CN111204436A - 一种送风防爆的船用空调系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种送风防爆的船用空调系统及其控制方法，所述空调通风系统包括设置在防爆处所舱室外的独立空调外机，设置在舱室内的防爆空调内机、进风电动风门和排风机构，独立空调外机包括制冷组件和电气控制箱，防爆空调内机包括蒸发器、热力膨胀阀、防爆风机、电加热器和用以检测防爆处所舱室内的回风温度的温度传感器，所述制冷组件通过穿过舱壁的制冷剂管道与蒸发器相连通，热力膨胀阀固定在蒸发器进口。本发明的控制方法包括手动和自动两种控制模式，通过空气调节和通风换气联合控制，保证防爆物品贮存温度要求，避免易燃易爆气体长时间积聚，保证防爆舱室的安全，且该控制方法自动化程度高，逻辑设置简单易操作、控制可靠。

Description

一种送风防爆的船用空调系统的控制方法

技术领域

本发明涉及舰船通风技术领域，特别是涉及一种送风防爆的船用空调系统及其控制方法。

背景技术

舰船防爆处所主要包括弹药舱、喷气燃料舱、油泵站、油料贮存舱、机库等产生易燃易爆气体的危险区域。为保证易爆物品的贮存环境条件，需设置空调通风系统，该空调通风系统不但要有效控制防爆舱室环境温度在正常使用范围内，快速将可燃性、蒸汽与空气混合物形成的爆炸性混合物等危险气体排出舷外，以降低舱室内易燃易爆气体的浓度，同时还要满足人员在防爆处所内操作时的人体舒适度要求，保证防爆舱室安全、可靠使用。

现有舰船防爆处所的空调通风系统存在以下不足：

1、防爆处所的空调设备为间接式，冷媒水由冷水机组提供，热煤水由循环水加热装置提供，故空调设备无法独立进行制冷或制热，使用存在局限性，如过渡季节期间船上冷水机组或循环水加热装置不运行情况下，难以使防爆舱室内的环境温度维持在正常范围内。

2、空调设备对防爆处所的温度控制很粗泛，仅靠单点回风温度来控制空调设备的启停，造成空调设备启停频繁，从而影响设备使用寿命。

3、防爆处所的空调设备和机械通风设备的电气连接及控制各自独立，舱室的换气、制冷或制热、工况间切换均需人员手动操作，系统自动化程度低，容易造成空调设备和机械通风设备同时运行，即舱室进行敞开式制冷或制热的情况，无法保证防爆舱室内的环境温度在正常范围内。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，设计出一种送风防爆的船用空调系统及其控制方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种送风防爆的船用空调系统，包括设置在防爆处所舱室外的独立空调外机，设置在舱室内的防爆空调内机、进风电动风门和排风机构，所述进风电动风门通过固定在舱壁上的进风管道与舷外相连通，排风机构通过固定在舱壁上的排风管道与舷外相连通；所述独立空调外机包括制冷组件和电气控制箱，防爆空调内机包括蒸发器、热力膨胀阀、防爆风机、电加热器和用以检测防爆处所舱室内的回风温度的温度传感器，所述制冷组件通过穿过舱壁的制冷剂管道与蒸发器相连通，热力膨胀阀固定在蒸发器进口，所述进风电动风门、排风机构、防爆风机、电加热器和温度传感器均进行防爆处理；所述电气控制箱的电源端口分别与进风电动风门、排风机构、制冷组件、防爆风机和电加热器的电源端连接，所述温度传感器的温度信号输出端通过穿过舱壁的控制电缆与电气控制箱的信号输入端连接，电气控制箱的控制信号输出端通过穿过舱壁的控制电缆分别与进风电动风门、排风机构、制冷组件、防爆风机和电加热器的控制信号输入端连接。

作为优选地，所述制冷组件包括压缩机、冷凝器、用于检测压缩机内氟利昂压力的氟利昂压力控制器和用于检测冷凝器冷却水进口端的海水压力的水压控制器，所述压缩机的排出口与冷凝器的进口相连通，冷凝器的排出口通过制冷剂管道与蒸发器的进口相连通，蒸发器的出口通过制冷剂管道与压缩机的回气口相连通；所述氟利昂压力控制器和水压控制器的压力信号输出端分别与电气控制箱的控制信号输入端连接。

作为优选地，所述氟利昂压力控制器包括用于检测压缩机回气口处氟利昂压力的氟利昂低压控制器、用于检测压缩机排出口处氟利昂压力的氟利昂高压控制器。

作为优选地，所述排风机构包括排风电动风门和防爆排风机，所述排风电动风门和防爆排风机的控制信号输入端分别与电气控制箱的控制信号输出端相连接，所述排风电动风门和防爆排风机均做防爆处理。

作为优选地，所述蒸发器采用紫铜翅片式蒸发器，蒸发器的紫铜管整体套装波纹型紫铜肋片；所述热力膨胀阀采用外平衡式膨胀阀；所述制冷剂管道和控制光缆穿过防爆处所舱壁的位置均填堵有耐火密封材料，所述耐火密封材料采用硅橡胶。

作为优选地，所述进风管道和排风管道为厚度不小于2mm的钢板焊接而成的气密风管。

作为优选地，所述电气控制箱的控制面板上设置有运行模式选择开关和工况选择开关，运行模式选择开关包括手动控制模式和自动控制模式，工况选择开关包括制冷模式档位、制热模式档位、换气模式档位和透气模式档位。

一种送风防爆的船用空调系统的控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1：根据电气控制箱的运行模式选择开关选定空调通风系统的运行模式，所述运行模式包括手动控制模式和自动控制模式；

步骤2：当运行模式为手动控制模式时，调整工况选择开关选定系统的工作状态；

步骤3：当系统运行模式为自动控制模式时，电气控制箱控制防爆风机启动，进风电动风门、排风电动风门、防爆排风机、压缩机和电加热器均处于初始状态，所述进风电动风门和排风电动风门的初始状态为关闭状态，防爆排风机、压缩机和电加热器的初始状态为停机状态；

温度传感器实时检测防爆处所舱室内的温度并将温度信号传递给电气控制箱，电气控制箱对接收到的信号进行处理，并根据舱内温度和季节状态对应控制压缩机或电加热器工作；

具体地，当舱室内温度高于预设的夏季温度上限值时，电气控制箱控制压缩机启动，制冷循环开始；当舱室内温度低于预设的夏季温度下限值时，电气控制箱控制压缩机停止运行；当舱室内温度低于预设的冬季温度下限值时，电气控制箱控制电加热器启动，制热循环开始；当舱室内温度高于预设的冬季温度上限值时，电气控制箱控制电加热器停止运行；

步骤4：空调通风系统进入自动控制模式后，防爆风机开始工作的同时电气控制箱内部计时器开始计时，每隔设定时间，电气控制箱控制进风电动风门和排风电动风门开启，防爆排风机开始工作，压缩机、防爆风机和电加热器暂停运行，系统开始换气；换气工况持续设定时间后，电气控制箱控制进风电动风门和排风电动风门关闭、防爆排风机停止运行，压缩机或电加热器继续运行工作。

作为优选地，所述工况选择开关包括制冷模式档位、制热模式档位、换气模式档位和透气模式档位，步骤2中当运行模式为手动控制模式时，调整工况选择开关选定系统的工作状态的具体步骤为：

将工况选择开关旋转至制冷模式档位，电气控制箱控制压缩机和防爆风机启动，进风电动风门和排风电动风门处于关闭状态，防爆排风机和电加热器处于停机状态；

将工况选择开关旋转至制热模式档位，电气控制箱控制电加热器和防爆风机启动，进风电动风门和排风电动风门处于关闭状态，防爆排风机和压缩机处于停机状态；

将工况选择开关旋转至换气模式档位，电气控制箱控制防爆排风机启动、进风电动风门和排风电动风门开启，防爆风机、压缩机和电加热器处于停机状态；

将工况选择开关旋转至透气模式档位，电气控制箱失电或停机时，进风电动风门处于开启状态，排风电动风门处于关闭状态，防爆排风机、防爆风机、压缩机和电加热器均处于停机状态。

作为优选地，所述防爆风机、压缩机和电加热器之间设置有联锁保护规则，所述联锁保护规则为防爆风机启动后，压缩机或电加热器才能启动运行；当系统处于制热工况时，若系统由正常工作状态转至停机状态，电气控制箱控制防爆风机延时3分钟停机，对电加热器进行吹余热保护。

本发明的积极有益效果：

1、本发明的空调通风系统采用的空调设备为独立式的，独立空调外机设置在防爆处所舱室外，防爆空调内机设置在防爆处所舱室内，这样不会受船上冷热源集中供应的限制，且系统内部电气布线更为简单；在系统上配备压缩机和电加热器，可对防爆处所单独进行制冷或制热，确保全季节时期不同外界温度情况下，防爆处所内的温度始终维持在物品所要求的贮存环境温度范围内。

2、 外部的空调外机和内部的空调内机通过制冷剂管道和控制电缆连接，防爆处所舱室内部仅布置空调内机，故仅需对风机、电加热器和温度传感器进行隔爆处理，大大减少了其他电器件的防爆、隔爆保护，从而节省设备成本、提高防爆安全性。

3、本发明的控制方法采用空调设备和机械通风设备联合调节的方式，将空气调节和通风换气相结合，可根据舱室的温度自动进行制冷或制热并定时通风换气，即可确保防爆物品贮存温度要求，同时又能避免易燃易爆气体长时间积聚，保证防爆舱室的安全，且该控制方法自动化程度高，逻辑设置简单易操作、控制可靠。

附图说明

图1为本发明空调通风系统的结构示意图。

图中标号的具体含义为：1为独立空调外机，2为防爆空调内机，3为防爆排风机，4为进风电动风门，5为排风电动风门，6为进风管道，7为排风管道，8为压缩机，9为冷凝器，10为水压控制器，11为制冷剂管道，12为电气控制箱，13为防爆风机，14为电加热器，15为蒸发器，16为热力膨胀阀，17为温度传感器,18为控制电缆，19为防爆处所，20为氟利昂低压控制器，21为氟利昂高压控制器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

结合图1说明本实施方式，本发明的送风防爆的船用空调系统采用的空调设备为独立海水冷却式，不受船上冷热源集中供应的限制。该空调通风系统包括独立空调外机1、防爆空调内机2、进风电动风门4和排风机构， 独立空调外机1设置在防爆处所19舱室外，防爆空调内机2、进风电动风门4和排风机构设置在防爆处所19舱室内，所述进风电动风门4通过固定在舱壁上的进风管道6与舷外相连通，排风机构通过固定在舱壁上的排风管道7与舷外相连通，所述进风管道6和排风管道7为厚度不小于2mm的钢板焊接而成的气密风管，风管连接采用厚度8mm的钢质气密法兰，法兰密封面间垫以5mm的氟橡胶，保证风管气密性，防止弹药舱内危险气体通过风管泄漏到其他舱室。

位于舱室内的防爆空调内机2包括蒸发器15、热力膨胀阀16、防爆风机13、电加热器14和温度传感器17，温度传感器17用以检测防爆处所舱室内的回风温度。本实施例中的蒸发器15为翅片式，选用紫铜管整体套装波纹型紫铜肋片，采用胀管工艺，具有高效传热能性能；热力膨胀阀16为外平衡式，可避免膨胀阀过度关闭的情况，保证有压降的蒸发器15得到正常的供液。

位于舱室外的独立空调外机1包括制冷组件和电气控制箱12，制冷组件和电气控制箱12均设置在独立空调外机1的壳体内，所述制冷组件包括压缩机8、冷凝器9、氟利昂压力控制器和水压控制器10。所述氟利昂压力控制器包括用于检测压缩机回气口处氟利昂压力的氟利昂低压控制器20、用于检测压缩机排出口处氟利昂压力的氟利昂高压控制器21。所述水压控制器10用于检测冷凝器冷却水进口端的海水压力。所述压缩机8的排出口与冷凝器9的进口相连通，冷凝器9的排出口通过穿过舱壁的制冷剂管道11与蒸发器15的进口相连通，蒸发器15的出口通过穿过舱壁的制冷剂管道11与压缩机8的回气口相连通，制冷剂管道11穿过防爆处所舱壁的位置处采用专用的密封穿舱件，即钢质套管和制冷剂管道间填堵有耐火密封材料，该耐火密封材料遇火或高温时，体积膨胀，形成一种绝热良好的多孔介质，具有优异的耐火性、水密性和气密性，有效防止弹药舱内危险气体泄漏到相邻舱室，所述耐火密封材料可以采用乙丙橡胶、丁腈橡胶或硅橡胶；在本实施例中，耐火密封材料采用的是硅橡胶，其在-60℃-200℃的温度范围内均能正常工作，耐温性能良好。热力膨胀阀16固定在蒸发器15进口处，所述进风电动风门4、排风机构、防爆风机13、电加热器14和温度传感器17均进行防爆处理。本实施例中的冷凝器9的换热管材质为B30管，管板采用16MnR/BFe30-1-1复合金属板，端盖采用铝青铜(ZCuAl9Mn2)材料，防腐锌块采用铁基锌块（Fe-MnCr）；散热管与管板的连接为胀-焊工艺连接形式（即先胀后焊），法兰和螺纹接头垫片采用芳纶橡胶垫片。

水压控制器10、氟利昂低压控制器20和氟利昂高压控制器21将检测的压力信号反馈至电气控制箱12，电气控制箱12根据压力状态控制压缩机8的启停。当冷凝器9进水压力低于设置值时，压力控制器10动作，压缩机8自动停机，当进水压力复位后，压缩机8自动复位开机；当压缩机8氟利昂排气压力高于设定值时，压力控制器10动作，压缩机8自动停机，氟利昂排气压力复位后，压缩机自动复位开机；当压缩机8氟利昂回气压力低于设定值时，压力控制器10动作，压缩机8自动停机，氟利昂回气压力复位后，压缩机自动复位开机。

所述排风机构包括排风电动风门5和防爆排风机3，所述排风电动风门5和防爆排风机3的控制信号输入端分别与电气控制箱12的控制信号输出端相连接，所述排风电动风门5和防爆排风机3均做防爆处理。

所述电气控制箱12通过控制电缆18控制独立空调外机1、防爆空调内机2、防爆排风机3、进风电动风门4和排风电动风门5的联合运行。具体地，所述电气控制箱12外接三相380V 50Hz交流电源，其电源端口分别与进风电动风门4、排风机构、制冷组件、防爆风机13和电加热器14的电源端连接。所述温度传感器17的温度信号输出端、氟利昂压力控制器和水压控制器10的压力信号输出端分别通过穿过舱壁的控制电缆18与电气控制箱12的信号输入端连接，电气控制箱12的控制信号输出端通过穿过舱壁的控制电缆18分别与进风电动风门4、排风机电动风门5、防爆排风机3、制冷组件、防爆风机13和电加热器14的控制信号输入端连接。所述控制光缆18穿过防爆处所舱壁的位置填堵有耐火密封材料，该耐火密封材料遇火或高温时，体积膨胀，形成一种绝热良好的多孔介质，具有优异的耐火性、水密性和气密性，有效防止弹药舱内危险气体泄漏到相邻舱室，所述耐火密封材料可以采用乙丙橡胶、丁腈橡胶或硅橡胶；在本实施例中，耐火密封材料采用的是硅橡胶，其在-60℃-200℃的温度范围内均能正常工作，耐温性能良好。

所述电气控制箱12的控制面板上设置有运行模式选择开关和工况选择开关，通过调整运行模式选择开关和工况选择开关可调节系统的运行模式和工作状态。所述运行模式选择开关包括手动控制模式和自动控制模式，工况选择开关包括制冷模式档位、制热模式档位、换气模式档位和透气模式档位。

系统运行时，本发明送风防爆的船用空调系统包括两种控制模式：手动控制和自动控制，其控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1：根据电气控制箱12的运行模式选择开关选定空调通风系统的运行模式，所述运行模式包括手动控制模式和自动控制模式；

步骤2：当运行模式为手动控制模式时，调整工况选择开关选定系统的工作状态，工况选择开关包括制冷模式档位、制热模式档位、换气模式档位和透气模式档位。

将工况选择开关旋转至制冷模式档位，电气控制箱12控制压缩机8和防爆风机13启动，进风电动风门4和排风电动风门5处于关闭状态，防爆排风机3和电加热器14处于停机状态，空调通风系统对防爆处所内部进行闭式制冷循环，保证舱室环境温度；

将工况选择开关旋转至制热模式档位，电气控制箱12控制电加热器14和防爆风机13启动，进风电动风门4和排风电动风门5处于关闭状态，防爆排风机3和压缩机8处于停机状态，空调通风系统对防爆处所内部进行闭式制热循环，保证舱室环境温度；

将工况选择开关旋转至换气模式档位，电气控制箱12控制防爆排风机3启动、进风电动风门4和排风电动风5门开启，防爆风机13、压缩机8和电加热器14处于停机状态空调通风系统对防爆处所进行对外通风换气循环，降低舱室易燃易爆气体的浓度；

将工况选择开关旋转至透气模式档位，电气控制箱12失电或停机时，进风电动风门4处于开启状态，排风电动风门5处于关闭状态，防爆排风机3、防爆风机13、压缩机8和电加热器14均处于停机状态空调通风系统对防爆处所实行对外透气，避免特殊情况下危险气体散发形成防爆处所内部正压而造成安全威胁。

步骤3：当系统运行模式为自动控制模式时，电气控制箱12控制防爆风机13启动，此时，进风电动风门4、排风电动风门5、防爆排风机3、压缩机8和电加热器14均处于初始状态，所述进风电动风门4和排风电动风门5的初始状态为关闭状态，防爆排风机3、压缩机8和电加热器14的初始状态为停机状态；

空调通风系统进入自动控制模式后，温度传感器17实时检测防爆处所舱室内的温度并将温度信号传递给电气控制箱12，电气控制箱12对接收到的信号进行处理，并根据舱内温度和季节状态对应控制压缩机或电加热器工作；

具体地，当舱室内温度高于预设的夏季温度上限值时，电气控制箱12控制压缩机8启动，制冷循环开始；当舱室内温度低于预设的夏季温度下限值时，电气控制箱12控制压缩机8停止运行；当舱室内温度低于预设的冬季温度下限值时，电气控制箱12控制电加热器14启动，制热循环开始；当舱室内温度高于预设的冬季温度上限值时，电气控制箱12控制电加热器14停止运行；

步骤4：空调通风系统进入自动控制模式后，防爆风机13开始工作的同时电气控制箱12内部计时器开始计时，每隔设定时间，电气控制箱12控制进风电动风门4和排风电动风门5开启，防爆排风机3开始工作，压缩机8、防爆风机13和电加热器14暂停运行，系统开始换气，空调通风系统对防爆处所进行对外通风换气循环；换气工况持续设定时间后，电气控制箱12控制进风电动风门4和排风电动风门5关闭、防爆排风机3停止运行，压缩机8或电加热器14继续运行工作，空调通风系统自动恢复到换气前的运行工况。

作为优选地，本申请的空调通风系统的控制方法还设置有联锁保护和吹余热保护。具体地，所述防爆风机、压缩机和电加热器之间设置有联锁保护规则，所述联锁保护规则为只有当防爆风机启动后，压缩机8或电加热器14才能启动运行；当系统处于制热工况时，若系统由正常工作状态转至停机状态，电气控制箱12控制防爆风机延时3分钟停机，对电加热器14进行吹余热保护，避免防爆电加热器14表面温度升高。

本发明的空调通风系统是一种实现舰船防爆舱室空气调节和通风换气联合控制的有效手段，即可保证防爆物品贮存温度要求又能降低舱室易燃易爆气体的浓度，保证防爆舱室安全、可靠使用，可广泛应用于各种船舶防爆处所，自动化程度高、操作简单、控制可靠。

Claims (3)

1.一种送风防爆的船用空调系统的控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：根据电气控制箱（12）的运行模式选择开关选定空调通风系统的运行模式，所述运行模式包括手动控制模式和自动控制模式；

步骤2：当运行模式为手动控制模式时，调整工况选择开关选定系统的工作状态；

步骤3：当系统运行模式为自动控制模式时，电气控制箱（12）控制防爆风机（13）启动，进风电动风门（4）、排风电动风门（5）、防爆排风机（3）、压缩机（8）和电加热器（14）均处于初始状态，所述进风电动风门（4）和排风电动风门（5）的初始状态为关闭状态，防爆排风机（3）、压缩机（8）和电加热器（14）的初始状态为停机状态；

温度传感器（17）实时检测防爆处所舱室内的温度并将温度信号传递给电气控制箱（12），电气控制箱（12）对接收到的信号进行处理，并根据舱内温度和季节状态对应控制压缩机（8）或电加热器（14）工作；

具体地，当舱室内温度高于预设的夏季温度上限值时，电气控制箱（12）控制压缩机（8）启动，制冷循环开始；当舱室内温度低于预设的夏季温度下限值时，电气控制箱（12）控制压缩机（8）停止运行；

当舱室内温度低于预设的冬季温度下限值时，电气控制箱（12）控制电加热器（14）启动，制热循环开始；当舱室内温度高于预设的冬季温度上限值时，电气控制箱（12）控制电加热器（14）停止运行；

步骤4：空调通风系统进入自动控制模式后，防爆风机（13）开始工作的同时电气控制箱内部计时器开始计时，每隔设定时间，电气控制箱（12）控制进风电动风门（4）和排风电动风门（5）开启，防爆排风机（3）开始工作，压缩机（8）、防爆风机（13）和电加热器（14）暂停运行，系统开始换气；换气工况持续设定时间后，电气控制箱（12）控制进风电动风门（4）和排风电动风门（5）关闭、防爆排风机（3）停止运行，压缩机（8）或电加热器（14）继续运行工作。

2.根据权利要求1所述的送风防爆的船用空调系统的控制方法，其特征在于，所述工况选择开关包括制冷模式档位、制热模式档位、换气模式档位和透气模式档位，步骤2中当运行模式为手动控制模式时，调整工况选择开关选定系统的工作状态的具体步骤为：

将工况选择开关旋转至制冷模式档位，电气控制箱（12）控制压缩机（8）和防爆风机（13）启动，进风电动风门（4）和排风电动风门（5）处于关闭状态，防爆排风机（3）和电加热器（14）处于停机状态；

将工况选择开关旋转至制热模式档位，电气控制箱（12）控制电加热器（14）和防爆风机（13）启动，进风电动风门（4）和排风电动风门（5）处于关闭状态，防爆排风机（3）和压缩机（8）处于停机状态；

将工况选择开关旋转至换气模式档位，电气控制箱（12）控制防爆排风机（3）启动、进风电动风门（4）和排风电动风门（5）开启，防爆风机（13）、压缩机（8）和电加热器（14）处于停机状态；

将工况选择开关旋转至透气模式档位，电气控制箱（12）失电或停机时，进风电动风门（4）处于开启状态，排风电动风门（5）处于关闭状态，防爆排风机（3）、防爆风机（13）、压缩机（8）和电加热器（14）均处于停机状态。

3.根据权利要求1所述的送风防爆的船用空调系统的控制方法，其特征在于，所述防爆风机（13）、压缩机（8）和电加热器（14）之间设置有联锁保护规则，所述联锁保护规则为防爆风机（13）启动后，压缩机（8）或电加热器（14）才能启动运行；当系统处于制热工况时，若系统由正常工作状态转至停机状态，电气控制箱（12）控制防爆风机延时3分钟停机，对电加热器（14）进行吹余热保护。

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