KR102251786B1 - Band type heating element for preventing ice - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고분자 및 탄소소재를 기반으로 한 복합소재를 크기, 온도, 저항 등의 다양한 조건에 맞도록 맞춤 제조된 발열체를 도로 또는 활주로 등에 시공되는 블랙 아이스 방지를 위한 발열체 및 이의 시공방법에 관한 것이다.The present invention relates to a heating element for preventing black ice in which a heating element customized to fit various conditions such as size, temperature, resistance, etc. of a composite material based on a polymer and carbon material is installed on a road or runway, and a construction method thereof. .
동절기 자동차나 통행로 등 노면의 동결은 교통, 인사사고의 원인이 되고 있는 것은 주지의 사실이다.It is a well-known fact that freezing of road surfaces such as automobiles and passageways in winter is the cause of traffic and personnel accidents.
특히, 최근 항공기나 자동차등 수송 장치의 발전 및 물류의 이동이 급속도로 늘어남에 이동로의 결빙으로 인한 사고가 빈번하게 나고 있으며 대형사고로 이어 지고 있다.Particularly, accidents due to freezing of moving routes are frequently occurring due to the rapid increase in the recent development of transport devices such as aircraft and automobiles and the movement of logistics, leading to large-scale accidents.
특히, 국내외로 발생되고 있는 블랙 아이스로 인한 연쇄충돌사고는 도로 결빙에 대한 위험을 경고하고 있다.In particular, a chain crash caused by black ice occurring at home and abroad warns of the danger of road freezing.
블랙 아이스는 운전자의 눈에 잘 보이지 않는 형태로 도로 또는 활주로 등에 결빙되는 특징으로 인하여 교통사고가 유발되는 것이다.Black ice is invisible to the driver's eyes and causes a traffic accident due to the characteristic of freezing on a road or runway.
이러한 문제를 해결하기 위한 노력으로 도로에 전기발열선을 매설하는 방식, 지열을 이용하는 방식 또는 제설제 살포 방식 등을 이용하여 제설 작업이 이루어지고 있다.In an effort to solve this problem, snow removal is being performed using a method of burying an electric heating wire on the road, a method of using geothermal heat, or a method of spraying a snow removal agent.
상기 도로에 전기발열선을 매설하는 방식은 도로포장의 바탕을 이루는 층 위에 전기발열선을 배치한 후에 덧씌우기 포장하는 공법으로, 발열선의 열을 이용하여 눈을 녹이는 방법이다.The method of embedding the electric heating wire in the road is a method of disposing the electric heating wire on a layer that forms the basis of the road pavement and then wrapping the electric heating wire, and is a method of melting snow by using the heat of the heating wire.
위의 전기발열선을 매설하는 방식은 시공이 간편한 장점이 있으나, 도로에 시공될 경우 차량에 의해 발열선이 쉽게 끊어지는 문제점이 있다.The method of embedding the electric heating wire above has the advantage of easy construction, but there is a problem in that the heating wire is easily cut off by a vehicle when it is installed on a road.
상기 지열을 이용하는 방식은 지하수를 데워서 도로포장 속에 매설된 배관에 순환시키는 공법으로, 약 30℃로 데워진 지하수를 이용하여 눈을 녹이는 방법이다.The method of using geothermal heat is a method of heating groundwater and circulating it in a pipe buried in a road pavement, and a method of melting snow using groundwater heated to about 30°C.
위의 지열을 이용하는 방식은 친환경적인 장점이 있으나, 장시간의 예열시간이 필요하고 지하수 공급이 어려운 산악지역 등 취약지역에는 시공이 불가능한 문제점이 있다.The above method of using geothermal heat has the advantage of being eco-friendly, but there is a problem that construction is impossible in vulnerable areas such as mountainous areas where a long preheating time is required and underground water supply is difficult.
상기 제설제 살포 방식은 염수 또는 염화칼슘 등을 도로표면에 분사하는 공법으로, 제설제를 이용하여 눈을 녹이는 방법이다.The snow removal agent spraying method is a method of spraying salt water or calcium chloride onto the road surface, and is a method of melting snow using a snow removal agent.
위의 제설제 살포 방식은 강설 시에 빠르게 대처가 가능한 장점이 있으나, 수질이 오염되거나 차량 또는 도로시설 구조물의 부식과 수명이 단축되는 문제점이 있다.The above method of spraying the deicing agent has the advantage of being able to quickly cope with snowfall, but there is a problem in that water quality is contaminated or corrosion and life span of vehicles or road facilities are shortened.
또한, 위와 같은 방식들은 유지와 수리를 위해 막대한 비용이 수반되고 있는 실정이다.In addition, the above methods are enormous costs for maintenance and repair.
또한, 전기발연선 또는 지열 방식은 예측되는 결빙 환경과 발연선이나 지열을 이용하여 지표면이 발열되는 시간의 차이가 크거나, 발열 스위치가 동작되지 않는 경우가 발생될 수 있다.In addition, in the case of the electric smoked wire or the geothermal method, there may be a case in which the difference between the predicted freezing environment and the time when the ground surface is heated by using the smoked wire or geothermal heat is large, or the heating switch is not operated.
다음은 도로 제설 기술에 관한 배경기술 문헌으로, 등록특허공보 제10-1421069호(이하, 문헌 1), 등록특허공보 제10-1640019호(이하, 문헌 2), 등록특허공보 제10-0923663호(이하, 문헌 3) 및 등록특허공보 제10-1026272호(이하, 문헌 4)가 있다.The following is a background art document related to road snow removal technology, Registration Patent Publication No. 10-1421069 (hereinafter, Document 1), Registered Patent Publication No. 10-1640019 (hereinafter, Document 2), and Registered Patent Publication No. 10-0923663 (Hereinafter, Document 3) and Registered Patent Publication No. 10-1026272 (hereinafter, Document 4).
문헌 1은 열선이 삽입된 열선보호관이 건물 입구, 고속도로, 지하주차장, 터널 등에 매설되어 열선보호관으로부터 열선의 일 측을 잡아 당겨 인출이 가능한 열선을 이용한 도로결빙 방지 시스템에 관한 것이다.
문헌 1의 시스템은 열선보호관 내에 열선이 포함되는 구조로 형성되어 열선이 파손되는 것을 방지하고 있으나, 열선보호관에 의해 콘크리트나 아스콘 등의 표면에 간접적으로 열이 전달되어 열효율이 저하될 수 있다.The system of
문헌 2는 기초포장의 매설 홈에 내측에 열선이 삽입 고정되는 탄발고정부와 지지클립부 및 단열을 위한 중공형 비드 분말이 혼합된 1차 수지층이 매설 홈에 충전되되, 열확산을 위한 금속 분말이 혼합된 2차 수지층이 기초포장 상면에 도포되는 미끄럼방지용 도로 결빙 방지 시스템에 관한 것이다.Document 2 shows that a primary resin layer in which a heat wire is inserted and fixed inside the base pavement is inserted and fixed, a support clip part, and a hollow bead powder for insulation, is filled in the buried groove, and metal powder for heat diffusion. It relates to an anti-slip road anti-icing system in which the mixed secondary resin layer is applied to the upper surface of a base pavement.
문헌 2의 시스템은 열선을 이용함에 따라 장시간의 예열시간이 필요하여 빠르게 눈을 녹이기가 어렵고, 막대한 전력량을 소모하여 시스템 유지를 위해 과다한 비용이 소모될 수 있다.As the system of Document 2 uses a heating wire, it is difficult to melt snow quickly because a long preheating time is required, and it consumes an enormous amount of power, which may result in excessive cost for maintaining the system.
문헌 3은 포장 도로 표면에 소정의 깊이를 형성하는 홈과 홈에 대응하는 외형을 갖는 수용 부재, 수용 부재 바닥부에 배치되어 열을 발생시키는 발열부재와 발열부재의 상부에 배치되는 열전도층, 홈을 메우는 보호층, 온도와 적설감지유닛 및 발열부재를 제어하는 컨트롤 유닛을 포함하는 포장도로의 제설장치 및 그의 설치방법에 관한 것이다.Document 3 describes a receiving member having a groove forming a predetermined depth on the surface of the pavement and an outer shape corresponding to the groove, a heating member disposed at the bottom of the receiving member to generate heat, and a heat conductive layer disposed on the upper portion of the heating member. It relates to an apparatus for snow removal on a paved road and a method for installing the same, including a protective layer filling in, a temperature and snow detection unit, and a control unit for controlling a heat generating member.
문헌 3의 제설 장치는 발열부재가 홈의 하단에 형성되어 있어 홈 최하단에서 상단으로 갈수록 온도가 일정하게 유지되지 못하고 최하단에서 가장 높은 열이 발생되고 그로 인해 포장 도로 내부의 아스팔트가 녹을 수 있다.In the snow removal device of Document 3, since the heating member is formed at the lower end of the groove, the temperature cannot be kept constant from the lower end to the upper end of the groove, and the highest heat is generated at the lower end, thereby causing the asphalt inside the pavement to melt.
문헌 4는 탄소나노튜브 및 카본블랙 혼합물과 실리콘 수지의 복합 구조로 이루어지되, 사전 성형물로 제조되는 탄소나노튜브 혼합물을 함유한 열전달물질을 이용한 제설용 발열체의 시공방법에 관한 것이다.
문헌 4의 발열체는 열을 공급하기 위해 내측 하부에 하나 또는 복수개의 전열선이 내장된 구조이며, 접속단자로 암, 수 잭이 결합된 삽입형 커넥터를 사용하고 있어 잦은 누전사고가 발생될 수 있다.The heating element of
<배경기술 문헌><Background Art Literature>
(문헌 1) 등록특허공보 제10-1421069호(Document 1) Registered Patent Publication No. 10-1421069
(문헌 2) 등록특허공보 제10-1640019호(Document 2) Registered Patent Publication No. 10-1640019
(문헌 3) 등록특허공보 제10-0923663호(Document 3) Registered Patent Publication No. 10-0923663
(문헌 4) 등록특허공보 제10-1026272호(Document 4) Registered Patent Publication No. 10-1026272
본 발명은 상기 배경기술의 문제점을 해결하고, 도로에 매설되어 동절기 동결되는 도로의 눈, 블랙 아이스를 방지할 수 있는 발열체의 크기와 성능 및 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to solve the problems of the above background technology, and to provide a size, performance, and construction method of a heating element capable of preventing snow and black ice on a road buried in a road and frozen in winter.
본 발명의 발열체는 예열 시간 없이 즉각적으로 반응하여 도로의 표면에 쌓인 눈이나 블랙 아이스를 녹임으로써, 교통사고를 방지하는 것을 목적으로 한다.The heating element of the present invention is intended to prevent traffic accidents by reacting immediately without preheating time to melt snow or black ice accumulated on the surface of the road.
또한, 본 발명은 상기 발열체의 열에 의해 도로 아스팔트나 콘크리트의 물성이 변하거나, 파손되지 않는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to prevent the physical properties of asphalt or concrete from being changed or damaged by the heat of the heating element.
나아가, 본 발명은 도로에 발열체를 쉽게 시공할 수 있고, 전력 소모를 절감하여 투입 및 운영비용을 절감하는 것을 목적으로 한다.Furthermore, an object of the present invention is to easily install a heating element on a road, and to reduce power consumption to reduce input and operation costs.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 띠형으로 형성되되, 고분자 레진 또는 실리콘 75~98중량%, 탄소나노튜브 1~25중량% 및 전도성 필러 0~2중량% 포함되어 제조된 발열체로서, 두께는 0.3~10mm를 가지며, 폭은 5~25mm를 가지고, 길이는 1~100m의 형태를 가지되 발열체의 양끝 단에만 전선이 연결되며 지표면 또는 도로와 수직으로 종 또는 횡 방향으로 매설되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is formed in a strip shape, but is a heating element manufactured by including 75 to 98% by weight of a polymer resin or silicon, 1 to 25% by weight of carbon nanotubes, and 0 to 2% by weight of a conductive filler, the thickness Has a shape of 0.3 to 10 mm, a width of 5 to 25 mm, and a length of 1 to 100 m, but wires are connected only to both ends of the heating element and are buried vertically or transversely to the ground or road. do.
상기 전도성 필러는 금속, 금속 산화물, 카본 블랙(carbon black), 그래파이트(graphite), 풀러렌(fullerene), 그래핀(graphene) 또는 탄소 마이크로 코일(carbon micro coil) 중 어느 하나 이상이 포함되는 것을 특징으로 한다.The conductive filler is characterized in that any one or more of metal, metal oxide, carbon black, graphite, fullerene, graphene, or carbon micro coil is included. do.
또한, 본 발명에 따른 도로빙판방지를 위한 발열체 시공방법은 띠형으로 형성되되, 고분자 레진 또는 실리콘 75~98중량%, 탄소나노튜브 1~25중량% 및 전도성 필러 0~2중량% 포함되어 제조된 발열체로서, 두께는 0.3~10mm를 가지며, 폭은 5~25mm를 가지고, 길이는 1~100m의 형태를 가지되 발열체의 양끝 단에만 전선이 연결되며 지표면 또는 도로와 수직으로 종 또는 횡 방향으로 매설되는 것을 특징으로 한다.In addition, the heating element construction method for preventing road ice according to the present invention is formed in a strip shape, but is manufactured by including 75 to 98% by weight of polymer resin or silicon, 1 to 25% by weight of carbon nanotubes, and 0 to 2% by weight of conductive filler. As a heating element, it has a thickness of 0.3 to 10 mm, a width of 5 to 25 mm, and a length of 1 to 100 m, but wires are connected only to both ends of the heating element and are buried vertically or transversely to the ground or road. It is characterized by being.
창호제습, 수도관 또는 가스관 해빙, 결빙방지, 주택바닥 온돌, 건설부분 히터에 사용되기 위한 발열체는 띠형으로 형성되되, 고분자 레진 또는 실리콘 75~98중량%, 탄소나노튜브 1~25중량% 및 전도성 필러 0~2중량% 포함되어 제조된 발열체로서, 두께는 0.3~10mm를 가지며, 폭은 5~25mm를 가지고, 길이는 1~100m의 형태를 가지되 발열체의 양끝 단에만 전선이 연결되는 것을 특징으로 한다.The heating element for use in window dehumidification, defrosting of water pipes or gas pipes, anti-icing, house floor underfloor heating, and construction part heaters is formed in a strip shape, but polymer resin or silicone 75 to 98% by weight,
본 발명에 따른 발열체 시공방법은 도로에 홈(10)이 형성되는 단계(S110), 홈(10)에 발열체(100)가 수직으로 삽입되는 단계(S120), 발열체들(100)이 전원부에 연결되는 단계(S130) 및 보호층(15)이 형성되는 단계(S140)가 포함되는 것을 특징으로 한다.The heating element construction method according to the present invention includes the step of forming the
상기 홈(10)에 발열체(100)가 수직으로 삽입되는 단계(S120)는 발열 도로의 시작 부분과 끝 부분에 위치한 발열체(100)에 전선(110)이 연결되는 것을 특징으로 한다.The step (S120) of vertically inserting the
상기 발열체 시공방법에 연속하여 형성되는 발열체들(100)이 연결되는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.It characterized in that the step of connecting the
본 발명에 따른 발열체는 도로에 매설되어, 예열 시간 없이 발열되어 도로의 표면에 열을 즉각적으로 전달하여 도로에 쌓인 눈, 서리나 블랙 아이스를 녹임으로 교통사고를 방지하여 물적, 인적 피해를 최소화할 수 있다.The heating element according to the present invention is buried in the road, heats up without preheating time and immediately transfers heat to the surface of the road to prevent traffic accidents by melting snow, frost, or black ice accumulated on the road, thereby minimizing physical and human damage. have.
또한, 본 발명은 150℃ 전후 높은 온도의 발열원을 갖는 발열체와 달리, 발열체 전면에 적정 온도로 발열되어 열에 의해 도로 아스팔트나 콘크리트의 물성이 변하지 않고, 파손되지 않는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect that, unlike a heating element having a high temperature heating source around 150° C., heat is generated at an appropriate temperature on the entire surface of the heating element, the physical properties of road asphalt or concrete are not changed by heat, and are not damaged.
나아가, 본 발명은 도로에 발열체를 종 또는 횡 방향으로 쉽게 시공할 수 있고, 전력 소모를 절감하여 투입 및 운영비용이 절감될 수 있다.Furthermore, according to the present invention, a heating element can be easily installed on a road in a vertical or horizontal direction, and power consumption can be reduced, thereby reducing input and operation costs.
특히, 본 발명의 발열체는 도로가 닳거나 파손됨에 따라 전선이 노출로 인한 화재가 발생되지 않는 효과가 있다.In particular, the heating element of the present invention has the effect of not generating a fire due to exposure of the electric wire as the road is worn or damaged.
더욱이, 본 발명과 같이 띠형으로 형성되되, 전선이 양 끝단에만 사용되는 발열체는 창호나 가스관, 수도관의 히터나 결빙방지 건설자재 벽 또는 바닥 히터 등으로 다양하게 활용될 수 있는 효과가 있다.Moreover, the heating element formed in a strip shape as in the present invention, but the electric wire is used only at both ends, has an effect that can be variously used as a heater for windows, gas pipes, water pipes, or a wall or floor heater for preventing icing.
도 1은 본 발명에 따른 발열체가 도로에 시공되는 예시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 발열체가 도로에 시공되는 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 발열체와 일반적으로 사용되는 열선 사용에 따른 비교도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따라 제조된 발열체를 촬영한 사진이다.
도 6은 본 발명에 따른 발열체 사시도이다.
도 7은 발열체들이 전원부에 연결되는 개략도이다.
도 8은 본 발명에 따른 발열체가 도로에 시공되는 시공방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 발명에 따른 발열체들이 도로에 연속하여 연결되는 개략도이다.
<부호의 설명>
1 : 도로10 : 홈
15 : 보호층
100 : 발열체110 : 전선1 is an exemplary diagram in which a heating element according to the present invention is constructed on a road,
2 is a front view in which the heating element according to the present invention is constructed on a road.
3 is a comparison diagram according to the use of a heating element and a generally used heating wire according to the present invention.
4 and 5 are photographs of a heating element manufactured according to the present invention.
6 is a perspective view of a heating element according to the present invention.
7 is a schematic diagram in which heating elements are connected to a power supply unit.
8 is a flowchart showing a construction method in which the heating element according to the present invention is constructed on a road.
9 is a schematic diagram in which the heating elements according to the present invention are continuously connected to a road.
<Explanation of code>
1: Road 10: Home
15: protective layer
100: heating element 110: wire
이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples.
본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예들을 통해 쉽게 이해될 것이다.Objects, features, and advantages of the present invention will be easily understood through the following embodiments.
본 발명은 여기에서 개시되는 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수 있다. 여기에서 개시되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 제공되는 것이고, 본 발명의 기술적 사상 및 기술적 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is not limited to the embodiments disclosed herein, and may be embodied in other forms. The embodiments disclosed herein are provided so that the spirit of the present invention can be sufficiently transmitted to those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs, and all transformations included in the technical spirit and scope of the present invention It should be understood to include equivalents or substitutes.
따라서 이하의 실시예들에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 되며, 본 발명의 기술적 사상 및 기술적 범위에 포함되는 모든 변환이 포함되는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.Therefore, the present invention should not be limited by the following embodiments, and it should be understood that all transformations included in the technical spirit and scope of the present invention are included. That is, those of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains, within the scope not departing from the spirit of the present invention described in the claims, variously modify or modify the present invention by adding, changing, deleting or adding constituent elements. It will be possible to change, and it will be said that this is also included within the scope of the present invention.
나아가, 본 발명은 창호의 습기제거나 건축자재의 히팅 소재 등의 히팅이 필요한 기술 분야에 적용될 수도 있으며, 통상의 지식을 가진 사람이라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.Furthermore, the present invention may be applied to a technical field requiring heating such as dehumidification of windows or a heating material of a building material, and within the scope not departing from the spirit of the present invention described in the claims for those of ordinary skill, Various modifications or changes may be made to the present invention by addition, change, deletion or addition of elements, and it will be said that this is also included within the scope of the present invention.
본 발명은 다양한 변환이 가해질 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명한다. 도면들에서 요소의 크기 또는 요소들 사이의 상대적인 크기는 본 발명에 대한 명확한 이해를 위해서 다소 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 도면들에 도시된 요소의 형상이 제조 공정상의 변이 등에 의해서 다소 변경될 수 있다.In the present invention, since various transformations can be applied and various embodiments can be applied, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail. In the drawings, the size of the elements or the relative sizes between the elements may be somewhat exaggerated for a clear understanding of the present invention. In addition, the shape of the elements shown in the drawings may be slightly changed due to variations in the manufacturing process or the like.
따라서 본 명세서에서 개시된 실시예들은 특별한 언급이 없는 한 도면에 도시된 형상으로 한정되어서는 안 되며, 어느 정도의 변형을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Accordingly, the embodiments disclosed in the present specification should not be limited to the shapes shown in the drawings unless otherwise specified, and should be understood as including some degree of modification.
한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 즉, 본 발명의 다양한 양상들, 특징들, 실시예들 또는 구현예들은 단독으로 또는 다양한 조합들로 사용될 수 있다.On the other hand, various embodiments of the present invention may be combined with any other embodiments unless clearly indicated to the contrary. Any feature indicated to be particularly desirable or advantageous may be combined with any other feature and features indicated to be desirable or advantageous. That is, various aspects, features, embodiments or implementations of the present invention may be used alone or in various combinations.
본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 청구범위에 의해서 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 하고, 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한 통상의 기술을 가진 사람에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.It should be understood that the terms used in the present specification are for describing specific embodiments, and are not intended to be limited by the claims, and all technical and scientific terms used in the present specification are general descriptions unless otherwise noted. It has the same meaning as commonly understood by someone with Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
<실시예 1><Example 1>
도로 지면에 쌓인 눈, 서리 또는 블랙 아이스로 인해 유발되는 교통사고를 방지하기 위해 도로, 활주로 또는 경사로 등에 시공되는 발열체(100)가 제조될 수 있다.In order to prevent traffic accidents caused by snow, frost, or black ice accumulated on the road surface, a
상기 발열체(100)는 띠형으로 형성될 수 있다.The
상기 띠형은 폭 또는 넓이가 좁고, 길이가 길며, 일정 두께를 갖는 형상을 의미하나, 시공되는 도로, 활주로 또는 경사로에 형성된 홈(10)의 형태에 따라 변동될 수 있기에 이에 한정되지 않는다.The belt shape is a shape having a narrow width or width, a long length, and a certain thickness, but is not limited thereto because it may vary according to the shape of the
상기 발열체(100)는 고분자 레진 또는 실리콘 75~98중량%, 탄소나노튜브 1~25중량% 및 전도성 필러 0~2중량%가 포함될 수 있다.The
바람직하게는 고분자 레진 또는 실리콘 75~95중량%, 탄소나노튜브 5~23중량% 및 전도성 필러 0~2중량%가 포함될 수 있고, 더 바람직하게는 고분자 레진 또는 실리콘 78~90중량%, 탄소나노튜브 10~20중량% 및 전도성 필러 0~2중량%가 포함될 수 있으나, 발열체에 요구되는 발열 온도, 크기 등에 따라 함량비율이 변동될 수 있기에 이에 한정되지 않는다.Preferably, 75 to 95% by weight of a polymer resin or silicone, 5 to 23% by weight of carbon nanotubes, and 0 to 2% by weight of a conductive filler may be included, more preferably 78 to 90% by weight of a polymer resin or silicone,
이때, 발열체(100)에 고분자 레진 또는 실리콘을 사용함으로써, 도로나 활주로 등에 적용하였을 때, 차량이나 항공기의 하중에 의해 도로 또는 활주로가 파손되어도 발열체(100)의 손상을 최소화할 수 있다.At this time, by using a polymer resin or silicone for the
만일, 발열체(100)에 고분자 레진 또는 실리콘이 75중량% 미만으로 사용될 경우 발열체(100)가 띠형으로 형성되기 어려울 수 있고, 98중량% 초과로 사용될 경우 도로 또는 활주로에 적용할 수 있는 발열 온도를 재현하기 어려울 수 있다.If less than 75% by weight of polymer resin or silicone is used in the
상기 고분자 레진은 폴리프로필렌(PP, Polypropylene), 폴리에틸렌(PE, Polyethylene), 폴리아미드(PA, Polyamide), 폴리카보네이트(PC, Polycarbonate), 내충격성 폴리스틸렌(HIPS, High Impact Polystyrene), 열가소성 폴리우레탄(TPU, Thermoplastic Polyurethane), ABS 수지(Acrylonitrile Butadiene Styrene resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 아크릴 수지(acrylic resin) 또는 우레탄 수지(urethane resin) 중 어느 하나 이상이 포함될 수 있다.The polymer resin is polypropylene (PP, Polypropylene), polyethylene (PE, Polyethylene), polyamide (PA, Polyamide), polycarbonate (PC, Polycarbonate), high impact polystyrene (HIPS), thermoplastic polyurethane ( Any one or more of TPU, Thermoplastic Polyurethane), ABS resin (Acrylonitrile Butadiene Styrene resin), epoxy resin, acrylic resin, or urethane resin may be included.
바람직하게는 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드(PA), 열가소성 폴리우레탄(TPU), ABS 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 또는 우레탄 수지 중 어느 하나 이상이 포함될 수 있으나, 발열체에 요구되는 발열 온도, 크기 등에 따라 변동될 수 있기에 이에 특별히 한정되지 않는다.Preferably, any one or more of polypropylene (PP), polyamide (PA), thermoplastic polyurethane (TPU), ABS resin, epoxy resin, acrylic resin, or urethane resin may be included, but the heating temperature and size required for the heating element It is not particularly limited because it may vary depending on the like.
상기 탄소나노튜브는 단독으로 선행 분산처리 된 단일벽 탄소나노튜브 또는 다중벽 탄소나노튜브 중 하나 이상이 사용될 수 있고, 바람직하게는 다중벽 탄소나노튜브가 사용될 수 있다.As the carbon nanotubes, one or more of single-walled carbon nanotubes or multi-walled carbon nanotubes previously subjected to dispersion treatment alone may be used, and preferably, multi-walled carbon nanotubes may be used.
이때, 탄소나노튜브 분산 방식은 탄소나노튜브 분산 처리 과정 중에 발생되는 저항과 탄소나노튜브 소요량을 최소화하고, 발열체(100)의 전도성이 입체적으로 고르게 나타내기 위해서 건식 분산으로 수행되는 것이 바람직하다.In this case, the carbon nanotube dispersion method is preferably performed by dry dispersion in order to minimize the resistance generated during the carbon nanotube dispersion treatment and the required amount of carbon nanotubes, and to make the conductivity of the
상기 건식 분산은 분체만 단독으로 있는 상태에서 분산장치에 분산을 수행하는 방식으로, 분산액을 코팅하는 방식으로 분체를 액상에 넣어서 압력 또는 진동, 전기적 충격을 가하여 분산을 수행한 후에 다시 건조시키는 습식 분산과 반대되는 개념이다.The dry dispersion is a method of dispersing in a dispersing device while only the powder is alone.Wet dispersion in which the powder is put in a liquid phase in a manner of coating the dispersion, and the dispersion is carried out by applying pressure, vibration, or electric shock, and then drying again. It is the opposite concept.
만일, 선행 분산처리 되지 않은 탄소나노튜브를 사용하게 되면, 응집되려는 탄소나노튜브 고유의 성질에 의해 불균일한 전기적 특성이 나타날 수 있다.If carbon nanotubes that have not been previously dispersed are used, non-uniform electrical characteristics may appear due to the inherent properties of carbon nanotubes to be aggregated.
이에, 발열체(100)에 분산 처리된 탄소나노튜브를 사용하여 균일한 전기적 특성을 나타내게 되어, 균일한 발열을 나타낼 수 있다. 이는 분산 처리된 탄소나노튜브가 고분자 내에서 그물망처럼 네트워크를 형성하기 때문이다.Accordingly, by using the carbon nanotubes dispersed in the
그러나 탄소나노튜브는 분산 처리 된 것과 분산 처리 되지 않은 것, 건식 분산이나 액상 분산으로 특별히 제한되지 않는다.However, carbon nanotubes are not particularly limited to those treated with dispersion and those without dispersion treatment, dry dispersion or liquid dispersion.
만일, 발열체(100)에 탄소나노튜브가 1중량% 미만으로 사용될 경우 도로 또는 활주로에 적용할 수 있는 발열 온도를 재현하기 어려울 수 있고, 25중량% 초과로 사용될 경우 눈, 서리나 블랙 아이스 등을 녹이는 최적 온도 이상으로 발열하게 되어 아스팔트나 콘크리트의 물성이 변하거나 파손될 수 있다.If less than 1% by weight of carbon nanotubes is used in the
상기 다중벽 탄소나노튜브는 직경이 30nm 이하의 크기를 사용할 수 있고, 바람직하게는 10~30nm의 크기를 사용할 수 있으나, 발열체에 요구되는 발열 온도, 크기 등에 따라 크기가 변동될 수 있기에, 이에 한정되지 않는다.The multi-walled carbon nanotubes may have a size of 30 nm or less in diameter, and preferably may be of 10 to 30 nm, but the size of the multi-walled carbon nanotubes may vary depending on the heating temperature and size required for the heating element, but is not limited thereto. Does not.
또한, 다중벽 탄소나노튜브는 직경 1 기준으로 종횡비가 1 대 1,000이하인 것을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In addition, a multi-walled carbon nanotube having an aspect ratio of 1 to 1,000 or less based on a diameter of 1 may be used, but is not limited thereto.
상기 발열체(100)는 고분자 레진 또는 실리콘에 탄소나노튜브가 균일하게 혼합되기 위해, 탄소나노튜브 이외의 기타 전도성 필러가 2중량% 이내가 포함될 수 있고, 바람직하게는 0~2중량%가 포함될 수 있으나, 사용되는 전도성 필러의 종류에 따라 함량 비율이 변동될 수 있기에 이에 한정되지 않는다.In order to uniformly mix the carbon nanotubes with the polymer resin or silicon, the
상기 탄소나노튜브 이외의 기타 전도성 필러는 금속, 금속 산화물, 카본 블랙(carbon black), 그래파이트(graphite), 풀러렌(fullerene), 그래핀(graphene) 또는 탄소 마이크로 코일(carbon micro coil) 중 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.Other conductive fillers other than the carbon nanotubes are at least one of metal, metal oxide, carbon black, graphite, fullerene, graphene, or carbon micro coil. Can be used.
바람직하게는 카본 블랙, 그래파이트, 풀러렌, 그래핀 또는 탄소 마이크로 코일 중 어느 하나 이상이 사용될 수 있고, 더 바람직하게는 카본 블랙 또는 그래파이트가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.Preferably, any one or more of carbon black, graphite, fullerene, graphene, or carbon microcoil may be used, and more preferably carbon black or graphite may be used, but the present invention is not limited thereto.
본 발명에서 고분자 레진 또는 실리콘과, 탄소나노튜브 및 기타 전도성 필러가 혼합된 것을 마스터 배치라 할 수 있다.In the present invention, a mixture of polymer resin or silicon, carbon nanotubes, and other conductive fillers may be referred to as a master batch.
상기 마스터 배치는 롤링 되며, 띠형으로 형성된 발열체(100)로 제조될 수 있다.The master batch is rolled and may be manufactured as a
상기 발열체(100)는 고분자 레진 또는 실리콘에 탄소나노튜브 및 전도성 필러가 균일하게 분산되어 혼합됨에 따라, 도 3에서와 같이 발열체(100) 전면에서 열이 발생되어 별도의 예열시간 없이도 즉각적으로 발열이 가능한 장점이 있다.In the
또한, 발열체(100)에 구멍이나 손상이 발생되어도 전자가 손상 부위를 피하여 흐르게 됨으로써, 발열 기능이 저하되거나 화재가 발생되지 않는 효과가 있다.In addition, even if a hole or damage occurs in the
반면, 일반적으로 사용되는 발열체나 열선은 손상이 발생된 부분의 발열체나 열선의 전면과 함께 전선과 컨트롤 시스템을 재배치해야하는 복잡한 후속 조치로 인해 많은 비용이 발생될 수 있다.On the other hand, heating elements or heating wires that are generally used may incur a lot of cost due to complex follow-up measures that require rearrangement of the wires and control systems together with the front of the heating element or the heating wire in the damaged part.
본 발명의 발열체(100)는 위와 같은 특징을 가지고 있어 다수개의 발열체들(100)이 맞닿도록 배치되면 전자가 흐르기에 손상된 해당 부분의 발열체(100)만을 교체할 수 있어 수리 시공이 간편한 장점이 있다.The
또한, 일반적으로 사용되는 발열체 또는 열선은 도 3에서와 같이, 도로 또는 활주로의 50~100mm 깊이로 매설됨에 따라 지표면까지 열을 전달하기 위해 발열원에서 150℃ 전후의 높은 온도로 인해 발열체 또는 열선 주변의 아스팔트나 콘크리트의 물성이 변형되거나, 손상되는 문제가 있다.In addition, as shown in FIG. 3, the heating element or heating wire generally used is buried at a depth of 50 to 100 mm of the road or runway. There is a problem that the physical properties of asphalt or concrete are deformed or damaged.
만일, 일반적으로 사용되는 발열체 또는 열선을 지표면에 가깝게 시공하더라도 높은 온도의 발열원에 의해 아스팔트나 콘크리트가 불균일해지고 그로 인해 전선이나 열선이 단선될 수 있다.Even if a generally used heating element or heating wire is installed close to the ground surface, asphalt or concrete becomes uneven due to a high temperature heating source, and thus the wire or heating wire may be disconnected.
한편, 발명의 발열체(100)는 위에서 설명된 일반적인 발열체 또는 열선 사용에 따른 문제점을 개선하기 위해, 도 3에서와 같이 발열체(100) 전면에 아스팔트나 콘크리트의 물성이 변형 또는 손상되지 않으면서도 도로, 활주로 또는 경사로에 쌓인 눈, 서리, 블랙 아이스 등을 녹일 수 있는 적정 온도(예를 들면, 80℃ 이하)를 제공할 수 있다.On the other hand, the
<실시예 2><Example 2>
상기 실시예 1의 마스터 배치를 이용하여 발열체(100)가 제조될 수 있다.The
상기 발열체(100)는 도 1, 도 4 및 도 5에서와 같이, 길이(c)가 한정되지 않으며, 필요에 따라 임의로 절단하여 사용될 수 있다.As shown in FIGS. 1, 4, and 5, the
또한, 발열체(100)는 두께(a) 대 폭(b)의 길이비율이 1 대 0.5~200으로 형성될 수 있으나, 시공되고자 하는 도로 또는 활주로 등에 따라 길이비율이 변동될 수 있기에 이에 한정되지 않는다.In addition, the
바람직하게, 상기 발열체(100)는 두께(a)가 0.3~10mm이며, 폭(b)이 5~25mm이고, 길이(c)가 1~100m로 제조될 수 있으나, 시공되고자 하는 도로 또는 활주로 등에 따라 변동될 수 있기에, 특별히 이에 한정되지 않는다.Preferably, the
<실시예 3><Example 3>
상기 실시예의 발열체(100)에 전선(110)이 포함될 수 있다.The
상기 전선(110)은 전류를 공급하여 발열체에 열이 발생되기 위해 도 6에서와 같이 발열체(100) 길이방향 양 끝단에 형성될 수 있다.The
이때, 다수의 발열체들(100)이 도 9와 같이, 도로 또는 활주로에 연속으로 시공될 때, 도로 또는 활주로의 시작 부분에 위치한 발열체(100)의 시작 부위와 끝 부분에 위치한 발열체(100)의 끝 부위에 전선(110)이 형성되며, 발열체(100) 양 끝단 이외에는 전선(110)이 형성되지 않는 것이 특징이다.At this time, when a plurality of
이는 전선 없이 중간 부분에 발열체들(100)이 위치하여도 상기 발열체(100) 내에 포함된 탄소나노튜브와 전도성 필러에 의해 연속되는 발열체들(100)을 통해 전류가 흐르게 되어 발열체의 전면에서 열이 발생되는 것이다.This is because even if the
상기 전선(110)은 한 가닥 또는 수십 가닥의 철, 구리, 니켈, 알루미늄, 은, 금, 백금 등 중에서 선택된 단일 금속 또는 합금으로 이루어진 금속선이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 두 가닥 이상으로 된 금속 전선이 함침 될 수 있다. 더 바람직하게는 10개 이상의 가닥이 함침 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The
<실시예 4> <Example 4>
상기 실시예의 발열체(100)를 도 8에서와 같이, 도로 또는 활주로에 수직으로 매립될 수 있다.As shown in FIG. 8, the
먼저, 도로 또는 활주로에 홈(10)이 형성되는 단계(S110)가 수행될 수 있다.First, the step (S110) of forming the
이때, 컷팅기를 이용하여 도 1 및 도 2에서와 같이 도로 또는 활주로에 수직 방형으로 일정 깊이를 갖는 홈(10)이 형성될 수 있다.At this time, a
홈(10)은 깊이 65~70mm이고, 너비 2~10mm이며, 도로 또는 활주로 진행 방향으로 형성될 수 있으나, 사용되는 발열체의 크기에 따라 변동될 수 있기에, 이에 한정되지 않는다.The
또한, 도로 또는 활주로에 다수개의 홈(10)이 형성될 경우, 홈들(10)간의 간격은 15~250mm로 형성될 수 있으나, 도로 또는 활주로의 너비에 따라 이에 한정되지 않고, 변동될 수 있다.In addition, when a plurality of
상기 컷팅기는 공지의 것을 사용하였다.A known cutter was used.
다음으로, 홈(10)에 발열체(100)가 수직으로 삽입되는 단계(S120)가 수행된다.Next, a step (S120) of vertically inserting the
여기서, 발열체(100)는 띠형으로 형성됨에 따라, 홈(10)에 발열체(100)가 수직으로 삽입될 수 있다.Here, as the
이때, 다수개의 발열체(100)가 홈(10)에 삽입될 경우 상기 실시예 3에서와 같이 도로 또는 활주로의 시작 부분과 끝 부분에 위치한 발열체(100)에 전선(110)이 연결되어 도 7과 같이, 전선(110)이 전원부(control box)에 연결되어 시공될 수 있다(S130).At this time, when a plurality of
이후, 보호층(15)이 형성되는 단계(S140)가 수행될 수 있다.Thereafter, the step S140 of forming the
홈(10)에 삽입된 발열체(100)가 도로 또는 활주로에 매립되기 위해, 도 2에서와 같이 홈(10) 상단 즉, 발열체(100)가 노출되어 보이는 틈에 아스팔트 또는 콘크리트를 이용하여 보호층(15)이 형성될 수 있다.In order for the
위의 방법으로 시공된 도로 또는 활주로는 발열체(100) 전면에 발열이 발생되어 지표면에 열이 전달되는 시간이 수십 분에서 수 시간 소요되는 일반적인 발열체나 열선보다 짧은 시간만으로 눈, 서리, 블랙 아이스를 녹임으로써, 빙판사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.The road or runway constructed by the above method generates heat in the front of the
또한, 도로 또는 활주로에 발열체(100)가 매립되는 공법은 도로 전면 또는 일부분에 시공이 가능한 장점이 있다.In addition, the construction method in which the
<실시예 5><Example 5>
상기 실시예 4의 발열체(100) 시공방법에 연속하여 형성되는 발열체들(100)이 연결되는 단계(S125)가 시공되고자 하는 면적이나 용도에 따라 더 수행될 수 있다.The step (S125) of connecting the
연속하여 형성되는 발열체들(100)이 연결되는 단계(S125)는 홈(10)에 발열체(100)가 수직으로 삽입되는 단계(S120)가 진행된 후에 수행될 수 있다.The step (S125) of connecting the continuously formed heating elements (100) may be performed after the step (S120) of vertically inserting the heating element (100) into the groove (10) is performed.
이때, 도로 또는 활주로에 홈(10)이 형성되는 단계(S110), 홈(10)에 발열체(100)가 수직으로 삽입되는 단계(S120), 발열체들(100)이 전원부에 연결되는 단계(S130) 및 보호층(15)이 형성되는 단계(S140)는 상기 실시예 4와 동일하게 수행될 수 있다.At this time, the step of forming the
상기 연속하여 형성되는 발열체들(100)이 연결되는 단계(S125)는 도 9 및 앞에서 설명한 실시예 3과 같이, 임의의 길이로 절단되어 시공됨에 따라 도로 또는 활주로의 길이보다 발열체(100)의 길이가 짧게 형성될 경우, 다수의 발열체들(100)이 도로 또는 활주로의 시작 부분에 위치한 발열체(100)의 시작 부위와 끝 부분에 위치한 발열체(100)의 끝 부위에 전선(110)이 형성되며, 발열체(100) 양 끝단 이외에는 전선(110)이 형성되지 않는다.The step (S125) in which the continuously formed
이는 전선 없이 중간 부분에 발열체들(100)이 위치하여도 상기 발열체(100) 내에 포함된 탄소나노튜브와 전도성 필러에 의해 연속되는 발열체들(100)을 통해 전류가 흐르게 되어 발열체(100)의 전면에서 열이 발생되는 것이 본 발명의 특징 중 하나이다.This is because even if the
한편, 일반적인 발열체는 길이 방향으로 한 쌍의 전선이 연결되어 있어 도로가 닳거나 파손될 경우, 전선이 도로에 노출되어 차량에 의해 전선에 흠집이 발생되거나, 절단됨에 따라 발열이 되지 않고, 화재가 발생될 수 있다.On the other hand, in general heating elements, a pair of wires are connected in the longitudinal direction, so if the road is worn or damaged, the wires are exposed to the road and the wires are scratched by the vehicle, or as they are cut, heat is not generated, and a fire occurs. Can be.
또한, 일반적인 발열체는 도로 일부절단 수리를 할 경우나 전선에 흠집이나 절단되면, 도로에 매설된 발열체 전부를 교체해야하는 번거로움이 있다.In addition, the general heating element has a hassle of replacing all of the heating elements buried in the road when partially cutting and repairing the road or when the electric wire is scratched or cut.
반면, 본 발명의 발열체(100)는 위에서 설명한 바와 같이, 양 끝단 이외에는 전선(110)이 형성되지 않아 수리하고자 하는 부분에 위치한 발열체(100)만을 전선 없이 발열체끼리 압착하여 연결하면 제 기능을 하기 때문에 수리가 간편하고, 그에 따른 비용과 시간이 절감되는 큰 장점이 있다.On the other hand, as described above, the
<시험예 1><Test Example 1>
상기 실시예에서 사용되는 탄소나노튜브 분산 처리 전, 후에 따른 물성 변화를 확인하였다.Changes in physical properties were confirmed before and after the carbon nanotube dispersion treatment used in the above example.
다음 표 1은 탄소나노튜브 분산 처리 전, 후에 따른 표면 저항률을 비교한 결과이다.Table 1 below shows the results of comparing the surface resistivity before and after the carbon nanotube dispersion treatment.
일반적으로 탄소나노튜브는 반데르발스 힘에 의하여 여러 가닥이 뭉쳐진 다발형 탄소나노튜브 형태로 정렬되어 있다. 이러한 다발형 탄소나노튜브를 고분자 레진 또는 실리콘에 혼입하게 되면, 한쪽으로만 뭉치게 되어 불균일한 물성 변화가 나타날 수 있다.In general, carbon nanotubes are arranged in the form of bundles of carbon nanotubes in which several strands are united by Van der Waals force. When such bundle-type carbon nanotubes are mixed with polymer resin or silicon, they are aggregated on only one side, resulting in non-uniform changes in physical properties.
즉, 표 1에서와 같이 분산 전의 탄소나노튜브의 표면 저항률이 1.0E+04 내지 1.0E+07Ω/sq을 나타내고 있다.That is, as shown in Table 1, the surface resistivity of the carbon nanotubes before dispersion is 1.0E+04 to 1.0E+07Ω/sq.
반면, 분산 후의 탄소나노튜브의 표면 저항률이 1.0E+00 내지 1.0E+03Ω/sq을 나타내고 있다. 이를 통해 탄소나노튜브는 분산함에 따라 표면 저항률이 낮아짐을 알 수 있다.On the other hand, the surface resistivity of the carbon nanotubes after dispersion is in the range of 1.0E+00 to 1.0E+03Ω/sq. Through this, it can be seen that the surface resistivity decreases as the carbon nanotubes are dispersed.
또한, 표면 저항률이 낮다는 의미는 전기전도성이 높아짐을 유추할 수 있다.In addition, it can be inferred that the meaning of the low surface resistivity increases the electrical conductivity.
즉, 탄소나노튜브가 분산 전보다 분산 후에 표면 저항률이 낮아짐을 통해, 탄소나노튜브가 분산될 경우 분산 전보다 전기전도성이 높아짐을 예측할 수 있다.That is, since the surface resistivity of carbon nanotubes after dispersion is lower than before dispersion, it can be predicted that electrical conductivity is higher than before dispersion when carbon nanotubes are dispersed.
또한, 탄소나노튜브는 분산 시에 동일 함량으로 전기전도성이 100~10,000배 향상되는 효과가 있다. 즉, 분산된 탄소나노튜브는 요구되는 전기전도성에 맞게 소량을 사용하여 구현이 가능함으로써, 제조 단가가 낮아지는 장점이 있다.In addition, carbon nanotubes have an effect of improving electrical conductivity by 100 to 10,000 times with the same content at the time of dispersion. That is, the dispersed carbon nanotubes can be implemented using a small amount according to the required electrical conductivity, thereby reducing the manufacturing cost.
<시험예 2><Test Example 2>
상기 실시예에 따른 발열체(100)의 폭 크기에 따른 온도를 확인하였다.The temperature according to the width size of the
상기 발열체(100)는 실리콘 95중량% 및 분산 처리 된 탄소나노튜브 5중량%가 포함된 마스터 배치가 사용되었다.The
또한, 발열체(100)는 띠형으로 형성되되, 두께(a) 2.5mm, 길이(c) 1m로 동일한 조건이면서 폭(b)이 각각 100, 200, 300, 500mm로 제조되었다.In addition, the
이때, 발열체(100)에 가해지는 전압은 220V로 모두 동일한 조건에서 10분 후의 온도, 저항, 전류 및 소비전력을 측정하였다.At this time, the voltage applied to the
다음 표 2는 발열체(100)의 폭 크기에 따른 온도, 저항, 전류 및 소비전력을 측정한 결과이다.Table 2 below shows the results of measuring temperature, resistance, current, and power consumption according to the width of the
상기 표 2를 통해, 분산 처리 된 탄소나노튜브 함량, 발열체(100)의 두께(a), 길이(c), 전압이 동일한 조건에서 폭(b)의 크기가 증가함에 따라 온도가 상승함을 확인하였다. 또한, 발열체(100) 폭(b)의 크기가 증가함에 따라 전류와 소비전력도 함께 증가하고, 저항이 감소함을 확인하였다.From Table 2, it was confirmed that the temperature increases as the size of the width (b) increases under the same conditions as the content of the carbon nanotubes that have been dispersed, the thickness (a), length (c), and voltage of the
이를 통해 발열체(100)의 폭(b) 크기가 증가하게 되면, 온도가 상승함을 예측할 수 있다.Through this, when the width b of the
위의 조건으로 제조된 발열체(100)의 온도가 80~150℃를 나타내고 있어 도로 또는 활주로에 적용할 경우 콘크리트 또는 아스팔트의 물성이 변할 수 있다.Since the temperature of the
따라서 발열체(100)는 상기와 동일한 조건이되, 폭(b)이 100mm 미만으로 형성될 경우 80℃ 미만의 온도로 나타날 수 있음을 예측할 수 있다.Accordingly, it can be predicted that the
<시험예 3><Test Example 3>
상기 실시예에 따른 발열체(100)의 폭 또는 길이에 따른 온도를 확인하였다.The temperature according to the width or length of the
상기 발열체(100)는 실리콘 95중량% 및 분산 처리 된 탄소나노튜브 5중량%가 포함된 마스터 배치가 사용되었다.The
발열체(100)에 가해지는 전압은 220V로 모두 동일한 조건에서 10분 후 및 20분 후의 온도, 저항, 전류 및 소비전력을 측정하였다.The voltage applied to the
다음 표 3은 두께(a) 2.5mm, 길이(c) 1.5m로 동일한 조건이면서 폭(b)이 각각 300, 500mm로 제조되되, 띠형으로 형성되는 발열체(100)의 온도, 저항, 전류 및 소비전력을 측정한 결과이다.The following Table 3 shows the temperature, resistance, current and consumption of the
상기 표 2를 통해, 분산 처리 된 탄소나노튜브 함량, 발열체(100)의 두께(a), 길이(c), 전압이 동일한 조건에서 폭(b)의 크기가 증가함에 따라 온도가 상승함을 확인하였다.From Table 2, it was confirmed that the temperature increases as the size of the width (b) increases under the same conditions as the content of the carbon nanotubes that have been dispersed, the thickness (a), length (c), and voltage of the
상기 표 1과 표 2를 비교하면, 발열체(100)의 폭(b)이 동일하되, 길이(c)가 증가하게 되면, 온도가 감소함을 확인할 수 있다.Comparing Tables 1 and 2, it can be seen that the width (b) of the
다음 표 4는 두께(a) 2.5mm, 폭(b) 300mm로 동일한 조건이면서 길이(c)가 각각 1.5, 2m로 제조되되, 띠형으로 형성되는 발열체(100)의 온도, 저항, 전류 및 소비전력을 측정한 결과이다.The following Table 4 shows the temperature, resistance, current and power consumption of the
상기 표 4를 통해, 분산 처리 된 탄소나노튜브 함량, 발열체(100)의 두께(a), 폭(b), 전압이 동일한 조건에서 길이(c)의 크기가 증가함에 따라 온도가 감소함을 확인하였다.From Table 4, it was confirmed that the temperature decreases as the size of the length (c) increases under the same conditions as the carbon nanotube content, the thickness (a), the width (b), and the voltage of the
<시험예 4><Test Example 4>
상기 실시예에 따른 발열체(100)의 폭과 길이를 각각 다르게 한 후, 온도를 확인하였다.After varying the width and length of the
상기 발열체(100)는 실리콘 90중량% 및 분산 처리 된 탄소나노튜브 10중량%가 포함된 마스터 배치가 사용되었다.As the
이때, 발열체(100)에 가해지는 전압은 220V로 모두 동일한 조건에서 10분 후와 20분 후의 온도, 저항 및 소비전력을 측정하였다.At this time, the voltage applied to the
또한, 발열체(100)는 띠형으로 형성되되, 두께(a) 0.5mm로 동일한 조건이면서 폭(b)이 각각 20, 50, 65mm이고, 길이(c)가 각각 3, 5m로 제조되었다.In addition, the
다음 표 5는 위의 조건으로 제조된 발열체(100)의 온도, 저항 및 소비전력을 측정한 결과이다.Table 5 below shows the results of measuring the temperature, resistance, and power consumption of the
상기 표 5를 통해, 분산 처리 된 탄소나노튜브 함량, 발열체(100)의 두께(a), 폭(b), 전압이 동일한 조건에서 길이(c)의 크기가 증가함에 따라 온도가 감소함을 확인할 수 있다.From Table 5, it was confirmed that the temperature decreases as the size of the length (c) increases under the condition that the content of the carbon nanotubes that have been dispersed, the thickness (a), the width (b), and the voltage of the
반대로 분산 처리 된 탄소나노튜브 함량, 발열체(100)의 두께(a), 길이(c), 전압이 동일한 조건에서 폭(b)이 증가함에 따라 온도가 증가하였다가 다시 감소함을 확인하였다.On the contrary, it was confirmed that the temperature increased and then decreased again as the width (b) increased under the same conditions as the dispersion-treated carbon nanotube content, thickness (a), length (c), and voltage of the
보다 자세하게 설명하면, 두께(a) 0.5mm, 길이(c) 3m일 때, 폭(b)이 20, 50mm이면 온도가 상승하였지만, 65mm이면 온도가 감소함을 보였다.In more detail, when the thickness (a) was 0.5 mm and the length (c) was 3 m, when the width (b) was 20 and 50 mm, the temperature increased, but when it was 65 mm, the temperature decreased.
또한, 두께(a) 0.5mm, 길이(c) 5m일 때, 폭(b)이 20, 50mm이면 온도가 상승하였지만, 65mm이면 온도가 감소함을 보였다.In addition, when the thickness (a) was 0.5 mm and the length (c) was 5 m, when the width (b) was 20 and 50 mm, the temperature increased, but when it was 65 mm, the temperature decreased.
위의 조건을 두께(a) 대 길이(c)의 길이비율로 변환하면 1 대 6,000 내지 10,000에 해당됨을 확인할 수 있다.If the above conditions are converted into a length ratio of thickness (a) to length (c), it can be seen that it corresponds to 1 to 6,000 to 10,000.
즉, 발열체(100)는 두께(a) 대 길이(c)의 길이비율이 1 대 6,000 이상이 되면 다시 온도가 낮아짐을 예상할 수 있다.That is, when the length ratio of the thickness (a) to the length (c) is 1 to 6,000 or more, the temperature of the
<시험예 5><Test Example 5>
상기 실시예에 따른 발열체(100)의 각각의 조건을 달리한 후, 온도를 확인하였다.After changing each condition of the
이때, 발열체(100)에 가해지는 전압은 220V로 모두 동일한 조건에서 10분 후와 20분 후의 온도, 저항 및 소비전력을 측정하였다.At this time, the voltage applied to the
상기 발열체(100)는 분산 처리된 탄소나노튜브가 각각 5, 13, 15중량%이며, 나머지는 실리콘이 포함된 마스터 배치가 사용되었다.In the
또한, 두께(a)를 각각 1, 2.5, 5mm로 설정하고, 폭(b)이 각각 65, 100mm로 설정되며, 길이(c)가 각각 3, 5, 10, 19, 20m로 설정되되, 띠형으로 발열체(100)를 제조하였다.In addition, the thickness (a) is set to 1, 2.5, and 5mm, respectively, the width (b) is set to 65 and 100mm, respectively, and the length (c) is set to 3, 5, 10, 19, 20m, respectively. The
다음 표 6은 위의 조건에 따라 제조된 발열체(100)의 온도, 저항 및 소비전력을 측정한 결과이다.Table 6 below shows the results of measuring the temperature, resistance, and power consumption of the
상기 시험예 2 내지 시험예 5를 살펴보면, 도로 또는 활주로의 홈에 삽입되는 발열체(100)는 상기 표 6의 결과를 토대로 도출하면, 분산 처리 된 탄소나노튜브가 15±4.5중량% 포함되고, 두께(a) 5±1.5mm로 제조되는 것이 좋다.Looking at Test Examples 2 to 5, when the
즉, 분산 처리 된 탄소나노튜브가 15±4.5중량% 포함되고, 두께(a) 5±1.5mm로 제조된 발열체(100)는 도로 또는 활주로의 홈에 매립되어도 지표면을 초기에 승온 시키고, 아스팔트 또는 콘크리트에 손상이 발생되지 않는 40~60℃의 온도로 유지될 수 있음을 도출하였다.That is, the
본 발명은 블랙 아이스 방지를 위한 발열체 및 이의 시공방법에 관한 것으로 고분자 및 탄소나노튜브를 기반으로 한 발열체를 도로, 활주로 또는 경사로 등에 시공하여 눈, 서리 또는 블랙 아이스 때문에 발생할 수 있는 사고를 미연에 방지할 수 있는 산업상 이용가능한 발명이다.The present invention relates to a heating element for preventing black ice and a construction method thereof, and by installing a heating element based on polymer and carbon nanotubes on roads, runways, or slopes, accidents that may occur due to snow, frost, or black ice are prevented in advance. It is a possible industrially available invention.
Claims (2)
두께는 0.3 내지 10mm를 가지며, 폭은 5 내지 25mm를 가지고, 길이는 1 내지 100m의 형태를 가지되 띠형 발열체의 양끝에만 전선이 연결되며 지표면과 수직으로 종 또는 횡 방향으로 매설되고,
띠형 발열체는 예열시간 없이 전면이 발열되어 지표면에 쌓인 눈, 서리 또는 아이스를 녹여 교통사고를 방지하며, 띠형 발열체의 발열로 인해 아스팔트 또는 콘크리트의 물성이 변하지 않고,
띠형 발열체에 구멍이나 손상이 발생되어도 전자가 손상 부위를 피하여 흐르게 되어 발열 기능이 저하되지 않고 화재가 발생되지 않으며,
지표면에 매설되는 띠형 발열체는 지표면의 시작과 끝 부분을 제외한 부분에 위치한 띠형 발열체에 전선이 없어도 띠형 발열체끼리 압착하여 연결되는 것을 특징으로 하는, 띠형 발열체.It is formed in a strip shape, but includes 75 to 95% by weight of polymer resin or silicon, 5 to 23% by weight of carbon nanotubes and 0 to 2% by weight of conductive filler in order to minimize damage to the belt-shaped heating element by the load of a vehicle or aircraft. As a belt-shaped heating element manufactured
It has a thickness of 0.3 to 10 mm, a width of 5 to 25 mm, and a length of 1 to 100 m, but wires are connected only to both ends of the strip-shaped heating element, and are buried in a vertical or transverse direction perpendicular to the ground surface,
The belt-type heating element prevents traffic accidents by melting snow, frost or ice accumulated on the ground by heating the entire surface without preheating time, and the physical properties of asphalt or concrete do not change due to the heating of the belt-type heating element.
Even if a hole or damage occurs in the belt-type heating element, electrons flow away from the damaged area, so the heating function does not deteriorate and a fire does not occur.
The band-type heating element buried on the ground surface is a strip-type heating element, characterized in that the band-type heating elements are crimped and connected to each other even if there is no wire in the belt-type heating element located at a portion other than the beginning and the end of the ground.
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