KR200367343Y1 - 전기발열 보온배관 구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 카본히터를 구비한 전기발열 보온배관구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소 콜로이드액으로 코팅된 발열선으로 형성되는 카본히터가 구비된 전기발열 보온배관구조에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전기발열 보온배관구조는 배관(140)과, 서로 이격되어 위치되는 한 쌍의 동사 전극(111, 112)과, 상기 양 전극(111, 112) 사이에 연결되며 섬유사(115)에 탄소 콜로이드 용액이 1회에 0.5㎛ 내지 5㎛의 두께로 코팅되어 형성되는 복수의 발열선(113)과, 발열선(113)과 서로 그물망을 이루면서 연결되는 보조선(114)을 포함하여 상기 배관의 외면에 설치되는 카본발열체(110)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

전기발열 보온배관 구조{Electric pipe structure with heater}

본 고안은 전기발열 보온배관구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 섬유사에 탄소 콜로이드액으로 코팅된 발열선으로 형성되는 카본발열체가 장착된 전기발열 보온배관에 관한 것이다.

배관의 외면에 발열체를 내장시켜, 전기를 인가할 경우 발열체가 발열되어 필요한 온도를 얻는 전기발열 보온배관은 통상적으로 사용되어 왔다. 그러나 발열선으로 일반적인 니크롬선등을 이용하는 경우 유연성이 부족하여 단락의 우려가 있고, 장시간 사용시 발열체의 경화 현상으로 수명이 단축되는 문제점이 있었다. 또한, 배관의 길이가 길어질 경우 그 길이에 맞추어 발열선의 길이를 조정하는 문제가 쉽지 않았다.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위한 지속적인 연구가 진행되었다. 대표적인 예가, 대한민국 특허청 실용신안공보에 공개되어 등록된 등록번호 제 20-0262162 호의 동파방지용히터로서, 이에는 발열선을 제작함에 있어, 니켈-크롬선의 외면에 부드러운 절연물질을 코팅하고, 그 사용길이를 줄일 수 있도록 접속부를 구비하고, 설정된 온도에 도달할 때에만 발열하도록 온도센서를 구비한 동파방지용히터를 개시하고 있다.

도 1a에는 상기 동파방지용 히터의 회로도가, 도 1b에는 사시도가 개시되어 있다. 이에 따르면, 히터 1 은 프러그(P), 코드선(10) 및 내부에 구비된 두개의 전원선(11) 중 한개의 전원선에 연결된 열선(20)과 또 하나의 전원선(12)에 연결된 열선(21) 사이에 장치된 소정의 온도가 설정된 온도센서(S)와 히터 1의 전원을 히터 2에 공급해주기 위한 콘센트(C)가 구성되어 있다. 또한, 히터 2는 상기 히터 1의 콘센트(C)와 접속되어 전원을 공급받기 위하여 프러그(P-1)와 히터 2 내부에 구비된 두 개의 전원 중 한 개의 전원선(11-1)에 연결된 열선(20-1)과 또 하나의 전원선(12-1)사이에 장치된 소정의 온도가 설정된 온도센서(S-1)로 구성되며, 상기 히터 2는 동일한 히터 2에 전원을 공급하기 위하여 콘센트(C-1)을 구비하고 있으며, 상기 히터 1, 히터 2에 구성된 콘센트의 밀폐를 위하여 마감재 3을 구비하고 있다.

이러한 구성에 의해, 상기 동파방지용 히터는 히터 1 한 개와 필요에 따라서 여러개의 히터 2를 접속하여 사용할 수 있고, 발열선의 유연성이 증대되어 설치가용이하다고 기재되어 있다.

그러나, 상술한 바와 같은 동파방지용 히터는 어느 정도 유연성이 증대되는 효과가 있기는 하지만, 기본적으로 니크롬선을 채용함으로서 단락의 위험으로부터벗어날 수 없고, 다수의 콘센트와 플러그가 반복적으로 설치되어야 하므로, 제조단가가 상승하는 문제점이 노정되었다.

이처럼, 전기발열 보온배관구조를 형성하는 데 있어서, 실제 단락의 우려가 없고, 사용길이를 자유로이 조정할 수 있는 제품이 소비자들의 강한 욕구에도 불구하고 실질적으로 생산되지 못하고 있다.

본 고안은 상기한 전기발열 보온배관구조에서의 장기간 미해결 과제 및 새로운 카본히터의 적용상의 곤란성을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 유연성이 뛰어나며, 단락 우려가 없고, 자유로이 연장가능한 카본발열체를 내장한 전기발열 보온배관구조를 제공하는 것이다.

도 1a는 종래기술에 따른 전기발열 보온배관구조의 회로도.

도 1b는 종래기술에 따른 전기발열 보온배관구조의 사시도.

도 2a는 본 고안에 채용된 카본히터의 일실시예를 보이는 구성도.

도 2b는 본 고안에 사용되는 발열선의 단면도.

도 2c는 본 고안에 사용되는 보조선의 단면도.

도 2d는 도 2a의 A부분 확대투시도.

도 3은 본 고안에 따른 전기발열 보온배관구조의 일실시예를 보이는 사시도.

도 4는 본 고안에 따른 전기발열 보온배관구조의 다른 실시예를 보이는 사시도.

도 5는 본 고안에 따른 전기발열 보온배관구조의 또 다른 상태를 보이는 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

P, P-1. 플러그 C, C-1. 콘센트

S, S-1. 온도센서 10. 코드선

11, 11-1, 12, 12-1. 전원선 20,20-1,21,21-1 열선

101. 카본히터 110. 카본발열체

111, 112. 전극 113. 발열선

114. 보조선 118. 절연재

119. 동사 120. 제어기

130. 전원연결부 131. 전선

132. 이음전선 140. 배관

141. 단열재

이하에서는 도면을 참조하면서, 실시예를 통해 본 고안을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 고안에 따른 보온배관의 외면에 설치되는 카본발열체의 형상의 변경, 설치되는 방식의 변경, 그리고 제공되는 배관의 변경등은 본명세서에 의해 당업자에게 자명하므로 본 고안의 범주에서 벗어나지 않으므로, 실시예이외의 변형이 다양하게 이루어 질 수 있다.

도 2a는 본 발명에 따른 카본히터의 일실시예를 보이는 구성도이고, 도 2b는 본 고안에 사용되는 발열선의 단면도이며, 도 2c는 본 고안에 사용되는 보조선의 단면도이다. 또한, 도 2d는 도 2a의 A 부분 확대투시도이다.

이에 따르면, 카본히터(101)는 카본발열체(110)와, 제어기(120)와, 전원연결부(130)로 구성된다. 카본발열체(110)는 소정간격으로 이격되는 동사(119) 전극(111, 112)과, 양 전극(111, 112) 사이에 연결되며 섬유사(115)에 탄소 콜로이드 용액이 1회에 0.5㎛내지 5㎛의 두께로 코팅되어 형성되는 복수의 발열선(113)을 포함하여 구성된다.

전극(111, 112)은 주석으로 도금된 동사(119; 銅絲)가 다수로 배치되어 구성되어, 발열선(113) 및 전선(131)과 연결되며, 전선(131)으로 연결되는 부위의 절연을 위하여 절연재(118)로 절연된다. 이때 사용되는 절연재(118)로는 방수기능을 갖는 실리콘테이프등이 사용될 수 있다. 인가되는 전기로는 AC 또는 DC가 모두 가능하다.

발열선(113)은 섬유사(115)를 내심으로 하여, 그 외면에 카본용액으로 코팅되어 구비된다. 이 때, 사용되는 섬유사(115)는 천연섬유사(셀룰로스계 섬유사, 단백질계 섬유사, 광물질계 섬유사) 및 인조섬유(유기질섬유사, 반합성섬유사, 합성섬유사, 무기질섬유사)에 제한을 받지 않고 사용될 수 있다(특히, 유리섬유사, 바잘트섬유사, 폴리에스테르사, 면사가 사용된다).

카본발열체(110)에는 발열선(113)과 서로 그물망을 이루면서 연결되고 발열선(113)을 보조하는 보조선(114)이 더 구비된다. 보조선(114)은 탄소코팅이 되지 않은 섬유사(115)를 내심으로 하여 구비된다. 섬유사(115)는 천연섬유사(셀룰로스계 섬유사, 단백질계 섬유사, 광물질계 섬유사) 및 인조섬유(유기질섬유사, 반합성섬유사, 합성섬유사, 무기질섬유사)에 제한을 받지 않고 사용될 수 있다(특히, 유리섬유사, 바잘트섬유사, 폴리에스테르가 사용된다). 그 외면은 다시 실리콘, 폴리아크릴 또는 폴리우레탄으로 100㎛ 내지 1000㎛의 두께로 코팅되어 있다. 실리콘, 폴리아크릴, 폴리우레탄등으로 코팅됨으로써 상기 발열선(113)은 보다 유연하게 절첩되어, 단락의 우려가 없어지게 되고, 또한 너무 얇으면 유연성이 약해지고, 너무 두꺼우면 발열효과가 저하되기 때문이다.

이때, 보조선(114)은 발열선(113)을 보강, 지지하는 역할을 하는데, 본 실시예에서는 가로로 발열선(113)이 세로로 보조선(114)이 형성되어 있지만, 발열선(113)을 보조하는 어떠한 형식으로도 연결가능하다. 예컨데, 발열선(113)사이마다 보조선(114)이 위치하는 것을 포함하는 그물망을 구성할 수 있다.

제어기(120)는 전선(131)으로 카본발열체(110)에 연결되어 발열되는 발열량을 제어할 수 있는 통상의 발열 제어기(120)의 기술을 사용하여 구성되며, 전원연결부(130)는 카본발열체(110)에 전기을 공급할 수 있도록 전원에 연결되도록 구성된다. 따라서, 전원연결부(130)에 전원을 인가하고, 제어기(120)로 필요한 발열이 될 수 있도록 제어기(120)를 조작하면 카본발열체(110)에서는 발열이 이루어진다

이어서, 상기 한 구성의 카본발열체(110)에서 가장 핵심적인 구성요소인 발열선의 제조방법의 일실시예를 설명한다. 먼저 1단계로 유리섬유사를 400℃이하로 가열된 탄소 콜로이드 용액에 통과시킨 다음, 2단계로 건조실로 이송하여 100℃ 이하로 1차건조시고 300℃에서 열처리하여 1차코팅을 완료시킨다. 다음에는 다시 탄소 콜로이드 탱크에 통과시켜 상기와 동일한 공정으로 2차코팅시키는 3단계로 발열선이 제조된다.

상기 실시예에서는 탄소 코팅층(116)을 2층으로 형성하였지만, 코팅층(116)은 사용자가 원하는 규격과 전기저항값이 달성되도록 1층 이상 여러층으로 조절될 수 있으며, 코팅을 1회실시할 때 두께는 0.5㎛ 내지 5㎛이 되도록 한다.

상기한 구성의 본 카본발열체는 얇은 코팅 두께로 전기가 통과하여 열방사효율이 좋고, 정온발열로 과열의 우려가 없고, 고효율 열교환으로 공기를 데워준다. 더우기, 저가의 섬유사 표면에 탄소 콜로이드 용액만을 코팅하므로 종래의 카본히터에 비해 현저히 제조원가를 절감할 수 있다.

도 3은 본 고안에 따른 전기발열 보온배관구조의 일실시예를 보이는 사시도이다. 이에 따르면 전기발열 보온배관구조(100)는, 배관(140)과, 상기 배관의 외면에 설치되는 그물모양의 카본발열체(110)를 포함하여 구성되어 있다. 이 때 카본발열체(110)는 길이방향의 수직으로 전극(111, 112)이 형성되어 있다.

카본발열체가 설치되는 배관에는 제한이 없다. 본 발명에서의 배관은 유체수송용의 배관 뿐만아니라, 보온이 필요하거나, 동파의 우려가 있는 모든 종류의 기기에 설치될 수 있다. 예컨데, 공장의 각종 베셀(vessel) 및 기기등에도 응용될 수 있다.

한편, 도 4에는 본 고안에 따른 전기발열 보온배관구조의 다른 실시예를 보이고 있다. 이에 따르면, 카본발열체(110)는 길이방향을 따라 전극(111, 112)이 형성되어 있다.

또한, 도 5에는 본 고안에 따른 전기발열 보온배관구조의 또 다른 실시예를 보이고 있다. 이에 따르면, 카본발열체(110)의 일정구간마다 이음전선(132)으로 연결되는 구간이 더 구비되어 있다. 이 경우, 필요한 길이만틈 절단하여 사용하기에편리하다.

또한, 상기 실시예들에서 카본발열체외면에는 통상의 방법으로 단열재가 더 구비되어 카본발열체에서 발열된 열량이 내부로만 전달될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이 때 사용되는 단열재(141)로는 스티로폼, 은박발포재등이 이용될 수 있다.

한편, 전극(111, 112)에서 전선(131)으로 연결되는 제어기, 전원연결부 및 설정 온도이하의 기온에 노출될 경우에만 히터가 작동하도록 기능하는 온도센서등은 통상적 기술을 채용하여 본 발명에 적용될 수 있으므로, 지면관계상 자세한 설명은 생략한다.

이하에서는 상기 도 3, 4, 5를 참조하여 본 고안에 따른 전기발열 보온배관구조의 기능 및 작용을 설명한다. 배관(140)이 제공되면, 배관(140)의 외면에 카본발열체(110)를 설치하는데, 본 고안에 따른 카본발열체(110)는 유리섬유에 탄소 콜로이드액이 코팅되어 있고, 그 외부에 다시 실리콘 코팅이 되어 있어, 유연성이 아주 좋으므로 손쉽게 설치할 수 있다. 특히, 배관(140)은 면이 둥글기 때문에 히터의 설치가 용이하지 않으므로 주로 띠형식의 히터를 권선하여 설치하는데, 본 고안에 따른 카본발열체(110)는 유연성이 현저하므로 아무런 어려움 없이 쉽게 설치가능하다. 이때, 보온하고자 하는 배관(140)의 길이가 길어지거나, 모양이 특이한 경우등에 카본발열체(110)를 연장하거나, 절단할 필요성이 있는데, 연장이 필요한 경우 단부의 전선을 연결하기만 하면 손쉽게 연장이 가능하고, 배관의 길이방향으로 전극을 형성시키는 본 고안의 카본발열체(110)의 경우는 어느 구간을 절단하더라도사용가능하다.

상기와 같이 카본발열체(110)가 배관(140)에 설치되어 있는 상태에서, 기온이 내려가 배관(140)에 보온이 필요하게 될 경우가 발생하면 온도센서의 스위치가 턴온되면서, 전극(111, 112)에 전원이 인가되어 카본발열체(110)의 발열선(113)에서 발열이 일어나 배관(140)을 보온하게 된다. 또한, 설정온도 이상으로 온도가 상승하면, 온도센서의 스위치가 턴오프되면서 발열작용을 멈추게 되는데, 이때, 각 발열선(113)에는 탄소의 코팅량 조절로 전기저항값을 조절하여 배관(140)이나 배관(140)내에 흐르는 물질에 손상을 미칠 수 있는 온도 이상으로는 발열되지 않도록 형성되어 있으므로, 사용시 안전성이 증대된다.

본 고안에 따른 전기발열 보온배관구조의 효과는 다음과 같다.

첫째, 매우 굵기가 가는 다수의 발열선을 사용할 뿐만아니라, 그 외면을 다시 실리콘등으로 코팅하여 유연성이 매우 커지므로, 단락되는 일이 없다.

둘째, 발열체의 어느 구간을 절단하여도 기능에 영향을 주지 아니하고, 간편하게 연장될 수 있으므로, 설치 및 관리가 매우 간편하다.

셋째, 전기소모량이 작아 사용시 유지비가 적게들며, 정온발열로 과열우려가 없어 안전성이 증대된다.

비록 발명이 상기에서 언급된 바람직한 실시예에 관해 설명되어졌으나, 발명의 요지와 범위를 벗어남이 없이 많은 다른 가능한 수정과 변형이 이루어질 수 있다. 따라서, 첨부된 청구범위는 고안의 진정한 범위내에 속하는 이러한 수정과 변형을 포함할 것으로 예상된다.

Claims (8)

1. 배관(140);및

   서로 이격되어 위치되며 전선에 연결되어 전원이 인가되는 한쌍의 동사(119) 전극(111, 112)과, 상기 양 전극(111, 112)사이에 연결되며 섬유사(115)의 외면에 탄소 콜로이드 용액이 적어도 1회에 0.5㎛ 내지 5㎛의 두께로 코팅되어 형성되는 복수의 발열선(113), 그리고 상기 전극(111, 112)을 절연시키는 절연재(18)를 포함하여 구성되어 상기 배관(140)의 외면에 설치되는 카본발열체(110);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기발열 보온배관구조.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 카본발열체(110)에는 상기 복수의 발열선(113)과 상호 그물망을 이루도록 연결되고 섬유사(115)로 이루어지는 보조선(114)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 전기발열 보온배관구조.
3. 청구항 2에 있어서,

   발열선(113) 및 보조선(114)의 외면은 실리콘, 폴리아크릴, 폴리우레탄으로 구성되는 군에서 선택되는 하나에 의해 100㎛ 내지 1000㎛의 두께로 더 코팅되는 것을 특징으로 하는 전기발열 보온배관구조.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 카본발열체(110)의 두께는 0.5mm 내지 5mm 인 것을 특징으로 하는 전기발열 보온배관구조.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 카본발열체(110)의 상기 전극(111, 112)이 설치될 배관(140)의 축선방향을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 전기발열 보온배관구조.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 카본발열체(110)는 상기 배관표면에 복수개가 구비되고, 상기 각 카본발열체는 상호 전선(132)으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기발열 보온배관구조.
7. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,

   섬유사(115)는 셀룰로스계 섬유사, 단백질계 섬유사, 광물질계 섬유사, 유기질섬유사, 반합성섬유사, 합성섬유사, 무기질섬유사 또는 바잘트섬유사로 구성되는 군에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 전기발열 보온배관구조.
8. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 카본발열체(110)의 외면에는 단열재(141)가 더 구비되는 것을 특징으로하는 전기발열 보온배관구조.