KR20120076774A - 전동차 냉난방 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

전동차 냉난방 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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조관현
남희복
송정훈
김정수
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Abstract

본 발명은 전동차 냉난방 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전동차 냉난방 제어 시스템은, 전동차의 객실 온도를 감지하는 객실 온도 감지부; 상기 전동차의 외기 온도를 감지하는 외기 온도 감지부; 상기 전동차의 하중을 감지하는 전동차 하중 감지부; 상기 전동차의 객실에 제공할 냉풍 및 온풍 중 적어도 하나를 발생시키는 냉난방 장치; 상기 냉난방 장치에서 발생된 냉풍 및 온풍 중 적어도 하나를 상기 전동차 객실에 제공하는 송풍 장치; 및 상기 객실 온도 감지부에서 감지된 객실 온도, 상기 외기 온도 감지부에서 감지된 외기 온도, 및 상기 전동차 하중 감지부에서 감지된 전동차 하중에 기초하여 상기 전동차의 냉난방 레벨을 결정하고, 상기 결정된 냉난방 레벨에 상응하여 상기 냉난방 장치 및 송풍 장치를 제어하는 냉난방 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전동차 냉난방 제어 시스템 및 방법 {System and method for controlling cooling and heating level of train}
본 발명은 전동차 냉난방 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 운행 중인 전동차의 외부 온도, 실내 온도 및 전동차 하중에 기초하여 전동차의 냉난방을 효율적으로 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
현재 전동차 객실의 냉난방 제어 방식은, 전동차 객실 내에 설치된 온도 센서를 통해 객실 온도를 감지하고 전동차 외부에 설치된 외기 온도 센서를 통해 외기 온도를 감지한 후, 사용자에 의해 설정된 설정 온도와 객실 온도 및 외기 온도를 고려하여 전동차의 냉난방을 제어하는 방식이 적용되고 있다.
도 1은 이와 같은 방식이 적용된 종래기술에 따른 전동차 냉난방 제어 시스템의 구성도를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이, 종래기슬에 따른 전동차 냉난방 제어 시스템(100)은 객실 온도 감지부(110), 외기 온도 감지부(120), 냉난방 제어부(150), 냉난방 장치(160), 송풍 장치(170) 등을 포함한다.
이를 간략히 설명하면, 객실 온도 감지부(110)는 전동차의 실내 벽면이나 천정 등에 설치된 온도 센서를 이용하여 전동차 객실의 온도를 감지하고, 외기 온도 감지부(120)는 전동차의 외부 벽면 등에 설치된 온도 센서를 이용하여 전동차 외부 대기의 온도를 감지한다. 그리고, 냉난방 제어부(150)는 이와 같이 감지된 전동차 객실 온도 및 외기 온도와 사용자에 의해 설정된 설정 온도에 기초하여 냉방 또는 난방 모드를 결정하고, 이에 따라 냉난방 장치(160)와 송풍 장치(170)를 제어한다. 그러면, 냉난방 장치(160)는 냉난방 제어부(160)의 제어에 따라서 냉풍기 또는 온풍기를 가동하여 냉풍 또는 온풍을 발생시키고, 송풍 장치(170)는 냉난방 장치(160)에서 발생된 냉풍 또는 온풍이 객실 내로 유입되도록 한다.
그러나, 종래기술에 따른 전동차 냉난방 제어 방식은 급변하는 전동차 객실 환경에 대한 적응이 느려 승객들에게 보다 쾌적한 객실 서비스를 제공할 수 없는 문제점이 있었다.
이를 구체적으로 설명하면, 전동차 객실의 온도 변화는 역사 구간별, 시간대별, 객실별 상황에 따라 차이가 나는데, 특히 한꺼번에 많은 인원이 전동차에 탑승하는 경우 승객은 인접하는 승객들의 체온 등에 의해 바로 더위를 느끼지만 전동차 벽면이나 천정 등에 설치된 온도 센서는 이를 감지하는데 상당한 시간이 걸린다. 즉, 전동차의 실내 온도 센서가 객실 공기의 대류 등에 의해서 온도 변화를 감지하지 까지는 상당한 시간이 걸리게 되며, 이에 따라 승객들이 느끼는 체감 온도와 온도 센서에 의해 감지된 실내 온도 사이에는 상당한 차이가 발생하는 문제점이 있었다.
또한, 종래기술에 따른 전동차 냉난방 제어 시스템(100)에 있어 송풍 장치(170)는 전동차의 중앙 천정에 일렬로 일정 간격을 두고 설치되어 전동차 진행방향의 좌우 2방향으로만 송풍이 되도록 회전하는 방식이었다. 따라서, 송풍 장치 사이의 공간에는 냉풍이나 온풍이 직접적으로 오지 않았으며, 특히 전동차의 출입문이 열릴 때에는 외부의 뜨거운 공기나 차가운 공기가 바로 유입되어 출입문 주위의 승객들이 불편한 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 요구에 부합하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 전동차 객실의 온도 변화를 미리 예측하여 냉난방 장치 및 송풍 장치를 제어함으로써 항상 쾌적한 객실 환경을 제공할 수 있는 전동차 냉난방 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전동차의 객실 온도, 외기 온도, 전동차 하중, 출입문 개폐 상태 등에 기초하여 전동차의 냉난방을 보다 효율적으로 제어하는 전동차 냉난방 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 위하여, 본 발명의 일 형태에 따른 전동차 냉난방 제어 시스템은, 전동차의 객실 온도를 감지하는 객실 온도 감지부; 상기 전동차의 외기 온도를 감지하는 외기 온도 감지부; 상기 전동차의 하중을 감지하는 전동차 하중 감지부; 상기 전동차의 객실에 제공할 냉풍 및 온풍 중 적어도 하나를 발생시키는 냉난방 장치; 상기 냉난방 장치에서 발생된 냉풍 및 온풍 중 적어도 하나를 상기 전동차 객실에 제공하는 송풍 장치; 및 상기 객실 온도 감지부에서 감지된 객실 온도, 상기 외기 온도 감지부에서 감지된 외기 온도, 및 상기 전동차 하중 감지부에서 감지된 전동차 하중에 기초하여 상기 전동차의 냉난방 레벨을 결정하고, 상기 결정된 냉난방 레벨에 상응하여 상기 냉난방 장치 및 송풍 장치를 제어하는 냉난방 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 일 형태에 따른 전동차 냉난방 제어 방법은, a) 전동차의 객실 온도, 상기 전동차의 외기 온도, 및 상기 전동차의 하중을 감지하는 단계; b) 상기 객실 온도, 외기 온도, 및 전동차 하중에 기초하여 상기 전동차의 냉난방 레벨을 결정하는 단계; 및 c) 상기 결정된 냉난방 레벨에 상응하여 상기 전동차에 설치된 냉난방 장치 및 송풍 장치를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전동차 객실의 온도 변화를 미리 예측하여 전동차의 냉난방을 효율적으로 제어함으로써, 전동차 객실 내 냉난방 효율을 향상시킬 수 있으며, 또한 이에 따른 에너지 절감 및 쾌적한 객실 환경을 제공할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명에 따르면, 객실 온도, 외기 온도, 전동차 하중, 출입문 개폐 상태 등에 기초하여 전동차의 냉난방을 보다 효율적으로 제어함으로써, 객실의 위치 차이에 따른 온도 차이를 줄이고, 특히 출입문 근처에 있는 승객들에게도 일정한 객실 온도를 유지할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 종래기술에 따른 전동차 냉난방 제어 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전동차 냉난방 제어 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전동차 냉난방 제어 방법의 흐름도이다.
이하에서는 첨부 도면 및 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 참고로, 하기 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동차 냉난방 제어 시스템의 구성도를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동차 냉난방 제어 시스템(200)은, 객실 온도 감지부(210), 외기 온도 감지부(220), 전동차 하중 감지부(230), 출입문 개폐 감지부(240), 냉난방 제어부(250), 냉난방 장치(260), 송풍 장치(270) 등을 포함한다.
이를 상술하면, 먼저 객실 온도 감지부(210)는 전동차의 실내 벽면이나 천정 등에 설치된 적어도 하나의 온도 센서를 이용하여 전동차 객실의 온도를 감지한다. 이 경우, 온도 센서는 전동차 객실 내의 여러 위치에 복수 개를 설치하는 것이 바람직하며, 각 온도 센서별로 식별정보를 부가하여 해당 온도 센서 가까이에 위치한 송풍 장치(270)를 제어하는 기초 자료로 활용할 수 있다.
외기 온도 감지부(220)는 전동차의 외부 벽면 등에 설치된 적어도 하나의 온도 센서를 이용하여 전동차 외부 대기의 온도를 감지한다. 이 경우, 전동차의 외부에 복수개의 온도 센서를 설치할 경우, 외기 온도는 각 온도 센서의 값을 평균하여 얻을 수 있다.
전동차 하중 감지부(230)는 전동차 객실에 탑승하고 있는 승객의 수를 추측하기 위하여 전동차의 하중을 감지한다. 이 경우, 전동차의 하중은 기존 전동차에 설치되어 있는 응하중 장치를 이용하여 얻을 수 있다. 참고로, 전동차 응하중 장치는 전동차의 하중 상태를 감지하는 장치와 하중 상태에 따라 브레이크 실린더 압력을 제어하는 응하중변으로 구성되며, 하중 상태를 감지하는 방식에는 측중변을 사용하여 대차의 2차 스프링 휨량을 감지하는 방식과 대차의 공기 스프링압을 감지하는 방식 등이 있다.
출입문 개폐 감지부(240)는 전동차 출입문의 개폐 상태를 감지한다. 전동차 출입문의 개폐 상태는 전동차 출입문에 소정의 센서를 장착하여 감지하거나 또는 전동차 운전석에 설치된 출입문 개폐 장치로부터 출입문 개폐 신호를 수신하여 감지할 수 있다.
한편, 냉난방 제어부(250)는 이와 같이 감지된 전동차의 객실 온도, 외기 온도, 전동차 하중, 출입문 개폐 상태에 기초하여 냉난방 장치(260)와 송풍 장치(270)를 제어한다.
구체적으로, 냉난방 제어부(250)는 사용자가 설정한 설정 온도를 기준으로 전동차 객실 온도 및 외기 온도를 참조하여 냉방 또는 난방 레벨을 결정하고, 이에 따라 보다 구체적으로 냉난방 장치(260)의 가동 방식과 송풍 장치(270)의 풍향 및 풍속 등을 결정한다. 참고로, 냉난방 가동 방식은 냉방의 경우 반냉과 전냉 2단계로 구분하여 가동할 수 있으며, 난방의 경우 350W, 700W, 1050W 3단계로 구분하여 가동할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따르면, 냉난방 제어부(250)는 전동차 하중 감지부(230)에서 제공된 전동차 하중에 기초하여 냉난방 장치(260) 및 송풍 장치(270)를 제어함으로써 객실의 온도 변화를 미리 예측하여 냉난방을 보다 효율적으로 제어한다. 이를 상술하면, 만약 여름철에 임의의 정차역에서 승객이 많이 타서 전동차 하중이 크게 증가한 경우, 냉난방 제어부(250)는 전동차 하중의 증가량에 상응하여 이전에 구동하는 냉난방 레벨보다 객실 온도가 더 내려가도록 제어한다. 예컨대, 객실에 승객이 50명이 타고 있는 상태에서 운행하다가 다음 정차역에서 승객이 100명이 더 탑승하여 150명이 된 경우, 냉난방 제어부(250)는 객실 온도의 변화가 없더라도(일반적으로 온도 센서가 감지하는 객실 온도는 승객이 탑승할 때 바로 변화하는 것이 아니라 점차적으로 변화됨) 전동차 하중의 변화를 감지하여 미리 냉방 레벨을 높임으로써 객실이 보다 쾌적한 환경을 유지할 수 있도록 한다. 이를 위하여, 냉난방 제어부(250)는 전동차 하중의 변화량을 계산하고, 전동차 하중의 변화가 기 설정된 임계치 이상인 경우 냉난방 레벨을 변경한다. 이때, 냉난방 제어부(250)는 전동차 하중의 변화에 상응하여 냉난방 레벨을 2단계 이상 변경할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 냉난방 제어부(250)는 출입문 개폐 감지부(240)에서 제공된 출입문 개폐 상태에 기초하여 송풍 장치(270)를 제어함으로써 출입문 근처에 위치한 승객에게도 일정한 객실 온도를 유지할 수 있도록 한다. 예컨대, 전동차가 임의의 정차역에서 정차하여 좌측 또는 우측 출입문이 열리는 경우 냉난방 제어부(250)는 송풍 장치(270)를 제어하여 열린 출입문 방향으로 냉풍 또는 온풍이 더 많이 가도록 함으로써, 외부 공기의 유입으로 인해 출입문 근처의 승객이 추위 또는 더위를 느끼는 감도를 최대한 줄이도록 한다.
한편, 냉난방 장치(260)는 냉난방 제어부(250)의 제어에 따라서 냉풍기 또는 온풍기를 가동하여 냉풍 또는 온풍을 발생시킨다. 여기서 냉풍기와 온풍기는 공지된 기술의 냉풍기와 온풍기를 이용할 수 있으며, 냉난방 가동 방식은 전술한 바와 같이 냉방의 경우 반냉과 전냉 2단계로 난방의 경우 350W, 700W, 1050W 3단계로 구분하여 가동할 수 있다. 물론, 냉난방 방식은 전술한 예와 상관없이 보다 정밀하고 다양한 방식으로 구동할 수 있을 것이다.
송풍 장치(270)는 냉난방 제어부(250)의 제어에 따라서 냉난방 장치(260)에서 발생된 냉풍 또는 온풍이 객실 내로 유입되도록 한다. 바람직하게는, 송풍 장치(270)는 기존의 좌우 2방향 회전 방식이 아닌 전후좌우 4방향 회전 방식이 가능하거나 360도 회전 방식이 가능하도록 구동된다. 그리고, 전술한 바와 같이, 송풍 장치(270)는 출입문이 열리는 경우 출입문 방향으로 냉풍 또는 온풍이 더 많이 가도록 풍향, 풍속, 시간 등을 조절한다.
이하에서는, 도 3을 참조하여 본 발명에 전동차 냉난방 제어 방법에 대해 설명한다. 참고로, 본 발명에 따른 전동차 냉난방 제어 방법은 예컨대 전술한 전동차 냉난방 제어 시스템(200)을 통해 수행될 수 있으며, 따라서 전동차 냉난방 제어 방법에 대한 구체적 과정 또는 동작 원리는 전술한 전동차 냉난방 제어 시스템(200)에 대한 설명을 참조할 수 있으므로 이하에서는 간단히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동차 냉난방 제어 방법의 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 먼저 단계 S310에서, 객실 온도 감지부(210)는 전동차의 객실 온도를 감지하고, 외기 온도 감지부(220)는 전동차의 외기 온도를 감지하며, 전동차 하중 감지부(230)는 전동차의 하중을 감지한다.
그러면, 단계 S320에서, 냉난방 제어부(250)는 단계 S310에서 감지된 객실 온도, 외기 온도, 및 전동차 하중에 기초하여 전동차의 냉난방 레벨을 결정한다. 구체적으로, 냉난방 제어부(250)는 사용자가 설정한 설정 온도를 기준으로 전동차 객실 온도, 외기 온도, 전동차 하중을 참조하여 냉난방 레벨을 결정하고, 특히 전동차 하중의 변화가 기 설정된 임계치 이상인 경우 전동차 하중 변화에 상응하여 냉난방 레벨을 변경한다.
마지막으로, 단계 S330에서, 냉난방 제어부(250)는 단계 S320에서 결정된 냉난방 레벨에 상응하여 전동차에 설치된 냉난방 장치 및 송풍 장치를 제어함으로써 전동차 냉난방을 제어한다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징들을 변경하지 않고서 다른 구체적인 다양한 형태로 실시할 수 있는 것이므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
그리고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 특정되는 것이며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100, 200: 전동차 냉난방 제어 시스템
110, 210: 객실 온도 감지부
120, 220: 외기 온도 감지부
150, 250: 냉난방 제어부
160, 260: 냉난방 장치
170, 270: 송풍 장치
230: 전동차 하중 감지부
240: 출입문 개폐 감지부

Claims (10)

  1. 전동차 냉난방 제어 시스템에 있어서,
    전동차의 객실 온도를 감지하는 객실 온도 감지부;
    상기 전동차의 외기 온도를 감지하는 외기 온도 감지부;
    상기 전동차의 하중을 감지하는 전동차 하중 감지부;
    상기 전동차의 객실에 제공할 냉풍 및 온풍 중 적어도 하나를 발생시키는 냉난방 장치;
    상기 냉난방 장치에서 발생된 냉풍 및 온풍 중 적어도 하나를 상기 전동차 객실에 제공하는 송풍 장치; 및
    상기 객실 온도 감지부에서 감지된 객실 온도, 상기 외기 온도 감지부에서 감지된 외기 온도, 및 상기 전동차 하중 감지부에서 감지된 전동차 하중에 기초하여 상기 전동차의 냉난방 레벨을 결정하고, 상기 결정된 냉난방 레벨에 상응하여 상기 냉난방 장치 및 송풍 장치를 제어하는 냉난방 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉난방 제어부는 상기 전동차 하중의 변화가 기 설정된 임계치 이상인 경우 냉난방 레벨을 변경하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전동차 하중 감지부는 상기 전동차에 설치된 응하중 장치를 이용하여 상기 전동차 하중을 감지하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전동차의 출입문 개폐 상태를 감지하는 출입문 개폐 감지부를 더 포함하고,
    상기 냉난방 제어부는 상기 전동차의 출입문이 열리면 열린 출입문 방향으로 냉풍 및 온풍 중 적어도 하나가 더 제공되도록 상기 송풍 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 송풍 장치는 4방향 회전 또는 360도 회전이 가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 전동차 냉난방 제어 방법에 있어서,
    a) 전동차의 객실 온도, 상기 전동차의 외기 온도, 및 상기 전동차의 하중을 감지하는 단계;
    b) 상기 객실 온도, 외기 온도, 및 전동차 하중에 기초하여 상기 전동차의 냉난방 레벨을 결정하는 단계; 및
    c) 상기 결정된 냉난방 레벨에 상응하여 상기 전동차에 설치된 냉난방 장치 및 송풍 장치를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 c) 단계 이전에
    b') 상기 전동차 하중의 변화가 기 설정된 임계치 이상인 경우 냉난방 레벨을 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 전동차의 하중은 상기 전동차에 설치된 응하중 장치를 이용하여 감지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 d) 단계는
    상기 전동차의 출입문이 열리면 열린 출입문 방향으로 냉풍 및 온풍 중 적어도 하나가 더 제공되도록 상기 송풍 장치를 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 송풍 장치는 4방향 회전 또는 360도 회전이 가능한 것을 특징으로 하는 방법.
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KR101527781B1 (ko) * 2013-11-29 2015-06-12 한국철도기술연구원 응하중을 이용한 철도차량의 냉방 및 난방 자동제어장치
EP3556588A4 (en) * 2016-12-19 2020-09-30 Hitachi Automotive Systems, Ltd. CONTROL DEVICE FOR A COOLING DEVICE

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