KR20060011461A - 면상발열체 및 그 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 면상발열체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일반섬유사와 탄소섬유사가 그물형태로 직조되어 발열부를 형성하고 상기 발열부에 부분적으로 탄소섬유사와 동사가 직조되어 상기 발열부로 열을 전도시키는 도전부로 이루어지며, 상기 도전부에 탄소액을 도포함으로써 상기 탄소섬유사와 동사의 결합력에 의해 내구성이 증진될 뿐만 아니라 그로인해 전도성이 향상된 면상발열체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

면상발열체 및 그 제작방법{PALNE HEATER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF }

도 1은 본 발명에 따른 면상발열체의 사시도,

도 2는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 면상발열체의 A부분을 확대한 도면,

도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 면상발열체의 B부분을 확대한 도면,

도 5는 본 발명에 따른 면상발열체의 도전부에 탄소액을 도포하는 탄소액 도포장치를 도시한 개략도,

도 6은 본 발명에 따른 면상발열체의 제작과정을 나타내는 흐름도,

도 7, 도 8, 도 9는 종래의 면상발열체의 사시도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1:면상발열체 2:발열부

3:도전부 4:탄소액

6:탄소액 도포장치 21:탄소섬유사

22:일반섬유사 23:꼬임부

31:탄소섬유사 32:동사

33:교차점 61:호퍼

62:프레임 63:도포롤러

64:이송롤러 65:동력전달기어

본 발명은 면상발열체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일반섬유사와 탄소섬유사가 그물형태로 직조되어 발열부를 형성하고 상기 발열부에 부분적으로 탄소섬유사와 동사가 직조되어 상기 발열부를 열을 전도시키는 도전부로 이루어지며, 상기 도전부에 탄소액을 도포함으로써 상기 탄소섬유사와 동사의 결합력이 우수할 뿐만 아니라 그로인해 전도성이 향상된 면상발열체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 면상발열체는 전기통전에 의해 방사열을 발생시키는 얇은 시트 내지 보드형태의 발열체로서, 온도조절이 용이하고 공기를 오염시키지 않아 위생적이며 소음이 없기 때문에, 온열매트나 온열패드, 침대 매트리스, 보온이불 또는 담요, 아파트나 일반주택 등의 주거용 난방장치에 이르기까지 폭넓게 사용되고 있다.

또한, 사무실이나 상점 등 상업용 건물의 난방장치, 작업장이나 막사 등의 산업용 난방장치와 각종 산업용 가열장치, 비닐하우스와 농산물 건조시스템과 같은 농업용 설비, 도로나 주차장의 눈을 녹이거나 결빙을 방지할 수 있는 각종 동결방지장치를 비롯하여 레저용, 방한용, 가전제품, 거울이나 유리의 김서림 방지장치, 건강보조용, 축산용 등에도 이용되고 있다.

상기 면상발열체의 발열원으로는 니크롬 발열선이나 동니켈 합금 발열선, 알 루미늄 등의 금속 박판을 에칭한 발열선, 카본블랙 후막 등이 사용되고 있으며, 니크롬 발열선이나 동니켈 합금 발열선 및 알루미늄 등의 금속 박판을 에칭하여 만든 발열선들은 전기가 한 선을 통해 흐르기 때문에 어느 한 부분이라도 끊어지면 전체 발열선에 전기가 통하지 않게 되어 발열체로서의 기능을 상실하는 문제점이 있을 뿐만 아니라 발열선 부위만 발열되어지는 부분 발열방식이므로 온도분포가 불균일하게 형성되는 문제점이 있었다.

또, 상기 면상발열체에서 발열선이 단락되는 경우에는 그 부분에서 전기저항이 크게 감소하여 심하게 발열되기 때문에 화재의 위험성이 있으므로, 발열선의 단락을 방지하기 위해서는 발열선의 표면을 충분한 두께의 전기부도체로 완전히 절연을 시켜야 하나, 전기부도체는 열 부도체이므로 열전도 특성이 나쁘기 때문에 면상발열체의 발열효율이 크게 저하된다.

이러한 금속 발열선을 이용하는 종래의 면상발열체에서의 문제점을 해결하기 위해, 니크롬 등의 금속발열선 대신에 탄소섬유사를 발열선으로 사용하는 면상발열체가 제안되었다.

상기 탄소섬유사는 원적외선 방사률이 매우 우수하기 때문에 탄소섬유사 발열직물을 이용한 면상발열체에서는 복사에 의한 가열이 가능하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있으며 부가적으로 원적외선의 여러가지 유용한 효과를 이용할 수 있는 장점이 있다.

종래의 탄소섬유사를 이용한 면상발열체는 도 7에 도시된 바와 같이 경사와 위사를 촘촘하게 배열하여 직조한 직물형태나, 요홈이 형성된 합성수지시트의 요홈 에 탄소섬유사를 넣고, 그 위에 다시 시트를 붙인 시트상이 대부분이었다.

그러나, 상기 직물지 형태의 면상발열체는 경사와 위사의 탄소섬유사 사이에 공간이 없는 형태로 직조되기 때문에 단위면적당 탄소섬유사의 원재료비가 많이 들 뿐만 아니라, 단위면적당 탄소섬유사의 양 변화가 불가능하여 다양한 발열특성을 가지는 제품이 제조가 어려웠다, 또한 전기통전시 탄소섬유사의 경사와 위사 사이의 마찰에 의한 스파크 발생으로 전기적 안정성을 이루기 어려운 문제점이 있었다.

이러한 종래의 탄소섬유사를 이용한 직조된 면상발열체의 문제점을 해결하기 위해서는 경사와 위사의 밀도를 낮추어 망형태의 면상발열체로 만드는 것이 바람직한테, 이와 같이 밀도를 낮추어 직조하면 실간의 결속력이 떨어져 형태의 안정을 유지하기 어려워 사용할 수 없다. 특히, 탄소섬유사는 일반적으로 꼬임을 주지 않은 매끄러운 멀티필라멘트사 형태를 취하고 있을 뿐만 아니라 일반 섬유사보다는 매우 강직하기 때문에 밀도를 낮추어 망형태로 제직할 경우 제직이 매우 어렵고 제직된 후에도 취급이 거의 불가능하게 된다.

상술된 문제점을 해결한 종래의 기술인 국내공개특허공보 제2001-7583호에 게재된 "탄소섬유사 발열직물과 이를 이용한 원적외선 방사 면상발열체"는 도 8에 도시된 바와 같이, 탄소섬유사를 경사와 위사로 사용하여 이들을 소정의 간격을 두고 직조하고 이들이 교차되는 부분을 수지등으로 접착하여 견고히 결합시켰지만, 상기와 같이 교차점을 결합시키기 위해서는 탄소섬유사를 그물망형태로 제직한 후 교차점을 결합시켜야하는데, 제직후에 교차점을 결합시킬 때까지 형태를 유지하면서 취급하는 것이 곤란하였고, 또한 탄소섬유사가 경사와 위사로 사용되기 때문에 제직과정 중 마찰로 인해 손상이 되는 문제점이 있었다.

상술된 문제점을 해결한 종래의 기술인 국내등록실용신안공보 제20-350509호에 게시된 "탄소섬유사를 이용한 저밀도 면상발열체"는 도 9에 도시된 바와 같이, 두가닥의 일반섬유사(120)를 꼬아 경사로 사용하고 탄소섬유사(110)를 위사로 사용하여 상기 탄소섬유사(110)가 꼬임의 사이를 통과한 형태의 망상 발열부(H)와, 상기 발열부(H)의 양측에 도전사가 탄소섬유사(110)와 교차하는 도전부(E)로 이루어져, 저밀도의 면상발열체(100)를 제작하였다.

그러나, 종래의 저밀도 면상발열체의 도전부(E)는 위사로 사용되는 탄소섬유사(110)와 경사로 사용되는 도전사가 일정간격을 두고 교차 형성되어 상기 탄소섬유사(110)와 도전사가 점접촉된 상태이므로 열전도가 미약한 문제점이 있으며, 또한 점접촉에 의한 결합으로 접촉력이 떨어져 이로 인해 상기 탄소섬유사(110)와 도전사가 분리되어 단락되어 전체적으로 내구성이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 상기 면상발열체(100)의 도전사는 동사(130)가 사용되어 상기 탄소섬유사(110)와 도전부(E)를 이루는데, 상기 동사(130)는 구리등의 금속선으로 이루어져 상기 동사(130)가 산화되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 도전부를 이루는 탄소섬유사와 동사를 직조한 후 상기 도전부에 탄소액을 도포하여 결합력 및 접촉력을 강화시키고 뿐만 아니라 탄소액의 도포에 의해 도전부의 열전도력을 향상시키고 산화를 방지할 수 있는 면상발열체 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일반섬유사가 경사로 배열되며 탄소섬유사가 위사로 배열되어 격자형태로 직조된 발열부와, 상기 발열부에 일부 또는 여러부분에 형성되어 발열부로 열을 전도하는 도전부로 이루어지며, 상기 도전부는 탄소섬유사와 동사가 교차되어 직조되고, 상기 도전부에는 탄소액이 도포된 것을 특징으로 하는 면상발열체에 의하여 달성된다.

또한, 상기 발열부의 일반섬유사는 2가닥이 1조를 이루어 이를 꼬아 꼬임부가 형성되며, 상기 일반섬유사의 꼬임부로 탄소섬유사가 통과한 형태로 직조된 것을 특징으로 하는 면상발열체에 의하여 본 발명의 목적이 달성된다.

또한, 상기 발열부에는 코팅액이 도포된 것을 특징으로 하는 면상발열체에 의하여 본 발명의 목적이 달성된다.

또한, 도포장치의 외관을 구성하는 프레임; 상기 프레임에 의해 지지되어 도포장치에 동력을 전달하는 동력전달기어; 상기 동력전달기어에 의해 회전하는 한 쌍의 도포롤러; 상기 도포롤러의 일측에 고정되어 상기 도포롤러로 탄소액을 공급하는 호퍼; 상기 도포롤러 사이로 상기 면상발열체를 이송시키는 이송롤러를 포함하여 이루어진 탄소액 도포장치에 의하여 상기 도전부에 탄소액이 도포되는 것을 특징으로 하는 면상발열체에 의하여 본 발명의 목적이 달성된다.

본 발명의 또 다른 목적은 면상발열체를 제조하는 방법에 있어서, 일반섬유사를 경사로 배열하고 탄소섬유사를 위사로 배열하여 이를 직조하여 발열부를 형성 하는 단계; 상기 발열부의 일부 또는 여러부분에 상기 일반섬유사 대신에 동사를 경사로 사용하여 탄소섬유사와 동사를 직조하여 도전부를 형성하는 단계; 상기 도전부에 탄소액을 도포하는 단계; 상기 발열부에 코팅액을 도포하는 단계; 상기 면상발열체를 건조하는 단계를 포함하는 면상발열체 제조방법에 의하여 달성된다.

또한, 상기 탄소액은 전도성 우레탄수지, 전도성 폴리아마이드 수지, 도전성카본, 흑연, 분산제, 가소제, 에틸아세테이트, 이소부칠 알콜, 에타놀로 구성된 것을 특징으로 하는 면상발열체 제조방법에 의하여 본 발명의 목적이 달성된다.

또한, 상기 면상발열체의 건조는 120℃의 건조로에서 건조되는 것을 특징으로 하는 면상발열체 제조방법에 의하여 본 발명의 목적이 달성된다.

이하, 상기 목적을 구체적으로 실시할 수 있는 본 발명에 따른 면상발열체 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 면상발열체의 사시도로서, 상기 면상발열체(1)는 탄소섬유사(21)와 일반섬유사(22)에 의해 직조되어 열을 발생시키는 발열부(2)와, 상기 발열부(2)로 열을 공급하기 위해 탄소섬유사(31)와 동사(32)가 직조된 밴드형의 도전부(3)를 포함한다.

상기 발열부(2)는 2가닥의 필라멘트사가 한조가 되어 이를 꼬아 형성한 연사(撚絲, twist yarn)가 경사로 사용되는 일반섬유사(22)와 상기 일반섬유사(22)와 직교를 이루어 배치되어 위사로 사용되는 탄소섬유사(21)로 이루어진다. 따라서, 상기 일반섬유사(22)와 탄소섬유사(21)는 격자형태로 형성되며, 특히 상기 일반섬유사(22) 의 꼬임부(23) 사이로 상기 탄소섬유사(21)가 통과된 형태로 직조된다.

도 2는 도 1에 도시된 발열부(2)의 A부분을 확대한 사시도로서, 2가닥이 1조로 형성되어 이를 꼬아 형성한 복수개의 일반섬유사(22)가 세로로 배치되며 상기 일반섬유사(22)와 직교를 이루도록 복수개로 나열된 일반섬유사(22)의 가로측으로 나열된 꼬임부(23) 사이로 상기 탄소섬유사(21)가 통과하여 직조되므로 상기 탄소섬유사의 상부 및 하부가 상기 일반섬유사(22)에 의해 고정되기 때문에, 상기 발열부(2)는 과도한 물리력이 가해지지 않는한 형태의 안정을 유지할 수 있게 된다. 또한, 상기 일반섬유사(22)의 간격 및 꼬임횟수와 상기 탄소섬유사(21)의 배치에 따라 상기 발열부(2)의 밀도 및 발열량을 조정할 수도 있게 된다.

여기서, 상기 일반섬유사(22)는 공지된 바와 같이 도전성이나 발열성이 거의 없는 통상의 의류용 내지 산업용 섬유를 일컫는다. 예컨대, 면 또는 마 등의 천연섬유, 나일론 또는 폴리에스테르, 폴리프로필렌 등의 합성섬유와 레이온 또는 아세테이트 등의 재생섬유나 반합성섬유 등이 모두 적용가능하며 특별히 하나의 섬유로 한정되지 않는다.

또한, 상기 탄소섬유사(21)는 공지된 바와 같이 통전시 발열을 일으키는 것으로서, 다양한 형태의 탄소섬유사 제조방법이 공지되어 있다. 예컨대, 각종 무기 광물질이 포함된 탄소가루를 페이스트화하여 이를 일반 멀티필라멘트 섬유사에 도포하여 제조하는 방법, 탄소와 턴스텐, 망간 및 스테인레스 등을 고온용융한 상태에서 실로 뽑는 방법, PAN(폴리아크릴니트로릴)계의 섬유를 탄화하여 제조하는 방법 등 다양한 방법이 공지되어 있고 이 방법들은 그 제조방법과 형태가 다르지만 이들 모두 적용 가능한 방법이다. 이러한 탄소는 금속(알루미늄)보다 가볍고 반면에 금속(철)에 비해 탄성과 강도가 뛰어난 장점을 가지고 있다.

상기 도전부(3)는 발열부(2)의 소정의 부분에 부분적으로 또는 전체적으로 형성되고 전원부(미도시)와 연결되어 상기 발열부(2)에 열을 전도하기 위한 것으로, 격자망 형태로 형성된 상기 발열부(2)의 소정의 위치에 형성된 일반섬유사(22) 대신에 경사로서 구리가 소제로 사용된 동사(32)를 복수가닥 배치하여, 탄소섬유사(31)와 교차시키면서 직조하여 형성한다.

도 3은 도 1에 도시된 도전부의 B부분을 확대한 사시도이고, 도 4는 도전부에 탄소액이 도포된 상태를 도시한 도면으로서, 상기 탄소섬유사(21)에서 연장되어 가로방향으로 배열된 복수개의 탄소섬유사(31)와 각각 교차되도록 복수개의 동사(32)가 평편조직(Plain stisch)으로 직조되는 것이며, 이때 상기 복수개의 동사(32)는 서로 인접되도록 촘촘하게 형성된다.

바람직하게는, 상기 탄소섬유사(31)와 동사(32)가 직조되어 도전부(3)를 형성하면 상기 도전부(3) 전체에 탄소액(4)을 도포한다. 그러면 상기 탄소섬유사(31)와 동사(32)간의 결합이 견고해지고 점접촉되어 있던 상기 탄소섬유사(31)와 동사(32)의 교차점(33)에 상기 탄소액(4)이 도포되어 상기 도전부(3)의 열특성과 원적외선 특성이 향상되며 상기 동사(32)의 산화도 방지할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 도전부에 탄소액을 도포하는 탄소액 도포장치를 도시한 개략도로서, 상기 탄소액 도포장치(6)의 외관을 이루는 프레임(62)과, 상기 프레임(62)의 내부의 양측에 설치되어 상기 도포장치(6)를 구동시키는 동력전달기어(65)와, 상기 동력전달기어(65)와 동력을 전달받아 면상발열체(1)에 탄소액(4)을 도포하기 위해 서로 인접하여 설치된 한쌍의 도포롤러(63)와, 상기 도포롤러(63)에 탄소액(4)을 공급하는 호퍼(61) 및 상기 도포롤러(63)로 면상발열체(1)를 이송시키는 이송롤러(64)로 이루어져, 상기 면상발열체(1) 도전부(3)에 탄소액(4)을 도포하게 된다.

따라서, 상기 이송롤러(64)에 의해 이송된 상기 면상발열체(1)는 상기 탄소액(4)이 묻혀진 도포롤러(63) 사이를 통과함으로써 상기 면상발열체(1)의 도전부(3)에 탄소액(4)을 도포하게 된다. 이때, 상기 도포롤러(63)에 의해 상기 도전부(3)는 압착되면서 탄소액(4)이 도포되어 탄소섬유사(31)와 동사(32)의 결합력이 더욱 향상되게 된다.

상기 면상발열체(1)의 도전부(3)에 탄소액(4)이 도포되면 일정온도에서 건조시킨 후 상기 도전부(3)를 밴드처리하는 것도 가능하다.

이때, 상기 탄소액(4)은 전도성 우레탄수지 35%, 전도성 폴리아마이드수지 10%, 도전성 카본 8%, 흑연 12%, 분산제 0.5%, 가소제 0.5%, 에틸아세테이트 10%, 이소부틸알콜 10%, 에타놀 14%의 비율의 구성비를 가진다.

도 6는 본 발명에 따른 면상발열체(1)의 제조방법을 나타내는 흐름도로서, 우선 일반섬유사(22)와 탄소섬유사(21)를 경사와 위사로 사용하여 발열부(2)를 직조하고, 상기 발열부(2)의 일부 또는 여러부분에 상기 일반섬유사(22)를 대신하여 동사(32)를 경사로 사용하여 상기 동사(32)와 탄소섬유사(31)에 의해 도전부(3)를 직조하고, 상기 발열부(2)와 도전부(3)가 형성된 면상발열체(1)를 탄소액 도포장치(6)로 공급하여 상기 도전부(3)에 탄소액(4)을 도포한다. 상기 탄소액(4)의 도포가 완료 되면 일정시간동안 건조시키고 상기 면상발열체(1) 전체에 코팅액을 도포하는데 상기 코팅액으로는 절연성질을 가지는 실리콘액 또는 라텍스 등이 사용된다. 그 후 상기 면상발열체(1)를 건조로로 이송하여 100~150℃의 온도에서 건조시키면 상기 면상발열체(1)의 제작이 완료된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 면상발열체는 일반섬유사와 탄소섬유사로 직조된 발열부와, 상기 발열부의 일부 또는 여러부분에 형성되며 탄소섬유사와 동사로 직조되어 발열부로 열을 전도하는 도전부로 이루어지고 상기 도전부에는 탄소액이 도포되어, 상기 도전부의 결합력이 강화되어 과도한 물리력이 가해지지 않는한 형태의 안정을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 상기 탄소액에 의해 상기 도전부의 열전도력 및 원적외선 특성이 향상된 면상발열체를 제공하였다.

또한, 상기 발열부의 일반섬유사는 2가닥이 1조를 이루어 이를 꼬아 꼬임부가 형성되며, 상기 일반섬유사의 꼬임부로 탄소섬유사가 통과한 형태로 직조되어, 상기 상기 일반섬유사의 간격 및 꼬임횟수와 상기 탄소섬유사의 배치에 따라 상기 발열부의 밀도 및 발열량을 조정할 수도 있어서 다양한 용도로 사용할 수 있는 면상발열체를 제공하였다.

또한, 상기 도전부는 탄소액 도포장치에 의해서 탄소액이 도포되는 것으로, 상기 탄소액이 묻혀진 도포롤러 사이를 통과함으로써 상기 면상발열체의 도전부에 탄소액을 도포하게 되며 상기 도포롤러에 의해 상기 도전부는 압착되면서 탄소액이 도포되어 탄소섬유사와 동사의 결합력 또는 접착력이 더욱 향상되게 된다.

Claims (8)

1. 면상발열체에 있어서,

   일반섬유사가 경사로 배열되며 탄소섬유사가 위사로 배열되어 격자형태로 직조된 발열부와,

   상기 발열부의 일부 또는 전체에 형성되어 상기 발열부로 열을 전도하는 도전부로 이루어지며,

   상기 도전부는 상기 탄소섬유사와 동사가 교차되어 직조되고,

   상기 도전부에는 탄소액이 도포된 것을 특징으로 하는 면상발열체.
2. 제1항에 있어서,

   상기 발열부의 일반섬유사는 2가닥이 1조를 이루어 이를 꼬아 꼬임부가 형성되며,

   상기 일반섬유사의 꼬임부로 상기 탄소섬유사가 통과한 형태로 직조된 것을 특징으로 하는 면상발열체.
3. 제1항에 있어서,

   상기 발열부에는 코팅액이 도포된 것을 특징으로 하는 면상발열체.
4. 제1항에 있어서,

   도포장치의 외관을 구성하는 프레임;

   상기 프레임에 의해 지지되어 도포장치에 동력을 전달하는 동력전달기어;

   상기 동력전달기어에 의해 회전하는 한 쌍의 도포롤러;

   상기 도포롤러의 일측에 고정되어 상기 도포롤러로 탄소액을 공급하는 호퍼;

   상기 도포롤러 사이로 상기 면상발열체를 이송시키는 이송롤러를 포함하여 이루어진 탄소액 도포장치에 의하여 상기 도전부에 탄소액이 도포되는 것을 특징으로 하는 면상발열체.
5. 면상발열체를 제조하는 방법에 있어서,

   일반섬유사를 경사로 배열하고 탄소섬유사를 위사로 배열하여 이를 직조하여 발열부를 형성하는 단계;

   상기 발열부의 일부 또는 전체에 상기 일반섬유사 대신에 동사를 경사로 사용하여 탄소섬유사와 동사를 직조하여 도전부를 형성하는 단계;

   상기 도전부에 탄소액을 도포하는 단계;

   상기 면상발열체를 건조하는 단계를 포함하는 면상발열체 제조방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 도전부에 탄소액을 도포한 후 상기 발열부에 코팅액을 도포하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 면상발열체 제조방법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,

   상기 탄소액은 전도성 우레탄수지, 전도성 폴리아마이드 수지, 도전성카본, 흑연, 분산제, 가소제, 에틸아세테이트, 이소부틸 알콜, 에타놀로 구성된 것을 특징으로 하는 면상발열체 제조방법.
8. 제5항에 있어서,

   상기 면상발열체의 건조는 120℃의 건조로에서 건조되는 것을 특징으로 하는 면상발열체 제조방법.

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