KR20050006451A

KR20050006451A - 자동차용 냉장장치 및 방법

Info

Publication number: KR20050006451A
Application number: KR1020030046264A
Authority: KR
Inventors: 윤준호
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-07-09
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2005-01-17
Also published as: KR100569392B1

Abstract

본 발명은 자동차용 냉장장치 및 방법에 관한 것으로서, 에어컨의 냉기를 이용한 냉장방식과 열전 반도체를 통한 펠티어 현상을 이용한 냉장방식을 제어 컨트롤러를 통해 병행하여 사용하거나 독자적으로 사용함으로써, 엔진이 가동되는 동안에는 에어컨이 오프되어 있더라도 항상 냉장효과를 발휘할 수 있는 자동차용 냉장장치 및 방법을 제공하고자 한다.

Description

자동차용 냉장장치 및 방법{Refrigeration device and method for automobile}

본 발명은 자동차용 냉장장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에어컨의 냉기를 이용한 냉장방식과 열전 반도체를 통한 펠티어 현상을 이용한 냉장방식을 제어 컨트롤러를 통해 병행하여 사용하거나 독자적으로 사용함으로써, 엔진이 가동되는 동안에는 에어컨이 오프되어 있더라도 항상 냉장효과를 발휘할 수 있는 자동차용 냉장장치 및 방법에 관한 것이다.

자동차 공학의 발전과 소비수준의 향상에 따라, 차량에 다양한 편의 시설을 제공하는 것이 대중화되었다.

즉, 난방 또는 냉방 등의 기본적인 공기조화 기능 외에도, 차량 내부에 냉장고 또는 온장고를 설치하여 음식물 보관 등에 있어서 사용자의 편익을 도모하고 있다.

냉장고와 온장고는 열전달 과정이 가역적일 경우, 그 작동원리가 반대가 되므로, 이하에서는 편의상 냉장고를 중심으로 설명하고 온장고에 대하여는 부가적으로 설명한다.

전통적인 냉동사이클을 이용한 냉장장치는 증발기, 응축기, 압축기, 스로틀 밸브 등을 사용하여야 하는 관계로 장치의 구성이 매우 복잡하기 때문에 차량용으로는 적합하지 않다.

따라서, 차량용 냉장장치로서는 열전효과 즉, 펠티어 효과(Peltier Effect)에 따라서 열전 반도체 소자를 이용한 냉장고가 널리 사용되어 왔다.

펠티어 효과란, 두 종류의 상이한 금속을 접합시키고, 여기에 전류를 통과시켰을 경우 금속간의 접합부에서 전류에 비례하여 열의 발생 및 흡수가 일어나는 현상을 말한다.

이 효과는 가역적인 것으로서 전류를 반대로 인가하는 경우에는 열의 흡수 및 발생도 반대로 일어난다.

이 펠티어 효과를 이용하여, N형 및 P형 반도체를 교대로 배열하여 냉각 또는 가열을 행하는 열전 반도체 소자가 이미 실용화되어 사용되고 있다.

한편, 종래에는 차량용 냉장장치를 위해 에어컨의 냉기를 이용한 냉장장치가 제시된 바 있다.

일례로서, 한국공개특허공보 2002-0026093호(2002.04.06)에는 본 출원인에 의해 출원된 "자동차용 냉장장치"가 공개되어 있는 바, 이는 첨부한 도 4에서 도시한 바와 같이, 리어시트 상단과 리어글래스 사이에 설치된 패널(50)상에 트렁크 룸(51)쪽으로 연장되는 덕트(52)를 설치하고, 이 덕트(52)의 끝단쪽에는 냉각핀(53a)과 흡입용 팬(54)을 차례로 설치하며, 상기 덕트(52)의 냉각핀(53a)과 상기 냉장고(55)의 냉각핀(53b) 사이에 냉각액이 흐를 수 있는 냉각액 호스(56)를 연결하여 이루어진 기술이다.

그러나, 종래기술의 차량용 냉장장치는, 에어컨의 냉기만을 이용하여 냉장시키는 기술로서, 에어컨이 작동되지 않을 때에는 냉장기능을 발휘할 수 없어 그 본연의 역할을 수행할 수 없었고, 에어컨의 작동에 따른 냉기를 이용하여 냉장시켜도 충분한 냉장효과를 얻을 수 없었다.

또한, 별도의 조절 수단이 구비되어 있지 않은 바, 사용자가 원하는 일정온도로 유지하며 능동적으로 냉장시킬 수 없는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 발명한 것으로서, 에어컨의 냉기를 이용한 냉장방식과 열전 반도체를 통한 펠티어 현상을 이용한 냉장방식을 제어 컨트롤러를 통해 병행하여 사용하거나 독자적으로 사용함으로써, 엔진이 가동되는 동안에는 에어컨이 오프되어 있더라도 항상 냉장효과를 발휘할 수 있는 자동차용 냉장장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 냉장장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 냉장장치의 구조를 도시한 도면

도 3은 본 발명에 따른 자동차용 냉장장치의 작동 순서를 도시한 플로우 챠트

도 4는 종래 발명에 따른 자동차용 냉장장치의 설치상태를 도시한 도면

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 : 문 3 : 온도센서

4 : 압력센서 5 : 냉장박스

6 : 방열판 7 : 열전 반도체

8 : 팬 9 : 유입경로 폐쇄용 밸브

10 : 제어 컨트롤러 11 : 공조장치

12 : 배출구 20 : 냉장물품

21 : 배터리 22 : 알터네이터 연결단

23 : 단열재 24 : 유출구

25 : 스위치

상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 개폐 가능한 문을 구비하고, 온도센서 및 압력센서를 구비하고 있으며, 단열재를 포함하는 냉장박스와, 에어컨의 냉기 및 외부 공기의 유입을 위한 공조장치와, 상기 냉장박스 하부에 일체형으로 부착되어 자체 냉장을 가능하게 하는 방열판이 구비되어 있는 열전 반도체와, 상기 열전 반도체의 방열판을 통해 흡수되는 공기의 양을 조절하는 팬과, 상기 공조장치를 선택적으로 차단시킬 수 있는 유입경로 폐쇄용 밸브와, 상기 온도센서와 압력센서 및전원 신호를 입력값으로 하여 팬과 열전 반도체 소자를 제어하기 위한 PWM 출력을 내는 제어 컨트롤러를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열전 반도체 근방에는 에어컨의 냉기의 유입으로 인해 발생되는 물을 배출시킬 수 있는 배출구를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 자동차용 냉장방법은 냉장장치의 스위치 온 단계와; 제어 컨트롤러를 통해 배터리와 연결된 알터네이터 연결단의 전원 공급 신호와 압력센서의 신호에 따라 냉장장치 가동 조건의 만족 유무를 확인하는 단계와; 설정온도 및 팬의 회전속도를 입력하는 단계와; 유입경로 폐쇄용 밸브를 개방시키는 단계와; 온도센서에 의해 센싱된 센싱온도와 설정온도를 비교하는 단계; 상기 센싱온도와 설정온도의 비교값이 따라 열전 반도체와 팬을 온 또는 오프시키는 단계와; 배터리와 연결된 알터네이터 연결단의 전원 공급 신호와 압력센서의 신호를 입력 받아 논리회로를 통해 연산하는 단계와; 상기 논리회로를 통한 연산값에 따라 유입경로 폐쇄용 밸브를 차단하고 제어를 종료하는 단계로 이루어져 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 냉장장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 냉장장치의 구조를 도시한 도면이다.

또한, 도 3은 본 발명에 따른 자동차용 냉장장치의 작동 순서를 도시한 플로우 챠트이다.

한편, 미설명 부호 12는 에어컨 물 배출구를 지칭하고, 미설명 부호 24는 냉기 유출구를 지칭한다.

도시한 바와 같이 본 발명에 따른 자동차용 냉장장치는, 개폐 가능한 문(2)을 구비하고, 온도센서(3) 및 압력센서(4)를 구비하고 있으며, 단열재(23)를 포함하는 냉장박스(5)와, 에어컨의 냉기 유입을 위한 공조장치(11)와, 자체냉장을 가능하게 하는 방열판(6)이 구비되어 있는 열전 반도체(7)와, 열전 반도체(7)의 방열판(6)을 통해 흡수되는 공기의 양을 제어하는 팬(8)과, 유입경로 폐쇄용 밸브(9)와, 각 부분의 신호를 송신하여 제어하는 제어 컨트롤러(10)를 포함하여 구성되어 있다.

이를 좀 더 자세히 설명하면, 상기 냉장박스(5) 내부에는 음료수 캔 등과 같은 냉장하고자 하는 물품의 유무를 인지할 수 있는 압력센서(4)와, 그 내부의 온도를 파악할 수 있는 온도센서(3)가 구비되어 있으며, 이 냉장박스(5)를 차량 내부에 적용하는 경우에는 콘솔박스 등의 형태에 맞추어 다양한 형태로 변형될 수 있다.

또한, 상기 냉장박스(5) 하부에는 이의 자체 냉장을 가능하게 하는 방열판(6)이 구비된 열전 반도체(7) 및 팬(8)이 일체형으로 장착되어 있으며, 이는 공조장치(11)와 연결되어 있다.

이때, 상기 열전 반도체(7) 소자로서는, 판 형상의 공지의 열전 반도체 소자가 사용되는 바, 이는 상기 압력센서(4) 및 온도센서에 의해 감지된 신호에 따른 제어 컨트롤러(10)의 제어에 의해 전류가 인가된다.

상기 제어 컨트롤러(10)는 기존의 에어컨 제어 컨트롤러(10) 유닛에 기능을 추가/확장한 것으로서, 온/오프 스위치(25)와 엔진의 시동 여부를 판별하기 위해 배터리(21)와 연결된 알터네이터 연결단(22)을 통한 신호와, 냉장박스(5)내의 압력센서(4)와 온도센서(3)에 의한 신호를 입력값으로 받아들이며, 출력값으로는 열전 반도체(7)의 전원과 팬(8)의 회전속도를 제어하기 위한 PWM(Plus Width Modulation) 출력을 낼 수 있다.

즉, 상기 팬(8)의 회전속도는 센서값에 따른 제어 컨트롤러(10)의 PWM 출력에 의해 제어된다.

또한, 냉장박스(5)의 설정온도와 팬(8)의 회전속도는 기존의 에어컨 컨트롤(도시하지 않음)을 이용할 수 있으며, 이의 입력값은 상기 제어 컨트롤러(10)가 제어하게 된다.

한편, 상기 유입경로 폐쇄용 밸브(9)는 차량의 전원이 오프 된 상태, 즉 시동이 꺼진 상태일 경우에도 냉장되어 있는 냉장박스(5)의 냉기가 유출되는 것을 방지하게 하는 역할을 하는 것으로서, 이는 팬(8)의 공기 유입 공로로서 시스템 작동시에는 항시 개방된 상태가 된다.

또한, 상기 냉장박스(5)는 전체 부위가 단열재(23)에 의해서 둘러싸인 형태로 단열되어 있는 바, 에어컨 냉기 또는 열전 반도체(7) 소자에 의해 냉장상태에 있는 냉장박스(5)는 차량의 시동이 꺼진 상태에서도 유입경로 폐쇄용 밸브(9)에 의해 냉기가 빠져나가지 못하게 한 상태에서 일정시간동안 아이스 박스처럼 냉장온도를 유지할 수 있다.

이하, 첨부한 도 3을 참조하여 상기와 같이 구성되어 있는 자동차용 냉장장치의 작동 순서를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 자동차용 냉장방법은 냉장장치의 스위치 온 단계와; 제어 컨트롤러를 통해 배터리와 연결된 알터네이터 연결단의 전원 공급 신호와 압력센서의 신호에 따라 냉장장치 가동 조건의 만족 유무를 확인하는 단계와; 설정온도 및 팬의 회전속도를 입력하는 단계와; 유입경로 폐쇄용 밸브를 개방시키는 단계와; 센싱온도와 설정온도를 비교하는 단계와; 상기 센싱온도와 설정온도의 비교값이 따라 열전 반도체와 팬을 온 또는 오프시키는 단계와; 배터리와 연결된 알터네이터 연결단의 전원 공급 신호와 압력센서의 신호를 입력 받아 논리회로를 통해 연산하는 단계와; 상기 논리회로를 통한 연산값에 따라 유입경로 폐쇄용 밸브를 차단하고 제어를 종료하는 단계로 이루어져 있다.

즉, 상기에서 기술한 것과 같은 자동차용 냉장장치를 작동시키기 위해 사용자가 스위치(25)를 온 시키게 되면, 제어 컨트롤러(10)는 배터리(21)와 연결된 알터네이터 연결단(22)의 전원 공급 신호와 압력센서(4)의 신호에 따라 냉장장치 가동 조건의 만족 유무를 확인한다.

냉장장치의 가동 조건을 만족하게 되면, 사용자는 설정온도(T₂)를 입력하고, 팬(8)의 회전속도를 입력하거나 자동 조정으로 설정하면, 제어 컨트롤러(10)는 제어를 시작하고, 이에 따라 유입경로 폐쇄용 밸브(9)가 개방된다.

그 후, 공조장치(11) 및 유출구(24)를 통해 냉장박스(5) 내부로 에어컨의 냉기 또는 외부 공기가 유입되면, 제어 컨트롤러(10)는 냉장박스(5) 내부의 온도센서(3)에 의한 센싱온도(T₁)를 설정온도와 비교하여, 설정온도가 센싱온도보다 낮을 경우에는 팬(8)과 열전 반도체(7)의 동작을 오프시키게 된다.

단, 상기와 같이 팬(8)과 열전 반도체(7)의 동작이 오프되는 것은 팬(8)과 열전 반도체(7)가 동작되고 있을 시에만 해당되는 것이다.

상기 온도센서(3)에 의한 센싱온도가 설정온도보다 높을 경우에 제어 컨트롤러(10)는 열전 반도체(7)에 전류를 인가시키고, 팬(8) 회전속도가 입력되어 있으면 설정속도 만큼 PWM 신호를 출력하고, 팬(8) 회전속도가 입력되어 있지 않을 경우에는 설정온도의 값과 센싱온도의 값으로 감산하게 된다.

이때, 감산 연산을 통해 출력된 값(센싱온도(T₁) - 설정온도(T₂) = 온도차(T))은 미리 설정된 기준값(t₁, t₂, t₃)의 범위에서 계산되어 지는 바, 제어 컨트롤러(10)는 이가 어느 범위에 속해있는지를 판별하여 팬(8)의 회전속도를 제어할 PWM 출력값을 결정한다.

다음으로, 제어 컨트롤러(10)는 다시 배터리(21)와 연결된 알터네이터 연결단(22)의 전원 공급 신호와 압력센서(4)의 신호를 입력 받아 논리회로(AND 게이트)를 통해 연산을 하게 되는 바, 이는 차량의 시동이 꺼지거나 냉장박스(5) 내의 냉장물품(20)을 모두 꺼냈을 때에는 더 이상 냉장장치를 작동할 필요가 없기 때문이다.

즉, 상기와 같은 연산값이 냉장장치의 오프 조건이 되는 "0"값을 나타내고, "0"값을 나타내는 횟수(i)가 연속적으로 기준값인 "I" 이상의 횟수로 나타나야 제어종료 및 전원을 오프하게 되는 바, 이는 차량의 진동 등으로 인해 압력센서(4)가 정확히 작동하지 않을 수 있게 때문이다.

또한, 상기 연산값이 "0"인 뒤에 다시 값이 "1"이 나온다면 그 간의 횟수 "i"는 리셋(reset)된다.

따라서, 상기 연산값이 "0"인 횟수가 기준값인 "I" 이상이 된다면 에어컨 냉기 유입경로 폐쇄용 밸브(9)를 차단하고 제어를 종료하며 다음에 스위치(25)가 온이 될 때까지 냉장장치를 종료한다.

여기서 상기 스위치(25)가 제어 도중에 오프가 될 때에도 냉장효과의 유지를 위해 유입경로 폐쇄용 밸브(9)를 닫고 제어를 종료한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 냉장장치는 에어컨의 냉기와 열전 반도체(7)를 통한 펠티어 현상을 이용한 냉장장치로써, 에어컨의 냉기가 유입되지 않더라도 열전 반도체(7)를 통해 충분히 냉장성능을 발휘할 수 있는 시스템이다.

또한, 본 발명에 따른 냉장장치는 제어 컨트롤러(10)를 통해 사용자의 요구에 맞게 능동적으로 냉장온도를 설정 및 유지할 수 있으며, 냉장박스(5) 전면에 단열재(23)에 의하여 둘러싸여 있으므로 단열효과가 뛰어나다.

따라서, 자동차의 전원이 차단된 상태에서도 외부로부터의 열유입을 차단할 수 있으므로 장시간 동안 냉장효과를 지속시킬 수 있다.

한편, 상기 열전 반도체(7)를 통한 펠티어 효과는 전류의 방향에 따라 발열도 가능한 것으로서, 본 발명에 따른 냉장장치를 온장시스템으로 사용하기 위해서는, 상기에서 언급한 바와 같이 냉장시와 반대 방향의 전류를 연전 반도체 소자에 인가하면 되고, 자동차 히터의 더운 공기와 함께 이용할 수 있다.

즉, 이는 상술한 냉장장치와 같은 로직으로 구성되며, 제어값의 변화만 적용하면 되는 것으로서, 이에 대한 부가설명은 생략하기로 한다.

또한, 이 경우에도 상기와 같은 구성에 의하여 단열효과가 뛰어나므로 외부로의 열손실 없이 뛰어난 열효율을 달성할 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 냉장장치 및 방법에 의하면 에어컨의 냉기를 이용한 냉장방식과 열전 반도체를 통한 펠티어 현상을 이용한 냉장방식을 제어 컨트롤러를 통해 병행하여 사용하거나 독자적으로 사용함으로써, 엔진이 가동되는 동안에는 에어컨이 오프되어 있더라도 항상 냉장효과를 발휘할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 냉장장치는 제어 컨트롤러를 통해 사용자의 요구에 맞게 능동적으로 냉장온도를 설정 및 유지할 수 있어 편의성을 증대시킬 수 있다.

Claims

에어컨의 냉기를 이용한 자동차용 냉장장치에 있어서,

개폐 가능한 문(2)을 구비하고, 온도센서(3) 및 압력센서(4)를 구비하고 있으며, 단열재(23)를 포함하는 냉장박스(5)와,

에어컨의 냉기 및 외부 공기의 유입을 위한 공조장치(11)와,

상기 냉장박스(5) 하부에 일체형으로 부착되어 자체 냉장을 가능하게 하는 방열판(6)이 구비되어 있는 열전 반도체(7)와,

상기 열전 반도체(7)의 방열판(6)을 통해 흡수되는 공기의 양을 조절하는 팬(8)과,

상기 공조장치(11)를 선택적으로 차단시킬 수 있는 유입경로 폐쇄용 밸브(9)와,

상기 온도센서(3)와 압력센서(4) 및 전원 신호를 입력값으로 하여 팬(8)과 열전 반도체(7) 소자를 제어하기 위한 PWM 출력을 내는 제어 컨트롤러(10)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 냉장장치.
청구항 1에 있어서,

상기 열전 반도체(7) 근방에는 에어컨의 냉기의 유입으로 인해 발생되는 물을 배출시킬 수 있는 배출구(12)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 냉장장치.
냉장장치의 스위치 온 단계;

제어 컨트롤러를 통해 배터리와 연결된 알터네이터 연결단의 전원 공급 신호와 압력센서의 신호에 따라 냉장장치 가동 조건의 만족 유무를 확인하는 단계;

설정온도 및 팬의 회전속도를 입력하는 단계;

유입경로 폐쇄용 밸브를 개방시키는 단계;

온도센서에 의해 센싱된 센싱온도와 설정온도를 비교하는 단계;

상기 센싱온도와 설정온도의 비교값이 따라 열전 반도체와 팬을 온 또는 오프시키는 단계;

배터리와 연결된 알터네이터 연결단의 전원 공급 신호와 압력센서의 신호를 입력 받아 논리회로를 통해 연산하는 단계;

상기 논리회로를 통한 연산값에 따라 유입경로 폐쇄용 밸브를 차단하고 제어를 종료하는 단계;

로 이루어진 자동차용 냉장방법.