无级调节制冷量与去湿量的单级制冷系统及方法与流程

本发明涉及温湿度控制技术领域，特别涉及用于试验箱制冷及去湿的控制技术领域，具体是指一种无级调节制冷量与去湿量的单级制冷系统及方法。

背景技术：

温湿度试验箱要求对箱内温湿度进行连续及精密的调节，空调行业通常采用的通过压缩机开停式的调节方法不能满足温湿度试验箱的控制需要。另外由于试验箱需要实现的温度调节跨度大(-40℃至+150℃)，需要实现极端的低温及高温，所以变频压缩机在很多工况也不能采用。

目前，温湿度试验箱主流的制冷系统是采用简单的制冷系统，只能恒定制冷量或者是通过切换不同流量的电磁阀分段调节制冷量及去湿量。试验箱内的温度湿度控制采用平衡调温调湿方式，即温度控制采用可变的加热量与恒定的制冷量进行对抗调节，达到温度平衡；试验箱内的湿度控制采用可变的加湿量与恒定的制冷量进行对抗调节，达到湿度平衡。由于制冷系统一直工作，蒸发器平均温度远远低于箱内控制温度，容易在低温甚至常温范围内结霜，影响制冷效果及试验箱长期稳定性能。

因此，如何提供一种可以精确的控制制冷量和去湿量，不采用对抗调节，减少加热系统和加湿系统的使用频率，降低制冷去湿的运行成本，进而提高试验箱可靠性的制冷系统及方法成为本领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种无级调节制冷量与去湿量的单级制冷系统及方法。该系统及方法可以精确的控制制冷量和去湿量，不采用对抗调节，减少加热系统和加湿系统的使用频率，降低制冷去湿的运行成本，同时通过制冷量的无级调节，只根据需要提供制冷量，蒸发器平均温度略微低于箱内控制温度，减小了蒸发器结霜的可能性，在0℃以上的温度没有结霜问题，保证试验箱可以长期稳定的温度运行，提高试验箱可靠性。

为了实现上述的目的，本发明的无级调节制冷量与去湿量的单级制冷系统具有如下构成：

该无级调节制冷量与去湿量的单级制冷系统包括：控制子系统、压缩机、制冷回路和去湿回路。

其中，控制子系统包括环境温湿度采集装置，用以根据环境温湿度和目标温湿度计算制冷量和去湿量；压缩机通过绝热压缩过程，提供系统循环动力；制冷回路包括通过制冷电磁阀连通所述压缩机的制冷蒸发器，所述的控制子系统根据所述的制冷量控制该制冷电磁阀，实现制冷量的无级调节；去湿回路包括通过去湿电磁阀连通所述压缩机的去湿蒸发器，所述的控制子系统根据所述的去湿量控制该去湿电磁阀，实现去湿量的无级调节。

该无级调节制冷量与去湿量的单级制冷系统中，所述的控制子系统根据所述的制冷量控制该制冷电磁阀具体为：所述的控制子系统根据制冷量和温度控制周期计算并控制所述的制冷电磁阀在单位周期内的开启时间。

该无级调节制冷量与去湿量的单级制冷系统中，所述的制冷回路还包括设置于所述的制冷电磁阀与所述的制冷蒸发器之间的制冷膨胀阀，该制冷膨胀阀用以控制该制冷回路的流量及所述的制冷蒸发器的蒸发温度。

该无级调节制冷量与去湿量的单级制冷系统中，所述的控制子系统根据所述的去湿量控制该去湿电磁阀具体为：所述的控制子系统根据去湿量和湿度控制周期计算并控制所述的去湿电磁阀在单位周期内的开启时间。

该无级调节制冷量与去湿量的单级制冷系统中，所述的去湿回路还包括设置于所述去湿电磁阀与所述的去湿蒸发器之间的去湿顶盖阀，该去湿顶盖阀用以控制该去湿回路的流量。

该无级调节制冷量与去湿量的单级制冷系统还包括热气旁通回路，包括连接所述的压缩机的热气旁通电磁阀，当所述的制冷电磁阀及所述的去湿电磁阀均关闭时，所述的控制子系统控制该热气旁通电磁阀打开，利用该热气旁通回路保证所述的压缩机吸排气。

该无级调节制冷量与去湿量的单级制冷系统还包括喷液冷却回路，包括通过所述的热气旁通回路连接所述的压缩机的喷液冷却电磁阀，当所述的热气旁通电磁阀打开时，所述的控制子系统控制该喷液冷却电磁阀打开，利用该喷液冷却回路保证所述压缩机的排气温度。

该无级调节制冷量与去湿量的单级制冷系统中，所述的控制子系统还包括设置于所述的压缩机的吸气压力传感器，当该压缩机的吸气压力大于预设值时，控制关闭所述的制冷回路、去湿回路和热气旁通回路。

本发明还提供一种利用上述系统实现的无级调节制冷量与去湿量的单级制冷方法，该方法包括以下步骤：

(a)控制子系统根据环境温湿度和目标温湿度计算制冷量和去湿量；

(b)根据所述的制冷量，控制制冷回路中连接于压缩机与制冷蒸发器之间的制冷电磁阀，实现制冷量的无级调节；

(c)根据所述的去湿量，控制去湿回路中连接于压缩机与去湿蒸发器之间的去湿电磁阀，实现去湿量的无级调节。

该无级调节制冷量与去湿量的单级制冷方法中，所述的步骤(b)具体为：

所述的控制子系统根据制冷量和温度控制周期计算并控制所述的制冷电磁阀在单位周期内的开启时间。

该无级调节制冷量与去湿量的单级制冷方法中，所述的步骤(b)还包括以下步骤：

所述的控制子系统控制连接于所述的制冷电磁阀与所述的制冷蒸发器之间的制冷膨胀阀，以控制该制冷回路的流量及所述的制冷蒸发器的蒸发温度。

该无级调节制冷量与去湿量的单级制冷方法中，所述的步骤(c)具体为：

所述的控制子系统根据去湿量和湿度控制周期计算并控制所述的去湿电磁阀在单位周期内的开启时间。

该无级调节制冷量与去湿量的单级制冷方法中，所述的步骤(c)还包括以下步骤：

所述的控制子系统控制连接于所述的去湿电磁阀与所述的去湿蒸发器之间的去湿顶盖阀，以控制该去湿回路的流量。

该无级调节制冷量与去湿量的单级制冷方法还包括以下步骤：

(d)当所述的制冷电磁阀及所述的去湿电磁阀均关闭时，所述的控制子系统控制热气旁通回路中连接于所述的压缩机的热气旁通电磁阀打开，利用该热气旁通回路保证所述的压缩机吸排气。

该无级调节制冷量与去湿量的单级制冷方法还包括以下步骤：

(e)当所述的热气旁通电磁阀打开时，所述的控制子系统控制喷液冷却回路中通过所述的热气旁通回路连接所述的压缩机的喷液冷却电磁阀打开，利用该喷液冷却回路保证所述压缩机的排气温度。

该无级调节制冷量与去湿量的单级制冷方法还包括以下步骤：

(f)根据从设置于所述的压缩机的吸气压力传感器获取的数值，当该压缩机的吸气压力大于预设值时，所述的控制子系统控制关闭所述的制冷回路、去湿回路和热气旁通回路。

采用了该发明的无级调节制冷量与去湿量的单级制冷系统及方法，其制冷回路和去湿回路分别可以精确的控制制冷量和去湿量，从而不采用现有技术中的对抗调节，减少了加热系统和加湿系统的使用频率，降低了制冷去湿的运行成本；同时通过制冷量的无级调节，只根据需要提供制冷量，蒸发器平均温度略微低于箱内控制温度，减小了蒸发器结霜的可能性，在0℃以上的温度没有结霜问题，保证试验箱可以长期稳定的温度运行，提高试验箱可靠性。且本发明的无级调节制冷量与去湿量的单级制冷系统及方法，其系统结构简单，维护方便，方法应用简便，应用范围也十分广泛。

附图说明

图1为本发明的无级调节制冷量与去湿量的单级制冷系统的结构示意图。

图2为本发明的无级调节制冷量与去湿量的单级制冷方法的步骤流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图1所示，为本发明的无级调节制冷量与去湿量的单级制冷系统的结构示意图。

在一种实施方式中，该无级调节制冷量与去湿量的单级制冷系统包括：控制子系统、压缩机1、制冷回路和去湿回路。

所述的控制子系统包括环境温湿度采集装置，用以根据环境温湿度和目标温湿度计算制冷量和去湿量；压缩机1通过绝热压缩过程，提供系统循环动力；制冷回路包括通过制冷电磁阀20连通所述压缩机1的制冷蒸发器23，所述的控制子系统根据所述的制冷量控制该制冷电磁阀20，实现制冷量的无级调节；去湿回路包括通过去湿电磁阀24连通所述压缩机1的去湿蒸发器27，所述的控制子系统根据所述的去湿量控制该去湿电磁阀24，实现去湿量的无级调节。

利用上述实施方式所述的系统实现的无级调节制冷量与去湿量的单级制冷方法，如图2所示，包括以下步骤：

(a)控制子系统根据环境温湿度和目标温湿度计算制冷量和去湿量；

(b)根据所述的制冷量，控制制冷回路中连接于压缩机1与制冷蒸发器23之间的制冷电磁阀20，实现制冷量的无级调节；

(c)根据所述的去湿量，控制去湿回路中连接于压缩机1与去湿蒸发器27之间的去湿电磁阀24，实现去湿量的无级调节。

在一种优选的实施方式中，所述的控制子系统根据所述的制冷量控制该制冷电磁阀20具体为：所述的控制子系统根据制冷量和温度控制周期计算并控制所述的制冷电磁阀20在单位周期内的开启时间。同时，所述的制冷回路还包括设置于所述的制冷电磁阀20与所述的制冷蒸发器23之间的制冷膨胀阀21，该制冷膨胀阀21用以控制该制冷回路的流量及所述的制冷蒸发器23的蒸发温度。

利用上述实施方式所述的系统实现的无级调节制冷量与去湿量的单级制冷方法中，所述的步骤(b)还包括以下步骤：

所述的控制子系统根据制冷量和温度控制周期计算并控制所述的制冷电磁阀20在单位周期内的开启时间；

所述的控制子系统控制连接于所述的制冷电磁阀20与所述的制冷蒸发器23之间的制冷膨胀阀21，以控制该制冷回路的流量及所述的制冷蒸发器23的蒸发温度。

在一种进一步优选的实施方式中，所述的控制子系统根据所述的去湿量控制该去湿电磁阀24具体为：所述的控制子系统根据去湿量和湿度控制周期计算并控制所述的去湿电磁阀24在单位周期内的开启时间。同时，所述的去湿回路还包括设置于所述去湿电磁阀24与所述的去湿蒸发器27之间的去湿顶盖阀25，该去湿顶盖阀25用以控制该去湿回路的流量。

利用上述实施方式所述的系统实现的无级调节制冷量与去湿量的单级制冷方法，其特征在于中，所述的步骤(c)还包括以下步骤：

所述的控制子系统根据去湿量和湿度控制周期计算并控制所述的去湿电磁阀24在单位周期内的开启时间；

所述的控制子系统控制连接于所述的去湿电磁阀24与所述的去湿蒸发器27之间的去湿顶盖阀25，以控制该去湿回路的流量。

在一种更进一步优选的实施方式中，所述的无级调节制冷量与去湿量的单级制冷系统还包括热气旁通回路和喷液冷却回路。

所述的热气旁通回路包括连接所述的压缩机1的热气旁通电磁阀13，当所述的制冷电磁阀20及所述的去湿电磁阀24均关闭时，所述的控制子系统控制该热气旁通电磁阀13打开，利用该热气旁通回路保证所述的压缩机1吸排气。

所述的喷液冷却回路包括通过所述的热气旁通回路连接所述的压缩机1的喷液冷却电磁阀18，当所述的热气旁通电磁阀13打开时，所述的控制子系统控制该喷液冷却电磁阀18打开，利用该喷液冷却回路保证所述压缩机1的排气温度。

利用上述实施方式所述的系统实现的无级调节制冷量与去湿量的单级制冷方法还包括以下步骤：

(d)当所述的制冷电磁阀20及所述的去湿电磁阀24均关闭时，所述的控制子系统控制热气旁通回路中连接于所述的压缩机1的热气旁通电磁阀13打开，利用该热气旁通回路保证所述的压缩机1吸排气。

(e)当所述的热气旁通电磁阀13打开时，所述的控制子系统控制喷液冷却回路中通过所述的热气旁通回路连接所述的压缩机1的喷液冷却电磁阀18打开，利用该喷液冷却回路保证所述压缩机1的排气温度。

在一种更优选的实施方式中，所述的控制子系统还包括设置于所述的压缩机1的吸气压力传感器5，当该压缩机1的吸气压力大于预设值时，控制关闭所述的制冷回路、去湿回路和热气旁通回路。

利用上述实施方式所述的系统实现的无级调节制冷量与去湿量的单级制冷方法还包括以下步骤：

(f)根据从设置于所述的压缩机1的吸气压力传感器5获取的数值，当该压缩机1的吸气压力大于预设值时，所述的控制子系统控制关闭所述的制冷回路、去湿回路和热气旁通回路。

在实际应用中，本发明的无级调节制冷量与去湿量的单级制冷方法可以分为对于以下各组成部分的控制方法：

1.制冷回路控制：通过控制系统pid计算的制冷量，乘以温度控制周期(如：默认控制周期为10秒，可以通过控制系统设置控制周期)，决定制冷电磁阀20在每个控制周期内开启时间。例如：如果制冷输出为15％的话，制冷电磁阀20在一个控制周期内的开启时间为1.5秒，关闭时间为8.5秒。制冷膨胀阀21根据所需要的极限温度调节，保持在最低温度，并且强制制冷输出100％时，制冷蒸发器23出口具有+5℃的过热度。

该制冷回路中还可以包括连接于制冷膨胀阀21和制冷蒸发器23之间的制冷分配器22，该制冷分配器22用以均匀分配制冷蒸发器23各回路的流量。

2.去湿回路控制：通过控制系统pid计算的去湿量，乘以湿度控制周期(默认为10秒，可以通过控制系统设置控制周期)，决定去湿电磁阀24在每个控制周期内开启时间。例如：如果去湿输出为15％的话，去湿电磁阀20在一个控制周期内的开启时间为1.5秒，关闭时间为8.5秒。去湿顶盖阀25的调节，保证控制箱内温湿度为+23℃，50％rh时，强制去湿输出100％，制冷电磁阀21关闭时，吸气压力传感器5指示大于0.3bar，并且去湿蒸发器27出口大于0℃，以达到去湿蒸发器27在各种工况均达到较好的去湿效果，并且不会结霜。

该去湿回路中还可以包括连接于去湿顶盖阀25和去湿蒸发器27之间的去湿分配器26，该去湿分配器26用以均匀分配去湿蒸发器27各回路的流量。

3.热气旁通回路控制：当制冷电磁阀20及去湿电磁阀24都关闭时，热气旁通电磁阀13打开，保证压缩机1能正常吸排气。热气旁通顶盖阀12将调整到仅热气旁通电磁阀13打开时，吸气压力传感器5指示压力在0.3bar至1bar范围内。

4.喷液冷却电磁阀控制：当压缩机1开启时，喷液冷却电磁阀18打开，调整喷液冷却膨胀阀19，保证仅热气旁通电磁阀13开启时，压缩机排气温度不高于+105℃。另外，对于试验箱内极限温度为-40℃，最低蒸发温度需要-45℃的制冷剂为r404a单级制冷系统，喷液冷却膨胀阀19采用r134a膨胀阀(工作温度范围为-40℃至+10℃)，在接近极端温度条件下，喷液冷却膨胀阀19会机械关闭，避免由于喷液冷却回路导致吸气压力升高，保证制冷回路达到很低的吸气压力及蒸发温度。

5.系统保护：当吸气压力传感器5指示压力高于3.5bar时，制冷膨胀阀21、去湿电磁阀24、热气旁通电磁阀13均强制关闭，避免压缩机1超负荷运行，当吸气压力传感器5指示压力重新低于3bar后恢复自动控制。当排气压力传感器11指示压力高于19bar后，限制最大制冷及去湿输出限制为50％，排气压力传感器11指示压力低于18bar后，恢复最大制冷及去湿输出限制为100％，可以在冷凝情况不是很好的条件下保持系统运行，不至于触发高压开关7，导致制冷系统报警停机。

如图1所示，本发明的无级调节制冷量与去湿量的单级制冷系统还包括：

油加热器2，该油加热器2用以在压缩机1不运行时通电，防止压缩机1积液；

缸头风机3，该缸头风机3用以冷却压缩机1缸头；

油压控制器4，该油压控制器4用以探测压缩机1是否缺润滑油；

吸气避震管6，该吸气避震管6用以隔离压缩机1对管路的振动；

高压开关7，该高压开关7用以排气压力过高时的报警，并停止系统；

压力表8，该压力表8用以指示系统排气压力；

排气避震管9，该排气避震管9用以隔离压缩机1对管路的振动；

油分离器10，该油分离器10用以分离排气带出的油，返回压缩机1；

水冷冷凝器14，该水冷冷凝器14用以提供制冷系统散热源，完成冷凝过程；

安全阀15，该安全阀15用以系统高压压力过高打开卸压；

干燥过滤器16，该干燥过滤器16用以过滤高压液体里的杂质及湿气；

视液镜17，该视液镜17用于观察液体是否充足；

气液分离器28，该气液分离器28用以分离系统吸气内的液体，仅气体返回压缩机1，防止压缩机1液击损坏。

该无级调节制冷量及去湿量的单级制冷系统可以精确的控制制冷量和去湿量，大幅度减少试验箱的运行成本；由于没有了对抗调节，也大幅度减少了加热系统，加湿系统等部品的使用频率，提高试验箱的可靠性；通过控制制冷电磁阀，去湿电磁阀开启的空占比，无级调节制冷量及去湿量；并且通过对系统压力检测，采用热气旁通，喷液冷却等手段，保证压缩机及整个系统运行稳定。只需根据需要提供制冷量，蒸发器平均温度略微低于箱内控制温度，减小了蒸发器结霜的可能性，在0℃以上的温度基本没有结霜问题，试验箱可以长期稳定温度运行。

采用了该发明的无级调节制冷量与去湿量的单级制冷系统及方法，其制冷回路和去湿回路分别可以精确的控制制冷量和去湿量，从而不采用现有技术中的对抗调节，减少了加热系统和加湿系统的使用频率，降低了制冷去湿的运行成本；同时通过制冷量的无级调节，只根据需要提供制冷量，蒸发器平均温度略微低于箱内控制温度，减小了蒸发器结霜的可能性，在0℃以上的温度没有结霜问题，保证试验箱可以长期稳定的温度运行，提高试验箱可靠性。且本发明的无级调节制冷量与去湿量的单级制冷系统及方法，其系统结构简单，维护方便，方法应用简便，应用范围也十分广泛。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。