专利名称：恒温恒湿系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种恒温恒湿系统，用于对各种各样的诸如汽车、汽车配件、家用电器及其采用的部件、食品、服装和化学制品之类的产品进行环境试验。
环境试验用的恒温恒湿系统要求具有在很宽的温度范围(例如，从约-70℃至80℃)内的任意温度下保持温度和湿度都恒定的功能。通常，该恒温恒湿系统通过组装周围为绝热壁的恒温室1、使用电子蒸煮器2的加湿器3、使用冷冻机4的冷却装置5以及电子加热器6形成。
在前述类型的恒温恒湿系统中，冷冻机4不断地启动进行湿度控制，同时降低和升高温度。为了升高温度，必须用电子加热器6加热恒温室1，因此需要能量来开动冷冻机4和电子加热器6。为了开动电子蒸煮器2也需要更多的能量，导致开动该恒温恒湿系统的成本很高。
本发明的一个目的是提供一种可解决前述问题的恒温恒湿系统，可大幅度降低成本，同时保持恒温恒湿功能。
为了实现上述目的，该恒温恒湿系统包括周围为绝热壁的恒温室；可压缩制冷剂的压缩机；冷却系统，可使用压缩机压缩的制冷剂冷却恒温室；加热系统，可使用一部分被压缩的制冷剂加热恒温室；以及温度控制系统，可通过调节制冷剂的流速控制恒温室的温度。
在根据上述方面的恒温恒湿系统中，可使用在压缩下温度升高的制冷剂来加热恒温室。在这种情况下，可使用该部分高温制冷剂来加热恒温室，不必冷却。因此，不需要额外的加热器来加热恒温室，由此降低开动该系统的总成本。
图1是根据本发明第一实施例的恒温恒湿系统的示意图；图2是示出构成冷却和加热系统的各种装置的示意图；图3是表示第一实施例的恒温室的设定温度变化的曲线图4是示出在设定到常温的温度下制冷剂流动的示意图；图5是示出在设定温度升高的情况下制冷剂流动的示意图；图6是示出在设定温度降低的情况下制冷剂流动的示意图；图7是示出在设定温度进一步降低的情况下制冷剂流动的示意图；图8是示出在设定温度再次升高的情况下制冷剂流动的示意图；图9是根据本发明第二实施例的恒温恒湿系统的示意图；图10是表示第二实施例的恒温室的设定温度变化的曲线图；图11是示出在设定到室温的温度下制冷剂流动的示意图；图12是示出在设定温度从室温升高的情况下制冷剂流动的示意图；图13是示出在设定温度从高温降低到室温的情况下制冷剂流动的示意图；图14是示出在设定温度从室温降低的情况下制冷剂流动的示意图；图15是示出在设定温度从低温升高到室温的情况下制冷剂流动的示意图；以及图16是现有技术的恒温恒湿系统的示意图。
下面将参照附图描述本发明的实施例。
图1是根据本发明第一实施例的恒温恒湿系统的示意图。恒温室10周围为绝热壁11。恒温室10由隔板12分隔为测试室13和空调室14。在隔板12的顶部和底部形成气孔15，通过这些气孔15，由空调室14调节好温度和湿度的空气在由电机16转动的风扇17的驱动下循环流入测试室13。另外，测试室13和空调室14可成为一体，不用隔板12隔开。
本实施例的恒温恒湿系统设置有制冷剂压缩型冷冻机20和压缩机21。恒温室10的空调室14设置有冷却器22、加热器23和喷雾器24。喷雾器24用于通过高压空气喷出水雾。
图2示出本发明的冷却系统和加热系统。
压缩机21压缩导入的制冷剂并排出被压缩的制冷剂。CFC(氟氯化碳)或类似物可作为制冷剂使用。前述压缩可使制冷剂的温度升高到110摄氏度，同时也升高压力。从压缩机21排出的制冷剂成气体形态经两个高压控制阀25、26分成两条线路。这些高压控制阀25、26仅在开始时受到控制，使得制冷剂适当地分成两条线路。
流经高压控制阀25的高温制冷剂流入热交换器27，由来自冷却水供应管28的冷却水冷却到常温。结果是，制冷剂气体在比如32摄氏度的温度下转变为液体。如此冷却的制冷剂由烘干器29烘干，去除制冷剂中包含的水，并分配进电磁阀30、31。该冷却和加热系统被构造成可使这些电磁阀30和31不同时打开。
流经电磁阀31的制冷剂通过膨胀阀33绝热膨胀，以把其温度降低到任意温度(比如约20摄氏度)。然后，制冷剂进入设置在恒温室10的空调室14中的冷却器22(蒸发器)。于是可冷却恒温室10。膨胀阀33与用于冷却控制的调节器61相连，这样，与设置在恒温室10中的温度传感器62相连的控制单元控制膨胀阀33的打开/关闭动作。为了进一步进行冷却，关闭电磁阀31，打开电磁阀30。流经电磁阀30的制冷剂通过膨胀阀32绝热膨胀，使其温度降低到零下40摄氏度。然后，制冷剂进入设置在空调室14中的冷却器22(蒸发器)，以便冷却恒温室10。膨胀阀32由与设置在管道中的温度传感器66相连的控制单元打开/关闭，通过这些管道可引入流经冷却器22的制冷剂。
如图2中所示，除了电磁阀30、31，旁路设置的电磁阀34、35与烘干器29的外侧相连。这些电磁阀34、35分别与可执行连续流率控制的喷射装置36、37和电容器38、39相连。流经电磁阀35的制冷剂的温度约为零下40摄氏度。流经电磁阀34的制冷剂的温度高于零下40摄氏度，这时因为高温制冷剂被加入到电磁阀34周围的区域中，下面将要描述。这两种温度不同的制冷剂分别在电容器38、39中用冷却水温热到常温，然后混合在一起，返回压缩机21。温度传感器63检测混合后的制冷剂的温度，基于检测的温度控制电磁阀34的开口度，使得温度恒定保持在18±5℃。同时，由用于控制单元的负载控制的调节器64控制电磁阀35。可由前述的冷却系统冷却恒温室10。
下面将描述本实施例的加热系统。
一部分通过压缩机21压缩的温度升高的制冷剂流经高压控制阀26，并经电磁阀40和自动高压控制阀41进入设置在恒温室10的空调室14中的加热器23，此时制冷剂的温度保持在约110℃高。高温制冷剂可加热恒温室10。自动高压控制阀41与用于加热控制的调节器65相连，控制单元控制加热程度。流经加热器23的制冷剂与流经电磁阀34的低温制冷剂混合。然后，混合后的制冷剂经电容器38返回压缩机21。由前述的加热系统加热恒温室10。
下面将描述在设定温度如图3中所示变化的状态下的前述装置的各个操作。
图4示出状态与A相同的在设定温度略小于室温的20℃的温度下制冷剂的流动。关闭的电磁阀将用在外侧的涂黑的圆圈标记。在这种情况下，电磁阀40打开，使自动高压控制阀41控制的少量高温制冷剂进入加热器23。由于冷却系统的电磁阀30、31关闭，低温制冷剂不进入冷却器22，将经电磁阀35返回压缩机21。结果是，可略微进入恒温室10。喷雾器24通过喷入水使湿度保持在比如65％。
图5示出状态与B-C相同的温度和湿度升高到50℃和95％的情况下的制冷剂的流动。在这种情况下，大量的高温制冷剂通过自动高压控制阀41进入加热器23，并且大量的水由喷雾器24喷入。在上述状态下，电磁阀34打开，通过增加低温制冷剂的循环量进行控制，以防止返回到压缩机21的制冷剂的温度升高。也就是说，仅增加高温制冷剂的流率。这种操作模式应用在状态J-K。
图6示出状态与D-E相同的设定温度降低到要求的20℃的情况下的制冷剂的流动。自动高压控制阀41减少高温制冷剂的流率。同时，电磁阀31打开，使低温制冷剂进入冷却器22。结果是，可降低恒温室10的温度。通过对由喷雾器24喷入的水量和通过冷却的除湿量之间的关系进行控制，湿度可保持在恒定的设定值。这种操作模式应用在状态L-M。
图7示出状态与F-G相同的设定温度降低到要求的-30℃的情况下的制冷剂的流动。在这种情况下，自动高压控制阀41显著降低高温制冷剂的流率。电磁阀31关闭，电磁阀30打开，使制冷剂经膨胀阀32进入冷却器22，于是强烈冷却恒温室10。此时，喷雾器24停止喷入水，以防止冷冻。
图8示出状态与H-I相同的设定温度按要求升高的情况下的制冷剂的流动。在这种情况下，大量的高温制冷剂通过自动高压控制阀41进入加热器23，电磁阀30和31关闭，以便使制冷剂停止进入冷却器22。与状态H一样，在20℃或更低的温度下，停止由喷雾器24喷入水。当温度超过与状态I一样的20℃时，喷雾器24继续喷入水。
本实施例通过分别控制冷却系统、加热系统和水喷雾器，可使恒温室10的温度和湿度保持在任意值。本实施例的冷冻机是一种单级膨胀型的。但是，如果要求进一步冷却，冷冻部分可以是两级或双级膨胀型的，可受控达到-70℃。
如上所述，在本实施例的单元中，通过必要的用于冷却的制冷剂的膨胀升高温度，可使用在常规方式下被浪费掉的热量来加热恒温室。结果是，可使用同样的冷冻机进行冷却和加热。这可以消除与电子加热器类似的独立的加热系统。此外，通过在恒温室中循环的空气中混合由高压空气喷入的水进行加湿，可去除提供给电子蒸煮器的能量。提供对喷入的水量和来自于冷却系统的除湿效果之间的关系进行控制，可任意调节湿度。
下面将描述本发明的第二实施例。
图9是本实施例的示意图。恒温室110周围为绝热壁，其一部分构成由隔板111限定的空调室114。空调室114设置有冷却器122和加热器123。风扇112用来循环恒温室110中的测试室113和空调室114之间的空气。水喷雾器124设置在空调室114的底部上，去除矿物质的水和干燥的空气可分别通过用于加湿的供水阀143和用于喷入水雾的供气阀144供入。供气阀144包括电磁阀和气缸，并且可控制干燥空气的流率。
下面将描述本实施例的冷却系统。
用于压缩制冷剂的压缩机121具有如下功能，可把气态的温度为18±5℃、压力为3.92×105Pa或更小的“返回的制冷剂”压缩为温度为110℃、压力范围为1.274×106-2.548×106Pa的高温高压气体排出。
从压缩机121排出的一部分高温高压制冷剂可由高压控制阀125调节，使之保持在恒定的压力下，然后与通过冷却水供应管128提供的冷却水进行热交换。结果是，制冷剂冷却到比如32摄氏度，然后液化。热交换器127上设置有烘干器129，以便烘干液化的制冷剂。
电磁阀131和自动压力控制阀133与烘干器129串联。自动压力控制阀133由用于冷却控制的调节器161控制。自动压力控制阀133用作膨胀阀，使高压制冷剂绝热膨胀变为低温气体，这些低温气体将进入空调室114中的冷却器122中。
电磁阀131和自动压力控制阀133与电磁阀130和自动膨胀阀132并联。电磁阀131和130根据需要的冷却面积选择性地打开。自动膨胀阀132与安装在冷却器122的返回侧上的温度传感器166互锁，使得可自动调节自动膨胀阀132的开口度。温度升高的流经冷却器122的制冷剂气体经“返回的制冷剂”通道150返回到压缩机121。
下面描述本实施例的加热系统。
除了那些进入前述冷却系统中的制冷剂，从压缩机121排出的一部分高温高压制冷剂进入加热系统，高温气体为110摄氏度。该高温制冷剂气体进入高压控制阀126和电磁阀140的并联回路。象冷却系统中使用的高压控制阀125一样，可控制高压控制阀126，使之总是保持在恒定的压力下。如图10和11中所示，当温度升高时打开电磁阀140，空气稳定在预定的或更高的温度下，使得大量的高温制冷剂气体进入。
流经前述高压控制阀126和电磁阀140的并联回路的高温制冷剂气体进入空调室114中的加热器123，同时由自动高压控制阀141进行压力调节。自动高压控制阀141的开口度由用于加热控制的调节器165进行控制，这样，通过控制进入加热器123中的高压制冷剂气体的流率控制加热的程度。“返回的制冷剂”通道150上设置有电磁阀142，高温“返回的制冷剂”通道151上设置有电磁阀135，“返回的制冷剂”通道150和高温“返回的制冷剂”通道151并联设置在加热器132的返回侧上。电磁阀142或电磁阀135将选择性地打开，使得流经加热器123的制冷剂气体或通过“返回的制冷剂”通道150或通过“返回的制冷剂”通道151返回到压缩机121。
在本发明中，从压缩机121排出的高温高压制冷剂直接用于加热。当大量的高温制冷剂气体进入加热器132时，到压缩机121的“返回的制冷剂”的温度和压力可超过设定值。为了防止前述缺点，本发明设置有用于控制“返回的制冷剂”的系统，如下所述。
电磁阀134和喷射装置136连接在冷却系统的烘干器129的后级和冷却器122的返回侧之间。电磁阀134仅在温度保持恒定或更高的温度下打开，以便使从经受绝热膨胀的高压制冷剂引出的低温制冷剂气体进入“返回的制冷剂”通道150。可自动调节与在压缩机121的返回侧处设置的温度传感器163互锁的喷射装置136的开口度。结果是，可减少流经“返回的制冷剂”通道150的“返回的制冷剂”的稳定。
电容器138、电磁阀135、膨胀阀137和电容器139串联设置在高温“返回的制冷剂”通道151中。电容器138用冷却水冷却流经加热器123的高压制冷剂，并使用膨胀阀137使之经受绝热膨胀以降低温度。制冷剂由电容器139进一步冷却并返回压缩机121。膨胀阀137由用于控制负载的调节器164控制以分别把“返回的制冷剂”的温度和压力调节到18±5℃、压力为3.92×105Pa或更小，这些制冷剂将返回到压缩机121。前述电容器138、139可以是空气冷却型的。
接着将描述本实施例的温度控制系统。
恒温室110设置有温度传感器162，基于温度传感器162，由用于控制冷却的调节器161和用于加热控制的调节器165控制自动压力控制阀133和自动高压控制阀141的打开，使得恒温室110的检测的温度保持在设定值。
下面将描述在恒温室110的设定温度如图10中所示变化的状态下的前述装置的各个操作。
如图4(在图中，涂黑的圆圈表示关闭的阀)中所示，当设定温度与状态A相同约在室温时，用于加热系统的电磁阀140关闭。从压缩机121排出的110摄氏度的制冷剂气体受到高压控制阀126的调节，以致于以低压进入自动高压控制阀141。自动高压控制阀141受到用于加热控制的调节器165的控制，使得高温高压制冷剂气体进入加热器123。结果是，可加热恒温室110。
同时，从压缩机121排出的一部分高温高压制冷剂气体受到热交换器127的冷却，并且转变为32摄氏度的液体制冷剂经电磁阀131进入自动压力控制阀133。此时，电磁阀130和134关闭。自动压力控制阀133受到用于冷却控制的调节器161控制，以便膨胀制冷剂。温度变低的气体进入冷却器122以冷却恒温室110。因此，通过在加热器123的加热和冷却器122的冷却之间保持很好的平衡关系，可使恒温室110的温度保持在设定温度。因此，可去除常规的独立加热系统。与常规系统相比，大大降低了操作成本。
流经加热器123的高温高压制冷剂气体经电磁阀142通过通道150回到压缩机121。流经冷却器122的制冷剂气体也通过通道150回到压缩机121。此时，由于电磁阀135关闭，“返回的制冷剂”不通过通道151。“返回的制冷剂”在通道150中混合为18±5℃的混合物回到压缩机121。水喷雾器124使用通过供气阀144提供的用于喷入水雾的干燥气体，把通过供水阀143提供的用于加湿的去除矿物质的水喷入，以便丝恒温室的湿度保持恒定。
如图12所示，当以与B-C或J-K相同的状态升高恒温室110的温度时，加热系统的电磁阀140打开，使得大量的高温高压制冷剂气体进入加热器23。然后，冷却系统的电磁阀131打开，使得少量的制冷剂进入冷却器122。结果是，恒温室110的温度升高。在本状态下，电磁阀142关闭，且电磁阀135打开，使大量的高温高压制冷剂气体通过通道151回到压缩机121。但是，回到压缩机121的“返回的制冷剂”可能具有过高的温度。为了防止温度过度升高，通过打开电磁阀134，使用喷射装置136使制冷剂局部膨胀，生成的低温制冷剂气体进入通道150，以便与来自通道151的“返回的制冷剂”混合。回到压缩机121的“返回的制冷剂”的温度控制在18±5℃。根据通过温度传感器163检测的“返回的制冷剂”的温度控制喷射装置136的打开。结果是，这可能避免导致压缩机121故障的麻烦。
如图13所示，当以与D-E或L-M相同的状态使恒温室110的温度从高温下降到室温时，加热系统的电磁阀140关闭。高压控制阀126使制冷剂气体的压力降低，低压的制冷剂气体进入自动高压控制阀141。少量的制冷剂进入加热器123并经电磁阀142通过通道150回到压缩机121。此时，电磁阀135关闭，且通道151也关闭。由于冷却系统的电磁阀131打开，受到用于冷却控制的调节器161控制的自动压力控制阀133膨胀温度降低的制冷剂，使之流入冷却器122。结果是，恒温室110的温度降低。来自冷却器122的“返回的制冷剂”通过通道150回到压缩机121。
当以与F-G相同的状态使恒温室110的温度从室温下降更低时，加热系统的操作与图13中所示的一样。但是，如图14中所示，冷却系统关闭电磁阀131，且打开电磁阀130，使得大量的制冷剂气体进入冷却器122。来自加热器123的“返回的制冷剂”与来自冷却器122的“返回的制冷剂”一起通过通道150回到压缩机121。当制冷剂在通道150中与来自加热器123的少量高温的“返回的制冷剂”混合时，回到压缩机121的“返回的制冷剂”的温度保持在18±5℃。
如图15所示，当如状态H-I所示，使恒温室110的温度从低温再次升高到室温时，冷却系统的电磁阀131和130关闭，以便停止向冷却器122供应制冷剂。由于少量的制冷剂以与图6中所示的相同的方式供入加热器23，恒温室110的温度升高。来自加热器123的“返回的制冷剂”流经电磁阀142并通过通道150回到压缩机121。
当湿度设定在65％时，水喷雾器124的操作基本上恒定。但是，在以与F、G、H相同的状态的温度变为0摄氏度或更低时，停止水喷雾器124，以避免冷冻。在状态J的温度突然升高的情况下，温度的升高可能与蒸发热有关。因此，最好停止启动水喷雾器124。
在实施例中，一部分通过压缩机121压缩的温度升高的制冷剂直接循环流入加热器123，以便加热恒温室110。结果是，可消除常规使用的诸如电子加热器之类的独立的加热系统。与常规相同相比，可大大降低操作成本。通过在喷水加湿恒温室的喷雾器和提供除湿效果的冷却系统之间保持良好的平衡关系，可使湿度保持恒定。这也可消除蒸煮水的电子蒸煮器的需要，由此降低了操作成本。该系统被设计成仅在温度升高时打开电磁阀140，使得大量的高温制冷剂气体进入，使温度平滑升高，而与恒温室的容量大小无关。此外，“返回的制冷剂”的控制系统控制回到压缩机121的“返回的制冷剂”的温度和压力，使之在预定的水平下保持恒定。因此，即使制冷剂用于加热，该系统可防止压缩机121中出现的麻烦。
权利要求
1.一种恒温恒湿系统，其具有周围为绝热壁的恒温室，其特征在于，它包括周围为绝热壁的恒温室；可压缩制冷剂的压缩机；冷却装置，可使用压缩机压缩的制冷剂冷却恒温室；加热装置，可使用一部分被压缩的制冷剂加热恒温室；以及温度控制装置，可通过调节制冷剂的流速控制恒温室的温度。
2.根据权利要求1所述的恒温恒湿系统，其特征在于还包括分配装置，用于把从压缩机排出的制冷剂的流量分配成两个方向。
3.根据权利要求1所述的恒温恒湿系统，其特征在于还包括设置在冷却装置中的可流过制冷剂的旁路通道。
4.根据权利要求1所述的恒温恒湿系统，其特征在于还包括制冷剂控制装置，用于使流经加热装置和冷却装置的制冷剂的温度和压力保持在预定的水平以下。
5.根据权利要求4所述的恒温恒湿系统，其特征在于该制冷剂控制装置设置有多个通道。
6.根据权利要求1-5中任何一项所述的恒温恒湿系统，其特征在于还包括用于向恒温室喷水的喷雾装置。
全文摘要
提供了一种恒温恒湿系统,其可降低操作成本,同时保持恒温恒湿功能。在该系统中,被压缩的制冷剂被分配并分别进入安装在恒温室中的冷却系统和加热系统中。通过控制流经冷却系统和加热系统的制冷剂的流率,可使恒温室的温度保持恒定。同时,通过在冷却系统的除湿效果和水喷雾器的加湿效果间保持良好的平衡关系,可控制湿度。
文档编号F24F5/00GK1264019SQ0010065
公开日2000年8月23日 申请日期2000年1月26日 优先权日1999年2月10日
发明者柴田浩, 绪方健 申请人:高岛屋日发工业株式会社, 萨莫·埃雷库托鲁株式会社