KR100879371B1 - 알루미늄합금 피복 방식의 히팅케이블 및 그 제조 방법 - Google Patents

알루미늄합금 피복 방식의 히팅케이블 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 알루미늄합금 피복 방식의 히팅케이블 및 그 제조 방법은 도체를 둘러싼 절연체로 이루어진 절연심선과 상기 절연심선 외부에 Si 와 Mg를 포함하는 알루미늄합금관을 압축 연신 공정을 거쳐 알루미늄합금으로 피복된 히팅케이블로 구현함으로써, 스테인레스 강관 등 일반 금속의 피복에 비해 열 전도성이 우수하고 무게가 가볍고 작업성이 우수하며, 구리 피복에 비해 열전도 및 내화 및 내열 특성 면을 유지하면서, 무게가 가벼우며, 제조시간을 단축하고 공정 효율을 높임으로써, 가격 면에서 경제적인 히팅케이블 및 그 제조방법을 구현하였으며, 국내외 강설량이 많은 지역의 고속도로 및 비행기 활주로 등에 사용되는 제설용 케이블, 옥내 전기온돌 난방 케이블, 산업용 히팅케이블, 내화/내열 전력 케이블, 내화/내열 통신 케이블 등에 척박한 환경에 적용할 수 있는 보다 경제적인 히팅케이블을 제공할 수 있는 효과가 있다.
알루미늄합금, 피복, 히팅케이블, Si, Mg

Description

알루미늄합금 피복 방식의 히팅케이블 및 그 제조 방법{Aluminum Alloy-sheathed heating cable and method of manufacturing the same}
본 발명은 히팅케이블에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도체를 절연체로 절 연하고 그 위를 Si 와 Mg를 포함하는 알루미늄합금관으로 피복하여 이루어진 히팅케이블(aluminum Alloy-sheated heating cable)에 관한 것이다.
통상, 히팅케이블은 산업용 또는 일반용 배관이나 탱크의 동결 방지 또는 고온의 온도 유지용으로 사용되고 있다. 당해 분야에서 많이 알려진 히팅케이블은 미국 TYCO (PYROTENAX)사에 의해 제작된 것으로, 그의 외피소재는 ALLOY825와 동파이프 두 가지로 개발되어 있고, ALLOY 소재는 주로 산업용으로, 동파이프 소재는 주로 건축용으로 사용되며, 국내에서는 건축용으로서는 전기 온돌 난방, 심야 전기 난방, 눈녹임 설비 등으로 사용범위가 넓지만 이러한 히팅케이블은 대부분 외국으로부터 수입량이 많은 품목이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 미네랄 절연 동 피복(mineral insulated copper sheathed)된 히팅케이블이 종래부터 주로 사용되고 있다. 이와 관련하여 미국 특허 제4,998,341호(Inco Alloys Limited사)에 개시된 기술은 비교적 큰 직경을 갖는 관 체에 적어도 하나의 도전체봉과 하나의 절연체를 채우고, 그를 밀봉한 후 고온에서 롤링 및 밀링하여 비교적 얇고 가느다란 와이어 케이블로 인발시켜, 히팅케이블을 제공한다. 그러나, 이 기술은 절연체(2)로서 산화마그네슘(MgO)과 같은 미네랄을 사용하기 때문에 습기에 노출시 절연이 파괴되어 도체(1)와 도체(1) 사이, 또는 도체(1)와 동 피복(3)사이에 누전 또는 단락되어 히팅케이블로서 안정성이 보장되지 않을 뿐만 아니라, 고온에서 롤링 및 밀링작업을 통하여 인발가공하게 되므로, 특수한 롤러 및 롤링머신이 필요하게 되는 단점이 지적되고 있다.
또한, 다른 미국 특허 제 4,739,155호(Pyrotenax of Canada Ltd.사)는 상기 설명한 미네랄 절연방식의 히팅케이블과 마찬가지의 구조를 가지나, 제조 공정상 인발방식이 아니라 소정의 블록 안에서 절연재를 사용하여 도체 및 고도전률을 갖는 부스바와 같은 히팅 요소를 조립하여 제조하는 것으로, 히팅요소를 둘러싼 절연부를 접합하는 방식으로 제조함으로써 공정이 다소 복잡한 단점이 있다.
그 밖에도, 미국특허들, 제4,769,529호, 제4,650,972호, 제4,392,051, 제4,345,368호 등의 선행 기술이 있으나, 이는 모두 미네랄 절연 방식을 채택하는 것으로, 습기 노출시 절연 파괴의 우려가 있으며, 제조 공정이 복잡해지는 것이 단점으로 지적될 수 있다.
이를 보완하기 위한 기술이 본 발명자가 출원한 특허공고번호 10-273952에 개시되어 있다. 상기 공보에는 도 2에 도시한 바와 같이 도체(1)를 절연하는 절연체를 유리섬유(20)로 하여 유리섬유의 특성상 습기에 노출이 되더라도 안전하며 동관을 압축 인발하는 형식으로 제조되어 금속 피복 공정이 종전보다 간편한 히팅케이블을 제작하여 이를 상용화하였다.
그러나, 동은 전 세계적으로 소비량이 증가하면서 재료비 가격이 비싸고 또한 그 중량이 일반 케이블보다 무겁기 때문에 작업성이 떨어져서 상대적으로 저렴하고 가벼운 금속 피복이 요구되어 진다.
또한 동은 인발 후 히팅케이블(77)로 제작되는 과정에서 발생되는 동 피복의 표면 경화 현상으로 인하여 동 피복 히팅케이블의 표면이 심하게 경화되어서, 히팅케이블을 히팅케이블 보빈(78)에 감기가 어렵게 된다.따라서, 동관(73)으로 인발 후에는 열처리부(76)에서 반드시 열처리(풀림)를 수행하여 동 피복부를 연화시켜 히팅케이블을 히팅케이블 보빈(78)에 감기가 쉽게 하도록 하여야 한다. 이러한 열처리 공정은 에너지를 많이 소모하게 되어 제작비를 상승시키는 요인도 될 뿐만 아니라, 또한 테프론 같은 절연체는 섭씨 약 350도의 고열을 통과하게 되면 재질 및 절연 성능의 변형이 발생 되어 공정상의 불량률이 높아 위와 같은 동관 피복에는 사용하기가 곤란하게 되어 절연제의 선택에도 제약이 따르게 된다.
도 1 및 도 2에 도시한 타사 및 본 발명자의 히팅케이블은 모두 동 피복(3)으로서 동관을 사용하고 있다. 동이 열전도성에 있어서는 매우 우수하지만 히팅케이블의 제조 공정 및 재료비 면에서는 동과 유사한 열전도성을 가지면서 가격이 저렴한 알루미늄과 같은 재질도 그 효용에 따른 경제적인 면에서 고려하여 볼 수 있 다. 다만, 구리에 비해서 알루미늄은 가볍고 열전도성도 크게 뒤떨어지지 않으나, 동에 비해서 연신율이 떨어지며, 재질이 연하고 인발시에 잘 끊어지는 단점이 있으며, 현장 작업시 형상을 변경시키는 과정이 반복되면 그 굴곡부에 균열이 발생 되어 수분이 침투하는 시공불량이 발생 되기 때문에 이를 극복하여야 하는 과제가 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 상술한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여, 국내외 강설량이 많은 지역의 고속도로 및 비행기 활주로 등에 사용되는 제설용 케이블, 옥내 전기온돌 난방 케이블, 산업용 히팅케이블, 내화/내열 전력 케이블, 내화/내열 통신 케이블 등 척박한 외부환경에서 사용되는 히팅케이블의 외부 피복에 동 피복 대신 Si와 Mg가 포함된 알루미늄합금을 열처리를 거쳐 경화시킨 합금 피복을 사용하여 동 피복 보다 저렴하고, 무게가 가벼우며, 설치작업성이 향상된 알루미늄합금 피복 방식의 히팅케이블 및 그 제조 방법을 제공하며, 또한 제조 공정상에서 튜브형의 알루미늄합금관 내부에 신속히 절연심선을 삽입할 수 있는 방법을 제공하여 외장 피복을 입히는 작업시간을 단축하고 그 제조 공정을 단순화하여 경제적으로 제작할 수 있는 경쟁력이 유리한 알루미늄 피복 히팅케이블 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 이루기 위한 기술적 수단으로서, 전류를 인가하는 경우 발열하는 1 내지 4가닥으로 이루어진 저항성 도체; 와 상기 저항성 도체의 주변을 각각 내열성 절연체로 둘러싸서 절연시키는 내열성 절연심선; 과, 상기 내열성 절연심선 외부에 Si와 Mg를 포함하는 알루미늄합금 피복으로 구성되되, 상기 알루미늄합금 피복은 알루미늄에 0.3 - 0.45 Wt%의 Si와 0.5 - 0.78 Wt%의 Mg 성분이 포함된 알루미늄합금이 성분이 열처리를 거치면서 석출경화 현상으로 경화된 알루미늄합금관을 압출, 연신공정을 거쳐 피복된 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 피복 히팅케이블인 것을 기술적 구성으로 한다.
또한, 상기 저항성 도체는 동선, 니크롬선, 동니켈선, 동크롬선, 철크롬선 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 피복 히팅케이블이며, 상기 절연체는 유리섬유를 횡권과 편조를 반복하여 피복을 하거나, 도체를 유리섬유 안에 배열한 후 그대로 둘러싸거나 길이 방향으로 압착하여 밀착시키는 것이거나, 테프론을 압출 피복한 알루미늄합금 피복 히팅케이블이다.
또한 상기 히팅케이블의 제조 방법은, 전류를 인가하는 경우 발열하는 한 가닥 이상의 저항성 도체의 주변을 내열성 절연체로 피복하여 절연된 내열성 절연심선을 준비하는 단계; 와, Si와 Mg를 포함한 알루미늄합금을 열처리에 의해 경화시킨 알루미늄합금관을 준비하는 단계; 와, 인발기 전단에 설치된 일정 길이의 롤러레일 위로 상기 알루미늄합금관을 포설하는 단계; 와, 알루미늄합금관에 작업용 와이어를 알루미늄합금관의 일단부에서 타단부까지 삽입하는 단계; 와, 작업용 와이어에 상기 내열성 절연심선을 결합하여 상기 작업용 외이어를 당김으로서, 내열성 절연심선을 알루미늄 합금관 내부에 삽입하는 단계; 와, 상기 내열성 절연심선이 삽입된 알루미늄합금관을 압축 인발기를 통과시켜 알루미늄합금관의 내경이 절연된 심선의 외경과 일치될 때까지 수축 인발 가공하는 단계: 를 포함하는 방법을 기술 적 특징으로 한다.
또한, 상기 작업용 와이어를 삽입하는 단계는 고압가스 또는 고압의 압축공기로 동작되는 와이어 발사기를 상기 알루미늄합금관의 일단부에 결합하고, 모터의 정역 회전에 의해 회전하여 와이어를 감거나 풀리도록 하는 회전드럼이 포함된 와이어 풀림 및 당김 설비를 상기 와이어 발사기의 일측에 구비하며, 상기 회전드럼이 풀림위치에 있는 상태에서 와이어 발사기를 동작시키면, 와이어에 연결된 발사탄두가 상기 알루미늄합금관의 일단부를 통해 알루미늄합금관 내로 발사하여 상기 알루미늄합금관의 타단부에 도달하도록 함으로써 삽입되는 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 알루미늄합금 피복 히팅케이블 제조방법은, 상기 와이어 풀림 및 당김 설비 일측에 와이어가 늘어짐에 따라 변이하는 이동추에 의하여 와이어 진행이상을 검지하는 장치를 구비하고, 와이어 발사시 알루미늄합금관 내부에서 와이어 진행이 비정상일 때, 상기 와이어 진행이상을 검지하는 장치의 이상 신호에 의해 상기 회전드럼의 동작을 정지시키는 드럼정지장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 알루미늄합금 피복에 사용되는 알루미늄합금관은 종래의 동관에 은 에 비해 비중이 1/3 이며, 재료단가가 1/2 이므로 동관으로 제조된 히팅케이블과 동일한 기능을 수행하면서 그 재료비를 줄일 수 있는 효과가 있으며, 또한 히팅케이블의 피복을 동관으로 피복을 하는 것에 비하여 열처리공정을 설치하지 아니하 여도 되므로 제조 단가를 월등하게 줄일 수 있다.
또한, 알루미늄합금은 동에 비해 가벼우므로 히팅케이블 피복 공정 및 히팅케이블의 배선 작업시 사용자의 취급이 용이하여 작업시간을 단축할 수 있다.
또한 본 발명의 긴 알루미늄합금관 내 와이어를 고속으로 삽입하는 장치에 의하면, 최장 길이 1200m 까지도 생산이 가능하며, 이로 인하여 제품 사용에 따른 불용화된 패치(patch)를 줄일 수 있어 경제적인 히팅케이블을 제작할 수 있는 효과를 가지며, 또한 본 발명은 긴 알루미늄합금관 내로 절연심선을 매우 빠르게 삽입할 수 있어 작업 공정 시간을 단축하여 제조 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
이와 같은, 고 품질과 싼 가격의 알루미늄합금 피복으로 제조된 히팅케이블은 눈 덮인 급경사 도로의 제설(snow melting)시설, 국내외 강설량이 많은 지역의 고속도로 및 비행기 활주로 등에 제설용으로 사용하게 된다.
또한, 산업용 히팅케이블 뿐만 아니라, 내화, 내열 전력 케이블, 및 내화, 내열 통신 케이블 등의 고온에 견디는 내화, 내열전선으로 적용될 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 알루미늄합금 피복 히팅케이블 및 그 제조 방법의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명에 의한 유리섬유로 절연된 알루미늄합금 피복 히팅케이블의 구조를 도시한 도면이고 도 4는 본 발명에 의한 테플론으로 절연된 알루미늄 합금 피복 히팅케이블의 구조를 도시한 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 알루미늄합금 피복 히팅케이블은 도체(1)를 유리 섬유(20)로 둘러싸고 그 위를 다시 알루미늄합금 피복(30)으로 둘러싸는 구조를 갖는다. 도체(1)는 전류를 인가받으면 발열하는 니크롬선과 같은 저항성 발열체를 사용한다. 이와 같은 저항성 발열체는 그 용도에 따라 동선, 니크롬선, 동니켈선, 동크롬선, 철크롬선 중에서 선택적으로 사용할 수 있으며, 기타 도전 성분이 있는 어떠한 금속 전선도 이용될 수 있다. 여기서, 도체(1)는 두가닥으로 도시되어 있으나, 적어도 하나 이상이면 되고, 전류를 인가하였을 경우 전류의 흐름을 일으키는 통로를 제공하도록 구성하면 된다. 전원 및 본 발명을 요구하는 장소 여건에 따라 3-4가닥을 이룰 수도 있다.
도체(1)에서 발생된 열은 열도전성이 우수한 알루미늄합금 피복으로부터 전달되는 구조로 포설되어 도로시설물의 제설, 해빙시설, 산업용 또는 일반용 배관이나 탱크의 동결로 인한 동파를 방지할 수 있다.
또한, 창고 등에 적절한 온도를 유지시키기 위하여 보온을 위하여 바닥 또는 벽 등에 포설되어 사용될 수 있다. 이 때, 도체(1)는 전류가 흐르는 통로 구실을 하기 때문에 흐르는 전류가 누전이 되거나, 도체간의 단락현상을 방지하기 위하여 절연체인 유리섬유(20)로 둘러싸게 된다. 종래에는 이 유리섬유(20)대신 통상 산화 마그네슘(도 1의 절연체(2))과 같은 미네랄방식의 재료를 사용하여 도체에 입혀지는 방식을 사용하였으나, 이는 습기에 약하며, 제조 공정이 복잡하여, 본 발명에서는 유리섬유(fiber glass)재를 사용한다. 이러한 유리 섬유는 무알칼리 유리질 재료를 백금로에서 녹여 작은 구멍으로부터 인출하여 섬유로 제조하는 것으로, 습기를 축적하거나 흡수하는 성질이 없으므로 습기에 의한 절연 파괴가 일어날 우려가 없으며, 가공이 용이한 장점이 있다. 또한, 유리 섬유는 기존의 미네랄 절연체보다 기계적인 강도가 양호하여 보다 높은 절연성 및 신뢰성을 주며, 유리섬유의 특성상 고온을 유지할 수 있다. 또한, 유리섬유를 사용하여 절연체(20)를 만드는 경우에는, 도체 표면에 유리섬유를 횡권과 편조를 반복하여 피복하거나, 도체를 직조된 유리섬유 안에 배열한 후 그대로 둘러싸거나 길이 방향으로 압착하여 밀착시키는 방법 등이 있다.
한편, 도 4에 도시한 바와 같이, 절연체로서 테플론(20)(미국 뒤퐁사에서 개발한 폴리플루오르에틸렌계열의 수지 및 섬유 상품명)을 사용할 수 있다. 테플론은 전기 및 화학 장치의 절연체로 많이 사용되므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 절연체(20, 20')의 외부에는 얇은 알루미늄합금관(aluminum alloy tube)의 피복(sheath)을 입혀 외부로부터 받을 수 있는 기계적, 물리적, 화학적 변화로부터 절연체(20) 및 도체(1)를 보호할 뿐만 아니라, 열전달을 용이하게 하며, 전체적으로 히팅케이블의 설치 가공이 용이하게 한다.
이하, 본 발명의 히팅케이블의 특징인 알루미늄합금 피복을 형성하는 것에 대하여 설명하기로 한다.
오래전부터 미국 TYCO(PYROTENAX)사에서는 동 피복 히팅케이블을 상용화하고 있으나, Si 와 Mg를 함유한 알루미늄합금 피복 히팅케이블에 대해서는 지금까지 어느 누구도 전혀 상용화하고 있지 않다. 알루미늄은 동과 비교하여 성능은 비슷하지만, 가격은 상당히 저렴하므로 알루미늄 피복을 히팅케이블에 적용하면 가격 면에 서 일단 타 경쟁사의 제품보다 유리할 것이다.
그러나 전술한 바와 같이 순수 알루미늄은 연신율이 떨어지며 인발시에 잘 끊어지며, 경도가 너무 약해서 현장 작업시 형상을 변경시키는 반복 과정에서 그 굴곡부에 균열이 발생되며, 그 균열 틈으로 수분이 침투하게 되어 시공불량이 발생되는 단점이 있다.
따라서, 본 발명자는 이러한 알루미늄의 장점은 살리고 단점을 없앨 수 있는 알루미늄합금을 착안하게 되었다.
알루미늄에 소량의 Si 와 Mg를 합금재료로 사용하여 이를 혼합하여 열처리 과정을 거치게 되면 석출경화 현상이 일어나면서 경화된 알루미늄 합금 성분이 된다.
히팅케이블을 압축 연신 방법에 의하여 금속으로 피복을 하기 위해서는 적당한 연신율(50%이상)과 인장강도(150N/mm2)를 가지며 적당한 경도(HB50 이상)가 필요하게 된다.
알루미늄을 합금하는 과정에서 Si와 Mg의 중량비 함량을 바꾸어 반복하여 실험한 바, 0.3 - 0.45 Wt%의 Si와 0.5 - 0.78 Wt%의 범위 내에서 위 조건을 만족하는 알루미늄 합금을 얻게 되었다.
또한, 알루미늄합금 공정에서 Si와 Mg의 중량비가 0.57 ~0.59:1의 범위, 바람직하게는 0.58:1로 혼합되면, 열처리 과정에서 석출경화 현상에 의해 알루미늄 합금 내에서 Mg2Si성분으로 바뀌면서, 경도가 강화된 알루미늄합금 성분이 된다.
상기 알루미늄합금 공정에 있어서, Si 성분이 0.45 Wt%가 넘게 되면 강도는 높아지게 되나 연신율이 떨어져서 알루미늄합금관을 압축 연신 시 인발이 잘 되지 않아 생산 공정에서 불량이 발생하게 된다.
또한 Si 성분이 0.3 Wt% 이하이면, 경도가 낮아서 앞에서 서술한 알루미늄과 동일한 단점이 발생하게 된다.
그리고 Mg 성분이 0.78 Wt% 이상이 되면 압출성이 떨어져서 파이프로 인발시 생산성이 낮아지게 된다.
위 알루미늄합금에는 이외에 소량의 Fe, Mn, Cr, Zn, Cu 등이 포함될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 유리섬유로 절연된 저항선을 알루미늄합금 내에 삽입하고 인발 압착하는 방법을 채용하여, 제조 원가를 대폭 낮출 수가 있었다.
도 5는 종래의 동 피복 히팅케이블의 제조 공정을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 7은 종래의 동 피복 히팅케이블의 제조 공정을 설명하기 위한 제조 공정 설비를 도시한 다이어그램이다.
도 5 및 도 7에 의하면, 도체, 절연체, 동관을 준비하여(50), 도체를 절연체로 포위하여 절연심선(72)을 제작한 다음, 절연심선을 강제로 삽입하고, 절연심선이 삽입된 동관을 다이스(75)를 포함하는 인발기(70) 를 통과시켜 원하는 외경으로 수축 인발 가공한다(58).
동관(73)은 인발 후 히팅케이블(77)로 제작되나 이러한 공정을 거친 동 피복 히팅케이블은 인발에 의해 발생되는 동 피복의 표면 경화 현상으로 인하여 동 피복 히팅케이블의 표면이 심하게 경화되어서, 히팅케이블을 히팅케이블 보빈(78)에 감기가 어렵게 된다.
따라서, 동관(73)으로 인발 후에는 열처리부(76)에서 반드시 열처리(풀림)를 수행하여("A") 동 피복부를 연화시켜 히팅케이블을 히팅케이블보빈(78)에 감기가 쉽게 하도록 하여야 한다. 이렇게 열처리된 동 피복 히팅케이블은 보빈(78)에 권선된다(59).
그러나, 본 발명에서와 같이 동 피복 히팅케이블 대신에 알루미늄합금 피복 히팅케이블을 제조하는 경우에는 구조나 기능적인 면에서 차이는 없으나, 재료의 차이에 의한 제조 공정의 차이 및 그에 따른 장점 및 효과가 있다. 이에 대해서 이하 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명에 의한 알루미늄합금 피복 히팅케이블의 제조 공정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 의한 알루미늄합금 피복 히팅케이블의 제조 공정을 설명하기 위한 제조 공정 설비를 도시한 다이어그램이다.
도 6 및 도 8에 의하면, 도체, 절연체, 알루미늄합금관을 준비하여(60), 도체를 절연체로 포위하여 절연심선(82)을 제작하고(62), 알루미늄합금관(83)은 다이스(85)를 포함하는 인발기(80) 전단에 간격없이 설치된 롤러레일(84) 위에 포설한 후(64), 절연심선(82)을 긴 알루미늄합금관(83)에 삽입한다(56).
그 다음 절연심선이 삽입된 긴 알루미늄합금관(83)을 다이스(85)를 포함하는 인발기(80) 를 통과시켜 원하는 외경으로 수축 인발 가공한다(68). 알루미늄합 금관(83)은 인발 후 별도의 열처리를 거치지 않고 히팅케이블(87)로 제작된다.
이러한 알루미늄합금 피복 히팅케이블은 압축 인발시 동 피복에서와 같은 표면 경화 현상이 크게 일어나지 않아서 히팅케이블 보빈(88)에 쉽게 감기기 때문에 종래에서와 같은 고온(섭씨 약 350도)의 열처리부(76)를 둘 필요가 없어 동관으로 피복하는 것에 비하여 공정이 단순해지고 열처리부(76)로 인한 제조비용도 절감되어 전체적인 제조비용을 절약할 수 있다.
또한 테프론 같은 절연체는 섭씨 약 350도의 고열을 통과하게 되면 재질 및 절연 성능의 변형이 발생되어 공정상의 불량률이 높아 위와 같은 동관 피복에는 사용하기가 곤란한 반면, 본 발명과 같은 알루미늄합금으로 피복시에는 위와 같은 고온(섭씨 약 350도)의 열처리부(76)를 통과하지 않아도 되기 때문에 테프론 같은 물질의 절연체도 사용할 수 있어 재료에 따른 선택 폭이 커지고 재료비의 절감을 가져올 수 있다.
위와 같이 이렇게 얻어진 알루미늄합금피복 히팅케이블은 보빈(88)에 권선된다(69).
따라서, 동에 비해서 알루미늄합금은 저가이고 가벼우므로 제품의 단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 히팅케이블을 포설하는 작업 공정에서도 쉽게 다룰 수가 있다.
또한 위와 같이 본 발명은 제조 공정상의 차이로써 동관의 경우 인발 후 표면경화 현상으로 인하여 반드시 열처리(풀림)가 필요하나, 알루미늄합금관은 인발 후에 표면경화 현상이 거의 발생하지 않으므로 열처리공정을 하지 않아도 되므로, 더욱 제조 단가를 낮출 수 있는 경제적인 효과가 있다.
본 발명의 히팅케이블은 동관 피복으로 제작된 히팅케이블과 마찬가지로 열을 발생시키는 장소뿐만 아니라, 고온의 내열성을 필요로 하는 모든 장소에 이용되어 방화설비 등의 내화 케이블로도 사용될 수 있다.
또한 위에서 서술한 바와 같이 본 발명의 알루미늄합금으로 피복된 히팅케이블은 도체를 절연하기 위하여 유리섬유 또는 테플론을 절연체로 사용하고 그 절연체를 알루미늄합금 피복으로 보호함으로써, 가격 경쟁력이 있고 경량으로 설치가 용이한 장점을 갖는다.
또한 본 발명에서의 상기 절연심선(82)을 알루미늄합금관(83)에 삽입하는 단계(56)에는 긴 알루미늄합금관에 작업용 와이어를 삽입한 후, 상기 작업용 와이어를 이용하여 절연심선을 긴 알루미늄합금관에 삽입하게 되는데 본 발명에서는 상기 와이어를 고속으로 긴 알루미늄합금관 속에 삽입하는 장치를 더 포함한다.
도9는 작업용 와이어를 고속으로 긴 알루미늄합금관 속으로 삽입하는 장치에 대한 설명도이다.
와이어(120)를 고속으로 삽입하는 장치는 와이어 풀림 및 담김 설비(110)와 와이어 발사기(130)로 이루어져 있으며, 와이어를 삽입하는 단계는 고압가스 또는 고압의 압축공기로 동작되는 와이어 발사기(130)를 상기 알루미늄합금관의 일단부에 결합하고, 와이어 풀림 및 당김 설비(110)로부터 작업용 와이어(120)를 풀어 와이어 발사기(130)에 장전한다. 그리고 와이어 풀림 및 당김 설비(110)의 드럼(112)을 작업용 와이어(120)가 풀릴 수 있도록 된 상태에서, 발사기(130)에 설치된 고 압가스 또는 고압의 압축공기 인입구(134)의 밸브를 순간적으로 개방하여 압력을 주게 되면, 발사기(130)에서 작업용 와이어(120)에 연결된 발사탄두(122)가 상기 알루미늄합금관(150)의 일단부를 통해 알루미늄합금관(150) 내로 발사하게 되며, 상기 와이어 풀림 및 당김 설비(10)로부터 와이어(120)가 풀려나와 알루미늄합금관(150)의 일단부의 반대편인 타단부까지 도달하게 된다. 다음에 발사기(130)를 분리한 후, 와이어의 발사탄두(122)의 연결고리(124)에 절연심선(미도시)을 묶은 후, 상기 와이어 풀림 및 당김 설비(110)의 모터의 정역 회전에 의해 회전하는 회전드럼(112)을 반대로 회전시키면, 절연심선은 와이어의 발사탄두(122)에 묶인 채 알루미늄합금관(150)의 반대측 단부로 진행하여 긴 알루미늄합금관(150) 내에 절연심선을 용이하게 삽입할 수 있게 된다.
와이어 발사기(130)는 도 9에 도시된 바와 같은 구조로 구성되며, 이때, 입력부의 헤드부분(132)에 통과하는 구멍을 와이어(120)와 0.1mm 정도의 작은 유격을 형성하도록 형성하여 그 압력이 대부분 발사탄두(122)쪽으로 전달되도록 한다. 고압의 가스 또는 공기 공급 장치(140)로부터 인입구(134)를 통해 공기(가스)를 주입하면, 발사탄두(122)가 작업용 와이어(120)을 끌고 알루미늄합금관(150) 속을 진행하게 된다.
또한, 본 발명에서는 발사시 작업용 와이어(20)의 진행이 비정상일 때, 이를 감지하는 와이어 진행 이상 감지 설비(250)를 구비하고, 상기 감지 설비(250)로부터 이상신호를 받아, 와이어 풀림 및 당김 설비(110)의 회전드럼(112)을 순간적으로 정지시키는 전자 브레이크(117)를 더 포함한다.
도10 및 11도를 참조하여 작업용 와이어가 비정상일 때의 동작을 설명하면, 상기 와이어 풀림 및 당김 설비(110)의 일측에 발사기(130)에서 와이어를 발사할 때, 와이어 진행 이상 감지 설비(250)에 구비된 추(254)와, 와이어가 수평높이를 유지할 수 있을 정도의 적당한 장력을 주기 위한 역회전토르크모타(118)를 구비하고, 와이어 진행 이상 감지 설비(250)에는 두 대의 고정 가이드 홈(252, 256)과 상기 역회전토르크모타(118)의 장력을 견딜 수 있을 정도의 적당한 무게의 추(254)를 가이드레일 위에 구성하여, 작동 시에는 작업용 와이어(120)가 상기 가이드 홈(252, 256)사이의 추(254)를 통과하도록 설치한다.
작업용 와이어가 정상적으로 발사되는 과정에서는 상기 역회전토르크모타(118)의 장력과 상기 발사기(130)의 발사압력에 의해 추(254)와 와이어(120) 및 와이어의 발사탄두(122)가 일정한 높이를 유지하면서 진행하게 되지만, 도 11에 도시된 바와 같이 알루미늄합금관이 찌그러진 상태이거나 갑자기 와이어의 진행을 멈추는 경우, 풀림 및 당김 설비(110)에서는 드럼의 관성에 의해서 와이어가 풀리게 되나, 상기 작업용 와이어는 진행이 되지 않고 늘어짐으로 추(254)의 무게에 의하여 가이드레일(258)을 따라서 와이어(120)가 추(254)와 함께 밑으로 처지게 된다. 이때 감지센서(256)가 상기 추(254)의 무게를 감지하고 제어부(도시되지 않음)를 통하여 와이어 풀림 및 당김 설비(110)의 드럼정지장치인 전자브레이크를 작동시켜 회전드럼(112)을 급제동하게 된다.
또한, 알루미늄합금관(150)이 연결된 타단부에 공기를 배출하여 알루미늄합금관 내부를 거의 진공상태로 만드는 공기흡입장치(160)을 연결하면, 공기흡입장 치(160)에 의해 알루미늄합금관(150) 내의 공기를 배출하게 되어 알루미늄합금관(150) 내부는 거의 진공상태로 되므로, 공기와의 마찰저항을 줄여 와이어 발사시 및 절연심선 삽입 시 적은 힘으로 와이어 및 절연심선의 케이블의 알루미늄합금관(150) 내의 진행을 용이하게 할 수 있다.
종래의 동관으로 피복된 히팅케이블은 알루미늄합금관보다 무겁고 긴 동관 내부로 절연 피복을 밀어 넣는데 따른 어려움 및 그로인한 단위 작업시간의 소요 등으로 통상 300m 단위로 생산되어 왔다. 따라서 설치 조건에 따라, 더 긴 케이블을 요구하는 작업환경에서는 이를 접속하는 공정이 더 필요하게 되고, 또한 200m, 250m 등 그 규격이 다른 길이를 요구할 때는 이를 절단하여 납품하게 되는데, 매 300m 단위의 히팅케이블 마다 불용화된 패치(patch)가 발생하여 제조단가가 상승하는 요인이 된다.
그러나, 상술한 바와 같은 본 발명의 구조를 이용하여 제조하게 되면, 알루미늄합금관으로 피복된 히팅케이블을 1200m까지 이음매 없이 짧은 시간에 제조가 가능하기 때문에, 이러한 길이를 요구하는 수요자 요구에 맞추어 제조가 가능하고, 다양한 길이로 절단하여도 불용화된 패치(patch)는 1200m 단위별로 발생되므로 경제적인 히팅케이블을 제작할 수 있는 효과를 가지며, 또한 본 발명은 긴 알루미늄합금관 내로 절연심선을 매우 빠르게 삽입할 수 있어 작업 공정 시간을 단축하여 제조 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 미네랄 재료로 절연된 동 피복 히팅케이블의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 유리섬유로 절연된 동 피복 히팅케이블의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 유리섬유로 절연된 알루미늄합금 피복 히팅케이블의 를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 테플론으로 절연된 알루미늄합금 피복 히팅케이블의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 종래의 동 피복 히팅케이블의 제조 공정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 의한 알루미늄합금 피복 히팅케이블의 제조 공정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 종래의 동 피복 히팅케이블의 제조 공정을 설명하기 위한 제조 공정 설비를 도시한 다이어그램이다.
도 8은 본 발명에 의한 알루미늄합금 피복 히팅케이블의 제조 공정을 설명하기 위한 제조 공정 설비를 도시한 다이어그램이다.
도 9는 본 발명에 의한 와이어 및 케이블을 긴 알루미늄합금관 내부로 삽입하는 장치를 개략적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 10는 본 발명에 의한 와이어의 진행상태가 정상적일 때, 와이어의 진행 상태를 감지 제어하는 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 11은 본 발명에 의한 와이어의 진행상태가 비정상적일 때, 와이어의 진행 상태를 감지 제어하는 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1...도체 2...산화마그네슘
3...동 피복 20...유리 섬유
20'...테플론 30...알루미늄합금 피복
70, 80...인발기 71, 81...절연심선보빈
72, 82...절연심선 73...동관
74...롤러 75, 85...다이스
76...열처리부 77...동 피복 히팅케이블
78...동 피복 히팅게이블 보빈 83...알루미늄합금관
85...롤러레일 87...알루미늄합금 피복 히팅케이블
88...알루미늄합금 피복 히팅케이블 보빈
110...와이어 풀림 및 당김설비. 112...회전 드럼
114...회전 드럼 거치대 116...모터
117...전자 브레이크 118...역회전토르크모터
120...와이어 122...발사탄두
124...연결고리 130...와이어 발사기
132...와이어 입력구 134...고압 가스(공기) 인입구
136...관 커넥터 140...고압 가스(공기) 인입구
150...알루미늄합금관 160...공기 흡입구
250...와이어 진행 이상 감지 설비 252, 256...고정가이드홈
254...추 254...가이드레일
259...감지센서

Claims (16)

  1. 전류를 인가하는 경우 발열하는 저항성 도체;
    상기 저항성 도체의 주변을 내열성 절연체로 둘러싸서 절연시키는 내열성 절연심선; 상기 내열성 절연심선 외부에 알루미늄합금 피복을 포함하되, 상기 알루미늄합금 피복은 0.3 - 0.45 Wt%의 Si와 0.5 - 0.78 Wt%의 Mg 성분이 포함된 알루미늄합금을 열처리 과정을 거쳐 석출경화 현상에 의해 제조된 알루미늄합금관인 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 피복 히팅케이블
  2. 제1항에 있어서,
    상기 Si와 Mg는 0.57 ~0.59:1의 중량비로 이루어진 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 피복 히팅케이블
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저항성 도체는 동선, 니크롬선, 동니켈선, 동크롬선, 철크롬선 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 피복 히팅케이블.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연체는 유리섬유를 횡권과 편조를 반복하여 피복된 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 피복 히팅케이블.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절연체는 도체를 직조된 유리섬유 안에 배열한 후 그대로 둘러싸거나 길이 방향으로 압착하여 밀착시키는 공정으로 피복된 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 피복 히팅케이블.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 절연체는 테프론을 압출 피복한 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 피복 히팅케이블
  7. 전류의 인가에 의해 발열하여 적정 온도의 유지 해빙 및 동결을 방지하도록 하는 히팅케이블의 제조 방법에 있어서,
    전류를 인가하는 경우 발열하는 한 가닥 이상의 저항성 도체의 주변을 내열성 절연체로 피복하여 절연된 내열성 절연심선을 준비하는 단계;
    Si와 Mg를 포함한 알루미늄합금을 열처리에 의해 경화시킨 알루미늄합금관을 준비하는 단계;
    상기 알루미늄합금관을 인발기 전단에 설치된 일정 길이의 롤러레일 위로 포설하는 단계;
    상기 알루미늄합금관에 작업용 와이어를 상기 알루미늄합금관의 일단부에서 타단부까지 삽입하는 단계;
    상기 작업용 와이어에 상기 내열성 절연심선을 결합하고 상기 작업용 와이어를 당김으로써, 상기 내열성 절연심선을 상기 알루미늄 합금관 내부에 삽입하는 단계;
    상기 내열성 절연심선이 삽입된 상기 알루미늄합금관을 압축 인발기를 통과시켜 상기 알루미늄합금관의 내경이 상기 내열성 절연심선의 외경과 일치될 때까지 수축 인발 가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 피복 히팅케이블의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 저항성 도체는 동선, 니크롬선, 동니켈선, 동크롬선, 철크롬선 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 피복 히팅케이블의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 절연체는 유리섬유를 횡권과 편조를 반복하여 피복하는 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 피복 히팅케이블의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 절연체는 상기 절연성 도체를 유리섬유 안에 배열한 후 그대로 둘러싸거나 길이 방향으로 압착하여 밀착시키는 공정으로 피복된 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 피복 히팅케이블의 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 절연체는 테프론을 압출하여 피복하는 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 피복 히팅케이블의 제조 방법
  12. 제7항에 있어서,
    상기 Si와 Mg는 알루미늄합금 중, 0.30 - 0.45 Wt%의 Si와 0.50 - 0.78 Wt%의 Mg인 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 피복 히팅케이블의 제조 방법
  13. 제7항에 있어서,
    상기 Si와 Mg는 0.57 ~0.59:1의 중량비로 이루어진 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 피복 히팅케이블의 제조 방법
  14. 제7항에 있어서,
    상기 작업용 와이어를 삽입하는 단계는 고압가스 또는 고압의 압축공기로 동작되는 와이어 발사기를 상기 알루미늄합금관의 일단부에 결합하고, 모터의 정역 회전에 의해 회전하여 상기 작업용 와이어를 감거나 풀리도록 하는 회전드럼이 포함된 와이어 풀림 및 당김 설비를 상기 와이어 발사기의 일측에 더 구비하며, 상기 회전드럼이 풀림위치에 있는 상태에서 상기 와이어 발사기를 동작시키면, 상기 작 업용 와이어에 연결된 발사탄두가 상기 알루미늄합금관의 일단부를 통해 상기 알루미늄합금관 내로 발사하여 상기 알루미늄합금관의 타단부에 도달하도록 함으로써 삽입되는 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 피복 히팅케이블의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 알루미늄합금관의 타단부에 상기 알루미늄합금관 내부의 공기를 외부로 배출하여 상기 알루미늄합금관 내에 상기 작업용 와이어 발사 및 상기 절연심선을 삽입시, 진행을 용이하게 하도록 하는 공기흡입장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 피복 히팅케이블의 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 와이어 풀림 및 당김 설비 일측에 상기 작업용 와이어가 늘어짐에 따라 변이하는 이동추에 의하여 와이어 진행이상을 검지하는 장치를 구비하고, 상기 작업용 와이어 발사시 상기 알루미늄합금관 내부에서 상기 작업용 와이어 진행이 비정상일 때, 상기 작업용 와이어 진행이상을 검지하는 장치의 이상 신호에 의해 상기 회전드럼의 동작을 정지시키는 드럼정지장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 피복 히팅케이블의 제조 방법.
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