KR20110077892A - 진공단열재를 적용한 면상 발열체 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

진공단열재를 적용한 면상 발열체 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진공단열재를 적용한 면상 발열체 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 평판형태로 형성되는 코어재와, 상기 코어재를 커버하는 외피재로 이루어진 진공단열재와, 상기 진공단열재 일면에 형성되는 전도성 물질층과, 상기 전도성 물질층의 양측에 각각 형성되는 금속 박막 전극 및 상기 전도성 물질층 및 상기 금속 박막 전극을 보호하는 보호필름층을 포함하는 면상 발열체를 제공함으로써, 우수한 면상 발열 효과를 구현하면서도, 단열과 난방을 동시에 구현할 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.

Description

진공단열재를 적용한 면상 발열체 및 이를 제조하는 방법{PLANE HEATER HAVING VACUUM INSULATION PANEL AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 진공 단열재(Vacuum Insulation Panel: V-Panel)를 적용한 면상 발열체 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보드 타입의 진공 단열재 표면에 전도성 물질을 코팅 또는 증착하고, 전기저항에 따른 면상 발열 효과를 구현시킬 수 있도록 하여, 표면 발열성이 우수하면서도, 동시에 면상 발열체 하부로는 단열이 이루어질 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 전기의 통전에 의한 면상발열체는 온도조절이 용이할 뿐만 아니라 공기가 오염되지 않아 위생적이며, 소음이 없기 때문에 아파트나 일반주택 등의 주거용 난방장치 등에 폭넓게 이용되고 있다. 또한, 이러한 면상발열체는 상업용 건물의 난방장치, 작업장이나 창고 및 막사 등의 산업용 난방장치, 각종 산업용 가열장치, 비닐 하우스와 농산물 건조시스템의 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.
전술한 바와 같은 면상발열체의 발열원으로는 니크롬 등의 발열선이 많이 사용되고 있으나, 니크롬 등의 발열선으로 만든 면상발열체에서는 전기가 한 선을 통해 흐르기 때문에 발열선의 어느 한 부분이라도 끊어지면 전기가 통하지 않게 되어 면상발열체가 작동을 하지 않는 사용상의 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 면상발열체에서는 발열선 부위만이 부분발열이기 때문에 온도분포가 불균일하며, 니크롬 등의 금속들은 원적외선의 방사율이 낮기 때문에 이들을 이용한 면상발열체는 가열효율이 낮다는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 면상발열체의 면상발열지로는 탄소섬유를 펄프부재 내에 분산시킨 탄소섬유지나 흑연 판상의 분말이나 탄소분말을 분산시킨 전도성 고분자 발열시트가 사용되고 있다. 이처럼 탄소섬유를 펄프부재 내에 분산시킨 탄소섬유지와 전도성 고분자 시트를 이용한 면상발열체들의 구조는 탄소섬유지나 전도성 고분자 시트의 상·하 표면층에 전기절연과 방수를 위한 고분자 절연층이 라미네이팅되어 있는 형태로 구성되어 있다. 따라서, 탄소섬유지와 전도성 고분자 시트를 이용한 면상발열체에서는 발열체의 전체 면에서 균일 발열이 가능하여 니크롬 등의 발열선을 이용한 면상 발열체의 문제점인 발열선 부위만의 부분발열에 의한 불균일한 온도분포를 해결할 수가 있다.
그러나, 상기와 같은 면상발열체는 면상발열지의 상·하 표면층에 에폭시수지나 우레탄수지로 도포하여 발열히터로써, 사용하고 있는 것이 대부분이다. 그러 나, 전술한 바와 같은 에폭시수지나 우레탄수지는 내열성에 있어서 발열온도의 한계가 있기 때문에 300℃ 이상의 온도까지 발열시키는데 문제가 있다. 따라서, 에폭시수지나 우레탄수지가 적용된 구조의 종래 기술에 따른 면상발열체는 가열효율이 낮은 문제점을 갖고 있다.
더구나, 전술한 바와 같이 면상발열지의 상·하 표면층에 에폭시수지나 우레탄수지로 도포하여 발열히터로써 사용하고 있는 종래 기술의 면상발열체는 에폭시수지나 우레탄수지의 특성으로 인하여 쉽게 부러지거나 깨지는 문제가 있다. 따라서, 종래의 기술에 따른 면상발열체는 쉽게 부러지거나 깨지는 파손의 문제로 인하여 유지에 따른 문제가 발생하게 된다.
이러한 경우 열 손실이 발생하므로, 바닥, 천장 및 벽면과 같은 건축 용도로 사용되기 어려우며, 단열과 난방을 동시에 필요로 하는 시공 및 장치 구조에 적용이 불가능한 문제가 있다.
본 발명은 0.01 Kcal/mhr℃ 이하의 열전도율을 갖는 진공 단열재를 사용하며, 상기 진공 단열재의 외피재 표면에 전도성 물질을 코팅 또는 증착 시킨 후, 전기 인가를 위한 전극 및 보호 필름을 순차적으로 형성하여 면상 발열체를 제조함으로써, 우수한 면상 발열 효과를 구현하면서도, 단열과 난방을 동시에 구현하여 건축 및 기타 용도로 다양하게 적용할 수 있는 진공단열재를 적용한 면상 발열체 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 진공단열재를 적용한 면상 발열체는 평판형태로 형성되는 코어재와, 상기 코어재를 커버하는 외피재로 이루어진 진공단열재와, 상기 진공단열재 일면에 형성되는 전도성 물질층과, 상기 전도성 물질층의 양측에 각각 형성되는 금속 박막 전극 및 상기 전도성 물질층 및 상기 금속 박막 전극을 보호하는 보호필름층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전도성 물질층은 ITO(Indium Thin Oxide), 탄소나노튜브(CNT) 및 카본볼(Carbon Ball) 중 선택된 어느 하나 이상의 물질로 형성된 것을 특징으로 하고, 상기 전도성 물질층은 상기 진공 단열재의 표면에 코팅 또는 증착된 것을 특징으로 하고, 상기 전도성 물질층은 0.1mm 이하의 두께로 형성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 금속 박막 전극은 은(Ag) 또는 구리(Cu)로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보호필름층은 나일론 또는 PET(Poly ethylene Terephthalate)가 우레탄계 바인더에 혼합된 물질로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 진공단열재의 열전도율은 0.01 Kcal/mhr℃ 이하인 것을 특징으로한다.
여기서, 본 발명에 따른 진공단열재를 적용한 면상 발열체 제조 방법은 평판형태로 형성되는 코어재를 마련하는 단계와, 상기 코어재를 밀봉시키는 외피재로 외부 충격을 흡수 및 분산하는 보호층(Protecting layer)을 형성하고, 상기 보호층 상부에 무기질층 및 알루미늄층으로 이루어지는 배리어층을 형성하고, 상기 배리어층 하부에 접착되며 상기 코어재의 표면에 밀착되는 실링층(Sealing layer)을 형성하는 단계와, 상기 외피재의 실링층이 서로 열접합되도록 상기 코어재를 밀봉시키는 단계와, 상기 외피재의 상부에 전도성 물질층을 형성하는 단계와, 상기 전도성 물질층의 양측에 각각 금속 박막 전극을 형성하는 단계 및 상기 전도성 물질층 및 상기 금속 박막 전극을 보호하는 보호필름층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 무기질층은 알루미나층 또는 실리카인층인 것을 특징으로 하고, 상기 무기질층의 두께는 5~300 nm인 것을 특징으로 하고, 상기 보호층은 PET(Polyethylene Terephthalate) 필름이 외부로 노출되도록 나일론 필름과 PET 필 름이 접착되어 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 무기질층은 PET 필름 또는 나일론 필름으로 이루어진 기재 필름 상부에 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 배리어층은 상기 알루미늄층이 상기 실링층에 접착되도록 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 알루미늄층은 5~1000nm의 두께의 알루미늄 호일(foil) 또는 증착층으로 로 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 알루미늄층은 PET 필름 또는 나일론 필름으로 이루어진 기재 필름 상부에 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 실링층은 LLDPE(Linear Low-Density Polyethylene), LDPE(Low Density Polyethylene), HDPE(High Density Polyethylene) 및 CPP(Casting Polypropylene) 중에서 선택되는 하나 이상의 재질로 이루어진 필름으로 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 전도성 물질층은 ITO(Indium Thin Oxide), 탄소나노튜브(CNT) 및 카본볼(Carbon Ball) 중 선택된 어느 하나 이상의 물질로 형성된 것을 특징으로 하고, 상기 전도성 물질층은 상기 진공 단열재의 표면에 코팅 또는 증착된 것을 특징으로 하고, 상기 전도성 물질층은 0.1mm 이하의 두께로 형성된 것을 특징으로 하고, 상기 금속 박막 전극은 은(Ag) 또는 구리(Cu)로 형성된 것을 특징으로 하고, 상기 보호필름층은 나일론 또는 PET(Poly ethylene Terephthalate)가 우레탄계 바인더에 혼합된 물질로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 면상 발열체는 0.01 Kcal/mhr℃ 이하의 열전도율을 갖는 진공 단열재를 사용함으로써, 우수한 단열 효과를 구현시킬 수 있으므로, 열 손실을 최소화 시키고, 복사 난방 효과를 극대화시킬 수 있다.
또한, ITO, 탄소나노튜브(CNT), 카본볼(Carbon Ball)을 상기 진공 단열재 표면에 코팅 또는 증착 시키고, 은(Ag) 또는 구리(Cu)와 같은 소재를 이용하여 전극을 형성함으로써, 면상 발열 효과를 극대화시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 진공 단열재를 적용한 면상 발열체는 건축 용도로 사용되는 바닥재, 천장재 및 벽면재 등에 용이하게 사용할 수 있으며, 그 외에도 단열과 난방을 동시에 필요로 하는 모든 시공 및 장치 구조에 광범위하고 용이하게 적용이 가능한 효과를 제공한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 진공 단열재를 적용한 면상 발열체 및 이를 제조하는 방법에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 진공단열재를 적용한 면상 발열체를 나타낸 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 평판형태로 형성되는 코어재와, 코어재를 커버하는 외피재로 이루어진 진공단열재(100)가 구비된다. 이때, 진공단열재(100)의 열전도율은 0.01 Kcal/mhr℃ 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 진공단열재(100)의 열전도율은 주로 외피재의 특성에 의해서 좌우될 수 있으며, 그 상세한 사항은 하기 도 2a 에서 설명하는 것으로 한다.
다음으로, 진공단열재(100)의 일면에 전도성 물질층(120)이 형성되고, 전도성 물질층(120)의 양측에 각각 금속 박막 전극(130, 135)이 형성된다.
여기서, 전도성 물질층(120)은 저항 발열을 위한 층으로서 ITO(Indium Thin Oxide), 탄소나노튜브(CNT) 및 카본볼(Carbon Ball) 중 선택된 어느 하나 이상의 물질로 형성 하는 것이 바람직하다.
이러한 전도성 물질층(120)은 진공단열재(100)의 표면에 코팅되거나 증착된 형태로 사용될 수 있는데, 코팅층의 경우 증착층 보다 열전도율이 높아서 발열 효과가 떨어질 수 있다. 그러나, 코팅층이 증착층 보다 굽힘성 및 내마모성등이 강하므로 면상 발열체가 사용되는 외부 환경 또는 조건에 따라서 상기 코팅층 및 증착층을 선별하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 전도성 물질층은 0.1mm 이하의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 전도성 물질층이 0.1mm를 초과하는 두께로 형성되는 경우 저항이 약해져서 발열 특성이 떨어질 수 있다.
그리고, 금속 박막 전극(130, 135)은 전기전도성이 우수한 은(Ag) 또는 구리(Cu)로 형성하는 것이 바람직하다. 여기서, 일측의 금속 박막 전극(130)으로 전류가 인가되면 전도성 물질층(120)을 통하여 타측의 금속 박막 전극(135)으로 전류가 흘러 나오게 되며, 이 과정에서 전도성 물질층(120)의 저항에 의해서 열이 발생되는 것이다. 이때, 상기 은(Ag) 또는 구리(Cu)는 전기전도성이 우수한 물질로 사용되는 일례를 나타낸 것이며, 그 외에 일반적으로 사용되는 전도성 물질들이 사용되어도 본 발명에 따른 면상 발열체를 구현하는 데에는 전혀 지장이 없다.
그 다음으로, 전도성 물질층(120) 및 금속 박막 전극(130, 135)을 보호하는 보호필름층(140)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 보호필름층(140)은 나일론 또는 PET(Poly ethylene Terephthalate)가 우레탄계 바인더에 혼합된 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 보호필름층(140) 전극을 피복하는 층이므로 건식 라미네이트(Dry Laminate) 방식으로 코팅하는 것이 바람직하며, 진공단열재의 외피재에 사용되는 보호층 재료를 그대로 사용하여도 무방하다. 이와 같이, 재료를 공유할 경우 생산 비용을 절감시킬 수 있고, 생산 효율도 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따른 면상 발열체는 상술한 구조로 형성되어 우수한 단열 특성을 보임과 동시에, 우수한 면상 발열 특성도 나타낸다.
이와 같은 특성들은 이하에서 설명하는 면상 발열체 제조 방법에 의해서 나타날 수 있으며, 그 구체적인 사항은 다음과 같다.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명에 따른 면상 발열체를 제조하는 방법을 나타낸 사시도들이다.
먼저 도 2a를 참조하면, 진공단열재(200)가 구비된다.
여기서, 진공 단열재는 가스나 수분의 투과율이 낮은 외피재와 진공상태를 부여한 코어재로 구성되어 열 차단 효과가 매우 우수하며, 폴리우레탄이나 스티로폼 같은 기존 단열재보다 수배 이상 단열성능이 높아 최근 수요가 증가하고 있는 첨단소재이다.
본 발명에서는 이러한 단열재 상부에 면상 발열체를 결합시킴으로써, 면상 발열 효과를 극대화 시킴과 동시에, 단열이 필요한 곳에는 우수한 단열 특성을 제공하는 효과를 갖는다.
일반적인 진공 단열재의 외피재는 여러 층의 필름이 라미네이트 되어 있는 복합 필름으로 되어 있다. 복합 필름은 기본적으로 보호층(Protecting layer), 배리어층(barrier layer) 및 실링층(sealing layer)을 포함한다.
보호층은 진공 단열재가 외부 충격으로부터 1차적으로 보호받을 수 있도록 하는 역할을 한다. 배리어층은 내부진공도 유지 및 외부의 가스나 수증기를 차단해주는 역할을 한다. 실링층은 외피재와 코어재가 밀착되어 패널 형태를 유지할 수 있도록 하는 역할을 한다.
이하에서 '상부'는 진공 단열재의 바깥쪽 방향에 있는 면을 의미하고, '하부'는 진공 단열재의 안쪽 방향에 있는 면을 의미한다.
상술한 외피재에서 먼저, 보호층(Protecting layer)은 외부 충격으로부터 표 면이나 내부의 코어재 등을 보호하는 역할을 한다. 따라서, 보호층은 내충격성이 우수한 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 재질로는 나일론 필름이나 PET(Polyethylene Terephthalate) 필름을 제시할 수 있다. 나일론 필름이나 PET 필름은 각각 한 겹의 필름으로도 보호층으로 이용할 수 있으며, 필요에 따라서는 두 겹 이상을 접착하여 보호층으로 이용할 수 있다.
또한, 나일론 필름과 PET 필름을 접착하여 보호층으로 이용할 수 있다. 이때, PET 필름이 외측에 위치하여 외부에 노출되고, 나일론 필름이 내측에 위치하도록 하여 보호층으로 이용하는 것이 바람직하다.
나일론 필름의 경우 신축성이 우수하여 내충격성이 우수한 장점이 있는 반면, 가스나 수분 차단 능력이 PET 필름에 비하여 상대적으로 떨어진다. 따라서, 내충격성이 우수하면서도 가스나 수분 등의 차단 능력이 우수한 PET 필름을 진공 단열재용 복합 필름의 최외곽에 배치하여 가스나 수분 등의 침투를 사전에 예방하는 것이 바람직하다.
상기 보호층의 두께는 PET 필름의 경우 5~25㎛, 나일론 필름의 경우 5~30㎛ 가 바람직하다. 각각의 필름이 상기 제시된 두께보다 얇을 경우 외부의 충격이나 스크래치 등에 의해 파손될 가능성이 커서 보호층 고유의 기능을 발휘하지 못하며, 각각의 필름이 상기 제시된 두께보다 두꺼울 경우 비용문제 및 진공단열재 제조 후 모서리 부분을 접을 때 오히려 알루미늄 증착층의 연신이 더 많이 발생할 수 있는 가능성이 있다.
다음으로, 배리어층(Barrier layer)은 보호층의 하부에 접착되며, 내부 진공도 유지 및 외부의 가스 또는 수분 등의 유입을 차단하는 역할을 한다.
배리어층의 재질로 가장 많이 이용되는 것은 알루미늄 호일이다. 그러나, 알루미늄 호일의 경우 열전도효율이 높아서, 단열재의 열성능을 저해시킬 수 있고, 면상 발열체의 기능도 약화시킬 수 있다. 따라서, 접힘 부분에서의 배리어성이 요구되고, 냉장고와 같이 장기 내구성이 요구되는 제품의 진공 단열재에는 알루미늄 증착층의 형태로 이용한다.
이와 같이 알루미늄층은 면상 발열체가 사용되는 조건에 따라서 호일 또는 증착층의 형태 중 선택된 하나를 자유롭게 사용될 수 있으며, 그 두께는 5~1000nm 인 것이 바람직하다. 알루미늄층의 두께가 5nm 미만일 경우, 그 두께가 너무 얇아서 균열이나 결함이 발생하고, 배리어 효과를 발휘하지 못하는 문제점이 있으며, 알루미늄층의 두께가 1000nm를 초과할 경우, 제조시간이 오래 걸리고 공정비용이 과다하게 소요되는 등의 문제점이 발생한다.
상술한 바와 같이, 알루미늄층의 두께가 5~1000nm인 경우에는, 전체 진공단열재의 열전도율을 0.01 Kcal/mhr℃ 이하로 형성할 수 있다. 따라서, 후속의 면상 발열체 적용시 우수한 열 반산 효과를 얻을 수 있다.
한편, 알루미늄층이 찢어질 경우, 찢어진 부위를 통하여 가스나 수분 등이 침투하여 진공 단열재의 장기 내구성을 저해할 수 있다. 이 경우 면상 발열체에도 그 영향이 미치므로, 본 발명에서는 알루미늄층의 성능을 보완하기 위하여, 알루미 늄층에 무기질층을 접착하여 배리어층으로 이용한다.
본 발명의 배리어층에 적용되는 무기질층은 알루미나(Al2O3)와 실리카(SiOx)와 같은 배리어성이 우수한 무기질 성분으로 이루어진 무기질층을 추가로 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 보호층이 PET 필름과 나일론 필름이 접착되어 형성되는 경우, 무기질층은 나일론 필름에 접착되도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 나일론 필름이 없는 경우 무기질층은 PET 필름의 하부에 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 무기질층이 PET 필름 상부에 형성되면 최외곽층에 무기질층이 위치하게 된다. 이 경우, 외부 충격이나 스크래치 등에 의해 무기질층이 파손되게 되어서 배리어 성능을 제대로 발휘할 수 없게 될 수 있으므로, 무기질층은 보호층과 알루미늄층 사이에 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 무기질층은 추가적으로 상기 보호층 보다 얇은 두께로 형성되는 PET 필름 또는 나일론 필름과 같은 일반 폴리머 필름을 기재로 하여 형성될 수 있다.
한편, 무기질층의 두께는 5~300 nm(나노미터)로 형성되는 것이 바람직하다. 무기질층의 두께가 5 nm 미만일 경우 가스나 수분 등에 대한 배리어 성능을 제대로 발휘할 수 없다. 또한 무기질층의 두께가 300nm를 초과할 경우, 배리어 성능은 충분히 발휘할 수 있으나, 무기질층 형성을 위하여 과다한 공정비용이 소요되어 바람직하지 못하다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 진공단열재용 외피재의 주된 배리어 성능은 배리어층의 알루미늄층에 의해 발휘될 수 있으며, 무기질층은 알루미늄 층의 배 리어 성능을 보완해주는 것이므로 무기질층은 5~300 nm 두께로 형성되면 충분하다.
여기서, 무기질층 및 알루미늄층은 스퍼터링(sputtering) 방식, 가열에 의한 증착(evaporation) 방식, 플라즈마를 이용하여 증착하는 방식 등으로 형성될 수 있다. 무기질층은 이들 증착 방법들 중에서 어떠한 증착 방법으로 형성되어도 무방하나, 배리어 성능이 가장 우수하다고 알려진 스퍼터링 방식으로 무기질층을 형성하는 것이 가장 바람직하다.
또한, 알루미늄층은 추가적으로 상기 보호층 보다 얇은 두께로 형성되는 PET 필름 또는 나일론 필름과 같은 일반 폴리머 필름을 기재로 하여 형성될 수 있다. 이와 같이, 무기질층 및 알루미늄층은 기재 필름에 증착된 형태를 가짐으로써, 보다 안정적인 배리어 성능을 낼 수 있으며, 진공단열재의 내구성도 향상시킬 수 있다.
그 다음으로, 실링층(Sealing layer)은 배리어층 하부에 접착되며, 코어재(미도시)의 표면에 밀착된다.
상기 실링층은 열융착이 쉽게 이루어질 수 있으면서 또한 실링성이 우수한 LLDPE(Linear Low-Density Polyethylene), LDPE(Low Density Polyethylene), HDPE(High Density Polyethylene), CPP(Casting Polypropylene) 등이 단독으로 혹은 2종 이상이 혼합되어 이루어진 필름으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 실링층의 두께는 40~70㎛인 것이 바람직하다. 실링층의 두께가 40㎛ 미만일 경우 실링층의 박리강도가 떨어져서 해당층의 역할을 발휘하지 못하며, 실링 층(230)의 두께가 70㎛를 초과할 경우 비용 문제 및 실링층을 통해 외부의 가스나 수증기가 들어오는 양이 많아져서 진공단열재의 장기 내구성을 저하시키는 요인이 된다.
한편, 상술한 각각의 층을 형성하는 필름들은 접착층에 의하여 서로 접착된다. 이때, 접착층을 형성하기 위하여 이용할 수 있는 접착제는 에폭시계 접착제, 우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제 등과 같은 범용 접착제가 이용될 수 있다. 이외에도 폴리염화비닐계 접착제, 에틸렌비닐아세테이트(EVA : Ethylene Vinyl Acetate)계 접착제, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 접착제, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET : Poly ethylene terephthalate) 등의 폴리에스테르계 접착제, 폴라아마이드계 접착제 등을 단독으로 혹은 2 종류 이상 혼합하여 이용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 진공단열재는 보호층/배리어층/실링층의 복합 필름을 외피재로 이용한다. 이때, 특히 코어재를 커버하는 외피재 중 배리어층은 알루미늄층을 포함하여, 그 열적 특성을 양호하게 유지할 수 있다.
다음으로 도 2b를 참조하면, 상술한 진공 단열재(200)의 일측 표면에 전도성 물질층(220)을 형성한다.
여기서, 전도성 물질층(220)은 저항 발열을 위한 층으로서 ITO(Indium Thin Oxide), 탄소나노튜브(CNT) 및 카본볼(Carbon Ball) 중 선택된 어느 하나 이상의 물질로 형성 하는 것이 바람직하다.
이러한 전도성 물질층(220)은 진공단열재(200)의 표면에 코팅되거나 증착된 형태로 사용될 수 있는데, 코팅층의 경우 증착층 보다 열전도율이 높아서 발열 효과가 떨어질 수 있다. 그러나, 코팅층이 증착층 보다 굽힘성 및 내마모성등이 강하므로 면상 발열체가 사용되는 외부 환경 또는 조건에 따라서 상기 코팅층 및 증착층을 선별하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 전도성 물질층(220)은 0.1mm 이하의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 전도성 물질층이 0.1mm를 초과하는 두께로 형성되는 경우 저항이 약해져서 발열 특성이 떨어질 수 있으므로, 그 두께에 주의하여 형성하는 것이 바람직하다.
그 다음으로 도 2c를 참조하면, 전도성 물질층(220)의 양측에 각각 금속 박막 전극(230, 235)을 형성한다. 여기서, 전기전도성이 우수한 은(Ag) 또는 구리(Cu)로 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 은(Ag) 또는 구리(Cu)는 전기전도성이 우수한 물질로 사용되는 일례를 나타낸 것이며, 그 외에 일반적으로 사용되는 전도성 물질들이 사용되어도 본 발명에 따른 면상 발열체를 구현하는 데에는 전혀 지장이 없다.
그 다음으로 도 2d를 참조하면, 전도성 물질층(220) 및 금속 박막 전극(230, 235)을 보호하는 보호필름층(240)을 형성 한다. 여기서, 보호필름층(240)은 나일론 또는 PET(Poly ethylene Terephthalate)가 우레탄계 바인더에 혼합된 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 보호필름층(240) 전극을 피복하는 층이므로 건식 라 미네이트(Dry Laminate) 방식으로 코팅하는 것이 바람직하며, 진공단열재의 외피재에 사용되는 보호층 재료를 그대로 사용하여도 무방하다. 이와 같이, 재료를 공유할 경우 생산 비용을 절감시킬 수 있고, 생산 효율도 증가시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 면상 발열체는 0.01 Kcal/mhr℃ 이하의 열전도율을 갖는 진공 단열재를 사용함으로써, 우수한 단열 효과를 구현시킬 수 있으므로, 열 손실을 최소화 시키고, 복사 난방 효과를 극대화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 진공 단열재를 적용한 면상 발열체는 단열 성능과 면상 발열성능을 동시에 가질 수 있도록 하므로, 건축 용도로 사용되는 바닥재, 천장재 및 벽면재 등에 용이하게 사용할 수 있으며, 그 외에도 단열과 난방을 동시에 필요로 하는 모든 시공 및 장치 구조에 광범위하고 용이하게 적용이 가능하다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 진공단열재를 적용한 면상 발열체를 나타낸 분해 사시도.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명에 따른 면상 발열체를 제조하는 방법을 나타낸 사시도들.

Claims (21)

  1. 평판형태로 형성되는 코어재와, 상기 코어재를 커버하는 외피재로 이루어진 진공단열재;
    상기 진공단열재 일면에 형성되는 전도성 물질층;
    상기 전도성 물질층의 양측에 각각 형성되는 금속 박막 전극; 및
    상기 전도성 물질층 및 상기 금속 박막 전극을 보호하는 보호필름층을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재를 적용한 면상 발열체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 물질층은 ITO(Indium Thin Oxide), 탄소나노튜브(CNT) 및 카본볼(Carbon Ball) 중 선택된 어느 하나 이상의 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 진공단열재를 적용한 면상 발열체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 물질층은 상기 진공 단열재의 표면에 코팅 또는 증착된 것을 특징으로 하는 진공단열재를 적용한 면상 발열체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 물질층은 0.1mm 이하의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 진공단열재를 적용한 면상 발열체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 박막 전극은 은(Ag) 또는 구리(Cu)로 형성된 것을 특징으로 하는 진공단열재를 적용한 면상 발열체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호필름층은 나일론 또는 PET(Poly ethylene Terephthalate)가 우레탄계 바인더에 혼합된 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 진공단열재를 적용한 면상 발열체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 진공단열재의 열전도율은 0.01 Kcal/mhr℃ 이하인 것을 특징으로 하는 진공단열재를 적용한 면상 발열체.
  8. 평판형태로 형성되는 코어재를 마련하는 단계;
    상기 코어재를 밀봉시키는 외피재로 외부 충격을 흡수 및 분산하는 보호층(Protecting layer)을 형성하고, 상기 보호층 상부에 무기질층 및 알루미늄층으로 이루어지는 배리어층을 형성하고, 상기 배리어층 하부에 접착되며 상기 코어재의 표면에 밀착되는 실링층(Sealing layer)을 형성하는 단계;
    상기 외피재의 실링층이 서로 열접합되도록 상기 코어재를 밀봉시키는 단계;
    상기 외피재의 상부에 전도성 물질층을 형성하는 단계;
    상기 전도성 물질층의 양측에 각각 금속 박막 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 전도성 물질층 및 상기 금속 박막 전극을 보호하는 보호필름층을 형성하는 단계를 포함하는 진공단열재를 적용한 면상 발열체 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 무기질층은 알루미나층 또는 실리카인층인 것을 특징으로 하는 진공단열재를 적용한 면상 발열체 제조 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 무기질층의 두께는 5~300 nm인 것을 특징으로 하는 진공단열재를 적용한 면상 발열체 제조 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 보호층은 PET(Polyethylene Terephthalate) 필름이 외부로 노출되도록 나일론 필름과 PET 필름이 접착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재를 적용한 면상 발열체 제조 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 무기질층은 PET 필름 또는 나일론 필름으로 이루어진 기재 필름 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재를 적용한 면상 발열체 제조 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 배리어층은 상기 알루미늄층이 상기 실링층에 접착되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재를 적용한 면상 발열체 제조 방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 알루미늄층은 5~1000nm의 두께의 알루미늄 호일(foil) 또는 증착층으로 로 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재를 적용한 면상 발열체 제조 방법.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 알루미늄층은 PET 필름 또는 나일론 필름으로 이루어진 기재 필름 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재를 적용한 면상 발열체 제조 방법.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 실링층은 LLDPE(Linear Low-Density Polyethylene), LDPE(Low Density Polyethylene), HDPE(High Density Polyethylene) 및 CPP(Casting Polypropylene) 중에서 선택되는 하나 이상의 재질로 이루어진 필름으로 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재를 적용한 면상 발열체 제조 방법.
  17. 제 8 항에 있어서,
    상기 전도성 물질층은 ITO(Indium Thin Oxide), 탄소나노튜브(CNT) 및 카본볼(Carbon Ball) 중 선택된 어느 하나 이상의 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 진공단열재를 적용한 면상 발열체 제조 방법.
  18. 제 8 항에 있어서,
    상기 전도성 물질층은 상기 진공 단열재의 표면에 코팅 또는 증착된 것을 특징으로 하는 진공단열재를 적용한 면상 발열체 제조 방법.
  19. 제 8 항에 있어서,
    상기 전도성 물질층은 0.1mm 이하의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 진공단열재를 적용한 면상 발열체 제조 방법.
  20. 제 8 항에 있어서,
    상기 금속 박막 전극은 은(Ag) 또는 구리(Cu)로 형성된 것을 특징으로 하는 진공단열재를 적용한 면상 발열체 제조 방법.
  21. 제 8 항에 있어서,
    상기 보호필름층은 나일론 또는 PET(Poly ethylene Terephthalate)가 우레탄 계 바인더에 혼합된 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 진공단열재를 적용한 면상 발열체 제조 방법.
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