KR102367910B1 - 면상 발열체와 이를 포함하는 의류 관리기, 냉온정수기 및 건물의 바닥난방 패널 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 면상 발열체는 베이스 수지와 전도성 소재를 성형하여 형성된 매트릭스의 내부에 한 쌍의 전선들이 삽입되어, 전원 인가시 상기 매트릭스의 내부에서 발생된 전기 저항에 의해 발열하도록 구성됨으로써, 구조가 간단하고 제조가 간편하면서도 열전도율과 관계없이 충분한 발열 효과를 얻을 수 있다. 또한, 면상 발열체는 히팅부와 비히팅부로 영역이 구획되고, 히팅부와 비히팅부를 이중 사출 성형 방법을 통해 일체로 제조함으로써, 다양한 형상의 면상 발열체를 제조할 수 있으면서도 제조 공정이 간단하여 제조 비용 및 제조 시간이 절감될 수 있는 이점이 있다. 또한, 상기 전도성 소재는, 탄소 부재들과 금속 분말들을 포함하고, 상기 전도성 복합소재에서 상기 탄소 부재들의 함량은 10 내지 17w%이고, 상기 금속 분말들의 함량은 12 내지 22w%이고, 베이스 수지의 함량은 60 내지 72w%으로 포함하여 제조됨으로써, 상기 탄소 부재들에 의해 전기적 네트워크의 형성이 용이하고, 상기 탄소 부재들에 의해 발생된 전기저항 열이 상기 금속 분말들에 의해 상기 히팅부의 표면으로 전달이 용이한 이점이 있다.
Description
본 발명은 면상 발열체와 이를 이용한 냉온정수기, 건물의 바닥난방 패널 및 의류 관리기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 베이스 수지와 전도성 수지를 포함한 전도성 복합소재에 한 쌍의 전선을 삽입하여 제조함으로써, 제조 공정이 간단하면서도 전원 인가시 발열 가능한 면상 발열체와 이를 포함하는 의류 관리기, 냉온정수기 및 건물의 바닥난방 패널에 관한 것이다.
일반적으로 널리 사용되는 전열 히터는 시즈 히터(Sheath Heater)가 대표적이며, 금속 보호관에 전열선을 코일 모양으로 내장하고 절연 분말인 산화마그네슘을 넣어 함께 충진하여 열선과 보호관을 절연한 관 모양의 히터이다. 이러한 시즈히터는 외부의 물리적인 충격에도 견고하고 전기 열에너지의 효율이 높으면서 다양한 모양으로 사용자의 용도와 형태로 적합하게 가공하여 사용할 수 있다.
최근에는 다양한 제품에 전열 히터가 사용되고 있으므로, 보다 컴팩트하면서도 제조가 용이한 면상 발열체에 대한 관심이 증대되고 있다.
종래의 면상 발열체는 복수의 시트들을 적층하거나 시트 위에 발열층을 코팅하는 등의 방법으로 제조되기 때문에, 제조 공정이 복잡하고 제조 시간이 오래 걸리는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 제조 공정이 간단하면서도 다양한 형상으로 제조가 가능한 면상 발열체와 이를 포함하는 의류 관리기, 냉온정수기 및 건물의 바닥난방 패널을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 면상 발열체는, 베이스 수지와 전도성 소재를 혼합한 전도성 복합소재를 성형하여 형성된 매트릭스의 내부에 서로 소정간격 이격되게 한 쌍의 전선들이 삽입되어, 상기 전선들이 전위차를 가지도록 전원 인가시 상기 매트릭스의 내부에서 발생된 전기 저항에 의해 발열하는 히팅부를 포함하고, 상기 전도성 소재는, 상기 베이스 수지 내에 분산되어 있되 전기적 네트워크를 형성하는 탄소 부재들과, 상기 탄소 부재들 사이에 개재되어 상기 탄소 부재들에 의한 전기적 네트워크를 증가시킴과 아울러 상기 전도성 복합소재의 열전도도를 증가시켜 상기 탄소 부재들에 의하여 발생되는 전기저항 열을 상기 히팅부의 표면으로 전달하는 금속 분말들을 포함하고, 상기 전도성 복합소재에서 상기 베이스 수지의 함량은 60 내지 72w% 이고, 상기 전도성 복합소재에서 상기 탄소 부재들의 함량은, 상기 전기적 네트워크를 형성시키기 위하여 10w% 이상이되, 17w% 이하이고, 상기 전도성 복합소재에서 상기 금속 분말들의 직경은 10nm 내지 100nm이고, 상기 금속 분말들의 함량은, 상기 탄소 부재들 사이의 전기적 네트워크를 증가시키기고 상기 전도성 복합소재의 열전도도를 증가시키기 위하여 12w% 이상이고, 상기 전도성 복합소재의 비중을 감소시키기 위하여 22w% 이하이고, 상기 전도성 복합소재의 비중(ASTM D792에 따른 시험결과)은 0.8 내지 1.3 이고, 비저항은 2 내지 10Ωmm2/m이고, 열전도도(Thermal conductivity)는 156 내지 235kcal/mh℃이다.
상기 전도성 복합소재의 인장강도(ASTM D638에 따른 시험결과)는 180 내지 200kgf/cm2이다.
상기 탄소 부재들은, 탄소나노튜브와 그래핀을 포함하고, 상기 그래핀과 상기 탄소나노튜브의 혼합 비율은 1w%:10w%이다.
상기 탄소 부재들은, 탄소 섬유와 탄소나노튜브 중 적어도 하나를 포함하고,상기 탄소 부재들의 길이는 1 내지 100μm 이다.
상기 금속 분말들은, 알루미늄 파우더를 포함한다.
상기 베이스 수지는, ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene), 실리콘, PE(Polyethylene), PET(Polyethylene terephthalate), PP(Polypropylene), PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함하는 비전도성 수지와, PPy(Polypyrrole)를 포함하는 전도성 수지를 포함하고, 상기 베이스 수지에서 상기 전도성 수지의 함량은 0 내지 10w%이하이다.
상기 전도성 복합소재는 안정제와 점착제를 더 포함하고, 상기 안정제의 함량은 0.1~0.6w%이고, 상기 점착제의 함량은 0.4~2.1w%이다.
상기 전선은, 알루미늄선, 구리합금선, 구리선, 전도성 복합소재 와이어 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 히팅부와 구획되어 일체로 형성되고, 상기 전도성 복합소재보다 전기전도도가 낮은 소재로 형성된 비히팅부를 더 포함한다.
상기 전선들은, 상기 매트릭스에 인서트 사출 성형되고, 상기 히팅부와 상기 비히팅부는 이중 사출 성형된다.
본 발명에 따른 면상 발열체를 이용한 의류 관리기는, 의류를 가압하여 구김을 제거하거나 바지의 칼주름을 형성하기 위한 다리미 보드를 포함하고, 상기 다리미 보드는, 베이스 수지와 전도성 소재를 혼합한 전도성 복합소재를 성형하여 형성된 매트릭스의 내부에 서로 소정간격 이격되게 한 쌍의 전선들이 삽입되어, 상기 전선들이 전위차를 가지도록 전원 인가시 상기 매트릭스의 내부에서 발생된 전기 저항에 의해 발열하는 히팅부를 포함하는 면상 발열체이고, 상기 전도성 소재는, 상기 베이스 수지 내에 분산되어 있되 전기적 네트워크를 형성하는 탄소 부재들과, 상기 탄소 부재들 사이에 개재되어 상기 탄소 부재들에 의한 전기적 네트워크를 증가시킴과 아울러 상기 전도성 복합소재의 열전도도를 증가시켜 상기 탄소 부재들에 의하여 발생되는 전기저항 열을 상기 히팅부의 표면으로 전달하는 금속 분말들을 포함하고, 상기 전도성 복합소재에서 상기 베이스 수지의 함량은 60 내지 72w% 이고, 상기 전도성 복합소재에서 상기 탄소 부재들의 함량은, 상기 전기적 네트워크를 형성시키기 위하여 10w% 이상이되, 17w% 이하이고, 상기 전도성 복합소재에서 상기 금속 분말들의 직경은 10nm 내지 100nm이고, 상기 금속 분말들의 함량은, 상기 탄소 부재들 사이의 전기적 네트워크를 증가시키기고 상기 전도성 복합소재의 열전도도를 증가시키기 위하여 12w% 이상이고, 상기 전도성 복합소재의 비중을 감소시키기 위하여 22w% 이하이고, 상기 전도성 복합소재의 비중(ASTM D792에 따른 시험결과)은 0.8 내지 1.3 이고, 비저항은 2 내지 10Ωmm2/m이고, 열전도도(Thermal conductivity)는 156 내지 235kcal/mh℃이다.
본 발명에 따른 면상 발열체를 이용한 냉온정수기는, 온수가 수용된 온수 탱크의 적어도 일면에 접촉되게 구비된 면상 발열체를 포함하고, 상기 면상 발열체는, 베이스 수지와 전도성 소재를 혼합한 전도성 복합소재를 성형하여 형성된 매트릭스의 내부에 서로 소정간격 이격되게 한 쌍의 전선들이 삽입되어, 상기 전선들이 전위차를 가지도록 전원 인가시 상기 매트릭스의 내부에서 발생된 전기 저항에 의해 발열하는 히팅부를 포함하고, 상기 전도성 소재는, 상기 베이스 수지 내에 분산되어 있되 전기적 네트워크를 형성하는 탄소 부재들과, 상기 탄소 부재들 사이에 개재되어 상기 탄소 부재들에 의한 전기적 네트워크를 증가시킴과 아울러 상기 전도성 복합소재의 열전도도를 증가시켜 상기 탄소 부재들에 의하여 발생되는 전기저항 열을 상기 히팅부의 표면으로 전달하는 금속 분말들을 포함하고, 상기 전도성 복합소재에서 상기 베이스 수지의 함량은 60 내지 72w% 이고, 상기 전도성 복합소재에서 상기 탄소 부재들의 함량은, 상기 전기적 네트워크를 형성시키기 위하여 10w% 이상이되, 17w% 이하이고, 상기 전도성 복합소재에서 상기 금속 분말들의 직경은 10nm 내지 100nm이고, 상기 금속 분말들의 함량은, 상기 탄소 부재들 사이의 전기적 네트워크를 증가시키기고 상기 전도성 복합소재의 열전도도를 증가시키기 위하여 12w% 이상이고, 상기 전도성 복합소재의 비중을 감소시키기 위하여 22w% 이하이고, 상기 전도성 복합소재의 비중(ASTM D792에 따른 시험결과)은 0.8 내지 1.3 이고, 비저항은 2 내지 10Ωmm2/m이고, 열전도도(Thermal conductivity)는 156 내지 235kcal/mh℃이다.
본 발명에 따른 면상 발열체를 이용한 건물의 바닥난방 패널은, 건물의 바닥난방 패널에 구비된 면상 발열체를 포함하고, 상기 면상 발열체는, 베이스 수지와 전도성 소재를 혼합한 전도성 복합소재를 프레스 성형하여 형성된 매트릭스의 내부에 서로 소정간격 이격되게 한 쌍의 전선들이 삽입되어, 상기 전선들이 전위차를 가지도록 전원 인가시 상기 매트릭스의 내부에서 발생된 전기 저항에 의해 발열하는 히팅부를 포함하고, 상기 전도성 소재는, 상기 베이스 수지 내에 분산되어 있되 전기적 네트워크를 형성하는 탄소 부재들과, 상기 탄소 부재들 사이에 개재되어 상기 탄소 부재들에 의한 전기적 네트워크를 증가시킴과 아울러 상기 전도성 복합소재의 열전도도를 증가시켜 상기 탄소 부재들에 의하여 발생되는 전기저항 열을 상기 히팅부의 표면으로 전달하는 금속 분말들을 포함하고, 상기 전도성 복합소재에서 상기 베이스 수지의 함량은 60 내지 72w% 이고, 상기 전도성 복합소재에서 상기 탄소 부재들의 함량은, 상기 전기적 네트워크를 형성시키기 위하여 10w% 이상이되, 17w% 이하이고, 상기 전도성 복합소재에서 상기 금속 분말들의 직경은 10nm 내지 100nm이고, 상기 금속 분말들의 함량은, 상기 탄소 부재들 사이의 전기적 네트워크를 증가시키기고 상기 전도성 복합소재의 열전도도를 증가시키기 위하여 12w% 이상이고, 상기 전도성 복합소재의 비중을 감소시키기 위하여 22w% 이하이고, 상기 전도성 복합소재의 비중(ASTM D792에 따른 시험결과)은 0.8 내지 1.3 이고, 비저항은 2 내지 10Ωmm2/m이고, 열전도도(Thermal conductivity)는 156 내지 235kcal/mh℃이다.
본 발명에 따른 면상 발열체는 베이스 수지와 전도성 소재를 성형하여 형성된 매트릭스의 내부에 한 쌍의 전선들이 삽입되어, 전원 인가시 상기 매트릭스의 내부에서 발생된 전기 저항에 의해 발열하도록 구성됨으로써, 구조가 간단하고 제조가 간편하면서도 열전도율과 관계없이 충분한 발열 효과를 얻을 수 있다.
또한, 면상 발열체는 히팅부와 비히팅부로 영역이 구획되고, 히팅부와 비히팅부를 이중 사출 성형 방법을 통해 일체로 제조함으로써, 다양한 형상의 면상 발열체를 제조할 수 있으면서도 제조 공정이 간단하여 제조 비용 및 제조 시간이 절감될 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 전도성 소재는, 탄소 부재들과 금속 분말들을 포함하고, 상기 전도성 복합소재에서 상기 탄소 부재들의 함량은 10 내지 17w%이고, 상기 금속 분말들의 함량은 12 내지 22w%이고, 베이스 수지의 함량은 60 내지 72w%으로 포함하여 제조됨으로써, 상기 탄소 부재들에 의해 전기적 네트워크의 형성이 용이하고, 상기 탄소 부재들에 의해 발생된 전기저항 열이 상기 금속 분말들에 의해 상기 히팅부의 표면으로 전달이 용이한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 면상 발열체의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 면상 발열체의 프레스 성형 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 냉온정수기의 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 건물의 바닥난방 패널의 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 의류관리기의 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 면상 발열체의 이중 사출 성형 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제6실시예에 따른 면상 발열체를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제7실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 의류관리기의 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 다리미 보드를 나타낸 도면이다.
도 10는 본 발명의 제8실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 냉온정수기의 예를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제9실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 건물의 바닥난방 패널의 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 면상 발열체의 프레스 성형 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 냉온정수기의 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 건물의 바닥난방 패널의 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 의류관리기의 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 면상 발열체의 이중 사출 성형 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제6실시예에 따른 면상 발열체를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제7실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 의류관리기의 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 다리미 보드를 나타낸 도면이다.
도 10는 본 발명의 제8실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 냉온정수기의 예를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제9실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 건물의 바닥난방 패널의 예를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 면상 발열체의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 면상 발열체(10)는, 전원 인가시 면을 통해 발열하는 히팅부를 포함하며, 두께가 얇은 시트나 필름 형태로 이루어진다.
상기 히팅부는, 베이스 수지(11a)와 전도성 소재(11b)가 혼합된 전도성 복합소재로 이루어진 매트릭스(11)의 내부에 한 쌍의 전선들(12)이 삽입되어 형되어, 전원 인가시 상기 전도성 소재가 전기적 네트워크를 형성하며 발열한다.
상기 전도성 복합소재는, 상기 전도성 소재(11b), 상기 베이스 수지(11a), 안정제(Stabilizer) 및 기타 점착제(Other additives)를 포함한다.
상기 전도성 소재(11b)는, 탄소 부재들과 금속 분말들을 포함한다.
상기 탄소 부재들은, 탄소 섬유, 탄소나노튜브, 그래핀 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 탄소부재들은, 상기 베이스 수지 내에 분산되어 있되 전기적 네트워크를 형성한다. 상기 전도성 복합소재에서 상기 탄소 부재들의 함량은, 상기 전기적 네트워크를 형성시키기 위하여 10w% 이상이되, 17w%이하이다. 본 실시예에서는, 상기 탄소부재들은 탄소나노튜브(CNT)와 상기 그래핀을 혼합하여 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 탄소나노튜브의 길이는 1 내지 100μm 이다. 상기 그래핀과 상기 탄소나노튜브의 혼합 비율은 1w%:20w%인 것이 바람직하다.
상기 금속 분말들은, 상기 탄소 부재들 사이에 개재되어 상기 탄소 부재들에 의한 전기적 네트워크를 증가시킴과 아울러 상기 전도성 복합소재의 열전도도를 증가시켜 상기 탄소 부재들에 의하여 발생되는 전기저항 열을 상기 히팅부의 표면으로 전달한다. 상기 금속 분말들이 개재되지 않을 경우, 상기 탄소 부재들에 의해 발생된 전기저항 열은 열전도도가 매우 낮은 비전도성 수지로 인해 상기 히팅부의 표면으로 전달되지 못하게 되어, 상기 전도성 복합소재의 열전도도는 상기 비전도성 수지의 열전도도와 유사한 수준까지 낮아지게 된다.
따라서, 상기 전도성 복합소재에서 상기 금속 파우더의 직경은 10nm 내지 100nm이고, 상기 금속 파우더의 함량은, 상기 탄소 부재들 사이의 전기적 네트워크를 증가시키기고 상기 전도성 복합소재의 열전도도를 증가시키기 위하여 12w% 이상이고, 상기 전도성 복합소재의 비중을 감소시키기 위하여 22w%이하이다. 본 실시예에서는, 상기 금속 분말들은 알루미늄 파우더를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 전도성 소재는 은나노 소재를 포함하는 것도 물론 가능하다.
상기 베이스 수지(11a)는, ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene), 실리콘, PE(Polyethylene), PET(Polyethylene terephthalate), PP(Polypropylene), PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함하는 비전도성 수지와, PPy(Polypyrrole, 폴리피롤)를 포함하는 전도성 수지를 포함한다.
본 실시예에서는, 상기 비전도성 수지는 PP(Polypropylene)를 사용하고, 상기 전도성 수지는 PPy(Polypyrrole)를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 베이스 수지에서 상기 PPy의 함량은 0 내지 10w%이하 범위에서 사용가능하며, 본 실시예에서는 상기 PP와 상기 PPy의 혼합 비율은 5w%:95w%인 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 베이스 수지(11a)에 상기 PPy가 추가될 경우, 상기 전도성 복합소재의 전기적 특성이 향상될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 베이스 수지(11a)는 상기 비전도성 수지만으로 이루어진 것도 물론 가능하다.
한편, 상기 전선들(12)은, 상기 매트릭스(11)의 내부에 서로 소정간격 이격되게 삽입되어, 상기 프레스 성형시 상기 매트릭스와 일체로 성형된다.
상기 전선들(12)은 적어도 한 쌍으로 이루어진다. 본 실시예에서는, 상기 매트릭스(11)의 내부에 한 쌍의 전선들(12)이 배치된 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 전선들(12)의 길이방향으로 길게 배치된다. 상기 전선들(12)의 길이나 삽입 위치는 다양하게 변경하여 적용 가능하다.
상기 전선들(12)은, 알루미늄선, 구리합금선, 구리선, 전도성 복합소재 와이어 중 적어도 하나를 사용한다. 상기 전도성 복합소재 와이어는, 탄소 와이어를 포함한다. 본 실시예에서는, 상기 전선들(12)은 구리선인 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 전원을 공급할 수 있는 것이라면 다양하게 적용 가능하다. 상기 전선들(12)은, 상기 면상 발열체(10)의 외부에 구비된 전원 공급 장치(미도시)에 연결되어 전원을 공급받을 수 있다.
또한, 상기 면상 발열체(10)는 전원을 공급 또는 차단하고 온도를 제어하는 제어부(미도시)가 연결되거나 구비될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 면상 발열체의 제조 방법을 설명하면, 다음과 같다.
먼저, 상기 탄소 부재, 상기 알루미늄 파우더, 상기 베이스 수지, 상기 안정제 및 상기 점착제는 미리 설정된 비율로 혼합한다.
상기 탄소 부재의 함량은 상기 전도성 복합소재의 총 함량에 대하여 10 내지 17w% 범위 이내로 설정된다. 상기 탄소 부재의 함량은 상기 전도성 복합소재의 전기전도도, 즉 비저항에 영향을 주는 파라미터이다. 상기 탄소 부재의 함량이 10w% 미만이면 상기 탄소 부재의 전기적 네트워크가 잘 이루어지지 않게 되어 전기전도도가 저하된다. 상기 전기전도도가 너무 낮을 경우, 전기가 통하지 않게 되므로 전기저항 열이 발생되지 않는다. 한편, 상기 탄소 부재의 함량이 17w%를 초과하면 상기 전기전도도가 더 이상 증가되지 않기 때문에, 비용 절감을 위하여 17w% 이하로 사용한다. 즉, 본 발명에서는 전도성 복합소재가 적절한 범위의 전기 전도도를 가지도록 하기 위하여, 상기 탄소 부재의 함량은 10 내지 17w% 범위 이내가 바람직하다. 특히, 상기 탄소 부재의 함량은 12 내지 15w%로 혼합된 것이 더욱 바람직하다.
본 실시예에서는, 상기 탄소 부재는, 상기 탄소나노튜브와 상기 그래핀을 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 특히, 상기 그래핀과 상기 탄소나노튜브의 혼합 비율은 1w%:10w%인 것이 바람직하다.
또한, 상기 알루미늄 파우더의 함량은 상기 전도성 복합소재의 총 함량에 대하여 12 내지 22w% 범위 이내로 설정된다. 상기 알루미늄 파우더의 함량은 상기 전도성 복합소재의 전기전도도와 열전도도에 영향을 주는 파라미터이다. 상기 알루미늄 파우더의 함량이 12w% 미만이면, 상기 탄소나노튜브 사이에서 전기적 네트워크 역할을 하지 못할 뿐만 아니라, 상기 탄소 부재들에 의하여 발생된 전기저항 열을 상기 히팅부의 표면으로 전달하는 열전도 역할을 충분히 하지 못한다. 한편, 상기 알루미늄 파우더의 함량이 22w%를 초과하면, 상기 전도성 복합소재의 비중이 증가되는 문제점이 있다. 따라서, 상기 알루미늄 파우더의 함량은 12 내지 22w% 범위 이내가 바람직하다. 특히, 상기 알루미늄 파우더의 함량은 15 내지 20w%로 혼합된 것이 더욱 바람직하다. 상기 알루미늄 파우더를 추가함으로써, 상기 탄소 부재들만을 사용하는 경우에 비해 비용은 절감되고, 전기 전도도와 열전도도는 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 전도성 복합소재에서 상기 베이스 수지의 함량은 60 내지 72w%, 상기 안정제의 함량은 0.1 내지 0.6w%, 상기 점착제의 함량은 0.4 내지 2.1w%으로 혼합된다.
또한, 상기 베이스 수지는, 상기 PP에 상기 PPy를 추가하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 베이스 수지에서 상기 PPy의 함량은 0 내지 10w%이다. 특히, 상기 PPy의 함량은 5w%인 것이 더욱 바람직하다.
상기와 같이 최적의 비율로 혼합한 전도성 복합소재를 미리 제작된 하부 몰드(22)에 투입한다.
상기 복합소재를 상기 하부 몰드(22)에 투입하고, 미리 설정된 위치에 상기 한 쌍의 전선들(12)을 삽입한다. 상기 한 쌍의 전선들(12)은 서로 소정간격 이격되도록 배치한다.
본 실시예에서는, 상기 하부 몰드(22)에 상기 전도성 복합소재를 먼저 투입한 후 상기 전선들(12)을 삽입하는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 상기 전선들(12)을 먼저 배치시킨 후 상기 전도성 복합소재를 투입하는 것도 물론 가능하다. 또한, 상기 전도성 복합소재를 먼저 투입하는 경우, 상기 전선들(12)을 삽입한 후 상기 전도성 복합소재를 추가로 투입하는 것도 물론 가능하다.
이후, 상기 상부 몰드(21)로 고온 가압하면, 상기 매트릭스(11)에 상기 전선들(12)이 일체로 형성된 상기 면상 발열체(10)가 형성된다.
따라서, 한번의 프레스 성형 공정으로 상기 전선들(12)이 구비된 상기 면상 발열체(10)를 형성할 수 있기 때문에, 제조 방법이 매우 간단하고, 제조 시간 및 비용이 절감될 수 있다.
또한, 상기 면상 발열체(10)는 다양한 형상으로 제조가 가능하여, 보다 다양한 제품에 적용 가능하다.
상기와 같은 방법으로 제조된 상기 전도성 복합소재를 시험한 결과는 다음과 같다.
상기 전도성 복합소재의 비중(ASTM D792에 따른 시험결과)은 0.8 내지 1.3 이다. 상기 전도성 복합소재의 비저항은 2 내지 10Ωmm2/m이다. 상기 탄소나노튜브와 상기 알루미늄 파우더의 함량을 최적의 비율로 혼합하여 제조함으로써, 상기 전도성 복합소재가 최적의 비저항을 가지게 되어 적절한 전기 전도도와 열전도도를 가질 수 있다.
상기 전도성 복합소재의 열전도도(Thermal conductivity)는 156 내지 235kcal/mh℃이다. 상기 열전도도는 상기 알루미늄 파우더의 함량에 따라 달라질 수 있는 바, 본 실시예에서는 상기 알루미늄 파우더의 함량을 12 내지 22w% 범위로 설정함으로써 상기 전도성 복합소재가 상기 열전도도 범위에 들 수 있다. 따라서, 상기 알루미늄 파우더를 혼합함으로써 상기 전도성 복합소재의 열전도도가 증가하여, 상기 탄소 부재들에 의하여 발생된 전기저항 열을 상기 히팅부의 표면으로 효과적으로 전달할 수 있다.
상기 전도성 복합소재의 인장강도(Tensile Strength)(ASTM D638에 따른 시험결과)는 180 내지 200kgf/cm2이고, 인장연신율(Tensile Elongation)(ASTM D638에 따른 시험결과)은 22 내지 27w%이고, 굽힘 탄성율(Flexural Modulus)(ASTM D790에 따른 시험결과)은 1200 내지 1300kgf/cm2이고, 굽힘 강도(Flexural Strength)(ASTM D790에 따른 시험결과)은 200 내지 220kgf/cm2이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 면상 발열체의 작동을 서명하면 다음과 같다.
상기 한 쌍의 전선들(12)에 전위차가 발생하도록 전원을 인가하면, 상기 매트릭스(11)의 내부에서 상기 전도성 소재들이 전기적 네트워크를 형성하게 되며, 내부에서 발생되는 전기 저항에 의해 열이 발생된다.
따라서, 상기 면상 발열체(10)의 전체 면에서 열이 발생될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 면상 발열체는, 전도성 복합소재로 형성된 상기 매트릭스(11)의 내부에 상기 전선(12)들을 일체로 구비하여 제조됨으로써, 구조가 간단하고, 제조 방법이 매우 간단하고, 제조 시간 및 비용이 절감될 수 있다. 즉, 별도로 전선을 연결하거나, 복수의 시트들과 단자들을 적층하여 제조하는 경우에 비해 공정수가 감소되고, 제조가 용이하다.
또한, 한 쌍의 전선들(12)에 전위차를 가지도록 전원을 인가하여, 상기 매트릭스(11) 내부에서 발생된 전기 저항에 의해 발열하도록 구성됨으로써, 상기 매트릭스(11)나 상기 전선들(12)의 열전도율과 관계없이 충분한 발열 효과를 얻을 수 있는 이점이 있다. 즉, 매트릭스 내부에 발열 단자를 삽입하는 경우, 발열 단자와 매트릭스가 모두 열전도율이 높아야만 충분한 발열 효과를 얻을 수 있는 반면, 본 발멸에서는 매트릭스 내부에 발열 단자가 아닌 전선을 삽입하여 전기를 통하게 함으로써, 매트릭스 내부에서 발열이 발생되므로 열전도율과 관계없이 충분한 발열 효과를 얻을 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 냉온정수기의 예를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 면상 발열체(210)를 이용한 냉온정수기(200)는, 본체(201)와, 상기 본체(201)의 내부에 구비되고 온수가 수용된 온수 탱크(202)를 포함하고, 상기 면상 발열체(210)는 상기 온수 탱크(202)의 적어도 일면에 접촉되게 구비된 것이 상기 제1실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.
상기 면상 발열체(210)는, 상기 온수 탱크(202)의 외둘레면을 감싸도록 구비된 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 면상 발열체(210)는, 상기 온수 탱크(202)의 바닥면 등 상기 온수 탱크(202)에 열전달을 할 수 있는 면이라면 어느 면에나 적용 가능하다.
상기 면상 발열체(210)는, 두께가 얇은 시트나 필름 형태로 이루어지며, 유연한 재질로 형성됨으로써 상기 온수 탱크(202)에 결합시키는 것이 용이하다.
상기 면상 발열체(210)의 구성과 제조 방법은 상기 제1실시예와 동일하게 적용된다.
한편, 도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 건물의 바닥난방 패널의 예를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 면상 발열체(310)를 이용한 건물의 바닥난방 패널(300)은, 건물의 바닥면에 설치되어 바닥 난방을 위한 패널이며, 상기 면상 발열체(310)는 상기 바닥난방 패널(300)에 구비된 것이 상기 제1실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.
상기 면상 발열체(310)는, 상기 바닥난방 패널(300)의 내부 또는 상면에 구비될 수 있다.
상기 면상 발열체(310)는, 두께가 얇은 시트나 필름 형태로 이루어지고, 적어도 하나 이상이 상기 바닥난방 패널(300)이 구비될 수 있다.
상기 면상 발열체(310)는, 두께가 얇은 시트나 필름 형태로 이루어져, 적어도 하나 이상이 상기 바닥난방 패널(300)에 구비될 수 있다.
상기 면상 발열체(310)의 구성과 제조 방법은 상기 제1실시예와 동일하게 적용된다.
한편, 도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 의류관리기의 예를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 면상 발열체(410)를 이용한 의류 관리기(400)는, 본체(420), 도어(430) 및 상기 도어(430)에 구비되어 의류를 가압하여 구김을 제거하거나 바지의 칼주름을 형성하기 위한 다리미 보드(440)를 포함하고, 상기 면상 발열체(410)는 상기 다리미 보드(440)에 구비된 것이 상기 제1실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.
상기 본체(420)는 의류를 넣을 수 있는 공간을 형성하고, 전면이 개방되게 형성된다.
상기 도어(430)는, 상기 본체(420)의 전면을 개폐가능하도록 형성된다.
상기 도어(430)의 내측면에는 집게부(431), 지지판(432), 가압판(433) 및 상기 다리미 보드(440)가 구비된다.
상기 집게부(431)는, 상기 도어(430)의 내측면 상부에 구비되어, 바지(P)의 단부를 잡을 수 있도록 형성된 홀더이다.
상기 지지판(432)은, 상기 도어(430)의 내측면에 고정 설치되어, 상기 집게부(431)에 걸린 바지(P)에 대향되게 배치된 패널이다. 상기 지지판(432)은 상기 다리미 보드(440)와 상기 가압판(433)이 상기 바지(P)를 가압할 때 지지해주는 역할을 한다.
상기 가압판(433)은, 상기 지지판(432)에 회동가능하게 결합되어 상기 다리미 보드(440)를 상기 지지판(432)을 향한 방향으로 가압하기 위한 패널이다.
상기 다리미 보드(440)는, 상기 가압판(433)과 상기 지지판(432) 사이에 배치되며, 상기 지지판(432)으로부터 회동가능하도록 결합된다.
상기 면상 발열체(410)는, 상기 다리미 보드(440)의 내부 또는 상기 바지(P)를 향한 면에 부착될 수 있다. 상기 면상 발열체(410)는, 두께가 얇은 시트나 필름 형태로 이루어지고, 적어도 하나 이상이 구비될 수 있다.
상기 면상 발열체(410)의 구성과 제조 방법은 상기 제1실시예와 동일하게 적용된다.
상기 실시예들에 한정되지 않고, 상기 면상 발열체는 고기구이용 불판에도 적용 가능하다.
한편, 도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 면상 발열체의 이중 사출 성형 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 면상 발열체(510)는, 전원 인가시 면을 통해 발열하는 히팅부(501)와, 상기 전원 인가시 발열하지 않는 비히팅부(502)로 구획되어 형성된다. 즉, 상기 면상 발열체(510)는 상기 히팅부(501)와 상기 비히팅부(502)가 일체로 형성되되, 발열하는 영역인 상기 히팅부(501)와 발열하지 않는 영역인 상기 비히팅부(502)로 구획된다.
상기 히팅부(501)는, 상기 비히팅부(502)와 일체로 형성되되, 상기 비히팅부(502)와 서로 다른 소재로 형성되어 상기 비히팅부(502)와 서로 다른 전기전도도를 가진다.
상기 히팅부(501)는, 베이스 수지(11a)와 전도성 소재(11b)가 혼합된 전도성 복합소재로 이루어진 매트릭스(11)의 내부에 한 쌍의 전선들(12)이 삽입되어 형되어, 전원 인가시 상기 전도성 소재가 전기적 네트워크를 형성하며 발열한다.
상기 전도성 복합소재는, 상기 전도성 소재(11b), 상기 베이스 수지(11a), 안정제(Stabilizer) 및 기타 점착제(Other additives)를 포함한다.
상기 전도성 소재(11b)는, 탄소 부재들과 금속 분말들을 포함한다.
상기 탄소 부재들은, 탄소 섬유, 탄소나노튜브, 그래핀 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 탄소부재들은, 상기 베이스 수지 내에 분산되어 있되 전기적 네트워크를 형성한다. 상기 전도성 복합소재에서 상기 탄소 부재들의 함량은, 상기 전기적 네트워크를 형성시키기 위하여 10w% 이상이되, 17w%이하이다. 본 실시예에서는, 상기 탄소부재들은 탄소나노튜브(CNT)와 상기 그래핀을 혼합하여 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 탄소나노튜브의 길이는 1 내지 100μm 이다. 상기 그래핀과 상기 탄소나노튜브의 혼합 비율은 1w%:20w%인 것이 바람직하다.
상기 금속 분말들은, 상기 탄소 부재들 사이에 개재되어 상기 탄소 부재들에 의한 전기적 네트워크를 증가시킴과 아울러 상기 전도성 복합소재의 열전도도를 증가시켜 상기 탄소 부재들에 의하여 발생되는 전기저항 열을 상기 히팅부의 표면으로 전달한다. 상기 금속 분말들이 개재되지 않을 경우, 상기 탄소 부재들에 의해 발생된 전기저항 열은 열전도도가 매우 낮은 비전도성 수지로 인해 상기 히팅부의 표면으로 전달되지 못하게 되어, 상기 전도성 복합소재의 열전도도는 상기 비전도성 수지의 열전도도와 유사한 수준까지 낮아지게 된다.
따라서, 상기 전도성 복합소재에서 상기 금속 파우더의 직경은 10nm 내지 100nm이고, 상기 금속 파우더의 함량은, 상기 탄소 부재들 사이의 전기적 네트워크를 증가시키기고 상기 전도성 복합소재의 열전도도를 증가시키기 위하여 12w% 이상이고, 상기 전도성 복합소재의 비중을 감소시키기 위하여 22w%이하이다. 본 실시예에서는, 상기 금속 분말들은 알루미늄 파우더를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 전도성 소재는 은나노 소재를 포함하는 것도 물론 가능하다.
상기 베이스 수지(11a)는, ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene), 실리콘, PE(Polyethylene), PET(Polyethylene terephthalate), PP(Polypropylene), PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함하는 비전도성 수지와, PPy(Polypyrrole)를 포함하는 전도성 수지를 포함한다.
본 실시예에서는, 상기 비전도성 수지는 PP(Polypropylene)를 사용하고, 상기 전도성 수지는 PPy(Polypyrrole)를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 베이스 수지에서 상기 PPy의 함량은 0 내지 10w%이하 범위에서 사용가능하며, 본 실시예에서는 상기 PP와 상기 PPy의 혼합 비율은은 5w%:95w%인 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 베이스 수지(11a)에 상기 PPy가 추가될 경우, 상기 전도성 복합소재의 전기적 특성이 향상될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 베이스 수지(11a)는 상기 비전도성 수지만으로 이루어진 것도 물론 가능하다.
상기 비히팅부(502)는, 상기 히팅부(501)보다 전기전도도가 낮은 소재로 형성된다. 상기 비히팅부(502)는 상기 비전도성 수지만으로 이루어진 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 비히팅부(502)는 상기 히팅부(501)의 베이스 수지의 소재와 동일한 소재로 이루어지는 것도 물론 가능하다. 상기 히팅부(501)의 비전도성 수지와 상기 비히팅부(502)의 비전도성 수지는 동일한 소재가 사용되어 일체로 성형시 계면 분리 등이 방지될 수 있다.
상기 전선들(12)의 구성은 상기 제1실시예와 동일하게 적용된다.
또한, 상기 면상 발열체(510)는 전원을 공급 또는 차단하고 온도를 제어하는 제어부(미도시)가 연결되거나 구비될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제5실시예에 따른 면상 발열체의 제조 방법을 설명하면, 다음과 같다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제5실시예에 따른 면상 발열체(510)는, 상기 히팅부(501)와 상기 비히팅부(502)를 이중 사출성형하여 제조하는 점이 상기 제1실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작용은 동일하게 적용된다.
본 실시예에서는, 상기 이중 사출 성형을 위한 상기 몰드(2)는, 하부 몰드(2a)와 상부 몰드(2b)를 포함하고, 상기 상부 몰드(2b)만 교체되는 것으로 예를 들어 설명한다. 즉, 상기 상부 몰드(2b)는 히팅부용 상부 몰드와 비히팅부용 상부 몰드를 포함한다. 따라서, 상기 하부 몰드(2a) 위에 상기 히팅부용 상부 몰드(미도시)를 배치시키고, 상기 전도성 복합소재를 투입하여 상기 히팅부(501)를 성형한다. 이후, 상기 하부 몰드(2a)위에 상기 비히팅부용 상부 몰드(미도시)로 교체하여, 상기 비전도성 수지를 투입하여 상기 비히팅부(502)를 성형할 수 있다.
먼저, 상기 탄소 부재, 상기 알루미늄 파우더, 상기 베이스 수지, 상기 안정제 및 상기 점착제는 미리 설정된 비율로 혼합한 전도성 복합소재를 상기 하부 몰드(2a)와 상기 히팅부용 상부 몰드(미도시)사이에 주입한다.
이 때, 상기 한 쌍의 전선들(12)을 미리 설정된 위치에 인서트하고, 상기 몰드(2)를 가열하여 상기 전도성 복합소재를 경화시킨다.
본 실시예에서는, 상기 몰드(20)에 상기 전도성 복합소재를 먼저 투입한 후 상기 전선들(12)을 삽입하는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 상기 전선들(12)을 먼저 배치시킨 후 상기 전도성 복합소재를 투입하는 것도 물론 가능하다. 또한, 상기 전도성 복합소재를 먼저 투입하는 경우, 상기 전선들(12)을 삽입한 후 상기 전도성 복합소재를 추가로 투입하는 것도 물론 가능하다.
따라서, 상기 전도성 복합소재로 형성된 상기 매트릭스(11)에 상기 전선들(12)이 인서트된 상기 히팅부(501)가 형성된다.
이후, 상기 비히팅부용 상부 몰드로 교체하여, 상기 하부 몰드(2a)와 상기 비히팅부용 상부 몰드사이에 상기 비전도성 수지를 주입하고, 경화시킨다.
따라서, 상기 비전도성 수지로 이루어지고 상기 히팅부(501)와 일체로 성형된 상기 비히팅부(502)가 형성된다.
상기 경화가 완료되면, 상기 몰드(2)로부터 상기 면상 발열체(510)를 분리한다.
따라서, 이중 사출 성형 공정을 통해 상기 히팅부(501)와 상기 비히팅부(502)로 영역이 구획된 상기 면상 발열체(510)를 제조함으로써, 다양한 형상으로 제조가 가능하면서도 제조 공정이 간단하기 때문에, 제조 시간 및 제조 비용이 절감될 수 있다.
상기 면상 발열체(510)는 일부분만이 상기 히팅부(501)로 이루어지도록 성형되기 때문에, 다양한 형상으로 제조가 가능하여 보다 다양한 제품에 적용 가능하다.
또한, 상기 히팅부(501)에 포함된 비전도성 수지와 상기 비히팅부(502)에 포함된 비전도성 수지를 동일한 소재를 사용함으로써, 상기 히팅부(501)와 상기 비히팅부(502)의 경계면이 분리되지 않고 보다 견고하게 결합되어 성형될 수 있다.
또한, 상기 히팅부(501)에 포함된 전도성 소재인 탄소나노튜브가 상기 히팅부(501)와 상기 비히팅부(502)의 경계면을 연결하는 가교 역할을 할 수 있으므로, 보다 견고하게 결합될 수 있다.
다만, 이에 한정되지 않고, 하나의 몰드에 상기 히팅부(501)의 매트릭스를 이루는 제1소재와 상기 비히팅부(502)를 이루는 제2소재를 각각 투입하여 이중 사출 성형하는 것도 가능하며, 상기 이중 사출 성형을 위한 몰드는 다양하게 적용 가능하다.
한편, 도 7은 본 발명의 제6실시예에 따른 면상 발열체를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제6실시예에 따른 면상 발열체(610)는, 히팅부(601)와 비히팅부(602)로 구획되도록 형성되되, 상기 비히팅부(602)는 상기 히팅부(601)의 좌,우 양측면 중 적어도 일면에 연장되게 형성된 것이 상기 제5실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작용은 유사하므로 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.
상기 히팅부(601)는, 상기 비히팅부(602)와 일체로 형성되되, 상기 비히팅부(602)와 서로 다른 소재로 형성되어 상기 비히팅부(602)와 서로 다른 전기전도도를 가진다.
상기 히팅부(601)는, 베이스 수지(11a)와 전도성 소재(11b)가 혼합된 전도성 복합소재로 이루어진 매트릭스(11)의 내부에 한 쌍의 전선들(12)이 삽입되어 형되어, 전원 인가시 상기 전도성 소재가 전기적 네트워크를 형성하며 발열한다.
상기 비히팅부(602)는, 상기 히팅부(601)보다 전기전도도가 낮은 소재로 형성된다. 상기 비히팅부(602)는 상기 비전도성 수지만으로 이루어진 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 비히팅부(602)는 상기 히팅부(601)의 베이스 수지의 소재와 동일한 소재로 이루어지는 것도 물론 가능하다. 상기 히팅부(501)의 비전도성 수지와 상기 비히팅부(502)의 비전도성 수지는 동일한 소재가 사용되어 일체로 성형시 계면 분리 등이 방지될 수 있다.
상기 히팅부(601), 상기 비히팅부(602) 및 상기 전선(12)의 구성은 상기 제5실시예와 동일하게 적용된다. 또한, 상기 면상 발열체의 제조 방법도 상기 제5실시예와 동일하게 적용된다.
도 8은 본 발명의 제7실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 의류관리기의 예를 나타낸 도면이다. 도 9는 도 8에 도시된 다리미 보드를 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 제7실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 의류 관리기(700)는, 본체(701), 도어(702) 및 상기 도어(702)에 구비되어 의류를 가압하여 구김을 제거하거나 바지의 칼주름을 형성하기 위한 다리미 보드(705)를 포함하고, 상기 다리미 보드(705)는, 히팅부(710)와 비히팅부(720)로 구획되어 성형된 면상 발열체인 것이 상기 제5실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.
상기 본체(701)는 의류를 넣을 수 있는 공간을 형성하고, 전면이 개방되게 형성된다.
상기 도어(702)는, 상기 본체(701)의 전면을 개폐가능하도록 형성된다.
상기 도어(702)의 내측면에는 집게부(703), 지지판(704), 가압판(706) 및 상기 다리미 보드(705)가 구비된다.
상기 집게부(703)는, 상기 도어(702)의 내측면 상부에 구비되어, 바지의 단부를 잡을 수 있도록 형성된 홀더이다.
상기 지지판(704)은, 상기 도어(702)의 내측면에 고정 설치되어, 상기 집게부(703)에 걸린 바지에 대향되게 배치된 패널이다. 상기 지지판(704)은 상기 다리미 보드(705)와 상기 가압판(706)이 상기 바지를 가압할 때 지지해주는 역할을 한다.
상기 가압판(706)은, 상기 지지판(704)에 회동가능하게 결합되어 상기 다리미 보드(705)를 상기 지지판(704)을 향한 방향으로 가압하기 위한 패널이다.
상기 다리미 보드(705)는, 상기 가압판(706)과 상기 지지판(704) 사이에 배치되며, 상기 지지판(703)으로부터 회동가능하도록 결합된다.
상기 다리미 보드(705)는, 적어도 일부분이 상기 면상 발열체로 형성될 수 있으며, 본 실시예에서는 상기 다리미 보드(705)가 면상 발열체인 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 다리미 보드(705)는, 히팅부(710)와 비히팅부(720)로 구획되도록 서로 다른 소재로 이중 사출 성형된다. 본 실시예에서는, 상기 다리미 보드(705)의 좌,우 양측에 2개의 상기 히팅부(710)가 구비되는 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 히팅부(710)와 상기 비히팅부(720)의 구성 및 작용은 상기 제5실시예와 동일하게 적용된다. 또한, 상기 면상 발열체의 제조 방법 및 작동 방법은 상기 제5실시예와 동일하게 적용된다.
도 10은 본 발명의 제8실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 냉온정수기의 예를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제8실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 냉온 정수기(800)는, 본체(801)와, 상기 본체(801)의 내부에 구비되고 온수가 수용된 온수 탱크(802)를 포함하고, 상기 면상 발열체(810)는 상기 온수 탱크(802)의 적어도 일면에 접촉되게 구비된 것이 상기 제5실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.
상기 면상 발열체(810)는, 상기 온수 탱크(802)의 외둘레면을 감싸도록 구비된 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 면상 발열체(810)는, 상기 온수 탱크(802)의 바닥면 등 상기 온수 탱크(802)에 열전달을 할 수 있는 면이라면 어느 면에나 적용 가능하다.
상기 면상 발열체(810)는, 히팅부(811)와 비히팅부(812)로 구획되어 성형된다. 즉, 상기 면상 발열체(810)는, 상기 히팅부(811)를 제외한 나머지 부분은 모두 비히팅부(812)에 해당한다.
상기 히팅부(811)와 상기 비히팅부(812)의 구성 및 작용은 상기 제5실시예와 동일하게 적용된다. 또한, 상기 면상 발열체(810)의 제조 방법 및 작동 방법은 상기 제5실시예와 동일하게 적용된다.
한편, 도 11은 본 발명의 제9실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 건물의 바닥난방 패널의 예를 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제9실시예에 따른 면상 발열체(910)를 이용한 건물의 바닥난방 패널(900)은, 건물의 바닥면에 설치되어 바닥 난방을 위한 패널이며, 상기 면상 발열체(910)는 상기 바닥난방 패널(900)에 구비된 것이 상기 제1실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.
상기 면상 발열체(910)는, 상기 바닥난방 패널(900)의 내부 또는 상면에 구비될 수 있다.
상기 면상 발열체(910)는, 히팅부(911)와 비히팅부(912)로 구획되어 성형된다. 즉, 상기 면상 발열체(910)는, 상기 히팅부(911)를 제외한 나머지 부분은 모두 비히팅부(912)에 해당한다.
상기 히팅부(911)와 상기 비히팅부(912)의 구성 및 작용은 상기 제5실시예와 동일하게 적용된다. 또한, 상기 면상 발열체(910)의 제조 방법 및 작동 방법은 상기 제5실시예와 동일하게 적용된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810, 910: 면상 발열체
11,211,311,411: 매트릭스 12,212,312,412: 전선
20: 몰드 200, 800: 냉온정수기
300, 900: 바닥난방 패널 400, 700: 의류 관리기
11,211,311,411: 매트릭스 12,212,312,412: 전선
20: 몰드 200, 800: 냉온정수기
300, 900: 바닥난방 패널 400, 700: 의류 관리기
Claims (13)
- 베이스 수지와 전도성 소재를 혼합한 전도성 복합소재를 성형하여 형성된 매트릭스의 내부에 서로 소정간격 이격되게 한 쌍의 전선들이 삽입되어, 상기 전선들이 전위차를 가지도록 전원 인가시 상기 매트릭스의 내부에서 발생된 전기 저항에 의해 발열하는 히팅부를 포함하고,
상기 전도성 소재는,
상기 베이스 수지 내에 분산되어 있되 전기적 네트워크를 형성하는 탄소 부재들과,
상기 탄소 부재들 사이에 개재되어 상기 탄소 부재들에 의한 전기적 네트워크를 증가시킴과 아울러 상기 전도성 복합소재의 열전도도를 증가시켜 상기 탄소 부재들에 의하여 발생되는 전기저항 열을 상기 히팅부의 표면으로 전달하는 금속 분말들을 포함하고,
상기 전도성 복합소재에서 상기 베이스 수지의 함량은 60 내지 72w% 이고,
상기 전도성 복합소재에서 상기 탄소 부재들의 함량은, 상기 전기적 네트워크를 형성시키기 위하여 10w% 이상이되, 17w% 이하이고,
상기 전도성 복합소재에서 상기 금속 분말들의 직경은 10nm 내지 100nm이고, 상기 금속 분말들의 함량은, 상기 탄소 부재들 사이의 전기적 네트워크를 증가시키기고 상기 전도성 복합소재의 열전도도를 증가시키기 위하여 12w% 이상이고, 상기 전도성 복합소재의 비중을 감소시키기 위하여 22w% 이하이고,
상기 전도성 복합소재의 비중(ASTM D792에 따른 시험결과)은 0.8 내지 1.3 이고, 비저항은 2 내지 10Ωmm2/m이고, 열전도도(Thermal conductivity)는 156 내지 235kcal/mh℃인 면상 발열체. - 청구항 1에 있어서,
상기 전도성 복합소재의 인장강도(ASTM D638에 따른 시험결과)는 180 내지 200kgf/cm2인 면상 발열체. - 청구항 1에 있어서,
상기 탄소 부재들은, 탄소나노튜브와 그래핀을 포함하고,
상기 그래핀과 상기 탄소나노튜브의 혼합 비율은 1w%:10w%인 면상 발열체. - 청구항 1에 있어서,
상기 탄소 부재들은, 탄소 섬유와 탄소나노튜브 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 탄소 부재들의 길이는 1 내지 100μm 인 면상 발열체. - 청구항 1에 있어서,
상기 금속 분말들은, 알루미늄 파우더를 포함하는 면상 발열체. - 청구항 1에 있어서,
상기 베이스 수지는, ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene), 실리콘, PE(Polyethylene), PET(Polyethylene terephthalate), PP(Polypropylene), PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함하는 비전도성 수지와, PPy(Polypyrrole)를 포함하는 전도성 수지를 포함하고,
상기 베이스 수지에서 상기 전도성 수지의 함량은 0 보다 크고 10w%이하인 면상 발열체. - 청구항 1에 있어서,
상기 전도성 복합소재는 안정제와 점착제를 더 포함하고,
상기 안정제의 함량은 0.1~0.6w%이고,
상기 점착제의 함량은 0.4~2.1w%인 면상 발열체. - 청구항 1에 있어서,
상기 전선은, 알루미늄선, 구리합금선, 구리선, 전도성 복합소재 와이어 중 적어도 하나를 포함하는 면상 발열체. - 청구항 1에 있어서,
상기 히팅부와 구획되어 일체로 형성되고, 상기 전도성 복합소재보다 전기전도도가 낮은 소재로 형성된 비히팅부를 더 포함하는 면상 발열체. - 청구항 9에 있어서,
상기 전선들은, 상기 매트릭스에 인서트 사출 성형되고,
상기 히팅부와 상기 비히팅부는 이중 사출 성형되는 면상 발열체. - 의류를 가압하여 구김을 제거하거나 바지의 칼주름을 형성하기 위한 다리미 보드를 포함하고,
상기 다리미 보드는,
베이스 수지와 전도성 소재를 혼합한 전도성 복합소재를 성형하여 형성된 매트릭스의 내부에 서로 소정간격 이격되게 한 쌍의 전선들이 삽입되어, 상기 전선들이 전위차를 가지도록 전원 인가시 상기 매트릭스의 내부에서 발생된 전기 저항에 의해 발열하는 히팅부를 포함하는 면상 발열체이고,
상기 전도성 소재는,
상기 베이스 수지 내에 분산되어 있되 전기적 네트워크를 형성하는 탄소 부재들과,
상기 탄소 부재들 사이에 개재되어 상기 탄소 부재들에 의한 전기적 네트워크를 증가시킴과 아울러 상기 전도성 복합소재의 열전도도를 증가시켜 상기 탄소 부재들에 의하여 발생되는 전기저항 열을 상기 히팅부의 표면으로 전달하는 금속 분말들을 포함하고,
상기 전도성 복합소재에서 상기 베이스 수지의 함량은 60 내지 72w% 이고,
상기 전도성 복합소재에서 상기 탄소 부재들의 함량은, 상기 전기적 네트워크를 형성시키기 위하여 10w% 이상이되, 17w% 이하이고,
상기 전도성 복합소재에서 상기 금속 분말들의 직경은 10nm 내지 100nm이고, 상기 금속 분말들의 함량은, 상기 탄소 부재들 사이의 전기적 네트워크를 증가시키기고 상기 전도성 복합소재의 열전도도를 증가시키기 위하여 12w% 이상이고, 상기 전도성 복합소재의 비중을 감소시키기 위하여 22w% 이하이고,
상기 전도성 복합소재의 비중(ASTM D792에 따른 시험결과)은 0.8 내지 1.3 이고, 비저항은 2 내지 10Ωmm2/m이고, 열전도도(Thermal conductivity)는 156 내지 235kcal/mh℃인 의류 관리기. - 온수가 수용된 온수 탱크의 적어도 일면에 접촉되게 구비된 면상 발열체를 포함하고,
상기 면상 발열체는,
베이스 수지와 전도성 소재를 혼합한 전도성 복합소재를 성형하여 형성된 매트릭스의 내부에 서로 소정간격 이격되게 한 쌍의 전선들이 삽입되어, 상기 전선들이 전위차를 가지도록 전원 인가시 상기 매트릭스의 내부에서 발생된 전기 저항에 의해 발열하는 히팅부를 포함하고,
상기 전도성 소재는,
상기 베이스 수지 내에 분산되어 있되 전기적 네트워크를 형성하는 탄소 부재들과,
상기 탄소 부재들 사이에 개재되어 상기 탄소 부재들에 의한 전기적 네트워크를 증가시킴과 아울러 상기 전도성 복합소재의 열전도도를 증가시켜 상기 탄소 부재들에 의하여 발생되는 전기저항 열을 상기 히팅부의 표면으로 전달하는 금속 분말들을 포함하고,
상기 전도성 복합소재에서 상기 베이스 수지의 함량은 60 내지 72w% 이고,
상기 전도성 복합소재에서 상기 탄소 부재들의 함량은, 상기 전기적 네트워크를 형성시키기 위하여 10w% 이상이되, 17w% 이하이고,
상기 전도성 복합소재에서 상기 금속 분말들의 직경은 10nm 내지 100nm이고, 상기 금속 분말들의 함량은, 상기 탄소 부재들 사이의 전기적 네트워크를 증가시키기고 상기 전도성 복합소재의 열전도도를 증가시키기 위하여 12w% 이상이고, 상기 전도성 복합소재의 비중을 감소시키기 위하여 22w% 이하이고,
상기 전도성 복합소재의 비중(ASTM D792에 따른 시험결과)은 0.8 내지 1.3 이고, 비저항은 2 내지 10Ωmm2/m이고, 열전도도(Thermal conductivity)는 156 내지 235kcal/mh℃인 면상 발열체를 포함하는 냉온 정수기. - 건물의 바닥난방 패널에 구비된 면상 발열체를 포함하고,
상기 면상 발열체는,
베이스 수지와 전도성 소재를 혼합한 전도성 복합소재를 프레스 성형하여 형성된 매트릭스의 내부에 서로 소정간격 이격되게 한 쌍의 전선들이 삽입되어, 상기 전선들이 전위차를 가지도록 전원 인가시 상기 매트릭스의 내부에서 발생된 전기 저항에 의해 발열하는 히팅부를 포함하고,
상기 전도성 소재는,
상기 베이스 수지 내에 분산되어 있되 전기적 네트워크를 형성하는 탄소 부재들과,
상기 탄소 부재들 사이에 개재되어 상기 탄소 부재들에 의한 전기적 네트워크를 증가시킴과 아울러 상기 전도성 복합소재의 열전도도를 증가시켜 상기 탄소 부재들에 의하여 발생되는 전기저항 열을 상기 히팅부의 표면으로 전달하는 금속 분말들을 포함하고,
상기 전도성 복합소재에서 상기 베이스 수지의 함량은 60 내지 72w% 이고,
상기 전도성 복합소재에서 상기 탄소 부재들의 함량은, 상기 전기적 네트워크를 형성시키기 위하여 10w% 이상이되, 17w% 이하이고,
상기 전도성 복합소재에서 상기 금속 분말들의 직경은 10nm 내지 100nm이고, 상기 금속 분말들의 함량은, 상기 탄소 부재들 사이의 전기적 네트워크를 증가시키기고 상기 전도성 복합소재의 열전도도를 증가시키기 위하여 12w% 이상이고, 상기 전도성 복합소재의 비중을 감소시키기 위하여 22w% 이하이고,
상기 전도성 복합소재의 비중(ASTM D792에 따른 시험결과)은 0.8 내지 1.3 이고, 비저항은 2 내지 10Ωmm2/m이고, 열전도도(Thermal conductivity)는 156 내지 235kcal/mh℃인 건물의 바닥난방 패널.
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