CN110579050A - 一种家电交流、光伏直流两用便携制冰机 - Google Patents

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还新新
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刘升
李姝瑶
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Abstract

本发明公开了种家电交流、光伏直流两用便携制冰机，包括太阳能控制器、交流直流转换器、蓄电池、控制单元、温度传感器、压缩制冷系统以及保温蓄冰装置；所述压缩制冷系统包括直流变频压缩机、冷凝器、风扇、膨胀阀、蒸发盘管；所述控制单元分别连接交流直流转换器、太阳能控制器、温度传感器、直流变频压缩机，所述太阳能控制器通过蓄电池供电。所述蒸发盘管设置在保温蓄冰装置的底部；所述温度传感器设置在保温蓄冰装置中。本专利可以实现家电交流和光伏直流以及家电交流、光伏直流同时供电的三种供电方式高效制取冰块，即可在户内使用，也可在户外缺电地区长期使用，本专利具有便携性，因此也可在移动的车辆或者船舶上配合光伏板使用。

Description

一种家电交流、光伏直流两用便携制冰机
技术领域
本发明涉及一种家电交流、光伏直流两用便携制冰机，属于制冷器技术领域。
背景技术
随着生活水平的不断提高，人们在日常生活中对冰块的需求越来越多。目前，市场上的小型商用制冰机采用的是220V交流制冰，此类商品难以满足客户需要在远离电网的户外制取冰块的需求。尤其是在较为偏远地区以及山区等缺电、无电地区运行使用受到限制。太阳能作为一种清洁可再生能源，使得太阳能制冷技术逐渐成为制冷领域的研究热点。虽然，国内也有相关技术人员研发出了利用太阳能作为清洁能源，可供户外使用的光伏冰箱或光伏空调一类的产品，但是由于产品价格高，体积庞大，能源利用率低，供电方式单一等原因迟迟没有被商业化生产和使用。
发明内容
本发明公开了一种家电交流、光伏直流两用便携制冰机，可以实现家电交流和光伏直流两种供电方式高效制取冰块，即可在户内使用，也可在户外缺电地区长期使用，本专利具有便携性，因此也可在移动的车辆或者船舶上配合光伏板使用。
本发明的技术方案如下：
一种家电交流、光伏直流两用便携制冰机，所述制冰机包括太阳能控制器、交流直流转换器、蓄电池、控制单元、温度传感器、压缩制冷系统以及保温蓄冰装置；
所述交流直流转换器、控制单元与压缩制冷系统形成家电交流驱动的纯市电制冷模式；
所述太阳能控制器、蓄电池、交流直流转换器、控制单元与压缩制冷系统形成家用交流和光伏直流同时供电的市电/光伏混合制冷模式；
所述太阳能控制器、蓄电池、控制单元与压缩制冷系统形成光伏组件直流驱动的纯光伏制冷模式；
所述压缩制冷系统包括直流变频压缩机、风扇、冷凝器、膨胀阀、蒸发盘管；
所述控制单元分别连接交流直流转换器、太阳能控制器、温度传感器、直流变频压缩机，所述太阳能控制器通过蓄电池供电，所述直流变频压缩机连接冷凝器，所述冷凝器与膨胀阀连接、膨胀阀与蒸发盘管连接，蒸发盘管与直流变频压缩机连接，由此形成闭合回路；所述压缩制冷系统还包括风扇，所述风扇与直流变频压缩机连接，风扇的启停由直流变频压缩机控制；所述蒸发盘管设置在保温蓄冰装置的底部；所述温度传感器设置在保温蓄冰装置中。
优选地，上述控制单元的型号为ATmega8。
优选地，上述冷凝器是风冷式冷凝器。
优选地，上述保温蓄冰装置为一种保温蓄冰箱，包括箱体和箱盖。
本发明所达到的有益效果：
本发明提供的一种家电交流、光伏直流两用便携制冰机，既可采用家电220V交流供电，又可采用环保无污染的新型光伏能源供电。克服了传统制冰机的供电方式、适用场合单一的局限性，实现纯市电、市电/光伏混合、纯光伏三种供电模式共存，适用于户内外以及缺电无电地区的日常用冰需求。家电交流、光伏直流两用便携制冰机稳定性好、安全性高、成本低、效率高、集成度高、操作简单、清洁方便、可便携两用，又采用了光伏直驱制冷技术，更利于环保。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2为控制单元的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种家电交流、光伏直流两用便携制冰机，所述制冰机包括太阳能控制器、交流直流转换器、蓄电池、控制单元、温度传感器、压缩制冷系统以及保温蓄冰装置；
太阳能控制器控制外接的光伏组件始终在最大功率点工作，同时对蓄电池进行充放电控制。
交流直流转换器将家用220V交流电转化为12V的直流电，直流电通过控制单元直接用于控制压缩机启停，不再流经太阳能控制器与蓄电池。
温度传感器接收保温蓄冰装置内的温度模拟信号，转化为数字信号传递给控制单元。
控制单元在整个系统中起到协调控制的作用，在整个系统中起到协调控制的作用，根据选择的工作模式，监测外界温度以及发电功率等信号，控制系统中相应的部件工作。如图2所示，所述控制单元分别连接交流直流转换器、太阳能控制器、温度传感器、直流变频压缩机，所述太阳能控制器通过蓄电池供电。
所述交流直流转换器、控制单元与压缩制冷系统形成家电交流驱动的纯市电制冷模式；
所述太阳能控制器、蓄电池、交流直流转换器、控制单元与压缩制冷系统形成家用交流和光伏直流同时供电的市电/光伏混合制冷模式；
所述太阳能控制器、蓄电池、控制单元与压缩制冷系统形成光伏组件直流驱动的纯光伏制冷模式；
压缩制冷系统包括直流变频压缩机、冷凝器、风扇、膨胀阀、蒸发盘管；直流变频压缩机连接冷凝器，所述冷凝器与膨胀阀连接、膨胀阀与蒸发盘管连接，蒸发盘管与直流变频压缩机连接，由此形成闭合回路，回路中充有R134a制冷剂；所述压缩制冷系统还包括风扇，所述风扇与直流变频压缩机连接，风扇的启停由直流变频压缩机控制；所述蒸发盘管设置在保温蓄冰装置的底部；所述温度传感器设置在保温蓄冰装置中。直流变频压缩机可根据控制单元发送的温度指令来调节自身功率，从而达到低能耗保持系统稳定工作并延长系统工作时间的作用。直流变频压缩机和风扇在控制单元的控制下工作，使得蒸发盘管的温度达到零下25℃，在保温蓄冰装置中加入水后，以静态制冰的方式形成冰块。
优选地，上述控制单元的型号为ATmega8。
优选地，上述冷凝器是风冷式冷凝器。
优选地，上述压缩制冷系统还包括风扇，所述风扇与直流变频压缩机连接，风扇的启停由直流变频压缩机控制。
优选地，上述保温蓄冰装置为一种保温蓄冰箱，包括箱体和箱盖。箱体和箱盖均由保温材料聚氨酯硬泡泡沫包裹形成密闭空间。
家电交流驱动的纯市电制冷模式下，控制单元与交流直流转换器、直流变频压缩机、温度传感器连接，直流变频压缩机与冷凝器连接，冷凝器与膨胀阀连接、膨胀阀与蒸发盘管连接。
家电交流驱动的纯市电制冷模式下，控制单元收到温度传感器产生的信号后，与设定温度进行比较，将比较的结果形成数字信号，发送给交流直流转换器，转换器根据控制单元的指令断开或接通家用交流电源。若控制单元检测到温度传感器的温度高于设定温度，输出信号使交流直流转换器接通家用220V交流电转化为12V直流电，输入到直流变频压缩机中控制直流变频压缩机的启动，风扇的启停由直流变频压缩机控制并与直流变频压缩机相配合；若控制单元检测到温度传感器的温度低于或等于设定温度，输出信号使交流直流转换器的电流断开，压缩机停止工作，风扇也停止工作。
家用交流和光伏直流同时供电的市电/光伏混合制冰模式下，外接的光伏板与控制单元连接，控制单元与太阳能控制器、压缩机、温度传感器连接、交直流转换器，太阳能控制器与蓄电池连接；制冷剂管道连接依次为压缩机与风冷式冷凝器连接，冷凝器与膨胀阀连接、膨胀阀与蒸发盘管连接，蒸发盘管与压缩机连接。
家用交流和光伏直流同时供电的市电/光伏混合制冰模式下，Pv为光伏发电功率，PL为负载（压缩机和风扇）所需功率；Sb为蓄电池容量，Sbmin为最低放电容量，Sbmax为满充容量。
如图2所示，太阳能控制器在不接受控制单元的指令时，默认在接通光伏板的情况下时刻追踪最大光伏功率输出点。
进一步，在光伏市电混合模式下，温度传感器检测到的温度高于设定所需的制冰温度，压缩机和风扇需要工作时：
a.控制单元检测到Pv>PL,Sb<Sbmax时，太阳能控制器始终对光伏组件进行最大功率点跟踪，控制输出最大功率，同时将部分电量直接供给负载，满足负载工作额定功率，剩余部分电量经过稳压后流入蓄电池进行储存；控制单元每隔五分钟检测光伏发电与负载发电状况，根据检测反馈的结果，实时调整充电电压及电流；
b.控制单元检测到Pv>PL，Sb=Sbmax时，光照充足且蓄电池满充状态，控制单元调整太阳能控制器中最大功率跟踪器部分，减小光伏发电量，迫使功率点的发电功率Pv=PL；
c.控制单元检测到Pv<PL，Sb<Sbmin时，光伏组件的发电功率、蓄电池放电功率均不能满足负载所需功率，控制单元自动接入家用的220V交流市电，经过交直流转换器将220V交流电转换为12V的稳定直流电，接输送给负载使其工作；同时，太阳能控制器仍然跟踪光伏组件的最大功率点，将产生的电量全部输入到蓄电池中进行存储；
d.控制单元检测到 Pv<PL，Sb>Sbmin，光伏组件的发电功率不能满足负载的工作需求，太阳能控制器控制蓄电池进行放电，使光伏组件发电功率与蓄电池放电功率只和等于负载所需功率。
进一步，温度传感器检测到温度低于或等于设定温度，压缩机、风扇停止工作，控制单元控制太阳能控制器，使得光伏组件所发电量全部输送给蓄电池进行充电，将太阳能转化为蓄电池中的化学能，暂时地进行存储。
光伏直流驱动的纯光伏制冷模式下，外接的光伏板与控制单元连接，控制单元与太阳能控制器、直流变频压缩机、温度传感器连接，太阳能控制器与蓄电池连接，直流变频压缩机与冷凝器连接，冷凝器与膨胀阀连接、膨胀阀与蒸发盘管连接。
光伏直驱的制冷模式下，若控制单元检测到温度传感器的温度高于设定温度，输出信号使太阳能控制器从蓄电池中输出直流电，输入到直流变频压缩机中控制直流变频压缩机的启动，风扇的启停由直流变频压缩机控制并与直流变频压缩机相配合；若控制单元检测到温度传感器的温度低于或等于设定温度，输出信号使太阳能控制器将光伏板输入的直流电继续存储在蓄电池中，直流变频压缩机、风扇不启动。
如图1所示，直流变频压缩机接通直流电后，将气态低压的制冷剂R134a压缩为高温高压的气体，高温高压的气体沿着封闭的管路流入冷凝器中，在风扇工作引起的强制对流换热情况下，高温高压的气体隔着冷凝器管壁与外界常温空气进行换热，被冷凝成液态制冷剂，液态制冷剂流入膨胀阀中，进一步被降温降压之后继续流入蒸发盘管中，在蒸发盘管中隔着管壁吸收箱体内水的热量而蒸发，蒸发后的制冷剂为低压气体，沿着封闭的制冷剂管道回到压缩机内，继续前述步骤，形成压缩制冷循环。经历一段时间的压缩制冷循环之后，保温蓄冰装置以静态制冰的方式将水凝结成冰，并存储起来。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种家电交流、光伏直流两用便携制冰机，其特征在于所述制冰机包括太阳能控制器、交流直流转换器、蓄电池、控制单元、温度传感器、压缩制冷系统以及保温蓄冰装置；
所述交流直流转换器、控制单元与压缩制冷系统形成家电交流驱动的纯市电制冷模式；
所述太阳能控制器、蓄电池、交流直流转换器、控制单元与压缩制冷系统形成家用交流和光伏直流同时供电的市电/光伏混合制冷模式；
所述太阳能控制器、蓄电池、控制单元与压缩制冷系统形成光伏组件直流驱动的纯光伏制冷模式；
所述压缩制冷系统包括直流变频压缩机、冷凝器、风扇、膨胀阀、蒸发盘管；
所述控制单元分别连接交流直流转换器、太阳能控制器、温度传感器、直流变频压缩机，所述太阳能控制器通过蓄电池供电，所述直流变频压缩机连接冷凝器，所述冷凝器与膨胀阀连接、膨胀阀与蒸发盘管连接，蒸发盘管与直流变频压缩机连接，由此形成闭合回路；所述压缩制冷系统还包括风扇，所述风扇与直流变频压缩机连接，风扇的启停由直流变频压缩机控制；所述蒸发盘管设置在保温蓄冰装置的底部；所述温度传感器设置在保温蓄冰装置中。
2.根据权利要求1所述的一种家电交流、光伏直流两用便携制冰机，其特征在于：所述控制单元的型号为ATmega8。
3.根据权利要求1所述的一种家电交流、光伏直流两用便携制冰机，其特征在于：所述冷凝器是风冷式冷凝器。
4.根据权利要求1所述的一种家电交流、光伏直流两用便携制冰机，其特征在于：所述保温蓄冰装置为一种保温蓄冰箱，包括箱体和箱盖。
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