KR101940066B1 - 난방용 발열체 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 난방용 발열체에 관한 것으로, 열가소성 고무, 복합수지, 도전성 카본, 첨가제로 이루어지느 내피발열체(10); 내피발열체(10)의 외부면에 일정의 두께로 피복되는 외피절연체(20)를 포함하여 구성된다. 이에 따라, 난방용 발열체의 기능성 및 사용성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 난방용 발열체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 난방에 따른 발열효율을 극대화시킬 수 있는 난방용 발열체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 발열체는 전기에너지를 열에너지로 변환시키는 전기저항체를 일컫는 말로서, 전기에너지는 전열기기 내부에 있는 전기저항체에 의하여 열이 발생된다.
특히 발열체는 전기장판 등을 비롯하여 난방용 기기에 많이 사용되고 있으며, 이에 보조하여 난방용 발열체에 대한 연구개발이 활발하게 진행되고 있는 실정이다.
종래의 난방용 발열체는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 한 쌍의 전극 전선(1); 전극 전선(1)의 외부에 피복되며, 실리콘, 부틸계의 고무재, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 PVC 수지재 중 어느 하나에 카본 블랙재가 함유되는 도전성 발열재층(2); 도전성 발열재층(2)의 외부에 피복되는 절연피복층(3)을 포함하여 구성된다.
이러한 난방용 발열체는 등록실용신안공보 제20-0293222호에 개시되어 있으므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
그러나 위와 같은 난방용 발열체는 외부에서 전류가 지속적으로 공급됨에 따라 축적되는 열이 증가하여 도전성 발열재층(1)의 온도가 60℃ 이상의 고온일 경우 그 발열작용이 제대로 이루어지지 않거나, 심할 경우 도전성 발열재층(1)이 녹는 문제점이 있다.
그리고 도전성 발열재층(2)에 함유되는 카본 블랙재가 제대로 분산되지 않음으로써 도전성 발열재층(2)의 전체 영역에서 균일하게 열을 발생시키는 데 한계가 있다.
이는 결국, 난방용 발열체의 기능성 및 사용성을 상대적으로 저하시키는 결과를 초래한다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 고온의 조건에서 발열이 안정적으로 이루어짐은 물론이고 전체 영역에서 균일하게 열을 발생시킬 수 있는 난방용 발열체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 난방용 발열체는, 내피발열체; 상기 내피발열체의 외부면에 일정의 두께로 피복되는 외피절연체를 포함하며, 상기 내피발열체는 열가소성 고무, 복합수지, 도전성 카본, 첨가제로 이루어지는 것을 기술적 특징으로 한다.
그리고 본 발명에 따른 난방용 발열체의 제조방법은, 열가소성 고무 및 복합수지를 240℃의 온도에서 각각 용융시켜 가공하는 1차 가공단계; 상기 1차 가공단계를 거친 열가소성 고무 및 복합수지를 240℃∼250℃의 온도에서 혼합하는 2차 가공단계; 상기 2차 가공단계를 거쳐 혼합된 열가소성 고무 및 복합수지에 도전성 카본 및 첨가제를 추가하여 용융시키는 3차 가공단계; 상기 3차 가공단계를 거쳐 혼합된 열가소성 고무, 복합수지, 도전성 카본 및 첨가제를 압출 성형하여 내피발열체를 형성하는 내피발열체 형성단계; 상기 내피발열체 형성단계를 거쳐 형성된 상기 내피발열체의 외부면을 피복하여 외피절연체를 형성하는 외피절연체 형성단계를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 따른 난방용 발열체는 100℃ 정도의 비교적 높은 온도에서 지속적인 사용이 가능하기 때문에 비닐하우스 또는 주택과 같이 외부로의 열에너지 손실이 많은 장소에 사용할 경우 효율적이다.
그리고 첨가제(분산제)로 인해 도전성 카본이 안정적으로 분산됨으로써 내피발열체의 전체 영역에서 균일하게 열을 발생시킬 수 있으며, 또한 열가소성 고무 및 도전성 카본의 조합으로 인해 PTC 효과를 기대할 수 있다.
이에 따라, 난방용 발열체의 기능성 및 사용성을 상대적으로 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 난방용 발열체의 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 난방용 발열체의 종단면도,
도 3은 본 발명에 따른 난방용 발열체의 평단면도,
도 4는 본 발명에 따른 난방용 발열체의 다른 실시예를 도시한 종단면도,
도 5는 본 발명에 따른 난방용 발열체의 제조방법을 단계적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 난방용 발열체의 종단면도,
도 3은 본 발명에 따른 난방용 발열체의 평단면도,
도 4는 본 발명에 따른 난방용 발열체의 다른 실시예를 도시한 종단면도,
도 5는 본 발명에 따른 난방용 발열체의 제조방법을 단계적으로 도시한 블록도이다.
아래에서는 본 발명에 따른 난방용 발열체 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 통해 상세히 설명한다.
도 2 및 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 난방용 발열체는 내피발열체(10); 내피발열체(10)의 외부면에 일정 두께로 피복되는 외피절연체(20)를 포함하여 구성된다.
내피발열체(10)는 그 단면이 원형으로 이루어지며, 전기에너지를 열에너지로 변환시키는 전기저항체를 말한다.
이러한 내피발열체(10)는 열가소성 고무, 복합수지, 도전성 카본, 첨가제 성분으로 이루어지며, 내피발열체(10) 각 성분의 중량비는 열가소성 고무 30 중량%, 복합수지 40 중량%, 도전성 카본 25 중량%, 첨가제 5 중량%로 이루어지는 것이 바람직하다.
열가소성 고무는 상온에서는 탄성을 나타내지만 가열하면 가소성으로 발현하는 고무이다.
이와 같은 열가소성 고무로는 공지되어 있는 다양한 종류의 것을 선택적으로 적용할 수 있으나, 열가소성 엘라스토머(Thermoplastic Elastomer)를 사용하는 것이 바람직하다. 열가소성 엘라스토머는 성형이 간편하고 효율적인 재료로서, 고무 및 플라스틱의 성질을 동시에 가지고 있어 본 발명에 따른 내피발열체(10)의 재질로서 적합하다.
복합수지는 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene), PVC(Polyvinyl Chloride), PC(Polycarbonate), PS(Polystyrene), PP(Polypropylene) 등의 조합으로 이루어질 수 있다.
도전성 카본으로는 카본블랙이 사용되며, 카본블랙의 입경은 30㎚ 내지 70㎚인 것이 바람직하다. 예컨대, 카본블랙의 입경이 30㎚ 미만일 경우에는 전도도가 저하되며, 카본블랙의 입경이 70㎚를 초과할 경우에는 입자 간의 도전통로 수가 감소하는 문제점이 있다.
그리고 필요에 따라 카본블랙에 흑연, 탄소나노튜브, 탄소섬유편을 혼용하여 사용할 수 있으며, 이 경우 도전성 카본 입자 간 접촉점들의 수가 상대적으로 증가하여 도전성을 보다 향상시킬 수 있음은 물론이고 카본블랙이 서로 응집하는 현상을 대폭 줄일 수 있다. 또한, 도전성 카본의 결합력을 보강하는 효과도 기대할 수 있다.
첨가제로는 산화방지제, 노화방지제, 분산제 중 적어도 어느 하나가 사용된다.
특히 분산제로는 우레탄계, 아크릴계, 인계, 유기산염계 및 무기산염계로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으며, 이러한 분산제에 의해 도전성 카본이 내피발열체(10)에 분산 배치됨으로써 내피발열체(10)의 전체 영역에서 균일하게 열을 발생시킬 수 있다.
한편, 내피발열체(10)의 성분 및 중량비의 특징으로 인해, 고온의 조건에서도 안정적인 발열작용을 구현할 수 있으며, 또한 PTC (Positive Temperature Coefficient)를 충분히 기대할 수 있다.
PCT란 정특성 온도계수를 가지는 소자를 의미하는 것으로, 임계온도(Tc) 이하에서는 저항이 낮아 전 기흐름을 양호하게 가져가므로 초기 발열량을 높이는 효과를 가져오고, 임계온도에서 융점온도(Tm)에 이르는 동안에는 전기저항이 온도에 비례하여 높아지는 효과를 가져온다. 이와 같은 PTC 효과에 따라 융점 온도에서는 현저하게 높아진 저항값에 따라 절연효과를 얻을 수 있으므로 과열 방지, 소모전력의 감소 등의 유용한 효과를 구현할 수 있다.
외피절연체(20)는 그 단면이 원형으로 이루어지며, 외부환경으로부터 내피발열체(10)를 보호함과 아울러 절연 기능을 수행한다.
이러한 외피절연체(20)는 열가소성 수지, 복합수지, 첨가제 성분을 포함하며, 외피절연체 각 성분의 중량비는 열가소성 수지 60 중량%, 복합수지 35 중량%, 첨가제 5 중량%로 이루어지는 것이 바람직하다.
열가소성 수지로는 PVC, PP, PS, PA, PET 등이 사용되며, 복합수지로는 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene), PVC(Polyvinyl Chloride), PC(Polycarbonate), PS(Polystyrene), PP(Polypropylene) 등이 사용된다. 그리고 첨가제로는 산화방지제, 노화방지제, 충진제, 분산제 중 적어도 어느 하나가 사용된다.
또한, 외피절연체(20)의 외부면에는 방수성 및 내구성 등과 같은 물적 특성을 상대적으로 향상시키기 위한 외부코팅층이 추가적으로 형성될 수 있으며, 내피발열체(10) 및 외피절연체(20) 사이에는 열전도를 신속하게 하여 발열시간을 단축시킬 수 있는 열전도체가 개재될 수 있다.
한편, 내피절연체(10) 및 외피절연체(20)는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 그 단면이 타원형, 사각형, 정사각형을 비롯하여 여러 다양한 형태를 가질 수 있다.
이상에서 설명한 난방용 발열체의 제조방법을 도 5를 참고하여 설명하면 다음과 같다.
① 1차 가공단계(S1) : 열가소성 고무 및 복합수지를 240℃의 온도에서 각각 용융시켜 가공하는 단계.
이때, 열가소성 고무로는 열가소성 엘라스토머(Thermoplastic Elastomer)가 사용된다.
이러한 열가소성 엘라스토머는 실온에서는 고무의 기능을 가지고 있지만 고온에서는 압력에 따라 변형되는 성질이 있는 고분자 재료로서, 고무 및 플라스틱의 성질을 동시에 가지고 있어 발열체의 재질로서 적합하다.
그리고 복합수지는 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene), PVC(Polyvinyl Chloride), PC(Polycarbonate), PS(Polystyrene), PP(Polypropylene) 등의 조합으로 이루어질 수 있다.
② 2차 가공단계(S2) : 1차 가공단계(S1)를 거친 열가소성 고무 및 복합수지를 240℃∼250℃의 온도에서 혼합하는 단계.
이때, 열가소성 고무 및 복합수지를 240℃보다 낮은 온도에서 혼합할 경우에는 열가소성 고무 및 복합수지의 혼합이 잘 이루어지지 않으며, 250℃보다 높은 온도에서는 열가소성 고무 및 복합수지를 혼합시킬 경우에는 그 고유 속성이 저하되는 문제점이 있다.
③ 3차 가공단계(S3) : 2차 가공단계(S2)를 거쳐 혼합된 열가소성 고무 및 복합수지에 도전성 카본 및 첨가제를 추가하여 용융시키는 단계.
이때, 도전성 카본으로는 카본블랙이 사용되며, 카본블랙의 입경은 30㎚ 내지 70㎚인 것이 바람직하다. 예컨대, 카본블랙의 입경이 30㎚ 미만일 경우에는 전도도가 저하되며, 카본블랙의 입경이 70㎚를 초과할 경우에는 입자 간의 도전통로 수가 감소하는 문제점이 있다.
그리고 도전성 카본으로 카본블랙에 흑연, 탄소나노튜브, 탄소섬유편을 혼용하여 사용할 수 있으며, 이 경우 도전성 카본 입자 간 접촉점들의 수가 상대적으로 증가하여 도전성을 보다 향상시킬 수 있음은 물론이고 카본블랙이 서로 응집하는 현상을 줄일 수 있다. 또한, 도전성 카본의 결합력을 보강하는 효과도 기대할 수 있다.
한편, 첨가제로는 산화방지제, 노화방지제, 분산제 중 적어도 어느 하나를 선택적으로 적용할 수 있다.
④ 내피발열체 형성단계(S4) : 3차 가공단계(S3)를 거쳐 혼합된 열가소성 고무, 복합수지, 도전성 카본 및 첨가제를 압출 성형하여 내피발열체(10)를 형성하는 단계.
이때, 내피발열체(10)의 압출 성형 후 열처리 과정을 추가적으로 거칠 수 있으며, 이 경우 압출 성형된 내피발열체(10)를 150℃ 내지 200℃의 온도조건에서 5시간 가열하는 것이 바람직하다.
이와 같은 열처리 과정을 거침으로써 경화제의 잔류분을 휘발시키거나 내피발열체(10)의 물성을 보다 향상시킬 수 있다.
⑤ 외피절연체 형성단계(S5) : 내피발열체 형성단계(S4)를 거쳐 형성된 내피발열체(10)의 외부면을 피복하여 외피절연체(20)를 형성하는 단계.
이때, 외피절연체(20)는 내피발열체(10)의 외부면에 일정의 두께로 피복되며, 그 성분은 열가소성 수지 35 중량%, 복합수지 60 중량%, 첨가제 5 중량%로 이루어진다.
이러한 외피절연체(20)는 내피발열체(10)의 온도로 인해 녹지 않도록 융점이 120℃ 이상을 가진다.
그리고 열가소성 수지로는 PVC, PP, PS, PA, PET 등이 사용되며, 복합수지로는 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene), PVC(Polyvinyl Chloride), PC(Polycarbonate), PS(Polystyrene), PP(Polypropylene) 등이 사용되며, 첨가제로는 산화방지제, 노화방지제, 충진제, 분산제 중 적어도 어느 하나가 사용된다.
한편, 외피절연체(20)의 외부면에는 방수성 및 내구성 등과 같은 물적 특성을 상대적으로 향상시키기 위한 외부코팅층이 추가적으로 형성될 수 있음은 물론이다.
위에서 설명한 총 5단계를 거침으로써 난방용 발열체의 제조과정이 최종적으로 완료된다.
10 : 내피발열체 20 : 외피발열체
Claims (5)
- 내피발열체(10);
상기 내피발열체(10)의 외부면에 일정의 두께로 피복되는 외피절연체(20)를 포함하며,
상기 내피발열체(10)는,
열가소성 고무, 복합수지, 도전성 카본, 첨가제로 이루어지며,
상기 내피발열체(10)는 열가소성 고무 30 중량%, 복합수지 40 중량%, 도전성 카본 25 중량%, 첨가제 5 중량%로 이루어지며,
상기 도전성 카본으로는 입경이 30㎚ 내지 70㎚인 카본블랙이 사용되며,
상기 카본블랙에 흑연, 탄소나노튜브, 탄소섬유편이 혼용되며,
상기 첨가제는 분산제이며,
상기 내피발열체(10) 및 상기 외피절연체(20) 사이에 열전도체가 개재되 며,
상기 복합수지는 ABS, PVC, PC, PS, PP의 조합으로 이루어지며, 상기 분산제는 우레탄계, 아크릴계, 인계, 유기산염계 및 무기산염계로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상이 사용되며,
상기 외피절연체(20)는 열가소성 수지 60 중량%, 복합수지 35 중량%, 첨가제 5 중량%로 이루어지고, 상기 외피절연체(20)의 외부면에 외부코팅층이 형성되는 것 을 특징으로 하는 난방용 발열체. - 삭제
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| KR1020180002257A KR101940066B1 (ko) | 2018-01-08 | 2018-01-08 | 난방용 발열체 및 그 제조방법 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102041947B1 (ko) * | 2019-07-19 | 2019-11-07 | 지티코리아 주식회사 | 난방용 발열체 및 이를 이용한 전기 난방용 전열장치 |
| KR102342792B1 (ko) * | 2020-08-24 | 2021-12-22 | 황천성 | 기능성 광물질을 포함하는 난방용 발열체 |
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-
2018
- 2018-01-08 KR KR1020180002257A patent/KR101940066B1/ko active IP Right Grant
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