KR101984458B1

KR101984458B1 - 발열 구조체 및 발열 구조체 제조 방법

Info

Publication number: KR101984458B1
Application number: KR1020190001719A
Authority: KR
Inventors: 김훈; 김종근
Original assignee: 김훈; 김종근
Priority date: 2019-01-07
Filing date: 2019-01-07
Publication date: 2019-05-30

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 발열 구조체는 복수 개의 발열 패널로 이루어지며, 발열 패널은, 사각 판상으로 제공되는 세라믹재, 세라믹재와 서로 마주보며 대응되는 형상으로 제공되는 석재, 석재와 마주보는 세라믹재의 상부면의 가장자리들 중 서로 다른 가장자리에 각각 제공되는 한 쌍의 연결 전극, 세라믹재의 상부면에 복수회 절곡되는 배선의 형태로 인쇄 또는 도포되어, 한 쌍의 연결 전극을 전기적으로 연결하는 발열 배선 및 한 쌍의 연결 전극 및 발열 배선이 세라믹재와 석재 사이에서 접착 고정되도록, 세라믹재와 석재 사이에 제공되는 접착층을 포함하고, 발열 배선은, 연결 전극을 통해 전원이 인가되면 발열되며, 금속 분말 및 고분자 수지를 포함한다.

Description

발열 구조체 및 발열 구조체 제조 방법{HEATING STRUCTURE AND METHOD OF MANUFACTURING HEATING STRUCTURE}

본 발명은 발열 구조체 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 대리석 및 세라믹으로 제작되어 조립이 용이한 발열 구조체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

근래에 국제유가의 급격한 상승으로 인하여 일반 주택이나 아파트의 난방으로 전기를 이용하는 난방방식이 선호됨에 따라 전기 발열체를 이용한 발열패널이 개발되고 있다.

전기 발열체는 전기적인 저항에 의해 발열하는 것으로, 이러한 전기 발열체를 이용한 발열패널은 장판, 온돌매트 등의 다양한 바닥재에 적용될 수 있다.

본 발명의 목적은, 대리석 및 세라믹으로 제작되어 두께가 얇고 조립이 용이한 발열 구조체 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 연결 전극은, 전원을 공급하는 커넥터가 삽입되는 요홈을 갖는다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 어느 하나의 발열 패널의 연결 전극의 요홈에 삽입된 커넥터는, 인접하는 다른 발열 패널 중 어느 하나의 연결 전극의 요홈에 삽입된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 구조체는, 한 쌍의 연결 전극이, 세라믹재와 석재가 마주보는 어느 한 면의 가장자리들 중 서로 이웃하지 않는 가장자리에 각각 제공되는 직선형 패널 및 한 쌍의 연결 전극이, 세라믹재와 석재가 마주보는 어느 한 면의 가장자리들 중 서로 이웃하는 가장자리에 각각 제공되는 코너형 패널을 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 발열 배선은, 교차되지 않는 형상으로 제공된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 발열 배선은, 5중량% 내지 20중량%의 금속 분말, 40중량% 내지 50중량%의 고분자 수지 및 40중량% 내지 50중량%의 경화제를 포함하는 금속 수지 혼합물이 경화되어 이루어진다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 금속 분말의 입경은 2μm 내지 10μm이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 발열 패널의 두께는 17mm 내지 23mm 이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 발열 배선에 인가되는 전압은 DC 12V이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 구조체 제조 방법은, 세라믹재의 상부에 연결 전극을 배치하는 단계, 세라믹재의 상부에 금속 수지 혼합물을 18μm 내지 22μm의 두께로 인쇄 또는 도포하는 단계, 금속 수지 혼합물을 180 ℃ 내지 220 ℃의 온도 하에서 1시간 40분 내지 2시간 20분 동안 열경화시켜 발열 배선을 제조하는 단계, 세라믹재의 상부에 접착제를 도포하는 단계 및 접착제가 도포된 세라믹재의 상부에 석재를 부착시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 발열 구조체 및 그 제조 방법은 대리석 및 세라믹으로 제작되어 두께가 얇고 조립이 용이한 용이한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 패널의 분해사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I'선에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 복수 개의 발열 패널이 결합된 구조를 도시한 평면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 연결 전극 및 커넥터를 도시한 사시도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 직선형 패널을 도시한 평면도이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 코너형 패널을 도시한 평면도이다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 직선형 패널 및 코너형 패널을 결합한 발열 구조체를 도시한 평면도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 발열 구조체는, 한 쌍의 마주보는 면상부재의 사이에 배선을 형성하고 점착시킴에 따라, 배선에 발생하는 열이 면상부재로 전달됨으로써, 난방효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 특히 전기장판과 같이, 바닥재에 적용되는 것이 가장 적합하나, 그 적용 대상을 이에 한정하지 않으며, 사용 목적에 따라 다양한 전기전자제품에 활용될 수 있을 것이다.

이하, 본 발명의 실시예들에 있어서, 각 구성들의 크기, 두께 및 형상은 설명의 편의를 위해 과장되게 도시되었으며, 실제 발열 구조체에서는 이와 다른 크기와 형상을 가질 수 있다. 또한, 소정 구성 요소를 기준으로 하여 상부, 하부 등을 표시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로서, 구성 요소의 배치에 따라 지칭한 방향과 다른 방향으로 해석될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 구조체의 분해사시도이다.

도 2는 도 1의 I-I'선에 따른 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 구조체(1000)는 복수 개의 발열 패널(100)로 이루어지며, 발열 패널(100)은 세라믹재(10), 석재(20), 연결 전극(11), 발열 배선(13) 및 접착층(30)을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 세라믹재(10)는 사각 판상으로 제공될 수 있다. 도면상에는 평면상으로 보았을 때 정사각형의 형태로 제공되는 예를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 직사각형, 다각형 등의 형상으로 제공될 수 있으며, 얇은 판상의 형상으로 제공되는 것이라면 모두 적용 가능하다.

또한, 세라믹재(10)는 ZrB2, TiB2, ZrN, TiN, TiC, Al2O3, SiC, Si3N4, GeO2, TiO2, SiO2, MgO, CaO, FeOx, CrOx 등의 성분을 하나 또는 둘 이상 포함하도록 제공될 수 있다. 상기 재료로 이루어지는 세라믹재(10)는 일반적으로 고온강도가 높고, 내마모성, 내산화성, 내식성, 내크립성 등의 특성이 우수한 특성을 갖는다.

이에 따라, 발열 패널(100)의 내부에 제공되는 배선 및 전극을 외부로부터 보호함과 동시에, 산화, 크랙(crack), 파손 등의 외부 요인에 기인하는 손상을 최소화하는 보강 기능을 함으로써, 발열 패널(100)의 내구성이 향상되는 효과가 있다.

이러한 세라믹재(10)는 후술할 석재(20)의 두께보다 얇은 두께로 제공됨에 따라, 전체 패널의 두께가 얇아짐과 동시에 보강기능까지 가질 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 석재(20)는 세라믹재(10)와 서로 마주보며 대응되는 형상으로 제공된다.

석재(20)의 경우, 세라믹재(10)와 마찬가지로 사각 판상으로 제공될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 세라믹재(10)의 형상에 대응되며 세라믹재(10)의 상부에 포개어질 수 있는 형상이라면 모두 적용가능하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 석재(20)로는 대리석을 사용될 수 있다.

그러나, 상기 석재의 종류는 이에 한정되는 것은 아니며, 석회암, 화강암 등 다양한 재료가 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 연결 전극(11)은, 외부 단자로부터 제공되는 전력이 후술할 발열 배선(13)에 흐르게 하는 기능을 하는 것으로서, 석재(20)와 마주보는 세라믹재(10)의 상부면의 가장자리들 중 서로 다른 가장자리에 각각 제공된다.

연결 전극(11)은 세라믹재(10)의 상부면에 도전체로 제공될 수 있으며, 세라믹재(10)의 상부면에 제공된 홈에 구비되어 세라믹재(10)의 내부에 위치하도록 제공될 수도 있다.

도면에서는 연결 전극(11)의 하단부 일측 모서리가 세라믹재(10) 상부면의 모서리를 따라 맞닿은 형상으로 배치되는 실시예를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 외부로부터 전원을 제공받을 수 있는 위치에 다양한 형상으로 제공될 수 있다.

또한, 일반적으로 연결 전극(11)은 서로 다른 극성의 전원을 공급할 수 있도록 양극(+)과 음극(-)의 한 쌍으로 제공되며, 일반적으로 발열 배선(13)보다 전기전도도가 높도록 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 발열 배선(13)은, 금속 분말 및 고분자 수지를 포함하며, 세라믹재(10)의 상부면에 복수회 절곡되는 배선의 형태로 제공된다. 상기 발열 배선(13)은 세라믹재(10) 상에 인쇄 또는 도포된다.

발열 배선(13)의 인쇄방법으로는 프린트 스크리닝 방식이 사용될 수 있으며, 공지된 기술을 통해 인쇄 또는 도포될 수 있다. 이 때, 세라믹재(10)의 상면에 배선 형태의 홈을 만들고, 후술할 금속 수지 혼합물을 홈을 따라 인쇄되도록 함으로써, 발열 배선(13)이 용이하게 인쇄 또는 도포되도록 제공될 수 있다.

발열 배선(13)의 제조 방법은 이에 한정되는 것은 아니며, 세라믹재(10) 이외에도 세라믹재(10)와 대면하는 석재(20)의 일면에 인쇄 또는 도포될 수 있다. 또한, 석재(20)의 일면에 배선 형태의 홈을 만들어서 금속 수지 혼합물이 홈을 따라 인쇄되도록 제공될 수도 있다.

이렇게 인쇄 혹은 도포된 발열 배선(13)은 상술한 한 쌍의 연결 전극(11)을 전기적으로 연결하며, 연결 전극(11)을 통해 전원이 인가되면 발열되는 기능을 한다.

발열 배선(13)은 최대한 길게 연장된 선 형태로 제공된다. 상기 선은 복수 회 절곡되는 형상을 가질 수 있다. 이에 따라 발열 배선(13)이 갖는 저항 값이 높아짐으로써, 전력 인가 시 최대한의 발열량을 발생시킬 수 있게 되므로 발열 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

상술한 두 연결 전극(11) 사이는 직렬로 연결된다. 이에 따라, 발열 배선(13)은 교차되지 않는 형상으로 제공될 수 있으며, 직렬로 연결됨으로써 발열 효율이 높아질 수 있다. 예를 들면 지그재그, 나선형 등과 같은 형상으로 제공될 수 있다.

발열 배선(13)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니며, 전원 인가 시 발열에 무리가 없는 형상이라면 모두 적용 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 발열 배선(13)은 다음과 같은 길이와 폭을 갖는 세라믹재(10)의 상부에 다음과 같은 치수를 갖는 형상으로 제공될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 복수 개의 발열 패널이 결합된 구조를 도시한 평면도이다.

도 3을 참조하면, 세라믹재(10)는 다양한 크기로 제공될 수 있다. 예를 들어, 세라믹재(10)의 길이(L1)는 약 400mm 내지 약 700mm로 제공될 수 있으며, 약 500mm내지 약 650mm로 제공될 수 있고, 또는 약 590mm 내지 약 610mm로 제공될 수 있다. 세라믹재(10)의 폭(W1)은 약 400mm 내지 약 700mm로 제공될 수 있으며, 약 500mm내지 약 650mm로 제공될 수 있고, 또는 약 590mm 내지 약 610mm로 제공될 수 있다.

발열 배선(13) 또한 다양한 규격, 예를 들어, 소정 범위의 두께와 선폭으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 발열 배선(13)의 두께(D1)는 약 16mm 내지 약 24mm로 제공될 수 있으며, 또는 약 18mm 내지 약 22mm로 제공될 수 있다. 발열 배선(13)의 패턴을 형성함에 있어서, 제1 절곡부(D2)는 약 50mm 내지 약 70mm로 제공될 수 있으며, 또는 약 55mm내지 약 60mm로 제공될 수 있다. 또한, 제2 절곡부(D3)는 약 50mm 내지 약 70mm으로 제공될 수 있으며, 또는 약 65 mm 내지 약 70mm으로 제공될 수 있다. 또한, 발열 배선(13)과 세라믹재(10)의 가장자리와의 간격(D4)는 약 45mm 내지 약 55mm로 제공될 수 있으며, 또는 약 48mm 내지 약 52mm로 제공될 수 있다.

상술한 세라믹재(10)를 포함하는 발열 패널(100)은 평면상에서 보았을 때 정사각형의 형상을 갖는 평판형의 형상으로 제공되며, 길이 약 450mm, 폭 약 450mm, 및 두께 약 17mm 내지 약 23mm의 크기로 제작될 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 사용 목적 및 제공 환경에 따라 다양한 형상 및 크기로 제작될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 접착층(30)은 다음과 같은 기능을 한다.

다시 도 2를 참조하면, 접착층(30)은 세라믹재(10)와 석재(20) 사이에 제공된다. 이에 따라, 한 쌍의 연결 전극 및 발열 배선(13)은 접착층(30)에 의해 세라믹재(10)와 석재(20) 사이에서 접착 고정된다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 접착층(30)은 발열 배선(13)과 별도 구성으로 제공될 수 있다.

그러나, 별도의 접착층(30)을 포함하지 않고, 발열 배선(13)을 제조하기 위한 금속 수지 혼합물이 접착층의 기능을 하도록 제공될 수도 있다. 이 경우, 금속 수지 혼합물의 구성으로 접착 기능을 가지는 고분자 수지가 사용될 수 있다.

접착층(30)은 일반적으로 고분자 수지 및 경화제가 약 1:1 중량비로 이루어지는 절연체로 제공될 수 있으며, 공지된 접착제가 사용되어도 무방하다.

상기 구성들을 포함하는 본 발명의 발열 구조체는 종래의 발열체 대비 다음과 같은 특유의 효과를 가진다.

종래에는 석재의 차가운 촉감으로 인해 건설 시공 시 실내대리석 시공을 회피하는 경향이 있었으나, 본 발명의 발열 구조체를 사용하면 석재 내부로부터 발열이 가능하며, 열이 빨리 식지 않고 잔열이 오래가는 온돌의 효과가 있다.

또한, 본 발명의 발열 패널은 석재와 세라믹재를 사용하므로 높은 내구성을 가지므로 외부 충격에 강한 특성이 있다.

또한, 본 발명의 발열 패널은 습기에 강하여 누전에 의한 화재를 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 하판을 세라믹재로 구성함에 따라, 석재를 이중구조로 가지는 종래의 발열 패널 구조 보다 얇은 두께로 제공될 수 있다. 또한, 하판을 세라믹재로 구성함에 따라, 높은 가격의 석재를 이중구조로 가지는 종래의 발열 패널 대비, 제조 비용을 낮출 수 있는 이점이 있다.

또한, 종래의 판상형 도전패널에 매립되는 구조로 제공되는 전선 발열체와 비교하여, 본 발명의 발열 배선은 금속 및 고분자 수지를 포함하는 금속 수지 혼합물을 인쇄 또는 도포 후 이를 경화시킴으로써 얻어진다. 따라서, 종래의 전선 대비 두께가 훨씬 더 얇아지는 효과가 있으며, 전열선을 사용하지 않으므로 전열선의 노화로 인한 누전 혹은 단선의 우려가 없다는 장점이 있다.

또한, 종래의 판상형 도전패널에 사용되는 면상 발열체와 비교하면, 본 발명의 발열 배선은 배선의 형태를 가지도록 복수회 절곡된 형상으로 제공됨에 따라, 직렬회로를 이루는 효과가 있어 발열량을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.

더하여 본 발명의 발열 패널은 내열성이 우수한 석재와 세라믹을 사용함에 따라, 발열 배선으로부터 발생하는 열에 강한 특성이 있으며, 만일 화재 발생 시 독성 물질이 방출되는 것을 최소화함으로써, 유독가스로 인한2차 피해를 방지할 수 있는 효과가 있다.

상기와 같은 발열 패널은 복수 개로 제공될 수 있으며, 이들을 전기적으로 연결하여 발열 구조체를 이루기 위한 구성으로 커넥터가 제공될 수 있다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 연결 전극 및 커넥터를 도시한 사시도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 커넥터(13)는 연결 전극(11)에 부착 혹은 접촉되는 전도체가 양단부에 제공되며, 양단부를 전기적으로 연결하는 배선 혹은 케이블을 갖도록 제공됨에 따라, 서로 다른 발열 패널의 연결 전극(11)이 전기적으로 연결되도록 제공될 수 있다.

도면에서는 연결 전극(11)의 상부에 부착되는 부착형 커넥터(13)를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 연결 전극(11)의 하부에도 부착이 가능하고, 연결 전극(11)의 내부에 결합 가능한 구조로 제공될 수도 있다. 또한, 양단부에 제공되는 전도체의 형상은 제한되는 것은 아니며, 다양한 형상으로도 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 커넥터(13)는 플렉서블 인쇄 회로(FPC; flexible printed circuit)의 형태로 제공되어 연결 전극(11)의 상하부에 부착되도록 제공될 수 있다.

다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 커넥터(13)는 외부 전원 단자(미도시)와 어느 하나의 발열 패널(100)의 어느 하나의 연결 전극(11)에 연결되어, 연결 전극(11)에 전원을 인가하는 기능을 하도록 제공될 수도 있다.

이외에도, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 커넥터(13)가 연결 전극(11)에 삽입됨에 따라, 인접하는 연결전극이 서로 전기적으로 연결되도록 제공될 수도 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 연결 전극(11)은, 전원을 공급하는 커넥터(13)가 삽입되는 요홈(111)을 갖도록 제공되며, 어느 하나의 발열 패널의 연결 전극(11)의 요홈(111)에 삽입된 커넥터(13)는, 인접하는 다른 발열 패널 중 어느 하나의 연결 전극(11)의 요홈(111)에 삽입되도록 제공될 수 있다.

요홈(111)의 형태는 제한되는 것은 아니며, 외부로 연통되도록 제공되어 외부에서 커넥터(13)가 삽입 혹은 연결될 수 있는 구조라면 모두 적용 가능하다.

도면에서는, 커넥터(13)가 바 형상으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 단부에 핀 형상을 갖는 플러그 혹은 케이블 등으로 제공될 수 있다. 이외에도, 양단부의 표면이 도전체로 제공되어, 연결 전극(11)에 부착 혹은 삽입됨에 따라, 인접하는 연결 전극(11)을 전기적으로 연결할 수 있는 형상이라면 모두 적용 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 발열 구조체는 발열 배선의 발열량을 조절하기 위해 다음과 같은 추가 구성을 더 포함하도록 제공될 수 있다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 구조체(1000)는 전원부(40)를 더 포함할 수 있다.

전원부(40)는 발열 패널(100)의 외부에서 발열 패널(100)의 연결 전극(11)과 배선 혹은 케이블을 통해 전기적으로 연결되어 직렬회로를 이루도록 구비된다. 전원부(40)는 발열 배선(13)에 공급되는 전압을 온오프(ON/OFF)하는 스위치의 형태로 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 발열패널은 센서(15)를 더 포함할 수 있다.

센서(15)는 세라믹재(10)의 상부 혹은 석재(20)의 하부에 제공되어 상기 발열 배선(13)의 온도 혹은 발열 배선(13)으로부터 전달된 온도를 감지하는 기능을 한다. 상기 센서(15)로부터 감지된 온도 값은 전원부(40)에 전달되어 디스플레이되도록 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 전원부(40)는 감지된 온도 값에 따라 온도를 조절하기 위한 온도 조절기를 더 포함할 수 있다.

온도 조절기는 전원부(40)와 일체로 제공될 수 있으며, 발열 배선(13)의 저항값을 조절함으로써, 발열 배선(13)의 발열량을 조절하여 온도를 제어하는 기능을 한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 온도 조절기는 발열 배선(13)에 연결되는 가변 저항값을 조절함으로써, 발열 배선(13)의 발열량을 제어하도록 제공될 수 있다. 예를 들면, 서로 다른 저항값을 가지는 다수 개의 가변 저항체를 마련하여, 발열 배선(13)에 부착되는 가변 저항체를 선택하거나 가변 저항체의 수를 변경할 수 있다. 즉, 가변 저항체들 중 최소한 하나 이상의 가변 저항체가 다른 가변 저항체들과 저항값이 다르게 구성되어 있어서, 저항값을 변경할 때, 소정의 가변 저항체를 선택하거나 그 수를 변경하여 다양한 저항값을 구현할 수 있다.

이외에도, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 발열 배선(13)의 고유 저항값을 변화시킴에 따라, 발열 배선(13)의 발열량을 제어할 수도 있다. 예를 들면, 금속 수지 혼합물을 구성하는 금속 분말의 중량%를 변경함에 따라, 발열 배선의 고유 저항값을 변화시킬 수 있다. 또한, 금속 수지 혼합물의 인쇄 시, 선폭을 조절하여 발열 배선(13)을 제조함으로써, 발열 배선(13)이 갖는 고유 저항값을 변화시킬 수 있다.

상기와 같은 구성들이 제공됨에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 구조체(1000)는 전압의 공급여부를 외부에서 용이하게 제어할 수 있으며, 발열 배선(13)의 발열량을 실시간으로 확인할 수 있는 효과가 있다.

아래에서는 본 발명의 구체적인 설명을 위하여 위하여 일예를 들어 설명하는 것으로, 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능할 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 발열 패널(100)의 발열 배선(13)에 인가되는 전압은 DC 12V이며, 전류는 30mA, 소비전력은 6W로 제공될 수 있다. 이와 같은 조건 하에서 본 발명의 발열 패널(100)에 상기와 같은 전압을 인가하였을 때, 약 3분 후 석재(20)의 표면 온도가 약 50℃까지 상승되는 것을 확인할 수 있었다.

이와 같이, 본 발명의 발열 패널(100)을 사용하면, 석재(20)의 열 전도도가 높아 짧은 대기 시간 내에 난방을 위한 충분한 발열이 가능한 이점이 있다. 또한, 발열 장치의 가동을 정지하였을 때, 금방 열이 식는 기존의 발열 패드와 비교하여, 본 발명의 발열 패널(100)은 열 보존성이 높아서 발생한 열이 쉽게 외부로 방출되지 않고 발열 패널(100) 내에 잔존하므로, 발열 효율이 높은 효과가 있다.

이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 구조체를 이루는 발열 패널의 기본 구성에 대하여 살펴보았다. 다만, 다수 개의 발열 패널을 연결하여 발열 구조체를 만들기 위해서는 서로 다른 연결 전극의 배치 형태를 갖는 적어도 두 종류 이상의 발열 패널이 필요하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 발열 패널은 연결 전극의 배치 형태에 따라 다음과 같이 구분될 수 있다.

도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 직선형 패널을 도시한 평면도이고, 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 코너형 패널을 도시한 평면도이다.

도 6a 및 6b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 구조체는, 한 쌍의 연결 전극(11)이, 세라믹재(10)와 석재가 마주보는 어느 한 면의 가장자리들 중 서로 이웃하지 않는 가장자리에 각각 제공되는 직선형 패널(200) 및 한 쌍의 연결 전극(11)이, 세라믹재(10)와 석재가 마주보는 어느 한 면의 가장자리들 중 서로 이웃하는 가장자리에 각각 제공되는 코너형 패널(300)을 포함한다.

발열 구조체는 이러한 직선형 패널(200) 및 코너형 패널(300)을 이용하여 인접하는 연결 전극(11)이 맞닿아 전기적으로 통전되되 각각의 발열 패널에 배치된 발열 배선(13)이 직렬회로를 이루도록 조립 배치될 수 있다.

예를 들면, 직선형 패널(200)은 직선방향으로 이웃하는 두 개의 패널을 조립 배치하는 경우 적용될 수 있으며, 코너형 패널(300)은 패널의 조립 배치 방향이 변경되는 경우 적용될 수 있다.

이러한 직선형 패널 및 코너형 패널을 적절히 조합하여 배치하면 다음과 같은 다양한 형상을 가지는 발열 구조체가 제공된다.

도 7a 및 7b는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 직선형 패널 및 코너형 패널을 결합한 발열 구조체를 도시한 평면도이며, 코너형 패널은 색을 다르게 하여 표시하였다.

도 7a 를 참조하면, 평면상으로 보았을 때 사각형상으로 제공되는 설치면에 대해 각각의 발열 패널들에 형성된 발열 배선들이 하나의 직렬회로를 이루도록 전기적으로 연결될 수 있다.

또한, 도 7b를 참조하면, 평면상으로 보았을 때 사각형상뿐만 아니라 다양한 형태를 갖는 설치면에 대해서도, 각각의 발열 패널들에 형성된 발열 배선들이 하나의 직렬회로를 이루도록 전기적으로 연결될 수 있게 된다.

즉, 직선형 패널(200) 및 코너형 패널(300)을 적절히 활용함으로써, 다양한 환경에서 다양한 형태로 사용할 수 있게 되므로, 시공 환경의 제약이 없는 장점이 있다.

도면에서는 하나의 직렬회로를 이루는 발열 구조체(1000)를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 다수 개의 직렬회로가 만들어지는 경우, 각각의 직렬회로에 전원부(40)를 각각 구비하여 독립적으로 제어되도록 하는 것이 가능하다. 또한, 하나의 전원부(40)에서 각각의 직렬회로들을 독립적으로 제어할 수 있도록 제공될 수도 있다.

상기와 같이 제공되는 발열 구조체(1000)는 온돌 난방을 위한 바닥재로 활용되거나 대리석 침대에 사용되는 등 다양한 설치환경에 제공되거나 다양한 전기전자제품에도 응용될 수 있는 이점이 있다.

이상에서 살펴본 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 구조체는 다음과 같은 방법으로 제조된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 발열 구조체 제조 방법은, 세라믹재의 상부에 연결 전극을 배치하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 구조체 제조 방법은, 발열 배선을 형성하기 위해, 분쇄된 금속 분말과 고분자 수지를 혼합하여 금속 고분자 혼합물을 제조하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 금속 분말은 금속 물질을 2μm 내지 10μm의 입경을 가지는 가루 형태로 분쇄하여 얻어진다.

금속 분말은 Ni, In, Al, Ti, Zr, Vi, Ba, Se, Mn, Au, Pt, Cu, Zn, Mg, Sn, Fe, Mo, Co, V, Ge, Tln, Sr, W, Ag, SiC, TiN, TiB2, Mo 등의 금속 재료가 하나 또는 둘 이상 포함된 분말의 형태로 제공될 수 있으며, Au, Ag, Cu을 주 재료로 포함될 수 있다. 이들 재료가 갖는 공통점은 열을 확산하는 방향으로 작용하는 금속이라는 점이다. 해당 물질들은 다른 금속 물질과 혼합되는 경우에도 안정적인 구조를 가지기 때문에 다양한 금속이 혼합되어 분쇄된 혼합물의 형태로 제공될 수 있으며, 상술한 물질들에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 금속 수지 혼합물은 약 5중량% 내지 약 20중량%의 금속 분말, 약40중량% 내지 약50중량%의 고분자 수지 및 약 40중량% 약 50중량%의 경화제를 포함하며, 이를 경화시킴으로써, 발열 배선이 형성된다.

고분자 수지는 일반적인 플럭스 조성물에 사용되는 로진계 또는 수지계를 사용할 수 있다. 로진계로는 로진, 로진 유도체가 있으며, 수지계로는 아크릴 수지, 스티렌-말레산 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 페녹시 수지, 테르펜 수지 등이 있다.

로진계로는 톨유 로진, 검 로진, 우드 로진 등의 로진을 포함할 수 있으며, 이외에도 수소첨가 로진, 중합 로진, 불균일화 로진, 아크릴산 변성 로진, 말레산 변성 로진 등의 로진 유도체를 포함할 수 있다.

아크릴 수지로는 (메트)아크릴산, 이타콘산, 말레산, 크로톤산 등의 카르복실기를 갖는 단량체와, (메트)아크릴산 옥틸, (메트)아크릴산 노닐, (메트)아크릴산 데실, (메트)아크릴산 운데실, (메트)아크릴산 도데실, (메트)아크릴산 트리데실, (메트)아크릴산 테트라데실, (메트)아크릴산 라우릴, (메트)아크릴산 스테아릴, 및 이들의 이소(iso)체 등, (메트)아크릴산 메틸, (메트)아크릴산 에틸, (메트)아크릴산 부틸, (메트)아크릴산 헥실, (메트)아크릴산 프로필 등의 단량체를 단독으로 또는 복수 종으로 중합·공중합 시킴으로써 얻어지는 아크릴 수지를 포함할 수 있다.

고분자 수지는 이외에도 열경화성 수지를 포함할 수 있으며, 상술한 물질들에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 경화제는 주로 에폭시 수지의 열경화 반응을 촉진시키기 위해 사용되며, 솔더 플럭스 또는 이의 잔사의 밀착성, 내약품성 및 내열성 등의 특성을 추가적으로 향상시키기 위해서 사용된다.

이러한 경화제의 예로는 이미다졸 유도체, 구아나민류, 폴리아민류, 이들의 유기산염 및/또는 에폭시 부가생성물, 3불화붕소의 아민 착물, 트리아진 유도체류, 아민류, 폴리페놀류, 유기 포스핀류, 포스포늄염류, 4급 암모늄염류, 다염기산 무수물, 광양이온성 중합 촉매, 스티렌-무수 말레산 수지, 유기 폴리이소시아네이트 등을 사용할 수 있으며, 상술한 물질들에 한정하는 것은 아니다. 이들 경화제는 단독으로 사용되어도 좋고, 또는 그 중 2종 이상을 혼합하여 사용해도 좋다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상술한 금속 분말을 고분자 수지 및 경화제와 혼합하여 약 1시간 내지 약4시간 동안 교반시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

이에 따라 금속 분말이 금속 수지 혼합물의 내부에서 고르게 분포되고, 금속 수지 혼합물을 경화시켜 얻어진 발열 배선의 저항 값이 균일해지는 효과가 있게 된다.

이렇게 제조된 금속 수지 혼합물을 세라믹재의 상부에 약 18μm 내지 약 22μm의 두께로 인쇄 또는 도포하는 단계, 금속 수지 혼합물을 약 180 ℃ 내지 약 220 ℃의 온도 하에서 약 1시간 40분 내지 약 2시간 20분 동안 열경화시켜 발열 배선을 제조하는 단계를 더 포함한다. 가열 온도는 약 180 ℃ 내지 약 200 ℃의 온도 하에서 수행될 수 있다. 이 때, 약 40분 단위로 약 5℃ 내지 약 10℃씩 온도를 상승시킴에 따라, 계단식 경화가 진행된다.

이후, 세라믹재의 상부에 접착제를 도포하는 단계 및 접착제가 도포된 세라믹재의 상부에 석재를 부착시키는 단계를 더 포함한다.

이상에서 살펴 본 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 구조체 및 그 제조방법을 활용하면 발열 구조체를 시공하여 석재를 이용한 온돌 난방이 가능한 효과가 있으며, 원적외선 방출 대리석 등을 적용한 온열 대리석 침대와 같은 전기전자제품 및 가구를 구현할 수 있는 이점이 있다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1000 : 발열 구조체
100 : 발열 패널
10 : 세라믹재
11 : 연결 전극
111 : 요홈
113 : 커넥터
13 : 발열 배선
15 : 센서
20 : 석재
30 : 접착층
40 : 전원부
200 : 직선형 패널
300 : 코너형 패널

Claims

복수 개의 발열 패널로 이루어진 발열 구조체에 있어서,
상기 발열 패널은,
사각 판상으로 제공되는 세라믹재;
상기 세라믹재와 서로 마주보며 대응되는 형상으로 제공되는 석재;
상기 석재와 마주보는 상기 세라믹재의 상부면의 가장자리들 중 서로 다른 가장자리에 각각 제공되는 한 쌍의 연결 전극;
상기 세라믹재의 상부면에 복수회 절곡되는 배선의 형태로 인쇄 또는 도포되어, 상기 한 쌍의 연결 전극을 전기적으로 연결하는 발열 배선; 및
상기 한 쌍의 연결 전극 및 상기 발열 배선이 상기 세라믹재와 상기 석재 사이에서 접착 고정되도록, 상기 세라믹재와 상기 석재 사이에 제공되는 접착층을 포함하고,
상기 연결 전극은, 전원을 공급하는 커넥터가 삽입되는 요홈을 가지고,
상기 발열 배선은, 상기 연결 전극을 통해 상기 전원이 인가되면 발열되며, 금속 분말 및 고분자 수지를 포함하는 발열 구조체.
삭제
제1 항에 있어서,
어느 하나의 상기 발열 패널의 상기 연결 전극의 상기 요홈에 삽입된 상기 커넥터는, 인접하는 다른 상기 발열 패널 중 어느 하나의 상기 연결 전극의 상기 요홈에 삽입되는 발열 구조체.
제1 항에 있어서,
상기 한 쌍의 연결 전극이, 상기 세라믹재와 상기 석재가 마주보는 어느 한 면의 가장자리들 중 서로 이웃하지 않는 가장자리에 각각 제공되는 직선형 패널; 및
상기 한 쌍의 연결 전극이, 상기 세라믹재와 상기 석재가 마주보는 어느 한 면의 가장자리들 중 서로 이웃하는 가장자리에 각각 제공되는 코너형 패널을 포함하는 발열 구조체.
제1 항에 있어서,
상기 발열 배선은, 교차되지 않는 형상으로 제공되는 발열 구조체.
제1 항에 있어서,
상기 발열 배선은,
5중량% 내지 20중량%의 금속 분말;
40중량% 내지 50중량%의 고분자 수지; 및
40중량% 내지 50중량%의 경화제를 포함하는 금속 수지 혼합물이 경화된 발열 구조체.
제6 항에 있어서,
상기 금속 분말의 입경은 2μm 내지 10μm인 발열 구조체.
제1 항에 있어서,
상기 발열 패널의 두께는 17mm 내지 23mm인 발열 구조체.
제1 항에 있어서,
상기 발열 배선에 인가되는 전압은 DC 12V인 발열 구조체.
세라믹재의 상부에 전원을 공급하는 커넥터가 삽입되는 요홈을 갖는 연결 전극을 배치하는 단계;
상기 세라믹재의 상부에 금속 수지 혼합물을 18μm 내지 22μm의 두께로 인쇄 또는 도포하는 단계;
상기 금속 수지 혼합물을 180℃ 내지 220℃의 온도 하에서 1시간 40분 내지 2시간 20분 동안 열경화시켜 발열 배선을 제조하는 단계;
상기 세라믹재의 상부에 접착제를 도포하는 단계; 및
상기 접착제가 도포된 상기 세라믹재의 상부에 석재를 부착시키는 단계를 포함하는 발열 구조체 제조 방법.