일반적으로, 도 7에 도시한 바와 같이, 종래의 철도차량(1000)용 냉난방 공기 덕트(300)는 알루미늄 합판 또는 압출재를 이용하여 개별 또는 모듈로 철도차량 천장 내부 패널(400)에 취부되며, 상기 냉난방 공기 덕트(300) 사이는 패널(320)에 의해 커버되어 있다.
상기와 같은 냉난방 공기 덕트(300)는 통상적으로 객실의 길이방향으로 길게 뻗어 있는 구조로 설치되므로, 객실 전체에 걸친 냉난방 공기의 균일한 분포를 위해서는, 공기 덕트(300) 내부의 압력을 길이방향 전체에 걸쳐 균일하게 유지하는 것이 매우 중요하다.
그런데, 통상적인 냉난방 공기 덕트(300)는 알루미늄 합판 또는 압출재를 이 용하여 개별 또는 모듈로 철도차량 천장 내부 패널(400)에 취부되는 구조이며, 그 내부의 공기 유동 단면적이 길이방향에 걸쳐 일정하게 형성되는 구조로 이루어진다. 이 경우, 냉난방 공기 덕트(300)는 그 길이 방향에서의 냉난방 공기의 유속이 균일하게 유지되지 않아, 내부의 냉난방 공기의 압력이 불균일해진다. 즉, 냉난방기와 가까운 측에서는 압력이 낮고, 먼 곳에서는 압력이 높게 형성된다.
이와 같이, 냉난방 공기 덕트(300) 내부의 압력이 그 길이방향에 걸쳐 일정하게 유지되지 못하는 경우, 객실로 토출되는 냉난방 공기의 분포 또한 균일하게 유지될 수 없게 되어, 객실 내의 승객에게 불편을 줄 수 있다.
이에, 본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 냉난방 공기 덕트 내의 압력 분포를 그 길이방향에 걸쳐 균일하게 유지하여, 냉난방 공기를 객실 전체에 균일하게 분포시킬 수 있는 냉난방 공기 덕트 어셈블리가 설치된 철도차량 중천장 구조를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 철도차량 객차의 지붕에 설치된 냉난방기로부터 토출되는 냉난방 공기를 객실에 공급하는 냉난방 공기 덕트 어셈블리가 설치된 철도차량 중천장 구조로서, 상기 냉난방 공기 덕트 어셈블리는, 상기 객실의 길이방향으로 설치되며 하방으로 냉난방 토출구가 형성된 덕트 본체부와, 상기 덕트 본체부의 하부를 커버하며, 상기 토출구로부터 토출되는 냉난방 공기가 상기 객실의 폭방향으로 토출되도록 하는 그릴이 형성되어 있는 디스트리뷰터(distributor)를 포함하며, 상기 덕트 본체부의 내부에는 냉난방 공기 유동 단면적이 상기 냉난방기로부터 멀어질수록 작아지게 하는 가이드 패널이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 덕트 내부의 냉난방 공기 유동 단면적은 특별히 한정되는 것은 아니며, 유동 해석을 통해 적절히 선택할 수 있다.
또한, 상기 토출구는 소음 저감 효과 및 균일한 냉공기 토출을 위해 소경을 갖는 타공으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 토출구는 상기 가이드 패널 에 차단된 측에도 하방으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 덕트 본체부는, 상기 냉난방기의 냉난방 공기 유출단으로부터의 냉난방 공기 플로우를 상기 냉난방 공기 유출단으로부터 멀어지는 방향으로 안내하는 메인 통로부와, 상기 메인 통로부로부터 분기되어 상기 냉난방 공기 플로우의 일부를 상기 냉난방기의 저부측으로 분기시켜 안내하는 분기 통로부로 이루어진 냉난방 공기 분배부와, 상기 분기 통로부에 연속적으로 형성되어 상기 냉난방 공기 플로우의 일부를 상기 냉난방기 하부측으로 유동시키는 리버스 덕트부와, 상기 메인 통로부에 연속적으로 형성되어 상기 냉난방 공기 플로우의 나머지를 상기 냉난방기로부터 멀어지는 방향으로 유동시키는 메인 덕트부로 이루어지며, 상기 가이드 패널은 상기 메인 덕트부에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 메인 통로부와 상기 분기 통로부의 분기 지점에는 상기 냉난방 공기 플로우의 일부를 상기 분기 통로부로 유도하기 위한 제 1 베인(vane)이 형성되고, 상기 제 1 베인은 상기 냉난방 공기 분배부의 냉난방 공기 유입구까지 연장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 메인 통로부와 상기 분기 통로부의 분기 지점에는 상기 제 1 베인에 의한 냉난방 공기 플로우의 유도로 인하여 발생하는 소음을 줄이기 위한 제 1 흡음재를 설치하는 것을 특징으로 한다. 상기 제 1 흡음재는 멜라민 폼으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 메인 덕트부의 바닥부 내면에는 상기 냉난방기로부터 멀어지는 방향으로 유동하는 냉난방 공기 플로우의 일부를 상기 토출구측으로 유도하기 위한 제 2 베인이 형성되고, 상기 제 2 베인은 상기 메인 덕트부의 바닥부 내면에 고정되는 기단부와, 상기 기단부로부터 상기 냉난방 공기 플로우의 상류측을 향해 비스듬히 경사진 경사부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2 베인의 기단부 하부측 상기 디스트리뷰터 내부 공간에는, 상기 제 2 베인에 의한 냉난방 공기 플로우의 유도로 인한 소음을 줄이기 위하여, 상기 디스트리뷰터의 폭 방향에 걸쳐 제 2 흡음재가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다. 상기 제 2 흡음재는 멜라민 폼으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 메인 덕트부 하부의 디스트리뷰터와 상기 리버스 덕트부 하부의 디스트리뷰터 사이의 공간을 커버하는 제 1 천장 이음 패널을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉난방 공기 덕트 어셈블리는 객실의 길이방향을 따라 좌우 한 쌍으로 형성되어 있고, 상기 좌우 한 쌍의 냉난방 공기 덕트 어셈블리 사이의 공간을 커버하는 제 2 천장 이음 패널을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 천장 이음 패널 및 제 2 천장 이음 패널은 섬유 강화 플라스틱(FRP)으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제 2 천장 이음 패널의 저면에는 객실 내부 소음의 울림 효과 저감 및 흡음을 위한 타공이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 냉난방 공기 덕트 어셈블리가 설치된 철도차량 중천장 구조에 따르면, 상기 냉난방 공기 덕트 어셈블리의 덕트 본체부 내부에 냉난방 공기 유동 단 면적이 상기 냉난방기로부터 멀어질수록 작아지게 하는 가이드 패널을 설치함으로써, 냉난방 공기 덕트 내의 압력 분포를 그 길이방향에 걸쳐 균일하게 유지하고, 이에 의해 냉난방 공기를 객실 전체에 균일하게 분포시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 제 1 베인을 상기 냉난방 공기 분배부의 냉난방 공기 유입구까지 연장되도록 형성함으로써, 분기부에서의 냉난방 공기의 와류 발생을 억제하여 소음을 줄일 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예들을 설명하기 위해 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함하는 의미이다. 그리고 "포함한다"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외하는 것은 아니다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉난방 공기 덕트 어셈블리가 설치된 철도차량 중천장 구조를 도면을 참조하여 상세하게 설명하겠지만 본 발명이 하기의 실시예에 제한되는 것은 아니다. 따라서, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변경할 수 있음은 자명하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉난방 공기 덕트 어셈블리가 장착된 철도차량의 측면도이며, 도 2는 냉난방 공기 덕트 어셈블리가 장착된 중천장 구조의 길이방향 정면도이며, 도 3은 도 2의 "A" 부위의 확대도이며, 도 4는 도 1에 도시 한 냉난방 공기 분배부의 확대도이며, 도 5의 (a)는 냉난방 공기 플로우의 일부를 디스트리뷰터로 안내하는 제 2 가이드 베인의 구조를 도시하는 도면이며, (b)는 (a)의 "V-V" 방향에서 본 단면도이며, 도 6은 제 2 천장 이음 패널의 저면을 도시하는 도면이며, 도 7은 종래기술에 따른 에어 덕트 구조를 도시하는 도면이다.
도 1 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉난방 공기 덕트 어셈블리(11)는 크게 객실의 길이방향으로 설치되며 하방으로 냉난방 토출구(150)가 형성된 덕트 본체부(100)와; 상기 덕트 본체부(100)의 하부를 커버하며, 상기 토출구(150)로부터 토출되는 냉난방 공기가 상기 객실의 폭방향으로 토출되도록 하는 그릴(210)이 형성되어 있는 디스트리뷰터(200);를 포함하여 구성된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 철도차량(1)의 전방측 지붕(20)에는 운전실 냉난방기(30)와, 객실 냉난방기(40)가 각각 설치되고, 후방측 지붕(20)에는 엔진 냉각기(50)가 설치될 수 있으며, 상기 냉난방 공기 덕트 어셈블리(11)는 상기 객실용 냉난방기(40)로부터의 냉난방 공기를 객실 전체에 고르게 분포시키기 위한 장치이다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 덕트 본체부(100)의 내부에는 냉난방 공기 유동 단면적이 상기 객실용 냉난방기(40)로부터 멀어질수록 작아지게 하는 가이드 패널(140)이 설치된다. 상기 가이드 패널(140)은 그 일단(140a)을 상기 덕트 본체부(100)의 상부 내면(141)에 리벳(141)을 이용하여 고정하고, 타단(140b)은 자유단으로 이루어지고 덕트 본체부(100)의 바닥부 조립시 바닥부에 의해 가압 접촉되게 하여 상기 덕트 본체부(100) 내부에 설치된다.
상기 토출구(150)는 소음 저감 효과 및 균일한 냉공기 토출을 위해 소경을 갖는 타공으로 형성되며, 상기 가이드 패널(140)에 차단되어 냉난방 공기가 유동하지 않는 측에도 하방으로 형성된다. 즉, 상기 덕트 본체부(100)의 바닥면에서 폭방향 전체에 걸쳐 토출구(150)를 형성하여, 디스트리뷰터(200) 내의 냉난방 공기의 압력이 일정하게 유지되게 한다. 이와 같은 디스트리뷰터(200) 내의 냉난방 공기 압력 유지 효과에 대한 메커니즘은 명확히 판명되지는 않았지만, 이하의 수식(1)에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 토출 단면적(A) 축소에 따른 송풍 속도(v)의 증가로 인하여 초래되는 승객 불쾌감을 줄일 수 있도록, 상기 가이드 패널(140)에 의해 차폐된 측에도 형성된 토출구(150)가 상기 송풍 속도(v)의 증가를 어느 정도 보상하는 것으로 이해된다.
Q(송풍량) = A(단면적) × v(속도) (수식 1)
도 4에 도시한 바와 같이, 상기 덕트 본체부(100)는 상기 냉난방기(40)의 냉난방 공기 유출단으로부터의 냉난방 공기 플로우를 상기 냉난방 공기 유출단으로부터 멀어지는 방향으로 안내하는 메인 통로부(111)와, 상기 메인 통로부(111)로부터 분기되어 상기 냉난방 공기 플로우의 일부를 상기 냉난방기(40)의 저부측으로, 즉 화살표 "B"의 방향으로 분기시켜 안내하는 분기 통로부(112)로 이루어진 냉난방 공기 분배부(110)와, 상기 분기 통로부(112)에 연속적으로 형성되어 상기 냉난방 공기 플로우의 일부를 상기 냉난방기 하부측으로 유동시키는 리버스 덕트부(120)와, 상기 메인 통로부(111)에 연속적으로 형성되어 상기 냉난방 공기 플로우의 나머지를 상기 냉난방기(40)로부터 멀어지는 방향으로 유동시키는 메인 덕트부(130)로 이 루어진다.
상기 메인 통로부(111)와 상기 분기 통로부(112)의 분기 지점에는 상기 냉난방 공기 플로우의 일부를 상기 분기 통로부(112)로 유도하기 위한 제 1 베인(113)이 형성된다. 상기 제 1 베인(113)은 분기 지점에서의 냉난방 공기의 와류 발생을 저감하여 소음을 저감하기 위해, 상기 냉난방 공기 분배부(110)의 냉난방 공기 유입구까지 연장되어 있다.
상기 메인 통로부(111)와 상기 분기 통로부(112)의 분기 지점에는 상기 제 1 베인(113)에 의한 냉난방 공기 플로우의 유도로 인하여 발생하는 소음을 줄이기 위해 제 1 흡음재(114)가 설치되며, 상기 제 1 흡음재(114)는 예컨대, 멜라민 폼(114)으로 구성할 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 상기 메인 덕트부(130)의 바닥부 내면에는 상기 냉난방기(40)로부터 멀어지는 방향으로 유동하는 냉난방 공기 플로우의 일부를 상기 토출구측으로 즉, 화살표 "C"로 도시한 방향으로 유도하기 위한 제 2 베인(131)이 형성된다. 상기 제 2 베인(131)은 상기 메인 덕트부(130)의 바닥부 내면에 고정되는 기단부(131a)와, 상기 기단부(131a)로부터 상기 냉난방 공기 플로우의 상류측을 향해 비스듬히 경사진 경사부(131b)로 이루어진다.
상기 제 2 베인(131)의 기단부(131a) 하부측 상기 디스트리뷰터(200) 내부 공간에는, 상기 제 2 베인(131)에 의한 냉난방 공기 플로우의 유도로 인한 소음을 줄이기 위하여, 상기 디스트리뷰터(200)의 폭 방향에 걸쳐 제 2 흡음재(220)가 설치되며, 상기 제 2 흡음재(220)는 예컨대, 멜라민 폼으로 구성할 수 있다.
상기 메인 덕트부(130) 하부의 디스트리뷰터(200)와 상기 리버스 덕트부(120) 하부의 디스트리뷰터(200') 사이의 공간은 상기 냉난방 공기 분배부(110) 하측에 장착되는 제 1 천장 이음 패널(12)에 의해 커버되고(도 4 참조), 객실의 길이방향을 따라 좌우 한 쌍으로 형성되는 상기 좌우 한 쌍의 냉난방 공기 덕트 어셈블리(11) 사이의 공간은 제 2 천장 이음 패널(13)에 의해 커버된다(도 1 참조). 상기 제 1 천장 이음 패널(12) 및 제 2 천장 이음 패널(13)은 예컨대, 섬유 강화 플라스틱(FRP)으로 형성할 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 천장 이음 패널(13)의 저면에는 객실 내부 소음의 울림 효과 저감 및 흡음 효과를 갖는 타공(13a)과, 스피커 홀(13b)이 형성된다.
이하, 전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 냉난방 공기 덕트 어셈블리(11)의 작용을 설명한다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 덕트 본체부(100)의 내부에는 냉난방 공기 유동 단면적이 상기 객실용 냉난방기(40)로부터 멀어질수록 작아지게 하는 가이드 패널(140)이 설치되어, 냉난방 공기 덕트 내의 압력 분포가 그 길이방향에 걸쳐 균일하게 유지될 수 있다. 이에 의해, 객실 전체에 냉난방 공기를 균일하게 분포시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 메인 통로부(111)와 상기 분기 통로부(112)의 분기 지점에 상기 냉난방 공기 플로우의 일부를 상기 분기 통로부(112)로 유도하기 위한 제 1 베 인(113)을 상기 냉난방 공기 분배부(110)의 냉난방 공기 유입구까지 연장되도록 형성함으로써, 분기 지점에서의 냉난방 공기의 와류 발생이 감소하고, 이에 의해 소음을 줄일 수 있게 된다.