KR20210029064A - 피부온도 기반 자기제어 다채널 발열의복 - Google Patents

피부온도 기반 자기제어 다채널 발열의복 Download PDF

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KR20210029064A
KR20210029064A KR1020190147197A KR20190147197A KR20210029064A KR 20210029064 A KR20210029064 A KR 20210029064A KR 1020190147197 A KR1020190147197 A KR 1020190147197A KR 20190147197 A KR20190147197 A KR 20190147197A KR 20210029064 A KR20210029064 A KR 20210029064A
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김시연
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임대영
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한국생산기술연구원
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Abstract

본 발명은 피부온도 기반 자기제어 다채널 발열의복에 있어서, 피부온도 또는 의복내온도 또는 외부온도를 측정하는 센서들과 신체 몸통부, 사지부에 형성된 발열체들과 전원 및 센싱정보를 전달하는 도선패턴들과 상기 발열체들은 피부온도, 의복내온도, 및 외부온도로 이루어진 센서 중 1이상의 센서에서 측정된 기준온도에 따라 각 인체부위별 발열개시 및 중단을 제어하는 제어를 포함하되, 발열체들이 동시에 또는 선택적으로 1이상 발열되는 피부온도 기반 자기제어 다채널 발열의복을 제공한다.

Description

피부온도 기반 자기제어 다채널 발열의복{Self-controlled multi-channel heating garment based skin temperature}
본 발명은 피부온도 기반 자기제어 다채널 발열의복에 관한 것으로 피부온도도에 기반하여 제어되는 다채널 발열의복에 관한 것이다.
동절기 보온을 위한 발열의복으로 다수의 기술과 제품이 제안되고 있다. 적극적 발열로서 면상발열체가 내장된 의류가 대표적인데, 전원과 발열체가 제어시스템에 의해 사용자의 의지로서 구동되는 시스템이다. 그러나 상기 방식은 전원의 무게로 인한 착용성 저하와 전원과 발열체가 분리되어야 세탁성이 확보되거 또한 발열체와 전원을 연결하는 전원수단이 원단에 코팅되는 경우 단선에 의한 화제 위험성이 있어 극히 제한적인 장소나 사용자에 의해 이용되고 있다.
소극적 발열로서는 보온성이 높은 원단이나 충분한 기공을 확보하여 데드에어로서 체온을 보존하는 방식으로 이용되고 있다.
상기 방식들은 모두 피부온도에 기반하지 않고 일반적인 외부 환경에 따라 사용자의 선택으로 이용되는 수단이여서 피부온도에 기반한 발열의복이 요청되고 있다.
대한민국 공개특허 제2017-0023413호에서는 의류부재와; 발열 도전사 패턴을 구비하고, 상기 의류부재에 내장되어 열을 발생시키는 발열부와; 사용자 단말로부터 수신되는 제어신호에 따라 상기 발열부로의 전원공급을 스위칭하여 의류 내부의 온도 및 습도를 제어하는 발열제어장치를 포함하는 발열 의류; 및 상기 발열제어장치를 제어하는 발열제어 애플리케이션이 실행되고, 근거리 무선통신을 통해 상기 발열 의류로부터 온도 및 습도 관련 정보를 수신하여 디스플레이하고, 상기 발열 의류의 온도 및 습도가 기 설정된 범위가 되도록 상기 발열부로의 전원공급을 스위칭하는 제어신호를 상기 발열제어장치로 송신하는 상기 사용자 단말을 포함하며, 상기 발열 도전사 패턴은 면상으로 형성되는 기저원단과; 상기 기저원단의 적어도 일면에 형성되는 도전패턴으로서, 전원공급시 열을 발생시키는 발열 패턴과, 상기 발열 패턴으로 전원을 전달하는 전원선 패턴을 구비하며, 상기 발열 패턴과 상기 전원선 패턴이 한 가닥의 도전사에 의해 박음선 또는 자수형태로 연속하여 패턴 형성되는 상기 도전패턴과; 상기 도전패턴을 커버하도록 상기 기저원단 상에 형성되며, 상기 전원선 패턴과 전원부간의 전기접속 부위가 노출되도록 형성되는 절연보호층을 포함하며, 상기 발열제어장치는 박스형태의 하우징 내에 일체로 구성되고 상기 하우징은 의류 내부의 주머니에 삽입되는 형태로 구비되어지되, 상기 발열제어장치의 상기 측정부에는 제1 온도센서 및 습도센서가 구비되며, 상기 발열제어장치는 상기 의류부재의 일측 겨드랑이 주위에 구비되는 제2 온도센서;를 더 포함하며, 상기 제1 온도센서와 상기 제2 온도센서 및 상기 습도센서가 각각 의류 내부의 온도 및 습도를 측정하되,
상기 전원선 패턴과 발열제어장치에는 상호 암수 결합하는 한 쌍의 스냅이 형성되며, 상기 발열제어장치는 상기 스냅을 통해 발열부 상에 접속되며, 상기 전원선 패턴은 상기 도전사가 복수 회 왕복으로 박음 처리되어 일정 면적을 갖는 직사각형 형태로 형성되며, 도전사가 단절되지 않고 연속적으로 이어지도록 지그재그 형태로 박음 처리되는 것이고, 상기 도전패턴은 상기 기저원단의 전면 및 배면에 각각 형성되며, 상기 절연보호층은 상기 기저원단의 전면 및 배면에 각각 형성된 상기 도전패턴을 커버하도록 상기 기저원단의 전면 및 배면에 각각 형성되고, 상기 절연보호층은 심 테이프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스마트 발열 의류의 발열제어 시스템이 제안되었다.
또 대한민국 등록특허1647486호에서는 발열용 탄소섬유를 포함하고, 겉감과 안감 사이에 상기 제1발열용 탄소섬유가 형성된 발열 사우나복에 있어서, 상기 제1발열용 탄소섬유에 전원을 공급하는 배터리; 상기 배터리의 전원을 ON, OFF하는 전원 스위치; 상기 전원 스위치의 작동 시간을 조절하는 타이머 조절기; 상기 제1발열용 탄소섬유의 온도를 조절하는 온도 조절기; 및 상기 제1발열용 탄소섬유의 온도를 표시하는 온도 표시부;를 포함하되, 상기 제1발열용 탄소섬유는, 합성섬유 또는 천연섬유에 분산액으로 코팅되고, 65도 내지 95도에서 건조된 발열원사로 제조한 위사와 합성섬유 또는 천연섬유에 PU, PE, PP, PVA 중 적어도 하나를 포함한 실리콘 소재로 코팅된 경사가 직조된 것을 특징으로 하는 발열 사우나복이 제안되었다.
상기 제안들은 기본적으로 종래의 제어수단에 의해 사용자에 의한 제어이거나 피부온도가 아닌 의복내온도를 측정하여 제어하여 실질적 효과가 제어되지 않는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 극복하기 위하여 본 발명은 피부온도, 의복내온도, 외부온도를 구분하여 자기제어 다채널 발열의류를 제공하고자 한다.
본 발명은 다채널 동시 또는 개별 발열제어를 통해 냉감에 의한 신체적 기능를 저감할 수 있는 자기제어 다채널 발열의류를 제공하고자 한다.
본 발명은 피부온도 기반 자기제어 다채널 발열의복에 있어서, 피부온도 또는 의복내온도 또는 외부온도를 측정하는 센서들과 신체 몸통부, 사지부에 형성된 발열체들과 전원 및 센싱정보를 전달하는 도선패턴들과 상기 발열체들은 피부온도, 의복내온도, 및 외부온도로 이루어진 센서 중 1이상의 센서에서 측정된 기준온도에 따라 각 인체부위별 발열개시 및 중단을 제어하는 제어를 포함하되, 발열체들이 동시에 또는 선택적으로 1이상 발열되는 피부온도 기반 자기제어 다채널 발열의복을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 센서들 중 피부온도 센서가 가슴 피부온도 센서의 경우 피부와 밀착될 수 있는 좌 또는 우 유두 위 약 3cm 내외에, 등 피부온도 센서의 경우 좌 또는 우 견갑골 중앙 부분에, 아래팔의 경우 팔 안쪽 접힘선으로부터 손목방향으로 약 3~5cm 되는 지점에, 손등 피부온도의 경우 검지와 중지 손가락의 기절골과 중수골의 경계로부터 1~3cm 범위에, 피부온도 손가락의 경우 약지 또는 새끼 손가락의 끝이나 말절골에, 넓적다리의 경우 전면부 중앙에, 및 발의 경우 발등에서 도톰하게 튀어나온 부위에 형성된 센서들로 이루어진 군에서 1이상 형성된 발열의복을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 센서들 중 의복내온도 센서가 가슴의 경우 좌우 가슴의 중앙(흉골) 부위에, 등 의복내온도의 경우 척추 부위에 아래팔의 경우 팔 안쪽 접힘선으로부터 손목방향으로 약 1~3cm 되는 지점에, 손등의 경우 약지와 검지의 기절골과 중수골의 경계로부터 약 1~3cm 범위에, 넓적다리의 경우 후면부 중앙 또는 내측부에, 및 발의 경우 지골과 중족골 경계로부터 1~3cm 범위에 형성된 센서들로 이루어진 군에서 1이상 형성된 발열의복을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 발열부들이 상의 정면의 경우 유두 선을 따라 2열로 세로 배치되고, 상의 배면의 경우 견갑골 내측 상부에 좌우로 형성되며, 그 하부 척추발기근 양단으로 좌우 배치되고, 하의의 경우 정면 센서가 위치한 하부에 각각 배치되고, 상의 배면은 넓적다리 내측에 형성되고, 팔의 경우 어??선을 따라 일정 간격으로 형성되고, 사지부 중 손가락의 경우 손가락 말단부 및 엄지와 검지사이 손등과 발등에 형성된 발열체들로 이루어진 군에서 1이상 형성된 발열의복을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 도선패턴이 인체의 움직임에 방해를 주지 않는 인체구조 상 비신축라인(Lines of nonextension)이 배선패턴으로 형성된 발열의복을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 발열체가 몸통부와 사지부(몸통, 아래팔, 손등)를 동시에 발열하였을 경우 손의 기민성이 20%이하로 또는 파지력이 50%이하로 기능이 저하되는 발열의복을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 의한 발열원단은 피부온도, 의복내온도, 외부온도를 구분하여 측정된 온도에 기반 하여 다채널 동시 또는 개별 제어를 통해 발열의복을 제공하는 효과가 있다.
또한 본 발명의 일실시예 의한 발열원단은 냉감에 의한 신체적 기능를 저감할 수 있는 자기제어 다채널 발열의류를 제공하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 의복의 개요도.
도 2 및 3은 피부온도와 의복내온도를 기준으로 한서감을 느끼는 온도의 차이를 나타낸 그래프
도 4 내지 7은 본 발명의 일실시예들과 비교예에서 발열을 비교했을 때 손 피부온도 상승효과, 전신 한서감 상승효과, 손의 기민성향상 및 손의 파지력 향상를 타나낸 그래프.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 약, 실질적으로 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
기존 방식들은 인체 구간부 위주의 발열을 택해 발열부위가 극히 제한적이었으며, 실질적으로 외부온도도에 쉽게 노출되어 추위에 취약한 손이나 발 등 사지부위에 발열이 직접 적용되지 않는다는 문제가 있다. 추위노출환경에서 사지부의 피부온도 변화패턴은 구간부와 매우 다른 양상을 보이므로 사지부와 구간부 발열이 동시에 이루어지기는 자기제어 다채널 발열의복 설계를 위해서는 각 인체부위별 발열온도 및 발열을 시작하는 기준온도가 확보되어야 하는 필요성이 있다. 특히 손 부위의 직접발열은 손 움직임 향상에 긍정적 영향을 주어 작업효율을 증대시키고 안전성을 향상시키는 효과가 있다.
본 발명은 자가제어 다채널 발열의류에 관한 것으로 의류에 내장되어 발열조절 기준으로 작동하는 피부온도, 의복내온도, 외부온도 센서의 위치설정에 있어서, 가슴 피부온도 센서 위치의 경우 피부와 밀착될 수 있는 좌 또는 우 유두 위 약 3cm 내외로 선정하며, 등 피부온도 센서는 자연스럽게 피부와 밀착될 수 있는 좌 또는 우 견갑골 중앙 부분에 위치할 수 있다.
피부온도 아래팔의 경우 팔 안쪽 접힘선으로부터 손목방향으로 약 3~5cm 되는 지점에 센서를 위치시키며, 손등 피부온도의 경우 검지와 중지 손가락의 기절골과 중수골의 경계로부터 1~3cm 범위에 위치하여 의복과 피부가 쉽게 밀착되도록 할 수 있다.
피부온도 손가락의 경우 약지 또는 새끼 손가락의 끝이나 말절골에 피부온도센서를 위치시킬 수 있으며, 넓적다리의 경우 전면부 중앙에서 피부온도를 측정하며, 발의 경우 발등에서 도톰하게 튀어나온 부위에 피부온도 센서를 위치시킬 수 있다.
의복내온도는 피부와 의류의 사이에 위치한 공기층의 온도를 측정하기 위한 것으로 의복과 피부가 자연스럽게 밀착되는 부위에 위치되는 피부온도 센서와는 달리, 의복과 피부가 자연스럽게 떨어지며 내부 공기층이 확보되는 부위에 센서를 위치시키는 것이 바람직할 수 있다.
가슴 의복내온도의 경우 좌우 가슴의 중앙(흉골) 부위, 등 의복내온도의 경우 척추 부위, 아래팔 의복내온도의 경우 팔 안쪽 접힘선으로부터 손목방향으로 약 1~3cm 되는 지점, 손등 의복내온도의 경우 약지와 검지의 기절골과 중수골의 경계로부터 약 1~3cm 범위에 위치하도록 하며, 넓적다리의 경우 후면부 중앙 또는 내측부, 발의 경우 지골과 중족골 경계로부터 1~3cm 범위에 위치할 수 있다.
외부온도는 인체의 온도와 동작에 독립적으로 외기의 온도를 쉽게 습득할 수 있도록 의류의 외층부에 센서를 위치시키며 이 때 솔기 뒷부분이 선택될 수 있다. 발열부와 제어부를 연결할 때 인체의 움직임에 방해를 주지 않는 인체구조 상 비신축라인(Lines of nonextension)이 배선패턴으로 활용될 수 있다.
한편 본 발명은 피부온도를 측정하여 능동형 자가제어가 가능한 발열의류를 제공하여 쾌적성 및 보온성의 효과를 구현할 수 있다.
한편 본 발명의 일실시예 의한 발열의류는 도 1에 도시된 바와 같이 발열부, 센서부, 전도부, 제어부(미도시)로 형성될 수 있다.
상기 발열부(빨간색)는 상의 정면의 경우 유두 선을 따라 2열로 세로 배치될 수 있고, 배면의 경우 견갑골 내측 상부에 좌우로 형성될 수 있으며, 그 하부 척추발기근 양단으로 좌우 형성될 수 있다. 하의의 경우 정면 센서가 위치한 하부에 각각 형성할 수 있고, 배면은 넓적다리 내측에 형성될 수 있다. 팔의 경우 어??선을 따라 일정 간격으로 형성될 수 있다. 사지부의 경우 손가락 말단부 및 엄지와 검지사이 손등과 발등에 형성될 수 있다.
기본적으로 발열부는 센서와 인접한 위치에 형성될 수 있으나 피부온도 측정에 로류가 발생되지 않을 정도로 이격됨이 바람직하다.
한편 본 발명의 일실시예에 의한 발열원단 상기 측정된 피부온도를 기반으로 능동형으로 발열개시, 중단이 이루어질 수 있다. 다만 사용자의 선택에 의해 수동형으로 개시, 중단도 가능함은 물론이다.
본 발명의 일실시예에 의한 발열원단은 상기 몸통, 팔 및 다리, 사지부가 동시에 또는 개별적으로 발열개시, 중단이 가능하다. 또는 측정된 피부온도에 따라 필요부위만 선택적으로 발열되는 것도 가능하다.
도 2 및 3은 피부온도와 의복내온도를 기준으로 한서감(서늘함)을 9점 척도로서 평가한 것이다. 이를 기준으로 하기 표 1은 피부온도 및 의복은을 기반으로 한 발열개시 중단 온도를 예시한 것이다.
이와 같이 센서에 의해 수집된 피부온도와 의복내온도를 기준으로 발열의 개시 및 중단이 결정될 수 있다.
부위 구분 발열개시 온도 발열중단 온도
등 의복내온도 (microclimate temperature) 34oC 48oC
피부온도도 (skin temperature) 34oC 42oC
아래팔 의복내온도 (microclimate temperature) 27oC 48oC
피부온도도 (skin temperature) 31oC 40oC
손등 의복내온도 (microclimate temperature) 22oC 43oC
피부온도도 (skin temperature) 28oC 37oC
손가락 의복내온도 (microclimate temperature) 15oC 40oC
피부온도도 (skin temperature) 18oC 38oC
넓적다리 의복내온도 (microclimate temperature) 24oC 40oC
피부온도도 (skin temperature) 26oC 37oC
종아리 의복내온도 (microclimate temperature) 24oC 40oC
피부온도도 (skin temperature) 26oC 32oC
발등 의복내온도 (microclimate temperature) 25oC 40oC
피부온도도 (skin temperature) 30oC 35oC
표 2는 발열체 기준 발열온도를 예시한 것이다.
발열온도
(발열체) 		발열재킷 (최외층 의복) 발열내의 (최내층 의복)
휴식 상태 운동 상태 휴식 상태 운동 상태
등 45oC 40oC 40oC 35oC
아래팔 52oC 50oC 40oC 37oC
손등 38oC 35oC 37oC 35oC
손가락 35oC 33oC
넓적다리 37oC 35oC
종아리 37oC 35oC
발등 37oC 35oC
실시예 1
영하 5도 환경에서 2시간 추위노출 시 몸통, 아래팔, 손등 발열(Trunk, Arm, Hand)의 생리적 효과를 비교한 것이다.
실시예 2
영하 5도 환경에서 2시간 추위노출 시 몸통과 아래팔 발열(Trunk & Arm)의 생리적 효과를 비교한 것이다.
실시예 3
영하 5도 환경에서 2시간 추위노출 시 몸통(Trunk)의 생리적 효과를 비교한 것이다.
비교예 1
영하 5도 환경에서 2시간 추위노출 시 발열을 하지 않았을 때(No Heating)의 생리적 효과를 비교한 것이다.
비교예 1을 제외하고 실시예 1 내지 3은 발열면적을 동일하게 통제하였을 때의 결과를 나타낸다.
인체의 구간부 발열과 사지부(손, 아래팔 포함) 발열을 비교했을 때 사지부 발열은 손 피부온도 상승효과(도 4)와 더불어, 전신 한서감 상승효과(도 5), 손의 기민성향상(도 6) 및 손의 파지력 향상(도 7) 효과가 있다.
이와 같이 사지부 발열이 이루어지는 경우 손의 기민성과 관련해서는 최초 조건 대비 실시예 2, 3 및 비교예 1은 30%이상 기능이 낮아지는 반면 실시예 1은 최하 20%이하로 낮아져 현격한 차이를 나타내고 있다.
또한 파지력은 더 현격한 차이를 나타내는데, 최초 조건 대비 비교예 1은 80%이상, 실시예 2 및 3은 70%이상 기능이 낮아지는 반면 실시예 1은 최하 50%이하로 낮아져 사지부 발열이 발열의복 설계에 중요요소임을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims (6)

  1. 피부온도 기반 자기제어 다채널 발열의복에 있어서,
    피부온도 또는 의복내온도 또는 외부온도를 측정하는 센서들과
    신체 몸통부, 사지부에 형성된 발열체들과
    전원 및 센싱정보를 전달하는 도선패턴들과
    상기 발열체들은 피부온도, 의복내온도, 및 외부온도로 이루어진 센서 중 1이상의 센서에서 측정된 기준온도에 따라 각 인체부위별 발열개시 및 중단을 제어하는 제어를 포함하되,
    발열체들이 동시에 또는 선택적으로 1이상 발열되는 피부온도 기반 자기제어 다채널 발열의복.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서들 중 피부온도 센서는
    가슴 피부온도 센서의 경우 피부와 밀착될 수 있는 좌 또는 우 유두 위 약 3cm 내외에,
    등 피부온도 센서의 경우 좌 또는 우 견갑골 중앙 부분에,
    아래팔의 경우 팔 안쪽 접힘선으로부터 손목방향으로 약 3~5cm 되는 지점에,
    손등 피부온도의 경우 검지와 중지 손가락의 기절골과 중수골의 경계로부터 1~3cm 범위에,
    피부온도 손가락의 경우 약지 또는 새끼 손가락의 끝이나 말절골에,
    넓적다리의 경우 전면부 중앙에, 및
    발의 경우 발등에서 도톰하게 튀어나온 부위에 형성된 센서들로 이루어진 군에서 1이상 형성된 발열의복.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센서들 중 의복내온도 센서는
    가슴의 경우 좌우 가슴의 중앙(흉골) 부위에,
    등 의복내온도의 경우 척추 부위에
    아래팔의 경우 팔 안쪽 접힘선으로부터 손목방향으로 약 1~3cm 되는 지점에,
    손등의 경우 약지와 검지의 기절골과 중수골의 경계로부터 약 1~3cm 범위에,
    넓적다리의 경우 후면부 중앙 또는 내측부에, 및
    발의 경우 지골과 중족골 경계로부터 1~3cm 범위에 형성된 센서들로 이루어진 군에서 1이상 형성된 발열의복.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발열부들은
    상의 정면의 경우 유두 선을 따라 2열로 세로 배치되고,
    상의 배면의 경우 견갑골 내측 상부에 좌우로 형성되며, 그 하부 척추발기근 양단으로 좌우 배치되고,
    하의의 경우 정면 센서가 위치한 하부에 각각 배치되고,
    상의 배면은 넓적다리 내측에 형성되고,
    팔의 경우 어??선을 따라 일정 간격으로 형성되고,
    사지부 중 손가락의 경우 손가락 말단부 및 엄지와 검지사이 손등과 발등에 형성된 발열체들로 이루어진 군에서 1이상 형성된 발열의복.
  5. 제1항에 있어서 상기 도선패턴은
    인체의 움직임에 방해를 주지 않는 인체구조 상 비신축라인(Lines of nonextension)이 배선패턴으로 형성된 발열의복.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발열체가 몸통부와 사지부(몸통, 아래팔, 손등)를 동시에 발열하였을 경우 손의 기민성이 20%이하로 또는 파지력이 50%이하로 기능이 저하되는 발열의복.



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