KR200200441Y1 - 정온 가열되는 매트 - Google Patents

Abstract

본 고안은 PTCR(Positive Temperature Coefficient of Resistance)을 사용하여 일정 온도범위에서 가열되도록 한 매트(Mat)에 관한 것으로,

상온에서는 전도체이었다가 일정온도 이상이 되면 절연체로 전환되는 성질을 가진 PTCR 소재를 사용하여 전기 가열수단을 구성하되 연질재질을 사용하여 매우 얇게 구성함으로서, 매트에 적용할 경우 그 두께가 두껍지 않도록 하고 잘 구부러지도록 하며, 단선 이나 합선이 발생되지 않도록 하고있다.

또한, 본 고안에서는 PTCR 소재의 상, 하면부에는 전자파 방지판(3)(6)과 맥반석매트(2)를 부착함으로서, 사용도중 PTCR에서 발생되는 전자파를 흡수하고 인체에 유익한 원적외선을 발생하도록 함에 따라, 건강에도 유익하도록 한다.

Description

정온 가열되는 매트{mat for maintaining uniform temperature}

본 고안은 PTCR(Positive Temperature Coefficient of Resistance)을 사용하여 일정온도범위에서 가열되도록 한 매트(Mat)에 관한 것으로, 상온에서는 전기저항이 낮아 전류를 잘 통하도록 하되 특정온도에 도달하면 전기저항이 갑자기 증가해 절연체가 됨으로써 일정 온도이상 가열되지 않도록 하는 PTCR 소재를 이용한 정온 가열되는 매트에 관한 것이다.

전기를 사용한 가열수단이 널리 이용되고 있으나, 이들은 대개 전류를 니크롬선과 같은 저항체에 흘러줄 때 발생되는 열을 이용한 것으로서, 종래에 사용된 저항체는 온도를 자체적으로 조절할 능력이 없으므로 과열방지수단이 반드시 구비되어야 한다.

따라서, 가격이 비싸지는 단점이 있으며, 사용도중 금속제 와이어가 합선될 수 있으므로 화재 발생의 위험도 존재하는 것이다.

또한, 이와 같은 종래 가열수단은 부피를 많이 차지하게되므로 매트에 적용할 경우 매트의 두께가 두꺼워지고 잘 구부러지지 않는 문제점이 있으며, 무리하게 구부릴 경우 단선 또는 합선될 수 있으므로 화재가 발생될 위험이 있으며, 사용도중 전자파가 많이 발생하므로 인체에 다소 유해한 문제점도 있었다.

본 고안은 이러한 종래 전기 가열수단의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 상온에서는 전도체이었다가 일정온도이상이 되면 절연체로 전환되는 성질을 가진 PTCR 소재를 사용하여 전기 가열수단을 구성하되 연질재질을 사용하여 매우 얇게 구성함으로서, 매트에 적용할 경우 그 두께가 두껍지 않도록 하고 잘 구부러지도록 하며, 단선 이나 합선이 발생되지 않도록 하고있다.

또한, 본 고안에서는 PTCR 소재의 상, 하면부에는 전자파 방지판과 맥반석매트를 부착함으로서, 사용 도중 PTCR에서 발생되는 전자파를 흡수하고 인체에 유익한 원적외선을 발생하도록 함에 따라, 건강에도 유익하도록 한다.

도 1은 본 고안에 따른 매트의 내부구조를 설명하기위해 일부위를 절개하여 도시한 사시도,

도 2는 도 1의 A-A 선에서의 단면도,

도 3은 본 고안에 따른 매트의 외피를 제거한 상태를 도시한 평면도,

도 4는 본 고안에 따른 매트의 또 다른 실시예를 도시한 평면도.

도 5는 본 고안에 사용된 PTCR 소재의 작용상태도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 외피 2 : 맥반석매트

3 : 전자파방지판 4 : PTCR

5 : 필름 6 : 전자파방지판

7 : 접힘부 8, 8' : 도선

10 : 고분자 매트릭스 20 : 전기저항 입자

본 고안에서는 PTCR 소재를 가열수단으로서 사용하고 있는데,

PTCR(Positive Temperature Coefficient of Resistance)은 고분자 재료의 일종으로서, 이들은 주위의 온도에 따라 저항이 변하는 특성을 가지고 있어 특정온도에서 전기를 차단하여 온도를 지속적으로 일정하게 유지해주는 성질을 가진다.

따라서, 본 고안에서는 PTCR의 특성을 이용하여, 대상물을 일정온도로 지속적으로 가열할 수 있도록 한다.

PTCR은 고분자 수지에 적절한 전기저항을 갖는 입자(Conductive particle)을 섞어 제조하게되는데, 온도에 따른 작용상태를 설명하자면 다음과 같다.(도 5 a, b, c 참조)

도 5a에 도시된 바와 같이, 상온에서는 고분자 매트릭스(10)에 적절한 전기저항을 갖는 입자(Conductive particle)가 고르게 섞여있는 상태로서, 이때 PTCR 소재는 전기저항이 가장 낮게 형성된다. 전기가 흐르게 되면 입자의 전기저항에 의해 온도가 올라가게 되고 도 5b의 상태로 전이된다.

도 5b에 도시된 바와 같이, 온도가 상승되면 고분자 매트릭스(matrix)(10)가 열팽창하여 전기저항을 갖는 입자(Conductive particle)(20)간의 간격이 벌어지고, 저항이 증가하여 전류가 흐르기 어렵게 된다.

이러한 상태에서 온도가 더욱 상승되면 도 5c에 도시된 바와 같이, 고분자간의 열팽창으로 인해 입자간의 간격이 더욱 벌어져서 전류가 흐르지 않게 되며 더 이상 발열하지 않게된다.

이때의 온도를 큐리온도(Curie temperature)라 하며, 전류가 흐르지 않는 상태가 되어 온도가 저하되기 시작하므로 도 5c의 상태로부터 도 5b의 상태로 전이되어지며, 그 이후부터는 이러한 사이클을 반복하게 되므로 PTCR에서는 특정온도를 계속 유지하는 것이다.

이에 사용될 수 있는 고분자 수지로는 PE, PET, PS, PP, PVDF 또는 이들의 공중합물이 사용될 수 있는데, 온도에 따른 안정성과 상온에서의 특성 및 기질(Substrate)과의 상용성 등을 고려하여 선택한다.

탄소입자는 입자크기, 분포, 함량(10∼60%)등이 주요 인자가 되는데, 적절한 큐리온도(Curie temperature)를 가지는 고분자 매트릭스와 카본블랙(Carbon black --- conductive particle)의 혼합비를 결정하는 것과, 고분자에 카본블랙을 고르게 분산시키는 것이 중요한 기술이다.

즉, 본 고안에서는 카본블랙 등의 전기 저항입자(20)와 고분자 매트릭스(10) 를 혼합하여 만든 PTCR 소재를 가열수단으로 사용함으로서, 전류를 통전할 시에 일정온도 범위에서만 가열되도록 한 것으로서,

PE, PET, PS, PP와 같이 고분자 수지로 이루어진 얇은 필름(5)의 면상에는 고분자 매트릭스(10)와 전기 저항입자(20)의 혼합물인 PTCR(4)이 얇게 도포되어 있으며, 그 상,하면에는 동판 또는 동섬유등을 이용한 전자파방지판(3)(6)이 위치하며, 그 상면에는 맥반석 매트(2)가 위치하며, 이들은 다시 외피(1)로 에워싸여져있다.

또한, 전자판방지판(3)은 전자파차단효과가 높은 것으로 알려진 동판(銅板상)이나 동섬유(銅纖維)를 사용하여 구성하고, 맥반석매트(2)는 맥반석분말이나 옥돌분말등을 편평하게 밀봉 포장하여 사용할 수 있으며, 그외에도 원적외선 발생 및 유해성분 제거에 우수한 효과가 있는 황토, 숯, 바이오세라믹 등도 함께 사용할 수 있다.

한편, 상기 PTCR 소재에서는 필름(5) 면으로부터 PTCR(4)이 쉽게 떨어져나가지 않도록 하기 위해 그 외부면을 라미네이트 코팅과 같은 방법으로 코팅처리할 수 있다.

한편, 매트가 잘 접혀질 수 있도록 일정간격마다 접힘부(7)가 형성되어져 있으며, 상기 접힘부(7)에서는 PTCR 소재 및 전자파방지판(3)(6), 맥반석매트(2) 등이 분리되어져 있으며, PTCR 소재 간에는 전류가 흐를 수 있도록 도선(8)이 연결되어져 있다.

즉, 본 고안에서는 고분자 매트릭스로서 PET, PE와 같은 연질소재를 사용하 고, 전기저항을 가진 입자(Conductive particle)로서는 카본블랙을 얇게 도포하여 사용함으로서, 그 두께를 얇게 구성할 수 있으며 쉽게 구부릴 수도 있는 것이다.

이상과 같이 구성되어진 매트는 상온에서는 전도체로 작용하게되므로 전원에 의해 전류를 공급할 경우 통전상태가 되는데, 이때 PTCR 소재에서는 입자의 저항이 증가되어 온도가 올라가게 된다.

온도가 상승하면 고분자 매트릭스가 열팽창하므로 PTCR(4) 입자간의 간격이 벌어지고 점점 저항이 증가하여 전류가 흐르기 어렵게되는데, 큐리온도(curie temperature)까지 가열되면 PTCR 소재가 완전한 절연체로 작용하게 되므로, 더 이상 전류를 통하지 않게 되고 온도가 하강하게된다.

온도가 하강하면 고분자 매트릭스가 열수축되므로 PTCR(4) 입자간의 간격이 좁혀지고 다시 전류가 흐르게되어 가열상태가 되는데, 전원이 PTCR 소재에 연결된 동안에는 이와같은 사이클을 지속적으로 반복하면서 정온상태를 유지하게 되는 것이다.

또한, 본고안에서는 도 4에 도시된 바와 같이 필름(5)면에 PTCR(4)이 도포되어 이루어진 PTCR소재를 다수개로 분리 구성하고, 이들간에 도선(8)(8')을 연결하여 서로 통전되어지도록 구성할 수도 있다.

이와 같이 구성할 경우 PTCR 소재의 사용면적이 줄어들므로 재료 절약의 효과가 있고, 매트가 잘 구부려지게되는 효과가 있는 것이다.

본 고안에서는 PET,PE등의 연질재 소재를 사용하여 고분자 매트릭스(10)를 구성하고 그 위에 카본 블랙 등의 전기 저항입자(20)를 얇게 도포하여 PTCR 소재를 구성하고 있으므로, 이러한 PTCR소재를 매트 가열수단으로 사용할 경우 매트를 보다 얇게 잘 구부려지도록 구성할 수 있으며, PTCR 소재의 고유특성에 따라 일정온도 범위에서만 가열되도록 함으로서 화재 발생의 위험없이 안전하게 사용할 수 있다.

한편, 위에서는 주로 매트에 한정하여 설명하였으나 본 고안의 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 동일 구조로 이루어진 방석이나, 차량용 시트, 보온요등에 대해서도 그 범위가 확장될 수 있는 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 정온 가열 매트에서는, 상온에서는 전도체이었다가 일정온도이상이 되면 절연체로 전환되는 성질을 가진 PTCR 소재를 사용하여 전기 가열수단을 구성하되 연질재질을 사용하여 매우 얇게 구성함으로서, 매트에 적용할 경우 그 두께가 두껍지 않도록 하고 잘 구부러지도록 하며, 단선 이나 합선이 발생되지 않도록 하고있다.

또한, 본 고안에서는 PTCR 소재의 상, 하면부에는 전자파 방지판(3)과 맥반석매트(2)를 부착함으로서, 사용 도중 PTCR(4)에서 발생되는 전자파를 흡수하고 인체에 유익한 원적외선을 발생하도록 함에 따라, 건강에도 유익하도록 한다.

Claims (2)

1. PE, PET, PS, PP와 같이 고분자 수지로 이루어진 얇은 필름(5)의 면상에는 고분자 매트릭스(10)와 전기 저항입자(20)의 혼합물인 PTCR(4)이 얇게 도포되어 있으며, 그 상,하면에는 동판 또는 동섬유등을 이용한 전자파방지판(3)(6)이 위치하며, 그 상면에는 맥반석 매트(2)가 위치하며, 이들은 다시 외피(1)로 에워싸여진 것을 특징으로 하는 정온 가열되는 매트.
2. 제 1항에 있어서, 매트가 잘 접혀질 수 있도록 일정간격마다 접힘부(7)가 형성되어져 있으며, 상기 접힘부(7)에서는 PTCR 소재 및 전자파방지판(3)(6), 맥반석매트(2) 등이 분리되어져 있으며, PTCR 소재 간에는 전류가 흐를 수 있도록 도선(8)이 연결되어진 것을 특징으로 하는 정온 가열되는 매트.