KR102110410B1

KR102110410B1 - 전기 히터

Info

Publication number: KR102110410B1
Application number: KR1020180097654A
Authority: KR
Inventors: 송미선
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2018-08-21
Filing date: 2018-08-21
Publication date: 2020-05-14
Anticipated expiration: 2038-08-21
Also published as: KR20200021820A; US11406222B2; US20200060469A1; EP3614805A1; EP3614805B1; CN110856295A; CN110856295B

Abstract

본 발명은 조리기기에 적용되는 진기 히터에 관한 것으로서, 특히 제한된 면적의 최외측에 위치한 패턴부의 발열 온도와 발열량을 보장할 수 있는 면상 발열체를 포함하는 전기 히터에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 히터는, 기판(Substrate: 절연기판 표면에 도체 패턴을 형성할 수 있는 절연재료); 및 상기 기판의 일면에 형성된 면상 발열체(an plane heating element);를 포함하고, 상기 면상 발열체는, 시점과 종점을 연결하는 제1패턴부와, 상기 제1패턴부의 적어도 일부를 감싸고 최내측에 위치된 시점과 종점을 연결하는 제2패턴부와, 상기 제2패턴부의 적어도 일부를 감싸고 최외측에 위치된 시점과 종점을 연결하는 제3패턴부를 포함하며, 상기 제1패턴부는, 서로 이격되고 중심에서 외측으로 갈수록 길게 형성된 원호 형상인 복수개의 제1트랙을 포함하고, 상기 제2패턴부는, 상기 제1트랙 외측에 서로 이격되고 내측에서 외측으로 갈수록 길게 형성된 원호 형상인 복수개의 제2트랙을 포함하며, 상기 제3패턴부는, 상기 제2트랙 외측에 서로 이격되고 내측에서 외측으로 갈수록 길게 형성된 원호 형상인 복수개의 제3트랙을 포함하고, 상기 제3트랙의 폭(W3)은, 상기 제1트랙의 폭(W1) 보다 길거나, 상기 제2트랙의 폭(W2) 보다 길게 구성된다.

Description

전기 히터 {Electric Heater}

본 발명은 조리기기에 적용되는 진기 히터에 관한 것으로서, 특히 제한된 면적의 최외측에 위치한 패턴부의 발열 온도와 발열량을 보장할 수 있는 면상 발열체를 포함하는 전기 히터에 관한 것이다.

일반적으로 조리기기는, 가스 또는 전기를 이용하여 조리물을 가열하여 조리하는 장치로서, 마이크로웨이브를 이용한 전자레인지, 히터를 이용한 오븐, 가스를 이용한 가스레인지, 전기를 이용한 전기레인지, 가스레인지 또는 전기레인지가 내장된 쿡탑(cooktop) 등 다양한 제품들이 보급되고 있다.

가스레인지는, 가스를 열원으로 하여 직접 화염을 발생시키는 반면, 전기레인지는가스, 전기를 이용하여 상판에 올려진 용기와 음식물을 가열한다.

가스레인지는, 화염에 의한 열손실이 크고, 불완전 연소에 따라 오염 물질을 배출하여 실내공기를 오염시킴으로, 최근에는 전기레인지에 대한 관심이 높아지고 있다.

전기레인지는, 자기유도 방식으로 자성을 띈 용기를 직접 가열하는 인덕션(induction)과, 열선을 이용하여 세라믹 상면을 가열하는 하이라이트(Hi-light)로 구분될 수 있다.

인덕션은 고온 하에서 조리 시간이 짧지만, 자성을 띈 전용의 용기를 사용해야 한다. 반면, 하이라이트는 기존의 용기를 그대로 사용할 수 있지만, 조리 시간이 상대적으로 길다.

기존의 하이라이트는 니크롬선을 이용한 발열체를 사용했으나, 발열체의 두께를 얇게 구성하기 위하여 면상 발열체를 이용한 전기 히터를 개발하고 있다.

또한, 조리 기간을 단축하기 위하여, 제한된 면적을 고온으로 가열할 수 있는 전기 히터가 적용된 하이라이트가 개발되고 있는 추세이다.

이러한 전기 히터의 일예는 대한민국 등록특허공보 10-1762159 B1(2017년08월04일)에 개시된 면상 발열장치가 있고, 이러한 면상 발열장치는 전기 절연성의 재질로 이루어진 표면을 포함하는 기판과, 기판의 표면에 부착되며 소정의 모양으로 배치되는 발열체와, 발열체에 전기를 공급하는 전력 공급부를 포함한다.

상기와 같은 전기 히터는 면상 발열체가 배치되는 모양(즉, 패턴)에 따라 가열대상의 온도분포가 상이할 수 있고, 면상 발열체는 가급적 가열대상을 최대한 고르게 가열할 수 있는 모양이나 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

전기 히터의 면상 발열체는 직선 형상이거나 호 형상인 복수개의 트랙을 포함하고, 복수개의 트랙 중 인접한 트랙들은 브릿지(또는 트랙)로 연결된 형상일 수 있다.

히터의 다른 예는 유럽공개특허공보 EP 0,228,808A2(1987년07월15일 공개)에 개시된 온도 민감장치(Temperature sensitve device)가 있고, 이러한 장치는 세라믹 코팅층에 전기통전 재료인 히터 트랙과 한 쌍의 전극이 인쇄된 형태로 구성되는데, 전극을 통하여 전류가 공급됨에 따라 히터 트랙에서 복사열을 발생시키도록 구성된다.

대한민국 등록특허공보 10-1762159 B1(2017년08월04일) 유럽공개특허공보 EP 0,228,808A2(1987년07월15일 공개)

그런데, 기존의 면상 발열체는, 제한된 면적 내에 하나의 열선이 소정의 패턴 모양으로 형성된 발열부를 포함하는데, 500℃ 이상의 고온으로 발열시키기 위하여, 발열부가 높은 저항을 가지도록 설계된다. 하지만, 조리기기의 사이즈 별로 요구되는 필요 전력이 다르고, 사용자의 필요에 따라 단계적으로 고온까지 발열시키기 위하여, 하나의 열선으로만 패턴부를 구성하는데 한계가 있다. 따라서, 복수개의 패턴부를 가진 면상 발열체를 구성할 수 있는데, 각 패턴부 별로 필요 전력을 분배하고, 각 패턴부의 필요 전력이 비례하여 제한된 면적을 각 영역으로 나눈 다음, 각 영역 별로 대응되는 각 패턴부를 형성한다. 그런데, 제한된 면적의 최외측에 위치된 패턴부는 다른 패턴부에 비해 주변에 더 많은 열을 빼앗기게 되고, 높은 열 손실로 인하여 다른 패턴부와 비슷한 발열 온도를 유지하기 어렵다. 또한, 제한된 면적의 최외측에 위치된 패턴부가 전체 필요 전력 중 상대적으로 많은 필요 전력으로 설계될 경우, 열 손실이 더욱 커짐으로, 전체 필요 전력 만큼 발열량을 구현하지 못한다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 제한된 면적의 최외측에 위치한 패턴부의 발열 온도와 발열량을 보장할 수 있는 면상 발열체를 포함하는 전기 히터를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기 히터는, 기판(Substrate: 절연기판 표면에 도체 패턴을 형성할 수 있는 절연재료); 및 상기 기판의 일면에 형성된 면상 발열체(an plane heating element);를 포함하고, 상기 면상 발열체는, 시점과 종점을 연결하는 제1패턴부와, 상기 제1패턴부의 적어도 일부를 감싸고 최내측에 위치된 시점과 종점을 연결하는 제2패턴부와, 상기 제2패턴부의 적어도 일부를 감싸고 최외측에 위치된 시점과 종점을 연결하는 제3패턴부를 포함하며, 상기 제1패턴부는, 서로 이격되고 중심에서 외측으로 갈수록 길게 형성된 원호 형상인 복수개의 제1트랙을 포함하고, 상기 제2패턴부는, 상기 제1트랙 외측에 서로 이격되고 내측에서 외측으로 갈수록 길게 형성된 원호 형상인 복수개의 제2트랙을 포함하며, 상기 제3패턴부는, 상기 제2트랙 외측에 서로 이격되고 내측에서 외측으로 갈수록 길게 형성된 원호 형상인 복수개의 제3트랙을 포함하고, 상기 제3트랙의 폭(W3)은, 상기 제1트랙의 폭(W1) 보다 길거나, 상기 제2트랙의 폭(W2) 보다 길게 구성된다.

또한, 본 발명에서, 서로 근접한 제3트랙들 사이의 간격(G3)은, 서로 근접한 제1트랙들 사이의 간격(G1) 보다 길거나, 서로 근접한 제2트랙들 사이의 간격(G2) 보다 길게 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서, 상기 제1패턴부는, 상기 제1트랙들을 직렬로 연결하는 복수개의 제1브릿지를 포함하고, 상기 제2패턴부는, 상기 제2트랙들을 직렬로 연결하는 복수개의 제2브릿지를 포함하며, 상기 제3패턴부는, 상기 제3트랙들을 직렬로 연결하는 복수개의 제3브릿지를 포함한다.

또한, 본 발명에서, 상기 제3브릿지의 길이(L3)는, 상기 제1브릿지의 길이(L1) 보다 길거나, 상기 제2브릿지의 길이(L2) 보다 길게 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서, 상기 제1,2,3브릿지는, 소정의 폭을 가진 호 형상으로 구성되며, 상기 제3브릿지의 곡률 반경(R3)은, 상기 제1브릿지의 곡률 반경(R1) 보다 길거나, 상기 제2브릿지의 곡률 반경(R2) 보다 길게 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서, 상기 제3브릿지의 개수(N1)는, 상기 제1브릿지의 개수(N1)와 상기 제2브릿지의 개수(N2) 보다 작게 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 면상 발열체는, 상기 제1패턴부의 시점과 종점에 연결된 한 쌍의 제1전극과, 상기 제2패턴부의 시점과 종점에 연결된 한 쌍의 제2전극과, 상기 제3패턴부의 시점과 종점에 연결된 한 쌍의 제3전극을 포함하고, 상기 제3전극은, 상기 제1,2전극과 반대 방향에 위치될 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 제3패턴부의 필요 전력은, 상기 제1,2,3패턴부 전체의 필요 전력에 40% 이상 분배될 수 있다.

본 발명에 따른 전기 히터는, 제한된 면적의 최외측에 위치한 패턴부의 트랙을 다른 패턴부의 트랙보다 그 폭을 더 넓게 구성함으로, 제한된 면적의 최외측 영역에서 발열량을 늘릴 수 있다.

따라서, 제한된 면적의 최외측 영역에서 발열 온도를 높게 유지할 수 있으므로, 제한된 면적 전체를 균일한 발열 온도로 발열시킬 수 있다.

또한, 제한된 면적의 최외측 영역에서 열 손실이 발생하더라도 필요 전력 만큼 발열량을 구현할 수 있으므로, 발열 성능을 개선시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 히터가 적용된 전기레인지가 도시된 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 히터가 적용된 전기레인지의 제어 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 히터가 도시된 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 트리플 타입의 면상 발열체가 도시된 평면도.
도 5는 도 4의 일부가 확대 도시된 도면.

이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 히터가 적용된 전기레인지가 도시된 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 히터가 적용된 전기레인지의 제어 블록도이다.

본 발명의 전기 히터(1)는 쿡탑 등의 전기레인지(이하, 전기레인지라 칭함)의 일부를 구성할 수 있다.

전기레인지는 외관을 형성하는 캐비닛(2)을 포함할 수 있다. 전기 히터(1)는 캐비닛(2)의 상부에 배치될 수 있다. 캐비닛(2)은 상면이 개방될 수 있고, 전기 히터(1)는 캐비닛(2)의 상면에 배치될 수 있다.

전기레인지는 전기레인지를 조작하는 입력부(3)와, 전기레인지의 정보 등의 각종 정보를 표시하는 디스플레이(4)를 포함할 수 있다. 그리고, 전기레인지는 전기 히터(1)에 연결되어 전기 히터(1)에 전류를 인가하는 전력 공급부(5)를 더 포함할 수 있다. 전기레인지는 입력부(3)의 입력에 따라 전력 공급부(5) 및 디스플레이(4)를 제어하는 제어부(6)를 더 포함할 수 있다.

전기 히터(1)는 그 상면이 외부로 노출되게 캐비닛(2)에 설치될 수 있다. 전기레인지에 의해 가열되는 가열대상은 전기 히터(1)의 상면에 올려질 수 있고, 전기 히터(1)의 상면은 가열대상이 안착되는 가열대상 안착면일 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 히터가 도시된 단면도이다.

전기 히터(1)는 기판(10)과, 기판(10)의 일면에 형성된 복수개의 면상 발열체(100,200,300)를 포함할 수 있다.

기판(10)은 표면에 도체 패턴을 형성할 수 있는 절연기판일 수 있다. 기판(10)의 상면은 가열대상이 안착되는 가열대상 안착면(13)일 수 있다. 기판(10)의 하면은 면상 발열체(100,200,300)가 형성되는 면상 발열체 형성면(14)일 수 있다.

기판(10)은 그 전체가 절연재질로 형성된 베이스(11)로만 구성되는 것이 가능하고, 절연재질 또는 비 절연재질로 형성된 베이스(11)와, 베이스(11)의 일면에 형성된 절연층(12)을 포함하는 것도 가능하다.

베이스(11)는 글래스일 수 있고, 절연층(12)은 이러한 글래스의 하면에 코팅이나 인쇄 등의 공법으로 형성될 수 있다.

면상 발열체(100,200,300)는 절연재질의 베이스(11) 일면에 직접 형성되는 것이 가능하고, 절연층(12)에 형성되는 것도 가능하다.

베이스(11)는 가열대상이 올려지는 판체 형상으로 형성되는 것이 가능하고, 그 내부에 가열대상이 수용될 수 있는 용기 형상으로 형성되는 것이 가능하다

절연층(12)은 베이스(11)의 하면에 형성될 수 있다. 절연층(12)은 베이스(11)의 하면 전체에 형성되는 것이 가능하고, 베이스(11)의 하면 중 일부 영역에만 형성될 수 있다. 절연층(12)는 면상 발열체(100,200,300)가 형성될 영역에만 형성되는 것이 가능하다. 절연층(12)은 기판(10)의 하면 전체를 구성하거나 기판(10)의 하면 일부를 구성할 수 있다.

면상 발열체(100,200,300)는 절연층(12)의 하면(14)에 형성될 수 있다. 면상 발열체(100,200,300)는 기판(10) 보다 크기가 작을 수 있고, 기판(10)의 하면은 면상 발열체(100,200,300)가 형성되는 가열영역(H)과, 가열영역(H) 주변의 비가열영역(UH)을 포함할 수 있다.

히터(1)는 면상 발열체(100,200,300)를 감싸는 코팅층(18)을 더 포함할 수 있다. 코팅층(18)는 전기 절연성 재질로 형성될 수 있고, 면상 발열체(100,200,300)를 보호할 수 있다.

본 실시예의 기판(10)은 플랙서블 재질로 구성되는 것이 가능하고, 예를 들면, 플랙서블 절연필름으로 구성되는 것도 가능하다. 이 경우, 전기 히터(1)는 플랙서블 면상 히터일 수 있다. 이러한 플랙서블 면상 히터는 전기레인지의 상판과 같이, 가열대상이 올려지는 부재에 부착되어 가열대상을 가열하는 것도 가능함은 물론이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 트리플 타입의 면상 발열체가 도시된 평면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 트리플 타입의 면상 발열체는 도 4에 도시된 바와 같이 동일 평면에 제1면상 발열체(100)와 제2면상 발열체(200) 및 제3면상 발열체(300)가 형성된 것으로서, 상기 제1면상 발열체(100)가 중심에 위치되고, 상기 제2면상 발열체(200)가 상기 제1면상 발열체(100)를 둘러싸도록 위치되며, 상기 제3면상 발열체(300)가 상기 제2면상 발열체(200)를 둘러싸도록 위치된다.

상기 제1면상 발열체(100)는 원형의 제1영역에 열선이 소정의 형상으로 배열된 제1패턴부(110)와, 상기 제1패턴부(110)에 연결된 한 쌍의 제1전극(121,122)으로 구성된다.

상기 제1패턴부(110)는 600℃ 이상 발열하는 발열부로서, 상기 제1패턴부(110)를 구성하는 열선이 제1영역의 최외측에 위치한 시점과 종점 사이를 다양한 경로를 따라 연결하고, 상기 제1패턴부(110)의 중심을 통과하는 기준선을 기준으로 좌우 대칭된 형상으로 구성된다.

실시예에 따르면, 상기 제1패턴부(110)는 중심에서 외측으로 갈수록 커지는 원호 형상인 복수개의 제1트랙(111)과, 상기 제1트랙들(111)을 직렬로 연결하는 제1브릿지(112)로 구성될 수 있다.

상기 제1패턴부(110)가 형성되는 면적과 상기 제1패턴부(110)를 구성하는 열선의 길이는 필요 전력에 비례하여 설정될 수 있다.

일예로, 4inch 사이즈에 515W 필요 전력을 구현하기 위하여, 제1패턴부(110)는 직경이 99mm 원형 영역에 폭이 5mm이고 길이가 101mm 인 열선이 2 ~ 4mm 간격을 유지하도록 배열될 수 있으며, 기준선을 중심으로 좌우 대칭인 원호 형상의 제1트랙들(111)을 연결하는 제1브릿지들(112)의 개수(N1)가 11개가 될 수 있으나, 한정되지 아니한다.

상기 제1전극들(121,122)은 200℃ 이하로 발열하거나, 거의 발열하지 않는 비 발열부로서, 전류가 입력되는 제1양극 전극(121)과, 전류가 출력되는 제1음극 전극(122)으로 구성된다.

상기 제1양극 전극(121)과 제1음극 전극(122)은 비 발열부로서, 하기에서 설명될 발열부인 제2,3패턴부(210,310) 외측에 소정 간격을 두고 수평하게 위치되는 것이 바람직하다.

상기 제1양극 전극(121)은 상기 제1패턴부(110)의 시점에서 연장되고, 상기 제1음극 전극(122)은 상기 제1패턴부(110)의 종점에서 연장된다.

하지만, 상기 제1전극들(121,122)은, 상기 제1패턴부(110)에 비해 발열 온도를 대폭 낮추기 위하여, 저항을 작게 구성하는데, 상기 제1패턴부(110) 보다 두껍게 구성할 수 있다.

이와 같이 구성된 제1면상 발열체에 전류가 공급되면, 상기 제1양극 전극(121)과 제1패턴부(110) 및 제1음극 전극(122)을 따라 순차적으로 전류가 흐르게 된다.

상기 제2면상 발열체(200)는 상기 제1패턴부(110)를 감싸는 링 형상의 제2영역에 열선이 소정의 형상으로 배열된 제2패턴부(210)와, 상기 제2패턴부(210)에 연결된 한 쌍의 제2전극(221,222)으로 구성된다.

상기 제2패턴부(210)도 상기 제1패턴부(110)와 같이 600℃ 이상 발열하는 발열부로서, 상기 제2패턴부(210)를 구성하는 열선이 제2영역에 위치한 시점과 종점 사이를 다양한 경로를 따라 연결하고, 상기 기준선을 중심으로 좌우 대칭된 형상으로 구성된다.

실시예에 따르면, 상기 제2패턴부(210)도 상기 제1패턴부(110)과 마찬가지로 좌우 대칭된 형상으로 복수개의 제2트랙(211)과, 복수개의 제2브릿지(212)를 포함할 수 있다.

상기 제1,2패턴부(110,210) 사이의 전위차를 낮게 유지하기 위하여, 상기 제2패턴부(210)의 시점과 종점은, 상기 제1패턴부(110)의 시점과 종점에 가깝도록, 제2영역의 최내측에 위치되는 것이 바람직하다.

상기 제2패턴부(210)가 형성되는 면적과 상기 제2패턴부(210)를 구성하는 열선의 길이도 필요 전력에 비례하여 설정될 수 있다.

일예로, 6inch 사이즈에 500W 필요 전력을 구현하기 위하여, 제2패턴부(210)는 직경이 99 ~ 152mm 링형 영역에 폭이 5.5mm이고 길이가 110.5mm 인 열선이 3 ~ 4mm 간격을 유지하도록 배열될 수 있으며, 기준선을 중심으로 좌우 대칭인 원호 형상의 제2트랙들(211)을 연결하는 제2브릿지들(212)의 개수(N2)가 4개가 될 수 있으나, 한정되지 아니한다.

상기 제2전극들(221,222)도 200℃ 이하로 발열하거나, 거의 발열하지 않는 비 발열부로서, 제2양극 전극(221)과, 제2음극 전극(222)으로 구성된다.

상기 제2양극 전극(221)과 제2음극 전극(222)도 비 발열부로서, 상기 제2패턴부(210) 외측에 소정 간격을 두고 수평하게 위치되는 것이 바람직하다.

상기 제2양극 전극(221)은 상기 제2패턴부(210)의 시점에서 연장되고, 상기 제2음극 전극(222)은 상기 제2패턴부(210)의 종점에서 연장된다.

하지만, 상기 제2전극들(221,222)도 상기 제2패턴부(210)에 비해 발열 온도를 대폭 낮추기 위하여, 저항을 작게 구성하는데, 상기 제2패턴부(210) 보다 두껍게 구성할 수 있다.

상기 제1,2패턴부(110,210)의 시점과 종점이 인접하게 위치됨으로, 상기 제1,2전극들(121,122,221,222)도 같은 방향에 위치하게 되며, 하나의 전원 공급부에 의해 상기 제1양극 전극(121)과 제2양극 전극(221)에 전류가 공급될 수 있다.

상기 제1,2전극들(121,122,221,222) 사이에 전위차를 낮게 유지하기 위하여, 상기 제1,2양극 전극(121,221)끼리 인접하게 위치되고, 상기 제1,2음극 전극(122,222)끼리 인접하게 위치되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 제2면상 발열체(200)에 전류가 공급되면, 상기 제2양극 전극(221)과 제2패턴부(210) 및 제2음극 전극(222)을 따라 순차적으로 전류가 흐르게 된다.

상기 제3면상 발열체(300)는 상기 제2패턴부(210)를 감싸는 링 형상의 제3영역에 열선이 소정의 형상으로 배열된 제3패턴부(310)와, 상기 제3패턴부(310)에 연결된 한 쌍의 제3전극(321,322)으로 구성된다.

상기 제3패턴부(310)도 상기 제1패턴부(110)와 같이 600℃ 이상 발열하는 발열부로서, 상기 제3패턴부(310)를 구성하는 열선이 제3영역에 위치한 시점과 종점 사이를 다양한 경로를 따라 연결하고, 상기 기준선을 중심으로 좌우 대칭된 형상으로 구성된다.

실시예에 따르면, 상기 제3패턴부(310)도 상기 제1패턴부(110)과 마찬가지로 좌우 대칭된 형상으로 복수개의 제3트랙(311)과, 복수개의 제3브릿지(312)를 포함할 수 있다.

그런데, 상기 제2패턴부(210)의 시점과 종점이 제2영역의 최내측에 위치되면, 상기 제3패턴부(310)의 시점과 종점이 상기 제2패턴부(210)의 시점과 종점과 가깝도록 위치하기 어렵다.

따라서, 상기 제2,3패턴부(210,310) 사이의 전위차를 줄이기 위하여, 상기 제3패턴부(310)의 시점과 종점은, 상기 제2패턴부(210)의 시점과 종점에서 멀도록, 제3영역의 최외측에 위치되는 것이 바람직하다.

상기 제3패턴부(310)가 형성되는 면적과 상기 제3패턴부(310)를 구성하는 열선의 길이도 필요 전력에 비례하여 설정될 수 있다.

일예로, 8inch 사이즈에 1085W 필요 전력을 구현하기 위하여, 제3패턴부(310)는 직경이 152 ~ 225mm 링형 영역에 폭이 11mm이고 길이가 102.5mm 인 열선이 9mm 간격을 유지하도록 배열될 수 있으며, 기준선을 중심으로 좌우 대칭인 원호 형상의 제3트랙들(311)을 연결하는 제3브릿지들(312)의 개수(N3)가 2개가 될 수 있으나, 한정되지 아니한다.

상기 제3전극들(321,322)도 200℃ 이하로 발열하거나, 거의 발열하지 않는 비 발열부로서, 제3양극 전극(321)과, 제3음극 전극(322)으로 구성되고, 상기 제3패턴부(310) 외측에 소정 간격을 두고 수평하게 위치되는 것이 바람직하다.

상기 제3양극 전극(321)은 상기 제3패턴부(310)의 시점에서 연장되고, 상기 제3음극 전극(322)은 상기 제3패턴부(310)의 종점에서 연장되며, 상기 제3전극들(321,322)도 발열 온도를 대폭 낮추기 위하여, 상기 제3패턴부(310) 보다 두껍게 구성할 수 있다.

상기 제3전극들(321,322)은 상기 제1,2전극들(121,122,221,222)과 반대 방향에 위치하게 되며, 상기 제1,2전극들(121,122,221,222)과 연결된 전원 공급부와 다른 전원 공급부에 의해 상기 제3양극 전극(321)에 전류가 공급될 수 있다.

이와 같이 구성된 제3면상 발열체(300)에 전류가 공급되면, 상기 제3양극 전극(321)과 제3패턴부(310) 및 제3음극 전극(322)을 따라 순차적으로 전류가 흐르게 된다.

상기와 같이 구성된 제1,2,3면상 발열체(100,200,300)에 전류가 공급되면, 상기 제1,2,3브릿지들(112,212,312)의 내/외측을 따라 흐르는 전류 밀도 차이가 커서 국부 발열될 수 있으나, 국부 발열을 방지하기 위하여 상기 제1,2,3브릿지들(112,212,312)의 저항을 더 작게 구성한다.

따라서, 상기 제1,2,3패턴부(110,210,310)의 전체 발열량은 상기 제1,2,3브릿지들(112,212,312) 보다 상기 제1,2,3트랙들(111,211,311)에 의해 결정된다.

그런데, 상기 제1,2,3패턴부(110,210,310)가 모두 발열하면, 상기 제1,2패턴부(110,210)는 상기 제3패턴부(310) 즉, 가열 영역에 둘러싸여 있기 때문에 상기 제1,2패턴부(110,210)의 열 손실이 상대적으로 작지만, 상기 제3패턴부(310)는 비가열 영역에 둘러싸여 있기 때문에 상기 제3패턴부(310)의 열 손실이 상대적으로 크게 발생된다.

또한, 전체 필요 전력이 제1,2,3패턴부(110,210,310)에 의해 분배되는데, 제3패턴부(310)의 필요 전력이 상대적으로 많은 경우, 전체 필요 전력의 40% 이상으로 설계될 경우, 제한된 면적의 최외측에 위치한 제3패턴부(310)에 의한 열 손실이 크게 발생될 수 있다.

따라서, 상기 제3패턴부(310)는 상기 제1,2패턴부(310) 보다 발열 온도 및 발열량을 향상시킬 수 있도록 설계되는 것이 바람직하다.

도 5는 도 4의 일부가 확대 도시된 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제한된 면적의 최외측 영역에 제3트랙이 구비되는데, 제3트랙(311)의 발열량 즉, 제3트랙(311)에 의한 발열 면적을 늘리기 위하여, 제3트랙(311)의 폭(W3)이 제1트랙(111)의 폭(W1)이나 제2트랙(211)의 폭(W2) 보다 더 길게 설계되는 것이 바람직하다.

이때, 제3트랙(311)의 폭(W3)이 넓어짐에 따라 근접한 제3트랙들(311) 사이의 간격인 제3간격(G3)이 더 넓게 구성되더라도 발열량을 유지할 수 있다.

따라서, 제3간격(G3)이 근접한 제1트랙들(111) 사이의 간격인 제1간격(G1)이나 근접한 제2트랙들(211) 사이의 간격인 제2간격(G2) 보다 길게 설계되는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 브릿지는 소정 간격으로 이격된 두 개의 트랙을 직렬로 연결한 것이므로, 두 트랙 사이의 간격이 멀어질수록 브릿지의 길이도 늘어나게 되며, 브릿지가 원호 형상이거나, 직선 형상이더라도 동일하게 적용될 수 있다.

따라서, 제3브릿지의 길이(L3)가 제1브릿지의 길이(L1) 또는 제2브릿지의 길이(L2) 보다 길게 설계되는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 브릿지가 원호 형상인 경우, 두 트랙 사이의 간격이 멀어질수록 두 트랙 사이를 연결하는 브릿지의 곡률 반경도 늘어나게 된다.

따라서, 제3브릿지의 곡률 반경(R3)이 제1브릿지의 곡률 반경(R1) 또는 제2브릿지의 곡률 반경(R2) 보다 길게 설계되는 것이 바람직하다.

그런데, 제3트랙(311)은 제한된 면적의 최외측에 위치한 링형의 영역에 형성되기 때문에 제3트랙(311)은 제1,2트랙(111,211) 보다 더 긴 원호 형상으로 형성된다.

물론, 필요 전력을 고려하더라도 상대적으로 길이가 긴 제3트랙(311)의 개수가 상대적으로 길이가 짧은 제1트랙(111)이나 제2트랙(211)의 개수 보다 더 작게 구비되어야 한다.

따라서, 제3트랙들(311)을 연결하는 제3브릿지의 개수(N3)는 제1트랙들(111)을 직렬로 연결하는 제1브릿지의 개수(N1) 또는 제2트랙들(211)을 직렬로 연결하는 제2브릿지의 개수(N2) 보다 작게 구비되는 것이 바람직하다.

100 : 제1면상 발열체 110 : 제1패턴부
111 : 제1트랙 112 : 제1브릿지
121 : 제1양극 전극 122 : 제1음극 전극
200 : 제2면상 발열체 210 : 제2패턴부
211 : 제2트랙 212 : 제2브릿지
221 : 제2양극 전극 222 : 제2음극 전극
300 : 제3면상 발열체 310 : 제3패턴부
311 : 제3트랙 312 : 제3브릿지
321 : 제3양극 전극 322 : 제3음극 전극

Claims

기판(Substrate: 절연기판 표면에 도체 패턴을 형성할 수 있는 절연재료); 및
상기 기판의 일면에 형성된 면상 발열체(an plane heating element);를 포함하고,
상기 면상 발열체는,
시점과 종점을 연결하는 제1패턴부와,
상기 제1패턴부의 적어도 일부를 감싸고 최내측에 위치된 시점과 종점을 연결하는 제2패턴부와,
상기 제2패턴부의 적어도 일부를 감싸고 최외측에 위치된 시점과 종점을 연결하는 제3패턴부를 포함하며,
상기 제1패턴부는,
서로 이격되고 중심에서 외측으로 갈수록 길게 형성된 원호 형상인 복수개의 제1트랙을 포함하고,
상기 제2패턴부는,
상기 제1트랙 외측에 서로 이격되고 내측에서 외측으로 갈수록 길게 형성된 원호 형상인 복수개의 제2트랙을 포함하며,
상기 제3패턴부는,
상기 제2트랙 외측에 서로 이격되고 내측에서 외측으로 갈수록 길게 형성된 원호 형상인 복수개의 제3트랙을 포함하고,
상기 제3트랙의 폭(W3)은,
상기 제1트랙의 폭(W1) 및 상기 제 2 트랙의 폭(W2)보다 길게 구성되고,
서로 근접한 제3트랙들 사이의 간격(G3)은,
서로 근접한 제1트랙들 사이의 간격(G1) 및 서로 근접한 제 2 트랙들 사이의 간격(G2)보다 길게 구성되는 전기 히터.
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제1항에 있어서,
상기 제1패턴부는,
상기 제1트랙들을 직렬로 연결하는 복수개의 제1브릿지를 포함하고,
상기 제2패턴부는,
상기 제2트랙들을 직렬로 연결하는 복수개의 제2브릿지를 포함하며,
상기 제3패턴부는,
상기 제3트랙들을 직렬로 연결하는 복수개의 제3브릿지를 포함하는 전기 히터.
제5항에 있어서,
상기 제3브릿지의 길이(L3)는,
상기 제1브릿지의 길이(L1) 보다 길게 구성되는 전기 히터.
제5항에 있어서,
상기 제3브릿지의 길이(L3)는,
상기 제2브릿지의 길이(L2) 보다 길게 구성되는 전기 히터.
제5항에 있어서,
상기 제1,2,3브릿지는,
소정의 폭을 가진 호 형상으로 구성되는 전기 히터.
제8항에 있어서,
상기 제3브릿지의 곡률 반경(R3)은,
상기 제1브릿지의 곡률 반경(R1) 보다 길게 구성되는 전기 히터.
제8항에 있어서,
상기 제3브릿지의 곡률 반경(R3)은,
상기 제2브릿지의 곡률 반경(R2) 보다 길게 구성되는 전기 히터.
제5항에 있어서,
상기 제3브릿지의 개수(N1)는,
상기 제1브릿지의 개수(N1)와 상기 제2브릿지의 개수(N2) 보다 작게 구성되는 전기 히터.
제1항 및 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 면상 발열체는,
상기 제1패턴부의 시점과 종점에 연결된 한 쌍의 제1전극과,
상기 제2패턴부의 시점과 종점에 연결된 한 쌍의 제2전극과,
상기 제3패턴부의 시점과 종점에 연결된 한 쌍의 제3전극을 포함하고,
상기 제3전극은,
상기 제1,2전극과 반대 방향에 위치되는 전기 히터.
제12항에 있어서,
상기 제3패턴부의 필요 전력은,
상기 제1,2,3패턴부 전체의 필요 전력에 40% 이상 분배되는 전기 히터.