KR20230006134A - 전극부와 발열부가 함께 편직된 편물 기반 발열체 및 이를 포함하는 발열 의복 - Google Patents

전극부와 발열부가 함께 편직된 편물 기반 발열체 및 이를 포함하는 발열 의복 Download PDF

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Abstract

전극부와 발열부가 함께 편직된 편물 기반 발열체 및 이를 포함하는 발열 의복이 제공된다. 상기 발열체는 제1 방향으로 연장된 복수의 발열 패턴부, 및 상기 복수의 발열 패턴부와 전기적으로 연결된 전극 패턴부를 포함하는 편물 기반 발열체로서, 상기 발열 패턴부를 이루는 어느 섬유(fiber)는 상기 전극 패턴부를 이루는 어느 섬유와 물리적 경계 없이 일체로 형성된다.

Description

전극부와 발열부가 함께 편직된 편물 기반 발열체 및 이를 포함하는 발열 의복{KNITTED FABRIC-BASED HEATING ELEMENT KNITTED INTEGRALLY ELECTRODE-PART AND HEATING PART AND HEATING CLOTHING INCLUDING THE SAME}
본 발명은 편물 기반 발열체 및 이를 포함하는 발열 의복에 관한 것이다. 상세하게, 본 발명은 전극부와 발열부가 함께 편직된 편물 기반 발열체 및 이를 포함하는 발열 의복에 관한 것이다.
발열 의류는 의류를 구성하는 원단(fabric)이 적어도 부분적으로 전기 전도도 내지는 열 전도도를 가지고, 전기가 공급될 경우 부분적으로 열이 발생하는 의류를 총칭한다. 일반적으로 발열 의류는 전기 전원을 공급하는 배터리, 배터리와 의류를 전기적으로 접속하는 전극부(electrode-part) 및 접속된 전기가 흐름에 따라 열이 발생하는 발열부(heating-part)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 전극부는 복수의 발열부와 열 또는 전기적으로 연결될 수 있다.
종래 등산, 골프 등 야외 레저 또는 야외에서 근무하는 작업자들이 체온을 유지하기 위해 두터운 공기층을 형성할 수 있는 충전재를 이용해 방한성과 보온성을 높인 의류를 이용하였다. 그러나 이러한 형태의 의류는 무겁고 두껍기 때문에 활동성이 저하되는 문제가 있다. 이에 자체적인 발열 기능을 가짐으로써 착용자의 체온을 유지할 수 있는 발열 의류에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
또한 전기 전도성을 제공하는 의류는 웨어러블 장치(wearable device)의 발전에 따라 발열 기능 외에도 발광 기능, 센싱 기능 등 다양한 사용자 편의적 기능을 제공할 수 있어 다양한 분야로의 활용이 기대된다. 발열 기능 및 기타 사용자 편의적 기능을 제공하는 이른바 스마트 의류는 아웃도어 브랜드를 중심으로 급격하게 성정하고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-2238410호, 2021.04.09., 대한민국 공개특허공보 제2013-0134928호, 2013.12.10.
앞서 설명한 것과 같이 발열 의류는 충전재를 이용한 두꺼운 방한 의류에 비해 가볍고 얇은 두께를 가져 활동성이 우수한 장점이 있다. 그러나 종래의 발열 의류는 원활한 전기 공급을 위해 전기적 접속을 수행하는 전극부로서 전도성 페이스트나 전도성 고분자, 또는 전극판 등을 이용하였다. 그러나 전도성 페이스트 등의 도전성 재료는 의류의 원단(fabric)과 같이 완전한 유연성을 갖지 않기 때문에 착용감이 저하되는 등의 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 전극부를 발열부와 마찬가지로 섬유(fiber)를 이용해 조직함으로써 원단 외 다른 구성요소를 이용하지 않으려는 시도가 이루어지고 있다.
예를 들어 특허문헌 1은 전극부와 발열부를 직조(weaving)한 형태의 직물 기반 발열체를 개시한다. 경사와 위사를 교차시켜 직조하는 직물은 많은 교차점을 가지고 튼튼하며 저렴하게 생산할 수 있는 장점이 있다. 그러나 신축성이 매우 약해 착용감이 우수한 의류로서 활용하기 어려운 문제가 있다.
한편 특허문헌 2는 편물(knitting) 형태의 발열 원단을 개시한다. 편물 형태의 원단은 직물에 비해 함기성이 높기 때문에 그 자체로 상대적으로 우수한 보온성을 가질 수 있다. 그러나 편물은 코오스(course) 방향으로 연장된 섬유 가닥을 이용해 편직하기 때문에 웨일 방향으로 충분한 전기 전도성 또는 열 전도성을 갖지 못하는 어려움이 있다. 즉, 발열 의류 분야에 있어서 편물 형태를 가짐과 동시에, 균일한 온도 분포를 갖는 발열체를 제공하는 것은 기술적 난제였다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 달성 가능한 높은 최대 온도를 가지면서 균일한 온도 분포를 나타낼 수 있는 편물 기반 발열체를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 편물 기반 발열체를 이용하여 충분한 신축성을가져 착용감과 활동성이 우수한 발열 의류를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체는 제1 방향으로 연장된 복수의 발열 패턴부, 및 상기 복수의 발열 패턴부와 전기적으로 연결된 전극 패턴부를 포함하는 편물 기반 발열체로서, 상기 발열 패턴부를 이루는 어느 섬유(fiber)는 상기 전극 패턴부를 이루는 어느 섬유와 물리적 경계 없이 일체로 형성된다.
상기 전극 패턴부의 조직은 적어도 부분적으로 턱 스티치(tuck stitch) 또는 미스 스티치(miss stitch)로 형성될 수 있다.
또, 상기 전극 패턴부의 조직은 발열 패턴부의 조직과 상이할 수 있다.
상기 전극 패턴부의 조직은 플레인 스티치(plain stitch) 및 퍼얼 스티치(purl stitch)로 형성되지 않을 수 있다.
또, 상기 편물 기반 발열체의 코오스 방향은 상기 제1 방향과 평행할 수 있다.
또한, 상기 복수의 발열 패턴부는 제2 방향으로 이격되어, 인접한 발열 패턴부 사이에는 비발열 패턴부가 정의되고, 상기 어느 발열 패턴부는 3개 내지 5개의 웨일로 형성되고, 상기 어느 비발열 패턴부는 8개 내지 15개의 웨일로 형성될 수 있다.
상기 전극 패턴부의 도목(stitch length)은 상기 발열 패턴부의 도목 보다 작을 수 있다.
또, 상기 전극 패턴부의 도목은 5.0mm 이하일 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상기 전극 패턴부는 상대적으로 작은 도목을 가지고 미스 스티치되고, 상기 발열 패턴부는 상대적으로 큰 도목을 가지고 플레인 스티치될 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 의류는 전술한 발열체가 적용된 것이다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 턱 조직 또는 미스 조직을 이용하여 편물을 형성한 발열체는 코오스 방향은 물론 웨일 방향으로 균일한 온도를 나타낼 수 있다. 또 동일한 조건 하에서 더 높은 온도를 유지할 수 있어 발열체의 효율을 향상시킬 수 있다.
뿐만 아니라 본 실시예들에 따른 발열체가 적용된 의류는 페이스트 등을 이용한 전도성 패턴을 형성하지 않고 섬유 자체로 전도성 패턴을 형성하기 때문에 이물감을 최소화할 수 있고, 우수한 신축성을 가지기 때문에 착용감과 활동성을 개선할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체를 나타낸 도면이다.
도 2a는 도 1의 발열체의 스티치 조직을 나타낸 도면이다.
도 2b는 바람직하지 않은 스티치 조직을 나타낸 도면이다.
도 3은 제조예에 따라 제조된 발열체 원단의 이미지이다.
도 4는 실험예 1에 따른 결과를 나타낸 이미지이다.
도 5a 및 도 5b는 실험예 2에 따른 결과를 나타낸 이미지들이다.
도 6a 및 도 6b는 실험예 3에 따른 결과를 나타낸 이미지들이다.
도 7a 및 도 7b는 실험예 4에 따른 결과를 나타낸 이미지들이다.
도 8은 실험예 5에서 제조된 발열체를 이용한 복대의 이미지이다.
도 9a 및 도 9b는 각각 실험예 5의 결과를 나타낸 이미지들이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 즉, 본 발명이 제시하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 도시된 구성요소의 크기, 두께, 폭, 길이 등은 설명의 편의 및 명확성을 위해 과장 또는 축소될 수 있으므로 본 발명이 도시된 형태로 제한되는 것은 아니다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서, '및/또는'은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. '내지'를 사용하여 나타낸 수치 범위는 그 앞과 뒤에 기재된 값을 각각 하한과 상한으로서 포함하는 수치 범위를 나타낸다. '약' 또는 '대략'은 그 뒤에 기재된 값 또는 수치 범위의 20% 이내의 값 또는 수치 범위를 의미한다.
본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 용어 '섬유(fiber)' 또는 '실(thread)' 또는 '사(thread)'는 천연 또는 인조의 가늘고 긴 선상의 물체를 통칭하며, 한가닥 또는 복수의 연속된 섬유인 필라멘트(filament), 짧은 단섬유(單纖維)들이 서로 꼬여서 만들어진 방적사 내지는 합사(合絲)을 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
또, 다르게 정의되지 않는 한 용어 '전도사(conductive fiber) 또는 도전사'는 전기 전도성이나 열 전도성을 갖는 섬유를 통칭하며, 전도성 섬유들만의 합사, 또는 전도사와 비전도사(non-conductive fiber)의 합사, 또는 전도성 물질로 도금된 비전도사 등을 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
본 명세서에서, '직물(woven, woven fabric)'은 경사(warp)와 위사(weft)의 교차로 직조(weaving) 내지는 제직하는 것으로, 평직(plain), 능직(twill) 및 수자직(satin) 등을 포함하는 의미이다.
또, '편물(knit, knitted fabric)'은 어느 방향으로 연장된 한가닥의 섬유를 이용해 고리를 만들어 연속으로 편직(knitting)하는 것으로, 위편물(flat knitting)과 경편물(warp knitting)을 포함하는 의미이다. 섬유의 연장 방향을 코오스(course), 코스, 또는 가로 방향으로 지칭하고, 고리로 엮인 방향을 웨일(wale) 방향 또는 세로 방향으로 지칭 한다. 본 명세서에서, '조직(組織)'은 직조와 편직을 통칭하는 의미로 사용될 수 있다.
본 명세서에서 '도목(stitch length)'은 편물을 구성하는 하나의 단위 루프(loop)의 길이를 의미하며, 도목이 낮을수록 더 촘촘한 조직인 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체를 나타낸 도면이다. 도 2a는 도 1의 발열체의 스티치 조직을 나타낸 도면이다. 도 2b는 바람직하지 않은 스티치 조직을 나타낸 도면이다.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 실시예에 따른 발열체(11)는 전극 패턴부(300), 전극 패턴부(300)와 연결된 발열 패턴부(100)를 포함하고, 비발열 패턴부(200)를 더 포함할 수 있다. 발열체(11)는 편물 기반 섬유 원단일 수 있다. 이 때 코오스 방향은 대략 제1 방향(X)과 평행하고, 웨일 방향은 대략 제2 방향(Y)과 평행할 수 있다. 이에 따라 발열체(11)는 제1 방향(X)으로 우수한 신축성을 나타낼 수 있다.
발열 패턴부(100)는 전기 전도 및/또는 열 전도에 의해 발열을 나타내는 부분 내지는 영역으로 정의될 수 있다. 발열 패턴부(100)는 대략 제1 방향(X)으로 연장된 형상일 수 있다. 또, 발열 패턴부(100)는 제2 방향(Y)을 따라 이격되어 복수개일 수 있다. 후술할 바와 같이 발열 패턴부(100)는 섬유의 편물로 이루어질 수 있다. 이 때 어느 하나의 발열 패턴부(100)는 제1 방향(X)으로 연장되며 루프를 형성하는 한 가닥의 코오스 섬유들이 제2 방향(Y)으로 걸려 형성되는 집합체일 수 있다.
본 명세서에서 용어 '코오스 섬유'는 코오스 방향으로 연장되어 복수의 루프를 형성하는 하나의 섬유 가닥을 의미한다.
발열 패턴부(100)를 이루는 섬유 가닥(예컨대, 코오스 섬유)은 전기 전도성 및/또는 열 전도성을 갖는 전도사(150)를 포함하여 전기 전도성을 가질 수 있다. 예를 들어, 전도성 섬유 필라멘트, 또는 전도성 섬유들의 합사, 또는 전도사와 비전도사의 합사, 또는 전도성 물질로 도금되거나 코팅된 비전도사 등을 포함할 수 있다. 전기 전도성 등을 갖는 전도사(150)가 편직되어 형성된 발열 패턴부(100)는 후술할 전극 패턴부(300)로부터 제공된 전기의 흐름에서 발생하는 열을 방출할 수 있다.
비발열 패턴부(200)는 제2 방향(Y)으로 인접한 두개의 발열 패턴부(100) 사이의 부분 내지는 영역으로 정의될 수 있다. 후술할 바와 같이 비발열 패턴부(200)는 섬유의 편물로 이루어질 수 있다. 마찬가지로 어느 하나의 비발열 패턴부(200)는 제1 방향(X)으로 연장되며 루프를 형성하는 한 가닥의 코오스 섬유들이 제2 방향(Y)으로 걸려 형성되는 집합체일 수 있다. 즉, 비발열 패턴부(200)의 어느 루프(loop)는 발열 패턴부(100)의 어느 루프에 걸려 편물을 형성할 수 있다.
비발열 패턴부(200)를 이루는 섬유 가닥(예컨대, 코오스 섬유)은 비전도사(250)를 포함하여 전기 비전도성을 가질 수 있다. 예를 들어, 비전도성 섬유 필라멘트, 또는 비전도성 섬유들의 합사, 또는 절연 물질로 도금되거나 코팅된 비전도사 등을 포함할 수 있다.
만일 비발열 패턴부(200) 없이, 면상의 발열체가 모두 전도사(150)만으로 이루어진 경우 전면적에 걸쳐 고른 열 전달을 수행하기 곤란할 수 있다. 따라서 소정 거리만큼 이격된 복수의 발열 패턴부(100)를 형성하되, 그 사이에 비발열 패턴부(200)를 배치하여 발열 패턴부(100)들로 고른 열전달을 수행할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 비발열 패턴부(200)의 제2 방향(Y)으로의 폭은 발열 패턴부(100)의 제2 방향(Y)으로의 폭 보다 클 수 있다. 구체적으로, 비발열 패턴부(200)는 발열 패턴부(100) 보다 더 많은 수의 코오스 섬유들로 편직될 수 있다. 본 발명의 발명자들은 발열 패턴부(100)가 약 3개 내지 5개, 또는 4개의 코오스 섬유로 형성되고, 비발열 패턴부(200)가 약 8개 내지 15개, 또는 약 9개 내지 13개, 또는 약 10개 내지 11개의 코오스 섬유로 형성되는 경우에 우수한 열 분산성 내지는 열 분포를 나타냄을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
전극 패턴부(300)는 접속부(400)에 의해 외부의 배터리(미도시), 전원 케이블 등과 전기적으로 연결되어 제2 방향(Y)으로 이격된 복수의 발열 패턴부(100)에 균일하게 전류 흐름을 제공하는 부분 내지는 영역으로 정의될 수 있다. 이를 위해 전극 패턴부(300)를 이루는 섬유 가닥은 전기 전도성 및/또는 열 전도성을 갖는 전도사를 포함하여 전기 전도성을 가질 수 있다.
접속부(400)는 전기 전도성을 갖는 재질로 이루어지되, 외부의 전원 배선과 전극 패턴부(300)를 전기적으로 접속할 수 있으면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어 접속부(400)는 전도성 재질로 된 스냅 버튼, 클립, 패드, 패치, 플러그, 또는 소켓 등을 포함할 수 있다. 접속부(400)는 전극 패턴부(300)와 전도성 접합체 등을 개재하여 결합될 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
전극 패턴부(300)는 대략 제2 방향(Y)으로 연장된 형상일 수 있다. 이에 따라 하나의 전극 패턴부(300)는 제2 방향(Y)으로 이격된 복수의 발열 패턴부(100)를 서로 연결하는 형상일 수 있다. 전극 패턴부(300)는 복수의 발열 패턴부(100) 및/또는 비발열 패턴부(200)와 맞닿을 수 있다. 또, 도 1은 제1 방향(X)으로 연장된 발열 패턴부(100)의 제1 방향(X) 일측 단부와 타측 단부에 각각 전극 패턴부(300)가 위치하여 2개 배치된 상태를 표현하고 있다. 어느 전극 패턴부(300)는 양(+)의 전극으로 기능하고, 다른 전극 패턴부(300)는 음(-)의 전극으로 기능할 수 있다.
전극 패턴부(300)는 섬유의 편물로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 전극 패턴부(300)는 전기 전도성 및/또는 열 전도성을 갖는 전도사(350)를 포함하여 전기 전도성을 가질 수 있다. 전도사에 대해서는 발열 패턴부(100)와 함께 전술한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
예시적인 실시예에서, 전극 패턴부(300)의 어느 전도사(350)와 발열 패턴부(100)의 어느 전도사(150)는 물리적 경계 없이 일체로 형성될 수 있다. 즉, 어느 웨일 위치에서 전극 패턴부(300)와 발열 패턴부(100)의 전도사(150, 350)는 실질적으로 동일한 하나의 섬유 가닥, 즉 하나의 코오스 섬유로서, 제1 방향(X)으로 연장되며 복수의 루프를 형성할 수 있다. 다시 말해서, 설명의 편의를 위해 전극 패턴부(300)에 위치하는 전도사(350)와 발열 패턴부(100)에 위치하는 전도사(150)를 구분하여 지칭하나, 이들은 실질적으로 동일한 구성요소로서 한 가닥의 섬유를 의미할 수 있다.
반면 전극 패턴부(300)의 어느 전도사(350)와 비발열 패턴부(200)의 어느 비전도사(250)는 서로 상이한 섬유 가닥으로서, 전극 패턴부(300)와 비발열 패턴부(200)의 경계에서 전극 패턴부(300)의 전도사(350)와 비발열 패턴부(200)의 비전도사(250)는 스티치를 형성할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또, 발열체(11)를 형성하는 편물의 조직, 특히 전극 패턴부(300)의 조직은 턱 스티치(tuck stitch) 또는 미스 스티치(miss stitch)로 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 반면, 발열체(11)를 형성하는 편물의 조직, 특히 전극 패턴부(300)의 조직은 플레인 스티치(plain stitch) 및 퍼얼 스티치(purl stitch)로 형성되지 않는 것이 바람직할 수 있다. 상기 턱 스티치, 미스 스티치, 플레인 스티치 및 퍼얼 스티치의 형태에 대해서는 도 2a 및 도 2b에 나타내었다.
본 발명의 발명자들은 전극 패턴부(300)의 조직 종류에 따라 제2 방향(Y)으로 이격된 복수의 발열 패턴부(100)의 열 분포 특성이 달라지는 것을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 이에 대해서는 실험예와 함께 후술한다.
또한 발열체(11)를 형성하는 편물의 조직 밀도, 특히 전극 패턴부(300)의 조직 밀도는 제2 방향(Y)으로 이격된 복수의 발열 패턴부(100)로의 균일한 열 전달에 영향을 미칠 수 있다. 예시적인 실시예에서, 전극 패턴부(300)의 도목은 약 5.0mm 이하, 또는 약 4.8mm 이하일 수 있다. 만일 전극 패턴부(300)의 도목이 상기 범위 보다 클 경우 제2 방향(Y)으로 이격된 복수의 발열 패턴부(100)로의 균일한 열 전달이 곤란할 수 있다. 전극 패턴부(300)의 도목의 하한은 특별히 제한되지 않으나, 의류로 적용할 수 있을 정도의 소정 신축성 확보 측면에서 약 3.0mm 이상일 수 있다.
본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 발열 패턴부(100)의 조직 밀도는 열 전달에 미치는 영향이 상대적으로 미비할 수 있다. 따라서 발열체(11)의 신축성 확보 측면에서 발열 패턴부(100)의 도목은 전극 패턴부(300)의 도목 보다 크고, 발열 패턴부(100)의 조직 밀도는 전극 패턴부(300)의 조직 밀도 보다 작을 수 있다. 예를 들어, 발열 패턴부(100) 및 비발열 패턴부(200)의 도목은 약 5.0mm 초과 6.0mm 이하일 수 있다.
본 실시예에 따른 발열체(11)는 전극 패턴부(300), 발열 패턴부(100) 및 비발열 패턴부(200)를 포함하되, 이들은 모두 편직될 수 있다. 또, 도면으로 표현하지 않았으나, 발열체(11)는 의류의 일부분에 결합되거나, 또는 의류를 이루는 원단으로 사용될 수 있다. 상기 의류는 조끼 등 상의, 하의, 내의, 장갑, 양말 또는 복대 등일 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
이 경우 발열체(11)는 제1 방향(X)으로 우수한 신축성을 가지고, 의류의 착용감과 활동성을 개선할 수 있다. 또, 발열체(11)가 제1 방향(X)으로 신축됨에도 불구하고 우수한 열 분포 특성을 나타낼 수 있다. 이에 대해서는 실험예와 함께 후술한다.
즉, 종래의 기술, 예를 들어 전극 패턴부를 전도성 페이스트 등으로 패터닝하거나, 또는 발열체를 소정의 유연성과 동시에 빳빳한 재질의 필름으로 형성하거나, 또는 직물 기반의 발열체를 제공하는 경우에 비해 발열체(11)를 발열 의류로 적용함에 있어 이점을 제공한다. 또한 전도성 페이스트나 유연성이 작은 소재가 아니라 섬유를 이용하기 때문에 반복 세탁에도 불구하고 우수한 내구성을 나타낼 수 있다.
이하, 실험예를 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
<실험예>
<제조예 1>
도 1과 같은 형태의 발열체 원단을 편직하였다. 전극 패턴부와 발열 패턴부의 도목은 모두 5.8mm로 하여 균일한 조직 밀도를 갖도록 하였다. 전극 패턴부와 발열 패턴부는 한번에 편직하였다. 그리고 발열 패턴부는 플레인 스티치로 하되, 전극 패턴부의 조직을 하기 표 1과 같이 다양하게 제조하며 전극 패턴부의 조직 종류에 따른 실험을 수행하였다.
이 때 발열 패턴부는 4개의 웨일로 형성하고, 비발열 패턴부는 10개의 웨일로 형성하였다. 발열 패턴부의 폭은 약 0.3cm이었다. 발열 패턴부는 총 10개로 하였다. 전극 패턴부에는 스냅 버튼을 부착하여 접속부로 이용하였다. 그리고 제조예 1-4에 따른 발열체 원단의 이미지를 도 3에 예시적으로 나타내었다.
전극 패턴부 발열 패턴부
조직 도목 조직 도목
제조예 1-1 플레인(plain) 5.8mm 플레인(plain) 5.8mm
제조예 1-2 퍼얼(purl)
제조예 1-3 턱(tuck)
제조예 1-4 미스(miss)
<제조예 2>
제조예 1과 동일한 방법으로 발열체 원단을 편직하되, 하기 표 2와 같이 발열 패턴부의 도목은 유지하고 전극 패턴부의 도목을 짧게 하여 촘촘한 조직 밀도를 형성하여 전극 패턴부의 도목에 따른 실험을 수행하였다.
전극 패턴부 발열 패턴부
조직 도목 조직 도목
제조예 2-1 플레인(plain) 4.7mm 플레인(plain) 5.8mm
제조예 2-2 퍼얼(purl)
제조예 2-3 턱(tuck)
제조예 2-4 미스(miss)
<실험예 1: 전극 패턴부의 조직 밀도 및 종류에 따른 영향 확인>
제조예 1 및 제조예 2에 따른 8가지 발열체의 최대 온도를 측정하였다. 온도의 측정은 10개의 발열 패턴부 중 최외곽의 더미 패턴을 제외한 중앙의 4번 채널에서 수행하였다. 인가 전압은 6V였고 900초 동안 전압을 제공한 후 측정하였다. 그리고 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4를 참조하면, 모든 조직 종류에서 전극 패턴부의 도목이 더 작은 제조예 2의 경우 높은 발열 온도를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 즉, 실제 발열을 수행하는 발열 패턴부의 조직 밀도와 무관하게 전극 패턴부의 조직 밀도에 따라 발열 패턴부의 온도가 영향을 받는 것을 알 수 있다.
또, 턱 스티치와 미스 스티치의 경우 플레인 스티치 및 퍼얼 스티치에 비해 월등하게 높은 온도를 갖는 것을 확인할 수 있다. 특히 제조예 1-2, 제조예 2-2, 제조예 1-3 및 제조예 2-3을 비교하면, 제조예 1-2 및 제조예 1-3이 유사한 정도의 발열 온도를 나타냄에도 불구하고, 조직 밀도가 높은 제조예 2-2 및 제조예 2-3은 상당한 차이를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
<실험예 2>
제조예 2-2 및 제조예 2-4에 따라 제조된 발열체의 온도 분포를 측정하여 도 5a 및 도 5b에 각각 나타내었다. 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 제조예 2-4의 경우 전체적으로 더 높은 온도를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 즉, 실제 발열을 수행하는 발열 패턴부의 조직 종류와 무관하게 전극 패턴부의 조직 종류에 따라 발열 패턴부의 온도가 영향을 받는 것을 알 수 있다.
특히 중앙에 위치하는 채널 외, 상대적으로 가장자리에 위치하는 채널들의 온도에 있어서도, 전극 패턴부를 미스 스티치한 제조예 2-4의 경우 전체적으로 우수한 열 전도 및 열 분포를 나타내는 반면, 전극 패턴부를 퍼얼 스티치한 제조예 2-2의 경우 중앙 부근에만 열이 집중되는 것을 확인할 수 있다.
<실험예 3>
제조예 1들에 따라 제조된 4가지 발열체의 시간에 따른 온도 변화를 서로 다른 채널, 즉 다른 위치의 발열 패턴부에서 측정하여 그 결과를 도 6a 및 도 6b에 나타내었다. 900초 간 6V의 전압을 인가한 후 전원 공급을 중단하였다.
도 6a는 제조예 1-1 내지 제조예 1-4의 발열체의 중앙에 위치한 4번 채널에서 측정한 결과를 나타낸 것이고, 도 6b는 제조예 1-1 내지 제조예 1-4의 발열체의 최외곽 가장자리에 위치한 8번 채널에서 측정한 결과를 나타낸 것이다.
제조예 1-1은 K-LD로 표기하고, 제조예 1-2는 P-LD로 표기하고, 제조예 1-3은 T-LD로 표기하고, 제조예 1-4는 M-LD로 표기하였다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 초기 구간에 있어서 미스 스티치한 제조예 1-4가 가장 우수한 최대 온도를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 특히 발열체 외곽 부분에 있어서도, 제조예 2-4의 경우 온도 상승 정도가 빠른 것을 확인할 수 있다. 따라서 미스 스티치의 경우, 다른 경우에 비해 전원이 외부로부터 공급되는 포인트인 접속부를 상대적으로 적게 형성하더라도 우수한 열 분포를 나타낼 수 있음을 알 수 있다.
<실험예 4>
제조예 2들에 따라 제조된 4가지 발열체의 시간에 따른 온도 변화를 실험예 3과 동일한 방법으로 측정하여 그 결과를 도 7a 및 도 7b에 나타내었다. 도 7a는 제조예 2-1 내지 제조예 2-4의 발열체의 4번 채널에서 측정한 결과를 나타낸 것이고, 도 7b는 8번 위치에서 측정한 결과를 나타낸 것이다.
제조예 2-1은 K-HD로 표기하고, 제조예 2-2는 P-HD로 표기하고, 제조예 2-3은 T-HD로 표기하고, 제조예 2-4는 M-HD로 표기하였다.
우선 도 7a를 참조하면, 초기 구간에 있어서 미스 스티치한 제조예 2-4 및 턱 스티치한 제조예 2-3이 가장 우수한 최대 온도를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
다음으로 도 7b를 참조하면, 발열체 외곽 부분에서 제조예 2-4가 가장 우수한 최대 온도를 나타내고, 다음으로 제조예 2-3이 우수한 최대 온도를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 제조예 2-3과 제조예 2-4의 초기 온도 상승 정도는 유사한 것으로 나타났다. 따라서 미스 스티치 및 턱 스티치의 경우, 다른 경우에 비해 전원이 외부로 공급되는 포인트인 접속부를 상대적으로 적게 형성하더라도 우수한 열 분포를 나타낼 수 있음을 알 수 있다.
<실험예 5>
전술한 실험 결과들에 기초하여, 전극 패턴부는 미스 스티치를 이용하여 4.7mm 도목으로 형성하고, 발열 패턴부는 플레인 스티치를 이용하여 5.8mm 도목으로 형성하여 복대 형태의 의류를 제조하였다. 그리고 제조된 복대를 도 8에 예시적으로 나타내었다.
제조된 복대에 9V의 전원을 인가하고 열화상을 측정하여 도 9a에 나타내었다. 또, 제조된 복도를 코오스 방향으로 20% 만큼 신장시킨 후 그 때의 열화상을 측정하여 도 9b에 나타내었다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 상당한 정도로 의류를 신장시킨 경우에도 단락되지 않고 우수한 열 분포를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 또한 웨일 방향 가장자리까지 고른 열 분포를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 범위는 이상에서 예시된 기술 사상의 변경물, 균등물 내지는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
11: 발열체
100: 발열 패턴부
200: 비발열 패턴부
300: 전극 패턴부
400: 접속부

Claims (10)

  1. 제1 방향으로 연장된 복수의 발열 패턴부, 및 상기 복수의 발열 패턴부와 전기적으로 연결된 전극 패턴부를 포함하는 편물 기반 발열체로서,
    상기 발열 패턴부를 이루는 어느 섬유(fiber)는 상기 전극 패턴부를 이루는 어느 섬유와 물리적 경계 없이 일체로 형성된 발열체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극 패턴부의 조직은 적어도 부분적으로 턱 스티치(tuck stitch) 또는 미스 스티치(miss stitch)로 형성되는 발열체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전극 패턴부의 조직은 발열 패턴부의 조직과 상이한 발열체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전극 패턴부의 조직은 플레인 스티치(plain stitch) 및 퍼얼 스티치(purl stitch)로 형성되지 않는 발열체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 편물 기반 발열체의 코오스 방향은 상기 제1 방향과 평행한 발열체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 발열 패턴부는 제2 방향으로 이격되어, 인접한 발열 패턴부 사이에는 비발열 패턴부가 정의되고,
    상기 어느 발열 패턴부는 3개 내지 5개의 웨일로 형성되고,
    상기 어느 비발열 패턴부는 8개 내지 15개의 웨일로 형성되는 발열체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전극 패턴부의 도목(stitch length)은 상기 발열 패턴부의 도목 보다 작은 발열체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전극 패턴부의 도목은 5.0mm 이하인 발열체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전극 패턴부는 상대적으로 작은 도목을 가지고 미스 스티치되고,
    상기 발열 패턴부는 상대적으로 큰 도목을 가지고 플레인 스티치된 발열체.
  10. 제1항의 발열체가 적용된 발열 의류.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007227384A (ja) * 2006-02-24 2007-09-06 Sefar Ag 表面加熱部材及び表面加熱部材の製造方法
KR20130134928A (ko) * 2012-05-31 2013-12-10 한국패션산업연구원 발열부／선로부 일체형 발열섬유제품
KR20150116882A (ko) * 2013-02-08 2015-10-16 풋폴스 앤드 하트비츠 리미티드 전기 전도성 텍스타일에서 접촉 저항을 최적화하는 방법
KR20170097027A (ko) * 2014-12-12 2017-08-25 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 편직 보강 천
KR20180032795A (ko) * 2016-09-23 2018-04-02 유상신 집중 가열 방식을 적용하여 발열 효율을 향상시킨 직조발열체
KR20190012157A (ko) * 2016-05-31 2019-02-08 필립모리스 프로덕츠 에스.에이. 에어로졸 발생 시스템용 유체 투과성 히터 조립체 및 유체 투과성 히터 조립체용 평평한 전기 전도성 필라멘트 배열
KR102238410B1 (ko) 2020-11-25 2021-04-09 (주) 비코 카본사를 이용한 발열 직물

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007227384A (ja) * 2006-02-24 2007-09-06 Sefar Ag 表面加熱部材及び表面加熱部材の製造方法
KR20130134928A (ko) * 2012-05-31 2013-12-10 한국패션산업연구원 발열부／선로부 일체형 발열섬유제품
KR20150116882A (ko) * 2013-02-08 2015-10-16 풋폴스 앤드 하트비츠 리미티드 전기 전도성 텍스타일에서 접촉 저항을 최적화하는 방법
KR20170097027A (ko) * 2014-12-12 2017-08-25 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 편직 보강 천
KR20190012157A (ko) * 2016-05-31 2019-02-08 필립모리스 프로덕츠 에스.에이. 에어로졸 발생 시스템용 유체 투과성 히터 조립체 및 유체 투과성 히터 조립체용 평평한 전기 전도성 필라멘트 배열
KR20180032795A (ko) * 2016-09-23 2018-04-02 유상신 집중 가열 방식을 적용하여 발열 효율을 향상시킨 직조발열체
KR102238410B1 (ko) 2020-11-25 2021-04-09 (주) 비코 카본사를 이용한 발열 직물

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