CN105841546A

CN105841546A - 双循环两段式高精度冰水控温系统

Info

Publication number: CN105841546A
Application number: CN201610352397.XA
Authority: CN
Inventors: 叶宏伦; 钟其龙
Original assignee: Xiamen Crystal Embellish Photoelectric Group Co Ltd
Current assignee: Xiamen Crystal Embellish Photoelectric Group Co Ltd
Priority date: 2016-05-25
Filing date: 2016-05-25
Publication date: 2016-08-10

Abstract

本发明公开双循环两段式高精度冰水控温系统，包括第一冰水槽和第二冰水槽，第一冰水槽的进水口与系统的进水管道连接，第一冰水槽的出水口与第二冰水槽的进水口连接，第二冰水槽的出水口与系统的出水管道连接，第一冰水槽中的热交换管道通过一组冰水进水管道、冰水出水管道和泵与工频冰机连接，第二冰水槽的热交换管道通过另一组冰水进水管道、冰水出水管道和泵与变频冰机连接。本发明以两个冰机分两段的形式不经过PEX热交换板直接产生恒温冰水，简化了设备建置与简易的控制模式，除掉热交换板材料，直接以工频冰机和变频冰机冷却冰水来达到连续性控温与高精准的恒温效果，提高了能源使用效率。

Description

双循环两段式高精度冰水控温系统

技术领域

本发明涉及双循环两段式高精度冰水控温系统，属于冰水恒温控制系统。

背景技术

目前，制造大用量的恒温冰水，大都采用独立冰机供应冷却水PEX热交换板系统，如图1所示。

独立冰机产生冷却水，再透过热交换板来降低进水温度，来达到出水的恒温效果。系统的控温方式分两部份。

（一）独立冰机采用温度回差控制系统产生冷却水，控制方式是当冷却水温度超过设定值的5%时，独立冰机的压缩机启动工作。当冷却水温度低过设定值的５％时，独立冰机的压缩机停止工作。

（二）热交换板的进水温度在波动时，为了达到恒温效果，采用的是控制独立冰机产生之冷却水流入热交换板的流量，当进水温度波动大过调节的能力时，需进一步的调整冰机冷却水的设定温。冷却水的流量控制方法主要有两种：a、是在水管中加装步进马达调节机械阀，b、是在水管中加装变频冷却水泵。

现有技术中，PEX热交换板的温度简易模型：

T'2=T'1-(∆H/Ｖ_进水∙Ｃ)

其中，T'1为进水温，T'2为出水温，

∆H为单位时间经PEX热交换板被带走的能量，

Ｖ_进水为进水的流量，

Ｃ为水的比热容量。

∆H＝K∙(T'3-T'1) ∙V_冷却水

其中，T'3为独立冰机产生冷却水的温度，

Ｋ为PEX热交换板的热交换系数，

V_冷却水进PEX热交换板冷却水的流量。

T'2=T'1-( K∙(T'3-T'1) ∙V_冷却水)/(Ｖ_进水∙Ｃ)

现有系统的控制参数为V_冷却水和T'3。

其控温的精度为（K/(Ｖ_进水∙ Ｃ)）(V_冷却水∙ ∆T'3 +T'3∙ ∆V_冷却水)

仔细分析，不难发现目前的系统存在如下缺点：

V_冷却水控制，不论是步进马达调节机械阀或是变频冷却水泵都是在改变水压来达到水流的调节。流量与水压平方成正比，因此在局限其调节能力，而且在调节的过程易产生温度的波动。

T'3采用温度回差控制，在回差值设定上，一般都在±5% ，如果为了提高精度而降低回差值时，会造成冰机的压缩机频繁启动，降低压缩机的寿命和耗能。同时回差控制无法达到连续性控温的效果。

当进水温度和流量在大波动，超出了V_冷却水控制的调节能力时，只能进一步调整T3的门限值。因此在进水温度和流量存在大波动的情况下，会造成增加恒温控制难度和减低控温精度。目前国内可做到的控温精度在±１^o。

PEX热交换板材料存在效率衰减事实，让能源使用效率降低。

发明内容

本发明的目的在于提供双循环两段式高精度冰水控温系统，以简化控制，达到连续性控温与高精准的恒温结果，提高能源使用效率，除掉热交换板材料存在的问题。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

双循环两段式高精度冰水控温系统，包括第一冰水槽和第二冰水槽，第一冰水槽的进水口与系统的进水管道连接，第一冰水槽的出水口与第二冰水槽的进水口连接，第二冰水槽的出水口与系统的出水管道连接，第一冰水槽中的热交换管道通过一组冰水进水管道、冰水出水管道和泵与工频冰机连接，第二冰水槽的热交换管道通过另一组冰水进水管道、冰水出水管道和泵与变频冰机连接。

所述变频冰机采用温度PID变频压缩机。

采用上述方案后，本发明以两个冰机分两段的形式不经过PEX热交换板直接产生恒温冰水，简化了设备建置与简易的控制模式，除掉热交换板材料，直接以工频冰机和变频冰机冷却冰水来达到连续性控温与高精准的恒温效果，提高了能源使用效率。

附图说明

图1是现有恒温冰水系统示意图；

图2是本发明冰水控温系统示意图。

具体实施方式

如图2所示，本发明揭示的双循环两段式高精度冰水控温系统，包括第一冰水槽1和第二冰水槽2，第一冰水槽1的进水口与系统的进水管道连接，第一冰水槽1的出水口与第二冰水槽2的进水口连接，第二冰水槽2的出水口与系统的出水管道连接，第一冰水槽1中内置的热交换管道通过一组冰水进水管道、冰水出水管道和泵5与工频冰机3连接，第二冰水槽2内置的热交换管道通过另一组冰水进水管道、冰水出水管道和泵6与变频冰机4连接。

工作时，系统进水流入第一冰水槽１，先由工频冰机3按第一阶段的温度回差模式做初步调节控制，让冰水先达到温度T3(T3>T4), 再由进入第二冰水槽２，由变频冰机4做温度微调精控到T4。此系统简化设备建置与简易的控制模式，直接以工频冰机3和变频冰机4冷却冰水来达到恒温效果。

此设计的温度模型：

T2=T4，

T2为出水温，T4为变频冰机4的门限设定温度。

温度控制参数为T3和T4，

最终的控温精度为∆T4，

此设计的出水恒温精度最终取决于变频冰机4的控温精度。

第一阶段温度控制：

当系统的进水温度T1流入第一冰水槽1，工频冰机3利用泵5和对应的冰水进水管道、冰水出水管道配合第一冰水槽1内置的热交换管道做循环，把第一冰水槽1的水冷却至T3。工频冰机3采用温度回差控制模式，门限值T3，T3>T4，回差值5%。当第一冰水槽1的温度达到1.05T3时，工频冰机3的压缩机启动工作。第一冰水槽1的温度冷却到0.95T3时, 工频冰机3的压缩机停止工作。这一段主要目的是把水温的变化控制在一区间，系统的进水温度和流量的波动时，都能缩小在±１^o或±5%。

第二阶段温度控制：

第一冰水槽1流入第二冰水槽2，变频冰机4利用泵6和对应的冰水进水管道、冰水出水管道配合第二冰水槽2内置的热交换管道做循环，把第二冰水槽2水冷却至T4=T2（目标温度），变频冰机4采用温度PID变频压缩机，这样可以达到连续控温的标准，同时提高能源的利用率。

第一冰水槽1的冰水经过工频冰机3的调节，使温度波动控制在一个有效的小区间内，而变频冰机4只需要对这小区间做温度调控，这样可以降低了频率的突变挠动的情况和提高温度的控温精度，温度的控制精度只受限于各别感测元件。

此系统的控温精度最终可达到±0.15^o。能源使用效率提高了10%。

本发明改变了现有技术利用热交换板的间接控温，以两段控温手法来达到恒温的目的。以第一段温度回差控制把温度的波动控制到一个小范围内，第二段以PID变频控制到精确温度。

Claims

1.双循环两段式高精度冰水控温系统，其特征在于:包括第一冰水槽和第二冰水槽，第一冰水槽的进水口与系统的进水管道连接，第一冰水槽的出水口与第二冰水槽的进水口连接，第二冰水槽的出水口与系统的出水管道连接，第一冰水槽中的热交换管道通过一组冰水进水管道、冰水出水管道和泵与工频冰机连接，第二冰水槽的热交换管道通过另一组冰水进水管道、冰水出水管道和泵与变频冰机连接。

2.如权利要求1所述的双循环两段式高精度冰水控温系统，其特征在于:所述变频冰机采用温度PID变频压缩机。