一种高精度船舶空调电加热布风器用温控系统和温控方法
【专利摘要】本发明涉及船舶空调电加热布风器，属于船舶空调领域。一种高精度船舶空调电加热布风器用温控系统，其特征在于包括安装在船舶舱室顶的电加热布风器，布风器的垂直出风口朝下，水平回风口连接到热风管道，所述热风管道连通每个舱室顶的电加热布风器，所述热风管道通过船舶空调系统出口对舱室进行热回风，在舱室的墙壁上设置有温度控制器，所述温度控制器与所述电加热布风器的垂直出风口间隔一定距离；所述温度控制器包括温度采集模块，采集舱室内或受控区域空气温度信号，温度控制模块的单片机接收到采集的温度电压信号后，计算出所述电加热布风器的加热元件需要的加热电压，然后通过可控硅输出电路控制输出该电压到连接的加热元件两端。
【专利说明】一种高精度船舶空调电加热布风器用温控系统和温控方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及船舶空调电加热布风器，尤其涉及一种高精度船舶空调电加热布风器用温控系统和温控方法。
【背景技术】
[0002]现有船用空调以采用电加热布风器为主，对电加热布风器进行温度控制的温控器多采用机械开关式控制电加热部件，即通过采集室内温度，比对设定值后，输出通或断信号给电加热部件，电加热部件通电时，进行完全的加热，而断电时就不再加热，由于电加热部件热惯性大，而且只有加热和不加热两种控制，导致此种快速通断的二位式控制精度低，温度波动较大，温差较大。而且采用电加热布风器易出现周边区域温度较高，稍远一些区域温度较低的不均匀状况。
[0003]而现在欧洲一些标准，对于船舱内一间舱室内的垂直温差要求较高，尤其是挪威船级社，在上下垂直温差的要求是整体温差在2°C内。目前的机械式温控器虽然最低温控调节档位为1°C，即设定温度的土TC，因为温控器设置在相当于人体高度处，如此虽然看上去在要求的垂直温差在2°C内，但是实际上因为机械式旋钮自身存在的精度问题，以及加热不均匀，流通循环不畅等造成温控的温差控制的范围实际上会有差异，再加上为保证±1°C导致温控器快速通断电加热部件，热惯性及控制器的反应速度等，都会影响到温度的变化，因此实际上根本无法达到垂直温差2°C的要求。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种高精度船舶空调电加热布风器用温控系统和温控方法，解决现在的电加热布风器温控器多采用机械开关和快速通断电控制，控制精度低，温度波动大，不能达到温差要求的缺陷。
[0005]技术方案
[0006]一种高精度船舶空调电加热布风器用温控系统，其特征在于包括:安装在船舶上舱室顶的电加热布风器，布风器的垂直出风口朝下，水平回风口连接到热风管道，所述热风管道连通每个舱室顶的电加热布风器，并连接至风机，在舱室外设置有与舱室连通的过道，在过道内设置有循环回风口，将舱室的循环热风吸收后进行回风，所述循环回风口连通回风管道，所述回风管道通过风机连通热风管道，在舱室的墙壁上设置有温度控制器，所述温度控制器与所述电加热布风器的垂直出风口间隔一定距离，设置在循环风道上；
[0007]所述温度控制器包括温度采集模块，温度控制模块和输出控制模块，所述温度采集模块采用钼电阻温度传感器，采集舱室内或受控区域空气温度信号，获得温度对应的电阻参数，经过电路转换成温度电压信号，所述温度控制模块包括单片机，单片机接收到采集的温度电压信号后，经过PID控制算法计算出所述电加热布风器的加热元件需要的加热电压，控制所述输出控制模块的可控硅电路，通过控制和调整可控硅导通角对应的脉冲宽度对电压进行截波从而获得需要的电压，并控制该电压输出到连接的所述电加热布风器的加热元件两端，控制加热元件加热功率，确保受控区域内的空气温度波动在受控范围内。
[0008]进一步，所述温度控制器的温度采集模块设置有多个，分别独立安装在舱室的不同墙壁或墙壁的不同高度上，所述单片机接收到多个温度电压信号后，经过平均或比例调整后，再采用PID控制算法计算出所述电加热布风器的加热元件需要的加热电压。
[0009]进一步，所述单片机通过控制可控硅导通角从而获得需要的电压是采用单片机根据计算得到的电压要求，给可控硅的控制阳极输出一计算获得的宽度的触发脉冲，对正弦波的电压实现截波，获得需要的电压。
[0010]进一步，所述温度控制器还包括显示模块，连接LED显示屏，与温度采集模块连接，显示当前温度。
[0011]进一步，所述温度控制器还包括输入模块，连接触摸式输入按键，与所述温度控制模块连接。
[0012]进一步，所述温度采集模块将获得温度对应的电阻参数，经过电路转换成电压信号后再经过运算放大器转变成单片机可以接收的电压信号。
[0013]一种应用于上述的温控系统的温控方法，其特征在于包括以下步骤:①开启船舶空调系统和电加热布风器及相连的温度控制器，并在所述温度控制器中输入设定目标温度值和PID控制参数，电加热布风器将热风从垂直出风口向下吹出，通过舱室房门下部的百叶或房门的间隙流通到与舱室连通的过道内，过道的循环回风口将热回风再循环至电加热布风器；
[0014]②所述钼电阻温度传感器采集受控区域的温度信号，获得温度对应的电阻参数，经过电路转换成温度电压信号；
[0015]③该温度电压信号经过运算放大器后转变成单片机可以接收的电压信号；
[0016]④单片机通过PID控制算法，第一步计算出电加热布风器的电加热元件需要的加热电压，第二步计算出输出控制模块的可控硅的导通角对应的脉冲宽度；
[0017]⑤接着根据计算出的加热电压和脉冲宽度，单片机给可控硅的控制阳极输出一计算获得的宽度的触发脉冲，对正弦波的电压实现斩波，获得需要的供电电压；
[0018]⑥加热元件在此供电电压下工作，达到预定功率；
[0019]⑦所述电加热布风器在工作中，在受到热回风影响的同时加热元件受到无极控制，使受控区域内的空气温度逐渐上升或下降，趋近直至达到设定的温度值；
[0020]⑧所述钼电阻温度传感器实时监测受控区域温度，当温度发生变化时，重复步骤
②?⑧。
[0021]进一步，所述步骤③中，单片机接收信号后，如果输入为多个钼电阻温度传感器的多个电压信号，则可以采用平均电压或以位置为比例计算出的电压。
[0022]有益效果
[0023]本发明的高精度船舶空调电加热布风器用温控系统和温控方法采用包括舱室，过道，循环管道在内的上下以及空间整体的立体式热循环，和在温控器中采用可控硅电路控制加热元件的电压平缓无极控制，克服了现在船舶上采用电加热布风器时立体均匀性差，以及温度控制只有加热元件开关控制，精度不高的缺陷，实现加热元件平滑和实时控制，立体送风，从而使整个舱室的垂直温差很小，均匀性高，而且实现实时的温度控制精度很高，对提高舱室内温差要求的对角线温差等各项指标均有贡献，而且节约能源，减少电力消耗。【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明温控系统示意图。
[0025]图2为本发明的电加热布风器的剖视图。
[0026]图3为图2中A-A向示意图。
[0027]图4为本发明的电路示意框图。
[0028]图5为本发明电路中输出控制模块的电路原理示意图。
[0029]图6为本发明的控制流程示意图。
[0030]其中:1-舱室，2-电加热布风器，3-热风管道，4-温度控制器，5-房门，6_过道，7-循环回风口，8-回风管道，21-电加热元件，22-垂直出风口，23-水平回风口，24-出风挡板。
【具体实施方式】
[0031 ] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
[0032]因为船舶节省空间的要求，现在的船舶空调采用电加热布风器的比较多，因为电加热布风器占地面积小，高度低，使用方便，缺点就是比较粗糙，温度控制精度低，方式只有简单的打开或关断加热元件的开关一种。
[0033]本发明公开一种高精度船舶空调电加热布风器用温控系统，包括:安装在船舶上舱室顶的电加热布风器，布风器的垂直出风口朝下，水平回风口连接到热风管道，所述热风管道连通每个舱室顶的电加热布风器，并连接至风机，在舱室外设置有与舱室连通的过道，在过道内设置有循环回风口，将舱室的循环热风吸收后进行回风，所述循环回风口连通回风管道，所述回风管道通过风机连通热风管道，在舱室的墙壁上设置有温度控制器，所述温度控制器与所述电加热布风器的垂直出风口间隔一定距离，设置在循环风道上，见附图1示意截取的部分舱室的温控系统。
[0034]整个系统的热循环通道为:电加热布风器加热后将热风从垂直出风口向下吹出，通过舱室房门下部的百叶或房门的间隙流通到与舱室连通的过道内，过道的循环回风口通过回风管道，风机，热风管道和水平回风口将热回风再循环至电加热布风器。经过整个循环，电加热布风器的热风迅速在舱室和过道内流通循环，使得热风很快实现上下垂直的均匀加热，且使整个系统内的温度保持稳定。
[0035]所述温度控制器包括温度采集模块，温度控制模块和输出控制模块，所述温度采集模块采用精度为0.1°C或更高精度的PT100钼电阻温度传感器，采集舱室内或受控区域空气温度信号，获得温度对应的电阻参数，经过电路转换成温度电压信号，所述温度控制模块包括单片机，单片机接收到采集的温度电压信号后，经过PID控制算法计算出所述电加热布风器的加热元件需要的加热电压，控制所述输出控制模块的可控硅电路，通过控制可控硅导通角对应的脉冲宽度对电压进行截波从而获得需要的电压，并控制该电压输出到连接的所述电加热布风器的加热元件两端，控制加热元件加热功率，确保受控区域内的空气温度波动在受控范围内。PID参数数值可根据电路计算或根据实际测得的温度与电阻电压的关系进行输入调整。
[0036]温度控制器的电路主要采用STC12C5410单片机作为主控，以M0C3023作为光耦，触发控制可控娃BTA26输出。所述输出控制模块的电路原理如附图5不意。
[0037]所述温度控制器的温度采集模块可以设置有多个，分别独立安装在舱室的不同墙壁或墙壁的不同高度上，所述单片机接收到多个温度电压信号后，经过平均后，再采用PID控制算法计算出所述电加热布风器的加热元件需要的加热电压。
[0038]所述温度采集模块将获得温度对应的电阻参数，经过电路转换成电压信号后再经过运算放大器转变成单片机可以接收的电压信号。
[0039]所述单片机通过控制可控硅导通角从而获得需要的电压是采用单片机根据计算得到的电压要求，给可控硅的控制阳极输出一计算获得的宽度的触发脉冲，对正弦波的电压实现截波，获得需要的电压。
[0040]所述温度控制器还包括显示模块，连接LED显示屏，与温度采集模块连接，显示当iu温度。
[0041]所述温度控制器还包括输入模块，连接触摸式输入按键，与所述温度控制模块连接。
[0042]应用本温控系统的温控方法，采用以下步骤:①开启船舶空调系统和电加热布风器及相连的温度控制器，并在所述温度控制器中输入设定目标温度值和PID控制参数；
[0043]②所述钼电阻温度传感器采集受控区域的温度信号，获得温度对应的电阻参数，经过电路转换成温度电压信号；
[0044]③该温度电压信号经过运算放大器后转变成单片机可以接收的电压信号，单片机接收信号后，如果输入为多个钼电阻温度传感器的多个电压信号，则可以采用平均电压或以位置为比例计算出的电压；
[0045]④单片机通过PID控制算法，第一步计算出电加热布风器的电加热元件需要的加热电压，第二步计算出输出控制模块的可控硅的导通角对应的脉冲宽度；
[0046]⑤接着根据计算出的加热电压和脉冲宽度，单片机给可控硅的控制阳极输出一计算获得的宽度的触发脉冲，对正弦波的电压实现斩波，从而获得需要的供电电压；
[0047]⑥加热元件在此供电电压下工作，达到预定功率；
[0048]⑦所述电加热布风器在工作中，在受到热回风影响的同时加热元件受到无极控制，使受控区域内的空气温度逐渐上升或下降，趋近直至达到设定的温度值；
[0049]⑧所述钼电阻温度传感器实时监测受控区域温度，当温度发生变化时，重复步骤
②?⑧。
[0050]本发明的温控系统和温控方法采用包括舱室，过道，循环管道在内的上下以及空间整体的立体式热循环，和在温控器中采用可控硅电路控制加热元件的电压平缓无极控制，实现加热元件平滑和实时控制，立体送风，从而使整个舱室的垂直温差很小，均匀性高，而且实现实时的温度控制精度很高，对提高舱室内温差要求的对角线温差等各项指标均有贡献，而且节约能源，减少电力消耗，采用电加热布风器和管道及温控器就能达到很好的效果O
[0051]温度和湿度是船舶空调中最关键的两大控制参数，经过国防科技工业3411 二级计量站的校准试验，采用本发明的技术方案的温控器和温控系统温度控制精度达到±0.5°C，大大高于现有温度控制精度。
【权利要求】
1.一种高精度船舶空调电加热布风器用温控系统，其特征在于包括:安装在船舶上舱室顶的电加热布风器，布风器的垂直出风口朝下，水平回风口连接到热风管道，所述热风管道连通每个舱室顶的电加热布风器，并连接至风机，在舱室外设置有与舱室连通的过道，在过道内设置有循环回风口，将舱室的循环热风吸收后进行回风，所述循环回风口连通回风管道，所述回风管道通过风机连通热风管道，在舱室的墙壁上设置有温度控制器，所述温度控制器与所述电加热布风器的垂直出风口间隔一定距离，设置在循环风道上； 所述温度控制器包括温度采集模块，温度控制模块和输出控制模块，所述温度采集模块采用精度为0.rc或更高精度的钼电阻温度传感器，采集舱室内或受控区域空气温度信号，获得温度对应的电阻参数，经过电路转换成温度电压信号，所述温度控制模块包括单片机，单片机接收到采集的温度电压信号后，经过PID控制算法计算出所述电加热布风器的加热元件需要的加热电压，控制所述输出控制模块的可控硅电路，通过控制和调整可控硅导通角对应的脉冲宽度对电压进行截波从而获得需要的电压，并控制该电压输出到连接的所述电加热布风器的加热元件两端，控制加热元件加热功率，确保受控区域内的空气温度波动在受控范围内。
2.如权利要求1所述的高精度船舶空调电加热布风器用温控系统，其特征在于:所述温度控制器的温度采集模块设置有多个，分别独立安装在舱室的不同墙壁或墙壁的不同高度上，所述单片机接收到多个温度电压信号后，经过平均或比例调整后，再采用PID控制算法计算出所述电加热布风器的加热元件需要的加热电压。
3.如权利要求1或2所述的高精度船舶空调电加热布风器用温控系统，其特征在于:所述单片机通过控制可控硅导通角从而获得需要的电压是采用单片机根据计算得到的电压要求，给可控硅 的控制阳极输出一计算获得的宽度的触发脉冲，对正弦波的电压实现截波，获得需要的电压。
4.如权利要求1或2所述的高精度船舶空调电加热布风器用温控系统，其特征在于:所述温度控制器还包括显示模块，连接LED显示屏，与温度采集模块连接，显示当前温度。
5.如权利要求4所述的高精度船舶空调电加热布风器用温控系统，其特征在于:所述温度控制器还包括输入模块，连接触摸式输入按键，与所述温度控制模块连接。
6.如权利要求1或2所述的高精度船舶空调电加热布风器用温控系统，其特征在于:所述温度采集模块将获得温度对应的电阻参数，经过电路转换成电压信号后再经过运算放大器转变成单片机可以接收的电压信号。
7.如权利要求1或2所述的高精度船舶空调电加热布风器用温控系统，其特征在于:所述电加热布风器的垂直出风口下方，平行于垂直出风口设置有出风挡板，热风从出风挡板的四周向舱室四周散发。
8.一种应用于如权利要求1所述的温控系统的温控方法，其特征在于包括以下步骤:①开启船舶空调系统和电加热布风器及相连的温度控制器，并在所述温度控制器中输入设定目标温度值和PID控制参数，电加热布风器将热风从垂直出风口向下吹出，通过舱室房门下部的百叶或房门的间隙流通到与舱室连通的过道内，过道的循环回风口将热回风再循环至电加热布风器； ②钼电阻温度传感器采集受控区域的温度信号，获得温度对应的电阻参数，经过电路转换成温度电压信号；③该温度电压信号经过运算放大器后转变成单片机可以接收的电压信号；④单片机通过PID控制算法，第一步计算出电加热布风器的电加热元件需要的加热电压，第二步计算出输出控制模块的可控硅的导通角对应的脉冲宽度； ⑤接着根据计算出的加热电压和脉冲宽度，单片机给可控硅的控制阳极输出一计算获得的宽度的触发脉冲，对正弦波的电压实现斩波，获得需要的供电电压； ⑥加热元件在此供电电压下工作，达到预定功率； ⑦所述电加热布风器在工作中，在受到热回风影响的同时加热元件受到无极控制，使受控区域内的空气温度逐渐上升或下降，趋近直至达到设定的温度值； ⑧所述钼电阻温度传感器实时监测受控区域温度，当温度发生变化时，重复步骤②~⑧。
9.如权利要求7所述的温控方法，其特征在于:所述步骤③中，单片机接收信号后，如果输入为多个钼电阻温度传感器的多个电压信号，则可以采用平均电压或以位置为比例计算出的 电压。
【文档编号】B63J2/12GK103818541SQ201410016887
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年1月15日 优先权日:2014年1月15日
【发明者】王根德, 郭旭峰, 顾丰龙 申请人:丹华奥斯科船舶设备（上海）有限公司