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KR20030013861A - 탄소섬유를 이용한 발열장치 - Google Patents

탄소섬유를 이용한 발열장치 Download PDF

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KR20030013861A
KR20030013861A KR1020010048067A KR20010048067A KR20030013861A KR 20030013861 A KR20030013861 A KR 20030013861A KR 1020010048067 A KR1020010048067 A KR 1020010048067A KR 20010048067 A KR20010048067 A KR 20010048067A KR 20030013861 A KR20030013861 A KR 20030013861A
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KR
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heating
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한영태
기세빈
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Abstract

본 발명은 탄소섬유를 띠 모양의 면상 발열체로 제조하여 인체와 인접하게 되는 의복, 침구류 등에 별도의 피복 없이도 봉재 등의 방법으로 용이하게 내장되도록 한 탄소섬유를 이용한 발열장치에 관한 것으로, 방한용품에 장착되는 발열장치에 있어서, 방한용품의 외피 사이에 내장되며, 그 양단에 전압이 인가되면 소정의 열을 방사하는 탄소섬유 발열부재; 상기 탄소섬유 발열부재에 전력을 제공하는 전력 제공수단; 상기 탄소섬유 발열부재와 전력 제공수단을 전기적으로 연결시키는 연결수단; 및 상기 연결수단의 일측에 구비되며, 상기 전력 제공수단과 탄소섬유 발열부재의 전기적 연결을 차단하거나 연결시키는 스위칭 수단을 포함하는 탄소섬유를 이용한 발열장치를 제공하며, 의복, 침구류, 바닥재 등에 내장되어 소정의 방한 효과를 구현하는 데에 이용된다.

Description

탄소섬유를 이용한 발열장치 {HEAT GENERATING APPARATUS USING CARBON FIBER}
본 발명은 탄소섬유를 발열체로 이용한 발열장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소섬유를 띠 모양의 면상 발열체로 제조하여 인체와 인접하게 되는 의복, 침구류 등에 별도의 피복 없이도 봉재 등의 방법으로 용이하게 내장되도록 한 탄소섬유를 이용한 발열장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전열 히터는 소정 크기의 저항을 갖는 도체에 전류가 흐를 시에 발생하는 열을 이용하여 가열, 보온 등을 위한 열에너지를 제공하는 것으로, 온도조절이 용이하고, 오염물의 배출이 없어 위생적이며, 작동에 따른 소음이 발생하지 않는 장점이 있어 침대 매트리스나 보온 이불과 같은 침구류, 주택이나 사무실과 같은 건물용 난방장치, 비닐 하우스나 농산물 건조시스템과 같은 농업용 설비, 도로나 주차장의 눈을 녹이거나 결빙을 방지할 수 있는 각종 동결방지장치를 비롯하여 레저용, 방한용, 가전제품, 거울이나 유리의 김서림 방지장치, 건강보조용, 축산용 등 일상 생활 전반에 걸쳐 폭넓게 이용되고 있다.
도1은 상기한 전열 히터 중에서 와이어형 전열히터를 이용한 종래의 전기담요를 나타낸 개략도이다.
종래의 전기담요는 도1에 도시된 바와 같이, 외피(110)의 사이에 솜이나 부직포 등의 쿳숀 기능을 겸한 보온재(120)가 채워지며, 상기 보온재(120)의 사이에 나선형으로 꼬아진 전열선(130)이 배열된다. 상기 전열선(130)은 니크롬 발열선이나 동니켈 합금 발열선, 알루미늄 등의 금속 박판을 에칭한 발열선 등이 사용되고 있으며, 상기 전열선(130)의 외부는 절연성의 합성수지(131)로 피복된다.
그런데, 상기한 종래의 전기담요는 하나의 전열선(130)을 통해 전류가 흐르는 구조이기 때문에 어느 한 부분이라도 끊어지면 전체 전열선(130)에 전기가 통하지 않게 되어 발열동작을 할 수 없게 되며, 상기 전열선(130)의 외면이 열전도도가 매우 낮은 피복재로 피복되어 열전도 효율이 낮은 문제점이 있었다. 더욱이, 상기 전열선(130)을 통한 전류의 흐름에 따라 다량의 유해 전자파가 발생하게 되며, 특히, 전자파 중에서도 문제가 더 심각한 자기장이 강하게 형성되어 인체에 직접 접촉된 상태로 사용되는 전기담요의 경우 인체에 대한 위험성이 더욱 높아지는 문제점이 있었다.
또한, 소정의 방한 효과를 얻고자 상기 전열선(120)을 의복에 내장한 것으로, "동력발생장치를 구비한 운송장치용 전기적 발열장치를 가진 방한 의류"(실용신안등록 제20-0222210호)가 제안된 바 있다.
그러나 상기한 종래의 방한 의류는 전술한 전기 담요의 경우와 동일하게 금속 재질의 발열선을 발열체로 사용하기 때문에, 그와 동일하게 열전도 효율이 낮고, 다량의 유해 전자파를 발생시키는 문제점이 있으며, 전열선이 의복의 외피를 통해 시각적으로 표시되어 의복의 미감을 떨어뜨리거나 착용자에게 불쾌한 촉감을유발하고, 전열선의 꺾임을 방지하기 위해 착용시의 활동이 제한되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 발열부가 탄소섬유로 이루어져 인체와 직접 접하게 되는 의복, 침구류 등에 간단하게 내장되며, 열전도 효율이 높고, 유해 전자파의 발생이 방지되며, 착용감이 개선될 수 있도록 한 탄소섬유를 이용한 발열장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
도1은 와이어형 전열히터가 내장된 종래의 전기담요의 개략도.
도2는 본 발명에 따른 탄소섬유를 이용한 발열장치의 일실시예 구성을 도시한 개략도.
도3a는 본 발명에 따른 탄소섬유를 이용한 발열장치가 의복 상의에 내장된 실시예를 도시한 정면도.
도3b는 도3a의 후면도.
도4는 본 발명에 따른 탄소섬유를 이용한 발열장치가 의복 하의에 내장된 실시예를 도시한 정면도.
도5는 본 발명에 따른 탄소섬유를 이용한 발열장치가 장갑에 내장된 실시예를 도시한 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
210 : 탄소섬유 발열부재221, 222 : 전극
223 : 고정 커넥터230 : 축전지
240 : 전력 케이블241 : 연결 잭
250 : 스위치
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 방한용품에 장착되는 발열장치에 있어서, 방한용품의 외피 사이에 내장되며, 그 양단에 전압이 인가되면 소정의 열을 방사하는 탄소섬유 발열부재; 상기 탄소섬유 발열부재에 전력을 제공하는 전력 제공수단; 상기 탄소섬유 발열부재와 전력 제공수단을 전기적으로 연결시키는 연결수단; 및 상기 연결수단의 일측에 구비되며, 상기 전력 제공수단과 탄소섬유 발열부재의 전기적 연결을 차단하거나 연결시키는 스위칭 수단을 포함하는 탄소섬유를 이용한 발열장치를 제공한다.
본 발명의 탄소섬유를 이용한 발열장치에서, 상기 전력 제공수단은 방한용품의 일측에 탈착이 가능하게 장착되는 축전지로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 연결수단은 상기 탄소섬유 발열부재의 양단에 각각 구비된 제1및 제2전극과; 상기 전력 제공수단의 양측 단자에 상기 제1 및 제2전극을 각각 연결시키는 전력 케이블을 포함하여 이루어질 수 있다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도2는 본 발명에 따른 탄소섬유를 이용한 발열장치의 일실시예 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다.
본 발명의 탄소섬유를 이용한 발열장치는 도2에 도시한 바와 같이, 소정 길이를 갖는 다수의 탄소섬유 가닥을 직조하여 이루어지며, 그 양단에 전압이 인가되면 소정의 열을 방사하는 탄소섬유 발열부재(210)와; 상기 탄소섬유 발열부재(210)의 양단에 결합된 제1 및 제2전극(221, 222)과; 상기 탄소섬유 발열부재(210)에 직류 전류를 제공하는 축전지(230)와; 상기 탄소섬유 발열부재(210)와 축전지(230)를 전기적으로 연결시키는 전력 케이블(240)과; 상기 전력 케이블(240) 상에 설치되며, 상기 전력 케이블(240)을 통한 축전지(230)와 탄소섬유 발열부재(210)의 전기적 연결을 차단하거나 연결시키는 스위치(250)로 구성된다.
여기서, 상기 제1 및 제2전극(221, 222)의 일측에는 각각 상기 탄소섬유 발열부재(210)의 양단에 전기적으로 연결된 고정 커넥터(223)가 구비되며, 상기 전력 케이블(240)의 양단에는 상기 고정 커넥터(223)에 탈착이 가능하게 삽입되는 연결 잭(241)이 구비된다.
한편, 주로 흑연구조를 가진 탄소로 이루어진 탄소섬유는 탄성과 강도가 커서, 강도에 있어서는 철보다 강하고, 질량에 있어서는 알루미늄보다 가볍다. 이러한 탄소섬유는 그 원료에 따라 폴리아크릴로니트릴(PAN)계, 피치계, 레이온계로 분류되며, 그 중에서도 PAN계와 레이온계가 주로 사용된다.
본 실시예에서 상기 탄소섬유 발열부재(210)는 레이온계 탄소섬유를 사용했을 때 가장 우수한 열특성을 얻을 수 있는데, 상기 레이온계 탄소섬유는 통상적으로 진공하에서 레이온 섬유를 고온 탄화시켜 제조된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 탄소섬유를 이용한 발열장치는 방한용 의복, 전기담요 또는 이불, 전열 매트 등과 같은 방한용 목적의 여러 생활용품에 적용될 수 있다. 그 중에서도, 방한용 의복에 사용된 실시예를 도3a 내지 도4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도3a 및 도3b는 본 발명에 따른 탄소섬유를 이용한 발열장치가 방한용 의복 상의에 내장된 실시예를 도시한 정면도 및 후면도이다.
도3a 및 도3b에 도시한 바와 같이, 상기 탄소섬유 발열부재(210)는 의복 상의(310)의 전반에 걸쳐 외피 내에 내장되며, 상기 고정 커넥터(223)는 상기 의복 상의(310)의 일측에 부착된다. 여기서, 상기 탄소섬유 발열부재(210)는 유연한 성질의 섬유 형태를 갖으므로 의복 상의(310)의 외피 내에 용이하게 봉재될 수 있으며, 착용자가 느끼는 시각 및 촉각적 이물감이 현저하게 낮아진다.
또한, 상기 연결 잭(241)은 전력 케이블(240)의 일단에 일체로 구비되며, 상기 전력 케이블(240)의 타측단에는 축전지(230)와의 연결을 위한 전원 연결 잭(242)이 구비될 수 있다. 또한, 도시하지 않았으나, 상기 전력 케이블(240) 상에는 발열온도를 조절하기 위한 온도조절기가 구비될 수 있으며, 상기 탄소섬유 발열부재(210)의 발열 온도는 38℃ 내지 40℃ 인 것이 바람직하다.
상기 탄소섬유 발열부재(210)는 띠 형태로 제조되므로 길이에 따른 고유 저항치를 갖게 되어 간단한 계산으로 발열량을 추산하여 적정 온도 범위를 갖도록 할 수 있고, 발열부가 피복되지 않으므로 발생되는 열량을 모두 이용할 수 있어 적은 용량의 축전지(230)로도 구동이 가능하며, 탄소섬유 재질이므로 유해전자파를 발생시키지 않아 유해전자파에 대한 착용자의 안전이 보장된다.
한편, 도4는 본 발명에 따른 탄소섬유를 이용한 발열장치가 의복 하의에 내장된 실시예를 도시한 정면도로서, 의복 하의(320)의 외피내에 상기 탄소섬유 발열부재(210)를 내장하고, 전원 연결을 위한 고정 커넥터(223), 전력 케이블(240) 및 전원 연결 잭(242)를 구비한 것으로, 그 작동상의 특징은 전술한 실시예와 동일하므로 생략한다.
또한, 도5는 본 발명의 탄소섬유를 이용한 발열장치가 장갑에 적용된 실시예를 도시한 것으로, 장갑과 같은 경우는 작은 발열량만이 필요하고, 더욱이 본 발명의 탄소섬유 발열부재는 에너지 효율이 높으므로 내장형의 소형 축전지(230)를 구비하여 충분한 방한 효과를 구현할 수 있도록 구성된 예를 나타낸다.
한편, 본 발명의 탄소섬유를 이용한 발열장치는 전술한 바와 같은 의복 뿐만 아니라 이불, 담요 등과 같은 침구류나 전열 매트 등과 같은 바닥재에도 내장되어 소정의 방한 효과를 구현하도록 할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 방한 및 보온용 의복이나 침구 등의 형태에 구애됨이 없이 봉재 등의 방법을 통해 간단하게 발열부재를 내장시킬 수 있으며, 시각적 또는 촉각적 이물감이 없어 방한 및 보온용 의복이나 침구의 착용감을 증진시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 발열부재의 열이 피복재 등을 통하지 않고 직접 전달되므로 열전도 효율이 증대되어 에너지 소모가 절감되며, 유해 전자파의 발생이 억제되어 전자파 노출에 대한 위험이 방지되는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 방한용품에 장착되는 발열장치에 있어서,
    방한용품의 외피 사이에 내장되며, 그 양단에 전압이 인가되면 소정의 열을 방사하는 탄소섬유 발열부재;
    상기 탄소섬유 발열부재에 전력을 제공하는 전력 제공수단;
    상기 탄소섬유 발열부재와 전력 제공수단을 전기적으로 연결시키는 연결수단; 및
    상기 연결수단의 일측에 구비되며, 상기 전력 제공수단과 탄소섬유 발열부재의 전기적 연결을 차단하거나 연결시키는 스위칭 수단
    을 포함하는 탄소섬유를 이용한 발열장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 제공수단이 방한용품의 일측에 탈착이 가능하게 장착되는 축전지인 탄소섬유를 이용한 발열장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연결수단은
    상기 탄소섬유 발열부재의 양단에 각각 구비된 제1 및 제2전극과;
    상기 전력 제공수단의 양측 단자에 상기 제1 및 제2전극을 각각 연결시키는 전력 케이블
    을 포함하는 탄소섬유를 이용한 발열장치.
  4. 제3항에 있어서,
    일측이 상기 제1 및 제2전극단자 중의 적어도 하나에 연결되고, 타측이 방한용품의 외면 일측에 외향하도록 장착된 고정 커넥터와;
    일측이 상기 전력 케이블의 단부에 연결되고, 타측이 상기 고정 커넥터에 탈착이 가능하게 연결되는 연결 잭
    을 더 포함하는 탄소섬유를 이용한 발열장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연결수단의 일측에 구비되며, 상기 탄소섬유 발열부재의 발열온도를 조절하는 온도조절기를 더 포함하는 탄소섬유를 이용한 발열장치.
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WO2018070709A1 (ko) * 2016-10-10 2018-04-19 에버웰테크놀로지 주식회사 탄소 펠트를 이용한 발열체

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