冷却系统和冷却设备的制作方法

1.本发明涉及冷却机领域，具体而言，涉及一种冷却系统和冷却设备。


背景技术：

2.近年来传统制造业正处于加速转型阶段，国家大力推进高端装备制造业的发展，原有激光加工技术日趋成熟，激光设备材料成本不断降低，新兴激光技术不断推向市场，激光加工的突出优势在各行业的逐渐体现，激光加工设备行业市场需求保持持续增长。
3.光纤激光机床其激光主体与激光头同时需要两种温度冷却液。激光主体的最佳工作温度在20～22℃，激光头的最佳工作温度在28～30℃，使用单台常规的单冷型冷却机无法满足需求。需要一种双温控冷却机来满足需求。
4.双温控水冷却机是一种高效节能、环保可靠、可以提供两种不同出水温度的特种冷却设备，专为各类需要两种冷却液温度的激光机床提供冷水。
5.然而，现有的双温控冷却机，低温水路与常规单温控冷却机的控温原理相同，高温水路有两种方法实现温控：
6.第一种方法是增加一个水泵和一个水箱，增加的高温水箱中混合高温冷却回水及低温冷却供水到设定的温度，再通过增加的水泵供水出去给机床；
7.第二种方法是增加一个“水
‑
水”的换热器，采用高温冷却进水与低温冷却出水在换热器内对流换热，再用电辅热二次升温，使低温冷却出水温度升高到设定温度。
8.虽然现有方案在技术上比较成熟，但是水路比较复杂，但是由于水泵或者板式换热器等都比较贵，另外需要增加电加热器加热，成本增高，不节能。


技术实现要素：

9.本发明的主要目的在于提供一种冷却系统和冷却设备，以解决现有技术中的冷机机的成本较高的问题。
10.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种冷却系统，包括：冷媒循环回路，冷媒循环回路包括首尾依次连通的蒸发器、冷凝组件以及压缩机；冷却管路，冷却管路内的冷却液流经蒸发器和冷凝组件，冷却循环管路包括用于引入冷却液的进水口和用于排出冷却液的第一出水口，以使流经冷凝组件的冷却液由第一出水口流出。
11.进一步地，冷却管路包括：冷却主路，冷却主路的第一端为进水口，冷却主路流经蒸发器；第一冷却支路，第一冷却支路的一端与冷却主路的第二端连通，第一冷却支路的另一端为第一出水口，第一冷却支路与冷凝组件连通，以使第一冷却支路内的冷却液流经冷凝组件。
12.进一步地，冷媒循环回路包括第一冷媒支路，冷凝组件包括设置在第一冷媒支路上的第一冷凝器，第一冷凝器包括供冷媒流通的第一换热管和供冷却液流通的第二换热管，第一冷却支路与第二换热管连通。
13.进一步地，冷却管路还包括冷媒主路和第二冷媒支路，冷凝组件包括设置在第二
冷媒支路上的第二冷凝器，第一冷媒支路和第二冷媒支路并联设置；第一冷媒支路和第二冷媒支路均与冷媒主路连通，蒸发器和压缩机均设置在冷媒主路上。
14.进一步地，冷凝组件包括：第一通断控制阀，第一通断控制阀设置在第一冷媒支路上；和/或第二通断控制阀，第二通断控制阀设置在第二冷媒支路上。
15.进一步地，第一通断控制阀和/或第二通断控制阀为电子膨胀阀。
16.进一步地，冷凝组件还包括：第一过滤器，第一过滤器设置在第一冷媒支路上；和/或第二过滤器，第二过滤器设置在第二冷媒支路上。
17.进一步地，冷媒循环回路还包括第三冷媒支路，第三冷媒支路与第一冷媒支路并联设置。
18.进一步地，冷却管路还包括：第二冷却支路，第二冷却支路的一端与冷却主路的第二端连通，第二冷却支路的第二端为第二出水口，第二冷却支路与冷凝组件相独立地设置。
19.进一步地，冷却系统还包括：水泵，水泵设置在冷却管路上；和/或水箱，冷却管路的进水口与水箱连通，水箱上设置有接水组件，接水组件包括用于与机床的低温冷却管连通的第一引入接头和与机床的高温冷却管路连通的第二引入接头；和/或第一温度检测件，第一温度检测件设置在冷却管路上并位于冷凝组件的下游；和/或第二温度检测件，第二温度检测件设置在冷却管路上并位于蒸发器处；和/或第三温度检测件，第三温度检测件设置在冷媒循环回路上，压缩机的两侧均设置有第三温度检测件。
20.根据本发明的另一个方面，提供了一种冷却设备，包括冷却系统，所述冷却系统为上述的冷却设备。
21.本发明中的冷却系统包括冷媒循环回路和冷却管路，由于冷却管路与蒸发器和冷凝组件相配合，这样可以使得冷凝管路内的冷却液流经蒸发器和冷凝组件，进而与蒸发器和冷凝组件内的冷媒分别进行换热，从而使得经蒸发器降温后的冷却液再经由冷凝组件升温，进而达到待冷却部件所需的冷却温度。由于本发明的冷却系统的水路比较简单，且所需部件较少，可以利用冷媒循环回路自身的蒸发器和冷凝组件对冷却液进行冷却或加热，成本较低，从而解决了现有技术中的冷机机的成本较高的问题。
附图说明
22.构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
23.图1示出了根据本发明的冷却系统的实施例的结构示意图。
24.其中，上述附图包括以下附图标记：
25.10、水箱；11、冷却管路；111、进水口；112、冷却主路；113、第一冷却支路；114、第一出水口；115、第二冷却支路；116、第二出水口；12、水泵；13、接水组件；131、第一引入接头；132、第二引入接头；20、冷媒循环回路；201、冷媒主路；202、第一冷媒支路；203、第二冷媒支路；204、第三冷媒支路；21、蒸发器；22、冷凝组件；221、第一冷凝器；222、第二冷凝器；223、第一通断控制阀；224、第二通断控制阀；225、第一过滤器；226、第二过滤器；23、压缩机；30、第一温度检测件；40、第二温度检测件；50、第三温度检测件。
具体实施方式
26.需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
27.本发明提供了一种冷却系统，包括：冷媒循环回路20和冷却管路11，冷媒循环回路20包括首尾依次连通的蒸发器21、冷凝组件22以及压缩机23；冷却管路11，冷却管路11内的冷却液流经蒸发器21和冷凝组件22，冷却管路11包括用于引入冷却液的进水口111和用于排出冷却液的第一出水口114，以使流经冷凝组件22的冷却液由第一出水口114流出。
28.本发明中的冷却系统包括冷媒循环回路20和冷却管路11，由于冷却管路11与蒸发器21和冷凝组件22相配合，这样可以使得冷却管路11内的冷却液流经蒸发器21和冷凝组件22，进而与蒸发器21和冷凝组件22内的冷媒分别进行换热，从而使得经蒸发器21降温后的冷却液再经由冷凝组件22升温，进而达到待冷却部件所需的冷却温度。由于本发明的冷却系统的水路比较简单，且所需部件较少，可以利用冷媒循环回路20自身的蒸发器和冷凝组件对冷却液进行冷却或加热，成本较低，从而解决了现有技术中的冷却机的成本较高的问题。
29.具体地，本实施例中所提到的“冷却管路11与蒸发器21和冷凝组件22相配合”是指，冷却管路11与蒸发器21、冷凝组件22之间相连通或者相接触，以使冷却管路11内的冷却液与蒸发器21或冷凝组件22内的冷媒之间进行换热。
30.在具体实施时，蒸发器21为壳管换热器、套管换热器、板换热器、桶式换热器中的一种，以实现冷媒与冷却液之间的对流换热。具体地，蒸发器21包括第三换热管和第四换热管，第三换热管用于供冷媒循环回路20内的冷媒流过，第四换热管用于供冷却管路11内的冷却液流过。
31.本实施例中的冷却管路11分为：冷却主路112和第一冷却支路113，冷却主路112的第一端为进水口111，冷却主路112流经蒸发器21；第一冷却支路113的一端与冷却主路112的第二端连通，第一冷却支路113的另一端为第一出水口114，第一冷却支路113与冷凝组件22连通。
32.由第一出水口114流出的冷却液为高温冷却液，该高温冷却液用于给激光镜片进行降温并在对该激光镜片进行降温后，与低温冷却回水一同流回至水箱10，再经过水泵12的驱动力流入蒸发器21的第四换热管内以进行降温冷却。
33.此后，从冷却主路流出的低温冷却液流入至第一冷凝器221，冷媒冷凝放热，与低温冷却液换热，低温冷却液换热升温后，达到设定温度以形成高温冷却液，并通过供水管路供给激光镜片以冷却降温使用。
34.在本实施例中，冷媒循环回路20包括第一冷媒支路202，冷凝组件22中的第一冷凝器221设置在第一冷媒支路202上，第一冷凝器221包括供冷媒流通的第一换热管和供冷却液流通的第二换热管，第一冷却支路113与第二换热管连通，以使第一冷却支路113内的冷却液流经冷凝组件22。
35.在本实施例中，冷媒循环回路20还包括冷媒主路201和第二冷媒支路203，冷凝组件22包括设置在第二冷媒支路203上的第二冷凝器222，第一冷媒支路202和第二冷媒支路203并联设置；第一冷媒支路202和第二冷媒支路203均与冷媒主路201连通，蒸发器21和压缩机23均设置在冷媒主路201上。
36.在具体实施案例中，第一冷却支路113形成高温冷却液路，通过冷凝热实现对高温冷却液路的加热，达到升温功能。冷凝热是利用冷媒主路201的氟系统(冷媒系统)将部分需要冷凝散热的冷媒分流，此部分冷媒由水对其降温散热，实现冷媒冷凝散热，进而使得第一冷却支路113内的冷却液升温，实现废热利用，减少热排放，提升能效，节省能源。
37.为了对各个冷媒支路进行通断控制，冷凝组件22包括：第一通断控制阀223，第一通断控制阀223设置在第一冷媒支路202上；和/或第二通断控制阀224，第二通断控制阀224设置在第二冷媒支路203上。
38.在具体实施中，第一通断控制阀223和/或第二通断控制阀224为电子膨胀阀。
39.为了实现对第一冷媒支路202和/或第二冷媒支路203的过滤，冷凝组件22还包括：第一过滤器225，第一过滤器225设置在第一冷媒支路202上；和/或第二过滤器226，第二过滤器226设置在第二冷媒支路203上。
40.另外，冷媒循环回路20还包括第三冷媒支路204，第三冷媒支路204与第一冷媒支路202并联设置。具体地，第三冷媒支路204上设置有第三通断控制阀和第三过滤器。本实施例通过设置第三冷媒支路204可以对冷凝组件22进行短路，进而使得蒸发器21与压缩机23直接连通以形成一个蒸发器的循环回路。本实施例中的冷媒循环回路20为一个旁通回路，扩大了机组低负荷的运行范围，使机床依然能稳定工作，实现精准控温的目的。
41.在本实施例中，冷却管路11还包括：第二冷却支路115，第二冷却支路115的一端与冷却主路112的第二端连通，第二冷却支路115的第二端为第二出水口116，第二冷却支路115与冷凝组件22相独立地设置。本实施例中所说的“相独立地设置”是指，第二冷却支路115中的冷却液与冷凝组件22中的冷媒之间不发生换热过程，即第二冷却支路115与冷凝组件22之间没有连通。具体地，第二冷却支路115与冷凝组件22之间间隔设置。
42.可见，机床低温回水管(铜管或钢管)连接到水箱10，再经过水泵12，最后连接到蒸发器21上，蒸发器21的出水管提供低温水流入第二冷却支路115再流回机床形成了的低温冷却液水路。
43.如图1所示，冷却系统还包括：水泵12，水泵12设置在冷却管路11上；和/或水箱10，冷却管路11的进水口111与水箱10连通，水箱10上设置有接水组件13，接水组件13包括用于与机床的低温冷却管连通的第一引入接头131和与机床的高温冷却管路连通的第二引入接头132；和/或第一温度检测件30，第一温度检测件30设置在冷却管路11上并位于冷凝组件22的下游；和/或第二温度检测件40，第二温度检测件40设置在冷却管路11上并位于蒸发器21处；和/或第三温度检测件50，第三温度检测件50设置在冷媒循环回路20上，压缩机23的两侧均设置有第三温度检测件50。
44.在本实施例中，冷却系统还包括：水泵12，水泵12设置在冷却管路11上。本实施例通过设置水泵12，可以为冷却液提供驱动力，以将水箱10内的水泵入整个冷却管路11内，并驱动冷却管路11内的冷却液流动。
45.为了提供冷却管路11内的冷却液的流动效率，水泵12为多个，多个水泵12相间隔地设置在冷却管路11内。
46.在本实施方案中，流经第一冷却支路113的高温冷却液的温度控制方法是利用增加的第一冷凝器221，第一冷凝器221为套管式换热器、板式换热器和壳管式换热器中的一种，给从冷却主路112流入第一冷却支路113的低温水加热升温，并根据第一温度检测件30
测试水温和第一通断控制阀223来控制冷媒的流量，来实现高温冷却液的精确温控。
47.应用本实施例中的方案，将蒸发器21的热能转移到冷凝器，实现使用侧的降温。水泵12将机床冷却后的冷却液泵入，流经水箱10再流入蒸发器21，蒸发器21处将冷却液降温到设定温度后，通过低温冷却液供水管分为两个支路供给机床降温使用；其中，一个支路用于直接给激光机床的激光主体进行降温，另一支路通过冷凝组件22的升温后用于给激光机床的机床头进行降温。
48.在正常的使用环境下，冷凝温度一般在45～45℃以上，高温热源充足(相比于较低的回水温度)，无需额外增加电加热来控温，降低成本，节省能耗。
49.如图1所示，冷凝组件22中的第二冷凝器222设置在第二冷媒支路203上，第二冷凝器222上设置有冷凝风机；蒸发器21和压缩机23均设置在冷媒主路201上。
50.在具体实施时，第一冷凝器221为壳管换热器、套管换热器、板换热器、桶式换热器的一种，以实现冷媒至水的对流换热；第二冷凝器222为翅片式换热器，以实现冷媒至空气的对流换热，冷凝风机为轴流风机。
51.在高温冷却供水的冷却主路112上设有检测水温的第二温度检测件40。因为高温冷却液路冷量只要求为低温冷却液路冷量的1/3～1/4，冷量较小，其需求水温一般小于30℃；而根据冷却机的使用场合，冷凝温度一般在45℃以上，足够将20～22℃的低温冷却液升温到设定温度。只需要计算选用合适能力的第一冷凝器221(壳管换热器、套管换热器、板换热器、桶式换热器的一种)，通过第一通断控制阀223进行调节，便可实现精准控温。
52.在具体实施中，第一通断控制阀223和第二通断控制阀224为电子膨胀阀；电子膨胀阀是通过高温水出水总管上的感温包反馈的温度信号，来调节阀体的开度，从而控制冷媒的流通量，调节换热量，从而调节高温出水的温度，达到精确控温的要求。
53.在本实施方案中，提供了一种可行的双温控方式，第一冷凝器221使用壳管换热器、套管换热器、板换换热器和桶式换热器的一种作为高温水路的换热载体，利用冷媒循环冷凝放热，满足双温控需求，充分利用冷凝废热资源，无需电加热器加热，大大减少能耗。
54.另外，本实施例只需要一个较小的换热器(冷媒—水对流换热)，成本较(水和水换热)板换或水泵便宜，不需要辅助电加热，成本有优势。并且，水路系统简单，高低温水路相对独立，无需考虑水水换热或混水换热，控制简单，高温冷却液路几乎不受机床负荷变化的影响。
55.第一冷凝器221的进水端连接在第一冷却支路113的低温水的出水管，其出水端水管直接连到机床，提供高温冷却液。第一冷凝器221的另一路流冷媒，高温冷媒与低温水换热。冷媒路设有第一通断控制阀223来调节开度，从而调节冷媒流量。第一冷却支路113上有检测温度的第一温度检测件30。
56.本实施例中的第二冷却支路115用于形成低温冷却液水路，该低温冷却液路的流通过程为：机床低温回水管(铜管或钢管)通过第一引入接头131连接到水箱10，再经过水泵12，最后流经蒸发器21上，蒸发器21的出水口流出的低温水经第二出水口116流回至机床以对机床进行降温。
57.由第一出水口114流出的冷却液为高温冷却液，该高温冷却液用于给激光镜片进行降温并在对该激光镜片进行降温后，与低温冷却回水一同流回至水箱10，再经过水泵12的驱动力流入蒸发器21的第四换热管内以进行降温冷却。
58.此后，低温冷却液路的一路支管将低温冷却液引入至第一冷凝器221，冷媒冷凝放热，与低温冷却液换热，低温冷却液换热升温后，达到设定温度以形成高温冷却液，并通过供水管路供给激光镜片以冷却降温使用。
59.第一引入接头131和第二引入接头132上分别设置有第四温度检测部件和第五温度检测部件。
60.在实现双温控功能的前提下，本方案水路精简，第一冷却支路113形成的高温冷却液路不是低温水与高温回水的混水或强制对流换热，而是靠冷媒冷凝产生的高温热量加热，高温冷却液温度控制只与低温冷却供水温度相关(此温度是设定控制温度，波动很小)，与从机床回水温度无关，不受机床负载影响，温控方案更简单可靠。
61.因此，本方案发明一种利用充足的冷凝热来加热低温出水的水路，使之温度升高，达到高温出水的设定温度，以满足要求。
62.本方案的最差替代方案是可取消掉第一冷媒支路203的电子膨胀阀换为普通电磁阀：当机床对水温的控制精度无严格要求，单纯的加热升温。
63.本发明还提供了一种冷却设备，包括冷却系统，所述冷却系统为上述的冷却设备。
64.从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
65.本发明中冷却系统包括：冷媒循环回路20和冷却管路11；冷媒循环回路20包括：首尾依次连通的蒸发器21、冷凝组件22以及压缩机23；且冷媒循环回路20分为冷媒主路201、第一冷媒支路202、和第三冷媒支路204，冷却管路11内的冷却液流经蒸发器21和冷凝组件22，冷却管路11分为冷却主路112、第一冷却支路113和第二冷却支路115；其中，冷却主路112的第一端为进水口111，进水口111用于引入冷却液,且冷却主路112流经蒸发器21，冷却主路112第二端与第一冷却支路113相连，且经过冷凝组件22，第一冷却支路113的另一端为第一出水口114，冷凝组件22的冷却液由第一出水口114排出。在高温冷却供水冷却主路112上设有检测水温的第二温度检测件40。第一冷凝器221使用壳管/套管/板换/桶式换热器作为高温水路的换热载体，利用冷媒循环冷凝放热，满足双温控需求，通过冷凝热实现对高温冷却液路的加热，达到升温功能。冷凝热是利用冷媒主路201氟系统将部分需要冷凝散热的冷媒分流，此部分冷媒由水对其降温散热，进而实现冷媒冷凝散热和高温水升温，从而实现废热利用，减少了热排放，提升了能效，节省了能源。
66.本发明避开了传统的水
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水换热及电加热的模式，通过增加第一冷凝器221，即一种冷媒与水换热的冷凝器，将原本要在第二冷凝器222，即翅片冷凝器中冷凝放热的冷媒分流，将要排放到空气中的部分热量回收利用起来，直接实现对低温冷却液的加热升温，达到高温水的温控要求，从而实现废热利用并精简了水路系统，减少了水路换热器、水泵及电加热等元器件的使用。
67.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。