CN105526774A - 一种压缩机转速可逻辑自适应的节能冰箱制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压缩机转速可逻辑自适应的节能冰箱制冷系统，包括可变转速压缩机、变频控制板、机械式温度控制器和制冷循环管路系统,？变频控制板包括电源整流滤波模块、开关电源模块、主控电路模块、驱动模块、逆变电路模块和通信模块；可变转速压缩机包括带回油结构的曲轴箱，曲轴箱的轴向孔的表面设有若干条围绕圆周分布的油槽、一斜向宽槽和一环形槽，宽槽的顶部设有一圆形漏油孔；曲轴箱的上端面设有环形挡圈，环形挡圈位于变频压缩机的电机线包的中心范围，环形挡圈处设有漏油孔；曲轴箱的下端面设有边缘挡圈。本发明可在满足客户所需制冷效果定置压缩机转数的同时，达到节约资源成本和能耗的目标。

Description

一种压缩机转速可逻辑自适应的节能冰箱制冷系统

技术领域

本发明涉及到一种冰箱制冷系统，具体地说是一种压缩机转速可逻辑自适应的节能冰箱制冷系统。

背景技术

未来冰箱发展的主要特点有变频化、智能化等，在冰箱系统中主要改进的对象为压缩机及控制系统。随着国家对节能产品的政策影响，国内冰箱制造厂家纷纷致力于提高冰箱的能耗等级，在节能的基础上开发出成本更低且资源消耗更少的产品。目前市场上主流的冰箱可以分为定频冰箱和变频冰箱两类，定频和变频主要针对压缩机而言。定频压缩机的转数是恒定的，开机工作后只有达到冰箱设定温度后，压缩机停机。变频压缩机的转数可以根据温度调整，开机工作后保持高速运转，达到冰箱设定温度后，压缩机停机，后续再次启动时以低转速运行。目前，国内市场定频冰箱占有绝大多数，这与我国变频技术起步较晚以及市场导向有关。定频较为成熟，定频压缩机内部零部件不如变频复杂(尤其是电机部分)，成本相对较低。但是，由于其转数恒定，开停机频繁，制冷波动大，能耗大，噪音较高，影响压缩机的寿命，浪费资源。变频冰箱可以实现快速制冷，达后设定温度后保持低速转动，制冷量波动小，节能效果明显。但是，目前仍有几个重要因素影响变频冰箱的制冷效果，包括：变频压缩机的泵油、回油能力，控制板转数精确控制和温控器设计等。1、关于第一个因素压缩机本身的泵油、回油能力，主要是需设计一种适用压缩机宽转数范围的泵油装置，设计零部件为曲轴及下端的导油管结构。比如，申请号为201010294414.1的中国发明专利申请“应用于全封闭制冷压缩机的泵油结构”，就已经在变频压缩机中进行应用。而就回油能力而言，绝大部分冷冻油参与压缩机本身运转工作，其余一部分进入制冷循环系统。从主要部分来看，只要能够提高压缩机本身冷冻油的回油特性，就能提高冷冻油在压缩机内部的油循环量。从压缩机内部分析，较多的冷冻油附着在内表面壳体上、定子线包中、曲轴箱表面，其中壳体内表面和定子线包中的油可以通过重力及油液张力回到壳体底部储油区，但曲轴箱表面较多的油仅仅处于附着状态，无法回到储油区，因此造成了参与内部油循环量的减少，尤其在高转数条件下，无法保证零件的有效润滑。例如，如图1所示，采用现有结构曲轴箱的压缩机，其壳体底部储油槽中的冷冻油通过压缩机曲轴的旋转，被自下而上地带到曲轴箱上部，曲轴箱仅在端面开通一个漏油孔1，曲轴箱上部积存的油通过漏油孔1回流到壳体底部，完成一次压缩机内部的油循环。结合图2可以看出，漏油孔1设计简单，为一次铸造而成，无需后期加工。图3中箭头所示为冷冻油的流向。从图中可以看出，由于曲轴箱的上表面为平面，表面冷冻油附着量多，冷冻油的流动性较差，造成的后果是直接参与内部油循环的量减少，降低了润滑以及降温效果。其次，通过漏油孔1向下的冷冻油绝大部分流入转子，并未直接流入电机线包2。由于压缩机运行时，电机是主要的发热源，转子处于高速运动状态。进入转子的油被转子的高速运动甩溅到四周，会产生一定的噪音，同时，电机线包2的降温效果变差。2、关于第二个因素控制板转数精确控制，控制板转速需要冰箱主控板提供转速信息，自身无法判断冰箱所需要的合理目标转速。而冰箱主控板需要单独设计，既增加成本又占用冰箱发泡层空间。3、关于第三个因素温控器设计，普通单系统机械温控冰箱专用变频压缩机需要重新设计管路系统、控制电路系统、箱体外形等，投入成本较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提出一种可以根据客户需要定置压缩机转数，从而实现既满足客户要求，又节约资源成本的压缩机转速可逻辑自适应的节能冰箱制冷系统。

为解决上述问题，本发明一种压缩机转速可逻辑自适应的节能冰箱制冷系统包括可变转速压缩机、变频控制板、机械式温度控制器和制冷循环管路系统，所述机械式温度控制器监测工作温度并控制220～240V火线通断；所述变频控制板根据所述机械式温度控制器的监测温度调节所述可变转速压缩机的转数；所述可变转速压缩机包括带回油结构的曲轴箱，所述变频控制板包括电源整流滤波模块、开关电源模块、主控电路模块、驱动模块、逆变电路模块和通信模块；所述制冷循环管路系统是只有一根毛细管的直冷循环系统，它包括冷凝器、蒸发器、毛细管、干燥过滤器和制冷剂；所述可变转速压缩机的所述曲轴箱的轴向孔的表面设有若干条围绕圆周分布的油槽，所述油槽均为斜槽；所述曲轴箱的轴向孔的表面另设有一斜向宽槽，所述宽槽的顶部设有一圆形漏油孔；所述曲轴箱的轴向孔的表面还设有一环形槽，所述环形槽整体为斜槽；所述曲轴箱的上端面设有环形挡圈，所述环形挡圈位于所述变频压缩机的电机线包的中心范围，所述环形挡圈处设有漏油孔；所述曲轴箱的下端面设有边缘挡圈。

上述一种压缩机转速可逻辑自适应的节能冰箱制冷系统，所述边缘挡圈的高度0.5～1mm。

上述一种压缩机转速可逻辑自适应的节能冰箱制冷系统，所述曲轴箱表面所设的所述油槽宽度为2～5mm。

上述一种压缩机转速可逻辑自适应的节能冰箱制冷系统，所述环形挡圈处所设的所述漏油孔有一个。

上述一种压缩机转速可逻辑自适应的节能冰箱制冷系统，所述变频控制板根据压缩机的工作特性决定压缩机转速：当压缩机使用低转速上油结构时，控制板控制其运行在1200rpm至4500rpm之间，并实现无级变速；当压缩机使用定频压缩机上油结构时，控制板控制其运行在两个固定的转速，实现定频压缩机泵体结构可双速运转的效果。

上述一种压缩机转速可逻辑自适应的节能冰箱制冷系统，所述两个固定的转速分别为2800rpm和3600rpm。

上述一种压缩机转速可逻辑自适应的节能冰箱制冷系统，所述变频控制板自动计算压缩机工作电流、输出功率、工作时间、开停比等数据，并根据计算出的数据评估冰箱负荷大小，控制压缩机转速。

上述一种压缩机转速可逻辑自适应的节能冰箱制冷系统，所述直冷循环系统的制冷剂在冰箱系统中只有唯一的流动路径，管路系统旁不设风机或风门。

上述一种压缩机转速可逻辑自适应的节能冰箱制冷系统，所述机械式温度控制器的感温探头探测到冰箱内蒸发器温度达到开机温度点时，接通交流电源火线，使压缩机运行；当所述感温探头探测到冰箱内蒸发器温度达到停机温度点时，断开交流电源火线，使压缩机停止运行。

上述一种压缩机转速可逻辑自适应的节能冰箱制冷系统，所述可变转速压缩机的运行采用如下控制规则：压缩机首次启动时，根据运行时间控制目标转速，之后上升至高转速运行，直至所述机械式温度控制器断开；压缩机再次启动时，根据前次开机率控制第一目标转速；压缩机再次运行时，根据实时开机率和开机时间控制压缩机转速；之后开机时重复执行后两个控制步骤。

本发明专利由于采用上述结构，它可以在满足客户所需制冷效果定置压缩机转数的同时，达到节约资源成本和能耗的目标。

附图说明

图1是现有压缩机用曲轴箱的正面结构示意图；

图2是现有压缩机用曲轴箱的背面结构示意图；

图3是现有曲轴箱与电机的装配及冷冻油的流动示意图；

图4是本发明压缩机用曲轴箱的正面结构示意图；

图5是本发明压缩机用曲轴箱的背面结构示意图；

图6是图4中斜口油槽部位的剖视图；

图7是本发明曲轴箱与电机的装配及冷冻油的流动示意图；

图8是本发明冰箱制冷系统的电气连线图；

图9是本发明变频板转速控制逻辑框图；

图10是本发明的应用实例说明图；

图11是本发明控制板的电源整流滤波模块的电路原理图；

图12是本发明控制板的开关电源模块的电路原理图；

图13是本发明控制板的主控电路模块的电路原理图；

图14是本发明控制板的驱动模块的电路原理图；

图15是本发明控制板的逆变电路模块的电路原理图；

图16是本发明控制板的通信模块的电路原理图。

具体实施方式

本发明节能冰箱制冷系统包括可变转速压缩机、变频控制板、机械式温度控制器(简称温控器)和制冷循环管路系统。可变转速压缩机是该系统的核心部件，其性能高低决定了制冷系统的制冷能力高低。机械式温度控制器采用常规的机械式温控器，用于监测工作温度，可控制220～240V火线通断，当感温探头探测到箱内蒸发器温度达到开机温度点时，接通交流电源(220～240V/50/60HZ)火线，使压缩机运行；当感温探头探测到箱内蒸发器温度达到停机温度点时，断开交流电源(220～240V/50/60HZ)火线，使压缩机停止运行。变频控制板根据机械式温度控制器的监测温度来调节可变转速压缩机的转数。制冷循环管路系统采用常规的只有一根毛细管的直冷循环系统(单系统直冷冰箱或冷柜系统)，包括冷凝器、蒸发器、毛细管、干燥过滤器以及制冷剂等，用以完成整个制冷循环(请参阅图8)。制冷剂在冰箱系统中只有唯一的流动路径，并且管路系统旁不设用于加速热交换的循环风机、风门等装置。

可变转速压缩机包括带回油结构的曲轴箱。如图4所示，本发明所采用的带回油结构的曲轴箱，在曲轴箱的轴向孔的上端面设置有若干条围绕圆周分布的油槽(包括斜槽3、斜槽4、环形油槽9、斜口油槽5(斜向宽槽))、圆形漏油孔10和环形挡圈6，各油槽宽度为2～5mm。圆形漏油孔10设于斜口油槽5的顶部，环形油槽9整体为斜槽。如图5所示，在下端面设置有环形挡圈7和边缘挡圈8，环形挡圈7位于可变转速压缩机的电机线包的中心范围，环形挡圈7处设有圆形漏油孔10，圆形漏油孔10流下的冷冻油大部分直接进入电机线包，少部分由于液体表面张力流向边缘挡圈8，边缘挡圈8沿曲轴箱边缘走向分布，高度0.5～1mm，保证电机线包与曲轴箱之间的安全距离。这些设计的目的均是为了使冷冻油沿指定的方向流动，并且通过高度差提高流动速度。

图4和图5所示的结构设计虽较现有结构复杂，但斜槽3、4和圆形漏油孔10均为一次铸造而成，无需后期加工，轴向孔周边槽的加工仅需设计一把组合刀具就可以完成本发明结构相应槽的加工，不影响生产效率。图5中的边缘挡圈8的结构高度为0.5～1mm，该参数是为保证电机线包与曲轴箱之间的安全距离。

图6为图4中斜口油槽5的剖面图，图中有两处斜槽设计，一是环形油槽9的设计，二是宽口斜槽5的设计，目的都是为了加快冷冻油的流动。

图7中箭头方向为冷冻油的流向。从图中可以看出，冷冻油沿内外两个环形方向流动，最终汇入斜口油槽5，进入漏油孔10。图中两个环形方向以及斜槽的面积大大少于现有结构曲轴箱上平面的面积，很大程度上减少了冷冻油在表面的附着量，同时在环形油槽9和斜口油槽5都设计了斜槽结构，进一步加快冷冻油的流动。冷冻油从漏油孔10向下流动，在底部有环形挡圈7，确保了绝大部分冷冻油流入电机线包2，其余少数冷冻油沿图5中的边缘挡圈8流动，其中大部分也流入电机线包2。与现有结构对比，应用本发明的电机线包2能够直接实现利用漏油孔10流入的冷冻油的降温效果，电机温度的改善可以延长压缩机的使用寿命。

本发明涉及的回油结构曲轴箱应用于变频压缩机中，在高转数下，上油速度快，能够保证充分润滑、降温，但在低转数下，上油速度变慢。由于本发明在内部油循环中减少油量损耗、加快油液流动，因此能够保证润滑及降温效果。而现有结构的曲轴箱在低转数下无法完全保证冷冻油的效果，需要增加冷冻油的灌注量，因此会带来压缩机喷油等不利影响。

如图8所示，本发明系统的变频控制板I只有三根电源线路与冰箱相连，分别是火线L、零线N、温控器W出线T，此连线方法可以最大程度地节约变频冰箱成本，无需添加变频主控板，就可让普通的单系统冰箱变为变频冰箱。压缩机C的运行由温控器W控制。照明灯L1由灯开关K1控制，加热丝H由磁敏温度开关K2控制。

如图11至图16所示，变频控制板包括电源整流滤波模块、开关电源模块、主控电路模块、驱动模块、逆变电路模块和通信模块。压缩机控制板无需冰箱主控板提供转速控制信号就可实现变频运行；变频控制板根据压缩机的工作特性决定压缩机转速：当压缩机使用低转速上油结构时，控制板可以控制其运行在1200rpm至4500rpm之间，并实现无级变速；当压缩机使用定频压缩机上油结构时，控制板可以控制其运行在两个固定的转速(比如2800rpm和3600rpm)，实现定频压缩机泵体结构可双速运转的效果。变频控制板也可以自动计算压缩机工作电流、输出功率、工作时间、开停比等数据，并根据计算出的数据评估冰箱负荷大小，控制压缩机转速，最大限度地实现节能效果。

结合图9可以看出：

1)当冰箱插电，温控器首次闭合，压缩机首次启动并达到目标转速Speed＝S1(S1取值范围1200～4500rpm)，运行固定时长T(T≥1min)，之后上升至高转速ST(ST＞S1)运行，直至温控器断开。

2)当冰箱内温度达到停机点，温控器首次断开，压缩机停机，程序自动计算开机时间t1_on，当冰箱温控器再次闭合，压缩机启动，程序自动计算停机时间t1_off、前次开机率PCT1＝t1_on/(t1_on+t1_off)。

3)当压缩机第2次启动后，第1目标转速选择规律如下：

若PCT1＜X1，目标转速Speed＝(S1-ΔS)；

若PCT1＞X2，目标转速Speed＝(S1+ΔS)；

若X1＜PCT1＜X2，目标转速Speed＝S1。

(其中，0＜X1＜X2＜1，ΔS＞0)

4)压缩机在目标转速运行时，本开机周期的累计运行时间计为T1，程序自动计算当前运行周期的开机率PCT2＝T1/(T1+t1_off)。压缩机先以第1目标转速运行，直到当前开机率PCT2达到某个设定值后，切换至第2、第3、第n个目标转速，具体规律如下：

若PCT2＜Y1，目标转速为Speed；

若Y1＜PCT2＜Y2，目标转速为(Speed+ΔS1)；

若Y2＜PCT2＜Y3，目标转速为(Speed+ΔS2)；

…

若Yn＜PCT2＜Yn+1，目标转速为(Speed+ΔSn)；

若PCT2＞Yn+1，或T1＞N小时，目标转速为最高转速ST2，直至温控器断开。

(其中，n≥1，N＞0，0＜Y1＜Y2＜Y3＜Yn＜Yn+1＜1，ΔSn＞0)

5)当温控器等m次(m≥2)断开，压缩机第m次停机，程序计算第m次开机时间tm_on，当压缩机第m+1次启动，程序计算第m次停机时间tm_off、前次开机率PCT1＝tm_on/(tm_on+tm_off)。

6)当压缩机第m+1次(m≥2)启动后，第1目标转速选择规律如下：

(假设，第m次启动的第1目标转速为Sm)

若PCT1＜X1，目标转速Speed＝(Sm-ΔS)；

若PCT1＞X2，目标转速Speed＝(Sm+ΔS)；

若X1＜PCT1＜X2，目标转速Speed＝Sm。

(其中，0＜X1＜X2＜1，ΔS＞0)

7)压缩机在目标转速运行时，当前开机周期的累计运行时间计为Tm，程序自动计算当前运行周期的开机率PCT2＝Tm/(Tm+tm_off)。压缩机先以第1目标转速运行，直到当前开机率PCT2达到某个设定值后，切换至第2、第3、第n个目标转速，具体规律如下：

若PCT2＜Y1，目标转速为Speed；

若Y1＜PCT2＜Y2，目标转速为(Speed+ΔS1)；

若Y2＜PCT2＜Y3，目标转速为(Speed+ΔS2)；

…

若Yn＜PCT2＜Yn+1，目标转速为(Speed+ΔSn)；

若PCT2＞Yn+1，或T1＞N小时，目标转速为最高转速ST2，直至温控器断开。

此后，5)、6)、7)步骤重复循环执行。

如图10所示的应用实例实现了三种控制规则，其中：

控制规则1：压缩机首次启动时，根据运行时间控制目标转速。

当冰箱插电，温控器首次闭合，压缩机首次启动并达到目标转速Speed＝S1(S1取值范围1200～4500rpm)，运行固定时长T(T≥1min)，之后上升至高转速ST(ST＞S1)运行，直至温控器断开。

控制规则2：压缩机再次启动时，根据前次开机率控制第一目标转速。

前次开机率PCT1＝t1_on/(t1_on+t1_off)；

若PCT1＜X1，目标转速Speed＝(S1-ΔS)；

若PCT1＞X2，目标转速Speed＝(S1+ΔS)；

若X1＜PCT1＜X2，目标转速Speed＝S1。

(其中，0＜X1＜X2＜1，ΔS＞0)

控制规则3：压缩机运行时，根据实时开机率和开机时间控制压缩机转速。

前运行周期的开机率PCT2＝T1/(T1+t1_off)

若PCT2＜Y1，目标转速为Speed；

若Y1＜PCT2＜Y2，目标转速为(Speed+ΔS1)；

若Y2＜PCT2＜Y3，目标转速为(Speed+ΔS2)；

…

若Yn＜PCT2＜Yn+1，目标转速为(Speed+ΔSn)；

若PCT2＞Yn+1，或T1＞N小时，目标转速为最高转速ST2，直至温控器断开。(其中，n≥1，0＜Y1＜Y2＜Y3＜Yn＜Yn+1＜1，ΔSn＞0)

当温控器断开后，控制规则3结束，当系统再次要求开机时，重复执行控制规则2和控制规则3，如此重复循环控制压缩机转速，达到变频节能效果。

本发明可以应用于封闭式或半封闭式的往复式压缩机、回转式压缩机、动力式压缩机系统。

Claims (10)

1.一种压缩机转速可逻辑自适应的节能冰箱制冷系统，其特征在于，它包括可变转速压缩机、变频控制板、机械式温度控制器和制冷循环管路系统,所述机械式温度控制器监测工作温度并控制220～240V火线通断；所述变频控制板根据所述机械式温度控制器的监测温度调节所述可变转速压缩机的转数；所述可变转速压缩机包括带回油结构的曲轴箱，所述变频控制板包括电源整流滤波模块、开关电源模块、主控电路模块、驱动模块、逆变电路模块和通信模块；所述制冷循环管路系统是只有一根毛细管的直冷循环系统，它包括冷凝器、蒸发器、毛细管、干燥过滤器和制冷剂；所述可变转速压缩机的所述曲轴箱的轴向孔的表面设有若干条围绕圆周分布的油槽，所述油槽均为斜槽；所述曲轴箱的轴向孔的表面另设有一斜向宽槽，所述宽槽的顶部设有一圆形漏油孔；所述曲轴箱的轴向孔的表面还设有一环形槽，所述环形槽整体为斜槽；所述曲轴箱的上端面设有环形挡圈，所述环形挡圈位于所述变频压缩机的电机线包的中心范围，所述环形挡圈处设有漏油孔；所述曲轴箱的下端面设有边缘挡圈。

2.如权利要求1所述的一种压缩机转速可逻辑自适应的节能冰箱制冷系统，其特征在于，所述边缘挡圈的高度0.5～1mm。

3.如权利要求1或2所述的一种压缩机转速可逻辑自适应的节能冰箱制冷系统，其特征在于，所述曲轴箱表面所设的所述油槽宽度为2～5mm。

4.如权利要求1或2所述的一种压缩机转速可逻辑自适应的节能冰箱制冷系统，其特征在于，所述环形挡圈处所设的所述漏油孔有一个。

5.如权利要求1或2所述的一种压缩机转速可逻辑自适应的节能冰箱制冷系统，其特征在于，所述变频控制板根据压缩机的工作特性决定压缩机转速：当压缩机使用低转速上油结构时，控制板控制其运行在1200rpm至4500rpm之间，并实现无级变速；当压缩机使用定频压缩机上油结构时，控制板控制其运行在两个固定的转速，实现定频压缩机泵体结构可双速运转的效果。

6.如权利要求5所述的一种压缩机转速可逻辑自适应的节能冰箱制冷系统，其特征在于，所述两个固定的转速分别为2800rpm和3600rpm。

7.如权利要求1或2所述的一种压缩机转速可逻辑自适应的节能冰箱制冷系统，其特征在于，所述变频控制板自动计算压缩机工作电流、输出功率、工作时间、开停比等数据，并根据计算出的数据评估冰箱负荷大小，控制压缩机转速。

8.如权利要求1或2所述的一种压缩机转速可逻辑自适应的节能冰箱制冷系统，其特征在于，所述直冷循环系统的制冷剂在冰箱系统中只有唯一的流动路径，管路系统旁不设风机或风门。

9.如权利要求1或2所述的一种压缩机转速可逻辑自适应的节能冰箱制冷系统，其特征在于，所述机械式温度控制器的感温探头探测到冰箱内蒸发器温度达到开机温度点时，接通交流电源火线，使压缩机运行；当所述感温探头探测到冰箱内蒸发器温度达到停机温度点时，断开交流电源火线，使压缩机停止运行。

10.如权利要求1或2所述的一种压缩机转速可逻辑自适应的节能冰箱制冷系统，其特征在于，所述可变转速压缩机的运行采用如下控制规则：压缩机首次启动时，根据运行时间控制目标转速，之后上升至高转速运行，直至所述机械式温度控制器断开；压缩机再次启动时，根据前次开机率控制第一目标转速；压缩机再次运行时，根据实时开机率和开机时间控制压缩机转速；之后开机时重复执行后两个控制步骤。