KR20230119941A - 냉각 마취기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각 마취기로써, 보다 상세하게 신체접촉부와, 상기 신체접촉부의 일측에 구비되어, 상기 신체접촉부를 냉각시키는 펠티어부와, 상기 펠티어부의 일측에 구비되고, 냉각수의 유동에 따라 상기 펠티어부를 냉각시키는 냉각부와, 상기 냉각수의 유동을 제어하는 제어부를 포함하고, 마취 시, 상기 신체접촉부가 신체와 접촉되면서 체온에 의해 가열된 상기 펠티어부를 냉각함으로써, 상기 펠티어부의 온도가 일정하게 유지되도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

냉각 마취기{Cryoanesthesia device}

본 발명은 냉각 마취기로써 더욱 자세하게는, 펠티어 소자를 이용하여 피부 표면을 냉각시켜 피부의 통각 신경이 둔해지거나 마비되도록 하되, 전류제어 및 냉각수를 이용하여 주변의 열과 체온의 영향아래에서도 펠티어 소자가 일정한 온도를 유지할 수 있도록 하는 냉각 마취기에 관한 것이다.

일반적으로 수술 및 치료와 같은 의료행위나 스킨 캐어 등의 영역에서 피대상자에 통증이 수반되는 경우, 마취를 통해 신경전달을 차단시킴으로써 통증을 제거하거나 저감시키게 된다. 일례로, 대한민국공개특허 제10-2013-0040281호(2013.04.24.)에는 마취액의 주입 속도 및 압력을 일정하게 유지하여 마취 시 통증을 감소시킬 수 있는 무통 마취기에 관한 내용이 개시되어 있다.

그러나, 상기와 같은 일반적인 마취 방법의 경우, 마취제를 주사기에 의해 주입하는 방식에 의해 수행되는데, 이와 같은 마취방법은 주사바늘에 의한 통증이 유발되어 피대상자의 고통이 가중되는 문제점이 있을 뿐만 아니라 주사방식은 마취효과를 발휘할 때 까지 일정한 마취시간이 요구되어 기다려야만 하므로 불필요한 대기시간이 발생되어 비효율적이고 불편한 문제점이 있었다.

또한, 당뇨 환자 또는 입원 환자들의 경우 빈번하게 주사를 맞아야하며, 그에 수반되는 통증으로 인해 삶의 질이 저하될 뿐만 아니라, 몸이 주사에 대한 PTSD 증상으로 주사를 거부하는 증상이 나타날 수 있는 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위하여 가벼운 마취 크림 등으로 주사의 고통을 경감하는데 마취 크림의 경우, 피부에 잔여물이 남고 마취 크림 효과가 나타나기까지 오랜 시간이 소요되는 등 사용에 불편함이 있었다.

대한민국공개특허 제10-2013-0040281호(2013.04.24.)

본 발명은 상술한 바와 같은 선행 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 펠티어 소자를 이용하여 피부 표면을 냉각시켜 피부의 통각 신경이 둔해지거나 마비되도록 하되, 전류제어 및 냉각수를 이용하여 주변의 열과 체온의 영향아래에서도 펠티어 소자가 일정한 온도를 유지할 수 있도록 하는 되는 냉각 마취기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 냉각 마취기에 있어서, 신체접촉부와, 상기 신체접촉부의 일측에 구비되어, 상기 신체접촉부를 냉각시키는 펠티어부와, 상기 펠티어부의 일측에 구비되고, 냉각수의 유동에 따라 상기 펠티어부를 냉각시키는 냉각부와, 상기 냉각수의 유동을 제어하는 제어부를 포함하고, 마취 시, 상기 신체접촉부가 신체와 접촉되면서 체온에 의해 가열된 상기 펠티어부를 냉각함으로써, 상기 펠티어부의 온도가 일정하게 유지되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 상기 냉각부는, 상기 펠티어부에 인접하게 구비되고, 내부에 상기 냉각수가 유동할 수 있는 공간이 형성되는 제1워터블럭과, 상기 제1워터블럭과 연통되고, 상기 냉각수를 유동시키는 워터펌프와, 상기 워터펌프와 연통되는 관부와, 상기 관부와 연통되고, 내부에 상기 냉각수가 유동할 수 있는 공간이 형성되는 제2워터블럭과, 상기 제2워터블럭에 인접하게 구비되고, 상기 제2워터블럭의 열을 방출하는 방열판을 포함하고, 마취 시, 상기 신체접촉부가 신체와 접촉되면서 상기 펠티어부로 전달된 열은 상기 제1워터블럭 내부를 유동하는 상기 냉각수와 열교환되고, 상기 워터펌프에 의해 상기 냉각수가 순환되면서 방열되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 상기 관부는, 상기 워터펌프와 제2워터블럭을 연통시키는 직선관과 상기 워터펌프와 제2워터블럭을 연통시키는 곡선관을 포함하고, 상기 곡선관은, 스프링 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 상기 관부는, 구리 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 상기 냉각부는, 상기 방열판에 인접하게 구비되고, 상기 방열판을 냉각시키는 쿨링팬;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 냉각 마취기는 마취 시, 상기 신체접촉부가 신체와 접촉되면서 체온에 의해 가열된 상기 펠티어부를 냉각함으로써, 상기 펠티어부의 온도가 일정하게 유지되도록 하는 냉각 마취기를 제공하는데 그 효과가 있다.

또한, 본 발명의 냉각 마취기는 능동 냉각이 가능한 펠티어 소자를 이용하여 즉석에서 냉각된 매질을 준비할 수 있게 하고, 여기에 온도와 전류를 제어하여 통각 신경을 마비시킬 수 있는 온도를 주변 잡열과 체온에 의한 열의 영향아래에서도 일정하게 유지할 수 있게하며, 펠티어 소자의 냉각면 반대면의 발열면의 발열 해소를 위해 소형화된 냉각부를 설치하여 펠티어 소자의 온도 유지시간을 극대화함으로써 국부 냉각마취기를 이용하여 많은 환자를 마취할 수 있도록 하는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 냉각 마취기는 수랭 형태의 쿨링 시스템을 형성함으로써, 최대한의 잠열을 저장할 수 있고, 열 배출이 용이하며, 빠른 열교환(냉각) 속도로 펠티어 소자의 온도를 일정하게 유지할 수 있고, 냉각수의 양에 한계가 있으므로, 라디에이팅과 유속 펌핑을 통해 지속적인 열해소를 유도하여 효율을 향상시키며, 냉각수를 교체하지 않고 반영구적으로 활용할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명의 효과는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 냉각마취기의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 냉각마취기의 열의 유동을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 냉각마취기의 제어순서를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 냉각마취기의 제어구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각마취기의 제어순서를 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 종래의 온도제어회로 시스템을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 냉각마취기의 제어부의 온도제어회로 시스템을 나타낸 도면이다.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시 예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

우선, 본 발명에서의 마취는 냉동 국소 마취로, 낮은 온도(-5도 내지 -10도)의 냉각체를 피부 표면에 접촉시켜 피부 표면의 통각 신경을 둔감하게 하거나 마비시켜 통증을 감소시키는 것이다. 이와 같은 냉동 국소 마취를 시행하는데 있어 펠티어 소자의 발열부(고온부)의 열 해소 작업이 필수적이며, 열 해소 작업을 수행하지 않는 경우 냉각이 용이하지 않게 되는 문제가 있다. 또한, 펠티어 소자가 발열체(신체, 피부 표면)와 접촉하는 경우 냉각 효과가 떨어진다는 문제점이 있다. 이에, 본 발명에서는 위 2가지 문제를 해결하고자 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 냉각 마취기에 있어서, 신체접촉부(100)와, 상기 신체접촉부(100)의 일측에 구비되어, 상기 신체접촉부(100)를 냉각시키는 펠티어부(200)와, 상기 펠티어부(200)의 일측에 구비되고, 냉각수의 유동에 따라 상기 펠티어부(200)를 냉각시키는 냉각부(300)와, 상기 냉각수의 유동을 제어하는 제어부(400)를 포함하고, 마취 시, 상기 신체접촉부(100)가 신체와 접촉되면서 체온에 의해 가열된 상기 펠티어부(200)를 냉각함으로써, 상기 펠티어부(200)의 온도가 일정하게 유지되도록 한다.

먼저, 상기 신체접촉부(100)가 마련된다. 상기 신체접촉부(100)는 마취 시, 사용자에 의하여 신체와 접촉되는 부분으로, 상기 펠티어부(200)에 의해 냉각된다. 즉, 상기 신체접촉부(100)는 상기 펠티어부(200)의 일면에 인접하게 구비되어 상기 펠티어부(200)에 의해 냉각된 후, 상기 사용자에 의해 이송되어 신체에 접촉하게 되는 것이다.

이때, 상기 신체접촉부(100)는 사각형의 단면을 가지는 판 형상으로 마련될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 신체접촉부(100)는 열전달이 용이한 구리 등과 같은 재질로 형성되어, 상기 펠티어부(200)에 의해 용이하게 냉각될 수 있도록 한다.

다음으로, 상기 펠티어부(200)가 마련된다. 상기 펠티어부(200)는 상기 신체접촉부(100)와 인접하게 구비되고, 전류 인가 시 온도가 감소하는 저온부와, 상기 저온부와 대칭되게 구비되고, 전류 인가 시 온도가 증가하는 고온부를 포함한다. 즉, 상기 펠티어부(200)는 펠티어 소자를 포함하고, 전류가 인가될 시 상기 저온부의 온도는 감소하고, 상기 고온부의 온도는 증가하게 되는 것이며, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

이때, 상기 펠티어부(200)는 상기 신체접촉부(100)와 대응되게 사각형의 판 형상으로 형성되며, 열전달의 효율성을 고려하여 상기 신체접촉부(100)와 동일한 크기 및 형상을 가지도록 제작된다.

다음으로, 상기 냉각부(300)가 마련된다. 상기 냉각부(300)는 상기 펠티어부(200)의 고온부 측에 인접하게 구비되어, 상기 펠티어부(200)를 냉각시키는 역할을 수행한다. 즉, 상기 냉각부(300)는 상기 펠티어 소자의 발열부의 열 해소 작업을 수행하는 것이다.

보다 상세하게, 상기 냉각부(300)는 상기 펠티어부(200)에 인접하게 구비되고, 내부에 상기 냉각수가 유동할 수 있는 공간이 형성되는 제1워터블럭(310)과, 상기 제1워터블럭(310)과 연통되고, 상기 냉각수를 유동시키는 워터펌프(320)와, 상기 워터펌프(320)와 연통되는 관부(330)와, 상기 관부(330)와 연통되고, 내부에 상기 냉각수가 유동할 수 있는 공간이 형성되는 제2워터블럭(340)과, 상기 제2워터블럭(340)에 인접하게 구비되고, 상기 제2워터블럭(340)의 열을 방출하는 방열판(350)을 포함하고, 마취 시, 상기 신체접촉부(100)가 신체와 접촉되면서 상기 펠티어부(200)로 전달된 열은 상기 제1워터블럭(310) 내부를 유동하는 상기 냉각수와 열교환되고, 상기 워터펌프(320)에 의해 상기 냉각수가 순환되면서 방열된다.

먼저, 상기 제1워터블럭(310)은 내부에 상기 냉각수가 공급되며, 상기 신체접촉부(100)로부터 상기 펠티어부(200)로 전달되는 체온을 1차 열교환하여 상기 펠티어부(200)를 냉각시키는 역할을 수행한다. 이때, 상기 제1워터블럭(310)은 직육면체 형상으로 내부에 상기 냉각수가 저장되거나 유동할 수 있는 공간이 형성된다. 또한, 상기 제1워터블럭(310)은 상기 펠티어부(200)와 대응되는 단면을 가지도록 형성되고, 상기 펠티어부(200)에 인접하게 구비된다. 여기서, 상기 제1워터블럭(310)은 전체적으로 ‘ㄷ’자 형상으로 상기 펠티어부(200)를 감싸는 형태로 구비되어 열교환 효율을 향상시킬 수도 있다.

다음으로, 상기 워터펌프(320)는 상기 냉각수를 유동시켜 순환시킬 수 있도록 한다. 상기 워터펌프(320)는 후술할 제어부(400)에 의해 온오프되거나 상기 냉각수의 유동방향이 제어된다. 이때, 상기 워터펌프(320)는 상기 제2워터블럭(340) 내부의 냉각수가 상기 제1워터블럭(310)에 공급될 수 있도록 하는 인입라인(321)과, 상기 제1워터블럭(310)에 공급된 냉각수가 상기 제2워터블럭(340)으로 회수될 수 있도록 하는 인출라인(322)을 포함한다. 상기 인입라인(321)과 인출라인(322)에는 각각 전자밸브(도면 미도시)가 구비되고, 상기 전자밸브는 후술할 제어부(400)에 의해 개폐될 수도 있다. 즉, 상기 워터펌프(320)는 상기 냉각수를 상기 제1워터블럭(310)에 공급하거나 상기 제1워터블럭(310) 내의 냉각수를 상기 제2워터블럭(340)으로 회수하는 역할을 수행하는 것이다. 이때, 상기 워터펌프(320) 또는 인출라인(322)은 상기 관부(330)와 연통되어 상기 제1워터블럭(310) 내의 냉각수가 상기 제2워터블럭(340)으로 회수될 수 있도록 한다. 따라서, 상기 워터펌프(320)는 마취 시, 체온에 의하여 가열된 상기 펠티어부(200)의 냉각을 위하여 상기 제1워터블럭(310)에 상기 냉각수를 공급하고, 전달되는 체온에 의하여 상기 냉각수의 온도가 상승하게 되면, 상기 인출라인(321)을 통해 상기 냉각수를 회수하고, 상기 인입라인(322)을 통해 상기 냉각수를 공급하여 상기 냉각수를 순환시키는 역할을 하는 것이다.

다음으로, 상기 관부(330)는 상기 워터펌프(320) 또는 인출라인(322)과 연통되고, 상기 제1워터블럭(310) 내부에 체온에 의해 가열된 상기 냉각수의 열을 1차 방출하는 역할을 수행한다. 보다 상세하게, 상기 관부(330)는 상기 워터펌프(320)와 제2워터블럭(340)을 연통시키는 직선관(331)과, 상기 워터펌프(320) 또는 인출라인(322)과 제2워터블럭(340)을 연통시키는 곡선관(332)을 포함한다. 상기 직선관(331)은 상기 제2워터블럭(340) 내부에 저장된 냉각수가 상기 워터펌프(320)에 의해 상기 제1워터블럭(310)으로 유동할 수 있도록 하고, 상기 곡선관(332)은 상기 인출라인(322)을 통해 회수되는 냉각수가 상기 제2워터블럭(340)으로 유동할 수 있도록 한다.

이때, 상기 직선관(331)과 곡선관(332)은 상기 워터펌프(320)의 하부에 구비되되, 상기 직선관(331)은 상기 워터펌프(320)의 하부면 중앙부에 구비되고, 상기 곡선관(332)은 상기 직선관(331)을 중심으로 나선형으로 구비된다. 여기서, 상기 곡선관(332)은 상기 인출라인(322)을 통해 회수되는 가열된 상기 냉각수가 상기 관부(330)의 내부를 유동하면서 상기 냉각수의 열이 방출되도록 한다. 즉, 상기 관부(330)는 스프링 형태로 형성되어 상기 관부(330)의 길이대비 상기 관부(330) 내의 냉각수 유동경로를 최대화할 수 있다. 다시 말하면, 상기 냉각수가 유동하는 시간을 증가시켜 상기 냉각수의 열의 방출효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있는 것이다. 또한, 상기 곡선관(332)은 열전달 효율이 높은 구리 재질로 형성된다. 따라서, 상기 냉각수의 열의 방출효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1에서는 상기 인출라인(322)이 상기 워터펌프(320)와 연통되게 도시되어 있으나, 상기 인출라인(322)이 상기 곡선관(332)과 직접적으로 연통되어 상기 제1워터블럭(310)의 전자밸브 개방 시, 상기 제1워터블럭(310) 내의 냉각수가 중력에 의하여 상기 곡선관(332)을 따라 유동하면서 열이 방출되고, 상기 제2워터블럭(340)에 저장되도록 할 수도 있다. 이후, 상기 제2워터블럭(340)의 냉각수는 냉각된 후 상기 워터펌프(320)에 의해 상승하여 상기 제1워터블럭(310)으로 공급될 수 있다.

다음으로, 상기 제2워터블럭(340)의 내부에는 상기 제1워터블럭(310)과 같이 상기 관부(330)를 유동하면서 방열된 상기 냉각수가 저장되는 공간이 형성되며, 상기 관부(330)를 통해 유입된 상기 냉각수에 남아있는 체온을 2차 열교환하여 상기 냉각수를 냉각시키는 역할을 한다. 여기서, 상기 제2워터블럭(340)은 유입된 상기 냉각수에 의해 가열되는데, 후술할 방열판(350)을 통해 열을 방출한다. 이때, 상기 제2워터블럭(340)은 상기 관부(330)의 하부에 구비된다. 또한, 상기 제2워터블럭(340)은 상기 제1워터블럭(310)과 동일한 형태로 마련되어, 생산성을 향상시키고, 유동하는 냉각수의 양을 일정하게 유지할 수 있도록 한다. 즉, 상기 제2워터블럭(340)의 내부에 저장된 상기 냉각수는 상기 워터펌프(320)에 의해 상기 제1워터블럭(310)으로 유동하게 되고, 재차 상기 제2워터블럭(340)으로 유동하여 일정한 양의 냉각수가 순환될 수 있도록 한다.

다음으로, 상기 방열판(350)은 상기 제2워터블럭(340)의 열을 2차 방출하는 역할을 수행한다. 즉, 상기 방열판(350)은 상기 제2워터블럭(340)의 하부에 구비되고, 방열핀(도면 미도시)을 포함하여 상기 제2워터블럭(340)으로부터 전달되는 열을 방출하며, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

다음으로, 상기 냉각부(300)는 상기 방열판(350)에 인접하게 구비되고, 상기 방열판(350)을 냉각시키는 쿨링팬(360)을 더 포함한다. 이때, 상기 쿨링팬(360)은 공기를 유동시켜 상기 방열판(350)을 냉각시키는 것으로, 상기 방열판(350)의 하부에 구비된다. 여기서, 상기 쿨링팬(360)에 의해 유동된 공기는 상기 방열판(350)을 지나 상기 제2워터블럭(340), 관부(330) 및 워터펌프(320)를 냉각시킬 수도 있다. 즉, 상기 워터펌프(320), 관부(330), 제2워터블럭(340) 및 방열판(350)은 상기 쿨링팬(360)에 의해 유동하는 공기의 유선을 따라 직선으로 배열되어, 상기 쿨링팬(360)의 냉각효율을 향상시킬 수 있다.

다음으로, 본 발명의 냉각마취기는 상기 펠티어부(200)에 전류를 공급하는 전류공급부(500)를 더 포함하며, 상기 전류공급부(500)는 후술할 제어부(400)에 의해 제어되며, 상기 펠티어부(200)에 이격되게 구비되는 배터리 등으로, 상기 펠티어부(200)에 전류를 공급할 수 있다면 어떠한 형태로든 형성될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 냉각마취기의 펠티어 소자의 열 방출방법에 대해 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 2를 참조하면, 마취를 위하여 상기 펠티어부(200)에 전류를 공급하여 상기 신체접촉부(100)를 냉각시키고, 사용자가 본 발명의 냉각마취기를 이송시켜, 상기 신체접촉부(100)가 마취가 필요한 신체의 표면에 접촉된다. 이에 따라 신체의 표면은 냉동 국소 마취되되, 체온이 상기 신체접촉부(100)를 통해 상기 펠티어부(200)에 전달된다. 이에 따라, 상기 제1워터블럭(310)의 내부에 저장된 냉각수와 상기 펠티어부(200)가 1차 열교환 된다. 이후, 상기 제1워터블럭(310) 내부의 냉각수는 온도가 상승한 상태로 상기 곡선관(332)으로 유동되어 냉각수 내의 열이 1차 방출된다. 이후, 상기 냉각수는 상기 제2워터블럭(340)으로 이송되어 상기 제2워터블럭(340)과 2차 열교환되어 냉각된다. 이와 동시에, 가열된 상기 제2워터블럭(340)의 열은 상기 방열판(350)에 의해 2차 방출되며, 상기 방열판(350)은 상기 쿨링팬(360)에 의해 냉각된다. 이후, 상기 제2워터블럭(340)의 내부에서 냉각된 상기 냉각수는 상기 워터펌프(320)에 의해 상기 직선관(331) 및 인입라인(321)을 따라 상기 제1워터블럭(310)으로 공급된다. 이와 같은 과정을 통하여, 상기 펠티어부(200)가 체온 및 외부환경에 의하여 가열되어 효율이 감소하거나 고온부의 온도가 급격히 증가하여 열 역전 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

한편, 본 발명의 냉각마취기는 상기 워터펌프(320) 및 전류공급부(500)를 제어하는 제어부(400)를 더 포함한다. 이때, 상기 제어부(400)는 시간측정을 통하여 상기 워터펌프(320) 및 전류공급부(500)를 제어함으로써, 상기 펠티어부(200)의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.

보다 상세하게, 도 3을 참조하면, 상기 제어부(400)는 상기 신체접촉부(100)가 신체에 접촉하는 동안의 시간을 측정한다. 여기서, 상기 신체접촉부(100)에는 압력센서(도면 미도시)가 구비될 수 있고, 상기 제어부(400)는 상기 압력센서로부터 수신되는 신호를 바탕으로 상기 신체접촉부(100)의 신체 접촉 시간을 측정하는 것이다. 이후, 상기 제어부(400)는 상기 신체 접촉 시간이 기설정된 시간을 초과하는지를 판단한다. 이때, 상기 제어부(400)가 상기 신체 접촉 시간이 기설정된 시간을 초과하지 않는다(이하)고 판단하는 경우, 상기 전류공급부(500)가 상기 펠티어부(200)로 공급하는 전류의 입력을 유지하도록 한다. 또한, 상기 제어부(400)가 상기 신체 접촉 시간이 기설정된 시간을 초과한다고 판단하는 경우, 상기 전류공급부(500)의 전류입력을 일시정지하고, 상기 워터펌프(320)가 상기 냉각수를 순환시키도록 제어함으로써, 상기 펠티어부(200)가 가열되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 도 4를 참조하면, 상기 제어부(400)는 상기 펠티어부(200)의 온도를 측정하는 온도센서(410)와, 상기 펠티어부(200)에 공급되는 전류를 측정하는 전류측정기(420)를 포함한다. 따라서, 상기 제어부(400)는 상기 온도센서(410)와 전류측정기(420) 각각의 측정값을 통하여 상기 펠티어부(200)의 온도를 제어할 수 있다.

보다 구체적으로, 도 5를 참조하면, 상기 온도센서(410)가 상기 펠티어부(200)의 온도를 측정한다. 이때, 상기 제어부(400)는 상기 온도센서(410)의 측정값을 수신하고, 상기 온도센서(410)의 측정값이 기설정된 온도값을 초과하는지를 판단한다. 여기서, 상기 제어부(400)가 상기 온도센서(410)의 측정값이 기설정된 온도값을 초과하지 않는다고 판단하는 경우, 상기 워터펌프(320)의 작동을 정지시킨다. 또한, 상기 제어부(400)가 상기 온도센서(410)의 측정값이 기설정된 온도값을 초과한다고 판단하는 경우, 상기 워터펌프(320)를 작동시켜 상기 냉각수가 순환되도록 함으로써, 상기 펠티어부(200)의 온도를 감소시킨다. 이후, 상기 온도센서(410)는 재차 상기 펠티어부(200)의 온도를 측정한다. 이때, 상기 제어부(400)는 상기 온도센서(410)의 재측정값이 기설정된 온도값을 초과하는지를 판단한다. 여기서, 상기 제어부(400)가 상기 온도센서(410)의 재측정값이 기설정된 온도값을 초과하지 않는다고 판단하는 경우, 상기 워터펌프(320)의 작동을 정지시킨다. 또한, 상기 제어부(400)가 상기 온도센서(410)의 재측정값이 기설정된 온도값을 초과한다고 판단하는 경우, 상기 전류측정기(420)가 상기 펠티어부(200)에 입력되는 전류를 측정한다. 이때, 상기 제어부(400)는 상기 전류측정기(420)의 측정값이 기설정된 값을 초과하는지를 판단한다. 여기서, 상기 제어부(400)가 상기 전류측정기(420)의 측정값이 기설정된 값을 초과하지 않는다고 판단하는 경우, 상기 워터펌프(320)를 작동시켜 상기 냉각수가 순환되도록 함으로써, 상기 펠티어부(200)의 온도를 감소시킨다. 또한, 상기 제어부(400)가 상기 전류측정기(420)의 측정값이 기설정된 값을 초과한다고 판단하는 경우, 오감을 통해 사용자가 인지할 수 있는 경보신호를 발생시키고, 상기 전류공급부(500)를 제어하여 상기 펠티어부(200)로 공급되는 전류 입력을 제어한다. 이를 통하여, 상기 펠티어부(200)의 가열을 방지하여 온도가 일정하게 유지되도록 하며, 가열 시 전류 입력에 문제가 있는지를 판단할 수 있도록 한다.

이하에서는, 본 발명의 냉각마취기에 적용되는 제어부의 온도제어회로 시스템에 대해 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

전류 입력제어의 경우, 종래에는 도 6의 (a)와 같이 오픈루프 시스템으로 피드백 제어를 적용하지 않고 시스템의 특성을 그대로 사용함에 따라 온도의 변화에 의해 능동적으로 제어되는 것이 불가능하다. 즉, 오픈 루프의 경우 시스템의 상태 변화에 대응되는 부분이 없기 때문에 외란(체온 등의 발열체)에 취약하여 상기 펠티어부(200)가 점점 가열됨에 따라 마취효과가 감소하게 되는 것이다. 또한, 도 6의 (b)를 참조하면, 전류 입력에 따른 온도값이 규칙적이지 않아 온도를 제어하기 어려운 문제점이 있다.

이에, 도 7의 (a)와 같이 펠티어 소자에 PI제어를 적용해 보았다. PI제어의 경우 P는 시스템의 응답성을 높이는 역할을 하고, I는 시스템의 정확성을 높이는 역할을 한다. 다만, 펠티어 시스템의 경우, 시스템의 방향성 면에서, 냉각만 있고 가열이 없기 때문에 단방향으로 설정되어, 일반적인 시스템 상의 I제어가 불가능하다는 문제가 있다. 즉, 도 7의 (b)와 같이 신체에 접촉하면 체온이 전달되어 펠티어 소자의 온도가 일정하지 않은 문제점이 있다.

따라서, 도 8의 (a)와 같이, 전류의 입력단에 PI 제어기를 추가하여 폐쇄루프제어 시스템을 적용함으로써, 도 8의 (b)와 같이 펠티어 소자의 제어 시 단점인 단방향성 특징을 양방향성으로 에뮬레이션함으로써, 펠티어 소자의 온도유지성능을 향상시킬 수 있다.

결과적으로, 본 발명의 냉각마취기는, 수랭 형태의 쿨링 시스템을 형성함으로써, 최대한의 잠열을 저장할 수 있고, 열 배출이 용이하며, 빠른 열교환(냉각) 속도로 펠티어 소자의 온도를 일정하게 유지할 수 있고, 냉각수의 양에 한계가 있으므로, 라디에이팅과 유속 펌핑을 통해 지속적인 열해소를 유도하여 효율을 향상시키며, 냉각수를 교체하지 않고 반영구적으로 활용할 수 있는 이점이 있다.

이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 신체접촉부
200 : 펠티어부
300 : 냉각부
310 : 제1워터블럭
320 : 워터펌프
321 : 인입라인
322 : 인출라인
330 : 관부
331 : 직선관
332 : 곡선관
340 : 제2워터블럭
350 : 방열판
360 : 쿨링팬
400 : 제어부
410 : 온도센서
420 : 전류측정기
500 : 전류공급부

Claims (5)

1. 신체접촉부;
   상기 신체접촉부의 일측에 구비되어, 상기 신체접촉부를 냉각시키는 펠티어부;
   상기 펠티어부의 일측에 구비되고, 냉각수의 유동에 따라 상기 펠티어부를 냉각시키는 냉각부; 및
   상기 냉각수의 유동을 제어하는 제어부;를 포함하고,
   마취 시, 상기 신체접촉부가 신체와 접촉되면서 체온에 의해 가열된 상기 펠티어부를 냉각함으로써, 상기 펠티어부의 온도가 일정하게 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 냉각 마취기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉각부는,
   상기 펠티어부에 인접하게 구비되고, 내부에 상기 냉각수가 유동할 수 있는 공간이 형성되는 제1워터블럭;
   상기 제1워터블럭과 연통되고, 상기 냉각수를 유동시키는 워터펌프;
   상기 워터펌프와 연통되는 관부;
   상기 관부와 연통되고, 내부에 상기 냉각수가 유동할 수 있는 공간이 형성되는 제2워터블럭; 및
   상기 제2워터블럭에 인접하게 구비되고, 상기 제2워터블럭의 열을 방출하는 방열판;을 포함하고,
   마취 시, 상기 신체접촉부가 신체와 접촉되면서 상기 펠티어부로 전달된 열은 상기 제1워터블럭 내부를 유동하는 상기 냉각수와 열교환되고, 상기 워터펌프에 의해 상기 냉각수가 순환되면서 방열되는 것을 특징으로 하는 냉각 마취기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 관부는,
   상기 워터펌프와 제2워터블럭을 연통시키는 직선관; 및
   상기 워터펌프와 제2워터블럭을 연통시키는 곡선관;을 포함하고,
   상기 곡선관은, 스프링 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각 마취기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 곡선관은, 구리 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각 마취기.
5. 제2항에 있어서,
   상기 냉각부는,
   상기 방열판에 인접하게 구비되고, 상기 방열판을 냉각시키는 쿨링팬;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 마취기.