KR100576109B1 - 냉·온 조절이 되는 에어 매트리스. - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어 매트리스 외부에 냉각 ·가열 복합시스템을 설치하여, 상기 냉각 ·가열 복합시스템에서 발생되는 냉기와 온기를 에어 매트리스 내부에 선택적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 냉 ·온 조절이 가능한 에어 매트리스에 관한 것이다.

또한, 상기 냉각 ·가열 복합시스템은 냉각시스템과 가열시스템으로 구성되고, 상기 냉각시스템은 냉매를 압축시키는 압축기와, 상기 압축기를 통과한 압축된 냉매를 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 냉매를 저온 ·저압으로 변화시키는 캐피러리 튜브와, 저온 ·저압의 냉매를 통과시키며 외부공기와 열 교환에 의해 공기의 온도를 냉각시키는 열 교환기로 구성되어 냉기를 발생시켜 에어 매트리스 내부에 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 냉 ·온 조절이 가능한 에어 매트리스에 관한 것이다.

또한, 상기 열 교환기에는 가열시스템으로서 가열부재인 히터가 장착됨으로써 온기를 발생시켜 에어 매트리스 내부에 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 냉·온 조절이 가능한 에어 매트리스에 관한 것이다

에어 매트리스, 압력센서, 온도센서, 솔레노이드 밸브

Description

냉 ·온 조절이 되는 에어 매트리스.{omitted}

도 1은 본 발명의 냉각 ·가열 복합시스템의 개략적인 구성도.

도 2는 본 발명의 냉각 시스템과 가열시스템의 구성도.

도 3은 열 교환기의 단면도.

도 4는 이중관 구조의 입구부 및 출구부가 용접된 구조.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 압축기 2 : 응축기

3 : 캐피러리 튜브 4 : 공냉식 열 교환기

5 : 응축기 팬 모터 6 : 발열체

7 : 공기관 8 : 냉매관

9 : 전원 101 : 공기 압축기

102 : 압력 센서 103 : 에어 매트리스

104 : 온도센서 105 : 솔레노이드 밸브(SV1)

106 : 솔레노이드 밸브(SV2) 107 : 솔레노이드 밸브(SV3)

침대의 기본적 역할에 효과를 보이는 에어 매트리스는 기능성 침대이다. 일반 스프링 침대와는 비교할 수 없을 정도의 탁월한 체중 분산효과는, 수면할 때 만족할 만한 편안함을 제공한다.

또한 에어 매트리스는 바탕면이 울퉁불퉁하여 생기는 불편함을 없애주는 편리함으로 인해 반영구적으로 야외, 가정, 사무실 어느 곳이나 사용가능한 휴대용 침대로도 사용되고 있다. 해수욕장이나 등산 시에는 텐트의 바닥에 깔아 보온용으로도 사용되며, 매우 뛰어난 편안함 때문에 의료용으로도 다양하게 활용되고있다. 그러나 바닥의 냉기나 습기를 차단함으로써 얻을 수 있는 종래의 에어 매트리스의 보온효과는, 필요에 따라 요구되는 온도상승이나 냉방을 공급하기에는 한계가 있었다. 특히 거동이 자유롭지 못한 환자와 피로회복이 필요한 사람의 경우는 몸의 상태에 따라 냉방과 온방이 가능한 침상에 가장 편안한 자세로 누운 상태에서 숙면과 휴식이 필요할 것이다.

가정에서는 주로 온방을 필요로 할 때 침대나 방바닥에 전기장판을 깔아 사용하고 있는데 침상의 온도를 높여주는 전기장판의 경우에는 전열선으로부터의 전자파에 인체가 노출되어 인체에 나쁜 영향을 미친다.

냉방을 할 때는 주로 선풍기나 에어컨 등을 사용하여 온도를 낮춰주고 있으나, 수면시 선풍기나 에어컨을 오랫동안 사용할 경우에는 감기 등 냉방병에 걸리게 되며, 밀폐상태에서의 장시간 사용은 인체에 치명적인 결과를 초래하는 문제점이 있었다.

또한 현대인들이 피로회복을 위해서 안마기구나 마사지도구 등을 사용하는데 특히 노약자들을 위해서 안마용 기구로서 전기 안마기 등이 있으나, 신체의 어느 한 부분만이 국소적으로 안마될 뿐 아니라 안마기구를 전기로 작동하는 동안 직접 손으로 사용하여야 하기 때문에 지속적으로 사용하기가 불편하다.

본 발명은 필요에 따라 요구되는 온도상승이나 냉방을 공급하기에는 한계가 있는 종래의 에어 매트리스와, 온방을 필요로 할 때 전기장판을 깔아 사용하고, 선풍기나 에어컨을 냉방용으로 활용하고 있는 침대 매트리스의 냉방과 온방기능을 개선함을 목적으로 한다.

이러한 목적은, 온도를 미리 설정해 두면, 설정온도에 근거한 최적상태의 냉기 또는 온기가 매트리스 내부로 자동 공급되는 냉 ·온 조절이 되는 에어 매트리스에 의해 달성된다.

본 발명은 에어 매트리스 외부에 냉각 ·가열 복합시스템을 설치하여 상기 냉각 ·가열 복합시스템에서 발생되는 냉기와 온기를 에어 매트리스 내부에 선택적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 냉 ·온 조절이 가능한 에어 매트리스에 관한 것이다.

또한, 상기 냉각 ·가열 복합시스템은 냉각시스템과 가열시스템으로 구성되고, 상기 냉각시스템은 냉매를 압축시키는 압축기와, 상기 압축기를 통과한 압축된 냉매를 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 냉매를 저온저압으로 변화시키는 캐피러리 튜브와, 저온 ·저압의 냉매를 통과시키며 외부공기와 열 교환에 의해 공기의 온도를 냉각시키는 열 교환기로 구성되어 냉기를 발생시켜 에어 매트리스 내부에 공급할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열 교환기에는 가열시스템으로서 가열부재인 히터가 장착됨으로써 온기를 발생시켜 에어 매트리스 내부에 공급할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉방 ·가열 복합시스템에는 매트리스의 압력을 감지하는 압력센스와 온도를 감지하는 온도센서와, 상기 압력센서와 온도센서의 신호를 입력받아 설정온도에 부합되도록 상기 냉각시스템과 가열시스템을 적절하게 조절하는 제어부와, 상기 제어부의 신호를 전달받아 온 ·오프 상태를 구동하여 매트리스 내부의 공기를 공급하거나 배출하는 몇 개의 솔레노이드 밸브로 구성되어 매트리스 내부에 공급되는 공기의 온도 등을 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 솔레노이드 밸브는 주기적으로 개폐함으로써 상기 매트리스에 적절한 진동이 발생하도록 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기를 통과한 압축된 냉매를 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 냉매를 저온 ·저압으로 변화시키는 캐피러리 튜브와, 저온 ·저압의 냉매를 통과시키며 외부공기와 열 교환에 의해 공기의 온도를 냉각시키는 열 교환기로 구성되는 냉각시스템에 있어서, 상기 냉각시스템에 의하여 냉기가 발생되고, 상기 열 교환기에 히터 등의 전원이 인가되면 가열되는 가열부재를 설치함으로써 구성되는 가열시스템에 의하여 온기가 발생되는 에어 매트리스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기압축기와, 상기 열 교환기와 매트리스의 공기압력을 감지하는 압력센스와 온도를 감지하는 온도센스와, 상기 압 력센스와 온도센스의 신호를 입력받아 설정온도에 부합되도록 상기 냉각시스템과 가열시스템을 적절하게 조절하는 제어부와, 상기 제어부의 신호를 전달받아 온 ·오프 상태를 구동하여 매트리스 내부의 공기를 공급하거나 배출하는 몇 개의 솔레노이드 밸브로 구성되어 있는 냉각 ·가열 복합시스템에 의해 냉기 또는 온기가 매트리스 내부로 자동 공급되는 에어 매트리스에 관한 것으로, 특히 상기 솔레노이드 밸브를 주기적으로 개폐함으로써 상기 매트리스에 적절한 진동이 발생하도록 구성된 것을 특징으로 하는 냉 ·온 조절이 되는 에어 매트리스이다.

상기 매트리스는 공기압축기로부터 배출된 공기가 냉각시스템 또는 가열시스템에 의하여 냉기 또는 온기로서 공급되는 유입구와 배출되는 배출구를 구비하고 있다. 상기 압력센서는 매트리스의 압력이 제어부에 설정되어 있는 압력과 일치하는지 감지하는 기능을 한다. 초기작동 시 매트리스 내부에 공급되는 공기의 흐름을 조걸하는 공기유입 솔레노이드 밸브(SV1)와, 외부로부터의 공기의 흡입을 위해 외부공기 흡입조절밸브(SV3)는 열려져있기 때문에, 설정되어 있는 압력과 일치하지 않으면 설정압력에 도달될 때까지 공기압축기를 가동하여 공급밸브(SV1)를 통해 외부공기를 매트리스에 공급한다.

상기 매트리스의 온도센서는 매트리스의 온도를 감지하는 온도센서로서, 매트리스의 온도가 제어부에 설정되어 있는 온도와 일치하는지 감지한다. 매트리스의 압력이 제어부에 설정되어 있는 압력에 도달하였으나, 매트리스의 온도가 설정온도보다 높게 감지될 경우에는, 외부의 공기를 공급하는 밸브(SV3)를 차단하고 공기배출밸브(SV2)가 열려 매트리스 내부의 공기가 다시 압축기에 유입되고 냉각시스템을 돌아 냉각되어 매트리스 내부로 공급된다. 이러한 과정을 반복하여 상기 매트리스는 설정된 온도를 유지한다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성에 관하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 냉각 ·가열 복합시스템의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 냉각시스템과 가열시스템의 구성도이고, 도 3은 열 교환기의 단면도이고, 도 4는 이중관 구조의 입구부 및 출구부가 용접된 구조이다.

일반적으로 액체가 기체로 될 때는 열을 흡수하여 냉방이 되고, 기체가 액체로 될 때는 열을 방출하여 난방이 된다. 냉매가 사이클 내를 순환하면서 기체 또는 액체로 상 변화하면서 열을 흡수하거나 열을 방출하므로 실내에 설치되어 있는 기기에서 기체가 액체가 되도록 사이클을 형성하면 난방이 되고, 반대로 액체가 기체가 되도록 사이클을 형성하면 냉방이 된다.

본 발명의 매트리스의 냉각시스템은 기체상태의 냉매를 압축하여 고온 ·고압의 상태로 변화시키는 압축기와, 상기 압축기를 통과한 압축된 기체냉매에 포함된 고열을 외부로 발산시키며 고온 ·고압의 액체 냉매로 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 액체 냉매를 교축, 팽창하여 저온 ·저압으로 변화시키는 캐피러리 튜브와, 저온 ·저압의 냉매가 외부 공기와 열교환에 의해 저온 ·저압의 기체 냉매로 변화되면서 열을 흡수하여 공기를 냉각시키는 열 교환기로 구성 되어있다.

가열시스템은 상기 열 교환기에 있어서, 히트 등의 전원이 인가되면 가열되 는 발열체를 장치하여 공기 수용체를 가열하는 시스템으로 구성된다.

도 1의 공기압축기에서 배출된 공기는 도 2에서 도시된 냉각시스템의 냉매에 의해서 열 교환기에서 냉각되어 냉기로서 매트리스에 공급되며, 상기 냉각시스템이 작동 정지된 상태에서 상기 열 교환기에 설치되어 있는 가열시스템의 히터 등에 의해 가열되어 온기로서 공급된다.

본 발명의 냉방 ·가열 복합시스템의 개략적인 구성도인 도 1을 참조하면, 대기 중의 공기를 압축하는 공기압축기와, 도 2에서 도시된 열 교환기와, 매트리스의 공기 압력을 감지하는 압력센스와, 온도를 감지하는 온도센스와 상기 압력센스와 온도센스로부터 신호를 입력받는 제어부(도시되지 않았음)와, 상기 제어부의 신호를 전달받아 온 ·오프상태를 구동하여 공기의 흐름을 차단하거나 통과시키는 몇 개의 솔레노이드 밸브로 구성되어 있다.

솔레노이드 밸브는 솔레노이드의 외부를 금속이나 플라스틱 등으로 모울드를 형성시켜 밀폐시킨 것으로서, 솔레노이드는 원통형으로 길게 도선을 감은 코일인데, 밸브와 결합되어 솔레노이드 밸브로서 유체의 흐름을 개폐하거나 조절하기 위한 장치로 다양한 용도로 사용되고 있으며, 제어부로부터 신호를 받아 온 ·오프로 구동하면서 유체를 통과시키거나 차단한다.

상기 냉각 ·가열 복합시스템의 솔레노이드 밸브는, 매트리스 내부에 공급되는 압축된 공기의 흐름을 조절하는 공기유입밸브(SV1)와, 매트리스 내부에서 배출되는 공기의 흐름을 조절하는 공기배출밸브(SV2), 매트리스 내부의 공기를 외부로 배출하거나 압축기에서 외부로부터 공기의 흡입을 조절하는 밸브(SV3)가 있는데, 상기의 밸브들은 매트리스의 압력과 온도조절을 위해 공기를 공급하거나 차단하기에 가장 적절한 위치에 설치될 수 있다.

상기 열 교환기는 관 형상의 2개의 수용체와 상기 수용체에 접촉되어 전원이 인가되면 가열되는 발열체로 구성되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 상기 2개의 수용체는 냉각시스템의 냉매가 흐르는 냉매관과, 공기가 지나가는 공기관이 각각 분리되되, 열 교환을 위해서 밀착된 구조이다. 상기 2개의 수용체는 관 형상이기 때문에 1개의 관이 밀착된 상태에서 원형 및 여러 형태로 감을 수 있는 구조이며, 상기 감긴 구조는 열 교환기의 전체 부피를 줄일 수 있게 한다. 냉각시스템이 작동되는 경우에, 냉매관과 공기관이 밀착하여 감겨있으므로 2개의 관에 각각 수용되어 있는 냉매와 공기는 열 교환함으로서 공기가 냉각되는 구조이다.

상기 두 개의 수용체의 또 다른 결합구조는 공기관이 외측관을 이루고, 냉매관이 상기 공기관의 내부에 수용되어 내측관을 이루는 이중관의 형태를 이루며, 이 형태로서 일정 형상으로 감아주는 구조이다. 상기 이중관 구조에서는 도 4에서 도시한 바와 같이 이중관의 입구 및 출구의 끝단부에 공기의 기밀을 유지하도록 용접되어 있다.

가열장치는 상기 수용체 표면에 발열체를 부착시키되 같은 방향으로 감거나 직선으로 설치할 수 있으며, 별도의 가열부재가 구성될 수도 있다.

또한 냉각시스템이 작동하여 열 교환에 의해 압축공기가 냉각된 경우 발생되는 응축수의 배출을 위해 냉각이 끝나는 지점인 공기관의 출구부에 배출구를 만들 어 솔레노이드 밸브 또는 수동식 밸브를 설치하여 주기적으로 응축수를 배출하도록 구성한다.

상기 이중관 구조에서 냉매관이 공기관의 내부에 수용되는 형태이나 공기관이 냉매관의 내부에 수용되는 구조일 수도 있다.

매트리스 내부의 압력이 제어부에 설정되어 있는 압력에 도달하였으나, 상기 매트리스의 온도가 설정온도보다 높아서 제어부의 설정 온도에 일치되지 않았을 경우에는;

온도센서에서는 매트리스 내부에서 배출되는 공기의 온도를 감지하여 제어부로 신호를 전달하고, 상기 제어부는 냉각시스템을 가동하여 각각의 솔레노이드 밸브에 신호를 출력하면 외부의 공기를 공급하는 밸브(SV3)는 차단되고, 공기배출밸브(SV2)가 열려 매트리스 내부에서 배출된 공기가 압축기로 다시 유입되어 냉각시스템을 돌아서 냉각되어 찬 공기가 공기유입밸브(SV1)를 통해 매트리스 내부로 공급된다. 이러한 과정을 반복하여 상기 매트리스는 설정된 온도를 적절하게 유지한다.

상기 매트리스의 온도가 설정 온도보다 낮아서 제어부의 설정 온도에 일치되지 않았을 경우에는;

온도센서에서는 매트리스 내부에서 배출되는 공기의 온도를 감지하여 제어부로 신호를 전달하고, 상기 제어부는 가열시스템을 가동하여 각각의 솔레노이드 밸브에 신호를 출력하면 외부의 공기를 공급하는 밸브(SV3)는 차단되고, 공기배출밸브(SV2)가 열려 매트리스 내부의 공기가 압축기로 유입되어 다시 가열시스템을 돌 아서 가열되어 더운 공기가 매트리스 내부로 공급된다.

본 발명은 상기의 구성에 의하여 냉기 또는 온기가 매트리스 내부로 자동 공급되어 온도를 일정하게 유지한다.

또한 상기 매트리스는 상기 솔레노이드 밸브를 주기적으로 개폐함으로써 상기 매트리스에 적절한 진동이 발생하도록 구성된 냉 ·온 조절이 되는 진동식 에어 매트리스이다.

상기 배출구 쪽에는 매트리스 내부 공기의 배출을 조절할 수 있는 밸브가 부착되어 있는데, 매트리스 내부에서 배출되는 공기의 흐름을 조절하는 공기배출밸브(SV2)와, 매트리스 내부의 공기를 외부로 배출하거나 압축기에서 외부공기의 흡입을 조절하는 밸브(SV3)이다. 상기 각각의 솔레노이드 밸브는 밸브를 주기적으로 개폐함으로써 공기의 배출과 공급을 조절하여 매트리스에 적절한 진동이 발생하도록 한다. 상기 각각의 배출밸브가 열려 공기가 외부로 배출되면 매트리스 내부의 공기가 감소되므로 매트리스는 약간 하부로 가라앉게 되고, 압축기에서 외부공기의 흡입을 조절하는 밸브(SV3)가 열려 외부공기를 흡입하여 공기유입밸브(SV1)를 통해 다시 공기가 공급되면 매트리스는 원상태로 복원되는데, 이러한 상태가 주기적으로 되풀이 되도록하여 매트리스에 진동을 주는 것이다.

상기한 바의 적절한 진동의 발생으로 본 발명은 인체의 근육에 대한 지압과 안마효과를 느낄 수 있게 하므로 의료용으로도 매우 유용한 매트리스다.

본 발명은 필요에 따라 요구되는 온도상승이나 냉방을 공급하기에는 한계가 있는 종래의 에어 매트리스와, 침대 매트리스의 냉방과 온방기능을 개선하여 온도를 미리 설정해 두면, 설정온도에 근거한 최적상태의 냉기 또는 온기가 매트리스 내부로 자동 공급되는 냉 ·온 조절이 되는 에어 매트리스이다. 뿐만 아니라 주기적으로 매트리스에 진동을 주는 기능으로 인해 누워있는 사람에게 편안함을 배가시킬 수 있다. 노약자나 침상에 오래 누워 있어야 하는 환자의 경우에 적절한 진동은 피로회복과 가벼운 운동효과를 줌으로써 상기 에어 매트리스는 의료용으로도 매우 유용한 침구라고 할 수 있다.

Claims (5)

1. 에어 매트리스 외부에 냉각 ·가열 복합시스템을 설치하여, 상기 냉각 ·가열 복합시스템에서 발생되는 냉기와 온기를 에어 매트리스 내부에 선택적으로 공급하되, 상기 냉각 ·가열 복합시스템은 냉각시스템과 가열시스템으로 구성되고, 상기 냉각시스템은 냉매를 압축시키는 압축기와, 상기 압축기를 통과한 압축된 냉매를 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 냉매를 저온 ·저압으로 변화시키는 캐피러리 튜브와, 저온 ·저압의 냉매를 통과시키며 외부공기와 열 교환에 의해 공기의 온도를 냉각시키는 열 교환기로 구성되어 냉기를 발생시켜 에어 매트리스 내부에 공급할 수 있고,또한 상기 열 교환기에는 가열시스템으로서 가열부재인 히터가 장착됨으로써 온기를 발생시켜 에어 매트리스 내부에 공급할 수 있고, 또한 상기 냉각 ·가열 복합시스템에는 매트리스의 압력을 감지하는 압력센스와 온도를 감지하는 온도센서와, 상기 압력센서와 온도센서의 신호를 입력받아 설정온도에 부합되도록 상기 냉각시스템과 가열시스템을 적절하게 조절하는 제어부와, 상기 제어부의 신호를 전달받아 온 ·오프 상태를 구동하여 매트리스 내부의 공기를 공급하거나 배출하는 몇 개의 솔레노이드 밸브로 구성되어 매트리스 내부에 공급되는 공기의 온도 등을 제어할 수 있으며, 그리고 상기 솔레노이드 밸브는 주기적으로 개폐함으로써 상기 매트리스에 적절한 진동이 발생하도록 구성하되, 그 구성은 상기 배출구 쪽에는 매트리스 내부 공기의 배출을 조절할 수 있는 밸브가 부착되되, 상기 매트리스 내부에서 배출되는 공기의 흐름을 조절하는 공기배출밸브(SV2)와, 매트리스 내부의 공기를 외부로 배출하거나 압축기에서 외부공기의 흡입을 조절하는 밸브(SV3)로서, 상기 각각의 솔레노이드 밸브는 밸브를 주기적으로 개폐함으로써 공기의 배출과 공급을 조절하여 매트리스에 적절한 진동이 발생하도록, 상기 각각의 배출밸브가 열려 공기가 외부로 배출되면 매트리스 내부의 공기가 감소되어 매트리스는 약간 하부로 가라앉고, 압축기에서 외부공기의 흡입을 조절하는 밸브(SV3)가 열려 외부공기를 흡입하여 공기유입밸브(SV1)를 통해 다시 공기가 공급되면 매트리스는 원상태로 복원되며, 이러한 상태가 주기적으로 되풀이 되도록하여 매트리스에 진동을 주는 것을 특징으로 하는 냉 ·온 조절이 되는 에어 매트리스
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