本发明涉及环境试验装置技术领域，特别涉及一种高低温交变试验装置及其控制方法。
背景技术：
环境试验装置是为产品测试提供模拟条件的一类装置，高低温交变试验装置是其中一种，旨在提供交变的高低温度条件。由于产品本身通常有产热，高低温交变过程中制冷负荷差异很大，制冷机必须按照最大制冷率来设计，而在维持低温时所需要的冷负荷很小(相对于降温冷负荷)，制冷机在最低功率下工作时所产生的冷负荷仍大于试验箱所需要的冷负荷，从而产生部分负荷损失，进而导致设备的运行成本高。
技术实现要素：
本发明的主要目的是提出一种高低温交变试验装置，旨在解决现有技术中高低温交变试验装置的运行成本高的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种高低温交变试验装置，所述高低温交变试验装置包括：低温制冷组件，所述低温制冷组件包括第一换热器；低温蓄冷载冷组件，所述低温蓄冷载冷组件包括与所述第一换热器连接的第一储液箱和第三换热器；高温制冷组件，所述高温制冷组件包括第二换热器；高温蓄冷载冷组件，所述高温蓄冷载冷组件包括与所述第二换热器连接的第二储液箱和第四换热器；试验箱，所述第三换热器以及所述第四换热器设置于所述试验箱内，用于向所述试验箱提供冷量。
优选地，所述低温蓄冷载冷组件包括所述第一储液箱、所述第三换热器、第一浆液泵、第一调节阀以及第二调节阀；其中，所述第一换热器、所述第一储液箱、所述第一浆液泵、所述第一调节阀、所述第三换热器依次连接形成低温蓄冷载冷回路，所述第二调节阀装设于所述第一液泵的出口与所述第一换热器的入口之间，所述第一储液箱内存储有低温蓄冷载冷剂，所述低温蓄冷载冷剂为第一优太盐溶液。
优选地，所述高温蓄冷载冷组件包括所述第二储液箱、所述第四换热器、第二浆液泵、第三调节阀以及第四调节阀；其中，所述第二换热器、所述第二储液箱、所述第二浆液泵、所述第三调节阀、所述第四换热器依次连接形成高温蓄冷载冷回路，所述第四调节阀设置于所述第二液泵的出口与所述第二换热器的入口之间，所述第二储液箱内存储有高温蓄冷载冷剂，所述高温蓄冷载冷剂为第二优太盐溶液。
优选地，所述第一换热器和第二换热器均为空心桨叶换热器。
优选地，所述空心桨叶换热器包括换热器壳体、两个转向相反的换热管以及带动两所述换热管转动的驱动装置，所述换热器壳体上设有蓄冷载冷剂入口和蓄冷载冷剂出口，所述换热管贯穿所述换热器壳体，且所述换热管的相对两端分别设有制冷剂入口和制冷剂出口。
优选地，所述换热管的周向设有叶片，所述叶片内设有空腔结构，所述空腔结构与所述换热管相连通。
优选地，所述叶片和所述换热管径向截面呈夹角设置，所述夹角范围为0°-10°。
优选地，所述叶片的自由端上设有刮片。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种高低温交变试验装置的控制方法，该所述高低温交变试验装置的控制方法包括以下步骤：
在接收到降温指令时，实时检测试验箱当前温度值；
判断所述试验箱当前温度值是否大于或等于预设温度值；
在所述当前温度值大于或等于所述预设温度值时，控制高温蓄冷载冷组件对所述试验箱提供冷量并控温，其中，通过调节第二浆液泵的转速调节所述冷量和/或通过第三调节阀、第四调节阀的开度调节所述冷量；
在所述当前温度值小于所述预设温度值时，控制低温蓄冷载冷组件对所述试验箱提供冷量并控温，其中，通过调节第一浆液泵的转速调节所述冷量和/或通过第一调节阀、第二调节阀的开度调节所述冷量。
优选地，对所述试验箱提供冷量并控温之后，所述高低温交变试验装置的控制方法还包括：
判断当前温度值是否低于预设的控温波动下限；
在所述当前温度值低于预设的控温波动下限时，运行加热器提供热量并控温，其中，通过调节所述加热器的功率来调节所述热量。
本发明技术方案中，通过低温蓄冷载冷组件和高温蓄冷载冷组件来存储冷负荷，并通过控制低温蓄冷载冷组件和高温蓄冷载冷组件来调节试验箱内的温度，保证第一压缩机和第二压缩机能正常工作，从而避免冷负荷的损失，进而减小了设备的运行成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明高低温交变试验装置的模块示意图；
图2为本发明高低温交变试验装置中空心桨叶换热器的俯视结构示意图；
图3为本发明高低温交变试验装置中空心桨叶换热器的垂直轴向的剖面示意图；
图4为本发明高低温交变试验装置中储液箱的剖面结构示意图；
图5为本发明高低温交变试验装置的控制方法第一实施例的流程示意图。
附图标号说明：
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、横、纵……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种高低温交变试验装置，一种压缩机能正常工作，从而避免冷负荷损失的高低温交变试验装置。
参照图1－图4，本发明提出一种高低温交变试验装置，所述高低温交变试验装置包括：低温制冷组件(图中未标注)，所述低温制冷组件包括第一换热器80；低温蓄冷载冷组件(图中未标注)，所述低温蓄冷载冷组件包括与所述第一换热器80连接的第一储液箱85和第三换热器120；高温制冷组件(图中未标注)，所述高温制冷组件包括第二换热器100；高温蓄冷载冷组件(图中未标注)，所述高温蓄冷载冷组件包括与所述第二换热器100连接的第二储液箱105和第四换热器140；试验箱150，所述第三换热器120以及所述第四换热器140设置于所述试验箱150内，用于向所述试验箱150提供冷量。
具体地，所述高低温交变试验装置包括：第一压缩机10、冷凝器20、第一节流元件30、第一电磁阀40、冷凝蒸发器50、第二压缩机60、第二节流元件70、第一换热器80、第二电磁阀90、第二换热器100、第一储液箱85、第一浆液泵110、第一调节阀115、第二调节阀116、第三换热器120、第二储液箱105、第二浆液泵130、第三调节阀135、第四调节阀136、第四换热器140以及试验箱150，所述试验箱150内装设有所述加热器145、风机160以及温度传感器170，所述第三换热器120和所述第四换热器140设置于所述试验箱150内，用于降低所述试验箱150内的温度。其中，所述第一压缩机10、所述冷凝器20、所述第一节流元件30、所述第一电磁阀40、所述冷凝蒸发器50、第二压缩机60、第二节流元件70、第一换热器80采用复叠式连接，形成所述低温制冷组件中的低温制冷回路。所述第一压缩机10、所述冷凝器20、所述第一节流元件30、所述第二电磁阀90、所述第二换热器100依次连接，形成所述高温制冷组件中的高温制冷回路。所述第一换热器80、所述第一储液箱85、所述第一浆液泵110、所述第一调节阀115、所述第三换热器120依次连接，且所述第二调节阀116连接与所述第一浆液泵110的出口与所述第三换热器120的入口，从而形成所述低温蓄冷载冷组件中的高温蓄冷载冷回路，所述第一储液箱85内存储有低温蓄冷载冷剂，所述低温蓄冷载冷剂为第一优太盐溶液。所述第二换热器100、所述第二储液箱105、所述第二浆液泵130、所述第三调节阀135、所述第四换热器140依次连接，且所述第四调节阀136连接于所述第二浆液泵130的出口与所述第四换热器140的入口之间，从而形成所述高温蓄冷载冷组件中的高温蓄冷载冷回路，所述第二储液箱105里存储有高温蓄冷载冷剂所述高温蓄冷载冷剂为第二优太盐溶液。其中，所述第一储液箱85和所述第二储液箱105均为储液箱，所述储液箱用于存储蓄冷载冷剂，蓄冷载冷剂为优太盐溶液，在蓄冷过程中，所述优太盐溶液部分凝固形成盐浆，所述盐浆是固体细颗粒和液体的混合物，固含率在0-70％范围内可调，释冷时盐浆固体部分溶解形成溶液，具有良好的流动性，可由所述第一浆液泵110或所述第二浆液泵130直接输送，其中，蓄冷结束时盐浆含固率可以通过改变蓄冷时间进行调节。可以理解的是，所述优太盐溶液也可以根据工作温度的不同选择其他合适的优太盐溶液，在此不做限定。所述储液箱包括箱体500以及设置于所述箱体500内的搅拌器510，所述箱体500上设置有储液箱入口520以及与所述储液箱入口520相对设置的储液箱出口530。所述第三换热器120和所述第四换热器140均为表冷器。
本发明实施例中，所述低温制冷组件通过所述第一换热器80向所述低温蓄冷载冷组件传递冷量，所述低温制冷组件通过所述第二换热器100向所述低温蓄冷载冷组件传递冷量，所述第一优太盐溶液为cacl2优太盐水溶液，所述第二优太盐溶液为mgso4优太盐水溶液，在压缩机与浆液泵的作用下，使得蓄冷载冷剂吸收冷负荷并存储，然后通过调节所述第一调节阀115、所述第二调节阀116、所述第三调节阀135、所述第四调节阀136的状态，使得蓄冷载冷剂在经过所述第三换热器120或所述第四换热器140时，释放冷负荷，从而调节所述试验箱150内的温度，本发明技术方案中，通过两种温度的优太盐溶液作为蓄冷释冷剂，可有效降低冷量供给温度和需求温度之间的平均温差，提高能效。
本发明实施例中，由于所述低温蓄冷载冷组件和所述高温蓄冷载冷组件能存储冷负荷，从而使得所述第一压缩机10和所述第二压缩机60能保持额定功率工作，进而避免出现在部分负荷工况下压缩机做无用功造成冷负荷损失的问题，从而减小设备的运行成本。同时，所述低温蓄冷组件或所述高温蓄冷组件通过释放冷量来调节所述试验箱150的温度，并通过释放冷量的多少来实现对所述试验箱150内温度的控制，由于压缩机可以采用长时段缓慢蓄冷和短时段快速释冷，因此不需要选择功率较大的压缩机即可实现快速降温过程，这样在选择小功率的压缩机时，在降低了压缩机的尺寸的基础上可降低所述高低温交变试验装置的尺寸。
可以理解的是，本发明技术方案中所述高低温交变试验装置采用双温蓄冷的方式，可以方便地拓展至多温蓄冷，例如，所述高低温交变试验装置还可以由制冷组件和蓄冷载冷组件构成，所述蓄冷载冷组件用于存储所述制冷组件产生出来的冷负荷，并在需要调节所述试验箱150本体时，由所述蓄冷载冷组件中表冷器释放蓄冷载冷剂中的冷负荷；或者，所述高低温交变试验装置包括多个调节所述试验箱150内温度的蓄冷载冷组件，且所述蓄冷载冷组件可以由同一制冷组件对其蓄冷，或者所述蓄冷载冷组件由单独的制冷组件对其蓄冷。可以理解的是，所述高温蓄冷载冷组件和所述低温蓄冷载冷组件调节所述试验箱150内温度的方式还有其他种。例如，在所述高温蓄冷载冷组件和所述低温蓄冷载冷组件提供冷量的同时，运行加热器并调节其功率，以实现试验箱150内的温度控制精度。
请继续参照图2，进一步地，所述第一换热器80和第二换热器100均为空心桨叶换热器。所述空心桨叶换热器易于制冷剂与蓄冷载冷剂之间进行冷负荷交换，提高了冷负荷的交换的效率。本发明技术方案中，所述空心桨叶换热器包括换热器壳体400、两个转向相反的换热管360以及带动两所述换热管360转动的驱动装置300，所述换热器壳体400上设有蓄冷载冷剂入口340和蓄冷载冷剂出口350，所述换热管360贯穿所述换热器壳体400，且所述换热管360的相对两端设有分别设有制冷剂入口310和制冷剂出口320。两所述换热管360在水平面上间隔设置，所述蓄冷载冷剂入口340与所述蓄冷载冷剂出口350沿竖直方向设置在两所述换热管360之间，所述制冷剂入口310与所述制冷剂出口320处均设置有旋转接头330，便于所述换热管360在转动时制冷剂进入所述换热管360内不受影响。制冷剂在所述换热管360的轴内流动，所述蓄冷载冷剂填充在所述换热器壳体400内并在所述换热管360的外侧移动，同时，两所述换热管360的转动方向相反，且两所述换热管360的转速在0-50rpm范围内可调节，便于在所述换热管360的作用下将所述蓄冷载冷剂分散开来并与所述换热管360充分接触，易于所述蓄冷载冷剂存储冷负荷。
请继续参照图3，进一步地，所述换热管360的周向设有叶片361，所述叶片361内设有空腔结构(图未示)，所述空腔结构与所述换热管360相连通。本发明技术方案中，所述换热管360的圆柱面上设有若干所述叶片361，所述叶片361呈螺旋均匀设置在所述换热管360上，在所述换热管360的轴向上所述叶片361呈扇形分布且间隔设置，由于所述叶片361内设有所述空腔结构，从而制冷剂能进入所述叶片361的所述空腔结构内，增大了制冷剂与所述蓄冷载冷剂的换热面积，从而提高换热效率。
进一步地，所述叶片361和所述换热管360径向截面呈夹角设置，所述夹角范围为0°-10°。本发明实施例中，所述夹角为3°，其中，所述叶片361的自由端上设有刮片362。所述刮片362设置于所述叶片361延伸方向上的自由端，所述刮片362用于将凝固态的制冷蓄冷剂从所述换热器壳体400上刮下来，或者通过所述刮片362将相对的所述换热管360和所述叶片361上的所述蓄冷载冷剂刮下来，此时，易于所述换热管360通过所述叶片361和所述刮片362对蓄冷载冷剂进行搅拌，从而便于制冷剂与所述蓄冷载冷剂之间进行换热。
参照图5，本发明还提出一种高低温交变试验装置的控制方法的第一实施例，所述高低温交变试验装置的控制方法包括以下步骤：
步骤s10，在接收到降温指令时，实时检测试验箱当前温度值；
本发明实施例运行于所述高低温交变试验装置。所述高低温交变试验装置是环境试验装置，为产品测试过程中模拟高低温度条件，在试验箱模拟从高温至低温的过程中，用户发出对试验箱进行降温的指令时，控制器接收到降温指令时，控制温度检测传感器实时检测试验箱内的当前温度值，所述当前温度值用于确定由高温蓄冷载冷组件或低温蓄冷载冷组件对试验箱进行降温。
步骤s20，判断所述试验箱当前温度值是否大于或等于预设温度值；
步骤s30，在所述当前温度值大于或等于所述预设温度值时，控制高温蓄冷载冷组件对所述试验箱提供冷量并控温，其中，通过调节第二浆液泵的转速调节所述冷量和/或通过第三调节阀、第四调节阀的开度调节所述冷量；
步骤s40，在所述当前温度值小于所述预设温度值时，控制低温蓄冷载冷组件对所述试验箱提供冷量并控温，其中，通过调节第一浆液泵的转速调节所述冷量和/或通过第一调节阀、第二调节阀的开度调节所述冷量。
在对试验箱进行降温的过程中，控制器设定三个温度：高温、中温以及低温，所述预设温度值即为所述中温，在当前温度值大于或等于所述预设温度值时，由所述高温蓄冷载冷组件中的高温蓄冷载冷剂对试验箱进行降温，则执行步骤s30。在当前温度值小于所述预设温度值时，由所述低温蓄冷载冷组件中的低温蓄冷载冷剂对试验箱进行降温，则执行s40。通过两种温度的蓄冷载冷剂对试验箱进行降温，在当前温度在高温与预设温度值之间时，选用与当前温度值相差较小的高温蓄冷载冷剂；在当前温度在预设温度值与低温之间时，选用与当前温度值相差较小的低温蓄冷载冷剂，从而有效降低冷量供给温度和需求温度之间的平均温差，提高能效。
同时，在本实施例中，在试验箱内的产品自身发热量较大，此实施例在升温段需要提供冷量，可运行或不运行加热器；在试验箱内内产品自身不发热或者发热量较小时，本实施例在升温段不需要由低温蓄冷载冷组件或高温蓄冷载冷组件提供冷量。
本发明提出一种高低温交变试验装置的控制方法的第二实施例，此实施例在升温段必须运行加热器，基于上述图5所示实施例，对所述试验箱提供冷量并控温之后，所述高低温交变试验装置的控制方法还包括：
判断当前温度值是否低于预设的控温波动下限；
步骤s50，在所述当前温度值低于预设的控温波动下限时，运行加热器提供热量并控温，其中，通过调节所述加热器的功率来调节所述热量。
本实施例中，在降温的过程中，所述预设控温波动下限是指在对试验箱内的温度进行调节的过程中某一时刻的温度值的范围，在所述当前温度值低于所述预设控温波动下限时，控制器运行所述加热器并调节所述加热器提供热量来调控所述试验箱内的温度，使得所述当前温度在预设的温控波动范围内，避免温度降低过快。其中所述步骤s50包含于所述步骤s30或步骤s40内。
此外，本发明实施例中的工作过程如：假设本实施例用于在60℃和-40℃交变控温，设定高温为60℃，中温为10℃，低温为-40℃，所述高温蓄冷载冷组件采用蓄冷载冷剂为mgso4优太盐水溶液，其中盐质量浓度19％，相变温度-3.9℃，所述低温蓄冷载冷组件采用的蓄冷载冷剂为cacl2优太盐水溶液，其中盐质量浓度29.8％，相变温度-55℃。所述试验箱控制方法包括启动过程和正常运行过程。正常运行过程包括降温段、低温恒温段、升温段和高温恒温段。
在启动过程中，保持第三调节阀关闭，先由所述高温制冷组件对所述高温蓄冷载冷组价进行蓄冷，即通过第二蒸发器向mgso4优太盐溶液蓄冷，其蓄冷时间由控制器设定；高温蓄冷结束后，保持第一调节阀关闭，再由所述低温制冷组件对所述低温蓄冷载冷组件进行蓄冷，即通过第一蒸发器向进行cacl2优太盐水溶液蓄冷，其蓄冷时间由控制器设定。
在正常运行过程中，在所述试验箱的降温段，控制器接收到所述降温指令后，根据温度传感器实时检测所述试验箱内的当前温度值，在所述当前温度值大于设定的温度值时，即假设初始温度为高温60℃(如果初始温度不是60℃，可根据温度传感器的数值判断处于何状态，类似处理)，开启所述第三调节阀、所述第四调节阀以及所述第二浆液泵，通过调节所述第二浆液泵的转速和/或所述第三调节阀和所述第四调节阀的开度，保证所述试验箱内降温的速度，在所述温度传感器检测到所述试验箱内的温度达到中温10℃时，关闭所述第三调节阀，并开启所述第一调节阀、所述第二调节阀以及所述第一浆液泵，通过调节所述第一浆液泵的转速和/或所述第一调节阀和所述第二调节阀的开度，保证所述试验箱内的降温速度，此过程延续到低温-40℃时。
在正常运行过程中，在所述试验箱的低温恒温段，即在维持低温-40℃的过程中，保持所述第三调节阀关闭，并保持第一调节阀、第二调节阀以及第一浆液泵位开启状态，通过调节所述第一浆液泵的转速和/或所述第一调节阀和所述第二调节阀的开度，保证控温精度，此过程延续到控制器设定时间。
在正常运行过程中，在所述试验箱的升温段，有两种模式：(1)非加热模式(适用于被测对象发热率较大，升温过程需要制冷)，保持关闭所述第三调节阀，保持开启所述第一调节阀、所述第二调节阀以及所述第一浆液泵，根据温度传感器的温度值所述第一浆液泵的转速和/或调节第一调节阀和开第二调节阀的开度，保证升温速率，当温度升至中温10℃时，关闭所述第一调节阀，开启所述第三调节阀、所述第四调节阀以及所述第二浆液泵，根据温度传感器实时检测到的温度调节所述第二浆液泵的转速和/或所述第三调节阀和所述第四调节阀的开度，保证升温速率，直至温度升至高温60℃时；(2)加热器开启模式(适用于被测对象发热率较小或为零，升温过程需要加热)，开加热器，根据温度传感器实时检测到的温度调节加热器的功率，保证升温速度，直至温度升高至高温60℃时。两种模式的选择由控制器根据温度传感器的温度值值确定。
在正常运行过程中，在所述试验箱的高温恒温段，开启所述第三调节阀、所述第四调节阀以及所述第二浆液泵，所述加热器保持关闭状态，根据所述温度传感器检测到的温度调节所述第二浆液泵的转速和/或所述第三调节阀和所述第四调节阀的开度，保证控温精度，此过程延续到控制器设定时间。
所述蓄冷过程和释冷过程，可以同时进行，也可以分时进行，蓄冷和释冷时间由控制器设定。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。