TWI676521B - 熱交換系統 - Google Patents

Abstract

一種熱交換系統，包含一第一熱交換裝置，及至少一第二熱交換裝置。該第一熱交換裝置包括適用於容裝第一冷卻液的一第一容器、適用於輸出第一冷卻液及輸入第一冷卻液的一第一管路單元、適用於導引該第一容器內的第一冷卻液通過該第一熱交換單元的一第二管路單元，及適用於使通過的第一冷卻液降溫的一第一熱交換單元。該至少一第二熱交換裝置包括適用於容裝第二冷卻液的一第二容器、適用於導引該第二容器內的第二冷卻液通過該第二熱交換單元後輸出至至少一熱區的一第三管路單元、適用於導引該至少一熱區的第二冷卻液流向該第二容器的一第四管路單元，及適用於使第二冷卻液與第一冷卻液進行熱交換的一第二熱交換單元。藉此，以每一熱交換裝置配置雙管路單元的設計，提升冷卻效果，及使該第一熱交換裝置可以配置至少一第二熱交換裝置。

Description

熱交換系統

本發明是有關於一種熱交換系統，特別是指一種能夠使冷卻液進行熱交換的熱交換系統。

一般用於工具機的外掛式冷卻裝置，往往因為經濟及安裝簡易性的考量，大都採用單機循環的模式，也就是冷卻液會在工具機與冷卻裝置間循環。

但是，在工具機連續長時間作業的情況下，冷卻液的散熱會不充分，以致於對加工之熱區的冷卻效果也大打折扣。再者，一工具機配置一冷卻裝置的方式，對於設置有大量工具機的廠房而言，不但設備成本高，且佔用空間，相當不符合經濟效益。

參閱圖1，說明中國專利公開號第202716114U號專利案所揭露之一種習知的冷卻液集中供給循環系統1，主要是使冷卻液通過一進液總管11、一回液總管12在一回液箱13、一冷熱交換機14、一供液箱15與數加工機2間循迴流動。藉此，以一個冷卻液集中供給循環系統1同時對多個加工機2，達到降溫的目的。

惟，前述冷卻液仍然是從頭到尾都在整個迴路中循環流動，因此，同樣會在該加工機2連續長時間作業的情況下，有溫度愈來愈高的情形，尤其是在多個加工機2共用相同迴路及相同冷卻液的情形下，冷卻效果也會愈來愈差。

因此，本發明的目的，即在提供一種能夠以模組化設計，提升冷卻效果、降低設備成本及提升空間效益的熱交換系統。

於是，本發明熱交換系統，適用於使一加工機單元的至少一熱區降溫，該熱交換系統包含：一第一熱交換裝置，及至少一第二熱交換裝置。

該第一熱交換裝置包括適用於容裝第一冷卻液的一第一容器、連通於該第一容器的一第一管路單元、連通於該第一容器的一第二管路單元，及連接於該第二管路單元的一第一熱交換單元，該第一管路單元適用於輸出該第一容器內的第一冷卻液，及適用於輸入第一冷卻液至該第一容器，該第二管路單元適用於導引該第一容器內的第一冷卻液通過該第一熱交換單元，該第一熱交換單元適用於使通過的第一冷卻液降溫。

該至少一第二熱交換裝置包括適用於容裝第二冷卻液的一第二容器、連通於該第二容器的一第三管路單元、與該第一管路 單元形成循環迴路的一第四管路單元，及連接於該第三管路單元與該第四管路單元的一第二熱交換單元，該第三管路單元適用於導引該第二容器內的第二冷卻液通過該第二熱交換單元後，輸出至該至少一熱區，及適用於導引該至少一熱區的第二冷卻液迴流至該第二容器，該第四管路單元適用於導引該第一管路單元內的第一冷卻液通過該第二熱交換單元後，迴流至該第一管路單元，該第二熱交換單元適用於使第二冷卻液與第一冷卻液進行熱交換。

本發明之功效在於：以每一熱交換裝置配置雙管路單元及二段式熱交換的設計，使該第一熱交換裝置可以配合加工機的數目，配置一個以上的第二熱交換裝置，且第二冷卻液只在該第二熱交換裝置與各別之加工機間循環，藉此，維持第二冷卻液在低溫狀態，而提升冷卻效果。

3‧‧‧加工機單元

31‧‧‧加工機

311‧‧‧熱區

4‧‧‧第一熱交換裝置

41‧‧‧第一容器

42‧‧‧第一管路單元

421‧‧‧第一主管路

422‧‧‧第一次管路

423‧‧‧旁通閥

424‧‧‧第一泵浦組

444‧‧‧乾燥器

445‧‧‧膨脹閥

446‧‧‧第一熱交換器

447‧‧‧分流管路

448‧‧‧比例閥

5‧‧‧第二熱交換裝置

51‧‧‧第二容器

52‧‧‧第三管路單元

521‧‧‧第三管路組

522‧‧‧第三泵浦組

425‧‧‧出水口

426‧‧‧進水口

43‧‧‧第二管路單元

430‧‧‧第二主管路

431‧‧‧第二次管路

432‧‧‧流量控制閥

433‧‧‧第二泵浦組

44‧‧‧第一熱交換單元

441‧‧‧冷卻管路

442‧‧‧壓縮馬達

443‧‧‧冷凝器

523‧‧‧第三主管路

524‧‧‧第三輸出管路

525‧‧‧第三輸入管路

526‧‧‧流量開關

53‧‧‧第四管路單元

531‧‧‧第四輸入管路

532‧‧‧第四輸出管路

533‧‧‧比例閥

54‧‧‧第二熱交換單元

541‧‧‧第二熱交換器

542‧‧‧過濾器

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一張管路示意圖，中國專利公開號第20271611411號專利案所揭露之一種習知的冷卻液集中供給循環系統；圖2是一張立體示意圖，說明一工具機被安裝在本發明熱交換系統的一實施例； 圖3是一張管路示意圖，說明該實施例中的一第一熱交換裝置；圖4是一張管路示意圖，說明該實施例中的一第二熱交換裝置；及圖5是一張類似於圖4的管路示意圖，但該實施例包含二第二熱交換裝置。

參閱圖2、圖3與圖4，本發明熱交換系統的一實施例，適用於使一加工機單元3降溫。在本實施例中，該加工機單元3包含一加工機31。該加工機31包括數熱區311。該熱交換系統包含：一第一熱交換裝置4，及一第二熱交換裝置5。

該第一熱交換裝置4包括適用於容裝第一冷卻液的一第一容器41、連通於該第一容器41的一第一管路單元42與一第二管路單元43，及連接於該第二管路單元43的一第一熱交換單元44。在本實施例中，該第一冷卻液是水。

該第一管路單元42適用於輸出該第一容器41內的第一冷卻液，及適用於輸入第一冷卻液至該第一容器41，並具有連通於該第一容器41的一第一主管路421、連通於該第一主管路421與該第一容器41的一第一次管路422、可開通地阻斷該第一次管路422 與該第一次管路422的一旁通閥423，及適用於導引該第一容器41內的第一冷卻液進入該第一主管路421的一第一泵浦組424。該第一主管路421具有一出水口425。第一次管路422具有一進水口426。該旁通閥423用於在該第一主管路421內之第一冷卻液的壓力值大於一壓力預設範圍值時，開通該第一次管路422，適用於使該第一主管路421中部分的第一冷卻液排放至該第一容器41。

該第二管路單元43具有連通於該第一熱交換單元44與該第一容器41且供第一冷卻液進、出該第一熱交換單元44的一第二主管路430與第二次管路431、連通於該第二主管路430的一流量控制閥432，及適用於導引該第一容器41內的第一冷卻液進入該第二主管路430的一第二泵浦組433。該流量控制閥432適用於控制進入該第一熱交換單元44的第一冷卻液流量。

該第一熱交換單元44具有適用於供冷媒流動的一冷卻管路441、通過該冷卻管路441構成循環迴路的一壓縮馬達442、一冷凝器443、一乾燥器444、一膨脹閥445、一第一熱交換器446與一連通於該冷卻管路441的一分流管路447，及連通於該分流管路447且可開通地阻斷該分流管路447的一比例閥448。該壓縮馬達442適用於壓縮低溫低壓的氣態冷媒成為高壓高溫的氣態冷媒。該冷凝器443適用於與高壓高溫的氣態冷媒進行熱交換，使高壓高溫的氣態冷媒成為常溫高壓的氣態冷媒。該乾燥器444適用於過濾該冷卻 管路441中的水分與雜質。該膨脹閥445適用於壓降常溫高壓的氣態冷媒成為低溫低壓的冷媒。該第一熱交換器446連通於該第二管路單元43的第二主管路431，而適用於供該第二主管路430中的第一冷卻液與該冷卻管路441中低溫低壓的冷媒通過，適用於使第一冷卻液與冷媒進行熱交換。該分流管路447連接於該膨脹閥445、該第一熱交換器446間與該壓縮馬達442、冷凝器443間的冷卻管路441。該比例閥448用於控制高壓高溫的氣態冷媒進入該第一熱交換器446的流量，而能夠在該冷卻管路441內之冷媒的溫度值不符合一冷媒溫預設範圍值時，開通或阻斷該分流管路447，使高溫的冷媒進入或不通過該第一熱交換器446，達到控制溫度的目的。

第二熱交換裝置5包括適用於容裝第二冷卻液的一第二容器51、連通於該第二容器51的一第三管路單元52、與該第一管路單元42形成循環迴路的一第四管路單元53，及連接於該第三管路單元52與該第四管路單元53的數第二熱交換單元54。在本實施例中，該第二冷卻液是油。

該第三管路單元52具有數第三管路組521，及數第三泵浦組522。每一第三管路組521具有適用於導引該第二容器51內的第二冷卻液進入該第二熱交換單元54的一第三主管路523、適用於導引該第二熱交換單元54內的第二冷卻液輸出至各別之熱區311的一第三輸出管路524、適用於導引第二冷卻液由各別之熱區311 迴流至該第二容器51的一第三輸入管路525，及連通於該第三主管路523且用於控制進入該第二熱交換單元54之第二冷卻液流量的一流量開關526。該第三泵浦組522適用於導引該第二容器51內的第二冷卻液進入該第三主管路523。

該第四管路單元53適用於導引該第一管路單元42內的第一冷卻液通過該第二熱交換單元54後，迴流至該第一管路單元42。該第四管路單元53具有連通於該出水口425且適用於輸入第一冷卻液的一第四輸入管路531、連通於該第一主管路421之進水口426且適用於輸出第一冷卻液的一第四輸出管路532，及連通於該第四輸入管路531且適用於控制進第一冷卻液流量的數比例閥533。

該第二熱交換單元54具有數第二熱交換器541，及連通過於該第四輸入管路531且用於過濾雜質的一過濾器542。每一第二熱交換器541連通於各別之第三管路組521的第三主管路523與第三輸出管路524。

進行熱交換時，該第二熱交換裝置5的每一第三管路組521會通過各別之第三泵浦組522吸取該第二容器51內的第二冷卻液進入該第三主管路523，使第二冷卻液依循該第三主管路523通過各別之第二熱交換器541，同時，該第一熱交換裝置4也會通過該第一泵浦組424吸取該第一容器41內的第一冷卻液，經該第一主 管路421、該第四輸出管路532輸出至該等第二熱交換器541，及通過該第四輸入管路531、該第一次管路422將第一冷卻液導引至該第一容器41，使通過該等第二熱交換器541的第二冷卻液與第一冷卻液在該等第二熱交換器541中進行熱交換，而維持低溫。藉此，低溫的第二冷卻液會經每一第三管路組521的第三輸出管路524輸出至各別之熱區311，使各別之熱區311達到降溫的效果。

然後，通過每一第三管路組521的第三輸入管路525，將用於使各別之熱區311降溫的第二冷卻液，導引至該第二容器51。如此，週而復始，使該第二容器51內的第二冷卻液都能夠在輸出至各別之熱區311前，與各別之熱交換器541與第一冷卻液進行熱交換，而維持低溫。

應當注意的是，該等第三管路組521的數目不限於多個，也可以配合該加工機31之熱區311的數目，可以是1個。

另外，每一流量開關526能夠控制進入各別之第二熱交換器541的第二冷卻液流量，而進一步改變輸出至每一熱區311的第二冷卻液流量，達到控制每一熱區311溫度的目的。舉例來說，當每一熱區311的溫度高於一加工溫度預設值時，可以提高第二冷卻液的流量，當每一熱區311的溫度低於該加工溫度預設值時，則減少第二冷卻液的流量。

且每一比例閥533能夠控制進入各別之第二熱交換器 541的第一冷卻液流量，而進一步控制各別之第二熱交換器541的熱交換效率。舉例來說，當每一第三主管路523中之第二冷卻液的溫度高於一冷卻溫度預設值時，可以提高第一冷卻液流量而提升每一第二熱交換器541的熱交換效率，當每一第三主管路523中之第二冷卻液的溫度低於該冷卻溫度預設值時，則減少第一冷卻液流量而降低每一第二熱交換器541的熱交換效率。

當第一冷卻液與第二冷卻液在該等第二熱交換器541進行熱交換後，會通過該第四輸出管路532、該第一次管路422將第一冷卻液導引至該第一容器41，此時，該第一熱交換裝置4的第二管路單元43會通過該第二泵浦組433吸取該第一容器41內的第一冷卻液進入該第二主管路430，使第一冷卻液依循該第二主管路430、第二次管路431通過該第一熱交換器446，同時，該第一熱交換單元44會通過該壓縮馬達442壓縮低溫低壓的氣態冷媒成為高壓高溫的氣態冷媒，再通過該冷凝器443與高壓高溫的氣態冷媒進行熱交換，使高壓高溫的氣態冷媒成為常溫高壓的氣態冷媒，然後，再通過該膨脹閥445壓降常溫高壓的氣態冷媒成為低溫低壓的冷媒，使低溫低壓的冷媒通過該冷卻管路441進、出該第一熱交換器446，並與通過該第一熱交換器446的第一冷卻液進行熱交換，使該第一容器41內的第一冷卻液維持低溫。

值得說明的是，該比例閥448能夠控制進入該第一熱交 換器446之高溫冷媒的流量，而進一步控制該第一熱交換器446的熱交換效率。舉例來說，當該冷卻迴路441中之冷媒的溫度值低於該冷媒溫度預設範圍值時，可以通過該比例閥448阻斷該分流管路447或部分開通，使高溫的冷媒減少進入該第一熱交換器446的流量或不通過該第一熱交換器446，達到控制溫度的目的。

值得說明的是，前述溫度值或壓力值的量測，是通過安裝在對應之管路的溫度感知器或壓力感知器測量而得，由於本領域中具有通常知識者根據以上說明可以推知擴充細節，因此不多加說明。

參閱圖5，應當注意的是，本發明第二熱交換裝置5的數目不限於一個，在本實施例的其他變化例中，也可以是二個、或二個以上。藉此，只需一個第一熱交換裝置4，就可以配合二個以上的第二熱交換裝置5，而適用於使二個、或二個以上的加工機單元3降溫。

經由以上的說明，可將前述實施例的優點歸納如下：

1、本發明適用於降溫該加工機31之熱區311的第二冷卻液是與第一冷卻液在該第二熱交換器541進行熱交換，而第一冷卻液又與冷媒在該第一熱交換器446進行熱交換，藉此，本發明能夠以二段式的迴路設計，使第二冷卻液只在該第二熱交換裝置5與各別之加工機31間循環，而能夠維持第二冷卻液在低溫狀態，進而提 升散熱效果。

2、且本發明模組化的設計，只需以一個第一熱交換裝置4為冷卻主機，就可以配合二個以上的第二熱交換裝置5，而適用於使二個、或二個以上的加工機31降溫，不但能夠以前述二段式的迴路設計，使第二冷卻液維持低溫，進而提升散熱效果，且能夠降低設備成本，及提升空間效益。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

Claims (12)

1. 一種熱交換系統，適用於使一加工機單元的至少一熱區調節溫度，該熱交換系統包含：
   一第一熱交換裝置，包括適用於容裝第一冷卻液的一第一容器、連通於該第一容器的一第一管路單元、連通於該第一容器的一第二管路單元，及連接於該第二管路單元的一第一熱交換單元，該第一管路單元適用於輸出該第一容器內的第一冷卻液，及適用於輸入第一冷卻液至該第一容器，該第二管路單元適用於導引該第一容器內的第一冷卻液通過該第一熱交換單元，該第一熱交換單元適用於使通過的第一冷卻液降溫；及
   至少一第二熱交換裝置，包括適用於容裝第二冷卻液的一第二容器、連通於該第二容器的一第三管路單元、與該第一管路單元形成循環迴路的一第四管路單元，及連接於該第三管路單元與該第四管路單元的一第二熱交換單元，該第三管路單元適用於導引該第二容器內的第二冷卻液通過該第二熱交換單元後，輸出至該至少一熱區，及適用於導引該至少一熱區的第二冷卻液迴流至該第二容器，該第四管路單元適用於導引該第一管路單元內的第一冷卻液通過該第二熱交換單元後，迴流至該第一管路單元，該第二熱交換單元適用於使第二冷卻液與第一冷卻液進行熱交換。
2. 如請求項1所述的熱交換系統，其中，該第一管路單元具有連通於該第一容器與該第四管路單元的一第一主管路、連通於該第一主管路與該第一容器的一第一次管路、可開通地阻斷該第一主管路與該第一次管路的一旁通閥，及適用於導引該第一容器內的第一冷卻液進入該第一主管路的一第一泵浦組，該旁通閥用於在該第一主管路內之第一冷卻液的壓力值大於一壓力範圍預設值時，開通該第一次管路，適用於使該第一主管路中部分的第一冷卻液排放至該第一容器。
3. 如請求項1所述的熱交換系統，其中，該第二管路單元具有連通於該第一熱交換單元與該第一容器的一第二主管路、連通於該第二主管路的一流量控制閥，及適用於導引該第一容器內的第一冷卻液進入該第二主管路的一第二泵浦組，該流量控制閥適用於控制進入該第一熱交換單元的第一冷卻液流量。
4. 如請求項1所述的熱交換系統，其中，該第一熱交換單元具有一冷卻管路，及通過該冷卻管路構成循環迴路的一壓縮馬達、一冷凝器、一膨脹閥與一第一熱交換器，該冷卻管路適用於供冷媒流動，該壓縮馬達適用於壓縮低溫低壓的氣態冷媒成為高壓高溫的氣態冷媒，該冷凝器適用於與高壓高溫的氣態冷媒進行熱交換，使高壓高溫的氣態冷媒成為常溫高壓的氣態冷媒，該膨脹閥適用於壓降常溫高壓的氣態冷媒成為低溫低壓的冷媒，該第一熱交換器適用於供第二管路單元中的第一冷卻液與該冷卻管路中低溫低壓的冷媒通過，適用於使第一冷卻液與冷媒進行熱交換。
5. 如請求項4所述的熱交換系統，其中，該第一熱交換單元還具有設置在該冷凝器與該膨脹閥間且通過該冷卻管路與該壓縮馬達、該冷凝器、該膨脹閥、該第一熱交換器構成該循環迴路的一乾燥器，該乾燥器適用於過濾該冷卻管路中的水分與雜質。
6. 如請求項4所述的熱交換系統，其中，該第一熱交換單元還具有連通於該冷卻管路的一分流管路，及連通於該分流管路且可開通地阻斷該分流管路的一比例閥，該分流管路連接於該膨脹閥、該第一熱交換器間與該壓縮馬達、冷凝器間的冷卻管路，該比例閥用於在該冷卻管路內之冷媒的溫度值不符合一冷媒溫預設範圍值時，開通或阻斷該分流管路，使高溫的冷媒進入或不通過該第一熱交換器。
7. 如請求項1所述的熱交換系統，包含二個以上的第二熱交換裝置。
8. 如請求項1或7所述的熱交換系統，其中，該第三管路單元具有至少一第三管路組，該至少一第三管路組具有適用於導引該第二容器內的第二冷卻液進入該第二熱交換單元的一第三主管路、適用於導引該第二熱交換單元內的第二冷卻液輸出至該至少一熱區的一第三輸出管路，及適用於導引第二冷卻液由該至少一熱區迴流至該第二容器的一第三輸入管路。
9. 如請求項8所述的熱交換系統，其中，該第三管路單元還具有適用於導引該第二容器內的第二冷卻液進入該第三主管路的一第三泵浦組。
10. 如請求項8所述的熱交換系統，其中，該第四管路單元具有連通於該第一管路單元且適用於輸入第一冷卻液的一第四輸入管路、連通於該第一管路單元且適用於輸出第一冷卻液的一第四輸出管路，及連通過於該第四輸入管路且適用於控制進第一冷卻液流量的至少一比例閥。
11. 如請求項10所述的熱交換系統，適用於使該加工機的數熱區降溫，其中，該第二熱交換單元具有數第二熱交換器，該第三管路單元具有數第三管路組，該第四管路單元具有數比例閥，每一第三管路組連通於各別的第二熱交換器，且該第三輸出管路適用於導引各別之第二熱交換器內的第二冷卻液輸出至各別之熱區，該第三輸入管路適用於導引由各別之熱區迴流的第二冷卻液至該第二容器，每一比例閥連通過於該第四輸入管路且適用於控制進入各別之第二熱交換器的進第一冷卻液流量。
12. 如請求項11所述的熱交換系統，其中，該第二熱交換裝置還包括連通過於該第四輸入管路且用於過濾雜質的一過濾器。