KR20120004830A - 카본 발열선을 이용한 발열시트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카본 발열선 및 이를 이용한 발열시트에 관한 것으로서, 특히 전기적 특성에 의해 발열되는 카본사와 이를 피복하는 절연사를 나선형으로 여러 번 감음으로써 유연성과 전기적인 안전성을 동시에 확보하고, 전자파 발생을 최소화할 수 있도록 하는 발열시트를 제공하기 위한 것이다.
이를 위해 본 발명에서는 전기 절연체로 이루어진 상부 및 하부시트와; 상기 상부 및 하부시트 사이의 어느 한쪽 면에 일정한 간격으로 다수를 배열하되, 각기 재봉사로 재봉하여 고정된 발열선과; 상기 상부 및 하부시트가 서로 마주하는 면의 양단부 중 어느 하나에 배치되어 상기 발열선들을 전기적으로 접속시키는 한 쌍의 도전체와; 상기 도전체와 반대쪽 상기 상부 및 하부시트가 서로 마주하는 면의 단부에 한 쌍으로 배치되어 상기 발열선들을 병렬적으로 연결하는 제1 및 제2전극판; 및 상기 제1 및 제2전극판의 사이에 개재되어 서로 간의 전기 전도를 차단하는 절연체를 포함하는 발열시트가 개시된다.

Description

카본 발열선 및 이를 이용한 발열시트{Heating wire and the heating sheet using the same}

본 발명은 발열선 및 이를 이용한 발열시트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기적 특성에 의해 발열되는 카본사와 이를 피복하는 절연사를 나선형으로 여러 번 감아 발열선을 형성함으로써 유연성과 전기적인 안전성을 동시에 확보하고, 전자파 발생을 최소화할 수 있는 카본 발열선 및 이를 병렬 패턴으로 배열하여 재봉한 발열시트에 관한 것이다.

일반적으로 발열시트는 전기저항을 갖는 발열체를 매개로 하여 전기에너지를 열에너지로 변화시켜 열을 발산하는 것으로, 개발 초창기에는 도전성 물질인 니크롬, 동 니켈 합금 및 알루미늄 등의 금속 박판을 절연체에 소정 패턴으로 배열하는 형태가 대부분이었으나, 금속 소재의 도전성 물질은 과부하 등으로 인한 과열 시 물성이 변화되는 특성상 최근에는 전기효율이 매우 높고 인체에 유해한 전자파의 발생이 비교적 적은 카본사를 발열체로 이용하고 있다.

이러한 발열시트의 일례로서 대한민국특허출원 제10-2002-0029761호가 개시되어 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 전원을 공급받는 코일(14)과 전기에너지를 열에너지로 변환시키는 카본사(12)가 일정간격을 유지하면서 병렬로 배열된 하판(10)과, 상기 하판(10)에 압착 고정되도록 저면에 접착제(22)가 도포된 상판(20)으로 구성되어 있다.

그런데 종래의 발열시트는 내부에 일정간격으로 배열된 코일(14)의 소재 및 형태적 특성과 접착제(22)의 경화로 인해 발열시트의 자체의 유연성이 극히 떨어질 수밖에 없는 구조적 한계가 있다. 즉, 발열시트를 일반적인 직물처럼 자연스럽게 접거나 구부릴 수 없기 때문에 사용 시 착용감 및 안락감이 저하되고, 취급 및 보관이 무척 어려워 활용에 제약이 따르고, 전기이불이나 방석 등과 같은 생활용품 및 부드럽고 편안한 활동성이 요구되는 의류에 적용할 경우 상품가치 하락을 초래하였다.

특히 접착제(22)가 경화된 부분은 빔실 형태의 카본사(12)와 결속력이 현저히 떨어짐으로 인해 사용과정에서 카본사(12)가 외부로부터 전달되는 마찰이나 충격 등에 의해 쉽게 끊어지거나 자유로이 움직이면서 서로 합선 또는 누전 등이 발생되고, 심지어 화재로 이어지는 안전상의 심각한 문제점이 있었다.

이에 본 발명자는 상술한 제반 사항 및 문제점의 해결에 역점을 두어 자연스럽고 유연하게 접히거나 휘어지면서 전기적인 안전성을 확보할 수 있는 발열선 및 발열시트를 개발하고자 다년간 심혈을 기울여 연구하던 중 본 발명을 창안하여 완성하게 되었다.

따라서 본 발명의 목적은 유연성과 전기적인 안전성을 동시에 확보할 수 있도록 하는 카본 발열선 및 이를 이용한 발열시트를 제공하는 데 있는 것이다.

본 발명은 다른 목적은 전자파 발생을 최소화할 수 있도록 하는 카본 발열선 및 이를 이용한 발열시트를 제공하는 데 있는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 다수의 심사와; 상기 심사의 외주면을 나선형으로 감싸 형성하되, 전기적 특성에 의해 발열되는 카본사와; 상기 카본사의 외주면을 나선형으로 감싸 피복하는 절연사를 포함하는 카본 발열선을 제공한다.

그리고 본 발명은 전기 절연체로 이루어진 상부 및 하부시트와; 상기 상부 및 하부시트 사이의 어느 한쪽 면에 일정한 간격으로 다수를 배열하되, 각기 재봉사로 재봉하여 고정된 발열선과; 상기 상부 및 하부시트가 서로 마주하는 면의 양단부 중 어느 하나에 배치되어 상기 발열선들을 전기적으로 접속시키는 한 쌍의 도전체와; 상기 도전체와 반대쪽 상기 상부 및 하부시트가 서로 마주하는 면의 단부에 한 쌍으로 배치되어 상기 발열선들을 병렬적으로 연결하는 제1 및 제2전극판; 및 상기 제1 및 제2전극판의 사이에 개재되어 서로 간의 전기 전도를 차단하는 절연체를 포함하는 발열시트를 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 도전체와 제1 및 제2전극판의 외측 단부는 각각 상기 상/하부시트 및 발열선과 함께 포개지게 접어서 재봉으로 마감 처리한 발열시트를 제공한다.

상술한 바와 같은 과제 해결 수단을 갖춘 본 발명의 발열선은 카본사와 절연사가 나선형으로 감겨 있기 때문에 발열특성은 물론 자연스럽게 접거나 구부리는 등 사용에 따른 유연성을 확보하여 취급이 용이할 뿐만 아니라, 외력에 의해 쉽게 끊어지지 않아 전기적인 안전성을 동시에 충족할 수 있는 매우 유리한 효과가 있다.

그리고 본 발명의 발열시트는 카본사와 절연사가 나선형으로 감긴 발열선을 상부 및 하부시트 사이의 어느 하나의 면에 일정한 간격으로 배열한 후 휘갑치기 등의 방법으로 재봉하여 결속하므로 발열선이 안정적으로 배선된 상태를 유지할 수 있어 외력에 의해 파손되거나 유동되면서 서로 합선 또는 누전되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 발열시트는 도전체와 제1 및 제2전극판의 외측 단부가 각각 상/하부시트 및 발열선과 함께 포개지게 접어서 재봉으로 마감 처리되어 있기 때문에 발열선의 양단부로 전류가 누설되는 것을 차단하여 쇼트 현상 및 누전을 방지할 수 있고, 이로 인해 발열선 각각의 저항값이 균일하게 분포되어 발열 온도가 부분적으로 편차를 보이거나 부분 과열에 따른 열변형 및 열손상을 예방하는 것은 물론 전자파 발생을 최소화할 수 있다.

도 1은 종래의 발열시트를 나타낸 분해사시도,
도 2는 본 발명의 실시례에 따른 발열선을 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명의 실시례에 따른 발열시트를 나타낸 분해사시도,
도 4는 본 발명의 다른 실시례에 따른 발열시트의 요부를 개략적으로 나타낸 단면 구성도,

이하, 본 발명의 실시례에 따른 발열선 및 이를 이용한 발열시트를 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

이에 앞서, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 개념과 기술분야에서 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.

또한, 본 발명과 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

<제1실시예>

도 2는 본 발명의 실시례에 따른 발열선을 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 본 발명의 발열선(130)은 심사(131), 카본사(132) 및 절연사(133)를 포함하여 구성된다.

먼저, 심사(131)는 발열선(130)의 내부 중심에 위치되는 것으로, 카본사(132)가 서로 겹치지 않으면서 감길 수 있도록 소정의 지름을 가진 원형 단면의 형태 또는 미세한 굵기를 갖는 여러 가닥이 다발 형태로 형성되어 있다.

이러한 심사(131)로는 외력을 발생 시 유연하게 휘어지며 내열성이 우수한 유리섬유 등을 사용하는 것이 바람직하나, 천연섬유, 합성섬유 등으로도 형성할 수 있음은 물론이다.

카본사(132)는 심사(131)의 외주면에 나선형으로 조밀하면서 탄력적으로 감겨 전원의 공급 시 자체 저항에 의해 열을 발생하는 것으로, 폴리에스테르 실 또는 면사에 도전성 카본블랙(Carbon Black)을 특수한 공법으로 점착시킨 미세한 굵기의 카본섬유 다발을 하나의 군으로 하여 형성되어 있다.

이러한 카본사(132)로는 고유저항이 일정하고 신축성이 있고, 외부의 전원이 인가되면 고온의 열을 발생시킬 수 있으며, 내구성이 우수하여 산화현상이 일어나지 않는 것을 사용한다.

절연사(133)는 카본사(132)의 외주면에 나선형으로 조밀하면서 탄력적으로 감겨 카본사(132)를 피복하는 것으로, 심사(131)와 카본사(132)를 보호하며 카본사(132)에 흐르는 전류가 외부로 누설되지 않도록 막아 주는 것은 물론 카본사(132)에서 발생되는 열은 손실 없이 외부로 전달하는 기능을 수행한다.

이러한 절연사(133)로는 불연성, 절연성, 내수성 및 내열성과 함께 마찰 등의 외부 충격에 강한 폴리프로필린(polypropylene yarn)으로 형성하는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명의 실시례에 따른 발열선(130)은 심사(131)의 외주면에 카본사(132)와 절연사(133)가 마치 용수철과 같이 나선형으로 켜를 이루며 감겨 있기 때문에 전기 저항이 증가하여 전력 소모를 감소 및 전기 효율성을 향상시킬 수 있고, 용수철 형태의 특성상 자연스럽게 접거나 구부릴 수 있는 우수한 유연성을 확보하여 외력에 의한 변형 시 카본사(132)가 탄력적으로 유동 및 변형되므로 꺾임 현상이 줄어들어 단락을 방지할 수 있게 된다.

<제2실시예>

도 3은 본 발명의 실시례에 따른 발열시트를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이, 본 발명의 발열시트(100)는 서로 마주하는 상부 및 하부시트(110/120)와, 이 상부 및 하부시트(110/120) 사이에 배치되는 다수의 발열선(130), 도전체(140), 제1 및 제2전극판(150/160) 및 절연체(170)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상부 및 하부시트(110/120)는 발열선(130)을 외부와 전기적으로 절연시키는 절연성과 발열선(130)에서 발생되는 고온의 열을 안정적으로 견딜 수 있는 내열성을 가지는 유리섬유, 합성섬유, 천연섬유, 합성피혁, 천연피혁 및 합성수지 등의 전기 절연체로 형성될 수 있다.

이러한 상부 및 하부시트(110/120)는 그 사이에 점착제를 도포한 후 열압착하여 접합할 수 있다.

여기서 점착제는 100~150℃ 정도의 열이 가해지면 용융되며, 가공 후 40~60℃ 사이에서 24~48시간 정도 건조하면 완전히 경화되지 않는 겔 상태 즉, 유연성을 안정적으로 유지하면서 견고한 접합력을 발휘하는 성질이 있으며, 휘발성분, 반응잔류물 등의 기포를 유발시키는 성분이 충분히 제거된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

발열선(130)은 전기 저항에 의해 발열하는 것으로, 도전체(140)와 제1 및 제2전극판(150/160)에 의해 폐회로를 구성하여 발열하게 된다.

이러한 발열선(130)은 다수의 심사(131)와, 이 심사의 외주면을 나선형으로 감싸 형성하되, 전기적 특성에 의해 발열되는 카본사(132)와, 이 카본사의 외주면을 나선형으로 감싸 피복하는 절연사(133)를 포함하여 구성되어 있다.

그리고 발열선(130)은 상부 및 하부시트(110/120) 사이의 어느 하나의 면에 일정한 간격으로 다수 배열한 후, 그 각각의 둘레를 재봉사(Y)로 휘감은 형태, 즉 휘갑치기 등의 박음질로 재봉하여 상부 및 하부시트(110/120) 어느 하나의 면에 견고하게 고정되어 있다.

여기서 발열선(130)은 상술한 제1실시례의 발열선(130)과 동일한 구성요소 및 작용효과를 갖는 것이므로, 제1실시례와 동일한 참조부호를 사용하며 그 반복적인 설명은 생략한다.

도전체(140)는 상부 및 하부시트(110/120)가 서로 마주하는 면의 양단부 중 어느 하나에 상하 한 쌍으로 배치되어 발열선(130)들의 단부를 커버하면서 전기적으로 접속시킨다.

제1 및 제2전극판(150/160)은 상부 및 하부시트(110/120) 사이의 양단부 중 도전체(140)와 반대쪽 단부에 각각 구비되어 발열선(130)들에 전류를 공급하는 역할과 함께 발열선(130)들을 병렬적으로 연결한다.

여기서 도전체(140)와 제1 및 제2전극판(150/160)은 알루미늄판 등과 같은 도전성 금속판으로 형성할 수 있음은 물론이다.

또한, 절연체(170)와 제1 및 제2전극판(150/160)들의 사이에는 상/하부시트(110/120)와 같은 전기 절연체(110'/120')를 각각 대향되게 부착하여 제1 및 제2전극판(150/160)을 커버함으로써 제1 및 제2전극판의 내측면이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있다.

절연체(170)는 제1 및 제2전극판(150/160)의 사이에 개재되어 서로 간의 전기 전도를 차단한다.

이러한 절연체(170)로는 절연용 합성수지 양면테이프나 수지필름 또는 부직포 등을 사용할 수 있다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 도전체(140)와 제1 및 제2전극판(150/160)의 외측 단부는 각각 상/하부시트(110/120) 및 발열선(130)과 함께 포개지게 접은 후, 절연성 재봉사(Y)로 재봉하여 접은 형태가 견고하게 유지되도록 마감 처리함으로써, 발열선(130)과 도전체(140), 제1 및 제2전극판(150/160)의 전기적 접속력이 강화되고 전기/물리적 특성이 양호하게 변화되어 발열선(130)의 양단부를 통해 전류가 누설되는 것을 차단함과 더불어 전류의 흐름을 균일하게 개선시킬 수 있게 된다.

아울러 발열선(130) 각각의 저항값이 편차 없이 고르게 분포되도록 하여 부분별로 발생되는 온도 편차를 최소화할 수 있는 등 전기적 안전성과 사용상의 편의성을 향상시키고, 그에 따른 품질을 제고할 수 있게 된다.

여기서 도전체(140)와 제1 및 제2전극판(150/160)을 접는 위치는 각각의 폭에 대하여 1/3 이하로 설정하는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명의 발열시트(100)는 재봉에 의해 발열선(130)이 안정적으로 결속된 상태를 유지하기 때문에 사용과정에서 발열선(130)이 외력에 의해 파손되거나 유동되면서 서로 합선 또는 누전되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 발열선(130)을 이용한 발열시트(100)는 자연스럽게 접거나 구부리는 등 사용에 따른 유연성 및 전기적 안전성이 확보되므로 이불, 방석, 매트, 카펫, 자동차 시트, 커튼 및 의류 등과 같이 편안한 착용감과 안락감 및 안전성을 요구하는 다양한 생활용품 혹은 의료용품에 매우 유용하게 활용될 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 실시례 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 안에서 치환 및 균등한 타 실시례로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어서 명백할 것이다.

100: 발열시트 110: 상부시트
120: 하부시트 130: 발열선
140: 도전체 150: 제1전극판
160: 제2전극판 170: 절연체
131: 심사 132: 카본사
133: 절연사 Y: 재봉사

Claims (4)

1. 다수의 심사와;
   상기 심사의 외주면을 나선형으로 감싸 형성하되, 전기적 특성에 의해 발열되는 카본사와;
   상기 카본사의 외주면을 나선형으로 감싸 피복하는 절연사;
   를 포함하는 카본 발열선.
   
2. 전기 절연체로 이루어진 상부 및 하부시트와;
   상기 상부 및 하부시트 사이의 어느 한쪽 면에 일정한 간격으로 다수를 배열하되, 각기 재봉사로 재봉하여 고정된 발열선과;
   상기 상부 및 하부시트가 서로 마주하는 면의 양단부 중 어느 하나에 배치되어 상기 발열선들을 전기적으로 접속시키는 한 쌍의 도전체와;
   상기 도전체와 반대쪽 상기 상부 및 하부시트가 서로 마주하는 면의 단부에 한 쌍으로 배치되어 상기 발열선들을 병렬적으로 연결하는 제1 및 제2전극판; 및
   상기 제1 및 제2전극판의 사이에 개재되어 서로 간의 전기 전도를 차단하는 절연체;
   를 포함하는 발열시트.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 도전체와 제1 및 제2전극판의 외측 단부는 각각 상기 상/하부시트 및 발열선과 함께 포개지게 접어서 재봉으로 마감 처리한 것을 특징으로 하는 발열시트.
   
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 발열선은 다수의 심사와;
   상기 심사의 외주면을 나선형으로 감싸 형성하되, 전기적 특성에 의해 발열되는 카본사와;
   상기 카본사의 외주면을 나선형으로 감싸 피복하는 절연사;
   를 포함하는 발열시트.

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