TWI558962B - Constant temperature liquid circulation device and its operation method - Google Patents

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Description

恆溫液循環裝置及其運轉方法
本發明係關於藉由將調整溫度後的恆溫液供給至負載，而冷卻或加熱該負載的恆溫液循環裝置及其運轉方法。
藉由將調整溫度後的恆溫液供給至負載，而冷卻或加熱該負載的恆溫液循環裝置，例如於專利文獻1揭示有一例，已為周知者。該種恆溫液循環裝置，通常係概略地具有如圖3表示般的構造，具備：恆溫液迴路51，係將調整溫度後的恆溫液循環地供給至負載50；及冷凍迴路52，其調整前述恆溫液的溫度。
前述恆溫液迴路51，係具有：液槽53，其收容前述恆溫液；泵54，將該液槽53內的恆溫液供給至負載50；及冷卻管56，係將因冷卻負載50而昇溫之恆溫液在熱交換器55藉由與冷媒的熱交換來進行冷卻，並返回前述液槽53。
且，前述冷凍迴路52，具有：壓縮機57，其壓縮氣體狀冷媒而成為高溫高壓的氣體狀冷媒，冷凝器 58，其冷卻從該壓縮機57所送出之高溫高壓的氣體狀冷媒，使其成為高壓的液狀冷媒；風扇59，係使冷卻風流至該冷凝器58；膨脹閥60，係使從前述冷凝器58所送出之高壓的液狀冷媒膨脹，使其成為低溫低壓的液狀冷媒；及蒸發器61，其係將從該膨脹閥60所送出之低溫低壓的液狀冷媒在前述熱交換器55藉由與前述恆溫液之間的熱交換而蒸發，使其成為低壓的氣體狀冷媒，並送至前述壓縮機57。
前述冷凍迴路52的內部，係分成冷媒壓力高的高壓側部份、及冷媒壓力低的低壓側部份。前述高壓側部份，係從前述壓縮機57經過前述冷凝器58到達前述膨脹閥60為止的部份，另一方面，前述低壓側部份，係從前述膨脹閥60經過前述蒸發器61到達前述壓縮機57為止的部份。
在此，前述高壓側部份的冷媒壓力，係依存於在前述冷凝器58內使氣體狀冷媒液化時的溫度亦即凝縮溫度，該凝縮溫度越高則冷媒壓力越高，凝縮溫度越低則冷媒壓力越低。
且，前述冷凝器58為空冷式的情況，前述高壓側部份的冷媒壓力，係依存於：恆溫液循環裝置的周圍溫度(特別是外氣溫度)、由前述風扇59流至冷凝器58之冷卻風的通風量、及從前述壓縮機57所吐出之冷媒的流量。亦即，若前述周圍溫度落上升則前述凝縮溫度會上升而使冷媒壓力亦上升，若周圍溫度下降則前述凝縮溫度 會下降而使冷媒壓力亦下降。且，若增加前述風扇59的轉數使冷卻風的通風量增加的話，前述凝縮溫度會下降而使冷媒壓力降低，若減少前述風扇59的轉數使冷卻風的通風量減少的話，前述凝縮溫度會上升而使冷媒壓力上升。此外，若從前述壓縮機57吐出的冷媒流量減少的話，前述凝縮溫度會下降而使冷媒壓力下降，若從前述壓縮機57吐出的冷媒流量增加的話，前述凝縮溫度會上升而使冷媒壓力上升。
當前述高壓側部份的冷媒壓力過高時，會超過配管或使用零件的耐壓限度，而成為危險的狀態。因此，在以往的恆溫液循環裝置中，前述高壓側部份的冷媒壓力變高時，會增加前述風扇59的轉數來增大冷卻風的風量。但是，由於周圍溫度的影響等，會有即使將前述風扇59的轉數成為最大轉數，冷媒壓力亦持續上升的情況，如此般的情況，會停止前述壓縮機57來防止配管或使用零件的損壞。
但是，當停止壓縮機57時，冷凍迴路將無法發揮功能，或是不得不停止恆溫液循環裝置全體的運轉，而有著無法進行恆溫液之溫度調整的問題。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
[專利文獻1]日本特開2002-22337號公報
本發明之目的在於即使冷凍迴路內之冷媒壓力變高的情形，可以不必停止壓縮機而使冷媒壓力降低，藉此不必停止冷凍迴路或恆溫液循環裝置全體，而可持續地進行恆溫液的溫度控制。
為了達成前述目的，本發明之恆溫液循環裝置，其特徵為具有：恆溫液迴路，其將經溫度調整過的恆溫液供給至負載；冷凍迴路，其將前述恆溫液的溫度藉由該恆溫液與冷媒的熱交換來進行調整；及控制部，其控制裝置全體，前述冷凍迴路，具有：壓縮機，其壓縮氣體狀冷媒使其成為高溫高壓的氣體狀冷媒；空冷式冷凝器，其冷卻從該壓縮機所送出之高溫高壓的氣體狀冷媒，使其成為高壓的液狀冷媒；風扇，其係使冷卻風流動於該冷凝器；膨脹閥，其係使從前述冷凝器所送出之高壓的液狀冷媒膨脹，使其成為低溫低壓的液狀冷媒；蒸發器，其係將從該膨脹閥所送出之低溫低壓的液狀冷媒藉由與前述恆溫液之間的熱交換而蒸發，使其成為低壓的氣體狀冷媒，並將該低壓的氣體狀冷媒送至前述壓縮機；及壓力感測器，其測量前述膨脹閥之入口側的冷媒壓力，前述控制部係構成為：前述壓縮機啟動後，當前述壓力感測器所測量之冷媒壓力未達到基準壓力區域時，不啟動前述風扇，或是啟 動後維持最小轉數；當前述冷媒壓力達到前述基準壓力區域時，藉由變頻器控制前述風扇的轉數，來控制前述冷媒壓力，在該風扇的轉數到達最大轉數之後，亦進一步使前述冷媒壓力繼續上升，當超過上限值時，將前述風扇的轉數維持在最大轉數，並對前述壓縮機的轉數進行控制，使其從正常運轉時之轉數的高轉數開始降低。
且，本發明之恆溫液循環裝置的運轉方法，係用來使恆溫液循環裝置運轉的方法，該恆溫液循環裝置具備：恆溫液迴路，其將經溫度調整過的恆溫液供給至負載；及冷凍迴路，其將前述恆溫液的溫度藉由該恆溫液與冷媒的熱交換來進行調整，前述冷凍迴路，具有：壓縮機，其壓縮氣體狀冷媒使其成為高溫高壓的氣體狀冷媒；空冷式冷凝器，其冷卻從該壓縮機所送出之高溫高壓的氣體狀冷媒，使其成為高壓的液狀冷媒；風扇，其係使冷卻風流動於該冷凝器；膨脹閥，其係使從前述冷凝器所送出之高壓的液狀冷媒膨脹，使其成為低溫低壓的液狀冷媒；蒸發器，其係將從該膨脹閥所送出之低溫低壓的液狀冷媒藉由與前述恆溫液之間的熱交換而蒸發，使其成為低壓的氣體狀冷媒，並將該低壓的氣體狀冷媒送至前述壓縮機；及壓力感測器，其測量前述膨脹閥之入口側的冷媒壓力，該恆溫液循環裝置的運轉方法之特徵在於：前述壓縮機啟動後，當前述壓力感測器所測量之冷媒壓力未達到基準壓力區域時，不啟動前述風扇，或是啟動後維持最小轉數；當前述冷媒壓力達到前述基準壓力區域時，藉由變頻器控 制前述風扇的轉數，來控制前述冷媒壓力，在該風扇的轉數到達最大轉數之後，亦進一步使前述冷媒壓力繼續上升，當超過上限值時，將前述風扇的轉數維持在最大轉數，並對前述壓縮機的轉數進行控制，使其從正常運轉時之轉數的高轉數開始降低。
本發明中，當前述冷媒壓力到達上限值時，控制成將前述壓縮機的轉數從前述高轉數降低至使冷媒壓力在前述上限值附近成為一定之低轉數為止。
根據本發明，因應冷凍迴路中的冷媒壓力，來將壓縮機的轉數與空冷式冷凝器的風扇轉數進行變頻器控制，藉此可以不必停止壓縮機而使冷媒壓力降低，其結果，可持續冷凍迴路的運轉，來持續地進行恆溫液的溫度控制。
1‧‧‧恆溫液迴路
2‧‧‧冷凍迴路
3‧‧‧控制部
4‧‧‧負載
25‧‧‧壓縮機
27‧‧‧冷凝器
29‧‧‧膨脹閥
32‧‧‧蒸發器
34a‧‧‧風扇
L‧‧‧恆溫液
A‧‧‧冷卻風
圖1為表示關於本發明之恆溫液循環裝置之一實施型態的構造圖。
圖2為圖1之恆溫液循環裝置的動作時序圖。
圖3為以往之恆溫液循環裝置的構造圖。
圖1係表示關於本發明之恆溫液循環裝置之一實施型態者。該恆溫液循環裝置，係具有：恆溫液迴路1，其係藉由將經溫度調整過的恆溫液L循環地供給至負載4而冷卻或加熱該負載4；冷凍迴路2，係將前述恆溫液L與冷媒進行熱交換藉此調整溫度至所設定的溫度；及控制部3，其控制裝置全體。前述恆溫液迴路1與冷凍迴路2係收容於外殼5中，形成於該外殼5之供給側的連接口6a與回流側的連接口6b係連接於前述負載4。
前述恆溫液迴路1，係構成為：將收容在液槽9內的前述恆溫液L，以泵10送至熱交換器11內的調溫管12，並在該熱交換器11與前述冷凍迴路2的冷媒進行熱交換來調整成設定溫度之後，供給至前述負載4。因此，前述泵10的吐出口10a與前述調溫管12的入口12a係藉由第一供給管13所連接，前述調溫管12的出口12b與形成於前述外殼5之供給側的連接口6a係藉由第二供給管14所連接，前述液槽9與前述回流側之連接口6b係藉由回流管15所連接，在前述供給側之連接口6a及回流側的連接口6b，連接有前述負載4的入口側配管4a與出口側配管4b。
在前述液槽9內，設有：用來測量恆溫液L之液位的浮球水栓式液位計16、及液位開關17，且，於前述外殼5，設有：以溢流管18連通於前述液槽9的溢流口18a、以供液管19連通於前述液槽9的自動供液口19a、以排水管20連通於前述液槽9的排水口20a。然 後，構成為當前述液槽9內之恆溫液L的液位異常上升時，恆溫液從前述溢流口18a溢流；當前述液位計16檢測出前述恆溫液L的液位下降時，從連接於前述自動供液口19a之未圖示的供液裝置將恆溫液供給至液槽9內；當前述液位開關17檢測出恆溫液L的液位異常下降時，發出警報。
且，於前述第二供給管14，連接有恆溫液供給側的壓力感測器21及恆溫液供給側的第一溫度感測器22，於前述回流管15，連接有恆溫液回流側的第二溫度感測器23，根據該等壓力感測器21及溫度感測器22、23的測量結果，來以前述控制部3進行裝置全體的控制。
因此，前述液位計16、液位開關17、壓力感測器21、及溫度感測器22、23，係電性連接於前述控制部3，但省略該連接狀態的圖示。
另一方面，前述冷凍迴路2，係將下列元件依序串連且連接成循環迴路狀而加以構成：壓縮機25，其壓縮氣體狀冷媒使其成為高溫高壓的氣體狀冷媒；冷凝器27，其冷卻從該壓縮機25通過第一冷媒管26所送出之高溫高壓的氣體狀冷媒，使其成為高壓的液狀冷媒；第一膨脹閥29，其係使從該冷凝器27通過第二冷媒管28所送出之高壓的液狀冷媒膨脹，使其成為低溫低壓的液狀冷媒；及蒸發器32，其係將從該第一膨脹閥29通過第三冷媒管30所送出之低溫低壓的液狀冷媒藉由與前述恆溫液L之間的熱交換而蒸發，使其成為低壓的氣體狀冷媒，並 將該低壓的氣體狀冷媒通過第四冷媒管31送至前述壓縮機25。圖中33為乾燥機。
前述冷凝器27係藉由電動馬達34b驅動風扇34a來冷卻冷媒的空冷式冷凝器，前述風扇34a，配設於形成在前述外殼5之上面的風扇收容部5a內，於該風扇收容部5a設有將冷卻風A朝上方排出的排氣口35。且構成為：在前述外殼5側面之與前述冷凝器27相對向的位置，設有將外氣吸入來作為冷卻風A的吸入口36，從該吸入口36所吸入的冷卻風A，在通過前述冷凝器27時冷卻冷媒，之後從前述排氣口35排出至外殼5的外部。
前述壓縮機25及風扇34a，係電性連接於前述控制部3，以該控制部3藉由變頻器控制來控制各自的轉數。
於前述第一冷媒管26與第三冷媒管30，連接有旁路冷媒管37的一端與另一端，於該旁路冷媒管37連接有第二膨脹閥38，該第二膨脹閥38，係與前述第一膨脹閥29一起電性連接於前述控制部3，並藉由該控制部3來控制開度。
前述第一膨脹閥29及第二膨脹閥38，係構成為藉由步進馬達來調整開度的電子膨脹閥較佳。
於前述第一冷媒管26，連接有用來測量從前述壓縮機25所吐出之冷媒溫度的第一溫度感測器41，於前述第四冷媒管31，連接有用來測量吸入至前述壓縮機25之冷媒溫度的第二溫度感測器42，於前述第二冷媒管28，連接有用來測量送至前述第一膨脹閥29之冷媒壓力 的第一壓力感測器43，於前述第四冷媒管31，連接有用來測量吸入至前述壓縮機25之冷媒壓力的第二壓力感測器44。前述溫度感測器41、42及壓力感測器43、44，係電性連接於前述控制部3，且根據該等的測量結果來以前述控制部3進行裝置全體的控制。
又，前述冷凍迴路2中，在由前述壓縮機25之出口25a經過前述冷凝器27到達前述第一膨脹閥29之入口29a為止的部份，為冷媒壓力較高的高壓側部份，另一方面，在由前述第一膨脹閥29之出口29b經過前述蒸發器32到達前述壓縮機25之入口25b為止的部份，為冷媒壓力較低的低壓側部份。
於圖2表示有在前述恆溫液循環裝置運轉之際，關於前述壓縮機25及風扇34a之控制之一例的時序圖。該控制例，係以恆溫液來冷卻發熱之負載4的情況，以下依據該時序圖來說明前述恆溫液循環裝置的運轉方法。
首先，於時刻t0，驅動恆溫液迴路1的泵10來開始對負載4供給恆溫液L的同時，或是經過一定時間之後，開始冷凍迴路2之前述壓縮機25的運轉，藉由變頻器控制來控制該壓縮機25的轉數，逐漸上升朝向正常運轉時的轉數亦即高轉數。
此時，前述冷凝器27的風扇34a，係在前述壓縮機25啟動後暫時不動作，或是啟動後以接近最小轉數來旋轉。
且，由於前述壓縮機25的啟動及轉數的上升，在前述冷凍迴路2中，前述第一壓力感測器43所測量之高壓側部份的冷媒壓力會逐漸上升。
然後，當前述高壓側部份的冷媒壓力在時刻t1到達基準壓力區域時，前述風扇的轉數會藉由變頻器控制而增加。藉此，冷卻風A的風量對前述冷凝器27會增大，故該冷凝器27中冷媒之凝縮溫度的上升會趨緩，伴隨於此，前述冷媒壓力的上升亦同樣會趨緩。該冷媒壓力，係根據前述風扇34a的轉數(冷卻風A的風量)或冷卻風A的溫度等，其上升度會不同，視情況還會降低等，產生增減變化。
此時前述風扇的轉數，係因應前述冷媒壓力的上升度或增減等，而藉由變頻器控制來增減控制在最大轉數以下的範圍內，但前述冷媒壓力在前述基準壓力區域附近進一步表示上升傾向時，為了能夠抑制在該之上的壓力上升，並維持該基準壓力區域附近或該基準壓力區域以下的冷媒壓力，而使前述風扇的轉數逐漸上升。另一方面，前述壓縮機25的轉數，在必須冷卻負載的情況，會逐漸到達正常運轉時的轉數亦即前述高轉數，且控制在該轉數附近。
然後，當前述冷媒壓力超過前述基準壓力區域且進一步繼續上升時，使前述風扇34a的轉數上升到最大轉數為止。此狀態係前述風扇34a與冷凝器27為最大運轉的狀態，通常在這狀態下前述冷媒壓力的上升會趨緩 或是停止其上升，使恆溫液循環裝置成為安定運轉。
但是，即使前述風扇34a與冷凝器27為最大運轉，但由於周圍溫度的影響等而使前述冷媒溫度壓力持續上升，且該冷媒壓力在時刻t2到達上限值時，係維持前述風扇34a的轉數為最大轉數，並使前述壓縮機25的轉數藉由變頻器控制從前述最高轉數開始減少。藉此，從前述壓縮機25吐出的冷媒流量會減少，故前述冷凝器27的凝縮溫度會下降，前述高壓側部份之冷媒壓力的上升會被抑制。此情況時，如圖2所示般，進行控制使前述壓縮機25的轉數降低至使冷媒壓力維持在上限值的低轉數為止，藉此使冷媒壓力幾乎維持在上限值附近。
該結果，雖然以冷凍迴路2來冷卻恆溫液L的功能會降低，但可持續進行該恆溫液L的溫度控制，而不用停止冷凍迴路，或是停止恆溫液循環裝置全體的運轉。
於是前述恆溫液循環裝置中，因應冷凍迴路2之高壓側部份的冷媒壓力，藉由變頻器控制壓縮機25的轉數與空冷式冷凝器27之風扇34a的轉數，藉此不必停止前述壓縮機25而可以使前述冷媒壓力降低，其結果，不必停止裝置全體而可以持續地進行恆溫液的溫度控制。
與前述壓縮機25及風扇34a的轉數控制並行地進行前述第一膨脹閥29及第二膨脹閥38的開度控制，藉由調整前述蒸發器32所流動之冷媒的流量或溫度等，來進行前述恆溫液L的溫度調整。
又，於冷凍迴路2之旁路冷媒管37所連接之前述第 二膨脹閥38，係將從壓縮機25所吐出之高溫高壓之冷媒氣體的一部分，供給至第一膨脹閥29與蒸發器32之間之低溫低壓的第四冷媒配管內，藉此使該第四冷媒配管內流動之冷媒的溫度上升，發揮出調整熱交換器11的冷卻能力，或是調整冷凍迴路2之高壓側部份的冷媒壓力等的功能。
1‧‧‧恆溫液迴路
2‧‧‧冷凍迴路
3‧‧‧控制部
4‧‧‧負載
4a‧‧‧入口側配管
4b‧‧‧出口側配管
5‧‧‧外殼
5a‧‧‧風扇收容部
6a‧‧‧供給側的連接口
6b‧‧‧回流側的連接口
9‧‧‧液槽
10‧‧‧泵
10a‧‧‧吐出口
11‧‧‧熱交換器
12‧‧‧調溫管
12a‧‧‧入口
12b‧‧‧出口
13‧‧‧第一供給管
14‧‧‧第二供給管
15‧‧‧回流管
16‧‧‧液位計
17‧‧‧液位開關
18‧‧‧溢流管
18a‧‧‧溢流口
19‧‧‧供液管
19a‧‧‧自動供液口
20‧‧‧排水管
20a‧‧‧排水口
21‧‧‧壓力感測器
22、23‧‧‧溫度感測器
25‧‧‧壓縮機
25a‧‧‧出口
25b‧‧‧入口
26‧‧‧第一冷媒管
27‧‧‧冷凝器
28‧‧‧第二冷媒管
29‧‧‧膨脹閥
29a‧‧‧入口
29b‧‧‧出口
30‧‧‧第三冷媒管
31‧‧‧第四冷媒管
32‧‧‧蒸發器
33‧‧‧乾燥機
34a‧‧‧風扇
34b‧‧‧電動馬達
35‧‧‧排氣口
36‧‧‧吸入口
37‧‧‧旁路冷媒管
38‧‧‧第二膨脹閥
41、42‧‧‧溫度感測器
43、44‧‧‧壓力感測器
L‧‧‧恆溫液
A‧‧‧冷卻風

Claims (4)

  1. 一種恆溫液循環裝置，其特徵為具有：恆溫液迴路，其將經溫度調整過的恆溫液供給至負載；冷凍迴路，其將前述恆溫液的溫度藉由該恆溫液與冷媒的熱交換來進行調整；及控制部，其控制裝置全體，前述冷凍迴路，具有：壓縮機，其壓縮氣體狀冷媒使其成為高溫高壓的氣體狀冷媒；空冷式冷凝器，其冷卻從該壓縮機所送出之高溫高壓的氣體狀冷媒，使其成為高壓的液狀冷媒；風扇，其係使冷卻風流動於該冷凝器；膨脹閥，其係使從前述冷凝器所送出之高壓的液狀冷媒膨脹，使其成為低溫低壓的液狀冷媒；蒸發器，其係將從該膨脹閥所送出之低溫低壓的液狀冷媒藉由與前述恆溫液之間的熱交換而蒸發，使其成為低壓的氣體狀冷媒，並將該低壓的氣體狀冷媒送至前述壓縮機；及壓力感測器，其測量前述膨脹閥之入口側的冷媒壓力，前述控制部係構成為：前述壓縮機啟動後，當前述壓力感測器所測量之冷媒壓力未達到基準壓力區域時，不啟動前述風扇，或是啟動後維持最小轉數；當前述冷媒壓力達到前述基準壓力區域時，藉由變頻器控制前述風扇的轉數，來控制前述冷媒壓力，在前述壓縮機的轉數到達正常運轉時的轉數也就是高轉數並且該風扇的轉數到達最大轉數之後，前述冷媒壓力繼續上升，當到達上限值時，將前述風扇的轉數維持在最大轉數，並對前述壓縮機的轉數進行控制，使其從前述高轉數開始降低。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之恆溫液循環裝置，其中，前述控制部，係當前述冷媒壓力到達上限值時，將前述壓縮機的轉數從前述高轉數降低至使冷媒壓力在前述上限值附近成為一定之低轉數為止。
  3. 一種恆溫液循環裝置的運轉方法，係用來使恆溫液循環裝置運轉的方法，該恆溫液循環裝置具備：恆溫液迴路，其將經溫度調整過的恆溫液供給至負載；及冷凍迴路，其將前述恆溫液的溫度藉由該恆溫液與冷媒的熱交換來進行調整，前述冷凍迴路，具有：壓縮機，其壓縮氣體狀冷媒使其成為高溫高壓的氣體狀冷媒；空冷式冷凝器，其冷卻從該壓縮機所送出之高溫高壓的氣體狀冷媒，使其成為高壓的液狀冷媒；風扇，其係使冷卻風流動於該冷凝器；膨脹閥，其係使從前述冷凝器所送出之高壓的液狀冷媒膨脹，使其成為低溫低壓的液狀冷媒；蒸發器，其係將從該膨脹閥所送出之低溫低壓的液狀冷媒藉由與前述恆溫液之間的熱交換而蒸發，使其成為低壓的氣體狀冷媒，並將該低壓的氣體狀冷媒送至前述壓縮機；及壓力感測器，其測量前述膨脹閥之入口側的冷媒壓力，該恆溫液循環裝置的運轉方法之特徵在於：前述壓縮機啟動後，當前述壓力感測器所測量之冷媒壓力未達到基準壓力區域時，不啟動前述風扇，或是啟動後維持最小轉數；當前述冷媒壓力達到前述基準壓力區域時，藉由變頻器控制前述風扇的轉數，來控制前述冷媒壓力，在前述壓縮機的轉數到達正常運轉時的轉數也就是高轉數並且該風 扇的轉數到達最大轉數之後，前述冷媒壓力繼續上升，當到達上限值時，將前述風扇的轉數維持在最大轉數，並對前述壓縮機的轉數進行控制，使其從前述高轉數開始降低。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之恆溫液循環裝置的運轉方法，其中，當前述冷媒壓力到達上限值時，將前述壓縮機的轉數從前述高轉數降低至使冷媒壓力在前述上限值附近成為一定之低轉數為止。
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