KR101546872B1 - 전기, 온수용 매트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 격자형상으로 관통된 함체에 작동유체가 함침된 축열체를 삽입시키고 상, 하층부시트와 압착하여 접착시켜 작동유체가 이동할 수 있는 공간을 한정하고 간단하게 가열장치를 제작할 수 있는 전기, 온수용 매트에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 전기, 온수용 매트는, 상부와 하부가 관통되는 관통공(101)이 형성된 가로나 세로 또는 격자형상의 벽면(102)을 갖는 함체(100)와; 함체(100)의 하부에 위치하며 방수성을 갖는 재질로서 소정의 넓이를 갖는 하층부시트(200)와; 함체(100)의 관통공(101)에 대응되는 넓이를 갖는 축열체(300)와; 축열체(300)에 함침되는 작동유체(400)와; 축열체(300)의 내부에 위치하는 발열체(500)와; 함체(100)의 상부에 위치하며 방수성을 갖는 재질로서 소정의 넓이를 갖는 상층부시트(600)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기, 온수용 매트{MAT FOR ELECTRIC, HOT WATER}

본 발명은 소정형상의 하층부시트, 작동유체가 함침된 축열체, 축열체에 삽입된 발열체, 상층부시트를 위치시키고 압착하여 접착시켜 축열체에 함침된 작동유체가 한곳으로 몰리거나 현저히 이탈하는 것을 최소화시키고 전열면적을 극대화시킬 수 있는 전기, 온수용 매트에 관한 것이다.

일반적으로 가정에서 사용되는 난방용 메트는 발열선이 내장된 전기매트 또는 온수관이 내장된 온수매트가 사용된다.

종래의 전기매트는 도 1에 도시한 바와 같이 내부에 복수층으로 이루는 소정의 내장재를 감싸기 위한 상, 하부 외장재(2)와, 상기 상부 외장재(2)의 하부에 배치되는 상부 스펀지층(3)과, 상기 스펀지층(3)의 하부에 배치되는 열선(4)과, 열선(4) 하부에 배치되는 하부 스펀지층(3)과, 상기 하부 스펀지층(3)의 하부에 배치되는 단열재(5)와, 강도유지를 위하여 상기 단열재(5)의 하부에 배치한 견면매트(6)로 구성되어 있다.

이런 전기매트는 열선이 배열된 주위만이 가열되기 때문에 열선을 조밀하게 설치할 수밖에 없어 과도한 전력이 소비되는 문제가 있다.

또한, 온수매트의 경우에도 온수관이 배열된 주위만이 가열되기 때문에 온수관을 조밀하게 설치할 수밖에 없어 온수매트의 중량이 증가하는 문제가 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는 격자형상으로 관통된 함체에 작동유체가 함침된 축열체를 삽입시키고 상, 하층부시트와 압착하여 접착시켜 작동유체가 이동할 수 있는 공간을 한정하고 간단하게 가열장치를 제작할 수 있는 전기, 온수용 매트를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 해결과제는 소정형상의 하층부시트, 작동유체가 함침된 축열체, 축열체에 삽입된 발열체, 상층부시트를 위치시키고 압착시키면서 내부를 진공 또는 부기압으로 조성하여 발열체의 적은 에너지 투입만으로도 단시간 내에 가열효과를 발휘할 수 있는 전기, 온수용 매트를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 해결과제는 접착된 전기, 온수용 매트의 분리공간에 진공 또는 대기압보다는 낮은 상태의 부기압을 조성하여 작동유체가 액상에서 기상으로 상변화되는 비등온도를 낮춤으로써 신속한 가열과 방열이 이루어지도록 하는 전기, 온수용 매트를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 전기, 온수용 매트는, 상부와 하부가 관통되는 관통공(101)이 형성된 가로나 세로 또는 격자형상의 벽면(102)을 갖는 함체(100)와; 함체(100)의 하부에 위치하며 방수성을 갖는 재질로서 소정의 넓이를 갖는 하층부시트(200)와; 함체(100)의 관통공(101)에 대응되는 넓이를 갖는 축열체(300)와; 축열체(300)에 함침되는 작동유체(400)와; 축열체(300)의 내부에 위치하는 발열체(500)와; 함체(100)의 상부에 위치하며 방수성을 갖는 재질로서 소정의 넓이를 갖는 상층부시트(600)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 발열체(500)는 열선 또는 온수관인 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 서로 이웃하는 함체 벽면(102)의 중앙에는 열선 또는 온수관이 관통되면서 삽입공(103)이 형성되고, 축열체(300)는 열선 또는 온수관이 중앙부분에 삽입되도록 절개홈(301)이 형성되며, 발열체(500)는 축열체(300)의 절개홈(301)과 함체(100)의 삽입공(103)을 따라 위치하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 내부는 진공 또는 부기압으로 조성하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상층부시트(50,600)의 상부면에 방열판(700)이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전기, 온수용 매트는 격자형상으로 관통된 함체를 사용하면 가열장치를 제작하는 경우에 함체의 격벽에 축열체가 지지되기 때문에 가열장치가 기울어진 상태에서 축열체에 함침된 작동유체가 한곳으로 몰리거나 현저히 이탈하는 것을 최소화할 수 있다.

본 발명에 따른 전기, 온수용 매트는 열선 또는 온수관, 면상 발열체에 의해 가열된 작동유체가 액상에서 증기상으로 상변화 되어 구역으로 빠르게 전파되고, 전파된 증기가 응축하는 과정에서 방출하는 응축열이 가열장치를 신속하게 가열할 수 있고, 전기, 온수용 매트 전열면 전체를 고르게 가열할 수 있어 전열면의 온도편차를 최소화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 진공 또는 부기압 상태가 조성된 전기, 온수용 매트는 축열체에 함침된 작동유체의 비등점이 75∼85℃ 정도로 낮아짐으로써, 발열체에 의해 작동유체가 액상에서 증기상으로 빠르게 전이되어 전파되고, 열선이나 온수관에 적은 에너지 투입만으로도 신속한 열이동 및 방열이 이루어져 단시간 내에 가열효과를 발휘할 수 있게 되며, 일반 증기열 보다 훨씬 낮은 75∼85℃의 저온 증기로 방열하게 되므로 과열이나 화상 및 화재로부터 비교적 안전한 장점이 있다.

또한, 전기, 온수용 매트의 내부를 진공 또는 부기압으로 형성하기 때문에 발열체에 의해 작동유체가 액상에서 증기상으로 빠르게 전이되어 전파될 수 있어 적은 에너지를 사용하여 전체적으로 고르게 가열할 수 있어 온도편차를 최소화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 가열장치의 상부면에 방열판을 형성하면 바닥에 매립되는 전기보일러용 매트로 사용하거나 또는 일반 가정용 전기매트로 다양한 용도로 사용할 수 있다.

또한, 가열장치가 작동유체의 상변화로 가열되고 방열하므로 가열하지 않고 사용하는 여름철에는 작동유체가 사용자의 체온열, 또는 실내 공기열을 취해 저온증발에 의한 상변화 과정이 유발되어 가열장치보다 상대적으로 저온상태인 상대편 쪽 즉, 가열장치의 배면(방바닥) 쪽으로 방열하게 됨으로써 사용자의 체온, 실내온도를 상당히 떨어뜨리는 냉방효과도 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 온수관을 사용하는 경우 1차적으로 온수관 열로 작동유체가 액상에서 증기상으로 상변화되어 전열면 전체로 고르게 전파되고, 2차적으로 전열면에서 응축하는 과정에서 발생하는 응축열을 난방에 사용하기 때문에, 종래의 온수매트가 온수의 원할한 흐름을 위한 곡률반경의 제약으로 온수관의 배치 간격이 드물게 되어 온수관 사이의 열전달 및 열분포가 고르지 못하였던 것에 비해 전열면 전체의 온도분포가 균일하고 전열효과를 대폭 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 열선을 사용하는 경우에도 열선에서 발생된 열을 난방에 직접 사용하는 것이 아니라 작동유체를 기상으로 상변화시키고 이를 난방에 사용하기 때문에, 전열면(적)의 한계로 인해 열선을 조밀하게 설치해야 하는 종래의 전기매트나 전기 난방판넬에 비해 열선 설치량이 감소됨과 동시에 전력 소비량도 대폭 감소시킬 수 있다.

또한, 가열장치의 축열체 내에 열선과 작동유체가 동시 수용되고 이를 상, 하층부시트로 접착하여 밀폐, 절연시킴으로써, 가열장치 내 축열체 공간은 습도가 매우 높고 잔존 공기(산소 등)가 희박하여 발화하기 어려운 조건이 형성되므로, 열선의 누설전류에 의한 감전 사고를 예방함은 물론, 열선의 과열이나 단락, 접촉 불량 등으로 발생할 수 있는 스파크 현상으로 인한 점화, 그로 인한 발화현상에 대해 자체적으로 현저히 억제할 수 있는 장점이 있는 것이다.

도 1은 일반적인 전기매트의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 전기, 온수용 매트의 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 전기, 온수용 매트의 분해사시도.
도 4는 도 3의 발열체가 함체에 장착된 예시도.
도 5는 도 3의 적층상태 단면도.
도 6은 도 3의 평면도.
도 7은 본 발명에 따른 방열판을 더 구비하는 전기, 온수용 매트의 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전기, 온수용 매트는 상부와 하부가 관통되는 관통공(101)이 형성된 격자형상의 함체(100)와, 함체(100)의 하부에 위치하는 하층부시트(200)와, 함체(100)의 관통공(101)에 삽입되는 축열체(300)와, 축열체(300)에 함침되는 작동유체(400)와, 축열체(300)를 따라 배열된 발열체(500)와, 축열체(300)의 상부에 위치하는 상층부시트(600)로 이루어진다.

함체(100)는 상부와 하부가 관통되는 관통공(101)이 형성된 격자형상의 벽면(102)을 갖는다. 이러한 함체(100)는 고주파 융착 등으로 압착하여 접착될 수 있도록 PVC, PE, PP 등의 합성수지재질인 것이 바람직하다. 이때, 발열체(500)로 열선 또는 온수관이 사용되는 경우 함체(100)는 서로 이웃하는 벽면(102)의 중앙에 열선 또는 온수관이 관통되면서 삽입공(103)이 형성되고, 벽면(102)의 상부에서 삽입공(103)까지 열선 또는 온수관을 밀어 넣을 수 있도록 안내홈(104)이 형성된다.

하층부시트(200)는 함체(100)의 하부에 위치하며 함체(100)의 넓이와 동일한 넓이를 갖는다. 하층부시트(200)는 PVC, PE, PP 등의 합성수지재질과 같이 절연성과 방수성을 갖는 재질이 사용되는 것이 바람직하다.

축열체(300)는 함체(100)의 관통공(101)에 대응되는 넓이를 갖으며 중심부에는 발열체(500)가 놓여진다. 이러한 축열체(300)는 작동유체(400)가 함침되는 난연계 탄화섬유, 아라미드섬유, 견면, 부직포, 난연성 스펀지 등을 사용된다.

작동유체(400)는 축열체(300)에 함침되며 발열체(500)로 가열되어 액상에서 증기상으로 변화된다. 이러한 작동유체(400)는 액상에서 기상으로 변화되는 물, 증류수 등이 사용된다. 이러한 작동유체(400)는 방열장치의 사용 용도에 따라 적합한 상태의 포화 증기도 또는 습도가 유지되도록 축열체 체적대비 약 1/10∼1/95의 양으로 함침되거나 분사 도포되는 것이 바람직하다.

발열체(500)는 축열체(300)의 중심부를 따라 배열되어 설치된다. 이러한 발열체(500)가 가열되면 축열체(300)에 열이 전달되고 함침된 작동유체(400)가 가열되어 액상에서 기상으로 상변화되면서 가열장치의 온도가 상승하게 된다. 이때, 발열체(500)로서 열선, 온수관 등을 사용할 수 있다.

한편, 발열체(500)로 열선 또는 온수관을 사용하는 경우에 축열체(300)는 열선 또는 온수관이 중앙부분에 삽입되도록 절개홈(301)이 형성되고, 열선 또는 온수관은 축열체(300)의 절개홈(301)과 함체(100)의 삽입공(103)을 따라서 위치하게 된다. 즉, 이러한 열선 또는 온수관은 먼저 축열체(300)의 절개홈(301)에 삽입시킨 후에 축열체(300)를 함체(100)의 관통공(101)에 위치시키면서 축열체(300) 사이에 위치하는 열선 또는 온수관을 격벽에 형성된 안내홈(104)으로 밀어 넣으면서 삽입공(103)에 위치시킬 수 있다.

또한, 축열체(300)는 동일한 크기의 하부축열체와 상부축열체로 분리하고, 열선 또는 온수관의 발열체(500)를 하부축열체와 상부축열체 사이에 위치할 수도 있다.

상층부시트(600)는 함체(100)의 상부에 위치하며 함체(100)의 넓이와 동일한 넓이를 갖는다. 하층부시트(200)는 PVC, PE, PP 등의 합성수지재질과 같이 절연성과 방수성을 갖는 재질이 사용되는 것이 바람직하다. 이때, 상층부시트(600)의 상부면에는 고주파 등의 함체의 벽면(102)에 대응되도록 접착 위치를 확인할 수 있도록 접착선(601)이 가로 및 세로방향으로 형성되는 것이 바람직하다.

이러한, 함체(100), 함체(100)의 하부에 위치하는 하층부시트(200), 함체의 관통공(101)에 놓이며 작동유체(400)가 함침된 축열체(300), 축열체(300)에 삽입된 발열체(500), 함체(100)의 상부에 위치하는 상층부시트(600)는 함체(100)의 격벽에 접착 실란트, 고주파 접착, 열융착 등으로 일체로 압착하여 접착시켜 전기, 온수용 매트로 제작한다.

그리고, 전기, 온수용 매트는 발열체(500)의 온도를 측정하는 온도센서(미도시)와, 설정온도 이상인 경우에 발열체(500)로 공급되는 전원을 차단하는 바이메탈(미도시), 및 발열체(500)의 가열온도를 조절하는 콘트롤러(미도시) 등을 구비한다.

한편, 하부층시트(200) 또는 상부층시트(600)의 일측에는 내부공기를 배기하기 위한 배기구(미도시)가 형성된다. 배기구를 통해서 전기, 온수용 매트의 내부가 진공 또는 부기압 상태가 되도록 잔존공기를 배기시킬 수 있게 된다. 이때, 배기과정에서 공기와 작동유체 일부가 함께 흡입되고 배출되게 되므로 방열장치의 용도에 적합한 상태로 작동유체의 적정량이 유지되도록 유지량 보다 더 많은 양의 작동유체를 함침 또는 분사 도포하여 배기하는 것이 바람직하다.

또한, 분리공간을 형성하거나 함체를 갖는 전기, 온수용 매트는 다수개의 분리공간과 격벽으로 구획된 함체를 일일이 진공 배기하기가 어려우므로, 접착한 가열장치를 내부, 또는 외부 가열하여 함침된 작동유체를 기화, 증발시키고, 가열장치의 내부 온도가 90도 정도에 이른 시점에서 가열을 중지함과 동시에, 이를 즉시 약 1-4도 정도의 냉각 수조에 투입하여 가열장치 내 수증기 및 잔존 공기를 급속 냉각시킴으로써 가열장치의 내부 기압을 부기압(Negative Pressure)으로 조성하는 것도 가능하다.

이와 같이, 가로 및 세로방향의 벽면(102)을 갖는 격자형 함체(100)로 제작된 전기, 온수용 매트는 함체(100)의 격벽에 의하여 간단하고 견고한 분리공간이 형성되기 때문에 전기, 온수용 매트가 불완전한 수평상태나 동작 환경조건, 또는 보관 상태에 따라 축열체(300)에 함침된 작동유체(400)가 축열체(300)의 횡. 종 어느 일 방향으로 현저하게 쏠리거나 이탈하는 현상, 그로 인해 축열체 일부분에서 발생하는 작동유체(400)의 공동화 현상, 즉 작동유체(400)의 드라이 아웃(Dry out)의 여지를 최소화할 수 있다.

또한, 공기가 배출되어 내부가 진공 또는 부기압으로 조성되면 축열체(300)에 함침된 작동유체(400)의 비등점이 75∼80℃정도로 낮아져 발열체로 사용하는 열선이나 온수관에 상대적으로 적은 에너지 투입만으로도 단시간 내에 가열효과를 발휘할 수 있게 되고 월등하게 신속한 열이동 및 방열이 이루어질 수 있다. 또한, 공기가 배출되면서 축열체(300)와 상, 하층부시트(200,600)가 서로 이격되지 않고 서로 밀착됨으로써, 발열체(500)에 의한 작동유체의 가열 시 기화, 증발된 수증기가 시트 내면에 달라붙게 되어 김이 서려 막을 형성하는 수막현상을 방지함과 동시에, 시트 내면에서 응결되는 응축수가 생성되더라도 시트면에 밀착된 축열체가 즉시 흡수(표면장력 및 모세관 현상)하여 작동유체로 재사용, 재가열된다.

또한, 내부가 진공 또는 부기압으로 조성되어 발열체(500)의 가열에 의한 내압 및 공기 팽창, 그에 따른 방열장치의 팽창을 최소화하고, 축열체 기공 속에 작동유체가 액상 또는 습기상태로 함침하여 수용되어 방열장치가 불완전한 수평상태나 동작 환경조건, 또는 보관 상태에 따라 축열체에 함침된 작동유체(400)가 축열체(300)의 횡. 종 어느 일 방향으로 현저하게 쏠리거나 이탈하는 현상, 그로 인해 축열체(300) 일부분에서 발생하는 작동유체의 공동화 현상, 즉 작동유체의 드라이 아웃(Dry out) 여지를 최소화할 수 있다.

이러한 전기, 온수용 매트는 작동유체(400)의 상변화로 방열되기 때문에 이를 전열수단 없이 가열하지 않고 사용하는 여름철에는 작동유체(400)가 사용자의 체온열, 또는 실내 공기열을 취해 저온증발, 기화하는 물리현상이 유발되어 상대적으로 저온상태인 방열장치의 상대편 즉, 방열장치의 배면 쪽을 향해 방열하게 됨으로써, 사용자의 체온 및 실내온도를 상당히 떨어뜨리는 냉방효과도 얻을 수 있다.

한편, 도 18에 도시된 바와 같이 본 발명의 각 실시예의 전기, 온수용 매트는 상층부시트(600)의 상부에 방열판(700)을 추가로 형성될 수 있다. 또한, 상층부시트(50,600)에 쿠션부재, 치장재(미도시)를 위치시켜 전기 찜질기, 전기 매트리스, 온수매트리스 등으로 사용할 수 있다. 이때, 방열판(700)은 열전도율이 높은 금속판, 합성수지판 등이 사용된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 함체 200 : 하층부시트
300 : 축열체 400 : 작동유체
500 : 발열체 600 : 상층부시트
700 : 방열판

Claims (9)

1. 상부와 하부가 관통되는 관통공(101)이 형성된 가로나 세로 또는 격자형상의 벽면(102)을 갖는 함체(100)와;
   함체(100)의 하부에 위치하며 방수성을 갖는 재질로서 소정의 넓이를 갖는 하층부시트(200)와;
   함체(100)의 관통공(101)에 대응되는 넓이를 갖는 축열체(300)와;
   축열체(300)에 함침되는 작동유체(400)와;
   축열체(300)의 내부에 위치하는 발열체(500)와;
   함체(100)의 상부에 위치하며 방수성을 갖는 재질로서 소정의 넓이를 갖는 상층부시트(600)를 포함하며;
   함체(100)의 격벽, 하층부시트(200) 및 상층부시트(600)를 압착하여 접착시킨 것을 특징으로 하는 전기, 온수용 매트.
2. 청구항 1에 있어서, 발열체(500)는 열선 또는 온수관인 것을 특징으로 하는 전기, 온수용 매트.
3. 청구항 1에 있어서, 서로 이웃하는 함체 벽면(102)의 중앙에는 열선 또는 온수관이 관통되면서 삽입공(103)이 형성되고, 축열체(300)는 열선 또는 온수관이 중앙부분에 삽입되도록 절개홈(301)이 형성되며, 발열체(500)는 2 축열체(300)의 절개홈(301)과 함체(100)의 삽입공(103)을 따라 위치하는 것을 특징으로 하는 전기, 온수용 매트.
4. 청구항 1에 있어서, 삽입공(103)은 벽면(102)의 상부에서 중앙까지 발열체(500)를 밀어 넣을 수 있도록 안내홈(104)이 형성되는 것을 특징으로 하는 전기, 온수용 매트.
5. 청구항 1에 있어서, 축열체(300)는 하부축열체(22)와 상부축열체(23)로 이루어지고, 발열체(500)는 하부축열체(22)와 상부축열체(23) 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 전기, 온수용 매트.
6. 청구항 1에 있어서, 하부층시트(200) 또는 상부층시트(600)의 일측에는 내부공기를 배기하기 위한 배기구가 형성된 것을 특징으로 하는 전기, 온수용 매트.
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 있어서, 축열체의 온도를 측정하는 온도센서와, 설정온도인 경우에 발열체로 공급되는 전원을 차단하는 바이메탈, 및 가열온도를 조절하는 콘트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기, 온수용 매트.
8. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 있어서, 전기, 온수용 매트의 내부는 진공 또는 부기압으로 조성하는 것을 특징으로 하는 전기, 온수용 매트.
9. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 있어서, 상층부시트(600)의 상부에 방열판(700)이 더 형성된 것을 특징으로 하는 전기, 온수용 매트.

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