KR20180001986U - 발열 조끼용 기능성 배터리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 발열 조끼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 간단한 조작을 통하여 발열 조끼의 발열 온도를 효과적으로 조절할 수 있도록 하는 발열 조끼용 기능성 배터리 장치에 관한 것이다. 본 고안을 이용하면, 저렴한 비용으로 휴대용 배터리 장치에 간단한 기능을 추가함으로써, 기능적으로 발열 조끼의 온도를 조절할 수 있도록 하고 고온에 의한 발열 조끼의 위험을 효율적으로 차단하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

발열 조끼용 기능성 배터리 장치 {Functional Battery Device for Heating Vest}
본 고안은 발열 조끼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 간단한 조작을 통하여 발열 조끼의 발열 온도를 효과적으로 조절할 수 있도록 하는 발열 조끼용 기능성 배터리 장치에 관한 것이다.
야외 활동이 많은 사람들은 겨울철이나 추운 날씨의 경우에 조끼를 입는 경우가 많다. 특히, 등산이나 낚시와 같은 야외 활동을 하는 경우에는 체온 유지를 위해서 조끼가 더욱 필요한데, 대부분 솜이나 깃털 등을 외피 내부에 삽입하여 보온을 유지하고, 앞 부분이나 옆 부분에 여러 형태의 주머니를 형성하여 필요한 물품을 수납할 수 있도록 구성되어 있다. 그러나, 솜이나 깃털 등의 보온 소재를 이용한 조끼는 착용자의 체온과 대기 온도를 차단하여 어느 정도 체온을 유지할 수 있도록 해 주지만, 오랜 시간 동안 추위에 노출되는 경우에는 조끼의 보온 기능 저하로 인해 체온 유지가 어려운 문제가 있다.
이에 따라, 최근에는 조끼 내부에 구비된 주머니에 발열 패드를 삽입할 수 있도록 하고, 여기에 발열 패드를 삽입한 후 배터리와 같은 별도의 전원 공급 장치를 연결하여 착용자에게 온기를 전달할 수 있도록 하는 발열 조끼가 이용되고 있다.
도 1은 착탈이 가능한 일반적인 발열 조끼의 구성을 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 발열 조끼(30)는 야외 활동을 위하여 통풍성과 착용감이 우수한 외피에 솜이나 깃털과 같은 내피가 삽입되어 보온 효과를 얻을 수 있도록 하면서, 발열 패드(20)가 등이나 복부 등의 부분에 삽입될 수 있는 주머니를 가지도록 제작된다. 발열 패드(20)는 휴대용 배터리와 같은 배터리 장치(10)와 연결하여 전원을 공급하는 경우에, 내부에 설치된 열선이나 발열 물질을 통해 열을 발산함으로써 발열 조끼(30) 착용자의 체온을 유지하거나 체온 강하를 방지할 수 있다.
또한, 도 2는 발열 조끼에 이용되는 종래의 휴대용 배터리 장치의 블록도를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 종래의 휴대용 배터리 장치(10)는 일반적으로 리튬 이온(Li-Ion) 또는 리튬 폴리머(Li Polymer) 배터리 셀(13)을 사용한다. 이러한 리튬 이온 또는 리튬 폴리머 배터리 셀(13)의 출력 전압은 통상적으로 3.7 V ~ 4.2 V 의 크기를 나타내는 반면에, 이를 충전하는 경우에는 5 V 의 입력 전압이 사용된다. 따라서, 컨트롤러(15)는 충전 단자(1)를 통해 입력되는 전압이 5 V 의 크기를 유지하는지 검출부(11)를 통해 판단하고, 전류 제어부(12)를 통하여 적정 전류를 배터리 셀(13)에 공급하도록 제어한다. 배터리 보호부(14)는 배터리 셀(13)에 입력되는 과전류나 과전압, 단락 등에 의해 배터리 셀(13)이 과열되거나 화재를 발생하는 것으로 방지하기 위한 회로이다. 충전이 이루어진 배터리 셀(13)은 3.7 V ~ 4.2 V 의 출력 전압을 발생하는데, 통상적으로 5 V 에서 동작하는 발열 패드(20)의 구동을 위하여 승압부(16)에서 5 V 의 전압으로 승압하고, 출력부(17)를 통해 발열 패드(20)에 전원을 공급하게 된다.
그러나, 발열 패드(20)를 발열 조끼(30)에 삽입하여 사용하는 경우에는 착용자의 신체와 밀착하여 열을 발산하기 때문에, 고온으로 인한 화상이나 화재의 위험성이 있으며, 배터리 장치(10)를 통해 전원이 계속적으로 공급되는 경우에도 발열 조끼(30)가 과열되지 않고 일정한 온도를 유지할 필요성이 발생한다. 이를 해결하기 위해서, 종래에는 여러 가지 물질이나 회로 소자를 이용하여 발열 조끼(30)의 온도를 안정하게 유지하기 위한 방법이 제시되었다. 예를 들어, 등록실용신안공보 제 20-0439942 호 (2008.05.07)는 폴리머 PTC (Polymer Positive Temperature Coefficient) 소자를 발열 패드(20) 내에 사용하여 발열 조끼(30)의 온도 조절이 가능하도록 하고 있다. 그러나, PTC 소자는 특정한 온도 범위에서 저항 값이 급격히 상승하는 특성을 나타내기 때문에, 특정 상황에서 PTC 소자의 발열 온도가 매우 높아서 PTC 소자의 내구성이 악화될 수도 있으며, 더 나아가서는 발열 조끼(30)를 착용하는 착용자에게 화상을 입힐 수 있는 위험도 있다.
한편, 등록실용신안공보 제 20-0333706 호 (2003.11.07)는 발열 패드(20)에 별도의 온도 조절기를 구비하고 이를 이용해서 발열 패드(20) 및 발열 조끼(30)의 발열 온도를 조정하는 구성을 제시하고 있다. 그러나, 발열 패드(20)의 발열 온도를 조절하기 위해서 별도의 온도 조절기를 추가하는 경우에는 발열 조끼(30)를 구성하는 제품의 가격이 상승할 뿐만 아니라, 온도 조절기를 삽입 및 보관하기 위한 추가적인 공간을 확보하여야 하고, 휴대용 배터리 장치(10)의 회로 구성도 복잡해지기 때문에 경제적인 측면에서 효율성이 떨어지는 단점이 있다.
실용신안 문헌 1: 등록실용신안공보 제 20-0439942 호 (2008.05.07) 실용신안 문헌 2: 등록실용신안공보 제 20-0333706 호 (2003.11.07)
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 발열 패드에 인가되는 전원을 조절할 수 있도록 휴대용 배터리 장치에 간단한 기능을 추가함으로써, 기능적으로 발열 조끼의 온도를 조절할 수 있도록 하고 고온에 의한 발열 조끼의 위험을 효율적으로 차단할 수 있는 발열 조끼용 기능성 배터리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 고안의 발열 조끼용 기능성 배터리 장치는 상기 발열 조끼에 삽입되어 발열 기능을 위한 발열 패드와, 충전이 가능하며 일정 크기의 전원을 공급하는 배터리 셀과, 충전 단자로부터 인가되는 전류를 상기 배터리 셀을 충전하기 위한 전류로 변경하여 공급하는 전류 제어부와, 상기 배터리 셀에서 공급되는 전원을 상기 발열 패드로 공급하기 위한 출력부와, 상기 출력부를 온 또는 오프 상태로 조절함으로써 상기 발열 패드에 공급되는 전원을 제어하는 출력 제어부를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀은 리튬 이온 또는 리튬 폴리머 배터리일 수 있다.
상기 출력 제어부는 상기 출력부를 온 상태로 유지하는 시간과 오프 상태로 유지하는 시간을 지정함으로써, 상기 발열 패드로 공급되는 전원을 제어할 수 있다.
상기 출력 제어부는 상기 출력부를 온 상태로 유지하는 시간과 오프 상태로 유지하는 시간을 달리 지정함으로써, 상기 발열 패드로 전원을 공급하는 기능을 복수 개로 구현할 수 있다.
상기 출력 제어부는 상기 발열 패드로 전원을 공급하는 복수 개의 기능을 일정한 순서에 따라 순차적으로 반복할 수 있다.
본 고안을 이용하면, 저렴한 비용으로 휴대용 배터리 장치에 간단한 기능을 추가함으로써, 기능적으로 발열 조끼의 온도를 조절할 수 있도록 하고 고온에 의한 발열 조끼의 위험을 효율적으로 차단하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 착탈이 가능한 종래의 발열 조끼의 구성도,
도 2는 발열 조끼에 이용되는 종래의 휴대용 배터리 장치의 블록도,
도 3은 본 고안의 실시예에 따른 발열 조끼용 기능성 배터리 장치의 블록도,
도 4는 본 고안의 실시예에 따른 발열 조끼용 기능성 배터리의 기능 설명도이다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 고안을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하 도면을 참조하여, 발열 조끼에 사용되는 기능성 배터리 장치를 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 고안의 실시예에 따른 발열 조끼용 기능성 배터리 장치의 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 고안의 발열 조끼용 기능성 배터리 장치(100)는 리튬 이온(Li-Ion)의 액체 전해질 또는 리튬 폴리머(Li Polymer)의 고체 전해질로 이루어지는 배터리 셀(130)을 사용할 수 있다. 일반적으로, 리튬 이온 배터리 셀은 통상적으로 영하 20도에서 60도 사이에서 동작하는데, 고전압 에너지 저장 밀도가 높고, 환경오염의 원인이 되는 중금속을 사용하지 않으며 가격이 저렴한 장점이 있으나, 액체 전해질을 사용하기 때문에 전해질의 누출로 인한 폭발이나 화재의 위험이 있다. 반면에, 리튬 폴리머 배터리 셀은 폴리머(Polymer)라는 젤 타입의 고분자(Polymer)가 양극과 음극 사이의 분리막을 구성함으로써 전해질의 역할을 한다. 이러한 리튬 폴리머 배터리 셀은 리튬 이온 배터리 셀의 단점인 액체 전해질을 보완하여 만들어졌기 때문에 안전성이 높고 에너지 효율도 우수하며, 다양한 크기 및 모양으로 제조가 가능하다. 다만, 제조 공정이 복잡하기 때문에 가격이 상대적으로 비싼 단점이 있다.
앞에서 설명한 바와 같이, 리튬 이온 또는 리튬 폴리머 배터리 셀(130)은 통상적으로 5 V 의 입력 전압을 이용하여 충전이 이루어지기 때문에, 충전 단자(1)를 통해 입력되는 전압이 5 V 의 크기를 유지하는지 검출부(110)를 통해 판단하고, 전류 제어부(120)를 통하여 적정 전류를 배터리 셀(130)에 공급하게 된다. 또한, 배터리 보호부(140)는 배터리 셀(130)에 입력되는 과전류나 과전압, 단락 등에 의해 배터리 셀(130)이 과열되거나 화재를 발생하는 것으로 방지하기 위한 부분이다. 컨트롤러(150)는 검출부(110)와 전류 제어부(120)의 동작을 제어하는 동작을 수행하기 위한 중앙 처리 장치(Central Processing Unit: CPU)로서, 계산을 수행하기 위한 ALU(Arithmetic Logic Unit)와, 데이터 및 명령어의 일시적인 저장을 위한 레지스터를 포함할 수 있다. 이러한 컨트롤러(150)는 디지털(Digital) 사의 알파(Alpha), MIPS 테크놀로지, NEC, IDT, 지멘스(Siemens) 등의 MIPS, 인텔(Intel)과 사이릭스(Cyrix), AMD 및 넥스젠(Nexgen)을 포함하는 회사의 x86 및 IBM과 모토롤라(Motorola)의 파워PC(PowerPC)와 같이 다양한 아키텍쳐(Architecture)를 갖는 프로세서일 수 있다. 또한, 컨트롤러(15)는 메모리 시스템을 포함할 수도 있는데, 일반적으로 RAM(Random Access Memory) 과 ROM(Read Only Memory) 같은 저장 매체 형태인 고속의 메인 메모리와, 플로피 디스크, 하드 디스크, 테이프, CD-ROM, 플래시 메모리 등의 장기(longterm) 저장 매체 형태의 보조 메모리 및 전기, 자기, 광학이나 그 밖의 저장 매체를 이용하여 데이터를 저장하는 장치가 될 수 있다.
충전 단자(1)를 통해 입력된 전원으로 배터리 셀(130)이 충전되면, 배터리 셀(130)에서 발생하는 3.7 V ~ 4.2 V 의 전압이 승압부(160)를 통해 발열 패드(20)를 구동하기 위한 5 V 의 전압으로 승압된다. 이 때, 승압부(160)는 컨트롤러(150)의 제어에 의하여 승압 동작이 이루어진다. 승압부(160)에서 5 V 로 승압된 전압은 출력부(170)를 통해 발열 패드(20)에 전원을 공급하게 된다. 이 때, 발열 패드(20)의 온도를 조절하기 위해서, 출력부(170)에 연결되는 출력 제어부(180)를 배터리 장치(100) 내에 추가로 구성한다. 출력 제어부(180)는 컨트롤러(150)의 제어에 따라 출력부(170)의 온 또는 오프시킬 수 있도록 구성한다. 즉, 출력부(170)를 계속해서 온 상태로 유지하거나, 온 상태로 유지하는 시간을 길게 또는 짧게 유지하도록 출력 제어부(180)를 조절함으로써, 발열 패드(20)의 발열 온도를 제어하는 것이다. 이와 같이, 복잡한 회로나 소자, 도는 고가의 온도 조절기를 사용하지 않고 발열 패드(20)에 공급되는 전원의 유지 시간을 길게 또는 짧게 제어함으로써 발열 패드(20)의 발열 온도를 효율적으로 조절하는 것이 가능하다.
도 4는 본 고안의 실시예에 따른 발열 조끼용 기능성 배터리 장치의 기능 설명도이다.
도 4를 참조하면, 본 고안의 발열 조끼용 기능성 배터리 장치(100)는 여러가지의 기능을 사용할 수 있다. 예를 들어, 1단계 기능은 기능성 배터리 장치(100)로부터 발열 패드(20)로 5 V 의 전원을 계속적으로 공급하는 경우이다. 이 경우, 발열 패드(20)는 계속적으로 공급되는 전원으로 인해 착용자의 신체에 대하여 지속적인 발열 동작을 수행하므로 착용자는 점차적으로 발열 온도가 높아지는 것을 느끼게 될 것이다. 1단계 기능을 사용하는 착용자는 시간이 지남에 따라 높아지는 발열 온도에 의해 뜨거움을 느끼거나 화상을 입을 가능성이 있으므로, 일정 시간이 경과한 후에는 1단계 기능을 오프시키는 것이 바람직할 것이다.
2단계 기능은 출력 제어부(180)에서 출력부(170)의 상태를 주기적으로 온 상태와 오프 상태로 변경하는 경우이다. 예를 들어, 출력부(170)의 동작을 7초간 온 상태로 유지하고, 3초간 오프 상태로 유지하는 경우, 발열 패드(20)에는 7초 동안 5 V 의 전압이 공급되고 3초 동안은 전압이 공급되지 않게 된다. 따라서, 발열 패드(20)가 발열되지 않는 시간(3초)보다 발열되는 시간(7초)을 더 길게 유지함으로써, 발열 패드(20)의 발열 기능을 고온으로 유지할 수 있다. 반대로, 3단계 기능과 같이 출력부(170)의 동작을 5초간 온 상태로 유지하고, 5초간 오프 상태로 유지하는 경우에는 발열 패드(20)에 5초 동안 전원이 공급되고, 5초 동안 전압이 차단되기 때문에, 발열 패드(20)의 발열 기능을 2단계보다 상대적으로 낮은 온도로 유지할 수 있게 된다. 물론, 여기에서는 출력부(170)를 통해 전원을 공급하는 시간과 출력부(170)를 차단하는 시간을 70:30 또는 50:50의 비율로 유지하는 경우를 예로 들어서 설명하였지만, 온 상태의 비율과 오프 상태의 비율을 60:40 등 다양하게 변경하는 것이 가능하다는 것은 자명할 것이다.
2단계 및 3단계 기능과 같이, 출력부(170)의 온 상태와 오프 상태를 일정한 비율로 조절하는 것도 가능하지만, 1단계와 2단계를 번갈아 적용하거나, 1단계와 3단계를 번갈아 가면서 적용하거나, 1단계와 2단계, 3단계를 순차적으로 적용하는 방법도 가능할 것이다. 도 4에서는 1단계와 2단계, 3단계를 일정한 시간 순서로 순차적으로 변경하는 경우를 4단계 기능의 예시로 표시하였다.
이와 같이, 본 고안의 발열 조끼용 기능성 배터리 장치(100)를 이용하는 경우에는, PTC 소자와 같은 과열 위험이 있는 부품을 사용하지 않아도 되고, 배터리 장치를 제어하기 위한 별도의 온도 조절기를 사용하지 않으면서도, 발열 패드(20)에 인가되는 출력 전원의 공급 시간을 간단히 제어함으로써 발열 조끼의 과열이나 화재를 예방할 수 있는 효과를 달성할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 실시 예들을 설명하였지만, 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 고안의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징들이 변경되지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 고안의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 고안의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10, 100: 배터리 장치 20: 발열 패드
30: 발열 조끼 1: 충전 단자
11, 110: 검출부 12, 120: 전류 제어부
13, 130: 배터리 셀 14, 140: 배터리 보호부
15, 150: 컨트롤러 16, 160: 승압부
17, 170: 출력부 180: 출력 제어부

Claims (5)

  1. 발열 조끼용 배터리 장치에 있어서,
    상기 발열 조끼에 삽입되어 발열 기능을 위한 발열 패드;
    충전이 가능하며 일정 크기의 전원을 공급하는 배터리 셀;
    충전 단자로부터 인가되는 전류를 상기 배터리 셀을 충전하기 위한 전류로 변경하여 공급하는 전류 제어부;
    상기 배터리 셀에서 공급되는 전원을 상기 발열 패드로 공급하기 위한 출력부; 및
    상기 출력부를 온 또는 오프 상태로 조절함으로써 상기 발열 패드에 공급되는 전원을 제어하는 출력 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 조끼용 기능성 배터리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 리튬 이온 또는 리튬 폴리머 배터리인 것을 특징으로 하는 발열 조끼용 기능성 배터리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력 제어부는 상기 출력부를 온 상태로 유지하는 시간과 오프 상태로 유지하는 시간을 지정함으로써, 상기 발열 패드로 공급되는 전원을 제어하는 것을 특징으로 하는 발열 조끼용 기능성 배터리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 출력 제어부는 상기 출력부를 온 상태로 유지하는 시간과 오프 상태로 유지하는 시간을 달리 지정함으로써, 상기 발열 패드로 전원을 공급하는 기능을 복수 개로 구현하는 것을 특징으로 하는 발열 조끼용 기능성 배터리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 출력 제어부는 상기 발열 패드로 전원을 공급하는 복수 개의 기능을 일정한 순서에 따라 순차적으로 반복하는 것을 특징으로 하는 발열 조끼용 기능성 배터리 장치.
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