CN113983687B - 一种智能控制加热取暖暖风机及其控制方法 - Google Patents

一种智能控制加热取暖暖风机及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种智能控制加热取暖暖风机及其控制方法，暖风机包括机壳与风机组件，风机组件包括微电机，机壳外侧面设有出风口以及对称设置的入风口，机壳内部设有连通入风口与出风口的导流通道，导流通道内部空间安装有电加热器，还包括主控单元、开关组件、温度监测组件供电模块以及通信模块，主控单元配置暖风机的运行参数，开关组件调整电加热器与微电机的工作电压，温度监测组件反馈温度监测数据至主控单元，供电模块与主控单元之间串联连接有过压保护模块，通信模块接收外界的输入以控制暖风机的工作及调整工作模式状态。本发明可有效提高暖风机工作时的舒适度，其响应迅速，兼容性好、安全性高。

Description

一种智能控制加热取暖暖风机及其控制方法
技术领域
本发明涉及暖风机技术领域，具体涉及一种智能控制加热取暖暖风机及其控制方法。
背景技术
暖风机取暖器作为取暖器的一种，主要通过风扇将电热丝、石英管、陶瓷、卤素管、导热油或碳素纤维等发热体所产生的热量输出，从而起到取暖作用。取暖暖风机内部通常安装制热器与风机，制热器通过电阻通电产生热量，风机在将热量定向输出至出风口，以对外界环境进行热量传递，使外界环境温升，以达到制暖效果。
现有技术中，暖风机的舒适度感官不佳，其温度调节难以适应于用户预设温度与环境温度相互合理匹配，如专利申请号CN201510663054.0公开的“一种用于轨道车辆的暖风机”，其减少暖风机对车厢空间的占用及对车厢内部外观的影响，且减少高温对控制腔内线路和电气元件的影响，提高了暖风机的安全性，但其实际的出风舒适度不佳，且元器件响应较慢，硬件设施的兼容性较差，安全性上也存在优化空间。
发明内容
为解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供了一种智能控制加热取暖暖风机及其控制方法，可有效提高暖风机工作时的舒适度，其响应迅速，兼容性好、安全性高。
本发明提供如下技术方案:
一种智能控制加热取暖暖风机，包括机壳与风机组件，所述风机组件包括微电机，所述机壳外侧面设有出风口以及对称设置的入风口，所述机壳内部设有连通所述入风口与所述出风口的导流通道，所述导流通道内部空间安装有电加热器，所述风机组件设置在所述导流通道内部位于所述电加热器的下游位置，所述出风口处的出风截面面积随导流通道的导流方向渐变减小，且所述出风口的出风面积为对称设置的所述入风口总出风面积的0.6-0.8倍；
还包括：
主控单元，其配置暖风机的运行参数，并更新暖风机运行的日志记录，所述主控单元耦合连接有处理器与存储器；
开关组件，用于调整所述电加热器与所述微电机的工作电压，所述开关组件包括继电器、第一开关管以及第二开关管，所述继电器电性连接所述主控单元，所述第一开关管串联设置在所述主控单元与所述电加热器之间，所述第二开关管串联设置在所述主控单元与所述微电机之间；
温度监测组件，用于反馈温度监测数据至所述主控单元，所述温度监测组件包括用于监测所述出风口处温度的第一温度传感器、用于监测所述电加热器温度的第二温度传感器以及用于监测环境温度的第三温度传感器；
供电模块，耦合连接所述风机组件、电加热器、主控单元以及温度监测组件，所述供电模块与所述主控单元之间串联连接有过压保护模块；
通信模块，接收外界的输入以控制暖风机的工作及调整工作模式状态；
所述风机组件包括微电机、设置在所述微电机输出端的旋转轴、安装在所述导流通道内的轮叶座，所述旋转轴转动连接所述轮叶座，所述旋转轴转动的密封连接所述导流通道，所述微电机的一输出端连接有编码器，所述编码器电性连接所述主控单元。
优选地，所述电加热器内配置有电加热元件，所述加热元件电性连接所述供电电源。
优选地，所述加热元件为PTC热敏元件或电热膜元件。
优选地，所述加热元件主要由云母片与电热丝组成，所述云母片周向分布在所述导流通道内，所述电热丝均匀缠绕设置在所述云母片的两侧面。
优选地，所述机壳内部设有腔体，所述腔体内安装有PCB板，所述机壳与所述腔体的内侧以及所述导流通道的外侧均设有绝热层。
优选地，所述导流通道内侧面位于所述出风口处设有凹陷部，所述第一温度传感器安装在所述凹陷部内，所述第一温度传感器的采集端面设有与所述导流通道内侧面匹配的填充部，所述第一温度传感器对称设置有两个。
一种智能控制加热取暖暖风机的控制方法，包括如下步骤：
暖风机通电后，第一温度传感器实时监测出风口温度T1，第二温度传感器实时监测加热器温度T2，第三温度传感器实时监测外部空间环境温度Tr，并将温度监测数据T1、T2、Tr分别至反馈主控单元；
将预设温度Ts信号输入至主控单元，主控单元比较分析Ts与Tr间的差值关系，并处理配置暖风机相关运行参数，暖风机进行自适应温度调节，开关组件调整电加热器与微电机的工作电压，主控单元配置有暖风机关联温度变化范围的温度裕度Ta；
其自适应温度调节包括：
当Ts＞Tr+Ta时，暖风机运行加热模式，主控单元通过第一开关管提高电加热器的工作电压，通过第二开关管提高微电机的工作电压，微电机驱动轮叶，使暖风机输出持续热风；
当Tr-Ta＜Ts＜Tr+Ta时，暖风机运行保温模式，主控单元通过第一开关管调整电加热器的工作电压，并通过第二开关管调整微电机的工作电压，使T1、Tr、Ts三者趋于相等；
当Ts＜Tr-Ta时，暖风机运行风冷模式，主控单元通过第一开关管截止断开电加热器的工作，通过第二开关管调整微电机的工作电压，微电机驱动轮叶，使暖风机输出持续风流；
其中，所述主控单元配置有出风口温度阈值，所述出风口温度阈值包括T1上限阈值与T1下限阈值，当T1≥T1上限阈值时，主控单元通过第一开关管降低电加热器的工作电压，使Ts与Tr比较差值趋于零；当T1≤T1下限阈值时，主控单元通过第一开关管提高电加热器的工作电压或通过第二开关管降低微电机的工作电压，使Ts与Tr比较差值趋于零；
当关闭暖风机或暖风机发生故障时，通过断路器切断电加热器与微电机的工作，存储器用于更新储存暖风机运行的日志记录，保存暖风机高温以及低温的运行情况。
优选地，所述温度裕度Ta为0.2℃，所述T1上限阈值为55℃，所述T1下限阈值为26℃。
优选地，所述主控单元配置有处理器，所述处理器在指定的连续性的时间区段对温度监测数据进行处理得到温度监测的温度均值，所述指定时间区段为2-3秒。
本发明的有益效果为：
在预设温度Ts信号输入至主控单元后，主控单元比较分析Ts与Tr间的差值关系，并处理配置暖风机相关运行参数，暖风机进行自适应温度调节，通过环境温度与预设温度，并合理控制温度裕度，可有效提高暖风机工作时的舒适度，其响应迅速，兼容性好、安全性高；其出风口处的出风截面面积随导流通道的导流方向渐变减小，且出风口的出风面积为对称设置的入风口总出风面积的0.6-0.8倍，可提高导流通道的导流能力，并有利于促进暖风机产生的气流集中输出。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明暖风机内部结构示意图；
图2为本发明暖风机的结构示意图；
图3为本发明导流通道与第一温度传感器的连接示意图；
图4为本发明云母片与电热丝的结构示意图；
图5为本发明的工作原理图；
图6为本发明实施例之一的工作原理图。
图中标记：1-机壳；11-入风口；12-出风口；13-导流通道；14-腔体；15-PCB板；16-绝热层；2-风机组件；21-微电机；22-轮叶座；23-旋转轴；24-轮叶；25-编码器；3-电加热器；31-云母片；32-电热丝；4-第一温度传感器；5-凹陷部；6-填充部。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的实施例作详细说明。
本发明可应用于暖风机的输出气流的温度调节，可安置于家庭环境、列车组、企事业单位等相对封闭的空间区域，暖风机配置有高温调节状态、低温调节状态、保温状态、定时状态以及与温度相匹配的预设流速的运行程序，以进行智能控制取暖，满足用户对舒适度与安全性的需求。
图1为本发明暖风机内部结构示意图，图2为本发明暖风机外视的结构示意图；
实施例1中，本发明提供了一种智能控制加热取暖暖风机，暖风机包括机壳1与风机组件2，机壳1为绝缘件，风机组件2包括微电机21，机壳1外侧面设有出风口12以及对称设置的入风口11，机壳1内部设有连通入风口11与出风口12的导流通道13，导流通道13内部空间安装有电加热器3，风机组件2设置在导流通道13内部位于电加热器3的下游位置，出风口12处的出风截面面积随导流通道13的导流方向渐变减小，且出风口12的出风面积为对称设置的入风口11总出风面积的0.6-0.8倍，使导流通道13内风机组件2作用产生气流时，出风口12的流速相较于入风口11的流速更快，出风口12处的气压低于入风口11处的气压，以提高导流通道13的导流能力，并有利于促进暖风机产生的热流或正常温度的气流集中输出；
其中，风机组件2包括微电机21、设置在微电机21输出端的旋转轴23、安装在导流通道13内的轮叶24座22，旋转轴23转动连接轮叶24座22，旋转轴23转动的密封连接导流通道13，微电机21的一输出端连接有编码器25，编码器25电性连接主控单元，编码器25反馈旋转轴23的转速变化，可用于反映风机组件2相应的流速状态；
在一些实施方式中，机壳1内部设有腔体14，腔体14内安装有PCB板15，通过PCB板15对暖风机电控硬件部分进行收容安置，机壳1与腔体14的内侧以及导流通道13的外侧均设有绝热层16，利用绝热层16隔绝热量在暖风机内部的分布，提高运行的安全性。
图3为本发明导流通道13与第一温度传感器4的连接示意图，导流通道13内侧面位于出风口12处设有凹陷部5，第一温度传感器4安装在凹陷部5内，第一温度传感器4的采集端面设有与导流通道13内侧面匹配的填充部6，保证导流通道13的有效导流，其第一温度传感器4对称设置有两个。
实施例2中，在上述实施例1的基础上，暖风机还包括：
主控单元，其配置暖风机的运行参数，并更新暖风机运行的日志记录，主控单元耦合连接有处理器与存储器；
开关组件，用于调整电加热器3与微电机21的工作电压，开关组件包括继电器、第一开关管以及第二开关管，第一开关管与第二开关管为场效应管，继电器电性连接主控单元，第一开关管串联设置在主控单元与电加热器3之间，第二开关管串联设置在主控单元与微电机21之间，利用场效应管控制输入端的电场效应来控制输出端电流，以调整场效应管末端元器件的工作电压，其响应迅速，对电路回路形成有效管控；
温度监测组件，用于反馈温度监测数据至主控单元，温度监测组件包括用于监测出风口12处温度T1的第一温度传感器4、用于监测电加热器3温度T2的第二温度传感器以及用于监测环境温度Tr的第三温度传感器；
供电模块，耦合连接风机组件2、电加热器3、主控单元以及温度监测组件，供电模块与主控单元之间串联连接有过压保护模块，该过压保护模块为过压保护芯片PW2606，降低主控单元的过压负载，以提高暖风机工作的稳定性；
通信模块，接收外界的输入以控制暖风机的工作及调整工作模式状态，通信模块可通过与暖风机适配的遥控器进行输入控制信号，或暖风机的机壳1上设置触控屏输入控制信号，或者通过无线网络与移动终端对暖风机输入控制信号，输入控制信号包括暖风机的启闭、预设温度Ts信号及其对风机流速调节信号。
电加热器3内配置有电加热元件，加热元件电性连接供电电源，电加热元件通过供电电源的电路供应，响应主控单元的管控及时进行暖风机的制热工作；
在一些实施方式中，其加热元件为PTC热敏元件或电热膜元件，其通电响应迅速，制热便捷、散热均匀，有利于促进暖风机的快速取暖。
在一些实施方式中，其加热元件主要由云母片31与电热丝32组成，图4为本发明云母片31与电热丝32的结构示意图，云母片31周向分布在导流通道13内，电热丝32均匀缠绕设置在云母片31的两侧面，利用电热丝32制热，云母片31进行均匀传递热量且增大与气流的接触面积，可提高换热效率，在暖风机制热加热状态下，促进导流通道13内热流流通至暖风机外部环境。
本发明还提供了一种智能控制加热取暖暖风机的控制方法，包括如下步骤：
暖风机通电后，第一温度传感器4实时监测出风口12温度T1，第二温度传感器实时监测加热器温度T2，第三温度传感器实时监测外部空间环境温度Tr，并将温度监测数据T1、T2、Tr分别至反馈主控单元；
将预设温度Ts信号输入至主控单元，主控单元比较分析Ts与Tr间的差值关系，并处理配置暖风机相关运行参数，暖风机进行自适应温度调节，开关组件调整电加热器3与微电机21的工作电压，主控单元配置有暖风机关联温度变化范围的温度裕度Ta，人体的正常温度体感变化大致在0.1℃-0.5℃之间，体感与外部环境的温度、相对湿度、相对风速等因素有关，优选地，在正常的室内情况下，温度裕度Ta设置为0.2℃，提高暖风机在取暖或取风时的舒适度；
其自适应温度调节包括：
当Ts＞Tr+Ta时，暖风机运行加热模式，主控单元通过第一开关管提高电加热器3的工作电压，通过第二开关管提高微电机21的工作电压，微电机21驱动轮叶24，使暖风机输出持续热风；
当Tr-Ta＜Ts＜Tr+Ta时，暖风机运行保温模式，主控单元通过第一开关管调整电加热器3的工作电压，维持暖风机有效状态的正常输出，并通过第二开关管调整微电机21的工作电压，使T1、Tr、Ts三者趋于相等；
当Ts＜Tr-Ta时，暖风机运行风冷模式，主控单元通过第一开关管截止断开电加热器3的工作，通过第二开关管调整微电机21的工作电压，微电机21驱动轮叶24，使暖风机输出持续风流；
其中，主控单元配置有出风口12温度阈值，出风口12温度阈值包括T1上限阈值与T1下限阈值，当T1≥T1上限阈值时，主控单元通过第一开关管降低电加热器3的工作电压，使Ts与Tr比较差值趋于零；当T1≤T1下限阈值时，主控单元通过第一开关管提高电加热器3的工作电压或通过第二开关管降低微电机21的工作电压，使Ts与Tr比较差值趋于零，优选地，T1上限阈值为55℃，T1下限阈值为26℃，以促进用户感官的舒适度，风机组件2可设置至少高中低三挡风力调节，并通过编码器25反馈风机组件2的流速变化，存储器内配置与温度调节相匹配的预设流速的运行程序。
当关闭暖风机或暖风机发生故障时，通过断路器切断电加热器3与微电机21的工作，存储器用于更新储存暖风机运行的日志记录，保存暖风机高温以及低温的运行情况，主控单元配置有处理器，处理器可在指定的连续性的时间区段对温度监测数据进行处理，得到温度监测的温度均值，指定时间区段为2-3秒，其与传统时间间隔点对温度数据的采集不同，这样有利于在连续时间的区段内采集数据的准确性，可避免外部环境温度突变对用户造成不良体验，同时可促进暖风机实际运转稳定，提高工作兼容性。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化与改进。

Claims (9)

1.一种智能控制加热取暖暖风机，包括机壳与风机组件，所述风机组件包括微电机，其特征在于，所述机壳外侧面设有出风口以及对称设置的入风口，所述机壳内部设有连通所述入风口与所述出风口的导流通道，所述导流通道内部空间安装有电加热器，所述风机组件设置在所述导流通道内部位于所述电加热器的下游位置，所述出风口处的出风截面面积随导流通道的导流方向渐变减小，且所述出风口的出风面积为对称设置的所述入风口总出风面积的0.6-0.8倍；
还包括：
主控单元，其配置暖风机的运行参数，并更新暖风机运行的日志记录，所述主控单元耦合连接有处理器与存储器；
开关组件，用于调整所述电加热器与所述微电机的工作电压，所述开关组件包括继电器、第一开关管以及第二开关管，所述继电器电性连接所述主控单元，所述第一开关管串联设置在所述主控单元与所述电加热器之间，所述第二开关管串联设置在所述主控单元与所述微电机之间；
温度监测组件，用于反馈温度监测数据至所述主控单元，所述温度监测组件包括用于监测所述出风口处温度的第一温度传感器、用于监测所述电加热器温度的第二温度传感器以及用于监测环境温度的第三温度传感器；
供电模块，耦合连接所述风机组件、电加热器、主控单元以及温度监测组件，所述供电模块与所述主控单元之间串联连接有过压保护模块；
通信模块，接收外界的输入以控制暖风机的工作及调整工作模式状态；
所述风机组件包括微电机、设置在所述微电机输出端的旋转轴、安装在所述导流通道内的轮叶座，所述旋转轴转动连接所述轮叶座，所述旋转轴转动的密封连接所述导流通道，所述微电机的一输出端连接有编码器，所述编码器电性连接所述主控单元。
2.根据权利要求1所述的一种智能控制加热取暖暖风机，其特征在于：所述电加热器内配置有电加热元件，所述加热元件电性连接供电电源。
3.根据权利要求2所述的一种智能控制加热取暖暖风机，其特征在于：所述加热元件为PTC热敏元件或电热膜元件。
4.根据权利要求2所述的一种智能控制加热取暖暖风机，其特征在于：所述加热元件主要由云母片与电热丝组成，所述云母片周向分布在所述导流通道内，所述电热丝均匀缠绕设置在所述云母片的两侧面。
5.根据权利要求1所述的一种智能控制加热取暖暖风机，其特征在于：所述机壳内部设有腔体，所述腔体内安装有PCB板，所述机壳与所述腔体的内侧以及所述导流通道的外侧均设有绝热层。
6.根据权利要求1所述的一种智能控制加热取暖暖风机，其特征在于：所述导流通道内侧面位于所述出风口处设有凹陷部，所述第一温度传感器安装在所述凹陷部内，所述第一温度传感器的采集端面设有与所述导流通道内侧面匹配的填充部，所述第一温度传感器对称设置有两个。
7.一种智能控制加热取暖暖风机的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
暖风机通电后，第一温度传感器实时监测出风口温度T1，第二温度传感器实时监测加热器温度T2，第三温度传感器实时监测外部空间环境温度Tr，并将温度监测数据T1、T2、Tr分别至反馈主控单元；
将预设温度Ts信号输入至主控单元，主控单元比较分析Ts与Tr间的差值关系，并处理配置暖风机相关运行参数，暖风机进行自适应温度调节，开关组件调整电加热器与微电机的工作电压，主控单元配置有暖风机关联温度变化范围的温度裕度Ta；
其自适应温度调节包括：
当Ts＞Tr+Ta时，暖风机运行加热模式，主控单元通过第一开关管提高电加热器的工作电压，通过第二开关管提高微电机的工作电压，微电机驱动轮叶，使暖风机输出持续热风；
当Tr-Ta＜Ts＜Tr+Ta时，暖风机运行保温模式，主控单元通过第一开关管调整电加热器的工作电压，并通过第二开关管调整微电机的工作电压，使T1、Tr、Ts三者趋于相等；
当Ts＜Tr-Ta时，暖风机运行风冷模式，主控单元通过第一开关管截止断开电加热器的工作，通过第二开关管调整微电机的工作电压，微电机驱动轮叶，使暖风机输出持续风流；
其中，所述主控单元配置有出风口温度阈值，所述出风口温度阈值包括T1上限阈值与T1下限阈值，当T1≥T1上限阈值时，主控单元通过第一开关管降低电加热器的工作电压，使Ts与Tr比较差值趋于零；当T1≤T1下限阈值时，主控单元通过第一开关管提高电加热器的工作电压或通过第二开关管降低微电机的工作电压，使Ts与Tr比较差值趋于零；
当关闭暖风机或暖风机发生故障时，通过断路器切断电加热器与微电机的工作，存储器用于更新储存暖风机运行的日志记录，保存暖风机高温以及低温的运行情况。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述温度裕度Ta为0.2℃，所述T1上限阈值为55℃，所述T1下限阈值为26℃。
9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述主控单元配置有处理器，所述处理器在指定的连续性的时间区段对温度监测数据进行处理得到温度监测的温度均值，指定时间区段为2-3秒。
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