CN101516658A - 用于运输工具的具有气体传感器的空调设备及用于运行这种空调设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运输工具的空调设备及一种用于运行该空调设备的方法，该空调设备至少具有：一具有一鼓风机的空调器(3)；一用于调节出一循环空气工作方式或外部空气工作方式的循环空气活门(4)；一气体传感器(5)，用于测量一运输工具内部空间中的一气体浓度、尤其是一CO2浓度，以及输出一测量信号(S4)；一用于接收该气体传感器(5)的测量信号(S4)的控制装置(2)，用于调节出该循环空气活门(4)的一循环空气位置或外部空气位置及用于控制该气体传感器(5)，其中，该控制装置(2)使该气体传感器(5)在所述循环空气工作方式中转换到一与在所述外部空气工作方式中不同的工作模式中。

Description

用于运输工具的具有气体传感器的空调设备及用于运行这种空调设备的方法
背景技术
运输工具的空调设备通常具有一个用于在使用运输工具内部循环的循环空气工作方式与使用外部空气通入乘客车厢及内部空气排出外部空间的外部空气工作方式之间调节的循环空气活门。
在运输工具中部分地使用气体传感器来监测外部空气，以便当运输工具外部存在增高的有害物质浓度时关闭空调设备的循环空气活门。
此外提出使用气体传感器来监测内部空间，以便检测二氧化碳含量，该二氧化碳含量一方面受乘客呼吸活动的影响及另一方面也受空调设备的含二氧化碳的空调剂的泄漏的影响。由于呼吸活动形成的二氧化碳浓度小于在泄漏中形成的二氧化碳浓度。
对于气体传感器，尤其公知了光谱学测量原理，其中一个红外射线源、例如一个工作在小电流范围中的螺旋形灯丝在一测量区间上发送红外射线，随后在一个红外线探测器中测定该测量区间对红外射线的吸收。此外还公知了其它的传感器原理，如化学传感器、半导体气体传感器、气体FETs等。在这些类型的气体传感器中通常有限的使用寿命及对供给能量的高需求是成问题的。
发明内容
根据本发明，用于测定气体浓度、尤其是CO2的浓度的气体传感器在循环空气工作方式及外部空气工作方式中可被调节到不同的工作模式(工作状态)。
这是基于一个根据本发明的认识，即有害的CO2浓度仅能在空调设备的循环空气工作方式中通过乘客的呼吸来产生，因为在外部空气工作方式时通风足以使CO2浓度保持得足够低。
对于其中不力图监测含有二氧化碳的空调剂的泄漏的空调设备，根据本发明则提出一个系统，在该系统中传感器仅在循环空气工作方式中是做好测量准备的。如果空调设备处于外部空气工作方式中，则气体传感器或者转换到一个延长使用寿命及节能的备用工作方式中或者完全被关闭。
在备用工作方式中，传感器仅根据一唤醒信号来监测其传感器接口；其它的功能被关闭或-否则，如果启动要持续过长时间的话-则转换到一个最小工作模式。由此在光谱学的气体传感器中作为关键部件的红外射线源被保护及由此增高该红外射线源的使用寿命。在化学的气体传感器中例如传感器元件不被加热及由此被保护。除了延长传感器的使用寿命外也减小了能量消耗；对此有利地附加地，测量电子装置、例如在气体传感器中通常使用的微处理器完全被关闭或减小到监测传感器接口的最小功能。
在其中使用含二氧化碳的空调剂(制冷剂)的空调器上，即使在外部空气工作方式中也会通过空调剂的泄漏而出现二氧化碳浓度的突然增高。因此在循环空气工作方式中提出一个更主动的工作模式，其中，既监测可能的泄漏也监测通过乘客呼吸引起的二氧化碳的浓度增高，以及在外部空气工作方式中提出一个具有更小的气体传感器分辨率的、简约的工作模式，在该工作模式中气体传感器仍继续发送测量信号，以便检测由于空调剂的泄漏引起的CO2增加。
在使用光谱学的气体传感器的情况下，尤其可通过相应气体传感器的减小的电流或减小的能量供给来达到具有更小分辨率的简约的工作模式及由此实现不精确的测量信号。
这种具有更小分辨率的简约的工作模式不能作到循环空气活门的精确控制或调节，因为气体浓度仅粗略地被测定。但根据本发明认识到：在外部空气工作方式中，几乎达到CO2含量的临界界限值的状态将归因于空调剂的泄漏及由此也归因于临界状态的不精确的或错误的识别，尽管二氧化碳值还未精确地达到该临界的界限值，仍可期待输出一个警报信号或开始采取措施。
如果识别出二氧化碳的临界浓度值，则在空调设备的所有工作方式中均可发送一个警报信号。
根据本发明，还可由测量信号的时间特性来确定：是否可通过二氧化碳含量的快速增长来推断出空调剂的泄漏，因为由于乘客呼吸活动引起的增加仅导致缓慢的改变。
本发明原则上在软件上已经可以实现，其中，仅控制装置要相应地被调节，使得该控制装置在外部空气工作方式中使气体传感器完全关闭或发送用于备用工作方式或低分辨率的测量工作方式的控制信号。因此本发明也可用相对小的改装成本来实现，在此情况下，现有的空调设备原则上可以以小的花销被改装。
附图说明
图1表示根据本发明的空调设备的一个框图；
图2是无泄漏监测的第一实施形式的、根据本发明的方法的流程图；
图3是带有泄漏监测的第二实施形式的、根据本发明的方法的流程图。
具体实施方式
根据图1，运输工具的空调设备1具有一个控制装置2、一个这里未详细描绘的具有蒸发器及鼓风机的空调器3、一个循环空气活门4及一个CO2传感器5。循环空气活门4以公知的方式用于一循环空气工作方式与一外部空气工作方式之间的转换，在循环空气工作方式中包含在乘客车厢中的空气容积封闭地循环，在外部空气工作方式中与外部空间中的空气进行交换。
使用者通过一个例如设在仪表板区域中的开关6对控制装置2输入一个调节信号(操作信号)S0。控制装置2根据调节信号S0通过第一控制信号S1来接通及关闭空调器3并可以对强度进行调节。此外控制装置2通过第二控制信号S2来控制循环空气活门4，以调节到循环空气工作方式或外部空气工作方式。在自动化的空调设备1中，循环空气活门4的控制也可自动地进行，即无需使用者的调节信号S0地进行。
控制装置2还通过第三控制信号S3控制传感器5，该相应的控制信号S3与气体传感器5的类型或工作方式相关。气体传感器5可以尤其是光谱学的气体传感器5，其具有：一个IR(红外线)射线源、例如一个工作在低电流范围上的螺旋形灯丝；一个具有待检测的空气混合物的测量区间；及一个光谱学的传感器，用于检测该测量区间中IR射线的与波长相关的吸收。在此情况下，在对CO2关系重大的波长范围中的IR射线的吸收也可以附加地通过其它测量通道-其它气体组分的浓度-被测定。也可不用光谱学的气体传感器，而设置例如一个化学传感器，其具有一个处于待检测的空气混合物中的功能层，该功能层具有根据气体组分以及气体浓度而变化的电特性，或设置例如一个半导体气体传感器、一个气体FET，或其它的气体传感器。气体传感器5相应地对控制装置2反馈具有相关浓度值的测量信号S4。
根据本发明，在空调器运行期间，气体传感器5可由控制装置2通过控制信号S3来调节到不同的工作模式。在此情况下工作模式的类型及数目可与气体传感器5的类型及工作方式及与空调器3、尤其是空调器3的空调剂或蒸发剂相关。这里尤其关系重大的是，是否应一起检测空调器3的含CO2的空调剂的泄漏；这在如下的空调器中特别重要，在这些空调器中，含CO2的空调剂的泄漏可导致内部空气中CO2浓度的明显的并可能危害健康的增高。
此外，不同的工作模式、尤其是简约的工作模式可根据相应使用的气体传感器来选择。
以下将描述具有一个空调器3的空调设备1的运行，该空调器不被检测泄漏；在此情况下尤其可设置不同于CO2的空调剂。对于该情况根据本发明认识到：仅在空调设备1的循环空气工作方式中会出现有害的CO2浓度，因为在外部空气工作方式中，通风足以使CO2浓度保持充分地小。
仅在循环空气工作方式时、即当循环空气活门4被调节到循环空气位置上时，控制装置2才将气体传感器5转换到其工作模式中，在该工作模式中在使用光谱学的气体传感器5的情况下IR射线源完全地被通电流及连续地向控制装置2输出测量信号S4。如果测量信号S4指示一个增高的CO2浓度，则通过一个相应的控制信号S2由循环空气工作方式转换到外部空气工作方式，可以通过控制信号S1来关闭空调器3，以及发出一个警报信号。
如果循环空气活门被调节到外部空气工作方式上，则控制装置2通过相应的控制信号S3或者使气体传感器5转换到延长工作寿命并节能的备用工作方式中或者将气体传感器5完全地关闭。
在备用工作方式中，该例如通过CAN总线连接的气体传感器5仅根据唤醒信号来监测其传感器接口，其中，所有其它功能、在光谱学的气体传感器中尤其是IR射线源的通电都被关闭。在化学气体传感器5的情况下，例如化学的传感器元件不被加热及由此被保护。在气体传感器5中设有的控制电子装置可全部或部分地被关闭。
在气体传感器5也监测空调器3的空调剂的泄漏的运输工具上，根据本发明，气体传感器5不仅在循环空气工作方式时而且在外部空气工作方式时都工作及不被完全地关断。但根据本发明认识到：在外部空气工作方式时低分辨率的测量工作方式是可以的，因为该测量工作方式对于指示空调器3的泄漏是足够的及在其它情况下预期不会有事关重大的CO2浓度。因此控制装置2根据循环空气活门4的位置通过相应的控制信号S3在循环空气工作方式时将气体传感器5置于一个常规的高分辨率的工作模式中，而在外部空气工作方式时将气体传感器5置于一个简约的工作模式中。
在高分辨率的测量工作方式中，用高的供给能量(电压或电流)驱动光谱学的气体传感器，以使得该红外射线源的温度高及由此有关的波长范围中的强度大。
简约的工作模式可尤其是低分辨率的测量工作方式，在该测量工作方式中，气体传感器5的有关元件及部件更经济地工作。在使用光谱学的气体传感器5的情况下，可用小的供给能量(电压或电流)来驱动例如一热红外射线源，使得红外射线源的温度及由此有关的波长范围中的强度下降，而使红外射线源的工作寿命及由此整个气体传感器5的工作寿命明显地提高。由此也降低了气体传感器5的能量需求。
光谱学的气体传感器通常在一个测量通道和一个参考通道上来进行气体浓度的测量，该测量通道通过一个适当的滤波器让对CO2关系重大的波长范围通过，其中通过这两个测量通道的信号的差形成或比来进行分析。因此原则上也可在简约的测量工作方式中在红外射线源被通以小电流的情况下进行该测量，因为两个测量通道的信号相应地都变小了。但由于信号变小及由此变差的信噪比而得到变粗糙的分辨率，该变粗糙的分辨率不允许与所述常规的高分辨率的测量工作方式同样精确的测量值。
测量方法被附加地描绘在图2及3的流程图中。在设有制冷剂泄漏检测的空调设备的第一实施形式中，该方法在步骤St1中开始，例如在通过开关6接通该空调设备时开始。接下来控制装置2开始工作及在第一步骤St2中-与循环空气活门4的位置无关地-总是进行完全的测量，即气体传感器5工作在所述常规的高分辨率工作模式中，以便在开始能排除高的CO2值。
随后在判定步骤St3中考虑所选择的循环空气活门位置：
在循环空气工作方式的情况下，根据左面的分支U在步骤St4中调节出气体传感器5的常规的、高分辨率的工作模式；在外部空气工作方式的情况下则根据右面的分支A在步骤St5中调节出气体传感器5的简约的、低分辨率的工作模式；在这两种情况下接着根据步骤St6都检验：允许的CO2界限值是否被遵守。
如果该CO2界限值被遵守，则根据分支y接着可以在步骤St7中检验：是否通过操作装置6输入了循环空气活门4的调节的改变或者一个其它的改变，该方法再返回到步骤St6的前面以检验CO2的浓度。
如果确定出超出所允许的CO2界限值，则根据分支n在接下来的步骤St8中采取各种措施，例如与驾驶员的希望无关地调节出外部空气工作方式和/或输出一个警报信号。
接着该方法可返回到步骤St6的前面。
图3表示在使用在其中不进行空调剂泄漏监测的空调设备时的相应的方法。这里相应于图2地进行步骤St1，St2，St3及St4，还有St6，St7，St8，但没有St5。
当选择外部空气工作方式时，则在St3后在步骤St10中使气体传感器5转换到备用工作方式中，在该备用工作方式中仅该气体传感器的传感器接口被接通，或完全被关闭，使得该气体传感器不输出任何测量信号S4。如通过返回到步骤St3前面的回线所指示的那样，仅当转换到循环空气工作方式及接着气体传感器5被接通时才会进行进一步的信号分析。

Claims (13)

1.用于运输工具的空调设备，它至少具有：
一具有一鼓风机的空调器(3)，
一用于调节出一循环空气工作方式或外部空气工作方式的循环空气活门(4)，
一气体传感器(5)，用于测量一运输工具内部空间中的一气体浓度、尤其是一CO2浓度，以及输出一测量信号(S4)，及
一用于接收该气体传感器(5)的测量信号(S4)的控制装置(2)，用于调节出该循环空气活门(4)的一循环空气位置或外部空气位置及用于控制该气体传感器(5)，
其中，该控制装置(2)使该气体传感器(5)在所述循环空气工作方式中转换到一与在所述外部空气工作方式中不同的工作模式中。
2.根据权利要求1的空调设备，其特征在于：所述控制装置(2)将所述气体传感器(5)在所述循环空气工作方式中转换到一具有更高的能量消耗的工作模式中及在所述外部空气工作方式中转换到一具有更小的能量消耗的工作模式中。
3.根据权利要求2的空调设备，其特征在于：所述控制装置(2)使所述气体传感器(5)在所述外部空气工作方式中完全地关闭或转换到一备用工作模式中，在该备用工作模式中该气体传感器(5)不输出测量信号(S4)。
4.根据权利要求3的空调设备，其特征在于：所述气体传感器(5)在备用工作状态中根据一唤醒信号(S3)来监测该气体传感器的至所述控制装置(2)的气体传感器接口。
5.根据权利要求3或4的空调设备，其特征在于：所述控制装置(2)不进行所述空调器(3)的一泄漏的监测。
6.根据权利要求1或2的空调设备，其特征在于：所述控制装置(2)使所述气体传感器(5)在所述循环空气工作方式中调节到一具有更高分辨率的工作模式中及在所述外部空气工作方式中调节到一具有更小分辨率的工作模式中，其中，该气体传感器(5)在这两个工作模式中向所述控制装置(2)发送测量信号(S4)。
7.根据权利要求6的空调设备，其特征在于：所述空调器(3)具有一含二氧化碳的空调剂，所述控制装置(2)由所述气体传感器(5)的测量信号(S4)来检验是否出现该空调剂的一泄漏。
8.根据权利要求6或7的空调设备，其特征在于：所述气体传感器(5)是一具有热红外射线源的光谱学的气体传感器(5)，该红外射线源
-在所述具有更高的分辨率的工作模式中在较高的温度和/或较高的能量供给的情况下被调节，及
-在所述具有更小分辨率的工作模式中在较低的温度和/或较小的能量供给的情况下被调节。
9.用于运行一空调设备(1)的方法，其中通过一循环空气活门(2)的调节或者调节出一具有运输工具中空气容积的封闭循环的循环空气工作方式或者调节出一具有外部空气的输入的外部空气工作方式，一气体传感器(5)的测量信号(S4)被接收及为了求得一气体含量、尤其是一二氧化碳含量而被分析处理，其中，该气体传感器(5)在所述外部空气工作方式中被调节到一与在所述循环空气工作方式中不同的工作模式中。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于：所述气体传感器(5)在所述外部空气工作方式中被完全地关闭或被调节到一备用工作模式中，在该备用工作模式中该气体传感器不输出测量信号(S4)。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于：对所述测量信号(S4)不检验是否出现一空调剂的泄漏。
12.根据权利要求9的方法，其特征在于：所述气体传感器(5)在所述循环空气工作方式中工作在一具有更高能量消耗及更高分辨率的更主动的工作模式中及在所述外部空气工作方式工作在一具有更小能量消耗及更小分辨率的简约的工作模式中，其中，该气体传感器(5)在这两个工作模式中输出测量信号(S4)，这些测量信号被进行二氧化碳含量的分析。
13.根据权利要求12的方法，其特征在于：在所述空调设备(1)的一空调器(3)中使用含二氧化碳的空调剂，对所述气体传感器(5)的测量信号(S4)进行是否出现空调剂的泄漏的分析。
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