CN110887264A - 热湿交变环境控制的装置以及热湿交变试验箱 - Google Patents

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周默
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周贤
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Abstract

本发明提供了一种热湿交变环境控制的装置以及热湿交变试验箱，包括：高温级压缩循环部分、低温级压缩循环部分、冷量转换器和超声波加湿器，冷量转换器连接在高温级压缩循环部分和低温级压缩循环部分之间；其中，低温级压缩循环部分中采用微通道蒸发器进行蒸发吸热，超声波加湿器采用高频震荡产生水雾对测试空间进行加湿。本发明通过使用微通道换热器替代管翅片管蒸发器，节省风道内占用体积，在同等制冷需求设计下结构更加紧凑，测试区域内可利用空间更大，气流组织更加均匀；换热器表面固体干燥剂涂层可以储存一部分水蒸气，在加湿过程中放出节省部分能耗；超声波加湿器加湿过程功率小、耗水量少、控制精度高，可以高达到节能减排的作用。

Description

热湿交变环境控制的装置以及热湿交变试验箱
技术领域
本发明涉及制冷系统领域，具体地，涉及一种热湿交变环境控制的装置以及热湿交变试验箱。
背景技术
中国环境试验技术的发展相较国外起步较晚，总体技术水平相较国外存在一定差距，但国内环境试验设备市场需求量巨大，作为GDP每年都在不断增长的实体经济大国，无论是食品加工、物流运输、还是电子材料军工设备，各方各面都需要环境模拟技术作为产品可靠性测试的依据。在同样的测试需求下，国外进口的高端环境试验设备往往更能打动消费者，因此自主研发多功能先进精密环境试验设备迫在眉睫。
目前市场上的大多数试验箱采用压缩式制冷的方式来降温，为了更好的模拟极端环境，人们开发了几种先进的制冷/热泵技术来实现目标和提高性能，如多级压缩循环、复叠循环、复合系统等等。其中，在试验箱设备领域，复叠制冷循环得到了广泛的关注以及应用，即通过中间换热器将两个独立运行的单级压缩循环组合而成的。低温循环通过蒸发器从箱体测试空间中吸收热量，然后通过复叠中间换热器将热量传递到高温循环的制冷剂在中间换热器中蒸发，被压缩之后制冷剂在冷凝器中将热量排到自然环境中去。复叠制冷系统已被证明在建筑工业应用领域中拥有显著提高性能系数和冷却空间的能力，以及在食品、饮料和试验设备等许多领域提供大区间的降温冷却能力。
专利文献CN 105758048B公开了一种变流量单工质并联冷凝器和蒸发器的复叠制冷系统。蒸发器作为复叠制冷系统中放置在测试环境风道内提供冷量的末端，直接关联风道结构设计，传统翅片管蒸发器占用体积大，换热效率一般，热传导延迟情况严重，影响到测试空间速度场和温度场的均匀性。湿度控制方面，主要靠蒸发器表面冷凝除湿，冷凝水中杂质较多，重复回收到水箱再利用的话影响加湿器寿命，而直接排出又造成浪费需要频繁往水箱加水。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种热湿交变环境控制的装置以及热湿交变试验箱。
根据本发明提供的一种热湿交变环境控制的装置，包括：高温级压缩循环部分、低温级压缩循环部分、冷量转换器4和超声波加湿器8，所述冷量转换器4连接在所述高温级压缩循环部分和所述低温级压缩循环部分之间；
其中，所述低温级压缩循环部分中采用微通道蒸发器7进行蒸发吸热；
所述超声波加湿器8采用高频震荡产生水雾对测试空间进行加湿。
优选地，所述微通道蒸发器7的表面涂有固体储湿干燥剂涂层。
优选地，所述冷量转换器4高温级输入口、高温级输出口、低温级输入口和低温级输出口。
优选地，所述高温级压缩循环部分包括：第一压缩机1、冷凝器2和第一节流阀3；
所述第一压缩机1的输入端连接所述高温级输出口，所述第一压缩机1的输出端与所述冷凝器2的输入端连接，所述冷凝器2的输出端通过所述第一节流阀3与所述高温级输入口连接。
优选地，所述低温级压缩循环部分包括：第二节流阀6、所述微通道蒸发器7和第二压缩机5；
所述微通道蒸发器7的输入端通过所述第二节流阀6与所述低温级输出口连接，所述第二压缩机5的输入端与所述微通道蒸发器7的输出端连接，所述第二压缩机5的输出端与所述低温级输入口连接。
优选地，所述与低温级压缩循环交换热量的测试空间区域包括：风道和超声波加湿器8；
所述超声波加湿器8和所述微通道蒸发器7设置于所述风道中，所述风道中的空气通过所述超声波加湿器8风机部分驱动，经过所述微通道蒸发器7降温除湿后输出。
优选地，所述微通道蒸发器7填满所述风道的截面。
优选地，所述高温级压缩循环部分和所述低温级压缩循环部分中，分别流通有制冷剂。
优选地，所述冷量转换器4包括板式中间换热器。
根据本发明提供的一种热湿交变试验箱，包括上述的热湿交变环境控制的装置。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过使用微通道换热器替代管翅片管蒸发器，节省风道内占用体积，在同等制冷需求设计下结构更加紧凑，测试区域内可利用空间更大，气流组织更加均匀。
2、本发明使用的微通道换热器拥有更高的换热效率，提高了系统性能，温度响应更快，降温速率可达到3-5K/min，测试空间整体温度场均匀性可以达到±0.5K。
3、本发明使用的蒸发器涂层能够有效的吸附水分，降温除湿时空气中一部分水蒸气被吸附在涂层中，减小了部分冷凝除湿时压缩机的功耗；升温加湿时这部分水蒸气脱附被释放到空间中，减小了部分加湿器的功耗。使用涂层吸附/脱附实现了水蒸气的循环利用，降低了系统整体的能耗，实现了节能减排的效果。
4、本发明使用超声波加湿器实现加湿过程，相比电极式电热式加湿方式，超声波加湿器利用高频震荡产生水雾对测试空间进行加湿，加湿过程功耗小、耗水量低、控制精度高。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供的一种热湿交变环境控制的装置，包括：高温级压缩循环部分、低温级压缩循环部分、冷量转换器4和超声波加湿器8，所述冷量转换器4连接在所述高温级压缩循环部分和所述低温级压缩循环部分之间。微通道蒸发器7的表面涂有固体储湿干燥剂涂层。超声波加湿器利用高频震荡产生水雾对测试空间进行加湿。本发明中的高温级压缩循环部分、低温级压缩循环部分是指两个部分之间相对高温和相对低温，并非是指特定的某个温度范围为高温或低温。
冷量转换器4高温级输入口、高温级输出口、低温级输入口和低温级输出口。高温级压缩循环部分包括：第一压缩机1、冷凝器2和第一节流阀3；第一压缩机1的输入端连接高温级输出口，第一压缩机1的输出端与冷凝器2的输入端连接，冷凝器2的输出端通过第一节流阀3与高温级输入口连接。低温级压缩循环部分包括：第二节流阀6、微通道蒸发器7和第二压缩机5；微通道蒸发器7的输入端通过第二节流阀6与低温级输出口连接，第二压缩机5的输入端与微通道蒸发器7的输出端连接，第二压缩机5的输出端与低温级输入口连接。与低温级压缩循环交换热量的测试空间区域包括：风道和超声波加湿器8；超声波加湿器8和微通道蒸发器7设置于风道中，风道中的空气通过超声波加湿器8风机部分驱动，经过微通道蒸发器7降温除湿后输出。
高温级压缩循环中，制冷剂经过第一压缩机1压缩变成高温高压气态被排出进入冷凝器2，制冷剂冷凝过程放热被发散到环境中，之后通过第一节流阀3制冷剂减压膨胀，最后进入冷量转换器4蒸发，此过程与低温级制冷剂进行换热；低温级制冷剂在冷量转换器4冷凝换热，进入第二节流阀6膨胀减压，然后进入微通道换热器7蒸发吸热，带走空气中的热量以及吸附热，制冷剂最后回到第二压缩机5，降温除湿后的空气被风道中的风机循环送到测试空间。在本实施例中，冷量转换器4采用板式中间换热器。
为了能够提供足够的冷负荷，微通道蒸发器7尺寸应按照最大制冷需求计算设计；为了避免短路风造成的换热不充分，微通道蒸发器7应尽量填满风道截面并且将非换热区域填补避免漏风；为了避免影响换热效果并减小风阻，固体储湿干燥剂涂覆过程应该避免将微通道蒸发器7隔片间空隙堵塞。
上述的热湿交变环境控制的装置可应用于热湿交变试验箱中。
本发明利用微通道蒸发器替代传统的翅片管蒸发器，在相同的制冷量下，微通道蒸发器结构更加紧凑空间利用率高，可以节省风道内占用的体积40％以上，富裕的风道空间有利于对气流组织优化设计并且方便后期可能的维修工作展开。
微通道蒸发器利用大尺度微通道强化传热原理，流道当量直径1mm左右时可以提高对流换热系数50％～100％，温度场的均匀性更佳，维持测试空间环境稳定的同时，可以满足更高能效标准，有效的提高系统性能，减少系统整体能耗，而且耐压耐用可靠性高。
微通道蒸发器表面喷涂的储湿干燥剂涂层，在连续除湿过程中，平均除湿量可以达到5g/kg干空气以上，不仅可以有效的吸附空气中的水蒸气，还可以通过管道中流动的制冷剂带走吸附热，减少除湿过程中的不可逆损失；在系统升温加湿的过程中，涂层中的水蒸气可以脱附到空气中，提供一部分加湿量并节约加湿器能耗。
超声波加湿器加湿的过程，利用高频震荡产生水雾对测试空间进行加湿，加湿过程功耗小、耗水量低、控制精度高。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种热湿交变环境控制的装置，其特征在于，包括：高温级压缩循环部分、低温级压缩循环部分、冷量转换器(4)和超声波加湿器(8)，所述冷量转换器(4)连接在所述高温级压缩循环部分和所述低温级压缩循环部分之间；
其中，所述低温级压缩循环部分中采用微通道蒸发器(7)进行蒸发吸热；
所述超声波加湿器(8)采用高频震荡产生水雾对测试空间进行加湿。
2.根据权利要求1所述的热湿交变环境控制的装置，其特征在于，所述微通道蒸发器(7)的表面涂有固体储湿干燥剂涂层。
3.根据权利要求2所述的热湿交变环境控制的装置，其特征在于，所述冷量转换器(4)高温级输入口、高温级输出口、低温级输入口和低温级输出口。
4.根据权利要求3所述的热湿交变环境控制的装置，其特征在于，所述高温级压缩循环部分包括：第一压缩机(1)、冷凝器(2)和第一节流阀(3)；
所述第一压缩机(1)的输入端连接所述高温级输出口，所述第一压缩机(1)的输出端与所述冷凝器(2)的输入端连接，所述冷凝器(2)的输出端通过所述第一节流阀(3)与所述高温级输入口连接。
5.根据权利要求3所述的热湿交变环境控制的装置，其特征在于，所述低温级压缩循环部分包括：第二节流阀(6)、所述微通道蒸发器(7)和第二压缩机(5)；
所述微通道蒸发器(7)的输入端通过所述第二节流阀(6)与所述低温级输出口连接，所述第二压缩机(5)的输入端与所述微通道蒸发器(7)的输出端连接，所述第二压缩机(5)的输出端与所述低温级输入口连接。
6.根据权利要求5所述的热湿交变环境控制的装置，其特征在于，所述与低温级压缩循环交换热量的测试空间区域包括：风道和超声波加湿器(8)；
所述超声波加湿器(8)和所述微通道蒸发器(7)设置于所述风道中，所述风道中的空气通过所述超声波加湿器(8)风机部分驱动，经过所述微通道蒸发器(7)降温除湿后输出。
7.根据权利要求6所述的热湿交变环境控制的装置，其特征在于，所述微通道蒸发器(7)填满所述风道的截面。
8.根据权利要求1所述的热湿交变环境控制的装置，其特征在于，所述高温级压缩循环部分和所述低温级压缩循环部分中，分别流通有制冷剂。
9.根据权利要求1所述的热湿交变环境控制的装置，其特征在于，所述冷量转换器(4)包括板式中间换热器。
10.一种热湿交变试验箱，其特征在于，包括权利要求1至9任意一项所述的热湿交变环境控制的装置。
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