KR20040084227A - 인체-의복-환경 시뮬레이터 - Google Patents

인체-의복-환경 시뮬레이터 Download PDF

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KR20040084227A
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Abstract

인체의 피부와 외부 환경 사이에서의 직물의 열 및 수분 전달 특성을 정량적으로 측정하기 위한 인체-의복-환경 시뮬레이터가 개시된다. 개시된 시뮬레이터는, 고온 및 저온 환경을 제공하는 고온 챔버 및 저온 챔버와, 수직으로 세워진 상태로 두 개의 챔버에 선택적으로 장착되는 스킨모델과, 스킨모델의 발열판에 수분을 공급하기 위한 수분공급장치와, 두 개의 챔버와 스킨모델을 제어하고 센서에 의해 측정된 온도와 습도 데이터를 처리하는 제어부를 구비한다. 그리고, 상기 스킨모델은, 수직으로 세워진 상태로 열과 수분을 공급받아 인체의 피부를 시뮬레이트하는 발열판과, 발열판의 일측에 결합되어 발열판의 일측면으로부터 이격되도록 직물을 지지하는 링 형상의 프레임과, 직물의 안쪽과 바깥쪽에 배치되어 직물의 안쪽과 바깥쪽의 온도와 습도를 측정하는 센서를 포함한다. 이와 같은 구성을 가진 인체-의복-환경 시뮬레이터는, 수직형 스킨모델을 구비함으로써 의복의 착용 상태를 보다 적정하게 시뮬레이트할 수 있으며, 두 개의 챔버를 구비함으로써 외부 환경의 극심한 변화에 따른 의복의 열 및 수분 전달 특성을 효과적으로 측정할 수 있다.

Description

인체-의복-환경 시뮬레이터{Man-Clothing-Environment Simulator}
본 발명은 인체의 피부와 외부 환경 사이에서의 의복과 같은 섬유소재의 열 수분 전달 특성을 정량적으로 측정하기 위한 인체-의복-환경 시뮬레이터에 관한 것이다.
섬유제품은 다양한 물리적, 화학적 구조를 갖는 고분자 물질의 다공성 집합체로서, 그 기능은 고분자의 특성 및 집합체의 구조와 집합체를 이루는 과정에서 함유되는 공기의 함량에 따라 결정된다. 최근 섬유산업이 첨단산업화 하면서 여러가지 기능이 고도화됨에 따라 부가가치가 높은 제품이 개발되고 있다. 이러한 고부가가치 섬유제품중 의류소재의 경우 고도의 기능성과 함께 고도의 감성, 즉 착용감과 질감특성이 부가가치를 좌우하는 주요한 요인이 된다.
착용감은 흔히 쾌적성으로 표현되며 이는 열적 쾌적성과 감각적 쾌적성으로 구분된다. 열적 쾌적성은 인체와 의복사이에 형성되는 공기층의 미세 기후에 의하여 크게 죄우되며, 미세 기후는 섬유제품의 특성에 따라서 인체에서 발생되는 열과 수분을 전달하는 정도에 의해 결정된다. 쾌적성 관련 특성은 일상적인 의복의 경우 소비자의 선호나 기호에 많은 영향을 미치며, 특수한 환경에서 사용되는 고기능성 제품의 경우에는 인체의 건강과 생명을 죄우할 정도로 중요한 역할을 한다. 감각적 쾌적성은 제품을 만질 때의 부드럽고 거친 느낌, 따뜻하고 찬 느낌 등으로 제품의 질을 좌우하며 열 수분 관련 특성에 영향을 미칠 뿐 아니라 고감성 제품 생산과 평가에 있어서 중요한 요소이다.
섬유제품을 통한 열 수분 전달 특성은 단순히 섬유제품을 구성하는 고분자 및 고분자 집합체의 물리적인 특성 뿐 아니라 섬유제품과 인체와의 상호작용을 규명하고 나아가 이를 정량화할 수 있는 복합적이고 종합적인 기술이 요구된다. 특히, 고부가가치 제품개발에 앞서 열 수분 전달 특성을 측정하고 평가하는 기술의개발이 필요하다.
현재까지 의류소재의 열 수분 전달 특성의 측정을 위해 사용되고 있는 대부분의 스킨모델은 수평 방향으로 구성되어 있으며 표준상태의 실험 조건에서 측정이 이루어지도록 설계되어 있다.
예를 들어, 미국특허 5,749,259호에는 인체 피부의 체온 조절 거동을 시뮬레이트하는 발한 열판(sweating hot plate) 장치가 개시되어 있다. 그런데, 상기 발한 열판은 수평으로 설치되므로, 통상 수직 상태로 착용되는 의복과 인체의 관계를 적정하게 시뮬레이트하지 못하는 단점이 있다.
근래 스포츠웨어나 레저웨어용으로 급속히 사용이 증가하고 있는 투습방수 기능을 가지는 미세다공 섬유제품의 경우, 표준상태에서는 투습성을 유지할 수 있으나 극지방에서 사용될 경우에는 수분이 동결하여 미세기공을 막음으로써 설계시에 의도하였던 투습기능을 발휘할 수 없게 된다. 따라서, 각 제품의 용도와 사용 환경을 고려하여 실험조건을 설정할 수 있어야 한다. 그러나, 종래의 스킨모델은 항온 항습 조건하에서 측정하도록 되어 있으므로, 급격한 환경 변화에 따른 의복의 열 수분 전달 특성을 제대로 반영하지 못하고 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 특히 수직형 스킨모델을 채용하여 실제로 인체가 의복을 착용했을 때의 상태를 보다 잘 반영할 수 있으며 급격한 환경 변화에 따른 열 수분 전달 특성을 측정할 수 있는 인체-의복-환경 시뮬레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 인체-의복-환경 시뮬레이터의 전체적인 구성을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 고온 챔버 내부의 구조를 도시한 수직 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 저온 챔버 내부의 구조를 도시한 수직 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 스킨모델의 구성을 도시한 분리 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 발열판의 상세 구성을 도시한 분리 사시도이다.
도 6은 도 4에 도시된 스킨모델이 고온 챔버에 장착된 상태를 도시한 단면도이다.
도 7은 도 4에 도시된 프레임의 변형예를 보여주는 사시도이다.
도 8은 도 4에 도시된 스킨모델에 복수의 프레임이 장착된 예를 보여주는 분리 사시도이다.
도 9는 도 1에 도시된 스킨모델 지지장치를 상세하게 도시한 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100...테이블 200...고온 챔버
300...저온 챔버 210,310...스킨모델 장착구
212,312...장착구 도어 220,320...전면 도어
230,330...팬 232,332...팬 모터
240,340...히터 250...가습장치
350...냉각장치 352...냉매 증발기
354...냉매 응축기 260...온습도 센서
360...온도 센서 400...스킨모델
410...캡 420...발열판
421...히터 422,423...수분 분배판
429...발한층 430...스페이서
440,441,442,443...프레임 451,452,453,454...온습도 센서
460...스킨모델 결합 스크류 470...덮개
490...스킨모델 지지장치 492...가이드 레일
494...브라켓 496...스킨모델 현가 스크류
500...수분공급장치 510...급수탱크
520...수분공급펌프 610...컨트롤 판넬
620...컴퓨터
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인체-의복-환경 시뮬레이터는,
인체의 피부와 외부 환경 사이에서의 직물의 열 및 수분 전달 특성을 정량적으로 측정하기 위한 장치로서,
고온 및 저온 환경을 제공하는 고온 챔버 및 저온 챔버;
수직으로 세워진 상태로 열과 수분을 공급받아 인체의 피부를 시뮬레이트하는 발열판과, 상기 발열판의 일측에 결합되어 상기 발열판의 일측면으로부터 이격되도록 직물을 지지하는 링 형상의 프레임과, 상기 직물의 안쪽과 바깥쪽에 배치되어 상기 직물의 안쪽과 바깥쪽의 온도와 습도를 측정하는 센서를 포함하며, 수직으로 세워진 상태로 상기 두 개의 챔버에 선택적으로 장착되는 스킨모델;
상기 스킨모델의 발열판에 수분을 공급하기 위한 수분공급장치; 및
상기 두 개의 챔버와 스킨모델을 제어하고, 상기 센서에 의해 측정된 온도와 습도 데이터를 처리하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 두 개의 챔버는 소정 간격을 두고 서로 대향하도록 배치되며, 각각의 상호 대향면에 상기 스킨모델이 장착되는 장착구가 마련된 것이 바람직하다.
상기 스킨모델은 상기 장착구에 밀착되는 캡을 구비할 수 있으며, 상기 캡의 일측에 상기 발열판이 설치될 수 있다.
상기 고온 챔버에는, 상기 고온 챔버 내부의 공기를 순환시키기 위한 팬과, 상기 고온 챔버 내부의 온도를 조절하기 위한 히터와, 상기 고온 챔버 내부의 습도를 조절하기 위한 가습장치와, 상기 고온 챔버 내부의 온도와 습도를 측정하기 위한 센서가 마련된 것이 바람직하다.
상기 저온 챔버에는, 상기 저온 챔버 내부의 공기를 순환시키기 위한 팬과, 상기 저온 챔버 내부의 온도를 조절하기 위한 냉각장치 및 히터와, 상기 저온 챔버 내부의 온도를 측정하기 위한 센서가 마련될 수 있다.
그리고, 상기 저온 챔버에는, 상기 저온 챔버 내부의 습도를 조절하기 위한 가습장치와, 상기 저온 챔버 내부의 습도를 측정하기 위한 센서가 더 마련된 것이 바람직하다.
상기 수분공급장치는, 공급될 수분이 저장된 급수탱크와, 상기 급수탱크로부터 상기 발열판으로 수분을 펌핑하는 수분공급펌프를 구비할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 시뮬레이터는, 상기 두 개의 챔버 사이에 마련되어 상기 스킨모델을 왕복 이동 가능하도록 지지하는 스킨모델 지지장치를 구비할 수 있다.
여기에서, 상기 스킨모델 지지장치는 상기 고온 챔버와 상기 저온 챔버 사이에 설치된 가이드 레일을 구비하며, 상기 가이드 레일에 상기 스킨모델이 왕복 이동 가능하도록 현가된 것이 바람직하다.
상기 발열판은 열을 발생시키는 히터와, 상기 히터의 일측면에 부착된 수분 분배판을 구비하는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 수분 분배판은 상기 히터의 일측면에 밀착되며 그 외측면에 다수의 수분분배홈이 형성된 제1 플레이트와, 상기 제1 플레이트의 외측면에 밀착되며 상기 다수의 수분분배홈에 연결되는 다수의 관통된 수분분배구가 형성된 제2 플레이트를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 수분 분배판의 외측면에는 공급된 수분이 균일하게 분산되도록 하는 발한층이 부착된 것이 바람직하다.
상기 스킨모델은 상기 발열판의 외측면과 상기 직물 사이에 소정의 간격을 유지시키기 위해 상기 발열판과 상기 프레임 사이에 설치되는 링 형상의 스페이서를 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 직물 안쪽에 배치되는 센서는 상기 스페이서에 의해 지지되고, 상기 직물 바깥쪽에 배치되는 센서는 상기 프레임에 의해 지지될 수 있다.
그리고, 상기 프레임은 상기 발열판의 일측에 복수개가 겹쳐서 결합될 수 있으며, 상기 프레임에는 인체의 목이나 팔에 대응되는 개구부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 스킨모델은, 상기 고온 챔버와 저온 챔버 사이에서 이동될 때 열과 수분의 손실을 방지하기 위한 덮개를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 제어부는, 상기 두 개의 챔버와 스킨모델을 제어하기 위한 컨트롤 판넬과, 상기 센서에 의해 측정된 온도와 습도 데이터를 처리하는 컴퓨터를 포함하는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성을 가진 본 발명에 따른 인체-의복-환경 시뮬레이터에 의하면, 의복의 착용 상태를 보다 잘 시뮬레이트할 수 있으며, 외부 환경의 극심한 변화에 따른 의복의 열 수분 전달 특성을 효과적으로 측정할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 인체-의복-환경 시뮬레이터의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.
도 1은 본 발명에 따른 인체-의복-환경 시뮬레이터의 전체적인 구성을 도시한 사시도이고, 도 2와 도 3은 각각 도 1에 도시된 고온 챔버와 저온 챔버의 내부 구조를 도시한 수직 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 본 발명에 따른 인체-의복-환경 시뮬레이터는, 다양한 환경조건과 활동 상황에 처한 인체가 의복을 착용했을 때, 인체로부터 방출되는 열과 땀이 어떠한 양상으로 의복을 통해 공기 중으로 배출되는지를 측정하여 의복의 쾌적성을 예측하고 평가할 수 있는 장치이다.
구체적으로, 본 발명에 따른 인체-의복-환경 시뮬레이터는, 인체의 피부와 외부 환경 사이에서의 의복과 같은 직물의 열 및 수분 전달 특성을 정량적으로 측정하기 위한 장치로서, 고온 및 저온 환경을 제공하는 두 개의 챔버(200, 300)와, 인체의 피부를 시뮬레이트하는 수직형 스킨모델(400)과, 상기 스킨모델(400)에 수분을 공급하기 위한 수분공급장치(500)와, 상기 두 개의 챔버(200, 300)와 스킨모델(400)을 제어하는 제어부를 구비한다.
상기 두 개의 챔버(200, 300)는 상기 스킨모델(400)에 고온 환경을 제공하는 고온 챔버(200)와, 상기 스킨모델(400)에 저온 환경을 제공하는 저온챔버(300)로 구성된다. 상기 두 개의 챔버(200, 300)는 소정 간격을 두고 서로 대향하도록 테이블(100)의 양측에 배치되며, 상기 테이블(100)의 상부에 상기 스킨모델(400)이 배치된다. 그리고, 두 개의 챔버(200, 300) 각각의 상호 대향면에는 스킨모델(400)이장착되는 장착구(210, 310)가 마련된다. 상기 장착구(210, 310) 각각에는 도어(212, 312)가 힌지결합되어 있어서, 상기 장착구(210, 310)를 열고 닫을 수 있도록 되어 있다. 또한, 두 개의 챔버(200, 300) 각각의 내부를 점검할 수 있도록 두 개의 챔버(200, 300) 각각의 전면에는 전면 도어(220, 320)가 설치될 수 있다.
상기 고온 챔버(200)의 내부는 고온 다습한 환경으로 조절된다. 상기 고온 챔버(200)는 예컨대 상온으로부터 대략 50℃의 온도까지 조절 가능하도록 된 것이 바람직하다. 이를 위해, 고온 챔버(200)의 내부에는 온도를 조절하기 위한 히터(240)와, 습도를 조절하기 위한 가습장치(250)가 설치된다. 상기 가습장치(250)는 상기 수분공급장치(500)의 급수 탱크(510)로부터 공급된 수분을 증발시켜 수증기를 발생시키는 수분 증발기인 것이 바람직하다.
그리고, 고온 챔버(200) 내부의 온도와 습도가 균일하도록 하기 위해 공기를 순환시키는 팬(230)이 고온 챔버(200) 내에 배치될 수 있다. 상기 팬(230)은 고온 챔버(200)의 상부에 설치된 팬 모터(232)에 의해 회전하게 된다. 또한, 고온 챔버(200) 내부에는 온도와 습도를 측정하기 위한 온습도 센서(260)가 마련될 수 있다. 상기 온습도 센서(260)는 일체로 이루어진 것일 수도 있고, 온도 센서와 습도 센서가 분리된 것일 수도 있다.
상기 저온 챔버(300)의 내부는 한랭 건조한 환경으로 조절된다. 상기 저온 챔버(300)는 예컨대 상온으로부터 대략 -30℃의 온도까지 조절 가능하도록 된 것이 바람직하다. 이를 위해, 저온 챔버(300)의 내부에는 온도를 조절하기 위한 냉각장치(350)와 히터(340)가 설치된다. 상기 냉각장치(350)와 히터(340)의 상호 보완적인 작동에 의해 저온 챔버(300) 내부의 온도가 원하는 온도로 조절되고, 또한 조절된 온도로 일정하게 유지될 수 있다. 상기 냉각장치(350)로서, 저온 챔버(300)의 내부에는 냉매 증발기(352)가 설치되고, 저온 챔버(300)의 하부에는 냉매 응축기(354)가 설치될 수 있다. 상기 냉매 증발기(352)는 액상의 냉매를 증발시킴으로써 그 증발 잠열에 의해 저온 챔버(300) 내부의 온도를 낮추게 되고, 냉매 응축기(354)는 기상의 냉매로부터 열을 방출시켜 기상의 냉매를 다시 액상으로 응축시키게 된다.
그리고, 저온 챔버(300) 내부의 온도가 균일하도록 하기 위해 공기를 순환시키는 팬(330)이 저온 챔버(300) 내에 설치될 수 있으며, 상기 팬(330)을 회전시키기 위한 팬 모터(332)는 저온 챔버(300)의 상부에 설치될 수 있다. 또한, 저온 챔버(300) 내부에는 온도를 측정하기 위한 온도 센서(360)가 마련될 수 있다.
한편, 상기 저온 챔버(300) 내부에도 상기한 고온 챔버(200)에서와 같이 습도 조절을 위한 가습장치가 구비될 수 있으며, 이 경우에는 저온 챔버(300) 내부에 습도 센서도 설치된다.
상기 고온 챔버(200)와 저온 챔버(300) 각각의 장착구(210, 310)를 개폐하는 도어(212, 312)에는 핸들링이 쉽도록 손잡이(216, 316)가 마련되어 있으며, 장착구(210, 310)와 도어(212, 312)의 접촉면에는 실링부재(214, 314)가 끼워진다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 인체-의복-환경 시뮬레이터는 두 개의 챔버, 즉 고온 챔버(200)와 저온 챔버(300)를 구비한다. 따라서, 스킨모델(400)을 고온 챔버(200)와 저온 챔버(300)에 연속적으로 장착함으로써, 외부 환경의 극심한변화에 따른 의복의 열 및 수분 전달 특성을 효과적으로 측정할 수 있다. 그리고, 실험할 수 있는 환경 조건의 범위를 -30℃에서 50℃로 확대함으로써 기존의 표준 상태의 측정에서는 파악할 수 없었던 기능성 직물의 성능을 유효하게 정량화할 수 있다. 또한, 각 제품의 용도와 사용환경을 고려하여 다양한 환경 조건하에서 실험할 수 있으며, 특히 외부 환경의 온도와 습도를 극한 상황까지 조절함으로써 실제 인체 실험이 어려운 극한 환경에서의 실험도 가능하다.
도 4는 도 1에 도시된 스킨모델의 구성을 도시한 분리 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 발열판의 상세 구성을 도시한 분리 사시도이며, 도 6은 도 4에 도시된 스킨모델이 고온 챔버에 장착된 상태를 도시한 단면도이다.
도 1과 도 4를 함께 참조하면, 상기 스킨모델(400)은, 수직으로 세워진 상태로 열과 수분을 공급받아 인체의 피부를 시뮬레이트하는 발열판(420)과, 상기 발열판(420)의 일측에 결합되어 발열판(420)의 일측면으로부터 이격되도록 직물(F)을 지지하는 링 형상의 프레임(440)과, 상기 직물(F)의 안쪽과 바깥쪽에 배치되어 상기 직물(F)의 안쪽과 바깥쪽의 온도와 습도를 측정하는 온습도 센서(451, 452)를 포함하여 구성된다.
이와 같이 구성된 상기 스킨모델(400)은 수직으로 세워진 상태로 상기 두 개의 챔버(200, 300)에 선택적으로 장착되므로, 종래의 수평형 스킨모델보다 인체가 의복을 착용한 상태를 보다 유사하게 시뮬레이트할 수 있다.
그리고, 상기 스킨모델(400)은 고온 챔버(200)와 저온 챔버(300) 각각의 장착구(210, 310)에 밀착되는 캡(410)을 구비하는 것이 바람직하다. 상기 캡(410)의일측에는 상기 발열판(420)이 설치되며, 상기 캡(410)의 일측면 가장자리 부위에는 실링부재(414)가 설치된다. 그리고, 상기 캡(410)과 발열판(420)은 복수의, 예컨대 세 개의 스크류(460)에 의해 결합될 수 있다. 이를 위해, 상기 발열판(420)에는 상기 스크류(460)가 체결되는 스크류 체결홀(428)이 형성된다. 또한, 상기 캡(410)에는 발열판(420)에 수분을 공급하기 위한 수분 공급구(412)가 관통되어 있으며, 이 수분 공급구(412)는 상기 수분공급장치(500)의 수분공급호스(540)와 연결된다.
상기 발열판(420)은 땀을 흘리는 인체의 피부를 시뮬레이트하는 것으로서, 평균 피부온으로 유지되도록 가열되며, 땀의 양에 따라 소정의 수분을 함유하도록 수분 공급구(412)를 통해 수분이 공급된다. 이를 위해, 상기 발열판(420)은 열을 발생시키는 히터(421)와, 상기 히터(421)의 일측면에 부착된 수분 분배판(422, 423)을 구비할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 수분 분배판(422, 423)은 두 개의 플레이트로 이루어진다. 상기 두 개의 플레이트 중 제1 플레이트(422)는 히터(421)의 일측면에 밀착되며 그 외측면에 수분 공급구(424)와 연결되는 다수의 수분 분배홈(425)이 형성되어 있다. 상기 수분 공급구(424)는 캡(410)에 형성된 수분 공급구(412)와 연통된다. 상기 두 개의 플레이트 중 제2 플레이트(423)는 제1 플레이트(422)의 외측면에 밀착되며 상기 수분 분배홈(425)에 연결되는 다수의 관통된 수분 분배구(426)를 가지고 있다. 따라서, 수분 공급구(424)를 통해 공급된 수분은 수분 분배홈(425)을 따라 분배되고, 수분 분배구(426)를 통해 제2 플레이트(423)의 외측 표면에 분산된다.
이 때, 상기 제2 플레이트(423)의 외측면에는 공급된 수분이 균일하게 분산되도록 하는 발한층(429)이 부착된 것이 바람직하다. 상기 발한층(429)으로는 부직포나 수분의 확산이 고르고 빠르게 일어날 수 있으며 빨리 마를 수 있는 성질을 가진 다양한 흡습속건성의 직물 등이 사용될 수 있다. 그리고, 상기 수분 분배판(422, 423)과 발한층(429)에는 상기 스크류(460)가 삽입되는 스크류 삽입홀(428)이 형성된다.
다시 도 4를 참조하면, 상기한 바와 같이 구성된 발열판(420)의 일측에는 직물(F)을 지지하는 링 형상의 프레임(440)이 결합된다. 이를 위해, 상기 복수의 스킨모델 결합 스크류(460)는 발열판(420)의 일측면으로부터 돌출되어 있고, 상기 프레임(440)에는 상기 복수의 스크류(460)가 삽입되는 복수의 스크류 삽입홀(448)이 형성된다. 이 때, 상기 발열판(420)과 프레임(440) 사이에는 발열판(420)의 외측면과 직물(F) 사이에 소정의 간격을 유지시키기 위한 링 형상의 스페이서(430)가 끼워질 수 있다. 이 경우, 상기 스페이서(430)에도 스크류(460)가 삽입되는 스크류 삽입홀(438)이 형성된다.
상기 온습도 센서(451, 452)는 직물(F)의 안쪽과 바깥쪽에 배치되며, 일체로 이루어진 것일 수도 있고, 온도 센서와 습도 센서가 분리된 것일 수도 있다. 상기 직물(F) 안쪽에 배치되는 제1 센서(451)는 발열판(420)의 외측면에 부착된 발한층(429)과 프레임(440)에 의해 지지되는 직물(F) 사이의 온도와 습도를 측정하기 위한 것이며, 직물(F) 바깥쪽에 배치되는 제2 센서(452)는 직물(F) 바깥쪽의 온도와 습도를 측정하기 위한 것이다. 그리고, 상기 제1 센서(451)는 스페이서(430)에 의해 지지되고, 상기 제2 센서(452)는 프레임(440)에 의해 지지될 수 있다. 이를 위해, 스페이서(430)와 프레임(440) 각각에는 외주면으로부터 내주면까지 관통되는 구멍(434, 444)이 형성되고, 상기 구멍(434, 444)을 통해 제1 및 제2 센서(451, 452)가 각각 삽입되어 지지된다.
상기한 바와 같이 구성된 스킨모델(400)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 캡(410)의 일측에 발열판(420), 스페이서(430) 및 프레임(440)을 순차적으로 결합한 후, 상기 스크류(460)에 나비 너트(462)를 체결함으로써 조립된다. 이와 같이 조립된 상태의 스킨모델(400)은, 두 개의 챔버, 예컨대 고온 챔버(200)의 장착구(210)에 장착된다.
그리고, 고온 챔버(200)와 저온 챔버(300) 사이에서 상기 스킨모델(400)을 이동할 때, 열과 수분의 손실을 최소화하기 위하여 덮개(470)를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 덮개(470)는 아크릴 수지로 제조되며 프레임(440)의 둘레와 외측면을 감싸는 형상을 가진다. 또한, 상기 덮개(470)에는 핸들링이 쉽도록 손잡이(472)가 마련되며, 상기 스크류(460)의 단부가 삽입될 수 있는 스크류 삽입홀(478)이 형성된다.
도 7은 도 4에 도시된 프레임의 변형예를 보여주는 사시도이다.
도 7을 참조하면, 직물을 지지하는 프레임(440')에는 인체의 목이나 팔에 대응되는 개구부(449)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 실제의 의복에 형성되어 있는 개구부의 영향을 정량적으로 측정할 수 있으므로, 실제로 인체가 의복을 착용했을 때의 상태를 보다 적절하게 반영할 수 있다.
도 8은 도 4에 도시된 스킨모델에 복수의 프레임이 장착된 예를 보여주는 분리 사시도이다.
도 8을 참조하면, 스킨모델(400)은 복수의, 예컨대 세 개의 프레임(441, 442, 443)을 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 세 개의 프레임(441, 442, 443)은 발열판(420)의 일측에 겹쳐서 결합된다. 스페이서(430)가 설치된 경우에는, 세 개의 프레임(441, 442, 443)은 스페이서(430)의 일측에 겹쳐서 결합된다. 상기 세 개의 프레임(441, 442, 443) 각각에는 스킨모델 결합 스크류(460)가 삽입되는 스크류 삽입홀(448)이 형성되어 있으며, 그 각각의 일측에는 직물(F1, F2, F3)이 부착되어 있다. 그리고, 세 개의 프레임(441, 442, 443) 각각에는 온습도 센서(452, 453, 454)가 설치된다.
이와 같이, 스킨모델(400)이 복수의 프레임(441, 442, 443)을 구비한 경우에는, 복수의 의복을 겹쳐 입었을 때의 효과를 정량적으로 측정할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 수분공급장치(500)는, 공급될 수분을 저장하고 있는 급수탱크(510)와, 상기 급수탱크(510)로부터 상기 스킨모델(400)의 발열판(420)으로 수분을 펌핑하는 수분공급펌프(520)를 구비한다. 상기 급수탱크(510)와 수분공급펌프(520)는 고온 챔버(200)의 상부에 설치될 수 있다. 그리고, 상기 수분공급펌프(520)로서 정량 펌프를 사용하는 것이 상기 발열판(520)에 수분을 일정하게 공급할 수 있으므로 바람직하며, 또한 수분공급펌프(520)에는 수량을 조절할 수 있는 수량조절밸브(522)가 마련된 것이 바람직하다. 상기 수분공급펌프(520)와 급수탱크(510) 및 스킨모델(400)은 수분공급호스(530, 540)에 의해 연결된다.
도 9에는 도 1에 도시된 스킨모델 지지장치가 상세하게 도시되어 있다.
도 1과 도 9를 함께 참조하면, 상기 두 개의 챔버(200, 300) 사이에는 상기 스킨모델(400)을 왕복 이동 가능하도록 지지하는 스킨모델 지지장치(490)가 마련될 수 있다. 상기 스킨모델 지지장치(490)는 고온 챔버(200)와 저온 챔버(300) 사이에 설치된 가이드 레일(492)을 구비하며, 상기 가이드 레일(492)에 상기 스킨모델(400)이 왕복 이동이 가능하도록 현가된다. 상기 가이드 레일(492)에는 브라켓(494)이 슬라이딩 이동 가능하도록 결합되며, 상기 브라켓(494)에는 스킨모델(400)을 현가하기 위한 스크류(496)가 결합되어 있다. 상기 브라켓(494)에는 나사(495)가 체결되어 있으며, 상기 나사(495)에 의해 가이드 레일(492)에 브라켓(494)을 고정시킬 수 있다. 상기 스크류(496)는 스킨모델(400)의 캡(410)의 상단부에 체결되어 나비 너트(497)에 의해 조여진다. 한편, 상기 캡(410)에는 스킨모델(400)의 핸들링이 쉽도록 손잡이(416)가 마련된다.
그리고, 상기 스킨모델(400)은 가이드 레일(492)에 현가된 상태로 수직축을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있으며, 이에 따라 스킨모델(400)의 방향을 바꿀 수 있으므로 스킨모델(400)을 고온 챔버(200)의 장착구(210) 또는 저온 챔버(300)의 장착구(310)에 선택적으로 장착할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이, 스킨모델 지지장치(490)는 스킨모델(400)을 수직 상태로 지지하며, 또한 스킨모델(400)을 두 개의 챔버(200, 300)에 장착할 수 있도록 방향을 바꾸고 왕복 이동시키는 기능을 하게 된다. 따라서, 스킨모델 지지장치(490)는 도 9에 도시된 구조가 아니더라도 상기한 기능을 수행할 수 있는 어떠한 구조를 가질 수도 있다. 예컨대, 테이블(100) 상에 왕복 이동 가능한 턴테이블을 마련하고, 이 턴테이블 상에 스킨모델을 배치할 수도 있다. 또한, 두 개의 챔버(200, 300) 사이의 공간을 밀폐된 공간으로 만들고, 상기 스킨모델(400)을 두 개의 챔버(200, 300) 사이에서 자동으로 왕복 이동하도록 구성할 수도 있다. 이 경우, 상기 스킨모델(400)을 자동으로 왕복 이동시키는 장치로는 일반적으로 알려진 여러 가지 구동장치가 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 테이블(100)에 스킨모델(400)을 지지하는 턴테이블을 마련하고, 상기 턴테이블을 리드 스크류 등으로 왕복 이동시키며, 상기 리드 스크류는 상기한 제어부에 의해 자동으로 제어하는 방식을 취할 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 제어부는, 상기 두 개의 챔버(200, 300)와 스킨모델(400)을 제어하기 위한 컨트롤 판넬(610)과, 스킨모델(400)에 배치된 센서(450, 460)에 의해 측정된 온도와 습도 데이터를 처리하는 컴퓨터(620)를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 컨트롤 판넬(610)은 테이블(100)의 전면에 설치되며, 다수의 조절 스위치(612)와 온습도 표시부(614)를 가진다. 상기 컴퓨터(620)는 스킨모델(400)에서 측정된 온도와 습도 데이터를 기억하고, 이 데이터를 이용하여 직물, 예컨대 의복의 열 및 수분 전달 특성을 정량적으로 산출하게 된다. 이와 같이, 산출된 의복의 열 및 수분 전달 특성은 모니터(622)를 통해 표시될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 인체-의복-환경 시뮬레이터를 사용하면, 의복 뿐만 아니라 소파 커버, 카펫과 같은 인테리어 내장재 및 자동차 시트, 침대시트, 의료용 섬유제품등 인체가 접하여 사용되는 섬유제품을 사용하는 환경에 따라 인체가 느끼는 감각과 성능 및 쾌적성을 통합적으로 측정할 수 있다. 시뮬레이터를 통해 얻은 결과는 마네킹 실험이나 인체 착용실험을 통해 검증하고 각각의 변인들의 중요성과 가중치를 결정하여 착용감을 예측하는데 활용할 수 있다. 따라서, 실제 착용환경에서의 제품의 쾌적성능을 평가하고 예측할 수 있어서 사용자의 만족도나 인체에 미치는 영향, 개발 제품의 유용도를 평가할 수 있다. 또한, 직물의 개발과 기획단계에서 사용되어 소비자의 필요에 부응하는 제품을 생산할 수 있으며 쾌적성에 대한 평가지수를 제공해 줌으로써 제품의 표준화 작업에 이용될 수 있다.
본 발명은 도시된 실시예를 참조하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 인체-의복-환경 시뮬레이터에 의하면, 수직형 스킨모델을 채용함으로써 의복의 착용 상태를 보다 적정하게 시뮬레이트할 수 있고, 고온 환경과 저온 환경을 제공하는 두 개의 챔버를 구비함으로써 외부 환경의 극심한 변화에 따른 의복의 열 및 수분 전달 특성을 효과적으로 측정할 수 있다. 그리고, 직물을 지지하는 프레임을 복수개 결합함으로써 의복을 겹쳐 입었을 때의 효과를 측정할 수 있으며, 프레임에 인체의 목이나 팔에 대응되는 개구부를 형성함으로써 개구부의 영향을 측정할 수 있다.

Claims (23)

  1. 인체의 피부와 외부 환경 사이에서의 직물의 열 및 수분 전달 특성을 정량적으로 측정하기 위한 인체-의복-환경 시뮬레이터에 있어서,
    고온 및 저온 환경을 제공하는 고온 챔버 및 저온 챔버;
    수직으로 세워진 상태로 열과 수분을 공급받아 인체의 피부를 시뮬레이트하는 발열판과, 상기 발열판의 일측에 결합되어 상기 발열판의 일측면으로부터 이격되도록 직물을 지지하는 링 형상의 프레임과, 상기 직물의 안쪽과 바깥쪽에 배치되어 상기 직물의 안쪽과 바깥쪽의 온도와 습도를 측정하는 센서를 포함하며, 수직으로 세워진 상태로 상기 두 개의 챔버에 선택적으로 장착되는 스킨모델;
    상기 스킨모델의 발열판에 수분을 공급하기 위한 수분공급장치; 및
    상기 두 개의 챔버와 스킨모델을 제어하고, 상기 센서에 의해 측정된 온도와 습도 데이터를 처리하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 인체-의복-환경 시뮬레이터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 두 개의 챔버는 소정 간격을 두고 서로 대향하도록 배치되며, 각각의 상호 대향면에 상기 스킨모델이 장착되는 장착구가 마련된 것을 특징으로 하는 인체-의복-환경 시뮬레이터.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 스킨모델은 상기 장착구에 밀착되는 캡을 구비하고, 상기 캡의 일측에 상기 발열판이 설치된 것을 특징으로 하는 인체-의복-환경 시뮬레이터.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 캡과 발열판은 복수의 스크류에 의해 결합되고, 상기 복수의 스크류는 상기 발열판의 일측면으로부터 돌출되며, 상기 프레임에는 상기 복수의 스크류가 삽입되는 복수의 스크류 삽입홀이 형성된 것을 특징으로 하는 인체-의복-환경 시뮬레이터.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 고온 챔버에는, 상기 고온 챔버 내부의 공기를 순환시키기 위한 팬과, 상기 고온 챔버 내부의 온도를 조절하기 위한 히터와, 상기 고온 챔버 내부의 습도를 조절하기 위한 가습장치와, 상기 고온 챔버 내부의 온도와 습도를 측정하기 위한 센서가 마련된 것을 특징으로 하는 인체-의복-환경 시뮬레이터.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 저온 챔버에는, 상기 저온 챔버 내부의 공기를 순환시키기 위한 팬과, 상기 저온 챔버 내부의 온도를 조절하기 위한 냉각장치 및 히터와, 상기 저온 챔버 내부의 온도를 측정하기 위한 센서가 마련된 것을 특징으로 하는 인체-의복-환경시뮬레이터.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 저온 챔버에는, 상기 저온 챔버 내부의 습도를 조절하기 위한 가습장치와, 상기 저온 챔버 내부의 습도를 측정하기 위한 센서가 더 마련된 것을 특징으로 하는 인체-의복-환경 시뮬레이터.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 냉각장치는, 상기 저온 챔버 내부에 설치되는 냉매 증발기와, 상기 저온 챔버의 하부에 배치되는 냉매 응축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 인체-의복-환경 시뮬레이터.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 수분공급장치는, 공급될 수분이 저장된 급수탱크와, 상기 급수탱크로부터 상기 발열판으로 수분을 펌핑하는 수분공급펌프를 구비하는 것을 특징으로 하는 인체-의복-환경 시뮬레이터.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 두 개의 챔버 사이에 마련되어 상기 스킨모델을 왕복 이동 가능하도록 지지하는 스킨모델 지지장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 인체-의복-환경 시뮬레이터.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 스킨모델 지지장치는 상기 고온 챔버와 상기 저온 챔버 사이에 설치된 가이드 레일을 구비하며, 상기 가이드 레일에 상기 스킨모델이 왕복 이동 가능하도록 현가된 것을 특징으로 하는 인체-의복-환경 시뮬레이터.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 스킨모델은 상기 가이드 레일에 현가된 상태로 수직축을 중심으로 회전이 가능한 것을 특징으로 하는 인체-의복-환경 시뮬레이터.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 발열판은, 열을 발생시키는 히터와, 상기 히터의 일측면에 부착된 수분 분배판을 구비하는 것을 특징으로 하는 인체-의복-환경 시뮬레이터.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 수분 분배판은, 상기 히터의 일측면에 밀착되며 그 외측면에 다수의 수분 분배홈이 형성된 제1 플레이트와, 상기 제1 플레이트의 외측면에 밀착되며 상기 다수의 수분 분배홈에 연결되는 다수의 관통된 수분 분배구가 형성된 제2 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 인체-의복 환경 시뮬레이터.
  15. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    상기 수분 분배판의 외측면에는 공급된 수분이 균일하게 분산되도록 하는 발한층이 부착된 것을 특징으로 하는 인체-의복-환경 시뮬레이터.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 발한층은 흡습속건성의 직물인 것을 특징으로 하는 인체-의복-환경 시뮬레이터.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 스킨모델은, 상기 발열판의 외측면과 상기 직물 사이에 소정의 간격을 유지시키기 위해 상기 발열판과 상기 프레임 사이에 설치되는 링 형상의 스페이서를 구비하는 것을 특징으로 하는 인체-의복-환경 시뮬레이터.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 직물 안쪽에 배치되는 센서는 상기 스페이서에 의해 지지되고, 상기 직물 바깥쪽에 배치되는 센서는 상기 프레임에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 인체-의복-환경 시뮬레이터.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 스페이서와 프레임 각각에는 외주면으로부터 내주면까지 관통되는 구멍이 형성되고, 상기 구멍을 통해 상기 센서가 삽입되어 지지되는 것을 특징으로 하는 인체-의복-환경 시뮬레이터.
  20. 제 1항에 있어서,
    상기 프레임은 상기 발열판의 일측에 복수개가 겹쳐서 결합되는 것을 특징으로 하는 인체-의복-환경 시뮬레이터.
  21. 제 1항에 있어서,
    상기 프레임에는 인체의 목이나 팔에 대응되는 개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 인체-의복-환경 시뮬레이터.
  22. 제 1항에 있어서,
    상기 스킨모델은, 상기 고온 챔버와 저온 챔버 사이에서 이동될 때 열과 수분의 손실을 방지하기 위한 덮개를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 인체-의복-환경 시뮬레이터.
  23. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 두 개의 챔버와 스킨모델을 제어하기 위한 컨트롤 판넬과, 상기 센서에 의해 측정된 온도와 습도 데이터를 처리하는 컴퓨터를 포함하는것을 특징으로 하는 인체-의복-환경 시뮬레이터.
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