KR200239332Y1 - 탄소섬유 면상발열지를 이용한 돌침대용 면상 발열체 - Google Patents

Abstract

본 고안은 탄소섬유가 펄프부재에 배치 성형되어져 있는 탄소섬유 면상발열지를 이용한 돌침대용 면상발열체에 관한 것으로, 특히 면상발열체의 한 면에 적어도 한 층 이상의 금속 층과 공기 층을 포함한 단열부를 구성하여 이 방향으로 방출되는 원적외선을 반사시켜 단열을 이룰 수 있도록 한 것이다.

탄소섬유(4)가 펄프부재(5)에 균일하게 배치 성형되어져 있는 탄소섬유 면상발열지(1)와, 상기 탄소섬유 면상발열지(1)의 종방향이나 횡방향에 형성되어져 있는 적어도 한 쌍 이상의 전극(2)과, 상기 탄소섬유 면상발열지(1)의 상하면 표층에 적어도 한 층 이상 적층되어져 있는 고분자 절연부재(3)에 의한 원적외선 방사 면상 발열체와; 상기 원적외선 방사 면상발열체의 한 면에 적어도 한 층 이상의 금속 층과 공기층부를 포함한 단열부를 구성하여 이루어지는 탄소섬유 발열지를 이용한 돌침대용 면상발열체를 제공 하는데 있다.

이러한 고안에 의하면 돌침대의 모든 부위에서 균일가열이 가능한 이점이 있으며, 또한 면상발열체의 한 면에 금속 층과 공기 층을 포함한 단열부를 구성함으로써 열효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

탄소섬유 면상 발열지를 이용한 돌침대용 면상발열체 {Sheet heater for stone bed}

본 고안은 원적외선 방사 탄소섬유 발열지를 이용한 돌침대용 면상발열체에 관한 것으로, 특히 상기 원적외선 방사 면상발열체의 한 면에 원적외선 복사열을 효과적으로 반사시킬 수 있는 알루미늄 등의 금속 층 및 허니컴과 같은 공기층부를 포함한 단열부를 구성함으로써 돌침대의 균일가열과 함께 열효율을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

돌침대용 면상발열체의 발열원으로는 니크롬 선이나 동니켈 합금으로 만든 발열선이나 카본블랙 후막이 사용되고 있다. 상기 니크롬이나 동니켈 합금 등의 발열선으로 만든 면상발열체에서는 전기가 한 선을 통해 흐르기 때문에 발열선의 어느 한 부분이라도 끊어지면 전기가 통하지 않게 되어 면상발열체가 작동을 하지 않게 된다.

또한 상기 면상발열체에서는 발열선이 단락되는 경우 그 부분에서 전기저항이 크게 감소하여 심하게 발열되기 때문에 화재의 위험성이 있다. 따라서, 발열선의 단락을 방지하기 위해 발열선의 표면을 충분한 두께의 전기부도체로 완전히 절연을 시켜야 하나, 전기부도체는 열 부도체이므로 열전도 특성이 나쁘기 때문에 면상발열체의 열효율이 크게 저하된다. 또한 니크롬이나 동니켈 합금 발열선을 이용한 면상발열체는 발열선 부위만의 부분발열이기 때문에 온도분포가 불균일하다는 문제점이 있었다.

상기 카본블랙 후막을 이용한 면상발열체의 경우에는 카본블랙 후막의 두께를 균일하게 유지하는 것이 어려우며, 이에 따라 돌침대의 각 부위에서 온도가 불균일하게 되는 문제점이 있었다. 또한, 상기 카본블랙 후막 발열체는 후막용 페이스트를 카본블랙 분말과 바인더를 혼합하여 만들기 때문에 바인더의 휘발이나 연소 정도에 따라 후막의 전기비저항이 변하며, 이에 따라 후막 발열체의 전기비저항이 시간에 따라 변하는 문제점이 발생할 수 있다. 또한 카본블랙 후막 발열체를 장시간 사용시에는 바인더가 거의 휘발되어 후막 발열체에 균열이 발생하며 이에 따라 전기저항이 급격히 증가하기 때문에 발열특성이 현저히 저하하게 되는 이용적 제약이 있었다.

본 고안의 목적은 원적외선 방사특성이 뛰어나며 분산시 서로간의 접촉이 용이하게 발생할 수 있는 형상인 탄소섬유를 펄프 및 기타 제지를 만드는데 필요한 성분들의 혼합물 내에 균일하게 분산시킨 탄소섬유 발열지를 이용하여 돌침대의 균일 가열이 가능한 탄소섬유 면상발열지를 이용한 돌침대용 면상발열체를 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 상기의 면상발열체의 한 면에 원적외선 복사열을 효과적으로 반사시킬 수 있는 알루미늄 등의 금속 층 및 허니컴과 같은 공기층 유지용 구조를 포함한 단열부를 구성함으로써 균일 가열과 함께 열효율의 향상이 가능한 탄소섬유 면상발열지를 이용한 돌침대용 면상발열체를 제공하는데 있다.

도 1은 본 고안에 의한 원적외선 방사 탄소섬유 발열지를 이용한 면상발열체

를 예시하는 참고도

도 2는 도 1의 요부 단면도

도 3은 도 1의 원적외선 방사 탄소섬유 발열지의 평면도

도 4는 본 고안에 의한 단열부를 구성한 원적외선 방사 면상발열체를 예시하

는 요부 단면도

도 5는 본 고안에 의한 한 개의 금속 층과 공기층부를 포함하여 구성된 면상

발열체 단열부를 예시하는 요부 단면도

도 6은 본 고안에 의한두 개의 금속 층과 공기층부를 포함하여 구성된 면상

발열체 단열부를 예시하는 요부 단면도

도 7은 본 고안에 의한 돌침대용 면상발열체를 예시하는 요부 단면도

도 8은 본 고안에 의한 허니컴 형태의 공기층부의 참고도

도 9는 본 고안에 의한 마름모 또는 사각형 형태의 공기층부의 참고도

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *

1. 탄소섬유 발열지 2. 전극부

3. 고분자 절연부재 4. 탄소섬유

5. 펄프부재 6. 단열부

7. 공기층부 8. 금속 층

9. 고분자 부재 10. 종이

11. 유리섬유 직물 12. 돌

본 고안은 특히 상기예의 목적을 구현할 수 있도록 탄소섬유 발열지의 종방향이나 횡방향으로 적어도 한 쌍 이상의 전극을 형성하고 평판상의 윗면과 밑면에 각기 적어도 한 층 이상의 고분자 절연부재를 라미네이팅하여 이루어지는 탄소섬유 면상발열지를 이용한 돌침대용 면상발열체에 있다.

본 고안의 또 다른 특징은 상기 원적외선 방사 면상발열체의 한 면에 원적외선 복사열을 효과적으로 반사시킬 수 있는 알루미늄 등의 금속 층과 공기층 유지용 구조를 포함한 단열부를 구성하여 이루어지는 탄소섬유 면상 발열지를 이용한 돌침대용 면상발열체에 있다.

이하에서 이를 첨부된 도면과 함께 좀더 구체적으로 설명하여 봄으로서 본 고안의 보다 상세한 특징들이 이해될 수 있을 것이다.

도 1 및 도 2는 본 고안에 의한 원적외선 방사 탄소섬유 발열지를 이용한 돌침대용 면상발열체를 나타내었다.

상기 돌침대용 면상발열체는 탄소섬유가 균일하게 배열된 발열지(1)의 종방향이나 횡방향으로 적어도 한 쌍 이상의 전극(2)을 형성하고 고분자 절연부재(3)가 발열지(1)의 상/하 표층에 라미네이팅 되어져 있으며, 상기 면상발열체는 탄소섬유발열지(1)의 윗면과 밑면에 각기 한 층의 고분자 절연부재(3)가 구비되어져 있으나, 용도에 따라서는 서로 다른 재질의 고분자 필름들을 두 개 이상 적층하여 라미네이팅할 수도 있다.

상기 면상발열체의 고분자 절연부재(3)는 에폭시, 우레탄, 폴리에스터, 아크릴, ABS, 셀루로우즈, 불화탄소, 폴리에칠렌, 폴리프로필렌, 폴리스타일렌, 고무, 폴리염화비닐 (PVC), 폴리비닐플루오라이드, 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리우레탄, 에폭시 수지함침 유리직물 등을 사용할 수 있다.

또, 상기 면상발열체의 탄소섬유 발열지(1)는 도 3과 같이 이루어져 있다.

상기 탄소섬유 면상발열지(1)는 직경 5∼50 μm, 길이 0.5∼20 mm로 직경에 비해 길이가 훨씬 긴 탄소섬유(4)가 발열지의 펄프부재(5) 내에 발열지의 종방향으로 어느 정도의 배향성을 갖고 균일 분산되어 있어 발열체의 전체 면에서 균일 발열이 가능하여, 니크롬이나 동니켈 합금 발열선 및 카본블랙 후막을 이용한 면상발열체의 문제점인 불균일한 온도분포를 해결할 수 있다.

상기 탄소섬유 발열지를 이용한 면상발열체를 돌침대에 설치하여 사용시에 면상발열체에서 돌침대와 반대방향으로 방사되는 원적외선 복사열은 열손실이 되므로, 이를 차단하여 열효율을 향상시키기 위해서는 면상발열체의 한쪽 면에 단열부를 구성하여야 한다.

따라서 상기 면상발열체의 한 면에 도 4와 같이 알루미늄 등의 금속 층 및 공기층 유지용 공기층부를 포함한 단열부(6)를 부착하여 이 방향으로 방출되는 원적외선을 반대방향으로 반사시킴으로써 효과적인 단열을 이룬다.

상기 돌침대용 면상발열체의 단열부(6)는 도 5에 나타낸 예시에서와 같이 기본적으로 일정 두께의 공기층 유지용 공기층부(7)와 한 층 이상의 금속 층(8)이 고분자 부재(9), 종이(10), 유리섬유 직물(11)과 함께 적층된 구조로 되어 있으며, 도 6과 같이 금속 층(8)이 앞 면과 뒷 면에 두 층으로 이루어진 구조도 가능하다.

도 5와 도 6에 나타낸 예시에서는 상기 면상발열체의 단열부가 에폭시 등의 고분자 부재(9), 일정 두께의 공기층을 유지하기 위한 허니컴 형태 등의 공기층부(7), 고분자 부재(9), 금속 층(8), 고분자 부재(9), 종이(10)와 유리섬유 직물(11)로 구성되어 있으나, 고분자 부재(9), 금속 층(8), 고분자 부재(9), 일정 두께의 공기층을 유지하기 위한 공기층부(7), 고분자 부재(9)의 순서로 구성하는 것도 가능하다.

또한 적층순서를 달리하여 고분자 부재(9), 금속 층(8), 고분자 부재(9), 종이(10), 유리섬유 직물(11), 종이(10), 공기층부(7), 고분자 부재(9)의 순서로 구성된 구조도 가능하며, 고분자 부재(9), 금속 층(8), 고분자 부재(9), 공기층부(7), 고분자 부재(9)의 적층구조도 가능하다. 또한 이와 같은 구조들 외에도 공기층 유지용 공기층부와 함께 적어도 한 층 이상의 금속 층을 포함하고 있어 단열부에서 원적외선의 반사가 가능한 구조이면 어떤 것이라도 본 고안에서 적용이 가능하다.

상기 면상발열체의 단열부에서 허니컴 형태 등의 공기층부(7)를 사용하여 일정 두께의 공기층을 유지함으로써 도 7의 예시와 같이 돌침대의 외관은 그대로 유지하면서 돌침대의 돌 두께를 줄일 수 있으며, 공기의 열용량이 돌보다 훨씬 작아가열시 전기에너지가 적게 소모되기 때문에 돌침대의 사용시 전기에너지의 절약이 가능하다. 또한 공기의 열전도도는 매우 낮기 때문에 이와 같은 일정 두께의 공기 층을 유지함으로써 효과적인 단열을 이룰 수 있다. 상기 원적외선 방사 면상발열체의 단열부에서 일정 두께의 공기 층을 유지하기 위한 허니컴 등의 공기층부(7)의 두께에는 큰 제약이 없으나, 일반적으로 5-10 mm 정도가 적당하다.

상기 면상발열체에서 공기 층의 두께를 일정하게 유지하기 위한 공기층부(7)는 도 8과 같은 허니컴 형태가 가장 적합하나, 도 9와 같은 마름모 또는 사각형 형태도 가능하며 이외에도 공기층부(7) 두께를 일정하게 유지하며 면상발열체 위에 부착되는 돌침대의 돌 무게를 지지할 수 있는 구조이면 원 형태를 비롯하여 어느 것이라도 가능하다.

도 8과 도 9에 예시한 공기층부(7)의 재질은 알루미늄, 구리, 플라스틱이 가장 적합하나, 이외에도 공기 층의 두께를 일정하게 유지하며 돌침대의 돌 무게를 지지할 수 있는 재질이면 종이를 비롯하여 어느 것이라도 가능하다.

상기 면상발열체의 단열부에 사용되는 금속 층(8)의 용도는 면상발열체에서 방출되는 원적외선을 효과적으로 반사시키기 위한 것으로, 금속 층(8)의 재질로는 알루미늄을 비롯하여 알루미늄 합금, 구리 및 구리 합금, 니켈 및 니켈 합금, 은, 금, 백금 등과 같이 원적외선 반사특성이 우수한 금속들을 사용할 수 있다. 상기 금속 층(8)의 형태로는 포일, 박판 시트를 비롯하여 진공 증착이나 스퍼터링 등과 같이 어떠한 박막공정을 사용하여 제조한 박막도 가능하다.

상기 면상발열체의 단열부에서 금속 층(8)의 표면에 PET 등과 같은 고분자부재(9)를 라미네이팅을 함으로써 면상발열체의 사용시 금속 층(8)의 표면이 산화되어 원적외선 반사특성이 저하되는 것을 방지할 수 있으나, 경우에 따라서는 금속 층(8)의 표면을 고분자 부재로 라미네이팅 하지 않을 수도 있다.

상기 고분자 부재(9)의 재질로는 에폭시를 비롯하여 우레탄, PET, 폴리에스터, 아크릴, ABS, 셀루로우즈, 불화탄소, 폴리에칠렌, 폴리프로필렌, 폴리스타일렌, 고무, 폴리염화비닐 (PVC), 폴리비닐플루오라이드, 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리우레탄, 에폭시 수지 함침 유리직물 등을 사용할 수 있다.

상기 면상발열체의 단열부에서 종이(10)와 유리섬유 직물(11)은 알루미늄 포일 등과 같은 금속 층(8)이 구겨지지 않고 편평한 형태를 유지하기 위한 것으로, 종이(10)의 재질로는 크래프트 지를 비롯하여 금속 층(8)이 구겨지는 것을 방지할 수 있는 두께의 어떠한 종이도 사용이 가능하다. 상기 면상발열체의 단열부에는 종이(10)와 유리섬유 직물(11)을 함께 사용할 수도 있으며, 종이(10)만을 사용하거나 유리섬유 직물(11) 대신에 부직포 등의 천을 종이(10)와 함께 사용할 수도 있다. 또한 상기 면상발열체의 단열부에서는 종이(10) 대신에 에폭시, FRP 등과 같은 플라스틱 판을 사용할 수도 있다.

본 고안에서 탄소섬유 면상발열지를 이용한 면상발열체의 한 면에 적어도 한 층 이상의 금속 층과 공기층부를 포함한 단열부가 구성된 것을 특징으로 하는 상기 원적외선 방사 면상발열체는 돌침대 이외에도 실내 바닥이나 내벽, 엘리베이터 내벽 등을 포함하여 면상발열체를 돌이나 나무 등에 부착하여 사용하고자 하는 용도로는 어느 것이나 적용이 가능하다.

이러한 본 고안은 돌침대용 면상발열체의 면상 발열지를 이루고 있는 탄소섬유가 균일하게 배열되어 있어 돌침대의 균일가열이 가능한 효과가 있다. 또한 본 고안은 원적외선 방사 면상발열체의 한 면에 원적외선 복사열을 효과적으로 반사시킬 수 있는 알루미늄 등의 금속 층 및 공기층 유지용 구조를 포함한 단열부를 구성함으로써 균일가열과 함께 열효율의 향상을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 탄소섬유(4)가 펄프부재(5)에 균일하게 배치 성형되어져 있는 탄소섬유 면상발열지(1)와, 상기 탄소섬유 면상발열지(1)의 종방향이나 횡방향에 형성되어져 있는 적어도 한 쌍 이상의 전극(2)과, 상기 탄소섬유 면상발열지(1)의 상하면 표층에 적어도 한 층 이상 적층되어져 있는 고분자 절연부재(3)에 의한 원적외선 방사 면상 발열체와; 상기 원적외선 방사 면상발열체의 한 면에 적어도 한 층 이상의 금속 층과 공기층부를 포함한 단열부를 구성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 발열지를 이용한 돌침대용 면상발열체
2. 제 1 항에 있어서, 면상발열체의 단열부가 원적외선 반사특성이 우수한 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 니켈, 니켈 합금, 은, 금, 백금 등과 같은 금속 층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 발열지를 이용한 돌침대용 면상발열체
3. 제 1 항에 있어서, 원적외선 방사 면상발열체의 단열부에 사용되는 금속 층이 포일, 박판, 시트, 박막의 형태로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 발열지를 이용한 돌침대용 면상발열체
4. 제 1 항에 있어서, 원적외선 방사 면상발열체의 단열부의 공기층부는 허니컴, 마름모, 사각형, 원 형태로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 발열지를 이용한 돌침대용 면상발열체