KR20120111367A - 발열 장치 및 이를 구비하는 액체 가열장치 - Google Patents

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Abstract

카본 섬유(carbon fiber)를 발열체로 사용하고 발열체의 외표면이 테플론에 의해 절연되는 발열 장치 및 이를 구비하는 액체 가열장치가 개시된다.
상기 발열 장치는 카본 섬유를 포함하는 발열체가 다수의 열 또는 행을 포함하는 형상 또는 지그재그 형상을 이루면서 배치된 발열부; 및 상기 발열부가 외부와 절연되도록 상기 발열부를 불소수지에 의해 덮는 절연부;를 포함한다. 또한, 상기 발열장치는 상기 발열부에 전기 공급을 위해 연결되는 단자부;를 추가로 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 절연부는 상기 발열부 및 단자부가 외부와 절연되도록 상기 발열부 전체와 상기 단자부의 적어도 일부를 불소수지에 의해 덮도록 구성될 수 있다.
그리고, 상기 액체 가열장치는 액체를 수용하는 하우징; 및 상기 하우징 내부에 설치되어 액체를 가열하는 발열장치;를 포함하여 구성된다.
이러한 발열장치 및 액체 가열장치에 의하면, 탄소 섬유를 포함하는 발열체의 외부를 불소수지로 이루어지는 절연부로 덮음으로써 탄소의 휘발을 막을 수 있어 발열체의 수명이 증대할 뿐만 아니라 높은 발열온도에서도 안정적으로 작용할 수 있고, 액체 속에서도 안정적인 절연성능의 확보가 가능하다는 효과를 얻을 수 있다.

Description

발열 장치 및 이를 구비하는 액체 가열장치{HEATING DEVICE AND LIQUID HEATING APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 발열장치 및 이를 구비하는 액체 가열장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 카본 섬유(carbon fiber)를 발열체로 사용하고 발열체의 외표면이 불소수지(특히, 테플론)에 의해 절연되는 발열 장치 및 이를 구비하는 액체 가열장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명에 의한 발열 장치는 순간 온수기, 온수탱크, 보일러 등과 같은 액체 가열장치 뿐만 아니라, 보온 매트, 난방 판넬 등 다양한 발열 및 가열 분야에 사용될 수 있다.
일반적으로 발열 장치는 전기를 공급받아 열을 발생하거나, 고온의 유체 등으로부터 열을 공급받아 열을 방출하는 장치이다.
이 중에서 전기 통전에 의한 발열장치에 사용되는 면상 발열체는 온도조절이 용이하고 화석연료에 비해 공기가 오염되지 않아 위생적이며 소음이 없기 때문에 히팅 매트나 히팅 패드, 침대 매트리스, 보온 이불이나 담요, 아파트나 일반주택 등의 주거용 난방장치 등에 폭넓게 이용되고 있다.
이러한 면상 발열체의 발열원으로는 종래에는 니크롬 등의 발열선이 사용되고 있으나, 상기 니크롬 등의 발열선으로 만든 면상 발열체에서는 전기가 하나의 선을 통해 흐르기 때문에 발열선의 어느 한 부분이라도 끊어지면 전기가 통하지 않게 되어 면상발열체가 작동을 하지 않게 되는 사용상의 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 니크롬 등의 발열선을 이용하는 기존의 면상 발열체에서는 발열선이 단락되는 경우에는 그 부분에서 심하게 발열되어 화재의 위험성이 있으므로, 발열선의 단락을 방지하기 위해서는 발열선의 표면 또는 발열선들의 사이를 충분한 두께의 전기부도체로 완전히 절연을 시켜야 하지만, 전기부도체는 일반적으로 열전도 특성이 나쁘기 때문에 면상 발열체의 발열효율이 저하된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 최근에는 탄소 섬유(fiber)를 다발로 형성한 발열체가 이용되고 있다.
이러한 탄소 섬유를 사용하는 발열체의 경우에도 탄소 섬유를 흐르는 전기가 외부로 누설되지 않도록 탄소 섬유를 절연성의 직물이나 수지 등으로 덮거나 코팅을 하여 사용한다.
그러나, 탄소 섬유는 외기에 노출되는 경우 탄소가 산화하여 휘발되므로 사용기한이 길어질수록 발열효율이 저하된다는 문제점이 있다.
또한, 전기 매트 등에서 탄소 섬유를 덮는 절연재료로 통상적으로 사용되는 수지{예를 들어, 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리우레탄(PU), 열가소성 폴리우레탄(TPU)}가 탄소 섬유를 덮고 있는 경우에도 수지 자체에 공기 투과성이 있어서 장시간 사용할 경우 수지의 공극으로 공기가 유출입되면서 탄소가 휘발되며, 이로 인해 시간이 지날수록 발열효율이 저하된다는 문제점이 있다.
따라서, 절연재료로 둘러싸인 상태에서도 탄소의 휘발(산화)을 최소화할 수 있는 발열 장치가 요구된다.
또한, 발열장치를 이용하여 액체를 가열하는 액체 가열장치의 경우 발열체의 절연이 필수적으로 요청되지만, 종래의 절연재료를 사용하는 경우에는 절연 관련 안정성이 충분히 확보되지 않아 액체에 탄소섬유 발열체를 이용한 발열장치를 침지시킨 상태로 사용할 수 없었다. 더욱이, 종래의 수지의 경우에는 발열체의 발열이 장시간 계속되는 경우에는 열화하거나 공극이 벌어져 발열체와 액체가 접촉하여 전기 누설이 발생할 가능성도 있다.
따라서, 액체와 직접 접촉하여도 절연성이 유지되고 절연을 위한 구성이 간단한 액체 가열장치가 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 탄소 섬유를 포함하는 발열체를 사용하면서도 탄소의 산화(휘발)를 최소화할 수 있는 발열장치 및 이를 구비하는 액체 가열장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 일 측면으로서 발열체와 외부 전선의 연결이 용이한 발열장치 및 이를 구비하는 액체 가열장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 일 측면으로서 제조가 용이하며 구성이 간단한 발열장치 및 이를 구비하는 액체 가열장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 일 측면으로서 액체와 직접 접촉하면서도 절연성능을 충분하면서도 안정적으로 확보할 수 있는 발열장치 및 이를 구비하는 액체 가열장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 카본 섬유를 포함하는 발열체가 다수의 열 또는 행을 포함하는 형상 또는 지그재그 형상을 이루면서 배치된 발열부; 및 상기 발열부가 외부와 절연되도록 상기 발열부를 불소수지에 의해 덮는 절연부;를 포함하는 발열장치를 제공한다.
바람직하게, 본 발명의 일 측면에 의한 발열장치는 상기 발열부에 전기 공급을 위해 연결되는 단자부;를 추가로 포함하며, 상기 절연부는 상기 발열부 및 단자부가 외부와 절연되도록 상기 발열부 전체와 상기 단자부의 적어도 일부를 불소수지에 의해 덮도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 절연부는 상기 발열부 전체와 상기 단자부의 적어도 일부를 덮는 불소수지 시트를 가압 압착하여 형성될 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 발열부는 하나의 연속된 발열체로 이루어지며, 상기 연속된 발열체의 양단이 상기 단자부에 연결되도록 구성될 수 있다.
이와는 달리, 상기 발열부는 복수의 발열체가 다수의 열 또는 행을 이루도록 배치되는 몸체부와, 상기 복수의 발열체가 전기적으로 연결되도록 상기 복수의 발열체의 끝단을 연결하는 연결부를 구비할 수 있다.
바람직하게, 상기 연결부는 상기 복수의 발열체의 끝단을 연결기구에 의해 연결하거나 서로 묶음으로써 형성될 수 있다. 이때, 상기 절연부는 상기 몸체부를 덮는 제1 절연부와, 상기 연결부를 덮는 제2 절연부를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 제1 절연부와 제2 절연부 모두, 또는 상기 제1 절연부는 불소수지 시트를 가압 압착하여 형성될 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 불소수지는 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE)로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 단자부는 전선과, 상기 전선과 상기 발열체를 연결하는 접속기구를 포함할 수 있다.
이때, 상기 전선의 끝단은 상기 절연부에 의해 덮히지 않고 노출되도록 함으로써 상기 단자부와 외부 전원과의 연결이 용이하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 전원 연결작업의 용이성을 위하여 상기 전선은 피복되지 않은 전선, 더욱 바람직하게는 나동선으로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 접속기구는 상기 전선과 접속되는 제1 접속부와, 상기 발열체와 접속되는 제2 접속부와, 상기 제1 및 제2 접속부 사이에 구비되는 전기차단기구를 구비할 수 있다. 이때, 상기 전기차단기구는 퓨즈 또는 바이메탈로 구성될 수 있다.
다른 측면으로서, 본 발명은 액체를 수용하는 하우징; 및 상기 하우징 내부에 설치되어 액체를 가열하는 전술한 발열장치;를 포함하는 액체 가열장치를 제공한다.
바람직하게, 상기 발열장치는 상기 하우징 내부에 복수 개가 이격된 상태로 배치될 수 있다.
더욱 바람직하게, 상기 발열장치 중 상기 하우징 내부에 배치되는 영역은 상기 절연부에 의해 절연되도록 구성될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 탄소 섬유를 포함하는 발열체의 외부를 공기 투과성이 낮고 절연성, 내열성, 비유성(非濡性, non-wetting)이 우수한 불소수지로 이루어지는 절연부로 덮음으로써 탄소의 휘발을 막을 수 있어 발열체의 수명이 증대할 뿐만 아니라 높은 발열온도에서도 안정적으로 작용할 수 있고, 액체 속에서도 안정적인 절연성능의 확보가 가능하다는 효과를 얻을 수 있다. 특히, 발열체의 외부에 테플론 등의 불소수지로 이루어지는 시트를 덮고 이 시트를 압착하여 발열부를 덮음으로써 절연부의 공극을 최소화할 수 있게 되고, 이로 인해 발열체의 휘발(산화)을 극소화하여 발열체의 수명이 증대하고 발열성능을 유지할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면 간단한 구조의 단자부를 통하여 발열체와 외부 전선의 연결이 용이하여 구조가 간단하고 제조가 쉽다는 효과가 있게 된다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의하면 단자부의 끝단을 제외하고는 단자부와 발열부를 절연부로 덮음으로써 액체 속에서도 안정적인 절연성을 유지할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
도 1(a)와 도 1(b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 발열장치를 도시한 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 발열장치에 구비되는 단자부를 도시한 정면도.
도 3(a) 내지 도 3(c)는 본 발명의 다른 실시예에 의한 발열장치의 제조방법을 순차적으로 도시한 설명도.
도 4(a) 내지 도 4(c)는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 발열장치의 제조방법을 순차적으로 도시한 설명도.
도 5(a) 내지 도 5(c)는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 발열장치의 제조방법을 순차적으로 도시한 설명도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 액체 가열장치를 도시한 개략도.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기나 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 발열장치(100)는 전기 발열체(111)를 포함하는 발열부(110)와, 상기 발열부(110)를 덮는 절연부(160)와, 상기 발열부(110)에 전기공급을 위해 연결되는 단자부(140)를 포함하여 구성된다.
상기 발열부(110)는 카본 섬유를 포함하는 발열체(111)가 다수의 열 또는 행을 포함하는 형상 또는 지그재그 형상을 이루면서 배치되도록 구성된다.
상기 발열체(111)는 직물 원사의 표면에 카본을 코팅하거나 발포하여 제작된 카본 섬유를 포함한다. 이때, 상기 발열체(111)는 복수의 직물 원사의 꼬임 조합으로 만들어진 후 그 표면에 카본을 코팅하거나 발포하여 제작되거나, 표면에 카본이 코팅되거나 발포된 복수의 직물원사를 꼬임 조합으로 만들어 제작될 수 있다(도 1(a)의 우측 확대도 참조). 이와 같이, 발열체(111)는 복수의 직물 원사의 꼬임 조합으로 만들어짐으로써, 그 내구성의 향상을 도모할 수 있을 뿐만 아니라 하나의 원사에서 단선이 일어나더라도 다른 원사가 통전을 유지할 수 있으므로 종래의 니크롬선 등보다 안정적이다.
한편, 본 발명의 발열체(111)는 직물원사의 표면에 흑연을 코팅 또는 발포하여 제작할 수도 있지만, 발열 효율 및 제작 환경 등을 고려하여 직물 원사에 카본을 코팅 또는 발포하여 제작하는 것이 보다 바람직하다. 그리고, 상기 발열체(111)는 전술한 바와 같이 직물 원사를 이용하여 형성되는 경우에 한정되지 않고, 선형을 갖는 직물 또는 섬유에 카본을 코팅 또는 발포하여 제작될 수도 있다.
이와 같이, 카본 섬유를 포함하는 발열체(111)는 후술하는 바와 같이, 통전이 이루어지도록 양(+) 전하 및 음(-) 전하가 도통되는 전선(141)과 연결된다.
그리고, 상기 발열체(111)의 배치 구조와 관련하여 상기 발열체(111)는 도 1(a)에 도시된 바와 같이 다수의 행을 포함하는 지그재그 형상을 이룰 수 있으며, 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 다수의 열을 포함하는 지그재그 형상을 이룰 수 있으나, 이러한 형상에 한정되지 않고 일정 면적에 다양한 형태로 배치될 수 있다.
그리고, 상기 단자부(140)는 상기 발열부(110)에 전기 공급을 위해 연결된다. 즉, 상기 단자부(140)는 카본 섬유를 포함하는 발열체(111)에 외부 전원을 공급하기 위하여 연결된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 단자부(140)는 외부 전원과 커넥터 등을 통하여 연결되는 전선(141)과, 상기 전선(141)과 발열체(111)를 연결하는 접속기구(150)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 접속기구(150)는 전선(141)과 접속되는 제1 접속부(151)와, 상기 발열체(111)와 접속되는 제2 접속부(152)와, 상기 제1 및 제2 접속부(152) 사이에 구비되는 전기차단기구(155)를 구비할 수 있다. 이러한 제1 접속부(151) 및 제2 접속부(152)는 죔쇠와 같은 물림 기구가 사용될 수 있으나 커넥터 등과 같은 공지의 기구도 사용 가능하다.
그리고, 상기 전기차단기구(155)는 발열체(111)에 과도한 전류가 흐르거나 설정온도 이상으로 발열되는 등 이상이 발생할 시 전원 공급을 차단할 수 있도록 퓨즈 또는 바이메탈로 구성될 수 있다.
이러한 전기차단기구(155)는 일측이 제1 접속부(151)의 단부(151a)에 연결되고 타측이 제2 접속부(152)의 단부(152a)에 연결되어, 전선(141)과 발열체(111) 사이의 전기 흐름을 안정적으로 수행할 수 있다.
한편, 상기 전선(141)의 끝단은 후술하는 절연부(160)에 의해 덮히지 않고 절연부(160) 외측으로 노출되도록 함으로써 상기 단자부(140)와 외부 전원과의 연결이 용이하도록 구성될 수 있다.
또한, 전원 연결작업의 용이성을 위하여, 즉 전선(141)의 일단이 커넥터에 삽입되고 타단이 제1 접속부(151)에 접속됨으로써 전원 연결이 종료될 수 있도록 상기 전선(141)은 피복되지 않은 전선(141), 특히 나동선(裸銅線)으로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 절연부(160)는 발열부(110)가 외부와 절연되도록 발열부(110)를 불소수지에 의해 덮도록 구성된다. 이때, 절연부(160)는 발열부(110)를 덮기 위하여 불소수지를 발열부(110)에 표면에 코팅, 디핑(dipping), 스프레잉하거나 불소수지를 포함하는 시트를 발열부(110)의 표면에 코팅하는 등 공지의 공정에 의해 형성될 수 있으며, 본 발명에서는 절연부(160)의 형성방법을 특별히 한정하지 않는다.
다만, 불소수지를 포함하는 시트를 발열부(110)를 덮도록 배치한 다음에 이 시트를 가압 압착하여 절연부(160)를 형성하는 경우에는 불소수지 시트에 포함되어 있을 수 있는 공극이 거의 제거되므로 발열체(111)의 산화(휘발)를 방지할 수 있다는 점에서, 불소수지를 포함하는 시트를 가압 및 압착하여 상기 절연부(160)를 형성하는 것이 보다 바람직하다.
그리고, 상기 절연부(160)는 불소수지로 이루어진다. 불소수지 중 대표적인 것으로서 뒤퐁사에서 개발한 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE)가 있으며, 이는 상표명 테플론(Teflon)으로 널리 알려져 있다.
테플론은 공기 투과성이 낮고 전기 절연성, 내열성, 비유성(非濡性, non-wetting), 비점착성(non-sticking) 등이 우수하다. 따라서, 탄소 섬유를 포함하는 발열체(111)를 테플론(불소수지)에 의해 절연하는 경우 탄소의 산화(휘발)가 극히 적어 발열체(탄소 섬유)(111)의 수명이 증대할 뿐만 아니라, 전기 절연성, 비유성, 비점착성으로 인해 액체와 접촉하여도 안정적인 절연성능의 확보가 가능하다는 이점이 있다. 특히, 테플론(불소수지)은 융점 327℃의 결정성 폴리머로 연속사용온도가 260℃이고 저온(-268℃)에서 고온까지 안정적으로 사용할 수 있는 극히 우수한 내열성을 갖고 있기 때문에 발열체(탄소 섬유)(111)의 온도가 높은 경우에도 안정적으로 절연 성능을 유지할 수 있게 된다.
이외에도 상용화된 불소수지로서는 FEP(Fluorinated Ethylene Propylene Copolymer), PVDF(Polyvinyliden Fluoride), PFA(Perfluoroalkoxy) 등이 있으며, 대체로 테플론과 유사한 특성을 가지므로 테플론 대신에 사용될 수도 있다.
한편, 도 1(a)의 우측 확대도에서는 발열체(111)와 절연부(160)가 공간을 둔 상태로 코팅된 상태로 도시되어 있으나, 이는 일 예에 불과하며 발열체(111)와 절연부(160) 사이에 공간이 거의 없도록 불소수지를 스프레잉, 디핑, 코팅하는 것도 가능하다.
그리고, 상기 절연부(160)는 상기 발열부(110) 및 단자부(140)가 외부와 절연되도록 상기 발열부(110) 전체와 상기 단자부(140)의 적어도 일부를 불소수지에 의해 덮도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 절연부(160)는 발열부(110) 뿐만 아니라 단자부(140)까지도 외부와 절연되도록 외부전원과 연결되는 단자부(140)의 전선(141) 끝단을 제외하고는 발열부(110)와 단자부(140) 부분을 모두 덮도록 구성되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 절연부(160)가 발열부(110) 및 단자부(140)를 외부와 절연시키도록 구성함으로써 후술하는 바와 같이 액체 가열장치(200)에서 액체와 접촉한 상태로 사용되는 경우에도 안정적인 전기적 성능(절연성능 등)의 확보가 가능하게 된다.
한편, 도 1에 도시된 발열장치(100)의 경우에는 하나의 연속된 발열체(111)와 단자부(140)를 연결하고, 발열체(111)의 전선(141) 끝단을 제외한 단자부(140)에 불소수지(테플론)를 도포, 코팅하거나 불소수지 시트를 코팅하는 등의 방법에 의해 제조가 완료되므로 발열장치(100)의 제조를 위한 공정이 매우 간단하다는 이점이 있다.
이하에서는, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 발열장치(100)의 구성 및 제조방법에 대해 살펴본다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 발열장치(100)의 발열부(110)는 분리된 복수의 발열체(111)가 다수의 열 또는 행을 이루도록 배치되는 몸체부(120)와, 상기 복수의 발열체(111)가 전기적으로 연결되도록 상기 복수의 발열체(111)의 끝단을 연결하는 연결부(130)를 포함하여 구성되며, 발열부(110)와 단자부(140)가 제1 절연부(161) 및 제2 절연부(162)로 이루어지는 절연부(160)에 의해 덮히는 구성을 갖는다.
구체적으로, 도 3(a)에 도시된 바와 같이 분리된 복수의 발열체(111)가 다수의 열 또는 행을 이루도록 배치된 몸체부(120)를 불소수지(테플론)로 덮어 제1 절연부(161)를 형성한다. 이때, 상기 발열체(111)의 끝단은 절연부(160)의 외측으로 노출된 상태가 되도록 한다.
그리고, 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 제1 절연부(161) 외측으로 노출된 발열체(111)를 서로 연결하여 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 선으로 연결되도록 연결부(130)를 형성한다. 이때, 상기 연결부(130)는 상기 복수의 발열체(111)의 끝단을 연결기구(132)에 의해 연결할 수 있다. 이러한 연결기구(132)는 접속기구(150)와 같이 죔쇠와 같은 물림 기구, 커넥터 등 공지의 기구를 사용할 수 있다.
또한, 발열체(111)의 연결부(130)에 새롭게 추가되는 연결선(131)은 동선이나 발열체(111)가 사용될 수 있다. 이후, 연결부(130)와 단자부(140)를 접속기구(150)에 의해 연결한다.
그리고, 도 3(c)에 도시된 바와 같이, 연결부(130)와 단자부(140)를 덮는 제2 절연부(162)를 형성한다. 제2 절연부(162)의 형성을 위해 불소수지(테플론)를 코팅하거나 도포하는 것도 가능하지만, 연결부(130)와 단자부(140)를 용융상태의 불소수지에 디핑하는 것도 가능하다. 또한, 몸체부(120)와 연결부(130) 사이에 발열체(111)가 외부로 노출되지 않도록 도 3(c)에 도시된 바와 같이 제2 절연부(162)는 제1 절연부(161)와 일부 중첩된 상태로 형성될 수 있으나, 먼저 형성된 제 1 절연부(160)를 완전히 덮도록 구성하는 것도 가능하다.
또한, 도 1을 참조하여 설명한 실시예와 마찬가지로, 제1 절연부(161)와 제2 절연부(162) 모두, 또는 적어도 제1 절연부(161)의 경우에도 불소수지를 포함하는 시트를 발열부(110)를 덮도록 배치한 다음에 이 시트를 가압 압착하여 절연부(160)를 형성할 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 발열장치(100)의 구성 및 제조방법에 대해 살펴본다.
도 4에 도시된 발열장치(100)는 연결부(130)가 제1 절연부(161)에서 외부로 노출된 발열체(111)를 서로 묶은 묶음부(133)로 이루어진다는 점을 제외하고는 도 3에 도시된 발열장치(100)와 동일하다. 따라서, 불필요한 반복을 피하기 위하여 동일하거나 유사한 구성에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점이 있는 연결부(130)의 구성에 대해서만 설명한다.
도 4에 도시된 발열장치(100)는 탄소 섬유로 이루어지는 발열체(111)의 특성을 이용하여 제1 절연부(161)의 외부로 노출된 발열체(111)를 서로 묶어서 연결부(130)를 형성한다. 즉, 탄소 섬유는 유연성이 있으며 전도성이 있기 때문에 서로 묶는 것만으로도 전기적 연결이 가능하다. 따라서, 도 4에 도시된 실시예에의 경우 도 3에 도시된 실시예보다 공정이 간단하고 연결부(130)의 형성을 위해 별도의 보조기구가 필요하지 않다는 이점이 있다.
마지막으로, 도 5를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 발열장치(100)의 구성 및 제조방법에 대해 살펴본다.
도 5에 도시된 발열장치(100)는 몸체부(120)를 이루는 발열체(111) 각각에 대해서 제1 절연부(161)가 형성되어 있다는 점을 제외하고는 도 4에 도시된 발열장치(100)와 동일하다. 따라서, 불필요한 반복을 피하기 위하여 동일하거나 유사한 구성에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점이 있는 구성에 대해서만 설명한다.
도 5에 도시된 발열장치(100)는 발열체(111) 각각에 대해 미리 제1 절연부(161)가 형성되어 있고, 이러한 발열체(111)의 끝단을 서로 묶거나 도 4에 도시된 바와 같이 연결기구(132)를 사용하여 연결함으로써 발열체(111)를 하나로 연결할 수 있다. 이와 같이, 몸체부(120)의 발열체(111)를 연결부(130)에 의해 연결하고 발열부(110)와 단자부(140)와 연결을 수행한 후 노출되어 있는 연결부(130)와 단자부(140)를 불소수지로 덮음으로써 제2 절연부(162)를 형성하게 된다.
이때, 몸체부(120)와 연결부(130) 사이에 발열체(111)가 외부로 노출되지 않도록 도 5(c)에 도시된 바와 같이 제2 절연부(162)는 제1 절연부(161)와 일부 중첩된 상태로 형성될 수 있으나, 먼저 형성된 제 1 절연부(160)까지 완전히 덮음으로써 몸체부(120)가 일체로 연결되도록 구성하는 것도 가능하다.
다음으로, 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 측면에 의한 액체 가열장치(200)에 대해 살펴본다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 액체 가열장치(200)는 액체를 수용하는 하우징(210)과, 상기 하우징(210) 내부에 설치되어 액체를 가열하는 전술한 발열장치(100)를 포함한다.
하우징(210)은 일 예로서 액체가 유입되는 유입구(211)와, 가열된 액체가 유출되는 유출구(212)와, 내부에서 발생한 증기를 외부로 배출하기 위한 배기구(213)가 구비될 수 있으나, 하우징(210)으로 압력용기가 사용되는 경우에는 배기구(213)가 구비되지 않을 수 있다.
또한, 하우징(210) 내부에 액체와 접촉하도록 설치되는 발열장치(100)는 액체 가열장치(200)에서 요구되는 발열 성능을 감안하여 하우징(210) 내부에 복수 개가 배치될 수 있다. 이때, 상기 발열장치(100)는 액체와의 접촉면적을 넓히고 액체가 유동할 수 있도록 일정 간격으로 이격된 상태로 배치되는 것이 바람직하다.
그리고, 이러한 발열장치(100)는 하우징(210) 내부의 액체와 절연될 수 있도록 하우징(210) 내부에 배치되는 영역은 절연부(160)에 의해 절연되도록 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 발열장치(100)는 하우징(210) 외부로 노출되는 전선(141)을 제외하고는 절연부(160)에 의해 완전히 덮히도록 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 도 6에서는 설명의 편의를 위하여 전선(141)과 연결되는 단자부(140)의 영역이 다소 과장되어 표현되어 있으나, 단자부(140)의 길이가 길어지지 않도록 지면 방향 상측 또는 하측을 통해 하우징(210) 외부로 노출되는 것이 바람직하다.
이러한 액체 가열장치(200)는 순간 온수기, 온수탱크, 보일러 등 다양한 액체의 가열을 위해 사용될 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.
100... 발열장치 110... 발열부
111... 발열체 120... 몸체부
130... 연결부 132... 연결기구
140... 단자부 141... 전선
150... 접속기구 151... 제1 접속부
152... 제2 접속부 155... 전기차단기구
160... 절연부 161... 제1 절연부
162... 제2 절연부 200... 액체 가열장치
210... 하우징

Claims (17)

  1. 카본 섬유를 포함하는 발열체가 다수의 열 또는 행을 포함하는 형상 또는 지그재그 형상을 이루면서 배치된 발열부; 및
    상기 발열부가 외부와 절연되도록 상기 발열부를 불소수지에 의해 덮는 절연부;
    를 포함하는 발열장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발열부에 전기 공급을 위해 연결되는 단자부; 를 추가로 포함하며,
    상기 절연부는 상기 발열부 및 단자부가 외부와 절연되도록 상기 발열부 전체와 상기 단자부의 적어도 일부를 불소수지에 의해 덮는 것을 특징으로 하는 발열장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 절연부는 상기 발열부 전체와 상기 단자부의 적어도 일부를 덮는 불소수지 시트를 가압 압착하여 형성되는 것을 특징으로 하는 발열장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발열부는 하나의 연속된 발열체로 이루어지며,
    상기 연속된 발열체의 양단이 상기 단자부에 연결되는 것을 특징으로 하는 발열장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발열부는 복수의 발열체가 다수의 열 또는 행을 이루도록 배치되는 몸체부와, 상기 복수의 발열체가 전기적으로 연결되도록 상기 복수의 발열체의 끝단을 서로 연결하는 연결부를 구비하는 것을 특징으로 하는 발열장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 복수의 발열체의 끝단을 연결기구에 의해 연결하거나 서로 묶음으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 발열장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 절연부는 상기 몸체부를 덮는 제1 절연부와, 상기 연결부를 덮는 제2 절연부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발열장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 절연부와 제2 절연부 모두, 또는 상기 제1 절연부는 불소수지 시트를 가압 압착하여 형성되는 것을 특징으로 하는 발열장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불소수지는 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발열장치.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단자부는 전선과, 상기 전선과 상기 발열체를 연결하는 접속기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전선의 끝단은 상기 절연부에 의해 덮히지 않고 노출되는 것을 특징으로 하는 발열장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 전선은 나동선으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발열장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 접속기구는 상기 전선과 접속되는 제1 접속부와, 상기 발열체와 접속되는 제2 접속부와, 상기 제1 및 제2 접속부 사이에 구비되는 전기차단기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 발열장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전기차단기구는 퓨즈 또는 바이메탈인 것을 특징으로 하는 발열장치.
  15. 액체를 수용하는 하우징; 및
    상기 하우징 내부에 설치되어 액체를 가열하는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 발열장치;
    를 포함하는 액체 가열장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 발열장치는 상기 하우징 내부에 복수 개가 이격된 상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 액체 가열장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 발열장치 중 상기 하우징 내부에 배치되는 영역은 상기 절연부에 의해 액체와 절연되는 것을 특징으로 하는 액체 가열장치.
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