CN109565909A

CN109565909A - 加热元件

Info

Publication number: CN109565909A
Application number: CN201780039256.5A
Authority: CN
Inventors: 林基铉; 卢致佑
Original assignee: Ndt Engineering And Aerospace Co Ltd
Current assignee: Ndt Engineering And Aerospace Co Ltd
Priority date: 2016-06-22
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2019-04-02
Also published as: KR20180000321A; JP2019522888A; US20190182906A1; KR102089986B1; WO2017222192A1; US11089658B2

Abstract

本发明涉及一种湿式平面加热元件及其制造方法，更具体而言，该湿式平面加热元件包括：平面加热单元，该平面加热单元包括上部防水膜层、下部防水膜层、插入在所述上部防水膜层和下部防水膜层之间的平面加热层和电极层；外部防水膜层，分别设置在所述平面加热单元的两面上；以及无纺布织物层，分别插入在所述平面加热单元和外部防水膜层之间，由其间形成有孔隙的纤维制成使得无纺布织物层具有多个孔隙，并且表面具有不规则结构，此时，所述不规则结构的凹部由上部防水膜层、下部防水膜层和外部防水膜层封闭，从而在无纺布织物层内形成气穴。根据本发明，由于无纺布织物基材的孔隙以及无纺布织物层的气穴中的空气的低介电常数，可以最小化泄漏电流，从而解决漏电断路器工作的问题。因此，能够进行湿式施工，能够减小功耗，且能够大幅降低电气火灾风险。此外，可以通过使用无纺布织物来提高平面加热元件的灵活性，从而能够扩展平面加热元件的用途，且能够增加施工作业的效率。

Description

加热元件

技术领域

本发明涉及一种湿式平面加热元件及其制造方法。更具体地，本发明涉及一种这样的湿式平面加热元件及其制造方法，该加热元件通过电源来在自身的宽广区域上均匀地产生热量，并且能够允许湿式施工，以便加热元件能够用于温突(ondol，韩国地暖系统)、用于地板、用于墙加热材料和用于道路融雪。

背景技术

近年来，一直在加速研发用于节能的发热材料以及使用该发热材料的加热元件，并且已经开发了用于使由于湿式施工而发生的泄漏电流最小化的先进技术。

至今，线状加热器主要用作能够允许湿式施工的加热元件。然而，因为线状加热器由诸如Ni-Cr和Fe-Ni-Cr等发热材料制成，所以因线状加热的热效率低而导致功耗高。此外，由于串联电路构造，所以当一个电路开路时，整个加热元件不产生热量，这意味着维护困难。此外，由于诸如局部过热等异常加热，加热元件损坏和火灾的风险很大，且产品存在灾害风险。

此外，与线状加热器相比，碳平面加热元件的热效率良好。然而，碳平面加热元件将诸如碳黑等导电颗粒应用为电阻器热源，这是有问题的，因为由于重复使用，电阻值变化很大。此外，由于诸如局部过热等异常加热现象而导致加热元件损坏和火灾的风险很大，且产品存在灾害风险。

为了保证产品的安全，已经考虑将诸如过热传感器等温度控制系统设置在线状加热器和平面加热元件上，但是温度控制系统导致诸如局部过热等异常加热现象。异常加热现象的主要原因是保温、蓄热和过热。特别地，蓄热部的温度急剧上升，且加热元件的局部过热损坏装饰材料，这导致电气火灾。

然而，当在克服目前应用于湿式施工的线状加热器的问题的过程中，具有相对高的热效率的平面加热元件作为加热元件用于湿式施工时，这存在问题，因为与线状加热器相比，由于泄漏电流突然增加，漏电断路器工作。

这是因为常规的平面加热元件大部分由用于电绝缘和阻燃性的PET膜制成，并且主要用于干式蚀刻施工。此外，当进行湿式施工时，与水泥砂浆的底部接触的平面加热元件的PET膜因与线状加热器相比，与更宽广的地板表面进行面间接触而具有防水性，并且因此具有缺点，诸如变得潮湿和导致露水凝结等。

另一方面，本申请人披露的第10-1168906号(公开于2012年7月20日)韩国专利提出了恒定加热器，其具有PET聚合物膜并且使用聚合物PTC恒温加热油墨。在该专利中，提供了通过控制各种掺杂剂的添加量和室温电阻的稳定性来解决诸如提高聚合物PTC特性等问题的方案。通过该专利，产品已经商业化，并且出口到美国等。

上述的专利具有优势，因为聚合物PTC恒定加热器由于自我温度控制特性而节能并且免于电气火灾。然而，上述的专利在适用于湿式施工所用加热的过程中具有如上所述的困难。

为了解决上面的问题，本发明的申请人在第10-1593983号韩国专利中提出了使用聚合物PTC恒温加热油墨的湿式平面加热元件，以最小化泄漏电流和感应电流。

发明内容

技术问题

本发明旨在提供一种这样的湿式平面加热元件及其制造方法，该加热元件具有灵活性且最小化泄漏电流。

技术方案

为了实现上述目的，本发明提供一种湿式平面加热元件，该加热元件包括：

平面加热单元，该平面加热单元包括上部防水膜层、下部防水膜层、插入在上部防水膜层和下部防水膜层之间的平面加热层和电极层；

外部防水膜层，分别设置在平面加热单元的表面上；和

无纺布织物层，分别插入在平面加热单元和外部防水膜层之间，由其间形成有孔隙的纤维制成使得无纺布织物层具有多个孔隙，并且表面具有不规则结构，

其中，不规则结构的凹部由上部防水膜层、下部防水膜层和外部防水膜层封闭，从而在无纺布织物层内形成气穴。

本发明的另一目的是提供一种平面加热元件的制造方法，该方法包括：

第一步骤：将用于施工的无纺布织物层40a与外部防水膜层30a层压在一起并印刷上标志，来获得第一复合膜；

第二步骤：将无纺布织物层20a与上部防水膜层11a层压在一起，来获得第二复合膜，该无纺布织物层20a由其间形成有孔隙的纤维形成，使得无纺布织物层20a具有多个孔隙且表面具有不规则结构；

第三步骤：将第一复合膜与第二复合膜层压在一起，来获得第三复合膜；

第四步骤：将用于施工的无纺布织物层40b与外部防水膜层30b层压在一起，来获得第四复合膜；

第五步骤：将无纺布织物层20b与下部防水膜层11b层压在一起，来获得第五复合膜，该无纺布织物层20b由其间形成有孔隙的纤维形成，使得无纺布织物层20b具有多个孔隙且表面具有不规则结构；

第六步骤：将第四复合膜与第五复合膜层压在一起，来获得第六复合膜；

第七步骤：将电极层13形成在第六复合膜的一个表面上；

第八步骤：将平面加热层12形成在电极层的上表面上；和

第九步骤：将第三复合膜与设置有电极层13和平面加热层12的第六复合膜层压在一起。

有益效果

根据本发明，由于无纺布织物层的气穴中的空气的低介电常数以及由于无纺布织物基材的孔隙，可以最小化泄漏电流，从而解决由于泄漏电流的突然增加而导致漏电断路器工作的问题。因此，能够进行湿式施工，能够减小功耗，且能够大幅降低电气火灾风险。此外，可以通过使用无纺布织物来提高平面加热元件的灵活性，从而能够扩展平面加热元件的用途，且能够增加施工作业的效率。

附图说明

附图图示了根据本发明的实施例，并且用来解释本发明的原理。应理解，本发明的实质不应被认为限于附图。

图1是图示了根据本发明的实施例的湿式平面加热元件的示意图；

图2是根据本发明的实施例的平面加热元件和本申请人披露的第10-1593983号韩国专利的平面加热元件的泄漏电流的测试照片；且

图3是根据本发明的实施例的平面加热元件和本申请人披露的第10-1593983号韩国专利的平面加热元件的弯曲强度的测试证书。

具体实施方式

以下，将参照附图详细说明本发明的优选实施例，以便本发明所属领域的普通技术人员能够容易地呈现本发明。然而，应理解，本发明的实施例可以变化成各种各样的实施例，且本发明的范围和实质不限于以下所述的实施例。

在下面的说明中，应注意，当常规元件的功能和与本发明相关的元件的详细说明可能使本发明的主旨不清楚时，将省略这些元件的详细说明。尽可能，在整个附图和说明书中，将使用相同的附图标记来指示相同或类似的元件或部件。

应注意，附图仅供参考，以用于清楚和具体地说明本发明的优选实施例及技术理念或特征的目的，且因此，可以不同于实际的产品规格。

此外，为了便于理解元件，在附图中的尺寸或厚度可能被夸张为变大或变厚，可能被表达为变小或变薄，或可能为了清楚地图示而被简化，但是由于此种原因，本发明的保护范围不应被狭窄地解释。

诸如“第一～”和“第二～”等术语仅用于将构成元件与其他构成元件区分的目的，但是构成元件不应被限于顺序。

在整个说明中，还应理解，术语“包括”、“含有”、“包含”和/或“具有”当在本文使用时指示存在阐述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或添加一个或多个其他的特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组，除非上下文明确地另有说明。

图1是图示了根据本发明的实施例的湿式平面加热元件的示意图。

参照图1，根据本发明的实施例的湿式平面加热元件100通过电源在自身的宽广区域上均匀地产生热量，能够允许湿式施工，以便加热元件能够用于温突(ondol，韩国地暖系统)、用于地板、用于墙加热材料和用于道路融雪。

湿式平面加热元件100包括平面加热单元10，平面加热单元10包括上部防水膜层11a、下部防水膜层11b、插入在上部防水膜层11a和下部防水膜层11b之间的平面加热层12和电极层13。

平面加热单元10可以由本申请人披露的第10-1168906号韩国专利的恒定加热器形成。

上部防水膜层11a和下部防水膜层11b用作平面加热单元10的上下盖。上部防水膜层11a和下部防水膜层11b用来防止施加于平面加热单元10的电力逃逸到外部等，并且用来赋予用于进行湿式施工的防水性。因此，上部防水膜层11a和下部防水膜层11b可以不受限制地由赋予绝缘性能和防水性的任何材料制成。具体地，上部防水膜层11a和下部防水膜层11b可以由从聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚酯、聚苯乙烯、聚醚酮、乙二醇改性聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚乙烯亚胺(polyethyleneimide)组成的组中选出的材料制成，但是材料不限于此。

平面加热元件还可以通过附接从由金属膜、非金属膜和金属-非金属混合膜组成的组中选出的至少一个层来设置有该至少一个层。空气层可以形成在金属膜、非金属膜和金属-非金属混合膜中。金属膜可以由铝形成，非金属膜可以由聚合物或陶瓷形成，且金属-非金属混合膜可以有选择地由铝-聚合物或铝-陶瓷形成。具体地，优选的是，聚合物膜是聚对苯二甲酸乙二醇酯，且金属-非金属混合膜是铝-聚对苯二甲酸乙二醇酯，但是不限于此。

特别地，金属膜、非金属膜和金属-非金属混合膜可以附接至平面加热元件的最外侧的一个或两个表面，但是不限于此。非此即彼，它们中的至少一者可以以插入的方式添加在平面加热元件的多个层之间，以作为平面加热元件的层。

平面加热层12堆叠在电极层13上，并且当电流流动时，产生热量。优选的是，平面加热层12由从导电碳、碳黑、石墨烯、碳纳米管(CNT)、石墨或它们的混合物组成的组中选出的材料制成。具体地，平面加热层12可以是使用碳纤维编织的发热层，使用CNT或石墨烯浸渍无纺布织物的发热层，或使用导电碳浸渍无纺布织物的发热层，或使用CNT、石墨烯浆糊或油墨涂覆基膜的发热层。可以进行凹版涂布，以用于涂覆。

电极层13彼此间隔预定距离地形成在平面加热层12上，并且控制电极15之间的电流流动，以升高和维持平面加热层12的温度。电极层13的电极15可以由从导电聚合物(诸如聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩等)、导电组分(诸如碳等)和金属(诸如银、金、铂、钯、铜、铝、锡、铁和镍等)组成的组中选出的至少一种材料制成。优选的是，电极15由具有良好的导热性和导电性的铜制成。

根据本发明的实施例的包括平面加热单元10的湿式平面加热元件100具有能够使平面加热单元10的泄漏电流最小化的结构，该泄漏电流随着进行湿式施工时的湿式平面加热元件100的面积而增大。

因此，根据本发明的实施例的湿式平面加热元件100还包括：分别设置在平面加热单元10的表面上的外部防水膜层30a和30b；和无纺布织物层20a和20b，无纺布织物层20a和20b分别插入在平面加热单元10与外部防水膜层30a和30b之间，并且由其间形成有孔隙的纤维形成，使得无纺布织物层20a和20b具有多个孔隙且表面形成有不规则结构。

外部防水膜层30a和30b用来最小化依照进行湿式施工时湿式平面加热元件100的面积的增加而产生的泄漏电流，并且用来赋予用于进行湿式施工的防水性。外部防水膜层30a和30b可以不受限制地由赋予绝缘性能和防水性的任何材料制成。具体地，外部防水膜层30a和30b可以由从聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚酯、聚苯乙烯、聚醚酮、乙二醇改性聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚乙烯亚胺组成的组中选出的材料制成。

无纺布织物层20a和20b由纤维形成，并且无纺布织物层20a和20b均包括具有多个孔隙的无纺布织物基材。

形成无纺布织物基材的纤维可以具有0.1μm至10μm的平均直径。纤维可以选自由聚烯烃(诸如聚乙烯和聚丙烯)、聚酯(诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯)、聚酰胺(诸如芳纶)、聚缩醛、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚和聚乙烯奈等组成的组，但是不限于此。

由于纤维的多个孔隙中的空气的低介电常数，无纺布织物层20a和20b减少泄漏电流的发生。因此，可以防止由泄漏电流导致的绝缘性能的劣化。具体地，无纺布织物层20a和20b的无纺布织物基材均具有30g/m²至100g/m²的单位面积重量和0.10mm至0.45mm的厚度。上述的单位面积重量和厚度的范围意要最小化由无纺布织物基材的孔隙中的空气导致的泄漏电流的发生，且当单位面积重量和厚度超出上述的范围时，不能实现本发明的效果。

特别地，无纺布织物层20a和20b的无纺布织物基材均具有不规则结构，其中，凹部和凸部重复地形成在它们的表面。外部防水膜层30a和上部防水膜层11a分别设置在无纺布织物层20a的上下表面上，该无纺布织物层20a设置在平面加热元件100的上部。下部防水膜层11b和外部防水膜层30b分别设置在无纺布织物层20b的上下表面上，该无纺布织物层20b设置在平面加热元件100的下部。因此，无纺布织物层20a和20b的表面不规则结构的凹部被构造为由设置在无纺布织物层20a和20b的上下表面上的防水膜层阻挡，使得气穴21形成在无纺布织物层20a和20b中，并且用来减小介电常数。

外部防水膜层30a和30b各自的一个表面还可以设置有用于施工的无纺布织物层40a和40b，以便提高与砂浆或水泥的粘附性。用于施工的无纺布织物层40a和40b可以由与无纺布织物层20a和20b的材料相同或不同的材料制成。

根据本发明的实施例，可以通过无纺布织物层的气穴以及通过无纺布织物基材的孔隙来防止泄漏电流的发生，从而解决由于泄漏电流的突然增加而导致漏电断路器工作的问题。因此，能够进行湿式施工，能够减小功耗，且能够大幅降低电气火灾风险。

根据本发明，湿式平面加热元件的制造方法包括：

第一步S10：将用于施工的无纺布织物层40a与外部防水膜层30a层压在一起并印刷上标志，来获得第一复合膜；

第二步骤S20：将无纺布织物层20a与上部防水膜层11a层压在一起，来获得第二复合膜，该无纺布织物层20a由其间形成有孔隙的纤维形成，使得无纺布织物层20a具有多个孔隙且表面具有不规则结构；

第三步骤S30：将第一复合膜与第二复合膜层压在一起，来获得第三复合膜；

第四步骤S40：将用于施工的无纺布织物层40b与外部防水膜层30b层压在一起，来获得第四复合膜；

第五步骤S50：将无纺布织物层20b与下部防水膜层11b层压在一起，来获得第五复合膜，该无纺布织物层20b由其间形成有孔隙的纤维形成，使得无纺布织物层20b具有多个孔隙且表面具有不规则结构；

第六步骤S60：将第四复合膜与第五复合膜层压在一起，来获得第六复合膜；

第七步骤S70：将电极层13形成在第六复合膜的一个表面上；

第八步骤S8：将平面加热层12形成在电极层的上表面上；和

第九步骤S90：将第三复合膜与设置有电极层13和平面加热层12的第六复合膜层压在一起。

在上面的各步骤中，可以通过下列的方法进行层压：T模(T-die)法，吹胀法，挤压层压法，共挤压层压法，或使用诸如环氧树脂、聚氨酯、不饱和聚酯等粘合剂的粘接法，诸如干式层压法、夹层层压法和加热层压法等。使用聚氨酯粘合剂和异氰酸酯固化剂的干式层压是最优选的。

根据构成电极15的材料的特性，可以通过各种方法形成将电极层13形成的第七步骤，诸如印刷、编织、刺绣和粘附等。具体地，可以将电极层13形成为油墨或浆糊，并进行印刷，或将它形成为带条，并附接至基材。非此即彼，可以将电极层13直接浸渍在基材上。

对于形成平面加热层12的第八步骤，可以将它形成为油墨或浆糊，然后进行涂覆或印刷，或将它形成为带条，然后附接至基材。非此即彼，可以将电极层13直接浸渍在基材上。这里，可以通过下列的方法进行涂覆：辊式涂布法、迈耶棒(Meyer bar)涂布法、叶片涂布法、凹版涂布法、微型凹版涂布法、狭缝模具涂布法、滑动涂布法或幕帘涂布法。

图2是根据本发明的实施例的平面加热元件和本申请人披露的第10-1593983号韩国专利的平面加热元件的泄漏电流的测试照片。

这里，测试条件为，膜尺寸：L 250mm/W 500mm，施加的电压：AC 220±2V(60Hz)，环境温度：21℃，具有不规则结构的无纺布织物的厚度：0.17mm，单位面积重量：50g/m²。作为测试的结果，根据本发明的实施例的具有其表面设置有不规则结构的无纺布织物层的平面加热元件的泄漏电流是0.42mA，且根据第10-1593983号韩国专利的平面加热元件(其不具有无纺布织物层，而是具有聚丙烯膜)的泄漏电流是0.68mA。可以确认，由于无纺布织物层，减小了泄漏电流。

根据KSM 3015(KS标准)使用拉伸试验机测量了长度为55mm且宽度为25mm的试样，并且获得了弯曲强度。根据本发明的实施例的具有其表面设置有不规则结构的无纺布织物层(厚度：0.17mm，单位面积重量：50g/m²)的平面加热元件的弯曲强度是13N/2.54cm和14N/2.54cm，且根据第10-1593983号韩国专利的平面加热元件(其不具有无纺布织物层，而是具有聚丙烯膜)的弯曲强度是25N/2.54cm和18N/2.54cm。可以确认，由于无纺布织物层，提高了灵活性。

尽管为了说明的目的已经公开了根据本发明的实施例，但是本领域技术人员将认识到：在不偏离随附的权利要求所公开的本发明的范围和实质的情况下，各种变型例、添加例和替代例是可以的。因此，本领域技术人员知道：本发明不限于详细的说明所公开的实施例，且本发明的专利权应由随附的权利要求所公开的本发明的范围和实质限定。因此，应理解，本发明包括不偏离随附的权利要求所公开的本发明的范围和实质的情况下的各种变型例、添加例和替代例。

[附图中的附图标记的说明]

10：平面加热单元

11a：上部防水膜层

11b：下部防水膜层

12：平面加热层

13：电极层

15：电极

20a，20b：无纺布织物层

21：气穴

30a，30b：外部防水膜层

40a，40b：用于施工的无纺布织物层

Claims

1.一种平面加热元件，其包括：

平面加热单元，所述平面加热单元包括上部防水膜层、下部防水膜层和插入在所述上部防水膜层和所述下部防水膜层之间的平面加热层；

外部防水膜层，所述外部防水膜层设置在所述平面加热单元的表面上；和

无纺布织物层，所述无纺布织物层插入在所述平面加热单元和所述外部防水膜层之间，并且表面具有不规则结构，

其中，所述不规则结构的凹部由外部防水膜封闭，从而所述上部防水膜层和所述下部防水膜层中任一者和所述无纺布织物层的凹部形成孤立空间。

2.如权利要求1所述的平面加热元件，其中，所述孤立空间形成空气层。

3.如权利要求1所述的平面加热元件，其中，无纺布织物由孔隙形成在纤维之间的所述纤维形成，使得所述无纺布织物层具有多个孔隙且表面具有所述不规则结构。

4.如权利要求1所述的平面加热元件，其中，所述上部防水膜层或所述下部防水膜层由从下列物质组成的组中选出的材料制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚酯、聚苯乙烯、聚醚酮、乙二醇改性聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚乙烯亚胺。

5.如权利要求1所述的平面加热元件，还包括：

从由具有空气层的下列膜组成的组中选出的至少一个层：金属膜、非金属膜和金属-非金属混合膜。

6.如权利要求1所述的平面加热元件，还包括：

聚合物PTC恒温加热油墨。

7.如权利要求1所述的平面加热元件，所述平面加热元件是在水泥或砂浆上施工的湿式平面加热元件。

8.一种平面加热元件的制造方法，所述方法包括：

将表面具有不规则结构的无纺布织物层和防水膜层进行层压，来获得复合膜。