KR101708644B1 - 난연성 전자파 차폐 전열시트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 난연성과 방수성이 우수함은 물론이고, 발열선의 전류방향을 상호 교차하는 병렬로 배선하여 자기장을 상쇄시키고, 아울러 전기장을 접지로 유도하여 차폐함으로써 전기안전성을 극대화하고 전자파로 인한 피해를 최소화할 수 있는 전열시트를 개시한다.
이러한 전열시트는 두께가 얇고 가요성과 유연성 및 난연성이 우수할 뿐만 아니라 자기장이 1.3 [m/G] 이하이고, 전기장이 3 [V/m] 이하인 양호한 전자파 차폐효과를 얻을 수 있다.
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Description
본 발명은 난연성 전자파 차폐 전열시트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 난연성과 방수성이 우수하여 전기안전성을 극대화할 뿐만 아니라 자기장을 상쇄시키고, 전기장을 접지로 유도하여 차폐하여 전자파 피해를 최소화할 수 있는 전열시트에 관한 것이다.
일반적으로 전류가 도선에 흐르면 전계파와 자계파에 의해 인체에 악영향을 미치는 전자기파가 발생한다. 특히 온열매트, 전기담요, 전기장판, 전기침대, 전기방석, 전기찜질기 등과 같이 전기에너지를 열에너지로 전환하고 인체에 직접 접촉시켜 사용하는 각종 전열기기는 전자기파로 인한 위험성이 매우 클 수밖에 없다.
이러한 전열기기는 대개 면상의 상부 및 하부 절연복사체 사이에 전기저항을 갖는 선상의 발열체 및 도전체를 배선하여 평활성 및 내구성이 좋고, 발열체의 전도열에 의해 열을 발산하는 이른바 전열시트를 내장하고 있다.
여기서, 절연복사체로 PE, PP, PET, PVC, 폴리우레탄 등과 같은 절연성 수지필름을 사용할 경우 라미네이트 가공을 통해 방습성을 확보할 수 있고, 직물을 사용할 경우에는 가요성 및 유연성을 확보할 수 있다.
그리고 발열체로 니크롬, 동, 니켈 합금 및 알루미늄 등의 금속 소재를 사용할 경우 발열체 주위만 국부적으로 발열이 일어나 온도 편차가 심하고, 과부하 등으로 인한 과열 시 물성이 변화되는 데다 단락에 의한 화재 위험성이 크고, 카본블랙을 사용할 경우 바인더의 이상적인 배합과 적정기준을 충족해야 하고 페인팅 및 프린팅 공정으로 제조하는 특성상 두께의 균일성 및 크기의 제약이 많기 때문에 전기효율이 높고 전자파의 발생이 비교적 적은 카본발열선(carbon thread)을 주로 사용하고 있다.
최근에는 전열시트의 전자파를 차폐하기 위해 전자파 차폐 필름을 여러 층으로 덧대거나 인체에 접촉되는 표면을 금속사를 직조하여 만든 직물로 형성한 구조가 제안된 바 있다.
예컨대, 대한민국 등록특허 제10-1576545호에 게시된 '전자파 차폐 필름을 이용한 발열 매트'는 전원부에서 공급되는 전원에 의해 발열되는 하나 이상의 실버 발열선이 인쇄되는 기판과, 상기 기판의 상면 및 하면에 적층되어 상기 실버 발열선을 보호하고 전자파를 차폐하는 TPU(Thermoplastic polyurethane)필름과, 상기 TPU필름의 상부에 각각 적층되는 전도성 원단과, 상기 각각의 전도성 원단의 상부에 적층되어 상기 발열선에서 발생되는 전자파를 차폐하는 TPU 전자파 차폐 필름 및 상기 각각의 TPU 전자파 차폐 필름의 상부에 적층되는 퍼멀로이로 이루어져 있다.
그런데 이는 기판의 상하면에 여러 개의 필름과 원단을 다층으로 부착하는 구조이기 때문에 전체의 두께가 지나치게 두꺼워져서 사용과 취급 및 보관이 불편한 한계가 있다.
한편, 통상의 직물 타입의 전열시트는 생산성을 향상시키기 위해 하나의 형태를 연속적으로 반복 배열한 후 절단기나 가위 등을 이용하여 특정 용도에 적합한 크기로 절연시트와 도전체 및 카본발열선을 동시에 재단하는데 이때, 여러 개의 가느다란 섬유가 다발 형태로 꼬여서 형성된 카본발열선의 형태적 특성상 그 절단된 단부에 보푸라기가 일어나면서 절연시트들 사이로 삐져나와 전류가 누설될 수 있을 뿐만 아니라 장기간 사용하다 보면 도전체의 접착제가 자연스럽게 경화되면서 카본발열선과 결속력이 떨어짐으로 인해 카본발열선이 도전체와 분리되어 자유로이 유동하면서 접촉저항이 증가하고, 결과적으로 전력 손실은 물론 화재 등의 전기 안전사고를 초래하는 안전상의 문제점이 있다.
이에 본 발명자는 상술한 제반 사항을 종합적으로 고려하여 기존의 전열시트가 지닌 한계 및 문제점의 해결에 역점을 두어 두께가 얇고 가요성과 유연성 및 난연성이 우수하면서도 자기장을 상쇄 및 전기장을 효과적으로 차폐함은 물론이고, 온도 편차 없이 발열이 균일하게 일어나는 효과를 도모할 수 있는 새로운 전열시트를 개발하고자 각고의 노력을 기울여 부단히 연구하던 중 그 결과로써 본 발명을 창안하게 되었다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 두께가 얇고 가요성과 유연성 및 난연성이 우수하면서 자기장을 상쇄 및 전기장을 효과적으로 차폐할 수 있도록 하는 절연시트를 제공하는 데 있는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 발열이 균일하게 일어날 수 있도록 하는 절연시트를 제공하는 데 있는 것이다.
여기서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 이상에서 언급한 기술적 과제 및 목적으로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제 및 목적들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 기술적 과제의 해결 및 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 양태에 따른 구체적 수단은, 일정한 너비를 갖는 상부절연시트와, 상기 상부절연시트의 하면에 부합된 하부절연시트와, 상기 상부 및 하부절연시트의 사이에 일정 간격을 두고 나란하게 복수로 배선된 음극 및 양극카본발열선과, 상기 음극카본사발열선들의 일단을 전기적으로 연결하도록 상기 상부절연시트의 하면에 부착되고, 전원의 음극과 접속되는 음극도전테이프와, 상기 음극카본발열선들의 타단을 전기적으로 연결하도록 상기 상부절연시트의 하면에 부착된 상부도전테이프와, 상기 양극카본발열선들의 일단을 전기적으로 연결하도록 상기 하부절연시트의 상면에 부착되고, 전원의 양극과 접속되는 양극도전테이프와, 상기 양극카본발열선들의 타단을 전기적으로 연결하도록 상기 하부절연시트의 상면에 부착된 하부도전테이프와, 상기 상부절연시트의 상면에 부합하되, 외부에 접지되는 도전성 소재가 일정 간격으로 배열 형성된 차폐시트와, 상기 상부절연시트와 상기 하부절연시트 사이에 도포되어 그 부합 상태와 상기 음극 및 양극카본발열선들의 배열 상태를 유지시키며, 상기 상부절연시트와 상기 차폐시트 사이에 도포되어 그 부합 상태를 유지시키는 난연점착제와, 상기 상부절연시트의 일단과, 상기 음극카본발열선의 일단 및 상기 음극도전테이프의 외측 단부를 함께 포개어 접은 상태를 유지시키는 제1재봉선과, 상기 하부절연시트의 일단과, 상기 양극카본발열선의 일단 및 상기 양극도전테이프의 외측 단부를 함께 포개어 접은 상태를 유지시키는 제2재봉선 및 상기 상부 및 하부절연시트의 타단과, 상기 음극 및 양극카본발열선의 타단과, 상기 상부 및 하부도전테이프의 외측 단부를 함께 포개어 접은 상태를 유지시키는 제3재봉선을 포함하는 것을 특징으로 하는 전열시트를 제시한다.
이로써 두께가 얇고 가요성과 유연성 및 난연성이 우수할 뿐만 아니라 자기장을 상쇄 및 전기장을 접지로 유도하여 전자파 차폐효과가 우수한 전열시트를 구현할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 양태로, 상기 제1재봉선과 상기 제2재봉선의 사이에 절연필름이 부착됨으로써 제1 및 제2재봉선의 재봉구멍을 통해 극성이 다른 음극 및 양극카본발열선의 단부 끼리 접촉되어 전류가 누설되는 것을 차단하여 쇼트 현상이나 스파크, 합선을 완벽하게 방지할 수 있고, 이로 인해 음극 및 양극카본발열선 각각의 저항값이 균일하게 분포되어 발열 온도가 부분적으로 편차를 보이거나 부분 과열에 따른 열변형 및 열손상을 예방할 수 있다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시 양태로, 상기 상부 및 하부절연시트의 일단과, 상기 음극 및 양극카본발열선의 일단과, 상기 음극 및 양극도전테이프의 외측 단부를 각각 포개어 접은 상태로 감싸는 제1절연테이프 및 상기 상부 및 하부절연시트의 타단과, 상기 음극 및 양극카본발열선의 타단과, 상기 상부 및 하부도전테이프의 외측 단부를 함께 포개어 접은 상태로 감싸는 제2절연테이프를 더 포함하여 구성됨으로써 음극 및 양극카본발열선과 음극 및 양극도전테이프의 전기적인 접속상태를 견고하고 안정적으로 유지하면서 상부 및 하부절연시트의 틈새를 통해 내부로 습기나 수분이 스며드는 것을 완벽하게 방지할 수 있다.
여기서, 상기 음극 및 양극도전테이프와 상기 상부 및 하부도전테이프는, 그 각각의 일면에 도전점착제가 코팅될 수 있고, 이는 아크릴 공중합체(Acrylic copolymer) 40~50중량부와; 에틸 아세테이트(Ethyl acetate) 20~30중량부와; 아세톤(Acetone) 10~20중량부와; 톨루엔(Tolune) 20~30중량부가 함유된 주제 100phr에 대하여 이소시아네이트(Isocyanate) 0.2~10phr를 혼합하여 이루어진 것을 채택하여 적용할 수 있다.
또한, 상기 난연점착제로는, 부틸아크릴레이트 모노머(butyl acrylate monomer) 25~35중량%; 메틸메타아크릴레이트 모노머(methyl metacrylate monomer) 10~20중량%; 비닐아세트산 모노머(vinyl acetate monomer) 5~15중량%; 2-에틸헥실아크릴레이트 모노머(2-ethyl hexylacrylate monomer) 10~20중량%; 메탄올(methanol) 20~30중량%; 실리콘 시드 3~7 중량%로 이루어진 것을 채택하여 적용함으로써 난연성을 크게 향상시킬 수 있다.
상기와 같은 기술적 과제의 해결과 목적을 달성하기 위한 수단 및 구성을 갖춘 본 발명의 실시 양태는, 두께가 얇고 가요성과 유연성 및 난연성이 우수할 뿐만 아니라 자기장이 1.3 [m/G] 이하이고, 전기장이 3 [V/m] 이하인 양호한 전자파 차폐효과를 얻을 수 있다.
따라서 휴대 및 보관에 따른 사용의 편의성의 향상은 물론 화재 및 전기안전성을 크게 높이고, 전자파로 인한 피해를 최소화하는 효과가 있다.
또한, 상부 및 하부절연시트의 한쪽 끝 부분과, 음극 및 양극카본발열선들의 한쪽 끝 부분 그리고 음극 및 양극도전테이프의 외측 가장자리를 함께 포개어 접은 채로 재봉한 후, 그 사이에 절연필름을 부착하고 제1절연테이프로 봉합함으로써 음극 및 양극카본발열선들과 음극 및 양극도전테이프의 전기적인 접속상태를 견고하고 안정적으로 유지함은 물론이고, 극성이 다른 음극 및 양극카본발열선들의 단부 끼리 서로 접촉되면서 전류가 누설되는 것을 차단하여 쇼트 현상이나 스파크, 합선 등을 완벽하게 방지할 수 있을 뿐만 아니라 상부 및 하부절연시트의 틈새를 통해 내부로 습기나 수분이 스며드는 것을 완벽하게 방지할 수 있다.
여기서, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전열시트의 양쪽 단부(가장자리)를 포개어 접히지 않은 상태로 일부를 분해하여 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전열시트를 과장하여 나타낸 국부 확대 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전열시트 중 차폐시트를 제외하고 과장하여 나타낸 국부 확대 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전열시트 중 차폐시트를 제외하고 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전열시트를 과장하여 나타낸 국부 확대 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전열시트 중 차폐시트를 제외하고 과장하여 나타낸 국부 확대 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전열시트 중 차폐시트를 제외하고 개략적으로 나타낸 평면도이다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
이에 앞서, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석하여야 함을 명시한다.
또한, 본 발명과 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
여기서, 첨부된 도면들은 기술의 구성 및 작용에 대한 설명과 이해의 편의 및 명확성을 위해 일부분을 과장하거나 간략화하여 도시한 것으로, 각 구성요소가 실제의 크기와 정확하게 일치하는 것은 아님을 밝힌다.
아울러 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 전열시트(S)는 크게 상부 및 하부절연시트(1)(2), 음극 및 양극카본발열선(3)(4), 음극 및 양극도전테이프(5)(6), 상부 및 하부도전테이프(7)(8), 차폐시트(10), 난연점착제(9)(11), 제1 내지 제3재봉선(12)(13)(14), 절연필름(15), 제1 및 제2절연테이프(16)(17)를 포함하여 구성된다.
상부 및 하부절연시트(1)(2)는 일정한 폭과 길이의 너비와 가요성을 가지며 두께가 얇은 천이나 필름 등의 절연복사체로 각각 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상부 및 하부절연시트(1)(2)로는 음극 및 양극카본발열선(3)(4), 음극 및 양극도전테이프(5)(6), 상부 및 하부도전테이프(7)(8)를 외부와 전기적으로 절연시키는 절연성과 음극 및 양극카본발열선(3)(4)에서 발생하는 고온의 열을 안정적으로 견딜 수 있는 내열성 등이 우수한 유리섬유, 합성섬유, 천연섬유, 합성피혁, 천연 피혁, PE, PET 등과 같은 직물이나 고분자 필름으로 이루어지고, 열압착 가공 시 융해되지 않고 일정 온도 범위 내에서 형태 안정성을 유지하는 특성이 있는 전기절연체로 형성될 수 있다.
여기서, 상부 및 하부절연시트(1)(2)는 각각 위사와 경사를 면상으로 직조함과 동시에 일정한 간격을 두고 나란하게 복수로 음극 및 양극카본발열선(3)(4)을 일체로 배선하여 형성할 수도 있다.
음극 및 양극카본발열선(3)(4)은 상부 및 하부절연시트(1)(2)의 사이에 일정한 간격을 두고 나란하게 복수로 배선되어 있다.
여기서, 음극 및 양극카본발열선(3)(4)들은 서로 간의 간격을 약 8~15cm 정도로 균일하게 배열함으로써 발열이 고르게 이루어지고, 서로 반대방향으로 전류가 흐르도록 함으로써 자기장을 상쇄시키는 효과를 자연스럽게 얻을 수 있다.
또한, 음극 및 양극카본발열선(3)(4)으로는 외부 전원이 인가되면 자체 저항에 의해 고온의 열을 발생하고, 고유저항이 일정하면서 신축성이 있고 내구성이 우수하여 산화현상이 일어나지 않는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 음극 및 양극카본발열선(3)(4)으로는 목화나 자작나무 등의 천연소재를 3000℃ 이상으로 소성하여 나노 크기의 입자로 뽑아낸 나노카본섬유사를 채용할 수 있고, 또는 폴리에스테르 실 또는 면사에 도전성 카본블랙(Carbon Black)을 특수한 공법으로 점착시킨 미세한 굵기의 카본섬유 다발을 하나의 군으로 하여 형성할 수도 있다.
그리고 상부 및 하부절연시트(1)(2)의 사이에는 난연점착제(9)를 도포하고 열압착롤러 등을 이용한 가열 및 가압하는 과정을 통해 서로 맞대어 견고하게 부착할 수 있다.
음극도전테이프(5)는 음극카본사발열선(3)들의 한쪽 끝 부분과 직렬회로적으로 접속되도록 상부절연시트(1)의 하면 한쪽 끝 부분에 부착되어 있고, 음극카본사발열선(3)들에 음극 전류를 공급하도록 별도의 전선(N)에 의해 전원의 음극과 접속되어 있다.
즉, 음극도전테이프(5)는 음극카본사발열선(3)들의 한쪽 끝 부분과 직교하도록 배치 및 확실하게 접속되어 음극 전류를 안정적으로 공급하며, 아울러 음극카본사발열선(3)들의 길이가 길거나 배선된 전체 넓이가 넓어지더라도 실제 전원이 공급되는 곳의 저항값은 일정하게 유지시켜 전압강하가 전혀 일어나지 않고 전류 분포가 균일해지므로 국부적인 가열이나 저온현상을 방지할 수 있다.
여기서, 음극도전테이프(5)는 음극카본사발열선(3)들에 음극 전류를 공급하는 전원공급라인의 기능 및 역할을 하므로 일정한 폭과 길이를 가지며 두께가 0.045mm ± 0.005mm이고 표면저항(Ω/sq)이 105 이하인 구리 박판(foil), 니켈 박판, 티타늄 박판 등과 같은 도전성이 우수한 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
양극도전테이프(6)는 양극카본사발열선(4)들의 한쪽 끝 부분과 직렬회로적으로 접속되도록 하부절연시트(2)의 상면 한쪽 끝 부분에 부착되어 있고, 양극카본사발열선(4)들에 양극 전류를 공급하도록 별도의 전선(P)에 의해 전원의 양극과 접속되어 있다.
즉, 양극도전테이프(6)는 양극카본사발열선(4)들의 한쪽 끝 부분과 직교하도록 배치 및 확실하게 접속되어 양극 전류를 안정적으로 공급하며, 아울러 양극카본사발열선(4)들의 길이가 길거나 배선된 전체 넓이가 넓어지더라도 실제 전원이 공급되는 곳의 저항값은 일정하게 유지시켜 전압강하가 전혀 일어나지 않고 전류 분포가 균일해지므로 국부적인 가열이나 저온현상을 방지할 수 있다.
여기서, 양극도전테이프(6)는 양극카본사발열선(4)들에 음극 전류를 공급하는 전원공급라인의 기능 및 역할을 하므로 일정한 폭과 길이를 가지며 두께가 0.045mm ± 0.005mm이고 표면저항(Ω/sq)이 105 이하인 구리 박판(foil), 니켈 박판, 티타늄 박판 등과 같은 도전성이 우수한 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
상부도전테이프(7)는 음극카본사발열선(3)들의 다른 쪽 끝 부분을 전기적으로 서로 연결하도록 상부절연시트의 하면 다른 쪽 끝 부분에 부착되어 있다.
하부도전테이프(8)는 양극카본사발열선(4)들의 다른 쪽 끝 부분을 전기적으로 서로 연결하도록 하부절연시트의 상면 다른 쪽 끝 부분에 부착되어 있다.
한편, 음극 및 양극도전테이프(5)(6)와 상부 및 하부도전테이프(7)(8) 각각의 일면에는 도전점착제가 코팅되어 있다.
즉, 도전점착제는 음극 및 양극카본발열선(3)(4)들의 양단과, 음극 및 양극도전테이프(5)(6) 그리고 상부 및 하부도전테이프(7)(8)의 부착 상태를 견고하게 유지시키면서 각각의 전기적인 접속 상태가 안정적으로 유지되도록 도전성을 부여하여 음극 및 양극도전테이프(5)(6)에 전원이 인가되면 서로 통전 상태가 원활하게 이루어짐과 동시에 음극 및 양극카본발열선(3)(4)들의 발열 작용이 더욱 수월하고 안정적으로 이루어지도록 유도한다.
여기서, 도전점착제로는 100~150℃ 정도의 열이 가해지면 용융되며, 가공 후 40~60℃ 사이에서 24~48시간 정도 건조하면 완전히 경화되지 않는 겔 상태를 유지하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
즉, 도전점착제로는 구부리거나 접을 때 필요한 가요성과 유연성, 편안한 착용감이나 안락감 등을 안정적으로 유지하면서 견고한 접합력을 발휘하는 성질이 있으며, 이와 더불어 휘발성분, 반응잔류물 등의 기포를 유발시키는 성분이 충분히 제거된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 아크릴 공중합체(Acrylic copolymer) 40~50중량부와, 에틸 아세테이트(Ethyl acetate) 20~30중량부와, 아세톤(Acetone) 10~20중량부와, 톨루엔(Tolune) 20~30중량부가 함유된 주제 100phr에 대하여 이소시아네이트(Isocyanate) 0.2~10phr를 혼합하고 가교 처리한 도전점착제를 채택하여 적용함으로써 자연스럽게 접거나 구부리는 등 사용에 따른 가요성과 유연성 및 전기적 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 일정량의 가교제와, 미크론 크기의 분말 형태로 이루어진 Ag, Cu, Al, Ni 중 어느 하나 또는 둘 이상을 일정량 균일하게 혼합하여 -35℃ 내지 95℃ 범위에서 점착력을 유지하도록 함으로써 음극 및 양극카본발열선(3)(4)들과, 음극 및 양극도전테이프(5)(6) 그리고 상부 및 하부도전테이프(7)(8)의 전기적인 접속 상태가 한층 더 안정적으로 이루어질 뿐만 아니라 음극 및 양극카본발열선(3)(4)들의 발열 과정에서 열변형으로 인한 음극 및 양극도전테이프(5)(6) 그리고 상부 및 하부도전테이프(7)(8)와의 부착 상태가 손상 및 약해지는 것을 방지할 수 있다.
차폐시트(10)는 전기장을 차폐하도록 상부절연시트(1)의 상면에 서로 맞대어 부착되어 있고, 별도의 접지선(E)을 통해 콘센트나 온도조절기(20) 등의 외부에 접지되는 도전성 소재(10a)가 구비되어 있다.
여기서, 차폐시트(10)는 고온의 열을 받아도 쉽게 녹지 않도록 후가공으로 열처리를 하여 180℃에서도 견딜 수 있고, 아울러 뒤틀림 변형이나 수축이 일어나지 않으면서 부드러운 감촉이 있는 폴리계열의 원사(예를 들면, 폴리에스테르 장섬유 연신가공사)로 이루어진 위사와 경사로 직조함과 동시에 은, 구리, 텅스텐, 니켈 따위의 금속사로 이루어진 도전성 소재(10a)를 일정한 간격을 두고 직조하여 형성함으로써 가요성과 유연성 및 형태 안정성이 우수한 하나의 시트 형태로 형성할 수 있다.
이외에 폴리계열의 원사로 직조한 시트 위에 금속사로 이루어진 도전성 소재(10a)를 일정한 간격으로 배열하여 코팅하거나 또는 도전성 실리콘 페이스트 등의 도전성 페이스트를 폴리계열의 원사로 직조한 시트 위에 일정 두께로 도포하여 형성할 수도 있다.
난연점착제(9)(11)는 상부절연시트(1)와 하부절연시트(2)가 견고하게 부합되고, 그 사이에 음극 및 양극카본발열선(3)(4)들이 안정적으로 배열된 상태를 유지시키기 위해 일정한 두께로 도포되어 있고, 아울러 상부절연시트(1)와 차폐시트(10)가 서로 견고하게 부착되도록 상부절연시트(1)와 차폐시트(10)의 사이에 일정한 두께로 도포되어 있다.
여기서, 난연점착제(9)(11)로는 난연성이 우수하면서 45 내지 47(%)의 경도와 7000~8000(cps/25℃)의 점도를 갖는 투명한 점성액으로 이루어진 아크릴산 에스테르 공중합체 수지(acrylic ester copolymer resin)를 사용하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 부틸아크릴레이트 모노머(butyl acrylate monomer) 25~35중량%와, 메틸메타아크릴레이트 모노머(methyl metacrylate monomer) 10~20중량%와, 비닐아세트산 모노머(vinyl acetate monomer) 5~15중량%와, 2-에틸헥실아크릴레이트 모노머(2-ethyl hexylacrylate monomer) 10~20중량%와, 메탄올(methanol) 20~30중량%와, 실리콘 시드(seed) 3~7 중량%를 혼합하여 고형분이 55 내지 65%이고, 입자의 크기는 200 나노미터 내지 400 나노미터로 중합안정성이 우수하며, 점도가 7000 내지 8000 cps로 이루어진 난연점착제(9)(11)를 채용함으로써 난연성이 우수함은 물론 친환경적이면서도 내후성, 내열성이 우수하여 고온, 고습 조건에서도 응집력을 높게 유지할 수 있을 뿐만 아니라 더욱 효과적으로 접거나 구부리는 등 사용에 따른 가요성과 유연성을 확보할 수 있다.
또한, 난연점착제(9)(11)의 배합비는 부틸아크릴레이트 모노머(butyl acrylate monomer) 30중량%와, 메틸메타아크릴레이트 모노머(methyl metacrylate monomer) 15중량%와, 비닐아세트산 모노머(vinyl acetate monomer) 10중량%와, 2-에틸헥실아크릴레이트 모노머(2-ethyl hexylacrylate monomer) 15중량%와, 메탄올(methanol) 25중량%와, 실리콘 시드 5 중량%로 이루어지는 것이 가장 바람직하다.
여기서, 부틸아크릴레이트 모노머는 알킬기의 탄소수가 2~14개일 수 있는데, 1개 미만인 경우에는 전체 조성물의 응집력이 떨어지고, 14개를 초과하는 경우에는 너무 유연해져 점착 물성이 떨어지므로 바람직하지 않다.
아울러 난연점착제(9)(11) 전체 중량을 기준으로 25 내지 35중량%로 함유될 수 있는데, 25중량% 미만으로 포함되는 경우에는 초기 점착력을 확보할 수 없고, 35중량%를 초과하여 포함되는 경우에는 피착물에 대한 전사가 크게 발생하므로 바람직하지 않다.
그리고 메틸메타아크릴레이트 모노머는 난연점착제(9)(11) 전체 중량을 기준으로 10 내지 20중량%로 함유될 수 있는데, 10중량% 미만으로 포함되는 경우에는 필요 이상으로 견고해져 초기 점착력 떨어지고, 20중량%를 초과하여 포함되는 경우에는 필요 이상으로 유연해져 점착 물성이 저하되므로 바람직하지 않다.
그리고 비닐아세트산 모노머는 난연점착제(9)(11) 전체 중량을 기준으로 5 내지 15중량%로 함유될 수 있는데, 5중량% 미만으로 포함되는 경우에는 너무 유연해져 충분한 점착 물성을 확보할 수 없고, 15중량%를 초과하여 포함되는 경우에는 과도하게 견고해져 현저한 점착력 저하가 발생하므로 바람직하지 않다.
그리고 2-에틸헥실아크릴레이트 모노머는 알킬기의 탄소수가 2~14개일 수 있는데, 1개 미만인 경우에는 전체 조성물의 응집력이 떨어지고, 14개를 초과하는 경우에는 너무 유연해져 점착 물성이 떨어지므로 바람직하지 않다.
아울러 난연점착제(9)(11) 전체 중량을 기준으로 10 내지 20중량%로 함유될 수 있는데, 10중량% 미만으로 포함되는 경우에는 초기 점착력을 확보할 수 없고, 20중량%를 초과하여 포함되는 경우에는 피착물에 대한 전사가 크게 발생하므로 바람직하지 않다.
그리고 메탄올은 난연점착제(9)(11) 전체 중량을 기준으로 20 내지 30중량%로 함유될 수 있는데, 20중량% 미만으로 포함되는 경우에는 수축 현상 등의 기계적 안정성 및 화학적 안정성을 확보할 수 없고, 30중량%를 초과하여 포함되는 경우에는 초임계 분해로 인해 유동성이 증가하므로 바람직하지 않다.
그리고 실리콘 시드는 분자량이 500,000 이하일 수 있고, 입자크기가 50 나노미터 내지 200 나노미터일 수 있다. 실리콘 시드의 분자량이 500,000를 초과하는 경우에는 아크릴계 단량체들과의 공중합을 위한 상용성이 나빠지므로 바람직하지 않고, 입자크기가 50 나노미터 미만인 경우에는 제조가 어렵고, 200 나노미터를 초과하는 경우에는 최종 중합되는 에멀젼 수지의 크기가 커져서 안정성이 저하되는 현상이 발생하므로 바람직하지 않으며, 또 함량이 3 중량% 미만인 경우에는 우수한 점착력과 유지력이라는 소망하는 효과를 얻을 수 없는 반면, 7 중량%를 초과하는 경우에는 상용성이 나빠질 뿐만 아니라 난연점착제(9)(11) 층과 피착물 즉, 상부절연시트(1)와 차폐시트(10)의 계면 사이에 물질이 집중되어 피착물에 대한 전사가 일어나며, 시간 경과에 따른 점착력 증가효과가 부족하여 바람직하지 않다.
제1재봉선(12)은 상부절연시트(1)의 한쪽 끝 부분과, 음극카본발열선(3)들의 한쪽 끝 부분 및 음극도전테이프(5)의 외측 가장자리를 포개어 접은 상태를 유지시키도록 재봉하여 형성되어 있다.
즉, 제1재봉선(12)은 음극카본발열선(3)들과 음극도전테이프(5)의 전기적 접속 상태를 한층 더 강화하고 전기물리적 특성을 양호하게 변화시켜 음극카본발열선(3)들을 통해 전류가 누설되는 것을 효과적으로 차단하는 기능 및 역할을 수행한다.
제2재봉선(13)은 하부절연시트(2)의 한쪽 끝 부분과, 양극카본발열선(4)들의 한쪽 끝 부분 및 양극도전테이프(6)의 외측 가장자리를 포개어 접은 상태를 유지시키도록 재봉하여 형성되어 있다.
즉, 제2재봉선(13)은 양극카본발열선(4)들과 양극도전테이프(6)의 전기적 접속 상태를 한층 더 강화하고 전기물리적 특성을 양호하게 변화시켜 양극카본발열선(4)들을 통해 전류가 누설되는 것을 효과적으로 차단하는 기능 및 역할을 수행한다.
제3재봉선(14)은 상부 및 하부절연시트(1)(2)의 다른 쪽 끝 부분과, 음극 및 양극카본발열선(3)(4)들의 다른 쪽 끝 부분 및 상부 및 하부도전테이프(7)(8)의 외측 가장자리를 함께 포개어 접은 상태를 유지시키도록 재봉하여 형성되어 있다.
즉, 제3재봉선(14)은 음극 및 양극카본발열선(3)(4)들과 상부 및 하부도전테이프(7)(8)의 전기적 접속 상태를 한층 더 강화하고 전기물리적 특성을 양호하게 변화시켜 음극 및 양극카본발열선(3)(4)들을 통해 전류가 누설되는 것을 효과적으로 차단하는 기능 및 역할을 수행한다.
절연필름(15)은 음극카본발열선(3)들과 양극카본발열선(4)들 간의 절연을 위해 제1재봉선(12)과 제2재봉선(13)의 사이에 부착되어 있다.
즉, 절연필름(15)은 제1재봉선(12) 및 제2재봉선(13)을 형성하기 위해 재봉하는 과정에서 만들어지는 그 각각의 재봉구멍을 통해 전류가 누설되는 것을 완벽하게 차단하는 기능 및 역할을 수행한다.
제1절연테이프(16)는 상부 및 하부절연시트(1)(2)의 한쪽 끝 부분과, 음극 및 양극카본발열선(3)(4)들의 한쪽 끝 부분 그리고 음극 및 양극도전테이프(5)(6)의 외측 가장자리를 각각 포개어 접은 상태로 감싸서 폐쇄하도록 부착되어 있다.
즉, 제1 및 제2재봉선(12)(13)을 재봉하여 상부 및 하부절연시트(1)(2)의 한쪽 끝 부분과, 음극 및 양극카본발열선(3)(4)들의 한쪽 끝 부분 그리고 음극 및 양극도전테이프(5)(6)의 외측 가장자리를 함께 포개어 접은 상태로 1차 결속한 후, 그 전체를 제1절연테이프(16)로 감싸듯이 부착하여 마감 처리함으로써 그 틈새를 통해 습기나 수분이 내부로 스며드는 것을 완벽하게 방지할 수 있다.
제2절연테이프(17)는 상부 및 하부절연시트(1)(2)의 다른 쪽 끝 부분과, 음극 및 양극카본발열선(3)(4)들의 다른 쪽 끝 부분 그리고 상부 및 하부도전테이프(7)(8)의 외측 단부를 함께 포개어 접은 상태로 감싸서 폐쇄하도록 부착되어 있다.
즉, 제3재봉선(14)를 제봉하여 상부 및 하부절연시트(1)(2)의 다른 쪽 끝 부분과, 음극 및 양극카본발열선(3)(4)들의 다른 쪽 끝 부분 그리고 상부 및 하부도전테이프(7)(8)의 외측 단부를 함께 포개어 접은 상태로 1차 결속한 후, 그 전체를 제2절연테이프(17)로 감싸듯이 부착하여 마감 처리함으로써 그 틈새를 통해 습기나 수분이 내부로 스며드는 것을 완벽하게 방지할 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 전열시트(S)는 온도조절기(20)와 온도센서(21) 및 바이메탈(22)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
온도조절기(20)는 음극 및 양극카본발열선(3)(4)들의 발열 온도를 조절하는 기능 및 역할을 하도록 구비되어 있다.
즉, 온도조절기(20)는 음극 및 양극카본발열선(3)(4)들의 온도를 검출하여 사용자가 설정한 온도를 유지 및 희망하는 온도 값으로 조절하기 위한 제어를 실행한다.
온도센서(21)는 온도조절기(20)에 전기적으로 연결되어 음극 및 양극카본발열선(3)(4)들의 온도 변화에 따라 개폐되면서 그 전원공급을 제어하는 기능 및 역할을 하도록 구비되어 있다.
즉, 온도센서(21)는 안전기준을 충족하는 기준 값으로 제어 온도를 설정한 상태로 제공되어 감지 및 검출된 온도와 그 설정온도를 비교하여 감지온도가 설정온도보다 낮을 경우 음극 및 양극카본발열선(3)(4)들로 전원을 인가시키고, 이와 반대로 설정온도보다 높을 경우 음극 및 양극카본발열선(3)(4)들에 인가되는 전원을 차단하는 일련의 과정을 반복적으로 수행하여 지정 온도를 유지시킨다.
바이메탈(22)은 온도조절기(20)에 전기적으로 연결되어 음극 및 양극카본발열선(3)(4)들의 과열 시 전류를 자동으로 차단하는 기능 및 역할을 하며, 이상발열을 감지하여 과열 시 즉, 용단 온도 예를 들어 95℃에 도달하면 끊어져 전류를 차단하며 한번 동작 후 재사용하기 위해 조정할 수 없는 비복귀형으로 구비될 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 전열시트(S)는 음극 및 양극카본발열선(3)(4)들이 전류방향을 상호 교차하는 병렬로 배선되어 있으므로 서로 반대방향으로 전류가 흘려 자기장을 상쇄시킬 수 있고, 아울러 차폐시트(10)가 플러그의 접지선을 통해 온도조절기 또는 콘센트 등의 외부와 접지되어 있으므로 전기장이 차폐시트의 도전성 소재(10a)의 내부를 흐르다가 상쇄 기능으로 소멸되거나 접지로 자연스럽게 방출될 수 있다.
그리고 음극 및 양극카본발열선(3)(4)들의 양단이 음극 및 양극도전테이프(5)(6), 상부 및 하부도전테이프(7)(8)에 의해 안정적으로 접속된 상태로 상부절연시트(1)와 하부절연시트(2) 사이에 견고하게 부착되어 있기 때문에 사용 중에 음극 및 양극카본발열선(3)(4)들이 유동되거나 합선되는 것을 방지할 수 있음은 물론 전류의 흐름을 균일하게 개선할 수 있다.
또한, 상부절연시트(1)의 한쪽 끝 부분과, 음극카본발열선(3)들의 한쪽 끝 부분 그리고 음극도전테이프(5)의 외측 가장자리를 함께 포개어 접은 상태로 제1재봉선(12)에 의해 결속되어 있고, 하부절연시트(2)의 한쪽 끝 부분과, 양극카본발열선(4)들의 한쪽 끝 부분을 그리고 양극도전테이프(6)의 외측 가장자리를 함께 포개어 접은 상태로 제2재봉선(13)에 의해 결속되어 있으며, 이와 더불어 상부 및 하부절연시트(1)(2)의 다른 쪽 끝 부분과, 음극 및 양극카본발열선(3)(4)들의 다른 쪽 끝 부분 그리고 상부 및 하부도전테이프(7)(8)의 외측 가장자리를 함께 포개어 접은 상태로 제3재봉선(14)에 의해 결속되어 있기 때문에 상호 간의 접속력이 한층 강화되고 전기·물리적 특성이 양호하게 변화되어 음극 및 양극카본발열선(3)(4)들의 양쪽 끝 부분을 통해 전류가 누설되는 것을 차단할 수 있다.
게다가 음극 및 양극카본발열선(3)(4)들의 저항값이 음극 및 양극도전테이프(5)(6)와 상부 및 하부도전테이프(7)(8)를 통해 편차 없이 균일하게 분포되므로 발열이 정상적으로 작동하여 발열 온도가 부분적으로 편차를 보이거나 부분 과열로 인한 열변형 및 열손상을 예방할 수 있는 등 작동 시 전기적 안전성과 사용상의 효율성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 전열시트(S)에서 발생하는 전기장(Electric Field)과 자기장(Magnetic Field)을 한국기계전기전자시험연구원에 시험 의뢰하여 측정하였다. 이때, 전자기장환경(EMF) 인체노출과 관련된 가전제품 및 유사기기의 전자기장 시험방법 기준(EMF KTC 2002: 2013)에 의거하여(주파수범위 : 5Hz~2kHz, 측정거리 0cm) 측정하였다. 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.
표 1에서 보이는 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 전열시트(S)에서 발생하는 자기장의 최대 측정치는 1.272 [m/G]이고, 전기장의 최대 측정치는 2.981 [V/m]이므로 자기장의 시험기준인 2 [m/G] 이하와 전기장의 시험기준인 10 [V/m] 이하를 훨씬 상회하여 전자파 차폐효과가 매우 우수한 것임을 알 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 안에서 예시되지 않은 여러 가지 변형과 응용이 가능함은 물론 구성요소의 치환 및 균등한 타 실시 예로 변경할 수도 있다.
이를테면, 침대시트, 보료, 변좌, 레저용이나 방한용 발열 의류, 장갑, 신발 그리고 건축용이나 산업용 난방 또는 가열장치, 농수산물용 건조장치, 도로나 주차장의 결빙 방지장치 등을 비롯하여 이불, 방석, 매트, 카펫, 자동차 시트, 커튼 및 의류 등과 같이 편안한 착용감과 안락감 및 안전성을 요구하는 다양한 생활용품 혹은 의료용품 등 여러 산업분야에서 폭넓게 적용하여 사용할 수도 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백하다.
그러므로 본 발명의 특징에 대한 변형과 응용에 관계된 내용은 본 발명의 기술사상 및 범위 내에 포함되는 것으로 해석하여야 할 것이다.
1: 상부절연시트 2: 하부절연시트
3: 음극카본발열선 4: 양극카본발열선
5: 음극도전테이프 6: 양극도전테이프
7: 상부도전테이프 8: 하부도전테이프
9: 난연점착제 10: 차폐시트
11: 난연점착제 12: 제1재봉선
13: 제2재봉선 14: 제3재봉선
15: 절연필름 16: 제1절연테이프
17: 제2절연테이프 20: 온도조절기
21: 온도센서 22: 바이메탈
3: 음극카본발열선 4: 양극카본발열선
5: 음극도전테이프 6: 양극도전테이프
7: 상부도전테이프 8: 하부도전테이프
9: 난연점착제 10: 차폐시트
11: 난연점착제 12: 제1재봉선
13: 제2재봉선 14: 제3재봉선
15: 절연필름 16: 제1절연테이프
17: 제2절연테이프 20: 온도조절기
21: 온도센서 22: 바이메탈
Claims (4)
- 일정한 너비를 갖는 상부절연시트;
상기 상부절연시트의 하면에 부합된 하부절연시트;
상기 상부 및 하부절연시트의 사이에 일정한 간격을 두고 나란하게 복수로 배열된 음극 및 양극카본발열선;
상기 음극카본발열선들의 일단과 전기적으로 연결되도록 상기 상부절연시트의 하면 일측에 부착되고, 전원의 음극과 접속되는 음극도전테이프;
상기 양극카본발열선들의 일단과 전기적으로 연결되도록 상기 하부절연시트의 상면 일측에 부착되고, 전원의 양극과 접속되는 양극도전테이프;
상기 음극카본발열선들의 타단을 전기적으로 서로 연결하도록 상기 상부절연시트의 하면 타측에 부착된 상부도전테이프;
상기 양극카본발열선들의 타단을 전기적으로 서로 연결하도록 상기 하부절연시트의 상면 타측에 부착된 하부도전테이프;
상기 상부절연시트의 상면에 부합하되, 외부에 접지되는 도전성 소재가 구비된 차폐시트;
상기 상부절연시트와 상기 하부절연시트 사이에 도포되어 그 부합 상태와 상기 음극 및 양극카본발열선들의 배열 상태를 유지시키며, 상기 상부절연시트와 상기 차폐시트 사이에 도포되어 그 부합 상태를 유지시키는 난연점착제;
상기 상부절연시트의 일단과, 상기 음극카본발열선의 일단 및 상기 음극도전테이프의 외측 단부를 함께 포개어 접은 상태를 유지시키는 제1재봉선;
상기 하부절연시트의 일단과, 상기 양극카본발열선의 일단 및 상기 양극도전테이프의 외측 단부를 함께 포개어 접은 상태를 유지시키는 제2재봉선; 및
상기 상부 및 하부절연시트의 타단과, 상기 음극 및 양극카본발열선의 타단과, 상기 상부 및 하부도전테이프의 외측 단부를 함께 포개어 접은 상태를 유지시키는 제3재봉선;
을 포함하며,
상기 음극 및 양극도전테이프와 상기 상부 및 하부도전테이프는, 그 각각의 일면에 아크릴 공중합체(Acrylic copolymer) 40~50중량부와; 에틸 아세테이트(Ethyl acetate) 20~30중량부와; 아세톤(Acetone) 10~20중량부와; 톨루엔(Tolune) 20~30중량부가 함유된 주제 100phr에 대하여 이소시아네이트(Isocyanate) 0.2~10phr를 혼합하여 이루어진 도전점착제가 코팅된 전열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 제1재봉선과 상기 제2재봉선의 사이에 부착된 절연필름;
상기 상부 및 하부절연시트의 일단과, 상기 음극 및 양극카본발열선의 일단과, 상기 음극 및 양극도전테이프의 외측 단부를 각각 포개어 접은 상태로 감싸는 제1절연테이프; 및
상기 상부 및 하부절연시트의 타단과, 상기 음극 및 양극카본발열선의 타단과, 상기 상부 및 하부도전테이프의 외측 단부를 함께 포개어 접은 상태로 감싸는 제2절연테이프;
를 더 포함하는 전열시트.
- 일정한 너비를 갖는 상부절연시트;
상기 상부절연시트의 하면에 부합된 하부절연시트;
상기 상부 및 하부절연시트의 사이에 일정한 간격을 두고 나란하게 복수로 배열된 음극 및 양극카본발열선;
상기 음극카본발열선들의 일단과 전기적으로 연결되도록 상기 상부절연시트의 하면 일측에 부착되고, 전원의 음극과 접속되는 음극도전테이프;
상기 양극카본발열선들의 일단과 전기적으로 연결되도록 상기 하부절연시트의 상면 일측에 부착되고, 전원의 양극과 접속되는 양극도전테이프;
상기 음극카본발열선들의 타단을 전기적으로 서로 연결하도록 상기 상부절연시트의 하면 타측에 부착된 상부도전테이프;
상기 양극카본발열선들의 타단을 전기적으로 서로 연결하도록 상기 하부절연시트의 상면 타측에 부착된 하부도전테이프;
상기 상부절연시트의 상면에 부합하되, 외부에 접지되는 도전성 소재가 구비된 차폐시트;
상기 상부절연시트와 상기 하부절연시트 사이에 도포되어 그 부합 상태와 상기 음극 및 양극카본발열선들의 배열 상태를 유지시키며, 상기 상부절연시트와 상기 차폐시트 사이에 도포되어 그 부합 상태를 유지시키는 난연점착제;
상기 상부절연시트의 일단과, 상기 음극카본발열선의 일단 및 상기 음극도전테이프의 외측 단부를 함께 포개어 접은 상태를 유지시키는 제1재봉선;
상기 하부절연시트의 일단과, 상기 양극카본발열선의 일단 및 상기 양극도전테이프의 외측 단부를 함께 포개어 접은 상태를 유지시키는 제2재봉선; 및
상기 상부 및 하부절연시트의 타단과, 상기 음극 및 양극카본발열선의 타단과, 상기 상부 및 하부도전테이프의 외측 단부를 함께 포개어 접은 상태를 유지시키는 제3재봉선;
을 포함하며,
상기 난연점착제는, 부틸아크릴레이트 모노머(butyl acrylate monomer) 25~35중량%; 메틸메타아크릴레이트 모노머(methyl metacrylate monomer) 10~20중량%; 비닐아세트산 모노머(vinyl acetate monomer) 5~15중량%; 2-에틸헥실아크릴레이트 모노머(2-ethyl hexylacrylate monomer) 10~20중량%; 메탄올(methanol) 20~30중량%; 실리콘 시드(seed) 3~7 중량%로 이루어진 전열시트.
- 제3항에 있어서,
상기 제1재봉선과 상기 제2재봉선의 사이에 부착된 절연필름;
상기 상부 및 하부절연시트의 일단과, 상기 음극 및 양극카본발열선의 일단과, 상기 음극 및 양극도전테이프의 외측 단부를 각각 포개어 접은 상태로 감싸는 제1절연테이프; 및
상기 상부 및 하부절연시트의 타단과, 상기 음극 및 양극카본발열선의 타단과, 상기 상부 및 하부도전테이프의 외측 단부를 함께 포개어 접은 상태로 감싸는 제2절연테이프;
를 더 포함하는 전열시트.
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