KR101071750B1 - 철도차량의 객실 냉난방 조절장치 - Google Patents

철도차량의 객실 냉난방 조절장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도차량의 객실 냉난방 조절장치에 관한 것으로서, 철도차량의 객실과 같은 다수의 사람이 이용하는 공공장소에서의 온도 정보를 광섬유 센서를 이용하여 센싱하고, 양방향 무선통신수단인 게이트웨이장치를 이용하여 실시간으로 중앙통제시스템과 통신함으로써, 각각의 객실 내의 온도 변화를 실시간으로 모니터링하고, 여기서 얻어진 정보를 이용하여 각각의 객실에 맞는 냉난방을 적용할 수 있는 철도차량의 객실 냉난방 조절장치에 관한 것이다.
철도차량, 냉난방 조절장치, 광섬유 센서, 게이트웨이장치, 제어장치, 온도조절장치, 디스플레이장치, 표시장치

Description

철도차량의 객실 냉난방 조절장치{Cooling and heating apparatus for railroad car}
본 발명은 철도차량의 객실 냉난방 조절장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철도차량의 객실과 같은 다수의 사람이 이용하는 공공장소에서의 온도 정보를 광섬유 센서를 이용하여 센싱하고, 무선통신수단인 게이트웨이장치를 이용하여 실시간으로 중앙통제시스템과 통신 가능한 철도차량의 객실 냉난방 조절장치에 관한 것이다.
일반적으로, 환경조건은 많은 물리적인 인자들의 상호 작용의 결과이다.
이러한 물리 인자에는 온도, 상대습도, 공기유동, 환기, 조명, 소음, 진동, 먼지, 전자기 현상, 공기 이온, 정전기 등이 있는바, 이러한 인자들이 환경 조건 형성에 영향을 미치게 되며, 인간에 대한 삶의 질에 큰 영향을 미치게 된다.
이에, 다양한 환경/기후 제어시스템을 통해 이를 효과적으로 개선하여 인간이 쾌적하게 사는데 불편함을 느끼지 않도록 되어 있다.
특히, 이러한 물리 인자 중에 온도는 건강 및 열적 편안함과 다양한 연관이 있다.
한편, 종래에 철도차량의 객실을 냉난방하여 적정 온도를 설정하기 위해서는 운전 차량에 냉각기, 히터 및 이들을 제어하는 제어장치를 설치하고, 중앙통제센터의 제어시스템을 이용하여 객실의 온도를 설정 제어하도록 되어 있다.
그런데, 이러한 제어시스템에서의 온도 설정 후 온도표시기에는 객실의 설정된 온도만이 모니터링 가능하므로, 현재의 냉난방기가 정상적으로 동작하는지의 여부를 알 수 없어 운용자들이 각 객실을 돌아다니면서 냉난방 상태를 확인해야 하는 불편함이 있고, 또한 이로 인한 시간 소요 및 인건비 상상의 문제점이 발생하게 된다.
또한, 종래의 냉난방 조절시스템에서는 전 차량에 동일한 조건의 냉난방을 적용하기 때문에 객실 승객들의 요구에 대한 대응에 미흡한 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 철도차량의 객실과 같은 다수의 사람이 이용하는 공공장소에서의 온도 정보를 광섬유 센서를 이용하여 센싱하고, 무선통신수단인 게이트웨이장치를 이용하여 실시간으로 중앙통제시스템과 통신함으로써, 각각의 객실 내의 온도 변화를 실시간으로 모니터링하고, 여기서 얻어진 정보를 이용하여 각각의 객실에 맞는 냉난방을 적용할 수 있는 철도차량의 객실 냉난방 조절장치를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 철도차량의 객실 내 온도 정보를 센싱하는 광섬유 센서(10)인 센싱수단; 상기 센싱수단에서 감지한 전기적인 신호를 디지털 신호로 변환하여 무선 신호로 수신하는 무선통신수단; 상기 무선통신수단을 통해 전송된 온도 정보를 통해 각 객실 내에 설치된 온도조절장치(40)의 작동을 제어하되, 기 설정된 온도 기준값과 비교 판단하고, 이를 토대로 최적의 온도 값을 산출하여 온도조절장치(40)의 온도를 조절하는 제어장치(30)인 제어수단;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 제어장치(30)에서 설정된 온도 정보를 출력하는 중앙통제시스템의 디스플레이장치(50)와, 각 객실 내에 구비된 표시장치(60)인 모니터링수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광섬유 센서(10)는 철도차량의 객실 내의 넓은 공간을 효율적으로 센싱하기 위하여 격자 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무선통신수단은 근거리 무선통신 프로토콜인 지그비가 탑재되고, 전송데이터의 처리를 위한 메모리 및 플래시 메모리와; 각 장치를 제어하는 중앙처리장치(CPU)와; 무선 통신 인터페이스를 제공하는 무선 모듈과; 상기 무선 모듈과 연결되며, 외부로 돌출된 안테나와; 상기 무선 게이트웨이장치(20)의 전면패널(FRONT PANNEL)에 위치하여 데이터 전송상태, 라인의 이상유무 등을 표시하는 복수의 엘이디(LED)로 구성된 게이트웨이장치(20)인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제어장치(30)는 온도조절장치(40)의 고장 여부를 판단하기 위하여 온도조절장치(40)의 온/오프 제어신호를 전송한 다음 그 온도조절장치(40)의 온도 변화값을 입력 받아 온도조절장치(40)의 고장 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 철도차량의 객실 냉난방 조절장치에 의하면, 광섬유 센서를 이용하여 철도차량 객실의 온도 정보를 수집하여 상황에 맞는 냉난방 서비스를 제공할 수 있어 각 객실 별로 상이한 냉난방 상황에 맞춰 냉난방을 적용시킴으로써, 냉난방에 사용되는 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 철도차량의 객실 냉난방 조절장치를 나타내는 개략적인 구성도이며, 도 2는 본 발명에 따른 광섬유 센서를 나타내는 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 철도차량 객실에서의 온도 정보를 측정할 수 있도록 이와 관련된 센싱수단을 구비하게 되는 바, 상기 센싱수단은 상기 온도 정보를 실시간으로 검출하는 광섬유 센서(10)이다.
상기 광섬유 센서(10)는 광섬유를 통과하는 빛의 진폭, 위상, 혹은 편광 등을 이용하여 측정하고자 하는 물리량의 변화를 감지함으로써 구조물의 거동관측, 자기장의 세기, 회전율, 압력, 수위, 음향, 가스농도 등을 측정할 수 있는 바, 본 발명에서는 특히 철도차량의 객실 내의 온도 정보를 감지하게 된다.
이와 같은 광섬유 센서(FBG, Fiber Bragg Gratings,10)는 광섬유 코어에 주기적인 굴절률 변조를 주어 특정 파장의 빛을 반사시키는데, 삽입 손실이 적고 파장 선택도가 높은 특성을 보이는 센서로서, 광섬유 내에서 빛의 전파 원리는 굴절률이 높은 물질에서 낮은 물질로 빛이 진행될 때, 그 경계면에서 일정한 각도 내의 빛이 모두 반사되는 전반사의 원리이며, 광섬유 코어(core)로 입사된 빛은 굴절률이 높은 코어층과 굴절률이 낮은 클래딩(cladding)층의 경계면에서 반사되어 광섬유 코어부분을 따라 전파되게 된다.
이러한 광섬유의 주성분은 실리카유리로 이루어져 있으며, 그 구조는 굴절률이 약간 높도록 게르마늄을 첨가한 광섬유 코어층과, 상기 광섬유 코어층의 중심을 보호하는 클래딩층으로 구성되어 있다.
광섬유 격자소자는 게르마늄이 첨가된 광섬유 코어부분이 자외선 영역의 빛에 노출되면, 굴절률이 10-5정도 증가하게 되는 현상을 이용하여 주기적인 굴절률 변화를 갖는 격자를 광섬유에 새긴 것이다.
광섬유 센서(10)는 측정된 변형율의 정보가 파장(wave length)의 변화로 나타내는 것으로, 가해진 물리량에 대한 브래그 파장의 변화율은 선형적이며 따라서 파장의 변화량을 정밀히 측정하면 가해진 물리량에 대한 정보를 역으로 계산해낼 수 있다.
또한, 그 변형율이 파장의 변위로 측정되기 때문에 변형의 절대량 측정이 가능할 뿐만 아니라, 파장을 달리한 광섬유 격자를 이용하여 다중점(multi-point)센서로의 확장이 용이한 장점이 있다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에서의 광섬유 센서(10)는 철도차량의 객실 내의 넓은 공간을 효율적으로 센싱하기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이, 광섬유 센서(10)가 격자 형상으로 이루어져 있는 것이 바람직하다.
이와 같은 광섬유 센서(10)를 이용하여 온도를 감지하고, 이렇게 감지된 온도감지 신호를 디지털(RF) 신호로 무선통신수단인 게이트웨이장치(20)에 전송하게 되며, 이 게이트웨이장치(20)를 통해 중앙통제시스템의 제어장치(30)에서 온도 정보를 전송 받게 된다.
즉, 상기와 같은 특성을 갖는 센싱수단을 통해 측정하고자 하는 각 객실 내 의 온도 정보를 무선통신을 통해 전송받아 제어장치(30)에서 제어하게 되는 것이다.
다시 말해서, 상기 광섬유 센서(10)에서 검출한 각 객실의 온도 정보를 통신인터페이스를 통해 전달받은 제어장치(30)에서는 각 객실 내에 설치된 냉방기 또는 난방기 등과 같은 온도조절장치(40)의 작동을 제어하게 되는 바, 각 객실의 온도 정보를 통해 쾌적한 환경 및 최적의 환경을 조성하기 위한 최적의 온도를 설정하여 상기 온도조절장치(40)의 작동을 제어하게 된다.
또한, 제어장치(30)는 설정된 온도 정보를 별도의 데이터 저장서버에 저장함은 물론, 모니터링수단인 중앙통제시스템의 디스플레이장치(50)에 출력시켜 줌과 동시에 RF 신호를 통해 데이터 전송 기능을 갖는 양방향 무선통신수단인 게이트웨이장치(20)에 의해 그 데이터를 이더넷(ethernet)을 사용하여 운행 중인 철도차량의 각 객실 내에 구비된 표시장치(60)에 출력시키게 된다.
특히, 상기 제어장치(30)는 온도조절장치(40)의 고장 여부를 판단하기 위하여 온도조절장치(40)의 온/오프 제어신호를 전송한 다음 그 온도조절장치(40)의 온도 변화값을 입력 받아 온도조절장치(40)의 고장 여부를 판단하게 된다.
따라서, 객실 내의 승객은 표시장치(60)를 통해 상기 제어장치(30)에서 출력되는 각각의 객실 내의 온도 정보가 실시간으로 표시되므로 이를 통해 현재의 객실 온도에 대한 정보를 정확하게 확인 가능하게 된다.
이때, 상기 2개 이상의 다른 종류 또는 동일 종류의 무선 통신망을 상호 접속하여 통신망 간 정보를 주고받을 수 있게 하는 무선통신수단(20)인 게이트웨이장 치(20)는 근거리 무선통신 프로토콜인 지그비(Zigbee)를 탑재하고 있다.
이러한 무선통신수단인 게이트웨이장치(20)는 일반적으로 전송데이터의 처리를 위한 메모리 및 플래시 메모리와; 각 장치를 제어하는 중앙처리장치(CPU)와; 무선 통신 인터페이스를 제공하는 무선 모듈과; 상기 무선 모듈과 연결되며, 무선 게이트웨이장치(20)의 외부로 돌출된 안테나와; 상기 무선 모듈의 전면패널(FRONT PANNEL)에 위치하여 데이터 전송상태, 라인의 이상유무 등을 표시하는 복수의 엘이디(LED)로 구성된다.
이하, 상기와 같이 구성된 무선 게이트웨이장치(20)에 대하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
철도차량의 각 객실 내의 온도 정보를 광섬유 센서(10)를 이용하여 감지하고, 그 데이터를 전기적인 신호를 통해 무선 신호로 게이트웨이장치(20)에 전송하게 되면 디지털 값으로 전송되는 데이터는 안테나를 통해 무선 모듈에 인가된다.
상기 무선 모듈은 상기 중앙처리장치(CPU)의 제어에 의해 유선으로 전송가능한 규약된 데이터의 형식으로 변환되며, 이는 제어장치(30)로 전송된다.
상기 제어장치(30)는 자체적으로 기 설정되어 있는 온도 기준값과 비교 판단하고, 이를 토대로 최적의 온도 값을 산출하여 온도조절장치(40)의 온도를 조절하게 되는 동시에, 온도조절장치(40)의 고장 유무를 판단하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 철도차량의 객실 냉난방 조절장치은 철도차량 객실 내의 온도에 대한 정보를 광섬유 센서(10)를 통해 감지하고, 이를 제어장치(30)를 통해 계측 및 제어하여 최적의 온도로 조절할 수 있도록 함으로써, 각 객실 별로 상이한 냉난방 온도를 적절하게 조절 가능하므로 냉난방으로 사용되는 에너지를 절감할 수 있는 발명이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 철도차량의 객실 냉난방 조절장치를 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 광섬유 센서를 나타내는 개략도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 광섬유 센서 20 : 게이트웨이장치
30 : 제어장치 40 : 온도조절장치
50 : 디스플레이장치 60 : 표시장치

Claims (5)

  1. 철도차량의 객실 내 온도 정보를 센싱하는 광섬유 센서(10)인 센싱수단;
    상기 센싱수단에서 감지한 전기적인 신호를 디지털 신호로 변환하여 무선 신호로 송,수신하는 무선통신수단;
    상기 무선통신수단을 통해 전송된 온도 정보를 통해 각 객실 내에 설치된 온도조절장치(40)의 작동을 제어하되, 기 설정된 온도 기준값과 비교 판단하고, 이를 토대로 최적의 온도 값을 산출하여 온도조절장치(40)의 온도를 조절하는 제어장치(30)인 제어수단;을 포함하며,
    상기 제어장치(30)는 온도조절장치(40)의 고장 여부를 판단하기 위하여 온도조절장치(40)의 온/오프 제어신호를 전송한 다음 그 온도조절장치(40)의 온도 변화값을 입력 받아 온도조절장치(40)의 고장 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 객실 냉난방 조절장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치(30)에서 설정된 온도 정보를 출력하는 중앙통제시스템의 디스플레이장치(50)와, 각 객실 내에 구비된 표시장치(60)인 모니터링수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 객실 냉난방 조절장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유 센서(10)는 철도차량의 객실 내의 넓은 공간을 효율적으로 센싱 하기 위하여 격자 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 철도차량의 객실 냉난방 조절장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무선통신수단은 근거리 무선통신 프로토콜인 지그비가 탑재되고, 전송데이터의 처리를 위한 메모리 및 플래시 메모리와; 각 장치를 제어하는 중앙처리장치(CPU)와; 무선 통신 인터페이스를 제공하는 무선 모듈과; 상기 무선 모듈과 연결되며, 외부로 돌출된 안테나와; 상기 무선 모듈의 전면패널(FRONT PANNEL)에 위치하여 데이터 전송상태, 라인의 이상유무 등을 표시하는 복수의 엘이디(LED)로 구성된 게이트웨이장치(20)인 것을 특징으로 하는 철도차량의 객실 냉난방 조절장치.
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