KR200324730Y1 - 매트용 무자계 발열선 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전자파를 발생하지 않는 매트용 전열선에 관한 것이다. 이러한 매트용 전열선은, 도전심과, 상기 도전심을 피복하는 절연층과, 상기 절연층을 길이 방향으로 권선하는 도전선과, 상기 도전선에 의해 권선된 절연층을 피복하는 피복층을 포함하며, 상기 도전심과 상기 도전선의 일측 동일 단부를 접속하고, 타측 단부에 전원을 인가하는 것을 특징으로 한다.

Description

매트용 무자계 발열선{NON-ELECTROMAGNETIC HEATING CABLE FOR MAT}

본 고안은 발열선에 관한 것으로, 특히 전자파가 발생하지 않는 발열선에 관한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 도체(A)에 전류(I)가 흐르면 오르스테드(OERSTED)나 암페어(AMPERE) 법칙에 따라 도체(A)주위에 자기장(B)이 형성되고, 또한 상기 전류(I)가 어떤 주파수를 가지게 되면 이에 상응하는 전기장(미도시)이 형성된다.

이때, 상기 자기장(B)은 전압이 높을수록 증가하고, 전기장은 전류의 흐름이 많을수록 증가하는데, 상기 자기장(또는 자기파)과 전기장(전기파)을 통칭하여 '전자파'라 한다.

즉, 상기 전자파는 전기의 사용으로 발생하는 에너지의 형태로써 전계(電界)와 자계(磁界)의 합성파이다. 전자파는 우리 주변에 사용중인 전기기계, 기구로부터 방출되는데 전기장파는 전기의 힘이 수직으로 미치는 공간을 말하며 미터당 볼트(V/m)로 표시하고, 자기장파는 자기의 힘이 수평으로 미치는 공간을 말하며 단위는 보통 밀리가우스(mG)로 표시한다. 전자파는 주파수(1초에 진동하는 횟수)에 따라 가정용 전원주파수 60Hz, 극저주파(0-1000Hz), 저주파 (1-500kHz), 통신주파(500kHz-300kHz), 마이크로웨이브(300MHz-300GHz : G-10억)로 분류되고 적외선, 가시광선, 자외선, X선, 감마선 순으로 주파수가 높아지고 이중 극저주파와 저주파는 전계와 자계가 발생되어 인체가 장시간 노출되면 체온변화와 생체리듬이 깨져 질병으로 발전될 가능성이 큰 것으로 나타났으며, 남성들은 정자수가 줄어들고 여성들은 생리불순 및 기형아 출산의 원인이 될 수 있다. 또한 심한 경우 뇌종양을 일으킬 수 있어 세계보건기구(WHO)가 조사에 나서는 등 전자파에 의한 유해성이 속속 밝혀지고 있는 실정이다. 특히, 전자파 발생원이 인체와 밀접한 거리에 있을 경우 그 폐해가 심각하다.

상기 인체와 밀접한 거리에서 사용되는 전자파 발생원의 대표적인 예가 전열보온기이다. 상기 전열보온기의 예로, 전기장판, 전기담요, 전기요, 전기방석, 전기 찜질팩 등이 있다. 근래에, 전자파에 의한 폐해가 급부상하면서 전열보온기의 열원으로 사용되는 발열선에서 발생하는 전기장 및 자기장을 제거하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다.

일반적으로, 전기장을 제거하는 가장 효과적인 방법은, 전기장 발생원(도체, 전열보온기, 각종 전기기기 등)을 전도성체로 완전히 감싸 완전 차폐를 시킨후, 상기 전도성체를 대지(大地)에 접속시켜 상기 전도성체에 유기된 전기장(전기파, 전하)을 대지로 방출하는 것이다. 또한, 자기장을 제거하는 가장 효과적인 방법은, 자기장 발생원을 투자율이 높은 금속체로 완전히 감싸 완전차폐를 시킴으로써 자기장의 외부 방출을 차단하는 것이다.

그러나, 전열보온기와 같이 전자파 발생원인 발열선이 넓은 면적에 걸쳐 분포할 경우, 전기장을 제거하기 위해 전열보온기 전체를 전도성체로 완전히 감싸는 일이나, 또는 자기장을 제거하기 위해 전열보온기 전체를 투자율이 높은 금속체로 완전히 감싸는 일은 그 실현 기술 및 비용상 현실적으로 불가능하다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써 본 고안은 전자파 및 전기파를 방출하지 않는 발열선을 제공함에 있다.

본 고안의 다른 목적은 절연층에 의해 절연되어 있는 도체와 발열체가 서로 반대의 자기장들을 형성하여 상기 발열체에서 발생하는 자기장을 제거하기 위한 발열선을 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 고안에 따른 매트용 무자계 발열선이, 도전심과, 상기 도전심을 피복하는 절연층과, 상기 절연층을 길이 방향으로 권선하는 도전선과, 상기 도전선에 의해 권선된 절연층을 피복하는 피복층을 포함하며, 상기 도전심과 상기 도전선의 일측 동일 단부를 접속하고, 타측 단부에 전원을 인가하는 것을 특징으로 한다.

바람직하기로, 상기 절연층 및 상기 피복층은, 절연체인 실리콘, 나이론써미스터, 절연PVC, 캡톤, 에나멜, 니켈, 테프론 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

바람직하기로, 상기 도전선은 동선인 것을 특징으로 하는 한다.

바람직하기로, 상기 도전심은, 1m당 저항값이 약 60Ω이 되도록 하기 위하여 카본섬유사의 집합체를 적어도 하나 이상 합사한 것임을 특징으로 한다.

바람직하기로, 상기 전원은 단상 2선식 전원인 것을 특징으로 하는 한다.

도 1은 암페어의 오른나사 법칙에 의해 형성되는 자기장을 보여주는 도면.

도 2는 본 고안의 실시 예에 따른 발열선의 구조를 도시하는 도면.

도 3은 두 개의 전원선들중 하나가 대지에 접지된 단상 2선식 전원을 도시하는 도면.

도 4는 본 고안의 실시 예에 따른 단상 2선식 전원이 연결된 전열선의 단면을 도시하는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

21 : 도전심 22 : 제1피복층

23 : 발열선 24 : 제2피복층

25 : 차폐층 26 : 제3피복층

이하 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 본 고안을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 고안의 실시 예에 따른 발열선(20)의 구조를 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 상기 발열선(20)은 도전심(21)과, 상기 도전심(21)의 외주면을 피복하는 절연층(22)과, 상기 절연층(22)을 길이 방향으로 권선하는 도전선(23)과, 상기 도전선(23)에 의해 권선된 상기 절연층(22)의 외주면을 피복하는 피복층(24)을 포함하여 구성된다.

상세히 살펴보면, 상기 도전심(21)은 전기를 통과시키되 그 저항값이 높아 자체에서 발열을 하는 발열체를 사용한다. 예를들어, 금속 발열체에는 대부분이 니크롬선이나 철크롬선이 사용된다. 상기 니크롬선은 1100℃내외의 고온을 견딜수 있고, 상기 철크롬선은 가격이 저렴해서 니크롬선 대신에 사용된다. 이밖에, 철, 니켈, 백금, 텅스텐, 몰리브덴 등이 특수한 용도로 사용된다. 비금속 발열체는 카보런덤(Carborundum : 탄화수소) 발열체가 대표적인 것으로, 1400℃ 정도의 고온을 견딜수 있기 때문에 1100℃이상의 고온 발열체로 많이 사용된다. 성분은 탄화규소(SiC)를 주성분으로 한 것으로 탄소와 규소의 혼합 비율에 따라 여러 가지의 고유 저항을 얻을수 있다. 그러나 가동이 어렵고 여리기 때문에 단자의 설치가 어렵다는 결점이 있다. 이밖에 탄소 발열체에는 탄소의 분말에 점결제를 가하여 막대 모양 또는 대롱 모양으로 만들어 구운 카본섬유사가 있다.

예를들어, 상기 카본섬유사를 사용할 경우, 카본섬유사의 집합체를 적어도 하나 이상 합사하여 1m당 저항값이 약 60Ω이 되도록 한다. 현재 유통되고 있는 카본사는 3000가닥(130Ω±5%), 6000가닥(70±5%), 12000가닥(34±5%)이 있다. 예를들어, 카본사 6000가닥을 사용할 경우 상기 카본사 집합체(6000가닥) 하나만 사용해도 되지만, 카본사 3000가닥을 사용할 경우 60Ω을 만족시키기 위해 상기 카본사 집합체(3000가닥)를 두 개 합사하여 사용하게 된다.

한편, 결속선을 이용해 상기 도전심(21)을 길이 방향으로 권선(捲線)할 수도 있다. 예를들어, 상기 결속선은 미세한 가닥의 유리섬유사의 집합체를 사용한다. 바람직하게, 상기 유리섬유사의 집합체의 직경은 0.3mm∼1mm로 하고, 권선시 피치(l)는 5mm∼20mm로 한다. 여기서, 최적의 피치(l)는 10mm이다. 이러한 수치들은 실험에 의해 결정된다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 유리섬유사의 집합체는 상기 도전선(21)의 길이 방향으로 나선구조를 갖도록 권선된다. 그러나 이에 국한되지 않고, 상기 도전심(21)을 권선하는 다양한 방법을 사용할수 있다. 예를 들어, 유리섬유 집합체를 일정 간격으로 도전심(21)의 길이 방향과 수직되도록 각각 권선시킬수 있다. 이중 이상의 나선구조, 또는 엇갈린 이중 이상의 나선구조를 가질 수 있는 것이다. 예컨대, 상기 유리섬유 집합체는 카본섬유 집합체가 도전될 때, 진동을 방지할 수 있는 그 어떤 구조로도 권선될수 있는 것이다.

상기 절연층(22)은 절연체인 실리콘, 나이론써미스터, 절연PVC, 캡톤, 에나멜, 니켈, 테프론중 어느 하나를 사용할 수 있다. 여기서, 상기 절연층(22)은 상기 도전심(21)을 감싸는 절연체이므로, 그 절연특성 및 내열특성이 우수한 절연물을 사용한다. 예를들어, 실리콘은 열을 장시간 받을 때 열에 의해 그 조직이 손상을 입어 부서지기 쉬운 취성을 갖기 때문에, 테프론과 같은 열에 강한 절연물을 사용한다. 상기 테프론은 삼플루오르화 에틸렌을 중합시켜 만들어진 열가소성 수지로서 내약품성, 특히 플루오르산에 대한 내성이 강하고 열이나 방사선에 대해서도 강하여 고주파 절연물로서 우수한 재질이다.

상기 도전선(23)은 무저항 동선과 같은 전도성 금속선을 사용한다. 예를들어, 상기 절연층(22)을 동선(또는 알루미늄) 편조로 감싸거나, 알루미늄(또는 동선)으로 횡권하거나, 혹은 알루미늄박판을 감싸고 동선을 횡권하는 방식을 사용한다.

여기서, 상기 도전심(21)과 상기 도전선(23)의 일측 동일 단부를 접속하고, 상기 도전심(21)과 상기 도전선(23)의 타측 단부에 전원을 연결하게 된다. 이렇게 하는 이유는, 상기 도전심(21)에서 발생하는 자기파와 상기 도전선(23)에서 발생하는 자기파를 서로 상쇄시키기 위한 것으로, 이에 대한 설명은 이후에서 상세히 다루기로 한다.

상기 피복층(24)은 절연체인 실리콘, 나이론써미스터, 절연PVC, 캡톤, 에나멜, 니켈, 테프론중 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 피복층(24)은 가장 외주에 소정의 두께로 피복되는 것으로, 내수성, 내열성 및 내한성이 우수한 재질을 사용한다. 예를들어, 기 출원된 특허 출원번호 제2002-40181호에 기재된 바와 같이, 원적외선 및 음이온을 방사하는 실리콘 조성물을 사용할 수 있다.

상기 도 2와 같은 발열선(20)이 전자파를 발생하지 않는 원리에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 3은 전기설비기준 제24조에 의거한 교류전원을 보여주고 있다. 상기 도 3은 단상 2선식, 110V,220V전원을 나타낸 것으로, 그 일측이 대지에 접지되어 있는상태를 보여준다.

이러한 교류전원을 전열보온기에 공급할 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 교류전원의 제1전원선(a)은 상기 도전선(23)에 연결되고, 제2전원선(b)은 상기 도전심(23)에 연결된다. 반대로, 제1전원선(a)을 상기 도전심(23)에 연결하고, 제2전원선(b)을 상기 도전심(21)에 연결할 수도 있다. 그리고, 상기 도전심(21)과 상기 도전선(23)의 타측 단부를 전기적으로 접속한다.

그러면, 상기 도전심(21)에 흐르는 전류의 방향과 상기 도전선(23)에 흐르는 전류의 방향이 정확히 반대가 되어, 상기 도전심(21)에 흐르는 전류에 의해 형성되는 자기장과, 상기 도전선(23)에 흐르는 자기장의 방향이 서로 반대가 되고, 상기 도전심(21)에 형성된 자기장의 중심과 상기 도전선(23)에 형성된 자기장의 중심이 일치하게 된다. 따라서, 상기 도전심(21)에 의해 형성된 자기장과 상기 도전선(23)에 형성된 자기장은 상호 상쇄되게 된다. 즉, 이것은 밀착된 거리에서 동일 중심을 갖고 방향이 서로 반대가 되는 자기장들이 서로 상쇄되는 원리를 이용한 것이다.

또한, 상기 발열선(20)에서 발생되는 전기장은 대지접지전위를 갖는 상기 도전선(23)에 의해 유기되어(상세히, 알루미늄 호일 및 동선 편조에 의해 차단 및 유기되어) 대지(또는 접지)로 방출되므로 전기장이 발열선(20) 외부로 방출되지 않는다.

한편 본 고안의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 고안의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 예를 들어, 상술한 예는 단상 2선식 전원을 사용하는 경우를 설명하고 있지만,대지에 접지되어 있지 않은 단상 3선식 전원을 사용할때도 전원선을 적절히 결선하여 전류 폐회로를 형성해주면 본 고안에 따른 전열선을 무자계 열선으로 사용할수 있음은 당업계에서 자명하다. 그러므로 본 고안의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정 해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이, 본 고안은 전열선으로부터 방출되는 전자파를 완전히 차단하기 때문에, 전기매트를 사용하는 사용자에게 미치는 폐해를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 도전심과,

   상기 도전심을 피복하는 절연층과,

   상기 절연층을 길이 방향으로 권선하는 도전선과,

   상기 도전선에 의해 권선된 절연층을 피복하는 피복층을 포함하며,

   상기 도전심과 상기 도전선의 일측 동일 단부를 접속하고, 타측 단부에 전원을 인가하는 것을 특징으로 하는 매트용 무자계 발열선.
2. 제1항에 있어서,

   상기 절연층 및 상기 피복층은, 절연체인 실리콘, 나이론써미스터, 절연PVC, 캡톤, 에나멜, 니켈, 테프론 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 매트용 무자계 발열선.
3. 제1항에 있어서,

   상기 도전선은 동선인 것을 특징으로 하는 매트용 무자계 발열선.
4. 제1항에 있어서,

   상기 도전심은, 1m당 저항값이 약 60Ω이 되도록 하기 위하여 카본섬유사의 집합체를 적어도 하나 이상 합사한 것임을 특징으로 하는 매트용 무자계 발열선.
5. 제1항에 있어서,

   상기 전원은 단상 2선식 전원인 것을 특징으로 하는 매트용 무자계 전열선.