KR20050079560A - 면상 발열체 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 면상 발열체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 발열체에 탄소 저항체를 도포함으로써 공정 단계를 최소화할 수 있는 면상 발열체와 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 면상 발열체는 발열체; 상기 발열체상에 위치하여 절연 및 단선 방지를 위한 제 1절연층; 상기 제 1절연층상에 위치하여 열을 발생하고 병렬로 연결된 탄소 발열부; 상기 탄소 발열부상에 위치하여 전류를 통하는 전극 및 상기 전극상에 위치하여 절연 및 단선 방지를 위한 제 2절연층으로 이루어짐에 기술적 특징이 있다.

따라서, 본 발명의 면상 발열체 및 그 제조방법은 필름을 이용한 종래 면상 발열체의 특성을 새로운 모재를 통해 구현하여 열이 필요한 곳에 손쉽게 적용되고, 소비자의 선택에 따라 자유롭게 마감재를 선택해 별도의 주의사항 없이 작업이 가능하여 공사 기간의 단축과 불량품을 감소하며, 투자 비용의 절감과 안전한 사용이 가능한 효과가 있다.

Description

면상 발열체 및 그 제조방법{Face type heating element and manufacturing method thereof}

본 발명은 면상 발열체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 발열체에 탄소 저항체를 도포함으로써 공정 단계를 최소화할 수 있는 면상 발열체와 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 면상 발열체는 인가된 전원에 의해 발열되며 전기요, 바닥재, 순간온수기 등 다양한 분야에 사용된다. 상기 면상 발열체는 열선 단면적이 좁아 발열면적이 협소하여 발열량이 부족하고 고르게 열이 전달되지 못하며 열선의 비용이 높은 종래 면상 발열체의 문제점을 해결한 것이다.

상기 면상 발열체는 크게 발열체와 절연체로 이루어져 있는데, 상기 발열체는 +, - 극성을 전하는 2개의 전극과 상기 전극 사이로 맞닿아 있는 발열체로 구성되어 있다. 상기 발열체는 +, -의 양극성을 2개의 전극으로부터 받아 저항의 표면적을 통하여 발열하는 것이다. 상기 전극과 발열체를 감싸고 있는 양쪽 절연체는 누전 및 감전을 방지하는 절연성 플라스틱을 많이 사용하였다.

그러나 면상 발열체는 유연성이 부족하고 접거나 구부리는 경우 부서지거나 크랙(Crack) 현상이 발생되어 전기 전도성에 치명적인 문제가 발생하였다. 상기 문제점을 보완하기 위해 합성수지(PVC) 접착제와 에폭시 수지, 우레탄 수지, 실리콘 수지를 사용하게 되었다.

도 1은 종래의 면상 발열체의 실시예를 나타내는 단면도이다. 도 1(가)에 도시된 발열 기능을 갖는 면상 발열체는 카본 섬유사(10)와 내열사를 직조하고, 그 뒤에 카본 섬유사(10)의 양 선단에 도전성 은사(5)를 접합하여 전극을 구성하며, 상기 구성된 전체면에 흡습 방지를 위하여 절연 코팅 처리를 하였다. 그러나 상기 면상 발열체는 구성되는 부품의 단가가 고가이고, 전원공급을 위하여 은사에 전선을 납땜하여 구성하고 있기 때문에 전기적 접속 작업이 용이하지 못하며, 잦은 단선이 발생하고 있다.

도 1(나)에 도시된 것과 같이 전기 장판 등으로 호칭되는 발열 매트를 구성하는 면상 발열체는 발열 수단으로 발열 도료(15)를 이용하고, 상기 발열 도료의 양 선단에 도전성 은사(5)를 접합하여 전극을 구성하고 있다. 그러나, 상기와 같이 발열 도료를 이용하는 경우에는 공정 수율이 낮아 제조 단가가 높고, 상기 제품을 접거나 구부릴 경우 상기 발열 도료 자체에 크랙이 발생되는 문제가 있으며, 형태의 변화에 탄력적이지 못하는 단점이 있었다.

또한, 도 1(다)에 도시된 것과 같이, 가장 보편화된 기술인 전열선(20)을 구부려 결합한 방식으로 제공되는 면상 발열체의 경우는 제품의 단가가 저렴하나 선상 발열로 국부적인 온도차가 심하게 나타나고, 접거나 구부릴 때에는 상기 전열선이 단선되는 문제가 발생되며, 다양한 형태로 변형하여 가공하기가 어려워 획일적인 모양과 몇몇 크기로 한정되어 생산되는 단점이 있었다.

도 2는 종래기술인 대한민국 등록실용신안 제241444호의 면상 발열체를 나타내는 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전원이 공급되어 전선(25)을 통해 구리 박판(30)에 전류가 흐르면, 실버부(35)에 전류가 통해 카본(40)으로 전류가 흐르게 되어 발열체(45)에 열이 발생하는 것이다. 이때, 실버부(35)에 의해 구리 박판(30)에서 카본(40)의 접속 효과가 향상되어 발열체(45)의 국부적인 과열을 방지하고 상기 발열체(45)가 전체적으로 가열되어, 면상 발열체의 손상을 예방하는 것이다.

또한, 필름(50)에 카본(40)을 도포하고 구리 박판(30)으로 전극을 만든 후 필름(50)으로 라미네이팅(Laminating) 처리한 면상 발열체라서 상기 필름(50) 전체에 고른 열이 발산되고, 원적외선 방사효과로 인하여 따뜻한 복사열을 느낄 수 있다.

그러나, 상기 종래기술은 발열체 모재가 PET(PolyEthylene Terephthalate) 필름 또는 탄소 섬유를 배치한 펄프류를 절연처리를 하기 위하여 필름으로 라미네이팅 처리를 한 재료이기 때문에 발열시 수축팽창으로 인하여 필름과 마감재의 일체화를 기하지 못하였다. 또한, 상기 마감재의 종류에 따라 별도의 공정을 시행하여 필름과 마감재를 분리하여야 하는 후속 작업이 발생하여 시공비가 많이 들었다.

또한, 마감재의 제한이 따라 모노륨과 같은 일반 장판으로 마감할 때 필름이 얇아 발열부위와 장판 등의 직접 접촉으로 인하여 마감면이 뜨거나 굴곡현상이 발생하고, 사용자의 부주의로 인하여 필름이 손상되거나 마감작업시 작업자의 부주의로 인하여 필름이 손상되어 재작업하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래의 면상 발열체의 PET 필름을 이용한 모재를 금속판, 비금속판 및 모든 마감재로 교체하여 제조 공정을 단순하게 하고 열을 균형적으로 전달하는 면상 발열체 및 그 제조방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 발열체; 상기 발열체상에 위치하여 절연 및 단선 방지를 위한 제 1절연층; 상기 제 1절연층상에 위치하여 열을 발생하고 병렬로 연결된 탄소 발열부; 상기 탄소 발열부상에 위치하여 전류를 통하는 전극 및 상기 전극상에 위치하여 절연 및 단선 방지를 위한 제 2절연층을 포함하여 구성된 면상 발열체에 의해 달성된다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 발열체 표면에 제 1절연층을 형성하는 단계; 상기 제 1절연층상에 탄소 발열부를 병렬로 연결하여 인쇄하는 단계; 상기 탄소 발열부상에 전극을 형성하는 단계 및 상기 전극상에 제 2절연층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 면상 발열체의 제조방법에 의해 달성된다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 면상 발열체를 나타내는 구성도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 발열체(100)에 절연처리 작업을 하여 수축성을 확보한 절연액을 도포하여 제 1절연층(110)을 형성한다. 상기 절연액은 습기, 산 또는 알카리에 강하고, 화학적 침해나 충격 또는 진동에 강한 신축성을 지닌 액체이다. 또한 절연액은 섭씨 140°에서 비닐, 금속, 나이론 또는 페인팅된 표면의 영향이 없어야 하며 자연건조 시간은 10분 이내에 이루어진다.

상기 제 1절연층(110)에 탄소 발열부(120)를 인쇄하고, 동박테입으로 구성된 전극(130)을 부착하는 것이 바람직하다. 상기 탄소 발열부(120)를 병렬 연결하는 것이 바람직하다. 상기 탄소 발열부(120)와 동박테입으로 구성된 전극(130) 사이에 도전성을 높이기 위하여 실버 할로겐화 실버 페이스트(Silver Paste)를 도포하는 것이 바람직하다.

상기 실버 할로겐화 실버 페이스트를 도포한 전극(130)에 다시 절연처리 작업을 하여 수축성을 확보한 절연액을 도포하여 제 2절연층(140)을 형성한다.

도 4는 본 발명에 따른 면상 발열체의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다. 도 4를 살펴보면, 전원이 공급됨과 동시에 전극(130)을 통해 전류가 흐르게 된다. 이때 상기 전극(130)과 연결된 탄소 발열부(120)로 전류가 통하게 되어 발열체(100)에 열이 발생한다. 절연층(150)은 발열체(100)와 탄소 발열부(120) 사이, 전극(130) 하부에 설치되어 열의 절연과 단선 및 감전을 예방한다.

도 5는 본 발명에 따른 면상 발열체의 제조 공정을 나타내는 흐름도이다. 면상 발열체의 제조 공정을 살펴보면, 먼저 발열체 표면의 접착성을 강화시키기 위해 발열체의 표면처리를 하는 것이 바람직하다(S100). 상기 표면처리는 모재의 표면에 묻은 기름과 먼지 또는 수분 등을 제거하는 작업이다.

상기 발열체는 모재로 금속판 또는 비금속판을 이용하는데, 상기 금속판은 갈바철판, 칼라철판 또는 동판 등을 이용하고, 비금속판은 타일, 벽지 또는 장판 등을 이용함이 바람직하다. 상기 발열체의 두께는 0.5mm 이하를 사용함이 바람직하고, 가장 바람직한 두께는 0.35mm 내지 0.4mm를 사용한다.

그 후 발열체 표면에 제 1절연층을 형성한다. 상기 제 1절연층은 상기 발열체에 열의 절연과 단선을 방지하기 위해 열 수축성의 절연액을 도포한(S110) 후, 경화작업(S120)을 통해 형성하는 것이 바람직하다. 상기 제 1절연층상에 탄소 발열부를 인쇄한다(S130). 이때 상기 탄소 발열부는 병렬로 연결하는 것이 바람직하다. 상기 인쇄한 탄소 발열부에 실버 할로겐화 실버 페이스트를 여러 부분으로 인쇄하면 열전달 과정에서 일정 부분이 단절되더라도 일정 온도로 열을 균형적으로 지속시키고 장기간 사용이 가능하다. 그 후에 전극을 형성하고(S140) 건조작업을 한다(S150). 상기 작업 후에 상기 전극상에 제 2절연층을 형성한다. 상기 제 2절연층은 열의 절연과 단선을 방지하기 위해 절연액을 도포(S170)하고 경화작업(S170)을 통해 형성하는 것이 바람직하다.

상기 도 3 내지 도 5에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 면상 발열체는 모재인 금속판 및 비금속판과 같은 발열체에 탄소 발열부를 도포함으로써, 공정을 단순화시키고 종래의 필름을 이용한 면상 발열체의 성능을 모두 구현할 수 있으며, 상기 면상 발열체는 그 크기와 탄소 발열부의 모양이 자유롭게 변형가능하다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명의 면상 발열체 및 그 제조방법은 필름을 이용한 종래 면상 발열체의 특성을 새로운 모재를 통해 구현하여 열이 필요한 곳에 손쉽게 적용되고, 소비자의 선택에 따라 자유롭게 마감재를 선택해 별도의 주의사항 없이 작업이 가능하여 공사 기간의 단축과 불량품을 감소하며, 투자 비용의 절감과 안전한 사용이 가능한 효과가 있다.

도 1은 종래의 면상 발열체의 실시예를 나타내는 단면도이다.

도 2는 종래의 면상 발열체를 나타내는 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 면상 발열체를 나타내는 구성도이다.

도 4는 본 발명에 따른 면상 발열체의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 면상 발열체의 제조 공정을 나타내는 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100. 발열체 110. 제 1절연층

120. 탄소 발열부 130. 전극

140. 제 2절연층

Claims (13)

1. 면상 발열체에 있어서,

   발열체;

   상기 발열체상에 위치하여 절연 및 단선 방지를 위한 제 1절연층;

   상기 제 1절연층상에 위치하여 열을 발생하고 병렬로 연결된 탄소 발열부;

   상기 탄소 발열부상에 위치하여 전류를 통하는 전극; 및

   상기 전극상에 위치하여 절연 및 단선 방지를 위한 제 2절연층

   을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 면상 발열체.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 발열체는 표면의 접착성을 강화하기 위해 표면처리된 것을 특징으로 하는 면상 발열체.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 발열체는 모재가 금속판임을 특징으로 하는 면상 발열체.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 금속판은 갈바철판, 칼라철판 또는 동판임을 특징으로 하는 면상 발열체.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 발열체는 모재가 비금속판임을 특징으로 하는 면상 발열체.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 비금속판은 타일, 벽지 또는 장판임을 특징으로 하는 면상 발열체.
7. 제 2항에 있어서,

   상기 발열체의 두께는 0.5mm 이하인 것을 특징으로 하는 면상 발열체.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 탄소 발열부와 전극 사이에 실버 할로겐화 실버 페이스트가 도포된 것을 특징으로 하는 면상 발열체.
9. 면상 발열체의 제조방법에 있어서,

   (a) 발열체 표면에 제 1절연층을 형성하는 단계;

   (b) 상기 제 1절연층상에 탄소 발열부를 병렬로 연결하여 인쇄하는 단계;

   (c) 상기 탄소 발열부상에 전극을 형성하는 단계; 및

   (d) 상기 전극상에 제 2절연층을 형성하는 단계

   를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 면상 발열체의 제조방법.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 (a)단계 전에 접착성을 강화하기 위해 발열체의 표면을 표면처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면상 발열체의 제조방법.
11. 제 9항에 있어서,

    상기 제 1절연층은 발열체에 절연액을 도포한 후 경화하여 형성하는 것을 특징으로 하는 면상 발열체의 제조방법.
12. 제 9항에 있어서,

    상기 탄소 발열부와 전극 사이에 실버 할로겐화 실버 페이스트를 도포하는 것을 특징으로 하는 면상 발열체의 제조방법.
13. 제 9항에 있어서,

    상기 제 2절연층은 발열체에 절연액을 도포한 후 경화하여 형성하는 것을 특징으로 하는 면상 발열체의 제조방법.