一种提高压缩机制冷能力的方法与流程

本发明涉及产品环境试验领域，更具体地涉及一种提高压缩机制冷能力的方法。

背景技术

对于具有低温试验功能的环境试验箱（以下简称为试验箱）来说，制冷装置是试验箱的主要部件。试验箱的制冷系统绝大多数采用蒸汽压缩式制冷循环。使用单一制冷工质（以下简称为工质）的单级蒸汽压缩式制冷系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀（又称节流阀）、蒸发器及连接管路组成。对于小功率的制冷系统，通常可使用毛细管式节流器替代膨胀阀的功能，这种方法在环境试验设备的制冷系统中得到广泛的应用。但是，使用毛细管节流，对工质流量的调节性较差，当制冷系统的负荷发生变化时，有可能出现工质的供应量过多造成液击，也可能出现工质的供应量不够，使试验箱不能达到预设的低温。

通常情况下，采用单级蒸汽压缩式制冷循环，试验箱可以达到的极限低温值约-10℃～-35℃（不同的工质具有不同的极限低温值），最低温度一般不低于-40℃。在环境试验中，不仅有高低温要求，而且还有快速温变的要求（典型的试验箱，试验箱内极限低温约-70℃，极限高温约180℃，极限低温低于-40℃的试验箱，通常不采用单级制冷系统，而是采用复叠式制冷系统。典型的快速变温速率有5℃/min、10℃/min、15℃/min等）。这就决定了环境试验箱的制冷系统与普通的空调或冰箱制冷系统完全不同。当试验箱内的温度降低到接近极限低温值时，将出现降温缓慢现象。例如，极限低温值为-40℃的制冷系统，当试验箱内的温度低于-30℃时，降温非常缓慢。一般的解决办法是加大压缩机的功率并配套使用工质流量指标较大的管路、蒸发器、冷凝器、毛细管式节流器等制冷系统部件。这种方法虽然可以达到快速降温、满足环境试验条件的目的，但同时存在三个缺点：第一，增加制冷系统制造成本；第二，当试验箱内温度接近极限低温的时候，由于试验箱内的温度与蒸发器内工质的温度的差值变小，单位时间内热传导量随着减少，可能使得蒸发器内的部分液态工质未能完全气化，未气化的液态工质回流至压缩机的回风口，产生对压缩机运转极为不利的液击现象，严重威胁压缩机的安全运转；第三，如果在蒸发器内有部分液态工质未能完全气化,必然降低制冷效率，增加能耗，不利于节能减排。

根据热力学原理，如果降低蒸发器内的饱和蒸汽压强，工质的气化点温度将降低。例如，r404a的标准气化温度是-46.2℃，当环境压强降低到0.084mpa时，r404a的气化温度降低到约-50℃，反过来，当环境压强增加到0.135mpa时，r404a的气化温度升高到约-40℃（这与青藏高原上烧开水，水没有到100℃就开了是一样的原理。海拔高，气压低，液体的气化点温度降低）。

由此可见，在使用毛细管式节流器替代膨胀阀功能的制冷系统中，由于对工质流量的调节性较差，如果工质流量偏大，不但有造成液击的可能性，而且由于压强偏高，气化点温度升高，制冷系统无法达到设计的低温极限值，而且降温速率缓慢；如果工质流量偏小，虽然理论上可以使得气化点温度降低，但由于单位时间内进入蒸发器的液态工质的质量偏小，无法提供足够的制冷量，同样也会造成制冷系统无法达到设计的低温极限值，而且降温速率缓慢。

综上所述，采用流量指标较大的毛细管式节流器，调节工质流量，在保证制冷量大于等于试验箱外部环境的热传导量前提下，如果适当降低蒸发器内的饱和蒸汽压强，就可以降低极限低温值，加快降温速率，从而提高制冷能力。

技术实现要素：

本发明为解决上述存在的技术缺陷，提供一种提高压缩机制冷能力的方法，与普通的制冷系统相比，在使用同一种工质的条件下，采用本发明技术措施的制冷系统，全程（从常温到极限低温）降温速率大约可提高10%～15%，极限低温值可降低约4℃～5℃。

本发明的技术方案是；一种提高压缩机制冷能力的方法，包括以下步骤；

s1：在蒸发器内安装压力传感器，在试验箱内安装温度传感器，实时测量蒸发器内压强及试验箱内温度；

s2：采用流量指标大的毛细管式节流器，在毛细管式节流器前面安装一个阀门，根据需要控制阀门处于连续开启状态或者处于交替关闭、开启状态，根据s1的两个传感器实时测量值，控制阀门状态，调节工质流量；

s3：当试验箱内温度高于设计极限低温值10℃以上时，控制阀门处于连续开启状态，使得单位时间内进入蒸发器的液态工质达到最大值，从而获得快速降温的效果；

s4：当试验箱内温度高于设计极限低温值10℃以下时，根据实时测量的蒸发器内压强以及试验箱内温度的变化速率，控制阀门交替处于关闭、开启状态，减少工质流量，在保证制冷量不小于外部环境传导到试验箱内的热量的前提下，降低蒸发器内的饱和蒸汽压强，从而降低蒸发器内液态工质气化点温度，达到降低极限低温、加快降温速率的目的，从而提高制冷能力。

其中，s3中液态工质达到最大值时，设计时已经考虑到防止对压缩机造成液击的问题，制冷系统中的其他部件均已做好配套设计。

采用流量指标较大的毛细管式节流器，在毛细管式节流器前面安装一个阀门，实时测量蒸发器内压强及试验箱内温度，当环境试验箱内温度接近极限低温时，控制阀门交替处于关闭、开启状态，逐步减少制冷工质流量，降低蒸发器内的饱和蒸汽压强，达到降低极限低温、加快降温速率的目的，从而提高制冷能力。与普通的制冷系统相比，在使用同一种工质的条件下，采用本发明技术措施的制冷系统，全程（从常温到极限低温）降温速率大约可提高10%～15%，极限低温值可降低约4℃～5℃。

本发明的有益效果是；

第一、实现全程快速降温，特别是当试验箱内温度接近极限低温的时候，仍然保持较快的降温速率；

第二、降低试验箱极限低温值；

第三、由于在接近极限低温阶段，采取了控制阀门交替关闭、开启的措施，有利于液态工质在蒸发器内完全气化，有效地防止了对压缩机运转极为不利的液击现象；

第四、由于液态工质在蒸发器内完全气化，蒸发器出口处以后的管路没有残余液态工质，所以制冷效率得到提升，节约能源。

附图说明

图1是本发明的制冷流程示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

实施例1：

试验箱的设计极限低温为-40℃，采用r404a工质（本发明的技术方案可适用于其他工质，只要根据工质的饱和蒸汽压强做相应的调整即可）。r404a在一个标准大气压（0.1013mpa）条件下，气化点温度是-46.2℃，当环境压强降低到0.084mpa时，r404a的气化点温度降低到约-50℃。在蒸发器内安装压力传感器，在试验箱内安装温度传感器，测温点位于试验箱工作空间几何中心点，测压点位于蒸发器内，实时测量蒸发器内压强及试验箱内温度。采用流量指标较大的毛细管式节流器，在毛细管式节流器前面安装一个阀门，根据需要控制阀门处于连续开启状态或者处于交替关闭、开启状态，根据前述两个传感器实时测量值控制阀门状态，调节工质流量，本发明的制冷系统如图1所示。

实时读取试验箱内温度传感器以及蒸发器内压力传感器的测量值，当试验箱内温度高于-30℃时，控制阀门处于连续开启状态，使得单位时间内进入蒸发器的液态工质的质量达到最大值，从而获得快速降温的效果；当试验箱内温度低于-30℃时，控制阀门交替处于关闭、开启状态，逐步减少工质流量，根据蒸发器内压强的实时测量值，控制阀门处于交替关闭、开启状态的时间占空比大约在3:7到5:5之间，随着试验箱内温度的降低，控制时间占空比从3:7逐步变化到5:5，尽量降低蒸发器内的饱和蒸汽压强，从而降低蒸发器内液态工质气化点温度，达到降低极限低温的目的。

根据实际测量的数据，如果不采用本发明的技术措施，极限低温值很难达到-40℃，而且当试验箱内温度接近极限低温时，降温非常缓慢。采用本发明的技术措施，极限低温值可以达到约-44℃，而且全程降温速率快，可以为环境试验提供更加优良的温度环境试验条件。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。