KR20240018737A - 하강기류 공조 시스템 - Google Patents

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KR20240018737A
KR20240018737A KR1020220096254A KR20220096254A KR20240018737A KR 20240018737 A KR20240018737 A KR 20240018737A KR 1020220096254 A KR1020220096254 A KR 1020220096254A KR 20220096254 A KR20220096254 A KR 20220096254A KR 20240018737 A KR20240018737 A KR 20240018737A
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KR1020220096254A
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윤성호
김재철
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한국철도기술연구원
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 하강기류 공조 시스템은, 열차 내에서 순환되는 공기의 온도 및 습도를 조절하기 위한 공조 시스템부; 상기 공조 시스템부에서 온도 및 습도가 조절된 공기를 하강기류 공기로 객실의 내부에 공급하는 공기 공급부; 상기 객실 내 비말과 하강기류 공기가 함께 상기 객실의 외부로 배출되도록 하기 위한 오염원 배출부; 및 상기 객실 내 비말이 포함된 하강기류 공기가 상기 오염원 배출부를 통과하도록 상기 객실 내 비말이 포함된 하강기류 공기를 흡입하여 상기 객실 내 공간이 음압 조건이 되도록 하면서 상기 객실 내 비말이 포함된 하강기류 공기를 상기 열차의 외부로 배출시키는 송풍기;를 포함하고, 상기 공기 공급부는, 상기 객실 내 양측에 복수개로 배치된 각 좌석의 등받이와 평행한 일측의 제1 열로부터 상기 좌석과 전방쪽으로 인접한 다른 좌석과의 사이공간과 평행한 타측의 제n 열까지 복수의 열로 나열되어 하강기류 공기를 배출하는 제1 공기관통구가 상기 제1 열로부터 제n 열을 향할수록 직경이 증가되어 하강기류 공기의 유속에 차이가 발생되도록 하는 제1 공기 그릴; 및 제1 열로부터 제n 열까지 복수의 열로 나열되어 상기 객실 내 양측을 구획하는 복도를 향해 하강기류 공기를 배출하는 제2 공기관통구가 형성된 제2 공기 그릴;을 포함할 수 있다.

Description

하강기류 공조 시스템{Downdraft air conditioning system}
본 발명은 하강기류 공조 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 객실로 공급되는 하강기류 공기를 이용하여 객실 내에서 비말이 확산되는 것을 차단할 수 있는 하강기류 공조 시스템에 관한 것이다.
2000년대 들어서면서 사스, 메르스, 코로나 바이러스와 같은 감염병이 빈번하게 창궐하고 있는 가운데, 일부 지역에서 발생된 감염병이 전 세계적으로 확산됨에 따라 감염병으로 인한 인명피해 뿐만 아니라, 막대한 경제적 손실이 발생하고 있다.
특히, 최근 들어 발생한 코로나 바이러스의 경우, 실내 공간에서 강력한 전파력으로 인하여 각종 기관/단체의 모임 및 회의, 학교/학원의 수업 등이 모두 취소되는 등 큰 사회적 혼란을 야기하고 있으며, 호흡기 바이러스 감염을 차단하기 위하여 마스크 사용을 권고하고 있다.
한편, 대부분의 사람들은 생활을 위해 비행기, 열차, 지하철, 고속버스, 여객선 등과 같은 이동수단을 이용할 수 밖에 없는데, 상기 이동수단 중 열차는 불특정 다수의 사용자가 좌석에 장시간 앉아 있는 상태로 이동하게 됨에 따라, 이동하는 과정에서 다수의 사용자가 호흡기 바이러스에 그대로 노출이 이루어지는 등 위험한 상황이 발생할 수 있다.
상기와 같이, 사용자가 객실 내에서 호흡기 바이러스에 노출되는 것을 방지하기 위해 열차 객실에는 도 1에 도시된 바와 같이 객실 내의 공기를 순환시키기 위한 공조 시스템이 구비되고 있다.
도 1은 종래의 열차 객실용 공조 시스템의 모식도이며, 도 1을 참조하면 열차(1)에는 객실(2)과 상기 객실(2)의 내부에 사용자가 앉을 수 있는 좌석(3)이 구비되며, 상기 객실(2) 내로 공기를 순환시키기 위한 공조 시스템부(4)가 구비될 수 있다.
그러나 종래의 열차 객실용 공조 시스템은 상기 객실(2) 내에서 공기의 회전 유동이 발생되도록 하여 상기 객실(2) 내에 잔존하는 비말이 상기 객실(2) 내 전지역으로 확산될 수 있으며, 상기 비말의 확산에 따라 상기 비말이 공기와 함께 상기 객실(2)의 외부로 배출되기까지 오랜 시간이 소요되고, 이에 상기 객실(2)에 오염이 누적되어 상기 객실(2) 내 사용자가 비말 감염으로부터 노출되는 문제점이 있었다.
일본 특허등록 제6228087호(2017.10.20 등록) 대한민국 등록특허 제10-2230159호(2021.03.15 등록) 일본 특허공개 제2011-030719호(2011.02.17 공개) 대한민국 등록특허 제10-1992650호(2019.06.19 등록)
본 발명은 종래의 열차 객실용 공조 시스템의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 객실 내에 잔존하는 비말이 객실에 공급되는 하강기류 공기에 의해 객실 외부로 배출되도록 하여 비말이 확산되는 것을 차단할 수 있는 하강기류 공조 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 객실 내 비말이 포함된 하강기류 공기를 객실의 외부로 흡입하여 객실 내 공간이 비말 감염으로부터 안전한 음압시설로 운영되도록 하는 하강기류 공조 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
그리고 본 발명은 객실 내 하강기류 공기를 공급하는 과정에서 좌석에 착석한 승객에게는 ISO 19659-2 철도표준에 의거하여 0.5 m/s 이하의 하강기류 공기만 접촉되도록 하면서, 승객의 입과 코로부터 토출되는 비말이 객실의 외부로 배출되도록 승객의 전방 쪽에서는 0.5~1 m/s 이상의 하강기류 공기를 배출할 수 있는 하강기류 공조 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 하강기류 공조 시스템은, 열차 내에서 순환되는 공기의 온도 및 습도를 조절하기 위한 공조 시스템부; 상기 공조 시스템부에서 온도 및 습도가 조절된 공기를 하강기류 공기로 객실의 내부에 공급하는 공기 공급부; 상기 객실 내 비말과 하강기류 공기가 함께 상기 객실의 외부로 배출되도록 하기 위한 오염원 배출부; 및 상기 객실 내 비말이 포함된 하강기류 공기가 상기 오염원 배출부를 통과하도록 상기 객실 내 비말이 포함된 하강기류 공기를 흡입하여 상기 객실 내 공간이 음압 조건이 되도록 하면서 상기 객실 내 비말이 포함된 하강기류 공기를 상기 열차의 외부로 배출시키는 송풍기;를 포함하고, 상기 공기 공급부는, 상기 객실 내 양측에 복수개로 배치된 각 좌석의 등받이와 평행한 일측의 제1 열로부터 상기 좌석과 전방쪽으로 인접한 다른 좌석과의 사이공간과 평행한 타측의 제n 열까지 복수의 열로 나열되어 하강기류 공기를 배출하는 제1 공기관통구가 상기 제1 열로부터 제n 열을 향할수록 직경이 증가되어 하강기류 공기의 유속에 차이가 발생되도록 하는 제1 공기 그릴; 및 제1 열로부터 제n 열까지 복수의 열로 나열되어 상기 객실 내 양측을 구획하는 복도를 향해 하강기류 공기를 배출하는 제2 공기관통구가 형성된 제2 공기 그릴;을 포함할 수 있다.
본 발명은 객실 내로 공급된 하강기류 공기를 통해 객실 내 비말이 객실 외부로 배출되도록 하여 객실 내 승객을 비말 감염으로부터 보호함으로써, 안전한 객실 이용 환경을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 객실 내 비말이 포함된 하강기류 공기를 객실의 외부로 흡임하는 것을 통해 객실 내 공간을 비말 감염으로부터 안전한 음압시설로 운영할 수 있다.
다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 열차 객실용 공조 시스템의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하강기류 공조 시스템의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 공급부로부터 배출되는 하강기류 공기의 유속 분포 예시를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 공급부에 구비된 제1 공기그릴과 제2 공기그릴의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 공기그릴의 적용 예와 제1 공기그릴로부터 객실 내로 공급되는 하강기류 공기의 유속 분포에 대한 CFD 해석 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 오염원 배출부의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하강기류 공조 시스템의 공조 과정을 나타내는 도면이다.
이하에서는, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하강기류 공조 시스템은 공조 시스템부(100), 공기 공급부(200), 오염원 배출부(300) 및 송풍기(400)가 구비된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하강기류 공조 시스템의 모식도이다.
도 2를 참조하면, 상기 공조 시스템부(100)는 열차(10)의 내부에 배치되며, 공조장치가 구비되어 열차(10) 내에서 덕트를 통해 순환되는 공기와 상기 열차(10)의 외부로부터 투입되는 신선(청결) 공기간의 열교환을 통해 상기 열차(10) 내에서 순환되는 공기의 온도 및 습도 조절한다.
상기 공조 시스템부(100)의 공조장치에는 가열코일, 냉각코일, 가습기, 공기여과기(에어필터) 등으로 구성된 공조설비(AHU), 공기 순환 또는 외기의 도입을 위한 열 수송설비, 객실(11) 내의 공기를 쾌적한 상태로 유지 및 운전하기 위하여 상기 공조 시스템부(100)의 전체 운전을 제어하는 자동제어설비 및 전기 구동 히트펌프 에어컨인 히트펌프 냉난방기가 구비될 수 있다.
상기 공조 시스템부(100)의 공조장치는 공조 분야에서 사용되는 통상적인 장치이므로, 공조장치 각각에 대한 설명은 편의상 생략하도록 하겠다.
상기 공기 공급부(200)는 공조 시스템부(100)와 열차(10) 내 덕트를 통해 연결되며, 상기 공조 시스템부(100)에서 온도 및 습도가 조절된 후 상기 덕트를 따라 이동되는 공기를 하강기류 공기(205)로 변환시켜 객실(11)의 내부에 공급한다.
이때, 상기 하강기류 공기(205)는 객실(11) 내 위치한 승객의 입과 코로 비말(A)이 흡입되는 것을 차단하기 위한 에어커튼의 역할을 수행하여 상기 승객을 비말 감염으로부터 보호할 수 있다.
또한, 상기 공기 공급부(200)는 객실(11)의 상측으로부터 상기 객실(11)의 바닥을 향해 하강기류 공기(205)를 공급함으로써, 상기 객실(11) 내 승객의 입과 코로부터 토출되는 비말(A)이 상기 하강기류 공기(205)와 함께 상기 객실(11)의 바닥을 향해 유동되도록 한다.
그리고 상기 공기 공급부(200)는 객실(11) 내 양측에 복수개로 배치된 각 좌석(12)을 향해 하강기류 공기(205)를 공급하기 위한 제1 공기그릴(210)과 상기 객실(11) 내 양측을 구획하는 복도를 향해 하강기류 공기(205)를 공급하기 위한 제2 그릴(220)을 통해 구현될 수 있다.
상기 제1 공기그릴(210)은 객실(11) 내 양측에 복수개로 배치된 각 좌석(12)을 향해 하강기류 공기(205)를 공급할 수 있도록 상기 객실(11) 내 복수개로 설치되는 것이 바람직하며, 상기 좌석(12)에 착석한 승객의 입과 코로부터 토출되는 비말(A)을 상기 객실(11)의 바닥으로 유동시키기 위해 복수의 열로 나열된 제1 공기관통구(211)가 구비된다.
또한, 상기 제1 공기그릴(210)은 좌석(12)에 착석한 승객에게 쾌적성에 대한 만족감을 줌과 동시에 비말(A)의 배출 효과가 향상되도록 제1 공기관통구(211)의 직경을 설정함으로써, 상기 제1 공기관통구(211)로부터 상기 객실(11) 내로 공급되는 하강기류 공기(205)의 유속 분포를 도 3에 도시된 바와 같이 달리할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 공급부로부터 배출되는 하강기류 공기의 유속 분포 예시를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 제1 공기그릴(210)은 ISO 19659-2 철도표준에 의거하여 좌석(12)에 착석한 승객에게 쾌적성에 대한 만족감을 주기 위해 상기 승객의 신체와 직접적으로 접촉될 하강기류 공기(205)가 0.5 m/s 이하의 유속으로 객실(11) 내에 공급되도록 하며, 이와 동시에 비말(A)의 배출 효과를 향상시키기 위해 상기 승객의 코와 입으로부터 토출된 비말(A)이 포함된 하강기류 공기(205)가 0.5~1 m/s 이상의 유속으로 상기 객실(11) 바닥에 배치된 오염원 배출부(300)를 향하도록 제1 공기관통구(211)의 직경이 설정될 수 있다.
즉, 상기 제1 공기그릴(210)은 객실(11) 내로 공급되는 하강기류 공기(205)의 유속 분포를 달리하기 위해 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 각 열마다 복수개로 형성된 제1 공기관통구(211)의 직경이 서로 다르게 설정될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 공급부에 구비된 제1 공기그릴과 제2 공기그릴의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 상기 제1 공기그릴(210)은 제1 공기관통구(211)가 객실(11) 내 양측에 복수개로 배치된 각 좌석(12)의 등받이(121)와 평행한 일측의 제1 열(211-1)로부터 좌석(12)과 전방쪽으로 인접한 다른 좌석(12)간의 사이공간과 평행한 타측의 제n 열(211-n)까지 복수의 열로 나열되어 하강기류 공기(205)를 배출할 수 있다.
이때, 상기 제1 공기그릴(210)상에 나열되는 제1 공기관통구(211)의 열의 개수는 한정하지 아니하나, 이하에서는 상기 제1 공기관통구(211)가 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 좌석(12)의 안착부(120) 및 등받이(121)와 수직방향으로 평행한 제1 열(211-1), 제2 열(211-2), 제3 열(211-3), 제4 열(211-4), 제5 열(211-5) 및 상기 좌석(12)과 전방쪽으로 인접한 다른 좌석(12)간의 사이공간과 수직방향으로 평행한 제6 열(211-6), 제7 열(211-7)마다 복수개로 형성된 것을 기준으로 제1 공기그릴(210)에 대해 자세히 설명하도록 하겠다.
상기 제1 공기그릴(210)은 등받이(121)와 평행한 일측의 제1 열(211-1)로부터 좌석(12)과 전방쪽으로 인접한 다른 좌석(12)간의 사이공간과 평행한 타측의 제7 열(211-7)을 향할수록 제1 공기관통구(211)의 직경이 증가됨으로써, 객실(11) 내로 배출하는 하강기류 공기(205)의 유속에 차이가 발생되도록 한다.
구체적인 일 예로, 상기 제1 공기그릴(210)은 일측의 제1 열(211-1)에 형성된 제1 공기관통구(211)의 직경이 0.5~2 mm로 설정될 수 있고, 타측의 제7 열(211-7)에 형성된 제1 공기관통구(211)의 직경이 50~100 mm로 설정될 수 있다.
또한, 상기 제1 공기그릴(210)은 제1 열(211-1)로부터 제7 열(211-7)을 향하는 방향으로 제1 공기관통구(211)의 직경 증가 비율이 1.1~2배로 설정될 수 있다. 즉, 제2 열(211-2)의 제1 공기관통구(211)는 제1 열(211-1)의 제1 공기관통구(211)와 비교하여 직경이 1.1~2배 증가되며, 제3 열(211-3)의 제1 공기관통구(211)는 상기 제2 열(211-2)의 제1 공기관통구(211)와 비교하여 직경이 1.1~2배 증가되는 것이다.
그리고 상기 제1 공기그릴(210)은 제1 열(211-1)로부터 제7 열(211-7)까지 각 열마다 형성된 제1 공기관통구(211)간의 사이거리가 상대적으로 상기 제1 열(211-1)을 향하는 일측과 인접한 제1 공기관통구(211)의 직경의 0.5~5배로 설정될 수 있다. 즉, 제1 열(211)의 제1 공기관통구(211)와 제2 열(211-2)의 제1 공기관통구(211)간의 사이거리는 상대적으로 일측에 인접한 상기 제1 열(211)의 제1 공기관통구(211)의 직경의 0.5~5배로 설정되는 것이다.
이와 같이, 상기 제1 공기관통구(211)의 직경 및 사이거리 설정이 완료된 제1 공기그릴(210)이 객실(11) 내 승객에게 쾌적성에 대한 만족감을 줌과 동시에 비말(A)의 배출 효과를 향상시키는지에 대한 실험이 이하의 실시예 1과 같이 진행되었다.
실시예 1
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 공기그릴의 적용 예와 제1 공기그릴로부터 객실 내로 공급되는 하강기류 공기의 유속 분포에 대한 CFD 해석 결과를 나타내는 도면이다.
실시예 1에서는 제1 공기그릴(210)을 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 안장부(120) 및 등받이(121)가 구비된 좌석(12)과 수직방향으로 평행하게 객실(11)의 상측에 배치한 후 하강기류 공기(205)가 제1 공기관통구(211)를 통해 상기 객실(11) 내로 배출되도록 하였으며, 이때 하강기류 공기(205)의 유속은 CFD(Computational Fluid Dynamics) 해석을 통해 도 5의 (b)와 같이 확인되었다.
도 5의 (b)를 참조하면, CFD 해석에서 상기 제1 공기그릴(210)로부터 배출된 하강기류 공기(205)는 좌석(12)의 상측과 안장부(120) 및 등받이(121)를 둘러싸는 제1 영역(B)의 유속이 0.5 m/s 이하가 됨으로써, ISO 19659-2 철도표준에 의거하여 상기 좌석(12)에 착석한 승객에게 쾌적성에 대한 만족감을 줄 수 있을 것이라는 결과를 얻었다.
또한, 상기 CFD 해석에서는 좌석(12)과 전방쪽으로 인접한 다른 좌석(12)간의 사이공간의 영역인 제2 영역(C)의 유속이 0.5~1 m/s 이상이 됨으로써, 상기 제1 영역(B)과 비교하여 유속이 상대적으로 증가된 것을 통해 비말(A)의 배출 효과가 향상될 것이라는 결과를 얻었다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 제2 공기그릴(220)은 객실(11) 내 양측을 구획하는 복도를 향해 하강기류 공기(205)를 공급할 수 있도록 상기 복도와 수직방향으로 평행한 객실(11) 내 영역에 설치되는 것이 바람직하며, 상기 복도에 위치한 승객의 입과 코로부터 토출되는 비말(A)을 상기 객실(11)의 바닥으로 유동시키기 위해 복수의 열로 나열된 제2 공기관통구(221)가 구비된다.
도 4의 (b)를 참조하면, 상기 제2 공기그릴(220)은 제2 공기관통구(221)가 제1 열(221-1)로부터 제n 열(221-n)까지 복수의 열로 나열되어 하강기류 공기(205)를 배출할 수 있다.
이때, 상기 제2 공기그릴(220)상에 나열되는 제2 공기관통구(221)의 열의 개수는 한정하지 아니하나, 이하에서는 상기 제2 공기관통구(221)가 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 열(221-1)로부터 제10 열(221-10)까지 제2 공기그릴(220)상에 나열된 것을 기준으로 제2 공기그릴(220)에 대해 자세히 설명하도록 하겠다.
상기 제2 공기그릴(220)은 제1 열(221-1)로부터 제10 열(221-10)까지 각 열에 나열된 제2 공기관통구(221)의 직경 및 제2 공기관통구(221)간의 사이거리가 상기 제1 공기그릴(210)의 제1 열(211-1)에 나열된 제1 공기관통구(211)와 연계될 수 있다.
구체적인 일 예로, 상기 제2 공기그릴(220)은 제1 열(221-1)로부터 제10 열(221-10)에 형성된 각 제2 공기관통구(221)의 직경이 제1 공기그릴(210)의 제1 열(211-1)에 형성된 제1 공기관통구(211)의 직경의 2~5배로 설정될 수 있다.
또한, 상기 제2 공기그릴(220)은 제1 열(221-1)로부터 제10 열(221-10)까지 각 열마다 형성된 제2 공기관통구(221)간의 사이거리가 상기 제2 공기관통구(221)의 직경의 0.5~5배로 설정될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 오염원 배출부의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 상기 오염원 배출부(300)는 객실(11) 내 비말(A)이 포함된 하강기류 공기(205)를 상기 객실(11)의 외부로 배출시키기 위해 프레임(310), 그릴(320) 및 필터(330)가 구비된다.
상기 프레임(310)은 객실(11) 내 비말(A)이 포함된 하강기류 공기(205)가 외부로 배출되도록 상기 객실(11)의 바닥에 형성된 오염원 배출구에 끼움결합되며, 상기 객실(11) 내 비말(A)이 포함된 하강기류 공기(205)가 상기 객실(11)의 외부로 배출되도록 내부공간을 형성하며 상측과 하측이 개방된다.
상기 그릴(320)은 프레임(310)의 내부공간에 배치되며, 객실(11) 내 비말(A)이 포함된 하강기류 공기가 상기 프레임(310)의 내부공간으로 유입되도록 하면서, 상기 객실(11) 내 비말(A)이 포함된 하강기류 공기(205)와 함께 오염원 배출구를 향하는 이물질이 상기 프레임(310)의 내부공간으로 유입되는 것을 차단하기 위한 통기공이 하나 이상 형성된다.
상기 필터(330)는 프레임(310)의 내부공간상에서 그릴(320)보다 하측에 배치되어 상기 그릴(320)을 통과하는 하강기류 공기(205)에 포함된 비말(A)의 일부를 포집하며, 객실(11)의 외부로 배출된 비말(A)이 오염원 배출구를 통해 상기 객실(11)로 유입(역류)되는 것을 차단한다.
이러한 상기 필터(330)는 상기 비말(A, B)의 포집이 가능한 정전기필터 등의 비말차단용 필터인 것이 바람직하다.
상기 그릴(320) 및 필터(330)는 비말(A)에 의한 오염 정도에 따라 교체가 가능하도록, 프레임(310)으로부터 탈부착될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하강기류 공조 시스템의 공조 과정을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 상기 송풍기(400)는 객실(11)의 바닥 하측 즉, 상기 객실(11)의 외부에 배치되며, 필터(330)에서 포집되지 않고 통과한 객실(11) 내 비말(A)이 포함된 하강기류 공기(205)가 오염원 배출부(300)를 통과하도록 상기 객실(11) 내 비말(A)이 포함된 하강기류 공기(205)를 흡입한다.
또한, 상기 송풍기(400)는 제1, 2 공기그릴(210, 220)로부터 객실(11) 내로 공급되는 하강기류 공기(205)의 압력보다 오염원 배출부(300)를 통과하는 객실(11) 내 비말(A)이 포함된 하강기류 공기(205)의 압력이 상대적으로 높도록 상기 객실(11) 내 비말(A)이 포함된 하강기류 공기(205)의 흡입하여 상기 객실(11) 내 공간이 음압 조건이 되도록 한다.
이때, 상기 송풍기(400)는 오염원 배출부(300)를 통과하는 객실(11) 내 비말(A)이 포함된 하강기류 공기(205)의 압력이 제1, 2 공기그릴(210, 220)로부터 객실(11) 내로 공급되는 하강기류 공기(205)의 압력보다 1~5 %만큼 높도록 하여 상기 객실(11) 내 공간이 음압 조건이 되도록 하며, 이를 위해 열차(10) 내의 제어장치를 통해 팬의 회전이 제어되어 상기 객실(11) 내 비말(A)이 포함된 하강기류 공기(205)를 흡입할 수 있다.
그리고 상기 송풍기(400)가 흡입하는 객실(11) 내 비말(A)이 포함된 하강기류 공기(205)라 함은 필터(330)에서 포집되지 않고 통과한 비말(A)의 일부가 포함된 하강기류 공기(205)일 수 있다.
이러한 상기 송풍기(400)는 일측에서 상기 비말(A)의 일부가 포함된 하강기류 공기(205)를 흡입하며, 타측에서는 상기 일측에서 흡입된 비말(A)의 일부가 포함된 하강기류 공기(205)를 열차(10)의 외부로 배출시키는 편흡입 송풍기일 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 하강기류 공조 시스템에서는 다수의 승객이 착석할 수 있도록 복수개의 좌석(12a, 12b, 12c)이 배치될 수 있으며, 상기 복수개의 좌석(12a, 12b, 12c) 각각에 하강기류 공기(205)를 공급하기 위해 복수개의 제1 공기그릴(210a, 210b, 210c, 210d)이 객실(11)의 상측에 배치될 수 있고, 상기 복수개의 제1 공기그릴(210a, 210b, 210c, 210d)로부터 각각 배출된 하강기류 공기(205)와 함께 객실(11) 내 비말(A)을 상기 객실(11)의 외부로 배출하기 위해 상기 객실(11)의 바닥에는 복수개의 오염원 배출부(300a, 300b, 300c)가 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 하강기류 공조 시스템에 의해 수행되는 공조 과정은 이하와 같이 이루어진다.
먼저, 상기 열차(10) 외부의 신선 공기가 상기 공조 시스템부(100)에 공급되며, 상기 공조 시스템부(100)는 상기 신선 공기의 온도 및 습도를 조절하여 온도 및 습도가 조절된 공기를 생성할 수 있다.
그 후, 상기 공조 시스템부(100)는 열차(10) 내 덕트를 통해 온도 및 습도가 조절된 공기를 제1 공기그릴(210)과 제2 공기그릴(220)에 공급할 수 있다.
그 후, 상기 제1 공기그릴(210)과 제2 공기그릴(220)은 온도 및 습도가 조절된 공기를 하강기류 공기(205)로 변환시켜 객실(11) 내에 배출할 수 있다.
그 후, 상기 하강기류 공기(205)는 객실(11) 내에 잔존하는 비말(A)을 상기 객실(11)의 바닥에 배치된 오염원 배출부(300)을 향해 유동시킬 수 있다.
그 후, 상기 객실(11) 내 비말(A)이 포함된 하강기류 공기(205)는 송풍기(400)에 의해 오염원 배출부(300)의 필터(330)를 통과하면서 비말(A)의 일부가 포집되며, 상기 필터(330)에 포집되지 않은 비말(A)의 일부가 포함된 하강기류(205)는 상기 송풍기(400)에 의해 열차(10)의 외부로 배출될 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 기술적 사상 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
10: 열차, 11: 객실,
12: 좌석, 100: 공조 시스템부,
120: 안착부, 121: 등받이,
200: 공기 공급부, 205: 하강기류 공기,
210: 제1 공기그릴, 211: 제1 공기관통구,
220: 제2 공기그릴, 221: 제2 공기관통구,
300: 오염원 배출부, 310: 프레임,
320: 그릴, 330: 필터,
400: 송풍기, A: 비말,
B: 제1 영역, C: 제2 영역.

Claims (8)

  1. 열차 내에서 순환되는 공기의 온도 및 습도를 조절하기 위한 공조 시스템부;
    상기 공조 시스템부에서 온도 및 습도가 조절된 공기를 하강기류 공기로 객실의 내부에 공급하는 공기 공급부;
    상기 객실 내 비말과 하강기류 공기가 함께 상기 객실의 외부로 배출되도록 하기 위한 오염원 배출부; 및
    상기 객실 내 비말이 포함된 하강기류 공기가 상기 오염원 배출부를 통과하도록 상기 객실 내 비말이 포함된 하강기류 공기를 흡입하여 상기 객실 내 공간이 음압 조건이 되도록 하면서 상기 객실 내 비말이 포함된 하강기류 공기를 상기 열차의 외부로 배출시키는 송풍기;를 포함하고,
    상기 공기 공급부는,
    상기 객실 내 양측에 복수개로 배치된 각 좌석의 등받이와 평행한 일측의 제1 열로부터 상기 좌석과 전방쪽으로 인접한 다른 좌석과의 사이공간과 평행한 타측의 제n 열까지 복수의 열로 나열되어 하강기류 공기를 배출하는 제1 공기관통구가 상기 제1 열로부터 제n 열을 향할수록 직경이 증가되어 하강기류 공기의 유속에 차이가 발생되도록 하는 제1 공기 그릴; 및
    제1 열로부터 제n 열까지 복수의 열로 나열되어 상기 객실 내 양측을 구획하는 복도를 향해 하강기류 공기를 배출하는 제2 공기관통구가 형성된 제2 공기 그릴;을 포함하는 것을 특징으로 하는 하강기류 공조 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 공기 그릴은,
    상기 객실 내 좌석에 착석한 승객의 신체와 직접적으로 접촉될 하강기류 공기가 0.5 m/s 이하의 유속으로 상기 객실 내에 공급되도록 하면서 상기 객실 내 비말이 포함된 하강기류 공기가 0.5~1 m/s 이상의 유속으로 상기 오염원 배출부를 향하도록 상기 제1 공기관통구의 직경이 설정되는 것을 특징으로 하는 하강기류 공조 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 공기 그릴은,
    상기 제1 열의 제1 공기관통구 직경이 0.5~2 mm로 설정되며, 상기 제n 열의 제1 공기관통구 직경이 50~100 mm로 설정되는 것을 특징으로 하는 하강기류 공조 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 공기 그릴은,
    상기 제1 열로부터 제n 열을 향하는 방향으로 제1 공기관통구의 직경 증가 비율이 1.1~2배로 설정되고,
    상기 제1 열로부터 제n 열까지 제1 공기관통구간의 사이거리가 상대적으로 상기 제1 열을 향하는 일측과 인접한 제1 공기관통구 직경의 0.5~5배로 설정되는 것을 특징으로 하는 하강기류 공조 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 공기 그릴은,
    상기 제1 열로부터 제n 열까지 제2 공기관통구의 직경이 상기 제1 공기 그릴의 제1 열에 형성된 제1 공기관통구의 직경의 2~5배로 설정되는 것을 특징으로 하는 하강기류 공조 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 공기 그릴은,
    상기 제1 열로부터 제n 열까지 각 열마다 형성된 제2 공기관통구간의 사이거리가 제2 공기관통구의 직경의 0.5~5배로 설정되는 것을 특징으로 하는 하강기류 공조 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 오염원 배출부는,
    상기 객실의 바닥에 형성된 오염원 배출구에 끼움결합되며, 상기 객실 내 비말이 포함된 하강기류 공기가 유입되도록 내부공간이 형성되고, 상측과 하측이 개방된 프레임;
    상기 프레임의 내부공간에 배치되며, 상기 객실 내 비말이 포함된 하강기류 공기가 유입되도록 통기공이 하나 이상 형성된 그릴; 및
    상기 프레임의 내부공간상에서 상기 그릴보다 하측에 배치되어 상기 그릴을 통과하는 하강기류 공기에 포함된 비말의 일부를 포집하는 필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하강기류 공조 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 송풍기는,
    일측에서는 상기 필터에서 포집되지 않고 통과한 비말의 일부가 포함된 하강기류 공기를 흡입하며, 타측에서는 상기 일측에서 흡입된 비말의 일부가 포함된 하강기류 공기를 상기 열차의 외부로 배출시키는 편흡입 송풍기인 것을 특징으로 하는 하강기류 공조 시스템.
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