一种节能型高低温交变试验制冷系统的制作方法

本发明涉及制冷系统技术领域，特别是涉及一种节能型高低温交变试验制冷系统。

背景技术：

现有的模拟环境的高低温交变试验的试验箱，为实现对温度的精准控制，在升降温过程中需要全功率开启制冷系统对蒸发器箱体内空间进行制冷，同时开启电加热对冲，通过pwm控制电加热输出的热量，实现对箱内温度的精准控制。现有技术中的高低温交变试验的制冷系统如图1所示。

在现有技术中，由于冷源输出的冷量不可控，可控的是加热输出的热量，冷热对冲，因此造成试验箱的高能耗。加热对冲也造成了降温速率的降低，在相同制冷功率的制冷系统中，加热对冲增加了机组整体的电能消耗。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种节能型高低温交变制冷系统，用于解决现有技术中冷热对冲造成高能耗的问题。本发明通过制冷回路和余热回收回路控制制冷系统冷源的制冷量，在降温和稳定控制某一温度点时，取消了电加热的对冲，大大节省了试验箱的能耗；降温时取消了电加热的对冲，提高了降温速率。

降温过程中完全关闭加热输出，升温过程中完全关闭制冷输出，既提高了升降温的速率，又节省了试验箱的总体能耗水平。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种节能型高低温交变试验制冷系统，所述节能型高低温交变试验制冷系统包括：

制冷回路，所述制冷回路包括蒸发器箱体，所述蒸发器箱体的第一输出端与压缩机的输入端通过第一管道贯通连接，所述压缩机的输出端与冷凝器的输入端通过第二管道连接，所述冷凝器的输出端与储液器的第一输入端通过第三管道连接，所述储液器的输出端与蒸发器箱体的第一输入端通过第四管道连接；

余热回收回路，所述余热回收回路包括第五管道，所述第五管道的两端分别连接所述蒸发器箱体的第二输入端和所述第二管道，所述蒸发器箱体的第二输出端与所述储液器的第二输入端通过第六管道连接；

能量旁通回路，所述能量旁通回路包括旁通管道，所述旁通管道的两端分别连接所述第二管道和所述第四管道；

控制器，所述控制器与所述压缩机电连接蒸发器箱体。

制冷回路是卡诺循环的制冷方式。通过余热回收回路调节制冷回路中制冷剂的流量分配，第五管道的两端分别连接蒸发器箱体的第二输入端和第二管道，使得制冷回路中制冷剂可以从第五管道中分流，从而实现流量分配的功能。余热回收回路将部分由制冷剂相变对环境释放的热量从第六管道和第四管道进入蒸发器箱体中。实际使用时，根据试验时在控制器中设定的目标温度和当前蒸发器箱体的环境温度的差异程度来实时调节余热回收回路的流量；当目标温度低于当前蒸发器箱体内部温度时，压缩机的全部制冷功率用于降温，此时余热回收回路不工作，经过余热回收回路的流量为零；当目标温度接近当前蒸发器箱体内部温度时，此时余热回收回路开始工作，经过余热回收回路的流量逐渐增大，压缩机的部分功率在制冷回路用于继续降温，部分功率在余热回收回路中用于抵消降温，控制器根据当前蒸发器箱体的环境温度，调节通过制冷回路和余热回路的制冷剂的流量比，逐步调节压缩机的制冷量和余热回收回路产生的热量，当到达目标温度时，压缩机的制冷量和余热回收回路产生的热量达到动态平衡。

通过旁通管道调节制冷回路中压缩机输出的制冷量。旁通管道将压缩机输出的高温高压气体旁通到与蒸发器箱体连接的第四管道上，从而调节压缩机输出的制冷量，以实现在不同工况下压缩机输出的不同制冷量。在实际使用时，根据试验时在控制器中设定的目标温度和当前蒸发器箱体的环境温度的差异程度来实时控制旁通管道是否运行工作；当目标温度低于当前蒸发器箱体的环境内部温度时，压缩机的全功率用于制冷，旁通管道完全关闭，随着温度的降低，所需的制冷量逐步减少；当目标温度接近当前蒸发器箱体内部的环境温度时，旁通管道开始工作，调节箱内降温实际需要的制冷量，直至达到所需的目标温度。

上述节能型高低温交变试验制冷系统通过制冷回路和余热回收回路控制制冷系统冷源的制冷量，在降温和稳定控制某一温度点时，取消了电加热的对冲，大大节省了试验箱的能耗；一般而言，试验箱内部空间越大，节能效果越明显。降温在快结束的时候通过余热回收回路取消了电加热的对冲，提高了降温速率，缩短了到达目标温度的时间，从而间接降低了试验的能耗。通过制冷回路和余热回收回路，控制制冷系统冷源的制冷量，既提高了升降温的速率，又节省了试验箱的总体能耗水平。

于本发明的一实施例中，所述制冷回路中安装有第一节流阀，所述余热回收回路中安装有第一电磁阀和频域控制膨胀阀，所述的能量旁通回路中安装有第二节流阀和第二电磁阀；所述第一电磁阀、频域控制膨胀阀和第二电磁阀均与所述控制器的电连接。制冷回路中通过第一节流阀控制制冷回路的节流；第一电磁阀用于控制余热回收回路的开闭，频域控制膨胀阀控制余热回收回路的流量；第二电磁阀控制能量旁通回路的开闭，采用时域控制，实现能量旁通回路的流量控制。于本发明的一实施例中，所述第一电磁阀与所述频域控制膨胀阀均通过控制器实现耦合控制；所述第二节流阀和第二电磁阀均通过控制器实现时域控制。

第一电磁阀开启从而使得余热回收回路开始工作，逐渐抵消部分压缩机的制冷量。控制器通过控制第一电磁阀开启和关闭的时间长度，调节蒸发器箱体降温实际需要的制冷量，直至达到所需的目标温度。频域控制膨胀阀通过调节余热回收回路的压力从而精准调节蒸发器箱体降温实际需要的制冷量，直至达到所需的目标温度。

第二电磁阀开启从而使得旁通管道开始工作，逐渐抵消部分压缩机的制冷量。控制器通过控制第二电磁阀开启和关闭的时间长度，调节蒸发器箱体降温实际需要的制冷量，直至达到所需的目标温度。第二节流阀通过调节旁通管道的压力从而精准调节蒸发器箱体降温实际需要的制冷量，直至达到所需的目标温度。

于本发明的一实施例中，所述蒸发器箱体中安装有加热器，所述加热器与所述控制器电连接。加热器用于蒸发器箱体加热。

于本发明的一实施例中，所述蒸发器箱体中安装有温度传感器，所述余热回收回路中安装有频域控制膨胀阀；所述控制器均与所述温度传感器和所述频域控制膨胀阀电连接。

温度传感器用于检测当前蒸发器箱体的环境温度，从而实现控制余热回收回路中频域控制膨胀阀的开度，以调节由制冷剂相变对环境释放的热量在余热回收回路中的流量，从而调节移入蒸发器箱体内的热量。

如上所述，本发明的一种节能型高低温交变试验制冷系统，具有以下有益效果：上述节能型高低温交变制冷系统通过制冷回路和余热回收回路控制制冷系统冷源的制冷量，在降温和稳定控制某一温度点时，取消了电加热的对冲，大大节省了试验箱的能耗；一般而言，试验箱内部空间越大，节能效果越明显。降温在快结束的时候通过余热回收回路取消了电加热的对冲，提高了降温速率，缩短了到达目标温度的时间，从而间接降低了试验的能耗。通过余热回收回路，控制制冷系统冷源的制冷量，既提高了降温的速率，又节省了试验箱的总体能耗水平。能量旁通回路将压缩机输出的高温高压气体旁通到与蒸发器箱体连接的第四管道上，从而调节压缩机输出的制冷量，以实现在不同工况下压缩机输出的不同制冷量。

附图说明

图1显示为现有技术中公开的高低温交变制冷系统的示意图。

图2显示为本发明实施例中一种节能型高低温交变制冷系统的示意图。

元件标号说明

1-蒸发器箱体；2-压缩机；3-冷凝器；4-储液器；5-第一管道；6-第二管道；7-第三管道；8-第四管道；9-第一节流阀；10-加热器；11-温度传感器；12-第五管道；13-第六管道；14-第一电磁阀；15-频域控制膨胀阀；16-旁通管道；17-第二节流阀；18-第二电磁阀；19-控制器。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图2。须知，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得能涵盖的范围内。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。

请参阅图2，本发明提供一种节能型高低温交变试验制冷系统，所述节能型高低温交变试验制冷系统包括：

制冷回路，所述制冷回路包括蒸发器箱体1，所述蒸发器箱体1的第一输出端与压缩机2的输入端通过第一管道5贯通连接，所述压缩机2的输出端与冷凝器3的输入端通过第二管道6连接，所述冷凝器3的输出端与储液器4的第一输入端通过第三管道7连接，所述储液器4的输出端与蒸发器箱体1的第一输入端通过第四管道8连接；所述第一节流阀9安装在第四管道8上；所述蒸发器箱体1中安装有加热器10，所述蒸发器箱体1中安装有温度传感器11；

余热回收回路，所述余热回收回路包括第五管道12，所述第五管道12的两端分别连接所述蒸发器箱体1的第二输入端和所述第二管道6，所述蒸发器箱体1的第二输出端与所述储液器4的第二输入端通过第六管道13连接；所述第一电磁阀14和频域控制膨胀阀15安装在第六管道13上；

能量旁通回路，所述能量旁通回路包括旁通管道16，所述旁通管道16的两端分别连接所述第二管道6和所述第四管道8；所述旁通管道16中安装第二节流阀17和第二电磁阀18；

所述制冷回路中安装有第一节流阀，所述余热回收回路中安装有第一电磁阀和频域控制膨胀阀，所述的能量旁通回路中安装有第二节流阀和第二电磁阀；

控制器19，所述控制器19均与所述加热器10、温度传感器11和压缩机2电连接；所述第一电磁阀14与所述频域控制膨胀阀15均通过控制器19实现耦合控制；所述第二节流阀17和第二电磁阀18均通过控制器19实现时域控制。

上述节能型高低温交变制冷系统通过余热回收回路和能量旁通回路两种方式实现对制冷系统冷量的控制：

a、余热回收回路：通过余热回收回路的频域控制膨胀阀15调节制冷回路中制冷剂的流量分配。制冷回路是卡诺循环的制冷方式，余热回收回路将部分由制冷剂相变对环境释放的热量从第六管道13和第四管道8进入蒸发器箱体1中，通过调节回路中的频域控制膨胀阀15的开度来调节制冷剂的在余热回收回路中的流量，从而调节移入蒸发器箱体1内热量。实际使用时，根据试验时在控制器19中设定的目标温度和当前蒸发器箱体1的环境温度的差异程度来实时调节频域控制膨胀阀15的开度；当目标温度和当前蒸发器箱体1的环境温度差距较大时(目标温度低于当前蒸发器箱体1的环境温度时)，压缩机2的全部制冷功率用于降温，此时余热回收回路不工作，经过余热回收回路的流量为零；当目标温度和当前蒸发器箱体1的环境温度差异较小，频域控制膨胀阀15渐渐打开使得余热回收回路开始工作，经过余热回收回路的流量逐渐增大，压缩机2的部分功率在制冷回路用于继续降温，部分功率在余热回收回路中用于抵消降温，控制器19根据当前蒸发器箱体1的环境温度，调节通过制冷回路和余热回路的制冷剂的流量比，逐步调节压缩机2的制冷量和余热回收回路产生的热量，当到达目标温度时，压缩机2的制冷量和余热回收回路产生的热量达到动态平衡。

b、能量旁通回路：通过旁通管道16调节制冷回路中压缩机2输出的制冷量。旁通管道16将压缩机2输出的高温高压气体旁通到与蒸发器箱体1连接的第四管道8上，可以抵消部分冷凝器3中输出的制冷量，从而调节节能型高低温交变制冷系统的制冷量，以实现在不同工况下节能型高低温交变制冷系统的不同制冷量。在实际使用时，根据试验时在控制器19中设定的目标温度和当前蒸发器箱体1的环境温度的差异程度来实时控制旁通管道16是否运行工作；当目标温度和当前蒸发器箱体1的内部温度差异较大时(目标温度低于当前蒸发器箱体1的环境温度时)，压缩机2的全功率用于制冷，旁通管道16完全关闭，随着温度的降低，所需的制冷量逐步减少；当目标温度和当前蒸发器箱体1的环境温度差异较小时，第二节流阀17和第二电磁阀18打开使得旁通管道16开始工作，调节箱内降温实际需要的制冷量，直至达到所需的目标温度。

综上所述，本发明通过制冷回路、余热回收回路和能量旁通回路控制制冷系统冷源的制冷量，在降温和稳定控制某一温度点时，取消了电加热的对冲，大大节省了试验箱的能耗；降温时取消了电加热的对冲，提高了降温速率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。