具有換氣功能的空調裝置及其控制方法
2023-09-25 18:22:25 1
專利名稱：具有換氣功能的空調裝置及其控制方法
技術領域：
本發明涉及由外部因素引起供氣風量和排氣風量變化時防止電熱交換器效率降低的空調裝置及其控制方法。
背景技術：
具有換氣功能的通常的空調機如圖1所示，在室內機1與室外機2之間連接空氣管道3。空氣管道3的某一個管道為用於將室內空氣排到外部的排氣通道，空氣管道3的另一個管道為用於將外部空氣供應到室內的供氣通道。
室外機包含電熱交換器，以用於室外空氣與室內空氣進行熱交換；設置在供氣通道途中的供氣風扇，以用於吸入外部空氣而供應到室內；設置在排氣通道途中的排氣風扇，以用於吸入室內空氣而排到外部。
換氣運行時，為了排出室內的汙染空氣並供應室外的新鮮空氣，同時驅動供氣風扇及排氣風扇。
換氣運行時，供應到室內的供氣風量由供氣風扇的轉速決定，排到室外的排氣風量由排氣風扇的轉速決定。當供氣風量和排氣風量的差值在一定範圍內時，在電熱交換器中充分進行熱交換，從而可以適當地維持室內溫度。
然而，即使在換氣運行時根據設定條件同時驅動供氣風扇和排氣風扇，但根據環境條件引起的外部因素也可能發生供氣風量和排氣風量變化過多的情況。
例如，當驅動設置於室外機的排氣風扇的期間因外部氣壓或外部強風導致排氣風扇的運行速度小於設定速度時，排氣風量顯著減少。因此，供氣風量比向外排出的排氣風量相對增多。此時，如果供氣風量過多，則電熱交換器中所排出的室內空氣與吸入到室內的室外空氣之間的熱交換並不充分。
因此，當室內溫度高於外部溫度時，外部的冷空氣可能沒有與室內空氣充分進行熱交換的狀態下被供應到室內，而當外部溫度高於室內溫度時，外部的熱空氣可能沒有與室內空氣充分進行熱交換的狀態下被供應到室內，因而不僅難以維持室內溫度為設定溫度，而且因室內溫度的急劇變化使用戶感到不適。
發明內容
本發明的目的在於提供一種具有換氣功能的空調裝置及其控制方法，由此當換氣運行過程中發生不均衡因素時，可以使供氣風量和排氣風量均衡。
本發明的另一目的在於提供一種通過在換氣運行時消除供氣風量和排氣風量的不均衡現象而防止室內溫度急劇變化的具有換氣功能的空調裝置及其控制方法。
為了實現上述目的，依據本發明所提供的包含供氣通道、排氣通道、設置於所述供氣通道和所述排氣通道交叉處電熱交換器的一種具有換氣功能的空調裝置，其特徵在於包含設置在所述供氣通道途中的供氣壓力傳感器，以用於監測供氣壓力；設置在所述排氣通道途中的排氣壓力傳感器，以用於監測排氣壓力；設置在所述供氣通道或排氣通道途中的風量調節單元，以用於調節通過通道而供應的風量；控制部，以用於當通過所述供氣通道供應到室內的供氣風量和通過所述排氣通道排到外部的排氣風量之間發生不均衡現象時，基於所述供氣壓力傳感器及所述排氣壓力傳感器所監測的供氣壓力和排氣壓力控制所述風量調節單元。
並且，進一步包含設置在所述供氣通道途中的供氣風扇、設置在所述排氣通道途中的排氣風扇，將所述供氣風扇及所述排氣風扇之中的至少一個設定為所述風量調節單元。
並且，所述控制部控制被設定為所述風量調節單元的至少一個風扇的速度，以用於使所述供氣風量和排氣風量均衡。
並且，將所述排氣風扇設定為所述風量調節單元。
並且，進一步包含用於監測所述排氣風扇速度的風扇速度傳感器，所述控制部根據由供氣壓力和排氣壓力所計算的風扇速度變化量和由所述風扇速度傳感器所監測的風扇速度來計算所述排氣風扇的目標風扇速度，並控制所述排氣風扇的速度為跟蹤所計算的目標風扇速度。
所述控制部根據式1計算所述風扇速度變化量(Fs)。
Fs＝(C*K1)+[(Cd-Pd)*K2] ------式(1)在此，Cd為(目前的供氣風壓-目前的排氣風壓)，Pd為(以往的供氣風壓-以往的排氣風壓)，K1及K2為係數。
並且，進一步包含存儲器，以用於存儲所述供氣壓力減去所述排氣壓力的風壓偏差。
為了實現上述目的，依據本發明所提供的通過供氣通道的室外空氣和通過排氣通道的室內空氣在電熱交換器中進行熱交換的具有換氣功能的空調裝置的控制方法，其特徵在於包含步驟進行換氣運行的過程中，判斷通過所述供氣通道供應到室內的供氣風量和通過所述排氣通道排到外部的排氣風量之間是否發生不均衡現象；當所述供氣風量和所述排氣風量之間發生不均衡現象時，控制設置在所述供氣通道或所述排氣通道的風量調節單元，以用於使所述供氣風量和所述排氣風量均衡。
並且，判斷所述不均衡現象是根據所述供氣通道的供氣壓力和所述排氣通道的排氣壓力的差值而決定的。
並且，將設置在所述供氣通道途中的供氣風扇和設置在所述排氣通道途中的排氣風扇之中的至少一個風扇設定為所述風量調節單元時，通過控制被設定為所述風量調節單元的至少一個風扇速度而消除所述不均衡現象。
並且，所述風扇速度的控制為根據由所述供氣壓力傳感器監測的供氣壓力和由所述排氣壓力傳感器監測的排氣壓力所計算的所述風扇速度變化量和所述風扇目前的風扇速度來計算目標風扇速度，並增加或減小所述風扇速度，以使其跟蹤所計算的目標風扇速度。
並且，所述風扇速度變化量為周期性地計算及存儲相當於供氣風壓和排氣風壓之差的風壓偏差，並通過目前的風壓偏差和所存儲的以往的風壓偏差而獲得。
圖1為具有換氣功能的通常的空調裝置的概略結構圖；圖2為依據本發明所提供的具有換氣功能的空調裝置的室外機結構圖；圖3為依據本發明所提供的空調裝置的控制框圖；圖4為表示依據本發明所提供的換氣運行時通過比較供氣風壓和排氣風壓而控制排氣風扇速度的過程曲線圖；圖5為表示依據本發明所提供的排氣風扇的風扇速度變化量和目前的風扇速度而計算目標風扇速度過程的控制線圖；圖6為表示依據本發明所提供的空調裝置的控制方法的順序圖。
主要符號說明10為室外機主體，20為電熱交換器，24為控制部。
具體實施例方式
以下，參照附圖詳細說明本發明的優選實施例。
圖2為依據本發明所提供的具有換氣功能的空調裝置的室外機結構圖，圖3為依據本發明所提供的空調裝置的控制框圖。
如圖所示，室外機在主體10內使用於將室外空氣引導到室內的供氣通道11和將室內空氣引導到室外的排氣通道12相隔離而布置。
在此，供氣通道11和排氣通道12為了使吸入到室內的室外空氣和排到室外的室內空氣可以相互進行熱交換，在其中途相互交叉而設置，供氣通道11和排氣通道12相互交叉的交叉點布置電熱交換器20。電熱交換器為了使通過供氣通道11的空氣和通過排氣通道12的空氣不相混合而進行熱交換，內部具有流通吸入空氣的通道和流通排出空氣的通道，所述兩個通道相互形成直角並交替層疊而設置。
供氣通道11和排氣通道12中分別設置用於產生排風力的供氣風扇13a和排氣風扇13b，根據供氣風扇13a和排氣風扇13b的工作室外空氣和室內空氣分別沿著供氣通道11和排氣通道12流動，由此進行換氣。
主體10的一側形成吸入室內空氣的室內吸入口12a和將室外空氣排到室內的室內排出口11b，主體10的另一側形成吸入室外空氣的室外吸入口11a和將室內空氣排到室外的室外排出口12b。在此，室外吸入口11a和室內排出口11b通過供氣通道11連接，室內吸入口12a和室外排出口12b通過排氣通道12連接。
各吸入口11a、12a及排出口11b、12b上連接管道，連接於室內吸入口12a的室內吸入管道15a和連接於室內排出口11b的室內排出管道14b均與沒有圖示的室內機側相連。並且，連接於室外吸入口11a的室外吸入管道14a和連接於室外排出口12b的室外排出管道15均被露在外部。
主體內部設有供氣壓力傳感器17和排氣壓力傳感器18。供氣壓力傳感器17位於室內排出口11b與電熱交換器20之間，用於監測由供氣風扇13a排出的空氣壓力，排氣壓力傳感器18位於室內吸入口12a與電熱交換器20之間，用於監測由排氣風扇13b吸入的空氣壓力。
雖然實施例中將各壓力傳感器17、18設置於主體內部，但各傳感器17、18的設置位置並非限定於此，還可以設置在能測定通過供氣通道供應的空氣壓力和通過排氣通道排出的空氣壓力的其它位置。
如圖3所示，依據本發明所提供的空調裝置具有用於控制裝置的整個運行動作的控制部24。
所述控制部24通過輸入部23接收用戶設定的運行模式、風量、溫度指令，通過室內溫度傳感器21接收室內溫度，通過汙染傳感器22接收室內汙染的相關信息。在此，汙染傳感器22指用於監測室內空氣中所含有的二氧化碳濃度的傳感器或用於監測有害於人體的氣體濃度的傳感器。
控制部24基於汙染傳感器22所監測的室內空氣的汙染狀態來判斷是否進行換氣運行。
當認為需要進行換氣運行時，控制部24向風扇驅動部26傳送控制指令。然後，風扇驅動部26輸出風扇驅動信號，以用於按設定速度驅動供氣風扇13a和排氣風扇13b，。在此，供氣風扇13a的設定速度和排氣風扇13b的設定速度被事先設定存儲於存儲器25中。此時，供氣風扇13a的設定速度和排氣風扇13b的設定速度根據供氣風量和排氣風量而設定。即，供氣風扇的設定速度和排氣風扇的設定速度要使換氣運行時供應的空氣風量和向外部排出的空氣風量均衡。
風扇速度監測傳感器16監測排氣風扇13b的速度並提供給控制部24。並且，供氣壓力傳感器17及排氣壓力傳感器18監測供氣側壓力和排氣側壓力並提供給控制部24。
通過比較供氣通道的風壓和排氣通道的風壓判斷是否需要控制風扇速度而調節風量。例如，當換氣運行時因外部因素導致排氣風扇速度減慢時，由於向外部的排氣量減少而供氣量相對增多，因而為了消除供氣風量和排氣風量不均衡的問題需要控制排氣風扇或供氣風扇的速度，從而使供氣風量和排氣風量變均衡。
雖然本實施例根據供氣壓力傳感器17所監測的供氣壓力和排氣壓力傳感器18所監測的排氣壓力判斷供氣風量和排氣風量是否均衡，如果判斷結果認為處於不均衡狀態，則通過增加或減小排氣風扇13b的速度使供氣風量和排氣風量均衡，但是風量的調節並非限定於控制排氣風扇的速度，可以通過控制供氣風扇的速度或全部控制供氣風扇和排氣風扇速度而使供氣風量和排氣風量均衡。
如圖4所示，換氣運行過程中第一時段(t1)為由於外部氣壓或外部強風使排氣風扇的速度降低的情況，當排氣壓力(P2)比供氣壓力(P1)小到一定程度時，控制部24大幅度增加排氣風扇13b的速度，然後階段性地減小速度而使供氣風量和排氣風量均衡。
第二時段(t2)為由於外部氣壓或外部強風使排氣風扇的速度加快的情況，當排氣壓力(P2)比供氣壓力(P1)大到一定程度時，控制部24大幅度減小排氣風扇13b的速度，然後階段性地增加速度而使供氣風量和排氣風量均衡。
第三時段(t3)為隨著用戶將設定風量從「強風」設定為「弱風」，再次設定供氣風扇的設定速度的情況，當供氣壓力(P1)比排氣壓力(P2)小到一定程度時，控制部24大幅度減小排氣風扇13b的速度，然後階段性地增加速度而使供氣風量和排氣風量均衡。
第四時段(t4)為隨著用戶將設定風量從「弱風」設定為「強風」，再次設定供氣風扇的設定速度的情況，當供氣壓力(P1)比排氣壓力(P2)大到一定程度時，控制部24大幅度增加排氣風扇13b的速度，然後階段性地減小速度而使供氣風量和排氣風量均衡。
為了使供氣風量和排氣風量均衡，控制部24根據供氣壓力和排氣壓力的差計算排氣風扇的目標風扇速度，並通過控制排氣風扇的速度跟蹤所計算的目標風扇速度可以通過下式(式1)表示用於計算排氣風扇目標風扇速度的風扇速度變化量(Fs)Fs＝(C*K1)+[(Cd-Pd)*K2] ------式(1)在此，Cd為(目前的供氣風壓-目前的排氣風壓)，Pd為(以往的供氣風壓-以往的排氣風壓)，K1及K2為係數，分別為5和2。
如圖5所示，減法器24a從目前的風壓偏差(Cd)減去以往的風壓偏差(Pd)，第一乘法器24b在減法器24a的輸出值乘以「2」，第二乘法器24c在目前的風壓偏差Cd上乘以「5」，第一加法器24d用於相加第一乘法器24b和第二乘法器24c的輸出值，第二加法器24e通過相加第一加法器24c的輸出值，即風扇速度變化量(Fs)和通過風扇速度傳感器16監測到的目前的風扇速度而輸出目標風扇速度(Ft)。如此，為了計算目標風扇速度控制部24周期性地向存儲器25存儲根據供氣壓力傳感器和排氣壓力傳感器所計算的風壓偏差，然後當計算下一個目標風扇速度時，作為以往的風壓偏差而提供。
控制部24根據目標風扇速度向風扇驅動部26輸出用於驅動排氣風扇13b的控制指令。風扇驅動部26根據控制指令向排氣風扇13b傳遞用於增加或減小排氣風扇速度的驅動信號。
如此，通過由控制部24每次間隔設定時間(例如，每間隔20秒)反覆進行用於增加或減小排氣風扇速度的動作，並持續到供氣風量和排氣風量均衡，由此進行風量調節。
下面參照圖6說明依據本發明所提供的具有換氣功能的空調裝置的控制方法。
若接通電源，則控制部24判斷運行模式是否為換氣運行模式(30)。如果運行模式為換氣運行模式，則控制部24按設定速度驅動供氣風扇13a和排氣風扇13b(32)。
因此，通過供氣通道11的空氣和通過排氣通道12的空氣通過電熱交換器20進行熱交換，與室內空氣進行熱交換的室外空氣通過供氣通道11供應到室內，與室外空氣進行熱交換的室內空氣通過排氣通道12被排到外部。
進行換氣運行的過程中，供氣壓力傳感器17和排氣壓力傳感器18分別監測供氣壓力和排氣壓力而提供給控制部24，控制部24根據供氣壓力傳感器17和排氣壓力傳感器18所監測的供氣壓力和排氣壓力比較供氣風壓和排氣風壓，由此判斷排氣風壓是否比供氣風壓小到一定程度而發生不均衡現象(36-1)。判斷結果，如果排氣風壓比供氣風壓小到一定程度，則計算目前的風壓偏差(Cd)並將該目前的風壓偏差存儲到存儲器25中(38-1)。控制部24利用目前的風壓偏差(Cd)和存儲於存儲器25的以往的風壓偏差(Pd)按照圖5計算風扇速度變化量(Fs)，然後相加通過風扇速度傳感器16所監測的目前的風扇速度(Fc)而計算目標風扇速度(Ft，40-1)。控制部24根據所計算的目標風扇速度(Ft)向風扇驅動部26傳送用於增加排氣風扇速度的控制指令，由此大幅度增加排氣風扇13b速度之後階段性地減小速度(42-1)。此時，判斷是否經過設定時間(44-1)，判斷結果若沒有經過設定時間，則返回到步驟(42-1)。步驟(44-1)的判斷結果若經過了設定時間，則返回到開始步驟。
步驟(36-1)的判斷結果，如果排氣風壓沒有比供氣風壓小到一定程度，則控制部24判斷排氣風壓是否比供氣風壓大到一定程度而發生不均衡現象(36-2)。步驟(36-2)的判斷結果，如果排氣風壓沒有比供氣風壓大到一定程度，則判斷供氣風壓是否比排氣風壓小到一定程度而發生不均衡現象(36-3)。步驟(36-3)的判斷結果，如果供氣風壓沒有比排氣風壓小到一定程度，則判斷供氣風壓是否比排氣風壓大到一定程度而發生不均衡現象(36-4)。
步驟(36-4)的判斷結果，如果供氣風壓沒有比排氣風壓大到一定程度，即相當於供氣風壓和排氣風壓相同而供氣風量和排氣風量為均衡的狀態，因此為了持續進行換氣運行而進行步驟(32)的動作。
步驟(36-2)的判斷結果，如果排氣風壓比供氣風壓大到一定程度而發生不均衡現象，則控制部24將目前的風壓偏差存儲到存儲器25中(38-2)，並利用目前的風壓偏差(Cd)和存儲於存儲器25的以往的風壓偏差(Pd)按照圖5計算目標風扇速度(Ft，40-2)。控制部24根據所計算的目標風扇速度(Ft)大幅度減小排氣風扇13b速度之後階段性地增加速度(42-2)。控制排氣風扇速度的過程中，判斷是否經過設定時間(44-2)，判斷結果若沒有經過設定時間，則返回到步驟(42-2)，若經過了設定時間，則返回到開始步驟。
步驟(36-3)的判斷結果，如果供氣風壓比排氣風壓小到一定程度而發生不均衡現象時，控制部24將目前的風壓偏差存儲到存儲器25中(38-2)，並利用目前的風壓偏差(Cd)和存儲於存儲器25的以往的風壓偏差(Pd)按照圖5計算目標風扇速度(Ft，40-3)。控制部24根據所計算的目標風扇速度(Ft)大幅度減小排氣風扇13b速度之後階段性地增加速度(42-3)。控制排氣風扇速度的過程中，判斷是否經過設定時間(44-3)，判斷結果若沒有經過設定時間，則返回到步驟(42-3)，若經過了設定時間，則返回到開始步驟。
步驟(36-4)的判斷結果，如果供氣風壓比排氣風壓大到一定程度而發生不均衡現象時，控制部24將目前的風壓偏差存儲到存儲器25中(38-4)，並利用目前的風壓偏差(Cd)和存儲於存儲器25的以往的風壓偏差(Pd)按照圖5計算目標風扇速度(Ft，40-4)。控制部24根據所計算的目標風扇速度(Ft)大幅度增加排氣風扇13b速度之後階段性地減小速度(42-4)。控制排氣風扇速度的過程中，判斷是否經過設定時間(44-4)，判斷結果若沒有經過設定時間，則返回到步驟(42-4)，若經過設定時間，則返回到開始步驟。
根據上述實施例，依據本發明通過換氣運行時的供氣壓力和排氣壓力的比較結果而控制排氣風扇的速度，從而使供氣風量和排氣風量均衡。因此，即使因外部因素發生供氣風量和排氣風量不均衡的現象，也不會使這種狀態持續，而且在較快的時間內可以使供氣風量和排氣風量均衡，由此可以使通過排氣通道排出的室內空氣和通過供氣通道供應到室內的室外空氣在電熱交換器中充分進行熱交換，從而防止換氣運行時因室內溫度急劇變化而使用戶感到不適的現象。
權利要求
1.包含供氣通道、排氣通道、設置於所述供氣通道和所述排氣通道交叉處電熱交換器的一種具有換氣功能的空調裝置，其特徵在於包含設置在所述供氣通道途中的供氣壓力傳感器，以用於監測供氣壓力；設置在所述排氣通道途中的排氣壓力傳感器，以用於監測排氣壓力；設置在所述供氣通道或排氣通道途中的風量調節單元，以用於調節通過通道而供應的風量；控制部，以用於當通過所述供氣通道供應到室內的供氣風量和通過所述排氣通道排到外部的排氣風量之間發生不均衡現象時，基於所述供氣壓力傳感器及所述排氣壓力傳感器所監測的供氣壓力和排氣壓力控制所述風量調節單元。
2.根據權利要求1所述的空調裝置，其特徵在於還包含設置在所述供氣通道途中的供氣風扇、設置在所述排氣通道途中的排氣風扇，並且將所述供氣風扇及所述排氣風扇之中的至少一個設定為所述風量調節單元。
3.根據權利要求2所述的空調裝置，其特徵在於所述控制部控制被設定為所述風量調節單元的至少一個風扇的速度，以用於使所述供氣風量和排氣風量均衡。
4.根據權利要求2所述的空調裝置，其特徵在於將所述排氣風扇設定為所述風量調節單元。
5.根據權利要求4所述的空調裝置，其特徵在於還包含用於監測所述排氣風扇速度的風扇速度傳感器，所述控制部根據由供氣壓力和排氣壓力所計算的風扇速度變化量和由所述風扇速度傳感器所監測的風扇速度來計算所述排氣風扇的目標風扇速度，並控制所述排氣風扇的速度為跟蹤所計算的目標風扇速度。
6.根據權利要求4所述的空調裝置，其特徵在於所述控制部根據式1計算所述風扇速度變化量Fs，Fs＝(C*K1)+[(Cd-Pd)*K2] ------式(1)在此，Cd為(目前的供氣風壓-目前的排氣風壓)，Pd為(以往的供氣風壓-以往的排氣風壓)，K1及K2為係數。
7.根據權利要求6所述的空調裝置，其特徵在於還包含存儲器，以用於存儲所述供氣壓力減去所述排氣壓力的風壓偏差。
8.通過供氣通道的室外空氣和通過排氣通道的室內空氣在電熱交換器中進行熱交換的一種具有換氣功能的空調裝置的控制方法，其特徵在於包含步驟進行換氣運行的過程中，判斷通過所述供氣通道供應到室內的供氣風量和通過所述排氣通道排到外部的排氣風量之間是否發生不均衡現象；當所述供氣風量和所述排氣風量之間發生不均衡現象時，控制設置在所述供氣通道或所述排氣通道的風量調節單元，以用於使所述供氣風量和所述排氣風量均衡。
9.根據權利要求8所述的空調裝置的控制方法，其特徵在於判斷所述不均衡現象是根據所述供氣通道的供氣壓力和所述排氣通道的排氣壓力的差值而決定的。
10.根據權利要求8所述的空調裝置的控制方法，其特徵在於將設置在所述供氣通道途中的供氣風扇和設置在所述排氣通道途中的排氣風扇之中的至少一個風扇設定為所述風量調節單元時，通過控制被設定為所述風量調節單元的至少一個風扇速度而消除所述不均衡現象。
11.根據權利要求10所述的空調裝置的控制方法，其特徵在於所述風扇速度的控制為根據通過所述供氣壓力傳感器所監測的供氣壓力和所述排氣壓力傳感器所監測的排氣壓力而計算的所述風扇速度變化量和所述風扇目前的風扇速度來計算目標風扇速度，並增加或減小所述風扇速度，以使其跟蹤所計算的目標風扇速度。
12.根據權利要求11所述的空調裝置的控制方法，其特徵在於所述風扇速度變化量為周期性地計算及存儲相當於供氣風壓和排氣風壓之差的風壓偏差，並通過目前的風壓偏差和所存儲的以往的風壓偏差而獲得。
全文摘要
本發明所提供的具有換氣功能的空調裝置，包含設置在供氣通道途中的供氣壓力傳感器，以用於監測供氣壓力；設置在排氣通道途中的排氣壓力傳感器，以用於監測排氣壓力；設置在供氣通道或排氣通道途中的風量調節單元，以用於調節通過通道而供應的風量；控制部，以用於當供氣風量和排氣風量之間發生不均衡現象時，基於供氣壓力傳感器及排氣壓力傳感器所監測的供氣壓力和排氣壓力控制風量調節單元。因此，即使因外部因素發生供氣風量和排氣風量不均衡的現象，也會在較快的時間內使其均衡，由此可以使室內空氣和室外空氣在電熱交換器中充分進行熱交換而防止換氣運行時因室內溫度急劇變化而使用戶感到不適的現象。
文檔編號F24H3/02GK1982797SQ20061006673
公開日2007年6月20日 申請日期2006年4月7日 優先權日2005年12月15日
發明者河兌勳 申請人:三星電子株式會社