KR20230172734A - 차량 공조 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 외기의 도입이 없이 완전 내기 조건에서도, 차량 내부의 산소 농도와 이산화탄소 농도를 제어할 수 있는 차량 공조 시스템에 관한 것으로, 차량 내부에 설치되어 차량 실내의 산소 농도 또는 이산화탄소 농도를 센싱하거나, 차량 내부에 탑승한 인원의 수를 센싱하는 센싱부, 상기 센싱부에서 센싱된 산소 농도에 따라 동작하여 차량 실내의 산소 농도를 조절하는 산소 발생 장치, 상기 센싱부에서 센싱된 이산화탄소 농도에 따라 동작하여 차량 실내의 이산화탄소 농도를 조절하는 이산화탄소 제거 장치 및 상기 센싱부에서 센싱된 산소 농도, 이산화탄소 농도 또는 탑승한 인원의 수에 따라 상기 산소 발생 장치 또는 상기 이산화탄소 제거 장치를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 차량 공조 시스템에 관한 것이다.
탑승자가 차량에 탑승하여 차량을 주행하다 보면, 탑승자의 호흡으로 인해 산소 농도가 감소하며 이산화탄소 농도가 증가한다. 일반 대기 중의 산소 농도는 약 21%이고, 이산화탄소 농도는 0.05%(500ppm)인데, 차량 내부의 산소 농도가 일정 수준 이하로 떨어지거나 이산화탄소 농도가 일정 수준 이상으로 상승하면 운전자가 불쾌감을 느끼며, 일정 한계 이상에서는 인체에 유해하여, 자칫 교통사고와 같은 문제가 발생하기도 한다. 이러한 점을 고려하여, 실제 대중교통 내에서는 산업안전보건법상 산소농도 18% 이상, 이산화탄소는 1000ppm 이하를 유지하도록 규정하고 있다.
일반적으로 이러한 차량 내부의 산소 농도의 저하와 이산화탄소 농도의 증가를 해결하는 것은 환기이다. 다만, 미세먼지, 황사, 화산폭발, 핵전쟁, 화학무기살포와 같은 요인으로 외부 공기를 실내로 도입하지 못하는 경우, 완전 내기 조건에서 인체 호흡으로 인한 산소 농도와 이산화탄소 농도의 제어가 가능한 공조 시스템이 필요한 실정이며, 종래 소개되었던 차량 실내 공조시스템의 경우도, 차량 내부에 일부 이산화탄소 센서를 구비하여, 차량 공조기의 내외기 전환을 제어하는 수준이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명에 의한 차량 공조 시스템의 목적은, 외기의 도입이 없이 완전 내기 조건에서도, 차량 내부의 산소 농도와 이산화탄소 농도를 제어할 수 있는 차량 공조 시스템을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다양한 실시예에 의한 차량 공조 시스템은, 차량 내부에 설치되어 차량 실내의 산소 농도 또는 이산화탄소 농도를 센싱하거나, 차량 내부에 탑승한 인원의 수를 센싱하는 센싱부, 상기 센싱부에서 센싱된 산소 농도에 따라 동작하여 차량 실내의 산소 농도를 조절하는 산소 발생 장치, 상기 센싱부에서 센싱된 이산화탄소 농도에 따라 동작하여 차량 실내의 이산화탄소 농도를 조절하는 이산화탄소 제거 장치 및 상기 센싱부에서 센싱된 산소 농도와 이산화탄소 농도에 따라 상기 산소 발생 장치 및 상기 이산화탄소 제거 장치를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센싱부는, 차량 실내의 산소 농도를 센싱하고, 상기 제어부는, 상기 센싱부에서 센싱되는 산소 농도가 기준치 이하이면, 상기 산소 발생 장치를 동작시켜, 차량 실내의 산소 농도를 증가시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센싱부는, 차량 실내의 이산화탄소 농도를 센싱하고, 상기 제어부는, 상기 센싱부에서 센싱되는 이산화탄소 농도가 기준치 이상이면, 상기 이산화탄소 제거 장치를 동작시켜, 차량 실내의 이산화탄소 농도를 감소시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센싱부는, 차량 내부에 설치되어 이산화탄소 농도를 센싱하는 제1이산화탄소 센서 및 상기 이산화탄소 제거 장치의 배출단에 설치되어 상기 이산화탄소 제거 장치에서 배출되는 가스 중의 이산화탄소 농도를 센싱하는 제2이산화탄소 센서를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 제1이산화탄소 센서와 상기 제2이산화탄소 센서 각각에서 센싱되는 이산화탄소 농도의 차가 기준치 이하이면, 상기 이산화탄소 제거 장치를 재생모드로 동작시키고, 상기 제1이산화탄소 센서와 상기 제2이산화탄소 센서 각각에서 센싱되는 이산화탄소 농도의 차가 기준치를 초과하면, 상기 이산화탄소 제거 장치를 제거모드로 동작시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센싱부는, 차량 내부에 탑승한 인원의 수를 센싱하고, 상기 제어부는, 차량 내부에 소정 인원이 탑승하면, 소정 주기로 상기 산소 발생 장치 또는 상기 이산화탄소 제거 장치를 동작시키되, 탑승한 인원의 수가 많으면 상기 주기를 짧게 하고, 탑승한 인원의 수가 적으면 상기 주기를 길게 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센싱부는, 차량 실내의 산소 농도 또는 이산화탄소 농도를 센싱하고, 상기 센싱부에서 센싱된 정보와, 상기 산소 발생 장치 및 상기 이산화탄소 제거 장치의 동작 상태가 출력되는 출력수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 출력수단은, 사용자가 상기 산소 발생 장치 및 상기 이산화탄소 제거 장치의 동작 여부를 결정할 수 있는 동작 선택지를 더 출력하고, 상기 제어부는, 사용자가 선택한 동작 여부에 따라, 상기 산소 발생 장치 또는 상기 이산화탄소 제거 장치의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 산소 발생 장치는, 트렁크, 엔진룸 및 프렁크(Front trunk) 중 적어도 하나에 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 산소 발생 장치는, 차량의 공조 장치에 포함되는 필터의 후단에 설치되어, 상기 필터를 통과하여 이물질이 제거된 공기를 공급받아 농축된 산소를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 산소 발생 장치는, 엔진룸에 설치되고, 엔진룸에 설치된 엔진룸 필터의 후단에 설치되어, 상기 엔진룸 필터를 통과하여 이물질이 제거된 공기를 공급받아 농축된 산소를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 산소 발생 장치는, 유입되는 공기를 정화시키는 공기 정화부, 상기 공기정화부의 후단에 설치되어 유입되는 공기 중의 산소를 농축시켜 배출하는 산소 발생부, 상기 산소 발생부에서 농축된 산소가 배출되는 경로를 형성하는 제1유로 및 산소를 농축하는 과정에서 소모된 공기가 배출되는 경로를 형성하는 제2유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1유로는, 일단이 상기 산소 발생부에 연결되고, 타단은 차량 공조 장치 내부 또는 차량 실내와 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2유로는, 일단이 상기 산소 발생부에 연결되고, 타단은 차량 실외와 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 산소 발생 장치는, 멤브레인(Membrane) 타입 또는 분자체(Molecular sieve) 타입인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이산화탄소 제거 장치는, 차량 공조 장치 내부에 설치되거나, 차량 내부에 독립적으로 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이산화탄소 제거 장치는, 공기가 유입되는 유입단 및 공기가 배출되는 배출단을 포함하는 케이스, 유입되는 공기 중의 이산화탄소를 흡착해, 이산화탄소 농도를 저감시키는 흡착제 및 상기 케이스의 내부에 설치되어 상기 흡착제에 에너지를 공급해, 상기 흡착제에 흡착된 이산화탄소를 탈착시켜 이산화탄소를 재생하는 에너지 공급수단을 포함하며, 상기 제어부는, 상기 이산화탄소 제거 장치를, 이산화탄소 제거 모드 또는 이산화타소 재생 모드로 동작시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이산화탄소 제거 장치는, 상기 배출단에 연결되어 차량 실내 및 차량 외부와 연결되는 유로들을 포함하는 유로부 및 상기 유로부에 설치되어 상기 배출단과 차량 실내를 연결시키거나, 상기 배출단과 차량 외부를 연결시키는 도어부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 이산화탄소 제거 장치의 동작 모드에 따라, 상기 도어부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이산화탄소 제거 장치 차량 내부에 독립적으로 설치되고, 상기 케이스에 설치되어 상기 케이스에 유입되는 공기 중 오염물질을 필터링하는 필터 및 상기 케이스에 설치되어 상기 케이스로 공기를 유입시키는 유입부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이산화탄소 제거 장치는, 상기 케이스에 유입되는 공기 중 오염물질을 필터링하는 필터 및 상기 케이스로 공기를 유입시키는 유입부를 더 포함하며, 차량 공조 장치 내부에 설치되고, 상기 필터 및 상기 유입부는, 상기 차량 공조 장치에서 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이산화탄소 제거 장치는, 이산화탄소를 흡착하는 흡착제를 포함하는 회전부, 상기 흡착제에 에너지를 공급해, 상기 흡착제에 흡착된 이산화탄소를 탈착시키는 에너지 공급수단을 포함하며, 상기 흡착제 중 상기 에너지 공급수단에서 먼 측에서는 유입되는 공기중의 이산화탄소가 흡착되어 이산화탄소의 농도를 낮추고, 상기 흡착제 중 상기 에너지 공급수단에 인접한 측에서는 이산화탄소의 탈착이 이루어지며, 상기 회전부의 회전에 따라 상기 에너지 공급수단에 인접한 측이 변경되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전부의 후단에 위치하여 상기 흡착제 중 이산화탄소의 흡착이 이루어지는 부분과 연결되는 제1배출유로 및 상기 회전부의 후단에 위치하여 상기 흡착제 중 이산화탄소의 탈착이 이루어지는 부분과 연결되는 제2배출유로를 포함하되, 상기 제1배출유로는 차량의 실내와 연결되고, 상기 제2배출유로는 차량의 외부와 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이산화탄소 제거 장치는 공조 장치 내부에 설치되고, 상기 공조 장치에서 사용되는 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이산화탄소 제거 장치는 차량 내부에 독립적으로 설치되고, 상기 회전부의 전단에 위치하는 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예에 의한 차량 공조 시스템에 의하면, 탑승인원 숫자, 산소 농도, 이산화탄소 농도와 같은 차량 내부의 상태에 따라, 산소 발생 장치 또는 이산화탄소 제거 장치를 동작시켜, 차량 실내의 산소 농도와 이산화탄소 농도를 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 별도의 외기 도입 없이도 차량 실내의 산소 농도와 이산화탄소 농도를 조절할 수 있어, 차량 외부의 공기가 오염된 상황에서도 차량 실내의 공기를 쾌적한 상태로 조절할 수 있으며, 외기 도입에 의한 부하가 감소하여 차량의 항속거리 증가에도 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 차량 공조 시스템의 개략도이다.
도 2a는 본 발명의 제1실시예에 의한 차량 공조 시스템에서 차량 실내의 산소농도에 따라 제어부가 산소 발생 장치를 제어하는 순서도이다.
도 2b는 본 발명의 제1실시예에 의한 차량 공조 시스템에서 차량 실내의 이산화탄소 농도에 따라 제어부가 이산화탄소 제거 장치를 제어하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 차량 공조 시스템의 개략도이다.
도 4는 상기한 바와 같은 본 발명의 제2실시예에 의한 차량 공조 시스템에서 이산화탄소 제거 장치(300)의 동작 순서도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 의한 차량 공조 시스템의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 산소 발생 장치(200)가 차량의 트렁크 또는 프렁크에 설치되었을 때, 공조 장치(20)와 산소 발생 장치(200)의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 산소 발생 장치가 엔진룸에 설치된 개략도이다.
도 8은 본 발명의 이산화탄소 제거 장치(300)의 측면 개략도이다.
도 9는 이산화탄소 제거장치의 회전부(310)의 정면을 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 다른 예의 이산화탄소 제거 장치의 개략도이다.
도 11은 이산화탄소 제거 장치(300)가 이산화탄소 제거모드로 동작할 때의 개략도이다.
도 12는 이산화탄소 제거 장치(300)가 재생모드로 동작할 때의 개략도이다.
도 13은 본 실시예의 이산화탄소 제거 장치(300)가 오프 모드로 동작할 때의 개략도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 이산화탄소 제거 장치의 개략도이다.
도 15는 본 발명의 이산화탄소 제거 장치의 설치 개략도이다.
도 2a는 본 발명의 제1실시예에 의한 차량 공조 시스템에서 차량 실내의 산소농도에 따라 제어부가 산소 발생 장치를 제어하는 순서도이다.
도 2b는 본 발명의 제1실시예에 의한 차량 공조 시스템에서 차량 실내의 이산화탄소 농도에 따라 제어부가 이산화탄소 제거 장치를 제어하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 차량 공조 시스템의 개략도이다.
도 4는 상기한 바와 같은 본 발명의 제2실시예에 의한 차량 공조 시스템에서 이산화탄소 제거 장치(300)의 동작 순서도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 의한 차량 공조 시스템의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 산소 발생 장치(200)가 차량의 트렁크 또는 프렁크에 설치되었을 때, 공조 장치(20)와 산소 발생 장치(200)의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 산소 발생 장치가 엔진룸에 설치된 개략도이다.
도 8은 본 발명의 이산화탄소 제거 장치(300)의 측면 개략도이다.
도 9는 이산화탄소 제거장치의 회전부(310)의 정면을 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 다른 예의 이산화탄소 제거 장치의 개략도이다.
도 11은 이산화탄소 제거 장치(300)가 이산화탄소 제거모드로 동작할 때의 개략도이다.
도 12는 이산화탄소 제거 장치(300)가 재생모드로 동작할 때의 개략도이다.
도 13은 본 실시예의 이산화탄소 제거 장치(300)가 오프 모드로 동작할 때의 개략도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 이산화탄소 제거 장치의 개략도이다.
도 15는 본 발명의 이산화탄소 제거 장치의 설치 개략도이다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 다양한 실시예들에 의한 차량 공조 시스템에 관하여 상세히 설명한다.
[제1실시예-차량 공조 시스템]
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 차량 공조 시스템의 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 차량 공조 시스템은, 센싱부(100), 산소 발생 장치(200), 이산화탄소 제거 장치(300) 및 제어부(400)를 포함한다.
센싱부(100)는 차량(10) 내부에 설치되어 차량 실내의 산소 농도 또는 이산화탄소 농도를 센싱하거나, 차량 내부에 탑승한 인원의 수를 센싱한다. 본 발명에서 센싱부(100)는 적어도 하나 이상의 센서를 포함하여, 차량 실내의 산소 농도, 차량 실내의 이산화탄소 농도 및 차량에 탑승한 인원의 수 중 적어도 한 가지 항목 이상을 센싱할 수 있다.
산소 발생 장치(200)는 센싱부(100)에서 센싱된 산소 농도에 따라 동작하여, 차량의 실내 산소 농도를 조절하는 역할을 한다. 앞서 배경기술에서 설명했듯이, 차량 실내에서는 외부의 환기 없이는 탑승자의 호흡에 의해 산소 농도가 지속적으로 감소할 수밖에 없는데, 산소 발생 장치(200)는 이러한 탑승자의 호흡에 의해 산소 농도가 감소하면, 이에 대응하여 산소를 발생시켜 산소 농도를 다시 증가시키는 역할을 한다.
이산화탄소 제거 장치(300)는 센싱부(100)에서 센싱된 이산화탄소의 농도에 따라 동작하여, 차량 실내의 이산화탄소 농도를 조절하는 역할을 한다. 앞서 배경기술에서 설명했듯이, 차량 실내에서는 외부의 환기 없이는 탑승자의 호흡에 의해 이산화탄소 농도가 지속적으로 증가할 수밖에 없는데, 이산화탄소 제거 장치(300)는 이러한 탑승자의 호흡에 의해 이산화탄소 농도가 증가하면, 이에 대응하여 이산화탄소를 제거하여 이산화탄소 농도를 감소시키는 역할을 한다.
제어부(400)는 센싱부(100)에서 센싱된 산소 농도, 이산화탄소 농도 또는 탑승자의 수에 따라 산소 발생 장치(200) 또는 이산화탄소 제거 장치(300)를 제어한다. 제어부(400)는 연산이 가능한 전자소자를 포함하는 장치로 구현될 수 있으며, 센싱부(100)로부터 센싱된 값을 수신하고, 산소 발생 장치(200) 및 이산화탄소 제거 장치(300) 각각으로 제어신호를 송신할 수 있도록, 센싱부(100), 산소 발생 장치(200) 및 이산화탄소 제거 장치(300)와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 차량 공조 시스템에서 차량 실내의 산소 및 이산화탄소 농도에 따라 제어부가 산소 발생 장치와 이산화탄소 제거 장치를 제어하는 순서도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 제어부(400)는 센싱부(100)에서 센싱되는 실내 산소 농도의 센싱값이 기준치 이하일 경우, 산소 발생 장치(200)를 동작시켜 차량 실내의 산소 농도를 높인다. 도 2a에 도시된 과정은 실내 산소 농도가 기준치를 초과할 때까지 지속될 수 있다. 도 2a에서 사용되는 기준치의 경우, 앞서 배경기술에서 설명했던 공기 중 산소 농도의 하한인 18%일 수 있으며, 센싱부는 공기 중 산소의 농도를 센싱할 수 있는 산소 센서를 포함할 수 있다. 이때, 산소 센서는 차량 실내의 어느 한 위치에만 설치되는 것이 아니라, 복수개가 차량 실내의 다양한 위치에 설치되고, 각각의 위치에서 산소 농도를 센싱할 수 있다. 제어부(400)는 각 산소 센서로부터 센싱값을 수신하여, 모든 산소 센서의 센싱값의 평균과 기준치를 비교하거나, 센싱값 중, 가장 큰 센싱값과 가장 작은 센싱값을 버리고, 나머지 센싱값의 평균과 기준치를 비교해, 산소 발생 장치(200)의 동작 여부를 결정할 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 제어부(400)는 센싱부(100)에서 센싱되는 실내 이산화탄소 농도의 센싱값이 기준치 이상일 경우, 이산화탄소 제거 장치(300)를 동작시켜 차량 실내의 이산화탄소 농도를 낮춘다. 도 2b에 도시된 과정은 차량 실내 이산화탄소 농도가 기준치 미만이 될 때까지 지속될 수 있다. 도 2b에서 사용되는 기준치의 경우, 앞서 배경기술에서 설명했던 공기 중 이산화탄소 농도의 상한인 1000ppm일 수 있으며, 센싱부는 공기 중 이산화탄소의 농도를 센싱할 수 있는 이산화탄소 센서를 포함할 수 있다. 이때, 이산화탄소 센서는 차량 실내의 어느 한 위치에만 설치되는 것이 아니라, 복수개가 차량 실내의 다양한 위치에 설치되고, 각각의 위치에서 이산화탄소 농도를 센싱할 수 있다. 제어부(400)는 각 이산화탄소 센서로부터 센싱값을 수신하여, 모든 이산화탄소 센서의 센싱값의 평균과 기준치를 비교하거나, 센싱값 중, 가장 큰 센싱값과 가장 작은 센싱값을 버리고, 나머지 센싱값의 평균과 기준치를 비교해, 이산화탄소 제거 장치(300)의 동작 여부를 결정할 수 있다.
본 실시예에서 산소 발생 장치(200)와 이산화탄소 제거 장치(300)의 동작 기준이 되는 농도의 기준치는 각각 18%와 1000ppm이지만, 본 발명은 이러한 기준치를 상기한 바와 같은 수치에 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라 기준치는 18%와 1000ppm에서 낮아지거나 높아질 수 있다.
본 실시예에 의한 차량 공조 장치는, 상기한 바와 같이 산소 발생 장치(200)와 이산화탄소 제거 장치(300)를 포함하여 차량 실내의 산소 농도와 이산화탄소 농도를 조절함으로써, 외기의 도입 없이도 차량 내부의 공기질을 제어할 수 있다. 이러한 효과는 외기가 미세먼지, 황사, 화산폭발, 핵전쟁, 화학무기 살포와 같은 요인으로 인해 오염될 경우 유용하며, 특히 외기 도입이 없기 때문에 외기 부하의 감소로 차량의 항속거리가 증가하는 효과가 있으며, 이는 상대적으로 항속거리에 민감한 전기차량과 같은 친환경 차량에 유용하다.
[제2실시예-차량 공조 시스템]
본 발명에서 사용되는 이산화탄소 제거 장치(300)는, 공기를 흡착제에 통과시켜 공기 중의 이산화탄소가 흡착제에 흡착되도록 하여 이산화탄소 농도를 낮춘다. 흡착제에 흡착되는 이산화탄소의 양은 한정되는데, 흡착제에 일정 정도 이상의 이산화탄소가 흡착되면, 흡착제를 재생시켜야 한다. 즉, 이산화탄소 제거 장치(300)가 이산화탄소 제거 모드로 동작하면, 이의 반대 급부로 재생모드로 동작해야할 필요가 있다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 차량 공조 시스템의 개략도이다.
도 3에 도시된 본 발명의 제2실시예에 의한 차량 공조 시스템에서는, 산소 발생 장치(200)는 포함하나, 이산화탄소 제거 장치(300)의 동작을 설명하기 위한 것이므로, 편의상 산소 발생 장치(200)는 생략했다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 의한 차량 공조 시스템에서 센싱부(100)는, 제1이산화탄소 센서(110)와 제2이산화탄소 센서(120)를 포함한다.
제1이산화탄소 센서(110)는 차량의 실내에 설치되어, 차량 실내의 이산화탄소 농도를 센싱하며, 센싱값을 제어부(400)로 송신한다.
제2이산화탄소 센서(120)는 이산화탄소 제거 장치(300)의 배출단에 설치되어, 이산화탄소 제거 장치(300)에서 배출되는 가스 중의 이산화탄소 농도를 센싱하며, 센싱값을 제어부(400)로 송신한다.
이산화탄소 제거 장치(300)에 포함되는 흡착제에 일정 정도 이상의 이산화탄소가 흡착된다면, 이산화탄소 제거 장치(300)에서 배출되는 가스 중 이산화탄소의 농도는 높아질 수밖에 없다. 따라서 흡착제에 일정 정도 이상의 이산화탄소가 흡착되면 제1이산화탄소 센서(110)와 제2이산화탄소 센서(120) 각각에서 센싱되는 센싱값의 차의 절대값은 작아지는데, 제어부(400)는 이렇듯 제1이산화탄소 센서(110)와 제2이산화탄소 센서(120) 각각에서 센싱되는 센싱값의 차의 절대값이 기준치 이하이면, 이산화탄소 제거 장치(300)를 재생모드로 동작시키며, 이 과정은 도 4에 도시된 순서도에 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(400)는 이산화탄소 제거 장치(300)가 이산화탄소 제거 모드로 동작하고 나서 소정 시간 경과 후, 제2이산화탄소 센서(120)에서 센싱된 센싱값과, 제1이산화탄소 센서(110)에서 센싱된 센싱값의 차의 절대값과 기준치를 비교한다. 이는 이산화탄소 제거 장치(300)가 이산화탄소 제거 모드로 동작한 후, 즉각적으로 제1이산화탄소 센서(110) 및 제2이산화탄소 센서(120)에서 센싱된 센싱값의 차의 절대값과 기준치를 서로 비교할 경우, 제2이산화탄소 센서(120)의 센싱값이 이산화탄소 제거 모드로 동작하는 이산화탄소 제거 장치(300)에 영향을 받지 않아, 이산화탄소 농도의 센싱값의 변화량이 거의 없을 수 있기 때문이다.
제어부(400)는 이산화탄소 제거 장치(300)를 재생모드로 동작시킬 경우, 소정 시간동안 재생모드로 동작시킨다. 재생모드의 동작시간은 이산화탄소 제거 장치(300)의 규격에 따라 다를 수 있으며, 기설정될 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 의한 차량 공조 시스템은, 상기한 바와 같이 제1이산화탄소 센서(110)와 제2이산화탄소 센서(120) 각각의 센싱값의 차를 이용해, 이산화탄소 제거 장치(300)의 재생 시점을 비교적 정확하게 알 수 있어, 이산화탄소 제거 장치(300)를 효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다. 단, 본 실시예는 이산화탄소 제거 장치(300)가 이산화탄소 제거모드와 재생모드 둘 중 어느 한 모드로만 동작하는 경우에 적용될 수 있으며, 이산화탄소 제거 장치(300)가 이산화탄소의 제거와 재생이 동시에 이루어질 경우, 적용되기 어려울 수 있다.
[제3실시예-차량 공조 시스템]
도 5는 본 발명의 제3실시예에 의한 차량 공조 시스템의 개략도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 의한 차량 공조 시스템에서 센싱부(100)는 차량 내부에 탑승한 인원의 수를 센싱하기 위해, 시트 내부에 설치되어 시트에 설치되어 탑승자의 착석 유무를 센싱하는 제1무게센서(131)와 제2무게센서(132)를 포함할 수 있다.
도 5에서는 측면 개략도의 특성상, 제1무게센서(131)와 제2무게센서(132) 두 개만 도시되어 있다. 단, 본 발명은 무게센서의 개수를 두 개로 한정하는 것이 아니며, 무게센서는 각 시트마다 설치되어, 차량(10)에 탑승한 총 인원의 수를 센싱(또는 카운팅)할 수 있다.
제어부(400)는 차량 내부에 소정 인원이 탑승하면, 소정 주기로 산소 발생 장치(200) 및 이산화탄소 제거 장치(300)를 동작시킨다. 제어부(400)는 탑승한 인원의 수가 많으면, 이 주기를 짧게 하고, 팁승한 인원의 수가 적으면, 주기를 길게 한다. 예를 들어, 제어부(400)는 탑승인원이 1명일 경우, 30분마다 5분씩 산소 발생 장치(200)를 동작시키고, 30분마다 5분씩 이산화탄소 제거 장치(300)를 이산화탄소 제거 모드로 동작시킬 수 있으며, 탑승인원이 2명일 경우, 15분마다 5분씩 산소 발생 장치(200)를 동작시키고, 15분마다 5분씩 이산화탄소 제거 장치(300)를 이산화탄소 제거 모드로 동작시킬 수 있다. 이때, 제어부(400)는 탑승인원에 따라 산소 발생 장치(200) 및 이산화탄소 제거 장치(300)의 동작 주기를 변경하는 것이 아니라, 소정 주기마다의 동작시간 또한 변경할 수 있다. 예를 들어, 제어부(400)는 탑승인원이 1명일 경우, 30분마다 5분씩 산소 발생 장치(200)를 동작시키고, 30분마다 5분씩 이산화탄소 제거 장치(300)를 동작시킬 수 있으며, 탑승인원이 2명일 경우, 30분마다 10분씩 산소 발생 장치(200)를 동작시키고, 30분마다 10분씩 이산화탄소 제거 장치(300)를 동작시킬 수 있다. 상기한 바와 같은 동작 주기 및 동작 주기별 동작 시간의 최적값의 경우, 반복 실험을 통해 기설정될 수 있다.
본 실시예의 경우, 센싱부(100)가 별도로 차량 실내의 산소 및 이산화탄소 농도를 센싱하기 위한 별도의 센서를 구비하지 않고도, 차량(10) 실내의 산소 및 이산화탄소 농도를 제어할 수 있는 효과가 있다.
[제4실시예-차량 공조 시스템]
본 발명의 제4실시예에 의한 차량 공조 시스템은, 출력수단을 더 포함할 수 있다.
출력수단은 센싱부(100)에서 센싱된 차량 실내의 산소 농도 또는 이산화탄소 농도를 출력하여, 사용자가 현재 차량 실내의 산소와 이산화탄소 농도를 알 수 있도록 한다. 또한 출력수단은, 산소 발생 장치(200)와 이산화탄소 제거 장치(300)의 동작여부를 결정할 수 있는 동작 선택지를 더 출력할 수 있다. 출력수단은 시각적 수단 또는 청각적 수단으로 현재 차량 실내의 공기 상태와 동작 선택지를 출력할 수 있다. 즉, 출력수단은 디스플레이수단 또는 스피커를 포함할 수 있다. 사용자는 디스플레이의 터치나 음성인식을 통해 산소 발생 장치(200)와 이산화탄소 제거 장치(300)의 동작을 결정할 수 있으며, 이 경우 출력수단은 터치수단 또는 마이크를 포함할 수 있다.
제어부(400)는 사용자가 선택한 동작에 따라, 산소 발생 장치(200) 또는 이산화탄소 제거 장치(300)의 동작을 제어한다.
본 발명의 산소 발생 장치(200)와 이산화탄소 제거 장치(300)는 그 형태나 설치되는 위치에 따라 다양한 실시예를 가진다. 이하 산소 발생 장치(200)와 이산화탄소 제거 장치(300)의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다.
[산소 발생 장치의 실시예들]
본 발명에 의한 산소 발생 장치(200)는, 차량의 트렁크, 엔진룸 및 프렁크(Front trunk) 중 적어도 하나에 설치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 산소 발생 장치(200)가 차량의 트렁크 또는 프렁크에 설치되었을 때, 공조 장치(20)와 산소 발생 장치(200)의 개략도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 산소 발생 장치(200)는 공기 정화부(210)와 산소 발생부(220)를 포함할 수 있다.
산소 발생 장치(200)의 공기 정화부(210)는, 일반적인 차량의 공조 장치(20)에서 사용되는 공기 정화부(210)와 동일할 수 있다. 즉, 본 실시예에서 산소 발생 장치(200)는 차량의 공조 장치와 공기 정화부(210)를 함께 사용하여, 공기 정화부(210)를 별도로 마련할 필요가 없어 부피 및 경제적인 측면에서 유리하다.
산소 발생부(220)는 차량의 공조 장치(20)에 형성되는 메인 유로(30)에서 분기된 분기 유로(230)를 통해 공기를 공급받아 산소를 농축하여 배출한다. 이때, 공조 장치(20)에 포함되는 공기 정화부(210)가 가장 전단에 위치하여 이물질 또는 오염물질을 제거함으로써, 공조 장치(20) 및 산소 발생 장치(200)로 유입되는 공기를 정화시킨다. 공기 정화부
공기 정화부(210)는 유입되는 공기 중의 이물질(미세먼지, 파티클)을 물리적으로 제거하는 필터 외에도, 이온발생기 또는 광촉매를 더 포함할 수 있다. 공기 정화부(210)에 포함되는 필터의 경우, 일반적인 부직포로 형성되는 파티클 필터, 부직포와 활성탄을 포함하여 이물질 외에도 냄새를 제거하는 콤비필터, 이물질을 대전시켜 전기적 인력으로 이물질을 포집하는 전기집진필터일 수 있다.
차량의 공조 장치(20)는 일반적인 차량의 공조에 사용되는 장치로, 메인 유로(30)상에 앞서 설명했던 공기 정화부(210) 외에도, 공기의 흐름 순서대로 블로워(40), 증발기(50) 및 히터(60)를 포함할 수 있다. 메인 유로(30)는 공기가 유입되는 유입단(31)과 유입단(31)을 통해 유입된 공기가 배출되는 배출단(32)으로 구성된다.
산소 발생부(220)는 메인 유로(30)에서 분기되는 분기 유로(230)의 끝단과 연결되어, 분기 유로(230)를 통해 유입되는 공기 중 산소를 농축하여 농축된 산소를 차량 내부로 배출한다. 이때, 산소 발생부(220)에서 산소를 농축하는데 사용된 공기는 차량 외부로 배출되는데, 이를 위해 산소 발생 장치(200)는 제1유로(240)와 제2유로(250)를 더 포함할 수 있다.
제1유로(240)는 산소 발생부(220)에서 농축된 산소가 배출되는 경로를 형성한다. 제1유로(240)의 일단은 산소 발생부(220)와 연결되고, 타단은 차량 실내로 직접 연결되어 차량의 실내로 직접 농축된 산소를 공급하거나, 차량의 공조 장치(20)에 연결되어, 공조 장치(20)의 메인 유로(30)로 농축된 산소를 공급하여, 간접적으로 차량의 실내로 농축된 산소를 공급한다. 제1유로(240)의 타단이 공조 장치(20)의 내부와 연결될 경우, 제1유로(240)의 타단은 공기의 흐름상 분기 유로(230)의 후단에 배치되는 것이 바람직하다.
제2유로(250)는 산소 발생부(220)에서 산소를 농축하는 과정에서 소모된 공기가 배출되는 경로를 형성한다. 제2유로(250)는 일단이 산소 발생부(220)와 연결되고, 타단은 차량의 외부와 연결될 수 있다. 일예로, 제2유로(250)의 타단은 차량의 응축수 배출구와 연결될 수 있는데, 이러한 경우 차량 외부로 별도의 배관을 형성하지 않아도 되므로, 상대적으로 배관의 길이가 짧아져 부피 및 경제성 측면에서 유리한 효과가 있다.
분기 유로(230)의 경우, 증발기(50)와 히터(60)의 전단에서 분기되는데, 이는 상대적으로 높은 온도나 습도의 공기가 유입될 산소 발생부(220)로 유입될 경우, 산소 발생부(220)의 산서 발생 성능에 악영향을 미칠 수 있기 때문이다.
도 7은 본 발명의 산소 발생 장치가 엔진룸에 설치된 개략도이다.
도 7에 도시된 바와 같이 산소 발생 장치(200)가 차량의 엔진룸에 설치될 경우, 엔진룸 필터(11)의 후단에 설치되어, 엔진룸 필터(11)를 통과하여 이물질이 제거된 공기를 공급받아 농축된 산소를 발생시킬 수 있다. 이때, 엔진룸 필터(11)는 헤파(HEPA, High Efficiency Particulate Air Filter)필터일 수 있다. 헤파필터는 공기 중의 먼지 등을 제거하는 에어필터의 일종으로, 등급에 따라 0.3um의 입자에 대해 85~99.975%의 포집능력을 가진다. 즉, 산소 발생 장치(200)가 엔진룸에 설치될 경우, 엔진룸 필터(11)가 공기 정화부(210)일 수 있으며, 산소 발생 장치(200)는 엔진룸 필터(11)를 통과하는 유로에서 분기된 유로에 설치되어, 공급되는 공기 중의 산소를 농축하여 차량의 실내로 공급할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 산소 발생 장치(200)의 산소 발생부(220)는 주로 사용되는 유로에서 분기되는 분기 유로(230)상에 설치되므로, 주로 사용되는 유로로부터 공기를 흡입하기 위한 펌프를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에서 사용되는 산소 발생 장치(200)는 멤브레인(Membrane) 타입 또는 분자체(Molecular sieve) 타입이다.
산소 발생 장치(200)가 멤브레인 타입으로 구현될 경우, 산소 발생부(220)는 멤브레인과 같은 막과 진공펌프를 포함 하며, 진공펌프에서 흡입된 공기가 멤브레인을 통과하는 과정에서 산소와 질소가 분리되는 원리를 사용하여 농축된 산소를 발생시킨다.
산소 발생 장치(200)가 분자체(Molecular sieve) 타입으로 구현될 경우, 산소발생부()는 분자체와 상술한 진공펌프를 포함한다. 이때 분자체는 다공성 물질로, 제올라이트(Zeolite) 또는 활성탄일 수 있다. 분자체 타입의 산소 발생부(220)는 공기가 분자체를 통과하는 과정에서 질소는 분자체에 흡착되고, 산소는 통과하는 원리로 농축된 산소를 발생시킨다. 분자체 타입의 산소 발생부(220)는, 일반적으로 알려진 PSA(Pressure Swing Adsorption, 압력 순환 흡착), RVSA(Rapid Vaccum Swing Absorption, 빠른 진공 순환 흡착) 방식을 사용할 수 있으며, 이러한 방식을 구현하기 위한 장치들을 포함할 수 있다.
[이산화탄소 제거 장치의 실시예들]
도 8은 본 발명의 이산화탄소 제거 장치(300)의 측면 개략도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이산화탄소 제거 장치(300)는, 회전부(310), 회전수단(320), 에너지 공급수단(330), 제어부(400) 및 필터(350)를 포함할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 회전부(310)는 외곽 케이스(313)와 제1흡착제(311) 및 제2흡착제(312)를 포함한다.
도 9는 이산화탄소 제거장치의 회전부(310)의 정면을 도시한 것이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 외곽 케이스(313)는 일종의 환형으로 형성될 수 있으며, 내부에 수용공간을 형성한다. 외곽 케이스(313)를 구성할 수 있는 재질로는 합성수지 또는 금속이 있을 수 있다. 외곽 케이스(313)는 일종의 환형으로 형성되어 내부에 수용공간을 형성하며, 수용공간에는 흡착제가 수용될 수 있다. 도 9에 도시된 본 실시예에서 외곽 케이스(313)는 환형으로 형성되지만, 본 발명은 외곽 케이스(313)의 형상을 환형으로 한정하는 것은 아니며, 소정의 수용공간을 형성할 수 있다면, 외곽 케이스(313)는 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제1흡착제(311)와 제2흡착제(312)는 외곽 케이스(313)의 수용공간에 수용된다. 도 8 및 도 9를 기준으로 제1흡착제(311)는 상부에 위치하고, 제2흡착제(312)는 하부에 위치한다. 구획부(314)는 외곽 케이스(313)의 내주면을 연결하는 일종의 프레임으로, 제1흡착제(311)와 제2흡착제(312)가 수용되는 공간을 구획하는 역할을 한다. 구획부(314)의 가운데 부분에는 중심부(315)가 형성되는데, 중심부(315)는 후술할 회전수단(320)과 연결되는 부분이다.
제1흡착제(311)와 제2흡착제(312)는 서로 동일한 물질로, 공기 중의 이산화탄소를 흡착하는 역할을 한다. 다만 본 발명에서 제1흡착제(311)와 제2흡착제(312) 각각에서 동시에 이산화탄소의 흡착이 이루어지는 것이 아니라, 제1흡착제(311) 및 제2흡착제(312) 중 어느 하나에서는 이산화탄소의 흡착이, 다른 하나에서는 이산화탄소의 탈착이 이루어진다. 이는 제1흡착제(311) 및 제2흡착제(312) 자체에서 일정 이상의 이산화탄소가 흡착되면 흡착효율이 떨어지기 때문에, 이산화탄소를 탈착시키는 과정이 필요하기 때문이다. 제1흡착제(311)를 통과하여 이산화탄소의 농도가 낮아진 공기는 사용자가 위치하는 공간, 예를 들어 차량의 실내로 공급되어 차량 실내의 이산화탄소의 농도를 낮추고, 제2흡착제(312)를 통과해 이산화탄소의 농도가 높아진 공기는 사용가자 위치하지 않은 공간, 예를 들어 차량의 외부로 배출될 수 있다. 이를 위해, 이산화탄소 제거장치(300)는 제1흡착제(311)가 위치하는 공간과 연결되는 제1배출유로(361)와, 제2흡착제(312)가 위치하는 공간과 연결되는 제2배출유로(362)를 포함할 수 있다. 제1배출유로(361)는 차량의 실내와 연결되고, 제2배출유로(362)는 차량의 외부와 연결될 수 있다.
도 8 및 도 9에 도시된 이산화탄소 제거 장치(300)에서는 단일의 구획부(314)에 의해 구획된 수용공간에 제1흡착제(311)와 제2흡착제(312)로 나뉘어 수용되었지만, 외곽 케이스(313) 내부에 구획부(314)가 복수개 형성되어, 3개 이상으로 구획된 수용공간에 구획된 수용공간의 개수만큼의 흡착제가 수용되는 등의 실시예 또한 있을 수 있다. 이럴 경우, 제1흡착제 ~ 제n흡착제(n은 2 이상의 자연수) 중 적어도 하나에서는 이산화탄소의 흡착이 이루어지고, 나머지들 중 적어도 하나에서는 이산화탄소의 탈착이 이루어질 수 있다. 제1흡착제(311) 및 제2흡착제(312)를 구성할 수 있는 물질은, 활성탄, 제올라이트, 알루미나 및 실리카 중 적어도 하나 이상의 담지체(필렛)에 흡착제를 코팅한 상태로 구성될 수 있다. 상기한 물질들은 나노 크기의 기공을 포함하고 있어 비표면적이 크기 때문에 흡착량이 크고 우수한 안전성 및 내구성을 가진다.
도 8에 도시된 바와 같이, 회전수단(320)은 회전부(310)와 연결되어 회전부(310)를 회전시킨다. 회전수단(320)은 모터 또는 액추에이터와 같이 회전력을 발생시키는 장치일 수 있으며, 도 8에 도시된 본 실시예에서 회전수단(320)은 모터일 수 있다. 또한 회전수단(320)은 모터 또는 액추에이터와 이의 회전력을 감속시키도록 회전축에 연결된 감속기어를 더 포함할 수 있다.
회전수단(320)으로의 모터는 회전축이 구획부(314)의 중심부(315)와 연결되어 회전력을 회전부(310)에 전달해 회전부(310)를 회전시킬 수 있다. 도 8에 도시된 본 실시예에서 회전수단(320)은 회전부(310)의 전단에 위치하는데, 본 발명은 회전수단(320)의 위치를 회전부(310)의 전단으로 한정하는 것은 아니며, 회전부(310)의 후단에 회전수단(320)이 결합되어 회전부(310)를 회전시키는 등의 실시예 또한 있을 수 있다.
회전수단(320)은 소정의 조건 하에 동작해 회전부(310)를 회전시켜 제1흡착제(311)와 제2흡착제(312)의 위치를 변경시킬 수 있다. 이는 소정 시간동안 제1흡착제(311)에서는 이산화탄소의 흡착이, 제2흡착제(312)에서는 이산화탄소가 탈착되면 흡착 및 탈착효율이 저하되기 때문이다. 즉, 회전수단(320)은 소정의 조건 하에 180도 회전하여 제1흡착제(311)와 제2흡착제(312)의 위치를 변경하여, 제2흡착제(312)에서는 이산화탄소의 흡착이, 제1흡착제(311)에서는 이산화탄소의 탈착이 이루어지게 한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 에너지 공급수단(330)은 회전부(310)의 회전부(310)의 회전중심을 기준으로 하측에 위치하여, 회전부(310)의 하측, 즉 제2흡착제(312)에 에너지를 공급해, 제2흡착제(312)에 흡착된 이산화탄소를 탈착시킨다. 본 실시예에서 에너지 공급수단(300)은 가열코일(331) 및 전원부(332)를 포함하여, 전기 가열식으로 제2흡착제(312)에 흡착된 이산화탄소를 탈착시킬 수 있다. 즉, 가열코일(331) 및 전원부(332)는 제2흡착제(312)로 유입되는 공기를 가열시켜 가열된 공기가 제2흡착제(312)를 통과하도록 하여, 제2흡착제(312)에 흡착된 이산화탄소를 탈착시킬 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 열에너지를 이용해 제2흡착제(312)에 흡착된 이산화탄소를 탈착시킨다. 단, 본 발명은 에너지 공급수단(330)이 열에너지를 제2흡착제(312)에 공급하는 방식을 가열코일(331)을 이용한 방식으로 한정하는 것은 아니며, 차량 내부의 가열된 냉각수를 이용한 가열방식(공조장치 중 히터의 열원을 사용하는 방식)을 사용하는 등의 다른 실시예가 있을 수 있다.
에너지 공급수단(330)이 열에너지를 제2흡착제(312)측으로 공급하는 경우, 공기의 흐름상 에너지 공급수단(330)은 도 8에 도시된 바와 같이 제2흡착제(312)의 전단에 위치하는 것이 유리하다.
도 8과 도 9를 참조해 설명한 이산화탄소 제거 장치(300)는 로터 타입으로 이산화탄소의 흡착과 재생이 동시에 이루어지기 때문에, 앞서 도 3을 참조하여 설명한 본 발명의 제2실시예에 의한 차량 공조 시스템에 적용하기는 적절하지 않을 수 있다.
상술한 로터 타입의 이산화탄소 제거 장치(300)이외에도, 다른 예의 이산화탄소 제거 장치(300)가 있을 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 예의 이산화탄소 제거 장치의 개략도이다.
도 10에 도시된 다른 예의 이산화탄소 제거 장치(300)는, 케이스(371), 필터(350), 유입부(372), 흡착제(374), 에너지 공급수단(330), 배출단 개폐도어(377), 유로전환 도어(379) 및 제어부(400)를 포함할 수 있다. 상술한 배출단 개폐도어(377)와 유로전환 도어(379)를 모두 포함하는 것을 도어부라 한다.
케이스(371)는 소정 정도의 강도를 가지면서 오염물질이나 이산화탄소와 같은 가스에 반응성이 없는 재질로 형성될 수 있으며, 대표적으로는 합성수지나 금속으로 형성될 수 있다. 케이스(371)는 상술한 필터(350), 유입부(372), 에너지 공급수단(330) 및 흡착제(374)가 내부에 수용되고, 공기가 유입되는 유입단(375)과 공기가 배출되는 배출단(376)이 형성될 수 있다. 공기의 흐름을 기준으로 공기가 유입되는 측을 전단, 공기가 배출되는 측을 후단이라 한다.
필터(350)는 케이스(371)의 가장 전단에 위치하여 유입단(375)을 통해 유입되는 공기 중의 오염물질을 필터링한다. 여기서 오염물질이란 미세먼지 또는 파티클과 같은 입자일 수 있다. 단, 경우에 따라 유입단(375)을 통해 유입되는 공기 중의 가스, 바이러스 및 박테리아와 같은 기타 오염물질을 필터링할 필요가 있는데, 필터(350)로는 이를 필터링하지 못할 수 있다. 이를 위해, 필터(350)의 전단 또는 후단에는 광촉매가 추가적으로 설치되어, 유입단(375)을 통해 유입되는 공기를 살균하거나 탈취시킬 수 있다.
유입부(372)는 일종의 팬으로, 케이스(371) 내부로 공기를 유입시키는 역할을 한다. 유입부(372)는 필터(350)의 후단에 위치할 수 있는데, 이는 유입단(375)을 통해 유입되는 오염물질로부터 영향을 덜 받게 하기 위함이다. 유입부(372)는 본 발명의 제1실시예에 의한 이산화탄소 제거장치의 동작모드에 따라 동작하거나, 동작하지 않을 수 있다.
에너지 공급수단(330)은 유입부(372)의 후단에 설치되어, 후술할 흡착제(374)에 에너지를 공급해 흡착제(374)에 흡착된 이산화탄소를 탈착시켜 이산화탄소를 재생시키는 역할을 한다. 에너지 공급수단(330)은 크게 가열수단과 광원으로 구현될 수 있는데, 본 실시예에서 에너지 공급수단(330)은 가열수단일 수 있다. 에너지 공급수단(330)이 가열수단으로 구현될 경우, 에너지 공급수단(330)은 유입부(372)와 흡착제(374) 사이에 위치할 수 있다. 이는 공기의 흐름상 에너지 공급수단(330)을 통해 가열된 공기가 흡착제(374)측으로 공급되는 것이, 열에너지를 흡착제(374)로 공급하는데 있어서 보다 효율적이기 때문이다. 단, 에너지 공급수단(330)이 광원으로 구현될 경우, 에너지 공급수단(330)은 유입부(372)와 흡착제(374) 사이에 위치하거나, 흡착제(374)의 후단에 위치할 수 있다. 에너지 공급수단(330)이 가열수단으로 구현될 경우, 가열수단은 발열코일과 발열코일에 전원을 공급하는 전원부를 포함하는 전기 가열식이거나, 차량의 열교환기를 이용해 공기를 가열시키는 방식일 수 있다. 에너지 공급수단(330)은 본 발명의 제1실시예에 의한 이산화탄소 제거장치(20)의 동작모드에 따라 동작하거나, 동작하지 않을 수 있다.
흡착제(374)는 유입부(372)의 후단, 보다 구체적으로는 가열수단으로 구현되는 에너지 공급수단(330)의 후단에 위치할 수 있으며, 앞서 다른 예의 이산화탄소 제거 장치(300)의 제1흡착제 및 제2흡착제와 동일한 물질로, 이산화탄소를 흡착하는데 사용될 수 있다.
배출단 개폐도어(377)는 배출단(376)에 설치되어 배출단(376)을 개폐한다. 도 10에 도시된 이산화탄소 제거장치(20)에서 배출단 개폐도어(377)는 배출단(376)에 직접 설치되어 있으나, 본 발명은 배출단 개폐도어(377)의 설치위치를 배출단(376)으로만 한정하는 것은 아니며, 배출단(376)에 연결된 유로(378)상에 배출단 개폐도어(377)가 설치되는 등의 실시예 또한 있을 수 있다.
유로전환 도어(379)는 유로(378)상에 설치되어 유로(378)의 방향을 전환한다. 보다 구체적으로 설명하면, 유로전환 도어(379)는 동작에 따라 유로(378)가 차량 내부로 연결되도록 하거나, 차량 외부로 연결되도록 할 수 있다.
제어부(400)는 소정 조건에 따라 유입부(372), 에너지 공급수단(330), 배출단 개폐도어(377) 및 유로전환 도어(379)를 제어해, 이산화탄소 제거 장치가 이산화탄소 제거모드, 재생모드 및 오프 모드 중 어느 한 모드로 동작하도록 한다.
이산화탄소 제거 장치(300)의 동작모드 중, 이산화탄소 제거모드에 관하여 설명한다.
도 11은 이산화탄소 제거 장치(300)가 이산화탄소 제거모드로 동작할 때의 개략도이다.
제어부(400)는 실내 센서에서 감지되는 차량 실내의 이산화탄소 농도가 소정 기준치를 넘어가면 본 발명의 제1실시예에 의한 이산화탄소 제거장치를 이산화탄소 제거모드로 동작시킨다. 이때, 제어부(400)는 도 3에 도시된 바와 같이 유입부(372)는 동작시키고, 에너지 공급수단(330)은 동작시키지 않으며, 배출단 개폐도어(377)를 제어해 배출단(376)을 열고, 유로전환 도어(379)를 동작시켜 유로(378)가 차량 내부로 연결되도록 한다. 본 발명은 이러한 동작모드를 통해 흡착제(374)에서 이산화탄소를 흡착시켜 케이스(371) 내부로 유입된 공기 중의 이산화탄소 농도를 저감시키고, 이산화탄소의 농도가 저감된 공기를 차량 내부로 공급한다.
도 12는 이산화탄소 제거 장치(300)가 재생모드로 동작할 때의 개략도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 제어부(400)는 유입부(372)와 에너지 공급수단(330)을 동시에 동작시키며, 보다 구체적으로는 배출단 개폐도어(377)를 열고, 유로전환 도어(379)를 동작시켜 유로(378)가 차량의 외부와 연결되도록 제어한다. 여기서 주요한 동작은 에너지 공급수단(330)에서 열에너지를 흡착제(374)에 공급해 흡착제(374)에 흡착된 이산화탄소가 탈착되도록 하는 것이다. 즉, 이산화탄소 제거 장치(300)가 재생모드로 동작할 때, 공기 중의 이산화탄소 농도는 흡착제(374)를 통과하면서 높아지게 되고, 이산화탄소 농도가 높아진 공기는 유로(378)를 통해 차량 외부로 배출된다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 이산화탄소 제거 장치(300)에서는, 필터(350), 유입부(372), 에너지 공급수단(330) 및 흡착제(374)가 순서대로 배치된다. 에너지 공급수단(330)이 가열수단일 경우, 에너지 공급수단(330)을 통과한 고온의 공기는 바로 흡착제(374)측으로 이동한다. 즉, 가열수단으로의 에너지 공급수단(330)이 흡착제(374)의 전단에 배치되는데, 이러한 배치순서로 인해 고온에 의한 이산화탄소의 재생 효과가 높으며, 유입부(372)측으로는 고온의 공기가 유입되지 않아, 고온의 공기에 의한 유입부(372)의 변형을 방지할 수 있는 효과 또한 있다.
도 13은 본 실시예의 이산화탄소 제거 장치(300)가 오프 모드로 동작할 때의 개략도이다.
차량의 시동이 꺼졌거나, 차량 내부에 탑승자가 탑승했다 하더라도 차량 실내의 이산화탄소 농도가 소정 기준치 이하이면 이산화탄소 제거 장치(300)를 동작시키지 않아도 무방하다. 제어부(400)는 이러한 경우 이산화탄소 제거 장치(300)를 오프 모드로 동작하도록 제어한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 제어부(400)는 유입부(372)와 에너지 공급수단(330)이 동작하지 않도록 제어하고, 배출단 개폐도어(377)를 제어해 배출단(376)을 닫는다. 이때 배출단 개폐도어(377)가 닫히기 때문에, 케이스(371)의 배출단을 통해 케이스(371) 내부로 유입되는 공기와 오염물질을 차단시킬 수 있어, 흡착제(374)에 추가적인 이산화탄소가 흡착되지 않고 오염을 방지하여, 본 실시예에 의한 이산화탄소 제거장치의 수명을 증가시킬 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 구성을 가져, 외기도입 없이도 차량의 실내 이산화탄소 농도를 낮출 수 있다. 이러한 방식은 외기도입에 의한 부하가 없으므로, 차량의 항속거리가 증가하는 효과가 있다. 이는 항속거리에 민감한 전기차와 같은 친환경차에 더욱 유리한 효과가 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 이산화탄소 제거 장치의 개략도이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 이산화탄소 제거 장치(300)는, 앞서 설명한 이산화탄소 제거 장치(300)에 있어서, 유입단 개폐도어(730)를 더 포함한다.
유입단 개폐도어(730)는 유입단(375)에 설치되어 유입단(375)을 개폐하며, 제어부(400)에 의해 제어될 수 있다.
유입단 개폐도어(730)가 추가적으로 설치되는 것은, 이산화탄소 제거 장치(300)가 오프 모드로 동작할 때, 배출단(376)이 배출단 개폐도어(377)에 의해 닫히더라도 소량이나마 유입단(375)을 통해 공기가 유입될 수 있으며, 이 경우 흡착제(374)의 수명에 영향이 있을 수 있다. 이를 방지하기 위해, 제어부(400)는 본 발명의 제2실시예에 의한 이산화탄소 제거장치가 오프 모드로 동작할 때, 유입단 개폐도어(730)를 제어해 유입단(375)을 닫아 유입단(375)을 통해 케이스(371) 내부로 공기가 유입되는 것을 방지하고, 그 외의 모드인 이산화탄소 제거모드 및 재생모드로 동작할 때에는 유입단 개폐도어(730)를 제어해 유입단(375)을 연다.
도 10 내지 도 14를 참조해 설명한 이산화탄소 제거 장치(300)의 경우, 차량 내부에 독립적으로 설치될 수 있으며, 이산화탄소의 흡착과 재생이 동시에 이루지지 않고, 이산화탄소의 흡착이 이루어지는 이산화탄소 제거 모드 또는 이산화탄소를 재생시키는 재생모드 중 어느 하나만 동작하므로, 앞서 도 3과 도 4를 참조하여 설명한 본 발명의 제2실시예에 의한 차량 공조 시스템에 적용되기 바람직하다.
도 15는 본 발명의 이산화탄소 제거 장치의 설치 개략도이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이산화탄소 제거 장치(20)는, 차량 내부의 공조장치(30) 내부에 설치될 수 있다. 이 경우, 이산화탄소 제거 장치(20)에 포함되는 필터(350)는 공조장치(30)에 사용되는 필터일 수 있고, 이산화탄소 제거 장치(20)에 포함되는 유입부(372)는 공조장치(30)에 사용되는 블로워일 수 있으며, 필터(350)와 유입부(372) 중 어느 하나만 공조장치(30)에 사용되는 필터 또는 블로워일 수 있다. 필터(350)와 유입부(372) 중 어느 하나가 공조장치(30)에 사용되는 것일 경우, 공조장치(30)에 사용되는 것은 케이스(371)의 외부에 위치할 수 있다. 단, 이산화탄소 제거 장치(20)가 공조장치(30) 내부에 설치되더라도, 필터(350) 및 유입부(372)는 공조장치(30)에 사용되는 것이 아닌, 이산화탄소 제거장치(20)에서 독자적으로 사용되는 것일 수 있다.
도 15에서 이산화탄소 제거 장치(300)는 차량 내부의 공조 장치(20)에 설치되는 것으로 도시되어 있는데, 이때 공조 장치(20)는 차량의 전방에 설치되는 공조 장치(20)일 수 있다. 본 발명의 이산화탄소 제거 장치(300)는 전방의 공조 장치(20) 뿐 아니라, 후석에 위치하는 공조 장치에 설치되는 실시예 또한 있을 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10 : 차량
11 : 엔진룸 필터
20 : 공조 장치 30 : 메인 유로
31 : 유입단 32 : 배출단
40 : 블로워 50 : 증발기
60 : 히터 100 : 센싱부
110 : 제1이산화탄소 센서 120 : 제2이산화탄소 센서
131 : 제1무게센서 132 : 제2무게센서
200 : 산소 발생 장치 210 : 공기 정화부
220 : 산소 발생부 230 : 분기 유로
240 : 제1유로 250 : 제2유로
300 : 이산화탄소 제거 장치 310 : 회전부
311 : 제1흡착제 312 : 제2흡착제
313 : 외곽 케이스 314 : 구획부
315 : 중심부 320 : 회전수단
330 : 에너지 공급수단 331 : 가열코일
332 : 전원부 350 : 필터
361 : 제1배출유로 362 : 제2배출유로
371 : 케이스 372 : 유입부
374 : 흡착제 375 : 유입구
376 : 배출구 377 : 배출단 개폐도어
378 : 유로 379 : 유로전환 도어
380 : 유입단 개폐도어 400 : 제어부
20 : 공조 장치 30 : 메인 유로
31 : 유입단 32 : 배출단
40 : 블로워 50 : 증발기
60 : 히터 100 : 센싱부
110 : 제1이산화탄소 센서 120 : 제2이산화탄소 센서
131 : 제1무게센서 132 : 제2무게센서
200 : 산소 발생 장치 210 : 공기 정화부
220 : 산소 발생부 230 : 분기 유로
240 : 제1유로 250 : 제2유로
300 : 이산화탄소 제거 장치 310 : 회전부
311 : 제1흡착제 312 : 제2흡착제
313 : 외곽 케이스 314 : 구획부
315 : 중심부 320 : 회전수단
330 : 에너지 공급수단 331 : 가열코일
332 : 전원부 350 : 필터
361 : 제1배출유로 362 : 제2배출유로
371 : 케이스 372 : 유입부
374 : 흡착제 375 : 유입구
376 : 배출구 377 : 배출단 개폐도어
378 : 유로 379 : 유로전환 도어
380 : 유입단 개폐도어 400 : 제어부
Claims (23)
- 차량 내부에 설치되어 차량 실내의 산소 농도 또는 이산화탄소 농도를 센싱하거나 차량 내부에 탑승한 인원의 수를 센싱하는 센싱부;
상기 센싱부에서 센싱된 산소 농도에 따라 동작하여 차량 실내의 산소 농도를 조절하는 산소 발생 장치;
상기 센싱부에서 센싱된 이산화탄소 농도에 따라 동작하여 차량 실내의 이산화탄소 농도를 조절하는 이산화탄소 제거 장치; 및
상기 센싱부에서 센싱된 산소 농도, 이산화탄소 농도 또는 탑승한 인원의 수에 따라 상기 산소 발생 장치 또는 상기 이산화탄소 제거 장치를 제어하는 제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 센싱부는,
차량 실내의 산소 농도를 센싱하고,
상기 제어부는,
상기 센싱부에서 센싱되는 산소 농도가 기준치 이하이면, 상기 산소 발생 장치를 동작시켜, 차량 실내의 산소 농도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 센싱부는,
차량 실내의 이산화탄소 농도를 센싱하고,
상기 제어부는,
상기 센싱부에서 센싱되는 이산화탄소 농도가 기준치 이상이면, 상기 이산화탄소 제거 장치를 동작시켜, 차량 실내의 이산화탄소 농도를 감소시키는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 센싱부는,
차량 내부에 설치되어 이산화탄소 농도를 센싱하는 제1이산화탄소 센서; 및
상기 이산화탄소 제거 장치의 배출단에 설치되어 상기 이산화탄소 제거 장치에서 배출되는 가스 중의 이산화탄소 농도를 센싱하는 제2이산화탄소 센서;
를 포함하며,
상기 제어부는,
상기 제1이산화탄소 센서와 상기 제2이산화탄소 센서 각각에서 센싱되는 이산화탄소 농도의 차가 기준치 이하이면, 상기 이산화탄소 제거 장치를 재생모드로 동작시키고,
상기 제1이산화탄소 센서와 상기 제2이산화탄소 센서 각각에서 센싱되는 이산화탄소 농도의 차가 기준치를 초과하면, 상기 이산화탄소 제거 장치를 제거모드로 동작시키는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 센싱부는,
차량 내부에 탑승한 인원의 수를 센싱하고,
상기 제어부는,
차량 내부에 소정 인원이 탑승하면, 소정 주기로 상기 산소 발생 장치 또는 상기 이산화탄소 제거 장치를 동작시키되, 탑승한 인원의 수가 많으면 상기 주기를 짧게 하고, 탑승한 인원의 수가 적으면 상기 주기를 길게 하는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 센싱부는, 차량 실내의 산소 농도 또는 이산화탄소 농도를 센싱하고,
상기 센싱부에서 센싱된 정보와, 상기 산소 발생 장치 및 상기 이산화탄소 제거 장치의 동작 상태가 출력되는 출력수단;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
- 제6항에 있어서,
상기 출력수단은,
사용자가 상기 산소 발생 장치 및 상기 이산화탄소 제거 장치의 동작 여부를 결정할 수 있는 동작 선택지를 더 출력하고,
상기 제어부는,
사용자가 선택한 동작 여부에 따라, 상기 산소 발생 장치 또는 상기 이산화탄소 제거 장치의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 산소 발생 장치는,
트렁크, 엔진룸 및 프렁크(Front trunk) 중 적어도 하나에 설치되는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 산소 발생 장치는,
차량의 공조 장치에 포함되는 필터의 후단에 설치되어, 상기 필터를 통과하여 이물질이 제거된 공기를 공급받아 농축된 산소를 발생시키는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
- 제8항에 있어서,
상기 산소 발생 장치는,
엔진룸에 설치되고,
엔진룸에 설치된 엔진룸 필터의 후단에 설치되어, 상기 엔진룸 필터를 통과하여 이물질이 제거된 공기를 공급받아 농축된 산소를 발생시키는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 산소 발생 장치는,
유입되는 공기를 정화시키는 공기 정화부;
상기 공기정화부의 후단에 설치되어 유입되는 공기 중의 산소를 농축시켜 배출하는 산소 발생부;
상기 산소 발생부에서 농축된 산소가 배출되는 경로를 형성하는 제1유로; 및
산소를 농축하는 과정에서 소모된 공기가 배출되는 경로를 형성하는 제2유로;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
- 제11항에 있어서,
상기 제1유로는,
일단이 상기 산소 발생부에 연결되고, 타단은 차량 공조 장치 내부 또는 차량 실내와 연결되는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
- 제11항에 있어서,
상기 제2유로는,
일단이 상기 산소 발생부에 연결되고, 타단은 차량 실외와 연결되는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 산소 발생 장치는,
멤브레인(Membrane) 타입 또는 분자체(Molecular sieve) 타입인 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 이산화탄소 제거 장치는,
차량 공조 장치 내부에 설치되거나, 차량 내부에 독립적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 이산화탄소 제거 장치는,
공기가 유입되는 유입단 및 공기가 배출되는 배출단을 포함하는 케이스;
유입되는 공기 중의 이산화탄소를 흡착해, 이산화탄소 농도를 저감시키는 흡착제; 및
상기 케이스의 내부에 설치되어 상기 흡착제에 에너지를 공급해, 상기 흡착제에 흡착된 이산화탄소를 탈착시켜 이산화탄소를 재생하는 에너지 공급수단;
을 포함하며,
상기 제어부는,
상기 이산화탄소 제거 장치를, 이산화탄소 제거 모드 또는 이산화타소 재생 모드로 동작시키는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
- 제16항에 있어서,
상기 이산화탄소 제거 장치는,
상기 배출단에 연결되어 차량 실내 및 차량 외부와 연결되는 유로들을 포함하는 유로부; 및
상기 유로부에 설치되어 상기 배출단과 차량 실내를 연결시키거나, 상기 배출단과 차량 외부를 연결시키는 도어부;
를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 이산화탄소 제거 장치의 동작 모드에 따라, 상기 도어부를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
- 제16항에 있어서,
상기 이산화탄소 제거 장치 차량 내부에 독립적으로 설치되고,
상기 케이스에 설치되어 상기 케이스에 유입되는 공기 중 오염물질을 필터링하는 필터; 및
상기 케이스에 설치되어 상기 케이스로 공기를 유입시키는 유입부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
- 제16항에 있어서,
상기 이산화탄소 제거 장치는,
상기 케이스에 유입되는 공기 중 오염물질을 필터링하는 필터; 및
상기 케이스로 공기를 유입시키는 유입부;
를 더 포함하며,
차량 공조 장치 내부에 설치되고, 상기 필터 및 상기 유입부는, 상기 차량 공조 장치에서 사용하는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 이산화탄소 제거 장치는,
이산화탄소를 흡착하는 흡착제를 포함하는 회전부;
상기 흡착제에 에너지를 공급해, 상기 흡착제에 흡착된 이산화탄소를 탈착시키는 에너지 공급수단;
을 포함하며,
상기 흡착제 중 상기 에너지 공급수단에서 먼 측에서는 유입되는 공기중의 이산화탄소가 흡착되어 이산화탄소의 농도를 낮추고,
상기 흡착제 중 상기 에너지 공급수단에 인접한 측에서는 이산화탄소의 탈착이 이루어지며,
상기 회전부의 회전에 따라 상기 에너지 공급수단에 인접한 측이 변경되는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
- 제20항에 있어서,
상기 회전부의 후단에 위치하여 상기 흡착제 중 이산화탄소의 흡착이 이루어지는 부분과 연결되는 제1배출유로; 및
상기 회전부의 후단에 위치하여 상기 흡착제 중 이산화탄소의 탈착이 이루어지는 부분과 연결되는 제2배출유로;
를 포함하되,
상기 제1배출유로는 차량의 실내와 연결되고,
상기 제2배출유로는 차량의 외부와 연결되는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
- 제20항에 있어서,
상기 이산화탄소 제거 장치는 공조 장치 내부에 설치되고,
상기 공조 장치에서 사용되는 필터;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
- 제20항에 있어서,
상기 이산화탄소 제거 장치는 차량 내부에 독립적으로 설치되고,
상기 회전부의 전단에 위치하는 필터;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220073267A KR20230172734A (ko) | 2022-06-16 | 2022-06-16 | 차량 공조 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220073267A KR20230172734A (ko) | 2022-06-16 | 2022-06-16 | 차량 공조 시스템 |
Publications (1)
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---|---|
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020220073267A KR20230172734A (ko) | 2022-06-16 | 2022-06-16 | 차량 공조 시스템 |
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KR (1) | KR20230172734A (ko) |
Citations (1)
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---|---|---|---|---|
KR20210034891A (ko) | 2019-09-23 | 2021-03-31 | 김문배 | 산소발생기 겸용 공기청정장치 |
-
2022
- 2022-06-16 KR KR1020220073267A patent/KR20230172734A/ko active Search and Examination
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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