KR102661119B1 - 면상발열체 및 이를 채용한 휴대용 온열찜질장치 - Google Patents
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Abstract
면상발열체 및 이를 채용한 휴대용 온열찜질장치가 개시되어 있다.
이 개시된 면상발열체는 인가된 전기에 의해 발열되는 것으로, 및 소정 두께를 가지고 상부 및 하부가 면상으로 형성되는 발열부와; 발열부에 전기를 인가하는 전극부; 및 비도전성실리콘으로 이루어지고 전극부와 발열부를 내부에 포함하는 절연부를 포함하고, 상기 발열부는 도전성실리콘 또는 열전도성실리콘 중 적어도 어느 하나로 이루어지고, 일단 또는 타단 각각에는 전극부가 설치되는 것으로, 발열부는 가요성을 가진 절곡부를 형성하여 일단과 타단 각각이 절곡부로 연결되며 평면 상에 서로 같은 방향을 보고 이웃하게 배치되거나, 상부 또는 하부로 마주보고 나란하게 배치된다.
이 개시된 면상발열체는 인가된 전기에 의해 발열되는 것으로, 및 소정 두께를 가지고 상부 및 하부가 면상으로 형성되는 발열부와; 발열부에 전기를 인가하는 전극부; 및 비도전성실리콘으로 이루어지고 전극부와 발열부를 내부에 포함하는 절연부를 포함하고, 상기 발열부는 도전성실리콘 또는 열전도성실리콘 중 적어도 어느 하나로 이루어지고, 일단 또는 타단 각각에는 전극부가 설치되는 것으로, 발열부는 가요성을 가진 절곡부를 형성하여 일단과 타단 각각이 절곡부로 연결되며 평면 상에 서로 같은 방향을 보고 이웃하게 배치되거나, 상부 또는 하부로 마주보고 나란하게 배치된다.
Description
본 발명은 면상발열체 및 이를 채용한 휴대용 온열찜질장치에 관한 것으로서, 상세하게는 장기간 사용하여도 끊어지지 않고 발열이 고르게 되는 면상발열체와, 사용자의 손목, 팔꿈치 및 발목을 보호하고, 사용자의 환부에 직접 접촉하며 찜질가능함으로써 통증을 완화시키는 찜질 기능을 갖는 휴대용 온열찜질장치에 관한 것이다.
발열체는 전류를 흘려서 열을 발생시키는 전기 저항체를 의미한다. 일 발열체 중 면상발열체는 건축난방용, 침구용, 찜질용, 농업용 및 산업용 등 난방이 필요한 곳 어디에나 다양하게 적용한다. 또한, 일반적인 면상발열체는 니크롬합금을 열선으로 사용하여 발열하는 소재로 탁월한 난방효과와 안정성을 가진다.
반면, 일반적인 면상발열체는 무겁고, 장기간 사용시 열선이 단선될 수 있다. 또한, 절연부분의 파손됨에 따라 열선이 단락(short)되어 화재가 발생할 수 있다.
한편, 최근 에너지 절약과 환경문제에 대한 관심의 증가로 발열소재로 실리콘 등을 이용한 발열소재의 개발이 이루어지고 있으며, 일본을 포함한 다른 국가에서는 탄소분말을 이용한 탄소복합소재를 이용한 면상발열체의 제조 및 응용에 관한 다양한 연구가 진행되고 있다.
특허문헌 1 및 2를 참조하면 면상발열체에 관하여 개시되어 있다. 먼저 특허문헌 1은 금속으로 도핑한 탄소나노튜브로 구성된 면상발열시트에 관한 것으로, 발열층, 필름층, 점착제층 및 보호재층으로 구성되어 있다. 또한, 특허문헌 2는 알루미나 및 지르코늄 중 선택된 어느 하나의 내열성을 갖는 내열성 기재, 탄소나노튜브 코팅층 및 발열을 유도하는 한 쌍의 전극을 포함하는 발열체에 관한 것이다.
한편, 이와 같이 금속을 포함한 탄소나노튜브로 구성된 발열체의 경우 장시간 사용하면 박리현상과 일부가 끊어져 전류가 편중되어 전체 면적 중 일부만 발열이 되며 대부분이 필름형태로 제작되어 접거나 구길 수 없는 점이 한계일 수 있다.
본 발명은 상기한 점들을 감안하여 창안된 것으로서, 장기간 사용하여도 끊어지지 않고 전체적으로 발열이 고르게 되는 면상발열체 및 이를 채용한 휴대용 온열찜질장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 면상발열체는 인가된 전기에 의해 발열되는 것으로, 및 소정 두께를 가지고 상부 및 하부가 면상으로 형성되는 발열부와; 상기 발열부에 전기를 인가하는 전극부; 및 비도전성실리콘으로 이루어지고 상기 전극부와 상기 발열부를 내부에 포함하감싸는 절연부를 포함하고, 상기 발열부는 도전성실리콘 또는 열전도성실리콘 중 적어도 어느 하나로 이루어지고, 일단 또는 타단 각각에는 상기 전극부가 설치되는 것으로, 상기 발열부는 가요성을 가진 절곡부를 형성하여 상기 일단과 상기 타단 각각이 상기 절곡부로 연결되며 평면 상에 서로 같은 방향을 보고 이웃하게 배치되거나, 상부 또는 하부로 마주보고 나란하게 배치될 수 있다.
상기 전극부는 금속전극 또는 도전성실리콘 중 적어도 어느 하나로 이루어지고, 상기 발열부에 전기를 인가하는 메인전극부와; 상기 메인전극부와 상기 발열부 사이에 위치하는 것으로, 일단은 상기 메인전극부와 연결되고, 타단은 상기 발열부의 일측 전반의 적어도 두 위치에 연결되는 복수의 가지전극부; 및 상기 가지전극부에서 상기 발열부의 외부 상부, 외부 하부 및 내부 중 적어도 하나로 연장 형성된 연장전극부를 포함하여 상기 발열부 전체 면적의 열 발생분포가 보다 균일해지도록 할 수 있다.
상기 발열부 및 상기 전극부는 하기의 조건식 1을 만족할 수 있다.
<조건식 1>
(단, Ω < 10일 때) HΩ > WΩ
여기서, HΩ은 발열부의 전기저항값을 의미하고, WΩ은 전극부의 전기저항값을 의미한다.
상기 가지전극부는 상기 메인전극부에서부터 상기 발열부 일측 전반에 걸쳐 가장 최단 거리로 연결되는 제1가지전극부; 및 상기 메인전극부에서부터 상기 발열부 일측 전반에 걸쳐 연결되는 적어도 하나의 제2가지전극부를 포함하고, 상기 제1 및 제2가지전극부의 전기저항값은 실질상 동일할 수 있다.
상기 전극부는 상기 제1 및 제2가지전극부의 상기 발열부 일측 단부에 설치되는 것으로, 상기 제1가지전극부와 상기 제2가지전극부 사이의 통전경로를 형성하여, 상기 발열부 내부에 고르게 열이 전달되도록 하는 열전달바를 더 포함할 수 있다.
상기 전극부는 상기 제1 및 제2가지전극부의 상기 발열부 일측 단부에 설치되는 것으로, 상기 제1가지전극부와 상기 제2가지전극부 사이의 통전경로를 형성하여, 상기 발열부 내부에 고르게 열이 전달되도록 하는 열전달바를 더 포함할 수 있다.
상기 도전성실리콘은 은, 금, 백금, 팔라듐 및 이들의 합금 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 도전성 충전제를 포함하고,
상기 열전도성실리콘은,
카본, 금속, 금속 산화물, 금속 질화물 및 금속 탄화물 그룹으로부터 선택된 적어도 하나와, 오르가노폴리실록산의 조합으로 이루어질 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 상기 면상발열체를 채용한 휴대용 온열찜질장치는 상기 전극부를 포함하여 보호하는 전극커버부와; 상기 면상발열체와; 상기 면상발열체와 연결되어 사용자의 찜질 부위 둘레에 맞게 길이를 조절하도록 적어도 하나의 길이조절공이 형성된 길이조절부; 및 상기 전극부에 전기를 충전하여 상기 면상발열체가 가열되도록 하는 발열충전부를 포함할 수 있다.
상기 전극커버부는 상기 길이조절공에 체결가능하도록 돌출 형성되는 길이조절돌기부와; 상기 전극부로부터 발열되는 온도를 조절하는 온도조절부; 및 조절하고자 하는 온도를 상기 사용자가 육안으로 확인가능한 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 면상발열체는 발열부가 실리콘 소재로 이루어져 플랙시블한 성질로 부드럽고 유연하여 다양한 제품 외형을 만들 수 있고 반영구적으로 사용할 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 면상발열체는 발열부 내에 연장전극부가 더 설치되어 가장 최적의 발열 적정 온도 40℃ 이상을 유지하고 전체면적당 고른 열분포를 갖는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 면상발열체를 채용한 휴대용 온열찜질장치는 열선 단락(short)이 없고 면 자체에 고르게 발열됨에 따라 장기간 사용하여도 화재의 위험이 없이 안정성을 유지할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 면상발열체를 채용한 휴대용 온열찜질장치는 발열충전부를 포함함으로써, 면상발열체의 발열이 종료되더라도 전기를 충전하여서 재사용할 수 있다. 또한, 면상발열체가 사용자의 피부를 압박하여 저린 부위나 통증이 완화되도록 하고, 사용자의 환부에 직접 접촉하도록 사용함으로써 찜질이 극대화되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 면상발열체를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 면상발열체의 절연부 상부를 제거한 모습을 보인 평면도.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 면상발열체를 나타낸 평면도.
도 4a 내지 도 4d 각각은 본 발명의 실시예들에 따른 면상발열체의 연장전극부의 제1 내지 제4 실시예를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 면상발열체를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 면상발열체를 나타낸 사시도.
도 7는 도 6의 면상발열체를 채용한 휴대용 온열찜질장치를 사용자가 착용한 모습을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 면상발열체를 채용한 휴대용 온열찜질장치의 사시도.
도 9는 도 8의 전극커버부의 사시도.
도 10은 비교예에 따른 면상발열체의 전류밀도 해석 결과에 대한 시뮬레이션 도면.
도 11는 본 발명의 일 실시예에 따른 면상발열체의 전류밀도 해석 결과에 대한 시뮬레이션 도면.
도 12은 본 발명의 다른 실시예에 따른 면상발열체의 전류밀도 해석 결과에 대한 시뮬레이션 도면.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 면상발열체의 절연부 상부를 제거한 모습을 보인 평면도.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 면상발열체를 나타낸 평면도.
도 4a 내지 도 4d 각각은 본 발명의 실시예들에 따른 면상발열체의 연장전극부의 제1 내지 제4 실시예를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 면상발열체를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 면상발열체를 나타낸 사시도.
도 7는 도 6의 면상발열체를 채용한 휴대용 온열찜질장치를 사용자가 착용한 모습을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 면상발열체를 채용한 휴대용 온열찜질장치의 사시도.
도 9는 도 8의 전극커버부의 사시도.
도 10은 비교예에 따른 면상발열체의 전류밀도 해석 결과에 대한 시뮬레이션 도면.
도 11는 본 발명의 일 실시예에 따른 면상발열체의 전류밀도 해석 결과에 대한 시뮬레이션 도면.
도 12은 본 발명의 다른 실시예에 따른 면상발열체의 전류밀도 해석 결과에 대한 시뮬레이션 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 면상발열체 및 이를 채용한 휴대용 온열찜질장치의 구성을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 면상발열체를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 면상발열체를 나타낸 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 면상발열체는 전극부(120), 발열부(130) 및 절연부(110)를 포함할 수 있다. 전극부(120)는 전원에서 공급되는 전기가 흐르는 도체로 구성되어 양극성 및/또는 음극성을 띄며 상기 발열부(130)에 전기를 인가할 수 있다. 발열부(130) 역시 도체로 구성되고 상기 전극부(120)로부터 인가된 전기에 의해 발열될 수 있다. 또한, 발열부(130)는 소정을 두께를 가지고 상부 및 하부가 면상으로 형성될 수 있다. 발열부(130)의 일측에는 양극성을 띄는 전극부(120)가 설치되고, 발열부(130)의 타측에는 음극성을 띄는 전극부(120)가 설치될 수 있다. 여기서 발열부(130)의 양극성을 띄는 전극부(120)는 발열부(130)의 음극성을 띄는 전극부(120)와 서로 대향하여 반대편에 위치할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 전극부(120)는 금속 또는 도전성실리콘 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다. 전극부는 통전 목적을 가지고 전류가 가장 잘 흐르는 소재면 다양하게 응용되어 제조될 수 있다.
또한, 발열부(130)는 도전성실리콘을 포함할 수 있다. 여기서 도전성실리콘은 은, 금, 백금, 팔라듐 및 이들의 합금으로부터 선택된 금속으로 구성된 입자를 포함하는 도전성 충전제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 백금 촉매의 하이드로실리레이션(Hydrosilylation) 반응에 의해 열경화되는 은 분말이 채워진 셀프 본딩 실리콘 고무 합성물이 제조될 수 있다. 이와 같은 형태의 실리콘 합성물은 뛰어난 공정 능력 및 높은 순도의 장점을 제공할 수 있다.
특히, 발열부(130)의 경우 도전성실리콘에서 열이 발생할 때 발열부(130)의 온도분포가 균일하지 않을 경우 열전달특성이 우수한 열전도성실리콘을 사용하여 온도분포를 균일하게 할 수 있다. 여기서 열전도성실리콘은 열전도성 실리콘 고무를 의미하고 유리 클로스에 함침시키는 수지와 동일한 오르가노폴리실록산 100 질량부에 카본, 금속, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물로부터 선택되는 적어도 1종을 10 내지 1,600 질량부로 첨가함으로써 제조될 수 있다.
절연부(110)는 전극부(120)와 발열부(130)를 감싸는 부도체로써 외부에 전류나 열을 흐르지 않도록 할 수 있다. 또한, 절연부(110)는 비도전성실리콘을 포함할 수 있다. 여기서 비도전성실리콘은 전기가 잘 통하는 않는 실리콘 종류면 다양하게 이용될 수 있다.
한편, 전극부(120), 발열부(130) 및 절연부(110)는 실리콘으로 이루어지는 것으로 가요성을 가지고 절곡할 수 있다. 따라서, 발열부(130)의 일측과 타측이 서로 마주보고 나란하게 설치될 수 있다. 또한, 발열부(130)의 일측과 타측이 동일편으로 나란하게 설치될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 전극부(120)는 메인전극부(123) 및 가지전극부(125)를 포함할 수 있다. 메인전극부(123)는 발열부(130)에 전기를 인가할 수 있다. 또한, 가지전극부(125)는 메인전극부(123)와 발열부(130) 사이에 위치하는 것으로, 일단은 메인전극부(123)와 연결되고, 타단은 발열부(130)의 일측 전반에 적어도 두 위치로 연결되는 복수개를 가질 수 있다. 여기서 복수개의 가지전극부(125)의 배열방식이 일정간격의 여유공간을 두고 방사형태를 가질 수 있다. 이러한 배열방식 및 연결형태에 따라 발열부(130)의 면적에 고르게 열이 분포될 수 있는 이점이 있다.
즉, 가지전극부(125)는 제1가지전극부(125a) 및 제2가지전극부(125b)를 포함할 수 있다. 제1가지전극부(125a)는 상기 메인전극부(123)에서부터 발열부(130) 일측 전반에 걸쳐 가장 최단 거리로 연결될 수 있다. 제2가지전극부(125b)는 메인전극부(123)에서부터 발열부(130) 일측 전반에 걸쳐 연결되는 적어도 하나를 가질 수 있다.
또한, 발열부(130) 및 전극부(120)는 하기의 수학식 1을 만족할 수 있다.
(단, Ω < 10일 때) HΩ > WΩ
여기서, HΩ은 발열부의 전기저항값을 의미하고, WΩ은 전극부의 전기저항값을 의미한다.
여기서 체적저항이 10ohm·㎝(Ω·㎝) 이상일 경우 5V인가시에 발열이 잘 되지 않으며 발열이 되게 하기 위해서는 전압을 올려야 함에 따라 휴대용으로 제작할 수 없으며 가정용 전원을 사용하는 제품으로 제작되어야 한다. 따라서, 발열부(130) 및 전극부(120)는 체적저항이 10ohm·㎝(Ω·㎝) 이하임으로 휴대용 보조배터리 전원을 사용할 수 있음으로 휴대가 가능한 제품으로 제작이 가능하다.
또한, 가지전극부(125)는 제1가지전극부(125a) 및 제2가지전극부(125b)를 포함할 수 있다. 제1가지전극부(125a)는 메인전극부(123)에서부터 발열부(130) 일측 전반에 걸쳐 가장 최단 거리로 연결될 수 있다. 또한, 제2가지전극부(125b)는 적어도 하나를 가지고 메인전극부(123)에서부터 발열부(130) 일측 전반에 걸쳐 연결될 수 있다.
제1 및 제2가지전극부(125a)(125b)는 동일 소재로 이루어지며 발열부(130)에 전기를 전달하여 고르게 열을 발생시키기 위해 전기저항값은 실질상 동일할 수 있다. 일반적으로 전기저항값은 비저항이 클수록, 물체의 길이가 길수록 및 단면적이 작을수록 커진다. 따라서, 제1가지전극부의 길이(L1) 보다 제2가지전극부의 길이(L2)가 더 길어짐에 따라 전기저항값이 동일하기 위해서는 제2가지전극부의 단면적(A2)은 제1가지전극부의 단면적(A1) 보다 커질 수 있다.
한편, 전극부(120)는 제1 및 제2가지전극부(125a)(125b)의 발열부(130) 일측 단부에 열전달바(129)를 더 포함할 수 있다. 열전달바(129)는 제1가지전극부(125a)
와 제2가지전극부(125b) 사이의 통전경로를 형성하여, 발열부(130) 내부에 고르게 열이 전달되도록 할 수 있다.
또한, 전극부(120)는 열전달바(129)를 더 포함할 수 있다. 열전달바(129)는 제1 및 제2가지전극부(125a)(125b)의 발열부(130) 일측 단부에 설치되는 것으로, 제1가지전극부(125a)와 제2가지전극부(125b) 사이의 통전경로를 형성할 수 있다. 따라서, 발열부(130) 내부에는 고르게 열이 전달될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 면상발열체를 나타낸 평면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 면상발열체(100)는 절연부(110), 전극부(120), 메인전극부(123), 제1가지전극부(125a), 제2가지전극부 (125b) 및 발열부(130)를 포함할 수 있다. 면상발열체(100)의 부재들 각각은 도 1 및 2에서 언급한 부재들과 실질적으로 동일한 구성, 기능 및 역할을 수행함에 따라 중복설명을 피하고자 상세한 설명은 생략하기로 한다.
반면, 다른 실시예에 따른 면상발열체(100)는 연장전극부(127)가 더 포함되는 점에서 구별될 수 있다. 연장전극부(127)는 전극부(120)의 가지전극부(125)에서 발열부(130) 방향으로 가지전극부(125)와 동일한 가지수로 계속 연장될 수 있다. 또한, 도 3과 다르게 열전달바(129)에서부터 발열부(130) 방향으로 다수로 연장 설치될 수 있다. 이와 같은 연장전극부(127)의 설치는 발열부(130)의 열 발생분포를 보다 균일해지도록 할 수 있다. 즉, 연장전극부(127)는 전류가 전극부(120)에서 발열부(130)로 흘러갈 때 전류밀도가 발열체면에 균일하게 흘러 발열부(130)의 발열을 균일하게 하는 역할을 할 수 있다. 또한, 연장전극부(127)의 형상은 폭과 면적이 동일한 사각형, 삼각형 및 반구형 등 다양한 형태로 응용될 수 있다.
한편, 가지전극부(125), 열전달바(129) 및 연장전극부(127)는 길이와 모양에 따라 발열 분포가 상이하게 나타날 수 있으며, 특히, 연장전극부(127)는 앞으로 서술될 도 5, 도 6 및 도 12과 같이 일정한 두께의 소정 길이로 발열부(130) 내에 설치될 때 최적의 발열 분포를 가질 수 있다.
도 4a 내지 도 4d 각각은 본 발명의 제1실시예 내지 제4실시예에 따른 발열부에 연장전극부가 위치한 형태를 나타낸 단면도이다.
도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 연장전극부(127)는 발열부(130)의 일측 상부, 하부 및 내부 중 적어도 하나로 연장 형성될 수 있다. 즉, 도 4a는 제1실시예로써 연장전극부(127)가 발열부(130)의 일측 상부에 위치한 형태이고, 도 4b는 제2실시예로써 연장전극부(127)가 발열부(130)의 내부에 삽입된 형태이며, 도 4c는 제3실시예로써 연장전극부(127)가 두개로 발열부(130)의 상부 및 하부에 위치한 형태이다. 또한, 도 4d는 제4실시예로써 연장전극부(127)가 세 개로 발열부(130)의 상부, 하부에 위치하고 내부에도 삽입된 형태이다. 이 제4실시예는 연장전극부(127)와의 접촉면적이 다른 실시예에 비해 많기 때문에 발열부(130)에 열을 가장 고르게 분포시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 면상발열체(100)를 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 면상발열체(100)를 나타낸 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 면상발열체(100)는 발열부(130), 메인전극부(123), 가지전극부(125) 및 연장전극부(127)를 포함할 수 있다. 가지전극부(125)는 도 3과 같이 메인전극부(123)와 발열부(130) 사이에 설치되어 복수개 설치될 수 있다. 특히 연장전극부(127)는 도 4a 내지 도 4d에 따른 다양한 실시예를 가질 수 있고, 발열부(130) 내부에 삽입되어 고르게 열전달 및 발열 속도를 가속화할 수 있다. 또한, 발열부(130)는 발열부 일단(131)에 양극성을 띄는 메인전극부(123)가 설치되고, 발열부 타단(133)에는 음극성을 띄는 메인전극부(123)가 설치될 수 있다. 또한, 발열부(130)는 가요성을 가진 절곡부(135)가 형성되며 발열부 일단(131)과 발열부 타단(133)이 상기 절곡부(135)와 연결되어 서로 같은 방향을 보고 이웃하게 배치될 수 있다. 따라서, 복수개가 설치된 제2실시예에 따른 면상발열체(100)는 제1실시예 보다 넓은 면적을 발열할 수 있기 때문에 찜질, 보온, 예열, 발열 및 동파방지 등 관련 제품에 응용되어 제작될 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 면상발열체(100)는 발열부(130), 메인전극부(123), 가지전극부(125) 및 연장전극부(127)를 포함할 수 있다. 도 6 각각의 부재들은 도 5와 동일한 구성 및 기능을 할 수 있다. 도 5와 비교하면 발열부(130)는 발열부 일단(131)에 양극성을 띄는 메인전극부(123)가 설치되고, 발열부 타단(133)에는 음극성을 띄는 메인전극부(123)가 설치되는 것은 동일 할 수 있다. 반면, 발열부(130)는 가요성을 가진 절곡부(135)로 연결되어 그 일단(131) 및 타단(133) 각각은 하부 및 상부에 마주보고 나란하게 배치될 수 있다. 이러한 배치를 가진 제3실시예에 따른 면상발열체는 복수개 설치될 수 있고 제1 및 제2실시예 보다 두께감이 있어 발열이 필요한 제품 사이에 설치되거나 다양한 산업분야에 응용되어 제작될 수 있다.
도 7는 도 6의 면상발열체(100)를 채용한 휴대용 온열찜질장치를 사용자가 착용한 모습을 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 면상발열체(100)를 채용한 휴대용 온열찜질장치의 사시도이며, 도 9는 도 8의 전극커버부의 사시도이다.
도 7를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 면상발열체(100)를 채용한 면상발열체(100)를 채용한 휴대용 온열찜질장치(200)는 면상발열체(100), 길이조절부(210), 전극커버부(230), 온도조절부(233), 발열충전부(250) 및 디스플레이부(270)를 포함할 수 있다. 전극커버부(230)는 전극부(120)를 포함하고 상기 면상발열체(100)는 도 1 내지 도 6에서 이미 설명한 동일 구성 및 특징을 가짐에 따라 중복설명을 생략하기로 한다.
도 8을 참조하면, 길이조절부(210)는 상기 면상발열체(100)와 연결되어 사용자(5) 찜질 부위 예를 들면, 손목, 팔꿈치, 발목, 무릎 및 허리 등 다양한 부위에 착용될 수 있다. 도 8에서 보는 바와 같이, 사용자(5)의 손목 둘레에 맞게 길이를 조절하도록 적어도 하나의 길이조절공(211)이 형성될 수 있다. 발열충전부(250)는 전극커버부(230) 내부에 위치하고 전극부(120)에 전기를 유선 또는 무선으로 충전하여 면상발열체(100)의 발열이 종료가 되도 재가열되도록 하여 재사용할 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 전극커버부(230)는 길이조절공(211)에 체결가능하도록 돌출 형성될 수 있다. 온도조절부(233)는 전극부(120)로부터 발열되는 온도를 조절할 수 있다. 디스플레이부(270)는 조절하고자 하는 온도를 상기 사용자(5)가 육안으로 확인가능한 디스플레이부(270)를 더 포함할 수 있다.
상기 면상발열체(100)는 도 6의 제3실시예를 서술한 바와 같이, 발열부(130)는 발열부 일단(131)에 양극성을 띄는 메인전극부(123)가 설치되고, 발열부 타단(135)에는 음극성을 띄는 메인전극부(123)가 설치될 수 있다. 또한, 발열부(130)는 가요성을 가진 절곡부(135)에 연결되어 발열부 일단(131) 및 발열부 타단(135) 각각이 서로 같은 방향을 보고 이웃하게 배치될 수 있다. 따라서, 시트본체(15) 전체 면적에 제3실시예에 따른 면상발열체(100)가 설치된 것으로, 열선이 단락(short)될 우려가 없고 면 자체에서 발열됨에 따라 고르게 열이 분포될 수 있다. 따라서, 장기간 사용하여도 화재의 위험이 없이 안정성을 유지할 수 있다.
도 10은 비교예에 따른 면상발열체(100)의 전류밀도 해석 결과에 대한 시뮬레이션 도면이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 면상발열체(100)의 전류밀도 해석 결과에 대한 시뮬레이션 도면이며, 도 12은 본 발명의 다른 실시예에 따른 면상발열체(100)의 전류밀도 해석 결과에 대한 시뮬레이션 도면이다.
도 10 내지 도 12의 경우 전류밀도 해석결과를 나타낸 것이다. 전류밀도 해석결과를 통해 표면온도가 고르게 나타나는지를 간접적으로 알 수 있다. 전류밀도는 인가 전압과 전류의 영향으로 나타나는 온도와 비례할 수 있다.
도 10을 참조하면, 비교예에 따른 면상발열체(100)는 전기도선(W)이 구리(Cu), 발열체(H)가 알루미늄(Al)으로 이루어졌다. 전기도선(W)은 발열체(H)와 기밀하게 접하여 설치되어 있다. 전기도선(W)과 접하는 발열체의 일 측면 모서리부분은 다른 발열체(H)의 면적 보다 다채로운 색을 띔에 따라 불균일한 발열 분포를 나타내는 것을 알 수 있었다. 발열체(H)가 불균일하게 발열될 경우 탄소성 변형, 영구변형 하여 온도가 균일 분포가 되어도 물체 내부에는 잔류응력이 생기든가 균열이 발생할 수 있는 단점이 있다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 면상발열체(100)는 도전성실리콘으로 이루어진 메인전극부(123), 가지전극부(125), 열전달바(129) 및 발열부(130)를 포함할 수 있다. 이때 발열부(130)는 중간부분과 가장자리부분의 색이 다소 다른 색이 나타났으나, 대부분은 고르게 발열되고 있음을 알 수 있었다. 따라서, 도 11의 발열부(130)는 도 10의 발열체(H)와 대비하였을 때 보다 균일한 전류밀도를 가짐에 따라 전체 면적에 발열이 고르게 분포된다는 것을 알 수 있었다. 여기서 메인전극부(123), 가지전극부(125) 및 열전달바(129)는 통전이 목적이기 때문에 전류밀도에 대한 해석이 불필요하다.
도 12을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 면상발열체(100)는 도전성실리콘으로 이루어진 메인전극부(123), 가지전극부(125), 열전달바(129) 및 발열부(130)를 포함하고, 열전도성실리콘으로 이루어진 연장전극부(127)가 추가로 더 설치될 수 있다. 여기서, 발열부(130)의 전류밀도 해석을 살펴보면, 도 11의 발열부(130)와 대비하여 볼 때 연장전극부(127)가 설치된 부분부터 발열부(130)의 전체면적은 주황색을 띄며 고르게 분포된 것을 볼 수 있었다. 또한, 다수의 연장전극부(127) 사이에 위치한 발열부(130)에 열이 전달되어 발열부(130) 내부에 고른 발열 분포를 나타낼 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 면상발열체(100)는 발열부(130)의 전체 면적이 고른 전류밀도를 보임에 따라 균일하게 전류가 흘러 발열함을 알 수 있었다. 따라서, 도 12의 면상발열체(100)는 도 10 및 도 11의 면상발열체(100)와 대비하였을 때 가장 이상적인 전류밀도 및 온도를 나타낼 수 있다.
도 11 및 도 12의 면상발열체(100)는 도 10과 비교하였을 때 실리콘 소재로 이루어지고 일정간격을 가진 방사형의 배열로 형성됨에 따라 열이 고르게 분포될 수 있었다. 특히, 도 12은 연장전극부(127)가 형성됨에 따라 면상발열체(100)로 사용하기에 가장 최적의 발열 적정 온도 즉, 40 ~ 70℃ 를 유지하고 전체면적당 고른 열분포를 갖는 효과를 가져올 수 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
5: 사용자 15: 시트본체
100: 면상발열체 110: 절연부
120: 전극부 123: 메인전극부
125: 가지전극부 125a: 제1가지전극부
125b: 제2가지전극부 127: 연장전극부
129: 열전달바 130: 발열부
131: 발열부 일단 133: 발열부 타단
135: 절곡부 150: 커넥터
W: 도선 H: 발열체
200: 휴대용 온열찜질장치 210: 길이조절부
211: 길이조절공 230: 전극커버부
231: 길이조절돌기부 233: 온도조절부
250: 발열충전부 270: 디스플레이부
100: 면상발열체 110: 절연부
120: 전극부 123: 메인전극부
125: 가지전극부 125a: 제1가지전극부
125b: 제2가지전극부 127: 연장전극부
129: 열전달바 130: 발열부
131: 발열부 일단 133: 발열부 타단
135: 절곡부 150: 커넥터
W: 도선 H: 발열체
200: 휴대용 온열찜질장치 210: 길이조절부
211: 길이조절공 230: 전극커버부
231: 길이조절돌기부 233: 온도조절부
250: 발열충전부 270: 디스플레이부
Claims (9)
- 휴대용 온열찜질장치에 있어서,
전극부를 포함하여 보호하는 전극커버부와;
면상발열체와;
상기 면상발열체와 연결되어 사용자의 찜질 부위 둘레에 맞게 길이를 조절하도록 적어도 하나의 길이조절공이 형성된 길이조절부; 및
상기 전극부에 전기를 충전하여 상기 면상발열체가 가열되도록 하는 발열충전부를 포함하며,
상기 면상발열체는,
인가된 전기에 의해 발열되는 것으로, 소정 두께를 가지고 상부 및 하부가 면상으로 형성되는 발열부와; 상기 발열부에 전기를 인가하는 전극부; 및 비도전성실리콘으로 이루어지고 상기 전극부와 상기 발열부를 내부에 포함하는 절연부를 포함하고,
상기 발열부는,
도전성실리콘 및 열전도성실리콘 중 적어도 어느 하나로 이루어지고, 일단 또는 타단 각각에는 상기 전극부가 설치되는 것으로, 상기 발열부는 가요성을 가진 절곡부를 형성하여 상기 일단과 상기 타단 각각이 상기 절곡부로 연결되며 평면 상에 서로 같은 방향을 보고 이웃하게 배치되거나, 상부 및 하부가 마주보고 나란하게 배치되고,
상기 전극부는,
금속전극 또는 도전성실리콘 중 적어도 어느 하나로 이루어지고, 상기 발열부에 전기를 인가하는 메인전극부와; 상기 메인전극부와 상기 발열부 사이에 위치하는 것으로, 일단은 상기 메인전극부와 연결되고, 타단은 상기 발열부의 일측 전반의 적어도 두 위치에 연결되는 복수의 가지전극부; 및 상기 가지전극부에서 상기 발열부의 외부 상부, 외부 하부 및 내부로 연장 형성된 연장전극부를 포함하여 상기 발열부 전체 면적의 열 발생분포가 보다 균일해지도록 하는 것을 특징으로 하는 휴대용 온열찜질장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 발열부 및 상기 전극부는 하기의 조건식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 휴대용 온열찜질장치.
<조건식 1>
HΩ > WΩ
여기서, HΩ은 발열부의 전기저항값을 의미하고, WΩ은 전극부의 전기저항값을 의미한다. - 제1항에 있어서,
상기 가지전극부는,
상기 메인전극부에서부터 상기 발열부 일측 전반에 걸쳐 가장 최단 거리로 연결되는 제1가지전극부; 및
상기 메인전극부에서부터 상기 발열부 일측 전반에 걸쳐 연결되는 적어도 하나의 제2가지전극부를 포함하고,
상기 제1 및 제2가지전극부의 전기저항값은 실질상 동일한 것을 특징으로 하는 휴대용 온열찜질장치. - 제4항에 있어서,
상기 전극부는,
상기 제1 및 제2가지전극부의 상기 발열부 일측 단부에 설치되는 것으로, 상기 제1가지전극부와 상기 제2가지전극부 사이의 통전경로를 형성하여, 상기 발열부 내부에 고르게 열이 전달되도록 하는 열전달바를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 온열찜질장치. - 제1항에 있어서,
상기 도전성실리콘은,
은, 금, 백금, 팔라듐 및 이들의 합금 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 도전성 충전제를 포함하고,
상기 열전도성실리콘은,
카본, 금속, 금속 산화물, 금속 질화물 및 금속 탄화물 그룹으로부터 선택된 적어도 하나와, 오르가노폴리실록산의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대용 온열찜질장치. - 삭제
- 제1항, 제3항, 제4항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극커버부는,
상기 길이조절공에 체결가능하도록 돌출 형성되는 길이조절돌기부와;
상기 전극부로부터 발열되는 온도를 조절하는 온도조절부; 및
조절하고자 하는 온도를 상기 사용자가 육안으로 확인가능한 디스플레이부를포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 온열찜질장치. - 삭제
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