KR200231799Y1 - 발열 및 보온기능을 갖는 방한신발 - Google Patents

Abstract

본 고안은 발열 및 보온 기능을 갖는 방한 신발에 관한 것으로서, 더 상세하게는 발 부분에 일정한 온도를 유지할 수 있도록 신발 내부로 열을 신속하게 공급해 주는 열 교환기가 내장된 발열 및 보온 기능을 갖는 방한 신발에 관한 것으로, 발바닥에 접촉되는 내층(1)과, 바이메탈(16)과 전원 코드(20)에 의해 연결된 발열체(14)와, 상변화 물질(10)이 개재된 중간층(2)과, 외부에 접촉되는 바깥층(3)으로 구성되는 통상의 발열 및 보온 기능을 갖는 방한 신발에 있어서; 상기 발열체(14)에서 상변화 물질(10)에 열을 공급하여 주는 열 교환기(15)와, 상기 상변화 물질(10)이 봉입되고 저면은 복수개의 오목부(24)에 의해 요철면(26)이 형성된 외피(12)가 개재됨을 특징으로 하는 발열 및 보온 기능을 갖는 방한 신발을 제공하여, 종래 상변화 물질(10)에 직접 발열체(14)가 열을 공급하는 것보다 열전달 면적을 수배 내지 수십배 증가시켜 열을 신속하게 공급할 수 있고 동절기에 외부에서 근무하는 사람이나 추운 곳에서 근무하는 사람의 발의 체온을 일정한 온도로 따뜻하게 하여 줌으로써 동상 걸림을 미연에 방지하고 작업 능률을 향상시킬 수 있으며 하절기에는 액상화된 상변화 물질의 높은 비열 작용에 의해 발바닥의 체온을 흡수하여 항상 시원한 느낌을 줄 수 있는 발열 및 보온 기능을 갖는 방한 신발에 관한 것이다.

Description

발열 및 보온 기능을 갖는 방한 신발

본 고안은 발열 및 보온 기능을 갖는 방한 신발에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 일정한 온도를 유지하고자 하는 발부분에 적절한 온도를 유지할 수 있어 동절기에 외부에서 장시간 작업이나 근무하는 사람에게 유용하고 실용성있게 사용되고, 하절기에는 액상화된 상변화 물질의 높은 비열 작용에 의해 발바닥의 체온을 흡수하여 항상 시원한 느낌을 줄 수 있는 발열 및 보온 기능을 갖는 방한 신발에관한 것이다.

종래의 방한 신발을 첨부된 도면 도 1을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 방한 신발의 단면도이다.

종래의 방한 신발은(프랑스 특허 86-11847)은 사람의 발바닥에 직접 접촉되는 내층(1)과 외부에 접촉되는 바깥층(3)과 그 사이에 개재되는 중간층(2)으로 구성되어 보온을 하는 방식으로 발열 혹은 보온을 위하여 중간층(2)에 전기 히터와 같은 발열체(14)나 상변화 물질(미도시됨)을 직접 삽입하거나, 발열체(14)와 바이메탈(16)을 부착하여 일정한 온도를 유지하게 하였다.

이러한 종래의 구조는 간단하기는 하나 에너지로 사용되는 전기가 직접 상변화 물질로 전열되기 때문에 발열체(14)의 전열 면적만으로 상변화 물질로 열을 공급하여야 한다.

이때 상변화 물질의 역할은 적은 부피의 양에 많은 열량을 저장하여 오랜 시간동안 저온으로 열을 방출하는 것이다.

즉, 종래에는 발열체(14)에서 축열재로 직접 열 전달을 하여 방한 신발 내로 열을 공급하는 방식으로 저온의 작은 열전달 면적으로 장시간에 걸쳐서 상변화 물질에 열을 전달하였다.

종래의 이러한 방식은 스키용 부츠같은 보온 신발에는 적합할 수도 있으나, 즉 미리 오랜 시간동안 축열을 한 후에 필요한 때 착용하여 사용하면 초기의 착용감이 우수하지만 스키용 부츠를 착용한 경우와 같이 계속적인 운동을 하는 경우, 축열재를 사용하지 않더라도 발과 몸에 발생하는 열로 인하여, 축열이나 가온이 전혀 없이도 체온 유지가 될 뿐더러 오히려 땀이 날 수 있고 실용화가 불가능하였다.

그리고 종래의 방한 신발은 동상이 걸리기 쉬운 상태인 정지상태에서 오랜 시간동안 외부작업을 하는데 사용하는 것으로 축열하는데 지나치게 시간이 오래 걸린다는 문제점이 있었다.

그 원인은 축열재인 상변화 물질에 공급되는 총열량이 전열 면적과 전열온도차, 그리고 전열 시간의 곱에 비례하기 때문이다.

즉 총열량이 일정한 축열재에 전열 온도차를 작고 전열 면적이 적은 상태에서는 전열 시간이 반비례하여 증가하기 때문이다.

따라서 실외 작업장에서 거의 발의 움직임이 없이 작업하는 경우에 보온 신발은 축열하는데 시간이 많이 소요되여 전혀 실용성이 없는 문제점이 있었다.

본 고안은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 보온하고자 하는 부분의 중간층에 축열 및 방열 특성이 있는 상변화 물질을 개재하되, 히터와 같은 발열체와, 발열체에서 상변화 물질에 열을 신속하게 공급하여 주는 열 교환기를 개재하여 잠시 동안의 충전으로 장시간 보온 유지가 가능함으로써 장소에 구애받지 않고 보온을 하여 동절기에 작업 능률을 향상시킬 수 있는 발열 및 보온 기능을 갖는 신발을 제공하는 데 주목적이 있다.

본 고안은, 총열량이 전열 면적과 전열 온도차 그리고 전열시간의 곱에 비례하는 열전달 원리에 입각하여, 전열 면적을 수배로 증가시킴으로써 전열 시간을 획기적으로 단축하여 실용화가 가능한 발열 및 보온 기능을 갖는 방한 신발을 제공하는데 다른 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 발바닥에 접촉되는 내층과, 바이메탈과 전원 코드에 의해 연결된 발열체와 상변화 물질이 개재된 중간층과, 외부에 접촉되는 바깥층으로 구성되는 통상의 발열 및 보온 기능을 갖는 방한 신발에 있어서; 상기 발열체에서 상변화 물질에 열을 공급하여 주는 열 교환기와, 상기 상변화 물질이 봉입되고 저면은 복수개의 오목부에 의해 요철면이 형성된 외피가 개재됨을 특징으로 하는 발열 및 보온 기능을 갖는 방한 신발를 제공하고자 한다.

도 1은 종래 방한 신발의 단면도,

도 2는 본 고안에 따른 방한 신발의 가로 방향 단면도,

도 3은 본 고안에 따른 방한 신발의 세로 방향 단면도,

도 4는 본 고안을 적용한 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 내층, 2: 중간층, 3: 바깥층, 10: 상변화 물질, 12: 외피, 14: 발열체, 15: 열 교환기, 16: 바이메탈, 18: 플러그, 20: 전원 코드, 22: 전원 수납부, 24: 오목부, 26: 요철면.

이하 본 고안을 첨부된 도면 도 2 내지 도 4를 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 고안에 따른 방한 신발의 가로 방향 단면도이고, 도 3은 본 고안에 따른 방한 신발의 세로 방향 단면도이며, 도 4는 본 고안을 적용한 사시도이다.

먼저 본 고안의 기본적인 구성을 살펴보면, 발바닥에 접촉되는 내층(1)과, 바이메탈(16)과 전원 코드(20)에 의해 연결된 발열체(14)와 상변화 물질(10)이 개재된 중간층(2)과, 외부에 접촉되는 바깥층(3)으로 구성되는 통상의 발열 및 보온기능을 갖는 방한 신발에 있어서;

상기 중간층(2)에는 상기 발열체(14)에서 상변화 물질(10)에 열을 공급하여 주는 열 교환기(15)와, 상기 상변화 물질(10)이 봉입되고 저면은 복수개의 오목부(24)에 의해 요철면(26)이 형성된 외피(12)가 개재됨을 특징으로 한다.

본 고안을 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상변화 물질(10)은 소디움 아세테이트, 염화칼슘이나 염화나트륨과 같이 액체와 고체간에 가역적 상변화에 수반하여 축열 및 방열 특성이 큰 물질로 이 상변화 물질(10)은 뜨거운 물에 접힌 상태에서 보온약액으로 이용하는 치료용 보온백이나 끊는 물 속에 넣었다가 꺼내어 열원으로 사용되는 데 주로 국부 찜질용 핫백으로 사용된다.

본 고안은 사람의 발바닥에 접촉되는 내층(1)과, 발열체(14)와 바이메탈(16)과 상변화 물질(10)이 개재된 중간층(2)과, 외부에 접측되는 바깥층(3)으로 구성되는 통상의 발열 및 보온 기능을 갖는 방한 신발에 이러한 상변화 물질(10)의 축열특성을 효과적으로 이용하고 그 용도를 확장한 보온 기능을 부가하여 발을 쾌적한 상태에 있게 한 것이다.

즉 첨부된 도면에서 내층(1), 중간층(2), 바깥층(3)은 통상의 방한 신발이며, 외피(12)내에 놓이며 외피(12)와 밀착되어 있는 열 교환기(15)와 발열체(14)는 전기적으로 전원 코드(20)와 연결되어 있다.

상기 외피(12)의 재질은 PP 또는 PE의 합성 수지재로 진공 흡입 성형방법으로 간단하게 제조된다.

발열체(14)에 의해 가열되는 상변화 물질(10)이 외피(12)에 충진 봉입되고, 상기 외피(12)의 저면은 복수개의 오목부(24)에 의해 요철면(26)이 형성된다.

이러한 요철면(26)은 바깥층(3)과의 전열 면적을 수십 분의 1로 낮출 수 있기 때문에 단열성능을 극대화시킬 수 있는 반면에 상변화 물질(10)의 온도저하에 따라 고체화될 때 발생하는 팽창체적(실험에 의하면 약 7-10%)을 흡수할 수 있다.

또한 상기 요철면(26)이 용수철 역할을 하여 상변화에 의한 부피감소가 일어나더라도 열 교환기(15)와 상변화 물질(10)이 격리되어 있어 열 전달이 제대로 되지 않는 것을 방지할 뿐만 아니라 바깥층(3)의 압력이 가해지는 부분의 충격을 흡수하여 형상을 유지할 수 있게 한다.

상변화 물질(10)로는 염화칼슘이나 염화나트륨, 인산염, 소디움 아세테이트 등이 사용되며 플러그(18)를 꽂아서 전원 코드(20)를 통한 가정용 전원을 이용한 발열체(14)에 의해 가열되면 상변화 물질(10)이 겔상태인 고체 상태에서 열을 흡수하여 액화되고 플러그(18)를 빼면 전원이 차단되고 서서히 열을 방출하면서 다시 고체 상태로 변한다.

그런데 상변화 물질(10)이 봉입된 외피(12)의 저면에 스프링 역할을 겸하는 요철면(26)이 형성되기 때문에 상기 외피(12)의 아래 부분에 충진된 상변화 물질(10)은 빠르게 고체 상태가 되고, 오목부(24)의 공기가 단열재 역할을 할뿐만 아니라 전열면적을 크게 줄여 외피(12)의 저면으로 방열되는 양을 크게 줄일 수 있는 것이다.

바이메탈(16)에 의해 상변화 물질(10)의 온도 범위를 일정하게 유지할 수 있고 온도를 상승시키는 축열 시간(대략 20-40분)보다 일정한 온도가 유지되었다가 온도가 하강되는 방일 시간(대략 4-24시간)이 더 오래 지속되므로 일정 온도 유지효과가 뛰어난 것이다.

그리고 본 고안의 효과적 적용을 위해서 상기 중간층(2) 내부의 발열체(14)에서 상변화 물질(10)로 열전달 효과를 극대화시켜야만 상변화 물질(10)에 열을 단시간 내에 전열시킬 수 있다.

도 3은 열 전달을 효과적으로 할 수 있는 열교환 방법에 대한 단면도를 나타내고 있는 것으로 열을 방출해야 하는 중간층(2)의 윗면인 내층(1) 방향으로 열이 잘 전달되기 위하여 열전도성이 높은 비철금속 물질(예를 들어 알루미늄, 구리)로 제작된 열 교환기(15)를 이용하면 발열체(14)에서 상변화 물질(10)로 축열시 전열시간을 빠르게 할 수 있고 내층(1) 방향으로 온도가 잘 유지되도록 할 수 있다.

또한 상기 열 교환기(15)는 열을 전달할 수 있는 전열 면적을 최대한 높일 수 있는 구조로 제작하여 전열 속도를 빠르게 할 수 있다.

이는 방열판에서 방열핀을 붙임으로서 전열 면적을 극대화하여 전열 속도를 빠르게 하는 것과 같은 원리이다.

도 3에서 열 교환기(15)를 커다란 요철 상태로 제작하는 것은 열간 압출이나 단조 등의 방법으로 간단히 제작할 수 있다.

그리고 요철 형태 사이의 열 교환기(15)에 상변화 물질(10)을 채워 넣은 상태가 되어 열을 전열시킬 수 있는 면적을 2-5배 이상 높일 수 있으므로 그 만큼 열 충전 시간을 단축(1/2-1/5)할 수 있는 것이다.

상변화 물질(10)에 일정한 온도로 가열하기 위하여 사용되는 바이메탈(16)을 사용하지 않고 발열체(14)를 정온 코일로 하여 상변화 물질(10)의 온도를 일정하게 유지할 수도 있다.

또한 바이메탈(16) 대신에 별도의 온도 조절기를 사용할 수도 있다.

상기 발열체(14)로는 티탄산바륨(BaTiO₃)을 주성분으로 하고 정온도 저항 계수를 갖는 PTS(Positive Temperature Coefficient)를 이용할 수도 있는 것으로 이티탄산바륨은 정온도를 갖는 PTC 재료이므로 온도가 높아지면 저항이 커져서 소비전력이 감소되어 스스로 온도를 일정하게 유지하는 자기 온도 제어 특성과 아울러 다른 발열체(14)에 비해 전기료가 작게 들며 또한 세라믹 재료로서 원적외선을 방출하여 물리 치료 효과를 부가적으로 얻을 수 있다.

본 고안의 다른 효과는 동절기에 사용할 때에는 상변화 물질(10)이 전체적으로 보아 액체 상태이고 요철면(26)이 스프링 역할을 겸하므로 물침대와 같은 쾌적한 쿠션을 느낄 수 있으며, 하절기에 전원을 차단한 상태로 사용한다면 높은 비열을 갖는 상변화 물질(10)의 효과 때문에 접촉면인 발바닥의 체온을 흡수하여 항상 시원한 느낌을 주는 것이다.

도 4의 미설명 부호 22는 전원 수납부로서 플러그(18)나 전원 코드(20)를 수납하는 곳이다.

본 고안의 실시예에서는 플러그(18)에 의해 전원이 공급되지만 간단한 직류/교류 변환기를 사용하면 자동차의 시가라이트에 접속하여 자동차의 밧데리를 사용할 수도 있고 축전지를 전원으로 이용할 수도 있는 것으로 이 역시 본 고안의 청구범위에 속한다고 할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안은 방한 작용을 위한 축열 및 방열 특성을 갖는 상변화 물질과 발열 특성을 갖는 발열체 및 열 교환기를 내장하여 동절기에 외부에서 근무하는 사람들이나 추운 곳에서 근무하는 사람들의 체온을 일정한 온도로 따뜻하게 하여 줌으로써 동상 걸림을 미연에 방지하고 작업 능률을 향상시킬 수 있으며 하절기에는 액상화된 상변화 물질의 높은 비열 작용에 의해 발바닥의 체온을 흡수하여 항상 시원한 느낌을 줄 수 있는 유용한 고안인 것이다.

Claims (3)

1. 발바닥에 접촉되는 내층(1)과, 바이메탈(16)과 전원 코드(20)에 의해 연결된 발열체(14)와, 상변화 물질(10)이 개재된 중간층(2)과, 외부에 접촉되는 바깥층(3)으로 구성되는 통상의 발열 및 보온 기능을 갖는 방한 신발에 있어서;

   상기 발열체(14)에서 상변화 물질(10)에 열을 공급하여 주는 열 교환기(15)와, 상기 상변화 물질(10)이 봉입되고 저면은 복수개의 오목부(24)에 의해 요철면(26)이 형성된 외피(12)가 개재됨을 특징으로 하는 발열 및 보온 기능을 갖는 방한 신발.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열 교환기(15)의 재질은 비철금속이고 열교환 면적이 큰 구조로 이루어짐을 특징으로 하는 발열 및 보온 기능을 갖는 방한 신발.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 발열체(14)는 티탄산바륨(BaTiO₃)을 주성분으로 하는 PTC임을 특징으로 하는 발열 및 보온 기능을 방한 신발.