KR200283267Y1 - 카본 필름으로 구성되는 면상 발열체 - Google Patents

Abstract

본 고안은 박막 카본 필름으로 구성되는 면상 발열체에 관한 것이다.

중 저온 인 약 60℃ 이내 정도의 발열 온도 특성을 갖는 통상의 전기 발열 담요, 발열 장판, 온돌 침대 등의 발열체의 발열 수단 및 저온 인 약 40℃ 이내 정도의 발열 온도 특성을 갖는 통상의 전기 보온 장치의 발열체, 보온 밥통, 농사용 저온 건조 장치 발열 판 등의 발열 수단으로 제공되어지는 것으로서,

폴리에스테르 등의 열가소성 합성 수지 재에 소정의 중량 부의 카본 블랙재를 혼합 성형하여 0.05 ∼ 0.3 mm 두께 내외의 필름 형태로 제공되는 것으로서, 전기적 저항 값이 수 ∼ 수천 ㏀ /sq 정도인, 통상의 정전기 차폐용 회로 기판 포장 봉투의 필름 재로 사용되는 것을, 카본 블랙 및 첨가물의 조성 비율을 발열 수단으로서의 발열 및 전기적 특성에 맞도록 수 내지 수십 중량 부의 범위 내에서 조정하여 구비되는 도전성 카본 필름이 발열체의 발열 수단으로 제공되고,

상기, 도전성 괴본 필름 재를, 발열 요구 온도 및 상승 소요 시간 및 총 소비 전력량, 발열 요구 면적 등을 감안하여, 발열 부를 구성하는 발열체 개개의 두께 및 발열 면의 넓이 및 통전 전극의 설치 간격인 발열 면의 길이 및 개개의 배치 간격 등을 설정하고, 그 설정되어진 크기로 재단 가공하여 발열체 개개를 면상으로 정렬 배치하여 면상 발열체의 발열 수단을 구성하고,

상기 발열체에 전력을 공급하는 통전 전극을 통전 패턴이 구비되어진 필름판의 접합 가공 방법 내지는 도전성 금속 테이프를 이용 부착 가공 방법 내지는 통전나선 또는 금속 박막 판재의 접합을 융착 가공 내지는 테이프 접착 방법으로 구성하여 카본 필름으로 구성되는 면상 발열체가 제공되는 것이며,

상기, 면상 발열체의 외(外)면에 절연성이 구비되는 수지 재 필름, 섬유재, 스펀지 재 내지는 수지 재 접착 테이프 내지는 합성 수지 재의 튜브 내지는 발포 고무를 씌워, 발열체의 전면이 감싸지도록 절연 외피 층을 구성하는 것으로서,

비교적 중 저온인 약 60℃ 이내 정도까지 발열하고, 포화 온도 상승 소요시간이 수 내지 수십 분 이내이고, 단위 면적 당 소비 전력이 5 ∼ 300 mw/㎠ 정도이며, 직류 및 상용 교류 전원에서 공히 작동하는 발열 및 전기적 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 카본 필름으로 구성되는 면상 발열체에 관한 고안인 것이다.

본 고안에 따르면 종래 발열 수단 보다 수십 % 원가가 저렴하게 제공되며, 종래 발열 수단 대비 두께가 1/5 정도에 불과하여 탁월한 유연성의 장점과 단선 발생 문제점이 개선되는 효과가 있는 것이다.

Description

카본 필름으로 구성되는 면상 발열체{a plate heater type of carbon film}

본 고안은 도전성 카본 필름으로 구성하는 면상 발열체에 관한 것으로서,

상기 면상 발열체의 발열 수단의 구성 기술 및 작용, 발열체의 통전 전극구성의 방법과 전기적 접속 처리 기술 및 외피 구성에 관한 분야이다.

국내 및 일부 국가에서 생산하는 발열 장판, 발열 매트 및 시중 판매되어 지고 있는 발열 기능을 보유한 침대 등을 살펴보면 면상 발열체의 종래 기술은 다음과 같다.

종래 실시되어지고 있거나 공지되어진 면상 발열체의 실시 일례를 도 5의 (A), (B), (C)로 첨부 도시하여 설명하기로 한다.

도 5의 (A)에 도시한 것과 같이 카본 섬유 사(612b)와 내열 사(絲)로 직조한 뒤, 카본 사의 양 선단을 도전성 은사(612a)로 직조하여 전극을 구성하고, 그의 전체 면에 흡습 방지의 절연 코팅 처리하여 구비되는 형태의 카본 섬유 방식의 면상 발열체(612)가 있으며, 면상 섬유 발열체는 통상적으로 가격이 3 내지 4만원(현재 시가) 정도로 고가(高價)이며, 전선을 이용 은사(銀絲) 전극에 납땜하여야 하는 전기적 접속의 작업이 용이하지 못하고 잦은 단선 발생 문제점이 있고, 면상 카본 섬유 발열체는 절단 및 부착 등을 이용한 다양한 형태로 변형 가공 실시가 어려우며, 획일적 모양과 몇몇 가지의 크기로 한정되는 단점이 있으며, 만약 원형 등의 소정의 변형 형태를 갖추기 위하여 많은 제조 시설과 제조 공법이 변화되어져야 하는 단점이 있다.

종래의 다른 실시 일례로서 일명 " 열 방사기" , " 전기 장판" 이라고도 명명되는 통상의 발열 매트의 발열 수단이 도 5의 (B)에 도시한 바와 같이 발열 도료를 이용한 인쇄 방식의 경우, 비교적 중 고 가(통상적으로 2.5 ∼ 3.5 만원 정도)로 제공되고 있으며, 제조 과정의 공정 수율이 낮아 가격이 높으며, 접거나 구부릴 경우 크랙(crack) 문제점을 유발하는 단점이 있으며, 또한 다양한 형태 변화가 용이하지 못하다는 단점이 있다.

도 5의 (C)에 도시한 바와 같이 전열선을 구부려 배치한 방식으로 제공되어지는 경우는 가장 오래된 기술적 방법으로서, 가격(통상적으로 1.3 ∼ 1.5 만원)이 저렴하여 대부분 저가 제품의 발열 장치에 사용되어지고 있으며, 선상 발열로 국부적 온도차가 심하며, 접거나 구부릴 때 단선 불량이 발생되는 문제점이 있으며, 또한 다양한 형태 변화가 용이하지 못하다는 단점이 있으며, 시대적 흐름에 따라 차츰 면상 발열체로 대체되어가고 있는 것이 현실이다.

상기한 종래의 면상 발열체의 일례의 외에 도면으로 도시하지는 않았지만, 종이 등의 부직포에 카본 입자를 코팅 처리하여 제공되어지는 필름형의 발열체가 있으나 고가로 제공되어짐으로 인하여 그의 사용 처는 극히 국한되어 있다.

종래 통용되어지고 있는 면상 발열체의 제품 적용 일례를 살펴보면, 차량용 발열 매트 내지 발열 침대용으로는 대부분 면상 탄소 섬유 발열체를, 가정용 전기 장판의 경우는 전열선 발열체를, 일부 고급 제품 내지 소형 발열 제품에는 카본 등의 발열 도료를 코팅한 면상 발열체를 채용하고 있는 것이 현실인 것이다.

이상으로 고안의 기술 분야 및 종래 기술을 고찰한 바, 종래 기술의 문제점 및 개선되어야 할 사항 내지는 활용성에서 고려해야 할 점등을 나열하자면 다음과 같다.

제 1 사항, 1 ∼ 2인용 발열 장판을 기준 면상 발열체 가격이 1 만원 이내로저렴한 원가로 제공되어야 하며,

제 2 사항, 다양한 형태 변화에 대응 할 수 있도록 발열체의 가공성이 용이하여야 하며,

제 3 사항, 통전 전극을 구성하는 방법이 가공성 및 조립 성 및 자동화 적용 가능성이 높아야 하며,

제 4 사항, 발열체의 발열 상승 시간이 비교적 빨라야 하며,

제 5 사항, 면상 섬유 발열체 내지 발열 도료 도포 면상 발열체 보다 두께가 수십 % 이상 얇은, 박막으로 제공되어 유연성이 확보되어야 하며,

제 6 사항, 완벽한 면상 발열을 실현 할 수 있도록 국부적 온도 편차가 적어도 수 % 이내이어야 하며,

제 7 사항, 선상 발열이 아닌 면상 발열을 실현하여 전기 자장 발생이 낮아야 하는 사항 등이 고루 만족하도록 제공되는 보다 개선되어진 면상 발열체를 제공하는 것에 관한 기술 분야이다.

따라서, 본 고안은 상기한 개선되어야 할 사항들을 충분히 고려한 발열매트를 제공하기 위함이 목적이라 할 수 있는 것이다.

본 고안은 상기와 같은 문제점 및 상황을 고려하여 보다 개선 및 진보되어진 고안의 기술을 제공하기 위한 것으로,

본 고안은 중 저온 인 약 60℃ 이내 정도의 발열 온도 특성을 갖는 통상의 전기 발열 담요, 발열 장판, 온돌 침대 등의 발열체의 발열 수단 및 저온 인 약 40℃ 이내 정도의 발열 온도 특성을 갖는 통상의 전기 보온 장치의 발열체, 보온 밥통, 농사용 저온 건조 장치 발열 판 등의 발열 수단으로 제공되어지는 것으로서, 도전성 카본 필름 재를 발열 수단으로 구비되는 것을 특징으로 하는 면상 발열체를 제공하기 위한 것이다.

폴리프로필렌, 폴리에스테르 등의 열가소성 합성 수지 재에 1 내지 100 %, wt(중량 부) 정도의 카본 블랙 재와 기타 첨가제를 혼합 조성하여, 0.05 ∼ 0.3 mm두께 내외의 필름 상태로 성형하여 제공되는 것이며, 그의 전기적 저항 값이 수 내지 수천 ㏀ /sq 내외 정도인 것으로서,

통상의 정전기 소산 성 열가소성 수지 조성물의 분류인 정전기 차폐 기능의 필름 재, 즉, 그의 전기적 저항 값이 10²∼ 10⁴㏀ (DC 500V에서 측정한 표면 비 저항) 내외인 카본 필름 재를 기준으로 비교적 낮은 측의 저항 특성을 갖는 도전성 카본 필름을 발열 수단으로 구성하는 고안이다.

특히, 발열 특성이 비교적 중 저온인 60℃ 내외 정도까지 발열하고, 20℃에서 60℃까지의 온도 상승 소요 시간 60분 이내이고, 단위 면적 당 소비 전력이 5 ∼ 300 mw/㎠(미리 와트 퍼 센티 자승) 정도이며, 직류 및 교류 전원에서 공히 작동할 수 있는 것을 특징으로 갖는 면상 발열체를 제공함이 본 고안의 목적인 것이다.

또한, 본 고안의 세부적 기술 목표로는 1 ∼ 2 인용 발열 장판을 기준 면상발열체 가격이 1 만원 이내로 저렴한 원가로 제공되어야 하며, 다양한 형태 변화에대응 할 수 있도록 발열체의 가공성이 용이하여야 하며, 통전 전극을 구성하는 방법이 가공성 및 조립 성 및 자동화 적용 가능성이 높아야 하며, 발열체의 발열 상승 시간이 비교적 빨라야 하며, 면상 섬유 발열체 내지 발열 도료 도포 면상 발열체 보다 두께가 수십 % 이상 얇은, 박막으로 제공되어 유연성이 확보되어야 하며, 완벽한 면상 발열을 실현 할 수 있도록 국부적 온도 편차가 적어도 수 % 이내이어야 하며, 선상 발열이 아닌 면상 발열을 실현하여 전기 자장 발생이 낮아야 하는 사항 등이 고루 만족하도록 제공되는 보다 개선되어진 면상 발열체의 구성 기술을 제공하는 것이 목적이다.

도 1은 (A), (B), (C)는 본 고안에 따른 도전성 카본 필름과 통전 전극 형성 필름 판으로 구성하는 면상 발열체의 실시 일례의 분해 사시도, 및 적층 단면도 및 외피 처리 후의 적층 단면도

도 2는 (A), (B), (C)는 본 고안에 따른 도전성 카본 필름과 테이프 판재와 금속 박막 판재로 통전 전극을 구성하는 면상 발열체의 다른 실시 일례의 분해사시도, 및 적층 단면도 및 외피 처리 후의 적층 단면도

도 3은 (A), (B), (C), (D), (E), (F), (G), (H)는 본 고안에 따른 도전성 카본 필름과 나선 내지 도전성 금속 박막 판재로 구비되는 통전 전극이 접합 내지 융착으로 매설 접속 처리하여 구성하는 다른 실시 일례의 면상 발열체의 도전성 카본 필름의 가공 실시 일례의 평면도, 통전 전극의 실시 일례의 사시도, 통전 전극의 매설 가공 실시 일례의 단면도, 발열체의 사시도, 외피 처리 후의 적층 단면도

도 4는 (A), (B), (C), (D), (E), (F), (G), (H)는 도전성 카본 필름의 발열 및 전기적 특성 시험 실시 일례의 발열체 가공 평면도 및 시험 데이터 도표, 및 발열 필름의 가공 실시 일례도

도 5는 (A), (B), (C)는 종래 면상 발열체의 실시 일례의 평면도

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

1(1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1e). 본 고안에 따른 도전성 카본 필름으로 구성하는 면상 발열체.

10(10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10h', 10h"). 본 고안에 따른 면상 발열체의 발열 수단인 도전성 카본 필름

20, 21. 절연, 보온, 쿠션 제공의 외피 층

30. 직물 재 외피 층 31. 필름 재 절연 외피 층

40. 전원 커넥터 하우징 41a, 41b. 전원 선

100. 발열체 전원 공급 전극 의 통전 패턴과 전원 접속 단자 부가 일체로 형성된 필름형 통전 전극 판

101. 통전 전극 필름 판재 102. 통전 전극 패턴

110. 도전성 금속 판재와 테이프 판재로 구비되는 발열체의 통전 전극

111. 통전 전극 테이프 판재 112. 통전 전극 금속 판재

122. 나선(裸線) 123. 복수의 홀이 형성된 금속 판재

612. 종래, 탄소 섬유로 구비되는 면상 발열체

662. 종래, 도전성 발열 도료 인쇄 방식으로 구비되는 면상 발열체

692. 종래, 전열선으로 구비되는 면상 발열체

본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하자면 다음과 같다.

폴리프로필렌, 폴리에스테르 등의 열가소성 합성 수지 재 100 중량 부에 10 내지 50 %,wt(중량 부) 정도의 도전성 카본 블랙 재와 기타 첨가제를 혼합 조성하여, 박막 필름 상태로 가공하여 제공되는 도전성 카본 필름에서, 그의 전기적 저항 값이 수 내지 수천 ㏀ /sq 내외 정도이고, 바람직한 두께는 0.05 내지 0.3 mm 내외이고, 통전 전극의 설치 간격이 최대 60cm 이내로 구비되어져, 발열 특성이 비교적 중 저온인 60℃ 내외 정도까지 발열하고, 20℃에서 60℃까지의 온도 상승 소요 시간이 수 내지 수십 분 이내이고, 단위 면적 당 소비 전력이 5 ∼ 300 mw/㎠(미리 와트 퍼 센티 자승) 정도이며, 직류 및 교류 전원에서 공히 작동 할 수 있는 것을 특징으로 하는 도전성 카본 필름을 발열체의 발열 수단으로 수용한다.

상기, 본 고안에서 발열 수단으로 수용한 도전성 카본 필름은 통상의 정전기 소산 성 열가소성 수지 조성물의 분류인 정전기 차폐 기능의 필름 재, 즉, 그의 전기적 저항 값이 10 ~ 10,000㏀ (DC 500V에서 측정한 표면 비 저항) 내외인 정전기 방지용 카본 필름을 기준으로 그중, 비교적 낮은 측의 저항 값의 특성을 갖는 도전성 카본 필름인 것이다.

상기 발열 수단의 바람직한 실시 일례를 하나 들자면, 도 4의 (A)를 참조로 설명하자면 다음과 같다.

두께 0.1mm, 폭 2 cm, 전극 간격 5cm 의 양전극 사이의 체적 저항 값(직류 30 볼트를 인가하여 전류 측정 후 계산 값)이 25 ㏀ 정도의 특성을 갖는 도전성 카본 필름을 기준으로, 폭 160cm, 세로(전극 간격) 6.8cm, 두께 0.1mm, 발열 면적 1,040㎠ 의 크기로 가공 및 전극 설치 후, 발열 및 전기적 시험을 한 결과, 그의 양전극간의 저항 값은 0.79 ㏀ 정도이며, 단상 교류 220 볼트/60 헤르츠의 전원을 인가하여 약 3 분 정도 시간 경과 시 공기 중의 발열 표면의 온도가 약 20℃에서 60℃ 까지 상승되었으며, 그때 통전 전류는 280mA(미리 암페어) 정도로 측정되었으며, 발열 표면적 1㎠ 당 67mw(미리 와트)로 계산되어지며, 이는 본 고안에 따른 중 저온 약 60℃ 발열 특성을 갖는 전기 발열 장판, 발열 침대, 전자 기기의 발열 체의 발열 수단으로서 구비할 기본적 특성을 만족한 것이라 할 수 있는 것이다.

다음, 본 고안에 따른 발열 매트의 기술적 구성 및 작용을 상세히 설명을 하겠으며, 설명을 용이하게 하기 위하여 첨부 도시한 도면을 차례로 설명 한 뒤, 그의 내용을 근거로 실시 일례를 종합 정리하는 방법으로 서술하기로 한다.

도 1은 (A)는 본 고안에 따른 도전성 카본 필름과 통전 전극 형성 필름 판으로 구성하는 면상 발열체의 실시 일례의 분해 사시도 이며, (B)는 발열체 발열부의 적층 단면도를 도시한 것이며, (C)는 상기 발열체 발열 부를 보온, 절연, 쿠션 작용의 외피와 촉감 작용의 직물 재 외피를 씌운 상태의 적층 단면도를 도시한 것으로 상세히 설명하자면 다음과 같다.

발열 수단인 도전성 카본 필름을 소정의 크기로 재단 가공하여 구비하고.

두께 0.1 ∼ 0.5 정도의 폴리에스테르 등의 열가소성 수지 필름(101)을 상기 발열 수단의 발열 면에 대응하는 면(101a)과 전원 공급 단자의 커넥터에 접속되는 연장 인출 부(101b)가 구비되어지도록 절단 가공한 후, 은 내지 구리 등의 도전성 재료를 진공 증착 내지 도포 내지 인쇄 내지 부식 등의 공지된 방법으로 통전 패턴(102a, 102b)이 1 ∼ 50 cm 정도의 간격으로 형성되어 구비되는 전원 공급 통전 전극 판(100)이 제공되어지고,

상기 도전성 카본 필름(10)을 상기 전원 공급 통전 전극 판(100)의 통전 패턴(102)이 형성된 면에 올려놓은 다음, 서로 전기적으로 밀착 접속되어지게 화살표로 도시한 것과 같이 발열체의 전극 접속 부를 제외한 발열 부를 고주파 융착의 방법으로 열 압착 가공하여 발열 부가 구성되어지고,

상기 발열 부 상하면에 스펀지, 발포 고무 재, 솜, 수지 계 발포 판재 등으로 구비되는 보온, 절연, 쿠션 작용의 외피(20)를 씌워 접착제로 접합한 후, 섬유 내지 수지 재의 직물로 구비되는 촉감 성을 제공하는 외피(30)를 덧 씌워 구성되어진 것을 특징으로 하는 본 고안에 따른 도전성 카본 필름을 발열 수단으로 구비한면상 발열체(1a)를 도시한 것이다.

도 2는 (A)는 본 고안에 따른 도전성 카본 필름과 테이프 판재와 금속 박막 판재로 통전 전극을 구성하는 면상 발열체의 다른 실시 일례의 분해 사시도 이며, (B)는 발열체의 발열 부의 적층 단면도이며, (C)는 상기 발열체 발열 부를 절연, 보온, 쿠션 작용의 외피를 씌운 상태의 적층 단면도를 도시한 것으로 상세히 설명하자면 다음과 같다.

발열 수단인 도전성 카본 필름을 소정의 크기로 재단 가공하여 구비하고.

접착제 처리가 되어진 두께 0.1 ∼ 0.5 정도의 테이프 판재(111)를 상기 발열 수단의 발열 면에 대응하는 면(111a)과 전원 공급 단자의 커넥터에 접속되는 연장 인출 부(111b)가 구비되어지도록 절단 가공하여 구비되는 한편,

도전성 박막 금속 판재를 통전 전극 패턴(112 : 112a + 112b) 형상으로 가공하여, 상기 테이프 판재(111)에 부착하고, 그 면에 상기 도전성 카본 필름(10)을 올려놓고 롤러(roller) 등을 이용, 서로 전기적으로 밀착 접촉되어지게 화살표로 도시한 것과 같이 양 방향으로 압착 접합하여 발열 부가 구성되어지고,

상기 발열 부 상하면에 비교적 밀도가 높은 수지 계 스펀지 재 내지 발포고무 재 등으로 구비되는 보온, 절연, 쿠션 작용의 외피(21)를 씌워 접착제로 " 가"부분 및 전면을 접합하여 구성되어진 것을 특징으로 하는 본 고안에 따른 다른 실시 일례의 도전성 카본 필름을 발열 수단으로 구비한 면상 발열체(1b)를 도시한 것이다.

도 3은 (A), (B), (C), (D), (E), (F), (G), (H)는 본 고안에 따른 도전성카본 필름과 나선 내지 도전성 금속 박막 판재로 구비되는 통전 전극이 접합 내지 융착으로 매설 접속 처리하여 구성하는 다른 실시 일례의 면상 발열체의 도전성 카본 필름의 가공 실시 일례의 평면도, 통전 전극의 실시 일례의 사시도, 통전 전극의 매설 가공 실시 일례의 단면도, 발열체의 사시도, 외피 처리 후의 적층 단면도로서 상세히 설명하자면 다음과 같다.

도 3은 (A)는 발열 수단인 도전성 카본 필름의 가공 실시 일례를 도시한 것으로, 사각의 평면 형태로 가공되어 구비되는 도전성 카본 필름(10)과, 발열 및 전기적 특성의 조절을 위하여 복수의 구멍(" H")을 형성시켜 구비되어지는 도전성 카본 필름(10h)을 도시한 것이다.

도 3은 (B)는 통전 전극을 구성하는 전극 수단이, 통전 나선(122)으로 구비되어지는 것 내지는 열 융착 시 접착 강도를 높이기 위한 복수의 구멍이 형성된 금속 박막 띠형의 판재(123)로 구비되어짐을 도시한 것이다.

도 3은 (C)는 상기, 도전성 카본 필름(10, 10h)에 통전 나선(122) 내지 복수의 구멍이 형성된 금속 박막 띠형의 판재(123)를 열 융착 가공하여, 전기적으로 접합을 시키는 과정의 단면도 및 통전 전극이 접합 구성된 부분을 확대하여 도시한 것으로, 도전성 카본 필름(10, 10h)의 통전 전극 설치 부에 전극 수단(122, 123)을 올려놓고, 타원 화살표 방향으로 접어 올려 전극 수단을 덮어씌운 후, 화살표 방향으로 열 융착 가공하여 통전 전극이 설치되어짐을 도시한 것이다.

도 3은 (D)는 상기 도 3의 (C)에서 도전성 카본 필름(10)에 통전 전극(122a, 122b, 123a, 123b)을 열 융착 접합 가공하여 구비되어진 것에 통전 전극의 일측 끝단 부(" 가" )에 전원 공급 커넥터(40)가 부설된 전원 공급 전선(41a, 41b)을 전기적으로 접속시켜 구성되어지는 발열 부를 사시도로 도시한 것이다.

도 3은 (E)는 상기 도 3의 (C)에서 복수의 구멍이 형성된 도전성 카본 필름(10h)에 통전 전극(122a, 122b, 123a, 123b)을 열 융착 접합 가공하여 구비되어진 것에 통전 전극의 일측 끝단 부(" 가" )에 전원 공급 커넥터(40)가 부설된 전원 공급 전선(41a, 41b)을 전기적으로 접속시켜 구성되어지는 발열 부를 사시도로 도시한 것이다.

도 3은 (F)는 상기 도 3의 (D) 및 (E)의, 발열 부의 상하면에 스펀지, 발포 고무 재, 솜, 수지 계 발포 판재 등으로 구비되는 보온, 절연, 쿠션 작용의 외피(20)를 씌워 접착제로 접합한 후, 섬유 내지 수지 재의 직물로 구비되는 촉감 성을 제공하는 외피(30)를 덧 씌워 구성되어진 것을 특징으로 하는 본 고안에 따른 도전성 카본 필름을 발열 수단으로 구비한 면상 발열체(1c)를 단면도로 도시한 것이다.

도 3은 (G)는 상기 도 3의 (D) 및 (E)의, 발열 부의 상측에 양면 테이프(32)를 부착하고, 그의 상면과 발열 부의 하면에 절연을 위하여 통상의 테이프(31)를 접합 가공하여 구성되어진 것을 특징으로 하는 본 고안에 따른 도전성 카본 필름을 발열 수단으로 구비한 면상 발열체(1d)를 단면도로 도시한 것이다.

도 3은 (H)는 상기 도 3의 (F)의 구성 방법으로 발열 부가 복수 개로 구비 되어짐을 특징으로 하는 본 고안에 따른 도전성 카본 필름을 발열 수단으로 구비한 면상 발열체(1e)를 단면도로 도시한 것이다.

도면으로는 도시하지 않았지만 상기 도 3의 (D) 및 (E)의 발열 부를 수지재의 비닐 봉투 내지 튜브 형태로 구비되는 외피를 씌워 열 융착으로 접합 가공되어지는 외피 처리의 변형 실시 일례도 있는 것이다.

도 4는 (A), (B), (C), (D), (E), (F), (G)는 두께 0.08mm 및 0.1mm, 폭 2cm, 전극 간격 5cm 의 양전극 사이의 체적 저항 값(직류 30 볼트를 인가하여 전류 측정 후 계산 값)이 25 ㏀ 정도의 특성을 갖도록 도전성 카본 블랙이 소정의 중량부로 조성되어 성형 가공된, 도전성 카본 필름을 소정의 형태로 재단 가공하고, 도전성 구리 테이프로 전극(100)을 설치한 후, 단상 교류 220 볼트 60 헤르츠의 전원을 공급하고, 상온 18 ∼ 20℃의 환경에서, 그의 발열 및 전기적 특성 시험을 실시한, 일례의 발열체 평면도 및 시험 데이터의 도표를 도시한 것이며, (H)는 도전성 카본 필름의 구멍 가공의 실시 일례를 도시한 것으로 설명하자면 다음과 같다.

도 4는 (A)는 도전성 카본 필름의 전극 간격이 6.8cm; 길이 160cm; 발열면적 1,040 ㎠ ; 두께 0.1mm 의 크기를 갖는 발열체(1a)의 시험 결과, 통전 전류는 280mA, 저항 값(계산치)은 0.79㏀, 발열 면 1 ㎠ 의 단위 면적 당 소비전력 59mW, 포화 온도 67℃, 온도 상승 소요 시간 5분으로 측정 및 계산되었다.

도 4는 (B)는 도전성 카본 필름의 전극 간격이 18cm; 길이 5cm; 발열 면적 120 ㎠ ; 두께 0.08mm 의 크기를 갖는 발열체(1b)의 시험 결과, 통전 전류는 7.1mA, 저항 값(계산치)은 31㏀, 발열 면 1 ㎠ 의 단위 면적 당 소비전력 13mW, 포화온도 28℃, 온도 상승 소요 시간 19분으로 측정 및 계산되었다.

도 4는 (C)는 도전성 카본 필름의 전극 간격이 7.5cm; 길이 15cm; 발열 면적112.5 ㎠ ; 두께 0.1mm 의 크기를 갖는 발열체(1c)의 시험 결과, 통전 전류는 25mA, 저항 값(계산치)은 8.8㏀, 발열 면 1 ㎠ 의 단위 면적 당 소비전력 49mW, 포화 온도 61℃, 온도 상승 소요 시간 15분으로 측정 및 계산되었다.

도 4는 (D)는 도전성 카본 필름의 전극 간격이 15cm; 길이 7.5cm; 발열 면적 112.5 ㎠ ; 두께 0.1mm 의 크기를 갖는 발열체(1d)의 시험 결과, 통전 전류는 5mA, 저항 값(계산치)은 44㏀, 발열 면 1 ㎠ 의 단위 면적 당 소비전력 9.8mW, 포화 온도 32℃, 온도 상승 소요 시간 22분으로 측정 및 계산되었다.

도 4는 (E)는 도전성 카본 필름의 전극 간격이 9.5cm; 길이 15cm; 발열 면적 142.5 ㎠ ; 두께 0.1mm 의 크기를 갖는 발열체(1e)의 시험 결과, 통전 전류는 20mA, 저항 값(계산치)은 11㏀, 발열 면 1 ㎠ 의 단위 면적 당 소비전력 31mW, 포화 온도 52℃, 온도 상승 소요 시간 12분으로 측정 및 계산되었다.

도 4는 (F)는 도전성 카본 필름의 전극 간격이 7.5cm; 길이 15cm; 발열 면적 112.5 ㎠ , 두께 0.2mm(0.1mm 두 장 겹침 처리)의 크기를 갖는 발열체(1f)의 시험 결과, 통전 전류는 30mA, 저항 값(계산치)은 7.3㏀, 발열 면 1 ㎠ 의 단위 면적당 소비전력 59mW, 포화 온도 64℃, 온도 상승 소요 시간 6분으로 측정 및 계산되었다.

도 4는 (G)는 도전성 카본 필름의 전극 간격이 7cm; 길이 30cm의 면에, 전극간의 저항 값 조정을 위하여 직경 5mm의 구멍("H")을 소정의 간격으로 36 개 형성시키고, 발열 면적 202.9 ㎠ ; 두께 0.1mm 의 형상을 갖는 발열체(1g)의 시험 결과, 통전 전류는 48mA, 저항 값(계산치)은 4.6㏀, 발열 면 1 ㎠ 의 단위 면적 당소비전력 52mW, 포화 온도 63℃, 온도 상승 소요 시간 6분으로 측정 및 계산되었다.

상기한 도 4의 (A), (B), (C), (D), (E), (F), (G)에서 설명되어진 바와 같이 도전성 카본 필름의 가공 형태 및 두께 및 전극 간격 및 발열 면적의 조정으로 내지는 도전성 카본 블랙의 함유 중량 부의 조정으로, 다양한 발열 및 전기적 특성을 갖는 발열체를 구현 할 수 있는 것이며, 본 고안에 따른 도전성 카본 필름으로 구성한 면상 발열체는 동 분야의 지식인이라면 용이하게 변형 실시가 가능 한 것으로서, 본 고안의 기술적 구성의 요지인 " 발열 수단이 도전성 카본 필름으로 구성되는 면상 발열체" 의 기술적 범주 내에서 실시하는 경우 마땅히 보호받아야 할 것이다.

도 4는 (H)는 상기 도 4의 (G)의 구멍 가공의 변형 실시 일례를 도시한 것으로, 다수의 원형의 구멍("H1")이 형성된 도전성 카본 필름(10h), 다수의 장공(長孔)("H2")이 형성된 도전성 카본 필름(10h' ), 다수의 각형의 구멍("H3")이 형성된 도전성 카본 필름(10h" )을 도시한 것이다.

상기한 도 4의 (H)에 도시한 바와 같이 도전성 카본 필름에 다양한 공(孔)을 형성시키는 방법으로 발열체의 저항 값을 조절하여, 발열 및 전기적 특성을 조정하는 방법 또한 본 고안의 기술적 구성의 사상이므로 마땅히 보호받아야 할 것이다.

도 5는 (A), (B), (C)는 종래 면상 발열체의 실시 일례의 평면도로서, " 고안이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래 기술" 의 설명에서 이미 선술(先述)한바 설명을 생략한다.

이상으로 본 고안에 따른 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체의 기술적 구성 및 작용에 대하여 도면을 예시하여 설명하였으며, 요약 정리하자면 다음과 같다.

중 저온 인 약 60℃ 이내 정도의 발열 온도 특성을 갖는 통상의 전기 발열 담요, 발열 장판, 온돌 침대 등의 발열체의 발열 수단 및 저온 인 약 40℃ 이내 정도의 발열 온도 특성을 갖는 통상의 전기 보온 장치의 발열체, 보온 밥통, 농사용 저온 건조 장치 발열 판 등의 발열 수단으로 제공되어지는 도전성 카본 필름을 발열 수단으로 구성한 면상 발열체에 관한 것으로,

폴리에스테르 등의 열가소성 합성 수지 재에 소정의 중량 부의 카본 블랙재를 혼합 성형하여 0.05 ∼ 0.3 mm 두께 내외의 필름 형태로 제공되는 것으로서, 전기적 저항 값이 수 ∼ 수천 ㏀ /sq 정도인, 통상의 정전기 차폐용 회로 기판 포장 봉투의 필름 재로 사용되는 것을, 카본 블랙 및 첨가물의 조성 비율을 발열 수단으로서의 발열 및 전기적 특성에 맞도록 수 내지 수십 중량 부의 범위 내에서 조정하여 구비되는 도전성 카본 필름이 발열체의 발열 수단으로 제공되고,

상기, 도전성 카본 필름 재를, 발열 요구 온도 및 상승 소요 시간 및 총 소비 전력량, 발열 요구 면적 등을 감안하여, 발열 부를 구성하는 발열체 개개의 두께 및 발열 면의 넓이 및 통전 전극의 설치 간격인 발열 면의 길이 및 개개의 배치 간격 등을 설정하고, 그 설정되어진 크기로 재단 가공하여 발열체 개개를 면상으로 정렬 배치하여 면상 발열체의 발열 수단을 구성하고,

상기 발열체에 전력을 공급하는 통전 전극을 통전 패턴이 구비되어진 필름판의 접합 가공 방법 내지는 도전성 금속 테이프를 이용 부착 가공 방법 내지는 통전나선 또는 금속 박막 판재의 접합을 융착 가공 내지는 테이프 접착 방법으로 구성하여 카본 필름으로 구성되는 면상 발열체가 제공되는 것이며,

상기, 면상 발열체의 외(外)면에 절연성이 구비되는 수지 재 필름, 섬유재, 스펀지 재 내지는 수지 재 접착 테이프 내지는 합성 수지 재의 튜브 내지는 발포 고무를 씌워, 발열체의 전면이 감싸지도록 절연 외피 층을 구성하는 것으로서,

비교적 중 저온인 약 60℃ 이내 정도까지 발열하고, 포화 온도 상승 소요시간이 수 내지 수십 분 이내이고, 단위 면적 당 소비 전력이 5 ∼ 300 mw/㎠ 정도이며, 직류 및 상용 교류 전원에서 공히 작동하는 발열 및 전기적 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 카본 필름으로 구성되는 면상 발열체에 관한 고안인 것이다.

상기한 본 고안에 따른 도전성 카본 필름을 발열 수단으로 구성한 면상 발열체의 기술적 사상과 구성 원리를 이용하여 발열 장판, 발열 방석, 발열 모포, 발열 카펫, 농작물의 저온 건조용 발열 판, 김치 내지는 음식물 발효 및 숙성 장치의 판형 발열 히터, 판형 히터 장치 등 비교적 60℃ 내외 정도의 중 저온 발열을 필요로 하는 발열 장치에 동 분야의 지식이라면 능히 변형 실시되어 질 수 있으나, 그의 실시는 본 발명의 기술적 구성과 사상의 범주 내에 있다면 마땅히 보호받아야 할 것이다.

본 고안에 따르면 종래 탄소 섬유 내지 발열 도료 도포 등의 방법으로 제공되는 면상 발열체 보다 수십 % 원가가 저렴하게 제공되며, 종래 발열 수단 대비 두께가 1/5 정도에 불과하여 탁월한 유연성 및 가벼움의 장점과 국부적 발열 온도차이가 수 % 이내로 제공되는 효과와, 선상이 아닌 면상이며, 접거나 휘어도 단선발생이 없는 효과가 있는 것이다.

Claims (10)

1. 발열 및 보온 건조 등의 수단으로 제공되어지는 면상 발열체에 관한 것으로,

   폴리에스테르 등의 열가소성 합성 수지 재에, 전기적 저항 값이 1 ∼ 1,000㏀ (DC 500V에서 측정한 표면 비 저항)의 특성을 갖도록 도전성 카본 블랙을 소정의 중량 부(%)를 혼합하여 성형한 도전성 카본 필름을 재단 가공하여 면상 발열체의 발열 수단으로 구비하고,

   상기, 소정의 크기로 재단된 도전성 카본 필름에 전력을 공급하는 통전 전극이 다공(多孔)이 형성된 도전성 금속 박막 판재를 열 융착으로 접합 가공하여 면상 발열체의 발열 부가 구비되는 한편,

   상기, 발열 부의 외(外)면에 절연 및 보온성이 구비되는 스펀지 재 내지 발포 고무, 수지 재 필름을 씌워 외피 층을 구성하여 제공되는 것을 특징으로 하는 발열 수단이 도전성 카본 필름으로 구성되는 면상 발열체.
2. 제 1항에 있어서, 두께가 0.05 내지 0.3mm 정도인 도전성 카본 필름으로 구성한 면상 발열체.
3. 제 1항에 있어서, 두께 0.1mm, 폭 2 cm, 전극 간격 5cm 의 사이즈(size)에서, 양전극간의 저항 값이 직류 30 볼트로 측정할 경우 1 내지 100 ㏀ 정도를 갖는 도전성 카본 필름으로 구성되는 면상 발열체.
4. 제 1항에 있어서, 도전성 카본 필름을 다공(多孔)을 갖는 형태로 가공하여, 발열체의 저항 값이 조정되어 제공되는 도전성 카본 필름으로 구성되는 면상 발열체.
5. 제 1항에 있어서, 도전성 카본 필름에 전력을 공급하는 통전 전극이 나선(裸線)으로 구비되어, 열 융착으로 접합 가공하여 제공되는 도전성 카본 필름으로 구성되는 면상 발열체.
6. 제 1항에 있어서, 도전성 카본 필름에 전력을 공급하는 통전 전극이, 두께 0.1 ∼ 0.5 정도의 폴리에스테르 등의 열가소성 수지 필름을 발열 면에 대응하는 면과 전원 공급 단자의 커넥터에 접속되는 꼬리 형태의 연장 인출 부가 형성되도록 절단 가공한 후, 구리 등의 도전성 재료를 진공 증착 내지 도포 내지 인쇄 내지 부식 등의 공지된 방법으로 통전 패턴이 1 ∼ 50 cm 정도의 간격으로 형성하여 구비된 전원 공급 통전 전극 판(100)으로 제공되어지는 도전성 카본 필름으로 구성되는 면상 발열체.
7. 제 1항에 있어서, 도전성 카본 필름에 전력을 공급하는 통전 전극이, 접착제 처리가 되어진 두께 0.1 ∼ 0.5 정도의 테이프 판재를 상기 발열 수단의 발열 면에 대응하는 면과 전원 공급 단자의 커넥터에 접속되는 연장 인출 부가 형성되어지도록 절단 가공하여 구비되는 한편,

   도전성 박막 금속 판재를 통전 전극 패턴 형상으로 가공하여, 상기 테이프 판재에 1 내지 50cm 정도의 간격으로 부착하고, 그 면에 도전성 카본 필름(10)을 올려놓고 롤러(roller) 장치 등을 이용, 서로 전기적으로 밀착 접속되어지게 압착접합하여 발열 부가 제공되어지는 도전성 카본 필름으로 구성되는 면상 발열체.
8. 제 1항에 있어서, 발열 부의 외(外)면에 절연성이 구비되는 수지 재 봉투로 씌워 열 융착으로 접합하여 외피 층을 구성하여 제공되는 것을 특징으로 하는 도전성 카본 필름으로 구성되는 면상 발열체.
9. 제 1항 및 제 2항 및 제 3항 및 제 4항 및 제 5항 및 제 6항 및 제 7항 및 제 8항에 있어서, 발열 수단인 도전성 카본 필름의 두께, 저항 특성, 전극 간격, 필름의 다공 처리를 조절하여, 약 60℃ 내외 정도까지 온도가 상승되는 발열 특성을 갖는 전기 발열 장판, 머리 손질용 발열 기기, 발열 카페트, 발열 침대 등의 발열 수단으로 제공되어지는 도전성 카본 필름으로 구성한 면상 발열체.
10. 제 1항 및 제 2항 및 제 3항 및 제 4항 및 제 5항 및 제 6항 및 제 7항 및 제 8항에 있어서, 발열 수단인 도전성 카본 필름의 두께, 저항 특성, 전극 간격, 필름의 다공 처리를 조절하여, 약 30 ∼ 40℃ 내외 정도까지 온도가 상승되는 보온 및 발열 특성을 갖는 농사용 건조 판형 히터, 전기 기기 내에 장치되는 결로 방지및 건조용 히터 등의 발열 수단으로 제공되어지는 도전성 카본 필름으로 구성한 면상 발열체.