阅读说明：本技术 极地邮轮驾驶舱环境控制系统 (polar region passenger liner cockpit environment control system ) 是由 施红 徐文冰 陈佳敏 王均毅 胡亮春 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种极地邮轮驾驶舱环境控制系统,包括冷热源模块、新风处理模块、除雾模块、排风模块和全热回收模块,各模块均由控制柜控制工作；该系统提升了极地探索的可行性,也为驾驶舱人员创造了舒适节能的人工环境：万向型冲压进气口的设计,在保证新风引入量的同时降低了风机能耗；该系统实现温、湿度独立控制并充分利用全热回收技术,避免了常规空调系统中热湿独立处理带来的损失,也大幅度提高了制冷机的性能系数；采用并联笛形管式除雾装置,对驾驶舱玻璃的上下两侧进行热风喷射除雾,提升了驾驶安全性以及人员舒适性；根据不同工况控制各模块单元的开启和闭合,对极地邮轮驾驶舱在全海域航行过程中的室内环境进行良好控制。(The invention discloses an environment control system of a polar region passenger liner cockpit, which comprises a cold and heat source module, a fresh air processing module, a defogging module, an exhaust module and a total heat recovery module, wherein each module is controlled by a control cabinet to work; the system improves the feasibility of polar exploration, and creates a comfortable and energy-saving artificial environment for cockpit personnel: due to the design of the universal stamping air inlet, the energy consumption of the fan is reduced while the fresh air introduction amount is ensured; the system realizes independent control of temperature and humidity and fully utilizes the total heat recovery technology, avoids the loss caused by independent heat and humidity treatment in the conventional air conditioning system and greatly improves the performance coefficient of the refrigerating machine; the parallel flute-shaped tubular demisting device is adopted to carry out hot air spraying demisting on the upper side and the lower side of the cockpit glass, so that the driving safety and the personnel comfort are improved; the opening and closing of each module unit are controlled according to different working conditions, and the indoor environment of the polar cruise ship cockpit in the whole sea navigation process is well controlled.)

极地邮轮驾驶舱环境控制系统

技术领域

本发明属于船舶空调领域，尤其涉及一种极地邮轮驾驶舱环境控制系统。

背景技术

极地地区是指地球的两极，即南极和北极，北极地区的自然资源极为丰富，包括不可再生的矿产资源与化学能源，可再生的生物资源，以及如水力、风力等恒定资源，北极地区所蕴藏的丰富的石油与天然气资源对现代社会发展有着最为重要和直接的意义；南极地区不仅有着藏量丰富的矿物资源，瑰丽独特的自然风光更是每年都吸引着大量的游客前去观光游览。

但是，由于极地的自然环境严酷，在北极和南极地区航行的船舶在航行过程中将面临诸多未知的风险，航行于极地的船舶在设计过程中需要严格按照国际海事组织（IMO）颁布的《国际极地水域操作船舶规则》及《国际海上人命安全公约》（SOLAS）中“极地航行船舶安全措施”章节的内容进行设计。极地邮轮便是遵循以上规则设计建造而成的一种可往返极地地区的特殊船舶，利用极地邮轮，可进行雪地穿梭、极地露营等特殊极地探险项目。

但是，极地邮轮往返于南北极地过程中，途经复杂多变的气象条件，为了使船员、旅客在邮轮上有一个舒适的生活和工作环境，通常会利用空调技术在舱室内创造出一个适宜的人工环境。但是现有的船舶空调系统在达到基本的空气调节需求的同时节能性和舒适性还有待进一步提高。

同时，极地地区的气温极低，在航行过程中舱室舷窗会结雾甚至产生冰霜，驾驶舱舷窗的清晰度直接影响航行安全，为了不影响驾驶室的视野，除雾系统的设计至关重要。

关于极地船舶的技术研发与应用在近年来发展迅猛，加强极地船舶设计建造技术研发，对国家实现海洋强国的宏伟目标有着十分重要的意义。

发明内容

针对上述理念，本发明旨在提供一种极地邮轮驾驶舱环境控制系统，综合考虑航行地区的各种工况，对驾驶舱进行温度和湿度的控制，在提高舱室内空气品质和舱内人员舒适性的同时，减小工作能耗。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种极地邮轮驾驶舱环境控制系统，主要包括冷热源模块、新风处理模块和除雾模块，三个模块均由控制柜控制工作，其中，

所述冷热源模块包括冷却塔、高温冷水机组、余热锅炉、干式风机盘管以及温度传感器，所述冷却塔通过管道及冷却水泵与高温冷水机组连接；所述温度传感器检测回风口的空气温度并将检测数值输送到控制柜面板上，所述高温冷水机组和余热锅炉连接到控制柜上，根据温度传感器的检测数值由控制柜控制启闭；所述干式风机盘管与高温冷水机组和余热锅炉间分别连接有循环回路，在高温冷水机组与干式风机盘管间的回流管道上设有冷水机组回水泵，在余热锅炉与干式风机盘管间的回流管道上设有锅炉回水泵。

所述新风处理模块包括压力传感器一、万向冲压进气口、过滤器、风机、预热（冷）装置、余热锅炉加热装置、冷凝除湿机组、加湿器、紫外线杀菌照灯、湿度传感器一以及表冷器，压力传感器一安装在万向冲压进气口上，湿度传感器一安装在驾驶舱内，其他组件设在新风处理区内，冷凝除湿机组与表冷器连接，新风经由各组件处理后进入驾驶舱，调节室内新风量和湿负荷，各组件分别与控制柜相连，在不同工况下完成对驾驶舱热湿环境的控制；

所述除雾模块包括笛形管式除雾装置、余热锅炉、换热器以及湿度传感器二，笛形管式除雾装置均匀布于驾驶舱玻璃的上下两侧，湿度传感器二安装在驾驶舱的玻璃内侧，笛形管式除雾装置通过风管以及除雾管道泵连接至换热器，余热锅炉通过蒸汽管道连接至换热器。

所述万向冲压进气口总体呈“Z”字型，新风由水平方向进入，经过弯管进入竖直管道，再由弯管进入内侧水平管道后进入新风处理区，在竖直管道外壁上焊接一圈齿条，齿条与齿轮间通过传动齿条连接，齿轮与方向盘的传动轴间通过皮带连接。

笛形管式除雾装置的形状由新风入口处向终端渐缩，在管内均布数个除雾喷口。

驾驶舱内多个窗户玻璃的上下两侧设置的笛形管式除雾装置以并联的方式连接。

该环境控制系统还包括排风模块，排风模块包括压力传感器二、排风口、限压阀和排风出风口，排风口与排风出风口间通过排风管路连接，限压阀设在排风口处。

该环境控制系统还包括全热回收模块，该模块将部分排风与新风混合，在排风管路上设有支路与新风处理模块内的预热（冷）装置连接，在余热回收支路上设有余热回收管道阀，余热回收管道阀的开度通过驾驶舱内温度传感器反馈的数值决定。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的一种极地邮轮驾驶舱环境控制系统，提升了极地探索的可行性，也为在驾驶舱内的人员创造了舒适节能的人工环境：

2、设计万向冲压空气进气口，在保证新风引入量的同时降低了风机能耗；

3、采用水冷式螺杆高温冷水机组和冷凝除湿机组组成热湿独立控制系统，水冷式螺杆高温冷水机组控制驾驶舱内热负荷，冷凝除湿机组和加湿器联合控制室内湿负荷，解决船舶机房空间有限而不适用固体转轮除湿等体积较大的除湿装置的问题；

4、利用控制柜控制各模块的运转，可针对不同工况采取不同的控制方案，贴合极地邮轮环境特点，减少能量损耗；

5、采用全热热回收技术，充分利用余热锅炉热量以及室内排风热量，保证运行流畅的同时节约能耗，降低运行成本。

附图说明

图1为一种极地邮轮驾驶舱环境控制系统的原理示意图；

图2为并联笛形管式除雾装置的结构示意图；

图3为万向冲压进气口的结构示意图。

图中：

1-冷热源模块，2-新风处理模块，3-除雾模块，4-控制柜，5-排风模块，6-余热回收模块；

11-冷却塔，12-高温冷水机组，13-余热锅炉，14-干式风机盘管，15-温度传感器，16-冷却水泵，17-冷水机组回水泵，18-锅炉回水泵；

21-压力传感器一，22-万向冲压进气口，23-过滤器，24-风机，25-预热（冷）装置，26-余热锅炉加热装置，27-冷凝除湿机组，28-加湿器，29-紫外线杀菌照灯，210-湿度传感器一，211-表冷器；

221-竖直管道，222-齿条，223-传动齿条，224-方向盘，225-皮带，226-齿轮；

31-笛形管式除雾装置，32-换热器，33-湿度传感器二，34-除雾管道泵，35-除雾喷口，36-玻璃；

51-压力传感器二，52-排风口，53-限压阀，54-排风出风口，55-排风管路；

61-余热回收支路，62-余热回收管道阀。

具体实施方式

为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。

为了提高极地邮轮驾驶舱内的环境舒适度和减小驾驶舱空调系统的能耗，本实施方式提供一种经改进的极地邮轮驾驶舱环境控制系统，具体的结构原理如图1所述；该系统主要包括冷热源模块1、新风处理模块2和除雾模块3这三大模块，三个模块均由控制柜4控制工作。

冷热源模块1包括冷却塔11、高温冷水机组12、余热锅炉13、干式风机盘管14以及温度传感器15，冷却塔11通过管道及冷却水泵16与高温冷水机组12连接；温度传感器15检测回风口的空气温度并将检测数值反馈到控制柜4面板上，高温冷水机组12和余热锅炉13连接到控制柜4上，根据温度传感器15的检测数值，由控制柜4控制高温冷水机组12和余热锅炉13的启闭，实现调节；干式风机盘管14与高温冷水机组12和余热锅炉13间分别连接有循环回路，在高温冷水机组12与干式风机盘管14间的回流管道上设有冷水机组回水泵17，在余热锅炉13与干式风机盘管14间的回流管道上设有锅炉回水泵18。

高温冷水机组12和余热锅炉13提供的冷水或热水进入盘管内，风机经由盘管吹出的冷风或热风与室内进行换热，带走室内多余的热量或冷量。

新风处理模块2包括压力传感器一21、万向冲压进气口22、过滤器23、风机24、预热（冷）装置25、余热锅炉加热装置26、冷凝除湿机组27、加湿器28、紫外线杀菌照灯29、湿度传感器一210以及表冷器211，压力传感器一21安装在万向冲压进气口22上，湿度传感器一210安装在驾驶舱内，其他组件设在新风处理区内，冷凝除湿机组27与表冷器211连接，新风经由各组件处理后进入驾驶舱，调节室内新风量和湿负荷，各组件分别与控制柜4相连，在不同工况下完成对驾驶舱热湿环境的控制。

万向冲压进气口22总体呈“Z”字型，新风由水平方向进入，经过弯管进入竖直管道221，再由弯管进入内侧水平管道后进入新风处理区，为了在保证新风引入量的同时降低风机能耗。在竖直管道221外壁上焊接一圈齿条222，齿条222和齿轮226通过传动齿条223连接，齿轮226的从传动轴和方向盘224的传动轴间通过皮带225传动连接。位于新风进气口处的压力传感器一21检测进气口四周风压，将风压最大处的方位角度传送到控制柜4的显示面板上，转动方向盘224通过皮带225带动齿轮226转动，进而通过传动齿条223带动齿条222转动，最终带动竖直管道221转动，直至将新风进气口旋转至风压最大处。

本实施方式中，水冷式螺杆高温冷水机组12和冷凝除湿机组27组成热湿独立控制系统，水冷式螺杆高温冷水机组12控制驾驶舱内热负荷，冷凝除湿机组27和加湿器28联合控制室内湿负荷，充分解决驾驶舱空间有限造成的固体转轮除湿等体积较大的除湿装置的不适用问题。

除雾模块3包括笛形管式除雾装置31、余热锅炉13、换热器32以及湿度传感器二33，笛形管式除雾装置31均匀布于驾驶舱玻璃的上下两侧，湿度传感器二33安装在驾驶舱的玻璃内侧，笛形管式除雾装置31通过风管以及除雾管道泵34连接至换热器32，余热锅炉13通过蒸汽管道连接至换热器32。当安装在驾驶舱玻璃内侧的湿度传感器二33检测到玻璃内侧湿度达到80％时，除雾模式开启，通过笛形管式除雾装置31相向送风完成玻璃的除雾。

笛形管式除雾装置31的形状由新风入口处向终端渐缩，在管内均布数个除雾喷口35。驾驶舱内多个窗户玻璃的上下两侧设置的笛形管式除雾装置31以并联的方式连接以便进行多舷窗同时除雾，工作过程更加方便快捷，可很好地维持驾驶舱室视野的清晰度。

当湿度传感器二33检测到玻璃内侧湿度达到80％时，笛形管式除雾装置31通过风管连接至换热器32，换热器32内新风与余热锅炉13喷射出的水蒸气换热，通过除雾管道泵34将加热后的新风送入驾驶室舱玻璃内侧，进行热风喷射除雾。当湿度传感器二33检测到玻璃内侧湿度达到60％时，除雾模式关闭。

本实施方式提供的环境控制系统还包括排风模块5，排风模块5包括压力传感器二51、排风口52、限压阀53和排风出风口54，排风口52与排风出风口54间通过排风管路55连接，限压阀53设在排风口52处。

压力传感器二51将检测到的室内压力值传送到控制柜4显示面板上，当室内正压值超过5 Pa时，控制柜4控制限压阀53开启，通过排风管路55向室外释放压力，直至压力传感器二51检测到室内正压值小于5Pa时，控制柜4控制限压阀关闭。

本实施方式提供的环境控制系统还包括全热回收模块6，该模块将部分排风与新风混合，在排风管路55上设有余热回收支路61与新风处理模块2内的预热（冷）装置25连接，在余热回收支路61上设有余热回收管道阀62，余热回收管道阀62的开度通过驾驶舱内温度传感器15反馈的数值决定。温度传感器15将检测到的温度值传送到控制柜4显示面板上，冬季工况时通过排风对新风进行预热，夏季工况时通过排风对新风进行预冷。该模块充分利用余热锅炉热量及室内排风冷（热）量，有助于减少能耗，降低运行成本。

以下对该环境控制系统的多种工作模式进行具体阐述：

（1）制冷工况

当温度传感器15检测到驾驶舱内温度高于26℃时，制冷模式启动。控制柜4控制高温冷水机组12、冷却塔11、冷却水泵16和干式风机盘管14开启，高温冷水机组12输出18℃的冷冻水，通过管道进入盘管中，风机经由盘管向驾驶舱内提供冷风。同时，回流的冷却水带走高温冷水机组12中冷凝器散发的热量，进入冷却塔11喷淋冷却，并通过冷却水泵16回到冷水机组，进行下一轮循环。

（2）制热工况

当温度传感器15检测到驾驶舱内温度低于20℃时，制热模式启动。控制柜4控制余热锅炉13开启，余热锅炉13向盘管提供高温热水，风机经盘管向驾驶舱内提供热风，带走室内冷负荷，完成换热后，高温热水回水通过锅炉回水泵18沿管道回到锅炉，进行下一轮循环。

（3）除雾工况

在制冷工况时，室内设计工况为温度26℃、湿度60％，此时的室内空气露点温度约为16.6℃，而室外空气温度远高于室内露点温度，故室内外均不结露。在制热工况时，室内温度控制在20℃，相对湿度40％，此时的露点温度为6.1℃。当玻璃36的温度低于室内空气露点温度6.1℃时，玻璃36内侧就会结露。

当安装在驾驶舱玻璃内侧的湿度传感器二33检测到玻璃36内侧湿度达到80％时，除雾模式开启，余热锅炉13提供200℃的高温水蒸气，与从新风管道内引出的一路新风在换热器32内完成换热，换热器32出口为热空气，通过除雾管道泵34的动力经过管道进入笛形管式除雾装置31，喷射热风对玻璃36进行除雾。当安装在驾驶舱玻璃内侧的湿度传感器二33检测到玻璃36内侧湿度达到60％时，除雾模式关闭，余热锅炉13提供的高温水蒸气不再换热，笛形管式除雾装置31停止工作。

（4）新风处理工况

安装在万向冲压进气口22处的压力传感器一21与控制柜4联动控制新风口的旋转方向，在工作过程中，位于新风进气口的压力传感器一21检测进气口四周风压，将风压最大处的方位角度传送到控制柜4显示面板上，转动方向盘224通过皮带225带动齿轮226转动，进而通过传动齿条223带动齿条222转动，最终带动竖直管道221转动，直至将新风进气口旋转至风压最大处。

a、夏季工况时，当安装在室内的湿度传感器一210检测到驾驶舱内相对湿度大于60％时，新风处理管道内过滤器23开启、风机24开启、预热（冷）装置25的排风预冷段开启、冷凝除湿机组27开启并通过管道向表冷器211内提供低温冷水，与新风换热完成除湿、余热锅炉加热装置26停止工作、加湿器28停止工作、紫外线杀菌照灯29开启，并通过风管将处理过的新风送入室内。

b、夏季工况时，当安装在室内的湿度传感器一210检测到驾驶舱内相对湿度小于60％时，新风处理管道内过滤器23开启、风机24开启、预热（冷）装置25的排风预冷段开启、冷凝除湿机组27停止工作、余热锅炉加热装置26停止工作、加湿器28开启、紫外线杀菌照灯29开启，并通过风管将处理过的新风送入室内。

c、冬季工况时，当安装在室内的湿度传感器一210检测到驾驶舱内相对湿度大于40％时，新风处理管道内过滤器23开启、风机24开启、预热（冷）装置25的排风预热段开启、冷凝除湿机组27开启并通过管道向表冷器211内提供低温冷水，与新风换热完成除湿、余热锅炉加热装置26开启、加湿器28停止工作、紫外线杀菌照灯29开启，并通过风管将处理过的新风送入室内。

d、冬季工况时，当安装在室内的湿度传感器一210检测到驾驶舱内相对湿度小于40％时，新风处理管道内过滤器23开启、风机24开启、预热（冷）装置25的排风预热段开启、冷凝除湿机组27停止工作、余热锅炉加热装置26开启、加湿器28开启、紫外线杀菌照灯29开启，并通过风管将处理过的新风送入室内。

e、当安装在室内的温度传感器15检测到驾驶舱内温度为20℃~26℃时，为过渡工况，冷热源模块停止工作，由新风模块承担室内湿负荷。当安装在室内的湿度传感器一210检测到驾驶舱内相对湿度大于50％时，新风处理管道内过滤器23开启、风机24开启、预热（冷）装置25的排风预冷（热）段开启、冷凝除湿机组27开启并通过管道向表冷器211内提供低温冷水，与新风换热完成除湿、余热锅炉加热装置26停止工作、加湿器28停止工作、紫外线杀菌照灯29开启，并通过风管将处理过的新风送入室内。

f、过渡工况时，当安装在室内的湿度传感器一210检测到驾驶舱内相对湿度小于50％时，新风处理管道内过滤器23开启、风机24开启、预热（冷）装置25的排风预冷（热）段开启、冷凝除湿机组27停止工作、余热锅炉加热装置26停止工作、加湿器28开启、紫外线杀菌照灯29开启，并通过风管将处理过的新风送入室内。

利用控制柜针对不同工况采取不同的控制方案，贴合极地邮轮环境特点，减少能量损耗。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。