KR20040086673A - 온도자율조절 기능을 갖는 발열체 및 그 발열체를 이용한제품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구리나 금속 합금선으로 된 도체 외주연으로 온도자율조절 기능을 가진 경화성 컴파운드로 압출 성형하고, 그 외주연을 유리섬유와 같은 절연기능을 갖는 내열섬유로 편조한 다음 내열 고분자 피복재로 절연하여 외부피복재를 형성하고, 상기 외부피복재 외주연으로 기능성 원단을 덮고 내열성 라미네이팅지로 코팅 처리하여 인체에 활력을 줄 수 있고, 물빨래나 드라이크리닝과 같은 세척작업에도 내구성, 내약품성은 물론 난연성을 갖는 온도자율조절 기능을 갖는 발열체 및 그 발열체를 이용한 제품에 관한 것이다.
상기 온도자율조절 기능을 갖는 발열체는 구리나 금속 합금선으로 이루어진 2가닥의 도체(10)와, 상기 도체(10) 외주연에 압출 성형되는 온도조절 기능을 갖는 경화성 컴파운드(30)로 이루어지고, 상기 도체(10)에 전원을 공급하는 전원부(20)를 포함한다.
또한, 상기 경화성 컴파운드(30) 외주연에 절연기능을 갖는 내열섬유로 편조(100)한 다음 내열성 고분자로 구성된 외부피복재(40)로 이루어진다.
또한, 상기 경화성 컴파운드(30) 외주면에 게류마늄, 세라믹 분말이 컴파운딩된 내열수지로 구성된 외부피복재(40)로 절연하거나, 상기 외부피복재(30) 외주연으로 기능성 원단(50)을 덮고 그 상면을 라미네이팅지(60)로 코딩 처리하여 라미네이팅재(70)로 이루어진다.
Description
본 발명은 온도자율조절 기능을 갖는 발열체 및 그 발열체를 이용한 제품에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구리나 금속 합금선으로 구성된 도체에 도전화한 실리콘, 에틸렌 프로필렌 공중합체, 아소프렌 고무, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 혹은 불소, 폴리에틸렌과 같은 경화성 수지로 압출하고, 그 외주연을 유리섬유 등으로 편조한 다음 옥, 게류마늄, 세라믹과 같은 원적외선을 발생하는 기능성 충진제를 포함한 외부피복재로 절연하거나 라미네이팅지를 코팅 처리함으로써, 인체에 활력을 줄 수 있고, 물빨래나 드라이크리닝과 같은 세척 작업에도 내구성과 내약품성은 물론 내화 기능을 갖는 레져용 발열 제품들을 용이하게 제조할 수 있는 것이다.
종래의 발열체는 발열체를 불소수지 혹은 염화비닐수지 등으로 절연시킨 구조를 가지고 있어 발열 면적이 적고 레져용 원단에 접합시키는 구조로 되어 있어 세탁시에, 제품의 훼손이 쉽고 누전시 화재의 위험이 높은 단점을 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 발열체의 온도가 외부환경 조건에 따라 자동으로 조절되고, 재질이 유연하여 인체에 쾌적한 느낌을 주며, 온도조절기능에 따른 발열효율의 향상은 물론 충전지를 사용시사용시간을 최적화할 수 있으며, 사용전압이 0∼500V인 직류는 물론 교류에서도 사용할 수 있는 온도자율조절 기능을 갖는 발열체 및 그 발열체를 이용한 제품을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 발열체를 휴대 및 유지보수가 간편하고, 방한복이나 방한매트, 방한 장갑, 방한모, 방한신발 등 다용한 제품에 결합하여 사용할 수 있는 온도자율조절 기능을 갖는 발열체 및 그 발열체를 이용한 제품을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 구리나 금속 합금선으로 이루어진 2가닥의 도체와, 상기 도체에 전원을 공급하는 전원부와, 상기 도체 외주연에 경화성 수지로 압출 성형되는 온도조절 기능을 갖는 경화성 컴파운드로 구성한다.
도 1은 본 발명인 발열체의 구성을 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 발열체에 전원부가 결합된 구성을 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명인 발열체 외주연에 외부피복재가 절연된 것을 나타낸 단면도.
도 4는 본발명인 발열체의 외부피복재 외주면에 라미네이팅재로 코팅된 것을 나타내는 예시도.
도 5는 본발명의 발열체를 방한복에 설치된 구성을 나타낸 예시도.
♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명♣
10: 도체 20: 전원부
30: 내열성 컴파운드 40: 외부피복재
50: 기능성 원단 60: 라미네이팅지
80: 리드선 90: 방한복
이하에서 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도면 도 1은 본 발명의 전체 구성을 나타낸 단면도로서, 상기 발열체는 도체(10)와 전원부(20)와 내열성 컴파운드(30)로 이루어진다.
상기 도체(10)는 구리나 금속 합금선으로 이루어진 2가닥을 형성한다.
상기 내열성 컴파운드(30)는 도체(10) 외주연으로 압출 성형된다.
내열성 컴파운드(30)의 성분은 내열성 고분자 수지 60 ~ 80 중량%와, 부가형백금촉매 2 ~ 4 중량%와, 도전성 성분계 10 ~ 30 중량%와, 첨가제 0.5 ~ 1 중량%를 포함하여 이루어진다.
상기 내열성 고분자 수지는 온도자율조절 성분의 주재로, 발열체를 형성하는 성분으로 60 내지 80 중량%가 사용된다.
상기 성분이 60 중량% 미만인 경우에는 발열체의 유연성이 떨어지며, 80 중량% 보다 많은 경우에 가공성이 떨어진다.
상기 부가형 백금촉매는 고분자 수지의 경화제로 2 내지 4 중량%가 사용된다.
부가형 백금촉매가 2 중량%를 미만인 경우에는 수지의 경화도가 낮아지며, 4 중량% 초과 사용할 경우에는 촉매잔사에 의한 전기저항도가 낮아진다.
상기 도전성 성분계는 도전성 카본블랙, 지당과 같은 도전성 충진제 또는 알루미늄, 철, 크롬, 구리와 같은 금속계 분말이 주성분으로 10 내지 30 중량%가 사용된다.
상기 성분이 10 중량% 미만인 경우에는 도전성 기능이 상실되며, 30 중량% 보다 많은 경우 온도자율특성이 떨어진다.
상기 첨가제는 가공성을 향상시키는 성분으로 0.5 내지 1.0 중량%가 사용된다.
상기 성분이 0.5 중량% 미만인 경우에는 가공성이 떨어지며, 1.0 중량%보다 많은 경우에는 발열체의 성능이 저하된다.
상기와 같은 조성물을 컴파운딩시킨 온도자율조절 기능을 갖는 내열성 컴파운드(30)를 도체(10) 2가닥에 압출하여 온도가 제어되는 발열체(100)를 용이하게 제조할 수 있다.
상기 경화성 수지는 실리콘고무, 아소프렌고무, 에틸렌-프로필렌고무, 에틸렌비닐아세테이트 고무를 포함한 내열수지와 도전성을 나타내 주는 카본블랙, 금속분말, 도전성고분자수지를 포함한다.
또한, 첨부된 도면 도 2와 같이 상기 도체(10)에 전원을 공급하는 전원부(20)를 형성한다.
상기 전원부(20)는 직류나 교류 전압 0~500V를 사용하게 된다.
또한, 전원부(20)를 충전지로 사용할 수 도있다.
또한, 첨부된 도면 도 3와 같이 상기 내열성 컴파운드(30) 외주연으로는 옥, 게류마늄, 세라믹 분말로 이루어진 기능성 충진제를 절연하여 외부피복재(40)를 형성한다.
상기 외부피복재(40)는 내열성 컴파운드(30) 외면을 감싸도록 형성되고, 인체에 유익한 원적외선을 발생하게 된다.
또, 상기 외부피복재(40)는 폴리에스터섬유, 유리섬유, 아라미드섬유와 내열절연기능성을 가진 섬유로 편조한 후 실리콘수지, 불소수지, 폴리에스텔 수지, 폴리아마이드 수지로 절연한다.
또한, 첨부된 도면 도 4와 같이 상기 외부피복재(40) 외주연으로는 상기 외부피복재(30) 외주연으로 기능성 원단(50)을 덮고 그 상면을 라미네이팅지(60)로 코딩 처리하여 라미네이팅재(70)를 형성한다.
상기 라미네이팅재(70)는 물빨래나 드라이크리닝과 같은 세척 작업에도 내구성과 내약품성 및 난연성을 갖게 한다.
상기와 같은 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
(실시예)
실시예에서 제조된 온도자율조절 기능을 가진 발열체의 자율온도 기능성은 시간에 따른 발열 실험 및 온도별 저항변화에 따라 표 2,3에 따라 평가된다.
하기 표 1에 기재된 성분을 롤밀 혹은 압출기를 이용하여 온도자율조절형 컴파운드를 혼합하였다.
| 구 분 | 실시예 | 비교예 | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 1 | |
| 내열성 고분자 수지 | 60.0 | 70.0 | 67.5 | 75.0 | 80.0 | 95.0 |
| 경화제 | 3.5 | 3.2 | 3.5 | 3.0 | 3.8 | 4.0 |
| 도전성 충진제 | 35.5 | 25.8 | 28.0 | 21.0 | 15.2 | 0.0 |
| 첨가제 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| 합 계 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 난연성 | V-1 | V-1 | V-0 | V-0 | V-0 | V-2 |
| 체적저항(Ω·cm) | 2.5 | 11.0 | 9.5 | 20.0 | 50.0 | 108 |
상기 표 1은 온도자율조절 기능을 가진 컴파운드의 배합비를 나타내고 있다. 상기 표 1에서 보는 바와 같이 도전성 충진제를 첨가하지 않은 비교예인 경우 체적저항이 108Ω·cm로써 직류형 온도 자율조절 컴파운드로 사용할 수 없음을 알 수 있다.
난연성 실험은 난연 실험기를 이용하여 수평시험법(UL 94HB)의 방법에 따라 V-0, V-1, V-2로 구분한다.
모든 실시예에서 보여주듯 난연성이 V-0, V-1급으로 발열체 자체에 화재발생 위험이 없음을 알 수 있다.
(a)시간별 발열온도(DC 3.6v 1개 연결)
(b)온도별 저항변화(DC 3.6v 1개 연결)
(c) 온도별 전류변화
상기 표 2는 온도자율 특성실험으로 온도(-20~200℃)에 따른 전기저항 및 DC 3.6V의 발열실험을 통하여 전선의 자율특성능력을 시험한 것이다.
상기 표 2(a)에서 보는 바와 같이 시간에 따른 발열온도가 3.6V 직류에서 10분 후 부터는 46℃ 부근에서 일정하게 유지됨을 알 수 있다.
또한, 표 2(b)에서 보는 바와같이 온도에 따른 저항이 균일하게 변하는 특성을 가지고 있기 때문에 외부온도의 변화에 따라서 온도자율 특성을 가지고 있음을 알 수 있다.
또한, 표 2(c)에서 보는 바와같이 발열제품으로 사용가능한 온도 20∼100℃범위에서 온도에 따른 전류의 변화기 때문에 제품으로써의 자율온도조절 기능을 가지고 있음을 알 수 있다.
(a) 시간별 발열온도(상용전압)
(b) 온도별 저항변화(220V)
상기 표 3 는 상용전압(110V, 220V)에서 온도자율 특성실험으로 전압별 발열실험 및 전선의온도(20∼200℃)에 따른 전기저항변화에 따른 자율특성능력을 시험한 것이다.
상기 표 3(a)에서 보는 바와 같이 시간에 따른 발열온도가 전압의 변화에 따라서도 일정하게 유지됨을 알 수 있다.
또한, 표 3(b)에서 보는 바와같이 160℃ 이상의 온도에서 급격하게 저항이 변하여, 상기 자율조절 기능을 가진 컴파운드로 제조된 상용전압 전선일 경우 160℃ 이상까지는 온도가 상승되지 않음을 알 수 있다.
| 구성 | 상용 전압용 | |
| 경화성수지 | 실리콘 수지아소프렌고무에틸렌-프로필렌고무에틸렌비닐아세테이트고무 | 실리콘 수지아소프렌고무에틸렌-프로필렌고무에틸렌비닐아세테이트고무 |
| 2차층 | 폴리에스텔 섬유 편조유리 섬유 편조폴리아라미드 섬유편조 | |
| 외부피복 | 실리콘수지볼소수지폴리에스텔수지 | 실리콘수지볼소수지폴리에스텔수지 |
| 구성 | 직류 전압용 | |
| 경화성수지 | 실리콘 수지아소프렌고무에틸렌-프로필렌고무에틸렌비닐아세테이트고무 | 실리콘 수지아소프렌고무에틸렌-프로필렌고무에틸렌비닐아세테이트고무 |
| 2차층 | 옥,세라믹분말게루마늄 화합물원단 | |
| 라미네이팅 외부피복 | 염화비닐 필름폴리에틸렌 필름폴리에스텔 필름 | 염화비닐 필름폴리에틸렌 필름폴리에스텔 필름 |
또한, 표 4에는 상용전압용 및 직류전압용에 사용되는 온도자율조절 기능을 가진 발열체에 사용되는 수지 및 2차층 및 외부피복재의 재질을 표기하였다.
또한, 첨부된 도면 도 5와 같이 본 발명의 직류형 온도자율조절 기능을 갖는 발열체가 결합되어 있는 방한복의 구조를 나타내고 있다.
상기 방한복(90) 내부로 발열체(100)를 결합한다.
이때, 발열체(100)는 고정형이나 착탈식으로 결합할 수 있으며, 앞면과 뒷면에 각각 2개의 발열체(100)를 결합한다.
그리고 발열체(100)의 도체(10)들을 서로 리드선(80)으로 연결한다.
또한, 상기 리드선(80) 연결된 발열체 중 한곳에 전원을 공급하는전원부(20)를 연결한다.
이때, 전원부(20)는 DC를 사용한다.
상기 방한복에 설치되어 있는 발열체의 온도는 표 2에서 보는 바와 같이 사람이 착용한 후 10분 정도 후에는 45℃ 정도까지 상승하게 되고, 방한복 옷 내부의 온도는 인체의 활동 여부에 따라 60 내지 70℃까지 자율조절되어, 인체에 쾌적함을 줄 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도체 2가닥을 온도자율조절 능력을 가진 경화성 수지로 압출하고, 그 외주연을 편조 혹은 내열성수지로 외부피복 하여 상용전압용 온도자율조절 기능을 가진 정온전선을 제작 할 수 있으며, 옥, 게류마늄 및 세라믹과 같은 원적외선을 발생하는 기능성 충진제를 포함한 외부피복재로 절연하거나 유연한 기능성 원단으로 라미네이팅 처리하여, 유연하면서 발열체 자체가 온도를 자율조절하여 인체에 쾌적함을 줄 수 있고, 발열효율 및 전류소모량을 극대화 시키고, 물빨래는 물론 드라이크리닝과 같은 세척 작업에도 내구성과 내약품성은 물론 난연성을 갖는 레져용 자킷, 신발창, 장갑, 모자, 방한복등의 발열 제품들을 유리하게 제조할 수 있는 장점이 있다.
Claims (8)
- 발열체에 있어서,구리나 금속 합금선으로 이루어진 2가닥의 도체(10)와,상기 도체(10) 외주연에 내열수지로 압출 성형되는 온도조절 기능을 갖는 내열성 컴파운드(30)로 이루어진 것을 특징으로 하는 온도자율조절 기능을 갖는 발열체.
- 제1항에 있어서,상기 도체(10)에 0~500V 직류나 교류 전압을 공급하는 전원부(20)를 포함함을 특징으로 하는 온도자율조절 기능을 갖는 발열체.
- 제1항에 있어서,상기 내열성 컴파운드(30)는 내열성 고분자 수지 60 ~ 80 중량%와, 부가형 백금촉매 2 ~ 4 중량%와, 도전성 성분계 10 ~ 30 중량%와, 첨가제 0.5 ~ 1 중량%를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 직류형 온도자율조절 기능을 갖는 발열체.
- 제1항에 있어서,상기 내열성 컴파운드(30) 외주면에 옥, 게류마늄, 세라믹 분말로 이루어진 외부피복재(40)로 절연하도록 구성함을 특징으로 하는 직류형 온도자율조절 기능을 갖는 발열체.
- 제1항에 있어서,상기 경화성 컴파운드(30) 외주면에 폴리에스터섬유, 유리섬유, 아라미드섬유와 내열절연기능성을 가진 섬유로 편조한 후 실리콘수지, 불소수지, 폴리에스텔 수지, 폴리아마이드 수지와 같은 외부피복재(40)로 절연하도록 구성함을 특징으로 하는 온도자율조절 기능을 갖는 발열체.
- 제1항에 있어서,상기 경화성 수지는 실리콘고무, 아소프렌고무, 에틸렌-프로필렌고무, 에틸렌비닐아세테이트 고무를 포함한 내열수지와 도전성을 나타내 주는 카본블랙, 금속분말, 도전성 고분자수지를 포함한 것을 특징으로 온도자율조절 기능을 갖는 발열체.
- 제4항에 있어서,상기 외부피복재(30) 외주연으로 기능성 원단(50)을 덮고 그 상면을 라미네이팅지(60)로 코딩 처리하여 라미네이팅재로 이루어진 것을 특징으로 하는 직류형 온도자율조절 기능을 갖는 발열체.
- 상기 제1항 내지 제7항에 있어서,상기 발열체를 방한복(90)의 앞면과 뒷면 내부에 설치하고, 상기 발열체의 도체에 리드선(80)을 연결하고, 상기 리드선(80) 연결된 발열체 중 한곳에 전원을 공급하는 전원부(20)를 연결하도록 구성함을 특징으로 하는 발열체를 이용한 제품.
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