KR100372088B1 - 시트의온도제어시스템및방법 - Google Patents

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데이비드 에프 캘럽
데이비드 알 노레스
크리스티안 티 그레고리
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아메리곤 아엔씨.
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Abstract

온도 기후 제어계 238은 온도 변환 시이트 240과 최소한 한개의 열펌프 246, 최소 한개의 열감지기 286 그리고 제어기 290으로 이루어진다. 각 열펌프는 주열교환기 250안에서 공기 온도 조절용 열전기 모듈 248 여러개와 온도 변환 시이트로 주교환기로부터 조절 공기를 보내기 위한 주교환기팬 254로 구성된다.
펠티어 모듈과 각 주팬은 제어스위치 284나 제어신호를 통해 수단으로 조절된다.
더하여 온도 기후 제어계는 승객에게 가능 조절 공기의 온도 뿐만 아니라 승객 주변의 온도도 감시하는 추가적인 수개의 온도감지기 288로 구성될 수 있다. 이 제어기는 자동적으로 펠티어 모듈의 작동을 조정하고 정상 작동 동안 승개의 안락감을 최대로 하고 열펌프의 오작동시 승개의 상해나 비안락감, 장치의 손상을 최소화시켜 주도록 고안된 온도 기후 제어 원리에 의하여 각 주팬을 조정한다.

Description

시트의 온도 제어 시스템 및 방법
제1도는 본 발명에 따른 시트의 개략 단면도,
제2도는 본 발명의 온도 제어 시스템에 따른 일실시예의 개략도,
제3도는 제2도의 온도 제어 방법을 나타내는 순서도,
제4도는 본 발명의 온도 제어 시스템에 따른 다른 실시예의 개략도,
제5도는 제4도의 온도 제어 방법을 나타내는 순서도,
제6도는 본 발명의 온도 제어 시스템에 따른 또다른 실시예의 개략도,
제7도는 제6도의 온도 제어 방법을 나타내는 순서도,
제8도는 본 발명의 온도 제어 시스템에 따른 또다른 실시예의 개략도,
제9도는 대류 열전달 관이 없는 시트의 단면도,
제10도는 대류 열전달 관이 있는 시트의 단면도,
제1l도는 본 발명의 온도 제어 시스템에 따른 또다른 실시예의 개략도,
제l2도는 제11도의 시스템 제어용 제1 냉방 모드 로직을 나타내는 순서도,
제13도는 제11도의 시스템 제어용 제1 난방 모드 로직을 나타내는 순서도,
제14도는 제11도의 시스템 제어용 제2 난방 모드 로직을 나타내는 순서도,
제15도는 제11도의 시스템 제어용 제2 냉방 모드 로직을 나타내는 순서도.
본 발명은 시트의 온도 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 승객이 착석한 시트에 직접 또는 간접으로 공급되는 난방/냉방용 매체의 온도와 흐름을 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
건물이나 주거지 등과 같은 장소 내에서의 냉방과 난방은 일반적으로 사용자 주변의 공기 온도를 변화시키는 공기의 대류 작용을 통해 조절된다. 냉난방 대류의 효과는 사용자 신체의 모든 부분과 접촉되는 공기의 온도 조절량에 크게 의존한다. 대류를 통한 냉난방은 일반적으로 사용자가 한 군데에 머물지 않고 이리 저리 움직여서 온도 제어된 공기와 최대한 접촉할 수 있는 주거지나 사무실 등과 같은 공간에 적용될 때 매우 효과적이다.
그러나 자동차나 비행기 또는 버스와 같은 이동체의 경우 승객은 보통 신체가 시트의 표면에 고정되어 있어 온도 조절된 공기의 효과가 미치기 어렵다. 이러한 경우 냉난방용 공기를 차량 내로 분사하는 것은 승객의 신체와 접촉하는 영역이 제한되어 있기 때문에 그 효율성은 떨어진다. 나아가, 승객이 앉는 시트의 표면온도는 처음에는 차량 내의 주위 온도에 가깝기 때문에 효과적인 방법으로 신속해 온도를 올려 주어야 할 필요가 있다.
이러한 냉난방 문제를 해결하기 위하여, 냉난방 매체가 내부로 흘러 시트 표면에 분산되도록 하여 시트에 앉아 있는 승객에 접촉할 수 있도록 하는 시트가 개발되어 왔다. 바람직한 냉난방 매체로는 공기를 들 수 있다. 이 방법을 이용하여 제조된 시트는 차량 내에 분사되는 공기와 떨어져 있는 승객의 신체에 냉난방 공기가 직접적으로 미치도록 함으로써 냉난방 효과를 증대시킨다.
페어(Feher)가 등록받은 미국 특허 제4,923,248호는 시트 패드 및 등받이에 대하여 기재하고 있다. 이 시트 패드 및 등받이는 펠티어(peltier) 열전기 모듈로부터 시트의 표면을 통해 승객의 인접 면까지 온도 조절된 공기를 분사하는 내부공간을 포함하고 있다. 팬을 이용하여 펠티어 모듈(peltier module)의 핀 위로 주위 공기를 불어주어 온도 조절된 공기를 공급한다. 승객을 위한 냉방과 난방은 펠티어 모듈에 동력을 전달하는 전기극성의 변환에 의해서 이루어진다.
페어(Fehcr)가 등록받은 미국 특허 제5,002,336호는 온도 조절된 공기를 받아서 이를 시트를 통해 승객의 인접 면에 공급하기 위한 내부 공간을 가진 시트 및 등받이 결합체에 대하여 기재하고 있다. 여기에서도 미국 특허 제4,923,248호와 같이 온도 조절된 공기는 펠티어 열전기 모듈로부터 공급되고 전기 팬에 의해 내부공간을 통해 분배된다.
페어(Feher)가 등록받은 미국 특허 제5,117,638호는 온도 조절된 공기를 공급하기 위하여 선택적으로 냉방 또는 난방이 되는 시트 구조 및 장치에 대하여 기재하고 있다. 이 시트 구조는 내부 공간, 플라스틱 그물층, 금속 그물층 그리고 구멍이 뚫린 외부층을 포함하고 있다. 온도 조절된 공기를 공급하기 위한 장치인 열교환기는 펠티어 열전기 모듈과 팬을 포함하고 있다. 펠티어 모듈에 동력을 전달하는 전기 극성을 스위치로 조작함으로써 냉방과 난방을 할 수 있다.
시트 구조물에 대한 공지의 자료에서는, 승객용 냉방과 난방을 위한 보다 효과적인 방법이 필요하다고 언급하고 있음에도 불구하고, 승객의 편안함과 전력 효율의 극대화를 동시에 도모할 수 있는 방법으로 온도 조절된 공기를 제공할 필요성에 대해서는 언급하고 있지 않다. 또한, 시트 구조물에 대한 공지의 자료에서는 온도 조절된 공기를 승객과 접촉하고 있는 제2 매체로 향하게 함으로써 열전도 효과를 낼 수 있다는 점에 대해서도 언급하지 않고 있다.
환경문제에 대한 경각심의 증가와 자윈 보존의 필요성으로 인해 자동차와 같은 탄화수소를 동력으로 하는 차량들은 전기와 같은 환경을 해치지 않는 자원을 이용하도록 변화되고 있다. 현재의 탄화수소 차량이 전기 자동차로 바뀌는 것은 만일 전기 자동차가 탄화수소를 동력으로 하는 자동차와 같은 성능을 갖거나 더 나은 성능을 갖는다면 곧 현실화될 것이다. 따라서, 전기적으로 효율성 있는 전기자동차의 출현이 전기 자동차의 성공에 중요하다 하겠다.
전기를 동력으로 하는 자동차의 전기적 효율을 극대화하기 위해서는 최대의 전기적 효율을 갖는 전기적인 보조장치가 필요하다. 온도 조절 공기를 공급하는 공지의 시트는 전기적 효율이 높은 방식으로 작동하진 않는다.
시트에서 펠티어 열전기 장치로 조절한 공기의 온도는 전위차계를 이용하여 저항을 통과할 때 초과 전력을 소진시켜 조절한다. 펠티어 열전기 장치를 동작시키는 데 적절한 양의 전력만을 공급하는 게 아니라 초과 전력을 소진시키는 방법을 채택하고 있는 시트는, 전력에 민감한 전기 자동차나 전기적 효율이 중요시되는 물체에 적용하기에는 부적합하다.
승객에게 온도 조절된 공기를 제공하는 공지의 시트에서 승객은 따뜻한 공기나 차가운 공기를 선택할 수 있다. 그러나 이 시트는 승객이 졸린 경우나 열전기장치가 오동작 하게 되는 경우 승객에게 전달되는 냉방 또는 난방용 공기의 온도나흐름량을 자동적으로 조절하진 못한다. 열전기 장치의 전기적인 오동작은 장치를 비정상적으로 가열할 수 있고, 이로 인해 장치가 손상될 수 있다. 전기적인 오동작으로 인해 승객에게 매우 뜨거운 공기가 전달되어 불편함을 초래할 수 있다. 더욱이, 승객이 초기에 난방과 냉방을 최대로 올려 고정해 놓을 때는 승객이 잠에 빠진 경우에 손을 댈 수가 없어 열전기 장치 차체에 손상을 줄 뿐만 아니라 안락감을 주지 못하고 승객에게 상해를 입힐 수가 있다.
공지의 시트는 승객의 조절을 통해 시트 바닥이나 시트 등받이 측으로 공기의 분산을 유도할 수는 있었으나, 시트의 등을 통하는 공기의 온도와 시트의 바닥을 통하는 공기의 온도를 개별적으로 조정할 수는 없었다. 특별한 의료 상황이나 상해로 인해 선택적으로 시트의 한 부분만 열을 주고 다른 부분은 차갑게 해야 할 경우가 있을 수 있다. 예를 들어, 어느 추운 날 운전자는 안락감을 위해 시트 등받이에는 따뜻한 공기를 원하고 시트 바닥은 최근에 다친 발의 부상을 치료하기 위해 차가운 공기를 원하게 된다.
또한, 공지의 시트는 구멍이 없는 시트를 통한 냉방 전도를 할 수가 없으며 대류 전달에만 전적으로 의존해야 한다. 공지의 시트는 시트면 내에 위치한 저항선을 사용하여 난방 전도는 할 수가 있다. 그러나 이러한 시트는 냉방 전도는 불가능하다. 냉방 전도와 난방 전도는 앉아 있는 승객의 신체와 닿아 있는 부분에 열기와 냉기를 전달하는 효과적인 방법이다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
따라서, 시트에 앉아 있는 승객에게 온도 조절된 공기의 온도와 흐름량을 조절할 수 있는 방법과 제어 시스템을 갖춘 시트가 필요하다. 이 제어 시스템은 전기적으로 효율적인 방법으로 시트를 동작시키고 전기 자동차와 같이 전력에 민감한 제품에 있어 효과적인 것이어야 한다. 이는 또한 장치에 손상을 주지 않고 승객에게 불편함이나 상처를 입혀서는 안 되는 것이어야 한다. 이 제어 시스템은 시트등받이와 시트 바닥에 뜨거운 공기와 차가운 공기를 개별적으로 분사해 줄 수 있어야 한다. 그리고 앉아 있는 승객에게 대류에 의한 열 전달뿐만 아니라 전도에 의한 열 전달도 해줄 수 있어야 한다. 또한, 승객의 최소한의 입력만으로도 동작이 용이해야 한다.
[발명의 구성]
본 발명에 따른 시트의 온도 제어 시스템은 상기한 요구에 따른 것이다. 본 발명에 따른 온도 제어 시스템은 앉아 있는 승객에게 온도 조절된 공기를 분사하기에 적합한 시트, 이 시트에 공기를 보내는 최소한 하나의 주변 공기 온도 제어용 열 펌프, 온도 센서, 그리고 온도 제어 로직에 따라 열 펌프의 작동을 제어하고 온도를 검출하는 제어기를 포함한다.
열 펌프는 주 열 교환기에서 냉방과 난방 공기 온도를 선택할 수 있는 복수의 펠티어 열 전기 모듈을 포함한다. 가열 또는 냉각된 공기는 주교환기 팬에 의해 시트로 보내진다. 열 펌프는 펠티어 모듈에서 얻어지는 유해한 열과 차가운 공기를 내보내는 소비열교환기를 포함한다. 유해한 열과 차가운 공기는 이 소비열교환기에 의해 바깥으로 배출된다. 주교환기팬은 팬 스위치를 통해 미리 정해진 다양한 속도로 수동 조작이 가능하다. 각 펠티어 모듈은 온도 스위치를 통해 여러가지 난방 모드와 냉방 모드로 수동작동이 가능하다. 각 펠티어 모듈로의 전력은 전기적 효율을 최적화하기 위해 특별한 난방, 냉방 모드의 작동에 따라 듀티 사이클의 펄스(PULSE)로 전달된다. 각 열 펌프는 온도 스위치와 별도의 팬을 통해 개별적으로 작동되거나 공통의 팬과 온도 스위치에 의해 동시에 작동될 수 있다. 선택적으로 각 열 펌프는 승객 확인 스위치가 동작할 경우 제어기에 의해 자동으로 작동할 수 있다.
최초에 팬 속도와 펠티어 모듈의 온도를 설정한 후 제어기는 열 펌프의 온도정보를 검출한다. 또한 제어기는 온도 센서를 통해 승객에게 직접 미치는 온도 조절된 공기뿐만 아니라 그 주변의 공기의 온도도 검출한다. 제어기는 주교환기팬, 소비교환기팬, 그리고 온도 제어 로직에 따라 펠티어 모듈의 작동을 제어한다. 이 제어 로직은 승객의 안락감을 최대로 하고 장치의 손상, 승객 불편, 시스템의 오동작의 경우 발생할 승객 부상을 최소화할 수 있게 고안되었다.
이 제어 로직은 열 펌프의 온도가 미리 설정된 최대 온도와 최소 온도가 될 경우 주교환기팬과 펠티어 모듈로의 전력을 제한하고 열 펌프의 오동작을 검출할 수 있도록 고안되었다. 또한, 제어 로직은 승객에게 미치는 조절 공기의 온도가 미리 설정한 최대 또는 최소 온도를 초과하는 경우 펠티어 모듈로의 전력을 제어하게 고안되었다.
또한 제어 로직은 냉방 모드가 작동할 동안 승객에게 미치는 냉각 공기의 온도가 미리 설정한 최소 냉각 온도를 초과할 때나, 미리 정해진 시간 동안 제어가 되지 않을 때 이로 인해 승객의 등이 지나치게 차가워지는 불편함을 최소화하게끔펠티어 모듈로의 전력을 제한하게 고안되어있다. 또한 제어 로직은 냉방 모드 작동시 승객의 주변 온도와 승객에 직접 미치는 조절된 공기 사이의 온도 차이가 미리 정해진 값보다 클 경우에도 펠티어 모듈로의 전력을 제한하게 되어 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
제1도는 시트의 개략적인 단면도로서, 착석 위치에 있는 승객을 받쳐 주는 시트 등받이(12)와 시트 바닥(14)으로 이루어진 시트(10)를 나타내고 있다. 특별한 경우 외에는 이러한 구성을 갖는 시트를 그냥 시트로만 언급하기로 한다. 이 시트에는 구멍이 뚫린 비닐이나 옷감 가죽과 같은 표면을 통해 공기를 흐르게 할수 있는 적합한 재질로 만들어진 커버(16)가 있고 이 커버(16) 아래에는 승객의 안락감을 증대시키는 그물 모양의 패드층(17)이 놓여 있다.
이 시트에는 스펀지 폼으로 된 시트 바닥 및 시트 등받이용 쿠션(18)의 형상을 유지시키는 금속 구조재(도시하지 않음)가 들어 있다. 복수의 공기관(20)이 각 시트 쿠션 내에 있으며, 패드층(17)으로부터 시트 쿠션을 거쳐 시트 등받이용 공기주입구(24)나 시트 바닥용 공기 주입구(22)로 뻗어 있다. 여기에서는 특정한 시트 실시예만 도시하고 있지만, 본 발명에 따른 온도 제어 시스템은 어떠한 종류의 형태를 갖는 시트에도 적용 가능하다,
제2도는 본 발명에 따른 시트(10)의 온도 제어 시스템의 제1 실시예를 나타낸다. 시트를 통해 승객에게 전해지는 공기는 열 펌프에 의해 온도가 조절된다. 제1 실시예는 시트 등받이(12)로 통하는 온도 조절용 열 펌프(26)와, 시트 바닥 (14)으로 통하는 온도 조절용 열 펌프(28)를 포함한다. 시트 등받이용 열 펌프와시트 바닥용 열 펌프는 각각 냉방과 난방의 선택에 따라 공기의 온도를 조절하는 최소한 하나의 열 전기 장치(30, 32)를 포함한다. 이 열전기 장치는 펠티어 열전기 모듈이다. 각 열 펌프는 하나 이상의 펠티어 열전기 모듈을 포함한다. 바람직하게는 열 펌프는 세 개의 펠티어 열전도 모듈을 포함한다.
각 열 펌프는 펠티어 모듈의 일면에 붙어 있는 주위 공기의 온도 조절용 핀(도시하지 않음)을 포함하는 주 열 교환기(34, 36), 그리고 주 열 교환기 반대쪽으로 펠티어 모듈에 붙어 있는 열 교환기 핀을 포함하는 소비 열 교환기(38, 40)로 이루어진다, 각 주 열 교환기의 일단에는 주 열 교환기 내에 들어 있는 온도 조절된 공기를 주 열 교환기로부터 시트 등받이와 시트 바닥으로 개별적으로 공급하는 출구가 있다. 각 주 열교환기팬은 축 방향 송풍기와 같은 적합한 공기 유통을 만들어 주는 전기 팬을 포함한다. 각 주 열 교환기의 출구 끝에는 시트 등받이용 공기 주입구(24)와 시트 바닥용 공기주입구(22)로 연결되는 공기관(46, 48)이 이어져있다. 따라서 각 주 열 교환기 내에 있는 펠티어 열전기 모듈에서 온도가 조절된 공기는 각 공기관을 통해 공기 주입구로 유입되고, 주 교환기 팬을 통해 시트 각부위로 이동한 뒤 승객에게 전달된다.
소비 열교환기의 끝에는 각 소비 열교환기에서 생성되는 원치 않는 소비 열과 냉기를 소비 교환기팬(50, 52)으로부터 시트 외부로 배출하는 출구가 연결되어 있다. 각 소비 교환기 팬은 축방향 송풍기와 같은 적절한 공기 유동을 만들어내는 회전 팬을 포함한다. 각 소비 열 교환기로부터 배출되는 소비 공기는 보통 냉방 모드에서 뜨거워지고 난방모드에서는 차가워지는 바람직하지 않은 온도 상태에 있기때문에 각 소비 열 교환기에서 배출되는 소비 공기는 특별히 승객과 먼 시트의 옆쪽으로 배출되도록 한다.
각 열 펌프 내에 있는 펠티어 열전기 모듈의 주 열 교환기 옆에는 온도 센서(54, 56)가 설치되어 있다. 각 온도 센서는 전기적인 열전쌍(THERMOCOUPLE) 같은것을 포함할 수 있다.
주 교환기팬(42, 44)은 팬 스위치(58)로 수동으로 제어될 수 있다. 제1 실시예에서 주 교환기팬은 하나의 팬 스위치로 동시에 작동된다. 이 팬 스위치는 승객이 원할 때 전원을 차단시키고 팬의 속도설정을 다양하게 할 수 있는 전기적 스위치이다. 이 팬 스위치는 전원 차단 위치와 저-중-고 세 개의 서로 다른 팬속도위치를 갖는 것이 바람직하다. 이 팬 스위치는 승객이 쉽게 작동할 수 있게 시트근처나 안에 위치시킨다.
소비 교환기팬(50, 52)의 동작은 승객이 원할 경우 별도의 팬 스위치(도시하지 않음)로 수동으로 동작될 수 있다. 그러나 이 소비 교환기 팬은 주 교환기팬에 맞추어 이미 정해져 있는 단일 속도에서 자동으로 동작되는 것이 좋다. 따라서 팬 스위치(58)의 수동 동작에서는 주교환기가 정해진 속도로 맞추어지고 소비 교환기 팬은 자동으로 최대 속도에서 동작하게 맞추어진다. 이러한 온도 제어 시스템의 동작은 펠티어 모듈의 열효율을 최대로 하고 시스템의 손상 가능성을 줄여 준다.
펠티어 열전기 모듈은 온도 스위치(60)로 제어될 수 있다. 제1 실시예에서는 양쪽의 열펌프 내에 있는 펠티어 열전기 모듈이 하나의 온도 스위치로 동시에 동작되는 것이 좋다. 이 온도 스위치는 승객이 원한다면 전원 차단 위치와 여러가지온도를 설정할 수 있는 전기 스위치로 될 수 있다. 바람직한 팬 스위치는 전원 차단 위치, 네 개의 난방 위치와 네 개의 냉방 위치를 갖고 조절되는 것이다. 팬 스위치(58)와 같이 온도 스위치(60)는 승객이 쉽게 작동시킬 수 있도록 시트 근처나 내부에 위치시킨다.
온도 스위치를 냉방 위치로 돌릴 경우 그 근처에 있는 LED 등(62)에 청색 불이 들어 오고 이는 펠티어 모듈이 냉방 모드에서 작동 중임을 나타낸다. 온도 스위치가 난방 위치로 조정되어 있을 경우에는 LED 등이 적색으로 나타내고 이는 펠티어 모듈이 난방모드에서 작동 중임을 나타낸다.
펠티어 모듈에서 냉방 또는 난방 모드의 조정은 펠티어 모듈로 공급되는 전력의 양을 제한하거나 극성을 바꾸어줌으로써 가능하다. 저항을 통해 원치 않는 전력 부분을 소모시키기 위한 전위차계(POTENTIOMETER)를 사용하는 대신에 네 개의 서로 다른 냉난방 작동 모듈이 전력을 미리 정한 듀티 사이클의 펄스로 생성하여 펠티어 모듈로 공급함으로써 펠티어 모듈의 전기적 효율을 최적화할 수 있다. 따라서 펠티어 모듈에 미리 정한 듀티 사이클로 펄스 전력을 공급함으로써 서로 다른 레벨의 냉방 또는 난방을 구현할 수 있다. 바람직하게는, 듀티 사이클을 약 0.02초(50㎐)로 하여, 사이클 전력 시간의 25%, 50%, 75% 및 100% 만큼 전력을 가함으로써 4개의 레벨을 구현할 수 있다. 여기에서 25%의 듀티 사이클은, 0.02초의 총사이클 시간 동안 대략 0.005초 동안 온(on)되고, 0.015초 동안 오프(off)되는 것이 반복된다. 75%의 듀티 사이클은 대략 0.015초 동안 온되고 0.005초 동안 오프된다.
펠티어 모듈의 냉난방은 전력의 자성을 변환함으로써 이루어질 수 있다. 펠티어 모듈은 대략 DC 10V에서 난방 작동, DC 6V에서 냉방 작동하게 되어 있다. DC변환기는 냉난방 공급 조절기 외부에 위치한다. 펠티어의 전체 듀티 사이클은 0.02에초부터 0.2초까지 조절된다. 각 모드에서의 펠티어 모듈용 전력은 효율과 시트에 공급되는 총 열 동력을 최적화할 수 있도록 선택된다.
전기는 팬 스위치(58), 온도 스위치(60), 주 교환기 팬(42, 44), 소비 교환기 팬(50, 52), 펠티어 모듈(30, 32), LED 등(62), 그리고 온도 센서(54, 56)를 순환한 뒤 제어기(64)로 공급된다. 선택적으로, 이 전기 공급과 신호는 먼저 제어기로 신호를 보내는 시트 내의 인쇄 회로 기판(도시하지 않음)을 거칠 수 있다. 제어기는 앞서 언급한 모든 장치들을 작동시키기에 충분한 전기 용량을 갖는 전력 입 력부(66)를 포함한다. 이 제어기는 팬 스위치와 온도 스위치를 통해 승객이 입력한 값을 전달받고 온도 센서로부터 온도 정보를 얻는다, 이 입력 값에 따라 제어기는 승객의 안락감과 안정성을 위해 미리 설정된 원리에 따라 열 펌프의 작동을 조정하고 시스템의 손상을 방지한다.
제3도는 제2도에 나타낸 제1 실시예의 온도 제어 시스템의 원리를 나타내는 순서도이다. 시트를 사용하기 원하는 승객은 팬 스위치(58)을 동작시키고 팬 속도를 선택함으로서 주 교환기팬을 동작시킨다(S68). 이 주 교환기 팬이 동작함에 따라 소비 교환기 팬 또한 최고 속도로 동작한다(S70).
승객은 원하는 냉방이나 난방모드에 온도 스위치(60)를 돌려놓음으로써 시트내에 있는 펠티어 모듈을 동작시킨다(S72, S74).
이 펠티어 모듈은 온도 스위치를 정지 위치에 놓음으로써 수동으로 차단될 수 있으며, 이 경우 팬으로 전달되는 전력은 청색을 나타내는 LED(62)로 표시된다 (S76). 또한 펠티어 모듈은 팬스위치가 수동으로 정지 위치에 있을 때 제어기에 의해 자동으로 차단된다(S78).
온도 스위치가 4가지 냉방 모드 중 하나에 위치할 때 LED 등(62)은 청색을 나타낸다(S80), 열 펌프(26, 28)의 온도감지기(54, 56)는 온도를 감지하여 온도값을 제어기로 전송한다(S82). 만일 온도가 절대온도 약 303도 이하이고 승객이 마지막으로 온도를 조절해 놓은 시간이 6분 이상을 경과하지 않으면 펠티어 모듈로 가는 전력은 계속 유지되고(S86), 6분이 지나면 펠티어 모듈로 가는 동력은 25%로 감소된다(S90). 승객의 등에 미치는 초과 냉방이 시트의 사용 이후에 승객이 불편함을 야기할 수 있기 때문에 이를 방지하기 위해 펠티어 모듈의 전력 감소가 필요하다. 그러나 만일 온도가 절대온도 303도 이하가 아니라면 펠티어 모듈로 공급되는 전력은 승객이 조절한 데로 유지된다(S86).
온도 스위치가 4가지 난방모드 중 하나에 위치할 때 LED 등(62)은 적색을 나타낸다(S92). 만일 온도가 절대온도 339도 이하일 경우 펠티어 모듈로 공급되는 전력은 그대로 유지된다(S94). 만일 온도가 절대온도 339도와 349도내에 있을 때 (S92), 전력은 온도가 절대온도 339도 이하가 될 때까지 25% 감소한다. 이 경우는 펠티어 모듈을 초과 난방으로부터 지키기 위해 필요하다.
만일 펠티어 모듈의 주 열교환기측 온도가 절대온도 200도 이하이거나 349도 이상일 경우(S100), 펠티어 모듈이 난방 모드에 있건 냉방 모드에 있건 제어기는펠티어 모듈을 차단하고 주 교환기 팬과 소비 교환기 팬의 작동을 유지시킨다. 상기 두 가지 경우의 온도 조건은 시스템의 오동작을 나타낸다. 이 조건에서는 LED 등은 오렌지 색을 나타내는데 이는 오동작 중이라는 표시이다.
제1 실시예는 제2도에 도시한 바와 같이 시트의 등받이와 시트 바닥을 각각 통과하는 온도 조절된 공기의 유동관 내에 위치한 온도 센서(102, 104)를 포함한다. 이 온도 센서는 제어기(64)에 전기적으로 연결되어 있다. 제3도에 나타낸 온도 제어 원리는 조절온도가 절대온도 325도 이상이거나 약 297도 이하일 경우 펠티어 모듈을 차단시킨다. 펠티어 모듈이 차단되어 있는 동안 주교환기 팬은 계속 작동된다.
제4도는 본 발명에 따른 온도 제어 시스템의 제2 실시예를 나타낸다. 이 제2 실시예는 승객 주위의 외부 공기 온도를 측정하는 주위 온도 센서(102)를 적어도 하나 추가한 것 이외에는 제1 실시예와 동일하다. 온도 센서는 제어기(64)에 주위 공기의 온도 정보를 전달한다. 하나 이상의 센서가 사용될 수고 있고, 각각은 승객 주위의 서로 다른 위치에 장착되어 제어기에 주변 온도를 전달한다.
제2 실시예는 또한 시트 등받이용 열펌프(26)와 시트 바닥용 열펌프(28)의 팬 속도 및 온도를, 시트 등받이 팬스위치(104), 시트 바닥 팬스위치(106), 별도의 시트 등받이 온도 스위치(108), 그리고 시트 바닥 온도 스위치(110)를 이용하여 개별적으로 수동 조작할 수 있는 점이 제1 실시예와 다르다.
제2 실시예의 팬 스위치(104, 106)와 온도 스위치(108, 110)는 제1 실시예에서와 동일하다. 선택적으로, 이 온도 제어 시스템은 팬(42, 44)의 속도를 조절하는단일 팬(도시하지 않음)과, 열펌프(26, 28)로의 전력을 개별적으로 조절할 수 있는 두 개의 온도스위치(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 이 온도 제어 시스템은 또한 열펌프(26, 28)의 전력을 동시에 제어할 수 있는 단일 온도 스위치(도시하지 않음)와, 각 팬(42, 44)의 속도를 개별적으로 조절해주는 두 개의 팬스위치를 포함할 수 있다.
LED 등(112, 114)은 열펌프용의 작동 모드를 선택하기 위한 온도 스위치의 주위에 위치해 있으며 소등 위치에서는 소등되고, 열펌프가 냉방 모드에 있을 때 청색, 열펌프가 난방 모드에 있을 때 적색, 온도 에러나 열펌프의 펠티어 모듈 오동작시 오렌지색을 표시한다.
수동의 팬 속도 및 온도 스위치는 시트 바닥(14)보다는 시트 등받이(12)에 설치되어 승객이 작동시킬 수 있게 되어 있다. 이는 다리의 부상으로 인해 시트 바닥쪽은 냉방이 필요하고 시트 등받이쪽은 최적의 안락감을 주는 따뜻한 온도로 유지시키고자 할 때와 같이, 승객이 갖는 의학적 조건과 상해로 인하여 신체의 각 부분에 대하여 개별적으로 다른 온도를 유지할 필요가 있을 때 유용하다.
제1 실시예와 같이 전기는 팬스위치(104, 106), 온도 스위치(108, 110), 주교환기 팬(42, 44), 소비 교환기팬(50, 52), 펠티어 열전기 모듈(30, 32), 온도 센서(54, 56), LED 등(112, 114), 그리고 주위 온도 센서(102)로 순환한 후 제어기(64)로 공급된다.
제5도는 제4도에 나타낸 온도 제어 시스템의 온도 제어 원리를 나타내는 순 서도이다. 여기서의 순서는 앞서 제3도에서 설명한 바와 거의 동일하며, 다만 주위온도 센서 및 조절 공기 센서로부터의 추가적인 온도 입력 단계(Sll6)와, 펠티어 모듈이 냉방 모드에서 작동되고 시트 등받이 열펌프(26)로부터의 조절 공기 온도가 절대온도 약 310도 이하에서 작동되는 단계(Sll9)가 다르다. 조절 공기의 온도가 절대온도 약 310도 이하에 있을 때, 만일 승객이 마지막으로 조정한 이후 6분이상이 지나고(Sl20), 조절된 공기 온도가 거의 절대온도 3도이거나 승객을 둘러싼 주위의 온도 이하일 때(Sl22), 제어기는 거의 25%까지 시트 등받이 열펌프(26)의 펠티어 모듈로의 전력을 감소시킨다(Sl24). 만일 온도가 310도 이하이어도 수동온도 조정후 6분이 경과하지 않았거나 조절 공기 온도가 주위 온도의 3도보다 낮으면, 시트 등받이 열펌프의 펠티어 모듈로의 전력은 승객이 설정한 대로 유지시킨다 (Sl26) .
제3도에 나타낸 원리와 같이 어떤 조건하에서 펠티어 모듈의 전력을 줄이는 것은 시트의 사용 후 생기는 비안락감을 막기 위해 승객의 등으로 직접 가는 찬 공기의 양을 조절하는 것이다,
제2 실시예는 또한 제4도와 같이 시트 등받이와 시트 바닥을 각각 통과하는 온도 조절된 공기의 유동관에 설치된 조절 공기 온도 센서(128, 130)를 포함한다. 조절 공기 온도 센서는 제어기(64)에 전기적으로 연결되어 있다. 제5도에서 나타낸 바와 같이 조절 공기의 온도가 절대온도 약 325도보다 높거나 297도이하일 때 펠티어 모듈을 차단한다. 펠티어 모듈이 차단되어도 주 교환기 팬은 계속 동작한다.
제6도는 본 발명에 따른 온도 제어 시스템의 제3 실시예를 나타낸다. 이 제3 실시예는 두가지 이외에는 제1 실시예와 동일하다. 하나는 승객 주위의 시트 밖의공기 온도를 나타내는 최소한 하나의 주위 공기 온도 센서(132)를 추가한 점이다. 이 온도 센서는 제어기(64)에 온도 정보를 전송하기 위해 전기적으로 연결되어 있으며, 하나 이상의 주위 공기 온도 센서가 사용될 수 있고, 승객 주변의 서로다른 위치에 설치되어 제어기에 주위 공기 온도 정보를 전송한다.
다른 하나의 차이점은 단지 하나의 열펌프(134)가 시트 등받이(12)와 시트바닥(14)에 같이 온도 조절된 공기를 제공한다는 점이다. 이 열펌프는 제1 실시예에서와 같은 시트 등받이 열펌프 26과 시트 바닥 열펌프(28)와 같이 주 열교환기 (136), 주 열교환기 팬(138), 소비 열교환기 팬(142), 그리고 펠티어 모듈 온도 센서(143)를 포함한다. 그러나 단일 열펌프(134)는 세 개의 펠티어 모듈 대신에 네 개의 펠티어 열전기 모듈(144)을 포함한다. 주열교환기로부터의 온도 조절된 공기는 주열교환기(136)의 출구끝과 시트 등받이 공기 입구(24), 시트 바닥 공기 입구(22)의 끝에 연결된 공기관을 통해 시트 등받이(12)와 시트 바닥(14)으로 공급된다. 선택적으로, 제3 실시예는 제1실시예에서와 같은 이중 열펌프 배치를 포함할수 있다.
제3 실시예는 또한 주열교환기의 팬속도나 열펌프의 공기 온도를 승객이 수동으로 조절할 수 없다는 점이 제1 실시예와 다르다. 오히려 팬 속도나 공기 온도는 제어기(64)에 의해 자동으로 제어된다. 또한 승객이 있을 때 작동하는 승객 확인 스위치(148)가 시트내에 위치한다. 이 승객 확인 스위치는 중량 감지 스위치와 같은 것으로서 시트 등받이나 시트 바닥에 위치한다.
바람직한 실시예로서, 승객 확인 스위치는 시트 바닥에 위치하며 제어기에전기적으로 연결되어 있다. 시트의 작동을 조절하는 이 스위치의 사용은 시트에 승객이 없을 때나 사용되지 않을 때 그리고 버스 좌석과 같이 개별적인 조작이 바람직하지 않을 때 유용하다.
제7도는 제6도의 온도 제어 시스템의 온도 제어 원리를 나타내는 순서도이다. 주 교환기 팬(138)의 작동은 시트에 앉아 있는 승객이 승객 확인 스위치를 작동하고(Sl48), 주위 온도 센서에 의해 제어기로 전달되는 차량 내부의 주위 조건에 의해 이루어진다(Sl50) .
시트에 있는 승객의 위치에 따라 신속한 온도 반응을 확인하기 위해 제어기는 승객이 없을 경우 0.5V에서 1V 범위의 고정 전압 상태에서 펠티어 모듈로 전력펄스를 전송한다(Sl52). 실제로 듀티 사이클동안 인가되는 전압은 6V 또는 l2V가 될 것이다. 펠티어 모듈로의 느리고 연속적인 전력 펄스 공급을 유지함으로써, 시트에 승객이 앉았을 때 원하는 조절 공기의 온도를 맞추기 위한 경과 시간을 크게 줄일 수 있다.
일단 승객이 시트에 앉으면, 주 교환기 팬의 특정 속도 및 제어기에 의해 선택된 펠티어 작동 모드는 승객 주위의 주변 온도에 따라 달라지게 된다. 주변 온도가 절대온도 286도 이하라면(Sl54), 제어기는 난방 모드를 선택하고 100%의 전력을 펠티어 모듈로 보내고 중간 속도로 주교환기팬을 작동시킨다(Sl56). 주 교환기 팬의 작동에 따라 소비 교환기팬 또한 고속으로 작동한다.
주위 온도가 절대온도 286도와 290도 사이에 있을 때(Sl58), 제어기는 난방모드를 선택하고 75%의 전력을 펠티어 모듈로 보내며 중간속도로 주교환기팬을 작동한다(Sl60). 주위 온도가 절대온도 290도와 293도 사이에 있을 때(Sl62), 제어기는 난방 모드를 선택하고 25%의 전력을 펠티어 모듈로 공급하고 중간속도로 주교환기팬을 작동한다(S164).
주변 온도가 절대온도 293도와 297도 사이일 때(Sl66), 제어기는 0.5V의 정상 상태(STEADY STATE)에서 펠티어 모듈로 전력 펄스를 보내고 주교환기 팬의 동작을 차단한다(Sl68). 주변 온도가 절대온도 297도와 300도 사이일 때(Sl70), 제어기는 냉방 모드를 선택하고 펠티어 모듈로 50%의 전력을 보내며 중간 속도로 주교환기팬을 작동한다(Sl72). 주변 온도가 절대온도 300도와 302도 사이에 있을 때 (S174), 제어기는 냉방 모드를 선택하고 50%의 전력을 펠티어 모듈로 공급하고, 고속으로 주교환기를 작동한다(Sl76).
주변 온도가 절대온도 302도 이상일 때(Sl78), 제어기는 냉방 모드를 선택하고 100%의 전력을 펠티어 모듈로 보내고 고속으로 주교환기팬을 작동한다(Sl80).
난방 모드(주변의 절대 온도 293도 이상)이거나, 냉방 모드(주변의 절대 온도 297도 이상)이거나, 펠티어 모듈의 온도가 200도 이하이거나 349도 이상이면 (Sl84), 제어기는 펠티어 모듈을 차단시키며, 이때 주교환기팬과 소비교환기팬의 작동은 유지된다(Sl86). 위의 어떤 경우이거나 이것은 시스템의 오동작을 나타낸다.
제3 실시예는 또한 제6도에 나타낸 것과 같이 시트로 보내는 온도 조절 공기의 유동관에 위치한 조절 공기 온도 센서(188)를 포함한다. 이 온도 센서는 제어기 (64)에 전기적으로 연결된다. 앞서 설명한 제7도의 온도 제어 원리는 시트와 승객에게로 가는 조절 공기의 온도가 절대온도 325도보다 크거나 297도 이하일 때 펠티어 모듈(144)을 차단하게 되어 있다. 펠티어 모듈이 차단되는 동안에 주교환기 팬은 계속 작동한다.
제6도에 나타낸 제3 실시예는 버스, 기차, 비행기와 같은 다승객용 차량내의 시트를 제어하는 데 이용된다. 이런 차량에서 주교환기팬, 소비교환기팬, 펠티어 모듈, 온도 센서, 그리고 중량 감지 스위치는 전기적으로 공동의 제어기에 연결된다. 복수의 주위 공기 온도 센서는 정확한 온도 정보를 제공할 수 있도록 차량 내부의 서로 다른 장소에 위치할 수 있다. 공동의 제어기는 복수의 주위 공기 온도센서로부터 입력치를 전달받는다. 이는 제7도에 도시한 바와 같이 동일한 장치내에서 펠티어 모듈의 작동모드와 주교환기팬의 속도를 제어하게 되어 있고 시트 주위의 온도를 참조하도록 되어 있다.
비록 온도 제어 시스템의 실시예가 여기에 제한적으로 기재되어 있으나 이를 이용한 다양한 응용이 가능하다. 예를 들면 본 발명과 같은 온도 제어 시스템에서 단일 열펌프로부터 시트 등받이나 바닥으로 흐르는 온도 조절 공기의 유량을 자동으로 조절해주는 방법은 본 발명의 범위내에서 이해될 수 있을 것이다.
제8도는 제3 실시예의 변형 실시예를 나타낸다. 이것은 시트 등받이와 시트바닥으로 통하는 공기 분사관(146) 내에 밸브(190, 192)를 설치한 것이다. 밸브는 미리 정해진 제어 원리에 따라 제어기(64)에 의해 전기적으로 작동된다. 제어 원리는 도 7에 나타난 제3 실시예와 같다. 단지 이에 더하여, 제어기는 승객이 오랜 시간 동안 찬공기를 너무 많이 받을 경우에 밸브(190)를 닫음으로써 시트 등받이로공급되는 냉방 공기의 유량을 제한한다. 이 실시예에서는 시트를 사용한 후 승객에게 올 수 있는 비안락감을 제거할 수 있다.
제9도는 본 발명에 따른 다른 하나의 실시예로서, 여기서의 시트(194)는 앉아 있는 승객의 편의를 도모하기 위한 시트 등받이(196)와 시트 바닥(198)을 포함한다.
이 시트(194)는 옷감재료나 구멍난 비닐, 구멍난 가죽과 같은 표면을 통해 공기가 유동하기 용이한 재료로 만들어진 커버(200)를 갖는다, 그물모양의 스펀지폼인 패드층(202)이 승객의 안락감을 증대시키기 위해 커버(200)의 아래에 배치된다. 도 2에 나타낸 제1 실시예의 시트(10)와는 달리 시트(194)는 시트 바닥 및 시트 등받이 쿠션(18)을 통하여 뻗는 공기관을 포함하지 않는다. 오히려 이 시트(194)는 시트 등받이와 시트 바닥의 뒤쪽면을 따라 패드층(202)으로부터 공기 공급흡입구(206)로 뻗는 시트 바닥 및 시트 등받이 쿠션(204)을 포함한다.
이 시트 바닥 및 시트 등받이 쿠션(204)은 스폰지 폼과 같이 이를 통해 공기유동을 가능하게 하는 구멍난 재료로 만들어 질 수 있고, 이것은 각 공기 분배기 (206) 내로 유입된 조절 공기가 시트 등받이 및 시트 바닥 쿠션, 패드층(202) 및 커버(200)를 지나 앉아 있는 승객 근처의 시트표면으로 이르게 해준다. 따라서 조절된 공기가 쿠션 내에 설치된 공기관들을 지나 쿠션을 통해 전달된다기보다는 쿠션 재료 그 자체를 통해 전달된다. 이것은 시트 등받이 및 시트 바닥 쿠션에 이를 통과하는 공기관을 부가할 필요가 없기 때문에 시트 생산 비용과 시간을 줄일 수 있게 한다.
제10도는 본 발명에 따른 또다른 실시예로서, 여기서의 시트(208)는 앉아 있는 승객에게 편의를 제공하기 위한 시트 등받이(210) 및 시트 바닥(212)을 포함한다. 이 시트(208)는 비닐, 가죽과 같은 구멍나지 않는 재질로 만들어지는 외피 커버(214)를 갖는다. 제1 실시예 및 제2 실시예의 시트와는 달리 본 실시예는 앉아있는 승객에게 냉난방을 제공하기 위해 대류 열전달이 아닌 전도에 의해 열을 전달한다. 이 시트에는 앉아 있는 승객에게 안락감을 증대시켜 주고 시트 커버 아래의 공기 분배를 향상시켜 주도록 외피커버(214)아래에 패드층(216)이 배열되어 있다. 시트 등받이 및 시트 바닥 쿠션(218)은 패드층(216)으로부터 시트 바닥과 시트 등받이의 반대쪽으로 뻗어 있다. 최소한 하나의 공기관(220)이 패드층(216)과 시트등받이 및 시트 바닥 쿠션 사이에 설치되어 있고, 이 시트 바닥과 등받이의 길이방향을 따라 뻗어 있다.
시트 바닥(212) 내에 설치되는 공기관(220)은 시트 쿠션(218)을 통해 시트바닥의 반대면에 있는 흡입구(224)까지 뻗어 있는 공기 흡입관(222)과, 시트 쿠션 (218)을 통해 시트 바닥의 반대면에 있는 배출구(228)까지 뻗어 있는 공기 출구관 (226)을 포함한다. 시트 등받이(210) 내에 배치된 공기관(220)은 시트 쿠션(218)을 통해 시트 등받이의 반대면에 있는 흡입구(232)까지 뻗어 있는 공기 흡입관(230)과, 시트 쿠션(218)을 통해 시트 등받이의 반대면에 있는 배출구(236)까지 뻗어 있는 공기 배출관(234)을 포함한다.
시트(208)는 패드층(216)의 반대면에 온도 조절 공기를 순환시키는 전도 열전달을 통해 앉아 있는 승객에게 냉난방을 제공한다. 선택적으로, 시트(208)는 이러한 패드층이 아니라, 최소의 두께를 가진 패드층이나 공기관(220)을 통해 순환되는 조절 공기가 외피 커버의 앞측에 앉아 있는 승객에게 더욱 쉽게 전도에 의한 열전달이 될 수 있도록, 표면 커버(214)의 반대쪽에 직접 접촉하는 구멍난 패드층을 포함할 수 있다. 온도 조절 공기는 공기 흡입구(224, 232)를 거쳐 시트 바닥과 시트 등받이로 들어오고, 공기관(220)을 통해 패드층을 순환한다. 온도 조절된 공기는 배출구(228, 236)를 통해 시트 바닥과 시트 등받이로부터 배출된 후 다시 열펌프 내에서 온도가 조절되어 시트 바닥과 시트 등받이로 유입된다.
여기에서는 비록 특정한 시트의 실시예들만 언급을 했지만, 본 발명의 범위내에서 다양한 실시예가 가능하다. 예를 들어 대류와 전도에 의한 열전달을 함께 이용하여 앉아 있는 승객에게 냉난방을 제공하는 혼합장치를 들 수 있다. 이러한 실시예에서 시트는 대류에 의한 냉난방을 제공하기 위해 승객 근처의 구멍난 외피커버를 통해 온도 조절 공기를 배출하기 위한 복수의 공기관을 포함할 수 있다 (제1도 및 제10도). 그리고 승객 근처로 전도에 의한 열전달을 제공할 수 있게 온도조절 공기를 순환하기 위하여 구멍이 뚫리지 않은 외피 커버의 반대쪽을 따라, 복수의 공기관을 배열할 수 있다 (제10도). 예를 들어 시트는 주요 착석 위치인 각 시트 바닥과 시트 등받이의 중심에는 전도 열전달을 쉽게 하기 위한 구멍 없는 부위를 가진 외피 커버로 구성하고 주변 착석 위치인 양쪽에는 대류 열전달을 쉽게 하기 위한 구멍난 부위로 구성할 수 있다. 또한, 물과 같은 공기가 아닌 열 전달 매체를 사용하여 전도 열전달을 쉽게 하도록 구성할 수 있다. 따라서, 이러한 실시예에서는 액체 열전달 매체가 시트를 통과해 순환될 것이고 앉으면 반대쪽과 접촉될 것이다.
또한, 다른 하나의 실시예로는, 시트의 초기 작동 동안 대류 열전달의 효과를 얻을 수 있도록 하고, 미리 정해진 작동 상태가 완료되면 전도 열전달로 변환시키는 밸브를 포함할 수 있다. 이는 처음에는 착석면 주변의 구멍난 시트부분으로 온도 조절 공기가 전달되고 이어서 착석면 중심의 구멍 나지 않은 부분으로 온도조절 공기가 전달되도록 하면 된다.
제11도는 제10도의 온도 제어 시스템(238)의 변형된 실시예이다. 이 온도제어 시스템은 승객에게 전도에 의한 냉난방을 제공하는 시트 등받이(244)와 시트바닥(242)을 통해 공기와 같은 열 전달 매체가 재순환되도록 한다.
이 온도 제어 시스템은 이미 제2도, 제4도, 제6도 및 여러 실시예에서 설명한 것과 같이 최소한 하나의 열 펌프(246)를 포함하며, 최소한 하나의 펠티어 열전기 모듈(248), 주열교환기(250), 소비열교환기(252), 그리고 최소한 하나의 팬을 포함한다. 여기서 주열교환기와 소비열교환기는 팬을 공유하고 있다. 열펌프는 최소한 하나의 주교환기팬(254)과 소비교환기팬(256)을 포함한다.
주교환기팬(254)은 주열교환기(250)의 일단에 연결된 출구를 갖고 있으며, 주교환기내의 펠티어 모듈에 의해 흡입 공기 다기관(258)으로 온도 조절된 공기를 보내준다. 흡입 공기 다기관은 시트 바닥(242)과 시트 등받이(244) 내에 있는 출입구(260, 262)로 흡입관(264)을 통해 각각 연결된다. 온도 조절된 공기는 공기흡입 다기관(258)을 거쳐 흡입관으로 평행 유동하고, 흡입구를 통해 시트 바닥과 시트 등받이로 전달된다.
온도 조절된 공기는 쿠션의 일단에 위치하고 시트 쿠션(268)을 통해서 배치되어 있는 최소한 하나의 공기 흡입관(266)을 거쳐서 외피 커버(272)와 시트 쿠션 (268) 사이에 내장된 최소한 하나의 공기관(270)을 거치게 되며, 시트 바닥과 시트등받이의 길이 방향을 따라서 퍼진 후 쿠션의 반대편 끝에 위치하고 시트 쿠션을 통하여 배치되어 있는 최소한 하나의 공기 배출관(274)으로 유입된다. 공기관(270)을 지나는 온도 조절된 공기는 등쪽 커버(272)와 접촉하여 승객이 있는 쪽으로 전도 열전달 효과가 미치게 한다.
온도 조절된 공기는 외피 커버(272) 측으로 전도에 의한 열전달 효과가 미치게 한 후 공기 출구(276, 278)를 거쳐 시트 바닥과 시트 등받이로부터 배출된다. 각 공기 출구는 흡입구 끝이나 주교환기팬(254)의 입구(282)로 공기 배출관(280)을 통해 연결된다. 시트 바닥과 시트 등받이로부터 배출된 온도 조절된 공기는 주교환기팬(254)의 입구(282)로 평행 유동하게 되고 팬에 의해 주교환기(250) 내로 보내져서, 시트로 다시 유입되기 전에 온도가 다시 조절된다, 따라서 이 온도 제어시스템(238)은 전도 열전달에 의한 냉난방을 제공하는 시트를 통하여 온도 조절 공기가 재순환하도록 한다.
이 온도 제어 시스템(238)은 다음에 상세히 설명할 냉난방 제어 원리에 따라 펠티어 열전기 모듈(248), 주교환기팬(254), 그리고 소비교환기팬(256)을 승객이 동시에 동작시키기 위한 제어 스위치(284)를 포함한다. 이 제어 스위치(284)는 오프 위치로의 변경이 가능하고, 온도를 연속적으로 다양하게 조정할 수 있는 아날로그 스위치이다. 예를 들면, 이 제어 스위치는 화씨 65도와 75도 사이의 여러가지냉방 온도와, 화씨 76도와 85도 사이의 여러가지 난방 온도를 연속적으로 제공할 수 있다.
펠티어 모듈(248)의 작동 온도를 나타내기 위하여 열전쌍과 같은 최소한 하나의 온도 센서(286)를 열펌프(246)의 주교환기(250)에 설치할 수 있다. 주교환기 (250)로부터 배출되는 공기의 온도를 나타내기 위하여 열전방과 같은 최소한 하나의 온도 센서(288)를 공기 흡입 다기관(258) 내에 설치할 수 있다, 온도 센서(288)는 원한다면 또다른 온도 정보를 제공할 수 있도록 온도 조절 공기가 순환하는 도관내의 다른 위치에 설치할 수도 있다.
제어기(290)로부터 펠티어모듈(248), 주교환기팬(254) 및 소비교환기팬(256)으로 전기가 흐른다. 제어기는 앞서 설명한 모든 장치의 작동에 충분한 전력 용량을 갖는 전력 입력부(292)를 포함한다. 제어기는 제어 스위치(284)를 통하여 승객의 입력값을 수신하며, 주교환기의 온도 센서(286)와 조절 공기의 온도 센서 (288)로부터 온도 정보를 받는다. 이 입력값으로부터 제어기는 미리 정해진 승객의 안락감과 안전성을 위해 그리고 시스템의 손상을 방지할 수 있도록 고안된 냉난방 제어원리에 따라 열펌프(246)와 주교환기팬(254)의 동작을 제어한다.
제어기(290)는 OV에서 l2V범위의 직류 전압을 펠티어 모듈(284)로 보낸다. 냉방 모드에서 제어기는 조절 공기의 온도와 설정된 냉방 온도점에 따라서 약 6V까지의 전압을 팰티어 모듈로 보낸다. 난방 모드에서 제어기는 조절 공기의 온도와 설정된 난방 온도점에 따라서 약 l2V까지의 전압을 펠티어 모듈로 보낸다. 제어기 (290)는 설정한 냉난방 조건에서 시간 주기로 고정 전압이 아닌 다양한 전압의 출력을 펠티어 모듈에 공급한다.
제어기(290)는 펠티어 모듈(284)의 전류량을 검출하여 전류값이 전력원에서 요구하는 미리 정해진 값을 초과하면 펠티어 모듈의 전력 소비를 제한한다. 제어기는 전류량을 검출하여 펠티어 모듈이 모든 조건에서 최대한 주어진 전류값에 따라 동작할 수 있도록 전력 소비를 조정한다.
이런 식으로 제어기는 펠티어 모듈의 작동시 전력원이 요구하는 최대 허용전류를 초과하지 않도록 한다. 펠티어 모듈의 전력 소비를 제한할 필요성은 전기자동차와 같이 전기 동력원으로 움직이는 장치에 온도 제어 시스템을 적용할 때 특히 중요하다. 이러한 장치에서 부품의 전력 소비를 제한하고 조정하는 것은 그 운전 성능과 주행 범위에 직접적인 영향을 미친다.
시트(208)와 함께 설명된 온도 제어 시스템(238)은 또다른 시트에도 사용할 수 있다, 예를 들어 온도 제어 시스템(238)을 시트(10, 194)에 적용하여 대류에 의한 열전달이 승객에게 미치게 할 수 있다. 이러한 시트에 온도 제어 시스템(238)을 적용하기 위해서는 온도 제어 시스템(238)을 수정할 필요가 있다. 즉, 주 팬(254)의 입구(282)로부터 공기 배출관(280)을 제거하여 열 펌프가 시트를 통한 재순환 유동을 만들어 낼 수 있도록 해야 한다. 이러한 방법으로 구현된 온도 제어 시스템(238)은 원하는 난방 설정점이나 냉방 설정점으로 시트에 앉아 있는 승객에게 온도 조절 공기를 공급한다.
제12도는 냉방 모드에서 온도 제어 시스템(238)의 동작에 사용되는 제1 제어방법을 위한 냉방 모드 제어 로직(294)을 나타내는 순서도이다. 시트(240)를 사용하기 원하는 승객은 원하는 냉방 온도를 설정하기 위해 제어 스위치(284)를 작동한다. 즉, 냉방 모드 동작 측으로 설정한다(S296). 이와 선택적으로 냉방 모드가 자동으로 선택되도록 할 수도 있는 데, 예를 들면 자동 온도 조절기로 차량 내외의 미리 정해진 온도차에 따라 제어할 수 있다. 이에 따라 제어기(290), 펠티어 모듈 (248), 주교환기팬(254)이 동작하게 되며(S298), 소비교환기팬(256)도 고속으로 작동하게 된다(S300). 주교환기팬은 냉방 모드 설정에 비례한 속도로 동작한다. 예를 들어 만일 냉방 모드를 낮게, 즉 비교적 높은 냉방 온도로 설정해 놓으면 주교환기팬은 낮은 속도로 동작한다. 냉방 모드가 높게, 즉 비교적 낮은 냉방 온도로 설정되어 있다면 주교환기팬은 고속으로 동작한다. 그리고 만일 냉방 모드가 중간, 즉 보통의 냉방 온도에 있다면 주교환기팬은 중속으로 동작한다.
펠티어 모듈은 설정된 냉방 모드에 비례하는 전력을 받아서 동작한다. 예를들어 냉방 모드가 낮게, 즉 비교적 높은 냉방 온도로 설정되어 있다면 펠티어 모듈은 최소의 전력을 받게 된다. 만약 냉방 모드가 높게, 즉 비교적 낮은 냉방 온도로 설정되어 있다면, 펠티어 모듈은 최고의 전력을 받는다. 그리고 만일 냉방 모드가 중간, 즉 보통 냉방 온도에서는 펠티어 모듈은 중간 전력을 얻는다. 따라서 제1 제어 방법에 따른 냉방 모드 로직에서는 특정 냉방 모드 설정값에 따라서 주교환기팬과 펠티어 모듈 모두의 동작을 조절한다. 승객에게 요구되는 단 하나의 입력은 냉방 온도의 선택뿐이다.
냉방 모드 로직(294)에서는 펠티어 모듈이 설정된 시간동안 제대로 작동했는지를 검출한다(S306). 바람직하게는 설정된 시간은 5분에서 15분사이다. 만일 펠티어 모듈이 제대로 작동되지 않았다면 단계(S306)에 따라 펠티어 모듈로 가는 전력은 계속 유지된다. 만일 제대로 작동되었다면 전력을 초기 전력의 10% 내지 25%정도로 줄인다(S308). 승객의 등쪽에 비안락감을 초래하는 초과 냉방을 막기 위해서는 설정 시간 이후로는 시트로 공급되는 냉방 공기의 양을 감소시킬 필요가 있다.
펠티어 모듈로 가는 전력이 감소된 후(S306)에도, 승객이 계속해서 제어 스위치(284)를 조작하거나 제어 스위치가 자동으로 조정되어 새로운 온도(Ts)가 설정된다면(S310), 냉방 모드 로직(294)은 새로운 냉방 모드 설정값에 비례하여 주팬의 속도를 계속해서 조정하고(S302), 새로운 냉방 모드 설정간에 비례하여 단계(S308)의 10% 내지 25% 감소된 전력값까지 펠티어 모듈로의 전력값을 조절한다(S3l2).
제13도는 난방 모드에서 온도 제어 시스템(238)의 동작에 사용되는 제1 제어방법을 위한 난방 모드 제어 로직(314)을 나타내는 순서도이다. 시트(240)를 사용하기 원하는 승객은 원하는 난방 온도를 설정하기 위해 제어 스위치(284)를 작동한다. 즉, 난방 모드 동작 측으로 설정한다(S3l6), 앞서와 같이 선택적으로 난방모드가 자동으로 선택되도록 할 수도 있는 데, 예를 들면 자동 온도 조절기로 차량내외의 미리 정해진 온도차에 따라 제어할 수 있다. 이에 따라 제어기(290), 펠티어 모듈(248), 주교환기팬(254) 및 소비교환기팬(256)이 작동하게 된다(S3l8).
난방 모드 로직에서는 난방 모드 설정값에 비례하여 펠티어 모듈의 전력을 조정한다. 예를 들어 난방 모드가 낮게, 즉 비교적 낮은 난방 온도로 설정되어 있다면 펠티어 모듈은 최소의 전력을 받게 된다. 만약 난방 모드가 높게, 즉 비교적 높은 난방 온도로 설정되어 있다면, 펠티어 모듈은 최고의 전력을 받는다. 난방모드 제어 로직은 주교환기팬을 계속 오프상태로 유지하고 고속으로 소비교환기팬을 작동시킨다(S320).
난방 모드 제어 로직(294)은 미리 설정한 임계 온도(Tt)와 조절 공기의 온도(Tc) 차이를 온도 센서(288)로 검출한다(S322). 만일 조절 공기의 온도(Tc)가 임계 온도(Tt)보다 작다면(S324), 즉 조절 공기가 시원하다면, 펠티어 모듈로 가는 전력을 최초 설정값으로 유지하고 주교환기팬을 오프한다(S320). 만일 조절 공기의 온도(Tc)가 임계 온도(Tt)보다 크다면(S340), 주교환기팬을 저속으로 동작시킨다 (S328). 바람직하게는 여기서 설정된 임계 온도는 약 화씨 100도이다. 임계 온도라는 것은 임의의 값이고 시트나 온도 제어 시스템에 따라 달라질 수 있다. 주교환기팬이 오프되어 있는 동안 펠티어 모듈로의 전력 공급은 계속 유지되어 주열교환기 (250) 내에서 임계 온도(Tt)까지 빠르게 온도가 상승할 수 있도록 할 필요가 있다. 이는 빠른 반응시간을 제공하여 설정된 난방 온도에까지 이르는 시간을 줄여준다.
조절 공기의 온도(Tc)가 임계 온도(Tt)보다 크고 주교환기팬이 작동하면 난방 모드 제어 로직(314)은 설정 난방 온도(Ts)와 조절 공기의 온도(Tc)의 온도차를 검출한다. 만일 조절 공기의 온도(Tc)가 설정 난방 온도(Ts)보다 작으면, 즉 조절공기의 온도가 설정 난방 모드 온도 이하에 있다면, 주교환기팬의 속도를 조절 공기의 온도(Tc)에 비례해 조정한다(S334). 예를 들어 조절 공기의 온도(Tc)가 상승하면 주교환기팬의 속도도 상승한다. 설정 난방 온도(Ts)에 이를 때까지 주교환기팬의 속도를 높이고 조절 공기의 온도(Tc)를 높임으로써 열효율을 증대시키고 반응시간을 빠르게 할 수 있다. 만일 조절 공기의 온도(Tc)가 설정 난방 온도(Ts)와 같아지면(S336), 주교환기팬은 이미 정해져 있는 설정 속도로 유지된다(S338). 만일 조절 공기의 온도(Tc)가 설정 난방 온도(Ts)보다 크다면(S340), 주교환기팬의 속도는 조절 공기의 온도(Tc)에 비례한다(S342). 예를 들면, 조절 공기의 온도(Tc)가 증가함에 따라 주교환기팬의 속도도 증가한다. 주교환기팬의 속도가 조절공기의 온도(Tc)와 함께 증가하는 것은 열펌프에서 만들어지는 과다 열을 제거하여 조절 공기 온도가 설정 난방 온도(Ts)로 돌아가게 조정하기 위함이다.
난방 모드 로직(314)은 온도 센서(286)로 열펌프(246)의 온도(Thp)를 검출하여, 열펌프의 온도(Thp)가 미리 설정한 최고 온도(Tm)를 초과하는지를 판단한다 (S344). 만일 열펌프의 온도(Thp)가 최고 온도(Tm)보다 커지면 펠티어 모듈로 가는 전력을 끊고 주교환기팬의 속도를 열펌프의 온도(Thp)가 최고 온도(Tm) 이하로 떨어질 때까지 유지한다. 바람직하게는, 설정된 최고 온도는 약 화씨 100도이다. 열펌프의 온도가 설정된 최고 온도 이상이라는 것은 열펌프가 오작동하고 있다는 것을 나타낸다. 펠티어 모듈로 가는 전력을 끊는다는 것은 이 오작동으로 인한 비안락감이나 상해를 승객이 받지 않도록 하는 것이다.
위에 설명된 온도 제어 시스템(238)의 사용을 위한 제2 제어 방법은 제12도에 나타낸 제1 제어 방법의 냉방 모드 제어 로직(294)과 동일한 냉방 모드 로직을 갖는다. 제14도는 난방 모드에서 온도 제어 시스템(238)의 동작에 사용되는 제2 제어 방법을 위한 난방 모드 제어 로직(348)을 나타내는 순서도이다. 시트(240)를 사용하기 원하는 승객은 원하는 난방 온도를 설정하기 위해 제어 스위치(284)를 작동한다(S350). 앞서와 같이 선택적으로 난방 모드가 자동으로 선택되도록 할 수도 있는 데, 예를 들면 자동 온도 조절기로 차량 내외의 미리 정해진 온도차에 따라 제어할 수 있다. 이에 따라 제어기(290), 펠티어 모듈(248), 주교환기팬(254) 및 소비교환기팬(256)이 작동하게 된다(S352).
난방 모드 로직(348)에서는 펠티어 모듈의 최대 전력을 보내고, 주교환기팬을 오프한 후 소비교환기팬을 고속으로 동작시킨다(S354). 설정된 온도(Tt)와 조절 공기의 온도(Tc) 사이의 온도 차이를 온도 센서(288)를 통해 검출한다(S356). 만일 조절 공기의 온도(Tc)가 설정된 온도(Tt)보다 작으면(S358), 즉 조절된 공기의 온도가 설정 온도 이하라면 펠티어 모듈로 전해지는 전력값은 계속 유지되고 주교환기팬은 오프된다(S354). 제1 제어 방법을 위한 난방 모드 제어 로직(314)과 마찬가지로 펠티어 모듈로 가는 전력을 최대로 하고 주교환기팬을 오프 상태로 유지하여, 원하는 설정 온도까지 빠른 시간에 이르도록 한다.
조절 공기의 온도(Tc)가 설정된 온도(Tt)보다 크다면(S360), 즉 조절 공기 온도가 설정 온도보다 높으면 주교환기팬은 저속으로 작동되고(S362), 펠티어 모듈로 가는 전력은 최대가 되며(S354), 조절 공기의 온도(Tc)와 설정 온도(Tt)의 차이를 계속해서 검출한다(S356).
난방 모드 제어 로직(348)은 설정 난방 온도(Ts)와 조절 공기의 온도(Tc) 사이의 온도 차이를 검출한다(S364). 만일 조절 공기의 온도(Tc)가 설정 난방 온도(Ts)보다 작다면(S366), 즉 조절 공기 온도가 설정 난방 온도 이하라면, 주교환기팬의 속도를 조절 공기의 온도(Tc)에 비례하여 증가시킨다(S368). 예를 들어 조절공기의 온도가 높아짐에 따라 주교환기팬의 속도도 증가시킨다. 반대로 조절공기의 온도가 낮아지면 주교환기팬의 속도도 감소한다, 조절 공기의 온도(Tc)가 설정난방 온도(Ts)에 근접할 때까지 두 온도 차이를 계속 검출한다(S364).
만일 조절 공기의 온도(Tc)가 설정 난방 온도(Ts)와 같다면(S370), 온도 제어 시스템(238)의 실시예에서와 같이 펠티어 모듈로 가는 전력은 온/오프되고 주교환기팬의 속도도 변화없다(S372). 따라서 제1 제어 방법인 난방 모드 제어 로직(314)이 난방 모드에 비례한 전력값을 펠티어 모듈이 받는 것과는 달리 최대의 전력이 펠티어 모듈로 공급되고 열 출력 조정을 위해 온/오프된다.
난방 모드 제어 로직(348)은 온도 센서(286)를 통해 열펌프(246)의 온도(Thp)를 검출하고 열펌프의 온도(Thp)가 설정된 최고 온도(Tm)을 초과하는지를 판단한다(S374). 만일 열펌프의 온도(Thp)가 최고 온도(Tm)보다 크면 펠티어 모듈로 공급되는 전력을 끊고 주교환기팬의 속도를 열펌프의 온도(Thp)가 최고 온도 (Tm)이하로 떨어질 때까지 계속 유지한다. 여기서 열펌프의 온도가 설정된 최고 온도 이상이라는 것은 열펌프가 오작동되고 있다는 것을 나타낸다. 펠티어 모듈로 공급되는 전력을 끊는 것은 이러한 오작동으로 인해 승객에게 초래할 상해나 비안락감을 방지하기 위한 것이다.
온도 제어 시스템(238)의 제3 제어 방법은 제l4도에 나타낸 제2 제어 방법의 난방 모드 제어 로직(348)과 동일한 난방 모드 로직을 갖는다. 제15도는 냉방 모드에서 온도 제어 시스템(238)의 동작에 사용되는 제3 제어 방법을 위한 냉방 모드 제어 로직(378)을 나타내는 순서도이다. 시트(240)를 사용하기 원하는 승객은 원하는 난방 온도를 설정하기 위해 제어 스위치(284)를 작동한다(S380). 앞서와 같이선택적으로 난방 모드가 자동으로 선택되도록 할 수도 있는 데, 예를 들면 자동온도 조절기로 차량 내외의 미리 정해진 온도차에 따라 제어할 수 있다. 이에 따라 제어기(290), 펠티어 모듈(248), 주교환기팬(254) 및 소비교환기팬(256)이 작동하게 된다(S382) .
주교환기팬은 냉방 모드 설정에 비례하는 속도로 작동한다(S3S4). 예를 들어 냉방 모드가 낮게, 즉 상대적으로 높은 냉방 온도로 설정되어 있다면, 주교환기 팬은 저속으로 작동한다. 만일 냉방 모드가 높게, 즉 상대적으로 낮은 냉방 온도로 설정되어 있다면 주교환기팬은 고속으로 작동한다. 만일 냉방 모드가 중간, 즉 보통의 냉방 온도로 설정되어 있다면 주교환기팬도 중간 속도로 작동한다. 소비교환기팬은 고속으로 작동한다(S384).
냉방 모드 제어 로직(378)은 온도 센서(288)를 통해 조절 공기 온도(Tc)와 설정 냉방 온도(Ts) 사이의 온도 차이를 검출한다(S386). 만일 조절 공기의 온도 (Tc)가 설정 냉방 온도(Ts)보다 높다면(S388), 즉 조절 공기의 온도가 설정 냉방 온도 이상이라면, 최대 전력이 펠티어 모듈로 공급되고(S39O), 조절 공기의 온도 (Tc)와 설정 냉방 온도(Ts)의 온도 차이가 계속 검출된다. 만일 조절 공기의 온도 (Tc)가 설정 냉방 온도(Ts)보다 낮다면(S392), 최소 전력이 펠티어 모듈로 공급되고(S394), 조절 공기의 온도(Tc)와 설정 냉방 온도(Ts)의 온도 차이가 계속 검출된다. 만일 조절 공기의 온도(Tc)가 설정된 최소 온도(Tm)보다 낮다면(S396), 펠티어 모듈로 공급되는 전력은 끊어지고 주교환기팬의 속도는 변화 없이 유지된다(S398). 최소 온도(Tm) 이하의 조절 공기 온도(Tc)는 열펌프의 오작동을 나타내고 펠티어모듈의 차단은 승객에게 상해나 비안락감을 주지 않도록 하기 위함이다.
만일 조절 공기 온도(Tc)가 설정 냉방 온도(Ts)와 같다면(S400), 펠티어 모듈로 공급되는 전력은 설정 냉방 온도(Ts)로 유지하기 위해 온/오프되고, 주교환기팬의 속도는 변화없이 유지된다(S402). 이 때 조절 공기 온도(Tc)와 설정 냉방 온도(Ts)의 온도차는 계속 검출된다(S386).
따라서 일단 설정 냉방 온도(Ts)에 이르면 팬속도가 아니라 펠티어 모듈로 공급되는 전력을 조절하여 설정 냉방 온도(Ts)를 유지한다. 냉방 모드 제어 로직 (378)은 펠티어 모듈이 동작하는 시간을 모니터링하고 있다가 미리 설정된 시간이 경과하면 최초 전력량의 10% 내지 25%까지 펠티어 모듈로의 전력값을 감소시킨다 (S404). 이 때 주교환기팬의 속도는 변하지 않는다(S404). 바람직하게는 미리 설정한 시간은 5분에서 15분이다. 이 때 승객의 등에 비안락감을 초래하는 과다 냉방을 방지하기 위해서는 설정된 시간 이후에는 시트(240)로 가는 냉방의 양을 줄일 필요가 있다.
비록 제1, 제2, 제3 제어 방법용 냉난방 모드 제어 로직이 온도 제어 시스템 (238) 중 하나의 실시예를 설명하는 데 이용되었지만, 본 발명의 다른 온도 제어시스템의 실시예에도 사용될 수 있다.
예를 들어 제1, 제2, 제3 제어 방법은 도면에서 나타낸 바와 같이 앉아 있는 승객에게 대류 열전달을 도와주게 되어 있는 시트의 온도 조절 공기를 제공할 수 있게 한다.
앞서 설명하고 제1도, 제4도, 제6도, 제8도, 제11도에 나타낸 대로 본 발명에 따른 온도 제어 시스템의 실시예는 본 발명을 명확히 이해하고 실시할 수 있도록 하기 위하여 설명되었다. 본 발명에 따른 온도 제어 시스템은 설명된 것과 달리 구현할 수도 있다. 예를 들어 시트로 조절된 공기를 보내주는 데 사용된 열펌프를 시트의 외부에 장착하는 대신 시트 그 자체로 시트 바닥이나 시트 등받이 안에 장착할 수 있다. 또한 제어기의 제어 스위치를 시트 그 자체에 장착할 수 있다. 온도 제어 시스템의 실시예는 하나 이상의 시트의 온도 조절 공기를 제공할수 있다. 예를 들어 제1도, 제4도, 제6도, 제8도와 제11도에 나타낸 온도 제어 시스템은 별도의 난방 및 냉방 제어 로직에 의해 작동되는 하나 이상의 열펌프로부터 평행 유동을 하는 복수의 시트에 온도 조절 공기를 제공할 수 있다. 이러한 실시예는 특히 비행기, 버스, 기차 등과 같이 여행시 많은 승객이 오래 앉아 있는 공공운송 수단에 유용할 것이다.
또한 본 발명에 따른 온도 제어 시스템은 전기 자동차와 같이 에너지 관리 시스템으로부터 입력치를 설정할 수 있다. 특정 실시예에서, 이 온도 제어 시스템은 에너지 관리 시스템으로부터 정지 신호를 받게 된다. 이 정지 신호는 추가로 많은 에너지가 필요할 때나 배터리가 급격히 방전될 때와 같이 특정 조건하에서 차량의 에너지 관리 시스템에 의해 전달된다. 이러한 때로는 급가속이나 언덕을 오르거나 배터리가 약해져 최소 방전 전압에 근접할 때이다. 본 장치에 의한 온도제어 시스템은 펠티어 모듈, 주교환기팬 그리고 소비교환기팬을 정지 신호의 전달에 따라 오프하게 되어 있다, 따라서 특허 청구 범위 내에서 본 발명의 원리에 따른 온도 제어 시스템은 여기에 기재한 것 이상을 포함한다.
[발명의 효과]
본 발명에 따른 온도 제어 시스템은 공기와 같은 열전달 매체를 이용하여 시트를 통해 분사시켜 착석한 승객에게 직접 전달되는 온도를 제어하는데 사용된다. 이 온도 제어 시스템은 자동차나 기차, 비행기, 버스, 치과용 의자 그리고 미용실용 의자와 같이 고정된 시간동안 앉아 있어야 되는 것이나 사무실 의자 또는 집의 안락의자의 안락감을 증대시키고자 하는 다양한 시트 응용품에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 온도 제어 시스템은 시트에 앉아 있는 승객이 최대의 안락감을 느낄 수 있도록 시트 표면을 지나 직접 승객에게 전달되는 공기의 온도와 유량을 수동으로 조절할 수 있게 되어 있다, 온도 제어 시스템은 승객에게 직접 전달되는 공기의 온도가 정해진 최대 온도 이상이거나 정해진 최저 온도 이하일 때 온도를 자동으로 조절할 수 있다. 그러므로 승객이 잠에 빠지거나 오작동의 경우 승객의 안락감과 안전감을 최대화한다. 이 온도 제어 시스템은 타이머가 있어 등에 불편함을 방지하기 위해 정상적인 작동 동안에 온도 설정과 수동공기유통을 자동으로 방지한다. 또한 전기적 효율을 최대화하여 전기 자동차와 같은 전기 소비에 민감한 제품에 매우 적합하게 작동한다.

Claims (31)

  1. 승객용 가변 온도 시트의 온도를 제어하는 시스템으로서,
    승객에게 전도에 의해 열이 전달될 수 있도록 시트의 커버에 인접하게 배치되어 있으며 내부에 온도 조절된 공기가 순환하는 적어도 하나의 내부 공기관을 포함하는 승객용 시트,
    상기 시트의 공기 입구에 연결되어 있는 공기 출구를 포함하는 열펌프,
    상기 온도 조절된 공기의 온도를 모니터링하는 수단,
    냉난방 작동 모드의 선택과 동시에 상기 시스템을 동작시키는 제어 스위치, 그리고
    상기 모니터링 수단에 응답하여 상기 선택된 냉난방 작동 모드별 원하는 온도로 상기 온도 조절된 공기를 제공하도록 열펌프로 공급되는 전력량을 제어하는 제어기
    를 포함하는 온도 제어 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 열펌프는
    온도 조절된 공기를 공급하는 복수의 열전기 모듈,
    상기 공기 배출구를 통해 상기 시트로 온도 조절된 공기를 배출하는 적어도 하나의 주교환기팬, 그리고
    상기 열전기 모듈로부터 유해한 열에너지를 제거하는 적어도 하나의 소비교환기팬
    을 포함하는 온도 제어 시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 열펌프는 공통의 주교환기 및 소비교환기 팬을 포함하는 온도 제어 시시스템
  4. 제2항에서,
    상기 온도 조절된 공기를 상기 열펌프로부터 상기 시트를 통하여 상기 열펌프로 다시 재순환시키는 수단을 더 포함하는 온도 제어 시스템.
  5. 제4항에서,
    상기 온도 조절된 공기를 재순환시키는 수단은 상기 시트 내의 공기관에 일단이 연결되고 상기 열펌프의 공기 입구에 타단이 연결되는 공기 출구를 포함하고, 상기 온도 조절된 공기는 상기 공기 입구, 상기 공기관 및 상기 공기 출구를 통하여 상기 열펌프로부터 상기 시트를 통하여 재순환되는 온도 제어 시스템.
  6. 제1항에서,
    상기 시트는 시트 등받이와 시트 바닥을 포함하고, 상기 시트 등받이와 상기시트 바닥은 각각의 시트부 내에 배치된 공기관에 연결되는 공기 입구와 공기 출구를 포함하는 온도 제어 시스템.
  7. 제6항에서,
    상기 열펌프의 공기 출구 끝은 상기 시트 바닥과 상기 시트 등받이의 공기입구에 병렬로 연결되고, 상기 열펌프의 공기 입구 끝은 상기 시트 바닥과 상기 시트 등받이의 공기 출구에 병렬로 연결되어 상기 온도 조절된 공기를 상기 시트를 통하여 재순환시키는 온도 제어 시스템.
  8. 냉방 모드의 동작에 영향을 미치는 온도를 선택하는 단계,
    복수의 열전기 모듈을 동작시켜서 열전달 매체의 온도를 원하는 냉방 온도로 제어하는 단계,
    상기 열전기 모듈에 인접하여 장착된 적어도 하나의 운송 수단을 동작시켜서 온도 조절된 열전달 매체를 상기 열전기 모듈로부터 시트로 보내는 단계,
    상기 온도 조절된 열전달 매체의 온도를 모니터링하는 단계, 그리고
    상기 원하는 냉방 온도에 이를 수 있도록 상기 열전기 모듈로 공급되는 전력량과 상기 운송 수단의 동작 속도를 자동으로 제어하는 단계
    를 포함하는 승객용 시트의 온도 제어 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 열전달 매체는 공기이고 상기 운송 수단은 팬인 온도 제어 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 원하는 냉방 레벨에 비례하는 속도로 상기 팬을 자동으로 동작시키는 단계를 더 포함하는 온도 제어 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 원하는 냉방 레벨에 비례하는 전력값으로 상기 열전기 모듈을 자동으로 동작시키는 단계를 더 포함하는 온도 제어 방법.
  12. 제10항에서,
    상기 온도 조절된 열전달 매체와 상기 원하는 냉방 온도 사이의 온도 차이를 모니터링하는 단계를 더 포함하는 온도 제어 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 온도 차이에 따라 상기 열전기 모듈로 공급되는 전력량을 자동으로 제어하는 단계를 더 포함하는 온도 제어 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 온도 조절된 열전달 매체의 온도가 상기 원하는 냉방 온도보다 높을 때상기 열전기 모듈로 최대 전력을 공급하는 온도 제어 방법.
  15. 제13항에서,
    상기 온도 조절된 열전달 매체의 온도가 상기 원하는 냉방 온도보다 낮을 때 상기 열전기 모듈로 최소 전력을 공급하는 온도 제어 방법.
  16. 제13항에서,
    상기 온도 조절된 열전달 매체의 온도가 상기 원하는 냉방 온도와 같을 때 상기 열전기 모듈로 공급되는 전력을 온/오프로 스위칭하는 온도 제어 방법.
  17. 제10항에서,
    미리 설정된 시간 동안 상기 원하는 냉방 온도에 이르면 상기 열전기 모듈로 공급되는 전력량을 감소시키는 온도 제어 방법.
  18. 제17항에서,
    상기 열전기 모듈로 공급되는 상기 전력량의 감소율은 10% 내지 25%인 온도제어 방법.
  19. 난방 모드의 동작에 영향을 미치는 온도를 선택하는 단계,
    복수의 열전기 모듈을 동작시켜서 열전달 매체의 온도를 원하는 난방 온도로제어하는 단계,
    적어도 하나의 운송 수단을 동작시켜서 온도 조절된 열전달 매체를 시트로 보내는 단계,
    상기 온도 조절된 열전달 매체의 온도를 모니터링하는 단계, 그리고
    상기 원하는 난방 온도에 이를 수 있도록 상기 열전기 모듈로 공급되는 전력 량과 상기 운송 수단의 동작 속도를 자동으로 제어하는 단계
    를 포함하는 승객용 시트의 온도 제어 방법.
  20. 제19항에서,
    상기 열전달 매체는 공기이고 상기 운송 수단은 팬인 온도 제어 방법.
  21. 제20항에서,
    상기 온도 조절된 공기의 온도가 미리 설정한 임계 온도보다 낮을 때 상기 팬의 동작을 중지하고 상기 열전기 모듈로 최대 전력을 공급하는 온도 제어 방법.
  22. 제21항에서,
    상기 온도 조절된 공기의 온도가 미리 설정한 임계 온도와 같거나 높을 때 상기 팬을 저속으로 동작시키는 온도 제어 방법.
  23. 제21항에서,
    상기 온도 조절된 공기와 상기 원하는 난방 온도 사이의 온도 차이를 모니터링하는 단계를 더 포함하는 온도 제어 방법.
  24. 제23항에서,
    상기 온도 조절된 공기의 온도가 상기 원하는 난방 온도보다 높을 때 상기 온도 조절된 공기의 온도 증가에 비례하여 상기 팬의 속도를 증가시키는 온도 제어방법.
  25. 제23항에서,
    상기 온도 조절된 공기의 온도가 상기 원하는 난방 온도와 같을 때 상기 열전기 모듈로 공급되는 전력을 온/오프로 스위칭하는 온도 제어 방법.
  26. 제20항에서,
    상기 원하는 레벨에 비례하는 레벨로 상기 열전기 모듈로 전력을 공급하고 상기 팬의 동작을 정지시키는 단계를 더 포함하는 온도 제어 방법.
  27. 제26항에서,
    미리 설정한 임계 온도와 상기 온도 조절된 공기의 온도 차이를 모니터링하는 단계를 더 포함하는 온도 제어 방법.
  28. 제26항에서,
    상기 온도 조절된 공기의 온도가 미리 설정한 임계 온도보다 높을 경우 팬을 저속으로 동작시키는 온도 제어 방법.
  29. 제26항에서,
    상기 원하는 난방 온도와 상기 온도 조절된 공기의 온도 차이를 모니터링하는 단계를 더 포함하는 온도 제어 방법.
  30. 제29항에서,
    상기 온도 조절된 공기의 온도가 상기 원하는 난방 온도보다 크거나 작을 때 상기 온도 조절된 공기의 온도에 비례하여 상기 팬의 속도를 변화시키는 온도 제어방법.
  31. 제23항 또는 제26항에서,
    열펌프의 온도를 모니터링하여 상기 열펌프의 온도가 미리 설정한 최대 온도 보다 높을 경우 상기 열전기 모듈로 공급되는 전력을 차단하는 단계를 더 포함하는 온도 제어 방법.
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