TWM467851U - 可適用低溫環境之恆溫式工業用冷卻機 - Google Patents

Description

可適用低溫環境之恆溫式工業用冷卻機

本新型是有關於一種冷卻機，特別是指一種可適用低溫環境之恆溫式工業用冷卻機。

參閱圖1，為習知一種用來冷卻一工作機械40之加工介質(水或油)的工業用冷卻機，該冷卻機包含一冷凍系統10、一加工介質循環系統20，及一控制系統30。該冷凍系統10包括一壓縮機101、一冷凝器102、一冷媒控制器103、一蒸發器104，及一連接該壓縮機101、該冷凝器102、該冷媒控制器103，及該蒸發器104的冷媒循環輸送管105。由於本冷卻機是採用該壓縮機101啟停(ON-OFF)控制的動作方式，來進行加工介質的溫度控制，因此加工介質的溫度變化將會發生明顯的餘冷與餘熱現象，使得高精度的恆溫控制效果無法實現，即加工介質的溫度控精度無法達到±0.2℃以內，而且，再加上該壓縮機101啟停的頻率太頻繁，故極易造成該壓縮機101損壞。

參閱圖2，為習知另一種用來冷卻一工作機械60之加工介質的工業用冷卻機，該冷卻機的一冷凍系統50係包括一壓縮機501、一冷凝器502、一冷媒控制器503、 一蒸發器504、一冷媒循環輸送管505，及一熱氣旁通迴路506。該熱氣旁通迴路506係連通於該冷媒循環輸送管505且自該壓縮機501與該冷凝器502之間連通至該冷媒控制器503與該蒸發器504之間，並具有一控制氣態冷媒流量的電磁閥507，該電磁閥507之動作條件是根據加工介質的一設定溫度與一實際溫度的差值而進行開啟或關閉。其中，當加工介質的該實際溫度低於該設定溫度時，該電磁閥507即開啟讓氣態冷媒旁通進入該蒸發器504，使加工介質溫度獲得加溫效果，而待加工介質溫度回升至該設定溫度時，該電磁閥507即關閉，以進行正常的該冷凍系統循環。雖然利用該熱氣旁通迴路506來針對加工介質增溫的控制方法，可較採用壓縮機501啟停(ON-OFF)控制有較好的溫度控制效果(加工介質溫度精度可達到±0.5℃)，並能夠同時改善該壓縮機501頻繁啟停的問題，以降低該壓縮機501損壞的風險，但是，由於該電磁閥507也是會同樣產生頻繁的開啟與關閉，所以也將會衍生該電磁閥507使用壽命變差和開啟與關閉時所產生之噪音問題，並且亦仍然無法控制加工介質精度至±0.2℃以內。另外，當該工業用冷卻機在室溫為5~10℃之低溫環境操作時，由於該冷凝器502內的冷媒溫度，亦即為冷凝溫度，將受到環境溫度影響而降低至20℃左右，或甚至更低，如此一來，當該電磁閥507開啟使得氣態冷媒旁通進入該蒸發器504時，已失去對加工介質加溫的效果，進而負面影響溫度控制的精度，使得加工介質溫度精度變成±1.0℃以上。如果再額外安裝加熱器 來針對加工介質進行加溫，又將增加能源的耗用。故針對上述所述之問題，仍有待改善之空間。

因此，本新型之目的，即在提供一種在低溫環境之下仍可以維持良好加工介質溫度控制精度，且又能夠降低壓縮機與電磁閥頻繁啟閉的可適用低溫環境之恆溫式工業用冷卻機。

於是本新型可適用低溫環境之恆溫式工業用冷卻機，適用於對一工作機械的加工介質進行冷卻，該工業用冷卻機包含一冷凍系統、一加工介質循環系統，及一控制系統。

該冷凍系統依序包括一能將氣態冷媒加壓的壓縮機、一能將氣態冷媒液化的冷凝器、一能將液態冷媒降壓的冷媒控制器，及一能將液態冷媒氣化的蒸發器，該冷凍系統還包括一連接於該壓縮機、該冷凝器、該冷媒控制器，及該蒸發器且供冷媒流動的冷媒循環輸送管，及一連通於該冷媒循環輸送管且自該壓縮機與該冷凝器之間連通至該冷媒控制器與該蒸發器之間的熱氣旁通迴路，該冷凝器具有一連通於該冷媒循環輸送管且介於該壓縮機與該冷媒控制器之間的熱交換部，及一對應於該熱交換部的散熱風扇。

該加工介質循環系統包括一加工介質泵、一供該蒸發器與加工介質容置的儲液箱，及一連接至該工作機械、該加工介質泵，及該儲液箱並且供加工介質流動的加 工介質循環輸送管，該加工介質泵能夠推動由該工作機械輸出的高溫加工介質流入該儲液箱內進行加工熱量之溫度補償後，再回流入至該工作機械。

該控制系統包括一電連接於該壓縮機的微電腦控制器、一電連接於該微電腦控制器的恆溫控制單元，及一設置於該冷凝器與該冷媒控制器之間的風扇轉速控制單元。該恆溫控制單元具有一設置於該熱氣旁通迴路且電連接於該微電腦控制器的線性比例式控制閥，及一設置該儲液箱與該工作機械之間且電連接於該微電腦控制器的溫度感測元件，該風扇轉速控制單元具有一電連接於該散熱風扇的控制本體，及一設置於該冷凝器與該冷媒控制器之間且連通於該控制本體的壓力感測管。

其中，該微電腦控制器能夠接受由該溫度感測元件回饋的一加工介質溫度訊號後，而控制該線性比例式控制閥之開度，該控制本體能夠接受由該壓力感測管回饋的一冷媒壓力訊號後，而控制該散熱風扇的轉速。

本新型之功效在於：透過該線性比例式控制閥進行該壓縮機出口端之高溫氣態冷媒的精密補償作用，能夠提高加工介質的溫度控制精度至±0.2℃以下，以改善先前技術裡所述之採用一電磁閥時，造成該電磁閥頻繁地啟閉所衍生的噪音問題與其使用壽命降低之缺點。此外，本新型在低環境溫度下進行散熱時，可透過該風扇轉速控制單元的該壓力感測管來偵測該冷媒壓力訊號，以讓該控制本體能夠接受由該壓力感測管回饋的該冷媒壓力訊號後，而 控制該散熱風扇的轉速，進而維持冷媒適當的冷凝溫度，以同時確保該壓縮機出口端之高溫氣態冷媒在進行旁通補償時能維持一定的高溫，進而提昇加工介質的溫度，可不必額外安裝加熱器，達到省能的效果。

100‧‧‧工作機械

2‧‧‧冷凍系統

21‧‧‧壓縮機

22‧‧‧冷凝器

221‧‧‧熱交換部

222‧‧‧散熱風扇

2221‧‧‧馬達

2222‧‧‧扇葉

23‧‧‧冷媒控制器

24‧‧‧蒸發器

25‧‧‧冷媒循環輸送管

26‧‧‧熱氣旁通迴路

3‧‧‧加工介質循環系統

31‧‧‧加工介質泵

32‧‧‧儲液箱

33‧‧‧加工介質循環輸送管

4‧‧‧控制系統

41‧‧‧微電腦控制器

42‧‧‧恆溫控制單元

421‧‧‧線性比例式控制閥

422‧‧‧溫度感測元件

43‧‧‧風扇轉速控制單元

431‧‧‧控制本體

432‧‧‧壓力感測管

44‧‧‧室溫感測元件

本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的較佳實施例詳細說明中清楚地呈現，其中圖1是習知一種工業用冷卻機的示意圖；圖2是習知另一種工業用冷卻機的示意圖，說明利用一熱氣旁通迴路來對加工介質進行溫度控制；及圖3是本新型可適用低溫環境之恆溫式工業用冷卻機之一較佳實施例的示意圖。

參閱圖3，本新型可適用低溫環境之恆溫式工業用冷卻機的一較佳實施例適用於對一工作機械100的加工介質(水或油)進行冷卻，該工業用冷卻機包含一冷凍系統2、一加工介質循環系統3，及一控制系統4。

該冷凍系統2包括一能將氣態冷媒加壓的壓縮機21、一能將氣態冷媒液化的冷凝器22、一能將液態冷媒降壓的冷媒控制器23、一能將液態冷媒氣化的蒸發器24、一用於容置冷媒且供冷媒循流動的冷媒循環輸送管25，及一熱氣旁通迴路26。

該冷凝器22具有一連通於該冷媒循環輸送管25且介於該壓縮機21與該冷媒控制器23之間的熱交換部 221，及一對應於該熱交換部221的散熱風扇222。其中，該散熱風扇222具有一馬達2221，及一連接於該馬達2221且受該馬達驅動而轉動的扇葉2222。在本較佳實施例中，該扇葉2222直接受該馬達2221驅動而轉動，故該散熱風扇222的轉速即相近於該馬達2221的轉速。

該冷媒循環輸送管25依序連接於該壓縮機21、該冷凝器22、該冷媒控制器23，及該蒸發器24且供各種態樣的冷媒循環流動。其中，該壓縮機21能夠將低溫氣態冷媒加壓而成高溫氣態冷媒後，而由該壓縮機21出口端流入該冷凝器22。該冷凝器22能接受由該壓縮機21出口端傳送來的高溫氣態冷媒後，而經過熱交換部221而將熱量傳遞至環境中，而成為常溫液態冷媒後，再傳送至該冷媒控制器23。該冷媒控制器23能夠接受由該冷凝器22出口端傳送過來的常溫液態冷媒，而將該常溫液態冷媒降壓而成為低溫液態冷媒後，再送入該蒸發器24，以讓低溫液態冷媒在該蒸發器24能與由該工作機械100傳送來的高溫加工介質進行熱量交換而變成低溫氣態冷媒後，再回流至該壓縮機21進行壓縮，如此動作反覆循環。

該熱氣旁通迴路26連通於該冷媒循環輸送管25且自該壓縮機21與該冷凝器22之間連通至該冷媒控制器23與該蒸發器24之間。該熱氣旁通迴路26能夠讓高溫氣態冷媒直接旁通而混入該蒸發器24中，以讓由該冷媒控制器23流入之低溫液態冷媒之溫度提高，進而提昇加工介質的溫度，如此一來，可不必額外安裝一加熱器(圖未示)， 達到省能的效果。

該加工介質循環系統3包括一加工介質泵31、一供該蒸發器24與加工介質容置的儲液箱32，及一連接至該工作機械100、該加工介質泵31，及該儲液箱32並且供加工介質流動的加工介質循環輸送管33。其中，該加工介質泵31能夠推動由該工作機械100輸出的高溫加工介質流入該儲液箱32內，而讓該高溫加工介質在儲液箱32內與該蒸發器24進行加工熱量之溫度補償後，而讓該高溫加工介質變成低溫加工介質，再回流入至該工作機械100，如此動作反覆循環。

該控制系統4包括一電連接於該壓縮機21的微電腦控制器41、一電連接於該微電腦控制器41的恆溫控制單元42、一設置於該冷凝器22與該冷媒控制器23之間的風扇轉速控制單元43，及一電連接於該微電腦控制器41以感測環境溫度的室溫感測元件44。

該微電腦控制器41為PID控制器，能控制壓縮機21啟停作動與該恆溫控制單元42作動。

該恆溫控制單元42具有一設置於該熱氣旁通迴路26且電連接於該微電腦控制器41的線性比例式控制閥421，及一設置該儲液箱32與該工作機械100之間，且連通於該加工介質循環輸送管33，並同時電連接於該微電腦控制器41的溫度感測元件422。其中，該微電腦控制器41能夠接受由該溫度感測元件422回饋的一加工介質溫度訊號後，而控制該線性比例式控制閥421之啟閉與開度大小。 也就是說，當該溫度感測元件422感測出加工介質實際溫度低於設定溫度時且將該加工介質溫度訊號回饋至該微電腦控制器41時，該線性比例式控制閥421將會依據該微電腦控制器41的命令而開啟，讓由該壓縮機21出口端的高溫氣態冷媒旁通進入該蒸發器24，使加工介質獲得加溫效果，而待加工介質溫度回升至設定溫度時，該線性比例式控制閥421即受該微電腦控制器41的命令而比例式關閉。而在這溫度補償之過程中，該線性比例式控制閥421可透由與該微電腦控制器41的搭配而進行多段精密微調，因此可精密恆溫控制加工介質之實際溫度的溫度精度至±0.2℃以內。

該風扇轉速控制單元43具有一電連接於該散熱風扇222的該馬達2221的控制本體431，及一設置於該冷凝器22與該冷媒控制器23之間且連通於該控制本體431的壓力感測管432。該控制本體431能夠接受由該壓力感測管432回饋的一冷媒壓力訊號(為冷凝壓力訊號)後，而控制該散熱風扇222的轉速。也就是說，該風扇轉速控制單元43的動作是根據該壓力感測管432回饋的該冷媒壓力訊號給該控制本體431之後，由該控制本體431送出一有效電壓(Vrms%)，進而控制該散熱風扇222之轉速，如此一來，讓本新型在5~10℃之低溫環境時，能夠提高該冷凝器22內的冷媒溫度至27℃左右，或者更高，如此一來，以確保在該壓縮機21出口端處的該高溫氣態冷媒能夠有足夠高溫的溫度，當該熱氣旁通迴路26讓高溫氣態冷媒旁通而混 入該蒸發器24時，讓由該冷媒控制器23流入之低溫液態冷媒的溫度提高。其中，在實際執行上，該風扇轉速控制單元43的該控制本體431可以設定該馬達2221之最高轉速點的一壓力值，例如，當該風扇轉速控制單元43的該控制本體431所設定的壓力值為2.8MPa時，又當該壓力感測管432回饋的該冷媒壓力訊號達到2.8MPa以上時，此時，該控制本體431將提供95%該有效電壓給該散熱風扇222的該馬達2221，使該散熱風扇222達到最高轉速。而當該壓力感測管432回饋的該冷媒壓力訊號低於或等於該散熱風扇222停止點的壓力值時，該控制本體431將命令使該散熱風扇222停止運轉。而當該散熱風扇222轉速在該散熱風扇222的最高轉速點與停止點之間操作時，該散熱風扇222之轉速將是根據該壓力感測管432回饋的該冷媒壓力訊號給該控制本體431而決定。實際執行上，另一種動作方式為，當該壓力感測管432回饋的該冷媒壓力訊號低於或等於該散熱風扇222最低轉速點的壓力值時，該控制本體431將送出命令使該散熱風扇222維持最低轉速。例如該控制本體431將只有提供35%或45%該有效電壓給該散熱風扇222之馬達2221。而當該散熱風扇222轉速在最高轉速點與最低轉速點之間操作時，該散熱風扇222轉速也將是根據該壓力感測管432回饋的該冷媒壓力訊號給該控制本體431而決定。如此一來，藉由該風扇轉速控制單元43的該壓力感測管432來偵測該冷媒壓力訊號，以讓該控制本體431能夠接受由該壓力感測管432回饋的該冷媒 壓力訊號後，而控制該散熱風扇222的轉速，進而維持冷媒適當的冷凝溫度，以同時確保該壓縮機21出口端之高溫氣態冷媒在進行旁通補償時能維持一定的高溫，讓由該冷媒控制器23流入之低溫液態冷媒的溫度提高，進而提昇加工介質的溫度，可不必額外安裝加熱器，達到省能的效果。

另一點值得說明的是，該室溫感測元件44的功能是可選擇性的回饋一環境溫度訊號至該微電腦控制器41，因此，在操作上，可以選擇將環境溫度當做一基礎溫度，進而將該基礎溫度與一實際溫度(P.V.)的一差值當作一設定溫度(S.V.)，藉此以控制該線性比例式控制閥421的開度。也就是說，例如該設定溫度(S.V.)為+2℃且該基礎溫度為25℃時，該加工介質的實際溫度將被可以被控制為27℃(S.V.=25℃+2℃)。

綜上所述，本新型可適用低溫環境之恆溫式工業用冷卻機具有下列優點及功效：

一、透過該線性比例式控制閥421進行該壓縮機21出口端之高溫氣態冷媒的精密補償作用，能夠提高加工介質的溫度控制精度至±0.2℃以下，以改善先前技術裡所述之採用一電磁閥506時，造成該電磁閥506頻繁地啟閉時所衍生的噪音問題與其使用壽命降低之缺點。

二、本新型在低環境溫度下進行散熱時，可透過該風扇轉速控制單元43的該壓力感測管432來偵測該冷媒壓力訊號，以讓該控制本體431能夠接受由該壓力感測管432回饋的該冷媒壓力訊號後，而控制該散熱風扇222 的轉速，進而維持冷媒適當的冷凝溫度，以同時確保該壓縮機21出口端之高溫氣態冷媒在進行旁通補償時能維持一定的高溫，而讓恆溫控制單元42能夠達到應有的溫度控制效果。

惟以上所述者，僅為本新型之較佳實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，即大凡依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

100‧‧‧工作機械

2‧‧‧冷凍系統

21‧‧‧壓縮機

22‧‧‧冷凝器

221‧‧‧熱交換部

222‧‧‧散熱風扇

2221‧‧‧馬達

2222‧‧‧扇葉

23‧‧‧冷媒控制器

24‧‧‧蒸發器

25‧‧‧冷媒循環輸送管

26‧‧‧熱氣旁通迴路

3‧‧‧加工介質循環系統

31‧‧‧加工介質泵

32‧‧‧儲液箱

33‧‧‧加工介質循環輸送管

4‧‧‧控制系統

41‧‧‧微電腦控制器

42‧‧‧恆溫控制單元

421‧‧‧線性比例式控制閥

422‧‧‧溫度感測元件

43‧‧‧風扇轉速控制單元

431‧‧‧控制本體

432‧‧‧壓力感測管

44‧‧‧室溫感測元件

Claims (3)

1. 一種可適用低溫環境之恆溫式工業用冷卻機，適用於對一工作機械的加工介質進行冷卻，該工業用冷卻機包含：一冷凍系統，依序包括一能將氣態冷媒加壓的壓縮機、一能將氣態冷媒液化的冷凝器、一能將液態冷媒降壓的冷媒控制器，及一能將液態冷媒氣化的蒸發器，該冷凍系統還包括一連接於該壓縮機、該冷凝器、該冷媒控制器，及該蒸發器且供冷媒流動的冷媒循環輸送管，及一連通於該冷媒循環輸送管且自該壓縮機與該冷凝器之間連連通至該冷媒控制器與該蒸發器之間的熱氣旁通迴路，該冷凝器具有一連通於該冷媒循環輸送管且介於該壓縮機與該冷媒控制器之間的熱交換部，及一對應於該熱交換部的散熱風扇；一加工介質循環系統，包括一加工介質泵、一供該蒸發器與加工介質容置的儲液箱，及一連接至該工作機械、該加工介質泵，及該儲液箱並且供加工介質流動的加工介質循環輸送管，該加工介質泵能夠推動由該工作機械輸出的高溫加工介質流入該儲液箱內進行加工熱量之溫度補償後，再回流入至該工作機械；及一控制系統，包括一電連接於該壓縮機的微電腦控制器、一電連接於該微電腦控制器的恆溫控制單元，及一設置於該冷凝器與該冷媒控制器之間的風扇轉速控制單元，該恆溫控制單元具有一設置於該熱氣旁通迴路 且電連接於該微電腦控制器的線性比例式控制閥，及一設置該儲液箱與該工作機械之間且電連接於該微電腦控制器的溫度感測元件，該風扇轉速控制單元具有一電連接於該散熱風扇的控制本體，及一設置於該冷凝器與該冷媒控制器之間且連通於該控制本體的壓力感測管；其中，該微電腦控制器能夠接受由該溫度感測元件回饋的一加工介質溫度訊號後，而控制該線性比例式控制閥之開度，該控制本體能夠接受由該壓力感測管回饋的一冷媒壓力訊號後，而控制該散熱風扇的轉速。
2. 如請求項1所述的可適用低溫環境之恆溫式工業用冷卻機，其中，該控制系統還包括一電連接於該微電腦控制器的室溫感測元件。
3. 如請求項1所述的可適用低溫環境之恆溫式工業用冷卻機，其中，該散熱風扇具有一電連接於該控制本體的馬達，及一連接於該馬達且受該馬達驅動的扇葉。