KR101956268B1 - 탄소발열체를 갖는 탄소발열보드 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소발열체에 관한 것으로서, 위사와 경사로 직조되어 그물망형태의 선상발열체를 형성하는 복수개의 폴리에스터(110)와; 상기 복수개의 폴리에스터(110)에 의해 나란하게 형성된 위사들 사이에 함께 일정 간격으로 배치되어 상기 선상발열체의 위사로 직조되며 전원공급시 저항에 의해 열을 발생시키는 복수개의 탄소사(120)와; 상기 폴리에스터(110)와 상기 탄소사(120)에 의해 직조된 상기 선상발열체의 테두리영역에 경사방향으로 함께 직조되어 상기 복수개의 탄소사(120)로 전원을 공급하는 복수개의 석도선(130)과; 상기 복수개의 석도선(130)과 연결되어 상기 석도선(130)으로 전원을 공급하는 전원공급선(140)을 포함하며, 상기 복수개의 폴리에스터와 상기 복수개의 탄소사는 위사방향으로 일정간격으로 교번적으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

탄소발열체를 갖는 탄소발열보드 제조방법{Manufacturing method of carbon heating board having carbon heating element}

본 발명은 탄소발열체 및 이를 이용한 탄소발열보드 제조방법에 관한 것으로서, 보다 자세히는 탄소사에서 나오는 복사열에 의해 난방효율이 높은 탄소발열체 및 이를 이용한 탄소발열보드 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 각종 건축물 시설에 적용되는 난방구조는 바닥에 형성된 온돌배관이나 전열체가 인가된 전원에 의해 발열된 다음, 열전도층 및 바닥재로 열이 전달된 후, 실내 공기를 복사시켜 난방하는 형태로 되어 있다.

종래의 난방구조에서는 열선형태의 발열체를 직접 이용하거나, 면상발열체 형태의 필름을 주로 이용하였다.

이 중에서, 열선형태의 발열체를 이용하는 경우에는 상기 발열체가 설치되어 있는 주변에서만 국부적인 가열 집중 현상이 발생되어, 난방효율의 저하 및 불필요한 에너지 낭비가 초래될 수 있는 문제점이 존재하였다.

아울러, 열이 집중되는 위치에서는 과열에 따른 스파크 발생으로 인하여 화재 등의 예기치 못한 위험이 따랐으며, 이러한 종래의 난방구조를 장기 사용 시에는 부분적으로 누적된 습기로 인하여 곰팡이를 비롯한 각종 인체에 유해한 세균들이 번식될 수 있는 문제점을 내포하고 있었다.

한편, 선상발열체 또는 필름형 발열체를 이용하는 경우에는 작은 충격에도 단선될 수 있어 오랜 사용이 불가능하였으며, 주기적으로 교체해 주어야 하는 불편함이 따랐다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 노력의 일환으로, 대한민국 공개특허공보 제2007-54152호에 개시된 난방용 발열보드에서는 전열선을 내부에 배열하고, 전열선의 상하부에 강도가 높고 변질이 적은 마그네슘 판을 열전도층으로 형성시키는 구성을 갖도록 되어 있다.

이러한 구성은 상하부의 상기 마그네슘 판 사이에 전열선을 배열하기 위해 많은 시간, 비용 및 노력이 요구되었으며, 완성 후에도 제품의 유지, 보수 및 교체 작업에 많은 불편이 야기 되었다.

따라서, 제작이 간편하면서도, 비용은 절감되고, 난방효율이 우수한 발열보드의 개발이 요구된다.

본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 전기적 안전성이 있으며 국부적인 열의 집중 없이 전영역의 발열성능이 균일하게 나타날 수 있는 탄소발열체 및 이를 이용한 탄소발열보드를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 반영구적으로 형태를 유지할 수 있으며, 제조과정이 간단하며 복사열 발열원리를 이용해 난방효율이 높은 탄소발열체 및 이를 이용한 탄소발열보드를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

본 발명의 목적은 탄소발열체에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 탄소발열체는, 위사와 경사로 직조되어 그물망형태의 선상발열체를 형성하는 복수개의 폴리에스터(110)와; 상기 복수개의 폴리에스터(110)에 의해 나란하게 형성된 위사들 사이에 함께 일정 간격으로 배치되어 상기 선상발열체의 위사로 직조되며 전원공급시 저항에 의해 열을 발생시키는 복수개의 탄소사(120)와; 상기 폴리에스터(110)와 상기 탄소사(120)에 의해 직조된 상기 선상발열체의 테두리영역에 경사방향으로 함께 직조되어 상기 복수개의 탄소사(120)로 전원을 공급하는 복수개의 석도선(130)과; 상기 복수개의 석도선(130)과 연결되어 상기 석도선(130)으로 전원을 공급하는 전원공급선(140)을 포함하며, 상기 복수개의 폴리에스터와 상기 복수개의 탄소사는 위사방향으로 일정간격으로 교번적으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 석도선(130)은 직경 0.16 mm로 구비되며, 동선 권치기로 20-40가닥으로 만든 후 직조된다.

일 실시예에 따르면, 상기 탄소사(120)는 일반섬유사를 1차 탄소코팅하는 단계, 1차 숙성단계, 2차 탄소코팅단계 및 2차 숙성단계를 거쳐 희망하는 저항값을 갖도록 제조되며, 상기 전원공급선(140)은 테프론전선으로 구비될 수 있다.

한편, 본 발명이 목적은 탄소발열보드 제조방법에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 탄소발열보드 제조방법은, 폴리에스터로 형성된 제1두께의 한 쌍의 흡음단열재(200,200a)를 준비하는 단계와; 상기 한 쌍의 흡음단열재(200,200a) 사이에 상술한 탄소발열체(100)를 배치하는 단계와; 상기 탄소발열체(100)와 상기 한 쌍의 흡음단열재(200,200a) 사이에 한 쌍의 방수비닐(300,300a)을 각각 배치하는 단계와; 상기 한 쌍의 흡음단열재(200,200a)의 상하에서 열과 압력을 가하여 상기 방수비닐(300,300a)을 상기 탄소발열체(100) 표면에 융착시키는 단계와; 냉각프레스에서 가압하여 상기 흡음단열재(200,200a)의 두께를 설정된 두께로 압축하는 단계와; 상기 탄소발열체(100)가 내장된 상기 흡음단열재(200,200a)를 희망하는 크기로 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 탄소발열체는 폴리에스터를 위사와 경사로 그물망 형태로 직조하고, 탄소사를 위사로 함께 직조하여 그물망 형태의 선상발열체를 형성한다. 탄소발열체는 그물망 형태로 형성되므로 형상의 안정성이 유지되고, 전 영역에 균일한 발열 특성을 나타낼 수 있다.

또한, 위사와 경사가 폴리에스터에 의해 이루어지고, 탄소사는 위사에만 사용되므로 위사와 경사 사이에서의 마찰에 의한 스파크 발생을 방지하여 전기적 안정성을 이룰 수 있다.

또한, 본 발명의 탄소발열체가 이용된 탄소발열보드는 탄소발열체의 탄소사로부터 나오는 장파장의 열이 탄소발열체 표면에 머물지 않고 탄소발열보드 외부로 방사되므로 다량의 열 방사로 공간 난방이 가능해질 수 있고, 난방효율이 향상될 수 있다.

또한, 본 발명의 탄소발열보드는 한 쌍의 흡음단열재 사이에 탄소발열체를 배치하고, 열과 압력을 가하여 제조하므로, 전체 제조과정이 간단하며 제조비용을 단축할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 탄소발열체의 구성을 개략적으로 도시한 개략도,
도 2는 탄소발열체의 실제 구성을 도시한 도면,
도 3은 도 2의 탄소발열체의 일부 영역을 확대하여 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 탄소발열보드의 제조과정을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 탄소발열보드의 단면구성을 도시한 단면도이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 1은 본 발명에 따른 탄소발열체(100)의 구성을 도시한 개략도이고, 도 2는 탄소발열체(100)의 실제 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 일부를 확대하여 도시한 확대도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 탄소발열체(100)는 폴리에스터(110), 탄소사(120) 및 석도선(130)이 그물망 형태로 일정면적 직조되어 형성된 선상발열체이다. 탄소발열체(100)는 위사와 경사가 서로 직교하는 방향으로 직조되어 형성된다.

이 때, 흰색의 폴리에스터(110)는 위사와 경사 모두에 사용되고, 검은색의 탄소사(120)는 위사에만 사용되며, 석도선(130)은 좌우측 테두리영역에만 집중적으로 배치되어 탄소사(120)와 전기적으로 연결된다. 석도선(130)은 전원공급선(140)과 연결된다.

석도선(130)의 좌우측에는 폴리에스터(110)가 배치되어 석도선(130)의 위치를 잡아준다.

폴리에스터(110)는 탄소사(120)와 석도선(130)이 면상 발열체 형태로 형성되기 위해, 기본적인 그물망 형태의 골격을 형성하는 역할을 한다. 폴리에스터(110)는 위사와 경사로 서로 직교되게 제직되어 희망하는 크기의 골격을 형성한다.

폴리에스터(110)에 의해 위사와 경사 형태로 직조된 형태에 탄소사(120)가 위사 형태로 제직되고, 석도선(130)이 경사 형태로 좌우 테두리에 제직된다.

이러한 구조에 의해 탄소사(120)와 석도선(130)이 폴리에스터(110)에 의해 감싸혀 지게 되므로, 구조적인 안정성이 유지되어 장시간 형태 변형없이 사용이 가능해질 수 있다.

탄소사(120)는 전원이 공급되면 저항값을 부여하여, 열이 발생되게 한다. 탄소사(120)의 저항값에 따라 일반 방바닥의 바닥용발열체와 찜질방과 같이 고온이 요구되는 찜질용발열체, DC용 발열체로 구분되어 생산될 수 있다.

탄소사(120)는 제품종류에 따라 2합, 3합으로 연사한 아라미드사를 브랜딩한 탄소에 함침한 후, 바닥용발열체와 찜질용발열체, DC용 발열체에 요구되는 저항값을 갖게 제조된다.

탄소사(120)의 보다 자세한 제조방법은 일반섬유사를 탄소용액으로 코팅하는 1차 탄소코팅단계와, 1차 탄소코팅단계에서 탄소가 코팅된 탄소사를 권취 후 50℃의 온도에서 24시간 숙성하는 단계와, 숙성된 탄소사를 탄소용액으로 다시 코팅하는 2차 탄소코팅단계와, 2차 탄소코팅된 탄소사를 50℃의 온도에서 24시간 숙성하는 단계를 거쳐 제조된다.

이러한 탄소사(120) 제조방법은 본 출원인이 등록받은 등록특허 제10-1545151호 "탄소 코팅사 제조장치 및 제조방법"에 자세히 설명되어 있다.

석도선(130)은 탄소사에 전원을 공급하는 역할을 한다. 석도선(130)은 전원공급선(140)과 연결된다. 석도선(130)은 20-40가닥을 한 세트로 하여 탄소발열체(100)의 양측에 배치된다. 석도선(130)은 주석을 기본 재료로 하는 도체로 형성된다.

전원공급선(140)은 상용전원과 연결되어 석도선(130)으로 전원을 공급한다. 전원공급선(140)은 도면에 도시되지 않은 전원단자(미도시)에 의해 석도선(130)과 연결된다. 전원공급선(140)은 테프론전선으로 구비되는 것이 바람직하다. 테프론전선은 200℃ 내열전선으로 고온에서도 안정적으로 전원을 공급한다.

여기서, 폴리에스터(110)와 탄소사(120)에 의해 형성되는 위사와 경사 사이의 간격은 다양하게 조절될 수 있다.

또한, 탄소사(120)가 폴리에스터(110) 사이에 배치되는 간격과 밀도는 탄소발열체(100)의 사용처에 따라 상이하게 조절될 수 있다.

일례로, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소발열체(100)는 위사 방향으로 3줄의 폴리에스터(110)와 3줄의 탄소사(120)가 교번적으로 배치되게 직조되었다. 그러나, 이는 일례일 뿐이며, 폴리에스터(110)와 탄소사(120)의 반복되는 줄 수는 다양하게 조절될 수 있다.

본 발명에 따른 탄소발열체(100)는 탄소사(120)만으로 형성되지 않고, 폴리에스터(110)가 위사와 경사로 사용되어 형성된 면상구조에 함께 직조되어 형성된다. 이에 의해 탄소사(120)가 일정 면적에 균일한 간격으로 배치될 수 있으며, 배치간격에 따라 발열량을 조절할 수 있다.

또한, 탄소사(120)에서 나오는 열은 장파장을 이루고 있어, 열이 표면에 머물지 않고 방사되기 때문에 고온에서도 열화상을 입지 않고 다량의 열 방사로 공간 난방을 할 수 있게 된다.

또한, 온도 자가조절 기능을 수행하여 정해진 영역의 온도가 일정하게 유지되도록 하는 SR 발열체(self regulation heating element)로 주위의 온도환경에 대응하여 발열 상태를 조절하면서 온도가 일정하게 유지되도록 하므로, 전력소비를 줄일 수 있다.

도 4는 본 발명의 탄소발열체(100)를 이용한 탄소발열보드(1) 제조과정을 개략적으로 도시한 분해사시도이고, 도 5는 탄소발열보드(1)의 단면구성을 도시한 단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 탄소발열보드(1)는 탄소발열체(100)의 상하에 흡음단열재(200,200a)를 배치하고, 탄소발열체(100)와 흡음단열재(200,200a) 사이에 방수비닐(300,300a)을 배치하여 형성된다.

한 쌍의 흡음단열재(200,200a)는 폴리에스터(110)로 구비될 수 있다. 흡음단열재(200,200a)는 사용목적에 따라 다양한 규격과 두께로 제조될 수 있다. 일례로, 바닥용발열보드로 제조되는 경우 흡음단열재(200,200a)는 밀도 50K, 두게 50T, 규격 900×1800으로 제조되며, 찜질용발열보드는 밀도 50K, 두께 50T, 규격 650×1800으로 제조된다.

여기서, 바닥용발열보드는 발열온도가 70℃ 이하 이므로 비방염 폴리에스터가 사용되고, 찜질용발열보드는 발열온도가 100~120℃ 이므로 방염 폴리에스테르가 사용된다.

방수비닐(300,300a)은 탄소발열체(100)와 흡음단열재(200,200a) 사이에 구비되며, 탄소발열체(100)로 수분이 유입되는 것을 차단한다. 방수비닐(300,300a)은 PE, PP, PI 와 같은 열가소성 수지 재질로 형성된다.

탄소발열보드(1) 제조를 위해, 도 4에 도시된 바와 같이 각 구성들을 적층적으로 배치하고, 180∼200℃의 열프레스를 이용해 160초간 200ton으로 가압한다. 여기서, 흡음단열재(200,200a)를 고온으로 가압하는 과정에서 폴리에스터에 섞여 있는 LM과 방수비닐(300,300a)은 열융착으로 접착된다. LM은 녹는점이 110~180℃이므로 180∼200℃의 열프레스의 온도하에서 녹게 된다. LM이 녹으면서 방수비닐(300,300a)이 함께 열융착된다. 열융착된 방수비닐(300,300a)은 탄소발열체(100)의 상하 표면에 고착되어 방수역할을 수행한다. 흡음단열재(200,200a)의 두께는 1차로 압축되어 줄어들게 된다.

열프레스를 거친 후, 12℃의 냉각프레스에서 160초간 300ton으로 가압한다. 이 과정에서 흡음단열재(200,200a)의 두께가 2차로 줄어들게 된다. 일례로, 초기두께(d1) 50T의 흡음단열재(200,200a)가 1차 압축과정에서 20~25T로 줄어들고, 2차 압축과정을 거친 후 압축두께(d2) 3.5T로 줄어든다. 이에 의해 탄소발열보드(1)의 전체두께(d3)가 7T로 형성된다.

도 5에 도시된 바와 같이 성형이 완료된 탄소발열보드(1)는 규격에 맞게 제단 후, 50℃에서 24시간 숙성한 뒤 출고된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 탄소발열체는 폴리에스터를 위사와 경사로 그물망 형태로 직조하고, 탄소사를 위사로 함께 직조하여 그물망 형태의 선상발열체를 형성한다. 탄소발열체는 그물망 형태로 형성되므로 형상의 안정성이 유지되고, 전 영역에 균일한 발열 특성을 나타낼 수 있다.

또한, 위사와 경사가 폴리에스터에 의해 이루어지고, 탄소사는 위사에만 사용되므로 위사와 경사 사이에서의 마찰에 의한 스파크 발생을 방지하여 전기적 안정성을 이룰 수 있다.

또한, 본 발명의 탄소발열체가 이용된 탄소발열보드는 탄소발열체의 탄소사로부터 나오는 장파장의 열이 탄소발열체 표면에 머물지 않고 탄소발열보드 외부로 방사되므로 다량의 열 방사로 공간 난방이 가능해질 수 있고, 난방효율이 향상될 수 있다.

또한, 본 발명의 탄소발열보드는 한 쌍의 흡음단열재 사이에 탄소발열체를 배치하고, 열과 압력을 가하여 제조하므로, 전체 제조과정이 간단하며 제조비용을 단축할 수 있는 장점이 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 탄소발열체 및 이를 이용한 탄소발열보드의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 탄소발열보드 100 : 탄소발열체
110 : 폴리에스터 120 : 탄소사
130 : 석도선 140 : 전기공급선
200 : 하부흡음단열재 200a : 상부흡음단열재
300 : 하부방수비닐 300a : 상부방수비닐

Claims (4)

1. 폴리에스터로 형성된 제1두께의 한 쌍의 흡음단열재(200,200a)를 준비하는 단계와;
   상기 한 쌍의 흡음단열재(200,200a) 사이에 탄소발열체(100)를 배치하는 단계와;
   상기 탄소발열체(100)와 상기 한 쌍의 흡음단열재(200,200a) 사이에 한 쌍의 방수비닐(300,300a)을 각각 배치하는 단계와;
   상기 한 쌍의 흡음단열재(200,200a)의 상하에서 180~200℃의 열프레스를 이용하여 160초간 200ton으로 가압하여 상기 방수비닐(300,300a)을 상기 탄소발열체(100) 표면에 융착시키는 단계와;
   12℃의 냉각프레스에서 160초간 300ton으로 가압하여 상기 흡음단열재(200,200a)의 두께를 설정된 두께로 압축하는 단계와;
   상기 탄소발열체(100)가 내장된 상기 흡음단열재(200,200a)를 희망하는 크기로 절단하는 단계를 포함하며,
   상기 탄소 발열체는,
   위사와 경사로 직조되어 그물망형태의 선상발열체를 형성하는 복수개의 폴리에스터(110)와;
   상기 복수개의 폴리에스터(110)에 의해 나란하게 형성된 위사들 사이에 함께 일정 간격으로 배치되어 상기 선상발열체의 위사로 직조되며 전원공급시 저항에 의해 열을 발생시키는 복수개의 탄소사(120)와;
   상기 폴리에스터(110)와 상기 탄소사(120)에 의해 직조된 상기 선상발열체의 테두리영역에 경사방향으로 함께 직조되어 상기 복수개의 탄소사(120)로 전원을 공급하는 복수개의 석도선(130)과;
   상기 복수개의 석도선(130)과 연결되어 상기 석도선(130)으로 전원을 공급하는 전원공급선(140)을 포함하며,
   상기 복수개의 폴리에스터와 상기 복수개의 탄소사는 위사방향으로 일정간격으로 교번적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 탄소발열체를 갖는 탄소발열보드 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 석도선(130)은 직경 0.16 mm로 구비되며, 동선 권치기로 20~40가닥으로 만든 후 직조되는 것을 특징으로 하는 탄소발열체를 갖는 탄소발열보드 제조방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 탄소사(120)는 일반섬유사를 1차 탄소코팅하는 단계, 1차 숙성단계, 2차 탄소코팅단계 및 2차 숙성단계를 거쳐 희망하는 저항값을 갖도록 제조되며,
   상기 전원공급선(140)은 테프론전선으로 구비되는 것을 특징으로 하는 탄소발열체를 갖는 탄소발열보드 제조방법.
4. 삭제

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