[实用新型]可控温的蒸气压缩式制冷低温试验腔

说明书

本实用新型涉及一种实验室中对产品进行低温性能试验的可控温的低温设备，特别是采用蒸气压缩制冷方式，通过制冷元件蒸发器对腔体实行降温的低温试验腔。

这种低温试验腔主要由制冷压缩机、冷疑器、干燥过滤器、毛细管、蒸发器、腔体、控温器、装在腔体内的温度传感器和电加热器组成。温度传感器和电加热器都与控温器电气相连接。这种低温试验腔的腔体有时根据被测试对象的要求做成长槽形而称为低温试验槽，除此之外，其他的原理结构基本相同。

这种低温试验腔开始工作时，制冷剂经压缩机压缩进入冷凝器，放出蒸发潜热后冷凝成高压制冷剂液体，由干燥过滤器过滤后，再经毛细管节流减压，进入蒸发器内蒸发，吸收蒸发潜热后，又变为低压制冷剂蒸气，经吸气管返回压缩机完成制冷循环。蒸发器作为直接制冷元件，放出的冷量使腔内温度不断下降，温度传感器把测得的温度信号传给控温器，当温度降到比控温器的设定温度略低一个小差值时，控温器打开电加热器开始对低温试验腔加热。设计时选用的电加热器功率必须大于制冷功率百分之五十以上，以便足以抵消制冷功率还有富余。在电加热器的加热下，腔内温度又开始回升，当温度上升到比设定温度略高一个小差值时，控温器又关断电加热器，于是温度又重新下降。如此反复开、断，使低温试验腔温度在设定温度上下一个小差值范围内波动，达到控制温度的目的。温度波动范围的上下值之差称之为变差。低温试验腔的变差一般要求在0．3℃以下。

这样小的变差，不可能采用以控温器直接控制制冷压缩机断续工作的方式来做到，尽管这样可以省去电加热器。这是因为小变差的工作方式将使制冷压缩机过于频繁地停机和起动。即便是小型制冷压缩机，停机后再次起动至少也要3分钟以后，频繁起动将因起动电流过大而烧毁压缩机电机。如果肯加大温度变差，比如4℃以上，则可以用制冷压缩机断续工作制冷的方法控温，比如商用冰箱和冷柜。但如此大的变差可以贮藏食品，却不能满足试验仪器的要求。所以目前的低温试验腔还只能用电加热器抵消制冷功率的办法来控温。它的优点是变差小，但不足之处是功率的浪费。另外，也由于制冷压缩机时刻与加热功率相抗衡而一直处于满负荷工作状态，这种状态对制冷压缩机的工作寿命是有影响的，满负荷工作状态的震动和噪声也比轻负荷状态要大得多。

本实用新型的目的在于提供一种功率消耗低，震动和噪声小，控温精度高的低温试验腔。

为达到上述目的，本实用新型采用的方案是，通过控温器直接对低温试验腔的制冷量进行控制。换言之，就是取消电加热器，通过控温器直接控制进入制冷元件蒸发器的制冷剂流量。具体做法是，在干燥过滤器与毛细管之间加一个由控温器控制的电磁阀，电磁阀的进液管与干燥过滤器连接，出液管与毛细管连接，控温器通过电磁阀控制对蒸发器的制冷剂供给，达到控制冷量的目的。采用小型电磁阀是好的选择，因为小电磁阀关断后剩余积液少。这种小型电磁阀的额定功率一般只有几瓦，开断电流很小，可省去原先开断电加热器的中间继电器。另外，在电磁阀关闭的间歇时间，制冷工作近于停止，制冷压缩机尽管仍然运转，但其负荷大为减小，约为满负荷工作的一半，这是因为其排气量剧减使排气温度大为下降。因为冷凝器有较大的热容量。当电磁阀又打开，开始短促制冷时，其温度不会立即上升很高。所以冷凝器总的平均温度会低于原先的温度。排气压力与冷凝温度成正比，因此制冷压缩机处于排气压力低的轻快运行状态，耗电降低，震动和噪声也随之下降。

要说明的是，原先的低温试验腔考虑到电加热器的热惯性，设计时控温器是带有PID调节功能的。而蒸发器也有一定的“冷惯性”，所以本实用新型的控温器也应该带有PID调节功能。为了进一步提高精度，须在腔体内安装一个小功率电加热器，它与原先的电加热器有本质区别，首先，它的功率只有原先的十分之一左右，它是用来进一步抵消蒸发器的“冷惯性”造成的过冲的。其次，它一直通电加热而不是不停开、断的。而且是当腔体内温度下降到控温范围后才开始加热的。

还要说明的是，对于要获得低于负36℃以下的低温，制冷部分一般做成复叠式制冷，这时电磁阀应安装在中间换热装置冷凝蒸发器后的过滤器与毛细管之间，冷凝蒸发器是前一级的蒸发器和后一级的冷凝器，它用前一级蒸发器制冷后一级冷凝器。也就是说电磁阀接后一级的冷凝器后面的过滤器。这时电磁阀后面的毛细管当然还是通向用来制冷低温试验腔的蒸发器的。

综上所述，采用改进方案的低温试验腔的总电能消耗降为原先的百分之四十左右，压缩机运行状态好、震动小、噪声低、控温精度高。增加了电磁阀但省去电加热器和中间继电器，成本不会提高。