KR101698841B1 - 건조 장치 - Google Patents

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Abstract

면상 발열체를 이용한 건조 장치가 개시되다. 본 발명의 일실시예의 건조 장치는 건조대상물을 수용하는 건조공간; 상기 건조공간의 일면에 설치되어 건조공간의 내부를 직접 가열함으로써 건조대상물을 건조시키되, 박판 형상의 면상발열체, 상기 면상발열체의 일측과 타측의 변부에 설치되어 상기 면상발열체에 전기를 인가하는 전극, 및 상기 면상발열체의 앙 면에 씌워지는 절연코팅을 포함하는 면상발열체 모듈을 포함하고, 상기 면상발열체는 발열페이스트 조성물 100 중량부에 대하여 탄소나노튜브 입자 3 내지 6중량부, 탄소나노입자 0.5 내지 30중량부, 혼합 바인더 10 내지 30중량부, 유기 용매 29 내지 83 중량부, 및 분산제 0.5 내지 5중량부를 포함하고, 상기 혼합 바인더는 에폭시 아크릴레이트 , 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지가 혼합되거나 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지가 혼합되는 발열 페이스트 조성물을 포함한다.

Description

건조 장치{Drying device}
본 발명은 면상 발열체를 이용한 건조 장치에 관한 것이다.
본 발명은 건조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건조대상물을 건조시키는 면상발열체에 관한 것이다.
일반적으로 건조장치는 세탁등이 완료된 세탁물을 열풍등을 사용하여 건조시키는 장치이다. 이러한 건조장치는 내부에 건조대상물을 수용하는 드럼과, 상기 드럼에 공기가 순환되는 유로인 공기순환덕트와, 상기 공기순환덕트 내에 공기를 가열하는 히터와, 상기 공기순환덕트 내의 공기를 순환시키는 송풍팬등으로 구성된다.
또한, 이러한 건조장치는 건조기능만을 하는 건조기에 적용될 수도 있으며, 또한, 근래에는 드럼세탁기에 적용되는 추세에 있다.
일반적으로 드럼세탁기는 세제, 세탁수 및 세탁물을 드럼 내에 투입한 상태에서, 모터의 구동력에 의해 드럼을 회전시켜 세탁물을 세탁하는 장치이다. 또한, 내부에 건조장치가 구비되어 세탁이 완료된 세탁물을 드럼내부에서 건조시킬 수 있다.
이하, 종래의 드럼세탁기에 관하여 첨부된 도 1을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 드럼 세탁기의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 상기 드럼 세탁기는 전면에 세탁물 투입구가 형성된 캐비닛(1)과, 상기 캐비닛(1)의 세탁물 투입구에 개폐 가능하게 설치되는 도어(2)와, 상기 캐비닛 내부에 세탁수를 저장하도록 설치되는 터브(10)와, 상기 터브(10) 내에 회전 가능하게 설치되는 드럼(20)과, 상기 터브(10)에 설치되어 상기 드럼(20)에 구동력을 전달하는 모터장치(30)를 포함하여 구성된다.
상기 터브(10)의 상부에는 건조덕트(40)가 설치된다. 이때, 상기 건조덕트(40)에는 열풍을 토출할 수 있도록 송풍팬(42)과 건조히터(44)가 내장된다. 이러한 건조덕트(40)의 일단부는 터브(10)의 내부와 연통되게 설치된다.
또한, 상기 터브(10)에는 건조덕트(40)와 연통되도록 응축덕트(50)가 설치된다. 이때, 상기 응축덕트(50)의 일단부는 터브(10)의 후면 하측과 연통되고, 상기 응축덕트(50)의 타단부는 건조덕트(40)에 연결된다. 이러한 응축덕트(50)에는 공기 중의 습기를 응축시키도록 냉각수를 공급하는 급수기(52)가 설치된다.
따라서, 상기 드럼세탁기의 세탁행정이 종료된 후에 세탁물을 건조시키는 건조행정이 시작된다. 이하, 드럼 세탁기의 건조행정에 관해 설명하기로 한다.
상기 드럼 세탁기의 건조행정이 시작되면, 상기 건조덕트(40)의 건조히터(44)에 전원이 인가된다. 이때, 상기 송풍팬(42)과 건조히터(44)가 가동됨에 따라 상기 송풍팬(42)은 열풍을 송풍시킨다.
이러한 열풍은 건조덕트(40)의 안내에 세탁완료된 세탁물이 있는 상기 드럼(20) 내부로 유입된다.
상기 드럼(20) 내로 공급되는 열풍은 고온건조하므로 세탁물에 함유된 수분을 증발시킨다. 이때, 상기 드럼(20)이 저속으로 회전되면서 세탁물을 교반시켜줌으로써, 상기 세탁물의 건조를 돕는다.
이렇게 증발된 수분은 공기에 포함된 상태로 응축덕트(50)를 통해 배출된다. 이때, 상기 응축덕트(50)의 급수기(52)에서 물을 분사함으로써, 공기 중의 습기가 응축되어 제거된다. 이렇게 건조된 공기는 다시 건조덕트(40)에 유입된다.
이러한 일련의 과정을 반복적으로 수행하면서 세탁물을 건조시킨다.
그러나, 상기와 같은 종래의 드럼세탁기는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 히터로써 열풍을 생성하고, 생성된 열풍을 드럼내에 불어넣어 세탁물을 간접적으로 건조시키는 구조이기 때문에 열효율이 떨어지며 세탁물 전체에 걸쳐 균일한 건조가 이루어지기 힘든 문제점이 있다.
둘째, 세탁물이 균일한 건조가 되지 않음으로 인해, 세탁물의 건조시간이 상대적으로 장시간 소요되며, 세탁물의 특정부분이 과열될 경우 세탁물이 손상될 수 있는 문제점이 있다.
셋째, 열풍의 생성 및 공급되는 유로를 추가적으로 구성해야 하기 때문에 그 생산단가가 높아지며, 구조가 복잡해지게 되는 문제점이 있다.
한편, 근래에는 옷장에 열풍을 생성 및 순환할 수 있는 구조를 부가하여, 의복등을 항상 건조한 상태로 보관할 수 있으며, 더불어 빨래등의 건조대상물을 옷걸이에 걸어서 건조시킬 수 있는 옷장형 건조장치가 제작되고 있다.
도 2 는 상기와 같은 일반적인 옷장형 건조장치의 일 예이다.
상기 옷장형 건조장치(5)는 의복을 옷걸이 등에 걸어서 수용할 수 있는 거치공간(11)과, 상기 거치공간(11)의 후면과 저면에 내부공기를 순환시키는 공기유동덕트(41)가 구비된다.
또한, 상기 공기유동덕트(41)의 내부에는 순환하는 공기를 가열하여 그 온도를 높이는 히터(45)가 구비되며, 상기 공기유동덕트(41)의 일측에는 순환하는 공기에 함유된 수분을 응축시키기 위하여 열 교환을 목적으로 외부공기가 유동되는 응축덕트(51)가 구비된다. 그리고, 옷장내의 공기를 순환시키기 위한 송풍팬(46)이 구비된다.
이러한 옷장형 건조장치(5)는 의복 또는 빨래등의 건조대상물을 옷걸이에 걸어 상기 거치공간에 거치한 후에, 상기 히터(45) 및 송풍팬(46)을 작동시킨다.
그러면, 거치공간(11)의 내부의 습한 공기가 공기유동덕트(41)를 거치면서 히터(45)에 의해 가열되고, 응축덕트(51)에 의해 함유하고 있던 습기가 제거된 후, 다시 거치공간(11)으로 순환되게 되어 상기 거치공간(11) 내부에 걸려있는 의복등의 건조대상물을 건조시키게 된다.
그러나, 이러한 옷장형 건조장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 거치공간의 후면 및 하면에 공기의 순환을 위한 공기유동덕트가 설치됨으로써, 옷장형 건조장치의 부피가 커지게 되고, 때문에 일정한 부피를 유지하기 위해서는 옷장형 건조장치의 거치공간의 용적이 희생되어야 하는 문제점이 있다.
둘째, 상기 공기의 순환 및 가열과 응축을 위한 공기유동덕트 및 히터와 응축덕트가 구비되어야 하기 때문에, 구조가 복잡하며 제조단가가 상승하는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 세탁물을 균일하게 건조시키며 열효율이 뛰어나고 구조가 간단한 면상발열체를 이용한 건조 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 건조 장치는 면상 발열체를 이용한 건조 장치가 개시되다. 본 발명의 일실시예의 건조 장치는 건조대상물을 수용하는 건조공간; 상기 건조공간의 일면에 설치되어 건조공간의 내부를 직접 가열함으로써 건조대상물을 건조시키되, 박판 형상의 면상발열체, 상기 면상발열체의 일측과 타측의 변부에 설치되어 상기 면상발열체에 전기를 인가하는 전극, 및 상기 면상발열체의 앙 면에 씌워지는 절연코팅을 포함하는 면상발열체 모듈을 포함하고, 상기 면상발열체는 발열페이스트 조성물 100 중량부에 대하여 탄소나노튜브 입자 3 내지 6중량부, 탄소나노입자 0.5 내지 30중량부, 혼합 바인더 10 내지 30중량부, 유기 용매 29 내지 83 중량부, 및 분산제 0.5 내지 5중량부를 포함하고, 상기 혼합 바인더는 에폭시 아크릴레이트 , 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지가 혼합되거나 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지가 혼합되는 발열 페이스트 조성물을 포함한다.
상기 건조 장치는 상기 면상발열체와 절연코팅의 사이에 전자파를 차단하는 전자파 차단소재를 더 포함한다.
상기 건조 공간은 의류를 걸어두는 옷장일 수 있다.
상기 건조 공간은 드럼일 수 있고, 상기 드럼의 양 단 둘레에 설치되고, 상기 드럼의 외부둘레를 감싸도록 설치되며, 면상발열체의 양 전극과 연결되는 전도성 재질의 림(Rim)과 상기 림에 미끄럼 가능하게 접촉되어 상기 드럼의 움직임에 상관없이 항상 림에 접촉되어 전원을 공급하는 연결부를 포함한다.
상기 혼합 바인더는 에폭시 아크릴레이트 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 100 중량부에 대하여 폴리비닐 아세탈 수지 10 내지 150 중량부, 페놀계수지 100 내지 500 중량부가 혼합될 수 있다.
상기 혼합 바인더는 에폭시 아크릴레이트 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 100 중량부에 대하여 폴리비닐 아세탈 수지 10 내지 150 중량부, 페놀계수지 100 내지 500 중량부가 혼합될 수 있다.
상기 면상 발열체 매트는 발열 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여 실란 커플링제 0.5 내지 5 중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 탄소나노튜브입자는 다중벽 탄소나노튜브 입자일 수 있다.
상기 유기 용매는 카비톨 아세테이트, 부틸 카비톨 아세테이트, DBE(dibasic ester), 에틸카비톨, 에틸카비톨아세테이트, 디프로필렌글리콜메틸에테르, 셀로솔브아세테이트, 부틸셀로솔브아세테이트, 부탄올 및 옥탄올 중에서 선택되는 2 이상의 혼합 용매일 수 있다.
상기 발열 페이스트 조성물을 기판상에 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄 또는 콤마코팅하여 형성될 수 있다.
상기 기판은 폴리이미드 기판, 유리섬유 매트 또는 세라믹 유리일 수 있다.
상기 면상 발열체 상부면에 코팅되는 것으로, 실리카 또는 카본븍랙과 같은 흑색 안료를 구비하는 유기물로 형성되는 보호층을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 면상 발열체는 고온에서도 내열성을 유지할 수 있어, 건조 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 면상발열체가 드럼 내부의 건조대상물에 대류에 의한 간접적인 열 전달이 아닌 직접적인 열 복사에 의해 열을 전달하므로 열 전달의 효율이 높아 에너지의 절약 효과가 있다.
또한, 면상 발열체를 사용함으로써, 설정온도에 이르는 시간이 2분 이내로 단축됨으로써, 종래보다 건조시간이 단축되는 효과가 있다.
또한, 탄소는 온도가 올라가면 원적외선을 다량으로 방사하는 특성이 있으므로, 건조공간 내부의 건조대상물의 온도를 골고루 높여주고 사용자의 건강에도 유익한 효과가 있다.
또한, 상기와 같이 열 전달의 효율이 높고 균일한 건조가 가능하기 때문에 종래보다 낮은 온도로서 저온건조가 가능하기 때문에 과도한 열에 의한 건조대상물의 손상이 방지되는 효과가 있다.
또한, 면상 발열체를 사용함으로써, 설정온도에 도달하는 시간이 빠르며, 설계된 한도 이상으로 발열하지 않으므로, 이상 고온에 따른 화재의 위험이 없으며, 부분파손에도 누전이나 감전의 위험이 없는 효과가 있다.
또한, 열풍의 송풍 경로가 생략되므로, 그 구조가 간단하여 제조단가가 절감되고, 컴팩트한 형태의 제품 제조가 가능한 효과가 있다.
또한, 상기 옷장형 건조장치에 본 발명의 면상발열체가 적용된 예의 경우, 열풍을 송풍하기 위한 덕트 및 팬이 구비되지 않아도 되기 때문에, 옷장 내부에 옷을 거치할 수 있는 용적이 늘어나고, 제품의 크기가 작아질 수 있는 효과가 있다.
또한, 열풍 송풍을 위한 팬이 구비되지 않아도 되므로 소음이 줄어드는 효과가 있다.
도 1은 종래 드럼 세탁기의 구성을 나타낸 구성도,
도 2 는 종래의 일반적인 옷장형 건조장치의 구성도,
도 3은 본 발명의 면상발열체를 이용한 건조장치의 면상발열체를 분해하여 도시한 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 면상발열체를 이용한 건조장치의 면상발열체중 탄소 발열체의 상면을 도시한 상면도,
도 5는 본 발명에 따른 발열 페이스트 조성물을 이용하여 제작한 면상 발열체 시편의 이미지,
도 6은 실시예 및 비교예에 따라 제조된 면상 발열체 샘플들의 발열안정성 시험 모습의 이미지,
도 7는 본 발명의 면상발열체를 이용한 건조장치가 드럼에 설치된 상태를 도시한 사시도,
도 8은 도 9의 요부를 도시한 도면, 그리고,
도 9 은 본 발명의 면상발열체를 이용한 건조장치의 다른 실시예를 도시한 사시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 면상발열체를 이용한 건조장치의 면상 발열체 모듈을 분해하여 도시한 분해 사시도 이고, 도 4는 본 발명의 면상 발열체를 이용한 건조장치의 면상발열체 모듈중 면상발열체의 상면을 도시한 도면이다.
이러한 면상발열체 모듈(140)은 박판형상의 면상발열체(141)와, 상기 면상 발열체(141)에 전기를 인가하는 전극(142)과, 상기 면상발열체(141)의 양 면과 외부를 절연시키는 절연재(143)로 이루어진다.
좀 더 자세히 설명하면, 상기 면상발열체 모듈(140)은 탄소의 전기저항에 의한 발열현상을 이용하여 복사열을 가하는 것으로써, 얇은 박판형상의 면상 발열체(141)가 준비된다.
이러한 면상 발열체(141)는 그 가공성이 우수하여 적용되는 곳의 사용조건 또는 전기 조건에 맞추어 여러가지 형상으로 제작될 수 있다.
그리고, 상기 면상 발열체(141)의 일변부와 이에 마주보는 타변부에는 상기 면상 발열체(141)에 전기를 인가하는 전극(142)이 설치되어 있다.
또한, 상기 면상 발열체(141)의 양면은 외부와의 절연을 위하여 절연재(143)로 코팅이 이루어진다. 여기서, 상기 절연재(143)는 열 전도율과 절연성이 우수한 PET 또는 PVC등의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 면상 발열체(141)와 절연재(143)의 사이에는 전자파를 차단할 수 있는 전자파 차단소재(144)가 각각 위치되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 전자파 차단소재(144)는 널리 공지되어 있는 것이므로, 본 발명의 상세한 설명에서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
또한, 상기 면상 발열체(141)는 인가되는 전압에 따라 일정한 온도로 발열하고, 일정온도 이상으로 가열되면 원적외선이 방사되며, 설계된 온도 이상은 발열하지 않는 특성이 있다.
상기 면상 발열체(141)는 후막 형성용 발열 페이스트 조성물(이하, 발열 페스트 조성물)을 기판 상에 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄(내지 롤투롤 그라비아 인쇄) 또는 콤마코팅(내지 롤투롤 콤마코팅)하여 형성될 수 있다.
먼저, 발열 페이스트 조성물에 대해 살펴보면, 구체적으로 발열 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여 탄소나노튜브 입자 3 내지 6중량부, 탄소나노입자 0.5 내지 30 중량부, 혼합 바인더 10 내지 30 중량부, 유기 용매 29 내지 83 중량부 및 분산제 0.5 내지 5 중량부를 포함한다.
상기 탄소나노튜브 입자는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 또는 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 예컨대 상기 탄소나노튜브 입자는 다중벽 탄소나노튜브(multi wall carbon nanotube)일 수 있다. 상기 탄소나노튜브 입자가 다중벽 탄소나노튜브일 때, 직경은 5nm 내지 30nm 일 수 있고, 길이는 3㎛ 내지 40㎛일 수 있다.
상기 탄소나노입자는 예컨대 그라파이트 나노입자일 수 있으며, 직경은 1㎛ 내지 25㎛일 수 있다.
혼합 바인더는 발열 페이스트 조성물이 300℃ 가량의 온도 범위에서도 내열성을 가질 수 있도록 하는 기능을 하는 것으로, 에폭시 아크릴레이트(Epocy acrylate) 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트(Hexamethylene diisocyanate), 폴리비닐 아세탈(Polyvinyl acetal) 및 페놀계 수지(Phenol resin)가 혼합된 형태를 갖는다. 예컨대 상기 혼합 바인더는 에폭시 아크릴레이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지가 혼합된 형태일 수 있고, 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지가 혼합된 형태일 수도 있다. 본 발명에서는 혼합 바인더의 내열성을 높임으로써, 300℃ 가량의 고온으로 발열시키는 경우에도 물질의 저항 변화나 도막의 파손이 없다는 장점을 갖는다.
여기에서 페놀계 수지는 폐놀 및 페놀 유도체를 포함하는 페놀계 화합물을 의미한다. 예컨대 상기 페놀 유도체는 p-크레졸(p-Cresol), o-구아야콜(o-Guaiacol), 크레오졸(Creosol), 카테콜(Catechol), 3-메톡시-1,2-벤젠디올(3-methoxy-1,2-Benzenediol), 호모카테콜(Homocatechol), 비닐구아야콜(vinylguaiacol), 시링콜(Syringol), 이소-유제놀(Iso-eugenol), 메톡시 유제놀(Methoxyeugenol), o-크레졸(o-Cresol), 3-메틸-1,2-벤젠디올(3-methoxy-1,2-Benzenediol), (z)-2-메톡시-4-(1-프로페닐)-페놀((z)-2-methoxy-4-(1-propenyl)-Phenol), 2,.6-디에톡시-4-(2-프로페닐)-페놀(2,6-dimethoxy-4-(2-propenyl)-Phenol), 3,4-디메톡시-페놀(3,4-dimethoxy-Phenol), 4-에틸-1,3-벤젠디올(4ethyl-1,3-Benzenediol), 레졸 페놀(Resole phenol), 4-메틸-1,2-벤젠디올(4-methyl-1,2-Benzenediol), 1,2,4-벤젠트리올(1,2,4-Benzenetriol), 2-메톡시-6-메틸페놀(2-Methoxy-6-methylphenol), 2-메톡시-4-비닐페놀(2-Methoxy-4-vinylphenol) 또는4-에틸-2-메톡시-페놀(4-ethyl-2-methoxy-Phenol) 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 혼합 바인더의 혼합 비율은 에폭시 아크릴레이트 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 100 중량부에 대하여 폴리비닐 아세탈수지 10 내지 150 중량부, 페놀계 수지 100 내지 500 중량부의 비율일 수 있다. 페놀계 수지의 함량이 100 중량부 이하인 경우 발열 페이스트 조성물의 내열 특성이 저하되며, 500 중량부를 초과하는 경우에는 유연성이 저하되는 문제가 있다(취성 증가).
유기 용매는 상기 전도성 입자 및 혼합 바인더를 분산시키기 위한 것으로, 카비톨 아세테이트(Carbitol acetate), 부틸 카비톨 아세테이트(Butyl carbotol acetate), DBE(dibasic ester), 에틸카비톨(Ethyl Carbitol), 에틸카비톨아세테이트, 디프로필렌글리콜메틸에테르(dipropylene glycol methyl ether), 셀로솔브아세테이트(Cellosolve acetate), 부틸셀로솔브아세테이트, 부탄올(Butanol) 및 옥탄올(Octanol) 중에서 선택되는 2 이상의 혼합 용매일 수 있다.
한편, 분산을 위한 공정은 통상적으로 사용되는 다양한 방법들이 적용될 수 있으며, 예를 들면 초음파처리(Ultra-sonication), 롤밀(Roll mill), 비드밀(Bead mill) 또는 볼밀(Ball mill) 과정을 통해 이루어질 수 있다.
분산제는 상기 분산을 보다 원활하게 하기 위한 것으로, BYK류와 같이 당업계에서 이용되는 통상의 분산제, Triton X-100과 같은 양쪽성 계면활성제, SDS등과 가은 이온성 계면활성제를 이용할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 발열 페이스트 조성물은 발열 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여 실란 커플링제 0.5 내지 5 중량부를 더 포함할 수 있다.
실란커플링제는 발열 페이스트 조성물의 배합시에 수지들간에 접착력을 증진시키는 접착증진제 기능을 한다. 실란 커플링제는 에폭시 함유 실란 또는 머켑토 함유 실란일 수 있다. 이러한 실란 커플링제의 예로는 에폭시가 함유된 것으로 2-(3,4 에폭시 사이클로헥실)-에틸트리메톡시실란, 3-글리시독시트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란이 있고, 아민기가 함유된 것으로 N-2(아미노에틸)3-아미토프로필메틸디메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실, 3-트리에톡시실리-N-(1,2-디메틸뷰틸리덴)프로필아민, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란이 있으며, 머켑토가 함유된 것으로 3-머켑토프로필메틸디메톡시실란, 3-머켑토프로필트리에톡시실란, 이소시아네이트가 함유된 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란 등이 있으며, 상기 나열한 것으로 한정되지 않는다.
여기에서 상기 기판은 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 플리이미드, 셀룰로스 에스텔, 나일론, 폴리프로필렌, 폴리아크릴로린트릴, 폴리술폰, 폴리에스테르술폰, 폴리비닐리덴플롤라이드, 유리, 유리섬유(매트), 세라믹, SUS, 구리 또는 알루미늄 기판 등이 사용될 수 있으며, 상기 나열된 것들로 한정되는 것은 아니다. 상기 기판은 발열체의 응용 분야나 사용온도에 따라 적절히 선택될 수 있다.
면상 발열체는 상기 기판 상에 본 발명의 실시예들에 따른 발열 페이스트 조성물을 스크린 인쇄 또는 그라비아 인쇄를 통해 원하는 패턴으로 인쇄하고, 건조 및 경화한 후에, 상부에 은 페이스트 또는 도전성 페이스트를 인쇄 및 건조/경화 시킴으로써 전극을 형성함으로써 형성될 수 있다. 또는 은 페이스트 또는 도전성 페이스트를 인쇄 및 건조/경화한 후에 상부에 본 발명의 실시예들에 따른 발열 페이스트 조성물을 스크린 인쇄 또는 그라비아 인쇄함으로써 형성하는 것도 가능하다.
한편, 상기 면상 발열체는 상부면에 코팅되는 보호층을 더 포함할 수 있다. 상기 보호층은 실리카(SiO₂)로 형성될 수 있다. 보호층이 실리카로 형성되는 경우에는 발열면에 코팅되더라도 발열체가 유연성을 유지할 수 있는 장점을 갖는다.
시험예
(1) 실시예 및 비교예의 준비
하기 [표1]과 같이 실시예(3종류) 및 비교예(3종류)를 준비하였다. [표 1]에 표기된 조성비는 중량%로 기재된 것임을 밝혀둔다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
CNT 입자 4 5 6 4 5 6
CNP 입자 8 9 15 - - -
혼합 바인더 20 15 22 - - -
에틸셀룰로오스 - - - 10 12 14
유기용매 63 67 52 82 79 76
분산제(BYK) 5 4 5 4 4 4
실시예들의 경우 CNT 입자와, CNP 입자(실시예 1 내지 3)를 [표 1]의 조성에 따라 카비톨아세테이트 용매에 첨가하고 BYK 분산제를 첨가한 후, 60분간 초음파 처리를 통해 분산액 A를 제조하였다. 이후, 혼합 바인더를 카비톨아세테이트 용매에 첨가한 후 기계적 교반을 통해 마스터 배치를 제조하였다. 다음으로 상기 분산액 A 및 마스터배치를 기계적 교반을 통해 1차 혼련한 후에 3-롤-밀 과정을 거쳐 2차 혼련함으로써 발열 페이스트 조성물을 제조하였다.
비교예들의 경우 CNT 입자를 [표 1]의 조성에 따라 카비톨아세테이트 용매에 첨가하고 BYK 분산제를 첨가한 후, 60분간 초음파 처리를 통해 분산액을 제조하였다. 이후, 에틸셀룰로오스를 카비톨아세테이트 용매에 첨가한 후 기계적 교반을 통해 마스터 배치를 제조하였다. 다음으로 상기 분산액 B 및 마스터배치를 기계적 교반을 통해 1차 혼련한 후에 3-롤-밀 과정을 거쳐 2차 혼련함으로써 발열페이스트 조성물을 제조하였다.
(2) 면상 발열체 특성 평가
실시예 및 비교예에 따른 발열 페이스트 조성물을 10×10cm 크기로 폴리이미드 기판 위에 스크린 인쇄하고 경화한 후에, 상부 양단에는 은 페이스트 전극을 인쇄하고 경화하여 면상 발열체 샘플을 제조하였다.
관련하여 도 5는 본 발명에 따른 발열 페이스트 조성물을 이용하여 제작한 면상 발열체 시편의 이미지이다. 도 5(a)는 폴리이미드 기판 위에 발열 페이스트 조성물이 스크린 인쇄되어 형성된 면상 발열체이다. 도 5(b)는 유리섬유 매트 위에 발열 페이스트 조성물이 스크린 인쇄되어 형성된 면상 발열체이다. 도 5(c) 및 도 5(d)는 도 5(a)의 면상 발열체 상부에 보호층을 코팅한 경우의 이미지이다.(도 5(c)는 검은색 보호층 코팅, 도 5(d)는 녹색 보호층 코팅).
도 5(a)에 나타난 것과 같은 면상 발열체 샘플(실시예) 및 상기 비교예에 따라 제조된 면상 발열체 샘플들의 비저항을 측정하였다 인가되는 전압/전류는 표2에 표기됨). 또한, 인가되는 전압/전류에 따른 승온 효과를 확인하기 위해 상기 실시예 및 비교예에 해당하는 면상 발열체를 각각 40℃, 100℃ 및 200℃까지 승온시키고, 상기 온도에 도달하였을 때의 DC 전압 및 전류를 측정하였다.
또한, 각 샘플들에 대하여 200℃에서의 발열안정성을 테스트하였다. 관련하여, 도 6에서는 실시예 및 비교예에 따라 제조된 면상 발열체 샘플들의 발열안정성 시험 모습의 이미지를 나타내었으며, 시험결과는 하기 [표 2]에 정리하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
비저항(×10ˇ²Ωcm 1.9 2.55 2.96 9.73 8.52 6.23
40℃ 도달 DC 구동 전압/전류 5V/0.2A 6V/0.2A 7V/0.2A 20V/0.3A 16V/0.2A 12V/0.2A
100℃ 도달 DC 구동 전압/전류 9V/0.5A 12V/0.4A 14V/0.5A 48V/0.7A 40V/0.7A 26V/0.6A
200℃ 도달 DC 구동 전압/전류 20V/0.6A 24V/0.7A 24V/1.0A - - -
발열안정성(day) 20일 이상 20일 이상 20일 이상 불량 불량 불량
상기 [표 2]를 참조하며, 비저항은 실시예들에 해당하는 면상 발열체가 비교예들에 해당하는 면상 발열체보다 작게 측정되었으며, 이에 따라 각 온도 에 도달하기 위해 필요한 구동 전압/전류 역시 실시예들에 해당하는 면상 발열체가 비교예들에 해당하는 면상 발열체보다 작게 측정되었다. 즉 실시예들에 해당하는 면상 발열체가 비교예보다 저전압 및 저전력으로 구동 가능함을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1 내지 3에 따른 면상 발열체에서는 200℃의 발열 구동하에서도 20일간 안정성이 유지되는 것으로 나타나는 반면에(별도의 보호층 없음), 비교예 1 내지 3에서는 200℃의 발열 구동시 2시간 이내에 면상 발열체 표면이 부풀어 오르는 불량 현상이 관찰되었다. 즉 실시예들에 해당하는 면상 발열체가 비교예보다 200℃이상의 고온에서도 안정적으로 구동 가능함을 확인할 수 있었다.
도 7는 본 발명의 면상발열체를 이용한 건조장치가 드럼에 설치된 상태를 도시한 도면이다.
상기와 같은 면상발열체 모듈(140)은 드럼세탁기 또는 드럼타입 건조장치의 드럼(120)에 설치되는것이 바람직한데, 이 때, 상기 면상발열체 모듈(140)은 드럼(120) 내부의 건조대상물에 직접적으로 복사열을 가할 수 있도록 상기 드럼(120)의 내측 표면에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 면상발열체 모듈(140)은 드럼(120)에 형성된 통공(124)에 대응되도록 상기 통공(124)과 같은 위치에 천공(145)이 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 드럼(120)은 계속 회전을 하는 부품이므로, 상기 드럼(120)이 회전을 하면서도 전기적 접촉을 잃지 않도록 해야 한다.
따라서, 건조대상물을 수용하는 드럼(120)의 양 단 둘레에 설치되며 면상발열체(140)의 양 전극(142)과 연결되는 전도성의 성질을 가진 원형의 금속림(Rim:122)과, 상기 금속림(122)에 접촉하여 전원을 인가하는 연결부(130)가 구비된다.
여기서, 상기 금속림(122)은 상기 드럼과 일체로 결합되어 드럼의 회전에 따라 같이 회전되며, 상기 금속림(122)은 상기 드럼(120)의 내부면에 설치된 면상발열체(140)의 양 전극(142)과 전기적으로 연결되어 있다.
또한, 상기 연결부(130)는 상기 면상발열체(140)의 양 전극(142)과 전기적으로 연결되어야 하는데, 상기 드럼(120)이 건조과정에서 회전운동과, 상/하로 유동하므로, 상기 연결부(130)는 상기 드럼(120)의 회전 또는 상/하 유동에 관계없이 상기 면상발열체(140)의 양 전극(142)과의 전기적 접촉을 잃지 말아야 한다.
그런데, 상기 면상발열체(140)의 양 전극(142)은 상기 드럼(120)의 양단부에 구비된 금속림(122)과 연결되어 있으므로, 상기 연결부(130)는 금속림(122)과 전기적 접촉을 이룬다.
따라서, 본 발명의 면상발열체를 이용한 건조장치의 일 실시예에 따른 연결부는 도 8 에 도시된 바와같이 이루어지는것이 바람직하다.
상기 연결부(130)는 전원부(미도시)에 연결되는 고정부(132)와, 금속림(122)에 접촉되는 접촉부(134)로 이루어진다.
이 때, 상기 접촉부(134)는 고정부(132)에 대하여 상/하로 탄성적으로 회동이 가능하며, 상기 금속림(122)에 대하여 미끄럼 접촉이 가능한 것이 바람직하다.
또한, 상기 접촉부(134)에 탄성력을 더해주기 위하여 일단이 상기 접촉부(134)에 결합되고 타단이 상기 고정부(132)에 연결되는 스프링(136)이 더 설치되는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 연결부(130)의 접촉부(134)가 상기 금속림(122)에 대해 미끄러지고, 상기 고정부(132)에 대하여 상/하로 탄성적 회동이 가능하므로, 상기 드럼(120)이 회전하거나, 또는 드럼(120)에 상/하 유동이 발생하여도 상기 접촉부(134)는 금속림(122)에 항상 접촉되어 전기적 접촉을 잃지 않는다.
이 때, 상기 연결부(130)의 고정부(132)와 접촉부(134)는 일체로 절곡되어 형성될 수도 있고, 고정부(132)와 접촉부(134)가 회동가능하도록 그 연결부위가 힌지결합될 수도 있다.
또한, 상기 연결부(130)는 전기가 통할 수 있도록 전도성 물질로 제작되거나 그 내부에 전기가 통하는 통로가 구비되는 것은 물론이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 면상발열체를 이용한 건조장치의 일 실시예의 작용은 다음과 같다.
건조행정이 시작되면 상기 드럼(120)이 저속으로 회전하면서 연결부(130)에 전기가 공급된다. 이 때, 상기 연결부(130)의 접촉부(134)가 상기 금속림(122)에 미끄럼 접촉되어 있고, 상기 금속림(122)과 상기 면상발열체(140)의 양 전극(142)은 전기적으로 연결되어 있으므로, 상기 연결부(130)에 공급된 전기는 상기 금속림(122)을 통하여 면상발열체(140)에 통전되게 된다.
따라서, 전기가 통전된 면상발열체 모듈(140) 내의 면상발열체(141)에서 발생된 열이 복사에 의해 드럼(120) 내부의 건조대상물을 가열하여 건조가 이루어지게 된다.
이 때, 상기 드럼(120)이 회전되므로, 내부의 건조대상물이 교반되어 더욱 균일한 건조가 이루어질 수 있도록 한다.
전술한 실시예는 면상발열체를 이용한 면상발열체 모듈을 드럼세탁기 또는 드럼타입 건조장치에 적용한 예 이지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 옷을 걸어 보관하는 옷장형태의 건조공간에도 상기 면상발열체를 적용 할 수 있다.
이하, 본 발명의 면상발열체를 이용한 건조장치의 다른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명 하기로 한다.
도 9 은 본 발명의 면상발열체를 이용한 건조장치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
먼저, 옷 또는 건조대상물을 옷걸이 등에 걸어서 보관할 수 있도록 내부에 건조공간(210)을 갖는 옷장(200)이 구비된다.
그리고, 상기 옷장(200)의 내부벽면에 면상발열체 모듈(140)이 설치된다. 이 때, 상기 면상발열체 모듈(140)은 전술한 실시예와 동일하게 면상발열체(141)를 이용한 것임이 바람직하며, 상기 옷장(200)의 내부의 일측 벽면에만 구비될 수도 있고, 옷장(200) 내부의 각 벽면에 각각 구비될 수도 있다.
또한, 상기 각 면상발열체 모듈(140)의 각 전극은 옷장(200) 본체의 전원부 또는 인가되는 전기를 제어하는 제어부에 연결된다.
상기와 같은, 본 발명의 면상발열체를 이용한 건조장치의 다른 실시예의 작용은 다음과 같다.
먼저, 옷장(200) 내부의 건조공간(210)에 세탁물등의 건조대상물(213)이 옷걸이(211) 등이 걸쳐진 상태로 옷장(200) 내부에 가로질러 설치된 바아(212)에 거치되게 된다.
건조대상물(213)의 거치가 완료되면 상기 옷장(200) 내부에 설치된 면상발열체(140)에 전기가 인가되어 면상발열체(141)가 발열하게 된다.
따라서, 상기 면상발열체(141)에서 발생된 열이 건조대상물(213)에 복사되어 건조대상물(213)의 습기가 증발하고 건조된다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였다. 그러나 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 기술의 구체적 적용에 따른 단순한 설계변경, 일부 구성요소의 생략, 단순한 용도의 변경 등의 형태로 본 발명을 다양하게 변형할 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함됨은 자명하다.
100; 썸프 하우징 110; 주몸체
111; 파이프 112; 수용 공간
120; 보조 몸체 121; 파이프
122; 모터 123; 캠판
124; 마이크로 스위치 125; 디스크
126; 통공 130; 면상 발열체
131; 절연체 132; 전극 패턴
133; 발열 패턴 140; 출구 몸체
141; 출구 150; 펌프하우징
151 : 제1몸체 153 : 제2몸체

Claims (11)

  1. 건조대상물을 수용하는 건조공간;
    상기 건조공간의 일면에 설치되어 건조공간의 내부를 직접 가열함으로써 건조대상물을 건조시키되,
    박판 형상의 면상발열체, 상기 면상발열체의 일측과 타측의 변부에 설치되어 상기 면상발열체에 전기를 인가하는 전극, 및 상기 면상발열체의 앙 면에 씌워지는 절연코팅을 포함하는 면상발열체 모듈을 포함하고,
    상기 면상 발열체는 발열 페이스트 조성물을 포함하고,
    상기 발열 페이스트 조성물 100 중량부는 탄소나노튜브 입자 3 내지 6중량부, 탄소나노입자 0.5 내지 30중량부, 혼합 바인더 10 내지 30중량부, 유기 용매 29 내지 83 중량부, 및 분산제 0.5 내지 5중량부를 포함하고,
    상기 혼합 바인더는 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지가 혼합되고, 상기 헥사메틸렌 디이소시아네이트 100 중량부에 대하여 페놀계수지 100 내지 500 중량부가 혼합되는 것을 특징으로 하는 건조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 면상발열체와 절연코팅의 사이에 전자파를 차단하는 전자파 차단소재를 더 포함하는 건조장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 건조공간은 의류를 걸어두는 옷장인 건조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 건조 공간은 드럼이고,
    상기 드럼의 양 단 둘레에 설치되고, 상기 드럼의 외부둘레를 감싸도록 설치되며, 면상발열체의 양 전극과 연결되는 전도성 재질의 림(Rim)과
    상기 림에 미끄럼 가능하게 접촉되어 상기 드럼의 움직임에 상관없이 항상 림에 접촉되어 전원을 공급하는 연결부를 포함하는 건조 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 혼합 바인더는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 100 중량부에 대하여 폴리비닐 아세탈 수지 10 내지 150 중량부가 더 혼합되는 건조 장치.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    발열 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여 실란 커플링제 0.5 내지 5 중량부를 더 포함하는 건조 장치.
  7. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브입자는 다중벽 탄소나노튜브 입자인 건조 장치.
  8. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 유기 용매는 카비톨 아세테이트, 부틸 카비톨 아세테이트, DBE(dibasic ester), 에틸카비톨, 에틸카비톨아세테이트, 디프로필렌글리콜메틸에테르, 셀로솔브아세테이트, 부틸셀로솔브아세테이트, 부탄올 및 옥탄올 중에서 선택되는 2 이상의 혼합 용매인 건조 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 면상 발열체는
    상기 발열 페이스트 조성물을 기판상에 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄 또는 콤마코팅하여 형성되는 건조 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기판은 폴리이미드 기판 또는 유리섬유 매트인 건조 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 면상 발열체 상부면에 코팅되는 것으로, 실리카로 형성되는 보호층을 더 포함하는 건조 장치.

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