[发明专利]制冷量控制装置，使用该装置的试验设备及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于气候与环境试验设备上的能够精确控制制冷量的热气阀热气旁通制冷量控制装置，尤其是能够在少用或不用加热的情况下维持制冷系统在接近或高于环境温度的条件下工作，能够降低加热功率的消耗、提高加热效率甚至免除加热器的使用，结构简单，降低能耗，可作为气候与环境试验设备温度精密控制的重要手段。本发明还涉及使用上述控制装置的试验设备。另外，本发明还涉及使用上述控制装置的试验设备及该控制装置采用的控制方法。

背景技术

气候与环境试验设备，包括恒温槽、恒温循环装置、气候环境试验箱、生物人工气候试验箱、低温培养箱等在医药卫生、生物技术、农林研究、电子电器、计量检定、岩土工程、石油化工等领域的生产、科学研究和实验室等方面有着广泛的用途。

制冷装置是气候环境试验设备所不可或缺的重要组成部分，所有需要低于环境温度工作或在工作过程中需要释放热量的系统都涉及制冷装置及制冷技术的应用。由于精密温度控制的需要以及气候与环境试验仪器领域小批量多品种的特点，制冷量的控制以及能源消耗的控制一直是一个被忽视的重要课题。几乎所有气候与环境设备的温度控制技术仍停留在采用连续制冷和加热补偿这种简单与传统的技术水平上，因此造成了大量的能源消耗与浪费。

请参考图1，常规的制冷装置基本构成包括压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器。节流装置作为制冷装置不可或缺的重要部件，有毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀等多种形式，代表了制冷装置控制从简单到自动化的发展历程，在实现制冷量精确控制方面电子膨胀阀的作用变得越来越重要。

制冷量控制中，采用变频压缩机制冷技术、电子膨胀阀节流技术和热泵技术在家用电器或商业用途的电器设备中已经被广泛应用。变频压缩机制冷技术与电子膨胀阀节流技术通常需要配套使用，其中涉及特殊的变频压缩机和复杂的过热度检测与计算，如果没有大量的资金投入或不是设计成批量生产的产品，该技术很难被普遍采用。利用热泵技术进行加热比传统的电阻加热具有极高的能效比，其中涉及加热与制冷切换的四通阀，将传统制冷装置中的冷凝器与蒸发器互换，从而实现制冷与加热的切换。然而有关制冷量的控制仍离不开变频技术或电子膨胀阀的节流技术。

目前电子膨胀阀广泛应用的领域多为家用电器与商用制冷领域，通常作为节流装置与变频压缩机配套使用，主要控制的是蒸发器出口的过热度，通常配置在冷凝器出口与蒸发器入口之间，根据蒸发器出口的过热度，实时分析判断并调整阀的开口大小，实现对过热度的比较优化控制，达到系统制冷量的优化输出，但在精确控制时，由于受到过热度的限制，往往不能发挥最佳的制冷输出控制能力，系统温度控制精度较差。如为了精确控制电子膨胀阀的过热度，常常需要其他辅助手段如蒸发器前后的蒸发温度与制冷剂压力的测量，因此控制电路、控制软件的复杂性与可靠性成为系统成败的关键，如果没有一定的产业化前景与批量生产的工艺研究，很难支撑昂贵的开发费用。同时常规电子膨胀阀适用的温度范围在室温与-40℃之间，无法满足气候环境试验设备应用领域-90～+300℃范围对电子膨胀阀提出的额外要求，加上气候环境试验设备小批量多品种的特点的，很难将电子膨胀阀按传统的方式应用到精密恒温气候环境试验设备中。

热气旁通技术是在传统制冷系统管路中增加一个热气旁通通道以实现制冷与加热的简单技术，其基本工作原理是需要制冷的时候，将热气旁通通道关闭实现最大限度的制冷；当需要降低制冷量或加热的时候，将热气旁通通道开启，这时压缩机排气口的热气没有经过冷凝器的冷却而直接进入蒸发器中，从而限制了制冷量转而实现加热；当需要温度恒定的时候，热气旁通通道可以按一定的频率开启和关闭，从而实现制冷量的调节和恒温。然而综合现有热气旁通制冷量控制技术存在以下问题：

（1）热气旁通通道开启和关闭的频率，受电磁阀寿命的限制不能太频繁，因此制冷量控制的精度是有限的；

（2）电磁阀长期开启处于连续加热状态时，压缩机的排气压力不断下降，制冷装置只能实现有限的加热甚至不能加热，因此在接近室温或高于室温的范围内实际是困难的；

（3）电磁阀的开启和关闭存在噪音，包括阀门动作的噪音和热气流动的噪音；

（4）电磁阀开闭前后的压力冲击，容易引起其他制冷零部件的疲劳与损坏，包括电磁阀本身。

发明内容

本发明的目的是提供一种制冷量控制装置，以解决气候与环境试验设备中制冷系统制冷量与温度控制困难，能源消耗偏大的技术问题。

本发明的另一个目的是提供一种采用上述控制装置的试验设备。