KR101272597B1 - 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에 관한 것이다. 이는 정해진 용량의 수용공간이 형성된 포트 본체와; 포트 본체에 형성되고, 전원을 공급받아 발열하되, 온도 자가조절 기능을 수행하는 SR 발열체(self regulation heating element)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어지는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트는, 물, 차와 같은 액상의 가열대상물의 온도에 대응하여 발열이 조절되는 SR 발열체를 사용함에 따라, 바이메탈과 같은 별도의 온도제어기구의 구비없이도 단순한 구성으로 온도제어가 원활하게 수행될 수 있고, 이로써 부주의에 의해 가열대상물이 과도하게 끓게 되는 현상이 방지되는 한편, 가열대상물이 수용되는 공간을 둘러싸는 포트 본체의 바닥면 부위와 측면 부위에 필름체로 이루어지는 SR 발열체가 분산배치됨에 따라, 외부로의 열방출이 최소화되면서 가열대상물이 다방면에서 가열되어 가열효율이 증대되고, 이로써 전력소모와 가열시간이 최소화되는 기술적 특징을 가진다.

Description

온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트{Electric pot with SR heating element}
본 발명은 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 물, 차와 같은 액상의 가열대상물의 온도에 대응하여 발열이 조절되는 SR 발열체를 사용함에 따라, 바이메탈과 같은 별도의 온도제어기구의 구비없이도 단순한 구성으로 온도제어가 원활하게 수행될 수 있고, 이로써 부주의에 의해 가열대상물이 과도하게 끓게 되는 현상이 방지되는 한편, 가열대상물이 수용되는 공간을 둘러싸는 포트 본체의 바닥면 부위와 측면 부위에 필름체로 이루어지는 SR 발열체가 분산배치됨에 따라, 외부로의 열방출이 최소화되면서 가열대상물이 다방면에서 가열되어 가열효율이 증대되고, 이로써 전력소모와 가열시간이 최소화되는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에 관한 것이다.
전기 포트는 전원을 공급받아 발열하는 발열체를 구비하여 일정량의 물을 끓이거나, 물이나 차를 일정온도로 가열하는데 쓰이는 전열기구의 일종으로, 가정에 비치되는 생활용품이나 사무실에 구비되는 사무용품으로 널리 활용되고 있다.
이와 같은 전기 포트와 관련한 기술로는 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2006-0067857호 "전기 포트의 발열장치", 등록실용신안공보 등록번호 제20-0157701호 "냉각장치가 구비된 포트", 등록번호 제20-0208342호 "전기포트", 등록번호 제20-0363751호 "걸름망이 구비된 코드레스형 전기포트", 등록번호 제20-0406420호 "다기능 무선 전기포트" 등이 안출되어 있다.
상기와 같은 종래 전기 포트는 일반적으로 물이나 차가 수용되는 수용공간을 내부에 형성한 포트 본체의 바닥면 부위에 전열선과 같은 발열체가 설치되고, 포트 본체의 하부에 전원케이블이 연결되는 구성으로 이루어져 발열체가 전원을 공급받아 발열하면서 수용공간에 수용된 물이나 차가 가열되도록 한다. 여기서, 전기 포트는 발열체의 발열을 제어하는 별도의 온도제어기구를 설치할 수 있는데, 이와 같은 온도제어기구의 설치를 통해 사용자의 부주의에 의해 물이나 차가 계속해서 끓게 되는 현상이 방지되거나 물이나 차가 일정온도까지만 가열되도록 할 수 있다.
그러나, 종래의 전기 포트는 전원을 공급받아 발열하는 발열체를 포트 몸체에 설치하기 위한 구성이 복잡하고, 발열체의 발열 제어를 위한 온도제어기구를 추가적으로 구비할 경우, 구성이 더욱 복잡해지는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 전기 포트는 포트 본체의 하부를 이루는 바닥체에 발열체가 배치되어 바닥체 상측에 수용된 물이나 차를 끓이는 구조여서 바닥체 상측으로 용기 형상으로 형성되는 측벽을 통해 열이 외부로 방출되는 것을 막을 수 없었으며, 이로써 가열효율을 증대시키는데 한계가 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 차와 같은 액상의 가열대상물의 온도에 대응하여 발열이 조절되는 SR 발열체를 구비하는 구성으로 구성의 단순화와 원활한 온도제어가 동시에 도모될 수 있는 새로운 형태의 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트를 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 SR 발열체가 유연성이 있는 정해진 두께의 필름체로 이루어져 포트 본체의 바닥면 부위와 측면 부위에 걸쳐 분산배치되면서 SR 발열체가 포트 본체의 수용공간을 감싸는 구조임에 따라, 외부로의 열방출이 최소화되면서 가열대상물이 다방면에서 가열되어 가열효율이 증대될 수 있는 새로운 형태의 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트를 제공함에 목적이 있다.
특히, 본 발명은 전기저항물질 성분, 절연바인더 성분, 조절물질 성분이 혼합된 페이스트(paste)가 경화되면서 각종 형상을 이루도록 하는 구성의 SR 발열체가 사용됨에 따라 제조가 간편하고 용이하게 이루어질 수 있는 새로운 형태의 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트를 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트는, 정해진 용량의 수용공간이 형성된 포트 본체와; 상기 포트 본체에 형성되고, 전원을 공급받아 발열하되, 온도 자가조절 기능을 수행하는 SR 발열체(self regulation heating element)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 SR 발열체는 상기 수용공간을 둘러싸는 상기 포트 본체의 하부면과 측면에 배치되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 포트 본체의 하부면을 이루는 바닥체와; 상기 포트 본체의 측면을 이루는 측벽이 구비되고, 상기 SR 발열체는 상기 바닥체와 측벽에 형성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 SR 발열체는 전기저항물질 성분, 절연바인더 성분, 조절물질 성분이 혼합된 페이스트(paste)가 경화되어 이루어지는 발열층을 가지는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 SR 발열체는 유연성이 있는 정해진 두께의 필름체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 SR 발열체는 상기 바닥체와 측벽의 내부 표면에 코팅되는 것을 특징으로 한다. 이와 달리 상기 SR 발열체는 상기 바닥체와 측벽의 내외부 표면 사이에 배치되거나, 상기 바닥체와 측벽이 상기 SR 발열체로 이루어질 수도 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 포트 본체의 하부면과 측면에 배치되는 상기 SR 발열체는 일체를 이루며 형성되되, 전원케이블이 연결되고, 접속단자가 상면에 형성된 전원공급용 베이스가 더 구비되어, 상기 포트 본체가 상기 전원공급용 베이스에 놓이면서 상기 SR 발열체가 상기 접속단자와 접속하여 전원을 공급받게 되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 SR 발열체는 상기 발열층 상측에 코팅되는 표층을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 SR 발열체는 정해진 두께의 기판(substrate)층을 더 구비하여 상기 기판층 상측으로 상기 발열층과 표층이 적층되도록 하되, 상기 기판층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET:polyethylene terephthalate) 유전체, 폴리아미드 필름(polyamide film), 바니시 유리천(varnished glass cloth), 필름 유리천(film glass cloth) 군 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 표층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 발열층의 전기저항물질 성분은 46 내지 62 중량%이고, 상기 절연바인더 성분은 14 내지 28 중량%이며, 상기 조절물질 성분은 20 내지 40 중량%인 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 발열층의 전기저항물질 성분은 니켈(Ni)과 알루미늄(Al)을 포함하는 분말 혼합물 상태로 상기 페이스트를 이루게 되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 니켈은 상기 전기저항물질 성분의 50 내지 60 중량%이고, 상기 알루미늄은 상기 전기저항물질 성분의 40 내지 50 중량%인 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 발열층의 전기저항물질 성분은 몰리브덴(Mo), 보론(B), 규소(Si) 군 중에서 하나 이상이 선택되는 교정 성분(corrective ingredients)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 몰리브덴은 상기 페이스트의 0.05 내지 0.2at%이고, 상기 보론은 상기 페이스트의 0.005 내지 0.02at%인 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 발열층의 전기저항물질 성분을 이루는 입자 간 분산(dispersion)값은 0.1 내지 10㎛이고, 상기 SR 발열체의 저항온도계수(TCR:temperature coefficient of resistance)는 상기 전기저항물질 성분을 이루는 입자 간 분산값에 의해 조절되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 발열층의 절연바인더 성분은 폴리에스테르(polyester), 에폭시(epoxy)수지, 에폭시-페놀 라커(epoxy phenol laquer) 조성물 군 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 발열층의 절연바인더 성분은 20 내지 28 중량%이되, 상기 SR 발열체의 절연바인더 성분은 안정화 첨가물인 나노구조의 규소(Si) 분말을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 규소는 상기 페이스트의 0.3 내지 0.7at%인 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 발열층의 조절물질 성분은 납성분이 없는 유리(lead-free-glass) 분말 혼합물 상태로 상기 페이스트를 이루게 되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 유리 분말 혼합물은 SiO₂, BaO, B₂O₃, Al₂O₃을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 발열층의 조절물질 성분을 이루는 입자 간 분산(dispersion)값은 0.05 내지 2㎛인 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 발열층의 조절물질 성분은 ZnO, Al, TiO₂, Bi₂O₃BaTiO 군 중에서 하나 이상이 선택되는 교정 성분(corrective ingredients)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 교정 성분을 이루는 입자 간 이산(discretisation)은 0.05 내지 0.4㎛인 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 발열층의 조절물질 성분은 나이오븀(Nb), 안티몬(Sb), 이트륨(Y), 란탄(La) 군에서 하나 이상이 선택되는 혼합물을 공여체(donor)로 포함하게 되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 발열층의 저항값은 0.05 내지 1.0 Ohm/square이되, 상기 SR 발열체를 이루는 전기저항물질 성분, 절연바인더 성분, 조절물질 성분의 중량비 조절에 의해 상기 SR 발열체의 저항값이 변경되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트에서 상기 발열층의 저항온도계수는 500 내지 5000 ppm/℃이되, 상기 SR 발열체를 이루는 전기저항물질 성분, 절연바인더 성분, 조절물질 성분의 중량비 조절에 의해 상기 SR 발열체의 저항온도계수가 변경되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트는, 전기저항물질 성분, 절연바인더 성분, 조절물질 성분이 혼합된 페이스트가 경화되어 이루어지고, 혼합물 내부 성분의 자체 물성에 의해 물, 차와 같은 액상의 가열대상물의 온도에 대응하여 발열이 조절되는 SR 발열체를 구비함에 따라, 구성이 단순화되어 간편하고 용이하게 제조되면서도 가열효율이 증대되고, 전력소모가 저감되는 효과가 있다. 그리고, 제조비용이 절감되고, 오동작이나 고장이 발생되지 않아 높은 신뢰성과 내구성을 가지게 되는 한편, SR 발열체에 의해 온도제어가 원활하게 수행되어 부주의에 의해 가열대상물이 과도하게 끓게 되는 현상이 방지되어 전기 포트의 안전성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 포트 본체의 바닥면 부위와 측면 부위에 필름체로 이루어지는 SR 발열체가 분산배치되어 SR 발열체가 가열대상물을 감싸도록 함으로써 외부로의 열방출이 최소화되는 한편 가열대상물이 다방면에서 가열됨에 따라, 가열효율이 증대되는 효과가 있다. 이로써 에너지소모가 절감되어 소비전력이 낮아지고, 가열시간이 최소화되어 신속하게 가열대상물을 가열할 수 있어 활용성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트를 보여주기 위한 도면;
도 2의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트를 이루는 바닥체에 SR 발열체가 배치되는 구성을 보여주기 위한 도면;
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트를 보여주기 위한 도면;
도 4의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트를 이루는 측벽에 SR 발열체가 배치되는 구성을 보여주기 위한 도면;
도 5의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트가 에스프레소 머신에 적용되는 것을 보여주기 위한 도면;
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트를 보여주기 위한 도면;
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트를 이루는 SR 발열체의 단면 구성을 보여주기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 7에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 전기 포트, 커피 포트 등으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트를 보여주기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트(100)는 포트 본체(20)와 SR 발열체(40)를 구비하여 이루어진다.
포트 본체(20)는 정해진 용량의 수용공간이 형성된 것으로, 물, 차와 같은 액상의 가열대상물은 포트 본체(20)의 수용공간에 일정량 수용된 후 가열되게 된다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 포트 본체(20)는 바닥체(22)와 측벽(24)이 수용공간을 둘러싸며 형성되도록 한다. 여기서, 바닥체(22)는 포트 본체(20)의 하부면을 이루는 것이고, 측벽(24)은 포트 본체(20)의 측면을 이루는 것이다. 이와 같은 바닥체(22)와 측벽(24)은 서로 다른 소재로 이루어져 분리되어 제조된 후 결합되거나, 동일한 소재로 이루어져 일체로 성형될 수도 있다. 그리고, 바닥체(22)와 측벽(24)은 내열성 소재로 이루어져 고온에 견딜 수 있도록 한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 포트 본체(20)는 사용자가 포트 본체(20)를 파지(把持)할 수 있도록 하는 손잡이(30), 수용공간과 연통되는 포트 본체(20)의 개방된 상면을 개폐시키는 덮개(32), 수용공간과 연통되어 포트 본체(20)의 상부 일단부에 형성되는 배출구(34)를 가지는데, 이와 같은 손잡이(30), 덮개(32), 배출구(36)는 측벽(24)에 연결되게 형성된다.
SR 발열체(self regulation heating element)(40)는 포트 본체(20)에 형성되어 전기 포트(100)의 발열체로 사용되는 것으로, 전원을 공급받아 발열하여 수용공간에 수용된 가열대상물을 가열하게 된다. 여기서, SR 발열체(40)는 온도 자가조절 기능을 수행하게 되는 것으로, 포트 본체(20)의 수용공간에 수용되어 SR 발열체(40)에 의해 가열되는 액상의 가열대상물의 온도에 따라 SR 발열체(40)의 발열이 조절된다. 즉, SR 발열체(40)는 가열대상물의 온도가 일정 크기 이상으로 높아지면 발열량을 낮추거나 오프 동작하여 불필요한 발열과 외부로의 열손실이 방지될 수 있도록 한다.
이와 같은 SR 발열체(40)는 정해진 두께의 필름체 형상으로 이루어지는데, 이는 본 발명의 실시예에 따른 SR 발열체(40)가 전기저항물질 성분, 절연바인더 성분, 조절물질 성분이 혼합된 페이스트(paste)가 경화되어 이루어지는 발열층(44)을 가지는 것으로서 구현된다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 SR 발열체(40)는 포트 본체(20)의 하부면을 이루는 바닥체(22)에 형성되는데, 바닥체(22)의 전체 부위에 걸쳐 균일하게 분포되어 바닥체(22) 전체 부위에서 발열되면서 포트 본체(20)의 수용공간에 수용된 가열대상물에 대한 가열 효율을 높이게 된다.
도 2의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트를 이루는 바닥체에 SR 발열체가 배치되는 구성을 보여주기 위한 도면이다.
도 2의 (a)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트(100)는 SR 발열체(40)가 바닥체(22)의 내부 표면에 코팅되도록 할 수 있다. 이를 위하여 바닥체(22)의 내부 표면에 전기저항물질 성분, 절연바인더 성분, 조절물질 성분이 혼합된 페이스트(paste)가 도포되어 경화되면서 SR 발열체(40)가 바닥체(22)의 내부 표면에 코팅될 수 있다. 이와 달리, 기판층(42), 발열층(44), 표층(46)이 순차적으로 적층형성되어 일체를 이루는 필름체 형상의 SR 발열체(40)가 별도로 구비되어 바닥체(22)의 내부 표면에 부착될 수도 있다. 여기서, 포트 본체(20)의 수용공간에 수용된 가열대상물과 직접 접촉하는 부위의 SR 발열체(40) 표면 부위는 절연소재로 이루어져 전기가 가열대상물로 전달되지 않도록 한다. SR 발열체(40)가 기판층(42), 발열층(44), 표층(46)으로 이루어질 경우 표층(46)이 절연소재로 이루어지게 된다.
도 2의 (b)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트(100)는 SR 발열체(40)가 바닥체(22)의 내외부 표면 사이에 배치되도록 할 수 있다. 이를 위하여 SR 발열체(40)는 바닥체(22)의 제조시 바닥체(22)와 일체로 결합되면서 형성될 수 있다.
도 2의 (c)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트(100)는 바닥체(22)가 SR 발열체(40)로 이루어질 수도 있다. 이를 위하여 SR 발열체(40)는 일정크기의 강도와 강성을 가지는 일정두께의 평판체로 이루어질 수 있다. 여기서, 포트 본체(20)의 수용공간에 수용된 가열대상물과 직접 접촉하는 부위의 SR 발열체(40) 표면 부위는 절연소재로 이루어져 전기가 가열대상물로 전달되지 않도록 한다. SR 발열체(40)가 기판층(42), 발열층(44), 표층(46)으로 이루어질 경우 표층(46)이 절연소재로 이루어지게 된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트를 보여주기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체(40)는 SR 발열체(40)가 수용공간을 둘러싸는 포트 본체(20)의 하부면을 이루는 바닥체(22)와, 포트 본체(20)의 측면을 이루는 측벽(24)에 배치된 것이다. 이를 위하여 SR 발열체(40)는 유연성이 있는 정해진 두께의 필름체 형상으로 이루어져 측벽(24)의 곡률에 대응할 수 있도록 한다. 여기서, 포트 본체(20)의 바닥체(22)와 측벽(24)에 배치되는 SR 발열체(40)는 서로 일체를 이루며 연결된다. 물론, 바닥체(22)의 SR 발열체(40)와 측벽(24)의 SR 발열체(40)는 서로 분리되어 형성될 수도 있다.
도 4의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트를 이루는 측벽에 SR 발열체가 배치되는 구성을 보여주기 위한 도면이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트(100)는 SR 발열체(40)가 측벽(24)의 내부 표면에 코팅되도록 할 수 있다. 이를 위하여 측벽(24)의 내부 표면에 전기저항물질 성분, 절연바인더 성분, 조절물질 성분이 혼합된 페이스트(paste)가 도포되어 경화되면서 SR 발열체(40)가 측벽(24)의 내부 표면에 코팅될 수 있다. 이와 달리, 기판층(42), 발열층(44), 표층(46)이 순차적으로 적층형성되어 일체를 이루는 필름체 형상의 SR 발열체(40)가 별도로 구비되어 측벽(24)의 내부 표면에 부착될 수도 있다. 여기서, 포트 본체(20)의 수용공간에 수용된 가열대상물과 직접 접촉하는 부위의 SR 발열체(40) 표면 부위는 절연소재로 이루어져 전기가 가열대상물로 전달되지 않도록 한다. SR 발열체(40)가 기판층(42), 발열층(44), 표층(46)으로 이루어질 경우 표층(46)이 절연소재로 이루어지게 된다.
도 4의 (b)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트(100)는 SR 발열체(40)가 측벽(24)의 내외부 표면 사이에 배치되도록 할 수 있다. 이를 위하여 SR 발열체(40)는 측벽(24)의 제조시 측벽(24)과 일체로 결합되면서 형성될 수 있다.
도 4의 (c)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트(100)는 측벽(24)이 SR 발열체(40)로 이루어질 수도 있다. 이를 위하여 SR 발열체(40)는 일정크기의 강도와 강성을 가지는 일정두께의 용기체 형상으로 이루어질 수 있다. 여기서, 측벽(24)의 상단부는 절연체(26)로 형성하여 물이나 차가 접하지 않는 경우가 대부분인 측벽(24)의 상단부는 발열되지 않도록 한다. 여기서, 포트 본체(20)의 수용공간에 수용된 가열대상물과 직접 접촉하는 부위의 SR 발열체(40) 표면 부위는 절연소재로 이루어져 전기가 가열대상물로 전달되지 않도록 한다. SR 발열체(40)가 기판층(42), 발열층(44), 표층(46)으로 이루어질 경우 표층(46)이 절연소재로 이루어지게 된다.
물론, 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트(100)의 바닥체(22)에 형성되는 SR 발열체(40)도 바닥체(22)의 내부 표면에 코팅되거나, 바닥체(22)의 내외부 표면 사이에 배치되거나, 바닥체(22)가 SR 발열체(40)로 이루어질 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트(100)는 포트 본체(20)의 바닥체(22)와 측벽(24) 전체 부위에 걸쳐 SR 발열체(40)가 분산배치됨에 따라, SR 발열체(40)가 포트 본체(20)의 수용공간을 감싸는 구조를 이루어 되고, 이로써, 수용공간에 수용된 가열대상물의 가열시 측벽(24)을 통한 열의 외부 방출이 최소화되는 한편, 가열대상물이 다방면(하부와 측부)에서 동시에 가열되어 가열효율이 증대될 수 있게 된다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트(100)는 가열대상물에 대한 가열시간을 최소화하여 가열대상물을 급속 가열할 수 있어 활용성이 향상된다. 특히, 포트 본체(20)의 바닥체(22)와 측벽(24) 전체 부위에 걸쳐 SR 발열체(40)가 분산배치되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트(100)는 에스프레소 커피 등을 제조하는 커피 머신 등 커피나 차를 제조하는 기구 등에 적용되어 커피나 차의 제조효율 및 제품의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.
여기서, 도 5의 (a)와 (b)에는 포트 본체(20)의 바닥체(22)와 측벽(24) 전체 부위 및 덮개(32) 전체에 걸쳐 SR 발열체(40)가 분산배치된 전기 포트인 에스프레소 머신(100')이 도시되어 있는데, 이와 같이 포트 본체(20)의 바닥체(22)와 측벽(24) 전체 부위 및 덮개(32) 전체에 걸쳐 SR 발열체(40)가 분산배치되어 가열 효율이 극대화됨에 따라, 에스프레소 머신(100')은 냉수 투입관(50)을 통해 유입되는 냉수를 신속하게 가열한 후, 온수 배출관(60)을 통해 온수를 배출시킬 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트를 보여주기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트(100)는 전원공급용 베이스(38)를 구비하게 되는데, 이와 같은 전원공급용 베이스(38)는 전원케이블(36)이 연결되고, 접속단자(382)가 상면에 형성된 평판체 형상으로 이루어져 전원공급용 베이스(38) 상측으로 포트 본체(20)가 놓이도록 한다. 이와 같이 전원공급용 베이스(38)와 결합되는 포트 본체(20)의 바닥체(22)는 전원공급용 베이스(38)의 접속단자(382)와 접속함으로써 바닥체(22)에 형성된 SR 발열체(40)로 전원이 공급되도록 한다. 여기서, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트(100)는 포트 본체(20)의 바닥체(22)와 측벽(24)에 배치되는 SR 발열체(40)가 일체를 이루며 연결되도록 하여, 바닥체(22)에 형성된 SR 발열체(40)로부터 측벽(24)에 형성된 SR 발열체(40)로 연속해서 전원이 일괄적으로 공급될 수 있도록 한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트를 이루는 SR 발열체의 단면 구성을 보여주기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 SR 발열체(40)는 기판(substrate)층(42), 발열층(44), 표층(46)을 포함하여 이루어진다.
기판층(42)은 정해진 두께를 가지는 유연성이 있는 소재로 이루어지는 것으로, 이와 같은 기판층(42)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET:polyethylene terephthalate) 유전체, 폴리아미드 필름(polyamide film), 바니시 유리천(varnished glass cloth), 필름 유리천(film glass cloth) 등에서 선택되어 사용될 수 있다.
발열층(44)은 기판층(42) 상측에 정해진 두께로 적층되어 이루어지는 것으로, 전기저항물질 성분, 절연바인더 성분, 조절물질 성분이 혼합된 페이스트(paste)가 경화되어 이루어지게 된다. 이와 같은 발열층(44)은 스크린 프린트(screen print)에 의한 코팅에 의해 형성될 수 있다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 발열층(44)은 130~160℃에서 8~12분 동안 적외선 광선이 나오는 컨베이어 용광로(conveyor furnace)에서 열처리된 후, 다시 180℃에서 20분간 열처리되어 이루어지게 된다.
표층(46)은 발열층(44) 상측에 코팅되는 것으로, 표층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 SR 발열체(40)는 전기저항물질 성분이 46 내지 62 중량%, 절연바인더 성분이 14 내지 28 중량%, 조절물질 성분이 20 내지 40 중량%를 가지도록 구성된다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 SR 발열체(40)는 전기저항물질 성분이 니켈(Ni)과 알루미늄(Al)을 포함하는 분말 혼합물 상태로 페이스트를 이루도록 한다. 이와 같은 전기저항물질 성분은 니켈이 전기저항물질 성분의 50 내지 60 중량%, 알루미늄이 전기저항물질 성분의 40 내지 50 중량%를 가지도록 구성되는데, 니켈이 전기저항물질 성분의 53 중량%, 알루미늄이 전기저항물질 성분의 47 중량%를 가지도록 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, SR 발열체(40)의 전기저항물질 성분은 몰리브덴(Mo), 보론(B), 규소(Si) 등을 교정 성분(corrective ingredients)으로 가지게 된다. 여기서, 몰리브덴은 페이스트의 0.05 내지 0.2at%, 보론은 페이스트의 0.005 내지 0.02at%로 구성되도록 하는데, 몰리브덴은 페이스트의 0.1at%, 보론은 페이스트의 0.01at%로 구성되도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같은 전기저항물질 성분은 니켈, 알루미늄에 몰리브덴(Mo), 보론(B), 규소(Si) 등의 교정 성분(corrective ingredients)을 첨가하여 산소 유입없이 4~12시간 동안{바람직하게는 6-10시간 동안} 유성형 보올 밀(ball mill)의 폐쇄공간에서 제조될 수 있다. 여기서, SR 발열체(40)의 전기저항물질 성분을 이루는 입자 간 분산(dispersion)값은 0.1 내지 10㎛ 범위에서 형성되도록 하는데, 바람직하게는 0.5 내지 5㎛ 범위에서 입자 간 분산(dispersion)값이 형성되도록 한다. 이와 같은 전기저항물질 성분을 이루는 입자 간 분산값은 SR 발열체(40)의 저항온도계수(TCR:temperature coefficient of resistance)와 연동되는 것으로, SR 발열체의 저항온도계수(TCR:temperature coefficient of resistance)는 전기저항물질 성분을 이루는 입자 간 분산값에 의해 조절된다. 여기서, 전기저항물질 성분을 이루는 입자 간 분산값은 전기저항물질 성분이 유성형 보올 밀(ball mill)의 폐쇄공간에 머무는 시간에 의해 조절되게 된다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 SR 발열체(40)는 절연바인더 성분이 폴리에스테르(polyester), 에폭시(epoxy)수지, 에폭시-페놀 라커(epoxy phenol laquer) 조성물 등에서 선택된 것으로 이루어지도록 하는데, 이와 같은 SR 발열체(40)의 절연바인더 성분이 페이스트의 20 내지 28 중량%로 구성될 시, 안정화 첨가물인 나노구조의 규소(Si) 분말이 절연바인더 성분에 첨가될 수 있다. 여기서, 이와 같은 규소는 페이스트의 0.3 내지 0.7at%로 구성될 수 있는데, 0.4 내지 0.6at%으로 구성되도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 규소는 SR 발열체(40) 제조시 발열층(44)의 구조 형성 시간을 단축시키며, 설정되어 구현된 발열층(44)의 저항온도계수가 장기간 유지될 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 SR 발열체(40)는 조절물질 성분이 납성분이 없는 유리(lead-free-glass) 분말 혼합물 상태로 페이스트를 이루도록 하는데, 이와 같은 유리 분말 혼합물은 SiO₂, BaO, B₂O₃, Al₂O₃등을 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서, SR 발열체(40)의 조절물질 성분은 산소 유입없이 4~12시간 동안{바람직하게는 6~10시간 동안} 유성형 보올 밀(ball mill)의 폐쇄공간에서 제조될 수 있다. 한편, SR 발열체(40)의 조절물질 성분은 입자 간 분산(dispersion)값이 0.05 내지 2㎛의 범위에서 형성되도록 하는데, 바람직하게는 0.1 내지 1㎛의 범위에서 입자 간 분산값이 형성되도록 한다. 조절물질 성분을 이루는 입자 간 분산값은 조절물질 성분이 유성형 보올 밀(ball mill)의 폐쇄공간에 머무는 시간에 의해 조절되게 된다.
이와 같은 SR 발열체(40)의 조절물질 성분은 ZnO, Al, TiO₂, Bi₂O₃BaTiO 등을 포함하는 교정 성분(corrective ingredients)을 첨가할 수 있는데, 이와 같은 조절물질 성분의 교정 성분을 이루는 입자 간 이산(discretisation)은 0.05 내지 0.4㎛ 범위에서 형성될 수 있는데, 바람직하게는 0.1 내지 0.3㎛ 범위에서 형성되도록 한다. 또한, SR 발열체(40)의 조절물질 성분은 나이오븀(Nb), 안티몬(Sb), 이트륨(Y), 란탄(La) 등을 포함하여 이루어진 혼합물을 공여체(donor)로 가지게 된다.이와 같은 공여체(donor)는 높은 용적 전도도(volume conductivity)을 획득하기 위해 첨가된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 SR 발열체(40)는 0.05 내지 1.0 Ohm/square{바람직하게는 0.09 내지 0.9 Ohm/square}의 저항값을 가지는데, 본 발명의 실시예에 따른 SR 발열체(40)는 SR 발열체(40)를 이루는 전기저항물질 성분, 절연바인더 성분, 조절물질 성분의 중량비 조절에 의해 SR 발열체(40)의 저항값을 변경시키게 된다.
또한, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 SR 발열체(40)는500 내지 5000 ppm/℃{바람직하게는 560 내지 4000 ppm/℃}의 저항온도계수를 가지는데, 본 발명의 실시예에 따른 SR 발열체(40)는 SR 발열체(40)를 이루는 전기저항물질 성분, 절연바인더 성분, 조절물질 성분의 중량비 조절에 의해 SR 발열체(40)의 저항온도계수를 변경시키게 된다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
20 : 포트 본체 22 : 바닥체
24 : 측벽 26 : 절연체
30 : 손잡이 32 : 덮개
34 : 배출구 36 : 전원케이블
38 : 전원공급용 베이스 382 : 접속단자
40 : SR 발열체 42 : 기판층
44 : 발열층 46 : 표층
50 : 냉수 투입관 60 : 온수 배출관
70 : 증기 배출공 100 : 전기 포트
100' : 에스프레소 머신

Claims (29)

  1. 정해진 용량의 수용공간이 형성된 포트 본체(20)와;
    상기 포트 본체(20)에 형성되고, 전원을 공급받아 발열하되, 온도 자가조절 기능을 수행하는 SR 발열체(self regulation heating element)(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 SR 발열체(40)는 상기 수용공간을 둘러싸는 상기 포트 본체(20)의 하부면과 측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 포트 본체(20)의 하부면을 이루는 바닥체(22)와;
    상기 포트 본체(20)의 측면을 이루는 측벽(24)이 구비되고,
    상기 SR 발열체(40)는 상기 바닥체(22)와 측벽(24)에 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 SR 발열체(40)는 전기저항물질 성분, 절연바인더 성분, 조절물질 성분이 혼합된 페이스트(paste)가 경화되어 이루어지는 발열층(44)을 가지는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 SR 발열체(40)는 유연성이 있는 정해진 두께의 필름체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 SR 발열체(40)는 상기 바닥체(22)와 측벽(24)의 내부 표면에 코팅되는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 SR 발열체(40)는 상기 바닥체(22)와 측벽(24)의 내외부 표면 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 바닥체(22)와 측벽(24)은 상기 SR 발열체(40)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 포트 본체(20)의 하부면과 측면에 배치되는 상기 SR 발열체(40)는 일체를 이루며 형성되되,
    전원케이블(36)이 연결되고, 접속단자(382)가 상면에 형성된 전원공급용 베이스(38)가 더 구비되어,
    상기 포트 본체(20)가 상기 전원공급용 베이스(38)에 놓이면서 상기 SR 발열체(40)가 상기 접속단자(382)와 접속하여 전원을 공급받게 되는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  10. 제 4항에 있어서,
    상기 SR 발열체(40)는 상기 발열층(44) 상측에 코팅되는 표층(46)을 구비하는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 SR 발열체(40)는 정해진 두께의 기판(substrate)층(42)을 더 구비하여 상기 기판층(42) 상측으로 상기 발열층(44)과 표층(46)이 적층되도록 하되,
    상기 기판층(42)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET:polyethylene terephthalate) 유전체, 폴리아미드 필름(polyamide film), 바니시 유리천(varnished glass cloth), 필름 유리천(film glass cloth) 군 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 표층(46)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  13. 제 4항에 있어서,
    상기 발열층(44)의 전기저항물질 성분은 46 내지 62 중량%이고, 상기 절연바인더 성분은 14 내지 28 중량%이며, 상기 조절물질 성분은 20 내지 40 중량%인 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  14. 제 4항에 있어서,
    상기 발열층(44)의 전기저항물질 성분은 니켈(Ni)과 알루미늄(Al)을 포함하는 분말 혼합물 상태로 상기 페이스트를 이루게 되는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 니켈은 상기 전기저항물질 성분의 50 내지 60 중량%이고, 상기 알루미늄은 상기 전기저항물질 성분의 40 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 SR 발열체(40)의 전기저항물질 성분은 몰리브덴(Mo), 보론(B), 규소(Si) 군 중에서 하나 이상이 선택되는 교정 성분(corrective ingredients)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 몰리브덴은 상기 페이스트의 0.05 내지 0.2at%이고, 상기 보론은 상기 페이스트의 0.005 내지 0.02at%인 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  18. 제 4항에 있어서,
    상기 발열층(44)의 전기저항물질 성분을 이루는 입자 간 분산(dispersion)값은 0.1 내지 10㎛이고, 상기 SR 발열체(40)의 저항온도계수(TCR:temperature coefficient of resistance)는 상기 전기저항물질 성분을 이루는 입자 간 분산값에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  19. 제 4항에 있어서,
    상기 발열층(44)의 절연바인더 성분은 폴리에스테르(polyester), 에폭시(epoxy)수지, 에폭시-페놀 라커(epoxy phenol laquer) 조성물 군 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  20. 제 4항에 있어서,
    상기 발열층(44)의 절연바인더 성분은 20 내지 28 중량%이되,
    상기 발열층(44)의 절연바인더 성분은 안정화 첨가물인 나노구조의 규소(Si) 분말을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 규소는 상기 페이스트의 0.3 내지 0.7at%인 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  22. 제 4항에 있어서,
    상기 발열층(44)의 조절물질 성분은 납성분이 없는 유리(lead-free-glass) 분말 혼합물 상태로 상기 페이스트를 이루게 되는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 유리 분말 혼합물은 SiO₂, BaO, B₂O₃, Al₂O₃을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  24. 제 4항에 있어서,
    상기 발열층(44)의 조절물질 성분을 이루는 입자 간 분산(dispersion)값은 0.05 내지 2㎛인 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  25. 제 4항에 있어서,
    상기 발열층(44)의 조절물질 성분은 ZnO, Al, TiO₂, Bi₂O₃BaTiO 군 중에서 하나 이상이 선택되는 교정 성분(corrective ingredients)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 교정 성분을 이루는 입자 간 이산(discretisation)은 0.05 내지 0.4㎛인 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  27. 제 4항에 있어서,
    상기 발열층(44)의 조절물질 성분은 나이오븀(Nb), 안티몬(Sb), 이트륨(Y), 란탄(La) 군에서 하나 이상이 선택되는 혼합물을 공여체(donor)로 포함하게 되는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  28. 제 4항에 있어서,
    상기 SR 발열체(40)의 저항값은 0.05 내지 1.0 Ohm/square이되,
    상기 SR 발열체(40)를 이루는 전기저항물질 성분, 절연바인더 성분, 조절물질 성분의 중량비 조절에 의해 상기 SR 발열체(40)의 저항값이 변경되는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
  29. 제 4항에 있어서,
    상기 발열층(44)의 저항온도계수는 500 내지 5000 ppm/℃이되,
    상기 발열층(44)을 이루는 전기저항물질 성분, 절연바인더 성분, 조절물질 성분의 중량비 조절에 의해 상기 SR 발열체(40)의 저항온도계수가 변경되는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 포트.
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