恒溫恒濕試驗箱是怎么制冷的？

一、核心制冷循環(huán)（蒸汽壓縮式制冷）

這是常見的制冷方式，和家用空調(diào)、冰箱原理相同，但更強大、更精密。循環(huán)主要包括四個過程：

1. 壓縮：制冷劑（如R404a， R407c等）在壓縮機中被壓縮成高溫高壓的氣體。

2. 冷凝：高溫高壓的制冷劑氣體進入冷凝器（通常由風冷或水冷散熱），釋放熱量，冷凝成中溫高壓的液體。

3. 節(jié)流：中溫高壓的液體制冷劑經(jīng)過膨脹閥（或毛細管）節(jié)流，壓力驟降，變成低溫低壓的霧狀氣液混合物。

4. 蒸發(fā)：低溫低壓的霧狀混合物進入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中吸收箱內(nèi)空氣的熱量，蒸發(fā)成低溫低壓的氣體，從而使箱內(nèi)空氣溫度下降。完成蒸發(fā)的氣體再次被壓縮機吸入，開始下一個循環(huán)。

二、恒溫恒濕試驗箱制冷系統(tǒng)的特殊設計與挑戰(zhàn)

試驗箱不僅要制冷，還要除濕和精確控溫，因此系統(tǒng)比普通冰箱復雜得多。

1. 制冷方式：通常采用 “復疊式制冷”

對于需要達到-40°C甚至-70°C以下低溫的試驗箱，單級壓縮循環(huán)很難實現(xiàn)。此時會采用復疊式制冷系統(tǒng)。

• 原理：它包含兩個獨立的制冷循環(huán)：高溫級循環(huán)和低溫級循環(huán)。

• 工作過程：低溫級的冷凝器不是向空氣散熱，而是與高溫級的蒸發(fā)器進行“熱交換”，由高溫級循環(huán)來幫助低溫級循環(huán)散熱。這樣可以將低溫級循環(huán)的冷凝壓力維持在合理范圍，從而使其蒸發(fā)溫度可以降得非常低（如-80°C）。

2. 除濕過程：制冷系統(tǒng)是關鍵

試驗箱的低溫除濕，主要就是依靠制冷系統(tǒng)。

• 原理：當需要降低箱內(nèi)濕度時，系統(tǒng)會啟動制冷，讓蒸發(fā)器溫度低于箱內(nèi)空氣的露點溫度。

• 過程：箱內(nèi)潮濕的空氣經(jīng)過冰冷的蒸發(fā)器時，空氣中的水蒸氣會冷凝成霜或水，附著在蒸發(fā)器翅片上。這樣，空氣的含濕量就降低了，達到了除濕的目的。凝結(jié)的水會通過排水管排出。

3. 實現(xiàn)“恒溫”和“恒濕”的精密控制

這是試驗箱技術的關鍵，制冷系統(tǒng)需要與其他系統(tǒng)高度協(xié)同：

• 溫度控制：

  • 冷媒旁通調(diào)節(jié)：將部分高溫高壓氣體直接旁通到蒸發(fā)器出口，調(diào)節(jié)有效制冷量。

  • 變頻壓縮機：通過改變壓縮機轉(zhuǎn)速來無級調(diào)節(jié)制冷輸出。

  • 多級壓縮機系統(tǒng)：采用多個壓縮機，根據(jù)負載需要組合啟停。

  • PID控制：控制器通過箱內(nèi)溫度傳感器（PT100等）實時監(jiān)測溫度，并與設定值比較，通過PID算法精確控制壓縮機的啟停（對于小型箱）或調(diào)節(jié)制冷量。

  • 調(diào)節(jié)制冷量：大型設備不簡單啟停壓縮機，而是通過：

• 濕度控制（與制冷緊密互動）：

  • 除濕：如上所述，通過啟動制冷，降低蒸發(fā)器溫度來實現(xiàn)。

  • 加濕：通常采用獨立的電熱蒸汽加濕器（將水加熱產(chǎn)生純凈蒸汽注入箱內(nèi)）或超聲波加濕器。

  • 平衡控制：控制器根據(jù)濕度傳感器的反饋，在“制冷除濕”和“電熱加濕”之間進行快速、微妙的切換和平衡，以實現(xiàn)濕度的穩(wěn)定。這是一個動態(tài)的、對抗性的過程。

三、主要核心部件

1. 壓縮機：系統(tǒng)的心臟，提供動力。常見類型有活塞式、渦旋式（更安靜、高效）、轉(zhuǎn)子式等。

2. 冷凝器：散熱部件，將制冷劑熱量排到外界環(huán)境。分風冷式（用風機吹）和水冷式（用水循環(huán)冷卻，效率更高）。

3. 蒸發(fā)器：安裝在試驗箱內(nèi)部風道中，是吸收箱內(nèi)熱量、同時進行除濕的關鍵熱交換器。

4. 膨脹閥（節(jié)流裝置）：控制制冷劑流量，是關鍵的壓力和溫度調(diào)節(jié)點。電子膨脹閥（EEV）控制更精確。

5. 控制系統(tǒng)：大腦，集成PID溫度控制器、濕度控制器、壓縮機保護模塊等，負責所有信號的采集和指令的發(fā)出。