KR20190040882A - 다중 열선을 이용한 발열시스템과, 이의 제작 방법, 및 발열시스템을 이용한 수경재배방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 열선을 이용한 발열시스템에 관한 것으로, 전류인가에 따라 발열하는 열선 다발을 구비하고, 수밀되게 절연 피복된 발열부와; 발열부에 전원을 공급하는 제어부; 도전성이 우수한 동선과 이 동선의 외주면 둘레에 배치된 피복층을 구비하고, 제어부에서 인출된 리드선; 발열부와 리드선 사이에 개재되는 땜납층; 및 발열부와 리드선 및 땜납층의 결선(結線) 부위를 둘러싸는 알루미늄층과, 알루미늄층과 발열부의 일부 및 리드선의 일부를 밀봉하는 테프론 코팅층을 구비하여, 발열부와 리드선을 전기연통가능하게 결선하는 결속부;로 이루어질 수 있다. 바람직하기로, 본 발명은 탄소섬유 열선과 합금 열선으로 구성된 열선 다발을 발열부의 발열체로 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 다중 열선을 이용한 발열시스템의 제작 방법 및 발열시스템을 이용한 수경재배방법을 포함한다.

Description

다중 열선을 이용한 발열시스템과, 이의 제작 방법, 및 발열시스템을 이용한 수경재배방법 {Heating system using multi-heat fiber, method for manufacturing the same and hydroponic cultivation method using heating system}

본 발명은 2017년 10월 11일자로 출원된 대한민국 특허출원 제10-2017-0129867호에 의거하여 우선권 주장되었으며, 상기 특허출원은 본 명세서에 병합된다.

본 발명은 다중 열선을 이용한 발열시스템에 관한 것으로, 특별하기로 수경재배, 노지재배 등과 같이 다양한 재배환경에 온열을 제공할 수 있는 발열시스템과 이의 제작 방법 및 발열시스템을 이용한 수경재배방법에 관한 것이다.

일반적으로, 발열부는 탄소섬유의 양 단자에 전류를 인가시키는 과정에서 탄소섬유에 저항열을 발생시켜 발열할 수 있다. 종래에는 발열소재로 구리선(동선)을 채용하였으나, 구리보다 우수한 열효율을 가진 탄소섬유가 발열소재로도 사용되고 있다.

덧붙여서, 탄소섬유는 발열시 원적외선, 음이온 등을 방출 효과가 알려지면서 최근에는 발열소재로 점차 많이 보급되고 있는 추세이다.

특허문헌 1은 저렴한 농업용 전기를 사용하는 탄소발열체를 지면 상에 배치하여 지열을 상승시켜 농작물의 성장 환경을 개선하기 위해 제안되고 있는데, 당해분야의 숙련자들에게 널리 알려져 있듯이 농작물의 수경재배/노지재배 중에도 지속적, 주기적 혹은 간헐적으로도 급수(給水)를 실시해야만 한다. 종래기술에 따른 탄소발열체는 발열체에 별도의 방수설비를 갖추고 있지 않아 발열체에 물 접촉시 누전으로 인한 감전 혹은 단락으로 예상치 못한 고열을 발생시켜 화재의 위험성에 노출될 수 있다. 또한, 발열부과 이에 전원을 공급하는 리드선의 연결 부위(결선 부위)는 외부의 충격 또는 순간적인 과전압에 의해 단선될 소지가 높다.

대한민국 공개특허 제10-2009-0130488호

본 발명은 전술된 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로, 발열체인 발열부의 열선 다발 외부에 방수(防水) 가공하여 길게 뻗어 있는 발열부 내로 물의 침투를 방지할 수 있는 발열시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 다중 열선을 포함한 발열부와 리드선과의 신뢰할 수 있는 결선(結線) 상태를 유지할 수 있는 구조를 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 다중 열선을 이용한 발열시스템은, 전류인가에 따라 발열하는 열선 다발을 구비하고, 수밀되게 절연 피복된 발열부와; 발열부에 전원을 공급하는 제어부; 도전성이 우수한 동선과 이 동선의 외주면 둘레에 배치된 피복층을 구비하고, 제어부에서 인출된 리드선; 발열부와 리드선 사이에 개재되는 땜납층; 및 발열부와 리드선 및 땜납층의 결선(結線) 부위를 둘러싸는 알루미늄층과, 알루미늄층과 발열부의 일부 및 리드선의 일부를 밀봉하는 테프론 코팅층을 구비하여, 발열부와 리드선을 전기연통가능하게 결선하는 결속부;로 이루어지는데, 여기서, 열선 다발은 탄소섬유 열선과 합금 열선로 구성된 다중 열선일 수 있 있다.

바람직하기로, 본 발명은 열선 다발과; 구리 섬유와 아라미드 섬유로 구성되고, 열선 다발의 길이방향을 따라 외주면 둘레를 나선형으로 감아 권취되는 전도성의 권취 테이프; 열선 다발을 속박하는 권취 테이프 외주면에 도포된 제1 피복층; 및 제1 피복층의 외주면에 배치된 제2 피복층;을 구비하는 발열부를 채용하는데, 열선 다발을 발열체로 사용할 수 있다.

본 발명에서, 제1 피복층은 테프론 재질로 권취 테이프 외주면 둘레를 도포하고, 제2 피복층은 실리콘 재질로 코팅될 수 있다.

본 발명은 발열부과 리드선 및 결속부를 내부에 수용할 수 있는 투명 호스를 추가로 구비할 수 있다.

여기서, 투명 호스는 투명한 테프론 재질로 형성될 수 있다.

본 발명은 땜납층을 발열부의 단부 둘레에서 제2 피복층과 제1 피복층을 탈피하여 노출된 권취 테이프 상에 배치하는데, 권취 테이프와 동선 사이에 개재되어 열선 다발과 리드선의 전기연통을 돕는다.

본 발명에 따른 다중 열선을 이용한 발열시스템의 제작 방법은 다음과 같은 단계를 포함하는데, 발열부과 전원공급원에서 인출된 리드선을 준비하는 단계와; 발열부과 리드선을 탈피하는 단계; 발열부의 노출된 권취 테이프 상에 땜납층을 배치하는 단계; 발열부의 단부에 배치된 땜납층과 리드선의 노출된 동선을 중첩되게 배치하는 단계; 발열부의 단부에 배치된 땜납층과 리드선의 동선을 연결하는 결선 부위에 알루미늄층을 위치고정하는 단계; 및 알루미늄층으로 덮여진 결선 부위와 발열부의 일부 및 리드선의 일부를 테프론 코팅층으로 밀봉하는 단계;를 포함할 수 있다.

바람직하기로, 본 발명은 탄소섬유 열선과 합금 열선으로 구성된 열선 다발과; 열선 다발의 길이방향을 따라 외주면 둘레를 나선형으로 감아 권취되는 전도성의 권취 테이프; 열선 다발을 속박하는 권취 테이프 외주면에 도포된 제1 피복층; 및 제1 피복층의 외주면에 배치된 제2 피복층;을 구비한 발열부를 채용하는데, 열선 다발을 발열체로 사용할 수 있다.

본 발명은 도전성이 우수한 동선과; 이 동선의 외주면 둘레에 배치된 피복층;을 구비한 리드선을 통해 열선 다발에 전원을 공급할 수 있다.

본 발명의 탈피 단계에서, 본 발명은 발열부의 단부 둘레에 피복된 2중의 피복층을 제거하여 열선 다발을 속박하는 권취 테이프를 노출시키는 단계와; 리드선의 단부 둘레에 피복된 피복층을 제거하여 동선을 노출시키는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 땜납층의 배치 단계에서, 땜납층은 발열부의 노출된 단부를 수용할 수 있는 관형상으로 형성될 수 있다.

본 발명의 알루미늄층의 위치고정 단계에서, 알루미늄층은 발열부과 리드선의 결선 부위에 진공흡착방식으로 밀착되게 부착될 수 있다.

본 발명은 속이 비어 있는 가늘고 긴 투명 호스 내부에 일직선으로 결선된 발열부과 리드선을 삽통하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

덧붙여서, 본 발명은 다중 열선을 이용한 발열시스템을 통해 미나리와 같은 작물을 재배할 수 있는 수경재배방법을 포함한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 발명은 탄소섬유 열선과 합금 열선으로 구성된 다중 열선을 수단으로 하여 온열을 제공할 수 있도록 설계되어 있는 발열시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 탄소섬유 섬유와 합금 섬유를 발열체로 사용함으로써 인체에 유익한 원적외선과 음이온을 방출하여 농작물의 성장 환경을 개선시킬 수 있을 뿐만 아니라 이는 농작물의 품질향상으로 이어질 수밖에 없다. 본 발명은 발열시스템의 낮은 전력으로 발열성능을 향상시키는 동시에 온도 제어를 용이하게 할 수 있다.

특별하기로, 본 발명은 전도성의 권취 테이프를 수단으로 하여 열선 다발의 길이방향을 따라 외주면 둘레를 나선형으로 감싸고 있어 열선 다발과 리드의 동선 간의 접촉면적으로 증가시켜 접촉 저항을 저감시킬 수 있도록 설계되어 있다.

또한, 본 발명은 발열시스템에 신뢰할 수 있는 수밀성을 보장하기 위해 열선 다발 외주면 둘레에 2중으로 방수 가공된 피복층으로 둘러싸여 있는 발열부와 결속부를 통해 습기나 물기의 침투를 방지하여 작업자의 누전에 의한 위험성을 방지할 수 있다.

본 발명은 발열부를 방수 가공하여 수경재배, 노지재배 등과 같이 다양한 환경 하에서도 사용가능할 뿐만 아니라 열선 다발을 다양한 형태로 굴곡가능하게 유연성을 제공하여 보관이나 설치의 용이성을 보장할 수 있다.

특히, 본 발명은 열선 다발과과 리드선(전선)을 상호 전기적으로 연결가능한 결속 구조로 설계되어 있어, 내구성과 수밀성을 보장할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 열선을 이용한 발열시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 발열부를 개략적으로 도시한 분해사시도이다.
도 3은 도 1에 도해된 원호부(A)의 단면도로서, 발열부와 리드선의 결선 상태를 확인할 수 있는 도면이다.
도 4a 내지 도 4g는 발열부와 리드선의 결선하는 과정을 단계적으로 도시한 도면들이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 첨부 도면에 있어서, 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 열선을 이용한 발열시스템을 개략적으로 도시한 도면이며, 발열부와 리드선의 전기적 연결을 확인하기 위해 투명 호스를 제거하였다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발열시스템은 하나 이상의 발열부(1)와, 하나 이상의 발열부(1)에 전원공급을 조절하는 제어부(2), 발열부(1)와 제어부(2) 사이에 전기연통가능하게 개재된 리드선(3), 및 발열부(1)와 리드선(3)을 결선하는 결속부(5)로 이루어져 있다.

본 발명에 따른 다중 열선을 이용한 발열시스템은 제어부(2)를 통해 각각의 발열부(1)에 전원을 공급할 수 있다. 제어부(2)는 각각 병렬 연결된 리드선(3)을 외부로 길이연장하고 있으며, 여기서 제어부(2)는 리드선(3)을 통해 열선 다발(11;도 2 참조)에 전류를 인가할 수 있는 전원공급원일 것이다. 이에 국한되지 않고, 본 발명에 따른 발열시스템은 하나 이상의 발열부를 직렬 연결하여 사용할 수도 있다. 제어부(2)는 도시되었듯이 4개의 채널에서 예컨대 + 극선과 - 극선으로 구성된 한쌍의 리드선(3)을 각각 인출하고, 리드선(3)의 단부에 발열부(1)를 전기적으로 연결가능하게 결선한다. 이로써, 본 발명은 제어부(3)를 통해 220V의 전원전압을 미리 설정된 출력전압(60V~220V)으로 각각의 리드선(3)에 선택적으로 전원을 공급하여 하나 이상의 발열부(1)을 발열시킬 수 있다. 본 발명에 따른 발열시스템은 각각의 발열부(1)에 가정용 전압보다 낮은 약 60V의 정격전압으로 감압하여 감전사고 방지, 전기절약 등의 효과를 기대할 수 있게 된다. 제어부(2)는 4개의 채널을 통해 4개의 발열부(1)를 발열시킬 수 있지만, 이에 국한되지 않고 하나 이상 혹은 복수의 발열부에 전류를 인가시킬 수도 있다.

제어부(2)는 예컨대 발열부(1)의 주변 온도를 감지하여 각 채널에서 배선된 리드선(3)에 공급 전원을 온(on)/오프(off) 함으로써 미리 설정된 온도를 유지시킬 수 있도록 설계되어 있고, 각 채널에 공급되는 전압량, 설정온도, 현 발열온도 등을 표시하는 디스플레이(display;미도시)를 설치할 수도 있다. 본 발명의 명료한 이해를 돕기 위해서 제어부(2)에 대한 구체적인 구성에 대한 상세한 설명은 배제하도록 한다.

본 발명은 앞서 기술된 바와 같이 전류의 인가에 따라 발열하는 열선 다발을 포함하는 발열부(1) 외주면 둘레에 방수 가공방식으로 피복하여 발열효과와 함께 방수효과도 기대할 수 있다. 이러한 방수효과는 발열부(1) 내부로 물의 침투를 미연에 방지하여 발열부(1)의 내구성을 향상시킬 수 있다. 이는 미나리와 같은 수경재배시 물로 충전된 식생매트(혹은 습지)에 발열부(1)를 포설하여 식생매트 내에 수온을 일정하게 유지시켜 겨울 등의 계절적 여건에 상관없이 식재(植栽)가능하게 돕는다. 본 발명은 다양한 재배 여건에 맞춰 지면에서 약 3~4 cm의 깊이로 발열부(1)를 매설하고 전원공급을 통해 지열의 온도를 조절할 수도 있다.

특히, 본 발명에 따른 다중 열선을 이용한 발열시스템은 발열부(1)의 단부와 리드선(3)의 단부를 둘러싸는 결속부(5)를 수단으로 하여 수밀성을 보장하는 동시에 상호 전기연통가능하게 배선할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 구성부재들의 내부 구조를 확인할 수 있도록 도해한 분해사시도이다.

발열부(1)의 내부는 앞서 기술된 바와 같이 전류의 인가에 의해 발열하는 열선 다발(11)을 발열체로 하여 귄취 테이프(12), 제1 피복층(13), 제2 피복층(14)으로 구성된다. 여기서, 열선 다발(11)은 한 가닥 이상의 탄소섬유 열선(11a)과 한 가닥 이상의 극세선으로 이루어진 합금 열선(11b)으로 구성된 다중 열선일 수 있으며, 전기에너지를 열에너지로 변환시켜주는 발열소재이다. 합금 열선은 당해분야의 숙련자들에게 널리 알려져 있듯이 낮은 전원 하에서도 고온의 열을 짧은 시간 내에 유도할 수 있고 나노 단위로 얇게 제작할 수 있다. 이와 달리, 탄소섬유 열선은 전자파를 발생하지 않고 일정 온도에 도달하면 그 이상 온도로 증가하지 않는 항온특성으로 인해 안정된 발열 상태를 유지할 수 있으며, 전력 사용을 최소화할 수 있다. 특별하기로, 본 발명은 얇은 두께의 합금 열선(11b)과 탄소섬유 열선(11a)을 합사하여 탄소섬유 열선만을 채용한 경우보다 최대 발열온도를 더욱 높일 수 있으며, 가열(heating)과 냉각(cooling)의 반복작업 하에서도 합금 열선의 내구성과 장력을 발열부으로 보완하여 열을 외부로 원활하게 방출시킬 수 있는 장점을 제공한다.

구체적으로, 발열부(1)는 열선 다발(11), 이 열선 다발(11)의 외주면에 배치된 전도성의 권취 테이프(12), 권취 테이프(12)의 외주면에 배치된 제1 피복층(13), 및 제1 피복층(13)의 외주면에 배치된 제2 피복층(14)을 구비하는 한편 발열부(1)는 필요에 따라 제2 피복층(14) 외주면 둘레에 투명 호스(6)를 추가로 구비할 수도 있다. 바람직하기로, 투명 호스(6)는 투명한 테프론 재질로 형성되되, 투명 호스(6)는 발열부(1), 발열부(1)의 일 단부에 결선된 리드선(3), 그리고 발열부(1)와 리드선(3)을 상호 전기적으로 연결하는 결속부(5;도 1 참조)를 수용할 수 있는 크기와 형태를 갖는다. 투명 호스(6)는 발열부(1)에서 방사되는 원적외선 파장을 유지하기 위해 투명한 테프론 재질로 제작될 수 있다.

열선 다발(11)은 앞서 기술된 바와 같이 한 가닥 이상의 탄소섬유 열선(11a)과 한 가닥 이상의 합금 열선(11b)으로 조합된 다중 열선으로 구성될 수 있는데, 리드선(3)을 통해 전원과 전기적으로 연결된다. 열선 다발(11)은 이의 길이방향을 따라 외주면 둘레를 권취 테이프(12)로 나선형으로 감아 탄소섬유 열선(11a)과 합금 열선(11b)을 상호 밀착되도록 합사시킨다.

도시된 바와 같이, 권취 테이프(12)는 열선 다발(11)을 흐트러지지 않게 구속시키는 동시에 열선 다발(11)의 단부와 리드선(3)의 단부 사이의 접촉부에 존재하는 접촉 저항을 저감시킬 수 있는 역할을 수행한다. 일반적으로, 리드선(극선)은 특허문헌 1의 도 1에 도시된 바와 같이 열선 다발의 단부에 접촉되는데, 이는 전류의 유선(流線)을 단부에만 집중되어 접촉 저항이 커질 수밖에 없으며 이는 전류손실을 유발시키는 한편 예상치 못한 국부 과열과 발화의 요인으로 작용하게 된다. 본 발명은 열선 다발(11)과 권취 테이프(12) 간에 접촉 면적을 늘려 접촉저항을 최소화하여 권취 테이프와 열선 다발을 이동하는 전류손실을 저감시킬 수 있는 구조로 설계되어 있다. 이는 결과적으로 소비전력을 낮춰 절전효과를 기대할 수 있을 것이다. 이를 위해서, 권취 테이프(12)는 구리 섬유와 아라미드 섬유를 위빙(weave)하여 제작할 수 있다. 이에 국한되지 않고, 전도성의 권취 테이프는 아라미드 섬유로 구성된 기재층의 내주면에 구리 섬유층으로 적층배열할 수도 있다. 덧붙여서, 권취 테이프(12)는 구리 섬유와 아라미드 섬유 및 내열성 섬유를 위빙하여 제작할 수도 있다.

권취 테이프(12)는 전술된 바와 같이 구리(copper) 섬유와 아라미드(aramid) 섬유로 이루어져 있어, 구리의 특성과 아라미드 섬유의 특성을 동시에 제공하여 각 조성물의 취약점을 보완할 수 있다. 구리는 각각의 열선(11a,11b)의 단부와 리드선(3)의 단부 사이의 접촉부에 존재하는 접촉 저항을 저감시키는 동시에 열선 다발(11)에서 발생되는 열을 외부로 신속하게 열전달시킬 수 있다. 이와 달리, 아라미드 섬유는 내열성을 제공하는 한편 고온 하에서도 저수축, 고강도 특성을 제공할 수 있다. 권취 테이프는 아라미드 섬유로 인해 연성(延性)과 취성(脆性)을 갖는 구리의 한계성을 극복하여 열선 다발(11)의 외주면 둘레에서 권취 상태를 유지할 수 있게 된다. 덧붙여서, 권취 테이프는 권취 특성상 굴곡성을 제공할 수 있다.

본 발명의 발열시스템은 발열부(1)의 방수효과, 절연효과 등을 제공하기 위해 2중의 피복층(13,14)으로 코팅처리될 수 있다. 제1 피복층(13)은 발열부의 내부 구성요소를 보호하기 위해 권취 테이프(12) 외측에 피복되는 한편, 제2 피복층(14)은 발열부(1)의 최외층을 피복한다.

제1 피복층(13)은 외부로부터의 수분의 침투를 차단할 수 있고 내열성, 절연 안정성, 방수성을 확보할 수 있는 테프론 재질로 이루어질 수 있다. 추가로, 제1 피복층(13)은 투명한 테프론 재질로 도포될 수 있다. 발열부(1)는 예컨대 열선 다발(11)에서 방사되는 원적외선 파장을 유지하기 위해 투명한 테프론 재질로 압출되거나 코팅처리 될 수 있다.

이와 달리, 제2 피복층(13)은 내열성과 방수성을 제공할 수 있는 실리콘 재질로 코팅될 수 있으며, 실리콘 재질의 제2 피복층은 외부충격의 완충 역할 뿐만 아니라 발열부에 굴곡성을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 발열시스템은 발열부(1)의 권취 테이프(12)와 리드선(3)의 동선(31)을 확실하게 전기적으로 연결가능하도록 발열부(1)의 단부 둘레를 둘러싼 제1 및 제2 피복층(13,14)을 탈피하고 노출된 권취 테이프(12) 외주면 둘레에 땜납층(4)을 배치한다. 다시 말하자면, 본 발명은 권취 테이프(12)와 동선(31) 사이에 땜납층(4)을 개재하는데, 동선(31)을 발열부(1)의 권취 테이프(12)에 확실하게 수취할 수 있는 구조를 갖는 동시에 이들 간에 전류 도체층을 배치하여 접촉 저항을 저감시킬 수 있다.

도 3은 발열부(1)의 단부와 리드선(3)의 단부의 결선상태를 확인할 수 있는 단면도이다.

본 발명은 결속부(5)를 통해 발열부(1)의 단부와 리드선(3)의 단부를 안정적으로 연결할 수 있는바, 발열부(1)과 리드선(3)의 결선 부위에 신뢰할 수 있는 수밀성을 확보하는 동시에 결선강도를 제공하여 단선되지 않게 구조적 안정성을 확보할 수 있으며, 접촉저항을 저감시킬 수 있는 구조로 상호 결선을 돕는다.

리드선(3)은 전원공급원인 제어부(2)로부터 길이연장되어 발열부(1)의 발열작동을 구현하기 위해 전기적으로 연결되어 발열부(1)에 전류를 인가하게 된다. 리드선(3)은 일반적인 전선일 수 있으며, 도전성이 우수한 동선(31)의 외주면 둘레를 피복층(34)으로 둘러싸고 있다.

발열부(1)은 이의 단부를 감싸고 있는 제2 피복층(14)과 제1 피복층(13)을 제거하여 열선 다발(11;11a,11b)을 감싸고 있는 권취 테이프(12)를 노출시키고, 리드선(3) 또한 동선(31)의 단부를 감싸고 있는 피복층(34)을 제거하여 동선(31)을 노출시킨다. 노출된 권취 테이프(12)는 도 2에 도해된 땜납층(4)으로 둘러싸인다. 노출된 동선(31)은 권취 테이프(12) 상에 배치된 땜납층(4)과 접촉되게 배치하고, 중첩배치된 동선(31)과, 땜납층(4), 권취 테이프(12), 및 열선 다발(11) 둘레를 알루미늄층(51)으로 고정지지한다. 알루미늄층(51)은 진공압착방식을 통해 소정의 형태로 변형되어 동선(31)과 땜납층(4) 및 권취 테이프(12)에 압력을 가하면서 고정지지할 수 있게 된다. 알루미늄층(51)은 동선(31)과 땜납층(4) 간에 도전성을 제공하는 한편 구리에 비해 인장강도가 높아 결선 부위에 유연성을 제공할 수 있게 된다.

결속부(5)는 알루미늄층(51)으로 둘러싸여 고정된 리드선의 노출된 동선(31)과 발열부의 노출된 권취 테이프(12) 및 땜납층(4)의 결선 부위를 발열부(1)의 제1 피복층(13)과 동일한 투명한 테프론 코팅층(52)을 압출하거나 코팅처리하여, 발열부(1)과 리드선(3)의 결선을 마감처리하게 된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 열선을 이용한 발열시스템은 도 4a 내지 도 4g에 도시된 발열부와 리드선의 결선 과정을 단계적으로 도시한 개략도를 통해 전반적인 제작 방법을 기술하도록 한다.

도 4a는 발열부(1)과 리드선(3)을 준비하는 단계(S100)를 도시한 것이다. 발열부(1)은 전류의 인가에 의해 발열작동하는 탄소섬유 열선(11a)와 합금 열선(11b)로 구성된 열선 다발(11)을 포함하는데, 열선 다발(11)과, 열선 다발(11)의 외주면을 따라 나선형으로 권취하여 열선 다발(11)을 고정하는 전도성의 권취 테이프(12), 권취 테이프(12)의 외주면에 도포된 테프론 재질의 제1 피복층(13), 및 제1 피복층(13)의 외주면에 도포된 실리콘 재질의 제2 피복층(14)으로 이루어진다. 권취 테이프(12)는 구리 섬유와 아라미드 섬유로 이루어질 수 있다. 열선 다발(11)은 탄소섬유 열선(11a)을 상반부에 그리고 합금 열선(11b)을 하반부에 배열하여 도해하고 있지만, 이에 국한되지 않고 다양한 패턴으로 배열될 수도 있을 것이다.

리드선(3)은 발열부(1) 내에 구비된 열선 다발(11)에 전류를 인가하기 위해 제어부(2;도 1 참조)에서 길이연장된 구성부재로, 도전성이 우수한 동선(31)과 이 동선(31)의 외주면 둘레에 배치된 피복층(34)으로 이루어진다(도 2 참조).

도 4b는 발열부(1)과 리드선(3)을 탈피하는 단계(S200)를 도시한다.

탈피 단계(S200)는 발열부(1)의 단부와 리드선(3)의 단부를 전기연통가능하게 결선하기 위한 준비 단계로서, 발열부(1) 내의 권취 테이프(12)와 리드선(3)의 동선(31)을 서로 접촉가능하게 배치할 수 있도록 돕는다.

우선적으로, 발열부(1)은 리드선(3)과 마주보는 단부 둘레에 피복되어 있는 제2 및 제1 피복층(14,13)을 탈피시켜 열선 다발(11)을 권취하고 있는 전도성의 권취 테이프(12)를 적당한 길이로 노출시킨다.

그런 다음에, 작업자는 리드선(3)의 피복층(34)을 탈피하여 권취 테이프(12)에 배치될 동선(31)을 적당한 길이로 노출시킨다.

도 4c는 발열부(1)의 단부에 땜납층(4)의 배치 상태를 도해한 도면이다. 다시 말하자면, 탈피 단계(S200)에서 노출된 발열부(1)의 권취 테이프(12)는 이의 외주면 둘레에 땜납층(4)을 위치시킨다. 땜납층(4)은 발열부(1)의 권취 테이프(12)와 리드선(3)의 동선(31)을 전기연통가능한 전류 도체층일 뿐만 아니라 권취 테이프(12)와 동선(31)의 위치고정을 돕는 고정부재일 수 있다.

땜납층(4)은 도 2에 도시된 바와 같이 관형상으로 형성되어 노출된 권취 테이프(12) 외주면 상에 강제로 끼워넣어질 수 있고, 이에 국한되지 않고 크림 땜납(solder paste)를 노출된 권취 테이프(12) 외주면 상에 도포하여 형성될 수도 있다.

발열부(1)와 리드선(3)을 결선하기 위해 도시된 바와 같이, 본 발명은 발열부(1)와 리드선(3)을 일직선 상에 정렬할 수 있다.

도 4d는 발열부(1)의 권취 테이프(12)와 리드선(3)의 동선(31)을 중첩되게 배치하는 단계(S400)를 도시하고 있다.

단계(S400)에서, 동선(31)은 발열부(1)의 단부에 배치된 땜납층(4)의 외주면 상에 접촉되게 배치하여 발열부(1)과 리드선(3)을 전기적으로 연결가능하게 돕는데, 동선(31)을 땜납층(4)의 외주면 둘레를 완전히 감싸도록 권선하여 후속 공정 중에 땜납층(4)으로부터 동선(31)의 이탈을 미연에 방지할 수 있도록 한다. 동선(31)으로 권선시, 땜납층(4)과 권취 테이프(12)를 죄여 열선 다발(11)을 더욱 확실하게 고정지지할 수 있다.

도 4e는 결선 부위에 알루미늄층(51)을 위치고정하는 단계(S500)를 도해한 것으로, 구체적으로 발열부(1)의 단부에 배치된, 다시 말하자면 노출된 권취 테이프(12) 둘레에 배치된 땜납층(4) 상에 동선(31)을 접촉시킨 결선 부위 둘레에 알루미늄층(51)을 배치한다. 알루미늄층(51)은 결선 부위 뿐만 아니라 발열부(1)의 제2 피복층(14) 일부와 리드선(3)의 피복층(34) 일부를 덮어씌울 수 있게 길이연장될 수 있도록 한다.

그런 다음에, 작업자는 알루미늄층(51)으로 둘러싸여 있는 결선 부위를 지그(미도시)에 위치시킨 다음에 알루미늄층(51)을 압착하여, 열선 다발(11)과, 권취 테이프(12), 땜납층(4) 및 동선(31)은 알루미늄층(51)에 의해 고정지지될 수 있다. 땜납층(4)으로 둘러싸인 발열부(1)의 단자와 리드선(3)의 단자는 알루미늄층(52)을 압착하는 단계(S500)에 의해 열압착되면서 땜납층(4)을 용융시켜 땜납층(4)에 가고정된 동선(31)을 본접합하여 리드선과 발열부 간에 양호한 결속 상태를 제공할 수 있다.

특별하기로, 본 발명은 알루미늄층(51)을 진공압착방식으로 압착하여 결선 부위와 알루미늄층(51) 사이에 습기 및 이물질을 확실하게 제거할 수 있고 알루미늄층(51)과 결선 부위 사이에 유격공간을 없애 더욱 확실하게 결속될 수 있도록 한다.

도 4f는 알루미늄층(51)으로 덮여진 결선 부위를 테프론 코팅층(52)으로 밀봉하는 단계(S600)를 도시한 것으로, 내부 배열상태를 확인하기 위해 테프론 코팅층을 부분절개하여 도해하고 있다.

테프론 코팅층(52)은 도시되었듯이 발열부(1)의 단부와 리드선(3)의 단부까지 덮을 수 있도록 결선 부위에 도포된다. 테프론 코팅층(52)은 투명한 테프론 재질로 마감처리되어 결선 부위를 외부와 절연시킬 수 있다. 또한, 테프론 코팅층(52)은 유연성을 갖춰 결선 부위에 굴곡성을 제공할 수도 있다.

도 4g는 결선된 발열부(1)과 리드선(3)의 외주면 둘레를 둘러싸는 투명 호스(6)를 도해하고 있다. 단계(S700)는 단계(S600)에서 일직선으로 결선된 발열부(1)과 리드선(3)을 속이 비어 있는 가늘고 긴 투명 호스(6) 내부로 삽통하는 단계를 포함한다. 선택가능하기로, 투명 호스(6)는 내열성과 절연성 및 유연성을 가진 투명한 테프론 재질로 형성된다. 특히, 투명 호스(6)는 발열부(1)과 리드선(3) 및 결속부(5)를 외부 환경과의 접촉을 차단하여 본 발명에 따른 발열시스템을 다양한 환경조건에서도 사용할 수 있도록 돕는다.

즉, 본 발명은 투명 호스(6) 내부에 전술된 발열부(1)과 리드선(3) 및 결속부(5)를 수용하고 있어 수밀성을 극대화시켜 수경재배 및/또는 노지재배시 물의 침투와 접촉을 확실하게 차단할 수 있다.

본 발명은 앞서 기술된 다중 열선을 이용한 발열시스템을 수단으로 하여 다양한 재배환경, 바람직하기로는 수경재배를 실시할 수 있다.

대표적인 수경재배 식물인 미나리는 수온에 따라 민감하게 성장하는데, 도 1에 도시된 본 발명에 따른 발열시스템의 발열부(1)를 수경재배지 내에 포설한 다음에 작물에 필요한 수온으로 일정하게 유지시키기 위해 제어부(2)를 작동시킨다. 겨울철, 하우스 내에서 수온을 1.5℃ 상승시 미나리의 재배 기간은 50일에서 20일로 단축시킬 수 있고, 구동시 발열시스템에서 방사되는 원적외선을 통해 병충해에 영향을 받지 않은 연하고 맛좋은 미나리를 생산해 낼 수 있다.

이외에도, 본 발명에 따른 발열시스템은 하우스 내에 작물 재배(원예 농작물, 모종 재배)에도 적용가능할 뿐만 아니라 필요에 따라서는 산업공장 내에 배관의 동파방지용 열선으로도 활용가능하다.

이상 본 발명은 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 다중 열선을 이용한 발열시스템과, 이의 제작 방법, 및 발열시스템을 이용한 수경재배방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1 ----- 발열부,
11 ----- 열선 다발,
11a ----- 발열부,
11b ----- 합금 열선,
12 ----- 권취 테이프,
13, 14 ----- 피복층,
2 ----- 제어부,
3 ----- 리드선,
31 ----- 동선,
34 ----- 피복층,
4 ----- 땜납층,
5 ----- 결속부,
51 ----- 알루미늄층,
52 ----- 테프론 코팅층,
6 ----- 투명 호스(hose).

Claims (15)

1. 전류인가에 따라 발열하는 열선 다발(11)을 구비하고, 수밀되게 절연 피복된 발열부(1)와;
   상기 발열부(1)에 전원을 공급하는 제어부(2);
   도전성이 우수한 동선(31)과 상기 동선(31)의 외주면 둘레에 배치된 피복층(34)을 구비하고, 상기 제어부(2)에서 인출된 리드선(3);
   상기 발열부(1)와 상기 리드선(3) 사이에 개재되는 땜납층(4); 및
   상기 발열부(1)와 상기 리드선(3) 및 땜납층(4)의 결선(結線) 부위를 둘러싸는 알루미늄층(51)과, 상기 알루미늄층(51)과 상기 발열부(1)의 일부 및 상기 리드선(3)의 일부를 밀봉하는 테프론 코팅층(52)을 구비하여, 상기 발열부(1)와 상기 리드선(3)을 전기연통가능하게 결선하는 결속부(5);로 이루어지는데,
   상기 열선 다발(11)은 탄소섬유 열선(11a)과 합금 열선(11b)로 구성된 다중 열선으로 되어 있는 다중 열선을 이용한 발열시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 발열부(1)는,
   상기 열선 다발(11)과;
   구리 섬유와 아라미드 섬유로 구성되고, 상기 열선 다발(11)의 길이방향을 따라 외주면 둘레를 나선형으로 감아 권취되는 전도성의 권취 테이프(12);
   상기 열선 다발(11)을 속박하는 상기 권취 테이프(12) 외주면에 도포된 제1 피복층(13); 및
   상기 제1 피복층(13)의 외주면에 배치된 제2 피복층(14);을 구비하는 발열시스템.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1 피복층(13)은 테프론 재질로 상기 권취 테이프 외주면 둘레를 도포하고,
   상기 제2 피복층(14)은 실리콘 재질로 코팅되는 발열시스템.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 발열부(1)과 상기 리드선(3) 및 상기 결속부(5)를 내부에 수용할 수 있는 투명 호스(6)를 추가로 구비하는 발열시스템.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 투명 호스(6)는 투명한 테프론 재질로 형성되는 발열시스템.
   
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 땜납층(4)은 상기 발열부(1)의 단부 둘레에서 상기 제2 피복층(14)과 상기 제1 피복층(13)을 탈피하여 노출된 상기 권취 테이프(12) 상에 배치되고, 상기 권취 테이프(12)와 상기 동선(31) 사이에 개재되는 발열시스템.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 발열부(1)은 가정용 전압보다 낮은 60V 전압으로 발열될 수 있는 발열시스템.
   
8. 발열부(1)과 전원공급원에서 인출된 리드선(3)을 준비하는 단계(S100)와;
   상기 발열부(1)과 상기 리드선(3)을 탈피하는 단계(S200);
   상기 발열부(1)의 노출된 권취 테이프(12) 상에 땜납층(4)을 배치하는 단계(S300);
   상기 발열부(1)의 단부에 배치된 상기 땜납층(4)과 상기 리드선(3)의 노출된 동선(31)을 중첩되게 배치하는 단계(S400);
   상기 발열부(1)의 단부에 배치된 상기 땜납층(4)과 상기 리드선(3)의 동선(31)을 연결하는 결선 부위에 알루미늄층(51)을 위치고정하는 단계(S500); 및
   상기 알루미늄층(51)으로 덮여진 결선 부위와 상기 발열부(1)의 일부 및 상기 리드선(3)의 일부를 테프론 코팅층(52)으로 밀봉하는 단계(S600);를 포함하는 발열부를 이용한 발열시스템의 제작 방법.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 발열부(1)는,
   탄소섬유 열선(11a)과 합금 열선(11b)으로 구성된 열선 다발(11)과;
   상기 열선 다발(11)의 길이방향을 따라 외주면 둘레를 나선형으로 감아 권취되는 전도성의 권취 테이프(12);
   상기 열선 다발(11)을 속박하는 상기 권취 테이프(12) 외주면에 도포된 제1 피복층(13); 및
   상기 제1 피복층(13)의 외주면에 배치된 제2 피복층(14);을 구비하는 다중 열선을 이용한 발열시스템의 제작 방법.
   
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 리드선(3)은,
    도전성이 우수한 동선(31)과;
    상기 동선(31)의 외주면 둘레에 배치된 피복층(34);을 구비하는 다중 열선을 이용한 발열시스템의 제작방법.
    
11. 청구항 8에 있어서,
    상기 탈피 단계(S200)에서,
    상기 발열부(1)의 단부 둘레에 피복된 제2 피복층(14)과 제1 피복층(13)을 제거하여 열선 다발(11)을 속박하는 상기 권취 테이프(12)를 노출시키는 단계와;
    상기 리드선(3)의 단부 둘레에 피복된 피복층(34)을 제거하여 상기 동선(31)을 노출시키는 단계를 포함하는 다중 열선을 이용한 발열시스템의 제작방법.
    
12. 청구항 8에 있어서,
    상기 땜납층(4)의 배치 단계(S300)에서,
    상기 땜납층(4)은 상기 발열부의 노출된 단부를 수용할 수 있는 관형상으로 형성되어 있는 다중 열선을 이용한 발열시스템의 제작방법.
    
13. 청구항 8에 있어서,
    상기 알루미늄층(51)의 위치고정 단계(S500)에서,
    상기 알루미늄층(51)은 상기 발열부(1)과 상기 리드선(3)의 결선 부위에 진공흡착방식으로 부착되는 다중 열선을 이용한 발열시스템의 제작 방법.
    
14. 청구항 8에 있어서,
    속이 비어 있는 가늘고 긴 투명 호스(6) 내부에 일직선으로 결선된 상기 발열부(1)과 상기 리드선(3)을 삽통하는 단계(S700)를 추가로 포함하는 발열부를 이용한 발열시스템의 제작 방법.
    
15. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 다중 열선을 이용한 발열시스템을 통해 미나리와 같은 작물을 재배하는, 발열시스템을 이용한 수경재배방법.
    

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