CN116812132A - 一种船舶新风管道式梯级预冷装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种船舶新风管道式梯级预冷装置及控制方法，包括相邻且不连通的新风通道、排风通道、重力式回热单元、第一盘管和第二盘管，且新风通道靠近海平面设置；新风通道的进风侧或者排风通道的出风侧与舱外连通，新风通道的出风侧或者排风通道的进风侧与舱内连通；重力式回热单元设置在新风通道内，用于对新风进行一次换热；第一盘管设置在新风通道内；用于对新风进行二次换热；第二盘管设置在新风通道内；用于对新风进行三次换热；其中，重力式回热单元还延伸至排风通道内，回收排风通道内的排风的冷量。本方案通过回收排气的冷量、利用海水与新风的温差以及空调冷冻水与新风的温差进行三次梯级降温，而且适用船舶吊装或者侧装。

Description

一种船舶新风管道式梯级预冷装置及控制方法

技术领域

本发明涉及船舶通风系统冷量回收及预冷技术领域，尤其涉及一种船舶新风管道式梯级预冷装置及控制方法。

背景技术

船舶通风系统用于置换船舱内的污浊空气，保持内部空气新鲜。船舶通风系统工作时，从外部大气抽取新风并通过送风管道布风，同时通过回风管道从船舶舱室抽取污浊空气并排出船外，保持船舶舱室空气的不断置换。夏季时，海上空气温度和湿度都非常高。当新风直接送入舱室时，会带入大量热负荷和湿负荷，增加空调负荷，降低船员舒适性，同时增大了制冷机组容量需求。采用排风冷量回收是解决该问题的有效方法，但如果简单沿用民用建筑排风冷量回收方案，存在以下弊端：1)热回收装置体积较大，占用较多空间资源，部分船舶空间有限，安装困难；2)受季节及热回收装置换热效率的限制，回风装置对新风的降温、除湿效果有限；3)无法利用海水等天然冷源，效率较低；4)夏季高温新风经冷量回收装置后，仍需经过空调系统再次循环处理。

公开号为CN109018290A的中国发明专利申请公开了一种梯级利用船舶的柴油机余热的空调系统，通过排出废气、冷却水与润滑油等形式进行带走柴油机余热，通过梯级回收这部分热量实现梯级加热驱动再生溶液，从而减少空调的制冷能耗。但是该方案设备不够紧凑，占地面积较大。因此，提供一种适用于管道共型安装，适装性良好的船舶新风管道式梯级预冷装置及控制方法，是很有必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种结构紧凑、能够实现新风梯级连续预冷的船舶新风管道式梯级预冷装置及控制方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供了一种船舶新风管道式梯级预冷装置，包括相邻且不连通的新风通道(100)和排风通道(200)，且新风通道(100)靠近海平面设置；新风通道(100)的进风侧或者排风通道(200)的出风侧与舱外连通，新风通道(100)的出风侧或者排风通道(200)的进风侧与舱内连通；还包括

重力式回热单元(1)，设置在所述新风通道(100)内；用于对新风进行一次换热；

第一盘管(2)，设置在所述新风通道(100)内；用于对新风进行二次换热；

第二盘管(3)，设置在所述新风通道(100)内；用于对新风进行三次换热；

其中，重力式回热单元(1)还延伸至排风通道(200)内，回收排风通道(200)内的排风的冷量。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述重力式回热单元(1)包括至少一个重力热管(11)，所述至少一个重力热管(11)沿着所述预设方向延伸且伸入排风通道(200)内；至少一个重力热管(11)内部中空且填充有第一换热介质(12)，第一换热介质(12)通过至少一个重力热管(11)与新风或者排风进行换热；第一换热介质(12)在至少一个重力热管(11)内进行气—液相变，至少一个重力热管(11)伸入排风通道(200)的内表面形成第一换热介质的液膜。

优选的，所述至少一个重力热管(11)的表面还设置若干换热板(13)，若干换热板(13)环绕至少一个重力热管(11)的表面设置；若干换热板(13)沿着预设方向间隔设置，且沿着与进风方向或者排风方向从至少一个重力热管(11)的表面向外伸出。

优选的，所述新风通道(100)与排风通道(200)之间设置有分隔板(300)，分隔板(300)上设置有至少一个第一通孔(400)，所述至少一个第一通孔(400)与至少一个重力热管(11)对应设置，重力热管(11)与第一通孔(400)密封连接。

优选的，所述第一盘管(2)设置在重力式回热单元(1)远离新风通道(100)的进风侧的一端，第一盘管(2)与重力式回热单元(1)间隔设置；所述第一盘管(2)内循环流动有第二换热介质，且第二换热介质在新风通道(100)内的流动方向与预设方向不同；所述第一盘管(2)与海水循环管路连通。

进一步优选的，所述第二盘管(3)设置第一盘管(2)靠近新风通道(100)的出风侧的一端，第二盘管(3)与第一盘管(2)间隔设置；所述第二盘管(3)内循环流动有第三换热介质，且第三换热介质在新风通道(100)内的流动方向与预设方向不同；所述第二盘管(3)与船舶空调冷冻水循环管路连通。

优选的，还包括控制器(4)和若干温度检测单元T，若干温度检测单元T分别设置在海水循环管路、船舶空调冷冻水循环管路或者新风通道(100)内，若干温度检测单元T与控制器(4)电性连接，控制器(4)用于调节第一盘管(2)内的第二换热介质的流量或者第二盘管(3)内的第三换热介质的流量；第二换热介质为海水，第三换热介质为空调冷冻水。

优选的，所述预设方向是新风通道(100)或者排风通道(200)的径向方向。

优选的，所述新风通道(100)远离排放通道的端板上设置有若干承水盘(5)，承水盘(5)朝着远离排放通道的方向向外凸起，承水盘(5)上设置有冷凝水排放口；冷凝水排放口、承水盘(5)内部以及新风通道(100)顺次连通。

另一方面，本发明还提供了一种船舶新风管道式梯级预冷控制方法，包括如下步骤：

S1：在船舶内布置上述的船舶新风管道式梯级预冷装置；新风通道(100)或者排放管道的两端通过预设的法兰与舱内或者舱外分别连通；

S2：在第一盘管(2)的进水口与海水循环管路之间设置第一二通阀F2，第一二通阀F2分别与第一盘管(2)和海水循环管路连通；在第一二通阀F2的出水一侧与第一盘管(2)的排水口之间设置第一三通阀，第一三通阀F1的第一端与第一二通阀F2的出水口连通，第一三通阀F1的第二端与第一盘管(2)的排水口连通，第一三通阀F1的第三端与海水循环管路连通；

在第二盘管(3)的进水口与船舶空调冷冻水循环管路之间设置第二二通阀F4，第二二通阀F4分别与第二盘管(3)和船舶空调冷冻水循环管路连通；在第二二通阀F4的出水一侧与第二盘管(3)的排水口之间设置第二三通阀F3，第二三通阀F3的第一端与第二二通阀的出水口连通，第二三通阀F3的第二端与第二盘管(3)的排水口连通，第二三通阀F3的第三端与船舶空调冷冻水循环管路连通；

S3：在第一二通阀的出水口以及第二二通阀的出水口处分别设置温度检测单元T；另外，在重力式回热单元(1)与第一盘管(2)之间的新风通道(100)处、第一盘管(2)与第二盘管(3)之间的新风通道(100)处以及第二盘管(3)靠近新风通道(100)的出风侧分别设置温度检测单元T，各温度检测单元T、第一二通阀F2、第一三通阀F1、第二二通阀F4和第二三通阀F3均与控制器(4)电性连接；

S4：新风送入新风通道(100)内，由于排风通道(200)内的排风的温度低于新风，通过对重力式回热单元(1)对排风进行换热，回收排风的冷量，经过重力式回热单元(1)进行第一次冷却；随后新风经过第一盘管(2)，如新风温度高于预设温度，则控制器(4)调节第一二通阀F2的开度，并选择性的开启第一三通阀F1的第一端，调节海水的流量，将海水导入第一盘管(2)，使新风与海水在第一盘管(2)处进行第二次冷却；然后新风经过第二盘管(3)，如新风温度仍高于预设温度，则控制器(4)调节第二二通阀F4的开度，并选择性的开启第二三通阀F3的第一端，调节空调冷冻水的流量，使空调冷冻水进入第二盘管(3)，使新风与空调冷冻水在第二盘管(3)处进行第三次冷却，然后通过冷却的新风送入舱内；冷凝产生的水排出新风通道(100)外。

本发明提供的一种船舶新风管道式梯级预冷装置及控制方法，相对于现有技术，具有以下有益效果：

(1)通过设置与新风通道和排风通道连通的重力式回热单元，以及新风通道内的第一盘管和第二盘管，一方面实现了紧凑的结构，适于船舶的紧凑空间内的安装；另一方面分别对排风中携带的冷量、海水的冷量和空调冷冻水的冷量进行逐次利用，在源头上充分对新风的热湿负荷进行三次连续梯度处理，避免湿热负荷直接进入舱内增大空调负担；

(2)重力式回热单元通过多个间隔设置的重力热管，能够在内部实现气液相变化，液态的第一换热介质与新风换热后汽化，到达重力热管的顶部，然后在与排风通道内的排放进行热交换，吸收排风中的冷量后冷凝呈液态，挂壁在重力热管的内表面并在重力作用下回流至新风通道一侧，自动实现循环换热过程；(3)进一步配置的控制器、阀门和温度控制器能够根据需要调节进入第一盘管或者第二盘管内的冷却介质的流量，实现精准的除湿、降温功能，避免新风进入舱室后再次通过空调管网进入空调器内降温除湿，有效降低舱内空调系统的风量需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种船舶新风管道式梯级预冷装置即控制方法的管路示意图；

图2为本发明一种船舶新风管道式梯级预冷装置及控制方法的新风通道和排风通道组合状态立体图；

图3为本发明一种船舶新风管道式梯级预冷装置及控制方法的重力式回热单元的立体图；

图4为本发明一种船舶新风管道式梯级预冷装置及控制方法的重力热管与分隔板的组合装配半剖前视图；

图5为本发明一种船舶新风管道式梯级预冷装置及控制方法的第一盘管或者第二盘管的立体图；

图6为本发明一种船舶新风管道式梯级预冷装置及控制方法的控制器的控制状态流程图；

图7为本发明一种船舶新风管道式梯级预冷装置及控制方法的第一PID算法的内容；

图8为本发明一种船舶新风管道式梯级预冷装置及控制方法的第二PID算法的内容。

附图标记：100、新风通道；200、排风通道；1、重力式回热单元；2、第一盘管；3、第二盘管；11、重力热管；12、第一换热介质；13、换热板；300、分隔板；400、第一通孔；5、承水盘；T、温度检测单元；F2、第一二通阀；F1、第一三通阀；F4、第二二通阀；F3第二三通阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

如图1—5所示，一方面，本发明提供了一种船舶新风管道式梯级预冷装置，包括相邻且不连通的新风通道100和排风通道200，且新风通道100靠近海平面设置；新风通道100的进风侧或者排风通道200的出风侧与舱外连通，新风通道100的出风侧或者排风通道200的进风侧与舱内连通；新风通道100是舱外的新风进入舱内的通道，对应的，排风通道200是舱内的污浊空气向舱外排出的通道。为了节省空间，如图2所示，新风通道100与排风通道200为竖直方向并排设置且宽度相当，采用整体式结构，结构紧凑，新风通道100或者排风通道200的两端设置有法兰，通过法兰连接方式与船舶上的空气流路相连通，新风通道100或者排风通道200可以根据需要整体吊装。

重力式回热单元1，设置在所述新风通道100内；用于对新风进行一次换热；重力式回热单元1还延伸至排风通道200内，回收排风通道200内的排风的冷量。重力式回热单元1一部分与新风通道100内的新风接触，另一部分伸入排风通道200内与排风进行接触，吸收空调系统循环后的排风中的冷量，利用排风温度低于新风的特点，实现对新风的第一次换热过程，降低新风的温度和湿度。

第一盘管2，设置在所述新风通道100内；用于对新风进行二次换热。经过第一次换热的新风经过第一盘管2，在第一盘管2处进行第二次换热，进一步降低新风的温度和湿度。类似的，第二盘管3，设置在新风通道100内；用于对新风进行三次换热。经过第二次换热的新风经过第二盘管3，实现第三次降温和降湿。经过三次梯级连续降温和降湿后的新风送入舱内供船舶空调系统进行处理，由于经过连续梯级处理，充分降低了新风的热湿负荷，防止湿热负荷直接进入舱室内，能有效降低舱内空调系统的风量需求和功率需求。

如图3所示，重力式回热单元1包括至少一个重力热管11，至少一个重力热管11沿着所述预设方向延伸且伸入排风通道200内；至少一个重力热管11内部中空且填充有第一换热介质12，第一换热介质12通过至少一个重力热管11与新风或者排风进行换热；第一换热介质12在至少一个重力热管11内进行气—液相变，至少一个重力热管11伸入排风通道200的内表面形成第一换热介质的液膜。重力式回热单元1是利用了第一换热介质12在吸热后汽化，上升到重力热管11的顶部，气态的第一换热介质12再与排风通道200内携带有冷量的排风进行热交换，气态的第一换热介质12降温后重新变为液态，受重力作用，从重力热管11的顶部直接下落或者从重力热管11的内表面上凝结形成下滑的液膜，从而实现将新风通道100内的新风的热量间接传递到排风通道200的排风的过程，并实现对排风的冷量的回收。预设方向是人为指定的，此处的预设方向有效为新风通道100或者排风通道200的径向方向。

重力热管11内填充的第一换热介质12，可以是氟利昂、氨或者甲醇等物质。这些介质的蒸发温度较低。

如图4所示，为了进一步提高重力热管11的换热效果，增大与新风或者排风的换热面积。各重力热管11的表面还设置若干换热板13，若干换热板13环绕重力热管11的表面设置；若干换热板13沿着预设方向间隔设置，且沿着与进风方向或者排风方向从至少一个重力热管11的表面向外伸出。即换热板13的延伸方向是与进风方向或者排风方向相同的。

如图3和4所示，为了更好的对各重力热管11进行位置限定，在新风通道100与排风通道200之间设置有分隔板300，分隔板300上设置有至少一个第一通孔400，至少一个第一通孔400与至少一个重力热管11对应设置，重力热管11与第一通孔400密封连接。图示的各重力热管11是等距阵列设置的，当然也可以是交错间隔排布的。分隔板300既是新风通道100与排风通道200之间的隔离机构，又是各重力热管11的限位机构。图示的各重力热管11也可以看做是以分隔板300为基准，分别向着新风通道100或者排风通道200内延伸。

如图1结合图5所示，第一盘管2设置在重力式回热单元1远离新风通道100的进风侧的一端，第一盘管2与重力式回热单元1间隔设置；第一盘管2内循环流动有第二换热介质，且第二换热介质在新风通道100内的流动方向与预设方向不同；第一盘管2与海水循环管路连通。海水循环管路包括海水供水管和海水回水管，第一盘管2的进水口与海水供水管连通，第一盘管2的排水口与海水回水管连通。第一盘管2内的第二换热介质，就是海水。

同样如图1结合图5所示，第二盘管3设置第一盘管2靠近新风通道100的出风侧的一端，第二盘管3与第一盘管2间隔设置；第二盘管3内循环流动有第三换热介质，且第三换热介质在新风通道100内的流动方向与预设方向不同；第二盘管3与船舶空调冷冻水循环管路连通。船舶空调冷冻水循环管路包括空调冷冻水供水管和空调冷冻水回水管，第二盘管3的进水口与空调冷冻水供水管连通，第二盘管3的排水口与空调冷冻水回水管。第二盘管3内的第三换热介质，是船舶空调系统的空调冷冻水。

第一盘管2和第二盘管3均采用翅片管换热器；由于海水具有腐蚀性，第一盘管的材质可采用铁白铜合金BFe30-1-1材质。第二盘管3可采用TP2铜管。

如图1所示，新风通道100远离排放通道的端板上设置有若干承水盘5，承水盘5朝着远离排放通道的方向向外凸起，承水盘5上设置有冷凝水排放口；冷凝水排放口、承水盘5内部以及新风通道100顺次连通。承水盘5用于收集重力式回热单元1、第一盘管2或者第二盘管3表面经冷凝凝结的水滴，并及时排空，防止水滴随新风进入舱内。

如图1所示，本方案还包括控制器4和若干温度检测单元T，若干温度检测单元T分别设置在海水循环管路、船舶空调冷冻水循环管路或者新风通道100内，若干温度检测单元T与控制器4电性连接，控制器4用于调节第一盘管2内的第二换热介质的流量或者第二盘管3内的第三换热介质的流量。海水循环管路与第一盘管2之间、船舶空调冷冻水循环管路与第二盘管3之间设置有相应的阀门，阀门的开度由控制器4调节，实现对海水或者空调冷冻水的流量调节，精准的实现对新风目标温度的控制。

由图1可知，图示的F1为第一三通阀，F2为第一二通阀；F3为第二三通阀，F4为第二二通阀。具体的，第一二通阀F2设置在第一盘管2的进水口与海水循环管路之间的供水管之间，第一二通阀F2分别与第一盘管2和海水循环管路的供水管连通；在第一二通阀F2的出水一侧与第一盘管2的排水口之间设置第一三通阀，第一三通阀F1的第一端与第一二通阀F2的出水口连通，第一三通阀F1的第二端与第一盘管2的排水口连通，第一三通阀F1的第三端与海水循环管路的回水管连通。第一二通阀F2开启时，海水流向第一盘管2，当第一三通阀F1的第一端的开度调节时，第一三通阀F1能起到对海水的分流作用。

第二二通阀F4设置在第二盘管3的进水口与船舶空调冷冻水循环管路的供水管之间，第二二通阀F4分别与第二盘管3和船舶空调冷冻水循环管路的供水管连通；在第二二通阀F4的出水一侧与第二盘管3的排水口之间设置第二三通阀F3，第二三通阀F3的第一端与第二二通阀的出水口连通，第二三通阀F3的第二端与第二盘管3的排水口连通，第二三通阀F3的第三端与船舶空调冷冻水循环管路的回水管连通。第二二通阀F4开启时，空调冷冻水流向第二盘管3，第二三通阀F3的第一端的开度调节时，第二三通阀F3起到对空调冷冻水的分流作用。

另一方面，本发明还提供了一种船舶新风管道式梯级预冷控制方法，包括如下步骤：

S1：在船舶内布置上述的船舶新风管道式梯级预冷装置；新风通道100或者排放管道的两端通过预设的法兰与舱内或者舱外分别连通；

S2：在第一盘管2的进水口与海水循环管路之间设置第一二通阀F2，第一二通阀F2分别与第一盘管2和海水循环管路连通；在第一二通阀F2的出水一侧与第一盘管2的排水口之间设置第一三通阀，第一三通阀F1的第一端与第一二通阀F2的出水口连通，第一三通阀F1的第二端与第一盘管2的排水口连通，第一三通阀F1的第三端与海水循环管路连通；

在第二盘管3的进水口与船舶空调冷冻水循环管路之间设置第二二通阀F4，第二二通阀F4分别与第二盘管3和船舶空调冷冻水循环管路连通；在第二二通阀F4的出水一侧与第二盘管3的排水口之间设置第二三通阀F3，第二三通阀F3的第一端与第二二通阀的出水口连通，第二三通阀F3的第二端与第二盘管3的排水口连通，第二三通阀F3的第三端与船舶空调冷冻水循环管路连通；

S3：在第一二通阀的出水口以及第二二通阀的出水口处分别设置温度检测单元T；另外，在重力式回热单元1与第一盘管2之间的新风通道100处、第一盘管2与第二盘管3之间的新风通道100处以及第二盘管3靠近新风通道100的出风侧分别设置温度检测单元T，各温度检测单元T、第一二通阀F2、第一三通阀F1、第二二通阀F4和第二三通阀F3均与控制器4电性连接；结合图1所示，温度检测单元T共有5个，分别为检测进入第一盘管2前的新风温度的第一温度检测单元T1；检测进入第二盘管2前的新风温度的第二温度检测单元T2；检测经过第二盘管3后的新风温度的第三温度检测单元T3；检测进入第一盘管2的海水温度的第四温度检测单元T4，以及检测进入第二盘管3的空调冷冻水温度的第五温度检测单元T5。控制器可以采用一个独立控制器，也可以采用两个独立的PID控制器，即图示的PID1和PID2。如采用两个独立的PID控制器，两个控制器各自独立运行，互不耦合。

S4：新风送入新风通道100内，由于排风通道200内的排风的温度低于新风，通过对重力式回热单元1对排风进行换热，回收排风的冷量，经过重力式回热单元1进行第一次冷却；随后新风经过第一盘管2，如新风温度高于预设温度，则控制器4调节第一二通阀F2的开度，并选择性的开启第一三通阀F1的第一端，调节海水的流量，将海水导入第一盘管2，使新风与海水在第一盘管2处进行第二次冷却；然后新风经过第二盘管3，如新风温度仍高于预设温度，则控制器4调节第二二通阀F4的开度，并选择性的开启第二三通阀F3的第一端，调节空调冷冻水的流量，使空调冷冻水进入第二盘管3，使新风与空调冷冻水在第二盘管3处进行第三次冷却，然后通过冷却的新风送入舱内；冷凝产生的水排出新风通道100外。

结合附图6所示，分别设定第二温度检测单元T2的目标控制温度为T_OB1，第三温度检测单元T3的目标控制温度为T_OB2，各PID控制器初始化阀门的开度，分别将第一二通阀F2、第一三通阀F1、第二二通阀F4和第二三通阀F3的开度调整至100％，即全开位置。随后控制器PID1和PID2分别独立控制。现结合附图分别说明如下。

对于控制器PID1，第一二通阀F2、第一三通阀F1、第一温度检测单元T1、第二温度检测单元T2与第四温度检测单元T4均与控制器PID1电性连接；控制器PID1的目的是实现第一盘管2的末端的新风温度，即第二温度检测单元T2处的温度达到设定第一目标温度T_OB1。当第一温度检测单元T1获得的重力式回热单元1末端排出的新风的温度低于第四温度检测单元T4检测到的海水温度时，无需通过第一盘管2进行换热，此时关闭第一二通阀F2，对应图6左侧框图内的第一层；第一温度检测单元T1获得的重力式回热单元1末端排出的新风的温度大于第四温度检测单元T4检测到的海水温度时，且第二温度检测单元T2处的温度接近第一目标温度T_OB1，如第一目标温度T_OB1正负1摄氏度以内，则维持当前第一二通阀F2和第一三通阀F1的开度状态不变，否则第二温度检测单元T2处的温度超过第二温度检测单元T2的目标控制温度为T_OB1值1摄氏度以上时，通过控制器PID1内置第一PID算法，调节第一三通阀F1的开度或者第一二通阀F2的开度。

如图7所示，图中将第二温度检测单元T2的温度与第一目标温度T_OB1的值进行量化比较：

1)当第二温度检测单元T2的温度超过第一目标温度T_OB1(目标值)1到3摄氏度时，控制器PID1采用第一函数进行控制，第一函数为：第一二通阀F2＝80％开度，第一三通阀F1＝(45+5T₂)％开度；

2)当第二温度检测单元T2的温度超过第一目标温度T_OB1(目标值)3到5摄氏度时，控制器PID1采用第二函数进行控制，第二函数为：第一二通阀F2＝90％开度，第一三通阀F1＝(5T₂ ²-30T₂+105)％开度；

3)当第二温度检测单元T2的温度超过第一目标温度T_OB1(目标值)5摄氏度以上时，控制器PID1采用第三函数进行控制，第三函数为：第一二通阀F2＝100％开度，第一三通阀F1＝(2^T2+48)％开度，且F1最大值为100％；

4)第二温度检测单元T2的温度小于第一目标温度T_OB1(目标值)1到3摄氏度时，控制器PID1采用第四函数进行控制，第四函数为：第一二通阀F2＝20％开度，第一三通阀F1＝(55-5T2)％开度；

5)第二温度检测单元T2的温度小于第一目标温度T_OB1(目标值)3到5摄氏度时，控制器PID1采用第五函数进行控制，第五函数为：第一二通阀F2＝10％开度；第一三通阀F1＝(-5T2²+30T2-5)％开度；

6)第二温度检测单元T2的温度小于第一目标温度T_OB1(目标值)5摄氏度以上时，控制器PID1采用第六函数进行控制，第六函数为：第一二通阀F2＝0％开度，第一三通阀F1＝(-2^T2-52)％开度。

对于控制器PID2，类似的，其目的是实现第二盘管3出风口处的温度，即第三温度检测单元T3获取的温度与设定第二目标温度T_OB2；当第一盘管2出风口处的温度，即第三温度检测单元T3处的温度低于空调冷冻水的温度，即第五温度检测单元T5测得的温度时，不必开启第二盘管3，关闭第二二通阀F4，对应图6右侧框图内的第一层；如果第三温度检测单元T3处的温度接近第二目标温度T_OB2，如第二目标温度T_OB2正负1摄氏度以内，则维持当前第二二通阀F4和第二三通阀F3的开启状态，否则，当第三温度检测单元T3处的温度超过第二目标温度T_OB2的值1摄氏度以上时，通过PID2内置的第二PID算法，调节第二三通阀F3的开度或者第二二通阀F4的开度。

如图8所示，图中将第三温度检测单元T3获取的温度与第二目标温度T_OB2的值进行量化比较：

1)当第三温度检测单元T3的温度大于第二目标温度T_OB2(目标值)1到4摄氏度时，控制器PID2采用第七函数进行控制，第七函数为：第二二通阀F4＝70％开度，第二三通阀F3＝(100/3+20/3*T3)％开度；

2)当第三温度检测单元T3的温度大于第二目标温度T_OB2(目标值)4到7摄氏度时，控制器PID2采用第八函数进行控制，第八函数为：第二二通阀F4＝85％开度，第二三通阀F3＝(20/9*T3²-160/9*T3+860/9)％开度；

3)当第三温度检测单元T3的温度大于第二目标温度T_OB2(目标值)7摄氏度以上时，控制器PID2采用第九函数进行控制，第九函数为：第二二通阀F4＝100％开度，第二三通阀F3＝(2^T3-48)％开度，且F3最大值为100％；

4)当第三温度检测单元T3的温度小于第二目标温度T_OB2(目标值)1到4摄氏度时，控制器PID2采用第十函数进行控制，第十函数为：第二二通阀F4＝30％开度，第二三通阀F3＝(200/3-20/3*T3)％开度；

5)当第三温度检测单元T3的温度小于第二目标温度T_OB2(目标值)4-7摄氏度时，控制器PID2采用第十一函数进行控制，第十一函数为：第二二通阀F4＝15％开度，第二三通阀F3＝(-20/9*T₃ ²+160/9*T3+40/9)％开度；

6)当第三温度检测单元T3的温度小于第二目标温度T_OB2(目标值)7摄氏度以上时，控制器PID2采用第十二函数进行控制，第十二函数为：第二二通阀F4＝0％开度，第二三通阀F3＝(52-2^T3)％开度。

需要说明的是，上述端点值附近的两个函数，可以根据需要择一使用。

需要说明的是控制器PID1的第一目标温度与控制器PID2的第二目标温度不相等。

本发明提供了一种船舶新风管道式梯级预冷装置，装置内置三个连续设置的换热装置，进行梯级预冷，并建立了相应的控制方法，从源头上充分处理新风热湿负荷，避免扩散到舱室再处理。该装置特点：一是结构紧凑，可与管道共型安装，与船舶紧凑环境适装性良好；二是梯级利用了排风回收的冷量、海水冷量、空调冷冻水能量，控制简易，经济性好，热湿处理充分，尤其是充分利用海水温度低的特点，充分挖掘利用其低温冷量，最大程度提升了系统经济性；三是利用重力热管的单向性特点，夏季自动开启排风冷量回收，冬季自动阻断传热通道，环境适应性好。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种船舶新风管道式梯级预冷装置，包括相邻且不连通的新风通道(100)和排风通道(200)，且新风通道(100)靠近海平面设置；新风通道(100)的进风侧或者排风通道(200)的出风侧与舱外连通，新风通道(100)的出风侧或者排风通道(200)的进风侧与舱内连通；

其特征在于，还包括

重力式回热单元(1)，设置在所述新风通道(100)内；用于对新风进行一次换热；

第一盘管(2)，设置在所述新风通道(100)内；用于对新风进行二次换热；

第二盘管(3)，设置在所述新风通道(100)内；用于对新风进行三次换热；

其中，重力式回热单元(1)还延伸至排风通道(200)内，回收排风通道(200)内的排风的冷量。

2.根据权利要求1所述的一种船舶新风管道式梯级预冷装置，其特征在于，所述重力式回热单元(1)包括至少一个重力热管(11)，所述至少一个重力热管(11)沿着所述预设方向延伸且伸入排风通道(200)内；至少一个重力热管(11)内部中空且填充有第一换热介质(12)，第一换热介质(12)通过至少一个重力热管(11)与新风或者排风进行换热；第一换热介质(12)在至少一个重力热管(11)内进行气—液相变。

3.根据权利要求2所述的一种船舶新风管道式梯级预冷装置，其特征在于，所述至少一个重力热管(11)的表面还设置若干换热板(13)，若干换热板(13)环绕至少一个重力热管(11)的表面设置；若干换热板(13)沿着预设方向间隔设置，且沿着与进风方向或者排风方向从至少一个重力热管(11)的表面向外伸出。

4.根据权利要求2所述的一种船舶新风管道式梯级预冷装置，其特征在于，所述新风通道(100)与排风通道(200)之间设置有分隔板(300)，分隔板(300)上设置有至少一个第一通孔(400)，所述至少一个第一通孔(400)与至少一个重力热管(11)对应设置，重力热管(11)与第一通孔(400)密封连接。

5.根据权利要求2所述的一种船舶新风管道式梯级预冷装置，其特征在于，所述第一盘管(2)设置在重力式回热单元(1)远离新风通道(100)的进风侧的一端，第一盘管(2)与重力式回热单元(1)间隔设置；所述第一盘管(2)内循环流动有第二换热介质，且第二换热介质在新风通道(100)内的流动方向与预设方向不同；所述第一盘管(2)与海水循环管路连通。

6.根据权利要求5所述的一种船舶新风管道式梯级预冷装置，其特征在于，所述第二盘管(3)设置第一盘管(2)靠近新风通道(100)的出风侧的一端，第二盘管(3)与第一盘管(2)间隔设置；所述第二盘管(3)内循环流动有第三换热介质，且第三换热介质在新风通道(100)内的流动方向与预设方向不同；所述第二盘管(3)与船舶空调冷冻水循环管路连通。

7.根据权利要求6所述的一种船舶新风管道式梯级预冷装置，其特征在于，还包括控制器(4)和若干温度检测单元T，若干温度检测单元T分别设置在海水循环管路、船舶空调冷冻水循环管路或者新风通道(100)内，若干温度检测单元T与控制器(4)电性连接，控制器(4)用于调节第一盘管(2)内的第二换热介质的流量或者第二盘管(3)内的第三换热介质的流量；第二换热介质为海水，第三换热介质为空调冷冻水。

8.根据权利要求2所述的一种船舶新风管道式梯级预冷装置，其特征在于，所述预设方向是新风通道(100)或者排风通道(200)的径向方向。

9.根据权利要求2所述的一种船舶新风管道式梯级预冷装置，其特征在于，所述新风通道(100)远离排放通道的端板上设置有若干承水盘(5)，承水盘(5)朝着远离排放通道的方向向外凸起，承水盘(5)上设置有冷凝水排放口；冷凝水排放口、承水盘(5)内部以及新风通道(100)顺次连通。

10.一种船舶新风管道式梯级预冷控制方法，包括如下步骤：

S1：在船舶内布置如权利要求7—9任一项所述的船舶新风管道式梯级预冷装置；新风通道(100)或者排放管道的两端通过预设的法兰与舱内或者舱外分别连通；

S2：在第一盘管(2)的进水口与海水循环管路之间设置第一二通阀F2，第一二通阀F2分别与第一盘管(2)和海水循环管路连通；在第一二通阀F2的出水一侧与第一盘管(2)的排水口之间设置第一三通阀，第一三通阀F1的第一端与第一二通阀F2的出水口连通，第一三通阀F1的第二端与第一盘管(2)的排水口连通，第一三通阀F1的第三端与海水循环管路连通；

在第二盘管(3)的进水口与船舶空调冷冻水循环管路之间设置第二二通阀F4，第二二通阀F4分别与第二盘管(3)和船舶空调冷冻水循环管路连通；在第二二通阀F4的出水一侧与第二盘管(3)的排水口之间设置第二三通阀F3，第二三通阀F3的第一端与第二二通阀的出水口连通，第二三通阀F3的第二端与第二盘管(3)的排水口连通，第二三通阀F3的第三端与船舶空调冷冻水循环管路连通；

S3：在第一二通阀的出水口以及第二二通阀的出水口处分别设置温度检测单元T；另外，在重力式回热单元(1)与第一盘管(2)之间的新风通道(100)处、第一盘管(2)与第二盘管(3)之间的新风通道(100)处以及第二盘管(3)靠近新风通道(100)的出风侧分别设置温度检测单元T，各温度检测单元T、第一二通阀F2、第一三通阀F1、第二二通阀F4和第二三通阀F3均与控制器(4)电性连接；

S4：新风送入新风通道(100)内，由于排风通道(200)内的排风的温度低于新风，通过对重力式回热单元(1)对排风进行换热，回收排风的冷量，经过重力式回热单元(1)进行第一次冷却；随后新风经过第一盘管(2)，如新风温度高于预设温度，则控制器(4)调节第一二通阀F2的开度，并选择性的开启第一三通阀F1的第一端，调节海水的流量，将海水导入第一盘管(2)，使新风与海水在第一盘管(2)处进行第二次冷却；然后新风经过第二盘管(3)，如新风温度仍高于预设温度，则控制器(4)调节第二二通阀F4的开度，并选择性的开启第二三通阀F3的第一端，调节空调冷冻水的流量，使空调冷冻水进入第二盘管(3)，使新风与空调冷冻水在第二盘管(3)处进行第三次冷却，然后通过冷却的新风送入舱内；冷凝产生的水排出新风通道(100)外。