KR101990984B1

KR101990984B1 - 냉각 제어 모듈, 이를 포함하는 손목 냉각 밴드 및 웨어러블 냉각 장치

Info

Publication number: KR101990984B1
Application number: KR1020180014052A
Authority: KR
Inventors: 박철웅
Original assignee: 주식회사 디자인넥스트
Priority date: 2018-02-05
Filing date: 2018-02-05
Publication date: 2019-06-27

Abstract

냉각 제어 모듈, 이를 포함하는 손목 냉각 밴드 및 웨어러블 냉각 장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 신체에 냉감을 일으키는 냉각 제어 모듈로서, 흡열표면과 발열표면을 가지는 열전소자와; 상기 열전소자에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부와; 상기 열전소자의 발열표면에 부착되어 열을 발산하는 방열부재(放熱部材)를 포함하며, 상기 방열부재는, 일정 두께를 갖고 두께 방향으로 상기 열을 이동시키는 열분해 흑연 패드(pyrolytic graphite pad)와 금속 방열판이 교대로 적층되어 형성되는, 냉각 제어 모듈이 제공된다.

Description

냉각 제어 모듈, 이를 포함하는 손목 냉각 밴드 및 웨어러블 냉각 장치{Cooling controlling module, wrist cooling band and wearable cooling apparatus having the same}

본 발명은 냉각 제어 모듈, 손목 냉각 밴드 및 웨어러블 냉각 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 신체에 착용할 수 있는 웨어러블 장치에 결합되어 신체에 냉감을 일으켜 쾌적감을 느낄 수 있도록 하며, 웨어러블 장치에 장착되더라도 미관을 크게 해치지 않는 냉각 제어 모듈 및 이를 포함하는 손목 냉각 밴드 및 웨어러블 냉각 장치에 관한 것이다.

최근 광범위하게 진행되고 있는 지구 온난화와 함께 기상 이변이 속출하고 있다. 사계절이 뚜렷하였던 우리나라는 점점 게릴라성 집중호우의 빈도가 증가하고있고 한 여름이 길어지며 아열대 기후로 전환 중이라는 우려가 있다. 지난 100년간 지구의 평균 기온은 0.74 상승하였으며, 우리나라의 경우에는 배가 넘는 1.5가 상승하였다고 보고되고 있다.

이러한 기후 변화에 대응하여 의류 분야에서는 기후 변화에 효율적으로 대응할 수 있는 기능성 의류의 개발이 활발히 이루어지고 있는데, 특히 신체의 온도를 낮추어 신체를 쾌적하게 유지할 수 있도록 신체에 냉감을 주는 기능성 의류의 개발이 활발하다.

종래에는 상변화 물질(phase change materials)이 내장된 냉장팩 등을 얼려 의류에 부착하고 착용자에게 사용자에게 시원함을 느끼게 하였다. 그러나 이러한 상변화 물질은 상변환이 이루어지는 시간상의 제약으로 인해 장기적으로 사용할 수 없고, 냉동시킨 상태에서 그 사용이 이루어지기 때문에 시간이 지나면 지날수록 점차 그 성능이 떨어지는 문제가 있었다.

한편, 두 종류의 도체를 결합하고 전류를 흐르도록 하면, 한 쪽의 접점은 발열하여 온도가 상승하고 다른 쪽의 접점에서는 흡열하여 온도가 낮아지는 펠티어 효과가 있다. 펠티어 효과를 이용하여 흡열 또는 발열을 일으키도록 구성한 것이 열전 소자인데, 최근에 열전 소자를 이용하여 전자 냉각을 수행하는 기능성 의류를 제작하는 기술이 개발되고 있다.

열전 소자를 이용하여 기능성의 냉각 의류를 제작하는 경우, 발열면에서 발생하는 열을 효율적으로 발산하기 위한 방열부의 구성의 매우 중요하다. 열전 소자가 인체의 근접거리에 배치되어 있어 발산된 열이 자신의 피부나 다른 사람에게 직접 닿을 수 있을 뿐만 아니라, 방열부의 구성에 따라 신체를 냉각하기 위한 냉각 유닛이 무거워져 신체를 꾸미는 의류로서의 기능이 저하될 수 있기 때문이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2005-0004428호 (2005년01월12일 공개)

본 발명은 신체에 착용할 수 있는 웨어러블 장치에 결합되어 신체에 냉감을 일으켜 쾌적감을 느낄 수 있도록 하며, 웨어러블 장치에 장착되더라도 미관을 크게 해치지 않는 냉각 제어 모듈 및 이를 포함하는 손목 냉각 밴드 및 웨어러블 냉각 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 신체에 냉감을 일으키는 냉각 제어 모듈로서, 흡열표면과 발열표면을 가지는 열전소자와; 상기 열전소자에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부와; 상기 열전소자의 발열표면에 부착되어 열을 발산하는 방열부재(放熱部材)를 포함하며, 상기 방열부재는, 일정 두께를 갖고 두께 방향으로 상기 열을 이동시키는 열분해 흑연 패드(pyrolytic graphite pad)와 금속 방열판이 교대로 적층되어 형성되는, 냉각 제어 모듈이 제공된다.

상기 열분해 흑연 패드는, 상기 발열표면의 열이 상기 열분해 흑연 패드의 두께 방향으로 이동되도록 실리콘 레진(silicon resin) 내부에 열분해 흑연(pyrolytic graphite)이 필러(filler)로서 배치되어 형성될 수 있다.

상기 금속 방열판은, 알루미늄을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.

상기 열분해 흑연 패드는 상기 열전소자의 발열표면에 부착되고, 상기 금속 방열판은 상기 열분해 흑연 패드의 상면에 부착된 후 교대로 부착될 수 있다.

상기 열분해 흑연 패드의 두께는 1mm ~ 3mm일 수 있다.

상기 냉각 제어 모듈은, 상기 열전소자와 상기 방열부재를 커버하되, 상기 열전소자의 상기 흡열표면이 노출되도록 개구부가 형성되는 하우징과; 상기 열전소자의 상기 흡열표면에 면접되고 상기 하우징의 상기 개구부를 커버하며, 상기 흡열표면의 냉열을 외부로 전도하는 열전도판을 더 포함할 수 있다.

상기 하우징은, 알루미늄을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.

상기 하우징의 외측 표면에는 요철이 형성될 수 있다.

상기 열분해 흑연 패드가 최상단에 위치하도록 상기 열분해 흑연 패드와 상기 금속 방열판이 교대로 적층되며, 상기 최상단 열분해 흑연 패드는 상기 하우징의 내측 상면에 밀착될 수 있다.

상기 방열부재의 측면은 상기 하우징의 내측 측면에 밀착될 수 있다.

상기 열전소자의 흡열표면과 상기 열전도판 사이에는 전기 절연 시트가 개재될 수 있다.

상기 하우징의 상기 개구부과 상기 열전도판 사이에는 상기 개구부를 따라 절연 프레임이 개재될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 손목에 결착되어 신체에 냉감을 일으키는 손목 냉각 밴드로서, 상기 손목에 접촉되어 냉감을 일으키는 상기 냉각 제어 모듈과; 상기 냉각 제어 모듈을 상기 손목에 결착하는 손목 밴드를 포함하는, 손목 냉각 밴드가 제공된다.

상기 전원 공급부는, 상기 열전소자의 전원 단자에 결합되는 전원 케이블과; 상기 전원 케이블에 결합되어 전원을 공급하는 전원 배터리를 포함하되, 상기 손목 밴드에는, 상기 전원 배터리가 내장되는 전원 공간부와; 상기 전원 공간부와 연통되며 상기 전원 케이블이 내장되어 상기 열전소자와 연결되도록 연결 통로가 형성될 수 있다.

상기 손목 밴드는, 일단이 서로 결착되도록 단부에 결착수단이 형성되는 한 쌍의 손목 스트립을 포함하되, 상기 한 쌍의 손목 스트립의 타단은 상기 냉각 제어 모듈의 서로 대향하는 양측에 각각 결합될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 신체에 냉감을 일으키는 웨어러블 냉각 장치로서, 냉감을 일으키는 상기 냉각 제어 모듈과; 상기 냉각 제어 모듈이 결합되며 상기 신체에 착용되는 웨어러블 장치를 포함하는, 웨어러블 냉각 장치가 제공된다.

본 발명의 실시예에 따른 냉각 제어 모듈은, 신체에 착용할 수 있는 웨어러블 장치에 결합되어 신체에 냉감을 일으켜 쾌적감을 느낄 수 있도록 하며, 미관을 크게 해치지 않는 웨어러블 냉각 장치를 구성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 제어 모듈의 방열구조의 분해 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 제어 모듈의 방열구조의 결합 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 제어 모듈의 열분해 흑연 패드의 구조를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 제어 모듈의 분해 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 제어 모듈의 결합 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 제어 모듈을 포함하는 손목 냉각 밴드의 분해 사시도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 제어 모듈을 포함하는 손목 냉각 밴드의 결합 사시도.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명에 따른 냉각 제어 모듈, 손목 냉각 밴드 및 웨어러블 냉각 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부한 도면을 참조하여 설명함에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 제어 모듈의 방열구조의 분해 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 제어 모듈의 방열구조의 결합 단면도이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 제어 모듈의 열분해 흑연 패드의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 제어 모듈의 분해 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 제어 모듈의 결합 사시도이다.

도 1 내지 도 5에는, 냉각 제어 모듈(10), 열전소자(12), 발열표면(14), 흡열표면(16), 방열부재(放熱部材)(18), 열분해 흑연 패드(pyrolytic graphite pad)(20), 금속 방열판(22), 전원 공급부(24), 전원 케이블(26), 실리콘 레진(silicon resin)(27), 하우징(28), 필러(29), 열전도판(30), 전기 절연 시트(32), 절연 프레임(34), 개구부(35), 요철(36)이 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 냉각 제어 모듈(10)은, 신체에 냉감을 일으키는 냉각 제어 모듈(10)로서, 흡열표면(16)과 발열표면(14)을 가지는 열전소자(12)와; 상기 열전소자(12)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(24)와; 상기 열전소자(12)의 발열표면(14)에 부착되어 열을 발산하는 방열부재(放熱部材)(18)를 포함하며, 상기 방열부재(18)는, 일정 두께를 갖고 두께 방향으로 상기 열을 이동시키는 열분해 흑연 패드(20)(pyrolytic graphite pad)와 금속 방열판(22)이 교대로 적층되어 형성된다.

본 실시예에 따른 냉각 제어 모듈(10)은 사람이나 동물의 신체에 착용하는 각종 웨어러블 장치 또는 의복에 장착되어 신체를 냉각함으로써 신체에 냉감을 일으켜 쾌적감을 높인다.

날씨가 더운 여름철, 운동할 때, 화염 속에서 작업을 수행할 때 신체에서 많은 열이 발생할 수 있는데, 본 실시예에 따른 냉각 제어 모듈(10)이 신체를 냉각하여 냉감을 일으켜 시원함을 느끼도록 한다.

이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 실시예에 따른 냉각 제어 모듈(10)을 자세히 살펴 본다.

열전소자(12)는 펠티어 효과(peltier effect)를 이용하여 제작되는 전자 소자로서 흡열표면(16)과 발열표면(14)을 갖는다.

펠티어 효과는 두 종류의 도체를 결합하고 전류를 흘려주면 한 쪽의 접점에서는 발열하여 온도가 상승하고 다른 쪽의 접점에서는 흡열이 이루어져 온도가 낮아지는 현상이다. 열전소자(12)는 이러한 펠티어 효과를 이용하여 흡열 또는 발열을 일으키는 전자 소자인데, 알루미나(Al₂O₃) 등의 세라믹 기판 위에 N형 및 P형 반도체로 이루어진 열전물질을 형성하여, N형 열전물질 및 P형 열전물질이 전극으로 직렬 연결되어 형성되는 것이 일반적인 형태이다. 현재 열전소자(12)는 다양한 형태로 개발되어 제작되고 있는데 의류 등에 적용할 수 있도록 플렉서블 형태로 제작되기도 한다.

본 실시예에서는 열전소자(12)의 형태를 한정하지 않고, 전류를 인가하는 경우 한 쪽 면에서는 흡열이 이루어지고 다른 쪽 면에서는 발열이 이루어지는 형태의 다양한 형태의 열전소자를 포함한다.

본 실시예에서는 흡열표면(16)을 통해 열을 흡수하여 신체를 냉각하도록 구성하고 다른 쪽의 발열표면(14)에서는 열을 용이하게 발산할 수 있도록 열전소자(12)의 발열표면(14)에 방열구조를 둔다. 열전소자(12)의 발열표면(14)에서 효과적으로 열을 방열(放熱)하여야 흡열표면(16)에서 효율적인 냉각이 이루어질 수 있기 때문에서 방열구조의 구성이 매우 중요하다.

전원 공급부(24)는 열전소자(12)에 전원을 공급하기 위한 구성으로서, 열전소자(12)의 N형 반도체 및 P형 반도체에 연결되는 단자에 연결되어 전원을 공급한다. 전원 공급부(24)는 열전소자(12)의 단자에 전기적으로 연결되는 전원 케이블(26)과, 전원 케이블(26)에 연결되어 전원을 공급하는 전원 배터리로 구성될 수 있다.

방열부재(放熱部材)(18)는 열전소자(12)의 발열표면(14)에 부착되어 발열표면(14)에서 발생하는 열을 외부로 발산한다.

본 발명에 따른 방열부재(18)는, 일정 두께를 갖고 두께 방향으로 상기 열을 이동시키는 열분해 흑연 패드(pyrolytic graphite pad)(20)와 금속 방열판(22)을 교대로 적층하여 형성한다. 도 1을 참조하면 3개의 열분해 흑연 패드(20)와 2개의 금속 방열판(22)이 교대로 적층된 형태의 방열부재(18)를 제시하고 있다.

냉각 제어 모듈(10)은 신체에 착용하는 웨어러블 장치나 의류에 장착되어 사용하기 때문에 방열 과정에서 자신의 신체나 타인에게 열이 발산되어 불쾌감을 주는 것을 억제하고, 특히 신체에 착용된다는 측면에서 장신구의 역할 뿐만 아니라 의복에 장착될 때 신체를 꾸미는 의복으로서의 기능을 확보할 필요가 있다.

종래의 팬(fan)을 통한 강제 배기 형식의 경우 팬에서 방사되는 뜨거운 열이 자신의 신체나 타인에 직접 전달되어 불쾌감을 줄 우려가 있고, 히트 싱크(heat sink)를 이용한 방열구조의 경우 방열 성능 향상에 따른 히트 싱크의 사이즈가 커져서 웨어러블 장치에 적용하기에 부적합할 수 있다.

이에 따라 본 실시예에서는 두께 방향으로 열을 이동시키는 열분해 흑연 패드(20)와 금속 방열판(22)이 교대로 적층하여 방열부재(18)를 구성하여 필요한 방열성능과 함께 웨어러블 냉각 장치에 적합하도록 구성하였다.

열분해 흑연(pyrolytic graphite)은 높은 열전도도와 전기전도도를 갖는 고순도의 흑연을 말한다. 열분해 흑연은 육각형의 흑연 구조가 2차원 평면 상에 균일하게 배치된 형태로서, 2차원 평면 상의 육각형의 흑연 구조가 층층이 적층되어 통상 시트(sheet) 형태로 제조되는데, 이를 열분해 흑연 시트(Pyrolytic Graphite Sheet, PGS)라 한다.

열분해 흑연 시트는 2차원 평면 상의 육각형의 흑연구조를 따라 시트의 평면(X-Y 평면) 상에서 열이 빠르게 확산되도록 구성된 것으로, 시트의 평면(X-Y 평면)의 수직방향 즉, Z축 방향으로 열의 이동은 크게 고려되어 있지 않다.

따라서, 본 발명에서는 매우 얇은 두께를 갖는 시트 형태의 열분해 흑연 시트를 대신하여 일정 두께를 갖고 두께 방향으로 열을 이동시키는 열분해 흑연 패드(20)(pyrolytic graphite pad)를 적용하여 발열표면(14)에 면접되어 부착되는 열분해 흑연 패드(20)의 두께 방향(열분해 흑연 패드의 평면을 X-Y 평면으로 가정할 때 열분해 흑연 패드(20)의 두께 방향을 X-Y 평면에 수직인 Z축 방향으로 정의할 수 있다.)으로 열을 빠르게 이동시켜 금속 방열판(22)으로 전달되도록 구성하였다.

금속 방열판(22)의 경우 열이 방향성 없이 무작위로 금속 방열판(22) 내에서 확산하게 되는데, 금속 방열판(22)에서 무작위로 확산된 열은 다시 금속 방열판(22) 상부에 면접되어 배치되는 열분해 흑연 패드(20)를 통해 전체 면적에 대해 다시 Z축의 두께 방향으로 열이 이동된다.

열분해 흑연 패드(20)와 금속 방열판(22)을 교대로 적층하여 형성되는 방열구조는 열전소자(12)의 발열표면(14)에서 발생한 열을 방열부재(18)의 두께 방향(Z축 방향)으로 빠르게 전달하여 냉각 제어 모듈(10)의 외측으로 열을 효과적으로 발산하게 된다.

본 실시예에 따른 방열부재(18)를 보면, 열전소자(12)의 발열표면(14)에서 발생한 열을 열분해 흑연 패드(20)를 통해 두께 방향(Z축 방향)으로 빠르게 전달하고, 두께 방향으로 전달된 열은 금속 방열판(22)을 통해 전체 면적으로 무작위로 확산된 후 다시 열분해 흑연 패드(20)를 통해 다시 두께 방향(Z축 방향)으로 전달하도록 구성되며, 최외측 열분해 흑연 패드(20)를 통해 Z축 방향으로 전달되는 열은 최외측 금속 방열판(본 실시예에서는 하우징(28)에 해당됨)을 통해 외기로 발산된다.

본 발명에서는 판 형태의 열분해 흑연 패드(20)와 금속 방열판(22)을 교대로 적층하여 방열부재(18)를 구성하기 때문에, 방열부재(18)를 판 상으로 컴팩트하게 구성할 수 있고, 겉을 감싸는 하우징(28)의 형태에 따라 방열부재(18)에 미감을 줄 수 있어 웨어러블 냉각 장치에 적용하는데 적합하다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 방열부재(18)는, 열분해 흑연 패드(20)가 먼저 열전소자(12)의 발열표면(14)에 부착되고, 금속 방열판(22)이 열분해 흑연 패드(20)의 상면에 부착된 후 교대로 부착되도록 구성하였다. 최상측 열분해 흑연 패드(20)의 상면에는 금속 방열판이 다시 부착되어 열전소자(12)의 발열표면(14)에서 발생하는 열을 외기로 배출하게 된다.

도 3은 본 실시예에 따른 열분해 흑연 패드(20)의 일부를 도시하고 있는데, 발열표면(14)의 열이 열분해 흑연 패드(20)의 두께 방향으로 이동되도록 실리콘 레진(silicon resin) 내부에 열분해 흑연(pyrolytic graphite)이 필러(filler)(29)로서 배치된 형태가 도시되어 있다.

열분해 흑연은 육각형의 흑연 구조가 2차원 평면 상에 균일하게 된 형태로서 시트 상으로 제조될 수 있는데, 열분해 흑연 패드(20)의 몸체를 형성하는 실리콘 레진(27) 내부에 열이 열분해 흑연 패드(20)의 두께 방향으로 이동되도록 필러(29)로서 열분해 흑연를 두께 방향(Z축 방향, t)으로 배열시켜 열분해 흑연 패드(20)를 구성한다. 열분해 흑연이 Z축 방향으로 배열되어 있기 때문에서 열전소자(12)의 발열표면(14)에서 발생한 열이 열분해 흑연를 통해 Z축 방향으로 빠르게 이동할 수 있으며, 실리콘 레진(27)이 몸체를 이루고 있어 뛰어난 유연성을 제공할 수 있다.

열분해 흑연 패드(20)의 두께는 1mm 내지 3mm 범위에서 선정될 수 있다. 실험에 따르면 열분해 흑연 패드(20)의 두께가 1mm 미만인 경우에는 Z축 방향으로 열의 이동 거리가 짧아 Z축의 두께 방향으로 열을 효과적으로 배출할 수 없고, 3mm를 초과하는 경우에는 열분해 흑연 패드(20) 하면의 열이 상면(Z축 방향)으로 완전히 이동하는데 상대적으로 많은 시간이 소요되어 이 또한 열을 효과적으로 배출하는데 어려움이 있었다. 본 실시예에서는 3mm두께의 열분해 흑연 패드(20)를 사용하여 방열부재(18)를 구성하였다.

한편, 금속 방열판(22)은 알루미늄을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다. 알루미늄은 열전도도가 비교적 높아 방열판으로서 많이 사용되는 재질이다.

본 실시예에 따른 냉각 제어 모듈(10)은, 열전소자(12)와 방열부재(18)를 커버하되, 열전소자(12)의 흡열표면(16)이 노출되도록 개구부(35)가 형성되는 하우징(28)과; 열전소자(12)의 흡열표면(16)에 면접되고 하우징(28)의 개구부(35)를 커버하며, 흡열표면(16)의 냉열을 외부로 전도하는 열전도판(30)을 더 포함한다.

하우징(28)은 상술한 열전소자(12)와 방열부재(18)를 포위하여 보호하기 위한 구성으로서, 방열부재(18)가 부착된 열전소자(12)가 하우징(28) 내부에 안착된다.

하우징(28)의 일측에는 개구부(35)가 형성되는데, 방열부재(18)가 부착된 열전소자(12)가 개구부(35)를 통해 하우징(28)의 내부에 삽입되면 개구부(35)를 통해 열전소자(12)의 흡열표면(16)이 노출된다. 이 경우, 하우징(28)을 통한 열 발산을 더욱 좋게 하기 위하여, 방열부재(18)의 측면이 하우징(28)의 내측 측면에 면접되도록 하여 방열부재(18)의 상면과 측면에서 하우징(28)을 통해 외부로 열을 배출하도록 구성할 수도 있다.

열전도판(30)은, 열전소자(12)의 흡열표면(16)에 면접되고 하우징(28)의 개구부(35)를 커버하며, 흡열표면(16)의 냉열을 외부로 전도한다. 열전도판(30)은 하우징(28)의 일부로서 하우징(28)의 개구부(35)를 커버하는데, 열전소자(12)의 흡열표면(16)을 통한 열의 흡수과정에서 냉각열을 외부로 용이하게 전달하기 위해서 흡열표면(16)에 열전도판(30)이 면접된다. 열전도판(30)은 열전도도가 높은 금속성의 재질로서 알루미늄, 스테인리스 스틸 등이 열전도판(30)으로 사용될 수 있다.

하우징(28)을 방열부재(18)의 일부로서 구성하기 위하여, 하우징(28)을 알루미늄을 포함하는 재질로 구성할 수 있다. 즉, 열분해 흑연 패드(20)가 최상단에 위치하도록 열분해 흑연 패드(20)와 금속 방열판(22)이 교대로 적층하여 방열부재(18)를 구성하되, 최상단 열분해 흑연 패드(20)가 알루미늄을 포함하는 재질로 이루어진 하우징(28)의 내측 상면에 밀착되도록 구성하여 최상단 열분해 흑연 패드(20)에서 전달된 열이 하우징(28)을 통해 외기로 방출되도록 구성하는 것이다. 그리고, 하우징(28)을 통한 열 발산을 높이기 위해 하우징(28)의 외측에 요철(36)을 두어 외기와 접촉 표면적을 높일 수 있다.

한편, 열전소자(12)의 흡열표면(16)과 열전도판(30) 사이에는 전기 절연 시트(32)가 개재될 수 있다. 열전소자(12)는 전자 소자로서 전원이 공급되는데, 열전도판(30)이 금속재질로 이루어질 경우 열전소자(12)와 열전도판(30) 사이에 단락이 발생할 수 있으므로 그 사이에 전기 절연 시트(32)를 배치하여 열전소자(12)와 열전도판(30) 사이에 단락이 발생을 방지할 수 있다.

그리고, 하우징(28)의 개구부(35)과 열전도판(30) 사이에는 개구부(35)를 따라 절연 프레임(34)이 개재될 수 있다. 하우징(28)을 방열부재(18)의 일부로 구성하는 경우 하우징(28)에서 발생하는 열이 냉각열을 전도하는 열전도판(30)으로 전도될 수 있으므로 하우징(28)과 열전도판(30) 사이에 열의 전달은 막을 수 있는 절연 프레임(34)을 배치하여, 하우징(28)의 발산열이나 열전도판(30)의 냉각열이 하우징(28)과 열전도판(30) 사이를 서로 이동하는 것을 방지하는 것이다.

도 5에는 본 실시예에 따른 냉각 제어 모듈(10)이 도시되어 있는데, 이와 같은 냉각 제어 모듈(10)을 의복이나 신체에 착용할 수 있는 웨어러블 장치에 하나 또는 복수 개를 장착하여 신체에 냉감을 유도하는 웨어러블 냉각 장치를 구성할 수 있다.

웨어러블 장치는 손목, 머리, 복부, 다리 등 신체에 착용할 수 있는 밴드, 모자, 헬멧, 장신구 및 의복을 포함하는 개념으로 사람뿐만 아니라 동물의 신체에 착용할 수 있는 각종 장치를 의미한다.

이하에서는 웨어러블 냉각 장치 중 손목에 착용하여 신체에 냉감을 일으키는 손목 냉각 밴드를 중심으로 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 제어 모듈(10)을 포함하는 손목 냉각 밴드의 분해 사시도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 제어 모듈(10)을 포함하는 손목 냉각 밴드의 결합 사시도이다.

도 6 및 도 7에는, 냉각 제어 모듈(10), 하우징(28), 열전도판(30), 요철(36), 절연 프레임(34), 전원 케이블(26), 손목 밴드(38), 손목 스트립(40, 42), 결착수단(44), 결착핀(45), 공간부(46), 결착홀(47), 연결통로(48), 조립덮개(50)가 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 손목 냉각 장치는, 손목에 결착되어 신체에 냉감을 일으키는 손목 냉각 밴드로서, 손목에 접촉되어 냉감을 일으키는 상술한 냉각 제어 모듈(10)과; 냉각 제어 모듈(10)을 손목에 결착하는 손목 밴드(38)를 포함한다.

냉각 제어 모듈(10)에 대해서 위에서 자세히 설명하였으므로 손목 밴드(38)를 중심으로 설명하기로 한다.

손목 밴드(38)는 냉각 제어 모듈(10)을 손목에 결착하기 위한 구성으로서, 탄성의 밴드를 이용하여 탄성력에 의해 냉각 제어 모듈(10)을 손목에 결착하거나, 시계 형태로 구성하여 냉각 제어 모듈(10)을 손목에 결착할 수 있다. 본 실시예는 시계 형태로 손목 냉각 밴드를 구성하여 장신구의 역할과 함께 냉각 장치로 이용할 수 있도록 구성한 형태이다.

본 실시예에 따른 손목 밴드(38)는, 일단이 서로 결착되도록 단부에 결착수단(44)이 형성되는 한 쌍의 손목 스트립(40, 42)로 구성되며, 한 쌍의 손목 스트립(40, 42)의 타단은 냉각 제어 모듈(10)의 서로 대향하는 양측에 각각 결합된다.

한 쌍의 손목 스트립(40, 42)을 연 상태에서 손목 냉각 밴드의 냉각 제어 모듈(10)이 손목의 피부에 닿도록 손목에 휘감아 결착수단(44)으로 결착하게 된다.

손목의 등부분이나 아래 부분에는 혈관이 피부에 가깝게 노출되어 있는데 이러한 혈관에 냉각 제어 모듈(10)이 닿게 한 후 냉각 제어 모듈(10)을 작동시키면 냉각된 피가 혈관을 따라 신체를 이동하면서 신체에 냉감을 일으키게 된다.

손목 냉각 밴드의 경우 손목에 장착되는 웨어러블 냉각 장치로서 상대적으로 크기를 작게 형성해야 하기 때문에 각종 구성을 효율적으로 배치할 필요가 있다. 이에 따라 본 실시예에서는 냉각 제어 모듈(10)에 전원을 공급하는 전원 공급부(24)를 손목 밴드(38)에 배치한 형태를 제시한다.

즉, 전원 공급부(24)는, 열전소자(12)의 전원 단자에 결합되는 전원 케이블(26)과; 전원 케이블(26)에 결합되어 전원을 공급하는 전원 배터리로 구성될 수 있는데, 본 실시예에서는 손목 밴드(38)에 전원 배터리가 내장될 수 있는 전원 공간부(46)와; 전원 공간부(46)와 연통되며 전원 케이블(26)이 내장되어 열전소자(12)와 연결되도록 연결통로(48)를 형성하였다.

도 7를 참조하면, 손목 스트립(40, 42) 중 하나(42)에 전원 배터리를 내장하게 되는데, 전원 배터리가 내장되는 손목 스트립(42)은, 일측이 개방된 공간부(46)와 연결통로(48)가 형성되는 손목 스트립 본체(42)와, 손목 스트립 본체(42)의 개방부를 덮는 조립덮개(50)로 구성될 수 있다.

조립 시 열전소자(12)와 연결되는 전원 케이블(26)과 전원 배터리를 손목 스트립 본체(42)의 공간부(46)와 연결통로(48)에 각각 배치한 후 조립덮개(50)로 덮어 전원 배터리가 내장되는 손목 스트립(42)을 구성한다.

결착수단(44)은 한 쌍의 손목 스트립(40, 42)의 일단을 서로 결착하기 위한 것으로, 본 실시예에서는 한 쌍의 손목 스트립(40, 42) 중 하나(40)에 결착핀(45)을 부착하고 나머지 손목 스트립(42)에 길이 방향을 따라 결착홀(47)을 형성하여 손목 냉각 밴드를 손목에 알맞게 맞춘 후 결착핀(45)을 결착홀(47)에 삽입하여 결착하도록 구성하였다. 다만, 이는 일 실시예에 지나지 않으며 벨크로, 스냅단추 등 다양한 형태의 결착수단이 적용될 수 있음은 물론이다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

10: 냉각 제어 모듈 12: 열전소자
14: 발열표면 16: 흡열표면
18: 방열부재 20: 열분해 흑연 패드
22: 금속 방열판 24: 전원 공급부
26: 전원 케이블 27: 실리콘 레진(silicon resin)
28: 하우징 29: 필러
30: 열전도판 32: 전기 절연 시트
34: 절연 프레임 35: 개구부
36: 요철 38: 손목 밴드
40, 42: 손목 스트립 44: 결착수단
45: 결착핀 46: 공간부
47: 결착홀 48: 연결통로
50: 조립덮개

Claims

신체에 착용하는 웨어러블 장치나 의복에 장착되어 신체에 냉감을 일으키는 냉각 제어 모듈로서,
흡열표면과 발열표면을 가지는 열전소자와;
상기 열전소자에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부와;
상기 열전소자의 발열표면에 부착되어 열을 발산하는 방열부재(放熱部材)를 포함하며,
상기 방열부재는,
1mm ~ 3mm의 두께를 갖고 상기 두께 방향으로 상기 열을 이동시키는 열분해 흑연 패드(pyrolytic graphite pad)와 금속 방열판이 교대로 적층되어 형성되고,
상기 열분해 흑연 패드는,
상기 발열표면의 열이 상기 열분해 흑연 패드의 두께 방향으로 이동되도록 실리콘 레진(silicon resin) 내부에 필러(filler)로서 열분해 흑연(pyrolytic graphite)을 상기 두께 방향으로 배열시켜 형성되는 것을 특징으로 하는, 냉각 제어 모듈.
삭제
제1항에 있어서,
상기 금속 방열판은, 알루미늄을 포함하는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 냉각 제어 모듈.
제1항에 있어서,
상기 열분해 흑연 패드는 상기 열전소자의 발열표면에 부착되고,
상기 금속 방열판은 상기 열분해 흑연 패드의 상면에 부착된 후 교대로 부착되는 것을 특징으로 하는, 냉각 제어 모듈.
삭제
제1항에 있어서,
상기 열전소자와 상기 방열부재를 커버하되, 상기 열전소자의 상기 흡열표면이 노출되도록 개구부가 형성되는 하우징과;
상기 열전소자의 상기 흡열표면에 면접되고 상기 하우징의 상기 개구부를 커버하며, 상기 흡열표면의 냉열을 외부로 전도하는 열전도판을 더 포함하는, 냉각 제어 모듈.
제6항에 있어서,
상기 하우징은, 알루미늄을 포함하는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 냉각 제어 모듈.
제7항에 있어서,
상기 하우징의 외측 표면에는 요철이 형성되는 것을 특징으로 하는, 냉각 제어 모듈.
제6항에 있어서,
상기 열분해 흑연 패드가 최상단에 위치하도록 상기 열분해 흑연 패드와 상기 금속 방열판이 교대로 적층되며,
상기 최상단 열분해 흑연 패드는 상기 하우징의 내측 상면에 밀착되는 것을 특징으로 하는, 냉각 제어 모듈.
제9항에 있어서,
상기 방열부재의 측면은 상기 하우징의 내측 측면에 밀착되는 것을 특징으로 하는, 냉각 제어 모듈.
제6항에 있어서,
상기 열전소자의 흡열표면과 상기 열전도판 사이에는 전기 절연 시트가 개재되는 것을 특징으로 하는, 냉각 제어 모듈.
제6항에 있어서,
상기 하우징의 상기 개구부과 상기 열전도판 사이에는 상기 개구부를 따라 절연 프레임이 개재되는 것을 특징으로 하는, 냉각 제어 모듈.
손목에 결착되어 신체에 냉감을 일으키는 손목 냉각 밴드로서,
상기 손목에 접촉되어 냉감을 일으키는 상기 제1항, 제3항, 제4항, 제6항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 냉각 제어 모듈과;
상기 냉각 제어 모듈을 상기 손목에 결착하는 손목 밴드를 포함하는, 손목 냉각 밴드.
제13항에 있어서,
상기 전원 공급부는,
상기 열전소자의 전원 단자에 결합되는 전원 케이블과;
상기 전원 케이블에 결합되어 전원을 공급하는 전원 배터리를 포함하되,
상기 손목 밴드에는,
상기 전원 배터리가 내장되는 전원 공간부와;
상기 전원 공간부와 연통되며 상기 전원 케이블이 내장되어 상기 열전소자와 연결되도록 연결 통로가 형성되는 것을 특징으로 하는, 손목 냉각 밴드.
제13항에 있어서,
상기 손목 밴드는,
일단이 서로 결착되도록 단부에 결착수단이 형성되는 한 쌍의 손목 스트립을 포함하되,
상기 한 쌍의 손목 스트립의 타단은 상기 냉각 제어 모듈의 서로 대향하는 양측에 각각 결합되는 것을 특징으로 하는, 손목 냉각 밴드.
신체에 냉감을 일으키는 웨어러블 냉각 장치로서,
냉감을 일으키는 상기 제1항, 제3항, 제4항, 제6항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 냉각 제어 모듈과;
상기 냉각 제어 모듈이 결합되며 상기 신체에 착용되는 웨어러블 장치를 포함하는, 웨어러블 냉각 장치.