KR20210102589A - 탄소섬유와 플렉시블 배터리를 이용한 발열장갑 - Google Patents

탄소섬유와 플렉시블 배터리를 이용한 발열장갑 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 발열 장갑은 장갑 착용시 인체의 손바닥이 접하는 손바닥 내피, 상기 손바닥 내피의 외측에 구비되는 발열체, 상기 발열체의 외측에 구비되는 손바닥 외피, 장갑 착용시 인체의 손등이 접하는 손등 내피 및 상기 손등 내피 외측에 구비되는 손등 외피를 포함하되, 상기 장갑의 개방부로서 인체의 손목이 위치하는 손목부에는 상기 손등 내피 및 상기 손바닥 내피 외측으로 플렉시블 배터리가 구비되고, 또한, 상기 발열체는 복수의 탄소섬유 가닥이 모여 이루어진 탄소섬유 원사로 구성될 수 있다.

Description

탄소섬유와 플렉시블 배터리를 이용한 발열장갑{Heating glove using carbon fiber and flexible battery}
본 발명은 발열 장갑에 관한 것으로, 구체적으로 탄소섬유와 플렉시블 배터리를 이용한 발열장갑에 관한 것이다.
동절기나 저온환경에서 냉기로부터 손을 보온하기 위해 또는 작업시 손의 부상을 방지하기 위한 용도로 손에 장갑을 착용하고 있다.
일반적으로 장갑은 천연 또는 합성섬유사를 이용하여 직조하는 것으로서, 그 보온능력은 섬유사가 갖는 보온특성에 의존하게 되므로, 온도가 소정 온도 이하로 강하하거나 수분 등이 장갑 표면에 침투할 경우 충분한 보온 기능을 수행할 수 없는 실정이다.
이러한 점을 극복하기 위하여 최근에는 장갑 자체의 보온 기능 외에 별도의 발열장치를 장갑에 구비한 제품이 제안되고 있다.
그러나 종래의 온열 장갑에 발열체로 사용되는 소재는 주로 Heat rays(metal) 또는 탄소분말(carbon black)을 사용하고 있으며, 고무계열의 면상발열체 등 특수한 소재를 이용하기도 하나 이는 가격이 고가이기 때문에 온열제품 시장에서 차지하고 있는 비중은 크지 않다.
상기 Heat rays 소재는 금속으로 이루어져 열을 가하면 산화현상으로 쉽게 단락될 뿐만 아니라, 화재 위험이 높고 수명이 짧으며, 유연성 제품의 구현이 불가한 단점이 있다.
한편, 탄소분말 소재를 이용한 발열체는 현재 가장 널리 사용되고 있는 소재로서, 탄소분말, 분산제, 바인더 및 PVA(접착제) 등을 배합하여 직조가 가능한 섬유를 제작하거나 필름에 인쇄하는 방식으로 사용되고 있다.
상기와 같은 발열체를 탄소섬유라고 선전하고 있으나, 실제로는 Carbon black이 혼합된 섬유로 탄소섬유와는 다른 것이다.
이러한 탄소분말은 흡입 시 인체에 매우 유해하며, 발화점이 낮아 쉽게 불이 붙을 뿐만 아니라, 소재의 변형이 쉽게 일어나 접착된 탄소분말이 쉽게 떨어지는 현상이 발생하고 있다.
공개실용신안 제20-2011-0006320호
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 발열 성능이 우수하고, 내구성이 매우 뛰어나며 두께가 얇은 발열장갑을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발열 장갑은 장갑 착용시 인체의 손바닥이 접하는 손바닥 내피, 상기 손바닥 내피의 외측에 구비되는 발열체, 상기 발열체의 외측에 구비되는 손바닥 외피, 장갑 착용시 인체의 손등이 접하는 손등 내피 및 상기 손등 내피 외측에 구비되는 손등 외피를 포함하되, 상기 장갑의 개방부로서 인체의 손목이 위치하는 손목부에는 상기 손등 내피 및 상기 손바닥 내피 외측으로 플렉시블 배터리가 구비되고, 또한, 상기 발열체는 복수의 탄소섬유 가닥이 모여 이루어진 탄소섬유 원사로 구성될 수 있다.
또한, 상기 플렉시블 배터리와 상기 손등 내피 및 상기 손바닥 내피 사이에는 금속 박판이 구비될 수 있다.
또한, 상기 발열체는 비전도성 원사가 바둑판 형태로 직조되는 직조판, 상기 직조판의 빈공간을 상부 또는 하부에서 관통하거나, 상기 직조된 원사 사이를 관통하여 인체의 손가락 외측 형상을 따라 배치되는 탄소섬유 원사로 구성될 수 있다.
또한, 상기 탄소섬유 원사는 연속된 탄소섬유 가닥으로 구성된 제1탄소섬유원사체 및 상기 제1탄소섬유원사체와 단절되되 연속된 탄소섬유 가닥으로 구성된 제2탄소섬유원사체를 포함하고, 상기 제1탄서섬유원사체 및 상기 제2탄소섬유원사체는 병렬로 연결될 수 있다.
또한, 상기 손목부에는 작동스위치 및 상기 작동스위치와 연결된 제어부가 구비되고, 상기 손바닥 내피에는 온도센서가 구비되어, 상기 작동스위치의 동작 및 상기 온도센서의 측정값에 따라 상기 제어부가 장갑의 발열 온도를 제어하도록 구성될 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 발열장갑은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 안정성과 내구성이 매우 뛰어나다.
본 발명에 따른 발열장갑은 탄소섬유 원사를 이용하여, 발열선의 단락이 발생하지 않을 뿐만 아니라, 지속적인 절곡에 의해서도 쉽게 끊어지지 않는 장점이 있다.
둘째, 무게가 매우 가볍다.
본 발명은 탄소섬유와 플렉시블 배터리를 이용하여 그 무게가 매우 가볍다. 또한, 상기 플렉시블 배터리를 이용함에 따라 장갑의 무게가 한쪽으로 쏠리는 등의 문제가 발생하지 않는다.
효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 발열장갑을 나타내는 분해 사시도
도 2는 본 발명에 따른 발열장갑의 발열체 구조를 나타내는 부분 사시도
도 3은 본 발명에 따른 발열장갑의 손목부 구성을 나타내는 분해 사시도
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서, 동일 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 명칭 및 동일부호를 사용할 뿐 실질적으론 종래와 완전히 동일하지 않음을 미리 밝힌다.
또한, 본 발명의 실시 예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 살펴본다.
도 1은 본 발명에 따른 발열장갑의 구성을 나타내는 분해 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 발열장갑은 크게 손바닥 부분과 손등 부분으로 구분되는데, 손바닥 부분은 손바닥 내피(100), 상기 손바닥 내피(100)의 외측에 구비되는 발열체(200), 상기 발열체(200)의 외측에 구비되는 손바닥 외피(300)를 포함한다.
한편, 손등 부분에는 발열체가 포함되어 있지 않고, 손등 내피(110) 및 상기 손등 내피(110) 외측의 손등 외피(310)를 포함한다.
상기 손바닥 내피(100) 및 손등 내피(110)는 각각 발열 장갑을 착용하였을 때, 인체의 손바닥 또는 손등에 접하는 부분이다.
상기 손바닥 내피(100) 및 손등 내피(110)의 재질에는 특별한 제한은 없고, 장갑의 용도에 따라 인조가죽, 가죽 또는 합성섬유 등이 이용될 수 있다. 다음으로 발열체(200)의 구성에 대해 살펴본다.
도 2는 본 발명에 따른 발열장갑의 발열체(200) 구성을 나타내는 단면도이다.
상기 발열체(200)는 탄소섬유로 구성된다.
구체적으로 상기 발열체(200)는 복수의 탄소섬유 가닥(201)이 다발로 구성된 탄소섬유 원사(202)를 손가락 형상을 따라 배열하여 구성하되, 상기 탄소섬유 원사(202)는 바둑판 형상으로 직조되는 일반원사와 함께 직조되어 탄소섬유 가닥(201)이 흩어지지 않게 구성된다.
상기 일반원사는 비전도성 소재로 구성되는데, 바람직하게 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 상기 일반원사는 바둑판 형태로 직조되고, 상기 탄소섬유 원사(202)는 상기 바둑판 형태의 빈 공간을 상부 또는 하부에서 관통하여 손가락 외측 형상으로 배치될 수 있다.
또는 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 일반원사가 직조되는 과정에서 상기 일반원사 사이에 상기 탄소섬유 원사(202)가 관통하여 직조되는 것도 가능하다.
상기와 같이 발열체(200)는 비전도성 원사와 탄소섬유 원사(202)가 함께 직조된 상태로 장갑 내부에 구비될 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 탄소섬유 원사(202)는 절단부 없이 연속적으로 이루어진 제1발열체(210) 및 상기 제1발열체(210)와 독립적으로 연속되어 구성되는 제2발열체(220)를 포함한다.
또한, 상기 제1발열체(210) 및 제2발열체(220)는 병렬로 연결되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 발열체(200)와 상기 손바닥 내피(100) 사이에는 보온재(150)가 삽입될 수 있는데, 상기 보온재(150)로는 솜이 이용될 수 있다.
물론, 손등 내피(110) 및 상기 손등 내피(110)와 손등 외피(310)를 사이에 보온재(150)가 구비될 수 있음은 자명한 것이다.
또한, 상기 발열체(200)의 상부 또는 하부에는 부직포(160)가 마련될 수 있다. 상기 발열체(200)는 상기 부직포(160)와 결합됨으로써 위치의 변동을 최소화함과 동시에 탄소섬유 가닥(201)의 단락 및 상기 탄소섬유 가닥(201)이 모여 이루어진 탄소섬유 원사(202)의 다발이 흩어지는 것을 방지할 수 있다.
다음으로 상기 발열체(200)의 외측으로 손바닥 외피(300)가 구비된다.
또한, 상기 발열장갑의 개방부로서 인체의 손이 삽입되는 단부에는 손목부(400)가 형성되는데, 상기 손목부(400)의 내부에는 배터리(500)가 삽입된다.
상기 배터리(500)는 플렉시블 배터리가 이용되는데, 배터리(500)의 용량에 따라 손목부(400) 전체를 따라 원형으로 배치되거나, 손등 또는 손바닥 부위에만 배치되도록 구성될 수 있다.
일반적인 리튬 이온 배터리를 이용하는 경우 무게가 장갑의 한쪽에 쏠려 장갑 착용시 사용자에게 불편함을 초래할 수 있으나, 플렉시블 배터리를 손목 둘레를 따라 배치하는 경우 무게가 고르게 배분되는 효과가 있다.
또한, 상기 플렉시블 배터리(500)는 충전식으로 구성되어, 상기 배터리(500)를 장갑에서 분리하지 않고, 외부로 노출된 충전단자를 통해 충전 가능하도록 구성된다.
한편, 상기 손목부(400)에는 온도조절 스위치(600)가 구비된다.
구체적으로 상기 온도조절 스위치(600)는 외부에 LED를 구비하여, LED 점등 개수 또는 색깔 등에 따라 온도를 알 수 있도록 구성된다.
상기 온도조절 스위치(600)는 복수의 단계를 구성되되, 스위치를 누를 때마다 1단계에서 다음 단계로 전환되도록 구성되고, 기 설정된 단계를 초과하여 누르는 경우 스위치를 OFF 하도록 구성된다.
한편, 상기 온도조절 스위치(600)는 제어부(700)와 연결되어, 상기 제어부(700)에 의해 온도 제어를 수행하게 되는데, 본 발명에서는 PWM제어를 이용하여 온도 제어를 수행하도록 구성된다.
일반적으로 PWM 제어는 펄스폭을 변조하여 출력을 제어하는 방식으로 주로 모터 및 통신 시스템 제어에 이용되는 방법이다. 본 발명에서는 온도를 보다 정밀하게 제어하기 위해 PWM 제어를 이용하되, 1Hz 이하의 주파수에서 제어하도록 구성한다.
한편, 상기 제어부(700)는 온도조절 스위치(600)와 연결되는 한편, 장갑 내부에 위치하는 온도 센서의 온도 신호를 받아 온도 제어를 수행하도록 구성된다.
상기 온도 센서는 착용자에게 느껴지는 온도를 보다 정확하게 측정하기 위해 장갑의 손바닥 내피(100)와 발열체(200) 사이에 위치하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부(700)는 플렉시블 배터리(500)의 과열을 방지하기 위해, 상기 플레시블 배터리(500) 또는 제어부(700)의 기판 등에 설치된 추가적인 온도 센서와 연결될 수 있다.
상기 온도 센서가 기 설정된 온도를 벗어나는 경우 상기 제어부(700)는 스위치를 OFF하여 발열을 장갑의 발열을 차단하도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 손목부(400)에는 발열체(200)가 존재하지 않아, 인체 손목에는 온기가 전달되지 않을 수 있다.
그러나 장갑 착용시 인체의 손목이 외부로 노출되는 경우가 많고, 상기 손목을 통해 장갑 내부로 냉기가 전달될 수 있다.
따라서 본 발명에서는 장갑의 발열 작동시 상기 플렉시블 배터리(500)의 작동열을 손목에 전달하도록 구성될 수 있다.
이를 위해 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 플렉시블 배터리(500)와 손목부(400)의 손바닥 내피(100) 사이에 금속 박판(510)이 구비될 수 있다.
상기 금속 박판(510)은 상기 플렉시블 배터리(500)의 열을 빠르게 분산시켜 상기 플렉시블 배터리(500) 자체의 작동열을 빠르게 소산시킴과 동시에 인체 손목부에 작동열을 전달하여 손목부에 발열을 유도할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
100: 손바닥 내피
110: 손등 내피
150: 보온제
160: 부직포
200: 발열체
201: 탄소섬유 가닥
202: 탄소섬유 원사
210: 제1탄소섬유원사체
220: 제2탄소섬유원사체
300: 손바닥 외피
400: 손목부
500: 배터리
510: 금속 박판
600: 온도조절 스위치
700: 제어부

Claims (5)

  1. 장갑 착용시 인체의 손바닥이 접하는 손바닥 내피;
    상기 손바닥 내피의 외측에 구비되는 발열체;
    상기 발열체의 외측에 구비되는 손바닥 외피;
    장갑 착용시 인체의 손등이 접하는 손등 내피; 및
    상기 손등 내피 외측에 구비되는 손등 외피;를 포함하되,
    상기 장갑의 개방부로서 인체의 손목이 위치하는 손목부에는 상기 손등 내피 및 상기 손바닥 내피 외측으로 플렉시블 배터리가 구비되고,
    또한, 상기 발열체는 복수의 탄소섬유 가닥이 모여 이루어진 탄소섬유 원사로 구성된 탄소섬유와 플렉시블 배터리를 이용한 발열장갑.
  2. 제1항에 있어서
    상기 플렉시블 배터리와 상기 손등 내피 및 상기 손바닥 내피 사이에는 금속 박판이 구비되는 탄소섬유와 플렉시블 배터리를 이용한 발열장갑.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발열체는
    비전도성 원사가 바둑판 형태로 직조되는 직조판;
    상기 직조판의 빈공간을 상부 또는 하부에서 관통하거나,
    상기 직조된 원사 사이를 관통하여 인체의 손가락 외측 형상을 따라 배치되는 탄소섬유 원사로 구성되는 탄소섬유와 플렉시블 배터리를 이용한 발열장갑.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 탄소섬유 원사는 연속된 탄소섬유 가닥으로 구성된 제1탄소섬유원사체 및 상기 제1탄소섬유원사체와 단절되되 연속된 탄소섬유 가닥으로 구성된 제2탄소섬유원사체를 포함하고,
    상기 제1탄서섬유원사체 및 상기 제2탄소섬유원사체는 병렬로 연결되는 탄소섬유와 플렉시블 배터리를 이용한 발열장갑.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 손목부에는 작동스위치 및 상기 작동스위치와 연결된 제어부가 구비되고, 상기 손바닥 내피에는 온도센서가 구비되어,
    상기 작동스위치의 동작 및 상기 온도센서의 측정값에 따라 상기 제어부가 장갑의 발열 온도를 제어하는 탄소섬유와 플렉시블 배터리를 이용한 발열장갑.
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