KR20130073122A - 차량용 공조장치의 공기토출구 위치설정방법 및 이를 이용한 차량용 공조장치 - Google Patents

차량용 공조장치의 공기토출구 위치설정방법 및 이를 이용한 차량용 공조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 공조장치의 공기토출구 위치설정방법에 관한 것으로서, CFD 시뮬레이션을 이용한 차실내 공기흐름 분석을 통해, 냉난방 효율 및 탑승자의 쾌적성을 감안하여 공기토출구의 최적위치를 설정하되, 차실내 각각의 위치에 온도 및 습도 센서를 설치하는 단계와; 온도 및 습도 센서에 의해 감지된 온도 및 습도에 대해 CFD를 이용한 수치해석을 수행하는 단계와; 공조장치의 공기토출구 공기 토출각, 토출속도 및 토출량을 변화시키면서 수치해석을 수행하는 단계와; 온도, 습도, 기류속도 및 기류분포에 따른 데이터를 분석한 후, 냉난방 효율 및 탑승자의 쾌적성을 감안하여 공기토출구의 최적위치를 설정하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, CFD 시뮬레이션을 이용한 차실내 공기흐름 분석을 통해 최적위치에 공기토출구를 설치함으로써 냉난방 효율을 개선하고 탑승자의 쾌적성을 최대한으로 보장할 수가 있다.

Description

차량용 공조장치의 공기토출구 위치설정방법 및 이를 이용한 차량용 공조장치{METHOD FOR SETTING VENT POSITION OF AIR CONDITIONER FOR VEHICLE AND AIR CONDITIONER FOR VEHICLE USING IT}
본 발명은 차량용 공조장치에 관한 것으로서, 특히 냉난방 효율을 개선하면서 탑승자의 쾌적성을 최대한으로 보장하기 위한 차량용 공조장치의 공기토출구 위치설정방법 및 이를 이용한 차량용 공조장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량에는 공조장치가 구비되어 있는데, 이는 차량 운행 중 차내 탑승자의 쾌적함 및 안락함을 증대시키고 안전 운행을 도모하기 위한 장치로서, 주위의 환경 변화에 따른 온도 및 습기와 공기 환경 등을 적당하게 유지함으로써 탑승자에게 쾌적한 느낌을 주게 된다.
이러한 차량용 공조장치는 차내의 온도를 적정 수준으로 유지하기 위한 냉난방 장치인 히터 및 에어컨으로 구성되는데, 차량 외부의 신선한 공기를 흡입하여 차내 공기와 바꿔주기 위한 외기(Fresh) 모드와, 차내의 공기가 연속해서 순환하는 내기(Recycle) 모드를 구비하고 있다.
구체적으로, 차량용 공조장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 차량 내/외부에 설치되는 차내 온도 센서(410:Incar Sensor), 차외 온도 센서(420:Ambient Sensor), 일사량 센서(430), 습도 센서(440), 증발기 온도 센서(450), 냉각수 온도 센서(460) 및 유해 가스 감지 센서(470)로부터 내/외기 정보가 제어 유니트(100)에 입력되어 소정의 제어 신호를 출력함으로써 공조 기능을 자동적으로 수행한다.
구체적으로, 상기 차량용 공조장치는 출구에 각각 도어(510d)(520d)(530d)에 의해 개도가 조절되는 디프로스트 벤트(510), 페이스 벤트(520), 푸트 벤트(530) 및 리어 벤트(535)가 설치되는 공조 케이스(500)와, 상기 공조 케이스(500)의 입구(550)에 연결되고 상부에 전환 도어(630)에 의해 개도가 조절되는 내기 흡입구(610), 및 외기 흡입구(620)가 설치되며 송풍기 모터(650)에 의해 회전하는 송풍팬(640)에 의해 내기 또는 외기를 공조 케이스(500)의 내부로 송풍하는 송풍기(600)와, 상기 공조 케이스(500)의 내부 유로 중 상류측에 설치되는 증발기(700)와, 상기 공조 케이스(500)의 내부 유로 중 하류측에 설치되고 전방에 설치되는 온도 조절 도어(540)에 의해 송풍 개도가 조절되는 히터 코어(710)를 구비한다.
그리고, 상기 증발기(700)는 압축기(720)와 관로로 연결되고, 상기 압축기(720)는 응축기(730)와 연결되며, 상기 응축기(730)는 리시버 드라이어(740)와 연결되고, 상기 리시버 드라이어(740)는 상기 증발기(700)와 연결되는 팽창 밸브(750)와 연결됨으로써 냉방 사이클이 구성된다. 여기서, 상기 히터 코어(710)는 엔진(800)과 연결됨으로써 난방 사이클이 구성된다.
따라서, 냉방 모드시에는 상기 송풍기(600)에 의해 송풍되는 내기 또는 외기가 상기 증발기(700)를 거치면서 증발기(700) 내부를 유동하는 냉매와 열교환되어 냉기로 바뀐 채 개방된 벤트들(510)(520)(530)(535)을 통해 차량 실내로 토출됨으로써 차량 실내의 냉방이 수행된다.
또한, 난방 모드시에는 송풍 공기가 상기 증발기(700) 및 상기 히터 코어(710)를 거치면서 히터 코어(710) 내부를 유동하는 냉각수와 열교환되어 온기로 바뀐 채 개방된 벤트들(510)(520)(530)(535)을 통해 차량 실내로 토출됨으로써 차량 실내의 난방이 수행된다.
제어 유니트(100)는 전환 도어(630), 송풍기 모터(650), 온도 조절 도어(540) 및 각종 벤트들(510)(520)(530)(535)의 각각의 도어들(510d)(520d)(530d)을 구동하는 출력 전압을 제어함으로써 내/외기 유입, 풍량, 온도 및 풍향에 대한 공조 모드 패턴을 제어하게 된다.
인스트루먼트 패널에 설치되는 조작부(200)에는 도 2에 도시한 바와 같이, 에어컨 작동 버튼(210), 풍향 선택 버튼(220), 외기 온도 표시 버튼(230), 자동 공기 조절 버튼(240), 자동 공기 조절 정지 버튼(250), 풍량 조절 버튼(260), 앞유리창 성에 제거 버튼(270), 뒷유리창 열선 버튼(280), 온도 설정 버튼(290), 내/외기 선택 버튼(300), 유해 가스 자동 차단 버튼(310), 및 디스플레이 패널(320)이 설치된다.
상기 에어컨 작동 버튼(210)은 온 조작시 소정의 에어컨을 가동시키며 오프 조작시 에어컨 가동을 정지시키는데 사용된다. 상기 풍향 선택 버튼(220)은 디프로스트 모드, 푸트 모드, 벤트 모드 등의 각종 냉난방 모드를 선택함으로써 선택 냉난방 모드에 대응하여 각 벤트들(510)(520)(530)(535)의 개도를 조절하는데 사용된다. 상기 외기 온도 표시 버튼(230)은 디스플레이 패널(320)에 외기의 온도를 디스플레이하는데 사용된다.
상기 자동 공기 조절 버튼(240)은 제어 유니트(100)에 의해 자동적으로 공조 조절 모드를 수행하는데 사용된다. 상기 자동 공기 조절 정지 버튼(250)은 자동 공조 조절 모드의 자동 제어를 정지시키는데 사용된다. 상기 풍량 조절 버튼(260)은 송풍기 모터(650)의 회전수를 조절하여 송풍량을 조절하는데 사용된다. 상기 앞유리창 성에 제거 버튼(270)은 상기 디프로스트 벤트(510)를 개방하도록 디스로스트 도어(510d)를 동작시켜 실내 토출 공기에 의하여 앞유리창에 킨 성에를 제거하는데 사용된다.
상기 뒷유리창 열선 버튼(280)은 뒷유리창에 설치된 열선을 발열시켜 뒷유리창에 낀 성에를 제거하는데 사용된다. 상기 온도 설정 버튼(290)은 히터 코어(710) 방향 송풍 통로의 개도를 조절하도록 온도 조절 도어(540)를 동작시켜 실내 토출 공기의 온도를 조절하는데 사용된다. 상기 내/외기 선택 버튼(300)은 내기 흡입구(610) 또는 외기 흡입구(620)가 개방되도록 전환 도어(630)를 동작시켜 내기 순환 모드 또는 외기 모드로 공기를 송풍하는데 사용된다. 상기 유해 가스 자동 차단 버튼(310)은 외부의 유해 공기가 실내로 유입되는 것이 차량 전면에 설치된 유해 가스 감지 센서(470)를 통해 인식되면 자동으로 내기 순환 모드가 이루어지도록 전환 도어(630)를 동작시키는데 사용된다. 상기 디스플레이 패널(320)은 현재의 공조 모드 패턴 상태를 표시하는데 사용된다.
한편, 차량용 공조장치의 각 벤트들(510),(520),(530) 즉, 공기토출구는 도 3에 도시한 바와 같이 통상적으로 운전자(탑승자)의 바로 앞에 설치된다. 이에 따라, 공기토출구에서 토출되는 냉기 또는 온기가 운전자의 얼굴과 손에 직접 전달되어 얼굴과 손이 시리거나 뜨거움을 경험하는 경우가 있다. 따라서, 차량 구조에 따른 공기의 흐름에 따라 냉난방 효율을 극대화 할 수 있는 최적위치에 공기토출구를 설치한다면 냉난방 효율을 보다 더 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 탑승자의 쾌적성을 보다 더 향상시킬 수가 있을 것이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 필요성에 부응하기 위한 것으로서, 공기흐름 분석을 통해 냉난방 효율을 개선하면서 탑승자의 쾌적성을 최대한으로 보장하기 위한 차량용 공조장치의 공기토출구 위치설정방법 및 이를 이용한 차량용 공조장치을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 공기토출구 위치설정방법은, CFD 시뮬레이션을 이용한 차실내 공기흐름 분석을 통해, 냉난방 효율 및 탑승자의 쾌적성을 감안하여 공기토출구의 최적위치를 설정하되, 차실내 각각의 위치에 온도 및 습도 센서를 설치하는 단계와; 온도 및 습도 센서에 의해 감지된 온도 및 습도에 대해 CFD를 이용한 수치해석을 수행하는 단계와; 공조장치의 공기토출구의 공기 토출각, 토출속도 및 토출량을 변화시키면서 수치해석을 수행하는 단계와; 온도, 습도, 기류속도 및 기류분포에 따른 데이터를 분석한 후, 냉난방 효율 및 탑승자의 쾌적성을 감안하여 공기토출구의 최적위치를 설정하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 차량용 공조장치는, 상기 공기토출구 위치설정방법에 의해 설정된 위치에 설치되는 공기토출구를 구비한 것을 특징으로 한다.
여기에서, 습도 감지를 통해 항습기능을 수행할 수 있도록 설치되는 수분분무수단을 더 구비할 수 있다.
또한, 공조장치의 연료절감을 확인할 수 있도록 설치되는 에코 게이지를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 따르면, CFD 시뮬레이션을 이용한 차실내 공기흐름 분석을 통해 최적위치에 공기토출구를 설치함으로써 냉난방 효율을 개선하고 탑승자의 쾌적성을 최대한으로 보장할 수가 있다. 또한, 수분분무수단을 설치함으로써 습도 감지를 통해 항습기능을 수행하여 최적의 차실내 환경을 구현할 수 있다. 또한, 에코 게이지를 설치함으로써 공조장치의 연료절감을 직접 확인할 수 있도록 하여 환경보호 참여를 유도할 수가 있다.
도 1은 차량용 공조장치를 설명하기 위한 개략도.
도 2는 인스트루먼트 패널에 설치되는 조작부를 나타내는 정면도.
도 3은 공기토출구를 보여주는 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 공기토출구 위치설정방법의 흐름도.
도 5는 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 개념도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 4는 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 공기토출구 위치설정방법의 흐름도, 도 5는 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 개념도이다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치의 공기토출구 위치설정방법은, CFD 시뮬레이션을 이용한 차실내 공기흐름 분석을 통해 냉난방 효율을 개선하고 탑승자의 쾌적성을 최대한으로 보장하기 위한 공기토출구의 최적위치를 설정하는 것을 그 기술적 요지로 한다.
부연하자면, 차체의 형태와 크기 등을 고려하여 ANSYS 등의 프로그램을 이용한 물질의 동적흐름해석을 통하여 공기의 흐름을 더 효율적으로 만들어 줄 수 있는 최적위치에 공기토출구를 설치하는 것이다.
참고적으로, CFD(Computational fluid dynamics;전산 유체 역학)는 유체 현상을 기술한 비선형 편미분 방정식인 나비에-스토크스 방정식(Navier-Stokes Equations)을 FDM (Finite Difference Method), FEM (Finite Element Method), FVM(Finite Volume Method) 등의 방법들을 사용하여 이산화하여 대수 방정식으로 변환하고, 이를 수치 기법(numerical methods)의 알고리듬을 사용하여 유체 유동 문제를 풀고 해석하는 것이다.
구체적으로, 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 공기토출구 위치설정방법은, 도면에 도시한 바와 같이, 먼저 차실내 각각의 위치에 온도 및 습도 센서를 설치한다(S10).
계속해서, 온도 및 습도 센서에 의해 감지된 온도 및 습도에 대해 CFD를 이용한 수치해석을 수행한다(S20). 그리고, 공조장치의 공기토출구의 공기 토출각, 토출속도 및 토출량을 변화시키면서 수치해석을 수행한다(S30).
마지막으로, 온도, 습도, 기류속도 및 기류분포에 따른 데이터를 분석한 후, 냉난방 효율 및 탑승자의 쾌적성을 감안하여 공기토출구의 최적위치를 설정한다(S40,S50). 즉, 냉난방 효율이 가장 우수하면서도 탑승자의 쾌적성을 최대한으로 보장할 수 있는 위치를 공기토출구의 설치위치로 설정하는 것이다. 예를 들면, 통상적인 공기토출구 위치 이외에 천장이나 도어 등을 공기토출구의 설치위치로 설정할 수가 있는 것이다.
이와 같이, 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 공기토출구 위치설정방법에 따르면, 종래의 차량용 공조장치와 비교할 때, 냉난방 효율의 극대화를 통해 연료를 절감하여 연비 개선 및 CO2 저감 효과를 기대할 수가 있을 뿐만 아니라 탑승자의 쾌적성을 최대한으로 보장할 수가 있다. 즉, 효율적인 차실내 공기순환을 통해 더 적은 연료로 더 쾌적한 환경을 구현할 수가 있는 것이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 공조장치에서는 상술한 공기토출구 위치설정방법에 의해 설정된 차실내 최적위치에 공기토출구(10)가 설치된다. 즉, 냉난방 효율이 가장 우수하면서도 탑승자의 쾌적성을 최대한으로 보장할 수 있도록, 통상적인 운전자의 전방 위치 뿐만 아니라 차량 천장이나 도어 등에 설치될 수가 있다.
그리고, 본 발명에 따른 차량용 공조장치에서는 습도 감지를 통해 항습기능을 수행할 수 있도록 수분분무수단(20)이 설치될 수 있다. 이를 통해, 최적의 차실내 환경을 조성할 수가 있다.
그리고, 본 발명에 따른 차량용 공조장치에서는 효율적인 냉난방을 통한 공조장치의 연료절감을 육안으로 직접 확인할 수 있도록 에코 게이지(30)가 설치될 수 있다. 이를 통해, 운전자의 환경보호 참여를 적극 유도할 수가 있다.
본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
차량 시동이 걸리고 공조장치가 작동하면, 탑승자의 전방, 측방 및 상방 등 냉난방 효율 및 탑승자의 쾌적성을 최대한으로 반영한 최적위치에 설치된 공기토출구(10)를 통해 냉기 또는 온기가 토출된다.
그리고, 수분분무수단(20)에서는 감지되는 습도에 따라 쾌적한 습도를 유지하기 위해 수분을 분사하여 최적의 습도를 유지시키게 된다.
이를 통해, 냉난방 효율의 극대화를 통해 연료를 절감하여 연비 개선 및 CO2 저감 효과를 기대할 수가 있을 뿐만 아니라 탑승자의 쾌적성을 최대한으로 보장할 수가 있게 된다.
궁극적으로, 본 발명을 적용하게 되면 환경과 탑승자를 함께 고려한 효율적인 공조장치의 설계가 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 공기토출구 위치설정방법 및 이를 이용한 차량용 공조장치를 한정된 실시예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 공기토출구 20 : 수분분무수단
30 : 에코 게이지

Claims (4)

  1. 차량용 공조장치의 공기토출구의 위치를 설정하는 방법에 있어서,
    CFD 시뮬레이션을 이용한 차실내 공기흐름 분석을 통해, 냉난방 효율 및 탑승자의 쾌적성을 감안하여 공기토출구의 최적위치를 설정하되,
    차실내 각각의 위치에 온도 및 습도 센서를 설치하는 단계(S10)와;
    온도 및 습도 센서에 의해 감지된 온도 및 습도에 대해 CFD를 이용한 수치해석을 수행하는 단계(S20)와;
    공조장치의 공기토출구의 공기 토출각, 토출속도 및 토출량을 변화시키면서 수치해석을 수행하는 단계(S30)와;
    온도, 습도, 기류속도 및 기류분포에 따른 데이터를 분석한 후, 냉난방 효율 및 탑승자의 쾌적성을 감안하여 공기토출구의 최적위치를 설정하는 단계(S40)(S50)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 공기토출구 위치설정방법.
  2. 청구항 1에 기재된 공기토출구 위치설정방법에 의해 설정된 위치에 설치되는 공기토출구(10)를 구비한 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    습도 감지를 통해 항습기능을 수행할 수 있도록 설치되는 수분분무수단(20)을 더 구비한 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    공조장치의 연료절감을 확인할 수 있도록 설치되는 에코 게이지(30)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
KR1020110140811A 2011-12-23 2011-12-23 차량용 공조장치의 공기토출구 위치설정방법 및 이를 이용한 차량용 공조장치 KR20130073122A (ko)

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KR1020110140811A KR20130073122A (ko) 2011-12-23 2011-12-23 차량용 공조장치의 공기토출구 위치설정방법 및 이를 이용한 차량용 공조장치

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109282443A (zh) * 2018-09-05 2019-01-29 广东工业大学 一种多模式、低能耗的室内热调节方法

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