KR20170088509A - 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체 및 그 발열체를 이용한 발열패널 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 침대용 발열체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전원을 인가하여 석재를 이루는 발열패널의 가열시 신속한 가열이 가능하게 하면서도 전원을 차단하더라도 그 가열된 발열패널의 온도가 오랜시간동안 유지가 가능하게 하는 등 보온성의 향상 및 축열효과의 향상을 가져오게 하기 위한 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체 및 그 발열체를 이용한 발열패널에 관한 것이다.
Description
본 발명은 침대용 발열체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열전도성의 향상 및 축열효과 향상에 따른 열손실을 최소화시켜 발열성의 향상 및 보온성능의 향상을 가져오게 하기 위한 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체 및 그 발열체를 이용한 발열패널에 관한 것이다.
일반적으로 수면(睡眠)을 목적으로 하는 침대는 목재나 합성수지재 또는 금속재의 매트 몸체에 스프링과 같은 완충 부재가 내장된 매트리스를 결합하여 제조 및 사용하였는데, 근래에는 기능성 향상이라는 측면에서 발열수단을 구비한 패널 형태의 석재(특히, 돌)나 흙을 이용한 돌침대나 흙 침대가 기능성 침대로서 널리 사용되고 있다.
이러한 기능성 침대는 열선(heating wire) 또는 발열 필름(heating film) 상부에 패널 형태의 석재나 흙판을 장착시켜 기능성 침대를 구현하게 된다.
그러나 상기와 같은 종래의 발열필름 및 발열패널은 그 패널을 가열함에 있어 단순히 발열이 가능한 필름을 적용함으로써, 전원을 인가시 석재의 가열 효과는 있었으나, 전원을 차단시 석재가 쉽게 냉각되는 등 그 보온성이 극히 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 전원을 인가하여 석재를 이루는 발열패널의 가열시 신속한 가열이 가능하게 하면서도 전원을 차단하더라도 그 가열된 발열패널의 온도가 오랜시간동안 유지가 가능하게 하는 등 보온성의 향상 및 축열효과의 향상을 가져오게 하기 위한 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체 및 그 발열체를 이용한 발열패널을 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로는, 바닥면을 이루며, 하부로의 열의 손실을 방지하기 위한 절연필름;
절연필름의 상부에서 지그재그 상으로 배열 형성되며 단부에는 전극이 형성되어 전기의 인가가 가능한 발열선; 및
발열선을 덮어 보호하는 한편 열의 분산을 유도하는 열전도성물질층을 포함하여 구성하며,
바닥 기초를 이루는 하부석재;
절연필름의 상부에 발열선이 형성되고, 발열선의 상부에 열전도성물질층이 도포 형성된 발열체;
발열체의 상부에 면접 형성되는 그래핀 필름과, 그래핀 필름의 상부에 형성되는 섬유 보온재로 된 열전도층; 및
발열체의 상부를 덮어 마감하는 상부석재를 포함하여 발열패널을 구성함으로 달성할 수 있는 것이다.
이상과 같이 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체 및 그 발열체를 이용한 발열패널은, 발열선의 상부가 그래핀이 함유된 열전도성물질이 도포 마감되어 있어 발열선이 발열시 그래핀 성분을 통해 열을 쉽게 분산 및 상부로의 전달이 가능하게 되는 등 열전도성이 현격히 향상되어 발열 성능의 향상을 가져오는 효과를 얻을 수 있는 것이다.
또한, 패널을 구성시 그 저면에 열전도성물질이 형성되어 있어 발열패널의 열전도성이 향상되는 한편, 발열선의 전원을 차단하더라도 오랜시간 열이 축열되어 있어 보온성이 향상되는 등 전력 사용량을 절감시키는 효과를 얻을 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널 분해 사시도.
도 4는 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널 단면도.
도 5는 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널의 열전도사 요부도.
도 6은 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널의 심사의 그래핀분말 함침 상태도.
도 7은 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널의 열전도사 단면도.
도 8은 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널의 열전도물질 충전홈 실시예도.
도 9는 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널의 열전도물질 충전홈 실시예도.
도 2는 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널 분해 사시도.
도 4는 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널 단면도.
도 5는 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널의 열전도사 요부도.
도 6은 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널의 심사의 그래핀분말 함침 상태도.
도 7은 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널의 열전도사 단면도.
도 8은 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널의 열전도물질 충전홈 실시예도.
도 9는 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널의 열전도물질 충전홈 실시예도.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 살펴보면,
도 1은 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2의 도시와 같이 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체는, 절연필름(110)과 발열선(120)과, 열전도성물질층(130)을 이루어 구성된다.
여기서 상기 절연필름(110)은, 발열체(100)를 구성함에 있어, 하부로의 열손실을 방지하기 위한 것으로, 이때 절연필름(110)의 구성은 새롭게 구현되는 것이 아니라 통상의 절연성을 가지는 필름 형태면 가능할 것이다.
상기 발열선(120)은, 상기 절연필름(110)의 상부에 형성되는 것으로, 절연필름(110)의 상부에서 지그재그 형태로 배열 형성되며 단부에는 전극(121)이 형성되어 전원의 공급을 통해 발열이 가능하게 구성된다.
이때 발열선(120)은, 새롭게 구현되는 것이 아니라 통상의 열선 또는 면상발열체 형태의 필름으로 구성할 수 있다.
상기 열전도성물질층(130)은, 상기 발열선(120)을 덮어 보호하는 한편, 발열선(120)으로부터 발생되는 열을 고르게 분산시키기 위한 것으로, 상기 절연필름(110) 전체면 및 발열선(120)에 대하여 도포 형성되어 발열선(120)을 구속하되, 그 표면은 그른 평탄도를 이루게 구성된다.
이때 상기 열전도성물질층(130)을 구성함에 있어서는, 다양한 성분들이 혼합된 도료를 조성 및 그 도료가 도포 및 경화되어 얻을 수 있는 것으로, 성분들로는 나노입자 형태를 이루는 그래핀분말과, 옥분말과, 액상의 수지와 혼합액이 혼합되어 조성된 것으로,
각각의 혼합비에 있어서는, 먼저 나노입자 형태의 그래핀분말이 40~50중량% 포함되고, 그 다음으로 옥분말이 20~30중량%가 포함되며, 그 다음으로 액상의 수지가 20~30중량%가 포함되고, 그 다음으로 혼합액이 1~5중량%가 포함되여 조성된다.
이때 상기 그래핀분말은, 그래핀이 나노 입자 형태를 이루게 구성된 것으로, 알려진바와 같이 그래핀은 탄소가 육각형의 형태로 서로 연결되어 벌집 모양의 2차원 평면 구조를 이루는 물질로서, 그래핀은 현존하는 소재중 특성이 가장 뛰어난 소재로 두께가 0.2nm로 얇아서 투명성이 높고, 상온에서 구리보다 100배 많은 전류를, 실리콘보다 100배 빨리 전달할 수 있다. 뿐만아니라 열전도성이 최고라는 다이아몬드보다 2배 이상 높다. 기계적 강도도 강철보다 200배 이상 강하지만 신축성이 좋아 늘리거나 접어도 전기전도성을 잃지 않는 것으로, 본 발명에서는 열전도성물질층(130)을 구성함에 있어 나노입자 형태의 분말로 구성되어 열전도성의 향상을 가져오는 한편 신축성 및 강도의 향상을 가져올 수 있게 된다.
또한 옥분말은, 알려진바와 같이 옥은 인체에 극히 필요한 광물질, 칼슘, 마그네슘을 함유하고 있으며 그 성분중에는 마그네슘이 40%이상을 차지하고 있는데, 마그네슘은 엽록소의 구성물질로 되어있습니다. 동시에 우리 인체세포를 구성하고 있는 세포 역시 마그네슘으로 되어 있어 옥에서 나오는 기 파동과 인체 세포의 기 파동이 같은 파동이라고 하는 것입니다. 따라서 숨을 쉬는 옥에서 발산하는 파동이 우리 인체세포에 골고루 침투하여 공명공진 작용을 함으로써 조직의 부활, 열액순환, 혈액의 약 칼리화, 체내의 유해 노폐물 배설 등을 통해 건강을 유지하는데 획기적인 옥만이 가질 수 있는 특이한 효과가 있으며, 특히 전자파를 최대한 줄여 전기적으로 열을 발생시키는 발열선(120)으로부터 발생되는 전자파를 차단하여 건강에 지장이 없도록 유지하는 한편 열전도율을 향상시키게 된다.
또한 액상의 수지는, 투명 또는 유색 중 하나로 구성하되, 액상의 멜라민수지와 아세틸수지와 경화제로 사용되는 에폭시수지가 1:1:2로 혼합된 이액형 수지 중 어느 하나로 적용되는 것으로, 이때 액상의 수지는 접착제 역할을 수행하게 된다.
또한 혼합액은, 상기 그래핀분말과, 옥분말과, 액상의 수지의 혼합이 용이하게 하기 위해 포함되는 것으로, 정제수 또는 그래핀을 반응시켜 얻은 그래핀용액 중 어느 하나로 구성할 수 있다.
이때 혼합액으로 적용 가능한 그래핀용액은,
황산(H2SO4) 50ml를 90℃까지 열중탕기를 이용하여 가열하고, 과황화칼륨(K2S2O8) 10g과 오산화인 10g을 넣어준 후, 다 녹을 때까지 교반하고, 교반된 혼합액을 80℃가 되도록 냉각시킨 후, 흑연(Graphite) 12g을 넣고 4~5시간동안 반응시킨 후, 가열을 멈추고 2L의 증류수로 12시간 동안 교반하면서 희석시키며, 희석된 용액을 0.2㎛의 나일론 필터를 이용하여 흑연을 걸러낸 후, 용액만 추출한다.
이후, 0℃의 항온조에 2L 비커를 넣어 준비하고 460mL의 황산을 비커에 넣고 전처리를 거친 그래핀을 비커에 넣고 교반하고, 혼합물을 비커에 과망간산칼륨(KMnO4) 60g을 넣고 완전히 녹을 때까지 교반한 후, 비커를 꺼내어 35℃의 항온조에 넣고 2시간동안 교반하며, 혼합물을 다시 0℃의 항온조에서 40~50℃의 온도를 유지하면서 증류수 920mL를 20~30mL로 나누어 넣어주면서 2시간 동안 교반 후, 2.8L의 물을 넣어 3시간동안 교반 희석하며, 희석물 100중량%에 대하여 과산화수소(H2O2)를 20~30중량%를 넣어준 후, 염화수소(HCl)와 증류수가 1 : 2의 비율로 혼합된 물을 PH 5~7에 해당하게 첨가하여 그래핀용액을 얻을 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체(100)는, 발열선(120)으로부터 발생된 열이 그래핀 성분이 포함된 열전도성물질층(130)을 통해 발열체(100) 전체면에 신속하고 고른 열의 전달이 가능하게 구성된다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널을 살펴보면,
도 3은 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널 단면도이다.
도 3 및 도 4의 도시와 같이 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널(1)은, 하부석재(200)와 발열체(100)와 열전도층(300)과 상부석재(400)로 구성된다.
여기서, 상기 하부석재(200)는, 본 발명 발열패널(1)을 구성함에 있어 바닥 기초를 이루게 구성된 것으로, 하부석재(200)의 재질로는 한정되는 것이 아니고, 황토 등을 판체로 성형한 흙판이나 칠보석, 황옥, 취옥성, 홍맥반석 등 통상의 돌침대에 적용되는 석재로 된 판체 형태로 다양하게 구성된다.
상기 발열체(100)는, 전술한바와 같이 구성된 것으로, 절연필름(110)의 상부에 발열선(120)이 배열 형성되고, 그 발열선(120)의 상부에 열전도성물질층(130)이 형성되어 구성되며, 상기 하부석재(200)의 상부에 적층 형성된다.
상기 열전도층(300)은, 상기 발열체(100)의 상부에 적층 형성되는 것으로, 그래핀 필름(310)과 섬유 보온재(320)로 구성된다.
이때 그래핀 필름(310)은, 상기 발열체(100)의 상부에 적층 형성되게 구성된 것으로, 새롭게 구현되는 것이 아니라 알려진바와 같이 그래핀은 탄소가 육각형의 형태로 서로 연결되어 벌집 모양의 2차원 평면 구조를 이루는 물질로서, 그래핀은 현존하는 소재중 특성이 가장 뛰어난 소재로 두께가 0.2nm로 얇아서 투명성이 높고, 상온에서 구리보다 100배 많은 전류를, 실리콘보다 100배 빨리 전달할 수 있다. 뿐만아니라 열전도성이 최고라는 다이아몬드보다 2배 이상 높다. 기계적 강도도 강철보다 200배 이상 강하지만 신축성이 좋아 늘리거나 접어도 전기전도성을 잃지 않는 것으로, 본 발명 열전도층에 적용함에 있어서는 필름 형태로 구성하여 발열체(100)로부터 발생된 열의 전도성을 향상시키게 구성된다.
또한 섬유 보온재(320)는, 상기 그래핀 필름(310)의 상부에 적층 형성되게 구성된 것으로, 도 5의 도시와 같이 나노입자 형태의 그래핀분말이 함침된 섬유사(인견사, 마사, 면사 등)를 심사(321a)로 하고, 그 심사(321a)의 둘레에 폴리에스테르사(321b)와 메탈릭사(321c)가 트위스팅 연사되어 된 열전도사(321)를 직조하여된 직물지로 구성된다.
이때 섬유 보온재(320)를 구성함에 있어, 심사(321a)는 도 6의 도시와 같이 물속에 나노입자의 그래핀분말을 함침시킨 상태에서 그 물에 초음파 진동을 가한 상태에서 그래핀 분말이 물속에서 분산되게 하며, 이때, 그 물속에 심사(321a)를 통과시켜 분산되는 그래핀분말이 심사(321a)에 침투되어 함침되게 한다.
이를 위해서는 먼저, 물속에 그래핀분말이 함침되고 저면에는 초음파진동기(331)가 형성된 함침조(330)가 구비되고, 그 함침조(330)의 내부에는 심사(321a)가 함침조(330)의 내부를 안정적으로 통과할 수 있도록 물속에 잠겨진 형태의 가이드롤러(332)가 형성된다.
즉, 함침조(330)는 초음파진동기(331)에 의해 진동이 발생되는 한편, 내부의 그래핀분말은 물속에서 분산이 이루어지게 되며, 이에 심사(321a)는 가이드롤러(332)를 통해 물속에 잠긴 상태로의 함침조의 통과가 가능하게 되며, 이때, 분산되는 그래핀분말의 함침이 가능하게 된다.
한편, 상기와 같이 얻어진 심사(321a)와 폴리에스테르사(321b)와 메탈릭사(321c)가 연사되어 된 열전도사(321)의 표면에는 도 7의 도시와 같이 그래핀 성분이 함유된 코팅액을 이용하여 코팅 형성함으로 코팅층(322)이 형성된다.
이때 상기 코팅층을 구성하기 위한 코팅액은 고체성 안료와, 액상의 수지와, 용제와, 혼합액으로 조성하되,
먼저 고체성 안료는, 무기안료와 유기안료가 1:1이 비율로 혼합된 투명 또는 색상을 가지는 고체성 안료를 나노입자로 분쇄하여 코팅액 100중량% 대비 5~20중량%에 해당하게 적용된다.
또한 액상의 수지는, 투명 또는 유색 중 하나로 구성하되, 액상의 멜라민수지와 아세틸수지와 경화제로 사용되는 에폭시수지가 1:1:2로 혼합된 이액형 수지 중 어느 하나를 코팅액 100중량% 대비 50~60중량%에 해당하게 적용되는 것으로, 이때 액상의 수지는 접착제 역할을 수행하게 된다.
또한 용제는, 메탄올이나 아세톤 중 하나로 된 알콜계를 코팅액 100중량% 대비 20~30중량%에 해당하게 적용되는 것으로, 이때 용제는 상기 안료와 수지를 풀어주는 역할을 수행하게 된다.
또한 혼합액은 정제수 또는 그래핀을 반응시켜 얻은 그래핀용액 중 어느 하나로 구성할 수 있다.
이때 혼합액으로 적용 가능한 그래핀용액은,
황산(H2SO4) 50ml를 90℃까지 열중탕기를 이용하여 가열하고, 과황화칼륨(K2S2O8) 10g과 오산화인 10g을 넣어준 후, 다 녹을 때까지 교반하고, 교반된 혼합액을 80℃가 되도록 냉각시킨 후, 흑연(Graphite) 12g을 넣고 4~5시간동안 반응시킨 후, 가열을 멈추고 2L의 증류수로 12시간 동안 교반하면서 희석시키며, 희석된 용액을 0.2㎛의 나일론 필터를 이용하여 흑연을 걸러낸 후, 용액만 추출한다.
이후, 0℃의 항온조에 2L 비커를 넣어 준비하고 460mL의 황산을 비커에 넣고 전처리를 거친 그래핀을 비커에 넣고 교반하고, 혼합물을 비커에 과망간산칼륨(KMnO4) 60g을 넣고 완전히 녹을 때까지 교반한 후, 비커를 꺼내어 35℃의 항온조에 넣고 2시간동안 교반하며, 혼합물을 다시 0℃의 항온조에서 40~50℃의 온도를 유지하면서 증류수 920mL를 20~30mL로 나누어 넣어주면서 2시간 동안 교반 후, 2.8L의 물을 넣어 3시간동안 교반 희석하며, 희석물 100중량%에 대하여 과산화수소(H2O2)를 20~30중량%를 넣어준 후, 염화수소(HCl)와 증류수가 1 : 2의 비율로 혼합된 물을 PH 5~7에 해당하게 첨가하여 그래핀용액을 얻을 수 있다.
즉, 섬유 보온재(320)는 상기와 같이 구성된 열전도사(321)를 직조하여된 직물지로 구성된 것으로, 열전도층(300)에 적용시 그래핀 성분을 통해 열전도성의 향상과 섬유지로 구성된 특성상 전도된 열의 축열효과의 향상으로 오랜시간동안 보온성의 유지가 가능하게 된다.
상기 상부석재(400)는, 열전도층(300)의 상부를 덮어 마감하게 구성된 것으로, 상부석재(400)의 재질로는 한정되는 것이 아니고, 황토 등을 판체로 성형한 흙판이나 칠보석, 황옥, 취옥성, 홍맥반석 등 통상의 돌침대에 적용되는 석재로 된 판체 형태로 구성된다.
이때 상부석재(400)의 저면에는 그 저면 둘레에 테두리(411)를 이루는 하방 개방형 열전도층 수용홈(410)이 형성된 것으로, 상기 열전도층(300)을 덮어 마감함에 있어 열전도층(300)이 열전도층 수용홈(410)에 수용되어 마감되게 된다.
그리고, 열전도층 수용홈(410)의 상부면에는 음각 형태의 열전도물질 충전홈(420)이 더 포함되게 구성된 것으로, 그 열전도물질 충전홈(420)에는 열전도물질(430)이 충전되게 구성된다.
이때 상기 열전도물질 충전홈(420)을 구성함에 있어서는 다양한 실시예의 적용 가능한 것으로, 먼저 도 8의 도시와 같이 일정한 간격을 두고 전,후,좌,우로 원형홈 형태로 다수 이루는 "도트" 형태로 구성할 수 있다.
또한 도 9의 도시와 같이 "띠" 형태로 구성할 수 있는 것으로, 이때 구성되는 "띠" 형태로는 (a)와 같이 동열열을 이루게 구성하거나 (b)와 같이 격자형태를 이루게 구성할 수 있다.
그리고 상기와 같이 구성된 열전도물질 충전홈(420)에 충전되는 열전도물질(430)은, 나노입자 형태의 그래핀분말 40~50중량%와, 바인더 50~60중량%가 혼합되어 된 점도성 물질로 구성할 수 있으며, 이때, 바인더는 한정되는 것이 아니고, 본 발명에서는 알콕 사이드와, 콜로이날실리카 중 선택된 하나 또는 이들을 혼합하여 조성하여 적용할 수 있다.
즉, 상기와 같이 열전도물질 충전홈(420)에 충전되는 열전도물질(430)은, 상기 열전도층(300)에 전달된 열을 상부석재(400)의 내부까지 신속하게 전달이 가능하게 한다.
이상에서와 같이 본 발명 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널(1)은, 발열체(100)로부터 발생된 열을 그래핀 성분이 함유된 열전도층(300)에서 신속하게 흡수 및 상부석재(400)로의 전달이 가능하게 하며, 특히, 상부석재(400)에는 열전도물질(430)을 통해 내부까지 신속하게 열의 전달이 가능하게 된다.
또한, 발열체(100)의 전원 공급을 차단하더라도 열전도층(300)을 이루는 섬유 보온재(320)를 통해 장시간 열의 축열이 가능하게 되는 것인바, 오랜시간동안 보온이 가능하게 된다.
100 : 발열체
110 : 절연필름
120 : 발열선 121 : 전극
130 : 열전도성물질층
200 : 하부석재 300 : 열전도층
310 : 그래핀 필름 320 : 섬유 보온재
321 : 열전도사 321a : 심사
321b : 폴리에스테르사 321c : 메탈릭사
322 : 코팅층
400 : 상부석재 410 : 열전도층 수용홈
420 : 열전도물질 충전홈 430 : 열전도물질
120 : 발열선 121 : 전극
130 : 열전도성물질층
200 : 하부석재 300 : 열전도층
310 : 그래핀 필름 320 : 섬유 보온재
321 : 열전도사 321a : 심사
321b : 폴리에스테르사 321c : 메탈릭사
322 : 코팅층
400 : 상부석재 410 : 열전도층 수용홈
420 : 열전도물질 충전홈 430 : 열전도물질
Claims (13)
- 바닥면을 이루며, 하부로의 열의 손실을 방지하기 위한 절연필름(110);
절연필름(110)의 상부에서 지그재그 상으로 배열 형성되며 단부에는 전극(121)이 형성되어 전기의 인가가 가능한 발열선(120); 및
발열선(120)을 덮어 보호하는 한편 열의 분산을 유도하는 열전도성물질층(130)을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체. - 제 1항에 있어서,
열전도성물질층(130)은,
나노입자 형태의 그래핀분말과, 옥분말과, 액상의 수지와 혼합액으로 구성하며,
액상의 수지는, 투명 또는 유색 중 하나로 구성하되, 액상의 멜라민수지와 아세틸수지와 경화제로 사용되는 에폭시수지가 1:1:2로 혼합된 이액형 수지 중 어느 하나로 사용함을 특징으로 하는 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체. - 제 2항에 있어서,
열전도성물질층(130)은,
나노입자 형태의 그래핀분말 40~50중량%와, 옥분말 20~30중량%와, 액상의 수지 20~30중량%와 혼합액 1~5중량%가 혼합되어 구성함을 특징으로 하는 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체. - 제 2항에 있어서,
혼합액은,
정제수 또는 그래핀을 반응시켜 얻은 그래핀용액 중 어느 하나로 구성하되,
그래핀용액은,
황산(H2SO4) 50ml를 90℃까지 열중탕기를 이용하여 가열하고, 과황화칼륨(K2S2O8) 10g과 오산화인 10g을 넣어준 후, 다 녹을 때까지 교반하고,
교반된 혼합액을 80℃가 되도록 냉각시킨 후, 흑연(Graphite) 12g을 넣고 4~5시간동안 반응시킨 후, 가열을 멈추고 2L의 증류수로 12시간 동안 교반하면서 희석시키며,
희석된 용액을 0.2㎛의 나일론 필터를 이용하여 흑연을 걸러내어 용액을 추출하며,
추출된 용액을 0℃의 항온조에 2L 비커를 넣어 준비하고 460mL의 황산을 비커에 넣고 전처리를 거친 그래핀을 비커에 넣고 교반하고,
혼합물을 비커에 과망간산칼륨(KMnO4) 60g을 넣고 완전히 녹을 때까지 교반한 후, 비커를 꺼내어 35℃의 항온조에 넣고 2시간동안 교반하며,
혼합물을 다시 0℃의 항온조에서 40~50℃의 온도를 유지하면서 증류수 920mL를 20~30mL로 나누어 넣어주면서 2시간 동안 교반 후, 2.8L의 물을 넣어 3시간동안 교반 희석하며,
희석물 100중량%에 대하여 과산화수소(H2O2)를 20~30중량%를 넣어준 후, 염화수소(HCl)와 증류수가 1 : 2의 비율로 혼합된 물을 PH 5~7에 해당하는 첨가하여 얻어진 용액으로 구성함을 특징으로 하는 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체. - 제 1항의 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용하되,
바닥 기초를 이루는 하부석재(200);
절연필름(110)의 상부에 발열선(120)이 형성되고, 발열선(120)의 상부에 열전도성물질층(130)이 도포 형성된 발열체(100);
발열체(100)의 상부에 면접 형성되는 그래핀 필름(310)과, 그래핀 필름(310)의 상부에 형성되는 섬유 보온재(320)로 된 열전도층(300); 및
발열체(100)의 상부를 덮어 마감하는 상부석재(400)를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널. - 제 5항에 있어서,
섬유 보온재(320)는,
나노입자 형태의 그래핀분말이 함침된 섬유사를 심사(321a)로 하고, 그 심사(321a)의 둘레에 폴리에스테르사(321b)와 메탈릭사(321c)가 트위스팅 연사되어 된 열전도사(321)를 직조하여된 직물지로 구성하되,
심사(321a)는,
물속에 그래핀분말을 함침시킨 상태에서 초음파 진동을 발생시켜 그래핀분말이 물속에서 분산되게 하고,
심사(321a)를 그 물속을 통과시켜 분산되는 그래핀분말이 함침되게 하며,
열전도사(321)의 표면에 코팅액을 코팅하여 코팅층(322)을 형성함을 특징으로 하는 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널. - 제 6항에 있어서,
코팅액은,
고체성 안료와, 액상의 수지와, 용제와, 혼합액으로 조성하되,
고체성 안료는, 무기안료와 유기안료가 1:1이 비율로 혼합된 투명 또는 색상을 가지는 고체성 안료를 5~20중량%에 해당하게 사용하고,
액상의 수지는, 투명 또는 유색 중 하나로 구성하되, 액상의 멜라민수지와 아세틸수지와 경화제로 사용되는 에폭시수지가 1:1:2로 혼합된 이액형 수지 중 어느 하나를 50~60중량%에 해당하게 사용하며,
용제는, 메탄올이나 아세톤 중 하나로 된 알콜계를 20~30중량%에 해당하게 사용하며,
혼합액은, 정제수 또는 그래핀을 반응시켜 얻은 그래핀용액 중 어느 하나를 3~6중량%에 해당하게 사용함을 특징으로 하는 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널. - 제 7항에 있어서,
혼합액의 그래핀용액은,
그래핀용액은,
황산(H2SO4) 50ml를 90℃까지 열중탕기를 이용하여 가열하고, 과황화칼륨(K2S2O8) 10g과 오산화인 10g을 넣어준 후, 다 녹을 때까지 교반하고,
교반된 혼합액을 80℃가 되도록 냉각시킨 후, 흑연(Graphite) 12g을 넣고 4~5시간동안 반응시킨 후, 가열을 멈추고 2L의 증류수로 12시간 동안 교반하면서 희석시키며,
희석된 용액을 0.2㎛의 나일론 필터를 이용하여 흑연을 걸러내어 용액을 추출하며,
추출된 용액을 0℃의 항온조에 2L 비커를 넣어 준비하고 460mL의 황산을 비커에 넣고 전처리를 거친 그래핀을 비커에 넣고 교반하고,
혼합물을 비커에 과망간산칼륨(KMnO4) 60g을 넣고 완전히 녹을 때까지 교반한 후, 비커를 꺼내어 35℃의 항온조에 넣고 2시간동안 교반하며,
혼합물을 다시 0℃의 항온조에서 40~50℃의 온도를 유지하면서 증류수 920mL를 20~30mL로 나누어 넣어주면서 2시간 동안 교반 후, 2.8L의 물을 넣어 3시간동안 교반 희석하며,
희석물 100중량%에 대하여 과산화수소(H2O2)를 20~30중량%를 넣어준 후, 염화수소(HCl)와 증류수가 1 : 2의 비율로 혼합된 물을 PH 5~7에 해당하는 첨가하여 얻어진 용액으로 구성함을 특징으로 하는 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널. - 제 5항에 있어서,
상부석재(400)는,
그 저면에는 둘레에 테두리(411)를 이루는 하부 개방형 열전도층 수용홈(410)을 더 형성하되,
열전도층 수용홈(410)에 열전도층(300)이 내입되게 구성함을 특징으로 하는 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널. - 제9항에 있어서,
열전도층 수용홈(410)의 상부면에 열전도물질 충전홈(420)을 음각 형성하여 구성하되,
열전도물질 충전홈(420)에는 열전도물질(430)이 충전되게 구성함을 특징으로 하는 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널. - 제 10항에 있어서,
열전도물질 충전홈(420)은,
일정한 간격을 두고 전,후,좌,우 배열 형성되는 "도트" 형태를 이루게 구성함을 특징으로 하는 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널. - 제 10항에 있어서,
열전도물질 충전홈(420)은,
동일열 또는 격자 형태를 이루도록 "띠" 형태를 이루게 구성함을 특징으로 하는 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널. - 제 10항에 있어서,
열전도물질(430)은,
나노입자 형태의 그래핀분말 40~50중량%와, 바인더 50~60중량%가 혼합되어 구성함을 특징으로 하는 그래핀을 함유한 기능성 침대용 발열체를 이용한 발열패널.
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