KR100459601B1 - 전기 발열 장치 및 이를 갖는 전기 방석 - Google Patents

전기 발열 장치 및 이를 갖는 전기 방석 Download PDF

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Abstract

전기 발열 장치와 이를 갖는 전기 방석이 개시되어 있다. 전기 발열 장치는 베이스 필름 상에 형성된 전도성 필름과, 전도성 필름 상에 형성된 발열 필름을 포함한다. 전도성 필름은 은과 같은 낮은 전기 저항을 갖는 제1물질로 이루어지고, 발열 필름은 탄소와 같은 높은 전기 저항을 갖는 제2물질로 이루어진다. 전도성 필름과 발열 필름은 실크스크린 인쇄 방법에 의해 베이스 필름 상에 형성되며, 전도성 필름에 전원이 인가되면, 이에 따라 발열 필름이 저항 가열된다. 상기 전기 발열 장치는 저전력에서도 사용이 가능하며 높은 에너지 효율을 가지므로 휴대용, 차량용 또는 가정용 전기 방석에 용이하게 적용될 수 있다.

Description

전기 발열 장치 및 이를 갖는 전기 방석{Electric heating device and electric cushion having the same}
본 발명은 전원의 인가에 의해 발열하는 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 저항 가열 방식으로 가열되는 발열 장치와 이의 제조 방법 및 이를 갖는 전기 방석에 관한 것이다.
일반적으로 방석은 편안함과 안락함을 제공하기 위해 사용되는 것으로, 최근 장시간 의자에 앉은 상태로 공부하는 학생들, 앉은 상태로 업무를 보는 직장인들 및 장시간 차량을 운전하는 운전자들에게 애용되고 있다. 그러나, 겨울철에는 온도 저하로 인해 사용자로 하여금 상당한 불쾌감을 느끼게 하는 단점이 있다.
상기와 같은 단점을 해결하기 위해 다양한 방법들이 고안되었다. 예를 들면, 방석의 내부에 전열선을 내장하여 방석의 온도를 상승시키는 방법이 고안되었다. 이때, 전원으로는 일반적인 가정용 또는 사무용 전원이 사용되며, 차량의 경우 차량 내부에 구비된 시거 잭에 연결하여 사용된다. 그러나, 가정용 또는 사무용 전원을 이용하는 경우 학교 또는 학원에서 사용하기가 곤란하며, 에너지 효율이 낮아 전기 에너지 소모가 크다는 단점이 있다. 또한, 직류 변환기와 같은 부수적인 장치가 요구된다는 단점이 있다. 한편, 차량 전원을 사용하는 경우, 소모 에너지가 크기 때문에 운전자의 부주의로 차량의 전원이 완전히 방전될 수 있는 우려가 있으며, 차량 전지의 수명을 저하시킬 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1목적은 높은 에너지 효율을 갖는 전기 발열 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 제2목적은 높은 에너지 효율을 갖고 휴대가 가능한 전기 방석을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기 발열 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 A-A 에 따른 단면도이다.
도 3은 전도성 필름과 발열 필름의 다른 형상을 보여주기 위한 개략적인 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 연결 단자의 형상을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5는 도 1에 도시된 전기 발열 장치를 갖는 전기 방석을 보여주기 위한 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 전기 방석을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 도 1에 도시된 전기 발열 장치를 갖는 전기 방석의 다른 예를 설명하기 위한 사시도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 전기 발열 장치 110 : 베이스 필름
120 : 전도성 필름 130 : 발열 필름
140 : 커버 필름 150 : 연결 단자
200, 300 : 전기 방석 210 : 쿠션 부재
220 : 외피 230 : 건전지 수납부
240, 320 : 온도 조절부 310 : 전원 잭
상기 제1목적을 달성하기 위한 본 발명은, 베이스 필름; 상기 베이스 필름 상에 라인 형상으로 형성되어 있으며, 제1전기저항을 갖는 제1물질로 이루어진 전도성 필름; 상기 전도성 필름과 동일한 형상을 갖고, 상기 전도성 필름 상에 형성되어 있으며, 상기 제1전기저항보다 높은 제2전기저항을 갖는 제2물질로 이루어지고, 상기 전도성 필름에 전원이 인가되는 경우 상기 전원에 의해 저항 가열되어 열을 발생시키는 발열 필름; 및 상기 전도성 필름 및 상기 발열 필름이 형성된 상기 베이스 필름 상에 전체적으로 부착되어 상기 전도성 필름 및 발열 필름을 보호하기 위한 커버 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 발열 장치를 제공한다.
상기 제2목적을 달성하기 위한 본 발명은, 쿠션을 제공하기 위한 쿠션 부재; 상기 쿠션 부재의 내부에 구비되며, 전원의 인가에 의해 열을 발생시키는 전기 발열 장치; 및 상기 쿠션 부재를 감싸기 위한 외피를 포함하며, 상기 전기 발열 장치는, ⅰ) 베이스 필름; ⅱ) 상기 베이스 필름 상에 라인 형상으로 형성되어 있으며,제1전기저항을 갖는 제1물질로 이루어진 전도성 필름; ⅲ) 상기 전도성 필름과 동일한 형상을 갖고, 상기 전도성 필름 상에 형성되어 있으며, 상기 제1전기저항보다 높은 제2전기저항을 갖는 제2물질로 이루어지고, 상기 전도성 필름에 상기 전원이 인가되는 경우 상기 전원에 의해 저항 가열되어 열을 발생시키는 발열 필름; 및 ⅳ) 상기 전도성 필름 및 상기 발열 필름이 형성된 상기 베이스 필름 상에 전체적으로 부착되어 상기 전도성 필름 및 발열 필름을 보호하기 위한 커버 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 방석을 제공한다.
상기 제1물질은 은을 포함하는 것이 바람직하며, 제2물질은 탄소를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제1물질과 제2물질은 실크스크린 인쇄 방법으로 베이스 필름 상에 형성되며, 이때, 제1물질과 제2물질은 접착 수지 및 경화제와 혼합된 상태에서 베이스 필름 상에 인쇄된다.
상기 전기 발열 장치를 내장하는 전기 방석은 3 내지 6볼트의 전압에서 30 내지 40℃의 온도를 유지할 수 있으며, 12볼트의 차량용 전원을 사용하는 경우 30 내지 50℃의 온도를 유지할 수 있다. 즉, 상기 전기 발열 장치 및 전기 방석은 높은 에너지 효율을 가지므로 건전지를 사용하여 휴대용으로 구성할 수 있고, 차량의 시거 잭을 이용하여 차량용으로 구성할 수 있으며, 직류 변환기를 사용하여 가정용으로 구성할 수 있다.
휴대용으로 사용하는 경우 건전지를 사용하므로 학교, 학원 및 사무실에서 용이하게 사용할 수 있고, 차량용으로 구성하는 경우 저전력으로 동작되므로 차량의 전지가 방전될 우려가 없으며, 차량의 전지 수명에 영향을 주지 않는다. 또한,가정용으로 사용되는 경우 저전력으로 동작되므로 사용자에게 전기 요금 부담을 주지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기 발열 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 A-A 에 따른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전기 발열 장치(100)는 베이스 필름(110)과, 전도성 필름(120)과, 발열 필름(130) 및 커버 필름(140)을 포함한다.
베이스 필름(110)은 대략 사각 형상을 갖고, 강도와 내열성이 우수하며, 투명한 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate; PET) 수지로 이루어지는 것이 바람직하다.
전도성 필름(120)은 베이스 필름(110) 상에 실크스크린(silk screen) 인쇄 방법에 의해 형성된다. 전도성 필름(120)은 실질적으로 낮은 제1전기저항을 갖는 제1물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는 에너지 효율을 향상시키기 위함이며, 본 발명의 실시예에서는 제1물질로서 은이 사용된다. 여기서, 실크스크린 방법으로 베이스 필름(110) 상에 전도성 필름(120)을 형성하기 위하여, 제1물질은 액체 상태로 형성되어야 한다. 즉, 은과 접착 수지 및 경화제를 혼합하여 액체 상태의 제1물질을 형성하는 것이 바람직하다. 그러나, 전도성 필름(120)의 형성 방법이 실크스크린 인쇄 방법으로 한정되지는 않는다. 즉, 다양한 방법으로 전도성 필름(120)을 형성할 수 있으며, 전도성 필름(120)의 형성 방법이 본 발명의 범위를 한정하지 않는다는 것을 의미한다. 상기 실크스크린 인쇄 방법은 일반적으로 널리 알려져 있으므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
전도성 필름(120)은 베이스 필름(110) 상에 통상의 저항 열선의 형상을 갖는다. 즉, 지그재그 방향으로 이어지는 라인(line) 형상을 갖는 것이 바람직하다. 물론, 전도성 필름(120)의 형상을 본 발명의 범위를 제한하지는 않는다. 여기서, 실크스크린 인쇄 방법으로 형성되는 전도성 필름(120)의 폭과 두께 및 길이는 사용 전원의 크기에 따라 적절하게 결정되어야 한다. 즉, 전도성 필름(120)의 저항은 전도성 필름(120)의 폭과 두께 및 길이에 따라 변화되므로 사용 전원의 크기에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
전도성 필름(120) 상에는 발열 필름(130)이 형성되어 있다. 발열 필름(130)은 전도성 필름(120)을 따라 형성되며, 전도성 필름(120)의 형상과 동일한 형상을 갖는다. 발열 필름(130)은 전도성 필름(120)과 동일하게 실크스크린 인쇄 방법으로 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 전도성 필름(120)의 형성 방법과 마찬가지로, 발열 필름(130)의 형성 방법이 본 발명의 범위를 한정하지는 않는다. 발열 필름(130)은 실질적으로 높은 제2전기저항을 갖는 제2물질로 이루어진다. 이는 저전력으로 높은 발열량을 얻기 위함이며, 또한 에너지 효율을 향상시키기 위함이다. 즉, 전도성 필름(120)에 전원이 인가되면 발열 필름(130)은 전원의 인가에 의해 저항 가열된다. 이때, 에너지 사용량이 매우 작으므로 휴대용 건전지와 같은 저전력에서도 사용이 가능하다. 본 발명의 실시예에서는 탄소가 바람직하게 사용된다.
실크스크린 방법으로 전도성 필름(120) 상에 발열 필름(130)을 형성하기 위하여, 제2물질은 액체 상태로 형성되어야 한다. 즉, 미세한 탄소 분말과 접착 수지 및 경화제를 혼합하여 액체 상태의 제2물질을 형성하는 것이 바람직하다. 그러나, 전도성 필름(120)의 형성 방법과 마찬가지로, 발열 필름(130)의 형성 방법도 실크스크린 인쇄 방법으로 한정되지는 않는다. 즉, 다양한 방법으로 발열 필름(130)을 형성할 수 있으며, 발열 필름(130)의 형성 방법이 본 발명의 범위를 한정하지 않는다는 것을 의미한다. 여기서, 발열 필름(130)의 폭과 두께 및 길이는 목적하는 온도 범위에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 대략 전도성 필름(120)과 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
전도성 필름(120) 및 발열 필름(130)의 형상은 다양하게 변경될 수 있다. 즉, 전도성 필름(120)과 발열 필름(130)의 형상은 베이스 필름(110)의 크기와 인가되는 전원의 크기 및 목적하는 온도에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 도 3에 도시된 전기 발열 장치(100')는 베이스 필름(110') 상에 형성된 전도성 필름(120')과 발열 필름(130')의 형상에 대한 다른 예를 보여준다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 커버 필름(140)은 베이스 필름(110) 상에 형성된 전도성 필름(120)과 발열 필름(130)을 보호하기 위하여 베이스 필름(110)을 전체적으로 커버하도록 형성되어 있다. 커버 필름(140)의 형상과 재질은 베이스 필름(110)과 동일하다.
전도성 필름(120)의 양측 단부에는 전원 인가를 위한 한 쌍의 연결 단자(150)가 각각 연결되어 있다. 연결 단자(150)는 전도성 필름(120)의 단부로부터 베이스 필름(110)의 외측으로 연장되어 있다. 이때, 연결 단자(150)는 낮은 전기 저항을 갖는 물질로 이루어지는 것이 바람직하여. 필름 형태로 베이스 필름(110)에 부착된다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 연결 단자(150, 150')는 전도성 필름(120)의 하부면 또는 상부면에 형성될 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 베이스 필름(110) 상에 연결 단자(150)를 먼저 부착한 후에 전도성 필름(120)을 형성할 수 있으며, 도 4b에 도시된 바와 같이, 베이스 필름(110) 상에 전도성 필름(120)을 형성한 후에 연결 단자(150')를 부착할 수도 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 전기 발열 장치(100)는 낮은 전원에서 높은 발열량을 얻을 수 있다. 실제로, 6V 건전지를 사용하여 30 내지 40℃의 온도를 4 내지 8시간 동안 유지할 수 있다. 또한, 자동차용 12V 전원을 사용할 경우 30 내지 50℃의 온도를 일정하게 유지할 수 있으며, 전도성 필름(120) 및 발열 필름(130)의 폭과 두께 및 길이를 조절하여 그 이상의 온도를 얻는 것도 가능하다. 이는 건전지를 사용할 경우 휴대용으로 학원, 학교 및 사무실 등에서 용이하게 사용할 수 있으며, 가정용 직류 변환기를 사용할 경우, 가정용으로 사용할 수 있음을 의미한다.
도 5는 도 1에 도시된 전기 발열 장치를 갖는 전기 방석을 보여주기 위한 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 전기 방석을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 도시된 전기 방석(200)은 쿠션을 제공하기 위한 쿠션 부재(210)와, 전기 방석(200)의 온도를 상승시키기 위한 전기 발열 장치(100)와, 쿠션을 감싸기 위한 외피(220)를 포함한다.
쿠션 부재(210)는 사용자에게 안락함과 편안함을 제공하기 위한 것으로, 시중에는 다양한 형상의 쿠션들이 판매되고 있으며, 본 발명은 쿠션의 종류 및 형상에 한정되지 않는다. 또한, 외피(220)도 다양한 종류가 사용될 수 있다.
전기 발열 장치(100)는 쿠션 부재(210)의 내부에 배치되며, 바람직하게는 쿠션 부재(210)가 전기 발열 장치(100)의 상하에 배치되어야 한다. 이는 전기 방석(200)의 사용 중에 전기 발열 장치(100)의 손상을 방지하기 위한 것이다.
외피(220)의 일측 부위에는 전기 발열 장치(100)에 전기 에너지를 제공하기 위한 건전지를 수납하기 위한 건전지 수납부(230)와, 전기 방석(200)의 온도를 조절하기 위한 온도 조절부(240)가 연결되어 있다. 도시된 바에 의하면, 온도 조절부(240)와 건전지 수납부(230)가 일체로 형성되며, 외피(220)의 일측에 부착되어 있으나, 온도 조절부(240) 및 건전지 수납부(230)는 외피(220)의 내부 또는 외부에 구비될 수도 있다.
온도 조절부(240)는 전기 발열 장치(100)에 인가되는 전원의 크기를 조절하여 전기 발열 장치(100)의 발열량을 조절하며, 전기 발열 장치(100)가 비정상적으로 가열되는 경우 전기 발열 장치(100)에 인가되는 전원을 자동으로 차단할 수 있다. 상기와 같은 온도 조절부(240)는 널리 공지되어 있거나, 시중에서 용이하게 구입할 수 있으므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
따라서, 상기와 같은 전기 방석(200)은 건전지를 사용하므로 학원, 학교 또는 직장에서 용이하게 사용할 수 있다. 또한, 직류 변환기를 사용하여 건전지 대신 가정용 또는 사무용 전기를 사용할 수도 있다.
도 7은 도 1에 도시된 전기 발열 장치를 갖는 전기 방석의 다른 예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 7을 참조하면, 도시된 전기 발열 장치(300)는 차량의 시거 잭에 연결할 수 있는 전원 잭(310)을 갖는다. 따라서, 전원 잭(310)을 통해 차량의 전원을 사용하여 전기 발열 장치(100)를 작동시키므로 겨울철 차량에서 용이하게 사용할 수 있고, 온도 조절부(320)를 통해 사용자가 원하는 온도를 조절할 수 있다.
상기와 같은 전기 방석(300)은 에너지 효율이 높기 때문에 사용자의 부주의로 인한 차량 전지의 방전 또는 차량 전지의 수명 단축과 같은 문제점이 발생되지 않는다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 전기 발열 장치는 베이스 필름 상에 전도성 필름과 발열 필름을 실크스크린 인쇄함으로서 구현된다. 따라서, 전기 발열 장치는 저전력에서 높은 발열량을 나타낸다. 또한, 높은 에너지 효율을 가지므로, 휴대용, 가정용, 사무용 및 차량용 전기 방석에 용이하게 적용할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. 베이스 필름;
    상기 베이스 필름 상에 라인 형상으로 형성되어 있으며, 제1전기저항을 갖는 제1물질로 이루어진 전도성 필름;
    상기 전도성 필름과 동일한 형상을 갖고, 상기 전도성 필름 상에 형성되어 있으며, 상기 제1전기저항보다 높은 제2전기저항을 갖는 제2물질로 이루어지고, 상기 전도성 필름에 전원이 인가되는 경우 상기 전원에 의해 저항 가열되어 열을 발생시키는 발열 필름; 및
    상기 전도성 필름 및 상기 발열 필름이 형성된 상기 베이스 필름 상에 전체적으로 부착되어 상기 전도성 필름 및 발열 필름을 보호하기 위한 커버 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 발열 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전도성 필름의 양측 단부에 연결되어 상기 베이스 필름의 외측으로 연장되며, 상기 전도성 필름에 상기 전원을 인가하기 위한 한 쌍의 연결 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 발열 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1물질은 은(Ag)을 포함하며, 상기 제2물질은 탄소(C)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 발열 장치.
  4. 쿠션을 제공하기 위한 쿠션 부재;
    상기 쿠션 부재의 내부에 구비되며, 전원의 인가에 의해 열을 발생시키는 전기 발열 장치; 및
    상기 쿠션 부재를 감싸기 위한 외피를 포함하며,
    상기 전기 발열 장치는,
    ⅰ) 베이스 필름;
    ⅱ) 상기 베이스 필름 상에 라인 형상으로 형성되어 있으며, 제1전기저항을 갖는 제1물질로 이루어진 전도성 필름;
    ⅲ) 상기 전도성 필름과 동일한 형상을 갖고, 상기 전도성 필름 상에 형성되어 있으며, 상기 제1전기저항보다 높은 제2전기저항을 갖는 제2물질로 이루어지고, 상기 전도성 필름에 상기 전원이 인가되는 경우 상기 전원에 의해 저항 가열되어 열을 발생시키는 발열 필름; 및
    ⅳ) 상기 전도성 필름 및 상기 발열 필름이 형성된 상기 베이스 필름 상에 전체적으로 부착되어 상기 전도성 필름 및 발열 필름을 보호하기 위한 커버 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 방석.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전도성 필름과 연결되며, 상기 전원을 인가하기 위한 건전지를 수납하는 건전지 수납부; 및
    상기 전원의 인가 정도를 조절하여 상기 발열 필름의 발열량을 조절하는 온도 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 방석.
  6. 제4항에 있어서, 상기 전도성 필름과 연결되며, 상기 전원을 인가하기 위하여 차량 내부에 구비되는 시거 잭과 연결하기 위한 전원 잭을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 방석.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0473883A (ja) * 1990-07-13 1992-03-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 車両用暖房装置
JPH11102771A (ja) * 1997-09-25 1999-04-13 Rekku Sanwa:Kk 融雪用発熱材及び融雪方法

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