一种高精度水冷冷水机的制作方法

1.本实用新型涉及冷水机的结构改进。


背景技术：

2.近年来，随着超大规模集成电路加工制造等高精密加工领域的发展，对高精密加工设备的主轴冷却或光学系统的冷却对温度要求越发严苛，即温度变化波动越小，就越能消除高精密加工设备对加工工件的影响，越能制造出高质量的产品。因此，对高精密加工设备的冷却装置必须达到精度比较高的工业冷水机来消除温度对加工的影响。
3.在现有的高精度冷水机中，如中国专利为201620613464.4的实用新型专利所公开“一种高精度工业冷水机组”，在其正常工作范围内，并没有指明这种冷水机能否在某一设定的工作温度内保证出水温度的精度，例如在涂胶显影机对冷却水温度精度就有严苛要求，必须保证晶圆工作台部位冷却水温度波动在20～23℃
±
0.1℃之内，该种“高精度工业冷水机组”难于满足该类型的需求；又如中国专利号为201821247344.2的实用新型专利所公开的“一种高精度出水冷水机组”，虽然其精度能达到
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0.1℃的精度，但其采用三相晶闸管调压器的无级调节控制电加热对出水温度进行再调节控制，这就造成了有额外能耗投入的问题。现有高精度冷水机技术中，普遍存在有难于长时间的保证高精度或能达到精度要求，但又需要额外的电加热来补偿温度波动造成的的能源浪费的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在提供一种温度控制高精度、能耗低、稳定性好的水冷式冷水机，以改善现有冷水机所存在的不足。
5.本实用新型采用的技术方案如下：
6.一种高精度水冷冷水机，包括保温水箱、水泵、制冷蒸发器、热回收加热器、压缩机和水冷冷凝器。
7.保温水箱外接有出水管，出水管的起始端连通保温水箱箱底所设的出水口、末端设有截止阀，水泵的进水端管接出水管、出水端设有送水管，送水管的末端设为用于连接用水设备进水端的第一自由端。
8.制冷蒸发器外接有回水管，回水管的末端连通制冷蒸发器的进水端、起始端设为用于连接用水设备出水端的第二自由端。
9.制冷蒸发器和热回收加热器之间设有冻水管，该冻水管的起始端连通制冷蒸发器的出水端、末端连通热回收加热器的进水端。
10.热回收加热器和保温水箱之间设有进水管，该进水管的起始端连通热回收加热器的出水端、末端连通保温水箱箱底所设的进水口。
11.压缩机的冷媒回流口和冷媒输出口分别接有冷媒回流管和冷媒输出管，冷媒回流管连通制冷蒸发器的冷媒输出端，冷媒输出管设有第一分流管、第二分流管和第三分流管，第一分流管经过水冷冷凝器后末端接入一根节流毛细管的起始端，节流毛细管的末端接入
一根汇总管的起始端，汇总管的末端接入制冷蒸发器的冷媒输入端，第二分流管经过热回收加热器后末端接入水冷冷凝器和节流毛细管之间的第一分流管，第三分流管的末端接入汇总管。
12.水冷冷凝器的冷却出水管上设有冷凝压力调节阀，第二分流管设有第一冷媒流量控制阀，第三分流管设有第二冷媒流量控制阀。
13.制冷蒸发器内设有蒸发温度传感器，保温水箱内设有出水温度传感器，回水管内设有回水温度传感器，进水管内设有进水温度传感器。
14.作为优选方案，保温水箱的侧壁设有溢水口、内侧壁设有水位开关；
15.作为优选方案，保温水箱内设有弧形射流管。
16.作为优选方案，送水管和回水管之间设有旁通阀。
17.作为优选方案，进水管上设有水流开关。
18.作为优选方案，出水温度传感器设于保温水箱的出水口处，回水温度传感器设于回水管的末端，进水温度传感器设于进水管的起始端。
19.作为优选方案，保温水箱、水泵、制冷蒸发器、热回收加热器、压缩机和水冷冷凝器均设于同一机箱内，其中，保温水箱设于该机箱的内顶部，水泵、制冷蒸发器、热回收加热器、压缩机和水冷冷凝器均设于保温水箱的下方。
20.作为优选方案，保温水箱包括顶开式的密封箱体和设于该密封箱体顶部以封闭其顶口的密封箱盖，保温水箱的进水口和出水口均设于密封箱体底部，密封箱盖上设有注水嘴，注水嘴密封插接于机箱顶部所设的注水口内，注水口设有密封口盖。
21.本实用新型具有如下有益效果：
22.1本实用新型的水泵可用于将保温水箱的水输送至用水设备，并将用水设备的回流水送回保温水箱以形成水循环，回流水的温度可由制冷蒸发器进行冷冻，由热回收加热器进行升温，以得到精密调节，以消除用水设备因负荷变化而引起的回流水温度波动，使得进入保温水箱的回流水温度得以精确控制在所需温度值内，可以充分满足高精密加工设备对冷却水温的要求；
23.2本实用新型的冷媒流量控制阀可根据蒸发温度传感器所测得的温度值来对制冷蒸发器的工作状态进行有效控制，使制冷蒸发器的蒸发温度不低于0℃，防止制冷蒸发器因结冰而受损；
24.3本实用新型的热回收加热器采用冷媒的热量来对回流水的温度进行精密调节，无需额外使用电能加热，并且在进行热回收加热时，也可节省水冷冷凝器的冷却能量消耗，具有良好的节能效果，满足社会低碳的需求。
附图说明
25.图1为本实用新型实施例的总体结构外部视图；
26.图2为本实用新型实施例的内部结构示意图。
27.图3为本实用新型实施例的冷媒压力调节阀结构示意图。
具体实施方式
28.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行说明。
29.参照图1-3：
30.一种高精度水冷冷水机，包括机箱28及设于该机箱28内的保温水箱1、水泵2、制冷蒸发器3、热回收加热器4、压缩机5和水冷冷凝器6，保温水箱1设于机箱28的内顶部，水泵2、制冷蒸发器3、热回收加热器4、压缩机5和水冷冷凝器6均设于保温水箱1的下方。
31.保温水箱1包括顶开式的密封箱体1.1和设于该密封箱体1.1顶部以封闭其顶口的密封箱盖1.2，密封箱体1.1的侧部设有溢水口、底部设有进水口和出水口，溢水口连接有水位开关24，水位开关24设于密封箱体1.1的内侧壁上，密封箱盖1.2上设有注水嘴1.3，注水嘴1.3密封插接于机箱28顶部所设的注水口内，注水口设有密封口盖28.1。
32.保温水箱1外接有出水管7，出水管7的起始端连通保温水箱1箱底所设的出水口、末端设有截止阀8，水泵2的进水端管接出水管7、出水端设有送水管9，送水管9的末端设为用于连接用水设备进水端的第一自由端。
33.制冷蒸发器3外接有回水管10，回水管10的末端连通制冷蒸发器3的进水端、起始端设为用于连接用水设备出水端的第二自由端。
34.送水管9和回水管10之间设有旁通阀26，该旁通阀26的进水端管接送水管9、出水端管接回水管10。
35.制冷蒸发器3和热回收加热器4之间设有冻水管11，该冻水管11的起始端连通制冷蒸发器3的出水端、末端连通热回收加热器4的进水端。
36.热回收加热器4和保温水箱1之间设有进水管12，该进水管12的起始端连通热回收加热器4的出水端、末端连通保温水箱1箱底所设的进水口，该进水管12的起始端还设有水流开关27；密封箱体1.1内设有弧形射流管25，该弧形射流管25的起始端连通进水管12的末端。
37.压缩机5的冷媒回流口和冷媒输出口分别接有冷媒回流管13和冷媒输出管14，冷媒回流管13连通制冷蒸发器3的冷媒输出端，冷媒输出管14设有第一分流管14.1、第二分流管14.2和第三分流管14.3，第一分流管14.1经过水冷冷凝器6后末端接入一根节流毛细管15的起始端，节流毛细管15的末端接入一根汇总管16的起始端，汇总管16的末端接入制冷蒸发器3的冷媒输入端，第二分流管14.2经过热回收加热器4后末端接入水冷冷凝器6和节流毛细管15之间的第一分流管14.1，第三分流管14.3的末端接入汇总管16。
38.水冷冷凝器6设有冷凝压力调节阀17，冷凝压力调节阀17包括阀体17.1、阀杆17.2、调节组件17.,3和弹簧17.4。
39.阀体17.1呈十字形，包括x轴走向设置的阀管17.11及沿y轴方向直立分设于阀管17.11对应两侧的冷媒接管17.12和调节管17.13，阀管17.11内部设有隔断其两端管口的隔瓣17.111，隔瓣17.111上沿y轴方向设有连通阀管17.11两端管口的圆阀孔17.1111，圆阀孔17.1111的中心线与冷媒接管17.12和调节管17.13的中心线相重合，冷媒接管17.12和调节管17.13的内端均与阀管17.11相通；阀管17.11串接于水冷冷凝器6的冷却出水管6.1上，冷媒接管17.12管接第一分流管14.1或冷媒输出管14的其它管段。
40.阀杆17.2呈亚字形，包括杆体17.21、前活塞17.22和后活塞17.23，杆体17.21包括前端小于圆阀孔17.1111、后端大于圆阀孔17.1111的圆锥形阀芯17.21及居中分设于该圆锥形阀芯17.21前后两端的前杆17.211和后杆17.212，前活塞17.22和后活塞17.23分别固定于前杆17.211和后杆17.212上；该阀杆17.2沿y轴方向活动设于阀体17.1内，以使杆体
17.21穿过圆阀孔17.111，并使圆锥形阀芯17.211位于隔瓣17.111靠调节管17.13一侧且锥头朝向冷媒接管17.12、前活塞17.22和后活塞17.23分别密封滑设于冷媒接管17.12和调节管17.13内。
41.调节组件17.3包括螺母17.31和调节手柄17.32，螺母17.31对接调节管17.13外端所设的杆孔且固定于调节管17.13，调节手柄17.32呈工字型，包括旋接于螺母17.31内且活动穿过杆孔的螺杆17.321、设于螺杆17.32内端且滑设于调节管17.13内的滑块17.322、以及设于螺杆17.32外端且露出调节管17.13外的把手17.323。
42.弹簧17.4设于调节管17.13内且两端分别支顶后活塞17.23和滑块17.322，以将阀杆17.2向冷媒接管17.12方向弹性挤压而驱动圆锥形阀芯17.211前行关闭圆阀孔17.1111。
43.第二分流管14.2内设有第一冷媒流量控制阀18，第三分流管14.3内设有第二冷媒流量控制阀19，制冷蒸发器3内设有蒸发温度传感器20，保温水箱1的出水口处设有出水温度传感器21，回水管10的末端设有回水温度传感器22，进水管12的起始端设有进水温度传感器23。
44.该高精度水冷冷水机还包括与上述所有用电器电连接的控制器29。
45.安装时，将送水管9上的第一自由端和回水管10上的第二自由端分别连接用水设备30的进水端和出水端，以使保温水箱1、出水管7、水泵2、送水管9、用水设备30、回水管10、制冷蒸发器3、冻水管11、热回收加热器4、进水管12构成一个水循环系统。
46.使用时，通过注水口往保温水箱1加入适量的清水，启动水泵2，保温水箱1里面的水可由水泵2输送至用水设备30，用水设备30的回流水进入制冷蒸发器3进行降温，再进入热回收加热器4进行升温，调节好温度的回流水经过水流开关24后通过弧形射流管25以一定流速送入保温水箱1内。
47.启动压缩机5，压缩机5做功将气态冷媒变成高温高压的气态冷媒流，高温高压的气态冷媒流分三路输出：第一路气态冷媒流通过第一分流管14.1依次经过水冷冷凝器6冷凝后和节流毛细管15节流后送入制冷蒸发器3内，水冷冷凝器6可将该路冷媒从高温高压的气态冷媒流变成低温高压的液态冷媒流，液态冷媒流由节流毛细管15节流膨胀后导入制冷蒸发器3内，对流经制冷蒸发器3的回流水进行降温；第二路气态冷媒流通过第二分流管14.2依次流经热回收加热器4和第一冷媒流量控制阀18，热回收加热器4可利用该路气态冷媒流的热量对流经的回流水进行升温调节，该路气态冷媒流变成低温液态冷媒汇入未经节流膨胀的液态冷媒流中，再经节流毛细管15节流膨胀进入制冷蒸发器3内对回流水进行冷却；第三路气态冷媒流通过第三分流管14.3流经第二冷媒流量控制阀19后汇入已节流膨胀的液态冷媒流中，以进一步对制冷蒸发器3进行的蒸发温度调节，从制冷蒸发器3出来的混合冷媒流经过冷媒回流管13回到压缩机5内，从而形成一个完整的制冷和热回收加热循环。
48.在上述过程中，冷凝压力调节阀17可对冷媒系统的排气压力进行调节，其具体过程为：第一分流管14.1内的高压冷媒压力可推动前活塞17.22向冷媒接管17.12内端运动，以使圆锥形阀芯17.211向向调节管17.13一侧移动而打开圆阀孔17.1111，当冷凝压力高于需要的压力值时，可向外调整调节手柄17.32，弹簧17.4的压缩量得以缩小，阀杆17.2向调节管17.13一侧移动量得以增大，圆锥形阀芯17.211的开度得以加大，水冷冷凝器6的冷却水量得以增加，增大的冷却水量可使第一分流管14.1内的冷凝压力变小，直到冷媒系统的冷凝压力达到一个平衡点。也就是说，冷凝压力调节阀17可通过自身的弹簧17.4张力及前
活塞17.22所承受的压缩机5的排气冷凝压力来控制冷却水量，从而调节压缩机5排出高温高压的冷媒压力。通过调整调节手柄17.32可改变对弹簧17.4的压缩量，从而改变圆锥形阀芯17.211的开度，只有弹簧17.4的张力与前活塞17.22所承受的冷凝压力达到一个平衡时，才可获得一个对应的水流量，从而保证压缩机5输出的气态冷媒保持在一个稳定的高压值，从而保证对整个冷媒系统对进入制冷蒸发器3和热回收加热器4的回流水进行精准的冷热调节。
49.在上述工作过程中，蒸发温度传感器20可实时测量制冷蒸发器3的蒸发温度，通过将该蒸发温度传感器20所测得的温度值与控制器29设置的蒸发温度值进行对比，用于调节第二流量控制阀19的开度大小，将第三分流管14.3内的高温高压的气态冷媒适量补入经节流膨胀后的液态冷媒流，以精确控制制冷蒸发器3的蒸发温度，特别是在低负荷工况时，可确保制冷蒸发器3的蒸发温度高于零度，从而保证制冷蒸发器3长时间运行不结冰，避免在低负荷工况时影响送水量和换热效果，造成水温度失控，也就进一步的保证送水温度的精准度。
50.本实用新型的最终目标是使保温水箱1出水口处的水温达到控制器29设定的温度值
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0.1度，在上述工作过程中，出水温度传感器21可实时测量保温水箱1出水口处的水温，回水温度传感器22可实时测量用水设备30的回流水温度，进水温度传感器23可实时测量流经制冷蒸发器3的和热回收加热器4后的水温，控制器29可将回水温度传感器22实时测得的温度值与设定的回水温度值进行对比计算，将进水温度传感器21所测得的温度值与设定的进水温度值进行对比计算，将出水温度传感器21所测得的温度值与进水温度传感器23所测得的温度值进行对比计算，并根据计算所得的温度差再计算出流经制冷蒸发器3和热回收加热器4后的出水温度所需要的动态值，发出动态输出信号控制第一流量控制阀18的开度大小，从而控制热回收加热器4的工作热量，使得送入保温水箱1的水温始终在所要求的范围，从而确保温水箱1出水口处的温度达到需要的范围之内。
51.在上述过程中，回流水可沿引射管25以一定速度射流进入保温水箱1内，带动保温水箱1内的存水旋转，将新送入的回流水与保温水箱1内的存水快速混合达到同一温度。
52.旁通阀26可用于保证连接多个用水设备30时的回流水稳定性，即在接多个用水设备30时，即使部分用水设备30停用，仍可保证水泵2送出的部分水会从旁通阀26和从剩余的用水设备30的回流水汇合后进入制冷蒸发器3，从而保证流经制冷蒸发器3的水流量不会因用水设备30的增减而造成较大波动，以免造成冷冻水的水温失控。
53.水流开关27可用于判断水泵2启动后的水路管道是否有水流动，如果有水流动，可由水流开关27发接通信号给控制器29，并由控制器29启动压缩机2。
54.如果需要排空保温水箱1内的余水，可打开截止阀8放水。