TWI620909B - 冷卻水系統 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種冷卻水系統，係主要設有至少二冷卻水塔，並使該至少二冷卻水塔以管路與製冷裝置及熱交換裝置相連結，且於該管路上組設有數控制閥，藉此，即可依使用所需，經由管路上所設控制閥的啟閉，以形成至少二冷卻水塔與製冷裝置相連通的循環水路，或至少二冷卻水塔分成二個獨立水系，以分別與該製冷裝置及熱交換裝置相連通的循環水路，據此，即可因應季節變化、製冷裝置最佳化或製程冷卻等冷卻水溫需求，營造二種以上冷卻水溫度，達到有效節省能源等效益。

Description

冷卻水系統

本發明係有關於一種冷卻水系統，尤指一種可因應季節變化、製冷裝置最佳化或製程冷卻等冷卻水溫需求，提供二種以上冷卻水溫度，達到節能等效益之冷卻水系統。

按，現有產業製程、廠房或建築空調需求等皆需要提供穩定冰水，以移除產業製程、廠房或建築等熱量，維持穩定製程或人員舒適等需求作業環境，因此，現有冷卻水塔設計多需遷就冰水主機等製冷裝置運轉需求，避免冰水主機等製冷裝置其壓縮機高低壓建立不起來或回油等問題，並降低冰水主機等製冷裝置喘振發生機率。

現有冷卻水系統係主要基於製冷裝置最大操作所需散熱量進行設計，再加上維護需求會多給予一台冷卻水塔作為備援，而製冷裝置係可具有不同供水溫度，如台積電公司發表之空調系統運轉策略，係主要採5℃及12℃雙冰水溫度供應系統，其供水與回水溫度差設定於5℃，並將冷卻水供水最低溫度設定於22℃〔如第三圖所示〕，以維持冰水主機等製冷裝置穩定運轉與操作，即使於冬季戶外氣溫低於20℃以下狀態，亦同樣採此運轉方式，請一併參閱第三、四圖所示，係可見冷卻水塔其出水水溫於11~3月份期間為低於20℃以下狀 態。如就製程冷卻水或高冰水回水系統，該冷卻水應具有預冷卻或取代冰水等功效，若可將該冷卻水妥善加以使用，將可獲得節能效益；然，現有使用雙冰水溫度供應系統進行空調，僅有單一冷卻水溫供應時，必須捨棄低溫冷卻水運用，以遷就高冰水溫冰水機穩定運轉，而造成節能效益限制。另現有產業製程冷卻水為因應製程需求或環境需要，會要求冰水供水溫度高於15℃以上，如谷歌〔Google〕數據機房等，但為維持冰水機組等製冷裝置穩定運轉，同樣須維持高冷卻水供水溫度，雖停止冷卻水塔風機運轉，但其整體系統仍無法達到良好節能效果。

緣是，本發明人有鑑於現有冷卻水系統於實施上，未因應不同作業冷卻水溫需求，提出最佳化製冷策略，以致造成能源使用上損失，乃藉其多年於相關領域的製造及設計經驗和知識的輔佐，並經多方巧思，研創出本發明。

本發明係有關於一種冷卻水系統，其主要目的係為了提供一種可提供一種具兩種以上冷卻水溫度，以因應季節變化、製冷裝置最佳化或製程冷卻等冷卻水溫需求，達到節能等效益之冷卻水系統。

為了達到上述實施目的，本發明人乃研擬如下冷卻水系統，係主要設有至少二冷卻水塔，並使該至少二冷卻水塔以管路與至少一製冷裝置及至少一熱交換裝置相連結，且於該管路上組設有數控制閥，以經由該管路上控制閥的啟閉，形成至少二冷卻水塔與該製冷裝置相連通的循環水路，以及使該至少二冷卻水塔分成至少二獨立水系，以分別形成與該製冷裝置及熱交換裝置相連通的循環水路。

如上所述之冷卻水系統，其中，該冷卻水塔係設有相對之供水端及回水端，該製冷裝置係設有相對進水端及出水端，該熱交換裝置係設有相對進水端及出水端，又該管路係包含有至少二供水管路、至少二回水管路、至少一進水管路及至少一出水管路，乃使該至少二冷卻水塔包含有一第一冷卻水塔及一第二冷卻水塔，並使該至少二供水管路包含有一第一供水管路及一第二供水管路，且使該第一冷卻水塔之供水端與該第一供水管路之入水段相連結，又使該第二冷卻水塔之供水端與該第二供水管路之入水段相連結，另使該第一供水管路及第二供水管路之入水段連接相通，又使該第一供水管路及第二供水管路之出水段與該製冷裝置之進水端相連結，另使該至少二回水管路包含有一第一回水管路及一第二回水管路，並使該第一回水管路及第二回水管路之入水段與該製冷裝置之出水端相連結，又使該第一回水管路之出水段與該第一冷卻水塔之回水端相連結，並使該第二回水管路之出水段與該第二冷卻水塔之回水端相連結，且使該第一回水管路及第二回水管路之出水段連接相通，另使該至少一進水管路之入水端與該第二供水管路之出水段連接相通，並使該進水管路之出水端與該熱交換裝置之進水端相連結，復使該至少一出水管路之入水端與該熱交換裝置之出水端相連結，並使該出水管路之出水端與該第二回水管路之入水段連接相通。

如上所述之冷卻水系統，其中，該數控制閥係包含有一第一控制閥、一第二控制閥、一第三控制閥、一第四控制閥、一第五控制閥及一第六控制閥，乃使該第一控制閥組設於該第一供水管路及第二供水管路其入水段相連接處，又使該第二控制閥組設於第二供水管路之出水段上，並使該第二控制閥位於該第二供水管路之出水段與進水管路之入水端連接處及該第二供水管路之出水段與製冷裝置進水端連結處之間位置，另使該第三控制閥組設於該第二回水管路之入水段上，且使該第三控制閥位於該第二回水管路其入水段與出水管 路其出水端連接處及第二回水管路其入水段與製冷裝置其出水端連結處之間位置，又使該第四控制閥組設於該第一回水管路及第二回水管路其出水段連接處，另使該第五控制閥組設於該進水管路上，復使該第六控制閥組設於該出水管路上。

如上所述之冷卻水系統，其中，該冷卻水系統係進一步包含有數水泵，乃使該第一供水管路、第二供水管路、第一回水管路與第二回水管路上各組設有一水泵，又使該進水管路與出水管路其中之一上組設有一水泵。

如上所述之冷卻水系統，其中，該冷卻水系統係進一步包含有至少一補水水箱，係使該至少一補水水箱以管路與該第一供水管路及第二供水管路相連結。

如上所述之冷卻水系統，其中，該冷卻水系統係進一步包含有數水泵，乃使該數水泵組設於該各管路上。

如上所述之冷卻水系統，其中，該冷卻水系統係包含有至少一補水水箱，乃使該補水水箱與該至少二冷卻水塔連接之管路相連通。

藉此，當本發明之冷卻水系統於使用實施時，即可依使用所需利用管路上所設控制閥的啟閉，以形成二組冷卻水塔與製冷裝置連通的循環水路，以及該至少二冷卻水塔分成二個獨立水系，以分別與該製冷裝置及熱交換裝置形成相連通的循環水路，據此，即可營造兩種或多種冷卻水溫度，以因應季節變化、製冷裝置最佳化或製程冷卻等不同作業冷卻水溫需求，進而獲得整體廠區內製冷裝置操作最佳化或水側節能開發，降低整體建築或工業廠區之能源使用效果者。

(1)‧‧‧冷卻水塔

(11)‧‧‧第一冷卻水塔

(12)‧‧‧第二冷卻水塔

(13)‧‧‧供水端

(14)‧‧‧回水端

(2)‧‧‧供水管路

(21)‧‧‧第一供水管路

(211)‧‧‧入水段

(212)‧‧‧出水段

(22)‧‧‧第二供水管路

(221)‧‧‧入水段

(222)‧‧‧出水段

(3)‧‧‧製冷裝置

(4)‧‧‧回水管路

(41)‧‧‧第一回水管路

(411)‧‧‧入水段

(412)‧‧‧出水段

(42)‧‧‧第一回水管路

(421)‧‧‧入水段

(422)‧‧‧出水段

(5)‧‧‧熱交換裝置

(6)‧‧‧進水管路

(61)‧‧‧入水端

(62)‧‧‧出水端

(7)‧‧‧出水管路

(71)‧‧‧入水端

(72)‧‧‧出水端

(8)‧‧‧控制閥

(81)‧‧‧第一控制閥

(82)‧‧‧第二控制閥

(83)‧‧‧第三控制閥

(84)‧‧‧第四控制閥

(85)‧‧‧第五控制閥

(86)‧‧‧第六控制閥

(9)‧‧‧補水水箱

(91)‧‧‧第一補水水箱

(92)‧‧‧第二補水水箱

第一圖：本發明之單水溫使用狀態圖

第二圖：本發明之雙水溫使用狀態圖

第三圖：現有之雙冰水溫度供應系統之水溫控制圖

第四圖：現有之台灣氣候溫度變化圖

而為令本發明之技術手段及其所能達成之效果，能夠有更完整且清楚的揭露，茲詳細說明如下，請一併參閱揭露之圖式及圖號：首先，請參閱第一圖所示，為本發明之冷卻水系統，係主要包含：至少二冷卻水塔(1)，乃設有一第一冷卻水塔(11)及一第二冷卻水塔(12)，並使該冷卻水塔(1)設有相對之供水端(13)及回水端(14)，本發明提供之實施例係使該第一冷卻水塔(11)及第二冷卻水塔(12)各包含有三個；至少二供水管路(2)，係設有一第一供水管路(21)及一第二供水管路(22)，乃使該第一冷卻水塔(11)之供水端(13)與該第一供水管路(21)之入水段(211)相連結，又使該第二冷卻水塔(12)之供水端(13)與該第二供水管路(22)之入水段(221)相連結，另使該第一供水管路(21)及第二供水管路(22)之入水段(211)、(221)連接相通；至少一製冷裝置(3)，該製冷裝置(3)係可為冰水主機，並使該製冷裝置(3)設有相對之進水端及出水端，乃使該第一供水管路(21)及第二供水管路(22)之出水段(212)、(222)與該製冷裝置(3)之進水端相連結；至少二回水管路(4)，係設有一第一回水管路(41)及一第二回水管路(42)，乃使該第一回水管路(41)及第二回水管路(42) 之入水段(411)、(421)與該製冷裝置(3)之出水端相連結，又使該第一回水管路(41)之出水段(412)與該第一冷卻水塔(12)之回水端(14)相連結，另使該第二回水管路(42)之出水段(422)與該第二冷卻水塔(12)之回水端(14)相連結，復使該第一回水管路(41)及第二回水管路(42)之出水段(412)、(422)連接相通；至少一熱交換裝置(5)，該熱交換裝置(5)係為板式熱交換器，並使該熱交換裝置(5)設有相對之進水端及出水端；至少一進水管路(6)，乃使該至少一進水管路(6)之入水端(61)與該第二供水管路(22)之出水段(222)連接相通，並使該進水管路(6)之出水端(62)與該熱交換裝置(5)之進水端相連結；至少一出水管路(7)，係使該至少一出水管路(7)之入水端(71)與該熱交換裝置(5)之出水端相連結，又使該出水管路(7)之出水端(72)與該第二回水管路(42)之入水段(421)連接相通；數控制閥(8)，係包含有一第一控制閥(81)、一第二控制閥(82)、一第三控制閥(83)、一第四控制閥(84)、一第五控制閥(85)及一第六控制閥(86)，乃使該第一控制閥(81)組設於該第一供水管路(21)及第二供水管路(22)其入水段(211)、(221)相連接處，又使該第二控制閥(82)組設於第二供水管路(22)之出水段(222)上，並使該第二控制閥(82)位於該第二供水管路(22)之出水段(222)與進水管路(6)之入水端(61)連接處及第二供水管路(22)之出水段(222)與製冷裝置(3)進水端連結處之間位置，另使該第三控制閥(83)組設於該第二回水管路(42)之入水段(421)上，且使該第三控制閥(83)位於該第二回水管路(42)其入水段(421)與出水管路(7)其出水端(72)連接處及第二回水管路(42)其入水段(4 21)與製冷裝置(3)其出水端連結處之間位置，又使該第四控制閥(84)組設於該第一回水管路(41)及第二回水管路(42)其出水段(412)、(422)連接處，另使該第五控制閥(85)組設於該進水管路(6)上，復使該第六控制閥(86)組設於該出水管路(7)上；至少一補水水箱(9)，係使該至少一補水水箱(9)以管路與該第一供水管路(21)及第二供水管路(22)相連結，本發明提供之實施例係包含有一第一補水水箱(91)及一第二補水水箱(92)，並使該第一補水水箱(91)及第二補水水箱(92)分別以管路與該第一供水管路(21)及第二供水管路(22)相連結，以於該第一冷卻水塔(11)及第二冷卻水塔(12)供水量不足時，該第一補水水箱(91)及第二補水水箱(92)係可補充適量冷卻水；數水泵，乃使該第一供水管路(21)、第二供水管路(22)、第一回水管路(41)與第二回水管路(42)上各組設有一水泵，又使該進水管路(6)與出水管路(7)其中之一上組設有一水泵，以驅動冷卻水於各管路流動，另使該數水泵及數控制閥(8)與一控制單元相耦接，以由該控制單元控制該數水泵及數控制閥(8)的啟閉作動。

據此，當本發明之冷卻水系統提供單一水溫使用時，請再參閱第一圖所示，即可由控制單元將第一控制閥(81)、第二控制閥(82)、第三控制閥(83)及第四控制閥(84)打開，以使第一冷卻水塔(11)及第二冷卻水塔(12)與該製冷裝置(3)形成一循環水路，另將第五控制閥(85)及第六控制閥(86)關閉，以阻斷冷卻水流往熱交換裝置(5)。藉此，當第一冷卻水塔(11)及第二冷卻水塔(12)的冷卻水經第一供水管路(21)及第二供水管路(22)供水予製冷裝置(3)，以提供製冷裝置(3)將冷卻水製成冰水後，對工作環境進行降溫，繼該對工作環境降溫而 溫度上升的冷卻水係分別由第一回水管路(41)及第二回水管路(42)流回至該第一冷卻水塔(11)及第二冷卻水塔(12)冷卻降溫，以於降溫後再供應製冷裝置(3)製冷使用，依此，利用第一冷卻水塔(11)及第二冷卻水塔(12)設置，便可提供製冷裝置(3)於夏季等需高負載運轉時，有適當冷卻水水溫及流量。

再者，本發明之冷卻水系統也可提供雙水溫使用，當使用實施時，請一併參閱第二圖所示，係由控制單元將第二控制閥(82)及第三控制閥(83)關閉，以阻斷第二冷卻水塔(12)的冷卻水流往製冷裝置(3),再將第五控制閥(85)及第六控制閥(86)打開，以使第二冷卻水塔(12)的冷卻水流往熱交換裝置(5)，另將第一控制閥(81)及第四控制閥(84)關閉，以阻斷第一冷卻水塔(11)及第二冷卻水塔(12)的冷卻水相互流通，藉此，以使第一冷卻水塔(11)及第二冷卻水塔(12)分成二個獨立水系，以分別形成與該製冷裝置(3)及熱交換裝置(5)相連通的循環水路。於此，第一冷卻水塔(11)的冷卻水便可經第一供水管路(21)供水予製冷裝置(3)，以提供製冷裝置(3)將冷卻水製成冰水後，對第一工作環境降溫，再使該對第一工作環境降溫的冷卻水經第一回水管路(41)流回至第一冷卻水塔(11)冷卻降溫後，再供應製冷裝置(3)製冷使用，另第二冷卻水塔(12)的冷卻水則由第一供水管路(21)經進水管路(6)供水予熱交換裝置(5)，以使熱交換裝置(5)藉由該冷卻水對第二工作環境進行溫度調節後，再經出水管路(7)由第二回水管路(42)流回第二冷卻水塔(12)降溫，繼續提供熱交換裝置(5)使用，於此，除原有製冷裝置(3)與冷卻水塔(1)的循環水路外，藉由該熱交換裝置(5)與冷卻水塔(1)的循環水路設計，便可在既有冷卻水塔(1)數量下，營造二種以上冷卻水溫度，以因應非夏季等季節變化、製冷裝置最佳化或製程冷卻等冷卻水 溫需求，除提供製冷裝置(3)穩定運轉之較高冷卻水溫，另也可由熱交換裝置(5)額外提供其它較低溫度之冷卻水，以作為低溫冰水機、水側節能器或冰水預冷系統等使用，以降低整體製程或工業廠區、建築空調等能源用量，達到降低製冷裝置(3)負載及節能等效益者。

前述之實施例或圖式並非限定本發明之冷卻水系統實施態樣，凡所屬技術領域中具有通常知識者所為之適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之專利範疇。

綜上所述，本發明之實施例確能達到所預期功效，又其所揭露之具體構造，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

Claims (7)

1. 一種冷卻水系統，係主要設有至少二冷卻水塔，並使該至少二冷卻水塔以管路與至少一製冷裝置及至少一熱交換裝置相連結，且於該管路上組設有數控制閥，以經由該管路上控制閥的啟閉，形成至少二冷卻水塔與該製冷裝置相連通的循環水路，以及使該至少二冷卻水塔分成至少二獨立水系，以分別形成與該製冷裝置及熱交換裝置相連通的循環水路。
2. 如申請專利範圍第1項所述冷卻水系統，其中，該冷卻水塔係設有相對之供水端及回水端，該製冷裝置係設有相對進水端及出水端，該熱交換裝置係設有相對進水端及出水端，又該管路係包含有至少二供水管路、至少二回水管路、至少一進水管路及至少一出水管路，乃使該至少二冷卻水塔包含有一第一冷卻水塔及一第二冷卻水塔，並使該至少二供水管路包含有一第一供水管路及一第二供水管路，且使該第一冷卻水塔之供水端與該第一供水管路之入水段相連結，又使該第二冷卻水塔之供水端與該第二供水管路之入水段相連結，另使該第一供水管路及第二供水管路之入水段連接相通，又使該第一供水管路及第二供水管路之出水段與該製冷裝置之進水端相連結，另使該至少二回水管路包含有一第一回水管路及一第二回水管路，並使該第一回水管路及第二回水管路之入水段與該製冷裝置之出水端相連結，又使該第一回水管路之出水段與該第一冷卻水塔之回水端相連結，並使該第二回水管路之出水段與該第二冷卻水塔之回水端相連結，且使該第一回水管路及第二回水管路之出水段連接相通，另使該至少一進水管路之入水端與該第二供水管路之出水段連接相通，並使該進水管路之出水端與該熱交換裝置之進水端相連 結，復使該至少一出水管路之入水端與該熱交換裝置之出水端相連結，並使該出水管路之出水端與該第二回水管路之入水段連接相通。
3. 如申請專利範圍第2項所述冷卻水系統，其中，該數控制閥係包含有一第一控制閥、一第二控制閥、一第三控制閥、一第四控制閥、一第五控制閥及一第六控制閥，乃使該第一控制閥組設於該第一供水管路及第二供水管路其入水段相連接處，又使該第二控制閥組設於第二供水管路之出水段上，並使該第二控制閥位於該第二供水管路之出水段與進水管路之入水端連接處及該第二供水管路之出水段與製冷裝置進水端連結處之間位置，另使該第三控制閥組設於該第二回水管路之入水段上，且使該第三控制閥位於該第二回水管路其入水段與出水管路其出水端連接處及第二回水管路其入水段與製冷裝置其出水端連結處之間位置，又使該第四控制閥組設於該第一回水管路及第二回水管路其出水段連接處，另使該第五控制閥組設於該進水管路上，復使該第六控制閥組設於該出水管路上。
4. 如申請專利範圍第3項所述冷卻水系統，其中，該冷卻水系統係進一步包含有數水泵，乃使該第一供水管路、第二供水管路、第一回水管路與第二回水管路上各組設有一水泵，又使該進水管路與出水管路其中之一上組設有一水泵。
5. 如申請專利範圍第2至4項中任一項所述冷卻水系統，其中，該冷卻水系統係進一步包含有至少一補水水箱，係使該至少一補水水箱以管路與該第一供水管路及第二供水管路相連結。
6. 如申請專利範圍第1項所述冷卻水系統，其中，該冷卻水系統係進一步包含有數水泵，乃使該數水泵組設於該各管路上。
7. 如申請專利範圍第1或6項所述冷卻水系統，其中，該冷卻水系統係包含有至少一補水水箱，乃使該補水水箱與該至少二冷卻水塔連接之管路相連通。