KR20170000610A - 휴대용 온열패드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소섬유가 함침된 면상발열지의 양측 가장자리에 배터리 전원을 공급하는 전극을 각각 부착한 후 그 양측표면을 우레탄 또는 에폭시 소재의 절연시트로 접합하여 휴대가 용이하게 가요성이 구비되도록 제작한 상태에서 전기적 저항에 의해 발열되게 함으로써, 사람이 착용하는 의류나 각종 용품에 간편하게 결합하여 추위에 대응하는 온열과 인체에 유익한 작용을 할 수 있게 한 휴대용 온열패드에 관한 것으로,
즉, 사람이 착용하는 옷이나 용품에 탈착 가능하게 결합하여 온열을 제공하게 된 온열패드를, 전기적 저항에 의해 발열동작이 이루어지는 탄소섬유가 고르게 배열 및 함침된 면상발열지와, 상기 면상발열지의 양측에 각각 대응되게 부착되어 배터리로부터 직류전원을 공급하는 전선이 용접된 한 쌍의 전극과, 상기 한 쌍의 전극이 부착된 면상발열지의 양측 표면에 절연상태로 접합되는 절연시트로 구성한 것이다.

Description

휴대용 온열패드{Heating pad for a portable}

본 발명은 휴대용 온열패드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소섬유가 함침된 면상발열지의 양측 가장자리에 배터리 전원을 공급하는 전극을 각각 부착한 후 그 양측표면을 우레탄 또는 에폭시 소재의 절연시트로 접합하여 휴대가 용이하게 가요성이 구비되도록 제작한 상태에서 전기적 저항에 의해 발열되게 함으로써, 사람이 착용하는 의류나 각종 용품에 간편하게 결합하여 추위에 대응하는 온열과 인체에 유익한 작용을 할 수 있게 한 휴대용 온열패드에 관한 것이다.

일반적으로, 전기저항에 의해 발열동작이 이루어지는 면상발열체는 동일한 조건의 전열기기에 비해 전력소모율이 20~40% 정도 낮은데도 불구하고 발열효율이 상대적으로 우수하면서 평활성과 내구성 또는 매우 탁월한 구조적 특징을 갖추고 있으므로, 이러한 물성을 갖춘 면상발열체는 침구용 매트와 방석 및 가정용 건식 사우나 등과 같은 주거용 난방기기는 물론, 농산물 건조시스템과 도로용 결빙방지장치 및 자동차 유리의 김서리 방지장치 등의 각종 산업용 난방장치에 이르기까지 다양한 분야에 널리 이용되고 있는 추세이다.

상기 면상발열체의 소재를 간략하게 살펴 보면, 금속 발열체와 비금속 발열체, 그리고 기타 소재의 발열체로 대별되는데, 상기 금속 발열체는 고융점의 금속, 예컨대, 백금, 몰리브덴, 텅스텐 등의 소재를 이용하고, 비금속 발열체는 탄화규소, 실리사이드, 탄소, 지르코니아 등의 소재를 이용하며, 기타 소재의 발열체는 세라믹스를 주로 이용하고 있다.

상기 나열된 소재를 선택하여 제조된 종래의 면상발열체의 기본적인 구성과 그 원리를 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이, 면상의 절연 필름지(1)의 내부에 전극과 발열선(니크롬선)(2)을 하나의 전선연결 구조로 설치하여 상기 발열선(2)에 가해지는 전기저항에 의한 열을 절연 필름지(1)의 표면을 통하여 외부로 전달되게 함으로써, 히팅동작을 하게 되는 것이다.

그러나 상기 종래의 면상발열체는 전기저항에 의한 열을 발생시키기 위해 하나의 전선구조로 연결된 발열선(2)을 통해 전기를 흐르도록 하는 과정에 발열선의 어느 한 부분이 끊어질 경우, 전기의 흐름이 원천 차단되어 히팅동작이 불가능하게 되었고, 특히 발열선이 단락되는 경우에는 그 단락된 부위의 전기저항이 크게 감소되면서 고온의 이상 발열이 발생하여 화재 또는 화상 등의 사고에 노출될 수밖에 없는 구조적인 문제점이 있었다.

또한, 상기 종래의 면상발열체는 발열선 부위만이 부분적으로 발열작용 하게 되므로 면상발열체 전면에 걸쳐 온도분포가 균일하게 이루어지지 못하는 문제점이 있었으며, 발열선의 소재가 되는 니크롬 등의 금속은 통상 원적외선 방사율이 낮은 재질적 특성으로 인하여 가열효율이 저하되는 문제점도 상존하였다.

본 발명은 종래의 발열선을 갖춘 면상발열체의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로, 그 목적은 탄소섬유가 함침된 면상발열지의 양측에 전기를 공급하는 전극을 구비되게 한 후 가요성을 갖춘 소재의 절연시트로 씰링한 상태에서 전기적 저항에 의해 발열되게 하여 인체에 착용하는 옷이나 용품에 사용하여 온열을 공급할 수 있는 휴대용 온열패드를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 사람이 착용하는 옷이나 용품에 탈착 가능하게 결합하여 온열을 제공하게 된 온열패드를, 전기적 저항에 의해 발열동작이 이루어지는 탄소섬유가 고르게 배열 및 함침된 면상발열지와, 상기 면상발열지의 양측에 각각 대응되게 부착되어 배터리로부터 직류전원을 공급하는 전선이 용접된 한 쌍의 전극과, 상기 한 쌍의 전극이 부착된 면상발열지의 양측 표면에 절연상태로 접합되는 절연시트로 구성한 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 면상발열지의 양단에 각각 부착되는 한 쌍의 전극은 한쪽 면에 점착제가 도포된 금속박판으로 형성하여 상기 전극을 점착제에 의해 부착되게 한 상태에서 그 전극의 상부면으로부터 면상발열지를 향해 쐐기형태의 타공부를 형성한 후 압착하여 리벳(rivet) 형태로 결합되게 하며, 상기 면상발열지의 양측 표면에 절연상태로 접합되는 절연시트는 우레탄 또는 에폭시 수지 등을 소재를 사용하여 가요성이 구비되게 한 것이다.

이와 같은 본 발명의 휴대용 온열패드는 면상발열지의 양측에 구비되는 전극을 점착제의 점착력과 더불어 리벳팅 상태로 결합되게 하여 전극이 임의로 분리되는 현상과 접촉불량을 방지하여 안전성을 확보할 수 있고, 면상발열지의 양측 표면에 절연상태로 접합되는 절연시트를 가요성이 구비된 우레탄 또는 에폭시 수지 등으로 제조하여 인체에 착용하는 옷이나 용품에 사용할 때 자유롭고 편안한 상태에서 활동할 수 있는 효과가 있다.

또한, 면상발열지의 전부분에 균일하게 함침된 탄소섬유에서 전기의 저항에 의해 발열이 이루어지므로 사용중 탄소섬유의 일부분이 단락 또는 절단될 경우에도 나머지 부위를 통해 통전이 가능하게 되어 정상적인 발열동작이 가능하였고, 중량과 부피는 물론 전력손실을 최소화한 상태에서 발열동작이 가능하게 됨으로써, 장시간 동안 안정적으로 전원을 공급하면서 온열을 제공할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 면상발열체의 일 예를 개략적으로 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예의 휴대용 온열패드를 나타낸 분리상태 사시도,
도 3은 상기 휴대용 온열패드의 결합상태 사시도,
도 4는 상기 휴대용 온열패드의 면상발열지에 부착되는 전극의 다른 실시 예를 나타낸 부분확대 사시도,
도 5a 및 5b는 본 발명의 휴대용 온열패드를 옷이나 복대 등의 용품에 적용한 사용상태도이다.

이하, 본 발명의 휴대용 온열패드를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예의 휴대용 온열패드를 나타낸 분리상태와 그 결합상태 사시도로서, 본 발명은 전기적 저항에 의해 발열되게 탄소섬유(11)가 함침된 면상발열지(10)와, 그 면상발열지의 양측에 각각 대응되게 부착되어 배터리로부터 직류전원을 공급하는 전선(21)이 용접된 한 쌍의 전극(20)과, 상기 한 쌍의 전극(20)이 부착된 면상발열지(10)의 양측 표면에 절연상태로 접합되는 절연시트(30)로 구성되어 있다.

상기 면상발열지(10)에 함침되는 탄소섬유는 그 함유량이 클수록 발열온도를 높일 수 있으나 사용전력이 증가되므로, 면상발열지(10)는 종이의 원료인 펄프에 대해 탄소섬유를 20~50중량%의 비율로 함침되게 하여 발열온도의 최대치가 80℃ 이내를 유지되게 하는 것이 과열방지와 절전을 하는데 있어 바람직하다.

상기 면상발열지(10)의 양단에 각각 부착되는 한 쌍의 전극(20)은 금속박판으로 형성한 후 그 한쪽 면에 점착제를 도포하여 점착력에 의해 종이소재의 면상발열지에 부착되게 함으로써, 전극의 부착공정을 간편하게 하면서 밀착력을 증진되게 한 것이다.

면상발열지(10)의 양측 표면에 절연상태로 접합되는 절연시트(30)는 우레탄 또는 에폭시 수지 등을 소재로 가요성이 구비되게 제조하여 의류 및 각종 용품에 결합하여 휴대할 때 자유로이 굴신되도록 하고, 상기 면상발열지의 양측면에 절연시트(30)를 접합할 때 각 접합면에 접착제를 도포한 후 가열압착하여 절연상태로 씰링되게 하였다.

도 4는 상기 면상발열지에 부착되는 전극의 다른 실시 예를 나타낸 것으로, 상기 면상발열지(10)의 양측 가장자리에 금속박판으로 된 전극(20)을 점착제로 부착한 상태에서 전극의 상부로부터 면상발열지(10)를 관통되게 미세한 쐐기형태의 타공부(22)를 다수 곳에 형성한 후 그 끝부분을 압착하여, 도 4의 일부를 확대한 도면에서와 같이, 리벳(rivet) 형태로 면상발열지에 결합되게 하였다.

그러므로 절연시트(30)와 함께 면상발열지(10)가 굴신 변형될 때 변형율을 달리하는 전극(20)은 점착제의 점착력과 더불어 리벳팅 상태로 면상발열지에 견고하게 결합됨으로써, 면상발열지로부터 전극이 임의로 분리되는 현상을 방지함과 아울러 접촉불량으로 인한 전기에너지의 손실도 방지하는 것이다.

절연시트(30)의 외부로 인출된 각각의 전선(21)은, 도 5a 및 5b의 사용상태도와 같이, 본 발명의 온열패드를 옷이나 복대 등의 용품에 휴대한 상태에서 일측에 구비된 배터리(B)에 연결하여 양측의 전극(20)에 전원을 공급함으로써, 면상발열지(10)에 함침된 탄소섬유(11)로 전기가 흐르게 되면서 무작위로 교차되어 있는 무수한 탄소섬유에서 전기적 저항이 발생되어 면상발열지(10)의 전부분에서 발열동작이 이루어진다.

상기 탄소섬유(11)가 면상발열지(10)의 전부분에 균일하게 분포된 상태에서 전기의 저항에 의해 발열이 이루어지므로, 사용중 탄소섬유의 일부분이 단락 또는 절단될 경우에도 나머지 부위를 통해 통전이 가능하게 되어 정상적인 발열동작을 하게 된다.

본 발명의 실험예로서, 상기 탄소섬유(11)가 함침된 면상발열지(10)의 두께가 0.06~0.2mm이고 크기가 140×240mm인 온열패드에 12V의 배터리(B) 전원을 공급하여 소비전력이 0.28암페어(A)와 3와트(W)로 발열되게 할 경우, 40℃의 온도로 6시간 정도 발열동작 되면서 온열을 발산하였으며, 상기 결과로부터 종래에 열선으로 된 면상발열체를 동일한 조건으로 실험하였을 때에 비해 사용전력이 40% 정도 절감되는 것으로 확인되었다.

상기 실험 결과로 볼 때, 면상발열지(10)에 함침된 탄소섬유(11)의 비율과 소비전력에 따라 발열온도의 가감이 가능하므로 다양한 용도의 온열패드를 제조할 수 있으며, 사용전력을 절감하여 배터리의 사용시간을 연장할 수 있는 것이다.

따라서, 상기와 같은 본 발명의 휴대용 온열패드는 중량과 부피는 물론 전력손실을 최소화한 상태에서 발열동작이 가능하게 됨으로써, 인체에 착용하는 옷이나 용품에 사용할 경우 활동이 자유롭고 편안한 상태에서 장시간 동안 온열을 제공할 수 있는 것이다.

10 : 면상발열지 11 : 탄소섬유
20 : 전극 21 : 전선
22 : 타공부 30 : 절연시트

Claims (4)

1. 사람이 착용하는 옷이나 용품에 탈착 가능하게 결합하여 온열을 제공하게 된 온열패드에 있어서, 상기 온열을 제공하기 위해 전기적 저항에 의해 발열동작이 이루어지는 탄소섬유(11)가 고르게 배열 및 함침된 면상발열지(10)와, 상기 면상발열지의 양측에 각각 대응되게 부착되어 배터리로부터 직류전원을 공급하는 전선(21)이 용접된 한 쌍의 전극(20)과, 상기 한 쌍의 전극(20)이 부착된 면상발열지(10)의 양측 표면에 절연상태로 접합되는 절연시트(30)로 구성된 것을 특징으로 하는 휴대용 온열패드.
2. 제 1항에 있어서, 상기 면상발열지(10)에 함침되는 탄소섬유는 종이의 원료인 펄프에 대해 20~50중량%으로 하고, 발열온도의 최대치가 80℃ 이내를 유지되게 한 구성을 특징으로 하는 휴대용 온열패드.
3. 제 1항에 있어서, 상기 면상발열지(10)의 양단에 각각 부착되는 한 쌍의 전극(20)은 한쪽 면에 점착제가 도포된 금속박판으로 형성되고, 상기 전극이 점착제에 의해 부착된 상태에서 그 전극의 상부면으로부터 면상발열지(10)를 향해 쐐기형태로 관통되게 미세하고 무수한 타공부(22)를 형성한 후 리벳(rivet) 형태로 압착시키게 된 구성을 특징으로 하는 휴대용 온열패드.
4. 제 1항에 있어서, 상기 면상발열지(10)의 양측 표면에 절연상태로 접합되는 절연시트(30)는 우레탄 또는 에폭시 수지 등을 소재를 사용하여 가요성이 구비되게 하고, 상기 면상발열지(10)와 양측 절연시트(30)의 접합면에 접착제를 도포한 후 가열압착하여 된 것을 특징으로 하는 휴대용 온열패드.
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