广温域恒温冷冻系统及其控制方法技术方案

一种广温域恒温冷冻系统，其特征在于：包括冷冻机、低温热交换器、中温热交换器、高温热交换器、帮浦、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、温度感测器、功率调节器及控制器，所述冷冻机、低温热交换器、中温热交换器、高温热交换器、帮浦、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀是经由管路连结而具有一输入端及一输出端，工作流体是经由所述输入端输入并经所述帮浦驱动而由所述输出端输出，所述功率调节器对高温热交换器进行负载调节，所述温度感测器用于设定工作流体的输出温度，所述控制器控制第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀的开闭而控制流体流经不同的热交换器，以对工作流体进行加热或冷却，使输出的工作流体温度趋于所设定的温度而达到恒温控制。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是有关一种，尤指一种可提供半导体、生化材料、食品加工、原材料等工业制程所需低温或中温或高温的不同温度的恒温工作流体的冷冻系统及控制该冷冻系统的方法。
技术介绍
一般制程所需的冷冻设备，通常采用冷媒压缩式冷冻机，搭配电热装置自动补偿，达到加热或冷却的双重功能，并使制程用的工作流体，例如冷却剂、不冻液、卤水或制程用液态混合物，维持准确的设定温度。公知恒温冷冻系统2如图8所示，包含具有输入管路27及输出管路28的槽体20；串联于所述输出管路28的帮浦26；置于所述槽体20内，提供冷源的板式热交换器21；置于所述槽体20内，提供热源的加热器22；串接于所述热交换器21，由冷凝器23、膨胀阀24及压缩机25所构成提供冷媒回路的冷冻机。所述输入管路27是提供工作流体输入至槽体20内部之用，所述输出管路28则输出制程所需准确设定温度的工作流体。公知恒温冷冻系统2因采用一组冷源进行冷却功能及一组热源进行温度回授补偿加热，由于提供冷源的板式热交换器21与提供热源的加热器22是置放在同一槽体20内，这种方式对于小负载类型的制程或恒温控制，还不致于出现压缩机25运转异常的现象。然而，对于长时间热负载较大的应用，冷源与热源共构于同一槽体内的架构，容易造成高温模式压缩机启动异常的现象。再者，由于冷冻系统通常针对某一低温范围(例如-40℃～0℃)而设计，对于室温以上以致于高温的应用(例如60℃～100℃)，若以低温的冷冻系统来维持高温冷却功能，则因温度差过大，不仅浪费电能，对压缩机的使用寿命也有相当大的伤害，特别是对二十四小时全天候运转的制程设备，更会造成制程能源过度浪费。举例比如，图8所示的公知冷冻系统2其冷媒蒸发温度约-40℃～0℃，但是在高温的操作环境，将使得冷媒回到压缩机25的温度过热，此过热温度甚至于高达70℃～100℃，致使冷媒吸入管路内部达到高压状态，造成压缩机25的冷媒吸入功能衰减，甚至无法顺利吸回到压缩机25腔体，导致冷冻系统2失去平衡而危害到整体冷冻系统，造成生产进度的落后，影响甚大。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在提供一种广温域恒温冷冻系统，是应用一般半导体、生化材料、食品加工、原材料等制程设备都会配置的厂务水(facility water)及其冷却设备，例如冰水主机、冷却水塔等，配合管路与若干电磁阀，依据不同温度需求控制不同的电磁阀ON或OFF，以提供工业制程所需低温(-40℃～25℃)或中温(25℃～50℃)或高温(50℃～100℃)的准确设定温度的工作流体(working fluid)，以节省能源及维持系统的正常运作。一种广温域恒温冷冻系统，其中包括冷冻机、低温热交换器、中温热交换器、高温热交换器、帮浦、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、温度感测器、功率调节器及控制器，所述冷冻机、低温热交换器、中温热交换器、高温热交换器、帮浦、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀是经由管路连结而具有一输入端及一输出端，工作流体是经由所述输入端输入并经所述帮浦驱动而由所述输出端输出，所述功率调节器对高温热交换器进行负载调节，所述温度感测器用于设定工作流体的输出温度，所述控制器控制第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀的开闭而控制流体流经不同的热交换器，以对工作流体进行加热或冷却，使输出的工作流体温度趋于所设定的温度而达到恒温控制。所述的广温域恒温冷冻系统，所述中温热交换器及高温热交换器是共置于一槽体中且该槽体是设于输入端，所述槽体、帮浦及输出端的管路上串联着第一电磁阀，所述第二电磁阀串联于中温热交换器的管路上，所述第三电磁阀串联于低温热交换器管路上且并联于所述第一电磁阀。所述的广温域恒温冷冻系统，所述高温热交换器与帮浦设于输出端，且其管路上串联所述第一电磁阀，所述第二电磁阀串联于中温热交换器管路上且并联于所述第一电磁阀及所述第三电磁阀串联于低温热交换器管路上且并联于所述第一电磁阀。所述的广温域恒温冷冻系统，所述高温热交换器与帮浦设于输入端，且其管路上串联所述第一电磁阀，所述第二电磁阀串联于中温热交换器管路上且并联于所述第一电磁阀及所述第三电磁阀串联于低温热交换器管路上且并联于所述第一电磁阀。所述的广温域恒温冷冻系统，所述工作流体为冷却剂、不冻液、卤水或制程用液态混合物。所述的广温域恒温冷冻系统，其中所述中温热交换器供以厂务水。所述的广温域恒温冷冻系统，其中所述高温热交换器为加热器。本专利技术的另一目的在提供一种广温域恒温冷冻系统的控制方法，藉由设定冷冻系统的工作流体温度并比较工作流体实际输入温度、实际输出温度及设定温度的温差，切换第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀的开闭而控制流体流经不同的热交换器，以对工作流体进行加热或冷却，使输出的工作流体温度趋于所设定的温度，来获得低温(-40℃～25℃)或中温(25℃～50℃)或高温(50℃～100℃)的准确设定温度的工作流体。一种广温域恒温冷冻系统的控制方法，其中包含下列步骤a.设定冷冻系统所需的工作流体温度；b.启动帮浦输入工作流体至所述冷冻系统，及输入厂务水至所述冷冻系统；c.以温度感测器比较工作流体输入温度、输出温度及设定温度的温差；d.将所述温差讯号送到控制器以控制流经低温、中温及高温的不同热交换器的第一、第二、第三电磁阀的开闭；及e.依所述第一、第二、第三电磁阀的开闭，对工作流体进行加热或冷却，使输出的工作流体温度趋于所设定可供制程使用的温度。所述的广温域恒温冷冻系统的控制方法，其中低温应用使用冷冻机提供25℃以下的冷源，使制程得以在低温环境下带走制程产生的热量，以节省能源。所述的广温域恒温冷冻系统的控制方法，其中中温应用使用温度高于25℃的厂务水作为冷源，可降低25℃以上温控所消耗的电量，以节约能源。所述的广温域恒温冷冻系统的控制方法，其中高温应用使用高温热交换器，该高温热交换器于冷冻系统开机后常设为ON状态，并由功率调节器参考所述温度感测器的温差讯号进行微调，以达到准确的恒温控制。所述的广温域恒温冷冻系统，其中所述工作流体温度需求为中温或高温时，冷冻系统的冷冻机以间歇性开启/停机模式控制运转，以确保冷冻系统得以长期在较广的温度条件下，能够顺利的运作。本专利技术考虑到大部份的制程设备环境都提供厂务水及其冷却设备，例如冰水主机、冷却水塔等设备，其在室温运转的效率都远大于蒸发温度在-40℃的冷冻机，因此对-40℃～+100℃的广温域制程应用中，本专利技术的控制方法能有效达到恒温控制与能源效率提升的目的，使日益短缺的能源得以有效节约使用，另外又可使冷冻机在最佳的操作条件下运转，提升使用年限。本专利技术所称的低温(-40℃～25℃)、中温(25℃～50℃)及高温(50℃～100℃)并不须明确定义，而是依使用者需求而选定冷媒及冷冻机。本专利技术的所述目的或特征，将依据附图加以详细说明，所附附图及举例，只是做为说明而非在限制或缩限本创作。附图说明图1是本专利技术控制方法所控制的第一具体实施例的广温域恒温冷冻系统的配置图；图2是本专利技术控制方法所控制的第二具体实施例的广温域恒温冷冻系统的配置图；图3是本专利技术控制方法所控制的第三具体实施例的广温域恒温冷冻系统的配置图； 图4是本专利技术控制方法的冷却模式流程图，此冷却模式是应用于图1所示的第一具体实施例；图5是本专利技术控制方法的另一冷却模式流程图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：张文瑞，刘德勇，张展祥，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：