KR102076963B1 - 운송수단용 직접난방시스템 - Google Patents

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KR102076963B1
KR102076963B1 KR1020180134334A KR20180134334A KR102076963B1 KR 102076963 B1 KR102076963 B1 KR 102076963B1 KR 1020180134334 A KR1020180134334 A KR 1020180134334A KR 20180134334 A KR20180134334 A KR 20180134334A KR 102076963 B1 KR102076963 B1 KR 102076963B1
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battery
temperature
carbon heating
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switching
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KR1020180134334A
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김재원
김주락
이장무
김길동
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한국철도기술연구원
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Abstract

사람이 좌석에 앉았을 때만 직접난방을 원하는 좌석에 승객밀도 변화를 다양한 방법으로 반영하여 다단계 난방을 수행할 수 있는 운송수단용 직접난방시스템이 개시된다. 운송수단용 직접난방시스템은, 전원공급부 탄소발열섬유와 압전필름이 적층된 구조를 갖고서, 의자의 착석 구역에 배치된 복합소재; 및 상기 압전필름에 가압이 이루어져 압전전기가 생성됨에 따라, 스위치 온되어 상기 전원공급부의 전원을 상기 탄소발열섬유에 공급되도록 스위칭 경로를 형성하는 메인 릴레이소자를 포함한다. 이에 따라, 탄소발열섬유와 압전필름이 적층된 구조인 복합소재를 활용하여 사람이 좌석에 앉았을 때만 탄소발열섬유가 전력을 인가받아 직접난방을 원하는 좌석에 수행하며승객밀도를 고려할 수 있는 응하중값과 온도값을 이용하여 산출한 보정온도를 기반으로 단계 난방을 수행할 수 있다.

Description

운송수단용 직접난방시스템{DIRECT HEATING SYSTEM FOR TRANSPORATION}
본 발명은 운송수단용 직접난방시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사람이 좌석에 앉았을 때만 직접난방을 원하는 좌석에 승객밀도 변화를 다양한 방법으로 반영하여 다단계 난방을 수행할 수 있는 운송수단용 직접난방시스템에 관한 것이다.
일반적으로 철도차량 내부의 냉/난방은 많은 민원의 대상이 되고 있다. 승객의 선호도에 따라 겨울철 난방에 대해 추가 난방을 요구하거나 난방을 줄이도록 요구하기도 하며, 탑승밀도가 높아 체열에 의한 체감 온도가 높아 서있는 사람은 더우나 앉아 있는 사람은 상대적으로 덜 더울 수 있다.따라서 승객이 앉는 의자에서 난방을 직접적으로 할 수 있다면 서있는 승객에 대한 간접난방과 앉아있는 승객에 대한 직접난방을 적절히 구분하여 능동적 대응이 가능하다.
코일히터가 의자 하부에 붙은 구조인 경우, 옷이나 신발 등이 타거나 변형되는 경우가 발생하여 민원의 소지가 있고 하부 공간 활용이 불가능하다. 또한 등받이 부분은 별도의 난방이 되지 않는다.
인버터 방식의 냉난방시스템 구조인 경우, 좌석 하부공간의 활용이 가능하나 간접 난방을 강하게 하는 경우 위에서 내려오는 열기 등에 의해 승객에게 불쾌함이나 답답함을 주는 경우가 많다.
0001)한국등록특허 제10-1830692호(2018. 02. 13.)(철도차량용 개별 제어 난방 시스템) 0002)한국등록특허 제10-1528798호(2015. 06. 09.)(탄소섬유 발열체를 이용한 발열의자) 0003)한국등록특허 제10-1553936호(2015. 09. 11.)(응하중을 이용한 철도차량의 냉방 및 난방 자동제어장치)
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 탄소발열섬유와 압전필름이 적층된 구조인 복합소재를 활용하여 사람이 좌석에 앉았을 때만 탄소발열섬유가 전력을 인가받아 직접난방을 원하는 좌석에 승객밀도 변화를 다양한 방법으로 반영하여 다단계 난방을 수행할 수 있는 운송수단용 직접난방시스템을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 운송수단용 직접난방시스템은, 전원공급부; 탄소발열섬유(Carbon Heating Fabric)와 압전필름(Piezo-electric Film)이 적층된 구조를 갖고서, 의자의 착석 구역에 배치된 복합소재; 및 상기 압전필름에 가압이 이루어져 압전전기가 생성됨에 따라, 스위치 온되어 상기 전원공급부의 전원을 상기 탄소발열섬유에 공급되도록 스위칭 경로를 형성하는 메인 릴레이소자를 포함한다.
일실시예에서, 상기 탄소발열섬유를 봉지형태로 3면을 실링하고, 그 내부에 상기 압전필름이 삽입된 것을 특징으로 한다.
일실시예에서, 상기 전원공급부는, 전원부; 및 최종 보정온도를 근거로 상기 전원부의 전원이 상기 탄소발열섬유에 차등적으로 공급되도록 스위칭하는 스위칭부를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 최종 보정온도는 승객밀도상태를 반영하는 응하중값과 온도값을 근거로 산출될 수 있다.
일실시예에서, 상기 최종 보정온도는, 최종 보정온도 = 제1환산값(T1) + 제2환산값(T2)(여기서, 제1환산값(T1) = (W1*응하중 신호*응하중 신호 환산 보정값), W1=응하중 신호 가중치, 제2환산값(T2) = (W2*온도감지센서의 온도), W2=온도감지센서 가중치)에 의해 산출될 수있다.
일실시예에서, 상기 전원공급부는, 직렬 연결되고, 일단이 상기 탄소발열섬유의 일단에 연결되고, 타단이 상기 탄소발열섬유의 타단에 연결된 제1, 제2 및 제3 배터리들; 상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리 사이에 배치되고, 상기 최종 보정온도를 근거로 상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리의 연결 상태를 스위칭 제어하는 제1 서브-릴레이소자; 상기 제2 배터리와 상기 제3 배터리 사이에 배치되고, 상기 최종 보정온도를 근거로 상기 제2 배터리와 상기 제3 배터리의 연결 상태를 스위칭 제어하는 제2 서브-릴레이소자; 상기 제3 배터리와 상기 탄소발열섬유의 타단 사이에 배치되고, 상기 최종 보정온도를 근거로 상기 제3 배터리와 상기 탄소발열섬유의 연결 상태를 스위칭 제어하는 제3 서브-릴레이소자; 상기 제2 배터리와 상기 탄소발열섬유의 타단 사이에 배치되고, 상기 최종 보정온도를 근거로 상기 제2 배터리와 상기 탄소발열섬유의 연결 상태를 스위칭 제어하는 제4 서브-릴레이소자; 및 상기 제1 배터리와 상기 탄소발열섬유의 타단 사이에 배치되고, 상기 최종 보정온도를 근거로 상기 제1 배터리와 상기 탄소발열섬유의 연결 상태를 스위칭 제어하는 제5 서브-릴레이소자를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 운송수단용 직접난방시스템은, 운송수단의 전위 및 후위 각각의 공기스프링에서 압력신호 검출하고, 검출된 압력신호를 평균화하여 응하중 신호를 출력하는 응하중 신호 처리부; 운송수단 내부의 실내 온도를 검출하여 실내 온도 신호를 출력하는 온도감지센서; 및 상기 응하중 신호를 환산한 제1 환산값과 상기 실내 온도 신호를 환산한 제2 환산값을 합산하여 상기 최종 보정온도를 산출하고, 상기 최종 보정온도와 기준값을 비교하여 상기 제1 내지 제5 서브-릴레이소자의 동작을 제어하는 연산-제어부를 더 포함할 수 있다.
이러한 운송수단용 직접난방시스템에 의하면, 탄소발열섬유와 압전필름이 적층된 구조인 복합소재를 활용하여 사람이 좌석에 앉았을 때만 탄소발열섬유가 전력을 인가받아 직접난방을 원하는 좌석에 다단계 방식으로 수행할 수 있다. 또한 차량내 승객밀도가 높을 경우 체열에 따른 체감온도가 높아지므로 승객밀도 변화를 다양한 방법으로 반영하여 단계별 직접난방을 할 수 있는 좌석시스템을 운영할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 운송수단용 직접난방시스템을 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 탄소발열섬유와 압전필름의 적층구조의 일례를 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따라 탄소발열섬유와 압전필름의 적층구조의 다른 예를 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 운송수단용 직접난방 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 운송수단용 직접난방시스템을 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 운송수단용 직접난방시스템은 전원공급부(110), 복합소재(120) 및 메인 릴레이소자(ML)를 포함하고, 사람이 의자에 착석했는지의 여부를 확인하고, 착석으로 감지되면 발열동작을 수행한다.
복합소재(120)는 탄소발열섬유(Carbon Heating Fabric)(122)와 압전필름(Piezo-electric Film)(124)이 적층된 구조를 갖고서, 의자의 착석영역에 배치된다. 탄소발열섬유(122)는 히터에 이용되는 기술이 개발되어 사용되고 있다. 이러한 탄소발열섬유(122)를 이용한 히터는 금속 발열체를 이용한 히터와 비교해서 열용량이 작고 상승 및 하강 온도 특성이 우수하며, 또한 비산화성 분위기 중에서는 고온 내구성도 우수하다. 본 실시예에서, 의자에 사람이 앉은 자리(구획)만 발열이 되도록 하기 위해 압전필름(124)을 추가하여 탄소발열섬유(122)와 함께 복합소재(120) 형태로 적층하여 의자를 덮는 천을 제조하였다.
이하에서, 탄소발열섬유(122) 및 압전필름(124)의 적층구조 예들을 설명한다.
도 2는 본 발명에 따라 탄소발열섬유(122)와 압전필름(124)의 적층구조의 일례를 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다. 특히, 봉지 형태로 구성된 탄소발열섬유(122) 내에 1장의 압전필름(124)이 대면적으로 배치된 적층구조가 도시된다.
도 2를 참조하면, 압전필름(124)은 1장으로 구성되어 탄소발열섬유(122)의 일면을 커버하도록 배치된다. 탄소발열섬유(122)는 3면이 실링되어 봉지형태로 형성되고, 그 내부에 1장으로 구성된 압전필름(124)이 삽입되어 복합소재(120)를 구성한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 압전필름(124)은 구획 내하나의 대면적으로 구성될 수 있다. 탄소발열섬유(124)를 봉지형태로 3면을 실링(Sealing)하고 그 안에 압전필름(124)을 삽입하는 형태로 구성할 수 있다. 이러한 대면적 적층구조의 경우, 별도의 본딩은 필요하지 않으며 유지보수가 복잡하지 않은 장점이 있다.
압전필름(124)이 구획 내 하나의 대면적으로 너무 크게 구성될 경우, 적절한 유지보수 없이 장시간 반복적인 이용 후 원래 상태로의 복원이 이뤄지지 않아서 오동작(False Alarm)할 가능성도 있다. 이러한 오동작을 방지하기 위해, 3 내지 6개정도의 감지부로서 압전필름들을 분산 설치하여 오동작 가능성을 낮춰 정확도를 높일 수 있다.
도 3은 본 발명에 따라 탄소발열섬유(122)와 압전필름(124)의 적층구조의 다른 예를 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다. 특히, 봉지 형태로 구성된 탄소발열섬유(122) 내에 여러 장의 압전필름(124)이 분산형으로 배치된 적층구조가 도시된다.
도 3을 참조하면, 압전필름(124)은 복수개의 장으로 구성되어 탄소발열섬유(122)의 일면을 커버하도록 배치된다. 탄소발열섬유(122)는 3면이 실링되어 봉지형태로 형성되고, 그 내부에 복수개의 장으로 구성된 압전필름(124)이 삽입되어 복합소재(120)를 구성한다.
압전필름(124)과 탄소발열섬유(124) 간의 결합을 위해 전기절연 양면테이프를 이용할 수 있다. 또한 탄소발열섬유(124)로부터의 과도한 열전도를 방지하기 위해 폴리머(PET, PVC 등) 계열소재의 양면테이프를 적용할 수도 있다.
이러한 대면적 혹은 분산형 방식을 기반으로 제작된 탄소발열섬유가 사람이 앉을 수 있는 면적에 여러개 분할되어 적용된 난방의자의 경우, 사람이 앉아있는 면적에 해당하는 만큼 발열이 된다.
승객이 의자에 착석하면, 압전필름(124)에 전기가 생성된다. 기준 출력값 이상인 경우 메인 릴레이소자의 여자를 통한 회로가 구성되어(즉, 접점 클로즈), 착석 구역인 의자가 발열한다.
승객이 의자에서 기립하면, 압전필름(124)에서의 전기 발생이 급격히 저하된다. 기준 출력값 미만인 경우 메인 릴레이소자가 단절되어(즉, 접점 오픈), 발열이 중지된다.
도 1을 다시 참조하면, 메인 릴레이소자(ML)는 압전필름(124)에 가압이 이루어져 압전전기가 생성됨에 따라, 여자되어 전원공급부(110)의 전원을 탄소발열섬유(122)에 공급되도록 스위칭 경로를 형성한다.
본 실시예에서, 전원공급부(110)는 전원부(도면부호 미부여), 및 최종 보정온도를 근거로 전원부의 전원이 탄소발열섬유(122)에 차등적으로 공급되도록 스위칭하는 스위칭부(도면부호 미부여)를 포함한다. 상기 최종 보정온도에 대한 설명은 후술한다.
전원부는 제1 배터리(BT1), 제2 배터리(BT2) 및 제3 배터리(BT3)를 포함하고, 탄소발열섬유(122)의 일단에 연결된 일단과 탄소발열섬유(122)의 타단에 연결된 타단을 갖는다. 제1 배터리(BT1), 제2 배터리(BT2) 및 제3 배터리(BT3)는 직렬 연결된다. 탄소발열섬유(122)에 전원을 공급하는 전원부(예를 들어, 5V 이상의 전원을 공급)는 자동차용 배터리와 같은 1차 전지를 활용하거나, 철도차량 보조전원장치 출력과 연계(컨버터 이용)하여 충방전이 가능한 2차전지를 활용하여 구성할 수 있다
스위칭부는 제1 서브-릴레이소자(SL1), 제2 서브-릴레이소자(SL2), 제3 서브-릴레이소자(SL3), 제4 서브-릴레이소자(SL4) 및 제5 서브-릴레이소자(SL5)를 포함한다.
제1 서브-릴레이소자(SL1)는 제1 배터리(BT1)와 제2 배터리(BT2) 사이에 배치되고, 최종 보정온도를 근거로 제1 배터리(BT1)와 제2 배터리(BT2)의 연결 상태를 스위칭 제어한다.
제2 서브-릴레이소자(SL2)는 제2 배터리(BT2)와 제3 배터리(BT3) 사이에 배치되고, 최종 보정온도를 근거로 제2 배터리(BT2)와 제3 배터리(BT3)의 연결 상태를 스위칭 제어한다.
제3 서브-릴레이소자(SL3)는 제3 배터리(BT3)와 탄소발열섬유(122)의 타단 사이에 배치되고, 최종 보정온도를 근거로 제3 배터리(BT3)와 탄소발열섬유(122)의 연결 상태를 스위칭 제어한다.
제4 서브-릴레이소자(SL4)는 제2 배터리(BT2)와 탄소발열섬유(122)의 타단 사이에 배치되고, 최종 보정온도를 근거로 제2 배터리(BT2)와 탄소발열섬유(122)의 연결 상태를 스위칭 제어한다.
제5 서브-릴레이소자(SL5)는 제1 배터리(BT1)와 탄소발열섬유(122)의 타단 사이에 배치되고, 최종 보정온도를 근거로 제1 배터리(BT1)와 탄소발열섬유(122)의 연결 상태를 스위칭 제어한다.
본 실시예에서, 상기한 최종 보정온도를 산출하기 위해 운송수단용 직접난방시스템은 응하중 신호 처리부(130), 온도감지센서(140) 및 연산-제어부(150)를 더 포함한다.
응하중 신호 처리부(130)는 철도차량의 전위 및 후위 각각의 공기스프링에서 압력신호를 검출하고, 검출된 압력신호를 평균화하여 응하중 신호를 연산-제어부(150)에 출력한다.
응하중 신호 처리부(130)는 차량의 전위 부위의 공기스프링들과 차량의 후위 부위의 공기스프링들에 연결되어 압력신호들을 검출하는 압력센서 유니트(132) 및 상기 압력센서 유니트(132)에서 검출된 압력신호들을 평균화하여 승객 밀도에 대응하는 응하중 신호를 산출하는 평균회로(134)를 포함한다.
온도감지센서(140)는 철도차량 내부의 실내 온도를 검출하여 실내 온도 신호를 연산-제어부(150)에 출력한다.
연산-제어부(150)는 상기 응하중 신호를 환산한 제1 환산값(T1)과 상기 실내 온도 신호를 환산한 제2 환산값(T2)을 합산하여 상기 최종 보정온도를 산출하고, 상기 최종 보정온도와 기준값을 비교하여 제1 서브-릴레이소자(SL1), 제2 서브-릴레이소자(SL2), 제3 서브-릴레이소자(SL3), 제4 서브-릴레이소자(SL4) 및 제5 서브-릴레이소자(SL5)의 동작을 제어한다.
그러면 이하에서, 본 발명에 따라 구성된 운송수단용 직접난방시스템의 동작에 대해 상세히 설명한다.
응하중 신호 처리부(130)에 의해 산출된 승객밀도상태를 반영하는 차량 응하중값과 온도감지센서(140)에서 검출된 차량 내부 온도값은 승객이 과밀해지면 차량 응하중값과 차량 내부 온도값은 올라간다.
차량 내부 온도감지센서(140)만을 이용하는 경우, 온도감지센서(140)의 위치에 따른 국부적 온도만 감지하는 단점이 있다. 또한, 승객 수가 많아졌음에도 공기 순환에 의해 온도가 올라간 후 온도감지센서(140)가 감지하기까지 소요시간이 필요한 등의 문제로 차량 내부 온도를 정확하게 반영하기 힘들다.
기준값과의 비교를 위한 온도 산출은 추가적으로 응하중값을 이용하여 보다 더 정확하게 차량 내부 온도 상황을 반영할 수 있다.
응하중에 따른 환산값과 내부 온도값은 각각에 대해 가중치를 부여할 수 있으며 다음과 같이 최종 보정온도를 산출할 수 있다. 최종 보정온도의 산출식은 아래의 식 1에 의해 산출될 수 있다.
[식 1]
최종 보정온도 = 제1환산값(T1) + 제2환산값(T2)
제1환산값(T1) = (W1*응하중 신호*응하중 신호 환산 보정값), W1=응하중 신호 가중치
제2환산값(T2) = (W2*온도감지센서의 온도), W2=온도감지센서 가중치
예를 들어, 응하중 신호에 대한 가중치(W1)는 0.8, 온도감지센서에 대한 가중치(W2)는 1로 세팅하고 응하중 신호 환산 보정값을 1V=0.5도로 세팅했다고 가정하고 응하중 신호 평균회로(134) 출력이 2V, 온도감지센서(140)의 온도가 섭씨27도일 때 최종 보정온도는 (0.8*2*0.5)+(1*27)=27.8가 된다.
이러한 최종 보정온도를 기존에 세팅한 기준값들과 비교하여 연산-제어부(150)에서는 서브-릴레이소자들(SL1, SL2, SL3, SL4, SL5)의 접점 수를 줄이게 되고 탄소발열섬유(122)를 구동하는 전압은 작아진다.
예를 들어, 제1 내지 제5 서브-릴레이소자(SL1, SL2, SL3, SL4, SL5)들은 아래 표 1과 같이 최종 보정온도와 기준값1 및 기준값2와의 비교를 통해 전원부와 탄소발열섬유(122)간 폐회로를 형성한다. 여기서, 기준값1은 기준값2보다 작은 온도값이다.
서브-릴레이소자 SL1 SL2 SL3 SL4 SL5
최초 상태
(최종 보정온도≤기준값1)
 클로즈 클로즈 클로즈 오픈 오픈
1단계 응하중 및
내부 온도 상승
(기준값1<최종 보정온도<기준값2)
 클로즈 오픈 오픈 클로즈 오픈
2단계 응하중 및
내부 온도 상승
(기준값2≤최종 보정온도)		 오픈 오픈 오픈 오픈 클로즈
최종 보정온도가 기준값1보다 작거나 같으면, 제1 서브-릴레이소자(SL1), 제2 서브-릴레이소자(SL2) 및 제3 서브-릴레이소자(SL3)는 클로즈되고, 제4 서브-릴레이소자(SL4) 및 제5 서브-릴레이소자(SL5)는 오픈된다. 이에 따라, 탄소발열섬유(122)는 직렬 연결된 제1 배터리(BT1), 제2 배터리(BT2) 및 제3 배터리(BT3)로부터 전원을 공급받는다. 즉, 최종 보정온도가 기준값1보다 작거나 같다는 의미는 주변 온도가 낮다는 의미이므로 온도를 높은 레벨로 올릴 필요가 있다. 이 경우, 탄소발열섬유(122)에는 다른 경우에 비해 가장 높은 레벨의 전원이 공급되므로 난방의자의 온도는 가장 높은 온도로 유지될 수 있다.
최종 보정온도가 기준값1보다 크고 기준값2보다 작으면, 제1 서브-릴레이소자(SL1) 및 제4 서브-릴레이소자(SL4)는 클로즈되고, 제2 서브-릴레이소자(SL2), 제3 서브-릴레이소자(SL3) 및 제5 서브-릴레이소자(SL5)가 오픈된다. 이에 따라, 탄소발열섬유(122)는 직렬 연결된 제1 배터리(BT1) 및 제2 배터리(BT2)로부터 전원을 공급받는다. 즉, 최종 보정온도가 기준값1보다 크고 기준값2 보다 작다는 의미는 주변 온도가 설정된 범위 내에 있다는 의미이므로 온도를 중간 레벨로 유지하게 된다.
최종 보정온도가 기준값2보다 크면, 제5 서브-릴레이소자(SL5)가 클로즈되고, 제1 서브-릴레이소자(SL1), 제2 서브-릴레이소자(SL2), 제3 서브-릴레이소자(SL3) 및 제4 서브-릴레이소자(SL4)가 오픈된다. 이에 따라, 탄소발열섬유(122)는 제1 배터리(BT1)로부터 전원을 공급받는다. 즉, 최종 보정온도가 기준값2보다 크거나 같다는 의미는 주변 온도가 높다는 의미이므로 온도를 낮은 레벨로 유지하게 된다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 차량 응하중값과 차량 내부 온도값을 이용하여 최종 보정온도를 산출하고, 산출된 최종 보정온도와 기준값과의 비교를 통해 의자의 온도를 다단계로 제어할 수 있다. 즉, 상기 최종 보정온도가 설정 범위보다 낮으면 의자의 온도를 높은 온도가 유지되도록 제어하고, 상기 최종 보정온도가 설정 범위 내에 있으면, 의자의 온도를 중간 온도가 유지되도록 제어하고, 상기 최종 보정온도가 설정 범위보다 높으면 의자의 온도를 낮은 온도가 유지되도록 제어한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 운송수단용 직접난방 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 착석 구역에 착석이 이루어졌는지의 여부를 체크한다(단계 S110). 상기한 착석 여부에 대한 체크는 압전필름(124)에 의해 이루어질 수있다.
단계 S110에서 착석 구역에 착석이 이루어진 것으로 체크되면, 압전필름(124)에 의해 전기가 생성된다(단계 S120).
단계 S120에서 생성된 생성 전기가 기준 출력값보다 큰지의 여부를 체크한다(단계 S130).
단계 S130에서 생성 전기가 기준 출력값보다 큰 것으로 체크되면, 릴레이소자의 여자를 통해 전원부와 탄소발열섬유(122)간 폐회로를 구성한다(단계 S140).
상기한 릴레이소자의 여자를 통해 전원부와 탄소발열섬유(122)간 폐회로가 구성됨에 따라 의자의 착석 구역이 발열된다(단계 S150).
단계 S150에서 착석구역에 발열이 시작된 후에는 승객밀도변화에 따른 주변온도를 반영한 단계 난방을 수행하기 위해 응하중 신호를 환산한 제1 환산값(T1)과 상기 실내 온도 신호를 환산한 제2 환산값(T2)을 합산한 값인 최종 보정온도와 기세팅된 기준값을 비교하여 단계적 난방을 수행한다(단계 S155). 예를들어, 최종 보정온도가 기준값1보다 작거나 같으면, 3개의 배터리들이 탄소발열섬유에 전원을 공급하여 난방의자의 온도를 높은 온도로 유지시킨다. 또한, 최종 보정온도가 기준값1보다 크고 기준값2보다 작으면, 2개의배터리들이 탄소발열섬유에 전원을 공급하여 난방의자의 온도를 중간 레벨로 유지시킨다. 또한, 최종 보정온도가 기준값2보다 크면, 1개의 배터리가 탄소발열섬유에 전원을 공급하여 난방의자의 온도를 낮은 레벨로 유지시킨다.
단계 S155에 이어, 상기한 착석 구역에서 기립이 이루어졌는지의 여부를 체크한다(단계 S160).
단계 S160에서 착석 구역에서 기립이 이루어진 것으로 체크되면, 압전필름(124)의 전기 발생은 급격이 저하된다(단계 S170).
이어, 압전필름(124)에 의해 생성된 생성 전기가 기준 출력값보다 작은 지의 여부를 체크한다(단계 S180).
단계 S180에서 생성 전기가 기준 출력값보다 작은 것으로 체크되면, 발열이 중지된다(단계 S190).
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 차량내부 온도에 대한 다양한 계절별 민원에 대해 승객이 본인 착석구역에 대한 발열동작 여부를 직접 결정할 수 있도록 하여 겨울철 난방/여름철 냉방에 대해 추위를 느끼는 승객이 발열의자의 직접난방을 통해 추가난방을 제공받음으로써 차량 내부 온도에 대한 민원을 해소할 수있다.
또한 등받이 부분을 포함하여 난방제공이 가능하고, 적절한 따뜻함을 제공하는 직접난방을 통해 안락함을 극대화하여 고급형 승객 서비스를 도모할 수 있다.
또한 철도차량에 배치되는 의자를 일례로 설명하였으나, 버스나, 선박, 비행기 등과 같은 다양한 운송수단의 의자에 적용할 수도 있다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110 : 전원공급부 120 : 복합소재
122 : 탄소발열섬유 124 : 압전필름
130 : 응하중 신호 처리부 140 : 온도감지센서
150 : 연산-제어부 ML : 메인 릴레이소자
BT1, BT2, BT3 : 배터리 SL1, SL2, SL3, SL4, SL5 : 서브-릴레이소자

Claims (9)

  1. 전원공급부;
    탄소발열섬유(Carbon Heating Fabric)와 압전필름(Piezo-electric Film)이 적층된 구조를 갖고서, 의자의 착석 구역에 배치된 복합소재; 및
    상기 압전필름에 가압이 이루어져 압전전기가 생성됨에 따라, 스위치 온되어 상기 전원공급부의 전원을 상기 탄소발열섬유에 공급되도록 스위칭 경로를 형성하는 메인 릴레이소자를 포함하되, 상기 전원공급부는,
    전원부; 및
    승객밀도상태를 반영하는 응하중값과 온도값을 근거로 산출되는 최종 보정온도를 근거로 상기 전원부의 전원이 상기 탄소발열섬유에 차등적으로 공급되도록 스위칭하는 스위칭부를 포함하고,
    상기 최종 보정온도는, 최종 보정온도 = 제1환산값(T1) + 제2환산값(T2) (여기서, 제1환산값(T1) = (W1*응하중 신호*응하중 신호 환산 보정값), W1=응하중 신호 가중치, 제2환산값(T2) = (W2*온도감지센서의 온도), W2=온도감지센서 가중치)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 운송수단용 직접난방시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탄소발열섬유를 봉지형태로 3면을 실링하고, 그 내부에 상기 압전필름이 삽입된 것을 특징으로 하는 운송수단용 직접난방시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 압전필름은 1장으로 구성되어 상기 탄소발열섬유의 일면을 커버하도록 배치된 것을 특징으로 하는 운송수단용 직접난방시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 압전필름은 복수개의 장으로 구성되어 상기 탄소발열섬유의 일면을 커버하도록 배치된 것을 특징으로 하는 운송수단용 직접난방시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 전원부는,
    직렬 연결되고, 일단이 상기 탄소발열섬유의 일단에 연결되고, 타단이 상기 탄소발열섬유의 타단에 연결된 제1, 제2 및 제3 배터리들을 포함하고,
    상기 스위칭부는,
    상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리 사이에 배치되고, 상기 최종 보정온도를 근거로 상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리의 연결 상태를 스위칭 제어하는 제1 서브-릴레이소자;
    상기 제2 배터리와 상기 제3 배터리 사이에 배치되고, 상기 최종 보정온도를 근거로 상기 제2 배터리와 상기 제3 배터리의 연결 상태를 스위칭 제어하는 제2 서브-릴레이소자;
    상기 제3 배터리와 상기 탄소발열섬유의 타단 사이에 배치되고, 상기 최종 보정온도를 근거로 상기 제3 배터리와 상기 탄소발열섬유의 연결 상태를 스위칭 제어하는 제3 서브-릴레이소자;
    상기 제2 배터리와 상기 탄소발열섬유의 타단 사이에 배치되고, 상기 최종 보정온도를 근거로 상기 제2 배터리와 상기 탄소발열섬유의 연결 상태를 스위칭 제어하는 제4 서브-릴레이소자; 및
    상기 제1 배터리와 상기 탄소발열섬유의 타단 사이에 배치되고, 상기 최종 보정온도를 근거로 상기 제1 배터리와 상기 탄소발열섬유의 연결 상태를 스위칭 제어하는 제5 서브-릴레이소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 운송수단용 직접난방시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    운송수단의 전위 및 후위 각각의 공기스프링에서 압력신호 검출하고, 검출된 압력신호를 평균화하여 응하중 신호를 출력하는 응하중 신호 처리부;
    운송수단 내부의 실내 온도를 검출하여 실내 온도 신호를 출력하는 온도감지센서; 및
    상기 응하중 신호를 환산한 제1 환산값과 상기 실내 온도 신호를 환산한 제2 환산값을 합산하여 상기 최종 보정온도를 산출하고, 상기 최종 보정온도와 기준값을 비교하여 상기 제1 내지 제5 서브-릴레이소자의 동작을 제어하는 연산-제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운송수단용 직접난방시스템.
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