[發明專利]制冷量控制裝置，使用該裝置的試驗設備及控制方法

有效

• 申請號: 201210145259.6
• 申請日: 2012-05-11
• 公開（公告）號: CN102635990A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 徐月明
• 申請（專利權）人: 杭州雪中炭恒溫技術有限公司
• 主分類號: F25B49/02
• 分類號: F25B49/02;F25B41/06;F25B41/04;F25B1/00;B01L7/00
• 代理公司: 杭州裕陽專利事務所(普通合伙) 33221
• 代理人: 應圣義

技術領域

本發明涉及一種用于氣候與環境試驗設備上的能夠精確控制制冷量的熱氣閥熱氣旁通制冷量控制裝置，尤其是能夠在少用或不用加熱的情況下維持制冷系統在接近或高于環境溫度的條件下工作，能夠降低加熱功率的消耗、提高加熱效率甚至免除加熱器的使用，結構簡單，降低能耗，可作為氣候與環境試驗設備溫度精密控制的重要手段。本發明還涉及使用上述控制裝置的試驗設備。另外，本發明還涉及使用上述控制裝置的試驗設備及該控制裝置采用的控制方法。

背景技術

氣候與環境試驗設備，包括恒溫槽、恒溫循環裝置、氣候環境試驗箱、生物人工氣候試驗箱、低溫培養箱等在醫藥衛生、生物技術、農林研究、電子電器、計量檢定、巖土工程、石油化工等領域的生產、科學研究和實驗室等方面有著廣泛的用途。

制冷裝置是氣候環境試驗設備所不可或缺的重要組成部分，所有需要低于環境溫度工作或在工作過程中需要釋放熱量的系統都涉及制冷裝置及制冷技術的應用。由于精密溫度控制的需要以及氣候與環境試驗儀器領域小批量多品種的特點，制冷量的控制以及能源消耗的控制一直是一個被忽視的重要課題。幾乎所有氣候與環境設備的溫度控制技術仍停留在采用連續制冷和加熱補償這種簡單與傳統的技術水平上，因此造成了大量的能源消耗與浪費。

請參考圖1，常規的制冷裝置基本構成包括壓縮機、冷凝器、節流裝置和蒸發器。節流裝置作為制冷裝置不可或缺的重要部件，有毛細管、熱力膨脹閥、電子膨脹閥等多種形式，代表了制冷裝置控制從簡單到自動化的發展歷程，在實現制冷量精確控制方面電子膨脹閥的作用變得越來越重要。

制冷量控制中，采用變頻壓縮機制冷技術、電子膨脹閥節流技術和熱泵技術在家用電器或商業用途的電器設備中已經被廣泛應用。變頻壓縮機制冷技術與電子膨脹閥節流技術通常需要配套使用，其中涉及特殊的變頻壓縮機和復雜的過熱度檢測與計算，如果沒有大量的資金投入或不是設計成批量生產的產品，該技術很難被普遍采用。利用熱泵技術進行加熱比傳統的電阻加熱具有極高的能效比，其中涉及加熱與制冷切換的四通閥，將傳統制冷裝置中的冷凝器與蒸發器互換，從而實現制冷與加熱的切換。然而有關制冷量的控制仍離不開變頻技術或電子膨脹閥的節流技術。

目前電子膨脹閥廣泛應用的領域多為家用電器與商用制冷領域，通常作為節流裝置與變頻壓縮機配套使用，主要控制的是蒸發器出口的過熱度，通常配置在冷凝器出口與蒸發器入口之間，根據蒸發器出口的過熱度，實時分析判斷并調整閥的開口大小，實現對過熱度的比較優化控制，達到系統制冷量的優化輸出，但在精確控制時，由于受到過熱度的限制，往往不能發揮最佳的制冷輸出控制能力，系統溫度控制精度較差。如為了精確控制電子膨脹閥的過熱度，常常需要其他輔助手段如蒸發器前后的蒸發溫度與制冷劑壓力的測量，因此控制電路、控制軟件的復雜性與可靠性成為系統成敗的關鍵，如果沒有一定的產業化前景與批量生產的工藝研究，很難支撐昂貴的開發費用。同時常規電子膨脹閥適用的溫度范圍在室溫與-40℃之間，無法滿足氣候環境試驗設備應用領域-90～+300℃范圍對電子膨脹閥提出的額外要求，加上氣候環境試驗設備小批量多品種的特點的，很難將電子膨脹閥按傳統的方式應用到精密恒溫氣候環境試驗設備中。

熱氣旁通技術是在傳統制冷系統管路中增加一個熱氣旁通通道以實現制冷與加熱的簡單技術，其基本工作原理是需要制冷的時候，將熱氣旁通通道關閉實現最大限度的制冷；當需要降低制冷量或加熱的時候，將熱氣旁通通道開啟，這時壓縮機排氣口的熱氣沒有經過冷凝器的冷卻而直接進入蒸發器中，從而限制了制冷量轉而實現加熱；當需要溫度恒定的時候，熱氣旁通通道可以按一定的頻率開啟和關閉，從而實現制冷量的調節和恒溫。然而綜合現有熱氣旁通制冷量控制技術存在以下問題：

（1）熱氣旁通通道開啟和關閉的頻率，受電磁閥壽命的限制不能太頻繁，因此制冷量控制的精度是有限的；

（2）電磁閥長期開啟處于連續加熱狀態時，壓縮機的排氣壓力不斷下降，制冷裝置只能實現有限的加熱甚至不能加熱，因此在接近室溫或高于室溫的范圍內實際是困難的；

（3）電磁閥的開啟和關閉存在噪音，包括閥門動作的噪音和熱氣流動的噪音；

（4）電磁閥開閉前后的壓力沖擊，容易引起其他制冷零部件的疲勞與損壞，包括電磁閥本身。

發明內容

本發明的目的是提供一種制冷量控制裝置，以解決氣候與環境試驗設備中制冷系統制冷量與溫度控制困難，能源消耗偏大的技術問題。

本發明的另一個目的是提供一種采用上述控制裝置的試驗設備。