专利名称：空调系统二氧化碳浓度调节方法以及装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于电子学技术，特别是关于一种二氧化碳浓度调节方法以及装置，它应用在空调系统，能够提供自动记录及调整封闭空间内的二氧化碳浓度，使该封闭空间内的二氧化碳浓度大致保持在适合人们呼吸的正常预定水平。
背景技术：
空调系统广泛地应用在办公室、卧室、客厅、汽车、公交车、飞机等场所，可控制这些场所内的温度、湿度、甚至空气纯度，使人们居住其中觉得舒适。
然而，现有空调系统中存在一个问题，即安装这些空调的场所通常是与外部隔离的封闭空间，防止经空调处理的气体逸出到外部。在使用一段时间后，封闭空间内的二氧化碳浓度会因为人们的呼气逐渐增加。由于该空间是封闭的，所以人们呼出的二氧化碳很难排到到外面，使空间内的二氧化碳浓度累积到使人们呼吸困难的程度。因此，需要一种可在二氧化碳浓度超过一定程度时，能够自动控制空调系统从室外引入新鲜空气的技术。
发明内容
为克服上述现有技术的缺点，本发明的主要目的在于提供一种二氧化碳浓度调节的方法以及装置，该方法以及装置应用在空调系统中，能够自动记录及调整在封闭空间内的二氧化碳浓度，使封闭空间内的二氧化碳浓度大致保持在一预定值，不会因该封闭空间内累积过多二氧化碳呼吸困难。
本发明的二氧化碳浓度调节方法和装置是应用在诸如空气循环风扇单元(air-circulating fan unit)、室内空调机(room-based air conditioner)、分离系统中央空调机(split-system air conditioner)、交通工具用空调(vehicle-based air conditioner)等等的空调系统，能够提供自动记录和调整在封闭空间内的二氧化碳浓度，使该封闭空间内的二氧化碳浓度大致保持在正常的预定水平。
根据本发明的二氧化碳浓度调节方法包括从该封闭空间收集空气样本；发射具有给定强度的光束以穿透所收集的空气样本；检测该已穿透所收集空气样本光束的强度；根据比尔定律，以测得的已穿透所收集空气样本的光束强度为依据，检测该所收集的空气样本的二氧化碳浓度；以及比较已测得的二氧化碳浓度值与预定的二氧化碳浓度参考值，若前者大于后者，则从外部空气源引入空气到该封闭空间，将该封闭空间内的二氧化碳浓度降低到预定参考值。
同时，本发明的二氧化碳浓度调节装置包括空气收集模块，从该封闭空间收集空气样本；发光模块，发射具有给定强度以穿透由该空气收集模块所收集的空气样本的光束；感光模块，接收来自该发光模块发射的已穿透由该空气收集模块所收集空气样本的光束，并对应该接收光束的强度值产生对应的光电信号；二氧化碳浓度检测模块，对应由该感光模块产生的光电信号，以比尔定律为根据比较该接收光束的强度与从该发光模块发射光束的原始强度，产生代表该空气样本中二氧化碳浓度的信号；比较模块，比较由该二氧化碳浓度检测模块测得的二氧化碳浓度值与预定的二氧化碳浓度的参考值，若前者大于后者，则产生空气引入控制信号；以及空气引入模块，对应由该比较模块产生的空气引入控制信号，从外部空气源引入空气至该封闭空间，降低在该封闭空间内的二氧化碳浓度至该预定参考值。
本发明涉及一种二氧化碳浓度调节装置包括空气收集模块，包括多区段曲折光导通道，并且可供从该封闭空间收集空气样本至该多区段曲折光导通道；发光模块，发射具有给定强度以穿通过由该空气收集模块收集空气样本的光束；感光模块，接收来自该发光模块发射的已穿透该多区段曲折光导通道的光束，并对应该所接收光束的强度值产生对应的光电信号；二氧化碳浓度检测模块，对应由该感光模块所产生的光电信号，以比尔定律为根据比较该所接收光束的强度与从该发光模块所发射的光束的原始强度，借此产生代表该空气样本中二氧化碳浓度值的信号；比较模块，比较由该二氧化碳浓度检测模块测得的二氧化碳浓度值与预定的二氧化碳浓度的参考值，若前者大于后者，则产生空气引入控制信号；以及空气引入模块，对应由该比较模块所产生的空气引入控制信号，从外部空气源引入空气至该封闭空间，降低在该封闭空间内的二氧化碳浓度至该预定参考值。
本发明的二氧化碳浓度调节方法以及装置是利用比尔定律和曲折光导通道(zigzag light-guiding passage)得到在封闭空间内的二氧化碳浓度，然后比较在该封闭空间内当时的二氧化碳浓度是否大于适合人们呼吸的舒适值。
本发明的二氧化碳浓度调节方法以及装置应用在空调系统中，能够自动记录及调整在封闭空间内的二氧化碳浓度，使封闭空间内的二氧化碳浓度大致保持在一预定值，不会因该封闭空间内累积过多二氧化碳呼吸困难。
图1是二氧化碳浓度调节装置结合空调系统的应用示意图。
图2是二氧化碳浓度调节装置的模块结构示意图。
图3是利用二氧化碳浓度调节装置的空气收集模块的内部构造的图4A及图4B是该空气收集模块的另外两个示意图。
具体实施例方式
实施例图1是二氧化碳浓度调节装置100的应用示意图。如图所示，本发明的二氧化碳浓度调节装置100是设计与诸如空气循环风扇单元、室内空调机、分离系统中央空调机、交通工具用(诸如汽车、公交车、或飞机的交通工具)空调等空调系统10相结合，安装该空调系统10是为诸如办公室、卧室或交通工具内部(汽车，公交车、飞机等等)以及诸如此类的封闭空间20提供空气调节功能，在该封闭空间20内提供可自动记录与调节二氧化碳浓度的二氧化碳浓度调节功能，使该封闭空间20内的二氧化碳浓度大致保持正常的预定值或小于该预定值。
当封闭空间20内的二氧化碳浓度大于正常空气值(通常为0.033％)时，本发明的二氧化碳浓度调节装置100便会从外部空气源30引入新鲜空气到该封闭空间20内，其中，若该空调系统10是室内空调机或交通工具用空调机时，该外部空气源30可以是外部空气；若该空调系统10是飞机用空调时，则该外部空气源30也可以是储氧箱(oxygen tank)或压缩气箱(compressed air tank)。
基本上，本发明的二氧化碳浓度调节装置100是依据比尔定律得到该封闭空间20内的二氧化碳浓度，然后利用得到的二氧化碳浓度数据，控制从外部空气源30引入新鲜空气到该封闭空间20。比尔定律在化学上是为众所周知的基本定律，并且是广泛应用在检测气体与溶液的浓度，在此不再针对其应用进行说明。
如图2所示，在架构上，本发明的二氧化碳浓度调节装置100包括(a)空气收集模块110；(b)发光模块120；(c)感光模块130；(d)二氧化碳浓度检测模块140；(e)比较模块150；以及(f)空气引入模块160。
首先，以下详述本发明的二氧化碳浓度调节装置100各个构成模块性能。
空气收集模块110收集封闭空间20中的空气样本21，在本发明的二氧化碳浓度调节装置100中，该空气样本21是用于测量封闭空间20内的二氧化碳浓度。空气收集模块110可以有各种不同的实施方式。最好该空气收集模块110设计为一种多区段曲折光导通道(multi-segment zigzag light-guiding passage)。该空气收集模块110的多区段曲折光导通道的实施方式见图3，该空气收集模块110包括(a1)第一管件111；(a2)光反射构件112；以及(a3)第二管件113。第一管件111具有用于容纳所收集空气样本21的中空内部，并且在末端具有两个可分别光耦合到该发光模块120及该光反射构件112的开口，使从该发光模块120发射的红外线光束121通过该第一管件111的中空内部，并且接着借由该光反射构件112所反射，再通过该第二管件113到该感光模块130。容纳空气样本21的两个管件111，113的配置可增加该发光模块120与该感光模块130间的路径长度。除了图3的实施方式外，也可借由使用三个或更多管件来实现该路径长度。图4A、图4B是显示该空气收集模块110的另外两个示意图。在图4A中是将该空气收集模块110设计为一体成形的U形管件(an integrally-formedU-shaped tube)，提供二段式曲折光导通道(2-segment zigzaglight-guiding passage)，引导从该发光模块120所发射的红外线光束121到该感光模块130。可以在U形管的内壁转弯处涂布(coat)或附加(attach)光反射材料，将光线从一个区段反射到下一个区段。图4A除了整个U形管是一体成形、不是由三个部件组合成之外，其它大致与图3相同。此外，在图4B中则是设计提供三段式曲折光导通道，以引导从该发光模块120发射的红外线光束121到该感光模块130的空气收集模块110。除了这些实施方式外，该空气收集模块110也可以是在曲折结构中包括四个或更多的区段，以增加光线的路径长度。根据比尔定律，增加路径长度有助于增加测量该空气样本21中二氧化碳浓度的准确性。此外，两个管件111，113的配置有助于缩小本发明的二氧化碳浓度装置100的总体积，使本发明的二氧化碳浓度调节装置100可以依照所要求的轻巧度(compactness)进行制造。
发光模块120是采用红外线(IR)光发射器较佳，以便向由该空气收集模块110收集的空气样本21发射具有给定强度的红外线光束。在操作上，该发光模块120是设计为以预定间隔周期地发射红外线光，该预定间隔例如为三分钟。所发射的红外线光束121会穿透该空气样本21，并且在该红外线光束121穿透该空气样本21时，该空气样本21的二氧化碳会吸收该红外线光束121的部份能量。
在上述发光模块120是红外线光发射器的情况下，感光模块130是相对应的红外线传感器。在操作上，该感光模块130接收已穿透该空气样本21出来的光束，并且可对应接收出来红外线光束131，产生代表该红外线光束131强度值的光电信号。
二氧化碳浓度检测模块140可对应该感光模块130产生的光电信号，对接收到的红外线光束131的强度值和发光模块120所发射红外线光束121的原始强度值进行比较，根据比尔定律，计算出空气样本21中不同的二氧化碳浓度值。因此，在该空气样本21中测得的二氧化碳浓度代表在该封闭空间20内当时的二氧化碳浓度值。
比较模块150是对测得的二氧化碳浓度值与二氧化碳浓度的预定参考值进行比较(在此例中正常空气的二氧化碳浓度大约为0.033％)，确认测得的二氧化碳浓度是否高于预定参考值。若是大于预定参考值，则该比较模块150对应向该空气引入模块160输出空气引入控制信号。
举例来说，该空气引入模块160例如是鼓风机(air blower)或风扇单元，可对应该比较模块150产生的空气引入控制信号反应，从外部空气源30(可以是外部空气、储氧箱或压缩气箱)引入更多新鲜空气到该封闭空间20，降低该封闭空间20内的二氧化碳浓度。
以下是本发明的二氧化碳浓度调节装置100的应用在本发明的二氧化碳浓度调节的方法。在实际应用中，举例来说，本发明的二氧化碳浓度调节装置100是整合到该空调系统10，使在空调的封闭空间20中的二氧化碳浓度保持在舒适值内，其中该舒适值是居住在空调封闭空间20内的人们可以舒服地呼吸，不到因该封闭空间20内累积过多二氧化碳而呼吸困难的数值。
同时参考图1至图3，本发明的二氧化碳浓度调节的方法在实际操作中，当开始运行该空调系统10时，可启动本发明的二氧化碳浓度调节装置100开始记录在空调封闭空间20内的二氧化碳浓度。在操作期间，该空气收集模块110不断地从封闭空间20收集空气样本21，同时并令该发光模块120在预定的时间间隔(例如三分钟)向该空气收集模块110收集的空气样本21发射具有给定强度的红外线光121。该发射的红外线光121会穿透该空气样本21，并且接着由该感光模块130接收。该发射的红外线光121穿透该空气样本21的过程中，该发射的红外线光束121的部分能量会被该空气样本21中的二氧化碳吸收，因而当该发射的红外线光束121存在于该空气样本21时，会降低该红外线光束121的强度。该感光模块130则在接收到该红外线光束131时产生对应的光电信号，该光电信号的大小(magnitude)代表该所接收到的红外线光束131的强度。
接着，该二氧化碳浓度检测模块140是对应由该感光模块130产生的光电信号启动，比较该接收的红外线光束131的强度值与从该发光模块120发射的红外线光束121的原始强度值，根据比尔定律基于红外线光为二氧化碳所吸收的预定特性，产生空气样本21中的二氧化碳浓度值。因此，在该空气样本21中的二氧化碳浓度测定值代表当时在封闭空间20内的二氧化碳浓度。在下一个步骤中，启动该比较模块150，比较该二氧化碳浓度的测定值与预定的二氧化碳浓度参考值(举例来说，正常空气的二氧化碳浓度大约是0.33％)。若测得的二氧化碳浓度值大于预定参考值时，则该比较模块150对应地向该空气引入模块160输出空气引入控制信号，启动该空气引入模块160从外部空气源30引入更多新鲜空气至该封闭空间20(例如在该空调系统10为室内空调机的情况下，可直接从外部引入空气，或者在该空调系统10为飞机用空调机的情况下，该外部空气源30可以是储氧箱或压缩气箱)，降低在该封闭空间20内的二氧化碳浓度。
通过该空气引入模块160引入新鲜空气后，该封闭空间20内的二氧化碳浓度降低之后，相同的程序会再次重复；也就是该空气收集模块110会收集新的空气样本21，然后再由该发光模块120、感光模块130以及二氧化碳浓度检测模块140测量二氧化碳浓度，并且最后由该比较模块150进行比较，确认有所降低的二氧化碳浓度是否小于预定参考值。若仍然没有小于预定参考值的话，则该空气引入模块160会继续引入更多的新鲜空气到该封闭空间20。相同的程序会反复地进行，直到在该封闭空间20内的二氧化碳浓度小于该预定参考值，也就是适合人们在该封闭空间20内呼吸的正常空气二氧化碳浓度值。
根据比尔定律，增加路径长度有助于增加测量该空气样本20中的二氧化碳浓度的准确性。因此，若可以在该空气收集模块110设置曲折光导通道，有助于增加光路径长度，进而增加测量的准确性。此外，提供曲折光导通道可缩小本发明的二氧化碳浓度调置装置100的总体积，使得本发明的二氧化碳浓度调节装置100可以依照所要求的轻巧度而制造。
综上所述，本发明提供了一种二氧化碳浓度调节方法以及装置，可与空调系统结合，对封闭空间提供调节二氧化碳浓度的功能，且该方法以及装置可利用比尔定律得到在封闭空间内的二氧化碳浓度，接着比较该二氧化碳浓度值，确认在该封闭空间内当时二氧化碳浓度是否大于适合人们呼吸的舒适值。若是的话，则从外部空气源引入更多新鲜空气至该封闭空间，降低该封闭空间内的二氧化碳浓度。本发明使得人们在空调封闭空间内总是可呼吸到新鲜空气，且不会因在该封闭空间内累积过多的二氧化碳浓度而呼吸困难。因此，本发明在实际应用上是非常新颖以及有益的。
权利要求
1.一种二氧化碳浓度调节方法，应用在空调系统中保持封闭空间内的二氧化碳浓度低于预定值，其特征在于，该二氧化碳浓度调节方法包括从该封闭空间收集空气样本；发射具有给定强度的光束以穿透所收集的空气样本；检测该已穿透所收集空气样本光束的强度；根据比尔定律，以测得的已穿透所收集空气样本的光束强度为依据，检测该所收集的空气样本的二氧化碳浓度；以及比较已测得的二氧化碳浓度值与预定的二氧化碳浓度参考值，若前者大于后者，则从外部空气源引入空气到该封闭空间，将该封闭空间内的二氧化碳浓度降低到预定参考值。
2.如权利要求1所述的二氧化碳浓度调节方法，其特征在于，该二氧化碳浓度调节方法是将空气样本收集到曲折光导信道，使发射的光束穿透曲折路线中的空气样本。
3.如权利要求1所述的二氧化碳浓度调节方法，其特征在于，该空调系统是空气循环风扇单元。
4.如权利要求1所述的二氧化碳浓度调节方法，其特征在于，该空调系统是室内空调机。
5.如权利要求1所述的二氧化碳浓度调节方法，其特征在于，该空调系统是分离系统中央空调机。
6.如权利要求1所述的二氧化碳浓度调节方法，其特征在于，该空调系统是交通工具用空调机。
7.如权利要求1所述的二氧化碳浓度调节方法，其特征在于，该发光模块是红外线光发射器，并且该感光模块是红外线传感器。
8.一种二氧化碳浓度调节装置，应用在空调系统中保持封闭空间内的二氧化碳浓度于预定值，其特征在于，该二氧化碳浓度调节装置包括空气收集模块，从该封闭空间收集空气样本；发光模块，发射具有给定强度以穿透由该空气收集模块所收集的空气样本的光束；感光模块，接收来自该发光模块发射的已穿透由该空气收集模块所收集空气样本的光束，并对应该接收光束的强度值产生对应的光电信号；二氧化碳浓度检测模块，对应由该感光模块产生的光电信号，以比尔定律为根据比较该接收光束的强度与从该发光模块发射光束的原始强度，产生代表该空气样本中二氧化碳浓度的信号；比较模块，比较由该二氧化碳浓度检测模块测得的二氧化碳浓度值与预定的二氧化碳浓度的参考值，若前者大于后者，则产生空气引入控制信号；以及空气引入模块，对应由该比较模块产生的空气引入控制信号，从外部空气源引入空气至该封闭空间，降低在该封闭空间内的二氧化碳浓度至该预定参考值。
9.如权利要求8所述的二氧化碳浓度调节装置，其特征在于，该空调系统是空气循环风扇单元。
10.如权利要求8所述的二氧化碳浓度调节装置，其特征在于，该空调系统是室内空调机。
11.如权利要求8所述的二氧化碳浓度调节装置，其特征在于，该空调系统是分离系统中央空调机。
12.如权利要求8所述的二氧化碳浓度调节装置，其特征在于，该空调系统是交通工具用空调机。
13.如权利要求8所述的二氧化碳浓度调节装置，其特征在于，该空气收集模块包括在曲折路线中引导由该发光模块发射的光束至该感光模块的多区段曲折光导通道。
14.如权利要求13所述的二氧化碳浓度调节装置，其特征在于，该空气收集模块的多区段曲折光导通道包括多条管件，曲折地连接成单一曲折形光导通道；以及光反射构件，设在该管件的连接处，在该曲折形光导通道中将光线从其中一个管件反射到下一个管件。
15.如权利要求8所述的二氧化碳浓度调节方法，其特征在于，该发光模块是红外线光发射器，并且该感光模块是红外线传感器。
16.一种二氧化碳浓度调节装置，应用在空调系统中以保持封闭空间内的二氧化碳浓度于预定值，其特征在于，该二氧化碳浓度调节装置包括空气收集模块，包括多区段曲折光导通道，并且可供从该封闭空间收集空气样本至该多区段曲折光导通道；发光模块，发射具有给定强度以穿通过由该空气收集模块收集空气样本的光束；感光模块，接收来自该发光模块发射的已穿透该多区段曲折光导通道的光束，并对应该所接收光束的强度值产生对应的光电信号；二氧化碳浓度检测模块，对应由该感光模块所产生的光电信号，以比尔定律为根据比较该所接收光束的强度与从该发光模块所发射的光束的原始强度，借此产生代表该空气样本中二氧化碳浓度值的信号；比较模块，比较由该二氧化碳浓度检测模块测得的二氧化碳浓度值与预定的二氧化碳浓度的参考值，若前者大于后者，则产生空气引入控制信号；以及空气引入模块，对应由该比较模块所产生的空气引入控制信号，从外部空气源引入空气至该封闭空间，降低在该封闭空间内的二氧化碳浓度至该预定参考值。
17.如权利要求16所述的二氧化碳浓度调节装置，其特征在于，该空调系统是空气循环风扇单元。
18.如权利要求16所述的二氧化碳浓度调节装置，其特征在于，该空调系统是室内空调机。
19.如权利要求16所述的二氧化碳浓度调节装置，其特征在于，该空调系统是分离系统中央空调机。
20.如权利要求16所述的二氧化碳浓度调节装置，其特征在于，该空调系统是交通工具用空调机。
21.如权利要求16所述的二氧化碳浓度调节装置，其特征在于，该空气收集模块的多区段曲折光导通道包括多条管件，曲折地连接成单一曲折形光导通道；以及光反射构件，设在该管件的连接处，在该曲折形光导通道中将光线从其中一个管件反射到下一个管件。
22.如权利要求16所述的二氧化碳浓度调节装置，其特征在于，该发光模块是红外线光发射器，并且该感光模块为红外线传感器。
全文摘要
本发明是一种二氧化碳浓度调节方法以及装置，应用在空调系统以供调节封闭的空调空间中的二氧化碳浓度，本发明的二氧化碳浓度调节装置包括空气收集模块、发光模块、感光模块、二氧化碳浓度检测模块、比较模块以及空气引入模块；本发明的二氧化碳浓度调节方法以及装置应用在空调系统中，能够自动记录及调整在封闭空间内的二氧化碳浓度，使封闭空间内的二氧化碳浓度大致保持在一预定值，不会因该封闭空间内累积过多二氧化碳呼吸困难。
文档编号F24F11/00GK1948844SQ20051011282
公开日2007年4月18日 申请日期2005年10月14日 优先权日2005年10月14日
发明者江仙观 申请人:欣全实业股份有限公司