KR20220087040A - 양방향으로 발열이 가능한 면상발열체 - Google Patents

양방향으로 발열이 가능한 면상발열체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양방향으로 발열이 가능한 면상발열체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 양방향으로 발열이 가능하여 유리의 외측면에 발생되는 성에와 유리의 내측면에 발생되는 김 서림을 동시에 효율적으로 제거할 수 있는 면상발열체에 관한 것이다.
본 발명의 양방향으로 발열이 가능한 면상발열체는 절연성 기재와, 기재의 일면에 형성되어 외측 유리를 향하는 전도성 패턴과, 전도성 패턴과 외측 유리 사이에 형성되는 외측 실리콘층과, 기재의 타면에 형성되어 내측 유리를 향하는 열확산층과, 열확산층과 내측 유리 사이에 형성되는 내측 실리콘층을 구비한다.

Description

양방향으로 발열이 가능한 면상발열체{panel heater for bi-directional heating}
본 발명은 양방향으로 발열이 가능한 면상발열체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 양방향으로 발열이 가능하여 유리의 외측면에 발생되는 성에와 유리의 내측면에 발생되는 김 서림을 동시에 효율적으로 제거할 수 있는 면상발열체에 관한 것이다.
면상발열체는 통전에 의해 복사열을 발생시키기 때문에 효율적이면서도 안정적인 발열이 가능하므로 다양한 분야에 적용되고 있다.
예를 들어, 바닥 난방 등의 주거용, 산업용 난방장치, 프린팅 건조 및 도장 건조 등 각종 산업용 가열장치, 비닐하우스와 축사, 농산물 건조시스템과 같은 농업용 설비, 도로나 주차장의 눈을 녹이는 동결방지장치, 차량의 윈드실드 등에 이용되고 있다.
차량의 윈드쉴드는 차량에 적용되는 전면 및 후면의 유리창을 가리키는 것으로서, 외부의 공기 및 비바람을 차단하는 역할을 한다. 그러나 외부 환경의 변화에 의해 윈드쉴드에 운전자의 시야를 방해하는 성에, 김 서림 등이 발생할 수 있으며, 이를 제거하기 위하여 윈드쉴드에 열풍을 가해주거나 윈드쉴드에 발열체를 내장하여 직접 열을 가하는 기술이 개발되어 있다.
특히, 윈드쉴드에 발열체를 내장하여 직접 열을 가해주는 방식이 각종 방해 요소를 효율적으로 제거하는 방법이므로 최근 생산되는 차량에 다수 적용되고 있으며, 전면 윈드쉴드의 경우 시인성 확보를 위하여 투명 면상 발열체가 적용되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-2167964호에는 면상발열체가 개시되어 있다. 상기 면상발열체는 기재, 기재의 표면에 형성되는 발열 패턴, 발열 패턴을 덮도록 형성되는 절연층을 포함하는 구성을 갖는다.
상기 면상발열체는 일 방향으로만 발열이 가능하므로 자동차의 윈드쉴드나 건물의 유리창에 적용할 경우 유리의 내측과 외측 중 어느 한방향으로만 영향을 주게 된다.
예를 들어, 발열 방향이 유리의 외측면일 경우 성에 제거에는 유리하지만, 김 서림 제거에는 더 많은 에너지를 소모하게 되어 효율성이 떨어진다. 반대로 발열 방향이 유리의 내측면일 경우 김 서림 제거에는 유리하지만 성에와 같이 유리 외측면에 생성되는 물질을 제거하기 위해서는 효율성이 떨어진다.
대한민국 등록특허 제10-2167964호: 다양한 기판에 적용 가능한 면상발열체
본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 양방향으로 발열이 가능하여 유리의 외측면에 발생되는 성에와 유리의 내측면에 발생되는 김 서림을 동시에 효율적으로 제거할 수 있는 면상발열체를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양방향으로 발열이 가능한 면상발열체는 내측 유리와 외측 유리 사이에 설치되는 면상발열체에 있어서, 절연성 기재와; 상기 기재의 일면에 형성되어 상기 외측 유리를 향하는 전도성 패턴과; 상기 전도성 패턴과 상기 외측 유리 사이에 형성되는 외측 실리콘층과; 상기 기재의 타면에 형성되어 상기 내측 유리를 향하는 열확산층과; 상기 열확산층과 상기 내측 유리 사이에 형성되는 내측 실리콘층;을 구비한다.
상기 외측 실리콘층 및 상기 내측 실리콘층은 열을 고르게 분산시킬 수 있도록 두께 10 내지 100㎛로 형성되며, 상기 외측 실리콘층보다 상기 내측 실리콘층이 얇게 형성된다.
상기 열확산층은 고분자 바인더에 열전도성 입자가 분산되어 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 양방향으로 발열이 가능하여 유리의 외측면에 발생되는 성에와 유리의 내측면에 발생되는 김 서림을 동시에 효율적으로 제거할 수 있다.
본 발명의 면상발열체는 건물의 외벽 또는 특수목적용 유리 사이에 접합되어 바깥 유리에 맺히는 빗방울이나 성에, 내측 유리에 생기는 김 서림 등의 이물질을 효과적으로 제거할 수 있으며, 전력 소모가 적고 내구성 및 시인성이 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 예에 다른 면상발열체가 외측유리와 외측유리 사이에 설치된 모습을 나타낸 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 양방향으로 발열이 가능한 면상발열체에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 면상발열체는 건물의 외벽 유리창이나 자동차의 윈드쉴드 등에 설치될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 면상발열체(10)는 외측 유리(1)와 내측 유리(5) 사이에 삽입되어 양 방향으로 발열이 가능하다.
도시된 본 발명의 면상발열체(10)는 절연성 기재(11)와, 기재(11)의 일면에 형성되어 외측 유리(1)를 향하는 전도성 패턴(13)과, 전도성 패턴(13)과 외측 유리(1) 사이에 형성되는 외측 실리콘층(15)과, 기재(11)의 타면에 형성되어 내측 유리(5)를 향하는 열확산층(17)과, 열확산층(17)과 내측 유리(5) 사이에 형성되는 내측 실리콘층(19)을 구비한다.
기재(11)는 다양한 소재로 형성된 박판으로 이루어진다. 기재(11)의 두께는 100 내지 200㎛일 수 있다.
기재(11)는 금속, 합성수지, 세라믹 등의 소재로 형성될 수 있다. 가령, 기재(11)는 시인성 확보가 가능하고 휨변형이 가능하도록 플렉시블한 합성수지 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 합성수지 소재로서 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylenenaphtalate, PEN), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 또는 폴리우레탄(polyurethane) 등을 들 수 있다.
기재(11)는 통전되지 않도록 절연성 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 금속과 같은 전도성 소재로 기재(11)가 형성될 경우 기재(11)에는 절연층이 형성될 수 있음은 물론이다.
전도성 패턴(13)은 기재(11)의 일면에 형성된다. 도시된 예에서는 외측 유리(1)를 향하는 기재(11)의 일면에 형성된다. 전도성 패턴(13)은 두께가 10 내지 40㎛로 형성될 수 있다.
전도성 패턴(13)은 전원과 전기적으로 연결되어 열을 발생시키는 부위로서, 통상적인 발열물질을 기재(11)의 일면에 특정한 패턴으로 형성시킨다. 발열물질로 도전성을 갖는 금속 재질이면 제한없이 적용이 가능하다. 일 예로, 은, 금, 백금, 알루미늄, 구리, 크롬, 바나듐, 마그네슘, 티타늄, 주석, 납, 팔라듐, 텅스텐, 니켈 중 어느 하는 또는 이들이 합금을 사용할 수 있으며, 바람직하게 은을 사용할 수 있다.
전도성 패턴(13)의 형성방법은 공지된 다양한 종류의 패턴 형성 방법을 적용할 수 있다. 가령, 습식 코팅 및 건식 코팅 공정이 사용될 수 있다. 예를 들면, 그라비아 인쇄, 플락소 인쇄, 콤마 인쇄, 슬릿 코팅, 스프레이 코팅, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 라미네이트, 그린 시트 공법, 리프트-오프법, 포토리쏘그래피, 스퍼터링, E-빔 증착, 이온 플레이팅, 화학 기상 증착, 플라즈마 화학 기상 증착, 열 증착, 레이저 분자빔 증착, 펄스 레이저 증착이 가능하다.
외측 실리콘층(15)은 전도성 패턴(13)과 외측 유리(1) 사이에 형성된다. 외측 실리콘층(15)은 전도성 패턴(13)을 보호한다.
외측 실리콘층(15)은 실리콘 수지를 얇게 도포하여 형성시킬 수 있다. 실리콘 수지는 투과도가 우수하기 때문에 시인성이 양호하다. 실리콘 수지는 열 전도도가 좋지는 않으나 얇게 도포시 전도성 패턴(13)에서 발생된 열을 균일하게 분산시킬 수 있다.
외측 실리콘층(15)은 열을 고르게 분산시킬 수 있도록 두께는 10 내지 100㎛로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 50 내지 100㎛가 적절하다. 외측 실리콘층(15)의 두께가 50㎛ 미만이면 전도성 패턴(13)의 보호 및 접착 효과가 낮고, 두께가 100㎛를 초과하면 열 분산성이 저하된다.
열확산층(17)은 기재(11)의 타면에 형성된다. 도시된 예에서 내측 유리(5)를 향하는 기재의 타면에 열확산층(17)이 형성된다. 열확산층(17)은 두께가 5 내지 15㎛로 형성될 수 있다. 열확산층(17)은 전도성 패턴(13)에서 발생된 열을 전달받아 내측 유리(45) 방향으로 열을 확산시키는 역할을 한다.
열확산층(17)은 투명성을 가지면서 열전도성이 우수한 물질로 형성된다. 열전도성이 우수한 물질로서 금속 입자 또는 탄소 입자를 이용할 수 있다. 금속 입자로 은, 금, 백금, 알루미늄, 구리, 니켈 등을 이용할 수 있다. 그리고 탄소 입자로 탄소나노튜브, 탄소나노파이버, 그래핀, 플러렌, 그라파이트, 카본블랙 등을 이용할 수 있다.
열확산층(17)은 다양한 공지의 건식코팅 방법에 의해 형성될 수 있다. 건식 코팅 방법으로는 물리증착(PVD), 화학증착(CVD), 플라즈마강화 화학증착(PECVD), 플라즈마 코팅, 스퍼터링, 전기도금 등의 방법이 사용될수 있다.
그리고 전도성 입자가 분산된 고분자 바인더를 이용하여 열확산층을 형성할 경우 습식코팅 방법에 의해 형성할 수 있다. 고분자 바인더로 폴리아미드수지, 폴리이미드수지, 폴리페닐렌옥사이드수지, 실리콘수지, 폴리티타노카르보실란수지, 페놀수지, 에폭시수지, 폴리우레탄수지, 폴리에스테르수지, 폴리에테르-에테르케톤수지, 폴리페닐렌설파이드수지, 불소함유중합체, 폴리올레핀수지, 폴리염화비닐수지, PVB(폴리비닐부티랄), PVA(폴리비닐알콜), 에틸하이드록시에틸 셀룰로오즈 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 사용한다.
습식 코팅 방법은 스핀코팅, 딥코팅, 스프레이 코팅, 잉크젯 프린팅, 롤코팅, 드롭케스팅, 닥터블레이드, 전기분무 등의 방법이 사용될 수 있다.
내측 실리콘층(19)은 열확산층(17)과 내측 유리(5) 사이에 형성된다. 내측 실리콘층(19)은 열확산층(17)을 보호한다.
내측 실리콘층(19)은 실리콘 수지를 얇게 도포하여 형성시킬 수 있다. 실리콘 수지는 얇게 도포시 열확산층(17)을 통해 전달되는 열을 균일하게 분산시킬 수 있다.
내측 실리콘층(19)은 열을 고르게 분산시킬 수 있도록 두께는 10 내지 100㎛로 형성될 수 있다. 바람직하게 내측 실리콘층(19)은 외측 실리콘층(15)보다 두께가 더 얇게 형성된다. 이는 외측 유리(1) 방향보다는 내측 유리(5) 방향으로 열 분산성을 더 향상시키기 위함이다. 바람직한 내측 실리콘층(19)의 두께는 30 내지 50㎛가 적절하다.
상술한 본 발명의 면상발열체(10)는 기재(11)의 한쪽 면에는 전도성 패턴(13)이 형성되고, 다른 면에는 열확산층(17)이 형성되어 있으서 양 방향으로 발열이 가능하다. 따라서 2장의 유리 사이에 면상발열체(10)가 삽입될 경우 경우 외측 유리(1)와 내측 유리(5) 방향으로 발열이 가능하므로 외기와 접하는 외측 유리(1)의 바깥면에 발생되는 성에와 내기와 접하는 내측 유리(5)의 안쪽면에 발생되는 김 서림을 동시에 효율적으로 제거할 수 있다.
본 발명의 면상발열체(10)는 건물의 외벽 또는 특수목적용 유리 사이에 삽입되어 바깥 유리에 맺히는 빗방울이나 성에, 내측 유리에 생기는 김 서림 등의 이물질을 효과적으로 제거할 수 있으며, 전력 소모가 적고 내구성 및 시인성이 우수한 효과를 나타낸다.
이상, 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 등록청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
1: 외측유리 5: 내측유리
10: 면상발열체 11: 기재
13: 전도성패턴 15: 외측 실리콘층
17: 열확산층 19: 내측 실리콘층

Claims (3)

  1. 내측 유리와 외측 유리 사이에 설치되는 면상발열체에 있어서,
    절연성 기재와;
    상기 기재의 일면에 형성되어 상기 외측 유리를 향하는 전도성 패턴과;
    상기 전도성 패턴과 상기 외측 유리 사이에 형성되는 외측 실리콘층과;
    상기 기재의 타면에 형성되어 상기 내측 유리를 향하는 열확산층과;
    상기 열확산층과 상기 내측 유리 사이에 형성되는 내측 실리콘층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향으로 발열이 가능한 면상발열체.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 외측 실리콘층 및 상기 내측 실리콘층은 열을 고르게 분산시킬 수 있도록 두께 10 내지 100㎛로 형성되며,
    상기 외측 실리콘층보다 상기 내측 실리콘층이 얇게 형성된 것을 특징으로 하는 양방향으로 발열이 가능한 면상발열체.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 열확산층은 고분자 바인더에 열전도성 입자가 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 양방향으로 발열이 가능한 면상발열체.
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