WO2012144746A2 - 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판 및 그 제조방법 - Google Patents

온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2012144746A2
WO2012144746A2 PCT/KR2012/002128 KR2012002128W WO2012144746A2 WO 2012144746 A2 WO2012144746 A2 WO 2012144746A2 KR 2012002128 W KR2012002128 W KR 2012002128W WO 2012144746 A2 WO2012144746 A2 WO 2012144746A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heating element
temperature
self
electric
material component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2012/002128
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2012144746A3 (ko
Inventor
김병철
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PNU Eco Energy Co Ltd
Original Assignee
PNU Eco Energy Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by PNU Eco Energy Co Ltd filed Critical PNU Eco Energy Co Ltd
Publication of WO2012144746A2 publication Critical patent/WO2012144746A2/ko
Publication of WO2012144746A3 publication Critical patent/WO2012144746A3/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional [2D] plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/34—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional [2D] plane, e.g. plate-heater flexible, e.g. heating nets or webs
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional [2D] plane, e.g. plate-heater
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material

Definitions

  • the present invention relates to an electric field, and in particular, the temperature can be maintained uniformly by applying an SR (Self-Regulation) heating element capable of precise temperature control in a specific temperature range and self-control of power and temperature over time. It is possible to quickly increase the temperature of the floor plate and maintain a minimum power supply after the temperature rises up to a constant boiling point temperature, so that a temperature self-regulation (SR) heating element can be used to greatly reduce the power consumption. It relates to an applied electric field plate and a manufacturing method thereof.
  • SR Self-Regulation
  • the electric blanket includes an electric blanket, an electric blanket, an electric yoke and the like used for heating in winter.
  • Heat wires are arranged at predetermined intervals inside the sheet-like fiberboard, and heat is applied to the heat wires to increase the temperature through the invention.
  • the main part is fiber or synthetic resin in flat or sheet form. It is made of a floor plate with a planar heating element or heating wire therein, and a power supply control switch and controller for supplying and controlling power to the heating wire embedded in the floor plate.
  • the form of the jangpan is foldable and the heating wire is built in all areas of the jangpan so that all parts of the jangpan containing the heating wire are heated.
  • FIG. 1 is a configuration diagram for explaining the configuration of an electric field plate according to the prior art.
  • the electric field plate of the prior art the sheet-like plate (1), the heating wire (2) arranged so as to have a predetermined interval inside the sheet (1), the power supply unit 3 for generating the heating wire (2) ), A temperature setting unit 4 composed of a plurality of buttons or rotatable switches, a temperature sensing unit 5 for sensing and controlling the temperature of the heating wire 2, the temperature setting unit 4 and the temperature sensing unit 5
  • the controller 6 is configured to determine the connection between the power supply unit 3 and the heating wire 2 in accordance with the signal input from the control unit 6 to control the heating operation.
  • the entire bottom of the floor plate generates heat regardless of the hot wire arrangement type, and power supply and control operations are sensed by the user or the temperature sensing unit to determine whether the entire floor plate is heated. .
  • the heating temperature of the electric blanket is not different from the temperature of the electric blanket, there is a disadvantage that it cannot be heated to a high temperature such as a steaming function because it cannot be heated by a local high temperature, and thus a symbol in using one electric blanket There was a problem in that the temperature control selectivity and the effective heating state can not be adjusted to the user-oriented.
  • the present invention has been proposed to solve the conventional problems as described above, and an object of the present invention is to enable accurate temperature control in a specific temperature range, and to allow self-control of power and temperature according to time. Regulation) It is possible to maintain temperature evenly by applying heating element, so it is possible to quickly raise and maintain the temperature of electric blanket and to reduce power consumption drastically because it maintains minimum power supply after rising to constant boiling point temperature.
  • the present invention provides an electric field plate and a manufacturing method using the self-regulating heating element.
  • an electric sheet includes a sheet of a main body made of fiber or synthetic resin into a flat plate or sheet; It is installed inside the main body of the jangpan, the paste is made of a mixture of the electrical resistance material component, the insulation binder component and the temperature control material component is cured to receive power to generate heat, perform the temperature self-regulation function to perform the temperature of a predetermined region A self-regulating heating element (SR) on the face to maintain the constant; It is characterized in that it comprises a controller for supplying and controlling the power to the SR heating element built in the jangpan body.
  • SR self-regulating heating element
  • the arrangement position of the SR heating element embedded in the jangpan main body may be divided into a region divided into at least two or more based on the jangpan main body area to configure a divided individual heating area.
  • it may be characterized by further comprising an opening and closing switch for controlling the individual heating area to supply power independently to the individual heating area.
  • the SR heating element has a conduction path (conduction path) is formed on the surface, the power line of the controller 160 is located in the conduction path may be characterized in that it generates heat by conducting power from the controller.
  • the electric resistance material component of the SR heating element may be 50 to 75% by weight
  • the insulating binder component is 5 to 16% by weight
  • the temperature control material component may be characterized in that 10 to 40% by weight.
  • the electric resistance material component of the SR heating element may be characterized in that the paste is formed in a powder mixture state containing nickel (Ni) and aluminum (Al).
  • the nickel may be 50 to 60% by weight of the electrical resistance material component
  • the aluminum may be characterized in that 40 to 50% by weight of the electrical resistance material component.
  • the electrical resistance material component of the SR heating element may be characterized in that it further comprises a corrective ingredient (corrective ingredients) at least one selected from the group of molybdenum (Mo), boron (B), silicon (Si).
  • a corrective ingredient at least one selected from the group of molybdenum (Mo), boron (B), silicon (Si).
  • the molybdenum may be 0.05 to 0.2 at% of the paste
  • the boron may be characterized in that 0.005 to 0.02 at% of the paste.
  • the dispersion (dispersion) value between the particles constituting the electrical resistance material component of the SR heating element is 0.1 to 10 ⁇ m
  • the temperature coefficient of resistance (TCR) of the SR heating element is a particle constituting the electrical resistance material component. It may be characterized by being controlled by the liver dispersion value.
  • the insulating binder component of the SR heating element may be made of any one selected from the group consisting of polyester (polyester), epoxy (epoxy) resin, epoxy-phenol lacquer (epoxy phenol laquer) composition.
  • the insulating binder component of the SR heating element is 10 to 16% by weight
  • the insulating binder component of the SR heating element may be characterized in that it further comprises a silicon (Si) powder of the nanostructure of the stabilizing additive.
  • the silicon may be characterized in that 0.3 to 0.7 at% of the paste.
  • the modulator component of the SR heating element may be characterized in that the paste is formed in a lead-free-glass powder mixture state.
  • the glass powder mixture may be characterized in that it comprises SiO2, BaO, B2O3, Al2O3.
  • the dispersion (dispersion) value of the particles constituting the modulator component of the SR heating element may be characterized in that 0.05 to 2 ⁇ m.
  • the modulator component of the SR heating element may further include a corrective ingredient in which one or more selected from the group ZnO, Al, TiO2, and Bi2O3BaTiO.
  • the discreteness between particles constituting the calibration component may be 0.05 to 0.4 ⁇ m.
  • the modulator component of the SR heating element is characterized in that it comprises a mixture of at least one selected from the group of niobium (Nb), antimony (Sb), yttrium (Y), lanthanum (La) as a donor (donor) can do.
  • the resistance value of the SR heating element is 0.05 to 1.0 ⁇ / ⁇ , characterized in that the resistance value of the SR heating element is changed by adjusting the weight ratio of the electrical resistance material component, the insulating binder component, the control material component constituting the SR heating element.
  • the resistance temperature coefficient of the SR heating element is 500 ⁇ 10 -6 to 50 ⁇ 10 -4 / °C, the SR heating element by adjusting the weight ratio of the electrical resistance material component, the insulating binder component, the control material component constituting the SR heating element.
  • the resistance temperature coefficient of may be characterized in that it is changed.
  • the manufacturing method of the electric plate applying the temperature self-regulating heating element comprises the steps of preparing an SR heating element forming paste (paste) mixed with the electrical resistance material component, the insulation binder component and the temperature control material component; Applying the SR heating element-forming paste to a surface of a heat resistant substrate at a predetermined thickness; Characterizing in the technical configuration comprising the step of curing the paste for forming the SR heating element.
  • the SR heating element paste may be applied to the heat resistant substrate by a screen print method.
  • the electrical resistance material component is added to the nickel, aluminum molybdenum (Mo), boron (B), silicon (Si), such as (corrective ingredients) by adding a planetary bowl mill (ball) for 4 to 12 hours without oxygen inflow It may be characterized in that the manufacturing in the closed space of the mill).
  • the electric field plate to which the temperature self-regulating heating element according to the present invention is applied is capable of precise temperature control in a specific temperature range, and uniformly temperature by applying a self-regulation (SR) heating element capable of self-control of power and temperature according to time. It is possible to keep the temperature of electric field quickly, so that it is possible to maintain the power supply rapidly. After the rapid rise to a constant boiling point temperature, the minimum power supply is maintained, so that the temperature rises quickly to the required temperature and the power consumption is greatly reduced. can do.
  • SR self-regulation
  • the present invention is the manufacturing cost is reduced by the application of the SR heating element, the maintenance work is simple, there is no malfunction or failure does not occur, have a high reliability and durability, and can prevent the occurrence of fire.
  • the present invention is to change the resistance value and the resistance temperature coefficient of the SR heating element by adjusting the weight ratio of each component of the SR heating element is also an advantage that can be easily and easily manufactured SR heating element whose physical properties are adjusted in response to various temperature environment have.
  • the present invention can divide the entire area of the floor plate into individual heating zones, and the power applied to the areas can be controlled independently by the on / off switch so that the entire floor area can be partially used according to the user's choice. In addition, there is an effect of improving the problem that the power consumption is excessively consumed more than necessary.
  • 1 is a configuration diagram for explaining the configuration of the electric field plate according to the prior art.
  • FIG. 2 is a configuration diagram for explaining the configuration of the electric field plate according to the present invention.
  • 3 is a plan view of the periodic board according to the present invention.
  • Figure 4 is an enlarged cross-sectional view showing the structure of the SR heating element applied to the electric field plate according to the present invention.
  • FIG. 5 is a graph showing the temperature control performance according to the embodiment and the comparative example of the SR heating element applied to the electric field plate according to the present invention.
  • Figure 6 is a graph showing the power test results of the SR heating element applied to the electric field plate according to the present invention.
  • Figure 7 is a graph showing the impedance test results of the SR heating element applied to the electric field plate according to the present invention.
  • Figure 8 is a graph showing the results of the temperature change experiment of the SR heating element applied to the electric field plate according to the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view for explaining the electric field plate of the present invention according to a modified embodiment.
  • FIG. 10 is a reference configuration showing an example of the configuration of the opening and closing switch according to a modified embodiment.
  • the electric field plate according to the present invention has a configuration having an SR heating element which can greatly reduce the power consumption because it maintains a minimum power supply after rapidly rising to a high temperature and rising to a constant boiling point temperature.
  • Figure 2 is a block diagram for explaining the configuration of the electric blanket according to the present invention
  • Figure 3 is a plan view of a periodic plate according to the present invention.
  • the electric sheet according to the present invention comprises a sheet body made of fiber or synthetic resin in the form of a sheet or sheet, and is installed inside the sheet plate body, wherein the electrical resistance material component, the insulation binder component, and the temperature regulating material component are formed. It is basically a self-regulating heating element (SR) 120 on the surface that the mixed paste is cured to be supplied with power to generate heat, and to perform a temperature self-regulation function to maintain a constant temperature in a predetermined region. Equipped.
  • SR self-regulating heating element
  • a temperature setting unit 140 in addition to the power supply unit 130 for heating the SR heating element 120 by applying power according to the command of the controller 160, a temperature setting unit 140, a plurality of buttons or a rotatable switch, SR Controlling the heating operation by determining the connection between the power supply unit 130 and the SR heating element 120 heating wire according to the temperature sensing unit 150 for sensing the temperature of the heating element 120, the signal input from the temperature sensing unit 150.
  • the controller 160 further includes.
  • the SR heating element 120 is capable of precise temperature control in a specific temperature range, self-control of power and temperature over time, and rises to a constant boiling point temperature. After that, it maintains a minimum power supply and thus is configured to greatly reduce power consumption. This allows the user to quickly rise to the temperature required by the user, while minimizing power consumption.
  • Figure 4 is a cross-sectional view showing an enlarged structure of the SR heating element applied to the electric sheet according to the present invention
  • Figure 5 is a graph showing the temperature control performance according to the embodiment and comparative example of the SR heating element applied to the electric sheet according to the present invention.
  • 6 is a graph showing the power test results of the SR heating element applied to the electric field according to the present invention
  • Figure 7 is a graph showing the impedance test results of the SR heating element applied to the electric field according to the present invention
  • Figure 8 is a present invention This is a graph showing the results of the temperature change of the SR heating element applied to the electric field by.
  • the SR heating element 120 is supplied with power from the power supply of the power supply controller 160 to generate heat.
  • Such SR heating element 120 is to perform a temperature self-regulation function, so that the temperature is kept constant in the set temperature range while adjusting the heating state in response to the ambient temperature environment. That is, the SR heating element 120 maintains a predetermined temperature at a predetermined region around the SR heating element 120 so that the predetermined region temperature around the SR heating element 120 is lower than a temperature value set due to an external influence.
  • the predetermined region temperature around the SR heating element 120 is quickly reached to the set temperature.
  • the predetermined region temperature around the SR heating element 120 increases, the predetermined region around the SR heating element 120 is turned off. Allow the temperature to lower.
  • the heat generating state of the SR heating element 120 is adjusted according to the difference between the predetermined region temperature and the set temperature around the SR heating element 120, the higher the difference between the predetermined region temperature and the set temperature around the SR heating element 120 to a higher temperature. It has the ability to generate heat and allow rapid temperature rise.
  • the self-regulation function of the SR heating element 120 has a predetermined thickness manufactured by curing a paste in which an electric resistance material component, an insulation binder component, and a temperature control material component are mixed. It is implemented by a film or a coating film. As described above, the SR heating element 120 has a large area and is formed in a planar shape embedded in the jangpan body 110.
  • a conduction path 122 is formed on a surface of the SR heating element 120, and the power line 121 of the power supply device of the controller 160 is located in the conduction path 122.
  • the SR heating element 120 receives power through the conductive path 122 to generate heat in a range of about 150 to 450 ° C.
  • the SR heating element 120 is made by curing a paste in which an electric resistance material component, an insulating binder component, and a control material component are mixed.
  • the SR heating element 7 may be formed by being applied to a heat resistant substrate by a screen print method.
  • the SR heating element 120 may be heat-treated in a conveyor furnace that emits infrared rays for 8 to 12 minutes at 130 to 160 ° C., and then heat-treated at 180 ° C. for 20 minutes.
  • the conductive path 122 is formed on the surface of the SR heating element 120 so that the power line 121 of the power supply device of the controller 160 is positioned in the conductive path 122 to generate power by conducting power.
  • SR heating element 120 is configured to have 50 to 75% by weight of the electrical resistance material component, 5 to 16% by weight of the insulating binder component, 10 to 40% by weight of the temperature control material component do.
  • the content of the electrical resistance material component is less than 50% by weight is not preferable to realize the heat generating performance of the heating element, when it exceeds 75% by weight is not preferable because the stability of the temperature control is lowered.
  • the content of the insulating binder component is less than 5% by weight, it is not preferable because the bonding strength of the composition is lowered.
  • the content of the insulating binder component is more than 16% by weight, the component content of other compositions such as the resistance component is low, so that the exothermic performance is lowered. I can't.
  • the content of the temperature control material component is less than 10% by weight, it is not desirable to be insufficient to realize the function of adjusting to a specific temperature, and when the content of the temperature control material exceeds 40% by weight, the content of other components such as the resistance component is too small. Not preferred.
  • the SR heating element 120 forms a paste in a powder mixture state in which the electrical resistance material component includes nickel (Ni) and aluminum (Al).
  • the electrical resistivity component is composed of nickel 50 to 60% by weight of the electrical resistance material component, aluminum 40 to 50% by weight of the electrical resistive material component, nickel 53% by weight of the electrical resistive material component, aluminum It is preferably configured to have 47% by weight of this electrical resistive substance component.
  • the SR material of the SR heating element 120 may include molybdenum (Mo), boron (B), silicon (Si), and the like as corrective ingredients.
  • Mo molybdenum
  • B boron
  • Si silicon
  • the molybdenum is 0.05 to 0.2 at% of the paste
  • the boron is to be composed of 0.005 to 0.02 at% of the paste
  • the molybdenum is preferably composed of 0.1 at% of the paste
  • the boron is composed of 0.01 at% of the paste.
  • the electrical resistive substance is added to nickel and aluminum by adding corrective ingredients such as molybdenum (Mo), boron (B), and silicon (Si) for 4 to 12 hours (preferably 6- 10 hours) in a closed space of a planetary ball mill.
  • Mo molybdenum
  • B boron
  • Si silicon
  • the dispersion value between particles constituting the electrical resistance material component of the SR heating element 120 is formed in a range of 0.1 to 10 ⁇ m, more preferably, the dispersion value between particles in a range of 0.5 to 5 ⁇ m.
  • the specific surface area is preferably 200 m 2 / g or less.
  • the dispersion value between the particles constituting the electrical resistance material component is linked to the temperature coefficient of resistance (TCR) of the SR heating element 120, and the resistance temperature coefficient of the SR heating element 120 is the electrical resistance material component. It is controlled by the dispersion value between particles.
  • the dispersion value between the particles constituting the electrical resistance material component is controlled by the time the electrical resistance material component stays in the closed space of the planetary ball mill.
  • the insulation binder component of the SR heating element 120 is selected from polyester, epoxy resin, epoxy-phenol lacquer composition, and the like.
  • the insulating binder component is composed of 10 to 16% by weight of the paste
  • nanostructured silicon (Si) powder which is a stabilizing additive, may be added to the insulating binder component.
  • Si may be composed of 0.3 to 0.7 at% of the paste, preferably 0.4 to 0.6 at%.
  • Such silicon shortens the structure formation time of the SR heating element 120 when manufacturing the SR heating element 120, and allows the resistance temperature coefficient of the SR heating element 120 which is set and implemented to be maintained for a long time.
  • the SR heating element 120 serves to adjust to about 150 ⁇ 450 °C in the energized state through the temperature control material component.
  • a specific material must be included as an appropriate temperature control material component to prevent overheating of the heating element and to contribute to the proper power consumption.
  • the temperature control material of the SR heating element 120 forms a paste in a lead-free-glass powder mixture.
  • Such a glass powder mixture is formed from a group consisting of SiO2, BaO, B2O3, and Al2O3. It is preferred that it is at least one oxide selected.
  • the temperature control material component of the SR heating element 120 may be manufactured in a closed space of a planetary ball mill for 4-12 hours (preferably 6-10 hours) without oxygen inflow.
  • the temperature control material component of the SR heating element 120 so that the dispersion (dispersion) value between particles is formed in the range of 0.05 to 2 ⁇ m, preferably to form the dispersion value between the particles in the range of 0.1 to 1.0 ⁇ m .
  • the dispersion value between particles constituting the thermostat component is controlled by the time that the thermostat component stays in the closed space of the planetary ball mill.
  • a corrective ingredient including ZnO, Al, TiO2, Bi2O3BaTiO, etc. may be added. (discretisation) can be formed in the range of 0.05 to 0.4 ⁇ m, preferably to be formed in the range of 0.1 to 0.3 ⁇ m.
  • the temperature control material component of the SR heating element 120 will have a mixture made of niobium (Nb), antimony (Sb), yttrium (Y), lanthanum (La) and the like as a donor. Such donors are added to obtain high volume conductivity.
  • SR heating element 120 according to an embodiment of the present invention configured as described above has a resistance value of 0.05 to 1.9 ⁇ / ⁇ (preferably 0.09 to 0.9 ⁇ / ⁇ ), SR according to an embodiment of the present invention
  • the heating element 120 changes the resistance value of the SR heating element 120 by adjusting the weight ratio of the electrical resistance material component, the insulation binder component, and the temperature control material component.
  • the SR heating element 120 configured as described above is a resistance thermometer of 500 to 50 ⁇ 10 -4 / °C (preferably 560 ⁇ 10 -6 to 40 ⁇ 10 -4 / °C) It has a number (TCR), SR heating element 120 according to an embodiment of the present invention changes the resistance temperature coefficient of the SR heating element 120 by adjusting the weight ratio of the electrical resistance material component, insulation binder component, temperature control material component Let's go.
  • epoxy resin 7g, nickel-aluminum (Ni-53%, Al-47%) 70g, SiO 2 -BaO-B 2 O 3 -Al 23 g of 2 O 3 was dispersed in 200 g of ethanol, premixed, and stirred at high speed to prepare SR heating element 120 (Example 1) of the present invention, and 20 g of epoxy phenolic lacquer resin, NiAl [(Ni-53%, Al 60g of -47%) (45wt%)]-B (5wt%)-Mo (30wt%)-Si (20wt%) was dispersed in 200g of ethanol, premixed and stirred at high speed to prepare the heating element of Comparative Example 1. Next, a power test, an impedance, and a temperature control test were performed for Example 1 and Comparative Example 1, and the results are shown in FIGS. 6 to 9.
  • Figure 5 is a graph showing the temperature control performance according to Example 1 and Comparative Example 1, line 1 shows a temperature increase curve according to Comparative Example 1, line 2 of the SR heating element 120 according to the present invention As the temperature is increased, the SR heating element 120 (Example 1) of the present invention can be seen that the resistance value increases rapidly when the temperature is above a certain value.
  • Example 1 the resistance value (impedance) increases with time, and thus the power usage decreases.
  • Comparative Example 1 the impedance is almost constant and the power consumption is almost constant. Therefore, the SR heating element 120 of the present invention may increase the resistance value with time to reduce the power consumption, and the power and temperature self-regulation with time due to the increase in the resistance value (material characteristics). You can see that this is possible.
  • the electric heating plate of the present invention to maintain a constant temperature while the SR heating element 120 adjusts the heating state in response to the ambient temperature environment, it is quickly heated to the required temperature to increase the temperature of the jangpan It is possible to maintain elevated temperatures continuously with little and no power consumption.
  • Figure 10 is a reference configuration showing an example of the configuration of the opening and closing switch according to a modified embodiment.
  • the electric field plate of the present invention is divided into individual heating by dividing the arrangement position of the SR heating element embedded in the plate body main body into at least two areas based on the area of the plate body You can configure the area.
  • the jangpan body is divided into two parts divided into a first area and a second area, and each of the individual heating areas is shown to have a symmetrical size.
  • the apparatus further includes an opening / closing switch for controlling the individual heating region so as to independently supply power to the individual heating region.
  • the SR heating element is divided into separate heating zones, the power applied to the zones can be controlled independently with the on / off switch, so that the electric heating plate or the warming effect can be obtained in whole or in part.

Landscapes

  • Surface Heating Bodies (AREA)
  • Central Heating Systems (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

본 발명은 온도 자가조절형(SR: Self-Regulation) 발열체를 적용한 전기장판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특정한 온도 영역에서 정확한 온도조절이 가능하고, 시간에 따른 전력 및 온도의 자기제어가 가능한 SR(Self-Regulation) 발열체를 적용하여 전기장판의 온도를 신속하게 상승시켜 유지하는 것이 가능하며, 일정한 비등점 온도까지 상승한 이후에는 최소한의 전력 공급만으로도 물의 온도를 유지할 수 있기 때문에 전력소비량을 대폭 절감할 수 있도록, 섬유나 합성수지를 평판형이나 시트상으로 만든 장판 본체와, 장판 본체 내부에 설치되며, 전기저항물질 성분과 절연바인더 성분 및 온도조절물질 성분이 혼합된 페이스트(paste)가 경화되어 이루어져 전원을 공급받아 발열하고, 온도 자가조절 기능을 수행하여 정해진 영역의 온도가 일정하게 유지되도록 하는 면상의 SR 발열체(self regulation heating element)와, 장판 본체에 내장된 SR 발열체에 전력을 공급하고 제어하는 제어기를 포함하여 구성된다.

Description

온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판 및 그 제조방법
본 발명은 전기장판에 관한 것으로, 특히 특정한 온도 영역에서 정확한 온도조절이 가능하고, 시간에 따른 전력 및 온도의 자기제어가 가능한 SR(Self-Regulation) 발열체를 적용하여 온도를 균일하게 유지할 수 있으므로 전기장판의 온도를 신속하게 상승시켜 유지하는 것이 가능하며, 일정한 비등점 온도까지 상승한 이후에는 최소한의 전력 공급을 유지하기 때문에 전력소비량을 대폭 절감할 수 있는 온도 자가조절형(SR: Self-Regulation) 발열체를 적용한 전기장판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기장판은 동절기에 난방용으로 사용되는 전기모포, 전기이불, 전기요 등을 포함한다. 시트형태의 섬유재질로 이루어지는 장판의 내부에 소정의 간격으로 열선이 배치되고, 그 열선에 전원을 인가하여 열선발명을 통해 온도를 높이게 되는 것으로, 주요부분은 섬유나 합성수지를 평판형이나 시트상으로 만들어 그 내부에 면상발열체 또는 가열선을 내장한 장판과, 장판에 내장된 열선에 전력을 공급하고 제어하는 전력공급 제어 스위치 및 컨트롤러로 이루어진다.
이 중 장판의 형태는 접을 수 있는 유연성이 있는 것으로서 장판의 전 영역에 가열선이 내장되어 전력을 공급하면 가열선이 내장된 장판의 모든 부분은 발열이 되도록 되어 있다.
도 1은 종래기술에 의한 전기장판의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도시된 바와 같이, 종래기술의 전기장판은, 시트상의 장판(1)과, 장판(1)의 내부에 소정의 간격을 갖도록 배치된 열선(2), 열선(2)을 발열시키기 위한 전원부(3), 다수의 버튼 또는 회전 가능한 스위치로 이루어지는 온도설정부(4), 열선(2)의 온도를 감지하고 제어하기 위한 온도감지부(5), 상기 온도설정부(4) 및 온도감지부(5)로부터 입려되는 신호에 따라 전원부(3)와 열선(2) 사이의 연결을 결정하여 발열동작을 제어하는 제어부(6) 등으로 구성되었다.
이같은 구성을 갖는 종래기술의 전기장판은 열선 배치형식과 관계없이 장판의 전체 바닥이 발열이 이루어지고 또한 전원의 공급 및 제어 작동은 사용자나 온도감지부를 통하여 감지하여 장판 전체의 발열 여부를 결정하게 된다.
따라서 상기 전기장판의 발열온도는 전기장판 전체의 온도와 차이가 없으므로 국부적인 고열로 가열되지 못하여 찜질 기능과 같이 고온의 온도로 발열되지 못하는 단점이 있고, 이로 인해 하나의 전기장판을 사용하는데 있어서 기호에 따른 온도 조절 선택성이 없고 효과적인 발열 상태를 사용자 위주로 조절하지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 종래기술에 의한 전기장판의 가장 큰 문제점이라면 발열을 위해 구비되었던 선 형태의 열선(2)으로는 신속한 상승이 어려웠고, 일정한 비등점 온도까지 상승한 이후에도 지속적으로 동일한 전력공급을 유지하고 있어서 에너지 손실이 과다하다는 점이었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 특정한 온도 영역에서 정확한 온도조절이 가능하고, 시간에 따른 전력 및 온도의 자기제어가 가능한 SR(Self-Regulation) 발열체를 적용하여 온도를 균일하게 유지할 수 있으므로 전기장판의 온도를 신속하게 상승시켜 유지하는 것이 가능하며, 일정한 비등점 온도까지 상승한 이후에는 최소한의 전력 공급을 유지하기 때문에 전력소비량을 대폭 절감할 수 있는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 전기장판는, 섬유나 합성수지를 평판형이나 시트상으로 만든 장판 본체와; 상기 장판 본체 내부에 설치되며, 전기저항물질 성분과 절연바인더 성분 및 온도조절물질 성분이 혼합된 페이스트(paste)가 경화되어 이루어져 전원을 공급받아 발열하고, 온도 자가조절 기능을 수행하여 정해진 영역의 온도가 일정하게 유지되도록 하는 면상의 SR 발열체(self regulation heating element)와; 상기 장판 본체에 내장된 SR 발열체에 전력을 공급하고 제어하는 제어기를 포함하여 구성되는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
여기서, 상기 장판 본체에 내장되는 SR 발열체의 배치 위치를 상기 장판 본체 면적을 기준으로 적어도 2개 이상으로 구분되는 영역으로 구분하여 분할된 개별 가열영역을 구성한 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 개별 가열영역에 대하여 독립적으로 전원을 공급할 수 있도록 개별 가열영역을 제어하는 개폐스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 SR 발열체는 표면에 전도로(conduction path)가 형성되며, 상기 전도로에는 제어기(160)의 전원선이 위치되어 제어기로부터 전원을 전도받아 발열하게 되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 SR 발열체의 전기저항물질 성분은 50 내지 75 중량%이고, 절연바인더 성분이 5 내지 16 중량%이며, 온도조절물질 성분이 10 내지 40 중량%인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 SR 발열체의 전기저항물질 성분은 니켈(Ni)과 알루미늄(Al)을 포함하는 분말 혼합물 상태로 상기 페이스트를 이루게 되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 니켈은 상기 전기저항물질 성분의 50 내지 60 중량%이고, 상기 알루미늄은 상기 전기저항물질 성분의 40 내지 50 중량%인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 SR 발열체의 전기저항물질 성분은 몰리브덴(Mo), 보론(B), 규소(Si) 군 중에서 하나 이상이 선택되는 교정 성분(corrective ingredients)을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 몰리브덴은 상기 페이스트의 0.05 내지 0.2at%이고, 상기 보론은 상기 페이스트의 0.005 내지 0.02at%인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 SR 발열체의 전기저항물질 성분을 이루는 입자 간 분산(dispersion)값은 0.1 내지 10㎛이고, 상기 SR 발열체의 저항온도계수(TCR:temperature coefficient of resistance)는 상기 전기저항물질 성분을 이루는 입자 간 분산값에 의해 조절되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 SR 발열체의 절연바인더 성분은 폴리에스테르(polyester), 에폭시(epoxy)수지, 에폭시-페놀 라커(epoxy phenol laquer) 조성물 군 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 SR 발열체의 절연바인더 성분은 10 내지 16 중량%이되, 상기 SR 발열체의 절연바인더 성분은 안정화 첨가물인 나노구조의 규소(Si) 분말을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 규소는 상기 페이스트의 0.3 내지 0.7at%인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 SR 발열체의 조절물질 성분은 납성분이 없는 유리(lead-free-glass) 분말 혼합물 상태로 상기 페이스트를 이루게 되는 것을 특징으로 할 수 있
다.
또한, 상기 유리 분말 혼합물은 SiO₂, BaO, B₂O₃, Al₂O₃을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 SR 발열체의 조절물질 성분을 이루는 입자 간 분산(dispersion)값은 0.05 내지 2㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 SR 발열체의 조절물질 성분은 ZnO, Al, TiO₂, Bi₂O₃BaTiO 군 중에서 하나 이상이 선택되는 교정 성분(corrective ingredients)을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 교정 성분을 이루는 입자 간 이산(discretisation)은 0.05 내지 0.4㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 SR 발열체의 조절물질 성분은 나이오븀(Nb), 안티몬(Sb), 이트륨(Y), 란탄(La) 군에서 하나 이상이 선택되는 혼합물을 공여체(donor)로 포함하게 되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 SR 발열체의 저항값은 0.05 내지 1.0 Ω/□이되, 상기 SR 발열체를 이루는 전기저항물질 성분, 절연바인더 성분, 조절물질 성분의 중량비 조절에 의해 상기 SR 발열체의 저항값이 변경되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 SR 발열체의 저항온도계수는 500×10-6 내지 50×10-4/℃이되, 상기 SR 발열체를 이루는 전기저항물질 성분, 절연바인더 성분, 조절물질 성분의 중량비 조절에 의해 상기 SR 발열체의 저항온도계수가 변경되는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판의 제조방법은, 전기저항물질 성분과 절연바인더 성분 및 온도조절물질 성분이 혼합된 SR 발열체 형성용 페이스트(paste)를 준비하는 단계와; 내열성 기판의 표면에 상기 SR 발열체 형성용 페이스트를 일정 두께로 도포하는 단계와; 상기 SR 발열체 형성용 페이스트를 경화시키는 단계를 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
여기서, 상기 SR 발열체 페이스트는 스크린 프린트(screen print) 방식으로 내열성 기판에 도포되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 전기저항물질 성분은 니켈, 알루미늄에 몰리브덴(Mo), 보론(B), 규소(Si) 등의 교정 성분(corrective ingredients)을 첨가하여 산소 유입없이 4~12시간 동안 유성형 보올 밀(ball mill)의 폐쇄공간에서 제조되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의한 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판은, 특정한 온도 영역에서 정확한 온도조절이 가능하고, 시간에 따른 전력 및 온도의 자기제어가 가능한 SR(Self-Regulation) 발열체를 적용하여 온도를 균일하게 유지할 수 있으므로 전기장판의 온도를 신속하게 상승시켜 유지하는 것이 가능하며, 일정한 비등점 온도까지 급격하게 상승한 이후에는 최소한의 전력 공급을 유지하기 때문에 필요한 온도까지 신속하게 상승하는 것은 물론 전력소비량을 대폭 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 SR 발열체의 적용으로 제조비용이 절감되고, 유지보수작업이 간편하며, 오동작이나 고장이 발생되지 않아 높은 신뢰성과 내구성을 가지게 되며, 화재의 발생을 방지될 수 있다.
또한, 본 발명은 SR 발열체의 페이스트 각 성분의 중량비 조절에 의해 SR 발열체의 저항값과 저항온도계수가 변경되도록 함으로써 다양한 온도환경에 대응하여 물성이 조정된 SR 발열체를 간편하고 용이하게 제조할 수 있는 이점도 있다.
또한, 본 발명은 장판의 전체 면적을 개별 가열영역으로 분할하고 그 영역들에 인가되는 전원을 개폐스위치에 의해 독립저긍로 제어할 수 있기 때문에 전체 장판의 면적을 사용자의 선택에 따라 부분적으로 사용할 수 있고, 필요 이상 소비 전력이 과다하게 소모되는 문제를 개선하는 효과도 있다.
도 1은 종래기술에 의한 전기장판의 구성을 설명하기 위한 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 전기장판의 구성을 설명하기 위한 구성도.
도 3은 본 발명의 의한 정기장판의 평면도.
도 4는 본 발명에 의한 전기장판에 적용된 SR 발열체의 구조를 확대하여 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명에 의한 전기장판에 적용된 SR 발열체의 실시예와 비교예에 따른 온도 조절 성능을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명에 의한 전기장판에 적용된 SR 발열체의 전력실험 결과를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명에 의한 전기장판에 적용된 SR 발열체의 임피던스 실험 결과를 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명에 의한 전기장판에 적용된 SR 발열체의 온도변화 실험 결과를 나타낸 그래프.
도 9는 변형실시예에 따른 본 발명의 전기장판을 설명하기 위한 평면도.
도 10은 변형실시예에 따른 개폐스위치 구성 예를 보인 참조구성도.
이하, 상기와 같은 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 전기장판은 신속하게 고온의 온도로 상승하고 일정한 비등점 온도까지 상승한 이후에는 최소한의 전력 공급을 유지하기 때문에 전력소비량을 대폭 절감할 수 있는 SR 발열체를 구비한 구성을 갖는다.
이하, 상기 SR 발열체를 중심으로 본 발명에 의한 전기장판의 구성에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 전기장판의 구성을 설명하기 위한 구성도이고, 도 3은 본 발명의 의한 정기장판의 평면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 전기장판은, 섬유나 합성수지를 평판형이나 시트상으로 만든 장판 본체와, 상기 장판 본체 내부에 설치되며, 전기저항물질 성분과 절연바인더 성분 및 온도조절물질 성분이 혼합된 페이스트(paste)가 경화되어 이루어져 전원을 공급받아 발열하고, 온도 자가조절 기능을 수행하여 정해진 영역의 온도가 일정하게 유지되도록 하는 면상의 SR 발열체(120)(self regulation heating element)를 기본적으로 구비한다.
또한, 이 외에도 상기 제어기(160)의 명령에 따라 전원을 인가하여 상기 SR 발열체(120)를 발열시키기 위한 전원부(130), 다수의 버튼 또는 회전 가능한 스위치로 이루어지는 온도설정부(140), 상기 SR 발열체(120)의 온도를 감지하는 온도감지부(150), 온도감지부(150)로부터 입력되는 신호에 따라 전원부(130)와 SR 발열체(120)열선 사이의 연결을 결정하여 발열동작을 제어하는 제어기(160) 등을 더 포함한다.
여기서, 상기 SR 발열체(120)는 전기장판에 구비되던 전통적인 히터 혹은 발열체와는 달리 특정한 온도 영역에서 정확한 온도조절이 가능하고, 시간에 따른 전력 및 온도의 자기제어가 가능하며, 일정한 비등점 온도까지 상승한 이후에는 최소한의 전력 공급을 유지하기 때문에 전력소비량을 대폭 절감할 수 있도록 구성된다. 따라서 사용자가 필요로 하는 온도로까지 신속하게 상승되지만 전력소모는 극소화시킬 수 있게 된다.
아래에서는 이같은 본 발명만의 SR 발열체(120)에 대해 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 의한 전기장판에 적용된 SR 발열체의 구조를 확대하여 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 발명에 의한 전기장판에 적용된 SR 발열체의 실시예와 비교예에 따른 온도 조절 성능을 나타낸 그래프이며, 도 6은 본 발명에 의한 전기장판에 적용된 SR 발열체의 전력실험 결과를 나타낸 그래프이며, 도 7은 본 발명에 의한 전기장판에 적용된 SR 발열체의 임피던스 실험 결과를 나타낸 그래프이며, 도 8은 본 발명에 의한 전기장판에 적용된 SR 발열체의 온도변화 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 SR 발열체(120)는 전원공급 제어기(160)의 전원장치로부터 전원을 공급받아 발열하게 된다. 이와 같은 SR 발열체(120)는 온도 자가조절 기능을 수행하게 되는 것으로, 주위의 온도환경에 대응하여 발열 상태를 조절하면서 온도가 설정온도 범위로 일정하게 유지되도록 한다. 즉, SR 발열체(120)는 SR 발열체(120) 주위의 정해진 영역 온도가 설정된 온도를 지속적으로 유지하도록 하는데, SR 발열체(120) 주위의 정해진 영역 온도가 외부의 영향 등으로 설정된 온도값보다 낮아지게 되면 고온으로 발열하여 SR 발열체(120) 주위의 정해진 영역 온도가 설정된 온도로 신속하게 도달하도록 하고, SR 발열체(120) 주위의 정해진 영역 온도가 높아지면 오프 동작하면서 SR 발열체(120) 주위의 정해진 영역 온도가 낮추어지도록 한다. 또한, SR 발열체(120)는 SR 발열체(120) 주위의 정해진 영역 온도와 설정된 온도 간의 차이에 따라 발열상태가 조절되는데, SR 발열체(120) 주위의 정해진 영역 온도와 설정된 온도 간 차이가 클수록 고온으로 발열하여 신속한 온도 상승이 도모되도록 하는 성능을 가지고 있다.
이와 같은 SR 발열체(120)의 자가온도조절(Temperature Self-regulation) 기능은 전술된 것처럼 전기저항물질 성분과 절연바인더 성분 및 온도조절물질 성분이 혼합된 페이스트(paste)를 경화시켜 제작한 일정 두께의 필름 또는 코팅막에 의해 구현된다. 상기 SR 발열체(120)는 앞서 언급된 것처럼 넓은 면적을 가지고 장판 본체(110)에 내장되는 면상의 형태로 형성된다.
도 4를 참조하면, 상기 SR 발열체(120)의 표면에는 전도로(conduction path)(122)가 형성되며, 상기 제어기(160)의 전원장치의 전원선(121)이 전도로(122)에 위치되어, SR 발열체(120)가 전도로(122)를 통해 전원을 전도받아 대략 150~450℃의 범위로 발열하게 된다.
전술한 것과 같이, 상기 SR 발열체(120)는 전기저항물질 성분과 절연바인더 성분 및 조절물질 성분이 혼합된 페이스트(paste)가 경화되어 이루어지게 된다. 이와 같은 SR 발열체(7)는 스크린 프린트(screen print) 방식으로 내열성 기판에 도포되어 형성될 수 있다. 여기서, 상기 SR 발열체(120)는 130~160℃에서 8~12분 동안 적외선 광선이 나오는 컨베이어 용광로(conveyor furnace)에서 열처리된 후, 다시 180℃에서 20분간 열처리되어 만들어질 수 있다. 그리고, SR 발열체(120)의 표면에 전도로(122)를 형성하여 제어기(160)의 전원장치의 전원선(121이 전도로(122)에 위치되면서 전원을 전도받아 발열하게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 SR 발열체(120)는 전기저항물질 성분이 50 내지 75 중량%, 절연바인더 성분이 5 내지 16 중량%, 온도조절물질 성분이 10 내지 40 중량%를 가지도록 구성된다.
상기 전기저항물질 성분의 함량이 50 중량% 미만인 경우에는 발열체의 발열 성능을 구현하기에 미흡하기에 바람직하지 못하고, 75 중량%를 초과하는 경우에는 온도조절의 안정성이 저하되기 때문에 바람직하지 못하다. 또한, 절연바인더 성분의 함량이 5 중량% 미만인 경우에는 조성물의 결합력이 저하되기 때문에 바람직하지 못하고, 16 중량%를 초과하는 경우에는 저항 성분 등 기타 조성물의 성분 함량이 적어서 발열성능이 저하되기 때문에 바람직하지 못하다. 그리고, 온도조절물질 성분의 함량이 10 중량% 미만인 경우에는 특정 온도로 조절하는 기능을 실현하기에 부족하기에 바람직하지 못하고, 40 중량%를 초과하는 경우에는 저항 성분 등 기타 성분들의 함량이 너무 적게 되어 바람직하지 못하다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 SR 발열체(120)는 전기저항물질 성분이 니켈(Ni)과 알루미늄(Al)을 포함하는 분말 혼합물 상태로 페이스트를 이루도록 한다. 이와 같은 전기저항물질 성분은 니켈이 전기저항물질 성분의 50 내지 60 중량%, 알루미늄이 전기저항물질 성분의 40 내지 50 중량%를 가지도록 구성되는데, 니켈이 전기저항물질 성분의 53 중량%, 알루미늄이 전기저항물질 성분의 47 중량%를 가지도록 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, SR 발열체(120)의 전기저항물질 성분은 몰리브덴(Mo), 보론(B), 규소(Si) 등을 교정 성분(corrective ingredients)으로 가질 수 있다. 여기서, 몰리브덴은 페이스트의 0.05 내지 0.2at%, 보론은 페이스트의 0.005 내지 0.02at%로 구성되도록 하는데, 몰리브덴은 페이스트의 0.1at%, 보론은 페이스트의 0.01at%로 구성되도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같은 전기저항물질 성분은 니켈, 알루미늄에 몰리브덴(Mo), 보론(B), 규소(Si) 등의 교정 성분(corrective ingredients)을 첨가하여 산소 유입없이 4~12시간 동안(바람직하게는 6-10시간 동안) 유성형 보올 밀(ball mill)의 폐쇄공간에서 제조될 수 있다. 여기서, SR 발열체(120)의 전기저항물질 성분을 이루는 입자 간 분산(dispersion)값은 0.1 내지 10㎛ 범위에서 형성되도록 하는데, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 5㎛ 범위에서 입자 간 분산(dispersion)값이 형성되도록 한다. 그리고, 비표면적(specific surface area)은 200 ㎡/g 이하인 것이 바람직하다. 이와 같은 전기저항물질 성분을 이루는 입자 간 분산값은 SR 발열체(120)의 저항온도계수(TCR:temperature coefficient of resistance)와 연동되는 것으로, SR 발열체(120)의 저항온도계수는 전기저항물질 성분을 이루는 입자 간 분산값에 의해 조절된다. 여기서, 전기저항물질 성분을 이루는 입자 간 분산값은 전기저항물질 성분이 유성형 보올 밀(ball mill)의 폐쇄공간에 머무는 시간에 의해 조절되게 된다.
그리고, 상기 SR 발열체(120)의 절연바인더 성분은 폴리에스테르(polyester), 에폭시(epoxy)수지, 에폭시-페놀 라커(epoxy phenol laquer) 조성물 등에서 선택된 것으로 이루어진다. 상기 절연바인더 성분이 페이스트의 10 내지 16 중량%로 구성될 경우, 안정화 첨가물인 나노구조의 규소(Si) 분말이 절연바인더 성분에 첨가될 수 있다. 여기서, 이와 같은 규소는 페이스트의 0.3 내지 0.7at%로 구성될 수 있는데, 0.4 내지 0.6at%으로 구성되도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 규소는 SR 발열체(120) 제조시 SR 발열체(120)의 구조 형성 시간을 단축시키며, 설정되어 구현된 SR 발열체(120)의 저항온도계수가 장기간 유지될 수 있도록 한다.
또한, 상기 SR 발열체(120)는 온도조절물질 성분을 통하여 통전된 상태에서 약 150~450℃로 조절하는 역할을 한다. 이와 같이 온도조절물질 성분으로서 특정한 물질이 적절한 함량으로 포함되어야 발열체의 과열을 방지하고, 적절한 전력을 소모하는데 기여하는 것이다. SR 발열체(120)의 온도조절물질 성분으로는 납성분이 없는 유리(lead-free-glass) 분말 혼합물 상태로 페이스트를 이루도록 하는데, 이와 같은 유리 분말 혼합물은 SiO₂, BaO, B₂O₃, Al₂O₃로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 이상의 산화물인 것이 바람직하다.
여기서, SR 발열체(120)의 온도조절물질 성분은 산소 유입없이 4~12시간 동안(바람직하게는 6~10시간 동안) 유성형 보올 밀(ball mill)의 폐쇄공간에서 제조될 수 있다. 한편, SR 발열체(120)의 온도조절물질 성분은 입자 간 분산(dispersion)값이 0.05 내지 2㎛의 범위에서 형성되도록 하는데, 바람직하게는 0.1 내지 1.0㎛의 범위에서 입자 간 분산값이 형성되도록 한다. 온도조절물질 성분을 이루는 입자 간 분산값은 온도조절물질 성분이 유성형 보올 밀(ball mill)의 폐쇄공간에 머무는 시간에 의해 조절되게 된다.
이와 같은 SR 발열체(120)의 온도조절물질 성분은 ZnO, Al, TiO₂, Bi₂O₃BaTiO 등을 포함하는 교정 성분(corrective ingredients)을 첨가할 수 있는데, 이와 같은 온도조절물질 성분의 교정 성분을 이루는 입자 간 이산(discretisation)은 0.05 내지 0.4㎛ 범위에서 형성될 수 있는데, 바람직하게는 0.1 내지 0.3㎛ 범위에서 형성되도록 한다. 또한, SR 발열체(120)의 온도조절물질 성분은 나이오븀(Nb), 안티몬(Sb), 이트륨(Y), 란탄(La) 등을 포함하여 이루어진 혼합물을 공여체(donor)로 가지게 된다. 이와 같은 공여체(donor)는 높은 용적 전도도(volume conductivity)를 획득하기 위해 첨가된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 SR 발열체(120)는 0.05 내지 1.9 Ω/□(바람직하게는 0.09 내지 0.9 Ω/□)의 저항값을 가지는데, 본 발명의 실시예에 따른 SR 발열체(120)는 전기저항물질 성분, 절연바인더 성분, 온도조절물질 성분의 중량비 조절에 의해 SR 발열체(120)의 저항값을 변경시키게 된다.
또한, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 SR 발열체(120)는 500 내지 50×10-4/℃(바람직하게는 560×10-6 ~ 40×10-4/℃)의 저항온도계수(TCR)를 가지는데, 본 발명의 실시예에 따른 SR 발열체(120)는 전기저항물질 성분, 절연바인더 성분, 온도조절물질 성분의 중량비 조절에 의해 SR 발열체(120)의 저항온도계수를 변경시키게 된다.
상기와 같은 성분들로 이루어진 SR 발열체(120)의 성능을 알아보기 위하여, 에폭시 수지 7g, 니켈-알루미늄(Ni-53%, Al-47%) 70g, SiO2-BaO-B2O3-Al2O3 23g를 에탄올 200g에 분산하고 프리 믹싱한 후 고속으로 교반하여 본 발명의 SR 발열체(120)(실시예 1)를 제조하고, 에폭시 페놀 래커 수지 20g, NiAl[(Ni-53%, Al-47%)(45wt%)]-B(5wt%)-Mo(30wt%)-Si(20wt%) 60g을 에탄올 200g에 분산하고 프리 믹싱한 후 고속으로 교반하여 비교예 1의 발열체를 제조한 다음, 상기 실시예 1 및 비교예 1에 대하여 전력실험, 임피던스, 온도제어 실험을 실시하였고, 그 결과를 도 6 내지 9에 도시하였다.
먼저, 도 5는 상기 실시예 1과 비교예 1에 따른 온도 조절 성능을 나타낸 그래프로, 선분 1은 비교예 1에 따른 온도 증가 곡선을 나타내고, 선분 2는 본 발명에 따른 SR 발열체(120)의 온도 증가를 나타낸 것으로, 본 발명의 SR 발열체(120)(실시예 1)는 온도가 일정값 이상이 되면 저항값이 급격히 증가하는 것을 볼 수 있다.
또한, 도 6 내지 도 8에 도시된 전력실험 결과와 임피던스 실험 결과, 온도변화 실험 결과를 참조하면, 온도는 실시예 1과 비교예 1이 유사하게 증가하고 있다. 그러나 실시예 1은 시간에 따라 저항값(임피던스)이 증가하여 전력사용량이 감소하는 것을 확인할 수 있고, 비교예 1은 임피던스도 거의 일정하게 나타나고 전력사용량도 거의 일정하게 나타난다. 따라서, 본 발명의 SR 발열체(120)는 시간에 따라 저항값이 증가하여 전력사용량을 감소시킬 수 있고, 저항값의 증가(물질 특성)로 인하여 시간에 따른 전력 및 온도 자기제어(Self-Regulation)이 가능하다는 것을 확인할 수 있다.
전술한 것과 같이, 본 발명의 전기장판은 SR 발열체(120)가 주위의 온도환경에 대응하여 발열 상태를 조절하면서 온도가 일정하게 유지되도록 하므로, 필요한 온도로 신속하게 가열되어 장판의 온도를 상승시킬 수 있고 적은 전력소모만으로도 상승된 온도를 지속적으로 유지할 수 있는 것이다.
도 9는 변형실시예에 따른 본 발명의 전기장판을 설명하기 위한 평면도이고, 도 10은 변형실시예에 따른 개폐스위치 구성 예를 보인 참조구성도이다.
도시된 바와 같이, 변형실시예에 따른 본 발명의 전기장판은 상기 장판 본체에 내장되는 SR 발열체의 배치 위치를 상기 장판 본체 면적을 기준으로 적어도 2개 이상으로 구분되는 영역으로 구분하여 분할된 개별 가열영역을 구성할 수 있다.
도면에 따르면 상기 장판 본체를 제1영역 및 제2영역으로 구분하여 2개소로 분할하여 이루어지고, 상기 각각의 개별 가열영역들은 대칭적인 사이즈로 이루어지는 것으로 도시되었다.
이 경우 도 10에서 볼 수 있는 것처럼 상기 개별 가열영역에 대하여 독립적으로 전원을 공급할 수 있도록 개별 가열영역을 제어하는 개폐스위치를 더 구비한다.
이같이 SR 발열체를 분할하여 개별 가열영역을 두게 되면 그 영역들에 인가되는 전원을 독립적으로 개폐스위치로 제어할 수 있기 때문에 전기장판 온열 효과나 보온효과를 전체 및 부분적으로 얻을 수 있으며, 장판의 온열을 분리하여 찜질 기능을 제공한다거나 전체 장판의 면적을 사용자의 선택에 따라 부분적으로 사용할 수 있기 때문에 사용의 편리함이 증가되고 소비 전력이 과다하게 소모되는 문제를 개선하는 추가적인 효과도 얻을 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나. 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

Claims (25)

  1. 섬유나 합성수지를 평판형이나 시트상으로 만든 장판 본체와;
    상기 장판 본체 내부에 설치되며, 전기저항물질 성분과 절연바인더 성분 및 온도조절물질 성분이 혼합된 페이스트(paste)가 경화되어 이루어져 전원을 공급받아 발열하고, 온도 자가조절 기능을 수행하여 정해진 영역의 온도가 일정하게 유지되도록 하는 면상의 SR 발열체(self regulation heating element)와;
    상기 장판 본체에 내장된 SR 발열체에 전력을 공급하고 제어하는 제어기를 포함하여 구성되는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 장판 본체에 내장되는 SR 발열체의 배치 위치를 상기 장판 본체 면적을 기준으로 적어도 2개 이상으로 구분되는 영역으로 구분하여 분할된 개별 가열영역을 구성한 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 개별 가열영역에 대하여 독립적으로 전원을 공급할 수 있도록 개별 가열영역을 제어하는 개폐스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 개별 가열영역은, 상기 장판 본체를 제1영역 및 제2영역으로 구분하여 2개소로 분할하여 이루어지며, 상기 각각의 개별 가열영역들은 대칭적인 사이즈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 SR 발열체는 표면에 전도로(conduction path)가 형성되며, 상기 전도로에는 제어기의 전원선이 위치되어 제어기로부터 전원을 전도받아 발열하게 되는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 SR 발열체의 전기저항물질 성분은 50 내지 75 중량%이고, 절연바인더 성분이 5 내지 16 중량%이며, 온도조절물질 성분이 10 내지 40 중량%인 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 SR 발열체의 전기저항물질 성분은 니켈(Ni)과 알루미늄(Al)을 포함하는 분말 혼합물 상태로 상기 페이스트를 이루게 되는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 니켈은 상기 전기저항물질 성분의 50 내지 60 중량%이고, 상기 알루미늄은 상기 전기저항물질 성분의 40 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 SR 발열체의 전기저항물질 성분은 몰리브덴(Mo), 보론(B), 규소(Si) 군 중에서 하나 이상이 선택되는 교정 성분(corrective ingredients)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 몰리브덴은 상기 페이스트의 0.05 내지 0.2at%이고, 상기 보론은 상기 페이스트의 0.005 내지 0.02at%인 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판.
  11. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 SR 발열체의 전기저항물질 성분을 이루는 입자 간 분산(dispersion)값은 0.1 내지 10㎛이고, 상기 SR 발열체의 저항온도계수(TCR:temperature coefficient of resistance)는 상기 전기저항물질 성분을 이루는 입자 간 분산값에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판.
  12. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 SR 발열체의 절연바인더 성분은 폴리에스테르(polyester), 에폭시(epoxy)수지, 에폭시-페놀 라커(epoxy phenol laquer) 조성물 군 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판.
  13. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 SR 발열체의 절연바인더 성분은 10 내지 16 중량%이되,
    상기 SR 발열체의 절연바인더 성분은 안정화 첨가물인 나노구조의 규소(Si) 분말을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 규소는 상기 페이스트의 0.3 내지 0.7at%인 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판.
  15. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 SR 발열체의 조절물질 성분은 납성분이 없는 유리(lead-free-glass) 분말 혼합물 상태로 상기 페이스트를 이루게 되는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 유리 분말 혼합물은 SiO₂, BaO, B₂O₃, Al₂O₃을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판.
  17. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 SR 발열체의 조절물질 성분을 이루는 입자 간 분산(dispersion)값은 0.05 내지 2㎛인 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판.
  18. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 SR 발열체의 조절물질 성분은 ZnO, Al, TiO₂, Bi₂O₃BaTiO 군 중에서 하나 이상이 선택되는 교정 성분(corrective ingredients)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 교정 성분을 이루는 입자 간 이산(discretisation)은 0.05 내지 0.4㎛인 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판.
  20. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 SR 발열체의 조절물질 성분은 나이오븀(Nb), 안티몬(Sb), 이트륨(Y), 란탄(La) 군에서 하나 이상이 선택되는 혼합물을 공여체(donor)로 포함하게 되는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판.
  21. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 SR 발열체의 저항값은 0.05 내지 1.0 Ω/□이되,
    상기 SR 발열체를 이루는 전기저항물질 성분, 절연바인더 성분, 조절물질 성분의 중량비 조절에 의해 상기 SR 발열체의 저항값이 변경되는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판.
  22. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 SR 발열체의 저항온도계수는 500×10-6 내지 50×10-4/℃이되,
    상기 SR 발열체를 이루는 전기저항물질 성분, 절연바인더 성분, 조절물질 성분의 중량비 조절에 의해 상기 SR 발열체의 저항온도계수가 변경되는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판.
  23. 전기저항물질 성분과 절연바인더 성분 및 온도조절물질 성분이 혼합된 SR 발열체 형성용 페이스트(paste)를 준비하는 단계와;
    내열성 기판의 표면에 상기 SR 발열체 형성용 페이스트를 일정 두께로 도포하는 단계와;
    상기 SR 발열체 형성용 페이스트를 경화시키는 단계를 포함하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 온수기의 제조방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 SR 발열체 페이스트는 스크린 프린트(screen print) 방식으로 내열성 기판에 도포되는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 온수기의 제조방법.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 전기저항물질 성분은 니켈, 알루미늄에 몰리브덴(Mo), 보론(B), 규소(Si) 등의 교정 성분(corrective ingredients)을 첨가하여 산소 유입없이 4~12시간 동안 유성형 보올 밀(ball mill)의 폐쇄공간에서 제조되는 것을 특징으로 하는 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 온수기의 제조방법.
PCT/KR2012/002128 2011-04-20 2012-03-23 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판 및 그 제조방법 Ceased WO2012144746A2 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2011-0036864 2011-04-20
KR1020110036864A KR20120119103A (ko) 2011-04-20 2011-04-20 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2012144746A2 true WO2012144746A2 (ko) 2012-10-26
WO2012144746A3 WO2012144746A3 (ko) 2013-01-17

Family

ID=47042012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2012/002128 Ceased WO2012144746A2 (ko) 2011-04-20 2012-03-23 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판 및 그 제조방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20120119103A (ko)
WO (1) WO2012144746A2 (ko)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100369565B1 (ko) * 1999-12-17 2003-01-29 대주정밀화학 주식회사 전기발열체용 저항 페이스트 조성물
KR200409950Y1 (ko) * 2005-12-05 2006-03-03 김강수 가열영역 다중 분할형 전기장판
KR100895414B1 (ko) * 2007-08-31 2009-05-07 (주)창성 은 코팅분말을 포함하는 전극용 전도성 페이스트 조성물 및그 제조방법
KR20090076005A (ko) * 2008-01-07 2009-07-13 이한국 발열시트 및 이를 이용한 온열장판

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120119103A (ko) 2012-10-30
WO2012144746A3 (ko) 2013-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2012144744A2 (ko) 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기 온수기 및 그 제조방법
WO2012144740A2 (ko) 온도 자가조절형 면상발열체를 적용한 전기레인지 및 그 제조방법
AU2008217459B2 (en) Heating apparatus and method for making the same
CA2613702A1 (en) Smart layered heater surfaces
CN204795648U (zh) 一种新型3d打印机加热底板
US20160374147A1 (en) Heating seat with high efficiency for vehicle
WO2017003269A1 (ko) 면상 발열체 및 전기 전도 박막
WO2021091007A1 (ko) 탄소 온열매트
CN108803728A (zh) 一种航天器用自调节控温加热器
WO2016186311A1 (ko) 온열매트
KR101777690B1 (ko) 세라믹 히터용 발열 조성물, 그를 이용한 세라믹 히터 및 융착벨트
WO2012144746A2 (ko) 온도 자가조절형 발열체를 적용한 전기장판 및 그 제조방법
WO2012144741A2 (ko) 온도 자가조절형 면상발열체를 적용한 스팀발생기용 히터 및 그 제조방법
WO2018045903A1 (zh) 一种电磁灶
CN107424661A (zh) 一种微晶玻璃加热板用中温电阻浆料
JP2003022888A (ja) 面発熱体及び発熱方法
WO2012144743A2 (ko) 온도 자가조절형 면상발열체를 적용한 스티어링 휠 및 그 제조방법
CN212586845U (zh) 一种带氧化铝陶瓷自发热恒温可控功能的键盘
CN2226361Y (zh) 石墨电热板
CN205983002U (zh) 一种打印机硒鼓加热装置
WO2023238963A1 (ko) 면상 발열체 및 이의 제조방법
WO2017007056A1 (ko) 면상발열체를 이용한 대류형 히터
RU231906U1 (ru) Инфракрасный электрообогреватель
CN206594636U (zh) 一种带自动加热装置、防冻结的输入设备
WO2015122641A1 (ko) 발열 페이스트 조성물, 이를 이용한 면상 발열체 소자 및 휴대용 저전력 발열 히터

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12773851

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12773851

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2