CN102606060B - 一种南极天文观测站发电舱的温控智能窗控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种南极天文观测站发电舱的温控智能窗控制装置，包括窗体以及设置在窗体上的窗户卷帘，还包括主动式温控模块和强制式温控模块，所述的主动式温控模块包括感温包、毛细管、滑道、滑块和连杆，所述的连杆的一端与所述的窗户卷帘下端连接，连杆的另一端与所述的滑块连接，所述的滑块设置在所述的滑道内，在滑道的下端连接所述的毛细管，毛细管的另一端连接所述的感温包，在所述的感温包内设置有受热蒸发的制冷剂，感温包的上端经毛细管与所述的滑道连通。本发明主动式温控模块，采用气液相变产生的能量推动窗户开关，较电动传动方式节约了电能源消耗，且稳定性高。

Description

一种南极天文观测站发电舱的温控智能窗控制装置

技术领域

本发明涉及一种应用于南极天文观测站发电舱的温控智能窗控制装置。

背景技术

为建设我国首座独立设计、制造和运行管理与维护的南极自动天文观测站，实现在南极开展自动天文观测和其他科学探测，需突破高原极寒地区无人值守自动天文观测站的许多关键技术，其中电源保障是由置于发电舱内的发电设备实现。由于南极地处高原极寒地区，年平均气温较低为-58.5℃且夏季和冬季温差大，因而为天文观测站提供电力的发电仪器设备需放置发电舱中，发电舱因有较好的绝热保温性能。在设计发电舱的保温性能时按冬季温度最低的工况进行，即在发电舱外温度最低时，当发电舱与外界达到热平衡后，发电舱内温度仍在其内部仪器设备正常工作范围内。然而夏季南极温度相对于冬季较高，因发电舱具有较好的保温性能，当发电舱与外界达到热平衡后，其内温度有可能超过其内部仪器设备正常工作范围，而影响其内部仪器设备的工作状态，这样就需要实时监测发电舱内的温度，当温度过高时，采用主、被动温控模式让发电舱内仪器设备正常稳定运行。另外，南极发电舱长期处于无人值守状态，需要采用智能化的自动控制系统。为此，本发明设计了一种应用于南极天文观测站发电舱的温控智能窗系统。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供一种应用于南极天文观测站发电舱的温控智能窗控制装置。

为实现上述目的，本发明所采用的技术解决方案是：

一种南极天文观测站发电舱的温控智能窗控制装置，包括窗体以及设置在窗体上的窗户卷帘，其特征在于：还包括主动式温控模块和强制式温控模块，所述的主动式温控模块包括感温包、毛细管、滑道、滑块和连杆，所述的连杆的一端与所述的窗户卷帘下端连接，连杆的另一端与所述的滑块连接，所述的滑块设置在所述的滑道内，在滑道的下端连接所述的毛细管，毛细管的另一端连接所述的感温包，在所述的感温包内设置有受热蒸发的制冷剂，感温包的上端经毛细管与所述的滑道连通，所述的强制式温控模块包括温度传感器、单片机和风扇，所述的温度传感器的输出端与所述的单片机的输入端相接，所述的单片机的输出端与所述的风扇相接。  

所述的窗户卷帘下端有一个质量块，所述的连杆上端固定在所述的质量块上，所述的卷帘表面覆有绝热保温材料层。

所述的制冷剂为氨、R134a或R22，制冷剂体积占感温包体积的5%～90%。

本发明一种南极天文观测站发电舱的温控智能窗控制装置，包括窗体、主动式温控模块、强制式温控模块。其特征在于所述的主动式温控模块控制所述的窗体的关闭程度，所述的强制式温控模块保证在紧急情况下发电舱温度不致过高。主动式温控模块、强制式温控模块均为自动控制系统，解决了南极恶劣气候下无人值守的问题。    

所述的窗体包括窗户框架和窗户卷帘。所述的窗户卷帘下端有一个质量块，当发电舱内的温度在其内部仪器设备正常工作温度范围内时，所述的窗户卷帘在所述的质量块重力的牵引下自动关闭，以防止发电舱内的温度进一步降低。

本发明主动式温控模块包括感温包、毛细管、滑道、滑块和连杆。当发电舱内的温度超过其内部仪器设备的正常工作温度范围但低于临界温度时，所述的感温包内的制冷剂发生蒸发相变产生蒸汽，使得所述的毛细管内工质压力增加，体积膨胀至滑道内推动滑块移动，所述的滑块通过连杆带动所述的质量块和窗户卷帘向上移动，从而自动打开窗户以降低发电舱内的温度。本发明所采用的利用制冷剂蒸发相变的相变能打开窗户较一般的采用电动驱动窗户开关的方式节约了电能源消耗。

本发明强制式温控模块包括温度传感器、单片机和风扇。温度传感器检测到发电舱内的温度超过临界温度，即当发电舱内的温度超过其内部仪器设备正常工作温度范围，且通过自动打开窗户已经不能或者需要较长时间才能使发电舱内的温度降至其内部仪器设备正常工作温度范围时，通过所述的单片机发出控制指令打开风扇以降低发电舱内的温度。

窗户卷帘的下端为一质量块，当发电舱内温度降低到其内部仪器设备正常工作温度时，由于质量块较重将牵引窗户自动关闭，防止室内温度进一步降低。

当发电舱内的温度超过其内部仪器设备正常工作温度范围时，所述的感温包内的制冷剂发生蒸发相变产生蒸汽，使得所述的毛细管内工质压力增加，体积膨胀至滑道内推动滑块移动，所述的滑块通过连杆带动所述的质量块和窗户卷帘向上移动，从而自动打开窗户以降低发电舱内的温度。

所述的温度传感器的输出信号为数字信号。所述的温度传感器测量发电舱内的温度，由所述的单片机对所测温度进行处理，发出控制指令。当所测温度超过临界温度时，所述的单片机控制风扇动作，降低发电舱内温度，将温度维持在合理的范围之内。为了便于单片机对温度信号的处理，所述的温度传感器测量温度后经转换装置将温度信号装换为数字信号输出至单片机。

所述的单片机为强制式温控模块的主控器。所述的温度传感器将所测温度数据传送至单片机，由单片机对数据进行处理，当发电舱内温度超过临界温度时，所述的单片机发出控制指令使风扇动作；当发电舱内温度低于临界温度时，风扇停止动作。

本发明的有益效果：

1、模块化，各个模块相对独立，系统的可靠性高：智能窗系统分窗体模块、主动式温控模块、强制式温控模块，各个模块之间协调工作，以控制发电舱内的空气温度处于仪器设备正常工作范围。

2、节约电能源消耗：主动式温控模块，采用相变产生的能量推动窗户开关，较电动传动方式节约了电能源消耗。

3、采用自动控制系统，解决了南极恶劣气候下无人值守的问题。

附图说明

图1 智能窗结构示意图。

图2 智能窗卷帘材料结构示意图。

图3 智能窗主动式温控系统结构示意图。

图中 1.窗户边框；2，窗户卷帘；3.质量快；4.滑道；5.滑块；6.毛细管；7.感温包；8.连杆；9.风扇；10.单片机；11.温度传感器；12、窗户本体， 13.保温绝热材料。

具体实施方式：

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1至图2所示, 一种南极天文观测站发电舱的温控智能窗系统。该智能窗系统将计算机控制技术、传感器技术、机电一体化技术、热控技术有机地结合在一起。本智能窗系统包括窗体的窗户边框1和窗户卷帘2、质量快3、绝热保温材料13；主动式温控模块包括感温包7、毛细管6、滑道4、滑块5和连杆8，感温包7内装有氨、R134a（分子式CH2FCF3）或R22（分子式CHCLF2）等制冷剂，制冷剂体积占感温包体积的5%～90%。强制式温控模块包括温度传感器11、单片机10、风扇9。温度传感器11的输出端与单片机10的输入端相接，单片机10的输出端与风扇9相接；感温包7上连接一个毛细管6，毛细管6的另一端连接于一个滑道4，滑道4内有一个滑块5，滑块5与质量块3通过一个连杆8相接；窗户卷帘2由窗户本体12上覆以绝热保温材料13形成。

当发电舱内的温度超过其内仪器设备正常工作温度范围但低于临界温度时，感温包7内的制冷剂发生蒸发相变产生蒸汽，使得毛细管6内工质压力增加，体积膨胀至滑道4内推动滑块5移动，所述的滑块5通过连杆8带动所述的质量块3和窗户卷帘2向上移动，从而自动打开窗户以降低发电舱内的温度。

当发电舱内的温度在其内仪器设备正常工作温度范围内时，感温包7内的制冷剂未发生蒸发相变，窗户卷帘2在质量块3重力的牵引下自动关闭，以防止发电舱内的温度进一步降低。

当温度传感器11检测到发电舱内的温度超过临界温度，即当发电舱内的温度超过其内仪器设备正常工作温度范围，且通过自动打开窗户已经不能或者需要较长时间才能使发电舱内的温度降至发电机正常工作范围时，通过单片机10发出控制指令打开风扇9以降低发电舱内的温度。

Claims (3)

1.一种南极天文观测站发电舱的温控智能窗控制装置，包括窗体以及设置在窗体上的窗户卷帘，其特征在于：还包括主动式温控模块和强制式温控模块，所述的主动式温控模块包括感温包、毛细管、滑道、滑块和连杆，所述的连杆的一端与所述的窗户卷帘下端连接，连杆的另一端与所述的滑块连接，所述的滑块设置在所述的滑道内，在滑道的下端连接所述的毛细管，毛细管的另一端连接所述的感温包，在所述的感温包内设置有受热蒸发的制冷剂，感温包的上端经毛细管与所述的滑道连通，所述的强制式温控模块包括温度传感器、单片机和风扇，所述的温度传感器的输出端与所述的单片机的输入端相接，所述的单片机的输出端与所述的风扇相接；所述的窗户卷帘下端有一个质量块，所述的连杆上端固定在所述的质量块上。

2.根据权利要求1所述南极天文观测站发电舱的温控智能窗控制装置，其特征在于：所述的窗户卷帘表面覆有绝热保温材料层。

3.根据权利要求1所述南极天文观测站发电舱的温控智能窗控制装置，其特征在于：所述的制冷剂为氨、R134a或R22，制冷剂体积占感温包体积的5%-90%。

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