Изобретение относится к области транспорта и может использоваться в автомобилестроении, на железнодорожном транспорте, в авиастроении для создания селективных, «интеллектуальных» систем кондиционирования и вентиляции салонов и кабин.
Известно устройство для экономичного контроля системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха для транспортного средства, имеющего салон и наружную обшивку кузова, содержащее отверстие для свежего воздуха, отверстие для рециркулируемого воздуха, кондиционер для нагревания и охлаждения воздуха, поступающего из отверстия для свежего воздуха, или рециркулируемого воздуха, поступающего из отверстия для рециркулируемого воздуха, подвижный механизм впуска воздуха, эксплуатационно связанный с по меньшей мере одним из указанных отверстий, контроллер для управления подвижным механизмом впуска воздуха, датчик уровня влажности/точки росы, сообщающийся с салоном транспортного средства, контроллер, к которому подключены указанные датчики и механизм впуска воздуха, причем указанный контроллер содержит программный алгоритм, заставляющий датчик выборочно передвигать указанный механизм до положения, в котором 100% кондиционированного воздуха транспортного средства являются свежим воздухом, и до положения, в котором 100% кондиционированного воздуха транспортного средства являются рециркулированным воздухом, и в любое положение между указанными положениями, в ответ на возможность запотевания, основанную на информации от указанного датчика (см. заявку РФ 2011127891/11, 07.07.2011, F01P 7/00).
В полезной модели CN 203093693 (U), 2013-07-31, B60H 3/00; B60J 7/057 описан автоматический воздухообменник в виде автомобильного люка с очистителем воздуха, контрольной системой, датчиками CO, дыма, CO2, температуры, скорости и вентилятором.
Обе описанные системы вентиляции обеспечивают поддержание температуры и состава воздуха в салоне автомобиля интегрально, усредненно, следовательно, недостаточно экономично и эффективно, поскольку в исходном состоянии распределение загрязнений и паров в салоне было неравномерным. Кроме того, в обоих случаях забор воздуха из внешней среды производится без предварительного анализа ее состава, что также снижает эффективность системы.
В патенте Японии 2001153417 (A), F24F 7/08, 2001-06-08 описан вентиляционный прибор, в котором датчик CO2 расположен вблизи выпускного коллектора.
Данное решение может в некоторых случаях способствовать повышению эффективности и экономичности системы вентиляции, поскольку предполагает некоторую избирательность в том случае, если концентрация CO2 вблизи выпускного коллектора максимальна, однако на практике это справедливо далеко не всегда и в указанном приборе отсутствуют средства, позволяющие распознать упомянутую ситуацию.
Так же и в JPS 5938536 (A), F24F 11/00, 1984-03-02 датчик CO2 через контроллер управляет скоростью вращения лопастей вентиляторных установок в гараже с целью минимизации энергозатрат. Но дальнейшему их снижению препятствует отсутствие селективного контроля распределения загрязнений в помещении.
В патенте США №2014370796 (A1), B61D 27/00; F24F 7/04, 2014-12-18 описана селективная система подачи кондиционированного воздуха в купе и иные помещения движущегося железнодорожного вагона или автомобиля, однако назначение установки препятствует решению поставленной выше задачи, поскольку подача воздуха в известном решении зависит не от условий в той или иной точке транспортного средства, а от априорных данных и установок.
Известны также попытки повысить эффективность работы системы вентиляции и кондиционирования за счет приближения вентиляционных отверстий к водителю, размещения их на руле автомобиля (см. пат. Тайваня №201429757 (A), B60H 1/32, 2014-08-01).
Понятно, что этим достигается лишь незначительное повышение эффективности.
Известно использование сенсоров CO2 для предупреждения отравления пассажиров в случае утечки из системы кондиционирования или перегрева (см. JPH 10288429, B60H 3/00, 27.10.1998 и DE 10348164, B60H 1/00, 2005-05-25 соответственно). В последнем источнике информации датчик CO2 используется для определения наличия пассажиров в салоне, а сигнал тревоги включается при достижении пороговой температуры.
Однако в нормальном режиме работы системы вентиляции ни то, ни другое устройство не оказывают какого-либо влияния на эффективность или экономичность системы вентиляции.
Более «селективная» задача решается в патенте Японии №60252019, B60H 1/24, 12.12.1985, в котором для предотвращения распространения табачного дыма по салону автомобиля используются датчики дыма, впускные и выпускные узлы, управляемые контроллером, так что при обнаружении загрязнения над креслом водителя система вентиляции выпускает задымленный воздух. Рассмотрим данное устройство более подробно.
Пока водитель не курит, система вентиляции, образованная отводящими воздуховодами, расположенными над пассажирскими местами, выпускным вентилятором, впускным узлом, кондиционером и подводящими воздуховодами, расположенными в полу салона транспортного средства, работает в обычном режиме. В момент обнаружения табачного дыма соответствующими датчиками, размещенными в отводящих воздуховодах, контроллер перестраивает работу как выпускного вентилятора, так и впускного узла таким образом, что все они работают на усиленное удаление внутреннего воздуха из салона.
Таким образом, можно указать на два обстоятельства, препятствующих повышению эффективности и экономичности описанной системы вентиляции: средства удаления, выпуска воздуха из салона установлены неподвижно, фиксированы и удаление порции загрязненного воздуха из салона происходит в экстренном порядке, импульсно, одновременно всеми имеющимися средствами, то есть невозможно в обычном режиме. Кроме того, переключение в известном решении происходит при срабатывании датчика дыма, то есть оно предназначено и настроено на удаление именно табачного дыма, а не поддержание необходимой концентрации CO2.
Тем не менее, данное устройство представляется наиболее близким к предложенному.
Техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является повышение эффективности работы и экономичности системы вентиляции транспортного средства.
Указанный результат достигается тем, что в известной системе вентиляции транспортного средства с избирательным удалением продуктов выдоха, содержащей сенсорный элемент, средства удаления воздуха из салона транспортного средства и средства подачи воздуха в салон транспортного средства, а также средства управления указанными средствами с использованием сигнала сенсорного элемента, сенсорный элемент выполнен с возможностью регистрации выдоха пассажиров, а средства удаления воздуха из салона транспортного средства выполнены с возможностью удаления преимущественно выдыхаемой пассажирами порции воздуха.
Целесообразно также выполнить средства удаления воздуха из салона транспортного средства и средства подачи воздуха в салон транспортного средства с возможностью учета ритма дыхания пассажиров и/или задержки распространения выдыхаемой и вдыхаемой пассажирами порции воздуха.
Кроме того, сенсорный элемент может быть выполнен в виде группы датчиков CO2 и/или O2, и/или влажности, и/или давления, и/или инфракрасного излучения, и/или ультразвуковых волн, а также в виде видеокамеры или накладного акселерометра.
При этом датчики группы могут выполняться с выходным фильтром, настроенным на полосу частот дыхания.
Кроме того, средства удаления воздуха из салона транспортного средства могут быть выполнены с элементами формирования для последующего удаления выдыхаемой пассажирами струи воздуха.
Целесообразно также выполнить средства подачи воздуха в салон транспортного средства в виде элементов формирования для последующего удаления выдыхаемой пассажирами струи воздуха.
При этом средства подачи воздуха в салон транспортного средства могут быть выполнены с возможностью замены только удаленной средствами удаления воздуха из салона транспортного средства порции воздуха.
Кроме того, средства подачи воздуха в салон транспортного средства могут быть выполнены с входным анализатором состава наружного воздуха, подключенным к средствам управления средствами подачи воздуха в салон транспортного средства.
Целесообразно также выполнить средства управления средствами подачи воздуха в салон транспортного средства с возможностью приема, учета и передачи информации о составе наружного воздуха аналогичным узлам других транспортных средств (имеется в виду обмен информацией о составе наружного воздуха с другими транспортными средствами с целью учета данной информации при выработке рекомендаций водителю об оптимальной дистанции, оптимальном маршруте, формировании управляющих сигналов на средства подачи воздуха в салон и т.п.).
При этом система вентиляции может быть снабжена средствами распознавания состояния пассажиров по сигналам датчиков сенсорного элемента, а также средствами реагирования на состояния, представляющие опасность.
Кроме того, средства подачи воздуха в салон транспортного средства могут быть выполнены с впускным отверстием для наружного воздуха, расположенным выше верхнего элемента корпуса транспортного средства (в частности, такие воздуховоды могут располагаться в антенне, телескопической трубе, на штанге и т.п., расположенных выше крыши салона).
При этом средства подачи воздуха в салон транспортного средства могут быть выполнены с впускным отверстием для наружного воздуха, расположенным на подвижном элементе, а средства управления средствами подачи воздуха в салон транспортного средства выполнены с возможностью регулировки положения подвижного элемента в зависимости от состава наружного воздуха и/или скорости транспортного средства (здесь имеется в виду управление положением элемента конструкции с впускным отверстием по вертикали или горизонтали с целью забора наиболее чистого воздуха, для чего в заборном тракте или даже в салоне, ближе к соплам, подающим воздух, могут быть установлены датчики, контролирующие качество забортного воздуха и не допускающие поступления загрязнений. Во избежание повреждения вынесенных на удаление (высоту) конструктивных элементов воздухозабора такое удаление может также регулироваться в зависимости от скорости транспортного средства.)
Целесообразно также средства подачи воздуха в салон транспортного средства выполнить с возможностью резервирования воздуха или кислорода, причем средства управления средствами подачи воздуха в салон транспортного средства могут быть выполнены с возможностью пополнения и дозированного расхода из емкости для резервирования воздуха (кислорода).
И, наконец, средства управления средствами удаления воздуха из салона транспортного средства и средства управления средствами подачи воздуха в салон транспортного средства, а также средства учета ритма дыхания пассажиров и/или задержки распространения выдыхаемой и вдыхаемой пассажирами порции воздуха, средства управления элементами формирования и последующего удаления выдыхаемой пассажирами струи воздуха, средства выбора и анализа информации от группы датчиков, средства фильтрации выходной информации группы датчиков, средства обработки информации от анализатора состава наружного воздуха (а также средства управления положением подвижных элементов воздухозабора) и средства распознавания состояния пассажиров по сигналам датчиков сенсорного элемента могут быть объединены в контроллер или являться частью (входить в состав) контроллера, управляющего работой климатической установки транспортного средства.
При этом контроллер может быть выполнен с возможностью выдачи, на основании показаний датчиков анализатора состава наружного воздуха или внешней информации, рекомендаций водителю транспортного средства об изменении дистанции или маршрута. С этой целью используются известные средства контроля состава наружного воздуха (относящиеся к упомянутому выше входному анализатору состава наружного воздуха), внешние данные о направлении ветра, температуре и т.п., через соответствующий интерфейс поступающие в контроллер, который и принимает решение о выдаче соответствующих рекомендаций водителю, например, голосовым сообщением, с использованием навигационной системы, дисплея и т.п. В результате, упомянутая выше связь анализатора состава наружного воздуха со средствами управления средствами подачи воздуха в салон транспортного средства осуществляется через контроллер. На него же может поступать информация о текущей скорости (ее производной, изменении оборотов двигателя и пр.) от других систем транспортного средства, на основании чего контроллером принимается решение о положении (например, высоте) элементов конструкции воздухозабора (по закону обратной пропорциональности высоты к значению скорости, либо к его квадрату, например).
В условиях городских пробок представляется целесообразным длительное движение автомобиля в режиме, близком к изолированной от внешней среды системе (т.е. почти без притока внешнего воздуха). Несмотря на то, что запаса кислорода в салоне автомобиля для одного человека может хватить более чем на час, эффект духоты, а затем и отравления проявляется гораздо раньше (через 5-10 минут) из-за недопустимого повышения концентрации CO2. Происходит это ввиду того, что в окружающем воздухе концентрация CO2 составляет 0,04…0,1%, а вредным для внимания и работоспособности (что важно для водителя) является уже значение 0,5%, тогда как выдыхаемый человеком воздух содержит 4% углекислого газа. В случае автомобиля ситуация усугубляется еще и тем, что выдох содержит также много водяного пара, который, конденсируясь на стеклах, ухудшает видимость.
Предлагаемое устройство дополнительной, избирательной вентиляции салона автомобиля основано на обнаружении и отборе только (преимущественно) локальной порции выдыхаемой струи (направленной из носовой и ротовой полости пассажира или водителя, далее - пассажира) с последующей заменой именно этого воздуха (порцией взятой извне или полученной в результате регенерации). Такая селективность многократно снижает требования к необходимым объемам приточной вентиляции или производительности устройств регенерации и очистки (мембранные фильтры, кислородные генераторы и т.п.).
Преимущественное удаление выдыхаемой пассажирами порции воздуха означает, что систему настраивают на удаление именно выдыхаемого воздуха, что объем удаляемого воздуха стараются приблизить к объему выдоха. Тем не менее, не следует понимать это выражение как удаление выдыхаемого воздуха полностью и при каждом выдохе или невозможность удалить несколько больший объем. Иными словами, в предложенное техническое решение включаются случаи настройки системы вентиляции на удаление стандартного объема, равного усредненному объему выдоха, либо удаление объема, несколько превышающего или несколько меньшего среднего объема выдоха или определенного датчиками объема или полученного расчетным путем или иным образом определенного как выдыхаемая пассажиром или пассажирами порция воздуха.
Важно подчеркнуть, что предлагаемая система вентиляции может заменять удаленный из салона воздух наружным и/или регенерированным в любой пропорции, определяемой упомянутыми средствами управления, которые в этой части выполнены так же, как и в известных системах вентиляции (климатических установках) транспортных средств.
Как отмечено выше, система может иметь емкость для резервного объема очищенного воздуха или кислорода. Средства управления средствами подачи воздуха в салон осуществляют пополнение запаса, хранящегося в емкости (используя, разумеется, соответствующую систему клапанов) при хорошем качестве наружного воздуха и использование запаса при плохом, а также выработку рекомендаций по прокладке маршрута, если запас необходимо срочно пополнить.
Выполнение сенсорного элемента в виде накладного акселерометра означает, что акселерометр закрепляют на подвижном основании и таким образом он получает возможность регистрировать колебания воздуха в салоне транспортного средства (в частности, выдох пассажира) или на ремне безопасности или иным образом, позволяющим регистрировать колебания грудной клетки человека для тех же целей.
Таким образом, предлагаемая система вентиляции содержит:
сенсорный элемент, обеспечивающий распознавание факта выдоха пассажиров (одного пассажира, нескольких, водителя),
средства удаления (отведения) воздуха из салона транспортного средства, выполненные с возможностью удаления только (преимущественно) выдыхаемой пассажирами порции воздуха,
средства подачи воздуха в салон транспортного средства,
а также средства управления упомянутыми средствами удаления и подачи воздуха.
При этом, говоря о средствах управления, мы имеем в виду любые их разновидности и модификации, в том числе единый контроллер, несколько контроллеров, обменивающихся сигналами и информацией, отдельные схемы и блоки управления и т.д.
Особенностью сенсорного элемента в предложении является то, что он предназначен для регистрации выдоха тем или иным образом. И выходной сигнал сенсорного элемента используется непосредственно, или после анализа и обработки, с задержкой или без нее - для запуска средств удаления выдыхаемой одним или несколькими пассажирами порции (струи) воздуха с повышенным содержанием CO2 и паров воды.
При этом предполагается, что если между средствами удаления (подачи) воздуха, например вентиляционными отверстиями, раструбами, жалюзи или соплами и органами дыхания пассажира(ов) или водителя имеется некоторое расстояние, априорно определенное, например, посадочным местом, то в контроллере есть вся необходимая информация для отбора выдыхаемой порции или подачи заменяющей ее новой порции воздуха в нужный момент времени, с нужной фазой, с тем расчетом, чтобы в тот момент, когда выдыхаемый воздух достигнет воздухозаборных отверстий, включался отсасывающий вентилятор, а нагнетающий вентилятор, наоборот, включался с опережением, необходимым для прохождения струи заменяющего воздуха от отверстий подачи воздуха до органов дыхания пассажира. Именно в этом смысле следует понимать упомянутый выше учет ритма дыхания, как возможность и средства синхронизации работы средств удаления и средств подачи воздуха с дыханием, его периодом, изменениями этого периода, задержкой распространения, что осуществляется с целью удаления преимущественно выдыхаемого воздуха и замены преимущественно только удаленной порции наружным воздухом и/или регенерированным климатической установкой.
Рассмотренные ниже варианты реализации заявленного решения исходят из указанных предпосылок. Однако, существо предложения, изложенное выше (удаление и замена именно и преимущественно продуктов выдоха, порции выдоха пассажиров), не ограничивается циклом регистрация выдоха - удаление порции выдоха, замена удаленного воздуха регенерированным или новым, а включает и варианты, приближенные к существующим и широко используемым в автотранспорте системам климат-контроль, в которых имеются стационарные средства для забора и подачи воздуха, управляемые соответствующими блоками или контроллерами. В этом случае возможна установка сенсорного элемента, распознающего порцию выдоха в уже захваченном из салона воздухе (избегая при этом его перемешивания), например, просто по превышению порогового содержания CO2 и H2O или по понижению содержания O2 - непосредственно уже в тракте откачки (забора) воздуха из салона. Тогда выработка контроллером команды на возврат очередной порции воздуха в рециркуляцию дается, если концентрация CO2 и H2O ниже нормы, а на удаление и замену - если выше (возврат и удаление производятся теми же стационарными средствами, разработка соответствующих узлов и механизмов в соответствии с описанным алгоритмом не представляет сложности для инженера, работающего в данной области). В указанном режиме системы нет необходимости регистрировать ритм дыхания в салоне и эти данные можно получить опосредованно по периодическим изменениям концентрации CO2, O2 и H2O.
Точно также сенсорный элемент или его датчики могут размещаться в любой точке салона и решение о включении средств удаления воздуха из салона и замены удаленного воздуха принимается контроллером или иными средствами управления по результатам анализа внешней информации и сигнала сенсорного элемента, как и в известных решениях, но с тем отличием, что и сенсорный элемент и контроллер выполняются, настраиваются и программируются таким образом, чтобы решение об удалении очередной порции воздуха означало преимущественное удаление порции с продуктами выдоха, т.е. порции, поступившей от пассажира или пассажиров.
Разумеется, при этом струи выдыхаемого и вдыхаемого воздуха должны быть разнесены пространственно или во времени, если только струи вдыхаемого воздуха не используются для формирования струй выдыхаемого воздуха (см. ниже). В самом деле, поскольку на вход контроллера подаются выходные сигналы от группы датчиков, уже через несколько секунд после включения, измеряя период выходных сигналов датчиков, можно его фиксировать или определить, что увеличение концентрации CO2 отсутствует или носит постоянный характер и, соответственно, продолжить поиск направления, в котором будет зафиксирован факт выдоха пассажирами (например, управляя углом поворота вентиляционных отверстий средств удаления воздуха с размещенными в них датчиками CO2 и/или влажности, либо перевести эти средства в режим «постоянно включено»). Кроме того, как отмечено выше, положение пассажира в салоне транспортного средства относительно вентиляционных отверстий удаления воздуха или задержка между сигналами различных датчиков группы (например, акселерометра или ультразвукового датчика, фиксирующего границу раздела воздушных слоев с различной концентрацией влаги, и датчика концентрации CO2) позволяют определить или рассчитать интервал времени, необходимый для распространения выдыхаемой порции воздуха до вентиляционных отверстий удаления воздуха и от вентиляционных отверстий подачи воздуха до органов дыхания. При этом использование видеокамеры в качестве датчика и последующая обработка изображений известными способами позволяет не только определить направление лица (органов дыхания) пассажира, но также сделать вывод о направлении воздушных струй (например, по отклонениям и колебаниям различных легких декоративных элементов, нитей и т.п.) и факте выдоха. Все описанные здесь расчеты, операции, действия, разумеется, производятся упомянутыми выше средствами управления, в частности, контроллером или иными средствами автоматизации и управления, относящимися к рассматриваемой системе вентиляции и/или входящими в состав климатической установки транспортного средства.
Далее, особенностью заявленного устройства является наличие средств формирования струи или порции выдыхаемого воздуха с тем, чтобы она не распространялась по салону, а транспортировалась наиболее компактным образом от органов дыхания к вентиляционным отверстиям удаления воздуха. К таким средствам могут относиться дефлекторы дутьевого типа или механические, закручивающие поток выдыхаемого воздуха, ограничивающие его распространение. Причем в первом случае удобно использовать потоки находящегося в салоне воздуха для закручивания струи выдыхаемого воздуха, ускорения и доставки очередной порции к вентиляционным отверстиям удаления воздуха, а забираемый извне и подаваемый в салон на замену выдыхаемого воздуха - для отсечения очередной порции выдыхаемого воздуха, ограничения ее снаружи, то есть ограничения распространения. То есть формирующие потоки воздуха из салона направляются в ту же сторону или под острым углом, что и выдыхаемый пассажиром воздух, а потоки извне - навстречу или под тупым углом.
Настройка выходных полосовых фильтров датчиков, входящих в группу, на частоту дыхания означает, что эти фильтры пропускают сигнал в диапазоне частот, характерных для частоты дыхания, и отсекают сигналы прочих частот, прежде всего, более высоких, что способствует повышению помехоустойчивости системы в целом, или иным алгоритмическим способом в контроллере отфильтровывают (выделяют) информацию о событиях вдоха и выдоха. Такой способ наиболее удобен при стабильном и ритмичном дыхании пассажира, в других случаях могут дополнительно использоваться методы, описанные выше.
Следующей особенностью предложения является выполнение средств подачи воздуха в салон транспортного средства с входным анализатором состава наружного воздуха, подключенным к средствам управления средствами подачи воздуха в салон транспортного средства. В результате указанные средства управления получают возможность принять решение о том, забрать ли очередную порцию наружного воздуха в данный момент или отложить до момента, когда автомобиль окажется в менее «загазованной» точке, забрать ли полную порцию или ее часть и т.п. В простейшем случае такое решение может приниматься просто по факту превышения содержания CO, либо CO2 или, например, H2S в наружном воздухе. Более сложные алгоритмы будут рассмотрены ниже.
На фиг. 1-4 показаны примеры реализации избирательной системы вентиляции.
На фиг. 1 изображена блок-схема устройства, которое содержит сенсорный элемент 1, средства удаления воздуха 2 из салона транспортного средства, средства подачи воздуха 3 в салон транспортного средства, средства управления (контроллер) 4, при этом пассажир (водитель) располагается в пассажирском кресле 5, позицией 6 обозначена порция выдыхаемого пассажиром воздуха, а позицией 7 - вдыхаемого. Элементы 1-3 расположены (в показанном на фиг. 1 варианте) на руле 8.
На фиг. 2 изображена временная диаграмма работы системы вентиляции по фиг. 1, здесь T1 - момент, в который порция 6 выдыхаемого пассажиром воздуха достигает сенсорный элемент 1, сигнал которого анализируется контроллером 4, который практически в тот же момент T1 включает средство удаления воздуха 2. Позицией T2 обозначен момент, в который контроллер 4 включает средства подачи воздуха 3 для отсечения и замещения порции 6 выдыхаемого пассажиром воздуха порцией 7 - вдыхаемого.
В системе вентиляции, изображенной на фиг. 3, сенсорный элемент 1 выполнен в виде группы датчиков, инфракрасного или ультразвукового датчика 9, размещенного, например, над пассажирским креслом 5 и фиксирующего момент выдоха, и датчика 10 концентрации CO2, расположенного на руле и срабатывающего в момент, когда порция 6 выдыхаемого пассажиром воздуха достигает его чувствительной поверхности. Блок 11 измерения интервала фиксирует текущее значение интервала времени между сигналами датчиков 9 и 10, а блок 12 измерения частоты - частоту сигнала датчика 10 (частоту дыхания, при этом возможно усреднение в данном блоке за несколько периодов). Информация о значениях указанного интервала и частоты поступает в блок 13 управления впуском, который, суммируя интервал времени между сигналами датчиков 9 и 10 и интервал между срабатываниями датчика 10 (обратный частоте дыхания), включает средства подачи воздуха 3 в салон транспортного средства, установленные, в данном примере, в боковинах пассажирского кресла 5. Как показано на фиг. 3, выход датчика 9 соединен с первым входом блока 11, выходы датчиков 9,10 соединены соответственно со вторым входом блока 11 и входом блока 12, выходы блоков 11 и 12 подключены к входам блока 13, выходы которого соединены с управляющими входами средств подачи воздуха 3, а блоки 11-13 образуют контроллер 4.
Как отмечено выше, средства удаления воздуха из салона транспортного средства могут быть выполнены с элементами формирования для последующего удаления выдыхаемой пассажирами струи воздуха. Процесс формирования поясняется фиг. 4, на которой показано выполнение средств удаления воздуха из салона транспортного средства при использовании в железнодорожном вагоне или салоне 14 самолета, когда пассажирские кресла 5 установлены друг за другом. Правые нагнетательные сопла 15 расположены в боковинах кресел 5, нагнетательные сопла 16 с противоположной стороны кресел могут, как показано на фиг. 4, быть установлены на стенках салона 14, при этом сопла 15 и 16 направлены таким образом, чтобы закручивать поток 17 выдыхаемого пассажирами воздуха и направлять его к отверстию 18, за которым установлен вытяжной вентилятор (не показан). Направление выхода воздуха из сопел 15, 16 показано на фиг. 4 стрелками 19, направления закручивания (формирования) потока 17 - стрелками 20.
При этом если в сопла 15, 16 подается воздух из салона транспортного средства, то подачу воздуха в салон осуществляют другие, отдельно предусмотренные средства. Однако, если совместить средства подачи воздуха в салон транспортного средства с элементами формирования для последующего удаления выдыхаемой пассажирами струи воздуха, то будет достигнута дополнительная экономия энергии. Какой именно из двух указанных вариантов исполнения или режимов, когда в транспортном средстве предусмотрена реализация обоих, выбрать, зависит от условий эксплуатации, состава наружного воздуха в данный момент. Решение принимают либо конструкторы транспортного средства, либо контроллер 4, причем последнему нужно лишь определить достаточно ли объема подаваемого наружного воздуха для замещения выдыхаемого количества в данный момент. Если достаточно, то контроллер 4, регулируя потоки воздуха путем изменения режима приточных вентиляторов и положение заслонок (на фиг. 4 не показаны), подает в сопла 15,16 наружный воздух, если нет - смесь наружного и воздуха из салона, либо только из салона. Отметим, что средства для этого широко известны и применяются в системах климат-контроль автомобилей. Более того, известные алгоритмы и средства построения систем климат-контроль позволяют без труда синтезировать средства управления в предложении применительно к любому из описанных выше алгоритмов работы (вариантов построения системы), а также их сочетаний. Тем не менее, ниже рассмотрим более подробную блок-схему (фиг. 5) реализации предлагаемой системы.
В данном варианте выдох фиксируется по совпадению выходных сигналов датчика 10 и акустического датчика 21. С этой целью выходы указанных датчиков через соответствующие полосовые фильтры 22 и 23, настроенные на пропускание полосы частот дыхания и формирование потенциальных выходных сигналов, поступают на схему совпадения 24, выход которой через схемы задержки 25 и 28 (τ28<τ25, где τ - задержка соответствующего элемента) управляет соответствующими клапанами 26 и 29. Первый клапан установлен на воздуховоде вакуумного блока 27, а второй - на воздуховодах блока 30 нагнетания. Давление воздуха в блоке 27 ниже атмосферного, а в блоке 30 - выше, так что сначала, с задержкой τ28 порция свежего воздуха начинает поступать из блока 30 через сопла 15, 16 в салон 14, а затем, с задержкой τ25, блок 27 через отверстие 18 начинает засасывать порцию 6 выдыхаемого пассажиром воздуха.
Таким образом, устройство содержит систему формирования засасывающей струи, расположенной в направлении выдоха или корректирующую соответствующим образом направление потока для избирательного поглощения выдыхаемых человеком воздушных масс. Эти элементы устройства могут быть расположены на руле, на передней панели, на ремне безопасности для передних пассажиров,и спинках передних кресел - для задних пассажиров автомобиля. При этом их работа может носить как непрерывный, так и пульсирующий характер, ориентированный на факт вдоха/выдоха (что легко измеряется дистанционно различными датчиками) и/или ритм дыхания. Тогда на вдохе обеспечивается свежий приток и оптимизируется засасывание струи выдоха (организация разрежения в окрестностях ближайшего заборного отверстия, например).
Приточная часть системы вентиляции также может быть ориентирована не только на обеспечение комфорта, но и на правильное формирование струй (вихрей) для улучшения поглощения выдыхаемых масс (т.е. элементы системы вентиляции располагаются с учетом этого, причем также может использоваться пульсирующий режим подачи воздуха на прогнозе вдоха).
Кроме того, предложенная система может быть использована для оперативного реагирования на изменения состояния пассажира, особенно в случае, когда им является страдающий различными заболеваниями пациент. Поскольку в процессе применения данной системы становится доступной различная дополнительная информация о состоянии пассажира (водителя, пилота): ритм дыхания; направление и мимика лица (если используется видеокамера с последующей обработкой изображения); сердечный ритм (например, получаемый по модуляции струи выдоха и т.п.); а также количественный индивидуальный состав продуктов выдоха (особенно, если помимо датчиков CO2 задействованы и другие для анализа газовой смеси) - это позволяет комплексно использовать данную информацию как диагностическую, оперативно определять состояние пассажира и применять соответствующие меры.
Так, если в системе присутствует определение ритма дыхания, контроллер может быть дополнен анализом физиологических параметров водителя/пассажиров и сообщать об экстренных случаях (например, водителю о том, что пассажиру с астмой, CF или другим заболеванием, сидящему сзади, плохо и у него критический ритм дыхания). Диагностировать можно также по сочетанию ритма дыхания с видеокартинкой (по сопутствующей мимике лица, степени открытости и движениям глаз, и т.п.). Если дополнить анализ выдыхаемой струи определением некоторых типичных и известных в медицине компонентов, можно персонально и оперативно оказывать экстренную помощь. Так, у диабетиков, непосредственно перед впадением в кому, в выдохе появляется высокая концентрация ацетоносодержащих паров (!), тогда водителю (если это не он) должны последовать рекомендации по поводу измерения уровня сахара в крови, вызова медиков и даже срочной инъекции (инсулина, например). Возможно также дополнительное введение лекарств через вентиляцию при дыхании, если такая индивидуальная настройка системы для пациента одобряется врачом, либо подача смеси с повышенным содержанием кислорода и др.
Иными словами, в вентиляционные струи данного посадочного места может быть добавлено распыленное ультразвуком или испаренное лекарство (сердечное, против приступа астмы и т.п.). Таким же образом можно бороться со сном водителя, вбрасывая индивидуально разрешенные взбадривающие препараты и ароматизаторы. Причем локальный субмодуль вентиляции данного посадочного места должен обеспечить режим последующего захвата и исключения из общей циркуляции воздушных масс с парами этих веществ во избежание их распространения в салоне.
При применении в малолитражном или грузовом автомобиле основным назначением системы следует считать максимальное обеспечение комфорта и притока чистого воздуха при движении в загазованных пробках. Даже в случае отсутствия элементов регенерации воздуха и пополнения запасов кислорода, позволяющих совсем исключить общение с внешней средой на некоторое время, т.е. при использовании упрощенной системы с подкачкой отфильтрованного внешнего воздуха, техническим результатом является существенное сокращение поступающего извне забортного воздуха со всеми его вредными составляющими и увеличение комфорта дыхания. При этом необходимый комплект датчиков (имеются в виду датчики состава наружного воздуха, определяющие концентрацию в нем CO2, O2, CO и др.) может использоваться как для правильной регулировки воздухозабора при изменяющихся внешних условиях (при движении автомобиля среди выхлопов окружающих транспортных средств может оказаться целесообразным кратковременно переходить на внутреннюю циркуляцию или запасные источники (сжатый воздух или кислород) нежели потреблять чрезмерно загрязненный забортный воздух), так и для выдачи водителю рекомендаций по увеличению дистанции с особо загрязняющими воздух объектами (с индикацией, например, градаций по измеряемым параметрам загрязнения, таким как CO и др.).
Ввиду существенного сокращения объемов подкачиваемого извне воздуха (несколько литров в секунду) даже для простых вариантов предложенной системы можно использовать воздухозабор малого сечения и целесообразно при этом заборные отверстия располагать как можно выше - дальше от выхлопных труб, в область свободного перемещения воздушных масс. Таким образом, для воздухозабора может использоваться, например, конструкция телескопической полой штыревой антенны, либо другой декоративный элемент, расположенный над поверхностью крыши автомобиля. Причем в этом случае высота забора воздуха может регулироваться с максимальным выдвижением вверх на малой скорости или при стоянии в пробке,- позволяя этим забирать более чистый воздух, чего трудно добиться в других системах при обычных объемах обмена и режимах вентиляции салона.
Изобретение относится к системам вентиляции транспортных средств. Система вентиляции содержит сенсорный элемент, обеспечивающий распознавание факта выдоха пассажиров, средства удаления воздуха из салона транспортного средства, выполненные с возможностью удаления преимущественно выдыхаемой пассажирами порции воздуха, средства подачи воздуха в салон транспортного средства, а также средства управления упомянутыми средствами удаления и подачи воздуха. Сенсорный элемент выполнен с возможностью регистрации выдоха пассажиров. Средства удаления воздуха из салона выполнены с возможностью удаления преимущественно выдыхаемой пассажирами порции воздуха. Достигается повышение эффективности работы и экономичности системы вентиляции транспортного средства. 15 з.п. ф-лы, 5 ил.
1. Система вентиляции транспортного средства с избирательным удалением продуктов выдоха, содержащая сенсорный элемент, средства удаления воздуха из салона транспортного средства и средства подачи воздуха в салон транспортного средства, а также средства управления указанными средствами с использованием сигнала сенсорного элемента, отличающаяся тем, что сенсорный элемент выполнен с возможностью регистрации выдоха пассажиров, а средства удаления воздуха из салона транспортного средства выполнены с возможностью удаления преимущественно выдыхаемой пассажирами порции воздуха.
2. Система вентиляции по п.1, отличающаяся тем, что средства удаления воздуха из салона транспортного средства и средства подачи воздуха в салон транспортного средства выполнены с возможностью учета ритма дыхания пассажиров и/или задержки распространения выдыхаемой и вдыхаемой пассажирами порции воздуха.
3. Система вентиляции по п.2, отличающаяся тем, что сенсорный элемент выполнен в виде группы датчиков CO2 и/или O2, и/или влажности, и/или давления, и/или инфракрасного излучения, и/или температуры, и/или звуковых и ультразвуковых волн, а также в виде видеокамеры или накладного акселерометра.
4. Система вентиляции по п.3, отличающаяся тем, что датчики группы выполнены с выходным фильтром, настроенным на полосу частот дыхания.
5. Система вентиляции по п.1, отличающаяся тем, что средства удаления воздуха из салона транспортного средства выполнены с элементами формирования для последующего удаления выдыхаемой пассажирами струи воздуха.
6. Система вентиляции по п.1, отличающаяся тем, что средства подачи воздуха в салон транспортного средства выполнены в виде элементов формирования для последующего удаления выдыхаемой пассажирами струи воздуха.
7. Система вентиляции по п.1, отличающаяся тем, что средства подачи воздуха в салон транспортного средства выполнены с возможностью замены только удаленной средствами удаления воздуха из салона транспортного средства порции воздуха.
8. Система вентиляции по п.1, отличающаяся тем, что средства подачи воздуха в салон транспортного средства выполнены с входным анализатором состава наружного воздуха, подключенным к средствам управления средствами подачи воздуха в салон транспортного средства.
9. Система вентиляции по п.8, отличающаяся тем, что средства управления средствами подачи воздуха в салон транспортного средства выполнены с возможностью приема, учета и передачи информации о составе наружного воздуха аналогичным узлам других транспортных средств.
10. Система вентиляции по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена средствами распознавания состояния пассажиров по сигналам датчиков сенсорного элемента, а также средствами реагирования на состояния, представляющие опасность.
11. Система вентиляции по п.1, отличающаяся тем, что средства подачи воздуха в салон транспортного средства выполнены с впускным отверстием для наружного воздуха, расположенным выше верхнего элемента корпуса транспортного средства.
12. Система вентиляции по п.1, отличающаяся тем, что средства подачи воздуха в салон транспортного средства выполнены с впускным отверстием для наружного воздуха, расположенным на подвижном элементе, а средства управления средствами подачи воздуха в салон транспортного средства выполнены с возможностью регулировки положения подвижного элемента в зависимости от состава наружного воздуха и/или скорости транспортного средства.
13. Система вентиляции по п.1, отличающаяся тем, что средства подачи воздуха в салон транспортного средства выполнены с возможностью резервирования воздуха или кислорода, причем средства управления средствами подачи воздуха в салон транспортного средства выполнены с возможностью пополнения и дозированного расхода из емкости для резервирования воздуха (кислорода).
14. Система вентиляции по п.1, отличающаяся тем, что средства управления средствами удаления воздуха из салона транспортного средства и средства управления средствами подачи воздуха в салон транспортного средства, а также средства учета ритма дыхания пассажиров и/или задержки распространения выдыхаемой и вдыхаемой пассажирами порции воздуха, средства управления элементами формирования и последующего удаления выдыхаемой пассажирами струи воздуха, средства выбора и анализа информации от группы датчиков, средства фильтрации выходной информации группы датчиков, средства обработки информации от анализатора состава наружного воздуха и средства распознавания состояния пассажиров по сигналам датчиков сенсорного элемента могут быть объединены в контроллер, выполненный с возможностью анализа выдыхаемой пассажирами порции воздуха, анализа состава наружного воздуха и воздуха в салоне транспортного средства и принятия решения о моменте удаления и объеме удаляемой порции воздуха и замене ее порцией наружного и/или регенерируемого воздуха.
15. Система вентиляции по п.14, отличающаяся тем, что контроллер входит в состав контроллера, управляющего работой климатической установки транспортного средства.
16. Система вентиляции по п.14 или 15, отличающаяся тем, что контроллер выполнен с возможностью выдачи на основании показаний датчиков анализатора состава наружного воздуха или внешней информации рекомендаций водителю транспортного средства об изменении дистанции или маршрута.
| JP S60252019 A, 12.12.1985 | |||
| JP 2011162096 A, 25.08.2011 | |||
| СЕНСОРНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ В ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВАХ | 1995 |
|
RU2236035C2 |
| JP 2009035173 A, 19.02.2009 | |||
| US 20030109214 A1, 12.06.2003. | |||
