[發明專利]全天候寬溫帶精密溫度控制系統

有效

• 申請號: 201010530438.2
• 申請日: 2010-11-03
• 公開（公告）號: CN101975489A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 王鐵軍;江斌;王正
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: F25B29/00
• 分類號: F25B29/00;F25B49/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明涉及制冷與人機環境工程技術領域，具體涉及一種應用在-60～70℃的寬溫帶氣候條件的精密調節溫度的控制系統。

背景技術

飛機、艦船的電子倉室，通訊、監測、預警、制導等功能的機動車輛、艦船或運載工具，激光裝置等光電系統等，通常都有全天候、寬溫區工作的需求，常常具有熱流密度大或熱流量大的特點，必須使用人機環境控制設備為其提供合適的工作環境溫度，以保障其安全、可靠、高效和準確地工作；甚至要求很高的溫度控制精度和很快的降溫速率，以提高其工作的穩定性、可靠性、準確性、機動性和效率。

曾經使用的以熱電制冷為冷熱源的溫度控制系統存在有工作溫區窄、啟動速度慢、效率低的局限，不能滿足寬溫區精密控溫以及快速啟動的需求。

機械制冷具有制冷量調節范圍寬、降溫速度快、能效水平高，在較寬的環境溫度變化范圍工作可靠的優點。但在較低的外界環境溫度下進行制冷時，其經濟性和可靠性不佳。當環境溫度更低時，甚至需要供熱為被控對象調節工作環境溫度。

發明內容

本發明提供一種可靠性好、模塊化程度高、使用維護便捷的全天候寬溫帶精密溫度控制方法及系統，以滿足全天候、寬溫區工作、具有大熱流量和高熱流密度特點的光、電設備與儀器的環境控制需要，能夠在-60～70℃的寬環境溫度范圍內實現局部環境溫度的精密控制，保證被控對象安全、可靠、穩定、高效和準確地運行。

本發明采用如下技術方案

本發明全天候寬溫帶精密溫度控制系統，其特點是系統構成包括：

冷熱源模塊，其由機械制冷單元、風冷冷卻單元和電熱單元構成；

冷媒回路，其以液體泵作為冷媒循環的驅動源，儲液器中冷媒依次經液體泵、具有微通道的熱沉和三通閥)，在三通閥的出口端經兩條并聯支路的某一通路，后經主回路的電熱模塊回流至儲液器中；所述的兩條并聯支路，一路是經三通閥出口A的機械制冷單元通道、另一路是經三通閥出口B的風冷冷卻單元通道；

測控系統，其由冷媒溫度傳感器、被控對象溫度傳感器、環境溫度傳感器和以微處理器為控制中心的測控單元組成；

將-60～70℃的寬溫帶分解為制冷區、風冷區和供熱區，所述測控系統根據實時運行狀態分區控制為不同的三種工作模式，所述三種工作模式分別是在所述制冷區啟動機械制冷工作模式，在所述風冷區切換為風冷冷卻工作模式，在所述供熱區切換為電熱工作模式。

本發明全天候寬溫帶精密溫度控制系統的結構特點也在于：

所述機械制冷單元采用蒸氣壓縮式制冷結構，按制冷劑的流向依次設置壓縮機、具有變頻調速風機的冷凝器組件、干燥過濾器、節流機構、蒸發冷卻器和氣液分離器，所述氣液分離器的出口端與壓縮機進口端連接，構成機械制冷循環系統；以所述變頻調速風機作為調節機構，以適應環境溫度變化及熱負荷變化。

所述風冷冷卻單元采用氣液熱交換器，由變頻調速風機驅動空氣強制對流，冷媒在氣液熱交換器中與空氣完成熱交換；以所述變頻調速風機調節所述氣液熱交換器的換熱能力，以適應環境溫度變化及熱負荷變化。

所述電熱單元由并聯設置的供熱主電熱器和副電熱器組成；以所述副電熱器在三種工作模式中執行冷媒的溫度精調，實現精密溫度控制。

在所述測控系統中采用可精密調溫的串級控制方式，以副電熱器作為串級控制的內環執行器，以被控對象溫度傳感器檢測的被控對象溫度信號t2為主參數，以冷媒溫度傳感器檢測的冷媒溫度t1為副參數，設置電量控制器調節所述副電熱器產生的電熱量，精密控制被調對象溫度。

與已有技術相比，本發明有益效果體現在：

1、本發明采用機械制冷、風冷冷卻和電熱供熱三種工作模式，采用串級控制方式精調冷媒溫度，可以精密控制被控對象工作溫度。

2、本發明所使用的三種工作模式可以實現全天候、-60～70℃的寬溫帶自動溫度控制，確保被控系統穩定、可靠、準確、高效運行。

3、本發明的控溫范圍寬，使用效果明顯優于熱電制冷；由于采用了風冷工作模式，滿足了被控對象在環境溫度較低條件下還需要供冷的運行要求，提高了系統的可靠性和節能性能。

4、本發明功能結構簡明，模塊化程度高，使用靈活方便，管理維護便捷。

5、本發明可以實現自動運行、遠程控制和人機通訊。在光電裝置、電力電子設備與儀器、通訊工程、能源系統、武器裝備、機載設備等領域有一定的應用前景。

附圖說明

圖1為本發明的結構原理方框圖；

圖2溫度控制系統性能示意圖；

圖3為本發明的機械制冷模塊構成框圖；