恒温恒湿试验箱是怎么制冷的？

一、核心制冷循环（蒸汽压缩式制冷）

这是常见的制冷方式，和家用空调、冰箱原理相同，但更*、更精密。循环主要包括四个过程：

1. 压缩：制冷剂（如R404a， R407c等）在压缩机中被压缩成高温高压的气体。

2. 冷凝：高温高压的制冷剂气体进入冷凝器（通常由风冷或水冷散热），释放热量，冷凝成中温高压的液体。

3. 节流：中温高压的液体制冷剂经过膨胀阀（或毛细管）节流，压力骤降，变成低温低压的雾状气液混合物。

4. 蒸发：低温低压的雾状混合物进入蒸发器，在蒸发器中吸收箱内空气的热量，蒸发成低温低压的气体，从而使箱内空气温度下降。完成蒸发的气体再次被压缩机吸入，开始下一个循环。

二、恒温恒湿试验箱制冷系统的特殊设计与挑战

试验箱不仅要制冷，还要除湿和精确控温，因此系统比普通冰箱复杂得多。

1. 制冷方式：通常采用 “复叠式制冷”

对于需要达到-40°C甚至-70°C以下低温的试验箱，单级压缩循环很难实现。此时会采用复叠式制冷系统。

• 原理：它包含两个独立的制冷循环：高温级循环和低温级循环。

• 工作过程：低温级的冷凝器不是向空气散热，而是与高温级的蒸发器进行“热交换”，由高温级循环来帮助低温级循环散热。这样可以将低温级循环的冷凝压力维持在合理范围，从而使其蒸发温度可以降得非常低（如-80°C）。

2. 除湿过程：制冷系统是关键

试验箱的低温除湿，主要就是依靠制冷系统。

• 原理：当需要降低箱内湿度时，系统会启动制冷，让蒸发器温度低于箱内空气的露点温度。

• 过程：箱内潮湿的空气经过冰冷的蒸发器时，空气中的水蒸气会冷凝成霜或水，附着在蒸发器翅片上。这样，空气的含湿量就降低了，达到了除湿的目的。凝结的水会通过排水管排出。

3. 实现“恒温”和“恒湿”的精密控制

这是试验箱技术的关键，制冷系统需要与其他系统高度协同：

• 温度控制：

  • 冷媒旁通调节：将部分高温高压气体直接旁通到蒸发器出口，调节有效制冷量。

  • 变频压缩机：通过改变压缩机转速来无级调节制冷输出。

  • 多级压缩机系统：采用多个压缩机，根据负载需要组合启停。

  • PID控制：控制器通过箱内温度传感器（PT100等）实时监测温度，并与设定值比较，通过PID算法精确控制压缩机的启停（对于小型箱）或调节制冷量。

  • 调节制冷量：大型设备不简单启停压缩机，而是通过：

• 湿度控制（与制冷紧密互动）：

  • 除湿：如上所述，通过启动制冷，降低蒸发器温度来实现。

  • 加湿：通常采用独立的电热蒸汽加湿器（将水加热产生纯净蒸汽注入箱内）或超声波加湿器。

  • 平衡控制：控制器根据湿度传感器的反馈，在“制冷除湿”和“电热加湿”之间进行快速、微妙的切换和平衡，以实现湿度的稳定。这是一个动态的、对抗性的过程。

三、主要核心部件

1. 压缩机：系统的心脏，提供动力。常见类型有活塞式、涡旋式（更安静、高效）、转子式等。

2. 冷凝器：散热部件，将制冷剂热量排到外界环境。分风冷式（用风机吹）和水冷式（用水循环冷却，效率更高）。

3. 蒸发器：安装在试验箱内部风道中，是吸收箱内热量、同时进行除湿的关键热交换器。

4. 膨胀阀（节流装置）：控制制冷剂流量，是关键的压力和温度调节点。电子膨胀阀（EEV）控制更精确。

5. 控制系统：大脑，集成PID温度控制器、湿度控制器、压缩机保护模块等，负责所有信号的采集和指令的发出。