KR20030080953A - 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보온 공기층을 갖는 면상 발열체에 관한 것으로, 일정한 간격으로 격판을 형성하여 보온이 가능하도록 공기층이 형성되는 구성과 발열체의 전극의 전기적 접속을 보다 용이하게 하고 또한 변형에 의한 단선을 방지할 수 있도록 하는 구성과 보다 낮은 전력 소비를 이룰 수 있도록 하는 구성 및 발열체를 감싸는 외피로 구성되는 면상 발열체에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명은 보온 공기 층이 제공되어 온도 유지 기능이 강화되어 소비전력을 절감시킬 수 있고, 도전성 단프라 판재에 결합되는 전극의 패턴을 개선하여 발열시 필요로 하는 최적의 전원을 공급하게 되어 발열면의 국부적인 온도차를 방지할 수 있으며, 전극의 단선을 방지하는 효과가 있다.

Description

보온 공기 층을 갖는 면상 발열체{THE PLATE HEATER WITH AIR GAP OF WARM}
본 발명은 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체에 관한 것으로서, 일정한 간격으로 격판을 형성하여 보온이 가능하도록 공기층이 형성되는 구성과 발열체의 전극의 전기적 접속을 보다 용이하게 하고 또한 변형에 의한 단선을 방지할 수 있도록 하는 구성과 보다 낮은 전력 소비를 이룰 수 있도록 하는 구성 및 발열체를 감싸는 외피로 구성되는 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체에 관한 것이다.
종래에 생산되고 있는 발명장판 또는 발열매트와 발열기능을 갖는 침대 등을 보면 이들은 면상의 구조를 갖는 발열체의 구성요소를 포함하고 있는데, 이들 발열체의 구성은 다음과 같다.
도 8a에 도시된 발열체의 구조는 카본사(612)를 카본 섬유사(612b)와 내열 사(絲)로 직조 한 뒤에 상기 카본사(612)의 양 선단을 도전성 은산(612a)로 직조하여 전극을 구성하고, 카본사(612) 전체 면에 흡습 방지 특성을 갖는 절연코팅을 처리하여 구성된다. 그리고 상기 은사 전극(612a)의 일 측 단부에 전선(624)을 납땜(가) 등과 갖은 방식으로 연결된다.
그러나, 이와 같은 면상 발열체는 통상적으로 가격이 고가이며, 전선이 은사 전극에 납땜에 의해 연결되기 때문에 전깆거 접속 작업이 용이하지 않고 잦은 단선 문제가 발생되고 있다.
또한, 면상 카본 섬유 발열체는 절단 및 부착 등과 같은 방식을 통해 다양한 형태로 변형하여 가공하기가 어려우며, 획일적인 모양과 크기로 한정되는 단점이 있다.
이외에 다른 종래의 기술로는 일명 "열 방사기", "전기장판"이라 호칭되는통상의 발열 매트의 발열 수단이 도 8b와 도 8c에 도시되어 있다. 도 8b에 도시된 것과 같은 발열 매트는 발열 도료를 이용한 인쇄 방식으로 제공되어지며, 도 8c에 도시된 것과 같은 발열 매트는 전열선을 구부려 배치시킨 방식으로 제공되어진다. 그리고, 도시되어 있지는 않으나 종이 등과 같은 부직포에 카본 입자를 코팅하여 제공되는 발열 매트도 알려져 있다.
이와 같은 발열 매트에 있어서, 차량용의 경우나 침대용으로 사용되는 발열 매트는 대부분이 면상의 구조로 탄소 섬유 발열체를 이용하고 있고, 가정용 전기 장판으로 사용되는 발열 매트는 전열선을 발열체로 이용하고 있으며, 일부 고급 제품이나 소형의 발열제품에는 카본 등의 발열 도료를 코팅하여 구성되는 면상 발열체를 이용하고 있다.
그러나, 이와 같은 구성을 발열 매트들은 아래와 같은 문제점 또는 개선되어야 할 점들이 존재하고 있다.
첫 째로, 발열 매트의 발열체에 의해 상승된 온도가 보온수단을 통해 유지될 수 있도록 하여 소비되는 전력을 절감시킬 수 있어야한다.
둘 째로, 발열 매트가 다양한 크기의 형태로 용이하게 변화될 수 있도록 유연성을 가져야 한다.
세 째로 전원 공급 수단의 가공성이 용이하며, 또한 작업이 용이하고, 단선 등과 같은 문제의 해결에도 유연하게 대처될 수 있어야 한다.
네 째로 완벽한 면상 발열을 수행 할 수 있도록 국부적인 온도편차의 발생을 방지 할 수 있는 구조를 가져야 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점 및 상황을 고려하여 보다 개선 및 진보되어진 발명의 기술을 제공하기 위한 것으로, 일정한 간격으로 격판을 형성하여 보온이 가능하도록 공기층이 형성되는 구성과 발열체의 전극의 전기적 접속을 보다 용이하게 하고 또한 변형에 의한 단선을 방지할 수 있도록 하는 구성과 보다 낮은 전력 소비를 이룰 수 있도록 하는 구성 및 발열체를 감싸는 외피로 구성되는 보온 공기 층을 갖도록 하는 것을 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징은 발열수단으로 카본이 혼합되고, 카본에 전원을 인가시키기 위한 전극이 연결되어 구성된 전기 발열 담요, 장판, 온돌 침대 등의 발열 수단 또는 농작물 저온 건조 박스 등에 사용되는 면상 발열체에 있어서, 발열 수단이 "PVC", "PP" 또는 PE 합성 수지 재로 상판과 하판 사이에 일정한 간격으로 격판을 형성하여 보온 공기 층이 형성되는 도전성 단프라 판재에 50%,wt(중량 부)이내의 카본 블랙 재를 혼합 성형되는 면상 발열체; 및 면상 발열체의 일 측면에 폴리에틸렌 등의 수지 계의 박막 필름이 상기 도전성 단프라 판재의 크기에 대응하게 구성되어 통전 패턴이 1 내지 2cm의 간격으로 형성되며, 상기 박막 필름의 일 측 단부에 형성되는 전원 입력 커넥터와 접속되어지는 꼬리 형상의 전원접속단자가 상기 통전 패턴과 연결되어 구성되는 통전 전극판으로 구성되는 것에 있다.
다른 일 특징으로 상기 면상 발열체는 도전성 단프라 판재의 공기 층의 공간에 소정의 간격으로 통전 나선(裸線)이 매설 접합 가공되어 통전 전극이 구성되고,상기 통전 전극에는 전원 공급 전선이 전기적으로 연결되며, 전원 공급 연결을 위하여 상기 전원 공급 전선에는 커넥터가 결합되게 구성될 수도 있다.
또 다른 일 특징으로 상기 면상 발열체는 상기 통전 전극을 갖는 다수개의 도전성 단프라 판재가 소정의 간격으로 배치되어 구성되게 구성될 수도 있다.
또 다른 일 특징으로 상기 면상 발열체는 도전성 단프라 판재의 양 측 단부가 길이방향으로 "절구"와 같이 사다리꼴 형상으로 압축되며, 상기 도전성 단프라 판재의 양 측 단부에 "ㄷ"자 형태의 도전성 금속 판재로 형성되는 통전 전극을 끼운 후 압착 고정하여 다수개를 일정한 간격으로 배열하여 구성하고, 어느 일부의 도전성 단프라 판재를 전원 입력 전선과 커넥터로 전원을 공급받도록 연결하고, 다른 도전성 단프라 판재를 전원 입력 전선과 커넥터에 의해 연결된 도전성 단프라 판재와 조합 연결선을 통해 연결하여 구성될 수도 있다.
또 다른 일 특징으로 상기 발열수단은 전원 공급 수단으로 한 쌍의 통전 전극으로 형성되는 도전성 금속 박막 판재 또는 도전성 금속 테이프로 구성하여 전원 접속 커넥터와 연결된 전원 공급 전선을 상기 한 쌍의 통전 전극과 연결하여 구성될 수도 있다.
그리고, 상기 면상 발열체는 절연, 보온 및 쿠션을 위하여 그 외면에 스펀지, 두터운 섬유, 발포 고무, 우레탄 또는 합성 수지 필름으로 외피가 형성되는 것이 바람직하고, 상기 단프라 판재는 상판(ta)과 하판(tc) 및 공기 층(S)을 형성시키는 칸막이 판(tb)의 두께가 각각 0.1 ~ 0.3 mm이고, 전체의 두께(Ha)가 1.5 ~ 5 mm이며, 상기 공기층(S)의 폭(W)이 2 ~ 8 mm인 것이 바람직하다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체와 필름형 통전 전극 판이 결합되는 구성을 나타낸 일 실시예의 사시도 및 분해 사시도이고,
도 2a는 본 발명에 따른 보온 공기 층을 면상 발열체에 도전성 나선을 매설하여 통전 전극이 구성되고, 전선과 커넥터 하우징 및 단자로 구성되는 전원 입력부가 연결된 일 실시예를 나타내는 사시도이고,
도 2b는 도 2a에 따른 면상 발열체가 복수개로 구성되는 일 실시예를 나타내는 사시도이고,
도 2c는 도 2a에 따른 면상 발열체가 복수개로 구성되는 또 다른 일 실시예를 나타내는 사시도이고,
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체가 도전성 금속판 또는 도전성 테이프로 구성되는 통전 전극과 결합되어 발열부를 구성하는 일 실시예의 사시도 및 분해 사시도이고,
도 4a 내지 도 4e는 본 발명에 따른 보온 공기 층을 갖는 발열체와 전원 공급 통전 전극의 전기적 접속 상태를 나타내는 각각의 실시예를 나타내는 도면이고,
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체에 외피가 구성되는 상태를 나타내는 각각의 실시예를 나타내는 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체의 구성요소인 도전성 단프라 판재의 부분 단면도이고,
도 7a는 본 발명에 따른 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체의 구성요소인 도전성 단프라 판재의 발열 시험 데이터를 나타낸 표이고,
도 7b는 본 발명에 따른 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체의 구성요소인 도전성 단프라 판재의 발열 특성을 나타낸 그래프이고,
도 8a 내지 도 8c는 종래의 발열 매트의 내부구성을 나타내는 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 설명*
1 ... 도전성 단프라(danpla) 판재 10 ... 면상 발열체
20 ... 외피 30 ... 커넥터
31 ... 전원공급선 100 ... 통전 전극판
101,102,103 ... 통전 전극 S ... 보온 공기층(공간)
Ha ... 도전성 단프라 판재의 전체두께
ta,tb,tc ... 도전성 단프라 판재의 두께
W ... 공기층의 폭
612,662,692 ... 종래의 면상 발열체
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 통하여 설명하도록 하겠다.
우선 본 발명에 이용되는 발열 수단인 도전성 단프라 판재(1)(합성 수지 재와 도전성 카본 블랙 재로 구성되는 골판지로 "danpla"로 표기하기도 함)에 대하여 간략히 설명하기로 한다.
도전성 단프라 판재(1)는 "PVC", "PP", "PE" 등의 합성 수지재에 50%,wt(중량 부)이내에서 소정 량의 카본 블랙재를 혼합 성형하여 형성되는 것으로서, 상, 하 및 좌, 우측 판이 0.1 ~ 0.3 mm 두께(도 6의 도시 부호 "ta", "tb", "tc") 내외로 형성되게 하고, 상판 하판 사이의 두께(도 6의 도시 부호 "Ha")가 1.5 ~ 5 mm 내외로 형성되게 가압 성형된다.
상기 도전성 단프라 판재(1)를 구성하는 상기 합성 수지재는 일반적으로 정전기 피해 방지 목적의 전자 제품 포장용 박스 제작의 원단으로 사용되는 것으로, 본 발명에서는 발열 작용을 갖도록 하기 위하여 카본 블랙과 혼합되어 성형된다.
또한, 상기 도전성 단프라 판재(1)는 카본 블랙의 함유량을 조절하여 이하 설명되는 표면 저항 및 체적 저항을 갖도록 하고, 사용되는 용도에 따라 구성하는 각 면의 두께, 폭, 밀도 등이 조절되어 구성된다.
이와 같이 구성되는 도전성 단프라 판재(1)는 두께가 5mm 내외로 구성되어 전기적 표면 저항 값이 수 ~ 수천 kΩ/sq 정도가 되고, 체적 저항 값이 수 ~ 수천 kΩ/sq 이내로 되며, 밀도는 600 g/sq.M ~ 1,200 g/sq.M 정도로 구성된다. 이러한도전성 단프라 판재(1)는 최고 발열 온도가 중 저온인 60 ℃ 정도의 범위까지 발열되게 된다.
좀더 구체적으로 상기 단프라 판재(1)는 카본 블랙의 함유량이 50% 이내의 중량 부 이내로 조정(도전성 단프라 판재 제조 기술 분야의 지식인의 경우 능히 배합 비 조정으로 완성 가능 한 것이다)되어 단프라 판재 형상(골판형 판재 형상)으로 성형 가공하여 구성된다. 이때, 성형 및 재단(裁斷) 공정에서 발열체 개개의 두께 및 넓이 그리고 통전 간격인 길이와 개개의 배치 간격을 조절하여 본 발명의 보온 공기 층을 갖는 발열체의 발열 수단을 구성하게 된다.
이와 같은 구성에 의해 단프라 판재(1)는 발열의 기동성(20℃ 에서 60℃ 정도까지의 목표 온도 상승 시간)이 종래 탄소 섬유 면상 발열체로 구성된 1인용 발열 매트 기준 소요 시간인 80 여분 보다 수 십분 단축되고; 바람직하게는 최대 소비 전력이 종래 탄소 섬유 면상 발열체로 구성된 1인용 발열체(55Cm ×165Cm 정도의 크기)가 갖는 소비 전력인 80와트(watt) 보다 동등하거나 또는 이하 수준(발열 표면적 1㎠ 기준으로 50 내지 400mW)으로 되며; 면상 국부적 온도차가 작고; 1인용 발열체(55Cm ×165Cm 정도의 크기)의 총 저항 값이 20 Ω이내의 전기적 특성을 만족하게 된다.
상기 발열 수단인 도전성 단프라 판재(1)의 일 실시예에 대한 시험결과는 다음과 같다.
가로1cm, 세로 1cm, 두께 4mm, 골 간격 4.5mm, 살 두께 0.2mm로 구성되는 도전성 단프라 판재의 양 절단면의 끝단에 전극을 설치하여 실제 저항 값의 측정 결과 약 60 ㏀ 인 전기적 저항 특성을 갖는 도전성 단프라 판재를 발열 수단으로 하여 두께 4.5mm 폭 20Cm 길이(전극 간격) 2Cm 크기로 직사각 판 형태로 가공한 것을 기준으로 발열 및 전기적 시험을 한 결과, 양전극간의 저항 값은 16.3 ㏀ 정도이고, 단상 교류 220 볼트의 전원을 인가하여 약 10여분 정도 시간 경과 시 표면 온도가 약 20℃에서 60℃ 까지 상승되었으며, 또한, 그때 통전 전류는 12.7mA(미리 암페어) 정도로 측정되었고, 발열 표면적 1㎠ 당 70mw(미리 와트)로 측정되었다.
이는 본 발명에 따른 도전성 단프라 판재가 본 발명에 적합한 발열 수단으로서 기본적 특성을 만족한 것이라 할 수 있는 것이다.
이와 같은 발열 수단의 일 실시예로 도 1a 및 도 1b에는 본 발명에 따른 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체(10a)와 통전 패턴이 형성되어진 필름형 통전 전극 판(100)이 결합된 발열 수단의 구조가 도시되어 있다.
상기 면상 발열체(10a)는 발열 수단으로 도전성 단프라 판재(1)를 소정의 크기로 재단 및 가공하고, 상기 도전성 단프라 판재(1)의 전원 공급 수단으로 통전 전극판(100)이 결합되어 구성된다.
상기 도전성 단프라 판재(1)는 골판지와 유사한 구조로 판의 중앙부에는 다수개의 구멍이 형성되어 보온 공기층을 구성하게 된다.
상기 보온 공기층을 갖는 도전성 단프라 판재(1)에 전원을 공급하기 위한 수단인 통전 전극판(100)은 도 1b에 도시된 것과 같이 폴리에틸렌 등의 수지 계의 박막 필름(100a)을 상기 도전성 단프라 판재(1)의 크기에 대응하게 구성하고, 상기박막 필름(100a)의 일 측 단부에 전원 입력 커넥터와 접속되어지는 꼬리 형상의 전원접속단자(100b)를 갖도록 구성된다.
상기 박막 필름(100a)에는 도전성 재료를 이용 진공 증착, 도포, 인쇄, 코팅 등의 가공 방법을 통해 통전 패턴(100c, 100d)이 수 cm 내외의 간격으로 형성되어 전원 공급 전극의 통전 패턴과 전원 접속 단자 부가 형성되는 필름형 통전 전극판(100)을 구성하게 된다.
도 2a 내지 도 2c에는 상기와 같이 구성되는 면상 발열체와는 달리 이하 설명되는 도전성 나선(裸線)으로 통전 전극을 형성하여 구성되는 면상 발열체의 일 실시예의 구성이 도시되어 있다.
도 2a에 도시된 상기 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체(10b)는 도전성 나선이 면상 발열체(10b)의 내부에 매설되어 통전 전극(101)이 구성되고, 전선(31a,31b)과 커넥터(30)로 구성되는 전원 입력부가 연결되게 구성된다.
좀더 상세하게 기술하면, 상기 면상 발열체(10b)는 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체의 발열 수단인 도전성 단프라 판재(1)가 소정의 크기로 재단 가공되고, 상기 도전성 단프라 판재의 공기 층의 공간에 소정의 간격으로 통전 나선(裸線)이 매설 접합 가공되어 통전 전극(101)이 구성된다.
상기 통전 전극(101)에는 전원 공급 전선(31a, 31b)이 전기적으로 연결되고, 전원 공급 연결을 위하여 상기 전원 공급 전선(31a, 31b)에는 커넥터(30)가 결합된다.
도 2b에 도시된 면상 발열체(10c)는 통전 전극(101)이 상기 도 2a에 도시된면상 발열체(10b)와 같은 방식으로 구성되고, 상기 통전 전극(101)을 갖는 다수개의 도전성 단프라 판재(1)가 소정의 간격으로 배치되어 전기적으로 조합 연결하여 구성된다.
도 2c에 도시된 면상 발열체(10d)는 보온 공기 층을 갖는 도전성 단프라 판재(1)가 소정의 크기로 재단되고, 상기 도전성 단프라 판재(1)의 양 측 단부가 길이방향으로 "절구"와 같이 사다리꼴 형상으로 압축되며, 상기 도전성 단프라 판재(1)의 양 측 단부에 "ㄷ"자 형태의 도전성 금속 판재로 형성되는 통전 전극(102)을 끼운 후 압착 고정하여 다수개를 일정한 간격으로 배열하여 구성된다.
상기 어느 일부의 도전성 단프라 판재(1)는 전원 입력 전선(31a,31b)과 커넥터(30)에 의해 전원을 공급받게 되며, 상기 도전성 단프라 판재(1)와 길이방향으로 배치되는 다른 도전성 단프라 판재(1)는 조합 연결선(31c)에 의해 전원 입력 전선(31a,31b)과 커넥터(30)에 의해 전원을 공급받는 도전성 단프라 판재(1)로부터 전원을 공급받게 구성된다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체의 전원 공급 수단의 다른 일 실시예를 나타내는 도면으로 상기 전원 공급 수단은 한 쌍의 통전 전극(103a,103b)으로 형성되는 도전성 금속 박막 판재 또는 도전성 금속 테이프(103)로 구성된다.
좀더 구체적으로 설명을 하면, 상기 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체(10e)는 발열 수단인 도전성 단프라 판재(1)가 일정한 크기로 재단되어 가공되고, 도전성 금속 박막 판재 또는 도전성 금속 테이프(103)로 형성되는 통전전극(103a,103b)을 상기 단프라 판재(1)에 접합 가공되며, 전원 접속 커넥터(30)에 연결된 전원 공급 전선(31a,31b)이 납땜 등으로 통전 전극(103a,103b)에 연결되어 구성된다.
상기 도 1, 도 2 및 도 3에서 설명되어진 단일로 구성되는 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체(10a,10b,10e)의 실시예는 주로 설치형 전기 발열 판 또는 온돌 침대 등의 발열 수단에 바람직한 실시 일례이며, 다수개로 구성되는 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체(10c, 10d)의 실시예는 접힐 수 있게 구성되기 때문에 휴대용 발열 모포 또는 농작물 저온 건조 박스 등에 바람직한 실시 일례라고 할 수 있다.
상기 도 1 내지 도 3에 도시된 면상 발열체에 전원을 공급하기 위한 수단은 도 4a 내지 도 4e에 도시된 것과 같이 구성된다.
우선 도 4a에 도시된 전원 공급 수단은 도 1에 도시된 면상 발열체(10a)에 전원을 공급하기 위한 수단으로 도전성 단프라 판재(1)를 발열체의 발열 수단으로 구비하고, 발열체 전원 공급 전극 의 통전 패턴이 필름의 면상에 증착, 도장, 도포, 인쇄 등의 방법으로 형성시켜 구비되고, 전원 접속 단자 부가 일체로 형성된 필름형 전극 판(100)을 도전성 접착제 또는 도전성 금속 스테이플러로 접합되게 된다.
상기 통전 패턴의 간격은 도전성 단프라 판재(1)의 단위 면적 당 저항 값에 따라 조정되어지는 것이며, 일례로 통상의 정전기 방지용 도전성 단프라 박스를 기준 할 경우는 2 cm(센티미터) 이내로 결정되는 것이 바람직하다.
도 4b와 도 4c에 도시된 전원 공급 수단은 도 2a 및 도 2b에 도시된 면상 발열체(10b,10c)에 전원을 공급하기 위한 수단을 나타낸다.
도 4b에 도시된 전원 공급 수단은 도전성 단프라 판재(1)를 발열체의 발열 수단으로 구비되고, 발열체 전원 공급 전극이 나선(裸線)(101)으로 구비되어 도전성 단프라 판재(1)의 양끝 단에 삽입 한 뒤 밀착 매설되어지도록 "가"부분이 열 융착의 방법으로 접합 처리된다.
여기서 상기 통전 나선의 매설 간격은 도전성 단프라 판재의 단위 면적 당 저항 값에 따라 조정되어지는 것이 바람직하다.
그리고, 도 4c에 도시된 전원 공급 수단은 통전 전극 구성 방법으로 복수 개의 나선(101)을 삽입하여 "가" 및 "나" 부분이 열 융착으로 밀착 매설되어지게 접합 처리된다.
도 4d에 도시된 전원 공급 수단은 도 2c에 도시된 면상 발열체(10d)에 전원을 공급하기 위한 수단으로 도전성 단프라 판재(1)를 발열체의 발열 수단으로 구비하고, 발열체 전원 공급 전극이 "ㄷ" 자 형태를 갖는 도전성 금속 판재(102)로 구비되며, 도전성 단프라 판재(1)의 양끝 단에 끼운 뒤 고정 설치되어지도록 "다"부분을 압착하는 방법으로 접속 처리된다.
여기서, 통전 전극(102)의 설치 간격은 도전성 단프라 판재의 재단 폭에 따라 결정되며 재단 폭은 단위 면적 당 저항 값에 따라 조정되어지는 것이다.
도 4e에 도시된 전원 공급 수단은 도 3a 및 도 3b에 도시된 면상 발열체(10e)에 전원을 공급하기 위한 수단으로 도전성 단프라 판재(1)가 발열 수단으로 구비되고, 전원 공급 전극의 통전 패턴이 금속 박막 판재 또는 도전성 테이프재(103)로 구비되며, 도전성 접착제 내지 도전성 금속 스테이플러로 접합 처리된다.
상기한 도 4a 내지 도 4e에 도시된 통전 전극 처리 기술은 상기 설명된 실시예 이외의 방법으로 변형 실시되는 것이 가능하며, 이와 같이 본 발명의 기술을 기초로 한 변형은 당업자에게 있어 자명한 것으로 본 발명에 따른 도전성 단프라 판재와 통전 전극으로 구성되는 보온 공기 층("S")을 갖는 면상 발열체(10e)의 기술적 사상의 범주 내에 속한다 할 수 있는 것이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체(10)에 외피가 처리된 구조를 나타내는 도면이다.
즉, 보온 공기 층을 갖는 도전성 단프라 판재(1)와 결합되는 면상 발열체(10) 층에 상기 면상 발열체(10)에 통전 전극(100,101,102,103)이 적층 또는 접합되어 층을 이루거나, 또는 매설되는 방식으로 결합되고, 상기 발열부의 상, 하면 외부에 절연, 보온 및 쿠션을 위하여 외피(20)를 피복하여 구성하게 된다.
이와 같이 상기 통전 전극(100,101,102,103)이 결합되는 면상 발열체(10)의 외부에 피복 되는 외피(20)의 일 실시예로 스펀지 재를 이용하여 상하 면을 접착 한 후에 측면 테두리를 봉재 또는 접착 처리하여 외피(20)를 구성할 수 있다.
그리고, 면상 발열체(10)의 외부에 피복 되는 외피(20)의 다른 실시예로 비교적 두터운 섬유 재를 이용하여 상하 면을 접착한 후에 측면 테두리를 봉재 또는 접착 처리하여 외피(20) 층을 구성할 수 있다.
그리고, 또한 면상 발열체(10)의 외부에 피복 되는 외피(20)의 다른 실시예로 발포 고무, 우레탄 재를 이용하여 전체 면에 발포 가공하여 외피(20)를 구성할 수 있다.
그리고, 또한 면상 발열체(10)의 외부에 피복 되는 외피(20)의 다른 실시예로 합성 수지 재의 필름을 이용하여 전체 면을 감싸는 형태로 구성할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체의 발열 수단인 도전성 단프라 판재(1)의 부분 단면도로서 간략히 설명하자면 다음과 같다.
상기 면상 발열체(10)는 "PVC", "PP" 또는 "PE" 등의 합성 수지 재로 형성되는 단프라 판재(1)에 50%,wt(중량 부)이내에서 소정 량의 카본 블랙 재가 혼합되어 성형된다.
상기 단프라 판재(1)는 상판(ta)과 하판(tc) 및 공기 층(S)을 형성시키는 칸막이 판(tb)은 각각 그 두께가 0.1 ~ 0.3 mm 내외이고, 전체 두께(Ha)는 1.5 ~ 5 mm 내외이며, 공기층(S)의 폭(W)이 2 ~ 8 mm 내외인 단프라 판재 형태로 가압 성형되어지는 것으로, 일반적으로 정전기 피해 방지 목적의 전자 제품 포장용 박스 제작의 원단으로 사용되는 도전성 단프라 판재의 형태로 제공되는 것이다.
아래 표 1은 본 발명에 따른 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체의 발열 수단인 도전성 단프라 판재에 대한 실시예에 대한 발열시험 결과를 나타낸다.
아래 표는 가로 1cm, 세로 1cm, 두께 4mm, 골간격 4.5mm 살두께 0.15 내지 0.2mm의 크기를 갖는 도전성 단프라의 양 전단면의 끝단에 전극을 설치하여 실제 저항 값을 측정한 결과 약 60kΩ의 비교적 높은 저항 특성을 갖는 도전성 단프라 판재를 이용하여 시험한 결과이다.
시험 조건은 시험 전원 : 220Vac, 단프라 판재의 두께 : 4mm, 단프라 판재의 골간격 : 4.5mm, 전극의 폭 : 20Cm로 하여 시험하였다.
전극길이(cm)발열면적(cm2) 통전전류(mA) 상승시간(분) 소비전력(W) 1Cm당 소비전력(mW)
1 1(20cm2) 19 7 4.2 210
2 1.5(30cm2) 15.9 8 3.5 117
3 2(40cm2) 12.7 10 2.8 70
4 2.5(50cm2) 9.5 -1 미달 2.1 42
5 3(60cm2) 6 -2 미달 1.3 22
첫 번째 시험은 전극길이를 1Cm로 하여 발열면적이 20cm2가 되게 면상 발열체를 가공하여 시험한 결과로 양전극간의 저항 값은 11.6 ㏀ 정도이며, 단상 교류 220 볼트의 전원을 인가하여 약 7 분 정도 시간 경과 시 표면 온도가 약 20℃에서 60℃ 까지 상승되었다. 이때, 통전 전류는 19 mA 정도로 측정되었으며, 발열 표면적 1㎠ 당 210mW가 되었다.
두 번째 시험은 전극길이를 1.5Cm로 하여 발열면적이 30cm2가 되게 면상 발열체를 가공하여 시험한 결과로 양전극간의 저항 값은 13.4 ㏀ 정도이며, 단상 교류 220 볼트의 전원을 인가하여 약 8 분 정도 시간 경과 시 표면 온도가 약 20℃에서 60℃ 까지 상승되었다. 이때, 통전 전류는 16.4 mA 정도로 측정되었으며, 발열 표면적 1㎠ 당 120mW가 되었다.
세 번째 시험은 전극길이를 2Cm로 하여 발열면적이 40cm2가 되게 면상 발열체를 가공하여 시험한 결과로 양전극간의 저항 값은 16.3 ㏀ 정도이며, 단상 교류220 볼트의 전원을 인가하여 약 10 분 정도 시간 경과 시 표면 온도가 약 20℃에서 60℃ 까지 상승되었다. 이때, 통전 전류는 13.5mA 정도로 측정되었으며, 발열 표면적 1㎠ 당 75 mW가 되었다.
네 번째 시험은 전극길이를 2.5Cm로 하여 발열면적이 50cm2가 되게 면상 발열체를 가공하여 시험한 결과로 양전극간의 저항 값은 22.7 ㏀ 정도이며, 단상 교류 220 볼트의 전원을 인가하여 약 30 분 정도 시간 경과 시 표면 온도가 포화되었지만 약 52℃ 정도에서 더 이상 상승하지 않고, 목표 온도인 60℃ 까지 상승을 못하였다. 즉, 온도 상승 미달이며, 이때, 통전 전류는 9.7 mA 정도로 측정되었으며, 발열 표면적 1㎠ 당 42mW가 되었다.
다섯 번째 시험은 전극길이를 3Cm로 하여 발열면적이 60cm2가 되게 면상 발열체를 가공하여 시험한 결과로 양전극간의 저항 값은 36.7 ㏀ 정도이며, 단상 교류 220 볼트의 전원을 인가하여 약 45 분 정도 시간 경과 시 표면 온도가 포화되었지만 약 40℃ 정도에서 더 이상 상승하지 않고, 목표 온도인 60℃ 까지 상승을 못하였다. 즉, 온도 상승 미달이며, 이때, 통전 전류는 6 mA 정도로 측정되었으며, 발열 표면적 1㎠ 당 22mW가 되었다.
상기 시험 데이터를 통하여 본 발명에서의 발열 수단으로 구성되는 면상 발열체는 는 수 ~ 수천 kΩ/sq 정도의 표면 저항값, 5mm 내외의 두께, 600 g/sq.M ~ 1,200 g/sq.M 정도의 밀도, 60 ℃ 정도의 최고 발열 온도의 특성으로 발열의 기동성 즉, 목표 온도 상승 시간(20℃ 에서 60℃ 정도까지)이 종래 탄소 섬유 면상 발열체로 구성된 1인용 발열 매트 기준 소요 시간 80 여분 보다 수 십분 단축된다는 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 면상 발열체는 최대 소비 전력이 바람직하게는 종래 탄소 섬유 면상 발열체로 구성된 1인용 발열체(55Cm ×165Cm 정도의 크기)의 80와트(watt) 이하 이고, 전기적 특성이 발열 표면적 1㎠ 기준 50 내지 400mW(미리 와트) 정도의 소비 전력을 갖는 다는 것을 알 수 있다.
그리고, 또한 상기 면상 발열체의 전극 패턴과 형성된 공기층으로 인하여 발열면 상의 국부적 온도차가 극히 작게 된다는 것을 알 수 있다.
도 7은 표 1에 나타난 시험 데이터를 근거로 하여 전극 간격과 발열 상승 소요시간의 상관 관계를 그래프로 나타낸 것으로 점무늬로 해칭된 영역이 바람직한 실시영역을 나타낸다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체는 보온 공기 층이 제공되어 온도 유지 기능을 강화 시켜 장시간 사용 시 소비전력 절감을 기대 할 수 있는 장점을 가지며, 도전성 단프라 판재에 결합되는 전극의 패턴을 개선하여 발열시 필요로 하는 최적의 전원을 공급하게 되어 발열면의 국부적인 온도차를 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 면상 발열체에 전력을 공급하는 수단을 개선하여 면상 발열체를 접어서 보관하는 경우에도 전극의 단선을 방지하는 효과가 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (7)

  1. 발열수단으로 카본이 혼합되고, 카본에 전원을 인가시키기 위한 전극이 연결되어 구성된 전기 발열 담요, 장판, 온돌 침대 등의 발열 수단 또는 농작물 저온 건조 박스 등에 사용되는 면상 발열체에 있어서,
    상기 발열 수단은 "PVC", "PP" 또는 PE 합성 수지 재로 상판과 하판 사이에 일정한 간격으로 격판을 형성하여 보온 공기 층이 형성되는 도전성 단프라 판재에 50%,wt(중량 부)이내의 카본 블랙 재를 혼합 성형되는 면상 발열체; 및
    상기 면상 발열체의 일 측면에 폴리에틸렌 등의 수지 계의 박막 필름이 상기 도전성 단프라 판재의 크기에 대응하게 구성되어 통전 패턴이 1 내지 20cm의 간격으로 형성되며, 상기 박막 필름의 일 측 단부에 형성되는 전원 입력 커넥터와 접속되어지는 꼬리 형상의 전원접속단자가 상기 통전 패턴과 연결되어 구성되는 통전 전극판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 면상 발열체는 도전성 단프라 판재의 공기 층의 공간에 소정의 간격으로 통전 나선(裸線)이 매설 접합 가공되어 통전 전극이 구성되고, 상기 통전 전극에는 전원 공급 전선이 전기적으로 연결되며, 전원 공급 연결을 위하여 상기 전원 공급 전선에는 커넥터가 결합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 면상 발열체는 상기 통전 전극을 갖는 다수개의 도전성 단프라 판재가 소정의 간격으로 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 면상 발열체는 도전성 단프라 판재의 양 측 단부가 길이방향으로 "절구"와 같이 사다리꼴 형상으로 압축되며, 상기 도전성 단프라 판재의 양 측 단부에 "ㄷ"자 형태의 도전성 금속 판재로 형성되는 통전 전극을 끼운 후 압착 고정하여 다수개를 일정한 간격으로 배열하여 구성하고, 어느 일부의 도전성 단프라 판재를 전원 입력 전선과 커넥터로 전원을 공급받도록 연결하고, 다른 도전성 단프라 판재를 전원 입력 전선과 커넥터에 의해 연결된 도전성 단프라 판재와 조합 연결선을 통해 연결하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 발열수단은 전원 공급 수단으로 한 쌍의 통전 전극으로 형성되는 도전성 금속 박막 판재 또는 도전성 금속 테이프로 구성하여 전원 접속 커넥터와 연결된 전원 공급 전선을 상기 한 쌍의 통전 전극과 연결하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 면상 발열체는 절연, 보온 및 쿠션을 위하여 그 외면에 스펀지, 두터운 섬유, 발포 고무, 우레탄 또는합성 수지 필름으로 외피가 형성되는 것을 특징으로 하는 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단프라 판재는 상판(ta)과 하판(tc) 및 공기 층(S)을 형성시키는 칸막이 판(tb)의 두께가 각각 0.1 ~ 0.3 mm이고, 전체의 두께(Ha)가 1.5 ~ 5 mm이며, 상기 공기층(S)의 폭(W)이 2 ~ 8 mm인 것을 특징으로 하는 보온 공기 층을 갖는 면상 발열체.
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