CN100470435C - 恒温液循环装置及该装置的温度控制方法 - Google Patents

恒温液循环装置及该装置的温度控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明是在恒温液循环装置中减小外部装置热负荷变动引起的循环液温度变化幅度，使外部装置的性能稳定化。在利用泵14来输送恒温循环液的管路12的送出口12a和返回口12b处，在外部装置2的连接循环液配管3的恒温液循环装置1中，在上述管路中，设置流量传感器15、用于检测从该管路来的循环液的送出温度(T1)和循环液的返回温度(T2)的温度传感器16、17，按照根据这些输出而求出的外部装置的热负荷，利用控制器18，来控制循环液的流量和温度。该控制，在送出和返回温度的差小于设定值的情况下，利用循环液温度控制来适应该热负荷；在该温度差大于设定值的情况下，除了上述温度控制外，还对外部装置的配管增加循环液流量，使其适应上述热负荷。

Description

恒温液循环装置及该装置的温度控制方法
技术领域
本发明涉及通过缩小应调温的外部装置的热负荷变动所造成的循环液的温度变化幅度，获得了外部装置中的稳定性能的恒温液循环装置及该装置的温度控制方法。
背景技术
本发明的恒温液循环装置，具有利用泵来输送被调温的恒温循环液的管路，在该管路的送出口和返回口上分别连接应调温度的外部装置的形成上述循环液的流路的配管的两端，形成上述循环液的循环流动，这种恒温液循环装置例如专利文献1等已公开的那样，过去已被一般地了解。
图6是用于说明该例的构成的图，同图的恒温液循环装置40具有：槽罐41，其中贮存温度调节液；管路42，其具有送出口42a和返回口42b，用于使恒温的循环液通过外部装置50的配管51进行循环，该恒温循环液通过热交换器43而与该槽罐41内的温度调节液进行热交换；以及泵44，介于该管路42中间，把上述恒温循环液输送到外部装置50的配管51内，在该管路42的送出口42a和返回口42b上设置用于检测上述循环液温度(T1、T2)的温度传感器46、47，利用对这些温度进行监视的控制器48，来控制循环液的温度。
在这样的恒温液循环装置40中，把管路42的送出口42a的循环液送出温度(T1)控制到设定温度的过去的温度控制方法是：使循环液流量保持一定，由于外部装置50的热负荷变动而使循环液返回温度(T2)上升或下降时相应地在槽罐41内的热交换器43中对循环液进行冷却或加热，把送出温度(T1)控制到设定温度。
在此情况下，对外部装置50来说，希望减小配管51中的循环液的出入口之间的温度变化(△T)，使外部装置本身的温度保持稳定。但因流量是一定的，所以如图7所示，返回温度(T2)随热负荷的变化而产生巨大变化，因此，上述出入口之间的温度变化(△T)随热负荷的变动而产生巨大变化，当然外部装置本身的温度也产生巨大变化。
另一方面，对恒温液循环装置40来说，希望循环液返回温度(T2)的变化减小，使槽罐41内的温度保持稳定，这样使送出温度(T1)保持稳定。但实际上，如上所述，返回温度(T2)随热负荷的变化而产生巨大变化，其结果，如图7所示，送出温度(T1)的波动也增大，为使其稳定需要较长的时间。
在上述图6的恒温液循环装置40中，把管路42的返回口42b的循环液返回温度(T2)控制到设定温度的过去的温度控制方法是：使循环液流量保持一定，由于外部装置50的热负荷变动而使循环液返回温度(T2)上升或下降时在热交换器43中对循环液进行冷却或加热，把返回温度(T2)控制到设定温度。
在此情况下，对外部装置50来说，和上述情况一样，希望减小循环液的出入口之间的温度变化(△T)，使外部装置本身的温度保持稳定。但因流量是一定的，所以首先，返回温度(T2)随热负荷的变化而产生巨大变化，于是，为了使该返回温度(T2)保持一定，必须增大上述送出温度(T1)下降或上升的幅度，其结果，上述出入口之间的温度变化(△T)如图8所示增大。
另一方面，对恒温液循环装置40来说，希望尽量减小送出温度(T1)的下降或上升幅度，以便控制循环液返回温度(T2)。但如上所述，返回温度(T2)随热负荷的变化而产生巨大变化(参见图8)，所以，为了使该返回温度(T2)保持一定，必须增大上述送出温度(T1)的下降或上升幅度，然而为使返回温度(T2)保持稳定需要较长的时间。
并且，为了使槽罐41内的所有循环液的温度大幅度上升或下降，需要消耗额外的能量。
[专利文献1]特开平9-325821号公报
发明内容
本发明的技术课题是，提供这样一种恒温液循环装置以及该装置中的温度控制方法，即在上述恒温液循环装置中，根据外部装置的热负荷不仅使循环液的温度变化，而且也使流量变化，这样一来，能够减小热负荷变动造成的循环液的温度变化幅度，使外部装置性能稳定。
本发明的另一技术课题是提供这样一种恒温液循环装置以及该装置中的温度控制方法，即能够对上述循环液温度变化有好的响应性，提高温度的稳定性。
本发明的再另一技术课题是提供这样一种恒温液循环装置以及该装置中的温度控制方法，即能够减小恒温液循环装置中的调温液和循环液的冷却、加热的变化量，节省能源。
为了解决上述课题，本发明的恒温液循环装置，具有用泵来输送被调温的恒温循环液的管路，在该管路的送出口和返回口上，分别连接了配管的两端，该配管在利用上述循环液进行调温的外部装置内形成上述循环液的流路，该恒温液循环装置形成上述循环液环流的循环流路，其特征在于：在上述管路上设置流量传感器，同时设置温度传感器，用来检测循环液从该管路的送出温度(T1)和循环液返回到该管路内的返回温度(T2)，控制器，根据这些传感器的输出而求出外部装置的热负荷，对循环液的流量和温度进行控制使其适应外部装置的热负荷，该控制器具有这样的控制功能，即在上述送出和返回的温度(T1、T2)的温度差小于设定值的情况下，通过对循环液的温度进行控制，使其适应于该热负荷，但在上述温度差大于上述设定值的情况下，除了上述循环液的温度控制外，还要通过增加流入到外部装置的配管的热负荷部的循环液流量或增加施加于外部装置的配管的热负荷部的压力，以适应上述热负荷。
涉及本发明的恒温液循环装置的最佳实施方式是：在上述控制中，根据由温度传感器检测出的循环液的送出和返回的温度(T1、T2)的温度差、和在流量传感器中检测出的循环液流量，计算出外部装置的热负荷，当该热负荷大于一定的设定值时，根据上述温度差或热负荷，相应地增加对外部装置的配管的热负荷部的循环液流量或压力。
涉及本发明的恒温液循环装置的另一最佳实施方式是：上述控制器对循环液的流量或压力进行控制的控制功能，是利用变换器来控制上述泵的转速，对输送到上述循环流路内的循环液进行控制的功能。
并且，设置使上述管路的送出口和返回口连通的旁路流路，同时在该旁路流路内设置电动阀，用于调节其中流过的液体的流量，控制外部装置的热负荷部内流过的循环液的流量，作为对上述控制器中的循环液的流量或压力进行控制的控制功能，也可以具有通过上述电动阀的控制，来控制旁路流路内流过的液体的流量的功能，在此情况下，上述电动阀可以采用电动三通阀，它设置在上述恒温液循环装置的管路的送出口的、到达上述外部装置的热负荷部的配管和上述旁路流路的分支点上。
再者，在上述恒温液循环装置的管路的送出口上，设置电动比例阀，用来控制其中通过的、流入到外部装置配管内的循环液的流量，作为对上述控制器的循环液的流量或压力进行控制的功能，也可以具有通过上述电动比例阀的控制来对流入到外部装置配管内的液体进行控制的功能。
并且，为了解决上述课题的本发明的恒温液循环装置的温度控制方法，该恒温液循环装置，具有用泵来输送被调温的恒温循环液的管路，在该管路的送出口和返回口上，分别连接了配管的两端，该配管在利用上述循环液进行调温的外部装置内形成上述循环液的流路，该恒温液循环装置形成上述循环液进行环流的循环流路，在上述管路上设置流量传感器，同时设置温度传感器，用来检测循环液从该管路的循环液送出温度(T1)和循环液返回到该管路内的返回温度(T2)，其特征在于：在进行上述恒温液循环装置的动作控制的控制器中，根据由两个温度传感器检测出的循环液的送出和返回的温度(T1、T2)的温度差、和在流量传感器中检测出的循环液流量，计算出外部装置的热负荷，当该热负荷小于一定设定值时，控制循环液温度使其适应该热负荷，当该热负荷大于一定的设定值时，除了控制上述循环液的温度外，还对应于该热负荷部进行增减流入到外部装置的配管的热负荷部的循环液流量或增减施加于外部装置的配管的热负荷部的压力的控制。
在上述温度控制方法中，上述控制器的循环液的温度控制可以是把该循环液的送出温度(T1)调节到设定温度。或者，上述控制器的循环液的温度控制是把该循环液的返回温度(T2)调节到设定温度的控制。
在具有上述构成的恒温液循环装置及该装置的温度控制方法中，在仅利用循环液的温度来控制外部装置的热负荷的现有技术中，增加了使外部装置中流过的循环液的流量根据热负荷而变化的功能，即进行复合控制，具体来说，利用恒温液循环装置中的管路中设置的温度传感器，来检测循环液的送出温度(T1)和返回温度(T2)，在控制器中，根据上述循环液的送出和返温度(T1、T2)的温度差、以及由流量传感器检测出的循环液流量，来计算外部装置的热负荷，在该热负荷小于一定的设定值时，对循环液的温度进行控制，使其适应于该热负荷；在上述热负荷大于上述一定的设定值时，除了对循环液的温度进行控制外，还要根据该热负荷来相应地调节对外部装置的热负荷部的循环液流量或压力，所以能够减小循环液的温度变化，减小由此产生的外部装置本身的温度变化，使其稳定。
发明的效果
若采用以上详述的本发明的恒温液循环装置以及该装置中的温度控制方法，则随着外部装置热负荷的变化，不仅改变循环液温度，而且改变流量，所以，能够减小热负荷变动引起的循环液的温度变化的幅度，减小外部装置本身的温度变化，使性能稳定，也能够改善上述循环液对温度变化的响应性，提高温度的稳定性。
并且，因为温度液循环装置的温度调节液和循环液等的冷却、加热的变化量减小，所以能够节省能源。
附图说明
图1是涉及本发明的恒温液循环装置的第1实施例的构成图。
图2是一种模式说明图，它说明在第1实施例中，把恒温循环液的管路的送出口温度(T1)控制到设定温度的情况下，外部装置的热负荷变动和上述管路的送出口和返回口温度(T1、T2)的关系。
图3是一种模式说明图，它说明在同一实施例中，把恒温循环液的管路的返回口温度(T2)控制到设定温度的情况下，外部装置的热负荷变动和上述管路的送出口和返回口温度(T1、T2)的关系。
图4是表示涉及本发明的恒温液循环装置的第2实施例的构成图。
图5是表示涉及本发明的恒温液循环装置的第3实施例的构成图。
图6是过去的恒温液循环装置的构成图。
图7是一种模式说明图，它说明在过去的装置中，把恒温循环液的管路的送出口温度(T1)控制到一定温度的情况下，外部装置的热负荷变动和上述管路的送出口和返回口温度(T1、T2)的关系。
图8是一种模式说明图，它说明在同一装置中，把恒温循环液的管路的返回口温度(T2)控制到一定温度的情况下，外部装置的热负荷变动和上述管路的送出口和返回口温度(T1、T2)的关系。
具体实施方式
以下参照附图，详细说明本发明的实施例。
图1是涉及本发明的恒温液循环装置的第1实施例的构成图。该恒温液循环装置1具有：槽罐11，用于贮存温度调节液；管路12，其具有送出口12a和返回口12b，用于使通过该槽罐11内的温度调节液和热交换器13进行热交换的恒温循环液通过外部装置2的配管3进行循环；以及泵14，用于通过该管路12中把该恒温循环液输送到外部装置2的配管3内。在上述管路12上与该泵14相串联设置流量传感器15，同时在该管路12的送出口12a和返回口12b附近设置温度传感器16、17，用于检测上述循环液的送出和返回的温度(T1、T2)，利用控制器18的控制功能对这些传感器输出的流量和温度进行监视，如后所述来对循环液的流量或压力以及温度进行控制。
上述外部装置2在与上述管路12一起形成循环液流路的配管3的中途具有热负荷部3a，在外部装置2的使用者中，把上述配管3的两端的出入口分别连接到送出口12a和返回口12b上，形成使上述循环液进行循环流动的循环流路，连接在上述恒温液循环装置1上。上述温度传感器16、17按照图1设置在管路12的送出口12a和返回口12b上，这些传感器16、17的设置位置也可以在外部装置2的配管3的入口侧和出口侧，总之，是接近温度控制的对象位置即可。
并且，上述泵14，根据流量传感器15和温度传感器16、17的输出由控制器18进行控制，通过变换器19进行频率控制(转速控制)，对输送到上述循环流路内的循环液的流量或压力进行控制。
而且，把恒温液循环装置1中的槽罐11内的恒温液控制到一定温度的控制机构，或者没有槽罐的热交换器13中，把循环液温度控制到一定的控制机构，其冷却方式有水冷式、冷冻式、珀尔贴[效应]冷却方式等；加热方式有加热器方式、热气方式等。这些由上述控制器18进行控制。
在上述恒温液循环装置1的控制器18中，利用其控制功能基本上进行以下控制。
首先，在上述控制器18中，根据由温度传感器16、17检测出的循环液的送出和返回的温度(T1、T2)的温度差、以及由流量传感器15检测出的循环流路量，依次计算出外部装置2的热负荷。
在上述恒温液循环装置1的运转中，若判断为循环液的送出和返回的温度(T1、T2)的温度差增大，在控制器18中热负荷大于适当设定的设定值，则通过变换器19，根据其温度差或热负荷而提高泵14的转速，对外部装置2的配管3的热负荷部3a增加循环液流量或压力，这样来进行控制，以减小送出和返回的温度(T1、T2)的温度差。
即使循环液的送出和返回的温度(T1、T2)的温度差增大，在其小于上述热负荷的设定值的情况下，也不是用变换器19来控制泵14的转速，而是用热交换器13来控制循环液的温度，使其适应热负荷。也就是说，和上述现有技术一样，使循环液流量为一定，对于因外部装置2的热负荷变动而使循环液送出温度(T1)或返回温度(T2)上升或下降，通过在槽罐11内的热交换器13中，对循环液进行冷却或加热，控制其温度达到设定温度。
并且，若增大的上述热负荷消失，循环液的送出和返回的温度(T1、T2)的温度差减小，则利用变换器19来降低泵14的转速，降低流量，使其返回正常状态。
也就是说，根据上述外部装置2的热负荷来控制循环液的控制器18具有这样的控制功能，即在上述送出和返回的温度(T1、T2)的温度差小于设定值的情况下，通过循环液的温度控制来使其适应于该热负荷。但在上述温度差大于上述设定值的情况下，除了控制上述循环液的温度外，还对外部装置2的配管3的热负荷部3a增加循环液流量或压力，使其适应上述热负荷。
这样，当热负荷超过控制器18内设定的一定的设定值时，若根据外部装置2的热负荷不仅改变循环液的温度，而且也改变流量或压力，则能够减小热负荷变动引起的循环液的温度变化幅度，也能够减小外部装置2本身的温度变化，使性能达到稳定。也能够改善上述循环液对温度变化的响应性，提高温度的稳定性。并且，因为恒温液循环装置中的温度调节液和循环液等的冷却、加热的变化量减小，所以能够节省能源。
对上述热负荷的设定值，根据上述热负荷变动引起的循环液的温度变化幅度被减小的程度而适当设定。
上述控制器18中的循环液的温度控制，有把该循环液的送出温度(T1)控制到设定温度的方式、和把该循环液的返回温度(T2)控制到设定温度的方式。
在把前者的送出温度(T1)控制到设定温度的情况下，从外部装置2侧来看的控制动作是，根据外部装置2的热负荷，用泵14来改变循环液流量，这样来减小配管3的出入口之间的温度变化(△T)(参见图2)，所以也能够减小外部装置2内的温度变化，获得稳定的性能。而且，图2中的虚线表示图7所示的循环液流量没有变化的过去例的特性。
从恒温液循环装置1侧来看的上述控制动作，如果上述温度变化(△T)减小，那么上述返回温度(T2)的变化也减小，其结果，槽罐11内部的温度稳定，送出温度(T1)的波动减小，响应性提高，送出温度(T1)的温度稳定性改善(参见图2)。
并且，在取代上述送出温度(T1)，把返回温度(T2)控制到设定温度的情况下，从外部装置2来看的控制动作，和控制上述送出温度(T1)时一样，根据外部装置2的热负荷来改变循环液流量，这样，使返回温度(T2)的变化减小。因此，能够减小送出温度(T1)的上升或下降的幅度，使返回温度(T2)一定，能够减小上述温度变化(△T)(参见图3)。其结果，也能够减小外部装置2的温度变化，取得稳定的性能。
从恒温液循环装置1侧来看的上述控制动作，如前所述，根据外部装置2的热负荷来改变循环液流量，使负荷变动时的返回温度(T2)的波动减小(参见图3)，使返回温度(T2)的稳定速度加快，响应性提高。
因此，也能够减小送出温度(T1)的上升或下降幅度，使返回温度(T2)保持一定，也能够减小槽罐11内的所有循环液的温度下降或上升幅度，因此，能够节省能源。
以下参照图4，详细说明涉及本发明的恒温液循环装置的第2实施例。
在上述第1实施例中，当使控制器18具有控制功能，对输送到外部装置2的配管3的循环液的流量或压力进行控制时，利用变换器19来控制上述泵14的转速。但是，在该第2实施例的恒温液循环装置5中，取代该构成，设置旁路流路31，使该恒温液循环装置5中的管路12的送出口12a和返回口12b连通，同时，在该旁路流路31中设置电动阀32，用于调节从送出口12a侧向返回口12b侧流入的液体的流量，控制外部装置2中对上述配管3中流过的循环液的流量，从结果来看对该配管3内的压力进行控制。
上述电动阀32，如图所示设置在上述恒温液循环装置5中的管路12的送出口12a的上述外部装置2的配管3和上述旁路流路31的分支点上时，能够采用电动三通阀，用于以无级或有级形式控制向配管3侧的流动和向旁路流路31侧的流动。并且，也可以不采用该电动三通阀，而是在配管3侧或旁路流路31侧设置单一的或多个电动阀32，以便能够控制向配管3侧的流动和向旁路流路31侧的流动。
在该第2实施例的情况下，在控制器18中，根据温度传感器16、17的输出，判断为外部装置2的热负荷增大时，该控制器18内，对电动阀32进行控制，以此降低旁路流路31的流量，这样来增加向配管3的热负荷部3a的流量。
并且，在上述外部装置2的热负荷小的情况下，如果增加旁路流路31的流量，降低热负荷部3a侧的流量，使该热负荷小于控制器18内设定的设定值，那么，和上述第1实施例一样，利用循环液的温度控制来适应该热负荷。
在设置这样电动阀32的情况下，上述温度传感器16、17设置在外部装置2侧，离开恒温液循环装置5的管路12的送出口12a和返回口12b中的旁路流路31的接合点，使该部分成为控制对象。
而且，该第2实施例中的其他构成和作用，实质上与第1实施例时没有什么不同，所以，对图中同一或相当部分标注同一符号，其说明从略。
以下参照图5，说明本发明第3实施例。
该第3实施例的恒温液循环装置6，在恒温液循环装置6的管路12的送出口12a处设置电动比例阀35来取代上述第2实施例的旁路流路31和电动阀32，用于控制外部装置2的配管3内流动的循环液的流量，在控制器18中，根据温度传感器16、17的输出，利用上述电动比例阀35的控制来对外部装置2的配管3内流过的液体的流量进行控制，也就是说，在外部装置2中的热负荷增大时，根据该热负荷来打开该电动比例阀35，使对热负荷部3a的流量增加。
该第3实施例的温度传感器16、17可以设置在上述电动比例阀35的下游侧，位于和恒温液循环装置6的热交换器13之间。
而且，该第3实施例中的其他构成和作用，实质上与第1实施例时没有什么不同，所以，对图中同一或相当部分标注同一符号，其说明从略。

Claims (8)

1、一种恒温液循环装置，具有用泵来输送被调温的恒温循环液的管路，在该管路的送出口和返回口上，分别连接了配管的两端，该配管在利用上述循环液进行调温的外部装置内形成上述循环液的流路，该恒温液循环装置形成上述循环液环流的循环流路，其特征在于：
在上述管路上设置流量传感器，同时设置温度传感器，用来检测循环液从该管路的送出温度(T1)和循环液返回到该管路内的返回温度(T2)，
控制器，根据这些传感器的输出而求出外部装置的热负荷，对循环液的流量和温度进行控制使其适应外部装置的热负荷，该控制器具有这样的控制功能，即在上述送出和返回的温度(T1、T2)的温度差小于设定值的情况下，通过对循环液的温度进行控制，使其适应于该热负荷，但在上述温度差大于上述设定值的情况下，除了上述循环液的温度控制外，还要通过增加流入到外部装置的配管的热负荷部的循环液流量或增加施加于外部装置的配管的热负荷部的压力，以适应上述热负荷。
2、如权利要求1所述的恒温液循环装置，其特征在于：
上述控制器对循环液的流量或压力进行控制的控制功能，是利用变换器来控制上述泵的转速，对输送到上述循环流路内的循环液进行控制的功能。
3、如权利要求1所述的恒温液循环装置，其特征在于：
设置连通上述管路的送出口和返回口的旁路流路，同时在该旁路流路内设置电动阀，用于调节其中流过的液体的流量，控制外部装置的热负荷部内流过的循环液的流量，
对上述控制器中的循环液的流量或压力进行控制的控制功能，是通过上述电动阀的控制，来控制旁路流路内流过的液体的流量的功能。
4、如权利要求3所述的恒温液循环装置，其特征在于：
上述电动阀是电动三通阀，它设置在上述恒温液循环装置的管路的送出口、到上述外部装置的热负荷部的配管和上述旁路流路的分支点上。
5、如权利要求1所述的恒温液循环装置，其特征在于：
在上述恒温液循环装置的管路的送出口上，设置电动比例阀，用来控制其中通过的、流入到外部装置配管内的循环液的流量，在上述控制器的循环液的流量或压力进行控制的控制功能，是通过上述电动比例阀的控制来对流入到外部装置配管内的液体进行控制的功能。
6、一种恒温液循环装置的温度控制方法，该恒温液循环装置，具有用泵来输送被调温的恒温循环液的管路，在该管路的送出口和返回口上，分别连接了配管的两端，该配管在利用上述循环液进行调温的外部装置内形成上述循环液的流路，该恒温液循环装置形成上述循环液进行环流的循环流路，在上述管路上设置流量传感器，同时设置温度传感器，用来检测循环液从该管路的循环液送出温度(T1)和循环液返回到该管路内的返回温度(T2)，其特征在于：
在进行上述恒温液循环装置的动作控制的控制器中，根据由两个温度传感器检测出的循环液的送出和返回的温度(T1、T2)的温度差、和在流量传感器中检测出的循环液流量，计算出外部装置的热负荷，当该热负荷小于一定设定值时，控制循环液温度使其适应该热负荷，当该热负荷大于一定的设定值时，除了控制上述循环液的温度外，还对应于该热负荷部进行增减流入到外部装置的配管的热负荷部的循环液流量或增减施加于外部装置的配管的热负荷部的压力的控制。
7、如权利要求6所述的恒温液循环装置的温度控制方法，其特征在于：
上述控制器的循环液的温度控制是把该循环液的送出温度(T1)调节到设定温度的控制。
8、如权利要求6所述的恒温液循环装置的温度控制方法，其特征在于：
上述控制器的循环液的温度控制是把该循环液的返回温度(T2)调节到设定温度的控制。
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