KR102186987B1 - 열전소자를 이용한 냉온 에어매트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전소자를 이용한 냉온 에어매트에 관한 것으로서, 필요에 따라 공기를 제거하여 간편하게 보관과 세척 및 운반 작업을 할 수 있으며 냉풍 또는 온풍이 에어메트 내부에서 순환하도록 하여 냉각 또는 보온 효과를 얻을 수 있도록 하기 위하여 개발된 것으로;
내부에 공기가 순환할 수 있는 공기순환로를 구비하는 매트와, 내부에서 공기를 가열 또는 냉각하도록 하여 상기 매트의 일측에서 공기를 주입하면 매트의 내부에서 공기가 순환된 후 배출되도록 하는 제어장치로 구성되는 냉온 에어매트에 있어서;
상기 매트의 공기순환로는 일측 끝단에서 길게 연장되는 주입 매니폴드부와, 상기 주입 매니폴드부와 수직방향으로 일정 간격 연결되어 매트의 내측 상부를 따라 연장되는 복수 개의 주입 공기순환로와, 상기 주입 공기순환로의 끝단에서 180도 반전하여 상기 매트의 내측 하부를 따라 연장되는 복수 개의 배출 공기순환로와, 상기 주입 매니폴드부와 평행하게 연장되어 복수 개의 배출 공기순환로와 연결되는 배출 매니폴드부를 포함하여 구성되고;
상기 제어장치는 내부에 격벽에 의하여 두 개의 공간으로 구분된 열교환부와, 상기 열교환부의 격벽에 장착되어 두 면이 각각 열교환부의 서로 다른 공간에 노출되고 전원이 인가되면 일면은 발열하며 타측면은 냉각되며 발열면과 냉각면에는 각각 복수 개의 열교환핀이 장착되는 열전소자와, 두 개의 열교환부 중 하나에 설치되며 송풍팬에 의하여 공기가 열교환핀을 거친 후 외부로 관통하여 상기 주입 매니폴드부에 공기를 주입하도록 하고 배출 매니폴드부에서 배출되는 공기가 다시 송풍팬을 거치도록 하는 냉온풍 공급로와, 다른 열교환부에서는 외부 공기가 유입되어 열교환핀을 거친 후 배출팬에 의하여 외부로 배출하도록 하는 공기배출로와, 내장되는 센서와 설정된 입력치에 의하여 상기 열전소자와 송풍팬과 배출팬을 제어하는 전원제어부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 냉온 에어매트에 관한 것이다.

Description

열전소자를 이용한 냉온 에어매트{The hot and cold air-mattress using thermo electric element}

본 발명은 열전소자를 이용한 냉온 에어매트에 관한 것으로서, 좀더 상세하게 설명하면 필요에 따라 공기를 제거하여 간편하게 보관과 세척 및 운반 작업을 할 수 있으며 냉풍 또는 온풍이 에어메트 내부에서 순환하도록 하여 냉각 또는 보온 효과를 얻을 수 있도록 하기 위하여 개발된 열전소자를 이용한 냉온 에어매트에 관한 것이다.

전세계 다양한 문화권 중에서 바닥난방을 하는 것은 한민족 대한민국이 거의 유일하다고 할 수 있으며 이러한 전통은 온돌을 시공하는 전통가옥이 아닌 일반 주택이나 아파트에서도 바닥난방을 하고 있다.

하지만 다양한 문물과 생활환경의 변화에 의하여 입식문화가 어색하지 않게 되었으며 특히 잠자리에서는 침대를 사용하는 경우가 많으나 온돌에 익숙한 사람들에게는 따뜻한 바닥을 원하게 되어 온도조절가능한 침대 또는 매트가 등장하게 되었다.

이 경우 바닥난방보다 취침시에는 일부단 가열하게 되는 것으로 동일한 조건이라면 상대적으로 난방비를 줄일 수 있는 장점이 있어 특히 장년과 노년층에게 많은 수요가 있다.

발열을 하는 기본 구조는 열선을 이용하여 직접 가온하는 방법이 가장 많이 사용되고 있으나 구조가 간편하고 온도조절이 용이한데 반하여 열선이 끊어지는 경우가 많고 전자파에 대한 우려가 있으며 화재의 위험이 있는 문제점이 있다.

반면 물을 가열하여 난방을 할 수 있도록 하는 온수매트는 물이 보충 및 소독에 따른 번거러움이 있으나 전자파의 우려가 없고 최근에는 냉각할 수 있는 구성을 추가하여 사계절 사용할 수 있는 제품도 판매되고 있다.

하지만 이러한 열선과 물 등의 매질을 이용한 매트의 경우 접는 것이 불가능하거나 제한되어 있어 사용하지 않을 때 보관과 이동이 곤란하고, 세척이 어려운 단점이 있었다.

대한민국특허등록 제10-0726095-0000호 (2007년06월01일) 대한민국특허등록 제10-0997528-0000호 (2010년11월24일) 대한민국특허등록 제10-1071367-0000호 (2011년09월30일) 대한민국특허등록 제10-1406790-0000호 (2014년06월05일)

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 그 목적은 전자파 발생원이 되면서 반복되는 접는 힘에 쉽게 끊어지는 열선이나 중량이 무거운 물을 이용하지 않고 공기를 이용하여 매트 내부의 온도를 조절할 수 있도록 하는 열전소자를 이용한 냉온 에어매트를 개발하는 것에 있다.

또한, 공기의 통로가 사용자의 체중에 의한 압력에 눌려 공기의 흐름이 방해받지 않도록 하는 열전소자를 이용한 에어매트를 개발하는 것에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 내부에 공기가 순환할 수 있는 공기순환로를 구비하는 매트와, 내부에서 공기를 가열 또는 냉각하도록 하여 상기 매트의 일측에서 공기를 주입하면 매트의 내부에서 공기가 순환된 후 배출되도록 하는 제어장치로 구성되는 냉온 에어매트에 있어서;

상기 매트의 공기순환로는 일측 끝단에서 길게 연장되는 주입 매니폴드부와, 상기 주입 매니폴드부와 수직방향으로 일정 간격 연결되어 매트의 내측 상부를 따라 연장되는 복수 개의 주입 공기순환로와, 상기 주입 공기순환로의 끝단에서 180도 반전하여 상기 매트의 내측 하부를 따라 연장되는 복수 개의 배출 공기순환로와, 상기 주입 매니폴드부와 평행하게 연장되어 복수 개의 배출 공기순환로와 연결되는 배출 매니폴드부를 포함하여 구성되고;

상기 제어장치는 내부에 격벽에 의하여 두 개의 공간으로 구분된 열교환부와, 상기 열교환부의 격벽에 장착되어 두 면이 각각 열교환부의 서로 다른 공간에 노출되고 전원이 인가되면 일면은 발열하며 타측면은 냉각되며 발열면과 냉각면에는 각각 복수 개의 열교환핀이 장착되는 열전소자와, 두 개의 열교환부 중 하나에 설치되며 송풍팬에 의하여 공기가 열교환핀을 거친 후 외부로 관통하여 상기 주입 매니폴드부에 공기를 주입하도록 하고 배출 매니폴드부에서 배출되는 공기가 다시 송풍팬을 거치도록 하는 냉온풍 공급로와, 다른 열교환부에서는 외부 공기가 유입되어 열교환핀을 거친 후 배출팬에 의하여 외부로 배출하도록 하는 공기배출로와, 내장되는 센서와 설정된 입력치에 의하여 상기 열전소자와 송풍팬과 배출팬을 제어하는 전원제어부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

아울러, 상기 냉온풍 공급로에는 송풍팬에 도달하기 전에 형성되는 3상밸브와, 상기 3상밸브의 작동에 의하여 외부의 공기가 유입되도록 하는 외부공기 유입로를 추가로 구비함을 특징으로 한다.

또한, 상기 매트의 배출 공기순환로는 상부가 볼록한 반원형의 단면으로 연속적으로 형성되어 이루어지고, 상기 주입 공기순환로는 상부의 커버부재와 인접한 두 개의 배출 공기순환로를 형성하는 외면 사이에 형성됨을 특징으로 한다.

아울러, 상기 매트는 하부에는 별도의 공기주입구를 이용하여 공기를 충진하고 뺄수 있는 에어충진부가 형성되고, 상기 에어충진부을 이루는 상부의 시트 상면이 인접한 상면과 융착되는 융착부에 의하여 물방울 단면의 배출 공기순환로가 형성되며, 상기 주입 공기순환로는 상단의 커버부재와 돌출 형성되는 인접한 두 개의 에어충진부의 외면 사이에 형성됨을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 열전소자에 의하여 가열 또는 냉각된 공기를 매트에 주입하고 매트 내부에서 순환한 공기는 배출되어 다시 열전소자에 의하여 가열 또는 냉각되도록 하는 밀폐 순환식으로 설정 온도 도달이 빠르면서 사용하지 않을 경우 공기를 빼고 세척하거나 용이하게 접어 보관 및 이동이 편리한 효과가 있다.

또한, 별도로 공기를 주입하여 매트의 형상을 유지하도록 하는 에어셀이 형성되어 사용자의 체중에도 가열 또는 냉각된 공기가 지나가는 에어공급로가 가압되는 것을 최소화하여 공기의 순환이 용이해지고 사용자가 밀착한 부분에서 가열 또는 냉각 효과가 떨어지는 것을 방지하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 개념도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어장치를 나타낸 개념도
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 부분단면도
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 부분단면도

이에 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의하여 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 개념도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어장치를 나타낸 개념도로서, 내부에 공기가 순환할 수 있는 공기순환로(11)를 구비하는 매트(1)와, 내부에서 공기를 가열 또는 냉각하도록 하여 상기 매트(1)의 일측에서 공기를 주입하면 매트(1)의 내부에서 공기가 순환된 후 배출되도록 하는 제어장치(2)로 구성되는 냉온 에어매트에 있어서;

상기 매트(1)의 공기순환로(11)는 일측 끝단에서 길게 연장되는 주입 매니폴드부(111)와, 상기 주입 매니폴드부(111)와 수직방향으로 일정 간격 연결되어 매트(1)의 내측 상부를 따라 연장되는 복수 개의 주입 공기순환로(112)와, 상기 주입 공기순환로(112)의 끝단에서 180도 반전하여 상기 매트(1)의 내측 하부를 따라 연장되는 복수 개의 배출 공기순환로(113)와, 상기 주입 매니폴드부(111)와 평행하게 연장되어 복수 개의 배출 공기순환로(113)와 연결되는 배출 매니폴드부(114)를 포함하여 구성되고;

상기 제어장치(2)는 내부에 격벽(211)에 의하여 두 개의 공간으로 구분된 열교환부(21)와, 상기 열교환부(21)의 격벽(211)에 장착되어 두 면이 각각 열교환부(21)의 서로 다른 공간에 노출되고 전원이 인가되면 일면은 발열하며 타측면은 냉각되며 발열면과 냉각면에는 각각 복수 개의 열교환핀(221)이 장착되는 열전소자(22)와, 두 개의 열교환부(21) 중 하나에 설치되며 송풍팬(231)에 의하여 공기가 열교환핀(221)을 거친 후 외부로 관통하여 상기 주입 매니폴드부(111)에 공기를 주입하도록 하고 배출 매니폴드부(114)에서 배출되는 공기가 다시 송풍팬(231)을 거치도록 하는 냉온풍 공급로(23)와, 다른 열교환부(21)에서는 외부 공기가 유입되어 열교환핀(221)을 거친 후 배출팬(241)에 의하여 외부로 배출하도록 하는 공기배출로(24)와, 내장되는 센서와 설정된 입력치에 의하여 상기 열전소자(22)와 송풍팬(231)과 배출팬(241)을 제어하는 전원제어부(25)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 냉온 에어매트를 나타내었다.

본원은 기존의 물이나 열선 등을 사용하는 것이 아니라 열전소자(22)를 이용하고 매질을 공기로 하여 겨울철과 여름철에 동시에 사용이 가능하도록 하고 사용하지 않을 경우에는 공기를 뺄 수 있도록 하여 보관과 이동성이 뛰어난 효과가 있다.

이를 위하여 본원의 매트(11)는 가열 또는 냉각된 공기는 주입 매니폴드부(111)를 통하여 주입 공기순환로(112)와 배출 공기순환로(113)를 거쳐 배출 매니폴드부(114)에 모여 다시 제어장치(2)로 들어가는 밀폐구조 즉 외부로 공기를 배출하거나 외부에서 공기가 유입되지 않는 구조를 가지도록 하여 사용자의 무게에도 매트(1)가 필요이상으로 찌그러져 공기의 순환을 방해하는 것을 방지하도록 하는 구조이다.

이때 본원은 상기 냉온풍 공급로(23)에는 송풍팬(231)에 도달하기 전에 형성되는 3상밸브(232)와, 상기 3상밸브(232)의 작동에 의하여 외부의 공기가 유입되도록 하는 외부공기 유입로(233)를 추가로 구비함을 특징으로 하는 실시 예를 추가로 제시하여 필요에 따라 공기를 추가로 주입하거나 배출하도록 하는 구조를 제시하였다.

또한 본 발명에서 열전소자(22)는 전원이 인가되면 일면은 발열하고 타측면은 냉각되는 소자로서 발열된 부분의 열을 이용할 경우에 반대편의 냉각은 외기와 통하는 곳만 있으면 차가운 공기는 자연스럽게 배출되지만 전극을 반대극성으로 하여 냉각된 냉열을 이용할 경우에는 도시된 도면에서 하부의 열이 제어장치(2)에 영향을 줄 수 있으므로 배출팬(241)을 구비하는 공기배출로(24)를 구비하여 방열하도록 함이 바람직하며, 이때 열교환부(21)의 소재는 단열소재로 제작하도록 함이 바람직하다.

또한 전원제어부(25)는 외부에서 전원을 연결할 수도 있지만 별도의 배터리를 내장하도록 하면 유행하고 있는 캠핑문화에서도 유용하게 사용할 수 있는 방안이 될 것이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 부분단면도로서, 상기 매트(1)의 배출 공기순환로(113)는 상부가 볼록한 반원형의 단면으로 연속적으로 형성되어 이루어지고, 상기 주입 공기순환로(112)는 상부의 커버부재와 인접한 두 개의 배출 공기순환로(113)를 형성하는 외면 사이에 형성됨을 특징으로 하는 실시 예를 나타내었다.

이러한 구조의 특징은 주입 공기순환로(112)가 최대한 매트(1)의 상면에 밀착하여 빠른 온도변화를 가질 수 있도록 하며, 하부의 배출 공기순환로(113)는 사용자의 몸무게에 의한 수직 압력에도 쉽게 찌그러지지 않는 형상을 가지도록 하는 것이다.

또한 주입 공기순환로(112)가 단면이 작고 배출 공기순환로(113)의 단면이 크게 되면 주입 공기순환로(112)의 유속이 빨라지 빠른 열전달 효과를 얻을 수 있도록 하는 것이다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 부분단면도로서, 상기 매트(1)는 하부에는 별도의 공기주입구를 이용하여 공기를 충진하고 뺄수 있는 에어충진부(116)가 형성되고, 상기 에어충진부(116)을 이루는 상부의 시트(115) 상면이 인접한 상면과 융착되는 융착부(117)에 의하여 물방울 단면의 배출 공기순환로(113)가 형성되며, 상기 주입 공기순환로(112)는 상단의 커버부재와 돌출 형성되는 인접한 두 개의 에어충진부(116)의 외면 사이에 형성됨을 특징으로 하는 실시 예를 나타내었다.

상기 실시 예는 공기가 순환하지 않고 충진되어 형상을 유지하도록 하는 에어충진부(116)를 형성하고 사용자의 신체에 쉽게 눌려지지 않는 형상에 주입 공기순환로(112)를 형성하도록 하여 가열 또는 냉각 효과를 얻을 수 있도록 하는 것이다.

또한 배출 공기순환로(113)는 최대한의 면적으로 공기가 순환하지 않는 에어 충진부(116)와 밀착 열교환이 이루어질 수 있도록 하는 구조를 가지도록 하여 매트(1) 전체의 온도가 상승 또는 하강하도록 하는 구조를 가진다.

1 : 매트
11 : 공기순환로(미도시)
111 : 주입 매니폴드부 112 : 주입 공기순환로
113 : 배출 공기순환로 114 : 배출 매니폴드부
115 : 시트 116 : 에어충진부
117 : 융착부
2 : 제어장치
21 : 열교환부
211 : 격벽
22 : 열전소자
221 : 열교환핀
23 : 냉온풍 공급로
231 : 송풍팬 232 : 3상밸브
233 : 외부공기 유입로
24 : 공기배출로
241 : 배출팬
25 : 전원제어부

Claims (4)

1. 내부에 공기가 순환할 수 있는 공기순환로(11)를 구비하는 매트(1)와, 내부에서 공기를 가열 또는 냉각하도록 하여 상기 매트(1)의 일측에서 공기를 주입하면 매트(1)의 내부에서 공기가 순환된 후 배출되도록 하는 제어장치(2)로 구성되고, 상기 매트(1)의 공기순환로(11)는 일측 끝단에서 길게 연장되는 주입 매니폴드부(111)와, 상기 주입 매니폴드부(111)와 수직방향으로 일정 간격 연결되어 매트(1)의 내측 상부를 따라 연장되는 복수 개의 주입 공기순환로(112)와, 상기 주입 공기순환로(112)의 끝단에서 180도 반전하여 상기 매트(1)의 내측 하부를 따라 연장되는 복수 개의 배출 공기순환로(113)와, 상기 주입 매니폴드부(111)와 평행하게 연장되어 복수 개의 배출 공기순환로(113)와 연결되는 배출 매니폴드부(114)를 포함하여 구성되고; 상기 제어장치(2)는 내부에 격벽(211)에 의하여 두 개의 공간으로 구분된 열교환부(21)와, 상기 열교환부(21)의 격벽(211)에 장착되어 두 면이 각각 열교환부(21)의 서로 다른 공간에 노출되고 전원이 인가되면 일면은 발열하며 타측면은 냉각되며 발열면과 냉각면에는 각각 복수 개의 열교환핀(221)이 장착되는 열전소자(22)와, 두 개의 열교환부(21) 중 하나에 설치되며 송풍팬(231)에 의하여 공기가 열교환핀(221)을 거친 후 외부로 관통하여 상기 주입 매니폴드부(111)에 공기를 주입하도록 하고 배출 매니폴드부(114)에서 배출되는 공기가 다시 송풍팬(231)을 거치도록 하는 냉온풍 공급로(23)와, 다른 열교환부(21)에서는 외부 공기가 유입되어 열교환핀(221)을 거친 후 배출팬(241)에 의하여 외부로 배출하도록 하는 공기배출로(24)와, 내장되는 센서와 설정된 입력치에 의하여 상기 열전소자(22)와 송풍팬(231)과 배출팬(241)을 제어하는 전원제어부(25)를 포함하고, 상기 냉온풍 공급로(23)에는 송풍팬(231)에 도달하기 전에 형성되는 3상밸브(232)와, 상기 3상밸브(232)의 작동에 의하여 외부의 공기가 유입되도록 하는 외부공기 유입로(233)를 추가로 구비하는 열전소자를 이용한 냉온 에어매트에 있어서,
   상기 매트(1)는 하부에는 별도의 공기주입구를 이용하여 공기를 충진하고 뺄수 있는 에어충진부(116)가 형성되고, 상기 에어충진부(116)을 이루는 상부의 시트(115) 상면이 인접한 상면과 융착되는 융착부(117)에 의하여 물방울 단면의 배출 공기순환로(113)가 형성되며, 상기 주입 공기순환로(112)는 상단의 커버부재와 돌출 형성되는 인접한 두 개의 에어충진부(116)의 외면 사이에 형성됨을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 냉온 에어매트.
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