poly Ethylene) 또는 PVC(Polyvinyl Chloride)를 포함할 수 있다. .
상기 연결부는 상기 연결 도선에 의해 감긴 상태의 상기 탄소섬유들의 단부를 상기 연결 도선과 납땜함으로써 형성되는 솔더를 더 포함할 수 있다. 상기 연결부는 상기 솔더 및, 상기 솔더 주위의 상기 탄소 섬유들과 상기 전선을 고정하기 위한 슬리브를 더 포함할 수 있다. 상기 연결부는 상기 슬리브, 상기 솔더, 상기 탄소섬유들 및 상기 전선을 덮도록 마련되는 절연재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체에서 연결 도선이 탄소섬유들의 일단부를 감도록 마련됨으로써 연결 도선과 연결 도선과 탄소섬유들 사이의 결합력이 증대될 수 있으므로 내구성이 향상될 수 있다. 또한, 연결 도선이 탄소 섬유들과 접촉하는 면적이 증대되므로, 전선을 흐르는 전류는 연결 도선과 접촉하는 모든 탄소섬유들에 인가될 수 있고, 이에 따라 탄소섬유들이 효율적으로 발열함으로써 열효율이 향상될 수 있다.
또한, 탄소섬유들과 연결 도선을 납땜함으로써 연결 도선들이 솔더에 의해 더욱 견고하게 고정될 수 있다. 이 경우, 솔더는 탄소섬유들의 사이를 채우게 됨으로써 솔더가 탄소섬유들 모두와 전기적으로 접촉할 수 있게 되고, 이에 따라 도선을 통해 흐르는 전류는 솔더를 통해 탄소섬유들 모두에 인가될 수 있으므로, 그 결과 열효율이 보다 향상될 수 있다. 그리고, 슬리브를 통해 솔더 및 이 솔더 주위에 있는 탄소섬유들과 전선을 눌러서 고정 지지함으로써 내구성이 더욱 향상될 수 있다.
그리고, 복수의 탄소섬유 케이블들은 전선 케이블들을 이용하여 서로 전기적으로 연결하게 되면 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체를 원하는 길이로 구현할 수 있다. 한편, 이러한 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체는 방열 파이프 내에 마련되어 발열 파이프 장치로 제작됨으로써 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체를 외부로부터 보호하면서 탄소섬유들에서 발생되는 열을 보다 효과적으로 방열시킬 수 있다.
이상과 같은 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체 및 발열 파이프 장치는 온열을 필요로 분야, 예를 들면 농사용 온열기, 농수산용 건조기, 건축용 난방기기, 또는 전기 담요, 전기 장판, 전기 찜질기 등과 같은 전열 침구류 등과 같이 다양한 분야에 적용될 수 있다.
도 1은 기존의 일반적인 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체를 도시한 것이다.
도 3은 도 2에서 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결부를 확대하여 도시한 것이다.
도 4는 도 3의 단면을 도시한 것이다.
도 5는 도 3에 도시된 탄소섬유 발열 케이블을 도시한 사시도이다.
도 6은 도 3에 도시된 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결부에서 탄소섬유의 일단부가 연결 도선에 의해 감겨져 있는 상태를 도시한 것이다.
도 7에는 도 6에 도시된 바와 같이 연결 도선이 탄소섬유들의 일단부를 감고 있는 상태에서 연결 도선과 탄소섬유들을 납땜시킨 상태를 도시한 것이다.
도 8a는 도 7의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 본 단면도이다.
도 8b는 도 7의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 본 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 발열 파이프 장치를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 발열 파이프 장치를 찍은 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 구성요소를 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 탄소섬유 발열 케이블(210)과 전선 케이블(220)의 연결 구조체(200)를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 연결 구조체(200)는 탄소섬유 발열 케이블(210)과, 전선 케이블(220)과, 탄소 섬유 발열 케이블(210)과 전선 케이블(220)을 전기적으로 연결하는 연결부(230)를 포함한다. 탄소섬유 케이블(210)의 내부에는 탄소섬유들(도 4의 211)이 다발 형태로 마련되어 있다.
전선 케이블(220)은 탄소섬유 발열 케이블(210) 내의 탄소섬유들(211)에 전류를 인가하기 위한 것으로, 그 내부에는 도전성 우수한 금속, 예를 들면 구리 등으로 이루어진 전선(도 4의 221)이 마련되었다. 한편, 전선(221)에 전류를 흘려주기 위해 전선 케이블(220)은 전원(250)에 연결될 수 있다. 여기서, 전원(250)은 통상적으로 사용되는 220V 전원이 될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 탄소섬유 케이블(210)과 전선 케이블(220)은 연결부(230)에 의해 서로 연결되어 있다. 이러한 연결부(230)에서는 전선 케이블(220) 내의 전선(221)이 탄소섬유 케이블(210) 내의 탄소섬유들(211)과 전기적으로 연결되어 있다.
도 3은 도 2에서 탄소섬유 발열 케이블(210)과 전선 케이블(220)의 연결부(230)를 확대하여 도시한 것이다. 그리고, 도 4는 도 3의 단면을 도시한 것이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 탄소섬유 케이블(210)은 탄소섬유들(211)과 이 탄소섬유들(211)을 둘러싸도록 마련되어 그 내부를 보호하는 탄소섬유 피복재(212)를 포함할 수 있다. 그리고, 전선 케이블(220)은 전류가 흐르는 전선(221)과 이 전선(221)을 둘러싸도록 마련되어 전선을 보호하는 전선 피복재(222)를 포함할 수 있다. 여기서, 이러한 연결부(230)에서 탄소섬유 케이블(210)로부터 탄소섬유들(211)의 일단부가 노출되어 있으며, 전선 케이블(220)로부터 전선(221)의 일단부가 노출되어 있다. 이렇게 노출된 탄소섬유들(211)의 일단부와 전선(221)의 일단부는 연결부(230)에서 서로 전기적으로 연결되어 있다.
도 5는 도 3에 도시된 탄소섬유 발열 케이블(210)을 도시한 사시도이다.
도 5를 참조하면, 탄소섬유 케이블(210)은 탄소섬유들(211)과 이 탄소섬유들(211)을 둘러싸도록 마련되는 탄소섬유 피복재(212)를 포함할 수 있다. 여기서, 탄소섬유(211)는 높은 전기저항을 갖는 탄소를 매개체로 하여 전기에너지를 열에너지로 변환시켜 주는 발열소재이다. 이러한 탄소섬유(211)는 기존이 다른 발열 소재에 비해 높은 열효율을 가지고 있으므로 절전 성능을 향상시킬 수 있고, 또한 원적외선, 음이온 등의 방출로 항균, 항습 효과가 뛰어난 장점을 가지고 있다.
탄소 섬유 피복재(212)는 탄소섬유들(211)에 순차적으로 마련되는 중간층(212a), 보호층(212b) 및 외피층(212c)을 포함할 수 있다. 여기서, 중간층(212a)은 탄소섬유들(211)을 둘러싸도록 마련되는 것으로, 탄소섬유들(211)로부터 발생되는 열을 일차적으로 낮춘 다음, 외부로 확산시키는 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 온열이 필요한 공간을 원하는 온도로 맞추어 줄 수 있으며, 탄소섬유 케이블(210)의 다른 구성요소들을 고온으로부터 보호해 줄 수 있다. 이러한 중간층(212a)은 예를 들면, 유리 섬유(glass fiber)를 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 이외에도 중간층(212a)은 다양한 재질을 포함할 수 있다.
보호층(212b)은 중간층(212a)의 외면에 마련되는 것으로, 외부로부터 탄소섬유들(211)로 수분이 침투하는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 보호층(212b)은 예를 들면, 실리콘(silicone)을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 이외에도 보호층(212b)은 다양한 재질을 포함할 수 있다.
외피층(212c)은 탄소섬유 케이블(210)의 가장 바깥층을 이루는 것으로, 그 내부의 구성요소들을 보호하며, 또한 탄소섬유 케이블(210)의 유연성을 확보시키는 역할을 할 수 있다. 이러한 외피층(212c)은 예를 들면, 테프론(Teflon) 또는 유리 섬유를 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 이외에도 외피층(212c)은 다양한 재질을 포함할 수 있다. 한편, 전선 케이블(220)은 탄소섬유 케이블(210) 내의 탄소섬유들(211)에 전류를 인가하는 전선(221)과, 이 전선(221)을 둘러싸도록 마련되어 전선(221)을 보호하는 전선 피복재(222)를 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 탄소섬유 케이블(210)과 전선 케이블(220)의 연결부(230)에서 탄소섬유들(211)과 전선(221)은 서로 전기적으로 연결되어 있다. 본 실시예에서는, 연결부(230)에서 연결 도선(231)이 탄소섬유 케이블(210)에서 나온 탄소섬유들(211)의 일단부를 감아서 둘러싸도록 마련될 수 있다.
도 6에는 탄소섬유 발열 케이블(210)과 전선 케이블(220)의 연결부(230)에서 탄소섬유들(211)의 일단부가 연결 도선(231)에 의해 감겨져 있는 상태를 도시한 것이다. 도 6을 참조하면, 연결 도선(231)이 탄소섬유 케이블(210)로부터 노출된 탄소섬유들(211)의 일단부를 1회 이상, 바람직하게는 복수회 감아서 탄소섬유들(211)을 둘러싸고 있다. 여기서, 연결 도선(231)은 구리 등과 같은 전기전도성이 우수한 금속으로 이루질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 이러한 연결 도선(231)은 전선 케이블(220)의 전선(221)과 전기적으로 연결되어 있다. 이를 위해, 연결 도선(231)은 전선(221)과 일체로 형성될 수 있다.
이와 같이, 연결 도선(231)이 탄소섬유들(211)의 일단부를 감도록 마련됨으로써 연결 도선(231)과 탄소섬유들(211) 사이의 결합력이 증대될 수 있다. 이에 따라, 시간이 지남에 따라 반복적인 사용에도 연결 도선(231)과 탄소섬유들(211)이 떨어지는 것이 방지될 수 있으므로 내구성이 향상될 수 있다. 또한, 연결 도선(231)이 탄소 섬유들(211)과 접촉하는 면적이 증대되므로, 전선(221)을 흐르는 전류는 연결 도선(231)과 접촉하는 모든 탄소섬유들(211)에 인가될 수 있고, 이에 따라 탄소섬유들(211)이 효율적으로 발열함으로써 열효율을 향상시킬 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 탄소섬유 케이블(210)과 전선 케이블(220)의 연결부(230)에서 탄소섬유들(211)을 감고 있는 연결 도선(231)과 탄소섬유들(211)은 납땜(soldering)에 의해 서로 고정될 수 있다.
도 7에는 도 6에 도시된 바와 같이 연결 도선(231)이 탄소섬유들의 일단부를 감고 있는 상태에서 연결 도선(231)과 탄소섬유들(211)을 납땜시킨 상태를 도시한 것이다. 그리고, 도 8a는 도 7의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 본 단면도이고, 도 8b는 도 7의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 본 단면도이다. 도 7, 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 납땜 과정을 통해 탄소섬유들(211)의 일단부와 탄소섬유들(211)을 감고 있는 연결 도선(231)은 솔더(solder,235)에 의해 고정될 수 있다. 여기서, 솔더(235)는 통상적인 납땜 재료인 예를 들어 주석과 납의 합금을 포함할 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 납땜 재료가 사용될 수도 있다.
이러한 납땜 공정을 통해, 탄소섬유들(211)을 감고 있는 연결 도선들(231)은 솔더(235)에 의해 더욱 견고하게 고정될 수 있다. 또한, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 납땜 공정을 통해 솔더(235)는 탄소섬유들(211) 내부로 침투하여 탄소섬유들(211)의 사이를 채우게 되므로, 솔더(235)는 탄소섬유들(211) 모두와 전기적으로 접촉할 수 있게 된다. 이와 같이, 연결 도선(231)과 탄소섬유들(211)의 납땜 공정을 통해 솔더(235)가 탄소섬유들(211)의 사이를 채움으로써 도선(221)에 흐르는 전류는 솔더(235)를 통해 탄소섬유들(211) 모두에 인가될 수 있으므로, 열효율을 보다 향상시킬 수 있게 된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 탄소섬유 케이블(210)과 전선 케이블(220)의 연결부(230)에서 탄소섬유들(211)과 연결 도선(231)를 고정시키는 솔더(235) 및 이 솔더(235) 주변에 있는 탄소섬유들(211)과 전선(221)은 슬리브(sleeve,236)에 의해 고정 지지될 수 있다. 이러한 슬리브(236)는 소정 형태로 변형되어 솔더(235), 탄소섬유들(211) 및 전선(221)에 압력을 가하면서 고정 지지할 수 있다. 이러한 슬리브(236)는 도전성 물질을 포함할 수 있다. 추가적으로, 연결부(230)는 슬리브(236) 및 솔더(235)와 외부로 노출된 탄소섬유들(211) 및 전선(221)을 덮어서 밀봉하도록 마련되는 절연재(237)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 절연재(237)는 탄소섬유 피복재(212)와 전선 피복재(222)의 일부까지 덮도록 연장되어 마련될 수 있다. 이러한 절연재(237)는 슬리브(236) 및 솔더(235)와, 외부로 노출된 탄소섬유들(211) 및 전선(221)을 외부와 절연시키는 역할을 할 수 있다. 이러한 절연재(237)는 예를 들면 유연성을 가지는 절연 물질을 포함할 수 있다.
한편, 이상에서는 탄소섬유들(211)의 일단부를 감고 있는 연결 도선(231)이 전선(221)과 일체로 형성된 경우가 예시적으로 설명되었다. 그러나, 본 실시예에서는 연결 도선(231)이 전선(221)과 일체로 형성되지 않을 수도 있다. 이 경우, 전선(221)은 솔더(235)를 통해 또는 솔더(235) 및 슬리브(236)를 통해 연결 도선(231)과 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 전선(221)에 흐르는 전류는 솔더(235) 또는 슬리브(236)를 통해 연결 도선(231)을 경유하여 탄소섬유들(211)에 인가되거나 또는 솔더(235)를 통해 직접 탄소섬유들(211)에 인가될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예에 따른 탄소섬유 발열 케이블(210)과 전선 케이블(220)의 연결부(230)에서는 연결 도선(231)이 탄소섬유들(211)의 일단부를 감도록 마련됨으로써 연결 도선(231)과 탄소섬유들(211) 사이의 결합력이 증대될 수 있어 내구성이 향상될 수 있다. 또한, 연결 도선(231)이 탄소 섬유들과 접촉하는 면적이 증대되므로, 전선(221)을 흐르는 전류는 연결 도선(231)과 접촉하는 모든 탄소섬유들(211)에 인가될 수 있고, 이에 따라 탄소섬유들(211)이 효율적으로 발열함으로써 열효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 탄소섬유들(211)과 연결 도선(231)을 납땜함으로써 탄소섬유들(211)을 감고있는 연결 도선들(231)은 솔더(235)에 의해 더욱 견고하게 고정될 수 있다. 그리고, 탄소섬유들(211)의 사이는 솔더(235)로 채워짐으로써 솔더(235)가 탄소섬유들(211) 모두와 전기적으로 접촉할 수 있게 되므로, 도선(221)을 통해 흐르는 전류는 솔더(235)를 통해 탄소섬유들(211) 모두에 인가될 수 있으며, 이에 따라 열효율이 보다 향상될 수 있다. 또한, 슬리브(236)가 솔더(235) 및 이 솔더(235) 주위에 있는 탄소섬유들(211)과 전선(221)을 눌려서 고정 지지하게 되면 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이러한 탄소섬유 발열 케이블(210)과 전선 케이블(220)의 연결 구조체(200)는 온열을 필요로 분야, 예를 들면 농사용 온열기, 농수산용 건조기, 건축용 난방기기, 또는 전기 담요, 전기 장판, 전기 찜질기 등과 같은 전열 침구류 등과 같이 다양한 분야에 적용될 수 있다. 한편, 전술한 실시예에서는 하나의 탄소섬유 발열 케이블(210)이 마련된 경우가 설명되었으나, 필요에 따라 다수의 탄소섬유 발열 케이블(210)이 서로 연결되어 사용되어야 하는 경우도 있다.
도 9는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 탄소섬유 발열 케이블(310)과 전선 케이블(320)의 연결 구조체(300)를 도시한 것이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 연결 구조체(300)는 복수의 탄소섬유 발열 케이블(310)과, 복수의 전선 케이블(320)과, 탄소섬유 발열 케이블들(310)과 전선 케이블들(320)을 전기적으로 연결하는 연결부들(330)을 포함한다. 탄소섬유 케이블(310), 전선 케이블(320) 및 연결부(330)에 대해서는 전술하였으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에서, 전원(350)으로부터 공급되는 전압이 모든 탄소섬유 발열 케이블(310)에 동일하게 인가될 수 있도록 탄소섬유 발열 케이블들(310)은 서로 병렬로 연결될 수 있다. 이와 같이 병렬 연결된 탄소섬유 발열 케이블들(310)이 도 9에 도시되어 있다. 도 9를 참조하면, 탄소섬유 케이블(310)의 양단부에는 각각 연결부(330)가 마련되어 있으며, 이러한 연결부(330)에 2개의 전선 케이블(320)이 연결되어 있다. 여기서, 2개의 전선 케이블(320) 내의 전선들(미도시)은 연결부(330) 내의 연결 도선(미도시)과 전기적으로 연결되도록 마련되거나 또는 연결부 내의 솔더(미도시)를 통해 연결 도선과 전기적으로 연결되도록 마련될 수 있다.
이상에서는 3개의 탄소섬유 발열 케이블(310)이 마련된 경우가 설명되었으나, 본 실시예는 이에 한정되지 않고 탄소섬유 발열 케이블들(310)의 개수는 다양하게 변형할 수 있다. 한편, 탄소섬유 발열 케이블들(310)이 서로 직렬로 연결되는 것도 가능하다. 이상과 같이, 복수의 탄소섬유 발열 케이블(310)을 연결부들(330)을 통해 전선 케이블들(320)과 연결함으로써 탄소섬유 발열 케이블(310)과 전선 케이블(320)의 연결 구조체(300)를 원하는 길이로 제작할 수 있다.
한편, 이상에서 설명된 탄소섬유 발열 케이블(310)과 전선 케이블(320)의 연결 구조체(300)는 방열 파이프 내에 마련됨으로써 탄소섬유들로부터 발생되는 열을 외부로 보다 효율적으로 확산시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 발열 파이프 장치(500)를 도시한 것이다.
도 10을 참조하면, 발열 파이프 장치(500)는 방열 파이프(510)와, 이 방열 파이프(510) 내에 마련된 탄소섬유 발열 케이블(210)과 전선 케이블(220)의 연결 구조체를 포함한다. 여기서, 탄소섬유 발열 케이블(210)과 전선 케이블(220)의 연결 구조체에 대해서는 전술한 실시예에서 상세하게 설명되었으므로 여기서는 그 설명을 생략한다. 한편 도 10에는 방열 파이프(510) 내에 하나의 탄소섬유 발열 케이블(210)이 마련된 경우가 예시적으로 설명되었으나, 이에 한정되지 않고 방열 파이프(510) 내에는 연결부(230)에서 전선 케이블(220)에 의해 서로 전기적으로 연결된 다수의 탄소섬유 케이블(210)이 마련될 수도 있다.
방열 파이프(510)는 그 내부에 마련된 연결 구조체를 외부로부터 보호하면서 탄소섬유들로부터 발생되는 열을 보다 효과적으로 외부로 방출시키는 역할을 할 수 있다. 이러한 방열 파이프(510)는 그 사용되는 용도에 따라 예를 들면 고온용 재질과 저온용 재질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 방열 파이프는 스테인리스 스틸, 알루미늄, PE(Poly Ethylene) 또는 PVC(Polyvinyl Chloride) 등을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 이외에도 방열 파이프(510)는 다양한 재질을 포함할 수 있다.
한편, 방열 파이프(510)는 효과적인 방열을 위해 큰 표면적을 가지도록 마련될 수 있으며, 또한 보관이나 설치의 용이성을 위해 유연성을 가지도록 마련될 수 있다. 이를 위해 방열 파이프(510)는 예를 들면, 그 표면이 주름진 형태를 가질 수 있다. 도 11에는 방열 파이프(510)로서 주름관을 사용한 발열 파이프 장치를 찍은 사진이다.
이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
100,200,300.. 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체
110,210,310.. 탄소섬유 발열 케이블
111,211.. 탄소섬유
112,212.. 탄소섬유 피복재
120,220,320.. 전선 케이블
121,221.. 전선
122,222.. 전선 피복재
130,230,330.. 연결부
135,235.. 솔더(solder)
212a.. 중간층
212b.. 보호층
212c.. 외피층
231.. 연결 도선
236.. 슬리브
237.. 절연재
250,350.. 전원
500.. 발열 파이프 장치

Claims (15)

  1. 전류가 흐름으로써 발열하는 탄소섬유들을 포함하는 탄소섬유 발열 케이블;
    상기 탄소섬유들에 전류를 인가하기 위한 전선을 포함하는 전선 케이블; 및
    상기 탄소섬유들과 상기 전선을 전기적으로 연결하는 연결부;를 포함하고,
    상기 연결부는 상기 전선과는 전기적으로 연결되며, 상기 탄소섬유들의 일단부를 감아서 둘러싸도록 마련되는 연결 도선(connecting conductive wire)을 포함하는 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 연결 도선에 의해 감긴 상태의 상기 탄소섬유들의 단부를 상기 연결 도선과 납땜(soldering)함으로써 형성되는 솔더(solder)를 더 포함하는 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 솔더는 상기 탄소섬유들 사이를 채우도록 마련되는 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 솔더 및, 상기 솔더 주위의 상기 탄소 섬유들과 상기 전선을 고정하기 위한 슬리브(sleeve)를 더 포함하는 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 슬리브, 상기 솔더, 상기 탄소섬유들 및 상기 전선을 덮도록 마련되는 절연재(insulating material)를 더 포함하는 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 전선은 상기 연결 도선과 일체로 형성되는 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 전선은 상기 솔더 및 상기 슬리브 중 적어도 하나에 의해 상기 연결 도선과 전기적으로 연결되는 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    탄소섬유 발열 케이블은 상기 탄소섬유들을 둘러싸는 피복재를 포함하며, 상기 피복재는 상기 탄소섬유들로부터 발생되는 열을 외부로 확산시키는 중간층과, 상기 중간층의 외면에 마련되어 외부의 수분이 상기 탄소 섬유로 침투하는 것을 방지하는 보호층과, 상기 보호층의 외면에 마련되는 외피층을 포함하는 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 중간층은 유리 섬유(glass fiber)를 포함하고, 상기 보호층은 실리콘(silicone)을 포함하며, 상기 외피층은 테프론(Teflon) 또는 유리 섬유를 포함하는 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체.
  10. 방열 파이프; 및
    상기 방열 파이프 내에 마련되는 탄소섬유 발열 케이블과 전선 케이블의 연결 구조체를 포함하고,
    상기 연결 구조체는 전류가 흐름으로써 발열하는 탄소섬유들을 포함하는 탄소섬유 발열 케이블; 상기 탄소섬유들에 전류를 인가하기 위한 전선을 포함하는 전선 케이블; 및 상기 탄소섬유들과 상기 전선을 전기적으로 연결하는 연결부;를 포함하며, 상기 연결부는 상기 전선과는 전기적으로 연결되며, 상기 탄소섬유들의 일단부를 감아서 둘러싸도록 마련되는 연결 도선을 포함하는 발열 파이프 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 방열 파이프는 유연성(flexibility)을 가지는 발열 파이프 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 방열 파이프는 스테인리스 스틸, 알루미늄, PE(Poly Ethylene) 또는 PVC(Polyvinyl Chloride)를 포함하는 발열 파이프 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 연결 도선에 의해 감긴 상태의 상기 탄소섬유들의 단부를 상기 연결 도선과 납땜함으로써 형성되는 솔더를 더 포함하는 발열 파이프 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 솔더 및, 상기 솔더 주위의 상기 탄소 섬유들과 상기 전선을 고정하기 위한 슬리브를 더 포함하는 발열 파이프 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 슬리브, 상기 솔더, 상기 탄소섬유들 및 상기 전선을 덮도록 마련되는 절연재를 더 포함하는 발열 파이프 장치.
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