KR101694841B1 - 냉온 겸용 시트 및 그 제작 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 냉온 겸용 시트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차의 운전석 및 조수석을 비롯한 승객용 시트에 냉방과 온열을 제공하여, 여름철이나 주위 온도가 높을 경우에는 냉기를 공급하고, 겨울철과 같이 주위 온도가 낮은 경우에는 열기를 공급하기 위해서, 냉방과 온열을 동시에 공급할 수 있는 자동차 시트에 관한 것이다. 또한 본 발명에 따른 냉온 겸용 시트를 통해서 자동차에 탑승한 각 개인마다 맞춤형으로 냉난방을 제공할 수 있어, 자동차에 탑승한 각 개인에게 최적의 여행 환경을 제공할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 냉온 겸용 시트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차의 운전석 및 조수석을 비롯한 승객용 시트에 냉방과 온열을 제공하여, 여름철이나 주위 온도가 높을 경우에는 냉기를 공급하고, 겨울철과 같이 주위 온도가 낮은 경우에는 열기를 공급하기 위해서, 냉방과 온열을 동시에 공급할 수 있는 자동차 시트에 관한 것이다.
자동차의 보급이 확대됨에 따라 자동차의 편의 시설에 대한 기술적 진보도 지속적으로 이루어지고 있다. 특히 여름철이나 겨울철에도 자동차를 이용하여 쾌적하게 야외활동을 할 수 있도록 자동차는 현대인의 생활에서 필수품이 되었다.
여름철에 에어컨을 장시간 가동할 경우 오히려 감기나 몸살에 걸릴 우려가 있고, 겨울에도 지나치게 히터를 오랫동안 가동하면 두통을 유발시키는 경우가 있다. 겨울철의 경우 자동차 이용자가 장시간 시동을 꺼 놓아서 자동차가 싸늘한 상태에서 처음 자동차에 탑승할 때 시트의 차가운 느낌으로부터 빨리 탈피하여 따뜻하고 안락한 상태로 자동차를 이용하고자 자동차에 시동을 걸자마자 시트가 따뜻해지기를 원하고, 여름철의 경우 자동차 이용자가 운동을 한 상태이거나 햇볕에 장시간 노출되어 몸이 뜨거운 상태에서 또한 햇볕에 가열된 자동차에 탑승하면 높은 기온에 자동차의 내부 열기가 더해져서 견디기 어려운 지경이어서 자동차 이용자라면 누구나 자동차에 에어컨이 작동하여 자동차 내부의 온도를 낮추기 전에 몸이 시원해지기를 원하게 된다.
이러한 요구를 가장 잘 충족시킬 수 있는 방법이 바로 시트에 온열기능을 부가하여 자동차에 탑승하자마자 자동차에 탑승한 사람에게 더울 때는 시원함을, 추울 때는 따뜻함을 제공하고, 또한 장시간 운전할 경우에는 쾌적함이 그대로 몸에 전달되도록 하여 몸에 피로가 누적되는 것을 해소하여 주는 것이다.
따라서 본 발명은 자동차 시트에 냉온 기능을 동시에 제공할 수 있는 저렴하면서도 효율적인 방법을 제시하고자 한다. 즉, 시트에 열기를 제공하는 온열기와 냉기를 제공하는 냉방기를 동시에 구현하여 사용자가 원하는 경우 언제든지 자동차의 시동 여부와 상관없이 시트를 따뜻하게 만들거나 시원하게 만들 수 있는 냉온시트를 제공하고자 한다.
또한 본 발명에 따른 냉온 겸용 시트를 통해서 자동차에 탑승한 각 개인마다 맞춤형으로 냉난방을 제공할 수 있어, 자동차에 탑승한 각 개인에게 최적의 여행 환경을 제공할 수 있게 된다.
이러한 자동차용 냉온 시트에 대한 선행기술문헌으로는 한국공개특허 제1997-0036713호(1997. 07. 22)는 차량의 좌판 씨트에 일정간격으로 다수의 에어공을 형성하여서 된 씨트형 노즐을 설치하고, 이를 차량에 설치된 리어닥트에 자바라식 호스를 이용하여 연결시킴으로써, 여름에는 에어콘에 의해 냉풍이 분출되게 하여 카바를 시원하게 하고, 겨울에는 히터에 의해 온풍을 분출시킴으로써 탑승시 매우 쾌적하도록 하려는 것을 목적으로 하는 차량용 씨트의 냉온풍 공급장치에 관한 것이다.
또한 한국공개특허공보 제2004-0098295호(2004. 11. 20.)는 자동차의 냉난방 장치에 관한 것으로써, 특히 에어컨 및 히터에서 송풍되는 냉온풍을 덕트를 통해 시트의 내측에 공급되도록 하여 상기 냉온풍으로 인해 시트에 착석한 탑승자가 냉열기를 느낄 수 있도록 하는 자동차의 냉난방 장치에 관한 것이다.
상기 선행기술문헌에서는 냉풍과 온풍을 시트에 공급하여 냉온효과를 제공하고자 하는 것으로, 실제로 냉풍과 온풍을 자동차의 에어컨이나 히터에서 열공급을 받기 때문에 엔진의 시동으로 가열되거나 에어컨이 가동되기 전에는 열이나 냉기를 공급받을 수 없는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 최근의 선행기술문헌으로는 한국등록특허 제 1357920호(2014. 01. 24)는 자동차 시트의 냉난방장치에 관한 것으로, 기존의 열선을 이용한 시트 난방방식이나 공기의 순환을 이용한 시트 냉방방식이 먼지나 냄새의 발생으로 인한 불쾌감을 유발함과 아울러 시트 내부의 구조가 복잡해져 제조원가가 고가였던 문제점을 해소할 수 있도록, 시트 쿠션 또는 시트 백의 내부에 헬륨가스 등의 포함하는 불활성가스가 충진된 냉난방 패드가 설치되고, 이 냉난방 패드의 일측에는 발열 또는 흡열의 전환이 가능한 펠티어소자 또는 열음향냉열기로 이루어진 열원이 설치되어 냉난방 패드 내부의 불활성가스를 가열 또는 냉각시킴으로써 시트에 앉은 탑승자의 둔부를 포함한 하체 및 등 부분을 포함하는 상체의 냉난방이 가능하도록 되어 있으며, 상기 냉난방 패드의 하부에는 공기가 충진된 분할형의 에어쿠션 패드가 더 설치되어 착석자의 요구에 따라 에어쿠션의 쿠션상태를 가변시킬 수 있도록 함으로써 정적인 착석상태에서 느끼는 피로의 감소와 아울러 하체 마사지 효과를 줄 수 있도록 하는 것이다.
상기 선행기술문헌의 경우에는 펠티어소자에 의한 냉난방 패드를 이너 튜브와 이 이너 튜브를 감싸는 외부 튜브로 제작하여, 쉽게 찢어지거나 구멍이 잘 나지 않는 케블라섬유 등의 내구성 소재를 사용하며, 시트의 세로측면에 펠티어소자를 접촉하여 수평면에 열이나 냉기를 전달하는 구조이므로, 열전달 효율이 떨어지며, 관리나 제작에 어려움이 있는 실정이다.
따라서 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해서, 얇은 히트파이프 어레이를 사용하여 열전달 효율을 증대시키고, 외부로부터 하중과 압력을 받더라도 내구성 유지와 제작이 편리하도록 하며, 냉기와 열기가 잘 전파되도록 히트파이프 어레이에 냉온 파이프를 구성하여 열기와 냉기의 전달을 극대화한 냉온 겸용 시트를 제공하고자 한다. 또한 본 발명에 따른 냉온 겸용 시트를 통해서 자동차에 탑승한 각 개인마다 맞춤형으로 냉난방을 제공할 수 있어, 자동차에 탑승한 각 개인에게 최적의 여행 환경을 제공할 수 있게 된다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해서 창안된 것으로, 냉열기가 효율적으로 전파되도록 히트파이프에 통풍파이프를 한 줄씩 건너뛰면서 배치하여 열기와 냉기가 히트파이프와 통풍파이프를 통해서 동시에 골고루 전파되도록 하는 냉온 겸용 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 히트파이프 어레이와 통풍파이프를 혼합하여 구성함으로써 열기와 냉기를 좀 더 세밀하게 조절하며, 사용자의 선택에 따라서 통풍, 전도 또는 이들의 조합을 통해서 냉온 기능이 가능하도록 하는 냉온 겸용 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 히트파이프 어레이와 통풍파이프를 통해 냉기 또는 열기를 전도함에 있어서, 온도센서를 통한 저항의 변화를 감지하고 이를 다시 전류센서로 활용함으로써, 자동적으로 열전소자의 입력전압을 제어하도록 함으로써, 안전하게 열전소자를 제어할 수 있는 냉온 겸용 시트를 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 히트파이프와 통풍파이프를 통해 열기와 냉기를 전달함에 있어서, 상기 열기와 냉기를 발생시키는 근원인 열전소자의 제어를 상기 온도센서에 따른 전원의 레벨을 제어하거나 PWM을 통해서 전원공급의 주파수를 제어함으로써, 안전하게 열전소자를 제어할 수 있는 냉온 겸용 시트를 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 상기 히트파이프 어레이와 통풍파이프를 구성함에 있어서, 상기 통풍파이프를 상기 히트파이프 어레이의 일부에 통풍을 위한 홀을 구성함으로써, 간단하게 온열 겸용 시트를 제작하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 창안된 본 발명의 일 실시예에 따른 냉온 겸용 시트는, 냉각이나 가열이 가능하도록 냉기나 열기를 각각 전달하는 복수의 히트파이프로 구성된 히트파이프 어레이; 상기 히트파이프 어레이 사이에서 냉풍와 온풍을 각각 전달하는 통풍파이프 어레이; 상기 히트파이프 어레이나 통풍파이프 어레이에 열기 또는 냉기를 공급하는 냉온부;를 포함하며, 상기 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이는 상호 결합되어 일체로 구성되며, 상호 보완작용을 통해서 열기와 냉기의 전달 효과를 상승시키도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 냉온 겸용 시트는, 상기 냉온부가 펠티어소자인 경우, 상기 냉온부의 일측면을 히트파이프 어레이, 통풍파이프 어레이 또는 이들의 조합 중 하나의 일부분과 격리하는 분리막;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 히트파이프 어레이는, 내부를 진공으로 하거나, 열기와 냉기의 전달을 촉진시키는 액체 또는 기체를 충전하고 있어, 열기와 냉기를 효과적으로 전달하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 히트파이프 어레이의 각 파이프 어레이 사이에 상기 통풍파이프 어레이의 각 파이프가 설치되어 상기 히트파이프 어레이의 열이 상기 통풍파이프 어레이에 의해서 보다 잘 퍼지고 골고루 전파되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이에 의해서, 사용자의 선택에 따라서 냉기 또는 열기의 통풍, 냉기 또는 열기의 전도 또는 이들의 조합을 통해서 냉기 또는 열기의 전파가 시간이나 온도에 따라 자동으로 냉기 또는 열기의 전달 및 분배가 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이를 통해 냉기 또는 열기를 전파함에 있어서, 상기 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이의 일 부분에 온도센서를 장착하여 상기 온도센서를 통한 저항의 변화를 감지하고, 상기 저항의 변화에 따라 전류의 변화를 감지하여, 냉온부의 입력전압을 제어하여 온도를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 냉온부는 코일이 감겨진 전열기나 냉매가 주입된 냉각기를 포함한 냉온장치 또는 펠티어소자를 포함한 열전소자를 포함하며, 상기 냉온장치나 열전소자에 입력되는 구동 전압이나 전류의 제어에 따라 열기나 냉기가 조절되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 구동 전압이나 전류의 제어에 따라 열기나 냉기를 조절하는 것은, 상기 전압이나 전류의 레벨을 제어하거나 또는 PWM을 통한 전압이나 전류의 듀티비를 제어함으로써, 수행되는 것을 특징으로 한다.
아울러 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 냉온 겸용 시트의 제조 방법은, 복수의 히트파이프 열로 구성된 히트파이프 어레이를 제조하는 단계; 상기 제조된 히트파이프 어레이에 해당 열마다 원하는 개수의 홀을 형성하여 통풍파이프 어레이를 형성하는 단계; 가열부, 냉각부 또는 이들의 조합을 포함하여 구성되는 냉온부 생성; 및 상기 히트파이프 어레이, 통풍파이프 어레이 및 이들의 조합 중 하나에 상기 냉온부를 접합하는 단계;를 포함하며, 상기 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이는 상호 결합되어 일체로 구성되며, 상호 보완작용을 통해서 열기와 냉기의 전달 효과를 상승시키도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 냉온 겸용 시트의 제조 방법은, 상기 냉온부가 펠티어소자인 경우, 상기 냉온부의 일측면을 히트파이프 어레이, 통풍파이프 어레이 또는 이들의 조합 중 하나의 일부분과 격리하는 분리막을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 히트파이프 어레이를 제조하는 단계는, 열기와 냉기를 효과적으로 전달하기 위해 상기 히트파이프 어레이 내부를 진공으로 하거나, 열기와 냉기의 전달을 촉진시키는 액체 또는 기체를 충전하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 냉온 겸용 시트 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차의 운전석 및 조수석을 비롯한 승객용 시트에 냉방과 온열을 제공하여, 여름철이나 주위 온도가 높을 경우에는 냉기를 공급하고, 겨울철과 같이 주위 온도가 낮은 경우에는 열기를 공급하는 냉방과 온열을 동시에 공급할 수 있는 자동차 시트 및 이의 제작 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 히트파이프에 통풍파이프를 한 줄씩 건너뛰면서 배치하여 열기와 냉기가 히트파이프와 통풍파이프를 통해서 동시에 골고루 전파되도록 하는 효과가 있다. 또한 본 발명은 히트파이프 어레이와 통풍파이프를 혼합하여 구성함으로써 열기와 냉기를 좀 더 세밀하게 조절할 수 있고, 사용자의 선택에 따라서 통풍, 전도 또는 이들의 조합을 통해서 냉온 기능이 가능하므로 이들의 적절한 조합으로 사용자가 원하는 냉온열 기능을 제공할 수 있다. 또한 본 발명은 온도센서를 통한 저항의 변화를 감지하고 이를 다시 전류센서로 활용함으로써, 자동적으로 열전소자의 입력전압을 제어하도록 하여 안전하게 열전소자를 제어할 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명은 열기와 냉기를 발생시키는 근원인 열전소자의 제어를 수행함에 있어서, 상기 온도센서에 따른 전원의 레벨을 제어하거나 PWM을 통해서 전원공급의 듀티비를 제어함으로써, 안전하게 열전소자를 제어할 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명은 통풍파이프를 히트파이프 어레이의 일부에 통풍을 위한 홀을 구성함으로써, 간단하게 온열 겸용 시트를 제작할 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명에 따른 냉온 겸용 시트를 통해서 자동차에 탑승한 각 개인마다 맞춤형으로 냉난방을 제공할 수 있어, 자동차에 탑승한 각 개인에게 최적의 여행 환경을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉온 겸용 시트를 장착한 차량용 시트의 구조를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉온 겸용 시트의 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이의 구조 및 이들을 통한 열기와 냉기의 순환 구조를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉온 겸용 시트의 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이에서 (a) 난방 및 (b) 냉방 동작 원리를 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉온 겸용 시트에서 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이의 제어원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉온 겸용 시트의 제조 과정을 보인 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉온 겸용 시트의 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이의 구조 및 이들을 통한 열기와 냉기의 순환 구조를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉온 겸용 시트의 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이에서 (a) 난방 및 (b) 냉방 동작 원리를 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉온 겸용 시트에서 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이의 제어원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉온 겸용 시트의 제조 과정을 보인 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 또한 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉온 겸용 시트를 장착한 차량용 시트의 구조를 나타낸 예시도이다.
먼저 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 냉온 겸용 시트를 장착한 차량용 시트(100)의 구조는 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이(110)를 좌석부분과 등받이 부분이 각각 장착할 수 있으며, 각 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이(110)는 개별적으로 혹은 통합적으로 제어부(130)에 의해서 제어될 수 있다. 또한 상기 제어부(130)의 제어에 따라 각 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이(110)에 통풍을 위한 송풍기가 설치될 수 있으며, 이것도 좌석과 등받이에 별도로 설치되거나 통합적으로 설치되어 열기와 냉기를 불어 넣을 수 있도록 장착할 수 있다.
또한 통풍구는 다양한 타입(A 혹은 B)으로 구성할 수 있으며, 히트파이프와 통풍파이프 어레이의 아래에서 상측으로 통풍되게 구성하는 것이 바람직하다. 또한 이러한 통풍의 방향이나 구성에 대해서는 특별한 제한이 없으며, 사용자의 필요에 따라서 좌측면, 우측면, 하부, 상부, 정면, 배면 등 어느 곳에서 휀을 가동하여도 무방하다. 즉, 사용자가 직접적으로 바람을 맞게 되면 불쾌감을 느낄 수 있기 때문에, 가급적 사용자에게 직접적으로 바람이 향하지 않도록 공기의 주입구와 유출구를 배치하는 것이 바람직하다.
여기서 히트파이프는 일반적으로 컴퓨터의 CPU(Central Processing Unit)에서 발생한 열을 히트파이프 내부 유체의 증발을 통해 외부로 전달하는 장치에서 유래되었으며, 손에 물이나 알코올을 바르면 빨리 시원해지는 것과 같은 원리이다. 이는 구리나 알루미늄보다 40 내지 80배가량 열전달 속도가 빠른 것으로 알려져 있다. 이는 발열부위의 열을 방열판 부분으로 재빨리 이동시켜주기 때문에 본 발명에서는 히트파이프의 어레이를 구비하여 발열부의 열이나 냉각부의 냉기를 좌석이나 등받이 쪽으로 전달하고자 한다. 또한 상기 열기나 냉기를 조금만 발생시켜도 과열될 우려가 있으므로, 상기 발열부나 냉각부가 과열되지 않는 범위에서 가능한 한 열기와 냉기를 신속하게 좌석이나 등받이 쪽으로 전달하여야 하므로, 상기 히트파이프와 동시에 통풍파이프를 설치하여 열기나 냉기의 전달을 보다 효과적으로 수행하고자 한다.
이러한 히트파이프의 온도를 발열부와 냉각부에서 정교하게 제어하기 위해서 온도센서를 상기 히트파이프의 여러 곳에 설치하고, 이들로부터 온도 정보를 수집한 다음, 발열부와 냉각부의 온도를 조절하게 된다.
여기서 상기 온도센서는 일반적으로 NTC(Negative Thermal Coefficients)와 PTC(Positive Thermal coefficients) 타입이 사용되며, NTC는 온도가 올라가면 저항이 적어지는 방식이고 PTC는 온도가 올라감에 따라 저항이 증가하는 방식이다. 주로 반도체 소재를 이용하여 만들어지며, 예컨대 히트파이프에 열을 감지하여 온도가 올라가면 저항이 올라가게 만들어 이 저항에 따라 전류를 저감시켜 자동으로 발열부의 온도를 줄이도록 하여 안전하게 발열부를 동작시킬 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 냉온 겸용 시트에서는 시트의 온도를 검출하여 시트의 온도 상태에 따라 전열기나 냉각기의 온도를 가감하도록 설계한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉온 겸용 시트의 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이의 구조 및 이들을 통한 열기와 냉기의 순환 구조를 나타낸 구성도이다.
도 2에 보듯이, 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이의 결합 구조는 히트파이프 어레이 사이에 통풍파이프 어레이를 두고, 상기 통풍파이프 어레이에 공기 홀을 일면에만 형성하여 공기통로를 마련할 수 있으며(도 2의 (a) 및 (b)), 또한 상기 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이에서 상기 통풍파이프 어레이를 관통하는 공기 홀을 구성하고, 그 아래에 공개 챔버를 마련하여, 상기 공기 챔버로 공기를 불어 넣으면, 상기 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이의 상측으로 공기가 흘러나오도록 할 수 있다.
또한 공기의 입구와 출구에 대해서는 상기 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이의 일측으로 공기를 주입하고 다른 일측으로 공기가 배출되도록 하여 열기나 냉기가 전달되도록 할 수 있다. 즉 도 2의 (a)는 통풍파이프 어레이의 일측에 형성된 공기홀을 통해서 공기를 불어 넣고 다른 쪽으로 공기가 배출되도록 할 수 있으며, 도 2의 (b)와 같이 통풍파이프 어레이의 한 측면(우측 또는 좌측)에서 공기를 주입하고 상측으로 공기가 배출되도록 구성할 수도 있다. 또한 통풍파이프 어레이의 양측에서 공기를 주입하고 상측으로 공기가 배출되도록 구성하는 것도 가능하다. 즉, 공기를 주입하고 배출하는 것은 어느 곳이라도 상관없으나, 다만 열원부에 가까운 곳에서 공기를 주입하고 열원부에서 멀리 떨어진 부분에서 공기가 배출되도록 구성하는 것이 바람직 할 것이다.
아울러 이러한 공기의 유입이나 유출에 더하여 열원부나 냉각부의 위치는 사용자가 좌석에 착석시에 좌석과 접촉되는 위치에 따라서 냉방이나 난방의 효과가 좋은 쪽으로 선택하는 것이 바람직하다. 예컨대 사람이 좌석에 착성하였을 경우 힙이 좌석에 닿는 부분을 위주로 상기 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이를 배치하는 것이 바람직하다.
다음으로 도 2의 (c)를 참조하면, 통풍파이프 어레이의 아래쪽에 공기 챔버를 형성한 후, 상기 챔버로 공기를 주입하면 상기 통풍파이프 어레이의 상측으로 공기가 배출되어 열기와 냉기가 전파되게 할 수 있으며, 또한 상기 통풍파이프 어레이의 일측에 공기를 주입하면 다른 일측으로 공기가 배출됨으로써 냉기나 열기가 전파되도록 구성할 수도 있다.
결국 본 발명은 냉난방 일체형 통풍 시스템에 관한 것으로, 난방은 펠티어소자를 열원으로 활용하여 히트파이프 어레이만으로 좌석을 따뜻하게 할 수 있으며, 냉방은 펠티어소자를 이용하여 냉각시키며, 냉기를 히트파이프 및 통풍파이프를 이용해 냉기를 전달할 수 있다. 즉, 냉방의 경우에는 통풍 경로에 의한 냉풍 확산을 통하여 인체가 주변 온도 보다 낮은 온도의 통풍으로 인한 기화열로 인해서 시원함을 느끼게 할 수 있다. 냉방의 경우에는 별도의 팰티어소자를 가동하지 않고 휀만 가동하여도 시원함을 느끼게 할 수 있다.
또한 난방은 접촉에 의한 열전달 및 내부의 약한 통풍을 통해 열전달을 할 수 있으며, 냉방은 펠티어소자에 의해 발생된 냉기를 히트파이프로 확산 시킨 후 확산된 냉기를 냉풍(공기) 통로를 통해 시트로 전달함으로써 냉방을 수행할 수 있다.
한편 본 발명에 따른 냉온 겸용 시트에서는 공기주입구와 공기유출구의 위치와 방향에 대해서 특별한 제한을 두지 않고 있으며, 히트파이프 어레이의 하측에서 상측으로 공기가 흐르도록 하려면, 히트파이프와 통풍파이프 어레이의 상측에 열기와 냉기를 생성하는 냉온부를 두는 것이 바람직하거나, 또는 상기 냉온부를 상기 히트파이프와 통풍파이프 어레이의 상측 또는 하측의 모서리 부분에 위치하도록 하는 것이 바람직하다. 실제로 상기 공기주입구와 공기유출구의 위치는 히트파이프와 통풍파이프 어레이의 상측, 하측, 좌측면, 우측면, 정면, 배면 등 어느 곳에 설치하더라도 무관하다. 다만 이러한 위치의 선정은 사용자에게 바람이 직접적으로 닿지 않도록 그 위치를 선정하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉온 겸용 시트의 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이에서 (a) 난방 및 (b) 냉방 동작 원리를 보인 예시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 우측면에서 공기주입을 하는 구조에서, 공기주입부(203)는 오른쪽에 위치하고 공기유출구(204)는 히트파이프와 통풍파이프의 상부에 형성되어 있는 구조이다. 펠티어소자(202)의 경우 전원의 접속에 따라 한 면이 난방열을 생성하면 반대편은 냉각되게 된다. 또한 한 면이 냉각되게 되면 다른 반대편은 가열되게 된다. 이러한 이유로 도 3의 (a)와 같이, 펠티어소자의 가열면이 히트파이프와 통풍파이프 어레이의 한 면에 접촉하게 되면, 열이 신속하게 전체 히트파이프 어레이로 전달된다. 이러한 구조에서 열기가 좀 더 잘 전달되도록 상기 히트파이프 어레이의 사이로 통풍파이프의 어레이가 설치되어 통풍을 통해서 열기가 더 신속하게 퍼질 수 있도록 할 수 있다.
또한 도 3의 (b)와 같이, 펠티어소자(202)를 통해서 냉방을 할 경우에는 펠티어소자의 한 면이 냉각되게 되고, 펠티어소자의 반대편은 가열되게 된다. 이렇게 냉각된 펠티어소자의 한 면은 피트파이프와 통풍파이프 어레이를 통해서 냉기가 전달된다. 이 경우 펠티어소자(202)의 가령된 면은 열기가 외부로 빠져나가야 하고, 이 열기가 냉각에 지장을 주지 않도록 펠티어소자의 냉각 및 가열 면 사이에 차단막(201)을 두어 냉기와 열기가 서로 섞이지 않도록 격리시키는 것이 필요하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉온 겸용 시트에서 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이의 제어원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 냉온 겸용 시트에서 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이의 통풍과 가열부 및 냉각부를 제어하는 메커니즘은, 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이에 설치된 적어도 하나 이상의 온도센서(303)와 이로부터 온도값을 측정하여 가열부 및 냉각부의 온도를 제어하고, 사용자의 선택에 따라서 휀(302)의 동작을 제어한다.
제어부(301)는 온도센서로부터 온도값을 측정하여 온도값을 저항값으로 변환한 다음 해당 저항값의 변화에 따른 전류변화를 유도하고, 이를 바탕으로 가열부 및 냉각부(305)에 입력할 전압의 레벨이나 PWM에서의 듀티비를 조절함으로써, 가열부 및 냉각부(305)에서 생성할 온도를 결정한다. 또한 사용자의 선택이나 미리 정해진 시간이나 강도에 따라 휀(302)을 동작시키게 된다.
상기 온도센서(303)는 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이가 과열되지 않도록 적어도 한 곳 이상에 설치하는 것이 바람직하고, 가열부 및 냉각부(305)가 펠티어소자라면 냉각판의 반대편에는 쿨링이 필요할 수가 있다. 이 경우에는 상기 휀(302)에서 생성된 바람의 일부를 이용하여 냉각에 활용할 수도 있다.
상기 제어부(301)는 자동차와 NFC(Near Field Communication)나 블루투스를 포함한 근거리 유무선 통신을 이용하여 휴대단말기와 연결될 수 있으며, 사용자는 휴대 단말기를 통해서 상기 제어부에 구비된 CPU와 통신하여 냉온 겸용 시트의 온도와 가동을 제어할 수 있다. 이러한 제어부의 구성은 NFC, WiFi, 블루투스를 포함한 유무선 통신 수단을 통해서 인터넷에도 연결될 수 있으며, 이는 사용자의 입장에서는 IoT(Internet Of Things)를 구현하는 것이 가능하다. 이 경우에는 제어부에 구비된 CPU에 냉온 겸용 시트를 제어하기 위한 웹을 설치함으로써 사용자가 인터넷을 통해서 자신의 단말기로 원격에서 냉온 겸용 시트를 제어할 수 있다.
즉, 외부 기온이 매우 춥거나 더운 경우, 사용자는 자동차에 탑승하기 전에 미리 인터넷을 통해서 냉온 겸용 시트를 가동함으로써, 자동차를 사용하기 전에 미리 실내 환경을 쾌적하게 유지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉온 겸용 시트의 제조 과정을 보인 흐름도이다.
먼저 시트에 장착할 냉난방 면적에 따른 복수의 히트파이프 열로 구성된 히트파이프 어레이를 제조한다(S110). 여기서 히트파이프 어레이를 제조하기 위해서는 먼저 열기와 냉기를 효과적으로 전달하기 위해 상기 히트파이프 어레이 내부를 진공으로 하거나, 열기와 냉기의 전달을 촉진시키는 액체 또는 기체를 충전하는 과정이 필요하다.
다음으로 상기 제조된 히트파이프 어레이의 일부 열에 공기 홀을 생성하여 통풍파이프 어레이를 형성한다(S120). 여기서 해당 열마다 원하는 개수의 홀을 형성하여 통풍파이프 어레이를 구성할 수 있다.
또한 상기 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이를 가열하거나 냉각시키기 위해서 가열부, 냉각부 또는 이들의 조합을 포함하여 구성되는 냉온부를 생성한다(S130).
다음으로 상기 히트파이프 어레이, 통풍파이프 어레이 및 이들의 조합 중 하나에 상기 냉온부를 접합한다(S140). 특히 상기 냉온부가 펠티어소자인 경우, 상기 냉온부의 일측면을 히트파이프 어레이, 통풍파이프 어레이 또는 이들의 조합 중 하나의 일부분과 격리하는 분리막을 더 형성하는 것이 필요하다(S150).
상기와 같은 과정을 통해서 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이는 상호 결합되어 일체로 구성되며, 상호 보완작용을 통해서 열기와 냉기의 전달 효과를 상승시킬 수 있다. 또한 상기 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이에 의해서, 사용자의 선택에 따라서 냉기 또는 열기의 통풍, 냉기 또는 열기의 전도 또는 이들의 조합을 통해서 냉기 또는 열기의 전달 및 분배가 시간이나 온도에 따라 자동으로 이루어지도록 제어하는 것이 가능하다. 또한 상기 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이를 통해 냉기 또는 열기를 전파함에 있어서, 상기 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이의 일 부분에 온도센서를 장착하여 상기 온도센서를 통한 저항의 변화를 감지하고, 상기 저항의 변화에 따라 전류의 변화를 감지하여, 냉온부의 입력전압을 제어하여 온도를 제어하는 것이 가능하다. 또한 상기 냉온부는 코일이 감겨진 전열기나 냉매가 주입된 냉각기를 포함한 냉온장치 또는 펠티어소자를 포함한 열전소자를 포함하며, 상기 냉온장치나 열전소자에 입력되는 구동 전압이나 전류의 제어에 따라 열기나 냉기가 조절된다. 아울러 상기 구동 전압이나 전류의 제어에 따라 열기나 냉기를 조절하는 것은, 상기 전압이나 전류의 레벨을 제어하거나 또는 PWM을 통한 전압이나 전류의 듀티비를 제어함으로써, 상기 조절이 수행될 수 있다.
따라서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하고, 본 발명에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 자동차용 시트 110: 히트파이프 어레이 및 통풍파이프 어레이
120, 302: 통풍기(환풍기, 휀) 130, 301: 제어부
201: 차단막 202: 펠티어소자
203: 공기주입구 204: 공기유출구
303: 온도센서 304: 전원 접속단자
305: 냉온부
120, 302: 통풍기(환풍기, 휀) 130, 301: 제어부
201: 차단막 202: 펠티어소자
203: 공기주입구 204: 공기유출구
303: 온도센서 304: 전원 접속단자
305: 냉온부
Claims (15)
- 냉각이나 가열이 가능하도록 냉기나 열기를 각각 전달하는 복수의 히트파이프로 구성된 히트파이프 어레이;
상기 히트파이프 어레이의 각 히트파이프 사이에서 통풍을 위한 홀을 구성함으로써, 냉풍과 온풍을 각각 전달하는 적어도 하나 이상의 통풍파이프를 포함하는 통풍파이프 어레이;
상기 히트파이프 어레이나 통풍파이프 어레이에 열기 또는 냉기를 공급하는 냉온부;를 포함하며,
상기 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이는 상호 결합되어 일체로 구성되며,
상기 히트파이프 어레이의 각 히트파이프 사이에 상기 통풍파이프 어레이의 각 통풍파이프가 설치되어, 상기 히트파이프 어레이의 열기나 냉기가 상기 통풍파이프 어레이에 의해서 보다 잘 퍼지고 골고루 전파되도록 하는 상호 보완작용을 통해서 열기와 냉기의 전달 효과를 상승시키도록 배치되며,
상기 히트파이프 어레이를 구성하는 각 히트파이프는, 내부를 진공으로 하거나, 열기와 냉기의 전달을 촉진시키는 액체 또는 기체를 충전하고 있어, 열기와 냉기를 효과적으로 전달하며,
상기 통풍파이프 어레이를 구성하는 각 통풍파이프는, 상기 히트파이프 어레이의 특정 히트파이프에 통풍을 위한 홀을 형성함으로써 구성되는 것을 특징으로 하는 냉온 겸용 시트. - 청구항 1에 있어서,
상기 냉온부가 펠티어소자인 경우, 상기 냉온부의 일측면을 히트파이프 어레이, 통풍파이프 어레이 또는 이들의 조합 중 하나의 일부분과 격리하는 분리막;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉온 겸용 시트. - 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이에 의해서, 사용자의 선택에 따라서 냉기 또는 열기의 통풍, 냉기 또는 열기의 전도 또는 이들의 조합을 통해서 냉기 또는 열기의 전파가 시간이나 온도에 따라 자동으로 냉기 또는 열기의 전달 및 분배가 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉온 겸용 시트. - 청구항 1에 있어서,
상기 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이를 통해 냉기 또는 열기를 전파함에 있어서, 상기 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이의 일 부분에 온도센서를 장착하여 상기 온도센서를 통한 저항의 변화를 감지하고, 상기 저항의 변화에 따라 전류의 변화를 감지하여, 냉온부의 입력전압을 제어하여 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 냉온 겸용 시트. - 청구항 1에 있어서,
상기 냉온부는 코일이 감겨진 전열기나 냉매가 주입된 냉각기를 포함한 냉온장치나 펠티어소자를 포함한 열전소자를 포함하며, 상기 냉온장치나 열전소자에 입력되는 구동 전압이나 전류의 제어에 따라 열기나 냉기가 조절되는 것을 특징으로 하는 냉온 겸용 시트. - 청구항 7에 있어서,
상기 구동 전압이나 전류의 제어에 따라 열기나 냉기를 조절하는 것은, 상기 전압이나 전류의 레벨을 제어하거나 또는 PWM을 통한 전압이나 전류의 듀티비를 제어함으로써, 수행되는 것을 특징으로 하는 냉온 겸용 시트. - 복수의 히트파이프 열로 구성된 히트파이프 어레이를 제조하는 단계;
상기 제조된 히트파이프 어레이에 해당 열마다 원하는 개수의 통풍을 위한 홀을 형성하여 통풍파이프 어레이를 형성하는 단계;
가열부, 냉각부 또는 이들의 조합을 포함하여 구성되는 냉온부 생성 단계; 및
상기 히트파이프 어레이, 통풍파이프 어레이 및 이들의 조합 중 하나에 상기 냉온부를 접합하는 단계;를 포함하며,
상기 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이는 상호 결합되어 일체로 구성되며,
상기 히트파이프 어레이의 각 히트파이프 사이에 상기 통풍파이프 어레이의 각 통풍파이프가 설치되어, 상기 히트파이프 어레이의 열기나 냉기가 상기 통풍파이프 어레이에 의해서 보다 잘 퍼지고 골고루 전파되도록 하는 상호 보완작용을 통해서 열기와 냉기의 전달 효과를 상승시키도록 배치되며,
상기 히트파이프 어레이를 구성하는 각 히트파이프는, 내부를 진공으로 하거나, 열기와 냉기의 전달을 촉진시키는 액체 또는 기체를 충전하고 있어, 열기와 냉기를 효과적으로 전달하며,
상기 통풍파이프 어레이를 구성하는 각 통풍파이프는, 상기 히트파이프 어레이의 특정 히트파이프에 통풍을 위한 홀을 형성함으로써, 구성되는 것을 특징으로 하는 냉온 겸용 시트의 제조 방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 냉온부가 펠티어소자인 경우, 상기 냉온부의 일측면을 히트파이프 어레이, 통풍파이프 어레이 또는 이들의 조합 중 하나의 일부분과 격리하는 분리막을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉온 겸용 시트의 제조 방법. - 삭제
- 청구항 9에 있어서,
상기 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이에 의해서, 사용자의 선택에 따라서 냉기 또는 열기의 통풍, 냉기 또는 열기의 전도 또는 이들의 조합을 통해서 냉기 또는 열기의 전달 및 분배가 시간이나 온도에 따라 자동으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉온 겸용 시트의 제조 방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이를 통해 냉기 또는 열기를 전파함에 있어서, 상기 히트파이프 어레이와 통풍파이프 어레이의 일 부분에 온도센서를 장착하여 상기 온도센서를 통한 저항의 변화를 감지하고, 상기 저항의 변화에 따라 전류의 변화를 감지하여, 냉온열 공급장치의 입력전압을 제어하여 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 냉온 겸용 시트의 제조 방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 냉온부는,
코일이 감겨진 전열기나 냉매가 주입된 냉각기를 포함한 냉온장치나 펠티어소자를 포함한 열전소자를 포함하며, 상기 냉온장치나 열전소자에 입력되는 구동 전압이나 전류의 제어에 따라 열기나 냉기가 조절되는 것을 특징으로 하는 냉온 겸용 시트의 제조 방법. - 청구항 14에 있어서,
상기 구동 전압이나 전류의 제어에 따라 열기나 냉기를 조절하는 것은, 상기 전압이나 전류의 레벨을 제어하거나 또는 PWM을 통한 전압이나 전류의 듀티비를 제어함으로써, 수행되는 것을 특징으로 하는 냉온 겸용 시트의 제조 방법.
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