수출용 면상발열체의 신뢰성 확보기술 개발에 관한수출용 면상발열체의 신뢰성 확보기술 개발에 관한수출용 면상발열체의 신뢰성 확보기술 개발에 관한수출용 면상발열체의 신뢰성 확보기술 개발에 관한

신뢰성향상 지원신뢰성향상 지원신뢰성향상 지원신뢰성향상 지원

최종보고서최종보고서최종보고서최종보고서( )( )( )( )

2006. 5. 31.2006. 5. 31.2006. 5. 31.2006. 5. 31.

주관기관 주 유니플라텍주관기관 주 유니플라텍주관기관 주 유니플라텍주관기관 주 유니플라텍( )( )( )( )

위탁기관 한국표주협회위탁기관 한국표주협회위탁기관 한국표주협회위탁기관 한국표주협회

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

한국부품소재산업지흥원장 귀 하한국부품소재산업지흥원장 귀 하한국부품소재산업지흥원장 귀 하한국부품소재산업지흥원장 귀 하

본 보고서를 수출용 면상발열체의 신뢰성 확보기술 개발에 관한 신뢰성향상 지“

원 개발기간 과제의 최종보고서로 제출합니다”( : 2005. 6.~2006. 5.) .

2006. 5. 31.2006. 5. 31.2006. 5. 31.2006. 5. 31.

주관기관명 주 유니플라텍주관기관명 주 유니플라텍주관기관명 주 유니플라텍주관기관명 주 유니플라텍: ( ): ( ): ( ): ( )

주관책임자 강 석 환주관책임자 강 석 환주관책임자 강 석 환주관책임자 강 석 환::::

선임연구원 김 문 한선임연구원 김 문 한선임연구원 김 문 한선임연구원 김 문 한::::

선임연구원 박 현 규선임연구원 박 현 규선임연구원 박 현 규선임연구원 박 현 규::::

연 구 원 한 희 덕연 구 원 한 희 덕연 구 원 한 희 덕연 구 원 한 희 덕::::

연 구 원 임 광 순연 구 원 임 광 순연 구 원 임 광 순연 구 원 임 광 순::::

위탁기관명 한국표준협회위탁기관명 한국표준협회위탁기관명 한국표준협회위탁기관명 한국표준협회::::

위탁책임자 이 종 범위탁책임자 이 종 범위탁책임자 이 종 범위탁책임자 이 종 범::::

수석연구원 이 덕 보수석연구원 이 덕 보수석연구원 이 덕 보수석연구원 이 덕 보::::

수석연구원 김 성 호수석연구원 김 성 호수석연구원 김 성 호수석연구원 김 성 호::::

선임연구원 양 선 식선임연구원 양 선 식선임연구원 양 선 식선임연구원 양 선 식::::

부품부품부품부품⦁소재신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록소재신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록소재신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록소재신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록

관리번호관리번호관리번호관리번호 0500-RC1-050

사 업 명사 업 명사 업 명사 업 명 수출용 면상발열체의 신뢰성 확보기술 개발

키 워 드키 워 드키 워 드키 워 드 면상발열체 탄소발열체 절전형 난방기 신뢰성 예측/ / / /

사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용

최종 목표최종 목표최종 목표최종 목표1.1.1.1.

신뢰성이 확보된 절전형 면상발열체 제조기술 확보

신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용2.2.2.2.

면상발열체의 신뢰성을 저해하는 요소는 전극부위의 아킹에 의한 현상으로 드러Burnt

났다 외부 충격에 의해 구리전극의 들뜸 현상이 생길 때 완충 전극 실버코팅 이. Layer ( )

전류흐름에 대한 완충효과가 미흡하게 되어 조기 고장을 발생시켰다.

고장원인분석 및 대처결과고장원인분석 및 대처결과고장원인분석 및 대처결과고장원인분석 및 대처결과3.3.3.3.

완충 전극의 완충효과를 극대화시키기 위하여 완충 전극의 재료 변경 및 구리전Layer

극 부위의 구조설계를 변경한 결과 반복되는 에 의한 전기충격On/Off (Surge Current)

이 감소함을 확인할 수 있었다.

신뢰성 적용결과 사업전 후 졍량적 비교신뢰성 적용결과 사업전 후 졍량적 비교신뢰성 적용결과 사업전 후 졍량적 비교신뢰성 적용결과 사업전 후 졍량적 비교4. ( )4. ( )4. ( )4. ( )⦁⦁⦁⦁

전기충격에 대한 문제점을 개선한 결과

기존 개선후 비고

현상 회1) Surge : 8 0

회 회 안전성 향상2) On/Off Test: 20,000 50,000

기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과5. ( )5. ( )5. ( )5. ( )

기술적 측면1)

신뢰성이 확보된 면상발열체 국내 제조기술 확보-

절전특성 온도분포가 우수한 면상발열체 제조기술 확보- ,

면상발열체 신뢰성 평가 기준 확보-

경제 산업적 측면2) ⦁

---- 에너지시스템 효율의 개선 및 난방 시스템의 신뢰성 향상

건강과 환경을 보호하는 방식으로 에너지의 생산과 이용을 촉진-

면상발열체 응용분야의 확대 농업용으로 적용- ( )

수출증대 및 무역수지 개선-

적용분야적용분야적용분야적용분야4.4.4.4.

난방 및 특수난방용 발열체 소재-

- 4 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 기술개발 개요제 절 기술개발 개요제 절 기술개발 개요제 절 기술개발 개요1111

제 절 과제의 필요성제 절 과제의 필요성제 절 과제의 필요성제 절 과제의 필요성2222

제 절 절 과제 최종 목표제 절 절 과제 최종 목표제 절 절 과제 최종 목표제 절 절 과제 최종 목표3333

제 장 제품의 신뢰성 향상제 장 제품의 신뢰성 향상제 장 제품의 신뢰성 향상제 장 제품의 신뢰성 향상2222

제 절 필드불량 및 고장 분석제 절 필드불량 및 고장 분석제 절 필드불량 및 고장 분석제 절 필드불량 및 고장 분석1111

제 절 신뢰성 향상을 위한 설계 개선제 절 신뢰성 향상을 위한 설계 개선제 절 신뢰성 향상을 위한 설계 개선제 절 신뢰성 향상을 위한 설계 개선2222

제 절 절 스크리닝 시험을 통한 공정품질 개선제 절 절 스크리닝 시험을 통한 공정품질 개선제 절 절 스크리닝 시험을 통한 공정품질 개선제 절 절 스크리닝 시험을 통한 공정품질 개선3333

제 장 제품특성 및 신뢰성 평가제 장 제품특성 및 신뢰성 평가제 장 제품특성 및 신뢰성 평가제 장 제품특성 및 신뢰성 평가3333

제 절 면상발열체 특성평가제 절 면상발열체 특성평가제 절 면상발열체 특성평가제 절 면상발열체 특성평가1111

제 절 제품 신뢰성 평가제 절 제품 신뢰성 평가제 절 제품 신뢰성 평가제 절 제품 신뢰성 평가2222

제 절 신뢰성 평가기준 설정제 절 신뢰성 평가기준 설정제 절 신뢰성 평가기준 설정제 절 신뢰성 평가기준 설정3333

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

부록 공인기관 시험성적서 신뢰성 인증서부록 공인기관 시험성적서 신뢰성 인증서부록 공인기관 시험성적서 신뢰성 인증서부록 공인기관 시험성적서 신뢰성 인증서. ,. ,. ,. ,

- 5 -

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술개발 개요제 절 기술개발 개요제 절 기술개발 개요제 절 기술개발 개요1111

면상발열체면상발열체면상발열체면상발열체1.1.1.1.

면상발열체는 난방시스템의 새로운 발열 소재로써 얇은 면상의 전도성 발열체 위,

에 금속 전극을 양 끝에 설치한 후 절연재로 절연 처리하여 면 발열을 하는 것을

특징으로 하는 기술로 만들어진 신 개념의 발열체를 말한다 기존의 저항선 발열을.

하는 일반히터와는 달리 필름 전체 면상에서 고른 열이 발산되어 열효율이 높아 절

전효과가 있으며 탄소를 이용한 제품이므로 전자파발생을 최소화 시킬 수 있다, .

현재 니크롬선 세라믹발열선 등을 이용한 전기난방기기가 전체 난방기기 시장에서,

주도권을 잡지 못하고 도태되는 원인은 다음과 같은 문제점이 있기 때문이다.

열효율이 떨어진다1) . 전기료 상승 요인→

전자파 다량 발생2)

온도 상승속도가 느리며 무게가 무겁다3) , .

시공 및 유지 보수가 힘들다4) , .

화재의 위험이 큼 전선 단락의 경우5) ( )

저항 값의 조절이 쉽지 않다6) .

한편 현재 난방시스템은 주로 가스보일러 기름보일러이며 총 만 가구 중 만, ( 1400 1100

가구 이것은 석유를 에너지원으로 이용 되고 있다 우리나라에서는 석유가 생산되지) .

않으며 세계적으로도 석유는 매장량이 한정되어있는 유한에너지 자원으로서 대체에,

너지가 절실히 개발 요구되는 자원이다 또한 석유 가격변동이 우리나라 전반적인 경.

제에 미치는 파장은 실로 어마어마하다 이에 전기를 이용한 난방시스템이 개발되어.

있으나 고가의 설치비와 비싼 전기료 등의 이유로 아직 보편화 되지 못한 실정이다, .

우리나라의 전기발전방법은 대부분 원자력 발전이 큰 비중 전체발전량의 약 을( 55%)

차지하고 있으며 계절별로 보면 무더운 한여름이 가장 전력소비량이 많으며 겨울철, ,

전기소비량은 상대적으로 적다 그러므로 겨울철에 주로 이용하는 난방시스템을 전기.

를 이용한 절약형 면상발열체로 대신 한다면 에너지의 계절별 고른 사용과 더불어 에

너지 사용 청정효과 환경오염 방지 및 엄청난 석유 에너지 대체효과가 있을 것이다, .

한편 현재 난방시스템은 주로 가스보일러 기름보일러이며 총 만 가구 중 만, ( 1400 1100

가구 이것은 유한에너지 자원으로서 대체에너지가 절실히 개발 요구되는 자원이다), .

- 6 -

그림 기존 면상발열체 제품 사진그림 기존 면상발열체 제품 사진그림 기존 면상발열체 제품 사진그림 기존 면상발열체 제품 사진[ 1-1][ 1-1][ 1-1][ 1-1]

그러나 표 를 보면 면상발열체는 여러 면에서 타 난방시스템 보다 월등히< 1-1>

우수하지만 제품신뢰도 및 사용비 측면에서 아직 우위를 나타내지 못한다, .

표 면상 발열체와 타 난방시스템과의 비교표표 면상 발열체와 타 난방시스템과의 비교표표 면상 발열체와 타 난방시스템과의 비교표표 면상 발열체와 타 난방시스템과의 비교표< 1-1>< 1-1>< 1-1>< 1-1>

이런 문제점 때문에 대면적의 시설난방에 아직 응용사례가 적으며 돌 침대 개인용,

사우나 차량용 온열시트와 같은 비교적 면적이 작은 제품에 응용되고 있다 원인, .

은 바로 면상발열체의 핵심기술인 제조기술 신뢰성 부족에 있다.

이런 문제점을 해결한 새로운 발열체의 개발이 시급하며 그 대안은 고신뢰성을 갖

는 면상발열체가 좋은 해결책이다.

- 7 -

발열형태 비교발열형태 비교발열형태 비교발열형태 비교2.2.2.2.

기존의 일반적인 선상발열체방식은 봉 히터 니크롬선 리본히터 등이 있으며 그림, ,

에서 보는바와 같이 선이 고온으로 발열하여 주위로 열전달이 이뤄지는 형태로1-2

서 이때 열손실 및 고온으로 발열함으로서 화재의 위험이 있다 또한 하나의 저항.

체로서 선의 도중이 끈기면 전체적으로 발열이 안되는 히터소재이다 반면에 면상.

발열체는 얇은 필름상 또는 면상 자체가 발열함으로서 주변으로 열손실이 거의 없,

으며 고온으로 발열하지 않고 골고루 일정온도로 균일 발열함으로서 안정성이 향상

된 히터이다 또한 저항체 일부분이 손상되어도 구 부분외의 발열에는 지장이 없어.

서 유지 보수가 용이한 장점이 있다.

그림 발열형태 비교그림 발열형태 비교그림 발열형태 비교그림 발열형태 비교[ 1-2][ 1-2][ 1-2][ 1-2]

기존 면상발열체 기술기존 면상발열체 기술기존 면상발열체 기술기존 면상발열체 기술3.3.3.3.

국내에는 대부분 탄소 또는 흑연 파우더를 주재료로 사용하여 펄프 섬유 등에 분,

산시키거나 코팅하여 제조하는 면상발열체 또는 카본블랙 등의 도전재료에 바인더,

를 첨가하여 도료 형태로 제작된 발열도료 등이 있다 기존 기술로 제작된 면상발.

열체는 타 경쟁제품인 전기온돌판넬에 비해 절전성 발열특성 품질 안전성이 우수, ,

하지 못해 연구 실적에 비해서 상업화 실적은 떨어진다.

국외에는 일본 파이오닉스사의 그래프트카본 다이유진 주 미나토기켄 미국( , , ( ) ),

사의 독일 등의 업체들이 면상발열체를 상업화 하였고 종전(Calorique Flexwatt), ,

에는 국내수요의 를 이들 나라에 의존하고 있었다 미국산 발열시트80% . (Flexwatt)

는 도전성 카본을 스트라이프 형태로 코팅한 후 양 끝단에 전극을 연결한 형태이

며 폭 가 제조되고 있다, 10cm~100cm .

- 8 -

현재 국내에서 도전성 카본을 이용한 면상발열체를 제품화하여 온열기 전기매트, ,

돌 침대 등을 제조하는 업체는 약 여개가 있으며 이들은 국내 제품의 품질안정100 ,

성을 신뢰하지 못하여 대부분 미국에서 수입된 면상발열체를 이용하여 제품을 제조

하고 있다 그러나 단가가 매우 고가여서 국산화가 요구되고 있다 만원. .(15~20 /1

평)

전반적으로 도전성 카본을 이용한 면상발열체의 경우 미국 일본 등지에서 선진 제,

품이 제조되고 있으며 그 기술 수준은 국내보다 우위에 있는 것으로 알려져 있다, .

면상발열체 시장현황면상발열체 시장현황면상발열체 시장현황면상발열체 시장현황4.4.4.4.

면상발열체의 수출입 현황을 조사한 결과 와 같이 수입이 수출보다 큰 형태[1-3]

를 보인다 고성능 고가의 면상발열체가 독일 미국 일본등지에서 국내 돌침대 아. , , , ,

파트 베란다 확장난방용 찜질기 등의 용도로서 수입이 활발히 진행되고 있지만 국,

내 기존 몇몇의 영세한 면상발열체 제조업체들은 홍보 기술의 안정성 제품의 품질, ,

및 성능에 대한 신뢰성 부족으로 인해 면상발열체 부문 수지가 적자로 나타났다.

그림 면상발열체 수출입 현황그림 면상발열체 수출입 현황그림 면상발열체 수출입 현황그림 면상발열체 수출입 현황[ 1-3][ 1-3][ 1-3][ 1-3]

- 9 -

제 절 과제의 필요성제 절 과제의 필요성제 절 과제의 필요성제 절 과제의 필요성2222

면상발열체 개발 및 제품 신뢰성에 대한 필요성면상발열체 개발 및 제품 신뢰성에 대한 필요성면상발열체 개발 및 제품 신뢰성에 대한 필요성면상발열체 개발 및 제품 신뢰성에 대한 필요성1.1.1.1.

가 현재 지속되는 있는 고유가환경 및 점진적으로 증대되는 오일피크. (Oil Peak:

배럴당 이상 에 대응하기 위한 대체에너지 개발의 일환으로 진행되고 있는100$ )

면상발열체의 신뢰성 향상 필요성 요구.

나 대체에너지제품 면상발열체 전기에너지를 이용한 초절전형 바닥난방소재 선. ( )

진인 미국 사 등 및 일본기업 파이오닉스 제온화성사 등 의 독점 적 시(Calorique ) ( , )

장점유에 따른 국산화 필요성 증대와 중국 미국 러시아 유럽지역에 수출하기, , ,

위한 고품질 고신뢰성 제품의 개발 필요성 증대.

대체에너지제품 시장 마켓 사이즈 조중 난방시장 조( 100 5 )

다 국산 신제품의 기술력 및 신뢰도를 판단할 수 있는 신뢰성 평가방법의 개발필.

요.

라 고객안전 및 제조물 책임에 대한 제품신뢰성 필요. .

면상발열체의 신뢰성 수준 향상 필요성면상발열체의 신뢰성 수준 향상 필요성면상발열체의 신뢰성 수준 향상 필요성면상발열체의 신뢰성 수준 향상 필요성2.2.2.2.

가 선진기술 미국 일본 대비 국내 신뢰성 수준의 향상 필요. ( , ) .

선진사 미국 기술 기준 국내 기술력은 약 수준으로 저조: ( Calorique) 100 , 60%

한 상태임.

나 일반주택난방 농촌 특화작물 난방 각종 보조난방 필요개소등 복잡한 사용. , ,

환경 및 제품 사용형태의 다변화로 구체적인 신뢰도 수명 요구.

사용기간에 따른 고장율 수준 및 유효수명의 요구와 제품의 내구성 및 안 전성:

요구 등.

실사용 조건에서의 평가 필요실사용 조건에서의 평가 필요실사용 조건에서의 평가 필요실사용 조건에서의 평가 필요3.3.3.3.

가 면상발열체 실사용 조건 바닥난방 등 에 대한 고장분석 및 신뢰성 확보. ( MODE )

기술 필요.

나 제품의 장기 수명을 보증할 수 있는 객관적인 내구신뢰성 기준안 수립의 필.

요성 요구.

다 선진사 제품과 동등한 수준의 평가를 통한 국내제품의 신뢰도 확보 필요. .

- 10 -

제 절 과제 최종 목표제 절 과제 최종 목표제 절 과제 최종 목표제 절 과제 최종 목표3333

본 과제에서 정한 최종 목표는 신뢰성이 확보된 절전형 면상발열체 제조 기술 확보

이며 다음과 같다, .

내구수명예측○

선진국 미국 일본 등 규격에 제시된 시험 기준 만족( , )○

평가항목 및 기준 만족○

표 평가항목 및 기준표 평가항목 및 기준표 평가항목 및 기준표 평가항목 및 기준< 1-2>< 1-2>< 1-2>< 1-2>

- 11 -

제 장 제품의 신뢰성 향상제 장 제품의 신뢰성 향상제 장 제품의 신뢰성 향상제 장 제품의 신뢰성 향상2222

제 절 필드불량 및 고장분석제 절 필드불량 및 고장분석제 절 필드불량 및 고장분석제 절 필드불량 및 고장분석1111

면상발열체 필드불량 고장풍의 고장원인 및 형태분석 고장개선 품질기준 도출 고장, ,

부위의 물성분석을 통해 면상발열체의 최적 조건을 도출하여 적용함으로써 면상발열

체의 제품신뢰성을 확보하고자 하였다.

필드고장품 분석을 통한 필드불량원인 규명필드고장품 분석을 통한 필드불량원인 규명필드고장품 분석을 통한 필드불량원인 규명필드고장품 분석을 통한 필드불량원인 규명1.1.1.1.

다음의 표 는 기존 국내 면상발열체의 문제점을 요약 정리한 것이다 가장 큰 문< 2-1> .

제점은 내구성 결여문제이다 소비자들은 제품수명이 가스보일러나 기름보일러처럼.

최소 년 이상 사용하기를 원하지만 실질적으로 국내 제품 수명은 년이 채 안되고 있5 3

다 시급히 개선되어야할 큰 문제점이다 그리고 제품에 대한 신뢰성 부족문제는 제품. .

상으로 문제점이 보이진 않지만 면상발열체 시장 전체가 커나가기 위해서는 반드시 개

선시켜야할 문제점이다 아무리 제품성능이 좋아도 소비자들의 욕구에 대해 만족시켜.

주고 그 제품을 객관적으로 평가할 경우 장기적으로 면상발열체시장이 성장하는데 도

움이 될 것 이다 이점에 대해서 본 기술개발에도 매우 큰 비중을 두어서 진행하였다. .

표 기존 국내 면상발열체의 문제점표 기존 국내 면상발열체의 문제점표 기존 국내 면상발열체의 문제점표 기존 국내 면상발열체의 문제점< 2-1>< 2-1>< 2-1>< 2-1>

- 12 -

등을 통한 잠재적 고장분석 및 예비위험분석등을 통한 잠재적 고장분석 및 예비위험분석등을 통한 잠재적 고장분석 및 예비위험분석등을 통한 잠재적 고장분석 및 예비위험분석2. FTA, PHA,2. FTA, PHA,2. FTA, PHA,2. FTA, PHA,

가 면상발열체 시스템의 고장계통분석을 위한 실행가 면상발열체 시스템의 고장계통분석을 위한 실행가 면상발열체 시스템의 고장계통분석을 위한 실행가 면상발열체 시스템의 고장계통분석을 위한 실행. FTA. FTA. FTA. FTA

는 제품 혹은 시스템의 고장을 최상위 사건으로 하여 그 고장Fault Tree Analysis(FTA)

을 유발시키는 모든 하위 사건을 방식으로 분석하여 배열하고 이들을Top-Down ,

형태의 도표를 만들어 제품 혹은 시스템의 신뢰성을 정량적 및 정성적으로 분석Tree

하는 방법이다.

면상발열체 시스템의 경우 기능 구성을 작동 및 구성 의 크(Operation) (Configuration)

게 두 가지 관점에서 살펴보면 발열체 소재 및 부자재 또는 원재료 의 기능도 중요하, ( )

지만 실 사용시 적용되는 시공환경과의 조합 또는 연결 관계에 의해 그 기능 또는 고, ( )

장이 발현되는 경우가 많기 때문이다 따라 본 연구에서는 면상발열체 필드 불. Field( )

량 고장시편을 수집하여 필드고장유형을 그림 과 같이 예측하였다 면상발열체는2-1 .

전기를 이용하는 발열체이기 때문에 과부하에 의한 화재발생 아크발생 감전 및 누전( ), ,

오동작 등 제품 안전성에 대해 그 원인분석 및 해결방안을 수립하였다.

나 통한 면상발열체의 잠재적 예비위험분석 실행나 통한 면상발열체의 잠재적 예비위험분석 실행나 통한 면상발열체의 잠재적 예비위험분석 실행나 통한 면상발열체의 잠재적 예비위험분석 실행. PHA. PHA. PHA. PHA

예비위험분석 은 현재까지 발생된 위험 및 고장의(Preliminary Hazard Analysis(PHA))

경험 또는 노하우 등을 바탕으로 현시점에서 주어진 생산활동 시설 제(Know-how) , ,

품 시스템의 조건하에서 그것들이 발생할 가능성을 분석하기 위해서 사용되는 신뢰성,

기법중 하나이다 제품 안전성 측면에서 표준적인 전기적 위험요소가 무엇인지 먼저.

고려하여 각각의 위험요소들을 목록화 하고 이러한 위험요소가 발생될 수 있는 원인,

및 영향 그리고 각각의 위험요소들에 대해 잠재적으로 수정 가능한 제거방안 등을 표,

에 예시하였다2-2 .

- 13 -

그림 면상발열체 시스템의그림 면상발열체 시스템의그림 면상발열체 시스템의그림 면상발열체 시스템의[ 2-1] Fault Tree Analysis(FTA)[ 2-1] Fault Tree Analysis(FTA)[ 2-1] Fault Tree Analysis(FTA)[ 2-1] Fault Tree Analysis(FTA)

- 14 -

표 면상발열체 시스템의표 면상발열체 시스템의표 면상발열체 시스템의표 면상발열체 시스템의< 2-2> Preliminary Hazard Analysis(PHA)< 2-2> Preliminary Hazard Analysis(PHA)< 2-2> Preliminary Hazard Analysis(PHA)< 2-2> Preliminary Hazard Analysis(PHA)

- 15 -

제 절 신뢰성 향상을 위한 설계 개선제 절 신뢰성 향상을 위한 설계 개선제 절 신뢰성 향상을 위한 설계 개선제 절 신뢰성 향상을 위한 설계 개선2222

면상발열체 제조면상발열체 제조면상발열체 제조면상발열체 제조1.1.1.1.

가 제조공정가 제조공정가 제조공정가 제조공정....

절전형 면상발열체를 개발하기 위한 전체 제조공정은 그림 와 같다2-2 .

그림 면상발열체 제조공정도그림 면상발열체 제조공정도그림 면상발열체 제조공정도그림 면상발열체 제조공정도[ 2-2][ 2-2][ 2-2][ 2-2]

면상발열체 물성개선면상발열체 물성개선면상발열체 물성개선면상발열체 물성개선2.2.2.2.

가 전도성 파우더가 전도성 파우더가 전도성 파우더가 전도성 파우더. (Conductive Powder). (Conductive Powder). (Conductive Powder). (Conductive Powder)

절전특성에 영향을 미치는 요인 중 소재측면을 검토해 보면 주로 탄소재료가 많이 사

용되고 있으며 탄소재료는 결정화도나 결정구조에 따라 여러 형태로 제각각 다른 물,

성을 나타내어서 서로 응용되는 분야가 현저히 차이가 난다 그 예로 탄소결정구조 결. ,

정화도에 따라 흑연 카본블랙 활성탄으로 나눌 수 있으며 흑(Graphite), (Caron Black),

연이 결정화도가 가장 높고 활성탄은 결정화도가 거의 에 가까운 탄소재료이다 물성, 0 .

은 흑연 같은 경우 탄소함량이 높으며 대부분 높은 내마모성 전기전도도 열전도도가, , ,

높으므로 각종 부품 및 전기전도 용도에 사용되고 카본블랙은 탄소함량이Brushing ,

보통 이상이며 수지 및 바인더와 혼합하여 보강 착색 및 각종 기능성 용도에 사98% ,

용되는 반면 활성탄 탄소함량은 이내로서 표면적이 우수하여 대부분 흡수 흡착용50% /

도에 사용된다.

본 기술은 전도성 및 열전도도가 우수한 흑연 및 카본블랙을 이용한 기술이다 열전도.

도가 우수하면 발열시 온도 편차를 줄이는 효과가 있으며 최종적으로 절전특성에 영,

향을 미친다.

- 16 -

탄소파우더를 이용한 히터의 경우 장기간 고온의 조건하에서 각종 스트레스 열 전기( , ,

환경 복합스트레스 에 의해서 탄소 고유의 구조를 파괴시켜 전도성 및 물성이 저하되, )

는 현상이 발생되어 열효율 및 발열온도가 감소하여 제품수명이 단축되는 문제점이 있

다 이 문제를 해결하기 위하여 불순물 함량이 적은 고순도 탄소재료를 사용하거나 탄. ,

소재료에 내산화성 무기화합물을 함침시켜 내열특성 내산화성을 향상시키는 방법도,

있다.

나 바인더나 바인더나 바인더나 바인더. (Binder). (Binder). (Binder). (Binder)

탄소 파우더가 함유된 전도성 면상발열체의 경우 탄소의 열화현상으로 인해 저항 값의

변화가 생기며 이로 인해 열효율 및 발열온도가 감소하여 제품수명이 단축되는 문제점

이 있다 탄소열화 현상이란 장기간 고온의 조건하에서 시달리는 재료는 각종 스트레.

스 열 전기 환경 복합스트레스 및 산화반응에 의해서 탄소 고유의 구조를 파괴시켜( , , , )

전도성 및 물성이 저하되는 현상이다.

온도편차가 심한 경우 국소발열로 인한 들뜸 박리 현상이 일어나서 제품을 손상시킨,

다 이를 개선시키기 위한 해결책으로 균일한 탄소밀도로 코팅을 하는 새로운 정밀 코.

팅기술이 필요하며 열전도도가 우수한 탄소파우더를 이용하여 열평형을 이루게 하여,

온도편차를 줄일 수 있다 이를 실현하기 위해서 탄소 분산을 효과적으로 할 수 있는.

바인더의 개발이 필요하다.

바인더는 종류나 특성에 따라 제조공정설계 제조 방법 발열특성 저항 값 등 면상발, , ,

열체의 특성에 직접적인 영향을 끼친다 그러므로 바인더를 선택할 때 탄소파우더를.

잘 분산시키며 또한 기재에 잘 접착시킬 수 있는 접착능력 그리고 최종 가공시 고온,

고압에 견딜 수 있는 내열특성은 필수이다 기존 유기바인더를 이용한 전도성 도료를.

가지고 면상발열체 제조시 절연체 코팅과정에서 고온 고압의 조건에 견디지 못하고,

녹아서 번지는 문제점이 있다 이로 인해 밀도가 달라져 온도편차가 심해지며 발열특.

성이 저하된다 이 문제점을 해결하기 위해서 전도성 바인더 및 유 무기 하이브리드. ㆍ

졸을 이용한 특수 전도성 잉크를 개발하였다 이 잉크로 제조된 발열체는 고압 고은의. ,

가공조건에도 견디며 잉크 번짐 현상이 없다 또한 탄소소재의 분산도가 매우 훌륭하.

여 고른 코팅을 가능하게 해준다.

전도성 잉크의 조성은 크게 안료 수지 첨가제 용제로 구성되어져 있다 잉크의 제조, , , .

공정은 배합 분산 조정 여과 포장의 공정을 거치게 된다 본 실험에 사용된 전도성, , , , .

잉크로 사용된 안료 즉 전도성 파우더로써는 전도성이 우수하고 고순도인 카본 블랙, ,

을 사용하였으며 여기에 전기전도도와 열적특성이 우수한 기능성 카본을 사용하였다, .

기존의 카본안료만으로는 한계가 있는 저항 및 발열특성을 보완하기위해서는 그래파

이트를 사용하였다.

- 17 -

사용된 분산기는 정림무역 주 의 볼밀을 사용하여 회전수 분산시간( ) 250~300RPM, 6hr

정도로 분산을 수행하였다 그리고 조정공정을 통해서 추가적으로 배합에서 추가적인.

지건제나 용제로 건조속도 및 점도를 조정하였으며 이렇게 제조된 전도성 잉크를, 10O

매쉬의 망으로 여과하여 포장하여 전도성 잉크를 제조하였다.

전도성 잉크의 조제함량은 최종적으로 얻어야 할 저항 값에 따라 전도성 바Pigment,

인더 희석제 첨가제의 함량을 변화시켜 조제하였다 코팅 후 코팅면의 저항을 샘플테, , .

스트를 통해 유추하여 안정 발열 가능한 잉크를 조제하였다.

- 18 -

그림 전도성 잉크 제조용그림 전도성 잉크 제조용그림 전도성 잉크 제조용그림 전도성 잉크 제조용[ 2-3] Ball-mill[ 2-3] Ball-mill[ 2-3] Ball-mill[ 2-3] Ball-mill

그림 전도성 잉크 분산 공정그림 전도성 잉크 분산 공정그림 전도성 잉크 분산 공정그림 전도성 잉크 분산 공정[ 2-4][ 2-4][ 2-4][ 2-4]

- 19 -

면상발열체 공정개선면상발열체 공정개선면상발열체 공정개선면상발열체 공정개선3.3.3.3.

가 잉크코팅 기술의 개발가 잉크코팅 기술의 개발가 잉크코팅 기술의 개발가 잉크코팅 기술의 개발....

딥코팅 장치의 제작딥코팅 장치의 제작딥코팅 장치의 제작딥코팅 장치의 제작(1)(1)(1)(1)

온도편차가 심한 경우 국소발열로 인한 들뜸 박리 현상이 일어나 제품을 손상시킨다, .

이를 개선하기 위하여 균일한 탄소밀도로 코팅을 하는 새로운 정밀 코팅기술이 필요하

며 전도도 및 열전도도가 우수한 탄소파우더 및 그래파이트를 이용하여 열평형을,

이루게 하여 온도편차를 줄일 수 있다 이를 실현하기 위해서 정밀 딥코팅 장치를 설계.

해서 균일하게 탄소파우더를 함침시키는 기술을 개발하였다.

그림 의 장치는 실험용 딥코팅 장치로서 사진에서와 같이 제조된 잉크를 담는 용기2-5

에 섬유 및 종이원단을 담근 후 일정한 속도와 힘으로 천천히 들어 올려서 함침시킨 후

건조를 하는 장치이다 용기의 표면잉크는 지간이 지나면서 용제가 증발하여 건조경화.

를 일으킴으로 불량의 원인이 발생함으로 생산량에 따라 적절하게 잉크를 담을 수

있는 크기의 용기를 제작하였다.

본 딥코팅 장치로 딥코팅시 원단의 텐션 및 기기의 정밀도에서는 한계가 있으며 대량,

생산에 의한 원가 절감 면에서는 개선을 해야 할 소지가 다분히 존재하며 설령 코팅을,

하더라도 균일한 잉크 딥코팅을 하기 어려우며 실제 코팅 후 부위별 저항을 측정하여,

그 특성을 확인한 결과 편차가 발생하였다.

그림 실험용으로 제작한 딥코팅 장치그림 실험용으로 제작한 딥코팅 장치그림 실험용으로 제작한 딥코팅 장치그림 실험용으로 제작한 딥코팅 장치[ 2-5][ 2-5][ 2-5][ 2-5]

- 20 -

이를 개선할 목적으로 균일한 코팅 및 인쇄성 생산성을 맞출 수 있는 정밀 코팅장치를,

설계해서 균일하게 전도성 도막을 형성시키는 기술을 개발하였다.

그라비아 인쇄설비는 전도성잉크를 담을 수 있는 탱크에 잉크이송롤을 이용하여 기재

를 함침시키고 일정한 코팅속도 및 균일 압력으로 고무롤러를 스퀴징하여 건조하는,

딥코팅 방법으로 응용하였다 탱크는 코팅중 전도성 잉크가 쉽게 건조되기 때문에 잉.

크 순환 및 자동점도조절장치를 부착하여 전도성 잉크의 점도상승으로 인해 발생되는

코팅두께 및 불균일 함침 불량을 개선하여 온도편차가 적은 전도성 발열체를 제작하였

다.

또한 딥코팅 방법을 이용한 발열체 제작시 전면 코팅이 되기 때문에 최종 제품의 소비,

전력이 높게 되는 문제점이 있다 그 원인은 전면 코팅이 되어지는 발열체의 구조에 원.

인이 있으며 이를 해결하기 위해 패턴설계를 이용한 인쇄롤을 제작하고 기재 필름, , ( )

에 단면 코팅하는 그라비아 인쇄방법을 사용하여 절전형 전도성 발열체를 제작하였다.

딥코팅 방법과 그라비아 인쇄방법을 통해서 얻어진 탄소발열체는 그림 에 나타내2-6

었 다 그라비아 인쇄방법을 이용하면 인쇄를 동관 디자인으로 여러 모양의 발열체 구.

조를 구현할 수 있으며 더불어 대량생산이 가능하여 제조원가를 줄일 수 있는 장점이,

있다.

그림 그라비아 인쇄방법으로 제조된 전도성 원단 패턴형성그림 그라비아 인쇄방법으로 제조된 전도성 원단 패턴형성그림 그라비아 인쇄방법으로 제조된 전도성 원단 패턴형성그림 그라비아 인쇄방법으로 제조된 전도성 원단 패턴형성[ 2-6] ( )[ 2-6] ( )[ 2-6] ( )[ 2-6] ( )

- 21 -

나 전극처리 및 절연코팅나 전극처리 및 절연코팅나 전극처리 및 절연코팅나 전극처리 및 절연코팅....

완충 전극완충 전극완충 전극완충 전극(1) Layer(1) Layer(1) Layer(1) Layer

탄소 코팅층과 구리전극사이에 도전성이 우수한 은 페이스트 막을 형성함으로써 접 속

성이 향상되기 때문에 기존의 문제점인 전극과 탄소발열체 사이의 접촉저항발생 및,

아크발생을 방지하고 또한 발열부의 국부적인 가열 등으로 발열체의 손상을 방지하여

최종적으로 수명을 최대한 연장하며 발열체의 손상으로 누설전류에 인한 안전사고를,

미연에 방지할 수 있다 은 페이스트 제조방법은 의 은 파우더 와 내열성 바. nano size

인더를 혼합하여 제조하였다.

완충층 전극에 사용된 전도성 코팅액으로 실버페이스트를 사용하였으며 인쇄시 저항,

측정결과 우수한 저항특성으로 탄소 코팅층의 고저항과의 완충작용으로 인한 아크발,

생을 억제하였다.

구리 전극구리 전극구리 전극구리 전극(2)(2)(2)(2)

또한 탄소발열체의 양 말단에 위치하고 은페이스트 위에 절치될 전극은 전기전도도, ,

가 우수한 구리를 사용하였다 폭은 인 구리전극을 자동전극처리기를 통해서 탄. 10mm

소발열체 위에 설치하였다.

절연코팅절연코팅절연코팅절연코팅(3)(3)(3)(3)

절연코팅은 제품보호 및 감전을 막기 위함이며 안전성 측면에저 중요한 이 다, Factor .

본 연구개발에서는 범용으로 많이 사용되고 있는 폴리에스터 필름을 사용하여 절(PET)

연재료로 사용하였다.

필름의 특징 및 장점에 대해서 간략하게 소개하면 다음과 같다PET .

인장강도가 강하고 적당한 신도를 갖고 있어 범용 중 최량의 기계적 성질· Plastic Film

보유.

용융점은 로서 사용가능 범위는 이며 열에 의한 변화치수가 극 히· 265 -70~150 ,℃ ℃

적어 열안정성이 우수.

우수한 절연성으로 전기 전자부품의 대표적 절연재료로 사용· , .

강알칼리를 제외하고 대개의 약품은 침투가 불가능· .

흡습성이 극히 적고 습도치수 안정성이 크며 내수성도 우수· .

산소 탄소가스 수증기등의 투과가 어렵고 기체 성이 큼· , , barrier .

또한 필름의 접착을 위한 접착제로는 저분자량의 에틸렌비닐아세테이트, PET (EVA)/

폴리에틸렌 핫멜트를 사용하여 접착력을 확보하였다(PE) .

- 22 -

본 연구개발에 사용되 필름의 특성은 다음 표와 같다PET .

표 필름의 특성표 필름의 특성표 필름의 특성표 필름의 특성< 2-4> PET< 2-4> PET< 2-4> PET< 2-4> PET

항 목 대표값 측정방법

용융점 265 ℃ ASTM E 794

유리전이온도 69 ℃

밀도 1.40 g/cm3

ASTM D 1505

비열 1.34 J/g ℃

열전도성 1.4 x 10-3J/cm sec ℃

기체투과율 6.9g/m2/24hrs /0.1mm

수분흡수율 0.4%

직선열팽창계수 1.5 x 10-5/ ℃

습도팽창계수 0.8 x 10-5/%RH

다 자동 전극처리기 및 절연코팅기 제작다 자동 전극처리기 및 절연코팅기 제작다 자동 전극처리기 및 절연코팅기 제작다 자동 전극처리기 및 절연코팅기 제작....

구리전극의 설치와 절연코팅을 보다 정확하고 정밀하게 하기 위해서 자동 전극처리기

및 코팅기를 제작하였다 사용되는 코팅기는 아래 그림과 같다. .

그림 구리전극의 설치 및 절연코팅용 라미네이팅 장비그림 구리전극의 설치 및 절연코팅용 라미네이팅 장비그림 구리전극의 설치 및 절연코팅용 라미네이팅 장비그림 구리전극의 설치 및 절연코팅용 라미네이팅 장비[ 2-7][ 2-7][ 2-7][ 2-7]

이 장비는 딥코팅 및 그라비아 인쇄코팅이 종료된 후 중간제품 형태인 탄소발열체를

건조기 전극처리기 되감기 과정을 통해서 최종적으로 얻을 수 있는 마무리 장치이다- - .

- 23 -

제 절 스크리닝 시험을 통한 공정품질 개선제 절 스크리닝 시험을 통한 공정품질 개선제 절 스크리닝 시험을 통한 공정품질 개선제 절 스크리닝 시험을 통한 공정품질 개선3333

제조공정 고장모드 결정제조공정 고장모드 결정제조공정 고장모드 결정제조공정 고장모드 결정1.1.1.1.

신뢰성 스크리닝 시험은 제품을 파괴하거나 유의할 정도로 열화하지 않을 정도의 수준

에서 조작 및 환경적인 스트레스를 가하여 재료가 갖고 있는 고유의 결함

이나 제조상의 결함 을 고장으로 촉진하여 결함(Inherentflaw) (Process-inducedflaw)

이 있는 제품을 가려내는 시험방법이다 스크리닝 시험의 목적은 기능시험 시각적인. ,

검사 전통적인 품질관리 절차와 같은 보통의 방법으로 드러나지 않는 잠재하는 결함,

에 초점을 맞추고 이러한 결함이 실제 사용 현장이 아닌 제품검사지 고장으로 나타나

도록 하자는 것이다 스크리닝 시험에 사용되는 환경조건들은 제품의 실제 사용조건이.

갖는 환경특성과 관계없이 잠재하는 결함이 고장으로 촉진되도록 설계된다.

면상발열체의 경우 전기를 사용하는 제품이므로 소비자의 안전성 및 신뢰성을 확보 하

기 위해 최종 제품에서 제품검사 형태로 적용하였다 면상발열체 및 제조공정상 고장.

모드 및 원인을 조사하여 최종 제품의 신뢰성을 확보할 수 있는 스크리닝 시험방법을

결정하였으며 그 세부내용은 표 에 나타내었다, 2-5 .

표 스크리닝 시험방법표 스크리닝 시험방법표 스크리닝 시험방법표 스크리닝 시험방법< 2-5>< 2-5>< 2-5>< 2-5>

고장모드 고장 원인 공정/ 스크리닝 시험방법

성능

제품( Spec)

전도성 잉크배합 및․

분산

균일코팅․

정격저항 소비전력,․

안전성

전도성 도막 코팅(․

면 의 스크래치)

완충 Layer․

전극 코팅

절연코팅․

내전압․

절연저항․

아크테스트․

과전압 고온 발열 등Abnormal Test( , )․

온도편차

전도성 잉크배합․

및 분산

균일코팅․

발열온도차․

- 24 -

제 장 제품특성 및 신뢰성 평가제 장 제품특성 및 신뢰성 평가제 장 제품특성 및 신뢰성 평가제 장 제품특성 및 신뢰성 평가3333

제 절 면상발열체 특성 평가제 절 면상발열체 특성 평가제 절 면상발열체 특성 평가제 절 면상발열체 특성 평가1111

완충 특성 및 평가완충 특성 및 평가완충 특성 및 평가완충 특성 및 평가1. Layer1. Layer1. Layer1. Layer

면상발열체의 구조는 면상의 전도성 발열체 양 말단에 금속재질의 전극을 설치하고 이,

전극을 통해서 전압을 주었을 때 열이 발생되는 것으로 발열체 특성상 전압의 On/Off

가 반복될 때 구조적으로 전극과 접하고 있는 부분의 탄소재료들이 스트레스를 더욱

많이 받게 되어 이 부분에서 열화 단락 아크등이 심하게 발생한다 이를 방지하 기위, , .

해 은 구리 알루미늄과 같은 전도성 파우더를 페이스트로 만들어 전극과 전도성섬유, ,

와의 접촉부분에 인쇄해 줌으로써 아크발생 및 탄소열화를 방지하고자 하였으며 그,

중 전도성이 가장 우수한 실버파우더를 이용하였다.

실버파우더의 경우 전도성의 차이 또한 입자의 모양과 표면처리 여부에 따라서 크게

다르며 기존의 경우 인쇄성 발색 전도성이 떨어지며 실버파우더가 나노스케일일 경, , , ,

우에는 기존방식보다 높은 전기 도전성 및 발색도를 확인할 수 있었다.

상기 실버페이스트로 처리한 결과 접속성이 향상되기 때문에 기존의 문제점인 전극 과

탄소발열체 사이의 접촉저항발생 및 아크발생을 방지할 수 있었다 아래 사진과 같 이.

완충 전극이 없는 면상발열체의 경우 반복적인 휘어짐에 대해 쉽게 아크가 발생하는

것을 확인할 수 있다 이런 아크가 발생하면 그 부분의 탄소재료 및 바인더 등의 구 조.

가 파괴되어 저항이 변하게 된다 따라서 최종적으로 발열에 영항을 주고 제품의 수명.

을 저하시키게 된다 이를 해결하기 위해서 실버 페이스트를 이용하여 탄소발열체와.

전극사이에 완층 층을 형성시키게 되면 전원 인가 및 외부 충격이 있다 하더라도 전극

부위에 아킹이 발생하지 않는 양호한 결과를 얻을 수 있었다.

그 원인으로서는 완충 전극 층이 없을 경우 탄소발열체와 전극이 잘 밀착이 되지 않 아

구부릴 경우 살짝살짝 공기층이 생기며 이때 아크가 발생하게 되며 또한 전기를 인가,

하여 전류가 통할 때 갑자기 고저항 탄소발열체 체로 이동함에 따라 접촉저항이 생겨( )

서 아크가 부분적으로 발생하지만 완충을 하는 전기전도도가 우수한 은을 이용한 차2

전극을 통해서 전기가 잘 통하는 구조를 형성시킴으로서 접촉저항에 따른 아크 발생률

을 낮출 수 있었으며 구리전극이 살짝 살짝 들떠서 전극하고 탄소발열체하고 벌어질,

지라도 중간 은 페이스트 완충 층이 전극 역할을 대신하므로 아크발생을 줄여 최종적

으로 제품 안전 및 수명을 늘릴 수 있는 핵심기술인 것으로 판단된다.

- 25 -

그러나 이 또한 오랜 시간 압력이나 굽힘을 받으면 절연필름에 영향을 받을 수 있으며,

이에 대한 대체 방안으로 좀 더 기계적 강도가 있는 절연필름으로 절연시킨다면 반복

적인 휨에 의해서도 그 간격이 벌어져 아크가 발생하는 경우는 어려울 것으로 고가의,

실버 페이스트에 대한 대응책과 내아크성 보완으로 한 단계 더 나아가 면상발열체가

제조 될 것으로 사료되며 이에 대한 신뢰성이 확보된다면 좀더 폭넓은 응용범위로 확, ,

대 적용 가능할 것으로 사료된다.

그림 실버 파우더 사진그림 실버 파우더 사진그림 실버 파우더 사진그림 실버 파우더 사진[ 3-1] SEM[ 3-1] SEM[ 3-1] SEM[ 3-1] SEM

- 26 -

완충 없을 시 아크 발생완충 없을 시 아크 발생완충 없을 시 아크 발생완충 없을 시 아크 발생(a) Layer ( )(a) Layer ( )(a) Layer ( )(a) Layer ( )

완충 형성시 아크 발생 없음완충 형성시 아크 발생 없음완충 형성시 아크 발생 없음완충 형성시 아크 발생 없음(b) Layer ( )(b) Layer ( )(b) Layer ( )(b) Layer ( )

그림 완충층 존재 여부 및 구리전극 처리시 아크 발생 사진그림 완충층 존재 여부 및 구리전극 처리시 아크 발생 사진그림 완충층 존재 여부 및 구리전극 처리시 아크 발생 사진그림 완충층 존재 여부 및 구리전극 처리시 아크 발생 사진[ 3-2][ 3-2][ 3-2][ 3-2]

- 27 -

원적외선 평가원적외선 평가원적외선 평가원적외선 평가2.2.2.2.

태양광선은 빨강 주황 노랑 초록 파랑 남색 보라 등 일곱가지 색으로 된 가시광선, , , , , ,

과 우리 눈에 보이지 않는 적외선 자외선 선 마이크로파 등 불가시광선으로 구성되, , X ,

어 있다.

이라는 천문학자는 이들 광선이보라에서 빨강으로 변해감에 따라온William Herschel

도가 점차 상승하고 빨강을 넘어서 빛이 없는 곳에서도 온도가 올라가는 것을 발견하

고 눈에 보이지 않으나 강렬한 열작용을 하는 빛을 적외선이라고 했다 원적외선은 인.

체의 혈액순환을 촉진하고 몸을 따뜻하게 하고 적온 상태를 유지시켜 준다 또한 체내. ,

중금속을 배출시키고 인체에 유해한 세균이나 곰팡이의 서식이나 번식을 방지하는 유

익한 기능이 있다 이런 원적외선을 자체 내에서 평가할 수 있는 장비 미확보로 한국건.

자재연군원에 샘플을 의뢰하여 원적외선 발생률을 측정하였다 그 결과를 다음 그림.

에 나타내었다 시편의 크기는3-3 . 30㎜x65㎜ 측정 조건은 에서 시험하였다 원, 40 .℃

적외선 발생 측정 결과 방사율 정도의 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다, 90% .

그림 원적외선 측정 결과그림 원적외선 측정 결과그림 원적외선 측정 결과그림 원적외선 측정 결과[ 3-3][ 3-3][ 3-3][ 3-3]

- 28 -

절전특성 평가절전특성 평가절전특성 평가절전특성 평가3.3.3.3.

제조된 면상발열체의 절전성을 평가 하는 실험이다 기준 샘플은 이상 발열하는. 35℃

샘플을 가지고 소비전력을 공인기관에 의뢰하여 정밀하게 측정한 후 발열면적으로 나

눈 전력 밀도값을 얻었다 이 값이 목표 값인. 60W/㎡ 이내로 나타났으며 이 값은 세계

수준의 우수한 특성이다 뿐만 아니라 절연특성을 알 수 있는 내전압 및 절연저항시험.

도 우수하게 나타났다 부록에 공인기관 성적서를 첨부하였다. .

열 전환율 평가열 전환율 평가열 전환율 평가열 전환율 평가4.4.4.4.

전기에너지가 발열체를 통해서 열로 전환되는 정도를 알아보는 열전환률 실험을 하였

다 실험은 국내에서 여건이 안되어서 한국 에너지기술연구원의 실험 자문을 얻어 자.

체평가로 실시하였다 실험 도구는 단열상자 정밀온도계 전산전력계 멀티테스터 면. , , , ,

상발열체로 구성하였다.

단열 상자 안에 면상발열체를 넣고 온도센서를 개를 고정시킨 후 증류수를 비중병을2

이용하여 정착하게 를 채워 넣었다 단열상자의 물을 채우고 남은 공기는 치수를24L .

정확하게 재어서 기록하였다 실험실 온도는 습도는 였다 면상발열. 25.9 , 52%R.H. .℃

체에 전원을 인가하고 분마다 공기의 상승온도와 물의 상승온도를 측정하였다 시30 . 7

간동안 측정한 결과 아래와 같은 값을 얻었다 이를 그래프로 나타내었다. .

- 29 -

그림 열전환율 실험용 측정 장비 세트그림 열전환율 실험용 측정 장비 세트그림 열전환율 실험용 측정 장비 세트그림 열전환율 실험용 측정 장비 세트[ 3-4][ 3-4][ 3-4][ 3-4]

- 30 -

그림 물과 공기의 온도 상승 그래프그림 물과 공기의 온도 상승 그래프그림 물과 공기의 온도 상승 그래프그림 물과 공기의 온도 상승 그래프[ 3-5][ 3-5][ 3-5][ 3-5]

표 시간에 따른 물과 공기의 온도 변화표 시간에 따른 물과 공기의 온도 변화표 시간에 따른 물과 공기의 온도 변화표 시간에 따른 물과 공기의 온도 변화< 3-1>< 3-1>< 3-1>< 3-1>

- 31 -

윗 실험 데이터를 가지고 총 소요된 전력대비 물의 온도변화를 비교하여 전기에너지의

열전환율을 계산하였다.

1W/s = 1J

1 cal = 4.2J

1 J = 0.24 cal

습한공기의 비열 = 0.24 cal/g

단열상자내 윗부분 물로 못 채워지는 공기의 부피는 4375 물의 양은 건공기, 24L,㎤

의 비열은 총 적산전력은 이므로 다음과 같은 식으로 계산을 해보0.24cal, 128W

면,

이론상 전기에너지의 열전환 효율은 이나 실제적으로 측정 장비 및 기술의100 %

오차로 인해 정도로 측정된다 본 실험에서도 단열상자내의 물로 미처 채울90% .

수 없는 공간의 공기는 습도가 높은 공기로서 비열이 로 예상되며 이 경우0.44 cal

열전환율은 로 매우 효율이 높게 나타났다98.3 % .

발열분포 측정발열분포 측정발열분포 측정발열분포 측정5.5.5.5.

이상과 같이 개발된 제품의 열적인 특성을 분석하기 위하여 우선 면상발열체 단품

의 성능시험을 수행하였다 완층 층 전극이 없는 단품의 경우 그림 는 전압인. ( 3-6)

가시 구리 전극의 온도가 발열체 표면온도와 비슷하게 측정되었다 전극의 온도가.

높다는 것은 구리전극과 탄소코팅층 사이의 접촉저항이 발생한다는 사실을 확인 할

수 있었다 따라서 실버페이스트를 사용하여 완층 층을 형성시키고 전극구조 손계. ,

를 개선한 제품의 열적인 특성을 분석하기 위하여 적외선 열화상 측정을 수행하였

다.

그 결과 구리전극 부분의 접촉저항이 없어져 전극부위의 온도가 실온과 큰 차이가

없었으며 발열부위의 온도 또한 발열부의 최고온도, : 48.8℃ 평균온도, :46.1℃,

최저온도 : 43.3℃로서 평균온도기준으로 ±5℃ 넘지 않는 것으로서 매우 훌륭한

발열특성 균일한 온도분포 를 갖는 것을 확인하였다( ) .

- 32 -

그림 전극구조 개선전 완층 층 없음그림 전극구조 개선전 완층 층 없음그림 전극구조 개선전 완층 층 없음그림 전극구조 개선전 완층 층 없음[ 3-6] ( )[ 3-6] ( )[ 3-6] ( )[ 3-6] ( )

그림 전극구조 개선후 적외선 열화상 측정사진그림 전극구조 개선후 적외선 열화상 측정사진그림 전극구조 개선후 적외선 열화상 측정사진그림 전극구조 개선후 적외선 열화상 측정사진[ 3-7][ 3-7][ 3-7][ 3-7]

- 33 -

제 절 제품 신뢰성 평가제 절 제품 신뢰성 평가제 절 제품 신뢰성 평가제 절 제품 신뢰성 평가2222

1. Surge Test1. Surge Test1. Surge Test1. Surge Test

면상발열체의 기능상 반복되는 를 실시하게 되는데 이때 탄소재료 및 바인On/Off ,

더로 이루어진 전도성 도막 발열체 에 가해지는 전기충격에 대한 내성을 평가하기( )

위하여 직접 지그를 제작하여 내성을 평가하였다 그림 은Surge Test Surge . 3-8

를 위한 지그 사진이다Surge Current Test .

그림 를 위한 측정 지그 세트그림 를 위한 측정 지그 세트그림 를 위한 측정 지그 세트그림 를 위한 측정 지그 세트[ 3-8] Surge Test[ 3-8] Surge Test[ 3-8] Surge Test[ 3-8] Surge Test

- 34 -

그림에서 알 수 있듯이 스위치 온도조절기 멀티테스터기를 이용하여 설정, , Shunt,

온도까지 면상발열체를 히팅시킨후 온도조절기에 의해 반복적인 조건이 설On/Off

정되도록 설계하였으며 전원 에서 상태로 전원이 인가될 때 전원 인가 초기, Off On

시점에서 나타나는 과전류량을 확인하여 기록하였다 본 시험에서는 면상발열체 의.

전극구조 및 원소재 개선 전후를 비교하여 그림 에 나타내었다3-9 .

개선전 개선후개선전 개선후개선전 개선후개선전 개선후(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 완충 층 및 구리 전극부 설계 변경그림 완충 층 및 구리 전극부 설계 변경그림 완충 층 및 구리 전극부 설계 변경그림 완충 층 및 구리 전극부 설계 변경[ 3-9][ 3-9][ 3-9][ 3-9]

그림 에서 나타낸 것처럼 개선전 외부 충격에 의해 구리전극부위가 들뜰 경3-9 (a)

우 고저항인 발열체에 직접 닿는 부위가 발생하게 되어 아크발생 위험이 높고 또,

한 맞은편 전극 쪽으로 전류의 흐름에 있어 완충되는 실버페이스트의 폭이 좁기 때

문에 전류 발생시 완화되지 않는 것으로 생각된다 따라서 처럼 실버페이Surge . (b)

스트 코팅층 완층 층 의 폭을 넓혀 구리전극이 외부 충격에 의해 휘어지거나 들뜨( )

는 현상이 발생하여도 고저항체인 탄소발열체에 직접 접촉하지 않도륵 하였으며,

또한 맞은 편 전극 쪽으로 완충되는 실버코팅층의 폭을 로 넓혀 그 완충효과를5㎜

극대화 시켰다.

그림 은 전극구조 개선 전후의 내성에 대한 이다 회3-10 Surge data . On/Off 100

동안 전류의 발생빈도를 살펴보면 전류의 흐름에 있어 실버페이스트의 폭이Surge

로 좁은 경우에 비하여 로 변경하였을 때 현상이 회에서 회로 감소2 5 Surge 8 2㎜ ㎜

하였으며 최종적으로 실버페이스트의 인쇄폭을 넓게 하여 고저항인 탄소발열체 부,

분을 완전하게 가려지게 하여 구리전극과 접촉하지 않도록 설계하였을 때 Surge

전류는 시험상 나타나지 않았다 따라서 본 연구개발에서는 제품의 특성 및 안정성.

측면에서 신뢰성을 확보할 수 있었다.

- 35 -

에 따른 결과에 따른 결과에 따른 결과에 따른 결과[3-10] On/Off. Test Surge Current[3-10] On/Off. Test Surge Current[3-10] On/Off. Test Surge Current[3-10] On/Off. Test Surge Current

2. On/Off Test2. On/Off Test2. On/Off Test2. On/Off Test

면상발열체 기능상 반복되는 에 대한 안전성 및 내구성이 확보되어야 한다On/Off .

이전 전류 시험에서와 같이 반복되는 의 전기적 스트레스는 제품의Surge On/Off

신뢰성에 있어 매우 중요한 부분이다 본 연구개발에서는 회 반복시켜 그 내. 50,000

구성을 확인하여 신뢰성을 향상하고자 하였다 시험 조건은 각 로 설. On/Off 15sec

정하여 시험 전후의 성능 변화 외관상태 안전성을 평가하였다, , .

표 에 나타낸 결과를 살펴보면 회 테스트 후 제품성능 저항 소3-2 On/Off 50,000 ( ,

비전력 및 제품 외관의 손상이나 고장 등은 없었다 전극구조에 대한 설계 개선에) .

의해 제품의 안전성 신뢰도를 확인할 수 있었다.

- 36 -

그림 시험 세트그림 시험 세트그림 시험 세트그림 시험 세트[ 3-11] On/Off[ 3-11] On/Off[ 3-11] On/Off[ 3-11] On/Off

표 회 결과표 회 결과표 회 결과표 회 결과< 3-2> On/Off 50,000 Test< 3-2> On/Off 50,000 Test< 3-2> On/Off 50,000 Test< 3-2> On/Off 50,000 Test

시험항목시험결과

A1 A2 A3

초기저항( )㏀ 1.579 1.587 1.583

저항On/Off ( )㏀ 1.498 1.502 1.499

가속수명시험가속수명시험가속수명시험가속수명시험3.3.3.3.

면상발열체의 수명시험에 관한 방법은 현재 상태에서는 없는 실정이며 본 연구과,

제에서는 면상발열체의 가속수명시험법을 새롭게 개발하여야 했다 개발에 앞서면.

상발열체의 사용 중 주요 고장모드 및 고장메커니즘을 조사한 결과 제품내 집중 과

부하 과전류 로 인한 아킹현상에 의해 되는 현장이 필드고장품의 이상으( ) Bunt 90%

로 조사되었다 면상발열체의 경우 전기를 사용하여 히팅을 목적으로 하는 제품이.

므로 장기간 사용시 제품에 가해지는 전기적 스트레스와 발열온도에 의한 제품의

장기 내구성이 중요하게 고려하여야 한다 따라서 가속수명시험법에서는 전기적 스.

트레스 및 온도 스트레스를 주요 로 선정하였으며 이 들을 사용하는Factor , Factor

가속수명시험법인 을 선정하였다 의 계산식은 다음Eyring's Model . Eyring's Model

과 같다.

- 37 -

Eyring's Model:

L 1 사용시간 또는 규정시험시간:

L 2 시험보증시간:

T 1 기준온도 절대온도: ( )

T 2 시험온도 절대온도: ( )

S 1 기준 스트레스 정격전압 에서: (1 ; AC220V )

S 2 시험 스트레스 정격전압 에서: (1.2; AC264V )

k : Boltzmann's constant (8.6159*10-5eV)

B, D 원재료의 활성화 에너지: (Activation Energy)

C 구리전극의 활성화 에너지: (Activation Energy)

상기 모델을 기준으로 면상 발열체의 실사용 수준의 가속수명시험시간을 계산하면

다음과 같다.

- 38 -

시험방법은 항온항습기 챔버를 상대습도 온도60%R.H., 60℃의 일정 조건으로 설

정하여 유지시키고 시험샘플 와 용인 면상발열체의 양단자간에 전, AC110V AC220V

원을 각각 와 를 연결하고 발열체 표면에 은도센서를 부착시킴으AC132V AC264V ,

로서 전원 인가시 발열되는 샘플의 표면온도를 를 설치하여 데이터Data Recorder

가 컴퓨터에 꼭 저장되도록 설치하였다 이때 초기 시험샘플의 성능과 가속수명시.

험을 완료한 후 성능을 비교하여 제품의 발열특성 변화를 측정 하였으며 또한 시,

험중 제품의 안전성 측면에서 제품상태 및 외관변화를 확인하였다.

그림 의 결과를 살펴보면 용 면상발열체의 표면 발열온도는3-13 AC110V, AC220V

77~80℃로 가속수명시험 기간 내내 일정하게 유지되는 것을 확인하였다 그리고.

제품성능 측면을 확인한 결과 시험전 초기 저항값 435 에서Ω 테스트 완료후 543Ω

으로 저항값 변화가 발생하였다 이것은 절연코팅시 융점이 낮은 핫멜트를 사용으.

로 고온에서 용융현상이 발생하면서 저항값 변화를 초래한 것 같다 실 사용시 제.

품온도는 60℃를 초과하지는 않지만 제품의 품질향상출 위해서는 추가적인 연구가

필요한 부분이다.

- 39 -

그림 가속수명시험 세트그림 가속수명시험 세트그림 가속수명시험 세트그림 가속수명시험 세트[ 3-12][ 3-12][ 3-12][ 3-12]

그림 가속수명시험 결과 시간 면상발열체 표면온도그림 가속수명시험 결과 시간 면상발열체 표면온도그림 가속수명시험 결과 시간 면상발열체 표면온도그림 가속수명시험 결과 시간 면상발열체 표면온도[ 3-13] ( vs )[ 3-13] ( vs )[ 3-13] ( vs )[ 3-13] ( vs )

- 40 -

환경시험환경시험환경시험환경시험4.4.4.4.

면상발열체의 내환경시험에 대해서는 공인기관 성적서를 이용하여 확인하였다 온.

도변화 시험(-40℃ 분,30 ↔ 100℃ 분 회 시험,30 , 100 ), PCT (121±2℃, 100%R.H.,

고온시험1hr), (85℃ 의 결과를 확인하면 제품성능 측면에저 고온, 60%R.H., 200hr)

85~120℃ 이상에서 저항값 변화가 발생하였다 앞서 얘기한 것처럼 융점이 낮은.

핫멜트 접착제 사용에 따른 고온안정성이 부족함을 확인할 수 있었으며 제품 외관,

및 안전성은 양호하였다 또한 시험에서는 습도 환경 하에서 구리. PCT 100%R.H.

전극의 변색 표면산화 현상이 나타났다 수분 차단 특성이 우수한 절연필름 필( ) . (PET

름 을 사용하였지만 고온고습인 환경에서 수분 차단 특성이 완벽하지는 않다는 것) ,

을 알 수 있었다 구리전극의 표면산화 문제는 전기적 안전성 측면에서 신중하게.

고려하여야 하며 그 변색 표면산화 현상의 진행 상태를 위한 추가적인 연구가 요, ( )

구되는 사항이다.

필드적용시험필드적용시험필드적용시험필드적용시험5.5.5.5.

면상발열체의 주 사용용도는 실내 난방용이지만 그 응용분야의 확대를 위해 본 연,

구 개발에서는 현장 필드적용 시험으로 농업용으로의 응용을 확인하고자 하였다.

농업용으로의 응용분야중 본 연구에서 선정한 것은 버섯막사의 난방을 결정하였다.

버섯막사의 실제 환경은 습도 이상이고 실내온도를90%R.H , 13~35℃에서 재배하

고 있기 때문에 습도가 높은 환경 하에서 제품의 신뢰성을 확인할 수 있고 또한, ,

겨울철 난방조건이 비교적 낮기 때문에 필드 테스트시 저전력 사용이 가능하기 때

문이다 또한 원적외선 효능이 실제 농작물의 생육조건에 미치는 영향도 조사하기.

위함이다 버섯막사의 크기는 너비 길이 높이 이며 설치된 면상발. BM( )*25M( )*4.5M( ) ,

열체의 총 소비전력은 정도이다 현재 버섯막사의 겨울철 난방효과는 시공면12 .㎾

적 대비 총 소비전력 정도면 난방효과가 충분하다는 것이 입증된 상태이며 원6 ,㎾

적외선이 생육조건에 미치는 영향은 년 동안 수확하는 수확량을 기준으로 확인하1

고 있으며 제품의 안전성 및 신뢰성을 현재 계속해서 테스트 하고 있는 상태이다, .

이상과 같이 면상발열체의 필드 적용에 의한 필드고장모드를 다양하게 조사하여 대

응한다면 면상발열체의 응용분야를 더욱 더 확대할 수 있다.

- 41 -

그림 면상발열체 필드테스트 버섯막사 설치그림 면상발열체 필드테스트 버섯막사 설치그림 면상발열체 필드테스트 버섯막사 설치그림 면상발열체 필드테스트 버섯막사 설치[ 3-14] ( )[ 3-14] ( )[ 3-14] ( )[ 3-14] ( )

- 42 -

제 절 신뢰성 평가기준 설정제 절 신뢰성 평가기준 설정제 절 신뢰성 평가기준 설정제 절 신뢰성 평가기준 설정3333

신뢰성이란 제품의 정해진 기능을 미리 규정한 환경 하에서 얼마나 장시간동안 정

상적인 상태를 유지할 수 있는가를 나타내는 것이다 이와 같은 신뢰성의 정의에는.

가지 키워드가 있다 즉 기능 환경 시간이다 신뢰성을 평가하는 것도 이와 같3 . , , , .

은 가지 키워드와 관련하여 그림 와 같이 가지를 평가한다 또한 평가하는3 3-15 3 . ,

항목과 관련하여 평가방법도 제시해 놓았다.

그림 신뢰성 평가 항목그림 신뢰성 평가 항목그림 신뢰성 평가 항목그림 신뢰성 평가 항목[ 3-15][ 3-15][ 3-15][ 3-15]

그림 에서 제시한 바와 같이 면상발열체의 신뢰성을 평가하기 위하여 성능시3-15

험기준 환경시험기준 수명 고장률시험기준을 다음과 같이 결정하였다 성능시험기, , / .

준과 환경시험기준은 국내 시험기준과 국외 시험기준을 조사하여 모든 시험기준을

만족할 수 있도록 시험기준을 결정하였다.

수명 고장률시험기준은 면상발열체의 필드 주 고장모드를 조사하여 조사된 필드 주/

고장모드를 재현할 수 있도록 설계하였다.

- 43 -

관련 시험기준 조사관련 시험기준 조사관련 시험기준 조사관련 시험기준 조사1.1.1.1.

면상발열체와 관련하여 표준화된 국가규격 국제구격 단체규격은 제정되어 있지만, , ,

그 내용은 아직 미흡한 상태로 가정용 및 이와 유사한 전기기기의 안전에 관련된

규격 및 시험항목들을 적용하고 이를 표 과 에 표시하였다3-3 3-4 .

표 관련 시험기준표 관련 시험기준표 관련 시험기준표 관련 시험기준< 3-3>< 3-3>< 3-3>< 3-3>

규격분류 규격번호 규격명

국가규격

KSCIEC60335-1가정용 및 이와 유사한 전기기기의 안전성

제 부 일반 요구사항- 1 :

KSCIEC60335-2-96

가정용 및 이와 유사한 전기기기의 안전성

제 부 방 난방용 면상발열체의- 2-96 : (room heating)

개별유구사항

국제규격

IEC60335-1Household and similar electrical appliance

-Part 1: General requirements

IEC60335-2-96

Household and similar electrical appliance-Safety

-Part 2-96: Particular requirements for flexible

sheet heating elements for room heating

단체규격 UL499 Electric heating appliances

표 관련 규격 비교표 관련 규격 비교표 관련 규격 비교표 관련 규격 비교< 3-4>< 3-4>< 3-4>< 3-4>

구분 시험항목 국가 국제규격/ (KS/IEC) 단체규격(UL)

성능/

환경

시험

정격저항기준 저항 ±10%

무부하 상태( )

기준 저항 +5%, -10%

무부하 상태( )

소비전력기준 소비전력 ±10%

정격전압 상태( )

기준 소비전력 +5%, -10%

정격전압 상태( )

누설전력 인가 이내500V, 5sec 0.25mA 인가 이내500V, 5sec 0.25mA

절연

내력

내전압 분3750V, 1 (AC220V) 분1000V, 1 (AC110V)

절연저항 이상500V, 5㏁ 이상500V, 5㏁

Abnormal Test저항변화율 이내15%

과전압(350V, 5sec)( )

누설전류 절연내력 규격 만족,

히터 표면온도( 90 , 2hr)℃

내습성누설전류 절연내력 규격 만족,

(93±2%RH,25±5 ,48hr)℃

누설전류 절연내력 규격 만족,

(93±2%RH,25±5 ,48hr)℃

- 44 -

신뢰성 평가기준 결정신뢰성 평가기준 결정신뢰성 평가기준 결정신뢰성 평가기준 결정2.2.2.2.

가 성능 및 환경시험가 성능 및 환경시험가 성능 및 환경시험가 성능 및 환경시험....

면상발열체의 품질 및 신뢰성 향상을 위해 성능 및 환경시험은 표준화된 규격을 참

고하여 공정에서 쉽게 적용시킬 수 스크리닝 시험법으로 다음과 같이 결정하였다.

표 성능 및 환경시험기준표 성능 및 환경시험기준표 성능 및 환경시험기준표 성능 및 환경시험기준< 3-5>< 3-5>< 3-5>< 3-5>

시험항목 시험조건 판정기준 비고

정격저항기준 저항 +5%, -10%

무부하 상태( )

기준 저항 +5%, -10%

무부하 상태( )

소비전력기준 소비전력 +5%, -10%

정격전압 상태( )

기준 소비전력 +5%, -10%

정격전압 상태( )

누설전력 인가500V, 5sec 이내0.25mA

절연

내력

내전압분인가 제품3750V, 1 (AC220V )

분인가 제품1000V, 1 (AC110V )절연파괴 없을 것

절연저항 분인가500V, 1 이상일 것5㏁

아크테스트 전극부위를 도 이상 구부림45 아크발생 없을 것자체

규격

온도편차정격전압 하에서

내 온도편차 측정1module이내±3℃

자체

규격

내습성 보관93±2%RH, 25±5 , 48hr℃누설전류 절연내력 규격 만족,

Abnormal Test히터 표면온도 로90 2hr℃

유지시킴누설전류 절연내력 규격 만족,

성능 및 환경시험 전수검사* :

온도편차 내습성 는 샘플링 검사, , Abnormal Test (1ea/Lot.)

정격저항정격저항정격저항정격저항(1)(1)(1)(1)

면상발열체의 양단자에 저항계를 연결하여 저항계의 저항을 측정한다 이 때 저항.

의 허용기준은 제품 사양에 제시된 허용기준을 따른다.

소비전력소비전력소비전력소비전력(2)(2)(2)(2)

면상발열체 양단에 전원과 소비전력계를 연결하여 소비전력이 포화된 후 소비전력

계의 소비전력을 측정한다 소비전력에 대한 허용기준은 제품 사양에 제 된 허용. ㅣ

기준을 따른다.

- 45 -

내전압내전압내전압내전압(3)(3)(3)(3)

시험 전원 주파수 인 교류로 용량 이상의 내전압 시험기를 사용한50~60 500VA㎐

다 내전압 시험기의 의 한쪽은 충전부에 한쪽은 비충전부에 연결한다 규정. Probe , .

된 시험전압을 충전부에 분간 인가하고 비충전부에 이하의 금속박을1 , 20cmx10cm

접촉시켜 절연파괴여부를 확인한다.

절연저항절연저항절연저항절연저항(4)(4)(4)(4)

시험 전원은 주파수 인 교류로 용량 이상의 내전압 시험기를 사용50~60 500VA㎐

한다 내전압 시험기의 의 한쪽은 충전부에 한쪽은 비충전부에 연결한다 시. Probe , .

험전압 를 충전부에 분간 인가하고 비충전부에 이하의 금속박500V 1 , 20cmx10cm

을 접촉시켜 절연파괴여부를 확인한다 절연저항에 대한 허용기준은 규격에 따른다. .

아크테스트아크테스트아크테스트아크테스트(5)(5)(5)(5)

면상발열체 양말단에 위치한 구리전극부위를 도 이상 굽힘을 주었을 때 구리전극45

부위에서 아크발생 여부를 시험한다.

온도편차온도편차온도편차온도편차(6)(6)(6)(6)

면상발열체 을 샘플링하여 샘플 표면에 이상 지점에 온도센서를 부1module 6point

착하고 제품 규격에 의한 정격전압을 인가하여 열평형이 이루어졌을 때 온도데이,

터 로거에 측정되는 온도편차를 측정한다 온도편차 허용기준은 규격에 따른다. .

내습성내습성내습성내습성(7)(7)(7)(7)

무부하 상태로 93±2%R.H, 25±5℃ 조건에서 보관한 후 누설전류 및 절연내48hr

력을 측정하여 시험품 모두 환경시험의 허용기준을 만족하는 경우 적합한 것으로

판정한다.

(8) Abnormal Test(8) Abnormal Test(8) Abnormal Test(8) Abnormal Test

면상발열체 시험샘플 을 슬라이닥스 가변전압기 에 연결하여 전압을 상승(1module) ( )

시켜 표면온도 90℃가 되도록 설정한다 이 온도에저 유지시킨 후 상온으로 자. 2hr

연 냉각시켜 누설전류 및 절연내력을 측정한다 시험품 모두 환경시험의 허용기준.

을 만족하는 경우 적합한 것으로 판정한다.

- 46 -

저항 소비전력 측정저항 소비전력 측정저항 소비전력 측정저항 소비전력 측정(a) / (Equipment : HP 34401 Multimeter)(a) / (Equipment : HP 34401 Multimeter)(a) / (Equipment : HP 34401 Multimeter)(a) / (Equipment : HP 34401 Multimeter)

절연내력 시험절연내력 시험절연내력 시험절연내력 시험(b) (Equipment : KIKUSUI-TOS 8850)(b) (Equipment : KIKUSUI-TOS 8850)(b) (Equipment : KIKUSUI-TOS 8850)(b) (Equipment : KIKUSUI-TOS 8850)

- 47 -

아크테스트 출하검사기아크테스트 출하검사기아크테스트 출하검사기아크테스트 출하검사기(c) (Equipment : )(c) (Equipment : )(c) (Equipment : )(c) (Equipment : )

온도편차 시험온도편차 시험온도편차 시험온도편차 시험(d) (Equipment : Temp. Data Recorder (Gist, 8ch))(d) (Equipment : Temp. Data Recorder (Gist, 8ch))(d) (Equipment : Temp. Data Recorder (Gist, 8ch))(d) (Equipment : Temp. Data Recorder (Gist, 8ch))

- 48 -

(c) Abormal Test (Equipment : Variable AC Autotransformer)(c) Abormal Test (Equipment : Variable AC Autotransformer)(c) Abormal Test (Equipment : Variable AC Autotransformer)(c) Abormal Test (Equipment : Variable AC Autotransformer)

그림 스크리닝 시험 사진그림 스크리닝 시험 사진그림 스크리닝 시험 사진그림 스크리닝 시험 사진[ 3-16][ 3-16][ 3-16][ 3-16]

- 49 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론4444

본 연구개발을 통해서 수출용 면상발열체에 대한 제품의 품질 및 공정개선을 확보

하여 신뢰성이 향상된 면상발열체 제조기술을 확보하였으며 그 결과는 다음과 같,

다.

표 구체적 연구개발 목표치 및 결과.

위의 연구 목표로 설정한 절전특성 열분포 열전환 효율의 목표치 달성으로 인해, ,

제품의 품질향상을 추구할 수 있었고 더불어 내전압 및 테스트를 통해 제, On/off

품의 안전성을 확인할 수 있었다 시험성적서 참조 본 연구개발 결과를 다음과 같. ( )

이 요약 하였다.

고순도 탄소재료를 이용하고 기능성 바인더 및 각종 첨가제와 함께 제조하여1. ,

저가이면서 발열특성이 우수하고 인체에 유익한 원적외선이 다량 방출되는 전도성,

잉크를 개발하였으며 절전특성 및 온도편차가 거의 없는 신뢰성이 향상된 면상발,

열체를 제조하였다.

또한 기존의 실크스크린 인쇄방식을 탈피한 신개념의 딥코팅 및 그라비아 인쇄2. ,

방식을 통하여 정밀 코팅이 가능하게 하였으며 대량 생산화가 가능한 연속공정 면,

상발열체 제작 장치를 개발하였다.

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기존 면상발열체의 전극구조에서 완충 의 재료변경 및 구리전극 부분의 구3. Layer

조 설계 개선을 통하여 주된 필드고장품 아킹에 의한 의 구조적 문제점을 해( Burnt)

결하여 신뢰성이 향상된 제품개발이 가능하였다.

면상발열체를 실제 농업용 난방설비로 응응하여 버섯막사에 적용하는 필드테스4.

트를 통하여 면상발열체의 난방효율의 우수성을 확인하였고 원적외선의 효능을 실,

제 농작물의 생육조건에 미치는 영향도 지속적으로 관리하여 면상발열체의 다양한

응용 분야에 대응할 수 있는 가능성을 확인하였다.

면상발열체의 필드고장품의 주 고장모드를 분석하여 면상발열체에 적합한 가속5.

수명 시험법 및 제조공정상 실제 적용하는 스크리닝 시험법을 개발하였으며 이로,

인해 추후 면상발열체의 보증수명 및 신뢰수명을 확인 할 수 있는 신뢰성 시험법의

표준 메뉴얼을 제정하였다.

개발된 면상발열체에 대한 신뢰성 인증으로서 국내 전기용품 안전인증 미국 및6. , ,

캐나다 인증 일본 러시아 인증을 획득하였으며 당사 기술연구소가UL , PSE, GOST ,

지정 으로 지정되었다UL Test Lab(WTBP) .

환경시험에서 나타난 제품성능의 고온안정성 및 고습조건에서의 안전성 부분은7.

지속적인 연구개발을 통하여 보완되어져야 할 부분이다.