CN102183102A

CN102183102A - 一种智能化节能型恒温水冷机及水冷控制方法

Info

Publication number: CN102183102A
Application number: CN2011100693213A
Authority: CN
Inventors: 张艳霞; 李雨田
Original assignee: YANGZHOU ZHONGZHI REFRIGERATION EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: YANGZHOU ZHONGZHI REFRIGERATION EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2031-03-22
Also published as: CN102183102B

Abstract

本发明公开了一种智能化节能型恒温水冷机及水冷控制方法，该水冷机包括压缩机一和压缩机二；压缩机一出口经冷凝器一、膨胀阀一、蒸发器一连接压缩机一的进口；压缩机二的出口经冷凝器二、截止阀、膨胀阀二、蒸发器二连接压缩机二的进口；截止阀阀前和膨胀阀二阀后之间设置有串联的旁通阀和节流通道；蒸发器一和蒸发器二设置在蒸发换热器内，蒸发换热器和水箱之间经内循环水泵和内循环换热管道相连；水箱和热载之间经外循环水泵和外循环换热管道相连。其控制方法在于可根据热载不同，选择压缩机一和/或压缩机二运行，可在水箱小型化并满足3min停机保护条件下，实现压缩机无旁通空运行制冷，消除了压缩机空运行电耗，达到节能目的。

Description

一种智能化节能型恒温水冷机及水冷控制方法

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，特别涉及一种恒温的水冷机组。

背景技术

恒温水冷机是一种可提供较高温控精度（通常±1℃）的循环水冷设备，主要用于激光加工设备、精密机加设备、制药设备和彩色印刷设备等热载的恒温冷却。

水冷机的制冷系统与其热载间的换热是借助置于机内的贮水箱的水分别与系统的换热器和机外的热载进行热交换实现的。水箱水温通过制冷压缩机的启停控制，即水温升至设定的温度区间上限时，压缩机开启制冷降温，水温降至设定温度区间的下限时，压缩机停止制冷，因此压缩机的启停间隔是水箱热容量、水温区间和热载功率所决定的。由于压缩机启停间隔要求大于或等于3min（保护需求），因此对于恒温水冷机，水箱的热容量按额定制冷量计（热载功率与额定制冷量相等时，理论上无需压缩机停机，水箱可最小，但实际应用中很难实现），则会相对较大。水箱较大会限制整机结构小型化，延长启机后的预运行时间，浪费价格较高的防锈等所用的添加剂，并增加换水的困难性。

为减小水箱的体积，在本发明之前，此类恒温水冷机采用单压缩机不停机工作方式，通过控制压缩机制冷或空运行进行水温的控制。当水温升至温区上限时，压缩机进行制冷；当水温降至温区下限时，压缩机则不制冷，进行空运行。可以不受3min停机保护限制，因此可实现水箱的小型化。但是，压缩机空运行会造成无用电耗，浪费的电能理论上为（压缩机额定功率-实际热载功率）/压缩机额定功率。对变功率热载，如激光器，热载实际功率通常为额定制冷量的50%~75%，因此其电能的浪费约为25%~50%。且用于此类水冷机的空制系统相对简单，不具备实际热载判断和压缩机运行模式选择功能。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种智能化节能型恒温水冷机，使其可以根据热载的变化，进行与热载相匹配的运行，以达到节能的目的。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种智能化节能型恒温水冷机，包括压缩机一和压缩机二；压缩机一的出口连接冷凝器一的进口，冷凝器一的出口经膨胀阀一连接蒸发器一的进口；蒸发器一的出口连接压缩机一的进口；压缩机二的出口连接冷凝器二的进口，冷凝器二的出口经膨胀阀二连接蒸发器二的进口；蒸发器二的出口连接压缩机二的进口；所述蒸发器一和蒸发器二设置在蒸发换热器内，蒸发换热器和水箱之间经内循环水泵和内循环换热管道相连；所述水箱和热载之间经外循环水泵和外循环换热管道相连；所述膨胀阀二的进口和冷凝器二的出口之间设置有截止阀，所述截止阀的阀前管路和膨胀阀二的阀后管路之间设置有相串联的旁通阀和节流通道。

该装置还包括有控制系统，所述控制系统根据热载大小，控制压缩机一和/或压缩机二的起停，及控制截止阀和旁通阀的开关。

为能更好地实现功率的梯度匹配，所述压缩机一和压缩机二的功率不相等。优选为压缩机一和压缩机二的功率比为1：2。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：其可选择压缩机一单独运行；也可选择在压缩机一不停的情况下，由压缩机二辅助运行，必要时压缩机二停止；还可选择在压缩机二不停的情况下，由压缩机一辅助运行，必要时压缩机一停止；这种组合模式可在满足压缩机启停间隔大于或等于3 min，水温控制精度±1℃条件下，实现了水箱小型化而又无压缩机卸载空运行的情况，减少了约25%~50%的电能损耗。

本发明的目的之二在于提供一种利用上述装置进行的水温控制方法，包括预运行步骤和负载运行步骤。

A预运行

A-1．起动内循环水泵和外循环水泵工作；

A-2．检测到水箱内的温度在设定温度的上限值以上，压缩机一和压缩机二自动起动，截止阀开启，旁通阀关闭，膨胀阀一和膨胀阀二工作；当水箱温度达到设定温度的下限值时，压缩机一停止运行，截止阀关闭，旁通阀开启，使压缩机二旁通运行；

A-3．当水箱内的温度上升到设定温度下限值以上⊿T1时，截止阀开启，旁通阀关闭，压缩机二进入负载运行，如水箱温度再次下降到下限值时，压缩机二再次旁通运行；压缩机二进行本步骤中上述循环工作3min后，压缩机二维持旁通运行；

A-4．当水箱温度上升到（上限值－⊿T2）时，压缩机二进入负载运行；直到水箱温度低于（下限值＋⊿T1）时，压缩机二进入旁通运行；压缩机二在本步骤内循环运行，直到压缩机二在负载运行和旁通运行之间的间隔时间稳定或水温直接上升至上限值以上，进入下一步骤；

B负载运行

控制系统检测水箱内的温度变化信号，判断热载的增加量，在压缩机二负载运行的前提下，选择性进入如下步骤：

B-1．温度上升到上限值以上时，压缩机一和压缩机二同时进入负载运行；直到温度降低到（下限值＋⊿T1）时，压缩机一停机，当温度上升到（上限值－⊿T2）时，压缩机一再次起动，使温度维持在（下限值＋⊿T1）和（上限值－⊿T2）之间；

B-2．预运行中，当单独的压缩机二在负载运行和旁通运行之间的间隔时间稳定时，压缩机一投入运行，直到水箱温度下降到（下限值＋⊿T1）时，压缩机二停止运行；水箱温度上升到（上限值－⊿T2）时，压缩机二再次投入负载运行；

B-3．在B-2步骤中，压缩机二停止运行后，如温度继续下降到下限值以下时，压缩机一也停机，待温度上升到（上限值－⊿T2）时，压缩机一起动并进入负载运行。

通过控制系统的程序设定，可实现在各种不同工作模式之间进行转换，在上述B步骤的负载运行中，任何时候水箱温度上升到上限值以上，直接进入B-1步骤；任何时候，如温度下降到下限值以下，则直接进入B-3步骤；步骤B-1中，压缩机一停止到起动的时间长于设定时间时，自动进入步骤B-2；步骤B-2中，压缩机二停止到起动时间短于设定时间时，自动进入步骤B-1；步骤B-3中，压缩机一停止到起动时间短于设定时间时，自动进入步骤B-2。在进行自动控制时，上述时间设定值设置在控制系统中，通过计时电路，检测压缩机一和压缩机二的起动和停止时间，送入控制系统中进行比对，符合相应的条件后，控制系统发出指令，控制相应的压缩机一、压缩机二的起动和停止。

附图说明

图1为本发明连接结构示意图。

图2为本发明工作原理图。

图3为图2中的温度分布图。

图4为本发明工作模式的转换示意图。

具体实施方式

如图1所示，为一种智能化节能型恒温水冷机，主要包括压缩机一2和压缩机二3；压缩机一2和压缩机二3的功率比为1：2；压缩机一2的出口连接冷凝器一1的进口，冷凝器一1的出口经膨胀阀一18连接蒸发器一17的进口；蒸发器一17的出口连接压缩机一2的进口；压缩机二3的出口连接冷凝器二4的进口，冷凝器二4的出口经膨胀阀二8连接蒸发器二9的进口；蒸发器二9的出口连接压缩机二3的进口；蒸发器一17和蒸发器二9设置在蒸发换热器10内，蒸发换热器10和水箱15之间经内循环水泵16和内循环换热管道11相连；水箱15和热载12之间经外循环水泵14和外循环换热管道13相连；膨胀阀二8的进口和冷凝器二4的出口之间设置有截止阀6，截止阀6的阀前管路和膨胀阀二8的阀后管路之间设置有相串联的旁通阀5和节流通道7。

该装置还包括有控制系统，所述控制系统根据热载大小，控制压缩机一2和/或压缩机二3的起停，及控制截止阀6和旁通阀5的开关；相应地，截止阀6和旁通阀5为电磁阀；热载的大小可以通过水箱温度的升降速度，结合相应压缩机的起停状态进行判断。

以额定制冷功率Q的装置为例，压缩机一选择额定功率1/3Q ，压缩机二的额定功率为2/3Q，两者组合工作时，可根据热载大小选择压缩机一单独运行；也可选择在压缩机一不停的情况下，由压缩机二辅助运行，必要时压缩机二停止；还可选择在压缩机二不停的情况下，由压缩机一辅助运行，必要时压缩机一停止；其可满足压缩机启停间隔大于或等于3 min，水温控制精度±1℃条件下，实现了水箱小型化，同时降低了电能损耗。

上述装置通过控制电路可实现如下的水冷控制方法：

该方法希望达到如下的控制要求：水温控制精度±1℃，压缩机启停间隔大于或等于3 min，⊿T1和⊿T2为控制压缩机动作的设定偏差值，因此，控制温度的梯度图形可如图3所示，温度上限值和下限值之间相差2℃，⊿T1＝⊿T2＝0.1℃，图3中，各温度分布点含义如下：

T0：设定温度

T0+1：设定温度上限

（T0+1）-0.1：低于下限0.1℃的温度线

T0-1：设定温度下限

（T0-1）+0.1：高于设定温度下限0.1℃的温度线

如图2所示， A+表示压缩机一负载运行；A-表示压缩机一停机；B+表示压缩机二负载运行；B-表示压缩机二停机，B±表示压缩机旁通运行，t-1、t-2、t-3、t-4分别表示水箱温度从（T0-1）+0.1上升到（T0+1）-0.1所需时间；具体步骤如下

A预运行

A-1．起动内循环水泵和外循环水泵工作；

A-2．水箱中的水外循环工作，水温上升，当检测到水箱内的温度在T0+1以上时，控制系统发出指令控制压缩机一和压缩机二起动，同时，控制截止阀开启，旁通阀关闭；膨胀阀一和膨胀阀二工作；水箱中的水温会随之下降，当水箱温度达到设定温度的T0-1时，压缩机一停止运行，截止阀关闭，旁通阀开启，使压缩机二旁通运行；

A-3．当水箱内的温度上升到设定温度T0-1+0.1时，截止阀开启，旁通阀关闭，压缩机二进入负载运行，如水箱温度再次下降到T0-1时，压缩机二再次旁通运行；压缩机二进行本步骤中上述循环工作3min后（保持在0.1℃的温差范围内循环3分钟），压缩机二维持旁通运行；压缩机二旁通运行时，截止阀关闭，旁通阀开启，制冷剂经节流通道7进入蒸发器蒸发后再进入压缩机二中，所能提供的制冷量很低；因此，在带有热载的情况下，水箱的水温必然会上升；

A-4．当水箱温度上升到T0+1－0.1时，压缩机二进入负载运行；直到水箱温度下降到T0－1＋0.1时，压缩机二进入旁通运行，压缩机二在本步骤内循环运行，直到t-1趋于稳定或水箱中的温度上升到T0+1以上，进入B步骤；

B负载运行

B-1．温度上升到T0+1以上时，表示有大的热载进入，控制系统控制压缩机一和压缩机二同时进入负载运行；直到温度降低到T0－1＋0.1时，压缩机一停机，当温度上升到T0+1－0.1时，压缩机一再次起动，使温度维持在T0－1＋0.1和T0+1－0.1之间（在温差1.8℃的温差范围内循环）；此时对应的匹配热载为2/3Q—Q之间；

B-2．预运行中，当单独的压缩机二在负载运行和旁通运行之间的间隔时间稳定时，即t-1基本维持不变时，表示外界热载在1/3Q-2/3Q之间，此时，压缩机一投入运行，直到水箱温度下降到T0－1＋0.1时，压缩机二停止运行；水箱温度上升到T0+1－0.1时，压缩机二再次投入负载运行，保持在温差1.8℃的温差范围内循环；

B-3．在B-2步骤中，压缩机二停止运行后，如温度继续下降到T0－1以下时，压缩机一也停机，待温度上升到T0+1－0.1时，压缩机一起动并进入负载运行，同样也在温差1.8℃的温差范围内循环，所对应的匹配热载为0-1/3Q。

外界的热载发生变化时，控制系统在检测到水箱的温度信号和相应的时间信号后，可以在不同模式下转换运行，在B步骤的负载运行中，任何时候水箱温度上升到T0+1以上，直接进入B-1步骤；任何时候，如温度下降到T0－1以下，则直接进入B-3步骤；步骤B-1中，压缩机一停止到起动的时间长于设定时间时，即t-4的时间长于时间设定值，自动进入步骤B-2；步骤B-2中，压缩机二停止到起动时间短于设定时间时，即t-3的时间短于时间设定值，自动进入步骤B-1；步骤B-3中，压缩机一停止到起动时间短于设定时间时，即t-2短于时间设定值时，自动进入步骤B-2。上述不同步骤中的时间设定值可以是不同数值。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种智能化节能型恒温水冷机，包括压缩机一和压缩机二；

压缩机一的出口连接冷凝器一的进口，冷凝器一的出口经膨胀阀一连接蒸发器一的进口；蒸发器一的出口连接压缩机一的进口；

压缩机二的出口连接冷凝器二的进口，冷凝器二的出口经膨胀阀二连接蒸发器二的进口；蒸发器二的出口连接压缩机二的进口；

所述蒸发器一和蒸发器二设置在蒸发换热器内，蒸发换热器和水箱之间经内循环水泵和内循环换热管道相连；

所述水箱和热载之间经外循环水泵和外循环换热管道相连；

其特征在于：所述膨胀阀二的进口和冷凝器二的出口之间设置有截止阀，所述截止阀的阀前管路和膨胀阀二的阀后管路之间设置有相串联的旁通阀和节流通道。

2.根据权利要求1所述的智能化节能型恒温水冷机，其特征在于：还包括有控制系统，所述控制系统根据热载大小，控制压缩机一和/或压缩机二的起停，及控制截止阀和旁通阀的开关。

3.根据权利要求1或2所述的智能化节能型恒温水冷机，其特征在于：所述压缩机一和压缩机二的功率不相等。

4.根据权利要求3所述的智能化节能型恒温水冷机，其特征在于：所述压缩机一和压缩机二的功率比为1：2。

5.一种利用权利要求4所述的智能化节能型恒温水冷机的水冷控制方法，其特征在于包括如下步骤：

A预运行

A-1．起动内循环水泵和外循环水泵工作；

A-4．当水箱温度上升到（上限值－⊿T2）时，压缩机二进入负载运行；直到水箱温度降低到（下限值＋⊿T1）时，压缩机二进入旁通运行；压缩机二在本步骤内循环运行，直到压缩机二在负载运行和旁通运行之间的间隔时间稳定或水温直接上升至上限值以上，进入下一步骤；

B负载运行

6.根据权利要求5所述的一种智能化节能型恒温水冷机的水冷控制方法，其特征在于：在B步骤的负载运行中，任何时候水箱温度上升到上限值以上，直接进入B-1步骤；任何时候，如温度下降到下限值以下，则直接进入B-3步骤；步骤B-1中，压缩机一停止到起动的时间长于设定时间时，自动进入步骤B-2；步骤B-2中，压缩机二停止到起动时间短于设定时间时，自动进入步骤B-1；步骤B-3中，压缩机一停止到起动时间短于设定时间时，自动进入步骤B-2。