KR20170033220A - 복합구조 시트열선 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절연용 바니쉬(vanish)에 의해 형성된 제1 코팅층에 의해 하나의 묶음으로 일괄적 코팅 처리된 복수 개의 소선(素線)을 각각 포함하고, 내측에 공간부가 형성되도록 폐곡선 상에 배열된 복수 개의 심선 그룹; 및 상기 배열된 복수 개의 심선 그룹 외측을 감싸는 시스(sheath); 를 포함하되, 상기 제1 코팅층은 상기 절연용 바니쉬에 실리콘 소포제(Silicone Antifoam)가 첨가된 것을 특징으로 하는 복합구조 시트열선에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 수분 등에 노출되는 환경에서도 가수분해 등으로 인한 핀홀 내지 기포가 시트열선 내부에 발생되지 않도록 하여 장시간 사용에 불구하고 안정적인 내전압이 유지될 뿐만 아니라 그 내구성 역시 크게 향상된 복합구조 시트열선을 제공할 수 있다.

Description

복합구조 시트열선{SEAT HEATING WIRE HAVING COMPOSITE STRUCTURE}

본 발명은 시트 열선에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수분 등에 노출되는 환경에서도 가수분해 등으로 인한 핀홀 내지 기포가 시트열선 내부에 발생되지 않도록 하여 장시간 사용에 불구하고 안정적인 내전압이 유지될 뿐만 아니라 그 내구성 역시 크게 향상된 복합구조 시트열선에 관한 것이다.

본 발명은 시트 열선에 관한 것이다.

도 1은 기존의 시트열선 내지 열선 케이블로서 내부에 핀홀(pin-hall)이 발생된 것을 나타내는 단면도이다.

기존의 시트열선 등은 소선에 대한 코팅을 일반 바니쉬로만 이루어지도록 하여, 수분 등에 노출되는 사용 환경 하에서 코팅층 내에서의 가수분해 작용에 의해 핀홀(pin-hall) 내지 기포 등이 빈번하게 발생되어, 발생된 핀홀 등에 의해 시트열선의 내전압이 불안정해 지는 불량이 발생되고, 시트열선의 내구성이 크게 저하되는 문제가 있다.

또한, 기존의 시트열선 내지 열선 케이블은 굵은 한 가닥의 심선이 배열되어 열선을 형성함으로써, 케이블에 강한 외력이 가해지거나 또는 압력 내지 휘어짐 등에 의해 도체심선이 파손되거나 단선되는 경우가 빈번하게 발생하는 문제가 있다.

또한, 테프론 시스(103)가 배열된 도체심선 내측으로 침투되는 구조로서, 연선 케이블의 휘어짐 또는 꼬임에 따라 배열된 도체심선의 원형이 변형되어 열선을 통한 열발산 분포가 불균일하게 이루어지게 되고, 도체심선 등의 파손 내지 단선 등의 문제가 빈번하게 발생되는 문제가 있다.

도 2는 기존의 코팅장치에 의한 소선 코팅 원리를 설명하기 위한 개략도이고, 도 3은 기존의 코팅장치에 의해 코팅된 소선의 단면도이다.

기존의 코팅장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 바니쉬 등의 코팅액 용기(10)와 그 코팅액 용기에 소선을 압착하여 소선의 표면을 코팅하는 롤러(20)를 기본 구성으로 한다.

그러나, 이러한 기존의 코팅장치의 의한 소선 등에 대한 코팅은, 소선의 코팅 부분에 기포 등에 의한 핀홀(pin hall)이 발생되어 코팅된 소선 등의 내구성이 저하됨은 물론, 소선의 내전압 불량이 발생되는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제1065115호 (선재 보호구조를 구비한 열선 케이블)

상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 심선 그룹을 형성하는 복수 개의 소선이 절연용 바니쉬에 의해 코팅 처리된 제1 코팅층에 의해 하나의 묶음으로 그룹을 형성하도록 하되, 제1 코팅층에 절연용 바니쉬와 함께 가수분해 방지제 또는/및 실리콘 소포제가 첨가되도록 함으로써, 수분 등에 노출되는 환경에서도 가수분해 등으로 인한 핀홀 내지 기포가 시트열선 내부에 발생되지 않도록 하여 장시간 사용에 불구하고 안정적인 내전압이 유지되도록 할 뿐만 아니라 그 내구성 역시 크게 향상될 수 있도록 하는 복합구조 시트열선을 제공하기 위함이다.

또한, 심선 그룹을 형성하는 코팅 공정 단계에서 심선 그룹 내 또는 시트열선 내부에 필연적으로 발생하던 핀홀 내지 기포의 발생 문제를 근본적으로 해결하기 위한 가압식 코팅장치를 제안하고, 그 가압식 코팅장치를 이용하여 심선 그룹이 형성되도록 함으로써, 코팅 공정 단계에서부터 핀홀 내지 기포가 내부에 포함되지 않도록 하여 시트열선의 불량율을 최소화하고 내구성을 극대화시킨 복합구조 시트열선을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명은 절연용 바니쉬(vanish)에 의해 형성된 제1 코팅층에 의해 하나의 묶음으로 일괄적 코팅 처리된 복수 개의 소선(素線)을 각각 포함하고, 내측에 공간부가 형성되도록 폐곡선 상에 배열된 복수 개의 심선 그룹; 및 상기 배열된 복수 개의 심선 그룹 외측을 감싸는 시스(sheath); 를 포함하되, 상기 제1 코팅층은 상기 절연용 바니쉬에 실리콘 소포제(Silicone Antifoam)가 첨가된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제1 코팅층을 형성하는 절연용 바니쉬는 폴리우레탄 에나멜(Polyurethane Enamel)로 이루어지고, 상기 제1 코팅층을 이루는 절연용 바니쉬는 상기 폴리우레탄 에나멜에 대해 상기 실리콘 소포제가 0.01 내지 2 phr(parts per hundred rubber) 첨가된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수 개의 심선 그룹 각각은 가압식 코팅장치를 이용하여 가압 코팅 방식에 의해 코팅 처리되되, 상기 가압식 코팅장치는, 코팅액을 코팅하는 코팅장치로서, 코팅액이 저장된 저장부로부터 코팅액이 주입되는 주입부가 형성된 밀폐된 통 형태의 코팅액 탱크; 상기 코팅액 탱크 내부에 상기 코팅액 탱크 내주면과 일정 간격 이격되도록 배치되고, 외주면에 상기 코팅액 탱크에 주입되는 코팅액이 내부로 침투되도록 하는 홀 형태의 침투홀이 복수 개 형성된 통 형태의 코팅액 침투관; 상기 저장부에 저장된 코팅액이 상기 주입부로 주입되도록 가압하는 가압펌프; 를 포함하고, 상기 코팅액 탱크 및 코팅액 침투관의 일측면과 타측면에는 복수 개의 소선이 묶음으로 이루어진 소선 그룹이 삽입되는 삽입구와 삽입된 소선 그룹이 인출되는 인출구가 각각 형성되고, 상기 소선 또는 소선 그룹이 상기 삽입구를 통해 상기 코팅액 침투관 내로 삽입되고 상기 인출구로 인출되도록 하는 다이스(dies)가 설치되어, 상기 소선 또는 소선 그룹의 표면이 상기 코팅액 침투관 내에서 코팅액에 의해 가압되며 코팅 처리되는 가압 코팅 방식으로 상기 소선 그룹을 코팅 처리하여 상기 심선 그룹을 형성하되, 상기 코팅액은 폴리우레탄 에나멜(Polyurethane Enamel)에 대해 실리콘 소포제가 0.01 내지 2 phr(parts per hundred rubber) 첨가된 것을 특징으로 한다.

이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 수분 등에 노출되는 환경에서도 가수분해 등으로 인한 핀홀 내지 기포가 시트열선 내부에 발생되지 않도록 하여 장시간 사용에 불구하고 안정적인 내전압이 유지될 뿐만 아니라 그 내구성 역시 크게 향상된 복합구조 시트열선를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 코팅 공정 단계에서부터 핀홀 내지 기포가 내부에 포함되지 않도록 하여 시트열선의 불량율을 최소화하고 내구성을 극대화시킨 복합구조 시트열선을 제공할 수 있다.

도 1은 기존의 시트열선 내지 열선 케이블로서 내부에 핀홀(pin-hall)dl 발생된 것을 나타내는 단면도이다.
도 2는 기존의 코팅장치에 의한 소선 코팅 원리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 기존의 코팅장치에 의해 코팅된 소선의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 복합구조 시트열선의 구성을 나타내기 위한 단면도이다.
도 5는 도 4의 공간부에 개재물이 충진된 구성을 나타내기 위한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 복합구조 시트열선을 구성하는 심선 그룹의 단면도이다.
도 7은 기존 방식 즉, 단순히 절연용 바니쉬만에 의해 상기 제1 코팅층을 형성한 경우에 핀홀 등이 발생된 경우와 제1 코팅층에 가수분해 방지제 또는/및 실리콘 소포제를 첨가한 경우에 대한 비교 예시도이다.
도 8은 상기 제1 코팅층을 형성하는 폴리우레탄 에나멜에 가수분해 방지제와 실리콘 소포제의 첨가 여부에 따른 비교 실험 데이터를 나타낸 도면이다.
도 9는 기존의 시트열선과 본 발명에 따른 복합구조 시트열선의 발열특성 비교 실험 데이터를 나타낸 도면이다.
도 10는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 가압식 코팅장치의 단면도이다.
도 11는 코팅액 탱크와 코팅액 침투관에 의해 소선 그룹, 즉 심선 그룹의 표면이 코팅되어 나오는 원리를 설명하기 위한 사시도이다.
도 12은 코팅액 침투관의 사시도이다.
도 13은 본 발명에 따른 가압식 코팅장치의 내부 구성을 나타내기 위한 단면도이다.
도 14은 본 발명에 따른 가압식 장치의 개략적인 블록 구성도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 복합구조 시트열선을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 복합구조 시트열선의 구성을 나타내기 위한 단면도이고, 도 5는 도 4의 공간부에 개재물이 충진된 구성을 나타내기 위한 단면도이며, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 복합구조 시트열선을 구성하는 심선 그룹의 단면도이고, 도 7은 기존 방식 즉, 단순히 절연용 바니쉬만에 의해 상기 제1 코팅층을 형성한 경우에 핀홀 등이 발생된 경우와 제1 코팅층에 가수분해 방지제 또는/및 실리콘 소포제를 첨가한 경우에 대한 비교 예시도이며, 도 8은 상기 제1 코팅층을 형성하는 폴리우레탄 에나멜에 가수분해 방지제와 실리콘 소포제의 첨가 여부에 따른 비교 실험 데이터를 나타낸 도면이고, 도 9는 기존의 시트열선과 본 발명에 따른 복합구조 시트열선의 발열특성 비교 실험 데이터를 나타낸 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합구조 시트열선은 코팅액, 즉 절연용 바니쉬(vanish)에 의해 형성된 제1 코팅층(212)에 의해 하나의 묶음으로 일괄적 코팅 처리된 복수 개의 소선(insulated conductor, 素線, 211)을 각각 포함하고 내측에 공간부(230)가 형성되도록 폐곡선(O) 상에 배열된 복수 개의 심선 그룹(210), 및 상기 배열된 복수 개의 심선 그룹(210) 외측을 감싸는 시스(sheath, 220)를 포함한다.

즉, 상기 복수 개의 소선(211)은 절연용 바니쉬에 의한 제1 코팅층(212)에 의해 일괄적으로 코팅 처리되어 하나의 그룹을 형성하고, 그 그룹이 하나의 심선 그룹(210)을 형성하도록 한다.

이때, 상기 제1 코팅층(212)은 상기 절연용 바니쉬에 가수분해 방지제가 첨가되어 절연용 바니쉬의 가수분해가 방지되도록 한다.

즉, 본 발명에 따른 복합구조 시트열선은 복수 개의 심선 그룹(210)과 시스(220)를 포함한다.

즉, 상기 복수 개의 심선 그룹(210) 각각은, 복수 가닥의 소선들이 절연용 바니쉬에 의해 제1 코팅층(212)을 형성하도록 일괄적으로 코팅 처리되어 이루어진다.

상기 심선 그룹(210)은 전체로서 한 가닥의 심선의 기능을 수행하도록 하기 위해 복수 개의 소선(211)이 하나의 묶음으로 합쳐진 것이다.

즉, 상기 심선 그룹(210)은 복수 개의 소선들, 예컨대 4개의 소선들을 절연용 바니쉬(vanish)에 의해 하나의 묶음으로 일괄적으로 상기 제1 코팅층(212)을 형성하도록 코팅 처리함으로써, 한 가닥의 심선과 같은 기능을 수행하도록 한다.

즉, 기존 열선 케이블에 사용되는 기존의 소선보다 직경이 더 작은 소선들의 집합으로 이루어진 심선 그룹(210)을 형성하도록 함으로써, 전체적으로 하나의 단일 소선의 구조보다 심선 그룹(210)의 내구성 및 강도를 증가시켜 강한 압력이나 휘어짐 또는 꺽임 등의 작용에도 심선 그룹(210)의 훼손 또는 단선을 최소화할 수 있다.

이는 굵은 하나의 선보다 얇은 선들의 집합이 장력, 강도 및 내구성면에서 더 강한 원리와 같다.

또한, 굵은 한 가닥의 심선에 의한 경우보다 얇은 심선들의 집합에 의한 심선 그룹(210)을 형성한 경우가 표피(表皮)효과에 의해 전력효율이 우수한 효과도 발휘된다.

이때, 상기 제1 코팅층(212)을 형성하는 절연용 바니쉬에는 가수분해 방지제가 첨가된다.

보다 구체적으로, 상기 제1 코팅층을 형성하는 절연용 바니쉬는 폴리우레탄 에나멜(Polyurethane Enamel)으로 이루어지고, 상기 제1 코팅층을 이루는 절연용 바니쉬는 상기 폴리우레탄 에나멜에 대해 상기 가수분해 방지제가 0.01 내지 2 phr(parts per hundred rubber)으로 첨가되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 폴리우레탄 에나멜 100중량%에 대해 상기 가수분해 방지제가 0.01 내지 2 중량%의 비율로 첨가되도록 한다.

상기 가수분해 방지제의 첨가에 의해 폴리우레탄의 수분 등에 의한 부식 현상을 방지하여 심선 그룹(210) 내에서 기포 내지 핀홀 등이 발생되는 것이 방지되도록 한다.

또한, 상기 가수분해 방지제에는 모노머(monomer) 또는 폴리머(polymer) 타입(구체적인 예)의 가수분해 방지제가 사용되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 모노모 타입의 가수분해 방지제로는,

Chemical Name

- Bis-(2,6-diisopropylphenyl)

- Carbodiimide

실험식

- C25H34N2

상기 폴리머 타입의 가수분해 방지제로는,

Chemical Name

- Poly-(1, 3, 5-triisopropyl-phenylene-2, 4-carbodiimide

실험식

- (C16H22N2)n

등이 사용될 수 있다.

상기 제1 코팅층(212)을 형성하는 절연용 바니쉬에는 실리콘 소포제(Silicone Antifoam)가 첨가되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 실리콘 소포제는 상기 가수분해 방지제와 함께 상기 절연용 바니쉬에 첨가될 수 있음은 물론이다.

보다 구체적으로, 상기 제1 코팅층을 형성하는 절연용 바니쉬는 폴리우레탄 에나멜(Polyurethane Enamel)으로 이루어지고, 상기 제1 코팅층을 이루는 절연용 바니쉬는 상기 폴리우레탄 에나멜에 대해 상기 실리콘 소포제가 0.01 내지 2 phr(parts per hundred rubber)으로 첨가되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 폴리우레탄 에나멜 100중량%에 대해 상기 실리콘 소포제가 0.01 내지 2 중량%의 비율로 첨가되도록 한다.

상기 실리콘 소포제로는,

- PDMS(Polydimethoxysilane), Emulsifier, water, Fatty oil 등

- 점도: 500 ~ 3000cps (상온)

- PH: 6.0 ~ 8.0

이 사용되는 것이 바람직하다.

즉, 제1 코팅층(212) 및 제1 코팅층에 코팅 처리된 복수 개의 소선(211)을 포함하는 상기 심선 그룹(210)은 상기 제1 코팅층을 형성하는 절연용 바니쉬, 즉 폴리우레탄 에나멜에 상기 가수분해 방지제 또는/및 실리콘 소포제를 상술한 바와 같은 비율로 첨가되도록 함으로써, 수분 등에 노출된 환경 등에서 오랜 기간 사용되더라도 심선 그룹(210) 내에 핀홀 내지 기포 등의 발생을 최대한 억제시켜 시트 열선의 기능이 저하되지 않도록 한다.

도 7은 기존 방식 즉, 단순히 절연용 바니쉬만에 의해 상기 제1 코팅층을 형성한 경우에 핀홀 등이 발생된 경우와 제1 코팅층에 가수분해 방지제 또는/및 실리콘 소포제를 첨가한 경우에 대한 비교 예시도이다.

도 8은 상기 제1 코팅층을 형성하는 폴리우레탄 에나멜에 가수분해 방지제와 실리콘 소포제의 첨가 여부에 따른 비교 실험 데이터로서, 도 8을 참조하면, 제1 코팅층을 형성하는 폴리우레탄 에나멜에 가수분해 방지제만이 0.15phr으로 첨가된 경우에는 10m당 2개의 핀홀이 발생되었고, 실리콘 소포제만이 0.15phr으로 첨가된 경우에는 10m당 1.5개 정도의 핀홀이 발생되었으며, 가수분해 방지제를 0.1phr로 그리고 실리콘 소포제를 0.07phr로 함께 첨가된 경우에는 0.5개의 핀홀이, 가수분해 방지제를 0.15 내지 2phr로 그리고 실리콘 소포제를 0.15 내지 2phr로 첨가한 경우에는 발생된 핀홀이 없음을 확인할 수 있다.

즉, 상기 제1 코팅층을 형성하는 절연용 바니쉬, 즉 폴리우레탄 에나멜에 가수분해 방지제 또는 실리콘 소포제만을 첨가한 경우, 양자 모두 첨가되지 않은 경우에 비해 핀홀 방생율이 현저히 낮아지는 것을 볼 수 있으며, 특히 상기 제1 코팅층을 형성하는 절연용 바니쉬, 즉 폴리우레탄 에나멜에 가수분해 방지제를 0.15 내지 2phr로 그리고 실리콘 소포제를 0.15 내지 2phr로 첨가한 경우 핀홀 발생이 전혀 나타나지 않음을 알 수 있다.

이때, 상기 도 8의 비교 실험 데이터에서 발생된 핀홀 개수에 대한 소수점 개수는 발생된 핀홀의 크기에 따라 결정된 것으로서, 평균적인 핀홀의 크기보다 대략 절반 정도 작은 크기를 갖는 핀홀에 대해서는 0.5개의 핀홀로 카운트되도록 한 결과이다.

본 발명에 따른 복합구조 시트열선은 상술한 바와 같이, 상기 심선 그룹(210)을 복수 개 포함하며, 상기 복수 개의 심선 그룹(210)이 내측에 공간부(230)가 형성되도록 원 형태의 폐곡선(O) 상에 배열되는 구조로서, 상기 배열된 복수 개의 심선 그룹(210)의 외측을 감싸는 시스(sheath, 220)를 포함한다.

이때, 상기 심선 그룹(210)을 형성하는 복수 개의 소선(211) 각각은 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 은(Ag) 및 주석(Sn) 중 선택된 하나 이상을 포함하는 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이는, 마그네슘(Mg) 또는/및 아연(Zn), 또는/및 은(Ag) 또는/및 주석(Sn)으로 이루어진 합금의 경우가 니켈(Ni) 합금보다 더 우수한 전기 및 열 전도성을 나타내고, 외력으로부터 변형되지 않는 내구성이 더 우수하기 때문이다.

또한, 상기 절연용 바니쉬로 이루어진 상기 제1 코팅층(212)은 인장강도가 우수한 폴리우레탄 에나멜로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 시스(220)는 내구성이 매우 우수한 나일론(Nylon), 열가소성 탄성체(TPE, Thermo Plastic Elastomer), MFA(copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoromethylvinylether) 중 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 상기 복수 개의 심선 그룹(210)은 내측으로 공간부(230)가 형성되도록 폐곡선(O) 상에 배열되고, 상기 공간부(230)에는 상기 복수 개의 심선 그룹(210)의 배열구조가 고정되도록 지지하는 개재물(240)이 충진된다.

이때, 상기 복수 개의 심선 그룹(210)은 용도에 따라 3개 내지 12개의 심선 그룹으로 이루어지고, 바람직하게는 6개의 심선 그룹으로 이루어지는 것이 바람직하다.

즉, 상기 복수 개의 심선 그룹(210)이 폐곡선(O)을 따라 내측에 공간부(230)가 형성되도록 배열되고, 상기 공간부(230)에는 상기 배열된 복수 개의 심선 그룹(210)의 배열구조의 원형(原型)을 유지하도록 지지하는 개재물(240)이 포함된다.

이때 상기 복수 개의 각 심선 그룹에 포함되는 소선(211)의 수는 용도에 따라 적절하게 구성하여 장력 및 내구성을 더욱 향상시킬 수 있으며, 용도에 따라 요구되는 장력 내지 내구성에 따라 2개 이상이 포함되도록 한다.

이때, 상기 복수 개의 심선 그룹(210)은 인접한 두 심선 그룹이 서로 접하도록 밀착 배열됨으로써, 상기 공간부(230)에 충진된 개재물(240)과 상기 복수 개의 심선 그룹(210)을 피복하는 시스(220)가 서로 격리되도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 시스(220)가 상기 공간부(230) 내부로 침투되지 못하도록 함으로써, 상기 배열된 복수 개의 심선 그룹(210)의 내측은 상기 개재물(240)에 의해서만 충진되고, 외측은 상기 시스(220)에 의해 감싸지도록 한다.

이는 열선의 기능을 수행하는 복수 개의 심선 그룹(210)을 균일하게 안정적으로 배열시켜 표면의 열발산 분포가 균일하게 이루어질 수 있도록 한다.

또한, 상기 공간부(230) 일부에 상기 시스(220)가 침투되는 경우, 시트열선(200)이 꼬이거나 강한 외력을 받는 경우, 공간부(230)에 침투되는 시스(220)의 양이 꼬이는 방향 또는 외력이 가해지는 방향에 따라 변하고, 상기 시스(220)가 공간부(230)에서 상기 복수 개의 심선 그룹(210)에 고르게 작용하도록 대칭적으로 침투되기 어려워 시트 열선(200) 내에서 복수 개의 심선 그룹(210)의 배열에 변형이 생기게 된다.

이러한 시트열선(200) 내에서의 심선 그룹의 변형은 심선 그룹(210)의 외력에 대한 저항성 내지 내구성을 약화시키는 원인이 되고, 결과적으로 시트열선(200)의 단선 등 고장의 원인이 된다.

즉, 본 발명에 따른 복합구조 시트열선은 3개 내지 12개로 이루어진 복수 개의 심선 그룹(210)(바람직하게는 6개의 심선 그룹)(210))이 상기 폐곡선(O) 상에서 서로 접하도록 배열되고, 배열된 복수 개의 심선 그룹(210)의 내측 공간인 공간부(230)에는 상기 개재물(240)만이 충진되도록 하고, 외측에는 상기 시스(220)만에 의해 피복되도록 함으로써, 상기 배열된 심선 그룹(210)이 외력으로부터 공간부(230)에 균일하게 충진된 개재물(240)에 의해 지지되도록 한다.

이때, 상기 개재물(240)은 보다 안정적인 원형 유지를 위해 벡트란(vectran)으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이때, 상기 심선 그룹(210)은 6개의 심선 그룹(210)이 상기 폐곡선(O) 상에서 균일하게 배열되는 경우, 가장 안정적인 구조를 형성할 수 있다.

또한, 상기 개재물(240)은 벡트란 섬유를 사용하며 합사 또는 연사를 사용할 수 있다.

특히, 상기 개재물(240)의 표면에는 실리콘 코팅층을 더 형성시키는 것이 바람직하다.

상기 복수 개의 심선 그룹(210)은, 헬릭스(group helix)를 형성하도록 일정 턴(turn) 수로 꼬이도록 형성된 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 상기 공간부(230)에 충진된 개재물(240)에 의해 상기 복수 개의 심선 그룹, 바람직하게 6개의 심선 그룹이 그 배열구가 균일하게 유지된 상태로 그룹 헬릭스를 형성하도록 하고, 그룹 헬릭스를 형성한 6개의 심선 그룹은 꼬이지 않은 경우보다 더 높은 열발산 효율을 제공할 수 있게 된다.

아래 표 1은 기존의 시트열선과 본 발명에 따른 복합구조 시트열선의 내구성 비교실험 데이터이다.

	기존 시트열선	본 발명에 따른 복합구조 시트열선
		시스(나일론)	시스(TPE)
외경	1.00	1.00	1.00
굴곡횟수 실험 1	37,770	94,176	74,878
굴곡횟수 실험 2	37,362	107,085	115,372
굴곡횟수 실험 3	33,350	110,356	111,248
평균	36,161	103,872	110,499

상기 표 1의 비교 실험예에서 나타난 바와 같이, 기존의 시트 열선에 비하여 본 발명에 따른 복합구조 시트열선이 굴곡실험에서 더 우수한 내구성을 나타내는 것을 알 수 있다.

도 9는 기존의 시트열선과 본 발명에 따른 복합구조 시트열선의 발열특성 비교 실험 데이터이다.

도 9에 도시된 비교 실험은, 1미터(m)의 기존의 시트열선과 본 발명에 따른 복합구조 시트열선 각각에 대해 6암페어[A]의 전류를 인가한 것을 조건으로 하였다.

도 5에 도시된 바와 같이, 기존의 시트열선의 경우, 단선되지 않은 완제품의 심선은 섭씨 82.8도로 발열되고, 50% 단선된 경우에는 섭씨 231.3도로 발열되었음을 알 수 있다.

이에 반해, 본 발명의 복합구조 시트열선의 경우는, 심선 그룹을 코팅하는 바니쉬는 86.7도로 발열되고, 50% 단선된 경우에는 116.5로 발열되었음을 알 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 복합구조 시트열선이 기존의 시트열선에 비해, 단선시 발열로 인한 화재 위험도가 월등하게 낮게 나타남을 알 수 있다.

이는, 본 발명에 따른 복합구조 시트열선의 경우는, 복수 개의 얇은 심선을 하나의 묶음으로 한 심선 그룹으로 구성함으로써, 그 중 일부가 단선되더라도 나머지 단선되지 않은 심선들로 전류가 분산되도록 하여 단선으로 인한 과부하의 발생을 최소화하기 때문이다.

본 발명에 따른 복합구조 시트열선을 구성하는 심선 그룹(210)은 후술하는 가압식 코팅장치(300)에 의해 가압식 코팅 방식으로 코팅 처리될 수 있다.

도 10는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 가압식 코팅장치의 단면도이다고, 도 11는 코팅액 탱크와 코팅액 침투관에 의해 소선 그룹, 즉 심선 그룹의 표면이 코팅되어 나오는 원리를 설명하기 위한 사시도이며, 도 12은 코팅액 침투관의 사시도이고, 도 13은 본 발명에 따른 가압식 코팅장치의 내부 구성을 나타내기 위한 단면도이며, 도 14은 본 발명에 따른 가압식 장치의 개략적인 블록 구성도이다.

상기 가압식 코팅장치(300)는 본 발명에 따른 복합구조 시트열선의 코팅처리를 위해 본 출원인이 제안하는 코팅장치로서 이하 상기 도 10 내지 도 14를 참조하며 상기 가압식 코팅장치에 관해 구체적으로 설명하도록 한다.

상기 가압식 코팅장치(300)는 소선 등의 표면에 절연용 바니쉬와 같은 코팅액을 코팅하는 코팅장치로서, 코팅액이 저장된 저장부(400)로부터 코팅액(즉, 바니쉬 이하 같다)이 주입되는 주입부(321)가 형성된 밀폐된 통 형태의 코팅액 탱크(320)와, 상기 코팅액 탱크(320) 내부에 상기 코팅액 탱크 내주면과 일정 간격 이격되도록 배치되고, 외주면에 상기 코팅액 탱크(320)에 주입되는 코팅액이 내부로 침투되도록 하는 홀 형태의 침투홀(331)이 복수 개 형성된 통 형태의 코팅액 침투관(330), 및 상기 저장부(400)에 저장된 코팅액이 상기 주입부(321)로 주입되도록 가압하는 가압펌프(500)를 포함한다.

이때, 상기 코팅액 탱크(320) 및 코팅액 침투관(330)의 일측면과 타측면에는 소선 또는 복수 개의 소선이 묶음으로 이루어진 소선 그룹이 삽입되는 삽입구와 삽입된 소선 또는 소선 그룹이 인출되는 인출구가 각각 형성된다.

이때, 상기 소선 또는 소선 그룹이 상기 삽입구를 통해 상기 코팅액 침투관(330) 내로 삽입되고 상기 인출구로 인출되도록 하는 다이스(dies, 360)가 설치되어, 상기 소선 또는 소선 그룹의 표면이 상기 코팅액 침투관(330) 내에서 코팅액에 의해 가압되며 코팅 처리되는 가압 코팅 방식으로 상기 소선 또는 손선 그룹을 코팅 처리하도록 구성된다.

즉, 상기 가압식 코팅장치는 코팅액 탱크(320), 코팅액 침투관(330) 및 가압펌프(500)을 포함한다.

상기 코팅액 탱크(320)는 통 형태의 일반적인 관 형태로서, 코팅액이 저장되는 저장부(400)로부터 코팅액이 내부로 주입되는 주입구(321)가 형성된다.

상기 코팅액 침투관(330)은 상기 코팅액 탱크(320)의 내부에 코팅액 탱크의 내주면과 일정 간격으로 이격되도록 배치되어, 소선 또는 소선 그룹의 표면에 코팅액이 가압되며 코팅되는 구성이다.

이때, 상기 코팅액 침투관(330)은 소선 또는 소선 그룹의 표면이 코팅 처리된 직경과 대응되는 직경을 갖는 통 형태로 형성되어, 상기 코팅액 침투관을 통과한 소선 또는 소선 그룹은 코팅액 침투관의 내주면 직경과 같은 직경으로 코팅 처리될 수 있도록 한다.

상기 코팅액 침투관(330)의 외주면에는 상기 코팅액 탱크(320)내부로 주입되는 코팅액이 내부로 침투될 수 있도록 하는 홀 형태의 침투홀(331)이 복수 개 균일하게 형성된다.

즉, 상기 코팅액 탱크(320) 내부로 주입되는 코팅액은, 상기 코팅액 침투홀(331)을 통해 내부 압력에 의해 코팅액 침투관(330) 내측으로 침투되고, 코팅액 침투관(330)의 내부는 전 방향에서 코팅액에 의한 일정한 압력이 가해지게 된다.

이때, 상기 코팅액 탱크(320)와 코팅액 침투관(330)의 일측면과 타측면에는 소선 또는 소선 그룹이 코팅액 탱크(320)와 코팅액 침투관(330)에 삽입되고 인출될 수 있도록 하는 삽입구와 인출구가 각각 형성된다.

이때, 상기 가압식 코팅장치는 소선 또는 소선 그룹이 상기 삽입구로 삽입되고 인출구로 인출될 수 있도록 하는 다이스(dies, 360)를 포함한다.

즉, 상기 다이스(360)에 의해 소선 또는 소선 그룹이 상기 삽입구를 통해 상기 코팅액 탱크(320) 및 코팅액 침투관(330)의 일측면으로 삽입되고, 상기 코팅액 침투관(330)을 통과하여 인출구로 인출되는 과정에서, 소선 또는 소선 그룹의 표면은 상기 코팅액 침투관(330) 내부에서 전 방향에서 고르게 가해지는 코팅액의 압력을 받으며 표면이 코팅된다.

이때, 코팅된 소선 또는 소선 그룹의 직경은 대략 상기 코팅액 침투관(330)의 내부 직경과 같을 것이다.

상술한 바와 같이, 코팅액 탱크(320)에 주입되는 코팅액이 침투홀(331)을 통해 코팅액 침투관(330) 내부로 전방향에서 고른 압력으로 침투되고, 코팅액 탱크(320)에서 소선 또는 소선 그룹의 표면이 고르게 코팅액에 의한 가압 방식에 의해 코팅이 이루어진다.

상기 가압식 코팅장치는 이러한 가압방식에 의한 코팅 수단을 제공함으로써, 소선 또는 소선 그룹의 코팅 시, 핀홀(105)이 발생되는 것을 방지하여, 코팅 후 소선 또는 소선 그룹(즉, 심선 그룹)의 물리적인 휘어짐, 압력 등에도 쉽게 파손되지 않는 내구성이 우수한 소선 그룹을 제공할 수 있게 된다.

상기 코팅액 탱크(320)는, 상기 주입된 코팅액이 배출되는 배출구(332)가 더 형성되고, 상기 배출구(332)를 개폐하는 밸브(325)가 더 설치되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 배출구(332)와 연결되고, 상기 배출구(332)를 통해 배출되는 코팅액을 회수하는 회수부와, 상기 침투관 내부의 압력을 측정하는 압력센서, 및 상기 압력센서와 밸브와 연결되고, 상기 압력센서에서 측정되는 상기 침투관 내부의 압력이 기 설정된 일정한 압력으로 유지될 수 있도록 상기 밸브의 동작을 제어하는 가압 제어부를 더 포함한다.

즉, 상기 코팅액 침투관(330) 내부에서 소선 또는 소선 그룹의 표면에 가해지는 코팅액의 압력이 기 설정된 적정 압력으로 유지되며 코팅될 수 있도록 제어하여, 소선 또는 소선 그룹의 표면이 바니쉬 혼합액 등의 코팅액으로 견고하게 코팅될 수 있도록 할 수 있다.

상기 코팅액 탱크(320) 및 코팅액 침투관(330)의 일측과 타측은 블라켓(340)에 의해 지지되고, 외부 프레임인 하우징(310)의 내부에 설치될 수 있다.

이때, 상기 하우징(310)과 블라켓(340)을 연결하는 연결부(345)를 포함하고, 상기 하우징(310)과 블라켓(340)을 연결하는 연결부(345)는 상기 소선 또는 소선 그룹은 상기 연결부와 블라켓을 통해 상기 코팅액 침투관의 일측으로 삽입되고, 타측으로 인출되도록 형성된다.

상기 하우징(310)에는 상기 소선 또는 소선 그룹이 상기 연결부와 블라켓을 통해 상기 코팅액 침투관의 일측으로 삽입되고, 타측으로 인출하는 다이스(360)가 설치된다.

기존의 일반 코팅장치를 이용하여 상기 심선 그룹을 형성하는 경우, 많은 기포 내지 핀홀이 발생되는 문제가 있으나, 상술한 구성에 의한 가압식 코팅장치를 이용하여 복수 개의 소선을 코팅 처리하여 심선 그룹을 형성하는 경우, 코팅 공정 단계에서 필연적으로 발생하던 핀홀 내지 기포 등의 발생을 방지하여 시트 열선에 대한 내전압 불량 내지 내구성 저하 등의 문제를 해결할 수 있는 우수한 효과가 발휘된다.

본 발명에 따른 복합구조 시트열선을 이루는 심선 그룹 각각은 복수 개의 소선이 상기 가압식 코팅장치에 의해 가압방식으로 코팅 처리되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 코팅액은 폴리우레탄 에나멜(Polyurethane Enamel)에 대해 가수분해 방지제가 0.01 내지 2 phr(parts per hundred rubber) 첨가되거나, 실리콘 소포제가 0.01 내지 2 phr(parts per hundred rubber) 첨가될 수 있음은 물론, 상기 가수분해 방지제와 실리콘 소포제 전부가 각각 폴리우레탄 에나멜(Polyurethane Enamel)에 대해 0.01 내지 2 phr(parts per hundred rubber) 첨가될 수 있을 것이다.

즉, 본 발명에 따른 복합구조 시트열선에 있어서, 상기 가압식 코팅장치를 이용한 가압 코팅 방식에 의해 심선 그룹을 형성하는 경우, 실제 사용시간 등 경과에 따라 발생되는 핀홀 내지 기포의 발생을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 시트열선의 제조과정 중 코팅과정에서 발생되는 핀홀 내지 기포의 발생 역시 사전에 모두 차단되도록 하여, 양질의 시트열선을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 장기간 사용 등에 따라 수분 등에 노출되는 경우에도 핀홀 내지 기포 등의 발생이 억제되도록 하여 안정적으로 내전압이 유지되고 내구성 역시 극대화되도록 하는 시트열선을 제공할 수 있게 된다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다

200: 복합구조 시트열선 210: 심선 그룹
211: 심선 212: 바니쉬
220: 시스 230: 공간부
240: 개재물 300: 가압식 코팅장치
310: 하우징 320: 코팅액 탱크
321: 주입구 330: 코팅액 침투관
331: 침투홀 340: 블라켓
345: 연결부 360: 다이스

Claims (3)

1. 절연용 바니쉬(vanish)에 의해 형성된 제1 코팅층에 의해 하나의 묶음으로 일괄적 코팅 처리된 복수 개의 소선(素線)을 각각 포함하고, 내측에 공간부가 형성되도록 폐곡선 상에 배열된 복수 개의 심선 그룹; 및
   상기 배열된 복수 개의 심선 그룹 외측을 감싸는 시스(sheath); 를 포함하되,
   상기 제1 코팅층은 상기 절연용 바니쉬에 실리콘 소포제(Silicone Antifoam)가 첨가된 것을 특징으로 하는 복합구조 시트열선.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 코팅층을 형성하는 절연용 바니쉬는 폴리우레탄 에나멜(Polyurethane Enamel)로 이루어지고,
   상기 제1 코팅층을 이루는 절연용 바니쉬는 상기 폴리우레탄 에나멜에 대해 상기 실리콘 소포제가 0.01 내지 2 phr(parts per hundred rubber) 첨가된 것을 특징으로 하는 복합구조 시트열선.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수 개의 심선 그룹 각각은 가압식 코팅장치를 이용하여 가압 코팅 방식에 의해 코팅 처리되되,
   상기 가압식 코팅장치는,
   코팅액을 코팅하는 코팅장치로서,
   코팅액이 저장된 저장부로부터 코팅액이 주입되는 주입부가 형성된 밀폐된 통 형태의 코팅액 탱크;
   상기 코팅액 탱크 내부에 상기 코팅액 탱크 내주면과 일정 간격 이격되도록 배치되고, 외주면에 상기 코팅액 탱크에 주입되는 코팅액이 내부로 침투되도록 하는 홀 형태의 침투홀이 복수 개 형성된 통 형태의 코팅액 침투관;
   상기 저장부에 저장된 코팅액이 상기 주입부로 주입되도록 가압하는 가압펌프; 를 포함하고,
   상기 코팅액 탱크 및 코팅액 침투관의 일측면과 타측면에는 복수 개의 소선이 묶음으로 이루어진 소선 그룹이 삽입되는 삽입구와 삽입된 소선 그룹이 인출되는 인출구가 각각 형성되고,
   상기 소선 또는 소선 그룹이 상기 삽입구를 통해 상기 코팅액 침투관 내로 삽입되고 상기 인출구로 인출되도록 하는 다이스(dies)가 설치되어, 상기 소선 또는 소선 그룹의 표면이 상기 코팅액 침투관 내에서 코팅액에 의해 가압되며 코팅 처리되는 가압 코팅 방식으로 상기 소선 그룹을 코팅 처리하여 상기 심선 그룹을 형성하되,
   상기 코팅액은 폴리우레탄 에나멜(Polyurethane Enamel)에 대해 실리콘 소포제가 0.01 내지 2 phr(parts per hundred rubber) 첨가된 것을 특징으로 하는 복합구조 시트열선.

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