恒温箱系统及其控制方法与流程

本发明涉及恒温箱系统及其控制方法，尤其是涉及一种集中式恒温箱系统及其控制方法。

背景技术：

电池众多技术领域内的关键部件，对电池、电池模组及电池系统进行性能测试时需要控制其温度，大型的电池测试实验室需要大量的恒温箱，这些恒温箱性能指标尽管有差异，但其工作原理都是采取电加热和电制冷的方式通过控制实现温箱内的温度控制，每台恒温箱都包括了压缩机、电阻丝制热以及温控系统，由于单体式的恒温箱由于包含了前述部件因而体积庞大，占用空间大；大型实验室中需要多恒温箱同时运行，能耗大；单体恒温箱加热主要手段为电热丝，有恒温或者制冷需求时附加产生的热量直接排放到环境中，造成能耗浪费，普通恒温箱压缩机是定频的，当到达某一个温度点需恒温控制时，则需要同时启动电热丝和压缩机抵消多余部分制冷量或者制热量，以维持温度平衡，进一步导致耗能增加；多台功率大小不一恒温箱室内部布局不好规划，无法提升使用环境档次。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种恒温箱控制系统及其控制方法，能够实现集中式供能和分布式的控制，实现对恒温箱的恒温调节。

第一方面，本发明的一个实施例提供了一种恒温箱控制系统，包括中央控制系统、恒温箱系统及介质管道，所述中央控制系统通过所述介质管道连接所述恒温箱系统，所述恒温箱系统包括至少一个恒温箱，其中：

所述中央控制系统用于向所述恒温箱系统提供温度调节介质；

所述恒温箱系统接受温度调节介质，并实现温度调节；

所述介质管道用于输送所述温度调节介质。

本恒温箱控制系统将制冷系统集中在中央控制系统中，实现了集中式供能和分布式控温控湿，从而避免了对单体恒温箱的频繁启停，降低了能耗，提高了制冷效率，末端恒温箱的由于减少了制冷设备因而其体积大大减小，便于集中排布，进一步实现了制冷过程产生热量的统一收集和回收利用，减少室内室温空调的布置，集中式的供能系统避免了恒温箱功率不一致，尺寸均一，便于布局规划，提升使用环境档次。

根据本发明的另一些实施例的恒温箱控制系统，所述中央控制系统包括制冷装置、冷凝装置、蒸发装置和膨胀阀，所述制冷装置分别与冷凝装置、蒸发装置和膨胀阀通过所述介质管道连接，形成制冷循环回路。中央控制系统实现了集中式供能，减少了总装机量，降低了成本。

根据本发明的另一些实施例的恒温箱控制系统，所述介质管道包括供冷介质管道和供热介质管道。供冷介质管道和供热介质管道分别为恒温箱输送了供冷介质和供热介质，实现了末端恒温箱恒温调节。

所述供冷介质管道上还设有冷冻泵和销冷塔，所述供热介质管道上还设有冷却泵和散热塔，在恒温箱的需冷和加热过程中，主控系统中的压缩机制冷产生热量需要经过冷却塔冷却后再循环至主控系统，同理，当恒温箱需要额外热量的时候，需要对产生的冷气经过销冷塔进行回温，以便再次进行循环。

根据本发明的另一些实施例的恒温箱控制系统，所述供冷介质管道分别从所述蒸发装置的输出端出发，分别通过第一开断装置和第二开断装置接入所述恒温箱系统；所述供热介质管道分别从所述冷凝装置的输出端出发，分别通过第三开断装置和第四开断装置接入所述恒温箱系统。通过各开断装置不仅为供冷介质和供热介质提供了输送通道，并且为备用控制系统的接入提供了基础。

根据本发明的另一些实施例的恒温箱控制系统，所述至少一个恒温箱包括至少一组供冷介质流通端和至少一组供热介质流通端，所述至少一组供冷介质流通端和至少一组供热介质流通端分别连接至所述供冷介质管道和所述供热介质管道，所述至少一组供冷介质流通端包括供冷介质输入端和供冷介质输出端，所述至少一组供热介质流通端包括供热介质输入端和供热介质输出端；每个恒温箱的供冷介质输入端和供冷介质输出端以及供热介质输入端和供热介质输出端上均设有电磁阀，用于控制各端口的开断。供冷介质流通端和供热介质流通端分别接入供冷介质管道和供热介质管道，实现恒温箱内热交换，便于实时的对恒温箱的温度实施有效控制。

根据本发明的另一些实施例的恒温箱控制系统，所述供冷介质管道上还设有蓄冷装置，所述供热介质管道上还设有蓄热装置，所述蓄热装置和蓄冷装置均包括上罐体和下罐体，所述上罐体和所述下罐体之间设有开关阀门。蓄冷装置和蓄热装置在恒温箱内需要进行温度快速转换时，供冷介质和供热介质被存储在蓄冷装置和蓄热装置内，在需要供冷和供热时再次输送至恒温箱，避免了能源的浪费。

根据本发明的另一些实施例的恒温箱控制系统还包括备用控制系统，所述备用控制系统分别通过所述第一开断装置、第二开断装置、第三开断装置和第四开断装置接入所述恒温箱系统。备用控制系统在中央控制系统故障和/或所述中央控制系统供应所述温度调节介质不足时可以代替中央控制系统工作或者补足中央控制系统工作，在中央控制系统检修或者故障时保证让整体恒温箱系统处于正常的工作状态。

根据本发明的另一些实施例的恒温箱控制系统还包括备用控制系统，所述供冷介质管道位于所述蓄冷装置的上罐体和下罐体之间设有单向阀，所述供热介质管道位于所述蓄热装置的上罐体和下罐体之间设有单向阀，单向阀可在供冷介质和供热介质的转换过程中，防止两者混合，产生冷热逆流的情况。

第二方面，本发明的一个实施例提供了一种恒温箱系统的控制方法，包括：

中央控制箱系统生成温度调节介质，所述温度调节介质包括供冷介质和供热介质；

若恒温箱控制系统中的恒温箱温度过高，所述供冷介质流经供冷介质管道，输送至恒温箱控制系统中的各恒温箱，实现降温；

若恒温箱控制系统中的恒温箱温度过低，所述供热介质流经供热介质管道，输送至恒温箱控制系统中的各恒温箱，实现升温。

本方法通过中央控制系统集中供能，对各恒温箱实现分布式的控温和控湿，从而避免了对单体恒温箱的频繁启停，降低了能耗，提高了制冷效率，末端恒温箱的由于减少了制冷设备因而其体积大大减小，便于集中排布，进一步实现了统一排放，减少室内室温空调的布置。

本发明实施例的恒温箱系统的控制方法，所述输送至恒温箱控制系统中的各恒温箱，具体为：

所述供冷介质从所述恒温箱的供冷介质输入端流入，并从所述供冷介质输出端流出；

或

所述供冷介质从所述恒温箱的供热介质输入端流入，并从所述供热介质输出端流出。

在本发明中，供冷介质和供热介质分别通过供冷介质管道和供热介质管道输送至末端的恒温箱中，实现对恒温箱温度的控制。

本发明实施例的恒温箱系统的控制方法，在所述中央控制系统故障和/或所述中央控制系统供应所述温度调节介质不足时，通过所述各开断装置接入所述备用控制系统。

本发明还包括了备用控制系统，备用控制系统通过开断装置接入恒温箱箱系统，备用控制系统可分别用于中央控制系统故障和/或所述中央控制系统供应所述温度调节介质不足，保证整体系统的正常功能。

附图说明

图1是本发明实施例中恒温箱控制系统的结构框图；

图2是本发明实施例中蓄冷装置和蓄热装置结构图；

图3是本发明实施例中恒温箱控制系统的控制框图；

图4是本发明实施例中恒温箱控制系统方法的的控制流程图。

附图标记

100、恒温箱系统；200、中央控制系统；300、备用控制系统；101、恒温箱；102、蓄冷装置；103、蓄热装置；104、开关阀门；105、电磁阀；106、单向阀；201、压缩机；202、蒸发器；203、冷凝器；204、膨胀阀；205、第一开断装置；206、第二开断装置；207、第三开断装置；208、第四开断装置；209、供冷介质管道；210、供热介质管道；211、冷冻泵；212、冷却泵；213、销冷塔；214、散热塔。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。

在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

实施例1

参阅图1-图2，示出了本发明实施例中恒温箱控制系统的结构框图和控制框图，该恒温箱控制系统包括中央控制系统200、恒温箱系统100100及介质管道，中央控制系统200通过介质管道连接恒温箱系统100，恒温箱系统100包括至少一个恒温箱101，其中，中央控制系统200用于向恒温箱系统100提供温度调节介质，中央控制系统200可根据恒温箱系统100的实际温度情况，向恒温箱系统100提供温度调节介质。

在一具体的实施方式中，中央控制系统200包括主控系统，主控系统内包括主控装置、温度控制器和湿控制器和阀门控制器等控制元件，主控装置可整体控制系统总各部件的工作，实现整体控制。当恒温箱系统100温度较高，具有降温需求的时，主控系统控制中央控制系统200产生供冷介质，并通过供冷介质管道209将供冷介质输送到单个的恒温箱101内，实现降温；当恒温箱系统100温度较低，具有升温需求的时，中央控制系统200产生供热介质，并通过供热介质管道210将供热介质输送到单个的恒温箱101内，实现升温；通过以上方式实现恒温箱系统100的恒温控制。

在一具体的实施方式中，主控装置控制第一开断装置205和第二开断装置206打开，供冷介质管道209分别从蒸发装置的输出端出发，分别通过第一开断装置205和第二开断装置206接入所述恒温箱系统100；主控装置控制第三开断装置207和第四开断装置208打开，供热介质管道210分别从冷凝装置的输出端出发，分别通过第三开断装置207和第四开断装置208接入恒温箱系统100。可选的，各开断装置为三通阀。

在一具体的实施方式中，末端恒温箱101均具备控制面板及显示屏幕，依据末端恒温箱101内温度传感器和湿度传感器反馈给主机温、湿控制器，并以此判断此控制电磁阀105的流量，控制各温箱内温度和湿度。

在本实施例中，通过中央控制系统200实现了集中式供能，相比具有独立制冷系统的恒温箱101，集中式的供能系统无需重复启停压缩机201，可根据末端恒温箱101的温度和湿度情况调整输入温度调介质的量，能耗小。

在本实施例中，能耗比与不同厂家、不同型号、负荷率等变化而有所不同。普通单机恒温箱加热大部分都是靠电热丝加热。且在低温实验时，为了恒温温度，还故意用电热丝加热抵消掉制冷，避免温度进一步下降。故能耗比cop在0.8-0.95之间，能耗较大。表1为某厂家1000l恒温恒湿箱功率：

表1某厂家1000l恒温恒湿箱功率

为了进一步证明本发明集中式恒温箱系统100能耗低的优越性，申请人作了进一步的调查：

因现阶段并没有集中式供能和分布式控温控湿结合的温箱系统，故以空调类比能耗，参考表2，普通空调能耗比一般用cop(制冷(热)量/所耗电功率)作为节能指标。参考国标空调能耗比标准，普通空调在2.9-3.6之间。参考中央空调实际运行过程中，满负荷运行的时间很短，一般只占全年运行时间的1～3％，其余时间都是在部分负荷下运行，故中央空调能耗指标更多使用iplv(综合负荷性能系数)，中央空调iplv在5-9之间，系数越高则越节能。下表为各大品牌能耗比，从下表数据可见，中央集中式多连机空调更节能约是普通空调的两倍。

表2中央空调能耗对比

在实际实用过程中，普通恒温箱能耗比最优状态趋近于1，非特殊低温或者高温需求的情况下，集中式供能控温湿设备能耗比是普通恒温箱的2.5倍以上，其节能效果更加显著。

本恒温箱控制系统将制冷系统集中在中央控制系统中，实现了集中式供能和分布式控温控湿，从而避免了对单体恒温箱的频繁启停，降低了能耗，提高了制冷效率，末端恒温箱的由于减少了制冷设备因而其体积大大减小，便于集中布置，进一步实现了统一排放，减少室内室温空调的布置。

实施例2

基于实施例1提供实施例2，实施例2具体描述了中央控制系统200的结构，中央控制系统200包括制冷装置、冷凝装置、蒸发装置和膨胀阀204，可选的，制冷装置为压缩机201，冷凝装置为冷凝器203，蒸发装置为蒸发器202；其中，压缩机201通过介质管道连接蒸发器202，蒸发器202连接膨胀阀204，膨胀阀204连接冷凝器203，冷凝器203再与压缩器连接，通过上述连接方式构成一个制冷循环回路，该回路用于生成供冷介质和供热介质。

在一具体的实方式中，压缩机201利用介质管道中的制冷剂进行高压制冷，通过蒸发器202转换生成供冷介质，并通过供冷介质管道209将供冷介质输送至恒温箱系统100中，实现降温。与此同时，伴随制冷转化出来热量及压缩机201本身功耗产热可经由冷凝器203转换，通过供热介质管道210循环到恒温塔调节至到室温，利用了压缩器工作时产生的热量作为热源，(普通控温设备，低温实验时，压缩机201制冷，冷凝器203会伴随有散热量(约为制冷量的1.2-1.5倍)经由冷凝器203当作废气排到室外)。当有特殊需求时，如需较高温度(高于65摄氏度)或紧急加热需求，辅助电热丝介入同时加热，伴随制热而产生的冷能量通过经蒸发器202循环一圈后到达销冷塔213均衡到室温。此时压缩机201成为热泵，对温度调节介质进行加热，使其成为供热介质，并通过供热介质管道210将其输送至恒温箱系统100，实现升温。

在本实施例中，压缩机201的产热可满足在65℃常用加热区间内使用的使用需求，当需更高温度时再采用加热丝作为辅助，降低能耗。且介质管道形成了密封的管路系统，通过供冷介质管道209和供热介质管道210与末端的恒温箱101进行连接，来实现各恒温箱101温度的调节，同时，密封的管路系统避免了霉菌等杂质对系统的污染，通过集中功能，并借助管路系统将温度调节介质进输送至末端，减少了压缩机201等制冷装置的装机量，降低了成本。

该过程由于利用了压缩机201工作产生的热量，在热量需求较大的情况下，才辅助电热丝，以达到快速加热的效果，无需使用燃料产热，避免了排污的情况，压缩的热量未通过空气排放，进一步提高了能效。

在一些实施方式中，供冷介质管道上还设有冷冻泵和销冷塔，供热介质管道上还设有冷却泵和散热塔，在恒温箱的需冷和加热过程中，主控系统中的压缩机201制冷产生热量需要经过冷却塔212冷却后载循环至主控系统，同理，当恒温箱需要额外热量的时候，需要对产生的冷气经过销冷塔213进行回温，以便再次进行循环。冷却塔212和销冷塔213的最终目的均在于保持供冷介质温度的恒定，以满足压缩机的需求，具体地，当供冷介质温度较高时，冷却塔212适当降低其温度，当供冷介质温度较低时，销冷塔213适当提高其温度。

实施例3

在实施例2的基础上提供实施例3，实施例3进一步提供了备用控制系统300，可以理解的是，备用控制系统300与中央控制系统200的构成一致，备用控制系统300的供冷介质管道209和供热介质管道210分别通过第一开断装置205、第二开断装置206、第三开断装置207和第四开断装置208接入所述恒温箱系统100，使得本发明的恒温箱101控制系统具有两套控制系统，在中央控制系统故障或中央控制系统供应温度调节介质不足时，主控装置控制各三通阀的开断，接入备用控制系统300，此时，备用控制系统300可为整体恒温箱101控制系统补足额外需要的温度调节介质(供冷介质或者供热介质)，或者代替中央控制系统200工作，避免整体恒温控制系统无法正常工作，备用控制系统保证了整个恒温箱系统100的可靠性。在一具体的实施方式中，当中央控制系统故障时，主控装置控制各三通阀，关闭中央控制系统的供冷介质管道209和供热介质管道210，仅打开备用控制系统的供冷介质管道209和供热介质管道210，当中央控制系统供应温度调节介质不足时，可通过主控装置控制各三通阀的开度，合理调节备用控制系统共用温度调节介质的量，使系统处于最佳的运行状态。

在本实施例中，备用控制系统300在中央控制系统200故障或无法工作时保证整体恒温箱101控制系统得以正常工作，保证了系统的可靠性。而集中式的供能系统配合集中的管路结构为整体恒温箱系统具有两套控制系统提供了条件。

实施例4

在本实施例中，供冷介质管道上设有蓄冷装置，供热介质管道上设有蓄热装置，蓄热装置和蓄冷装置均包括上罐体和下罐体，上罐体和所述下罐体之间设有开关阀门。

在一具体的实施方式中，在恒温箱101由冷转热或由热转冷时，恒温箱101需把箱内温度快速转换，恒温箱101内的余温介质经各自的供冷介质管道209或供热介质管道210，循环到蓄热装置103或蓄冷装置102。例如，当需要由冷转热时，则可将恒温箱101内的低温介质存储到蓄冷装置102中，当需要由热转冷时，则可将恒温箱101内的高温介质存储到蓄热装置103中；蓄热装置103设计成上下两罐体，当需要储热功能时，两罐之间的开关阀门104关闭，当供冷介质管道209环路多余热量经过下罐体，管内液体吸热并汽化，热量存储在下罐体中；当需放热时，开关阀门104打开气体上升到上罐体与上罐体管道形成热交换放热，气体液化回流至下罐体，实现放热功能，同理，蓄冷装置102也设计成两个罐体，上罐体用于存放通过供冷介质管道209流入的低温冷却介质，当需要储冷功能时，两罐之间阀门关闭多余低温冷却介质存储在上罐体中，当有供冷需求时，阀门打开低温冷却介质回流到下罐体供，再次流入供冷介质管道209，以满足供冷需求，完成供冷热交换后低温冷却介质泵回上罐体。

在其他的实施方式中，供冷介质管道209位于蓄冷装置102的上罐体和下罐体之间设有单向阀106，供热介质管道210位于所述蓄热装置103的上罐体和下罐体之间设有单向阀106。

实施例5

实施例5提供了一种恒温箱系统100的控制方法，该方法包括：

s1：中央控制系统200生成温度调节介质，温度调节介质包括供冷介质和供热介质；

s2：若恒温箱101控制系统中的恒温箱101温度过高，供冷介质流经供冷介质管道209，输送至恒温箱101控制系统中的各恒温箱101，实现降温；

s2’：若恒温箱101控制系统中的恒温箱101温度过低，供热介质流经供热介质管道210，输送至恒温箱101控制系统中的各恒温箱101，实现升温。

在一具体的实施方式中，中央控制系统200包括主控系统，主控系统内包括主控装置、温度控制器和湿控制器和阀门控制器等控制元件，主控装置可整体控制系统总各部件的工作，实现整体控制。当恒温箱系统100温度较高，具有降温需求的时，中央控制系统200产生供冷介质，并通过供冷介质管道209将供冷介质输送到单个的恒温箱101内，实现降温；当恒温箱系统100温度较低，具有升温需求的时，中央控制系统200产生供热介质，并通过供热介质管道210将供热介质输送到单个的恒温箱101内，实现升温；通过以上方式实现了恒温箱系统100的恒温控制。

本方法通过中央控制系统200集中供能，对各恒温箱101实现分布式的控温和控湿，从而避免了对单体恒温箱101的频繁启停，降低了能耗，提高了制冷效率，末端恒温箱101的由于减少了制冷设备因而其体积大大减小，便于集中排布，进一步实现了统一排放，减少室内室温空调的布置。

在一具体的实施方式中，当需要恒温箱101进行降温时，供冷介质从恒温箱101的供冷介质输入端流入，并从所述供冷介质输出端流出；当需要对恒温箱101进行升温时，供冷介质从所述恒温箱101的供热介质输入端流入，并从供热介质输出端流出。以便供冷介质和供热介质分别通过供冷介质管道209和供热介质管道210输送至末端的恒温箱101中，实现对恒温箱101温度的控制。

实施例6

在实施例5的基础上提供实施例6，在所述中央控制系统故障或所述中央控制系统供应所述温度调节介质不足时，通过各开断装置接入备用控制系统300。在一具体的实施方式中，当中央控制系统故障时，主控装置控制各三通阀，关闭中央控制系统的供冷介质管道209和供热介质管道210，仅打开备用控制系统的供冷介质管道209和供热介质管道210，当中央控制系统供应温度调节介质不足时，可通过主控装置控制各三通阀的开度，合理调节备用控制系统共用温度调节介质的量，使系统处于最佳的运行状态。

本发明还包括了备用控制系统300，备用控制系统300通过开断装置接入恒温箱101箱系统。此时，备用控制系统300可为整体恒温箱控制系统补足所需的温度调节介质，或者代替中央控制系统200工作，避免整体恒温控制系统无法正常工作，保证了整个恒温箱系统100的可靠性。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。