KR20170137832A - 차량 환기 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 내부 및 캐빈, 철도의 객차 등을 위한 선택적이고 “스마트”한 에너 컨디셔닝 및 환기 시스템을 만드는 데에 사용될 수 있다. 제1 실시예에 따른 차량 환기 시스템은(한 또는 여러 승객들의) 날숨을 인지하기 위한 감지 요소와 차량 내부로부터 공기를 배기하기(뽑아내기) 위한 수단을 포함하는데, 상기 공기 배출 수단은 주로 승객들에 의해 내쉬어진 공기 부분을 제거하도록 구성된다. 제2 실시예에서, 환기 시스템의 공기 유출구들은 내쉬어진 공기 흐름이 확산되는 구역에 위치하고, 상기 공기 공급 수단으로부터의 흐름들의 방향은 날숨 공기의 배출에 기여한다. 이에 더하여, 그와 같은 시스템은 날숨 물질 농도가 최고인 공기 덩어리를 빼낼 수 있도록 해주는 호흡 센서들과 함께 장착될 수 있다. 전술한 모든 것들은 청정한 공기의 적정한 공급이 불가능한 곳에서 환기 시스템의 효율을 개선할 수 있게 해준다.

Description

차량 환기 시스템

본 발명은 자동차 산업, 철도 운송, 및 항공기 제조에서 여객 공간과 객실을 위한 선택적이고 지능적인 차량 환기 및 에어컨디셔닝 시스템에, 특히 오염된 환경, 또는 독립적인 모드(a self-contained mode) 또는 에너지 절약을 위한 시스템의 동작으로 인하여 주 환기 시스템에 의한 주변 공기와의 충분한 공기 교환을 제공할 수 없거나 하고 싶지 않은 경우에 사용될 수 있을 것이다.

도시의 교통 정체 상황에서는 외부 환경으로부터 고립된 시스템에 가까운 모드에서 (즉, 바깥 공기가 거의 들어오지 않는) 운전하는 것이 합리적이라고 알려져 있다. 승객 객실 공간 안에 있는 산소 예비량이 한 사람이 1시간 이상 소비하기에 충분할 수 있을지라도, 이산화탄소(CO₂) 농도가 받아들일 수 없는 수준으로 증가하기 때문에 그보다 훨씬 일찍(5-10분만에) 숨막힘 및 이후의 중독 효과가 나타난다. 이 같은 현상은 사람이 내쉬는 공기 속에 약 3 ~ 4% 의 CO₂가 포함되어 있는 반면, 환경 속 공기에서 CO₂의 농도는 0.04 ~ 0.1% 인데, 그 값이 0.5% 만 되어도(운전자에게 매우 중요한) 집중 및 작업 능력에 악영향을 끼친다는 사실 때문에 발생한다. 자동차의 경우, 내쉬는 숨에 다량의 수증기가 포함되어 있어서 자동차 유리창에서 응결하여 시계를 감소시킨다는 사실에 의해 상황은 악화된다.

현대의 거대 도시에서, 교통 정체 상황에서 자동차가 완전히 멈춰 있는 시간이(즉 공기오염 및 다양한 유독 가스의 MPC가 초과되는 조건 하에서) 몇 분에서 몇 시간으로 증가해왔다. 동시에, 만약 내부 순환 모드가 사용된다면, 그 교통 상황에 처한 모든 운전자들이 차종에 상관 없이 동일한 조건(차량의 크기 및 높이까지)에 처하며, 현대식 객실 필터들은 어린이 또는 예를 들어 호흡계 질환을 가진 사람들에게 사실상 청정한 공기를 제공할 수 없게 된다. 이는(승객 탑승 공간에서) 가능한 한 오랫동안 내부 비오염 공기를 최고 청정 상태로 그리고 날숨 폐기물이 없도록 유지하기 위한 특별한 수단과 시스템 사용을 필요하게 하며, 만약 필요하다면 공급된 환경으로부터의 공기는 외부 오염원으로부터 최고 수준으로 걸러져야 하며 정화되어야 한다. 예를 들면, 승객용 자동차에 사용되는 표준적인 환기 시스템은 위의 조건을 만족시키지 못하는데, 그와 같은 시스템에서 내부 순환 모드로 전환하면 이산화탄소의 양이 몇 분 안에 2000피피엠 이상으로 증가한다. 이는(특히 승객이 당뇨병 초기, 심혈관 및 호흡기 질환과 같은 질병을 가진 경우) 위생적으로 해로울 뿐만 아니라, 이와 같은 상황에서 운전자의 집중도가 떨어지고 피로가 급격히 증가하여 부정적인 시나리오의 가능성이 극적으로 증가한다는 것이 실험적으로 증명되었기 때문에 도로 상에서는 특히 위험할 수 있다.

자동차의 높이는 지표면 위의 공기 흡입구의 기하학적인 높이를 결정하고, 그것은 보통 자동차 후드의 수준, 즉 도로에서 0.6-0.9미터가 되는데, 이 높이에서 대부분의 오염물질의 농도가 최고이다(2미터의 높이에서 그것은 3-5배 감소될 수 있다). 그리고 자동차가 교통 체증에 갇혀 있고 길가의 건물들이 공기의 흐름을 막고 있기 때문에, 만약 바람이 없다면, 가스와 다른 오염물질들의 분포에 그들의 밀도에 따른 층이 나타나기 시작한다. 동시에, 질량이 작은 질소와 산소는 위쪽으로 밀려올라간다(이는 특별히 배기가스와 주변 환경의 온도차가 감소하는 뜨거운 기후에서 영향을 미친다).

선행기술에서는, 일반적으로 공기 공급 수단, 공기 배기 및 재순환 수단, 공급되거나 재사용된 공기의 가열 또는 냉각을 위한 컨디셔너, 그리고 공기 흡입 과정, 공기 중 습기, 청정도 등의 다양한 제어 장치를 포함하는 다양한 차량 환기 및 공기 컨디셔닝 시스템들이 알려져 있다(예를 들면, 러시아 출원번호 2011127891/11, 07.07.2011, F01P7/00).

그와 같은 환기 시스템들은 차량 내부에 온도 및 공기 성분(air composition)을 일체적으로 그리고 충분히 경제적이고 효율적이지는 않게 유지해준다. 더우기 주변 환경으로부터의 공기 흡입은 의도적으로 부피를 초과하여 이루어지며, 그 성분에 대해서는 예비적인 분석을 하지는 않기 때문에 시스템의 효율성을 더 떨어뜨린다.

환기 시스템에 새로운 부품, 예를 들면, 유출구 매니폴드 근처에 위치한 이산화탄소(CO₂) 센서를 더하거나(일본 특허 번호 2001153417 (A), F24F7/08, 2001-06-08 참조), 담배 연기 오염이 운전석 위에서 감지되면 환기 시스템이 담배연기가 포함된 공기를 실내에서 내보내는 방식으로 승객 탑승 공간으로부터 담배 연기가 퍼지는 것을 방지하기 위해 연기 센서들이 사용되는 시스템을 만들거나(일본 특허 번호 60252019, B60H1/24, 12.12.185 참조), 운전석 뒤쪽에 위치한 공기 배관을 통하고 운전석 후방 패널에 위치한 팬의 도움을 받아 승객 탑승 공간의 후방 부분에 깨끗한 공기를 공급하는 추가 장치들을 갖는 환기 시스템을 장착하려는(미국 특허출원 번호 2015140915, 2015-05-21, B60N2/56)) 시도들은 그 환기 시스템들의 높은 효율성, 비용 효율 또는 자율성의 문제를 해결하지 못한다. 따라서, 승객 탑승 공간으로부터 공기를 빼내고 배출하는 수단은 단단하게 고정되고, 내부로부터 오염된 공기를 뽑아내는 것은 긴급하고 단속적으로지만 펄스 형식으로 그리고 모든 가용 수단을 동시에 써서야 이루어지는데, 이는 곧 정상적이고 연속적인 동작 모드에서는 불가능하다는 것을 의미한다. 더우기, 날숨으로 배출된 생성물들을 낮은 농도로 유지하기 위해 외부로부터 충분한 양의 공기가 승객 탑승 공간으로 공급되어야 하는데, 이는 높은 대역폭, 동작 속도(천이 단계의 경우), 외부의 청정한 공기의 이용가능 여부, 또는 항상 보장이 되거나 이용가능하지 않은 강력한 필터링 수단을 요구함으로써 그 장치들로 하여금 상당한 양의 에너지를 낭비하게 만든다.

따라서, 청구된 그룹의 본 발명은 차량 내부용 환기 시스템의 효율성 및 경제성을 더 높이는 문제를 해결하는 것을 목표로 삼고 있다.

날숨 생성물들을 선택적으로 뽑아내기 위한 청구된 차량 환기 시스템의 제1 변형예에서, 상기 차량 환기 시스템은 감지 요소, 차량 내부로부터 공기를 빼내는 수단, 차량 내부로 공기를 공급하는 수단 및 상기 감지 요소의 신호를 사용하는 상기 언급된 수단들들의 제어부를 포함하고, 상기 감지 요소가 승객들의 날숨 이벤트들을 감지하도록 구성되어 있다는 사실에 의해 상기 결과가 얻어지고, 차량 내부에 공기를 공급하는 수단은 승객들의 호흡율에 적응하고 들이쉬고 내쉬는 공기 부분들의 확산(sperading)이 지연되도록 구성되어 있으며, 공기 배출 수단은 주로 공기의 내쉰 부분을 뽑아내도록 구성되어 있다.

상기 감지 요소는 이산화탄소(CO₂) 센서 및/또는 산소(O₂) 센서 및/또는 습도 센서 및/또는 압력 센서 및/또는 적외선 복사 센서 및/또는 온도 센서 및/또는 음파 및 초음파 센서 및/또는 영상 센서(캠코더), 및/또는 중첩 가속도계와 같은 일군의 센서들에 의해 구성될 수 있고, 이들 일군의 센서들은 호흡율 대역폭에 조율된 필터와 함께 제공된다.

차량 내부로부터 공기를 뽑아내는 상기 공기 배출 수단은 승객들이 내쉰 공기를 후속적으로 제거하도록 형성한 것을 포함할 수 있다.

차량 내부로 공기를 공급하는 상기 공기 공급 수단은 상기 승객들이 내쉰 공기를 후속적으로 제거하기 위한 형성 요소들로서 배열될 수 있다.

차량 내부로 공기를 공급하는 상기 공기 공급 수단은 상기 공기 배출 수단에 의해 차량 내부로부터 제거된 공기의 양만큼만 새로운 공기로 대체하는 기능을 갖도록 구성될 수 있다.

상기 차량 내부로 공기를 공급하는 수단은 차량 내부로 공기를 공급하는 수단의 제어부에 연결되는 외부 공기 성분 입력 분석기를 포함할 수 있는데, 그 제어부는 외부 공기 성분에 대한 정보를 수신하고 기록하며 다른 차량들의 해당 장치들(corresponding units)에 송신하도록 구성될 수 있다.

본 시스템은 상기 감지 요소로부터의 신호들에 기반하여 승객들의 건강 상태를 인식하는 수단과 위험한 건강 상황에 대응하기 위한 수단을 포함할 수 있다.

차량 내부에 공기를 공급하는 상기 공기 공급 수단은 차량 차체의 상부 지점 위에 위치하는 외부 공기 유입구를 가지고 있을 수 있다.

차량 내부로 공기를 공급하는 수단은 이동 가능한 요소에 위치하는 외부 공기 유입구를 갖도록 구성될 수 있고, 상기 공기 공급 수단의 제어부는 외부 공기 성분 및/또는 자동차 속도에 따라 상기 이동 가능한 요소의 위치를 조절하도록 구성될 수 있다.

차량 내부로 공기를 공급하는 상기 공기 공급 수단은 공기 또는 산소를 비축 또는 저장하도록 구성될 수 있고, 공기 공급 수단의 제어부는 저장장치로부터 공기를 보충하고 공기를 공급하도록 구성될 수 있다.

차량 내부로부터의 공기 배출 수단의 제어부, 차량 내부로의 공기 공급 수단의 제어부와 승객들의 호흡 리듬(respiratory rhythm)에 적응 및/또는 승객들에 의해 들이마셔지고 내쉬어지는 공기 부분들의 확산을 지연시키기 위한 수단, 상기 형성 요소들과 승객들에 의해 내쉬어진 공기 흐름들의 후속적인 제거를 위한 제어부, 상기 일군의 감지기들로부터의 정보를 선택하고 분석하기 위한 수단, 상기 일군의 감지기들로부터의 출력 정보를 필터링하기 위한 수단, 외부 공기 성분 분석기를 위한 정보처리 장치, 및 상기 감지 요소의 신호들을 사용하여 승객들의 건강 상태를 알아내기 위한 수단이 하나의 컨트롤러(controller)에 결합될 수 있는데, 이 컨트롤러는 승객이 내쉰 공기 부분들을 분석하고 외부 공기와 차량 내부의 공기의 성분을 분석하여, 상기 공기를 제거하고 외부 및/또는 재생된 공기로 교체하는 시점과 그 양을 결정하도록 구성될 수 있다. 이 컨트롤러는 자동차 내 기후 제어 시스템의 동작을 제어하는 컨트롤러에 포함될 수도 있고, 외부 공기 성분 분석기 또는 외부 공급원으로부터 받은 데이터에 근거하여 운행 거리 또는 경로의 변경을 추천하도록 구성될 수도 있다.

청정한 공기를 공급하는 수단과 공기 배출 수단을 포함하는 청구된 차량 환기 시스템의 제2 변형예에서, 상기 청구된 결과는 상기 공기 배출 수단이 호흡의 생성물들에 의해 오염된 공기를 주로 제거하도록 구성되어 있다는 사실로부터 얻어질 수 있는데, 상기 환기 시스템의 유출구들은 호흡 기관으로부터 80㎝를 넘지 않는 거리에 위치한 내쉰 공기 흐름이 확산되는 구역의 공간에 위치하고, 상기 공기 공급 수단은 상기 내쉰 공기의 흐름(들)이 확산되는 근접 구역에서 공급되는 공기의 흐름(들)과 배기되는 공기의 흐름(들)이 겹치지 않도록 구성된다.

상기 청정한 공기 공급 수단은 주로 승객들의 호흡 기관의 위쪽에 위치하여 후방 및/또는 위 및/또는 수직에 대해 예각으로 향하게 하고, 호흡 생성물들에 의해 오염된 공기를 제거하는 수단은 승객들의 호흡 기관들 아래쪽에 위치될 수 있고, 상기 청정한 공기 공급 수단에는 미세 입자 필터 및/또는 화학 필터가 제공될 수 있다.

호흡 생성물들에 의해 오염된 공기를 배기하기 위한 수단의 공기 유출구들은 좌석 벨트 및/또는 운전대 커버 및/또는 좌석의 앞쪽 및/또는 자동차 계기판에 위치될 수 있고, 배관 시스템을 통해 해당 펌핑 요소와 연결될 수도 있다.

호흡 생성물들에 의해 오염된 공기를 제거하기 위한 배기 수단의 공기 유출구들은 좌석 뒷쪽이나 차량 내부 장식부품들 또는 내쉰 공기의 흐름이 확산되는 구역에 있는 홀더들에 위치될 수 있고, 배관 시스템을 통해 해당 펌핑 요소들에 연결될 수 있으며, 상기 배관 시스템은 매트릭스 및/또는 주기적인 구조로 구성될 수 있다.

청정한 공기 공급 수단의 요소들은 차량 내부 천정 또는 기둥에 위치될 수 있고, 주로 위에서 아래로 또는 측면으로부터 향할 수 있고, 내쉰 공기의 흐름을 확산하는 구역은 상기 내쉰 공기 흐름이 확산하는 근접 구역에 있는 상기 형성 요소들(forming elements)에 의해 형성될 수 있고, 상기 형성 요소들은 상기 청정 공기 공급 수단의 요소들로서 또는 이미 추출된 또는 외부 공기를 재순환시키는 수단으로서 구성될 수 있다.

상기 유출구들은 코 및/또는 입을 통한 호흡에 속하는 내쉰 공기 흐름의 확산 구역에 위치될 수 있다.

호흡 생성물들에 의해 오염된 공기를 배출하는 수단은 주기적으로 또는 제어가능하게 동작하도록 만들 수 있고, 상기 환기 시스템에는 상기 수단의 제어 입력에 연결되는 호흡 센서가 제공될 수 있으며, 상기 호흡 센서는 이산화탄소(CO₂) 센서 또는 습도 센서, 고온계 또는 이미지 프로세싱을 위한 프로세서를 갖는 비디오 카메라, 또는 호흡율 계기(respiration rate meter)로 만들어질 수 있다.

상기 청정 공기 공급 수단의 제어는 외부 공기 성분에 대한 정보를 수신하고 기록하고 다른 차량들의 대응하는 장치들에 송신하도록 구성될 수 있다.

이 시스템에는 상기 감지 요소로부터의 신호들에 기반하여 승객들의 건강 상태를 인식하는 수단 및 위험한 건강 상태에 반응하는 수단이 제공될 수 있다.

차량 내부로 청정한 공기를 공급하는 상기 수단은 도로 표면으로부터 적어도 1.2미터 높이에 위치한 외부 공기를 위한 유입구 및/또는 공기 배관을 포함할 수 있고, 이 유입구 및/또는 공기 배관은 특히 망원경식 튜브, 안테나에, 막대기 또는 자동차 지붕에 위치한 커버 위에 제공될 수 있다.

차량 내부로 청정한 공기를 공급하는 상기 수단은 외부 공기 성분 및/또는 자동차 속도에 따라 그 위치를 조절할 수 있도록 이동가능 요소에 위치될 수 있는 외부 공기 유입구를 가질 수 있다.

차량 내부로 공기를 공급하는 상기 수단은 공기 또는 산소 또는 산소-질소 혼합물을 위한 저장장치로부터 공급물을 보충하고 공급하기 위하여 공기 또는 산소 또는 산소-질소 혼합물을 저장하도록 구성될 수 있다.

본 시스템은 외부 공기 분석기의 신호, 조명(lighting)에 의해, 가속도계, 비디오 카메라 또는 속도계로부터의 신호들에 의해 자동으로 켜지는 제어 입력을 가지도록 구성될 수 있다.

다음 요소들 가운데 적어도 두 가지는 차량 환기의 작동을 관리하는 컨트롤러에 결합되거나, 환기 시스템의 동작을 제어하는 차량 기후 제어 시스템 전체의 동작을 제어하는 컨트롤러의 일부가 될 수도 있다:

- 차량 환기 시스템 전체를 온/오프 하는 수단;

- 차량 내부로부터 공기를 배출하는 수단의 제어부;

- 차량 내부로 공기를 공급하는 수단의 제어부;

- 승객들의 호흡 리듬에의 적응 및/또는 들이쉬고 내쉬는 공기 부분들의 확대 지연 수단;

- 형성 요소들과 승객들이 내쉰 공기 흐름의 후속적인 제거의 제어부;

- 상기 일군의 감지기들로부터의 정보를 선택하고 분석하는 수단;

- 상기 일군의 감지기들로부터의 출력 정보를 필터링하는 수단;

- 외부 공기 성분 분석기로부터의 정보를 처리하는 수단 및 상기 감지 요소로부터의 신호들에 기반한 승객들의 건강 상태 인식 수단.

그리고 상기 컨트롤러는 상기 외부 공기 분석기로부터의 데이터 또는 환경 오염에 대한 외부 정보에 기반하여 운전자에게 운행 거리 또는 경로를 변경하도록 추천하도록 구성될 수 있다.

청구된 본 발명에 의해 규정된 과제는 다음 사항들에 의해 해결될 수 있다.

호흡 생성물들을 선택적으로 뽑아내는 상기 제안된 차량 환기 시스템은(승객 또는 운전자(이하, 승객이라 함)의 코와 입 방향으로부터의) 내쉰 공기 흐름의 국부적인 부분(local portion)만(대부분) 감지하고 선택하고 더 나아가 정확하게 그 부분의 공기를 교체 또는 교환(외부에서 들여온 또는 재생된 새로운 공기로)하는 원리에 따라 작동한다. 그와 같은 선택성은 환기해야 할 부피와 회수 및 정화 장치(멤브레인 필터, 산소 발생기 등)의 성능에 대한 필요성을 획기적으로 줄일 수 있다. 내쉰 공기 부분을 주로 빼낸다는 것은 시스템이 정확하게 내쉰 공기의 부피만 제거하도록 한다는 것과 빼낸 공기의 부피가 내쉰 공기의 부피와 비슷하다는 것을 의미한다. 그러나 이같은 표현은 내쉰 공기를 전부 그리고 매 날숨마다 빼낸다는 것으로, 그리고 그보다 조금 더 많은 양을 빼낼 수 없다는 것으로 이해되어서는 안 된다. 달리 말하자면, 상기 제안된 기술적인 해결책은 평균적인 호흡 부피와 동일한 표준 부피 또는 평균 호흡량보다 조금 더 많거나 적은 부피 또는 부피 센서로 결정된 또는 다른 방법으로 승객들이 내쉰 공기의 양으로 정의되거나 계산으로 얻어진 부피를 빼내는 환기 시스템을 구성하는 경우들도 포함한다. 상기 제안된 환기 시스템이 차량 내부로부터 빼낸 공기를 기존의 자동차 배기 시스템(차량 기후 제어 시스템) 등에서 동작하는 상기 제어부들에 의해 결정된 임의의 양만큼의 외부 공기 및/또는 재생된 공기로 교체될 수 있다는 것을 강조함이 중요하다.

그와 같은 시스템은 연속적으로 그리고 외부 상태에 따른 명령에 따라 동작할 수 있다. 더우기, 환경 오염은 오염물질의 농도를 직접 측정하는 것과 상황에 따라 보통 오염 지역 또는 구역과 관련되는 기준들을 사용하는 것에 의해 결정될 수 있다. 따라서 상기 환기 시스템은 외부 공기 분석기의 신호에 따라, 즉 유해한 오염의 농도가 주변의 환경에서 증가하고 있을 때 또는 예를 들어, 자동차가 터널 안에 또는 좁은 도로에 있다는 사실을 가리키는, 조도가 낮시간에 갑자기 낮아질 때, 또는 자동차들이 함께 가속하여 엔진 배기가스로부터의 오염이 최대가 될 때 신호등에서 출발을 감지하는 가속도계의 신호에 따라, 또는 속도를 줄이거나 교통 체증에 걸린 것을 나타내는 속도계 데이터에 따라, 또는 연기나 예를 들어 신호등이 있는 교차로 구역에 들어가는 때와 같이 비디오 카메라로부터의 데이터에 따라 자동적으로 작동을 시작할 수 있다.

이 시스템은 일정 부피의 깨끗한 공기 또는 산소를 저장하기 위한 저장장치를 포함할 수 있다. 상기 공기 공급 수단의 제어부는 외부 공기가 양질일 경우(적절한 밸브 시스템을 사용하여) 저장장치에 저장된 저장분을 다시 채우고 외부 공기의 질이 좋지 않을 경우 저장분을 사용하도록 조절하고, 또한 상기 저장장치가 급히 보충되어야 하는 경우라면 경로에 대한 추천을 제공할 수 있다.

상기 감지 요소를 중첩 가속도계로 만든다는 것은 가속도계가 이동가능한 베이스에 고정되고 차량 내부에서 또는 좌석 벨트에서 또는 동일한 목적을 위하여 인간의 흉부의 호흡 운동을 감지할 수 있도록 하는 다른 방법으로 공기의 진동(특히 승객들의 날숨)을 감지할 수 있다는 것을 의미한다.

상기 제어부에 대해서는, 단 하나의 컨트롤러, 서로 정보 신호를 교환하는 복수의 컨트롤러들, 분리된 회로들 및 제어 장치들 등을 포함한 변형들이 사용될 수 있다.

상기 감지 요소의 특징은 여러 방법으로 날숨을 감지하기 위한 것과, 한 명의 또는 여러 명의 승객들이 내쉰 증가된 양의 이산화탄소(CO₂)와 수증기를 포함하는 공기 부분을 제거하는 공기 배출 수단을 작동하기 위하여 상기 감지 요소의 출력 신호가 지연되거나 지연되지 않고 그대로 혹은 분석과 처리를 거친 후에 사용된다는 것이다. 공기 배출(공기 공급) 수단(예를 들어, 환기 구멍 슬롯, 소켓들, 블라인드들 또는 노즐들과 같은)과 승객들 또는 운전사의 호흡 기관들 사이에 임의의 거리가 존재한다고 가정하는데, 이 거리는(예를 들어, 승객의 좌석에 의해) 먼저 정의되고, 상기 컨트롤러는 바람직한 단계의 정확한 순간에 내쉰 부분의 공기를 제거하거나 새로운 공기로 갈기 위한 필요한 모든 정보를 갖고 있어서, 내쉰 공기가 공기 유출구들에 도착하는 순간에 흡입 팬이 켜지고 반대로 대체하는 공기의 흐름이 공기 유입구들로부터 승객들의 호흡 기관으로 전달되는 데 필요한 블로잉 팬이 미리 켜진다. 정확하게 이와 같은 방식으로 위에서 언급한 호흡 율(respiratory rate)에의 적응이 이해되어야 하는데, 즉, 내쉰 공기를 주로 빼내고 막 제거된 분량의 공기를 외부의 공기 및/또는 상기 차량 기후 제어 시스템에 의해 재생된 공기로 교체하기 위하여 공기 배기 수단과 공기 공급 수단의 작동을 호흡, 그 기간, 그 기간의 변화, 확산의 지연과 동조시키는 기능과 수단으로서이다.

그러나 날숨 생성물들(승객들이 내쉰 공기의 부분)을 정확하게 및 대부분 배출시키고 교체하는 것에 대한 상기 내용은 “날숨의 감지 - 날숨 공기 부분 배출 - 배출된 공기만큼 신선한 또는 재생된 공기로 교체”의 순환(cycle)만에 한정되는 것은 아니고, 기존의 것, 그리고 적절한 장치와 컨트롤러들에 의해 관리되는 공기 공급 및 배기를 위한 고정 수단을 가지는 차량 기후 제어 시스템에서 널리 사용되는 것과 유사한 변형예들을 포함한다. 이와 같은 경우, 예를 들어 CO₂와 H₂O의 문턱값을 초과하거나 차량 내부로부터 공기를 빼내는 배관과 인접한 곳에서 O₂의 양이 감소하는 것을 감지하여, 차량 내부에 이미 갇혀 있는 공기에서 내쉰 공기 부분을 인식하는(동시에 혼합을 회피하는) 감지 요소를 설치하는 것이 가능하다. 그리고 나서 상기 컨트롤러는 만약 CO₂와 H₂O의 농도가 정상 이하이면 그 공기 부분을 재순환을 위하여 되돌리고, 만약 정상 이상이면 빼내서 교체하는 명령을 생성한다(공기를 되돌리고 빼내는 것은 상기 동일한 정지형 수단에 의해 수행되고, 상기 기술된 알고리즘에 따라 적절한 장치 또는 메커니즘을 개발하는 것은 본 분야에서 일하는 엔지니어에게는 어렵지 않다). 본 시스템의 이같은 모드에서는, 차량 내부에서의 호흡율에 신경쓸 필요는 없으며, 이들 데이터는 CO₂, O₂와 H₂O의 농도에 있어서 주기적인 변화에 기반하여 간접적으로 얻을 수 있다.

마찬가지로, 상기 감지 요소 또는 그 센서들은 차량 내부 어느 곳에라도 위치될 수 있고, 공기 배기 수단의 스위치-온과 추출된 공기의 교체에 대한 결정은 외부 정보와 선행기술에서와 같이 상기 감지 요소의 신호의 분석에 기반하여 상기 컨트롤러 또는 다른 제어부에 의해 내려질 수 있지만, 다른 공기 부분을 빼내기 위한 결정은 날숨 생성물들을 포함하는 공기의 부분, 즉 승객(또는 승객들)으로부터 나온 공기 부분을 우선적으로 빼내는 방식으로 상기 감지 요소 및 상기 컨트롤러가 구성되고, 맞추어지고, 프로그램되어 있다는 점이 다르다.

내쉬고 들이쉰 공기의 흐름들은 상기 들이쉰 공기의 흐름들이 상기 내쉰 공기 흐름(아래 참조)의 일부를 형성하지 않도록 공간적으로 또는 시간적으로 분리되어야 한다는 것은 명백하다. 사실, 상기 컨트롤러의 입력은 상기 센서들의 출력 신호들의 주기를 측정함으로써 스위치-온으로부터 몇 초 안에 상기 일군의 센서들로부터의 출력 신호들과 함께 입력되기 때문에, 날숨을 인식하거나 이산화탄소(CO₂)의 농도가 증가하지 않음을 결정하는 것이 가능하거나, 날숨의 발생을 알아차릴 수 있는 방향을 계속해서 찾는 것이 안정적이고 적절하다(예를 들어, 상기 수단의 내부에 위치한 이산화탄소(CO₂) 센서들 및/또는 습도 센서들과 함께 상기 공기 배기 수단의 유출구들의 회전 각도를 제어하거나, 이들 수단을 “항시 작동”의 모드로 전환함으로써). 더우기, 위에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 공기 배기 수단의 유출구들에 대한 차량 내부에서의 승객의 상대적인 위치 또는 상기 일군의 다양한 센서들(예를 들어, 가속도계 또는 서로 다른 습기 농도를 갖는 여러 공기 층들 사이의 접속면을 감지하는 초음파 센서 또는 이산화탄소(CO₂) 센서)의 신호들 사이의 지연은 내쉰 공기 부분의 상기 공기 배기 수단의 유출구들 및 상기 공기 유입구들로부터 상기 호흡 기관들까지의 확산을 위해 필요한 간격을 결정하거나 계산할 수 있게 해준다. 그리고 센서로서의 비디오 카메라와 기존의 방법에 의한 후속 이미지 프로세싱 방법을 사용하면 승객의 얼굴(호흡 기관)의 방향을 결정할 수 있을 뿐만 아니라, 공기 흐름의 방향(예를 들면, 여러 가벼운 장식재, 실이나 섬유 등의 변위와 요동에 기반하여)과 날숨 그 자체에 대해 결정할 수 있게 해준다. 이곳에 기술된 모든 계산, 동작, 조치들은 상기 언급된 제어부들에 의하여, 특히 상기 컨트롤러 또는 다른 제어 및 상기 고려된 환기 시스템 및/또는 상기 차량 기후 제어 시스템의 일부에 관계되는 자동 수단에 의해서 수행될 수 있음은 명백하다.

날숨에 포함된 물질을 선택적으로 제거하는 본 발명의 환기 시스템의 다른 특징은 승객들이 내쉰 공기 부분 또는 흐름이 차량 내부 전체로 확산되지 않고 호흡 기관에서 상기 공기 유출구들로 가장 간결한 경로를 통해 운반되도록 형성하는 수단이다. 이 수단은 날숨 공기의 흐름에 소용돌이를 일으켜 그 확산을 제한하는 블래스트 디플렉터(blast deflectors)나 기계식 디플렉터(mechanical deflectors)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 첫번째 경우, 상기 날숨 공기의 흐름에 소용돌이를 일으키기 위하여 그리고 공기 유출구들로 가는 다음 공기 부분을 가속시키고 전달하기 위하여 내부 공기의 흐름을 이용하는 것이 편리하고, 차량 내부에 공급된 외부 공기는 날숨 공기의 다른 부분을 끊기 위하여, 외부로부터 날숨 공기를 제한하여, 즉, 날숨 공기의 확산을 제한하기 위해 사용될 수 있다. 즉, 상기 형성 공기 흐름들은 차량 내부로부터 승객들이 내쉰 공기와 동일한 방향으로 또는 예각 방향으로 향하고, 상기 외부로부터의 공기 흐름들은 둔각 방향으로 향한다.

상기 일군의 센서들의 출력 밴드-패스 필터들을 호흡율 대역폭에 동조시킨다는 것은 이들 필터들이 호흡율에 전형적인 주파수대의 신호를 통과시키고 전체적으로 상기 시스템의 잡음 여유도를 증가시키는 다른 주파수대, 맨먼저 고주파수대의 신호들을 잘라내거나, 컨트롤러에 들어있는 알고리즘 방법에 따른 수단에 의해 들숨 또는 날숨의 발생에 대한 정보를 분류한다는 것을 의미한다. 이 방법은 승객이 지속적이고 주기적으로 호흡하는 경우에 가장 편리하게 이용되지만, 위에서 설명된 방법은 다른 경우에서도 추가적으로 사용될 수 있다.

날숨에 포함되어 있는 물질들을 선택적으로 배기하는 본 시스템의 또 다른 특징으로는, 차량 내부로 공기를 공급하는 수단에 차량 내부로 공기를 공급하는 것을 관리하는 제어부에 연결된 외부 공기 성분 입력 분석기가 제공될 수 있다는 것이다. 그 결과, 상기 제어부는 외부 공기의 다음 분량을 당장 흡입할지 또는 자동차가 덜 오염된 지역에 도달할 때까지 지연시킬지, 그리고 그 분량 전체를 빨아들일지 아니면 부분적으로 받아들일지 등을 결정할 수 있다. 가장 간단한 경우에, 그 같은 결정은 외부 공기에 일산화탄소(CO)나 이산화탄소(CO₂) 또는 예를 들어 황화수소(H2S)의 농도가 기준치를 초과하는지 여부에 따라 내릴 수 있다. 좀 더 복잡한 알고리즘은 더 설명될 것이다.

상기 차량 환기 시스템의 청구된 변형예의 핵심은, 공기 유입구들을 포함하는 공기 공급 수단과 공기 유출구들을 포함하는 공기 배기 수단을 갖는 그와 같은 환기 시스템에서는 후자가 운전자 또는 승객들에 의해 내쉬어진 날숨 생성물들을 가지는 공기 흐름이 확산하거나 움직이는 자동차 실내의 구역에 공간적으로 위치된다는 것이다. 그 결과, 날숨에 포함되는 있는 물질(주로 CO₂)에 의해 오염된 공기는 차량 내부에서, 정확하게는 차량 내부에 있는 다른 공기들과 섞이기 전에 상기 내쉬어진 공기가 있는 영역이나 그 분포 구역에서부터 제거된다. 그리하여 공기 전체를 교체해야 하는 것이 아니라(메인 환기 시스템 또는 에어 컨디셔닝 시스템의 경우와 비교되지만) 상기 구역으로부터 취한 제한된 양의 공기만 빼내면 되는데, 이는 전력 소모 감소, 쾌적감 상승, 효율 상승, 자립형 동작(self-contained operation)을 가능하게 한다. 상기 공기 공급은 자연적인 것을 포함해 어떤 성질의 것도 가능하지만, 배기는 이와는 별도로 수행된다.

전술한 것에 비추어, 환기 시스템의 제2 변형예는 승객에게 주는 쾌적감은 그대로 혹은 심지어 더 증가시키면서도 공기 공급을 감소시킨다는 특징을 갖고 있는데, 이는 오염된 환경에서 그리고 내부 재순환 모드에서 내부 준-자동(quasi-autonomy) 작동의 시간을 증가시키기 위해 제한된 공기 공급이 사용될 때 중요하다. 청구항 제16항에 따라, 날숨 생성물들을 가지는 공기는 날숨 생성물들이 직접 확산된 공간 또는 기하학적 영역으로부터 배기된다. 그리고 얼굴이 가려져 있지 않은(가면을 쓰고 있지 않은) 사람에게 두 가지 전형적인 호흡 형식이 있기 때문에, 날숨 오염물질들(CO₂, H₂O 및 O₂ 함유율이 16퍼센트 이하로 감소한 질소-산소 혼합, 그리고 다른 날숨 오염물질 포함)의 가장 높은 농도를 가지는 두 구역을 다음과 같이 확인해야 한다.

a) 머리를 기울이지 않는 승객의 코를 통한 호흡의 시간 간격 동안, 이 구역은 몸통(수직으로 그리고 약간의 각도로 기울어짐)을 따라 코로부터의 나오는 방향에 위치하고 턱에서 복부 및 둔부로(턱의 높이에서 아래로 75-80센티미터, 그리고 넓이는 50센티미터, 축으로부터 측면까지는 25센티미터) 직사각형 또는 원추형 꼴로 연장된다.

b) 입으로 숨을 쉬면서 말하는 사람의 경우, 상기 기하학적인 영역은 앞쪽, 즉 목과 얼굴 하부의 앞쪽에 위치하고 동일한 거리만큼 연장한다.

그러나 위에서 말한 길이나 각도의 정확한 값이 임계의 것은 아님을 알아야 한다. 상기 효과는 각 승객의 호흡 기관의 앞에 있는 공간 구역에 들어가는 날숨 생성물들을 배기시킨다는 사실에 의해서 달성된다. 내쉬어진 공기 부분의 배출은 운전자 또는 승객들의 호흡 기관의 전면에 위치하는 공기 유출구들(환기구들 또는 배관들, 하나의 흐름을 형성하여 유출구들, 셔터들, 장식 용품들로 안내하는 수단 등), 계기판, 운전대 또는 좌석 벨트, 승객의 좌석 또는 그 손걸이 등과 같이 보통의 상황 하에서 다른 목적들을 위하여 설치된 차량 내부 요소들을 통하여 수행될 수 있다. 이는 기존의 해답들과는 달리 적은 부피의 공기가(연속적으로 또는 주기적으로) 배출된다는 사실에 의해 가능해진다.

상기 뽑아냄(extraction)은 주요 목표 또는 구조적인 통일성에 어떤 해도 입지 않고 다른 매개변수들(예를 들면 좌석 벨트의 강도)이 악화됨 없이 상기 차량 내부의 구조적인 요소들에 합쳐진 별도의 배관 시스템(예를 들어, 유연한 튜브들)을 통하여 이루어질 수 있다.

이에 더하여, 날숨 공기 흐름이 확산되는 구역이 내쉬어진 공기의 직접적인 확산 영역에 위치한 흐름 형성 수단에 의해 형성된다고 하는 것은, 상기 공기 배출 수단이 이 후자 영역으로부터 “비롯”되고 상기 내쉰 숨의 흐름은 상기 확산 구역으로 직접적으로 확산되는 구역으로부터 빼내어진다는 것을 의미한다.

공기 배기를 위한 상기 형성 수단(유출구들을 갖는 공기 배기 요소)을 날숨 물질이 확산하는 위에서 말한 기하학적 구역들의 교차 지점에 위치시키는 것도 가능하며, 이는 이 공간에 위치한 차량 내부의 다른 물체 또는 표면을 갖고 있는 경우에도 마찬가지이다. 따라서, 그 결과 어떤 요소들은, 다음과 같은 것들을 포함하여 환기 요소들의 추가적인 기능을 가질 수도 있다.

- 운전자/승객의 등받이 뒷면 표면의 중앙 및 하부 (두번째 및 그 이후 열에 앉은 승객들을 위하여);

- 운전대의 아래쪽, 전방 패널;

- 가느다란 호스로 시스템에 연결되어 복부나 승객의 무릎에 고정될 수 있는 고무로 만들거나 부러운 소재의 장난감의 형상으로 된 장식 용품;

- 상기한 알고리즘에 의해 선택된 다른 위치 또는 그곳들의 조합 및 위에서 말한 위치들.

상기 환기 시스템의 공기 배출 요소로 사용되는 물체들로의 배관 연결이 바람직하지 않은 경우에는, 유입구로 좁게 유도된 흐름(narrow-directed stream)으로 계측된 부피(dialed volume)를 외따로 내보낼 독립적인 장치와 함께 설치될 수도 있음을 알아야 한다.

위에서 기술한 공기 배출 수단은 제거된 부피의 공기를 보충하는 공기 공급 수단과 결합되어야 한다. 동시에 상기 공기 공급 수단은(예를 들어, 천장에 있는 환기구와) 통합되고 공유되어야 하는데, 그 이유는 날숨 생성물들을 제거하고 배출하는 경우 호흡 과정 그 자체가 신선한 공기 덩어리(air masses)의 유입을 위한 올바른 방향을 만들어내기 때문이다. 그러나 그들은 개별적일수도 있음은 물론이다. 이 경우 공기의 흐름이 승객의 머리의 윗쪽 부분을 향하도록 하고 내쉰 공기의 흐름과 “중첩”되거나 교차하지 않는다는 조건 하에서 윗쪽에 배치되고 윗쪽으로 방향을 잡도록 해야 한다.

모든 경우에, 상기 공기 유출 과정은(흡입력을 만들어내고 상기 날숨 생성물들을 상기 기하학적인 영역으로부터 빨아들이는 펌프와 함께) 능동적이 되거나 만약 공기 공급이 오염물질을 제거하기 위하여 필요한 과중한 압력을 만들어 낸다면 수동적이 될 수 있다.

이상에서 호흡 센서, 감지 요소, 다양한 센서들, 외부 공기 성분 분석기, 외부 정보 센서들, 그리고 일군의 감지기들을 언급하였다. 조건 형태로 표현되었지만, 모든 센서들과 분석기들은 사진- 또는 영상- 기록 장치, 음향 센서 등을 포함하는 상기 일군의 감지기들과 관계된다고 가정된다. 외부 정보 센서들은, 본질적으로, 상기 영역의 오염 물질 분포와 같은 데이터를 운행 장치들로부터 상기 컨트롤러로 입력하기 위한 채널들이다. 상기 호흡 센서들은 공기 배출 수단을 제어하고, 상기 감지 요소는 운전자와 승객들의 현재의 건강 상태를 인식하고 기록한다.

상기 청구된 제2 변형예에 따른 시스템의 실시예들은 외부 반사체와 공기 흐름들의 영향뿐 아니라 머리 돌리기에 관련하여 상기 공기 배출 수단의 조합에 한정된다.

얼굴의 위치를 결정하기 위한 비디오 센서들과 함께, 예를 들면, 날숨에 포함되어 있는 오염 물질을 좀 더 효과적으로 빼내기 위하여 목소리 또는 입 호흡의 특정한 소리에 의하여 상기 구역들 사이에서 전환하도록 하는 마이크로폰을 사용할 수 있다.

이미 언급한 대로, 이 시스템의 제2 변형예는 환기 시스템에 관련된 것으로, 주로 감소된 부피의 외부 공기를 공급하도록 작동하는 추가적인 것들에 관련된 것이며, 이는 어떤 이유로든 청정한 공기 공급이 제한되어 있는 캐빈 또는 승객을 위한 객실에 가장 효과적이다. 그와 같은 시스템의 실시예들은 다음과 같이 분류할 수 있다.

- 청구항 제16, 17항에 따라 공기가 날숨 생성물들의 농도가 높은 기하학적인 (공간) 구역들로부터 계속해서 또는 단속적으로 제거되는 “수동적인” 시스템 (따라서 코로 숨을 쉬고 앉아 있는 사람들에게는 이 구역이 턱과 복부 사이가 된다. 동시에 배기된 공기와 정확한 비율로 보충되는 공기 공급은, 예를 들어, 머리/얼굴 상부로 향한다). 상기 공기 공급 및/또는 공기 배출 수단은 상기 시스템의 동작에 필요한 압력 감소를 제공한다. 상기 감지기들은 생략될 수 있다.

- 앞의 것과 유사한 “능동적인” 시스템은 앞의 것과 유사하며, (청구항 제23항에 따라)적절한 장치들(노즐들, 유도관들)에 의한 흐름 형성은 공기 배출 조건을 개선하여, 상기 기하학적인 구역의 내부, 심지어는 외부에서 날숨에 포함되어 있는 오염 물질을 편리한 방향으로 빼낼 수 있도록 한다. 감지기들은 생략될 수 있다.

- “적응가능한” 시스템은 청구항 제27, 28항에 따라, 위치 센서, 변위 센서, 변환기, 압력 센서, 음압 센서, 농도 센서 등과 같은 기계적, 전자적, 광학적 또는 다른 센서들로 추가적으로 완성된 시스템인데, 이는 흐름들, 가이드들의 방향(매개변수 및 소용돌이의)을 바꾸도록 허용하고, 호흡 또는 승객의 위치가 변할 때(머리의 움직임 및 승객 객실 안에서의 움직임을 포함하여) 상기 구역들 사이에서 전환(swithc)될 수 있도록 허용한다.

- “동기” 시스템은, 청구항 제16, 17, 또는 18항 가운데 어느 한 항에 따른 시스템으로서, 사람들의 존재 및/또는 호흡 사실(날숨 생성물들의 농도가 지역적으로 증가하는 것을 포함하여)을 감지하는 전자적, 기계적, 광학적, 화학적 그리고 다른 형태의 감지기들과 함께 장착된 시스템이다. 여기에서 상기 공기 배출은 호흡 속도와 추가적으로 동기되며, 날숨 생성물들의 최고 농도(문턱값을 상회하는)를 갖는 공기 부분을 정확한 양으로 승객의 주변에 있는 기하학적인 구역으로부터 뽑아내어 교체에 필요한 공기의 양을 최소화한다.

위에서 서술한 대로, 상기 청구된 환기 시스템의 변형예들은 독립적(self-contained)이거나, 보통의 차량 기후 제어 시스템에 부가될 수 있으며, 따라서 부가적으로 장착되거나, 메인 환기 및 에어 컨디셔닝 시스템의 일부로서 직접 설계될 수 있다. 마찬가지로, 독립적 시스템은 별도의 감지기들과 함께 구성되거나 자동차에 있는 기존의 감지기들로부터의 신호들을 수신하도록 구성될 수 있다. 자동화 정도는 다양할 수 있다.

이와 같은 문제를 해결하는 데에 성공한 기술적인 결과는 청정한 공기를 적절하게 공급하고 그 결과 에너지 소비를 줄이는 것이 불가능한 상황에서 환기 효율성을 개선함으로써 전체적으로 환기 시스템에 더 높은 자율성을 보장한다. 더우기, 주변 환경으로부터의 오염물질의 영향을 감소시킴으로써 자동차의 고립 정도를 높일 수 있는 기회를 만들어 낸다. 추가적인 효과로는 유입 공기 처리 상태의 개선 및 요구되는 공기 공급량의 전반적인 감소에 따른 필터 수명의 연장이 있다.

해결책의 핵심은 다음 도면들에 나타나 있다.
도 1 - 날숨 생성물들을 선택적으로 제거하는 청구된 시스템의 동작 과정 개략도;
도 2 - 그와 같은 시스템의 타이밍 다이어그램;
도 3 - 그와 같은 시스템의 감지 요소의 동작을 보여주는 개략도;
도 4 - 차량 내부로부터 공기를 빼내는 수단을 보여주는 개략적인 실시예;
도 5 날숨 생성물들을 선택적으로 제거하는 청구된 시스템의 블록 다이어그램;
도 6 - 청구된 환기 시스템의 제2 변형예의 작동 과정을 보여주는 개략도;
도 7 - 그와 같은 시스템의 타이밍 다이어그램;
도 8 - 그와 같은 시스템에 따라 차량 내부로부터 공기를 빼내는 수단의 실시예;
도 9 - 이 시스템에 따른 배관 배열의 변형예.

도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 시스템은 감지 요소(1), 차량 내부로부터 공기를 빼내는 수단(2), 차량 내부로 공기를 공급하는 수단(3), 제어부(컨트롤러)(4)를 포함하고, 승객(운전자)은 좌석(5)에 있고, 도면번호 6은 승객에 의해 내쉬어진 공기 부분을 나타내고, 도면번호 7은 들이쉬는 공기 부분을 나타낸다. 구성 요소 1-3은 운전대(8) 위에 위치된다(도 1에 도시된 실시예 참조).

도 2를 참조하면, 시간 T1에 내쉰 공기 부분(6)은 감지 요소(1)에 도달하고, 그 신호는 거의 같은 시간 T1에 공기 배기 수단(2)을 스위치온 하는 컨트롤러(4)에 의해 분석된다. T2는 컨트롤러(4)가 내쉰 공기 부분(6)을 컷오프하고 들이쉬는 부분(7)으로 교체하기 위하여 공기 공급 수단(3)을 스위치온 하는 순간을 나타낸다.

도 3을 참조하면, 감지 요소(1)는 일군의 감지기들로서 설계되는데, 예를 들어 승객 좌석(5) 위에 위치되고 날숨의 순간을 기록하는 적외선 복사 또는 초음파 센서(9)와, 운전대 위에 배치되고 내쉰 공기 부분(6)이 감지 표면에 도달할 때 작동되는 이산화탄소(CO₂) 센서(10)을 포함한다. 간격 측정 장치(11)는 센서(9)와 센서(10)의 신호들 사이의 시간 간격의 현재값을 기록하고, 주파수 측정 장치(12)는 센서(10)의 신호의 주파수(호흡율, 여러 주기 동안에 걸쳐 평균 계산도 가능)를 기록한다. 상기 간격 및 주파수 값들에 대한 정보는 유입구 제어 장치(13)로 송신되는데, 이 장치는 센서(9)와 센서(10)의 신호들 사이의 시간 간격과 센서(10)의 동작들 사이의 간격(호흡율의 역수) 을 합산하고, 본 예에서는 승객 좌석(5)의 측벽에 설치되어 있는 차량 내부 공기 공급 수단(3)을 스위치온 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 센서(9)의 출력은 간격 측정 장치(11)의 제1 입력에 연결되고, 센서(9, 10)들의 출력들은 각각 간격 측정 장치(11)의 제2 입력과 주파수 측정 장치(12)의 입력에 연결되고, 간격 측정 장치(11)와 주파수 측정 장치(12)의 출력들은 유입구 제어 장치(13)의 입력들에 연결되고, 그 출력들은 상기 공기 공급 수단(3)의 제어 입력들에 연결되고, 간격 측정 장치(11), 주파수 측정 장치(12), 유입구 제어 장치(13)는 상기 컨트롤러(4)를 구성한다.

앞에서 알 수 있는 바와 같이, 차량 내부로부터의 공기 배출 수단에는 승객들이 내쉰 공기 흐름을 바로 빼내기 위한 형성 요소들이 제공될 수 있다. 이 형성 과정은 다수의 승객 좌석(5)이 하나씩 장착될 때 열차의 객차 또는 항공기 캐빈(14)에서 사용하기 위한 차량 내부로부터의 공기 배기 수단의 구성을 도시하는 도 4에서 설명된다. 우측 주입 노즐(15)들은 승객 좌석(5)들의 측벽에 배열되어 있고, 상기 반대편 승객 좌석들로부터의 주입 노즐(16)들은 도 4에 도시한 것과 같이 내부(14)의 벽에 배열될 수 있는데, 노즐(15, 16)들은 상기 내쉰 공기(17)의 흐름을 소용돌이치게 하여 뒤에 장착된 배기 팬(도시하지 않음)을 갖는 유출구(18)로 향하게 한다. 도 4에서, 노즐(15, 16)들로부터의 공기 제트의 방향은 화살표(19)로 나타내어져 있고, 흐름(17)을 구성하는 소용돌이 방향은 화살표(20)로 표현되어 있다.

만약 상기 차량 내부로부터의 공기가 상기 노즐(15, 16)들에 공급된다면, 차량 내부로의 공기 공급은 별도로 제공된 다른 수단에 의해 수행된다. 그러나 만약 차량 내부로의 공기 공급 수단이 상기 내쉬어진 공기 흐름을 제거하기 위해 형성된 요소들로서 동작하도록 설계된다면, 추가적인 에너지 절약이 달성될 것이다. 전술한 두 가지 변형예 또는 모드들이 차량에 있다고 가정할 때, 어떤 쪽이 선택될지는 작동 조건과 그 순간의 외부 공기 성분에 따라 결정될 것이다. 이 결정은 차량 엔지니어 또는 컨트롤러(4)에 의해 내려질 수 있는데, 후자의 경우 외부 공기의 공급 부피가 그 순간 내쉬어진 공기를 교체하기에 충분한지 결정해야 한다. 만약 충분하다면, 컨트롤러(4)는 유입구 팬과 셔터의 위치의 모드를 변환하여 공기의 흐름을 조정함으로써 외부 공기를 노즐(15, 16)들에 공급(도 4에 도시되지 않음) 하도록 작동시킬 것이고, 만약 아니라면, 외부와 승객 객실로부터 내부의 공기를 혼합 또는 내부 공기만을 공급할 것이다. 주지해야 할 것은 이 목적을 위한 수단이 차량 기후 제어 시스템들에 널리 알려져 있고 또 사용되고 있다는 사실이다. 더우기, 차량 기후 제어 시스템을 구성하는 잘 알려진 알고리즘 및 수단은 위에서 기술한 작동 알고리즘들(시스템 제작의 변형예들) 가운데 어떠한 것 그리고 그것들의 조합을 위해서도 제안될 수 있는 제어부들을 통합할 수 있도록 허용한다. 그럼에도 불구하고, 제안된 시스템을 위한 더 자세한 블록 다이어그램(도 5)을 더 기술할 것이다.

본 실시예에서, 날숨은 센서(10)와 음향 센서(21)의 출력 신호들을 매칭(matching)하는 것에 의해 기록된다. 이같은 목적을 위하여, 호흡율의 대역폭을 통과시켜 잠재적인 출력 신호들을 형성하도록 조절된 적절한 밴드-패스 필터(22, 23)들을 경유한 센서들의 출력들은 비교 회로(회로도)(24)에 들어가고, 지연 회로(회로도들)(25, 28)(τ28 < τ25, 여기에서 τ는 적당한 요소의 지연)를 경유한 그 출력은 각각 밸브 (26, 29)를 제어한다. 제1 밸브는 진공 유닛(27)의 공기 배관에 장착되고 제2 밸브는 공기 압력 유닛(30)의 배관들에 장착된다. 상기 진공 유닛(27)에서 공기 압력은 대기압보다 낮고, 공기 압력 유닛(30)에서는 더 높아서, τ28의 지연과 함께 청정한 공기의 제1 부분은 노즐 (15, 16)을 통하여 공기 압력 유닛(30)으로부터 내부(14)로 흐르기 시작하고, 그리고 나서, τ25의 지연과 함께 유출구(18)를 통한 흐름은 내쉰 공기 부분(6)을 빨아들이기 시작한다.

따라서, 상기 시스템은 날숨의 방향에 위치되거나 상기 내쉬어진 공기 덩어리의 선택적인 흡수를 위한 흐름의 방향을 적절하게 수정하는 흡입 흐름 형성 수단(means of forming a suction stream)을 포함한다. 이 요소들은 차량의 뒷쪽 좌석에 앉는 승객을 위하여 운전대, 전방 패널, 앞좌석 승객용 좌석 벨트, 앞좌석의 뒷면에 위치될 수 있다. 그러나 그것들의 작동은 연속적 및 단속적인 모드일 수 있고, 들숨/날숨 및/또는 호흡 리듬(다양한 센서들에 의해 원격적으로 쉽게 측정될 수 있는)에 따를 수 있다. 그러면, 들숨에서는 청정한 공기의 흐름이 공급되고 날숨 흐름의 흡입 과정은 최적화된다(예를 들어, 가장 가까운 공기 유출구 - 공기 배출 흡입구의 근처에서 방출을 조직함으로써).

상기 환기 시스템의 공기 공급은 쾌적함뿐만 아니라 날숨 덩어리의 배출을 증가시키기에 적당한 흐름들(와류들)의 형성에에 촛점이 맞추어질 수 있다(즉, 상기 환기 시스템 요소들은 이 점을 염두에 두고 배열될 수 있고, 단속적인 공기 공급 모드는 들숨을 예측하면서 사용될 수 있다).

이에 더하여, 상기 제안된 시스템은 특히 승객이 여러가지 질병으로 고통받고 있을 때 승객의 현재 건강 상태의 변화에 신속히 반응하기 위해 사용될 수 있다. 이 시스템을 사용하면 승객(운전자, 조종사)의 상태에 대한 여러 추가적인 다음과 같은 정보를 제공한다.

- 호흡율;

- 승객 얼굴의 방향과 움직임(캠코더가 후속 이미지 프로세싱 기능을 갖고 있을 경우);

- 심작박동율 (예를 들어, 날숨 흐름의 변화(modulation of the exhaled stream) 등의 방법에 의해 구할 수 있다);

- 그리고 날숨의 폐기 생성물들의 정량적인 개인적(personal)(개별적(individual)) 성분(특별히 CO₂ 센서에 더하여 다른 기체 분석기가 사용되는 경우),

이는 이 정보들로 하여금 복잡한 진단에 사용되어, 승객의 건강 상태를 신속하게 분석하여 그에 따라 적절하게 대응하도록 한다.

그래서, 만약 상기 시스템이 호흡 리듬(respiratory rhythm)을 결정하기 위해 제공된다면, 상기 컨트롤러는 운전자/승객의 생리학적인 매개변수들의 분석에 의해 보완되어 응급상황을 보고할 수 있다(예를 들어, 천식, 심장마비, 또는 다른 질병을 가진 뒷좌석 승객이 편찮으며 위험한 호흡율을 보이고 있다는 사실을 운전자에게 보고하는 것). 또한 호흡 속도와 비디오 이미지(동반되는 얼굴 표정, 눈을 떴는지 여부 및 안구 운동 등)의 조합에 기반하여 진단하는 것도 가능하다. 만약 날숨 흐름들의 분석이 어떤 공통적이고 잘 알려진 의약품 성분의 결정으로 보완된다면, 즉각적인 비상상황 처치를 개인적으로(개별적으로) 제공할 수 있다. 그리하여, 당뇨병 환자가 혼수상태에 빠지기 직전 날숨의 아세톤 증기 농도가 높아지는데, 그러면 운전자(자신이 환자가 아닌 경우)는 혈당 레벨의 측정, 의사에게의 전화, 및 심지어 응급 주사(예를 들어 인슐린)에 대한 권고사항을 제공받을 수 있도록 한다. 환자가 흡입하는 환기를 통한 약물 처리의 추가적인 관리도 가능한데, 만약 그와 같은 개별적인 시스템의 조정이 환자에 대하여 의사에 의하여 승인되거나, 고농도 산소 혼합물 공급 등이 가능하다면 그러하다.

달리 말하자면, 승객 좌석으로의 공기 공급 흐름들에, 초음파로 분무 형태로 또는 안개 모양으로 뿌려지는 의약품이 첨가될 수 있다(심장 또는 천식 의약품 등). 마찬가지로, 허가 받은 각성 제제 및 향미의 개별적인 스프레이 수단에 의해 운전자로 하여금 졸음에 빠지지 않도록 하는 데에 사용될 수 있다. 더우기, 승객 좌석의 지역적인 환기 서브-모듈은 차량 내부에서 확산되는 것을 방지하기 위하여 상기 오염물질들의 증기를 포함한 공기 덩어리가 전체적으로 순환되지는 않도록 상기 오염물질들을 후속적으로 포획해서 배출해야 한다.

자동차 또는 트럭에 사용할 때, 본 시스템의 주요 목적은 오염이 심한 교통 체증인 곳에서 운전할 때, 최고의 쾌적함과 깨끗한 공기를 공급하는 것이어야 한다. 공기 재생과 외부 환경과의 공기 교환을 완전히 배제할 수 있도록 산소 공급의 보충을 위한 요소들이 없을지라도, 즉 필터링된 외부 공기를 공급하는 간소한 시스템을 사용하는 경우에도, 기술적인 결과는 모든 해로운 물질들을 갖고 있는 외부로서 들어오는 공기의 양을 상당하게 감소시켜서 호흡의 쾌적함을 증가시키는 것이다. 필요한 센서들은(CO₂ (이산화탄소), O₂ (산소), CO(일산화탄소) 등의 농도를 결정하기 위한 외부 공기 성분 센서들을 의미함) 다양한 외부 조건 하에서 공기의 흡입을 적절하게 조절하기 위해 사용할 수 있다(차량이 주변에 있는 차량들의 배기 속을 운행하는 동안, 심하게 오염되어 있는 바깥 공기를 소비하기 보다 잠깐동안이라도 내부 순환 모드 또는 대체 공급원(압축 공기 또는 산소)으로 스위치할 뿐 아니라 공기 오염 배출 물체들까지의 거리를 증가시키도록 권고를 운전자에게 제공하는(예를 들어, 일산화탄소(CO)) 등과 같은 오염 측정 매개변수의 변화율을 표시하기) 것이 더 적절할 것이다).

제안된 시스템의 간단한 변형예에도 펌핑된 외부 공기가 실질적으로 감소(초당 수 리터) 하기 때문에, 단면적이 작은 공기 흡입구를 사용할 수 있으며, 유입구들을 가능한 한 높게, 배기 파이프들에서 가능한 한 멀어져서 신선한 공기 덩어리의 자유로운 움직임 쪽으로 가는 것이 적절하다. 그리하여, 상기 공기 유입구는, 예를 들면, 망원경식 회초리 안테나(telescopic whip antenna)의 빈 구조나 차량 지붕 표면 위에 위치한 다른 장식 용품에 배열될 수 있다. 더우기, 그와 같은 경우 공기 유입로의 높이는 저속 운행 또는 교통 체증으로 멈춰있을 때 최대로 연장되어 좀 더 많은 깨끗한 공기를 흡입하도록 할 수 있는데, 이는 내부 환기 모드들을 위한 기존의 일반적인 양의 공기 및 교환 구조를 갖는 다른 시스템에서는 구현하기 힘들다.

도 6을 참조하면, 청구된 시스템의 변형예의 제2 실시예의 동작 과정은 다음과 같이 기술된다(깨끗한 공기 공급 도구들은 표시되지 않으며, 공기의 유입 흐름은 엔진실과 창문을 통한 자연적인 것임). 이 실시예에서, 상기 공기 유출구들은 좌석 벨트(30)와 운전대(31)(안쪽 및 중심부분)에 배열되어 있고, 공기 배관들(좌석 벨트(30)에서 공기 배관은 도면부호 34로 표시되어 있고, 운전대(31)에는 도시되지 않음)을 통하여 호흡의 폐기 생성물들에 의해 오염된 공기 흐름들을 퍼내는 배기 펌프로 연결되는 공기 유출구(32와 33)들로 각각 구성되어 있다(코 호흡의 전형적인 공기의 흐름은 공기 유출구(32)들을 통해 빠져나오고, 입 호흡의 전형적인 공기 흐름은 공기 유출구(33)들을 통해 빠져나온다). 이 실시예에서, 공기 유출구(32)들이 좌석 벨트(30)에 위치되어 있을 때, 날숨 부분을 위한 샘플링 동기 도구들은 예를 들면, 좌석 벨트(30)의 앵커 지점에 가까이 배열(장착)된 플레이트(35, 36)의 형태로(도 6의 오른쪽에 별도로 도시됨) 기계적일 수 있는데, 플레이트(35)는 움직이지 않게 부착되어 있고, 플레이트(36)는 예를 들어 막대(37)로 인하여 운전자가 숨 쉬는 동안 발생하는 좌석 벨트(30)가 잡아당겨질 때 변위가 일어날 가능성이 있고, 이는 들숨일 때 좌석 벨트(30)의 추가적인 장력 때문에 이동하는 것이다. 상기 변위는 플레이트(35)에 있는 구멍(38)들이 플레이트(36)에 있는 구멍(39)들과 더 이상 일치하지 않게 하고, 공기는 날숨 때에만 좌석 벨트(30)에 있는 공기 유출구(32)들을 통해 퍼내어진다. 플레이트(35와 36)의 초기 상대 위치는 완전한 들숨 또는 완전한 날숨에서 좌석 벨트(30)를 채운 다음 플레이트(35, 36)를 “구멍(38, 39)이 중첩되기 시작” 하는 위치 또는 “구멍(38, 39)이 중첩을 마치는” 위치에 각각 고정함으로써 운전사에 의해 정해질 것이다.

도 6에 따르면, 차량의 운전자 또는 승객은 흡입 펌프에 연결되어 있는 유연한 호스(배관(34))의 유입구에 있는 밸브(42)의 동작을 제어하는 호흡 센서(동시에 센서 요소)(41)와 함께 장착될 수 있는 방석(또는 부드러운 장난감, 패드)(40)을 자신들의 무릎 위에 갖고 있을 수 있다. 이 장치는 배관 시스템에서 이미 발생한 고농도의 CO₂를 갖는 공기 부분을 연속적으로 그리고 센서와 공기 부분의 선택과는 독립적으로 공기를 빼내는데, 대응하는 한 쌍의 센서-제어 밸브는 예를 들면 시스템으로부터 공기를 제거하거나 재순환을 위해 돌려보내는 것을 허용한다.

제2 실시예에 따른 시스템은 특히 다음과 같은 결과를 주는 일련의 실험에 기초하여 개발되었다. 하나는 운전대와 운전자의 복부 사이 영역에 고정되어 있고 제2의 센서는 오른쪽에 비어있는 승객 좌석에 설치되어 있는 차량 내부 이산화탄소 농도를 측정하는 두 개의 센서들의 값을 비교할 때, 도시를 통해 서행할 때 측정치의 차이를 발견했는데, 운전자가 오직 코 호흡만 했을 경우 그 차이는 3-3.5 배였고(2900피피엠 대 820피피엠), 전화 통화를 하고 부분적으로 입으로 호흡했을 경우 1.7-2.5배(1600피피엠 대 830피피엠)이었다. 결과적으로, 이 시스템이 호흡의 타입을 무시하고 동기되지도 않는다면, 가장 간단한 제안된 환기 시스템일지라도 그 효율성은 2에서 3 사이의 범위에 놓여 있다. 더우기, 차량 환기 시스템이 내부 재순환 모드에서 작동하도록 스위치 되었다면, 승객 좌석 주변의 이산화탄소(CO₂)의 농도는 2-3분 만에 800피피엠에서 1500피피엠으로 이미 상승했으며(얼굴의 방향, 승객 객실에서의 순환, 그리하여 운전자의 날숨 공기 덩어리의 확산 경로에 강하게 의존), 그리고 나서 분당 100피피엠씩 부드럽게 증가했다. 따라서, 이산화탄소의 농도는 운전 기술과 능력에의 집중에 영향을 끼치는 값에 신속하게 도달했는데, 이는 전반적인 건강에도 해롭다. 본 제안에 따르면, 운전대 하부와 운전자의 복부 사이 영역으로부터 날숨 오염물질을 배기하고 교체에 필요한 신선한 공기 공급량을 최소화가 제공될 때, 이산화탄소 농도의 증가 속도는 즉시 떨어져, 교통 체증 상황에서 이산화탄소 농도를 받아들일 수 있는 수준으로 자체적으로 유지할 수 있는 시간을 3-5배 증가시킨다. 환기 시스템을 날숨과 동기화시키는 센서를 더 적용하면, 긍정적인 효과를 증가시켰고, 동시에 교체에 필요한 공기 공급 양을 감소시켰다. 동시에(측정상) 미세 오염 입자 그리고 NO2의 유입은 표준적인 차량의 환기 시스템의 동작과 비교했을 때 급격하게 감소하였다.

도 7을 참조하면, 도 6에 따른 환기 시스템의 동작 타이밍 다이어그램은 시간 T3에 승객들이 내쉰 공기 호흡 센서(41)에 도달하고, 그 신호가 컨트롤러(도 6에 도시되지 않음)에 의해 분석되고, 이는 실질적으로 같은 시간 T3에 공기 배기 유닛을 턴온 하는 것을 보여준다. 시간 T4에, 컨트롤러는 먼저 미리 할당된 오염된 공기를 위한 공기 공급(재순환) 요소들(예를 들어, 배관에 장착되고 이미 선택된 공기의 통로를 날숨 공기의 흐름 '이후에' 예각으로 향한 노즐들과 연결하는 펄스 마이크로 펌프)을 승객이 내쉰 공기부분을 절단하고 들이쉬는 공기와 교체하기 위해 턴온 하고 나서, 청정한 공기 공급 유닛을 턴온 한다.

위에서 언급한 바와 같이, 차량의 승객 객실로부터의 공기 배기 유닛에는 후속적인 제거를 위해 내쉰 공기 흐름을 형성하기 위한 요소들이 제공될 수 있다. 그와 같은 형성 과정은 철도 차량 또는 항공기 캐빈 또는 버스에서 사용될 때 차량 승객 객실부터의 공기 배기 유닛의 구성을 보여주는 도 8에 도시되어 있는데, 승객 좌석(43)들은 일렬로 위치되어 있다. 오른쪽 주입 노즐(44)들은 승객 좌석(43)의 머리받이에 배열되어 있고, 좌석의 반대 쪽에 있는 주입 노즐(45)들은 내부 벽에 장착될 수 있고, 노즐(44와 45)들은 승객들이 내쉰 공기 흐름(46)을 유도하는 방향으로 지향되어 이를 배기 팬(49)이 마련된 곳 뒤의 앞쪽 승객 좌석(43)의 등받이의 아래 부분에 위치되고 공기 배기 파이프라인을 갖는 대응하는 배관(48)을 경유하여 연결되는 유출구(47)들로 보낸다. 노즐(44, 45)의 공기 유출구 방향은 화살표(도면부호 58에 대해서는 아래 참조)로 나타내어진다.

만약 노즐(44, 45)들이 차량 내부로부터의 공기를 공급한다면, 차량 내부로의 공기 공급은 별도로 제공되는 다른 도구들에 의해 이루어질 수 있다. 그러나 만약 차량 내부로의 공기 공급 도구들과 승객이 내쉰 공기를 제거하기 위한 형성 요소들과 결합한다면, 추가적인 에너지 절약이 달성될 것이다. 하나의 차량에 두 실시예 또는 동작 모드의 구성이 다 가능할 때 어떤 모드를 선택할지는 동작 조건들, 그 순간의 외부 공기의 성분에 따른다. 이 같은 결정들은 차량 설계자 또는 컨트롤러에 의해 내려지게 되는데, 컨트롤러는 외부 공기 공급량의 부피가 그 순간 내쉰 호흡의 양을 교체하는 데 충분한지를 결정하기만 하면 된다. 만약 충분하다면, 컨트롤러는 공급 팬의 모드와 댐퍼 위치(도 8에 도시하지 않음)를 변화시킴으로써 공기 흐름을 조정하여 외부 공기를 노즐(44, 45)들로 배달하고,만약 그렇지 않다면, 차량 객실 내외부의 공기 혼합 또는 오직 내부 공기만 또는 막 선택된 오염된 공기의 수집기로부터의 공기를 조정하여 노즐(44, 45)들로 배달한다(물론 후자는 공기 흡입구로 재진입하고, 공기 유출 도구들은 배제되거나 재생되기 위해 받아들여진다). 주목할 것은 본 목적을 위한 도구들(및 방법들)은 차량 기후 제어 시스템에 널리 알려져 있고 사용되고 있다는 점이다. 더우기, 차량 기후 제어 시스템을 구성하기 위한 기존의 수단과 알고리즘들은 본 출원에서 청구되는 제어부들을 위에서 기술된(시스템 구축의 실시 예) 어떠한 알고리즘들과 합성하는 것을 쉽게 허용한다는 것이다.

도 8은 매트릭스 또는 주기적인 구조의 배관 시스템의 구성을 도시하고 있다. 이는 버스의 내부, 항공기 객실 및 열차 객차 및 커다란 방을 위해서도 의미가 있다. 이 경우 승객 좌석들에 대한 공기 배기/공기 공급은 유연한 공기 배관들을 통해 개별적으로 제공되며, 이들로부터의 공기 수집과 이들로의 공기 분배는 더 큰 단면적을 갖는 배관 수집기(51)들을 통해 이루어진다. 배관들의 구조는 여기에서 “주기적인” 것으로 불리우는 종열들로 배열되어 있는 승객 좌석(43)들을 위하여 도 8에 도시되어 있는데, 만약 3열의 좌석(43)으로부터 통로를 사이에 두고 분리되어 있는 2열의 승객 좌석(43)을 고려할 경우(항공기 캐빈의 경우), 이 구조는 “매트릭스”라고 부른다. 물론, 같은 이름과 구성이 승객 좌석(43)들이 횡열로 되어 있는 경우에도 적용될 수 있다. 달리 말하자면, 위에서 말한 종열 또는 횡열을 위한 공기의 분배/흡입 구조는 주기적이라 명명되고, 만약 그와 같은 구조가 몇 개 있으면 매트릭스라고 명명하고, 물론 매트릭스 가운데 하나 또는 다른 부분이 부재할 수 있는데, 그 경우 승객 좌석이 존재하지 않거나 그 순간 공석일 경우에 영구히 또는 일시적으로 스위치오프할 수 있다. 만약 후자가 본 환기 시스템에 설계되어 있고 메인 캐빈 환기에 속하지 않는다면 배관 시스템이 개인, 즉 점유하고 있는 개인에게 승객 좌석 공기 배기 및 공기 공급을 제공하는 것이 유일하게 필수적이다.

다음의 테이블은 공기 흡입구들(52)(도 9), 상기 공기 흡입 유입구(52)들을 공기 흡입 루버들(louvers) 또는 유입구(55)들뿐만 아니라 공기 배기 시스템 및 공기 공급부에 연결되는 연결 부품(fitting, 54)들과 연결하는 배관(53)을 요약한다.

유출구들(배기 공기 흡입구들)	공기 배관들	연결부품들	유입구들(공기 흡입구들)
좌석 벨트(30)	좌석 벨트(30)를 따라 또는 그 구조 안에서	좌석 벨트(30)의 앵커 포인트 또는 행거 브래킷(잠금)(각각 57과 58)	유입구들(환기 구멍(55)들은 위(천정에) 및/또는 측면(문들, 창문들 사이의 측부 기둥)으로부터)
운전대(31) (중심부, 스포크들, 내부 부분)	운전대(31) 기둥(column)의 빈 공간 내부	운전대(31) 기둥의 바닥 안	유입구들(환기 구멍들)(55)은 위(천정에) 및/또는 측면(문들, 창문들 사이의 측부 기둥)으로부터 또는 승객 좌석의 머리받이 뒤쪽에 배열될 수 있다.
승객 좌석(43)의 앞부분 또는 뒷쪽 승객을 위한 승객 좌석(43)의 등받이 윗부분	각각 좌석 또는 승객 좌석(43)의 등받이 내부	승객 좌석(43)의 아래	유입구들(환기 구멍들)(55)은 위(천정에) 및/또는 측면(문들, 창문들 사이에 있는 측부 기둥)으로부터 또는 승객 좌석의 머리받이 뒤쪽에 배열될 수 있다.
계기판(dashboard) (56)	계기판(56)의 빈 공간 내부	엔진 측면으로부터의 계기판(56)의 빈 공간 내부	유입구들(환기 구멍들)(55)은 위(천정에) 및/또는 측면(문들, 창문들 사이에 있는 측부 기둥)으로부터 배열될 수 있다.
승객 또는 운전자의 무릎 위 방석(장난감) (40)	방석(40)의 내부 빈 공간	승객 좌석(43) (위치54) 아래	유입구들(환기 구멍들)(55)은 위(천정에) 및/또는 측면(문들, 창문들 사이에 있는 측부 기둥)으로부터 배열될 수 있다.

따라서, 청구된 환기 시스템의 제2 실시예는 외부 공기가 고도로 오염되어 있을 때 오랜 기간 동안 외부 공기가 승객 객실 안으로 들어오는 것은 막는다. 이는 추가적인 산소 유입이 아니라 재순환 공기에서 추출하여 제거하고자 하는 이산화탄소와 다른 생성물들을 제거하는 수단에 의해 달성된다.

만약 좌석 벨트에 대해 이야기한다면, 공기 배기/공기 공급을 위한 유출구들/유입구들 및 배관들로 설계된 환기 요소들은 그 강도를 유지하면서도 좌석 벨트의 구조 안에 건설적으로 배열될 수 있다. 그것들은 덧댄 요소들의 형식으로 만들어질 수도 있다. 이 경우, 좌석 벨트는 지지 구조로 작용하고, 착용되고 있을 때(또는 그냥 옆에 늘어져 있을 때), 이 요소들을 승객의 호흡 시스템에 대하여 정확한 위치에 위치시킬 수 있다.

위에서 언급한 바와 같이, 이 요소들은 그 동작을 이 좌석에 앉아 있는 승객의 호흡율에 적응하도록 구성될 수 있다.

한 예로서, 임의의 제한적인 상호 운동의 가능성을 갖는 층들을 고려해볼 수 있는데, 이는 장력에 따라 어떤 구멍들의 포개짐을 일으킬 수 있는데, 즉 만약 승객이 앉아서 벨트를 매고, 예를 들어 유입구들을 열고 유출구들을 닫기 위해 전단 밸브가 배치되도록 들숨의 순간에 래치를 누를 때 그러하며, 위에서 기술한 방법은 벨트의 장력 상에서 가슴의 움직임을 추적하기 시작한다. 상기 유입구들은 일반적으로 승객의 위쪽 및 측면, 벨트 앵커 어셈블리 위에 위치될 수 있고, 연속적으로 동작하여 신선한 공기를 코 부분에 보내고, 유출구들은 날숨 오염물질들의 선택적인 흡수만을 위하여 중첩될 수 있다. 펌핑 작동 및 공기 유입의 제어는 이산화탄소(CO₂) 및/또는 수증기(H₂O)의 농도의 주기적인 변화에 기반하여 구성될 수 있다(예를 들어, 감지기들은 잠금장치 근처 또는 기둥에 있는 벨트 고정부 근처에 있는 측면 벨트 고정부에 위치될 수 있는데, 그곳은 날숨 오염물질들이 확실하게 오는 곳이다).

유출구들 및 공기 배기 및/또는 공기 공급을 위한 배관들과 같은 환기 요소들을 갖는 좌석 벨트는 흐름 형성 요소들(flow(stream) forming elements) 및/또는 구조물 요소들과 함께 구성되어 날숨 오염물질 부분의 선택을 개량할 수 있는데, 이에는 곡면 모서리를 가진 플라스틱 비브(bib)가 포함된다.

노즐의 “바구니” 형태를 가진 유사한 공기 유출구 요소는 운전대의 바닥 (하부)에 위치되어 운전대와 운전대 기둥을 통하는 분배 배관에 적용할 수 있는데, 이는 감지기를 전혀 갖지 않거나, 다음과 같은 형식의 운전자 또는 승객의 배(하부 흉곽, lower thorax)의 위치 변화 센서를 가질 수 있다:

기계식(예를 들어, 흉곽(몸체)의 앞부분과 관련된 탄성체 스트립들의 술(a fringe of elastic strips) 형태);

광학식(카메라에서 자동촛점기능과 유사한 것에 의한);

초음파(반사를 통한 거리의 변화 측정);

및 기타.

동일한 공기 유출구 요소는 좌석 아래 주변부 또는 승객의 코로부터 수직 아래로 향하는 방향에 있는 좌석의 돌출부에 형성될 수 있는데, 상기 배관들은 좌석 고정부를 통해 제공(전달)되는데, 위 감지기들에 예를 들어 위에 위치한 광원 하에서 흉곽 및 복부를 움직이는 과정에서 몸의 앞부분에 의해 형성되는 그림자의 변화에 반응하는 간단한 광학 장치를 추가할 수 있다.

위에서 언급한 모든 시스템 및 많은 다른 변형예들은 본 발명과 실시예들의 핵심에 기반하여 제작될 수 있으며, 그들 모두는 환기 요소 여러 열의 좌석을 갖는 차량 내부에 적절한 공기 배관 시스템과 제어 시스템을 갖추고 날숨 공기 부분을 배기하기 위한 유닛들을 갖춘 승객용 자동차의 좌석 벨트임에 상관없이, 상기 환기 시스템은 날숨 오염물질에 의해 오염된 공기를 정확하게 뽑아내도록 구성된 공기 배기 수단을 포함하고, 상기 공기 유출구들은 내쉬어진 공기 흐름(즉시 또는 위에서 언급한 유출구들로 향하는 공기의 흐름)이 확산되는 구역에 위치된다는 것이 특징이다. 이 특별한 특징은 배기 시스템에 높은 정도의 자율성과 효율성을 제공한다.

결론적으로, 알아야 할 것은 통상적인 환기 시스템을 가진 차량들에서는 공기의 유입 흐름은 차량의 앞에서 뒤로 세로 방향으로 향하며 그와 같이 공급된 공기의 흐름은 승객에 의해 내쉬어진 공기의 부분을 휩쓸어서 포획한다는 점이다. 청구된 본 발명에 따른 시스템에서는, 후자는 편승없이 유출구들에 도달하고, 만약 위에서 아래로 및 측면(및 뒤에서 앞으로) 방향으로 향하는 공기 유입이 배출되는 흐름들과 심지어 교차된다 하더라도, 그것들을 공기 유출구들로 이동시킨다. 상기의 내용은 좀 더 상세하게 더 설명될 것이다. 차량 환기 및 공기 공급 및 배기 장치의 구성에 대한 전통적인 개념은 실질적으로 종방향이다. 이는 유입이 앞부분(종종 바닥과 전면)으로부터 또는 공통적이거나 개별적으로 수행된다는 것을 의미한다. 상기 배기(내부로부터 배출)는 승객 객실 또는 짐칸 의 뒷부분에 있는 밸브를 갖는 하나 또는 두 개의 공기 환기구를 통해 일반적으로 수행된다(승객용 자동차의 경우 그와 같은 환기구는 뒷쪽 범퍼 영역에 위치된다). 따라서 상기 공기 덩어리는 차량 내부를 가로지르는 수평축에 대해 종방향으로 움직인다.

청구된 본 발명에서 그 구성은 근본적으로 변화한다. 첫째, 제한된 공기 공급 또는 환기 시스템의 준-자동 작동 모드에서, 상기 공기 공급은, 만약 위에서 기술한 동기화가 공급되는 공기 및 배기의 흐름을 시간상 구별하게 이루어지지 않는다면, 측면 유입의 공기 공급 레벨이 공기 배출을 방해하지 않도록 승객의 코 높이 위에서 이루어져야 하므로 위에서 또는 일정 각도를 갖는 윗쪽에서 또는 측면에서도 여전히 윗쪽에서 수행되고, 상기 공기 공급은 심지어 후방(즉, 보통의 방향의 반대)으로부터 수행될 수도 있다. 이와 같은 경우, 상대적으로 높은 곳에 위치될 필요가 없는데, 특히 상기 유출구들이 바닥쪽이 아니고 승객의 얼굴 앞에 위치되어 있는 경우 그러하다. 그 결과, 공기 덩어리의 자유로운 움직임은 차량 내부에서 전반적으로 위에서 아래로 또는 뒤에서 앞으로 이루어지며, 이는 보통의 방향과는 반대되는 방향이다. 하지만 동시에 이는 승객들과 운전자에게는 생리학적으로 합리적이고 쾌적한 방향이다(공기의 흐름은 배관 안에서는 모든 방향으로 움직일 수 있고, 오로지 차량의 외부 유닛들(외부 유입 막대, 유출구 등)의 위치에 의해 정의되는 “전방에서 후방으로”라는 전통적인 방향이 이에 포함된다).

달리 말하자면, 본 발명에서 청구되는 효과는 환기 시스템의 자동화 때문이라기 보다는, 공기 성분을 분석하고 공기의 처리를 통제(controlling)하는 것 또는 승객들과 운전자의 호흡 속도에 적합하도록 할 뿐만 아니라 상기 수단의 적절한 구성(전통적인 해결 방식과는 다른) 및 날숨 오염물질의 최대 농도를 갖는 공기 부분의 표적 배기 때문이다.

Claims (37)

1. 차량 환기 시스템에 있어서,
   감지 요소;
   차량 내부로부터 공기를 빼내는 수단;
   상기 차량 내부로 공기를 공급하는 수단; 및
   상기 감지 요소의 신호를 사용하여 상기 수단들을 제어하기 위한 제어부 를 포함하고,
   상기 감지 요소가 승객들의 날숨 이벤트들(events)을 감지하도록 구성되고, 상기 차량 내부로부터 공기를 빼내는 수단 및/또는 상기 차량의 내부로 공기를 공급하는 수단은 승객들의 호흡율에 적응하도록 및/또는 들이쉬고 내쉬는 공기 부분들의 확산이 지연되도록 구성되고, 상기 차량 내부로부터 공기를 빼내는 수단은 주로 공기의 내쉬는 부분을 제거하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 감지 요소는 이산화탄소(CO₂) 및/또는 산소(O2) 및/또는 습도 및/또는 압력 및/또는 적외선 복사 및/또는 온도 및/또는 음파와 초음파 센서와 같은 일군의 감지기들에 의해 그리고 비디오 카메라 또는 중첩 가속도계와 같은 일군의 감지기들에 의해 구성된 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 일군의 감지기들에는 호흡율 대역폭에 대해 조율된 출력 필터가 제공되는 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 차량 내부로부터 공기를 빼내는 수단은 공기의 내쉰 부분을 후속적으로 빼내도록 형성하는 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 차량 내부로 공기를 공급하는 수단은 공기의 내쉰 부분을 후속적으로 빼내도록 형성하는 요소들로서 배열된 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 차량 내부로 공기를 공급하는 수단은 상기 공기 배출 수단에 의해 차량 내부로부터 제거된 공기의 양만큼만 새로운 공기로 대체하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 차량 내부로 공기를 공급하는 수단은 상기 차량 내부로 공기를 공급하는 수단의 제어부에 연결되는 외부 공기 성분 입력 분석기를 포함하는 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 차량 내부로 공기를 공급하는 수단의 상기 제어부는 외부 공기 성분에 대한 정보를 수신하고 기록하며 다른 차량들의 해당 장치에 송신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
9. 제1항에 있어서, 상기 감지 요소의 센서들로부터의 신호들을 사용하여 승객들의 건강 상태를 인식하는 수단과 또한 위험한 건강 상황에 대응하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
10. 제1항에 있어서, 상기 차량 내부에 공기를 공급하는 수단은 상기 차량의 차체의 상부 요소 위에 위치하는 외부 공기 유입구를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
11. 제1항에 있어서, 상기 차량 내부로 공기를 공급하는 수단은 이동가능한 요소에 위치하는 외부 공기 유입구를 포함하고, 상기 차량의 내부로 공기를 공급하는 수단의 상기 제어부는 외부 공기 성분 및/또는 차량 속도에 따라 상기 이동가능한 요소의 위치를 조절하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
12. 제1항에 있어서, 상기 차량 내부로 공기를 공급하는 수단은 공기 또는 산소를 저장하도록 구성되고, 상기 차량 내부로 공기를 공급하는 수단의 상기 제어부는 공기(산소) 저장장치로부터 공기를 보충하거나 공급하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
13. 제1항에 있어서, 상기 차량 내부로부터 공기를 빼내는 수단의 상기 제어부, 상기 차량 내부로 공기를 공급하는 수단의 상기 제어부, 승객들의 호흡 리듬에 적응 및/또는 승객들에 의해 내쉬어지고 들이마셔지는 공기 부분들의 확산을 지연시키기 위한 수단, 승객들에 의해 내쉬어진 공기 흐름의 형성 및 후속적 제거를 위한 요소들의 제어부, 상기 일군의 감지기들로부터의 정보를 선택하고 분석하기 위한 수단, 상기 일군의 감지기들로부터의 출력 정보를 필터링하기 위한 수단, 외부 공기 성분 분석기로부터의 정보를 처리하기 위한 수단, 및 상기 감지 요소의 신호들을 기반으로여 승객들의 건강 상태를 알아내기 위한 수단이 하나의 컨트롤러에 결합될 수 있고, 이 컨트롤러는 승객들이 내쉰 공기 부분을 분석하고 외부 공기와 차량 내부의 공기의 성분을 분석하여 공기 배출과 외부 및/또는 재생된 공기로 교체하는 시점과 그 양을 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
14. 제13항에 있어서, 상기 컨트롤러는 자동차내 기후 제어 시스템의 동작을 제어하는 컨트롤러의 한 부분인 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 외부 공기 성분 분석기의 센서들로부터 받은 데이터 또는 외부 소스들로부터의 데이터에 근거하여 운행 거리 또는 경로의 변경을 추천하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
16. 차량 환기 시스템에 있어서, 청정한 공기 공급 수단과 공기 배출 수단을 포함하고, 상기 공기 배출 수단이 호흡의 생성물들에 의해 오염된 공기를 주로 제거하도록 구성되고, 상기 공기 배출 수단의 유입구는 호흡 기관으로부터 80센티미터를 넘지 않는 거리에 위치한 내쉰 공기 흐름이 확산되는 구역의 공간에 위치하고, 상기 공기 공급 수단은 상기 내쉰 공기의 흐름(들)이 확산되는 근접 구역에서 공급되는 공기의 흐름(들)이 배기되는 공기의 흐름(들)과 겹치지 않는 상태를 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
17. 제16항에 있어서, 상기 청정한 공기 공급 수단은 주로 승객들의 호흡 기관의 위쪽에 그리고 후방 및/또는 위쪽(top)으로부터 그들을 향하도록 및/또는 수직으로부터 예각 방향에 위치되며, 호흡의 생성물들에 의해 오염된 공기를 배출하는 수단은 승객들의 호흡 기관들 아래쪽에 위치된 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 청정한 공기 공급 수단에는 미세 입자 및/또는 화학적인 공기 오염 물질들을 위한 필터가 제공되는 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
19. 제16항에 있어서, 호흡 생성물들에 의해 오염된 공기를 배출하기 위한 상기 공기 배출 수단의 공기 흡입구들은 안전 벨트 및/또는 운전대 및/또는 운전대 커버 및/또는 좌석의 앞쪽 및/또는 상기 차량의 계기판에 위치되고, 배관 시스템을 통해 대응하는 수단에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
20. 제16항에 있어서, 호흡 생성물질들에 의해 오염된 공기를 배출하기 위한 상기 공기 배출 수단의 공기 흡입구들은 상기 차량 내부 장식부품들 또는 내쉰 공기의 흐름이 확산되는 구역에 있는 홀더뿐만 아니라 좌석 뒷쪽에도 위치되고, 배관 시스템을 통해 대응하는 배기 수단에 연결된 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
21. 제19 또는 20항에 있어서, 상기 배관 시스템은 매트릭스 구조 및/또는 주기적인 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
22. 제16, 18-20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 청정한 공기 공급 수단의 요소들은 차량 내부 천장 또는 기둥들에 위치되고, 주로 위에서 아래로 향하거나 측면으로부터 향하는 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
23. 제16, 17, 19 및 20항 중 어느 한 항에 있어서, 내쉰 공기의 흐름을 확산하는 구역은 상기 내쉰 공기 흐름이 확산하는 근접 구역에 있는 흐름 형성 수단에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
24. 제23항에 있어서, 상기 흐름 형성 수단은 상기 청정 공기 공급 수단의 요소들로서 또는 이미 추출된 또는 외부 공기를 재순환시키는 수단으로서 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
25. 제16항에 있어서, 상기 공기 흡입구들은 코 및/또는 입을 통한 호흡에 속하는 내쉰 공기 흐름의 확산 구역에 위치되는 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
26. 제16항에 있어서, 날숨 생성물에 의해 오염된 공기를 배출하기 위한 상기 공기 배출 수단은 주기적으로 작동할 수 있도록 만들어지는 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
27. 제26항에 있어서, 호흡 생성물들에 의해 오염된 공기를 배출하기 위한 상기 공기 배출 수단은 제어가능하고, 상기 환기 시스템에는 상기 언급된 수단의 제어 입력에 연결되는 호흡 센서가 제공되는 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
28. 제27항에 있어서, 상기 호흡 센서는 이산화탄소(CO₂) 센서 또는 습도 센서, 고온계 또는 이미지 프로세싱을 위한 프로세서를 갖는 비디오 카메라의 형식으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
29. 제27항에 있어서, 상기 호흡 센서는 호흡율 계기(respiration rate meter)인 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
30. 제16항에 있어서, 상기 공기 공급 수단의 제어부는 외부 공기 성분에 대한 정보를 수신하고 기록하고 다른 차량들의 대응하는 장치들에 송신하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
31. 제16항에 있어서, 상기 감지 요소로부터의 신호들에 기반하여 승객들의 현재 건강 상태를 인식하는 수단 및 위험한 건강 상태에 반응하는 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
32. 제16항에 있어서, 청정한 공기를 공급하는 상기 공기 공급 수단은 도로 표면으로부터 적어도 1.2미터 높이에 위치한 유입구 및/또는 외부 공기 배관을 포함하고, 특히 망원경식 튜브, 안테나, 막대기에 또는 자동차 지붕에 위치한 커버에 제공되는 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
33. 제16항에 있어서, 상기 공기 공급 수단은 외부 공기 성분 및/또는 자동차 속도에 따라 그 위치를 조절할 수 있도록 이동가능 요소에 위치되는 외부 공기 유입구를 갖는 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
34. 제16항에 있어서, 상기 공기 공급 수단은 공기 또는 산소 또는 산소-질소 혼합물을 저장할 수 있도록 구성되고, 공기 또는 산소 또는 산소-질소 혼합물 위한 저장장치로부터 보충하고 공급할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
35. 제16항에 있어서, 외부 공기 분석기의 신호, 조명, 가속도계, 비디오 카메라 또는 속도계로부터의 신호에 의해 자동으로 켜지는 제어 입력을 가지도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
36. 제16항에 있어서,
    환기 시스템 전체를 온/오프 하는 수단;
    차량 내부로부터 공기를 배출하는 수단의 제어부;
    차량 내부로 공기를 공급하는 수단의 제어부;
    승객들의 호흡 리듬에의 적응 및/또는 내쉬고 들이쉬는 공기의 확산 지연 수단;
    승객들이 내쉰 공기 흐름의 형성 요소들 및 후속적 배기의 제어부;
    상기 일군의 감지기들로부터의 정보를 선택하고 분석하는 수단;
    상기 일군의 감지기들로부터의 출력 정보를 필터링하는 수단;
    외부 공기 성분 분석기로부터의 정보를 처리하는 수단 및 상기 감지 요소로부터의 신호들에 기반한 승객들의 건강 상태 인식 수단 중에서 적어도 두 가지를 가지며,
    상기 차량의 환기의 작동을 관리하는 컨트롤러에 결합되거나, 환기 시스템의 동작을 제어하는 차량 기후 제어 시스템의 동작을 전체적으로 제어하는 컨트롤러의 일부가 되는 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.
37. 제34항, 36항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 외부 공기 성분 분석기로부터의 데이터 또는 환경 오염에 대한 외부 정보에 기반하여 운전자에게 거리 또는 경로를 변경하도록 추천하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량 환기 시스템.

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