KR20170063476A - 면상발열체를 이용한 배관 히팅 시스템 - Google Patents

면상발열체를 이용한 배관 히팅 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 면상발열체를 이용한 배관 히팅 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 균일한 발열이 가능한 면상발열체를 이용한 배관 히팅 시스템에 적용한 면상발열체를 이용한 배관 히팅 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위한 것으로, 본 발명의 면상발열체를 이용한 배관 히팅 시스템은 전류가 공급되면 발열되고, 0.1 내지 3.0mm의 지름으로 구성되는 와이어를 망상으로 형성하는 면상발열체; 및 상기 면상발열체의 외부를 감싸는 단열재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

면상발열체를 이용한 배관 히팅 시스템{Pipe heating system using planar heater}
본 발명은 면상발열체를 이용한 배관 히팅 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 균일한 발열이 가능한 면상발열체를 이용한 배관 히팅 시스템에 적용한 면상발열체를 이용한 배관 히팅 시스템에 관한 것이다.
종래의 플랜트, 예를 들어 반도체 제조 장치, 화학 처리 장치, 식품 제조 장치 및 그 외의 제조 장치에 있어서는 처리전의 기체 또는 액체, 및 처리후의 기체 또는 액체를 이송하는 배관 및 탱크의 내벽에 이들의 기체 및 액체가 고체화 또는 퇴적하는 것을 방지하고 유체의 고유 특성을 유지하기 위해 외부로 방출되는 열을 최대한 억제하여 열 손실을 줄이기 위한 배관용 히팅 시스템이 사용되고 있다.
종래의 배관용 히팅 시스템은 전기적인 방식의 경우는 Ni-Cr(Alloy 825), Cu계 발열체를 사용하고 있어 고가이며, 두께가 두껍고 중량이 무겁고 내구성이 약하며 균일한 발열이 어려운 단점이 있다.
또한, 상기 발열체를 면상발열체로 적용한 경우 전원 공급 시 균일한 전원의 공급이 어려워 저항이 높은 곳에 부분적으로 번아웃(열화, burn out) 현상이 발생하는 문제점이 있다.
한국공개특허 제10-2011-0116778호
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 0.1 내지 3.0mm의 굵기와 소재가 다른 와이어를 사용하여, 제품의 중량과 두께를 감소시키고, 면상 전체에 균일한 전류가 흐름으로 인해 균일한 발열이 가능하도록 한 면상발열체를 적용하여, 전류가 정밀 제어되고 과부하나 번아웃 현상이 없는 안전성이 높은 배관 히팅 시스템을 제공하는 것이다.
발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위한 것으로, 본 발명의 면상발열체를 이용한 배관 히팅 시스템은 전류가 공급되면 발열되고, 0.1 내지 3.0mm의 지름으로 구성되는 와이어를 망상으로 형성하는 면상발열체; 및 상기 면상발열체의 외부를 감싸는 단열재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 면상발열체를 이용한 배관용 히팅 시스템은 면상 전체에 균일한 전류가 흐르는 면상발열체를 이용, 균일한 발열이 가능하여 과부하나 열화가 없는 안전성이 높은 배관용 히팅 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 면상발열체를 이용한 배관용 히팅 시스템은 와이어를 포함하는 면상발열체를 적용하여 경량화, 내식성, 내구성이 높은 히팅 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 면상발열체를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 면상발열체를 이용한 배관 히팅 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에서의 배관 히팅 시스템에 이용되는 면상발열체 일실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에서의 배관 히팅 시스템에 이용되는 면상발열체 다른 일실시예를 도시한 도면이다.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
본 발명인 면상발열체를 이용한 배관 히팅 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 와이어를 망상으로 형성한 면상발열체(200)와 상기 면상발열체(200) 외부를 감싸고 있는 단열재(300)를 포함하여 구성된다.
먼저, 본 발명의 면상발열체를 이용한 배관 히팅 시스템(100)은 면상발열체(200)가 마련된다. 상기 면상발열체(200)는 와이어를 경사와 위사로 공급, 직조하여 망상(메쉬) 구조로 구성된다.
상기 면상발열체(200)는 본 발명의 면상발열체를 이용한 배관 히팅 시스템의 발열이 가능하도록 한다.
상기 면상발열체(200)는 배관 히팅 시스템의 발열이 가능하도록 하기 위하여, 여러가지 방법으로 구성될 수 있으며, 예를 들면 도 3의 제 1면상발열체(400) 또는 도 4의 제 2면상발열체(500)와 같이 구성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제 1면상발열체(400)는 망상구조의 제 1와이어부(410)와, 상기 제 1와이어부(410) 망상의 크기보다 상대적으로 큰 망상으로 함께 직조하여 형성되는 제 2와이어부(420)와, 상기 제 1와이어부(410) 또는 상기 제 2와이어부(420)와 연결되어 전원을 공급하는 모듈부(430)를 포함하여 구성된다.
상기 제 1와이어부(410)는 도 3에 도시된 바와 같이, 와이어를 경사와 위사로 공급, 직조하여 메쉬형상으로 구성되며, 전원을 공급받아 면상발열체의 발열이 수행되도록 하는 역할을 한다.
상기 제 1와이어부(410)를 구성하는 와이어는 금속열선으로 사용되는 소재 또는 전기전도성 열선을 합성수지로 코팅 또는 압출한 열선 소재 등이 사용되어 질 수 있다.
상기 제 1와이어부(410) 소재의 일례로는 경량화, 내식성, 유연성, 내구성이 높은 스테인리스강(Stainless steel, STS)이 사용되어질 수 있다.
상기 제 1와이어부(410)는 메쉬(망상)구조 밀도를 조절하여, 면상 전체의 전류 분산 조절이 가능하다.
상기 제 1와이어부(410)는 발열량 및 열화 방지 등을 고려하여 0.1 내지 3.00mm의 지름으로 구성되는 와이어를 사용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 제 1면상발열체(400)는 제 2와이어부(420)가 마련된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제 2와이어부(420)는 상기 제 1와이어부(410)의 일부와 연결되며, 상기 제 1와이어부(410)에 비해 상대적으로 큰 메쉬(망상) 구조를 갖도록 형성된다.
상기 제 2와이어부(420)는 상기 제 1와이어부(410)의 일부 와이어를 상기 제 2와이어부(420)의 와이어로 대체하여 직조하거나, 상기 제 1와이어부(410)에 상기 제 2와이어부(420)를 별도로 부착되는 등 다양하게 설계 가능하다.
상기 제 2와이어부(420)는 상기 제 1와이어부(410)의 와이어에 비해 전기저항이 낮게 구성된다. 이는, 상기 제 2와이어부(420)를 통하여 빠르게 흐른 전류를 제 1와이어부(410)에 전달하여 전체적으로 균일한 발열이 일어나도록 하기 위함이다.
상기 전기저항의 조절은 상기 제 2와이어부(420)를 구성하는 와이어의 소재를 전기저항이 낮은 소재로 실시하거나, 소재는 동일 시 하되 와이어의 두께(굵기)를 달리하여 조절할 수 있다.
상기 와이어의 소재를 달리하여 전기저항을 조절할 경우 상기 제 2와이어부(420)는 도전성 와이어를 이용하여 전류가 전체적으로 빠르게 흐르도록 한다.
예를 들어 제 2와이어부(420)는 상기 제 1와이어부(410)를 스테인리스강 와이어로 구성할 경우, 보다 전기저항이 낮은 소재인 구리, 니켈 등의 도전성 와이어로 구성될 수 있으며 이는 다양하게 설계 변경 가능하다.
상기 제 1와이어부(410)를 구성하는 스테인리스강에 비하여, 상기 제 2와이어부(12)를 전기저항이 낮은 구리, 니켈 등의 도전성 와이어를 사용하여 구성함으로써 전류의 흐름을 보다 빠르게 하여 전체적으로 균일한 발열이 가능하도록 한다.
상기 제 2와이어부(420)는 전류의 흐름을 보다 빠르게 하여 전체적으로 균일한 발열이 가능하도록 하는 동시에, 발열 소재를 사용할 경우 발열체로서의 역할 또한 수행할 수 있다.
또 다른 방법으로, 상기 제 2와이어부(420)를 구성하는 와이어의 두께를 상기 제 1와이어부(410)를 구성하는 와이어의 두께(굵기)보다 두껍게(넓게)하여 구성함으로써 전류의 흐름을 보다 빠르게 하여 전체적으로 균일한 발열이 가능하도록 한다.
상기 모듈부(430)는 전극부재를 포함하여 구성되며, 상기 전극 부재에 전원접속 단자 등이 부착된다.
상기 모듈부(430)는 제 1와이어부(410) 또는 제 2와이어부(420)의 일측에 구비되어, 전원을 공급하여 전류가 흐를 수 있도록 한다.
상기 모듈부(430)에 대한 구성은 면상발열체의 용도인 의류, 난방장치, 가전제품, 축산용 설비 등 적용되는 목적에 따라 다양하게 설계변경 가능하다.
그리고, 상기 면상발열체(200)는 도 4에 도시된 바와 같이, 도전성 페이스트를 포함하는 제 2면상발열체(500)으로 구성될 수 있다. 상기 도전성 페이스트를 이용한 제 2면상발열체(500)는 망상구조의 제 1와이어부(510)와, 상기 제 1와이어부(510) 상에 일정한 패턴을 형성하는 패턴부(520) 및 상기 와이어부(510) 또는 패턴부(520) 중 적어도 어느 하나와 연결되어 전원을 공급하는 모듈부(530)를 포함하여 구성된다.
상기 제 2면상발열체(500)는 제 1와이어부(520)가 마련된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 1와이어부(520)는 와이어를 경사와 위사로 공급, 직조하여 메쉬 형상으로 구성된다.
상기 제 1와이어부(520)는 전원을 공급받아 본 발명인 면상발열체의 발열이 수행되도록 하는 역할을 한다.
상기 제 1와이어부(520)를 구성하는 와이어는 상술한 기능을 위해 어떠한 소재도 가능하며, 금속열선으로 사용되는 소재 또는 전기전도성 열선을 합성수지로 코팅 또는 압출한 열선 소재 등이 사용되어질 수 있다.
상기 제 1와이어부(510)의 소재의 일례로는 경량화, 내식성, 유연성, 내구성이 높은 스테인리스강(Stainless steel, STS)이 사용되어질 수 있다.
상기 제 1와이어부(510)는 메쉬(망상)구조 밀도를 조절하여, 면상 전체의 전류 분산 조절이 가능하다.
다음으로, 상기 제 2면상발열체(500)는 패턴부(520)가 마련된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 패턴부(520)는 상기 제 1와이어부(510) 상의 일부에 일정한 패턴을 가지며 형성된다.
상기 패턴부(520)는 상기 제 1와이어부(510)상에 도전성 페이스트를 도포, 함침하거나 인쇄하는 등 다양하게 설계 가능하다.
상기 패턴부(520)는 상기 제 1와이어부(510)에 비하여 전기저항이 낮도록 구성된다. 이는, 상기 패턴부(520)를 통하여 전류를 빠르게 흘려 제 1와이어부(510)에 전달하여 전체적으로 균일한 발열이 일어나도록 하기 위함이다.
*상기 전기저항의 조절은 상기 패턴부(520)를 구성하는 도전성 페이스트를 상기 제 1와이어부(510)에 비하여 전기저항이 낮은 소재를 포함하는 도전성 페이스트로 하여 조절할 수 있다.
즉, 상기 패턴부(520)는 제 1와이어부(510)와 소재를 달리하여 전기저항 계수가 낮은 도전성 페이스트로 상기 제 1와이어부(510) 상에 패턴을 형성함으로써 전류가 전체적으로 신속하게 흐르도록 한다.
예를 들어, 상기 패턴부(520)는 상기 제 1와이어부(510)를 스테인리스강 와이어(STS)로 구성할 경우, 보다 전기저항이 낮은 소재인 구리, 니켈 등을 포함하는 도전성 페이스트로 구성될 수 있으며, 이는 다양하게 설계변경 가능하다.
상기 제 1와이어부(510)를 구성하는 스테인리스강에 비하여, 상기 패턴부(520)를 전기저항 계수가 낮은 구리, 니켈 등의 도전성 페이스트로 패턴을 형상하여 전류의 흐름을 보다 신속하게 전달해 전체적으로 균일한 발열이 가능하도록 한다.
상기 패턴부(520)는 전류의 흐름을 보다 신속하게 하여 균일한 발열이 가능하도록 하는 동시에, 발열 소재를 사용할 경우 발열체로서의 역할 또한 수행할 수 있다.
또한, 상기 패턴부(520)의 패턴은 상술한 기능을 위해 계단형, 십자형 등 어떠한 패턴 형상으로든 다양하게 설계변경 가능하다.
상기 모듈부(530)는 전극부재를 포함하여 구성되며, 상기 전극 부재에 전원접속 단자 등이 부착된다.
상기 모듈부(530)는 제 1와이어부(510) 또는 패턴부(520) 중 적어도 어느 하나의 일측에 구비되어, 전원을 공급하여 전류가 흐를 수 있도록 한다.
상기 모듈부(530)에 대한 구성은 면상발열체의 발열 용도인 플랜트 구조와 설비 등 적용되는 목적에 따라 다양하게 설계변경 가능하다.
다음으로, 본 발명의 면상발열체를 이용한 배관 히팅 시스템(100)은 단열재(300)가 마련된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 단열재(300)는 상기 면상발열체(200)의 외부를 감싸는 형태로 형성된다.
상기 단열재(300)는 단열특성을 가지는 어떠한 소재든 사용 가능하며, 본 발명의 면상발열체를 이용한 배관 히팅 시스템(100)의 외부와의 열교환을 차단하여, 열 손실을 최소화하는 효과가 있다.
본 발명의 면상발열체를 이용한 배관 히팅 시스템(100)은 상기 면상발열체(200)의 온도를 감지하는 센서부, 상기 센서부로 온도를 감지하여 온도 조절이 가능하도록 하는 제어부 등이 더 포함될 수 있으다.
하기에서는 상기와 같이 구성되는 발명의 작용에 대하여 설명한다.
먼저, 도 3의 제 1면상발열체(400)를 이용한 배관 히팅 시스템(100)은 배관에 장착한 후 전원을 공급하면, 상기 제 1면상발열체(410)의 전극 부재를 통해 전류가 흐른다.
상기 전류는 상기 모듈부(430)의 일측을 통하여, 전기저항이 낮은 제 2와이어부(420)로 전달되고, 상기 제 2와이어부(420)의 와이어 일측에 전달된 전류는 상기 제 2와이어부(420) 전체로 전달된다. 상기 제 2와이어부(420)가 발열 가능한 소재로 구성될 경우, 전류의 흐름과 동시에 발열된다.
상기 제 2와이어부(420) 전체로 전달된 전류는 상기 제 2와이어부(420)와 연결된 상기 제 1와이어부(410) 일측을 통해 상기 제 1와이어부(410) 전체로 전달된다. 상기 제 1와이어부(410)는 전류가 전달될 시 전류의 흐름과 동시에 발열되어 면상발열체(500)로서의 역할을 수행하게 되고, 상기 단열재(300)에 의해 열손실이 최소화된다.
다음으로, 도 4의 제 2면상발열체(500)를 이용한 배관 히팅 시스템(100)은 배관에 장착한 후 전원을 공급하면, 상기 제 2면상발열체(510)의 전극 부재를 통해 전류가 흐른다.
상기 전류는 상기 모듈부(530)의 일측을 통하여, 전기저항이 낮은 패턴부(520)로 전달되고, 상기 패턴부(520)의 일측에 전달된 전류는 상기 패턴부(520) 전체로 전달된다. 상기 패턴부(520)가 발열 가능한 소재로 구성될 경우, 전류의 흐름과 동시에 발열된다.
상기 패턴부(520) 전체로 전달된 전류는 상기 패턴부(520)와 연결된 상기 제 1와이어부(510) 일측을 통해 상기 제 1와이어부(510) 전체로 전달된다. 상기 제 1와이어부(510)는 전류가 전달될 시 전류의 흐름과 동시에 발열되어 면상발열체(500)로서의 역할을 수행하게 되고, 상기 단열재(300)에 의해 열손실이 최소화된다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명진주의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다 는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100. 배관 히팅 시스템 500. 제 2면상발열체
200. 면상발열체 510. 제 1와이부
300. 단열재 520. 패턴부
400. 제 1면상발열체 530. 모듈부
410. 제 1와이어부
420. 제 2와이어부
430. 모듈부

Claims (2)

  1. 전류가 공급되면 발열되고, 0.1 내지 3.0mm의 지름으로 구성되는 와이어를 망상으로 형성하는 면상발열체; 그리고,
    상기 면상발열체의 외부를 감싸는 단열재;를 포함하여 구성되고,
    상기 면상발열체는,
    상기 면상발열체는,
    전원이 공급되면 발열되고, 망상구조의 제 1와이어부;
    상기 제 1와이어부 상에 도전성페이스트를 일정한 패턴으로 형성하는 패턴부; 그리고,
    상기 제 1와이어부와 상기 패턴부에 전원을 공급하는 모듈부;를 포함하고,
    상기 패턴부는 상기 제 1와이어부에 대해 상대적으로 전기저항계수를 낮게 형성되고, 상기 제 1와이어부에 대해 상기 패턴부를 통하여 신속하게 전기가 전체적으로 전달되어 상기 제 1와이어부에 의해 고르게 발열되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 면상발열체를 이용한 배관 히팅 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1와이어부는 스테인리스강으로 구성되는 것을 특징으로 하는 면상발열체를 이용한 배관 히팅 시스템
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