KR102643943B1 - Serial-parallel plate heater - Google Patents
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Abstract
본 발명은 직렬과 병렬이 조합된 직병렬 면상 발열 히터에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 신속하고 충분한 발열을 구현할 수 있는 동시에 전체 발열면에서 발열하지 않는 영역인 데드존(dead zone)이 최소화되고 온도 균일도가 우수한, 직병렬 면상 발열 히터에 관한 것이다.The present invention relates to a series-parallel planar heating heater that combines series and parallel. Specifically, the present invention relates to a series-parallel planar heating heater that can quickly and sufficiently generate heat, while minimizing dead zones (areas that do not generate heat on the entire heating surface) and providing excellent temperature uniformity.
Description
본 발명은 직렬과 병렬이 조합된 직병렬 면상 발열 히터에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 신속하고 충분한 발열을 구현할 수 있는 동시에 전체 발열면에서 발열하지 않는 영역인 데드존(dead zone)이 최소화되고 온도 균일도가 우수한, 직병렬 면상 발열 히터에 관한 것이다.The present invention relates to a series-parallel planar heating heater that combines series and parallel. Specifically, the present invention relates to a series-parallel planar heating heater that can quickly and sufficiently generate heat, while minimizing dead zones (areas that do not generate heat on the entire heating surface) and providing excellent temperature uniformity.
면상 발열 히터는 면상의 지지 플레이트에 전극, 발열체 등이 인쇄된 컴팩트한 형태의 히터로 소형화 및 경량화가 요구되는 전기 전자 제품, 예를 들어, 프린터, 복사기, 난방기, 오븐, 조리기 등의 다양한 용도에 적용될 수 있다.A planar heating heater is a compact heater with electrodes and heating elements printed on a planar support plate, and is used in various applications such as electrical and electronic products that require miniaturization and weight reduction, such as printers, copiers, heaters, ovens, and cookers. It can be applied.
도 1은 종래 면상 발열 히터의 하나의 예시를 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 도 1에서 A-A' 단면을 개략적으로 도시한 것이다.Figure 1 schematically shows an example of a conventional planar heating heater, and Figure 2 schematically shows a cross section taken along line A-A' in Figure 1.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 종래 면상 발열 히터는 절연 기판(10)의 일면에 서로 다른 극성을 갖고 서로 전기적으로 분리된 한 쌍의 전극 패턴(21,22)을 포함하는 전극(20), 양 말단이 상기 한 쌍의 전극 패턴(21,22) 각각에 전기적으로 연결된 복수개의 발열체(30)가 서로 병렬로 연결되어 있다.As shown in Figures 1 and 2, the conventional planar heating heater has an electrode 20 including a pair of electrode patterns 21 and 22 with different polarities and electrically separated from each other on one side of the
이러한 종래 면상 발열 히터는 복수개의 발열체(30)가 서로 병렬로 연결되기 때문에 각각의 발열체(30) 양 말단 각각에 서로 다른 극성의 전극 패턴(21,22)이 각각 연결되어야 하고, 이로써 발열체(30)의 갯수가 증가함에 따라 전극 패턴(21,22)의 설계가 복잡할 수밖에 없으며, 이에 따라 면상 발열 히터에서 발열체가 배치되지 않아 발열하지 않는 영역인 데드존(dead zone)이 증가하게 되고, 결과적으로 발열 효과가 저하되는 문제가 있다.Since this conventional planar heating heater has a plurality of heating elements 30 connected to each other in parallel, electrode patterns 21 and 22 of different polarities must be connected to both ends of each heating element 30, respectively, so that the heating elements 30 ) As the number of electrode patterns (21, 22) increases, the design of the electrode patterns (21, 22) inevitably becomes complicated, and as a result, the dead zone, which is an area that does not generate heat because the heating element is not placed in the planar heating heater, increases, resulting in an increase in the number of electrode patterns (21, 22). There is a problem that the heating effect is reduced.
또한, 발열체(30)와 절연 기판(10)은 서로 접촉함으로써 이들 사이에 전도에 의한 열전달이 일어나고, 상기 발열체(30)는 전기가 흐를 수 있는 도체로 상대적으로 열전도도가 높은 소재로 이루어져 있는 반면 상기 절연 기판(10)은 전기가 흐르지 않는 부도체로 열전도도가 상대적으로 낮은 소재로 이루어져 있어, 이러한 상기 발열체(30)와 상기 절연 기판(10)의 열전도도 차이에 의해 면상 발열 히터의 발열면 전체에서 온도 불균일이 발생하고, 발열이 되지 않는 발열면으로서의 열확산이 필요하며, 이것은 어느 정도의 에너지 손실을 동반할 수 있다.In addition, heat transfer by conduction occurs between the heating element 30 and the
따라서, 신속하고 충분한 발열을 구현할 수 있는 동시에 전체 발열면에서 발열하지 않는 영역인 데드존(dead zone)이 최소화되고 온도 균일도가 우수한 면상 발열 히터가 절실히 요구되고 있는 실정이다.Therefore, there is an urgent need for a planar heating heater that can quickly and sufficiently generate heat, while minimizing dead zones, which are areas that do not generate heat, on the entire heating surface and providing excellent temperature uniformity.
본 발명은 신속하고 충분한 발열을 구현할 수 있는 직병렬 면상 발열 히터를 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide a series-parallel planar heating heater that can quickly and sufficiently generate heat.
또한, 본 발명은 발열면에서 발열하지 않는 영역인 데드존(dead zone)이 최소화되고 온도 균일도가 우수한 직병렬 면상 발열 히터를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the purpose of the present invention is to provide a series-parallel planar heating heater that minimizes dead zones, which are areas that do not generate heat on the heating surface, and has excellent temperature uniformity.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,In order to solve the above problems, the present invention,
베이스층, 전극층, 절연층 및 발열층이 순차적으로 적층되고, 상기 발열층은 복수 개의 발열선을 포함하며, 상기 전극층은 서로 다른 극성을 갖는 한 쌍의 전극 및 복수 개의 발열선을 연결하는 복수 개의 연결 전극을 포함하고, 상기 절연층은 상기 절연층의 상부에 적층된 발열층의 발열선과 상기 절연층의 하부에 적층된 전극층의 한 쌍의 전극 또는 연결 전극을 연결하기 위한 복수 개의 타공홀을 포함하며, 상기 복수 개의 발열선은 상기 타공홀을 통해 상기 연결 전극을 매개로 서로 직렬 연결되는 복수 개의 발열선을 포함하는 복수 개의 발열선 세트를 포함하고, 상기 하나의 발열선 세트의 직렬 연결에서 양 말단에 배치된 발열선 각각은 상기 타공홀을 통해 상기 한 쌍의 전극 각각에 연결되며, 각각의 발열선 세트는 서로 병렬 연결되는, 직병렬 면상 발열 히터를 제공한다.A base layer, an electrode layer, an insulating layer, and a heating layer are sequentially stacked, the heating layer includes a plurality of heating lines, and the electrode layer includes a pair of electrodes with different polarities and a plurality of connection electrodes connecting the plurality of heating lines. Includes, wherein the insulating layer includes a plurality of perforated holes for connecting the heating line of the heating layer laminated on the upper part of the insulating layer and a pair of electrodes or connection electrodes of the electrode layer laminated on the lower part of the insulating layer, The plurality of heating wires includes a plurality of heating wire sets including a plurality of heating wires connected in series through the connection electrode through the perforated hole, and each heating wire is disposed at both ends of the serial connection of the one heating wire set. is connected to each of the pair of electrodes through the perforated hole, and each set of heating wires is connected in parallel to each other, providing a series-parallel planar heating heater.
여기서, 상기 전극층은 상기 베이스층 위에 적층된 금속 플레이트에서 에칭에 의해 형성된 간극 패턴으로 상기 한 쌍의 전극 및 연결 전극이 발열면 대부분에 형성되는 것을 특징으로 하는, 직병렬 면상 발열 히터를 제공한다.Here, the electrode layer is a gap pattern formed by etching in a metal plate laminated on the base layer, and the pair of electrodes and the connection electrode are formed on most of the heating surface, providing a series-parallel planar heating heater.
또한, 상기 직병렬 면상 발열 히터는 체결구가 관통하는 체결구 관통홀이 형성되고, 상기 연결 전극은 상기 직병렬 면상 발열 히터의 말단에 형성된 말단 연결 전극 및 상기 직병렬 면상 발열 히터의 내부에 형성된 내부 연결 전극을 포함하며, 상기 체결구 관통홀에 의해 일렬로 분리되어 좌우로 배치된 발열선들은 상기 체결구 관통홀 좌우측에 형성된 절연층의 타공홀을 통해 내부 연결 전극을 매개로 서로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는, 직병렬 면상 발열 히터를 제공한다.In addition, the series-parallel planar heating heater is formed with a fastener through-hole through which the fastener passes, and the connection electrode is an end connection electrode formed at an end of the series-parallel planar heating heater and an inside of the series-parallel planar heating heater. Heating wires, which include an internal connection electrode and are separated in a row by the fastener through-hole and arranged on the left and right, are connected in series to each other via the internal connection electrode through perforated holes in the insulating layer formed on the left and right sides of the fastener through-hole. A series-parallel planar heating heater is provided, characterized in that:
그리고, 상기 발열층 위에 커버층이 추가로 적층되는 것을 특징으로 하는, 직병렬 면상 발열 히터를 제공한다.In addition, a series-parallel planar heating heater is provided, characterized in that a cover layer is additionally laminated on the heating layer.
여기서, 상기 전극층 위에 적층되는 상기 절연층 및 상기 커버층에는 상기 전극층에 포함되는 한 쌍의 전극 각각에 전원을 인가하기 위한 전원선 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는, 직병렬 면상 발열 히터를 제공한다.Here, a series-parallel planar heating heater is provided, characterized in that the insulating layer and the cover layer laminated on the electrode layer have power line through-holes for applying power to each of the pair of electrodes included in the electrode layer. do.
또한, 상기 발열선은 혼합 바인더와 전도성 입자를 포함하는 발열 조성물로부터 형성되고, 상기 전도성 입자는 금속 입자와 탄소 입자 중 적어도 하나 이상의 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 직병렬 면상 발열 히터를 제공한다.In addition, the heating line is formed from a heating composition containing a mixed binder and conductive particles, and the conductive particles include at least one of metal particles and carbon particles. It provides a series-parallel planar heating heater.
나아가, 상기 발열선의 두께는 1 내지 20 ㎛인 것을 특징으로 하는, 직병렬 면상 발열 히터를 제공한다.Furthermore, it provides a series-parallel planar heating heater, characterized in that the thickness of the heating line is 1 to 20 ㎛.
한편, 상기 한 쌍의 전극 및 연결 전극은 전기전도도가 1.72×10-6 Ω·cm 이상, 내열성은 260℃ 이상, 열전도율이 12 W/m·K 이상인 금속으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는, 직병렬 면상 발열 히터를 제공한다.On the other hand, the pair of electrodes and the connecting electrode are series and parallel, characterized in that they are made of metal with an electrical conductivity of 1.72 Provides a surface heating heater.
또한, 상기 절연층은 폴리이미드(PI), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 액정고분자(LCP), 폴리에틸렌설파이드(PES), 폴리에틸렌이미드(PEI), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리아미드이미드(PAI) 및 폴리설폰(PSU)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 고분자 수지를 포함하는 절연 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는, 직병렬 면상 발열 히터를 제공한다.In addition, the insulating layer is polyimide (PI), polyphenylene sulfide (PPS), liquid crystal polymer (LCP), polyethylene sulfide (PES), polyethylene imide (PEI), polyether ether ketone (PEEK), and polyamideimide. A series-parallel planar heating heater is provided, characterized in that it includes an insulating film containing at least one polymer resin selected from the group consisting of (PAI) and polysulfone (PSU).
본 발명에 따른 직병렬 면상 발열 히터는 직렬 연결된 복수 개의 발열선의 길이 확보에 의한 저항 조절을 통해 신속하고 충분한 발열을 구현하는 우수한 효과를 나타낸다.The series-parallel planar heating heater according to the present invention exhibits an excellent effect of realizing rapid and sufficient heat generation through resistance control by securing the length of a plurality of heating wires connected in series.
또한, 본 발명에 따른 직병렬 면상 발열 히터는 직렬로 연결된 발열선들의 세트 복수 개가 다시 병렬로 연결되는 구조를 통해 발열하지 않는 영역인 데드존(dead zone)이 최소화되는 동시에 열전도성이 우수한 금속으로 이루어져 자체적으로 어느 정도의 발열 기능을 수행하는 전극이 면상 발열 히터의 대부분의 면적에 배치됨으로써 전체 발열면에서의 온도 균일도가 우수한 효과를 나타낸다.In addition, the series-parallel planar heater according to the present invention has a structure in which a plurality of sets of series-connected heating wires are connected in parallel, thereby minimizing the dead zone, which is an area that does not generate heat, and is made of a metal with excellent thermal conductivity. Electrodes that perform a certain degree of heating function on their own are placed in most areas of the planar heating heater, resulting in excellent temperature uniformity over the entire heating surface.
도 1은 종래 면상 발열 히터의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1에서 A-A' 단면구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 직병렬 면상 발열 히터를 구성하는 층들의 모습을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 도 3에서 전극층의 모습을 확대 도시한 것이다.
도 5는 도 3에서 절연층의 모습을 확대 도시한 것이다.
도 6은 도 3에서 발열층의 모습을 확대 도시한 것이다.
도 7은 도 4 내지 5에서 A-A' 단면구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 직병렬 면상 발열 히터의 발열 테스트 결과로서 열화상 카메라로 촬영한 사진 및 시간에 따른 승온 그래프이다.Figure 1 schematically shows the structure of a conventional planar heating heater.
Figure 2 schematically shows the cross-sectional structure AA' in Figure 1.
Figure 3 schematically shows the layers constituting the series-parallel planar heating heater according to the present invention.
Figure 4 is an enlarged view of the electrode layer in Figure 3.
Figure 5 is an enlarged view of the insulating layer in Figure 3.
Figure 6 is an enlarged view of the heating layer in Figure 3.
Figure 7 schematically shows the cross-sectional structure of AA' in Figures 4 and 5.
Figure 8 is a photo taken with a thermal imaging camera as a result of a heat test of a series-parallel planar heating heater according to the present invention and a temperature increase graph over time.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosure will be thorough and complete, and so that the spirit of the invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
도 3은 본 발명에 따른 직병렬 면상 발열 히터를 구성하는 층들의 모습을 개략적으로 도시한 것이다.Figure 3 schematically shows the layers constituting the series-parallel planar heating heater according to the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 직병렬 면상 발열 히터는 베이스층(100), 전극층(200), 절연층(300), 발열층(400), 커버층(500) 등이 순차적으로 적층됨으로써 형성될 수 있다.As shown in Figure 3, the series-parallel planar heating heater according to the present invention sequentially includes a base layer 100, an
여기서, 상기 베이스 층(100)은 상기 전극층(200)을 지지하면서 상기 전극층(200)을 형성하는 서로 다른 극성을 갖는 한 쌍의 전극(210,220)이 단락되지 않도록 하는 기능을 수행하고, 상기 커버층(500)은 상기 발열층(400)을 외부의 충격이나 압력으로부터 보호하는 동시에 상기 발열층(400)을 형성하는 발열선(410) 중 병렬로 연결된 발열선(410)들이 서로 직렬로 연결되지 않도록 하는 기능을 수행하므로, 이들은 기본적으로 서로 다른 극성을 갖는 한 쌍의 전극(210,220)이나 병렬로 연결된 발열선(410)들이 서로 전기적으로 연결되는 것을 방지하는 기능을 수행한다.Here, the base layer 100 supports the
따라서, 상기 베이스 층(100) 및 커버층(500)은 기본적으로 전기 절연 특성을 갖는 소재로 이루어질 수 있고, 예를 들어 본 발명에 따른 직병렬 면상 발열 히터가 사용되는 응용분야나 사용온도에 따라 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethyelene terepthalate; PET), 폴리이미드(polyimide; PI), 폴리아크릴로니트릴(poly acrylonitrile; PAN), 폴리우레탄(polyurethane; PU), 실리콘, 폴리카보네이트(polycarbonate; PC), 테프론(tefron), 액정고분자(liquid crystal polymer; LCP), 폴리에테르에테르케톤(poly ether ether ketone; PEEK), 폴리에테르술폰(polyethersulphone; PES), 폴리아크릴레이트(polyacrylate: PAR), 폴리에테르이미드(polyetherimide; PEI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethyelenen napthalate; PEN), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 셀룰로오스 트리아세테이트(cellulose triacetate; CTA), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinonate; CAP) 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 플라스틱 소재로 이루어질 수 있다.Therefore, the base layer 100 and the cover layer 500 may be basically made of a material having electrical insulation properties, for example, depending on the application field or use temperature in which the series-parallel planar heating heater according to the present invention is used. Polyethylene terephthalate (PET), polyimide (PI), polyacrylonitrile (PAN), polyurethane (PU), silicone, polycarbonate (PC), tefron ), liquid crystal polymer (LCP), poly ether ether ketone (PEEK), polyethersulphone (PES), polyacrylate (PAR), polyetherimide (PEI) ), polyethyelenen napthalate (PEN), polyphenylene sulfide (PPS), polyallylate, cellulose triacetate (CTA), cellulose acetate propinonate; It may be made of one or more types of plastic materials selected from the group consisting of CAP) and the like.
상기 전극층(200)은 상기 베이스 층(100) 위에 적층된 금속 플레이트를 포토리소그래피에 의한 에층 등에 의해 폭이 약 0.05 내지 10 mm로 형성될 수 있는 간극 패턴으로 서로 이격된 한 쌍의 양전극(210) 및 음전극(220)을 포함할 수 있다. 상기 양전극(210) 및 음전극(220)은 각각 상기 커버층(500)의 전원선 관통홀(520) 및 상기 절연층(300)이 전원선 관통홀(330)을 통해 외부의 전원선이 연결됨으로써 전원을 공급받을 수 있다.The
여기서, 상기 전극을 형성하는 금속 플레이트는 알루미늄, 스틸, 구리 등의 금속으로 이루어질 수 있고, 상기 금속은 비중이 2.7 g/cm3 이상, 예를 들어, 2.7 내지 8.9 g/cm3, 전기전도도가 1.72×10-6 Ω·cm 이상, 예를 들어, 1.72×10-6 내지 2.72×10-6 Ω·cm, 내열성은 260℃ 이상, 예를 들어, 260 내지 500℃, 열전도율이 12 W/m·K 이상, 예를 들어, 12 내지 400 W/m·K 일 수 있다.Here, the metal plate forming the electrode may be made of a metal such as aluminum, steel, or copper, and the metal has a specific gravity of 2.7 g/cm 3 or more, for example, 2.7 to 8.9 g/cm 3 , and electrical conductivity. 1.72×10 -6 Ω·cm or more, for example, 1.72×10 -6 to 2.72×10 -6 Ω·cm, heat resistance is 260℃ or more, for example, 260 to 500℃, thermal conductivity is 12 W/m ·K or more, for example, 12 to 400 W/m·K.
또한, 상기 전극층(200)은 분리된 발열선(410)을 직렬로 연결하기 위한 연결 전극(230)을 추가로 포함할 수 있다. 상기 연결 전극(230)은 발열면 양 말단에서 분리되어 상하로 배치된 발열선들을 직렬 연결하는 말단 연결 전극(231) 및 발열면 내부에서 본 발명에 따른 면상 발열 히터가 장착되는 장치와의 체결을 위해 볼트 등의 체결구가 관통하는 체결구 관통홀(240)에 일렬로 분리되어 좌우로 배치된 발열선들을 직렬 연결하는 내부 연결 전극(232)을 포함할 수 있다.Additionally, the
상기 절연층(300)은 상기 전극층(200)에 형성된 전극과 후술하는 발열층(400)의 발열선(410)을 부분적으로 절연하는 기능을 수행하고, 절연 특성, 내열 특성 등이 우수한 고분자 수지 필름으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는, 장기 열안정성 230℃ 이상, 단기 열안정성 400℃ 이상, 열변형온도(HDT/A) 470℃ 이상, 230℃ 이상의 온도에서도 고강도, 탄성 및 강성 유지, 진공상태에서의 높은 순도 및 낮은 가스 배출, 우수한 가공성 및 자체 난연성을 보유한 고분자 수지, 예를 들어, 폴리이미드(PI), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 액정고분자(LCP), 폴리에틸렌설파이드(PES), 폴리에틸렌이미드(PEI), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리설폰(PSU) 등의 고분자 수지를 포함하는 필름으로 형성될 수 있다.The insulating
상기 발열층(400)은 복수 개의 발열선(410)을 포함하고, 상기 복수 개의 발열선(410) 중 일부는 서로 직렬 연결되며, 이렇게 직렬 연결된 복수 개의 발열선(410)의 한 세트는 다른 세트의 발열선(410)들과 병렬 연결된다. 구체적으로, 한 세트에 포함되는 복수 개의 발열선(410)들 중 직렬 연결에서 양 말단에 배치되는 발열선 양 말단 각각은 상기 절연층(300)의 타공홀(310)을 통해 상기 한 쌍의 전극(210,220) 각각에 접속하도록 설계되고, 직렬 연결되는 모든 발열선들은 타공홀(310)을 통해 연결 전극(230)을 매개로 서로 직렬 연결된다.The
상기 발열선(410)은 혼합 바인더와 전도성 입자를 포함하는 발열 조성물을 인쇄한 후 건조시켜 형성할 수 있고, 이렇게 형성된 발열선(410)의 두께는 약 1 내지 20 ㎛일 수 있다.The heating line 410 may be formed by printing and then drying a heating composition containing a mixed binder and conductive particles, and the thickness of the heating line 410 formed in this way may be about 1 to 20 ㎛.
상기 혼합 바인더는 300℃ 가량의 온도에서도 내열성을 가질 수 있도록, 페놀계 수지, 아세탈계 수지, 이소시아네이트계 수지, 에폭시계 수지 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 2종 이상을 포함할 수 있고, 상기 전도성 입자는 상기 발열선(410)의 내열성도 향상시킬 수 있는 탄소 입자를 포함하고, 추가로 금속 분말을 포함할 수 있다.The mixed binder may include two or more types selected from the group consisting of phenol-based resin, acetal-based resin, isocyanate-based resin, and epoxy-based resin to have heat resistance even at a temperature of about 300°C, and the conductive particles are It may contain carbon particles that can improve the heat resistance of the heating line 410, and may further contain metal powder.
상기 탄소 입자로는 카본블랙, 탄소나노튜브, 그라파이트, 활성탄소 등, 바람직하게는 탄소나노튜브와 그라파이트를 포함할 수 있고, 상기 탄소 입자로서 탄소나노튜브는 종횡비가 크기 때문에 소량으로 충분한 전기적 네트워크 형성을 가능하게 할 뿐만 아니라 발열체 조성물의 유리전이온도 및 내열도를 증대시키는 효과가 있고, 그라파이트는 탄소나노튜브만으로 도달할 수 없는 저저항을 달성할 수 있도록 한다.The carbon particles may include carbon black, carbon nanotubes, graphite, activated carbon, etc., preferably carbon nanotubes and graphite. Since carbon nanotubes as the carbon particles have a high aspect ratio, a small amount can form a sufficient electrical network. It not only makes it possible, but also has the effect of increasing the glass transition temperature and heat resistance of the heating element composition, and graphite makes it possible to achieve low resistance that cannot be achieved with carbon nanotubes alone.
본 발명에 따른 면상 발열 히터는 다양한 용도로 다양한 장치에 체결되어 사용 가능하고, 따라서 상기 면상 발열 히터는 상기 베이스층(100)의 체결구 관통홀(110), 상기 전극층(200)의 체결구 관통홀(240), 상기 절연층(300)의 체결구 관통홀(320), 상기 발열층(400)의 체결구 관통홀(420), 상기 커버층(500)의 체결구 관통홀(510) 각각에 볼트 등의 체결구가 관통함으로써 다양한 장치에 체결될 수 있다.The planar heating heater according to the present invention can be used by fastening to various devices for various purposes. Therefore, the planar heating heater penetrates the fastener through hole 110 of the base layer 100 and the fastener of the
도 4는 도 3에서 전극층의 모습을 확대 도시한 것이고, 도 5는 도 3에서 절연층의 모습을 확대 도시한 것이며, 도 6은 도 3에서 발열층의 모습을 확대 도시한 것이고, 도 7은 도 4 내지 5에서 A-A' 단면구조를 개략적으로 도시한 것이다.FIG. 4 is an enlarged view of the electrode layer in FIG. 3, FIG. 5 is an enlarged view of the insulating layer in FIG. 3, FIG. 6 is an enlarged view of the heating layer in FIG. 3, and FIG. 7 is an enlarged view of the electrode layer in FIG. Figures 4 and 5 schematically show the A-A' cross-sectional structure.
구체적으로, 도 6에 도시된 발열층(400)에 포함된 복수 개의 발열선(410) 중 빗금 표시된 발열선(410)들은 서로 직렬로 연결되는 하나의 발열선 세트가 된다. 즉, 빗금 표시된 발열선(410) 중 상단 발열선(410a)의 우측 말단은 도 5에 도시된 절연층(300)의 타공홀(310a)을 통해 도 4에 도시된 전극층(200)의 양전극(210)과 접속하게 된다.Specifically, among the plurality of heating lines 410 included in the
또한, 상기 상단 발열선(410a)의 좌측 말단은 절연층(300)의 타공홀(310b)을 통해 전극층(200)의 말단 연결 전극(231a)과 접속하게 되고, 상기 상단 발열선(410a)의 하부에 배치된 중단 발열선(410b)의 좌측 말단은 절연층(300)의 타공홀(310c)을 통해 상기 말단 연결 전극(231a)과 접속하여 상기 상단 발열선(410a)과 전기적으로 연결되고, 우측 말단은 절연층(300)의 타공홀(310d)을 통해 말단 연결 전극(231b)과 접속하게 된다.In addition, the left end of the
나아가, 상기 중단 발열선(410b)의 하부에 배치된 하단 발열선(410c)의 우측 말단은 절연층(300)의 타공홀(310e)을 통해 상기 말단 연결 전극(231b)과 접속하여 상기 중단 발열선(410a)과 전기적으로 연결되고, 좌측 말단은 절연층(300)의 타공홀(310f)을 통해 전극층(200)의 음전극(220a)과 접속하게 된다.Furthermore, the right end of the
한편, 발열선이 체결구 관통홀(110,240,320,510)로 인해 끊기게 되는 경우 전극층(200)의 관통홀(240) 좌우측 각각에 형성된 타공홀(310)을 통해 내부 연결 전극(232)을 매개로 서로 직렬 연결된다.Meanwhile, when the heating wire is cut off due to the fastener through-
이로써, 하나의 발열선 세트에 포함되는 상단 발열선(410a), 중단 발열선(410b) 및 하단 발열선(410c)은 서로 직렬 연결됨으로써, 제한된 발열면 면적 내에서 이들 발열선(410a,410b,410c) 전체 길이의 연장에 의한 높은 저항을 확보하여 충분한 발열 특성을 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 발열선(410a,410b,410c) 각각의 말단은 말단 연결 전극(231)을 통해 연결되기 때문에 발열선이 각각의 말단에서 자체로 꺾인 상태로 형성되는 경우 꺾인 부위에서의 국소적인 저항 증가로 발열 편차가 발생하는 문제를 해결할 수 있다.Accordingly, the
또한, 서로 병렬 연결되는 복수 개의 발열선 세트가 면상 발열 히터의 발열면 전체에 배치되고, 전극층(200)을 형성하는 전극이 발열면 대부분에 형성됨으로써, 전체 발열면에서의 온도 균일도가 크게 향상될 수 있다.In addition, a plurality of sets of heating lines connected in parallel to each other are disposed on the entire heating surface of the planar heating heater, and electrodes forming the
[실시예][Example]
1. 발열 테스트1. Heat test
본 발명에 따른 직병렬 면상 발열 히터에 대해 교류 220V의 전압을 인가한 후 포화온도 225℃에 도달시 열화상 카메라로 발열면을 촬영했고, 발열면의 9곳 스팟에서의 시간에 따른 온도를 측정했으며, 테스트 결과는 도 8에 도시된 바와 같다.After applying a voltage of 220V AC to the series-parallel planar heating heater according to the present invention, the heating surface was photographed with a thermal imaging camera when the saturation temperature of 225°C was reached, and the temperature over time was measured at 9 spots on the heating surface. and the test results are as shown in Figure 8.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 직병렬 면상 발열 히터는 발열면 9곳 스팟에서의 온도 편차가 낮고 발열하지 않는 영역인 데드존(dead zone)이 최소화됨으로써 발열 효과가 극대화되는 동시에 약 45초만에 포화 온도인 225℃에 도달할 수 있을 정도의 신속하고 충분한 발열을 구현하는 것을 확인했다.As shown in FIG. 8, the series-parallel planar heating heater according to the present invention maximizes the heating effect by minimizing the temperature deviation at the 9 spots on the heating surface and minimizing the dead zone, which is an area that does not generate heat. It was confirmed that rapid and sufficient heat generation was achieved to reach the saturation temperature of 225°C in 45 seconds.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.Although this specification has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art may make various modifications and changes to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims described below. It will be possible to implement it. Therefore, if the modified implementation basically includes the elements of the claims of the present invention, it should be considered to be included in the technical scope of the present invention.
100 : 베이스층
200 : 전극층
300 : 절연층
400 : 발열층
500 : 커버층100: base layer
200: electrode layer
300: insulation layer
400: heating layer
500: Cover layer
Claims (9)
베이스층, 전극층, 절연층 및 발열층이 순차적으로 적층되고,
상기 발열층은 복수 개의 발열선을 포함하며,
상기 전극층은 서로 다른 극성을 갖는 한 쌍의 전극 및 복수 개의 발열선을 연결하는 복수 개의 연결 전극을 포함하고,
상기 절연층은 상기 절연층의 상부에 적층된 발열층의 발열선과 상기 절연층의 하부에 적층된 전극층의 한 쌍의 전극 또는 연결 전극을 연결하기 위한 복수 개의 타공홀을 포함하며,
상기 복수 개의 발열선은 상기 타공홀을 통해 상기 연결 전극을 매개로 서로 직렬 연결되는 복수 개의 발열선을 포함하는 복수 개의 발열선 세트를 포함하고, 상기 복수 개의 발열선 세트 각각의 직렬 연결에서 양 말단에 배치된 발열선 각각은 상기 타공홀을 통해 상기 한 쌍의 전극 각각에 연결되며, 각각의 발열선 세트는 서로 병렬 연결되고,
상기 직병렬 면상 발열 히터는 체결구가 관통하는 체결구 관통홀이 형성되고,
상기 연결 전극은 상기 직병렬 면상 발열 히터의 말단에 형성된 말단 연결 전극 및 상기 직병렬 면상 발열 히터의 내부에 형성된 내부 연결 전극을 포함하며,
상기 직병렬 면상 발열 히터의 양 말단에서 분리되어 상하로 배치된 발열선들은 절연층의 타공홀을 통해 상기 말단 연결 전극을 매개로 서로 직렬로 연결되고,
상기 체결구 관통홀에 의해 일렬로 분리되어 좌우로 배치된 발열선들은 상기 체결구 관통홀 좌우측에 형성된 절연층의 타공홀을 통해 상기 내부 연결 전극을 매개로 서로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는, 직병렬 면상 발열 히터.As a series-parallel planar heating heater,
The base layer, electrode layer, insulating layer, and heating layer are sequentially stacked,
The heating layer includes a plurality of heating lines,
The electrode layer includes a pair of electrodes having different polarities and a plurality of connection electrodes connecting a plurality of heating lines,
The insulating layer includes a plurality of perforated holes for connecting the heating line of the heating layer laminated on the upper part of the insulating layer and a pair of electrodes or connection electrodes of the electrode layer laminated on the lower part of the insulating layer,
The plurality of heating wires includes a plurality of heating wire sets including a plurality of heating wires connected in series to each other through the connection electrode through the perforated hole, and heating wires disposed at both ends of each series connection of the plurality of heating wire sets. Each is connected to each of the pair of electrodes through the perforated hole, and each set of heating wires is connected in parallel to each other,
The series-parallel planar heating heater is formed with a fastener through hole through which the fastener passes,
The connection electrode includes an end connection electrode formed at an end of the series-parallel planar heating heater and an internal connection electrode formed inside the series-parallel planar heating heater,
Heating wires separated from both ends of the series-parallel planar heating heater and arranged up and down are connected in series to each other via the end connection electrode through a perforated hole in the insulating layer,
Heating wires separated in a line by the fastener through-holes and disposed on the left and right are connected in series to each other via the internal connection electrode through perforated holes in the insulating layer formed on the left and right sides of the fastener through-holes. Parallel planar heating heater.
상기 전극층은 상기 베이스층 위에 적층된 금속 플레이트에서 에칭에 의해 형성된 간극 패턴으로 상기 한 쌍의 전극 및 연결 전극이 발열면에 형성되는 것을 특징으로 하는, 직병렬 면상 발열 히터.According to paragraph 1,
The electrode layer is a series-parallel planar heating heater, characterized in that the pair of electrodes and the connection electrode are formed on the heating surface in a gap pattern formed by etching in a metal plate laminated on the base layer.
상기 발열층 위에 커버층이 추가로 적층되는 것을 특징으로 하는, 직병렬 면상 발열 히터.According to claim 1 or 2,
A series-parallel planar heating heater, characterized in that a cover layer is additionally laminated on the heating layer.
상기 전극층 위에 적층되는 상기 절연층 및 상기 커버층에는 상기 전극층에 포함되는 한 쌍의 전극 각각에 전원을 인가하기 위한 전원선 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는, 직병렬 면상 발열 히터.According to clause 4,
A series-parallel planar heating heater, characterized in that the insulating layer and the cover layer laminated on the electrode layer have power line penetration holes for applying power to each of a pair of electrodes included in the electrode layer.
상기 발열선은 혼합 바인더와 전도성 입자를 포함하는 발열 조성물로부터 형성되고,
상기 전도성 입자는 금속 입자와 탄소 입자 중 적어도 하나 이상의 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 직병렬 면상 발열 히터.According to claim 1 or 2,
The heating line is formed from a heating composition containing a mixed binder and conductive particles,
A series-parallel planar heating heater, characterized in that the conductive particles include at least one of metal particles and carbon particles.
상기 발열선의 두께는 1 내지 20 ㎛인 것을 특징으로 하는, 직병렬 면상 발열 히터.According to clause 6,
A series-parallel planar heating heater, characterized in that the thickness of the heating wire is 1 to 20 ㎛.
상기 한 쌍의 전극 및 연결 전극은 전기전도도가 1.72×10-6 Ω·cm 이상, 내열성은 260℃ 이상, 열전도율이 12 W/m·K 이상인 금속으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는, 직병렬 면상 발열 히터.According to claim 1 or 2,
The pair of electrodes and the connecting electrode are made of a metal having an electrical conductivity of 1.72×10 -6 Ω·cm or more, a heat resistance of 260°C or more, and a thermal conductivity of 12 W/m·K or more. heater.
상기 절연층은 폴리이미드(PI), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 액정고분자(LCP), 폴리에틸렌설파이드(PES), 폴리에틸렌이미드(PEI), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리아미드이미드(PAI) 및 폴리설폰(PSU)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 고분자 수지를 포함하는 절연 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는, 직병렬 면상 발열 히터.According to claim 1 or 2,
The insulating layer is polyimide (PI), polyphenylene sulfide (PPS), liquid crystal polymer (LCP), polyethylene sulfide (PES), polyethylene imide (PEI), polyether ether ketone (PEEK), and polyamideimide (PAI). ) and polysulfone (PSU), a series-parallel planar heating heater comprising an insulating film containing at least one polymer resin selected from the group consisting of.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |