KR960016064B1 - 전기저항성 무기물 면상 발열체 조성물 - Google Patents
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Abstract
없음.
Description
본 발명은 무기물을 소재로 한 전기저항성 면상 발열체 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 일정비율의 무기물들을 혼합하여 도전액을 제조하므로서, 발열 면적이 크고 균일하며, 장시간 사용시 저항치가 균일하고 내구성이 우수한 전기저항성 무기물 면상 발열체 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 국민생활 향상으로 인한 에너지 소비욕구가 증대됨에 따라 에너지를 효율적으로 사용함으로서 에너지 소비증가를 둔화시키고자 하는 노력이 절실히 요구되고 있고, 특히 산업의 급속한 발전과 에너지 차원의 심각한 결핍에 당면하고 있는 현실을 감안할때 에너지 절약을 유도할 수 있는 장치의 개발은 대단히 중요한 것이다. 열발생기의 경우, 열의 발생속도를 촉진시킴으로서 소비자가 원하는 온도에 도달하는 시간을 단축시킬 수만 있다면 열사용 장비의 사용시간을 단축시키고 불필요한 열발생을 제거시킴으로서 에너지 낭비를 없애고 에너지 절감을 성취시킬 수 있는 것이다.
종래, 전기를 에너지원으로 사용하는 대부분의 방법은 금속재 열선을 사용하여 왔으며, 이러한 방법으로서는 열선 자체가 온도는 빨리 상승시킬 수 있지만, 전체 필요한 면적을 가열하는데는 장시간이 소요되고, 열선의 열화에 의한 효율의 감퇴를 수반하게 되므로, 이 방법에 의한 에너지 절약은 한계가 있는 것이다.
이와같은 단점을 제거하기 위하여,금속재 열원이 갖는 단점이 보완되면 상발열체가 개발되어 새로운 열원으로서 각광을 받고 있다. 즉 금속재 열원이 1차원적 발열체인데 반하여 면상 발열체는 2차원적으로 열을 발생시켜 짧은 시간안에 큰 질량의 물체를 요구 온도까지 가열할 수 있어서, 일반적으로 패널히이터, 의료건조기, 식기건조기, 전기온풍기 등과 같은 가정용 열기구나 의료기구 등의 발열소자로 사용되고 있는 것이다. 그러나, 현재 사용되고 있는 면상 발열체는 대부분이 유기물질을 소재로 하고 있기 때문에 매우 정밀하고 복잡한 제조공정을 거쳐야 하므로, 생산가가 높아 비경제적이었다.
또한, 종래 면상 발열체는 탄소계와 비탄소계로 분류되어 왔으며, 비탄소계 면상 발열체는 알루미늄이나 기타 금속의 얇은 판을 에칭하거나 슬릿하여 일정한 모양으로 저항체를 만들고, 이에 내열성 필름으로 절연피복하여 만든 것이 있고, 또는 금속선과 섬유를 교직하여 만든 것이 있으며, 최근에는 내열성 섬유에 도전성 프라스틱을 코팅하여 제조하는 방법 등이 있으나, 이러한 방법들은 그 효과에 비하여 생산비가 높은 단점이 있다.
또한, 탄소계 면상 발열체에는 유기물질을 소재로 한 것은 모두 도전성 플라스틱이고 탄소나 흑연과의 혼합물로서 매우 정밀한 제조공정과 고온에서 일정시간 열처리를 해야 하므로, 제조공정이 복잡하고 생산단가가 매우 높아 비경제적인 단점을 갖는다.
따라서, 본 발명에서는 지금까지 사용하지 않은 무기물을 소재로 하여 발열 면적이 크고 균일하여 경제적이고 장시간 사용시에도 저항치가 균일하고 내구성이 우수한 면상 발열체를 개발하므로서 상기한 바와같은 종래 유기물질을 소재로 한 면상 발열체의 단점을 모두 제거하였다. 즉, 본 발명에서 새로이 개발한 무기물을 소재로 하여 면상 발열체는 가격이 저렴한 무기물질을 원료로 하므로 제조단가가 저렴하여 종래 면상 발열체에 비하여 경제적이고, 제조공정이 간단하여 여러가지 형태로 적용할 수 있는 장점이 있으며, 특히 도료형태로 제조할 수 있으므로, 필요로 하는 물체에 도포할 수 있어 적용범위가 다양한 장점을 갖는다. 또한 용도에 맞추어 절연재를 사용하여 600℃까지 높은 온도를 발생시킬 수 있으며, 발열 면적의 크기가 전력 또는 전압 등을 자유롭게 선정하여 필요한 발열량이 맞추어 설계할 수 있고, 조립 및 가공이 용이하며 저온 발열체이기 때문에 화재의 염려가 적다.
본 발명의 전기저항성이 높은 무기물 면상 발열체 조성물은 다음과 같은 조성비를 갖는 성분들로 이루어지는 도전액을 형성한다.
15-24중량%의 산화알루미늄(Al2O3)
16-31중량%의 탄소(C)
35-58중량%의 규산나트륨(Na2SiO3)
또한 본 발명이 전기저항성 무기물 면상 발열체는 성분들간의 조성비를 조정하므로서 하기한 바와같은 효과를 얻을 수 있다.
즉, 면상 발열체의 전기저항 R은 전극의 길이와 전극의 거리에 의하여 좌우되기 때문에 이것에 좌우되지 않는 정수로서 면적 고유저항치인 β Ω/sq.(ohm square)를 사용한다. Ω/sq.라는 단위는 단위면적당의 전기저항치라는 의미를 갖는다.
물체의 전기저항치는 단면적이 반비례하고 길이에 비례하기 때문에 다음 표 1에서처럼 직각형인 경우에 마주보는 전기저항은 같게 된다.
[표 1]
따라서
물질 고유저항치
로 된다.
면적 고유저항치
그러므로 면상 발열체의 전기저항 R은
로 된다.
따라서 면적 고유저항치 β와 거리 a에 비례하고 전극의 거리 b에 반비례한다. 새로운 무기물 발열체는 조성비를 조절함으로서 물질 고유저항치 a를 조정할 수도 있고 도포 두께를 조정함으로서 면적 고유저항치를 조정할 수 있어서 면상 발열체로 가장 많이 소요되는 β치를 50-300까지 생산할 수 있으며 그 이상 15,000Ω/sq의 고저항체도 생산할 수가 있다.
본 발명의 전기저항성 무기물 면상 발열체를 제조 및 사용공정에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.
산화알루미늄분말과 탄소분말을 혼합한 다음 이 혼합물에 규산나트륨 용액을 첨가하여 도전액으로 면상발열체를 제조하고, 이를 절연처리된 물체 표면에 도포한다. 이때 용도에 따라 내습효과를 증가시키기 위하여 일정시간 열처리한다. 이 공정이 끝나면 물체 양단에 온 페이스트를 도포하여 전극을 설치하고 사용온도 및 용도에 따라서 절연가공한다. 상기한 열처리는 용도에 따라서 절연가공한다. 상기한 열처리는 용도에 따라 60℃에서 30분간, 80℃에서 2시간, 100℃에서 2시간, 150℃에서 1시간 행한다.
또한, 절연처리는 사용온도에 따라 처리하는데, 에폭시 수지와 유리섬유를 쓰면 최고 120℃까지 사용할 수 있고, 100MΩ 이상의 절연이 가능하다.
60°~68℃까지 사용하는 곳에서는 폴리에스테르와 염화비닐을 코팅하여 사용한다.
상기에서 언급한 용도예로서는 일반 가정용, 산업용, 공업용을 들 수 있는데, 이는 비교적 낮은 온도(120℃ 이하)에서 널리 사용되고 있다.
용도예를 구체적으로 예시하면, 저온용(60-80℃)으로는 폴리에스테르 또는 염화비닐을 코팅하여, 바닥용 유닛 히이터(전기온돌 포함), 애환동물용 히이터, 겨울의 결노방지용 히이터, 각종 보온용 히이터, 각종 동결방지용 히이터와 자동차 후사경용 히이터에 이용할 수 있고, 고온용(120℃ 이하)으로는 유리섬유 또는 에폭시 수지를 코팅하여 원적외선 저온 사우나 히이터, 패널 히이터, 선박 갑판 동결방지용 히이터, 신호기용 히이터, 온실용 히이터, 각종 보온용 히이터와 각종 결노방지용 히이터에 이용할 수 있다.
본 발명을 실시예를 들어 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
[실시예]
15.0g의 산화알루미늄을 200메쉬로 분쇄하고, 이 분말에 16.8g의 탄소분말을 혼합하여 20분간 교반한 다음, 이 혼합물에 35cc의 규산나트륨 용액을 가한 후 균일하게 혼합되도록 20분간 더 교반하여 도전액을 제조하고, 이를 절연처리된 물체 표면에 도포한다. 다음 원하는 물품의 용도에 따라서, 60℃에서 30분, 80℃에서 2시간, 100℃에서 2시간, 150℃에서 1시간 열처리한 후, 물품 양단에 은 페이스트를 도포하여 전극을 설치한다. 다음 60°~68℃ 이하의 저온용에 대하여는 폴리에스테르 또는 염화비닐을 코팅하여 절연처리하고 120℃ 이하의 고온용에 대하여는 유리섬유 또는 에폭시 수지를 코팅하여 절연 처리하여서 물품을 완성한다.
Claims (1)
- 다음 조성비를 갖는 성분 :15-24중량%의 탄소16-31중량%의 산화알루미늄35-58중량%의 규산나트륨으로 이루어진 도전액을 형성함을 특징으로 하는 전기저항성 무기물 면상 발열체 조성물.
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