一种高低温环境试验箱的采用蓄冷过冷器的制冷系统及控制方法

本发明属于高低温试验箱，具体涉及一种高低温环境试验箱的采用蓄冷过冷器的制冷系统及控制方法。

背景技术：

1、近年来，工业化进程飞速推进，信息化建设不断进步，产品性能和安全性、可靠性要求越来越高。军工、汽车、航天还有电子产品的性能和可靠性与使用环境温度密切相关，需要在正式使用前进行相关的环境适应性测试，高低温环境试验箱能够模拟较快、较宽范围温度变化，是广泛使用的设备。

2、传统具有-70℃以下控温要求的高低温试验箱普遍采用复叠制冷或两级压缩制冷技术，通过两台压缩机满足制冷速度和深度技术要求，但存在设备成本高，能耗高的问题。采用混合工质低温制冷技术可以通过单台压缩机实现-70℃以下低温制冷，具有降温速度快，设备成本低，系统结构简单的特点。然而，以往传统的制冷技术中，当设备处于恒温运行时，普遍采用电加热平衡技术实现舱室冷热量平衡，达到恒温控制的效果，因此导致系统电耗的增加。特别是在高温运行时，当间室温度高于环境温度时，为了避免由于风机和间室漏热以及被测原件发热等导致的间室温度上升，依然需要开启制冷系统，提供冷量。而且此时系统压缩机流量大，压缩机功耗大，冷量也较大。因此，控制温度所需要电热负荷也随之增加。这无疑造成了电能的浪费。因此，减少系统在间室内冷量的输出，将富余冷量存储起来并用于系统低温制冷，成为高低温环境试验箱制冷系统的新的节能技术方向。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述技术中存在的不足，将蓄冷过冷器与混合工质低温技术结合，提出了一种高低温环境试验箱的采用蓄冷过冷器的制冷系统及控制方法。

2、为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种高低温环境试验箱的采用蓄冷过冷器的制冷系统，包括压缩机101、油分离器102、冷凝器103、三通阀104、回热器105、节流毛细管ⅰ106、电磁阀ⅰ107、节流毛细管ⅱ108、蒸发器109、电磁阀ⅱ110、节流毛细管ⅲ111、蓄冷过冷器112、膨胀容器113、电磁阀ⅲ114和电磁阀ⅳ115；其中，压缩机101出口与油分离器102和冷凝器103依次相连，冷凝器103出口分两路分别与三通阀104的入口1041和电磁阀ⅳ115入口相连，三通阀104的第二出口1043与蓄冷过冷器112的高压侧通道入口相连，三通阀104的第一出口1042与蓄冷过冷器112的高压侧通道出口以及回热器105的高压侧通道入口相连，回热器105的高压侧通道出口分三路分别与节流毛细管ⅰ106、电磁阀ι107和电磁阀ⅱ110的入口相连，节流毛细管ⅰ106出口与蒸发器109入口相连；电磁阀ⅰ107的出口与节流毛细管ⅱ108的入口相连；节流毛细管ⅱ108出口与蒸发器109入口相连；蒸发器109出口与回热器105的低压侧通道入口相连，回热器105的低压侧通道出口与压缩机101入口和电磁阀ⅲ114出口相连；电磁阀ⅱ110出口与节流毛细管ⅲ111入口相连，节流毛细管ⅲ111出口与蓄冷过冷器112的低压侧流道入口相连，蓄冷过冷器112低压侧流道出口与油分离器102出口、电磁阀ⅲ114出口和压缩机101入口相连；膨胀容器113的入口与出口分别与电磁阀ⅳ115出口和电磁阀ⅲ114入口相连；形成完整的循环系统。

4、使用膨胀容器113存储多余制冷剂，有效调节制冷系统压力，保证压缩机高低压在设计范围内；膨胀容器113设置在冷凝器103出口侧的优点在于，相比于设置在压缩机排气侧，设置在冷凝器103出口侧能更加快速地存储制冷剂，更为快速降低压缩机排气压力，保证压缩机101的运行安全。

5、所述的一种高低温环境试验箱的采用蓄冷过冷器的制冷系统的控制方法，该制冷系统采用了蓄冷过冷器112，制冷系统在恒温运行模式下，此时高低温环境试验箱舱室的温度为t1，当高低温环境试验箱舱室的温度需要从t1降低至温度t2时，系统由恒温运行模式切换至快速降温模式，当蓄冷过冷器112的温度低于冷凝器103出口温度时，此时电磁阀ⅰ107打开，电磁阀ⅱ110关闭，三通阀104的第一出口1042关闭，三通阀104的入口1041和第二出口1043通道开启，来自冷凝器103的制冷剂先通过蓄冷过冷器112过冷后，再进入回热器105；当蓄冷过冷器112的温度高于冷凝器103出口温度时，此时电磁阀ⅰ107打开，电磁阀ⅱ110关闭，三通阀104的入口1041和第一出口1042打开，三通阀104的第二出口1043通道关闭，制冷剂绕过蓄冷过冷器112进入回热器105进行换热；当高低温环境试验箱舱室的温度达到温度t2时，高低温环境试验箱舱室的电加热开启，平衡蒸发器109富余的冷量，维持高低温环境试验箱舱室的温度的稳定，电磁阀ⅰ107关闭，仅采用节流毛细管ⅰ106进行节流，减少蒸发器109富余的冷量，降低电加热功率；当电加热的功率的变化小于5％时，则认为制冷系统已经达到稳定运行状态，此时切换至恒温蓄冷模式。

6、当系统切换至恒温蓄冷模式时，此时电加热功率减小，以防止由于冷量旁通后控制过程的滞后因加热量高于冷量而导致高低温环境试验箱舱室的温度回升，电磁阀ⅱ110开启，三通阀104的入口1041至第一出口1042通道打开，三通阀104的第二出口1043关闭，来自冷凝器103的制冷剂直接通过回热器105回热后，部分制冷剂经过节流毛细管ⅲ111后将多余冷量储存在蓄冷过冷器112中，降低用于高低温环境试验箱舱室控温所需的电功率；当蓄冷过冷器112冷量蓄满时，关闭电磁阀ⅱ110，恒温蓄冷过程结束；

7、当制冷系统需要再次切换至快速降温模式时，电磁阀ⅰ107打开，电磁阀ⅱ110关闭，三通阀104的入口1041至第二出口1043通道打开，第一出口1042关闭，来自冷凝器103的制冷剂先通过蓄冷过冷器112过冷后，再进入回热器105；这样能够利用先前恒温蓄冷模式中蓄冷过冷器112的冷量来加快此次快速降温过程中的制冷系统回热的建立，降低蒸发温度，达到加快降温速度和降低压缩机功耗的目的。和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

8、1、传统具有-70℃以下控温要求的高低温环境试验箱普遍采用复叠制冷或两级压缩制冷技术，但这种技术存在设备成本高，能耗高的问题。采用本发明混合工质低温制冷技术可以通过单台压缩机实现-70℃以下低温制冷，具有降温速度快，设备成本低，系统结构简单的特点。

9、2、传统的高低温环境试验箱普遍采用电加热平衡技术实现舱室冷热量平衡，达到恒温控制的效果，这无疑造成了冷量和电能的浪费。而本发明的系统采用了蓄冷过冷器，将恒温过程中的富余冷量储存至蓄冷过冷器中，这不仅降低了制冷系统的能耗而且也加快了系统快速降温模式下的降温速度，提高了高低温环境试验箱的性能。

技术特征：

1.一种高低温环境试验箱的采用蓄冷过冷器的制冷系统，其特征在于：所述系统包括压缩机(101)、油分离器(102)、冷凝器(103)、三通阀(104)、回热器(105)、节流毛细管ⅰ(106)、电磁阀ⅰ(107)、节流毛细管ⅱ(108)、蒸发器(109)、电磁阀ⅱ(110)、节流毛细管ⅲ(111)、蓄冷过冷器(112)、膨胀容器(113)、电磁阀ⅲ(114)和电磁阀ⅳ(115)；其中，压缩机(101)出口与油分离器(102)和冷凝器(103)依次相连，冷凝器(103)出口分两路分别与三通阀(104)的入口(1041)和电磁阀ⅳ(115)入口相连，三通阀(104)的第二出口(1043)与蓄冷过冷器(112)的高压侧通道入口相连，三通阀(104)的第一出口(1042)与蓄冷过冷器(112)的高压侧通道出口以及回热器(105)的高压侧通道入口相连，回热器(105)的高压侧通道出口分三路分别与节流毛细管ⅰ(106)、电磁阀ι(107)和电磁阀ⅱ(110)的入口相连，节流毛细管ⅰ(106)出口与蒸发器(109)入口相连；电磁阀ⅰ(107)的出口与节流毛细管ⅱ(108)的入口相连；节流毛细管ⅱ(108)出口与蒸发器(109)入口相连；蒸发器(109)出口与回热器(105)的低压侧通道入口相连，回热器(105)的低压侧通道出口与压缩机(101)入口和电磁阀ⅲ(114)出口相连；电磁阀ⅱ(110)出口与节流毛细管ⅲ(111)入口相连，节流毛细管ⅲ(111)出口与蓄冷过冷器(112)的低压侧流道入口相连，蓄冷过冷器(112)低压侧流道出口与油分离器(102)出口、电磁阀ⅲ(114)出口和压缩机(101)入口相连；膨胀容器(113)的入口与出口分别与电磁阀ⅳ(115)出口和电磁阀ⅲ(114)入口相连；形成完整的循环系统。

2.根据权利要求1所述的一种高低温环境试验箱的采用蓄冷过冷器的制冷系统，其特征在于：使用膨胀容器(113)存储多余制冷剂，有效调节制冷系统压力，保证压缩机高低压在设计范围内；膨胀容器(113)设置在冷凝器(103)出口侧的优点在于，相比于设置在压缩机排气侧，设置在冷凝器(103)出口侧能更加快速地存储制冷剂，更为快速降低压缩机排气压力，保证压缩机(101)的运行安全。

3.权利要求1或2所述的一种高低温环境试验箱的采用蓄冷过冷器的制冷系统的控制方法，其特征在于：该制冷系统采用了蓄冷过冷器(112)，制冷系统在恒温运行模式下，此时高低温环境试验箱舱室的温度为t1，当高低温环境试验箱舱室的温度需要从t1降低至温度t2时，系统由恒温运行模式切换至快速降温模式，当蓄冷过冷器(112)的温度低于冷凝器(103)出口温度时，此时电磁阀ⅰ(107)打开，电磁阀ⅱ(110)关闭，三通阀(104)的第一出口(1042)关闭，三通阀(104)的入口(1041)和第二出口(1043)通道开启，来自冷凝器(103)的制冷剂先通过蓄冷过冷器(112)过冷后，再进入回热器(105)；当蓄冷过冷器(112)的温度高于冷凝器(103)出口温度时，此时电磁阀ⅰ(107)打开，电磁阀ⅱ(110)关闭，三通阀(104)的入口(1041)和第一出口(1042)打开，三通阀(104)的第二出口(1043)通道关闭，制冷剂绕过蓄冷过冷器(112)进入回热器(105)进行换热；当高低温环境试验箱舱室的温度达到温度t2时，高低温环境试验箱舱室的电加热开启，平衡蒸发器(109)富余的冷量，维持高低温环境试验箱舱室的温度的稳定，电磁阀ⅰ(107)关闭，仅采用节流毛细管ⅰ(106)进行节流，减少蒸发器(109)富余的冷量，降低电加热功率；当电加热的功率的变化小于5％时，则认为制冷系统已经达到稳定运行状态，此时切换至恒温蓄冷模式；

技术总结本发明公开了一种高低温环境试验箱的采用蓄冷过冷器的制冷系统及控制方法，该系统包括压缩机、冷凝器、蓄冷过冷器、回热器、蒸发器、电磁阀、毛细管等。高低温环境实验系统在维持恒温运行时，需要调节制冷负荷。传统采用冷量旁通的方法可以达到调节冷量控制温度的目的，但是会导致富余冷量的浪费和能耗的增加。本发明提出了一种新型节能制冷系统，其中系统在低负荷恒温运行时，回热器出口的部分高压制冷剂经过旁通阀和毛细管节流后进入蓄冷过冷器，将多余冷量储存在蓄冷过冷器中，降低了采用热平衡方式控温所需的电耗。在机组完成恒温运行进入降温运行模式时，冷凝器出口的制冷剂先经过蓄冷过冷器后再进入回热器，可以加快低沸点工质冷凝和过冷，从而提高系统降温速度，降低系统能耗。技术研发人员：白涛,万家豪受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/6/20