温湿度检定箱控温装置及其控温方法与流程

本发明涉及温湿度计量技术领域，具体涉及一种温湿度检定箱控温装置及其控温方法。

背景技术：

现有的温湿度检定箱通常采用恒温水箱对循环介质进行恒温，通过二次换热实现箱体内部控温，由于压缩机输出量无法根据箱内所需温度进行调整，恒温槽内循环介质较多，影响控温速度和控温精度，波动度一般只能达到±0.1℃，为平衡制冷量加热器功率较大，整体设备功耗高、能效比低，也造成能源的极大浪费。

中国专利申请cn101118445a公开了一种温湿度检定箱温度控制方法及结构，包括检定箱内的工作区，在检定箱内安装恒温水箱，在工作区外侧安装连接恒温水箱的盘管，先使用加热器和制冷压缩机调节恒温水箱的温度，再通过盘管与恒温水箱之间的循环水调节工作区的温度，由于此专利提供的装置未对压缩机输出量进行调节，同时使用恒温水箱对工作区进行控温，因此控温速度慢，设备能效比低，同样不能满足当前检定作业的需要。

因此，亟需一种范围宽、精度高、速度快且耗功小的控温装置，来满足温湿度检定箱的控温需要。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种温湿度检定箱控温装置及其控温方法，本装置控温范围宽，箱内温度达到-40℃~80℃；控温精度高，箱内温度波动度≤±0.01℃；控温速度快，升降温时间是常规检定箱的一半；装置能效比高，仅靠压缩机就能将箱内温度控制在-40℃~60℃，最大可节约50%耗电量。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

温湿度检定箱控温装置，包括分别与蒸发器的一次侧和二次侧连接的冷源系统和循环系统，

所述冷源系统包括通过管路依次连接的压缩机、油分离器、冷凝器、储液器、过滤器、回热器和第一流量调节阀，其中回热器的一次侧进口端和出口端分别与过滤器、第一流量调节阀连接，蒸发器的一次侧进口端与第一流量调节阀的出口端连接、一次侧出口端与回热器的二次侧进口端连接；冷凝器处固定有散热风机；回热器的二次侧出口端与压缩机的吸气口连接。

回热器能提高低温时制冷量，降低高温时制冷量，拓宽无加热器情况下温度控制范围；降温时，由蒸发器换热后出来的气体温度低，冷凝器冷凝后的液体温度高，两者在回热器内完成换热，将液体温度降低，气体温度升高，避免压缩机吸入液体，造成液击，同时提高液体过冷度，从而增大制冷量，提高降温效率；升温时，由蒸发器换热后出来的气体温度高，冷凝器冷凝后的液体温度低，两者在回热器内完成换热，将液体温度升高，气体温度降低，避免压缩机吸气过热，造成压缩机电机散热不良，同时提高液体温度，从而降低制冷量，提高升温效率。

所述循环系统包括通过管路依次连接的缓冲罐、表冷器、循环泵、第一单向阀和管道加热器，其中蒸发器的二次侧进口端与管道加热器的出口端连接、二次侧出口端与缓冲罐的进口端连接，表冷器设置在温湿度检定箱内部，用以控制温湿度检定箱内的温度；缓冲罐能有效将传热介质二次混匀、同时也能稳定传热介质的流速；循环系统采用管道加热器的形式，管道加热器结构紧凑，占用空间小，传热介质充注量少，可最大限度提高传热介质换热速度，在最短时间内使传热介质温度达到要求值，以满足箱内温度控温需求，从而达到快速控温的目的。

循环系统通过循环泵带动传热介质，先经管道加热器加热，再经蒸发器二次侧换热后进入表冷器与温湿度检定箱内空气换热，蒸发器二次侧出口设置缓冲罐，缓冲因传热介质湍流而产生的温度波动。

所述冷源系统内还连接有第二流量调节阀和第三流量调节阀，第二流量调节阀的进口端连接至油分离器和冷凝器之间的管路上、出口端连接至蒸发器和第一流量调节阀之间的管路上；第三流量调节阀的进口端连接至过滤器和回热器之间的管路上、出口端连接至回热器和压缩机之间的管路上；第三流量调节阀能降低压缩机吸气温度，避免控高温时压缩机因吸入的气体温度过高而造成热保护和寿命的缩短。

所述表冷器和循环泵之间还连接有膨胀水箱，膨胀水箱的底部连接至循环泵的进口端、顶端连接至表冷器的出口端，膨胀水箱的顶端还开有排气口，便于将装置管路内部的气体排出；通过设置膨胀水箱能有效减少循环系统参与换热的介质，从而提高升降温速度，膨胀水箱体积小，安装灵活，可节省装置占用的空间。

所述循环系统内还连接有补液单元，补液单元包括补液箱、补液泵和第二单向阀，补液箱的顶端开有加液口、底端与补液泵的进口端连接，补液泵的出口端与第二单向阀的进口端连接，第二单向阀的出口端连接至第一单向阀和管道加热器之间的管路上。

所述膨胀水箱的内壁上固定有高液位开关和第一低液位开关，利用两液位开关精准控制系统内注入传热介质的体积；补液箱的内壁上固定有第二低液位开关。

所述蒸发器的一次侧出口端固定连接有第一温度传感器和压力传感器；缓冲罐的出口端连接有第二温度传感器；温湿度检定箱内固定有第三温度传感器和用于混匀内部温度的循环风机；压缩机的出口端连接有第四温度传感器；利用各温度传感器和压力传感器实时监测装置内部各点的温度和压力状态，便于对各阀门进行实施调控。

所述控温装置内还设置有控制器，控制器连接控温装置内各电气组件，控制器为plc、控制电路板或其他能实现控制功能的装置。

所述补液泵为高压泵，工作时压力高于循环泵的工作压力，保证循环系统在运行状态下能实时进行补液操作。

当循环系统不满液时，传热介质由膨胀水箱进入循环泵吸水口，经循环泵驱动进入循环系统；加液时，将介质加入补液箱，加满后开启补液泵，补液泵经第二单向阀进入循环系统，进入装置的介质将装置内的空气挤入膨胀水箱后排出，保证装置处于满液状态，灌满装置后的介质进入膨胀水箱，当膨胀水箱内的液位达到高液位开关时停止加液；当膨胀水箱到达低液位开关时，补液泵开启，向装置内注入介质，保证装置内有足够的循环介质；循环系统中的第二单向阀保证进入装置的介质沿循环泵出水口方向灌满装置，防止逆流直接灌入膨胀水箱、造成装置未灌满就到达膨胀水箱高液位而停止加液的状况。

温湿度检定箱控温装置的控温方法，包括快速升降温阶段和恒温阶段；

1）.快速升降温阶段，

温湿度检定箱的温度需要快速降低时，关闭第二流量调节阀，控制器通过第一温度传感器和压力传感器测得温度和压力值，计算出过热度后调整第一流量调节阀至所需开度，直至温湿度检定箱内温度达到设定值；

温湿度检定箱的温度需要快速升高时，关闭第一流量调节阀，第二流量调节阀开度调至最大，并打开管道加热器，直至温湿度检定箱内温度达到设定值。

2）.恒温阶段，

温湿度检定箱恒温时，第一流量调节阀调至箱内所需温度对应的开度，通过控制器计算并控制第二流量调节阀调整至所需开度，实现温度恒定；当箱内所需温度超出第二流量调节阀调节范围时，将第二流量调节阀开度调至最大，再通过调整管道加热器输出实现温度恒定。

当温湿度检定箱内所需温度≤60℃时，通过控制器根据设定的箱内温度计算出所需传热介质温度，再根据传热介质温度计算出第二流量调节阀所需开度，通过调整第二流量调节阀开度来间接控制箱内温度，第一流量调节阀先调整到当前温度对应的开度，再根据第二流量调节阀的开度进行微调，使第二流量调节阀开度维持在25%~85%之间，以获取最佳的控温效果；

当温湿度检定箱内所需温度＞60℃时，通过控制器根据所设定的箱内温度计算出所需传热介质温度，将第一流量调节阀开度调整到1%，第二流量调节阀开度调整到100%，使制冷量降至最低，再根据传热介质温度通过控制器计算出管道加热器所需输出量，通过调整管道加热器输出来间接控制箱内温度。

本发明中使用的各组件均为业内常用的现有组件，在此不再赘述。

本发明的有益效果是：

1）.压缩机控温范围宽，以r404a冷媒为基准，0mpa压力下沸点为-46.22℃，将第二流量调节阀关闭，第一流量调节阀开度调至当前工况相应开度，传热介质温度最低可降至-43℃，箱内温度可到-40℃；压缩机排气温度为70~80℃；将第一流量调节阀开度调至最小，第二流量调节阀开度调至最大，可将传热介质温度升至33℃，箱内温度30℃，即箱内温度范围为-40~30℃，在回热器的辅助下，能将箱内温度扩展到-40℃~60℃，60℃以上才使用加热器辅助控温；

2）.升降温速度快，流量调节阀开度可根据当前工况做出调整，使系统性能发挥至最佳，比传统方式（毛细管或热力膨胀阀）整体速度提高10%~50%；

3）.控温精度高，流量调节阀调整过程平滑，可实现无极调节，使冷源系统输出的冷量或热量与水泵的发热量和箱体的散热量达到相对平衡，使传热介质温度波动度达到±0.01℃，由于传热介质与箱内空气二次换热，减小了传热介质温度波动对箱内温度的影响，因此箱内温度波动度≤±0.01℃；

4）.能效比高，相比用加热器与制冷量相平衡的方式，利用压缩机本身的发热量做热源，最大可节省50%耗电量。

附图说明

图1是本控温装置的示意图；

其中，1.压缩机；2.油分离器；3.冷凝器；4.储液器；5.过滤器；6.回热器；7.第一流量调节阀；8.蒸发器；9.第二流量调节阀；10.第三流量调节阀；11.散热风机；12.循环泵；13.第一单向阀；14.管道加热器；15.缓冲罐；16.表冷器；17.循环风机；18.膨胀水箱；19.第一低液位开关；20.高液位开关；21.第二单向阀；22.补液泵；23.补液箱；24第二低液位开关；25.第一温度传感器；26.压力传感器；27.第四温度传感器；28.第二温度传感器；29.第三温度传感器；30.温湿度检定箱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，温湿度检定箱控温装置，包括分别与蒸发器8的一次侧和二次侧连接的冷源系统和循环系统。

冷源系统包括依次通过管路连接的压缩机1、油分离器2、冷凝器3、储液器4、过滤器5、回热器6和第一流量调节阀7，其中回热器6的一次侧进口端和出口端分别与过滤器5、第一流量调节阀7连接，蒸发器8的一次侧进口端与第一流量调节阀7的出口端连接、一次侧出口端与回热器6的二次侧进口端连接；冷凝器3处固定有散热风机11；回热器6的二次侧出口端与压缩机1的吸气口连接；回热器6能提高低温时制冷量，降低高温时制冷量，拓宽无加热器情况下温度控制范围；冷源系统内还连接有第二流量调节阀9和第三流量调节阀10，第二流量调节阀9的进口端连接至油分离器2和冷凝器3之间的管路上（进口端连接至冷凝器3的进口端）、出口端连接至蒸发器8和第一流量调节阀7之间的管路上；第三流量调节阀10的进口端连接至过滤器5和回热器6之间的管路上、出口端连接至回热器6和压缩机1之间的管路上；第三流量调节阀10能降低压缩机1吸气温度，避免控高温时压缩机1因吸入的气体温度过高而造成热保护和寿命的缩短。

循环系统包括依次通过管路连接的缓冲罐15、表冷器16、循环泵12、第一单向阀13和管道加热器14，其中蒸发器8的二次侧进口端与管道加热器14的出口端连接、二次侧出口端与缓冲罐15的进口端连接，表冷器16设置在温湿度检定箱30内部，用以控制温湿度检定箱30内的温度；缓冲罐15能有效将传热介质二次混匀、同时也能稳定传热介质的流速；循环系统采用管道加热器14的形式，管道加热器14结构紧凑，占用空间小，传热介质充注量少，可最大限度提高传热介质换热速度，在最短时间内使传热介质温度达到要求值，以满足箱内温度控温需求，从而达到快速控温的目的。表冷器16和循环泵12之间还连接有膨胀水箱18，膨胀水箱18的底部连接至循环泵12的进口端、顶端连接至表冷器16的出口端，膨胀水箱18的顶端还开有排气口，便于将装置管路内部的气体排出；通过设置膨胀水箱18能有效减少循环系统参与换热的介质，从而提高升降温速度，膨胀水箱18体积小，安装灵活，可节省装置占用的空间。膨胀水箱18的内壁上固定有高液位开关20和第一低液位开关19，利用两液位开关精准控制系统内注入传热介质的体积；补液箱23的内壁上固定有第二低液位开关24。

循环系统内还连接有补液单元，补液单元包括补液箱23、补液泵22和第二单向阀21，补液箱23的顶端开有加液口、底端与补液泵22的进口端连接，补液泵22的出口端与第二单向阀21的进口端连接，第二单向阀21的出口端连接至第一单向阀13和管道加热器14之间的管路上。补液泵22为高压泵，工作时压力高于循环泵12的工作压力，保证循环系统在运行状态下能实时进行补液操作。

蒸发器8的一次侧出口端固定连接有第一温度传感器25和压力传感器26；缓冲罐15的出口端连接有第二温度传感器28；温湿度检定箱30内固定有第三温度传感器29和用于混匀内部温度的循环风机17；压缩机1的出口端连接有第四温度传感器27；利用各温度传感器和压力传感器26实时监测装置内部各点的温度和压力状态，便于对各阀门进行实施调控。

控温装置内还设置有控制器，控制器连接控温装置内各电气组件，控制器为plc、控制电路板或其他能实现控制功能的装置。

第一、第二、第三流量调节阀可使用电磁阀、电子膨胀阀或其他能实现流量控制的电动阀门。

本发明还提供了一种温湿度检定箱控温装置的控温方法，包括快速升降温阶段和恒温阶段；

1）.快速升降温阶段，

温湿度检定箱的温度需要快速降低时，关闭第二流量调节阀9，控制器通过第一温度传感器25和压力传感器26测得温度和压力值，计算出过热度后调整第一流量调节阀7至所需开度，直至温湿度检定箱内温度达到设定值；

温湿度检定箱的温度需要快速升高时，关闭第一流量调节阀7，第二流量调节阀9开度调至最大，并打开管道加热器14，直至温湿度检定箱内温度达到设定值。

2）.恒温阶段，

温湿度检定箱需要恒定温度时，第一流量调节阀7调至箱内所需温度对应的开度，通过控制器计算并控制第二流量调节阀9调整至所需开度，实现温度恒定；当箱内所需温度超出第二流量调节阀9调节范围时，将第二流量调节阀9开度调至最大，通过调整管道加热器14输出量实现温度恒定。

当温湿度检定箱内所需温度≤60℃时，通过控制器根据设定的箱内温度计算出所需传热介质温度，再根据传热介质温度计算出第二流量调节阀9所需开度，通过调整第二流量调节阀9开度来间接控制箱内温度，第一流量调节阀7先调整到当前温度对应的开度，再根据第二流量调节阀9的开度进行微调，使第二流量调节阀9开度维持在25%~85%之间，以获取最佳的控温效果；

当温湿度检定箱内所需温度＞60℃时，通过控制器根据所设定的箱内温度计算出所需传热介质温度，将第一流量调节阀7开度调整到1%，第二流量调节阀9开度调整到100%，使制冷量降至最低，再根据传热介质温度通过控制器计算出管道加热器14所需输出量，通过调整管道加热器14输出量来间接控制箱内温度。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。