CN115060015A - 冷却系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷却系统，包括热交换器和冷凝器，热交换器和冷凝器之间连接有压缩机，热交换器、压缩机和冷凝器串联连接，冷凝器的进口和出口之间并联设置调节支路，通过调节支路以使压缩机产出的高温高压冷媒流入热交换器内，以提高蒸发温度。还公开了一种冷却系统的控制方法。本发明提供的冷却系统及其控制方法，通过在压缩机冷凝器的两端并联调节支路，通过调节支路，使得冷媒流经冷凝器降温，压缩机流出的高温高压冷媒进入热交换器换热，提高蒸发温度，使得控制温度更加精确。

Description

冷却系统及控制方法

技术领域

本发明属于冷却系统的技术领域，尤其涉及一种冷却系统及控制方法。

背景技术

高端装备的核心在于高精度、高稳定性；机床热变形来源于机床主轴发热、导轨丝杆运动摩擦发热、切削热等，直接影响机床形态精度、加工精度及使用寿命高精度。机床冷却机控温精度越好，机床的加工精度越高，目前市面冷却机高端日系机型主要以变频控制为主、温控精度高、稳定性好、售价较高；中、低端机型以定频控制为主导，市场占比高达75％以上，主要制冷量在于0.8kw、1kw、1.2kw、1.5kw、2.5kw系列，对定频机床冷却机控温精度进行优化显得尤为重要。

因此，亟需设计一种冷却系统及控制方法以优化定频冷却机床的温度控制。

发明内容

为解决冷却系统温度控制精度不高的问题，本发明的目的在于提供了一种冷却系统及控制方法。

为实现上述目的，本发明的冷却系统及控制方法的具体技术方案如下：

本发明的一个实施例提供一种冷却系统，包括热交换器和冷凝器，热交换器和冷凝器之间连接有压缩机，热交换器、压缩机和冷凝器串联连接，冷凝器的进口和出口之间并联设置调节支路，通过调节支路以使压缩机产出的高温高压冷媒流入热交换器内，以提高蒸发温度。

作为本发明优选的实施例，调节支路包括电子膨胀阀，调节电子膨胀阀的开度以提高蒸发温度。

作为本发明优选的实施例，冷凝器的进口处设置有第一温度传感器，出口处设置第二温度传感器。

作为本发明优选的实施例，热交换器和箱体相连通，箱体和泵体相连，泵体上设置有第三温度传感器，用于检测出液口温度。

作为本发明优选的实施例，冷凝器和调节支路之间设置有过滤器和节流元器件。

本发明还提供另一种实施例，一种冷却系统的控制方法，包括如以上所述的冷却系统，对被冷却介质的温度实现精确控制。

作为本发明优选的实施例，根据第三温度传感器检测泵体的实际出液口温度，设定实际出液口温度和设定出液口温度的偏差值为△T＝Tt-T，实际水温的温度变化率△Toc＝Tt-Tt＇，压缩机开启条件数值S＝△T。

作为本发明优选的实施例，判断S＝△T是否满足S＞1℃，若满足，则压缩机开启，同时调节支路关闭。

作为本发明优选的实施例，判断S＝△T是否满足-1℃≤S≤1℃，若满足，则压缩机保持原有状态不变，同时调节支路的开启状态和压缩机相同。

作为本发明优选的实施例，判断S＝△T是否满足-1℃≤S≤1℃，若满足，则根据△Toc调节电子膨胀阀的开度。

作为本发明优选的实施例，若满足△Toc＞1或0＜△Toc≤1，则电子膨胀阀关小设定步数；若满足0＜△Toc≤-1，则电子膨胀阀开大预设步数。

作为本发明优选的实施例，S＜-1℃，压缩机首先处于开启状态，调节支路打开，判断S值小于或等于-1.0℃，则压缩机关闭。

作为本发明优选的实施例，判断第二温度传感器检测温度数值是否高于设定温度阈值，若满足，则打开电子膨胀阀的开度。

本发明相较于现有技术具有以下优点：

本发明提供的冷却系统及控制方法，通过在压缩机冷凝器的两端并联调节支路，通过调节支路，使得冷媒流经冷凝器降温，压缩机流出的高温高压冷媒进入热交换器换热，提高蒸发温度，使得控制温度更加精确。

附图说明

图1为本发明实施例提供的冷却系统的结构示意图。

附图说明：

1、热交换器；11、进气口；2、压缩机；3、电子膨胀阀；4、冷凝器； 41、第一温度传感器；42、第二温度传感器；5、风扇；6、过滤器；7、节流元件；8、箱体；9、泵体；91、出液口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提供一种冷却系统，主要应用在定频机床冷却机的技术领域，当然可以理解的是，冷却系统还可以应用在其他的制冷领域，在此仅以定频机床冷却机为具体的实施例进行阐述。冷却系统的运行原理为压缩机吸入热交换热器中的低温低压制冷剂蒸汽，经压缩机压缩成高温高压的过热蒸汽，在冷凝器中向环境散热，从而冷凝成饱和或过冷的制冷剂液体，经膨胀阀节流降压后流入热交换器，制冷剂吸收充电桩回水的热量汽化后，再被压缩机吸入，开始新的循环。这样，经热交换器的水被冷却，进而被送入机床中，达到制冷降温的目的。

如图1所示，本发明提供的一种冷却系统，包括热交换器1和冷凝器4，热交换器1和冷凝器4之间连接有压缩机2，热交换器1、压缩机2和冷凝器4串联连接，冷凝器4的进口和出口之间并联设置调节支路，通过调节支路以使压缩机2产出的高温高压冷媒流入热交换器1内，以提高蒸发温度。热交换器1和箱体8相连接，箱体8和泵体9相连，热交换器1冷凝后的液体流入箱体8内，通过泵体9抽至待冷却的定频机床待冷却的主轴上。通过调节调节支路，以使压缩机2内的高温高压冷媒直接经过热交换器1，不流经冷凝器4冷却，使得控制温度更加精确。

进一步，热交换器1、压缩机2和冷凝器4之间通过管路连接，管路内通有被冷却介质，被冷却介质在热交换器1内进行换热。被冷却介质可以为水还可以设置为油，当然，可以理解的是，被冷却介质还可以设置为其他的流动介质，在此不做具体的限定。

进一步，冷凝器4和调节支路之间设置有过滤器6和节流元器件7。冷凝器4的一侧设置有风扇5，风扇5对冷凝器4降温。

进一步，调节支路包括电子膨胀阀3，调节电子膨胀阀3的开度以提高蒸发温度。电子膨胀阀3设置在压缩机2的排气口和热交换器1的进气口11 之间。当然，可以理解的是，调节支路上还可以设置其他的调节阀，只要能实现将压缩机2内的高温高压冷媒直接流入热交换器1内即可。

进一步，冷凝器4的进口处设置有第一温度传感器41，出口处设置第二温度传感器42。冷凝器4的进口处设置的第一温度传感器41用于检测环境温度，第二温度传感器42用于检测的冷凝温度，冷凝后的冷媒流经热交换器1内。

进一步，泵体9上设置有第三温度传感器，用于检测出液口91温度。主要根据控制出液口91的温度来进一步控制调节电子膨胀阀3的开度，从而使得不需要频繁的开启或关闭压缩机2来调节出液口91温度，通过调节支路调节热交换器1内的温度，以实现对出液口91温度的精确调节，提高了压缩机2的使用寿命，又能使得温度精准化调节。

本发明还提供一种冷却系统的控制方法，使用以上所述的冷却系统，对被冷却介质的温度实现精确控制。能够通过调节支路将高温高压的冷媒不经过冷凝器4直接流入热交换器1调节出口温度，实现多余冷量的中和，有利于制冷系统的稳定、快速实现精准的控温目标，减小制冷系统波动对出水温度的影响，使得进入冷凝器4的制冷量快速减少，从而提升经过热交换器1 后的被冷却介质的温度；由于不涉及制冷系统负载的控制变化，因此有利于制冷系统的稳定、快速实现精准的出水控温目标，减小出水温度的波动性，无需采用额外的电加热器；无需利用高压热气旁通中和蒸发器的制冷量，制冷系统稳定性高。而且，将压缩机2流出的高温高压冷媒直接流入热交换器 1内，提高热交换器1的压力或蒸发温度，可以用于机组的防冻结保护，实现压力平衡。

进一步，针对于定频机床冷却机的运行控制主要为开机阶段、关机阶段。其中压缩机2针对于负荷计算开启和关闭判定条件如下：设定冷却机实际进口温度或出液口91温度为Tt，当然，可以理解的是，本发明提供的参数Tt 为冷却机实际的出液口91温度，也就是泵体9抽出冷却液体的温度。设定冷却机的出液口91温度为T，设定实际出液口91温度和设定出液口91温度的偏差值为△T＝Tt-T，实际水温的温度变化率△Toc＝Tt-Tt＇，压缩机2开启条件数值S＝△T。

具体的，实际水温的温度变化率是指一定周期内，实际水温的差值，具体的时间周期可以设定为30s、60s或者90s，在此时间周期不做具体的限定，仅以30s作为具体的实施例进行阐述，30s的时间内实际水温的温度变化为实际水温的温度变化率。

进一步，判断S和温度的关系，若S＞1℃，则压缩机2开启，同时旁通电子膨胀阀3关闭。如果设定实际出液口91温度大于设定出液口91温度，则需要降温，则此时无需打开电子膨胀阀3，只需要将压缩机2开启即可。

若-1℃≤S≤1℃，则压缩机2保持原有状态不变，同时旁通电子膨胀阀 3随压缩机2的状态即压缩机2开启电子膨胀阀3开启，压缩机2关闭则电子膨胀阀3也关闭。

若S＜-1℃，压缩机2首先处于开启状态，旁通电子膨胀阀3调节，如旁通电子膨胀阀3开大到最大步数持续一定时间，S值还是小于或等于 -1.0℃，则压缩机2关闭。

旁通支路电子膨胀阀3运算调节分为三个阶段：开始阶段、调节阶段、关闭阶段。电子膨胀阀3运算步数120B～480B。开始阶段：控制器初次上电，电子膨胀阀3需要进行初始化动作指令：电子膨胀阀3先打开250B，再关闭 540B，以确保电子膨胀阀3的正常运行。调节阶段：电子膨胀阀3开启状态下根据负荷调节步数，每隔10S调节一次。

依据负荷进行调节：△T＞1℃，电子膨胀阀3关闭。-1℃≤△T≤1℃，电子膨胀阀3依据△Toc进行调节，具体调节细节如下(周期30s)：△Toc ＞1，电子膨胀阀3关小步数15B；0.5＜△Toc≤1，电子膨胀阀3关小步数 10B；0＜△Toc≤0.5，电子膨胀阀3关小步数1B；0＜△Toc≤-0.5，电子膨胀阀3开大步数1B；-0.5＜△Toc≤-1，电子膨胀阀3开大步数10B；△Toc ＜-1，电子膨胀阀3开大步数15B；△T＜-1℃时，电子膨胀阀3每30S打开 50B，直至打开到最大步数。

进一步，通过旁通支路电子膨胀阀3的其他功能以此来提高机组运行可靠性。检测到高压侧压力过高，打开电子膨胀阀3480B，卸载负荷。冷凝器 4上设置有第二温度传感器42，在冷凝器4的第二传感器检测到温度超过 65℃，则打开电子膨胀阀3，卸载负荷。

进一步，当蒸发温度低于防冻保护温度，持续90s，电子膨胀阀3打开 480B，用以实现防蒸发温度过低保护。

进一步，连续3s检测到环温C07＞41℃或进口油温C06＞45℃，压缩机 2电流C08＞4A，则打开电子膨胀阀3480B，用于实现过电流保护。

进一步，上述冷却系统的控制方法的控温精度方式可将定频机组的控温精度继续提高优化，可达±1℃。

本发明提供的冷却系统及控制方法，通过在压缩机2的冷凝器4的两端并联调节支路，通过调节支路，使得冷媒流经冷凝器4降温，压缩机2流出的高温高压冷媒进入热交换器1换热，提高蒸发温度，使得控制温度更加精确。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (13)

1.一种冷却系统，其特征在于，包括热交换器和冷凝器，热交换器和冷凝器之间连接有压缩机，热交换器、压缩机和冷凝器串联连接，冷凝器的进口和出口之间并联设置调节支路，通过调节支路以使压缩机产出的高温高压冷媒流入热交换器内，以提高蒸发温度。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，调节支路包括电子膨胀阀，调节电子膨胀阀的开度以提高蒸发温度。

3.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，冷凝器的进口处设置有第一温度传感器，出口处设置第二温度传感器。

4.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，冷凝器和调节支路之间设置有过滤器和节流元器件。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的冷却系统，其特征在于，热交换器和箱体相连通，箱体和泵体相连，泵体上设置有第三温度传感器，用于检测泵体上设置的出液口温度。

6.一种冷却系统的控制方法，其特征在于，包括如权利要求5中所述的冷却系统，对出液口温度实现精确控制。

7.根据权利要6所述的冷却系统的控制方法，其特征在于，根据第三温度传感器检测泵体的实际出液口温度，设定实际出液口温度和设定出液口温度的偏差值为△T＝Tt-T，实际温度变化率△Toc＝Tt-Tt＇，压缩机开启条件数值S＝△T。

8.根据权利要求7所述的冷却系统的控制方法，其特征在于，判断S＝△T是否满足S＞1℃，若满足，则压缩机开启，同时调节支路关闭。

9.根据权利要求7或8所述的冷却系统的控制方法，其特征在于，判断S＝△T是否满足-1℃≤S≤1℃，若满足，则压缩机保持原有状态不变，同时调节支路的开启状态和压缩机相同。

10.根据权利要求9所述的冷却系统的控制方法，其特征在于，判断S＝△T是否满足-1℃≤S≤1℃，若满足，则根据△Toc调节电子膨胀阀的开度。

11.根据权利要求10所述的冷却系统的控制方法，其特征在于，若满足△Toc＞1或0＜△Toc≤1，则电子膨胀阀关小设定步数；若满足0＜△Toc≤-1，则电子膨胀阀开大预设步数。

12.根据权利要求7或8所述的冷却系统的控制方法，其特征在于，S＜-1℃，压缩机首先处于开启状态，调节支路打开，判断S值小于或等于-1.0℃，则压缩机关闭。

13.根据权利要求6所述的冷却系统的控制方法，其特征在于，判断第二温度传感器检测温度数值是否高于设定温度阈值，若满足，则打开电子膨胀阀的开度。

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