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KR100834502B1 - 축열패드를 이용한 차량용 냉난방 시트 - Google Patents

축열패드를 이용한 차량용 냉난방 시트 Download PDF

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KR100834502B1
KR100834502B1 KR1020070007021A KR20070007021A KR100834502B1 KR 100834502 B1 KR100834502 B1 KR 100834502B1 KR 1020070007021 A KR1020070007021 A KR 1020070007021A KR 20070007021 A KR20070007021 A KR 20070007021A KR 100834502 B1 KR100834502 B1 KR 100834502B1
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이준경
윤원근
원종필
이기수
노상호
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자동차부품연구원
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Abstract

본 발명에 의한 축열패드를 이용한 차량용 냉난방 시트는, 착석부 및 상기 착석부에 회전 가능하게 결합되는 등받이부로 이루어진 시트와, 상기 착석부 및 등받이부의 탑승자 측 일면에 각각 마련되는 제 1 및 제 2 축열패드와, 상기 착석부의 일면과 제 1 축열패드 사이, 그리고 등받이부의 일면과 제 2 축열패드 사이에 구비되는 복수의 박막형 열전소자를 포함한다.
따라서 박막형 열전소자에서 발생된 열을 일정시간 동안 유지하므로 시트 전체에 골고루 열이 전달되는 장점이 있다. 또한, 착석부 및 등받이부의 내부에 불필요한 열을 배출하기 위한 유로가 형성되고, 유로에 존재하는 불필요한 열을 강제적으로 배출하기 위한 송풍기가 마련되어 열전소자의 냉난방 효율을 향상시킬 수 있다.
박막형 열전소자, 냉난방, 시트, 축열패드

Description

축열패드를 이용한 차량용 냉난방 시트{Climate Control Seat for vehicle Using Thermal Storage}
도 1과 도 2는 일반적인 차량용 시트 공조장치를 도시하는 개략도.
도 3은 본 발명에 의한 축열패드를 이용한 차량용 냉난방 시트를 도시하는 사시도.
도 4는 본 발명에 의한 축열패드를 이용한 차량용 냉난방 시트 중 축열패드가 분해된 상태를 도시하는 사시도.
도 5는 본 발명에 의한 축열패드를 이용한 차량용 냉난방 시트 중 축열패드의 내부를 도시하는 단면도.
도 6은 본 발명에 의한 축열패드를 이용한 차량용 냉난방 시트의 내부를 도시하는 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 시트 본체 110 : 착석부
120 : 등받이부 200 : 냉난방 수단
210, 220 : 축열패드 230, 240 : 박막형 열전소자
250 : 연결관 260 : 송풍기
본 발명은 축열패드를 이용한 차량용 냉난방 시트에 관한 것으로, 구체적으로는 열전소자에서 발생된 냉난방열이 시트 전체에 골고루 전달되고 열전소자의 냉난방 효율을 향상시킬 수 있는 축열패드를 이용한 차량용 냉난방 시트에 관한 것이다.
일반적으로 차량용 공조장치(HVAC : Heating & Ventilating & Air Conditioning)는 운전석 또는/및 조수석 탑승자가 쾌적한 열적환경에서 차량을 이용할 수 있도록 냉방 및 난방을 하거나, 운전자의 전후방 시야가 확보되도록 창에 낀 성에를 제거하기 위한 장치이다. 이러한 차량용 공조장치는 실외공기 또는 실내공기를 선택적으로 도입하고 열교환된 공기를 실내로 송풍하는 송풍 유닛과, 선택적으로 도입된 공기를 냉각하는 냉방 유닛과, 선택적으로 도입된 공기를 가열하는 난방 유닛을 포함하여 구성된다.
근래에는 운전석 또는/및 조수석 탑승자의 대퇴부, 둔부 및 등허리를 냉난방하기 위하여 상술한 차량용 공조장치에서 열교환된 공기를 이용하는 시트 공조장치가 개발 및 사용되고 있다.
도 1은 일반적인 차량용 시트 공조장치를 도시하는 개략도로, 도 1을 참조하여 일반적인 차량용 시트 공조장치를 살펴보면 다음과 같다.
일반적인 차량용 시트 공조장치(1)는, 주 공조장치(즉, 차량용 공조장치, 3)로부터 시트(5)까지 연결되는 연결관(12)과, 상기 연결관(12) 상에 설치되는 송풍 기(14)와, 상기 송풍기(14)에 의해 이송된 공기가 탑승자 측으로 배출되도록 내부에 유로(52)가 형성된 시트(50)를 포함한다. 이때, 상기 유로(52)는 시트(50)의 착석부(54)와 등받이부(56) 내부에 각각 형성되고, 상기 착석부(54)와 등받이부(56)의 탑승자 측 일면에는 복수의 배출공(58)이 형성된다.
그런데 상술한 차량용 시트 공조장치(1)는 주 공조장치(3)에서 열교환된 공기를 이용하여 냉난방하는 구조이므로 주 공조장치(3)가 작동될 경우에만 냉난방을 할 수 있다는 문제가 있다. 또한, 주 공조장치(1)에서 열교환된 공기가 연결관(12)을 따라 이송되는 도중 열손실이 발생하기도 한다. 뿐만 아니라, 연결관(12) 상에 송풍기(14)가 구비되므로 구성이 복잡하고 제작비용이 증가되며, 공간적인 제약은 물론이고 소음이 발생된다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 최근에는 주 공조장치(3)와 별도로 작동 가능한 차량용 시트 공조장치(1)가 제안된 바 있다. 도 2를 참조하여 그 구조를 살펴보면, 실외공기 또는 실내공기를 선택적으로 도입하여 시트(5)까지 전달하는 연결관(12)과, 내부에 유로(52)가 형성된 착석부(54) 및 등받이부(56)를 포함하는 시트(5)와, 상기 착석부(54) 및 등받이부(56)의 유로(52) 상에 각각 마련되는 열전소자(7)를 포함한다.
그런데 도 2에 도시된 차량용 시트 공조장치(1)는 열전소자(7)에서 발생된 냉난방열이 배출되는 유로(52)의 개구부로만 배출되므로 시트(5) 전체를 골고루 냉난방할 수 없다. 또한, 연결관(12)에서 발생되는 열손실은 없으나 유로(52)를 따라 이송되는 도중 열손실이 발생하므로 냉난방 효율이 저하된다.
따라서 본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서 열전소자에서 발생된 냉난방열이 시트 전체에 골고루 전달되고 열전소자의 냉난방 효율을 향상시킬 수 있는 축열패드를 이용한 차량용 냉난방 시트를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 축열패드를 이용한 차량용 냉난방 시트는, 착석부 및 상기 착석부에 회전 가능하게 결합되는 등받이부로 이루어진 시트와, 상기 착석부 및 등받이부의 탑승자 측 일면에 각각 마련되는 제 1 및 제 2 축열패드와, 상기 착석부의 일면과 제 1 축열패드 사이, 그리고 등받이부의 일면과 제 2 축열패드 사이에 구비되는 복수의 박막형 열전소자를 포함한다.
이때, 상기 착석부 및 등받이부의 내부에는 유로가 형성되어지되, 상기 유로의 양단은 상기 복수의 박막형 열전소자 및 송풍기에 각각 연결된다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 축열패드는 박막형 열전소자에서 발생된 열을 저장하는 젤과, 상기 젤을 밀봉하기 위한 커버와, 상기 커버에 마련되어 박막형 열전소자와 접촉되는 열전도판으로 이루어지고, 상기 젤은 소듐, 칼슘, 암모늄, 포타슘 클로라이드, 마그네슘, 소듐설페이트, 포타슘 및 소듐 나이트레이트와 같은 수용성 무기염으로 제작된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 축열패드를 이용한 차량용 냉난방 시트를 도시하는 사시도이고, 도 4는 본 발명에 의한 축열패드를 이용한 차량용 냉난방 시트 중 축열패드가 분해된 상태를 도시하는 사시도이다. 또한, 도 5는 본 발명에 의한 축열패드를 이용한 차량용 냉난방 시트 중 축열패드의 내부를 도시하는 단면도이고, 도 6은 본 발명에 의한 축열패드를 이용한 차량용 냉난방 시트의 내부를 도시하는 단면도이다.
도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 축열패드를 이용한 차량용 냉난방 시트는, 탑승자가 앉을 수 있도록 차량의 실내에 마련되는 시트 본체(100)와, 상기 시트 본체(100)에 앉은 탑승자가 쾌적한 열적환경을 느낄 수 있도록 냉방 또는 난방을 담당하는 냉난방 수단(200)으로 구성된다.
우선, 상기 시트 본체(100)는 시트 본체(100)에 앉은 탑승자의 대퇴부 및 둔부를 지지하는 착석부(110)와 탑승자의 등허리를 지지하는 등받이부(120)를 포함한다. 이러한 구조를 갖는 시트 본체(100)는 등받이부(120)의 회전이 불가능하거나 일정 범위 내에서만 회전 가능한 1열 시트와, 착석부(110) 및 등받이부(120)의 절첩이 가능한 2열 시트로 구분되어지되 이 중에서 1열 시트는 승용차의 운전석과 조수석에 설치되는 세퍼레이트 시트(Seperate Seat)와 뒷좌석에 설치되는 것은 벤치시트(Bench Seat)로 다시 구분된다. 이때, 본 실시예에서는 1열 시트 중 세퍼레이트 시트에 냉난방 수단(200)이 마련된 것으로 설명하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 벤치시트 및 2열 시트에 냉난방 수단(200)이 마련될 수 있음은 당연하다.
상기 냉난방 수단(200)은, 상기 착석부(110) 및 등받이부(120)의 탑승자 측 일면에 각각 마련되는 제 1 및 제 2 축열패드(210, 220)와, 상기 착석부(110)의 일면과 제 1 축열패드(210) 사이, 그리고 등받이부(120)의 일면과 제 2 축열패드(220) 사이에 복수로 구비되는 박막형 열전소자(230, 240)를 포함한다.
도 5를 참조하면, 상기 제 1 축열패드(210)는 축열된 온도를 일정시간 동안 유지하여 흡열 및 방열하기 위한 것으로, 착석부(110)에 마련된 박막형 열전소자(230)에서 발생된 열을 저장하는 젤(212)과, 상기 젤(212)을 밀봉하기 위한 커버(214)와, 상기 커버(214)에 마련되어 상기 박막형 열전소자(230)와 접촉되는 열전도판(216)으로 구성된다. 이때, 상기 젤(212)은 소듐, 칼슘, 암모늄, 포타슘 클로라이드, 마그네슘, 소듐설페이트, 포타슘 및 소듐 나이트레이트와 같은 수용성 무기염에 물을 첨가하여 만든다. 또한, 상기 열전도판(216)은 착석부(110)에 마련된 박막형 열전소자(230)와 동수로 마련되고 상기 제 1 축열패드(210) 설치 시 상기 박막형 열전소자(230)와 접촉될 수 있는 위치에 마련된다. 여기서 상기 제 2 축열패드(220)는 상기 제 1 축열패드(210)와 동일한 형상 및 구조로 이루어지는 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 박막형 열전소자(230, 240)는 Bi2Te3/Sb2Te3의 다층 박막이 초격자 구조를 이루도록 제작된 것으로 상온(298K)에서 32.2K의 절대 냉각이 가능하며 약 700W/㎠의 냉각력을 갖는다. 이와 같은 초격자 구조의 박막형 열전소자(230, 240)는 이미 개발되어 초정밀 계측 기계 등에 사용되고 있는 바, 이에 대한 상세한 설 명은 생략하기로 한다. 또한, 박막형 열전소자(230, 240)는 초격자 구조 이외에 다른 구조로도 제작이 가능하므로 반드시 초격자 구조로 이루어진 것에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 착석부(110)와 등받이부(120)의 내부에는 도 6에 도시된 바와 같이 유로(112, 122)가 형성된다. 상술한 유로(112, 122)의 일단은 여러 갈래로 나뉘어져 복수의 박막형 열전소자(230, 240)와 각각 연결되고 타단은 시트 본체(100)의 외부에 마련된 연결관(250)에 연결되며, 상기 연결관(250)은 다시 송풍기(260)에 연결된다. 이와 같은 유로(112, 122)는 상기 박막형 열전소자(230, 240)의 열효율을 향상시키기 위한 것으로, 구체적으로는 난방 및 냉방 시 타측에서 발생되는 불필요한 열이 외부로 배출되도록 함으로써 박막형 열전소자(230, 240)의 열효율을 향상시킨다. 이때, 상기 송풍기(260)를 이용하면 불필요한 열의 강제적으로 배출할 수 있으므로 박막형 열전소자(230, 240)의 열효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
다른 한편, 냉난방 전환 및 냉난방 온도를 조절하기 위하여 상기 냉난방 수단에는 제어부(미도시)가 추가로 마련된다.
박막형 열전소자(230, 240)를 포함하는 모든 열전소자는 인가되는 전류의 극성에 따라 흡열 및 발열 위치가 바뀐다. 즉, 전류의 극성이 역으로 전환되면 열을 흡수하던 곳에서는 열을 방출하고, 열을 방출하던 곳에서는 열을 흡수하게 된다. 따라서 제어부를 이용하여 박막형 열전소자(230, 240)로 인가되는 전류의 극성을 전환하면, 여름철에는 냉방하고 겨울철에는 난방을 할 수 있다.
또한, 박막형 열전소자(230, 240)를 포함하는 모든 열전소자는 인가되는 전 류의 세기에 따라 흡열 및 발열량이 비례하여 변한다. 따라서 상기 제어부를 이용하여 박막형 열전소자(230, 240)로 인가되는 전류의 세기를 조절하면, 흡열 및 발열량이 비례하여 변하기 때문에 냉방 및 난방온도를 조절할 수 있다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 축열패드를 이용한 차량용 냉난방 시트의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
이상과 같이 본 발명에 의한 축열패드를 이용한 차량용 냉난방 시트는, 시트 본체의 착석부 및 등받이부에 제 1 및 제 2 축열패드가 마련되어 박막형 열전소자에서 발생된 열을 일정시간 동안 유지하므로 시트 전체에 골고루 열이 전달되는 장점이 있다. 또한, 착석부 및 등받이부의 내부에 불필요한 열을 배출하기 위한 유로가 형성되고, 유로에 존재하는 불필요한 열을 강제적으로 배출하기 위한 송풍기가 마련되어 열전소자의 냉난방 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 차량용 냉난방 시트에 있어서,
    착석부 및 상기 착석부에 회전 가능하게 결합되는 등받이부로 이루어진 시트본체, 상기 착석부 및 등받이부의 탑승자 측 일면에 각각 마련되는 제 1 및 제 2 축열패드, 상기 착석부의 일면과 제 1 축열패드 사이, 그리고 등받이부의 일면과 제 2 축열패드 사이에 구비되는 복수의 박막형 열전소자를 포함하고,
    상기 착석부 및 등받이부의 내부에는 유로가 형성되어지되, 상기 유로의 양단은 상기 복수의 박막형 열전소자 및 송풍기에 각각 연결되며,
    상기 제 1 및 제 2 축열패드는, 박막형 열전소자에서 발생된 열을 저장하는 젤, 상기 젤을 밀봉하기 위한 커버 및 상기 커버에 마련되어 박막형 열전소자와 접촉되는 열전도판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 축열패드를 이용한 차량용 냉난방시트.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 젤은 소듐, 칼슘, 암모늄, 포타슘 클로라이드, 마그네슘, 소듐설페이트, 포타슘 및 소듐 나이트레이트와 같은 수용성 무기염으로 제작되는 것을 특징으로 하는 축열패드를 이용한 차량용 냉난방 시트.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 박막형 열전소자로 인가되는 전류의 극성을 전환하고 그 세기를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축열패드를 이용한 차량용 냉난방 시트.
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