KR101524201B1 - 고속 철도 차량용 냉·난방장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고속 철도 차량용 냉·난방장치에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 전동차 차량에 구비된 환기부와; 상기 환기부의 유입측에 구비된 급기덕트와; 상기 급기덕트에 맞닿고 객실과 외부가 연결된 배기덕트; 및 상기 급기덕트와 배기덕트가 맞닿은 부분에 구비된 전열교환부로 구성됨을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 환기부를 통해 환기되는 과정에서 전열교환이 이루어짐으로써, 신선 공기와 객실 공기의 온도 차이를 최소화하여 난방과 환기시 발생되는 부하를 감소시킬 수 있도록 하고, 이를 통해 에너지를 절감할 수 있도록 하는 가운데 객실의 미세 먼지 농도를 낮추어 쾌적한 객실 내부 환경을 얻을 수 있도록 한 것이다.

Description

고속 철도 차량용 냉·난방장치{High-speed railway vehicle cooling and heating device}

본 발명은 고속 철도 차량용 냉·난방장치에 관한 것으로서, 특히 고속 철도 차량에 구비된 환기부를 통해 객실내의 공기가 환기되는 과정에서 전열교환이 동시에 이루어지도록 한 것이다.

일반적으로 고속 철도 차량에는 냉·난방 환기 장치(heating, ventilation, air conditioning;HVAC)가 설치되어 있으며, 냉·난방 환기 장치에서는 외부 공기와 객실 내부의 공기를 적정 비율(일반적으로 3:7)로 혼합하고, 혼합된 공기를 냉각 또는 가열하여 적절 온도로 조정한 후에 객실의 덕트 및 토출구를 통하여 객실 내부로 공급된다. 이렇게 외부 공기를 일정 비율로 객실 내부에 공급하여 줌으로써 환기가 이루어진다. 이때 객실 내부에는 양압이 발생하도록 함으로써, 객실 내부 공기 중 일부는 냉·난방 환기 장치로 재유입 되고, 일부는 고속 철도 차량의 배기 덕트를 통하여 외부로 빠져나가게 된다.

한편, 최근 에너지 비용이 급등하며, 전력난이 가중되면서 전기를 동력원으로 사용하는 철도에서의 전기 에너지 절감 요구도 급증하고 있다. 고속 철도 차량의 경우에는 쾌적한 실내 환경을 유지하기 위하여 지속적으로 환기 및 냉·난방이 이루어지고 있으며, 이 때문에 냉·난방 및 환기에 사용되는 에너지의 양도 매우 많다.

동절기와 하절기에는 난방 및 냉방 기능을 많이 가동하게 되는데, 기존의 환기량을 유지하면서도 적절한 온열 환경을 유지하기 위해서는 매우 많은 에너지가 소요되며, 그럼에도 불구하고 객실 내부에 충분한 난방 및 냉방이 공급되지 못 하는 문제점이 있다.

이런 경우에는 외부 공기의 유입을 차단하여 환기량을 줄임으로써, 온열 환경을 유지하기도 하는 과정에서 실내 공기질이 크게 악화될 문제점이 있다.

최근에는 객실의 실내 공기질에 대한 관리도 요구되면서 환경부에서는 객실의 이산화탄소 농도를 일정 수준 이하 (혼잡시간대 - 3,000 ppm 이하, 비혼잡시간대 - 2,000 ppm 이하)로 유지하도록 권고하고 있어, 이를 맞추기 위해서는 환기를 지속적으로 유지할 필요가 있다.

따라서 적절한 환기량을 유지하면서도 객실 내부의 온열 환경을 쾌적하게 유지하는데 에너지 소비량이 증가되는 가운데 냉·난방시 과부하가 발생되는 또 다른 문제점이 있었다.

본 발명은 신선 공기와 객실 공기의 온도 차이를 최소화하여 고속 철도 차량의 냉·난방 및 환기시 발생되는 부하를 감소시켜 에너지를 절감할 수 있도록 하고, 아울러 신선 공기를 통해 유입되는 미세 먼지를 저감하여 객실의 미세 먼지 농도를 낮추어 쾌적한 객실 내부 공간을 얻을 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 고속 철도 차량에 구비된 환기부(10)와; 상기 환기부(10)의 유입측에 구비된 급기덕트(20)와; 상기 급기덕트(20)에 맞닿고 객실과 외부가 연결된 배기덕트(30); 및 상기 급기덕트(20)와 배기덕트(30)가 맞닿은 부분에 구비된 전열교환부(40)로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 환기부(10)는 환기 하우징(11)의 내부에 회전팬(12)을 갖는 냉방열교환부(13)가 구비됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 급기덕트(20)의 유입측에 먼지제거부(50)가 구비되고, 상기 먼지제거부(50)는 싸이크론 집진기, 전자식 집진기, 자력식 집진기, 필터식 집진기 중 어느 하나로 구비됨을 한다.

또한, 상기 전열교환부(40)는 전열교환소자(41)를 갖는 회전식 또는 필터식으로 구비됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 급기덕트(20)는 열전도성을 갖는 금속재로 형성되고, 상기 급기덕트(20)와 객실 사이의 접촉면에 열전도체(21)가 구비됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 전열교환부(40)의 양측으로 노출된 급기덕트(20)에 온도용 댐퍼(61)를 갖는 온도용 바이패스부(60)가 구비되고, 상기 고속 철도 차량의 객실 내·외부에 온도감지부(62)가 구비되어 객실 내·외부의 온도 차이에 의하여 상기 온도용 댐퍼(61)가 작동되어 급기되는 외기가 환기부(10)로 직접 공급됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 급기덕트(20)의 유입측에 먼지용 댐퍼(71)를 갖는 먼지용 바이패스부(70)가 온도용 댐퍼(61) 앞쪽에 구비되고, 상기 고속 철도 차량의 객실 내·외부에 먼지농도 감지부(72)가 구비되어 객실 내·외부의 먼지농도 차이에 의하여 상기 먼지용 댐퍼(71)가 작동되어 급기되는 외기가 전열교환부(40)로 직접 공급됨을 특징으로 한다.

그리고 상기 급기덕트(20)의 유입측과 상기 배기덕트(30)의 배출측은 서로 분리되거나 이격된 형태를 갖도록 구비됨을 특징으로 한다.

본 발명은 고속 철도 차량에 구비된 환기부를 통해 환기되는 과정에서 전열교환이 동시에 이루어짐으로써, 신선 공기와 객실 공기의 온도 차이를 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 이를 통해 냉·난방과 환기시 발생되는 부하를 감소시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 이를 통해 냉·난방시 소요되는 에너지를 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

그리고 신선 공기를 통해 유입되는 미세 먼지를 저감할 수 있도록 함으로써, 객실의 미세 먼지 농도를 낮추어 쾌적한 내부 환경을 얻을 수 있는 효과가 있다.

도1은 본 발명에 따른 냉·난방장치 고속 철도 차량을 도시한 예시도.
도2는 본 발명에 따른 고속 철도 차량에 구비된 냉·난방장치를 도시한 예시도.
도3은 본 발명에 따른 고속 철도 차량용 냉·난방장치의 급기덕트를 도시한 예시도.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명에 따른 냉·난방장치 고속 철도 차량을 도시한 예시도이고, 도2는 본 발명에 따른 고속 철도 차량에 구비된 냉·난방장치를 도시한 예시도이고, 도3은 본 발명에 따른 고속 철도 차량용 냉·난방장치의 급기덕트를 도시한 예시도이다.

본 발명에 따른 고속 철도 차량용 냉·난방장치는 고속 철도 차량의 기계적 환기 장치, 즉 냉방기능을 환기부에 전열교환부를 추가하여 환기시에 배기되는 공기와 신선 공기 사이에 전열교환이 이루어짐으로써, 신선 공기와 객실 공기의 온도 차이를 최소화하여 냉·난방시 발생되는 부하를 감소시킬 수 있도록 하는 가운데 이를 통해 에너지를 절감할 수 있는 기능이 제공될 수 있게 한 것이다.

이러한 기능을 갖는 고속 철도 차량용 냉·난방장치는 도1 내지 도3에 도시된 바와 같이, 환기부(10), 급기덕트(20), 배기덕트(30) 및 전열교환부(40)로 구성된 것으로, 상기 환기부(10)는 전동차 차량의 외측 상부에 구비되어 있고, 상기 환기부(10)의 유입측에 급기덕트(20)가 구비된다.

이러한 상기 환기부(10)는 환기 하우징(11)의 내부에 회전팬(12)을 갖는 냉방열교환부(13)가 구비되어 급기덕트(20)를 통해 유입된 신선 공기가 일정 온도로 냉각되어 객실내로 공급된다.

상기 급기덕트(20)에 맞닿고 객실과 외부가 배기덕트(30)로 연결되고, 상기 급기덕트(20)와 배기덕트(30)가 맞닿은 부분에 전열교환부(40)가 구비된다.

상기 급기덕트(20)와 배기덕트(30)는 고속 철도 차량 상부에 설치되도록 하는 것이 바람직하다. 이는 제동시 발생하는 제륜자 입자가 객실 내부로 유입되어 악취 및 실내 공기 오염을 유발하는 것을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 차륜과 선로의 마찰에 의하여 발생하는 중금속 오염물질의 유입이 감소된다.

상기 급기덕트(20)는 열전도성을 갖는 금속재로 형성되어 신선 공기가 유입되는 과정에서 객실 내부와 어느 정도 열교환이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 상기 급기덕트(20)와 객실 사이의 접촉면에 별도의 열전도체(21)가 구비되도록 하는 것이 더욱 바람직하다. 이런 열전도체(21)는 액체 상태의 써멀 구리스나 써멀 패드로 이루어지게 된다.

상기 급기덕트(20)의 유입측과 상기 배기덕트(30)의 배출측은 서로 분리되거나 이격된 형태를 갖도록 하여 배기덕트(30)를 통해 배출되는 공기가 다시 급기덕트(20)를 통해 유입되는 것을 더 방지할 수 있다.

상기 전열교환부(40)는 전열교환소자(41)에 의하여 객실에서 배기하는 공기의 열(온열·냉열)에 의하여 외기에서 들어오는 공기를 따뜻하게(또는 차갑게) 해 주는 기능을 갖는 것으로 감열과 잠열 양방의 열교환이 가능한다. 이러한 전열교환부(40)는 회전식 또는 필터식으로 구비되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 고속 철도 차량용 냉·난방장치는 신선 공기를 통해 유입되는 미세 먼지를 저감하여 객실의 미세 먼지 농도를 낮출 수 있는 기능이 제공될 수 있다.

이를 위해, 상기 급기덕트(20)의 유입측에 먼지제거부(50)가 구비되어 있다.이러한 상기 먼지제거부(50)는 싸이크론 집진기, 전자식 집진기, 자력식 집진기, 필터식 집진기 중 어느 하나로 구비되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 전열교환부(40)의 양측으로 노출된 급기덕트(20)에는 온도용 댐퍼(61)를 갖는 온도용 바이패스부(60)가 구비되어 있다. 이러한 경우, 상기 고속 철도 차량의 객실 내·외부에 온도감지부(62)가 구비되어 객실 내·외부의 온도 차이에 의하여 상기 온도용 댐퍼(61)가 작동되어 급기되는 외기가 환기부(10)로 직접 공급되게 된다.

이는 전열교환부(40)가 냉·난방 부하가 큰 동절기와 하절기에 주로 가동함으로써, 환기를 통한 실내 공기질 개선 효과 및 환기에 따른 냉·난방 부하 감소를 기대할 수 있는데, 봄과 여름에는 외부 공기와 실내 공기의 온도 차이가 크지 않기 때문에 전열교환부(40)를 가동할 필요성이 낮으며, 이와 같은 경우에 전열교환을 하면, 전열교환부(40)의 차압 등에 의해 설치하지 않은 경우 보다 환기에 의한 에너지 소비량이 더욱 증가하며, 아울러 전열교환부(40)의 수명이 단축되고, 불필요한 유지보수 비용이 발생하게 된다.

따라서, 봄과 가을에는 급기 및 배기가 전열교환부(40)를 통과하지 않고 우회할 수 있도록 함으로써, 에너지 소비량도 줄이고, 전열교환부(40)의 수명도 극대화할 수 있다.

전열교환부(40)를 통과하도록 하거나, 우회하도록 하는 제어는 자동 또는 수동으로 가능한데 자동으로 하는 것이 바람직하며, 이를 위해서는 객실 외부와 내부의 온도를 연속적으로 모니터링할 수 있도록 객실 내부와 외부에 상기 온도감지부(62)가 구비되도록 하거나, 기존에 고속 철도 차량에 설치된 객실 내·외부의 온도센서를 이용하는 것이 바람직하다.

객실 내부와 외부의 온도 차이가 일정한 설정 온도 (예를 들면 5 K 등) 이상으로 커지면 온도용 댐퍼(61)가 작동되어 전열교환부(40)를 통과하도록 하고, 설정 온도 보다 작을 경우에는 온도용 댐퍼(61)에 의하여 외부 공기가 전열교환부(40)를 통과하지 않고, 온도용 바이패스부(60)를 통해 바로 환기부(10)로 유입된다.

한편, 상기 급기덕트(20)의 유입측에는 먼지용 댐퍼(71)를 갖는 먼지용 바이패스부(70)가 온도용 댐퍼(61) 앞쪽에 구비되도록 할 수 있다. 이러한 경우, 상기 고속 철도 차량의 객실 내·외부에 먼지농도 감지부(72)가 구비되어 객실 내·외부의 먼지농도 차이에 의하여 상기 먼지용 댐퍼(71)가 작동되어 급기되는 외기가 전열교환부(40)로 직접 공급될 수 도 있다.

고속 철도 차량의 경우에는 환기를 위해서는 급기되는 공기 중 먼지를 저감할 수 있는 먼지제거부(50)가 구비되어 있는데 일부 지상구간과 지하구간이 모두 있는 구간을 운행하는 경우가 있으며, 이 때 지상구간을 운행할 경우에는 먼지제거부(50)의 사용이 불필요하다.

이러한 경우, 외부 공기가 먼지제거부(50)를 통과하지 않고 우회하도록 함으로써, 먼지제거부(50)의 가동에 의한 불필요한 에너지 소비(먼지제거부 가동용 에너지 부하, 차압 증가에 의한 환기효율 저하 등)를 최소화하고, 먼지제거부(50)의 수명을 극대화할 수 있다.

이를 위해서는 객실 내부와 외부에 미세 먼지 농도를 연속적으로 모니터링할 수 있는 먼지농도 감지부(72)가 구비되어 외기의 미세 먼지 농도가 임의의 기준값(예를 들면, PM-10 기준 50

)보다 높아지면 먼지용 댐프(71)가 작동되어 전열교환부(40)를 통과하게 된다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해 해야만 한다.

10:환기부 11:환기 하우징
12:회전팬 13:냉방열교환부
20:급기덕트 21:열전도체
30:배기덕트 40:전열교환부
41:전열교환소자 50:먼지제거부
60:온도용 바이패스부 61:온도용 댐퍼
62:온도감지부 70:먼지용 바이패스부
71:먼지용 댐퍼 72:먼지농도 감지부

Claims (8)

1. 고속 철도 차량에 구비된 환기부(10)와;
   상기 환기부(10)의 유입측에 구비된 급기덕트(20)와;
   상기 급기덕트(20)에 맞닿고 객실과 외부가 연결된 배기덕트(30)와;
   상기 급기덕트(20)와 배기덕트(30)가 맞닿은 부분에 구비된 전열교환부(40); 및 상기 급기덕트(20)의 유입측에 구비된 먼지제거부(50)로 구성되고,
   상기 급기덕트(20)와 배기덕트(30)는 고속 철도 차량 상부에 설치되며,
   상기 전열교환부(40)의 양측으로 노출된 급기덕트(20)에 온도용 댐퍼(61)를 갖는 온도용 바이패스부(60)가 구비되고,
   상기 온도용 댐퍼(61)는 객실 내·외부의 온도 차이에 의하여 상기 전열교환부(40)의 유입측 또는 상기 온도용 바이패스부(60)의 유입측을 폐쇄하며,
   상기 급기덕트(20)의 유입측에 먼지용 댐퍼(71)를 갖는 먼지용 바이패스부(70)가 상기 온도용 댐퍼(61) 앞쪽에 구비되고,
   상기 먼지용 댐퍼(71)는 객실 내·외부의 먼지농도 차이에 의하여 상기 먼지제거부(50)의 유입측 또는 상기 먼지용 바이패스부(70)의 유입측을 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 고속 철도 차량용 냉·난방장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 환기부(10)는 환기 하우징(11)의 내부에 회전팬(12)을 갖는 냉방열교환부(13)가 구비됨을 특징으로 하는 고속 철도 차량용 냉·난방장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 먼지제거부(50)는 싸이크론 집진기, 전자식 집진기, 자력식 집진기, 필터식 집진기 중 어느 하나로 구비됨을 하는 고속 철도 차량용 냉·난방장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 전열교환부(40)는 전열교환소자(41)를 갖는 회전식 또는 필터식으로 구비됨을 특징으로 하는 고속 철도 차량용 냉·난방장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 급기덕트(20)는 열전도성을 갖는 금속재로 형성되고, 상기 급기덕트(20)와 객실 사이의 접촉면에 열전도체(21)가 구비됨을 특징으로 하는 고속 철도 차량용 냉·난방장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 고속 철도 차량의 객실 내·외부에 온도감지부(62)가 구비되어 객실 내·외부의 온도 차이에 의하여 상기 온도용 댐퍼(61)가 작동되어 급기되는 외기가 환기부(10)로 직접 공급됨을 특징으로 하는 고속 철도 차량용 냉·난방장치.
7. 제1항 또는 제6항에 있어서,
   상기 고속 철도 차량의 객실 내·외부에 먼지농도 감지부(72)가 구비되어 객실 내·외부의 먼지농도 차이에 의하여 상기 먼지용 댐퍼(71)가 작동되어 급기되는 외기가 전열교환부(40)로 직접 공급됨을 특징으로 하는 고속 철도 차량용 냉·난방장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 급기덕트(20)의 유입측과 상기 배기덕트(30)의 배출측은 서로 분리되거나 이격된 형태를 갖도록 구비됨을 특징으로 하는 고속 철도 차량용 냉·난방장치.

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