KR20040022915A - 취침용 매트리스 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 취침시 신체의 에너지 소비를 촉진시킴으로서 체중감소 효과를 낼 수 있도록 한 취침용 매트리스에 관한 것으로,

본 발명에 따른 취침용 메트리스는, 열매체가 수용되어 순환되는 냉각 튜브와; 상기 열매체를 냉각시키기 위한 냉각 장치와; 상기 냉각 튜브의 관로 중에 설치되어 상기 열매체를 순환시키는 순환 펌프와; 상기 냉각 튜브가 내장되어 상기 열매체가 순환됨에 따라 온도가 저하되는 매트리스 본체와; 상기 냉각 장치 및 상기 순환 펌프의 작동을 제어하는 제어부를 구비하며, 상기 제어부는, 사람의 체온에 의해 상승한 매트리스 본체의 실시간 온도를 감지하여, 상기 감지된 매트리스 본체의 온도보다 일정값 낮은 온도를 제어기준온도로 설정하여, 상기 매트리스 본체의 온도가 상기 제어기준온도로 유지되도록 상기 냉각 장치 및 순환 펌프의 작동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

취침용 매트리스 {Mattress for Sleeping}

본 발명은 취침용 매트리스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 취침시 신체의에너지 소비를 촉진시킴으로서 체중감소 효과를 낼 수 있도록 한 취침용 매트리스에 관한 것이다.

인간은 다세포 생물로서 다양하게 분화된 수 많은 세포들을 가지고 있으며, 모든 세포들이 처해 있는 세포 외액을 일정하게 조절하는 능력을 가지고 있다.

세포 외액을 일정하게 유지하는 현상을 항상성이라고 하 며, 이 항상성은 조류와, 포유류에서 고도의 정밀성과 적응성을 보이게 되는 데, 이는 외부의 큰폭으로 변하는 환경 변화에 능동적으로 대응하기 위한 내적 환경 변화에 의해 이루어진다.

내부 환경 중에서도 체온은 가장 중요한 요소 중의 하나인데, 체온의 급격한 변화는 인체 내 효소의 활성에 큰 영향을 미쳐 관련된 물질 대사에 이상을 유발하는 것으로 알려져 있다.

따라서, 체온을 일정한 범위 내로 유지하는 것은 생명 유지에 필수적인 요소로서, 외적 요인에 의해 체온이 변화하는 경우 인체는 체온 변화를 감지하여 정상적인 체온으로 회복시키게 된다.

즉, 외적 요인에 의해 체온이 상승되는 경우, 간뇌의 시상 하부를 감각신경이 자극하면, 뇌의 체온 조절 중추는 부교감 신경계를 자극하여 심장 박동을 억제하고, 피부의 혈관과 입모근을 이완시켜 열 방출을 증가시키며, 뇌하수체 전엽에서 분비되는 갑상선 자극 호르몬의 분비를 감소시켜 물질대사를 억제함으로 체온을 저하시키게 된다.

한편, 체온이 저하되는 경우, 피부에서 받은 자극에 의해 감각신경이 간뇌의시상하부를 자극하면, 시상 하부는 뇌하수체 전엽을 자극하여 부신피질 자극 호르몬과 갑상선 자극 호르몬을 분비하게 하며, 부신 피질에서는 당질 코르티코이드가 갑상선에서는 티록신이 각각 분비된다.

당질 코르티코이드 및 티록신은 간과 근육에 작용하여 물질 대사를 촉진시키고 에너지 대사량을 증가시키게 되며, 뇌의 체온 조절 중추는 부교감 신경계를 자극하여 아드레날린이 분비되도록 함으로서 심장 박동을 촉진하며 피부의 혈관 및 입모관을 수축시켜 체온 방출을 줄이게 된다.

다시 말해, 체온 상승시에는 대사율 감소, 근육 활동 감소, 땀 분비 증가, 피부 혈관 확장에 의한 열 방출 증대 등의 조절 작용에 의해 체온을 감소시켜 정상 체온을 유지하게 되며, 체온 감소시에는 대사율 증가, 근육 활동 증가 등에 의해 열 생산을 증가시킴과 동시에 피부 혈관 수축, 땀구멍 수축 등의 작용에 의해 열의 방출을 억제함으로서 정상 체온을 유지하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 인체의 체온조절 기능에 착안하여 이루어진 것으로서, 취침 중에 신체의 에너지 소비를 촉진시킴으로서 체중감소 효과를 낼 수 있도록 한 취침용 매트리스를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 취침용 매트리스의 구성도.

도 2는 매트리스 본체의 일부 절단 단면도.

도 3은 제어부의 구성을 나타내는 블록도.

도 4는 매트리스 본체의 온도 변화를 나타내는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 매트리스 본체2 : 냉각 장치

3 : 순환 펌프 4 : 냉각 튜브

5 : 제어부51 : 매트리스 온도센서

52 : 압전 센서

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 취침용 메트리스는, 열매체가수용되어 순환되는 냉각 튜브와; 상기 열매체를 냉각시키기 위한 냉각 장치와; 상기 냉각 튜브의 관로 중에 설치되어 상기 열매체를 순환시키는 순환 펌프와; 상기 냉각 튜브가 내장되어 상기 열매체가 순환됨에 따라 온도가 저하되는 매트리스 본체와; 상기 냉각 장치 및 상기 순환 펌프의 작동을 제어하는 제어부를 구비하며, 상기 제어부는, 사람의 체온에 의해 상승한 매트리스 본체의 실시간 온도를 감지하여, 상기 감지된 매트리스 본체의 온도보다 일정값 낮은 온도를 제어기준온도로 설정하여, 상기 매트리스 본체의 온도가 상기 제어기준온도로 유지되도록 상기 냉각 장치 및 순환 펌프의 작동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

수면을 취하기 위해 사람이 매트리스 위에 누우면, 사람의 체온에 의해 매트리스의 온도가 서서히 상승하게 되며, 사람과 매트리스 사이의 열전달 과정이 평형을 이루게 되면 거의 일정 온도를 유지하게 된다.

상기 열평형 상태에 이르는 시점이나 열평형 상태에서의 매트리스의 온도는 실내 조건이나 취침 습관에 따라 차이가 있으나, 일반적으로, 수면 상태에 돌입하여 사람의 움직임이 적어진 후, 매트리스의 온도가 체온에 근접한 상태로 열평형 상태에 이르게 됨을 실험적으로 확인할 수 있었으며, 또한, 매트리스의 온도를 상기 평형 상태에서의 매트리스 온도보다 약간 낮은 온도 즉, 섭씨 1도 내지 3도 만큼 낮은 온도로 유지시키는 경우, 대뇌에 의해 인지되는 추위나 기타 불쾌감 및 혈관의 과도한 수축에 따른 순환계의 장애나 이에 따른 저체온증의 염려 없이, 자율 신경계에 의한 체온 조절 기능이 이루어짐을 확인할 수 있었다.

냉각 장치로는 압축식 냉동 사이클 이용한 냉각 장치를 사용하는 것도 가능하나, 이를 사용하는 경우 장치가 대형화되고 소음이 크게 발생하므로, 펠티에 효과를 이용한 열전 모듈에 의해 냉각장치를 구성하는 것이 바람직하다.

냉각 장치를 열전 모듈로 구성하는 경우, 열전에 공급되는 전류의 방향을 전환하는 것에 의해 본원의 매트리스를 필요에 따라 일반적인 난방용 매트리스로 활용할 수 있게 된다.

한편, 사람의 수면 상태를 분석한 결과에 의하면 일반적으로 수면 상태에 들어간 후 2 내지 3시간 후에 숙면 상태로 들어가게 되는 데, 수면 초기에는 매트리스의 제어기준온도를 상대적으로 높게 설정하고 숙면이 드는 시점에서 제어기준온도를 이보다 낮추어 주는 단계적 온도 제어를 실시하게 되면, 대뇌에 의해 감지되는 저온 상태의 감각을 최소화하면서 체중 감소효과를 달성할 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 따른 취침용 매트리스의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 취침용 매트리스의 구성도, 도 2는 매트리스 본체의 일부 절단 단면도, 도 3은 제어부의 구성을 나타내는 블록도, 도 4는 매트리스 본체의 온도 변화를 나타내는 그래프를 각각 나타낸다.

본 실시예에 따른 취침용 매트리스는, 매트리스 본체(1)와, 순환 관로로 구성되어 그 내부에 열매체가 수용되어 있으며, 그 일부가 매트리스 본체(1)의 내부에 수용되는 냉각 튜브(4)와, 냉각 튜브(4)의 관로 중에 설치되어 냉각 튜브 내부의 열매체를 순환시키는 순환 펌프(3)와, 냉각 튜브와 열교환함으로서 열매체를 냉각시키는 열전 모듈(2; Thermoelectric module) 및 순환 펌프(3)의 작동을 제어하는 제어부(5)로 구성된다.

매트리스 본체(1)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상부의 발포 플라스틱층(11)과 하부의 단열재층(12) 및 매트리스의 외부를 덮어 주는 커버(14)로 구성되며, 상부 및 하부의 층 사이에 냉각 튜브(4)가 배치된다.

냉각 튜브(4)는 저온 열매체의 순환 통로가 되는 것으로, 열매체로는 물이 채워져 있으며, 관로 중에는 열전 모듈(2)의 흡열판(21)과 열교환하는 열교환부(41)가 형성되어 있고 열매체를 순환시키기 위한 순환 펌프(3)가 설치된다.

열전 모듈(2)은, 잘 알려진 바와 같이, 펠티에 효과(Peltier Effect) 즉, 서로 다른 금속을 접합시켜 전류를 통하는 경우 전류의 방향에 따라 한 쪽의 접합부에서는 방열 작용이 다른 쪽의 접합부에서는 흡열 작용이 발생하는 현상을 이용한 것으로, 흡열판(21)과 방열판(22) 사이에 반도체(24)가 배치되어 구성되며, 흡열판(21)의 외측에는 냉각 튜브의 열교환부(41)가 지그재그 식으로 배치되어 열매체로부터 열을 흡수하여 냉각시키게 되며, 열매체로부터 흡수된 열은 방열판(22)의 외측에 결합되어 있는 방열핀(23)을 통해 배출된다.

열매체로는 물 이외에 글리세롤이나 폴리머 수용액이 사용될 수 있다.

제어부(5)는, 매트리스 본체(1)에 설치되는 매트리스 온도센서(51) 및 사람의 움직임을 감지하여 수면 상태를 판별하기 위한 압전 센서(52), 냉각 튜브 내에 순환되는 물의 온도를 감지하기 위한 수온 센서(53) 등의 센서부, 센서에 의해 감지된 신호를 디지털 신호로 전환하여 주는 A/D 컨버터(54), 키 입력에 의해 각종기능을 선택하는 기능키 입력부(55), LED 또는 액정 표시 장치로 구성되어 각종 운전 상태를 표시해 주는 디스플레이부(56) 및 마이크로프로세서(??P) 등을 구비하여, 센서부 및 키입력부의 입력 상태에 따라 디스플레이부(56)와 열전 모듈(2) 및 순환 펌프(3)의 작동을 제어함으로서 매트리스 본체의 온도를 제어하게 된다.

매트리스 온도센서(51)나 압전 센서(52)는 신체와 접촉하는 부분의 매트리스 온도나 압력을 보다 정확히 감지할 수 있도록 매트리스 본체의 상부에 배치하는 것이 바람직하며, 복수의 센서를 설치하여, 각각의 센서에 위치에 따른 가중치를 부여한 평균치를 구해 그 가중 평균값을 제어의 기준으로 하는 것도 가능하다.

또한, 사람의 움직임을 감지하여 수면 상태를 판별하기 위해서는 상기의 압전 센서 대신에, 사람의 체중에 의해 열교환 튜브가 눌리는 경우 그 압력 변화를 감지하는 압력 센서를 설치하는 것도 가능하다.

전술하였듯이, 제어부는, 사람의 체온에 의해 상승한 매트리스 본체의 실시간 온도를 매트리스 온도센서(51)에 의해 감지하여, 감지된 매트리스 본체의 온도보다 일정값 낮은 온도를 제어기준온도로 설정한 후, 상기 매트리스 본체의 온도가 상기 제어기준온도로 유지되도록 냉각 장치(2) 및 순환 펌프(3)를 온/오프시키거나 공급되는 전류량을 조절함으로 그 작동을 제어하는 것으로, 냉각 장치 및 순환 펌프를 작동시켜 매트리스의 냉각 작용을 개시하는 시점은, 매트리스에 누운 사람이 수면 상태에 돌입하여 움직임이 적어진 후 즉, 매트리스의 온도가 체온에 근접한 상태로 열평형 상태에 이르는 시점이 바람직한 바, 전원을 온시킨 후 일정 시간 후, 압전 센서에 의해 사람이 메트리스에 누운 것이 감지된 후 일정 시간 후, 사람의 움직임이 적어져 압전 센서(52)에 의해 감지되는 압력 변화의 회수가 소정치 이하로 되는 경우 및 매트리스 온도센서(51)에 의해 감지되는 온도가 소정시간 동안 일정 온도를 유지하는 경우 중 실내 조건이나 취침 습관에 따라 선택하여 매트리스의 냉각에 의한 체온 감량 기능이 수행되도록 하는 것이 가능하다.

또한, 수면 초기에는 매트리스의 제어기준온도를 상대적으로 높게 설정하고 숙면이 드는 시점에서 제어기준온도를 이보다 낮추어 주는 단계적 온도 제어를 실시하게 되면, 대뇌에 의해 감지되는 저온 상태의 감각을 최소화하면서 체중 감소 효과를 달성할 수 있게 된다.

도 4는 매트리스 온도센서를 이용한 2단계 온도 제어를 실시하는 경우, 매트리스 온도센서에 의해 감지되는 매트리스 본체의 온도 변화를 나타내는 그래프의 일례로, 수면을 취하기 위해 사용자가 매트리스 본체에 누운 초기에는 사람의 체온에 의해 매트리스 본체의 온도가 서서히 상승하다가(T1), 체온과 매트리스 사이의 열전달 과정이 평형을 이루게 되면 거의 일정온도를 유지하게 된다(T2).

매트리스 온도 센서(51)에 의해 감지되는 메트리스 온도가 평형 상태를 유지하는 기간(T2)이 10분이 경과되면, 그 때의 실시간 매트리스 온도(t0)보다 섭씨 0.5도(Δt1) 낮게 제1 제어기준온도를 설정한 후, 냉각 장치(2) 및 순환 펌프(3)를 가동시켜 매트리스 본체(1)의 1단계 냉각을 실시한다(T3).

1단계 냉각을 개시한 후 약 2시간 경과 후, 즉 사람이 숙면 상태에 들어간 후에는, 그 때의 실시간 매트리스의 온도 보다 섭씨 2도(Δt2) 낮게 제2 제어기준온도를 설정한 후, 냉각 장치(2) 또는 순환 펌프(3)에 공급되는 전류량을 증가시켜2 단계 냉각을 실시하게 된다(T4).

2 단계 냉각 작동 개시후 약 4 내지 5시간 후 즉, 기상시간 전에 냉각 작동을 중지시키는 것도 가능하다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 취침용 매트리스에 따르면, 열평형에 따른 실시간 매트리스 온도를 기준으로 이보다 약간 낮은 온도로 매트리스 온도를 제어함으로서, 대뇌에 의해 인지되는 추위나 기타 불쾌감 및 혈관의 과도한 수축에 따른 순환계의 장애나 이에 따른 저체온증의 염려 없이, 인체의 체온 조절 기능을 이용 취침 중 신체의 에너지 소비를 촉진시켜 체중 감소효과를 낼 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 열매체가 수용되어 순환되는 냉각 튜브와;

   상기 열매체를 냉각시키기 위한 냉각 장치와;

   상기 냉각 튜브의 관로 중에 설치되어 상기 열매체를 순환시키는 순환 펌프와;

   상기 냉각 튜브가 내장되어 상기 열매체가 순환됨에 따라 온도가 저하되는 매트리스 본체와;

   상기 냉각 장치 및 상기 순환 펌프의 작동을 제어하는 제어부를 구비하며,

   상기 제어부는, 사람의 체온에 의해 상승한 매트리스 본체의 실시간 온도를 감지하여, 상기 감지된 매트리스 본체의 온도보다 일정값 낮은 온도를 제어기준온도로 설정하여, 상기 매트리스 본체의 온도가 상기 제어기준온도로 유지되도록 상기 냉각 장치 및 순환 펌프의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 취침용 매트리스.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 장치는 열전 모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는 취침용 매트리스.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기준온도는, 상기 제어기준온도 설정시 매트리스 본체의 실시간 온도 보다 섭씨 1도 내지 3도 낮게 설정되는 것을 특징으로 하는 취침용 매트리스.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기준온도는 2 단계로 구성되어, 제1단계 제어기준온도는 상기 제1단계 제어기준온도 설정시 매트리스 본체의 실시간 온도 보다 섭씨 0.4도 내지 0.7도 낮게 설정되며, 제2 단계 제어기준온도는 상기 제1단계 제어기준온도가 설정된 지 0.5시간 내지 3시간 후에 설정되며, 제2단계 제어기준온도 설정시의 매트리스 본체의 실시간 온도 보다 섭씨 1도 내지 2도 낮게 설정되는 것을 특징으로 하는 취침용 매트리스.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기준온도는, 2 단계로 구성되어, 제1단계 제어기준온도는 상기 제1단계 제어기준온도 설정시 매트리스 본체의 실시간 온도 보다 섭씨 0.4도 내지 0.7도 낮게 설정되며, 제2 단계 제어기준온도는 상기 제1단계 제어기준온도가 설정된 지 0.5시간 내지 3시간 후에 설정되며, 상기 제1단계 제어기준온도 보다 섭씨 1도 내지 3도 낮게 설정되는 것을 특징으로 하는 취침용 매트리스.