KR20170022083A - 지중난방용 발열체와 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 길이에 비해 폭이 좁은 박판으로 된 면상발열판을 원하는 갯 수만큼 다수 개를 직열로 통전되게 연결한 후 절연상태를 유지되게 코팅하여 유연성과 내구성을 갖춘 띠 형태의 면상발열체로 제작함에 따라, 상기 면상발열체를 식물의 뿌리에 인접한 땅속이나 노면의 결빙을 방지하기 위한 기층에 간편하게 설치할 수 있게 한 지중난방용 발열체와 그 제조방법에 관한 것으로,
즉, 전기저항에 의해 발열되는 탄소섬유가 함침된 면상발열판을 원하는 갯 수만큼 다수를 길이 방향으로 잇대어지도록 한 후 각 면상발열판에 형성된 통공을 통하여 노출되는 각각의 전극에 양극(+, -)의 전류가 흐르도록 도전성 금속 띠로 된 두 개의 도선을 각각 스폿 용접하며, 상기 도선에 의해 직열로 연결되어 통전되는 다수의 면상발열판의 외측을 제2절연시트와 단열필름을 순차적으로 코팅하여 된 면상발열체를 특징으로 한 것이다.

Description

지중난방용 발열체와 그 제조방법{Heating element for underground heating and it's manufacturing method}

본 발명은 지중난방용 발열체와 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 길이에 비해 폭이 좁은 박판으로 된 면상발열판을 원하는 갯 수만큼 다수 개를 직열로 통전되게 연결한 후 절연상태를 유지되게 코팅하여 유연성과 내구성을 갖춘 띠 형태의 면상발열체로 제작함에 따라, 상기 면상발열체를 식물의 뿌리에 인접한 땅속이나 노면의 결빙을 방지하기 위한 기층에 간편하게 설치할 수 있게 한 지중난방용 발열체와 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 비닐하우스를 바탕으로 하는 시설원예 농가는 재배하는 식물을 효과적으로 생산하기 위한 필수조건의 하나로, 추운 겨울에도 식물의 생육에 적합한 온도를 유지되도록 온수보일러나 온풍기 등의 보온·난방장치를 설치하여 가동하였다.

근래에는 석유를 연료로 하는 난방장치의 운전비용을 절감하기 위한 방법으로 전선 케이블이 삽입된 파이프를 지중에 배선하여 원하는 온도로 발열되게 함으로써, 식물의 뿌리 부위에 대하여 온열을 전도되게 하거나 노면의 결빙을 방지하기 위한 목적으로 지중난방 개념의 기술이 널리 이용되고 있다.

종래에 지중난방 기술의 일 예로 제안된 바 있는 공개특허 제10-2011-0134604호의 탄소사를 발열체로 사용한 난방용 저온 발열장치는, 소정길이의 파이프 내부에 다수의 탄소사로 이루어진 탄소 발열체를 배선하고, 이 탄소 발열체의 양단에 연결편을 이용하여 급전용 전선을 연결하며, 파이프의 양측 개구단을 수지 또는 비철금속으로 이루어지면서 전선 인출용 인출구가 형성된 마감캡을 끼워 결합하여 구성된 것이다.

상기 발열장치는 니크롬선으로 된 발열체에 비해 발열 응답속도가 빠르고, 탄소사에서 발생되는 원적외선과 복사열을 이용하여 피조물을 가열함에 따라 열효율이 향상되면서 탄소 발열체의 산화를 억제하여 반영구적으로 사용할 수 있도록 한 장점이 있었으나, 탄소사로 이루어진 탄소 발열체를 직경이 큰 파이프에 배선하였으므로 지중에 배선하는 작업이 번거로웠으며, 상기 발열체가 삽입된 파이프는 외부에서 가해지는 압력이나 충격에 취약하여 내구성이 떨어지는 문제점이 있었다.

한편, 사각 띠 형태 또는 사각 판 형태로 형성되는 하부 폴리에스틸 필름과; 상기 하부 폴리에스틸 필름의 상면에 니켈인듐 산화 화합물이 첨가된 도료를 일정 간격을 가지며 길이 또는 폭방향으로 도포하여 형성되는 면상발열부와; 상기 하부 폴리에스틸 필름과 동일한 형태로 이루어져 상기 면상 발열부가 도포된 상기 하부 폴리에스틸 필름의 상면에 적층하는 상부 폴리에스틸 필름; 및 상기 면상 발열부의 양단에 압착 접합되어 전원을 공급하는 전극으로 구성됨으로써, 도로와 보도 및 지붕 등의 융설과 난방효과를 얻을 수 있도록 한 선상·면상발열체 및 선상·면상발열체를 구비하는 융설·온상매트가 특허출원 제10-2010-0046357호에 의해 공지되어 있다.

그러나 상기 종래의 선상·면상발열체에 구비된 면상발열부는 폴리에스틸 필름에 전기전도성 도료를 도포하여 씰링되어 있으므로, 휨이나 하중이 반복될 때 도료에 균열이 유발되면서 전도성능이 저하 및 상실되는 문제점이 있었고, 특히 길이가 긴 띠 형태(길이:100m)는 물론 매트 형태(길이:10m)로 할 경우에는 그 양단에 각각 전극을 접합하는 공정과 배선작업이 번거로운 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 지중난방에 사용되는 선상 또는 면상발열체의 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 그 목적은 폭이 좁고 길이가 긴 박판으로 된 면상발열판을 원하는 갯 수만큼 다수 개를 잇대어 도선에 의해 통전되게 직열로 연결한 후 절연상태를 유지되게 코팅하여 띠 형태의 면상발열체로 제작함에 따라, 식물의 뿌리에 인접한 땅속이나 결빙을 방지하기 위한 기층에 간편하게 설치할 수 있는 지중난방용 발열체와 그 제조방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 탄소섬유가 함침된 발열지의 양측 가장자리에 서로 대칭을 이루는 한 쌍의 전극을 부착한 후 그 상하면에 유연성이 구비된 합성수지재의 제1절연시트를 가열 압착하여 된 박판의 면상발열판에 있어서,

상기 면상발열판에 절연상태로 피복되어 있는 양측 전극에 각각 전기적으로 연결되도록 제1절연시트를 관통하는 통공을 형성하고, 상기 면상발열판을 원하는 갯 수만큼 다수를 길이 방향으로 잇대어지도록 한 후 각 면상발열판에 형성된 통공을 통하여 노출되는 각각의 전극에 양극(+, -)의 전류가 흐르도록 도전성 금속 띠로 된 두 개의 도선을 각각 스폿 용접하며, 상기 도선에 의해 직열로 연결되어 통전되는 다수의 면상발열판의 외측을 제2절연시트와 단열필름을 순차적으로 코팅하여 된 면상발열체를 형성한 구성을 특징으로 한 것이다.

이와 같은 본 발명의 지중난방용 발열체는 탄소 섬유가 함침된 발열지에서 전기저항에 의해 발생되는 원적외선과 복사열을 열원으로 난방을 함으로써 식물의 생육을 촉진시켜 생산성이 향상되고, 면상발열체의 길이가 비교적 긴 경우에도 난방을 시작하는 시점으로부터 5분 이내에 발열을 하게 되므로 열효율이 우수한 효과가 있다.

또한 발열이 이루어지는 면상발열판을 감싸는 제2절연시트의 외부를 단열필름과 방수필름으로 코팅하여 절연성은 물론 내구성과 내습성을 향상시켜 감전이나 과열을 방지하면서 안전한 상태에서 사용하게 됨과 아울러 유지관리가 매우 용이한 장점이 있다.

도 1a 및 1b는 본 발명의 지중난방용 발열체에 구성하는 면상발열판의 분리상태와 그 접합상태를 나타낸 사시도,
도 2는 상기 면상발열판의 양측에 각각 구비된 전극에 스폿용접을 위한 통공을 형성한 사시도,
도 3a 및 3b는 상기 면상발열판을 다수 개 잇대어 각 전극에 전원을 공급하는 박판의 도선을 스폿용접 하기 전, 후 상태를 나타낸 사시도,
도 4는 상기 도 3b의 평면구성도와 그 스폿용접 부위를 확대하여 나타낸 종단면도,
도 5는 본 발명의 지중난방용 발열체의 제조공정을 나타낸 측면구성도,
도 6a 및 6b는 상기 지중난방용 발열체의 일 예와 다른 예를 나타낸 사시도,
도 7a 및 7b는 본 발명의 지중난방용 발열체의 각 사용상태를 나타낸 개요도이다.

이하, 본 발명의 지중난방용 발열체와 그 제조방법을 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1a 및 1b는 본 발명의 지중난방용 발열체의 단위 요소를 구성하는 면상발열판의 분리상태와 그 접합상태를 나타낸 사시도이고, 도 2는 상기 면상발열판의 양측에 각각 구비된 전극에 스폿용접을 위한 통공을 형성한 상태 사시도로서, 본 발명의 면상발열판(10)은 종이의 원료인 펄프에 전기적 저항에 의해 발열되는 탄소섬유(12)를 함침되게 발열지(11)를 제조한 후 그 발열지의 길이가 짧은 폭 방향의 양측 가장자리에 서로 대칭을 이루도록 한 쌍의 전극(13)을 부착하고, 상기 전극이 부착된 발열지(11)의 상하면을 유연성이 구비된 합성수지재의 제1절연시트(14)로 가열 압착하여 절연상태를 유지하게 된 구성이다.

발열지(11)의 양측에 각각 부착되는 한 쌍의 전극(13)은 금속박판으로 형성하여 그 전체두께가 0.05~0.09mm로 하고, 발열지(11)의 상하면에 접합되는 제1절연시트(14)의 두께는 각각 0.1~0.15mm로 함으로써, 면상발열판(10)을 완성하게 될 경우에도 전체적으로 그 두께가 0.29~0.35mm로서 박판을 구현하게 된다.

상기 면상발열판(10)은 두께가 얇은 박판을 폭이 5~9㎝이고 길이를 1m 내외로 형성하는 것이, 기존에 제조되고 있는 발열지(11)를 활용할 수 있는 점에서 바람직하다.

상기 제1절연시트(14)에 의해 절연상태로 피복되어 있는 양측의 전극(13)에는 각각 전류가 흐르도록 하기 위해 제1절연시트(14)를 관통하는 통공(15)이 각기 위치를 달리하여 형성되고, 상기 각 전극(13)에는 양극의 전기를 공급되도록 다음에서 설명할 박판의 도선(20)이 각각 스폿 용접되어 있다.

도 3a 및 3b는 상기 면상발열판을 다수 개 잇댄 후 각 전극에 전원을 공급하는 박판의 도선을 스폿용접 하기 전, 후 상태를 나타낸 사시도이고, 도 4는 상기 도 3b의 스폿용접 부위를 확대하여 나타낸 종단면도로서, 상기 면상발열판(10)을 동일한 규격으로 다수 개를 제조한 상태에서 각 면상발열판을 길이 방향으로 이어지도록 배열하면, 각 면상발열판의 양측에 위치를 달리하여 각각 형성된 통공(15)과 인접된 면상발열판에 형성된 각각의 통공(15)이 상호 격리된 상태에서 동일선상에 위치하게 되고, 상기 동일선상에 위치하는 각각의 통공(15)의 상부면에 도전성 금속 띠로 된 두 개의 도선(20)을 각각 일직선상으로 배치되게 한 상태에서 통공(15)을 통해 노출되는 전극(13)과 스폿 용접을 한다.

즉, 면상발열판(10)을 원하는 갯 수만큼 다수를 길이 방향으로 잇대어지도록 한 상태에서 각 면상발열판의 양측에 구비된 전극(13)에 각각 양극(+, -)의 전류가 흐르는 박판의 도선(20)을 직열로 연결하여 통전되게 하는 것이다.

도 5는 본 발명의 지중난방용 발열체의 제조공정을 나타낸 측면구성도이고, 도 6a 및 6b는 상기 지중난방용 발열체의 일 예와 다른 예를 나타낸 사시도로서, 다수의 면상발열판(10)을 길이방향으로 잇댄 후 박판의 도선(20)으로 연결한 상태에서 그 외측을 저밀도폴리에틸렌(LDPE) 또는 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE)으로 된 제2절연시트(30)와, 실리콘 또는 알루미늄으로 된 단열필름(40)을 코팅하는 한편, 상기 단열필름(40)의 외측에 방수원단으로 된 방수필름(50)을 선택적으로 코팅하게 됨으로써, 지중난방용 면상발열체(100)를 제조하게 된다.

상기 다수의 면상발열판(10)을 도선(20)으로 연결한 상태에서 그 외측을 제2절연시트(30)와 단열필름(40)을 순차적으로 코팅하고, 상기 단열필름의 외측에 선택적으로 방수필름(50)을 코팅하는 공정은 도 5에서와 같이, 일관된 라인에서 연속적으로 이루어지도록 하는 것이 작업능률을 높이면서 공정을 단축하는데 바람직하다.

상기 지중난방용 면상발열체(100)는 길이가 1m 내외인 면상발열판(10)을 그 길이방향으로 다수 개를 잇대어 통전되게 연결됨으로써, 원하는 길이로 제조가 가능함과 아울러 사용시에는 필요한 길이만큼 절단한 후 그 절단면을 절연되게 한 상태에서 도선(20)의 일측에서 전원을 연결하여 통전이 가능하게 된다.

또한, 두께가 0.29~0.35mm인 면상발열판(10)에 박판의 도선(20)을 스폿 용접한 후 그 외측에 두께가 0.11~0.15mm인 제2절연시트(30)와 두께가 0.09~0.13mm인 단열필름(40)을 코팅하게 될 경우에도 그 전체두께가 0.5~0.83mm 정도의 박판으로 제조가 가능함과 아울러 롤 형태로 감겨지도록 하여 보관이나 사용의 편의성을 높일 수 있는 것이다.

도 7a 및 7b는 본 발명의 지중난방용 발열체의 사용상태 예시도로서, 상기 지중난방용 면상발열체(100)는 시설원예를 하는 농가에서 작물의 뿌리에 인접된 지중이나 결빙 지역의 노면에 사용하게 되는데, 이때 폭이 좁고 길이가 긴 박판으로 된 면상발열체의 특징을 고려하여 지면 또는 노면에 수직으로 매립되게 하는 것이 설치작업과 열전도율을 높이는데 바람직하다.

따라서, 상기 면상발열체(100)는 탄소 섬유가 함침된 발열지의 전기저항에 의해 발생되는 원적외선에 의한 복사열을 열원으로 함으로써 식물의 생육을 촉진시켜 생산성이 향상되고, 면상발열체(100)의 길이가 비교적 긴 경우에도 난방을 시작하는 시점으로부터 5분 이내에 발열을 하게 되므로 열효율성이 우수하다.

또한 발열이 이루어지는 면상발열판(10)을 감싸는 제2절연시트(30)의 외부를 단열필름(40)과 방수필름(50)으로 코팅하여 절연성은 물론 내구성과 내습성을 향상시켜 감전이나 과열을 방지하면서 안전한 상태에서 사용하게 됨과 아울러 유지관리가 매우 용이하다.

10 : 면상발열판 11 : 발열지
12 : 탄소섬유 13 : 전극
14 : 제1절연시트 15 : 통공
20 : 도선 30 : 제2절연시트
40 : 단열필름 50 : 방수필름
100 : 면상발열체

Claims (3)

1. 전기적 저항에 의해 발열되는 탄소섬유(12)가 함침된 발열지(11)의 폭 방향 양측 가장자리에 서로 대칭을 이루는 한 쌍의 전극(13)을 부착한 후 그 상하면에 유연성이 구비된 합성수지재의 제1절연시트(14)를 가열 압착하여 된 박판의 면상발열판(10)에 있어서,
   상기 면상발열판(10)에 절연상태로 피복되어 있는 양측 전극(13)에 각각 전기적으로 연결되도록 제1절연시트(14)를 관통하여 형성되는 통공(15)과,
   상기 면상발열판(10)을 원하는 갯 수만큼 다수를 길이 방향으로 잇대어지도록 한 후 각 면상발열판에 형성된 통공(15)을 통하여 노출되는 각각의 전극(13)에 스폿 용접되어 양극(+, -)의 전류가 흐르도록 도전성 금속 띠로 된 두 개의 도선(20)과,
   상기 도선(20)에 의해 직열로 연결되어 통전되는 다수의 면상발열판(10)의 외측을 제2절연시트(30)와 단열필름(40)을 순차적으로 코팅하여 형성된 면상발열체(100)를 포함한 구성을 특징으로 하는 지중난방용 발열체.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제2절연시트(30)가 저밀도폴리에틸렌(LDPE) 또는 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE)으로 되고, 단열필름(40)은 실리콘 또는 알루미늄으로 되며, 상기 단열필름(40)의 외측에 방수원단으로 된 방수필름(50)이 더 코팅된 구성을 특징으로 하는 지중난방용 발열체.
3. 종이의 원료인 펄프에 전기적 저항에 의해 발열되는 탄소섬유(12)를 함침되게 발열지(11)를 제조한 후 그 발열지의 길이가 짧은 폭 방향의 양측 가장자리에 서로 대칭을 이루도록 한 쌍의 전극(13)을 부착하며, 상기 전극이 부착된 발열지(11)의 상하면을 유연성이 구비된 합성수지재의 제1절연시트(14)로 가열 압착하여 절연상태를 유지하는 박판의 면상발열판(10)에 있어서,
   상기 제1절연시트(14)에 의해 절연상태로 피복되어 있는 양측의 전극(13)에각각 전기적으로 연결되도록 전극이 위치하는 제1절연시트(14)를 관통하게 통공(15)을 형성하는 단계와;
   상기 면상발열판(10)을 길이 방향으로 이어지도록 다수를 배열하여 각 면상발열판의 양측에 형성된 각각의 통공(15)이 상호 격리된 상태에서 동일선상에 위치되게 하고, 상기 동일선상에 위치하는 각 통공(15)으로부터 노출되는 전극(13)에 각각 양극(+, -)의 전류가 흐르는 박판의 도선(20)을 배치되게 한 후 스폿 용접하여 직열로 연결하는 단계와;
   상기 도선(20)에 의해 직열로 연결되어 통전되는 다수의 면상발열판(10)의 외측을 저밀도폴리에틸렌(LDPE) 또는 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE)으로 된 제2절연시트(30)와, 실리콘 또는 알루미늄으로 된 단열필름(40)과, 방수원단으로 된 방수필름(50)을 선택적으로 코팅하여 면상발열체(100)를 완성하는 단계를 특징으로 하는 지중난방용 발열체 제조방법.
   

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