CN219934332U - 一种环境试验箱的制冷系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种环境试验箱的制冷系统，包括制冷机构、控制系统和测试箱体，所述制冷机构包括变频压缩机、油分离器、蒸发器、冷凝器、干燥过滤器、视液镜和压力罐；本实用新型通过调节变频压缩机的频率和制冷膨胀阀的开度，即可实现较大范围制冷量输出的调节，不需要为了适应不同的制冷量输出而设置多路制冷膨胀阀，而导致制冷系统复杂化；另外，在恒温过程中冷负荷比较低，在满足冷负荷的条件下，变频压缩机的频率自动调节到较低的水平，同时制冷膨胀阀的开度尽量调小，必要时把部分制冷剂回到收压力罐当中，使在制冷系统中循环的制冷剂流量最小，从而变频压缩机对制冷剂做的功较小，降低了变频压缩机的耗电量。
Description
技术领域
本实用新型属于环境试验箱技术领域，具体涉及一种环境试验箱的制冷系统。
背景技术
环境试验箱可模拟高温高湿、高温低湿、低温高湿、高温和低温等不同的环境条件，但是现有的环境试验箱内的湿度模拟模块和制冷系统时相互分离的，使得湿度和制冷在进水时需要从不同的位置进行供水，以使环境试验箱达到所需要的实验环境。
现有的制冷系统通常是使用定频压缩机配置普通电磁阀、定频压缩机配置脉冲电磁阀、变频压缩机配置普通电磁阀方式，而使用这些方式要么会导致较高的能耗，要么在较大的制冷系统中为了适应较多的使用工况，需要使用较多的电磁阀和膨胀阀，导致制冷系统和控制系统更加复杂。而且以上方式难以在所有的运行条件中维持良好工况。因此我们需要提出一种环境试验箱的制冷系统来解决上述存在的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种环境试验箱的制冷系统，不仅在现有的制冷机构中大幅度简化了系统结构，且很大程度上降低了能耗，同时通过控制机构的自适应自主控制，实现制冷机构在所有运行条件中均可维持良好的工况，从未使系统更加稳定，同时加长其使用寿命，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
一种环境试验箱的制冷系统，包括制冷机构、控制机构和测试箱体，所述控制机构分别与制冷机构和测试箱体电性连接；
所述制冷机构包括变频压缩机、油分离器、蒸发器、冷凝器、干燥过滤器、视液镜和压力罐，所述压缩机的出口与油分离器的进口连通，所述油分离器的出口与冷凝器的进口连接，所述冷凝器的出口与干燥过滤器的进口连接，所述干燥过滤器的出口与视液镜的进口连接，所述视液镜的出口与压力罐的进口连通，所述压力罐的出口连通有节流毛细管，所述节流毛细管的出口分别与变频压缩机的进口和蒸发器的出口连通，所述蒸发器的进口分别与压力罐的进口和视液镜的出口连通；
所述控制机构包括控制器、用于实时检测排气及回气温度及压力的传感器组件和可进行PID调节的控制阀组件，所述控制器分别与传感器组件和控制阀组件电性连接,所述控制器设置为PID控制器，所述控制器通过内箱温度传感器检测到的内箱温度和所设定的内箱温度设定值进行对比，通过PID调节控制蒸发器的制冷量；
所述控制阀组件包括制冷膨胀阀、液体旁通阀和气体旁通阀，所述蒸发器的进口与制冷膨胀阀的出口连通，所述制冷膨胀阀的进口与视液镜的出口连通，所述油分离器的出口与冷凝器进口的连通处与气体旁通阀的进口连通，所述气体旁通阀的出口与制冷膨胀阀的出口均与蒸发器的进口连通，所述液体旁通阀的两端分别连通在蒸发器的出口和制冷膨胀阀的进口；
所述测试箱体内安装有内箱温度传感器，所述内箱温度传感器与控制器电性连接。
优选的，所述传感器组件包括排气温度传感器、排气压力传感器、回气温度传感器和回气压力传感器，所述排气温度传感器和排气压力传感器均安装在油分离器的进口与变频压缩机的出口之间的管路上，所述回气温度传感器和回气压力传感器均安装在变频压缩机的进口与节流毛细管之间的管路上。
优选的，所述变频压缩机与油分离器之间、油分离器与冷凝器之间、冷凝器与干燥过滤器之间、干燥过滤器与视液镜、视液镜与压力罐之间以及蒸发器与变频压缩机、冷凝器和视液镜之间连通的管路均使用铜管连接。
优选的，所述控制阀组件还包括进口电磁阀和出口电磁阀，所述进口电磁阀安装在压力罐与视液镜之间靠近压力罐的管路上，所述出口电磁阀安装在压力罐与节流毛细管之间靠近压力罐的管路上。
优选的，当所述进口电磁阀开启时，常温高压的液体制冷剂经进口电磁阀进入压力罐，当出口电磁阀开启时，压力罐里面的气态制冷剂往压力罐顶部的出气口流出，再经节流毛细管的节流降压，变成低温低压的气态制冷剂，并与其他管路的制冷剂混合之后回到压缩机。
优选的，所述油分离器出口的高温高压气态制冷剂及经过气体旁通阀的节流降压，与制冷膨胀阀出口的气液两相制冷剂混合再进入蒸发器。
优选的，所述变频压缩机与油分离器之间还连通有回流油管，所述变频压缩机在对低温低压的气体制冷剂压缩时，排出高温高压的制冷剂进入油分离器，使制冷剂与润滑油分离，润滑油经回流油管进入变频压缩机，制冷剂从油分离器排出进入冷凝器，经过冷凝器的换热，制冷剂变成常温高压液体。
优选的，所述制冷膨胀阀用于对常温高压的液体制冷剂节流后变成低温低压的气液两相制冷剂再进入蒸发器吸热，变成低温低压的气态制冷剂回到变频压缩机；常温高压的液体制冷剂经过液体旁通阀的节流后变成低温低压的气液两相制冷剂，再和蒸发器出口的低温低压的气态制冷剂混合，再回到变频压缩机。
本实用新型提出的一种环境试验箱的制冷系统，与现有技术相比，具有以下优点：
1、本实用新型通过制冷机构、控制机构与测试箱体的配合，通过调节变频压缩机的频率和制冷膨胀阀的开度，即可实现较大范围制冷量输出的调节，不需要为了适应不同的制冷量输出而设置多路制冷膨胀阀，而导致制冷机构复杂化；另外，在恒温过程中冷负荷比较低，在满足冷负荷的条件下，变频压缩机的频率自动调节到较低的水平，同时制冷膨胀阀的开度尽量调小，必要时把部分制冷剂回到收压力罐当中，使在制冷机构中循环的制冷剂流量最小，从而变频压缩机对制冷剂做的功较小，降低了变频压缩机的耗电量。同时，制冷量的输出适配冷负荷的需求，所以富余制冷量很小，用于稳定温度的加热功率也很小，再进一步节省能耗。
2、本实用新型通过控制机构的设置，用于检测排气及回气的温度和压力，结合液体旁通阀和气体旁通阀PID调节，使制冷机构在设计范围内的所有运行条件下都具有良好的运行工况；压力罐的制冷剂回收和释放调控，使设备在较恶劣(较高环境温度)的环境中运行时均有良好的运行工况，制冷机构不会因为超工况运行而导致宕机；所以该控制方式具有系统稳定，使用寿命长的特点。
附图说明
图1为本实用新型的系统框图；
图2为本实用新型的控制机构与制冷机构和试验箱连接示意图；
图中：1、制冷膨胀阀；2、液体旁通阀；3、气体旁通阀；4、进口电磁阀；5、出口电磁阀；6、排气温度传感器；7、排气压力传感器；8、回气温度传感器；9、回气压力传感器；10、变频压缩机；11、节流毛细管；12、油分离器；13、冷凝器；14、干燥过滤器；15、视液镜；16、压力罐；17、蒸发器。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型提供了如图1-2所示的一种环境试验箱的制冷系统：包括制冷机构、控制机构和测试箱体，控制机构分别与制冷机构和测试箱体电性连接；制冷机构包括变频压缩机10、油分离器12、蒸发器17、冷凝器13、干燥过滤器14、视液镜15和压力罐16，压缩机10的出口与油分离器12的进口连通，油分离器12的出口与冷凝器13的进口连接，冷凝器13的出口与干燥过滤器14的进口连接，干燥过滤器14的出口与视液镜15的进口连接，视液镜15的出口与压力罐16的进口连通，压力罐16的出口连通有节流毛细管11，节流毛细管11的出口分别与变频压缩机10的进口和蒸发器17的出口连通，蒸发器17的进口分别与压力罐16的进口和视液镜15的出口连通；
变频压缩机10与油分离器12之间、油分离器12与冷凝器13之间、冷凝器13与干燥过滤器14之间、干燥过滤器14与视液镜15、视液镜15与压力罐16之间以及蒸发器17与变频压缩机10、冷凝器13和视液镜15之间连通的管路均使用铜管连接。
控制机构包括控制器、用于实时检测排气及回气温度及压力的传感器组件和可进行PID调节的控制阀组件，控制器分别与传感器组件和控制阀组件电性连接；
控制阀组件包括制冷膨胀阀1、液体旁通阀2和气体旁通阀3，蒸发器17的进口与制冷膨胀阀1的出口连通，制冷膨胀阀1的进口与视液镜15的出口连通，油分离器12的出口与冷凝器13进口的连通处与气体旁通阀3的进口连通，气体旁通阀3的出口与制冷膨胀阀1的出口均与蒸发器17的进口连通，液体旁通阀2的两端分别连通在蒸发器17的出口和制冷膨胀阀1的进口；
控制阀组件还包括进口电磁阀4和出口电磁阀5，进口电磁阀4安装在压力罐16与视液镜15之间靠近压力罐16的管路上，出口电磁阀5安装在压力罐16与节流毛细管11之间靠近压力罐16的管路上。
当进口电磁阀4开启时，常温高压的液体制冷剂经进口电磁阀4进入压力罐16，当出口电磁阀5开启时，压力罐16里面的气态制冷剂往压力罐16顶部的出气口流出，再经节流毛细管11的节流降压，变成低温低压的气态制冷剂，并与其他管路的制冷剂混合之后回到压缩机。
测试箱体内安装有内箱温度传感器，内箱温度传感器与控制器电性连接。
控制器设置为PID控制器，控制器通过内箱温度传感器检测到的内箱温度和所设定的内箱温度设定值进行对比，通过PID调节控制蒸发器17的制冷量。
传感器组件包括排气温度传感器6、排气压力传感器7、回气温度传感器8和回气压力传感器9，排气温度传感器6和排气压力传感器7均安装在油分离器12的进口与变频压缩机10的出口之间的管路上，回气温度传感器8和回气压力传感器9均安装在变频压缩机10的进口与节流毛细管11之间的管路上。
回气温度传感器8和回气压力传感器9安装在变频压缩机10回气管道的合适位置，用以实时检测变频压缩机10回气的温度和压力，排气温度传感器6和排气压力传感器7安装在变频压缩机10排气管道的合适位置，用以实时检测变频压缩机10排气的温度和压力。内箱温度传感器安装在测试箱体的内部，用以检测试验箱内部的空气温度。
油分离器12出口的高温高压气态制冷剂及经过气体旁通阀3的节流降压，与制冷膨胀阀1出口的气液两相制冷剂混合再进入蒸发器17。
变频压缩机10与油分离器12之间还连通有回流油管，变频压缩机10在对低温低压的气体制冷剂压缩时，排出高温高压的制冷剂进入油分离器12，使制冷剂与润滑油分离，润滑油经回流油管进入变频压缩机10，制冷剂从油分离器12排出进入冷凝器13，经过冷凝器13的换热，制冷剂变成常温高压液体。常温高压的液体制冷剂经过干燥过滤器14和视液镜15之后分四个管路分别进入制冷膨胀阀1、液体旁通阀2和进口电磁阀4。
制冷膨胀阀1用于对常温高压的液体制冷剂节流后变成低温低压的气液两相制冷剂再进入蒸发器17吸热，变成低温低压的气态制冷剂回到变频压缩机10；常温高压的液体制冷剂经过液体旁通阀2的节流后变成低温低压的气液两相制冷剂，再和蒸发器17出口的低温低压的气态制冷剂混合，再回到变频压缩机10。
基于以上叙述的一种环境试验箱的制冷系统，本实用新型还提供一种环境试验箱的制冷系统的控制方法，包括如下步骤：
S1、通过内箱温度传感器检测到的内箱温度和所设定的内箱温度设定值进行对比，控制器通过PID调节控制蒸发器的制冷量；
S2、通过气体旁通阀来维持变频压缩机回气压力的最小值，通过液体旁通阀来限制制冷机构的排气温度低于允许最高排气温度值；
S3、为了尽量降低制冷机构的能耗，在满足冷负荷和良好工况的前提下，通过打开或关闭压力罐来减小制冷机构中循环的制冷剂。
环境试验箱中制冷机构的主要目的是获取蒸发器17中的冷量，但是环境试验箱的试验条件应用范围比较广，所以冷负荷的变化范围比较广，要求制冷机构的制冷量有较宽的变化范围。控制蒸发器17中的制冷量通过控制进入蒸发器17制冷剂的质量流量实现，有两种方式，一种是控制变频压缩机10的运转频率，另一种为控制冷膨胀阀1的开度。
通过内箱温度传感器检测到的内箱温度和所设定的内箱温度设定值进行对比，控制器通过PID调节控制蒸发器的制冷量。当冷负荷较大的时候，制冷膨胀阀1开度逐渐自动调大，当制冷膨胀阀1开度调到比较大制冷量还无法满足冷负荷时，逐渐加大变频压缩机10的频率，使冷负荷逐渐得到满足。当冷负荷较小，蒸发器制冷量大于冷负荷时，逐渐降低变频压缩机10的频率，当变频压缩机10的频率调到比较小制冷量还大于冷负荷时，逐渐减小制冷膨胀阀1的开度，使制冷量适配冷负荷。
气体旁通阀3和液体旁通阀2均用于调节制冷机构的工况。气体旁通阀3主要用于维持变频压缩机10回气压力的最小值，当测试箱体的冷负荷非常小的时候，变频压缩机10的频率调到最小，制冷膨胀阀1的开度也调得比较小，有时候会使压缩机的回气压力小于最小允许压力值，这时候把气体旁通阀3开度调大，加大了制冷剂流量，从而维持变频压缩机10回气压力的最小值。液体旁通阀2主要用于限制制冷机构的排气温度低于允许最高排气温度值，当变频压缩机10排气温度过高时，液体旁通阀2开度通过PID调节适当开大，排气温度过低时，适当减小液体旁通阀2的开度。以维持制冷机构的良好工况。
为了尽量降低制冷机构的能耗，在满足冷负荷和良好工况的前提下，适当减小制冷机构中循环的制冷剂。当需要减少制冷机构中的制冷剂时，打开进口电磁阀4，同时出口电磁阀5保持关闭状态，通过这种方式把合适量的制冷剂回收到压力罐16当中，回收到一定量之后关闭进口电磁阀4，使制冷机构中循环的制冷剂保持较少的制冷剂；当制冷机构中需要较多制冷剂时，当需要减少制冷机构中的制冷剂时，打开出口电磁阀5，同时进口电磁阀4保持关闭状态，释放到一定量的制冷剂之后关闭出口电磁阀5，使制冷机构中循环的制冷剂保持较多的制冷剂。一般来说，降温时冷负荷较大，制冷机构中需要较多的制冷剂，这时候释放大部分的制冷剂于制冷机构中，制冷机构的制冷量较大，实现更快速率降温；恒温时冷负荷较小，减小制冷机构中的制冷剂，同时降低变频压缩机10频率，可以最大程度地降低压缩机的耗电量，实现了节能的目标。同时，富余制冷量减少了，用于稳定温度的加热功率也减小了，再进一步节省能耗。当设备在较为恶劣的环境中运行时，制冷机构的高压端往往容易超过最大压力允许值，此时可以打开进口电磁阀4，将部分制冷剂回收到压力罐16当中，降低制冷机构的高压压力，使制冷机构可以正常运行(降温速率会相应减缓)，所以该控制方式可以使制冷机构在较高的环境温度下依然可以正常工作，适应较为宽广的运行工况。
综上，通过制冷机构、控制机构与测试箱体的配合，通过调节变频压缩机10的频率和制冷膨胀阀1的开度，即可实现较大范围制冷量输出的调节，不需要为了适应不同的制冷量输出而设置多路制冷膨胀阀1，而导致制冷机构复杂化；另外，在恒温过程中冷负荷比较低，在满足冷负荷的条件下，变频压缩机10的频率自动调节到较低的水平，同时制冷膨胀阀1的开度尽量调小，必要时把部分制冷剂回到收压力罐16当中，使在制冷机构中循环的制冷剂流量最小，从而变频压缩机10对制冷剂做的功较小，降低了变频压缩机10的耗电量。同时，制冷量的输出适配冷负荷的需求，所以富余制冷量很小，用于稳定温度的加热功率也很小，再进一步节省能耗。
通过控制机构的设置，用于检测排气及回气的温度和压力，结合液体旁通阀2和气体旁通阀3PID调节，使制冷机构在设计范围内的所有运行条件下都具有良好的运行工况；压力罐16的制冷剂回收和释放调控，使设备在较恶劣(较高环境温度)的环境中运行时均有良好的运行工况，制冷机构不会因为超工况运行而导致宕机；所以该控制方式具有系统稳定，使用寿命长的特点。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种环境试验箱的制冷系统，包括制冷机构、控制机构和测试箱体，其特征在于：所述控制机构分别与制冷机构和测试箱体电性连接；
所述制冷机构包括变频压缩机(10)、油分离器(12)、蒸发器(17)、冷凝器(13)、干燥过滤器(14)、视液镜(15)和压力罐(16)，所述压缩机的出口与油分离器(12)的进口连通，所述油分离器(12)的出口与冷凝器(13)的进口连接，所述冷凝器(13)的出口与干燥过滤器(14)的进口连接，所述干燥过滤器(14)的出口与视液镜(15)的进口连接，所述视液镜(15)的出口与压力罐(16)的进口连通，所述压力罐(16)的出口连通有节流毛细管(11)，所述节流毛细管(11)的出口分别与变频压缩机(10)的进口和蒸发器(17)的出口连通，所述蒸发器(17)的进口分别与压力罐(16)的进口和视液镜(15)的出口连通；
所述控制机构包括控制器、用于实时检测排气及回气温度及压力的传感器组件和可进行PID调节的控制阀组件，所述控制器分别与传感器组件和控制阀组件电性连接,所述控制器设置为PID控制器，所述控制器通过内箱温度传感器检测到的内箱温度和所设定的内箱温度设定值进行对比，通过PID调节控制蒸发器(17)的制冷量；
所述控制阀组件包括制冷膨胀阀(1)、液体旁通阀(2)和气体旁通阀(3)，所述蒸发器(17)的进口与制冷膨胀阀(1)的出口连通，所述制冷膨胀阀(1)的进口与视液镜(15)的出口连通，所述油分离器(12)的出口与冷凝器(13)进口的连通处与气体旁通阀(3)的进口连通，所述气体旁通阀(3)的出口与制冷膨胀阀(1)的出口均与蒸发器(17)的进口连通，所述液体旁通阀(2)的两端分别连通在蒸发器(17)的出口和制冷膨胀阀(1)的进口；
所述测试箱体内安装有内箱温度传感器，所述内箱温度传感器与控制器电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种环境试验箱的制冷系统，其特征在于：所述传感器组件包括排气温度传感器(6)、排气压力传感器(7)、回气温度传感器(8)和回气压力传感器(9)，所述排气温度传感器(6)和排气压力传感器(7)均安装在油分离器(12)的进口与变频压缩机(10)的出口之间的管路上，所述回气温度传感器(8)和回气压力传感器(9)均安装在变频压缩机(10)的进口与节流毛细管(11)之间的管路上。
3.根据权利要求1所述的一种环境试验箱的制冷系统，其特征在于：所述变频压缩机(10)与油分离器(12)之间、油分离器(12)与冷凝器(13)之间、冷凝器(13)与干燥过滤器(14)之间、干燥过滤器(14)与视液镜(15)、视液镜(15)与压力罐(16)之间以及蒸发器(17)与变频压缩机(10)、冷凝器(13)和视液镜(15)之间连通的管路均使用铜管连接。
4.根据权利要求1所述的一种环境试验箱的制冷系统，其特征在于：所述控制阀组件还包括进口电磁阀(4)和出口电磁阀(5)，所述进口电磁阀(4)安装在压力罐(16)与视液镜(15)之间靠近压力罐(16)的管路上，所述出口电磁阀(5)安装在压力罐(16)与节流毛细管(11)之间靠近压力罐(16)的管路上。
5.根据权利要求4所述的一种环境试验箱的制冷系统，其特征在于：当所述进口电磁阀(4)开启时，常温高压的液体制冷剂经进口电磁阀(4)进入压力罐(16)，当出口电磁阀(5)开启时，压力罐(16)里面的气态制冷剂往压力罐(16)顶部的出气口流出，再经节流毛细管(11)的节流降压，变成低温低压的气态制冷剂，并与其他管路的制冷剂混合之后回到压缩机。
6.根据权利要求1所述的一种环境试验箱的制冷系统，其特征在于：所述油分离器(12)出口的高温高压气态制冷剂及经过气体旁通阀(3)的节流降压，与制冷膨胀阀(1)出口的气液两相制冷剂混合再进入蒸发器(17)。
7.根据权利要求1所述的一种环境试验箱的制冷系统，其特征在于：所述变频压缩机(10)与油分离器(12)之间还连通有回流油管，所述变频压缩机(10)在对低温低压的气体制冷剂压缩时，排出高温高压的制冷剂进入油分离器(12)，使制冷剂与润滑油分离，润滑油经回流油管进入变频压缩机(10)，制冷剂从油分离器(12)排出进入冷凝器(13)，经过冷凝器(13)的换热，制冷剂变成常温高压液体。
8.根据权利要求1所述的一种环境试验箱的制冷系统，其特征在于：所述制冷膨胀阀(1)用于对常温高压的液体制冷剂节流后变成低温低压的气液两相制冷剂再进入蒸发器(17)吸热，变成低温低压的气态制冷剂回到变频压缩机(10)；常温高压的液体制冷剂经过液体旁通阀(2)的节流后变成低温低压的气液两相制冷剂，再和蒸发器(17)出口的低温低压的气态制冷剂混合，再回到变频压缩机(10)。
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| CN202321407361.9U CN219934332U (zh) | 2023-06-02 | 2023-06-02 | 一种环境试验箱的制冷系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| CN202321407361.9U CN219934332U (zh) | 2023-06-02 | 2023-06-02 | 一种环境试验箱的制冷系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN219934332U true CN219934332U (zh) | 2023-10-31 |
Family
ID=88501848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202321407361.9U Active CN219934332U (zh) | 2023-06-02 | 2023-06-02 | 一种环境试验箱的制冷系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN219934332U (zh) |
-
2023
- 2023-06-02 CN CN202321407361.9U patent/CN219934332U/zh active Active
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |