KR101512444B1 - 발열 유리패널 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발열 유리패널로, 상기 발열 유리패널은, 창유리; 상기 창유리 표면에 코팅되어 전기적으로 발열되고, 분할선에 의해 전기적으로 분리된 복수개의 표면박막; 및 상기 복수개의 표면박막 각각에 발열 전압을 가하도록 연결된 복수개의 전극을 포함하고, 상기 복수개의 표면박막은 상기 창유리 표면의 중심부와 바깥부위로 구분되고, 상기 복수개의 전극 전압은 바깥부위 표면박막의 단위면적당 발열량이 상기 중심부 표면박막의 단위면적당 발열량보다 높도록 조절되는, 발열 유리패널이며, 유리패널의 한 변에 입출력 전극을 배치함으로써 창의 위와 아래 부위에 이중으로 배선을 연결해야하는 문제를 해결하고, 유리패널의 테두리와 중앙을 따로 전압을 인가하여 발열량을 다르게 함으로써, 상대적으로 열손실이 많은 창틀근처의 온도를 더 높여 결로방지에 뛰어난 발열 유리패널을 제공한다.

Description

발열 유리패널 {Heating Glass Panel}

본 발명은 결로 방지를 위한 발열 유리패널에 관한 것으로, 특히 발열용 표면박막이 전기적으로 중심부와 바깥부위로 분리되어 각 부위별로 발열온도를 달리할 수 있어 효율적이고 경제적인 결로방지가 가능한 유리패널에 관한 것이다.

창호는 건물 내부를 외부와 차단시키기 위해 창이나 출입구 등의 개구부(開口部)에 설치되는 각종 창을 말하는데, 대부분 유리와 이를 둘러싸는 프레임으로 구성된다. 특히 외벽 개구부에 설치되는 창호의 기능은 외부의 기상변화에 대응하여 실내를 지키는 것이며, 외부의 소음이나 내부의 빛 등을 차단하는 역할도 한다.

창호의 유리는 벽면에 비해 상대적으로 단열성능이 낮으므로, 창호의 유리 표면온도는 실내는 물론 벽면보다도 낮게 되는 것이 일반적이다. 이 경우 실내 상대습도가 50%일 때 창호의 유리 표면 온도가 실내 온도보다 약 10℃ 이상 낮거나, 실내 상대습도가 70%인 경우에는 창호의 유리 표면 온도가 실내온도보다 약 5℃ 이상 낮으면 유리 표면에 결로가 발생한다.

결로현상 자체도 문제되지만 유리를 통해 빠져나가는 열로 인해 실내의 난방효과도 저하되는데, 거실유리를 비롯한 창호가 커지면서 특히 어린이나 노약자가 있는 실내공간에는 보온을 위한 추가 조치가 필요한 경우가 많다. 이와 같이 난방효과 저하를 방지하기 위하여, 유리전면에 전기전도성을 가지는 발열막을 코팅해서 발열막에 전류를 흘려줌으로써 유리표면을 가열하여 유리의 단열성을 보완하는 발열 유리가 개발되었다.

이러한 면상 발열 유리는 부도체 기판에 전도성 발열 물질을 코팅하고, 상기 전도성 발열 물질의 일측에는 제 1전극을 설치하고, 타측에는 제2 전극을 설치하는 구조로 설계되는 것이 일반적이다. 이 때, 상기 제 1전극 및 제2 전극에 직류 또는 교류 전압을 걸어주면 코팅된 전도성 발열 물질에 전류가 흐르게 되면서 발열하게 된다. 그런데, 종래 면상 발열 유리를 포함하는 창호시스템은 제 1전극과 제 2전극을 발열유리가 구비된 창틀 상부와 하부에 구비하여 창호시스템의 상부와 하부로 각각 외부전원을 연결해주어야 해서 특히 어린아이의 손이 닿을 수 있는 바닥면에 전선이 연결되는 문제점이 있었다. 일본 공개 특허 2000-277243호는 발열 기능을 갖는 판재의 전극 구조 및 전극 형성 방법에 관한 것으로 유리 판재 등의 투광성의 판재 표면에 도전성의 발열층을 형성하고, 판재의 대향하는 변을 따라 부착한 금속제 테이프를 피복하도록 도전성 페이스트를 도포해서 이루어지는 1쌍의 전극을 설치하는 구성을 개시하였다. 이러한 전극배치는 미닫이창호의 경우, 창의 위와 아래 부위에 이중으로 배선을 연결해야 하는 문제가 있게 된다.

그리고 기존의 전극 배치로는 유리창 자체의 결로는 방지할 수 있지만 외부 찬 공기에 의해 열손실이 많은 창틀부분에는 여전히 결로가 발생할 수 있다는 한계도 가지고, 창틀의 결로를 방지하기 위하여 유리패널의 전체적인 온도를 높이다 보니 에너지 낭비가 심하다.

[특허문헌]

일본 공개 특허 2000-277243호

본원은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 유리패널의 발열용 표면박막을 전기적으로 분리시키고, 상기 분리된 각 부위에 별도로 전압을 인가하여 단위 면적당 발열량을 다르게 함으로써, 상대적으로 열손실이 많은 창틀근처의 온도를 더 높여 효율적이고 경제적인 결로방지 효과를 제공하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자들은 다음과 같은 수단들을 통하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은 발열 유리패널로, 상기 발열 유리패널은, 창유리; 상기 창유리 표면에 코팅되어 전기적으로 발열되고, 분할선에 의해 전기적으로 분리된 복수개의 표면박막; 및 상기 복수개의 표면박막 각각에 발열 전압을 가하도록 연결된 복수개의 전극을 포함하고, 상기 복수개의 표면박막은 상기 창유리 표면의 중심부와 바깥부위로 구분되고, 상기 복수개의 전극 전압은 바깥부위 표면박막의 단위면적당 발열량이 상기 중심부 표면박막의 단위면적당 발열량보다 높도록 조절되는, 발열 유리패널을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 분할선은 상기 전극의 극성을 양극과 음극으로 나누는 제1 분할선, 및 상기 양극 또는 음극을 각각 미리 정한 크기로 나누는 제2 분할선을 포함하는, 발열 유리패널을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 전극에서 가해지는 발열전압에 의한 전류의 흐름은 상기 제1 분할선으로 나뉘는 두 개의 전극 사이로 미리 정해진 경로를 따라 흐르고, 상기 경로는 상기 제1 분할선 및 제2 분할선으로 표시되는 상기 표면박막의 국부 절연 영역에 의해 구획되는, 발열 유리패널을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 제1 분할선은 선형이고, 그 일 말단부는 상기 표면박막 전체가 이루는 면의 한 변에 접하고, 타 말단부는 상기 한 변과 대향하는 변을 향한 방향으로 미리 정한 길이만큼 연장되되 상기 대향하는 변에는 접하지 않으며 폐곡선을 이루고, 상기 제2 분할선은 U자형상이고, 그 양 말단부는 상기 제1 분할선이 접한 변의 상기 제1 분할선이 접한 위치로부터 미리 정한 거리만큼 이격되어 양쪽에 접하고, 상기 복수개의 전극은 상기 한 변의 길이방향으로 배열된, 발열 유리패널을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 제1 분할선은 선형이고, 그 일 말단부는 상기 표면박막 전체가 이루는 면의 한 변에 접하고, 타 말단부는 상기 한 변과 대향하는 변을 향한 방향으로 미리 정한 길이만큼 연장되되 상기 대향하는 변에는 접하지 않으며 폐곡선을 이루고, 상기 제2 분할선은 상기 제1 분할선의 타 말단부에 있는 폐곡선을 둘러싸는 닫힌 선이고, 상기 복수개의 전극은 상기 제1 분할선과 상기 제2 분할선이 교차하는 위치에서 상기 제1 분할선과 평행하게 배열되는, 발열 유리패널을 제공한다.

본 발명은 유리패널의 한 변에 입출력 전극을 배치함으로써 창의 위와 아래 부위에 이중으로 배선을 연결해야하는 문제를 해결하고, 유리패널의 테두리와 중앙을 따로 전압을 인가하여 발열량을 다르게 함으로써, 상대적으로 열손실이 많은 창틀근처의 온도를 더 높여 효율적이고 경제적인 결로방지를 위한 발열 유리패널을 제공한다.

도 1은 본 발명의 발열 유리패널의 실시예에 따른 개요도이다.
도 2는 본 발명의 발열 유리패널의 또 다른 실시예에 따른 개요도이다.
도 3a 내지 도 3c는 저항에 따른 발열량의 계산을 위한 회로도이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

여기서, 본원의 실시 형태를 설명하기 위한 전체 도면에 있어서, 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 붙이고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명은 발열 유리패널로, 상기 발열 유리패널은, 창유리; 상기 창유리 표면에 코팅되어 전기적으로 발열되고, 분할선에 의해 전기적으로 분리된 복수개의 표면박막; 및 상기 복수개의 표면박막 각각에 발열 전압을 가하도록 연결된 복수개의 전극(20)을 포함하고, 상기 복수개의 표면박막은 상기 창유리 표면의 중심부와 바깥부위로 구분되고, 상기 복수개의 전극 전압은 바깥부위 표면박막의 단위면적당 발열량이 상기 중심부 표면박막의 단위면적당 발열량보다 높도록 조절된다. 또한 상기 발열 유리패널은 창틀에 끼워 발열 유리창호로 사용 가능하며, 미리 정한 폭만큼 창틀에 끼워지는 부분(10)은 전기적으로 분리되어 절연이 되고, 발열이 되지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발열 유리패널의 개요도이다. 본 발명의 일구현예에서 상기 분할선은 상기 전극의 극성을 양극과 음극으로 나누는 제1 분할선(30), 및 상기 양극 또는 음극을 각각 미리 정한 크기로 나누는 제2 분할선(40)을 포함하고 상기 분할선은 높은 전기 저항으로 차단되어 이를 통해 전류가 흐를 수 없다. 상기 전극에서 가해지는 발열전압에 의한 전류의 흐름은 상기 제1 분할선(30)으로 나뉘는 두 개의 전극 사이로 미리 정해진 경로를 따라 흐르고, 상기 경로는 상기 제1 분할선(30) 및 제2 분할선(40)으로 표시되는 상기 표면박막의 국부 절연 영역에 의해 구획된다.

상기 제1 분할선(30)은 선형이고, 그 일 말단부는 상기 표면박막 전체가 이루는 면의 한 변에 접하고, 타 말단부는 상기 한 변과 대향하는 변을 향한 방향으로 미리 정한 길이만큼 연장되되 상기 대향하는 변에는 접하지 않으며 제1 분할선(30)의 말단에서 과도한 전류 밀도로 인해 유리의 다른 구역과의 높은 온도 차이로 인해 유리가 파손되는 것을 방지하기 위하여 폐곡선의 형상을 이룬다.

상기 제2 분할선(40)은 U자형상이고, 그 양 말단부는 상기 제1 분할선(30)이 접한 변의 상기 제1 분할선이 접한 위치로부터 미리 정한 거리만큼 이격되어 양쪽에 접하고, 상기 복수개의 전극(20)은 상기 한 변의 길이방향으로 배열된다.

도 2는 본 발명의 발열 유리패널의 또 다른 실시예에 따른 개요도이다. 본 발명의 일구현예에서 상기 분할선은 상기 전극의 극성을 양극과 음극으로 나누는 제1 분할선(30), 및 상기 양극 또는 음극을 각각 미리 정한 크기로 나누는 제2 분할선(40)을 포함하고 상기 분할선은 높은 전기 저항으로 차단되어 이를 통해 전류가 흐를 수 없다. 상기 전극에서 가해지는 발열전압에 의한 전류의 흐름은 상기 제1 분할선(30)으로 나뉘는 두 개의 전극 사이로 미리 정해진 경로를 따라 흐르고, 상기 경로는 상기 제1 분할선(30) 및 제2 분할선(40)으로 표시되는 상기 표면박막의 국부 절연 영역에 의해 구획된다.

상기 제1 분할선(30)은 선형이고, 그 일 말단부는 상기 표면박막 전체가 이루는 면의 한 변에 접하고, 타 말단부는 상기 한 변과 대향하는 변을 향한 방향으로 미리 정한 길이만큼 연장되되 상기 대향하는 변에는 접하지 않으며, 제1 분할선(30)의 말단에서 과도한 전류 밀도로 인해 유리의 다른 구역과의 높은 온도 차이로 인해 유리가 파손되는 것을 방지하기 위하여 폐곡선의 형상을 이룬다. 상기 제2 분할선(40)은 상기 제1 분할선(30)의 타 말단부에 있는 폐곡선을 둘러싸는 닫힌 선이고, 도 2에 도시한 바와 같이 상기 복수개의 전극(20)은 상기 제1 분할선(30)과 상기 제2 분할선(40)이 교차하는 위치에서 상기 제1 분할선(30)과 평행하게 배열된다.

상기 제1 분할선(30)의 폐곡선은 상황에 따라 크기 조절이 가능하며, 도1과 2에 도시한 전류의 방향뿐만 아니라 전극의 극성을 서로 바꾸어 반대의 방향으로 흐르게 하는 것도 가능하다. 또한, 상기 제1 분할선(30) 내지 제2 분할선(40)이 접하는 표면박막 전체가 이루는 면의 한 변은 도1 내지 2에 도시한 변뿐만 아니라 네 방향 어느 변이나 가능하며, 도면에 나타낸 바로 제한하는 것은 아니나, 한국의 주택은 주로 바닥을 가열하는 난방형태를 취하므로 방이든 거실이든 바닥으로부터 가까운 부위의 온도가 부분적으로 높게 나타나곤 한다. 추운 날씨에 실외의 온도는 실내의 바닥부와 접한 부위이든 천정부와 접한 부위이든 차이가 거의 없으므로 창호의 유리창 표면에서는 상대적으로 바닥에 가까운 부위에서 실내 공기와 온도차이가 많이 나게 된다. 즉, 유리창의 실외부의 온도는 일정한데 비해 유리창과 접하는 실내부위에서는 바닥부위의 온도가 상대적으로 높으므로 바닥부에 가까운 유리창 표면에서 실내 공기와 가장 큰 온도 차이를 느끼게 된다. 따라서 도 1에 나타낸 실시예의 경우는 전극을 창의 상단부에 설치하여, 온도가 상대적으로 높은 3면의 테두리를 창의 옆면과 하단부로 가게 하면 온도차이가 커서 결로가 주로 발생하는 창틀의 하단부의 결로 방지에 큰 효과를 얻을 수 있으므로, 도 1에 도시한 바와 같이 창의 상단부에 전극을 설치하는 것이 바람직하다.

또한 상기 표면 박막은 투명 전도성 산화물(transparent conducting oxide, TCO)을 사용하며, 투명전도성 산화물 박막은 가시광영역의 높은 투과율과 높은 전기전도성을 동시에 만족하기 때문에 표시소자를 포함한 다양한 디스플레이 소자의 투명전극재료로서 사용되어지고 있다 대표적인 투명전극재료로서는 In₂O₃계, ZnO계 및 SnO₂계를 중심으로 오래전부터 실용화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다 이들 재료 가운데 In₂O₃에 불순물로서 SnO₂를 10wt% 도핑시킨 Indium Tin Oxide (ITO)가 전기적 및 광학적 물성이 가장 뛰어나기 때문에 다양한 표시소자 분야에 투명전극재료로서 가장 널리 사용되어지고 있다. 하지만, 최근 ITO의 원재료인 In의 가격상승 및 인체에 유해한 독성 등이 문제점으로 지적된 바, 본 발명에서는 저렴한 가격과 높은 투과율, 낮은 저항으로 주목을 받고 있는 FTO(Fluorine doped Tin Oxide)를 사용한다. FTO(Fluorine doped Tin Oxide)는 투명 전도성 산화물(transparent conducting oxide, TCO)물질 중 하나로 훌륭한 광학적, 전기적 성질 때문에 태양 에너지 관련 응용 분야에 널리 사용되고 있으며, FTO 박막은 다른 산화물 전도체에 비해 구부림에 강한 저항성을 보여 준다. FTO 박막의 캐리어 전하 생성 원리는 불소 원자가 산소 원자의 자리를 치환하게 되면서 잉여 전자의 발생으로 전기가 흐를 수 있다. FTO 코팅 유리는 비교적 높은 투과율(>80 %)과 낮은 방사율(< 0.20)을 가지고 있어 자체로도 하드 로이(hard low-E) 유리로 사용되고 있다.

상기 복수개의 전극 전압은 바깥부위 표면박막의 단위면적당 발열량이 상기 중심부 표면박막의 단위면적당 발열량보다 높도록 조절되고, 이로 인해 외부의 차가운 공기에 의해 열손실이 많은 유리패널의 테두리, 즉 창틀 부근에 더 높은 온도로 유지가 가능하여 창틀의 결로 방지에도 뛰어난 효과가 있다.

도 3a 내지 도 3c는 저항에 따른 발열량의 계산을 위한 회로도이다. 도 3a는 일반적인 저항에 따른 발열량 계산을 위한 회로도로서, 발열량은 아래 계산식으로 나타난다.

도 3b는 저항이 두 배이고 전류가 같을 때에 따른 발열량 계산을 위한 회로도로서, 발열량은 아래 계산식으로 나타난다.

2배로 커진 저항에 따라 발열량이 절반으로 줄었으며 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 도 3c에 도시한 바와 같이 저항과 2배의 저항을 직렬로 연결하면 다음과 같은 식에 따라 발열량이 계산되며, 발열량은 2배로 늘어난다.

이상에서 본원의 예시적인 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본원의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본원의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본원의 권리범위에 속하는 것이다.

본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다.

10. 유리패널의 절연부분
20. 전극
30. 제1 분할선
40. 제2 분할선
50. 전류의 흐름

Claims (5)

1. 발열 유리패널로,
   상기 발열 유리패널은, 창유리;
   상기 창유리 표면에 코팅되어 전기적으로 발열되고, 분할선에 의해 전기적으로 분리된 복수개의 표면박막; 및
   상기 복수개의 표면박막 각각에 발열 전압을 가하도록 연결된 복수개의 전극을 포함하고,
   상기 복수개의 표면박막은 상기 창유리 표면의 중심부와 바깥부위로 구분되고,
   상기 복수개의 전극 전압은 바깥부위 표면박막의 단위면적당 발열량이 상기 중심부 표면박막의 단위면적당 발열량보다 높도록 조절되는,
   발열 유리패널.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 분할선은 상기 전극의 극성을 양극과 음극으로 나누는 제1 분할선, 및
   상기 양극 또는 음극을 각각 미리 정한 크기로 나누는 제2 분할선을 포함하는,
   발열 유리패널.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 전극에서 가해지는 발열전압에 의한 전류의 흐름은 상기 제1 분할선으로 나뉘는 두 개의 전극 사이로 미리 정해진 경로를 따라 흐르고, 상기 경로는 상기 제1 분할선 및 제2 분할선으로 표시되는 상기 표면박막의 국부 절연 영역에 의해 구획되는,
   발열 유리패널.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 제1 분할선은 선형이고, 그 일 말단부는 상기 표면박막 전체가 이루는 면의 한 변에 접하고, 타 말단부는 상기 한 변과 대향하는 변을 향한 방향으로 미리 정한 길이만큼 연장되되 상기 대향하는 변에는 접하지 않으며 폐곡선을 이루고,
   상기 제2 분할선은 U자형상이고, 그 양 말단부는 상기 제1 분할선이 접한 변의 상기 제1 분할선이 접한 위치로부터 미리 정한 거리만큼 이격되어 양쪽에 접하고,
   상기 복수개의 전극은 상기 한 변의 길이방향으로 배열된,
   발열 유리패널.
   
   
5. 제 3항에 있어서,
   상기 제1 분할선은 선형이고, 그 일 말단부는 상기 표면박막 전체가 이루는 면의 한 변에 접하고, 타 말단부는 상기 한 변과 대향하는 변을 향한 방향으로 미리 정한 길이만큼 연장되되 상기 대향하는 변에는 접하지 않으며 폐곡선을 이루고,
   상기 제2 분할선은 상기 제1 분할선의 타 말단부에 있는 폐곡선을 둘러싸는 닫힌 선이고,
   상기 복수개의 전극은 상기 제1 분할선과 상기 제2 분할선이 교차하는 위치에서 상기 제1 분할선과 평행하게 배열되는,
   발열 유리패널.

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