소비자들의 요구 증가로 고급차종에만 적용하던 통풍 시트는 점차 중소형 차종으로 확대 적용되고 있는 추세이다. 팬에서 발생한 유량이 폼 패드, 필터 폼 및 시트 커버 등을 통과하는 과정에서 많은 손실이 발생하기 때문에, 착좌면에 도달하는 유량의 정확한 해석은 쉽지 않다. 또한 유로 형상이 복잡하여 이의 정확한 모델링 없이는 착좌면에 도달하는 정확한 유량의 해석이 힘들다. 본 연구에서는 팬에서 발생한 유동이 통기 매트와 폼 패드를 통과하였을 때의 유량을 해석하였으며, 해석결과와 실험결과를 비교하였다. 해석에서 유동분산판 내부의 돌기 형상을 보다 정확하게 모델링함으로써, 해석결과와 실험결과의 경향을 정확하게 일치시킬 수 있었다. 유량이 통기성 재료인 패드 폼을 통과하는 과정에서 발생한 손실을 실험으로 측정하여 해석결과를 보정함으로써 해석결과와 실험결과를 정확하게 일치시킬 수 있었다. 다음으로 필터 폼과 시트 커버를 통과하여 착좌면에 도달하는 유량을 실험으로 측정하였다. 착좌면에서의 유량이 많지 않아서, 유량 콘을 사용하여 유량을 측정하였다. 팬에서 발생한 유량의 약 35.7%만이 최종적으로 착좌면에 도달하는 것을 확인할 수 있었다.
소비자들의 요구 증가로 고급차종에만 적용하던 통풍 시트는 점차 중소형 차종으로 확대 적용되고 있는 추세이다. 팬에서 발생한 유량이 폼 패드, 필터 폼 및 시트 커버 등을 통과하는 과정에서 많은 손실이 발생하기 때문에, 착좌면에 도달하는 유량의 정확한 해석은 쉽지 않다. 또한 유로 형상이 복잡하여 이의 정확한 모델링 없이는 착좌면에 도달하는 정확한 유량의 해석이 힘들다. 본 연구에서는 팬에서 발생한 유동이 통기 매트와 폼 패드를 통과하였을 때의 유량을 해석하였으며, 해석결과와 실험결과를 비교하였다. 해석에서 유동분산판 내부의 돌기 형상을 보다 정확하게 모델링함으로써, 해석결과와 실험결과의 경향을 정확하게 일치시킬 수 있었다. 유량이 통기성 재료인 패드 폼을 통과하는 과정에서 발생한 손실을 실험으로 측정하여 해석결과를 보정함으로써 해석결과와 실험결과를 정확하게 일치시킬 수 있었다. 다음으로 필터 폼과 시트 커버를 통과하여 착좌면에 도달하는 유량을 실험으로 측정하였다. 착좌면에서의 유량이 많지 않아서, 유량 콘을 사용하여 유량을 측정하였다. 팬에서 발생한 유량의 약 35.7%만이 최종적으로 착좌면에 도달하는 것을 확인할 수 있었다.
In ventilated seats for cars, air flow is generated by a fan and passed through a foam pad, foam filter, and seat cover. There is a significant loss of air flow in this process, and it is not easy to analyze the amount delivered to the driver. Another difficulty is the geometric complexity of the ai...
In ventilated seats for cars, air flow is generated by a fan and passed through a foam pad, foam filter, and seat cover. There is a significant loss of air flow in this process, and it is not easy to analyze the amount delivered to the driver. Another difficulty is the geometric complexity of the air flow passage inside the seats. In this paper, the air flow through a foam pad was analyzed. Proper modeling of the bumps in the ventilation mat was found to be important in the analysis. Air flow is lost when it passes through the porous pad foam, which was measured and used to correct the analysis results. The corrected analysis results were in a good agreement with the experimental results. The amount of air flow delivered to a driver was measured using an airflow cone. Only 35.7% of the air flow from the fan was delivered.
In ventilated seats for cars, air flow is generated by a fan and passed through a foam pad, foam filter, and seat cover. There is a significant loss of air flow in this process, and it is not easy to analyze the amount delivered to the driver. Another difficulty is the geometric complexity of the air flow passage inside the seats. In this paper, the air flow through a foam pad was analyzed. Proper modeling of the bumps in the ventilation mat was found to be important in the analysis. Air flow is lost when it passes through the porous pad foam, which was measured and used to correct the analysis results. The corrected analysis results were in a good agreement with the experimental results. The amount of air flow delivered to a driver was measured using an airflow cone. Only 35.7% of the air flow from the fan was delivered.
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문제 정의
본 연구에서는 팬에서 발생한 공기가 폼을 지나는 과정을 해석하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 통기 매트 내부 형상의 모델링을 개선하여 실험과 해석의 결과를 일치시키고, 패드 폼, 필터 폼 및 시트 커버를 통과하는 유량 손실을 실험을 통하여 측정하였다. 이를 통하여 팬에서 발생한 유량이 최종적으로 운전자에게 어떻게 전달되는지 예측할 수 있는 방법을 제시하려고 한다. 새로운 통풍 시트를 설계할 때 본 방법을 활용함으로써, 통풍 시트의 성능을 사전에 예측할 수 있게 된다.
가설 설정
패드 폼을 통과한 유량에서 더 이상 손실이 발생하지 않는다고 가정을 하였다. 즉, 패드 폼을 통과한 이후의 효율은 100%라고 가정하였다.
패드 폼을 통과한 유량에서 더 이상 손실이 발생하지 않는다고 가정을 하였다. 즉, 패드 폼을 통과한 이후의 효율은 100%라고 가정하였다.
제안 방법
패드 폼을 통과한 유량을 평가하는 실험에서는 KIMO Instruments 사의 다기능 계측기 MP210을 사용하였다 [7]. Pressure module MPR 500과 직경이 14mm 인 Vane probe를 각각 MP210에 연결하여 압력과 유속을 측정하였다. Pressure module과 Vane probe의 제원을 Table 1에 정리하였다.
착좌면 전체에 유량이 분포하기 때문에 단위 면적 당 유량의 값이 매우 작아지게 된다. 따라서 시트 커버에서는 국부적인 부위에서의 유량을 측정하기는 매우 힘들게 되므로, 시트 커버를 통과한 전체 유량을 측정하였다. 또한 시트커버를 통과한 유량의 평가는, 팬 속도가 강일 때로 제한하였다.
이 때 곡면의 곡률이 매우 작기 때문에 유동분산판 돌기 주위의 메쉬 크기를 3mm에서 1mm로 변경하였다. 또한 유동분산판의 돌기로부터 인플레이션을 주어 메쉬를 생성하였다. 팬의 속도가 가장 빠를 때의 해석 결과를 Fig.
새로운 통풍 시트를 설계할 때 본 방법을 활용함으로써, 통풍 시트의 성능을 사전에 예측할 수 있게 된다. 또한 패드 폼을 통과한 유량이 다시 필터 폼과 시트 커버를 통과한 다음에 최종적으로 착좌면에 도달하게 되는데, 착좌면에 도달한 유량을 실험적으로 측정하였다. 팬에서 시작한 유량과 착좌면에 도달한 유량을 측정함으로써, 자동차 시트 전체에서의 유량 효율을 구할 수 있게 된다.
팬에서 발생한 바람이 인체에 전달되는 과정에서 많은 손실이 발생하므로, 이를 정확하게 해석하기가 매우 힘들다. 본 연구에서는 통기 매트 내부 형상의 모델링을 개선하여 실험과 해석의 결과를 일치시키고, 패드 폼, 필터 폼 및 시트 커버를 통과하는 유량 손실을 실험을 통하여 측정하였다. 이를 통하여 팬에서 발생한 유량이 최종적으로 운전자에게 어떻게 전달되는지 예측할 수 있는 방법을 제시하려고 한다.
시트 커버를 통과한 유량 (Fig. 8에서 Q1)을 간접적으로 측정하기 위해서, 다음 그림과 같이 피라미드 형상의 유량 콘 (Airflow Cone)을 부착하였다. 유량 콘과 시트 커버 사이에 유량 손실이 발생하지 않도록, 완전히 밀봉을 하였다.
유동분산판 내부의 돌기를 평면으로 모델링하여 패드 폼의 통기 구멍 출구에서의 유량을 해석하였다. 팬의 속도가 가장 빠를 때의 해석 결과를 Fig.
유량 콘을 사용하여 착좌면에 도달한 유량을 측정하였으며, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
통풍 시트 팬의 바람 속도를 약, 중, 강 (Low, Medium, and High)로 조절 하여, 패드 폼을 통과한 통기 구멍의 출구에서 압력과 유속을 측정하였다. 압력과 유속 값은 1분 동안 측정한 평균값을 기록하였다.
패드 폼을 통과한 유량을 해석적으로 평가하기 위해서, 우선 팬에서 공급된 유량이 패드 폼을 통과할 때까지 발생한 손실을 계산하였다.
팬에서 나온 유량이, 통기 매트를 지나고 다시 패드 폼의 통기 구멍을 지났을 때의 유량을 실험과 해석을 통하여 각각 평가하였다.
팬의 성능곡선을 실험으로 구하였다. 모두 6개의 위치에서 압력과 유량을 측정한 다음에, 회귀분석을 통하여 Fig.
대상 데이터
본 연구에서 사용한 통풍 시트는 실제 차량에서 사용하고 있는 모델로, 착좌면에 균일한 유량을 공급하기 위해 통기 구멍 (Ventilation Holes)이 좌우 대칭으로 각각 6개가 배치되어있는 형상이다 (Fig. 2). 이들 6개의 통기 구멍은, 차량 진행방향을 기준으로 가장 뒤부터 앞 쪽으로 VH1, VH2, .
패드 폼을 통과한 유량을 평가하는 실험에서는 KIMO Instruments 사의 다기능 계측기 MP210을 사용하였다 [7]. Pressure module MPR 500과 직경이 14mm 인 Vane probe를 각각 MP210에 연결하여 압력과 유속을 측정하였다.
데이터처리
상용 프로그램인 ANSYS/FLUENT (ver.14)를 사용하여, 실험에서 사용된 유량 콘의 입구와 출구 사이의 압력 차이를 구하였다. 압력 차이는 ΔP = 19.
이론/모형
본 연구에서는 유동 해석을 위하여 상용 프로그램인 ANSYS/FLUENT (ver.14)를 사용하였으며 [6], 유량 측정을 위하여 KIMO Instruments 사의 다기능계측기 MP210, Pressure module MPR 500 및 직경이 14mm인 베인 프로브를 사용하였다 [7].
성능/효과
- 유량이 시트 내부의 패드 폼을 통과하는 과정에서 많은 손실이 발생하므로, 실험으로 측정한 효율을 이용한 보정을 통하여 해석결과와 실험결과를 잘 일치시킬 수 있었다.
10과 같은 성능곡선을 얻을 수 있었다. 성능곡선에서 유량이 4.32 (CFM)인 점으로부터 압력이 19.41 (Pa)만큼 감소한 곳에 해당하는 성능곡선의 유량 값인 5.93 (CFM)을 구할 수 있었다.
3%의 손실이 발생하였다. 즉 팬에서 발생한 유량 중에서 운전자에게 도달하는 유량은 약 35.7%에 불과함을 확인하였다.
팬의 속도가 강일 때, 착좌면인 시트 커버에서 나오는 유량은 5.93 (CFM)으로 팬에서 최초로 나오는 유량인 16.59 (CFM)의 35.7%에 불과함을 확인할 수 있었다.
후속연구
본 결과는 통풍 시트의 개발 과정에서, 실제 운전자에게 도달하는 유량의 정확한 계산에 활용될 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
자동차 시트의 성능과 기능이 중요해지고있는 이유는?
특히 자동차 시트는 자동차에서 운전자와 탑승객에게 직접적인 영향을 주는 제품이기 때문에 자동차 시트의 성능과 기능이 중요해 지고 있다. 따라서 고급차종에만 적용하던 통풍 시트는 소비자들의 요구 증가로 점차 중소형 차종으로 확대 적용되고 있는 추세이다.
시판되고 있는 자동차 통풍 시트는 어떻게 팬으로 실내 공기를 시트 표면으로 불어 넣어주는가?
1). 팬에서 발생한 유량이 통기 매트 (Ventilation Mat)를 통과하여 두께 약 100mm의 패드 폼 (Pad Foam)에 뚫려있는 통기 구멍 (Ventilation Holes)을 통과한다. 통기 구멍의 개수는 시트에 따라서 달라지나, 대략 10~12개 전후이다. 통기 구멍을 통과한 바람은 두께가 약 10mm인 필터 폼 (Filter Foam)과 시트 커버 (Seat Cover)를 통과한 다음에 인체에 전달이 된다.
팬에서 발생한 유량의 정확한 해석이 쉽지 않은 이유는?
소비자들의 요구 증가로 고급차종에만 적용하던 통풍 시트는 점차 중소형 차종으로 확대 적용되고 있는 추세이다. 팬에서 발생한 유량이 폼 패드, 필터 폼 및 시트 커버 등을 통과하는 과정에서 많은 손실이 발생하기 때문에, 착좌면에 도달하는 유량의 정확한 해석은 쉽지 않다. 또한 유로 형상이 복잡하여 이의 정확한 모델링 없이는 착좌면에 도달하는 정확한 유량의 해석이 힘들다. 본 연구에서는 팬에서 발생한 유동이 통기 매트와 폼 패드를 통과하였을 때의 유량을 해석하였으며, 해석결과와 실험결과를 비교하였다.
참고문헌 (7)
Youngman Kim, Sukmin Choi and Seungjoon Lee, "Permeability Evaluation for Ventilation and Climate Control Seat," Korean Society of Automotive Engineers Conference, pp. 2030-2036, 2013.
Jung Hoon Jung, Sung Chul Kim, Jong Phil Won, Sang Ho Noh and Yong Seok Cho, "An Experimental Study on the Performance of Climate Control Seats Using the Discharge Port of the Shape of Nozzle," Transactions of Korean Society of Automotive Engineers, vol. 17, no. 3, pp. 110-116, 2009.
Ned Wolfe, Xiaoxia Mu, Linjie Huang and Prasad Kadle, "Cooling with Augmented Heated and Cooled Seats," SAE 2007-01-1993, 2007.
Ho-Sun Cho and Jae-Ung Cho, "Flow Characteristic Improvement and Performance Evaluation of Ventilation Seat Duct Flux through Computational Fluid Dynamics and Experiment," Korean Society of Mechanical Technology, vol. 16, no. 5, pp. 1833-1838, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.17958/ksmt.16.5.201410.1833
G. Karimi, E.C. Chan, J.R. Culham, I. Linjacki and L. Brennan, "Thermal Comfort Analysis of an Automobile Dirver with Heated and Ventilated Seat," SAE 2002-01-0222, 2002.
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