KR102027450B1 - 다중 온도 자가조절형 면상발열체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강화 유리에 직접 페이스트 형태의 SR(Self Regulation) 발열체를 코팅하여 제조 공정을 단순화하고 온도 제어가 효율적으로 이루어질 수 있도록 한 다중 온도 자가조절형 면상발열체에 관한 것으로, 강화 유리 기판;상기 강화 유리 기판의 전면에 직접 코팅되고, 서로 분리되어 각각의 조성비에 따라 통전시의 발열 온도 범위가 다른 복수 개의 SR 발열체들;을 포함하는 것이다.

Description

다중 온도 자가조절형 면상발열체{Self-Regulation Plane Multi Heating element}

본 발명은 면상발열체에 관한 것으로, 구체적으로 강화 유리에 직접 페이스트 형태의 SR(Self Regulation) 발열체를 코팅하여 제조 공정을 단순화하고 온도 제어가 효율적으로 이루어질 수 있도록 한 다중 온도 자가조절형 면상발열체에 관한 것이다.

에너지 자원의 고갈에 따라 세계 각국은 에너지 절약 부분에 많은 투자를 하고 있다. 이러한 흐름에 맞춰 최근 부각되고 있는 면상발열체는 일반적으로 사용하고 있는 전기발열체보다 20 ~ 40%의 전력을 감소하는 제품으로 전기 에너지 절약 및 경제적 파급효과가 클 것으로 예상된다.

일반적으로 면상발열체는 전기 통전에 의해 발생하는 복사열을 이용하고 있어 온도조절이 용이하고, 공기를 오염시키지 않아 위생과 소음 면에서 장점이 있어 히팅 매트나 패드 등의 침구류에 이용되고 왔다. 또한 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.

면상발열체는 특히, 최근에 그 이용이 활발하여 유럽의 주택난방의 많은 부분을 대체하고 있으며 주택분야 외에 산업용 건조기, 농산물 건조기, 건장의료 보조제품 및 건축부자재 등으로 응용이 가능한 신소재로 국내뿐만 아니라 수출주력이 가능한 제품으로 평가받고 있다.

통상적으로 면상발열체는 철, 니켈, 크롬, 백금 등의 금속 박판을 에칭한 금속 발열체와 탄화규소, 지르코니아, 탄소 등의 비금속 발열체 등이 주류를 이루고 있었다. 그러나 이들은 열과 내구성이 약하고 제작이 어려운 문제점이 지적되어 왔다.

양쪽이 절연층으로 절연되어 있는 전도층을 갖는 층상 제품 형태의 다층 가열요소는 잘 알려져 있다. 이것은 가열요소의 표면 중 한 면에 금속이나 금속 폴리머 필름 재질의 열반사층도 지니고 있다. 전도층은 석탄 섬유(coal-fiber) 종이에 기반하여 제작되고, 절연층들은 열가소성 폴리머 필름 재질로 된다고 알려져 있다.

또한, 폴리머 전기가열기 제조 방법도 잘 알려져 있다. 제조 시에 절연 기판에 단열재와 함께 스며들게 하는 방식으로 저항요소(resistance element)를 형성하는 탄소(element carbon), 흑연, 변형된 페놀포름알데히드 수지로 된 전도층을 입힌다. 그 위에 에폭시 또는 에폭시페놀 또는 페놀포름알데히드 바인더를 흡수한 층을 입혀 절연 코팅을 형성하고 적합한 온도와 시간, 압력에서 모든 층들이 압력을 받도록 한다.

저항요소는 그 위에 저항 코팅을 하기 전에 유사한 저항요소들과 함께 분리하고 분리된 형태로 130 - 140℃에서 적층 두께 1 밀리미터 당 10-12분간 열처리(경화)한다.

그러나 종래 기술의 면상발열체는 정확한 온도조절이 용이하지 않았고, 일정한 비등점 온도까지 상승한 이후에도 지속적으로 비등 온도에 동일한 전력공급 유지하고 있어서 에너지 손실이 과다하였다.

따라서 면상발열체 중에서도 특정한 전력을 단순히 인가하는 것이 아니라 전력사용의 효율성을 기하면서 특정한 온도범위의 조절이 용이한 기술을 필요로 하고 있다.

특히, 종래 기술의 SR 발열체의 경우에는 메탈 기판상에 절연체를 도포하고 SR 발열체를 코팅하는 방법으로 제조하여 공정이 복잡하고, 발열 온도 제어를 바이메탈이나 전자식 스위치를 이용한 타이머 방식으로 하기 때문에 효율적인 온도 제어가 어렵다.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 면상발열체의 문제를 해결하기 위한 것으로, 강화 유리에 직접 페이스트 형태의 SR(Self Regulation) 발열체를 코팅하여 제조 공정을 단순화하고 온도 제어가 효율적으로 이루어질 수 있도록 한 다중 온도 자가조절형 면상발열체를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 페이스트 형태의 SR(Self Regulation) 발열체를 발열 온도별로 분리하여 강화 유리에 직접 코팅하여 온도 제어가 효율적으로 이루어질 수 있도록 한 다중 온도 자가조절형 면상발열체를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 강화 유리에 직접 페이스트 형태의 SR(Self Regulation) 발열체를 코팅하여 기존의 메탈 기판상에 절연체를 도포하고 SR 발열체를 코팅하는 방식의 복잡도를 줄일 수 있도록 한 다중 온도 자가조절형 면상발열체를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 페이스트 형태의 SR(Self Regulation) 발열체를 발열 온도별로 조합하여 강화 유리에 직접 코팅하여 온도 제어를 위한 바이메탈이나 전자식 스위치를 이용한 타이머 방식의 한계를 개선한 발열 온도 제어가 가능하도록 한 다중 온도 자가조절형 면상발열체를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 강화 유리의 이면에 메쉬 구조로 특정 물질을 코팅하여 코팅 영역과 코팅 이외의 영역의 열방출 특성이 서로 달라지도록 하여 강화 유리 전면에 코팅된 SR 발열체 영역에만 발열 온도가 유지되고 다른 영역은 열이 전달되지 않도록 한 다중 온도 자가조절형 면상발열체를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 온도 자가조절형 면상발열체는 강화 유리 기판; 상기 강화 유리 기판의 전면에 직접 코팅되고, 서로 분리되어 각각의 조성비에 따라 통전시의 발열 온도 범위가 다른 복수 개의 SR 발열체들;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 SR 발열체들은, 각각 조성비를 다르게 한 면상발열체 조성물들이 페이스트 형태로 제작되어 상기 강화 유리 기판 전면에 직접 코팅되고, 각각의 SR 발열체들은 각각 이격 분리되어 선택적으로 전원이 인가되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 SR 발열체들이 코팅되는 영역의 형상은 원형,삼각형,사각형,오각형,육각형,마름모꼴,별 형태를 포함하는 도형들에서 선택되고, SR 발열체들이 코팅되는 방식은 서로 이격되어 분리되는 나선형, 지그 재그 형태의 어느 하나 또는 이들의 변형 또는 조합인 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 강화 유리 기판의 이면에 코팅 영역과 코팅 이외의 영역의 열방출 특성이 서로 달라지도록 하는 이면 메쉬 코팅층을 더 포함하고, 이면 메쉬 코팅층에 의해 강화 유리 전면에 코팅된 SR 발열체 영역에만 발열 온도가 유지되고 다른 영역은 열이 전달되지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 SR 발열체들을 구성하는 면상발열체 조성물들은, 절연바인더 성분 5 내지 16 중량%, 저항 성분 50 내지 75 중량% 및 온도조절 성분 10 내지 40 중량%;를 포함하는 것이고, 통전된 상태에서 300 ~ 700℃로 발열을 하는 것을 특징으로 한다.

그리고 SR 발열체들이 코팅되는 영역의 전체 영역을 안쪽의 제 1 영역과 바깥쪽의 제 2 영역으로 구분하여, 제 1 영역에 제 1,2 SR 발열체를 나선형으로 서로 분리하여 코팅하고, 제 2 영역에 제 3,4 SR 발열체를 나선형으로 서로 분리하여 코팅하여 각각의 제 1,2,3,4 SR 발열체들의 전원 인가 단자에 선택적으로 전원을 인가하여 발열 온도 범위 및 발열 영역 크기를 변화시켜 구동하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 제 1,2,3,4 SR 발열체를 구성하는 면상발열체 조성물의 조성비를 모두 다르게 하거나, 제 1,3 SR 발열체와 제 2,4 SR 발열체로 나누어 조성비를 다르게 하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 다중 온도 자가조절형 면상발열체는 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 강화 유리에 직접 페이스트 형태의 SR(Self Regulation) 발열체를 코팅하여 제조 공정을 단순화할 수 있다.

따라서 제품의 양산성을 높여 제품의 경쟁력을 높이는 효과를 구현한다.

둘째, 페이스트 형태의 SR(Self Regulation) 발열체를 발열 온도별로 조합하여 강화 유리에 직접 코팅하여 온도 제어가 효율적으로 이루어질 수 있도록 한다.

셋째, 강화 유리에 직접 페이스트 형태의 SR(Self Regulation) 발열체를 코팅하여 공정을 단순화하여 제품 생산시의 결함 발생을 억제한다.

넷째, 페이스트 형태의 SR(Self Regulation) 발열체를 발열 온도별로 분리하여 강화 유리에 직접 코팅하여 선택적 구동으로 온도를 제어하므로 효율적인 발열 온도 제어가 가능하다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 다중 온도 자가조절형 면상발열체의 구성도

이하, 본 발명에 따른 다중 온도 자가조절형 면상발열체의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 다중 온도 자가조절형 면상발열체의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 다중 온도 자가조절형 면상발열체의 구성도이다.

본 발명은 페이스트 형태의 SR(Self Regulation) 발열체를 발열 온도별로 조합하여 강화 유리에 직접 코팅하여 온도 제어가 효율적으로 이루어질 수 있도록 한 것이다.

즉, 서로 다른 조성비를 갖는 복수의 SR 발열체 조성물을 페이스트 형태로 제조하여 강화 유리 표면에 직접 코팅하고, 필요한 발열 온도에 맞게 선택적으로 SR 발열체에 전원을 인가하는 것이다.

이와 같은 본 발명에 따른 다중 온도 자가조절형 면상발열체를 구성하는 면상발열체 조성물의 일 예는 다음과 같다.

아래의 조성비는 일 예를 나타낸 것으로 이와 같은 조성비 및 물질로 한정되는 것이 아니고 달라질 수 있음은 당연하다.

일 예로, 절연바인더 성분 5 내지 16 중량%, 저항 성분 50 내지 75 중량% 및온도조절 성분 10 내지 40 중량%;를 포함하는 조성물로서, 상기 조성물을 이용하여 형성된 발열체가 통전된 상태에서 최대 300 ~ 700℃로 온도가 조절되는 SR 발열체 조성물을 강화 유리 기판에 직접 코팅하여 다중 온도 자가조절형 면상발열체를 구성 할 수 있다.

여기서, 절연바인더 성분은 폴리에스테르계 또는 에폭시계 재료인 것이 바람직하고, 저항 성분은 니켈과 알루미늄의 혼합물인 것이 바람직하다.

그리고 저항 성분에 상대저항값을 변화시키기 위하여 몰리브덴(Mo), 보론(B), 규소(Si) 중에서 선택된 하나 이상의 교정 성분들이 추가로 포함될 수도 있다.

그리고 온도조절 성분은 산화규소, 산화알루미늄, 산화붕소, 산화바륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 산화물인 것이 바람직하다.

그리고 면상발열체 조성물은 유기용제로서 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜, 부탄올 등의 알콜류, 벤젠, 크실렌, 텍사놀, 에틸렌글리콜, 부틸카비톨, 에틸셀로솔브, 글리세롤, 및 디메틸술폭시드 등으로부터 선택된 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 이러한 유기용제 대신에 수성(물)을 용제로 사용할 수 있다.

또한 면상발열체 조성물은 분산제를 추가로 포함할 수 있다. 분산제는 우레탄계, 아크릴계, 인계, 유기산염계 및 무기산염계로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.

또한, 면상발열체 조성물은 증점제를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 증점제는 페이스트 상에서의 점도를 증가시켜 면상발열체의 제조 시 코팅성 등의 가공성을 위한 것으로, 이는 셀룰로즈계, 폴리아크릴아미드계, 폴리우레탄계, 폴리사카라이드계 및 이들의 공중합체로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.

본 발명은 이와 같은 면상발열체 조성물을 각각 조성비를 다르게 하여 페이스트 형태로 제조하여 도 1에서와 같이, 강화 유리(10)의 전면에 직접 코팅하는 것이다.

면상발열체 조성물을 각각 조성비를 다르게 하는 것은 전원 인가시에 발열 온도 범위가 달라지도록 하기 위한 것이다.

도 1a에서는 서로 발열 온도가 다른 제 1 SR 발열체(11a)와 제 2 SR 발열체(11b)를 사용하여 다중 온도 자가조절형 면상발열체를 구성하는 것을 나타내었지만, 발열 온도 구간을 더 세분화하여 2개의 SR 발열체가 아니라 더 많은 갯수의 SR 발열체를 사용하여 다중 온도 자가조절형 면상발열체를 구성하는 것도 가능함은 당연하다.

여기서, 각각의 SR 발열체는 각각 발열 온도가 다르고, 서로 이격되어 강화 유리 기판(10)에 코팅된다.

코팅되는 영역 및 형태는 도 1a에서와 같이 원형의 영역에 서로 분리되어 나선형으로 코팅될 수도 있고, 코팅되는 영역의 형상은 원형,삼각형,사각형,오각형,육각형,마름모꼴,별 형태를 포함하는 도형들에서 선택되고, SR 발열체들이 코팅되는 방식은 서로 이격되어 분리되는 나선형, 지그 재그 형태의 어느 하나 또는 이들의 변형 또는 조합인 것이 바람직하다.

특히, 도 2에서와 같이, 원형의 전체 영역을 안쪽의 제 1 영역과 바깥쪽의 제 2 영역으로 구분하여 제 1 영역에 제 1,2 SR 발열체(21a)(21b)를 나선형으로 서로 분리하여 코팅하고, 제 2 영역에 제 3,4 SR 발열체(22a)(22b)를 나선형으로 서로 분리하여 코팅하여 각각의 전원 인가 단자(가)(나)(다)(라)에 선택적으로 전원을 인가하여 발열 온도 범위 및 발열 영역 크기를 변화시켜 구동할 수 있도록 구성하는 것도 가능하다.

여기서, 제 1,2,3,4 SR 발열체(21a)(21b)(22a)(22b)를 구성하는 면상발열체 조성물의 조성비를 모두 다르게 할 수도 있고, 제 1,3 SR 발열체(21a)(22a)와 제 2,4 SR 발열체(21b)(22b)로 나누어 조성비를 다르게 할 수도 있다.

그리고 각각의 전원 인가 단자(가)(나)(다)(라)에 인가되는 전압 레벨을 다르게 하여 최적의 온도를 유지할 수 있도록 하는 것도 가능하다.

이와 같은 도 2에서와 같은 면상발열체 조성물의 코팅 형태는 일 예를 나타낸 것으로, 다른 방식으로 변경하여 실시할 수 있음은 당연하다.

도 1b는 도 1의 A-A'선에 따른 단면을 확대 도시한 것으로, 서로 발열 온도가 다른 제 1 SR 발열체(11a)와 제 2 SR 발열체(11b)가 서로 이격되어 분리 코팅된다.

이와 같이 강화 유리 기판(10)에 직접 SR 발열체가 코팅되는 것에 의해 기존의 메탈 기판상에 절연체를 도포하고 SR 발열체를 코팅하는 방식보다 공정의 복잡도를 줄일 수 있다.

강화 유리 기판(10)에 직접 SR 발열체를 코팅하기 위하여 고온 내성을 갖는 강화 유리의 표면에 전처리 과정으로 샌딩 작업을 실시한 후에 SR 발열체를 코팅하는 것도 가능하다.

그리고 도 3은 본 발명에 따른 다중 온도 자가조절형 면상발열체를 구성하는 강화 유리 기판(10)의 이면 구조를 나타낸 것이다.

강화 유리 기판(10)의 이면에 메쉬 구조로 특정 물질을 코팅하여 이면 메쉬 코팅층(12)을 형성하여, 코팅 영역과 코팅 이외의 영역의 열방출 특성이 서로 달라지도록 하여 강화 유리 전면에 코팅된 SR 발열체 영역에만 발열 온도가 유지되고 다른 영역은 열이 전달되지 않도록 한 것이다.

이와 같은 강화 유리 기판(10)의 이면에 이면 메쉬 코팅층(12)을 형성하는 것은 효율적인 열 사용을 위한 것으로, 이면 메쉬 코팅층(12)을 형성하지 않은 강화 유리 기판을 사용하여 본 발명에 따른 다중 온도 자가조절형 면상발열체를 구성하는 것도 가능하다.

이와 같은 본 발명에 따른 다중 온도 자가조절형 면상발열체는 페이스트 형태의 SR(Self Regulation) 발열체를 발열 온도별로 분리하여 강화 유리에 직접 코팅하여 온도 제어가 효율적으로 이루어질 수 있도록 한 것이다.

이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

10. 강화 유리 기판 11a. 제 1 SR 발열체
11b. 제 2 SR 발열체 12. 이면 메쉬 코팅층

Claims (7)

1. 강화 유리 기판;
   상기 강화 유리 기판의 전면에 직접 코팅되고, 서로 분리되어 각각의 조성비에 따라 통전시의 발열 온도 범위가 다른 복수 개의 SR 발열체들;을 포함하고,
   상기 강화 유리 기판의 이면에 코팅 영역과 코팅 이외의 영역의 열방출 특성이 서로 달라지도록 하는 이면 메쉬 코팅층을 더 포함하고 이면 메쉬 코팅층에 의해 강화 유리 전면에 코팅된 SR 발열체 영역에만 발열 온도가 유지되고 다른 영역은 열이 전달되지 않도록 하고,
   SR 발열체들이 코팅되는 영역의 전체 영역을 안쪽의 제 1 영역과 바깥쪽의 제 2 영역으로 구분하여 제 1 영역에 제 1,2 SR 발열체를 나선형으로 서로 분리하여 코팅하고, 제 2 영역에 제 3,4 SR 발열체를 나선형으로 서로 분리하여 코팅하여 각각의 제 1,2,3,4 SR 발열체들의 전원 인가 단자에 선택적으로 전원을 인가하여 발열 온도 범위 및 발열 영역 크기를 변화시켜 구동하고, 상기 제 1,2,3,4 SR 발열체를 구성하는 면상발열체 조성물의 조성비를 모두 다르게 하거나, 제 1,3 SR 발열체와 제 2,4 SR 발열체로 나누어 조성비를 다르게 하는 것을 특징으로 하는 다중 온도 자가조절형 면상발열체.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 SR 발열체들은,
   각각 조성비를 다르게 한 면상발열체 조성물들이 페이스트 형태로 제작되어 상기 강화 유리 기판 전면에 직접 코팅되고, 각각의 SR 발열체들은 각각 이격 분리되어 선택적으로 전원이 인가되는 것을 특징으로 하는 다중 온도 자가조절형 면상발열체.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 SR 발열체들이 코팅되는 영역의 형상은 원형,삼각형,사각형,오각형,육각형,마름모꼴,별 형태를 포함하는 도형들에서 선택되고,
   SR 발열체들이 코팅되는 방식은 서로 이격되어 분리되는 나선형, 지그 재그 형태의 어느 하나 또는 이들의 변형 또는 조합인 것을 특징으로 하는 다중 온도 자가조절형 면상발열체.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 SR 발열체들을 구성하는 면상발열체 조성물들은,
   절연바인더 성분 5 내지 16 중량%, 저항 성분 50 내지 75 중량% 및 온도조절 성분 10 내지 40 중량%;를 포함하는 것이고,
   통전된 상태에서 300 ~ 700℃로 발열을 하는 것을 특징으로 하는 다중 온도 자가조절형 면상발열체.
6. 삭제
7. 삭제

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