KR101675691B1 - 그래핀 히터를 이용한 방한복 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 그래핀 히터를 이용한 방한복 및 그 제어방법에 관한 것으로, 의복에 포함되어 발열 기능을 수행하는 적어도 하나 이상의 그래핀 히터 및 환경변수를 고려하여 상기 그래핀 히터의 히팅 패턴을 결정하고, 상기 결정된 패턴에 따라 상기 그래핀 히터에 인가되는 전압을 제어하여 발열 온도를 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

그래핀 히터를 이용한 방한복 및 그 제어방법{COLD PROTECTIVE CLOTHING USING GRAPHENE HEATER AND CONTROL METHOD THEROF}

본 발명은 그래핀 히터를 이용한 방한복 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 의복에 포함된 그래핀 히터를 이용하여 방한복의 기능을 수행하는 그래핀 히터를 이용한 방한복 및 그 제어방법에 관한 것이다.

인체가 저온의 환경에 장시간 노출될 경우 추위로 인한 불쾌감을 느낄 수 있으며, 인체에 많은 악영향을 끼칠 수 있다. 예를 들어 저체온증이나 심박수, 혈압, 호흡수 등의 저하, 권태감, 졸음, 동사 등이 발생할 수 있고, 국소적으로도 동상, 동창, 한랭 알레르기 등이 나타날 수 있으며, 간접적으로 관절염이나 천식을 악화시킬 수 있고, 손의 기민성, 정신능력, 신체능력의 조정력을 감소시킬 수 있다.

그러나 일반적으로 이러한 한랭 장애들은 의복을 통해 예방이 가능하다. 즉 추위로부터 인체를 보호하는 방한복을 착용할 경우 이러한 악영향을 상당수 해소할 수 있다.

이러한 방한복은 인체의 열 손실을 감소시키는 것이 가장 주된 목적이기는 하나, 의복이라는 점에서 사용자의 움직임을 방해하는 정도를 최소화하여야 하고, 착용 시 쾌적함을 유지할 수 있어야 한다.

한편 본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2011-0036972호(2011.04.13)에 개시되어 있다.

그런데 종래의 일반적인 방한복은 인체의 열 손실을 최소화하기 위하여 여러 겹의 레이어로 이루어져 있거나, 두꺼운 소재를 사용하여 무게가 무거운 경우가 많았다. 따라서 사용자의 에너지 소모가 많고(의복의 중량이 1kg 증가할수록 2.7%의 에너지 소비량 증가가 일어남), 손과 발의 기민성에도 악영향을 준다는 문제점이 존재하였다. 또한 여러 겹으로 이루어져 있는 방한복의 경우 열방출을 최소화할 수는 있으나 반대급부로 땀의 증발이 어렵다는 단점이 존재하였다.

이에 히터 등을 사용하여 방한 효율을 높이는 방식 등이 고려되고는 있으나, 히터나 그 구성품의 크기가 크고 무거우며. 열선을 사용할 경우 발열이 선상으로 이루어져 효율이 낮아진다는 단점 등이 존재하여 실용화되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 방한복의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 방한복의 무게는 경량화 하되, 히터의 추가적인 열 생산을 통해 방한복의 성능은 높일 수 있으며, 방한복의 보온력을 조절할 수 있는 그래핀 히터를 이용한 방한복 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 그래핀 히터를 이용한 방한복은 의복에 포함되어 발열 기능을 수행하는 적어도 하나 이상의 그래핀 히터; 및 환경변수를 고려하여 상기 그래핀 히터의 히팅 패턴을 결정하고, 상기 결정된 패턴에 따라 상기 그래핀 히터에 인가되는 전압을 제어하여 발열 온도를 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 환경변수는 상기 그래핀 히터의 위치, 사용자 고유 인자, 사용자의 활동 상태, 의복의 내부 온도 및 의복의 외부 온도 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 그래핀 히터를 이용한 방한복은 사용자로부터 설정 변경에 대한 정보를 입력받기 위한 입력부를 더 포함하되, 상기 제어부는 상기 입력부를 통해 입력된 설정 변경에 대한 정보에 근거하여 상기 사용자 고유 인자를 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 그래핀 히터를 이용한 방한복은 사용자의 상태를 감지하기 위한 상태감지부를 더 포함하되, 상기 제어부는 상기 상태감지부의 감지결과에 근거하여 상기 사용자의 활동 상태를 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 상태감지부는, 사용자의 가속도를 감지하는 가속도센서; 사용자의 회전 관성을 감지하는 자이로센서; 및 사용자의 심박수를 감지하는 심박수센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 그래핀 히터를 이용한 방한복은 의복의 내부 온도 및 외부 온도 중 적어도 하나 이상을 감지하는 온도감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제어부는, 상기 히팅 패턴을 사인곡선의 형태로 결정하되, 상기 환경변수에 따라 사인곡선의 최대값, 최소값 및 주기를 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 그래핀 히터를 이용한 방한복의 제어방법은 제어부가 그래핀 히터의 위치, 사용자 고유 인자, 사용자의 활동 상태, 의복의 내부 온도 및 의복의 외부 온도 중 적어도 하나 이상을 환경변수로 획득하는 단계; 상기 제어부가 상기 획득된 환경변수를 고려하여, 의복에 포함되어 발열 기능을 수행하는 적어도 하나 이상의 그래핀 히터의 히팅 패턴을 결정하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 결정된 패턴에 따라 상기 그래핀 히터에 인가되는 전압을 제어하여 발열 온도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 히팅 패턴을 결정하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 히팅 패턴을 사인곡선의 형태로 결정하되, 상기 환경변수에 따라 사인곡선의 최대값, 최소값 및 주기를 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 그래핀 히터를 이용한 방한복 및 그 제어방법은 그래핀 히터를 의복에 포함시켜 방한 기능을 수행함으로써, 방한복의 무게는 경량화 하면서도 그 방한 성능을 향상시켜 주는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 그래핀 히터를 이용한 방한복 및 그 제어방법은 다양한 환경변수를 고려하여 그래핀 히터의 히팅 패턴을 결정함으로써, 사용자에게 최적화된 방한 온도를 제공해 주는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 히터를 이용한 방한복의 구성을 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 히터를 이용한 방한복의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 그래핀 히터를 이용한 방한복 및 그 제어방법의 일 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 히터를 이용한 방한복의 구성을 나타낸 블록구성도로서, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 그래핀 히터를 이용한 방한복을 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 히터를 이용한 방한복은 제어부(100), 그래핀 히터(110, 111), 입력부(120), 상태감지부(130) 및 온도감지부(140)를 포함한다. 또한 상태감지부(130)는 가속도센서(131), 자이로센서(132) 및 심박수센서(133)를 포함할 수 있다.

그래핀 히터(110)는 의복에 포함되어 발열 기능을 수행할 수 있다. 이러한 그래핀 히터(110)는, CVD(chemical vapor deposition) 시스템을 이용하여 구리 호일 위에 전사시킨 그래핀에 thermal release tape를 부착하고, 구리를 부식시킨 후 세척하여 tape과 그래핀만 남도록 하며, Polymer support(PET)위에 그래핀 복합체를 위치시키고 고온의 롤과 롤 사이를 통과시켜 다층의 그래핀을 그래핀 발열장치로 완성시킨 뒤, 은을 포함한 전도성 접착제를 도포하여 전선을 연결하는 방식으로 제조할 수 있다.

그래핀 히터(110)는 단위 두께(옹스트롬(angstrom) 스케일)가 얇을 뿐만 아니라 투명도나 유연성이 뛰어나기 때문에, 방한복의 무게를 경량화할 수 있도록 하면서도 의복의 디자인에 큰 영향을 주지 않을 수 있다. 또한 그래핀 히터(110)는 열선과 달리 면상으로 발열하기 때문에 그 효율이 높고, 온도 상승 속도가 빠르기 때문에 발열온도를 높이기 위해 큰 전압이 필요하지 않다. 따라서 그래핀 히터(110)를 사용할 경우 방한복의 무게는 경량화 하면서도 그 성능을 향상시켜 줄 수 있다.

이러한 그래핀 히터(110, 111)는 하나가 아니라 복수개 구비될 수 있으며, 그래핀 히터(110)의 위치에 따라 히팅 패턴이 달라질 수 있다. 즉 그래핀 히터(110)가 등 부위에 위치하였을 때와 가슴 부위에 위치하였을 때에 인체에 주는 영향은 달라질 수 있으므로, 제어부(100)는 이러한 그래핀 히터(110)의 위치를 고려하여 그래핀 히터(110)의 히팅 패턴을 결정할 수 있다.

입력부(120)는 사용자로부터 설정 변경에 대한 정보를 입력받을 수 있다. 예를 들어, 입력부(120)는 마이크로폰을 포함하여 음성을 통해 설정 변경에 대한 정보를 입력받을 수 있다. 즉 사용자마다 쾌적성의 기준이나 체온조절능력이 다르기 때문에 똑같은 온도에서도 각 사용자가 느끼는 주관적인 감각은 다를 수 있으며, 입력부(120)는 이러한 사용자의 주관감을 설정 변경에 대한 정보로 입력받을 수 있다.

또한 제어부(100)는 입력부(120)를 통해 입력된 설정 변경에 대한 정보에 근거하여 사용자의 고유 인자를 결정할 수 있다. 즉 사용자의 고유 인자는 사용자별로 최적화된 방한 온도를 제공하기 위하여 고려되는 변수로, 제어부(100)는 이러한 사용자의 고유 인자에 근거하여 그래핀 히터(110)의 히팅 패턴을 결정할 수 있다.

상태감지부(130)는 사용자의 상태를 감지할 수 있다. 예를 들어 상태감지부(130)는 가속도센서(131)를 통해 사용자의 가속도를 감지할 수 있고, 자이로센서(132)를 통해 사용자의 회전 관성을 감지할 수 있으며, 심박수센서(133)를 통해 사용자의 심박수를 감지할 수 있다.

제어부(100)는 이렇게 감지된 사용자의 상태 근거하여 사용자의 활동 상태를 판단할 수 있다. 예를 들어 제어부(100)는 사용자의 가속도, 회전 관성, 심박수에 따라 사용자가 달리기를 하고 있는 상태인지, 걷고 있는 상태인지, 자전거를 타고 있는 상태인지, 등산 중인 상태인지, 차량 등 운송수단에 탑승하고 있는 상태인지 등을 판단할 수 있다.

즉 이러한 사용자의 활동 상태는 방한이 필요한 정도에 영향을 줄 수 있으므로(달리기를 하고 있는 경우에는 방한 성능을 낮추는 것이 사용자에게 쾌적감을 제공해 줄 수 있으므로), 제어부(100)는 이러한 사용자의 활동 상태를 고려하여 그래핀 히터(110)의 히팅 패턴을 결정할 수 있다.

한편 제어부(100)는 가속도, 회전 관성 및 심박수 외에도 사용자의 호흡이나 체온 등을 더 고려하여 사용자의 활동 상태를 판단할 수도 있으며, 이러한 경우 입력부(120)의 마이크로폰이나 후술할 온도감지부(140)를 이용하여 사용자의 호흡이나 체온에 대한 정보를 획득할 수도 있다.

온도감지부(140)는 의복의 내부 온도 및 외부 온도 중 적어도 하나 이상을 감지할 수 있다. 즉 의복의 외부 온도(주변 환경 온도)나 의복의 내부 온도(체온) 또한 방한이 필요한 정도에 영향을 줄 수 있으므로, 제어부(100)는 의복의 내부 온도나 의복의 외부 온도를 고려하여 그래핀 히터(110)의 히팅 패턴을 결정할 수 있다.

즉 제어부(100)는 상술한 환경변수를 고려하여 그래핀 히터(110)의 히팅 패턴을 결정할 수 있다. 이때 제어부(100)는 그래핀 히터(110)의 히팅 패턴을 사인곡선의 형태로 결정하되, 환경변수에 따라 사인곡선의 최대값, 최소값 및 주기를 결정할 수 있다.

즉 제어부(100)는 그래핀 히터의 위치, 사용자 고유 인자, 사용자의 활동 상태, 의복의 내부 온도, 의복의 외부 온도 등의 환경변수 각각을 수치화하고, 이러한 수치들의 조합에 따라 사인곡선의 최대값, 최소값 및 주기를 결정함으로써, 사용자에게 최적화된 방한 온도를 제공할 수 있다.

한편 여기서 히팅 패턴이 사인곡선의 형태라 함은 시간의 경과에 따라 그래핀 히터(110)의 온도가 사인곡선의 형태로 증감됨을 의미한다.

또한 제어부(100)는 이렇게 결정된 패턴에 따라 그래핀 히터(110)에 인가되는 전압을 제어하여 발열 온도를 조절할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 히터를 이용한 방한복의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 그래핀 히터를 이용한 방한복의 제어방법을 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시된 것과 같이, 제어부(100)는 먼저 그래핀 히터(110)의 위치, 사용자 고유 인자, 사용자의 활동 상태, 의복의 내부 온도 및 의복의 외부 온도를 환경변수로 획득한다(S200). 즉 이러한 환경변수들은 방한이 필요한 정도에 영향을 줄 수 있으므로, 제어부(100)는 그래핀 히터(110)의 온도를 결정하기 위해 이러한 환경변수를 획득할 수 있다.

이어서 제어부(100)는 상기 단계(S200)에서 획득된 환경변수를 고려하여 그래핀 히터(110)의 히팅 패턴을 결정한다(S210). 이때 제어부(100)는 그래핀 히터(110)의 히팅 패턴을 사인곡선의 형태로 결정하되, 환경변수에 따라 사인곡선의 최대값, 최소값 및 주기를 결정할 수 있다. 즉 제어부(100)는 그래핀 히터의 위치, 사용자 고유 인자, 사용자의 활동 상태, 의복의 내부 온도, 의복의 외부 온도 등의 환경변수 각각을 수치화하고, 이러한 수치들의 조합에 따라 사인곡선의 최대값, 최소값 및 주기를 결정함으로써, 사용자에게 최적화된 방한 온도를 제공할 수 있다. 또한 여기서 히팅 패턴이 사인곡선의 형태라 함은 시간의 경과에 따라 그래핀 히터(110)의 온도가 사인곡선의 형태로 증감됨을 의미한다.

상기 단계(S210) 이후, 제어부(100)는 상기 단계(S210)에서 결정된 히팅 패턴에 따라 그래핀 히터(110)에 인가되는 전압을 제어하여 발열 온도를 조절한다(S220).

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 히터를 이용한 방한복 및 그 제어방법은, 그래핀 히터를 의복에 포함시켜 방한 기능을 수행함으로써 방한복의 무게는 경량화 하면서도 그 방한 성능을 향상시켜 주며, 다양한 환경변수를 고려하여 그래핀 히터의 히팅 패턴을 결정함으로써 사용자에게 최적화된 방한 온도를 제공해 준다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

100: 제어부
110, 111: 그래핀히터
120: 입력부
130: 상태감지부
131: 가속도센서
132: 자이로센서
133: 심박수센서
140: 온도감지부

Claims (9)

1. 의복에 포함되어 발열 기능을 수행하는 적어도 하나 이상의 그래핀 히터; 및
   환경변수를 고려하여 상기 그래핀 히터의 히팅 패턴을 결정하고, 상기 결정된 패턴에 따라 상기 그래핀 히터에 인가되는 전압을 제어하여 발열 온도를 조절하는 제어부를 포함하되,
   상기 제어부는, 상기 히팅 패턴을 사인곡선의 형태로 결정하고, 상기 환경변수에 따라 사인곡선의 최대값, 최소값 및 주기를 결정하며,
   상기 환경변수는 상기 그래핀 히터의 위치, 사용자 고유 인자, 사용자의 활동 상태, 의복의 내부 온도 및 의복의 외부 온도를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 히터를 이용한 방한복.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   사용자로부터 설정 변경에 대한 정보를 입력받기 위한 입력부를 더 포함하되,
   상기 제어부는 상기 입력부를 통해 입력된 설정 변경에 대한 정보에 근거하여 상기 사용자 고유 인자를 결정하는 것을 특징으로 하는 그래핀 히터를 이용한 방한복.
   
4. 제 1항에 있어서,
   사용자의 상태를 감지하기 위한 상태감지부를 더 포함하되,
   상기 제어부는 상기 상태감지부의 감지결과에 근거하여 상기 사용자의 활동 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 그래핀 히터를 이용한 방한복.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 상태감지부는,
   사용자의 가속도를 감지하는 가속도센서;
   사용자의 회전 관성을 감지하는 자이로센서; 및
   사용자의 심박수를 감지하는 심박수센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 히터를 이용한 방한복.
   
6. 제 1항에 있어서,
   의복의 내부 온도 및 외부 온도 중 적어도 하나 이상을 감지하는 온도감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 히터를 이용한 방한복.
   
7. 삭제
8. 제어부가 그래핀 히터의 위치, 사용자 고유 인자, 사용자의 활동 상태, 의복의 내부 온도 및 의복의 외부 온도 중 적어도 하나 이상을 환경변수로 획득하는 단계;
   상기 제어부가 상기 획득된 환경변수를 고려하여, 의복에 포함되어 발열 기능을 수행하는 적어도 하나 이상의 그래핀 히터의 히팅 패턴을 결정하는 단계; 및
   상기 제어부가 상기 결정된 패턴에 따라 상기 그래핀 히터에 인가되는 전압을 제어하여 발열 온도를 조절하는 단계를 포함하되,
   상기 히팅 패턴을 결정하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 히팅 패턴을 사인곡선의 형태로 결정하고, 상기 환경변수에 따라 사인곡선의 최대값, 최소값 및 주기를 결정하며,
   상기 환경변수는 상기 그래핀 히터의 위치, 사용자 고유 인자, 사용자의 활동 상태, 의복의 내부 온도 및 의복의 외부 온도를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 히터를 이용한 방한복의 제어방법.
9. 삭제

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