WO2011108816A2 - 교체가능한 매체를 이용한 휴대용 냉온 마사지 장치 - Google Patents

교체가능한 매체를 이용한 휴대용 냉온 마사지 장치 Download PDF

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WO2011108816A2
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heat storage
cold
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conversion element
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유기만
박창한
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주식회사유연플러스
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Definitions

  • the present invention relates to a portable cold massage device, and more particularly, to a portable cold massage device, in which the first noise and vibration are removed, the second volume is reduced, and the power consumption is reduced, thereby increasing mobility.
  • FIG. 1 is a view showing a conventional portable cold massage device
  • Figure 2 is a structural diagram of FIG.
  • the portable cold massage device 1 of FIGS. 1 and 2 includes a contact head 2, a Peltier element 3, a heat sink 4, a housing 5, a heat radiating fan 6 and a motor 7.
  • the air vent 8 is formed in the housing 5.
  • the Peltier element 3 is an element that absorbs or dissipates heat using electrical energy. Therefore, when the Peltier element 3 is provided in contact with the back of the contact head, it is possible to absorb heat from the skin in contact with the contact head (cold massage function) or radiate heat to the skin (on massage function). That is, the user operates the Peltier element through a separately installed driving unit, and heats the user's skin by bringing the contact head 2 into contact with the user's skin (on massage function) or extracts heat from the user's skin ( Cold massage function).
  • the heat absorbed through the Peltier element is discharged to the outside through the heat radiating fan 6 and the air vent 8. This is because if the heat remains inside the massage device, the endothermic function, that is, the cold massage function, is reduced.
  • the noise and vibration is severe.
  • the cold massage device of Figure 1 has to emit heat to the outside by rotating the heat radiating fan, the heat radiating fan structurally generates noise and is driven by a motor, thereby generating noise and vibration.
  • Such noise and vibration have a problem that the discomfort is further increased because the device is used in contact with the skin as well as discomfort to the user.
  • the device is a beauty-related device, the user is mostly a woman sensitive to the touch and a portable device, the problems of such noise and vibration can be regarded as serious.
  • the power consumption is large.
  • Conventional massage apparatus requires a motor to rotate the heat radiating fan and the motor requires a separate power consumption.
  • this device is a portable device, it is inevitable to use a portable power source, which increases the cost of using power as well as the inconvenience of frequently replacing a battery or using a large capacity battery.
  • the power standard and current standard of the power supply unit increase, so that the corresponding electrical safety standard is strictly regulated, which increases the unit price of the component and the price of the product.
  • the volume of the device becomes large.
  • the heat dissipation method of this apparatus is blowing. Therefore, since the space for the heat dissipation fan 6 to rotate, the space occupied by the motor, and enough space for the air flow to be made smoothly is required, the size of the device is inevitably increased. Considering that the device is used as a portable device, the volume of the device greatly affects consumer choice and convenience of use, and seriously does not have a feature that minimizes the minimization as a portable device.
  • the present invention has been made to solve the above problems, the object of the present invention is to reduce noise and vibration to reduce the user's discomfort, power consumption, volume is reduced, and further cold and hot efficiency This is to provide an improved portable cold and massage device.
  • thermoelectric as a convex plate-like member
  • a contact head 10 formed of a highly conductive material
  • a panel-shaped member formed of a Peltier element that provides heat generation and endothermic function by using electrical energy, and is a cold-temperature conversion element that generates heat to the contact head or absorbs heat from the contact head by contacting a rear surface of the contact head.
  • a bulk member formed of a thermally conductive material and having an empty cavity-like heat storage cavity 42 formed in the center thereof, which is in contact with the rear surface of the cold / heat conversion element 20 and absorbs heat by the cold / heat conversion element 20.
  • a first heat storage unit 40 for discharging the heat to the outside;
  • a box-shaped member having a hollow center formed of a thermally conductive material and inserted into the heat storage cavity 42 while being in contact with an inner surface of the heat storage cavity 42 of the first heat storage unit 40.
  • the heat storage medium w which is a thermally conductive and replaceable medium, is stored, and the heat absorbed by the first heat storage unit is absorbed and moved to the heat storage medium w included in the second heat storage unit, thereby providing the heat storage medium w.
  • the first heat accumulator 40 is characterized in that the volume of the contact heat accumulator 44 which is a portion facing the cold conversion element side is larger than the volume of the heat storage cavity (42).
  • the first heat storage unit 40 is characterized in that the volume of the contact heat storage unit 44 which is a portion facing the cold-temperature conversion element side is 60% or more of the total volume of the first heat storage unit.
  • the first heat storage unit characterized in that the copper volume of 10 to 14 cm 3 when the standard of the cold conversion element is 0.5Kcal / 1sec.
  • the first heat accumulator and the second heat accumulator are copper, and the heat storage medium included in the second heat accumulator is water, and the ratio of the volume of the first heat accumulator and the second heat accumulator is 5: 1. It is characterized by.
  • the contact surface of the cold-heat conversion element side of the contact surface of the first heat storage portion and the second heat storage portion is characterized in that formed in the concave-convex concave and convex shape alternately.
  • the first and second heat accumulators are cooled instead of the cooling fan, noise and vibration are eliminated, thereby eliminating user discomfort.
  • the cooling fan and the motor are not used, power consumption is reduced and mobility is increased.
  • the volume of the massage device is reduced because no accessories such as a cooling fan and a cooling space are required.
  • the efficiency of the cooling function is increased because of using a replaceable heat storage medium.
  • FIG. 1 is a view showing a conventional portable cold massage device
  • Figure 2 is a structural diagram of FIG.
  • 3 to 6 is a view showing a perspective view, an internal structure diagram, a front view and a side view of the portable cold massage device according to an embodiment of the present invention, respectively.
  • FIG. 7 is a view showing the effect of the present invention, illustrating the principle of the cold massage function.
  • FIG. 8 is a view for explaining the effect of the thermoreversal phenomenon as a view for explaining the effect of FIG.
  • FIG. 9 is a view showing a portable cold massage device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing a portable cold massage device according to another embodiment of the present invention.
  • the cold massage function means a function of taking heat from the user's skin
  • the on massage function means a function of supplying heat to the user's skin.
  • FIG. 3 to 6 are views showing a perspective view, an internal structure diagram, a front view and a side view of a portable cold massage device according to an embodiment of the present invention, respectively,
  • Figure 7 is a view showing the effect of the present invention, cold massage function It is a figure explaining the principle of a poem.
  • the portable cold massage device 100 of the present invention includes a contact head 10, a cold conversion device 20, a first heat storage unit 40, a second heat storage unit 50, and a driving unit 60. ) And the housing 30.
  • the contact head 10 is a convex plate-like member formed of a material having high thermal conductivity. On the back of the contact head, the cold conversion element 20, which will be described later, is in contact with each other.
  • the contact head 10 is a portion in direct contact with the skin, and transmits heat transmitted from the back of the contact head 10 to the skin (on massage function), or absorbs heat from the skin and transmits the heat to the back of the contact head. (Cold massage function). Since the contact head 10 is in direct contact with the skin, it should be formed of a material that is harmless to the human body. In general, the contact head uses a metal material having a high heat transfer rate and coated with a metal material that is harmless to the human body.
  • the cold and hot conversion element 20 is a panel-shaped member formed of a peltier element (thermoelectric element) that generates heat and absorbs heat by using electrical energy.
  • the cold and hot conversion element 20 is in contact with the back of the contact head 10 to apply heat to the contact head or to take the heat from the contact head.
  • a Peltier device is an electric device that converts electrical energy into thermal energy by using the Peltier effect.
  • a Peltier device is a device that absorbs electrical energy to apply heat to an object (heat generation) or to take heat away from an object (absorption).
  • the Peltier effect was discovered by J. C. A. Peltier in 1834 and is a thermoelectric phenomenon in which heat is generated or absorbed at the junction of two metals when a current flows between two metals. For example, if two metal bismuth and one end of antimony are connected to each other and then a current flows in one direction along the contact of both metals, the current decreases at the first contact point from bismuth to antimony, The temperature rises at the contact 2. If the current is reversed, the temperature rises at the first contact point and decreases at the second contact point. This is because heterogeneous metals have a difference in potential energy of electrons in the metal. Therefore, in order to transport electrons from a metal having a low potential energy to a metal having a high state, it is necessary to obtain energy from the outside. The heat energy is deprived and vice versa.
  • the amount of heat Q generated or absorbed at the junction of two metals at a unit time is proportional to the current intensity (number of electrons carried) I, and I / Q is a value determined according to the two metal types.
  • I current intensity
  • I / Q is a value determined according to the two metal types.
  • Has This value is called the Peltier coefficient for the combination of the two metals, and its magnitude is proportional to the thermal power and the absolute temperature corresponding to the difference in the electron potential energy of the two metals.
  • the Peltier effect is regarded as a heat pump effect using electrons as a work material, and can be used as a cooling device by constructing suitable thermoelectric elements. Electron refrigeration, electron cooling, and the like are devices of this kind, and generally utilize the cooling effect generated when a bipolar semiconductor is combined.
  • the first heat storage portion 40 is a bulk member formed of a material having high thermal conductivity, and has a hollow cavity heat storage cavity 42 formed at the center thereof.
  • the first heat accumulator 40 is in contact with the rear surface of the cold / temperature conversion element 20 to discharge heat absorbed by the cold / temperature conversion element 20 to the outside.
  • the material of the first heat storage portion 40 is a metallic material, more preferably copper and aluminum.
  • the shape of the first heat storage portion 40 is a lump shape, and the heat storage cavity 42 only needs to be formed in the center thereof, and the shape thereof is not limited.
  • the first heat storage unit 40 is a contact heat storage unit 44 which is a portion in contact with the cold-temperature conversion element 20 side is preferably a rectangular hexahedron. This is because the Peltier element is mainly rectangular in shape, so that the Peltier element has the maximum heat transfer capacity with a minimum volume to increase the heat transfer efficiency.
  • the volume of the contact heat storage unit 44 is characterized in that greater than the volume of the heat storage cavity (42). This is to design such that the heat dissipation effect by the contact heat accumulator 44 is greater than the heat dissipation effect by the heat storage cavity 42 into which a replaceable medium to be described later is inserted.
  • the second heat accumulator 50 is a box-shaped member having a hollow center formed of a material having high thermal conductivity, and an outer surface of the second heat accumulator 50 has the heat storage cavity of the first heat accumulator 40 ( 42 is inserted into the heat storage cavity 42 in a state of being in contact with the inner surface of the 42 to absorb heat stored in the first heat storage unit 40.
  • the second heat storage unit 50 is formed with a discharge port 51 consisting of a discharge hole (51a) and the discharge cap (51b).
  • the second heat storage unit 50 is a cylindrical member formed of a metallic material and has an outer surface shape corresponding to the inner surface of the heat storage cavity 42.
  • the heat storage medium W which is a high specific heat and replaceable medium, is stored in the second heat storage unit 50.
  • the heat storage medium W is water.
  • the heat storage medium W is stored and discharged to the discharge port 51, and the heat of the first heat storage portion is released to the outside by the movement of the heat storage medium. A more detailed principle is explained with reference to FIG.
  • the material usable as the material of the first heat storage portion 40 and the second heat storage portion 50 used in the present invention is a material having high thermal conductivity, and preferably a metallic material.
  • the table below shows specific heat, thermal conductivity, etc. as the thermal properties of metals usable as such materials.
  • the material usable as the heat storage medium is a liquid having high thermal conductivity.
  • the heat storage medium is water. The table below shows the thermal properties of water.
  • the driving unit 60 drives the cold / hot conversion element 20 based on the user's manipulation including an electric power source.
  • the driving unit 60 includes a power supply 61 and a driving circuit board 62.
  • the drive unit 60 is preferably located at the rear end of the first heat storage unit 40. This is to prevent the heat transfer efficiency between the cold conversion element 20 and the first heat accumulator 40 from being reduced by the space occupied by the driver 60.
  • the housing 30 is a member shaped to support and surround the massage apparatus 100 including the components 10, 20, 40, 50, and 60 of the present invention from the outside.
  • the housing 30 wraps and supports the massage device 100 from the outside in a state where a part of the first heat storage unit 40 is exposed to the outside. This is to allow the surface of the first heat storage unit 40 to be exposed to the outside, so that the first heat storage unit 40 effectively dissipates heat absorbed from the cold conversion element 20 to the outside.
  • FIG. 7 is a view showing the operation and effect of the present invention
  • Figure 8 is a view for explaining the effect of the thermo-reverse phenomenon to explain the effect of FIG.
  • heat is released to the outside in four ways through a combination of the paths m1 to m7.
  • the first path is m1-> m2-> m4.
  • the cold and hot conversion element 20 absorbs heat from the contact head 10.
  • heat is transferred from the cold conversion element 20 to the first heat accumulator 40, and at m4, heat is released to the outside from the first heat accumulator 40.
  • the first heat accumulator having high thermal conductivity is exposed to the outside, heat is released to the outside with no noise and no vibration, so that the cold massage function of the present invention can be achieved with no noise and no vibration.
  • the cooling function used in the skin massage is relatively small as the calorific value of the skin is 38 degrees, the use period is also limited to within 20 minutes, it is sufficient to release to the outside through the first heat storage unit of the present invention.
  • the second path is m1-> m2-> m3-> m5.
  • the cold and hot conversion element 20 absorbs heat from the contact head 10.
  • heat moves from the cold / temperature conversion element 20 to the first heat storage portion 40.
  • heat moves from the first heat storage portion 40 to the second heat storage portion 50.
  • the second heat storage unit includes a replaceable medium such as water.
  • the second heat accumulator is detachable from the first heat accumulator, heat contained in the second heat accumulator is immediately released to the outside. In other words, at m5 heat is released to the outside.
  • the third path is m1-> m2-> m3-> m5-> m6.
  • the cold and hot conversion element 20 absorbs heat from the contact head 10.
  • heat moves from the cold / temperature conversion element 20 to the first heat storage portion 40.
  • heat moves from the first heat storage portion 40 to the second heat storage portion 50.
  • the second heat storage unit includes a replaceable medium such as water. Since the second heat accumulator is detachable from the first heat accumulator, heat contained in the second heat accumulator is released to the outside immediately after being separated. In other words, at m5 heat is released to the outside.
  • this path is that, in the case of m6 and m8, in addition to the discharge of the high temperature water absorbing heat from the second heat storage unit 50 to the outside, freshly cooled water is returned to the second heat storage unit.
  • the first heat accumulating part is contacted again in the state charged in 50.
  • the first heat accumulator may transfer heat back to the second heat accumulator (thermodynamic law).
  • a new thermal path is created in addition to the second path.
  • the fourth route is m1-> m2-> m3-> m7.
  • the cold / temperature conversion element 20 absorbs heat from the contact head 10.
  • heat moves from the cold / temperature conversion element 20 to the first heat storage unit 40.
  • heat moves from the first heat storage portion 40 to the second heat storage portion 50.
  • the second heat accumulator 50 is separated from the first heat accumulator 40 and moved to the outside, thereby dissipating heat to the outside. This is the same as the second path.
  • the fourth path differs from the second path in that the first heat accumulator increases heat dissipation area due to an empty space generated after the second heat accumulator is separated, that is, the heat storage cavity. have. That is, an additional heat dissipation path is generated by the heat storage cavity, which is an empty space in m7.
  • the present invention does not generate noise and vibration at all.
  • the conventional massage apparatus uses a cooling fan and a motor for driving the same to release the heat absorbed by the Peltier element during the cold massage function, thereby generating noise and vibration.
  • the cooling fan and the motor in which the noise and vibration are generated are not used at all, the user's discomfort does not occur at all.
  • the present invention does not require such a space, it is possible to miniaturize the product.
  • the present invention does not require the space, thereby improving the degree of freedom that the product design designer can design.
  • the main user of the present invention is a female diversification of the design not only provides a great satisfaction to the user but also affects the purchasing power motivation.
  • heat release effect is improved at the time of cold massage function.
  • the present invention provides various heat release paths as described with reference to FIG. 6.
  • the path provided by the heat dissipation area increased by the path (second and third paths) for immediately dissipating heat to the outside using a replaceable and removable medium and the empty space generated after the second heat storage unit is removed. 4 path) increases the heat dissipation effect and at the same time reduces the heat dissipation time, thereby providing convenience to the user.
  • thermoreversal phenomenon refers to a phenomenon in which the Peltier device no longer absorbs heat but is released by electric energy inputted by the Peltier device used as a cold / hot conversion device. 8, it can be seen that the temperature is continuously decreased (ie, the endothermic operation is smooth) by the driving current of the Peltier device, and the ambient temperature increases rather than continuously supplied current.
  • the heat absorption function itself is controlled by stopping the operation of the Peltier element or controlling the current input to the Peltier element from the beginning after a certain time of heat absorption.
  • the means There is no choice but to use the means.
  • this causes various inconveniences such as allowing the user to wait for a certain time in the middle of the cold massage function or to take a lot of time to operate the cold massage function from the beginning.
  • the thermal reversal phenomenon is more severe due to the effect that the heat generated by the cooling fan and the motor during a long time operation reduces the endothermic effect of the Peltier device.
  • thermoreversal phenomena since the cooling fan and the motor itself are not used, there is no fear of heat generated by the cooling fan and the motor, and as described above, heat is emitted because it provides a heat dissipation path through the various paths and does not generate additional heat. The effect is increased, reducing the incidence of thermoreversal phenomena.
  • the first heat accumulator 40 is the volume of the contact heat accumulator 44 which is a portion facing the cold conversion element side is larger than the volume of the heat storage cavity (42). It features.
  • the portion of the first heat accumulating portion which is physically located between the cold and hot converting elements and the second heat accumulating portion is the contact heat accumulating portion 44 on the side of the cold and hot converting elements, and since this portion generates the most heat exchange, this portion This is because the volume of at least must be at least greater than the volume of the heat storage cavity 42 which provides the heat dissipation path, so that the endotherm can be absorbed smoothly from the cold / heat conversion element.
  • the volume of the first heat storage unit is characterized in that it is determined based on the output specification, the use time, the use temperature and the density of the first heat storage unit of the cold-temperature conversion element.
  • the output specification of the most commonly used cold-heat conversion element (Peltier element) in the present invention is 0.5Kcal per second
  • the volume of the first heat accumulator required when copper is used as the first heat accumulator is It can be calculated by the following formulas 1 to 3.
  • the calorific value Q of the output side of the cold / temperature conversion element is defined as follows.
  • the calorific value on the output side is the magnitude of the calorie heat generated by the Peltier element, which is a cold / temperature conversion element, in the case of heating (on-massage) or endothermic (in cold-massage).
  • Equation 2 Equation 2
  • the volume v is obtained by the following Equation 3.
  • v is the volume (cm 3) of copper
  • D is the density of copper (g / cm 3)
  • c is the specific heat of copper
  • T is the amount of change in temperature in degrees Celsius. to be.
  • T maximum temperature (50 degrees Celsius)-room temperature (20 degrees Celsius)
  • the maximum temperature of the skin is 50 degrees in the use environment of the general cold massage function.
  • the volume of the first heat accumulator is based on the output side specification of the cold conversion element (peltier element) (heat generated per unit time), the specific heat of the metal used as the first heat accumulator, the use time, the difference between the maximum temperature and the present temperature. It is designed to have the same value as Equation 4.
  • the first heat accumulator is copper
  • the second heat accumulator is water
  • the ratio of the volume of the first heat accumulator and the second heat accumulator is substantially 5: 1.
  • FIG. 9 is a view showing a portable cold massage device according to another embodiment of the present invention.
  • the contact surfaces of the cold and heat conversion elements are formed in an uneven shape protruding and indented alternately with each other.
  • the point where heat exchange occurs most frequently in the first heat accumulator and the second heat accumulator is the contact surface on the side of the cold-conversion element, and the contact surface is in contact with the concave-convex shape to increase the contact area, that is, the area where heat exchange occurs, per unit time This is to increase the frequency and amount of heat exchange generated, that is, the efficiency of heat exchange.
  • FIG. 10 is a view showing a portable cold massage device according to another embodiment of the present invention.
  • the driving unit 60 of the present invention further includes a conduction detecting unit 610 and a driving current generation unit 620.
  • the conduction detection unit 610 is electrically connected to the contact head 10 and the first heat accumulator 40 to determine whether to conduct electrical connection between the contact head and the first heat accumulator. That is, the conduction detection unit 610 measures the electrical resistance between the contact head 10 and the first heat storage unit 40, and if the measured electrical resistance is smaller than a predetermined threshold value, the conduction means that they are connected to each other. The detection signal 612 is generated.
  • the contact head 10 is in contact with the user's target skin that is the object of the cold and hot massage
  • the first heat accumulator 40 is in contact with the user's operating part of the hand. That is, the conduction detection unit 610 detects the electrical conduction between the hand, which is the manipulation portion, and the skin, which is the massage target portion.
  • the driving current generation unit 620 When the driving current generation unit 620 receives the conduction detection signal 612 from the conduction detection unit 610, the driving current generation unit 620 generates a driving current 622 for driving the cold / temperature conversion element 20. That is, the driving current 622 is generated only when the conduction detection signal 612 is received.
  • the cold and hot conversion element 20 is operated only when the driving current is received, and the driving current 622 is generated only when the conduction detection signal 612 is received, the user eventually grabs the apparatus according to the present invention.
  • the user's right hand is in contact with the first heat storage unit 40, and the cold and warm conversion element 20 is operated only when the device is in contact with the user's massage target skin.
  • the user operates the device by simply holding the device in his right hand and touching the skin to be massaged without driving a separate switch.
  • the operation of the device is automatically stopped. do. Therefore, the user does not need to turn on or off a separate switch, thereby increasing the ease of use of the device.
  • thermoreversal since the driving current is generated only at the contact of the user, the deviation between the desired operation time and the actual operation time is reduced, so that the first power consumption is reduced and the cold / heat conversion element is not driven at the second undesired time.
  • the probability of occurrence of thermoreversal is reduced.
  • the drive current can be easily controlled by touch and release without requiring a separate operation by the user. Therefore, the probability of occurrence of thermoreversal phenomenon is reduced accordingly.
  • contact head 20 cold-temperature conversion element
  • housing 40 first heat storage unit
  • the present invention can be industrially used in cold massagers and related industries for improving skin health.

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Abstract

휴대용 냉온 마사지장치가 개시된다. 본 발명은, 접촉헤드(10); 냉온변환소자(20); 열전도성 재료로 형성되고 중앙에 빈 공동형상의 축열공동(42)이 형성된 덩어리(bulk)형상의 부재로서, 상기 냉온변환소자(20)의 배면에 접촉하여 상기 냉온변환소자(20)에 의해 흡열된 열을 외부로 방출하는 제1축열부(40); 열전도성 재료로 형성된 중앙이 비어 있는 박스형상의 부재로서, 상기 제1축열부(40)의 상기 축열공동(42)의 내면에 접촉된 상태로 상기 축열공동(42)에 삽입되어 상기 제1축열부(40)에 저장된 열을 흡수하는 제2축열부(50); 냉온변환소자를 구동하는 구동부(60); 및 하우징(30)을 포함하고, 냉마사지 기능시에, 상기 냉온변환소자에 의해 사용자의 피부로부터 상기 접촉헤드를 통해 흡수된 열은 상기 제1축열부에 의해 저장된후 상기 제1축열부의 노출된 외부표면에 의해 상기 마사지장치(100)의 외부로 방출되고, 냉마사지 기능시에, 추가적으로 상기 제2축열부의 내부에는, 열전도성이고 교체가능한 매체인 축열매체 w 가 저장되어, 상기 제1축열부에서 흡수된 열이 다시 상기 제2축열부내에 포함된 상기 축열매체 w 에 흡수 및 이동됨으로써, 상기 축열매체 w 를 통해 추가적인 방열경로를 제공하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 냉각팬 및 모터을 사용하지 않기 때문에, 소음 및 진동이 제거되고, 소형화가 가능하며, 소모전력이 감소되어 이동성이 증가된다.

Description

교체가능한 매체를 이용한 휴대용 냉온 마사지 장치
본 발명은 휴대용 냉온 마사지 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 첫째 소음 및 진동이 제거되고 둘째 부피가 작아지고 소모전력이 감소되어 이동성이 증가된 휴대용 냉온 마사지 장치에 관한 것이다.
최근 미용에 대한 관심이 급증하고 있다. 미용중에서도 피부에 대한 관심은 여성뿐 아니라 남성에게 있어서도 큰 관심사로 대두되고 있으며, 이런 경향에 따라 피부를 마사지하는 장치가 널리 보급되어 사용되고 있다. 특히 사용자는 피부미용을 위해 많은 시간을 쓰는 것에 대해 허용하고 있어 이로 인해 휴대용 마사지 장치에 대한 관심도 향상되고 있다.
도 1은 종래의 휴대용 냉온 마사지 장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1 의 구조도이다.
도 1 및 도 2의 휴대용 냉온 마사지 장치(1)는 접촉헤드(2), 펠티에소자(3), 방열판(4), 하우징(5), 방열팬(6) 및 모터(7)를 포함한다. 하우징(5)에는 송풍구(8)가 형성되어 있다. 펠티에 소자(3)는 전기에너지를 이용하여 흡열 또는 방열하는 소자이다. 따라서 펠티에 소자(3)를 접촉헤드의 배면에 접촉되도록 설치하면, 접촉헤드에 접촉한 피부로부터 열을 흡열하거나(냉마사지기능) 피부로 방열하는 것이 가능하다(온마사지기능). 즉 사용자는 별도로 설치된 구동부를 통해 펠티에소자를 가동하고, 접촉헤드(2)를 사용자의 피부에 접촉시킴으로써 사용자의 피부에 열을 가하거나(온 마사지기능), 사용자의 피부로부터 열을 뺏어올수 있다(냉 마사지기능). 특히 냉마사지기능시에, 펠티에소자를 통해 흡수된 열은 방열팬(6) 및 송풍구(8)을 통해 외부로 방출된다. 마사지 장치의 내부에 열이 남아 있으면 흡열기능 즉 냉마사지 기능이 저하되기 때문이다.
그러나, 도 1 및 도 2에 나타난 종래의 송풍식 냉온 마사지장치는 다음과 같은 문제점을 가진다.
첫째, 소음 및 진동이 심하다. 이는 도 1의 냉온 마사지 장치는 방열팬을 회전시킴으로써 열을 외부로 방출해야하고, 방열팬은 구조적으로 소음이 발생하고 또 모터에 의해 구동되므로 소음 및 진동을 발생한다. 이러한 소음 및 진동은 사용자에게 불쾌감을 줄 뿐 아니라 피부에 접촉하는 상태에서 사용하는 기기이기 때문에 이러한 불쾌감이 더욱 증가한다는 문제점을 가진다. 특히, 본 장치가 미용과 관련된 기기인 점, 사용자가 대부분 촉감에 민감한 여성이라는 점 및 휴대용 장치인 점을 감안할 때 이러한 소음 및 진동의 문제점은 심각하다고 볼 수 있다.
둘째, 소모전력이 크다. 종래의 마사지 장치는 방열팬을 회전시키기 위해 모터가 필요하고 모터는 별도의 소비전력을 필요로 한다. 본 장치가 휴대용 장치이기 때문에 이동식 전원을 사용할 수 밖에 없는 점을 감안하면, 건전지등을 자주 교체하거나 혹은 축전지를 큰 용량을 사용해야 하는 불편함이 따를 뿐 아니라 전력사용비용도 증가한다. 또한 축전지가 건전지를 사용하지 않더라도 전원부의 전력규격 및 전류규격이 증가하기 때문에 이에 대응하는 전기안전규격의 조전이 엄격하게 되어 부품의 단가상승 및 이로 인한 제품의 가격이 증가한다.
셋째, 기기의 부피가 커진다. 본 장치의 방열 방법은 송풍이다. 따라서 기기내부에 방열팬(6)이 회전할 수 있는 공간, 모터가 차지하는 공간 및 공기흐름이 원활하게 이루어질 수 있기에 충분한 공간등이 필요하므로 본 장치의 크기가 커질 수 밖에 없다. 본 장치가 휴대용으로 사용되는 것을 고려하면 기기의 부피는 소비자의 선택 및 사용상의 편의성에 많은 영향을 끼치며, 심각하게는 휴대용으로서의 최소화하는 자질 자체를 갖지 못하는 문제점을 가진다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 소음 및 진동이 감소하여 사용자의 불쾌감이 감소되고, 소비전력이 감소하고, 부피가 감소되고, 또한 추가적으로 냉온효율이 향상된 휴대용 냉온 마사지 장치를 제공하는 것이다.
전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 피부에 냉온 자극을 가함으로써 피부를 긴장 및 이완시켜 피부를 관리하는, 교체가능한 매체를 이용한 휴대용 냉온 마사지장치(100)에 있어서, 볼록한 판형상의 부재로서 열전도성이 높은 재료로 형성된 접촉헤드(10); 전기적에너지를 이용하여 발열 및 흡열기능을 제공하는 펠티에소자(Peltier element)로 형성되는 판넬형상의 부재로서, 상기 접촉헤드의 배면에 접촉하여 상기 접촉헤드로 발열하거나 상기 접촉헤드로부터 흡열하는 냉온변환소자(20); 열전도성 재료로 형성되고 중앙에 빈 공동형상의 축열공동(42)이 형성된 덩어리(bulk)형상의 부재로서, 상기 냉온변환소자(20)의 배면에 접촉하여 상기 냉온변환소자(20)에 의해 흡열된 열을 외부로 방출하는 제1축열부(40); 열전도성 재료로 형성된 중앙이 비어 있는 박스형상의 부재로서, 상기 제1축열부(40)의 상기 축열공동(42)의 내면에 접촉된 상태로 상기 축열공동(42)에 삽입되어 상기 제1축열부(40)에 저장된 열을 흡수하는 제2축열부(50); 전기적 전원을 포함하며 사용자의 조작에 기초하여 상기 냉온변환소자를 구동하는 구동부(60); 및 상기 접촉헤드(10), 냉온변환소자(20), 제1축열부(40), 제2축열부(50) 및 구동부(60)을 외부에서 감싸고 지지하는 하우징(30)으로서, 상기 제1축열부의 외부표면이 외부방향로 노출된 상태로 상기 마사지장치(100)의 외부를 감싸는 하우징(30)을 포함하고, 냉마사지 기능시에, 상기 냉온변환소자에 의해 사용자의 피부로부터 상기 접촉헤드를 통해 흡수된 열은 상기 제1축열부에 의해 저장된후 상기 제1축열부의 노출된 외부표면에 의해 상기 마사지장치(100)의 외부로 방출되고, 냉마사지 기능시에, 추가적으로 상기 제2축열부의 내부에는, 열전도성이고 교체가능한 매체인 축열매체 w 가 저장되어, 상기 제1축열부에서 흡수된 열이 다시 상기 제2축열부내에 포함된 상기 축열매체 w 에 흡수 및 이동됨으로써, 상기 축열매체 w 를 통해 추가적인 방열경로를 제공하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제1축열부(40)는 상기 냉온변환소자측을 향하는 부분인 접촉축열부(44)의 부피가 상기 축열공동(42)의 부피보다 큰 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제1축열부(40)는, 상기 냉온변환소자측을 향하는 부분인 접촉축열부(44)의 부피가 상기 제1축열부 전체 부피의 60% 이상인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제1축열부는, 상기 냉온변환소자의 규격이 0.5Kcal/1sec 일 때, 부피가 10 내지 14㎤ 인 구리인 것을 특징으로 하는 한다.
일 실시예에서, 상기 제1축열부 및 제2축열부가 구리이고 상기 제2축열부에 포함된 축열매체가 물이고, 상기 제1축열부와 상기 제2축열부의 부피의 비는 5:1 인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제1축열부와 상기 제2축열부의 접촉면중에서 상기 냉온변환소자측의 접촉면은 상기 서로 교번하여 돌출되고 만입된 요철형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 냉각팬대신에 제1 및 제2축열부를 이용하여 냉각하기 때문에 소음 및 진동이 제거되어 사용자의 불쾌감이 제거된다.
본 발명에 의하면, 냉각팬 및 모터가 사용되지 않기 때문에 소모전력이 감소되어 이동성이 증가된다.
본 발명에 의하면, 냉각팬등의 부속과 냉각공간이 필요하지 않기 때문에 마사지장치의 부피가 감소된다.
본 발명에 의하면, 대체가능한 축열매체를 이용하기 때문에 냉각기능의 효율이 증가된다.
도 1 은 종래의 휴대용 냉온 마사지 장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1 의 구조도이다.
도 3 내지 도 6은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 냉온 마사지장치의 사시도, 내부구조도, 정면도 및 측면도를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 효과를 나타내는 도면으로서, 냉마사지기능시의 원리를 설명하는 도면이다.
도 8은 도 7의 효과를 설명하기 위한 도면으로서 열역전현상을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 냉온 마사지 장치를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 냉온 마사지 장치를 나타내는 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
이하에서, 냉마사지 기능은 사용자의 피부로부터 열을 뺏는 기능을 의미하고, 온마사지 기능은 사용자의 피부로 열을 공급하는 기능을 의미한다.
도 3 내지 도 6은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 냉온 마사지장치의 사시도, 내부구조도, 정면도 및 측면도를 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 효과를 나타내는 도면으로서, 냉마사지기능시의 원리를 설명하는 도면이다.
도 3 내지 도 6에서, 본 발명의 휴대용 냉온 마사지 장치(100)는 접촉헤드(10), 냉온변환소자(20), 제1축열부(40), 제2축열부(50), 구동부(60) 및 하우징(30)을 포함한다. 이하 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
접촉헤드(10)는 볼록한 판형상의 부재로서 열전도성이 높은 재료로 형성되어 있다. 접촉헤드의 배면에는 후술할 냉온변환소자(20)가 접촉하여 위치한다. 접촉헤드(10)는 피부에 직접 접촉하는 부분으로서 접촉헤드(10)의 배면으로부터 전달된 열을 피부에 전달하거나(온 마사지 기능), 피부로부터 열을 흡열하여 접촉헤드의 배면으로 전달하는 역할은 한다(냉 마사지 기능). 접촉헤드(10)는 피부에 직접 접촉하기 때문에 인체에 무해한 재료로 형성되어야한다. 일반적으로 접촉헤드는 열전달율이 높은 금속성 재료에 인체에 무해한 금속성재료를 도포한 것을 사용한다.
냉온변환소자(20)는 전기적 에너지를 이용하여 발열 및 흡열기능을 하는 펠티에소자(peltier element, 열전소자)로 형성되는 판넬형상의 부재이다. 냉온변환소자(20)는 상기 접촉헤드(10)의 배면에 접촉하여 상기 접촉헤드로 열을 가하거나 혹은 상기 접촉헤드로부터 열을 빼앗는 기능을 한다.
펠티에 소자란 펠티에 효과를 이용하여 전기적에너지를 열에너지로 전환하는 전기 소자로서, 전기적에너지를 흡수하여 대상물에 열을 가하거나(발열) 대상물로부터 열을 빼앗을 수 있는 기능(흡열)을 하는 소자이다.
펠티에 효과란 1834년 J. C. A.펠티에가 발견하였으며 두 종류의 금속을 접속하여 전류가 흐를 때 두 금속의 접합부에서 열의 발생 또는 흡수가 일어나는 열전현상을 말한다. 예를 들면, 두 금속 비스무트와 안티모니의 일단을 서로 맞물리게 접속한다음 전류를 양 금속의 접접을 따라 일방향으로 흐르게 하면, 전류가 비스무트에서 안티모니로 향하는 제1접점에서는 온도가 내려가고, 다른 제2접점에서는 온도가 올라간다. 또 전류를 반대로 흐르게 하면 제1접점에서는 온도가 올라가고, 제2접점에서는 내려간다. 이것은 이종(異種)인 금속에서는 금속 내의 전자의 퍼텐셜에너지에 차가 있기 때문에 퍼텐셜에너지가 낮은 상태에 있는 금속으로부터 높은 상태에 있는 금속으로 전자를 운반하는 데는, 외부로부터 에너지를 얻어야 할 필요가 있으므로 접점에서 열에너지를 빼앗기고, 반대의 경우에는 열에너지가 방출되게 된다.
일반적으로 이 효과에 의하여 단위시간에 두 종류의 금속의 접점에서 발생 또는 흡수되는 열량 Q는 전류의 세기(운반되는 전자의 수) I에 비례하고, I/Q는 두 금속의 종류에 따라 정해진 값을 가진다. 이 값을 두 금속의 조합에 대한 펠티에계수라 하고, 그 크기는 두 금속의 전자 퍼텐셜에너지의 차에 해당하는 열전력(熱電力)과 절대온도에 비례한다. 펠티에효과는 전자를 작업물질로 하는 열펌프효과로 간주되며, 적당한 열전소자(熱電素子)들로 구성해 냉각장치로 이용할 수 있다. 전자냉동·전자냉방 등은 이 종류의 장치인데, 보통 이극형 반도체(異極型半導體)를 조합했을 때에 생기는 냉각효과를 이용하고 있다.
제1축열부(40)는 열전도성이 높은 재료로 형성된 덩어리(bulk)형상의 부재로서, 중앙에 빈 공동형상의 축열공동(42)이 형성되어 있다. 제1축열부(40)는 냉온변환소자(20)의 배면에 접촉하여 상기 냉온변환소자(20)에 의해 흡열된 열을 외부로 방출하는 기능을 한다. 일 실시예에서, 제1축열부(40)의 재료는 금속성 재료이며, 더욱 바람직하게는 구리 및 알루미늄을 포함한다.
제1축열부(40)의 형상은 덩어리 형상이고 중앙에 축열공동(42)가 형성되어 있기만 하면 되고, 그 형태를 한정하지 않는다. 다만, 일 실시예에서, 제1축열부(40)는 냉온변환소자(20)측을 접촉하는 부분인 접촉축열부(44)는 장방형의 육면체인 것이 바람직하다. 이는 펠티에 소자가 주로 장방형의 판넬 형상이므로, 이에 대해 열전달 효율을 증가시키기 위해 최소한의 부피로 최대한의 열전달 능력을 가지게 하기 위함이다.
또한 일 실시예에서, 접촉축열부(44)의 부피는 상기 축열공동(42)의 부피보다 큰 것을 특징으로 한다. 이는 후술하게 될 교체가능한 매체가 삽입되는 축열공동(42)에 의한 방열효과보다 접촉축열부(44)에 의한 방열효과가 크도록 설계하기 위함이다.
제2축열부(50)는 열전도성이 높은 재료로 형성된 중앙이 비어있는 박스형상의 부재로서, 상기 제2축열부(50)의 외부면이 상기 제1축열부(40)의 상기 축열공동(42)의 내부면에 접촉된 상태로 상기 축열공동(42)에 삽입되어 상기 제1축열부(40)에 저장된 열을 흡수하는 기능을 한다. 제2축열부(50)는 배출공(51a)와 배출캡(51b)으로 이루어진 배출구(51)가 형성되어 있다. 바람직한 실시예에서, 제2축열부(50)는 금속성재료로 형성된 통형상의 부재이며, 상기 축열공동(42)의 내면에 대응하는 외면형상을 가진다.
일 실시예에서, 제2축열부(50)의 내부에는 비열이 높으며 교체가능한 매체인 축열매체 W 가 저장된다. 일 실시예에서 축열매체 W 는 물이다. 이 실시예에서, 배출구(51)를 축열매체 W 가 저장 및 배출되며, 축열매체의 이동에 의해 제1축열부의 열이 외부로 방출된다. 보다 상세한 원리는 도 7을 통해 설명된다.
본 발명에서 사용되는 제1축열부(40) 및 제2축열부(50)의 재료로서 사용가능한 재료는 열전도성이 높은 재료이며, 바람직하게는 금속성 재료이다. 아래 표는 이러한 재료로서 사용가능한 금속의 열적특성으로서 비열, 열전도율등을 나타내는 표이다.
표 1
Figure PCTKR2011001042-appb-T000001
또한, 축열매체로 사용가능한 재료는 열전도성이 높은 액체이다. 바람직한 실시예에서 상기 축열매체는 물이다. 아래표는 물의 열적 특성을 나타내는 도면이다.
표 2
Figure PCTKR2011001042-appb-T000002
구동부(60)는 전기적전원을 포함하여 사용자의 조작에 기초하여 상기 냉온변환소자(20)를 구동한다. 구동부(60)는 전원(61) 및 구동회로기판(62)를 포함한다.
일 실시예에서, 구동부(60)는 제1축열부(40)의 후단부에 위치하는 것이 바람직하다. 이는 구동부(60)가 차지하는 공간에 의해 냉온변환소자(20)와 제1축열부(40)사이의 열전달 효능이 감소되는 것을 방지하기 위함이다.
하우징(30)은 본 발명의 상기 구성요소들(10,20,40,50,60)을 포함하는 마사지장치(100)를 외부에서 지지하고 감싸는 형상의 부재이다. 특히 하우징(30)은 상기 제1축열부(40)의 일부가 외부로 노출된 상태로 상기 마사지 장치(100)를 외부에서 감싸고 지지한다. 이는 제1축열부(40)의 표면이 외부로 노출되게 함으로써, 제1축열부(40)가 상기 냉온변환소자(20)로부터 흡수한 열을 외부로 효과적으로 방열시키게 하기 위함이다.
도 7은 본 발명의 동작 및 효과를 나타내는 도면이고, 도 8은 도 7의 효과를 설명하기 위한 도면으로서 열역전현상을 설명하는 도면이다.
먼저 본 발명에서 냉마사지 기능시에 동작 원리를 설명한다.
본 발명에서, 도 7에 나타난 바와 같이, 열은 경로 m1 내지 m7의 조합을 통해 4가지 경로로 외부로 방출된다.
제1경로는 m1->m2->m4 이다. 먼저 m1에서, 냉온변환소자(20)는 접촉헤드(10)로부터 열을 흡수한다. m2에서, 열은 냉온변환소자(20)로부터 제1축열부(40)로 이동하고, m4에서, 열은 제1축열부(40)에서 외부로 방출된다. 이 경로에서, 열전도율이 높은 제1축열부가 외부에 노출되어 있기 때문에, 무소음 무진동인채로 외부로 열이 방출되어 본 발명의 냉마사지 기능이 무소음 무진동인채로 달성가능하다. 특히 피부마사지에서 사용하는 냉기능은 피부의 발열량이 38도로서 비교적 작은편이며, 사용기간도 20분 이내로 제한적이기 때문에 본 발명의 제1축열부를 통해 외부로 방출하는 것으로 충분하다.
제2경로는 m1->m2->m3->m5 이다. 먼저 m1에서, 냉온변환소자(20)는 접촉헤드(10)로부터 열을 흡수한다. m2에서, 열은 냉온변환소자(20)로부터 제1축열부(40)로 이동하한다. m3에서, 열은 제1축열부(40)에서 제2축열부(50)로 이동한다. 이때 제2축열부에는 교체가능한 매체 예를 들면 물이 포함되어 있다. 전술한 바와 같이, 제2축열부는 제1축열부로부터 탈착가능하므로 분리되는 즉시 제2축열부에 함유된 열은 외부로 방출된다. 즉 m5에서 열은 외부로 방출된다.
제3경로는 m1->m2->m3->m5->m6 이다. 먼저 m1에서, 냉온변환소자(20)는 접촉헤드(10)로부터 열을 흡수한다. m2에서, 열은 냉온변환소자(20)로부터 제1축열부(40)로 이동하한다. m3에서, 열은 제1축열부(40)에서 제2축열부(50)로 이동한다. 이때 제2축열부에는 교체가능한 매체 예를 들면 물이 포함되어 있다. 제2축열부는 제1축열부로부터 탈착가능하므로 분리되는 즉시 제2축열부에 함유된 열은 외부로 방출된다. 즉 m5에서 열은 외부로 방출된다. 이 경로가 제2경로와 차이점은, m6 및 m8 에서와같이, 제2축열부(50)에서 열을 흡수한 온도가 높은 물이 외부로 방출되는 것에 추가하여 새롭게 차가운 물이 다시 제2축열부(50)에 충전된 상태로 다시 제1축열부에 접촉하게 되는 것이다. 이러한 추가적인 과정을 통해 제1축열부는 제2축열부로 열을 다시 이동시킬 수 있다(열역학법칙). 결국 제2경로에 추가하여 새로운 열경로가 생성된다.
제4경로는 제3경로는 m1->m2->m3->m7 이다. 전술한 바와 같이 m1에서, 냉온변환소자(20)는 접촉헤드(10)로부터 열을 흡수한다. 또 m2에서, 열은 냉온변환소자(20)로부터 제1축열부(40)로 이동한다. m3에서, 열은 제1축열부(40)에서 제2축열부(50)로 이동한다. 제2축열부(50)는 제1축열부(40)로부터 분리되어 외부로 이동함으로써 열이 외부로 방출된다. 여기까지는 제2경로와 동일하다. 제4경로가 제2경로와 다른 점은 제2축열부가 분리되고 난후에 생성되는 빈 공간 즉 축열공동에 의해 제1축열부는 방열면적이 증가하게 되고 증가된 방열면적만큼 열을 더 많이 방출할 수 있다. 즉 m7에서 빈 공간인 축열공동에 의해 추가적인 방열경로가 생성된다.
다음으로, 이러한 동작원리에 기초한 본 발명의 효과를 설명한다.
첫째, 본 발명은 소음 및 진동이 전혀 발생하지 않는다. 도 1에서 설명한 바와 같이 종래의 마사지 장치는 냉마사지 기능시에 펠티에소자가 흡수한 열을 외부로 방출하기 위해 냉각팬 및 이를 구동하기 위한 모터를 사용했기 때문에 소음 및 진동이 발생하였다. 사용자가 대부분 여성이고 본 장치가 피부에 접촉한다는 점을 감안하면 이 소음 및 진동은 사용자에게 엄청난 불쾌감을 발생시킨다. 그러나 본 발명에서는 소음 및 진동이 발생하는 냉각팬 및 모터가 전혀사용되지 않음으로서 이러한 사용자의 불쾌감이 전혀 발생하지 않는다.
둘째, 소모전력이 감소되고 이에 의해 사용자는 사용비용이 감소된다. 전술한 바와 같이, 본 발명에서는 냉각팬 및 이를 구동하기 위한 모터를 사용하지 않기 때문에 이를 구동하기 위한 전력이 필요가 없다. 따라서 소모전력이 매우 감소된다. 또한 되고 이에 의해 사용자는 매우 저렴한 비용으로 본 장치를 사용 및 유지할 수 있다. 특히, 본 발명은 휴대용으로 사용되는 것이 일반적이고 휴대용을 위한 건전지등은 비교적 고가의 에너지임을 생각할 때 이러한 유지비용의 감소효과는 더욱 증가된다.
셋째, 부가적으로, 별도의 물리적으로 움직이는 부품이 존재하지 않으므로 부품의 고장확률도 감소하게 되며 이는 유지보수비용의 감소로 이어져 사용자는 본 기기의 유지비용도 감소하는 효과를 가질수 있다.
넷째, 제품의 소형화가 가능하며 제품 디자인의 다양화가 가능해진다. 종래의 장치는 냉각팬, 모터가 차지하는 공간 및 송품의 이동경로를 위한 공간등으로 인해 제품의 크기를 소형화하는데 한계가 있었다. 그러나 본 발명은 이러한 공간이 필요하지 않으므로 제품의 소형화가 가능하다. 특히 본 장치는 휴대용으로 사용되는 것임을 고려할 때 이러한 소형화는 사용자의 편익 및 구매력 동기에 많은 영향을 미친다. 또한, 본 발명은 상기 공간이 필요하지 않으므로 제품 디자인 설계자가 설계할 수 있느 자유도가 향상된다. 특히 본 발명의 주 사용자가 여성인점을 감안할 때 이러한 디자인의 다양화가능성은 사용자에게 큰 만족도를 제공할 뿐 아니라 구매력동기에도 영향을 미친다.
다섯째, 무엇보다도 냉마사지 기능시에 열방출효과가 향상된다. 도 6에서 설명한 바와 같이 본 발명은 다양한 열방출경로를 제공하기 때문이다. 특히 대체가능하고 이동가능한 매체를 이용하여 열을 즉시 외부로 방출시키는 경로(제2,3경로) 및 제2축열부가 제거된 후 발생된 빈 공간에 의해 증가된 방열면적에 의해 제공되는 경로(제4경로)는 열방출효과를 증가시키는 동시에 열방출시간도 감소시켜 사용자에게 편의성을 제공한다.
본 발명은 이러한 열방출효과에 의해 열역전현상이 발생될 확률이 감소된다. 열역전현상은 냉온변환소자로 사용되는 펠티에소자가 입력되는 전기적에너지에 의해 펠티에소자가 더 이상 열을 흡수하지 못하고 오히려 방출하는 현상을 말한다. 도 8의 왼쪽도면을 보면, 처음에는 펠티에소자의 구동전류에 의해 온도가 계속감소하다가(즉 흡열동작이 원활하다가), 계속해서 공급되는 전류와 무관하게 오히려 주변온도가 증가하게 됨을 알수 있다.
이러한 열역전현상을 제어하기 위해, 도 8의 오른쪽 도면과 같이, 일정 시간의 열흡수이후에는 펠티에소자의 동작을 정지시키거나 처음부터 펠티에소자에 입력되는 전류를 제어함으로써, 열흡수기능자체를 제어하는 수단을 사용할 수밖에 없다. 그러나, 이는 사용자로 하여금 냉마사지기능 중간에 잠시 일정시간 기다리게 하거나 처음부터 냉마사지기능을 동작시키기에는 많은 시간이 걸리게 하는등 여러 불편함을 발생시킨다. 특히 종래에는 장시간동작시 냉각팬 및 모터로 발생되는 열이 펠티에소자의 흡열효과를 감소시키는 효과에 의해 이러한 열역전현상이 더욱 심각하였다. 그러나 본 발명에서는 냉각팬 및 모터자체를 사용하지 않으므로 냉각팬 및 모터에 의해 열이 발생할 염려가 없고 또한 상기한 바와 같이 여러 가지 경로를 통해 부수적이고 추가적인 열의 발생없이 열 방출경로를 제공하기 때문에 열방출효과가 증가되어 열역전현상의 발생율이 감소하게된다.
일 실시예에서, 도 4에 나타난 바와 같이, 상기 제1축열부(40)는 상기 냉온변환소자측을 향하는 부분인 접촉축열부(44)의 부피가 상기 축열공동(42)의 부피보다 큰 것을 특징으로 한다. 이는 제1축열부의 부위중에서 냉온변환소자와 제2축열부의 물리적으로 중간에 위치하는 부분은 상기 냉온변환소자측의 접촉축열부(44)이고, 이 부분에서 가장 많은 열교환이 발생되기 때문에, 이 부분의 부피가 적어도 상기 열방출경로를 제공하는 축열공동(42)의 부피보다는 적어도 커야 냉온변환소자로부터 원할히 흡열할수 있기 때문이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서, 제1축열부의 부피는 상기 냉온변환소자의 출력규격, 사용시간, 사용온도 및 제1축열부의 밀도에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 한다.
예를 들면, 본 발명에서 가장 일반적으로 사용가능한 냉온변환소자(펠티에소자)의 출력 규격은 1초당 0.5Kcal 이며, 제1축열부로서 구리를 사용했을 경우 사용했을 경우 요구되는 제1축열부의 부피는 이하 수식 1 내지 3에 의해 계산가능하다.
먼저 냉온변환소자의 출력측 열량 Q 은 다음과 같이 정의된다. 여기서 출력측 열량은 냉온변환소자인 펠티에소자가 시간당 발열하거나(온마사지 경우) 흡열하는(냉마사지 경우) 열량의 크기이다.
[수식1]
Q = m * c * T
여기서, Q 는 1초당 열량, m은 질량, T는 온도변화량, c 는 비열을 의미한다. 질량 m = 부피 v * 밀도 D 이므로 이를 수식 1에 삽입하면, 이하 수식 2 처럼된다.
[수식2]
Q = v * D * c * T
v = Q / (D * c * T)
가장 쉽게 사용가능한 구리를 예로 들어 상기 부피 v를 구해보면 다음 수식 3 과 같다.
[수식3]
v = Q / (D * c * T)
= 0.5 / (8.94 * 0.0924 * (50-20)) = 0.020
여기서 v 는 냉각모드에서 1초당 0.5kcal 흡열하기 위한 제1축열부인 구리의 부피(㎤), D 는 구리의 밀도(g/㎤), c 는 구리의 비열, T 는 온도의 변화량(섭씨온도)이다. 여기서 T = 사용가능한 최대온도(섭씨50도) - 상온(섭씨20도) 으로서, 일반인 냉마사지 기능의 사용환경에서 피부의 최대온도는 50도인 것을 가정한 것이다.
만약 10분정도 흡열하는 경우 10분 = 600초이므로, 10분동안 흡열하기 위한 제1축열부의 구리의 부피 v_10min는 이하 수식 4와 같다.
[수식4]
v_10min = 0.020 * 600 = 12 ㎤
실제 본 출원인의 실험결과 상기 사용조건에서 구리부피가 10 내지 14 ㎤ 인 경우 가장 좋은 흡열성능을 보였으며, 이는 상기 조건에서 구리부피의 가장 최적의 실시예를 입증한다.
결국 제1축열부의 부피는 냉온변환소자(펠티에소자)의 출력측 규격(단위 시간당 발열(흡열)하는 열량), 제1축열부로 사용된 금속의 비열, 사용시간, 최대온도와 현재온도의 차이에 기초하여 설계되며, 일반적으로 상기 수식 4와 같은 값을 가진다.
또한, 일 실시예에서, 제1축열부가 구리이고 제2축열부가 물이고, 제1축열부와 제2축열부의 부피의 비는 실질적으로 5:1 인 것이 바람직하다. 실험결과,
이는 물은 구리에 비해 비열은 10배 온도전도율은 5배정도 높고, 본 발명의 사용시에 제2축열부에 포함된 축열매체는 10분이상사용시에 다른 물로 교환하게 되므로, 구리체적의 1/5 정도인 것이 바람직하기 때문이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 냉온 마사지 장치를 나타내는 도면이다.
도 9의 실시예에서, 상기 제1축열부와 상기 제2축열부의 접촉면중에서 상기 냉온변환소자측의 접촉면은 상기 서로 교번하여 돌출되고 만입된 요철형상으로 형성된 것이 바람직하다. 이는 제1축열부와 제2축열부의 열교환이 가장 많이 발생되는 지점은 상기 냉온변환소자측에 있는 접촉면인데, 이 접촉면에서 요철형상으로 접촉하게 하여 접촉면적 즉 열교환이 발생되는 면적을 증가시킴으로써 단위 시간당 발생되는 열교환의횟수 및 량 즉 열교환의 효율을 증대시키기 위함이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 냉온 마사지 장치를 나타내는 도면이다.
이 실시예에서, 본 발명의 구동부(60)는 도통감지부(610) 및 구동전류생성부(620)를 추가적으로 포함한다.
도통감지부(610)는 접촉헤드(10) 및 제1축열부(40)와 전기적으로 연결되어, 상기 접촉헤드 및 제1축열부사이의 전기적도통여부를 결정한다. 즉 도통감지부(610)는 상기 접촉헤드(10) 및 제1축열부(40)사이의 전기저항을 측정하고, 상기 측정된 전기저항이 미리결정된 임계값보다 작으면, 서로 도통되었다는 의미의 도통감지신호(612)를 생성한다. 접촉헤드(10)는 냉온마사지의 대상인 사용자의 대상피부에 접촉하게 되고, 제1축열부(40)는 사용자의 조작부분인 손에 접촉하게 된다. 즉 도통감지부(610)는 조작부분인 손과 마사지대상부분인 피부사이의 전기적도통여부를 감지한다.
구동전류생성부(620)는 도통감지부(610)로부터 도통감지신호(612)를 수신하면, 냉온변환소자(20)를 구동하는 구동전류(622)를 생성한다. 즉 구동전류(622)는 도통감지신호(612)가 수신될 때만 생성된다.
본 실시예에 의하면, 냉온변환소자(20)는 구동전류가 수신되어야만 동작되고, 구동전류(622)는 도통감지신호(612)가 수신되어야 생성되기 때문에, 결국 사용자가 본 발명에 따른 장치를 움켜쥐고 즉 사용자의 오른손이 제1축열부(40)에 접촉되고, 본 장치를 사용자의 마사지대상피부에 접촉시켜야만 냉온변환소자(20)가 동작된다. 즉 사용자는 별도의 스위치를 구동하지 않고도 오른손에 본 장치를 쥐고 마사지대상피부에 접촉시키기만 하면 본 장치가 구동되고, 반대로 본 장치를 마사지대상피부로부터 이탈시키는 경우에는 본 장치의 동작이 자동으로 정지된다. 따라서 사용자는 별도의 스위치를 온오프할 필요가 없으므로 본 장치의 사용의 편의성이 증가된다.
또한 본 실시예에 의하면, 사용자가 접촉하는 순간에만 구동전류가 생성되기 때문에 원하는 동작시기와 실제 동작시기간의 괴리가 감소하여 첫째 전력소모량이 감소되고 둘째 원하지 않는 시간에 냉온변환소자가 구동되지 않으므로 열역전현상의 발생확률이 감소된다. 특히 냉마사지기능에 있어서 충분한 낮은 온도가 유지되는 경우에는 구동전류의 인입을 차단할 필요가 있는데 본 실시예에 의하면 사용자에 의해 별도의 조작이 필요없이 터치 및 터치해제에 의해 구동전류의 인입이 쉽게 제어되므로 그만큼 열역전 현상이 발생할 확률이 감소하게 된다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예
들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
부호의 설명
10: 접촉헤드 20: 냉온변환소자
30: 하우징 40: 제1축열부
50: 제2축열부 60: 구동부
42: 축열공동 44: 접촉축열부
w: 교체가능한 축열매체 100: 냉온 마사지 장치
본 발명은 피부건강향상을 위한 냉온마사지기 및 관련산업에 산업상 이용가능하다.

Claims (8)

  1. 피부에 냉온 자극을 가함으로써 피부를 긴장 및 이완시켜 피부를 관리하는, 교체가능한 매체를 이용한 휴대용 냉온 마사지장치(100)에 있어서,
    볼록한 판형상의 부재로서 열전도성이 높은 재료로 형성된 접촉헤드(10);
    전기적에너지를 이용하여 발열 및 흡열기능을 제공하는 펠티에소자(Peltier element)로 형성되는 판넬형상의 부재로서, 상기 접촉헤드의 배면에 접촉하여 상기 접촉헤드로 발열하거나 상기 접촉헤드로부터 흡열하는 냉온변환소자(20);
    열전도성 재료로 형성되고 중앙에 빈 공동형상의 축열공동(42)이 형성된 덩어리(bulk)형상의 부재로서, 상기 냉온변환소자(20)의 배면에 접촉하여 상기 냉온변환소자(20)에 의해 흡열된 열을 외부로 방출하는 제1축열부(40);
    열전도성 재료로 형성된 중앙이 비어 있는 박스형상의 부재로서, 상기 제1축열부(40)의 상기 축열공동(42)의 내면에 접촉된 상태로 상기 축열공동(42)에 삽입되어 상기 제1축열부(40)에 저장된 열을 흡수하는 제2축열부(50);
    전기적 전원을 포함하며 사용자의 조작에 기초하여 상기 냉온변환소자를 구동하는 구동부(60); 및
    상기 접촉헤드(10), 냉온변환소자(20), 제1축열부(40), 제2축열부(50) 및 구동부(60)을 외부에서 감싸고 지지하는 하우징(30)으로서, 상기 제1축열부의 외부표면이 외부방향로 노출된 상태로 상기 마사지장치(100)의 외부를 감싸는 하우징(30)을 포함하고,
    냉마사지 기능시에, 상기 냉온변환소자에 의해 사용자의 피부로부터 상기 접촉헤드를 통해 흡수된 열은 상기 제1축열부에 의해 저장된후 상기 제1축열부의 노출된 외부표면에 의해 상기 마사지장치(100)의 외부로 방출되고,
    냉마사지 기능시에, 추가적으로 상기 제2축열부의 내부에는, 열전도성이고 교체가능한 매체인 축열매체 w 가 저장되어, 상기 제1축열부에서 흡수된 열이 다시 상기 제2축열부내에 포함된 상기 축열매체 w 에 흡수 및 이동됨으로써, 상기 축열매체 w 를 통해 추가적인 방열경로를 제공하는 것을 특징으로 하는 휴대용 냉온 마사지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1축열부(40)는 상기 냉온변환소자측을 향하는 부분인 접촉축열부(44)의 부피가 상기 축열공동(42)의 부피보다 큰 것을 특징으로 하는 휴대용 냉온 마사지장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제1축열부(40)는, 상기 냉온변환소자측을 향하는 부분인 접촉축열부(44)의 부피가 상기 제1축열부 전체 부피의 60% 이상인 것을 특징으로 하는 휴대용 냉온 마사지장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제1축열부의 부피는 상기 냉온변환소자로서 사용된 펠티에소자의 출력규격, 사용시간, 사용온도 및 제1축열부의 밀도에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 휴대용 냉온 마사지 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제1축열부는, 상기 냉온변환소자의 규격이 0.5Kcal/1sec 일 때, 부피가 10 내지 14㎤ 인 구리인 것을 특징으로 하는 휴대용 냉온 마사지 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제1축열부 및 제2축열부가 구리이고 상기 제2축열부에 포함된 축열매체가 물이고, 상기 제1축열부와 상기 제2축열부의 부피의 비는 실질적으로 5:1 인 것을 특징으로 하는 휴대용 냉온 마사지 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제1축열부와 상기 제2축열부의 접촉면중에서 상기 냉온변환소자측의 접촉면은 상기 서로 교번하여 돌출되고 만입된 요철형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 휴대용 냉온 마사지 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 구동부(60)는, 상기 접촉헤드(10) 및 제1축열부(40)사이의 전기저항을 측정하고, 상기 측정된 전기저항이 미리결정된 임계값보다 작으면, 서로 도통되었다는 의미의 도통감지신호(612)를 생성하는 도통감지부(610); 및
    상기 도통감지부(610)의 도통감지신호(612)의 수신여부에 기초하여 상기 냉온변환소자를 구동하는 구동전류를 생성하는 구동전류생성부(620)를 더 포함하고,
    상기 냉온변환소자는 상기 도통감지부에 의해 사용자의 마사지대상인 피부와 사용자의 조작부분인 손이 서로 도통하는 경우에만 구동되는 것을 특징으로 하는 휴대용 냉온 마사지 장치.
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