高低溫循環濕熱試驗箱制冷循環工作機制

2024-11-29 10:27:17 25閱讀次數

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一、引言

高低溫循環濕熱試驗箱在眾多行業的產品可靠性測試中扮演著至關重要的角色。其制冷循環系統作為核心部分，直接決定了試驗箱能否精確地模擬出各種高低溫與濕熱環境條件。深入探究其制冷循環工作機制對于設備的優化設計、高效運行以及準確測試具有極為關鍵的意義。

二、高低溫循環濕熱試驗箱制冷循環主要部件及功能

（一）壓縮機

壓縮機是制冷循環的動力源。在高低溫循環濕熱試驗箱中，它負責將低溫低壓的制冷劑氣體吸入并壓縮成高溫高壓的氣體，為制冷劑在系統中的循環流動提供動力，使制冷劑能夠克服系統阻力，在冷凝器、節流裝置和蒸發器等部件之間順利循環。例如，常用的渦旋式壓縮機，其具有結構緊湊、效率高、運行平穩等優點，能夠滿足試驗箱對制冷量和穩定性的要求。

（二）冷凝器

冷凝器的主要功能是將壓縮機排出的高溫高壓制冷劑氣體的熱量傳遞給周圍環境介質，使其冷凝成高壓液體。在高低溫循環濕熱試驗箱中，冷凝器通常采用風冷式或水冷式結構。風冷式冷凝器通過風扇強制空氣流過冷凝器表面，帶走熱量；水冷式冷凝器則利用循環水來吸收熱量，其散熱效率相對較高，但需要配備相應的水冷卻系統。

（三）節流裝置

節流裝置如膨脹閥或毛細管，其作用是對高壓液態制冷劑進行節流降壓，使其壓力和溫度急劇下降，變成低溫低壓的液態制冷劑，為在蒸發器中蒸發吸熱創造條件。膨脹閥能夠根據蒸發器出口制冷劑的過熱度自動調節制冷劑的流量，從而精確控制蒸發器的供液量，保證制冷系統的穩定運行；毛細管則結構簡單、成本低，但流量調節能力相對較弱。

（四）蒸發器

蒸發器是制冷劑吸收熱量的場所。在高低溫循環濕熱試驗箱中，蒸發器內的低溫低壓液態制冷劑吸收試驗箱內空氣的熱量而蒸發成氣態，從而實現對試驗箱內空氣的降溫。蒸發器的結構設計和換熱性能直接影響著制冷效果，通常采用翅片管式蒸發器，通過增大換熱面積來提高換熱效率。

三、高低溫循環濕熱試驗箱常見制冷循環工作流程

（一）單級壓縮制冷循環

在高低溫循環濕熱試驗箱中，單級壓縮制冷循環的工作流程如下：首先，制冷劑在蒸發器中吸收試驗箱內空氣的熱量，由液態變為氣態，形成低溫低壓的制冷劑蒸汽。然后，低溫低壓的制冷劑蒸汽被壓縮機吸入，經壓縮機壓縮后變成高溫高壓的制冷劑蒸汽，并被排入冷凝器。在冷凝器中，高溫高壓的制冷劑蒸汽向周圍環境散熱，冷凝成高壓液體。高壓液體通過節流裝置節流降壓后，再次進入蒸發器，開始新一輪的循環。例如，當試驗箱設定溫度在 - 20℃以上時，單級壓縮制冷循環能夠有效地運行，滿足一般的高低溫試驗需求。

（二）復疊式制冷循環

對于需要更低溫度的高低溫循環濕熱試驗箱，如 - 60℃以下，常采用復疊式制冷循環。復疊式制冷循環由兩個獨立的制冷循環系統組成，即高溫級制冷循環和低溫級制冷循環。高溫級制冷循環采用中溫制冷劑，其蒸發器作為低溫級制冷循環的冷凝器，為低溫級提供冷量。低溫級制冷循環則使用低溫制冷劑，在其蒸發器中產生更低的溫度。兩個循環之間通過中間換熱器進行熱量交換。具體工作流程為：高溫級制冷循環中，制冷劑在高溫級蒸發器中吸收低溫級冷凝器傳來的熱量而蒸發，經高溫級壓縮機壓縮后在高溫級冷凝器中放熱冷凝，然后通過高溫級節流裝置節流降壓后再次進入高溫級蒸發器。低溫級制冷循環中，制冷劑在低溫級蒸發器中吸收試驗箱內空氣的熱量而蒸發，經低溫級壓縮機壓縮后在低溫級冷凝器（即高溫級蒸發器）中放熱冷凝，再通過低溫級節流裝置節流降壓后回到低溫級蒸發器，如此循環實現更低溫度的制冷。

四、制冷循環與其他系統的協同工作

在高低溫循環濕熱試驗箱中，制冷循環系統與加熱系統、加濕系統和除濕系統協同工作，共同實現對試驗箱內環境的控制。當需要升溫時，加熱系統工作，通過加熱元件將電能轉化為熱能，使試驗箱內空氣溫度升高；當需要加濕時，加濕系統啟動，如通過蒸汽發生器產生水蒸氣或采用超聲波霧化方式增加試驗箱內空氣的濕度；當需要除濕時，制冷循環系統中的蒸發器在降溫過程中，會使空氣中的水蒸氣凝結成水滴，通過排水裝置排出，從而降低空氣濕度。同時，控制系統根據試驗箱內設置的溫度、濕度參數，精確控制制冷循環、加熱系統、加濕系統和除濕系統的運行，確保試驗箱內環境始終處于設定的高低溫循環濕熱條件范圍內。