專利名稱：變頻式冷水機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光加工設(shè)備用的冷水機(jī)，特別是一種變頻式冷水機(jī)。
在激光加工設(shè)備中冷卻水設(shè)備屬于必備部分，對(duì)冷水機(jī)的要求主要是溫度控制精度高、溫度調(diào)節(jié)范圍寬、溫度到達(dá)快、制冷效率高、適應(yīng)負(fù)荷能力強(qiáng)、噪音低、體積小等。傳統(tǒng)的冷水機(jī)采用定頻式壓縮機(jī)，通過壓縮機(jī)的起停來控制溫度。由于壓縮機(jī)有停機(jī)保護(hù)時(shí)間，一般規(guī)定為3分鐘，在這段時(shí)間內(nèi)，冷卻水溫度將上升，其上升幅度由冷卻水的容量、負(fù)荷的發(fā)熱量以及環(huán)境溫度決定。為了減小溫度的波動(dòng)，需增加冷卻水容量，這就導(dǎo)致設(shè)備的體積和重量增加。即便這樣，溫度的波動(dòng)范圍還是比較大的，不能適用于對(duì)溫度恒定性要求較高的場合。如果采用雙循環(huán)控制，即增加一重冷卻水和工作水的熱交換，通過冷卻水的注入調(diào)節(jié)工作水溫度，雖然可以提高工作水溫的穩(wěn)定性，但設(shè)備的體積和重量也會(huì)隨之增加，制冷效率下降，能耗增加，而且溫度一直是波動(dòng)的，也不能適用于恒溫要求高的場合。
本實(shí)用新型的目的在于克服傳統(tǒng)定頻式冷水機(jī)存在的上述不足，提供一種變頻式冷水機(jī)，以提高設(shè)備的溫度控制精度、減小設(shè)備體積、及提高制冷效率。
本變頻式冷水機(jī)采用分體式結(jié)構(gòu)，由室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)兩部分組成，通過串行通訊方式控制。室內(nèi)機(jī)含室內(nèi)控制器，室內(nèi)熱交換器(即冷水包)，與室內(nèi)熱交換器聯(lián)接的水泵、過濾器及水壓開關(guān)；室外機(jī)直接選用變頻分體式室外機(jī)。本設(shè)計(jì)中，選用美的KFR-28W/BP型系列變頻分體式空調(diào)室外機(jī)。
本實(shí)用新型的
如下圖1為變頻式冷水機(jī)原理框圖；圖2為變頻式冷水機(jī)結(jié)構(gòu)圖；圖3為其室內(nèi)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為其室內(nèi)控制器原理框圖；圖5為其室內(nèi)控制器電路圖；圖6為其工作流程圖。
如圖1、圖2所示，本變頻式冷水機(jī)由室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)兩部分組成。室內(nèi)機(jī)含室內(nèi)控制器，熱交換器(即冷水包)，與室內(nèi)熱交換器聯(lián)接的水泵、過濾器及水壓開關(guān)，過濾器送出的冷卻水通過熱負(fù)荷后返回室內(nèi)熱交換器。
室外機(jī)部分主要包括室外熱交換器、四通閥、電子膨脹閥、風(fēng)扇、變頻器以及由變頻器控制的壓縮機(jī)，所述的室外熱交換器、四通閥、電子膨脹閥、風(fēng)扇、變頻器連接于室外控制器的相應(yīng)的控制端；所述四通閥的一對(duì)入口、出口聯(lián)接壓縮機(jī)，其另一對(duì)入口、出口分別聯(lián)接室內(nèi)熱交換器和室外熱交換器；電子膨脹閥聯(lián)接于室內(nèi)熱交換器與室外熱交換器之間。
為簡化設(shè)計(jì)，其室外機(jī)采用變頻分體式空調(diào)室外機(jī)。如美的KFR-28W/BP型、或KFR-36W/BP型、或KFR-45W/BP型等變頻分體式空調(diào)室外機(jī)。所述三種型號(hào)的室外機(jī)的制冷能力分別為2800W、3600W及4500W，相應(yīng)的壓縮機(jī)的功率分別為1HP、1.5HP及2HP。
由于室內(nèi)機(jī)與室外機(jī)是通過串行通訊方式控制的，所以選用室外機(jī)時(shí)，一定要清楚其代碼與通訊要求，如通訊速度、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)傳送周期、代碼的含義等，使室內(nèi)機(jī)與之相適應(yīng)。
在典型實(shí)施例中，本機(jī)的通訊格式與控制代碼為數(shù)據(jù)格式每個(gè)數(shù)據(jù)由起始位、8位數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位(偶校驗(yàn))和2位停止位組成，共12位。
通訊速度波特率1200。
數(shù)據(jù)包格式7個(gè)數(shù)據(jù)構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)串，8個(gè)數(shù)據(jù)串組成一個(gè)數(shù)據(jù)組。
數(shù)據(jù)傳送的時(shí)序每個(gè)數(shù)據(jù)寬度為10ms，每個(gè)數(shù)據(jù)串寬度為7×10=70ms，數(shù)據(jù)串的周期為225ms，數(shù)據(jù)組的周期為8×225ms=1.8s。室內(nèi)機(jī)主動(dòng)發(fā)送，室外機(jī)為應(yīng)答方式。室內(nèi)機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)串結(jié)束后，延時(shí)62位(時(shí)間為62/1200=51.67ms)，室外機(jī)發(fā)送相應(yīng)的應(yīng)答信號(hào)，應(yīng)答信號(hào)結(jié)束后，延時(shí)40位(40/1200=33.33ms)，室內(nèi)機(jī)發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)串。
室外機(jī)的規(guī)格根據(jù)冷水機(jī)所要求的制冷量選擇，由于水的換熱性比空氣好，所以空調(diào)室外機(jī)用于制冷水時(shí)，其制冷能力比制冷空氣時(shí)大，約為1.2-1.3倍，這樣，1HP的冷水機(jī)，其制冷能力可達(dá)3300W左右。
其室內(nèi)機(jī)由室內(nèi)控制器1、冷水包2、水泵3、過濾器4、水壓開關(guān)等組成，室內(nèi)機(jī)的尺寸可取400mm×600mm×200mm，體積約48升，重量為30公斤左右，以便墻壁掛裝，方便安裝。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。冷水包安裝于機(jī)箱內(nèi)左上部，其尺寸為230mm×400mm×180mm，裝水量為11升。水泵安裝于機(jī)箱內(nèi)下部，水泵功率為250W，流量為120升/分鐘。水壓開關(guān)閥值可調(diào)，范圍在0-0.2MPa，本機(jī)使用中設(shè)在0.05MPa左右。當(dāng)實(shí)際水壓低于設(shè)定閥值時(shí)，水壓開關(guān)斷開，向控制系統(tǒng)提供水壓保護(hù)信號(hào)。機(jī)箱內(nèi)右側(cè)的過濾器起凈化水的作用，使激光器免受水的污染。
圖4示出的室內(nèi)控制器由微處理器(MCU)，顯示與控制面板，冷卻水溫度檢測電路，冷卻水溫度檢測電路和微處理器之間的A/D轉(zhuǎn)換器，與室外機(jī)串行通訊用的接口電路，以及電源電路構(gòu)成。
圖5為室內(nèi)控制器典型實(shí)施例電路圖。圖中示出了溫度檢測電路、串行通訊接口電路和電源電路，以及A/D轉(zhuǎn)換電路、微處理器、顯示與控制面板用簡圖。微處理器可采用8031芯片，A/D轉(zhuǎn)換電路為8位A/D轉(zhuǎn)換器(0801)，顯示和控制面板的功能包括溫度設(shè)定、溫度顯示、狀態(tài)指示、系統(tǒng)啟動(dòng)和停止。溫度設(shè)定通過“+”、“-”按鈕改變，每次變化0.5℃；溫度顯示采用3位數(shù)碼管，在設(shè)定狀態(tài)下顯示設(shè)定溫度，在工作狀態(tài)下顯示工作溫度；狀態(tài)指示通過兩只雙色指示燈實(shí)現(xiàn)，表示系統(tǒng)處于上電待機(jī)狀態(tài)、正常運(yùn)行狀態(tài)或低溫停止?fàn)顟B(tài)。串行接口電路由連接在微處理器串口與室外機(jī)的控制器串行口之間的光耦合器U1、U2組成，光耦合器U2輸入端通過電阻接于微處理器發(fā)送端，光耦合器U2輸出端通過光耦合器U1輸入端、二極管D2與室外機(jī)控制器連接，光耦合器U1輸出端經(jīng)電阻R6、R7分壓后連接于微處理器的接收端。
溫度檢測電路包括熱敏電阻和相應(yīng)的電阻組成的電橋，及運(yùn)放CA3140。熱敏電阻外加金屬保護(hù)套，放置到冷水包中的測溫管底部。測溫管底端密封，浸在水中，頂端開口，露在冷水包外，熱敏電阻的連線由此引出。熱敏電阻的溫度特性如表1所示。
表1
系統(tǒng)溫度控制原理簡述如下溫度檢測電路將冷卻水溫度變換成電壓信號(hào)，經(jīng)A/D變換輸入單片機(jī)，與設(shè)定溫度(即一定的參考電壓)比較，得出溫度誤差(即一定的誤差電壓)。根據(jù)溫度誤差選擇相應(yīng)的壓縮機(jī)運(yùn)行頻率，再以特定的編碼信號(hào)通過串行通訊方式發(fā)送給室外機(jī)。室外機(jī)中的控制器對(duì)編碼信號(hào)進(jìn)行解讀后，控制相應(yīng)部分動(dòng)作。其中，頻率信號(hào)送到變頻器，使變頻器輸出相應(yīng)頻率的SPWM信號(hào)，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
壓縮機(jī)的制冷量與運(yùn)轉(zhuǎn)頻率成正比，連續(xù)地改變運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，就能連續(xù)地改變制冷量，從而使實(shí)際溫度精確地逼近設(shè)定溫度，并保持恒定。如果壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率是不連續(xù)的，而是分幾個(gè)檔位，則最終溫度平衡時(shí)有兩種情況，一是在某個(gè)頻率檔上達(dá)到平衡，溫度保持恒定；二是在相鄰兩個(gè)頻率檔上來回?fù)Q檔，溫度在設(shè)定溫度上下小幅波動(dòng)，波動(dòng)幅度小于0.5℃。本機(jī)中，頻率分8個(gè)檔位，分別為0、30、42、52、62、74、86、95HZ，最小制冷量約為1100W，最大制冷量約為3400W，達(dá)到平衡后，溫度波動(dòng)小于0.5℃。
系統(tǒng)的工作流程如圖6所示，頻率選擇由程序自動(dòng)執(zhí)行，遵循以下原則a．初始頻率根據(jù)溫度誤差(溫度誤差Δt=采樣溫度-設(shè)定溫度)選擇。實(shí)時(shí)溫度采樣后得到的電壓為V，設(shè)定溫度對(duì)應(yīng)的參考電壓為V0，則誤差電壓ΔV=V-Vo與溫度誤差Δt有對(duì)應(yīng)關(guān)系，由硬件電路決定。本機(jī)中，ΔV與Δt有近似線性關(guān)系。Δt每變化1℃,ΔV約變化0.2伏。因此，程序運(yùn)行時(shí)根據(jù)求得的ΔV選擇初始頻率，如初始頻率與溫度誤差、誤差電壓關(guān)系表2所示。
表2
b．每隔20秒采樣一次溫度，根據(jù)表2更新頻率。
c．在非零頻率上運(yùn)行5分鐘后，若ΔV≥0.1伏(對(duì)應(yīng)Δt≥0.5℃)，則頻率加一檔運(yùn)行，即表2ΔV對(duì)應(yīng)的頻率增加一檔。以后每5分鐘判斷一次ΔV，照此規(guī)則作頻率修正，直至加到最高檔(95HZ)運(yùn)行。加檔運(yùn)行中，仍然是每隔20秒采樣一次溫度，ΔV向下跨檔，頻率相應(yīng)降低一檔，ΔV向上跨檔，頻率相應(yīng)提高一檔。當(dāng)ΔV＜-0.2伏(對(duì)應(yīng)Δt＜-1.0℃)時(shí)，頻率仍置為0。
本變頻式冷水機(jī)采用分體式結(jié)構(gòu)，由室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)兩部分組成，室外機(jī)采用變頻分體式空調(diào)室外機(jī)，室內(nèi)控制器通過串行接口控制室外機(jī)。其分體式結(jié)構(gòu)體積小，安裝方便，室內(nèi)無噪音，不發(fā)熱；其溫度控制精度高，誤差小于0.5℃，穩(wěn)定性好，波動(dòng)小于0.5℃；制冷量大，能快速到達(dá)設(shè)定溫度；制冷效率高，省電；避免了壓縮機(jī)頻繁起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)鄰近設(shè)備的干擾。
權(quán)利要求1.一種激光加工設(shè)備用變頻式冷水機(jī)，其特征在于包括室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)兩部分；室內(nèi)機(jī)含室內(nèi)控制器，室內(nèi)熱交換器即冷水包，與室內(nèi)熱交換器聯(lián)接的水泵、過濾器及水壓開關(guān)；室外機(jī)采用變頻分體式室外機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻式冷水機(jī)，其特征在于所述的室外機(jī)是變頻分體式空調(diào)室外機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變頻式冷水機(jī)，其特征在于所述室外機(jī)是美的KFR-28W/BP型、或KFR-36W/BP型、或KFR-45W/BP型變頻分體式空調(diào)室外機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻式冷水機(jī)，其特征在于所述的室內(nèi)控制器由微處理器MCU1，顯示與控制面板，冷卻水溫度采集電路，冷卻水溫度采集電路與微處理器之間的A/D變換器，以及與室外機(jī)串行通訊的接口電路。
專利摘要一種激光加工設(shè)備用變頻式冷水機(jī),其包括:室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)兩部分;室內(nèi)機(jī)含室內(nèi)控制器,室內(nèi)熱交換器,與室內(nèi)熱交換器聯(lián)接的水泵、過濾器及水壓開關(guān);室外機(jī)采用變頻分體式空調(diào)室外機(jī)。其體積小,安裝方便,室內(nèi)無噪音,不發(fā)熱;其溫度控制精度高,誤差小于0.5℃,穩(wěn)定性好,波動(dòng)小于0.5℃;制冷量大,制冷效率高,省電;避免了壓縮機(jī)頻繁起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)鄰近設(shè)備的干擾。
文檔編號(hào)F25D31/00GK2460946SQ0120266
公開日2001年11月21日 申請(qǐng)日期2001年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月8日
發(fā)明者夏光榮 申請(qǐng)人:深圳市大族激光科技有限公司