一种高能效高精度冷水机系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及工业冷水机领域，尤其是一种高能效高精度冷水机系统及其控制方法。

背景技术

随着激光技术的不断发展，对其配套设备冷水机的要求无论是在精度还是温度上都越来越高。而目前市售工业级冷水机均为压缩机原理，虽然常温下其制冷效率及制冷能力都很突出，但随着环境温度的降低，其制冷效率呈指数递减。这就使得在低温或者深度制冷的情况下，出现了单纯的压缩机制冷无法满足要求的问题，虽然目前行业内采用单级或多级压缩机复叠的方式来解决此问题，但其制冷效率却非常的低。同时压缩机制冷还存在响应速度慢、控制精度低的缺陷。

在中国专利文献上公开的“能优化控制冷水机组的压力比的制冷系统”，其公开号为CN106403334A，提供了一种能优化控制冷水机组的压力比的制冷系统，通过在制冷回路中设置的膨胀阀来控制能优化控制冷水机组的压力比的制冷系统中的高低压比，从而解决了实际运行中的低压比问题，但是公开号为CN106403334A制冷响应较慢，且控温精度不高。

发明内容

本发明解决了传统的冷水机随着环境温度的降低其制冷效率降低且传统的冷水机存在响应速度慢以及控制精度低的问题，提出一种高能效高精度冷水机系统及其控制方法，设置压缩机制冷回路以及换热系统，并且在换热系统中设置半导体制冷装置，采用半导体制冷和压缩机制冷相结合的方式，提高制冷效率，加快制冷响应速度，且使控制精度更高。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高能效高精度冷水机系统，包括压缩机制冷回路和负载回路，所述压缩机制冷回路和负载回路之间设置有换热系统，所述压缩机制冷回路包括压缩机，所述压缩机的一侧连接有冷凝器，所述冷凝器的另一侧连接有液态冷媒储存器，所述换热系统包括设置在其内部的半导体制冷装置，所述半导体制冷装置包括若干个半导体制冷片。

本发明中，冷水机系统中，压缩机制冷回路依靠于压缩机以及其他部件进行制冷，而在压缩机制冷回路的一侧设置有换热系统，换热系统中设置有半导体制冷装置，其能够利用半导体制冷片进行精确控温制冷；本发明采用半导体制冷和压缩机制冷相结合的方式，大大提高制冷效率，同时实现最优能效比。

作为优选，所述换热系统还包括与压缩机制冷回路导通的冷媒输送管以及与负载回路导通的负载冷水管。

本发明中，在换热系统内设置有冷媒输送管以及负载冷水管，两者分别输送经过液态冷媒储存器的冷媒以及水箱流出的负载液体。

作为优选，所述半导体制冷片靠近冷媒输送管的一侧设置有热面导热垫，所述半导体制冷片靠近负载冷水管的一侧设置有冷面导热垫，所述热面导热垫和冷面导热垫分别与半导体制冷片接触连接。

本发明中，半导体制冷片的两侧分别设置有冷面导热垫以及热面导热垫，半导体制冷片产生的热量能够通过热面导热垫进行传导，半导体制冷片产生的冷量能够通过冷面导热垫进行传导。

作为优选，所述冷媒输送管包括若干个凸部和凹部，所述凹部的首端和凸部的尾端连接或者凹部的尾端与凸部的首端相连接；所述冷媒输送管的外侧设置有热面水冷板，所述负载冷水管的外侧设置有冷面水冷板。

本发明中，对于冷媒输送管，其由多个凸部和凹部交错设置，以在有限的空间内增加制冷接触面积；半导体制冷片产生的热量通过热面导热垫传导至热面水冷板中与冷媒输送管中的低温冷媒产生热交换；半导体制冷片产生的冷量则通过冷面导热垫传导至冷面水冷板中，从而达到对负载冷水管中的负载液体降温的效果。

作为优选，所述压缩机与冷凝器之间连接有高压控制器，所述液态冷媒储存器与冷凝器之间连接有干燥过滤器。

本发明中，低温高压气体在高压控制器的压力范围内通过冷凝器变为低温液体；随后再经过干燥过滤器进行干燥，储存至液态冷媒储存器之中。

作为优选，所述液态冷媒储存器与换热系统之间依次连接有电磁阀和膨胀阀，所述换热系统与压缩机之间连接有低压控制器。

本发明中，液态冷媒经过电磁阀以及膨胀阀的节流控制后流入至换热系统之中，液态冷媒经过换热系统热交换后变为高位低压气态，通过低压控制器重新进入压缩机。

作为优选，所述负载回路包括水箱以及与水箱连接的循环泵，所述循环泵通过换热系统连接有负载，所述负载的另一侧连接于水箱。

本发明中，负载液体通过循环泵从水箱中抽取并输送至负载。

作为优选，所述循环泵与换热系统之间依次连接有温控表和压力表，所述负载的两侧分别连接有第一调节阀和第二调节阀。

本发明中，温控表和压力表能够监测负载液体的实时状态。

作为优选，若干个半导体制冷片沿冷媒输送管分布，若干个半导体制冷片呈阵列布置。

本发明中，半导体制冷片设置有四个，以阵列排布的方式进行设置，保证传导的均匀性。

一种高能效高精度冷水机系统的控制方法，适用于上述的一种高能效高精度冷水机系统，包括：

有输入预设温度T1，系统检测环温T2；

当T2>0℃且T1-T2<40℃时，压缩机制冷回路满足系统需求，此时半导体制冷装置不开启；

当T2>0℃且T1-T2>40℃时，压缩机制冷回路不能满足系统需求，此时半导体制冷装置开启，压缩机制冷回路无需满功率运行；

当T2<0℃时，压缩机制冷回路的制冷效率大幅下降，此时半导体制冷装置开启。

本发明中，通过对比输入温度与环温的差值，采用最优功耗配比，实现最优能耗比。

本发明的有益效果是：本发明的一种高能效高精度冷水机系统及其控制方法，设置压缩机制冷回路以及换热系统，并且在换热系统中设置半导体制冷装置，采用半导体制冷和压缩机制冷相结合的方式，提高制冷效率，加快制冷响应速度，且使控制精度更高。

附图说明

图1为本发明一种高能效高精度冷水机系统及其控制方法的系统回路图；

图2为本发明一种高能效高精度冷水机系统及其控制方法换热系统的示意图；

图3为本发明一种高能效高精度冷水机系统及其控制方法半导体制冷片的分布图；

其中，1、压缩机 2、高压控制器 3、冷凝器 4、干燥过滤器 5、液态冷媒储存器 6、电磁阀 7、膨胀阀 8、换热系统 9、压力表 10、温控表 11、循环泵 12、水箱 13、第一调节阀14、负载 15、第二调节阀 16、低压控制器 8-1、热面水冷板 8-2、热面导热垫 8-3、半导体制冷片 8-4、冷媒输送管 8-5、负载冷水管 8-6、冷面导热垫 8-7、冷面水冷板。

具体实施方式

实施例：

本实施例提出一种高能效高精度冷水机系统，参考图1和图2，包括压缩机制冷回路和负载回路，压缩机制冷回路和负载回路之间设置有换热系统8，压缩机制冷回路包括压缩机1，压缩机1的一侧连接有冷凝器3，冷凝器3的另一侧连接有液态冷媒储存器5，换热系统8包括设置在其内部的半导体制冷装置，半导体制冷装置包括若干个半导体制冷片8-3。换热系统8内设置有半导体制冷装置，半导体制冷装置能够与压缩机制冷回路共同作用，提高制冷效率。

参考图2，换热系统8还包括与压缩机制冷回路导通的冷媒输送管8-4以及与负载回路导通的负载冷水管8-5。具体的，在换热系统内设置有冷媒输送管8-4以及负载冷水管8-5，两者分别输送经过液态冷媒储存器5的冷媒以及水箱12流出的负载液体。

参考图2，半导体制冷片8-3靠近冷媒输送管8-4的一侧设置有热面导热垫8-2，半导体制冷片8-3靠近负载冷水管8-5的一侧设置有冷面导热垫8-6，热面导热垫8-2和冷面导热垫8-6分别与半导体制冷片8-3接触连接。具体的，冷面导热垫8-6以及热面导热垫8-2作为传导中介，保证冷量以及热量的有效传导。

参考图2和图3，冷媒输送管8-4包括若干个凸部和凹部，凹部的首端和凸部的尾端连接或者凹部的尾端与凸部的首端相连接；冷媒输送管8-4的外侧设置有热面水冷板8-1，负载冷水管8-5的外侧设置有冷面水冷板8-7。本实施例中，冷媒输送管8-4的形状由多个凸部和凹部组成，能够保证最大的制冷接触面积。

参考图1，压缩机1与冷凝器3之间连接有高压控制器2，液态冷媒储存器5与冷凝器3之间连接有干燥过滤器4。液态冷媒储存器5与换热系统8之间依次连接有电磁阀6和膨胀阀7，换热系统8与压缩机1之间连接有低压控制器16。本实施例中，压缩机制冷回路正常工作并形成回路。

参考图1，负载回路包括水箱12以及与水箱12连接的循环泵11，循环泵11通过换热系统8连接有负载14，负载14的另一侧连接于水箱12。本实施例中，负载液体通过循环泵11从水箱12中抽取并输送至负载14。

参考图1，循环泵11与换热系统8之间依次连接有温控表10和压力表9,负载14的两侧分别连接有第一调节阀13和第二调节阀15。本实施例中，温控表10和压力表9能够监测负载液体的实时状态。

参考图3，若干个半导体制冷片8-3沿冷媒输送管8-4分布，若干个半导体制冷片8-3呈阵列布置。本实施例中，半导体制冷片8-3设置有四个，以阵列排布的方式进行设置，保证传导的均匀性。

本实施例还提出一种高能效高精度冷水机系统的控制方法，适用于上述的一种高能效高精度冷水机系统，包括：有输入预设温度T1，系统检测环温T2；分别有三种情况，

其一，当T2>0℃且T1-T2<40℃时，压缩机制冷回路满足系统需求，此时半导体制冷装置不开启；

其二，当T2>0℃且T1-T2>40℃时，压缩机制冷回路不能满足系统需求，此时半导体制冷装置开启，压缩机制冷回路无需满功率运行；

其三，当T2<0℃时，压缩机制冷回路的制冷效率大幅下降，此时半导体制冷装置开启；随后开启负载回路；本实施例中，通过对比输入温度与环温的差值，采用最优功耗配比，实现最优能耗比。

本实施例中，冷水机系统中，压缩机制冷回路依靠于压缩机以及其他部件进行制冷，而在压缩机制冷回路的一侧设置有换热系统，换热系统中设置有半导体制冷装置，其能够利用半导体制冷片进行精确控温制冷；本发明采用半导体制冷和压缩机制冷相结合的方式，大大提高制冷效率，同时实现最优能效比。

本实施例中，在换热系统内设置有冷媒输送管以及负载冷水管，两者分别输送经过液态冷媒储存器的冷媒以及水箱流出的负载液体。

本实施例中，半导体制冷片的两侧分别设置有冷面导热垫以及热面导热垫，半导体制冷片产生的热量能够通过热面导热垫进行传导，半导体制冷片产生的冷量能够通过冷面导热垫进行传导。

本实施例中，对于冷媒输送管，其由多个凸部和凹部交错设置，以在有限的空间内增加制冷接触面积；半导体制冷片产生的热量通过热面导热垫传导至热面水冷板中与冷媒输送管中的低温冷媒产生热交换；半导体制冷片产生的冷量则通过冷面导热垫传导至冷面水冷板中，从而达到对负载冷水管中的负载液体降温的效果。

本实施例中，低温高压气体在高压控制器的压力范围内通过冷凝器变为低温液体；随后再经过干燥过滤器进行干燥，储存至液态冷媒储存器之中。

本实施例中，液态冷媒经过电磁阀以及膨胀阀的节流控制后流入至换热系统之中，液态冷媒经过换热系统热交换后变为高位低压气态，通过低压控制器重新进入压缩机。

本实施例中，利用半导体制冷装置响应速度快的特点，实现高于压缩机制冷10倍的控温精度。

对于压缩机制冷回路的原理，具体如下：

高温低压气态冷凝剂通过压缩机1后变为低温高压气体，在高压控制器2的压力范围内通过冷凝器3变为低温液体；再经过干燥过滤器4干燥后储存于液态冷媒储存器5中，后经电磁阀6和膨胀阀7的节流控制后流入换热系统8中；经换热系统8热交换后重新变为高位低压气态，再经低压控制器16后重新回到压缩机1中，实现制冷系统循环。

对于半导体制冷装置以及负载回路的原理，具体如下：

低温液态冷凝剂经冷媒输送管8-4进入换热组件8的热面水冷板8-1中，同时半导体制冷片8-3产生的热量也通过热面导热垫8-2传导至热面水冷板8-1中与冷媒输送管8-4中的低温冷媒产生热交换；而半导体制冷片8-3产生的冷量则通过冷面导热垫8-6传导至冷面水冷板8-7中，从而达到对负载冷水管8-5中的负载液体降温的效果；而负载冷水管8-5中的负载液体是通过循环泵11从负载水箱12中抽取，经第一调节阀13和第二调节阀15两个调节阀输送至负载14中，过程中有压力表9和温控表10能够监测负载液体状态。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。