KR200446575Y1 - 페이스트 조성물을 이용한 히터 - Google Patents
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Abstract
페이스트 조성물을 이용한 히터가 개시된다. 본 고안의 페이스트 조성물을 이용한 히터는, 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나와 은을 포함하거나, 루테늄과 팔라듐에서 선택된 적어도 하나와 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나와 은을 포함하는 페이스트 조성물을 갖는 적어도 하나의 발열저항체를 포함하는 히터코어; 및 히터코어의 적어도 일측면에 마련되어 히터코어로부터 발생하는 열을 외부로 발산하는 방열체를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 고안에 의하면, 저항체 크기에 따른 면저항값 및 온도저항계수의 변화가 적으며, 낮은 면저항값 및 온도저항계수를 갖는 다수의 발열저항체를 이용함으로써, 전력 소모량이 적으면서도 안정적인 전력 소모량을 갖는 히터를 제작할 수 있다.
페이스트 조성물, 히터, 스카이빙, 절연층
Description
본 고안은 페이스트 조성물을 이용한 히터에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 페이스트 조성물을 발열저항체로 사용함으로써, 전력 소모량이 적으면서도 안정적인 전력 소모량을 갖는 페이스트 조성물을 이용한 히터에 관한 것이다.
일반적인 발열체용 페이스트에는 은(Ag), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru)계 산화물이 주로 사용되고 있다.
이러한 발열체용 페이스트에 사용되는 저 저항 도전성 물질인 은(Ag)은 양의 온도저항계수를 갖기 때문에 자체로는 발열 저항으로 사용하기 어렵다. 따라서, 이를 보완하기 위해 발열체용 페이스트에 팔라듐(Pd)과 루테늄(Ru)이 첨가되고, 루테늄(Ru)의 경우에는 은(Ag)에 비하여 비저항이 높기 때문에 낮은 저항값을 갖기 위해서는 고가의 루테늄(Ru)이 다량으로 첨가되어야 한다. 그러나 이러한 은(Ag) 대비 루테늄(Ru) 비율의 증가는 저항의 증가를 가져오기 때문에 루테늄(Ru)의 첨가량에는 한계가 있다.
또한, 온풍기 등에 사용되는 발열체는 일반적으로 루테늄계열로서, 소정의 간격을 두고 복수 개가 고온에서 소성된 상태에서 기판에 프린팅되는 구조를 따르 는데, 이러한 발열체의 경우 온도 상승에 따라 저항이 증가하게 되고 결국 전력 소모량이 증가하게 되는 문제점이 있었으며, 안정된 온도저항계수를 확보할 수 없는 문제점이 함께 내포되어 있었다.
따라서, 저항의 증가를 억제하는 동시에 안정된 온도저항계수를 갖는 발열체용 페이스트를 이용한 히터에 대한 연구 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 고안의 목적은, 낮은 저항을 갖고, 안정된 온도저항계수를 갖는 발열체용 페이스트 조성물을 이용한 히터를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적은, 본 고안에 따라, 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나와 은을 포함하거나, 루테늄과 팔라듐에서 선택된 적어도 하나와 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나와 은을 포함하는 페이스트 조성물을 갖는 적어도 하나의 발열저항체를 포함하는 히터코어; 및 상기 히터코어의 적어도 일측면에 마련되어 상기 히터코어로부터 발생하는 열을 외부로 발산하는 방열체를 포함하는 것을 특징으로 하는 페이스트 조성물을 이용한 히터에 의하여 달성된다.
상기 방열체는, 상기 히터코어의 적어도 일측면에 결합되는 방열판; 및 상기 방열판으로부터 연장되되 다수개의 날개 형상을 갖도록 형성되는 스카이빙부를 포함할 수 있다.
상기 히터코어와 상기 방열판 사이에는, 적어도 하나의 절연층이 개재될 수 있다.
상기 적어도 하나의 절연층은, 마이카(mica) 재질로 제작될 수 있다.
상기 적어도 하나의 발열저항체는 복수 개가 마련되며, 상기 히터코어는, 상기 복수 개의 발열저항체가 배치되는 히터판; 및 상기 복수 개의 발열저항체에 전력이 공급되도록 상기 히터판에 마련되는 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 발열저항체는, 상기 히터판의 적어도 일측면에 부착될 수 있다.
상기 방열체는, 상기 히터코어의 상측면에 결합되는 제1 방열체; 및 상기 히터코어의 하측면에 결합되는 제2 방열체를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 발열저항체는 상기 히터판의 상측면에 부착되며, 상기 히터코어와 상기 제1 방열체 사이에는 적어도 하나의 절연층이 개재될 수 있다.
상기 페이스트 조성물을 이용한 히터는, 상기 페이스트 조성물 100중량부에 대하여, 상기 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나는 0.01 내지 20중량부로 포함될 수 있다.
상기 페이스트 조성물은, 상기 은 5 내지 60중량부; 상기 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나 0.01 내지 20중량부; 유리 프릿 5 내지 40중량부; 및 유기 바인더 10 내지 40 중량부를 포함할 수 있다.
상기 페이스트 조성물은, 상기 은 10 내지 60중량부; 상기 루테늄 0.25 내지 20중량부; 상기 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나 0.01 내지 20중량부; 유리 프릿 5 내지 35중량부; 및 유기 바인더 10 내지 40 중량부를 포함할 수 있다.
상기 페이스트 조성물은, 상기 은 10 내지 60중량부; 상기 팔라듐 0.25 내지 20중량부; 상기 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나 0.01 내지 20중량부; 유리 프릿 5 내지 35중량부; 및 유기 바인더 10 내지 40중량부를 포함할 수 있다.
상기 페이스트 조성물은, 상기 은 10 내지 60중량부; 상기 루테늄 0.25 내지 5중량부; 상기 팔라듐 0.25 내지 10중량부; 상기 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나 0.01 내지 20중량부; 유리 프릿 5 내지 35중량부; 및 유기 바인더 10 내지 40중량부를 포함할 수 있다.
상기 탄소나노튜브는 100 내지 600㎡/g 범위의 비표면적을 가질 수 있다.
상기 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브, 단일벽 탄소나노튜브, 및 박벽 탄소나노튜브에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 탄소섬유는 탄소나노섬유일 수 있다.
상기 유리 프릿은 400 내지 850℃의 연화점을 가질 수 있다.
본 고안에 의하면, 저항체 크기에 따른 면저항값 및 온도저항계수의 변화가 적으며, 낮은 면저항값 및 온도저항계수를 갖는 다수의 발열저항체를 이용함으로써, 전력 소모량이 적으면서도 안정적인 전력 소모량을 갖는 히터를 제작할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 고안을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 고안의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 페이스트 조성물을 이용한 히터의 사시도이며, 도 2는 도 1의 히터의 측면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 히터코어의 평면도이며, 도 4는 도 1에 도시된 제1 방열체의 측면도이고, 도 5는 도 1의 히터를 사용하여 완성된 히터 조립체의 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 페이스트 조성물을 이용한 히터(10)는 히터코어(100), 절연층(200) 및 방열체(300)를 포함한다.
도 3을 참조하면, 히터코어(100)는 판재 형상의 히터판(130)과, 히터판(130)의 상측면에 마련되는 복수 개의 발열저항체(110)와, 복수 개의 발열저항체(110)의 양단을 연결하는 전극(120)을 포함하며, 발열저항체(110)에 관한 사항은 후술하기로 한다.
전극(120)은 히터판(130)의 양측에 한 쌍으로 마련되어, 복수 개의 발열저항체(110)를 병렬로 연결함으로써, 본 실시예에 따른 히터(10)의 사용시, 전원(미도시)으로부터 공급되는 전류가 발열저항체(110)를 따라 흐를 수 있도록 한다. 전원에 연결되는 와이어를 통해 전극(120) 및 이에 연결된 발열저항체(110)에 전력이 공급되면, 발열저항체(110)는 히터(10)가 목적하는 온도에 이르기까지 열을 발산하게 되는데, 이렇게 발산된 열은 방열체(300)를 통해 대기중으로 확산 된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 절연층(200)은 히터코어(100) 상측면과 결합되며, 히터코어(100)와 동일한 면적을 갖도록 제작되어 히터코어(100)와 제1 방열체(310) 간의 쇼트를 방지하는 역할을 담당한다. 본 실시예에서, 절연층(200)은 마이카(mica, 운모) 재질로 제작되는데, 마이카 재질의 절연층(200)은 제조단가가 낮으며 절연효율을 높은 장점을 갖는다.
이외에도, 절연층(200)은 알루미나, 실리카, 마그네시아 등의 산화금속 막을 코팅하여 완성될 수 있으며, 코팅방법으로는 ALD/CVD 방법, 스퍼터나 Evaporation, Sol-gel법 등 다양한 방법을 따른다.
물론 절연물질 및 코팅방법은 전술한 예에 한정되는 것이 아니며, 절연층(200)의 기능을 수행할 수 있는 한, 본 고안의 권리범위는 이에 한정되지 않는다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 방열체(300)는 절연층(200)의 상측면과 결합되는 제1 방열체(310)와, 히터코어(100)의 하측면과 결합되는 제2 방열체(320)를 포함한다. 만약, 복수 개의 발열저항체(110)가 히터코어(100)의 하측면에도 마련되는 경우에는, 절연층(미도시)은 히터코어(100)의 하측면과 제2 방열체(320) 사이에도 개재되어야 하며, 이 경우 제2 방열체(320)는 히터코어(100)의 하측면에 결합되는 절연층(미도시)의 하측면에 결합된다. 그러나 본 실시예에서는, 복수 개의 발열저항체(110)가 히터코어(100)의 상측면에만 마련되는 경우를 가정하였으므로, 제2 방열체(320)는 히터코어(100)의 하측면과 결합하게 된다.
도 4를 참조하면, 제1 방열체(310)는 판재형상의 제1 방열판(311)과, 제1 방열판(311)으로부터 연장되되 다수개의 날개 형상을 갖도록 형성되는 제1 스카이빙 부(312)를 포함한다.
제1 방열판(311) 및 제1 스카이빙부(312)는 하나의 잉곳(ingot)을 가공하여 일체로 형성된다. 즉, 주조 또는 금형의 다양한 형태의 기술을 통해 하나의 잉곳이 구비되고, 잉곳의 외곽 영역을 절삭 가공하여 제1 방열판(311) 및 제1 스카이빙부(312)를 제작한다.
제1 스카이빙부(312)는 다수개의 날개형상을 가진 핀들이 규칙적인 간격으로 배열되어 구비된 것으로, 전술한 바와 같이 스카이빙 공정을 통해 하나의 잉곳으로부터 제작되게 된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제2 방열체(320)는 판재형상의 제2 방열판(321)과, 제2 방열판(321)으로부터 연장되되 다수개의 날개 형상을 갖도록 형성되는 제2 스카이빙부(322)를 포함한다.
즉, 본 실시예에 따른 페이스트 조성물을 이용한 히터(10)는 히터코어(100)를 기준으로 제1 방열체(310) 및 제2 방열체(320)가 상호 대향되게 구비된다.
제2 방열판(321) 및 제2 스카이빙부(322)에 관한 사항은 제1 방열판(311) 및 제1 스카이빙부(312)에 대한 사항과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
다만, 전술한 바와 마찬가지로, 복수 개의 발열저항체(110)가 히터코어(100)의 하측면에도 부착되는 경우, 절연층(미도시)는 히터코어(100) 하측면 및 제2 방열체(320) 사이에도 개재되어야 한다.
이제, 이하에서는 발열저항체(110)에 관한 자세한 사항과, 본 실시예에 따른 페이스트 조성물을 이용한 히터(10) 복수 개를 조립하여 완성되는 히터 조립체(1) 에 관한 설명을 상술한다.
발열저항체(110)는 본 실시예에 따른 페이스트 조성물을 이용한 히터(10)의 핵심 부재가 되는 부분으로, 다양한 성분을 포함하는 페이스트 조성물로 제작될 수 있다.
이하, 본 명세서에서의 은(Ag)은 순수한 은(Ag)뿐만 아니라 은(Ag) 산화물 또는 은(Ag) 화합물을 포함하고, 루테늄(Ru) 또한 순수한 루테늄(Ru)뿐만 아니라 루테늄(Ru) 산화물 또는 루테늄(Ru) 화합물을 포함하며, 팔라듐(Pd) 또한 순수한 팔라듐(Pd) 뿐만 아니라 팔라듐(Pd) 산화물 또는 팔라듐(Pd) 화합물을 포함한다.
본 실시예에 따른 페이스트 조성물은 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube; CNT)와 탄소섬유(carbon fiber)에서 선택된 적어도 하나와 은(Ag)을 포함하는 이루어진다.
은(Ag)은 저 저항용 도전성 물질로서, 열과 전기에 대하여 우수한 도체이지만, 양의 온도저항계수를 갖기 때문에, 그 자체로는 발열 저항으로 사용하기에는 어려움이 있다.
이러한 은(Ag)의 단점을 극복하기 위해, 구리(Cu)에 필적하는 전기 전도도를 가지면서도, 음의 온도저항계수를 갖는 탄소나노튜브 및/또는 탄소섬유를 함께 혼합하여, 저항의 증가를 억제하면서도 동시에 안정된 온도 저항 계수를 갖는 발열체용 페이스트 조성물을 제공할 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 페이스트 조성물은 은(Ag) 5 내지 60중량부, 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나 0.01 내지 20중량부, 유리 프 릿(glass flit) 5 내지 40중량부, 및 유기 바인더 10 내지 40중량부를 포함하여 이루어진다.
상술한 중량부 범위의 은(Ag)은 페이스트 조성물이 낮은 저항값을 갖도록 하며, 페이스트 조성물이 기판에 적용되어 저항체막을 형성시키는 경우, 저항체막이 고온으로 발열되어 손상되는 것을 방지한다.
또한, 유리 프릿은 페이스트 조성물의 바인더(binder)로서, 상술한 중량부 범위의 유리 프릿은 페이스트 조성물이 기판에 적용되어 저항체막을 형성하는 경우, 저항체막의 강도를 증가시키고, 저항체막의 기판에의 부착력을 증가시킬 뿐만 아니라, 낮은 면저항값과 온도저항계수를 갖도록 한다.
또한, 유기 바인더는 페이스트 조성물 내의 각 구성 성분의 분산을 용이하게 하고, 페이스트 조성물의 실크 인쇄 시 인쇄 도막의 균일성을 확보하기 위한 적절한 점도를 제공한다. 이러한 유기 바인더로는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 에틸셀룰로즈, 메틸셀룰로즈, 니트로셀룰로즈, 카복시메틸셀룰로즈 등의 셀룰로즈 유도체와 아크릴산에스테르, 메타크릴산에스테르, 폴리비닐알콜, 폴리비닐부티랄 등의 수지 성분이 사용될 수 있다.
또한, 탄소나노튜브 또는 탄소섬유는 전체 페이스트 조성물 100중량부에 대해, 예를 들어 약 0.01 내지 20중량부로 포함될 수 있다. 탄소나노튜브 또는 탄소섬유는 무게 대비 부피비가 매우 크기 때문에 소량으로 페이스트 조성물에 존재하더라도 페이스트 조성물의 점도 유지가 가능하고, 유리 프릿의 바인더로서의 역할을 돕는다.
탄소나노튜브는 예를 들어 100 내지 600㎡/g 범위의 비표면적을 가질 수 있으며, 예를 들어 다중벽 탄소나노튜브, 단일벽 탄소나노튜브, 및 박벽 탄소나노튜브에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 페이스트 조성물에 적용되는 탄소섬유는 예를 들어 탄소나노섬유일 수 있다.
상술한 다중벽 탄소나노튜브, 단일벽 탄소나노튜브 등의 탄소나노튜브는 열전도도와 전기전도도가 우수하여 가장 활용도가 높으며 산화 온도가 비교적 높아 상대적으로 높은 온도의 발열체의 소재로 적합하며, 탄소나노섬유는 탄소나노튜브 보다 열전도도와 전기전도도는 떨어지나 가격이 저렴하며 상대적으로 낮은 온도의 발열체의 소재로 적용하기 용이하다.
이외에도, 본 실시예에 따른 페이스트 조성물에는 점도를 조절하기 위하여, 예를 들어 터피놀, 부틸칼비톨 아세테이트, 부틸칼비톨 등의 유기 용매가 포함될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 페이스트 조성물은 탄소나노튜브 및 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나와 은(Ag)과, 루테늄(Ru)을 포함하여 이루어질 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 페이스트 조성물은 은(Ag) 10 내지 60중량부, 루테늄(Ru) 0.25 내지 20중량부, 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나 0.01 내지 20중량부, 유리 프릿 5 내지 35중량부, 및 유기 바인더 10 내지 40중량부를 포함하여 이루어진다.
루테늄(Ru)은 음의 온도저항계수를 갖는 것으로, 상술한 중량부 범위의 루테늄은 페이스트 조성물이 낮은 저항값을 갖도록 하고, 페이스트 조성물이 기판에 적 용되어 저항체막을 형성하는 경우 막의 표면 평활성을 증가시킨다.
이러한 페이스트 조성물에서 루테늄(Ru) 이외에 은(Ag), 탄소나노튜브, 탄소섬유, 유리 프릿, 및 유기 바인더는 앞서 살핀 페이스트 조성물에서와 실질적으로 동일하므로, 여기에서는 중복되는 설명은 생략한다.
또한, 페이스트 조성물은 탄소나노튜브 및 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나와, 은(Ag)과, 팔라듐(Pd)을 포함하여 이루어질 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 페이스트 조성물은 은(Ag) 10 내지 60중량부, 팔라듐(Pd) 0.25 내지 20중량부, 탄소나노튜브 및 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나 0.01 내지 20중량부, 유리 프릿 5 내지 35중량부, 및 유기 바인더 10 내지 40중량부를 포함하여 이루어진다.
팔라듐(Pd)은 양의 온도저항계수를 갖는 은(Ag)을 보완하기 위한 것으로, 상술한 중량부 범위의 팔라듐(Pd)은 페이스트 조성물이 기판에 적용되어 저항체막을 형성하는 경우 막의 기계적 물성을 향상시킨다.
팔라듐(Pd) 이외의 은(Ag), 탄소나노튜브, 탄소섬유, 유리 프릿, 및 유기 바인더는 본 고안의 일 실시예에 따른 페이스트 조성물에서와 실질적으로 동일하므로, 여기에서는 중복되는 설명은 생략한다.
또한, 페이스트 조성물은 탄소나노튜브 및 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나와, 은(Ag), 루테늄(Ru)과, 팔라듐(Pd)을 포함하여 이루어질 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 페이스트 조성물은 은(Ag) 10 내지 60중량부, 루테늄(Ru) 0.25 내지 5중량부, 팔라듐(Pd) 0.25 내지 10중량부, 탄소나노튜브 및 탄소 섬유에서 선택된 적어도 하나 0.01 내지 20중량부, 유리 프릿 5 내지 35중량부, 및 유기 바인더 10 내지 40중량부를 포함하여 이루어진다.
은(Ag), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd)과 탄소나노튜브, 탄소나노섬유는 상술한 바와 같은 실시예들에서 설명된 바와 실질적으로 동일하므로, 여기에서는 중복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 페이스트 조성물들은 은(Ag), 루테늄(Ag) 등의 발열에 따른 저항 증가분과 탄소나노튜브 등의 저항 감소분이 서로 상쇄됨으로서, 발열에 따른 저항의 변화를 줄일 수 있다. 이는 발열 전후의 저항의 변화가 거의 없음을 의미하며, 발열체의 저항 설계의 용이성과 안정성을 가질 수 있음을 의미한다.
이하, 실험예들과 비교예들을 통하여 페이스트 조성물들을 상세하게 설명한다. 다만, 하기 실험예들은 본 실시예에 따른 발열저항체(100)에 사용되는 페이스트 조성물들을 예시하기 위한 것으로서 본 고안이 하기 실험예들에 의하여 한정되는 것은 아님이 이해되어야 한다.
실험예
1
은(Ag) 분말 40중량부, 팔라듐(Pd) 분말 5중량부, 단일벽 탄소나노튜브 10중량부, 유리 프릿 35중량부 및 에틸셀룰로즈 10중량부에 테레비네올을 가하여 점도를 조정한 후, 3롤로 분산 혼합하여 페이스트 조성물을 제조하였다.
알루미나(Al2O3) 기판에 상기 페이스트 조성물을 스크린 인쇄법으로 인쇄하여 0.3mm × 450mm 크기의 도막을 형성한 후, 이를 150℃에서 10분간 건조하였다. 이때, 상기 도막의 두께는 약 17㎛였다. 이어, 상기 도막을 20℃/분의 속도로 승온하고, 최고 온도 850℃에서 20분간 유지하여 소성을 행하여 저항체막을 완성하였다. 이러한 저항체막 상에 전극층을 형성하고, 그 위에 유리 페이스트를 도포하여 보호층을 형성하여 발열체를 수득하였다. 얻어진 발열체 후막의 두께는 9㎛였다.
상기 발열체의 전극층 양단에 220V의 교류를 인가하여, HIOKI 3280-10 디지털 멀티메타를 이용하여 최대 포화 온도 영역에서 전류를 측정하여 초기 저항값과 발열시 저항값을 각각 산출하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다.
실험예
2
은(Ag) 분말 42중량부, 루테늄(Ru) 분말 3중량부, 단일벽 탄소나노튜브 15중량부, 유리 프릿 32중량부, 및 에틸셀룰로즈 8중량부에 테레비네올을 가하여 점도를 조정한 후, 3롤로 분산 혼합하여 페이스트 조성물을 제조하였다.
알루미나(Al2O3) 기판에 상기 페이스트 조성물을 스크린 인쇄법으로 인쇄하여 0.3mm × 450mm 크기의 도막을 형성한 후, 이를 150℃에서 10분간 건조하였다. 이때, 상기 도막의 두께는 약 15㎛였다. 이어, 상기 도막을 20℃/분의 속도로 승온하고, 최고 온도 850℃에서 20분간 유지하여 소성을 행하여 저항체막을 완성하였다. 이러한 저항체막 상에 전극층을 형성하고, 그 위에 유리 페이스트를 도포하여 보호층을 형성하여 발열체를 수득하였다. 얻어진 발열체 후막의 두께는 8㎛였다.
상기 발열체의 전극층 양단에 220V의 교류를 인가하여, HIOKI 3280-10 디지털 멀티메타를 이용하여 최대 포화 온도 영역에서 전류를 측정하여 초기 저항값과 발열시 저항값을 각각 산출하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다.
실험예
3
은(Ag) 분말 40중량부, 루테늄(Ru) 분말 2중량부, 팔라듐(Pd) 분말 5중량부, 단일벽 탄소나노튜브 12중량부, 유리 프릿 31중량부, 및 에틸셀룰로즈 10중량부에 테레비네올을 가하여 점도를 조정한 후, 3롤로 분산 혼합하여 페이스트 조성물을 제조하였다.
알루미나(Al2O3) 기판에 상기 페이스트 조성물을 스크린 인쇄법으로 인쇄하여 0.3mm × 450mm 크기의 도막을 형성한 후, 이를 150℃에서 10분간 건조하였다. 이때, 상기 도막의 두께는 약 20㎛였다. 이어, 상기 도막을 20℃/분의 속도로 승온하고, 최고 온도 850℃에서 20분간 유지하여 소성을 행하여 저항체막을 완성하였다. 이러한 저항체막 상에 전극층을 형성하고, 그 위에 유리 페이스트를 도포하여 보호층을 형성하여 발열체를 수득하였다. 얻어진 발열체 후막의 두께는 12㎛였다.
상기 발열체의 전극층 양단에 220V의 교류를 인가하여, HIOKI 3280-10 디지털 멀티메타를 이용하여 최대 포화 온도 영역에서 전류를 측정하여 초기 저항값과 발열시 저항값을 각각 산출하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다.
실험예
4
은(Ag) 분말 40중량부, 단일벽 탄소나노튜브 15중량부, 유리 프릿 33중량부, 및 에틸셀룰로즈 12중량부에 테레비네올을 가하여 점도를 조정한 후, 3롤로 분산 혼합하여 페이스트 조성물을 제조하였다.
알루미나(Al2O3) 기판에 상기 페이스트 조성물을 스크린 인쇄법으로 인쇄하여 0.3mm × 450mm 크기의 도막을 형성한 후, 이를 150℃에서 10분간 건조하였다. 이때, 상기 도막의 두께는 약 15㎛였다. 이어, 상기 도막을 20℃/분의 속도로 승온하고, 최고 온도 850℃에서 20분간 유지하여 소성을 행하여 저항체막을 완성하였다. 이러한 저항체막 상에 전극층을 형성하고, 그 위에 유리 페이스트를 도포하여 보호층을 형성하여 발열체를 수득하였다. 얻어진 발열체 후막의 두께는 7㎛였다.
상기 발열체의 전극층 양단에 220V의 교류를 인가하여, HIOKI 3280-10 디지털 멀티메타를 이용하여 최대 포화 온도 영역에서 전류를 측정하여 초기 저항값과 발열시 저항값을 각각 산출하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다.
비교예
1
은(Ag) 분말 55중량부, 팔라듐(Pd) 분말 6중량부, 유리 프릿 31중량부, 및 에틸셀룰로즈 8중량부에 테레비네올을 가하여 점도를 조정한 후, 3롤로 분산 혼합하여 페이스트 조성물을 제조하였다.
알루미나(Al2O3) 기판에 상기 페이스트 조성물을 스크린 인쇄법으로 인쇄하 여 0.3mm × 450mm 크기의 도막을 형성한 후, 이를 150℃에서 10분간 건조하였다. 이때, 상기 도막의 두께는 약 16㎛였다. 이어, 상기 도막을 20℃/분의 속도로 승온하고, 최고 온도 850℃에서 20분간 유지하여 소성을 행하여 저항체막을 완성하였다. 이러한 저항체막 상에 전극층을 형성하고, 그 위에 유리 페이스트를 도포하여 보호층을 형성하여 발열체를 수득하였다. 얻어진 발열체 후막의 두께는 9㎛였다.
상기 발열체의 전극층 양단에 220V의 교류를 인가하여, HIOKI 3280-10 디지털 멀티메타를 이용하여 최대 포화 온도 영역에서 전류를 측정하여 초기 저항값과 발열시 저항값을 각각 산출하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다.
비교예
2
은(Ag) 분말 55중량부, 루테늄(Ru) 분말 5중량부, 유리 프릿 30중량부, 및 에틸셀룰로즈 40중량부에 테레비네올을 가하여 점도를 조정한 후, 3롤로 분산 혼합하여 페이스트 조성물을 제조하였다.
알루미나(Al2O3) 기판에 상기 페이스트 조성물을 스크린 인쇄법으로 인쇄하여 0.3mm × 450mm 크기의 도막을 형성한 후, 이를 150℃에서 10분간 건조하였다. 이때, 상기 도막의 두께는 약 15㎛였다. 이어, 상기 도막을 20℃/분의 속도로 승온하고, 최고 온도 850℃에서 20분간 유지하여 소성을 행하여 저항체막을 완성하였다. 이러한 저항체막 상에 전극층을 형성하고, 그 위에 유리 페이스트를 도포하여 보호층을 형성하여 발열체를 수득하였다. 얻어진 발열체 후막의 두께는 7㎛였다.
상기 발열체의 전극층 양단에 220V의 교류를 인가하여, HIOKI 3280-10 디지털 멀티메타를 이용하여 최대 포화 온도 영역에서 전류를 측정하여 초기 저항값과 발열시 저항값을 각각 산출하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다.
비교예
3
은(Ag) 분말 45중량부, 루테늄(Ru) 분말 2중량부, 팔라듐(Pd) 분말 5중량부, 유리 프릿 37중량부, 및 에틸셀룰로즈 48중량부에 테레비네올을 가하여 점도를 조정한 후, 3롤로 분산 혼합하여 페이스트 조성물을 제조하였다.
알루미나(Al2O3) 기판에 상기 페이스트 조성물을 스크린 인쇄법으로 인쇄하여 0.3mm × 450mm 크기의 도막을 형성한 후, 이를 150℃에서 10분간 건조하였다. 이때, 상기 도막의 두께는 약 15㎛였다. 이어, 상기 도막을 20℃/분의 속도로 승온하고, 최고 온도 850℃에서 20분간 유지하여 소성을 행하여 저항체막을 완성하였다. 이러한 저항체막 상에 전극층을 형성하고, 그 위에 유리 페이스트를 도포하여 보호층을 형성하여 발열체를 수득하였다. 얻어진 발열체 후막의 두께는 9㎛였다.
상기 발열체의 전극층 양단에 220V의 교류를 인가하여, HIOKI 3280-10 디지털 멀티메타를 이용하여 최대 포화 온도 영역에서 전류를 측정하여 초기 저항값과 발열시 저항값을 각각 산출하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다.
표 1
| 구분 | 저항 측정값(Ω) | |
| 초기 저항값 | 발열시 저항값 | |
| 실험예 1 | 412 | 436 |
| 실험예 2 | 410 | 385 |
| 실험예 3 | 405 | 392 |
| 실험예 4 | 420 | 429 |
| 비교예 1 | 403 | 840 |
| 비교예 2 | 410 | 823 |
| 비교예 3 | 418 | 823 |
표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예들에 따른 페이스트 조성물에 의해 형성된 저항체막을 포함하는 실험예 1 내지 4의 발열체의 초기 저항값과 발열시 저항값을 비교하여 보면, 발열시 저항값은 초기 저항값과 유사하거나 오히려 낮아지는 것을 알 수 있다. 반면, 비교예 1 내지 3의 발열체의 발열시 저항값은 초기 저항값에 비해 약 2배 정도 증가됨을 알 수 있다.
이로부터, 본 고안에 따른 페이스트 조성물은 저항의 증가를 억제하면서도, 동시에 안정된 온도저항계수를 갖는 것을 알 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 페이스트 조성물을 사용하여 발열저항체(110)들을 구성하는 경우 전력 소모량이 적으면서도 안정적인 전력 소모량을 갖는 히터를 제작할 수 있게 된다.
도 5는 본 실시예에 따른 페이스트 조성물을 이용한 히터(10)를 사용하여 완성되는 히터 조립체(1)의 사시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 히터 조립체(1)는 히터(10)가 삽입, 결합되는 히터 지지구(1a)를 포함한다.
즉, 히터 조립체(1)는 페이스트 조성물을 이용한 히터(10) 복수 개를 각각 히터 지지구(1a)와 결합시켜 완성되며, 이를 위해 히터(10) 양단 및 히터 지지구(1a)에는 상호 결합가능한 다양한 구성이 포함될 수 있다. 예컨대, 도 5와 같이 복수 개의 히터(10) 각각을 히터 지지구(1a)에 삽입하는 것도 가능하며, 본 고안의 권리범위는 히터(10)와 히터 지지구(1a)의 결합방법에 의하여 제한되지 않는다.
이처럼 히터 조립체(1)가 완성되면, 이를 다시 제작하고자 하는 전열기구, 예컨대 온풍기 내측에 삽입하여 온풍기 전체를 만들며, 온풍기에 관한 기타 구성은 공지된 구성을 따라도 무방하므로 자세한 설명은 생략한다.
이제, 이하에서는 본 실시예에 따른 페이스트 조성물을 이용한 히터(10)의 작동과정에 관하여 간략히 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전극(120)은 발열저항체(110)의 양단부를 전체적으로 연결하고 있는바, 전극(120) 일측을 따라 공급된 전류는 발열저항체(110) 전체에 걸쳐 동시에 흘러 들어가며 전극(120) 타측으로 흘러나온다.
이에 따라 발열저항체(110)들은 열을 발산하기 시작하는데, 발열저항체(110)들이 장치 목적에 부합하여 적정량의 열을 발산하게 되면, 발산된 열은 제1 방열판(311) 및 제2 방열판(321)으로 전달된 후, 다시 제1 스카이빙부(312) 및 제2 스카이빙부(322)를 통해 공기 중으로 확산되게 된다.
따라서, 가열된 공기는 온풍기에 갖춰진 팬 등의 구동장치에 의해 실외로 배출되게 됨으로써, 본 실시예에 따른 히터(10)의 사용목적에 부합하는 가열된 공기의 송풍이 가능하게 된다.
본 실시예에 따른 페이스트 조성물을 이용한 히터(10)의 경우, 다양한 난방 장치에 사용될 수 있음은 물론이며, 본 고안에 따르면, 저항체 크기에 따른 면저항값 및 온도저항계수의 변화가 적으며, 낮은 면저항값 및 온도저항계수를 갖는 다수의 발열저항체를 이용함으로써, 전력 소모량이 적으면서도 안정적으로 공기를 가열할 수 있는 효과가 제공될 수 있다.
앞에서, 본 고안의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 고안은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 고안의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 고안의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 고안의 실용신안청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 페이스트 조성물을 이용한 히터의 사시도이며, 도 2는 도 1의 히터의 측면도이다.
도 3은 도 1의 히터코어의 평면도이며, 도 4는 도 1의 제1 방열체의 측면도이다.
도 5는 도 1의 히터를 사용하여 완성된 히터조립체의 사시도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 히터 100 : 히터코어
110 : 발열저항체 120 : 전극
130 : 히터판 200 : 절연층
300 : 방열체 310 : 제1 방열체
311 : 제1 방열판 312 : 제1 스카이빙부
320 : 제2 방열체 321 : 제2 방열판
322 : 제2 스카이빙부 1 : 히터 조립체
1a : 히터 지지구
Claims (17)
- 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나와 은을 포함하거나, 루테늄과 팔라듐에서 선택된 적어도 하나와 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나와 은을 포함하는 페이스트 조성물을 갖는 복수 개의 발열저항체를 포함하는 히터코어; 및상기 히터코어의 적어도 일측면에 마련되어 상기 히터코어로부터 발생하는 열을 외부로 발산하는 방열체를 포함하며,상기 히터코어는,상기 복수 개의 발열저항체가 상호 이격 배치되도록 마련되는 히터판; 및상기 복수 개의 발열저항체를 병렬 연결하도록 상기 히터판에 형성되는 한 쌍의 전극을 포함하고,상기 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나는 상기 페이스트 조성물 100중량부에 대하여 0.01 내지 20중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 페이스트 조성물을 이용한 히터.
- 제1항에 있어서,상기 방열체는,상기 히터코어의 적어도 일측면에 결합되는 방열판; 및상기 방열판으로부터 연장되되 다수개의 날개 형상을 갖도록 형성되는 스카이빙부를 포함하는 것을 특징으로 하는 페이스트 조성물을 이용한 히터.
- 제2항에 있어서,상기 히터코어와 상기 방열판 사이에는, 적어도 하나의 절연층이 개재되는 것을 특징으로 하는 페이스트 조성물을 이용한 히터.
- 제3항에 있어서,상기 적어도 하나의 절연층은, 마이카(mica) 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 페이스트 조성물을 이용한 히터.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 복수 개의 발열저항체는, 상기 히터판의 적어도 일측면에 부착되는 것을 특징으로 하는 페이스트 조성물을 이용한 히터.
- 제6항에 있어서,상기 방열체는,상기 히터코어의 상측면에 결합되는 제1 방열체; 및상기 히터코어의 하측면에 결합되는 제2 방열체를 포함하는 것을 특징으로 하는 페이스트 조성물을 이용한 히터.
- 제7항에 있어서,상기 복수 개의 발열저항체는 상기 히터판의 상측면에 부착되며,상기 히터코어와 상기 제1 방열체 사이에는 적어도 하나의 절연층이 개재되는 것을 특징으로 하는 페이스트 조성물을 이용한 히터.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 페이스트 조성물은,상기 은 5 내지 60중량부;상기 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나 0.01 내지 20중량부;유리 프릿 5 내지 40중량부; 및유기 바인더 10 내지 40 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 페이스트 조성물을 이용한 히터.
- 제1항에 있어서,상기 페이스트 조성물은,상기 은 10 내지 60중량부;상기 루테늄 0.25 내지 20중량부;상기 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나 0.01 내지 20중량부;유리 프릿 5 내지 35중량부; 및유기 바인더 10 내지 40 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 페이스트 조성물을 이용한 히터.
- 제1항에 있어서,상기 페이스트 조성물은,상기 은 10 내지 60중량부;상기 팔라듐 0.25 내지 20중량부;상기 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나 0.01 내지 20중량부;유리 프릿 5 내지 35중량부; 및유기 바인더 10 내지 40중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 페이스트 조성물을 이용한 히터.
- 제1항에 있어서,상기 페이스트 조성물은,상기 은 10 내지 60중량부;상기 루테늄 0.25 내지 5중량부;상기 팔라듐 0.25 내지 10중량부;상기 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나 0.01 내지 20중량부;유리 프릿 5 내지 35중량부; 및유기 바인더 10 내지 40중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 페이스트 조성물을 이용한 히터.
- 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,상기 탄소나노튜브는 100 내지 600㎡/g 범위의 비표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 페이스트 조성물을 이용한 히터.
- 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,상기 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브, 단일벽 탄소나노튜브, 및 박벽 탄소나노튜브에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 페이스트 조성물을 이용한 히터.
- 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,상기 탄소섬유는 탄소나노섬유인 것을 특징으로 하는 페이스트 조성물을 이용한 히터.
- 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,상기 유리 프릿은 400 내지 850℃의 연화점을 갖는 것을 특징으로 하는 페이스트 조성물을 이용한 히터.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR2020080006592U KR200446575Y1 (ko) | 2008-05-21 | 2008-05-21 | 페이스트 조성물을 이용한 히터 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR2020080006592U KR200446575Y1 (ko) | 2008-05-21 | 2008-05-21 | 페이스트 조성물을 이용한 히터 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR200446575Y1 true KR200446575Y1 (ko) | 2009-11-11 |
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ID=41561768
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR2020080006592U KR200446575Y1 (ko) | 2008-05-21 | 2008-05-21 | 페이스트 조성물을 이용한 히터 |
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR200446575Y1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004256720A (ja) * | 2003-02-27 | 2004-09-16 | Otani National Denki Kk | 抵抗発熱膜形成用塗料及び発熱装置 |
| JP2005339841A (ja) * | 2004-05-24 | 2005-12-08 | Harison Toshiba Lighting Corp | ヒータ、加熱装置、画像形成装置 |
| KR100817794B1 (ko) * | 2006-09-28 | 2008-03-31 | 세광테크놀러지 (주) | 일체형 방열 장치 |
-
2008
- 2008-05-21 KR KR2020080006592U patent/KR200446575Y1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
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