CN109253515A - 一种冷冻水恒温装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷冻水恒温装置及其控制方法，该装置包括：四管制集中冷源(1)和恒温模块(3)；所述恒温模块(3)，包括：第一换热器(51)和第二换热器(52)；其中，所述第一换热器(51)的第一冷却液换热管、所述第二换热器(52)的第二冷却液换热管、以及热源设备(2)的冷却液管路，串联形成所述热源设备(2)的冷却液散热回路，用于利用所述四管制集中冷源(1)提供的冷源，对所述热源设备(2)的冷却液进行分级降温，以使所述热源设备(2)的冷却液的当前温度达到设定温度。本发明的方案，可以解决通过可控硅对辅助电加热实施精密的加热能力输出的控制方式存在控制过程复杂的问题，达到简化控制过程的效果。

Description

一种冷冻水恒温装置及其控制方法

技术领域

本发明属于冷却降温技术领域，具体涉及一种冷冻水恒温装置及其控制方法，尤其涉及一种双温冷冻水变流量控制的恒温装置及其控制方法。

背景技术

在一些特殊的应用场合，比如精密机床的主轴恒温冷却及机体保温时，要求控温精度比较高，其目的是为了保证电机主轴不会因为热胀冷缩导致伸长或者缩短，电机主轴在工作中的伸缩变形会造成加工误差偏离设定值，机体保温的目的也是这个道理。

当今机械制造越来越复杂、功能强大精确度高，各个机床厂家所生产的机床应用不同的冷却润滑物质，甚至同一个厂家生产的不同的机床也有可能采用不同的冷却润滑物质。这些不同的机床集合应用在生产企业时，每个机床需要配套独立的油冷机或者冷水机，其可靠性要求非常高。当配套的冷却设备发生故障时，所配套的机床将无法正常工作甚至停产，直到冷却设备的故障恢复。在等待恢复期间，通常无法使用其它的冷却设备来替换使用，主要是功能配套不同以及清洗不同的冷却润滑物质需要花费不少的时间。

一个大的生产车间集合众多不同种类的加工机床，每台机床配套的风冷冷却设备都会把冷凝废热排放到生产车间，在夏季将会极大地加大车间的空调负荷，造成企业生产成本的浪费。如果把这些冷凝废热通过管道等排放到室外去，当转换到冬季车间需要供暖时又要求把这些冷凝废热保留在室内，以减少车间的供暖负荷，节省生产成本。

就单独的冷却设备来说，在一些精密控制需求温度的冷水机组或者油冷机组中，热气旁通直接把部分高温高压制冷剂通入节流后即蒸发器的进口端，与原来节流后的低温低压制冷剂液体混合，从而提高蒸发器入口的压力和温度，进一步影响到被冷却液体的出口温度。这种做法通常会造成制冷系统的波动，稳定时间过长，相应地被冷却液体的出口温度(也就是控制目标)也会出现波动影响，甚至有时候还不如原来的控制稳定性。

为了解决这种相互影响的波动，有些精密机组采用辅助电加热技术把被冷却液体的温度提升到目标温度范围，通过可控硅等设计对辅助电加热实施精密的加热能力输出，这种方法可以快速实现目标温度并且不会影响到制冷系统的稳定性。但缺点是需要耗费额外的电能、电加热的安全性比较差、可控硅对控制器的硬件设计和软件控制比较复杂。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种冷冻水恒温装置及其控制方法，以解决现有技术中通过可控硅对辅助电加热实施精密的加热能力输出的控制方式存在控制过程复杂的问题，达到简化控制过程的效果。

本发明提供一种冷冻水恒温装置，包括：四管制集中冷源和恒温模块；所述恒温模块，包括：第一换热器和第二换热器；其中，所述第一换热器的第一冷却液换热管、所述第二换热器的第二冷却液换热管、以及热源设备的冷却液管路，串联形成所述热源设备的冷却液散热回路，用于利用所述四管制集中冷源提供的冷源，对所述热源设备的冷却液进行分级降温，以使所述热源设备的冷却液的当前温度达到设定温度。

可选地，其中，所述四管制集中冷源中用于输送第一设定温度冷冻水的第一冷冻水输送管路，经所述第一换热器中第一冷冻水换热管后，返回至所述四管制集中冷源中用于接收自所述第一冷冻水换热管排出的第一换热水的第一冷冻水回流管路中，以实现对所述热源设备的冷却液进行第一设定幅度的第一降温处理；所述四管制集中冷源中用于输送第二设定温度冷冻水的第二冷冻水输送管路，经所述第二换热器中第二冷冻水换热管后，返回至所述四管制集中冷源中用于接收自所述第二冷冻水换热管排出的第二换热水的第二冷冻水回流管路中，以实现对所述热源设备的冷却液在经所述第一降温处理后进一步进行第二设定幅度的第二降温处理。

可选地，所述恒温模块，还包括：第一调节阀和第二调节阀；其中，所述第一调节阀，设置在所述第一冷冻水输送管路与所述第一冷冻水换热管之间的管路中，用于根据设定的第一温控方式，对所述第一降温处理进行调节；所述第二调节阀，设置在所述第二冷冻水输送管路与所述第二冷冻水换热管之间的管路中，用于根据设定的第二温控方式，对所述第二降温处理进行调节。

可选地，所述恒温模块，还包括：第一旁通阀和第二旁通阀；其中，所述第一旁通阀，设置在所述第一调节阀与所述第一冷冻水回流管路之间的管路中，用于在所述第一调节阀关小第一冷冻水换热管路的冷冻水流量后，使自第一冷冻水输送管路输送的多余冷冻水通过所述第一旁通阀通过；所述第二旁通阀，设置在所述第二调节阀与所述第二冷冻水回流管路之间的管路中，用于在所述第二调节阀关小第二冷冻水换热管路的冷冻水流量后，使自第二冷冻水输送管路输送的多余冷冻水通过所述第二旁通阀通过。

可选地，所述恒温模块，还包括：控制器、温度传感器和泵；其中，所述温度传感器，设置在所述第一换热器、所述第二换热器的进口、中间、出口中的至少一个位置处，用于采集所述位置处的当前温度；所述泵，设置在所述冷却液散热回路中，用于控制所述热源设备的冷却液的当前流量；所述控制器，与所述四管制集中冷源通讯连接，用于根据所述当前温度与设定温度，控制所述四管制集中冷源、所述第一调节阀、所述第二调节阀、所述第一旁通阀、所述第二旁通阀、所述泵中的至少之一，实现对所述热源设备的冷却液的当前温度和/或当前流量的控制。

可选地，其中，所述恒温模块的数量为一个以上；当所述恒温模块的数量为两个以上时，两个以上所述恒温模块并联设置，用于分别对两个以上所述热源设备的冷却液进行冷却恒温处理；和/或，一个所述恒温模块内，所述第一换热器的数量为一个以上，和/或所述第二换热器的数量为一个以上。

与上述冷冻水恒温装置相匹配，本发明再一方面提供一种冷冻水恒温装置的控制方法，包括：利用四管制集中冷源提供的冷源，对热源设备的冷却液先后经过第一换热器和第二换热器进行分级降温，以使所述热源设备的冷却液的当前温度达到设定温度。

可选地，对热源设备的冷却液先后经过第一换热器和第二换热器进行分级降温，包括：通过四管制集中冷源中用于输送第一设定温度冷冻水的第一冷冻水输送管路，经所述第一换热器中第一冷冻水换热管后，返回至所述四管制集中冷源中用于接收自所述第一冷冻水换热管排出的第一换热水的第一冷冻水回流管路中，实现对所述热源设备的冷却液进行第一设定幅度的第一降温处理；以及，通过四管制集中冷源中用于输送第二设定温度冷冻水的第二冷冻水输送管路，经所述第二换热器中第二冷冻水换热管后，返回至所述四管制集中冷源中用于接收自所述第二冷冻水换热管排出的第二换热水的第二冷冻水回流管路中，实现对所述热源设备的冷却液在经所述第一降温处理后进一步进行第二设定幅度的第二降温处理。

可选地，对所述热源设备的冷却液进行第一设定幅度的第一降温处理，包括：在该冷冻水恒温装置还包括第一调节阀的情况下，根据设定温度控制所述第一调节阀，直至进入所述第一换热器的第一设定温度冷冻水将所述第一换热器与所述第二换热器之间冷却液的中间温度冷冻降低至第一设定温度范围后，保持所述第一调节阀的开度不变。

可选地，对所述热源设备的冷却液在经所述第一降温处理后进一步进行第二设定幅度的第二降温处理，包括：在该冷冻水恒温装置还包括第二调节阀的情况下，若所述第一调节阀不调节且所述中间温度大于第二设定温度范围的上限的情况下，根据所述中间温度与所述设定温度的差值控制所述第二调节阀，直至将所述第二换热器的出口温度降低至第二设定温度范围后，保持所述第二调节阀的开度不变。

可选地，对所述热源设备的冷却液在经所述第一降温处理后进一步进行第二设定幅度的第二降温处理，还包括：若所述出口温度小于所述设定温度，则减小所述第二调节阀的开度；若所述第二调节阀的开度达到设定的最小开度后所述出口温度仍然小于所述设定温度，则减小所述第一调节阀的开度，直至所述出口温度大于或等于所述第二设定温度范围的下限。

可选地，还包括：若第一冷冻水输送管路、第二冷冻水输送管路中的一个冷冻水输送管路出现故障，则以另外一个冷冻水输送管路所在的换热器的冷却液的出口温度作为控制所述冷却恒温处理的控制量。

本发明的方案，通过在四管制供冷恒温模块内采用双换热器串联，不同温度的冷冻水分别供应不同的换热器，实现最终出口温度的高精度控制，简化了控制过程，提升了控制效率和效果。

进一步，本发明的方案，通过分级控温，先粗调温后微调温，实现小温差(中间温度与出口温度之差)大流量控制更稳定，提升了控制精度。

由此，本发明的方案，通过在恒温模块内采用串联换热器，实现粗调和微调，能满足恒温高精度控制，解决现有技术中通过可控硅对辅助电加热实施精密的加热能力输出的控制方式存在控制过程复杂(即有些精密机组采用辅助电加热技术把被冷却液体的温度提升到目标温度范围并通过可控硅等设计对辅助电加热实施精密的加热能力输出的方式存在控制过程复杂)的问题，从而，克服现有技术中控制过程复杂、能耗高和安全性差的缺陷，实现控制过程简单、能耗低和安全性好的有益效果。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的冷冻水恒温装置的一实施例的结构示意图；

图2为本发明的冷冻水恒温装置的控制方法中对热源设备的冷却液先后经过第一换热器和第二换热器进行分级降温的一实施例的流程示意图；

图3为本发明的冷冻水恒温装置的控制方法中在第二降温处理中结合第一调节阀和第二调节阀进行微调的一实施例的流程示意图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-四管制集中冷源；2-热源设备；3-恒温模块；4-控制器；51-第一换热器；52-第二换热器；61-第一调节阀；62-第二调节阀；71-第一旁通阀；72-第二旁通阀；8-泵；91-进口温度传感器；92-中间温度传感器；93-出口温度传感器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前基本上没有整体式供应多台机床的解决方案。参照冷水机组：一台冷水机组供应多个用户，一个用户开机或者停止，影响到其它用户的水流量，其它用户需要调节控制实现重新稳定；这个调节控制放在油冷机上就会造成严重的温度波动，对精密机床来说是不允许的。另外，若采用可控硅控制，由于可控硅控制一般是专门的电路设计，所以硬件设计后还需要专门的软件进行控制输出大小；但如果是控制电磁阀，就不需要特别的硬件设计和软件控制。

根据本发明的实施例，提供了一种冷冻水恒温装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该冷冻水恒温装置可以包括：四管制集中冷源1和恒温模块3。所述恒温模块3，可以包括：第一换热器51和第二换热器52。

其中，所述第一换热器51的第一冷却液换热管、所述第二换热器52的第二冷却液换热管、以及待进行冷却恒温的热源设备2的冷却液管路，串联形成所述热源设备2的冷却液散热回路，可以用于利用所述四管制集中冷源1提供的冷源，对所述热源设备2的冷却液先后经过所述第一换热器51和所述第二换热器52进行分级降温，以使所述热源设备2的冷却液的当前温度达到设定温度(如使所述热源设备2的冷却液的出口温度达到设定出口温度、或进口温度达到设定进口温度)。

例如：恒温模块与集中冷源系统之间互通数据，及时选择最优的控制措施，避免因回水管路的回水温度滞后性导致响应速度过慢，造成波动周期过长；模块内的旁通阀可以保证模块内的水流量近似稳定，避免对其它并联模块的水力稳定性产生过大的影响。从而，可以减小甚至避免制冷系统恒温控制时的波动性影响，解决控温精度和快速稳定问题，避免采用耗能并且安全性差的辅助电加热设备。

例如：四管制集中冷源系统可以把机床的冷凝废热进行集中的排放或者在车间内重新组织气流，提高车间的舒适性。从而，可以解决冷凝废热的充分利用和及时排放的问题，提高能源利用率。其中，两套水系统是独立的。

例如：恒温模块内的高低温冷冻水系统独立、互不影响，都可以对机床的冷负荷进行及时快速的响应，两个系统相互备用。从而，可以避免出现独立冷却设备的可靠性和通用性的问题。例如：一台机床的配套油冷机故障后，基本上无法使用其它不同机床配套的油冷机，也就是没有办法通过临时借用的方法进行应急，只能等待维修或者购买新的油冷机。

由此，通过在恒温模块内设置串联的两个换热器，可以利用四管制集中冷源提供的冷源对热源设备的冷却液进行逐级降温，以使热源设备的冷却液的当前温度达到设定温度，控制过程简单，且冷却降温的可靠性高、安全性好。

具体地，所述恒温模块3的数量为一个以上。当所述恒温模块3的数量为两个以上时，两个以上所述恒温模块3并联设置，可以用于分别对两个以上所述热源设备2的冷却液进行冷却恒温处理。

例如：多个恒温模块并联，可以分别冷却不同的机床，模块化、通用化程度高。从而，可以解决不同冷却需求下的通用化、模块化的高精度控温模块的问题。恒温模块并联，并联连接于相同的四管制集中冷源，每个恒温模块(如图1中虚线框所示的恒温模块)供应一个用冷末端(比如机床)。

其中，每种机床规格不同、生产厂家不同、使用的润滑冷却油不同、散热量不同、联动控制等等都可能不同；那么配套的油冷机就需要与机床进行配套设计，很难做到通用化、模块化。

由此，通过设置一个以上的恒温模块，可以同时对一个以上热源设备的冷却液进行冷却恒温处理，处理效率高，且处理过程简单、处理可靠性高。

具体地，一个所述恒温模块3内，所述第一换热器51的数量为一个以上，和/或所述第二换热器52的数量为一个以上。

由此，通过在一个恒温模块内设置一个以上的第一换热器、和/或一个以上的第二换热器，可以对热源设备的冷却液进行更多级的粗调和/或细调，进而满足更多调温需求，还可以提升调温效率和调温精度。

可选地，对所述热源设备2的冷却液先后经过所述第一换热器51和所述第二换热器52进行分级降温，包括：粗调过程和细调过程(或精调过程)。

例如：在恒温模块内采用串联换热器(如恒温模块内部两个换热器的串联)，实现粗调和微调，能满足恒温高精度控制。

粗调过程：所述四管制集中冷源1中可以用于输送第一设定温度冷冻水的第一冷冻水输送管路，经所述第一换热器51中与所述第一冷却液换热管并联的第一冷冻水换热管后，返回至所述四管制集中冷源1中可以用于接收自所述第一冷冻水换热管排出的第一换热水的第一冷冻水回流管路中，以实现对所述热源设备2的冷却液进行第一设定幅度的第一降温处理。其中，该第一冷冻水回流管路，可以用于接收自所述第一冷冻水换热管排出的与所述第一换热器51的第一冷却液换热管换热后的第一换热水。

精调过程：所述四管制集中冷源1中可以用于输送第二设定温度冷冻水的第二冷冻水输送管路，经所述第二换热器52中的第二冷冻水换热管后，返回至所述四管制集中冷源1中可以用于接收自所述第二冷冻水换热管排出的第二换热水的第二冷冻水回流管路中，以实现对所述热源设备2的冷却液在经所述第一降温处理后进一步进行第二设定幅度的第二降温处理。其中，该第二冷冻水回流管路，可以用于接收自所述第二冷冻水换热管52排出的与所述第二换热器的第二冷却液换热管换热后的第二换热水。例如：第二冷却液换热管可以与第二冷冻水换热管之间，可以并联设置，也可以套接设置，也可以是能实现第二冷却液换热管与第二冷冻水换热管之间进行换热的其它设置方式。

例如：四管制供冷恒温模块采用双换热器串联，不同温度的冷冻水分别供应不同的换热器；第一个换热器供应低温冷冻水，快速降温使得中间温度趋近于目标温度，第二个换热器供应高温冷冻水，微调冷冻水流量从而实现最终出口温度的高精度控制。这里，四管制供冷，是指恒温模块有2套冷水供应系统，4根连接管。

例如：分级控温，先粗调温后微调温。根据热源设备出口温度(即恒温模块的进口温度)的变化速率，调节第一个低温冷冻水换热器的流量变化速率与之相适应，同时结合中间温度与目标温度的差值，综合控制第一个换热器的低温冷冻水的流量；因为中间温度控制比较稳定并且接近目标温度，故中间温度与出口温度比较接近，因此第二个换热器的换热量比较少，实现小温差(中间温度与出口温度之差)大流量控制更稳定，微调水流量即可。

例如：根据用户的设定温度(即出口温度的目标值)，决定高温冷冻水的供应温度并与之接近，实现小温差(换热器两侧不同流体之间的温度差)大流量换热，因此高温冷冻水的流量调节阀可调范围更大，适合精确控温的调节。

由此，通过利用四管制集中冷源提供的第一设定温度冷冻水经第一换热器对热源设备的冷却液的温度进行冷却降温的粗调控制，并利用四管制集中冷源提供的第二设定温度冷冻水经第二换热器对热源设备的冷却液的温度进行冷却降温的细调控制，进而通过先粗调再细调的冷却降温控制使冷却液的温度精准到达设定温度，控制精度高。

在一个可选例子中，所述恒温模块3，还可以包括：第一调节阀61和第二调节阀62。

具体地，所述第一调节阀61，设置在所述第一冷冻水输送管路与所述第一冷冻水换热管之间的管路中，可以用于根据设定的第一温控方式，对所述第一降温处理进行调节。

具体地，所述第二调节阀62，设置在所述第二冷冻水输送管路与所述第二冷冻水换热管之间的管路中，可以用于根据设定的第二温控方式，对所述第二降温处理进行调节。

由此，通过分别与第一换热器和第二换热器适配设置的第一调节阀和第二调节阀，可以对粗调和细调过程中冷冻水的流量进行控制，从而实现对粗调程度和细调程度的控制，进一步提升冷却恒温处理的可控性和控制精度。

在一个进一步可选例子中，所述恒温模块3，还可以包括：第一旁通阀71和第二旁通阀72。

具体地，所述第一旁通阀71，设置在所述第一调节阀61与所述第一冷冻水回流管路之间的管路中，可以用于在所述第一调节阀61关小第一冷冻水换热管路的冷冻水流量后，使自第一冷冻水输送管路输送的多余冷冻水通过所述第一旁通阀71通过。

具体地，所述第二旁通阀72，设置在所述第二调节阀62与所述第二冷冻水回流管路之间的管路中，可以用于在所述第二调节阀62关小第二冷冻水换热管路的冷冻水流量后，使自第二冷冻水输送管路输送的多余冷冻水通过所述第二旁通阀72通过。

例如：通过采用自力式压差旁通阀和调节阀，可以实现每个用户连接供应主干管上的流量稳定，不管是用户关机或者开机，都可以避免造成其它机床的流量和温度波动。其中，调节阀调节时，对用户供应的流量是变动的，但波动量通过自力式压差旁通阀来弥补，保证供回水主干管对这个模块供应的水流量不变。

由此，通过分别与第一调节阀和第二调节阀适配设置的第一旁通阀和第二旁通阀，可以在相应调节阀关小时使多余冷冻水通过，并在相应调节阀调大后不影响冷冻水的正常流通，进一步提升了冷却恒温处理的精准性和可靠性。

在一个进一步可选例子中，所述恒温模块3，还可以包括：控制器4、温度传感器(如进口温度传感器91、中间温度传感器92和出口温度传感器93等)和泵8。

具体地，所述温度传感器，设置在所述第一换热器51、所述第二换热器52的进口、中间、出口中的至少一个位置处，可以用于采集所述位置处的当前温度。例如：利用进口温度传感器91，采集冷却液的进口温度；利用中间温度传感器92，采集冷却液的中间温度；利用出口温度传感器93，采集冷却液的出口温度。

由此，通过多个传感器采集冷却液不同位置处的当前温度，进而方便根据该当前温度进行冷却恒温处理，且对当前温度获取的精准性好、可靠性高。

具体地，所述泵8，设置在所述冷却液散热回路中，可以用于控制所述热源设备2的冷却液的当前流量。

由此，通过泵，可以灵活控制热源设备的冷却液的流量，控制的灵活性好、可靠性高。

具体地，所述控制器4，与所述四管制集中冷源1通讯连接(如有线通讯连接或无线通讯连接)，可以用于根据所述当前温度与设定温度，控制所述四管制集中冷源1、所述第一调节阀61、所述第二调节阀62、所述第一旁通阀71、所述第二旁通阀72、所述泵8中的至少之一，实现对所述热源设备2的冷却液的当前温度和/或当前流量的控制。

由此，通过控制器对四管制集中冷源、第一调节阀、第二调节阀、第一旁通阀、第二旁通阀和泵的控制，可以实现对热源设备的冷却液的冷却恒温处理的自动控制，大大提升了控制的便捷性和效率，且可靠性高、安全性好。

在一个可选具体实施方式中，可以结合图1所示的例子，对本发明的方案的具体实现过程进行示例性说明。

如图1所示，针对现有冷水机组，结构上的改进在于虚线框内部的恒温模块。

具体地，普通冷水机组直接供应冷水到风机盘管，多数采用2管制，风机盘管自行控制温度，如果需要恒定流量或者恒定压差，需要在工程上额外进行设计。而本发明的恒温模块，专门用于各种不同的精密机床进行冷却控温，可以实现通用化而不影响其它恒温模块的稳定运行。

另外，该恒温模块的另外一个作用是：可以把不同规格的机床通过恒温模块连接到同一个供冷系统(如图1中的四管制集中冷源)，通过调整恒温模块的设定、清洗恒温模块内的润滑冷却油，可以把正在使用的恒温模块转移到另外一台机床使用，极大地提高了恒温模块的通用化、模块化水平。

其中，如图1所示，第一调节阀61或者第二调节阀62，用于调节水流量，对应的第一换热器51或者第二换热器52内的流量变化后，因为水的进口温度不变，因此第一换热器51或者第二换热器52内的换热量发生变化，从而可以适应热源设备的负荷变化，实现恒温控制。

调节阀关小流量后，多余的流量通过自力式压差第一旁通阀71或者第一旁通阀72通过，保证供水主管供应给恒温模块的水流量不变；调节阀开大增加流量后，旁通阀自动减小流量。其中，自力式压差旁通阀无法控制，调节阀需要控制器进行开度控制。

在一个可选具体例子中，如图1所示，本发明的方案，涉及一种双温冷冻水变流量控制的恒温装置，主要可以包括：四管制能提供高温冷冻水和低温冷冻水的冷水机组、恒温模块、以及水系统连接管路和通讯线路。该系统主要目的是实现若干个恒温模块的组合应用、每个恒温模块可以实现不同的恒温控制而互不干扰、适应各种不同热源设备的冷却液的散热应用。

可选地，四管制集中冷源具备高温冷冻水和低温冷冻水输出功能，互不干涉独立运行。供水温度变化可以根据自身控制目标进行，比如冷源机组设置高温冷冻水出水温度恒定、低温冷冻水出水温度恒定，或者根据恒温模块的设定温度进行判断采用合适的冷冻水供应温度。四管制集中冷源机组与恒温模块之间采用有线或者无线通讯连接方式，实现运行和控制参数的共享、及时调整自身的运行状态。

可选地，恒温模块内，设置有串联的两个第一换热器51和第二换热器52，外部热源设备的冷却液先后经过第一换热器51和第二换热器52实现分级降温，最终到达设定的出口温度(当然，反过来通过控制进口温度恒定也是可以的，此时设定温度的目标值作为进口温度控制的目标)。

可选地，恒温模块内，低温冷冻水进入第一换热器51对冷却液进行大幅度降温，使得中间温度趋近于但不低于设定的目标温度；高温冷冻水进入第二换热器52进行小幅度降温控制，使得出口温度输出在设定目标值的高精度范围内。由于第二换热器52的温差小换热量小，为了避免水流量调整对控制温度的波动过大，应使得高温冷冻水的温度尽量趋于第二换热器52内的冷却液的温度，实现第二换热器52的两侧流体的小温差换热，此时高温冷冻水的流量变化对控温精度的影响可以大大降低、也就是使得高温冷冻水的流量调节有更宽广的调节范围。

可选地，恒温模块内，低温冷冻水一部分通过第一调节阀61进入第一换热器51后出来与另外一部分通过第一旁通阀71的冷冻水混合返回四管制集中冷源机组；相似的，高温冷冻水系统与低温冷冻水系统有相同的设计。第一调节阀61或者第二调节阀62可以根据各自所在换热器的冷却液的控温要求进行调节，对进入换热器的冷冻水流量进行控制，对应旁通阀具有压差恒定功能，保证冷冻水进入恒温模块的流量变化基本稳定。这样可以保证多个并联的恒温模块之间的冷冻水流量互不干扰、四管制集中冷源的总供水量保持定流量运行。

可选地，恒温模块内，还具备有进口温度、中间温度和出口温度传感器3个，以及水泵、控制器等。

根据出口温度T_o与设定目标温度T_s的差值，控制第二调节阀62使得高温冷冻水的流量及时调整，目标是使得T_o处于设定目标温度T_s的控温精度之内。由于温差很小，因而第二换热器52内的高温冷冻水流量也不会太小，第二调节阀62的调节不会造成出口温度To的大幅度波动。

为了实现第二换热器52内高温冷冻水与冷却液的小温差换热(从而可以采用更大流量的高温冷冻水进行调节)，根据设定目标温度T_s决定四管制集中冷源的高温冷冻水出口温度T_g，比如T_g＝T_s-2或者T_g＝T_s-3，两者的温度差值根据恒温模块的需要预先设定，多个恒温模块并联使用时，满足最低设定目标温度T_s的条件即可。

对水系统(主要指恒温模块)的控制主要步骤可以如下：

1)根据设定的目标温度T_s，控制第一调节阀61使得进入第一换热器51的低温冷冻水流量能尽快把中间温度下降到T_s-△t≤T_m≤T_s+△t+1(0≤△t≤1并且△t可调)，然后保持第一调节阀61的开度不变。

2)在上述第一调节阀61不调节并且满足T_m＞T_s+△t的时候，允许对第二调节阀62进行调节：T_m-T_s的差值越大则第二调节阀62的开度增加幅度越大，直到满足T_s-△t≤T_o≤T_s+△t时保持调节第二调节阀62的开度不变。

3)当T_o＜T_s时，优先减小第二调节阀62的开度。当第二调节阀62开度达到最小无法再继续调小时还满足T_o＜T_s则转为对第一调节阀61的开度进行减小处理，直到满足T_o≥T_s-△t。

4)当其中一个冷冻水系统出现故障时，另外一个冷冻水系统所在换热器的冷却液出口温度(T_m或者T_o)作为最终控制目标温度T_s的控制量。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过在四管制供冷恒温模块内采用双换热器串联，不同温度的冷冻水分别供应不同的换热器，实现最终出口温度的高精度控制，简化了控制过程，提升了控制效率和效果。

根据本发明的实施例，还提供了对应于冷冻水恒温装置的一种冷冻水恒温装置的控制方法。该冷冻水恒温装置的控制方法可以包括：利用四管制集中冷源1提供的冷源，对热源设备2的冷却液先后经过第一换热器51和第二换热器52进行分级降温，以使所述热源设备2的冷却液的当前温度达到设定温度(如使所述热源设备2的冷却液的出口温度达到设定出口温度、或进口温度达到设定进口温度)。

例如：恒温模块与集中冷源系统之间互通数据，及时选择最优的控制措施，避免因回水管路的回水温度滞后性导致响应速度过慢，造成波动周期过长；模块内的旁通阀可以保证模块内的水流量近似稳定，避免对其它并联模块的水力稳定性产生过大的影响。从而，可以减小甚至避免制冷系统恒温控制时的波动性影响，解决控温精度和快速稳定问题，避免采用耗能并且安全性差的辅助电加热设备。

例如：四管制集中冷源系统可以把机床的冷凝废热进行集中的排放或者在车间内重新组织气流，提高车间的舒适性。从而，可以解决冷凝废热的充分利用和及时排放的问题，提高能源利用率。其中，两套水系统是独立的。

例如：恒温模块内的高低温冷冻水系统独立、互不影响，都可以对机床的冷负荷进行及时快速的响应，两个系统相互备用。从而，可以避免出现独立冷却设备的可靠性和通用性的问题。例如：一台机床的配套油冷机故障后，基本上无法使用其它不同机床配套的油冷机，也就是没有办法通过临时借用的方法进行应急，只能等待维修或者购买新的油冷机。

由此，通过在恒温模块内设置串联的两个换热器，可以利用四管制集中冷源提供的冷源对热源设备的冷却液进行逐级降温，以使热源设备的冷却液的当前温度达到设定温度，控制过程简单，且冷却降温的可靠性高、安全性好。

可选地，可以结合图2所示本发明的冷冻水恒温装置的控制方法中对热源设备的冷却液先后经过第一换热器和第二换热器进行分级降温的一实施例的流程示意图，进一步说明对热源设备2的冷却液先后经过第一换热器51和第二换热器52进行分级降温的具体过程，可以包括：粗调过程和细调过程(或精调过程)，具体参见步骤S110和步骤S120。

例如：在恒温模块内采用串联换热器(如恒温模块内部两个换热器的串联)，实现粗调和微调，能满足恒温高精度控制。

在步骤S110处，通过四管制集中冷源1中可以用于输送第一设定温度冷冻水的第一冷冻水输送管路，经所述第一换热器51中与所述第一冷却液换热管并联的第一冷冻水换热管后，返回至所述四管制集中冷源1中可以用于接收自所述第一冷冻水换热管排出的第一换热水的第一冷冻水回流管路中，实现对所述热源设备2的冷却液进行第一设定幅度的第一降温处理。其中，该第一冷冻水回流管路，可以用于接收自所述第一冷冻水换热管排出的与所述第一换热器51的第一冷却液换热管换热后的第一换热水。以及，

更可选地，对所述热源设备2的冷却液进行第一设定幅度的第一降温处理，可以包括：在该冷冻水恒温装置还可以包括第一调节阀61的情况下，根据设定温度(如设定的目标温度T_s)控制所述第一调节阀61，直至进入所述第一换热器51的第一设定温度冷冻水将所述第一换热器51与所述第二换热器52之间冷却液的中间温度(如T_m)冷冻降低至第一设定温度范围(如T_s-△t≤T_m≤T_s+△t+1，0≤△t≤1并且△t可调)后，保持所述第一调节阀61的开度不变。

例如：参见图1所示的例子，对水系统(主要指恒温模块)的控制过程主要可以包括：根据设定的目标温度T_s，控制第一调节阀61使得进入第一换热器51的低温冷冻水流量能尽快把中间温度下降到T_s-△t≤T_m≤T_s+△t+1(0≤△t≤1并且△t可调)，然后保持第一调节阀61的开度不变。

由此，通过根据设定温度通过第一调节阀调节经第一换热器的第一设定温度冷冻水流量，将第一换热器与第二换热器之间的冷却液的当前温度降低至第一设定温度范围后保持第一调节阀的开度不变，实现对冷却液的当前温度中中间温度的粗调，控制方式简便，控制结果可靠。

在步骤S120处，通过四管制集中冷源1中可以用于输送第二设定温度冷冻水的第二冷冻水输送管路，经所述第二换热器52中的第二冷冻水换热管后，返回至所述四管制集中冷源1中可以用于接收自所述第二冷冻水换热管排出的第二换热水的第二冷冻水回流管路中，实现对所述热源设备2的冷却液在经所述第一降温处理后进一步进行第二设定幅度的第二降温处理。其中，该第二冷冻水回流管路，可以用于接收自所述第二冷冻水换热管52排出的与所述第二换热器的第二冷却液换热管换热后的第二换热水。例如：第二冷却液换热管可以与第二冷冻水换热管之间，可以并联设置，也可以套接设置，也可以是能实现第二冷却液换热管与第二冷冻水换热管之间进行换热的其它设置方式。

例如：四管制供冷恒温模块采用双换热器串联，不同温度的冷冻水分别供应不同的换热器；第一个换热器供应低温冷冻水，快速降温使得中间温度趋近于目标温度，第二个换热器供应高温冷冻水，微调冷冻水流量从而实现最终出口温度的高精度控制。这里，四管制供冷，是指恒温模块有2套冷水供应系统，4根连接管。

例如：分级控温，先粗调温后微调温。根据热源设备出口温度(即恒温模块的进口温度)的变化速率，调节第一个低温冷冻水换热器的流量变化速率与之相适应，同时结合中间温度与目标温度的差值，综合控制第一个换热器的低温冷冻水的流量；因为中间温度控制比较稳定并且接近目标温度，故中间温度与出口温度比较接近，因此第二个换热器的换热量比较少，实现小温差(中间温度与出口温度之差)大流量控制更稳定，微调水流量即可。

例如：根据用户的设定温度(即出口温度的目标值)，决定高温冷冻水的供应温度并与之接近，实现小温差(换热器两侧不同流体之间的温度差)大流量换热，因此高温冷冻水的流量调节阀可调范围更大，适合精确控温的调节。

由此，通过利用四管制集中冷源提供的第一设定温度冷冻水经第一换热器对热源设备的冷却液的温度进行冷却降温的粗调控制，并利用四管制集中冷源提供的第二设定温度冷冻水经第二换热器对热源设备的冷却液的温度进行冷却降温的细调控制，进而通过先粗调再细调的冷却降温控制使冷却液的温度精准到达设定温度，控制精度高。

更可选地，对所述热源设备2的冷却液在经所述第一降温处理后进一步进行第二设定幅度的第二降温处理，可以包括：在该冷冻水恒温装置还可以包括第二调节阀62的情况下，若所述第一调节阀61不调节且所述中间温度(如T_m)大于第二设定温度范围的上限(如T_s+△t)的情况下，根据所述中间温度(如T_m)与所述设定温度的差值(如T_m-T_s)控制所述第二调节阀62，直至将所述第二换热器52的出口温度降低至第二设定温度范围(如T_s-△t≤T_o≤T_s+△t)后，保持所述第二调节阀62的开度不变。

例如：参见图1所示的例子，对水系统(主要指恒温模块)的控制过程主要还可以包括：在上述第一调节阀61不调节并且满足T_m＞T_s+△t的时候，允许对第二调节阀62进行调节：T_m-T_s的差值越大则第二调节阀62的开度增加幅度越大，直到满足T_s-△t≤T_o≤T_s+△t时保持调节第二调节阀62的开度不变。

由此，通过在第一调节阀不调节且中间温度大于第二设定温度范围的上限的情况下，根据中间温度与设定温度的差值控制第二调节阀的开度，直至将第二换热器出口处冷却液的出口温度降低至第二设定温度范围后，保持第二调节阀的开度不变，实现对冷却液的当前温度中出口温度的初步精调，可靠性高、精准性好。

更进一步可选地，对所述热源设备2的冷却液在经所述第一降温处理后进一步进行第二设定幅度的第二降温处理，还可以包括：在第二降温处理中结合第一调节阀和第二调节阀进行微调的过程。

下面结合图3所示本发明的冷冻水恒温装置的控制方法中在第二降温处理中结合第一调节阀和第二调节阀进行微调的一实施例的流程示意图，进一步说明在第二降温处理中结合第一调节阀和第二调节阀进行微调的具体过程，可以包括：步骤S210和步骤S220。

步骤S210，若所述出口温度小于所述设定温度，则减小所述第二调节阀62的开度。

步骤S220，若所述第二调节阀62的开度达到设定的最小开度后所述出口温度仍然小于所述设定温度，则减小所述第一调节阀61的开度，直至所述出口温度大于或等于所述第二设定温度范围的下限。

例如：参见图1所示的例子，对水系统(主要指恒温模块)的控制过程主要还可以包括：当T_o＜T_s时，优先减小第二调节阀62的开度。当第二调节阀62开度达到最小无法再继续调小时还满足T_o＜T_s则转为对第一调节阀61的开度进行减小处理，直到满足T_o≥T_s-△t。

由此，通过在第二换热器的出口处冷却液的出口温度小于设定温度的情况下减小第二调节阀的开度，并在第二调节阀的开度减小至设定的最小开度后该出口温度仍然小于设定温度的情况下再减小第一调节阀的开度，直至该出口温度大于或等于第二设定温度范围的下限，实现对该出口温度的进一步精调，使得对冷却液温度的冷却恒温处理更加精准、也更加及时和可靠。

在一个可选实施方式中，还可以包括：若第一冷冻水输送管路、第二冷冻水输送管路中的一个冷冻水输送管路出现故障，则以另外一个冷冻水输送管路所在的换热器的冷却液的出口温度作为控制所述冷却恒温处理的控制量。

例如：参见图1所示的例子，对水系统(主要指恒温模块)的控制过程主要还可以包括：当其中一个冷冻水系统出现故障时，另外一个冷冻水系统所在换热器的冷却液出口温度(T_m或者T_o)作为最终控制目标温度T_s的控制量。

由此，通过在一个冷冻水输送管路故障时以另一个冷冻水输送管路所在换热器出口处冷却液的出口温度作为控制量实现对热源设备的冷却液的冷却恒温处理，大大提升了对热源设备的冷却液的冷却恒温处理的灵活性和可靠性。

由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述图1所示的冷冻水恒温装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过分级控温，先粗调温后微调温，实现小温差(即中间温度与出口温度之差)大流量控制更稳定，提升了控制精度。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的实施例而已，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权利要求范围之内。

Claims (12)

1.一种冷冻水恒温装置，其特征在于，包括：四管制集中冷源(1)和恒温模块(3)；所述恒温模块(3)，包括：第一换热器(51)和第二换热器(52)；其中，

所述第一换热器(51)的第一冷却液换热管、所述第二换热器(52)的第二冷却液换热管、以及热源设备(2)的冷却液管路，串联形成所述热源设备(2)的冷却液散热回路，用于利用所述四管制集中冷源(1)提供的冷源，对所述热源设备(2)的冷却液进行分级降温，以使所述热源设备(2)的冷却液的当前温度达到设定温度。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中，

所述四管制集中冷源(1)中用于输送第一设定温度冷冻水的第一冷冻水输送管路，经所述第一换热器(51)中第一冷冻水换热管后，返回至所述四管制集中冷源(1)中用于接收自所述第一冷冻水换热管排出的第一换热水的第一冷冻水回流管路中，以实现对所述热源设备(2)的冷却液进行第一设定幅度的第一降温处理；

所述四管制集中冷源(1)中用于输送第二设定温度冷冻水的第二冷冻水输送管路，经所述第二换热器(52)中第二冷冻水换热管后，返回至所述四管制集中冷源(1)中用于接收自所述第二冷冻水换热管排出的第二换热水的第二冷冻水回流管路中，以实现对所述热源设备(2)的冷却液在经所述第一降温处理后进一步进行第二设定幅度的第二降温处理。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述恒温模块(3)，还包括：第一调节阀(61)和第二调节阀(62)；其中，

所述第一调节阀(61)，设置在所述第一冷冻水输送管路与所述第一冷冻水换热管之间的管路中，用于根据设定的第一温控方式，对所述第一降温处理进行调节；

所述第二调节阀(62)，设置在所述第二冷冻水输送管路与所述第二冷冻水换热管之间的管路中，用于根据设定的第二温控方式，对所述第二降温处理进行调节。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述恒温模块(3)，还包括：第一旁通阀(71)和第二旁通阀(72)；其中，

所述第一旁通阀(71)，设置在所述第一调节阀(61)与所述第一冷冻水回流管路之间的管路中，用于在所述第一调节阀(61)关小第一冷冻水换热管路的冷冻水流量后，使自第一冷冻水输送管路输送的多余冷冻水通过所述第一旁通阀(71)通过；

所述第二旁通阀(72)，设置在所述第二调节阀(62)与所述第二冷冻水回流管路之间的管路中，用于在所述第二调节阀(62)关小第二冷冻水换热管路的冷冻水流量后，使自第二冷冻水输送管路输送的多余冷冻水通过所述第二旁通阀(72)通过。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述恒温模块(3)，还包括：控制器(4)、温度传感器和泵(8)；其中，

所述温度传感器，设置在所述第一换热器(51)、所述第二换热器(52)的进口、中间、出口中的至少一个位置处，用于采集所述位置处的当前温度；

所述泵(8)，设置在所述冷却液散热回路中，用于控制所述热源设备(2)的冷却液的当前流量；

所述控制器(4)，与所述四管制集中冷源(1)通讯连接，用于根据所述当前温度与设定温度，控制所述四管制集中冷源(1)、所述第一调节阀(61)、所述第二调节阀(62)、所述第一旁通阀(71)、所述第二旁通阀(72)、所述泵(8)中的至少之一，实现对所述热源设备(2)的冷却液的当前温度和/或当前流量的控制。

6.根据权利要求1-5之一所述的装置，其特征在于，其中，

所述恒温模块(3)的数量为一个以上；

当所述恒温模块(3)的数量为两个以上时，两个以上所述恒温模块(3)并联设置，用于分别对两个以上所述热源设备(2)的冷却液进行冷却恒温处理；

和/或，

一个所述恒温模块(3)内，所述第一换热器(51)的数量为一个以上，和/或所述第二换热器(52)的数量为一个以上。

7.一种如权利要求1-6中任一项所述的冷冻水恒温装置的控制方法，其特征在于，包括：

利用四管制集中冷源(1)提供的冷源，对热源设备(2)的冷却液先后经过第一换热器(51)和第二换热器(52)进行分级降温，以使所述热源设备(2)的冷却液的当前温度达到设定温度。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对热源设备(2)的冷却液先后经过第一换热器(51)和第二换热器(52)进行分级降温，包括：

通过四管制集中冷源(1)中用于输送第一设定温度冷冻水的第一冷冻水输送管路，经所述第一换热器(51)中第一冷冻水换热管后，返回至所述四管制集中冷源(1)中用于接收自所述第一冷冻水换热管排出的第一换热水的第一冷冻水回流管路中，实现对所述热源设备(2)的冷却液进行第一设定幅度的第一降温处理；以及，

通过四管制集中冷源(1)中用于输送第二设定温度冷冻水的第二冷冻水输送管路，经所述第二换热器(52)中第二冷冻水换热管后，返回至所述四管制集中冷源(1)中用于接收自所述第二冷冻水换热管排出的第二换热水的第二冷冻水回流管路中，实现对所述热源设备(2)的冷却液在经所述第一降温处理后进一步进行第二设定幅度的第二降温处理。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，对所述热源设备(2)的冷却液进行第一设定幅度的第一降温处理，包括：

在该冷冻水恒温装置还包括第一调节阀(61)的情况下，根据设定温度控制所述第一调节阀(61)，直至进入所述第一换热器(51)的第一设定温度冷冻水将所述第一换热器(51)与所述第二换热器(52)之间冷却液的中间温度冷冻降低至第一设定温度范围后，保持所述第一调节阀(61)的开度不变。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，对所述热源设备(2)的冷却液在经所述第一降温处理后进一步进行第二设定幅度的第二降温处理，包括：

在该冷冻水恒温装置还包括第二调节阀(62)的情况下，若所述第一调节阀(61)不调节且所述中间温度大于第二设定温度范围的上限的情况下，根据所述中间温度与所述设定温度的差值控制所述第二调节阀(62)，直至将所述第二换热器(52)的出口温度降低至第二设定温度范围后，保持所述第二调节阀(62)的开度不变。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，对所述热源设备(2)的冷却液在经所述第一降温处理后进一步进行第二设定幅度的第二降温处理，还包括：

若所述出口温度小于所述设定温度，则减小所述第二调节阀(62)的开度；

若所述第二调节阀(62)的开度达到设定的最小开度后所述出口温度仍然小于所述设定温度，则减小所述第一调节阀(61)的开度，直至所述出口温度大于或等于所述第二设定温度范围的下限。

12.根据权利要求8-11之一所述的方法，其特征在于，还包括：

若第一冷冻水输送管路、第二冷冻水输送管路中的一个冷冻水输送管路出现故障，则以另外一个冷冻水输送管路所在的换热器的冷却液的出口温度作为控制所述冷却恒温处理的控制量。