作者《衷美林》 ：高級工程師  畢業于清華大學自動控制專業.分別在航天部七0五所,春蘭集團,上海石油儀器廠從事產品開發和技術管理工作

（上海博立儀器設備有限公司<上海石油儀器廠>，上海，200331）
摘  要  壓縮機制冷本身功耗小于半導體制冷且無須通冷卻水，但是由于為了控溫，需要增加大功率加熱裝置，導致與半導體制冷功耗大致相等。本文介紹了一種節能的壓縮機制冷儀器，通過使用電磁閥控制制冷功率，省去了電加熱裝置，節約了功耗并延長了儀器的使用壽命。

關鍵詞  節能 壓縮機 制冷 分析儀器

眾所周知，早期做低溫油品分析試驗的冷浴，是用把干冰投入酒精的方法來制冷的。這在許多油品試驗方法國家標準和行業標準的內容中仍然可以看到。也有個別實驗室至今還在使用的。但是如今已沒有廠家生產這種儀器了。原因是用這種方法控制冷浴溫度既麻煩，又不準確。干冰也不好保存和運輸。此外，有些小城市和地處偏僻的實驗室無法得到干冰。
目前大量使用的低溫儀器多為半導體制冷和壓縮機制冷。前者的優點是無振動、無噪聲，并可以通過直接控制制冷電流來控制溫度。缺點主要有三方面：一是能耗大，即能效比很低，一般半導體儀器的能效比都在0.5左右，也就是說如果消耗100瓦的輸入功率，僅能產生50瓦左右的制冷輸出功率。二是必須不停地用自來水對半導體發熱端進行冷卻，這樣會浪費大量的水。三是由于各地水質不同，自來水在冷卻循環管路中的時間長了，會結水垢堵塞管路，或其它斷水故障造成水冷卻失效而燒毀整個半導體制冷塊。
壓縮機制冷的優點是能效比高，小功率壓縮機制冷系統約為1.0左右，對于大功率壓縮機制冷系統，能效比可達到1以上直至3或更高。也就是說消耗100瓦的輸入功率，能產生100瓦或更大的制冷輸出功率。但目前的壓縮機制冷儀器都有一個共同的問題，就是溫度控制問題。當冷浴溫度下降到試驗的設定溫度后，必須在這個溫度上穩定住。目前使用的方法是用一個恒定的制冷功率對冷浴制冷，同時用一個更大的受溫控器控制的加熱功率來抵消制冷功率，對溫度進行穩定控制。就是說如果制冷功率為100瓦，受溫控器控制的加熱功率必須大于100瓦，才能抵消并控制住浴溫，最終儀器消耗的功率會達到約200瓦。
那么，能否僅用壓縮機的開、停來控制溫度呢？這是理論上的設想。實際上是行不通的。理想的情形是當冷浴溫度下降到試驗的設定溫度后，壓縮機立即停止運轉，制冷立即停止。當溫度回升時，壓縮機立即啟動，制冷系統立即進行制冷。而實際上壓縮機啟動運轉后，還要經過一段時間，制冷系統才能建立起足夠的壓力差使制冷劑進行制冷。而壓縮機停止運轉后，制冷實際上并不立即停止，這同樣是因為制冷系統已建立起來的壓力差并不會立即消失。壓縮機停止運轉了，制冷系統卻仍在制冷。這兩個時間差足以使冷浴溫度嚴重失控。另外，壓縮機停止運轉后，必須等制冷系統的壓力差消失了，才能再次啟動，否則會出現壓縮機電機堵轉的情況；另外壓縮機啟動時的電流是正常運轉時的5至10倍，頻繁啟動會損壞壓縮機。等等原因，使設想無法實現。
在近幾年，上海博立儀器設備有限公司的工程師首創了無需使用電加熱抵消制冷就可以對冷浴浴溫進行精確控制的方法，并獲得國家專利。具體的方法是采用直接控制制冷劑流量的方式來精確控制浴溫。由于不用大功率電加熱設備，儀器能節約50％的能耗。一臺可以達到零下80℃的臺式四孔傾點（Pour Point）試驗器的功耗只有不到500瓦，而一般家中常用的“熱得快”的功率就有1000瓦。同時由于壓縮機不需要總是處于滿負荷的運轉狀態，壓縮機的振動和噪聲都很輕微，壽命也得以延長。
下面結合壓縮機機制冷系統的簡圖作進一步說明：
上圖是通常的壓縮機制冷系統，壓縮機將氣態的制冷劑壓縮成高壓高溫的氣體，從壓縮機排氣口壓出，在冷凝器中通過風機強制散熱，制冷劑凝成液態。通過節流裝置（一般為毛細管或膨脹閥）節流后的制冷劑進入蒸發器。由于蒸發器另一端直接通壓縮機的吸氣口，處于低壓狀態，蒸發器中的制冷劑在低壓狀態下蒸發，吸收大量汽化熱，對冷浴進行制冷。為了將浴溫穩定在設定的溫度上，在冷浴中裝有受溫控器控制的電加熱管，用來抵消制冷功率，一般情況下加熱管的功率為制冷功率的1.5倍左右，否則不足以對冷浴的溫度進行控制。因此儀器總的功率為制冷功率的2倍左右。另外由于冷浴內一般以乙醇（酒精）作為傳熱介質，一旦溫控器發生故障導致加熱管不停地加熱，如果實驗人員沒有及時發現，將導致酒精燃燒引發火災的嚴重后果。這種情況確實在某實驗室發生過，幸好發現較早，及時將火撲滅。
下圖是節約能耗的壓縮機制冷系統，與上述系統不同之處在于，進入蒸發器的液態制冷劑的量受電磁閥的控制，而電磁閥受溫控器的控制。由于冷浴中蒸發器的制冷功率受到控制，因此無須在冷浴中再安裝電加熱設備。這樣一來，儀器節省功耗和提高安全性的好處就顯而易見了。
另外由于在控溫狀態，壓縮機吸入并進行壓縮的制冷劑的量比降溫時大為減少，因此壓縮機的負荷也大大降低，儀器的振動和噪聲明顯減弱，已經接近半導體制冷儀器的狀況。在實驗室的儀器使用中，大量的時間是處于控溫狀態的。根據實際測量和估算，壓縮機的壽命由此可以增加60％以上，而壓縮機本身處于控溫狀態時的功耗約為額定功耗的75％。
盡管實驗室儀器本身的功耗比起大功耗電氣設備來微不足道，但是對于一臺使用壽命約為十年的柜式傾點儀器，以每天平均工作4小時計，總共至少可以節電10000度。

以上文章在06年潤滑技術學術會上發表.
在06年<潤滑與摩擦>雜志上發表