(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠赤外線放射物質として沃土、黄土、珪石、麦飯石、天然玉、炭、ゲルマニウム、トルマリン及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれたいずれか一つを含む遠赤外線放射層、金属層及び直径が２０ｎｍ〜２５０ｎｍで長さが１μｍ〜１０μｍの金属ナノワイヤーを１重量％〜５０重量％含む炭素ナノチューブ発熱層の積層構造を含む自動車用面状発熱体。
【請求項２】
炭素ナノチューブ発熱層に電気的に連結され、電源を印加したときに前記炭素ナノチューブ発熱層の発熱を誘導する電極層をさらに含む、請求項１に記載の自動車用面状発熱体。
【請求項３】
前記電極層に電源を印加したとき、前記炭素ナノチューブ発熱層の発熱温度は１００℃〜３００℃である、請求項２に記載の自動車用面状発熱体。
【請求項４】
前記遠赤外線放射層は、前記炭素ナノチューブ発熱層の発熱によって輻射熱を放出する、請求項１に記載の自動車用面状発熱体。
【請求項５】
前記金属層は、前記炭素ナノチューブ発熱層から発生する熱を放出できるように２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導度を有する金属シートを含む、請求項１に記載の自動車用面状発熱体。
【請求項６】
前記金属層は、アルミニウム、銅、金、銀、白金及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた一つ以上の金属シートを含む、請求項１に記載の自動車用面状発熱体。
【請求項７】
前記遠赤外線放射層の下部にプライマー層をさらに含む、請求項１に記載の自動車用面状発熱体。
【請求項８】
前記プライマー層は、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、エステル系樹脂及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた樹脂を含む、請求項７に記載の自動車用面状発熱体。
【請求項９】
前記金属層の下部に中間層をさらに含む、請求項１に記載の自動車用面状発熱体。
【請求項１０】
前記中間層は、ガラス粉末またはガラス繊維をバインダーとして含む、請求項９に記載の自動車用面状発熱体。
【請求項１１】
前記自動車用面状発熱体の発熱温度は５０℃〜１００℃である、請求項１に記載の自動車用面状発熱体。
【請求項１２】
前記自動車用面状発熱体の熱効率が３０％以上である、請求項１に記載の自動車用面状発熱体。
【請求項１３】
前記自動車用面状発熱体の周辺大気温度の変化は１０℃以内である、請求項１に記載の自動車用面状発熱体。
【請求項１４】
前記自動車用面状発熱体は、被発熱体に直接接触しないように自動車の内部に付着させる、請求項１に記載の自動車用面状発熱体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
輻射熱を用いた自動車用面状発熱体に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車の開発が加速化されるにつれて、従来の自動車では問題とならなかった暖房システムに対する関心が急増している。従来の自動車では空気吹込式（Ａｉｒ―ｂｌｏｗｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）暖房体を使用していたが、電気自動車は別途の暖房手段を有しておらず、電気自動車のバッテリーは、冬季に外部温度が急減して零下約１０℃以下になると、燃費及び効率が減少するという短所を有していた。
【０００３】
前記の短所を克服するために、伝達エネルギーを用いた面状暖房体をバッテリーに適用して温度の均一性を確保していたが、冬期に車の内部温度を暖かくするには消費電力の限界があり、その効果が大きくなかった。また、車に搭乗する人が快適であると感じ、且つ一般に通用し得る大気温度の基準を定めた後、その温度に到逹し得る効率的な方法が必要であることから、電気自動車に適用するための暖房体開発の必要性が台頭している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】なし
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一具現例は、炭素ナノチューブ発熱層の発熱によって発生した熱が金属層に伝達され、遠赤外線放射層を通過することによって、輻射熱を放出し、被発熱体に輻射熱を伝達する自動車用面状発熱体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一具現例において、遠赤外線放射層、金属層及び金属ナノワイヤー（以下、単に「金属ワイヤー」という）を１重量％〜５０重量％含む炭素ナノチューブ発熱層の積層構造を含む自動車用面状発熱体を提供する。
【０００７】
前記炭素ナノチューブ発熱層に電気的に連結され、電源を印加したときに前記炭素ナノチューブ発熱層の発熱を誘導する電極層をさらに含むことができる。
【０００８】
前記電極層に電源を印加したとき、前記炭素ナノチューブ発熱層の発熱温度は約１００℃〜約３００℃であり得る。
【０００９】
前記炭素ナノチューブ発熱層は、金属ワイヤーを約１重量％〜約５０重量％含む。
【００１０】
前記遠赤外線放射層は、遠赤外線放射物質を含むことができる。
【００１１】
前記遠赤外線放射物質は、沃土、黄土、珪石、麦飯石、天然玉、炭、ゲルマニウム、トルマリン及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれたいずれか一つを含むことができる。
【００１２】
前記遠赤外線放射層は、前記炭素ナノチューブ発熱層の発熱によって輻射熱を放出することができる。
【００１３】
前記金属層は、前記炭素ナノチューブ発熱層で発生する熱を放出できるように２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導度を有する金属シートを含むことができる。
【００１４】
前記金属層は、アルミニウム、銅、金、銀、白金及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた一つ以上の金属シートを含むことができる。
【００１５】
前記遠赤外線放射層の下部にプライマー層を含むことができる。
【００１６】
前記プライマー層は、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、エステル系樹脂、オレフィン樹脂及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた樹脂を含むことができる。
【００１７】
前記金属層の下部に中間層を含むことができる。
前記中間層は、ガラス粉末またはガラス繊維をバインダーとして含むことができる。
【００１８】
前記自動車用面状発熱体の発熱温度は約５０℃〜約１００℃であり得る。
前記自動車用面状発熱体の熱効率が約３０％以上であり得る。
前記自動車用面状発熱体の周辺大気温度の変化は約１０℃以内であり得る。
【００１９】
前記自動車用面状発熱体は、被発熱体に直接接触しないように自動車の内部に付着させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
前記自動車用面状発熱体は、別途の暖房システムを備えていない電気自動車の冬期の室内温度を高めることができる。
【００２１】
また、前記自動車用面状発熱体が適用される位置に応じて、搭乗者が安らぎを感じる自動車の室内温度を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例である自動車用面状発熱体を図式化して示した図である。
【図２】前記自動車用面状発熱体が含む炭素ナノチューブ発熱層をＳＥＭ撮影して示した図である。
【図３】前記自動車用面状発熱体が含む金属層としてアルミニウム金属シートを使用した場合の、アルミニウム金属シートの熱拡散係数を測定して示した図である。
【図４】本発明の他の実施例である自動車用面状発熱体を図式化して示した図である。
【図５】本発明の更に他の実施例である自動車用面状発熱体を図式化して示した図である。
【図６】前記自動車用面状発熱体の多様な形状を図式化して示した図である。
【図７】＜実験例２＞において、自動車に設置された前記自動車用面状発熱体の位置を図式化して示した図である。
【図８】＜実験例３＞において、実施例の自動車用面状発熱体を設置した場合とＡｉｒ  Ｂｌｏｗｉｎｇ  ＰＴＣヒーターを設置した場合における消耗電力をグラフで示した図である。
【図９】＜実験例３＞において、実施例の自動車用面状発熱体を設置した場合とＡｉｒ  Ｂｌｏｗｉｎｇ  ＰＴＣヒーターを設置した場合における消耗電力をグラフで示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下では、本発明の具現例を詳細に説明する。但し、これは例示として提示されるものであって、これによって本発明が制限されることはなく、本発明は、後述する請求項の範疇によって定義されるものに過ぎない。
【００２４】
本発明の一具現例では、遠赤外線放射層、金属層及び金属ワイヤーを含む炭素ナノチューブ発熱層の積層構造を含む自動車用面状発熱体を提供する。
【００２５】
前記自動車用面状発熱体は、自動車の室内温度を加熱したとき、車に搭乗する人が感じる快適な大気温度を維持するためのものであって、自動車用面状発熱体の発熱温度に応じて発熱体を構成し、自動車内部の大気温度を維持させることができる。前記快適温度は、人体が処している大気温度を快適であると感じるか、それとも快適であると感じないかを称する温度であって、人によって相対的な差はり得るが、前記快適温度は、大多数の人たちが安らぎを感じる大気温度を意味する。
【００２６】
通常の自動車に試みられていた発熱ハンドル、発熱座席シート、または身体下部を暖める役割をし、消費電力が大きい空気吹込式発熱体（例えば、Ａｉｒ  Ｂｌｏｗｉｎｇ  ＰＴＣヒーター）とは対照的に、前記自動車用面状発熱体を使用することによって、使用エネルギーを効果的に減少させることができる。また、前記自動車用面状発熱体の熱流量を最大限高めて発熱温度を調節することによって、人体の下半身を効果的に暖め、冬期に暖房体によって消耗される自動車のエネルギーを最小化し、運行距離を高めることができる。
【００２７】
具体的に、電気自動車の場合、別途の発熱体が存在しないので、自動車の室内で人体の下半身に発熱体が存在する場合、車に搭乗した試乗者は、発熱体が存在しない場合よりも安らぎを感じることができる。
【００２８】
図１は、本発明の実施例である自動車用面状発熱体を図式化して示したものであって、前記自動車用面状発熱体１０は、遠赤外線放射層３００、金属層２００及び炭素ナノチューブ発熱層１００を含むことができる。
【００２９】
前記炭素ナノチューブ発熱層１００は金属ワイヤーを含むことができる。従来は、金属と炭素ナノチューブ自体の複合体を使用したこともあったが、球状の金属粒子が炭素ナノチューブに表面処理されることによって、曲面にコーティングが行われる場合と同様に、金属粒子の分散が均一でなく、金属粒子が連結されないので電気が一側に流れることがあった。そこで、炭素ナノチューブ発熱層が球状の金属粒子ではない線状の金属ワイヤーを一体に含むことによって、金属ワイヤーを炭素ナノチューブ上に均一に分散させることができ、その結果、炭素ナノチューブ発熱層に電圧が印加されると、電気が均一に流れ得る。
【００３０】
金属ワイヤーは、一定の直径を有するワイヤー構造体を称し、概して約１０ｎｍ未満の直径を有するナノワイヤーから数百ｎｍの直径を有するナノワイヤーまで含むことができる。具体的に、金属ワイヤーの直径は約２０ｎｍ〜約２５０ｎｍであり得る。
【００３１】
また、前記金属ワイヤーの縦横比は約４〜約５０であり得る。前記縦横比は、横及び縦の比率を称し、金属ワイヤーの長さを金属ワイヤーの直径で割った値を意味する。具体的に、前記金属ワイヤーの長さは約１μｍ〜約１０μｍになり得る。
【００３２】
図２は、前記自動車用面状発熱体が含む炭素ナノチューブ発熱層をＳＥＭ撮影して示したものであって、炭素ナノチューブ発熱層が約２０ｎｍ〜約２５０ｎｍの直径を有する金属ワイヤーを含んでいることが分かる。
【００３３】
前記自動車用面状発熱体は、炭素ナノチューブ発熱層１００に電気的に連結され、電源を印加したときに前記炭素ナノチューブ発熱層の発熱を誘導する電極層をさらに含むことができる。前記電極層に電源を印加したとき、すなわち、電圧が加えられて電気が流れると、前記炭素ナノチューブ発熱層に熱が発生し、前記炭素ナノチューブ発熱層の温度が上昇し得る。具体的に、前記炭素ナノチューブ発熱層によって発生した熱が遠赤外線放射層に伝導され、伝導された熱が前記遠赤外線放射層を通過することによって、輻射熱を放出することができ、放出された輻射熱を被発熱体に伝達することができる。
【００３４】
より具体的に、前記電極層に電源を印加したとき、前記炭素ナノチューブ発熱層の発熱温度は約１００℃〜約３００℃であり得る。発熱温度は、前記電極層に電源を印加したときの前記炭素ナノチューブ発熱層の表面温度を称し、電極層に電源が加えられることによって炭素ナノチューブ発熱層に熱が発生するが、このときに発生する熱により、前記炭素ナノチューブ発熱層が一定の発熱温度を維持することができる。
【００３５】
前記炭素ナノチューブ発熱層は金属ワイヤーを含んでいるので、電極層に電源が印加される場合、電気が均一に流れると共に、前記発熱温度を前記の範囲に維持することができる。前記炭素ナノチューブ発熱層の発熱温度を維持することによって、遠赤外線線放射層及び金属層に伝導される熱の損失を防止し、快適温度を維持することができる。
【００３６】
前記炭素ナノチューブ発熱層の厚さは約２μｍ〜約１０μｍであり得る。前記炭素ナノチューブ発熱層の厚さを前記の範囲に均一に維持することによって、クラックの発生を防止することができ、自動車用面状発熱体の一定水準の耐久性を確保することができる。
【００３７】
前記炭素ナノチューブ発熱層は、金属ワイヤーを約１重量％〜約５０重量％含む。金属ワイヤーは、上述した通りであって、前記の範囲の金属ワイヤーを含むことによって炭素ナノチューブ発熱層の温度制御が容易であり、面状発熱体の目標とする面抵抗の具現において効率に優れ、電気の流れを円滑にすることができる。具体的に、前記金属ワイヤーは、銀、銅、アルミニウム、金、白金及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれたいずれか一つを含むことができ、電気伝導度を考慮すると、銀を含むことが特に好ましい。
【００３８】
前記遠赤外線放射層３００は、遠赤外線放射物質を含むことができる。前記自動車用面状発熱体が前記遠赤外線放射層を含むことによって、人体にやさしい熱を発生させることができ、前記遠赤外線放射層自体の分光放射率によってエネルギー節減効果を有することができる。具体的に、前記遠赤外線放射物質は、沃土、黄土、珪石、麦飯石、天然玉、炭、ゲルマニウム、トルマリン及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれたいずれか一つを含むことができる。
【００３９】
遠赤外線は、光の波長領域中の約３μｍ〜約１０００μｍの範囲で可視光線よりも強い熱作用をする赤外線を称し、前記炭素ナノチューブ発熱層によって発生した熱が前記遠赤外線放射層を通過することによって遠赤外線が発生し、前記の発生した遠赤外線を前記遠赤外線放射層が吸収することによって輻射熱を放出することができる。前記輻射熱は、物体から放出する電磁気波を直接物体が吸収すると同時に、熱に変わったときに発生する熱を称し、前記遠赤外線放射層から放出する遠赤外線を前記遠赤外線放射層が吸収すると同時に、熱に変化させることによって、輻射熱を発生させることができる。
【００４０】
前記遠赤外線放射層３００と前記炭素ナノチューブ発熱層１００との間に金属層２００を含むことができる。前記金属層は、高い熱伝導度を有する放熱金属シートを含むことによって、炭素ナノチューブ発熱層で発生する熱を遠赤外線放射層に迅速に伝達し、熱損失の最小化によって自動車用面状発熱体の熱効率を３０％以上に維持させることができる。また、前記金属層は、前記炭素ナノチューブ発熱層で発生する熱を放出させるヒートシンクの役割をすることによって、前記金属層の熱変形を防止し、全体的に自動車用面状発熱板の熱変形を抑制することができる。
【００４１】
具体的に、前記金属層は、前記炭素ナノチューブ発熱層で発生する熱を放出できるように２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導度を有する放熱金属シートを含むことができる。より具体的に、前記金属層は、アルミニウム、銅、金、銀、白金及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた一つ以上の金属シートを含むことができる。熱伝導度及び価格競争力の面で、前記金属層としてはアルミニウム金属シートを使用することができる。アルミニウム金属シートの場合、厚さ方向に特に熱拡散係数が高く、熱伝導度に優れるので、熱を累積させずに容易に放出させることができる。
【００４２】
前記金属層の厚さは約０．１ｍｍ〜約２ｍｍであり得る。金属層の厚さが過度に薄いと、炭素ナノチューブ発熱層で発生する熱を確実に放出させることができなく、金属層の厚さが過度に厚いと、自動車用面状発熱体を曲面に製造することが難しくなるという問題がある。
【００４３】
図３は、前記自動車用面状発熱体が含む金属層としてアルミニウム金属シートを使用した場合、アルミニウム金属シートの熱拡散係数を測定して示したものである。図３を参考にすると、１ｍｍ、０．５ｍｍ、０．５ｍｍ及び０．２ｍｍの厚さのアルミニウム金属シートの熱拡散係数（厚さ方向）は、約２５℃で９２．９９ｍｍ２／ｓ、６０．８２ｍｍ２／ｓ、３９．８８ｍｍ２／ｓ及び２３．２３ｍｍ２／ｓであり、いずれも高い値を有すると測定されるので、熱拡散係数に比例して熱伝導度も高い値を有することを確認することができる。
【００４４】
図４は、本発明の他の実施例である自動車用面状発熱体を図式化して示した図であって、図４を参考にすると、前記自動車用面状発熱体１０は、上から遠赤外線放射層３００、プライマー層４００、金属層２００及び炭素ナノチューブ発熱層１００を含むことができる。
【００４５】
前記プライマー層４００は、接着性能を帯びているものであって、遠赤外線放射層３００と金属層２００との間の付着力が表れない場合に備える役割をし、前記遠赤外線放射層３００と金属層２００との間に含ませることができる。
【００４６】
そのため、前記プライマー層の厚さは約２μｍ〜約２０μｍであり得るので、前記の範囲の厚さを維持することによってクラックの発生を最小化し、前記遠赤外線放射層を均一にコーティングさせることができる。
【００４７】
前記プライマー層は、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、エステル系樹脂、オレフィン樹脂及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた樹脂を含むことができる。
【００４８】
前記ウレタン系樹脂としては、ポリウレタンディスパージョン樹脂、ポリエチレン変性ポリウレタン樹脂などのイソプレンジイソシアネート、アジピン酸及び多価アルコールから製造されるポリウレタン樹脂；アクリル―ウレタン樹脂、ポリエチレン―アクリル変性ポリウレタン樹脂などのアクリルポリオール及びポリイソシアネートから製造されるポリウレタン樹脂；ポリカプロラクトンポリオールまたはポリカーボネートポリオール、イソシアネート及びパラフェニレンジイソシアネートから製造されたポリウレタン樹脂；４，４'―ビス（ω―ヒドロキシアルキレンオキシ）ビフェニル及びメチル―２，６―ジイソシアネートヘキサノエートから製造されるポリウレタン樹脂；及びアセタール結合を有するポリウレタン樹脂などを使用することができる。
【００４９】
具体的に、前記多価アルコールとしては、アクリルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリオレフィン系ポリオールなどを使用することができる。
【００５０】
前記アクリル樹脂は、耐高温高湿性、耐寒性及び加工性に優れ、価格が低いので、金属層の上部に使用することによって前記遠赤外線放射層との付着力を上昇させることができる。前記アクリル樹脂としては、水溶化が可能な程度のカルボキシル基を含む通常の単量体組成で合成されたアクリル系樹脂を使用することができる。
【００５１】
前記アクリル系樹脂単量体としては、例えば、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、イソプロピル（メタ）アクリレート、ノルマルブチル（メタ）アクリレート、イソブチル（メタ）アクリレート、２―エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレート、ヒドロキシブチル（メタ）アクリレートを挙げることができる。
【００５２】
また、前記エポキシ樹脂は、付着性、耐食性、上塗り塗装性などに優れ、金属層の上部に適宜使用することができる。前記エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型樹脂、ビスフェノールＦ型樹脂及びノボラック樹脂などを使用することができる。
【００５３】
前記エステル樹脂は、硬化性、耐薬品性、耐熱性、可塑性、有機物との付着性に優れるので金属層の上部に使用することができ、前記エステル樹脂としては、無水マレイン酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、アジピン酸、ピメリン酸から製造されるポリエステル樹脂、エチレングリコール変性エステル樹脂、プロピレングリコール変性エステル樹脂、ネオペンチルグリコール変性エステル樹脂を挙げることができる。
【００５４】
図５は、本発明の更に他の一つの実施例である自動車用面状発熱体を図式化して示したものであって、図５を参照すると、前記自動車用面状発熱体１０は、上から遠赤外線放射層３００、金属層２００、中間層５００及び炭素ナノチューブ発熱層１００を含むことができる。
【００５５】
前記中間層５００は、電気絶縁層であって電気が通らないので、炭素ナノチューブ発熱層１００によって発生した熱が金属層２００を介して遠赤外線放射層３００に伝達されるにおいて、遠赤外線放射層を均一に金属層の上部に付着させて形成することができなく、前記金属層と前記遠赤外線放射層との間に気泡が発生し、遠赤外線放射層にしわが生じる現象を防止する役割をする。
【００５６】
前記中間層は、ガラス粉末またはガラス繊維をバインダーとして含むことができる。前記ガラス粉末またはガラス繊維をバインダーとして含むことによって、電気絶縁層となって電気が通ることを防止することができ、その結果、遠赤外線放射層が熱によって不均一に金属層の上部に形成される現象を改善することができる。
【００５７】
ガラス粉末は、ガラスが粉末状に存在することを意味し、ガラス粉末の粒子径は約０．４μｍ〜約４０μｍであり得る。また、ガラス繊維は、溶融したガラスを繊維状にした鉱物繊維を意味し、ガラス繊維の直径が細いほど物性に優れ、引張強度にも優れるので、前記中間層が含むガラス繊維の直径は約５μｍ〜約２０μｍであり得る。
【００５８】
前記中間層は、前記ガラス粉末及びガラス繊維バインダーとし、各種添加剤及び合成樹脂材と混合して形成することができる。
【００５９】
前記自動車用面状発熱体の発熱温度は、約５０℃〜約１００℃であり得る。自動車用面状発熱体の発熱温度は、輻射熱を発生する発熱体自体の表面温度を称し、前記電極層に電源を印加したとき、前記炭素ナノチューブ発熱層の発熱温度が約１００℃〜約３００℃になり得るが、前記金属層及び遠赤外線放射層によって熱が損失され、前記自動車用面状発熱体の発熱温度は約５０℃〜約１００℃に確保することができる。
【００６０】
前記自動車用面状発熱体の熱効率（ｅ）は約３０％以上であり得る。前記熱効率（ｅ）は、｛１−（Ｑｒａｄ）／（Ｑｒｅｆ）｝×１００の式で計算することができ、このとき、Ｑｒｅｆは、輻射熱がない初期状態の発熱体の熱流量を意味し、Ｑｒａｄは、輻射熱がある後期状態の発熱体の熱流量を意味し、それぞれのＱｒｅｆ及びＱｒａｄは、ＡＮＳＹＳ（シミュレーションモデル）を使用して得られ、各発熱体を加熱したときの表面温度と発熱体によって変化する被発熱体の温度を測定し、得られたＱｒｅｆ及びＱｒａｄを用いて代入することによって熱効率を計算することができる。
【００６１】
前記熱流量は、ある断面を単位時間単位面積当たりに通過する熱量を称し、前記自動車用面状発熱体の熱流量は、前記炭素ナノチューブ発熱層、金属層及び前記遠赤外線放射層によって発生した輻射熱が単位時間単位面積当たりに通過する熱量を意味し、下記の［式］及び３Ｄ―シミュレーションモデルを通じて計算することができる。
【００６２】
［式］
Ｑ＝ｈｃ・（ＲＳＴ−ｔａ）＋εｓ・εａ・σ・［(ＲＳＴ＋２７３．２)４−(ｔｒ＋２７３．２)４]
（Ｑ：熱流量、ｈｃ：対流熱伝逹係数、ＲＳＴ：表面温度、ｔａ：大気温度、εｓ、εａ：放出係数、σ：ボルツマン定数、ｔｒ：平均輻射温度）
【００６３】
このとき、前記表面温度（ＲＳＴ）は、熱の損失が反映された熱平衡によって決定される因子であって、自動車内の大気温度及び発熱体からの輻射温度などを考慮して熱流量を測定することができる。
【００６４】
前記熱流量は、自動車用面状発熱体の熱効率及び周辺大気温度に直接的な影響を及ぼし得る数値であって、前記自動車用面状発熱体が一定範囲の熱流量を維持することによって一定の大気温度を維持することができ、被発熱体が冬季に自動車の室内で安らぎを感じることができる。
【００６５】
例えば、自動車搭乗者の下半身を基準にして左、右、上面部に前記自動車用面状発熱体を設置した後、前記面状発熱体の輻射熱に対して単位時間当たり単位面積を通じて移動した熱流量を比較し、上述したように熱効率を計算した結果、熱効率が約３０％以上であるときに前記自動車用面状発熱体の周辺大気温度変化が約１０℃以内に維持されたので、自動車用面状発熱体としての効率を有することを確認した。
【００６６】
また、前記熱効率が約５０％以上である場合は、前記自動車用面状発熱体の周辺大気温度変化が約５℃以内に維持されたので、車の内部で快適温度を維持することができ、前記熱効率が約６０％以上である場合は、前記自動車用面状発熱体の周辺温度が常温以下に下降しないことを確認した。
【００６７】
そのため、前記自動車用面状発熱体の熱効率が約３０％以上である場合、搭乗した人体の温度が常温に維持され、大気温度が快適な温度に維持できるという面に長所がある。
【００６８】
前記自動車用面状発熱体の周辺大気温度の変化は、約１０℃以内であり得る。周辺大気温度の変化は、前記自動車用面状発熱体の作動前と作動後の周辺大気温度の変化を称し、前記面状発熱体の熱効率が良いほど周辺大気温度の変化が少なくなり、適正な自動車内の温度を維持することができる。
【００６９】
例えば、前記自動車用面状発熱体の被発熱体は、人体、自動車に搭乗した試乗者になり得る。前記被発熱体は、前記自動車用面状発熱体の周辺大気温度の変化を感知し、周辺大気温度の変化が約１０℃以内である場合、人体は安らぎを感じ、脚、手及び胸の体温が維持されたときに熱的な快適さを感じることができる。
【００７０】
前記自動車用面状発熱体は、被発熱体に直接接触しないように自動車の内部に付着させることができる。前記自動車用面状発熱体は、遠赤外線放射層によって輻射熱を放出するので、被発熱体に直接接触しないにもかかわらず、被発熱体が前記輻射熱の放出によって加熱された周辺大気温度を通じて暖かさを感じることができる。前記被発熱体が人体、例えば、自動車に搭乗した試乗者になった場合、前記自動車用面状発熱体の輻射熱の放出によって前記自動車用面状発熱体との直接的な接触なく、被発熱体が処した前記自動車用面状発熱体の大気温度を一定に維持することができる。
【００７１】
具体的に、前記自動車用面状発熱体は、人体の上半身ではない下半身に向かって位置させることができる。熱流量を５段に調節可能な自動車用面状発熱体を作動させ、各段の強さで放出された輻射熱の記録を用いて人体が安らぎを感じる快適温度を部位別に算出し、脚部位が、人体が感じる快適温度に最も大きな影響を及ぼすことが分かった。したがって、体温を維持させるにおいて、人体の下半身が最も重要な比率を占めることを確認したので、人体が快適さを感じる大気温度の維持のために人体の下半身に向かって自動車用面状発熱体を位置させ、人体の下半身が前記自動車用面状発熱体の輻射熱の影響を受けることができた。
【００７２】
図６は、前記自動車用面状発熱体の多様な形状を図式化して示したものである。前記自動車用面状発熱体は、人体の下半身を加熱するために多様な形状に自動車の座席の下部分に集中的に分布させ得るので、多くの多角形状に自動車の内部に適用することができる。
【００７３】
以下では、本発明の具体的な各実施例を提示する。但し、下記に記載された各実施例は、本発明を具体的に例示又は説明するためのものに過ぎなく、これによって本発明が制限されてはならない。
【００７４】
＜実施例及び比較例＞
（実施例）
シルクスクリーンプリント及びバーコーティングの方法を用いて遠赤外線放射層、金属層及び金属ワイヤーを含む炭素ナノチューブ発熱層を印刷・コーティングし、製造されたそれぞれの層をラミネートして自動車用面状発熱体を製造した。
【００７５】
（比較例）
前記炭素ナノチューブ発熱層を含まないことを除いては、前記実施例と同一の方法で自動車用面状発熱体を製造した。
【００７６】
＜実験例１＞―自動車用面状発熱体の遠赤外線効果の立証実験
閉じた系（Ｃｌｏｓｅｄ  Ｓｙｓｔｅｍ）ボックスに前記実施例及び比較例の自動車用面状発熱体を設置し、遠赤外線放射層自体を最初の距離（０ｃｍ）にした後、遠赤外線放射層から１０ｃｍ、２０ｃｍ、３０ｃｍだけ離れた距離による温度変化を観察した。このとき、閉じた系ボックスに８８Ｗ、１２０Ｗの電力を加え、電力による温度変化をそれぞれ測定した。
【００７７】
このとき、下記の表１は、実施例に８８Ｗの電力が加えられた場合の遠赤外線放射層からの距離による温度変化を示し、下記の表２は、比較例に８８Ｗの電力が加えられた場合の遠赤外線放射層からの距離による温度変化を示し、下記の表３は、実施例に１２０Ｗの電力が加えられた場合の遠赤外線放射層からの距離による温度変化を示し、下記の表４は、比較例に１２０Ｗの電力が加えられた場合の遠赤外線放射層からの距離による温度変化を示す。
【００７８】
【表１】
0006353855.tif 000002
【００７９】
【表２】
0006353855.tif 000003
【００８０】
【表３】
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【００８１】
【表４】
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【００８２】
前記表１〜４を参照すると、炭素ナノチューブ発熱層が含む前記実施例に８８Ｗの電力を加えた場合は約８．６℃、１２０Ｗの電力を加えた場合は約１２．５℃の温度が増加すると測定されたが、これは、炭素ナノチューブ発熱層を含まない前記比較例に８８Ｗ及び１２０Ｗの電力を加えた場合に比べて約２倍ほど温度が増加したことを示す。そのため、炭素ナノチューブ発熱層を含む実施例の輻射エネルギー効果が比較例に比べて優れることが分かった。
【００８３】
＜実験例２＞―自動車用面状発熱体の実測の評価
図７は、＜実験例２＞において、自動車に設置された前記自動車用面状発熱体の位置を図式化して示したものであって、具体的に、人体下半身の右側の面状発熱体の位置を１とし、人体下半身の上側の面状発熱体の位置を２とし、人体下半身の左側の面状発熱体の位置を３とし、それぞれの位置に応じて前記実施例の自動車用面状発熱体を電気自動車の内部に付着させ、電気自動車に一定の電力を与えて前記実施例の自動車用面状発熱体を作動させた。
【００８４】
１）発熱温度及び熱効率
下記の表５に記載したように面状発熱体を位置させ、自動車用面状発熱体を作動させた。ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  ７７３０を用いて運転席の頭及び底部分にセンサーを設置し、自動車用面状発熱体による発熱温度を測定した。具体的に、前記発熱温度は、２段ギアで３２ｋｍ／ｈ速度の走行条件で測定した。
【００８５】
また、前記のような方法で前記自動車用面状発熱体の作動前、作動後の熱流量を測定し、熱効率を計算した。熱効率値が高いほど自動車用面状発熱体の効果が良いと判断する。
【００８６】
２）人体が感じる最低の周辺大気温度
前記自動車用面状発熱体が備えられている自動車に１００人を搭乗させた後、１００人が感じた周辺大気の最低温度を測定し、前記自動車用面状発熱体の作動前と作動後の周辺大気温度の変化を測定した。
【００８７】
【表５】
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【００８８】
前記表５を参照すると、実施例の場合、自動車の面状発熱体の位置及び作動の可否によって差はあるが、発熱温度は約５０℃〜約１００℃、熱効率は約３０％〜約６０％と測定された。また、周辺大気温度の変化は約１０℃以内を維持したので、搭乗者たちは安らぎを感じ、脚、手及び胸の体温が維持されることによって熱的な快適さを感じたことを確認した。
【００８９】
＜実験例３＞―自動車用面状発熱体の電力消耗の比較
電気自動車の内部にＡｉｒ  Ｂｌｏｗｉｎｇ  ＰＴＣヒーター（商品名、ＶＷ  ＰＯＬＯ  ＢＥＨＲ  ６Ｒ０．９８８．２３５）を設置した場合と、上述した図６のように、実施例の自動車用面状発熱体１、２、３を電気自動車の内部に設置した場合において、自動車の内部温度を同一に上昇させるのに必要な消耗電力をＤＩＮ  １９４６―３でそれぞれ測定し、その結果を図７に示した。
【００９０】
図８を参考にすると、Ａｉｒ  Ｂｌｏｗｉｎｇ  ＰＴＣヒーターを設置した場合と、実施例の自動車用面状発熱体を電気自動車の内部に設置した場合において、約３０℃に到逹するのにかかる時間は約１５分〜約２０分間と類似していたが、Ａｉｒ  Ｂｌｏｗｉｎｇ  ＰＴＣヒーターを設置した場合の自動車の消耗電力は３．６Ｗと測定され、実施例を設置した場合の自動車の消耗電力は２．８Ｗと測定された。そのため、実施例の自動車用面状発熱体を使用する場合に自動車の消耗電力がより少ないことを確認したので、自動車内の室内温度を確保するために自動車用面状発熱体の使用がより適切であることが分かった。
【００９１】
また、Ａｉｒ  Ｂｌｏｗｉｎｇ  ＰＴＣヒーター及び実施例の自動車用面状発熱体を電気自動車の内部に設置した場合、発生する輻射エネルギーを正確に測定するために、温度上昇反応が最も速く、飽和到達温度が最も高い銀箔紙を用いたＤ―Ｔｙｐｅセンサーで測定し、その結果を図８に示した。
【００９２】
図９を参考にすると、電気自動車を約３０分間稼動したとき、実施例の自動車用面状発熱体の場合において、Ａｉｒ  Ｂｌｏｗｉｎｇ  ＰＴＣヒーターを設置した場合に比べて最大０．８ｋＷの電力を減少させると測定され、電気自動車の消費電力が約２１％減少することを確認した。そのため、従来のＡｉｒ  Ｂｌｏｗｉｎｇ  ＰＴＣヒーターに比べて、実施例の自動車用面状発熱体の場合において、消費電力に対比してエネルギー効率に優れることが分かった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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