KR102264954B1 - 봉지형 발열체 및 이를 포함하는 전기전열 매체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쇼트(short) 등에 의한 화재 및 감전의 위험이 없는 봉지형 발열체 및 이를 포함하는 전기전열 매체를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 최초로 실리콘을 주입하는 것만으로 충분하며, 별도로 지속적인 관리를 하지 않더라도 영구적으로 사용할 수 있고, 보관 및 운반이 용이한 봉지형 발열체 및 이를 포함하는 전기전열 매체를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 무자계 전열시스템을 이용하여 자기장파를 차단할 수 있어 인체에 유해한 전자파를 효과적으로 차단할 수 있는 봉지형 발열체 및 이를 포함하는 전기전열 매체를 제공할 수 있다.

Description

봉지형 발열체 및 이를 포함하는 전기전열 매체{ENCAPSULATED HEATING ELEMENT AND ELECTRIC HEATING MEDIUM COMPRISING THE SAME}

본 발명은 봉지형 발열체 및 이를 포함하는 전기전열 매체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인체에 유해한 전자파를 차단할 수 있고, 화재 및 감전의 위험이 없으며, 영구적으로 사용이 가능한 봉지형 발열체 및 이를 포함하는 전기전열 매체에 관한 것이다.

일반적으로 온열매트는 판 형상의 본체의 내부로 전열선이 균일하게 배열되어 구성되는 것으로, 가정용 교류전원이 공급되면, 전열선이 가열되면서 본체를 가열하게 되어 난방용의 발열체로 사용되는 것이다.

그러나, 전열선을 이용한 난방용 발열체는 전기의 저항열을 이용하는 것으로 매우 많은 전자파가 발생되어 인체에 유해하다. 또한, 인체와 밀착되는 매트 등은 전열선으로 인해 감전의 위험성 및 화재의 위험성이 지속적으로 문제되고 있다.

상기한 전자파를 차단하기 위한 별도의 차단수단을 내장하고 있는 난방용 발열체들이 개발되었으나 이 경우에도 수분 내지는 수십분의 시간이 경과되어야 설정된 온도로 가온됨은 물론, 가온부 또한 열선의 형태에 따라 국부적인 가온 후 전도열에 의해 전체 가온이 이루어 지는 것으로서 전력소모가 매우 심하면서도, 자연부식 및 저항열에 의한 부식 등의 이유로 그 사용수명이 매우 짧아 잦은 수리 및 관리를 필요로 하게 되는 한계점이 있었다.

근래에 들어 물을 이용한 온수매트 등의 발열체들도 주목받고 있으나, 물을 이용할 경우 물이 증발되어 지속적으로 물을 보충해야 하는 문제점이 있었다. 만일 지속적으로 물을 보충하지 않는 경우에는 점차적으로 물이 증발되어 온수매트로 전혀 사용할 수 없게 되어 지속적인 관리가 필요한 번거로움이 있었다. 뿐만 아니라, 물이 채워지고 순환되는 부재가 관으로 형성되어, 매트를 접는 것이 어려워 운반 및 보관이 어려운 단점이 있었다. 만일 보관 및 운반 중 외압에 의하여 눌려지거나 접혀지는 경우 관이 파손되는 등의 한계점이 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 첫번째 과제는 화재 및 감전의 위험이 없으며, 인체에 유해한 전자파를 차단할 수 있는 봉지형 발열체 및 이를 포함하는 전기전열 매체를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 두번째 과제는 별도로 지속적인 관리를 하지 않더라도 영구적으로 사용할 수 있으며, 보관 및 운반이 용이한 봉지형 발열체 및 이를 포함하는 전기전열 매체를 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 봉지된 형상의 수용체; 상기 수용체 내부에 배치되는 발열선; 및 상기 수용체 내부에 충진되는 실리콘 오일;을 포함하는 봉지형 발열체를 제공한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 실리콘 오일은 슬러리 형태로 이루어진 실리콘 오일 슬러리이고, 상기 실리콘 오일 슬러리는 실리콘 오일 및 세라믹 분말을 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 실리콘 오일 슬러리는 실리콘 오일 100 중량부에 대하여 세라믹 분말을 30 ~ 300 중량부로 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 세라믹 분말은 알루미나계, 마그네시아계, 탄화규소계 및 실리카계로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 수용체의 양측은 각각 패킹부와 연결되고, 상기 패킹부에 의하여 수용체 내부의 통로는 밀폐되되, 상기 발열선은 수용체 외부로 인출될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 봉지형 발열체는 모터 및 펌프를 포함하지 않아 상기 오일이 순환하지 않을 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 수용체는 하나의 내부 공간을 갖도록 밀봉된 튜브 형태일 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 수용체는 원형 또는 타원형의 직경을 갖는 호스 형태일 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 발열선은 교류(AC)전원에 의해서 가열되는 것으로, 복수의 발열선이 발열선 집합체를 이루고 있으며, 상기 발열선 집합체는 모두 병렬적으로 연결되어 무자계 전열시스템을 구성할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 무자계 전열시스템은 교류(AC)전원의 (L)단자와 (N)단자 각각이 정류기의 두 단자에 연결되고, 복수의 발열선으로 이루어진 발열선 집합체의 1/2에 해당하는 제1 발열선은 제 1단부가 정류기의 -극에 연결되고, 제2단부는 정류기의 +극에 연결되며, 상기 발열선 집합체의 나머지 1/2에 해당하는 제2 발열선은 제1 단부가 정류기의 +극에 연결되고, 제 2단부는 -극에 연결될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 복수의 발열선은 프레임 사(frame thread) 외주면에 동시에 권선될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 프레임사는 도체인 도선으로 형성되고, 상기 프레임사 외주면에 도체인 감지선(sensor line)이 발열선과 함께 권선되며, 발열선의 절연물질이 파괴되는 경우 상기 감지선에 통전이 이루어져 흐르는 전류를 감지하여 발열선으로 공급되는 전류를 차단할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기의 어느 하나의 봉지형 발열체를 포함하는 전기전열 매체를 제공한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 전기전열 매체는 단열부재에 적어도 하나의 봉지형 발열체가 지그재그 형태로 배치될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 봉지형 발열체가 일정한 간격을 유지하도록 고정하는 고정부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 고정부재의 높이는 상기 봉지형 발열체의 직경보다 높을 수 있다.

본 발명은 쇼트(short) 등에 의한 화재 및 감전의 위험이 없는 봉지형 발열체 및 이를 포함하는 전기전열 매체를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 최초로 실리콘을 주입하는 것만으로 충분하며, 별도로 지속적인 관리를 하지 않더라도 영구적으로 사용할 수 있고, 보관 및 운반이 용이한 봉지형 발열체 및 이를 포함하는 전기전열 매체를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 무자계 전열시스템을 이용하여 자기장파를 차단할 수 있어 인체에 유해한 전자파를 효과적으로 차단할 수 있는 봉지형 발열체 및 이를 포함하는 전기전열 매체를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 봉지형 발열체의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 봉지형 발열체의 부분 확대도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 발열선의 구조도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 발열선의 연결구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 봉지형 발열체를 포함하는 전기전열 매체의 상면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 고정부재를 더 포함하는 전기전열 매체의 상면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 고정부재를 더 포함하는 전기전열 매체의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 방열층을 더 포함하는 전기전열 매체의 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에서 사용된 용어에 대해 간략히 설명한다.

용어 '실리콘 오일 슬러리'는 실리콘 오일을 기재로 하여 고형물들이 분산되어 있는 물질로, 슬러리(slurry) 또는 이와 유사한 성상을 가지는 물질을 의미할 수 있다.

용어 '발열선'은 전류에 의한 발열작용을 이용해서 고온가열하기 위한 저항선을 의미할 수 있다.

용어 '발열선 집합체'는 2가닥 이상의 발열선의 집합을 의미할 수 있으며, 2가닥 이상의 발열선이 길이방향으로 나란히 배열된 상태 또는 사용 용도에 따라서 합당한 꼬임(권선)을 가한 것을 모두 포함할 수 있다.

용어 '권선'은 프레임사(絲) 외주면에 일정 피치를 두고 발열선을 꼬는(coiling) 것을 의미할 수 있다.

용어'프레임사(絲, frame thread)'는 발열선을 권선하는데 있어 기둥 역할을 하는 것으로 폴리에스터 섬유, 유리섬유, 아리미드 섬유 등의 부도체일 수 있으며, 구리 등을 포함하는 도체로 만들어진 실(絲)의 형태를 의미할 수 있다.

용어 '정류기'는 다이오드를 포함하여 전류를 일방향으로만 흐르게 하는 소자를 의미할 수 있다.

상술한 바와 같이, 기존의 전열선을 이용한 난방용 발열체는 많은 전자파가 발생되어 인체에 유해고, 감전의 위험성 및 화재의 위험성이 있었다. 또한, 물을 이용한 온수매트 등의 발열체의 경우 물이 증발되어 지속적으로 물을 보충하는 등 지속적인 관리가 필요하며, 매트를 접는 것이 어려워 운반 및 보관이 어려운 한계점이 있었다.

이에 본 발명은 봉지된 형상의 수용체; 상기 수용체 내부에 배치되는 발열선; 및 상기 수용체 내부에 충진되는 실리콘 오일;을 포함하는 봉지형 발열체를 제공하여 상술한 한계점의 해결책을 모색하였다.

이를 통해 본 발명은 발열선의 쇼트(short) 등에 의한 화재 및 감전의 위험성을 낮출 수 있다. 또한, 최초로 실리콘 액상 오일을 주입하는 것 외에는 이를 보충하여야 할 필요성이 없어 관리가 용이한 장점이 있다.

이와 관련하여, 도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 봉지형 발열체(1)의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 봉지형 발열체(1)는 봉지된 형상의 수용체(10)를 포함하며, 상기 수용체(10) 내부에는 발열선(20)이 배치되어 있고, 실리콘 오일(30)이 충진되어 있다. 또한, 수용체(10)의 양측은 각각 패킹부(A, B)와 연결되고, 상기 패킹부(A, B)에 의하여 발열선(20)만이 외부로 인출될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 '봉지형' 발열체(1)에 관한 것으로, 실리콘 오일 슬러리(30)를 수용체(10) 내·외부로 순환시키지 않고 수용체(10) 내에 봉지하여 누유되지 않도록 하되 발열선(20)은 수용체(10) 내부에서 발열 기능을 수행하도록 함으로써, 화재 또는 감전의 위험성 없이 안전한 발열 또는 온열 기기로 활용될 수 있다.

먼저, 봉지된 형상의 수용체(10)에 대해 설명한다.

수용체(10)는 내부에 발열선(20) 및 실리콘 오일(30)을 포함하고 있다. 수용체(10)는 실리콘 오일(30)이 흐르지 않고 충진되어 있을 수 있도록 봉지된 형상이다.

수용체(10)는 내부에 발열선(20)을 배치할 수 있고, 실리콘 오일(30)이 충진된 상태로 봉지될 수 있는 구조 또는 형태이면 제한이 없고, 바람직하게는 하나의 내부 공간을 갖도록 밀봉된 튜브 형태일 수 있다. 이 경우 실리콘 오일(30)이 충진된 상태로 발열체를 접거나 구부린 경우에도 수용체(10)가 파손될 우려가 없으므로, 보관 및 이동이 용이한 장점이 있다.

보다 바람직하게는 수용체(10)는 원형 또는 타원형의 일정한 직경을 갖는 밀봉된 호스 형태일 수 있다. 이 때, 상기 호스의 재질은 실리콘 오일을 용이하게 충진할 수 있는 재료를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 TPU, PVC, PE, PP, 실리콘고무, 합성 고무로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 수용체(10)의 양측은 각각 패킹부(A, B)와 연결되고, 상기 패킹부(A, B)에 의하여 수용체 내부의 통로는 밀폐되되, 상기 발열선(20)은 수용체(10) 외부로 인출될 수 있다. 이 경우 수용체(10) 내부에 충진되는 실리콘 오일(30)은 외부로 유출되지 않도록 하면서, 발열선(20)의 전원선만이 인출되어 전류 공급기 등과 연결될 수 있다.

수용체(10)의 양측과 연결되는 패킹부(A, B)는 수용체(10)를 고정하여 내부의 내용물이 외부로 유출되는 것을 막아주며, 발열선(20)의 전원선을 외부로 인출하는 기능을 할 수 있는 것으로, 해당 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 형태 및 재질로 이루어진 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 오링 형태로 고무재질로 구성될 수 있다.

다음으로, 수용체(10) 내부에 충진되는 실리콘 오일(30)에 대해 설명한다.

본 발명의 발열체(1)는 수용체(10) 내부에 실리콘 오일(30)을 충진한 후 실리콘 오일(30)이 누유되지 않도록 봉지함으로써 이를 이용하여 온열 기능을 수행할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 실리콘 오일(30)은 슬러리 형태인 실리콘 오일 슬러리(30)일 수 있다. 또한, 상기 실리콘 오일 슬러리(30)는 실리콘 오일 및 세라믹 분말을 포함할 수 있다.

액상 실리콘은 비교적 높은 열 안정성 및 윤활 특성을 가지므로 전기절연체로서 우수하게 기능할 수 있다. 또한, 탄소 유사체와는 달리 인화성이 없으므로, 안전한 열 전달 매체로 사용될 수 있다. 뿐만 아니라 끓는점이 약 185℃ 이상으로 상당히 높아 쉽게 증발되지 않는 특성이 있다.

본 발명의 발열체(1)는 액상 실리콘을 기재로 한 실리콘 오일 슬러리(30)를 수용체(10) 내부에 충진함으로써, 도체 사이에 전기절연체가 주입되어 인체에 대한 감전 위험성 등을 방지할 수 있다. 이와 동시에, 액상 실리콘이 높은 열 안정성을 가지는 열 전달 매체로서 기능할 수 있으므로, 온열 기기로서의 역할도 효과적으로 수행할 수 있다. 또한, 인화성이 없으므로 쇼트(short) 등에 의한 화재 위험성도 방지할 수 있다. 즉, 본 발명은 액상 실리콘을 기재로 한 실리콘 오일 슬러리(30)를 충진함으로써 우수한 안정성 및 열 전달 효과를 모두 만족할 수 있는 것이다.

세라믹 분말은 분말 형태의 세라믹 물질을 의미하는 것으로, 세라믹이란 원소주기율표 상의 비금속 원소만으로 이루어져 있거나, 또는 비금속원소 또는 금속원소로 이루어져 있는 물질로 이온결합이나 공유결합의 형태로 이루어진 것을 의미한다. 세라믹 물질은 높은 내열성을 가지고, 금속의 전기 절연성이 우수하고, 원적외선 영역에서 방사율이 높은 특성이 있다.

구체적으로, 세라믹 분말은 비열에 의한 축열 특성으로 상대적으로 오랜 시간 열을 유지할 수 있으며, 우수한 복사 특성을 가져 본 발명의 봉지형 발열체(1)를 효과적으로 가열할 수 있다. 뿐만 아니라, 세라믹 분말은 전기 절연성의 성질을 가져 이 커서 절연성 및 방사율을 향상시킬 수 있다. 이에 따라 전열선 쇼트(short) 등에 의한 감전의 위험성 및 화재의 위험성을 낮출 수 있는 장점이 있다.

세라믹 분말은 내열성 및 전기 절연성이 우수하고 방사율이 높은 물질이면 족하고, 알루미나계, 마그네시아계, 탄화규소계 및 실리카계의 물질들을 폭넓게 사용할 수 있으며, 바람직하게는 맥반석 분말, 알루미나 분말, 황토분말, 납석, 활석, 규석, 지르콘 및 제올라이트, 맥섬석 분말, 석회석, 황산바륨, 벤토나이트, 규조토, 점토질, 지르코니아, 경석, 운모 등으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.

이 때 '어느 하나 이상일 수 있다'는 의미는, 어느 하나의 분말을 단독으로 사용하거나 어느 하나 이상의 분말을 혼합하여 사용할 수 있다는 의미이다.

또한, 세라믹 분말은 상술한 바와 같이 절연성 및 방사율을 향상시키기에 적합한 정도의 크기 및 함량으로 사용될 수 있다. 바람직하게는 상기 실리콘 오일 슬러리는 실리콘 오일 100 중량부에 대하여 세라믹 분말을 30 ~ 300 중량부로 포함할 수 있다.

이와 관련하여, 도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 봉지형 발열체(1)의 부분 확대도이다. 도 2를 참조하면, 봉지형 발열체(1)는 수용체(10) 내부에는 발열선(20)이 배치되어 있다. 수용체(10) 내부는 오일, 즉 액상 실리콘(30)으로 충진되어 있어 있으므로, 발열선(20)으로부터 방출되는 열을 액상 실리콘(30)이 효과적으로 전달할 수 있다. 즉, 액상 실리콘(30)은 열 전달 기능을 수행함과 동시에 전기절연체로도 기능하며, 화재 발생도 방지할 수 있는 것이다.

한편, 상술한 바와 같이, 통상적으로 알려진 물을 이용한 온수매트 등의 발열체들은 물이 증발되어 지속적으로 물을 보충하는 등 지속적인 관리가 필요한 번거로움이 있었다. 그러나, 상기한 오일(30)들은 끓는점이 현저히 높아 쉽게 증발되지 않는 특성이 있다. 특히, 액상 실리콘(30)의 경우 끓는점이 약 185℃ 이상으로 상당히 높으므로, 쉽게 증발되지 않아 관리가 용이한 효과가 있다. 즉, 본 발명은 최초 1회의 액상 실리콘(30)의 주입만으로 별도의 보충이 없어도 영구적으로 액상 실리콘(30)이 충진된 상태를 유지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 봉지형 발열체(1)는 모터 및 펌프를 포함하지 않아 상기 오일(30)이 순환하지 않는다. 상술한 바와 같이, 본 발명은 오일(30)을 수용체(10) 내부에 충진하고 봉지한 '봉지형'의 발열체이며, 오일(30)이 수용체(10)의 내부와 외부를 순환하지 않는다.

구체적으로, 본 발명은 오일(30)이 순환하지 않고 수용체((10) 내에 충진된 상태로 안전성이 우수한 열 전달 매체로서 기능을 수행함에 따라 모터 및 펌프를 구비할 필요성이 없는 효과가 있다. 이와 함께, 모터 및 펌프에 따른 소음 문제, 기기 결함 발생 문제 등을 모두 해소할 수 있다. 또한, 순환에 따른 오일(30)의 누유 문제도 예방할 수 있는 효과가 있다.

만일 오일(30)을 통상적인 온수 매트의 물과 같이 순환시켜 열을 전달하는 경우에는 오일(30)의 누유가 문제될 수 있으며, 별도의 모터 또는 펌프 등의 순환을 위한 장비를 구비하여야 하는 한계점이 있고, 이에 따른 소음 발생, 기기 결함 발생 등의 문제점이 발생할 수 있다.

다음으로, 수용체 내부에 배치되는 발열선(20)에 대해 설명한다.

발열선(20)은 전류에 의한 발열 작용을 이용하여 고온 발열하기 위한 저항선을 의미한다. 발열선(20)이 수용체(10) 내부에 배치됨으로써, 전류에 의하여 발열선(20)이 발열 작용을 하게 되면 발열체(1) 전체가 온열 기능을 수행할 수 있게 된다.

바람직하게는, 상기 발열선(20)은 무자계 열선일 수 있다. 발열선(20)으로 무자계 열선을 사용하는 경우 전자파 중 차단하기가 어려운 자기장파를 효과적으로 차단할 수 있으므로, 인체에 유해한 전자파를 차단하는 봉지형 발열체를 제공할 수 있다.

한편, 인체에 유해한 전자기파를 효과적으로 제거하기 위해서는 자기장파를 효과적으로 차단하는 것이 반드시 필요하다.

이와 관련하여, 기존에 주로 사용되고 있었던 무자계 발열선은 프레임사 외주면에 단선 또는 복선의 제1 도체를 권선하고, 그 외주면을 나일론 수지로 피복하였다. 피복된 외주면에 다시 제2 도체를 권선하고, 그 상부면을 전기절연물질로 피복하여 제조하였다. 이 때, 제1 도체와 제2 도체의 일단을 직렬연결함으로써, 통전 시 전류가 U턴(turn)되도록 하여 제1 도체와 제2 도체 사이에서 자기장이 상호 상쇄되도록 하였다.

그러나, 단상 2선식 가정용 교류전기를 사용하면서 완벽한 무자기장을 추구하기 위해서는 한 쌍의 도체 전체 길이 중 모든 지점(X, Y, Z축)에서 전류에 따른 자속의 크기가 상호 동일해야 하며, 위상각 역시 상호 동일해야만 하였다. 특히, 제1 도체의 외주면이 피복되어 내용물을 볼 수 없는 상황에서 제2 도체를 제1 도체와 상호 동일한 궤적으로 권선하는 것은 거의 불가능하므로 제1 도체와 제2 도체 사이에서의 자기장의 상쇄가 완전히 일어나기 어려우며, 이에 따라 자기장파를 완전히 제거하기는 어려운 한계점이 있었다.

뿐만 아니라, 기존의 무자계 발열선들은 발열선의 일단을 전원(L, N)에 연결하고, 타단은 자계를 상쇄시키기 위하여 반드시 ⊃ 형상으로 직렬연결하여야만 했다. 이에 따라 실제 발열선 개수는 1/2로 줄어들어 내구성의 효과가 반감되는 어려움이 있었다. 또한, 직렬연결 구조로 인하여 복수의 발열선의 전체 길이 중 어느 한곳에서의 파단만으로도 기능이 전부 소실되는 한계점이 있었다.

또한, 발열선을 제조하기 위해서는 용융 공정, 단조 공정, 신선 공정 등을 거쳐 소정의 선경(diameter)으로 제조가 이루어지는데, 용융 공정 단계에서는 무시 가능한 미립자의 불순물이라도 선경이 가늘어지게 되면 전기의 흐름에 상당한 병목 현상으로 작용하게 되고, 상대적으로 국소 저항치가 높아지게 된다. 이러한 점은 직렬연결에 의한 과열현상과 더불어 화재 위험성을 유발하는 주된 한계점이었다.

이러한 기존의 무자계 발열선들의 한계점을 인식하여, 본 발명에서는 상기 발열선(20)은 교류(AC)전원에 의해서 가열되는 것으로, 복수의 발열선(20)이 발열선 집합체를 이루고 있으며, 상기 발열선 집합체는 모두 병렬적으로 연결되어 무자계 전열시스템을 구성할 수 있다. 이 때, 상기 복수의 발열선(20)의 저항치는 동일할 수 있다.

이와 같이 복수의 발열선(20)들을 병렬적으로 연결하는 경우 복수의 도체에 흐르는 전류량이 같아 자계가 상충 소멸되며, 발열선 전체 길이 중 모든 지점(X, Y, Z축)에서 자계발생량이 제로(zero)화 될 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 무자계 전열시스템은 교류(AC)전원의 (L)단자와 (N)단자 각각이 정류기의 두 단자에 연결되고, 복수의 발열선(20)으로 이루어진 발열선 집합체의 1/2에 해당하는 제1 발열선은 제 1단부가 정류기의 -극에 연결되고, 제2단부는 정류기의 +극에 연결되며, 상기 발열선 집합체의 나머지 1/2에 해당하는 제2 발열선은 제1 단부가 정류기의 +극에 연결되고, 제 2단부는 -극에 연결될 수 있다.

이에 따라 본 발명은 교류(AC)전기에 있어서 정류기만을 사용하여도 발열선(20) 각각의 전류가 극성을 달리 갖도록 변환하고, 발열선(20)에 의한 장기장을 상쇄할 수 있는 무자계 전열시스템을 구성할 수 있다. 또한, 복수로 사용되는 발열선(20) 전부를 전원에 병렬연결하여 발열선(20)의 단선 및 단선에 의한 불꽃 소손(ark)으로 인한 화재 및 감전의 위험을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

구체적으로, 본 발명은 복수의 발열선(20)이 모두 전원에 병렬연결됨으로써 기존의 무자계 발열선에 비하여 발열선의 개수가 줄어드는 한계점을 탈피할 수 있다. 따라서 본 발명은 기존의 무자계 발열선에 비하여 최소한 2승수의 내구성을 가질 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 발열선(20)의 양 단부 모두가 교류(AC)전원의 (L)단자와 (N)단자에 각각 병렬로 연결됨으로써, 발열체를 사용하는 도중에 복수의 발열선(20) 중 일부가 단선되더라도 단선된 발열선만이 기능을 상실할 뿐 나머지 발열선의 기능은 온전하게 유지할 수 있는 장점이 있다. 또한, 병렬연결 구조의 특성상 발열선(20) 각각에 흐르는 전류는 1/n(n: 사용되는 발열선 수의 총 합계)로 낮아져 사용 도중에 단선 부분에서의 접촉 및 이완에 따른 불꽃 소손(ark)의 발생도 1/n로 줄어들게 되어 화재의 빈도를 현저히 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

뿐만 아니라, 본 발명은 미립자의 불순물이 병목 현상으로 작용하는 등의 고 저항 성분의 유입이 있는 경우에도, 병렬연결 구조의 특성상 오히려 전류를 적게 흐르게 함으로써 안전 모드로 작용될 수 있는 장점이 있다. 즉, 전자기파를 효과적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라 화재 또는 감전 위험성까지 저감할 수 있는 효과가 있다.

한편, 바람직하게는 상기 발열선 집합체의 양측 가장자리에서 제1 발열선 및 제2 발열선 중 동일한 한 종류의 발열선을 골라 하나로 접합하여 전류 연결부를 형성할 수 있다. 이 때, 상기 접합은 전기인두, 땜납 등 해당 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 방식으로 수행될 수 있다.

또한, 상기 전류 연결부는 통전을 위하여 정류기(diode)의 극성(+, -)에 맞추어 정류기와 연결될 수 있다. AC 자계의 발생을 차단하기 위해서는 상기 발열선 집합체의 부하용량에 적합한 정류기를 사용함이 바람직하다. 이와 같이 발열선 집합체를 정류기에 연결하여 전류가 상호 교차되게 흐르게 함으로써, 각 발열선에 의한 자계가 서로 상충 소멸되도록 할 수 있어 인체에 유해한 전가지파를 차단할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 복수의 발열선(20)은 프레임 사(frame thread) 외주면에 동시에 권선될 수 있다.

즉, 금속의 동축상에서 저항치가 동일한 복수의 발열선(20)을 한 가닥으로 동심원을 갖도록 꼬임(coiling)을 형성하도록 권선할 수 있고, 이 경우 단 1회의 피복만으로 제조할 수 있는 장점이 있다. 또한, 후술하는 바와 같이 다수의 피복을 수행하여야 하는 경우에는 제1 도체의 외주면에 제2 도체를 상호 동일한 궤적으로 권선하는 것이 어려운 한계점이 있었던 것에 반하여, 본 발명은 금속의 동축상에 복수의 발열선(20)을 권선한 후에 1회의 피복을 수행함으로써 상기 한계점을 극복할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상술한 바와 같이 단 1회의 피복만을 수행함에 따라 발열선(20)의 지름을 현저히 줄일 수 있다. 구체적으로는 기존의 무자계 발열선 대비 약 1/5 ~ 1/7 수준으로 얇게 제조할 수 있으며, 바람직하게는 0.5 ~ 2mm 지름의 발열선(20)을 제조할 수 있다. 이에 따라 본 발명을 이용하여 온열 매체는 발열선(20)에 의한 이질감을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

이와 관련하여, 도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 발열선의 구조도이다. 도 3을 참조하면, 프레임 사(201)의 외주면에 복수의 발열선(202a, 202b, 202c, 202d)가 동시에 권선된다. 이 때, 상기 복수의 발열선(202a, 202b, 202c, 202d)은 균일한 간격을 유지하여 순차적으로 권선될 수 있으며, 이들의 저항치는 동일할 수 있다. 이와 같이 프레임 사(201)의 동축상에서 복수의 발열선(202a, 202b, 202c, 202d)들이 한 가닥으로 동심원을 갖도록 권선됨으로써 단 1회의 피복만으로 열선을 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한, 도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 발열선(20)의 연결구조를 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 발열선(20)의 길이가 동일하다고 가정하였을 때의 결선구조를 확인할 수 있다. 구체적으로, 도 4(a)의 프레임 사(201) 및 복수의 발열선(202a, 202b, 202c, 202d)의 결선구조를 발열량에 따라 도 4(b) 내지 도 4(d)로 도시하였다.

도 4(b)는 발열량이 높은 경우의 결선구조를 나타낸 도면이고, 도 4(c)는 발열량이 중간 정도인 경우의 결선구조를 나타낸 도면이며, 도 4(d)는 발열량이 낮은 경우의 결선구조를 나타낸 도면이다. 이와 같이 본 발명의 발열선(20)은 용도 내지 활용 분야 등을 고려하여 발열량에 따라 결선구조를 상이하게 구성할 수 있으며, 이에 따라 목적하는 발열량을 효과적으로 발현할 수 있는 발열체를 제공할 수 있다.

한편, 복수의 발열선(20)의 개수는 상술한 무자계 전열시스템을 구성할 수 있는 정도이면 족하고 이에 특별한 제한이 있는 것은 아니나, 바람직하게는 2 ~ 20개일 수 있고, 보다 바람직하게는 4 ~ 10개일 수 있다.

또한, 발열선(20)은 본 발명의 용도에 따라 적합한 길이로 재단하여 사용될 수 있으며, 그 길이에 제한이 있는 것은 아니다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 프레임사는 도체인 도선으로 형성되고, 상기 프레임사 외주면에 도체인 감지선(sensor line)이 발열선과 함께 권선되며, 발열선의 절연물질이 파괴되는 경우 상기 감지선에 통전이 이루어져 흐르는 전류를 감지하여 발열선으로 공급되는 전류를 차단할 수 있다.

이 경우 상기 감지선이 발열선과 함께 프레임사 외주면에 권선됨으로써, 국소 과열에 의한 발열선의 절연 물질이 파괴되는 경우에 감지선에 통전이 이루어지게 된다. 감지선에 통전이 이루어져 흐르는 전류를 감지하여 액추에이터(TR, SCR, FET, TRIAC, RELAY 등)에서 부하에 흐르는 전류를 차단함으로써 발열체에 안전성을 부여할 수 있는 효과가 있다.

나아가, 본 발명은 상기의 어느 하나의 봉지형 발열체(1)를 포함하는 전기전열 매체를 제공한다.

이에 따라 본 발명은 쇼트(short) 등에 의한 화재 및 감전의 위험이 없으며, 인체에 유해한 전자파를 차단할 수 있는 전기전열 매체를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 최초로 실리콘을 주입하는 것만으로 충분하며, 별도로 지속적인 관리를 하지 않더라도 영구적으로 사용할 수 있고, 보관 및 운반이 용이한 효과가 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 전기전열 매체는 단열부재(2)에 적어도 하나의 봉지형 발열체(1)가 배치된 것일 수 있다. 이 때, 상기 봉지형 발열체(1)는 단열부재(2)의 일면 상에 배치될 수도 있고, 단열부재(2) 내부에 배치될 수도 있다.

바람직하게는 상기 전기전열 매체는 단열부재(2)에 적어도 하나의 봉지형 발열체(1)가 지그재그 형태로 배치된 것일 수 있다. 이를 통해 단열부재(2) 일면을 통해 효과적으로 열을 전달할 수 있는 효과가 있다.

이와 관련하여 도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 봉지형 발열체(1)를 포함하는 전기전열 매체의 상면도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 전기전열 매체는 봉지형 발열체(1) 및 단열부재(2)를 포함하고 있다. 구체적으로, 도 5(a)를 참조하면 단열부재(2)의 상부면 상에 봉지형 발열체(1) 하나가 배치되어 있다. 또한, 도 5(b)를 참조하면 단열부재(2)의 상부면 상에 봉지형 발열체(1)가 두 개 배치되어 있다. 이와 같이 본 발명의 전기전열 매체는 봉지형 발열체(1)를 하나로 형성하여 길게 배치할 수도 있으며, 두 개의 봉지형 발열체(1)를 병렬/직렬로 배치할 수도 있다.

한편, 상기 단열재(2)는 해당 기술 분야에서 통상적으로 사용될 수 있는 것으로 단열 기능을 수행하여 발열체와 함께 사용되어 보온 역할을 할 수 있는 것이면 제한이 없으며, 경우에 따라서 발포성 합성수지를 원료로 한 발포체로 구성된 시트나 폴리에스테르 등으로 구성된 것을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 단열재(2)는 EPS, EPP 등으로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 전기전열 매체는 외에 전기전열 매체의 종류, 용도, 사용되는 환경 등에 따라 쿠션재, 보온재 등을 추가적으로 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 전기전열 매체가 온열 매트인 경우에는 사용자가 전기전열 매체 상에 누웠을 때 편안함을 느낄 수 있도록 완충성과 복원력을 갖도록 구성될 수 있다. 또한, 전기전열 매체가 휴대용 온열체인 경우에는 사용자가 휴대하기 용이하도록 경량성을 갖도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 전기전열 매체는 건물 바닥 내부에 시공되는 난방 매체로도 활용될 수 있다. 이 경우 모듈 형태로 제작되어 각 모듈을 연결함으로써 시공할 수 있으며, 이를 위해서 각 모듈 상호 간을 연결할 수 있는 연결부재를 더 포함할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 전기절연 매체는 발열이 필요한 다양한 용도로 활용될 수 있으며, 각각의 용도에 적용되기에 적합하도록 추가 구성을 더 포함하여 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 전기전열 매체는 상기 적어도 하나의 봉지형 발열체(1)가 일정한 간격을 유지하도록 고정하는 고정부재(3)를 더 포함할 수 있다.

고정부재(3)는 전기전열 매체 내에 포함되어 봉지형 발열체(1)가 일정한 간격을 유지할 수 있도록 고정하는 기능을 수행할 수 있다. 이에 따라 봉지형 발열체(1)가 움직이거나 서로 꼬이는 것을 방지할 수 있으므로, 봉지형 발열체(1)의 손상이나 파손을 방지할 수 있다.

또한, 고정부재(3)는 봉지형 발열체(1)가 최초 제조 시에 규정한 일정한 간격을 유지할 수 있는 기능을 수행할 수 있는 것이면 족하고, 그 형태 또는 위치 등에 제한이 있는 것은 아니다.

바람직하게는, 고정부재(3)는 봉지형 발열체(1)의 길이 방향을 따라 상기 봉지형 발열체(1)의 둘레에 형성될 수도 있다. 이 경우 봉지형 발열체(1)를 목적하는 위치에 놓이도록 고정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 바람직하게는, 고정부재(3)는 봉지형 발열체(1)의 상호 간격에 배치되는 스틱 형태일 수 있다. 특히, 지그재그 형상으로 봉지형 발열체(1)를 배치하는 경우, 봉지형 발열체(1) 사이 간격에 스틱 형태의 고정부재(3)를 배치함으로써 움직임을 효과정으로 방지할 수 있다.

이와 관련하여, 도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 고정부재를 더 포함하는 전기전열 매체의 상면도이다. 도 6(a)는 고정부재(3)가 봉지형 발열체(1)의 길이 방향을 따라 상기 봉지형 발열체(1)의 둘레에 형성되어 있고, 도 6(b)는 고정부재(3)가 봉지형 발열체(1)의 상호 간격에 스틱 형태로 배치되어 있다. 이와 같이 고정부재(3)는 전기전열 매체 내에서 봉지형 발열체(1)의 움직임을 방지하여 손상이나 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 고정부재(3)의 높이는 상기 봉지형 발열체(1)의 직경보다 높을 수 있다. 이 경우 고정부재(3)는 외압으로부터 봉지형 발열체(1)를 보호할 수 있어, 눌리거나 터져 파손되는 것을 방지할 수 있다.

구체적으로, 도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 고정부재를 더 포함하는 전기전열 매체의 단면도이다. 도 7은 도 6(b)의 전기전열 매체의 X-X' 단면을 나타낸 단면도이다. 도 7을 참조하면, 단열부재(2) 상에 봉지형 발열체(1)가 배치될 수 있으며, 상기 봉지형 발열체(1)의 상호 간격에 고정부재(3)가 스틱 형태로 배치될 수 있다. 이 때, 고정부재(3)의 높이(h)는 봉지형 발열체(1)의 직경(D)보다 높을 수 있다. 이 경우 전기전열 매체 위로 외압이 가해지는 경우, 고정부재(3)에 의하여 봉지형 발열체(1)로 직접적으로 힘이 가해지는 것을 방지할 수 있게 된다. 이에 따라 봉지형 발열체(1)의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 상기 전기전열 매체는 상기 봉지형 발열체(1)가 배치된 단열부재(2) 상부에 형성되는 방열층을 더 포함할 수 있다.

방열층은 방열 소재로 이루어질 수 있으며, 방열 소재란 열전도 특성을 이용하여 기기 및 부품 등에 국부적으로 발생하는 열을 외부로 방출시키거나 열의 전송경로에서 열이 양호하게 전송되도록 중개적 역할을 하는 소재를 의미할 수 있다.

방열층은 열전도도가 우수한 금속재료를 포함하여 형성될 수 있으며, 예를 들어 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 몰리브덴, 철, 백금, 티타늄 중 어느 하나 이상을 포함하는 단일 금속 또는 합금 재료를 사용할 수 있다.

이와 관련하여, 도 8은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 방열층을 더 포함하는 전기전열 매체의 단면도이다. 도 8을 참조하면, 전기절연 매체는 단열부재(2) 상에 봉지형 발열체(1)가 배치될 수 있으며, 상기 상기 봉지형 발열체(1)가 배치된 단열부재(2) 상부에는 방열층(4)이 형성될 수 있다. 도 8과 같이 경우에 따라서는, 단열부재(2)는 오목한 형태로 형성되어 단열부재(2)의 내부 공간에 봉지형 발열체(1)가 배치되며, 이의 상부를 방열층(4)이 덮음으로써 봉지형 발열체(1)로부터 방출되는 열을 외부로 방출시킬 수 있음과 동시에 열의 전송경로에서 열이 양호하게 전송되도록 할 수 있다.

본 발명의 봉지형 발열체(1) 및 이를 포함하는 전기전열 매체는 온열 매트, 휴대용 온열 매체(예. 핫팩 등), 건축물의 바닥에 시공 가능한 보일러 모듈 등을 비롯하여 봉지형 발열체(1)를 이용하여 일정한 면을 통하여 열에너지를 전달할 수 있고, 온기, 열기 등을 활용하기 위한 목적이면 제한 없이 사용될 수 있다.

Claims (16)

1. 봉지된 형상의 수용체;
   상기 수용체 내부에 배치되는 발열선;및
   상기 수용체 내부에 충진되는 실리콘 오일;을 포함하고,
   상기 실리콘 오일은 슬러리 형태로 이루어진 실리콘 오일 슬러리이고,
   상기 실리콘 오일 슬러리는 실리콘 오일 및 세라믹 분말을 포함하며,
   상기 실리콘 오일 슬러리는 실리콘 오일 100 중량부에 대하여 세라믹 분말을 30 ~ 300 중량부로 포함하고,
   상기 세라믹 분말은 알루미나계, 마그네시아계, 탄화규소계 및 실리카계로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이며,
   모터 및 펌프를 포함하지 않아 상기 오일이 순환하지 않는 봉지형 발열체.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 수용체의 양측은 각각 패킹부와 연결되고,
   상기 패킹부에 의하여 수용체 내부의 통로는 밀폐되되, 상기 발열선은 수용체 외부로 인출되는 것을 특징으로 하는 봉지형 발열체.
   
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 수용체는 하나의 내부 공간을 갖도록 밀봉된 튜브 형태인 것을 특징으로 하는 봉지형 발열체.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 수용체는 원형 또는 타원형의 직경을 갖는 호스 형태인 것을 특징으로 하는 봉지형 발열체.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 발열선은 교류(AC)전원에 의해서 가열되는 것으로, 복수의 발열선이 발열선 집합체를 이루고 있으며,
   상기 발열선 집합체는 모두 병렬적으로 연결되어 무자계 전열시스템을 구성하는 것을 특징으로 하는 봉지형 발열체.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 무자계 전열시스템은 교류(AC)전원의 (L)단자와 (N)단자 각각이 정류기의 두 단자에 연결되고, 복수의 발열선으로 이루어진 발열선 집합체의 1/2에 해당하는 제1 발열선은 제 1단부가 정류기의 -극에 연결되고, 제2단부는 정류기의 +극에 연결되며,
    상기 발열선 집합체의 나머지 1/2에 해당하는 제2 발열선은 제1 단부가 정류기의 +극에 연결되고, 제 2단부는 -극에 연결되는 것을 특징으로 하는 봉지형 발열체.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 발열선은 프레임 사(frame thread) 외주면에 동시에 권선되는 것을 특징으로 하는 봉지형 발열체.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 프레임사는 도체인 도선으로 형성되고,
    상기 프레임사 외주면에 도체인 감지선(sensor line)이 발열선과 함께 권선되며,
    발열선의 절연물질이 파괴되는 경우 상기 감지선에 통전이 이루어져 흐르는 전류를 감지하여 발열선으로 공급되는 전류를 차단하는 것을 특징으로 하는 봉지형 발열체.
    
13. 제1항, 제5항, 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항의 봉지형 발열체를 포함하는 전기전열 매체.
    
14. 제13항에 있어서,
    상기 전기전열 매체는 단열부재에 적어도 하나의 봉지형 발열체가 지그재그 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 전기전열 매체.
    
15. 제13항에 있어서,
    상기 전기전열 매체는 적어도 하나의 봉지형 발열체가 일정한 간격을 유지하도록 고정하는 고정부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기전열 매체.
    
16. 제15항에 있어서,
    상기 고정부재의 높이는 상기 봉지형 발열체의 직경보다 높은 것을 특징으로 하는 전기전열 매체.
    

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