KR20200049417A - 차량의 천장 내장재용 탄소면상발열체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 겨울철에 차량의 엔진 냉각수가 가열되기 전에 차량 내부를 효과적으로 난방이 가능하고 내구성이 우수한 차량의 천장 내장재용 탄소면상발열체에 관한 것으로서, 특히 차량의 천장 내장재 내에 배치되는 탄소면상발열체로서, 물에 탄소섬유 및 폴리에틸렌 단섬유를 분산시킨 탄소섬유 분산조성물을 초지 및 건조시킨 탄소발열시트와; 상기 탄소발열시트의 양단부에 각각 형성되는 전극;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 차량의 천장 내장재용 탄소면상발열체에 관한 것으로서, 특히 겨울철에 차량의 엔진 냉각수가 가열되기 전에 차량 내부를 효과적으로 난방이 가능하고 내구성이 우수한 차량의 천장 내장재용 탄소면상발열체에 관한 것이다.
종래의 차량 난방의 경우 엔진의 냉각수를 난방 장치의 열교환기에 흐르도록 한 뒤 팬을 이용하여 온풍을 실내로 순환시키는 방법을 선택하고 있다. 하지만 이러한 방식의 경우 차량의 실내 온도 상승과 더불어 습도 저하가 동시에 이루어져 차량 내부의 온도를 건조 시킨다.
특히, 최근에는 각종 차량의 엔진 연비향상과 배기가스 저감을 위한 연소효율의 개선 및 연소가스의 온도와 엔진 발열량을 최소화하려는 노력이 증가하는 추세에 있다. 이러한 추세로 인해 엔진 냉각수의 수온이 더욱 낮아져 가용 열원이 감소하게 됨에 따라 실내 난방을 냉각수의 온수 열원에 전적으로 의존하는 차량의 공기조화 시스템에서는 열원 부족을 야기하게 된다.
따라서, 엔진 냉각수의 방출 열량에만 의존하는 차량의 난방 시스템은 외기 온도가 낮은 동절기나 혹한기에는 냉각수온이 일정한 온도 이상으로 상승하기 전에적절한 실내난방이 이루어지기 어렵다.
이는 최근 미세먼지로 인한 기관지 및 폐 관련 질환 환자가 급증하는 가운데 이같이 차량 내부를 건조시키는 기존의 난방 방식의 경우 이의 문제점을 더욱 유발시킨다.
그렇기 때문에 적절한 실내난방을 위해서는 공회전 시간이 길어지게 되며, 그 공회전에 따른 배기가스 배출량도 증가하는 문제점이 있다.
이에 차량 보조히터가 특허문헌 0001 등으로 제안된 바 있다. 특허문헌 0001의 차량용 보조히터는 층 구조물, 상기 층 구조물을 수용하는 하우징 및 상기 히터를 전원에 접속하기 위한 컨택트 러그를 갖고, 상기 층 구조물은 적어도 하나의 PTC가열 엘리먼트 및 상기 PTC가열 엘리먼트에 전기를 공급하기 위하여 양 측에서 상기 PTC가열 엘리먼트와 접촉하는 인쇄회로 도체를 구비한 발열 엘리먼트 및 상기 발열 엘리먼트와 열전도를 위해 접속되는 적어도 하나의 방열 엘리먼트를 포함하는 것을 특징으로 한다. 그러나 구조가 복잡하고 제조비용이 높은 문제가 있다.
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 겨울철에 차량의 엔진 냉각수가 가열되기 전에 차량 내부를 효과적으로 난방이 가능하고 내구성이 우수한 차량의 천장 내장재용 탄소면상발열체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
차량의 천장 내장재 내에 배치되는 탄소면상발열체로서,
물에 탄소섬유 및 폴리에틸렌 단섬유를 분산시킨 탄소섬유 분산조성물을 초지 및 건조시킨 탄소발열시트와;
상기 탄소발열시트의 양단부에 각각 형성되는 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 천장 내장재용 탄소면상발열체를 제공한다.
그리고 상기 탄소섬유 분산조성물에 분산된 폴리에틸렌 단섬유는 저밀도 폴리에틸렌으로 이루어지는 것이 좋다.
상기 탄소섬유 분산조성물에 분산된 탄소섬유 및 폴리에틸렌 단섬유의 섬유장은 5~30mm이고, 탄소섬유 및 폴리에틸렌 단섬유는 3~7:7~3의 중량비로 분산되는 것이 바람직하다.
또한 상기 탄소발열시트의 상부면 및 하부면에 각각 배치된 상태로 열융착되는 상측 폴리에틸렌시트 및 하측 폴리에틸렌시트를 포함하고, 특히, 상기 상측 폴리에틸렌시트 및 상기 하측 폴리에틸렌시트는 부압분위기 하에서 상기 탄소발열시트의 상부면 및 하부면에 열융착되는 것이 바람직하다.
본 발명의 차량의 천장 내장재용 탄소면상발열체는 겨울철에 차량의 엔진 냉각수가 가열되기 전에 차량 내부를 효과적으로 난방이 가능하고 내구성이 우수한 효과가 있다.
이하, 본 발명의 차량의 천장 내장재용 탄소면상발열체의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같고, 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 차량의 천장 내장재용 탄소면상발열체를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
본 발명의 차량의 천장 내장재용 탄소면상발열체(10)는 도 1과 같이 크게, 탄소발열시트(110), 전극(120) 및 상/하측 폴리에틸렌시트(130)를 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 탄소발열시트(110)는 물에 탄소섬유 및 폴리에틸렌 단섬유를 분산시킨 탄소섬유 분산조성물을 초지 및 건조시켜 제조된다.
상기 탄소섬유는 PAN계 탄소섬유 또는 Pitch계 탄소섬유로 이루어지고, 섬유장은 5~30mm로 이루어지는 것이 좋다. 섬유장이 5mm 미만일 경우 초지시 탄소섬유의 분산성은 좋으나 수율이 좋지 못하고 강도 등의 물성이 낮은 문제가 있고, 30mm 초과일 경우 탄소섬유의 분산성이 좋지 못하여 균일한 평량의 시트를 얻지 못하는 문제가 있다.
그리고 상기 폴리에틸렌 단섬유는 상기 탄소섬유의 상호간의 결합력을 부여하기 위한 것으로, 융점이 105~115℃인 저밀도 폴리에틸렌 단섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 탄소섬유 분산조성물을 이용하여 초지한 후 열압착에 의해 상기 저밀도 폴리에틸렌 단섬유가 부분적으로 융착되어 탄소섬유 간 결합력을 부여한다.
특히, 상기 탄소섬유 분산조성물에 분산된 탄소섬유 및 폴리에틸렌 단섬유는 3~7:7:3의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다. 탄소섬유가 적게 사용될 경우 탄소섬유간의 결합력은 우수하나, 발열온도가 낮아 차량 천장 내장재용 탄소면상발열체로서 사용하기에 부적절하고, 탄소섬유가 많이 사용될 경우 발열온도가 낮아 겨울철에 효과적으로 차량 내부를 난방할 수 있으나 탄소섬유간 결합력이 좋지 못하다.
그리고 상기 탄소섬유 분산조성물에는 분산제, 증점제, 소포제 등이 첨가될 수 있다.
다음으로 상기 전극(120)은 도 1과 같이 상기 탄소발열시트(110) 양단부에 각각 형성된다. 상기 전극(120)은 상기 탄소발열시트(110)에 전기적으로 접촉시키기 위해 상기 탄소발열시트(110)의 양단부에 카본 접착제에 의해 접착되고, 동 테이프로 이루어지는 것이 좋다.
그리고 상기 상/하측 폴리에틸렌시트(130)는 상기 탄소발열시트(110)가 산화 등에 의한 내구성 및 손상에 의해 발열구간이 손상되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 상기 탄소발열시트(110) 및 전극(120)을 감싼 상태로 융착된다.
상기 상측 폴리에틸렌시트(130a)는 상기 탄소발열시트(110)의 상부면에 배치되고, 상기 하측 폴리에틸렌시트(130b)는 상기 탄소발열시트(110)의 하부면에 배치된다.
상기 상/하측 폴리에틸렌시트(130)는 저밀도 폴리에틸렌으로 이루어질 수 있으나 화학적, 열정 안정성 및 내구성을 확보하기 위해 고밀도 폴리에틸렌으로 이루어지는 것이 좋다.
상기 상/하측 폴리에틸렌시트(130)는 열압착에 의해 상기 탄소발열시트(110)를 감싼 상태로 융착된다. 이때 상기 상/하측 폴리에틸렌시트(130)는 상기 탄소발열시트(110)에 분산된 폴리에틸렌 단섬유와 융착됨에 따라 상기 상/하측 폴리에틸렌시트(130)와 상기 탄소발열시트(110) 상호간에 접합력이 우수하다. 또한 상기 상/하측 폴리에틸렌시트(130)의 테두리는 상호 융착되어 상기 탄소발열시트(110)에 산화반응이 일어나는 것을 방지한다.
특히, 상기 상/하측 폴리에틸렌시트(130)는 부압분위기 하에서 상기 탄소발열시트(110)의 상부면 및 하부면에 열융착시키는 것이 바람직하다. 부압분위기 하에서 열융착시킬 경우 상기 탄소발열시트(110) 내에 존재하는 공기가 제거된 상태로 상기 상/하측 폴리에틸렌시트(130)가 열융착되기 때문에 더욱 상기 탄소발열시트(110)의 산화반응이 일어나는 것을 방지할 수 있어 내구성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
다음으로, 본 발명의 차량의 천장 내장재용 탄소면상발열체의 실험예를 들어 상세히 설명한다.
[실험예]
PAN계 탄소섬유와 융점이 110℃인 저밀도 폴리에틸렌섬유를 20mm 길이로 절단하여 PAN계 탄소섬유와 저밀도 폴리에틸렌 단섬유를 준비하였다.
그리고 증류수에 하기의 표 1의 중량비로 PAN계 탄소섬유와 저밀도 폴리에틸렌 단섬유를 분산시킨 후 초지하고 건조하여 50×50mm 크기의 탄소면상발열시트를 얻었다.
| CH01 (중량비) |
CH02 (중량비) |
CH03 (중량비) |
CH04 (중량비) |
CH05 (중량비) |
|
| 탄소섬유 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
| LMPE 단섬유 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
다음으로 각각의 탄소면상발열시트의 양측부의 상부면에 카본바인더를 이용하여 2개의 전극을 접합하였고, 전극으로서 동 테이프를 사용하였다.
그리고 전극이 접합된 탄소면상발열시트의 상부면 및 하부면에 각각 고밀도 폴리에틸렌시트를 배치시킨 상태에서 열압착하여 융착시켜 탄소면상발열체를 완성하였고, 완성된 탄소면상발열체의 사진은 도 3으로 나타냈다.
완성된 CH 01 내지 CH 05의 탄소면상발열체에 6V의 전압을 120sec동안 공급한 상태에서 온도를 측정하였고, 온도 측정결과를 도 4로 나타냈고, CH01 내지 CH 05의 탄소면상발열체는 모두 20초 후에 일정한 온도를 유지한 사실을 확인하였다.
특히 CH04 및 CH05의 탄소면상발열체는 40~42℃로 발열됨에 따라 차량 천장내장재를 열변형시키지 않고 차량 내부에 효과적으로 난방할 수 있을 것이라 사료된다.
Claims (6)
- 차량의 천장 내장재 내에 배치되는 탄소면상발열체로서,
물에 탄소섬유 및 폴리에틸렌 단섬유를 분산시킨 탄소섬유 분산조성물을 초지 및 건조시킨 탄소발열시트와;
상기 탄소발열시트의 양단부에 각각 형성되는 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 천장 내장재용 탄소면상발열체.
- 제1항에 있어서,
상기 탄소섬유 분산조성물에 분산된 폴리에틸렌 단섬유는 저밀도 폴리에틸렌인 것을 특징으로 하는 차량의 천장 내장재용 탄소면상발열체.
- 제2항에 있어서,
상기 탄소섬유 분산조성물에 분산된 탄소섬유 및 폴리에틸렌 단섬유의 섬유장은 5~30mm인 것을 특징으로 하는 차량의 천장 내장재용 탄소면상발열체.
- 제3항에 있어서,
상기 탄소섬유 분산조성물에 분산된 탄소섬유 및 폴리에틸렌 단섬유는 3~7:7~3의 중량비로 분산되는 것을 특징으로 하는 차량의 천장 내장재용 탄소면상발열체.
- 제4항에 있어서,
상기 탄소발열시트의 상부면 및 하부면에 각각 배치된 상태로 열융착되는 상측 폴리에틸렌시트 및 하측 폴리에틸렌시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 천장 내장재용 탄소면상발열체.
- 제5항에 있어서,
상기 상측 폴리에틸렌시트 및 상기 하측 폴리에틸렌시트는 부압분위기 하에서 상기 탄소발열시트의 상부면 및 하부면에 열융착되는 것을 특징으로 하는 차량의 천장 내장재용 탄소면상발열체.
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Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20191108 Patent event code: PE09021S01D |
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Patent event date: 20200623 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20191108 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |