通過分析目前常規制冷方式在實現-40℃溫區（高）低溫試驗裝置所體現出來的缺點，提出研發裝置原理圖，理論計算、對比多臺并聯制冷機組不同并聯運行方式以及配打運行方式在降溫能力和系統參數上的變化，并結合實際試驗艙室按原理圖開發出環控機組，以此進行降溫試驗，計算和試驗結果一致表明：制冷運行時多臺制冷壓縮機組隨艙溫下降逐漸增加并聯臺數以及在低艙溫下由多壓縮機并聯方式切換成配打方式，具有在降溫全溫段冷量輸出均衡、制冷效率高、節能效果明顯、機組運行安全等優勢，值得推廣使用。

-40℃左右溫區基本屬于中國國內特定地區使用裝備試驗的最低溫[1]，是各類大、中、小型環境實驗裝置常用低溫溫區，由于制冷機組隨內外環境溫度變化帶來其冷量變化的特點[2]，通常的-40℃溫區機組普遍采用雙級機組、或復疊機組制冷方式，以及數套定頻單級機組并聯方式實現以方便冷量大小調節，這些常規制冷方式主要問題是：對前兩種制冷機組，溫度很高時就采用雙級或復疊方式，制冷效率低，換熱器因為一直很低的蒸發溫度而容易結霜，單級機組并聯方式倒是比較有利于按溫區高低逐步增臺運行，但在處于低艙溫時每臺機組壓比過大（可達10以上），制冷效率很低。一些文獻為此進行了相關節能分析和改進研究[3,4,5,6,7]。為了克服這幾種常規制冷方式的缺陷，本文特采用多臺制冷機組并聯及配打切換運行方式，不僅有利于節電運行，又能相應提高制冷效率。

1 研發理論分析

1.1 研發指標

所研制-40～80℃溫度區間高低溫試驗裝置主要指標：

1）高低溫試驗箱內部有效尺寸（mm）：長4 000×寬3 000×高2 700;

2）艙內溫度控制范圍：高溫80℃～常溫～-40℃；

3）升降溫時間：按常溫～-40℃降溫時間：～5 h,-40℃～常溫升溫時間：～2 h;

4）制冷冷凝形式：風冷（V型布置方式）。

1.2 裝置環控設備制冷原理

環控設備制冷原理如圖1所示。

圖1中通過采用三臺壓縮機，在降溫過程的高溫段，各壓縮機按并聯方式工作，而在隨著試驗箱溫降低到某一溫度以下，通過分流三通開關閥和直通開關閥的組合動作，使得原本并聯工作的壓縮機重新組合為兩臺或兩臺以上的壓縮機，仍為并聯狀態并成為雙級機組的低溫級，其它一臺或數臺并聯壓縮機切換成雙級機組的高溫級，使得整體制冷機組按雙級機運行，以避免在大壓比下單機機組運行時不安全運行、制冷量過低的各種弊端，同時使得在高箱溫下按需開啟并聯機的單臺或多臺，避免機組運行時的高耗電和不合理的過大部件配置（包括冷凝組件、蒸發部件等多部件）。

本文中機組通過將整體低溫系統由常規的單臺壓縮機系統設計成由3臺（實際可按需拓展成2至5臺）并聯的方式，避免了單機組情況下高溫工況時制冷量過大，配置龐大帶來的機組體型大、造價大、配電大的弊端，又保證了機組的高效率；同時解決了整體系統在低溫工況下常規設計系統的運行壓比大、效率低，運行不安全的弊端，保證了機組的安全運行[8]。本發明尤其適合用于箱體內溫度范圍為從常溫到-40℃左右、即可以通過雙級或復疊制冷加以實現的場合。

基本控制邏輯：Te在約-7℃以上三臺并聯機組中運行時間最少的一臺運行，在約-7℃到約-20℃運行時間相對少的二臺運行，在約-20℃以下雙級運行。