KR101602061B1 - 봉형 발열체 및 그 제조 방법 - Google Patents

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김종형
이찰리
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Abstract

봉형 발열체 및 그 제조 방법이 제공된다. 상기 봉형 발열체는, 봉형 지지체, 상기 봉형 지지체를 둘러싸는 베이스층, 상기 베이스층 위에 배치되는 금속망 전극, 및 상기 베이스층 위에 상기 금속망 전극과 접촉하도록 배치되는 발열층을 포함한다. 상기 봉형 발열체의 제조 방법은, 봉형 지지체를 둘러싸는 베이스층을 형성하는 단계, 상기 베이스층 위에 금속망 전극을 형성하는 단계, 및 상기 베이스층 위에 상기 금속망 전극과 접촉하는 발열층을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

봉형 발열체 및 그 제조 방법{ROD TYPE HEATING ELEMENT AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 봉형 발열체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
겨울철 비닐하우스 등에 실내 온도를 높이기 위해 비닐하우스 내부에 보일러 등의 난방 장치를 설치한다. 그러나 보일러 등의 난방 장치는 배관 등 설치가 복잡하고 연료비가 많이 든다. 따라서, 상기 난방 장치에 비해 높은 열효율을 갖고 설치가 용이한 면상 발열체로 대체 사용하고자 하는 시도가 이루어지고 있다. 그러나, 겨울철 비닐하우스 내에 열을 효율적으로 제공하기 위해서는 봉형상의 발열체가 요구된다.
일반적으로 상기 면상 발열체는 베이스층, 상기 베이스층에 발열체용 조성물이 도포되어 형성된 발열층, 및 상기 베이스층에 연결되어 상기 발열층에 전류를 제공하는 금속판 전극을 포함한다.
상기 면상 발열체는 변형이 용이하지 않아 구부러지는 경우 손상되기 쉬어 봉형상의 발열체를 제조하는데 한계가 있다. 또, 상기 면상 발열체가 구부러져서 휘어지는 경우 상기 금속판 전극이 상기 베이스 기판으로부터 분리되어 상기 발열층으로 전류가 일정하게 공급되지 못하여 발열 효율이 떨어질 수 있다.
또, 종래의 발열체용 조성물은 흑연을 포함한다. 상기 흑연은 도전성과 내정전성을 가지고 있고, 발열층 전체에 전류를 고르게 분산시킬 수 있고, 환경적으로 안전하고, 저렴할 뿐만 아니라 비교적 다루기 쉽기 때문에 각종 발열 장치의 발열재로 사용되고 있다. 그러나, 종래의 발열체용 조성물은 흑연을 균일하게 분산시키기 위해 계면활성제 등의 분산제를 포함하고 있으나, 상기 발열체용 조성물로 코팅하여 발열층을 형성하는 경우 흑연과 합성수지 용액의 비중 차이로 흑연이 발열층 하부로 침전되어 전체적인 전기전도성이 불균일하고 굴절시 발열층이 쉽게 파열되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 우수한 발열 효율과 안정성을 갖는 봉형 발열체를 제공한다.
본 발명은 제조 공정이 간단한 봉형 발열체의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 명확해 질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 봉형 발열체는, 봉형 지지체, 상기 봉형 지지체를 둘러싸는 베이스층, 상기 베이스층 위에 배치되는 금속망 전극, 및 상기 베이스층 위에 상기 금속망 전극과 접촉하도록 배치되는 발열층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 봉형 발열체의 제조 방법은, 봉형 지지체를 둘러싸는 베이스층을 형성하는 단계, 상기 베이스층 위에 금속망 전극을 형성하는 단계, 및 상기 베이스층 위에 상기 금속망 전극과 접촉하는 발열층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 금속망 전극은 제1 금속사와 제2 금속사를 교차시켜 직물 형태 또는 체망 형태로 짜서 형성될 수 있다.
상기 금속망 전극은 상기 베이스층에 재봉되어 결합될 수 있다. 상기 금속망 전극은 상기 베이스층의 양단부를 둘러싸도록 형성될 수 있다.
상기 발열층은 발열체용 조성물을 상기 베이스층에 도포하여 형성될 수 있고, 상기 발열체용 조성물은 친수성 표면을 갖는 흑연, 전도성 카본블랙, 및 폴리아크릴 에멀젼을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 금속망 전극이 직물 형태 또는 체망 형태로 형성되어 변형이 용이하기 때문에, 상기 금속망 전극을 이용하여 봉형 발열체를 형성할 수 있다. 따라서, 안정성이 우수한 봉형 발열체를 간단한 공정으로 제조할 수 있다. 상기 금속망 전극은 봉형상의 베이스층에 안정적으로 접착되고, 발열층과의 접촉성이 향상되어 상기 발열층에 더욱 안정적으로 전류를 공급할 수 있다. 상기 발열층을 형성하는데 사용되는 발열체용 조성물은 친수성 표면을 갖는 흑연을 포함하기 때문에 폴리아크릴 에멀젼 내에 흑연이 균일하게 분산될 수 있고, 상기 발열체용 조성물로 형성된 발열층은 그 저항치가 균일하여 발열온도 편차를 줄일 수 있으며, 발열 효율이 향상될 수 있다. 또, 발열온도 편차로 인한 고장을 방지할 수 있어 상기 봉형 발열체의 수명도 연장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 봉형 발열체를 나타낸다.
도 2는 도 1의 A-A'라인을 따라 취한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속망 전극을 나타낸다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 봉형 발열체의 제조 방법을 나타낸다.
이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예들을 통해 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 따라서, 이하의 실시예들에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 된다.
도면들에서 요소의 크기, 또는 요소들 사이의 상대적인 크기는 본 발명에 대한 더욱 명확한 이해를 위해서 다소 과장되게 도시될 수 있다. 또, 도면들에 도시된 요소의 형상이 제조 공정상의 변이 등에 의해서 다소 변경될 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서에서 개시된 실시예들은 특별한 언급이 없는 한 도면에 도시된 형상으로 한정되어서는 안 되며, 어느 정도의 변형을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 봉형 발열체를 나타내고, 도 2는 도 1의 A-A'라인을 따라 취한 단면도이며, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속망 전극을 나타낸다.
도 1 내지 도 3b를 참조하면, 봉형 발열체(100)는 봉형 지지체(105), 베이스층(110), 금속망 전극(120) 및 발열층(130)을 포함할 수 있다.
봉형 지지체(105)는 봉형상을 가지며, 둥근 목재나 파이프 등으로 형성될 수 있다. 봉형 지지체(105)는 봉형 발열체(100)의 다른 구성들을 지지할 수 있다.
베이스층(110)은 봉형 지지체(105)의 원주면 위에 배치된다. 베이스층(110)은 부직포, PET 또는 PE 등의 시트지 등으로 봉형 지지체(110)를 둘러쌀 수 있다.
금속망 전극(120)은 베이스층(110)의 양단부 위에 배치될 수 있다. 금속망 전극(120)은 베이스층(110)의 양단부를 둘러쌀 수 있다. 금속망 전극(120)은 베이스층(110)에 재봉되어 결합될 수 있다. 금속망 전극(120)은 서로 교차하는 제1 금속사(121)와 제2 금속사(122)를 포함할 수 있다. 제1 금속사(121) 및 제2 금속사(122)는 구리 등을 이용하여 섬유 형태(금속선)로 형성될 수 있다. 금속망 전극(120)은 제1 금속사(121)와 제2 금속사(122)를 이용하여 직물 형태 또는 체망 형태로 형성될 수 있다. 금속망 전극(120)은 직물처럼 변형이 용이하기 때문에 곡면을 갖는 베이스층(110)에 안정적으로 부착될 수 있다. 베이스층(120)의 양단부에 부착된 금속망 전극(120)은 각각 양극 및/또는 음극으로 기능하여 발열층(130)에 전류를 제공할 수 있다. 금속망 전극(120)은 베이스층(100)과의 접착이 안정적으로 유지되기 때문에 발열층(130)에 전류를 안정적으로 일정하게 공급할 수 있다. 금속망 전극(120)은 전기접점(121)을 통하여 전원에 연결될 수 있다.
발열층(130)은 베이스층(110) 위에 금속망 전극(120)과 접촉하도록 배치될 수 있다. 발열층(130)은 금속망 전극(120)의 제1 금속사(121)와 제2 금속사(122) 사이 및 금속망 전극(120) 아래에도 배치되기 때문에 금속망 전극(120)과의 접촉성이 향상되어 발열층(130)에 전류가 더욱 안정적으로 공급될 수 있다.
발열층(130)은 발열체용 조성물을 포함할 수 있다. 상기 발열체용 조성물은, 친수성 표면을 갖는 흑연, 전도성 카본블랙, 및 폴리아크릴 에멀젼을 포함할 수 있다. 상기 흑연 및 상기 전도성 카본블랙는 상기 폴리아크릴 에멀젼 내에 분산되어 있다.
상기 흑연은 친수성 표면을 갖기 때문에 상기 폴리아크릴 에멀젼 내에서 균일하게 분산될 수 있다. 이에 의해, 상기 흑연은 발열층(130) 내에 균일하게 분산될 수 있다. 이와 같이, 상기 흑연이 발열층(130) 내에 균일하게 분산되기 때문에 발열층(130)의 저항치가 균일하여 발열온도 편차를 줄일 수 있고, 면상 발열체(100)의 수명도 연장될 수 있다. 또, 금속망 전극(120) 간 간격을 넓게 할 수 있어, 발열층(120)의 발열 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 흑연은 상기 발열체용 조성물 전체 중량에 대하여 10 ~ 30중량%로 포함될 수 있다.
상기 전도성 카본블랙은 분말 크기가 100nm 이하의 것이 사용될 수 있다. 상기 전도성 카본블랙은 상기 발열체용 조성물 전체 중량에 대하여 5 ~ 20중량%로 포함될 수 있다.
상기 폴리아크릴 에멀젼은 폴리아크릴 수지를 물에 용해하는 것에 의해 형성될 수 있다. 상기 폴리아크릴 에멀젼은 상기 발열체용 조성물 전체 중량에 대하여 30 ~ 60중량%로 포함될 수 있다.
상기 발열체용 조성물은 무기 입자를 더 포함할 수 있다. 상기 무기 입자는 실리콘 카바이드, 알루미늄 카바이드, 유리, 및 모래 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 무기 입자는 상기 발열체용 조성물 전체 중량에 대하여 5~ 10중량%로 포함될 수 있다. 상기 무기 입자는 발열층(130) 내에서 일정 간격, 예를 들어 1 ~ 2mm 간격을 유지하는 것이 바람직하다. 상기 무기 입자는 메시(mesh)에 의해 균일한 크기로 걸러진 후 포함되는 것이 바람직하다. 상기 무기 입자의 크기는 발열층(130)의 두께를 고려하여 결정될 수 있다. 상기 무기 입자에 의해 발열층(130)의 기계적 강성이 증대될 수 있다. 발열층(130)에 무거운 것이 올려져 부분적으로 압력이 가해지면 압력을 받는 부분의 두께가 얇아지고 저항이 증가하여 얇아진 부분의 전압이 높아져 화재가 발생할 수 있다. 그러나, 발열층(130)은 발열층(130)의 두께와 동일 유사한 크기의 무기 입자를 포함함으로써 부분적으로 가해지는 압력에 의해 두께가 얇아지는 것을 방지할 수 있다.
또, 상기 발열체용 조성물은 분산제, 계면활성제, 안정제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
봉형 발열체(100)는 발열층(130) 위에 형성되는 코팅층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 코팅층은 발열층(130)의 보호 및 절연을 위한 것으로 부직포나 시트지 등으로 형성되거나, 우레탄이나 에폭시 등의 피복제를 도포하여 형성될 수 있다. 또, 봉형 발열체(100)가 흙, 농약, 물 등에 노출되는 환경에서 안정적으로 사용될 수 있도록 상기 코팅층은 방수층이거나 방수층을 포함할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 봉형 발열체의 제조 방법을 나타낸다.
도 4a를 참조하면, 봉형 지지체(105)의 원주면 위에 베이스층(110)을 형성한다. 봉형 지지체(105)는 봉형상을 가지며, 둥근 목재나 파이프 등으로 형성될 수 있다. 베이스층(110)은 부직포, PET 또는 PE 등의 시트지 등으로 봉형 지지체(110)를 둘러싸도록 형성될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 베이스층(110) 양단부 위에 금속망 전극(120)을 형성한다. 금속망 전극(120)은 베이스층(110)의 양단부를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 금속망 전극(120)은 베이스층(110)에 재봉되어 결합될 수 있다. 금속망 전극(120)은 직물처럼 변형이 용이하기 때문에 곡면을 갖는 베이스층(110)에 안정적으로 부착될 수 있다.
도 4c를 참조하면, 베이스층(110) 위에 금속망 전극(120)과 접촉하는 발열층(130)을 형성한다. 발열층(130)은 발열체용 조성물을 베이스층(110)에 도포하는 것에 의해 형성될 수 있다. 상기 도포에 의해 상기 발열체용 조성물이 금속망 전극(120)의 금속망으로 침투함으로써 발열층(130)은 금속망 전극(120)의 금속망 사이 및 금속망 전극(120) 아래에도 형성될 수 있어 금속망 전극(120)과의 접촉성이 향상될 수 있다.
상기 발열체용 조성물은, 친수성 표면을 갖는 흑연, 전도성 카본블랙, 및 폴리아크릴 에멀젼을 포함할 수 있다. 상기 흑연 및 상기 전도성 카본블랙는 상기 폴리아크릴 에멀젼 내에 분산되어 있다.
상기 흑연은 친수성 표면을 갖기 때문에 상기 폴리아크릴 에멀젼 내에서 균일하게 분산될 수 있다. 이에 의해, 상기 흑연은 발열층(130) 내에 균일하게 분산될 수 있다. 상기 흑연은 상기 발열체용 조성물 전체 중량에 대하여 10 ~ 30중량%로 포함될 수 있다.
상기 전도성 카본블랙은 분말 크기가 100nm 이하의 것이 사용될 수 있다. 상기 전도성 카본블랙은 상기 발열체용 조성물 전체 중량에 대하여 5 ~ 20중량%로 포함될 수 있다.
상기 폴리아크릴 에멀젼은 폴리아크릴 수지를 물에 용해하는 것에 의해 형성될 수 있다. 상기 폴리아크릴 에멀젼은 상기 발열체용 조성물 전체 중량에 대하여 30 ~ 60중량%로 포함될 수 있다.
상기 발열체용 조성물은 무기 입자를 더 포함할 수 있다. 상기 무기 입자는 실리콘 카바이드, 알루미늄 카바이드, 유리, 및 모래 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 무기 입자는 상기 발열체용 조성물 전체 중량에 대하여 5~ 10중량%로 포함될 수 있다.
또, 상기 발열체용 조성물은 분산제, 계면활성제, 안정제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
도면에 도시되지 않았지만, 발열층(130) 위에 코팅층(미도시)을 더 형성할 수 있다. 상기 코팅층은 발열층(130)의 보호 및 절연을 위한 것으로 부직포나 시트지 등으로 형성되거나, 우레탄이나 에폭시 등의 피복제를 도포하여 형성될 수 있다. 또, 봉형 발열체(100)가 흙, 농약, 물 등에 노출되는 환경에서 안정적으로 사용될 수 있도록 상기 코팅층은 방수층으로 형성되거나 방수층을 포함하도록 형성될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대한 구체적인 실시예들을 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관심에서 고려 되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 봉형 발열체 105 : 봉형 지지체
110 : 베이스층 120 : 금속망 전극
130 : 발열층

Claims (10)

  1. 봉형 지지체;
    상기 봉형 지지체를 둘러싸는 베이스층;
    상기 베이스층 위에 배치되는 금속망 전극; 및
    상기 베이스층 위에 상기 금속망 전극과 접촉하도록 배치되는 발열층을 포함하고,
    상기 금속망 전극은 상기 베이스층에 재봉되어 결합된 것을 특징으로 하는 봉형 발열체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속망 전극은 제1 금속사와 제2 금속사를 교차시켜 직물 형태 또는 체망 형태로 짜서 형성된 것을 특징으로 하는 봉형 발열체.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속망 전극은 상기 베이스층의 양단부를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 봉형 발열체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 발열층은 발열체용 조성물을 상기 베이스층에 도포하여 형성되고,
    상기 발열체용 조성물은 친수성 표면을 갖는 흑연, 전도성 카본블랙, 및 폴리아크릴 에멀젼을 포함하는 것을 특징으로 하는 봉형 발열체.
  6. 봉형 지지체를 둘러싸는 베이스층을 형성하는 단계;
    상기 베이스층 위에 금속망 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 베이스층 위에 상기 금속망 전극과 접촉하는 발열층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 금속망 전극은 상기 베이스층에 재봉되어 결합되는 것을 특징으로 하는 봉형 발열체의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속망 전극은 제1 금속사와 제2 금속사를 교차시켜 직물 형태 또는 체망 형태로 짜서 형성된 것을 특징으로 하는 봉형 발열체의 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속망 전극은 상기 베이스층의 양단부를 둘러싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 봉형 발열체의 제조 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 발열층은 발열체용 조성물을 상기 베이스층에 도포하여 형성되고,
    상기 발열체용 조성물은 친수성 표면을 갖는 흑연, 전도성 카본블랙, 및 폴리아크릴 에멀젼을 포함하는 것을 특징으로 하는 봉형 발열체의 제조 방법.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0624152Y2 (ja) * 1987-10-31 1994-06-22 株式会社アスクヒーティング 面状発熱体
KR20020068775A (ko) * 2001-02-22 2002-08-28 삼성전자 주식회사 전자사진 방식 인쇄기의 가열롤러 조립체

Patent Citations (2)

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