专利名称：带回热式多元混合工质节流制冷的温度试验箱的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机械式制冷温度试验箱，特别涉及一种带回热式多元混合工质节流制冷的温度试验箱。
背景技术：
温度试验箱主要用于电子器件、各种材料、民用及军工装备等的环境温度性能试验，是当代可靠性工程最基本的试验设备，也是包括诸如惯导等精密器件温度相关参量分离必备的设备，其在信息通讯、新材料、家用电器以及军工设备等领域具有广泛的应用。温度试验箱是一个种类较多的一种系列产品，可以有不同的型号和类型，如根据不同应用要求可以分为下列几种低温试验箱、高温试验箱、高低温试验箱、高低温程控交变试验箱、快速变温箱和温度冲击试验箱等，以及与包括湿度、压力、真空和振动等其他参数相结合的各类综合试验箱；根据不同应用场合，箱体尺寸可以为几十升到数千立方米；其温度范围也有不同系列，如从_20°C、_40°C、_60°C、_70°C到+100°C、+150°C、+200°C等，近年来对下限温度更低的产品也提出越来越多的需求。随着电子信息技术、军工等高新技术领域的迅速发展，目前对上述各种温度试验箱的需求也越来越多。
温度试验箱技术是应可靠性工程试验需要在最近的几十年内迅速发展起来的，随着需求的变化及制冷和低温技术的发展，其技术上也在不断进步，并形成为一个细分专门门类且得到相当广泛的应用。从技术角度讲，温度试验箱的核心是温度尤其是低温的获得以及调控，实际上其最基本的是获得低温的制冷技术，其调控方法往往由所采用的制冷技术和应用要求确定。目前的温度试验箱基本都采用常规制冷技术，其的一个不足之处在于 受限于传统制冷技术，对于不同下限温度要求需要采用不同制冷技术。在下限温度为-40°C 以上的型号中通常采取单级蒸汽压缩制冷技术，下限温度为-40°C至80°C之间的型号中通常采取两级复叠制冷技术，更低下限温度的则往往采取液氮供冷。随着信息技术、军工等高技术领域的发展，目前对低于_40°C的温度试验箱已成为需求的主流。传统温度试验箱采用传统两级复叠技术实现-40°C以下制冷存在成本高、可靠性低，控制复杂等问题，尤其是在交变温度运行时容易出现压缩机过载，使用寿命降低。另外由于采用两台压缩机，可靠性下降，成本较高，运行控制也较复杂。
从实现低温制冷讲，传统的自动复叠(Auto-cascade)节流制冷技术可以用于温度试验箱。该技术的基本思想发明于1939年，历经了数十年的不断发展且已成功用于大型天然气液化系统，近年也在与低温试验箱相近的部分温区低温冷冻贮存箱中采用。代表性的如1.日本三洋生产的_135°C和_152°C两个温区低温冷冻储存箱采用了带预冷级的混合工质自动复叠节流制冷系统，具体为一个单级蒸汽压缩节流制冷系统预冷一个自动复叠节流制冷系统，低温级自动复叠节流制冷系统采取了二个汽液分离器和三组都需要精调的节流器件，预冷级采用R407D制冷剂，低温级自动复叠节流制冷系统采用氢氟烃多元混合制冷剂(HFCs) ；2.美国Hiermo (Revco品牌)生产的_135°C和_152°C两个温区低温冷冻储存箱采取的是带三个汽液分离器和四组都需要精调的节流器件的完全自动复叠节流制冷系统，工质为不含氟氯烃(CFCs)的多元混合物；3.国内外还有多个类似工作和专利。中国专利(申请号03116151. 0和03116152. 9等)则利用内复叠流程中的多温度级实现多温室低温箱。但是，由于它们所采用的制冷系统的核心思想均是源自普冷领域的蒸汽压缩节流制冷和以其为基础的多级复叠原理，系统中有多次汽液分离和多个节流元件一是系统复杂给设计和生产过程显著增加了难度，二是制冷温度每降低30-4(TC需相应增加一级使不同温区在制冷系统上不具统一性，三是难以用简单的方法实现对各级之间的最优匹配控制，因此该制冷技术从技术经济上讲并不能很好适合于低温箱的全温区控温的实现，四是温度试验箱的一些特殊工况会使内复叠的各级之间失去稳定性，而使其不能正常工作。
本发明专利提出了一种带回热式多元混合工质节流制冷的温度试验箱。其可采用常规油润滑单级压缩机驱动，由同一套硬件仅通过改变工质即可高效地实现下限可至液氮的全温区的温度试验箱，大大提高了系统设计、部件加工及组装和整机调试的效率，而且具有系统和调控简单，运行可靠安全，能耗和造价更低、更便于实现紧凑化等优势。发明内容
本发明的目的在于提供一种带回热式多元混合工质节流制冷的温度试验箱，其采用常规油润滑单级压缩机驱动，由同一套硬件仅通过改变工质即可高效地实现下限可至液氮的全温区的温度试验箱，从而大幅降低传统温度试验箱在技术和生产过程等上的复杂性。
本发明提供的技术方案如下
本发明提供的带回热式多元混合工质节流制冷的温度试验箱，由制冷系统R、控制系统C、箱体B、调温加热模块H和搅拌风机模块F组成，如图1所示；
所述制冷系统R为回热式多元混合工质节流制冷系统，其包括压缩机模块CU、冷凝冷却器EX、回热换热器模块RU、节流及后端能力调节模块JU和蒸发换热模块EU及其连接管路，其连接为制冷压缩机模块CU的高压出口连接冷凝冷却器EX的入口，冷凝冷却器 EX的出口连接回热换热器模块RU的制冷剂高压入口 ；回热换热器模块RU的制冷剂高压出口连接节流及后端能力调节模块JU的制冷剂高压入口 ；节流及后端能力调节模块JU的第一制冷剂低压出口连接蒸发换热模块EU入口，蒸发换热模块EU的出口连接回热换热器模块RU的制冷剂低压入口，回热换热器模块RU的制冷剂低压出口连接压缩机模块CU的低压入口 ；其特征在于
所述的压缩机模块CU由压缩机CUl和润滑油过滤回油器CU2及其连接管路和阀门组成，如图2所示，其连接方式为压缩机CUl的高压出口连接润滑油过滤回油器CU2的高压进口，润滑油过滤回油器CU2的高压出口作为压缩机模块CU的高压出口，润滑油过滤回油器⑶2的回油出口连接三通管件N的一个端口，三通管件N的另外两个端口中的一个连接压缩机CUl的低压进口，另一个作为压缩机模块CU的低压进口 ；
所述的节流及后端能力调节模块JU包括主节流组件EJl及其连接管路组成，其连接方式为主节流组件EJl的进口端为节流及后端能力调节模块JU的高压入口，主节流组件EJl的出口端为节流及后端能力调节模块JU的第一制冷剂低压出口 ；
所述控制系统C根据系统对制冷量的需求通过调控前端能力调节模块FU和/或节流及后端能力调节模块JU实现对制冷系统R的制冷能力进行调节，并通过对调温加热模块H加热量的调控进一步实现对箱体B内部的精确控温；所述搅拌风机模块(F)用以对所述箱体B内部的空气进行扰动。所述的带回热式多元混合工质节流制冷的温度试验箱，其特征还在于所述回热换热器模块RU为回热换热器RUO、分凝分离模块SR或为相互连接的回热换热器RUO与分凝分离模块SR，如图3所示；所述回热换热器模块RU为回热换热器RUO时，其连接为冷凝冷却器EX的出口连接回热换热器模块RUO的制冷剂高压入口 ；回热换热器模块RUO的制冷剂高压出口连接节流及后端能力调节模块JU的制冷剂高压入口 ；所述回热换热器模块RU为分凝分离模块SR时，其连接为冷凝冷却器EX的出口连接回热换热器模块SR的制冷剂高压入口 ；回热换热器模块SR的制冷剂高压出口连接节流及后端能力调节模块JU的制冷剂高压入口 ；所述回热换热器模块RU为相互连接的回热换热器RUO与分凝分离模块SR时，其连接为冷凝冷却器EX的出口连接回热换热器模块RUO的制冷剂高压入口 ；回热换热器模块RUO的制冷剂高压出口连接节流及后端能力调节模块JU的制冷剂高压入口，经回热换热后连接分凝分离模块SR的高压入口，分凝分离模块SR的高压出口为回热换热器模块RU的高压出口 ；低压来流连接至作为回热换热器模块RU低压入口的分凝分离模块SR的低压入口，分凝分离模块SR的低压出口连接回热换热器RUO的低压入口，经回热换热后由作为回热换热器模块RU低压出口的回热换热器RUO的低压出口排出。所述的带回热式多元混合工质节流制冷的温度试验箱，其特征还在于所述分凝分离模块SR为第一种分凝分离模块SR1、第二种分凝分离模块SR2、第三种分凝分离模块 SR3或第四种分凝分离模块SR4 ；所述第一种分凝分离模块SRl包括垂直放置的分凝分离器RF1、第一回热换热器 RF2、中间节流元件RF3、第二回热换热器RF4及连接管路和阀门组成，如图4. 1所示，其连接为高压来流连接至分凝分离换热器RFl下部的高压入口，经分凝分离后主流从分凝分离换热器RFl上部的高压出口连接至第一回热换热器RF2的高压入口，经回热换热后由第一回热换热器RF2的高压出口连接至第二回热换热器RF4的高压入口，经回热换热后由第二回热换热器RF4的高压出口排出；低压来流连接至第二回热换热器RF4的低压入口，经回热换热后由第二回热换热器(RF4)的低压出口连接至第一回热换热器RF2的低压入口，经回热换热后由第一回热换热器RF2的低压出口连接至分凝分离换热器RFl上部的低压入口， 经回热换热后由分凝分离换热器RFl下部的低压出口排出；由分凝分离产生的一部分高压流体由分凝分离换热器RFl下部的高压出口连接中间节流元件RF3的入口，经节流后在第二回热换热器RF4的低压出口和第一回热换热器RF2的低压入口之间并入低压主流；第二种分凝分离模块SR2包括分凝分离换热器RF1、带第二高压流路的第一回热换热器RF2、中间节流元件RF3、第二回热换热器RF4及连接管路和阀门组成，如图4. 2所示，其连接方式为高压来流连接至分凝分离换热器RFl下部的高压入口，经分凝分离后主流从分凝分离换热器RFl上部的高压出口连接至第一回热换热器RF2的第一高压入口，经回热换热后由第一回热换热器RF2的第一高压出口连接至第二回热换热器RF4的高压入口，经回热换热后由第二回热换热器RF4的高压出口排出；低压来流连接至第二回热换热器RF4的低压入口，经回热换热后由第二回热换热器RF4的低压出口连接至第一回热换热器RF2的低压入口，经回热换热后由第一回热换热器RF2的低压出口连接至分凝分离换热器RFl上部的低压入口，经回热换热后由分凝分离换热器RFl下部的低压出口排出；由分凝分离产生的一部分高压流体由分凝分离换热器RFl下部的高压出口连接第一回热换热器 RF2的第二高压入口，经回热换热后由第一回热换热器RF2的第二高压出口连接中间节流元件RF3的入口，经节流后在第二回热换热器RF4的低压出口和第一回热换热器RF2的低压入口之间并入低压主流；第三种分凝分离模块SR3包括带第二高压流路的分凝分离换热器RF1、第一回热换热器RF2、中间节流元件RF3、第二回热换热器RF4及连接管路和阀门组成，如图4. 3所示，其连接方式为高压来流连接至分凝分离换热器RFl下部的第一高压入口，经分凝分离后主流从分凝分离换热器RFl上部的第一高压出口连接至第一回热换热器RF2的高压入口，经回热换热后由第一回热换热器RF2的高压出口连接至第二回热换热器RF4的高压入口，经回热换热后由第二回热换热器RF4的高压出口排出；低压来流连接至第二回热换热器RF4的低压入口，经回热换热后由第二回热换热器RF4的低压出口连接至第一回热换热器RF2的低压入口，经回热换热后由第一回热换热器RF2的低压出口连接至分凝分离换热器RFl上部的低压入口，经回热换热后由分凝分离换热器RFl下部的低压出口排出；由分凝分离产生的一部分高压流体由分凝分离换热器RFl底部的高压出口连接分凝分离换热器 RFl下部的第二高压入口，经回热换热后由分凝分离换热器RFl上部的第三高压出口连接中间节流元件RF3的入口，经节流后在第二回热换热器RF4的低压出口和第一回热换热器 RF2的低压入口之间并入低压主流；所述第四种分凝分离模块SR4包括带第二高压流路的分凝分离换热器RF1、带第二高压流路的第一回热换热器RF2、中间节流元件RF3、第二回热换热器RF4及连接管路和阀门组成，如图4. 4所示，其连接方式为高压来流连接至分凝分离换热器RFl下部的第一高压入口，经分凝分离后主流从分凝分离换热器RFl上部的第一高压出口连接至第一回热换热器RF2的第一高压入口，经回热换热后由第一回热换热器RF2的第一高压出口连接至第二回热换热器RF4的高压入口，经回热换热后由第二回热换热器RF4的高压出口排出；低压来流连接至第二回热换热器RF4的低压入口，经回热换热后由第二回热换热器RF4的低压出口连接至第一回热换热器RF2的低压入口，经回热换热后由第一回热换热器RF2的低压出口连接至分凝分离换热器RFl上部的低压入口，经回热换热后由分凝分离换热器RFl 下部的低压出口排出；由分凝分离产生的一部分高压流体由分凝分离换热器RFl底部的第二高压出口连接分凝分离换热器RFl下部的第二高压入口，经回热换热后由分凝分离换热器RFl上部的第三高压出口连接第一回热换热器RF2的第二高压入口，经回热换热后由第一回热换热器RF2的第二高压出口连接中间节流元件RF3的入口，经节流后在第二回热换热器RF4的低压出口和第一回热换热器RF2的低压入口之间并入低压主流。所述的带回热式多元混合工质节流制冷的温度试验箱，其特征还在于所述的制冷系统R还包括前端能力调节模块FU，所述的前端能力调节模块FU包括可控高压进罐阀 V4、可控低压出罐阀V5和储存罐S及其连接管路，如图5所示，其连接为可控低压出罐阀 V5进口端连接一个三通管件G的第一端口，三通管件G的第二端口和第三端口分别连接所述储存罐S低压出口和可控高压进罐阀V4出口端，可控高压进罐阀V4入口端为前端能力调节模块FU的高压进口 ；可控低压出罐阀V5为前端能力调节模块FU的低压出口。
所述的带回热式多元混合工质节流制冷的温度试验箱，其特征还在于所述的前端能力调节模块FU还包括可控低压旁路阀VI、可控低压进罐阀V2、进罐单向阀V6和可控低压主出罐阀V3及连接管路，如图6所示，其连接为可控低压旁路阀Vl进口端连接三通管件D的第一端口，三通管件D的第二端口连接可控低压进罐阀V2进口端，可控低压进罐阀V2出口端通过进罐单向阀V6与储存罐S的高压进口相连通，三通管件D的第三端口为前端能力调节模块FU的低压进口 ；可控低压旁路阀Vl出口端连接四通管件E的第一端口， 四通管件E的第二端口和第三端口分别连接可控低压主出罐阀V3出口端和可控低压出罐阀V5出口端，可控低压主出罐阀V3进口端连接所述储存罐S低压出口，四通管件E的第四个端口为前端能力调节模块FU的低压出口 ；可控低压出罐阀V5进口端连接一个三通管件 G的第一端口，三通管件G的第二端口和第三端口分别连接所述储存罐S低压出口和可控高压进罐阀V4出口端，可控高压进罐阀V4入口端为前端能力调节模块FU的高压进口 ；前端能力调节模块FU在制冷系统R中的连接方式为制冷压缩机模块CU的高压出口连接三通管件A的第一端口，三通管件A第二端口连接前端能力调节模块FU的高压入口，三通管件A第三端口连接冷凝冷却器EX的入口 ；回热换热器模块RU的制冷剂低压出口连接前端能力调节模块FU的低压入口，前端能力调节模块FU的低压出口连接压缩机模块CU的低压入口。所述的带回热式多元混合工质节流制冷的温度试验箱，其特征在于，所述的节流及后端能力调节模块JU还包括旁通节流组件EJ2，如图7所示，其连接方式为一个三通管件M的第一端口作为节流及后端能力调节模块(JU)的高压入口，该高压入口连接回热换热器模块RU制冷剂高压出口，该三通管件M的第二端口和第三端口分别连接主节流组件EJl 和旁通节流组件EJ2的入口端，主节流组件EJl的出口端为节流及后端能力调节模块JU 的第一制冷剂低压出口，该第一制冷剂低压出口连接蒸发换热模块EU入口，旁通节流组件 EJ2的出口端为节流及后端能力调节模块JU的第二制冷剂低压出口连接在回热换热器模块(RU)制冷剂低压入口与蒸发换热模块(EU)出口之间的连接管路上。所述的带回热式多元混合工质节流制冷的温度试验箱，其特征还在于所述制冷系统R的制冷工质为由η个制冷组元经物理混合形成，η为整数，3 < η < 30。本发明提供的带回热式多元混合工质节流制冷的温度试验箱，其的优点在于采用的制冷系统由常规单级油润滑压缩机驱动，简单可靠且造价低；可以真正实现全温区采用同一高效低温制冷技术，且系统结构极其简单，可做到了同一套硬件通过充配不同工质实现不同温区，大大提高了系统设计、部件加工及组装和整机调试的效率，而且具有系统和调控简单，运行可靠安全，能耗和造价低等优势。
图1为本发明中的带回热式多元混合工质节流制冷的温度试验箱原理示意图；图2为本发明中的压缩机模块原理示意图；图3为本发明中的回热换热器模块原理示意图；图4. 1为本发明中的分凝分离模块的第一种结构原理示意图；图4. 2为本发明中的分凝分离模块的第二种结构原理示意图；图4. 3为本发明中的分凝分离模块的第三种结构原理示意图4. 4为本发明中的分凝分离模块的第四种结构原理示意图；图5为本发明中的一种简化前端能力调节模块原理示意图；图6为本发明中的前端能力调节模块原理示意图；图7为本发明中的节流及后端能力调节模块原理示意图；图8为实施例1的带回热式多元混合工质节流制冷温度试验箱原理示意图；图9为实施例2的带回热式多元混合工质节流制冷温度试验箱原理示意图；图10为实施例3的带回热式多元混合工质节流制冷温度试验箱原理示意图。
具体实例方式实施例1 一种带回热式多元混合工质节流制冷温度试验箱如图8所示，一种带回热式多元混合工质节流制冷温度试验箱由制冷系统R、控制系统C、箱体B、调温加热模块H和搅拌风机模块F组成；所述制冷系统R为回热式多元混合工质节流制冷系统，包括压缩机模块CU、前端能力调节模块FU、冷凝冷却器EX、回热换热器模块RU、节流及后端能力调节模块JU和蒸发换热模块EU及其连接管路。其制冷系统R中制冷压缩机模块⑶的高压出口连接三通管件A的第一端口，三通管件A第二端口连接前端能力调节模块FU的高压入口，三通管件A第三端口连接冷凝冷却器EX的入口，冷凝冷却器EX的出口连接回热换热器模块RU的制冷剂高压入口 ；回热换热器模块RU的制冷剂高压出口连接节流及后端能力调节模块JU的制冷剂高压入口 ；节流及后端能力调节模块JU的第一制冷剂低压出口连接蒸发换热模块EU入口，蒸发换热模块 EU的出口连接三通管件M的第一端口，节流及后端能力调节模块JU的第二制冷剂低压出口连接三通管件M的第二端口，三通管件M的第三端口连接回热换热器模块RU的制冷剂低压入口，回热换热器模块RU的制冷剂低压出口连接前端能力调节模块FU的低压入口，前端能力调节模块FU的低压出口连接压缩机模块CU的低压入口 ；上述的压缩机模块⑶包括压缩机OTl和润滑油过滤回油器⑶2及其连接管路， 其连接方式为压缩机CUl的高压出口连接润滑油过滤回油器CU2的高压进口相连，润滑油过滤回油器CU2的高压出口作为压缩机模块CU的高压出口，润滑油过滤回油器CU2的回油出口连接三通管件N的一个端口，三通管件N的另外两个端口中的一个连接压缩机OTl的低压进口，另一个作为压缩机模块CU的低压进口。上述的前端能力调节模块FU包括可控低压旁路阀VI、可控低压进罐阀V2、进罐单向阀V6、可控低压主出罐阀V3、可控高压进罐阀V4、可控低压出罐阀V5和储存罐S及其连接管路，其连接方式为可控低压旁路阀Vl进口端连接三通管件D的第一端口，三通管件D的第二端口连接可控低压进罐阀V2进口端，可控低压进罐阀V2出口端通过进罐单向阀V6与储存罐S的高压进口相连通，三通管件D的第三端口为前端能力调节模块FU的低压进口 ；可控低压旁路阀Vl出口端连接四通管件E的第一端口，四通管件E的第二端口和第三端口分别连接可控低压主出罐阀V3出口端和可控低压出罐阀V5出口端，可控低压主出罐阀V3进口端连接所述储存罐S低压出口，四通管件E的第四个端口为前端能力调节模块FU的低压出口 ；可控低压出罐阀V5进口端连接一个三通管件G的第一端口，三通管件G 的第二端口和第三端口分别连接所述储存罐S低压出口和可控高压进罐阀V4出口端，可控
1高压进罐阀V4入口端为前端能力调节模块FU的高压进口 ；如图6所示。上述的回热换热器模块RU由回热换热器RU0、第二种结构的分凝分离模块SR2及其连接管路组成，其连接方式为高压来流连接至作为回热换热器模块RU高压入口的回热换热器RUO的高压入口，经回热换热后连接分凝分离模块SR的高压入口，分凝分离模块SR2 的高压出口为回热换热器模块RU的高压出口 ；低压来流连接至作为回热换热器模块RU低压入口的分凝分离模块SR2的低压入口，分凝分离模块SR2的低压出口连接回热换热器RUO 的低压入口，经回热换热后由作为回热换热器模块RU低压出口的回热换热器RUO的低压出口排出。其中的分凝分离模块SR2包括分凝分离换热器RF1、带第二高压流路的第一回热换热器RF2、中间节流元件RF3、第二回热换热器RF4及连接管路和阀门组成，其连接方式为 高压来流连接至分凝分离换热器RFl下部的高压入口，经分凝分离后主流从分凝分离换热器RFl上部的高压出口连接至第一回热换热器RF2的第一高压入口，经回热换热后由第一回热换热器RF2的第一高压出口连接至第二回热换热器RF4的高压入口，经回热换热后由第二回热换热器RF4的高压出口排出；低压来流连接至第二回热换热器RF4的低压入口， 经回热换热后由第二回热换热器RF4的低压出口连接至第一回热换热器RF2的低压入口， 经回热换热后由第一回热换热器RF2的低压出口连接至分凝分离换热器RFl上部的低压入口，经回热换热后由分凝分离换热器RFl下部的低压出口排出；由分凝分离产生的一部分高压流体由分凝分离换热器RFl下部的高压出口连接第一回热换热器RF2的第二高压入口，经回热换热后由第一回热换热器RF2的第二高压出口连接中间节流元件RF3的入口，经节流后在第二回热换热器RF4的低压出口和第一回热换热器RF2的低压入口之间并入低压主流。上述的节流及后端能力调节模块JU由主节流组件EJ1、旁通节流组件EJ2及其连接管路组成，如图7所示，其连接方式为三通管件H的第一端口作为节流及后端能力调节模块JU的高压入口，三通管件H的第二端口和第三端口分别连接主节流组件EJl和旁通节流组件EJ2的入口端，主节流组件EJl的出口端为节流及后端能力调节模块JU的第一制冷剂低压出口，旁通节流组件EJ2的出口端为节流及后端能力调节模块JU的第二制冷剂低压出口 ；主节流组件EJl和旁通节流组件EJ2均采用带通断功能的节流调节阀。上述全部模块、部件均装在同一机架上形成一体式结构；控制系统C根据系统对制冷量的需求通过调控前端能力调节模块FU和节流及后端能力调节模块JU实现对制冷系统R的制冷能力进行调节，并通过对调温加热模块H的加热量的调控进一步实现对箱体B 内部的精确控温；箱体B内部设置风道，制冷系统R的蒸发换热模块EU、调温加热模块H和循环/搅拌风机模块F (扇叶或风轮)安在风道内。本实施例制冷系统R的制冷剂采用由甲烷、四氟甲烷、乙烷、丙烷和异丁烷等组成的多元混合制冷工质。实施例2 —种带回热式多元混合工质节流制冷温度试验箱如图9所示，一种带回热式多元混合工质节流制冷温度试验箱由制冷系统R、控制系统C、箱体B、调温加热模块H和搅拌风机模块F组成，所述制冷系统R为回热式多元混合工质节流制冷系统，包括压缩机模块CU、冷凝冷却器EX、回热换热器模块RU、节流及后端能力调节模块JU和蒸发换热模块EU及其连接管路。其制冷系统R中制冷压缩机模块CU的高压出口冷凝冷却器EX的入口，冷凝冷却器EX的出口连接回热换热器模块RU的制冷剂高压入口 ；回热换热器模块RU的制冷剂高压出口连接节流及后端能力调节模块JU的制冷剂高压入口 ；节流及后端能力调节模块JU的第一制冷剂低压出口连接蒸发换热模块EU入口，蒸发换热模块EU的出口连接三通管件M 的第一端口，节流及后端能力调节模块JU的第二制冷剂低压出口连接三通管件M的第二端口，三通管件M的第三端口连接回热换热器模块RU的制冷剂低压入口，回热换热器模块RU 的制冷剂低压出口连接压缩机模块CU的低压入口 ；上述的压缩机模块⑶包括压缩机OTl和润滑油过滤回油器⑶2及其连接管路， 其连接方式为压缩机CUl的高压出口连接润滑油过滤回油器CU2的高压进口相连，润滑油过滤回油器CU2的高压出口作为压缩机模块CU的高压出口，润滑油过滤回油器CU2的回油出口连接三通管件N的一个端口，三通管件N的另外两个端口中的一个连接压缩机OTl的低压进口，另一个作为压缩机模块CU的低压进口。上述的回热换热器模块RU仅由回热换热器RUO构成。上述的节流及后端能力调节模块JU由主节流组件EJ1、旁通节流组件EJ2及其连接管路组成，其连接方式为三通管件H的第一端口作为节流及后端能力调节模块JU的高压入口，三通管件H的第二端口和第三端口分别连接主节流组件EJl和旁通节流组件EJ2 的入口端，主节流组件EJl的出口端为节流及后端能力调节模块JU的第一制冷剂低压出口，旁通节流组件EJ2的出口端为节流及后端能力调节模块JU的第二制冷剂低压出口 ；主节流组件EJl和旁通节流组件EJ2均采用并联的多组由电磁阀与节流元件串联形成的可控节流组件。上述压缩机模块CU和冷凝冷却器EX装在一个机架上，控制系统C安在另一机箱中，其它模块、部件均装在另一机架上，形成由三个功能块组成的分体式结构，各功能块之间由管路、阀门和电缆连接；控制系统C根据系统对制冷量的需求通过调控节流及后端能力调节模块JU实现对制冷系统R的供给蒸发换热模块EU的制冷能力进行调节，并通过对调温加热模块H的加热量的调控进一步实现对箱体B内部的精确控温；箱体B内部设置风道，制冷系统R的蒸发换热模块EU、调温加热模块H和循环/搅拌风机模块F (扇叶或风轮) 安在风道内。制冷系统采用由甲烷、四氟甲烷、乙烷、丙烷和异丁烷等组成的多元混合工质。实施例3 —种带回热式多元混合工质节流制冷温度试验箱如图10所示，一种带回热式多元混合工质节流制冷温度试验箱由制冷系统R、控制系统C、箱体B、调温加热模块H和搅拌风机模块F组成；所述制冷系统R为回热式多元混合工质节流制冷系统，包括压缩机模块CU、前端能力调节模块FU、冷凝冷却器EX、回热换热器模块RU、节流及后端能力调节模块JU和蒸发换热模块EU及其连接管路。其制冷系统R中制冷压缩机模块⑶的高压出口连接三通管件A的第一端口，三通管件A第二端口连接前端能力调节模块FU的高压入口，三通管件A第三端口连接冷凝冷却器EX的入口，冷凝冷却器EX的出口连接回热换热器模块RU的制冷剂高压入口 ；回热换热器模块RU的制冷剂高压出口连接节流及后端能力调节模块JU的制冷剂高压入口 ；节流及后端能力调节模块JU的第一制冷剂低压出口连接蒸发换热模块EU入口，蒸发换热模块 EU的出口连接回热换热器模块RU的制冷剂低压入口，回热换热器模块RU的制冷剂低压出口与前端能力调节模块FU的低压出口汇合后连接压缩机模块CU的低压入口 ；
上述的压缩机模块⑶包括压缩机OTl和润滑油过滤回油器⑶2及其连接管路， 其连接方式为压缩机CUl的高压出口连接润滑油过滤回油器CU2的高压进口相连，润滑油过滤回油器CU2的高压出口作为压缩机模块CU的高压出口，润滑油过滤回油器CU2的回油出口连接三通管件N的一个端口，三通管件N的另外两个端口中的一个连接压缩机OTl的低压进口，另一个作为压缩机模块CU的低压进口。上述的前端能力调节模块FU仅由可控高压进罐阀V4、可控低压出罐阀V5和储存罐S及其连接管路组成，其连接方式为可控低压出罐阀V5进口端连接一个三通管件G的第一端口，三通管件G的第二端口和第三端口分别连接所述储存罐S低压出口和可控高压进罐阀V4出口端，可控高压进罐阀V4入口端为前端能力调节模块FU的高压进口 ；可控低压出罐阀V5为前端能力调节模块FU的低压出口。上述的回热换热器模块RU仅由第四种结构的分凝分离模块SR4及其连接管路组成。分凝分离模块SR4包括带第二高压流路的分凝分离换热器RF1、带第二高压流路的第一回热换热器RF2、中间节流元件RF3、第二回热换热器RF4及连接管路和阀门组成，其连接方式为高压来流连接至分凝分离换热器RFl下部的第一高压入口，经分凝分离后主流从分凝分离换热器RFl上部的第一高压出口连接至第一回热换热器RF2的第一高压入口，经回热换热后由第一回热换热器RF2的第一高压出口连接至第二回热换热器RF4的高压入口，经回热换热后由第二回热换热器RF4的高压出口排出；低压来流连接至第二回热换热器RF4的低压入口，经回热换热后由第二回热换热器RF4的低压出口连接至第一回热换热器RF2的低压入口，经回热换热后由第一回热换热器RF2的低压出口连接至分凝分离换热器RFl上部的低压入口，经回热换热后由分凝分离换热器RFl下部的低压出口排出；由分凝分离产生的一部分高压流体由分凝分离换热器RFl底部的第二高压出口连接分凝分离换热器RFl下部的第二高压入口，经回热换热后由分凝分离换热器RFl上部的第三高压出口连接第一回热换热器RF2的第二高压入口，经回热换热后由第一回热换热器RF2的第二高压出口连接中间节流元件RF3的入口，经节流后在第二回热换热器RF4的低压出口和第一回热换热器RF2的低压入口之间并入低压主流。上述的节流及后端能力调节模块JU仅由主节流组件EJl及其连接管路组成，主节流组件EJl采用带通断功能的节流调节阀。上述控制系统C、压缩机模块CU、前端能力调节模块FU和冷凝冷却器EX装在一个机架上，其它模块、部件均装在另一机架上，形成由二个功能块组成的分体式结构，其间由管路、阀门和电缆连接；控制系统C根据系统对制冷量的需求通过调控节流及后端能力调节模块JU和后端能力调节模块JU实现对制冷系统R的供给蒸发换热模块EU的制冷能力进行调节，并通过对调温加热模块H的加热量的调控进一步实现对箱体B内部的精确控温； 箱体B内部设置风道，制冷系统R的蒸发换热模块EU、调温加热模块H和循环/搅拌风机模块F(扇叶或风轮)安在风道内。制冷系统采用由甲烷、四氟甲烷、乙烷、丙烷和异丁烷等组成的多元混合工质。
权利要求
1.一种带回热式多元混合工质节流制冷的温度试验箱，由制冷系统(R)、控制系统 (C)、箱体(B)、调温加热模块(H)和搅拌风机模块(F)组成；所述制冷系统(R)为回热式多元混合工质节流制冷系统，其包括压缩机模块(CU)、冷凝冷却器(EX)、回热换热器模块(RU)、节流及后端能力调节模块(JU)和蒸发换热模块(EU) 及其连接管路和阀门，其连接为制冷压缩机模块(CU)的高压出口连接冷凝冷却器(EX)的入口，冷凝冷却器(EX)的出口连接回热换热器模块(RU)的制冷剂高压入口 ；回热换热器模块(RU)的制冷剂高压出口连接节流及后端能力调节模块(JU)的制冷剂高压入口 ；节流及后端能力调节模块(JU)的第一制冷剂低压出口连接蒸发换热模块(EU)入口，蒸发换热模块(EU)的出口连接回热换热器模块(RU)的制冷剂低压入口，回热换热器模块(RU)的制冷剂低压出口连接压缩机模块(⑶)的低压入口 ；其特征在于所述的压缩机模块(CU)由压缩机(CUl)和润滑油过滤回油器(⑶幻及其连接管路和阀门组成，其连接方式为压缩机(CUl)的高压出口连接润滑油过滤回油器(⑶幻的高压进口，润滑油过滤回油器(CU2)的高压出口作为压缩机模块(CU)的高压出口，润滑油过滤回油器(⑶2)的回油出口连接三通管件N的一个端口，三通管件N的另外两个端口中的一个连接压缩机(CUl)的低压进口，另一个作为压缩机模块(CU)的低压进口 ；所述的节流及后端能力调节模块(JU)包括主节流组件(EJl)及其连接管路组成，其连接方式为主节流组件(EJl)的进口端为节流及后端能力调节模块(JU)的高压入口，主节流组件(EJl)的出口端为节流及后端能力调节模块(JU)的第一制冷剂低压出口 ；所述控制系统(C)根据系统对制冷量的需求通过调控前端能力调节模块(FU)和/或节流及后端能力调节模块(JU)实现对制冷系统(R)的制冷能力进行调节，并通过对调温加热模块(H)加热量的调控进一步实现对箱体(B)内部的精确控温；所述搅拌风机模块(F) 用以对所述箱体(B)内部的空气进行扰动。
2.按权利要求1所述的带回热式多元混合工质节流制冷的温度试验箱，其特征还在于所述回热换热器模块(RU)为回热换热器(RUO)、分凝分离模块(SR)或为相互连接的回热换热器(RUO)与分凝分离模块(SR)；所述回热换热器模块(RU)为回热换热器(RUO)时，其连接为冷凝冷却器(EX)的出口连接回热换热器模块(RUO)的制冷剂高压入口 ；回热换热器模块(RUO)的制冷剂高压出口连接节流及后端能力调节模块(JU)的制冷剂高压入口 ；所述回热换热器模块(RU)为分凝分离模块(SR)时，其连接为冷凝冷却器(EX)的出口连接回热换热器模块(SR)的制冷剂高压入口 ；回热换热器模块(SR)的制冷剂高压出口连接节流及后端能力调节模块(JU)的制冷剂高压入口 ；所述回热换热器模块(RU)为相互连接的回热换热器(RUO)与分凝分离模块(SR)时， 其连接为冷凝冷却器(EX)的出口连接回热换热器模块(RUO)的制冷剂高压入口 ；回热换热器模块(RUO)的制冷剂高压出口连接节流及后端能力调节模块(JU)的制冷剂高压入口， 经回热换热后连接分凝分离模块(SR)的高压入口，分凝分离模块(SR)的高压出口为回热换热器模块(RU)的高压出口 ；低压来流连接至作为回热换热器模块(RU)低压入口的分凝分离模块(SR)的低压入口，分凝分离模块(SR)的低压出口连接回热换热器(RUO)的低压入口，经回热换热后由作为回热换热器模块(RU)低压出口的回热换热器(RUO)的低压出口排出。
3.按权利要求2所述的带回热式多元混合工质节流制冷的温度试验箱，其特征还在于所述分凝分离模块(SR)为第一种分凝分离模块(SRl)、第二种分凝分离模块(SR2)、第三种分凝分离模块(SR3)或第四种分凝分离模块(SR4)；所述第一种分凝分离模块(SRl)包括垂直放置的分凝分离器(RFl)、第一回热换热器 (RF2)、中间节流元件(RF!3)、第二回热换热器(RF4)及连接管路和阀门组成，其连接为高压来流连接至分凝分离换热器(RFl)下部的高压入口，经分凝分离后主流从分凝分离换热器(RFl)上部的高压出口连接至第一回热换热器(RM)的高压入口，经回热换热后由第一回热换热器(RM)的高压出口连接至第二回热换热器(RF4)的高压入口，经回热换热后由第二回热换热器(RF4)的高压出口排出；低压来流连接至第二回热换热器(RF4)的低压入口，经回热换热后由第二回热换热器(RF4)的低压出口连接至第一回热换热器(RM)的低压入口，经回热换热后由第一回热换热器(RM)的低压出口连接至分凝分离换热器(RFl) 上部的低压入口，经回热换热后由分凝分离换热器(RFl)下部的低压出口排出；由分凝分离产生的一部分高压流体由分凝分离换热器(RFl)下部的高压出口连接中间节流元件 (RF3)的入口，经节流后在第二回热换热器(RF4)的低压出口和第一回热换热器(RM)的低压入口之间并入低压主流；第二种分凝分离模块(SM)包括分凝分离换热器(RFl)、带第二高压流路的第一回热换热器(RM)、中间节流元件(RF!3)、第二回热换热器(RF4)及连接管路和阀门组成，其连接方式为高压来流连接至分凝分离换热器(RFl)下部的高压入口，经分凝分离后主流从分凝分离换热器(RFl)上部的高压出口连接至第一回热换热器(RM)的第一高压入口，经回热换热后由第一回热换热器(RM)的第一高压出口连接至第二回热换热器(RF4)的高压入口，经回热换热后由第二回热换热器(RF4)的高压出口排出；低压来流连接至第二回热换热器(RF4)的低压入口，经回热换热后由第二回热换热器(RF4)的低压出口连接至第一回热换热器(RM)的低压入口，经回热换热后由第一回热换热器(RM)的低压出口连接至分凝分离换热器(RFl)上部的低压入口，经回热换热后由分凝分离换热器(RFl)下部的低压出口排出；由分凝分离产生的一部分高压流体由分凝分离换热器(RFl)下部的高压出口连接第一回热换热器(RM)的第二高压入口，经回热换热后由第一回热换热器(RM)的第二高压出口连接中间节流元件(RF!3)的入口，经节流后在第二回热换热器(RF4)的低压出口和第一回热换热器(RM)的低压入口之间并入低压主流；第三种分凝分离模块(SR!3)包括带第二高压流路的分凝分离换热器(RFl)、第一回热换热器(RM)、中间节流元件(RF!3)、第二回热换热器(RF4)及连接管路和阀门组成，其连接方式为高压来流连接至分凝分离换热器(RFl)下部的第一高压入口，经分凝分离后主流从分凝分离换热器(RFl)上部的第一高压出口连接至第一回热换热器(RM)的高压入口， 经回热换热后由第一回热换热器(RM)的高压出口连接至第二回热换热器(RF4)的高压入口，经回热换热后由第二回热换热器(RF4)的高压出口排出；低压来流连接至第二回热换热器(RF4)的低压入口，经回热换热后由第二回热换热器(RF4)的低压出口连接至第一回热换热器(RM)的低压入口，经回热换热后由第一回热换热器(RM)的低压出口连接至分凝分离换热器(RFl)上部的低压入口，经回热换热后由分凝分离换热器(RFl)下部的低压出口排出；由分凝分离产生的一部分高压流体由分凝分离换热器(RFl)底部的高压出口连接分凝分离换热器(RFl)下部的第二高压入口，经回热换热后由分凝分离换热器(RFl)上部的第三高压出口连接中间节流元件(RF!3)的入口，经节流后在第二回热换热器(RF4)的低压出口和第一回热换热器(RM)的低压入口之间并入低压主流；所述第四种分凝分离模块(SR4)包括带第二高压流路的分凝分离换热器(RFl)、带第二高压流路的第一回热换热器(RM)、中间节流元件(RF!3)、第二回热换热器(RF4)及连接管路和阀门组成，其连接方式为高压来流连接至分凝分离换热器(RFl)下部的第一高压入口，经分凝分离后主流从分凝分离换热器(RFl)上部的第一高压出口连接至第一回热换热器(RM)的第一高压入口，经回热换热后由第一回热换热器(RM)的第一高压出口连接至第二回热换热器(RF4)的高压入口，经回热换热后由第二回热换热器(RF4)的高压出口排出；低压来流连接至第二回热换热器(RF4)的低压入口，经回热换热后由第二回热换热器(RF4)的低压出口连接至第一回热换热器(RM)的低压入口，经回热换热后由第一回热换热器(RM)的低压出口连接至分凝分离换热器(RFl)上部的低压入口，经回热换热后由分凝分离换热器(RFl)下部的低压出口排出；由分凝分离产生的一部分高压流体由分凝分离换热器(RFl)底部的第二高压出口连接分凝分离换热器(RFl)下部的第二高压入口，经回热换热后由分凝分离换热器(RFl)上部的第三高压出口连接第一回热换热器(RF2)的第二高压入口，经回热换热后由第一回热换热器(RM)的第二高压出口连接中间节流元件 (RF3)的入口，经节流后在第二回热换热器(RF4)的低压出口和第一回热换热器(RM)的低压入口之间并入低压主流。
4.按权利要求1所述的带回热式多元混合工质节流制冷的温度试验箱，其特征还在于所述的制冷系统(R)还包括前端能力调节模块(FU)，所述的前端能力调节模块(FU)包括可控高压进罐阀(V4)、可控低压出罐阀(％)和储存罐( 及其连接管路，其连接为可控低压出罐阀(％)进口端连接一个三通管件G的第一端口，三通管件G的第二端口和第三端口分别连接所述储存罐( 低压出口和可控高压进罐阀(V4)出口端，可控高压进罐阀 (V4)入口端为前端能力调节模块(FU)的高压进口 ；可控低压出罐阀(V5)为前端能力调节模块(FU)的低压出口。
5.按权利要求4所述的带回热式多元混合工质节流制冷的温度试验箱，其特征还在于所述的前端能力调节模块(FU)还包括可控低压旁路阀(VI)、可控低压进罐阀(V2)、进罐单向阀(V6)和可控低压主出罐阀(V； )及连接管路，其连接为可控低压旁路阀(Vl)进口端连接三通管件D的第一端口，三通管件D的第二端口连接可控低压进罐阀(Y2)进口端，可控低压进罐阀m出口端通过进罐单向阀(V6)与储存罐( 的高压进口相连通，三通管件D的第三端口为前端能力调节模块(FU)的低压进口 ；可控低压旁路阀(Vl)出口端连接四通管件E的第一端口，四通管件E的第二端口和第三端口分别连接可控低压主出罐阀(V； )出口端和可控低压出罐阀(％)出口端，可控低压主出罐阀(V； )进口端连接所述储存罐(S)低压出口，四通管件E的第四个端口为前端能力调节模块(FU)的低压出口 ；可控低压出罐阀(％)进口端连接一个三通管件G的第一端口，三通管件G的第二端口和第三端口分别连接所述储存罐( 低压出口和可控高压进罐阀(V4)出口端，可控高压进罐阀(V4) 入口端为前端能力调节模块(FU)的高压进口 ；前端能力调节模块(FU)在制冷系统(R)中的连接方式为制冷压缩机模块(⑶)的高压出口连接三通管件A的第一端口，三通管件A 第二端口连接前端能力调节模块(FU)的高压入口，三通管件A第三端口连接冷凝冷却器 (EX)的入口 ；回热换热器模块(RU)的制冷剂低压出口连接前端能力调节模块(FU)的低压入口，前端能力调节模块(FU)的低压出口连接压缩机模块(CU)的低压入口。
6.按权利要求1所述的带回热式多元混合工质节流制冷的温度试验箱，其特征在于， 所述的节流及后端能力调节模块(JU)还包括旁通节流组件(EJ2)，其连接方式为一个三通管件M的第一端口作为节流及后端能力调节模块(JU)的高压入口，该高压入口连接回热换热器模块(RU)制冷剂高压出口，该三通管件M的第二端口和第三端口分别连接主节流组件(EJl)和旁通节流组件(EJ2)的入口端，主节流组件(EJl)的出口端为节流及后端能力调节模块(JU)的第一制冷剂低压出口，该第一制冷剂低压出口连接蒸发换热模块(EU)入口，旁通节流组件(EJ2)的出口端为节流及后端能力调节模块(JU)的第二制冷剂低压出口连接在回热换热器模块(RU)制冷剂低压入口与蒸发换热模块(EU)出口之间的连接管路上。
7.按权利要求1所述的带回热式多元混合工质节流制冷的温度试验箱，其特征在于 所述制冷系统(R)的制冷工质为由η个制冷组元经物理混合形成，η为整数，3彡η ^ 30。
全文摘要
一种带回热式多元混合工质节流制冷的温度试验箱，由制冷系统，控制系统，箱体、调温加热模块和循环/搅拌风机模块组成，以回热式多元混合工质节流制冷系统提供所需冷量；所述制冷系统由压缩机模块、前端能力调节模块、冷凝冷却器、回热换热器模块、节流及后端能力调节模块和蒸发换热模块及其连接管路组成。控制系统根据系统对制冷量的需求通过调控前端能力调节模块和节流及后端能力调节模块实现对制冷系统的制冷能力进行调节，并通过对调温加热模块的加热量的调控进一步实现对箱体内部的精确控温，从而实现系统较大幅度地减少能耗；其采用常规油润滑单级压缩机驱动，由同一套硬件仅通过改变工质即可高效地实现下限可至液氮的全温区的温度试验箱。
文档编号F25B49/02GK102494426SQ20111039471
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月2日 优先权日2011年12月2日
发明者公茂琼, 刘加永, 吴剑峰, 董学强 申请人:中科赛凌(北京)科技有限公司