KR101193935B1 - 공랭식 냉온 자극 생성 장치 - Google Patents

공랭식 냉온 자극 생성 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열전 소자와 히트 블록, 히트 파이프 및 히트 핀을 포함하는 열 교환기를 이용하여 공랭식으로 냉자극기 및 온자극기를 각각 제공하는 공랭식 냉온 자극 생성 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 공랭식 냉온 자극 생성 장치는 전기 자극을 생성하는 도자; 상기 도자의 배면에 접촉되며, 상기 도자에 냉기 또는 열기를 공급하는 열전 소자; 상기 열전 소자에 접촉되며, 상기 열전 소자에서 발생하는 열을 전달받는 히트 블록, 상기 히트 블록으로부터 상기 열을 전달받는 히트 파이프 및 상기 히트 파이프가 삽입되는 홀을 구비하고 상기 히트 파이프로부터 상기 열을 전달받는 히트 핀을 포함하는 열 교환기; 상기 히트 핀 사이로 공기의 흐름을 생성하는 팬; 상기 도자의 온도를 표시하는 디스플레이 장치; 및 상기 열전 소자 및 상기 도자에 전원을 공급하며, 사용자의 입력에 따라 상기 열전 소자 및 상기 도자의 온도를 제어하는 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

공랭식 냉온 자극 생성 장치{AIR-COOLED APPARATUS CAPABLE OF PROVIDING THERMOTHERAPY STIMULATIONS}
본 발명은 공랭식 냉온 자극 생성 장치에 관한 것으로, 특히 열전 소자와 히트 블록, 히트 파이프 및 히트 핀을 포함하는 열 교환기를 이용하여 공랭식으로 냉자극기 및 온자극기를 각각 제공하는 공랭식 냉온 자극 생성 장치에 관한 것이다.
의료용 장비 중에 냉자극기 또는 온자극기가 있다.
일반적으로 병변(치료 부위)에 발생하는 열과 염증은 세포를 파괴해 치료 과정을 지연시키는데, 냉자극기는 병변에 냉자극을 가하여 치료를 한다.
냉자극은 제한된 부분에서 혈관을 수축시켜 혈액 세포의 크기가 일시적으로 작아지게 만드는데 이런 혈관 수축 작용은 상처 부위로 흐르는 혈액의 양을 줄어들게 한다. 이러한 작용은 일시적으로 신경 전달을 억제해 통증을 완화시키고 상처 부위의 세포 파괴를 최소화하여 부종과 염증을 완화시킨다.
약물의 흡수를 원활하게 하기 위하여 전기 자극보다 냉자극이 효과적이라는 점은 A. Aloisi, M. Matera, R. Potenza의 2002년 논문 "FARMACOTERAPIA A LOCALIZZAZIONE MIRATA MEDIANTE "CRIOELETTROFORESI" NELLE PATOLOGIE ARTICOLARI E MUSCOLARI"에 개시되어 있다. 상기 논문에 의하면, 얼음 등을 이용하여 온도를 -5℃ 내지 0℃로 유지하는 경우 약물의 흡수가 가장 원활하다는 것을 알 수 있다.
온자극기는 이상 부위에 온열자극을 가하여 치료를 한다. 근육통이나 관절통 등의 가벼운 통증에 온열자극을 가하면 찜질 효과를 기대할 수 있다. 또한, 인체에 온열자극을 가하면 혈액 순환의 개선에 도움을 줄 수 있다.
냉온 자극 생성 장치는 의료용뿐만 아니라, 피부 미용에도 사용될 수 있다. 피부에 온기 또는 냉기를 공급하여 피부에 자극을 증진시키고 인체의 균형 및 피로감의 해소를 제공하며 투명하고 탄력 있는 피부를 얻을 수 있도록 한다.
냉온 자극 생성 장치에 사용되는 소자로써, 열전 소자가 있다. 열전 소자에는 크게 전기 저항의 온도 변화를 이용한 소자인 서미스터, 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제베크 효과를 이용한 소자, 전류에 의해 열의 흡수(또는 발생)가 생기는 현상인 펠티에 효과를 이용한 소자인 펠티에 소자 등이 있다.
여기서, 펠티에 효과는 두 종류의 금속 끝을 접속시켜, 여기에 전류를 흘려보내면 전류 방향에 따라 한쪽 단자는 흡열하고 다른 쪽 단자는 발열을 일으키는 현상이다. 두 종류의 금속 대신 전기전도 방식이 다른 비스무트(Bi)·텔루르(Te) 등 반도체를 사용하면 흡열·발열 작용을 하는 펠티에 소자를 얻을 수 있다. 이것은 전류 방향에 따라 흡열·발열의 전환이 가능하고, 전류량에 따라 흡열·발열량이 조절되므로 용량이 적은 냉동기나, 상온 부근의 정밀한 항온조(恒溫槽) 제작에 응용된다.
그런데 펠티에 소자는 전력 소모량이 많고, 에너지 효율이 낮은 단점이 있다. 종래 기술로는, 이러한 펠티에 소자를 사용하여 도자의 온도를 영하로 낮추기 위해 수랭식을 사용했다.
수랭식은 효율은 높지만, 물을 냉각하는 별도의 장치가 필요하므로 장치가 복잡해지고, 설비비가 높아지는 단점이 있다. 또한, 냉각수를 따로 관리해야 하는 불편함이 있고, 누수 또는 동파의 위험이 있다. 마지막으로, 펠티에 소자를 사용한 수랭식 장치는 큰 효율을 얻기 위해 크기가 커지는 단점이 있다.
이 문제를 해결하기 위해 공랭식 장치가 개발되었다. 하지만, 기존의 공랭식 냉온 자극 생성 장치는 도자면의 온도가 영하로 내려가지 않을 뿐만 아니라, 냉자극을 사용한 후에 전원을 종료하면 도자면이 뜨거워지는 문제점이 있다.
본 발명은 열전 소자와 히트 블록, 히트 파이프 및 히트 핀을 포함하는 열 교환기를 이용하여 공랭식으로 냉자극기 및 온자극기를 각각 제공하는 공랭식 냉온 자극 생성 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 공랭식 냉온 자극 생성 장치는 전기 자극을 생성하는 도자; 상기 도자의 배면에 접촉되며, 상기 도자에 냉기 또는 열기를 공급하는 열전 소자; 상기 열전 소자에 접촉되며, 상기 열전 소자에서 발생하는 열을 전달받는 히트 블록, 상기 히트 블록으로부터 상기 열을 전달받는 히트 파이프 및 상기 히트 파이프가 삽입되는 홀을 구비하고 상기 히트 파이프로부터 상기 열을 전달받는 히트 핀을 포함하는 열 교환기; 상기 히트 핀 사이로 공기의 흐름을 생성하는 팬; 상기 도자의 온도를 표시하는 디스플레이 장치; 및 상기 열전 소자 및 상기 도자에 전원을 공급하며, 사용자의 입력에 따라 상기 열전 소자 및 상기 도자의 온도를 제어하는 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 공랭식 냉온 자극 생성 장치는 상기 도자, 열전 소자, 열 교환기, 팬, 디스플레이 장치 및 제어 모듈을 하우징하는 보호 케이스를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 보호 케이스는 열전도 플라스틱을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 보호 케이스는 상기 팬의 설치 위치에 대향하는 방열공을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 보호 케이스는 상기 사용자의 입력을 받아서 상기 제어 모듈을 작동시키는 스위치를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 열 교환기는 상기 히트 핀에 접촉되며, 상기 히트 핀 간의 열전도율을 증가시키는 열전도 테이프를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제어 모듈은 상기 열전 소자에 공급되는 전류의 방향을 전환하여 상기 열전 소자의 흡열면과 발열면을 변경할 수 있으며, 상기 열전 소자는 펠티에 소자일 수 있다.
상기 도자는 금속 재질을 포함할 수 있다.
상기 디스플레이 장치는 LED, LCD, OLED 및 유기 EL 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 공랭식 냉온 자극 생성 장치는 의료용 또는 미용으로 다양하게 사용이 가능하다.
의료용으로는, 병변에 냉자극 또는 온자극을 가하므로 통증 및 염증을 완화시킬 수 있고, 근육통이나 관절통 등의 가벼운 통증에 탁월한 찜질 효과를 제공할 수 있다.
또한, 미용으로는, 피부에 냉자극 또는 온자극을 가하므로 피부의 해독 기능을 도와주고, 피부의 모공을 축소 또는 확대하여 피부 투명도와 탄력성을 증대시킬 수 있다.
본 발명에 따른 공랭식 냉온 자극 생성 장치는 히트 파이프와 히트 핀을 사용하므로 -5℃ 내지 +45℃의 냉온 자극을 생성할 수 있다. 따라서 앞서 배경기술에서 기재한 논문에 의한 바와 같이 약물의 흡수를 원활하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 공랭식 냉온 자극 생성 장치는 열전 소자와 히트 블록, 히트 파이프 및 히트 핀을 포함하는 열 교환기를 이용하여 공랭식으로 냉자극기 및 온자극기를 각각 제공할 수 있다. 따라서, 기존의 수랭식 냉온 자극 생성 장치가 가질 수 있는 단점을 극복할 수 있다.
구체적으로는, 물을 냉각하는 별도의 장치가 필요치 않으므로 설비비를 절약할 수 있고, 냉각수를 따로 관리해야 하는 불편함이 없으며, 누수 또는 동파의 위험을 걱정할 필요가 없다. 또한, 공랭식을 사용하므로 장치를 소형화할 수 있다.
또한, 히트 파이프와 히트 핀, 열전도 테이프 및 열전도 플라스틱을 사용하므로 열전도율 및 냉각 효율을 더욱 증가시킬 수 있다. 이러한 장점으로 인해, 기존의 공랭식 냉온 자극 생성 장치에서 발견되는, 냉자극을 사용한 후에 전원을 종료하면 도자면이 뜨거워지는 문제점을 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공랭식 냉온 자극 생성 장치를 예시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 공랭식 냉온 자극 생성 장치의 구조를 도시한 단면도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 공랭식 냉온 자극 생성 장치를 예시한 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 공랭식 냉온 자극 생성 장치의 구조를 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 공랭식 냉온 자극 생성 장치는 도자(10), 열전 소자(20), 히트 블록(31)과 히트 파이프(32) 및 히트 핀(33)을 포함하는 열 교환기(30), 팬(40), 디스플레이 장치(50) 및 제어 모듈(60)을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 공랭식 냉온 자극 생성 장치는 보호 케이스(70)를 더 포함할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 공랭식 냉온 자극 생성 장치의 각 구성 요소에 대하여 상세히 설명한다.
도자(10)는 전원을 공급받아 전기 자극을 생성한다. 또한, 도자(10)는 배면에 접촉된 열전 소자(20)에서 발생한 냉자극 또는 온자극을 인체에 전달한다.
도자(10)는 예컨대 구리 등의 금속 재질을 포함하는 것이 바람직하다.
열전 소자(20)는 도자(10)의 배면에 접촉되어 도자(10)에 냉기 또는 열기를 공급한다. 바람직하게는, 열전 소자(20)는 제어 모듈(60)로부터 전원을 공급받아 발열 또는 흡열을 수행한다.
구체적으로는 열전 소자(20)에 전류(혹은 전원)가 공급되면, 일면은 발열면이 되고 타면은 흡열면이 된다. 발열면이 도자(10)에 접촉되어 있는 경우, 도자(10)는 온자극을 인체에 전달한다. 열전 소자(20)에 공급되는 전류의 방향을 전환하면, 즉, 전원의 극성을 변경하면, 일면은 흡열면이 되고 타면은 발열면이 된다. 흡열면이 도자(10)에 접촉되어 있는 경우, 도자(10)는 냉자극을 인체에 전달한다.
또한, 열전 소자(20)는 펠티에 소자인 것이 바람직하다.
열 교환기(30)는 히트 블록(31), 히트 파이프(32) 및 히트 핀(33)을 포함한다. 또한, 열 교환기(30)는 열전도 테이프(34)를 더 포함할 수 있다.
히트 블록(31)은 열전 소자(20)에 접촉되며, 열전 소자(20)에서 발생하는 열을 전달받는다. 또한, 전달받은 열을 히트 파이프(32)로 전달한다.
히트 파이프(32)는 히트 블록(31)으로부터 열을 전달받는다. 또한, 전달받은 열을 히트 핀(33)으로 전달한다. 히트 파이프(32) 내부에는 예컨대 질소와 같이 공랭식에 사용되는 매질이 존재하여 열전달 효율을 증가시킨다. 일반적으로, 히트 파이프(32)는 구리로 제작되는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 히트 파이프(32)를 알루미늄으로 제작하면 냉각 효율을 증가시킬 수 있다.
히트 핀(33)은 얇은 금속판(예를 들면, 알루미늄판)으로 구성되며, 히트 파이프(32)가 삽입되는 홀을 구비한다. 히트 파이프(32)는 복수 개의 히트 핀(33)이 구비하는 홀을 관통한다. 홀을 관통하는 히트 파이프(32)는 히트 핀(33)과 접촉하여 히트 블록(31)으로부터 전달받은 열을 히트 핀(33)에 전달한다.
열전도 테이프(34)는 히트 핀(33)에 접촉되며, 히트 핀(33) 간의 열전도율을 증가시킨다. 구체적으로는, 열전도 테이프(34)는 히트 파이프(32)의 히트 핀(33)과 히트 핀(33) 사이에 감기므로 히트 핀(33) 간의 열 이동을 효율적으로 도울 수 있다.
팬(40)은 히트 핀(33) 사이로 공기의 흐름을 생성한다. 구체적으로는, 팬(40)은 찬 공기를 안으로 유입시키고 뜨거운 공기를 방열공(72)을 통해 배출한다.
디스플레이 장치(50)는 도자(10)의 온도를 표시한다. 예를 들어, 도자(10)가 온자극을 생성하면, 디스플레이 장치(50)는 빨간 불빛의 개수로 뜨거운 정도를 표시한다. 반대로, 도자(10)가 냉자극을 생성하면, 디스플레이 장치(50)는 파란 불빛의 개수로 차가운 정도를 표시한다.
또한, 디스플레이 장치(50)는 LED, LCD, OLED 및 유기 EL 중 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제어 모듈(60)은 본 발명에 따른 공랭식 냉온 자극 생성 장치의 각 구성 요소 및 전반적인 시스템에 대한 제어를 수행한다.
또한, 제어 모듈(60)은 열전 소자(20) 및 도자(10)에 전원을 공급하며, 사용자의 입력에 따라 열전 소자(20) 및 도자(10)의 온도를 제어한다.
구체적으로는, 본 발명에 따른 공랭식 냉온 자극 장치가 냉자극을 생성하도록 사용자가 입력하면, 제어 모듈(60)은 흡열면이 도자(10)에 접촉되도록 전류 방향을 제어한다. 반대로, 본 발명에 따른 공랭식 냉온 자극 장치가 온자극을 생성하도록 사용자가 입력하면, 제어 모듈(60)은 발열면이 도자(10)에 접촉되도록 전류 방향을 제어한다. 그리고 사용자가 설정한 온도가 유지되도록 도자(10), 열전 소자(20), 열 교환기(30), 팬(40) 및 디스플레이 장치(50)를 제어한다.
보호 케이스(70)는 도자(10), 열전 소자(20), 열 교환기(30), 팬(40), 디스플레이 장치(50) 및 제어 모듈(60)을 하우징하므로 상기 각 구성 요소를 보호할 수 있다.
보호 케이스(70)는 열전도 플라스틱을 포함한다. 또한, 보호 케이스(70)는 방열공(72) 및 스위치(73)를 더 포함할 수 있다.
열전도 플라스틱은 보호 케이스(70) 내부의 열을 더욱 신속하게, 효율적으로 방출한다.
방열공(72)은 팬(40)의 설치 위치에 대향하는 위치에 설치되며, 보호 케이스(70)의 외부로 열을 방출한다.
스위치(73)는 사용자의 입력을 받아서 제어 모듈(60)을 작동시킨다. 스위치(73)는 택트, 슬라이드 및 푸시 스위치 등, 다양한 종류가 사용될 수 있다.
비록 본 발명의 구성이 구체적으로 설명되었지만 이는 단지 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능할 것이다.
따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 청구 범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 도자 20: 열전 소자
30: 열 교환기 31: 히트 블록
32: 히트 파이프 33: 히트 핀
34: 열전도 테이프 40: 팬
50: 디스플레이 장치 60: 제어 모듈
70: 보호 케이스 72: 방열공
73: 스위치

Claims (10)

  1. 전기 자극을 생성하는 도자;
    상기 도자의 배면에 접촉되며, 상기 도자에 냉기 또는 열기를 공급하는 열전 소자;
    상기 열전 소자에 접촉되며, 상기 열전 소자에서 발생하는 열을 전달받는 히트 블록, 상기 히트 블록으로부터 상기 열을 전달받는 히트 파이프, 상기 히트 파이프가 삽입되는 홀을 구비하고 상기 히트 파이프로부터 상기 열을 전달받는 히트 핀 및 상기 히트 핀에 접촉되며 상기 히트 핀 간의 열전도율을 증가시키는 열전도 테이프를 포함하는 열 교환기;
    상기 히트 핀 사이로 공기의 흐름을 생성하는 팬;
    상기 도자의 온도를 표시하는 디스플레이 장치; 및
    상기 열전 소자 및 상기 도자에 전원을 공급하며, 사용자의 입력에 따라 상기 열전 소자 및 상기 도자의 온도를 제어하는 제어 모듈
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 공랭식 냉온 자극 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도자, 열전 소자, 열 교환기, 팬, 디스플레이 장치 및 제어 모듈을 하우징하는 보호 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공랭식 냉온 자극 생성 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보호 케이스는 열전도 플라스틱을 포함하는 것을 특징으로 하는 공랭식 냉온 자극 생성 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 보호 케이스는 상기 팬의 설치 위치에 대향하는 방열공을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공랭식 냉온 자극 생성 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 보호 케이스는 상기 사용자의 입력을 받아서 상기 제어 모듈을 작동시키는 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공랭식 냉온 자극 생성 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열전 소자는 펠티에 소자인 것을 특징으로 하는 공랭식 냉온 자극 생성 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은 상기 열전 소자에 공급되는 전류의 방향을 전환하여 상기 열전 소자의 흡열면과 발열면을 변경하는 것을 특징으로 하는 공랭식 냉온 자극 생성 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 도자는 금속 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 공랭식 냉온 자극 생성 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 LED, LCD, OLED 및 유기 EL 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 공랭식 냉온 자극 생성 장치.
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