KR102541635B1 - 원적외선 방출이 가능한 충전식 손난로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부 전원을 충전하여 발열 가능한 충전식 손난로에 관한 것으로서, 보다 상세하면 충전식 손난로의 케이싱 표면에 원적외선 방출이 가능한 일라이트 분말을 함유하는 코팅 조성물에 의한 코팅층이 형성되는 충전식 손난로에 관한 것이다.

Description

원적외선 방출이 가능한 충전식 손난로{Rechargeable hand heater capable of emitting far-infrared rays}

본 발명은 외부 전원을 충전하여 발열 가능한 충전식 손난로에 관한 것으로서, 보다 상세하면 충전식 손난로의 케이싱 표면에 원적외선 방출이 가능한 일라이트 분말을 함유하는 코팅 조성물에 의한 코팅층이 형성되는 충전식 손난로에 관한 분야이다.

일반적으로 손난로는 동절기에 추위를 막으려는 목적으로 열을 발생시키는 방한기구로서, 실외작업이 많은 작업자, 군인 또는 등산, 스키, 골프 등 스포츠를 추운 겨울에 즐기려는 사람에게 매우 유용하게 사용되고 있다.

또한 상기 용도의 손난로는 일반적으로 휴발유와 같은 기름을 연소시켜 열을 방출시키는 연료 연소식 손난로와, 전원을 충전하고 충전된 전원을 발열체에 공급하여 열을 방출시키는 충전식 손난로로 구분되는데, 최근에는 간편한 유지 관리를 위하여 충전식 손난로가 주를 이루는 추세이다.

아울러 상기 연료 연소식 손난로는 일반적으로 주유구멍을 통해 연료인 휘발유를 주입하면 석면에 휘발유가 흡수 저장되고, 백금촉매에 불을 붙이면 석면으로부터 기화되어 백금촉매에 도달한 유증기를 연소하여 열이 방출시키는 원리로 작동되었다.

더불어 상기 충전식 손난로는 손난로에 구비된 배터리에 전원을 충전하고, 충전된 전원을 발열도선 또는 발열필름과 같은 발열체에 공급하여, 발열체에서 열을 방출시키는 원리로 작동되었다.

다음은 충전식 손난로에 관한 대표적인 종래기술이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2007-0089574호는 충전 가능한 전기 손난로 및 이동형 보조전원의 기능을 갖는 전기 손난로에 관한 것으로서, 2차 전지와, 열전도성 필름과, 면상 발열체와, 상기 2차 전지의 충전을 위한 충전 제어부 및 케이스로 구성되는 충전 가능한 전기손난로로서, 상기 2차전지는 충전 제어부에 연결되고, 상기 2차전지의 상면과 하면에 면상 발열체가 위치하고, 상기 2차 전지와 상기 면상 발열체가 전기적으로 접속되어 있고, 상기 2차 전지와 상기 면상 발열체 사이에 열전도성 필름이 끼워져 있고, 상기 2차전지, 열전도성 필름, 면상발열체 및 충전제어부가 상기 케이스 안에 설치되어 있는 것을 특징으로 하였다.

또한 상기 종래기술은 2차 전지를 에너지원으로 함으로써 충전하여 사용할 수 있고, 기존의 휴대전화용 충전기로 충전을 용이하게 할 수 있는 효과를 실현하였으나, 단순히 손난로 기능 및 보조 배터리 기능만을 가지기 때문에, 사용자의 건강을 증진시킬 수 있는 기능성이 다소 미흡하여, 이를 해결하기 위한 지속적인 연구개발이 요구되는 실정이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2007-0089574호(2007.08.31.) 대한민국 등록실용신안공보 제20-0366640호(2004.10.26.) 대한민국 등록실용신안공보 제20-0377899호(2005.02.25.) 대한민국 공개실용신안공보 제20-2016-0001001호(2016.03.29.)

본 발명은 충전식 손난로의 종래기술에 따른 문제점들을 개선하고자 안출된 기술로서, 종래 일반적인 충전식 손난로는 단순히 발열 기능만을 가지기 때문에, 인체에 유익한 기능성 향상 효과가 미흡한 문제가 있었고;

또한 원적외선 방출물질과 같은 기능성 향상 물질이 충전식 손난로의 표면에 코팅되더라도 그 기능성이 다소 미흡한 문제가 있었으며;

특히, 충전식 손난로에서 발생하는 열에 의하여 상기와 같은 원적외선 방출물질이 쉽게 박리되는 문제가 발생하여, 이에 대한 해결점을 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자,

배터리와 발열체가 내부에 구비되는 케이싱 및; 상기 케이싱의 표면에 코팅되는 코팅층;을 포함하여 구성되고, 상기 코팅층은 일라이트 분말을 함유하는 코팅 조성물에 의하여 형성되도록 구성되는 원적외선 방출이 가능한 충전식 손난로를 제시한다.

상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 충전식 손난로는 충전식 손난로의 외형을 형성시키는 케이싱의 표면에 원적외선 방출 효과를 가지는 일라이트 분말이 함유된 코팅층이 형성되어, 손난로 고유의 방열효과와 더불어 원적외선 방출 효과를 얻을 수 있고;

또한 상기 코팅층을 형성시키는 코팅 조성물이 바인더 수지, 일라이트 분말, 카본블랙 및 실세스퀴옥산을 포함하여 구성되는 경우에는, 상기 코팅층의 내구성, 접착성 및 내열성이 향상되어, 케이싱의 표면에서 상기 코팅층이 쉽게 박리되지 않는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 원적외선 방출이 가능한 충전식 손난로를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 원적외선 방출이 가능한 충전식 손난로를 나타내는 부분 평면 단면도.

본 발명은 외부 전원을 충전하여 발열 가능한 충전식 손난로에 관한 것으로서, 배터리와 발열체가 내부에 구비되는 케이싱(10) 및; 상기 케이싱(10)의 표면에 코팅되는 코팅층(20);을 포함하여 구성되고, 상기 코팅층(20)은 일라이트 분말을 함유하는 코팅 조성물에 의하여 형성되도록 구성되는 원적외선 방출이 가능한 충전식 손난로에 관한 것이다.

이하 본 발명의 실시예를 도시한 도면 1 내지 2를 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명에 의한 원적외선 방출이 가능한 충전식 손난로(이하, ‘손난로’라 칭함.)는 손에 파지할 수 있을 정도의 크기를 가지고, 외부의 전원을 공급받아 충전이 가능하며, 내부에는 충전된 전원을 이용하여 발열되는 발열체를 구비한다.

즉, 본 발명에 의한 손난로는 배터리와 발열체가 내부에 구비되는 케이싱(10)을 포함하여 구성된다.

구체적으로, 상기 케이싱(10)은 손난로의 전체 형태를 형성시키는 구성으로서, 내부에 형성된 빈공간에는 전원이 충전되는 배터리와, 상기 배터리에서 공급받은 전원을 이용하여 열을 방출시키는 발열체가 구비되는 구성을 한다.

또한 상기 케이싱(10)의 외형은 당업자의 판단에 따라 사용자가 용이하게 파지할 수 있으면 다양한 형태의 것으로 구성될 수 있다.

이때, 상기 배터리는 외부 전원을 공급받아 충전되고 충전된 전원을 발열체 또는 외부 전자기기에 공급할 수 있는 2차 전지로 구성되는 것이 바람직하다.

아울러 상기 발열체는 상기 배터리에서 공급받은 전원을 이용하여 열을 방출할 수 있으면 금속발열체, 세라믹발열체 또는 면상발열체 등과 같은 일반적인 종류의 것을 이용할 수 있다.

아울러 상기 케이싱(10)에는 외부 전원을 공급하는 케이블이 꽂힐 수 있는 전원 입력단자(11)가 구비되고, 상기 전원 입력단자(11)는 배터리와 연결되는 구성을 한다. 이때, 상기 전원 입력단자(11)와 배터리의 사이에는 배터리의 과충전을 방지시킬 수 있는 과충전 방지모듈이 더 구비되는 구성을 할 수 있다.

더불어 상기 케이싱(10)에는 상기 배터리와 연결되어 배터리에 충전된 전원을 외부로 인출시킬 수 있는 전원 인출단자(12)가 더 구비되어, 본 발명에 의한 손난로가 보조 배터리로 가능하도록 구성될 수도 있다.

상기와 연관하여, 상기 케이싱(10)에는 배터리와 발열체를 서로 연결시키는 전원 케이블(또는 인쇄회로기판의 도전성 패턴)과 연결된 스위치(13)가 구비되어, 손난로의 사용 유무에 따라 배터리에서 발열체로의 전원 공급여부를 조절할 수 있다.

또한 상기 코팅층(20)은 상기 케이싱(10)의 표면에 코팅되어 원적외선을 방출시키는 구성으로서, 일라이트 분말을 함유하는 코팅 조성물에 의하여 형성되는 구성이다.

즉, 상기 일라이트는 체온보다 다소 높은 온도(약 40℃)에서부터 다량의 원적외선을 방출하는 물질로 알려져 있고, 일라이트에서 방출된 원적외선은 인체의 미세혈관을 확장시키고, 대사활동을 촉진시켜 노폐물 및 중금속 배출을 원활하게 유도하는 효과를 발휘하는 것으로 알려져 있다.

이때, 상기 코팅 조성물은 상기 효과를 가지는 일라이트 분말을 함유하고, 일정의 접착력을 가져 케이싱(10)의 표면에 견고히 코팅될 수 있으면 다양한 종류의 바인더 및 첨가물을 포함할 수 있고, 바람직하게는 상기 코팅 조성물은 폴리우레아를 바인더 수지로 하여 바인더 수지 100 중량부, 원적외선을 발생하는 일라이트 분말을 30 내지 50 중량부, 카본블랙 5 내지 10 중량부, 실세스퀴옥산 10 내지 20 중량부를 포함하여 구성될 수 있다.

구체적으로, 상기 바인더 수지인 폴리우레아는 다량의 세라믹 분말을 함유하면서도 코팅 조성물로서의 결착력을 확보할 수 있어야 하며 동시에 지속적으로 인가되는 열에 대한 장기간에 걸친 내열성을 확보할 수 있는 것이어야 한다.

본 발명에서는 상기 폴리우레아를 에폭시 프리폴리머 100 중량부에 대하여 지방족 이소시아네이트 화합물 50 내지 100 중량부를 첨가함으로써 제조한다.

상기 에폭시 프리폴리머는 아민기를 말단에 함유하는 것으로서, 2관능 에폭시 수지에 1급 아민 및 2급 아민 중 하나 이상과 반응시켜 말단에 아민기를 부여하여 제조한다. 상기 2관능성 에폭시 수지로는 강도, 접착력, 반응성, 내열성, 기계적 강도가 우수한 비스페놀 A를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 에폭시와 아민의 당량비는 1 : 1.2 ~ 1.5의 비율로 반응시키는 것이 바람직하다. 상기와 같은 당량비에서 내구성, 접착력, 반응성, 내열성, 및 기계적 강도가 우수한 특성을 나타낸다. 상기 당량비가 1.2 미만인 경우에는 수율이 저하되고 점도상승으로 인한 겔화가 발생하여 바람직하지 못하고, 당량비가 1.5를 초과하는 경우에는 아민의 함유량이 너무 많아 신율 저하 등 물성의 열화를 수반하기 때문에 바람직하지 못하다.

일단 에폭시 프리폴리머를 제조한 후 여기에 일라이트 분말, 카본블랙 및 실세스퀴옥산을 혼합하게 된다. 이후 상기 에폭시 프리폴리머에 이소시아네이트를 부가하여 중합반응을 통해 폴리우레아를 제조하게 된다.

상기 지방족 이소시아네이트 화합물은 헥사메틸렌 디이소시아네이트(Hexamethylene Diisocyanate, HDI), 이소포론디이소시아네이트(Isophorone Diisocyanate, IPDI), 메틸렌 디페놀 디이소시아네이트(Methylene diphenol diisocyanate, MDI) 및 사이클로헥실메탄 디이소시아네이트(Cyclohexylmethane diisocyanate, HMDI) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 선택할 수 있다.

상기 지방족 이소시아네이트를 혼합한 후 20 내지 50℃에서 1 내지 5시간을 반응시키면 NCO 함량이 7 내지 12 중량% 이고, 점도는 500 내지 5,000cps/25℃인 1액형 폴리우레아 바인더 수지를 얻을 수 있다.

상기 지방족 이소시아네이트의 함량이 50 중량부 미만이면 원하는 NCO 함량을 얻을 수 없고, 경화 속도 저하 및 기계적 강도가 낮아 원하는 물성을 얻을 수 없으므로 바람직하지 못하고, 100 중량부를 초과하면 NCO 함량이 낮아 저장 안정성 및 물성의 저하를 가져올 수 있기 때문에 바람직하지 못하다.

본 발명에서 사용되는 일라이트 분말은 자연상태에서도 음이온과 원적외선을 방출하나 제품화되었을 때에는 가열 장치에 의해 열을 공급받아 다량의 음이온과 원적외선을 방출하게 된다. 그러나 가열 장치에 의한 지속적인 열의 공급은 상기 바인더 수지의 열화를 초래하여 제품의 수명을 단축시키는 문제점이 있다.

따라서 본 발명에서는 상기 일라이트 분말과 함께 실세스퀴옥산을 혼합하여 사용한다. 상기 실세스퀴옥산은 다면체 구조를 가지고 있으므로 열을 흡수하면 Si-O-Si 결합의 열 진동이 발생한다. 물론 고열에 의해 분해될 수도 있으나, 본 발명에서는 체온 또는 이보다 조금 더 높은 온도의 열(약 40~50℃)이 발생하기 때문에 열 진동이 발생할 뿐 다면체 구조가 분해되지는 않는다.

따라서 가열 장치에서 공급된 열이 바인더 수지의 구조에 전달되기 전에 상기 열을 실세스퀴옥산의 구조가 흡수하기 때문에 바인더 수지의 열화 속도가 현저히 감소하게 된다.

일반적으로 실세스퀴옥산은 실리카 구조의 말단에 유기 관능기가 결합되어 있으므로 다른 성분들과의 상용성이 떨어지는 문제가 있다. 따라서 본 발명에서는 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 구조의 실세스퀴옥산을 적용하여 말단의 OH기에 의한 상용성을 향상시키면서 NCO기와 폴리우레아의 상용성을 통해 바인더 수지에 분산되어 결합이 이루어질 수 있도록 하고 있다.

또한, 카본블랙을 혼합함으로써 열전달을 촉진시키고 코팅 조성물에 도전성을 부여할 수 있다.

본 발명의 코팅 조성물의 특성을 평가하기 위하여 다음과 같이 가속실험을 실시하였다.

50×50×1㎝의 유리판에 코팅 조성물을 10±2㎛의 두께로 도포하여 경화시킨 후 150℃의 오븐에서 30일 간 방치하였다. 시료의 경화 후와 30일 후의 표면 상태를 육안으로 관찰하고 연필경도를 측정하여 코팅 표면의 내스크래치성을 측정하였다. 열에 의한 바인더 수지의 열화가 발생한다면 도막의 내스크래치성이 나빠질 것이기 때문에 이러한 실험을 통하여 장기 내열성 및 도막의 내구성을 확인할 수 있을 것으로 생각되었다.

실험을 위하여 표 1과 같은 조성으로 코팅 조성물을 제조하였다. 표 1에서 구성성분의 함량은 중량부이며 POSS 1은 화학식 1의 실세스퀴옥산, POSS 2는 화학식 2의 실세스퀴옥산이다.

	폴리우레아	일라이트	카본블랙	POSS1	POSS2
실시예1	100	35	6	12	-
실시예2	100	40	7	-	14
비교예1	100	40	-	18	-
비교예2	100	40	10		5
비교예3	100	40	10	-	-
비교예4	100	60	10	-	-

상기와 같은 시료에 대한 내스크래치성 평가 결과는 표 2와 같다. 내스크래치성 평가는 ASTM D3363 방법에 의거하여 1kg 하중으로 측정하였다. 또한, 표면 상태는 오븐에서 꺼낸 후 표면을 육안으로 관찰하여 균열이 전혀 발생하지 않으면 ○, 약간의 미세한 균열이 발생하면 △, 표면 전반에 걸쳐 균열이 발생하면 ×로 평가하였다.

	경화 후		30일 후
	표면상태	연필경도	표면상태	연필경도
실시예1	○	5H	○	5H
실시예2	○	5H	○	5H
비교예1	○	4H	○	2H
비교예2	○	5H	△	3H
비교예3	○	4H	×	-
비교예4	○	5H	×	-

실험결과를 살펴보면, 본 발명에 따른 구성성분과 함량으로 조성된 코팅 조성물은 30일 간의 가속실험 조건에서도 연필경도가 전혀 달라지지 않아 표면의 강도 및 내구성이 우수하며 특히 장기 내열성이 우수한 것으로 파악되었다.

그러나 카본블랙을 함유하지 않는 비교예 1에서는 표면상태는 양호했으나 실세스퀴옥산의 함량을 증가시켰음에도 불구하고 연필경도가 저하되는 결과를 나타내었다. 또한, 실세스퀴옥산을 소량 함유하는 비교예 2에서는 연필경도 저하뿐만 아니라 표면의 균열이 일부 발생하여 장기 내열성이 상대적으로 낮은 것으로 나타났다.

특히, 실세스퀴옥산을 함유하지 않은 비교예 3, 4에서는 표면에 균열이 심하게 발생하여 연필경도 측정이 불가능할 정도로 열화되는 현상이 나타났다. 이는 본 발명에서 실세스퀴옥산의 열 진동에 의한 효과 없이는 일라이트를 포함하는 코팅 조성물의 장기 내열성을 확보할 수 없다는 것을 시사하는 결과이다.

상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.

10 : 케이싱 11 : 전원 입력단자
12 : 전원 인출단자 13 : 스위치
20 : 코팅층

Claims (3)

1. 배터리와 발열체가 내부에 구비되는 케이싱(10) 및;
   상기 케이싱(10)의 표면에 코팅되는 코팅층(20);을 포함하여 구성되고,
   상기 코팅층(20)은 일라이트 분말을 함유하는 코팅 조성물에 의하여 형성되도록 구성되며,
   상기 코팅 조성물은 폴리우레아를 바인더 수지로 하여 바인더 수지 100 중량부, 원적외선을 발생하는 일라이트 분말을 30 내지 50 중량부, 카본블랙 5 내지 10 중량부, 실세스퀴옥산 10 내지 20 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 원적외선 방출이 가능한 충전식 손난로.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 케이싱(10)에는,
   배터리에 충전된 전원의 인출이 가능한 전원 인출단자(12)가 더 구비되도록 구성되어, 보조 배터리로 사용 가능한 것을 특징으로 하는 원적외선 방출이 가능한 충전식 손난로.
   
3. 삭제

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