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KR20060019762A - 온열 및 냉열 매트 - Google Patents

온열 및 냉열 매트 Download PDF

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Abstract

온도 제어기와; 온도 제어기에 접속되어 구동되는 전기장치와; 전기장치를 지지하고 매트커버 내에 설치되는 코어와; 코어를 둘러싸고 매트 상면에 쿠션 및 질감을 부여하는 매트 커버를 구비하고; 매트코어는 열전 소자의 상하면으로 각각 방출되는 온열과 냉열을 차단하는 단열재 이고; 상기 코어는 열전소자 조립체를 배열하고 매트의 형태로 지지하는 코어 이고; 상기 코어의 상면과 하면에 각각 설치되고 열전소자 조립체에 접속되어 온열 또는 냉열을 코어 외층에서 확산하는 열 확산시트재를 포함하여 구성한 냉열 및 온열 매트이다. 본 발명에 의하면 취침용, 휴식용, 치료용 매트로서 열전소자를 이용한 온열 및 냉열 기능을 발휘하고; 냉열 및 온열의 확산이 잘되고; 매트 일면의 냉열 또는 온열과 매트 타면의 온열 또는 냉열의 합류를 매트코어가 차단하여 매트 상면에서 온열 또는 냉열일 이용할 수 있고; 매트의 양면에 열 확산 시트를 포함하고; 열확산 시트가 전자파 실드로 겸용되고; 열전소자 조립체로서 열전소자와 매트코어의 조립한 냉열 및 온열 매트를 제공한다.

Description

온열 및 냉열 매트 {Warm and Cool mat}
도1a, 도1b는 열전소자의 구조도
도2는 본 발명 매트의 제어 회로도
도3은 본 발명 매트의 실시 예 평면 구성도
도4는 본 발명 열전소자 설치상태 확대 단면도
도5는 온도 제어기 예시도
<도면 주요부호의 설명>
11은 온도 제어기; 21은 매트코어; 31은 매트 커버; 42는 열전소자; 41은 열전소자 조립체; 51,52는 열 확산시트; 12는 전원부; 13은 스위칭부; 14는 플러그; 14a는 AC코드; 13은 스위칭부; 15a는 플렉케이블; 15는 커플러; 16은 선택 다이얼; 17은 온도 센서;
본 발명은 열전소자를 이용한 온열 및 냉열 매트를 제공하려는 것이다.
종래의 온열 매트는 쿠션체의 상부에 발열 시트를 겹치고 발열 시트에 발열체 와이어를 설치하여 제조되는 것으로 발열체에 의한 가열을 할 수 있으나 냉각 기능을 기대 할 수 없는 것이었다.
냉각 기능을 가지는 소자로 열전소자가 여러 분야에서 이용되고 있다. 열전소자의 이용분야를 살펴보면 가정용으로 냉,온정수기. 자판기. 제습기. PC 의 CPU 쿨러, 차량용 냉장고; 산업용으로 공작기계 기판 냉각기, 분전반 냉각기, 열량계; 항공용으로 블랙박스 냉각장치, 항공전자제어장치의 냉각설비; 우주용으로 발전기, 발열기, 냉각기, 군사용으로 적외선탐지기, 미사일 유도용 회로 냉각기; 연구용으로 각종 실험기기, 항온조, 항온가열기, 냉각용 기기; 의료용으로 항온조, 혈액보관기, 발열기 등에 서용되고 있다.
이러한 열전소자(Thermoelectric module)는 도1(가)(나)와 같이 N, P형 열전쌍(Thermo couple)을 전기적으로는 직렬로 열적으로는 병렬이 되도록 연결한 모듈이다. 직류 전류를 흘렸을 때는 열전효과에 의해서 모듈의 양면에 온도차가 발생하게 된다. 이는 일반적으로 Peltier 현상에 의해 나타나는 냉각효과를 이용하는 고체식 힛펌프(solid state heat pump)를 말한다.
열전소자의 특성은 구동하는 직류전원은 안정되어야 한다. 전원의 잔물결파장(Ripple)은 열전소자의 효율을 감소시킨다. 열전소자 접촉면의 평활도는 0.0025 cm 이내로 한다. 열전소자의 열 방출면에 열전도체를 접속하려면 방열콤파운드나 방열그리스를 도포하여 열전달 효율을 최대화 시켜야 한다. 열전소자를 수열장치에 스크류로 부착하고자 할 때 발열 편중이 발생하지 않도록 부착 압력을 균일하게 분배해야 한다. 실 예로 네 모서리에 토오크렌치를 사용하여 350 psi 이하로 균일한 압력으로 밀착시킨다. 또한 힘의 구배가 생기지 않도록 열전소자로부터 부착나 사가 위치하는 거리는 0.63 cm를 넘어야 한다. 피복형 열전소자는 과냉각으로 인한 성에가 생겨 단전을 방지하기 위해 실리콘이나 고무를 N, P 입자가 노출된 열전소자의 측면에 균일하게 도포한 열전소자이다. 경제성을 고려하지 않는 다면 열전소자는 대상물을 -30℃에서 180℃로 제어 할 수 있다.
본 발명에서 온열이라 함은 인체의 체온을 기준으로 인체를 덥혀 주는 36~80℃의 따뜻한 온도대 열로 정의한다. 본 발명에서 냉열이라 함은 인체의 체온을 기준으로 인체의 열을 식혀주는 10~35℃의 시원한 온도대 열로 정의한다. 본 발명은 취침용, 휴식용, 치료용 매트로서 열전소자를 이용한 온열 및 냉열 기능을 발휘하는 매트를 제공하려는 것이다. 본 발명은 냉열 및 온열의 확산이 잘되는 냉열 및 온열 매트를 제공하려는 것이다. 본 발명은 매트 일면의 맹열 또는 온열과 매트 타면의 온열 또는 냉열의 합류를 매트코어가 차단하여 매트 상면에서 온열 또는 냉열일 이용할 수 있는 내열 및 온열 매트를 제공하려는 것이다. 본 발명은 매트의 양면에 열 확산 시트를 포함하는 냉열 및 온열 매트를 제공하려는 것이다. 본 발명은 열확산 시트가 전자파 실드로 겸용되는 냉열 및 온열 매트를 제공하려는 것이다. 본 발명은 열전소자 조립체로서 열전소자와 매트코어의 조립함에 특징인 냉열 및 온열 매트를 제공하려는 것이다.
본 발명은 냉열 및 온열 매트는 온도 제어기(11)와; 온도 제어기(11)에 접속되어 구동되는 전기장치와; 전기장치를 지지하고 매트커버 내에 설치되는 코어(21)와; 코어를 둘러싸고 매트 상면에 쿠션 및 질감을 부여하는 매트 커버(31)를 구비하는 것에 있어서,
열전소자(42)를 배열 지지하고, 열전소자(42)의 상하면으로 각각 방출되는 온열과 냉열을 차단하도록 단열 특성을 보이는 매트코어(21)와; 매트코어(21)에 배열 설치되는 열전소자(42)와; 매트코어(21)의 상면과 하면에 각각 설치되고 열전소자(42)의 온열 또는 냉열을 매트코어 외층에서 확산하는 열 확산시트(51,52)를 포함하여 구성하는 냉열 및 온열 매트이다.
본 발명 상기 실시 예 매트 커버(31)는 표면지(32) 쿠션재(33) 및 내면지(34)로 되는 누비 쿠션 상면재와; 이면지(35)와 표면지(36)로 되는 저면재와; 지퍼(37)를 구비하고 상면재와 저면재에 연결된 측면지(38)를 구비한다.
본 발명 상기 냉열 및 온열 매트코어(21)는 스펀지 판, 압축 솜 시트, 합성수지 단열 발포체, 경질 단열판재 중 어느 하나이다.
본 발명 실시 예 냉열 및 온열 매트는 열전소자 조립체(41)로서 열전소자(42)와 매트코어(21)를 조립하였다. 자세히 매트코어(21)에 포함시킨 열전소자(42) 설치구멍(22)과; 설치구멍에 삽입된 열전소자(42)와; 열전소자(42)의 상하면에 부착된 방열판(43,44)과; 코어(21)를 관통하고 상하 방열판(43,44)을 연결하는 조립수단(45)으로 열전소자(42)을 매트코어(21)에 조립 하였다. 이 구성에서 열전소자(41)의 상면으로 방출되는 냉열 또는 온열은 방열판(43)에서 일차 확산되고, 열 확산시트(51)에서 2차 확산이 이루어진다. 마찬가지로 열전소자(22)의 저면으로 방출되는 온열 또는 냉열은 방열판(44)에서 일차 확산이 이루어지고, 열확산 시트(52)에서 이차 확산이 이루어진다.
상기 구성에서 방열판(43,44)은 열의 일차 확산 작용 외에도 열전소자(42)을 안정하게 보호하고, 매트코어(21)에서 열전소자(42)가 이탈되지 않게 지지한다.
본 발명 냉열 및 온열 매트의 열 확산시트(51,52)는 알루미늄 박판, 동 박판, 열전도 금속 층을 포함하는 플라스틱 필름, 합성수지 코팅피막을 코팅한 금속 박판 및 두께 0.2~2mm인 경질 금속판(알루미늄을 포함) 중의 어느 하나이다. 열 확산시트(51,52)는 열전소자의 양면 방출 열을 매트코어 상하 표면으로 확산 시키며, 후술하는 접지회로에 접속시킴으로 발열체와 리드선으로 부터 방사되는 전자파를 실드하여 접지에 바이패스한다. .
상기 열전소자(42)에 구동전류가 공급되면 공급전류의 극성에 따라 일면에서 열을 방출하고 일면에서 열을 흡수하므로 열 방출면은 온열 공급이 이루어지고 열 흡수면은 냉열 공급이 이루어진다. 열전소자(42)의 상면에서 열을 흡수하는 경우 냉열은 상부 열 확산시트(51)에서 매트의 상면으로 확산되고 온열은 저부 열확산시트(52)에서 매트의 저면으로 확산된다. 매트의 상하면에 냉열과 온열이 공급되지만 매트코어(21)는 단열재 이므로 매트 상부에서 냉열을 이용 할 수 있는 것이다. 이와 반대로 온열을 이용하는 경우 매트의 상면에서 온열의 확산이 이루어지고 매트의 저면에서 냉열이 확산되며, 매트코어(21)가 단열재 이므로 매트 상부에서 온열을 이용 할 수 있는 것이다.
본 발명 상기 온도 제어기(11)는 제어부(10)와 전원부(12)와 스위칭부(13)를 포함하고; 전원부(12)는 플러그(14)와 AC코드(14a)를 통해 AC 상용 전원을 공급받고; 전원부(12)는 교류를 직류로 정류하고 안정화 하여 제어부(10)에 소정 전압의 구동전류(DC1)를 공급하고; 전원부(12)는 직류로 정류된 전류(DC2)를 소정 전압으로 스위칭부(13)에 공급하고; 스위칭부(13)는 제어신호 c에 응답하여, 제어된 전류 극성과 구동 시간으로 플렉케이블(15a) 및 커플러(15)를 통해 열전소자(42)에 구동 전류(DC2)를 공급하고; 온도 제어부(10)에 구동 개폐신호와 냉열 온도 및 온열 온도 설정신호 s를 설정하여 지시하기 위한 온도선택 선택 다이얼(16)을 제어기(11)에 포함시키고; 플렉케이블(15a)에 포함시킨 신호선을 통해 매트의 온도 t 를 검출하기 위한 온도 센서(17)를 제어부(10)에 접속하고; 열 확산시트(51,52)에 접속하고 플렉케이블(15a)에 포함시킨 접지선을 AC코드의 접지요소에 접속하는 접지회로 G 를 온도 제어기(11)에 포함하여 구성한다.
상기 제어부(10)는 개폐 스위치상태와 설정온도와 온도 센서 상태를 검출하고 내장 프로그램 제어에 따라 산출된 제어신호로 스위칭부(13)를 제어한다. 제어의 내용은 공급전류의 극성과 구동시간 제어이다. 냉열 또는 온열의 제어는 전류의 구동전류의 극성 절환에 의한다. 설정온도의 제어는 온도 센서(17)에서 매트 온도를 검출하고 설정온도와 비교하여 열전소자 구동시간을 스위칭 하는 제어이다. 상기 온도제어기(11)는 접지회로를 통해 매트코어(21) 상하면을 커버하는 열 확산시트(51,52)를 접지하여 전자파를 접지로 방출한다.
상기와 같이 본 발명은 취침용, 휴식용, 치료용 매트로서 열전소자를 이용한 온열 및 냉열 기능을 발휘하고; 냉열 및 온열의 확산이 잘되고; 매트 일면의 냉열 또는 온열과 매트 타면의 온열 또는 냉열의 합류를 매트코어가 차단하여 매트 상면에서 온열 또는 냉열일 이용할 수 있고; 매트의 양면에 열 확산 시트를 포함하고; 열확산 시트가 전자파 실드로 겸용되고; 열전소자 조립체로서 열전소자와 매트코어의 조립함에 특징인 냉열 및 온열 매트를 제공한다.

Claims (4)

  1. 온도 제어기와; 온도 제어기에 접속되어 구동되는 전기장치와; 전기장치를 지지하고 매트커버 내에 설치되는 매트코어와; 매트코어를 둘러싸고 매트 상면에 쿠션 및 질감을 부여하는 매트 커버를 구비하는 것에 있어서,
    열전소자를 배열 지지하고, 열전소자의 상하면으로 각각 방출되는 온열과 냉열을 차단하도록 단열 특성을 구비한 매트코어와; 매트코어에 배열 설치되는 열전소자와; 매트코어의 상면과 하면에 각각 설치되고 열전소자의 온열 또는 냉열을 매트코어 외층에서 확산하는 열 확산시트를 포함하여 구성한 냉열 및 온열 매트.
  2. 제1항에 있어서, 매트코어에 설치한 열전소자 설치구멍과; 설치구멍에 삽입된 열전소자와; 열전소자의 상하면에 부착된 방열판과; 코어를 관통하고 상하 방열판을 연결하는 조립수단을 더 구성하여 되는 냉열 및 온열 매트.
  3. 제1항에 있어서, 열 확산시트는 알루미늄 박판, 동 박판, 열전도 금속층을 포함하는 플라스틱 필름, 합성수지 코팅피막을 코팅한 금속 박판 및 경질 금속판 중의 어느 하나인 냉열 및 온열 매트.
  4. 제1항에 있어서, 매트코어는 스펀지 판, 압축 솜 시트, 합성수지 단열 발포체, 경질 단열판재 중 어느 하나인 냉열 및 온열 매트.
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