TWI662239B - 具精準調變溫控之冷卻循環控制系統 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種具精準調變溫控之冷卻循環控制系統，該冷卻循環控制系統特別在一控制介面與第一、第二變頻器間連接有一整合控制器，以及在該冷卻裝置與循環裝置間設有一與該整合控制器連接高壓比例控制器，以使該冷卻循環控制系統係針對待冷卻機具進行冷卻處理時，利用該整合控制器可感測與計算出循環裝置之儲液槽輸出之冷卻加工介質的溫度間與設置誤差值，並依據該誤差值進而分別運算出控制該壓縮機與該泵浦的個別運轉頻率，同時當該冷卻裝置在製冷量高於製熱時便可適時控制該高壓比例控制器作動該冷卻裝置，以將熱量導回該循環裝置進行加溫補償作用，藉以大幅提升冷卻加工介質溫度平衡之速度，並有效提升調變該冷卻加工介質之溫度控制的精準度。

Description

具精準調變溫控之冷卻循環控制系統

本發明是有關於一種冷卻循環控制系統設計，特別是一種具精準調變溫控之冷卻循環控制系統。

查，冷卻循環系統1不僅普遍應用於一般產業用製程設備，如工具機2，亦常見於電冰箱、空調系統等家用電器之運用，以下皆以工具機2為例加以說明；配合參閱圖1所示，習知冷卻循環系統1包含有一冷卻裝置11，一受該冷卻裝置11冷卻且針對該工具機2進行冷卻之循環裝置12，一控制該冷卻裝置11與該循環裝置12作動之壓縮機13，以及一控制該壓縮機13之變頻器14；其中，該冷卻裝置11具有一受該壓縮機13驅動之冷卻組111，以及一循環於該冷卻裝置11內之制冷劑（圖中未示）；另，該循環裝置12具有一循環於該循環裝置12內之冷卻加工介質（如水或油，圖中未示），一回收流經該工具機2的冷卻加工介質之儲液槽121，以及一與該儲液槽121連接且將該儲液槽121內的冷卻加工介質輸出之泵浦122，而前述該泵浦122輸出的冷卻加工介質經該冷卻組111，並流至該工具機2上使用。

仍續前述，藉由啟動該變頻器14，該變頻器14進而連動該壓縮機13，而該壓縮機13壓縮該制冷劑進入該冷卻組111進行冷卻作業，其係利用該制冷劑的吸熱蒸發原理進行冷卻工作，而該制冷劑與受該壓縮機13驅動之泵浦122抽取的冷卻加工介質於該冷卻組111內進行熱交換作用，冷卻後的冷卻加工介質進入該工具機2，且該冷卻加工介質於帶走該工具機2之熱度後回到該儲液槽121中，而該制冷劑則藉由該壓縮機13再一次壓縮進入該冷卻組111進行冷卻作業，是以，藉由這樣的連續循環工作使得該冷卻加工介質的溫度持續下降，低溫冷卻的冷卻加工介質進入需冷卻的設備並將熱度帶走後，再一次進入該儲液槽121中循環，進而完成冷卻循環作用。

惟，實際使用後發現，習知冷卻循環系統1之變頻器14，其主要係依據該冷卻加工介質之溫度而採取啓停（ON-OFF）的控制作法，惟，該冷卻加工介質的溫度變化可能會存在有餘冷與餘熱現象，進而造成該變頻器14無法達到該冷卻加工介質的高精度溫度控制，再者，為了維持該冷卻加工介質的溫度恆定，該變頻器14容易過於頻繁的啟動或停止該壓縮機13，這樣不僅容易導致該壓縮機13的損壞，更可能影響其使用壽命，實有待改進。

因此，本發明之目的，是在提供一種具精準調變溫控之冷卻循環控制系統，其可針對壓縮機及泵浦個別下達運轉頻率，以及在製冷高於製熱時，可將熱量導回進行加溫補償作用的適時進行控制，使得該冷卻循環控制系統之冷卻加工介質可快速達到平衡，藉以達到精準調變該冷卻加工介質高精度之溫度控制。

於是，本發明具精準調變溫控之冷卻循環控制系統包含有冷卻裝置、循環裝置及控制介面等構件，特別的是，在該控制介面與該冷卻裝置間設有一整合控制器，以及相對該冷卻裝置處設有一高壓比例控制器；其中，該整合控制器得以分別控制該冷卻裝置之壓縮機作動的第一變頻器，以及控制該循環裝置之泵浦作動的第二變頻器，同時該整合控制器可偵測該循環裝置之儲液槽內冷卻加工介質的溫度，另，該高壓比例控制器則設於該冷卻裝置之壓縮機與冷卻組間；是以，當設定溫度透過該控制介面下達時，該整合控制器會自行計算該設定溫度與該冷卻加工介質溫度間的誤差值，並進一步運算出該壓縮機及該泵浦個別所需的運轉頻率，同時更可於該冷卻裝置在製冷量高於至製熱時，可適時作動該高壓比例控制器控制該冷卻裝置適時將熱量導回該循環裝置進行加溫補償作用，其不僅可減少該壓縮機因啟停(ON-OFF)控制方法而導致容易損壞之問題外，更可快速且穩定達到該冷卻加工介質的溫度平衡，進而有效提高該冷卻加工介質之溫度控制的精準度。

(習知1)

1‧‧‧冷卻循環系統

11‧‧‧冷卻裝置

12‧‧‧循環裝置

13‧‧‧壓縮機

14‧‧‧變頻器

111‧‧‧冷卻組

121‧‧‧儲液槽

122‧‧‧泵浦

2‧‧‧工具機

(本發明)

3‧‧‧冷卻循環控制系統

31‧‧‧冷卻裝置

32‧‧‧循環裝置

33‧‧‧控制介面

34‧‧‧整合控制器

35‧‧‧高壓比例控制器

36‧‧‧膨脹控制器

311‧‧‧壓縮機

312‧‧‧第一變頻器

313‧‧‧冷卻組

321‧‧‧儲液槽

322‧‧‧泵浦

323‧‧‧第二變頻器

3131‧‧‧冷凝器

3132‧‧‧膨脹閥

3133‧‧‧蒸發器

T¹‧‧‧設定溫度

T²‧‧‧冷卻加工介質溫度

V¹‧‧‧第一運轉頻率

V²‧‧‧第二運轉頻率

4‧‧‧待冷卻機具

圖1是習知冷卻循環系統之方塊流程圖。

圖2是本發明第一較佳實施例之局部方塊流程圖。

圖3是該第一較佳實施例之另一局部方塊流程圖。

圖4是該第一較佳實施例之整體方塊流程圖。

圖5是該第一較佳實施例之高壓比例控制溫度關係數據曲線圖。

圖6是該第一較佳實施例之膨脹控制器之溫控效果數據曲線圖。

圖7是該第一較佳實施例之溫控數據曲線圖。

圖8是該第一較佳實施例之另一溫控數據曲線圖。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的明白。

參閱圖2至圖4，本發明之第一較佳實施例，該具精準調變溫控之冷卻循環控制系統3包含有一冷卻裝置31，一受該冷卻裝置31冷卻且針對該待冷卻機具4進行冷卻之循環裝置32，一控制該冷卻裝置31 與該循環裝置32之控制介面33，一設於該控制介面33與該冷卻裝置31間之整合控制器34，以及在該冷卻裝置31與循環裝置32間設有一與該整合控制器34連接之高壓比例控制器35，而前述該控制介面33可設定供應該待冷卻機具4之冷卻加工介質的設定溫度T¹，且該控制介面33亦可切換為參數調整模式以設定系統參數(圖中未示)；其中，該循環裝置32具有一循環於該循環裝置32之冷卻加工介質(如水或油，圖中未示)，一回收流經該待冷卻機具4的冷卻加工介質之儲液槽321，一與該儲液槽321連接且可抽取該儲液槽321內冷卻加工介質之泵浦322，以及一控制該泵浦322之第二變頻器323。

接續前述，該冷卻裝置31具有一壓縮機311，一循環於該冷卻裝置31之制冷劑(圖中未示)，一控制該壓縮機311之第一變頻器312，以及一受該壓縮機311驅動之冷卻組313；其中，該壓縮機311與該泵浦322可使用同一變頻器進行控制(圖中未示)，而本實施例中係以兩個變頻器，即控制該壓縮機311之第一變頻器312及控制該泵浦322之第二變頻器323為例加以說明，另，該冷卻組313具有一與該壓縮機311連接之冷凝器3131，一與該冷凝器3131連接之膨脹閥3132，以及一連接該壓縮機311與該膨脹閥3132間之蒸發器3133，而前述該蒸發器3133之設置，係可供該泵浦322輸出的冷卻加工介質流經該蒸發器3133，以便後續冷卻循環，以下均以該冷卻組313具有該冷凝器3131、該膨脹閥3132，以及該蒸發器3133為例加以說明，如圖4所示。

至於，該整合控制器34係設在該控制介面33與該第一及第二變頻器312、323間，且該整合控制器34可偵測該儲液槽321內冷卻加工介質的溫度T²，並傳送至該控制介面33，以便使用者可透過該控制介面33讀取該儲液槽321內冷卻加工介質之溫度T²(圖中未示)，同時該 整合控制器34更可在偵測到該冷卻裝置31在製冷量高於製熱時，得以作動該高壓比例控制器35分別連動該冷卻裝置31與該循環裝置32，以適時將熱量導回該循環裝置32進行加溫補償作用，以改變冷卻循環的製冷與製熱量。

特別的是，在本實施例中，該冷卻循環控制系統3另設有一連接於該整合控制器34與該冷卻裝置31之壓縮機311間之膨脹控制器36，藉由該膨脹控制器36的設計，可使該整合控制器34在該壓縮機311進行運轉過程中，得以透過該膨脹控制器36的控制將該壓縮機311限制在一定低頻內，其以別於在一般習知於控制壓縮機的過程中，會希望操作頻率高於定額頻率50%以上甚至更高，用以避免頻率過低時造成習知之壓縮機的冷凍油回油不順而導致該壓縮機燒毀，且更在運轉過程會因該壓縮機頻率越低隨之而來的振動也會增加，進而導致該冷媒循環系統的銅管容易斷裂以導致整體系統的循環不良，因此在本實施例中藉由該膨脹控制器36的設置，可使該膨脹閥3132因該壓縮機311受到限制控制之作用，進而再降低製冷量，使得該冷卻裝置31之製冷量再降低，以解決該壓縮機311無法在較低頻率中進行運轉而導致製冷量大幅降低之缺失，當然控制該壓縮機311於低頻內進行運轉可依據不同該壓縮機311之規格進行設定(有鑒於壓縮機規格甚多，故恕不詳述)，同時藉由該膨脹控制器36的設置用意即再增加溫度制御能力為在可控範圍中。

參閱圖4所示，使用者藉由該控制介面33將該設定溫度T¹輸入至該整合控制器34，同時該整合控制器34感測該儲液槽321內冷卻加工介質之溫度T²，並計算出該設定溫度T¹及該儲液槽321內冷卻加工介質的溫度T²間之誤差值，且該整合控制器34藉由該誤差值，進而運算出一控制該壓縮機311之第一運轉頻率V¹，以及一控制該泵浦322之第二 運轉頻率V²，而該整合控制器34進一步將該第一及第二運轉頻率V¹及V²分別傳送至該第一及第二變頻器312、323，該第一及第二變頻器312、323進而依該第一運轉頻率V¹及該第二運轉頻率V²驅動或抑制該壓縮機311及該泵浦322之運作。

仍續前述，該壓縮機311接收該第一變頻器312之第一運轉頻率V¹指示進而調整該制冷劑之循環頻率及速度(圖中未示)，而該制冷劑流經該蒸發器3133並與該冷卻加工介質產生熱交換，以便該制冷劑吸收該冷卻加工介質熱度，即該制冷劑經由該壓縮機311進入該膨脹閥3132及該冷凝器3131，以抵達該蒸發器3133進行熱交換後藉以降低該制冷劑本身之溫度並重新進入該壓縮機311進行循環，而該泵浦322則接收該第二變頻器323之第二運轉頻率V²指示進而調整該冷卻加工介質之循環頻率及速度(圖中未示)，該冷卻加工介質流經該蒸發器3133並藉由該制冷劑降低溫度，該冷卻加工介質進而進入該待冷卻機具4，藉以帶走該待冷卻機具4之熱度，而升溫後的冷卻加工介質則經由該儲液槽321重新進入該泵浦322進行冷卻循環，如此得以達到該冷卻加工介質溫度T²之高精度控制。

另，藉由該整合控制器34連接該第一及第二變頻器312、323，其可提供該第一及第二變頻器312、323保護功能，如過電壓、低電壓、過電流及接地等保護，而該第一及第二變頻器312、323亦可將該壓縮機311及該泵浦322之工作信號反饋至該整合控制器34(圖中未示)，以便該整合控制器34掌握該冷卻循環控制系統3之整體狀況，請配合參閱圖5及圖6，同時更在進行前述的冷卻循環過程中，該整合控制器34可針對該冷卻裝置31所進行之冷卻循環的製冷與製熱量進行偵測，即在製冷量高於製熱時，這時便會作動該高壓比例控制器35，以使 該冷卻裝置31與該循環裝置32在該高壓比例控制器35的控制下，進行系統熱補償，藉以進一步將該冷卻循環控制系統3本身之熱量導回該循環裝置32中進行加溫補償作用，以改變冷卻循環的製冷與製熱量，再者，更能進一步透過該膨脹控制器36的配合，以使該整合控制器34在該壓縮機311進行運轉過程中，得以透過該膨脹控制器36的控制將該壓縮機311限制在一定低頻內進行運轉，並使該膨脹閥3132因該壓縮機311受到限制控制之作用，進而再降低製冷量，來使該冷卻裝置31之製冷量再降低，以解決該壓縮機311無法在較低頻率中進行運轉而導致製冷量大幅降低之缺失，以使能在低溫控制與低負載應用下進行精準溫控，如使不但能省下變頻成本，更可使溫控範圍更加廣泛外。

為用證本發明方法及實際使用時之狀態，茲提出以下實驗例加以說明：

即該冷卻循環控制系統3根據冷卻加工介質大致可分為油冷卻循環系統，以及水冷卻循環系統，本發明將分別實際測試該油冷卻循環系統及該水冷卻循環系統經由該冷卻循環控制系統3進行控制後，該油冷卻循環系統及該水冷卻循環系統分別於輕載、半載及滿載的溫度控制精確度。

配合參閱圖7，本發明之實驗例一，該油冷卻循環系統加上輕載(約0.3Kw)、半載(約0.54Kw)及滿載(約1.1Kw)時，藉由量測出油口溫度之溫控數據曲線圖，其顯示該油冷卻循環系統約在100秒後讓溫度達到穩態狀況，且該油冷卻循環系統在加上輕載、半載及滿載後，其半小時的溫控狀況中，可發現該冷卻循環控制系統3可將該冷卻加工介質的溫度誤差控制在±0.1℃內。

參閱圖8所示，本發明之實驗例二，該水冷卻循環系統加 上輕載(約0.3Kw)、半載(約0.54Kw)及滿載(約1.1Kw)時，藉由量測出水口溫度之溫控數據曲線圖，其顯示該水冷卻循環系統約在60秒後讓溫度達到穩態狀況，且該水冷卻循環系統在加上輕載、半載及滿載後，其半小時的溫控狀況中，可發現該冷卻循環控制系統3可將溫度誤差控制在±0.1℃內。

綜上所述，得知本發明具精準調變溫控之冷卻循環控制系統3取代習知啟停(ON-OFF)的控制作法，進而藉由該整合控制器34進行該設定溫度T¹及該儲液槽321內冷卻加工介質的溫度T²之整合，以便進一步指示該第一及第二變頻器312、323驅動或抑制該壓縮機311及該泵浦322等設備，其由上述測試結果可得知，該冷卻循環控制系統3用於該油冷卻加工介質及該水冷卻加工介質之冷卻循環控制系統3皆可將溫度誤差可以控制在±0.1℃內。

歸納前述，本發明具精準調變溫控之冷卻循環控制系統，其透過該整合控制器接收該設定溫度，並偵測該儲液槽內冷卻加工介質之溫度，進而計算出該設定溫度及該儲液槽內冷卻加工介質的溫度間之誤差值，該整合控制器並依據該誤差值分別運算出控制該壓縮機及該泵浦之第一及第二運轉頻率，最後，該整合控制器將該第一及第二運轉頻率傳送至該第一及第二變頻器處進而驅動或抑制該壓縮機及該泵浦之運作，且更可在該冷卻裝置在製冷量高於製熱時即能適時控制該高壓比例控制器作動該冷卻裝置，以將熱量導回該循環裝置進行加溫補償作用，以及藉由該膨脹控制器可控制該壓縮機限制在一定低頻內，以解決該壓縮機311無法在較低頻率中進行運轉而導致製冷量大幅降低之缺失，以使能在低溫控制與低負載應用下進行精準溫控，係有別習知僅能單一使用啟停(ON-OFF)的控制方法，其不僅可減少該壓縮機損壞之 可能性，亦能大幅提升該冷卻加工介質溫度平衡之速度，進而有效增加該冷卻加工介質之溫度控制的精準度，故確實能達到本發明之目的。

惟以上所述者，僅為說明本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (3)

1. 一種具精準調變溫控之冷卻循環控制系統，該冷卻循環控制系統係針對待冷卻機具進行冷卻處理，而該冷卻循環控制系統包含有一冷卻裝置，一受該冷卻裝置冷卻且針對該待冷卻機具進行冷卻之循環裝置，以及一分別控制該冷卻裝置與該循環裝置作動之控制介面；其中，該冷卻裝置具有一壓縮機，一循環於該冷卻裝置之制冷劑，一控制該壓縮機之第一變頻器，以及一與該壓縮機連接之冷卻組；另，該循環裝置具有一循環於該循環裝置之冷卻加工介質，一回收該待冷卻機具的冷卻加工介質之儲液槽，一與該儲液槽連接且將該儲液槽內的冷卻加工介質輸出之泵浦，以及一控制該泵浦之第二變頻器，而前述該泵浦輸出的冷卻加工介質經該冷卻組冷卻且流至該待冷卻機具上使用；至於，該控制介面可設定供應該待冷卻機具之冷卻加工介質溫度；其特徵在於： 在該控制介面與該第一、第二變頻器間連接有一整合控制器，以及在該冷卻裝置與循環裝置間設有一與該整合控制器連接高壓比例控制器，而前述該整合控制器可感測該儲液槽內冷卻加工介質的溫度，同時該整合控制器會計算出該控制介面之設定溫度與該儲液槽輸出冷卻加工介質的溫度間之誤差值，且該整合控制器會依據該誤差值，以分別運算出控制該壓縮機與該泵浦的個別運轉頻率，該整合控制器更可於該冷卻裝置在製冷量高於製熱時，得以連動該高壓比例控制器分別控制該冷卻裝置與該循環裝置，以適時將熱量導回該循環裝置進行加溫補償作用；另，該冷卻組具有一與該壓縮機連接之冷凝器，一與該冷凝器連接之膨脹閥，以及一連接該壓縮機與該膨脹閥間之蒸發器，而該蒸發器更與該泵浦及該待冷卻機具連接，以便該泵浦輸出之冷卻加工介質流經該蒸發器後再流至該待冷卻機具上使用。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之具精準調變溫控之冷卻循環控制系統，其中，該第一變頻器與該第二變頻器可合為同一變頻器，以便該泵浦與該壓縮機之控制可受同一變頻器之控制。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之具精準調變溫控之冷卻循環控制系統，另設有一連接於該整合控制器與該冷卻裝置之壓縮機間之膨脹控制器，使該壓縮機的運轉頻率得以經該膨脹控制器的控制。