KR20150041469A

KR20150041469A - 발열매트

Info

Publication number: KR20150041469A
Application number: KR20130120024A
Authority: KR
Inventors: 강문식; 정민훈; 장성환
Original assignee: (주) 파루
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2015-04-16
Also published as: KR101514353B1

Abstract

본 발명은 발열매트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발열선이 전도성 잉크로서 인쇄되는 기판에 전계와 자계를 차폐시킬 수 있는 전계차폐시트와 자계차폐필름을 적층시키기 때문에 전계와 자계를 모두 차폐할 수 있는 발열매트에 관한 것이다.

Description

발열매트{Heating mat}

본 발명은 발열매트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전도성 잉크로서 인쇄되는 발열선의 상 하측에서 전계와 자계를 차폐시킬 수 있는 전계차폐시트와 자계차폐필름을 적층시켜 전계와 자계를 모두 차폐할 수 있는 발열매트에 관한 것이다.

일반적으로, 겨울철 차가운 바닥을 따뜻하게 하여 숙면을 취할 수 있도록 하기 위하여 전기요, 또는 의자나 기타 바닥에 설치되는 전기방석으로 제조되는 발열매트가 사용되고 있다.

통상적으로 사용되는 발열매트는 가정에서 이용되는 가정용 전원을 사용하여 작동하기 때문에 작동시키기 쉽고, 전기의 공급에 의하여 쉽게 발열하며, 온도의 상승이 빠르고, 매트의 온도 조절이 공급되는 전원을 조절함으로써 용이하게 이루어지기 때문에 최근 발열매트의 사용이 증가되고 있다.

상기 발열매트는 내부에 발열을 위한 발열선이 배선되고 그 발열선에 전원을 인가하면 저항에 의하여 열을 발생시키는 원리로 사용되고 있다.

종래에는 상기와 같은 발열매트에 관하여 다 수개의 기술(예를들면, 특허등록 제938630호, 2010.01.18 등록)이 제안 되고 있다. 특히 종래의 특허등록 제938630호는 전원의 공급에 의하여 열을 발생시키는 발열매트의 온도제어를 위하여 발열선에 흐르는 전류를 측정하여 발열매트의 온도를 제어할 수 있도록 설계되었다.

이와 같이 발열매트는 전기적 신호가 매트에 인가되면서 저항의 증가에 따라서 온도가 상승되는 원리로서 작동되고 있기에 인체에 해로운 전자파가 발생된다.

하지만, 종래의 발열매트는 상기와 같은 전자파를 차폐하기 위한 기술이 전무한 실정으로서 인체에 해로운 전자파를 차폐시키기 위한 기술의 제안이 시급한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전기방석이나 전기담요와 같이 전기적신호에 의하여 발열되는 발열매트에서 전자파를 차폐할 수 있는 발열매트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 실시예를 포함한다.

본 발명에 따른 전자파의 차폐가 가능한 발열매트의 바람직한 실시예는 전원을 출력하는 전원부; 및 상기 전원부에서 인가되는 전원으로 발열되는 발열부를 포함하고, 상기 발열부는 일면에서 전도성 잉크로서 인쇄되어 상기 전원부에서 공급된 전원에 의하여 발열되는 하나 이상의 발열선이 인쇄되는 기판; 상기 기판의 일면에 적층되어 상기 발열선을 보호하는 발열보호필름; 상기 발열보호필름과 상기 기판의 반대면에 각각 적층되어 상기 발열선에서 발생되는 자계를 차폐시키는 자계차폐필름; 상기 자계차폐필름에 적층되어 상기 발열선에서 발생되는 전계를 차폐시키는 전계차폐시트; 및 상기 전계차폐시트에 적층되는 절연재질로 제조되는 절연보호필름을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 전계차폐시트는 직물재에 전도성 금속 파우더가 도금된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 자계차폐필름은 고투자율을 갖는 금속 파우더가 필름에 분산된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 발열선은 전도성 금속 파우더가 혼합된 전도성 잉크로서 인쇄되는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 발열선은 상기 전원부에 각각 연결되는 서로 다른 극성의 단자에서 다 수개가 병렬연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 전원부는 외부 교류전원을 직류로 변환하여 상기 발열부에 출력하는 직류변환수단을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 고투자율을 갖는 금속 파우더는 퍼몰로이, 샌서스트 및 페라이트 계열의 그룹중에서 하나 이상이 선택된 금속 파우더인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 전기방석이나 전기담요와 같이 전기적신호에 의하여 발열되는 발열매트에서 전계와 자계를 모두 차폐할 수 있어 인체에 무해하기에 신뢰도 및 안전도를 향상되고, 인체에 무해하기에 사용자의 건강을 보조할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 발열매트를 도시한 블럭도,
도 2는 본 발명에 따른 발열매트의 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 발열매트의 단면을 도시한 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 발열매트의 회로를 도시한 회로도,
도 5는 본 발명에 따른 발열매트의 제조방법을 도시한 순서도이다.

이하에서는 본 발명에 따른 발열매트의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 발열매트를 도시한 블럭도, 도 2는 본 발명에 따른 발열매트의 단면도, 도 3은 본 발명에 따른 발열매트의 단면을 도시한 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 발열매트는 외부전원을 구동전원으로 변환시켜 출력하는 전원부(10)와, 상기 전원부(10)에서 인가되는 교류전원에 의하여 발열하는 발열부(20)를 포함한다.

상기 전원부(10)는 콘센트를 통하여 인가되는 외부교류전원이 입력되는 교류입력수단(11)과, 상기 교류입력수단(11)에서 인가되는 교류전원을 직류로 변환하는 직류변환수단(12)과, 상기 직류변환수단(12)에서 출력된 직류전원을 상기 발열부(20)에 출력하는 출력수단(13)을 포함한다.

여기서 본 발명은 상기 전원부(10)에 직류변환수단(12)을 구비함에 따라서 상기 발열부(20)를 직류로서 발열하도록 한다. 통상적으로 발열매트에서 발생되는 전자파는 교류전원의 인가시에 전원선에서 매우 많은 양이 발생된다. 따라서 본 발명은 상기와 같이 전원선에 의한 전자파를 억제하기 위하여 직류전원으로서 발열부(20)를 발열시킨다.

아울러 상기 발열부(20)는 기판(21)과, 상기 기판(21)의 일면에 전도성 잉크로 인쇄되는 발열선(22)과, 상기 기판(21)의 일면에 적층되어 상기 발열선(22)을 보호하는 발열보호필름(23)과, 상기 발열보호필름(23)과 상기 기판(21)의 반대면에 각각 적층되어 자계를 차폐하는 자계차폐필름(24)과, 상기 자계차폐필름(24)에 적층되는 전계차폐시트(25)와, 상기 전계차폐시트(25)에 적층되는 절연보호필름(26)을 포함한다.

상기 기판(21)은 폴리계열(예를 들면, PE)의 합성수지로서 제조되는 필름이 적용된다.

상기 발열선(22)은 전도성잉크로서 상기 기판(21)의 일면에 인쇄된다. 여기서 상기 발열선(22)은 상기 기판(21)의 일면에서 병렬로서 연결되도록 형성된다. 이는 하기의 도 4를 참조하여 후술한다.

도 4는 본 발명에 따른 발열매트의 회로를 도시한 회로도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에서 상기 발열선(22)은 저항체가 포함되지 않고, 은, 니켈, 인듐, 팔라듐, 망간과 같은 전도성 금속 파우더로 제조되는 전도성 잉크를 사용하여 롤투롤 인쇄공정에 의하여 인쇄된다.

종래에는 카본과 전도성 금속으로 제조되는 발열선(22)을 구비함에 따라서 카본에 의한 저항의 상승으로 발열되기 때문에 초기에 큰 전류가 인가되고, 일정 온도로 상승 되면 전류 값이 점차로 낮아지는 경향을 보인다. 이와 같은 전류값의 변화는 저항값이 변화됨에 따라서 전류 값이 균일하지 못하기에 장시간 사용시에 과열될 수 있다. 아울러 상기와 같은 전류값의 변화에 의하여 전자파가 발생된다.

하지만, 본 발명의 발열선(22)은 종래와 달리 별도의 저항체를 구비하지 않고, 전도성 잉크에 의하여 인쇄되는 발열선(22)의 자체 저항으로 인하여 발열된다. 아울러 본 발명의 발열선(22)은 선폭과 길이에 따라서 저항값을 조절하고, 병렬로 형성함에 따라서 저항값을 균일하게 조절할 수 있다.

예를 들면, 상기 발열선(22)은 전체 저항값이 13~35Ω에서 안정되고 균일하게 발열되는 것으로 가정한다면, 상기 발열선(22)의 길이를 220cm에서 300cm로 증가시킨다 할지라도 병렬로 연결됨에 따라 전체 저항값이 동일하다.

즉, 상기 발열선(22)은 일측 끝단과 타측 끝단에 각각 전원선이 연결되는 단자(221, 222)가 구비되고, 상기 단자(221, 222)에 하나 이상의 발열선(223)이 병렬로 연결된다.

아울러 상기 발열선(22)은 메쉬형, 다각형, 동심원 및 마름모와 같은 형상중 선택된 어느 하나로서 인쇄된다.

각각의 발열선(223)은 동일 선폭으로서 동일한 길이를 갖도록 인쇄된다. 따라서 전체 저항값은 동일하다. 또한 상기 발열선(22)은 길이가 연장되면, 발열선(22)을 추가하여 병렬로 연결하여 전체 저항값을 균일하게 조절할 수 있다.

위와 같은 결과는 하기의 실험을 통하여 확인된다.

[실험예 1]

테스트 샘플은 은나노 잉크로서 인쇄되는 3개의 발열선(22)을 병렬로 연결하고, 24V, 1.5A를 인가하여 4분, 20분, 1시간, 2시간 간격으로 온도를 측정하였다.

실시예 1의 발열온도는 발열선(223)의 3개 위치에서 수 회(1~3회)에 걸쳐 온도를 측정하여 이중 최대 온도를 확인하였다.

상기와 같은 실험결과, 본 발명은 시간이 경과 되어도 급격한 온도변화가 없이 각 지점에서의 최대온도가 48~55℃, 49~57℃, 46~54℃의 범위 내에서 발열됨을 확인할 수 있었다.

즉, 본 발명은 13~35Ω의 저항값을 갖도록 병렬연결되는 전도성 잉크로 인쇄되는 병렬로 연결되는 발열선(223)의 숫자를 조절하여 전압을 인가한 결과, 종래의 카본과 같은 저항체에 의한 발열과정에서 저항값의 변화에 따른 온도변화가 발생 되지 않는 균일한 온도로서 발열됨을 확인하였다.

아울러 본 발명의 출원인은 상기 발열선(22)의 저항값을 13Ω 이하와, 35Ω이상으로 설정하여 발열 온도를 측정하였다. 측정한 결과 저항값은 13Ω 이하일 경우에 60℃ 이상으로 고온으로 발열되고, 35Ω 이상일 경우에는 20℃ 이하의 낮은 온도가 측정됨에 따라서 부적합 판정을 내렸다.

따라서 본 발명에서 상기 발열선(22)은 13~35Ω의 저항값으로 유지되는 경우에 인체에 가장 적합한 보온온도로서 발열되는 것으로 확인된다.

상기 발열보호필름(23)은 폴리계열(예를 들면, PET)의 합성수지로서 제조되는 필름으로서 상기 발열선(22)이 인쇄되는 기판(21)의 일면에서 라미네이팅 방식으로 적층된다. 즉, 상기 발열보호필름(23)은 상기 발열선(22)의 상면에 적층되어 외부로부터의 충격이나 진동에 의한 발열선(22)의 손상을 방지함과 동시에 상기 발열선(22)에서 발열된 열을 축열시킬 수 있도록 한다.

상기 자계차폐필름(24)은 액상의 바인더에 고투자율을 갖는 금속파우더가 혼합되어 플라스틱계열의 합성수지로서 제조된 필름에 분산되어 제조된다.

여기서 본 발명은 종래와 달리 전계와 자계를 모두 차폐할 수 있도록 자계의 차폐가 가능한 고투자율을 갖는 금속계열의 금속 파우더로 자계차폐필름(24)을 구비한 것이 특징이다. 상기 고투자율을 갖는 금속 파우더는 퍼몰로이, 샌더스트 및 페라이트 그룹중에서 하나 이상이 선택된 것이다.

상기 전계차폐시트(25)는 섬유재질로 이루어진 직물재의 양면에 전도성 금속 파우더가 도금되어 제조된다. 상기 전도성 금속 파우더는 니켈, 은, 구리, 산화철, 마그네슘, 인듐, 팔라듐, 알루미늄과 같이 전도성 금속으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상이다.

상기 절연보호필름은 절연재질(예를 들면, 우레탄 계열의 합성수지)로 이루어져 상기 발열부(20)의 전면과 배면을 이루어 내측의 전계차폐시트(25) 내지 기판(21)을 보호한다.

본 발명은 상기와 같은 구성을 포함하며 이하에서는 본 발명에 따른 작용설명을 하기의 순서도를 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 발열매트의 제조방법을 도시한 순서도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 발열매트의 제조방법은 기판(21)의 일면에서 전도성 잉크로서 발열선(22)을 인쇄하는 발열선 인쇄단계(S10)와, 상기 발열선 인쇄단계(S10) 이후 상기 발열선(22)의 상측으로 발열보호필름(23)을 적층하는 발열보호 필름 적층 단계(S20)와, 상기 발열보호필름(23)에 자계차폐필름(24)을 적층하는 자계차폐필름 적층단계(S30)와, 상기 자계차폐 필름 적층단계(S30) 이후에 전계차폐시트(25)를 적층하는 전계차폐시트 적층단계(S40)와, 상기 전계차폐시트 적층단계(S50) 이후에 절연보호필름(26)을 적층하는 절연보호 필름 적층단계(S60)를 포함한다.

상기 발열선 인쇄단계(S10)는 기판(21)의 일면에서 전도성 금속 파우더가 액상의 바인더와 혼합되어 제조된 전도성 잉크로서 다 수개의 발열선(22)이 인쇄되는 단계이다. 여기서 상기 전도성 금속은 은, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 니켈, 인듐, 팔라듐, 망간과 같이 전도성 금속중 선택된 하나 이상이다. 따라서 상기 발열선(22)은 선폭과 선간 길이에 따른 발열선(22) 자체 저항에 의하여 인가되는 전원에 의하여 발열된다.

아울러 상기 발열선(22)은 전체 저항값이 설정된 값으로 유지될 수 있도록 선폭과 길이가 조절되어 병렬로서 연결된다.

상기 발열보호필름 적층단계(S20)는 상기 기판(21)의 일면에 인쇄되는 발열선(22)의 상면으로 라미네이팅 방식으로 적층된다. 상기 발열보호필름(23)은 폴리계열의 합성수지가 적용된다.

상기 자계차폐필름 적층단계(S30)는 상기 발열보호필름(23)과 상기 기판(21)의 배면에서 각각 라미네이팅방식으로 자계차폐필름(24)이 적층된다. 여기서 상기 자계차폐필름(24)은 합성수지로 이루어진 필름에 퍼몰로이, 샌더스트 및 페라이트를 포함하는 고투자율을 갖는 금속그룹에서 선택된 하나 이상의 금속 파우더가 분산되어 상기 발열선(22)에서 발생되는 자계를 차폐시킨다.

상기 전계차폐시트 적층단계(S40)는 상기 자계차폐필름(24)이 적층된 이후에 전계차폐필름을 라미네이팅방식으로 적층시키는 단계이다, 상기 전계차폐시트(25)는 섬유재질의 직물재의 표면에 전도성금속(예를 들면, 은, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 니켈, 코발트, 인듐, 팔라듐)이 도금되어 형성되어 상기 발열선(22)에서 발생된 전계를 차폐한다.

상기 절연보호필름 적층단계(S50)는 상기 전계차폐시트 적층단계(S40) 이후에 상기 기판(21)을 중심으로 상측과 하측에서 각각 적층된 전계차폐시트(25)에 우레탄 계열의 절연재로 이루어진 절연보호필름을 라미네이팅방식으로 적층시키는 단계이다.

이와 같이 상기 기판(21)을 중심으로 발열선(22)과, 발열보호필름(23)과, 전계차폐시트(25)와, 자계차폐필름(24) 및 절연보호필름(26)이 순차적으로 적층되면, 본 발명에 따른 전자파차폐가능한 발열매트가 완성된다.

출원인은 상기와 같이 제조되는 발열매트의 전계와 자계를 측정하여 본 발명의 효과를 확인하였으며, 그 결과는 하기의 표 1에 기재된 바와 같다.

수평거리(cm)	5	10	20
수직거리(cm)				20	10	5
전계(V/m)	3	2	1	1	1	3
자계(mG)	0.03	0.02	0.02	0.02	0.02	0.03

[실험방법]

발열매트에서 전원부(10)에 연결되는 전선이 인입되는 지점에서 수평 및 수직방향으로 거리를 증가시켜 수평위치 3개와 수직위치 3개의 지점에서 각각 자계와 전계를 측정하였다.

측정결과, 전계는 전원선이 인입되는 지점에 가까울수록 전계와 자계가 높게 측정되었으나, 전체적으로 인체에 무해한 수준으로 측정된다. 국제적으로 인증되는 전계와 자계의 기준(EMF 인증)은 2mG, 10V/m 이하이다.

즉, 본 발명에 따른 발열매트는 위와 같이 국제인증 기준보다 더욱 낮은 수치의 전계와 자계가 측정됨에 따라 인체에 무해한 전자파를 차폐할 수 있는 것이 확인된다.

이는 본 발명에서 발열선(22)에서 자체 저항에 의한 발열로 인하여 전류의 변화가 발생되지 않기에 발생되는 전자파를 억제함과 동시에 상기 전계차폐시트(25)와 자계차폐필름(24)의 차폐효과가 조합됨에 따라서 전계와 자계를 모두 차폐시킬 수 있었다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 전원부 11 : 입력수단
12 : 직류변환수단 13 : 출력수단
20 : 발열부 21 : 기판
22, 223 : 발열선 23 : 발열보호필름
24 : 자계차폐필름 25 : 전계차폐시트
221, 222 : 단자

Claims

전원을 출력하는 전원부; 및
상기 전원부에서 인가되는 전원으로 발열되는 발열부를 포함하고,
상기 발열부는
일면에서 전도성 잉크로서 인쇄되어 상기 전원부에서 공급된 전원에 의하여 발열되는 하나 이상의 발열선이 인쇄되는 기판;
상기 기판의 일면에 적층되어 상기 발열선을 보호하는 발열보호필름;
상기 발열보호필름과 상기 기판의 반대면에 각각 적층되어 상기 발열선에서 발생되는 자계를 차폐시키는 자계차폐필름;
상기 자계차폐필름에 적층되어 상기 발열선에서 발생되는 전계를 차폐시키는 전계차폐시트; 및
상기 전계차폐시트에 적층되는 절연재질로 제조되는 절연보호필름을 포함하는 발열매트.
제1항에 있어서, 상기 전계차폐시트는
직물재에 전도성 금속 파우더가 도금된 것을 특징으로 하는 발열매트.
제1항에 있어서, 상기 자계차폐필름은
고투자율을 갖는 금속 파우더가 필름에 분산된 것을 특징으로 하는 발열매트.
제1항에 있어서, 상기 발열선은
전도성 금속 파우더가 혼합된 전도성 잉크로서 인쇄되는 발열매트.
제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 발열선은
상기 전원부에 각각 연결되는 서로 다른 극성의 단자에서 다 수개가 병렬연결되는 발열매트.
제1항에 있어서, 상기 전원부는
외부 교류전원을 직류로 변환하여 상기 발열부에 출력하는 직류변환수단을 포함하는 발열매트.
제3항에 있어서, 상기 고투자율을 갖는 금속 파우더는
퍼몰로이, 샌서스트 및 페라이트 계열의 그룹중에서 하나 이상이 선택된 금속 파우더인 것을 특징으로 하는 발열매트.