KR20040001385A - 차량용 시트의 냉 온방 겸용 장치 - Google Patents

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Abstract

차량용 시트 냉 온방 장치는 차량용 시트의 내부에 장착이 되어, 온도 제어를 통해 사람의 엉덩이 부분 및 등 부분에 냉기 및 온기를 전달하는 장치이다.
차량용 시트 냉 온방 장치는 시트표면 및 시트 주위의 온도를 측정하는 온도 감지 장치와 필요한 열을 발생시켜 사용자에게 전달하는 역할을 하는 열 전달 장치, 그리고 정해진 온도 제어 논리에 따라 펠티에 모듈 및 냉각팬을 제어하는 열 제어 장치로 나누어진다.
온도 감지 장치는 다수 개의 온도 측정 센서로 구성된다.
열 전달 장치는 열에너지를 발생시키는 펠티에 모듈과 생성된 열에너지를 사용자에게 전달하는 열전도체, 펠티에 모듈을 냉각시키기 위한 방열판, 공기 유입을 위한 공기 흡입구 및 공기 채널 그리고 냉각팬으로 구성되며, 열 전달 방법으로 열 전도 방식과 열 대류 방식을 사용한다.
열 제어 장치는 사용자에게 최대의 편의 제공과 안락한 승차감 및 장치의 이상유무, 오동작을 막기 위한 온도 제어 논리를 제공하는 디지털 제어기와 펠티에 모듈, 그리고 냉각팬에 필요한 전력을 공급하는 전력공급기로 구성된다.

Description

차량용 시트의 냉 온방 겸용 장치 {The heater and cooler system of the vehicle seat}
차량용 시트의 냉 온방 겸용장치는 국내에서는 아직 판매중이거나 개발중인 기업이나 업체가 없는 실정이고, 냉방장치, 온방장치의 한가지 기능만 가진 제품만 개발, 판매중이다. 현재 판매중인 온방장치는 모두가 열선을 내장한 타입이고, 냉방장치는 냉장고, 에어컨 등의 냉매를 사용하는 순수한 냉방은 아니고, FAN의 회전을 통한 바람에 의해 시원함을 느끼는 정도이며, 제 16도는 기존의 온방장치의 예를 나타내고 있으며 제 17도는 기존의 냉방장치의 예를 보여주고 있다.
차량용 시트 냉 온방 장치는 차량용 시트의 내부에 장착이 되어, 온도 제어를 통해 사람의 엉덩이 부분 및 등 부분에 냉기 및 온기를 전달하는 장치이다. 기존에 개발된 장치는 냉방 및 온방 한 가지의 기능만을 갖는 것에 반해 본 장치는 펠티에 효과를 나타내는 다수 개의 펠티에 모듈을 사용하여 한 장치로 냉방과 온방 기능을 구현할 수 있다. 또한, 펠티에 모듈의 사용으로 소형화와 정밀 온도제어가 가능하며, 장착이 용이하고, 고신뢰성, 저소음 및 환경 친화적인 특징을 갖는다. 그리고 마이크로프로세서를 사용한 디지털 제어기를 채택하여 폐루프 온도 제어를 통한 정밀 온도 제어가 가능하고, 다양한 추가 기능을 부여할 수 있다. 또한, 온도 전달 방식에서 열 전도 방식을 사용함으로서 보다 빠른 온도 응답 특성과 넓은 온도 변화 폭을 얻을 수 있다.
제 1도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 구체화된 전체 개략도 이다.
제 2도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 첫 번째 구체화된 시트 구조의 정면도이다.
제 3도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 두 번째 구체화된 시트 구조의 정면도이다.
제 4도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 세 번째 구체화된 시트 구조의 정면도이다.
제 5도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 네 번째 구체화된 시트 구조의 정면도이다.
제 6도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 다섯 번째 구체화된 시트 구조의 정면도이다.
제 7도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 여섯 번째 구체화된 시트 구조의 정면도이다.
제 8도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 일곱 번째 구체화된 시트 구조의 정면도이다.
제 9도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 여덟 번째 구체화된 시트 구조의 정면도이다.
제 10도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 첫 번째 구체화된 시트 구조의 측면도이다.
제 11도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 열 제어 장치를 설명하기 위한 개략도 이다.
제 12도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 열 전달 방법 중 열 전도 방식을 설명하기 위한 개략도 이다.
제 13도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 열 전달 방법 중 열 대류 방식을 설명하기 위한 개략도 이다.
제 14도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 열 전달 장치에서 공기 흡입구를 설명하기 위한 개략도 이다.
제 15도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 첫 번째 구체화된 온도 제어 논리를 나타낸다.
제 16도는 기존에 개발된 차량용 시트 온방 장치의 예이다.
제 17도는 기존에 개발된 차량용 시트 냉방 장치의 예이다.
차량용 시트 냉 온방 장치는 차량용 시트의 내부에 장착이 되어, 온도 제어를 통해 사람의 엉덩이 부분 및 등 부분에 냉기 및 온기를 전달하는 장치이다.
현재 기존의 장치는 팬을 이용한 공기순환 방식의 냉방이나 열선을 이용한 온방의 한가지 기능만을 갖고 있었으나 본 장치는 펠티에 효과(서로 다른 두 종류의 금속의 접점사이로 직류 전류를 흘리면 접합부에서는 열 에너지가 발생한다. 이 때 한쪽 면은 발열하고 다른 한쪽 면은 냉각하는 현상이 일어난다)를 나타내는 다수 개의 펠티에 모듈을 사용하여 한 장치로 냉방과 온방 기능을 구현할 수 있다. 또한, 펠티에 모듈의 사용으로 소형화와 정밀 온도제어가 가능하며, 장착이 용이하고, 고신뢰성, 저소음 및 환경 친화적인 특징을 갖는다.
차량용 시트 냉 온방 장치는 시트표면 및 시트 주위의 온도를 측정하는 온도 감지 장치와 필요한 열을 발생시켜 사용자에게 전달하는 역할을 하는 열 전달 장치, 그리고 정해진 온도 제어 논리에 따라 펠티에 모듈 및 냉각팬을 제어하는 열 제어 장치로 나누어진다.
제 1도에서 사용자는 온도제어 스위치 (1)를 통하여 원하는 온도를 설정할 수 있다. 원하는 온도가 입력되면 마이크로프로세서 (2)로 구성되는 디지털 제어기 (3)가 온도 측정 센서 (12)에서 얻어지는 현재 시트 표면 및 시트 주위의 온도를 바탕으로 미리 정해진 온도 제어 논리 (4)에 의해서 펠티에 모듈 (8)과 냉각팬 (6)에 전력을 공급하는 전력 공급기 (5)를 가동시키게 된다.
펠티에 모듈 (8)에 의해서 발생된 열에너지는 열전도체 (11)를 통하여 시트 표면(13)에 직접 열 전도 되어 사용자에게 전달된다. 예를 들어 현재 장치가 냉각모드에 있다고 하면, 사용자 쪽으로 향한 펠티에 모듈 (8)의 한쪽 면에선 차가운 냉기가 발생하고 다른 한쪽면에선 뜨거운 온기가 생성된다. 이 때 발생된 불필요한 온기는 방열판 (9)을 지나 공기 채널 (7)을 통해 냉각팬 (6)으로 빠져나가게 된다.
사용자에게 쾌적한 승차감을 주기 위해선 시트의 온도뿐만 아니라 시트의 습도도 조절할 수 있어야 한다. 본 장치는 공기 흡입구 (10)를 통하여 시트 표면 (13)으로부터 시원한 공기 (14)를 빨아들여 방열판 (9)을 식힐 뿐만 아니라 시트에 있는 부적절한 습도도 제거할 수 있다. 이 때 시트 표면 (13)은 공기가 통할 수 있는 천이나 작은 구멍들이 있는 가죽 같은 물질로 만들 수 있다.
제 2도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 첫 번째 구체화된 시트 구조의 정면도이다. 제 2도에서 펠티에 모듈 (8)은 다수 개 사용되며, 'H'형 공기 채널 (7) 구조 위에 공기 흡입구 (10)와 함께 놓이게 된다. 이 때 국부적으로 발생되는 열에너지를 시트 표면에 골고루 분배시키기 위해서 'S'자 형태의 열전도체 (11)가 사용되어 진다. 이 열전도체 (11)는 구리와 같이 열 전도율이 높은 금속을 사용한다.
제 3도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 두 번째 구체화된 시트 구조의 정면도이다. 제 2도와 비교하여 공기 채널 (7)의 구조는 동일하나, 망사 형태의 열전도체 (11)를 사용한다.
제 4도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 세 번째 구체화된 시트 구조의 정면도이다. 제 2도와 원리 및 열전도체 (11) 형태는 동일하나, 'T'형 공기 채널을 사용한다.
제 5도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 네 번째 구체화된 시트 구조의 정면도이다. 제 4도와 비교하여 공기 채널 (7)의 구조는 동일하나, 망사 형태의 열전도체 (11)를 사용한다.
제 6도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 다섯 번째 구체화된 시트 구조의 정면도이다. 제 2도와 원리 및 열전도체 (11) 형태는 동일하나, 'Y'형 공기 채널을 사용한다.
제 7도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 여섯 번째 구체화된 시트 구조의 정면도이다. 제 6도와 비교하여 공기 채널 (7)의 구조는 동일하나, 망사 형태의 열전도체 (11)를 사용한다.
제 8도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 일곱 번째 구체화된 시트 구조의 정면도이다. 제 2도와 원리 및 열전도체 (11) 형태는 동일하나, 'X'형 공기 채널을 사용한다.
제 9도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 여덟 번째 구체화된 시트 구조의 정면도이다. 제 8도와 비교하여 공기 채널 (7)의 구조는 동일하나, 망사 형태의 열전도체 (11)를 사용한다.
제 10도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 첫 번째 구체화된 시트 구조의 측면도이다. 제 10도는 제 2도의 측면도로서 제 1도에서의 설명과 동일하다.
제 11도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 열 제어 및 온도 감지 장치를 설명하기 위한 개략도 이다.
온도 감지 장치는 다수 개의 온도 측정 센서 (12)로 구성된다.
열 제어 장치는 사용자에게 최대의 편의 제공과 안락한 승차감 제공 및 장치의 이상유무, 오동작을 막기 위한 온도 제어 논리 (4)를 제공하는 디지털 제어기 (3)와 펠티에 모듈 (8) 및 냉각팬 (6)에 필요한 전력을 공급하는 전력 공급기 (5)로 구성된다.
제 12도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 열 전달 방법 중 열 전도 방식을 설명하기 위한 개략도 이다.
열 전달 장치는 열에너지를 발생시키는 다수 개의 펠티에 모듈 (8)과 생성된 열에너지를 사용자에게 전달하는 열전도체 (11), 펠티에 모듈 (8)의 냉각시키기 위한 다수 개의 방열판 (9), 공기 유입을 위한 공기 흡입구 (10) 및 공기 채널 (7) 그리고 최소 1개의 냉각팬 (6)으로 구성되며, 열 전달 방법으로는 열 전도 방식과 열 대류 방식이 있다. 제 12도에서의 열 전도 방식은 펠티에 모듈 (8)에서 발생된 열 에너지가 열전도체 (11)를 통해 시트 표면 (13)과 맞닿아 있는 사용자에게 직접 전도 (15)되어 진다. 이런 열 전도 방식의 장점은 열 대류 방식보다 넓은 온도 변화 폭을 갖고 빠른 응답특성과 함께, 열 대류 방식 시 필요한 공기 순환팬이 불필요함으로 소음발생 및 EMI의 발생요인이 적다는 장점이 있다.
제 13도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 열 전달 방법 중 열 대류 방식을 설명하기 위한 개략도 이다. 제 13도의 열 대류 방식은 제 12도의 열 전도 방식과 달리 펠티에 모듈에 직접 전도하는 방식이 아니라 열 대류에 의한 간접 전도방식 즉, 열 대류 방식을 사용한다. 펠티에 모듈 (9)에서 가열 및 냉각된 공기가 대류용 공기 채널 (7)을 통해 대류하게 되고 이 에너지가 시트 표면 (13)을 통해 사용자에게 전도되게 된다. 가열된 펠티에 모듈 (9)의 냉각은 냉각팬 (6)을 통해 이루어지며, 첨가된 공기 대류용 팬 (16)은 공기를 대류 시키는 역할을 한다. 이 때, 새로 유입되는 공기는 공기 흡입 및 배출구 (18)를 통하여 공급된다. 이런 열 대류 방식의 장점은 우선, 필요한 펠티에 모듈의 개수가 적다는 것이다. 최소 1개 이상의 펠티에 모듈을 사용하여 소비전력을 감소시킬 수 있으며, 전력공급기의 크기를 작게 할 수 있다. 이 때의 시트 표면 (13)은 소재의 제약을 받지 않는다.
제 14도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 열 전달 장치에서 공기 흡입구를 설명하기 위한 개략도 이다. 사용자에게 쾌적한 승차감을 주기 위해선 시트의 온도뿐만 아니라 시트의 습도도 조절할 수 있어야 한다. 본 장치는 공기 흡입구 (10)를 통하여 시트 표면 (13)으로부터 차가운 공기를 빨아들여 방열판 (9)을 식힐 뿐만 아니라(냉각 시), 시트에 있는 부적절한 습도도 제거할 수 있다. 이 때 첨가되는 공기 흡입 채널 (20)은 기존의 공기 채널 (7)과 같이 사용할 수 있다.
제 15도는 차량용 시트 냉 온방 장치의 첫 번째 구체화된 온도 제어 논리를 나타낸다. 사용자는 원하는 온도를 1℃ 단위로 설정할 수 있다.
사용자가 원하는 온도를 입력하게 되면, 우선 현재 시트 표면의 온도가 0℃ 에서 80℃ 사이에 존재하는가를 판별한다. 만약 5분 이상 이 범위에 존재하지 않게 되면 장치의 이상이 발생하였다고 판단하고, 경보음을 발생한다. 현재 시트의 표면 온도가 이 범위에 존재하지 않을 경우는 정상상태로 간주되어 온도 제어 루틴을 수행하게 된다.
온도 제어 루틴은 우선, 원하는 온도와 현재의 온도를 비교하고, 그 오차 만큼에 전력을 펠티에 모듈과 냉각팬에 공급하여 그 오차가 0이 되도록 제어하는 방식이다.
1. 기존에 개발된 장치가 냉방 및 온방 한 가지 기능만을 갖는 것에 반해, 본 장치는 펠티에 효과를 나타내는 다수 개의 펠티에 모듈을 사용하여 한 장치로 냉방과 온방 기능을 구현할 수 있다.
2. 펠티에 모듈의 사용으로 소형화와 정밀 온도제어가 가능하며, 장착이 용이하고, 고신뢰성, 저소음 및 환경 친화적인 특징을 갖는다.
3. 마이크로프로세서를 사용한 디지털 제어기를 채택하여 폐루프 온도 제어를 통한 정밀 온도 제어가 가능하고, 다양한 추가 기능을 부여할 수 있다
4. 온도 전달 방식에서 열 전도 방식을 사용함으로서 보다 빠른 온도 응답 특성과 넓은 온도 변화 폭을 얻을 수 있다.
5. 국부적으로 발생되는 열에너지를 시트 표면에 골고루 분배시키기 위해서 열전도체를 사용한다.

Claims (6)

  1. 다수 개의 펠티에 모듈을 사용하여 차량용 시트 표면 및 주위환경의 온도를 제어하는 장치로서 시트표면 및 시트 주위의 온도를 측정하는 온도 감지 장치와 필요한 열을 발생시켜 사용자에게 전달하는 역할을 하는 열 전달 장치, 그리고 정해진 온도 제어 논리에 따라 펠티에 모듈 및 냉각 팬을 제어하는 열 제어 장치로 구성되는 것.
  2. 청구항 1에서 온도 감지 장치는 다수개의 온도 측정 센서로 이루어지며, 제 1도 및 제 11도에서와 같이 시트 표면과 공기 채널 및 펠티에 모듈에 부착될 수 있는 것.
  3. 청구항 1에서 열 전달 장치는 열에너지를 발생시키는 제 1도 및 제 12도에서와 같이 펠티에 모듈과 생성된 열에너지를 사용자에게 전달하는 열전도체, 펠티에 모듈을 냉각시키기 위한 방열판, 공기 유입을 위한 공기 흡입구 및 공기 채널 그리고 냉각팬으로 구성되는 것.
  4. 청구항 3에서 열에너지의 전달 방법으로 열 전도 방식 (제 12도) 과 열 대류 방식 (제 13도)을 사용한다.
    열 전도 방식 (제 12도)의 경우, 열에너지를 발생시키는 역할을 하는 펠티에 모듈을 최소 1개 이상 사용하여 직접 시트 표면에 열에너지를 전도시기는 것으로 공기 채널과 열 전도체의 모양 및 구조에 따라 펠티에 모듈의 개수가 결정된다. 본 장치에서는 최적의 개수로 시트의 엉덩이 부분 및 등 부분에 각각 4개의 펠티에 모듈을 사용한다.
  5. 청구항 3에서 공기 채널 및 열전도체는 제 2도 에서부터 제 9도 까지 제시된 구조 및 모양의 것.
  6. 청구항 1에서 열 제어 장치는 사용자에게 최대의 편의 제공과 안락한 승차감 및 장치의 이상유무, 오동작을 막기 위한 온도 제어 논리 (제 15도)를 제공하는 디지털 제어기와 펠티에 모듈, 그리고 냉각팬에 필요한 전력을 공급하는 전력공급기로 구성되는 것.
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