KR102001294B1 - 면상 발열체용 열선 패턴구조 및 면상 발열체 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예에 따른 면상 발열체용 열선 패턴구조는 전류의 흐름을 기준으로 시단부 및 종단부에 각각 위치되는 제1 단부 및 제2 단부와, 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부와 연결되고, 일방향 또는 타방향으로 연장된 연장부와, 상기 연장부를 연결되어 상기 연장부의 진행방향을 전환시키는 턴 부를 포함하고, 상기 턴 부와 상기 연장부는 교번하도록 복수개가 연결되고, 인접하는 상기 턴 부와 상기 연장부 사이의 갭은 인접하는 상기 연장부와 다른 연장부 사이의 갭보다 크게 형성된다.
Description
본 발명은 열선 패턴구조 및 면상 발열체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열선은 진행방향이 전환되는 턴 부의 두께를 증가시키고, 전위차가 큰 열선과 인접하는 열선 사이의 간격을 증가시켜 국부 발열에 의한 절연파괴 및 열선 파괴를 방지할 수 있는 열선 패턴구조 및 면상 발열체에 관한 것이다.
일반적으로 면상 발열체는 전기통전에 의해 발생하는 복사열을 이용하고 있어 온도조절이 용이하고, 공기를 오염시키지 않아 위생과 소음 면에서 장점이 있어 히팅 매트나 패드 등의 침구류에 다양하게 이용되고 왔다.
또한, 면상 발열체는 주택의 바닥 난방, 사무실 및 작업장 등의 산업용 난방, 도장 건조 등 각종 산업장의 가열장치, 비닐하우스나 축사, 농업용 설비, 자동차용 백밀러, 주차장의 동결방지장치, 레저용 방한용 장비, 가전제품 등 폭넓게 이용되고 있다.
한편, 고온으로 발열하는 면상 발열체의 경우 패턴의 형성에 따라 국부가 발열되고 이에 따라 열선이 파괴되는 문제점을 지니고 있다.
즉, 패턴 형상에 의해 회전하는 각도에 따라 전류가 흐르는 경로 차가 발생하며, 경로차가 클 경우 전류밀도의 편차가 크게 발생한다. 그리고 전류밀도가 높은 내선에서 국부발열 현상이 발생되고 이로인해 열선이 파괴된다.
또한, 종래기술에 따른 면상 발열체는 교류 전원을 사용하는 경우 열선과 열선 사이에서 용량 리액턴스 저항이 발생하며, 고온에서 모재의 유전율이 상승함에 따라 용량 리액턴스가 감소하여 절연파괴 현상이 발생되는 문제점을 지지고 있다.
또한, 종래기술에 따른 고온의 면상 발열체는 열선의 단락이 발생되고, 기판의 배면으로 전류가 누설되는 문제점을 지니고 있다.
본 발명의 목적은 전류 밀도가 균일해지도록 열선의 패턴을 형성시킴에 따라, 열선 패턴의 국부 발열에 의한 열선 파괴를 미연에 방지할 수 있는 면상 발열체의 열선 패턴구조를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 열선 패턴구조에 있어서 전위차가 큰 영역의 갭을 증가시킴에 따라 리액턴스가 급격히 감소되는 것을 방지하고, 이에 의해 절연 파괴 현상을 방지할 수 있는 면상 발열체의 열선 패턴구조를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고출력 구동시 열선 패턴의 단락 전류를 방지하고, 기판의 배면으로 전류가 누설되지 않도록 차단하는 면상 발열체를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에서는 일방향 또는 타방향으로 연장된 연장부와, 상기 연장부의 진행방향을 전환시키는 턴 부를 포함하고, 턴 부의 두께는 연장부의 두께보다 크게 형성된다. 따라서 본 발명은 턴 부와 연장부의 전류 밀도가 균일해지고, 국부 발열 및 열선 파괴를 미연에 방지할 수 있다.
본 발명에서는 턴 부와 연장부가 교번하도록 복수개가 연결되고, 인접하는 턴 부와 상기 연장부 사이의 갭은 인접하는 상기 연장부와 다른 연장부 사이의 갭보다 크게 형성된다. 따라서 본 발명은 전위차가 큰 턴 부와 연장부 사이의 갭이 증가되어 리액턴스의 급격한 감소가 방지되고, 절연 파괴현상을 방지할 수 있다.
본 발명에서는 베이스 기판과, 베이스 기판 일면에 적층된 절연층과, 절연층의 일면에 적층되도록 형성된 열선 패턴을 포함한다. 따라서 본 발명은 절연층에 의해 열선 패턴의 단락 전류를 방지하고, 기판의 배면으로 전류가 누설되지 않도록 차단할 수 있다.
본 발명에 의하면, 전류 밀도가 균일해진 열선 패턴구조를 제공할 수 있다. 즉, 전류 밀도가 균일해짐에 따라 열선 패턴의 국부발열에 의한 열선 파괴를 미연에 방지할 수 있고 안정된 면상 발열체를 얻을 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 리액턴스가 급격히 감소되지 않는 열선 패턴구조를 제공할 수 있다. 즉, 리액턴스의 급격히 감소가 방지되어 절연 파괴 현상을 미연에 방지할 있어, 면상 발열체의 수명이 향상된다.
또한, 본 발명에 의하면, 절연층에 열선 패턴의 단락이 방지되고, 누설전류가 차단된 면상 발열체를 얻을 수 있다.
즉, 단락 전류 방지로 인해 수명이 연장되고, 누설전류를 차단함으로써 안전성을 개선시킬 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 면상 발열체용 열선 패턴구조를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 열선 패턴구조의 개략적인 A-A'단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 면상 발열체용 열선 패턴구조를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시한 열선 패턴구조의 개략적인 B-B'단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 면상 발열체를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시한 면상 발열체의 개략적인 C-C'단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 열선 패턴구조의 개략적인 A-A'단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 면상 발열체용 열선 패턴구조를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시한 열선 패턴구조의 개략적인 B-B'단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 면상 발열체를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시한 면상 발열체의 개략적인 C-C'단면도이다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 면상 발열체용 열선 패턴구조를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시한 열선 패턴구조의 개략적인 A-A'단면도이다.
도시한 바와 같이 상기 열선 패턴(100)은 제1 단부(110), 제2 단부(120), 턴 부(130) 및 연장부(140)를 포함한다. 그리고 턴 부(130)와 연장부(140)는 복수개가 교번하도록 연결되고 전체적으로 원형을 이룬다.
보다 구체적으로, 상기 제1 단부(110) 및 제2 단부(120)는 열선 패턴(100)에 공급되는 전기의 흐름 방향을 기준으로 시단부 및 종단부에 각각 위치한다. 또한, 제1 단부(110) 및 제2 단부(120)는 열선 패턴의 크기에 따라 단선(single line) 또는 복선(dual line)으로 이루어질 수 있고, 도 1은 이에 대한 일실시예로서 복선으로 이루어진 것을 도시한 것이다.
그리고 상기 연장부(140)는 제1 단부(110)와 제2 단부(120)에 연결되고, 열선 패턴(100)이 전체적으로 원형을 갖도록 시계방향 또는 반시계방향으로 연장된 원호로 이루어진다.
그리고 상기 턴 부(130)는 연장부(140)의 방향 전환부로서, 시계방향으로 연장된 연장부와 반시계방향으로 연장된 연장부에 사이에 위치된다.
즉, 턴 부(130)는 일단은 일방향으로 연장된 연장부에 연결되고, 타단은 타방향으로 연장된 연장부 연장부를 연결되어 상기 연장부의 진행방향을 전환시킨다.
그리고 턴 부(130)는 전술한 바와 같이 원호 형상의 연장부(140)가 연장되는 방향을 전환시키기 위해 내경과 외경을 갖는 반원 입체형상을 갖도록 이루어질 수 있다.
또한, 상기 연장부(140)의 폭(W1)은 턴 부(130)의 폭(W2)와 동일하다.
즉, 제1 단부(110)와 제2 단부(120)에 사이에 교번하도록 연결된 연장부 및 턴부의 폭은 동일하다.
그리고 인접한 상기 연장부(140)와 연장부(140) 사이의 갭(D1)은 턴 부(130)와 인접한 연장부(140) 사이의 갭(D2)에 비하여 작게 형성된다.
이는 교류전원을 사용하는 경우 열선과 열선 사이에 발생하는 용량 리액턴스 저항이 발생하며, 고온에서 모재의 유전율이 상승하는 효과에 의해 용량 리액턴스가 감소하여 절연 파괴 현상의 발생을 방지하기 위한 것이다.
즉, 전위차가 큰 영역인 턴 부(130)와 인접한 연장부(140) 사이의 갭(D2)을 전위차가 작은 영역인 연장부(140)와 연장부(140) 사이의 갭(D1)보다 크게 형성시킴에 따라 절연파괴를 방지한다.
또한, 턴 부(130)에 인접한 연장부(140)와 연장부(140) 사이의 갭(D1)은 턴 부(130)으로부터 원거리로 이격된 연장부(140)와 연장부(140) 사이의 갭(D4)보다 작게 형성될 수 있다.
예를 들어, 열선 패턴(100)의 직경이 약 10inch 이고, 출력이 3300W 이상인 경우, D2는 8mm 이상을 갖도록 설계될 수 있다.
또한, 열선 패턴(100)의 직경이 약 8inch 이고, 출력이 2200W 이상인 경우, D2는 6mm 이상을 갖도록 설계될 수 있다.
그리고 열선 패턴(100)의 직경이 약 10inch 또는 약 8inch로 형성될 경우, 턴 부(130)는 제1 단부(110)와 제2 단부(120)에 연결된 연장부(140)에 의해 전체적으로 원을 이루는 연장부의 외측에 적어도 하나이상 위치될 수 있다.
또한, 턴 부(130)와 턴 부(130) 사이의 갭(D3)은 연장부(140) 사이의 갭(D1)은 보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이 턴 부(130)의 두께(T1)는 연장부(140)의 두께(T2)에 비하여 크게 형성된다. 즉, 상기 턴 부(130)와 연장부(140)는 폭은 동일한 상태에서 연장방향에 대한 직교방향인 두께방향에 대한 길이인 턴 부(130)의 두께(T1)은 연장부의 두께(T2)에 비하여 크게 형성된다.
이는 열선이 회전하는 턴 부(130)에서 전류밀도가 증가될 경우 국부발열로 인해 열선이 파괴되지 않도록, 전류밀도를 감소시키고 열선 패턴(100)의 전류밀도를 균일하게 유지시키기 위한 것이다.
이를 위해 상기 턴 부(130)는 over-coat 공정인 턴 부(130) 영역만 동일한 재료로 2번 인쇄를 진행하는 방식으로 구현할 수 있다.
예를 들어, 500 °C 이상으로 발열하는 면상 발열체의 열선이 반지름 2Cm 이하에서 90°이상 회전하는 경우, 턴 부는 오버코트(over-coat)공정으로 구현될 수 있다.
상술한 바와 같이 이루어짐에 따라 본 발명의 일실시예에 따른 면상 발열체는 열선과 열선 사이에 발생되는 용량 리액턴스의 감소에 의해 전위차가 큰 영역에서 발생되는 절연파괴를 방지할 수 있고, 전류밀도가 균일하게 형성됨에 따라 국부 발열에 의한 열선파괴가 방지된다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 면상 발열체용 열선 패턴구조를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 4는 도 3에 도시한 열선 패턴구조의 개략적인 B-B'단면도이다.
도시한 바와 같이, 다른 실시예에 따른 면상 발열체의 열선 패턴(200)은 도 1에 도시한 면상 발열체의 열선 패턴(100)과 비교하여 패턴형상만이 상이하다.
보다 구체적으로, 면상 발열체의 열선 패턴(200)은 제1 단부(210), 제2 단부(220), 턴 부(230) 및 연장부(240)를 포함하고, 턴 부(230)와 연장부(240)는 복수개가 교번하도록 연결되고 전체적으로 원형을 이룬다.
그리고 제1 단부(210), 제2 단부(220), 턴 부(230) 및 연장부(240)의 세부기술은 일 실시예에 따른 열선 패턴(100)의 제1 단부(110), 제2 단부(120), 턴 부(130) 및 연장부(140)와 동일하고, 세부기술구성에 대하여 전술한 바 이에 대한 구체적인 설명은 생략하고, 차이점 및 주요기술적 특징을 중심으로 후술한다.
제1 단부(210) 및 제2 단부(220)는 도 1에 도시한 일실시예에 따른 열선 패턴(100)의 제1 단부(110) 및 제2 단부(120)와 비교하여 단선으로 이루어진다.
또한, 열선 패턴(200)의 직경이 약 6inch이고, 출력이 1200W 이상인 경우, D2는 4mm 이상을 갖도록 설계될 수 있다.
그리고 턴 부(230)는 제1 단부(210)와 제2 단부(220)에 연결된 연장부(240)에 의해 전체적으로 원을 이루는 연장부의 내측에 위치된다.
또한, 상기 연장부(240) 사이의 갭(D5)은 턴 부(230)와 인접한 연장부(140) 사이의 갭(D6)에 비하여 작게 형성된다.
또한, 턴 부(230)에 인접한 연장부(240)와 연장부(240) 사이의 갭(D5)은 턴 부(230)으로부터 원거리로 이격된 연장부(240)와 연장부(240) 사이의 갭(D7)보다 작게 형성될 수 있다.
그리고 도 4에 도시한 바와 같이 턴 부(230)의 두께(T3)는 연장부(240)의 두께(T4)에 비하여 크게 형성된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 면상 발열체를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 6은 도 5에 도시한 면상 발열체의 개략적인 C-C'단면도이다.
도시한 바와 같이, 상기 면상 발열체(1000)는 열선 패턴(1100), 절연층(1200) 및 기판(1300)을 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 면상 발열체(1000)는 열선 패턴(1100)의 단락전류 방지하고 누설전류를 방지하기 위해 절연층(1200)을 포함한다.
그리고, 기판(1300)의 일면에 절연층(1200)이 형성되고, 상기 절연층(1200)의 일면에 열선 패턴(1100)이 형성된다. 이에 따라 기판(1300), 절연층(1200) 및 열선 패턴(1100) 순으로 적층된다.
또한, 상기 열선 패턴(1100)은 도 1에 도시한 면상 발열체의 열선 패턴(100)과 동일한 바, 세부기술구성과 이들의 유기적인 결합 및 작용효과에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
그리고 절연층(1200)은 고출력 구동시 열선 패턴(1100)의 단락 전류를 방지하고, 기판의 배면으로 전류가 누설되지 않도록 차단한다.
또한, 열선 패턴은 도 3에 도시한 면상 발열체의 열선 패턴(200)으로 이루어질 수도 있다.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 열선 패턴 110: 제1 단부
120: 제2 단부 130: 턴 부
140: 연장부 200: 열선 패턴
210: 제1 단부 220: 제2 단부
230: 턴 부 240: 연장부
1000: 면상 발열체 1100: 열선 패턴
1200: 절연층 1300: 기판
120: 제2 단부 130: 턴 부
140: 연장부 200: 열선 패턴
210: 제1 단부 220: 제2 단부
230: 턴 부 240: 연장부
1000: 면상 발열체 1100: 열선 패턴
1200: 절연층 1300: 기판
Claims (9)
- 전류의 흐름을 기준으로 시단부 및 종단부에 각각 위치되는 제1 단부 및 제2 단부;
상기 제1 단부 및 상기 제2 단부와 연결되고, 일방향 또는 타방향으로 연장된 연장부; 및 상기 연장부와 연결되어 상기 연장부의 진행방향을 전환시키는 턴 부를 포함하고,
상기 턴 부와 상기 연장부는 교번하도록 복수개가 연결되고, 인접하는 상기 턴 부와 상기 연장부 사이의 갭은 인접하는 상기 연장부와 다른 연장부 사이의 갭보다 크게 형성되고,
상기 턴 부와 상기 연장부의 폭은 동일하고, 상기 턴 부의 두께는 상기 연장부의 두께보다 크게 형성된
면상 발열체용 열선 패턴구조.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 턴 부는 동일한 재료를 2번 인쇄하는 오버코트(over-coat)공정으로 형성된
면상 발열체용 열선 패턴구조.
- 제 1 항에 있어서,
상기 연장부는 시계방향 또는 반시계방향으로 연장된 원호로 이루어지고,
상기 턴 부는 시계방향으로 연장된 연장부에 일단이 연결되고, 반시계방향으로 연장된 연장부에 타단이 연결되고, 내경과 외경을 갖는 반원 입체형상으로 이루어진
면상 발열체용 열선 패턴구조.
- 제 4 항에 있어서,
상기 제1 단부와 상기 제2 단부에 연결된 상기 연장부는 전체적으로 원형을 이루고, 상기 연장부의 외측에 상기 턴 부는 적어도 하나이상 위치되는
면상 발열체용 열선 패턴구조.
- 제 4 항에 있어서,
상기 제1 단부와 상기 제2 단부에 연결된 상기 연장부에 의해 전체적으로 원형을 이루고, 상기 연장부의 내측에 상기 턴 부가 위치되는
면상 발열체용 열선 패턴구조.
- 제 1 항에 있어서,
상기 턴 부에 인접한 상기 연장부와 상기 연장부 사이의 갭은 턴 부로부터 이격된 상기 연장부와 상기 연장부 사이의 갭보다 작게 형성된
면상 발열체용 열선 패턴구조.
- 베이스 기판;
상기 베이스 기판 일면에 적층된 절연층; 및
상기 절연층의 일면에 적층되도록 형성된 열선 패턴을 포함하고,
상기 열선 패턴은 전류의 흐름을 기준으로 시단부 및 종단부에 위치되는 제1 단부 및 제2 단부와, 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부와 연결되고, 일방향 또는 타방향으로 연장된 연장부와, 상기 연장부와 연결되어 상기 연장부의 진행방향을 전환시키는 턴 부를 포함하고,
상기 턴 부와 상기 연장부는 교번하도록 복수개가 연결되고, 인접하는 상기 턴 부와 상기 연장부 사이의 갭은 인접하는 상기 연장부와 다른 연장부 사이의 갭보다 크게 형성되고,
상기 턴 부와 상기 연장부의 폭은 동일하고, 상기 턴 부의 두께는 상기 연장부의 두께보다 크게 형성된
면상 발열체 - 삭제
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