在恒溫恒濕試驗箱中，制冷系統是實現低溫環境的核心部分。然而，當設備在低溫高濕工況下運行時，蒸發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，為了保證制冷系統在不同負荷下穩定運行并精確控制蒸發溫度，蒸發壓力調節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、制冷系統的基本組成與結霜問題

恒溫恒濕試驗箱的制冷系統通常采用單級或復疊式壓縮機制冷。以單級系統為例，核心部件包括壓縮機、冷凝器、節流裝置（膨脹閥或毛細管）和蒸發器。制冷劑在蒸發器中吸熱汽化，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；再經節流降壓后回到蒸發器，完成循環。

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，嚴重時會導致蒸發器失去制冷能力。此外，霜層還會使制冷劑蒸發不充分，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器，使蒸發器溫度迅速升高，霜層融化并排出。與傳統的電加熱除霜相比，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。

系統構成：在制冷系統的排氣管與蒸發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流孔，防止制冷劑倒流。

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

• 關閉供液電磁閥（或關小膨脹閥），停止向蒸發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℃）高壓氣態制冷劑直接進入蒸發器。

• 高溫氣體在蒸發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。

• 為防止蒸發器出口壓力過低或液態制冷劑返回壓縮機，旁路系統通常還會開啟蒸發壓力調節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）、蒸發器溫度低于設定閾值（如-15℃）且持續一定時間，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、熱氣旁路除霜的優點與注意事項

優點：

• 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，以保持系統高壓，便于熱氣流動。

• 除霜結束后，系統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，高溫級和低溫級的除霜需協調進行，通常只對低溫級蒸發器除霜。

四、蒸發壓力調節的作用與原理

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

為什么需要蒸發壓力調節：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，蒸發器的熱負荷降低，制冷劑蒸發不，可能導致蒸發壓力過低。過低的蒸發壓力會使蒸發溫度低于0℃，引起蒸發器結霜（非除霜狀態下不應結霜）；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，甚至觸發低壓保護停機。反之，當負荷突然增大時，蒸發壓力可能升高，導致箱內溫度難以降低。

調節原理：蒸發壓力調節閥（通常為背壓閥或導閥式調節閥）安裝在蒸發器出口至壓縮機吸氣口之間的管路上。該閥根據蒸發器出口壓力（或吸氣壓力）自動調節開度：當蒸發壓力低于設定值時，閥門關小，限制制冷劑流出，使蒸發器內積存更多制冷劑，壓力回升；當蒸發壓力高于設定值時，閥門開大，加速制冷劑流出，壓力下降。這樣，蒸發壓力被穩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，需要將蒸發溫度控制在較低水平（如5℃），此時蒸發壓力調節閥設定值較低；而在低溫工況（如-40℃）下，為了保持蒸發器不結霜（除了除霜期間），需要較高的蒸發壓力，調節閥設定值相應調高。現代設備采用電子膨脹閥（EEV）結合壓力傳感器和控制器，可以實現蒸發壓力的無級精確調節，與熱氣旁路除霜協同工作。

五、熱氣旁路與蒸發壓力調節的協同

在低溫高濕環境下，蒸發壓力調節閥與熱氣旁路系統常常配合使用。當設備長時間運行在-20℃、90%RH（雖然不常見，但理論上存在）時，蒸發器極易結霜。此時，蒸發壓力調節閥會適當提高蒸發壓力，使蒸發溫度略高于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，蒸發壓力調節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，蒸發壓力的穩定也為加熱加濕系統的平衡創造了良好條件。

六、總結

恒溫恒濕試驗箱的制冷系統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定性。蒸發壓力調節技術則通過控制蒸發器出口壓力，確保制冷系統在各種負荷下都能安全、高效運行，防止蒸發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的核心技術支撐，使設備能夠在-70℃～+150℃寬溫區內長期穩定工作。

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