KR20130133667A - 조종자의 조종실 기후 자동 제어 방법 및 그 장치 - Google Patents

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KR20130133667A
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오라프 렘머즈
마틴 알. 스탄더
존 프레몬트 벤톤
에일트-인케 잔센
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매니토웍 크레인 그룹 프랑스 에스에이에스
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Abstract

본 발명은 건설 기계, 특히, 크레인의 조종자의 조종실 내의 기후 제어 방법에 관한 것으로서, 조종실 내의 공기의 실제 온도는 하나 이상의 센서에 의해 검출되고, 특성들, 특히, 조종실에 공급되는 공기의 체적 유량, 방향 및/또는 온도는 검출된 실제 온도 및 특정한 타겟 온도에 기초하여 자동으로 제어되고, 타겟 온도는 조종실 직원의 열적 쾌적성에 영향을 끼치는 하나 이상의 변수에 의해 자동으로 결정된다. 본 발명은, 또한, 건설 기계, 특히, 이러한 방법을 수행하도록 구성된 이러한 기후 제어 장치를 포함하는 크레인의 조종실을 위한 기후 제어 장치에 관한 것이다.

Description

조종자의 조종실 기후 자동 제어 방법 및 그 장치{AUTOMATED OPERATOR'S CABIN CLIMATE CONTROL}
본 발명은 건설 기계, 특히, 크레인의 조종자의 조종실의 기후 자동 제어 방법, 및 이에 대응하는 기후 제어 장치에 관한 것이다.
건설 기계들은, 일반적으로 건설 기계 조종자를 특히 악천후로부터 보호하도록 조종자의 조종실을 구비한다. 이러한 폐쇄된 조종실은 환기되어야 하며, 조종실로 공급되는 공기는 가열기에 의해 가열될 수 있고 냉방 유닛(air-conditioning unit)에 의해 적절히 냉각될 수 있다.
대면적의 조종실 창문이 필요하고 작업공간이 조종실 벽에 비교적 근접해 위치한다는 사실 때문에, 가열기와 냉방 유닛이 있어도, 조종실 내의 직원에게 쾌적한 실온을 제공하는 것을 보장하지 못할 수 있다. 특히, 오랜 기간 동안, 예를 들어, 하루 종일 지속되는 기계 동작 동안, 가열기 및/또는 냉방 유닛의 온도 설정을 반복적으로 재조절할 필요가 있다. 조종실에 공급되는 공기의 온도를 기설정 값으(pre-set value)로 조절하는 소위 "자동 냉방 유닛"도 알려져 있지만, 마찬가지로, 이러한 방식으로 조종실 직원이 조종실의 실온을 쾌적하게 느끼는 것을 보장할 수는 없다.
본 발명의 목적은 기계 동작 동안 조종실 직원이 쾌적하게 느끼는 조종실 온도를 보장하는 방법과 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 독립 청구항들인 제1항과 제10항의 청구 대상에 의해 달성되며, 종속항들은 본 발명에 따른 청구 대상을 유리하게 발전시킨 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 기후 제어 장치의 특히 바람직한 실시예를 도시하는 도면.
본 발명에 따르면, 조종실 내의 공기의 실제 온도는 하나 이상의 센서에 의해 검출되고, 특성들, 특히, 조종실에 공급되는 공기의 체적 유량, 방향 및/또는 온도는 검출된 실제 온도 및 특정한 타겟 온도에 기초하여 자동으로 제어되고, 타겟 온도는 조종실 직원의 열적 쾌적성에 영향을 끼치는 하나 이상의 변수에 의해 자동으로 결정된다.
소위 열적 쾌적성은, 신체의 열 균형이 약 37도의 평균 체온에서 균형을 이룰 때 소정의 실내 기후에서 얻어진다. 이에 따라, 열적 쾌적성은 정확하게 계산될 수 있는 변수가 아니며, 오히려 각각의 개별인의 주관적인 감각에 의존한다. 따라서, 한 공간에 있는 모든 사람들이 쾌적한 실내 기후를 느낀다고 결정할 수는 없다. DIN EN ISO 7730에 따르면, 소위 "허용가능한 실내 기후"는 사람들 중 80% 이상이 열적으로 허용가능한 것으로 여기는 환경으로서 정의되어 있다.
조종자의 조종실 내의 열적 쾌적성을 거의 완벽하게 보장(사람들 중 80%를 넘는 사람들에 의한 허용)하려면, 이하의 기본적인 변수들을 포함해야 한다.
- 기온(air temperature)
- 열 복사(thermal radiation)
- 공기의 유속
- 습도
또한, 이하의 변수들이 열적 쾌적성에 추가로 영향을 끼친다.
- 의류의 단열성
- 대사 열 생산(metabolic heat production)
다시 말하면, 조종실에 공급되는 공기의 온도는 검출된 실제 온도 및 고정된 타겟 온도에 기초하여 본 발명에 따라 제어되지만, 조종실에 공급되는 공기의 온도는, 다른 변수들에도 간접적으로 기초하며, 즉, 이러한 변수들에 기초하여 타겟 온도를 계산함으로써 제어된다. 이러한 변수들은 기계 동작의 지속 기간 동안 변할 수 있으므로, 이러한 변수들로부터 결정되는 타겟 온도도 변하며, 이는 다시 조종실에 공급되는 공기의 온도에 영향을 끼친다.
공급되는 공기의 온도에 더하여, 공급되는 공기의 다른 특성들도, 마찬가지로, 조종실 직원의 열적 쾌적성에 영향을 끼치는 변수들에 기초하여 본 발명에 따라 가변될 수 있다.
환기 노즐의 배향은, 예를 들어, 조종실에 공급되는 공기 흐름이 조종실 직원의 맨살에 흘러 직원이 불쾌감을 느끼는 것을 방지하도록 가변될 수 있다. 마찬가지로, 무더움을 피하도록, 공급되는 공기를 제습하는 것을 고려할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 타겟 온도를 결정할 때 이하의 변수들 중 하나 이상의 변수를 고려한다.
- 조종실 외부의 기온
- 조종실 직원이 노출되는 열 복사(thermal radiation)
- 조종실 공기의 유속
- 조종실 공기의 습도
- 조종실 직원의 대사 열 생산, 및/또는
- 조종실 직원의 의류의 단열성
다시 말하면, 조종실 공기의 타겟 온도는, 이러한 변수들에 개별적으로 기초하여 또는 이러한 변수들 모두에 기초하여 본 발명에 따라 결정될 수 있다.
조종실의 외부 기온은, 외부 온도가 높은(여름)/낮은(겨울) 경우, 조종실 직원이 외부 기온이 더욱 낮을(겨울)/높을(여름) 때처럼 높지/낮지 않은 소정의 조종실 기온을 조종실 직원이 느낀다는 점에서, 조종실 직원의 열적 쾌적성에 영향을 끼친다.
조종자의 조종실은 그 조종실의 성질상 양호한 외측 시야를 제공해야 하므로, 조종실의 창문 면적은 항상 크고, 이는 다시 조종실 직원이 태양으로부터의 열 복사에 노출되는 것을 증가시킨다. 조종실 직원은 예를 들어 태양에 의해 가열되는 부품들로부터의 열 복사에도 노출된다. 본 발명은, 온도를 조종실 직원에 의해 "감지"(perceive)되는 것으로서 유지하고 이에 따라 열적 쾌적성을 유지하기 위해, 열 복사에 대한 노출이 높아질수록 조종실 기온이 자동 감소될 수 있게 한다.
공기는 단열재이고, 공기를 통과시킴으로써 조종실 직원의 신체에 의해 가열되는 경계층이 소산되고 통과하는 공기의 온도에 따라 감지된 온도가 증가 또는 감소하므로, 조종실 공기의 유속도 마찬가지로 "감지된" 온도에 영향을 끼친다.
본 발명에 따라 타겟 온도를 조종실에 공급되는 공기 및/또는 조종실 공기의 습도 기능으로서 제어하는 것도 가능하다. 이 온도는, 예를 들어, 무더움을 피하기 위해, 습도가 높은 경우 감소될 수 있다.
서로 다른 사람들의 열적 쾌적성에 맞도록, 열적 쾌적성이 조종실 직원의 활동성 및 조종실 직원의 크기와 몸무게에 의존하므로, 타겟 온도는 또한 각각의 조종실 직원의 대사 열 생산에 기초하여 결정될 수 있다.
또한, 타겟 온도는, 예를 들어, 여름과 겨울 때 해당 계절의 의류를 입고 있는 조종실 직원의 열적 쾌적성을 보장하기 위해, 조종실 직원의 의류의 단열성에 따라 정해질 수 있다.
이하에서 제시하는 기후 쾌적성 모델은 더움 및/또는 추움에 대한 대표적인 예측 값을 거실, 작업장, 또는 회의장에서 인간이 느끼는 불쾌감의 정도로서 제공한다. PMV(predicted mean vote; 기후 쾌적성에 대한 예측 평균 온열감)는 이 모델에서의 측정 단위로서 기능을 한다. PMV 인덱스는 7개의 클래스를 포함하는 평가 스케일에 기초하여 사람들의 그룹에 의해 예상되는 기후 평가를 설명하며, 여기서, 열적 쾌적성의 상태는 중간 값 "0"으로 표현된다.
실내 기후 평가
매우 따뜻함 따뜻함 약간 따듯함 중간 약간 시원함 시원함 추움
3 2 1 0 -1 -2 -3
PMV는 식 (1) 내지 (4)에 기초하여 본 발명에 따라 계산될 수 있다.
[식 1]
Figure pat00001
Figure pat00002
[식 2]
Figure pat00003
[식 3]
Figure pat00004
에 대해선
Figure pat00005
[식 4]
Figure pat00006
에 대해선
Figure pat00007
여기서, M은 사람의 에너지 소비 [W/m2]
W는 유효 기계적 출력 [W/m2]: 그러나, 일반적으로 W=0을 적용할 수 있음
Icl은 의류 단열 인자 [m2 × K/W]
fcl은 의류 표면적 인자
ta는 기온 [℃]
tr은 평균 복사 온도 [℃]
var은 상대 공기 속도 [m/s]
pa는 수증기의 부분 압력 [Pa]
hc는 대류 열 전달 계수 [W/(m2 × K)]
tcl은 의류의 표면 온도 [℃]
예측 평균 온열감에 기초하여 진행하게 되면, 예측 불만족도(PPD; predicted percentage of dissatisfied)를 결정할 수 있다. 일단 PMV 값을 확인하게 되면, 특정한 주위 기후가 매우 따뜻하거나(PMV = 2 내지 3) 매우 춥다고(PMV = -2 내지 -3) 느끼는 사람들의 퍼센트를 이하의 식에 기초하여 확인할 수 있다.
Figure pat00008
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 하나 이상의 변수의 값은, 조종실 내부 및/또는 외부의 하나 이상의 적절한 센서에 의해 측정되고 또는 사용자에 의해 미리 정의된다.
이어서, 조종실 내부 또는 외부의 기온은, 조종실 내부 및/또는 외부의 온도 센서들을 사용하여 쉽게 측정될 수 있고, 조종실 직원이 노출되는 열 복사, 조종실 공기의 유속, 및 조종실 공기의 습도도 이에 대응하여 적절한 센서들을 사용하여 측정될 수 있다. 예를 들어, 피부에 장착된 온도 센서들을 사용하여, 또는, 예를 들어, 조종실 직원의 열 화상을 캡처하는 적외선 카메라들을 사용하여, 조종실 직원의 대사 열 생산을 결정하는 것을 고려할 수 있다. 또한, 조종실 직원의 의류의 단열성을, 의류의 내부 및/또는 외부에 있는 온도 센서들을 사용하여 측정할 수 있고 또는 조종실 직원에 의해 수동으로 입력할 수 있다. 조종실 직원은, 예를 들어, 표로부터 의류의 단열성을 시스템이 결정할 수 있게 하는 키보드 등의 입력 장치에 의해 자신이 입을 의류를 선택할 수 있다.
또한, 조종실 내부 및/또는 외부의 다수의 상호 이격된 위치들에서 하나 이상의 변수의 값 및/또는 실제 온도를 검출하는 것을 고려할 수 있다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 조종실 직원의 머리 영역에서 그리고 조종실 직원의 발 영역에서 기온을 동시에 검출할 수 있으며, 이는 조종실 직원이 예를 들어 조종실 공기가 직원의 발 영역에서 매우 차가운지 또는 직원의 머리 영역에서 매우 따뜻한지를 시스템이 체크할 수 있게 한다.
상호 이격된 조종실 위치들에 대한 타겟 온도를 결정하는 것도 고려할 수 있다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 발 영역에서보다는 머리 영역에서 조종실 공기의 더욱 낮은 온도를 대략적으로 제공할 수 있다.
바람직한 다른 실시예에 따르면, 조종실 직원이 조종실에 공급되는 공기의 특성들, 특히, 체적 유량, 방향, 및/또는 온도를 개개인의 기호에 맞추게 할 수 있는 소위 오버라이드(override) 모드를 제공하는 것을 고려할 수 있다. 바람직한 또 다른 실시예에 따르면, 특성들을 제어할 때, 특히, 조종실에 공급되는 공기의 체적 유량 및/또는 방향 및/또는 온도를 제어할 때, 이하의 파라미터들 중 하나 이상의 파라미터를 추가로 고려할 수도 있으며, 이러한 하나 이상의 파라미터에 대한 값들은 조종실 내부 및/또는 외부의 하나 이상의 적절한 센서에 의해 특히 검출되고 또는 사용자에 의해 미리 정의된다.
- 뿌옇게 되는 하나 이상의 조종실 판유리(pane)
- 조종실 내의 공기의 CO2 함량;
- 조종실 내의 공기 또는 외기의 오염 물질의 함량
- 조종실 내의 공기의 가능한 빠른 냉각
- 조종실 내의 공기의 가능한 빠른 가열-
따라서, 본 발명은, 조종실 직원의 열적 쾌적성을 보장하고 이에 따라 조종실에 공급되는 공기의 특성들을 제어하는 것에 더하여, 다른 요구들을 충족하는 옵션을 또한 제시한다.
바람직한 다른 실시예에 따르면, 이러한 파라미터들 중 하나 이상의 파라미터는, 특성들을 제어할 때, 특히, 공급되는 공기의 체적 유량, 방향, 및/또는 온도를 제어할 때 열적 쾌적성보다 높거나 낮은 순위를 가질 수 있다. 다시 말하면, 조종실에 공급되는 공기의 체적 유량은, 예를 들어, 조종실 공기 내의 CO2 함량이 큰 경우 조종실 직원의 열적 쾌적성에 유해하게 되더라도, 증가될 수 있다.
또한, 타겟 상태를 얻기 위한 명령어를 조종실 직원에게 예를 들어 디스플레이 상에 지시하는 것도 고려할 수 있으며, 여기서, "타겟 상태"는 조종실 공기의 타겟 온도만을 가리키지 않으며, 전술한 파라미터들, 즉, (예를 들어 판유리 상의 수분 센서에 의해 측정되는 바와 같은) 뿌옇게 되는 하나 이상의 조종실, 조종실 공기 내의 CO2 함량, 조종실 공기 내의 오염 물질의 함량, 또는 조종실 공기의 가능한 빠른 냉각/가열을 가리킬 수도 있다. 조종실 공기를 가능한 빠르게 냉각/가열하기 위해, 예를 들어, 조종실 직원은, 조종실 창문을 닫도록 지시받을 수 있고, 또는, 조종실 공기 또는 외기의 오염 물질의 함량이 매우 큰 경우, 조종실 직원은 조종실 창문을 각각 열거나 닫도록 지시받을 수 있다.
또한, 특성들에 대한, 특히, 조종실 직원의 구체적인 개별인들에 대하여 조종실에 공급되는 공기의 체적 유량, 방향, 및/또는 온도에 대한 개별적인 값들을, 추후에 검색하도록, 저장하는 것을 고려할 수 있다. 따라서, 조종자의 조종실의 쾌적한 기후를, 다른 크레인 조종자들이 예를 들어 현재 입고 있는 의류의 단열성 등의 개별적인 변수들을 수동으로 입력할 필요 없이, 그 다른 크레인 조종자들에게 제공할 수 있다. 이에 따라, 각각의 크레인 조종자가 조종실에 공급되는 공기의 특성들이 각자에게 맞추어져야 함을 키스트로크에 의해 시스템에 통지하는 것을 고려할 수 있다.
본 발명의 다른 양태는, 전술한 바와 같은 방법을 수행하도록 구성된 건설 기계, 특히, 크레인의 조종실에 대한 기후 제어 장치에 관한 것이다.
이러한 기후 제어 장치는, 공기를 조종실에 공급하기 위한 하나 이상의 환기 장치 및 조종실 직원의 열적 쾌적성에 영향을 끼치는 변수들을 측정하기 위한 하나 이상의 센서(또는 이러한 변수들을 수동으로 입력하기 위한 입력 인터페이스)를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 기후 제어 장치는, 조종실에 공급되는 공기의 온도 및 습도를 제어하도록 가열기 및/또는 냉방 유닛을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 기후 제어 장치의 특히 바람직한 실시예가 도 1에 도시되어 있다. 본 발명은, 여기에 도시한 특징들 중 임의의 것을 개별적으로 및 임의의 편리한 조합으로 포함할 수 있다.
제어 장치는, 적절한 센서들, 예를 들어, 전술한 센서들에 연결되고 이 센서들의 측정값들을 기록하는 마이크로컨트롤러를 포함한다. 한편, 마이크로컨트롤러는, 공기 공급 장치의 팬, 냉방 유닛, 및 가열기에 연결되고, 이 센서들에 의해 제공되는 측정값들에 기초하여 팬, 냉방 유닛, 및 가열기를 제어한다. CAN 버스에 의해, 조종실 직원에게는 키보드로 입력을 행하는 옵션이 주어지며, 예를 들어, 디스플레이에 의해, 지시 옵션도 제공된다.

Claims (10)

  1. 건설 기계, 특히, 크레인의 조종자의 조종실 내의 기후 제어 방법으로서,
    상기 조종실 내의 공기의 실제 온도는 하나 이상의 센서에 의해 검출되고,
    특성들, 특히, 상기 조종실에 공급되는 공기의 체적 유량, 방향 및/또는 온도는 검출된 실제 온도 및 특정한 타겟 온도에 기초하여 자동으로 제어되고,
    상기 타겟 온도는 조종실 직원(cabin personnel)의 열적 쾌적성에 영향을 끼치는 하나 이상의 변수에 의해 자동으로 결정되는 것을 특징으로 하는 조종자의 조종실 기후 자동 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 타겟 온도를 결정할 때, 이하의 변수들 중 하나 이상의 변수를 고려하는 것을 특징으로 하는 조종자의 조종실 기후 자동 제어 방법.
    - 상기 조종실 외부의 기온
    - 상기 조종실 직원이 노출되는 열 복사(thermal radiation)
    - 상기 조종실의 공기의 유속
    - 상기 조종실의 공기의 습도
    - 상기 조종실 직원의 대사 열 생산(metabolic heat production), 및/또는
    - 상기 조종실 직원의 의류의 단열성
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 변수의 값은 상기 조종실의 내부 및/또는 외부의 하나 이상의 센서에 의해 측정되고 또는 사용자에 의해 미리 정의되는 것을 특징으로 하는 조종자의 조종실 기후 자동 제어 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 변수의 값 및/또는 실제 온도는 상기 조종실의 내부 및/또는 외부의 다수의 상호 이격된 위치들에서 검출되는 것을 특징으로 하는 조종자의 조종실 기후 자동 제어 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타겟 온도는 상호 이격된 조종실 위치들에 대하여 결정되는 것을 특징으로 하는 조종자의 조종실 기후 자동 제어 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 특성들을 제어할 때, 특히, 상기 조종실에 공급되는 공기의 체적 유량, 방향, 및/또는 온도를 제어할 때, 이하의 파라미터들 중 하나 이상의 파라미터를 추가로 고려하고,
    상기 하나 이상의 파라미터의 값들은 특히 상기 조종실의 내부 및/또는 외부의 하나 이상의 센서에 의해 검출되고 또는 사용자에 의해 미리 정의되는 것을 특징으로 하는 조종자의 조종실 기후 자동 제어 방법.
    - 뿌옇게 되는 하나 이상의 조종실 판유리(pane)
    - 상기 조종실 내의 공기의 CO2 함량;
    - 상기 조종실 내의 공기 또는 외기의 오염 물질의 함량
    - 상기 조종실 내의 공기의 가능한 빠른 냉각
    - 상기 조종실 내의 공기의 가능한 빠른 가열
  7. 제6항에 있어서, 상기 파라미터들 중 하나 이상의 파라미터는, 상기 특성들을 제어할 때, 특히, 공급되는 공기의 체적 유량, 방향, 및/또는 온도를 제어할 때, 열적 쾌적성보다 높거나 낮은 순위를 갖는 것을 특징으로 하는 조종자의 조종실 기후 자동 제어 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 타겟 상태를 얻기 위한 명령어들이 상기 조종실 직원에게 지시되는 것을 특징으로 하는 조종자의 조종실 기후 자동 제어 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 특성들에 대하여, 특히, 상기 조종실에 공급되는 공기의 체적 유량, 방향, 및/또는 온도에 대하여 개별적으로 설정된 값들을, 추후에 검색하도록, 저장하기 위한 옵션이 제공되는 것을 특징으로 하는 조종자의 조종실 기후 자동 제어 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성된 건설 기계, 특히, 크레인의 조종실을 특징으로 하는 조종자의 조종실 기후 자동 제어 장치.
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