KR20180100826A - 그래파이트 기반 발열체를 이용한 발열 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 그래파이트를 필름 형태로 가공하여 바닥재를 제작하고, 바닥재에 전압을 걸어주어 발열되도록 하는 그래파이트 기반 발열체를 이용한 발열 시스템에 관한 것으로, 그래핀 막이 형성된 필름을 내장하고 있는 발열체(100); 및 발열체(100)에 구동 전원을 공급하는 전원 공급부(210)와, 발열체(100)의 온도를 측정하여 출력하는 온도 감지부(220)와, 외부로부터 가해지는 물리적인 힘에 의해 발열체(100)의 발열온도 설정값을 출력하는 온도 설정부(230)와, 발열온도 설정값을 입력받아 저장하고, 발열체(100)로 전원 공급부(210)의 구동 전원이 공급되도록 제어하고, 온도 감지부(220)로부터 발열체(100)의 현재 온도를 입력받아 저장되어 있는 발열온도 설정값과 비교하고, 비교 결과 현재 온도가 발열온도 설정값보다 높은 경우 상기 전원 공급부(210)에서 발열체(100)로 공급되는 전원이 차단되도록 제어하는 제어부(240)와, 온도 설정부(230)에 의해 설정된 발열체(100)의 발열온도 값을 외부로 표출시키는 표시부(250)로 이루어진 컨트롤장치(200)를 포함한다.
이에 따라, 높은 전도율과 효율을 제공할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

그래파이트 기반 발열체를 이용한 발열 시스템{Heating system}
본 발명은 그래파이트 기반 발열체를 이용한 발열 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 그래파이트를 필름 형태로 가공하여 바닥재를 제작하고, 바닥재에 전압을 걸어주어 발열되도록 하는 그래파이트 기반 발열체를 이용한 발열 시스템에 관한 것이다.
흑연의 기본 성질중 하나가 발열이고, 이 흑연은 수억층 의 물질 집합체 인데, 이 물질을 한층만 분리 시킨것을 그래핀 이라고 한다. (2004년 분리 방법이 발견되어 노벨상 수상)
아직까진 그래핀을 제조하는 단가가 너무 높으므로, 단가를 낮추기 위하여 분리하기 전의 가공된 흑연을 사용한다.
대한민국이 점차 고령화 사회가 되어감에　따라　노년층 인구가 빠르게 늘어나고있다.
이 노년층들이　추운 겨울 또는 차가운 대기를 가지고 있는 지방에서 취침 중 기상하여 화장실, 발코니 등 갑작스러운 찬 공기와 접촉 했을때 노화에 의한 신체의 약화로 급성 고혈압에 의하여 쓰러지는 경우가 많아지고 있다. 이에 착안하여 공기를 순간 덥혀주는 전구 등 많은 제품들이 있으나, 해당 제품들은 매우 많은 전력 소모와 지속 가능 할만큼의 효율이 나오지 않고 있다.
　
또한, 일반적인 아파트 또는 주택들에 바닥 공사를 할 때 보일러를 이용하거나 뜨거운 물을 이용하여 난방을 하는데 높은 비용이 발생 된다는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 10-1610307
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 그래파이트를 필름 형태로 가공하여 바닥재를 제작하고, 바닥재에 전압을 걸어주어 발열되도록 하는 그래파이트 기반 발열체를 이용한 발열 시스템을 제공하는데, 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 aa 사이즈 건전지 하나의 전압과 비슷한 전압(1~2V)으로 28~32도 가량의 열을 발생시킬 수 있는 그래파이트 기반 발열체를 이용한 발열 시스템을 제공하는데, 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 그래파이트 기반 발열체를 이용한 발열 시스템은, 그래핀 막이 형성된 필름을 내장하고 있는 발열체(100); 및 발열체(100)에 구동 전원을 공급하는 전원 공급부(210)와, 발열체(100)의 온도를 측정하여 출력하는 온도 감지부(220)와, 외부로부터 가해지는 물리적인 힘에 의해 발열체(100)의 발열온도 설정값을 출력하는 온도 설정부(230)와, 발열온도 설정값을 입력받아 저장하고, 발열체(100)로 전원 공급부(210)의 구동 전원이 공급되도록 제어하고, 온도 감지부(220)로부터 발열체(100)의 현재 온도를 입력받아 저장되어 있는 발열온도 설정값과 비교하고, 비교 결과 현재 온도가 발열온도 설정값보다 높은 경우 상기 전원 공급부(210)에서 발열체(100)로 공급되는 전원이 차단되도록 제어하는 제어부(240)와, 온도 설정부(230)에 의해 설정된 발열체(100)의 발열온도 값을 외부로 표출시키는 표시부(250)로 이루어진 컨트롤장치(200)를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 실시예로서, 제어부(240)는, 현재온도가 발열온도 설정값보다 낮은 경우 전원 공급부(210)에서 발열체(100)로 전원이 공급되도록 제어할 수 있다.
본 발명과 관련된 실시예로서, 발열체(100)는 2개의 절연층 사이에 그래핀 막이 형성된 필름이 배치되고, 그래핀 막이 형성된 필름의 일측은 절연층 내측으로 인입되어 홈(120)이 형성되고, 그 반대 일측은 절연층 외측으로 인출되도록 돌기(130)가 형성되도록 배치될 수 있다.
본 발명과 관련된 실시예로서, 2개의 발열체(100)는 하나의 발열체에 형성된 홈(120)에 다른 하나의 발열체에 형성된 돌기(130)가 끼워져 결합될 수 있다.
본 발명과 관련된 실시예로서, 발열체(100)는, 흑연을 가공하여 그래파이트 성분만으로 이루어진 분말을 형성시키고, 분말을 투명 필름의 상하부면에 도포하여 그래핀 막이 형성된 필름을 형성시키고, 그래핀 막이 형성된 필름 상하부면에 절연체를 부착 고정시켜서 형성될 수 있다.
본 발명은 그래파이트를 필름 형태로 가공하여 바닥재를 제작하고, 바닥재에 전압을 걸어주어 발열되도록 함으로써, 높은 전도율과 효율을 제공할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 aa 사이즈 건전지 하나의 전압과 비슷한 전압(1~2V)으로 28~32도 가량의 열을 발생시킬 수 있도록 함으로써, 난방에 소요되는 비용이 거의 발생하지 않도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 그래파이트 기반 발열체를 이용한 발열 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 도 1의 발열체를 설명하기 위한 도면이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 2개의 발열체가 결합되는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 그래파이트 기반 발열체를 이용한 발열시스템의 작동상태를 설명하기 위한 동작흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 그래파이트 기반 발열체를 이용한 발열시스템 중 자동설정모드를 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 그래파이트 기반 발열체를 이용한 발열 시스템을 설명하기 위한 블록도이다. 도 2는 도 1의 발열체를 설명하기 위한 도면이다. 도 3의 (a) 및 (b)는 2개의 발열체가 결합되는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 그래파이트 기반 발열체를 이용한 발열 시스템은, 그래핀 막이 형성된 필름을 내장하고 있는 발열체(100)와, 발열체(100)의 발열온도를 컨트롤하기 위한 컨트롤장치(200)로 이루어진다.
컨트롤장치(200)는 발열체(100)에 구동 전원을 공급하는 전원 공급부(210)와, 발열체(100)의 온도를 측정하여 출력하는 온도 감지부(120)와, 외부로부터 가해지는 물리적인 힘에 의해 발열체(100)의 발열온도 설정값을 출력하는 온도 설정부(130)와, 발열온도 설정값을 입력받아 저장하고, 발열체(100)로 전원 공급부(210)의 구동 전원이 공급되도록 제어하고, 온도 감지부(220)로부터 발열체(100)의 현재 온도를 입력받아 저장되어 있는 발열온도 설정값과 비교하고, 비교 결과 현재 온도가 발열온도 설정값보다 높은 경우 전원 공급부(210)에서 발열체(100)로 공급되는 전원이 차단되도록 제어하는 제어부(240)와, 온도 설정부(220)에 의해 설정된 발열체(100)의 발열온도 값을 외부로 표출시키는 표시부(260)와 자동모드 설정부(260)로 이루어진다.
제어부(240)는 현재온도가 발열온도 설정값보다 낮은 경우 전원 공급부(210)에서 발열체(100)로 전원이 공급되도록 제어한다.
발열체(100)는 2개의 절연층 사이에 그래핀 막이 형성된 필름(130, 도 2 참조)이 배치되고, 그래핀 막이 형성된 필름(130)의 일측은 절연층 내측으로 인입되어 홈(120)이 형성되고, 그 반대 일측은 절연층 외측으로 인출되도록 돌기(130)가 형성되도록 배치된다.
2개의 발열체(100)는 하나의 발열체에 형성된 홈(111)에 다른 하나의 발열체에 형성된 돌기(130)가 끼워져 결합된다.
발열체(100)는 흑연을 가공하여 그래파이트 성분만으로 이루어진 분말을 형성시키고, 분말을 투명 필름의 상하부면에 도포하여 그래핀 막이 형성된 필름(110)을 형성시키고, 그래핀 막이 형성된 필름(110) 상하부면에 절연체(140)(150)를 부착 고정시켜서 형성된다.
자동모드 설정부(260)는 사용자의 조작에 응하여 자동모드 설정신호 또는 자동모드 해제신호를 출력하고, 제어부(240)는 자동모드 설정부(260)로부터 자동모드 설정신호가 입력되면, 온도 감지부(220)를 통해 감지된 발열체(100)의 발열온도가 미리 설정된 온도값 이하이면 발열체(100)로 전원이 공급되도록 전원 공급부(210)를 제어하고, 발열체(100)의 발열온도가 미리 설정된 온도값 이상이면 발열체(100)로 공급되는 전원이 차단되도록 전원 공급부(210)를 제어한다.
상기와 같이 구성된 그래파이트 기반 발열체를 이용한 발열 시스템의 작용에 대해서 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 그래파이트 기반 발열체를 이용한 발열시스템의 작동상태를 설명하기 위한 동작흐름도이다. 도 5는 본 발명에 따른 그래파이트 기반 발열체를 이용한 발열시스템 중 자동설정모드를 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
본 발명에 구체적인 실시예를 가정집 난방용 발열 시스템으로 한정하여 설명하면, 먼저 그래핀 막이 형성된 필름이 내장된 발열체(100)를 이용하여 방을 비롯하여 거실 바닥에 설치한 후 컨트롤장치(200)를 연결하면 바닥 발열 시공이 완료된다.
이렇게 바닥 발열 시스템의 시공이 완료된 후 도 4에 도시된 바와 같이, 사용자가 컨트롤장치(200)의 온도 설정부(230)를 이용하여 난방 온도를 설정하면, 제어부(240)는 난방 온도가 설정되었는지를 판단(S110)하고, 판단 결과 난방 온도가 설정되면 이를 내부 저장부에 저장시키는 한편, 표시부(250)를 통해 표시(S120)되도록 하고 발열체(100)로 전원공급이 이루어지도록 전원공급부(210)를 제어한다(S130).
그리고 제어부(240)는 온도 감지부(220)를 통해 발열체(100)의 발열온도를 감지(S140)하여 내부 저장부에 저장된 난방 온도보다 높은지를 판단(S150)하고, 판단 결과 설정된 난방 온도보다 감지된 난방 온도가 더 높으며 제어부(240)는 전원공급부(210)를 제어하여 발열체(100)로 공급되던 구동전원이 차단되도록 제어(S160)한다.
제어부(240)는 온도 설정부(230)를 통해 작동정지신호가 입력되는지를 판단(S170)하고, 판단 결과 작동정지신호가 입력되면 종료하고, 그렇지 않으면 S130 단계부터 반복 수행한다.
한편, 제어부(240)는 사용자의 자동모드 설정부(260) 조작에 따라 자동모드 설정신호가 입력되는지를 판단(S210)하고, 판단 결과 자동모드 설정신호가 입력되면, 제어부(240)는 온도 감지부(220)를 통해 감지된 발열체(100)의 발열온도가 미리 설정된 온도값 이하인지를 판단(S220)한다.
S220 단계의 판단 결과 발열체(100)의 발열온도가 미리 설정된 온도값 이하이면 제어부(240)는 발열체(100)로 전원이 공급되도록 전원 공급부(210)를 제어(S230)하고, 발열체(100)의 발열온도가 미리 설정된 온도값 이상이면 발열체(100)로 공급되는 전원이 차단되도록 전원 공급부(210)를 제어(S240)한 후 자동모드 해제신호가 입력되는지를 판단하는 단계인 S250 단계를 수행한다.
그리고 제어부(240)는 자동모드 설정부(260)를 통해 자동모드 해제신호가 입력되는지를 판단(S250)하고, 판단 결과 자동모드 해제신호가 입력되면 제어부(240)는 전원공급부(210)를 제어하여 발열체(100)로 공급되던 구동전원이 차단되도록 제어(S260)한 후 종료하고, 자동모드 해제신호가 입력되지 않으면 제어부(240)는 S230 단계부터 반복수행한다.
본 발명에 따른 발열 시스템은 투시성을 지닌 그래핀으로 필름 제조가 가능하다면, 차량 유리용 발열 필름, 혹은 가정용 필름을 제조하여, 차량유리와 각종 건물 옥상, 주택가의 지붕 등을 비롯하여 바닥,벽 용 타일 또는 보온 매트 or 담요 등 열이 필요한 모든 곳에 적용 가능하며,이때 단열에 매우 높은 효율을 지니게 할 수 있다.
특히, 국내의 경우, 강원 산간의 경우 적설량이 매우 높아 매년 제설 작업에 매우 많은 비용을 사용하고있는데, 이를 대체할 수 있는 수단이 될 수 있다.
전술한 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 발열체
200 : 컨트롤장치
210 : 전원 공급부 220 : 온도 감지부
230 : 온도 설정부 240 : 제어부
250 : 표시부 260 : 자동모드 설정부

Claims (5)

  1. 그래핀 막이 형성된 필름을 내장하고 있는 발열체(100); 및
    상기 발열체(100)에 구동 전원을 공급하는 전원 공급부(210)와, 상기 발열체(100)의 온도를 측정하여 출력하는 온도 감지부(220)와, 외부로부터 가해지는 물리적인 힘에 의해 상기 발열체(100)의 발열온도 설정값을 출력하는 온도 설정부(23)와, 상기 발열온도 설정값을 입력받아 저장하고, 상기 발열체(100)로 상기 전원 공급부(210)의 구동 전원이 공급되도록 제어하고, 상기 온도 감지부(220)로부터 상기 발열체(100)의 현재 온도를 입력받아 저장되어 있는 발열온도 설정값과 비교하고, 비교 결과 현재 온도가 발열온도 설정값보다 높은 경우 상기 전원 공급부(210)에서 발열체(100)로 공급되는 전원이 차단되도록 제어하는 제어부(240)와, 상기 온도 설정부(230)에 의해 설정된 발열체(100)의 발열온도 값을 외부로 표출시키는 표시부(250)로 이루어진 컨트롤장치(200);
    를 포함하는 그래파이트 기반 발열체를 이용한 발열 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부(240)는, 현재온도가 발열온도 설정값보다 낮은 경우 상기 전원 공급부(210)에서 발열체(100)로 전원이 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 그래파이트 기반 발열체를 이용한 발열 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 발열체(100)는 2개의 절연층(140)(150) 사이에 그래핀 막이 형성된 필름(110)이 배치되고,
    상기 그래핀 막이 형성된 필름(110)의 일측은 절연층 내측으로 인입되어 홈(110)이 형성되고, 그 반대 일측은 절연층 외측으로 인출되도록 돌기(120)가 형성되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 그래파이트 기반 발열체를 이용한 발열 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 2개의 발열체(100)는 하나의 발열체에 형성된 홈(120)에 다른 하나의 발열체에 형성된 돌기(130)가 끼워져 결합되는 것을 특징으로 하는 그래파이트 기반 발열체를 이용한 발열 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 발열체(110)는, 흑연을 가공하여 그래파이트 성분만으로 이루어진 분말을 형성시키고, 분말을 투명 필름의 상하부면에 도포하여 그래핀 막이 형성된 필름을 형성시키고, 상기 그래핀 막이 형성된 필름 상하부면에 절연체를 부착 고정시켜서 형성된 것을 특징으로 하는 그래파이트 기반 발열체를 이용한 발열 시스템.
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