KR102190592B1 - Sr 발열케이블을 이용한 난방 패널 - Google Patents
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Abstract
본 발명 SR 발열케이블을 이용한 난방 패널은, 일정 두께를 갖는 판상의 단열재; 상기 단열재의 상면에 단면이 수직 방향으로 긴 직사각형 형태를 갖도록 요설되는 케이블 슬롯; 측면이 좁고 상하면이 넓은 넓적한 전기 케이블 형태로 되어 상기 케이블 슬롯에 삽입 시에는 케이블 슬롯과의 사이에 공극이 없도록 측면이 수직하게 세워진 상태로 케이블 슬롯에 단단히 끼워져 압입되며, 상기 케이블 슬롯에 삽입된 상태에서는 양측면 및 하단이 단열재에 의해 단열됨과 함께 개방된 상단을 통해 열전달되어지는 주변 온도가 상승하면 전류의 흐름이 감소되어 발열량이 감소되고, 역으로 주변 온도가 하강하면 전류의 흐름이 증가되어 발열량이 증가되는 정온 특성을 갖는 SR 발열케이블; 및 상기 SR 발열케이블의 상면에 접촉되어짐과 함께 단열재의 전체 상면을 커버하도록 결합되는 금속 재질의 전열판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 SR 발열케이블을 이용한 난방 패널에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스티로폼 단열재 내부에 폴리머 계열의 탄소중합발열체를 압출하여 제조한 SR 발열케이블을 삽입함과 함께 상기 SR 발열케이블에 주변 온도가 열전달될 수 있도록 축열판과 전열판을 수직 적층하여 패널 상면을 마감함으로써, 방수 및 절연이 확실히 이루어지며, 진동과 충격에 매우 강해 내부 절연 파괴 등에 의한 화재 발생 위험성이 없고, 장기간 사용 시에도 하중 변형에 견디는 높은 내구성을 유지하며, 아울러 생산 및 시공단가도 대폭 절감할 수 있는 SR 발열케이블을 이용한 난방 패널에 관한 것이다.
본 발명에서 SR(Self Regulating) 발열케이블이라 함은 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자의 정온(定溫) 특성을 이용한 케이블 형태의 발열체로서, 상기 SR 발열케이블은 전기 케이블처럼 자유자재로 구부려서 설치하면 주변 온도에 따라 발열량이 달라지는 정온 특성을 보유한 발열케이블을 지칭한다.
1945년 Frydman이 충전제가 첨가된 전도성 복합재료에서 Positive Temperature Coefficient(PTC) 현상과 Negative Temperature Coefficient(NTC) 현상을 처음 발견한 이래로 PTC 소자의 제조 방법과 소자 내에서의 전자이동 과정에 대한 연구 계속되고 있다.
PTC 현상이란 충전제가 첨가된 전도성 복합재료를 승온시켜 주면 수지의 용융점 부근에서 전기저항이 급격히 증가하는 특성으로 일반적으로 충전제가 첨가된 고분자 복합재료의 PTC 현상은 고분자와 충전제의 서로 다른 열팽창계수의 차이로 설명될 수 있다.
상기 고분자는 카본블랙에 비하여 매우 큰 열팽창계수를 갖기 때문에 용융온도 근처에서 급격한 부피팽창을 보이고, 이로 인하여 복합재료 내에서 충전제의 상대적인 부피분율이 감소하며, 전도성 충전입자인 카본블랙 입자의 간격이 커져 카본블랙 간의 전도 네트워크를 파괴함으로써 전자의 이동을 방해하게 된다.
이러한 PTC 발열체는 주위온도 변화에 민감하게 반응하여 스스로 발열량을 조절하기 때문에 열효율이 우수할 뿐만 아니라 시공이 간편하고 유지관리가 편리한 장점으로 인해 이전부터 세라믹 히터의 형태로 된 반영구적인 제품이 자동차의 보조 난방장치로서 많이 이용되어오고 있다.
한편, 최근에는 상기 PTC 발열체가 유연한 전기 케이블 형태로 구성되어 시공성이 대폭 향상된 SR 발열케이블(Self-regulating Heating Cable, 또는 PTC 열선이라고도 불림)이 개발 및 보급되고 있는데, 이러한 SR 발열케이블은 간접발열로 인해 제품 안정성 및 수명 증가, 무한병렬 구조로 원하는 길이에 맞게 절단하여 사용할 수 있고, 온도에 따른 발열제어 기능으로 높은 절전 효과와 케이블을 겹쳐 시공해도 소손의 위험이 없는 여러 장점들로 인해 전술한 자동차 난방 분야뿐만 아니라 보온, 동파방지, 제설 등이 요구되는 건축 등의 다양한 분야로 점차 적용이 확대되고 있는 상황이다.
일례로 상기 SR 발열케이블이 개발되기 전에 종래 PTC 세라믹 소자를 적용한 발열 패널에 대한 특허(이하 ‘선행문헌’이라 함)가 개시된 바 있다. (국내 특허등록 제0129083호, 1997.11.06.자 등록)
상기 선행문헌에 개시된 종래 PTC 세라믹 소자를 이용한 발열 패널의 구성을 첨부된 도 1을 참조하여 살펴보면, PTC 세라믹 소자(1)가 접합된 금속판(2)이 단열재(7) 위에 고정되어 있으며, PTC 세라믹 소자(1) 접합부 부근에는 빈 공간부(4)를 형성하고, PTC 세라믹 소자(1) 접합부로부터 떨어진 곳에는 알루미늄제 전열판(3)이 고정되고 그 위에 철제 마무리판(5)이 설치된 구조를 갖는다.
이 때, 상기 PTC 세라믹 소자는 제조상의 이유나 온도제어를 용이하게 한다는 이유로 작은 블록의 것을 복수 이용하는 것이 바람직하며, 이 경우 각 PTC 세라믹 소자에서 발생된 열은 면적이 넓은 전극판에 빼앗기기 때문에 큐리점에 도달할 때까지의 시간이 길어진다. 이 때문에 다수의 PTC 세라믹 소자를 이용한 발열장치는 전원이 온 상태일 때 정상 상태로 흐르는 전류보다 큰 값의 전류, 즉 서지전류가 흐르는 시간이 길어진다는 단점이 생긴다.
이에 대한 해결책으로 선행문헌에서는, PTC 세라믹 소자를 등간격으로 개별 배치하지 않고 그룹 단위로 묶어서 배치하였으며, 그룹 중의 PTC 세라믹 소자는 서로 인접하여 가까이 배치함으로써 PTC 세라믹 소자 상호 간의 온도 상승 속도를 빠르게 하여, 전원이 온일 때부터 정상 온도상태가 될 때까지의 서지전류 시간을 단축하는 방안이 개시되어 있다.
그러나, 상기 선행문헌에 개시된 종래 PTC 세라믹 소자를 이용한 발열 패널은 단단하고 반영구적이라는 장점이 있으나, 전원공급을 위해 윗면과 아랫면으로 전류를 전달하는 금속선이 연결되고 절연을 위해 발열체 주위를 세라믹 절연 충전제로 충전하기 때문에 세라믹 재료의 특성상 방수를 위한 절연이 확실히 이루어지지 않으며, 휘어지는 특성이 없어 충격에 취약할 수밖에 없었다. 이에 따라 바닥재로서 상기 선행문헌의 발열 패널을 사용하거나 운반 중에 PTC 세라믹 소자에 충격이나 진동이 가해진 경우 쉽게 부러져 파손될 수 있는 문제점이 있었다.
상기 문제점을 해소키 위해 선행문헌에서는 완충 및 보온을 위해 PTC 세라믹 소자의 바로 위에 빈 공간부(공기층)를 둠으로써 보완하였으나, 상기 빈 공간부, 즉 공극은 별도의 재료비가 들지 않고도 온도 버퍼에 의한 보온 효과는 다소 있으나 주변 공기와 PTC 소자 간의 열교환이 민감하게 동작되기 어려울 뿐만 아니라, 반복적인 사용에 의해 사용자의 체중에 짓눌림으로써 바닥 꺼짐 등 형상의 변형이 초래될 수밖에 없으며, 선행문헌의 PTC 세라믹 소자에 물이 스며들거나 상기한 충격으로 인해 PTC 세라믹 소자의 세라믹 피복 부분이 파손되는 경우 전기 스파크에 의해 화재가 발생될 수 있는 등 심각한 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 발명된 것으로, 스티로폼 단열재 내부에 폴리머 계열의 탄소중합발열체를 압출하여 제조한 SR 발열케이블을 삽입함과 함께 상기 SR 발열케이블에 주변 온도가 열전달될 수 있도록 축열판과 전열판을 수직 적층하여 패널 상면을 마감함으로써, 방수 및 절연이 확실히 이루어지며, 진동과 충격에 매우 강해 내부 절연 파괴 등에 의한 화재 발생 위험성이 없고, 장기간 사용 시에도 하중 변형에 견디는 높은 내구성을 유지하며, 아울러 생산 및 시공단가도 대폭 절감할 수 있는 SR 발열케이블을 이용한 난방 패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일정 두께를 갖는 판상의 단열재; 상기 단열재의 상면에 단면이 수직 방향으로 긴 직사각형 형태를 갖도록 요설되는 케이블 슬롯; 측면이 좁고 상하면이 넓은 넓적한 전기 케이블 형태로 되어 상기 케이블 슬롯에 삽입 시에는 케이블 슬롯과의 사이에 공극이 없도록 측면이 수직하게 세워진 상태로 케이블 슬롯에 단단히 끼워져 압입되며, 상기 케이블 슬롯에 삽입된 상태에서는 양측면 및 하단이 단열재에 의해 단열됨과 함께 개방된 상단을 통해 열전달되어지는 주변 온도가 상승하면 전류의 흐름이 감소되어 발열량이 감소되고, 역으로 주변 온도가 하강하면 전류의 흐름이 증가되어 발열량이 증가되는 정온 특성을 갖는 SR 발열케이블; 및 상기 SR 발열케이블의 상면에 접촉되어짐과 함께 단열재의 전체 상면을 커버하도록 결합되는 금속 재질의 전열판;을 포함하여 구성된다.
또한 일 실시예에 따르면, 상기 케이블 슬롯의 단열재 상단에는 단면이 수평 방향으로 긴 직사각형 형태를 갖도록 상부 홈이 더 형성됨과 함께 상기 상부 홈에는 세라믹 또는 황토 성분의 축열판이 더 삽입된다.
또한 일 실시예에 따르면, 상기 단열재는 화학적 발포제를 사용하지 않고 물리적으로 발포한 친환경 발포 폴리프로필렌(EPP)인 것을 특징으로 한다.
또한 일 실시예에 따르면, 상기 SR 발열케이블은, 주석 도금된 한 쌍의 구리 버스 와이어; 상기 구리 버스 와이어가 일정거리 이격된 상태로 압출 공정에 의해 구리 버스 와이어를 일체로 감싸 연결하는 폴리머 계열의 탄소중합발열체 매트릭스; 및 상기 탄소중합발열체 매트릭스의 둘레면에는 탄소중합발열체 매트릭스를 감싸도록 구비된 절연외피;를 포함한다.
또한 일 실시예에 따르면, 상기 절연외피의 둘레면에는 금속 편조층이 더 구비됨과 함께 상기 금속 편조층의 둘레면에는 제2 절연외피가 더 구비된다.
또한 일 실시예에 따르면, 상기 케이블 슬롯에 SR 발열케이블의 측면이 세워져 압입될 때 상기 SR 발열케이블과 케이블 슬롯 사이에 공극이 발생됨없이 SR 발열케이블의 양측면 및 하단이 케이블 슬롯 내면에 완전히 밀착되도록 케이블 슬롯의 단면이 ∪자 형상을 갖는다.
또한 일 실시예에 따르면, 상기 케이블 슬롯과 SR 발열케이블 사이에 형성되는 공극에는 세라믹 또는 황토 분말의 충전재가 더 충전된다.
또한 일 실시예에 따르면, 상기 전열판은 알루미늄, 아연, 구리, 주석, 니켈 중 적어도 하나를 포함하는 금속판 또는 스테인리스 스틸판이다.
또한 일 실시예에 따르면, 상기 SR 발열케이블은 하나의 SR 발열케이블이 구비되어 단열재 상면에 끊김없이 지그재그 형태로 휘어지면서 연속 배치됨과 함께 상기 SR 발열케이블이 외부 전원과 전기적으로 직렬 접속된다.
또한 일 실시예에 따르면, 상기 SR 발열케이블은 복수의 SR 발열케이블이 구비되어 단열재 상면에 일직선상으로 평행하게 분산 배치됨과 함께 상기 SR 발열케이블이 외부 전원과 전기적으로 병렬 접속된다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 스티로폼 단열재 내부에 폴리머 계열의 탄소중합발열체를 압출하여 제조한 SR 발열케이블을 삽입함과 함께 상기 SR 발열케이블에 주변 온도가 열전달될 수 있도록 축열판과 전열판을 수직 적층하여 패널 상면을 마감함으로써, 바닥 난방재로서 방수 및 절연이 확실히 이루어질 뿐만 아니라 진동과 충격에 매우 강해 내부 절연 파괴 등에 의한 화재 발생이 원천적으로 방지된다.
또한, SR 발열케이블의 상부에 축열판과 전열판이 2층 구조로 안정적으로 지지함으로써 장기간 사용 시에도 바닥꺼짐 현상 등의 발생없이 하중 변형에 견디는 높은 내구성을 유지하며, 아울러 생산 및 시공단가도 대폭 절감할 수 있는 유익한 효과가 있다.
도 1은 종래 PTC 세라믹 소자를 이용한 발열 패널을 보인 단면도
도 2는 본 발명 SR 발열케이블을 이용한 난방 패널의 조립 공정도
도 3은 도 2의 요부 단면도 및 확대도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 SR 발열케이블을 보인 확대도
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 SR 발열케이블을 보인 확대도
도 2는 본 발명 SR 발열케이블을 이용한 난방 패널의 조립 공정도
도 3은 도 2의 요부 단면도 및 확대도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 SR 발열케이블을 보인 확대도
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 SR 발열케이블을 보인 확대도
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 내지 "구비하다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작동 관계를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본 발명 SR 발열케이블을 이용한 난방 패널의 조립 공정도이고, 도 3은 도 2의 요부 단면도 및 확대도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 SR 발열케이블을 보인 확대도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 SR 발열케이블을 보인 확대도이다.
도 2를 참조하여 본 발명 SR 발열케이블을 이용한 난방 패널을 조립하는 과정을 일 실시예에 따라 살펴보면, 먼저 단계 (a)에서와 같이 일정 두께를 갖는 판상의 단열재(110)가 구비된다.
상기 단열재(110)는 화학적 발포제를 사용하지 않고 물리적으로 발포한 친환경 발포 폴리프로필렌(EPP; Expanded Polypropylene)를 사용하는 것이 가장 우선시되며, 또는 발포 폴리프로필렌 대신에 화재 방지를 위해 불연 또는 난연성 스티로폼이 대체재로 이용될 수 있다.
상기 발포 폴리프로필렌(EPP)은 범용 플라스틱인 폴리프로필렌을 이용하되, 화학적 발포제를 사용하지 않고 순수한 폴리프로필렌으로만 물리적(무가교성)으로 발포 성형한 스티로폼이며, 소각 시에도 유독가스(다이옥신)의 발생이 없고 100% 재활용이 가능한 친환경 소재로 매우 각광받고 있다.
이러한 발포 폴리프로필렌은 입자가 독립기포 구조의 구(球) 형태를 갖기 때문에 가벼우면서도 반복 충격에도 높은 기계적 강도를 발휘하며, 비드의 밀도는 발포 배율에 따라 통상 20 내지 60g/l의 값을 갖도록 제조된다.
상기 발포 폴리프로필렌을 이용한 단열재(110)의 상면에는 일정 간격마다 상부 홈(101)이 형성될 수 있는데, 상기 상부 홈(101)은 단면이 수평 방향으로 긴 직사각형 형태를 갖는다. 또한, 상기 각 상부 홈(101)의 중앙부에는 일정 깊이로 단면이 수직 방향으로 긴 케이블 슬롯(102)이 요설된다.
상기 상부 홈(101)과 케이블 슬롯(102)의 형성은 제조된 발포 폴리프로필렌의 상면을 음각하여 형성할 수도 있으나, 가장 용이하게는 발포 폴리프로필렌을 금형에서 발포 성형할 때 이러한 상부 홈(101)과 케이블 슬롯(102)을 동시에 형성함이 바람직하다.
일 실시예에 따라, 상기 SR 발열케이블(200)은 하나의 긴 SR 발열케이블(200)을 구비하고, 단열재(110) 상면에 끊김없이 지그재그 형태로 형성된 케이블 슬롯(102)에 상기 SR 발열케이블을 연속적으로 압입하여 배치됨과 함께 상기 SR 발열케이블을 외부 전원에 전기적으로 직렬 접속하여 구성될 수 있다.
또는 다른 실시예에 따라, 상기 SR 발열케이블(200)은 여러 개의 가닥으로 되고 길이가 동일한 복수의 SR 발열케이블(200)이 구비되고, 상기 복수의 SR 발열케이블(200)이 단열재(110) 상면에 일직선상으로 평행하게 분산 배치됨과 함께 상기 각 SR 발열케이블(200)들을 외부 전원에 전기적으로 병렬 접속하여 구성이 가능하다.
또한, 단계 (b)에서, 상기 케이블 슬롯(102)에는 SR 발열케이블(200)이 압입되어 삽입됨과 함께 상기 상부 홈(101)에는 축열판이 꼭 맞게 끼워져 삽입됨으로써 단열재(200)에 압입된 SR 발열케이블(200)의 상단을 축열판(120)이 지지한다. 이 때, 상기 축열판(120)의 저면은 SR 발열케이블(200)의 상단과 맞닿아 접촉됨으로써 SR 발열케이블(200)로부터 발생된 열을 최대한 공극없이 상방으로 열전도에 의해 열전달될 수 있게 된다.
이를 위해, 보다 바람직하게는, 상기 케이블 슬롯(102)에 SR 발열케이블(200)이 삽입될 때에는 상기 SR 발열케이블(200)의 좁은 측면이 수직 방향으로 세워진 상태로 케이블 슬롯(102)에 압입됨으로써 상기 SR 발열케이블(200)과 케이블 슬롯(102) 사이에 공극의 발생이 최소화된다.
이에 따라 상기 SR 발열케이블(200)의 양측면 및 하단은 최대한의 단열 효과를 얻을 수 있도록 케이블 슬롯(102) 내면에 완전히 밀착될 필요가 있으며, 이를 위해 상기 케이블 슬롯(102)의 단면 형상은 측면이 세워진 상태로 압입되는 SR 발열케이블(200)의 양측면과 저면에 완전히 밀착될 수 있도록 SR 발열케이블(200)의 형상과 동일한 ∪자 형상을 갖는 것이 바람직하다.
추가적으로, 상기 케이블 슬롯(102)과 SR 발열케이블(200) 사이에 형성되는 공극을 제거하기 위해 상기 케이블 슬롯(102)과 SR 발열케이블(200) 사이에 존재할 수 있는 공극에는 세라믹 분말 또는 황토 분말이 공극의 충전재(140)로서 이용될 수 있다.
즉, 상기 세라믹 또는 황토 분말이 케이블 슬롯(102)과 SR 발열케이블(200) 사이에 존재할 수 있는 틈새의 모든 공극을 메워 공극에서 발생되어지는 공기 대류에 의한 낮은 열전달 효율을 개선할 수 있으며, 이와 동시에 상기 세라믹 또는 황토 분말로부터 원적외선 방사, 항균 효과 등 건강상 유익한 효과도 얻을 수 있다. 일례로, 상기 세라믹 분말로 이용될 수 있는 재료는 산화마그네슘(MgO) 계열의 광물 분말이 충전재(140)로서 이용될 수 있다.
한편, 단계 (c)에서, 상기 축열판(120)의 상면을 포함한 단열재(110)의 전체 상면을 커버하도록 전열판(130)이 결합됨으로써, 단계 (d)와 같이 본 발명 난방 패널(100)의 조립이 완료되어진다.
이 때, 상기 전열판(130)은 알루미늄, 아연, 구리, 주석, 니켈 등 비철 금속 성분을 갖는 비철 금속판 또는 이들 중 둘 이상의 성분을 갖는 합금판이 이용될 수 있으며, 또는 스테인리스 스틸판을 이용하여서도 상기 비철 금속판과 유사한 열전도율, 내구성 및 방수 효과를 얻을 수 있다.
한편, 상기 전열판(130)으로 이용되는 비철 금속판 또는 이들의 합금판은 외면에 산화방지처리를 함으로써 내부식성을 더욱 향상시킬 수 있으며, 예컨대 상기 전열판(130)은 단열재(110)의 상면에 접착제로 본딩하여 방습 및 방수 마감처리될 수 있다.
상술한 과정에 따라 조립이 완료된 본 발명 난방 패널(100)의 케이블 슬롯(102)에는 측면이 좁고 상하면이 넓은 넓적한 직사각형 형태의 SR 발열케이블(200)이 측면이 수직하게 세워진 상태로 케이블 슬롯(102)에 압입되어 단열 및 열전달 효과가 극대화되는데, 이를 위해 상기 케이블 슬롯(102)의 좌우 가공 폭은 SR 발열케이블(200)의 좁은 측면의 두께보다 좀 더 작게 형성함이 바람직하며, 이에 따라 상기 SR 발열케이블(200)이 케이블 슬롯(102)에 억지 끼움에 의해 압입될 때 상기 SR 발열케이블(200)의 양측면 및 저면이 케이블 슬롯(102)에 의해 압박된 상태로 상단 일부를 제외하고 완전히 감싸져 둘 사이의 공극이 최소화되면서 꼭 맞게 끼워져 압입될 수 있다.
또한, 단열재(110) 상면에 형성되는 상기 케이블 슬롯(102)의 가공 폭을 최소로 설정함에 따라 하중을 지지하는 단열재(110)의 지지면적 소실이 최소화되므로 결국 단열재(110)가 수직 하중에 버틸 수 있는 지지력의 저하 및 변형이 최소화되는 효과도 얻을 수 있다.
또한, 도 3의 확대도를 참조하면, 상기 SR 발열케이블(200)이 측면이 세워진 상태로 케이블 슬롯(102)에 압입된 상태에서는 SR 발열케이블(200)의 양측면 및 하단은 단열재(110)에 의해 압박되면서 밀착 및 단열되고, 이 상태에서 SR 발열케이블(200)의 상단 일부만이 케이블 슬롯(102)에서 살짝 노출된 상태가 된다.
이 때, 상기 SR 발열케이블(200)의 개방된 상단에는 축열판(120) 및 전열판(130)이 접촉된 상태로 지지되어 있음에 따라 상기 전열판(130) 및 축열판(120)을 통해 주변 공기와 열전도에 의해 열교환이 이루어질 수 있다.
또한, 상기 전열판(130)과 축열판(120)을 통해 주변 온도가 SR 발열케이블(200)으로 직접적으로 열전달되므로 단열재(110) 내에 일정 간격마다 매립 배치된 각각의 SR 발열케이블(200)은 직상방에 위치된 공기 또는 물체로부터의 주변 온도에 따라 SR 발열케이블(200)의 각 지점이 각각 독립적으로 발열할 수 있다.
즉, 하나의 SR 발열케이블(200)은 그 특성상 각 지점마다 주변 온도에 따라 발열량이 달라질 수 있으며, 또는 다수의 SR 발열케이블(200)이 분할 배치된 경우에도 특정 SR 발열케이블(200) 상방의 주변 온도가 상승하면 SR 발열케이블(200) 내부의 전류의 흐름이 감소되어 발열량이 감소되고, 역으로 주변 온도가 하강하면 전류의 흐름이 증가되어 발열량이 증가되어진다. 그러므로 이러한 발열량의 증감은 각각의 SR 발열케이블(200)의 각 부분 및 지점별로 직상방의 주변 온도에 반응하며 독립적으로 발열되어질 수 있다.
한편, 도 1을 참조하면, 전술한 종래 선행문헌에서는 경질의 금속편인 PTC 세라믹 소자(1)를 일반 스티로폼 단열재(7) 내부에 배치하고, 상기 세라믹 소자(1)의 상부에 빈 공간부(공기층, 4)을 두어 상기 빈 공간부(4)에 의해 완충 및 보온 기능을 부여하였으나, 상기 빈 공간부(4)가 구조적으로 하중을 지지할 수가 없기 때문에 구조적으로 취약할 수밖에 없고, 상기 빈 공간부(4)에 포함된 공기의 대류에 의해 열전달이 이루어지므로 열교환의 반응속도가 느릴 수밖에 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 이를 개선하기 위한 것으로, 친환경적이며 강도가 우수한 발포 폴리프로필렌(EPP) 단열재(110)에 단면이 수직 방향으로 긴 형상의 케이블 슬롯(102)을 형성함과 함께 상기 케이블 슬롯(102)에 SR 발열케이블(200)을 좁은 측면이 수직 방향으로 세워진 상태로 상기 케이블 슬롯(102)에 압입하여 상기 SR 발열케이블(200)이 양측면 및 하단이 케이블 슬롯(102) 내면에 완전 밀착되어 공극이 최소화된다.
이에 따라 상술한 구성의 본 발명 난방 패널(100)은 구조적으로 충분한 하중 지지력을 부여하면서도 직접적인 열전도에 의해 SR 발열케이블(200)이 신속하게 주변 온도에 반응할 수 있도록 공극을 최소화함과 함께 SR 발열케이블의 상단에 축열판(120) 및 전열판(130)을 직접 접촉시켜 열전도에 의해 열교환이 이루어짐과 동시에 SR 발열케이블(200)의 상부를 하중으로부터 충분히 지지하도록 구성된다.
또한, 상기 SR 발열케이블(200)의 상단에 물리적으로 접촉된 축열판(120) 및 전열판(130)을 통해 주변 온도가 SR 발열케이블(200)에 직접적으로 열전도되므로 SR 발열케이블(200)이 주변 온도에 민감하게 반응하며, 상기 SR 발열케이블(200)의 각 부분별로 독립적으로 발열 동작될 수 있다.
따라서, 상기 전열판(130) 및 축열판(120)을 통해 주변 온도가 SR 발열케이블(200)으로 열전도되면 상기 주변 온도값에 반비례하여 SR 발열케이블(200)이 스스로 독립적으로 발열되면서 소모전력을 최소화하면서도 난방 패널(100)의 전체 면적에서 균일한 난방이 이루어지게 된다.
이 때, 상기 SR 발열케이블(200)의 양측면과 하단이 발포 폴리프로필렌(EPP) 단열재(110)에 의해 완전히 밀착되어 단열되기 때문에 상단의 개방된 최소 면적으로부터 열전도가 이루어진다. 이에 따라 SR 발열케이블이 주변 온도 변화에 민감하고 급격하게 반응하지 않게 되므로 상기 SR 발열케이블로 인가되는 구동전류의 급격한 변화 및 이에 투입되는 소모전력을 최소화할 수 있다.
하기 표 1은 실험 공간 내의 실내온도를 17℃로 항온 상태를 유지한 후, (a) 단열재없이 실온에 그대로 노출된 SR 발열케이블의 경과시간에 따른 측정전류값의 변화와 이에 따른 소모전력의 변화량과, (b) 본 발명 난방 패널, 즉 발포 폴리프로필렌 단열재에 압입되고 상단이 축열판과 전열판에 접촉된 SR 발열케이블의 경과시간에 따른 측정전류값의 변화 및 이에 따른 소모전력의 변화량을 실측한 후 서로 비교하였다.
| 경과시간 | (a) 단열재없는 SR 발열케이블 | (b) 본 발명에 따른 SR 발열케이블 | ||
| 측정전류(Am) | 소모전력(Watt) | 측정전류(Am) | 소모전력(Watt) | |
| 1초 | 8.9 | 1958 | 9.2 | 2024 |
| 30초 | 1.97 | 433.4 | 2.12 | 466.4 |
| 1분 | 1.65 | 363 | 1.56 | 343.2 |
| 5분 | 1.25 | 275 | 0.8 | 176 |
| 10분 | 1.27 | 279.4 | 0.7 | 154 |
| 30분 | 1.25 | 275 | 0.67 | 147.4 |
| 1시간 | 1.34 | 294.8 | 0.67 | 147.4 |
| 2시간 | 1.35 | 297 | 0.66 | 145.2 |
위 실험 결과로서, 2시간 후의 소모전력을 비교하면 (a) 단열재없는 SR 발열케이블에서 297w의 소모전력이 측정되었고, 동일한 조건에서 (b) 본 발명에 따른 SR 발열케이블에서는 145.2w의 소모전력이 측정되어 48%의 에너지 절감 효과가 확인되었다.
한편, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 SR 발열케이블(200)의 내부 구조는, 주석 도금된 한 쌍의 구리 버스 와이어(210)와, 상기 구리 버스 와이어(210)가 일정거리 이격된 상태로 압출 공정에 의해 구리 버스 와이어(210)를 일체로 감싸 연결하는 폴리머 계열의 탄소중합발열체 매트릭스(220)와, 상기 탄소중합발열체 매트릭스(220)를 감싸는 절연외피(230) 및 제2 절연외피(240)와, 상기 절연외피(230) 및 제2 절연외피(240) 사이에 금속 편조층(250)이 겹겹이 적층된 4-레이어 구조로 이루어질 수 있다.
상기 탄소중합발열체 매트릭스(220)는 한 쌍의 구리 버스 와이어(210)로부터 공급된 전원을 이용하여 발열되는 발열층이며, 상기 금속 편조층(250)은 SR 발열케이블에 충분한 강성과 인장강도를 부여하고 내부 탄소중합발열체 매트릭스(220)를 보호하는 역할을 하며, 또한 상기 탄소중합발열체 매트릭스(220)로부터 발생된 전자파를 차단하는 역할을 겸한다. 즉, 상술한 일 실시예에 따른 4-레이어 구조의 SR 케이블(200)은 물리적 내구성이 강화되고, 금속 편조층(250)에 의한 접지 효과(전기적 안정성)를 가지며, 제조 과정에서 습식 공법이나 건식 공법을 선택적으로 적용하여 제조될 수 있는 이점이 있다.
한편, 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 SR 발열케이블(200)의 내부 구조는, 주석 도금된 한 쌍의 구리 버스 와이어(210)와, 상기 구리 버스 와이어(210)가 일정거리 이격된 상태로 압출 공정에 의해 구리 버스 와이어(210)를 일체로 감싸 연결하는 폴리머 계열의 탄소중합발열체 매트릭스(220)와, 상기 탄소중합발열체 매트릭스(220)의 둘레면을 감싸 마감하는 절연외피(230) 만으로 구성된 2-레이어 구조의 SR 발열케이블(200)이 적용될 수 있다.
상기 2-레이저 구조의 SR 케이블(200)은 금속 편조층(500) 및 제2 절연외피(240)가 생략되므로 재료비가 대폭 절감됨과 함께 건식공법을 적용하여 제조되므로 높은 경제성을 가질 뿐만 아니라, 상술한 일 실시예의 4-레이저 구조 대비 더 적은 수의 단일의 절연외피(230)만을 갖기 때문에 탄소중합발열체 매트릭스(220)에서 생성된 열이 보다 신속히 주변으로 열전달되어지는 이점이 있다.
참고로, 본 발명의 출원인에 의해 개발되고, 본 발명에 적용된 SR 발열케이블(200)은 내부에 금속 편조층(250)을 포함하며, 강한 내구성과 더불어 그 자체로 전자파를 차단하는 효과를 갖는다. 참고로, 2010년 한국전자전기연구원에서 실시된 전자파 시험 결과, 30 내지 40 dBμV(0.1~0.35mV)의 전자파가 검출되었으며, 전자파 차단인증 EMF를 취득한 바 있다. (의시2010-0389)
아울러 본 발명은 단지 앞서 기술된 일 실시예에 의해서만 한정된 것은 아니며, 장치의 세부 구성이나 개수 및 배치 구조를 변경할 때에도 동일한 효과를 창출할 수 있는 것이므로 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 구성의 부가 및 삭제, 변형이 가능한 것임을 명시하는 바이다.
100 : 난방 패널 101 : 상부 홈
102 : 케이블 슬롯 110 : 단열재
120 : 축열판 130 : 전열판
140 : 충전재 200 : SR 발열케이블
210 : 구리 버스 와이어 220 : 탄소중합발열체 매트릭스
230 : 절연외피 240 : 제2 절연외피
250 : 금속 편조층
102 : 케이블 슬롯 110 : 단열재
120 : 축열판 130 : 전열판
140 : 충전재 200 : SR 발열케이블
210 : 구리 버스 와이어 220 : 탄소중합발열체 매트릭스
230 : 절연외피 240 : 제2 절연외피
250 : 금속 편조층
Claims (10)
- 일정 두께를 갖는 판상의 단열재;
상기 단열재의 상면에 단면이 수직 방향으로 긴 직사각형 형태를 갖도록 요설되는 케이블 슬롯;
측면이 좁고 상하면이 넓은 넓적한 전기 케이블 형태로 되어 상기 케이블 슬롯에 삽입 시에는 케이블 슬롯과의 사이에 공극이 없도록 측면이 수직하게 세워진 상태로 케이블 슬롯에 단단히 끼워져 압입되며, 상기 케이블 슬롯에 삽입된 상태에서는 양측면 및 하단이 단열재에 의해 단열됨과 함께 개방된 상단을 통해 열전달되어지는 주변 온도가 상승하면 전류의 흐름이 감소되어 발열량이 감소되고, 역으로 주변 온도가 하강하면 전류의 흐름이 증가되어 발열량이 증가되는 정온 특성을 갖는 SR 발열케이블;
상기 케이블 슬롯의 단열재 상단에는 단면이 수평 방향으로 긴 직사각형 형태를 갖도록 상부 홈이 더 형성됨과 함께 상기 케이블 슬롯에 SR 발열케이블이 삽입된 다음 상기 상부 홈에 끼워져 케이블 슬롯을 커버하는 세라믹 또는 황토 성분의 축열판; 및
상기 SR 발열케이블의 상면에 접촉되어짐과 함께 단열재의 전체 상면을 커버하도록 결합되는 금속 재질의 전열판;을 포함하되,
상기 케이블 슬롯에 SR 발열케이블의 측면이 세워져 압입될 때 상기 SR 발열케이블과 케이블 슬롯 사이에 공극이 발생됨없이 SR 발열케이블의 양측면 및 하단이 케이블 슬롯 내면에 완전히 밀착되도록 케이블 슬롯의 단면이 ∪자 형상을 갖고,
상기 케이블 슬롯과 SR 발열케이블의 상단 사이에 형성되는 공극에는 세라믹 또는 황토 분말의 충전재가 더 충전되며,
상기 세라믹 또는 황토 분말이 케이블 슬롯과 SR 발열케이블 사이에 존재할 수 있는 틈새의 모든 공극을 메워 공극에서 발생되어지는 공기 대류에 의한 낮은 열전달 효율을 개선하기 위해 상기 세라믹 분말의 경우 산화마그네슘(MgO) 계열의 광물 분말이 충전재로서 이용되는,
SR 발열케이블을 이용한 난방 패널. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 단열재는 화학적 발포제를 사용하지 않고 물리적으로 발포한 친환경 발포 폴리프로필렌(EPP)인 것을 특징으로 하는,
SR 발열케이블을 이용한 난방 패널. - 제 1 항에 있어서,
상기 SR 발열케이블은,
주석 도금된 한 쌍의 구리 버스 와이어; 및
상기 구리 버스 와이어가 일정거리 이격된 상태로 압출 공정에 의해 구리 버스 와이어를 일체로 감싸 연결하는 폴리머 계열의 탄소중합발열체 매트릭스; 및 상기 탄소중합발열체 매트릭스의 둘레면에는 탄소중합발열체 매트릭스를 감싸도록 구비된 절연외피;를 포함하는,
SR 발열케이블을 이용한 난방 패널. - 제 4 항에 있어서,
상기 절연외피의 둘레면에는 금속 편조층이 더 구비됨과 함께 상기 금속 편조층의 둘레면에는 제2 절연외피가 더 구비되는,
SR 발열케이블을 이용한 난방 패널. - 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 전열판은 알루미늄, 아연, 구리, 주석, 니켈 중 적어도 하나를 포함하는 금속판 또는 스테인리스 스틸판인,
SR 발열케이블을 이용한 난방 패널. - 제 1 항에 있어서,
상기 SR 발열케이블은 하나의 SR 발열케이블이 구비되어 단열재 상면에 끊김없이 지그재그 형태로 휘어지면서 연속 배치됨과 함께 상기 SR 발열케이블이 외부 전원과 전기적으로 직렬 접속되는,
SR 발열케이블을 이용한 난방 패널. - 제 1 항에 있어서,
상기 SR 발열케이블은 복수의 SR 발열케이블이 구비되어 단열재 상면에 일직선상으로 평행하게 분산 배치됨과 함께 상기 SR 발열케이블이 외부 전원과 전기적으로 병렬 접속되는,
SR 발열케이블을 이용한 난방 패널.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200092314A KR102190592B1 (ko) | 2020-07-24 | 2020-07-24 | Sr 발열케이블을 이용한 난방 패널 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200092314A KR102190592B1 (ko) | 2020-07-24 | 2020-07-24 | Sr 발열케이블을 이용한 난방 패널 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102190592B1 true KR102190592B1 (ko) | 2020-12-14 |
Family
ID=73780067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200092314A KR102190592B1 (ko) | 2020-07-24 | 2020-07-24 | Sr 발열케이블을 이용한 난방 패널 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102190592B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102527471B1 (ko) * | 2023-01-06 | 2023-05-03 | (주) 이앤에스텍 | 바이오, 제약 건조용 ptc 히팅 케이블 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR0129083Y1 (ko) | 1994-07-16 | 1999-05-01 | 전성원 | 자동차에 사용되는 용접용 너트 |
| KR20090056010A (ko) * | 2007-11-29 | 2009-06-03 | 유봉환 | 동파방지용 히팅 케이블 |
| KR20140074781A (ko) * | 2012-12-10 | 2014-06-18 | 주식회사 화인 코리아 | 바닥재 가열 시스템 및 바닥재 구조 |
| KR20160019343A (ko) * | 2014-08-11 | 2016-02-19 | 윤영환 | 난방 시스템 |
| KR102077977B1 (ko) * | 2019-10-23 | 2020-02-14 | (주)한진테크 | 열전달 확산 기능을 갖는 건식 바닥 난방 시스템 |
-
2020
- 2020-07-24 KR KR1020200092314A patent/KR102190592B1/ko active IP Right Grant
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