CN101684961B - 混风式空气调节器及其控制系统 - Google Patents

Abstract

一种混风式空气调节器，包括柜体(1)、进风阀(2)、回风阀(4)和风机(7)，柜体(1)的三个侧面上依次设有引入室外新风的进风口(8)、引入室内循环风的回风口(9)和风机(7)的出风口(10)，进风阀(2)、回风阀(4)、风机(7)分别设置在进风口(8)、回风口(9)和出风口(10)的内侧，柜体(1)的内部空间为混风室(12)，其特征在于：所述进风阀(2)和回风阀(4)分别配备有第一舵机(3)和第二舵机(5)，所述舵机(3、5)分别通过舵机传动机构(11)将动力传送到进风阀(2)和回风阀(4)，使得进风阀(2)、回风阀(4)根据控制信号调节开度。

Description

混风式空气调节器及其控制系统

技术领域

本发明涉及一种混风式空气调节器，尤其涉及一种对室内空气的温度进行调节的混风式空气调节器。本发明还涉及一种对混风式空气调节器进行控制的控制系统。

背景技术

电信机房内的设备工作在一个相对密闭的环境，大量设备在运行时会产生大量的热量，由于无法与室外空气进行热交换，该发热量通常只能依靠机房空调制冷来进行温度控制。在不同季节，尽管机房室内外温差较大，比如冬季室内外温差可达30℃以上，但是由于机房是密闭的，室内温度仍然很高，因此空调仍处于制冷状态，这将严重损耗电能，并使空调机的寿命缩短。

公开号为CN1398156A的中国专利公开了一种室外风混风式空气冷却机，该冷却机在保温柜体的上方设有引入室外新风的进风口和室内循环风的进风口，两进风口的内侧为室内外混合风室，在柜体中部的风机室下方设有隔板，风机安装在隔板上，风机的出风口与隔板上的风口相通，保温柜体的下方设有出风口，在两个进风口上分别设有电动调节阀。进风口的内侧设有过滤器。混合风室的下方设有过滤器。在出风口的内侧设有湿膜加湿机。该冷却机解决了已有的电信机房常年用空调进行冷却、降温所存在的耗电量高、空调机使用寿命短、更新和维修费用高以及污染环境的问题。但是该专利没有对冷却机的执行机构进行具体说明，只是提及通过调节电动调节阀的阀开度来控制混合风的温度和湿度。当需要对机房温度进行精确控制时，选择合适的控制机构显得尤为重要。选择合适的执行机构不仅能精确控制机房温度，还能够进一步降低电能损耗，并节省系统成本。

授权公开号为2921668Y的中国专利也公开了一种机房用空调机，该空调机将室外新风与室内空气混合控制技术与机房专用空调压缩机制冷装置有机地结合为一体，当室外温度适合时，利用室外新风制冷；当室外温度不适合时，利用压缩机制冷装置制冷。然而该专利也没有对电动调节阀的具体结构进行说明。通常的电动调节阀体积大、精度低，这将影响到整个系统的体积、控制精度和运行成本。另外，该专利采用PLC工控机进行控制，增加了系统成本，也限制了系统功能的升级。

发明内容

本发明旨在解决上述现有技术中的问题，通过选用合适的执行机构，减小混风式空气调节器的整体体积，提高控制精度，并降低运行成本。

本发明还旨在在低成本、高精度、高兼容性的控制器的基础上构建完整、可靠的控制系统，以实现机房温湿度调节的精确性和可靠性。

本发明为达到上述目的所采用的技术方案为：

一种混风式空气调节器，包括柜体1、进风阀2、回风阀4和风机7，柜体1的三个侧面上依次设有引入室外新风的进风口8、引入室内循环风的回风口9和风机7的出风口10，进风阀2、回风阀4、风机7分别设置在进风口8、回风口9和出风口10的内侧，柜体1的内部空间为混风室12，其特征在于：所述进风阀2和回风阀4分别配备有第一舵机3和第二舵机5，所述舵机3、5分别通过舵机传动机构11将动力传送到进风阀2和回风阀4，使得进风阀2、回风阀4根据控制信号调节开度。

优选地，所述舵机3、5分别安装在进风阀2、回风阀4的侧面上。

优选地，所述柜体1的内侧设置有消音材料。

优选地，在所述进风口8与进风阀2之间设有过滤网6。

优选地，在所述混风室12靠近风机7侧设有过滤网16。

优选地，所述舵机动力传动机构11的结构为：舵机的输出轴22固定于凸轮21的中心，连杆23的一端固定于凸轮21的外周，连杆23的另一端与与摆动连杆24可枢转地连接，该摆动连杆24上连接有阀门叶片连接件25，当舵机输出轴22转动时，连杆23带动摆动连杆24摆动，该摆动引起阀门叶片连接件25的运动，进而带动叶片在0-90度之间转动，从而调节进风阀和/或回风阀的阀门开度。

本发明还公开了混风式空气调节器的控制系统，该控制系统由远程控制端和风机控制器组成，其中远程控制端和风机控制器由RS485总线连接，所述远程控制端由微处理器、液晶显示电路、输入按键、第一信号隔离驱动电路以及第一转换电路组成，所述风机控制器由微处理器、A/D转换电路、信号调理电路、第二信号隔离驱动电路及第二转换电路组成，当控制系统工作时，首先在远程控制端通过输入按键对调节目标进行数值设定，设定好之后，启动远程监控程序，每隔一定时间远程控制端通过RS485总线向风机控制器发送查询命令，风机控制器接收到查询命令，在判断接收到的查询命令的数据格式正确无误后，通过传感器采集室外温湿度、室内温湿度、混风区温湿度，并将采集的数据通过RS485总线发回给远程控制端，远程控制端接收到风机控制器的数据之后，先判断数据格式，在判断数据格式无误后，将接收到的数据在液晶显示屏上进行显示，同时由远程控制端的微处理器程序内的模糊控制算法对数据进行处理，得到在当前状态下对风机应当采取的控制结果，并将该结果转换为一组控制命令，通过RS485总线发送给风机控制器，风机控制器接收到控制命令之后对接收到的数据格式进行判断，在数据判断无误后，风机控制器根据控制命令通过信号隔离驱动电路控制风机的打开或关闭、进风阀的开度以及回风阀的开度，从而将室外的低温空气吸入到室内并与回风阀所吸入的室内空气进行混风。

所述第一转换电路或第二转换电路将微处理器的串口信号转成RS485信号进行数据交换。

所述远程控制端通过RS485总线向风机控制器发送查询命令的周期为1秒钟。

本发明由于采用舵机作为动力执行元件，因此提高了混风式空气调节器的集成度，并且由于舵机大扭矩、高精度的特点，实现了机房温湿度的精确控制，减少了用电量，降低了运行成本。

本发明的控制系统还实现了远程监控功能，运行可靠，操作方便。

附图说明

图1是本发明的混风式空气调节器的结构示意图。

图2是本发明的混风式空气调节器的舵机动力传动机构的结构示意图。

图3是本发明的混风式空气调节器的控制系统框图。

图4是本发明的混风式空气调节器的控制信号逻辑图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的混风式空气调节器及其控制系统进行具体说明。

图1是本发明的混风式空气调节器的结构示意图。该混风式空气调节器包括柜体1、进风阀2、回风阀4和风机7，柜体1的三个侧面上依次设有引入室外新风的进风口8、引入室内循环风的回风口9和风机7的出风口10。进风阀2设置在进风口8的内侧，回风阀4设置在回风口9的内侧，风机7设置在出风口10的内侧。进风阀2、回风阀4分别配备有第一舵机3和第二舵机5。所述舵机3、5分别通过舵机传动机构11将动力传送到进风阀2和回风阀4，使得进风阀2、回风阀4可以根据控制信号调节开度。由于舵机的体积较小，舵机3、5可以分别安装在进风阀2、回风阀4的侧面上，从而提高动力传递效率。柜体1的内部空间可以作为混风室12，在该混风室12内，从进风口8引入的室外新风与从回风口9引入的室内循环风进行充分混合，由于室内循环风温度较高，该混风过程可以防止夹带在新风中的水分发生冷凝。

为了减小混风式空气调节器工作时候的噪音，可以在柜体的内侧设置消音材料，例如海绵等。

为了防止污染，在进风口8与进风阀2之间还设有过滤网6。为了防止尘土等污染物进入到风机7中，还可以在混风室12靠近风机7侧设置过滤网16。

当本发明的混风式空气调节器工作时，风机7的运转在混风室12内形成负压。当进风阀2、回风阀4均打开时，该负压将使得室外新风和室内循环风进入到混风室内，从而进行混风作用。经过混风作用后的混风再通过风机出风口10排出本混风式空气调节器，并进入到电信机房。由于该过程无需采用压缩机等制冷装置，而是利用室内外温差进行空气调节，因此可以极大地降低能耗。

在本发明中采用舵机作为混风式空气调节器的阀门开度调节的动力执行机构。舵机主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。其工作原理是由控制器发出讯号给舵机，经由电路板上的IC判断转动方向，再驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已经到达定位。位置检测器其实就是可变电阻，当舵机转动时电阻值也会随之改变，藉由检测电阻值便可知转动的角度。一般的伺服马达是将细铜线缠绕在三极转子上，当电流流经线圈时便会产生磁场，与转子外围的磁铁产生排斥作用，进而产生转动的作用力。依据物理学原理，物体的转动惯量与质量成正比，因此要转动质量愈大的物体，所需的作用力也愈大。舵机为求转速快、耗电小，于是将细铜线缠绕成极薄的中空圆柱体，形成一个重量极轻的五极中空转子，并将磁铁置於圆柱体内，这就是无核心马达。由于舵机具有精度高、扭矩大的特点，所以能够使得本发明的混风式空气调节器实现高精度、大功率地运行。

图2给出了舵机动力传动机构11的结构示意图。图2(a)中，阀门处于关闭位置，图2(b)中，阀门处于完全打开位置。如图所示，舵机3、5的输出轴22固定于凸轮21中心，连杆23的一端固定于凸轮21的外周，连杆23的另一端与与摆动连杆24可枢转地连接，该摆动连杆24上连接有阀门叶片连接件25。

当控制器发出讯号给舵机时，舵机输出轴22转动，带动凸轮21转动，从而连杆23带动摆动连杆24摆动，该摆动引起阀门叶片连接件25的运动，进而带动叶片在0-90度之间转动，从而调节进风阀和/或回风阀的阀门开度。

该舵机动力传动机构结构紧凑，可以与舵机装载在一起，以实现系统的精确控制。

图3给出了本发明的混风式空气调节器的控制系统框图。该控制系统由远程控制端和风机控制器组成，其中远程控制端和风机控制器由RS485总线连接，所述远程控制端由微处理器、液晶显示电路、输入按键、第一信号隔离驱动电路以及第一转换电路组成，由于串口的传输距离有限，无法满足远程控制端和风机控制器之间的距离传输，因此需要利用转换电路将微处理器的串口信号转换成RS485信号进行传输，所述风机控制器由微处理器、A/D转换电路、信号调理电路、第二信号隔离驱动电路及第二转换电路组成，当控制系统工作时，首先在远程控制端通过输入按键对调节目标(混风区的温湿度)进行数值设定，设定好之后，启动远程监控程序，每隔1秒远程控制端通过RS485总线向风机控制器发送查询命令，风机控制器接收到查询命令，在判断接收到的查询命令的数据格式正确无误后，通过传感器采集室外温湿度、室内温湿度、混风区温湿度，并将采集的数据通过RS485总线发回给远程控制端，远程控制端接收到风机控制器的数据之后，先判断数据格式，在判断数据格式无误后，将接收到的数据在液晶显示屏上进行显示，同时由远程控制端的微处理器程序内的模糊控制算法对数据进行处理，得到在当前状态下对风机应当采取的控制结果，并将该结果转换为一组控制命令，通过RS485总线发送给风机控制器，风机控制器接收到控制命令之后对接收到的数据格式进行判断，在数据判断无误后，风机控制器根据控制命令通过信号隔离驱动电路控制风机的打开或关闭，进风阀的开度以及回风阀的开度，从而达到将冬季室外的低温空气吸入到室内并与回风阀所吸入的室内空气进行混风。

图4是本发明的混风式空气调节器的控制信号逻辑图。舵机控制方法主要是通过PWM脉宽调制来实现0-180度的转动，也可以称为-90度-+90度的转动。本实施方式中采用的Futaba舵机的信号为0.5ms对应0度，2.5ms对应180度，即1.5ms±1.0ms对应着0-180度。

当需要转0度时，给出如图4(a)所示的脉冲信号。当需要转180度时，给出如图4(b)所示的脉冲信号。由于1.5ms±1.0ms对应着0-180度，因此可以根据控制需要调节信号，以实现0-180度中的任何角度。在本实施方式中，角度范围在0-90度就可以实现阀门从关闭到完全打开，从而实现混风式空气调节器高精度地运作。

尽管本发明只是以一些形式得以表示，对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明范围的情况下，本发明可以有不同的变形。

Claims (5)

1.一种混风式空气调节器，包括柜体(1)、进风阀(2)、回风阀(4)和风机(7)，柜体(1)的三个侧面上依次设有引入室外新风的进风口(8)、引入室内循环风的回风口(9)和风机(7)的出风口(10)，进风阀(2)、回风阀(4)、风机(7)分别设置在进风口(8)、回风口(9)和出风口(10)的内侧，柜体(1)的内部空间为混风室(12)，其特征在于：所述进风阀(2)和回风阀(4)分别配备有第一舵机(3)和第二舵机(5)，所述舵机(3、5)分别通过舵机动力传动机构(11)将动力传送到进风阀(2)和回风阀(4)，使得进风阀(2)、回风阀(4)根据控制信号调节开度，所述舵机动力传动机构(11)的结构为：舵机的输出轴(22)固定于凸轮(21)的中心，连杆(23)的一端固定于凸轮(21)的外周，连杆(23)的另一端与与摆动连杆(24)可枢转地连接，该摆动连杆(24)上连接有阀门叶片连接件(25)，当舵机输出轴(22)转动时，连杆(23)带动摆动连杆(24)摆动，该摆动引起阀门叶片连接件(25)的运动，进而带动阀门的叶片在0-90度之间转动，从而调节进风阀和/或回风阀的阀门开度。

2.根据权利要求1所述的混风式空气调节器，其特征在于：所述舵机(3、5)分别安装在进风阀(2)、回风阀(4)的侧面上。

3.根据权利要求1或2所述的混风式空气调节器，其特征在于：所述柜体(1)的内侧设置有消音材料。

4.根据权利要求1-2中任一项所述的混风式空气调节器，其特征在于：在所述进风口(8)与进风阀(2)之间设有过滤网(6)。

5.根据权利要求1或2所述的混风式空气调节器，其特征在于：在所述混风室(12)靠近风机(7)侧设有过滤网(16)。 

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