KR20130126556A - 발열사 및 이를 이용한 방한용 패드 및 이에 적용되는 발열사 접속 기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발열사 및 이를 이용한 방한 패드에 관한 것으로서, 더 상세하게는 동절기 또는 혹한 조건에서 옷과 함께 착용할 수 있게 슬림하면서도 구부림, 접힘 등이 자유롭게 가능한 슬림 방한 패드에 사용되는 발열사 및 이러한 발열사를 적용한 방한 패드에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, 구리선을 섬유에 나선형으로 감아 생성된 미세한 발열사를 생성하여 적용하므로 촘촘하게 발열사를 배선하는 것이 가능하게 되므로 전체적으로 부피가 증가하지 않아 기능성 방한복 등에도 적용이 가능하도록 한 발열사 및 이를 이용한 방한용 패드 및 이에 적용되는 발열사 접속 기판에 관한 것이다.

Description

발열사 및 이를 이용한 방한용 패드 및 이에 적용되는 발열사 접속 기판{Heating thread and Pad against the cold using the same, and Coupling board adapted for the Pad}

본 발명은 발열사와 이를 이용한 방한용 패드 및 이에 적용되는 발열사 접속 기판에 관한 것으로, 특히, 동절기 또는 혹한 조건에서 옷과 함께 착용할 수 있도록 슬림하면서도 구부림, 접힘 등이 자유롭게 이루어지도록 한 방한용 패드를 형성하여 현재 기능성 방한복에 사용되고 있는 축전지를 사용하여 전원을 공급하고, 발열패드의 품질 기준으로 되어 있는 온도가열, 온도분포 기준에 만족할 뿐 아니라, 탄소계 면상발열체의 문제점인 화재의 위험이 없고, 영하 -20도의 기온에서도 충분히 온기를 느낄 수 있도록 하고, 지속 발열 시간이 8시간 이상 유지되는 발열패드를 개발하여 산업현장에서 입는 기능성 방한복 또는 군인의 방한복에 사용될 수 있도록 한 발열사 및 이를 이용한 방한용 패드 및 이에 적용되는 발열사 접속 기판에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 발열사를 방한 패드에 적용할 경우 단자 접속 구조를 단순화하여 접속 부위에 구부림이나 뒤틀림이 발생할 경우에도 접속 부위의 불량을 방지하는 발열사와 전원단자를 연결하는 발열사 접속 기판에 관한 것이다.

종래의 전기요, 전기 매트, 전기 발열패드 등에 사용되는 발열선은 크게 두 가지로 단심 발열선과 이중 발열선으로 나눌 수 있다.

단심 발열선은 폴리에스테르 사(絲)에 도체인 동선, 니켈크롬선 또는 동합금선을 일정 간격 유지하면서 일방향으로 1차 권선한 다음 상기 권선된 도체 외주면에 실리콘이나 PVC로 권선한 도체 외면에 절연층이 형성되도록 외부 피복제를 피복시킨 구조이다.

이중 발열선은 상기 단심 발열선을 기본 구조로 1차로 권선된 도체 외주면에 나일론, 실리콘 또는 테프론으로 된 피복제를 피복하며 상기 내부 피복제 외주면에 동선 또는 합금선을 일정 간격으로 다시 2차 권선한 다음 상기 2차 권선된 도체 외면에 PVC 또는 실리콘으로 절연층이 형성되도록 외부 피복제를 피복시켜 구성한다.

또한, 상기 1차 권선된 도체와 2차 권선된 도체의 한쪽 끝을 연결할 경우 전류방향이 반대가 되어 무자계 발열선(자기장이 발생하지 않는 열선)으로 사용 가능하도록 하고 있다. 이러한 기존의 발열선은 심선과 그 외면에 도체를 1차 권선하고 다시 도체 외면에 절연층을 형성함으로 발열선의 두께가 두꺼워지는 단점이 있다.

이와 같이 발열선의 굵기가 커지므로 전열매트, 전기요 등에 적용시 전기요를 보관시 접을 경우 내부에 배선된 발열선이 절곡되면서 쇼트되는 문제점이 있으며, 산업현장에서 사용하는 방한 피복과 군인이 착용하는 방한 피복 및 방한장갑, 방한화 등에 적용시 발열선의 굵기에 의해 패드가 두꺼워지는 문제점이 있으며, 특히, 군인과 같이 활동이 활발한 직업에 종사하는 사람의 피복에 발열선을 갖는 패드를 적용시 피복의 두께가 두꺼워져 활동이 둔할 뿐만 아니라 발열선에 단선이 발생되는 문제점이 있다.

이 분야의 선행기술을 살펴보면,

대한민국 등록특허공보 제10-0341280호(이하"선행기술 1"이라한다)의 보온 전기요의 전자파제거장치는, 발열체(40)의 상하에 연결회로로 접속하고 접지하여되는 전자파 흡수도체로 포설하여 발열체에서 누설되는 전기장을 접지로 바이패스하고, 전기 절연성 그라스얀 심부 지지체(46)에 내층도선(43)을 권설하고, 다시 중간 전기 절연층(47)을 피복한 위에 외층도선(44)를 권설하고, 내층도선(43)과 외층도선(44)은 외단의 결선부(45)에서 접속하고, 나선상 도선(43,44)의 나선 방향이 전류방향을 기준으로 서로 반대 위상을 가지게 하여 발열체(40)에서 누설되는 자기장을 감쇄시키고, 외층도선(44)의 외면에 전기절연층(48)을 피복하여되는 것에 있어서, 전기 요에 전기장의 바이패스를 위한 접지 전자파흡수도체(31)와 누설 자기장 감쇄를 위한 나선상 내층도선(43)과 외층도선(44)을 동시에 구비하고, 에나멜 코팅처리된 직경 0.23mm내외의 구리선으로 상기 내층도선(43)과 외층도선(44)를 설치하고, 나선상으로 권설된 내층도선(43)과 외층도선(44)의 나선 피치를 1mm 전후로 조밀하게 배열하여 되는 보온 전기요의 전자파 제거장치가 개시되었다(도1 참조).

상기 선행기술 1은 지지체(46)에 내층도선(43)을 권선하고 ㄱ4m 외면에 중간 전기적 절연체(47)을 피복하고 다시 그 외면에 외층도선을 권선하고 다시 그 외면에 피복전기 절연체를 피복시켜 발열체(40)을 구성하고 있다. 이와 같이 선행기술 1은 도선을 각각 권선후 그외면에 절연체를 피복하는 구성으로 이루어져 가는 도선을 사용한다 하더라도 발열체의 굵기가 커지므로 이를 전기패드에 적용시 전기패드의 두께가 두꺼워지고 유연성이 떨어지므로 전기요 등에 적용시 전기요를 접어 보관할 때 접히는 부분의 발열체가 단선되는 문제점이 있었다.

또한, 일본국 공개특허공보 특개2008-311111호(이하 "선행기술 2"라한다)의 코드상 히터는 외경 약 0.2mm의 아라미드 섬유(aramid fiber)(aramid fiber)로 이루어지는 심선(2)의 외주에 발열선(3)을 피치 1mm로 나사형상의 권선 해 발열심지(4)를 구성하며 이 외주에 두께 2mm에서 폴리에틸렌(polyethylene)을 피복해 케이스를 형성하여 코드상 히터(1)를 형성한다. 여기서 발열선(3)은 소선지름 0.08mm의 주석 구리합금선으로 이루어지는 도체 소선(3a)에, 폴리우레탄(polyurethane)으로 이루어지는 절연 피막(3b)를 두께 약 0.04 mm로 피복한 것을 7개 혼합해 구성된 발열체가 개시되었다.

즉, 선행기술 2는 심선에 다수의 도체 소선을 권선시켜 발열선의 일부에 단선이 생겼을 때에도 이상 발열에 의한 피해를 방지할 수 있도록 하고 있다. 따라서, 선행기술 2는 심선에 6-7개의 도체 소선을 권선하게 됨으로 유연성이 떨어져 방한 피복에 적용시 민첩한 활동에 방해를 주는 문제점이 있다.

선행기술 2는 심선에 권선하는 도체소선을 가늘게 한다 하더라도 다수의 도체 소선을 권선하게 됨으로 발열체를 배선시 재봉이나 자수와 같은 방법으로 전기 패드를 제조할 수 없는 문제점이 있다.

또한 본발명에의 도면에는 도시하지 아니하였으나, 일본국 공개특허봉보 특개2002-313543호의 전열실 및 그 전열실을 이용한 히터 역시, 세선과 복합세선을 권선하고 그 외면에 보강심재를 피복한 후 보강심재 외면에는 절연층을 형성하여 전열실을 형성한 것으로 전열실의 구성이 세선, 복합세선, 보간심재, 제1 절연층, 제2 절연층으로 구성되어 그 구성이 복잡할 뿐만 아니라 보강심재를 형성하고 그 외면에 제1 절연층과 제2 절연층으로 구성된 절연층을 형성함으로써 전열실이 세선으로 이루어진다 하더라도 보강심재와 절연층의 중첩층을 형성한 기본적인 굵기에 의해 유연성이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 상기 선행기술 1과 2는 발열선을 얇은 패드, 기능성 방한복 등에 적용하는 경우 굽힘이나 구부러짐이 발생되어 누전, 단락, 접촉 불량 등이 발생하는 문제점이 있다.

또한 기존의 면상 발열체의 경우, 전도성 카본 섬유사를 직조하여 발열면을 형성하여 이 상하 양면에 합성수지로 피복함으로써 간단한 공정으로 제조된다.

면상 발열체는 직조형식이나 필름형식으로 제조되며 대량생산이 가능하며 발열면적이 넓어 열효율이 뛰어나다는 장점이 있다.

그러나 면상 발열체는 저항 분포가 일정하지 않고 또한 전원선과의 접촉이 어려워 발열체와 배선 사이를 압착하여 사용해야 하므로 적용제품이 돌침대나 온돌판넬과 같이 고정된 본체에는 사용이 가능하나 전기요, 카펫 등 접히거나 움직임이 많은 제품에서는 연결부위에서 접촉저항이 발생하여 스파크로 인한 화재 위험이 크다는 단점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0341280호 일본국 공개특허공보 특개2008-311111호

본 발명은 위에서 제기된 종래 기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 발열사를 구성함에 있어서 도체로 이루어진 발열선 외면에 전기 절연체를 피복하여 중심섬유에 권선하여 발열사를 구성하되 발열사의 전체 단면의 두께는 0.5mm이하로 형성하고, 외면에는 절연층을 형성하기 위한 별도의 절연체를 피복하지 않은 발열사를 제공함을 목적으로 하며,

또한, 전기 패드를 제작시 0.5mm 이하로 된 발열사를 이용하여 재봉이나 자수형태로 발열선의 배선이 가능하게 하여 전기 패드 또는 방한 피복에 적용이 가능한 발열사 및 전기 패드를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 기능성 방한복 등의 피복에 적용하는 경우 굽힘이나 구부러짐이 발생하더라도 기능이 손상되지 않고 유연성을 갖는 발열사을 제공하는 목적이 있다.

또한, 본 발명은 전기 패드, 전기 요, 전기 매트에 적용할 때 접속부에 단성등의 불량이 발생하는 것을 방지하고 발열사의 접속부를 안정적으로 고정할 수 있도록한 발열사 접속 기판을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 것으로 발열사의 외면에 별도의 절연층을 형성하지 않고, 발열사의 전체 직경에 0.5㎜이하의 굵기를 갖는 발열사를 제공하여 발열사를 미싱으로 다양한 형상과 모양으로 배선할 수 있도록 한 발열사를 구성한다.

상기 발열사는, 관다발 형상을 위한 다수의 중심 섬유(310); 및 상기 중심 섬유(310) 외면을 내측의 금속성 코어(410)가 절연체(420)로 피복되는 제1 발열선(320)으로 감아 발열사를 구성한 것을 특징으로 한다.

상기 금속성 코어(410)는 저항값에 따라 압연 여부를 결정하여 압연이 생략된 금속성 코어(410) 또는 압연으로 형성한 금속성 코어(510)로 형성하여 외면에 절연체(420)로 코딩하여 발열선(320)을 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 발열사는, 상기 중심 섬유에 감긴 발열선(320)의 권선 방향과 역으로 발열선이 고정되도록 금속성 재질 또는 섬유 재질로 된 고정선(620)이 감긴 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시 예로서, 위에 기술된 발열사가 자수 방식에 의해 소정 간격으로 배열되는 부직포(731); 상기 부직포(731)가 부착되며, 접속 수단에 의해 상기 발열사(300,600)의 말단과 연결되는 전원 접속 코드(750)가 결합된 발열판(730); 상기 발열판(730)의 열이 방출되지 않게 하는 단열판(720); 상기 발열판(730)의 상단을 피복하는 제 2 피복판(740); 및 상기 단열판(720)의 하단을 피복하며 고주파 융착 또는 열융착에 의해 상기 제 2 피복판(740)과 융착되는 제 1 피복판(710)을 포함하는 것을 특징으로 하는 발열사를 이용한 방한용 패드를 제공한다.

또한, 상기 발열판(730)의 상단에는 옥, 숯, 및 맥반석 가루 중 적어도 하나 이상이 도포되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예로는, 발열사 접속기판(900)의 일부를 절단하여 서로 대칭이 되게 한 쌍으로 형성되며, 그 하부에 상기 발열사(300,600)가 고정되는, 발열사 고정판(940)과; 상기 발열사 고정판(940)의 양단에 형성되며, 상기 발열사(300,600)의 꺽인부분이 삽입되어 고정되는, 고정홀(920)과; 상기 발열사 고정판(940)을 손가락을 이용하여 편리하게 들어올리도록 상기 접속기판(900)의 일부와 상기 고정판(940)의 일부를 절단하여 형성된, 손가락 삽입홀(910); 및 볼트 방식으로 방한용 패드와 상기 발열사 접속기판(900)을 연결하기 위한 체결홀(930)을 포함하며, 상기 발열사 접속 기판(900)은 연성회로기판(Flexible Printed Circuit Board)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 구리선을 섬유에 나선형으로 감아 생성된 미세한 발열사를 생성하여 적용하므로 촘촘하게 발열사를 배선하는 것이 가능하게 되므로 전체적으로 부피가 증가하지 않아 기능성 방한복 등에도 적용이 가능하다.

또한, 본 발명의 다른 효과로서는 구리선을 섬유에 나선형으로 감아 실과 같이 미세한 발열사가 되므로 급격한 굽힘이나 구부러짐에도 정상 기능을 유지하게 되므로 기능성 방한복 등에도 적용가능하다는 점을 들 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 발열사와 전원선과의 접속 구조를 끼우는 방식으로 구성하므로 접속이 용이하다는 점을 들 수 있다.

도 1a 및 도 1b 는 종래 기술에 따른 발열선의 구조를 보여주는 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 면상 발열체의 구조를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 발열사(300)의 구조를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 발열사(300) 중 발열선(320)의 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 발열사(300) 중 발열선(320)의 다른 구조를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실 시예에 따른 발열사(600)의 구조를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 발열사(300)를 적용한 방한용 패드(700)의 구조를 보여주는 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 방한용 패드(700)에 대한 구부림, 접힘 시험의 환경(800) 및 이에 따른 시험 결과를 보여주는 그래프(810)이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 발열사(도 3의 300)와 전원선을 연결하는 발열사 접속 기판(900)의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발열사 접속 기판(900)를 이용하여 전원선(1010)과 발열사(300)를 체결하는 예를 보여주는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.

제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 발열사 및 이를 이용한 방한용 패드를 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발열사(300)의 구조를 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 발열사(300)는, 관다발 형상의 중심 섬유(310)와, 이 중심 섬유(310)를 나선형으로 감는 발열선(320)으로 구성된다.

발열사(300)는 동이나 동니켈 합금 등의 금속을 섬유(실)에 나선형으로 꼬아 만든 형태로 외부에 절연층(피복)을 가지고 있지 않은 구조이다. 물론 발열선(320) 자체가 절연 피복되는 절연부(420)를 가지므로 발열사(도 3의 300) 외부에 따로 절연을 하지 않는다. 발열사(300)의 전체적인 직경 두께는 0.5mm를 포한 굵기로부터 그 이하가 된다.

도 4는 도 3에 도시된 발열사(300) 구성 중 발열선(320)의 일부 발췌 확대 구조를 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 발열선(320)은, 내측의 금속성 코어(410)와, 내측의 금속성 코어(410)를 피복하는 절연체(420)로 구성된다.

부연하면, 내측의 금속성 코어(410)는 저항값에 따라 압연 과정을 거치거나 생략될 수 있고, 이 상태에서 금속성 코어(410)의 외주면을 절연수지(나일론, 에나멜 등)로 코팅과정을 거쳐 난연성을 가진 실(아라미드사 등)에 방적된다.

중심 섬유(도 3의 310)에 감기는 발열선(320)은 피복이 입혀진 구조로 자체 절연은 물론, 합선시에도 약 150 ~ 200℃까지 견뎌 발열사 자체 저항을 유지한다.

특히 도 4에 도시된 금속성 코어(410)는 압연하지 않은 상태이며, 주로 동(copper)이 사용된다. 동으로 이루어진 발열사를 사용하면, 동은 온도에 따라 저항값이 변하는 특성이 있다. 동의 저항온도계수는 약 0.004Ω/℃이며 이는 DC(Direct Current)전원을 사용하는 제품에서는 큰 폭의 변화라 할 수 있다. 예를 들어, 상온(20℃)에서 10Ω의 구리는 70℃도에서 약 12Ω이 된다. 이처럼 온도가 올라가면 저항이 상승하는 동을 이용한 발열사를 사용하므로 일정시간 후 온도가 안정되는 특성을 가지며 소비전류 또한 점점 줄어들게 된다.

다시 말해 초기엔 급격히 온도가 상승하다 점점 상승폭이 줄어 결국엔 안정이 되는 것이다. 이와 같은 특징은 배터리 소모를 줄여줄 뿐 아니라 발열판이 주위온도에 반응해 능동적으로 전류량을 늘이고 줄일 수 있다.

이를 구체적으로 설명하면, 본원 발명의 발열선은 합금이 아닌 동을 사용한다. 동은 온도에 따라 저항값이 변하는 특성이 있다. 동의 온도계수는 약 0.004Ω/℃이며 이는 DC 7.4V를 사용하는 제품에서는 큰 폭의 변화라 할 수 있다.

예를 들어, 상온 20℃에서 10Ω의 구리는 70℃도에서 약 12Ω이 된다. 이처럼 온도가 올라가면 저항이 상승하는 동을 사용한 발열선을 사용함으로 일정시간 후 온도가 안정되는 특성을 가지며 초기 소비전류 대비 안정시 약 100mA 이상 소모전류가 줄어드는 효과가 있다. 이때 소비전력으로 계산시 약 1W 이상의 절감되는 효과가 있다. 다시 말해 초기엔 급격히 온도가 상승하다 점점 상승폭이 줄어 결국엔 안정이 되는 것이다.

이와 같은 특징은 배터리 소모를 줄여줄 뿐 아니라 발열판이 주위온도에 반응해 능동적으로 전류량을 늘이고 줄일 수 있다.

도 5는 도 3에 도시된 발열사(300) 중 발열선(320)의 다른 구조를 보여주는 도면으로서, 즉, 금속성 코어(410)는 압연된 동선을 이용한다. 물론, 도 4와 유사하게, 금속성 코어(410)는 절연부(520)에 의해 피복 코팅된다.

본 발명의 발열사의 온도에 따른 전류변화량의 온도 테이블은 아래의 표1과 같다.

상기 표에서 알 수 있듯이 시간에 따른 전류변화량은 15분 때부터는 0.62㎃로 일정하게 유지되고 있음을 알 수 있으며, 시간에 따른 저항 변화량은 15분 때부터는 11. 94Ω이고 그 이후부터는 서서히 변화되고 있음을 알수 있다.

즉, 상기 표1에서도 알 수 있는 바와 같이 본원 발명의 발열사를 구성하는 발열선의 금속성 코어(510)의 압연 정도에 따라서 저항갑과 온도가 달라짐을 알 수 있다.

예를 들어 온도가 0도에서 전기적 저항값을 R₀라 하면 일전한 온도 t도에서 전기 저항 R은 아래의 식과 같다.

R=R₀(1+at)의 공식에 의해 계산될 수 있다.

a는 저항온도 계수이다.

따라서, 본발명의 금속성 코어(510)의 압연ㄴ 정도에 따라서 저항값이 달라진다.

물온 이러한 저항값은 만들고자하는 방한 패드의 종류에 따라서 임의로 설정하여 제작할 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 발열사(600)의 구조를 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 발열사(600)는, 관다발 형상의 중심 섬유(310)와, 이 중심 섬유(310)를 나선형으로 감는 발열선(320)과, 상기 발열선(320)의 감긴 방향과 역으로 감기는 금속성 재질 또는 섬유 재질의 고정사(620)으로 구성된다.

일반적으로, 교류전류가 발열선에 흐르는 경우 발열선의 주위에 발생하는 자속과 교차하는 전기력선이 발생된다. 즉, 도선에 전류가 흐르면 전류에 흐르는 전계파와 자계파에 의해 전자파가 발생하게 된다.

이와 같은 전자파는 에너지의 파동이 전기적인 성질과 자기적인 성질의 전자장 내의 일점에서 진동이 일정한 속도로 전하여지는 현상으로 전기장(EMF:ELECTRO MAGNETIC FIELD)의 측정단위인 mG(밀리가우스)로 측정되어지고, 상기와 같은 전자파를 EMW 또는 EMF(ELECTRO MAGNETIC FIELD)로 불려지기도 한다. 이와 같은 전자파는 인체의 건강에 유해하다.

따라서, 무자계를 달성하기 위해 발열선(320)과 엇갈리게 금속성의 고정사(620)을 감는다. 여기서 고정사(620)의 재질로는 압연된 동 및/또는 압연되지 않은 동이 사용될 수 있다.

발열선의 권선에 따라서 무자계를 달성하는 것은 통상적인 기술이며, 본원 발명은 필요에 따라서 고정사를 동재질로 하여 무자계를 달성할 수도 있지만, 고정사(620)을 금속성으로 하지 않고, 섬유 재질의 실을 이용한다.

이 경우, 고정사(620)은 발열선(320)의 간격이 안정적으로 고정되게 하는 역할을 한다.

즉, 본 발명은 발열사를 제조시 외주면에 절연코팅하는 것이 아니라 중심섬유 외면에 권선되는 발열선 자체에 절연체를 형성한 후 이의 발열선을 권선한 후 고정사(620)로 고정한다. 다시 말해서 중심섬유와 절연체가 접촉시 유동이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 한 것이다.

따라서, 이러한 발열사(300,600)를 이용하면, 납땜시 금속에 코팅된 절연물이 흐르거나 절연수지의 변형이 없다.

또한, 기계를 사용하여 재봉이나 자수가 가능하고 이를 이용하여 대량생산이 가능하여 제품 원가를 절감할 수 있다.

또한, 아라미드사(絲수)의 특성상 고온에서도 수축 등의 길이의 변형이 없고 내열성(약 427℃), 내절단성이 뛰어날 뿐 아니라 인장 강도가 철의 5배 일정도로 강하면서도 가벼워 제품 내구성을 향상시키고 진행성 불량율을 낮출 수 있다.

또한, 제품 외경 축소로 사용 시 이물감이 느껴지지 않고 간격을 조밀하게 배열할 수 있어 열효율을 높일 수 있다.

또한, 발열사(300)의 두께가 0.5mm 이하가 되므로 본 발명에 따른 발열사를 배치하는 경우 발열사간 배열이 약 1.0mm 간격까지 가능하다. 따라서, 발열 면적이 넓을 뿐만 아니라 접힘, 구부림 등의 유연성이 필요한 기능성 복장, 일부 패드 등에도 적용가능하다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발열사(300)를 적용한 방한용 패드(700)의 구조를 보여주는 사시도이다. 도 7을 참조하면, 위 도 3 내지 도 6에 도시된 발열사(300)를 적용한 일 실시 예로 방한용 패드(700)를 도시한다.

이 방한용 패드(700)는 발열사(300,600)가 자수 방식에 의해 소정 간격으로 배열되는 부직포(731); 상기 부직포(731)가 부착되며, 접속 수단에 의해 상기 발열사(300,600)의 말단과 연결되는 전원 접속 코드(750)가 결합된 발열판(730); 상기 발열판(730)의 열이 방출되지 않게 하는 단열판(720); 상기 발열판(730)의 상단을 피복하는 제 2 피복판(740); 및 상기 단열판(720)의 하단을 피복하며 고주파 융착 또는 열융착에 의해 상기 제 2 피복판(740)과 융착되는 제 1 피복판(710)을 포함한다.

도 7을 참조하면, 방한용 패드(700)는 다섯 개의 층인 제 1 피복판(710), 단열판(720), 발열판(730), 부직포(731) 및 제 2 피복판(740) 등으로 구성된다.

이중 발열판(730)은 0.5T정도의 부직포(731)에 발열사(300,600)를 자수방식으로 배열한 형태이다. 또한, 발열판(730)의 상판에는 원적외선 방사를 위해 옥이나 숯, 맥반석 가루 등이 도포될 수 있다.

여기서, 발열사(300,600)는 0.5mm를 포함한 그 이하의 두께를 가지므로 부직포(731)에서 최소 1mm간격까지 배열될 수 있어, 발열면적이 넓어져 열효율을 높일 수 있다. 도 7의 우측 부분 확대도에 도시된 바와 같이, 발열사(300,600)가 부직포(731) 내측에 배열되는 것도 가능하나, 이에 한정되는 것은 아니며 발열사(300,600)가 부직포(731) 표면에 배열되는 것도 가능하다.

또한, 발열사(300,600)의 동선은 직접 납땜이 가능하여 압착이 필요 없고 상기 접속구조를 이용하여 유연성이 필요한 제품에도 충분한 내구성을 가진다. 또한, 발열사(300,600)의 두께가 얇으므로 발열사(300,600)의 이물감이 거의 느껴지지 않는다.

단열층(720)은 단열재(LDPE:Low Density PolyEthylene)를 연질 PVC(PolyVinyle Chloride) 또는 폴리우레탄으로 피복 밀폐시킨 것으로 발생한 열이 외부로 유출되는 것을 방지 및/또는 외부로부터의 냉기, 습도 등이 내측으로 유입되는 것을 방지하는 기능을 한다.

단열층(720)과 발열판(730)에는 각각 제 1 피복판(710) 및 제 2 피복판(740) 등이 결합된다.

안전을 위해 각 층 사이에 친환경 무독성 난연 접착제가 도포되어 각 층을 단단히 고정한다. 또한, 최종적으로 고주파 융착이나 열융착 기술을 각 층에 사용하여 재접합하므로 방한용 패드(700)가 방수특성을 갖는다.

또한, 발열판(730) 또한 밀폐시켜 발열층과 단열층을 구분하게 하는 구조를 갖는다. 따라서, 단열판(720)과 발열판(730) 사이에 정지된 상태의 공기층(가장 좋은 단열재 기능을 한다)이 형성되므로 단열효과를 더욱 향상시켜준다.

발열사(300,600)에 전원을 공급하는 전원선은 단자(즉, 커넥터)나 코드 둘 다 사용이 가능하고 이는 접속구조(일반적으로 PCB(Printed Circuit Board)가 됨)에 직접 납땜된다. 발열판(730)에 사용된 발열사(300,600)는 상기의 접속구조에 납땜되고, 이는 다시 전원선과 연결된다. 이를 보여주는 도면이 도 9 및 10에 도시되며 이에 대하여는 후술하기로 한다.

이 전원선에 전원으로 공급하는 공급 수단으로서는 배터리가 사용된다. 또한, 본 발명에 따른 방한용 패드(700)의 총 두께는 4 ~ 4.5mm가 되며, 따라서, 유연성을 가지며, 구부림 접힘 등에도 충분한 내구성을 갖는다. 이러한 유연성은 인체와의 밀착성을 좋게 하여 우수한 열전달성을 갖게 한다.

또한, 자체 단열층을 가지고 있어 열손실을 줄여 극한의 환경에서도 사용이 가능하다.

도 8은 도 7에 도시된 방한용 패드(700)에 대한 구부림, 접힘 시험의 환경(800) 및 이에 따른 시험 결과를 보여주는 그래프(810)이다. 부연하면, 전류 변화를 통한 안전성을 증명하기 위한 시험 결과를 보여주는 그래프이다.

물론, 이러한 시험을 위해서는 다음과 같은 시험 환경(800)이 준비되어야 한다.

1. 전기용품 안전기준에 의해 온도챔버(미도시)의 온도는 15℃ ~ 20℃로 유지한다.

2. 전기용품 안전기준에 명시된 규격의 단열시트(820)를 방한용 패드(700)의 아랫면에 깐다.

3. 시료인 방한용 패드(700)를 반을 접어 단열시트(820) 위에 올려놓고 열전도대를 접힌 면 사이에 넣는다. 여기서, 온도감지센서(미도시)는 열전도대(65mm x 65mm)에 부착한다.

4. 윗면엔 약 5T정도의 이불(섬유)을 덮고, 추(65mm x 65mm x 10mm)를 올린다. 추의 무게는 개당 300g으로 양쪽에 2개씩 총 네 개를 올린다.

5. DC 파워 서플라이를 사용, 7.4V를 인가하여 온도를 측정한다.

또한, 온도 조건은 다음과 같다.

1. 표면온도 50±5℃에 5분 이내 도달

2. 고(high)에서 8시간 유지(배터리 용량 40W)

여기서, 배터리 실가용 용량은 약 90%로 계산 시 36W/h, 8시간 유지 시 한 시간당 약 4.5W가 된다.

이러한 시험 환경(800)에 의해 시험 결과가 그래프(810)처럼 산출된다. 이 그래프(810)의 결과를 보면 다음 표1과 같다.

경과 시간 열판구조	0분	5분	30분	1시간	2시간	2시간20분
방한용 패드	17.9℃	55.3℃	112.1℃	121.5℃	123.8℃	124.3℃

여기서, 주변온도는 17℃이다.

부연하면, 정상사용 시 방한용 패드가 약 100℃에서 안정되는데 비해 반으로 접혔을 경우엔 약 125℃에서 안정화된다. 이때 소비전류는 약 0.56mA이고 소비전력은 약 4.1W가 된다. 따라서, 본 발명에 따른 방한용 패드는 접히거나 구부려 사용되는 경우에도 단락, 누선, 접촉 불량 등에 따른 결과와 상관없이 사용이 가능하다.

물론, 이외에도, 극한의 환경(즉, 상온, 냉온 등)에서도 여러 가지 시험들이 수행되나 본 발명의 명확한 이해를 위해 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 발열사(도 3의 300 또는 도6의 600)와 전원선을 연결하는 발열사 접속 기판(900)의 사시도이다. 도 9를 참조하면, 발열사 접속 기판(900)는 발열사와 전원을 연결하는 접속 수단으로서, 발열사 접속 기판(900)은, 일부를 절결하여 서로 대칭이 되게 한 쌍으로 형성되며, 그 하부에 발열사(300, 600)가 고정되는 발열사 고정판(940)을 형성한다. 이때 발열사 접속 기판(900)의 절결부의 형태는 반원이나 "ㄷ"자 형태로 이루어진다.

상기 발열사 고정판(940)의 양단에 형성되며, 상기 발열사(300,600)의 꺽인부분이 삽입되어 고정되는 고정홀(920)이 형성된다.

상기 발열사 고정판(940)을 손가락을 이용하여 편리하게 들어올리도록 상기 접속기판(900)의 일부와 상기 고정판(940)의 일부를 절결부에 형성된 손가락 삽입홀(910)이 형성된다.

또한 볼트 방식으로 방한용 패드와 상기 발열사 접속기판(900)을 연결하기 위한 체결홀(930)이 형성된다.

상기 발열사 접속 기판(900)은 연성회로기판(Flexible Printed Circuit Board)으로 구성된다.

일반적으로, 면상 발열체는 직조형식이나 필름형식으로 제조되며 저항 분포가 일정하지 않고, 또한 전원선과의 접촉이 어려워 발열체와 배선 사이를 압착하여 사용된다. 따라서, 연결부위에서 접촉저항이 발생하여 스파크로 인한 화재 위험성이 크다. 또한 선형 열선인 경우 납땜되는 단자 접속되는 부위에서 구부림이나 뒤틀림에 의한 불량(단락, 단선, 접촉불량으로 인한 화재 등)이 자주 발생한다.

그러나, 본 발명의 발열사 접속 기판(900)의 접속구조는 도 7에 도시된 바와 같이, 절단된 면을 따라 PCB를 들어올려 발열선을 끼우는 방식으로 앞과 뒤 양쪽을 잡아주어 발열사가 고정되는 효과가 있다. 또한 발열사 접속 기판(900)은 외장이 아닌 내장되기 때문에 피복 등의 상하판에 의해 더욱 단단히 고정된다.

발열사 접속 기판(900)은 단면구조로 패턴은 하측에 존재하고 접속을 위한 코드나 단자는 상측에 부착된다.

또한, 손가락 삽입홈(910)은 손가락으로 들어올릴 수 있게 한 부분으로 접속구조의 크기나 FPCB(Flexible PCB)의 크기에 따라 타공될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.

타공이 되지 않았을 경우 좌우측 가장자리를 잡고 살짝 휘면 발열사(도 3의 300 및 도 6의 600)를 끼울 수 있다.

고정홀(920)은 절결된 면을 따라 끼워진 발열사가 고정되는 홀이다. 크기 조정으로 발열사의 꺽임정도를 완화시킬 수 있으며 발열사 두께의 1.5 ~ 2배의 크기로 한다.

발열판(도 7의 730)에 발열사 접속 기판(900)의 고정방법은 체결홀(930)을 이용, 재봉이나 볼트 방식으로 체결이 가능하다.

도 10은 다른 실시예로서 발열사 접속 기판(900)를 이용하여 전원선(1010)과 발열사(300)를 체결하는 예를 보여주는 도면이다.

본 발명은 발열사를 세선으로 형성하여 발열패드를 제작시 발열선의 배선을 미싱으로 자수와 같이 배선하거나 또는 통상의 배선방법으로 나열 배선한 패드를 제작토록 함으로 발열 패드의 제작이 간단 용이하며, 이를 이용한 패드는 군인이 사용하는 방한장갑, 방한의류, 양말 등에 사용되며, 또한, 산업현장에서 사용되는 방한 쪼기, 장갑, 열 시트, 신발창 등 다양한 제품의 방한용 패드로 적용될 수 있다.

300,600: 발열사 310: 중심 섬유
320: 발열선 410,510: 금속성 코어
420,520: 절연체 620: 고정사
700: 방한용 패드 710: 제 1 피복판
740: 제 2 피복판 720: 단열판
730: 발열판 731: 부직포
750: 전원 접속 코드 900: 발열사 접속 기판
910: 손가락 삽입홀 920: 고정홀
930: 체결홀 940:고정판

Claims (5)

1. 중심섬유를 나선형으로 권선한 제1 도체선과 상기 제1 도체선 외면에 피복하여 형성된 제1 전기 절연층과; 상기 전기 절연층 외면에 제1 도체선의 권선방향과 역방향으로 제1 전기 절연층 외면에 권선하는 제2 도체선과; 상기 제2 도체선 외면을 피복하여 제2 절연층을 형성하여 된 통상의 발열선에 있어서,
   금속성 코어(410)를 저항값에 따라 압연 여부를 결정하여 압연이 생략되거나 또는 압연으로 형성한 후에 절연체(420)로 코팅하여 형성한 발열선(320)과;
   상기 발열선(320)으로 관다발 형상의 중심섬유(310)에 나선형으로 감아 형성한 발열사(300)와;
   상기 발열사(300)는 외주면에 별도의 절연층을 형성하지 않으며, 상기 발열사(300)의 전체 단면의 두께는 0.5mm를 포함한 그 이하로 형성하여 재봉이나 자수형태로 배열할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 발열사.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 금속성 코어(410)는 도으로 이루어지고 저항값에 따라 소정의 두께로 압연한 것을 특징으로 하는 발열사.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 발열사는 발열선(320)의 위치를 안정적으로 고정시켜 열효율을 높이고 풀림을 방지하기 위해 관다발 형상의 중심섬유(310)에 감긴 발열선(320)의 감긴 방향과 역 방향으로 "X"자 형태가 되도록 금속성 재질 또는 섬유 재질의 고정사(620)권선하여 발열사(600)를 형성한 것을 특징으로 하는 발열사.
4. 발열선이 소정 간격으로 배열되는 부직포(731)와; 상기 부직포(731)가 부착되며, 접속 수단에 의해 상기 발열선의 말단과 연결되는 전원 접속 코드(750)가 결합된 발열판(730)과; 상기 발열판(730)의 열이 방출되지 않게 하는 단열판(720)과; 상기 발열판(730)의 상단을 피복하는 제 2 피복판(740); 및 상기 단열판(720)의 하단을 피복하며, 고주파 융착 또는 열융착에 의해 상기 제 2 피복판(740)과 융착되는 방한용 패드에 있어서.
   제 1 항 또는 제 3 항의 구성으로 이루어진 발열사(300,600)는 외부에 별도의 절연층을 형성되지 않은 상태로 자수 방식에 발열사간 간격을 1mm이하로 촘촘하게 배선되는 부직포(731)와;
   상기 부직포에 배선된 발열사는 일측에 구비된 발열사 접속기판(900)에 일측단부를 고정한 후 전원 접속 코드(750)와 연결하여 발열판(730)에 설치된 것을 특징으로 하는 발열사를 이용한 방한용 패드
5. 방한용 패드에 적용되어 발열사와 전원 접속 코드를 연결하는 발열사 접속기판에 있어서,
   발열사 접속기판(900)의 일부를 절단하여 서로 대칭이 되게 한 쌍으로 형성되며, 그 하부에 발열사(300, 600)가 고정되는 발열사 고정판(940)과;
   상기 발열사 고정판(940)의 양단에 형성되며, 상기 발열사(300,600)의 꺽인부분이 삽입되어 고정되는 고정홀(920)과;
   상기 발열사 고정판(940)을 손가락을 이용하여 편리하게 들어올리도록 상기 접속기판(900)의 일부와 상기 고정판(940)의 일부를 절단하여 형성된 손가락 삽입홀(910)과
   볼트 방식으로 방한용 패드와 상기 발열사 접속기판(900)을 연결하기 위한 체결홀(930)과;
   상기 발열사 접속 기판(900)은 연성회로기판(Flexible Printed Circuit Board)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방한용 패드에 적용되는 발열사 접속 기판발열사 접속 기판.

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