TW202317927A - 冷水循環系統 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種冷水循環系統，其將一冷卻裝置組包含之一第一冷卻裝置以一第一管路以及一第二管路連通一熱交換裝置，將一發熱裝置以一第三管路以及一第四管路連通該熱交換裝置，再利用該第四管路設置之一分流腔室以一第五管路連通該冷卻裝置組包含之一第二冷卻裝置，且該第二冷卻裝置以一第六管路連通該第四管路設置之一混合腔室，利用該第一管路設置之一第一控制閥以及該第五管路設置之一第二控制閥，對應調整該冷卻裝置組之冷流體循環，使不同溫度之冷流體可於系統內循環混合。

Description

冷水循環系統

本發明是關於一種冷水循環系統，尤其係指一種用於冷熱循環，並供應多溫度冷卻流體提高系統用電效率之循環系統。

隨著時代的發展，產業界逐漸於工廠設置供應其製造設備對應環境的設施，即稱為廠務系統；以半導體產業為例，其廠務系統通常包含：無塵室相關系統、空調系統、純水系統、氣體供應系統、化學品的供應系統、電力系統；第一個無塵室相關系統最重要的是提供潔淨的生產環境，第二個空調系統的目的是提供全廠穩定的空調環境，第三個純水系統的目的是供應給清洗相關製程需要，第四個氣體供應系統的目的是提供高品質大宗氣體及安全的特殊氣體，第五個化學品的供應系統的目的是提供大宗使用的高品質的化學用品，第六個電力系統的目的是供應穩定的全場電源；而其中工廠廠務系統都需要兩個功能，其為提供熱源以及提供冷源。

熱源供應的部分，業界經常使用鍋爐，以加熱之方式供應熱水，工廠熱水需求之負載通常為：無塵室外氣空調箱(MAU)及純水系統等。

而同時在工廠內亦有許多發熱源，需要被冷卻，因此需要提供冷源，產業界通常使用製程冷卻水主要供給生產設備PCW(PROCESS COOLING WATER)，其係用於製造冷卻水之系統，且其要求提供之流體溫度不能太低，溫度通常控制在16℃~22℃，若流體的溫度過低，在工廠、無塵室裡濕度較高的情況下，會出現管路表面結露的現象，使設備受損，若流體的溫度過高則達不到設備的冷卻需求；而該流體通常使用純水或軟水做為水源。

習知廠務冷水循環系統主要是利用蒸汽壓縮循環(vapor compression cycle) 原理之冷凍系統做為製冷源，將冷水循環中的高溫流體於冷凍系統中之蒸發器降溫為低溫流體，但習知冷水循環系統運轉上會盡可能降低冷水循環的流體溫度，以滿足工廠內所有的冷卻需求；但依據熱力學分析，冷凍系統在冷凝溫度不變的條件下，蒸發溫度愈高則冷凍系統效率愈高，意即提高冷水循環的流體溫度有助於冷凍系統的效率提昇，故習知工廠冷水循環系統以盡可能降低流體溫度的運轉方式是沒有效率的，將造成工廠的營運成本增加。

有鑑於上述習知技術之問題，本發明提供一種冷水循環系統，其係將冷卻裝置組之部分冷卻裝置連通熱交換裝置，冷卻裝置組之另一部分冷卻裝置連通發熱裝置，且熱交換裝置與發熱裝置相互連通，藉由冷卻裝置組、發熱裝置與熱交換裝置之流體，混合循環，以調節所需多種溫度之冷流體，並於系統內循環。

本發明之一目的在於提供一種冷水循環系統，其係冷卻裝置組之部分冷卻裝置連通熱交換裝置，冷卻裝置組之另一部分冷卻裝置連通發熱裝置，且熱交換裝置與發熱裝置相互連通，藉由冷卻裝置組、發熱裝置與熱交換裝置之流體，混合循環，以調節所需多種溫度之冷流體，並於系統內循環，除穩定調控冷卻流體之溫度，並提高冷水循環系統之用電效率。

為達到上述所指稱之各目的與功效，本發明提供一種冷水循環系統，其包含：一冷卻裝置組、一熱交換裝置以及一發熱裝置，該冷卻裝置組包含一第一冷卻裝置以及一第二冷卻裝置，該第一冷卻裝置設置於該第二冷卻裝置之一側，該熱交換裝置以一第一管路以及一第二管路連通該第一冷卻裝置，該第一管路設置一第一控制閥，該發熱裝置以一第三管路以及一第四管路連通該熱交換裝置，該第四管路設置一混合腔室以及一分流腔室，該混合腔室以一第六管路連通該第二冷卻裝置，該分流腔室設置於該混合腔室以及該發熱裝置之間，該分流腔室以一第五管路連通該第二冷卻裝置，該第五管路設置一第二控制閥；其中，經由控制經過該第一管路以及該第一控制閥進入該熱交換裝置之流體流量，以及控制經過該第五管路以及該第二控制閥至該第二冷卻裝置之流體流量，使該發熱裝置達到一預設溫度；利用此結構提供冷水循環之系統，使不同溫度之冷流體可於系統內循環混合。

本發明之一實施例中，其中該第三管路之一內側設置一第一溫度感測元件。

本發明之一實施例中，其中該第四管路之一內側設置一第二溫度感測元件。

本發明之一實施例中，更包含一控制元件，該控制元件電性連接該第一控制閥、該第二控制閥、該第一溫度感測元件以及該第二溫度感測元件，該控制元件接收該第一溫度感測元件之一第一溫度訊號，以控制該第一控制閥之開關，該控制元件接收該第二溫度感測元件之一第二溫度訊號，以控制該第二控制閥之開關。

本發明之一實施例中，其中該第一管路之一內側設置一第一循環泵。

本發明之一實施例中，其中該第四管路之一內側於該混合腔室及該熱交換裝置間設置一第二循環泵。

本發明之一實施例中，其中該第五管路之一內側設置一第三循環泵。

本發明之一實施例中，更包含一第七管路，該第七管路之一端連通該第一管路，該第七管路之另一端連通該第六管路，該第七管路設置一第三控制閥。

本發明之一實施例中，更包含一第八管路，該第八管路之一端連通該第二管路，該第八管路之另一端連通該第五管路，該第八管路設置一第四控制閥。

本發明之一實施例中，更包含一第九管路以及一第十管路，該第九管路之一端連通該第一管路，該第九管路之另一端連通該第二管路，該第十管路之一端連通該第五管路，該第十管路之另一端連通該第六管路。

為使　貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以實施例及配合說明，說明如後：

有鑑於上述習知技術之問題，本發明提供將冷卻裝置組之一部分冷卻裝置連通熱交換裝置，冷卻裝置組之另一部分冷卻裝置連通發熱裝置，且熱交換裝置與發熱裝置相互連通，藉由部分冷卻裝置組、發熱裝置與熱交換裝置之流體混合循環，以調節所需多種溫度之冷流體，解決習知技術調節冷卻流體之溫度，需耗費大量能源之問題。

請參閱第1圖，其為本發明之實施例之循環系統示意圖，如圖所示，本實施例中，一種冷水循環系統1，其包含一冷卻裝置組10、一熱交換裝置20以及一發熱裝置30，並以流體於該些裝置10、20、30內流動，以進行熱量交換與循環；於本實施例中，流體可為水，但並非用以限制本發明。

再次參閱第1圖，如圖所示，於本實施例中，該冷卻裝置組10，其包含一第一冷卻裝置12以及一第二冷卻裝置14，該第一冷卻裝置12設置於該第二冷卻裝置14之一側，該冷卻裝置組10之冷卻裝置數量可為複數，且分為兩組，本實施例以該第一冷卻裝置12以及該第二冷卻裝置14舉例，並非用以限制本發明；該熱交換裝置20以一第一管路22連通該第一冷卻裝置12以接收冷流體，該熱交換裝置20以一第二管路24連通該第一冷卻裝置12以輸送熱流體，該第一管路22設置一第一控制閥222，該第一控制閥222之開關控制流經該熱交換裝置20之流體流量；該第一控制閥222亦可設置於該第二管路24，所致功能完全相同；該發熱裝置30以一第三管路32連通該熱交換裝置20，以接收冷流體，該發熱裝置30以一第四管路34連通該熱交換裝置20，以輸送熱流體，該第四管路34設置一混合腔室342以及一分流腔室348，該混合腔室342以一第六管路38連通該第二冷卻裝置14，以接收冷流體，該分流腔室348設置於該混合腔室342以及該發熱裝置30之間，且該分流腔室348以一第五管路36連通該第二冷卻裝置14，該分流腔室348將該第四管路34之流體分流至該第五管路36，並控制其流量，該第五管路36設置一第二控制閥362，該第二控制閥362之開關控制流經該第二冷卻裝置14之流體流量；該第二控制閥362亦可設置於該第六管路38，所致功能完全相同；於本實施例中，該第一、二冷卻裝置12、14係將流體降溫之設備，例如冷凍機及散熱槽，此等冷卻裝置；該熱交換裝置20用於交換流體之熱能，例如以銅管進行熱傳導；該發熱裝置30係發熱之熱源，例如工廠之加工機、空壓機、輸送設備。

接續上述，如圖所示，於本實施例中，該第一冷卻裝置12對流體進行降溫，形成一第一冷流體C1，該第一冷流體C1於該第一管路22內流動至該熱交換裝置20，該第一冷流體C1於該熱交換裝置20升溫形成一第一熱流體H1，該第一熱流體H1於該第二管路24內流動至該第一冷卻裝置12，重新進行降溫，該熱交換裝置20對流體進行降溫，形成一第二冷流體C2，該第二冷流體C2於該第三管路32內流動至該發熱裝置30，該第二冷流體C2吸收該發熱裝置30之熱能，使該發熱裝置30達到一預設溫度，形成一第二熱流體H2，該第二熱流體H2於該第四管路34內流動至該分流腔室348，該分流腔室348將該第二熱流體H2分流成一第三熱流體H3以及一第四熱流體H4，該第四熱流體H4於該第四管路34內流動至該混合腔室342進行流體之混合形成一第三冷流體C3，該第三冷流體C3由該混合腔室342進入該第四管路34，並流至該熱交換裝置20進一步與該第一冷流體C1進行熱交換，而該第三熱流體H3於該第五管路36內流動至該第二冷卻裝置14進行降溫，形成一第四冷流體C4，該第四冷流體C4於該第六管路38內流動至該混合腔室342與該第四熱流體H4進行混合，形成該第三冷流體C3，完成一次循環；於本實施例中，該第一冷流體C1之溫度小於該第四冷流體C4之溫度，因之該第二冷卻裝置14的用電效率優於該第一冷卻裝置12的用電效率。

請參閱第2圖，其為本發明之實施例之循環系統及溫度感測元件示意圖，如圖所示，於本實施例中，更於該第三管路32之一內側設置一第一溫度感測元件322，以及該第四管路34之一內側設置一第二溫度感測元件344，該第一溫度感測元件322感測該第二冷流體C2之溫度，該第二溫度感測元件344感測該第三冷流體C3之溫度，該第二冷流體C2與該第三冷流體C3之預設溫度相同；當該第三冷流體C3之溫度低於預設溫度時，該第二控制閥362之開口縮小，使進入該混合腔體342之該第四冷流體C4流量減少，進而提高該第三冷流體C3之溫度致達到預設溫度，而該第三冷流體C3繼續循環形成該第二冷流體C2，此時該第二冷流體C2之溫度等於該第三冷流體C3之溫度，皆為預設溫度，故該第一控制閥222關閉，使該第一冷卻裝置12與該熱交換裝置20間之流體停止流動，此時該第一冷卻裝置12可停止運轉，該第三冷流體C3繼續循環，形成該第二冷流體C2並流至該發熱裝置30；而當該第三冷流體C3之溫度高於預設溫度時，該第二控制閥362之開口張大，使進入該混合腔體342之該第四冷流體C4流量增加，進而降低該第三冷流體C3之溫度致達到預設溫度，而該第三冷流體C3繼續循環形成該第二冷流體C2，此時該第二冷流體C2之溫度等於該第三冷流體C3之溫度，皆為預設溫度，故該第一控制閥222關閉，使該第一冷卻裝置12與該熱交換裝置20間之流體停止流動，此時該第一冷卻裝置12可停止運轉，該第三冷流體C3繼續循環，形成該第二冷流體C2並流至該發熱裝置30；而當該第三冷流體C3之溫度高於預設溫度時，且該第二控制閥362之開口張大已全開，仍無法降低該第三冷流體C3之溫度達預設溫度，該第三冷流體C3繼續循環形成該第二冷流體C2，此時該第二冷流體C2之溫度高於預設溫度，故該第一控制閥222開啟，使該第一冷卻裝置12與該熱交換裝置20間之流體開始流動，此時該第一冷卻裝置12開始供應該第一冷流體C1至該熱交換裝置20並與該第三冷流體C3熱交換，形成該第二冷流體C2並流至該發熱裝置30；上述描述可知僅於該第二冷卻裝置14製冷能力無法滿足該第三流體C3之降溫要求時，該第一冷卻裝置12才需啟動，故可減少該第一冷流體C1之使用量，以節省該第一冷卻裝置12之能源消耗，提高整體冷水循環系統之用電效率。

請參閱第3圖以及第4圖，第3圖為本發明之實施例之循環泵示意圖，第4圖為本發明之實施例之控制元件電性連接示意圖，如第3圖所示，本實施例進一步揭示該第一管路22之一內側設置一第一循環泵224，該第四管路34之一內側設置一第二循環泵346，進一步該第二循環泵346設置於該混合腔室342以及該熱交換裝置20之間，該第五管路36之一內側設置一第三循環泵364，該第一循環泵224用於循環該第一冷流體C1以及該第一熱流體H1，該第二循環泵346以及該第三循環泵364用於循環該第二冷流體C2、該第三冷流體C3、該第四冷流體C4、該第二熱流體H2、該第三熱流體H3以及該第四熱流體H4；如第4圖所示，本實施例更包含一控制元件40，該控制元件40電性連接該第一控制閥222、該第二控制閥362、該第一溫度感測元件322以及該第二溫度感測元件344，該控制元件40接收該第一溫度感測元件322之一第一溫度訊號323，該控制元件40傳輸一第一控制訊號42至該第一控制閥222，以控制該第一控制閥222之開關及開口大小，該控制元件40接收該第二溫度感測元件344之一第二溫度訊號345，該控制元件40傳輸一第二控制訊號44至該第二控制閥362，以控制該第二控制閥362之開關及開口大小。

本實施例之一種冷水循環系統1係將該冷卻裝置組10包含之該第一冷卻裝置12連通該熱交換裝置20，提供較低溫之冷卻流體，利用該冷卻裝置組10包含之該第二冷卻裝置14連通該混合腔室342，以提供較高溫之冷卻流體予該發熱裝置30，藉由該第二冷卻裝置14、該發熱裝置30與該熱交換裝置20之流體循環，以調節適當溫度之冷流體，使冷熱於系統內循環，進一步減少該冷卻裝置組10之能源消耗。

請參閱第5圖，其為本發明之另一實施例之循環系統示意圖，如圖所示，本實施例係基於上述實施例，更進一步揭示該第二管路24之一內側設置一第四循環泵226，並包含一第七管路16、一第八管路18、一第九管路26以及一第十管路39，該第七管路16之一端連通該第一管路22，該第七管路16之另一端連通該第六管路38，該第七管路16設置一第三控制閥162，該第八管路18之一端連通該第二管路24，該第八管路18之另一端連通該第五管路36，該第八管路18設置一第四控制閥182，該第七管路16利用該第三控制閥162之開關，將該第一冷流體C1導入至該第六管路38，進一步降低該第四冷流體C4之溫度，該第八管路18利用該第四控制閥182之開關，將該第三熱流體H3導入至該第二管路24，利用冷卻效率較強之該第一冷卻裝置12降溫該第三熱流體H3，該第九管路26之一端連通該第一管路22，該第九管路之另一端連通該第二管路24，該第十管路39之一端連通該第五管路36，該第十管路39之另一端連通該第六管路38，以該第九管路26以及該第十管路39使本實施例之流體能更彈性循環，例如若該第一循環泵224因變頻運轉降低輸出流量，以致第一循環泵224輸出流量小於該第四循環泵226輸出流量，該第九管路26可將該第一冷流體C1之部份導入至該第二管路24；本實施例之其他元件之結構及其作動關係，皆與上述實施例相同，故不再贅述。

綜上所述，本發明提供一種冷水循環系統，其係將冷卻裝置組之部分冷卻裝置連通熱交換裝置，冷卻裝置組之另一部分冷卻裝置連通發熱裝置，熱交換裝置與發熱裝置相互連通，冷卻裝置組之另一部分冷卻裝置針對發熱裝置之流體直接進行降溫，並與熱交換裝置之流體進行熱交換，以調節所需溫度之冷流體，使系統架構可提供較高溫之冷水之同時，提升系統之用電效率，解決習知冷水循環系統於調節冷卻流體之溫度時，需耗費大量能源，造成工廠的營運成本增加之問題。

故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈  鈞局早日賜准專利，至感為禱。

惟以上所述者，僅為本發明一實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

1:冷水循環系統 10:冷卻裝置組 12:第一冷卻裝置 14:第二冷卻裝置 16:第七管路 162:第三控制閥 18:第八管路 182:第四控制閥 20:熱交換裝置 22:第一管路 222:第一控制閥 224:第一循環泵 226:第四循環泵 24:第二管路 26:第九管路 30:發熱裝置 32:第三管路 322:第一溫度感測元件 323:第一溫度訊號 34:第四管路 342:混合腔室 344:第二溫度感測元件 345:第二溫度訊號 346:第二循環泵 348:分流腔室 36:第五管路 362:第二控制閥 364:第三循環泵 38:第六管路 39:第十管路 40:控制元件 42:第一控制訊號 44:第二控制訊號 C1:第一冷流體 C2:第二冷流體 C3:第三冷流體 C4:第四冷流體 H1:第一熱流體 H2:第二熱流體 H3:第三熱流體 H4:第四熱流體

第1圖：其為本發明之實施例之循環系統示意圖； 第2圖：其為本發明之實施例之循環系統及溫度感測元件示意圖； 第3圖：其為本發明之實施例之循環泵示意圖； 第4圖：其為本發明之實施例之控制元件電性連接示意圖；以及 第5圖：其為本發明之另一實施例之循環系統示意圖。

1:冷水循環系統

10:冷卻裝置組

12:第一冷卻裝置

14:第二冷卻裝置

20:熱交換裝置

22:第一管路

222:第一控制閥

24:第二管路

30:發熱裝置

32:第三管路

34:第四管路

342:混合腔室

348:分流腔室

36:第五管路

362:第二控制閥

38:第六管路

C1:第一冷流體

C2:第二冷流體

C3:第三冷流體

C4:第四冷流體

H1:第一熱流體

H2:第二熱流體

H3:第三熱流體

H4:第四熱流體

Claims (10)

1. 一種冷水循環系統，其包含： 一冷卻裝置組，其包含一第一冷卻裝置以及一第二冷卻裝置，該第一冷卻裝置設置於該第二冷卻裝置之一側； 一熱交換裝置，其以一第一管路以及一第二管路連通該第一冷卻裝置，該第一管路設置一第一控制閥；以及 一發熱裝置，其以一第三管路以及一第四管路連通該熱交換裝置，該第四管路設置一混合腔室以及一分流腔室，該混合腔室以一第六管路連通該第二冷卻裝置，該分流腔室設置於該混合腔室以及該發熱裝置之間，該分流腔室以一第五管路連通該第二冷卻裝置，該第五管路設置一第二控制閥； 其中，經由控制經過該第一管路以及該第一控制閥進入該熱交換裝置之流體流量，以及控制經過該第五管路以及該第二控制閥至該第二冷卻裝置之流體流量，使該發熱裝置達到一預設溫度。
2. 如請求項1所述之冷水循環系統，其中該第三管路之一內側設置一第一溫度感測元件。
3. 如請求項2所述之冷水循環系統，其中該第四管路之一內側設置一第二溫度感測元件。
4. 如請求項3所述之冷水循環系統，更包含一控制元件，該控制元件電性連接該第一控制閥、該第二控制閥、該第一溫度感測元件以及該第二溫度感測元件，該控制元件接收該第一溫度感測元件之一第一溫度訊號，以控制該第一控制閥之開關，該控制元件接收該第二溫度感測元件之一第二溫度訊號，以控制該第二控制閥之開關。
5. 如請求項1所述之冷水循環系統，其中該第一管路之一內側設置一第一循環泵。
6. 如請求項1所述之冷水循環系統，其中該第四管路之一內側設置一第二循環泵。
7. 如請求項1所述之冷水循環系統，其中該第五管路之一內側設置一第三循環泵。
8. 如請求項1所述之冷水循環系統，更包含一第七管路，該第七管路之一端連通該第一管路，該第七管路之另一端連通該第六管路，該第七管路設置一第三控制閥。
9. 如請求項1所述之冷水循環系統，更包含一第八管路，該第八管路之一端連通該第二管路，該第八管路之另一端連通該第五管路，該第八管路設置一第四控制閥。
10. 如請求項1所述之冷水循環系統，更包含一第九管路以及一第十管路，該第九管路之一端連通該第一管路，該第九管路之另一端連通該第二管路，該第十管路之一端連通該第五管路，該第十管路之另一端連通該第六管路。

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