KR20210045147A - 차량 시트용 냉온 조절 장치 및 방법 - Google Patents

차량 시트용 냉온 조절 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 시트용 냉온 조절 장치 및 방법에 관한 것으로, 유연성을 구비한 유연 열전소자(100)를 시트커버(14)내에 설치해서 차량 승객에게 냉기 및 온기를 직접 접촉식으로 제공함에 따라 승객이 느끼는 냉온감(냉온성능)을 극대화시킬 수 있도록 된 것이다.

Description

차량 시트용 냉온 조절 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING COOLING AND HEATING OF VEHICLE SEAT}
본 발명은 차량 시트용 냉온 조절 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유연 열전소자를 이용해서 승객과 직접 접촉식을 승객에게 냉기 및 온기를 제공할 수 있는 차량 시트용 냉온 조절 장치 및 방법에 관한 기술이다.
차량 승객의 승차감을 향상시키기 위한 방안으로 차량 시트에는 냉기 및 온기를 제공하는 장치가 구비된다.
그중에서 온기를 제공하는 장치는 구리선과 같은 열선이 시트의 표면에 배설된 구성으로, 열선이 쉽게 단락되는 문제가 있어서 내구성이 나쁜 단점이 있다.
그리고, 냉기를 제공하는 장치로는 송풍팬 및 덕트 등을 포함하는 구성으로, 부피가 크고 중량이 무거은 단점이 있고, 송풍팬의 작동소음이 심한 단점이 있으며, 특히 냉기를 송풍팬으로 불어서 승객에게 제공하는 비접촉식으로 냉각효율이 떨어지는 단점이 있다.
또한, 열선과 같은 히터장치와 송풍팬 및 덕트와 같은 냉각장치가 각각 별도로 구성됨에 따라 구성이 복잡하고, 비용이 상승하는 단점도 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
대한민국공개특허공보 제10-2016-0084515호
본 발명은, 유연성을 구비한 유연 열전소자를 시트커버내에 설치해서 냉기 및 온기를 승객 접촉식으로 승객에게 직접 제공하는 차량 시트용 냉온 조절 장치 및 방법으로, 쉽게 단락되는 열선을 사용하지 않음에 따라 내구성이 좋고, 송풍팬 및 덕트 등을 사용하지 않음에 따라 부피 감축 및 작동소음을 없앨 수 있으며, 냉온장치를 하나의 부품으로 구성함에 따라 구성의 단순화 및 비용절감을 도모할 수 있고, 특히 승객 직접 접촉식으로 냉온효율을 크게 향상시킬 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있다.
또한 본 발명은, 설정온도를 기준으로 제어온도 및 제어시간을 불규칙적으로 제어함으로써 승객이 느끼는 냉온성능의 극대화를 도모할 수 있도록 하는 데에 다른 목적이 있다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량 시트용 냉온 조절 장치는, 유연성이 있고 차량 시트에 결합되며 열 또는 전기를 가하면 온열기능이나 또는 냉각기능이 구현되는 유연 열전소자; 상기 유연 열전소자가 결합된 시트의 온도를 설정하기 위해 사용자가 조작하는 스위치부; 및 상기 스위치부의 설정온도에 따라 전원부에서 유연 열전소자로 공급되는 전류를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 유연 열전소자가 결합된 시트의 온도를 검출하는 온도센서를 더 포함하고; 상기 제어부는 온도센서의 신호와 스위치부의 신호를 모두 이용해서 유연 열전소자로 공급되는 전류를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 유연 열전소자의 일면에 결합된 방열핀;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 시트는 쿠션재에 해당하는 폼패드 및 폼패드를 감싸는 시트커버를 포함하고; 상기 폼패드와 시트커버사이에 유연 열전소자가 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 유연 열전소자는 파우더 형태의 방습제에 의해 감싸여지고; 상기 방습제에 의해 감싸여진 유연 열전소자는 시트를 구성하는 폼패드와 시트커버사이에 위치하도록 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 유연 열전소자는 시트를 구성하는 폼패드와 시트커버사이에 위치하면서 시트에 착석한 승객의 신체와 면접촉하도록 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 유연 열전소자는 다수개의 P형 반도체 및 N형 반도체; 상기 P형 반도체와 N형 반도체의 양면에 배치된 다수개의 유연 전극; 상기 P형 반도체와 N형 반도체 및 유연 전극을 감싸서 고정하는 유연 폴리머;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 유연 열전소자는, P형 반도체와 N형 반도체에 의해 구현되는 발열부 및 냉각부가 서로 분리되고 서로 분리된 발열부와 냉각부가 지그재그형으로 교차 배열된 지그재그 냉온분리형; 또는 P형 반도체와 N형 반도체에 의해 구현되는 발열부 및 냉각부가 서로 혼합된 상태에서 지그재그형으로 배열된 지그재그 냉온전환형; 또는 P형 반도체와 N형 반도체에 의해 구현되는 발열부 및 냉각부가 서로 혼합된 상태에서 사각형으로 배열된 사각 냉온전환형; 또는 P형 반도체와 N형 반도체에 의해 구현되는 발열부 및 냉각부가 서로 혼합된 상태에서 도넛모양으로 배열된 도넛 냉온전환형; 중에서 어느 하나의 형태로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 차량 시트용 냉온 조절 방법은, 스위치부의 조작을 통해 유연 열전소자가 결합된 시트의 온도를 설정하는 온도설정단계; 및 상기 시트의 온도가 설정온도에 도달하면 시트의 온도가 설정온도를 기준으로 불규칙적으로 변화되도록 제어부가 시트의 온도를 제어하는 온도제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 온도제어단계는 제어부가 유연 열전소자로 공급되는 전류량 및 시간을 불규칙적으로 제어함에 따라 시트의 온도가 설정온도를 기준으로 온도 차가 발생하도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량 시트용 냉온 조절 장치 및 방법에 의하면, 유연성을 구비한 유연 열전소자를 시트커버내에 설치해서 차량 승객에게 냉기 및 온기를 직접 접촉식으로 제공하는 구성으로, 이를 통해 승객이 느끼는 냉온감(냉온성능)을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 쉽게 단락되는 열선을 사용하지 않음에 따라 내구성이 좋고, 송풍팬 및 덕트 등을 사용하지 않음에 따라 부피 감축 및 작동소음을 없앨 수 있으며, 반도체 소자를 구비한 유연 열전소자에 하나의 부품으로 구성할 수 있게 됨에 따라 구성의 단순화 및 비용절감을 도모할 수 있고, 특히 유연 열전소자를 승객 직접 접촉식으로 설치함에 따라 냉온효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량 시트용 냉온 조절 장치의 개략적인 구성 도면,
도 2는 본 발명에 따른 유연 열전소자를 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명에 따라 유연 열전소자에 방열핀이 결합된 도면,
도 4는 유연 열전소자가 결합된 시트의 단면도,
도 5는 유연 열전소자의 형상에 대한 실시예의 도면,
도 6은 본 발명에 따른 차량 시트용 냉온 조절 방법을 설명하기 위한 개략적인 순서도,
도 7 내지 도 8은 종래의 시트 온도제어와 본 발명에 따른 시트 온도제어를 비교 설명하기 위한 그래프선도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 차량 시트용 냉온 조절 장치 및 방법에 대해 살펴보기로 한다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 제어부(제어기)는 차량의 다양한 구성 요소의 동작을 제어하도록 구성된 알고리즘 또는 상기 알고리즘을 재생하는 소프트웨어 명령어에 관한 데이터를 저장하도록 구성된 비휘발성 메모리(도시되지 않음) 및 해당 메모리에 저장된 데이터를 사용하여 이하에 설명되는 동작을 수행하도록 구성된 프로세서(도시되지 않음)를 통해 구현될 수 있다. 여기서, 메모리 및 프로세서는 개별 칩으로 구현될 수 있다. 대안적으로는, 메모리 및 프로세서는 서로 통합된 단일 칩으로 구현될 수 있다. 프로세서는 하나 이상의 프로세서의 형태를 취할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차량 시트용 냉온 조절 장치는 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이 유연성이 있고 차량 시트(10)에 결합되며 열 또는 전기를 가하면 온열기능이나 또는 냉각기능이 구현되는 유연 열전소자(100); 상기 유연 열전소자(100)가 결합된 시트(10)의 온도를 설정하기 위해 사용자가 조작하는 스위치부(200); 상기 스위치부(200)의 설정온도에 따라 전원부(300)에서 유연 열전소자(100)로 공급되는 전류를 제어하는 제어부(400); 및 상기 유연 열전소자(100)가 결합된 시트(10)의 온도를 검출하는 온도센서(500)를 포함한다.
차량의 시트(10)는 기본적으로 시트백(11)과 시트쿠션(12)을 포함하고, 시트백(11)과 시트쿠션(12)은 각각 쿠션재에 해당하는 폼패드(13), 및 폼패드(13)를 감싸는 시트커버(14)를 포함한다.
유연 열전소자(100, Flexible ThermoElectric Device, FTED)는 유연한 특성(플렉시블, flexible)을 구비한 특수 폴리머(polymer)를 이용하여 열전소자에 유연성을 부여한 것으로, 웨어러블 전자기기(wearable electronics), 자동차, 의료 분야 등에서 널리 사용이 가능하다.
보다 상세히 설명하면 도 2에 도시된 바와 같이 유연 열전소자(100)는 다수개의 P형 반도체(110) 및 N형 반도체(120)가 한 개씩 순차적으로 교차되게 배치되고, 상기 P형 반도체(110)와 N형 반도체(120)의 양면에 다수개의 유연 전극(130)이 배치되며, 상기 P형 반도체(110)와 N형 반도체(120) 및 유연 전극(130)을 감싸서 고정하는 유연 폴리머(140)를 포함하는 구성이다.
유연 전극(130)에는 전원부(300)와 연결된 전기선이 연결된다.
유연 열전소자(100)는 특정 반도체의 접합면에 열을 가하면 전기가 발생됨에 따라 온열기능(히팅기능)을 구현할 수 있고(지벡 효과, Seebeck Effect), 반대로 전기를 가하면 열을 흡수 및 방출함에 따라 냉각기능을 구현할 수 있다.(펠티어 효과, Peltier Effect)
스위치부(200)는 시트(10)에 착석한 승객이 쉽게 조작이 가능한 위치에 구비되는 것이 바람직하며, 전원부(300)는 차량에 구비된 배터리를 이용하는 것이 바람직하다.
제어부(400)는 스위치부(200)의 신호와 온도센서(500)의 신호를 모두 이용해서 유연 열전소자(100)로 공급되는 전류를 제어하게 된다.
본 발명에 따른 실시예는 유연 열전소자(100)의 일면에 결합된 방열핀(600)을 더 포함하는 구성으로, 방열핀(600)은 유연 열전소자(100)에서 발생하는 열 방출을 더욱 용이하게 하는 역할을 하며, 이를 통해 유연 열전소자(100)의 수명연장에 큰 도움을 줄 수 있다.
본 발명에 따른 유연 열전소자(100)는 냉온성능의 향상을 위해 시트에 착석한 승객과 최대한 넓은 면적으로 접촉하는 것이 바람직하며, 이를 위해 유연 열전소자(100)는 시트(10)를 구성하는 폼패드(13)와 시트커버(14)사이에 위치하면서 시트(10)에 착석한 승객의 신체와 면접촉하도록 설치된 것이 바람직할 것이다.
또한, 유연 열전소자(100)는 냉각기능 구현시 결로방지를 위해 파우더 형태로 된 방습제(700)에 의해 감싸여지도록 구성된 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 유연 열전소자(100)는 도 5(A)에 도시된 바와 같이 P형 반도체(110)와 N형 반도체(120)에 의해 구현되는 발열부(150) 및 냉각부(160)가 서로 분리되고 서로 분리된 발열부(150)와 냉각부(160)가 지그재그형으로 교차 배열된 지그재그 냉온분리형, 또는 도 5(B)와 같이 P형 반도체(110)와 N형 반도체(120)에 의해 구현되는 발열부(150) 및 냉각부(160)가 서로 혼합된 상태에서 지그재그형으로 배열된 지그재그 냉온전환형, 또는 도 5(C)와 같이 P형 반도체(110)와 N형 반도체(120)에 의해 구현되는 발열부(150) 및 냉각부(160)가 서로 혼합된 상태에서 사각형으로 배열된 사각 냉온전환형, 또는 도 5(C)와 같이 P형 반도체(110)와 N형 반도체(120)에 의해 구현되는 발열부(150) 및 냉각부(160)가 서로 혼합된 상태에서 도넛모양으로 배열된 도넛 냉온전환형 중에서 어느 하나의 형태로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 차량 시트용 냉온 조절 방법에 대해서는 도 6 내지 도 8을 참고해서 설명한다.
차량의 시동이 온(ON)된 상태에서(단계 S1), 운전자가 스위치부(200)를 조작해서 유연 열전소자(100)가 결합된 시트(10)의 온도를 설정한다.(단계 S2)
스위치부(200)의 조작 후 시트(10)의 온도가 설정온도에 도달하면(단계 S3), 제어부(400)는 시트(10)의 온도가 설정온도를 기준으로 불규칙적으로 변화되도록 시트(10)의 온도를 제어하게 된다.(단계 S4)
즉, 시트(10)의 온도가 설정온도에 도달하면 제어부(400)는 유연 열전소자(100)로 공급되는 전류량 및 시간을 불규칙적으로 제어하게 되고, 이를 통해 시트(10)의 온도는 설정온도를 기준으로 +또는 -의 온도 차가 발생되도록 제어되는 것이다.
기존에는 도 7(A) 및 도 8(A)와 같이 시트(10)의 온도가 설정온도에 도달하면, 시트(10)의 온도를 설정온도와 동일한 온도로 지속적으로 제어하였으며(정온 온열제어 또는 정온 냉각제어), 이로 인해 시트(10)의 착석자는 일정시간 경과 후 감각이 둔해져서 냉온감을 느끼지 못하는 단점이 있었다.
이에 반ㅎ해 본 발명에 따른 실시예는 도 7(B) 및 도 8(B)와 같이 시트(10)의 온도가 설정온도에 도달하면, 제어부(400)가 유연 열전소자(100)로 공급되는 전류량 및 시간을 불규칙적으로 제어하고, 이를 통해 시트(10)의 온도를 설정온도를 기준으로 +또는 -의 온도 차가 발생되도록 제어하는 것이 특징으로, 이 결과 시트(10)의 착석자가 느끼는 냉온감(냉온성능)을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시예는 P형 반도체(110) 및 N형 반도체(120)를 사용하는 유연 열전소자(100)를 통해 0.1도 단위로 시트(10)의 온도제어가 가능하고, 특히 극히 짧은 시간내에 목표 온도까지 시트(10)의 온도를 변화시킬 수 있는 장점이 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 실시예는, 유연성을 구비한 유연 열전소자(100)를 시트커버(14)내에 설치해서 차량 승객에게 냉기 및 온기를 직접 접촉식으로 제공하는 구성으로, 이를 통해 승객이 느끼는 냉온감(냉온성능)을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 쉽게 단락되는 열선을 사용하지 않음에 따라 내구성이 좋고, 송풍팬 및 덕트 등을 사용하지 않음에 따라 부피 감축 및 작동소음을 없앨 수 있으며, 반도체 소자를 구비한 유연 열전소자(100)에 하나의 부품으로 구성할 수 있게 됨에 따라 구성의 단순화 및 비용절감을 도모할 수 있고, 특히 유연 열전소자(100)를 승객 직접 접촉식으로 설치함에 따라 냉온효율을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10 - 시트 11 - 시트백
12 - 시트쿠션 13 - 폼패드
14 - 시트커버 100 - 유연 열전소자
110 - P형 반도체 120 - N형 반도체
130 - 유연 전극 140 - 유연 폴리머
150 - 발열부 160 - 냉각부
200 - 스위치부 300 - 전원부
400 - 제어부 500 - 온도센서
600 - 방열핀 700 - 방습제

Claims (10)

  1. 유연성이 있고 차량 시트에 결합되며 열 또는 전기를 가하면 온열기능이나 또는 냉각기능이 구현되는 유연 열전소자;
    상기 유연 열전소자가 결합된 시트의 온도를 설정하기 위해 사용자가 조작하는 스위치부; 및
    상기 스위치부의 설정온도에 따라 전원부에서 유연 열전소자로 공급되는 전류를 제어하는 제어부;를 포함하는 차량 시트용 냉온 조절 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유연 열전소자가 결합된 시트의 온도를 검출하는 온도센서를 더 포함하고;
    상기 제어부는 온도센서의 신호와 스위치부의 신호를 모두 이용해서 유연 열전소자로 공급되는 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 시트용 냉온 조절 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유연 열전소자의 일면에 결합된 방열핀;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 시트용 냉온 조절 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 시트는 쿠션재에 해당하는 폼패드 및 폼패드를 감싸는 시트커버를 포함하고;
    상기 폼패드와 시트커버사이에 유연 열전소자가 위치하는 것을 특징으로 하는 차량 시트용 냉온 조절 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 유연 열전소자는 파우더 형태의 방습제에 의해 감싸여지고;
    상기 방습제에 의해 감싸여진 유연 열전소자는 시트를 구성하는 폼패드와 시트커버사이에 위치하도록 설치된 것을 특징으로 하는 차량 시트용 냉온 조절 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 유연 열전소자는 시트를 구성하는 폼패드와 시트커버사이에 위치하면서 시트에 착석한 승객의 신체와 면접촉하도록 설치된 것을 특징으로 하는 차량 시트용 냉온 조절 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 유연 열전소자는 다수개의 P형 반도체 및 N형 반도체;
    상기 P형 반도체와 N형 반도체의 양면에 배치된 다수개의 유연 전극;
    상기 P형 반도체와 N형 반도체 및 유연 전극을 감싸서 고정하는 유연 폴리머;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 시트용 냉온 조절 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 유연 열전소자는, P형 반도체와 N형 반도체에 의해 구현되는 발열부 및 냉각부가 서로 분리되고 서로 분리된 발열부와 냉각부가 지그재그형으로 교차 배열된 지그재그 냉온분리형; 또는 P형 반도체와 N형 반도체에 의해 구현되는 발열부 및 냉각부가 서로 혼합된 상태에서 지그재그형으로 배열된 지그재그 냉온전환형; 또는 P형 반도체와 N형 반도체에 의해 구현되는 발열부 및 냉각부가 서로 혼합된 상태에서 사각형으로 배열된 사각 냉온전환형; 또는 P형 반도체와 N형 반도체에 의해 구현되는 발열부 및 냉각부가 서로 혼합된 상태에서 도넛모양으로 배열된 도넛 냉온전환형; 중에서 어느 하나의 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 차량 시트용 냉온 조절 장치.
  9. 청구항 1 또는 2 중에서 어느 하나의 장치를 이용한 냉온 조절 방법으로,
    상기 스위치부의 조작을 통해 유연 열전소자가 결합된 시트의 온도를 설정하는 온도설정단계; 및
    상기 시트의 온도가 설정온도에 도달하면 시트의 온도가 설정온도를 기준으로 불규칙적으로 변화되도록 제어부가 시트의 온도를 제어하는 온도제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 시트용 냉온 조절 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 온도제어단계는 제어부가 유연 열전소자로 공급되는 전류량 및 시간을 불규칙적으로 제어함에 따라 시트의 온도가 설정온도를 기준으로 온도 차가 발생하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 차량 시트용 냉온 조절 방법.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160084515A (ko) 2015-01-05 2016-07-14 주식회사 에스티에스엠 냉온 겸용 시트 및 그 제작 방법

Patent Citations (1)

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KR20160084515A (ko) 2015-01-05 2016-07-14 주식회사 에스티에스엠 냉온 겸용 시트 및 그 제작 방법

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