KR100901458B1 - 졸 함침 발열체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발열체에 관한 것으로서, 발열체의 제조방법에 있어서, 세라믹재 및 바인더졸을 사용하여 절연시트를 제조시키는 제1단계와; 상기 절연시트 상층에 평판형으로 발열선을 형성시키는 제2단계와; 상기 발열선이 형성된 절연시트 상층에 섬유절연층을 형성시키는 제3단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 졸 함침 발열체의 제조방법을 기술적 요지로 한다. 이에 따라, 절연시트 상층에 섬유절연층을 형성시킴으로써, 기계적으로 발열선을 보호하고, 전기적으로 절연시킬 수 있으며, 발열선이 직접적으로 공기에 닿는 것을 차단할 수 있으므로 발열선의 산화를 방지하여 내구성을 향상시키며, 또한, 발열선이 형성된 절연시트 상층에 바인더졸에 함침된 세라믹 섬유, 이것으로 직조된 세라믹 섬유 천 또는 세라믹 섬유로 이루어진 프리프레그 등의 섬유절연층을 감아 형성시킴으로써, 상기의 효과와 더불어 상기 섬유절연층이 발열선을 압착시켜 발열선을 고정시키고, 발열선이 고온에서 팽창하여 늘어나는 것을 억제하는 한편, 발열선을 좀 더 밀도 높게 감을 수 있어 동일 면적에서 발열되는 효율을 더욱 높일 수 있는 이점이 있다.
발열선 세라믹 절연시트 졸 함침 바인더졸 무기분말
Description
본 발명은 발열체에 관한 것으로서, 절연시트 상층에 섬유절연층을 형성시킴으로써, 기계적으로 발열선을 보호하고, 전기적으로 절연시킬 수 있으며, 발열선이 직접적으로 공기에 닿는 것을 차단할 수 있으므로 발열선의 산화를 방지하여 내구성이 향상된 졸 함침 발열체에 관한 것이다.
또한, 상기 섬유절연층을 바인더졸에 함침함으로써, 발열선을 고정시키고, 발열선이 고온에서 팽창하여 늘어나는 것을 억제하여 동일 면적에서 발열효과를 더욱 상승시키는 졸 함침 발열체에 관한 것이다.
일반적으로 발열체, 특히 평판형의 발열체는 발열면적이 넓어 발열량이 풍부하고 고르게 열을 피사체에 전달하는 장점을 가지고 있다.
이러한 면상발열체 중에 대한민국특허청 실용신안공보 실1994-0002244호에는 "원적외선을 발생되게 한 발열평판"으로써 단열판상에 전열선을 배열하되, 그 상부에 박판인 전도판을 접촉시켜 그 표면에 세라믹 분말과 아크릴수지용액을 첨가 혼합한 원적외선 방사층을 도착형성하고, 상부판을 전기한 단열판과 함께 진공밀착되게 한 것이다.
그리고, 등록특허공보 등록번호 10-0567946호는 "고출력 적외선 방사장치"로써 구조적인 강도 보강 및 발열선의 고정을 위한 벽체가 형성되어 있는 방사체, 발열선, 제1단열재, 제2단열재 및 구조체 전체의 기계적인 강도를 보강하기 위한 강도보강재로 구성된 것이다.
그리고, 본 출원인이 출원(10-2007-0044000호)한 "평판형 적외선 방사장치"로써, 평판형으로 형성된 발열선과, 상기 발열선 상부에 형성되며, 적외선을 방사시키는 기판과, 상기 발열선 하부에 형성되며, 박판 형상의 하부 시트절연체와, 상기 하부 시트절연체 하부에 형성된 단열재를 포함하여 구성된 것이다.
그러나 상기 종래기술 실1994-0002244호의 "원적외선을 발생되게 한 발열평판"은, 적외선 방사장치에 사용되는 적외선 방사체를 세라믹 분말과 아크릴수지용액을 주로 사용하고 있는데, 이러한 적외선 방사체를 이용한 적외선 방사장치는 아크릴수지의 내열성이 좋지 못하므로 200℃ 이상에서 사용하기 어려운 문제점이 있다.
그리고 등록번호 10-0567946호의 "고출력 적외선 방사장치"는 발열선의 고정 및 강도 보강을 위하여 두께가 두꺼워져 다양한 분야에의 활용도가 떨어지며, 발열의 방법으로서 시즈히터를 사용함으로써 발열 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
그리고, 출원번호 10-2007-0044000호의 "평판형 적외선 방사장치"는 그 구성재가 발열선, 기판 및 상하부 시트절연체 등의 다층으로 형성되어 제조가 까다로우며, 각 층간에 접착층이 구비되어야 하므로 내열성이 떨어지거나 열전달 효율이 높지 않을 뿐만 아니라, 아무리 얇게 제작하더라도 이러한 다층의 구성재로 인해 박 판형으로 제작하는데 한계가 있다.
또한, 상기의 종래기술들은 발열선을 보호하고 절연시키려는 목적으로 발열선 상하부에 절연체 및 기판 등이 형성되어 있으나, 발열선과 공기와의 접촉을 차단시키지 못하여 발열선의 산화로 내구성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 온도가 상승함에 따라 발열선이 다소 팽창하게 되는데, 이 경우 발열선이 절연체 및 기판 등으로부터 탈리되는 문제점이 있으며, 그리고, 발열선의 팽창에 의한 인접 발열선 간의 접촉을 방지하고자 발열선 간에 일정 정도 간격을 두어 형성시키게 되는데, 이 경우 동일 면적의 발열체 상에 발열선을 감을 수 있는 량이 한정되어져 발열 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 절연시트 상층에 섬유절연층을 형성시킴으로써, 기계적으로 발열선을 보호하고, 전기적으로 절연시킬 수 있으며, 발열선이 직접적으로 공기에 닿는 것을 차단할 수 있으므로 발열선의 산화를 방지하여 내구성이 향상된 졸 함침 발열체를 그 해결과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 발열체의 제조방법에 있어서, 세라믹재 및 바인더졸을 사용하여 절연시트를 제조시키는 제1단계와; 상기 절연시트 상층에 평판형으로 발열선을 형성시키는 제2단계와; 상기 발열선이 형성된 절연시트 상층에 섬유절연층을 형성시키는 제3단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 졸 함침 발열체의 제조방법을 기술적 요지로 한다.
또한, 상기 세라믹재는, 세라믹 분말, 판상의 세라믹, 마이카, 유리 섬유, 알루미나 섬유, 실리카 섬유, SiC 섬유, Si3N4 섬유, 실리케이트 섬유, 보론 섬유, SiCO 섬유, Si-C-N-O 섬유 중 어느 하나 또는 두 종류 이상 혼합된 혼합물인 것이 바람직하다.
또한, 상기 섬유절연층은, 상기 발열선이 형성된 절연시트 상층에 세라믹 섬유를 감거나 세라믹 섬유로 직조된 천을 감아 형성시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 섬유절연층은, 상기 발열선이 형성된 절연시트에 세라믹 섬유를 감고, 이를 바인더졸에 함침시켜 형성시키는 것이 바람직하며, 또한, 상기 섬유절연층은, 바인더졸에 함침된 세라믹 섬유를 발열선이 형성된 절연시트에 감아 형성시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 섬유절연층은, 바인더졸에 함침된 세라믹 섬유로 직조된 천을 발열선이 형성된 절연시트에 감아 형성시키는 것이 바람직하며, 또한, 상기 섬유절연층은, 바인더졸에 함침된 세라믹 섬유로 제조된 프리프레그를 발열선이 형성된 절연시트에 감아 형성시키는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 세라믹섬유는, 유리 섬유, 알루미나 섬유, 실리카 섬유, SiC 섬유, Si3N4 섬유, 실리케이트 섬유, 보론 섬유, SiCO 섬유, Si-C-N-O 섬유 중 어느 하나 또는 두 종류 이상 혼합된 혼합물인 것이 바람직하다.
또한, 상기 바인더졸은, 수 분산된 콜로이드 실리카에 Li+, Na+, K+, Mg2 +, Pb2+, Ca2 + 중 하나 이상의 이온을 포함하는 네트워크 수식 물질을 첨가하여 형성되는 것이 바람직하고, 또한, 상기 바인더졸은, 수 분산된 콜로이드 실리카에 LiOH, NaOH, KOH, Mg(OH)2, Ca(OH)2중 하나 이상의 네트워크 수식 물질을 첨가하여 형성되는 것이 바람직하며, 또한, 상기 바인더졸에는 무기분말이 더 첨가되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 무기분말은 알루미나, 실리카, 지르코니아, 뮬라이트, 코디에라이트, 마그네시아, 베리아, 도리아, 세리아, Si3N4, AlN 및 BN 중에 어느 하나 또는 두 종류 이상 혼합된 혼합물인 것이 바람직하다.
또한, 상기 바인더졸에는 옥, 세르사이트, 코디에라이트, 게르마늄, 산화철, 운모, 이산화망간, 실리콘카바이드, 맥섬석, 카본 중 하나 이상의 적외선 방사체 물질이 더 첨가되는 것이 바람직하다.
상기 구성의 본 발명에 따른 발열체는, 발열선이 형성된 절연시트 상층에 섬유절연층을 형성시킴으로써, 기계적으로 발열선을 보호하고, 전기적으로 절연시킬 수 있으며, 발열선이 직접적으로 공기에 닿는 것을 차단할 수 있으므로 발열선의 산화를 방지하여 내구성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 발열선이 형성된 절연시트 상층에 바인더졸에 함침된 세라믹 섬유, 이로 직조된 세라믹 섬유 천 또는 세라믹 섬유로 이루어진 프리프레그 등의 섬유절연층을 감아 형성시킴으로써, 상기 섬유절연층이 발열선을 압착시켜 발열선을 고정시키고, 발열선이 고온에서 팽창하여 늘어나는 것을 억제하는 한편, 발열선을 좀 더 밀도 높게 감을 수 있어 동일 면적에서 발열되는 효율을 더욱 높일 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 졸 함침 발열체의 제조방법은 먼저 절연시트를 형성시키고, 그 상층에 평판형으로 발열선을 감은 후에, 상기 발열선이 형성된 절연시트 상층에 섬유절연층을 형성시키는 것이다.
상기 절연시트는 세라믹재 및 바인더졸을 적정량 혼합한 후, 소정 두께로 압 착하여 형성시킨다.
여기에서, 상기 세라믹재는 분말형태, 판상형태, 섬유형태 등 다양한 형상의 사용이 가능하며, 세라믹 분말, 판상의 세라믹, 마이카, 유리 섬유, 알루미나 섬유, 실리카 섬유, SiC 섬유, Si3N4 섬유, 실리케이트 섬유, 보론 섬유, SiCO 섬유, Si-C-N-O 섬유 중 어느 하나 또는 두 종류 이상 혼합된 혼합물을 사용한다.
그리고, 상기 절연시트 상층에 평판형의 발열선을 형성시키되, 상기 발열선은 상기 절연시트 일측에 형성시킬 수도 있으며, 절연시트 전체에 감아 양측 발열이 가능하도록 형성시킬 수도 있다. 여기에서는 절연시트 양측으로 발열이 가능하도록 발열선을 절연시트 외측에서 감는 경우에 대해 살펴보고자 한다.
상기 발열선은 금속저항 발열선으로서 니크롬, 칸탈, 철크롬 등을 사용하여 절연시트에 평판형으로 형성되도록 하며, 용도에 따라 적절한 크기로 배열형성시키되 평판 전체에 균일한 열이 가열되도록 일정 간격을 유지하도록 하여 절연시트에 감아 형성시킨다.
그 다음, 상기 발열선이 감긴 절연시트 상층에 섬유절연층을 형성시킨다. 상기 섬유절연층은, 절연시트에 형성된 발열선을 보호하고 절연시키기 위한 것으로, 유리 섬유, 알루미나 섬유, 실리카 섬유, SiC 섬유, Si3N4 섬유, 실리케이트 섬유, 보론 섬유, SiCO 섬유, Si-C-N-O 섬유 중 어느 하나 또는 두 종류 이상을 혼합한 세라믹 섬유를 한 가닥씩 상기 절연시트에 감거나, 상기 세라믹 섬유로 천(cloth)을 직조하여 상기 절연시트에 감을 수 있다.
상기 섬유절연층은, 기계적으로 발열선을 보호하고, 전기적으로 절연시킬 수 있으며, 발열선이 직접적으로 공기에 닿는 것을 차단할 수 있으므로 발열선의 산화를 방지하여 발열체의 내구성을 향상시키게 된다.
또한, 상기 섬유절연층은 바인더졸에 함침하여 형성시킬 수 있는데, 그 방법으로써, 상기 발열선이 감긴 절연시트에 세라믹 섬유를 감고, 이를 바인더졸에 함침시켜 형성시키는 방법, 상기 바인더졸에 함침된 세라믹 섬유를 상기 발열선이 감긴 절연시트에 감는 방법, 상기 바인더졸에 함침된 세라믹 섬유로 직조된 천(cloth)을 상기 발열선이 감긴 절연시트에 감는 방법, 상기 바인더졸에 함침된 세라믹 섬유로 제조된 프리프레그(prepreg)를 상기 발열선이 감긴 절연시트에 감는 방법 등이 있다.
상기의 방법에 의한 바인더졸에 함침된 섬유절연층에 의해, 기계적으로 발열선을 보호하고 전기적으로 발열선을 절연시키고, 발열선이 직접적으로 공기에 접촉되는 것을 차단할 수 있으므로, 발열선의 산화를 방지하여 발열체 자체의 내구성을 향상시킴과 더불어, 상기 섬유절연층이 발열선을 압착시켜 발열선을 고정시키고, 발열선이 고온에서 팽창하여 늘어나는 것을 억제하는 한편, 발열선을 좀 더 밀도 높게 감을 수 있어 동일 면적에서 발열되는 효율을 더욱 높일 수 있게 된다.
여기에서, 상기 바인더졸은 수 분산된 콜로이드 실리카에 Li+, Na+, K+, Mg2 +, Pb2+, Ca2 + 중 하나 이상의 이온을 포함하는 네트워크 수식 물질을 첨가하여 제조하거나, 수 분산된 콜로이드 실리카에 LiOH, NaOH, KOH, Mg(OH)2, Ca(OH)2중 하나 이 상의 네트워크 수식 물질을 첨가하여 제조한다.
또한, 상기 바인더졸에는 무기분말, 특히 알루미나, 실리카, 지르코니아, 뮬라이트, 코디에라이트, 마그네시아, 베리아, 도리아, 세리아, Si3N4, AlN 및 BN 중에 어느 하나 또는 두 종류 이상 혼합된 혼합물을 사용한다.
상기 무기분말은 상기 발열선에서 발생된 열이 바깥 쪽의 상기 섬유절연층으로 잘 전달되도록 섬유절연층의 열전도도를 높이기 위한 것이다. 상기 바인더졸은 일반적으로 유기계, 유무기복합계, 무기계 등으로 나눌 수 있으며, 유기계와 유무기복합계의 바인더졸은 열전도율이 비교적 낮으므로 여기에 열전도율이 높은 무기분말을 첨가하여 열전도도를 높일 수 있으며 무기계 바인더졸의 경우에도 열전도율이 더 높은 무기분말을 첨가하여 열전도도를 더욱 높일 수 있다. 또한, 상기 무기분말의 첨가로 발열체의 기계적인 강도를 향상시킬 수 있으며, 열팽창계수, 내전압 등 여러 가지 특성을 제어할 수 있다.
이와 같이 상기 바인더졸은 콜로이드 실리카를 출발물질로 하여 상온에서 액상으로 존재하기 때문에 바인더로 사용하기에 매우 편리하며, 무기분말을 첨가하여 고온에서 더욱 열분해특성이 우수하고 기계적인 강도 또한 향상되는 장점이 있다.
또한, 상기 바인더졸에는 옥, 세르사이트, 코디에라이트, 게르마늄, 산화철, 운모, 이산화망간, 실리콘카바이드, 맥섬석, 카본 중 하나 이상의 적외선 방사체 물질이 더 첨가되어, 발열체의 발열과 동시에 적외선 방사가 가능하도록 한다.
이하에서는 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 대해 살펴보고자 한다.
<실시예 1>
pH를 2.0 ~ 4.0이 되도록 산을 첨가한 콜로이드 실리카 용액 100중량부(고형분 30%)에 대해 유기실란과 에탄올 각각 70중량부를 콜로이드 실리카 용액에 첨가한다. 상온에서 3일 이상 반응시켜서 바인더졸을 합성하였다.
이렇게 합성한 바인더졸에 알루미나 분말을 30중량% 첨가한 것과 첨가하지 않은 순수 바인더졸을 70℃에서 2시간 건조시키고 150℃와 300℃에서 각각 2시간 경화시킨 후 측정한 열전도도를 다음의 표 1에 나타내었다.
< 표 1 >
| 순수 바인더졸 | 알루미나 분말 30중량% 첨가한 바인더졸 | |
| 열전도도(cal/secㆍ℃ㆍcm) | 0.003 | 0.005 |
<실시예 2>
콜로이드 실리카(고형분 40%) 90g과 증류수 60g을 교반기를 이용하여 30분간 희석시켜서 실리카졸 용액을 제조하였다. 다른 초자기구에 KOH 25g을 증류수 50g에 교반기를 이용하여 30분간 용해시켜 KOH 용액을 제조하였다. 제조된 실리카졸 용액과 KOH 용액을 교반기를 이용하여 반응시켜 바인더졸을 제조하였다.
이렇게 합성한 바인더졸에 알루미나 분말을 50중량% 첨가한 것과 첨가하지 않은 순수 바인더졸을 80℃에서 2시간 건조시키고 150℃와 300℃에서 각각 2시간 경화시킨 후 측정한 열전도도를 다음의 표 2에 나타내었다.
< 표 2 >
| 순수 바인더졸 | 알루미나 분말 50중량% 첨가한 바인더졸 | |
| 열전도도(cal/secㆍ℃ㆍcm) | 0.005 | 0.008 |
상기의 실시예에서 제조된 바인더졸에 유리섬유를 함침하고, 이를 발열선이 인쇄된 절연시트에 감아 섬유절연층을 형성시키면 본 발명에 따른 발열체가 완성된다. 상기 발열체는 열전도도가 우수하면서, 발열선에 섬유절연층을 이루는 유리섬유 함침 바인더졸이 결착되어, 발열선을 기계적으로 보호하고 전기적으로 절연시킴과 동시에 외부 공기를 차단하여 발열선의 산화를 방지하면서, 발열선의 열팽창을 억제하는 효과를 가지게 된다.
Claims (13)
- 발열체의 제조방법에 있어서,세라믹재 및 바인더졸을 사용하여 절연시트를 제조시키는 제1단계와;상기 절연시트 상층에 평판형으로 발열선을 형성시키는 제2단계와;상기 발열선이 형성된 절연시트 상층에 섬유절연층을 형성시키는 제3단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 졸 함침 발열체의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 세라믹재는,세라믹 분말, 판상의 세라믹, 마이카, 유리 섬유, 알루미나 섬유, 실리카 섬유, SiC 섬유, Si3N4 섬유, 실리케이트 섬유, 보론 섬유, SiCO 섬유, Si-C-N-O 섬유 중 어느 하나 또는 두 종류 이상 혼합된 혼합물인 것을 특징으로 하는 졸 함침 발열체의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 섬유절연층은,상기 발열선이 형성된 절연시트 상층에 세라믹 섬유를 감거나 세라믹 섬유로 직조된 천을 감아 형성시키는 것을 특징으로 하는 졸 함침 발열체의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 섬유절연층은,상기 발열선이 형성된 절연시트에 세라믹 섬유를 감고, 이를 바인더졸에 함침시켜 형성시키는 것을 특징으로 하는 졸 함침 발열체의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 섬유절연층은,바인더졸에 함침된 세라믹 섬유를 발열선이 형성된 절연시트에 감아 형성시키는 것을 특징으로 하는 졸 함침 발열체의 제조방법
- 제 1항에 있어서, 상기 섬유절연층은,바인더졸에 함침된 세라믹 섬유로 직조된 천을 발열선이 형성된 절연시트에 감아 형성시키는 것을 특징으로 하는 졸 함침 발열체의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 섬유절연층은,바인더졸에 함침된 세라믹 섬유로 제조된 프리프레그를 발열선이 형성된 절연시트에 감아 형성시키는 것을 특징으로 하는 졸 함침 발열체의 제조방법.
- 제 3항 내지 제 7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹섬유는,유리 섬유, 알루미나 섬유, 실리카 섬유, SiC 섬유, Si3N4 섬유, 실리케이트 섬유, 보론 섬유, SiCO 섬유, Si-C-N-O 섬유 중 어느 하나 또는 두 종류 이상 혼합된 혼합물인 것을 특징으로 하는 졸 함침 발열체의 제조방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 바인더졸은,수 분산된 콜로이드 실리카에 Li+, Na+, K+, Mg2 +, Pb2 +, Ca2 + 중 하나 이상의 이온을 포함하는 네트워크 수식 물질을 첨가하여 형성되는 것을 특징으로 하는 졸 함침 발열체의 제조방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 바인더졸은,수 분산된 콜로이드 실리카에 LiOH, NaOH, KOH, Mg(OH)2, Ca(OH)2중 하나 이상의 네트워크 수식 물질을 첨가하여 형성됨을 특징으로 하는 졸 함침 발열체의 제조방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 바인더졸에는 무기분말이 더 첨가됨을 특징으로 하는 졸 함침 발열체의 제조방법.
- 제 11항에 있어서, 상기 무기분말은 알루미나, 실리카, 지르코니아, 뮬라이트, 코디에라이트, 마그네시아, 베리아, 도리아, 세리아, Si3N4, AlN 및 BN 중에 어느 하나 또는 두 종류 이상 혼합된 혼합물인 것을 특징으로 하는 졸 함침 발열체의 제조방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 바인더졸에는 옥, 세르사이트, 코디에라이트, 게르마늄, 산화철, 운모, 이산화망간, 실리콘카바이드, 맥섬석, 카본 중 하나 이상의 적외선 방사체 물질이 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 졸 함침 발열체의 제조방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116375461A (zh) * | 2023-04-20 | 2023-07-04 | 中北大学 | 一种连续碳化硅纤维增强莫来石基复合材料及其制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR100533073B1 (ko) | 2003-04-15 | 2005-12-01 | (주) 유니플라텍 | 고온용 및 일반용 카본 잉크, 카본지 제조용 연속형 딥코팅 장치, 및 고온용 및 일반용 면상 발열체와 그 제조방법 |
| KR100583673B1 (ko) | 2004-06-08 | 2006-05-26 | 한국전기연구원 | 고감응 적외선 방사히터 |
-
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- 2008-05-01 KR KR1020080040973A patent/KR100901458B1/ko not_active IP Right Cessation
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