在恒溫恒濕試驗箱中，制冷系統(tǒng)是實現低溫環(huán)境的核心部分。然而，當設備在低溫高濕工況下運行時，蒸發(fā)器表面溫度遠低于空氣的露點溫度，水蒸氣會在翅片上凝結成霜，隨著霜層增厚，換熱效率急劇下降，導致制冷能力衰減、降溫困難甚至壓縮機損壞。為了解決這一問題，現代恒溫恒濕試驗箱普遍采用熱氣旁路除霜技術。同時，為了保證制冷系統(tǒng)在不同負荷下穩(wěn)定運行并精確控制蒸發(fā)溫度，蒸發(fā)壓力調節(jié)裝置也扮演著關鍵角色。本文將深入解析這兩項技術的原理及其在恒溫恒濕試驗箱中的應用。

一、制冷系統(tǒng)的基本組成與結霜問題

恒溫恒濕試驗箱的制冷系統(tǒng)通常采用單級或復疊式壓縮機制冷。以單級系統(tǒng)為例，核心部件包括壓縮機、冷凝器、節(jié)流裝置（膨脹閥或毛細管）和蒸發(fā)器。制冷劑在蒸發(fā)器中吸熱汽化，使箱內空氣降溫；隨后被壓縮機壓縮成高溫高壓氣體，在冷凝器中放熱液化；再經節(jié)流降壓后回到蒸發(fā)器，完成循環(huán)。

當試驗箱需要維持較低溫度（如0℃以下）且箱內濕度較高時，蒸發(fā)器表面溫度通常低于0℃，空氣中的水蒸氣直接凝華成霜。霜層會堵塞翅片間隙，增加風阻，降低換熱系數，嚴重時會導致蒸發(fā)器失去制冷能力。此外，霜層還會使制冷劑蒸發(fā)不充分，可能引起液擊，損壞壓縮機。因此，必須定期除霜。

二、熱氣旁路除霜技術的原理

熱氣旁路除霜是一種高效、快速的除霜方法，其核心思想是利用壓縮機排出的高溫高壓制冷劑氣體直接進入蒸發(fā)器，使蒸發(fā)器溫度迅速升高，霜層融化并排出。與傳統(tǒng)的電加熱除霜相比，熱氣旁路除霜熱量集中、能耗低、除霜時間短（通常僅需5～15分鐘），且不會在箱內產生局部過熱。

系統(tǒng)構成：在制冷系統(tǒng)的排氣管與蒸發(fā)器入口之間設置一條旁通管路，管路上安裝一個電磁閥（稱為熱汽旁通閥）。同時，在蒸發(fā)器出口至壓縮機吸氣口之間也設置旁通管路，用于平衡壓力。有些設計還在旁通管路上增加單向閥和節(jié)流孔，防止制冷劑倒流。

除霜過程：當控制器檢測到蒸發(fā)器溫度過低或運行時間達到預設除霜周期時，會執(zhí)行以下動作：

• 關閉供液電磁閥（或關小膨脹閥），停止向蒸發(fā)器供給低溫制冷劑液體。

• 打開熱汽旁通電磁閥，壓縮機排出的高溫（通常80～120℃）高壓氣態(tài)制冷劑直接進入蒸發(fā)器。

• 高溫氣體在蒸發(fā)器內釋放顯熱和潛熱，使翅片表面霜層快速融化，融化的水經排水管排出箱外。

• 為防止蒸發(fā)器出口壓力過低或液態(tài)制冷劑返回壓縮機，旁路系統(tǒng)通常還會開啟蒸發(fā)壓力調節(jié)閥或增加噴液冷卻回路，確保壓縮機吸氣帶一定的過熱度。

• 除霜完成后，關閉熱汽旁通閥，恢復供液，系統(tǒng)重新進入制冷模式。

控制邏輯：除霜的啟動條件通常包括：累計壓縮機運行時間（如每4小時除霜一次）、蒸發(fā)器溫度低于設定閾值（如-15℃）且持續(xù)一定時間，或箱內溫度上升速率異常。除霜的結束條件一般是蒸發(fā)器溫度回升至+5℃以上或除霜時間達到上限（如15分鐘）。為了防止頻繁除霜，控制器還會設置除霜間隔和除霜后滴水時間。

三、熱氣旁路除霜的優(yōu)點與注意事項

優(yōu)點：

• 除霜速度快，減少對試驗過程的干擾。

• 熱量直接作用于蒸發(fā)器內部，熱效率高，能耗僅為電加熱的30%～50%。

• 除霜時箱內溫度回升較小（通常不超過10℃），有利于快速恢復試驗條件。

• 無電加熱元件燒毀風險，可靠性高。

注意事項：

• 熱氣旁路除霜會增加壓縮機排氣壓力，對壓縮機壽命有一定影響，因此需要合理設置除霜頻率和時長。

• 除霜過程中，冷凝器風扇通常會停止運轉，以保持系統(tǒng)高壓，便于熱氣流動。

• 除霜結束后，系統(tǒng)可能產生大量冷凝水，需確保排水管路暢通，防止積水二次結冰。

• 對于復疊式制冷系統(tǒng)，高溫級和低溫級的除霜需協(xié)調進行，通常只對低溫級蒸發(fā)器除霜。

四、蒸發(fā)壓力調節(jié)的作用與原理

蒸發(fā)壓力調節(jié)是保證恒溫恒濕試驗箱在不同負荷和不同溫度設定下穩(wěn)定運行的關鍵技術。其核心目標是維持蒸發(fā)器內的壓力（對應蒸發(fā)溫度）恒定，或根據需要進行調節(jié)，以防止蒸發(fā)器結冰、壓縮機過載或制冷量過剩。

為什么需要蒸發(fā)壓力調節(jié)：在恒溫恒濕試驗箱中，當箱內溫度接近設定值且負荷較小時，蒸發(fā)器的熱負荷降低，制冷劑蒸發(fā)不，可能導致蒸發(fā)壓力過低。過低的蒸發(fā)壓力會使蒸發(fā)溫度低于0℃，引起蒸發(fā)器結霜（非除霜狀態(tài)下不應結霜）；同時，壓縮機吸氣壓力過低會導致壓縮比增大，排氣溫度升高，效率下降，甚至觸發(fā)低壓保護停機。反之，當負荷突然增大時，蒸發(fā)壓力可能升高，導致箱內溫度難以降低。

調節(jié)原理：蒸發(fā)壓力調節(jié)閥（通常為背壓閥或導閥式調節(jié)閥）安裝在蒸發(fā)器出口至壓縮機吸氣口之間的管路上。該閥根據蒸發(fā)器出口壓力（或吸氣壓力）自動調節(jié)開度：當蒸發(fā)壓力低于設定值時，閥門關小，限制制冷劑流出，使蒸發(fā)器內積存更多制冷劑，壓力回升；當蒸發(fā)壓力高于設定值時，閥門開大，加速制冷劑流出，壓力下降。這樣，蒸發(fā)壓力被穩(wěn)定在一個允許的范圍內。

在恒溫恒濕試驗箱中的特殊應用：由于試驗箱需要模擬不同的溫濕度工況，蒸發(fā)壓力設定值可能需要隨工況改變。例如，在高溫除濕模式（如40℃/20%RH）下，為了提高除濕效率，需要將蒸發(fā)溫度控制在較低水平（如5℃），此時蒸發(fā)壓力調節(jié)閥設定值較低；而在低溫工況（如-40℃）下，為了保持蒸發(fā)器不結霜（除了除霜期間），需要較高的蒸發(fā)壓力，調節(jié)閥設定值相應調高。現代設備采用電子膨脹閥（EEV）結合壓力傳感器和控制器，可以實現蒸發(fā)壓力的無級精確調節(jié)，與熱氣旁路除霜協(xié)同工作。

五、熱氣旁路與蒸發(fā)壓力調節(jié)的協(xié)同

在低溫高濕環(huán)境下，蒸發(fā)壓力調節(jié)閥與熱氣旁路系統(tǒng)常常配合使用。當設備長時間運行在-20℃、90%RH（雖然不常見，但理論上存在）時，蒸發(fā)器極易結霜。此時，蒸發(fā)壓力調節(jié)閥會適當提高蒸發(fā)壓力，使蒸發(fā)溫度略高于0℃，抑制霜層形成；同時，如果霜層仍然產生，則啟動熱氣旁路除霜。兩者互補，既能延長除霜間隔，又能保證除霜效果。

在快速降溫過程中，蒸發(fā)壓力調節(jié)閥可以防止因負荷突變導致的吸氣壓力過低，保護壓縮機。而在恒溫恒濕控制中，蒸發(fā)壓力的穩(wěn)定也為加熱加濕系統(tǒng)的平衡創(chuàng)造了良好條件。

六、總結

恒溫恒濕試驗箱的制冷系統(tǒng)通過熱氣旁路除霜技術，利用壓縮機排出的高溫氣體高效融化蒸發(fā)器霜層，解決了低溫高濕工況下的結霜難題，顯著提升了設備的可靠性和控溫穩(wěn)定性。蒸發(fā)壓力調節(jié)技術則通過控制蒸發(fā)器出口壓力，確保制冷系統(tǒng)在各種負荷下都能安全、高效運行，防止蒸發(fā)器非正常結霜和壓縮機損壞。兩者相互配合，共同構成了恒溫恒濕試驗箱制冷系統(tǒng)的核心技術支撐，使設備能夠在-70℃～+150℃寬溫區(qū)內長期穩(wěn)定工作。

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