冰水機(chiller)原理與結構，了解運作方式、風冷水冷差異一次看

工業用冰水機(英文名為Chiller)是什麼? 冰水機是一種製冷設備，透過使用「製冷劑」，達到製造常溫以下的水溫對設備進行冷卻，冰水機被廣泛的應用各種設備，常見應用於各種工業製程設備，測量設備，食品加工設備，物理和化學設備等的恆定溫度的裝置。

【目錄摘要】

冰水機基本結構與原理
冰水機的不同類型差異與機械原理
風冷式水冷式冰水機的優缺點差異
晉惠冰水主機智能控制系統優勢
如何選擇冰水機類型及搭配冷卻水塔的使用方式
工業冰水機與冷卻水塔常見問題 (FAQ)

(一)冰水機基本結構與製冷原理

冰水機製冷過程不可缺少的元素為製冷劑，而製冷劑就是一般我們常說的冷媒。冷媒是可用來傳遞熱能，並產生冷凍效果的工作流體。除此之外，冰水機由四大組成原件，有壓縮機(Compressor)、蒸發器(Evaporator)、冷凝器(Condenser)、膨脹閥(Expansion valve)所組裝而成。

壓縮機(Compressor)：

為製冷循環提供動力，將低壓氣體提升為高壓氣體的一種從動的流體機械，加其壓力和溫度，然後將其推送到冷凝器，為冰水機的心臟。

冷凝器(Condenser)：

讓冷卻源(空氣or冷卻水塔)吸收冷媒所帶出之熱能將氣態冷煤的熱量帶走。冷凝器可分為兩種，氣冷式冷凝器及水冷式冷凝器。

膨脹閥(Expansion valve)：

為節流元件，降低冷媒壓力、調整冷媒流量。一般安裝於冷凝器和蒸發器之間。將高壓常溫的液態冷媒，分流成低溫低壓的濕蒸氣。

蒸發器(Evaporator)：

液態冷媒蒸發成為氣態冷媒，需要大量的熱，蒸發器就是利用此原理將膨脹閥送來低溫、液態冷媒，在低壓下吸收週圍的熱量而蒸發，在過程中使負載設備水的溫度下降，以達冷卻的目的。

因此工業用冰水機的原理核心在於利用製冷劑的【相變化】（液態與氣態之間的轉換）來吸收和釋放熱量，從而達到冷卻的目的。這一過程是通過蒸發、壓縮、冷凝和膨脹四個主要步驟來實現。

(二)冰水機的不同類型差異與機械原理

透過前面我們可以得知冰水機是利用冷媒製冷，利用冷媒「相」的變化來進行製冷，而何謂「相的變化」？其實就是液態、汽態之間的轉變，因為「相」的變化是受熱量、壓力所影響的，藉由冷媒對熱量的吸收、釋放來達到製冷之目的。但在冰水機中冷媒又是如何被運用來製冷的呢？

《風冷式冰水機 - 示意圖》

(一)風冷式(氣冷式)冰水機機械原理:

冷卻方式

使用外在空氣作為冷卻介質，通過風扇將周圍的空氣流過冷凝器，將制冷劑中的高壓側熱量散發到空氣中。

冷凝器

風冷式冰水機冷凝器通常是空氣冷卻型，依賴風扇將空氣流過冷凝器來散熱，效率受環境溫度影響較大。

安裝與維護

風冷式冰水機安裝較為簡單，無需額外的水源，維護成本相對較低。再通風良好的條件下也適合小型或中型的室內空間應用。

《水冷式冰水機 - 示意圖》

(二)水冷式冰水機機械原理:

冷卻方式

使用水作為冷卻介質，通過冷卻塔或水槽將熱量傳導到水中，再通過水的流動將熱量帶走，通常需要額外的水源。

冷凝器

冷凝器是水冷卻型，使用水來吸收熱量，通常能在較高的效率下運行，相較風冷式冰水機較”不容易”受到環境溫度影響，特別是在高溫的環境中。

安裝與維護

需要額外的冷卻水源和冷卻塔，安裝較為複雜，維護成本可能較高。但因效率通常較佳，因此也較適合大型工廠、數據產業中心等需要大量冷卻的場景。

冰水機製冷的主要運作原理，是透過壓縮機將冷媒壓縮成高壓高溫的液態冷媒，並進入冷凝器冷凝成高壓常溫液態冷煤，為了能夠冷媒回到低溫可吸熱的狀態，因此利用膨脹閥(節流元件)進行汽化，冷媒因變相而形成低壓、低溫的汽化效果，進入蒸發器讓負載側的熱量可以被降溫以及冷卻，而蒸發器的冷媒側也因為吸熱後，回到了低壓的液體狀態，最後一次回到壓縮機進行壓縮循環，達到重複製冷之效果，而每個環節是連續不間斷的，以保持穩定製冷。

(三)風冷式水冷式冰水機的優缺點差異

風冷式冰水機的優缺

風冷式冰水機倚靠著空氣的流動來帶走熱能，因此在機台上會加裝一組風機，為了將效率提升，需要放在通風良好的位置，冷凝器管路會比較長，並加裝散熱鰭片，因此風冷式冰水機的體積會比水冷式冰水機來的大。而風冷式冰水機的好處就是不需再安裝冷卻水塔，管線配置也較簡易。

風冷式冰水機配管示意圖

水冷式冰水機的優缺

水冷式冰水機使用的是水冷式冷凝器，倚靠著水循環系統來帶走熱能，因此需要多安裝一台冷卻水塔。水冷式冰水機的好處就是比風冷式冰水機效率來的高，這是因為空氣的導熱性和熱容量比水小得多，且放置空間較無限制，但冷凝器常常會受冷卻系統水質問題影響，造成水垢、青苔、鏽蝕等問題。

水冷式冰水機配管示意圖

風冷式冰水機與水冷式冰水機上都有精密的控制元件，不能放在會淋到雨的地方，避免造成故障。風冷式冰水機或是水冷式冰水機皆需要定期檢查機台內水箱的水，以避免冰水機內水中酸鹼值過高所造成的鏽蝕情形發生(冷卻水防鏽劑)。

(四)晉惠冰水主機智能控制系統優勢

冰水機控制以及故障警示

冰水機是由壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器等精密零件所組成，要讓冰水機操作順暢、安全且更具備成本效益之要求下，除了本身良好的冰水機設計外，還必須要配置與冰水機相對應的電控系統與明確的故障警示。在冰水機發生異常時能立即了解問題發生所在，以進行相對應之處理方式，讓冰水機使用壽命更為延長。

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晉惠冰水機電控系統功能與優勢:

馬達逆相控制	壓縮機過載保護	開啟控制箱—安全斷電裝置
散熱不良跳脫	散熱水塔馬達過載保護	LED異常顯示
冷媒不足跳脫	冰水流量不足控制	緊急停止控制
防止冰水凍結	超負荷斷電保護	IC故障警報系統
冰水泵浦過載	電源欠相保護	冷媒超高洩壓裝置
風扇馬達過載保護	多機式順序延時啟動控制	水路by-PASS設計

(五)如何選擇冰水機類型及搭配冷卻水塔的使用方式

晉惠冷卻的工業用冰水機不論風冷與水冷式冰水機裝置，皆採用美國、法國進口壓縮機及膨脹閥，零件也採用國外大廠規格，讓冰水機效能以及穩定度得到最大發揮，此外蒸發器外殼及膨脹水箱皆為SUS#304高級不鏽鋼材質，強化不同環境下使用壽命。同時控制面板採用微電腦控制，讓機台不管出現任何情況，都可簡易快速了解問題並且排除。並可依需求選擇CE規格標準，來符合不同國家之規範要求。

微電腦LED採用歐洲進口液晶顯示，觸控型溫度控制器，其溫度控制±1%之內，可兼具最高溫度及最低溫度控制之延時保護特性。因此晉惠冰水機系列在品質壽命、與運行穩定度上，都更具備優勢。

考慮到上述風冷式與水冷式冰水機的差異，會建議評估以下幾點:

1. 設備冷卻需求

冷卻負荷：評估工廠的冷卻需求，包括設備的冷卻負荷、運行時間和冷卻效率要求。
應用類型：不同的工業應用對冷卻的要求不同，需考慮所需的冷卻能力和穩定性。

2. 環境條件

當地氣候：考慮當地的氣候條件，如夏季的高溫和濕度，這會影響風冷式冰水機的性能，因此水冷可能是較佳選擇。
冷卻水資源：水冷式冰水機需要穩定的水源，評估工廠是否有足夠空間裝置冷卻水塔協助冷卻。。

3. 安裝空間

空間限制：工業用的風冷式冰水機通常佔用的空間較小（主機與冷卻系統整合），而水冷式冰水機需要額外的冷卻塔或水槽，需評估可用的安裝空間。

4. 維護成本

維護需求：風冷式冰水機的維護相對簡單，通常定期清理散熱濾網即可，但水冷式冰水機需要需依照水質不同定期檢查水質冷卻系統管路是否堵塞，需考慮長期維護成本。
運行成本：40RT 以上單機系統系統中，由於效率緣故，水冷式冰水機更具經濟性，但小型系統因為建置簡單，製程系統維護上可能會更適合。

5. 投資成本

設備成本：比較兩種系統的初始購置成本，包括設備、安裝和其他相關費用。
長期效益：考慮設備的壽命、效能、擴充可擴充可能和潛在的節能效果

6. 考慮因素

如果您的場所已經具有良好的通風系統並且能夠有效地排出熱量，或者如果您需要一個相對較簡單的解決方案，那麼風冷式冰水機可能是一個不錯的選擇。
如果您的場所缺乏良好的通風系統或對熱量排放有嚴格的限制，或者如果您需要更高的冷卻效能，那麼水冷式冰水機搭配密閉式冷卻水塔可能是更適合且可彈性調整冷卻效能的選擇。

水冷式、氣冷式冰水機與冷卻水塔搭配指南

冰水機是廠房製冷系統中最核心、也是最耗能的設備。在評估冰水機選型時，除了確認所需的製冷能力（噸數），冷卻方式的選擇更是影響後續維護成本與節能效率的關鍵。依照散熱方式，主要可分為氣冷式與水冷式兩大類：

1. 氣冷式冰水機（風冷式）： 如果是空間受限、無法額外配置水管或水塔的廠房，建議選擇晉惠 FCR 系列氣冷式冰水機。它自帶風扇系統幫助高壓高溫冷媒散熱，安裝快速且管線配置簡易，取代了冷凝器與冷卻水塔的功能，非常適合小型製程或無水資源的環境。

2. 水冷式冰水機（需搭配冷卻水塔）： 若是塑膠射出、金屬加工等需要高效、穩定且大量降溫的連續性製程，強烈建議選擇晉惠 WCR 系列水冷式冰水機。水冷式的熱傳導效率遠高於氣冷式，長期運轉下來更為省電。

實務上，我們建議水冷式冰水機強烈建議搭配晉惠的「密閉式冷卻水塔」使用。這不僅能發揮最大的節能效益，純水內循環的設計更能 100% 杜絕水垢進入冰水機的冷凝器，大幅延長精密設備的壽命，並徹底減少產線無預警跳機的風險。

💡 不知道廠房該買幾噸的冰水機才夠用？ 除了考量製冷能力，冰水主機的運轉效率更是影響廠房電費的重點。

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晉惠工業用冰水機

工業用水冷式冰水機WCR系列(3-30RT)

工業用風冷式冰水機FCR系列(2-30RT)

冰水機是製冷系統中最重要也是耗能最多的設備，所以在挑選冰水機的過程當中除了該機台製冷能力的要求，該冰水主機的效率優劣也是非常重要的挑選考量。《冰水機效率計算 GO》

(六) 工業冰水機與冷卻水塔常見問題 (FAQ)

為了幫助廠務工程師與採購人員更快速釐清設備需求，晉惠整理了最常遇到的三大冷卻系統評估問題：

Q1：廠房設備過熱，我應該買「冷卻水塔」還是「冰水機」？

A1： 取決於您的製程需要多低的水溫。如果只需要將水溫降至比環境溫度略低（例如常溫水降至 30°C 左右），使用冷卻水塔即可，建置與運轉成本較低；但如果製程需要將水溫降至常溫以下（例如 5°C ~ 20°C 的冰水）來進行極速冷卻，就必須使用冰水機（冷凍機）來進行強制製冷。

Q2：水冷式和氣冷式冰水機，哪一種比較省電？

A2： 在相同製冷噸數下，水冷式冰水機通常比氣冷式更省電、運轉效率更高。因為水的熱傳導能力遠優於空氣。雖然水冷式需要額外搭配冷卻水塔運作，初期建置成本稍高，但以長期高負載運轉的工業廠房來說，水冷式省下的驚人電費通常能讓企業快速回本。

Q3：冰水機需要定期清洗保養嗎？如果不洗會怎樣？

A3： 非常需要！特別是「水冷式冰水機」的冷凝器端，如果搭配的是傳統開放式水塔，外氣夾帶的粉塵與雜質極易在管路內形成水垢。實測證明，只要產生 0.5mm 的水垢，就會增加約 10% 的電力耗損，嚴重時甚至會導致壓縮機高溫高壓跳機。建議定期使用專業藥劑清洗，或直接升級為晉惠「密閉式冷卻水塔」從源頭一勞永逸地解決水垢問題。