复叠制冷系统及环境试验箱的制作方法

1.本发明涉及环境温度试验箱技术领域，尤其涉及复叠制冷系统及环境试验箱。


背景技术：

2.目前市场上主流的大多数环境试验箱都采用压缩式制冷系统来模拟环境温度。对于试验温度在-40℃以下的环境试验箱一般采用如下模式的复叠制冷系统。该复叠制冷系统由高温级(或称1级)和低温级(或称2级)两套制冷系统耦合组成。高温级制冷系统主要包括压缩机cm1、高温级冷凝器、高温级蒸发器、节流装置组成；低温级制冷系统主要包括压缩机cm2、低温级冷凝器、低温级蒸发器、节流装置组成；该复叠系统在箱温-20℃以上恒定运行时，仅仅运行高温级制冷系统即可，为了温度稳定平衡，需要对冲高温级蒸发器释放的冷能，故在高温级蒸发器设置有加热器，在蒸发器释放的冷能过多时，启动加热器进行加热平衡温度。此方式由于需要额外启动加热器对蒸发器进行加热，会导致能耗过高。
3.因此，亟需一种复叠式制冷系统及环境试验箱来解决现有技术中的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供复叠制冷系统，能够降低复叠制冷系统运行时的能耗。
5.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
6.复叠制冷系统，包括第一制冷回路，所述第一制冷回路包括依次串接的一级压缩机、冷凝器、第一干燥过滤器、第一电子膨胀阀和高温级蒸发器，所述一级压缩机排气口排出的高温级制冷剂依次经过所述冷凝器、所述第一干燥过滤器、所述第一电子膨胀阀、所述高温级蒸发器回到所述一级压缩机的进气口，所述第一制冷回路还包括环境温度传感器、第一电磁阀和第三电子膨胀阀，所述一级压缩机排气口和所述高温级蒸发器进口之间串接有所述第一电磁阀和所述第三电子膨胀阀，所述环境温度传感器检测到环境温度低于环境预设温度时，所述第一电磁阀和所述第三电子膨胀阀打开，将所述一级压缩机排气口的所述高温级制冷剂与经过所述第一电子膨胀阀后的所述高温级制冷剂混合后一起进入所述高温级蒸发器。
7.可选地，所述第一制冷回路还包括第一排气温度传感器、第二电磁阀和第一毛细管，所述第一干燥过滤器的出口与所述高温级蒸发器的出口串接有所述第二电磁阀和所述第一毛细管，所述第一排气温度传感器被配置为检测所述一级压缩机排气口的温度，所述第一排气温度传感器检测到所述一级压缩机排气口温度高于所述一级压缩机预设排气温度时，所述第二电磁阀打开，使流经所述第一毛细管后的所述高温级制冷剂与所述高温级蒸发器出口的所述高温级制冷剂混合后被所述一级压缩机吸入。
8.可选地，所述第一制冷回路还包括视液镜，所述视液镜串接于所述第一干燥过滤器出口和所述第一电子膨胀阀之间。
9.可选地，所述第一制冷回路还包括冷凝风机，所述冷凝风机被配置为对所述冷凝器进行散热。
10.可选地，所述第一制冷回路还包括第一压力保护组件，所述第一压力保护组件被配置为使所述第一制冷回路的压力处于预设范围。
11.可选地，所述第一制冷回路还包括第三电磁阀、热力膨胀阀和中间换热器，所述第一干燥过滤器的出口与所述一级压缩机的进气口之间串接有所述第三电磁阀、所述热力膨胀阀和所述中间换热器；
12.所述复叠制冷系统还包括第二制冷回路，所述第二制冷回路包括依次串接的二级压缩机、预冷器、所述中间换热器、第二干燥过滤器、第二电子膨胀阀和低温级蒸发器，所述二级压缩机排气口排出的低温级制冷剂依次经过所述预冷器、所述中间换热器、所述第二干燥过滤器、所述第二电子膨胀阀和所述低温级蒸发器回到所述二级压缩机的进气口，所述中间换热器被配置为使所述高温级制冷剂对所述低温级制冷剂进行冷却降温。
13.可选地，所述第二制冷回路还包括油分离器，所述油分离器串接于所述预冷器与所述中间换热器之间，所述油分离器被配置将所述低温级制冷剂中的油分离出来输送回所述二级压缩机。
14.可选地，所述第二制冷回路还包括第二排气温度传感器、第四电磁阀和第二毛细管，所述第二干燥过滤器出口与低温级蒸发器出口之间串接有所述第四电磁阀和所述第二毛细管，所述第二排气温度传感器被配置为检测所述二级压缩机排气口的温度，所述第二排气温度传感器检测到所述二级压缩机排气口温度高于所述二级压缩机预设排气温度时，所述第四电磁阀打开，使流经所述第二毛细管后的所述低温级制冷剂与所述低温级蒸发器出口的所述低温级制冷剂混合后被所述二级压缩机吸入。
15.可选地，所述第二制冷回路还包括第二压力保护组件，所述第二压力保护组件被配置为使所述第二制冷回路压力处于预设范围。
16.本发明的另一个目的在于提供环境试验箱，能够是环境试验箱模拟的温度更低，能耗更少。
17.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
18.环境试验箱，包括上述的复叠制冷系统。
19.有益效果：
20.本发明提供的复叠式制冷系统，在需要制冷的温度-20℃以上时，只有第一制冷回路恒定运行，从一级压缩机出来的高温高压气态高温级制冷剂引出一部分到高温蒸发器入口，部分代替加热器输出的热量，从而降低能耗，并且一级压缩机出来的高温高压气态高温级制冷剂依次通过第一电磁阀和第三电子膨胀阀引入高温蒸发器，通过第三电子膨胀阀可以实现无极调节高温高压气态高温级制冷剂流通，从而更好的控制第一制冷回路单独运行时制冷温度的平衡。
21.本发明提供的环境温度实验箱在需要制冷温度在-20℃以上时，第一制冷回路单独运行，从一级压缩机出来的高温高压气态高温级制冷剂引出一部分到高温蒸发器入口，部分代替加热器输出的热量，从而降低能耗，在需要制冷的温度在-20℃至-40℃时，第一制冷回路和第二制冷回路同时运行，通过中间的换热器实现第一制冷回路和第二制冷回路耦合，通过第一制冷回路中的高温级制冷剂在中间换热器先对第二制冷回路中的低温级制冷剂进行一次冷却降温，在使第二制冷回路中的制冷剂通过低温蒸发器再次降温，保证了环境试验箱能够模拟的温度更低，提高环境试验箱的实用性。
附图说明
22.图1是本发明提供的复叠式制冷系统的原理图。
23.图中：
24.10、第一制冷回路；101、第一低压开关；102、第一针阀；103、一级压缩机；104、第一排气温度传感器；105、冷凝器；106、第一高压开关；107、环境温度传感器；108、第一电磁阀；109、第三电子膨胀阀；110、第一干燥过滤器；111、视液镜；112、第一电子膨胀阀；113、高温级蒸发器；114、第二电磁阀；115、第一毛细管；116、第三电磁阀；117、热力膨胀阀；118、中间换热器；
25.20、第二制冷回路；201、第二低压开关；202、第二针阀；203、二级压缩机；204、第二排气温度传感器；205、预冷器；206、第二高压开关；207、油分离器；208、第二干燥过滤器；209、第二电子膨胀阀；210、低温级蒸发器；211、第四电磁阀；212、第二毛细管。
具体实施方式
26.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
27.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
29.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
30.本实施例提供了一种复叠制冷系统，如图1所示，该复叠式制冷系统包括第一制冷回路10，第一制冷回路10包括依次串接的一级压缩机103、冷凝器105、第一干燥过滤器110、第一电子膨胀阀112和高温级蒸发器113，一级压缩机103排气口排出的高温高压气态高温级制冷剂依次经过冷凝器105，冷凝器105将高温高压气态高温级制冷剂予以冷却液化，然后通过第一干燥过滤器110对高温级制冷剂进行干燥去除多余水分，然后通过第一电子膨胀阀112、高温级蒸发器113回到一级压缩机103的进气口，完成一次完整的制冷循环，通过高温级蒸发器113将第一制冷回路10产生的冷量输出。为了保证第一制冷回路10输出的温度恒定，第一制冷回路10还包括环境温度传感器107、第一电磁阀108和第三电子膨胀阀
109，一级压缩机103排气口和高温级蒸发器113进口之间串接有第一电磁阀108和第三电子膨胀阀109，环境温度传感器107用于检测环境中的温度，当环境温度传感器107检测到环境温度低于环境预设温度时，第一电磁阀108和第三电子膨胀阀109同时打开，将一级压缩机103排气口的高温高压气态高温级制冷剂与经过第一电子膨胀阀112后的高温级制冷剂混合后一起进入高温级蒸发器113。
31.本实施例提供的复叠式制冷系统，在需要制冷的温度-20℃以上时，只有第一制冷回路10恒定运行，从一级压缩机103出来的高温高压气态高温级制冷剂引出一部分到高温蒸发器入口，部分代替加热器输出的热量，从而降低能耗，并且一级压缩机103出来的高温高压气态高温级制冷剂依次通过第一电磁阀108和第三电子膨胀阀109引入高温蒸发器，通过第三电子膨胀阀109可以实现无极调节高温高压气态高温级制冷剂流通，从而更好的控制第一制冷回路10单独运行时制冷温度的平衡。
32.优选地，如图1所示，第一制冷回路10还包括第一排气温度传感器104、第二电磁阀114和第一毛细管115，第一干燥过滤器110的出口与高温级蒸发器113的出口串接有第二电磁阀114和第一毛细管115，第一排气温度传感器104用于检测一级压缩机103排气口的温度，当第一排气温度传感器104检测到一级压缩机103排气口温度高于一级压缩机103预设排气温度时，第二电磁阀114打开，使流经第一毛细管115后的高温级制冷剂与高温级蒸发器113出口的高温级制冷剂混合后被一级压缩机103吸入，从而降低一级压缩机103吸入高温级制冷剂的温度，来降低一级压缩机103的排气温度。
33.可选地，第一制冷回路10还包括视液镜111，视液镜111串接于第一干燥过滤器110出口和第一电子膨胀阀112之间，通过视液镜111可以观察第一制冷回路10中高温级制冷剂的状况和制冷剂中的含水量，因此通过目视可以很容易观看到第一制冷回路10中的高温级制冷剂是否存在气泡或闪蒸气体，以及高温级制冷剂的量是否需要填充。
34.可选地，第一制冷回路10还包括冷凝风机，冷凝风机用于对冷凝器105进行散热，提高冷凝器105的工作效率。
35.优选地，第一制冷回路10还包括第一压力保护组件，第一压力保护组件用于使第一制冷回路10的压力处于预设范围，具体地，压力保护可以分为过高压保护和过低压保护两种。过高压保护是保护第一制冷回路10内压力不高于系统所需的最大安全压力以防止爆裂和泄漏，过低压保护是保护第一制冷回路10内压力不低于系统所需的最小安全压力以防止一级压缩机103抽真空。如图1所示，本实施例中第一压力保护组件包括第一低压开关101、第一针阀102、第一高压开关106，第一低压开关101用于在第一制冷回路10内压力低于系统的最低压力时关闭第一制冷回路10，防止压缩机抽真空，第一高压开关106用于在第一制冷回路10内的压力高于系统的最大压力时关闭第一制冷回路10，防止第一制冷回路10爆裂或泄露。需要说明的是，第一低压开关101和第一高压开关106分别对应一个第一针阀102，用于调节气流量大小。
36.优选地，如图1所示，第一制冷回路10还包括第三电磁阀116、热力膨胀阀117和中间换热器118，第一干燥过滤器110的出口与一级压缩机103的进气口之间依次串接有第三电磁阀116、热力膨胀阀117和中间换热器118；复叠制冷系统还包括第二制冷回路20，第二制冷回路20包括依次串接的二级压缩机203、预冷器205、中间换热器118、第二干燥过滤器208、第二电子膨胀阀209、低温级蒸发器210，二级压缩机203排气口排出的低温级制冷剂依
次经过预冷器205、中间换热器118、第二干燥过滤器208、第二电子膨胀阀209和低温级蒸发器210回到二级压缩机203的进气口，中间换热器118用于使高温级制冷剂对低温级制冷剂进行冷却降温。本实施例通过中间的换热器实现第一制冷回路10和第二制冷回路20耦合，通过第一制冷回路10中的高温级制冷剂在中间换热器118先对第二制冷回路20中的低温级制冷剂进行一次冷却降温，再使第二制冷回路20中的制冷剂通过低温蒸发器再次降温，保证了复叠式制冷系统能够模拟的温度更低，提高复叠式制冷系统的实用性。
37.可选地，如图1所示，第二制冷回路20还包括油分离器207，油分离器207串接于预冷器205与中间换热器118之间，油分离器207用于将低温级制冷剂中的油分离出来输送回二级压缩机203。
38.优选地，如图1所示，第二制冷回路20还包括第二排气温度传感器204、第四电磁阀211和第二毛细管212，第二干燥过滤器208出口与低温级蒸发器210出口之间串接有第四电磁阀211和第二毛细管212，第二排气温度传感器204用于检测二级压缩机203排气口的温度，当第二排气温度传感器204检测到二级压缩机203排气口温度高于二级压缩机203预设排气温度时，第四电磁阀211打开，使流经第二毛细管212后的低温级制冷剂与低温级蒸发器210出口的低温级制冷剂混合后被二级压缩机203吸入，从而降低二级压缩机203吸入高温级制冷剂的温度，来降低二级压缩机203的排气温度。
39.可选地，第二制冷回路20还包括第二压力保护组件，第二压力保护组件用于使第二制冷回路20压力处于预设范围。具体地，本实施例中第一压力保护组件包括第二低压开关201、第第二针阀202和第二高压开关206。第二低压开关201用于在第二制冷回路20内压力低于系统的最低压力时关闭第二制冷回路20，防止二级压缩机203抽真空，第二高压开关206用于在第二制冷回路20内的压力高于系统的最大压力时关闭第二制冷回路20，防止第二制冷回路20爆裂或泄露。需要说明的是，第二低压开关201和第二高压开关206分别对应一个第二针阀202，用于调节气流量大小。
40.具体地，本实施例中高温级制冷剂为r404a制冷剂，r404a是一种对臭氧层不起破坏作用的混合制冷剂，有利于保护环境，低温级制冷剂为r23制冷剂。
41.具体地，如图1所示，该制冷系统具有第一制冷回路10单独运行和第一制冷回路10和第二制冷回路20联合运行两种模式。
42.第一制冷回路10主要由第一低压开关101、第一针阀102、一级压缩机103、第一排气温度传感器104、冷凝器105、第一高压开关106、环境温度传感器107、第一干燥过滤器110、视液镜111、第一电子膨胀阀112、高温级蒸发器113、第一电磁阀108、第三电子膨胀阀109、第二电磁阀114和第一毛细管115组成。原理如图1所示，其运行过程为：一级压缩机103排出的高温高压气态高温级制冷剂分成两路，其中一路进入冷凝器105后变为液态制冷剂，经过干燥过滤器、视液镜111后又分成两路，一路制冷剂经过第一电子膨胀阀112后节流降压为低温低压的高温级制冷剂，压缩机排出后的另一路制冷剂经第一过电磁阀及连接的第三电子膨胀阀109后与经过第一电子膨胀阀112后的高温级制冷剂混合后一起进入高温级蒸发器113。两路混合的制冷剂在蒸发器内吸热后变成低温低压的气体，与流过视液镜111的另一路制冷剂液体经过第二电磁阀114及连接的第一毛细管115后与高温级蒸发器113出口的制冷剂混合后被一级压缩机103再次吸入，完成整个制冷循环。
43.如图1所示，联合运行模式时主要以第一制冷回路10与第二制冷回路20通过中间
换热器118联合运行。第一制冷回路10主要由第一低压开关101、第一针阀102、一级压缩机103、第一排气温度传感器104、冷凝器105、第一高压开关106、环境温度传感器107、第一干燥过滤器110、视液镜111、第三电磁阀116、中间换热器118、热力膨胀阀117、第二电磁阀114和第一毛细管115组成。第二制冷回路20主要由第二低压开关201、第二针阀202、二级压缩机203、第二排气温度传感器204、预冷器205、第二高压开关206、油分离器207、中间换热器118、第二干燥过滤器208、第二电子膨胀阀209、低温级蒸发器210、第四电磁阀211和第二毛细管212组成。
44.联合运行模式下原理如图1所示，其运行过程为：一级压缩机103排出的高温高压气态高温级制冷剂进入冷凝器105后变为液态制冷剂，经过第一干燥过滤器110、视液镜111后，制冷剂经过第三电磁阀116、热力膨胀阀117后节流降压为低温低压的制冷剂，进入中间换热器118。在中间换热器118中高温级制冷剂完成对低温级制冷剂冷却降温后变成低温低压的气体被压缩机再次吸入，完成高温级制冷循环。与此同时，二级压缩机203排出的高温高压气态低温级制冷剂进入预冷器205后被冷却降温后再进入油分离器207、中间换热器118，在中间换热器118中低温制冷剂被第一制冷回路10中的高温级制冷剂冷却为液体后经过第二干燥过滤器208后分为两路，一路低温级制冷剂经过第二电子膨胀阀209后进入低温级蒸发器210蒸发冷却箱内空气变为气体。经过第二干燥过滤器208后的另一路液体经过第四电磁阀211和连接第二毛细管212后与低温级蒸发器210出口的制冷剂气体混合后被二级压缩机203再次吸入，完成整个制冷循环。
45.本实施例还提供了一种环境试验箱，包括上述的复叠制冷系统。该环境温度实验箱在需要制冷温度在-20℃以上时，第一制冷回路10单独运行，从一级压缩机103出来的高温高压气态高温级制冷剂引出一部分到高温蒸发器入口，部分代替加热器输出的热量，从而降低能耗，在需要制冷的温度在-20℃至-40℃时，第一制冷回路10和第二制冷回路20同时运行，通过中间的换热器实现第一制冷回路10和第二制冷回路20耦合，通过第一制冷回路10中的高温级制冷剂在中间换热器118先对第二制冷回路20中的低温级制冷剂进行一次冷却降温，在使第二制冷回路20中的制冷剂通过低温蒸发器再次降温，保证了环境试验箱能够模拟的温度更低，提高环境试验箱的实用性。
46.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚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，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。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。