KR20170109549A - 발한 모의장치 및 발한 모의방법 - Google Patents

발한 모의장치 및 발한 모의방법 Download PDF

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Abstract

발한 모의장치(1)는, 수평으로 설치되어, 증기를 통과시키는 다공질판(2)과, 다공질판(2)의 하부면에 접해서 고정되고, 다공질판(2)의 하부면에 평행한 단면의 면적이 수직방향으로 변화되어 위쪽으로 개구되는 1개 이상의 공동부(31)를 가진 균열 블록(3)과, 균열 블록(3)을 가열하는 가열 장치(4)와, 물을 저장하는 기상 발한용 탱크(5)와, 기상 발한용 탱크(5) 속의 물의 수위를 검출하는 수위 센서(6)와, 기상 발한용 탱크(5)의 물을 공동부(31)에 공급하고, 공동부(31) 내의 수위를 제어하는 기상 발한용 송액 펌프(7)로 구성된다.

Description

발한 모의장치 및 발한 모의방법
본 발명은 인체의 발한을 모의(simulation)하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
체내에서 발생하는 열 및 수분은 끊임없이 의복을 개재해서 환경계로 방출되고 있다. 인체로부터 의복을 통해서 환경계로 이동하는 열 및 수분의 이동 특성은 인간의 쾌적감을 좌우하는 중요한 인자이다. 특히 의복 내의 온도와 습도는 「의복내 환경」이라고 불린다.
인체의 발한에는, 체온이나 환경의 온도 상승에 따라서 액체의 땀이 나오는 액상 발한과, 체표와 환경의 수증기압차에 의한 피부면으로부터의 수분증발인 기상 발한의 2종류가 있다. 기상 발한은, 불감증산(insensible perspiration)이라고도 불리며, 사람이 무자각인 채로 피부로부터 증산되지만, 그 양은 부위, 피부 온도, 환경 온도와 습도 등에 따라서 변하며, 대략 20g/hr/㎡ 정도로 알려져 있다. 액상 발한과 함께, 기상 발한도 의복내 환경에 영향을 주고 있다.
의복의 보온성을 검사하는 장치로서, 피부에 보고 선정한 항온발열체를 이용해서, 20℃×65% RH 환경 하에서, 시료로 덮은 발열체를 36℃로 유지하기 위해서 필요한 열량을 측정하는 보온성 측정장치가 있다. 이것은, 「스킨 모델」이라고 지칭되는 측정장치이며, 이것에 발한을 모의하는 기구를 추가한 장치가 일반적으로 이용된다.
특허문헌 1 및 특허문헌 2에는, 섬유 제품 등의 정상상태에서의 열 및 수증기의 이동 특성을 측정하는 장치가 개시되어 있다.
일본국 공개 특허 제2008-46048호 공보 일본국 등록 실용 신안 제3121969호 공보
특허문헌 1 및 특허문헌 2에 기재되어 있는 장치에서는, 투습저항을 측정하기 위해서, 전기적으로 가열된 다공성 금속판을, 수증기는 투과시키지만 액체의 물은 투과시키지 않는 투습방수막으로 덮는다. 가열 다공성 금속판에 공급된 수분은 증발되어, 증기로서 막을 투과한다. 그러나, 이러한 장치에서는, 증산량이 인체의 기상 발한에 비해서 대단히 많고, 또 증산량을 조절할 수도 없다.
본 발명은, 전술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 인체의 기상 발한을 모의해서, 증산량을 조절하는 것을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 발한 모의장치는,
수평으로 설치되어, 증기를 통과시키는 다공질판과,
상기 다공질판의 하부면에 접해서 고정되고, 상기 다공질판의 하부면에 평행한 단면의 면적이 수직방향으로 변화되어 위쪽으로 개구되는 1개 이상의 공동부를 가진 균열 블록(uniform heat block)과,
상기 균열 블록을 가열하는 가열 장치와,
상기 공동부에 급수하여, 상기 공동부 내의 수위를 제어하는 제1 급수 장치를 포함한다.
본 발명에 따른 발한 모의방법은, 수평으로 설치되어, 증기를 통과시키는 다공질판의 하부면에 접해서 고정되고, 가열 장치에 의해 가열되는 균열 블록이 가진 위쪽으로 개구되는 1개 이상의 공동부에 급수하여, 상기 공동부 내의 수면의 면적을 변화시켜서 상기 다공질판으로부터의 증산량을 조절한다.
본 발명에 따르면, 인체의 기상 발한을 모의하여, 증산량을 조절하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 발한 모의장치의 구성예를 나타내는 블록도;
도 2는 실시형태 1에 따른 발한 모의장치의 균열 블록의 공동부의 일례를 나타내는 도면;
도 3은 공동부의 수위의 변화에 따른 다공질판으로부터의 증산량의 변화를 나타내는 도면;
도 4는 본 발명의 실시형태 2에 따른 발한 모의장치의 구성예를 나타내는 블록도;
도 5는 실시형태 2에 따른 발한 모의장치의 주수로(注水路)의 일례를 나타내는 도면;
도 6은 본 발명의 실시형태 3에 따른 발한 모의장치의 구성예를 나타내는 블록도.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대해서 상세히 설명한다. 또, 도면 중, 동일 또는 상당하는 부분에는, 같은 부호를 붙인다.
(실시형태 1)
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 발한 모의장치의 구성예를 나타내는 블록도이다. 발한 모의장치(1)는, 다공질판(2)과, 균열 블록(3)과, 가열 장치(4)와, 기상 발한용 탱크(5)와, 수위 센서(6)와, 기상 발한용 송액 펌프(7)로 구성된다. 다공질판(2)은, 금속 분체를 소결한 다공질체나 미세한 기공이 형성된 다공질 세라믹스 등으로 형성되는 판이다. 다공질판(2)은 수평으로 설치되어, 증기를 통과시킨다.
균열 블록(3)은, 열전도도가 높은 재질, 예를 들면, 알루미늄 또는 구리 등의 금속으로 형성된다. 균열 블록(3)은, 다공질판(2)의 하부면에 접해서 고정되고, 1개 이상의 공동부(31)를 갖는다. 공동부(31)는, 다공질판(2)의 하부면에 평행한 단면의 면적이 수직방향으로 변화되어 위쪽으로 개방된다. 가열 장치(4)는 균열 블록(3)을, 소정의 온도(예를 들면, 36℃)로 가열한다. 기상 발한용 탱크(5)는, 공동부(31)에 공급하기 위한 물을 저장한다. 수위 센서(6)는, 기상 발한용 탱크(5) 속의 물의 수위를 검출한다. 기상 발한용 송액 펌프(7)는, 기상 발한용 탱크(5)의 물을 공동부(31)에 공급하고, 공동부(31) 내의 수위를 제어한다.
도 1의 예에서는, 균열 블록(3)은, 세로로 5개, 가로로 5개인 합계 25개의 공동부(31)를 갖는다. 다공질판(2)은, 모든 공동부(31)를 덮도록 균열 블록(3)의 표면에 접해서 고정되어 있다. 가열 장치(4)로 가열되는 균열 블록(3)의 공동부(31) 속에, 기상 발한용 송액 펌프(7)에 의해, 기상 발한용 탱크(5)의 물이 공급됨으로써, 공동부(31)의 수면으로부터 물이 증발하여, 증기가 다공질판(2)을 통과한다.
도 2는 실시형태 1에 따른 발한 모의장치의 균열 블록의 공동부의 일례를 나타내는 도면이다. 공동부(31)는 각각 회전축이 수직방향인 원뿔형이며, 위쪽으로 개방되고, 밑바닥에 급수 구멍을 갖는다. 공동부(31)의 급수 구멍과 기상 발한용 탱크(5)는 연통관으로 연결되어 있고, 기상 발한용 탱크(51)와 공동부(31)의 수위는 연동해서 변화된다. 기상 발한용 송액 펌프(7)는, 수위 센서(6)가 검출한 수위가 규정값이 되도록 펌프를 구동해서, 공동부(31)의 수위를 제어한다. 기상 발한용 송액 펌프(7)는, 물의 증산된 분량을 공급해서 수위를 일정하게 유지한다.
공동부(31)의 수위는, 다공질판(2)에 접하는 면을 0㎜로 하고, 수직방향의 아래쪽을 양의 방향으로 해서 계량한다. 공동부(31)는, 회전축이 수직방향인 원뿔형이므로, 수위의 값이 작은 쪽이 수면의 면적이 커진다. 이것에 의해, 공동부(31)의 수면에서의 증산량을 제어할 수 있고, 공동부(31)로부터의 증기를 통과시키는 다공질판(2)으로부터의 증산량을 조절할 수 있다. 또 공동부(31)에 공급되는 물은, 소정의 온도(예를 들면, 36℃)로 설정되어 있다.
도 3은 공동부의 수위의 변화에 따른 다공질판으로부터의 증산량의 변화를 나타내는 도면이다. 도 3은 세로축을 다공질판(2)으로부터의 증산량, 가로축을 시간으로 하는 그래프이다. 실선은, 공칭 여과 직경이 40㎛인 다공질판(2)을 이용한 경우의 그래프이다. 일점쇄선은, 공칭 여과 직경이 100㎛인 다공질판(2)을 이용한 경우의 그래프이다. 또한, 다공질판(2)으로부터의 증산량은, 온도 20℃, 상대습도 65%, 풍속 0.5m/분으로 하는 환경하에서의 측정값이다.
공동부(31)의 수위를 6㎜, 4㎜, 2㎜로 변화시키면(도 2 참조), 도 3에 나타낸 그래프와 같이, 다공질판(2)으로부터의 증산량이 변화된다. 도 3의 예에서는, 발한 모의장치(1)는, 공칭 여과 직경이 40㎛인 다공질판(2)인 경우에는 공동부(31)의 수위를 약 4㎜로, 공칭 여과 직경이 100㎛인 다공질판(2)인 경우에는 공동부(31)의 수위를 약 6㎜로 함으로써, 불감증산과 같은 정도의 증산량(20g/hr/㎡ 전후)을 실현가능하여, 인체의 기상 발한을 모의할 수 있다.
실시형태 1에 따른 발한 모의장치(1)에 따르면, 인체의 기상 발한을 모의하고, 증산량을 조절하는 것이 가능하게 된다. 또한, 공동부(31)가, 회전축이 수직방향인 원뿔형인 것으로 인해, 균열 블록(3)의 공동부(31)를 가공하기 쉽다. 또한, 공동부(31)의 측면은, 회전축이 수직방향인 회전 포물면이어도 된다. 이 경우, 수면의 면적은 수위의 일차함수로 나타내지므로, 수면의 면적을 조절하기 쉽다. 어느 것이라도, 다공질판의 하부면에 평행한 단면(수면)의 면적은, 수직방향의 위쪽을 향해서 단조증가이다.
(실시형태 2)
실시형태 2에 따른 발한 모의장치(1)는, 인체의 기상 발한 및 액상 발한의 양쪽을 모의한다.
도 4는 본 발명의 실시형태 2에 따른 발한 모의장치의 구성예를 나타내는 블록도이다. 실시형태 2에 따른 발한 모의장치(1)는, 실시형태 1의 발한 모의장치(1)의 구성에 부가해서, 주수로(8)와, 액상 발한용 탱크(9)와, 액상 발한용 송액 펌프(10)를 구비한다. 주수로(8)는, 균열 블록(3)의 내부를 통과하고, 다공질판(2)을 수직방향으로 관통한다. 액상 발한용 탱크(9)는, 주수로(8)에 공급하기 위한 물을 저장한다. 액상 발한용 송액 펌프(10)는, 액상 발한용 탱크(9)의 물을 주수로(8)에 공급하는 것에 의해, 다공질판(2)의 표면에 급수한다. 액상 발한용 송액 펌프(10)는 주수로(8)에 급수하는 물의 양을 조절함으로써, 다공질판(2)의 표면에의 급수량을 조절할 수 있다.
주수로(8)는, 도 4에 나타낸 바와 같이 균열 블록(3)의 공동부(31) 속을 통과하도록 구성해도 되고, 균열 블록(3)의 공동부(31) 이외의 부분을 통과하도록 구성해도 된다. 또한, 주수로(8)는 1개로 한정되지 않는다. 복수의 주수로(8)를 설치할 경우에는, 다공질판(2)의 중심에서부터 점대칭으로 주수로(8)의 개구부가 있도록 배치하면 된다. 도 4의 예에서는, 액상 발한용 탱크(9)는, 기상 발한용 탱크(5) 속에 배치하고 있지만 이것으로 한정되지 않고, 기상 발한용 탱크(5) 밖에 배치해도 된다.
도 5는 실시형태 2에 따른 발한 모의장치의 주수로의 일례를 나타내는 도면이다. 도 4 및 도 5의 예에서는, 주수로(8)는 균열 블록(3)의 공동부(31) 속을 수직방향으로 뻗고, 다공질판(2)을 관통한다. 이러한 구조로 함으로써, 균열 블록(3)에 주수로(8)를 위한 공동을 새롭게 만들 필요가 없다. 또, 주수로(8)에 공급되는 물은, 공동부(31)에 공급되는 물과 마찬가지로, 사람의 체온과 같은 정도로 설정되어 있다.
실시형태 2에 따른 발한 모의장치(1)에 따르면, 실시형태 1의 구성에 부가해서, 균열 블록(3)의 내부를 통과하고, 다공질판(2)을 수직방향으로 관통하는 주수로(8)에 급수하고, 다공질판(2)의 표면에의 급수량을 조절함으로써, 1대의 장치로, 인체의 기상 발한 및 액상 발한의 양쪽을 모의하는 것이 가능하게 된다. 또, 실시형태 1과 마찬가지로, 공동부(31)는, 회전축이 수직방향인 원뿔형이어도 되고, 회전축이 수직방향인 회전 포물면을 측면으로 하는 형태이어도 된다.
(실시형태 3)
실시형태 3에서는, 의복과 같은 섬유 제품을 시료로 해서, 발한 모의장치(1)의 다공질판(2)을 시료로 덮었을 경우의 방열량을 측정한다.
도 6은 실시형태 3에 따른 발한 모의장치의 구성예를 나타내는 블록도이다. 실시형태 3의 발한 모의장치(1)는, 실시형태 1의 발한 모의장치(1)의 구성에 부가해서, 열류속 센서(heat flux sensor)(11)를 다공질판(2)과 균열 블록(3) 사이에 구비한다. 열류속 센서(11)는, 단위시간에 단위면적을 수직방향으로 가로지르는 열량을 계측한다. 발한 모의장치(1)의 다공질판(2)을 시료(12)로 덮음으로써, 인체가 기상 발한하고 있을 경우의 시료(12)의 보온성을 조사할 수 있다.
실시형태 2의 발한 모의장치(1)의 구성에 부가해서, 열류속 센서(11)를 다공질판(2)과 균열 블록(3) 사이에 구비해도 된다. 이 경우, 발한 모의장치(1)의 다공질판(2)을 시료(12)로 덮음으로써, 인체가 기상 발한 및/또는 액상 발한하고 있을 경우의 시료(12)의 보온성을 조사할 수 있다. 또한, 발한 모의장치(1)의 다공질판(2)을 시료(12)로 덮었을 경우의 증산량을 측정하면, 인체가 기상 발한 및/또는 액상 발한하고 있을 경우의 시료(12)의 통풍성이나 흡습성을 조사할 수 있다.
실시형태 3에 따른 발한 모의장치(1)에 따르면, 의복과 같은 섬유 제품을 시료(12)로 해서, 다공질판(2)을 덮었을 경우의 방열량을 측정하는 것에 의해, 1대의 장치로, 인체가 기상 발한 및/또는 액상 발한을 하고 있을 경우의 시료(12)의 보온성을 조사할 수 있다. 방열량의 측정은, 열류속 센서(11)에 한정되지 않고, 균열 블록(3)을 일정 온도(예를 들면, 36℃)로 유지하는 전력량을 방열량으로 해서 측정해도 된다. 열류속 센서(11)를 이용해서 방열량을 측정할 경우에는, 가열 장치(4)로부터의 방열 방향을 수직방향으로 하기 위하여 수평방향의 방열을 방지하는 가드 히터 등의 보조 장치가 없더라도, 고정밀도의 방열량을 측정할 수 있다. 또, 발한 모의장치(1)는, 균열 블록(3)을 일정 온도로 유지하는 전력량을 방열량으로서 측정하는 측정장치를 구비해도 된다. 열류속 센서(11)를 이용해서 방열량을 측정할 경우, 균열 블록(3)을 일정 온도로 유지하는 전력량을 방열량으로서 측정할 경우에 비해서, 즉시성이 높다.
상기 실시형태와 같이, 공동부(31)의 형상은, 회전축이 수직방향인 원뿔형이나, 회전축이 수직방향인 회전 포물면을 측면으로 하는 형태로 한정되지 않는다. 공동부(31)의 표면(다공질판(2)의 하부면)에 평행한 단면이 상부면으로부터의 거리의 함수로 주어지고, 수위를 조절함으로써 수면의 면적을 제어할 수 있으면 된다. 그러나, 공동부(31)는, 다공질판(2)의 하부면에 평행한 단면의 면적이 수직방향의 위쪽을 향해서 단조 증가하여 위쪽으로 개구되는 형상인 것이 바람직하다. 이 경우의 단조 증가는, 광의의 단조 증가이며, 단면의 면적이 일정한 부분을 포함해도 된다. 또한, 예를 들면, 균열 블록(3)이 탄성체로서, 공동부(31)의 형상을 변화시키는 구성으로 해도 된다.
본 발명은, 본 발명의 광의의 정신과 범위를 일탈하는 일 없이, 여러 가지 실시형태 및 변형이 가능하게 되는 것이다. 또한, 전술한 실시형태는, 본 발명을 설명하기 위한 것이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 범위는, 실시형태가 아니라, 청구범위에 의해서 표시된다. 그리고, 청구범위 내 그리고 그것과 동등한 발명의 의의의 범위 내에서 실시되는 다양한 변형이, 본 발명의 범위 내로 간주된다.
1: 발한 모의장치 2: 다공질판
3: 균열 블록 4: 가열 장치
5: 기상 발한용 탱크 6: 수위 센서
7: 기상 발한용 송액 펌프 8: 주수로
9: 액상 발한용 탱크 10: 액상 발한용 송액 펌프
11: 열류속 센서 12: 시료
31: 공동부

Claims (11)

  1. 발한 모의장치로서,
    수평으로 설치되고, 증기를 통과시키는 다공질판;
    상기 다공질판의 하부면에 접해서 고정되고, 상기 다공질판의 하부면에 평행한 단면의 면적이 수직방향으로 변화되어 위쪽으로 개구되는 1개 이상의 공동부를 가진 균열 블록(uniform heat block);
    상기 균열 블록을 가열하는 가열 장치; 및
    상기 공동부에 급수하여, 상기 공동부 내의 수위를 제어하는 제1 급수 장치를 포함하는, 발한 모의장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 균열 블록은 상기 공동부의 밑바닥에 급수 구멍을 가진, 발한 모의장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 균열 블록의 상기 공동부의, 상기 다공질판의 하부면에 평행한 단면의 면적의 수직방향의 변화는 위쪽을 향해서 단조증가하는, 발한 모의장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 균열 블록의 상기 공동부는, 회전축이 수직방향인 원뿔형인, 발한 모의장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 균열 블록의 상기 공동부의 측면은, 회전축이 수직방향인 회전 포물면인, 발한 모의장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공질판의 표면에 급수하는 제2 급수 장치를 더 포함하는, 발한 모의장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 급수 장치는, 상기 균열 블록의 내부를 통과하여, 상기 다공질판을 수직방향으로 관통하는 주수로를 포함하되, 상기 주수로에의 급수량을 조절함으로써 상기 다공질판의 표면에의 급수를 제어하는, 발한 모의장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 급수 장치의 상기 주수로는, 상기 균열 블록의 상기 공동부 내를 통과하는, 발한 모의장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공질판과 상기 균열 블록 사이에, 단위시간에 단위면적을 수직방향으로 가로지르는 열량을 계측하는 열류속 센서(heat flux sensor)를 포함하는, 발한 모의장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 장치가 상기 균열 블록을 일정 온도로 유지하는 전력량을 방열량으로서 측정하는 측정장치를 포함하는, 발한 모의장치.
  11. 발한 모의방법으로서, 수평으로 설치되고, 증기를 통과시키는 다공질판의 하부면에 접해서 고정되며, 가열 장치에 의해서 가열되는 균열 블록이 가진 위쪽으로 개구되는 1개 이상의 공동부에 급수하고, 상기 공동부 내의 수면의 면적을 변화시켜서 상기 다공질판으로부터의 증산량을 조절하는, 발한 모의방법.
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