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1. (WO2017131422) FLEXIBLE HEATING PRODUCT
Document

명세서

발명의 명칭

기술분야

1  

배경기술

2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12  

발명의 상세한 설명

기술적 과제

13   14  

과제 해결 수단

15   16   17   18   19   20  

발명의 효과

21   22  

도면의 간단한 설명

23   24   25   26   27   28   29   30   31   32  

발명의 실시를 위한 형태

33   34   35   36   37   38   39   40   41   42   43   44   45   46   47   48   49   50   51   52   53   54   55   56   57   58   59   60   61   62   63   64   65   66   67   68   69   70   71   72   73   74   75   76   77   78   79   80   81   82   83   84   85   86   87   88   89   90   91   92   93   94   95   96   97   98   99  

청구범위

1   2   3   4   5   6   7  

도면

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

명세서

발명의 명칭 : 플렉서블 발열품

기술분야

[1]
본 발명은 플렉서블 발열품에 관한 것이다.

배경기술

[2]
최근에, 열선을 사용한 전열기보다 열효율이 높은 면상발열체가 많이 사용되고 있다.
[3]
일반적으로 면상발열체는 PET(Polyethylene Terephthalate)필름에 카본블랙이 도포되어 만들어진다.
[4]
이러한 면상발열체는 심하게 구부러질 경우, PET필름이 꺽여 절단됨으로써, PET필름에 형성된 카본블랙 사이사이에 균열이 생겨 단전될 수 있다. 이는 발열품의 불량으로 이어진다.
[5]
이로 인해, 면상발열체는 장갑과 같이 심하게 구겨지는 제품에는 설치되기 어렵다. 설치되더라도, 장갑의 윗부분과 같이 덜 구겨지는 부분에만 설치가 가능하다.
[6]
이러한 문제점을 해결하기 위한 플렉서블한 발열품이, 본 출원의 원 출원 발명(10-2016-0011250, 이하 ‘원 출원 발명’이라 칭함)에 개시되어 있다.
[7]
또한, 한국공개특허(10-2012-0036702, 이하 ‘선행발명’이라 칭함)에도 개시되어 있다.
[8]
그러나, 원 출원 발명이나 선행발명은, 카본블랙을 절연층 위에 도포하고 경화시켜 발열층을 만들기 때문에, 발열층을 만드는 작업이 까다롭다.
[9]
[10]
한편, 발열품의 크기가 커지면 발열층의 면적(카본블랙이 도포된 면적)도 커지는데, 이 경우 발열층의 전체저항도 커진다. 이 경우, 더 많은 전류를 흘려보내야 상대적으로 크기가 작은 발열품과 전체적으로 동일한 열량을 낼 수 있다. 이는 에너지의 낭비로 이어진다. 특히, 에너지원으로 배터리를 사용할 경우, 배터리의 사용시간이 급격하게 줄어들어 발열품의 휴대가 불가능해진다.
[11]
이를 해결하기 위해서, 발열품의 크기에 따라 발열층의 단위면적당 저항을 줄일 수 있다. 그러나, 원 출원 발명이나 선행발명에서는 단위면적당 저항을 줄이는 작업이 매우 어렵다.
[12]
왜냐하면, 발열층의 단위 면적당 저항을 낮추기 위해, 카본블랙을 무한정 얇게 도포할 수 없기 때문이다. 설사, 카본블랙을 얇게 도포하더라도, 카본블랙의 도포두께가 너무 얇으면, 발열품이 구부러질 때, 발열층 사이사이에 균열(틈, 갈라짐)이 생겨 단전될 수 있기 때문이다. 이는 곧바로 발열품의 불량으로 이어진다.

발명의 상세한 설명

기술적 과제

[13]
본 발명의 목적은, 발열층이 쉽게 만들어진 플렉서블 발열품을 제공하는 데 있다.
[14]
본 발명의 다른 목적은, 발열품의 크기가 달라지더라도, 동일한 전류하에서 전체적으로 발열량이 일정한 플렉서블 발열품을 제공하는 데 있다.

과제 해결 수단

[15]
상기 목적을 달성하기 위한 플렉서블 발열품은,
[16]
플렉서블한 제1절연층;
[17]
플렉서블한 제2절연층;
[18]
상기 제1절연층과 제2절연층 사이에 개재된 플렉서블한 발열층; 및
[19]
상기 발열층에 부착된 플렉서블한 전극;을 포함하며,
[20]
상기 발열층은 서로 겹치게 무작위로 배치된 탄소섬유로 구성된 것을 특징으로 한다.

발명의 효과

[21]
본 발명은, 서로 겹치게 무작위로 배치된 PAN계 탄소섬유 또는 서로 겹치게 무작위로 혼합된 PAN계 탄소섬유와 Pitch계 탄소섬유로 발열층을 만든다. 따라서, 발열층을 제1절연층과 제2절연층 사이에 개재시키기만 하면 되므로, 원 출원 발명이나 선행발명과 같이, 절연층 위에 카본블랙을 도포하고 경화시켜 발열층을 만드는 까다로운 작업을 하지 않아도 된다.
[22]
본 발명은, 발열품(방석, 의자시트, 침대시트등)의 크기에 따라 단위면적당 저항이 조절되도록, 발열층이 PAN계 탄소섬유만으로 구성되거나, 혼합된 PAN계 탄소섬유와 Pitch계 탄소섬유로 구성된다. 이때, PAN계 탄소섬유 또는 Pitch계 탄소섬유의 혼합비를 조절하여 발열층의 단위면적당 저항을 보다 정밀하게 조절할 수 있다. 따라서, 발열품의 크기가 달라지더라도, 단위면적당 저항을 조절하여 동일한 전류하에서 전체적으로 동일한 발열량을 만들어 낼 수 있다. 이는 에너지 절감으로 이어진다.

도면의 간단한 설명

[23]
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 발열품(방석)을 찍은 사진이다.
[24]
도 2는 도 1에 도시된 단면 Ⅱ-Ⅱ을 나타낸 도면이다.
[25]
도 3은 도 1에 도시된 카본블랙으로 구성으로 발열층을 나타낸 도면이다.
[26]
도 4는 도 1에 도시된 발열층에 바느질을 한 상태를 찍은 사진이다.
[27]
도 5는 도 1에 도시된 발열층에 구멍을 뚫은 상태를 찍은 사진이다.
[28]
도 6은 도 1에 도시된 발열층의 변형예로, PAN계 탄소섬유로 구성된 발열층을 나타낸 도면이다.
[29]
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 발열품(의자시트)을 찍은 사진이다.
[30]
도 8은 도 7에 도시된 PAN계 탄소섬유와 Pitch계 탄소섬유가 9:1로 혼합된 발열층을 나타낸 도면이다.
[31]
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 발열품(침대시트)을 찍은 사진이다.
[32]
도 10은 도 9에 도시된 PAN계 탄소섬유와 Pitch계 탄소섬유가 6:4로 혼합된 발열층을 나타낸 도면이다.

발명의 실시를 위한 형태

[33]
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 플렉서블 발열품을 설명한다.
[34]
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 플렉서블 발열품(10)은 방석이다.
[35]
방석은 350mm×350mm의 크기를 가진다.
[36]
플렉서블 발열품(10)은, 피복층(11), 절연층(12), 발열층(13), 전극(14)으로 구성된다. 설명의 편의상, 서로 결합된 절연층(12), 발열층(13), 전극(14)을 발열세트라고 칭한다.
[37]
[38]
도 2에 도시된 바와 같이,
[39]
피복층(11)은 절연층(12)에 부착된다. 피복층(11)을 절연층(12)에 부착하는 이유는, 발열품(10)이 일반적인 방석의 느낌을 갖게 하기 위해서다.
[40]
피복층(11)은 제1피복층(11a), 제2피복층(11b)으로 구성된다.
[41]
피복층(11)은 직물, 가죽, 인조털, 모피 등으로 다양하게 만들어질 수 있다.
[42]
피복층(11)은 필요에 따라 생략될 수 있다. 예를 들어, 발열품으로 발열세트만을 만드는 경우에는 피복층(11)을 생략할 수 있다.
[43]
절연층(12)은 제1절연층(12a), 제2절연층(12b)으로 구성된다.
[44]
절연층(12)은 절연기능을 수행한다. 동시에, 절연층(12)은 플렉서블 발열품(10)을 물 빨래할 수 있게 방수기능을 가진다. 절연층(12)이 방수기능을 가지는 것은 본 발명만의 중요한 특징이 된다. 이를 위해, 절연층(12)은 폴리머재질이나 고무로 만들어진다.
[45]
절연층(12)은 플렉서블(flexible)하다. 이를 위해, 절연층(12)은 0.05~2mm의 두께로 만들어진다.
[46]
[47]
도 3에 도시된 바와 같이, 발열층(13)은 카본블랙(CB)으로 구성된다.
[48]
발열층(13)은 카본블랙(CB)이 제1절연층(12a)에 얇게 도포된 후 경화되어 만들어진다.
[49]
발열층(13)은 플렉서블(flexible)하다. 이를 위해, 발열층(13)은 0.001~1mm의 두께로 만들어진다.
[50]
[51]
전극(14)은 제1전극(14a), 제2전극(14b)으로 구성된다.
[52]
제1전극(14a)은 전원부(미도시)의 + 극과 연결된다.
[53]
제2전극(14b)은 전원부(미도시)의 - 극과 연결된다.
[54]
[55]
제1전극(14a), 제2전극(14b)은 발열층(13)에 부착된다.
[56]
제1전극(14a), 제2전극(14b)은 발열층(13)의 좌측끝과 우측끝에 각각 부착된다.
[57]
제1전극(14a), 제2전극(14b)은 플렉서블하다. 제1전극(14a), 제2전극(14b)은 구리로 만들어진다.
[58]
제1전극(14a), 제2전극(14b)은 플렉서블(flexible)하다. 이를 위해, 제1전극(14a), 제2전극(14b) 각각은 0.001~1mm의 두께로 만들어진다.
[59]
[60]
전원부(미도시)에서 공급된 전류는 제1전극(14a), 발열층(13), 제2전극(14b)을 흐른다. 이때, 저항체인 카본블랙(CB)에서 열이 발생하여 발열품(10)이 따뜻해진다.
[61]
[62]
도 4에 도시된 바와 같이, 발열세트를 바느질(Fsw)하여, 다양한 발열품을 만들어 낼 수 있다.
[63]
도 5에 도시된 바와 같이, 발열세트에 구멍(H)을 뚫어, 다양한 발열품을 만들어 낼 수 있다.
[64]
[65]
도 6에 도시된 바와 같이, 발열층은 다음과 같이 변형될 수 있다.
[66]
본 출원인은 원 출원 발명의 발열층에 개선할 점(발열층을 만들기 위해 절연층 위에 카본블랙을 도포하고 경화시켜야 하는 까다로움, 발열품이 커질 경우 전체저항이 커져 더 많은 에너지가 필요함)이 있음을 발견하고, 많은 고민을 거듭한 끝에 원 출원발명이나 선행발명에 없는 전혀 새로운 발열층(100)을 개발하게 되었다.
[67]
[68]
도 6에 도시된 발열층(100)은 PAN계 탄소섬유(101)로 구성된다.
[69]
발열층(100)이 PAN계 탄소섬유(101)로 구성되므로, 발열층(100)을 만들기 위해 절연층(12, 도 2참조) 위에 카본블랙(CB, 도 3참조)을 도포하고 경화시킬 필요가 없다.
[70]
PAN계 탄소섬유(101)은 전류가 흐를 수 있도록 서로 겹치게 무작위로 배치된다.
[71]
PAN계 탄소섬유(101)의 양을 조절하면 발열품의 단위 면적당 저항을 조절할 수 있다. 여기서, 바람직한 단위면적당 저항은 20~100Ω/□이다.
[72]
[73]
전원부(미도시)에서 공급된 전류는 제1전극(14a), 발열층(100), 제2전극(14b)을 흐른다. 이때, 저항체인 PAN계 탄소섬유(101)에서 열이 발생하여 발열품(10)이 따뜻해진다.
[74]
[75]
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 발열품을 설명한다.
[76]
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 플렉서블 발열품(20)은 의자시트이다.
[77]
의자시트는 500mm×500mm의 크기를 가진다.
[78]
본 발명의 제2실시예에 따른 발열품(20)은 제1실시예에 따른 발열품(10)과 발열층(200)을 제외하고는 모두 동일하다. 따라서, 발열층(200)에 대해서만 설명한다.
[79]
도 8에 도시된 바와 같이, 발열층(200)은 전류가 흐를 수 있게 서로 겹치게 무작위로 배치되어 혼합된, PAN계 탄소섬유(201)와 Pitch계 탄소섬유(202)로 구성된다.
[80]
발열층(200)이 PAN계 탄소섬유(201)와 Pitch계 탄소섬유(202)로 구성되므로, 발열층(200)을 만들기 위해, 절연층(12, 도 2참조) 위에 카본블랙(CB, 도 3참조)을 도포하고 경화시킬 필요가 없다.
[81]
PAN계 탄소섬유(201)는 Pitch계 탄소섬유(202)에 비해 저항이 높고, 가격은 저렴하다.
[82]
[83]
의자시트는 방석보다 커서, 발열층(200)의 전체면적이 방석의 발열층(100) 보다 크다. 따라서, 발열층(200)의 단위면적당 저항을 낮추면, 방석의 발열층(100)에 보내는 전류와 동일한 전류를 의자시트의 발열층(200)에 흘려보내도, 의자시트는 전체적으로 방석과 동일한 열량을 낼 수 있다. 즉, 방석을 발열시키는 에너지를 초과하지 않고도 의자시트를 발열시킬 수 있는 것이다.
[84]
이를 위해, PAN계 탄소섬유(201)에 저항이 낮은 Pitch계 탄소섬유(202)를 혼합하여 단위면적당 저항을 낮춘다. 여기서, 바람직한 단위면적당 저항은 10~50Ω/□이다. 이를 위해, PAN계 탄소섬유(201)와 Pitch계 탄소섬유(202)를 9:1로 혼합한다. 이렇게 PAN계 탄소섬유(201)에 저항이 낮은 Pitch계 탄소섬유(202)를 혼합하여 단위면적당 저항을 낮추는 것은 본 발명만의 핵심적인 특징이 있다.
[85]
[86]
물론, Pitch계 탄소섬유(202)를 사용하지 않고, PAN계 탄소섬유(201)의 양을 줄여서 단위면적당 저항을 낮출 수도 있다. 그러나 PAN계 탄소섬유(201)의 양을 너무 줄이면 PAN계 탄소섬유(201)가 서로 겹치지 않게 되어 자칫 단전될 수도 있다. 따라서, 발열품의 크기가 방석을 초과하면, 저항이 서로 다른 PAN계 탄소섬유(201)와 Pitch계 탄소섬유(202)를 혼합하여 단위면적당 저항을 조절해야 한다.
[87]
[88]
전원부(미도시)에서 공급된 전류는 제1전극(14a), 발열층(200), 제2전극(14b)을 흐른다. 이때, 저항체인 PAN계 탄소섬유(201)와 Pitch계 탄소섬유(202)에서 열이 발생하여 발열품(20)이 따뜻해진다.
[89]
[90]
이하, 본 발명의 제3실시예에 따른 발열품을 설명한다.
[91]
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 플렉서블 발열품(30)은 침대시트이다.
[92]
침대시트는 1000mm×1500mm의 크기를 가진다.
[93]
본 발명의 제3실시예에 따른 발열품(30)은 제1실시예에 따른 발열품(10)과 발열층(300)을 제외하고는 모두 동일하다. 따라서, 발열층(300)에 대해서만 설명한다.
[94]
도 10에 도시된 바와 같이, 발열층(300)은 전류가 흐를 수 있게 서로 겹치게 무작위로 배치되어 혼합된, PAN계 탄소섬유(301)와 Pitch계 탄소섬유(302)로 구성된다.
[95]
발열층(300)이 PAN계 탄소섬유(301)와 Pitch계 탄소섬유(302)로 구성되므로, 발열층(300)을 만들기 위해, 절연층(12, 도 2참조) 위에 카본블랙(CB, 도 3참조)을 도포하고 경화시킬 필요가 없다.
[96]
[97]
침대시트는 의자시트보다 커서, 발열층(300)의 전체면적이 의자시트의 발열층(200) 보다 크다. 따라서, 발열층(300)의 단위면적당 저항을 의자시트의 발열층(200)의 단위면적당 저항 보다 더 낮추면, 방석의 발열층(100)에 보내는 전류와 동일한 전류를 침대시트의 발열층(300)에 흘려보내도, 침대시트는 전체적으로 방석과 동일한 열량을 낼 수 있다. 즉, 방석을 발열시키는 에너지를 초과하지 않고도 침대시트를 발열시킬 수 있는 것이다.
[98]
이를 위해, PAN계 탄소섬유(301)에 저항이 낮은 Pitch계 탄소섬유(302)를 혼합하여 단위면적당 저항을 낮춘다. 여기서, 바람직한 단위면적당 저항은 1~30Ω/□이다. 이를 위해, PAN계 탄소섬유(201)와 Pitch계 탄소섬유(202)를 6:4로 혼합한다.
[99]
전원부(미도시)에서 공급된 전류는 제1전극(14a), 발열층(300), 제2전극(14b)을 흐른다. 이때, 저항체인 PAN계 탄소섬유(301)와 Pitch계 탄소섬유(302)에서 열이 발생하여 발열품(30)이 따뜻해진다.

청구범위

[청구항 1]
플렉서블한 제1절연층; 플렉서블한 제2절연층; 상기 제1절연층과 제2절연층 사이에 개재된 플렉서블한 발열층; 및 상기 발열층에 부착된 플렉서블한 전극;을 포함하며, 상기 발열층은 서로 겹치게 무작위로 배치된 탄소섬유로 구성된 것을 특징으로 하는 플렉서블 발열품.
[청구항 2]
제1항에 있어서, 상기 제1절연층 및 제2절연층은, 절연기능 및 방수기능을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 발열품.
[청구항 3]
제1항에 있어서, 상기 발열층의 단위면적당 저항을 조절하여, 발열품의 크기가 달라져도 동일한 전류하에서 전체적으로 동일한 열량을 낼 수 있도록, 상기 발열층은 상기 PAN계 탄소섬유만으로 구성되거나, 상기 발열층은 상기 PAN계 탄소섬유와 상기 Pitch계 탄소섬유이 혼합되어 구성된 것을 특징으로 하는 플렉서블 발열품.
[청구항 4]
제3항에 있어서, 상기 플렉서블 발열품은 방석이며, 상기 발열층은 서로 겹치게 무작위로 배치된 PAN계 탄소섬유로만 구성된 것을 특징으로 하는 플렉서블 발열품.
[청구항 5]
제3항에 있어서, 상기 단위 면적당 저항은, 상기 PAN계 탄소섬유와 상기 Pitch계 탄소섬유의 비로 조절되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 발열품.
[청구항 6]
제5항에 있어서, 상기 플렉서블 발열품은 의자시트이며, 상기 발열층은 서로 겹치게 무작위로 배치된 PAN계 탄소섬유와 Pitch계 탄소섬유로 구성되며, 상기 PAN계 탄소섬유 대 상기 Pitch계 탄소섬유의 비는 9:1인 것을 특징으로 하는 플렉서블 발열품.
[청구항 7]
제5항에 있어서, 상기 플렉서블 발열품은 침대시트이며, 상기 발열층은 서로 겹치게 무작위로 배치된 PAN계 탄소섬유와 Pitch계 탄소섬유로 구성되며, 상기 PAN계 탄소섬유 대 상기 Pitch계 탄소섬유의 비는 6:4인 것을 특징으로 하는 플렉서블 발열품.

도면

[도1]

[도2]

[도3]

[도4]

[도5]

[도6]

[도7]

[도8]

[도9]

[도10]