KR101725428B1 - 면형 발열체 및 이를 이용한 난방기기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스파크 및 단락이 방지되고 구조가 간단하며 제조가 용이하고 적용성이 향상된 면형 발열체 및 이 발열체에 기반한 난방기기를 제공한다.
그 면형 발열체는 폴리에스테르(PET) 또는 폴리이미드(PI)를 주성분으로 하는 가요성 기판 시트; 상기 기판 시트에 소정의 간격으로 일체로 부착되는 발열부재; 및 각각의 상기 발열부재의 양측에 상호 대칭적으로 배치되고, 각각의 상기 발열부재에 전도성 접착제에 의해 전극체가 일체적으로 접착 배치되어 형성되는 전극으로 구성된다. 그 발열부재는 상기 기판 시트에 일체로 도포되는 카본 잉크(carbon ink)와, 상기 카본 잉크에 혼합되는 도전성 물질로 이루어진다. 도전성 물질은 그래핀(graphene) 또는 카본나노튜브(CNT)로 이루어지며, 난방기기는 상기 면형 발열체와, 그 면형 발열체를 지지하는 지지대로 이루어진다.

Description

면형 발열체 및 이를 이용한 난방기기{Planar Heating Element And Heating System Based On the Element}

본 발명은 면형 발열체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스파크 및 단락이 방지되고 구조가 간단하며 제조가 용이하고 적용성이 향상된 면형 발열체 및 이를 적용한 난방기기에 관한 것이다.

일반적으로 일정 온도 이상의 열을 제공받거나 난방을 위해서는 전기에너지를 열에너지로 변환시키는 다양한 형태의 발열체가 이용되고 있다. 다양한 발열체들 중 휴대성 및 적용성의 장점으로 인해 최근 면형 발열체에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다.

종래의 일반적인 면형 발열체는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 절연성이 우수한 하부필름(1)의 상면에 액상의 카본 페이스트나 카본 잉크를 적당한 간격을 두고 도포하여 다수의 카본띠(2)를 필름(1)의 폭방향 즉 횡방향으로 형성한 후에, 보다 많은 발열량을 내도록 하기 위해 카본띠(2)의 단부를 서로 연결하도록 필름의 양단 길이방향 즉 종방향으로 도전성 페이스트(예컨대, 실버 페이스트)를 도포하여 도전띠(3)를 형성한 다음, 그 도전띠(3)위에 구리박판(4)을 적층한 후 하부필름(1)을 상부필름(5)과 접착시트를 통한 접합을 하거나 또는 라미네이팅 접합하여 제조된다. 그리고 양쪽 구리박판(4) 각각의 일측 종단에 단자처리를 위한 전선을 납땜하고, 구리박판(4)이 위치한 하부필름(1) 또는 상부필름(5)의 외측면에 온도센서 또는 바이메탈을 부착하여 면형 발열체의 과열을 제어하도록 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 종래의 면형발열체는 전선을 통해 전원이 공급되어 구리박판(4)에 전류가 흐르게 되면, 도전띠(3)에 전류가 통전되어 카본띠(2)로 전류가 흐르게 되며 카본띠(2)에 형성된 저항에 의하여 저항열이 발생되는 것이다.

그러나, 종래의 일반적인 카본 페이스트나 카본 잉크를 사용하여 제조되는 면형 발열체에서는 단위 면적당 고유 저항값이 높은 카본 페이스트나 카본 잉크가 도포/건조된 상태의 단위 카본띠는 형성되는 높은 고유저항으로 인하여 흐르는 전류량이 낮아 보통 AC220V 입력 전압에 대하여 발열되는 최고 온도가 섭씨 50~60도 정도로 비교적 낮은 온도를 나타내는 문제가 있었다. 물론, 카본 페이스트나 카본 잉크를 동일 카본띠 상에 중첩시켜 형성하면 단위 카본띠에 형성되는 저항값을 낮출 수 있고, 이로 인하여 발열 온도를 높일 수 있지만, 이 경우 발열체 제조에 걸리는 시간과 비용이 상승하는 문제가 있다

또한, 종래의 면형 발열체에서는 발열부의 전극처리에 있어 접착시트를 도전성 페이스트 영역을 침범하지 않도록 제조공성상 관리하는 것이 어려울 뿐만 아니라 라미네이팅 접착시에도 전도성 페이스트 위에 적층된 구리판이 완전하지 않은 맞닿음으로 인해 스파크 및 단락이 발생되어 고장 또는 불량을 초래하는 문제점이 있다.

특히, 발열부 종단과 전극간의 접촉에 도전성 페이스트로서 실버 페이스트가 사용되는 경우 제조비용이 증가하고, 제조공정이 늘어나 생산성이 저하됨은 물론, 여전히 발열부와 전극간의 불완전 접촉으로 인한 불량이 초래되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 카본 페이스트나 카본 잉크 기반의 발열체에서는 AC100V 또는 AC110V 전압을 사용하는 국가 또는 지역에 대해서는 발열체의 높은 저항과 낮은 입력 전압으로 인하여 발열량이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 단위 카본띠의 저항을 낮춰 AC100V 또는 AC110V 전압에서도 AC220V 에서 사용되는 발열체와 동일한 발열량을 내도록 하고, 발열부와 전극간의 스파크 및 단락이 방지되어 안전성 및 신뢰성이 향상되고, 고가의 접촉수단이 사용되지 않아 저렴하며 제조가 용이하여 수율이 향상되며, 개선된 전극처리를 통하여 제조가 용이한 발열체를 제공하며, 고정된 틀에 장착된 발열체가 발열이 되더라도 발열체의 열팽창에 의하여 발열체가 고정된 틀로 인하여 외부로 팽창되지 못하여 평탄도가 유지되지 않는 문제점을 해결한 면형 발열체 및 이를 이용한 난방기기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 하나의 목적은 열팽창계수가 작은 발열기판소재뿐만 아니라 열팽창계수가 큰 발열기판 소재를 활용한 발열체에 대해서도 발열체겸 스크린으로 사용가능한 면형 발열체를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 하나의 목적은 발열체 내부의 카본띠와 인접한 카본띠 사이에 초소형 칩 LED 를 일정한 간격으로 배치하여 발열체 및 이를 탑재한 난방기기에 대한 각종 정보 및 사용자가 표시하고자 하는 메세지를 디스플레이하는 데 있다.

본 발명의 추가적인 또 다른 하나의 목적은 발열체를 수납하는 양단의 지지대 종단에 흡기 또는 배기동작을 하는 팬을 장착하여 발열체와 양측 지지대 사이의 통풍구를 통하여 팬에 의한 강제적인 흡기 또는 배기 동작을 수행하도록 함으로써 난방 성능을 향상시키는 것은 물론 난방기기로 사용하지 않을 경우에는 선풍기, 공기정화기 또는 빨래 건조기로 사용되는 생활밀착형의 다목적 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적들은, 폴리에스테르(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리이미드(PI), 폴리우레탄 또는 섬유강화플라스틱(FRP)를 주성분으로 하는 가요성 기판 시트 또는 판유리와 같은 비가요성 기판시트; 상기 기판 시트에 소정의 간격으로 일체로 부착되는 발열부재; 각각의 상기 발열부재의 양측에 상호 대칭적으로 배치되고, 각각의 상기 발열부재에 전도성 접착제에 의해 전극체가 일체적으로 접착 배치되어 형성되는 배전판; 및 상기 각각의 배전판 종단에 배치되는 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 면형 발열체에 의해 해결될 수 있다.

본 발명의 하나의 특징에 따르면, 발열부재는 기판 시트에 일체로 도포되는 카본 잉크(carbon ink)와, 카본 잉크에 혼합되는 도전성 물질로 이루어진다.

본 발명의 다른 하나의 특징에 따르면, 도전성 물질은 그래핀(graphene) 또는 카본나노튜브(CNT) 같은 전기 전도성이 높은 탄소기반 소재로서 카본 잉크에 잘 섞여질 수 있는 물질임과 동시에 전기 전도에 의한 발열시 원적외선 발산량을 저감시키는 물질이다.

본 발명의 다른 하나의 특징에 따르면, 다른 입력전압에 각각 대응하는 하나 이상의 면형 발열체가 증착용 접착 필름 또는 접착시트로 이루어진 접착부재에 의해 상호 일체적으로 결합되어 다중 면형 발열체를 이루며, 상기 각각의 면형 발열체는 상기 각각의 발열부재에 일체적으로 접착되는 전극부재를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 하나의 특징에 따르면, 전기 전도성 페이스트가 제거된 상태에서 전기 전도성 접착체가 도포된 동테이프와 같은 금속성 전극체의 종단에 배선용 전선을 직접 납땜하거나 또는 배선용 전선이 납땜이된 별도의 전기 전도성 접착제가 도포된 작은 길이의 동테이프를 발열체 종단의 전극체에 부착되는 형태로 전극용 단자처리가 되는 것을 포함한다.

또한 상기 목적들은 면형 발열체를 내장한 난방기기에 있어서, 기판 시트, 상기 기판 시트에 부착되는 적어도 하나 이상의 발열부재, 및 상기 발열부재의 양측에 상호 대칭적으로 배치되고, 상기 발열부재에 전도성 접착제에 의해 전극체가 일체적으로 접착 배치되어 형성되는 배전판을 구비하는 면형 발열체; 와 상기 면형 발열체의 측면에서 면형 발열체를 지지하는 측면지지대로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난방기기에 의해 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 면형 발열체에 의하면, 발열부재에 혼합되는 도전성 물질에 의하여 낮은 저항의 발열체를 형성할 수 있어 AC110V 또는 AC100V 의 낮은 입력전압에서도 AC220V 에서와 같은 동일한 발열량을 낼 수가 있으며, 전극 부재로서 실버페이스트와 같은 고가의 전도성 페이스트를 사용하지 않음으로 인하여 제조 공정이 간단하고, 제조원가가 절감되며, 발열체로부터 분리된 전도체에 직접 배선용 전선을 납땝하여 부착하는 방식으로 전극처리를 수행하므로써 전극처리가 용이하고, 발열체 본체의 외부로 돌출된 전도체가 불필요하여 규격화된 발열체를 제조하는 데 현저한 효과가 있다.

또한, 발열체가 외부의 고정틀에 거치된 상태에서 발열체의 열팽창에 의하여 고정틀 내측으로 굴곡이 생기는 현상을 방지하여 발열체의 상시적인 평탄도를 유지하도록 함으로써 열팽창계수가 작은 비교적 고가의 발열기판소재 뿐만 아니라 열팽창계수가 큰 저가의 발열기판 소재를 활용한 발열체겸 스크린으로 사용하는 것이 가능하다.

아울러, 발열체 내부에 배열된 카본띠와 인접한 카본띠 사이에 초소형 칩 LED 를 일정한 간격으로 배치하여 발열체 및 이를 탑재한 난방기기에 대한 각종 정보 및 사용자가 표시하고자 하는 메세지를 디스플레이할 수 있다.

마지막으로, 발열체를 수납하는 양단의 지지대 종단에 흡기 또는 배기동작을 하는 팬을 장착하여 발열체와 양측 지지대 사이의 통풍구를 통하여 팬에 의한 강제적인 흡기 또는 배기 동작을 수행하도록 함으로써 난방 성능을 향상시키는 것은 물론 난방기기로 사용하지 않을 경우에는 선풍기, 공기정화기 또는 빨래 건조기로 사용되는 생활밀착형의 다목적 시스템을 제공하는 데 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 면형 발열체의 사시도.
도 2는 도 1의 선 II-II 에 따른 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 면형 발열체의 기본 구성요소로 구성된 분해 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 면형 발열체의 바람직한 실시 예를 보여주는 조립된 상태의 사시도.
도 5는 도 4의 선Ⅴ-Ⅴ에 따른 단면도.
도 6은 도 5의 선Ⅵ-Ⅵ에 따른 확대 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 기본 발열체에 추가적으로 구성되는 온도센서, 제어신호, 제어용 DC 전원 배선도 및 부품배치 블록도.
도 8a 내지 8d는 본 발명에 따른 면형 발열체의 일측 배전판 종단에 실시되는 전극부 단자처리 구조도.
도 9a 및 9b는 본 발명에 따른 면형 발열체에 적용되는 측면 지지대 및 내부 구조도.
도 10은 본 발명에 따른 면형 발열체의 하나의 적용예를 보여주는 사시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 면형 발열체를 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

먼저 도 3에 있어서, 본 발명에 따른 면형 발열체는 기본적으로 베이스 또는 바탕을 이루는 기판 시트(10)를 포함한다. 상기 기판 시트(10)는 소재에 따라 열팽창 계수가 작은 순서에서 큰 순서로 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에스테르(PET), 폴리우레탄과 같은 가요성 소재의 시트, 섬유강화플라스틱(FRP)를 주성분으로 하는 섬유질의 반가요성 시트 또는 열 팽창계수가 작고 열전도율이 우수한 판유리와 같은 비가요성 시트가 사용될 수 있다.

예컨대, 상기 기판시트(10)는 폴리이미드, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에스테르, 폴리우레탄, 섬유강화플라스틱(FRP) 또는 판유리에 카본 극세사, 제지용 펄프, 수용성 바인더, 물 등을 혼합하여 기초저항을 갖는 통전 물질로 형성하거나 카본 잉크 혹은 카본 잉크에 도전성 컴파운드를 혼합하여 기초 저항을 갖는 통전 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 물론, 그 기판 시트(10)가 반가요성이거나 또는 비가요성 시트인 경우와 달리 가요성인 경우에는 사용되는 목적에 따라 상응한 두께 및 사이즈로 형성되어 롤 형태로 보관 또는 운반될 수 있는 특징이 있다.

도3에 의하면 상기 기판 시트(10)상에는 일정 폭 또는 사이즈를 갖는 복수 또는 다수의 발열부재(20)가 일정 간격으로 일체로 부착된다. 각각의 발열부재(20)는 탄소 성분을 주성분으로 형성된다.

또한, 각각의 상기 발열부재(20)에는 실제적으로 전기를 공급하기 위한 배전판(30)이 연결된다. 그 배전판(30)은 각각의 발열부재(20)의 양측에 상호 대칭적으로 배치되는 것이 바람직하다.

특히, 도 4 내지 도 6에 있어서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 면형 발열체에 의하면, 각각의 발열부재(20)는 카본 잉크(carbon ink)(22)에 도전성 물질(24)을 혼합하여 형성되는 것이 바람직하다. 예컨대 각각의 발열부재(20)는 액상의 카본 잉크(22)에 전기 전도성이 높은 탄소기반 소재로서 카본 잉크에 잘 섞여질 수 있는 그래핀(graphene) 또는 카본나노튜브(CNT)로 이루어진 도전성 물질(24)을 혼합하여 형성되는 것이 바람직하다. 상기 카본 잉크(22)에 대한 도전성 물질(24)의 혼합비는 목적 및 용도에 따라 임의로 설정될 수 있다.

또한, 각각의 발열부재(20)는 바(bar), 배선, 밴드 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 그리고, 각각의 발열부재(20)는 다양한 인쇄방식으로 상기 기판 시트(10)에 일체로 부착되는 것이 바람직하다. 물론, 각각의 발열부재(20)의 크기, 두께, 사이즈, 상호 간격은 적용되는 목적 및 용도에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

선택적으로, 각각의 발열부재(20)에는 안전성 및 신뢰성을 향상시키기 위해 저항선과 같은 기능성 선이 배선될 수 있고, 또는 가요성 기판소재를 사용하는 만큼 인위적인 인장에 따른 발열부재(20)의 균열을 방지하기 위한 용도의 섬유가 배선될 수 있으며, 또는 인위적인 인장력을 제한하는 목적이 가미된 절연시트(40) 소재가 사용될 수 있다. 여기서 발열부재(20)의 균열 방지용으로 사용되는 배선 섬유는 발열부재(20)의 저항을 낮추기 위한 목적을 겸비하여 탄소 섬유가 사용되거나 또는 카본잉크를 침착한 섬유가 사용될 수 있다.

각각의 배전판(30)은 전기 전도성이 우수한 동으로 형성된 전극체(32)와, 상기 전극체(32)를 각각의 발열부재(20)에 간극 또는 틈새 없이 일체적으로 접착 고정되도록 형성된 접착제(34)로 이루어진다.

각각의 전극체(32)는 우수한 도전성 및 가요성을 지니면서도 가격이 저렴한 알루미늄 테이프, 동테이프 또는 동밴드로 형성되는 것이 바람직하다. 또한 접착제(34)는 우수한 접착성을 유지하면서 우수한 전기전도성을 갖는 전도성 접착제로 형성되는 것이 바람직하다. 전기 전도성 접착제(34)는 접착성 수지에 다양한 도전성 필러들 중 하나 또는 2개 이상을 혼합하여 형성되는 것이 바람직하다.

따라서, 배전판(30)을 실버 페이스트와 같은 고가의 재료를 이용하지 않고 각각의 발열부재(20)에 직접 전기 접촉할 수 있어, 스파크 및 접촉 불량을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 그 제조가 간단하고 제조 비용을 절감할 수 있다.

발열부재(20)의 양측 종단에 배전판(30)이 접착되고난 후에는 그 윗면에 별도의 절연시트(40)가 접착되는 데, 원활한 접착을 위하여 별도의 접착필름(미도시)_또는 접착시트(미도시)가 절연시트(40) 와 발열부재(20) 및 배전판(30) 사이에 놓이고, 증착기를 통하여 가열 압착롤러를 통과시키는 방식으로 일체화된 기본 발열체(100)가 만들어 진다.

기본 발열체(100)의 양측 종단에는 배전판(30) 위로 온도 검출 수단(28, 29)이 접착제를 통하여 부착된다.

도4의 외장형 온도 검출 수단(28)은 두 개의 전선(281), 온도센서(284) 및 바이메탈(286)으로 구성되고, 양측 종단과 중간에 피복이 벗겨진 전선(281) 에 온도센서(284) 및 바이메탈(286) 을 납땜하여 일체형으로 구성된다.

이 경우 사용되는 온도센서(284)는 써미스터(Thermister)가 이용되고, 바이메탈(286)은 과열이 아닌 상태에서는 개방이 되어 있는 노멀 오픈(Normal-Open)타입이 이용된다.

노멀 오픈타입의 바이메탈(286) 에 온도 센서가(284)가 병렬로 연결된 외장형 온도 검출 수단(28)은 일례로 바이메탈(286)에 상응하는 수 메가옴 이상의 저항에 각각의 온도센서(284)에 상응하는 수 킬로옴 또는 수십 킬로옴 정도의 저항이 병렬로 연결된 구조와 동일하게 해석된다.

따라서, 병렬로 연결된 써미스터의 합산 저항은 가장 높은 온도를 감지하여 가장 낮은 저항값을 나타내는 써미스터에 의하여 지배적인 영향을 받아 제어된다.

만약, 발열체가 정상 온도 범위를 넘어선 경우에는 바이메탈(286)이 동작하고, 이 때 바이메탈(286)은 내부적으로 연결이 된 상태이므로 실제로 나타나는 저항 값은 제로(Zero)에 가까워 병렬로 연결된 온도센서의 합산저항이 무시되고 바이메탈(286) 지배하의 저항으로 동작한다.

그러나, 외장형 온도 검출 수단(28)의 조립 위치상 문제로 인하여, 외장형 온도 검출 수단(28)의 온도 센서는 발열체의 내측에서 발생하는 실제 발열 온도를 검출하지 못하고 기본 발열체(100) 내부로부터 측면으로 전도된 열을 감지하게 된다. 따라서, 발열체를 제어하는 제어부(미도시)에서는 별도의 룩업 테이블(Lookup table)을 구비하여 일례로 센서가 50도를 검출하였으면 80도로 인식하고, 60도를 검출하였으면 90도로 인식하게 하는 방식이다.

만일, 기본 발열체(100)의 정격온도 상한선이 100도라고 가정한다면, 실험을 통하여 기본 발열체(100) 상단 중앙의 온도가 100도 일 때 측면 배전판(30) 상단에 전도되는 온도가 70도 였다면, 70도에서 동작하는 바이메탈(286)을 외장형 온도 검출 수단(28)에 이용한다.

이와 같이 도4의 외장형 온도 검출 수단(28)은 룩업 테이블에 의한 간접 온도 인식 방법이어서 온도 검출의 정확도가 떨어지고, 기본 발열체(100)에 외장형 온도 검출 수단(28)을 조립하는 상태에 따라 가변적이게 된다.

이러한 문제를 해결하고자 하여, 도4의 내장형 온도 검출 수단(29)은 절연시트(40)가 증착되기에 앞서 일정한 간격으로 배치되어 발열부재(20)와 인접한 발열부재(20)사이에 온도센서(294)가 배치되는 구조이다.

이를 위하여 내장형 온도 검출 수단(29)은 온도센서의 크기가 0.5mm 이내인 초소형 온도센서(294)를 이용하며, 온도센서(294)의 배치 방향을 전선(291)과 90도 방향으로 유지하여 온도센서의 리드선(293)을 중간에 피복이 제거된 전선에 납땜이 되는 방식으로 조립하고, 바이메탈(295)는 외장형 온도 검출 수단(28)과 동일한 방식으로 조립이 되기는 하지만, 절연시트(40)의 증착공정이 완료된 후에 조립된다. 바람직스럽게는 바이메탈(295)도 온도센서(294)와 마찬가지로 전선(291)에 대하여 90도 방향으로 함께 조립되어야 하지만 일정한 공간내에서 검출된 온도에 의하여 기계적으로 접촉되는 바이메탈(295)의 구조적인 특징상 온도센서(294)와 같이 초소형으로 제작이 곤란하여 기본 발열체(100)의 절연시트(40)를 증착하는 과정에서 바이메탈(295) 또는 증착기의 롤러가 손상되는 것을 방지하기 위한 목적이다.

상기에서도 언급한 바와 같이 바이메탈(295)이 조립되지 않은 내장형 온도 검출 수단(29)은 온도센서(294)가 발열부재(20) 사이에 놓이도록 발열체 내측에 배치하고 조립된 전선(291)은 배전판(30) 상단이나 또는 배전판(30)을 넘어 외측 가장자리에 배치한다.

이때, 온도센서의 리드선(293)과 배전판(30)이 중첩이 되는 곳에는 종이테이프와 같은 별도의 절연테이프(미도시)가 배전판(30) 상단에 부착되고, 절연시트(40)는 증착에 앞서 바이메탈(295)이 노출되는 부분을 미리 재단하여 제거한 후 증착을 진행한다.

내장형 온도 검출 수단(29)의 경우에는 기본 발열체(100) 내측에서 온도를 직접적으로 검출하므로 정확도가 높고, 제어부(미도시)에서 별도의 룩업 테이블을 필요로 하지 않아 프로그램이 간단해 지는 장점이 있다.

도5는 내/외장 온도 검출 수단(28,29)과 절연시트(40)가 겹합된 상태의 단면도로서, 도면상에는 절연시트(40)와 발열부재(20) 사이에 공간이 있어 보이지만 실제로는 이곳에 접착시트(미도시)가 있어 증착공정을 거치면서 절연시트(40)는 발열부재(20), 내측 온도센서(294) 및 기판 시트(10)가 밀착되어 고정되어 있는 상태를 유지한다.

도6은 도5의 IV-IV 분면에 대한 확대 단면도로서, 기판 시트(10)상에 실크스크린 인쇄방식으로 형성되는 발열부재(20), 발열부재(20) 의 종단에 전기전도성 접착제(34)가 도포된 전극체(32)로 구성되는 배전판(30), 절연시트(40), 온도센서(284) 및 바이메탈(286, 295)의 적층 구조를 나타낸다.

특히, 기판 시트(10)상에 실크 스크린 인쇄방식으로 형성된 발열부재(20)는 AC110V나 AC100V에 대해서도 AC220V의 전원이 입력되었을 때와 동일하거나 유사한 정도의 발열량을 내어야 한다. 이렇게 되려면 W= V*(V/R)(단, Watt 는 전력소모량, V 는 입력전압, R 은 발열체 저항) 로 표현되기 때문에 입력 전압이 낮아지면 동일한 전력소모량 즉, 동일한 온도의 발열량을 내기 위해서는 저항 값이 기존의 발열부재(20)가 가지고 있는 고유저항에 비하여 현저히 낮은 저항값을 갖는 발열부재(20)가 되어야 한다.

이를 위하여 본 발명의 발열부재(20)는 카본 잉크(carbon ink)(22)에 그래핀(graphene) 또는 카본나노튜브(CNT)로 이루어진 도전성 물질(24)을 혼합하여 형성된 액상의 카본 잉크(22) 기반의 저저항 발열부재(22)가 사용된다.

카본 잉크(22)에는 발열부재(22)의 저항값을 낮추기 위한 목적으로 첨가되는 도전성물질(24)로서 은분(Silver Compound) 이나 알루미늄 분말과 같이 전기 전도성이 좋은 금속소재 기반의 물질이 사용될 수도 있지만, 카본 잉크(22)의 주성분인 탄소분말과 동일한 탄소원소 기반의 그래핀이나 카본나노튜브를 도전성물질로(24) 첨가하여 구성한 발열부재(22)가 발열이 되었을 때 발열부재(22)의 단위면적당 유기되는 원적외선 방출량이 금속소재 기반의 도전성물질(24)을 첨가하여 구성한 발열부재(22)에 비하여 보다 많은 원적외선을 방출하는 특징이 있다.

도7은 본 발명에 따른 기본 발열체(100)에 추가적으로 구성되는 온도센서, 제어신호, 제어용 DC 전원, 메시지표시용 LED, 배선도 및 부품배치 블록도를 나타내는 도면이다.

기판 시트(10), 발열 부재(20) 및 배전판(30)등으로 구성되는 발열체의 기본 구조는 동일하지만, 도4에서는 발열체 양측에 써미스터와 같은 두 핀의 리드선을 갖는 온도 검출 수단(28,29)이 이용된 것과 달리, 도7에서는 온도 검출 수단(28,29)의 좌우측 각각 두 리드선을 다른 용도로 사용하여 보다 정밀도가 높은 집적회로(IC) 방식의 온도센서를 사용할 수 있도록 한 것이 특징이다.

이와 같은 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

즉, 집적회로 방식의 온도센서 (A1~A4, B1~B4), 써모커플 (Thermo-couple) (33), 집적회로 방식의 온도센서용 DC 전원 전압 배선(VCC, GND), 시리얼 통신용 배선 (SDA, SCL), 인쇄회로기판(39)등으로 구성된다.

집적회로 방식의 온도센서 (A1~A4, B1~B4)는 시리얼 통신 방식으로서 I2C 나 SPI 인터페이스 방식과 같이 2개의 통신 수단용 핀과 복수개의 집적회로 방식의 온도센서 (A1~A5, B1~B5)들에 대한 어드레스를 지정할 수 있는 핀이 구비된 온도센서가 주로 사용된다.

또한 도4에서의 써미스터와 같은 비교적 리드선이 짧은 온도 검출수단을 대체하여 기본 발열체(100) 보다 내측의 온도를 검출하기 위한 용도로 써모커플(33)이 상단에 배치되며, 전체적으로는 기본 발열체(100)를 3등분하는 내측 2곳에 써모커플(33)의 용접된 포인트가 놓이도록 배치한다.

이렇게 발열체(100)의 상단이나 최 상단 내측에 온도 검출수단을 구비하도록 함으로써 역'U'자형으로 이물질이 발열체(100) 상단에 올려졌을 때 이물질에 의한 열의 함축에 의하여 발열체(100)가 과열되고 있음에도 불구하고 측면에 구비된 온도센서가 직접적으로 이러한 상태를 감지하지 못하여 발열체(100)가 과열로 인하여 손상되는 것을 방지하기 위한 목적이다.

써모커플(33)은 열팽창계수가 다른 두 금속선의 리드 종단을 용접하고, 용접된 부분이 발열에 의하여 두 금속물질간 상호 다른 팽창을 함으로써 발생되는 두 금속선 간의 유기전압을 이용한 온도검출 수단으로서, 미약한 신호의 유기전압을 증폭하는 신호증폭기(A5, B5)에 써모커플(33)의 두 리드선을 연결하고, 신호증폭기(A5, B5)를 통하여 증폭된 신호를 직접 신호증폭기(A5,B5)의 I2C 통신선 즉, SDA 및 SCL 을 이용하여 통신하거나 또는 증폭기(A5,B5)로부터 출력되는 증폭된 신호전압을 별도 MCU(Micro Controller Unit, 미도시)의 아날로그-디지털변환포트(ADC Port)로 연결하여 MCU(미도시)에 구비된 I2C 통신선을 이용하여 통신하는 방법으로 기본 발열체(100) 심층부에 위치한 써모커플(33)의 온도를 읽어오는 것이 가능하다.

도7에서 우측의 온도 검출 수단(28)용 두 리드선은 역시 두 개의 리드선에 의하여 동작하는 I2C 방식의 시리얼 통신용 신호로서 각각 SDA(Serial Data) 신호와 SCL(Serial Clock) 신호로 할당되고, 좌측의 온도 검출 수단(29)용 두 리드선은 집적회로 방식의 온도 센서의 DC 구동전압용으로 각각 VCC 와 GND 용으로 할당된다.

이렇게 할당된 상기 네개의 집적회로 구동을 위한 신호 배선은 발열체의 하단, 중앙, 상단부의 임의의 위치에서 발열부재(20)와 중첩되지 않도록 도7과 같이 좌/우측으로 교차 배선된다.

상기에서는 도4의 내/외측 온도 검출 수단(28,29)을 대체하는 목적으로 써모커플(33)과 집적회로 방식의 온도센서 (A1~A4, B1~B4)에 대한 동작을 기술하였으나, 이러한 구성을 유지하는 상태에서 기본 발열체(100) 외부에 제어부(C1) 및 전원부(PWR)를 구비하지 않고, 기본 발열체(100) 좌/우측에 각각 전원부(PWR), 제어부(C1), 제어 스위치(S1) 및 상태표시 수단(LED 및 /또는 LCD, 미도시) 과 외부로부터의 제어를 외한 무선통신모듈(WM)을 구성하는 것도 가능하다.

이 경우, 기본 발열체(100)는 시리얼 통신을 위하여 외부로 돌출되는 단자(SDA,SCL)들이 불필요하며, DC 구동전압용으로 할당되는 단자(VCC, GND)도 외부로 돌출될 필요가 없게 된다.

다만, 배전판(30)에 연결되어 외부로 돌출된 좌우측의 두 전원인입 단자 (미도시)만 노출되며, 각각 좌/우측 배전판(30)에서 분기된 별도의 배전판이 좌측의 전원부(PWR)로 인입되며, 이때, 배전판(30)끼리 교차되는 부분에는 확실한 절연을 위하여 두께가 두터운 절연 테이프가 끼워진다.

전원부(PWR) 에서 생성된 DC 전원은 제어부(C1), 온도센서(A1~A4, B1~B4), 신호증폭기(A5, B5) 및 각종 제어 스위치(미도시)가 배치된 스위치 패널(S1) 로 연결되고, 상단부 좌/우측에 배치된 흡/배기팬(31)으로도 별도의 연결커넥터(미도시)를 통하여 연결된다.

흡/배기팬(31)으로부터 유입된 외부의 차가운 공기가 측면부에 배치된 온도센서(A1~A4, B1~B4)들에 영향을 미치지 않도록 하는 구조에 대해서는 도9의 측면 지지대(50)와 관련된 설명에서 후술하기로 한다.

한편, 본 발명의 발열체(100)에는 발열부재(20)와 발열부재(20)사이에 일정한 간격으로 초소형 칩 LED 가 배치된다. 이를 위하여 발열부재(20)에 대한 실크인쇄의 건조 공정이 끝나면, LED 구동을 위한 신호용 배선(미도시) 이 실크인쇄 방식으로 형성된다.

상기와 같이 형성된 LED 구동용 신호배선(미도시)은 발열체(100)의 측면부의 배전판(30)과 중첩되는 부분의 절연테이프(미도시) 하단을 통과하여 표면실장형 커넥터(미도시)용의 풋프린트(Footprint) 와 연결되어 있고, 기본 발열체(100)의 조립이 끝난 상태에서 LED 구동부(D1~D4)를 탑재한 인쇄회로기판(39)과 별도의 FPCB 기반의 플렉서블 케이블을 통하여 연결된다.

LED 구동부(D1~D4)는 제어부(C1)의 일측포트(미도시)에 연결되고, 제어부(C1)의 다른 일측포트(미도시)에는 무선통신모듈(WM)의 입출력 포트와 연결된다.

도7과 같은 배열구조를 갖는 LED 의 부품 실장은 마치 일반적인 멤브레인 스위치 패널에 실장되는 LED 와 마찬가지로 방식으로 기판 시트(10)상에 올려져 절연시트(40)로 코팅됨으로써 견고한 상태를 유지하게 된다.

이러한 회로 구성에 의하여 배열된 LED 에는 제어부(C1)에서 감지한 각종 상태정보(설정온도 및 부위별 온도, 설정 시간 및 잔여시간, 누적소비전력 및 평균소비전력 등)를 표시하거나 무선통신모듈(WM)로부터 수신된 메시지 정보를 표시한다.

여기서 무선통신 모듈은 와이어리스랜(Wireless LAN), 블루투스(Bluetooth), NFC, 지그비(Zigbee) 등이 해당된다.

이러한 무선통신모듈(WM)에 의하여 발열체(100)를 원거리나 근거리에서 제어하는 용도로 사용하는 것도 가능하다.

도 8a 내지 8d는 본 발명에 따른 면형 발열체의 일측 배전판(30) 종단에 실시되는 전극부의 단자처리 구조도이다.

도8a는 기판 시트(10) 하단으로 말려서 밀착되어진 배전판(30) 하단의 종단면에 배선와아어(35)를 납땜한 후 배전판(30) 및 납땜된 금속와이어 부분이 노출되지 않도록 절연체(36)를 댄 것인데, 바람직스럽게는 그 절연체(36)도 하단부에 밀착되어 상단면 방향으로 'U'자 형태로 말아올려 일체의 전극판(37)이 외부로 노출되지 않도록 하는 의도이다.

도8b는 전기전도성 접착제가 도포되어 있는 배전판(30)과 동일한 소재의 분리된 전극판(37)에 배선와이어(35)를 납땜한 후, 이를 하단면으로 말려진 배전판(30)의 표면에 간단히 부착하는 방식으로 전극처리를 하는 도면이다.

도8c는 배전판(30)이 기판시트(10) 외부로 돌출된 상태로 증착공정을 진행하게 되면 전기전도성 접착제의 피복이 벗겨진 배전판(30)의 돌출면이 먼지등 이물질에 오염되어 전기 전도도가 떨어지는 것을 방지할 목적뿐만 아니라 배전판(30)을 기판시트(10) 외부로 돌출되지 않게 함으로써 보다 규격화되고 다루기가 용이하도록 한 것이 특징으로, 도8b에서와 마찬가지로 외부에서 납땜이된 전극판(37)을 단순히 부착하는 것으로 전극처리를 하는 것인데, 이를 위하여 절연시트(40)는 증착공정을 진행하기에 앞서 전극을 부착하게 되는 해당 부위가 도8b에서와 같이 미리 'ㄷ'자 형태로 오려져 있어야 한다.

도8d는 도8c와 기본적으로 동일한 구조이지만, 미리 절단되는 절연시트(40)의 부위가 역'U'자형인 것이 차이점이다.

도8a 의 설명에서도 언급한 바와 같이 도8a 내지 도8d에서 배선와이어(35)가 부착된 전극판(37)의 노출된 부분에 대한 절연 처리를 위해서는 단순히 전극면을 외부로 노출시키지 않게 하기위한 목적으로 절연체(36)로서 절연테이프 또는 절연시트를 부착하는 것을 좀더 보강하거나 대체하는 수단이 필요하다.

즉, 배선와이어(35)가 부착된 전극판(37)은 발열체를 사용하면서 공기중에 노출이 되고, 구부러진 배선와이어의 복원력에 의하여 접착부위가 장기간에 걸쳐 열화되거나 떨어질 수 있는 가능성이 있게 된다.

이를 방지할 목적으로 전기적으로 절연이 되면서도 동시 탄성력이 있는 플라스틱 사출물을 'U'자형◎발열체 하단부 혹은 측면부에서 배선 와이어(35)가 부착된 전극판(37)위로 끼워 넣어 사출물의 탄성력에 의하여 항상 전극판(37)의 바닥면이 밀착될 수 있는 상태를 유지하도록 하는 것이 필요하다. 이를 위한 다른 방법으로서, 배전판(30)을 포함하며 발열체 측면을 감싸는 지지대(50) 외벽의 탄성력을 이용하여 전극판(37)과 지지대(50) 사이에 이들간의 간극보다 약간 더 두꺼운 딱딱한 스펀지류나 탄성이 있는 고무판을 덧대어 줌으로써 전극판(37)이 배전판(30)에 밀착이 되어지는 상태를 지속적으로 유지하는 것과 동시에 전기적인 절연 기능을 부가하는 것이 가능하다.

도9a 및 9b는 본 발명의 측면 지지대(50) 및 내부 구조도로서, 그 구성을 살펴보면, 기본 발열체(100) 의 좌/우측 종단 상/하면에 고정되는 'L'자형 또는 'ㅛ'자형 브라켓(52), 'L'자형 또는 'ㅛ'자형 브라켓(52)에 고정되는 육각 지지대(53), 육각 지지대(53)에 고정되며 전원부(PWR), 제어부(C1) 및 스위치 패널(S1)이 탑재되는 인쇄회로기판(56), 기본 발열체를 고정하는 'L'자형 또는 'ㅛ'자형 브라켓(52)과 측면 지지대(50)의 내측돌기 사이에 위치하는 탄성 스프링 패널(54,55)과 같은 구성요소로 구성된다.

탄성 스프링 패널(54,55)은 표면이 상/하 방향으로 일정한 간격을 두고 반달 모양의 반원형 돌기가 돌출되어 있어 기본 발열체(100)가 좌/우측 각각의 측면 지지대(50)에 거치된 상태에서 도9b와 같이 하측 지지대(60)에 결합된 상태로 기본 발열체(100)가 발열이 되어 기본 발열체가 온도 팽창으로 늘어나게 되면 적어도 좌/우 측면 방향에 대해서는 좌/우측의 측면 지지대(50) 내부에 설치된 탄성 스프링 패널(54)의 상/하측에 구비된 반달형 탄성돌기(540)의 탄성력에 의하여 측면 지지대(50)의 내측내부돌기(510)를 지지 기반으로 하여 외측내부돌기(530) 사이에 기본 발열체(100)를 고정하고 있는 'L'자형 또는 'ㅛ'자형 브라켓(52)을 외측 방향으로 밀어내는 작용으로 비록 기본 발열체(100)가 발열이 되더라도 상시적으로 기본 발열체(100)의 평탄도를 유지하는 특징을 갖게 된다.

도9a에서는 구비된 반달형 탄성돌기(540)의 배열된 형태에 따라 두개의 열로 배열된 탄성 스프링 패널(54)과 한 개의 열로 배열된 탄성스프링 패널(55)이 제시되어 있다.

이와 같이 반달형 탄성돌기(540)에 의하여 발열체(100)가 발열되는 상태에서도 발열체의 표면이 평탄도를 유지하게 되면 불투명한 옅은 회색이나 백색계열로 빛이 비반사 처리된 기판시트(10)나 절연시트(40)의 외피는 영화 또는 TV 용 스크린 대용으로 활용될 수 있다.

또한, 측면 지지대(50)의 내측에는 흡/배기팬(31)의 네 모서리에 구비된 각각의 홀에 대응되는 고정홀(310)을 구비하고 있어 흡기팬(31)을 고정할 수 있다.

흡/배기팬(31)의 구동에 따라 유입되는 외부의 공기는 기본 발열체(100)가 측면 지지대(50) 내측으로 인입되는 인입구에 구비된 인입면(520)과 기본 발열체(100) 사이의 간격으로 좌/우측 지지대에서 각각 분출되어 기본 발열체의 전/후면에서 수직이되는 방향으로 바람의 방향이 전환되어 따뜻한 바람이 전후면으로 나오게 한다.

도9b에는 도시되지 않았지만, 흡/배기팬(31)을 외부에서 가리기 위한 흡/배기팬(31)용 덮개(미도시)가 구비되는 것은 당연하며, 흡/배기팬(31)용 덮개 내측에는 탈부착이 용이한 먼지 필터(미도시)가 구비되어 있어 공기 정화기로서의 기능도 수행할 수 있다. 이 때, 흡/배기팬(31) 하단에 위치한 측면 지지대(50) 내측의 인쇄회로기판(56)상에 풍압센서(미도시)를 장착하여 정상수준 이하로 풍압이 떨어지는 것을 감지하면 제어부(C1)는 먼지 필터(미도시)나 또는 흡기팬(31)의 이상여부를 LED(미도시)를 통하여 알린다.

측면 지지대(50) 내측에 구비되는 인쇄회로기판(56)은 회로 부품이 배치되지 않았거나 배선이 지나가지 않는 빈공간에 다수의 타공홀(미도시)을 구비하여 인쇄회로기판(56)으로 인하여 측면 지지대(50) 내측 통풍구가 좌/우측으로 분리되는 것을 방지한다.

또한, 'L'자형 또는 'ㅛ'자형 브라켓(52)도 인쇄회로기판(56)과 평행인 면에 대해서는 공기의 원활한 소통을 위한 다수의 타공홀(미도시)을 구비한다.

스위치 패널(S1)로부터 지지대 외측으로 돌출된 제어스위치(미도시)를 이용하여 기본 발열체(100)의 발열을 OFF 시킨 상태에서 흡/배기용 팬(31)만을 흡기용으로 구동시킴으로써 공기정화기 전용 기능만으로도 사용할 수 있으며, 하측 지지대(60) 내부에도 측면 지지대(50)용 흡/배기팬(31)을 구비하도록 하여 흡기팬으로 동작 시킴으로써 풍량을 증가시켜 여름철에는 선풍기 대용으로 사용할 수도 있다.

그러나, 도9b에 기반한 본 발명의 난방기기를 선풍기용도로 사용하는 경우나 혹은 난방기기로 사용하더라도 기본 발열체(100)의 전면부 방향에 대해서만 바람의 세기를 좀 더 세게하려고 할 때는 후면부 통풍차단판(59)의 위치를 제어함으로써 가능할 수 있다.

통풍차단판(59)은 기본 발열체(100)의 방향으로 'L'자형 또는 'ㅛ'자형 브라켓(52)에 밀착시켜두고 있다가 측면지지대(50)의 발열체 인입면(520)으로 위치하게 되면 발열체 인입면(520) 입구의 통풍구를 막아 기본 발열체(100) 후면부로 통풍이 되는 것을 차단하여 기본 발열체(100) 전면부로 향하는 통풍량을 증가시키고, 통풍차단판(59)이 내측에 위치할 때는 발열체 인입면(520) 입구의 통풍구를 개방하여 기본 발열체(100) 후면부로도 통풍이 되도록 함과 동시에 기본 발열체(100) 전면부로 향하는 통풍량을 감소시킬 수 있다.

도 9a에서는 통풍차단판(59)을 소정 두께의 한겹으로된 패널로 도시하였으나 발열체 인입면(520) 입구의 통풍구 두께를 초과하지 않는 범위내에서 복수개의 패널로 구성하여 통풍량을 조절하는 것이 가능하다.

또한, 도 9a에서는 통풍차단판(59)을 측면 지지대(50) 내측의 기본발열체 후면에 구비하는 것으로 기술하였으나 기본 발열체(100)를 대칭으로 하여 전면부에도 구비할 수 있다.

그럼에도 불구하고, 본 발명의 난방기기를 선풍기용도로 사용하는 경우에는 측면 지지대(50)와 발열체(100)사이의 통풍구에 풍향을 제어할 수 있는 풍향전환수단(58) 이나 또는 풍향판(미도시)을 구비하는 것이 바람직하다.

도9a에 도시된 바와 같이 풍향전환수단(58)은 반원형의 속이 빈 원통형으로 되어 있고, 사용자의 위치 설정에 의하여 발열체(100)와 측면 지지대(50) 사이에서 임의의 위치에 놓이게 된다.

풍향전환수단(58)의 방향이 발열체(100)와 수평으로 놓인 경우에는 발열체(100)를 강제 공랭시킴으로 인하여 상기에 언급하였던 바와 같이 발열체(100)의 발열온도를 더욱 높이는 것이 가능하고, 풍향전환수단(58)을 발열체(100)와 수직인 방향으로 놓인 상태에서는 전면부만으로 바람의 방향이 향하게 되어 선풍기로의 용도에 적합하다.

도 9a에서는 풍향전환수단(58)을 우측의 측면 지지대(50)상에 도시하였으나 실질적으로 제품에 적용하는 경우에는 좌/우측 및/또는 발열체(100)의 전/후면에 대하여 대칭적으로 적용할 수 있고, 이 경우 우측의 풍향전환수단(50)이 발열체(100)면에 대하여 수평이면 좌측의 풍향전환수단(50)은 수직으로, 또는 우측의 풍향전환수단(50)이 수직이면 좌측의 풍향전환수단(50)은 수평으로 위치설정하는 것과 같은 방식으로 임의의 각도에 대해서 좌/우 비대칭 각도로 위치를 설정할 수도 있고, 풍향전환수단(50)의 방향을 좌/우측 대칭 각도로 위치를 설정할 수도 있다.

이와 같이 본 발명에서 제시하는 난방기기 또는 선풍기에서의 바람의 방향은 기존의 제품들과는 달리 제품 본체의 전/후면에서 모두 바람이 나올 수도 있고, 본체의 일측면에서만 바람이 나올 수도 있다.

상기에서는 측면 지지대(50)에 구비된 풍향전환수단(58)에 대하여 설명하였으나, 평향노즐(50) 대신에 발열체(100)와 측면 지지대(50) 사이에 발열체(100)와 인접한 면에 풍향판(미도시)을 구비하고, 이 풍향판의 각도를 변경시키는 것에 의하여 바람의 방향을 변경시킬 수 도 있다.

한편, 상기에 언급한 바와 같이 상/하 각각 두개씩 총 네개의 흡/배기팬(31)을 구비하였음에도 불구하고 보다 많은 풍량이 요구되는 경우에는 측면 지지대(50)의 단면 사이즈를 늘리고, 이에 맞는 보다 대구형의 흡기팬(31)을 장착함으로써 공기정화기 또는 선풍기로서의 성능을 더욱 향상시키는 것이 가능하고, 난방기기로 사용하는 경우에도 실내의 온도를 보다 빠른 시간내에 높일 수 있을 뿐만 아니라, 기본 발열체(100)를 강제 공랭식으로 식히는 경우가 되므로 기본 발열체(100)의 정격 온도 범위를 흡기팬(31)의 풍량과 연계하여 더욱 높일 수 있고 기본 발열체(100)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

보다 더 많은 풍량을 위해서, 측면 지지대(50)보다 폭이 넓고 긴 형상을 갖는 하측 지지대(60)에 보다 넓은 직경의 팬을 장착하거나 저소음 이면서도 다풍량을 특성을 갖는 크로스 플로우 팬(Cross Flow Fan, 미도시)을 장착하고, 이 위에 측면 지지대(50)를 거치하는 것도 바람직스럽다.

특히, 크로스 플로우 팬(미도시)의 강력한 공기 흡입력을 바탕으로 하여 상기에서 언급한 기본 발열체(100)와 측면 지지대(50) 사이에 측면으로 구비된 통풍홀에 의한 배기 뿐만 아니라, 측면 지지대(50)의 전면부에 배기전용 통풍홀(미도시) 및 통풍 차단판(미도시)을 구비함으로써, 일반적인 상용 선풍기에 대응할 수 있는 정도의 풍부한 풍량으로 선풍기로서의 보다 충실한 기능을 수행할 수 있다.

이때, 측면 지지대(50) 전면부에 구비되는 통풍 차단판(미도시)에는 통풍홀과 동일한 위치에 해당하도록 가로 및 세로 방향으로 배열된 일련의 홀들을 구비하고 있다가, 제어부(C1)의 제어에 따라 통풍 차단판(미도시)을 수직 또는 수평방향으로 측면 지지대(50)의 전면부 내측에서 측면 지지대(50)와 밀착하여 이동시킴으로써 풍량을 제한하거나 완전히 차단할 수 있다.

한편, 상기에 언급한 바와 같이 기본 발열체(100)를 강제 공랭시키는 경우에는 기본 발열체(100)의 표면 온도는 섭씨 100도 이상의 온도로 높아지므로 기본 발열체(100)의 표면을 직접적으로 접촉하는 것을 차단할 필요성이 대두된다. 이를 위하여 본 발명의 측면 지지대(50)에는 가요성의 착탈식 안전망(미도시)을 거치하거나 분리할 수 있도록 하는 안전망 거치홈(560)이 구비될 수 있다.

도 9a에서는 측면 지지대(50) 일 측면에만 안정망 거치홈(560)이 있는 것으로 도시하였으나 상황에 따라서는 기본 발열체(100)를 기준으로 하여 대칭면의 측면 지지대(50)에도 구비될 수 있다.

상기에서는 흡/배기팬(31)을 주로 흡기용도로 사용한는 경우에 대하여 설명하였으나 흡/배기팬(31)을 역방향으로 회전시켜 배기팬 용도로 사용할 수 있다. 이경우에는 측면 지지대(50)의 발열체(100) 인입면(520)과 발열체(100)간의 공간을 통하여 유입되는 더운 바람이 측면 지지대(50) 내부의 공간을 거쳐 흡/배기팬(31)을 통하여 외부로 배출된다.

이렇게 되면 측면 지지대(50) 내부에 구비된 인쇄회로기판(56) 하단에 배치된 온도센서(A1~A4, B1~B4)가 가열되어 발열체(100)의 발열 온도값을 인쇄회로기판(56) 상단에 배치된 제어부(C1) 로 전송된다.

기본 발열체(100)에 부착된 온도 검출수단(28, 29) 및/또는 인쇄회로기판(56)상에 배치된 온도센서(A1~A4, B1~B4)로부터 검출한 온도 등 각종 상태 정보에 따른 제어부(C1)의 제어에 따라 흡/배기팬(31)을 일정한 시간마다 번갈아 동작을 시킴으로써 흡/배기팬(31)을 흡기 용도로 사용할 때 팬 커버(미도시)에 쌓인 먼지를 제거하는 효과가 있다. 즉, 동작 상태에 따라서 흡기동작 구간을 길게 하다가 배기 동작 구간을 짧게 할 수도 있고, 또는 그 반대의 동작을 할 수도 있다.

그리고, 도 9b에는 본 발명의 면형 발열체(100)를 양단에서 거치하고 있는 측면 지지대(50) 를 구비하는 난방기기가 도시되어 있는 데, 양측의 측면 지지대(50) 상단간을 견고히 고정할 수 있는 가이드바(62)가 제공될 수 있다.

이 가이드바(62)는 하측 지지대(60)를 제거하고 하측면에도 양측의 측면 지지대(50)를 고정할 수 있다. 이 때, 발열체의 상단 및/또는 하단의 종단면은 가이드바(62)에 구비된 홈에 끼워져 보다 안정되게 가이드된다.

한편, 가이드바(62)의 내측 홈에는 하나 또는 그 이상의 온도센서가 구비되어 있고, 가이드바(62)의 종단에는 온도센서에 연결된 리드와이어가 커넥터에 연결되어 측면 지지대(50) 내부의 인쇄회로기판(56)상의 대응 커넥터에 연결된다.

또한, 도9b의 가이드바(62)에서는 단지 직선적인 형태의 가이드바(62)만을 도시하였으나, 상기에서 언급한 측면 지지대(50)에 구비된 안전망 거치홈(560)에 대응되는 위치에 외측 홈(미도시)을 추가적으로 구비하여 가이드바(62)에서도 안전망(미도시)을 보다 견고하게 거치할 수 있도록 할 수 있다.

아울러, 난방기기라고 하는 계절가전의 특성상 난방기기 본연의 용도로서 뿐만 아니라 생활밀착형 용도의 일례로서 소형의 빨래를 널수 있도록 가이드바(62)로부터 돌출된 구조물(미도시)이 면형 발열체(100) 전/후 방면으로 돌출되어 있고, 측면 지지대(50)에 구비된 흡/배기팬(31)을 구동하여 양쪽 측면 지지대(50)의 발열체(100) 인입구의 통풍홀로 바람이 토출되도록 함으로써 보다 빨리 빨래를 건조할 수 있는 기능을 제공할 수 있다.

가이드바(62)의 다른 적용 사례로서, 하부 지지대(60)를 제거하고 이 자리를 가이드바(62)로서 대체할 수 있는 데, 이 경우의 가이드바(62)는 양측 측면 지지대(50)와 가까운 위치에 전/후 방향으로 네 곳에 제품을 넘어지지 않도록 하기 위한 다리(Foot)을 구비할 수 있다.

이들 다리는 보다 많은 수의 촘촘하면서도 다소 두꺼운 형태로 돌출되도록 하여 상단면에 가이드바(62)로 적용하면 상기에서 언급한 소형 세탁물에 대한 빨래 건조대로 활용될 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 면형 발열체의 하나의 적용예를 보여주는 사시도로서 도 4에서의 기본 발열체를 사용전압에 따라 두 세 가지로 만든 후에 이들을 다시 접착시트를 이용하여 증착시키는 방식으로 복수 전원에 대응할 수 있는 일체형 발열체를 구성할 수 있다.

이때, 개별 발열체 마다의 전극은 각각 독립적으로 존재하며 전기회로적으로는 측면 지지대(50) 내부나 또는 도9b의 하측 지지대(60) 내부에 있는 각각의 릴레이(미도시) 출력단 에 연결된다.

도 9a의 측면 지지대(50) 내부에 있는 제어부(C1)는 각각의 입력전원 즉, 개별 발열체별로 지정된 릴레이(미도시)의 전원 입력단으로부터 일정한 비율로 감쇄된 전압을 아날로그-디지털 변환(ADC) 포트(미도시)로 입력 받아 현재 입력된 전압을 감지한 후 측면 지지대(50) 내부나 또는 도9b의 하부 지지대(60) 내부에 구비된 해당 입력 전원의 릴레이(미도시)를 연결시킴으로써 도10의 다층으로 형성된 일체형 발열체를 다양한 입력 전압에 대응하여 사용하는 것이 가능하다.

도 10에서는 입력전압별로 하단에는 AC220V용 기본 발열체(100)를, 중간에는 AC110V용 기본 발열체(100)를, 그리고 상단에는 DC12V용 기본 발열체(100)로 구성된 다전원 대응 일체형 발열체가 제시되었으나, 사용 목적에 따라서 AC220V와 AC110V용 일체형 발열체(1,2), AC220V와 DC12V용 일체형 발열체(1,3), 또는 AC110V와 DC12V용 일체형 발열체(2,3)로 구성될 수 있다.

특히, DC12V용 기본 발열체(3)에 있어서는 중간에 접지부재(38)를 추가적으로 구성하여 접지(Ground)선용으로 지정할 수 있다. 이렇게 되면 단위 발열부재(20)의 기본 저항을 반으로 낮추는 효과가 발생하여 전압이 낮은 DC12V 배터리에 의한 발열체 구동에 유리해지는 효과가 있다.

접지부재(38)는 발열체(3) 하단부에서 양단으로 분기되어 전극처리가 측면에서 이루어 질 수 있도록 배전판(30)과 동일한 소재가 사용된다.

또한, 도10에는 표현되지 않았으나 상단부에 위치한 발열체(3)의 상단에는 각각의 발열체(1,2,3) 사이에 구비된 절연시트(M)와 동일한 절연시트가 사용될 수도 있지만, 일체형 발열체의 외피를 구성하는 이유로 인하여 다양한 색상에 대응될 수 있거나 기능성 표면처리가 된 불투명 소재의 절연시트(40)가 사용되는 것이 내측의 검정색을 띤 발열부재(20)가 외부로 표시되지 않도록 하는데 있어 유리한 측면이 있고, 이것은 하부 발열체(1)의 기판시트(10)에 대해서도 만찬가지로 적용될 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 면형 발열체의 제조 방법, 작용 모드 및 그 효과에 대해 상세히 설명한다.

먼저 작업자는 폴리에스테르(PET) 또는 폴리이미드(PI)를 주성분으로 하고 카본극세사, 제지용 펄프, 수용성 바인더, 물 등을 혼합하여 기초저항을 갖는 통전 물질로 형성하고 또한 충분한 가요성을 지니도록 형성한 시트를 롤 형태로 제조한 후, 사용 용도에 따라 적절하게 재단하여 기판 시트(10)를 준비한다.

그리고, 액상의 카본 잉크(22)에 그래핀(graphene) 또는 카본나노튜브(CNT)로 이루어진 도전성 물질(24)을 혼합하여 형성된 액상의 발열부재를 준비한다.

또한, 전도성이 우수한 동으로 형성된 전극체(32)와 이에 대응하는 전도성 접착제(34)를 준비하여 배전판(30)을 준비한다.

선택적으로, 상기 각각의 배전판(30)에 대응하는 접지부재(38)를 준비하고, 또한 증착용 접착 필름 또는 접착시트로 이루어진 접착부재(M)를 준비한다.

각각의 구성요소가 모두 준비되면, 먼저 기판 시트(10)를 고정시킨 상태에서 카본 잉크(carbon ink)(22)와 도전성 물질(24)의 혼합액을 예정된 간격으로 인쇄 또는 도포하여 각각의 발열부재(20)를 형성한다.

그리고 발열부재(20)를 건조시킨 후, 각각의 발열부재(20)의 양측 각각에 배전판(30)을 일체로 접촉 배치한다. 여기서, 각각의 전극체(32)의 배면에 전도성 접착제(34)를 도포한 후 그 전극체(32)를 각각의 발열부재(20)에 일체로 접착시키거나, 또는 각각의 전극체(32)의 배면에 양면 테이프형 전도성 접착제(34)의 일면을 접착한 후 그 접착제(34)의 타면을 각각의 발열부재(20)에 일체로 접착시키는 방식으로 전극을 설치할 수 있다.

한편, 직류형 면형 발열체(3)를 제조하거나 형성하는 경우에는, 면형 발열체(3)의 양측에 배치된 배전판(30) 사이의 대체로 중앙 지점에 길이 방향으로 접지부재(38)를 일체로 접착하여 제조한다.

상기와 같이, 다양한 형태의 면형 발열체가 제조되면, 각각의 면형 발열체(1, 2, 3)를 필요에 따라 단독으로 이용하거나, 또는 2개 이상의 면형 발열체를 접착부재(M)를 이용하여 적층 방식으로 상호 접착 결합하여 복합 또는 다중 면형 발열체로 제조하여 발열장치 또는 발열기구에 적용할 수 있다.

이와 같이 형성된 각각의 면형 발열체(1, 2, 3)의 각각의 배전판(30)의 일단에 다양한 방식으로 전선을 연결하거나 접속하여 해당 전원을 공급하면 각각의 배전판(30)을 통해 발열체(20)에 전원이 공급되어 전기 에너지가 열 에너지로 변환되어 발열 효과를 제공받을 수 있는 것이다.

이때, 각각의 배전판(30)의 전극체(32)가 전도성 접착제(34)에 의해 각각의 발열부재(20)에 전달됨으로써, 각각의 발열부재(20)를 구성하는 카본 잉크(22)와 그에 포함된 그래핀 또는 탄소나노튜브와 같은 도전성 물질(24)의 활성화에 의해 향상된 원적외선 방출량과 더불어 더욱 향상된 발열효과를 제공받을 수 있는 것이다.

특히, 전극체(32)가 전도성 접착제(34)에 의해 틈새 없이 발열부재(20)에 일체로 접착 유지됨으로써, 스파크의 발생이 방지되고 단락이 방지되어 항상 안정적이고 안전한 발열효과를 제공받을 수 있는 것이다.

또한, 다양한 형태의 면형 발열체(1, 2, 3)를 단독 또는 결합하여 발열기구를 제조할 수 있어 그 적용성 및 신뢰성이 현저히 향상될 수 있는 것이다.

더욱이, 각각의 배전판(30)을 실버 페이스트와 같은 고가의 재료를 이용하지 않고 전도성 접착제(34)를 이용하여 각각의 발열부재(20)에 직접 전기적으로 접착할 수 있어 그 제조가 간단하고 제조 비용을 현저히 절감할 수 있는 것이다.

이상에서, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하였으나, 본 기술분야의 당업자라면 특허청구 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있다.

10 : 기판 시트 20 : 발열부재
22 : 카본 잉크(카본 띠) 24 : 도전성 물질
28 : 도전성 페이스트 30 : 배전판
32 : 전극체 34 : 접착제
35 : 배선 와이어 36 : 압착 절연수단
37 : 전극판 38 : 제2 배전판
40 : 절연 시트

Claims (76)

1. 면형 발열체에 있어서,
   기판 시트;
   상기 기판 시트에 부착되는 적어도 하나 이상의 발열부재;
   상기 발열부재의 양측에 상호 대칭적으로 배치되고, 상기 발열부재에 전도성 접착제에 의해 전극체가 일체적으로 접착 배치되어 형성되는 배전판;
   상기 배전판 인접부위의 임의의 발열부재의 상단에 구비되는 온도센서; 및
   상기 배전판 종단에 배치되는 전극을 포함하며,
   적어도 두 개 이상의 면형 발열체가 증착용 접착 필름 또는 접착시트로 이루어진 접착부재에 의해 상호 일체적으로 결합되어 복합 면형 발열체를 이루고,
   상기 발열부재는,
   발열체의 하단부에서 배전판 종단에 배선용 와이어를 납땜하여 기판시트 아래로 접어 밀착시킨 후, 전기전도성 접착제가 도포된 전극판의 이면에 배선와이어를 납땜하여 기판 시트의 아래의 전극판에 부착하여 전극을 형성시키며, 상기 배선와이어가 부착된 전극판 상단에는 절연체가 구비되며,
   발열부재 측면과 내측면에 각각 외장형 온도 검출 수단과 내장형 온도 검출 수단이 구비되고,
   상기 내장형 온도 검출 수단은,
   두개의 전선에 전선의 방향과 전선에 수직인 방향으로 각각 적어도 하나 이상의 온도센서가 구비되고, 이때, 온도센서는 0.5mm 이내의 크기를 가지며 전선과 90도 방향으로 배치 방향을 가지면서 리드선의 중간에 피복이 제거된 전선에 납땜이 되고 바이메탈은 발열부재에 절연시트의 증착이 완료된 후 절연시트에 부착되는 방식으로 조립되고,
   상기 외장형 온도 검출 수단은,
   두개의 전선에 전선의 방향으로 적어도 하나 이상의 온도센서가 병렬 연결로 구비되고, 이때, 온도센서는 써미스터가 이용되고 바이메탈은 노멀 오픈 타입이 이용되며, 양측 종단과 중간에 피복이 벗겨진 전선에 온도센서와 바이메탈이 남땜되고 바이메탈에 온도센서가 병렬로 연결되는 방식으로 조립되며,
   적어도 하나의 발열체는 DC 전원용 발열체로 중앙에 접지용 배전판이 구비되고 상기 배전판의 중앙 하단은 좌/우측으로 각각 분기되어 일측면 하단에 각각 DC 전원선과 접지선이 구비되는 것을 특징으로 하는 면형 발열체.
   
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3. 제1항의 면형발형체;
   상기 면형 발열체의 좌우측 종단에 구비된 고정 브라켓;
   상기 면형 발열체의 평탄도 유지를 위한 탄성스프링패널;
   상기 면형 발열체의 측면에서 면형 발열체를 지지하는 측면지지대; 및
   상기 측면지지대의 종단부 고정홀에 구비된 적어도 하나 이상의 흡기 또는 배기용 팬으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난방기기.
4. 제3항에 있어서, 상기 난방기기는 측면 지지대간의 상단 및 하단의 발열체 인입구를 가이드바로 고정하여 면형 발열체 상단 및 하단의 종단면을 가이드바에 형성된 홈에 의하여 가이드 되는 것을 특징으로 하는 난방기기.
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