CN109186143B - 一种油冷却装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种油冷却装置及其控制方法，油冷却装置包括：由压缩机、蒸发器、冷凝器和节流部件组成的制冷剂循环回路，冷凝器上还设置有风机组件；还包括油循环回路，油循环回路用于对发热设备进行冷却降温，且油循环回路在蒸发器中与制冷剂进行换热、以对油进行冷却；并且在油循环回路上还设置有油换热器，油换热器与风机组件邻近设置、以能够将风机组件吹出的气流与油换热器中的油进行热交换。通过本发明能够提高发热设备的冷却设备(尤其是机床冷却设备)在小制冷量时的能效，保证较高的能效比，节约能源，降低运行成本；避免定频机型频繁启、停，改善频繁启、停引起的油温波动情况，延长冷却设备和数控机床的使用寿命，提高控制精度。
Description
技术领域
本发明属于冷却技术领域，具体涉及一种油冷却装置及其控制方法。
背景技术
现有数控机床冷却设备有定频和变频两种控制方式，定频机型通过旁通和开、关机的方式控制机床冷却液温度，变频机型通过运行频率、旁通方式控制机床冷却液温度。在数控机床所需制冷量较小时，变频机型会优先降低运行频率，如果最低运行频率制冷量还较大时就会打开旁通阀降低制冷量；定频机型会先打开旁通阀降低制冷量，如果制冷量还是较大时就会停机。旁通方式会降低冷却设备能效比，而定频机型会频繁启、停，控温精度不高，冷却油的温度会直接影响到数控机床的加工精度及使用寿命。
由于现有技术中的数控机床冷却设备存在小制冷量时能效较低、且定频机型容易频繁启停，控温精度较低等技术问题，因此本发明研究设计出一种油冷却装置及其控制方法。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的的数控机床冷却设备存在小制冷量时能效较低的缺陷，从而提供一种油冷却装置及其控制方法。
本发明提供一种油冷却装置，其包括：
由压缩机、蒸发器、冷凝器和节流部件组成的制冷剂循环回路，所述冷凝器上还设置有风机组件；
还包括油循环回路，所述油循环回路用于对发热设备进行冷却降温，且所述油循环回路在所述蒸发器中与制冷剂进行换热、以对油进行冷却；并且在所述油循环回路上还设置有油换热器，所述油换热器与所述风机组件邻近设置、以能够将风机组件吹出的气流与所述油换热器中的油进行热交换。
优选地，
所述风机组件设置在所述冷凝器的出风口处，以在所述制冷剂循环回路正常运转时能够将经过所述冷凝器换热后的气流输送至所述油换热器处与油换热；以及在所述制冷剂循环回路关闭时仅将环境气流输送至所述油换热器处与油换热。
优选地，
所述油循环回路中的油从所述发热设备处流出、先经过所述油换热器进行换热、再经过所述蒸发器进行换热。
优选地，
所述风机组件包括风叶和电机组件。
优选地，
所述油换热器的两端还并联设置有并联支路，所述并联支路能够对所述油换热器进行短路。
优选地，
还包括控制部件，所述控制部件能够控制所述油换热器和所述并联支路中的其中之一接通、另一不接通。
优选地，
所述控制部件包括设置在所述并联支路与所述油循环回路相接位置处的三通阀或旁通流量阀。
优选地，
所述冷凝器的出风口处设置有用于检测空气温度的第一温度传感器，所述发热设备的油出口处设置有用于检测油温的第二温度传感器。
优选地，
所述控制部件能够根据第一温度传感器检测到的空气温度和第二温度传感器检测到的油温之间的大小关系以对所述并联支路和所述油换热器的通断进行切换控制。
优选地，
当所述空气温度大于油温时，所述控制部件控制所述并联支路接通、所述油换热器不接通；
当所述空气温度小于油温时，所述控制部件控制所述油换热器接通、所述并联支路不接通。
本发明还提供一种油冷却装置的控制方法，其使用前任一项所述的油冷却装置对所述油循环回路和所述制冷剂循环回路进行控制。
优选地，
当包括控制部件、第一温度传感器和第二温度传感器时：
当所述发热设备出口处的油温小于或等于预设油温时，判断冷却所述发热设备所需制冷量较小，此时关闭所述压缩机，开启所述风机组件，并控制所述油换热器接通；
当所述发热设备出口处的油温大于预设油温时，判断冷却所述发热设备所需制冷量较大，此时开启所述压缩机，并开启所述风机组件，并控制所述油换热器接通。
优选地，
当包括控制部件、第一温度传感器和第二温度传感器时：
当检测所述冷凝器出风口的气体温度小于所述发热设备的出口油温时，控制所述油换热器接通、所述并联支路不接通；
当检测所述冷凝器出风口的气体温度大于或等于所述发热设备的出口油温时，控制所述并联支路接通、所述油换热器不接通。
本发明提供的一种油冷却装置及其控制方法具有如下有益效果：
1.本发明通过在油循环回路上设置油换热器能够与风机组件之间形成强制对流换热，使得油冷却装置在发热设备温度较低、即所需制冷量较小的情况下可以采用关闭制冷剂循环回路，仅通过开启风机组件的方式以对油换热器中的油进行冷却降温，这样能够显著提高发热设备的冷却设备(尤其是机床冷却设备)在小制冷量时的能效，在较小制冷量时仍能保证较高的能效比，节约能源，降低运行成本；还能有效避免定频机型频繁启、停，改善频繁启、停引起的油温波动情况，延长冷却设备和数控机床的使用寿命，提高控制精度；
2.本发明还通过油换热器和蒸发器相结合以对油进行冷却的结构形式，能够使得油被进行两级冷却降温，提高了最终对发热设备的冷却降温效果，在所需制冷量较大时，可以同时开启蒸汽压缩式冷却和强制对流换热，油先在油侧换热器与空气进行强制换热，然后再进入蒸发器继续降温，可以有效提高制冷系统能效；
3.本发明还通过在油换热器两段并联设置并联支路的形式，能够在风机组件吹出的气流温度高于油温时利用并联支路对油换热器进行短路、不开启油换热器，以使得油此时不与高温气流进行换热，防止油未被冷却降温反而被加热升温的情况发生，提高油冷却装置的冷却降温效果；且还通过在发热设备出油口设置的温度传感器能够有效地检测该处油温，并判断此时是需要大制冷量还是小制冷量，并且结合冷凝器出风口处温度传感器检测出的气流温度，能够对油换热器的开闭进行智能的控制，防止油被加热而导致能源浪费。
附图说明
图1是本发明的油冷却装置在小制冷量时的流路结构示意图；
图2是本发明的油冷却装置在大制冷量时的流路结构示意图；
图3是本发明的油冷却装置在油不流经油换热器时的流路结构示意图。
图中附图标记表示为：
1、压缩机；2、节流部件；3、蒸发器；4、三通阀；5、油换热器；6、冷凝器；7、风机组件；8、制冷剂循环回路；9、油循环回路；10、并联支路；11、发热设备。
具体实施方式
如图1-3所示，本发明提供一种油冷却装置，其包括：
由压缩机1、蒸发器3、冷凝器6和节流部件2组成的制冷剂循环回路8，所述冷凝器6上还设置有风机组件7；
还包括油循环回路9，所述油循环回路9用于对发热设备11(优选为机床)进行冷却降温，且所述油循环回路9在所述蒸发器3中与制冷剂进行换热、以对油进行冷却；并且在所述油循环回路9上还设置有油换热器5，所述油换热器5与所述风机组件7邻近设置、以能够将风机组件7吹出的气流与所述油换热器5中的油进行热交换。
本发明通过在油循环回路上设置油换热器能够与风机组件之间形成强制对流换热，使得油冷却装置在发热设备温度较低、即所需制冷量较小的情况下可以采用关闭制冷剂循环回路，仅通过开启风机组件的方式以对油换热器中的油进行冷却降温，这样能够显著提高发热设备的冷却设备(尤其是机床冷却设备)在小制冷量时的能效，在较小制冷量时仍能保证较高的能效比，节约能源，降低运行成本；还能有效避免定频机型频繁启、停，改善频繁启、停引起的油温波动情况，延长冷却设备和数控机床的使用寿命，提高控制精度。
本发明的油冷却装置由一台压缩机，三个换热器，一个节流部件，一个三通阀，一个风叶及电机组件和一些温度传感器等组成。在所需制冷量较小或者环境温度较低时，关闭压缩机，风叶及电机组件继续运转，控制三通阀将冷却油换向，冷却油在换热器中和空气强制对流换热，由于少了压缩机的作功，保证了较高的能效比。同时对于定频机型，避免了压缩机频繁启、停造成的温度波动，提高控制精度。另外在所需制冷量较大时，可以同时开启蒸汽压缩式冷却和强制对流换热，油先在油侧换热器与空气进行强制换热，然后再进入蒸发器继续降温，可以有效提高制冷系统能效。
优选地，
所述风机组件7设置在所述冷凝器6的出风口处，以在所述制冷剂循环回路8正常运转时能够将经过所述冷凝器6换热后的气流输送至所述油换热器5处与油换热；以及在所述制冷剂循环回路8关闭时仅将环境气流输送至所述油换热器5处与油换热。通过将风机组件设置在冷凝器的出风口处能够将冷凝器冷凝放热而被制热升温后的气流通过风机组件吹向油换热器，从而对油换热器进行换热、以对油换热器中的油进行冷却降温，在制冷剂循环回路关闭时风机组件仍然开启，此时风机组件将环境中的气流吹至油换热器中以对油进行冷却降温，有效地利用了制冷剂循环回路中的冷凝器和风机组件、以提高小制冷量时的能效值。
优选地，
所述油循环回路9中的油从所述发热设备11处流出、先经过所述油换热器5进行换热、再经过所述蒸发器3进行换热。这是本发明的油循环回路的优选油路流动方向和形式，即通过油换热器先进行换热，再经过蒸发器进行冷却降温，这是因为冷凝器通常吹出的风为热风，其温度要高于蒸发器的温度，因此这样能够对油循环回路中的油从高温到低温进行逐级的降温，从而有效地利用了能源，提高了能效。
优选地，
所述风机组件7包括风叶和电机组件。这是本发明的风机组件的优选结构形式，通过电机组件能够驱动风叶旋转，进而朝冷凝器出风口外侧吹出经过制热的气流，并吹至油换热器以与油进行换热。
优选地，
所述油换热器5的两端还并联设置有并联支路10，所述并联支路10能够对所述油换热器5进行短路。还通过在油换热器两段并联设置并联支路的形式，能够在风机组件吹出的气流温度高于油温时利用并联支路对油换热器进行短路、不开启油换热器，以使得油此时不与高温气流进行换热，防止油未被冷却降温反而被加热升温的情况发生，提高油冷却装置的冷却降温效果。
优选地，
还包括控制部件，所述控制部件能够控制所述油换热器5和所述并联支路10中的其中之一接通、另一不接通。通过控制部件能够对油换热器和并联支路进行切换控制，即油换热器接通时、并联支路不接通，以能够通过油换热器对油进行冷却降温，在风机组件侧的气流温度大于发热设备出来的油温时此时不能再接通油换热器了，否则会对油进行升温加热，于是此时控制并联支路接通而油换热器不接通，以使得油只通过蒸发器进行降温冷却。
优选地，
所述控制部件包括设置在所述并联支路10与所述油循环回路9相接位置处的三通阀4或旁通流量阀。这是本发明的控制部件的优选结构形式，如图1-3所示，优选采用三通阀，能够对并联支路和油循环回路进行有效的切换控制。
优选地，
所述冷凝器6的出风口处设置有用于检测空气温度的第一温度传感器，所述发热设备的油出口处设置有用于检测油温的第二温度传感器。还通过在发热设备出油口设置的温度传感器能够有效地检测该处油温，并判断此时是需要大制冷量还是小制冷量，并且结合冷凝器出风口处温度传感器检测出的气流温度，能够对油换热器的开闭进行智能的控制，防止冷凝器侧气温大于油温时还与油换热器换热而导致油温升高的情况发生，防止油被加热而导致能源浪费。
优选地，
所述控制部件能够根据第一温度传感器检测到的空气温度和第二温度传感器检测到的油温之间的大小关系以对所述并联支路10和所述油换热器5的通断进行切换控制。通过第一温度传感器能够检测冷凝器出风口的气流温度，第二温度传感器能够检测发热部件出油口处的油温，通过两温度的大小比较来控制油换热器通还是并联支路通，能够防止气温大于油温时油还流经油换热器而被加热的情况发生，减小能量浪费，此时需要开启并联支路以不与冷凝气流换热，而在气温低于油温时才应开启油换热器以使得油从气流中吸收冷量而被降温冷却。
优选地，
当所述空气温度大于油温时，所述控制部件控制所述并联支路10接通、所述油换热器5不接通；
当所述空气温度小于油温时，所述控制部件控制所述油换热器5接通、所述并联支路10不接通。
这是本发明的通过空气温度与油温之间的大小关系来具体控制油换热器还是并联支路接通的实施手段，能够防止气温大于油温时油还流经油换热器而被加热的情况发生，减小能量浪费，此时需要开启并联支路以不与冷凝气流换热，而在气温低于油温时才应开启油换热器以使得油从气流中吸收冷量而被降温冷却。
本发明还提供一种油冷却装置的控制方法，其使用前任一项所述的油冷却装置对所述油循环回路9和所述制冷剂循环回路8进行控制。通过在油循环回路上设置油换热器能够与风机组件之间形成强制对流换热，使得油冷却装置在发热设备温度较低、即所需制冷量较小的情况下可以采用关闭制冷剂循环回路，仅通过开启风机组件的方式以对油换热器中的油进行冷却降温，这样能够显著提高发热设备的冷却设备(尤其是机床冷却设备)在小制冷量时的能效，在较小制冷量时仍能保证较高的能效比，节约能源，降低运行成本；还能有效避免定频机型频繁启、停，改善频繁启、停引起的油温波动情况，延长冷却设备和数控机床的使用寿命，提高控制精度
优选地，
当包括控制部件、第一温度传感器和第二温度传感器时：
当所述发热设备出口处的油温小于或等于预设油温时，判断冷却所述发热设备所需制冷量较小，此时关闭所述压缩机，开启所述风机组件7，并控制所述油换热器5接通；
当所述发热设备出口处的油温大于预设油温时，判断冷却所述发热设备所需制冷量较大，此时开启所述压缩机，并开启所述风机组件7，并控制所述油换热器5接通。
这是本发明的根据制冷量的大小来进行对制冷剂循环回路和油换热器以及风机组件的控制形式，能够在制冷量需求小时通过关闭制冷剂循环回路提高能效、避免机组频繁启停，且在制冷量需求大时通过油换热器和蒸发器的同时两级降温也能提高能效。
小制冷量运行模式：
系统检测到机床油温已经达到设定温度(低于预设油温)时，如图1：
系统油侧：检测机床油温，如油温达到设定温度值时，将三通阀4换向，油从机床出来后流经油换热器5与空气进行强制对流换热，然后经过蒸发器后回到机床，形成一个完成循环。
系统冷媒侧：压缩机1关闭，风机组件7继续运行，将空气引到油换热器5进行对流换热。
大制冷量运行模式，如图2：
系统检测到流经冷凝器的空气温度低于机床油温时，且机床油温未达到设定温度，如图2：
系统冷媒侧：高温高压冷媒从压缩机1出来经冷凝器6换热，同步检测空气经过冷凝器6换热后的温度，随后冷媒通过节流部件2节流降温，冷媒节流后在蒸发器3里与油进行换热，最后冷媒回到压缩机1吸气口，形成一个完整的制冷循环。
系统油侧：检测机床油温，与经过冷凝器6换热后的空气温度进行对比，如流经冷凝器的空气温度低于机床油温，则通过切换三通阀4换向，使油从机床出口后流经油换热器5与空气进行强制对流换热，然后在蒸发器3处换热降温，最后留回到机床形成完整循环。
优选地，
当包括控制部件、第一温度传感器和第二温度传感器时：
当检测所述冷凝器6出风口的气体温度小于所述发热设备的出口油温时，控制所述油换热器5接通、所述并联支路10不接通；
当检测所述冷凝器6出风口的气体温度大于或等于所述发热设备的出口油温时，控制所述并联支路接通、所述油换热器5不接通。
这是本发明的根据冷凝器出风口气温与发热设备出口油温之间的关系进而控制油换热器和并联支路之间切换接通的实施方式。如图3所示，仅通过蒸发器制冷运行的模式：
系统检测到流经冷凝器的空气温度高于机床油温时，且机床油温未达到设定温度(即机床油温较高需要冷却)，如图3：
系统冷媒侧：高温高压冷媒从压缩机1出来经冷凝器6换热，同步检测空气经过冷凝器6换热后的温度，随后冷媒通过节流部件2节流降温，冷媒节流后在蒸发器3里与油进行换热，最后冷媒回到压缩机1吸气口，形成一个完整的制冷循环。
系统油侧：检测机床油温，与经过冷凝器6换热后的空气温度进行对比，如流经冷凝器的空气温度高于机床油温，则通过切换三通阀4换向，使油经机床和蒸发器3形成完整循环。
本发明的油冷却装置由一台压缩机，三个换热器，一个节流部件，一个三通阀，一个风叶及电机组件和一些温度传感器等组成。在所需制冷量较小或者环境温度较低时，关闭压缩机，风叶及电机组件继续运转，控制三通阀将冷却油换向，冷却油在换热器中和空气强制对流换热，由于少了压缩机的作功，保证了较高的能效比。同时对于定频机型，避免了压缩机频繁启、停造成的温度波动，提高控制精度。另外在所需制冷量较大时，可以同时开启蒸汽压缩式冷却和强制对流换热，油先在油侧换热器与空气进行强制换热，然后再进入蒸发器继续降温，可以有效提高制冷系统能效。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。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型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种油冷却装置，其特征在于：包括：
由压缩机(1)、蒸发器(3)、冷凝器(6)和节流部件(2)组成的制冷剂循环回路(8)，所述冷凝器(6)上还设置有风机组件(7)；
还包括油循环回路(9)，所述油循环回路(9)用于对发热设备(11)进行冷却降温，且所述油循环回路(9)在所述蒸发器(3)中与制冷剂进行换热、以对油进行冷却；并且在所述油循环回路(9)上还设置有油换热器(5)，所述油换热器(5)与所述风机组件(7)邻近设置、以能够将风机组件(7)吹出的气流与所述油换热器(5)中的油进行热交换。
2.根据权利要求1所述的油冷却装置，其特征在于：
所述风机组件(7)设置在所述冷凝器(6)的出风口处，以在所述制冷剂循环回路(8)正常运转时能够将经过所述冷凝器(6)换热后的气流输送至所述油换热器(5)处与油换热；以及在所述制冷剂循环回路(8)关闭时仅将环境气流输送至所述油换热器(5)处与油换热。
3.根据权利要求1或2所述的油冷却装置，其特征在于：
所述油循环回路(9)中的油从所述发热设备(11)处流出、先经过所述油换热器(5)进行换热、再经过所述蒸发器(3)进行换热。
4.根据权利要求1所述的油冷却装置，其特征在于：
所述风机组件(7)包括风叶和电机组件。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的油冷却装置，其特征在于：
所述油换热器(5)的两端还并联设置有并联支路(10)，所述并联支路(10)能够对所述油换热器(5)进行短路。
6.根据权利要求5所述的油冷却装置，其特征在于：
还包括控制部件，所述控制部件能够控制所述油换热器(5)和所述并联支路(10)中的其中之一接通、另一不接通。
7.根据权利要求6所述的油冷却装置，其特征在于：
所述控制部件包括设置在所述并联支路(10)与所述油循环回路(9)相接位置处的三通阀(4)或旁通流量阀。
8.根据权利要求6所述的油冷却装置，其特征在于：
所述冷凝器(6)的出风口处设置有用于检测空气温度的第一温度传感器，所述发热设备的油出口处设置有用于检测油温的第二温度传感器。
9.根据权利要求8所述的油冷却装置，其特征在于：
所述控制部件能够根据第一温度传感器检测到的空气温度和第二温度传感器检测到的油温之间的大小关系以对所述并联支路(10)和所述油换热器(5)的通断进行切换控制。
10.根据权利要求9所述的油冷却装置，其特征在于：
当所述空气温度大于油温时，所述控制部件控制所述并联支路(10)接通、所述油换热器(5)不接通；
当所述空气温度小于油温时，所述控制部件控制所述油换热器(5)接通、所述并联支路(10)不接通。
11.一种油冷却装置的控制方法，其特征在于：使用权利要求1-10中任一项所述的油冷却装置对所述油循环回路(9)和所述制冷剂循环回路(8)进行控制。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于：
当包括控制部件、第一温度传感器和第二温度传感器时：
当所述发热设备出口处的油温小于或等于预设油温时，判断冷却所述发热设备所需制冷量较小，此时关闭所述压缩机，开启所述风机组件(7)，并控制所述油换热器(5)接通；
当所述发热设备出口处的油温大于预设油温时，判断冷却所述发热设备所需制冷量较大，此时开启所述压缩机，并开启所述风机组件(7)，并控制所述油换热器(5)接通。
13.根据权利要求11或12所述的控制方法，其特征在于：
当包括控制部件、第一温度传感器和第二温度传感器时：
当检测所述冷凝器(6)出风口的气体温度小于所述发热设备的出口油温时，控制所述油换热器(5)接通、所述并联支路(10)不接通；
当检测所述冷凝器(6)出风口的气体温度大于或等于所述发热设备的出口油温时，控制所述并联支路接通、所述油换热器(5)不接通。
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