KR20180085174A - 면상발열체 및 면상발열체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초지기로 펄프 및 탄소섬유 또는 메타계아라미드 펄프 및 탄소섬유를혼합한 분산액으로 탄소 섬유지를 제조하는 방법에 있어서, 분산액이 초지기의 벨트에 부착되어 배출되면, 분산액이 부착된 벨트에 노즐로 물을 분사하는 것을 특징으로 하는 면상 발열체용 탄소 섬유지의 제조 방법에 관한 발명이다.

Description

면상발열체 및 이의 제조방법{calorific plate and manufacturing method thereof}

본 발명은 면상발열체 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소 섬유가 평행한 형상으로 결착되고, 타면은 탄소 섬유가 그물망 형상으로 결착된 탄소 섬유 혼초지를 이용하고 다수개의 공소부를 형성하여 균일한 발열 온도를 유지할 수 있는 면상 발열체의 제조 방법에 관한 것이다.

종래의 선상발열체는 PET 필름이나 PP 필름에 먼저 실크인쇄방식으로 발열소재를 사다리꼴 형식으로 도포한 후 그 위에 도전성 접착제를 칠한 구리 또는 은 판막을 붙여서 통전선을 이용한 발열체이다. 이러한 선상발열체는 열선이 중간에서 단선이 되는 문제점, 온도분포의 불균일성 및 효율성이 낮다는 단점이 있다.

이러한 선상발열체의 단점을 개선한 면상발열체는 얇은 면상의 전도성 발열체의 양단에 금속 전극을 설치한 후 절연재로 절연 처리하여 면 전체로 발열하는 발열체이다. 면상 발열체는 선상발열체를 이용한 전기 발열체에 비하여 전체 면상에서 고른 열이 발산되어 열효율이 높고, 발열이 빠르다는 장점으로 인하여 에너지 절약 및 경제적 파급효과가 커서 최근 난방용 재료로 부각되고 있다.

기존 면상 발열체는 PET, PEN 필름의 표면에 전도성 카본블랙(Carbon black) 박막을 일정 간격으로 배열, 증착하여 만들거나, 일정한 저항값을 갖는 니크롬 등의 얇은 도선을 절연기판에 배열한 후 상부에 동일한 절연기판을 아교, 아크릴 및 실리콘 접착제 등을 이용하여 증착하는 방법으로 제조된다.

이러한 면상 발열체들의 저항값은 도전재료의 체적 저항값(Ω㎝)과 저항체의 길이 및 두께에 의존한다. 즉, 제품의 적용조건에 따라, 저항체의 길이 및 두께, 발열체의 크기, 발열부의 최대전력밀도(단위면적당 전력량 W/㎠)의 설정한계치가 있기 때문에, 입력전압이 높고 전력값이 작은 경우에는 발열체의 저항값이 높아야 하므로 발열원에 해당하는 저항체의 회로 설계가 매우 어렵고 복잡하여 제작이 어려운 문제가 있다.

또한, 전극재로 실버페이스트의 1차 전극 위에 전도성 접착제가 처리된 동박을 사용하고, 접착제를 매개로 결합된 절연재의 성형하기 때문에, 대면적 면상발열체로서 필요한 내구, 진동, 굽힘 등의 물리적 충격에 약한 단점이 있다. 특히, 외부 충격에 의해 굽힘 부위가 발생하여 동박과 발열원이 단락할 경우, 열팽창과 열수축, 실버페이스트와 전극 접착제의 산화에 따른 발열체와 전극부에 단락이 발생할 수 있으며, 이로 인해 스파크가 발생하여 화재 발생의 위험이 높다. 또한, 기존에는 실버페이스트가 접착된 후에 국소 부위에 들뜸현상이 발생할 경우, 단락이 발생하여 쇼트가 발생할 우려가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로, 일면은 상기 탄소 섬유가 평행한 형상으로 결착되고, 타면은 상기 탄소 섬유가 그물망 형상으로 결착된 탄소 섬유 혼초지와 전도성 접착제에 탄소섬유를 혼입한 동박을 사용하여 다수개의 공소부가 형성된 면상 발열체의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 면상 발열체의 제조방법은 탄소 섬유 혼초지로 구성되는 발열체의 양 단부에 전극부를 증착시키는 단계; 상기 전극부를 제외한 발열체의 나머지 부위에 상,하 연통되도록 복수개의 공소부를 동일한 간격으로 천공하는 단계; 상기 천공된 발열체의 상,하 양측면에 시트 형태의 절연물을 라미네이팅 접합시키는 단계; 및 상기 라미네이팅 접합된 절연물에 상기 발열체의 공소부와 대응되는 위치에 각각의 천공부를 천공하는 단계를 포함하고, 상기 탄소 섬유 혼초지는. 펄프 및 탄소섬유 또는 메타계아라미드 펄프 및 탄소섬유를 혼합한 분산액으로 초지기를 이용하여 제조되며, 상기 분산액이 초지기의 벨트에 부착되어 배출되면, 분산액이 부착된 벨트에 노즐로 물을 분사하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따른, 상기 탄소 섬유 혼초지는 일면은 상기 탄소 섬유가 평행한 형상으로 결착되고, 타면은 상기 탄소 섬유가 그물망 형상으로 결착된 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시예에 따른, 상기 전극부를 증착하는 단계는, 동박에 탄소섬유와 도전성 접착제를 점착시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시예에 따른, 상기 발열체에 형성된 공소부는, 상기 전극부의 전류방향을 기준으로 한 중심선에 대해 인접한 세개의 공소부 중심을 연결한 선이 정삼각형으로 배열되도록 형성시키는 것이 바람직하다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 면상 발열체는 탄소 섬유가 평행한 형상으로 결착되고, 타면은 상기 탄소 섬유가 그물망 형상으로 결착된 탄소 섬유 혼초지로 구성되는 발열체; 및 상기 발열체의 양 단부에 구비되는 전극부를 포함하고, 상기 발열체는 상,하 연통되도록 천공된 복수개의 공소부를 포함하며, 상기 공소부가 천공된 발열체의 상,하 양측면에 라미네이팅 접합된 절연시트; 상기 절연시트는, 상기 발열체의 상기 공소부와 대응되는 위치에 복수개의 천공부를 포함한다.

상기와 같은 본 발명은, 일면은 상기 탄소 섬유가 평행한 형상으로 결착되고, 타면은 상기 탄소 섬유가 그물망 형상으로 결착된 탄소섬유 혼초지를 이용하고 전도성 접착제에 탄소섬유를 혼입한 동박을 사용하여 다수개의 공소부가 형성된 면상 발열체를 제조할 수 있도록 하는 효과가 있다.

따라서 본 발명에 의해 제조된 면상 발열체는 다수개의 공소부가 발열체와 절연물에 각각 형성되어 있으므로, 굽힘, 진동에 대한 내구성을 충족하면서, 면적 대비 발열성을 향상시키고, 온도 균일성, 온도 상승 효과를 갖는다.

본 발명에 의해 제조된 면상 발열체는 펄프에 탄소섬유를 분산한 탄소 섬유 혼초지를 채용하고, 전도성 접착제에 탄소섬유를 혼입한 동박을 사용함으로써, 강도 개선 및 굽힘성에 대한 내구성이 우수하고 발열 특성과 안전성이 개선되는 이점을 갖는다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 면상 발열체의 제조방법을 순차적으로 나타낸 플로우챠트이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 면상 발열체의 탄소 섬유 혼초지의 제조 방법의 공정을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 면상 발열체에 이용되는 탄소 섬유 혼초지의 탄소 섬유 배열을 나타낸 도면이다.
도 4a,도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 면상 발열체의 공소부 형태를 각각 나타낸 평면도이다
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 면상 발열체의 도 4a의 "A"부위를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 발열체와 절연물의 접합전 상태를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 절연물에 보호필름이 배치된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명 면상 발열체의 결합상태를 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명 발열체의 공소부와 절연물의 천공부를 나타낸 단면도이다.
도 10a와 도 11a는 비교 예에 해당하는 공소부의 형태 및 배열상태를 나타낸 평면도이고, 도 10b와 도 11b는 각각의 비교 예에 해당하는 면상 발열체의 발열상태를 도시한 적외선 열화상도이다.
도 12a와 도 13a는 본 발명의 실시 예에 해당하는 공소부의 형태 및 배열상태를 나타낸 평면도이고, 도 12b와 도 13b는 본 발명 실시 예에 해당하는 면상 발열체의 발열상태를 도시한 적외선 열화상도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 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 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나, 또는 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나, '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함한다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 면상 발열체의 제조방법은, 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명하면, 탄소섬유가 평행한 형상으로 결착되고, 타면은 탄소섬유가 그물망 형상으로 결착된 탄소섬유 혼초지로 구성되는 발열체(100)의 양 단부에 전극부(110)를 증착시키고(S1), 상기 전극부(110)를 제외한 발열체(100)의 나머지 부위에 상,하 연통되도록 다수개의 공소부를 동일한 간격으로 천공하며(S2), 상기 천공된 발열체(100)의 상,하 양측면에 시트 형태의 절연물을 라미네이팅 접합시킨 후에(S3), 상기 라미네이팅 접합된 절연물에 상기 발열체(100)의 공소부와 대응되는 위치에 각각의 천공부(205)를 천공하는 단계(S4)들로 구성된다.

발열체(100) 중 탄소섬유 혼초지는 펄프에 물 분산이 가능한 PAN (Polyacrylonitrile)계열과 Pitch 계열로서, 높은 인장강도와 전단강도, 전기전도율을 갖는 탄소섬유(C)를 길이 4~10mm 이내, 직경은 7㎛ 내외, 인장강도는 3600MPa이 적합하다.

탄소섬유 혼초지는 펄프 및 탄소섬유를 혼합한 분산액 또는 메타계 아라미드 펄프와 탄소섬유를 혼합한 분산액을 이용하여 초지기에서 제조될 수 있다. 분산액이 초지기의 벨트에 부착되어 배출되면, 분산액이 부착된 벨트에 노즐로 물을 분사하여 탄소 섬유 혼초지는 일면은 탄소 섬유가 평행한 형상으로 결착되고, 타면은 탄소 섬유가 그물망 형상으로 결착된다.

일반적으로 초지기로 탄소 섬유혼초지를 제조하는 공정은 두 개의 회전하는 롤러와 롤러의 외곽을 둘러싼 벨트, 원료액이 저장된 실린더가 형성된 탱크, 압착롤러(Pressure Roll or Calender) 및 건조기를 포함하는 초지기를 이용한다.

자세히 설명하면, 원료액이 저장된 탱크의 실린더와 벨트가 접하고 있으며, 롤러가 회전하면서, 벨트의 외부면에 원료액이 부착되고, 벨트를 원료액이 저장된 탱크의 실린더 상부와 접하여 지나가면, 원료액이 벨트에 부착되기 때문에 벨트의 전체에 원료액이 배분되고 압축 롤러를 지나서 두께가 조절되고, 건조기를 통해 건조되어 섬유가 형성되어 spooler에서 감긴다.

이러한 초지기로 탄소 섬유 혼초지를 제조하는 방법은 실린더에서 벨트에 원료액이 부착되어 이동할 때, 탄소섬유가 길이방향으로 늘어서는 현상이 발생한다. 이때, 벨트의 이동속도가 저속인 경우 탄소섬유가 그물망 형상으로 결착될 수 있으나, 고속인 경우 이동방향으로 평행한 형상을 나타낸다. 따라서, 그물망 형상으로 탄소 섬유지를 제조하는 것이 어렵다.

그러나, 펄프와 탄소 섬유 원료가 포함된 분산액이 탱크에 저장되고, 롤러가 회전하면서, 분산액이 벨트의 표면에 부착되면, 탱크를 통과하고 나오는 벨트에 노즐을 이용하여 물을 분사하는 방법으로 일면은 탄소 섬유가 평행한 형상으로 결착되고, 타면은 탄소 섬유가 그물망 형상으로 결착된는 탄소 섬유 혼초지를 제조할 수 있다.

탄소섬유 혼초지가 초지되는 진행 방향에서 다수의 노즐을 이용하여 물을 분사하면, 탄소 섬유 혼초지의 탄소 섬유 결착 형상을 조절할 수 있다. 즉, 물의 분사 방향 및 각도 등을 조절하여 탄소섬유의 결착 형상을 조절할 수 있기 때문에 노즐의 압력을 조절하여, 벨트에 부착된 분산액의 표면은 물이 분사되어 그물망 형상으로 탄소섬유가 결착하고 내부는 수직형으로 형성하는 등 전체적으로 그물망 형상이 되도록 조절할 수 있다.

탄소섬유 혼초지에서 펄프 및 메타계 아라미드 펄프는 탄소 섬유를 혼합한 분산액에서 바인더이다.

아라미드는 두 개의 방향족 고리에 직접 연결된 아미드기 결합이 85%이상인 합성고분자이다. 아라미드는 크게 메타 아라미드와 파라 아라미드로 구분된다. 메타계 아라미드 펄프는 메타 아라미드 수지를 이용하여 제조된 것으로, 솜 같은 단섬유 형태이며, 400℃ 이상의 고온에서도 쉽게 녹지 않고 절연성도 뛰어난 섬유이다. 메타계 아라미드 펄프는 100% 합성섬유 페이퍼나 고강력 부직포의 제조를 위해 사용되는 인조 스테이플 섬유와 유사한 것으로, 페이퍼 제조시 피브릴화(fibrillation)된 펄프의 표면적 증가와 섬유들 간의 높은 접촉밀도로 인해 우수한 물성의 페이퍼를 얻을 수 있게 한다. 또한, 메타계 아라미드는 강도와 탄성율은 폴리에스터와 비교될 정도로 낮은 수준이지만 우수한 내열성, 난연성 및 전기절연성 등을 가지며 고온 여과재료, 절연지 및 방호복 등에 폭넓게 사용된다.

다만, 파라-아라미드의 경우 규칙적인 방향족 고리의 배열에 따른 고분자 사슬자체의 [0005] 강인함과 결정성이 발현되어 특정 조건하에서 피브릴 형태를 보이지만, 메타-아라미드는 액상-결정성(liquid-crystalline)이 없기 때문에 피브릴 형성이 어렵다.

탄소섬유는 물속에서의 분산성이 낮고 섬유 간 결합형성이 어려워 바인더와 혼합하여 섬유로 제조한다. 이때, 바인더의 종류에 따라, 탄화수율이 낮아질 수 있고, 전기전도도 역시 떨어질 수 있다.

따라서, 메타계 아라미드 펄프와 탄소 섬유를 혼합하여 탄소 섬유지를 제조하므로서, 메타계 아라미드 펄프의 단점과 탄소섬유의 단점을 개선한 탄소 섬유지를 제조할 수 있다. 즉, 상기의 제조 방법으로 제조한 탄소섬유 혼초지는 탄소섬유의 결합력을 높여주고 밀도와 평활성등의 성능을 향상시킬 수 있다.

상기한 방식의 발열체(100)는 탄소계 발열체로서, 탄소의 무게비와 중량에 따라 가변되는 전기 저항값(Ohms per square)은 1~1,000 Ω/sq의 저항값을 갖는다.

발열체(100)는 다수개의 공소부(105)를 서로 균일한 간격으로 천공시켜, 저항값이 초기 공소부가 형성되기 전의저항값에 비해 1.5~4배까지 증가하게 되며 공소부(105)의 면적에 따라 가변되는 저항값을 갖는다.

공소부(105)는 원형 또는 육각형으로 형성하는 것이 바람직하나, 다각형으로도 형성할 수 있다.

발열체(100)의 양 끝단에는 전극부(110)를 배치하며, 전극부(110)는 기재인 0.04~0.06mm의 동박(112)에 탄소섬유(C)와 도전성 접착제(114)를 0.015~0.025mm의 두께로 점착시킨다.

동박(112)에 접착된 탄소섬유는 발열체(100)와의 접착력과 접착 면적을 증대시켜 굽힘, 진동 등의 내구성을 향상시키게 된다.

또한, 전극부(110)를 배치하는 과정에서, 전극부(110)의 동박(112)에 외부 전원이 인가되도록 커넥터(130)를 일체로 고정시킬 수 있다. 이는 기존의 면상 발열체에서 전극부(110)에 전기적인 접속을 위해 커넥터(130)를 형성시키는 과정과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

절연물은 일정한 온도와 압력으로 접착되는 열가소성엘라스토머, 테프론(PTFE,FEP), 열가소성 폴리이미드, 에폭시프리프레그 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트에 폴리에틸렌수지를 코팅한 절연물 등의 고분자 수지에 의한 절연시트(210)를 이용하여 발열체(100)의 양면을 라미네이팅한 것이다.

절연물은 절연시트(210)의 양면에 20~150㎛의 PET(polyethylene terephthalate) 필름 또는 페블릭(fabric), 글라스파이버(glass fiber) 등으로 구성된 보호필름(220)을 추가로 열 융착하여 신축성 및 기계적인 특성을 강화시킬 수 있다.

상기한 절연시트(210)의 라미네이팅 공정은 고온 고압의 핫프레스 또는 T다이 압출라미네이터를 이용하여 절연재의 융점, 유리전이 온도에 준하는 열과 접착강도 증대를 위한 압력으로 성형한다.

또한, 발열체(100)에 형성된 공소부(105)는 발열체(100)의 양단부에 배치된 전극의 전류방향을 기준으로 한 중심선에 인접한 3개의 공소부(105) 중심들을 서로 연결하는 선이 정삼각형 또는 이등변 삼각형이 되도록 배치한다.

더 바람직하게는, 공소부(105)의 지름이 공소부(105)간의 거리에 비해 1/2 이상이 되도록 형성한다. 이는, 전극부(110)를 통해 전류를 인가할 때 공소부를 제외한 나머지 부위에 전류 흐름이 간섭되지 않는 최소 면적을 확보하기 위함이다.

이로 인해, 도 12 내지 도13에 나타난 바와 같이, 공소부(105)가 정삼각형 배열시 국부 발열없이 균일한 열 분포를 보이게 되며, 도 10에 나타난 바와 같이, 공소부(105)가 이등변 삼각형 배열시 주름진 띠 형태의 발열 분포를 보이게 된다.

한편, 공소부(105)가 차치하는 면적 비율에 따라 저항값은 비례하게 되며, 공소부(105)의 면적 비율은 공소부가 형성되기 전의 초기 면적의 20~45% 범위가 바람직하다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

양측단부에 전극부(110)가 형성된 발열체(100)에 다수개의 공소부(105)를 형성하도록 1차 천공하고, 천공된 발열체(100)의 상,하 양측에 절연물을 라미네이팅 처리한 후에, 라미네이팅 처리된 절연물에 발열체(100)의 공소부(105)와 대응되는 위치에 공소부(105)보다 작은 지름의 천공부(205)를 2차 천공하면 제조공정이 완료된다.

라미네이팅 공정의 일 실시 예로는, 열경화성 수지인 에폭시프리프레그로의 절연시 온도 160℃, 압력 200kgf/㎠, 30분의 작업시간으로 가온가압하며, 폴리에틸렌 수지의 경우에는 온도 110℃, 압력40kgf/㎠, 10분의 작업시간으로 가온가압하여 성형하며, 열가소성폴리우레탄의 경우에는 온도 140℃, 압력 50kgf/㎠, 20분의 작업시간으로 성형한다.

상기한 라미네이팅 설정 조건보다 높은 조건일 경우에는 절연재인 수지가 탄화되거나, 수지의 흐름성이 커져 발열체(100)가 찢어지거나 과열되는 문제가 발생하며, 상기한 설정 조건보다 낮은 조건일 경우에는 라미네이팅 성형이 되지 않을 수 있다.

절연물의 천공부(205)는 절연물과 발열체(100)의 라미네이팅 공정 후에 발열체(100)의 공소부(105)보다 작은 지름으로 천공하여 절연기능을 구비하면서 집중 하중과 굽힘에 대해 내구력을 갖도록 함과 아울러, 상,하 통기 기능을 갖게 된다.

열가소성엘라스토머, 테프론, 폴리이미드, 에폭시프리프레그 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트에 폴리에틸렌수지를 코팅한 절연물로 열 융착되는 구조로 바람직하게는 열가소성 엘라스토머로는 TPU(Thermo Plastic PolyUreathane), 테프론은 PTFE, FEP를 채용하며, 폴리이미드는 열가소성 폴리이미드필름, 반경화상태의에폭시프리프레그, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름에 폴리에틸렌수지를 앵카 코팅한 제품을 적용할 수 있다.

상기한 과정으로 제조된 본 발명의 면상 발열체는, 크라프트지에 탄소섬유가 분산된 탄소 섬유 혼초지로 구성되고 다수개의 공소부(105)가 천공되게 형성되는 발열체(100)와, 발열체(100)의 양단부에 배치되며 동박(112)이 탄소 섬유와 도전성 접착제(114)를 매개로 증착된 전극부(110)와, 발열체(100)의 상,하 양면에 각각 라미네이팅 접합되며 발열체(100)의 공소부(105)와 대응되는 위치에 다수개의 천공부(205)가 형성되는 시트 형태의 절연물으로 구성된다.

발열체(100)의 공소부(105)는 전류의 방향을 기준선으로 하여 공소부(105) 중심선에서 좌,우 30°방향 또는 수직방향으로 인접한 3 개의 공소부(105) 중심선이 정삼각형으로 규칙적으로 배열된 경우, 공소부(105) 중심선간의 거리를 "P"라 하고, 천공된 공소부(105)의 지름을 "D"라고 할때, P≤≤2D가 되는 것이 발열시 균일한 온도 분포를 유지하게 된다.

도 10a와 도 11a는 각각의 비교 예에 해당하는 공소부의 형태와 배열상태를 나타낸 도면이고, 도 10b와 도 11는 면상 발열체의 발열상태를 도시한 적외선 열화상도이다.

도 12a와 도 13a는 본 발명의 실시 예에 해당하는 공소부의 형태 및 배열상태를 나타낸 평면도이고, 도 12b와 도 13b는 본 발명 실시 예인 면상 발열체의 발열상태를 도시한 적외선 열화상도이다.

도 10a를 참조하면, 전류의 방향에 대해 수직으로 인접한 공소부(105)의 지름이 50mm가 되도록 하고, 공소부 중심간 거리(P)는 100mm가 되도록 하고, 45°치우친 인접된 공소부 중심간의 거리가 70.71mm가 되어 공소부간의 거리가 일정하지 않게 구성한 것은 도 10b에서와 같이, 공소부 간의 거리가 좁은 부위에 집중적인 발열현상이 발생하게 되어 열선이 횡방향으로 배열한 것처럼 발열이 일어나게 됨을 알 수 있다.

도 11a를 참조하면, 공소부의 지름이 30mm가 되고, 공소부 중심간의 거리(P)가 45mm가 되며, 공소부 간의 간격이 30°만큼 치우치도록 구성하였으나 발열체(100)의 좌우 양단까지 공소부를 형성하지 않았을 경우, 도 9b에서와 같이 열 화상처럼 좌,우 측면으로 열이 쏠리는 현상이 발생하게 된다.

도 12a를 참조하면, 본 발명의 제 1실시 예는 인접한 공소부의 지름이 20mm가 되도록 하고, 공소부 중심부간의 거리(P)가 30mm로 일정하게 배열하고, 공소부 간에 30°의 각도로 배열한다.

도 13a를 참조하면, 본 발명의 제 2실시 예는 인접한 공소부의 지름이 30mm가 되도록 하고, 공소부 중심부간의 거리(P)가 45mm로 일정하게 배열하고, 공소부 간의 각도가 30°의 각도를 갖도록 배열한다.

본 발명의 제 1,2실시 예는 도 10b와 도 11b에서와 같이은 열쏠림이나 집열등의 현상이 없이 발열시 열화상이 균일하게 분포됨을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 제조방법을 통해 제조된 면상 발열체는 다수개의 공소부(105)와 천공부(205)가 발열체(100)와 절연물에 각각 형성되어 있으므로, 굽힘, 진동에 대한 내구성을 충족하면서, 면적 대비 발열성을 향상시키고, 온도 균일성, 온도 상승 효과를 갖는다.

또한, 펄프에 탄소섬유를 분산한 탄소 섬유 혼초지와 메타아리미드 펄프와 탄소섬유 혼초지를 채용하고, 전도성 접착제에 탄소섬유를 혼입한 동박(112)을 사용함으로써, 강도 개선 및 굽힘성에 대한 내구성이 우수하고 발열 특성과 안전성이 개선되는 이점을 갖는다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

100 : 발열체 105 : (발열체의)공소부
110 : 전극부 112 : 동박
114 : 탄소섬유 도전성 접착제 200 : 절연물
205 : (절연물의)천공부 210 : 절연시트
220 : 보호필름 C : 탄소섬유

Claims (5)

1. 탄소 섬유 혼초지로 구성되는 발열체의 양 단부에 전극부를 증착시키는 단계;
   상기 전극부를 제외한 발열체의 나머지 부위에 상,하 연통되도록 복수개의 공소부를 동일한 간격으로 천공하는 단계;
   상기 천공된 발열체의 상,하양측면에 시트 형태의 절연물을 라미네이팅 접합시키는 단계; 및
   상기 라미네이팅 접합된 절연물에 상기 발열체의 공소부와 대응되는 위치에 각각의 천공부를 천공하는 단계를 포함하며,
   상기 탄소 섬유 혼초지는.
   펄프 및 탄소섬유 또는 메타계아라미드 펄프 및 탄소섬유를 혼합한 분산액으로 초지기를 이용하여 제조되며,
   상기 분산액이 초지기의 벨트에 부착되어 배출되면, 분산액이 부착된 벨트에 노즐로 물을 분사하여 제조되는 것을 특징으로 하는 면상 발열체의 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 탄소 섬유 혼초지는,
   일면은 상기 탄소 섬유가 평행한 형상으로 결착되고, 타면은 상기 탄소 섬유가 그물망 형상으로 결착된 것을 특징으로 하는 면상 발열체의 제조방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 전극부를 증착하는 단계는,
   동박에 탄소섬유와 도전성 접착제를 점착시키는 것을 특징으로 하는 면상 발열체의 제조방법.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 발열체에 형성된 공소부는,
   상기 전극부의 전류방향을 기준으로 한 중심선에 대해 인접한 세개의 공소부 중심을 연결한 선이 정삼각형으로 배열되도록 형성시키는 것을 특징으로 하는 면상 발열체의 제조방법.
   
5. 탄소 섬유가 평행한 형상으로 결착되고, 타면은 상기 탄소 섬유가 그물망 형상으로 결착된 탄소 섬유 혼초지로 구성되는 발열체; 및
   상기 발열체의 양 단부에 구비되는 전극부를 포함하고,
   상기 발열체는 상,하 연통되도록 천공된 복수개의 공소부를 포함하며,
   상기 공소부가 천공된 발열체의 상,하양측면에 라미네이팅 접합된 절연시트;를 더 포함하고,
   상기 절연시트는, 상기 발열체의 상기 공소부와 대응되는 위치에 복수개의 천공부를 포함하는 면상 발열체.
   
   

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