CN102336129A - 基于需求的新鲜空气控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于需求的新鲜空气控制系统。一种用于客车的、基于需求的空气调节系统，其可以利用污染传感器和门传感器之一或者两者。控制器操作风门以基于客厢中的感测污染水平而将估计数量的新鲜空气发送到客厢中，以确保客厢中的空气质量对于乘客是可接受的。

Description

基于需求的新鲜空气控制系统
技术领域
本发明涉及一种基于需求的新鲜空气控制系统。
背景技术
对于运输车辆客厢而言，要求供应新鲜（室外）空气。本发明的意图在于提供一种用于向车辆客厢提供适当数量的新鲜空气的系统和方法。
发明内容
在一个实施例中，本发明提供一种包括新鲜空气管道的客车空气调节系统，该新鲜空气管道以流体方式连接客车外侧的环境的周围空气和客车内侧的客厢。该客车空气调节系统还包括被置放在新鲜空气管道中并且能够在管道内移动以改变被允许进入客厢的周围空气的数量的风门（damper）、能够操作用于监视指示在客车的客厢内的污染水平的污染水平的传感器、和与污染传感器和风门通信的控制器。该控制器移动风门以基于由污染传感器感测的污染水平而改变进入客厢的新鲜空气的数量。
在另一实施例中，本发明提供一种具有客厢和新鲜空气管道的客车，该新鲜空气管道以流体方式连接客车外侧的环境的周围空气和客车内侧的客厢。该客车还具有被置放在新鲜空气管道中并且能够在管道内移动以改变被允许进入客厢的周围空气的数量的风门、能够操作用于监视指示在客车的客厢内的污染水平的污染水平的污染传感器、和与污染传感器和风门通信的控制器。该控制器移动风门以基于由污染传感器感测的污染水平而改变进入客厢的新鲜空气的数量。
本发明的一个实施例提供一种操作客车的空气调节系统的方法。该方法包括利用空气调节系统的新鲜空气管道以流体方式连接客车外侧的环境的周围空气和客车内侧的客厢。该方法还包括提供被置放在新鲜空气管道中的风门、监视在客车的客厢内的污染水平、和移动风门以基于该污染水平而改变进入客厢的新鲜空气的数量。
通过考虑详细描述和附图，本发明的其它方面将变得明显。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的概略视图。
图2是图1的空气调节系统的概略视图。
具体实施方式
在详细地解释本发明的任何实施例之前，要理解本发明在它的应用方面不限于在以下描述中阐述或者在以下附图中示出的构件的构造和布置的细节。本发明能够具有其它实施例并且能够被以各种方式实践或者执行。
在客车10中的乘客产生本质上能够是颗粒或者气态的各种空气污染。为了向乘坐客车10中的驾驶员和乘客提供安全和舒适的环境，必须引入新鲜（室外）空气以将所产生的污染稀释到安全的和可接受的水平。所产生的污染物的浓度水平与空气在此处得以混合的客车中的新鲜（室外）空气通风速率成比例。在客车中的空气能够通过风扇、通过人的运动或者通过打开门或者窗而得以混合。在较低浓度下，二氧化碳或者其它空气污染能够被用作人类产生的气味的代表（proxy）。
图1是客车10的概略视图。客车10具有客厢12、门14、门传感器16和空气调节系统18。
图2是图1的空气调节系统18的概略视图。空气调节系统18包括以流体方式连接客车10外侧的环境的周围空气和客车10内侧的客厢12的新鲜空气管道20。风门22被置放在新鲜空气管道20中并且能够操作用于改变通过新鲜空气管道20的新鲜空气的数量。蒸发器24被置放在新鲜空气管道20中，蒸发器24被连接到压缩机26。返回空气管道28将客厢12以流体方式连接到新鲜空气管道20。蒸发器风扇30被耦接到蒸发器24并且用于将新鲜空气从新鲜空气管道20移动到客厢12中。在可替代实施例中，蒸发器风扇30未被耦接到蒸发器24。蒸发器风扇30还用于将空气从客厢12移动到返回空气管道28中并且然后移动到新鲜空气管道20中。风门传感器32监视风门22的位置。二氧化碳传感器34被置放在返回空气管道28中并且能够操作用于监视指示在车辆的客厢12内的二氧化碳水平的二氧化碳水平。控制器36与门传感器16、风门22、风门传感器32、蒸发器24、压缩机26、蒸发器风扇30和二氧化碳传感器34通信。
控制器36能够操作用于移动风门22并且改变压缩机26和蒸发器风扇30的速度。风门传感器32感测风门22的状态，包括全开百分率、风门打开事件的发生和风门打开事件的持续时间。门传感器16感测门打开事件的发生，并且还测量门打开事件的持续时间。控制器36能够操作用于控制风门22和蒸发器风扇30以基于由二氧化碳传感器34感测的二氧化碳水平而改变进入客厢12的新鲜空气的数量。在可替代实施例中，控制器36基于客厢12的载客率（occupancy）而改变风门22和蒸发器风扇速度，通过由二氧化碳传感器34感测的二氧化碳水平、由二氧化碳传感器34感测的二氧化碳水平的改变速率和被引入到客车10中的新鲜（室外）空气的数量中的至少一种而预测所述载客率。新鲜空气通过门14和/或车辆空气调节系统18而被引入到客车10中。
控制器36能够利用基于人呼出的二氧化碳的数量（即每人每分钟的二氧化碳克数）的预设二氧化碳水平、每人要求的新鲜空气数量、客厢12的内部容积和新鲜空气能够多么快速地与客厢12中的空气混合中的至少一种而被编程。在另一实施例中，控制器36能够利用预设二氧化碳水平而被编程，其中该预设二氧化碳水平是在测试情形中由在客车10的客厢12中的人员表达的舒适水平确定的。即，各种二氧化碳水平被测试以对于所测试的二氧化碳水平确定乘客舒适性。在车辆10外侧的周围空气中的二氧化碳水平是众所周知的并且是基本稳定的。
在图1中示意的实施例如下运行。二氧化碳传感器34监视在客厢12中的二氧化碳水平并且将二氧化碳水平传达到控制器36。控制器36接收所监视的二氧化碳水平并且比较它与预设二氧化碳水平。在某些实施例中，预设二氧化碳水平是二氧化碳水平范围。如果所监视的二氧化碳水平高于预设二氧化碳水平，则控制器36指令风门22打开。如果所监视的二氧化碳水平等于预设二氧化碳水平，则控制器36并不改变风门22的位置。如果所监视的二氧化碳水平小于预设二氧化碳水平，则控制器36指令风门22关闭。在某些实施例中，多个二氧化碳水平范围被编程到控制器36中。根据所监视的二氧化碳水平范围，控制器36能够指令风门22完全地打开或者关闭、部分地打开或者关闭或者维持当前位置。
所示意的发明的可替代实施例如下运行。二氧化碳传感器34监视客厢12中的二氧化碳水平并且将二氧化碳水平传达到控制器36。门传感器16感测客车10的门14的门打开事件的发生和持续时间并且将门打开事件的发生和持续时间传达到控制器36。风门传感器32感测风门打开事件的状态（例如如果被连续地操作情况下的打开百分率，或者如果开/关操作情况下的风门打开事件的发生和风门打开事件的持续时间）并且将风门打开事件的发生、百分率打开和持续时间传达到控制器36。控制器36通过比较从门传感器16和风门传感器32接收的信息与给出通过门打开事件和/或风门打开事件而被引入到客厢12中的新鲜空气的数量的编程表格来估计被引入到客厢12中的新鲜空气的数量。如果通过门打开事件和/或风门打开事件而被引入到客车10中的新鲜空气的数量足以将客厢12中的二氧化碳水平降低到预设水平，则控制器36指令风门22关闭。如果通过一个或者多个门打开事件和/或风门打开事件而被引入到客车10中的新鲜空气的数量不足以将客厢12中的二氧化碳水平降低到预设水平，则控制器36指令风门22打开。在某些实施例中，预设二氧化碳水平是二氧化碳水平范围。在某些实施例中，多个二氧化碳水平范围被编程到控制器36中。根据所监视的二氧化碳水平，控制器36能够指令风门22完全地打开或者关闭、部分地打开或者关闭或者维持当前位置。
在某些实施例中，控制器36基于由二氧化碳传感器34感测的二氧化碳水平和新鲜空气流率而估计客厢12的载客率。通过估计由风门22引入到客厢12中的新鲜空气的数量而计算新鲜空气流率。控制器36利用用于风门22的位置范围和蒸发器风扇30速度的近似空气流率而被编程。在可替代实施例中，通过估计被风门12、蒸发器风扇30和门14引入到客厢12中的新鲜空气的数量而计算新鲜空气流率。该控制器还利用当门14处于打开位置中时发生的近似空气流率而被编程。通过将新鲜空气流率（体积/时间）乘以在客厢12中的二氧化碳浓度和室外二氧化碳浓度（质量/体积）之间的差值，并且将结果除以平均每人二氧化碳生产率（质量/时间*人）而计算载客率。用符号表示，该公式是：
（新鲜空气流率*（客厢的CO2浓度—室外空气的CO2浓度））/CO2生产率每人=客厢载客率。
在控制器36计算客厢12的载客率之后，控制器36以对应于关于客厢12的载客率的预设水平的水平操作压缩机26和蒸发器风扇30中的至少一个。在该实施例中，风门22未基于客厢12的载客率而被打开或者关闭；相反，如在前一段中描述地，风门22基于由二氧化碳传感器34感测的二氧化碳水平而被打开或者关闭。在可替代实施例中，控制器36基于由二氧化碳传感器34感测的二氧化碳水平、由二氧化碳传感器34感测的二氧化碳水平的改变速率和新鲜空气流率而估计客厢12的载客率。
在可替代实施例中，该控制器如上所述地确定客厢12的载客率。同时，该控制器能够应用一种控制算法以减少空气调节系统18的能量消耗。控制器36能够移动风门22以基于客厢12的载客率而改变进入客厢12的新鲜空气的数量。控制器36还能够基于客厢12的载客率而改变蒸发器风扇30的速度。另外，控制器36能够基于客厢12的载客率而改变压缩机26的速度。通过改变风门22打开的频度、蒸发器风扇30的速度和压缩机26的速度，客车10空气调节系统18能够更加高效地操作，因为空气调节系统18仅仅在客厢12的载客率所需要的水平下操作。在可替代实施例中，使用可变排量压缩机（未示出）来替代压缩机26，并且控制器36基于客厢12的载客率而改变可变排量压缩机的排量。
上述示意的实施例采用了二氧化碳传感器34来监视客厢12中的二氧化碳的水平。然而，以上示意的实施例中的任何一个均能够使用挥发性有机化合物（VOC）传感器（未示出）、灰尘传感器（未示出）或者测量由人产生的污染的某种其它传感器来替代二氧化碳传感器34。另外，二氧化碳传感器34能够与VOC传感器、灰尘传感器和测量由人产生的污染的某种其它传感器中的至少一种相结合地使用。一个或者多个替代的或者另外的传感器与控制器36通信，并且控制器36比较感测污染水平与预设感测污染水平。控制器36然后如在以上实施例之一中描述地那样操作。
在一个实施例中，二氧化碳传感器34、VOC传感器、灰尘传感器和测量由人产生的污染的某种其它传感器中的至少一个能够被置放在客车10空气调节系统18的返回空气管道28中。在另一实施例中，二氧化碳传感器34、VOC传感器、灰尘传感器和测量由人产生的污染的某种其它传感器中的至少一个能够被置放在客车10的客厢12中。
因此，除了别的以外，本发明提供一种客车空气调节系统。在所附权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。

Claims (23)

1.一种客车空气调节系统，包括：
新鲜空气管道，以流体方式连接所述客车外侧的环境的周围空气和所述客车内侧的客厢；
风门，被置放在所述新鲜空气管道中并且能够在所述管道内移动以改变被允许进入所述客厢的周围空气的数量；
污染传感器，能够操作用于监视指示在所述客车的所述客厢内的污染水平的污染水平；和
控制器，与所述污染传感器和所述风门通信，其中所述控制器移动所述风门以基于由所述污染传感器感测的污染水平而改变进入所述客厢的新鲜空气的数量。
2.根据权利要求1的客车空气调节系统，进一步包括以流体方式连接所述客厢与所述新鲜空气管道的返回空气管道，所述返回空气管道接收来自所述新鲜空气管道上游的所述客厢内侧的空气，其中所述污染传感器被置放在所述返回空气管道中。
3.根据权利要求2的客车空气调节系统，其中所述控制器利用预设污染水平而被编程，并且移动所述风门以相对于所述预设污染水平基于由所述污染传感器感测的污染水平而改变进入所述客厢的新鲜空气的数量。
4.根据权利要求3的客车空气调节系统，其中所述污染是二氧化碳并且所述污染传感器是二氧化碳传感器。
5.根据权利要求1的客车空气调节系统，其中所述控制器基于由所述污染传感器感测的污染水平和新鲜空气流率而估计所述客厢的载客率，并且其中所述控制器移动所述风门以基于所述载客率而改变进入所述客厢的新鲜空气的数量。
6.根据权利要求5的客车空气调节系统，其中所述污染是二氧化碳并且所述污染传感器是二氧化碳传感器。
7.根据权利要求5的客车空气调节系统，进一步包括致冷剂回路，所述致冷剂回路包括蒸发器、能够操作用于移动空气通过所述蒸发器的蒸发器风扇、和用于将致冷剂引导到所述蒸发器的压缩机，其中所述控制器基于载客率而改变所述蒸发器风扇的速度和所述压缩机的速度。
8.根据权利要求5的客车空气调节系统，其中所述控制器移动所述风门至靠近完全打开位置，从而提供进入所述客厢的新鲜空气的第一数量，所述第一数量对应于基于设计载客率的设计单位容量，并且其中所述控制器沿着关闭方向将所述风门移动到部分关闭位置，从而提供基于由所述控制器估计的载客率的小于进入所述客厢的所述第一数量的新鲜空气的第二数量。
9.一种客车，包括：
客厢；
新鲜空气管道，以流体方式连接所述客车外侧的环境的周围空气和所述客车内侧的客厢；
风门，被置放在所述新鲜空气管道中并且能够在所述管道内移动以改变被允许进入所述客厢的周围空气的数量；
污染传感器，能够操作用于监视指示在所述客车的所述客厢内的污染水平的污染水平；和
控制器，与所述污染传感器和所述风门通信，其中所述控制器移动所述风门以基于由所述污染传感器感测的污染水平而改变进入所述客厢的新鲜空气的数量。
10.根据权利要求9的客车，进一步包括以流体方式连接所述客厢与所述新鲜空气管道的返回空气管道，所述返回空气管道接收来自所述新鲜空气管道上游的所述客厢内侧的空气，其中所述污染传感器被置放在所述返回空气管道中。
11.根据权利要求10的乘客，其中所述控制器利用预设污染水平而被编程，并且移动所述风门以相对于所述预设污染水平基于由所述污染传感器感测的污染水平而改变进入所述客厢的新鲜空气的数量。
12.根据权利要求11的客车，其中所述污染是二氧化碳并且所述污染传感器是二氧化碳传感器。
13.根据权利要求9的客车，其中所述控制器基于由所述污染传感器感测的污染水平和新鲜空气流率而估计所述客厢的载客率，并且其中所述控制器移动所述风门以基于所述载客率而改变进入所述客厢的新鲜空气的数量。
14.根据权利要求13的客车，其中所述污染是二氧化碳并且所述污染传感器是二氧化碳传感器。
15.根据权利要求13的客车，进一步包括致冷剂回路，所述致冷剂回路包括蒸发器、能够操作用于移动空气通过所述蒸发器的蒸发器风扇、和用于将致冷剂引导到所述蒸发器的压缩机，其中所述控制器基于载客率而改变所述蒸发器风扇的速度和所述压缩机的速度。
16.根据权利要求13的客车，其中所述控制器移动所述风门至靠近完全打开位置，从而提供进入所述客厢的新鲜空气的第一数量，所述第一数量对应于基于设计载客率的设计单位容量，并且其中所述控制器沿着关闭方向将所述风门移动到部分关闭位置，从而提供基于由所述控制器估计的载客率的小于进入所述客厢的所述第一数量的新鲜空气的第二数量。
17.一种操作客车的空气调节系统的方法，所述方法包括：
利用所述空气调节系统的新鲜空气管道以流体方式连接所述客车外侧环境的周围空气和所述客车内侧的客厢；
提供被置放在所述新鲜空气管道中的风门；
监视在所述客车的客厢内的污染水平；
移动所述风门以基于所述污染水平而改变进入所述客厢的新鲜空气的数量。
18.根据权利要求17的方法，进一步包括移动所述风门以相对于预设污染水平基于所述污染水平而改变进入所述客厢的新鲜空气的数量。
19.根据权利要求17的方法，进一步包括：基于所述污染水平而估计所述客厢的载客率；和
移动所述风门以基于所述载客率而改变进入所述客厢的新鲜空气的数量。
20.根据权利要求19的方法，进一步包括基于二氧化碳水平和新鲜空气流率而估计所述客厢的载客率。
21.根据权利要求20的方法，进一步包括基于所述载客率而改变致冷系统的蒸发器风扇的速度和所述致冷系统的压缩机的速度。
22.根据权利要求21的方法，进一步包括移动所述风门至靠近完全打开位置，从而提供进入所述客厢的新鲜空气的第一数量，所述第一数量对应于基于设计载客率的设计单位容量；和
沿着关闭方向将所述风门移动到部分关闭位置，从而提供小于进入所述客厢的所述第一数量的新鲜空气的第二数量。
23.根据权利要求17的方法，其中所述污染是二氧化碳。
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