KR20060067858A - Heating apparatus of electic hot wind device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발열체로 박막 히터를 사용하여 금속판 또는 비 금속판의 표면 온도 상승 시간의 단축 및 저전력화가 가능한 전기 온풍기의 발열장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전기 열풍기의 발열장치는, 금속판 또는 비 금속판; 금속판이 사용되는 경우 전기적 절연을 위해 상기 금속판의 일 측면에 형성되는 절연막; 상기 절연막 또는 비 금속판의 일 측면에 박막 형태로 장착되어 외부로부터 전원을 공급받아 자체 전기 저항에 의하여 순간적으로 고온 발열되는 박막 히터; 전원 공급시 보다 빠른 시간 안에 박막 히터 면 전체의 균일한 발열을 유도하고 박막 히터의 전극 도입부와 박막 히터 중앙부의 온도차를 줄이기 위하여 박막 히터의 일 측면에 형성된 도전체 패턴; 상기 박막 히터에 전원을 공급하기 위해 적어도 상기 박막 히터의 일측 단부에 형성된 금속 패드; 및 상기 금속 패드에 접촉되는 전원연결 단자를 포함한다.The present invention relates to a heat generator of an electric hot air blower capable of shortening the surface temperature rise time of the metal plate or the non-metal plate and reducing the power consumption by using a thin film heater as the heat generating element. The heat generating device of the electric hot air blower according to the present invention includes a metal plate or a non-metal plate; An insulating film formed on one side of the metal plate for electrical insulation when a metal plate is used; A thin film heater mounted on one side of the insulating film or the non-metal plate to be supplied with power from the outside to instantaneously generate high temperature by its own electrical resistance; A conductor pattern formed on one side of the thin film heater to induce uniform heat generation of the entire surface of the thin film heater and reduce a temperature difference between the electrode introduction portion of the thin film heater and the central portion of the thin film heater in a faster time when power is supplied; A metal pad formed on at least one end of the thin film heater to supply power to the thin film heater; And a power connection terminal in contact with the metal pad.
전기, 열풍, 히터, 발열, 가열, 박막 히터, 절연, 금속판, 도전체 패턴 Electricity, hot air, heater, heat generation, heating, thin film heater, insulation, metal plate, conductor pattern
Description
도 1 내지 2는 금속판을 사용한 본 발명에 따른 전기 열풍기의 발열장치의 구조의 실시 예를 설명하기 위한 단면도.1 to 2 is a cross-sectional view for explaining an embodiment of a structure of a heat generator of the electric hot air blower according to the present invention using a metal plate.
도 3 내지 4는 비 금속판을 사용한 본 발명에 따른 전기 열풍기의 발열장치의 구조의 실시 예를 설명하기 위한 단면도.3 to 4 is a cross-sectional view for explaining an embodiment of a structure of a heat generator of the electric hot air blower according to the present invention using a non-metal plate.
도 5 내지 7은 도전체 패턴이 형성된 도전체 패턴의 예시도. 5 to 7 are exemplary views of a conductor pattern on which a conductor pattern is formed.
도 8 내지 9는 박막 히터 상에 패턴을 형성한 금속 패드의 실시 예를 보여주는 예시도. 8 to 9 are exemplary views illustrating an embodiment of a metal pad in which a pattern is formed on a thin film heater.
도 10 내지 12는 발명이 적용된 전기 열풍기의 발열장치 및 표면 온도 측정 그래프.10 to 12 is a graph of the heating device and the surface temperature measurement of the electric hot air fan applied invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명* Explanation of symbols on the main parts of the drawing
11 : 금속판 12 : 박막 히터11: metal plate 12: thin film heater
13 : 온도감지기 14 : 절연막13: temperature sensor 14: insulating film
15 : 금속 패드 16 : 전원연결단자15
17 : 팬 18 : 도전체 패턴17: fan 18: conductor pattern
19 : 보호층 20 : 비 금속판19: protective layer 20: non-metallic plate
본 발명은 전기 열풍기의 발열장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 헤어 드라이어, 핸드 드라이어, 건조 후드, 팬히터, 온풍기, 차량용 소형 온풍기, 의류 건조기, 식기 세척기, 식기 건조기, 프린터 건조기 등과 같은 전기 열풍기의 발열장치에 있어 발열체로 박막 히터를 이용함으로써 온도 상승시간의 단축 및 저전력화가 가능한 전기 열풍기의 발열장치에 관한 것이다.The present invention relates to a heating device for an electric hot air blower, and more particularly, to a heating device for an electric hot air blower, such as a hair dryer, a hand dryer, a drying hood, a fan heater, a hot air heater, a vehicle small hot air heater, a clothes dryer, a dish washer, a dish dryer, and a printer dryer. The present invention relates to a heat generating device of an electric hot air blower capable of shortening the temperature rise time and reducing the power consumption by using a thin film heater as the heat generating element.
일반적으로 헤어 드라이어, 건조 후드, 팬히터, 온풍기 등의 전기 열풍기에 사용되는 발열체로는 할로겐 램프, 벌크(Bulk) 히터, 코일 히터가 사용된다. 그리고, 전기 열풍기는 온도를 감지하는 감지기를 포함한다. Generally, a halogen lamp, a bulk heater, and a coil heater are used as a heating element used in an electric hot air fan such as a hair dryer, a drying hood, a fan heater, and a hot air fan. And, the electric hot air fan includes a sensor for sensing the temperature.
벌크 히터를 이용하는 전기 열풍기의 경우에는 전원공급선을 통해 전원이 벌크 히터로 공급되면, 벌크 히터가 발열이 되고, 열전달에 의해 금속판의 온도가 올라가게 된다. 그리고 금속판에 의해 더워진 공기가 팬에 의해 송출된다. In the case of an electric hot air fan using a bulk heater, when power is supplied to the bulk heater through a power supply line, the bulk heater generates heat, and the temperature of the metal plate is increased by heat transfer. And the air heated by the metal plate is sent out by a fan.
코일 히터의 경우에도, 전원이 공급되면 코일에 의해 금속판이 온도가 올라가고, 팬에 의해 더운 공기가 송출된다. 할로겐 램프를 사용하는 경우에는, 할로겐 램프에 의해 발생한 열이 반사판에 의해 전달된다. 이와 같은 종래의 전기 열풍기는 이미 공지된 기술로서, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.Also in the case of a coil heater, when electric power is supplied, the temperature of the metal plate rises by the coil, and hot air is sent out by the fan. In the case of using a halogen lamp, heat generated by the halogen lamp is transferred by the reflector. Such a conventional electric hot air blower is a known technique, a detailed description thereof will be omitted.
그런데, 이와 같은 종래의 전기 열풍기는 발열체로 벌크 히터, 할로겐 램프, 코일 히터를 사용하여 발열체의 부피가 큰 반면에 금속판과의 접촉 면적이 작기 때문에 발열 속도는 매우 느리다. However, such a conventional electric hot air heater uses a bulk heater, a halogen lamp, and a coil heater as a heating element, while the heating element has a large volume while the contact area with the metal plate is small.
더욱이 발열체의 발열 시 필요한 전력이 0.9㎾ 내지 수 ㎾로 고 전력이 소모되는 문제점이 있다. 또한 벌크 히터 또는 코일 히터의 경우, 사용 후 전원을 꺼도 온도 하강 속도가 느린 문제점이 있다.Furthermore, there is a problem in that high power is consumed as the power required for heat generation of the heating element is 0.9 kW to several kW. In addition, in the case of a bulk heater or a coil heater, there is a problem that the temperature falling speed is slow even after turning off the power.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명은 전기 열풍기에서 발열체로 박막 히터를 사용하여 금속판의 표면 온도 상승시간을 단축할 수 있고 저전력화가 가능한 전기 열풍기의 발열장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been proposed to solve the problems of the prior art as described above, and the present invention can shorten the surface temperature rise time of the metal plate by using a thin film heater as a heating element in the electric hot air, and heat generation of the electric hot air heater can be reduced in power. The purpose is to provide a device.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 예에 따른 발열장치는, 금속판; 전기적 절연을 위해 상기 금속판의 일 측면에 형성된 절연막; 상기 절연막의 일 측면에 박막 형태로 장착되어 외부로부터 전원을 공급받아 자체 전기 저항에 의하여 순간적으로 고온 발열되는 박막 히터; 상기 박막 히터의 일측 단부에 형성되어 외부로부터 공급된 전원을 상기 박막 히터로 균일하게 공급하는 금속 패드; 및 상기 금속 패드에 접촉되어 전원을 공급하는 전원연결 단자를 포함한다.Heating device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a metal plate; An insulating film formed on one side of the metal plate for electrical insulation; A thin film heater mounted on one side of the insulating film to receive power from the outside and instantaneously generate high temperature by its own electrical resistance; A metal pad formed at one end of the thin film heater to uniformly supply power supplied from the outside to the thin film heater; And a power connection terminal contacting the metal pad to supply power.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 예에 따른 발열장치는, 비 금 속판; 상기 절연막의 일 측면에 박막 형태로 장착되어 외부로부터 전원을 공급받아 자체 전기 저항에 의하여 순간적으로 고온 발열되는 박막 히터; 상기 박막 히터의 일측 단부에 형성되어 외부로부터 공급된 전원을 상기 박막 히터로 균일하게 공급하는 금속 패드; 및 상기 금속 패드에 접촉되어 전원을 공급하는 전원연결 단자를 포함한다.Heating device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a non-metal plate; A thin film heater mounted on one side of the insulating film to receive power from the outside and instantaneously generate high temperature by its own electrical resistance; A metal pad formed at one end of the thin film heater to uniformly supply power supplied from the outside to the thin film heater; And a power connection terminal contacting the metal pad to supply power.
상기 발열장치의 박막 히터에는 일 측면에 전원 공급 초기에 보다 빠른 시간 안에 상기 박막 히터 면 전체에 균일하게 발열이 일어나도록 하고 상기 박막 히터의 전극 도입부와 박막 히터 중앙부의 온도차를 줄이기 위한 도전체 패턴이 형성될 수 있으며, 상기 금속 패드는 복수 개의 발열 박막 셀이 형성되도록 패턴을 형성할 수 있다.The thin film heater of the heating device has a conductor pattern for generating heat evenly on the entire surface of the thin film heater in a faster time at the initial power supply to one side and reducing the temperature difference between the electrode introduction portion of the thin film heater and the central portion of the thin film heater. The metal pad may form a pattern to form a plurality of heat generating thin film cells.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed descriptions of well-known functions or configurations will be omitted if it is determined that the detailed description of the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. Terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may be changed according to intentions or customs of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.
도 1은 금속판을 사용한 본 발명에 따른 전기 열풍기에 사용되는 발열장치 구조의 일 실시 예를 설명하기 위한 도면으로, 도면 부호 11은 금속판, 12는 박막 히터, 13은 온도 감지기, 14는 절연막, 15는 금속 패드, 16은 전원연결단자, 17은 팬을 각각 나타낸다.1 is a view for explaining an embodiment of a heating device structure used in the electric hot air heater according to the present invention using a metal plate, 11 is a metal plate, 12 is a thin film heater, 13 is a temperature sensor, 14 is an insulating film, 15 Is a metal pad, 16 is a power connection terminal, and 17 is a fan.
도 2는 금속판과 도전체 패턴을 사용한 본 발명에 따른 전기 열풍기에 사용되는 발열장치 구조의 일 실시 예를 설명하기 위한 도면으로 도면 부호 18은 도전체 패턴, 19는 보호층을 각각 나타낸다. 2 is a view for explaining an embodiment of a heat generating device structure used in the electric hot air heater according to the present invention using a metal plate and a conductor pattern, and
도 3은 비 금속판을 사용한 본 발명에 따른 전기 열풍기의 발열장치 구조의 일 실시 예를 설명하기 위한 도면으로 도면 부호 20은 비 금속판, 12는 박막 히터, 13은 온도 감지기, 14는 절연막, 15는 금속 패드, 16은 전원연결단자, 17은 팬을 각각 나타낸다.3 is a view for explaining an embodiment of a heat generating device structure of an electric hot air heater according to the present invention using a non-metal plate with
도 4는 비 금속판과 도전체 패턴을 사용한 본 발명에 따른 열풍기의 발열장치 구조의 또 다른 실시 예를 설명하기 위한 도면으로 도면 부호 18은 도전체 패턴, 19는 보호층을 각각 나타낸다. 4 is a view for explaining another embodiment of the heat generator structure of the heat blower according to the present invention using a non-metal plate and a conductor pattern, and
본 발명에 따른 전기 열풍기의 발열장치는, 금속판(11)과; 금속판(11)의 일 측면에 형성되어 전기가 금속판으로 전달되는 것을 차단하기 위한 절연막(14)과; 절연막(14) 상부에 형성되어 전원 공급에 의해 열을 발생하는 박막 히터(12)와; 박막 히터(12)의 일 측 단부에 형성되어 박막 히터로 전원을 공급하기 위한 금속 패드(15)와; 금속 패드(15)와 접촉되어 전원을 공급하기 위한 전원연결단자(16)를 포함한다. 도면에서 온도 감지기(13)은 박막 히터(12)의 일정 부위에 접촉되어 온도 를 감지하기 위한 것이며 팬(17)은 금속판에 의해 더워진 공기를 배출하기 위한 것이다.The heating device of the electric hot air blower according to the present invention includes a metal plate (11); An
상기 박막 히터(12)의 일 측면에는 전원 공급 초기에 보다 빠른 시간 안에 상기 박막 히터 면 전체에 균일하게 발열이 일어나도록 하고 상기 박막 히터의 전극 도입부와 박막 히터 중앙부의 온도차를 줄이기 위하여 도전체 패턴(18)이 형성될 수 있다.One side of the
또한, 상기 금속 패드(15)는 복수 개의 발열 박막 셀이 형성되도록 패턴을 형성할 수 있다.In addition, the
한편, 박막 히터(12) 하부 표면에는 박막 히터(12)를 외부 이물질 등으로부터 보호하기 위한 히터 보호층(19)이 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 히터 보호층의 소재로는 무기 히터 보호층 류(SiNx, SiOx), 유기 히터 보호층 류(Polyimide, Polyamide, Teflon, PET 등) 등이 사용될 수 있다.On the other hand, it is preferable that the
본 발명에서 금속판(11)은 여러 개로 분할 구비될 수 있으며, 지지부재에 의해 고정된다. 본 발명에 사용되는 금속판(11)은 알루미늄, 스테인레스 스틸(Stainless Steel) 등 열전도도가 우수한 금속을 사용한다. 금속판(11)의 두께는 0.3㎜ ~ 3㎜ 범위, 특히 0.3㎜ ~ 2㎜ 범위가 바람직하다.In the present invention, the
일반적으로 금속으로 구성된 판 상 형태의 기판 위에 전원의 인가로 발열이 되는 박막 히터를 형성하는 경우, 박막 히터와 금속판과의 전기적 절연 기능을 수행할 수 있는 기능 층이 요구되는데, 절연막이 이에 해당한다. In general, in the case of forming a thin film heater that generates heat by application of power on a plate-shaped substrate made of metal, a functional layer capable of performing an electrical insulation function between the thin film heater and the metal plate is required. .
절연막(14)의 열전도도가 빠를수록 박막 히터에서 발열된 열이 금속판(11)까 지 전달되는 속도가 빠르다. 그러므로, 절연막의 두께는 얇을수록 좋은데, 박막 히터(12)와 금속판(11) 간의 전기적 절연이 확보되는 최소 두께로 설계해야 한다. 이러한 절연막(14)의 두께는 0.5 μm ~ 500 μm 범위, 특히 0.5 μm ~ 200 μm 범위가 바람직하며, 재질에 따라 두께에 차이가 발생할 수도 있다.The faster the thermal conductivity of the
절연막(14)은 박막 히터(12)의 전기적 고립화(Electrical isolation)를 달성하기 위해 박막 히터에 100V 정도 전압이 인가될 때 절연 파괴가 발생하지 않아야 하고 또한 전기적 누설 전류는 20μA 이하가 되어야 한다.In order to achieve electrical isolation of the
또한 박막 히터 물질이 고온으로 발열시 금속판에서 물리적 탈착이 발생하지 않도록 박막 히터 또는 금속판과의 접촉성이 우수해야 한다. 또한 박막 히터 물질이 고온으로 발열될 경우, 절연막과 박막 히터 물질 또는 금속 판간의 화학적 반응성이 없어야 한다. In addition, the thin film heater material should be excellent in contact with the thin film heater or the metal plate so that physical desorption from the metal plate does not occur when the thin film heater material is heated to high temperature. In addition, when the thin film heater material is heated to a high temperature, there should be no chemical reactivity between the insulating film and the thin film heater material or the metal plate.
절연막의 표면 조도가 좋지 못할 경우 박막 히터 물질의 전기적 비저항에 영향을 주기 때문에 박막 히터 물질 자체의 전기적 비저항에 영향을 주지 않도록 표면 조도가 좋아야 한다.If the surface roughness of the insulating film is poor, it affects the electrical resistivity of the thin film heater material, so the surface roughness should be good so as not to affect the electrical resistivity of the thin film heater material itself.
예를 들어, 이와 같은 절연막(14)은 알루미늄이나 스테인레스 스틸의 표면을 아크(Arc)를 이용하여 산화시키는 산화 절연막과, 금속판 표면에 세라믹, 유리, 도자기 유약 등을 코팅 형성한 절연막 또는 상기 금속판의 표면에 폴리머를 코팅 형성한 폴리머 절연막 중 하나 또는 두 가지 이상의 절연막이 상기 금속판의 표면에 형성될 수 있다.For example, the
예를 들어, 폴리머(Polymer) 계열 물질(Polyimide, Polyamide, Teflon, PET 등)을 이용한 폴리머 절연막과, 산화 절연막과 폴리머 절연막이 동시에 적용되는 막일 수 있다.For example, a polymer insulating film using a polymer-based material (Polyimide, Polyamide, Teflon, PET, etc.), and an oxide insulating film and a polymer insulating film may be simultaneously applied.
산화 절연막은 알칼리 전해액에 담겨진 알루미늄(Al), 베릴륨(Be), 티타늄(Ti), 스테인레스 스틸 등으로 구성된 금속판 표면에 외부 인가되는 아크 등의 전기적 에너지에 의하여 금속 표면의 금속원자와 외부의 산소가 전기 화학적 반응을 일으켜서 표면 특성을 산화막 형태로 변환시킴으로써 형성될 수 있다.The oxide insulating layer is formed of metal atoms on the surface of the metal and oxygen from the outside by electrical energy such as an arc applied to the surface of the metal plate made of aluminum (Al), beryllium (Be), titanium (Ti), stainless steel, etc. contained in the alkaline electrolyte. It can be formed by causing an electrochemical reaction to convert the surface properties into an oxide film form.
산화 절연막으로는 Al2O3, ZrO3, Y2O3 등이 사용되며, 이 산화 절연막을 금속판 위에 플라즈마 스프레이 코팅 방식(Plasma Spray Coating) 등으로 형성할 수도 있다. 이하, 산화 절연막을 금속판 위에 형성하는 공정의 일 실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.Al 2 O 3 , ZrO 3 , Y 2 O 3, and the like are used as the oxide insulating film, and the oxide insulating film may be formed on a metal plate by using a plasma spray coating method. Hereinafter, an embodiment of a process of forming an oxide insulating film on a metal plate will be described.
용기(bath) 내에 채워져 있는 알칼리 전해액의 농도를 평가하고, 알루미늄 소재의 금속판(11)에 외부 전원이 공급될 수 있도록 알루미늄 소재의 금속판(11)에 도선을 연결한 상태에서 이 알루미늄 소재의 금속판(11)을 용기 내의 알칼리 전해액에 담그고 나서 이 알루미늄 소재의 금속판(11)으로 외부 전원을 공급하여 알루미늄 소재의 금속판(11) 표면을 산화시킨다.Evaluate the concentration of the alkaline electrolyte solution filled in the bath, and the metal plate of the aluminum material in a state in which a conductor is connected to the
산화 절연막 형성 공정에 의하여 고주파 교류(AC) 형태의 강한 전원이 알루미늄 소재의 금속판(11)에 가해지면 순간적으로 알루미늄 소재의 금속판(11) 표면에 아크가 발생하며 그에 따라 산화가 치밀하고 핀홀(pinhole)의 농도가 매우 작은 산화 절연막이 알루미늄 소재의 금속판(11) 표면에 형성된다.When a strong power source in the form of a high frequency alternating current (AC) is applied to the
이러한 산화 절연막 형성 공정에 의해 알루미늄 소재의 금속판(11) 표면에는 산화 알루미늄이 형성될 수 있거나 티타늄 소재의 금속판(11) 표면에는 산화 티타늄이 형성될 수 있거나 베릴륨 소재의 금속판(11) 표면에는 산화 베릴륨이 형성될 수 있는 것이다.Aluminum oxide may be formed on the surface of the
한편, 폴리머 물질을 이용한 전기적 절연막은 금속 기판과 발열하는 박막 히터 사이에서 두 층간의 전기적 절연을 위하여 전기적 절연성이 확보되는 폴리머 물질을 스핀 코팅(Spin Coating) 법 등에 의해 균일한 두께로 형성된다. On the other hand, the electrical insulating film using a polymer material is formed with a uniform thickness of the polymer material to ensure electrical insulation between the metal substrate and the thin film heater that generates heat by a spin coating method or the like for electrical insulation between the two layers.
예를 들어, 폴리머 절연막을 형성하는 공정의 일 실시 예에 대해 설명하면 다음과 같다.For example, an embodiment of a process of forming a polymer insulating film will be described below.
폴리머 절연막은 액상의 유기 폴리머 물질이 이용되어 형성되는데, 금속 소재의 금속판(11) 표면에 균일한 두께로 코팅된다.The polymer insulating film is formed using a liquid organic polymer material, and is coated with a uniform thickness on the
여기서, 코팅 방식으로는 스핀 코팅 방식(spin coating), 스프레이 코팅 방식(spray coating), 디핑 코팅 방식(dipping coating), 스크린 프린팅 방식(screen printing) 등이 사용될 수 있다.Here, as the coating method, a spin coating method, a spray coating method, a dipping coating method, a screen printing method, or the like may be used.
또한, 폴리머 물질로는 폴리이미드(polyimide) 계열 물질, 폴리아미드(polyamide) 계열 물질, 테프론(teflon) 계열 물질, 페인트(paint) 계열 물질, 실버-스톤(silver-ston), 테프젤-에스(tefzel-s), 에폭시(epoxy), 고무(rubber) 등이 사용되거나 자외선(UV)에 대한 감광성이 있는 물질도 사용될 수 있다.In addition, the polymer material may be a polyimide-based material, a polyamide-based material, a teflon-based material, a paint-based material, silver-ston, Tefgel-S ( tefzel-s), epoxy, rubber, or the like, or a material that is sensitive to ultraviolet light (UV) may be used.
폴리이미드 계열 물질을 스프레이 코팅 방식으로 금속판(11)에 형성하는 공정의 일 실시 예는 다음과 같다.An embodiment of a process of forming a polyimide-based material on the
금속판(11)을 아세톤(aceton), 아이소 프로필 알코올(IPA; Iso Propyl Alcohol) 등으로 유기 세척시키고 나서, 금속판(11)을 고속(예; 2,000 rpm 이상)으로 자전시키면서 폴리이미드 계열 물질을 금속판(11)에 스프레이(분사)한 후에 금속판(11) 표면에 코팅된 폴리이미드 계열 물질을 열처리한다.The
스프레이 코팅 방식의 폴리머 절연막 형성 공정에 의해 금속판(11) 표면에는 열적 안정성이 우수하고 글래시 템퍼러쳐(GT; glassy temperature)가 300 ℃이상인 폴리머 절연막이 형성된다.A polymer insulating film having a high thermal stability and a glassy temperature (GT) of 300 ° C. or more is formed on the surface of the
또한, 폴리이미드 계열 물질 열처리 과정에서 폴리이미드 계열 물질을 서서히 냉각시킴으로써 폴리머 절연막과 금속판(11) 간의 접착성이 우수해지며, 스프레이 코팅 과정에서 폴리머 계열 물질을 금속판(11) 표면에 코팅시킴으로써 두께 균일도가 우수해지며, 폴리머 절연막의 핀홀의 농도가 매우 작아져서 전기적 누설 전류가 발생하지 않는다.In addition, by slowly cooling the polyimide-based material during the heat treatment of the polyimide-based material, the adhesion between the polymer insulating film and the
산화 절연막과 폴리머 절연막의 이중 절연막은 금속 소재의 금속판(21) 표면에 산화 절연막을 형성시키고 나서 이 산화 절연막 위에 폴리머 계열의 물질을 균일한 두께로 코팅시키거나 반대로 금속 소재의 금속판 표면에 폴리머 계열 물질을 코팅하고 그 위에 산화 절연막을 형성시킬 수 있다. 산화절연막과 폴리머 절연막을 동시에 형성하는 경우는 각 절연막 중 1개만 적용한 경우에 비해 각각의 절연막 두께를 감소시킬 수 있으며 절연파괴를 최소화할 수 있다.The double insulating film of the oxide insulating film and the polymer insulating film is formed by forming an oxide insulating film on the surface of the metal plate 21 of the metal material, and then coating a polymer-based material with a uniform thickness on the oxide insulating film or vice versa. Can be coated and an oxide insulating film formed thereon. When the oxide insulating film and the polymer insulating film are formed at the same time, the thickness of each insulating film can be reduced and the breakdown can be minimized as compared with the case where only one of the insulating films is applied.
이러한 절연막(14)의 두께는 0.5 μm ~ 500 μm 범위, 특히 0.5 μm ~ 200 μm 범위가 열전도 효율성을 위해 바람직하며(재질에 따라 두께에 차이가 발생함), 절연막(14)의 절연 파괴 전압(breakdown voltage)은 1,000 V 이상이며, 절연막(14)의 누설 전류(leakage current)는 100 V 전압이 될 때에 20 μA 이하이며, 박막 히터(12)에서 열이 발생될 때에(thermal cycle) 절연막(14)이 금속판(11) 및 박막 히터(12) 각 각으로부터 탈착(박리)이 발생하지 않도록 한다.The thickness of the insulating
박막 히터(12)는 저항 발열 방식으로 열을 발생시킬 수 있는 것으로, 박막 히터(12)와 연결된 금속 패드(15)에 직류 혹은 교류 전압을 인가하여 박막 히터를 통하여 일정량의 전류가 흘러감으로 인하여 열이 발생한다. The
박막 히터의 자체 저항 발열하는 온도는 500℃를 초과할 수 있으며 벌크(Bulk) 히터와는 다르게 가파른 온도 상승도 가능하다. 이것은 박막으로 히터 자체의 부피가 매우 작기 때문이다.The self-resistance heating temperature of the thin film heater may exceed 500 ° C., and unlike the bulk heater, a steep temperature rise may be possible. This is because the volume of the heater itself is very small in a thin film.
박막 히터는 박막 형태로 매우 큰 전류 흐름(Current Flux)을 가지게 되므로 박막히터 자체의 전기적, 열적, 화학적 내성 특성이 요구된다. 전기적으로 히터 박막은 높은 내압(Heater Strength)을 가져야 하고, 지속적으로 인가되는 에너지에 대한 저항성이 높아야 하며, 장시간 수명을 유지해야 한다. 박막 히터가 발열할 경우 금속판과 절연막 간의 물리적 박리, 크랙(Crack) 등이 발생하지 않아야 한다. Since the thin film heater has a very large current flux in the form of a thin film, the electrical, thermal and chemical resistance characteristics of the thin film heater itself are required. Electrically, heater foils must have high Heater Strength, high resistance to continuously applied energy, and long life. When the thin film heater generates heat, physical peeling and cracking between the metal plate and the insulating layer should not occur.
또한, 지속적인 열 충격이 가해지는 소자에서는 열 충격에 의한 박막 히터의 저항변화 등이 허용 수치 안에서 일어나야 하며, 화학적으로는 산소에 바로 노출이 된 상태에서 고온으로 가열될 수 있으므로 산화에 의한 박막 히터의 현저한 저항 증가 등이 발생되지 않아야 한다. In addition, the resistance change of the thin film heater due to the thermal shock should occur within the allowable value in the element subjected to continuous thermal shock, and because the chemical may be heated to a high temperature in the state immediately exposed to oxygen, No significant increase in resistance should occur.
이와 같은 박막 히터(12)의 소재로는 융점이 높은 단일 금속(예; Ta, W, Pt, Ru, Hf, Mo, Zr, Ti 등)이 사용되거나 이들 금속을 조합한 2성분계 금속 합금물(예; TaW 등)이 사용되거나 금속-질화물(metal-nitride)을 조합한 2성분계 금속-질화물 계열(예; WN, MoN, ZrN 등)이 사용되거나 금속-규화물(metal-silicide)을 조합한 2성분계 금속-규화물 계열(예; TaSi, WSi 등)이 사용되거나 Ag/Pd과 같은 후막 도전성 페이스트 등이 사용된다.As the material of the
박막 히터(12)는 수십 μm 이하(예, 0.05 μm ~ 30 μm 범위, 재질에 따라 두께에 차이가 발생함)의 두께를 갖는다.The
박막 히터(12)의 온도가 순간적으로 상승하게 하기 위해서, 즉 자체적으로 뜨겁게 달궈지는데 걸리는 시간이 최소화되기 위해서는 박막 히터(12) 자체의 히트 커패시티(heat capacity)를 매우 작게 하면 된다.The heat capacity of the
즉, 박막 히터(12)의 히트 커패시티는 두께를 매개변수로 하는 함수로 표현되는데, 박막 히터(12)의 두께가 얇아질수록 그 값이 작아진다. 반면에 박막 히터(12)의 수명은 두께가 얇아질수록 짧아질 수 있다.That is, the heat capacity of the
따라서, 본 발명에서는 박막 히터(12)의 온도를 순간적으로 상승시키고 수명을 연장하기 위한 두 가지 조건을 만족시키기 위해 다양한 시뮬레이션과 실험을 통하여 박막 히터(12)의 최적의 두께 범위를 도출할 수 있었다. 박막 히터(12)의 소재에 따라 약간의 차이는 있을 수 있다.Therefore, in the present invention, the optimum thickness range of the
즉, 다음의 수식에 근거하여 박막 히터(12)의 최적의 두께를 도출한다.That is, the optimum thickness of the
여기서, (resistivity)는 박막 히터(12) 소재의 고유한 비저항 값이고, Rs(sheet resistance)는 박막 히터(12)의 면 저항값이고, t(thickness of film)는 박막 히터(12)의 두께이다. 한편, 두께와 고유 비저항 값은 비례 관계에 있음을 알 수 있다.here, (resistivity) is a specific resistivity value of the
박막 히터(12) 소재의 비저항 값 범위를 고려하여 전술한 매개변수를 입력 데이터로 이용하여 시뮬레이션을 하면 각 제품의 특성에 맞는 박막 히터(12)의 최적 두께 범위가 재질에 따라(예; 0.05 μm ~ 30 μm 등) 도출된다.In consideration of the specific resistance value range of the
진공 증착법을 이용하여 박막 히터를 형성하는 방법으로는 후막 스크린 인쇄 방법, PVD(Sputtering, Reactive Sputtering, Co-Sputtering, Evaporation, E-beam) 및 CVD(LPCVD, PECVD) 등이 있다.Methods of forming a thin film heater using vacuum deposition include thick film screen printing, PVD (Sputtering, Reactive Sputtering, Co-Sputtering, Evaporation, E-beam) and CVD (LPCVD, PECVD).
상기 박막 히터의 상부 측에는 상기 박막 히터를 보호하기 위한 보호층이 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 히터 보호층의 소재로는 무기 히터 보호층 류(SiNx, SiOx), 유기 히터 보호층 류(Polyimide, Polyamide, Teflon, PET 등) 등이 사용될 수 있다.A protective layer for protecting the thin film heater is preferably formed on the upper side of the thin film heater. Herein, inorganic heater protective layers (SiNx, SiOx), organic heater protective layers (Polyimide, Polyamide, Teflon, PET, etc.) may be used as the material of the heater protective layer.
보호층은 도전체 패턴이 형성된 박막 히터와 도전체 패턴이 형성되어 있지 않은 상태의 박막 히터 모두에 형성될 수 있다.The protective layer may be formed on both the thin film heater in which the conductor pattern is formed and the thin film heater in the state in which the conductor pattern is not formed.
한편, 도 5 내지 7에서와 같이, 박막 히터의 일 측면에는 여러 가지 형상 및 모양을 갖는 박막 히터보다 전기 저항이 낮으며 열전도율이 높은 도전체 패턴(18)이 형성될 수 있다. Meanwhile, as shown in FIGS. 5 to 7, a
도전체 패턴이 형성되지 않은 박막 히터를 사용할 경우 전원 공급 초기에 박When using a thin film heater with no conductor pattern formed,
막 히터의 전극 도입부와 중앙 부분 사이에 온도 차가 발생하여 박막 히터 면 전체에 균일한 온도 분포가 이루어지지 못하거나 박막 히터의 일 부분에 과발열 현상이 발생하여 박막 히터나 절연막 등에 손상이 발생할 수도 있다.A temperature difference may occur between the electrode introduction portion and the center portion of the membrane heater to prevent uniform temperature distribution over the entire surface of the thin film heater, or overheating may occur at a portion of the thin film heater, thereby causing damage to the thin film heater or the insulating film. .
이러한 현상을 방지하고 전원 공급 초기에 박막 히터 면 전체에 균일한 발열이 일어날 수 있도록 하기 위하여, 박막 히터의 일 측면에 도 5 내지 7과 같이 여러 가지 형태 및 모양의 도전체 패턴을 형성할 수 있다.In order to prevent such a phenomenon and to uniformly generate heat on the entire surface of the thin film heater at the initial power supply, conductor patterns of various shapes and shapes may be formed on one side of the thin film heater as shown in FIGS. 5 to 7. .
또한, 박막 히터에 도전체 패턴을 형성함으로써, 박막 히터 생산시 도전체 패턴이 형성되지 않은 단일 박막 히터보다 생산 수율을 향상시킬 수 있다. 도전체 패턴이 형성되지 않은 단일 박막 히터는 박막 히터 전체 중 일부분의 미세한 두께 차이나 스크래치 등의 일부 박막의 손상으로도 전체 저항체의 품질 저하를 가져와 박막 히터의 생산 수율을 떨어뜨릴 수 있기 때문이다.In addition, by forming a conductor pattern in the thin film heater, it is possible to improve the production yield than a single thin film heater in which the conductor pattern is not formed in the production of the thin film heater. This is because a single thin film heater without a conductor pattern may have a deterioration in the quality of the entire resistor due to a slight thickness difference of a part of the entire thin film heater or damage to some thin films such as scratches, thereby lowering the yield of the thin film heater.
금속 패드(15)는 박막 히터(12) 내에서 균일한 전류 밀도 확보를 위하여 박막 히터(12) 양단에 각각 형성되어, 박막 히터(12)와 외부의 전원 간의 전기적 연결을 담당한다. 금속 패드(15)는 여러 가지 형태 및 모양을 가질 수 있으며, 박막 히터(12)로 전류 밀도가 일정하게 공급되도록 하기 위하여 금속 패드(15)는 박막 히터(12) 폭과 폭이 같거나 더 큰 것이 좋다. The
한편, 본 발명의 금속 패드(15)는 도 8과 도 9에서와 같이 복수 개의 발열 박막 셀이 형성되도록 여러 가지 위치, 모양, 크기 및 개수를 가지는 패턴을 형성할 수도 있다.Meanwhile, the
또한 박막 히터 발열시 온도에 대한 안정성이 있어야 하며, 산화에 의한 저항 증가 혹은 물리적 박리가 발생하지 않아야 한다. 상기 요구되는 특성을 고려하여 본 발명에서 사용 가능한 금속 패드로는 Al, Au, W, Pt, Ag, Ta, Mo, Ti 등이 있다.In addition, there must be stability to temperature when heating the thin film heater, and there should be no increase in resistance or physical exfoliation due to oxidation. Metal pads usable in the present invention in consideration of the required properties include Al, Au, W, Pt, Ag, Ta, Mo, Ti and the like.
부가적으로 헤어 드라이어, 핸드 드라이어, 건조 후드, 팬히터, 온풍기, 차량용 소형 온풍기, 의류 건조기, 식기 세척기, 식기 건조기, 프린터 건조기 등에서 발생되는 물기, 이물질 등으로부터 박막 히터(12)를 보호하기 위한 보호층을 박막 히터(12) 상부 측에 형성시키는 것이 바람직하다. 여기서, 보호층의 소재로는 무기 히터 보호층 류(SiNx, SiOx), 유기 히터 보호층 류(Polyimide, Polyamide, Teflon, PET 등) 등이 사용될 수 있다.In addition, a protective layer for protecting the
본 발명에 따른 전기 열풍기의 발열장치의 또 다른 실시예는, 비 금속판(20)과; 비 금속판(20) 일 측면에 형성되어 전원 공급에 의해 열을 발생하는 박막 히터(12)와; 박막 히터(12)의 일 측 단부에 형성되어 박막 히터로 전원을 공급하기 위한 금속 패드(15)와; 금속 패드(15)와 접촉되어 전원을 공급하기 위한 전원연결단자(16)를 포함한다. Another embodiment of the heat generator of the electric hot air according to the present invention, the
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 금속판 대신 비 금속판(20)이 사용된 경우에는 비 금속판과 박막 히터 사이에 절연막을 구비하지 않아도 된다. 3 and 4, when the
상기 박막 히터(12)의 일 측면에는 금속판을 사용하는 경우와 마찬가지로 전원 공급 초기에 보다 빠른 시간 안에 상기 박막 히터 면 전체에 균일하게 발열이 일어나도록 하고 상기 박막 히터의 전극 도입부에서 과 발열 현상이 일어나는 것을 방지하기 위한 도전체 패턴(18)과 박막 히터(12)를 외부 이물질 등으로부터 보호하기 위한 히터 보호층(19)이 형성될 수 있다.As in the case of using a metal plate on one side of the
또한, 상기 금속 패드(15)는 금속판을 사용하는 경우와 마찬가지로 복수 개의 발열 박막 셀이 형성되도록 패턴을 형성할 수 있다.In addition, as in the case of using a metal plate, the
비 금속판의 소재로는 적어도 250℃ 이상에서도 견디는 열 강화 플라스틱, 내열성 수지, 세라믹, 유리, 도자기 등이 사용된다.As the material of the non-metal plate, heat-reinforced plastics, heat-resistant resins, ceramics, glass, ceramics, etc., which endure at least 250 ° C or more are used.
도 9에는 본 발명이 적용된 전기 열풍기의 발열장치가 도시되어 있으며, 도 10에는 도 9에 도시된 전기 열풍기의 발열장치에 50 와트(Watt)를 인가했을 때 시간에 따른 표면 온도 변화를 측정한 그래프가 도시되어 있으며, 도 11에는 도 9에 도시된 전기 열풍기의 발열장치에 10초 동안 전력 변화를 주었을 때의 표면 온도 변화를 측정한 그래프가 도시되어 있다. 한편, 도 9 내지 11에 도시된 수치는 전기 열풍기의 발열장치의 일실시 예에 대한 수치이며, 박막 히터, 절연막, 금속 패드, 금속판 등과 같은 각 구성 요소의 저항값, 두께, 소재 등에 따라 서로 다른 결과로 도출될 수 있음을 밝혀 둔다.9 is a heat generating device of the electric hot air heater to which the present invention is applied, and FIG. 10 is a graph of measuring the surface temperature change with time when 50 watts are applied to the heat generating device of the electric hot air fan shown in FIG. 9. FIG. 11 is a graph measuring surface temperature change when power is changed for 10 seconds in the heat generator of the electric hot air fan shown in FIG. 9. On the other hand, the numerical values shown in Figures 9 to 11 are for the embodiment of the heat generating device of the electric hot air, different from the resistance value, thickness, material, etc. of each component, such as a thin film heater, insulating film, metal pad, metal plate, etc. Note that the results can be derived.
도 10을 참조하면, 50 와트 전력이 인가될 시 일정 시간이 경과하면 287 ℃에서 수렴(saturation) 특성이 나타남을 알 수 있다.Referring to FIG. 10, it can be seen that when a predetermined time elapses when 50 watt power is applied, a saturation characteristic appears at 287 ° C. FIG.
도 11을 참조하면, 전력 변화에 따라 10초 동안 증가하는 표면 온도 변화는 선형적으로 증가하는 특성을 가지는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 11, it can be seen that the surface temperature change that increases for 10 seconds according to the power change has a linearly increasing characteristic.
부가적으로, 전기 열풍기의 발열장치에 대한 제품 요구 사항을 반영하여 박 막 히터, 절연막, 금속 패드, 금속판 등과 같은 각 구성 요소의 저항값, 두께, 소재 등을 서로 다르게 적용하여 표면 온도 도달 시간 및 소비 전력을 제품 특성에 맞게 감소시켜 최적의 제품을 생산할 수 있다.In addition, by reflecting the product requirements for the heating device of the electric hot air fan, the resistance value, thickness, material, and the like of each component such as a thin film heater, an insulating film, a metal pad, a metal plate, and the like are applied differently, so that the surface temperature arrival time The power consumption can be reduced to suit the characteristics of the product to produce an optimal product.
이상, 본 발명이 실시 예를 들어 설명되었으나, 본 발명의 실시 예는 단지 예시에 불과하며 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명이 속하는 분야의 기술자는 본원의 특허청구범위에 기재된 원리 및 범위 내에서 본 발명을 여러 가지 형태로 변형 또는 변경할 수 있다.As mentioned above, although the present invention has been described by way of examples, the embodiments of the present invention are merely examples and should not be construed as limiting the scope of the present invention. Those skilled in the art to which the present invention pertains may modify or alter the present invention in various forms within the principles and scope described in the claims herein.
상기와 같은 본 발명은 발열체로 금속판에 부착된 박막 히터를 이용하여 필요한 온도 상승까지 시간을 급격하게 단축할 수 있고, 제조 공정 및 부품이 간소화되어 생산원가가 저렴하며, 온도를 일정하게 유지할 수 있어 과열(overheating)되는 것을 방지할 수 있고, 저전력화가 가능한 효과가 있다.The present invention as described above can use the thin film heater attached to the metal plate as a heating element to shorten the time until the required temperature rise rapidly, the manufacturing process and parts are simplified, the production cost is low, and the temperature can be kept constant Overheating can be prevented and the power can be reduced.
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