专利名称：通风设备及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种提供舒适的室内空气的通风设备，更具体地讲，涉及这样一种通风设备，其能够通过使用便宜的热传感器替代昂贵的红外线CO2传感器检测房间的CO2浓度和空气状态，以基于检测结果控制通风操作，以及涉及一种所述通风设备的控制方法。
背景技术：
通常在封闭的空间，如家、办公室等，由于封闭空间中的居住者的呼吸，CO2水平逐渐上升。这破坏了室内空气，并可导致封闭空间的居住者经历呼吸困难。从这一问题的角度出发，开发了一种将不新鲜的室内空气释放到外面并将新鲜的外部空气引入到房间内进行循环和交换室内空气的通风设备。最近，通风设备已经被设置了电热交换器来减少通风造成的热损失。
韩国专利公布第2003-0063856公开了这种使用电热交换器的通风设备。
在上述公布中公开的传统的通风设备包括电热交换器，安装在外部空气供给路径和室内空气排放路径互相交叉的位置，用于在室内空气和室外空气之间进行热交换；供气扇，布置在空气供给路径上；排气扇，布置在空气排放路径上。当供气扇和排气扇旋转时，外部空气经空气供应路径被引入到房间中，而室内空气经空气排放路径被释放到外部，同时伴随着被释放的室内空气和被引入的外部空气之间的热交换。
在操作中，通风设备首先通过CO2传感器感测房间的CO2浓度，并基于感测的CO2浓度值在多个阶段控制供气扇和排气扇的流量，来根据房间的空气状态获得优化的风扇的流量。在这种方式中，通风设备用于提供舒适的室内环境，同时实现了系统能源效率的增加。
作为用于在通风设备中感测房间的CO2浓度的CO2传感器，通常有两种，即，红外线CO2传感器和固体电解质CO2传感器。
首先考虑红外线CO2传感器，尽管因高气体选择性(high gas selectivity)，其展现出很好的精确度，并保证产品寿命长以此加强可靠性，但是其缺点在于，由于其价格高增加了产品成本。
另一方面，由于低气体选择性，固体电解质CO2传感器展示出较差的精确度，当暴露到被污染的气体或者硅气体时，因其趋于出现故障而承受短的产品寿命。此外，固体电解质CO2传感器对气流和温度的变化很敏感，因此不可靠。然而，固体电解质CO2传感器的优点是便宜。
如上所述，高可靠性的昂贵的红外线CO2传感器增加了产品成本，而便宜的固体电解质CO2传感器降低了产品的可靠性，因为其产品寿命短且CO2浓度感测能力不精确。
为了解决以上问题，韩国专利公布第1991-0017136号公开了一种通风设备，将其设计为通过使用人传感器代替CO2传感器检测房间中存在的人数，基于检测的结果控制供气扇和排气扇的流量，由此能够用优化的流量执行通风操作。
在上面公开的通风设备中，如果人检测器检测到人的存在，则用标准的流量执行通风操作，所述标准的流量是根据房间的尺寸基于标准人数预先设定的，或者用优化的流量执行通风操作，所述优化的流量是考虑到在房间中检测到的存在的人数计算的。
然而，上述传统的通风设备仅适合于通过检测人的存在或者人数来调整通风流量。即使由于封闭房间的居住者的呼吸而使房间的CO2浓度逐渐上升，使室内空气质量被破坏，传统的通风设备还是没有检测房间的空气状态的功能。因为这个原因，公开的传统的通风设备对提供舒适的室内空气来说是个限制。
此外，当仅仅基于检测到的人数调整通风流量时，存在的风险是即使是在舒适的室内环境中，通风设备也执行不必要的通风操作，导致不必要的能源消耗。
同时，当仅仅基于CO2浓度控制风扇的流量时，没有使含有食物气味和气体气味的不新鲜室内空气通风的方法，这种不新鲜的空气通常是因为家中厨房生火烹饪产生的。
发明内容
因此，为了解决上述问题提出本发明，本发明的一个方面在于提供一种通过使用便宜的热传感器代替昂贵的红外线CO2传感器来检测房间的量化的CO2浓度和空气状态的通风设备，从而实现高可靠性的通风系统。
本发明的另一方面在于提供一种通过使用用于水平移动热传感器的步进电机可在房间的全部区域内精确地检测CO2浓度和空气状态的通风设备。
本发明的另一方面在于提供一种使用检测人或者火的存在的控制算法的通风设备的控制方法，该方法能够相对于厨房环境控制通风操作，这是只使用CO2传感器不能胜任的。
本发明的另一方面在于提供一种通风设备的控制方法，该方法根据房间的CO2浓度和空气状态自动确定通风操作的实施，并优化控制风扇的流量，从而能够保持舒适的室内空气而不浪费能源。
根据一个方面，本发明提供一种将不新鲜的室内空气释放到外部并将新鲜的室外空气引入到房间中用于循环和交换室内空气的通风设备，包括感测单元和控制单元，感测单元感测由在房间中存在的热源产生的传感器值，控制单元基于感测的传感器值检测房间中存在的热源并基于检测的结果估计房间的CO2浓度以控制通风操作。
所述感测单元可以是感测由在房间中存在的热源产生的热的热传感器，所述热源可以是人或者火。
所述通风设备还包括电机，该电机根据控制单元的控制移动热传感器，以使热传感器在房间的全部区域感测热源。
所述通风设备还包括温度传感器，用于感测所述房间的环境温度，并且基于感测的环境温度，控制单元可确定与环境温度的预定温度差和能够识别热源的特定的温度范围。
所述控制单元基于在房间中存在的人数和人的停留时间来估计房间的CO2浓度，如果估计的CO2浓度超过了预定的标准值范围，则根据估计的CO2浓度调整外部空气的引入量和室内空气的释放量。
所述通风设备还包括输入单元，用于输入房间的尺寸，基于输入的房间尺寸，控制单元确定标准值，以调整外部空气的引入量和室内空气的释放量。
所述通风设备还包括输入单元，用于输入厨房的位置，基于输入的厨房位置，控制单元确定与环境温度的预定温度差和表示火的存在的特定温度范围。
根据所述控制单元的控制，如果在除了输入的厨房以外的位置还感测到火超过预定时间，则发出火警信号的声音。
根据另一方面，本发明提供一种控制通风设备的方法，用作将不新鲜的室内空气释放到外面并将新鲜的外部空气引入到房间中用于循环和交换室内空气，所述方法包括感测由房间中存在的热源产生的传感器值；通过基于感测的传感器值检测在房间中存在的热源，并基于检测的结果估计房间的CO2浓度来控制通风操作。
所述传感器值的感测包括通过使用热传感器感测由房间中存在的所述热源如人或者火产生的热；移动热传感器以感测房间全部区域的热源。
所述控制方法还包括感测房间的环境温度，并且基于所述感测的环境温度，确定与所述环境温度的预定温度差和能够识别所述热源的特定温度范围。
所述通风操作的控制包括基于在房间中出现的人的数目和人的停留时间估计房间的CO2浓度，如果估计的CO2浓度超过了预定的标准值范围，则根据估计的CO2浓度来调整外部空气的引入量和室内空气释放量。
所述控制方法还包括手动输入房间的尺寸，并且，基于输入的房间尺寸，确定标准值以调整外部空气的引入量和室内空气的释放量。
所述控制方法还包括手动输入厨房的位置，并且，基于输入的厨房位置，可以确定与环境温度的预定温度差和能够识别火的特定温度范围。
如果在除了输入的厨房以外的位置还感测到火超过预定时间，则发出火警信号的声音。
本发明的其它方面和/或优点将一部分在下面的描述中阐述，一部分通过该描述而显而易见，或者可以通过实施本发明而了解。
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和/或其他目的和优点将会变得更加清楚并更容易理解，其中图1是示意性示出根据本发明的通风设备的结构图；图2是示意性示出根据本发明的用于通过使用热传感器检测在房间中出现的热源的方法的图；图3是根据本发明实施例的通风设备的控制方框图。
图4A和图4B是示出根据本发明的通风设备的控制方法的操作顺序的流程图。
具体实施例方式
现在将参考本发明的实施例详细说明本发明，在附图中示出了本发明的例子，其中，相同的标号始终指示相同元件。下面将描述所述实施例来参考图解释本发明。
图1是示意性示出根据本发明的通风设备的结构图。
在图1中，根据本发明的通风设备包括具有矩形盒状的主体10；隔离件12，布置为将主体10的内部空间分为上部分和下部分；供气管14，限定在主体10中，将外部空气引入到房间中；排气管16，限定在主体10中，在其特定位置与供气管14相交，用于将室内空气释放到外部。
电热交换器18安装在供气管14和排气管16的相交处，从而通过供气管14的空气能够与通过排气管16的空气交换热量，而不需要将两者混合。供气管14和排气管16都关于电热交换器18从上部分到达下部分穿过主体10的内部空间或者从下部分到上部分，从而不互相干扰。
供气管14在其一端设有供气入口14a以与外部相通，而在其另一端设有供气出口14b以与房间相通。排气管16在其一端设有排气入口16a以与房间相通，而其另一端设有排气出口16b以与外部相通。
供气扇20安装在供气管14的供气出口14b的里面，用于强制吸入外部空气。另外，排气扇22安装在排气管16的排气出口16b的里面，用于强制释放室内空气。根据供气扇20和排气扇22的操作，外部空气和室内空气分别沿着供气管14和排气管16流动，以实现通风操作。
同时，电热交换器18具有立方体外形，倾斜地安装在主体10中，其上角和下角由主体10的顶和底支撑，其左角和右角由隔离件12支撑。这里，隔离件12位于供气管14与排气管16分开的位置。这种电热交换器18在其内部设有多个供气通道18a以与供气管14相通，并设有多个排气通道18b以与排气管16相通。
在图1中，供气通道18a由实线表示，排气通道18b由虚线表示。
热传感器30安装在面对房间的主体的外侧，用于感测房间的热。热传感器30结合到步进电机32上。步进电机32水平移动热传感器30，从而热传感器30能够扫描房间的全部区域。
热传感器30能够感测到人和火的存在。如果检测到高于房间环境温度的热，则热传感器30基于与环境温度的温度差和温度范围感测到人或者火的存在。当在封闭的房间中人或者火存在预定的时间，则热传感器30以间接的方式估计房间的空气状态，能够基于估计的结果执行优化的通风操作。
步进电机32水平驱动热传感器30，从而热传感器30能够在感测时间阶段精密地移动来扫描房间的全部区域。
尽管没有示出，与传统的通风设备的方式一样，多个节气阀安装在供气入口14a、排气入口16a以及供气管14和排气管16的其它位置，来截断空气流动或者改变空气的流动方向。
图2是示意性示出根据本发明的用于通过使用热传感器感测房间中存在的热源的方法的图。
在图2中，如果热传感器30根据步进电机32的驱动水平移动并检测高于房间的环境温度(例如，10摄氏度到28摄氏度)的热(例如，28摄氏度到34摄氏度或者高于34摄氏度)，则基于与环境温度的温度差和温度范围感测到人或者火的存在。
图3是根据本发明实施例的通风设备的控制方框图。根据本发明的通风设备的控制系统包括热传感器30、温度传感器40、输入单元50、控制单元60、存储单元70、驱动单元80和警报发生单元90。
用于检测房间内出现的热源的热传感器30是用于感测热的热电堆传感器。热传感器30安装在房间的特定位置。
用于感测房间环境温度的温度传感器40被用于感测空气温度。只要温度传感器40能够感测室内空气的温度，温度传感器40的安装位置随意选择。
输入单元50包括布置在控制面板上或者遥控器上的多个键，以允许用户将期望的操作信息(例如，操作时间、操作流量、操作开始/停止等)输入到控制单元60。此外，输入单元50包括以自动方式操作热传感器30的键、在通风设备的初始安装时刻输入房间尺寸或者输入步进电机相对于厨房的位置的键。
控制单元60是控制通风设备的各个元件的微型计算机。控制单元60基于热传感器30感测到的值来计算房间的环境温度和预设温度范围之间的差值，来感测房间中人和火的存在。此外，假定人或者火在封闭的房间中存在了预定的时间，则控制单元60基于热传感器30感测的值来估计房间的不新鲜的CO2浓度和空气状态，从而基于估计结果控制供气扇20和排气扇22的流量和操作时间以实现优化的通风操作。控制单元60将对应于热传感器30感测的值的当前温度范围存储到内部存储器的ROM表中。
此外，控制单元60计算步进电机32的移动距离，该步进电机32在热传感器30的热感测操作期间精确地移动。步进电机的移动距离的计算能够在感测的区域识别重叠的人。为了精确计算人数，控制单元60确定步进电机32向左移动感测的人数是否与步进电机32向右移动感测的人数相同。如果向左移动和向右移动感测的人数相同，则控制单元60确定在该房间中存在多少人。
为了使感测误差最小化，如果对于预定时间在固定的位置与房间的环境温度的差和温度范围不同于人的温度范围，则控制单元60确定感测到的热源不是人，并将补偿值存储在存储单元70中，以能够使用热传感器30来控制补偿。
作为选择功能，当在房间中两个或者更多的位置感测到火的存在超过预定时间，则控制单元60控制警报发生单元90发出火警的声音。
存储单元70是EEPROM，其含有房间的环境温度、表示与环境温度的温度差的温度范围、手动输入的步进电机32相对于厨房的位置、房间的尺寸等。存储单元70可以设置在控制单元60的内部或者外部，视情况需要而定。
驱动单元80用作根据控制单元60的控制信号控制供气扇20、排气扇22和步进电机32的操作。更具体地，驱动单元80根据房间的CO2浓度和空气状态控制供气扇20和排气扇22的流量和操作时间。
警报发生单元90用作根据控制单元60的控制信号发出火警信号的声音。
以下，描述具有上述结构的通风设备和该设备的控制方法的操作顺序和效果。
图4A和图4B是显示根据本发明的通风设备的控制方法的操作顺序的流程图。
首先，将期望的信息(如操作时间、操作流量、步进电机相对于厨房的位置、房间的尺寸等)通过输入单元50手动输入到控制单元60。然后，控制单元60在通风操作之前确定通风操作是自动执行还是手动执行(S100)。如果确定手动通风操作，则手动操作供气扇20和排气扇22(S101)。
相反，如果确定自动通风操作，则用于量化地估计不新鲜的CO2浓度的CO2浓度值(P)被清零(S110)。之后，室内空气的温度由温度传感器40感测以检测房间的环境温度，并将其输入到控制单元60(S120)。
由此，基于输入的房间的环境温度，控制单元60确定与环境温度的预定温度差和表示人的存在的温度范围，并将它们存储到存储单元70中(S130)。
当热传感器30感测到高于房间的环境温度的热时，与环境温度的温度差和温度范围用于感测人和火的存在。
此后，如果操作热传感器30来感测在房间中存在的热源，则根据控制单元60的控制来驱动步进电机32以向左或者向右移动热传感器30，从而热传感器30能够在房间的全部区域感测到热源的存在(S140)。
如果向左移动热传感器30感测到表示与环境温度的温度差的热源，则控制单元60接收向左移动热传感器30感测到的值，并将该值与存储在存储单元70中的温度范围比较，来确定热源是人还是火。如果热源是人，则控制单元60确定向左移动的时间内感测到的人数(Lm)，同时测量向左移动的时间(T)(S150)。
在热传感器30向左移动完成之后，驱动步进电机32向右移动热传感器30。按照与向左移动相同的方式，如果向右移动热传感器30感测到表示与环境温度的温度差的热源，则控制单元60接收向右移动热传感器30感测到的值，并将该值与存储在存储单元70中的温度范围比较，来确定热源是人还是火。如果热源是人，则控制单元60确定向右移动的时间内感测到的人数(Rm)，同时测量向右移动的时间(T)(S160)。
在这种情况下，热传感器30向左移动的时间和向右移动的时间(T)是相等的，向左移动的时间和向右移动的时间之和(2T)是热传感器30水平扫描房间的全部区域需要的一个周期。
控制单元60计算精确地移动的步进电机32向左移动的距离和向右移动的距离，能够识别在感测的区域内重叠的人。
此外，为了确定确切的人数，控制单元60确定向左移动步进电机32感测到的人数是否与向右移动步进电机32感测到的人数一样(S170)。如果向左移动和向右移动感测到的人数相同，则控制单元60确定确切的人数。
另一方面，当热源是火时，步进电机32相对于厨房的位置被手动输入到控制单元60并被存储到存储单元70。此后，按照如上所述相同的方式，控制单元60确定与环境温度的温度差和相应的温度范围，来感测火的存在。
同时，当确定了确切的人数，这些人在封闭的房间中存在预定的时间，则控制单元60基于下面的方程1计算假定的浓度值(Q)，来量化估计由人的呼吸引起的CO2浓度。
假定的浓度值(Q)＝2T×Rm……方程1(其中，2T是执行一个周期需要的时间，Rm是人数)将由上述方程1计算的假定的浓度值(Q)加到被初始清零的CO2浓度值(P)上，来估计房间的量化的CO2浓度值(P)(S180)。
由此，控制单元60对估计的CO2浓度值(P)和存储在存储单元70中的最小标准值(Pmin)进行比较，以确定是否估计的CO2浓度值(P)高于最小标准值(Pmin)(S190)。这里，最小标准值(Pmin)是最初需要通风操作的最小CO2浓度值。
如果估计的CO2浓度值(P)高于最小标准值(Pmin)，则控制单元60再次将估计的CO2浓度值(P)和存储在存储单元70中的最大标准值(Pmax)比较，以确定估计的CO2浓度值是否高于最大标准值(Pmax)(S200)。这里，最大标准值(Pmax)是肯定需要通风操作的最大CO2浓度值。
最小标准值(Pmin)和最大标准值(Pmax)都是存储在存储单元70中的预设值。
为了得到更精确的CO2浓度值，当通风设备最初安装在房间中时，将房间的尺寸手动输入到控制单元60，从而控制单元60分别确定对应于识别不新鲜的室内空气的最大CO2浓度和最小CO2浓度的最大标准值和最小标准值。确定的最大标准值和最小标准值存储在存储单元70中。
作为比较的结果，如果CO2浓度值(P)大于最大标准值(Pmax)，则控制单元60控制供气扇20和排气扇22高速操作预定时间(R1)(如80分钟)，以迅速为房间通风(S210)。
相反，如果CO2浓度值(P)小于最大标准值(Pmax)，则控制单元60控制供气扇20和排气扇22低速操作预定时间(R2)为房间通风(S220)。这里，时间(R2)短于时间(R1)，如为50分钟。
这样，根据本发明，根据房间的CO2浓度，也就是不新鲜的室内空气的污染程度，不同地调整外部空气的供气量和室内的空气的排放量。同时，通风时间也被不同地调整，实现优化通风操作的控制。
此外，采用操作(S190)比较的结果，如果CO2浓度值(P)小于最小标准值(Pmin)，则确定不再需要通风操作。因此，控制单元60中断对供气扇20和排气扇22的电力供应，以停止通风设备的操作。此外，在没有将电源施加到供气扇20和排气扇22的状态中，供气扇20和排气扇22也不操作，则控制单元60一直保持这种操作停止的状态，并将CO2浓度值(p)清零(S230)。
当按与上述相同的方式感测到火存在预定时间时，则本实施例的通风设备可基于根据房间尺寸的最大标准值和最小标准值操作。这样，通风设备既可识别人的存在也可识别火的存在，这样可识别厨房的位置，这是只通过使用CO2传感器不能办到的。因此，本发明的通风设备可根据房间中空气的状态优化控制通风操作。
作为选择的功能，当在房间内两个或者更多个位置感测到火的存在超过预定时间，则通过警报发生单元90发出火警信号的声音，从而用户可为火灾的发生做准备。
从上述描述可清楚看到，根据本发明的通风设备，通过使用便宜的热传感器替代昂贵的红外线CO2传感器能够估计房间的量化的CO2浓度和空气的状态。这样，本发明可实现高可靠性的令人满意的通风系统。此外，通过使用了能够向左和向右移动传感器的步进电机，本发明能够在房间的全部区域精确地检测CO2浓度和空气的状态。
此外，根据控制所述通风设备的方法，通过使用能够识别人和火的存在的控制算法，能够相对于厨房环境控制通风操作，这是只使用CO2传感器不能完成的。另外，根据本发明的控制方法，自动确定通风操作的实施并根据房间的CO2浓度和空气状态优化控制风扇的流量。因此，不浪费能源就能保持舒适的室内空气。
此外，本发明的通风设备具有感测房间中的火发生的功能，因此能够发出火警信号的声音。
尽管已经显示和描述了根据本发明的通风设备的实施例和及其控制方法，但是本领域技术人员应当理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以在该实施例中做出变化，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
本申请要求于2005年8月6日提交到韩国知识产权局的第2005-72032号韩国专利申请的权益，其公开通过引用包含于此。
权利要求
1.一种将不新鲜的室内空气释放到外面并将新鲜空气引入到房间中用于循环和交换室内空气的通风设备，包括感测单元，感测由所述房间中存在的热源产生的传感器值；控制单元，为控制通风设备而基于所述感测的传感器值来检测所述房间中存在的热源，并基于检测的结果来估计所述房间的CO2浓度。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述感测单元是感测在所述房间中存在的所述热源产生的热的热传感器。
3.如权利要求2所述的设备，其中，所述热源是人或者火。
4.如权利要求2所述的设备，还包括电机，根据所述控制单元的控制移动所述热传感器，以使所述热传感器感测所述房间全部区域的所述热源。
5.如权利要求1所述的设备，还包括温度传感器，感测所述房间的环境温度；其中，基于所述感测的环境温度，所述控制单元确定与所述环境温度的预定温度差和能够识别所述热源的特定的温度范围。
6.如权利要求5所述的设备，其中，所述控制单元基于在所述房间中存在的人数和人的停留时间来估计CO2浓度，如果所述估计的CO2浓度超过了预定的标准值范围，则根据所述估计的CO2浓度来调整外部空气的引入量和室内空气的释放量。
7.如权利要求6所述的设备，还包括输入单元，用于输入所述房间的尺寸；其中，基于所述输入的房间尺寸，所述控制单元确定标准值，以调整所述外部空气的引入量和所述室内空气的释放量。
8.如权利要求1所述的设备，还包括输入单元，用于输入厨房的位置；其中，基于所述输入的厨房位置，所述控制单元确定与环境温度的预定温度差和表示火的存在的特定温度范围。
9.如权利要求8所述的设备，其中，根据所述控制单元的控制，如果除了在输入的厨房以外的位置还感测到火超过预定时间，则发出火警信号的声音。
10.一种控制通风设备的方法，通风设备用作将不新鲜的室内空气释放到外面并将新鲜的外部空气引入到房间中用于循环和交换室内空气，所述方法包括感测由房间中存在的热源产生的传感器值；通过基于所述感测的传感器值来检测在所述房间中存在的热源并基于检测的结果估计所述房间的CO2浓度来控制通风操作。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述传感器值的感测包括通过使用热传感器来感测由所述房间中存在的所述热源，如人或者火，产生的热；移动所述热传感器以感测所述房间全部区域的所述热源。
12.如权利要求10所述的方法，还包括感测所述房间的环境温度；其中，基于所述感测的环境温度，确定与所述环境温度的预定温度差和能够识别所述热源的特定温度范围。
13.如权利要求12所述的方法，所述通风操作的控制包括基于在所述房间中出现的人数和人的停留时间估计房间的CO2浓度，如果所述估计的CO2浓度超过了预定的标准值范围，则根据所述估计的CO2浓度来调整外部空气的引入量和室内空气的释放量。
14.如权利要求13所述的方法，还包括手动输入所述房间的尺寸；其中，基于所述输入的房间尺寸，确定标准值以调整外部空气的引入量和室内空气的释放量。
15.如权利要求10所述的方法，还包括手动输入厨房的位置；基于所述输入的厨房位置，确定与环境温度的预定温度差和能够识别火的特定温度范围。
16.如权利要求15所述的方法，其中，如果在除了输入的厨房以外的位置还感测到火超过预定时间，则发出火警信号的声音。
全文摘要
本发明公开了一种用于获得舒适的室内空气的通风设备及其控制方法。所述通风设备通过使用便宜的热传感器代替昂贵的红外线CO
文档编号F24F11/00GK1908534SQ20051012329
公开日2007年2月7日 申请日期2005年11月15日 优先权日2005年8月6日
发明者朴炯龙 申请人:三星电子株式会社