TWI312055B - Water-cooled constant temperature liquid circulating device and method of controlling temperature of circulating liquid with the same - Google Patents

Description

1312055 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於水冷式恆溫液循環裝置及該裝置之循環 液溫度控制方法。 【先前技術】 習知以來’水冷式的恆溫液循環裝置，已知有如第3 圖所示的裝置。該恆溫液循環裝置40是將經調整閥44控 制流量後的散熱水流動在管中的散熱管4 3的熱交換部4 3 a 配設在收容有必須溫度調節之循環液的儲液槽4 1內，構 成熱交換器42，在可使該儲液槽4 1內的恆溫液經由外部 裝置部50循環的管路45途中設有泵浦46，構成爲由該泵 浦46將儲液槽4 1內的恆溫循環液運送供應至外部裝置5 〇 的配管51。接著，在管路45的出口 45a的附近設置可對 恆溫液循環裝置40所送出的循環液溫度（T1 )進行檢測 的溫度感測器47，以控制器48控制上述調整閥44的開閉 ，使該溫度感測器47檢測的循環液控制成指定溫度。 然後，上述散熱管43的調整閥44爲可調整開閉頻率 的電磁閥，或者，是單獨採用可調整開閉的比例閥等，利 用該等的控制使送出的循環液溫度調整成指定溫度。 如此構成的習知水冷式的恆溫液循環裝置40 ’是以上 述熱交換器42的熱交換部43a進行散熱水和循環液的直 接熱交換，因此當散熱水和循環液的溫差大時就需要大的 冷卻能力，爲了讓循環液溫度有良好的穩定性’調整閥44 (2) 1312055 是需要控制成以低流量流動散熱水。此外，當散熱管43 的散熱水入口及出口的壓差大時，需要控制成以穩定的流 量流動散熱水。 然而，當散熱管43的調整閥44使用電磁閥時，若降 低散熱水的流量則需要電磁閥以極短時間進行高頻率開閉 ，由於電磁閥以過苛狀態進行操作，所以無法避免其使用 壽命變短，另一方面，當以電磁閥將散熱水的流量變大時 ，伴隨著閉閥會產生水錘現象，因此也需要考慮因應對策 〇 此外，當散熱管43的調整閥44是採用比例閥時，因 比例閥本身的特性是難以進行小開度（以開始起數％ )的 流量控制，所以在小流量的控制方面就變成是以其流量控 制能力可達到的最低流量來流動散熱水，導致循環液溫度 過低該過低的循環液溫度若要恢復成原狀則需要在熱交換 器42設置內部加熱器進行加熱，不僅需要增加能源，也 會造成循環液溫度的落差大。 【發明內容】 [發明欲解決之課題] 本發明的技術性課題提供一種可使上述恆溫液循環裝 置的循環液溫度穩定性提昇的水冷式恆溫液循環裝置及該 裝置之循環液溫度控制方法。 本發明的另一技術性課題，是提供一種將散熱水流量 最佳化後就可使任何狀態循環液溫度穩定性提昇的水冷式 -6- (3) 1312055 恆溫液循環裝置及該裝置之循環液溫度控制方法。 再加上，本發明的另一技術性課題，是提供一種可提 昇上述循環液溫度穩定性的同時，可達到省能化，此外， 有助於電磁閥壽命提高，還可達到緩和水錘現象的水冷式 恆溫液循環裝置及該裝置之循環液溫度控制方法。 [用以解決課題之手段] 爲解決上述課題，本發明是將經調整手段控制流量後 的散熱水流動於管中的散熱管的熱交換部附設在循環液的 儲液槽，可使該儲液槽內的循環液經由外部裝置循環的管 路中設有泵浦，構成爲由該泵浦將儲液槽內的恆溫循環液 運送供應至上述管路出入口所連接的外部裝置配管的水冷 式恆溫液循環裝置中，其特徵爲，上述調整手段是由電動 比例閥和電磁閥所構成，該電動比例閥可使送至散熱管熱 交換部的散熱水流量以電動比例閥所能控制的低流量極限 値以上控制成適合與上述熱交換部的循環液進行熱交換的 流量或者是比該流量還若干大的流量；該電磁閥可使經上 述電動比例閥流量控制後的散熱水透過開閉時間的控制成 爲最佳流量送至上述熱交換部。 於本發明相關的水冷式恆溫液循環裝置最佳實施形態 中，在上述恆溫液循環裝置的管路出口側，設有可對送出 的循環液溫度（T 1 )進行檢測的溫度感測器，同時於上述 散熱管入口側，設有可對散熱水溫度（T2 )進行檢測的溫 度感測器，於上述散熱管入口側及出口側分別設置可對各 (4) 1312055 自的壓力（P 1、P2 )進行檢測的壓力感測器，利用同時輸 入有該等感測器輸出和上述管路中流量感測器輸出的控制 器’對上述電動比例閥及電磁閥進行控制使上述循環液成 爲指定的溫度。 此外，於本發明相關水冷式恆溫液循環裝置的電動比 例閥及電磁閥配置最佳實施形態中，是在上述散熱管從其 上游側朝下游側串聯設有上述電動比例閥及電磁閥，藉此 可使經該電動比例閥控制流量後的散熱水流量經電磁閥再 調整，或者，在上述散熱管入口側及出口側之間設有旁通 流路，於該旁通流路設有上述電動比例閥的同時，在比散 熱管的與該旁通流路的分岐點還下游側的位置設有上述電 磁閥，以該電動比例閥控制流動在旁通流路的流量使要流 至電磁閥側的散熱水流量經該電磁閥再調整成爲最佳流量 送至上述熱交換部。 於本發明上述控制器其控制的最佳實施形態中，根據 :溫度感測器所檢測出的循環液溫度（T1 )及散熱水溫度 (T2 )的差；及流量感測器所檢測出的循環液流量，對外 部裝置的熱負荷進行算出的同時，根據散熱管入口側及出 口側所設置的壓力感測器所檢測出的壓力（P 1、P 2 )的差 ，及根據散熱管入口側所設置的溫度感測器所檢測出的溫 度（T2 )，於該控制器中，算出在該時間點恆溫液循環裝 置所具有的冷卻能力，然後算出已經符合可對應上述熱負 荷的冷卻能力之散熱水流量，對電動比例閥及電磁閥進行 控制。 -8 - (5) 1312055 再加上，可解決上述課題之本發明的循環液溫度控制 方法，是於串聯配設有電動比例閥及電磁閥的水冷式恆溫 液循環裝置中，其特徵爲，至少，當需求散熱水流量比上 述低流量極限値還少時，於控制器將電動比例閥控制成可 使散熱水流量爲該極限値以上但以低流量流動，然後利用 電磁閥的開閉時間控制，將散熱水的流量控制成最佳流量 ，當需求散熱水流量超過有可能產生上述電磁閥開閉造成 水錘現象之可能性程度高的高流量極限値時，以上述控制 器的控制，將上述電磁閥控制成時常全開狀態，只以電動 比例閥控制散熱水的流量。 此外，並列配設有電動比例閥及電磁閥之水冷式恆溫 液循環裝置的循環液溫度控制方法，其特徵爲，至少，當 需求散熱水流量比上述低流量極限値還少時，是於控制器 ，將電動比例閥打開使流至旁通流路的散熱水變多，藉此 降低電磁閥入口壓力後，利用電磁閥的開閉時間控制，將 散熱水的流量控制成最佳流量，當需求散熱水流量超過有 可能產生上述電磁閥開閉造成水錘現象之可能性程度高的 高流量極限値時，以上述控制器的控制將上述電磁閥控制 成時常全開狀態，利用電動比例閥的開度控制對流動於電 磁閥的散熱水流量進行控制。 具有上述構成的水冷式恆溫液循環裝置中，是將電磁 閥成爲全開狀態利用電動比例閥控制散熱水流量，或者， 以小開度打開電動比例閥藉此以電磁閥入口的壓力、流量 降低的狀態開閉電磁閥對該流量進行控制，因此能夠抑制 -9- (6) 1312055 或緩和伴隨著電磁閥開閉產生的水錘現象。 另外，上述電動比例閥，雖然具有難以小開度（自開 始起數％ )進行流量控制的特性，但小流量的控制是由電 磁閥執行，因此能夠使需求散熱水流量成爲最佳化，能夠 提昇循環液的溫度穩定性。 [發明效果] 根據以上詳述的本發明水冷式恆溫液循環裝置及該裝 置之循環液溫度控制方法時，是可提昇恆溫液循環裝置的 循環液溫度穩定性，並且，藉由散熱水流量的最佳化，是 可使任何狀態循環液的溫度穩定性提昇，於同時達到省能 化，此外，有助於電磁閥壽命的提昇，還能夠達到緩和水 錘現象。 【實施方式】 [發明之最佳實施形態] 第1圖是表示本發明相關水冷式恆溫液循環裝置的第 1實施例。 該水冷式恆溫液循環裝置1的基本構成，是於循環液 的儲液槽1 〇內，配設有可使調整手段1 2控制流量後的散 熱水流動在管中的散熱管1 1的熱交換部1 1 c，於可使該儲 液槽1 0內的循環液經由外部裝置循環的管路1 3途中設有 泵浦14及流量感測器15，由該泵浦14構成爲可使儲液槽 1〇內的循環液運送供應至上述管路13的出口 i3a及入口 -10- (7) 1312055 13b所連接的外部裝置2的配管20。 另’上述熱交換部llc ’並不一定要設置在儲液 內，也可從儲液槽10的外部進行熱交換。 此外，上述恆溫液循環裝置1中，在管路1 3的 1 3 a的附近設有可對該恆溫液循環裝置1所送出的循 溫度（τ 1 )進行檢測的溫度感測器1 6，同時於上述 管1 1的入口 1 1 a側，設有可對流動在該散熱管1 1中 熱水溫度（T2 )進行檢測的溫度感測器17，於上述 管1 1的入口 1 1 a側及出口 1 1 b側分別設置可對各自 力（P 1、P 2 )進行檢測的壓力感測器1 8 a、1 8 b，構 該等的輸出和上述流量感測器15的輸出同時輸入控 19° 對上述散熱水流動於散熱管11中的流量進行控 調整手段1 2，可使溫度感測器1 6所檢測出來的循環 爲指定溫度地進行散熱水的流量控制，是於該散熱1 從其上游側朝下游側串聯設有電動比例閥24和電磁丨 來形成其構成。上述電動比例閥24是將送至散熱管 熱交換部1 1 c的散熱水的流量以該電動比例閥24所 制流量的低流量極限値以上控制成適合與上述熱交 1 1 c的循環液進行熱交換的流量或者是比該流量還若 的流量，另外，上述電磁閥2 6是利用開閉時間的控 電動比例閥24控制流量後的散熱水控制成最佳流量 至上述熱交換部Π c。 即，以電磁閥26對電動比例閥24控制流量後的 槽10 出口 環液 散熱 的散 散熱 的壓 成將 制器 制的 液成 f 1 1 Μ 2 6 11的 能控 換部 干大 制將 而送 散熱 -11 - (8) (8)1312055 水進行再調整’以最佳流量送至上述熱交換部1 1 c °接著 。該等電動比例閥24及電磁閥26，具體而言，如以下說 明，構成爲根據上述各感測器的輸出以上述控制器19進 行控制。 另，所謂上述電動比例閥24所能控制流量的低流量 極限値，是指下述的流量値。即，一般，因比例閥本身的 特性，是自開始起數％的小開度爲止的範圍難以控制流量 ，所以不執行如上述範圍的小流量控制’而是以流量容易 控制範圍的最低流量値或比該最低流量値還若干大的流量 執行流動，然後以電磁閥2 6對該流量進行再調整使該流 量成爲最佳流量，是提昇循環液溫度穩定性的有效方式， 所謂能控制流量的低流量極限値是指該最低流量値。但是 ，該指該最低流量値，視比例閥的規格而定有時未必呈現 一定値，因此，必須根據比例閥的規格採用適宜的流量値 〇 其次，說明上述控制器1 9的調整手段1 2的控制形態 〇 於上述控制器1 9，首先，根據：溫度感測器1 6、1 7 所檢測出的循環液溫度T1及散熱水溫度T2的差；及流量 感測器1 5所檢測出的循環液流量，經由計算算出外部裝 置2熱負荷的同時，算出可對應該熱負荷的冷卻能力。 此外，根據散熱管1 1入口 1 1 a側及出口 1 1 b側所設 置的壓力感測器1 8 a、1 8b所檢測出的壓力P 1、P2的差’ 及根據散熱管1 1入口 1 1 a側所設置的溫度感測器1 7所檢 -12- 1312055 ⑼ 測出的溫度Τ2，於該控制器1 9中經由計算算出在該時間 點恆溫液循環裝置1所具有的冷卻能力’然後經由計算算 出已經符合可對應上述外部裝置2熱負荷的冷卻能力之散 熱水流量，根據該結果對電動比例閥24及電磁閥26進行 控制。 具體而言，至少當於控制器19中所計算出來的需求 散熱水流量比上述低流量極限値還少時’於該控制器19 將電動比例閥24控制成可使散熱水流量爲該極限値以上 但以低流量流動，藉此，降低電磁閥2 6的入口壓力’以 使散熱水供應往電磁閥26的供應流量降低後’利用電磁 閥2 6的開閉時間控制，將散熱水的流量控制成最佳流量 。如此一來，電磁閥2 6就不需要以極短時間進行高頻率 開閉，能夠避免電磁閥26壽命變短。 如上述，當只以電動比例閥24的控制使開度變小難 以執行散熱水的流量控制的區域，即，電動比例閥24是 以其所能流量控制範圍的低流量極限値以下的流量流動散 熱水時，將電動比例閥2 4控制成可使散熱水流量爲不低 1於該極限値的流量，流量的控制是由電磁閥主導控制。 另，於控制器1 9中所計算出來的需求散熱水流量’ 即使是在上述低流量極限値以上，還是能夠將電動比例閥 2 4控制成低流量極限値以上所需求的散熱水流量或比該流 量還若干大的流量後，利用電磁閥26的開閉時間控制使 散熱水的流量控制成最佳流量，但爲該狀況時’電動比例 閥24所輸出的流量或壓力是需要在不會產生電磁閥26造 -13- (10) 1312055 成水錘現象的範圔。 另一方面，當於控制器〗9中所計算出來的需求散熱 水流量超過有可能產生上述電磁閥26開閉造成水錘現象 之可能性程度高的高流量極限値時，是以上述控制器1 9 的控制，將上述電磁閥26控制成時常全開狀態，只以電 動比例閥2 4控制散熱水的流量。當散熱水流量爲較多的 狀況時，若是利用電磁閥26的開閉執行流量控制，則在 閉閥時會產生水錘現象，但在該區域是以上述電動比例閥 爲主導控制，因此能夠抑制水錘現象產生。 另，上述高流量極限値，同樣地也視比例閥的規格而 定有時未必呈現一定値，因此，必須根據該規格等採用適 宜的設定値。 接著，參照第2圖對本發明相關水冷式恆溫液循環裝 置的第2實施例進行說明。 該第2實施例的水冷式恆溫液循環裝置1的基本構成 ’實質上是和上述第1實施例的狀況相同，因此對於相同 或相當部份是標示相同圖號。該第2實施例和上述第1實 施例的主要差異在於上述第1實施例中調整手段12，是由 電動比例閥24和電磁閥26串聯配置在散熱管來構成，相 對於此’該第2實施例的調整手段12是在上述散熱管η 的入口 1 1 a側和出口 1 1 b側之間設有旁通流路2 5，將該等 電動比例閥24和電磁閥26形成並列設置。即，在該旁通 流路2 5設有上述電動比例閥2 4的同時，在比散熱管} i 之其與該旁通流路2 5的分岐點還下游側的位置設有上述 -14- (11) 1312055 電磁閥2 6。 此外，該第2實施例是和上述第1實施例相同地是在 管路1 3的出口丨3 a的附近，設有哥對該恆溫液循環裝置1 所送出的循環液溫度（T 1 )進行檢測的溫度感測器1 6， 同時於上述散熱管1 1的入口 1 1 a側，設有可對流動於該 散熱管Π中的散熱水溫度（T2 )進行檢測的溫度感測器 17’再加上，於上述散熱管11的入口 iia側及出口 lib 側分別設置可對各自的壓力（P 1、P 2 )進行檢測的壓力感 測器1 8 a ' 1 8b，構成將該等的輸出和上述流量感測器1 5 的輸出同時輸入控制器19。 另，該第2實施例的壓力感測器18a，雖是設置在比 散熱管11之其與該旁通流路25的分岐點還下游側的位置 ’但也可設置在比該分岐點還上游側的位置，於該狀況時 只要變更控制器19的控制方式即可。 爲了執行上述第2實施例的水冷式恆溫液循環裝置1 的循環液溫度控制，在對送至熱交換部1 1 c的散熱水流量 進行控制時，以電動比例閥24對流動於旁通流路25的流 量進行控制藉此控制流往電磁閥26側的散熱水流量，將 該流量經由該電磁閥2 6再調整，使其成爲最佳流量送至 上述熱交換部Uc。於該旁通流路25設有電動比例閥24 時，即使電動比例閥24爲全開狀態還是會產生背壓，該 壓力雖然是作用在該電磁閥26的入口，但無法使該壓力 更爲降低，此外，於接近電動比例閥全開的開度同樣是流 量控制困難的區域。因此，該第2實施例的低流量極限値 -15- (12) (12)

1312055 ’即’所謂散熱水流量於電動比例閥2 4所能控制的 量極限値’是指於電動比例閥2 4全開或接近全開， 往電磁閥2 6側的低流量在控制方面有困難時的極限個 該第2實施例的散熱水流量控制的形態以具體性 明時’至少’當需要流至散熱管1 1的散熱水流量比 低流量極限値還少時，於控制器丨9將電動比例閥2 4 使流至旁通流路2 5的散熱水變多，藉此降低電磁閥 入口壓力後，利用電磁閥2 6的開閉時間控制，將散 的流量控制成最佳流量。 另一方面’當需要流至散熱管1 1的散熱水流量 有可能產生上述電磁閥開閉造成水錘現象之可能性程 的高流量極限値時，以上述控制器1 9的控制將上述 閥2 6控制成時常全開狀態，利用電動比例閥24的開 制使〖il動於電磁閥2 6的散熱水流量控制成最佳流量。 如此一來’可使需求散熱水流量成爲最佳化，可 循環液溫度穩定性的同時，可達到提昇電磁閥的壽命 於此’因上述第2圖所示的第2實施例的其他構 作用’實質上是和第1圖所說明的水冷式恆溫液循環 相同’所以省略該等說明。 另，於上述任一實施例中’當水冷式恆溫液循環 的運轉停止時，或者，當儲液槽1 0內的恆溫液的潘 指定範圍內而不需要散熱時，都可將電動比例閥24 電磁閥26成爲全閉，控制成不流動浪費冷卻水。 低流 對流 1 ° :來說 :上述 打開 26的 :熱水 :超過 :度高 :電磁 丨度控 提昇 〇 i成及 ΐ裝置 〖裝置 ί度爲 及/或 -16- (13) 1312055 【圖式簡單說明】 第1圖爲本發明相關水冷式恆溫液循環裝置的第1實 施例構成圖。 第2圖爲本發明相關水冷式恆溫液循環裝置的第2實 施例構成圖。 第3圖爲習知水冷式恆溫液循環裝置的構成圖。 【主要元件之符號說明】 1 :恆溫液循環裝置 2 :外部裝置 1 〇 :儲液槽 1 1 :散熱管 1 1 a :入口 1 lb :出口 1 1 c :熱交換部 1 2 :調整手段 1 3 :管路 13a :出口 1 3b :入口 1 4 :泵浦 1 5 :流量感測器 1 6、1 7 :溫度感測器 18a、18b :壓力感測器 1 9 :控制器 -17- (14) (14)1312055

20 :配管 24 :電動比例閥 2 5 :旁通流路 26 :電磁閥

Claims (1)

1312055 (1) 十、申請專利範圍 1. 一種水冷式恆溫液循環裝置 控制流量後的散熱水流動於散熱管的 液的儲液槽，可使該儲液槽內的循環 的管路中設有泵浦，構成可由該泵浦 環液運送供應至上述管路出入口所連 其特徵爲： 上述調整手段是由電動比例閥和 動比例閥，可使送至散熱管熱交換部 比例閥所能控制的低流量極限値以上 交換部的循環液進行熱交換的流量或 的流量；該電磁閥，可使經上述電動 散熱水透過開閉時間的控制成爲最佳 換部。 2. 如申請專利範圍第1項所記 環裝置，其中，在上述恆溫液循環裝 有可對送出的循環液溫度（T 1 )進行 同時在上述散熱管入口側，設有可對 行檢測的溫度感測器，於上述散熱管 設置可對各自的壓力（P 1、P2 )進行 利用同時輸入有該等感測器的輸出和 器輸出的控制器，對上述電動比例閥 上述循環液成爲指定的溫度。 3. 如申請專利範圍第2項所記 ，係將經由調整手段 熱交換部附設在循環 液經由外部裝置循環 將儲液槽內的恆溫循 接的外部裝置配管， 電磁閥所構成，該電 的散熱水流量以電動 控制成適合與上述熱 者比該流量還若干大 比例閥控制流量後的 流量而送至上述熱交 載的水冷式恆溫液循 置的管路出口側，設 檢測的溫度感測器， 散熱水溫度（T2)進 入口側及出口側分別 檢測的壓力感測器， 上述管路中流量感測 及電磁閥進行控制使 載的水冷式恆溫液循 -19- (2) 1312055 環裝置，其中，在上述散熱管，從其上游側朝下游側串聯 設有上述電動比例閥及電磁閥，使經該電動比例閥控制流 量後的散熱水流量經電磁閥再調整成爲最佳流量送至上述 熱交換部。 4 .如申請專利範圍第2項所記載的水冷式恆溫液循 環裝置，其中，在上述散熱管入口側及出口側之間設有旁 通流路，於該旁通流路設有上述電動比例閥的同時，在比 散熱管之其與該旁通流路的分岐點還下游側的位置設有上 述電磁閥，以該電動比例閥控制流動於旁通流路的流量使 流至電磁閥側的散熱水流量經該電磁閥再調整成爲最佳流 量送至上述熱交換部。 5. 如申請專利範圍第2項至第4項任一項所記載的 水冷式恆溫液循環裝置，其中，控制器是根據：溫度感測 器所檢測出的循環液溫度（T 1 )及散熱水溫度（T2 )的差 ;及流量感測器所檢測出的循環液流量，對外部裝置的熱 負荷進行算出的同時，根據散熱管入口側及出口側所設置 的壓力感測器檢測出的壓力（P 1、P2 )的差，及根據散熱 管入口側所設置的溫度感測器所檢測出的溫度（T2 )，於 該控制器中，算出在該時間點恆溫液循環裝置所具有的冷 卻能力，然後算出已經符合可對應上述熱負荷的冷卻能力 之散熱水流量，對電動比例閥及電磁閥進行控制。 6. 一種水冷式恆溫液循環裝置之循環液溫度控制方 法，係控制申請專利範圍第3項所記載的水冷式恆溫液循 環裝置中循環液溫度的方法，其特徵爲： -20- (3) (3)1312055 至少，當需求散熱水流量比上述低流量極限値還少時 ，於控制器將電動比例閥控制成可使散熱水的流量爲該極 限値以上但以低流量流動，然後利用電磁閥的開閉時間控 制，將散熱水的流量控制成最佳流量， 當需要的散熱水流量超過可能產生上述電磁閥開閉造 成水錘現象之可能性程度高的高流量極限値時，以上述控 制器的控制，將上述電磁閥控制成時常全開狀態，只以電 動比例閥控制散熱水的流量。 7. 一種水冷式恆溫液循環裝置之循環液溫度控制方 法，係控制申請專利範圍第4項所記載的水冷式恆溫液循 環裝置中循環液溫度的方法，其特徵爲： 至少，當需要的散熱水流量比上述低流量極限値還少 時，於控制器將電動比例閥打開使流至旁通流路的散熱水 變多，藉此降低電磁閥入口壓力後，利用電磁閥的開閉時 間控制，將散熱水的流量控制成最佳流量， 當需要的散熱水流量超過有可能產生上述電磁閥開閉 造成水錘現象之可能性程度高的高流量極限値時，以上述 控制器的控制將上述電磁閥控制成時常全開狀態，利用電 動比例閥的開度控制對流動於電磁閥的散熱水流量進行控 制。 -21 -