CN108382167A - 机动车辆内部空气质量碳罐状态和更换/再生控制 - Google Patents

机动车辆内部空气质量碳罐状态和更换/再生控制 Download PDF

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Abstract

一种用于机动车辆的乘客舱的空气过滤系统包括位于鼓风机马达下游和一个或多个通风口上游的过滤床。空气过滤系统还包括连接到过滤床的加热器、配置为测量过滤床的功能容量的传感器、以及配置为在由实时传感器启动时使用加热器再生过滤床的控制器。

Description

机动车辆内部空气质量碳罐状态和更换/再生控制
技术领域
本发明大体上涉及用于机动车辆的乘客舱的空气过滤系统，并且更具体地，涉及一种可以调节以延长滤清器的寿命的空气过滤系统。
背景技术
空气污染物的存在已经导致了多年来与汽车通风系统一起使用的更好的客舱空气滤清器的发展。目前使用的许多客舱滤清器是可更换的，并且当它们被过滤的颗粒、挥发性有机化合物(VOC)、灰尘和/或碎屑堵塞时可能需要更换。已知的专用感测系统可以识别滤清器状态并向用户提供指示，以告知他们何时需要更换空气滤清器。现有技术中的已知系统使用专用传感器(诸如用于确定滤清器两侧的压降的压力传感器)和专用壳体设计结构(诸如空气旁路通道)的组合来监控相应滤清器的空气流。
目前使用的这些过滤系统中的许多已经被证明是昂贵的，并且除了向车辆添加过量的重量之外还需要宝贵的包装空间。另外，现有的过滤系统及其各自的传感器增加了机动车辆的暖通空调(HVAC)系统的制造的复杂性。因此，许多车辆都是在没有任何用来报告空气滤清器的状态的适当自动监控系统的情况下制造的。相反，制造商向用户提供书面建议以在一段时间之后或在预定的行驶里程数之后更换滤清器。这些建议是基于平均条件确定的，因此任何特定的用户可能在推荐的时间间隔到期之前堵塞滤清器，或者可能最终以不必要的方式更换未堵塞的滤清器。因此，目前的车辆市场需要以较轻的重量和精确的传感器监控空气滤清器的状态的改进的方法和传感系统。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于机动车辆的乘客舱的空气过滤系统。空气过滤系统包括过滤床、鼓风机马达、一个或多个通风口、连接到过滤床的加热器、配置为测量过滤床的功能容量的传感器、以及配置为在由传感器启动时使用加热器再生过滤床的控制器。
根据本发明的另一方面，提供了一种向机动车辆的乘客舱提供过滤的空气的方法。该方法包括使用鼓风机马达使空气流循环通过过滤床，用传感器监控过滤床的功能容量，并且利用加热器再生过滤床并且反转空气流至乘客舱外部。
根据本发明的另一方面，提供了一种在机动车辆中提供过滤的空气的方法。该方法包括使用鼓风机马达使空气流通过活性碳滤清器，使用传感器监控活性碳滤清器中的VOC负载，使用加热元件和鼓风机马达加热和反冲洗活性碳滤清器以形成再生碳滤清器，以及随后使用鼓风机马达将空气流循环通过再生碳滤清器。
本领域技术人员在研究以下说明书、权利要求书和附图时将理解和领会本发明的这些和其它方面、目的和特征。
根据本发明，提供一种用于机动车辆的乘客舱的空气过滤系统，包括：
过滤床；
鼓风机马达；
一个或多个通风口；
连接到过滤床的加热器；
配置为测量过滤床的功能容量的传感器；和
配置为在由传感器启动时使用加热器来再生过滤床的控制器。
根据本发明的一个实施例，其中过滤床包含活性碳、沸石、氧化铝、分子筛，纤维素材料、二氧化钛、碳酸钙、无机盐或其组合。
根据本发明的一个实施例，其中加热器是电阻线圈、覆盖过滤床的一部分的套筒或者将电流传递到过滤床的多个电极。
根据本发明的一个实施例，其中传感器使用电阻来测量过滤床的功能容量。
根据本发明的一个实施例，其中空气过滤系统位于客舱加热器、客舱空调或其组合的上游。
根据本发明的一个实施例，其中控制器连接到实时传感器、鼓风机马达和加热器。
根据本发明的一个实施例，其中传感器是每分钟至少一次测量过滤床的功能容量的实时传感器。
根据本发明，提供一种将过滤的空气提供给机动车辆的乘客舱的方法，方法包括：
使用鼓风机马达使空气流循环通过过滤床；
用传感器监控过滤床的功能容量；和
用加热器再生过滤床并将空气流反转至乘客舱外。
根据本发明的一个实施例，其中过滤床包含活性碳、沸石、氧化铝、分子筛、纤维素材料、二氧化钛、碳酸钙、无机盐或其组合。
根据本发明的一个实施例，其中加热器是电阻线圈、覆盖过滤床的一部分的套筒或者将电流传递到过滤床的多个电极。
根据本发明的一个实施例，其中传感器是使用电阻来测量过滤床的饱和度的实时传感器。
根据本发明的一个实施例，其中过滤床另外定位在客舱加热器、客舱空调或其组合的上游。
根据本发明的一个实施例，其中控制器连接到实时传感器、鼓风机马达和加热器。
根据本发明的一个实施例，其中传感器是每分钟至少一次测量过滤床的功能容量的实时传感器。
根据本发明的一个实施例，其中过滤床的再生和空气流的反转都由连接到控制器的实时传感器启动。
根据本发明的一个实施例，其中控制器与一个或多个传感器、选择器、加热元件和鼓风机马达通信。
根据本发明，提供一种在机动车辆中提供过滤的空气的方法，方法包括：
使用鼓风机马达使空气流通过活性碳滤清器；
使用传感器监控活性碳滤清器中的VOC负载；
使用加热元件和鼓风机马达加热和反冲洗活性碳滤清器以形成再生碳滤清器；和
使用鼓风机马达使空气流再循环通过再生的碳滤清器。
根据本发明的一个实施例，其中加热和反冲洗都由连接到控制器的实时传感器启动。
根据本发明的一个实施例，其中控制器与一个或多个传感器、选择器、加热元件和鼓风机马达通信。
根据本发明的一个实施例，其中传感器是每分钟至少一次测量过滤床的VOC负载的实时传感器。
附图说明
在附图中：
图1是根据一个实施例的与HVAC和空气过滤系统连接的车辆的等距后透视图；
图2是根据一个实施例的HVAC系统的局部示意性横截面视图；
图3是沿着图1中的线III-III截取的乘客舱的局部示意性横截面视图；
图4是根据一个实施例的仪表板和HVAC系统的局部示意性分离视图；
图5是根据一个实施例的用于空气过滤系统的过滤床的局部示意性分离视图；
图6是根据一个实施例的空气过滤系统中的控制器的示意性流程图；
图7是示出了根据一个实施例的用于向机动车辆的乘客舱提供过滤的空气的方法的示意性流程图；和
图8是示出了根据一个实施例的在机动车辆中提供过滤的空气的方法的示意性流程图。
具体实施方式
为了本文的描述，术语“上”，“下”，“右”，“左”，“后”，“前”，“垂直”，“水平”及其派生应涉及如图1所示的本装置。然而，应当理解，本装置可以采取各种替代方向和步骤顺序，除非明确地指定相反。还应当理解，在附图中示出并且在下面的说明书中描述的具体装置和过程是在所附权利要求中限定的发明构思的简单示例性实施例。因此，与本文公开的实施例相关的特定尺寸和其他物理特性不被认为是限制性的，除非权利要求明确地另有说明。
如本文所使用的术语“和/或”，当在两个或更多个项目的列表中使用时，意味着可以单独使用列出的项目中的任何一个，或者可以使用列出的项目中的两个或更多的任何组合。例如，如果组合物被描述为含有部件A、B和/或C，则该组合物可以包含单独的A；单独的B；单独的C；A和B组合；A和C组合；B和C组合；或A、B和C组合。
参考图1至8，附图标记10大体上表示用于机动车辆18的乘客舱14的空气过滤系统。空气过滤系统10包括过滤床22，过滤床22可定位在鼓风机马达26的下游或上游，并且在一个或多个通风孔30的上游。空气过滤系统10另外包括连接到过滤床22的加热器34、传感器(特别是配置成测量过滤床22的功能容量的实时传感器38)、以及控制器42，控制器42配置为在由实时传感器38启动时使用加热器34来再生过滤床22。
吸附剂具有用于从空气中移除VOC或其他污染物的固定容量。随着该容量的接近，吸附剂的有效性可以大大降低，导致VOC通过吸附剂而不被捕获。本文公开的装置和相关方法呈现了使用传感器38评估吸附剂(特别是具有可测量电阻率的吸附剂)的功能容量(functional capacity)。在一些实施例中，测量吸附剂的电阻率是使用实际实时传感器38执行。本文使用的传感器和实时传感器38之间的差异是实时传感器38在车辆的操作期间连续地测量过滤床22的功能容量，而其他传感器可能仅测量预定或设定时间的功能容量。在其他实施例中，本领域已知的其他感测技术可以用于评估吸附剂的功能容量。
实时传感器38测量吸附剂的总体电阻率，并使用该实时传感器数据来确定何时再生吸附剂。再生可以通过加热和用空气反冲洗吸附剂以将VOC冲到车辆外部的环境来实现。在一些实施例中，当机动车辆18未被使用时，再生步骤可以以离线模式执行。通过收集关于吸附剂的可用容量的实时数据以确定何时再生吸附剂，可以获得以下优点：1)不需要更换吸附剂；2)防止超过吸附剂的功能容量；3)优化过滤床22中使用的吸附剂的尺寸和量；以及4)在机动车辆18的整个使用寿命期间获得乘客舱14内的改善的和一致的空气质量的能力。
现在参考图1，机动车辆18具有配置为容纳一个或多个乘客的乘客舱14。乘客舱14可以被封闭以使一个或多个乘客的内部环境与机动车辆18外部的外部环境分离。在一些情况下，一个或多个乘客可能渴望或期望与外部环境相比乘客舱内部改善的空气质量。
参考图2，HVAC系统46至少部分地通过使用空气过滤系统10来调节和过滤新鲜的外部空气(环境空气)和/或客舱空气(再循环空气)。环境空气可以是首先经过客舱空气滤清器48，在客舱空气滤清器48处可以定位再循环翼板50以控制环境空气和/或再循环空气到HVAC系统46的管道系统52中的输入。使用连接到风扇54的鼓风机马达26使空气循环通过HVAC系统46的管道系统52。鼓风机马达26和风扇54使空气循环通过过滤床22，其中过滤床22连接到实时传感器38和加热器34。一旦空气已经循环通过过滤床22，空气就可以继续通过包括蒸发器排出口62的蒸发器芯58(客舱空调)，并且空气可以继续到混合翼板66上，混合翼板66引导空气通过加热器芯70(客舱加热器)或通过一个或多个通风口30。例如，一个或多个通风口30可以包括除霜通风口30a、主上通风口30b和/或地板通风口30c。调节的和过滤的空气可以通过使用第一模式翼板74和/或第二模式翼板78被引导至一个或多个通风口30。图2中所示的用于HVAC系统46的管道系统52和部件仅是示例性的，连接件和部件可以基于期望的应用以本领域已知的任何配置来布置。
现在参考图3，示出了HVAC系统46的局部示意图，HVAC系统46定位在机动车辆18的乘客舱14中。示出的一个或多个通风口30从HVAC系统46延伸穿过乘客舱14以循环调节的和/或过滤的空气输送到乘客舱14的各个区域。地板通风口30c使空气循环进入前座椅乘客的脚部空间，后地板通风孔30d将空气循环到机动车辆18后部的地板部分，并且后侧通风孔30e将空气直接循环到后就坐区域的中部。一个或多个通风口30的定位和位置可以基于相应的机动车辆18中的乘客舱14的期望的循环和尺寸而变化。一个或多个通风口30的数量、位置、尺寸和几何形状可以基于期望的应用而变化。
现在参考图4，HVAC系统46被示出为包括仪表板82和多个主上通风口30b的局部示意图。数量、几何形状、位置和大体美观可以基于机动车辆18中乘客舱14期望的循环而变化。
现在参考图5，根据一些实施例示出了过滤床22。过滤床22包括具有多孔顶盖90和多孔底盖94的滤清器主体86，多孔顶盖90和多孔底盖94构造成使空气通过。滤清器主体86可以具有连接在过滤床22的外表面或周边周围的加热器34。在一些实施例中，加热器34是可沿着滤清器主体86的外部长度缠绕的电阻线圈。在其他实施例中，加热器34可以是覆盖过滤床22或滤清器主体86的至少一部分的套筒或袋。在其他实施例中，加热器34可以是用于使电流流过过滤床22的多个电极。电阻线圈可以具有由机动车辆18的电气系统提供的电流，该电流通过线圈传导以产生热量以挥发被滤清器介质98吸附的VOC和其他污染物。在一些实施例中，过滤床22包括一个或多个滤清器介质98，其中滤清器介质98由活性碳、沸石、氧化铝、分子筛、纤维素材料、二氧化钛、碳酸钙、无机盐，有机盐或其组合构成。在一些实施例中，滤清器介质98包括活性碳。
实时传感器38连接到滤清器主体86上，并且能够测量滤清器介质98的功能容量。如本文所定义的术语“功能容量”旨在描述滤清器介质98相对于滤清器介质98的总容量已经吸附的VOC、颗粒和/或其他污染物的量。例如，当滤清器介质98吸附其总容量的VOC、颗粒和/或其它污染物的总量的大约一半时，功能容量大约为一半。在一些实施例中，实时传感器38使用位于滤清器本体86的顶部、中部和/或底部的圆形电极使电流通过滤清器介质98，其中圆形电极与滤清器介质98接触。不受理论的束缚，滤清器介质98的电阻率随着滤清器介质98变得负载更多VOC和/或其他污染物而改变。在一些实施例中，实时传感器38使用电阻来测量过滤床22的功能容量。在另外的实施例中，实时传感器38每秒至少一次、每分钟至少一次，每小时至少一次，每天至少一次或者在机动车辆18运行期间连续地测量过滤床22的功能容量。在其他实施例中，滤清器介质98可以作为电阻器并且随着来自实时传感器38的电极在介质两端施加电压而产生热量，从而提供再生吸附剂的手段。
在一些实施例中，实时传感器38可以在固定温度下进行测量，或者如果对温度变化的影响使用校正参数，则可以在没有温度控制的情况下执行测量。电极可以放置在许多不同的位置，以在任何横截面上测量滤清器介质98两端的电阻率。例如，测量整个滤清器介质98两端的电阻可能得出整个过滤床22的容量耗尽。在其它示例中，在再生期间测量过滤床22的出口部分的两端将测量所获得的再生程度，并且将提供改变再生条件的反馈信息。在再生期间的气流可以使用鼓风机马达26并适当地将翼板66、74、78(如图2中所示)在气流管道系统52中重新定向来产生。在一些实施例中，风扇54的旋转方向可以是逆转为空气的循环交替流动。
参考图6，示出了用于HVAC系统46的与一个或多个选择器102、一个或多个传感器38、鼓风机马达26和加热器34通信的控制器42的示意性流程图。控制器42包括存储器42a，其存储可由处理器42b执行的指令。控制器42另外从碳负载38a和/或流量34b传感器接收关于过滤床22的污染物饱和度的输入/信息。当用户选择包括加热方法102a、冷却方法102b或排气方法102c的期望的循环方法时，控制器42还可以从选择器102接收输入/信息。一旦选择了要使用的期望的循环方法，选择器102就将关于循环方法的输入/信息发送到控制器42，在控制器42处，处理器42b控制鼓风机马达26和相应的再循环翼板50和/或混合翼板66。当传感器38使用碳负载传感器38a和/或流量传感器38b检测存储的用于滤清器介质98的阈值饱和度时，传感器38向控制器42发送输入/信息，在控制器42处，处理器42b将启动加热器34和鼓风机马达26以再生过滤床22。在一些实施例中，过滤床22的再生和空气流的逆转都由连接到控制器42的实时传感器38启动。
现在参照图7，根据一些实施例，公开了一种用于向机动车辆的乘客舱提供过滤的空气的方法200。提供过滤的空气的方法200包括在步骤204处选择由鼓风机马达循环的空气流。在步骤208处，将空气流循环通过滤床22。在步骤212处，过滤床22的功能容量可以使用实时传感器38监控。在步骤216处，一旦过滤床22达到VOC和/或其他污染物的阈值饱和度，过滤床22就可以使用加热器34再生并使用鼓风机马达26反转空气流至乘客舱14外。
可以理解的是，该说明书概述并教导了前面讨论过的机动车辆18的乘客舱14的空气过滤系统10，过滤系统10可以以任何组合的方式使用，在适当的情况下，同样适用于所公开的用于向机动车辆的乘客舱提供过滤空气的方法200。
现在参考图8，根据另外的实施例，提供了一种用于在机动车辆中提供过滤的空气的方法300。提供过滤的空气的方法300包括在步骤304处使用鼓风机马达26使空气流循环通过活性碳滤清器98。在步骤308处，可以使用实时传感器38在活性碳滤清器98中监控VOC负载。一旦检测到活性碳滤清器98饱和或达到阈值，则可以使用加热器34和鼓风机马达26将活性碳滤清器98加热和/或用空气反冲洗以再生活性碳滤清器并且形成再生碳滤清器。在步骤316处，一旦活性碳滤清器98已经被再生，就可以再次使用鼓风机马达26使空气流循环通过再生碳滤清器。
可以理解的是，该说明书概述并教导了前面讨论过用于机动车辆18的乘客舱14的空气过滤系统10和用于提供过滤的空气的方法200，过滤系统10可以以任何组合的方式使用，在适当的情况下，同样适用于所公开的用于向机动车辆的乘客舱提供过滤空气的方法300。
VOC负载类似于活性碳滤清器98的功能容量，但是与挥发性有机化合物的量直接相关，而不是与其他过滤的颗粒、灰尘和/或碎屑直接相关。再生的碳滤清器应该具有接近于零的VOC负载，并且相应的滤清器介质98应当具有其再次吸附VOC、颗粒和/或其他污染物的全部容量，直到其再次达到其总容量的至少一部分。
本领域普通技术人员将理解，所描述的装置和其他部件的构造不限于任何特定材料。本文公开的装置的其他示例性实施例可以由各种各样的材料形成，除非在此另有描述。
为了本公开的目的，术语“连接”(以其所有形式，连接(couple)、连接(coupling)、连接(coupled)等)大体上意味着两个部件(电的或机械的)直接或间接地彼此连接。这种连接在性质上可以是静止的或者可以是移动的。这种连接可以通过两个部件(电的或机械的)和任何另外的中间部件彼此一体地或与两个部件一体地形成为单个整体来实现。除非另有说明，这种连接本质上可以是永久性的，或者本质上可以是可移除的或可释放的。
重要的要注意，示例性实施例中所示的装置的元件的构造和布置仅是说明性的。尽管在本公开中仅详细描述了本发明的一些实施例，但是阅读本公开的本领域技术人员将容易地认识到，许多修改是可能的(例如，尺寸、大小、结构、形状和比例的变化各种元件、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、取向等)而不会实质上背离所述主题的新颖教导和优点。例如，示出为一体形成的元件可以由多个部分构成，或者示出为多个部分的元件可以一体形成，界面的操作可以颠倒或者改变，结构和/或元件或者连接器或系统的其他元件的长度或者宽度可以变化，元件之间提供的调整位置的性质或数量可以变化。应该注意，系统的元件和/或组件可以由以各种颜色、纹理和组合中的任何一种提供足够的强度或耐久性的各种各样的材料中的任何一种来构造。因此，所有这样的修改旨在被包括在本创新的范围内。在不脱离本发明的精神的情况下，可以在期望的和其它示例性实施例的设计、操作条件和布置方面进行其他替代、修改、改变和省略。
应该理解的是，所描述的过程内的任何所描述的过程或步骤可以与其他公开的过程或步骤组合以形成在本装置的范围内的结构。本文公开的示例性结构和过程是用于说明的目的，而不是解释为限制。
还应该理解的是，在不脱离本发明装置的构思的情况下，可以对上述结构和方法进行变化和修改，并且应当理解的是，这些构思旨在被以下权利要求所覆盖，除非这些权利要求由他们的语言明确另有说明。
以上说明书仅被认为是示出的实施例。本领域的技术人员以及制造或使用该装置的人将会想到装置的修改。因此，可以理解的是，附图中所示和以上描述的实施例仅仅是为了说明的目的，并不旨在限制由根据包括等同原则的专利法原则解释的以下权利要求所限定的装置的范围。

Claims (13)

1.一种用于机动车辆的乘客舱的空气过滤系统，包括：
过滤床；
鼓风机马达；
一个或多个通风口；
连接到所述过滤床的加热器；
配置为测量所述过滤床的功能容量的传感器；和
配置为在由所述传感器启动时使用所述加热器来再生所述过滤床的控制器。
2.根据权利要求1所述的空气过滤系统，其中所述过滤床包含活性碳、沸石、氧化铝、分子筛，纤维素材料、二氧化钛、碳酸钙、无机盐或其组合。
3.根据权利要求1所述的空气过滤系统，其中所述过滤床包括活性碳。
4.根据权利要求1所述的空气过滤系统，其中所述加热器是电阻线圈、覆盖所述过滤床的一部分的套筒或者将电流传递到所述过滤床的多个电极。
5.根据权利要求1所述的空气过滤系统，其中所述传感器使用电阻来测量所述过滤床的功能容量。
6.根据权利要求1所述的空气过滤系统，其中所述传感器是使用电阻来测量所述过滤床的饱和度的实时传感器。
7.根据权利要求1所述的空气过滤系统，其中所述空气过滤系统位于客舱加热器、客舱空调或其组合的上游。
8.根据权利要求1所述的空气过滤系统，其中所述控制器连接到所述传感器、所述鼓风机马达和所述加热器。
9.根据权利要求1所述的空气过滤系统，其中所述传感器是每分钟至少一次测量所述过滤床的功能容量的实时传感器。
10.根据权利要求1所述的空气过滤系统，其中所述传感器是连续测量所述过滤床的所述功能容量的实时传感器。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的空气过滤系统，其中所述过滤床的所述功能容量是VOC负载的测量值。
12.一种将过滤的空气提供给机动车辆的乘客舱的方法，所述方法包括：
使用鼓风机马达使空气流循环通过过滤床；
用传感器监控所述过滤床的功能容量；和
用加热器再生所述过滤床并将所述空气流反转至所述乘客舱外。
13.一种在机动车辆中提供过滤的空气的方法，所述方法包括：
使用鼓风机马达使空气流循环通过活性碳滤清器；
使用传感器监控所述活性碳滤清器中的VOC负载；
使用加热元件和所述鼓风机马达加热和反冲洗所述活性碳滤清器以形成再生碳滤清器；和
使用所述鼓风机马达使所述空气流循环通过再生的碳滤清器。
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