KR102199069B1

KR102199069B1 - 블록 교체형 한지 면상발열 장판

Info

Publication number: KR102199069B1
Application number: KR1020190020512A
Authority: KR
Inventors: 박미라; 김지연; 이은정
Original assignee: 전북대학교산학협력단
Priority date: 2018-08-22
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2021-01-06
Also published as: KR20200022306A

Abstract

본 발명은 블록 교체형 한지 면상발열 장판의 제조 방법 및 한지 면상발열 장판에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 종래의 다공질 탄소, 금속 이온 소재로는 해결할 수 없는 신축성 및 접힘성을 확보하여 전극선 단락으로 인한 작동 불량이나 화재와 같은 위험을 사전에 예방할 수 있는 한지 면상발열 장판의 제조 방법 및 한지 면상발열 장판에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명에 따른 본 발명에 따른 한지 면상발열 장판의 제조 방법은, 전기 방사 방식으로 나노 섬유를 방사해서 탄소나노 섬유시트를 준비하는 단계와, 상기 탄소나노 섬유시트와 한지를 적층시킨 후 결합해서 면상 발열체를 준비하는 단계 및 상기 면상 발열체에 전류를 인가하는 전원 공급부를 설치하는 단계를 포함한다.

Description

블록 교체형 한지 면상발열 장판{Apparatus of Hanji flooring heating element by block replacement technique}

본 발명은 블록 교체형 한지 면상발열 장판의 제조 방법 및 한지 면상발열 장판에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 종래의 다공질 탄소, 금속 이온 소재로는 해결할 수 없는 신축성 및 접힘성을 확보하여 전극선 단락으로 인한 작동 불량이나 화재와 같은 위험을 사전에 예방할 수 있는 한지 면상발열 장판의 제조 방법 및 한지 면상발열 장판에 관한 것이다.

한지의 원료인 닥나무에서 섬유(펄프)를 제조하고 최종제품을 형성시키는 과정은 우리나라의 독창적인 방법으로 이루어낸 과학적 산물이며, 전통한옥에서 사용되어 온 전통한지장판은 닥나무 인피섬유를 원료로 산림의 훼손이 없이 경작, 재배에 의한 친환경재료를 사용하여 왔고, 우리나라의 전통한지는 세계 전통 지류문화재 중 1,000년 이상의 가장 우수한 보존성 및 보온성, 항균성, 원적외선방사, 탈취성 등 다양한 기능성 보유하고 있다. 특히, 이러한 한지를 이용해서 제조한 한지장판은 최근 아토피성 피부염 등 건강에 대한 소비자의 관심으로 한옥 및 한옥형 아파트 건설 붐으로 인해 폭발적으로 수요가 증가되고 있다.

이러한 한지장판에 면상 발열체를 적용하고자 하는 시도가 있었으며, 종래의 면상 발열체는 면상의 절연복사체 내부에 저항 발열체를 삽입하여 발열체의 전도열에 의한 원적외선 복사를 이용해서 가열하거나, 전류가 하나의 전극선을 따라 흐르면서 가열되는 방식을 사용했으나, 이러한 방식은 전류가 이동하는 전극선이 끊어질 경우 가열 성능이 저하되거나, 또는 동작 불량과 같은 문제가 발생할 수 있을 뿐만 아니라 전극선의 단락에 따른 화재의 위험성도 가지고 있어서 적용에 한계가 있는 실정이다.

또한, 이러한 면상 발열체는 신축성이나 접힘성이 떨어져서 한지장판에 적용하기에는 많은 한계가 있는 실정이다.

따라서 이러한 부분에 대한 개선이 필요하다.

본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 종래의 다공질 탄소, 금속 이온 소재로는 해결할 수 없는 신축성 및 접힘성을 확보 가능한 한지 면상발열 장판의 제조 방법 및 한지 면상발열 장판을 제공하는 것이며, 더욱 구체적으로는 전극선 단락으로 인한 작동 불량이나 화재와 같은 위험을 사전에 예방할 수 있는 한지 면상발열 장판의 제조 방법 및 한지 면상발열 장판을 제공하는 것이다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 한지 면상발열 장판의 제조 방법은, 전기 방사 방식으로 나노 섬유를 방사해서 탄소나노 섬유시트를 준비하는 단계와, 상기 탄소나노 섬유시트와 한지를 적층시킨 후 결합해서 면상 발열체를 준비하는 단계 및 상기 면상 발열체에 전류를 인가하는 전원 공급부를 설치하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 탄소나노 섬유시트를 준비하는 단계는, 피치계 또는 폴리아크릴로나이트릴(PAN)계의 고분자 용액 및 PAN 섬유 및 피치계 섬유를 용해시킨 고분자 용액을 전기 방사하는 단계일 수 있다.

또는, 상기 탄소나노 섬유시트를 준비하는 단계는, 피치계 또는 PAN계의 탄소섬유 부직포나 탄소섬유를 이용해서 상기 탄소나노 섬유시트를 준비하는 단계일 수도 있다.

또한, 탄소나노 섬유시트를 준비하는 단계는, 상기 피치계 또는 PAN계의 탄소섬유 부직포나 탄소섬유의 전도성 향상을 위한 후처리 단계를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 후처리 단계는 전도성 향상을 위한 나노소재 합성 및 전해/무전해 도금 처리하는 단계일 수 있다.

아울러 상기 탄소나노 섬유시트를 준비하는 단계는, 전기 방사 방식으로 나노 섬유를 방사한 후 상기 나노 섬유를 안정화시키는 단계와 탄화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 면상 발열체를 준비하는 단계는, 상기 탄소나노 섬유시트와 한지를 일정 온도와 압력 하에서 압착하여 결합하는 단계이고, 상기 탄소나노 섬유시트와 한지를 압착하여 결합하는 단계 이전에는, 상기 탄소나노 섬유시트와 한지 사이에 바인더를 도포하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 바인더를 도포하는 단계는, 전통 풀, 합성 풀, 폴리아세트산비닐(PVA), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리비닐리델폴로우라이드(PVDF), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 사이클로헥산 중 적어도 어느 하나의 바인더를 도포하는 단계일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 한지 면상발명 장판은 탄소나노 섬유시트와 한지가 적층 결합된 면상 발열체와, 복수의 상기 면상 발열체가 배열되도록 지지하는 지지부 및 상기 면상 발열체에 전류를 인가하는 전원 공급부를 포함한다.

상기 면상 발열체는 상기 탄소나노 섬유시트의 둘레를 감싸는 프레임을 더 포함하고, 상기 프레임의 상면에는 상기 한지가 배치될 수 있다.

이때, 연속 배치되는 복수의 상기 면상 발열체가 상호 고정되도록 상기 프레임의 외주면에는 상기 지지부가 배치될 수 있다.

상기 지지부는, 어느 하나의 상기 프레임에 구비되며, 체결홀이 형성된 제1 결합 부재 및 이웃하는 다른 하나의 상기 프레임에 구비되며, 상기 체결홀에 삽입되는 체결돌기가 형성된 제2 결합 부재를 포함할 수 있다.

또는, 상기 한지와 상기 탄소나노 섬유시트의 사이에는 상기 한지와 상기 탄소나노 섬유시트 상호 간의 마찰에 의한 소음 발생을 방지하는 소음 방지 부재가 구비될 수 있다.

또는, 상기 한지와 상기 탄소나노 섬유시트의 사이에는 상기 한지에 인가되는 하중을 지지하는 하중 지지 부재가 구비될 수 있다.

상기 면상 발열체에는 복수의 상기 탄소나노 섬유시트가 상하 방향으로 적층되며, 상기 전원 공급부는 각각의 상기 탄소나노 섬유시트에 전류를 공급하는 복수의 전극 부재를 포함할 수 있다.

이때, 상기 전원 공급부는 복수의 상기 전극 부재를 상호 연결하는 연결 와이어를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 프레임의 하면에는 단열 부재가 구비될 수 있다.

상기한 구성을 갖는 본 발명에 따른 한지 면상발열 장판의 제조 방법 및 한지 면상발열 장판은 탄소나노 섬유시트와 한지를 라미네이팅 방식으로 적층 결합해서 면상 발열체를 구성하므로 신축성 및 접힘성을 확보가 가능하고, 또한, 섬유시트 자체의 전도성을 이용하므로 전극 라인의 구성이 요구되지 않고, 전극 단락에 의한 화재 및 성능 감소의 위험이 없으며, 유지 및 보수 시 해당 부분만의 교체를 통해 지속적인 사용이 가능하게 된다.

또한, 전통 한지의 사용을 통해 전자파, 라돈 등에 대한 노출 및 환경오염을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 한지 면상발열 장판을 통해 기존 보일러의 대체가 가능하여 일부 원유 수입 감소 효과와 온실가스 감축 효과도 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 한지 면상발열 장판의 개략도이다.
도 2는 도 1의 I-I 부분의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 탄소나노 섬유시트를 SEM(Scanning electron microscope)을 통한 표면 섬유상 및 직경을 분석한 결과를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 면상 발열체를 제조하는 공정을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 면상 발열체의 발열 특성을 평가한 결과를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 면상 발열체를 5시간 동안 발열 특성 평가를 진행한 결과를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 한지 면상발열 장판을 실시예에 따라 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 한지 면상발열 장판의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 한지 면상발열 장판을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 제1 결합 부재를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 제2 결합 부재를 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참고부호를 붙였다.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 한지 면상발열 장판의 개략도이고, 도 2는 도 1의 I-I 부분의 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 탄소나노 섬유시트를 SEM(Scanning electron microscope)을 통한 표면 섬유상 및 직경을 분석한 결과를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 면상 발열체를 제조하는 공정을 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 면상 발열체의 발열 특성을 평가한 결과를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 면상 발열체를 5시간 동안 발열 특성 평가를 진행한 결과를 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 한지 면상발열 장판을 실시예에 따라 도시한 도면이며, 도 8은 본 발명에 따른 한지 면상발열 장판의 제조 방법을 도시한 순서도이고, 도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 한지 면상발열 장판을 도시한 도면이고, 도 11은 본 발명에 따른 제1 결합 부재를 도시한 도면이며, 도 12는 본 발명에 따른 제2 결합 부재를 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2에는 본 발명에 따른 한지 면상발열 장판이 도시되어 있으며, 이러한 장판을 제조하는 방법은 도 8에 도시된 바와 같이, 전기 방사 방식으로 나노 섬유를 방사해서 탄소나노 섬유시트(10)를 준비하는 단계(S100)와, 이러한 탄소나노 섬유시트(10)와 한지(20)를 적층시킨 후 결합해서 면상 발열체(30)를 준비하는 단계(S200) 및 면상 발열체(30)에 전류를 인가하는 전원 공급부(40)를 설치하는 단계(S330)를 포함한다.

전기 방사(Electrospinning)는 전기적으로 하전된 고분자 용액 및 용융물의 젯(jet)을 통해 섬유를 제조하는 공정으로, 이러한 전기 방사 방식으로 나노 섬유를 방사해서 탄소나노 섬유시트(10)를 제조하게 된다.

이와 같이 제조된 탄소나노 섬유시트(10)와 한지(20)를 결합해서 면상 발열체(30)를 제조하게 되는데, 이때, 한지(20)는 고밀도/고강력 평량 200g/㎡ 이하의 전통 한지(20)를 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같이 제조된 면상 발열체(30)는 종래의 금속 발열체로 적용하기 힘든 저출력, 박막 저온영역대(Watt 밀도가 0.5W/㎠ 이하인 영역)부터 고온까지 폭 넓은 온도 영역을 커버 할 수 있다는 점과 가열 온도를 정밀하게 제어하여 높은 가열 효율을 얻을 수 있는 장점이 있으며, 특히 탄소나노 섬유시트(10)에 구비된 탄소섬유는 직경이 보통의 탄소섬유에 비해 100배 정도 작기 때문에 연소에 의해 생기는 CO₂, SOx, NOx등의 배출이 없고, 제조 비용이나 재료 손실을 삭감할 수 있는 우수한 재료라는 장점이 있다.

또한, 높은 돌입 전류의 발생 없이 고효율의 방열이 가능하고, 이러한 탄소나노 섬유시트(10)는 미세 조직의 제어에 의해서, PTC(positive temperature coefficient)효과를 응용하여 별도의 컨트롤 시스템 없이 열 팽창 특성을 활용하여 전류의 투입, 차단을 하는 효과를 거둘 수 있다는 장점도 있다.

아울러 탄소나노 섬유시트(10)와 한지(20)를 결합한 면상 발열체(30)는 탄소나노 구조체가 결합된 멤브레인을 이용한 면상 발열체(30)로서 직경이 현저히 작아 기존 열선을 이용한 시스 발열체(Sheath Heater)보다 반응열 및 승온 속도가 빠르고, 낮은 저항에 따른 전도성 향상에 따른 전기 에너지 효율이 매우 우수하며, 전기 통전에 의해 발생하는 복사열을 이용할 수 있어 오염 및 전자파, 이산화탄소, 라돈 등의 문제점을 개선할 수 있어 인체에 대한 안전성 확보가 가능한 장점이 있다.

이러한 면상 발열체(30)에 전류를 인가하도록 도 1에 도시된 바와 같이, 전원 공급부(40)를 설치하는 것이 바람직하다.

이때, 전술한 탄소나노 섬유시트(10)를 준비하는 단계(S100)는, 피치계 또는 폴리아크릴로나이트릴(PAN)계의 고분자 용액이나 PAN 섬유 및 피치계 섬유를 용해시킨 고분자 용액을 전기 방사하는 단계일 수 있다.

이러한 고분자 용액으로는 Oxy-PAN계 섬유를 용해시킨 고분자 용액도 사용 가능하다.

이때, 폴리아크릴로나이트릴(PAN)계의 고분자 용액은 고분자 용액을 방사하는 팁과 컬렉터 사이의 거리 15 cm, 전압 15 kV, 온도 25 ± 2 ℃, 습도 50 ± 2 %, 공급율 0.1ml/min 의 조건 하에서 전기 방사하는 것이 바람직하다.

다만, 이러한 전기 방사 조건은 상황에 맞게 변경 가능하다.

또는, 이러한 탄소나노 섬유시트(10)를 준비하는 단계(S100)는, 피치계 또는 PAN계의 탄소섬유 부직포나 탄소섬유를 이용해서 탄소나노 섬유시트(10)를 준비하는 단계일 수도 있다.

즉, 저가의 탄소섬유 부직포나 버려지는 탄소섬유를 이용해서 탄소나노 섬유시트(10)로 사용하는 것이다.

이때, 전술한 탄소나노 섬유시트(10)를 준비하는 단계(S100)에는, 피치계 또는 PAN계의 탄소섬유 부직포나 탄소섬유의 전도성 향상을 위한 후처리 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이러한 후처리 단계는 전도성 향상을 위한 나노소재를 합성하거나 전해/무전해 도금 처리하는 단계일 수 있다. 즉, 저가의 탄소섬유 부직포나 버려지는 탄소섬유를 전도성을 갖는 나노소재 용해액에 침지(dipping)시키거나, 저가의 탄소섬유 부직포나 버려지는 탄소섬유에 이러한 전도성을 갖는 나노소재가 함침(impregnation)되도록 구성하는 것이다. 또는, 이러한 전도성을 갖는 나노소재를 중합(polymerization)시키거나 가교(cross-linking)시키는 방식으로 전도성 향상이 가능하게 된다.

아울러 전술한 탄소나노 섬유시트(10)를 준비하는 단계(S100)는, 전기 방사 방식으로 나노 섬유를 방사한 후 이러한 나노 섬유를 안정화시키는 단계와 탄화시키는 단계를 더 포함할 수 있으며, 안정화 단계와 탄화 단계는 가열 속도(heating rate) 5 ℃/min 으로 240 ℃에서 30분 안정화한 뒤 가열 속도(heating rate) 5 ℃/min 으로 850 ℃에서 4시간 탄화하게 된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 안정화 및 탄화 공정에 따라 점차 직경이 감소함을 확인할 수 있으며, 탄화된 나노 섬유의 직경이 100 ~ 300 nm가 되도록 충분히 안정화 및 탄화 공정을 수행하는 것이 바람직하다. 도 3에 도시된, 탄화된 나노 섬유의 평균 직경은 약 230 nm 인 것을 확인할 수 있다.

이때, 면상 발열체(30)를 준비하는 단계(S200)는, 탄소나노 섬유시트(10)와 한지(20)를 적층한 후 일정 온도와 압력 하에서 압착하여 결합하는 단계(S200)일 수도 있다.

즉, 탄소나노 섬유시트(10)와 한지(20)를 각각 준비한 후 라미네이팅(laminating)을 통한 압착 방식으로 결합하는 것이다.

이때, 탄소나노 섬유시트(10)와 한지(20)를 압착하여 결합하는 단계 이전에는, 탄소나노 섬유시트(10)와 한지(20)의 균일한 라미네이팅을 위하여 탄소나노 섬유시트(10)와 한지(20) 사이에 바인더(a)를 도포하는 단계를 포함할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 탄소나노 섬유시트(10)를 규격에 맞게 절단(a ~ d 단계)한 뒤 탄소나노 섬유시트(10)와 한지(20)를 바인더(a)를 이용해서 라미네이팅 방식으로 적층 결합(e ~ g 단계)해서 면상 발열체(30)를 제조(h 단계)하게 되고, 이때, 바인더(a)를 전체 면적에 고르게 도포하는 과정과 라미네이팅 이후 건조하는 과정이 가장 중요하며, 면상 발열체(30)의 제조 시 나노 섬유의 전극 부분을 유지하면서 나노 섬유 멤브레인 사이의 단락이 발생하지 않도록 주의할 필요가 있다.

이러한 바인더(a)를 도포하는 단계는, 전통 풀, 합성 풀, 폴리아세트산비닐(PVA), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리비닐리델폴로우라이드(PVDF), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 사이클로헥산 중 적어도 어느 하나의 바인더(a)를 도포하는 단계일 수 있다. 아울러 바인더(a) 도포 시 액상의 바인더(a)를 분사하거나, 붓으로 바르는 등의 도포 방식을 사용할 수 있으며, 이때, 도포 두께가 일정하도록 도포하는 것이 중요하다.

아울러 전술한 탄소나노 섬유시트(10)와 한지(20)를 압착하여 결합하는 단계는, 50℃ ~ 100℃ 사이의 온도 범위에서 1분 ~ 30분 사이의 시간 동안 탄소나노 섬유시트(10)와 한지(20)를 압착하는 단계일 수 있다.

이후에는 면상 발열체(30)에 전류를 인가하는 전원 공급부(40)를 설치하는 단계(S330)를 포함한다.

이와 같이 탄소나노 섬유시트(10)와 한지(20)의 라미네이팅을 통해 적층 결합된 면상 발열체(30)의 발열 특성을 평가하기 위해 열화상 카메라를 이용해서 온도 변화를 확인해 보면 도 5에 도시된 바와 같다.

면 저항 44.2 Ω의 면상 발열체(30)를 전극에 연결하고 인가 전압을 각각 1, 3.75, 6, 10, 15 V로 증가시킨 결과 10 V에서 80.2 ℃의 발열 특성을 나타내었으며, 15 V에서는 약 109 ℃의 높은 발열 특성을 나타내었다. 즉, 매우 짧은 시간에 면상 발열체(30)의 전 면적의 온도가 균일하게 분포하였음을 확인할 수 있다.

아울러 면 저항 88.2 Ω의 면상 발열체(30)를 전극에 연결하고 5시간 동안 발열 특성 평가를 진행한 결과, 도 6에 도시된 바와 같이, 5시간 동안 72 ℃ ~ 73 ℃의 온도를 유지하였으며, 전극이 단락 되거나 온도의 감소가 없이 지속될 수 있음을 확인할 수 있다.

<표 1> 전자파 차폐성능(SE) 측정 결과

상기 표 1은 탄소나노 섬유시트(10)에 무전해 도금으로 금속을 도금하여 전자파 차폐성능(SE)을 측정한 결과를 정리한 것이며, 3초, 5초, 10초 무전해 도금 결과 구리 호일보다도 우수한 전자파 차폐가 가능한 것으로 확인할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 한지 면상발명 장판은 탄소나노 섬유시트(10)와 한지(20)가 결합된 면상 발열체(30)와, 복수의 상기 면상 발열체(30)가 배열되도록 지지하는 지지부 및 이러한 면상 발열체(30)에 전류를 인가하는 전원 공급부(40)를 포함한다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 면상 발열체(30)를 일정 크기의 블록과 같이 형성하고, 이러한 블록 형태의 면상 발열체(30) 배열하여 한지 면상발열 장판으로 사용 가능하며, 이와 같이 구성하면 문제가 있는 부분이 면상 발열체(30)만 교체하여 사용이 가능하게 된다.

이러한 면상 발열체(30)의 효과적인 지지를 위해 도 2에 도시된 바와 같이, 합판 지지체(60)가 구비될 수 있다. 이러한 합판 지지체(60)는 면상 발열체(30)의 기계적 강도를 보강하기 위해 구비되며, 사용 과정에서 안전성을 확보하기 위해 전기적인 절연 기능도 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 합판 지지체(60)는 면상 발열체(30)의 고온 사용 과정에서도 효과적으로 지지할 수 있도록 내열성도 구비되는 것이 바람직하다.

이때, 전술한 지지부는 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 면상 발열체(30)를 구획하는 누름틀(50)일 수 있다.

또한, 이러한 누름틀(50)에는 인접하는 면상 발열체(30)의 상면을 눌러서 지지하는 지지 돌기(51)가 형성될 수 있으며, 이와 같이 지지 돌기(51)가 형성됨으로 인해 면상 발열체(30)의 안정적인 지지가 가능하게 된다.

또는, 누름틀(50)에는 인접하는 면상 발열체(30) 사이에 전류의 이동이 가능하도록 통전 부재(52)가 구비될 수 있다. 즉, 전원 공급부(40)를 통해 인가되는 전류는 이러한 통전 부재(52)를 통해 인접 배열된 면상 발열체(30)로 전달된다.

아울러 누름틀(50)은 도 7에 도시된 바와 같이, 상호 분리 가능한 복수의 누름 부재(53)를 포함할 수도 있다. 앞서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 면상 발열체(30)는 블록 형태로 형성되어 설치가 용이하며, 고장 등의 원인으로 발열이 되지 않는 면상 발열체(30)의 경우 해당 부분의 면상 발열체(30)만 교체한 후 새로운 면상 발열체(30)를 설치하게 되는데, 전술한 바와 같이, 누름틀(50)을 상호 분리 가능한 복수의 누름 부재(53)로 형성할 경우 특정 부분의 면상 발열체(30)를 분리하는 것이 용이하게 된다.

이때, 누름틀(50)의 하부에는 복수의 면상 발열체(30)를 지지하도록 누름틀(30)의 위치를 고정하는 고정 부재(54)가 구비될 수 있다.

이러한 고정 부재(54)는 누름틀(50) 하부에 방수 실란제를 도포하는 방식으로 사용이 가능하며, 이를 통해 누수를 방지 할 뿐만 아니라 수리가 요구될 시에는 고온에 의한 실란제 경화 작용을 통해 점착력을 제어하여 누름틀(50)을 제거한 뒤 간편하게 교체 작업이 가능하다.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 면상 발열체(30)는 탄소나노 섬유시트(10)의 둘레를 감싸는 프레임(31)을 더 포함하고, 이러한 프레임(31)의 상면에는 한지(20)가 배치될 수 있다.

이때, 프레임(31)은 블록 형태의 프레임(31)으로 형성될 수 있으며, 이와 같이 탄소나노 섬유시트(10)와 한지(20)를 블록 형태의 프레임(31)을 이용해서 모듈화할 경우 설치가 용이하며, 고장 등의 원인으로 발열이 되지 않는 면상 발열체(30)의 경우 해당 부분의 면상 발열체(30)만 교체한 후 새로운 면상 발열체(30)를 설치하는 것이 용이하게 된다.

이러한 블록 형태의 프레임(31)을 이용해서 모듈화된 면상 발열체(30)를 연속 배치하는 방식으로 설치하게 되는데, 이때, 연속 배치되는 복수의 면상 발열체(30)가 상호 고정되도록 프레임(31)의 외주면에는 전술한 지지부가 배치될 수 있다.

이러한 지지부는 어느 하나의 프레임(31)에 구비되는 제1 결합 부재(70)와 다른 하나의 프레임(31)에 구비되는 제2 결합 부재(80)를 포함하며, 제1 결합 부재(70)와 제2 결합 부재(80)가 상호 결합되는 방식으로 각각의 면상 발열체(30)가 설치되는 것이다.

이러한 제1 결합 부재(70)에는 제2 결합 부재(80)가 삽입되는 체결홀(71)이 형성되고, 제2 결합 부재(80)에는 전술한 체결홀(71)에 삽입되는 체결돌기(81)가 형성된다.

아울러 제1 결합 부재(70)에는 체결홀(71)에 삽입된 제2 결합 부재(80)가 쉽게 이탈하지 않도록 요철 구조가 형성될 수 있으며, 제2 결합 부재(80)에도 이러한 요철 구조에 대응되는 요철 구조가 형성될 수 있다.

이와 같이 프레임(31)의 외주면에 제1 결합 부재(70)와 제2 결합 부재(80)가 구비될 경우 모듈화된 면상 발열체(30)를 쉽게 조립할 수 있게 된다.

또한, 프레임(31) 내부에는 탄소나노 섬유시트(10) 뿐만 아니라 다양한 레이어가 구비될 수 있다.

면상 발열체(30)가 설치된 이후 사용자가 활동하게 되면 이러한 면상 발열체(30)에는 사용자의 하중이 인가되는데, 특히, 이러한 하중으로 인해 한지(20)가 일부 탄성 변형되고, 이와 같이 한지(20)가 탄성 변형되는 과정에서 한지(20)와 탄소나노 섬유시트(10)가 상대 운동할 수 있으며, 이와 같이 상대 운동하는 과정에서 마찰에 의한 소음이 발생할 수 있게 된다. 따라서 이러한 경우에도 한지(20)와 탄소나노 섬유시트(10) 상호 간의 마찰에 의한 소음 발생을 방지하는 소음 방지 부재(90)가 구비되는 것이 바람직하다.

이러한 소음 방지 부재(90)로는 부직포 등을 사용할 수 있으며, 이러한 부직포는 한지(20) 제조 시 한지(20) 하면에 일체로 형성되도록 함께 제조할 수 있다.

또한, 한지(20)의 상면에는 외부 마감층(21)이 구비될 수 있으며, 이러한 외부 마감층(21)은 한지 복합체를 사용해서 제조할 수 있다.

아울러 전술한 바와 같이, 면상 발열체(30)가 설치된 이후 사용자가 활동하게 되면 이러한 면상 발열체(30)에는 사용자의 하중이 인가되는데, 이러한 사용자의 하중으로 인해 탄소나노 섬유시트(10)가 파손되는 것을 방지할 수 있도록 한지(20)와 탄소나노 섬유시트(10) 사이에는 이러한 하중을 지지하는 하중 지지 부재(100)가 구비될 수 있다.

이러한 하중 지지 부재(100)는 스테인리스(stainless) 판넬 등을 사용할 수 있으며, 이 밖에도 사용자의 하중을 지지할 수 있는 강성을 갖는 재질이라면 어떠한 구성이든 사용 가능하다.

또한, 이러한 하중 지지 부재(100)에는 관통홀(101)이 형성됨으로써 탄소나노 섬유시트(10)에서 생성된 열이 이러한 관통홀(101)을 통해 원활하게 전달될 수 있기 때문이다.

면상 발열체(30)에는 상하 방향으로 복수의 탄소나노 섬유시트(10)가 적층 배치될 수 있으며, 이때, 각각의 탄소나노 섬유시트(10)에는 전류를 공급하는 전극 부재(41)가 각각 구비될 수 있다.

또한, 하나의 탄소나노 섬유시트(10)에도 복수의 전극 부재(41)가 구비될 수 있으며, 하나의 전극 부재(41)를 통해 공급되는 전류는 탄소나노 섬유시트(10)를 통과한 후 다른 하나의 전극 부재(41)를 통해 이동하는 방식으로 전류가 흐르면서 탄소나노 섬유시트(10)가 발열하게 된다.

이때, 전원 공급부(40)는 복수의 전극 부재(41)를 상호 연결하는 연결 와이어(42)를 더 포함할 수 있다. 즉, 플러그(43)를 통해 공급되는 전류는 어느 하나의 전극 부재(41)로 공급될 수 있고, 또한, 이러한 연결 와이어(42)를 통해 다른 전극 부재(41)로 전류가 이동할 수도 있으므로 전류 공급을 위한 플러그(43)를 복수 개 구비할 필요가 없게 된다.

아울러 상호 인접한 면상 발열체(30) 상호 간에는 전술한 제1 결합 부재(70)와 제2 결합 부재(80)를 통해 전류가 이동할 수 있도록 구성하는 것도 가능하다. 즉, 연결 와이어(42)를 통해 이동하는 전류가 제1 결합 부재(70)와 제2 결합 부재(80)를 통해 인접한 면상 발열체(30)로 이동할 수 있도록 구성하는 것이다.

또한, 프레임(31)의 하면에는 단열 부재가 구비될 수 있으며, 이와 같이 단열 부재(110)가 구비됨으로써 탄소나노 섬유시트(10)에서 생성된 열이 한지(20)로만 전달되고, 프레임(31)의 하면을 통해 외부로 손실되는 것을 방지할 수 있게 된다.

이러한 프레임(31)의 하단에는 한지(20)가 구비될 수 있으며, 이를 통해 기계적 강도를 보강하고, 사용 과정에서 안전성을 확보하기 위한 전기적인 절연이 가능하며, 고온 사용 과정에서도 효과적으로 지지가 가능한 내열성도 확보할 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

10 : 탄소나노 섬유시트 20 : 한지
21 : 외부 마감층 30 : 면상 발열체
31 : 프레임 40 : 전원 공급부
41 : 전극 부재 42 : 연결 와이어
43 : 플러그 50 : 누름틀
51 : 지지 돌기 52 : 통전 부재
53 : 누름 부재 54 : 고정 부재
60 : 합판 지지체 70 : 제1 결합 부재
71 : 체결홀 80 : 제2 결합 부재
81 : 체결돌기 90 : 소음 방지 부재
100 : 하중 지지 부재 101 : 관통홀
110 : 단열 부재
a : 바인더

Claims

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탄소나노 섬유시트와 한지가 적층 결합된 블록 형태의 면상 발열체;
복수의 상기 면상 발열체가 배열되도록 지지하는 지지부; 및
상기 면상 발열체에 전류를 인가하는 전원 공급부;
를 포함하며,
상기 지지부는 상호 분리 가능한 복수의 누름 부재가 구비되는 누름틀을 포함하고,
각각의 상기 누름 부재에는 상기 면상 발열체의 상면을 눌러서 지지하는 지지 돌기와, 인접하는 상기 면상 발열체 사이에 전류 이동이 가능하도록 통전 부재가 구비되는 한지 면상발열 장판.
탄소나노 섬유시트와 한지가 적층 결합된 면상 발열체;
복수의 상기 면상 발열체가 배열되도록 지지하는 지지부; 및
상기 면상 발열체에 전류를 인가하는 전원 공급부;
를 포함하며,
상기 면상 발열체는 상기 탄소나노 섬유시트의 둘레를 감싸는 블록 형태의 프레임을 더 포함하고,
상기 프레임의 상면에는 상기 한지가 배치되고, 상기 한지의 하부에는 상기 탄소나노 섬유시트가 배치되며,
상기 한지와 상기 탄소나노 섬유시트 사이에는 사용자의 하중 인가 시 상기 한지와 상기 탄소나노 섬유시트가 상대 운동하면서 발생하는 마찰에 의한 소음을 방지하는 소음 방지 부재와, 사용자의 하중을 지지하는 하중 지지 부재가 구비되되,
상기 하중 지지 부재에는 상기 탄소나노 섬유시트에서 발생한 열이 사용자에게 전달되도록 관통홀이 형성되는 한지 면상발열 장판.
제10항에 있어서,
연속 배치되는 복수의 상기 면상 발열체가 상호 고정되도록 상기 프레임의 외주면에는 상기 지지부가 배치되는 한지 면상발열 장판.
제11항에 있어서,
상기 지지부는,
어느 하나의 상기 프레임에 구비되며, 체결홀이 형성된 제1 결합 부재; 및
이웃하는 다른 하나의 상기 프레임에 구비되며, 상기 체결홀에 삽입되는 체결돌기가 형성된 제2 결합 부재;
를 포함하는 한지 면상발열 장판.