TWI495831B - Air conditioning air supply with dynamic flow adjustment - Google Patents

Description

具動態流量調整之空調送風裝置

本創作係為關於一種自動且的動態的空調出風流量調整裝置，特別是關於依照環境偵測而動態決定適當空調出風量之出風裝置，透過對環境之溫度、亮度、人員活動量及人員數量等參數之評估，使空調系統之出風分配到真正需要的地方，減少空調浪費，提高能源效率。

目前常見的中央空調或中型空調系統之系統配置如第一圖所示，其中包括一凝結器11，一個鼓風機12以及數個出風裝置如：出風裝置甲13及出風裝置乙14，不論是冷氣或暖氣系統，凝結器11為進行熱交換之冷暖來源，而鼓風機12則負責抽取室內空氣循環至凝結器11進行熱交換，經過熱交換後的冷氣或暖氣則經由風道15傳送到出風裝置甲13及出風裝置乙14，達到冷房或暖房的效果。如第一圖所示，目前的空調出風裝置甲13及出風裝置乙14大都為單純的空氣通道，並無自動調整輸出風量之功能。而目前已知與空調出風裝置有關之專利有下列幾項：

引證1、空調出風口之調節裝置，證號：M419888

引證2、空調出風口風量調整裝置，證號：M372935

引證3、空調出風口結構，證號：M288361

引證4、改良的空調出風口，證號：M287918

引證5、空調風口裝置，證號：I294509

引證6、智慧區域型空調裝置，證號：575509

引證7、中央空調出風口風量自動控制裝置，證號：75 161698

引證8、智慧型中央空調節能設備，證號：M417513

引證9、智慧型冷氣空調節能控制裝置，證號：M432790

引證10、智慧型空調節能之控制系統及其方法，證號：201000829

引證11、智慧型空調控制裝置，證號：201212556

引證12、智慧型空調系統，證號：593940

其中引證1-5皆為不同之出風口結構設計，目的或為便利清潔或為便利組裝，皆與本申請案之動態流量調整無關，引證6則利用區域內適當配置的出風口及吸風口，並使用風扇控制風量，以達到管理空氣流的目的也與本申請案之環境偵測與動態流量調整無關，引證7雖為一種風量自動控制裝置，但此裝置之目的在於讓使用者設定出風口附近之溫度，再透過局部之環境溫度偵測器，以便調整出風口馬達之轉速，以符合設定溫度，此種設計可視為傳統之壁座式中央空調溫度與風量控制器之改良，傳統之控制器將溫度感測器配合面板與配線裝設在牆面上，出風口為一具有送風馬達之設備，控制器會依照溫度感測值調整送風馬達之轉速，以便符合使用者設定之溫度，引證7將此感測裝置移到出風馬達處，再以遙控器讓使用者設定溫度，取代傳統之牆面控制器，然而本申請案之環境偵測則是依據人員活動與分布為主要考量，動態調整空調分配，創新精神不在於符合使用者設定之空調溫度，因為使用者很可能設定完所要的溫度後卻長時間離開座位，本申請案則是以現場的人員為導向，動態調整空調分配，明顯與引證7不同，且本申請案控制之對象為被動之出風口，與引證7之送風馬達轉速控制亦明顯不同，以房間中有兩個出風口分別為出風口甲與出風口 乙為例，引證7之系統就算把出風口甲之風量調低也不會使出風口乙之風量加大，而本申請案把出風口甲之風量調低將會使更多空調往出風口乙送出，而使其風量加大。

引證8為考量室內外溫度差之空調運作機制，引證9位空調系統擴充紅外線、電力線傳輸及ZigBee無線通訊介面等，達到智慧控制主機之目的，引證10為一集中式之空調控制器，引證11以無線遙控彈性設定空調主機之各種運轉模式，以上之創先發明其控制對象皆為空調主機與本申請案無直接關連。

引證12利用紅外線偵測空調前方人員分布的角落再利用出風口的轉向葉片將空調定向到所要的位置去，此發明案雖涉及人員移動之偵測但控制之對象為空調主機上之轉向葉片，與本申請案之多出風口空調動態分配之創新亦無直接關連。

習知的空調出風裝置大都為單純的出風口，或僅為人工調整風量的出風口，空調系統產生之冷氣或暖氣常常浪費在沒有人員的區域，相對的人員活動量大或人數多的區域則因為無法得到更多的空調而讓人感覺不夠舒適，因此如果能將不需要空調的區域的空調出風量重新分配到真正需要的地方，則可以提高空調的利用率，減少空調電源的消耗，並且讓使用者感到更加舒適。

本創作提出一種具動態流量調整之空調出風裝置，包括有環境感測器、微控制器、馬達驅動電路、遙控發射器、遙控接收器、流量閥門驅動器及流量閥門所組成，環境感測器能偵測空調出風裝置附近的各種環境變數， 如溫度、亮度、人員活動量及人員數量等參數，微控制器會依據這些參數決定該區域的空調需要量，並依此調整流量閥門的開啟角度，當出風裝置附近的環境變數經判斷為需要更多空調時，流量閥門將會加大開啟角，反之則會減少開啟角度，本裝置設有遙控發射器與遙控接收器，透過遙控器可設定本裝置對各項參數的靈敏度，也可直接設定流量閥門的開啟角度，微控制器則透過流量閥門驅動器去驅動流量閥門，由於本裝置會針對不同區域的空調需求動態調整空調流量，因此空調可有效的分配到真正需要的地方，可減少不必要的空調浪費，達到節能、省電與低碳的目的。

本創作所設計之空調送風裝置能動態分配空調系統產生之冷氣或暖氣送到人員活動量大、人員數量多、溫度與設定溫度差異大或先後明亮之區域，達到節能且舒適之目的。

本創作之系統方塊圖如第二圖所示，包括有環境感測器21、微控制器22、馬達驅動電路23、遙控發射器24、遙控接收器25、流量閥門驅動器26及流量閥門27所組成。

環境感測器21則如第三圖所示，包括有紅外線人體感測器31、非接觸式紅外線溫度感測器32、接觸式氣溫度感測器33、亮度感測器34等，其中紅外線人體感測器31，可以測知本空調送風裝置下方之人員活動量，由於人體溫度與環境背景溫度不同，因此人體會不斷散發紅外線熱輻射，所以當人員移動時紅外線人體感測器就能加以檢知，在單位時間內記錄感測器輸出之次數，則可判定出風裝置下方人員活動之頻繁度，則空調流量 應正比於人員活動之頻繁度。非接觸式之紅外線溫度感測器32可以測量出風裝置下方的區域溫度值，此種感測器普遍用於耳溫槍之設計，價格已相當低廉，當出風裝置下方有人員靜止不動而無法由紅外線人體感測器31檢知時，非接觸式紅外線溫度感測器32則可以加以測知，且人員越多、越集中時非接觸式紅外線溫度感測器32的輸出也會越大，故此感測器可以用來表示出風裝置下方之人員數量。當人員活動大或人數多且集中時應加大空調流量，反之則應減少。接觸式氣溫度感測器33，能偵測空調出風裝置附近的背景溫度，當氣溫與設定之離理想室溫越近則代表可以減少空調流量，差異越大則需要增加空調流量。亮度感測器34則可以測得出風裝置附近的光線強度，亮度大代表有人員在附近開燈工作或者陽光照射，前者應增加空調流量，後者應分別就冷氣或暖氣空調加以考慮，冷氣運作時陽光照射應增加冷氣流量，暖氣運作時則需先分辨亮度感測器34之輸出為燈光或陽光所造成，亮度值小於設定之臨界值為燈光引起，亮度值大於設定之臨界值則為陽光造成，若燈光照明則應增加暖氣流量，反之陽光照射則應減少暖氣流量。

微控制器22與環境感測器21電性相連，前述的環境參數會由微控制器22所讀取，微控制器22內有適當的程式與介面，可以計算出風裝置理想的出風流量，微控制器22會依此送出驅動信號給流量閥門驅動器26，以便調整出風量。

馬達驅動電路23接受來自微控制器22的正逆轉信號，轉動馬達。流量閥門驅動器26內由前述之馬達與牽引裝置所組成，受馬達驅動電路23控制轉動馬達外，並即時回授流量閥門27的真實開啟角度給微控制器22， 形成一個閉迴路控制，微控制器22藉此精確控制流量閥門27的開啟角度。

流量閥門27為空氣通道上的機械閥門，其可控制範圍為全開到全關，受流量閥門驅動器26的機械結合，可以控制空調氣體的通過流量。

遙控發射器24與遙控接收器25則提供使用者設定環境感測器21的測量參數數值大小與流量閥門27的開啟大小之敏感度，敏感度越大流量閥門27的開啟角度隨環境感測器21之測量值變化比例也越大，也可以手動調整流量閥門27的開啟角度，使本創作之使用更為方便。

當空調系統裝設數個本申請案之裝置時，鼓風設備送出的空調氣體會因為某處的流量變小而將空調氣體送往其他區域，如此一來就能達到空調流量動態且適當分配之目的，減少不必要的空調浪費，達到節能、省電與低碳的目的。

11‧‧‧凝結器

12‧‧‧鼓風機

13‧‧‧出風裝置甲

14‧‧‧出風裝置乙

15‧‧‧風道

21‧‧‧環境感測器

22‧‧‧微控制器

23‧‧‧馬達驅動電路

24‧‧‧遙控發射器

25‧‧‧遙控接收器

26‧‧‧流量閥門驅動器

27‧‧‧流量閥門

31‧‧‧紅外線人體感測器

32‧‧‧非接觸式紅外線溫度感測器

33‧‧‧接觸式氣溫度感測器

34‧‧‧亮度感測器

第一圖：目前常見的中央空調或中型空調系統之系統配置。

第二圖：本創作之系統方塊圖。

第三圖：環境感測器21之方塊圖。

21‧‧‧環境感測器

22‧‧‧微控制器

23‧‧‧馬達驅動電路

24‧‧‧遙控發射器

25‧‧‧遙控接收器

26‧‧‧流量閥門驅動器

27‧‧‧流量閥門

Claims (3)

1. 一種具動態流量調整之空調出風裝置，包括：A、.一環境感測器，具有紅外線人體感測器、非接觸式之紅外線溫度感測器、接觸式氣溫度感測器及亮度感測器，環境感測器能量測溫度、亮度、人員活動量及人員數量等參數；B、.一微控制器，能接收環境感測器所測得之溫度、亮度、人員活動量及人員數量等參數並據此計算出適當的空調流量，並換算出對應的流量閥門開啟角度，送出馬達驅動信號去帶動流量閥門驅動器內之機械結構，使流量閥門開啟在所要的角度；C、一遙控發射器，能讓使用者在遠端設定本出風裝置之系統運作參數；D、一遙控接收器，能接收來自遙控發射器傳遞的訊號；E、一馬達驅動電路，能接受來自為控制器之正逆轉訊號，驅動流量閥門驅動器內之馬達；F、一流量閥門驅動器，內含馬達與機械裝置可牽引流量閥門之啟閉，同時具有流量閥門位置之偵測與回饋功能，可以讓控制器知道目前流量閥門的正確位置；G、一流量閥門，裝設於空調系統之風道上，接受微控制器指揮，控制開啟角度，以便動態調整空調出風流量。
2. 如請求項1所述之具動態流量調整之空調出風裝置，其中微控制器內安排有適當之程式能執行下列演算法：A、當人員活動大或人數多且集中時應加大空調流量，反之則應減少； B、當氣溫與設定之離理想室溫越近則代表可以減少空調流量，差異越大則需要增加空調流量；C、亮度大時，亮度值小於設定之臨界值為表示有人員在附近開燈工作，應增加空調流量，亮度值大於設定之臨界值則為陽光所造成應分別就冷氣或暖氣空調加以考慮，冷氣運作時陽光照射應增加冷氣流量，暖氣運作時陽光照射則應減少暖氣流量。
3. 如請求項1所述之具動態流量調整之空調出風裝置，其中遙控發射器與遙控接收器可以讓使用者設定環境感測器用以調整流量閥門比例大小之敏感度，也可直接手動設定流量閥門之開啟大小。