CN105301046B - 换热器热性能检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种换热器热性能检测装置，包括热流生成器总成、信号线束、计算机控制器、换热器测试台总成、管口连接器、余热回收器总成和电源线；所述管口连接器是一个两端可以调节管径大小的装置；所述的热流生成器总成和换热器测试台总成通过信号线束与计算机控制器传递信号；热流生成器总成在计算机控制器的指令下将外界空气加工成一定温度和流速的气相热流体，再将热流体引导到换热器测试台总成，换热器测试台总成测出换热器外壁测试区域温度大小和内部气流的流速大小，以信号形式传给计算机控制器并给出评价结果，最后余下的热流进入余热回收器总成回收余热，该装置很好地测出换热器热性能，具有清洁环保、安全高效和经济耐用等特点。

Description

换热器热性能检测装置

技术领域

本发明涉及换热器检测装置领域，特别涉及一种集可自生成热气流体、测温度和流速以及余热回收等多功能于一体的换热器热性能检测装置。

背景技术

当今，燃料能源的日益枯竭使发展新能源和能源的回收与再利用显得越来越重要，换热器是冷热流体间进行换热的设备，可用于回收热流体的余热，此外换热器还广泛用作加热器、冷却器和冷凝器。换热器热性能测试是换热器产品设计开发和质量控制的重要环节，现有换热器热性能检测装置性能和评价方法还不够完善，且存在耗能高的问题，其加热的空气的余热没得到有效利用。

发明内容

本发明为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种换热器热性能检测装置，提出一种新的换热器热性能检测方法和余热利用装置。

本发明所采用的技术方案是：换热器热性能检测装置，包括热流生成器总成、信号线束、计算机控制器、换热器测试台总成、管口连接器、余热回收器总成和电源线；所述管口连接器是一个两端可以调节管径大小的装置；所述的热流生成器总成和换热器测试台总成通过信号线束与计算机控制器传递信号。

所述热流生成器总成位于所述换热器热性能检测装置的前端，包括热流生成器箱体、鼓风涡扇、空气进口、鼓风涡扇转速控制器、流体温度控制器、流体温度传感器、加热电阻丝、热流生成器出气口和热流生成器导流管道；所述热流生成器箱体为长方体结构，在热流生成器箱体顶盖上开有空气进口，所述热流生成器导流管道与热流生成器箱体内腔相连通，所述热流生成器导流管道输出口为热流生成器出气口；所述鼓风涡扇位于热流生成器箱体内部靠近热流生成器导流管道，所述鼓风涡扇转速控制器位于热流生成器箱体壁面一侧，所述流体温度控制器位于热流生成器箱体壁面，与所述鼓风涡扇转速控制器安装在同一侧，所述流体温度传感器安装在热流生成器导流管道壁上，所述加热电阻丝周向分布于热流生成器导流管道内壁上。

所述热流生成器总成具体运行方法包括以下步骤：1)在所述计算机控制器中输入温度边界条件的温度值，所述流体温度传感器测得当前流体温度值，并以信号形式传达给所述计算机控制器；当前流体温度值与输入温度边界条件的温度值比较，若小于输入温度边界条件的温度值，则所述计算机控制器下指令给所述流体温度控制器，所述流体温度控制器让所述加热电阻丝给流体加热直到当前流体温度值与输入温度边界条件的温度值相等时为止，同理，若当前流体温度值大于输入温度边界条件的温度值时，则所述加热电阻丝不动作；2)在所述计算机控制器中输入速度边界条件的速度值，所述鼓风涡扇转速控制器按照所述计算机控制器的指令给流体鼓风，当当前流体流速小于输入速度边界条件的速度值时，所述鼓风涡扇转速控制器让所述鼓风涡扇一定转速转动，反之，所述鼓风涡扇不动作，总之，保持当前流体流速与输入速度边界条件的速度值相等。

所述换热器测试台总成位于换热器热性能检测装置的中段，包括待测换热器、片状温度传感器、流速探管、流速探管控制模块、流速探管控制模块箱体、换热器测试台导流管、流速探管控制模块移动棒和待测换热器进口。所述待测换热器外形多为平板形和棱柱形但又不限于其他外形，所述片状温度传感器平均周向分布在待测换热器的外壁面上，所述片状温度传感器个数视壁面大小而定；所述流速探管一端伸入待测换热器内部，另一端与流速探管控制模块相连，所述流速探管共有八个，平均周向分布在待测换热器的内壁面上，所述流速探管控制模块箱体被换热器测试台导流管贯通并固定成一体，所述流速探管控制模块位于流速探管控制模块箱体内部并与换热器测试台导流管相接触，所述流速探管控制模块移动棒与流速探管控制模块连接。所述待测换热器进口通过管口连接器与热流生成器出气口相连接，所述换热器测试台导流管通过管口连接器与余热回收器总成连接。

所述计算机控制器判断换热器热性能的理论是：在参考催化转换器中气流速度分布均匀性系数和平板式换热器温度均匀性系数的基础上，提出一种适用于评价多种类型换热器的表面温度均匀性的指标——温度均匀性系数γ。

式中：n表示所述片状温度传感器个数；

T_j表示第j个片状温度传感器所在面域平均温度；

T_mean表示待测换热器表面平均温度，其值大小取各片状温度传感器温度的平均值；

ε表示换热器多边形外壁面的面数。

温度均匀性系数γ在0～1之间变化,γ为1时表示理想的均匀温度分布,即气箱表面温度处处相同。所述T_j和T_mean的值是由所述片状温度传感器测定的。γ值会在所述计算机控制器上显示出来。

所述计算机控制器判断换热器热性能的具体判断方法包括以下步骤：1)所述片状温度传感器将探测到的待测换热器壁面温度以信号形式传达给所述计算机控制器，所述计算机控制器根据每个片状温度传感器测量的温度T_j计算出各壁面温度的平均值T_mean,并根据上述公式计算出温度均匀性系数γ；2)所述计算机控制器计算的γ值与预设值γ_o比较，小于γ_o则壁面温度均匀性不佳，大于γ_o则壁面温度均匀性良好；3)所述流速探管控制模块将测得的待测换热器内部各点的压力值以信号形式传达给所述计算机控制器，所述计算机控制器根据每个测的压力值按照一定的插值函数绘制出整个换热器内部压力分布图并计算出个关键点处平均压力值，该关键点处平均压力值与所述计算机控制器里预设压力值比较，大于预设压力值则待测换热器欠佳，小于预设压力值则待测换热器良好；4)所述计算机控制器根据T_mean、γ和关键点处平均压力值综合评价所述待测换热器的热性能。

所述余热回收器总成位于所述换热器热性能检测装置的尾部，包括长方体型热回收器、热电模块、电路控制器、存储电源和自然风冷装置。所述电路控制器一端通过电源线与长方体型热回收器相连、另一端通过电源线与存储电源相连；存储电源的一端通过电源线与长方体型热回收器相连，另一端通过电源线与热流生成器总成相连。所述长方体型热回收器包括法兰、余热气体进口、自然风冷装置固定器、卡槽、余热气体出口和内置翅片，所述余热气体进口通过管口连接器与换热器测试台导流管相连，其连接方式为法兰连接，所述余热气体出口与大气相通。所述内置翅片位于长方体型热回收器内壁上，从长方体型热回收器内壁中间到两边翅片长度变短，并且翅片有一定的弧度，所述内置翅片，从中间到两边翅片变密；所述自然风冷装置的四个单体对称安装在自然风冷装置固定器的卡槽中，位于长方体型热回收器的四个外壁面上方，但不接触，呈中空长方体形，所述热电模块夹在长方体型热回收器和自然风冷装置之间；所述自然风冷装置包括紧固支撑板和散热片，所述紧固支撑板***所述自然风冷装置固定器的卡槽中将长方体型换热器、热电模块和自然风冷装置三者紧固在一起。所述散热片均匀纵向分布于紧固支撑板上，一个紧固支撑板上有9个散热片，所述自然风冷装置共有36个散热片。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明各部件环环相扣却不失一定的独立性，具有清洁环保、安全高效、经济耐用和操作简便的优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的热流生成器总成结构示意图；

图3是本发明的换热器测试台总成结构示意图；

图4是本发明的余热回收器结构示意图；

图5是本发明的长方体型热回收器结构示意图；

图6是本发明的热回收器内部翅片结构示意图；

图7是本发明的自然风冷装置四分之一单体结构示意图；

图中：1：热流生成器总成，2：信号线束，3：计算机控制器，4：换热器测试台总成，5管口连接器：，6：余热回收器总成，7：电源线，8：热流生成器箱体，9：鼓风涡扇，10：空气进口，11：鼓风涡扇转速控制器，12：流体温度控制器，13：流体温度传感器，14：加热电阻丝，15：热流生成器出气口，16：热流生成器导流管道，17：待测换热器，18：片状温度传感器，19：流速探管，20：流速探管控制模块，21：流速探管控制模块箱体，22：换热器测试台导流管，23：流速探管控制模块移动棒，24：待测换热器进口，25：长方体型热回收器，26：热电模块，27：电路控制器，28：存储电源，29：自然风冷装置，30：法兰，31：余热气体进口，32：自然风冷装置固定器，33：卡槽，34：余热气体出口，35：内置翅片，36：长方体型热回收器内壁，37：紧固支撑板，38：散热片。

具体实施方式

如图1至图7所示，换热器热性能检测装置，包括热流生成器总成1、信号线束2、计算机控制器3、换热器测试台总成4、管口连接器5、余热回收器总成6和电源线7。所述管口连接器5是一个两端可以调节管径大小的装置，用于所述热流生成器总成1、换热器测试台总成4和余热回收器总6成之间的连接；所述的热流生成器总成1和换热器测试台总成4通过信号线束2与计算机控制器3传递信号。

所述热流生成器总成1位于该换热器热性能检测装置的前端，包括热流生成器箱体8、鼓风涡扇9、空气进口10、鼓风涡扇转速控制器11、流体温度控制器12、流体温度传感器13、加热电阻丝14、热流生成器出气口15和热流生成器导流管道16。所述热流生成器箱体8为长方体结构，在热流生成器箱体顶盖上开有空气进口10，所述热流生成器导流管道16与热流生成器箱体8内腔相连通，所述热流生成器导流管道16输出口为热流生成器出气口15；所述鼓风涡扇9位于热流生成器箱体8内部靠近热流生成器导流管道16，给空气流提供原动力，所述鼓风涡扇转速控制器11位于热流生成器箱体8壁面壁面一侧，控制鼓风涡扇9的转速以控制流体的速度边界条件；所述流体温度控制器12位于热流生成器箱体8壁面，与所述鼓风涡扇转速控制器11安装在同一侧，控制流体的温度边界条件，所述流体温度传感器13安装在热流生成器导流管道16壁上，具有很好的耐高温性，用于检测所述热流生成器出气口的温度大小。所述加热电阻丝14周向分布于热流生成器导流管道16内壁上，用于加热空气流。

所述热流生成器总成1具体运行方法包括以下步骤：1)在所述计算机控制器3中输入温度边界条件的温度值，所述流体温度传感器13测得当前流体温度值，并以信号形式传达给所述计算机控制器3；当前流体温度值与输入温度边界条件的温度值比较，若小于输入温度边界条件的温度值，则所述计算机控制器3下指令给所述流体温度控制器12，所述流体温度控制器12让所述加热电阻丝14给流体加热直到当前流体温度值与输入温度边界条件的温度值相等时为止。同理，若当前流体温度值大于输入温度边界条件的温度值时，则所述加热电阻丝14不动作；2)在所述计算机控制器3中输入速度边界条件的速度值，所述鼓风涡扇转速控制器11按照所述计算机控制器3的指令给流体鼓风，当当前流体流速小于输入速度边界条件的速度值时，所述鼓风涡扇转速控制器11让所述鼓风涡扇9一定转速转动，反之，所述鼓风涡扇9不动作，总之，保持当前流体流速与输入速度边界条件的速度值相等。

所述换热器测试台总成4位于换热器热性能检测装置的中段，包括待测换热器17、片状温度传感器18、流速探管19、流速探管控制模块20、流速探管控制模块箱体21、换热器测试台导流管22、流速探管控制模块移动棒23和待测换热器进口24。所述待测换热器17是检测的对象，其外形多为平板形和棱柱形但又不限于其他外形，是一个热交换的壁面，所述片状温度传感器18平均周向分布在待测换热器的外壁面上，所述片状温度传感器18的个数视壁面大小而定，用于检测所述待测换热器17的外壁面上小区域内的面平均温度，检测信息以信号形式传给所述计算机控制器3；所述流速探管19一端伸入待测换热器17内部，另一端与流速探管控制模块20相连，所述流速探管共有八个，平均周向分布在所述待测换热器17的内壁面上，用于接触和获取特定位置的流体，所述流速探管控制模块箱体21被所述换热器测试台导流管22贯通并固定成一体，用于安装和容纳所述流速探管控制模块20，所述流速探管控制模块20位于所述流速探管控制模块箱体21内部并与所述换热器测试台导流管22相接触，所述流速探管控制模块20与所述换热器测试台导流管22相接触一侧有绝热垫，所述流速探管控制模块20有信号处理装置和压力传感器，压力传感器将压力信号传递给所述计算机控制器3，计算机控制器再通过所述流速探管19的长度和口径来推算出测定点的流速大小，并将整个测定点的流速绘制出一个持续的流体线条来反映流体的流动情况。所述流速探管控制模块移动棒23与所述流速探管控制模块20连接，用于调节所述流速探管19的伸缩长度，并且该流速探管控制模块移动棒23还是一个位置传感器，用于检测所述流速探管19的伸缩位置，便于所述计算机控制器3识别。所述待测换热器进口24通过管口连接器5与热流生成器出气口15连接，所述换热器测试台导流管22通过管口连接器5与所述余热回收器总成6连接。

所述计算机控制器3是整个装置的核心部件，接受、分析和判断所述热流生成器总成1和所述换热器测试台总成4的信号，进而给出相应执行命令。

所述计算机控制器3判断换热器热性能的理论前面已详述，这里不再过多阐述，所述T_j和T_mean的值是由所述片状温度传感器18测定的。γ值会在所述计算机控制器3上显示出来。

所述计算机控制器3判断换热器热性能的具体判断方法包括以下步骤：1)所述片状温度传感器18将探测到的待测换热器壁面温度以信号形式传达给所述计算机控制器3，所述计算机控制器3根据每个片状温度传感器18测量的温度T_j计算出各壁面温度的平均值T_mean,并根据上述公式计算出温度均匀性系数γ；2)所述计算机控制器3计算的γ值与预设值γ_o比较，小于γ_o则壁面温度均匀性不佳，大于γ_o则壁面温度均匀性良好；3)所述流速探管控制模块20将测得的待测换热器17内部各点的压力值以信号形式传达给所述计算机控制器3，所述计算机控制器3根据每个测的压力值按照一定的插值函数绘制出整个换热器内部压力分布图并计算出个关键点处平均压力值，该关键点处平均压力值与所述计算机控制器3里预设压力值比较，大于预设压力值则待测换热器欠佳，小于预设压力值则待测换热器良好；4)所述计算机控制器根据T_mean、γ和关键点处平均压力值综合评价所述待测换热器17的热性能。

所述余热回收器总成6位于所述换热器热性能检测装置的尾部，包括长方体型热回收器25、热电模块26、电路控制器27、存储电源28和自然风冷装置29。所述电路控制器27一端通过电源线7与长方体型热回收器25相连、另一端通过电源线7与存储电源28相连；存储电源28的一端通过电源线与长方体型热回收器25相连，另一端通过电源线7与热流生成器总成1相连。所述长方体型热回收器25包括法兰30、余热气体进口31、自然风冷装置固定器32、卡槽33、余热气体出口34和内置翅片35，所述余热气体进口31通过管口连接器5与换热器测试台导流管22相连，其连接方式为法兰30连接，所述余热气体出口34与大气相通。所述内置翅片35位于长方体型热回收器内壁36上，从长方体型热回收器内壁36中间到其两边翅片长度变短，并且翅片有一定的弧度，增加与废气的接触面积；所述内置翅片，从中间到两边翅片变密，补偿由于翅片变短引起的传递减少的热量，使热电模块26在换热器横向温度均匀。所述自然风冷装置29的四个单体对称安装在自然风冷装置固定器32的卡槽33中，位于长方体型热回收器25的四个外壁面上方，但不接触，呈中空长方体形，所述热电模块26夹在长方体型热回收器25和自然风冷装置29之间，该热电模块是由多个半导体热电偶组成，根据赛贝克效应所述热电模块26两端有温差存在即可生成电压，该电能通过所述电路控制器27整流稳压存储在所述存储电源28以供所述热流生成器总成1使用；所述自然风冷装置包括紧固支撑板37和散热片38，所述紧固支撑板37通过***所述自然风冷装置固定器32的卡槽33中将长方体型热回收器25、热电模块26和自然风冷装置29三者紧固在一起。所述散热片38均匀纵向分布于紧固支撑板37上，一个紧固支撑板上有9个散热片，所述自然风冷装置总共36个散热片。所述余热回收器总成6是一个温差发电装置，完全可用于汽车尾气余热的提取，所述长方体型热回收器25为热端，所述自然风冷装置29为冷端，构成一种换热器热性能检测装置。

所述的换热器热性能检测装置，热流生成器总成1在计算机控制器3的指令下将外界空气加工成一定温度和流速的气相热流体，再将热流体引导到换热器测试台总成4，换热器测试台总成4测出换热器外壁测试区域温度大小和内部气流的流速大小，以信号形式传给计算机控制器3，然后计算机控制器3给出评价结果，最后余下的热流进入余热回收器总成6回收余热。

Claims (5)

1.一种换热器热性能检测装置，包括热流生成器总成、信号线束、计算机控制器、换热器测试台总成、管口连接器、余热回收器总成和电源线，其特征在于所述管口连接器是一个两端可以调节管径大小的装置，所述的热流生成器总成和换热器测试台总成通过信号线束与计算机控制器传递信号；

所述热流生成器总成位于所述换热器热性能检测装置的前端，包括热流生成器箱体、鼓风涡扇、空气进口、鼓风涡扇转速控制器、流体温度控制器、流体温度传感器、加热电阻丝、热流生成器出气口和热流生成器导流管道；所述热流生成器箱体为长方体结构，在热流生成器箱体顶盖上开有空气进口，所述热流生成器导流管道与热流生成器箱体内腔相连通，所述热流生成器导流管道输出口为热流生成器出气口；所述鼓风涡扇位于热流生成器箱体内部靠近热流生成器导流管道，所述鼓风涡扇转速控制器位于热流生成器箱体壁面一侧，所述流体温度控制器位于热流生成器箱体壁面，与所述鼓风涡扇转速控制器安装在同一侧，所述流体温度传感器安装在热流生成器导流管道壁上，所述加热电阻丝周向分布于热流生成器导流管道内壁上；

所述热流生成器总成具体运行方法包括以下步骤：1)在所述计算机控制器中输入温度边界条件的温度值，所述流体温度传感器测得当前流体温度值，并以信号形式传达给所述计算机控制器；当前流体温度值与输入温度边界条件的温度值比较，若小于输入温度边界条件的温度值，则所述计算机控制器下指令给所述流体温度控制器，所述流体温度控制器让所述加热电阻丝给流体加热直到当前流体温度值与输入温度边界条件的温度值相等时为止，同理，若当前流体温度值大于输入温度边界条件的温度值时，则所述加热电阻丝不动作；2)在所述计算机控制器中输入速度边界条件的速度值，所述鼓风涡扇转速控制器按照所述计算机控制器的指令给流体鼓风，当当前流体流速小于输入速度边界条件的速度值时，所述鼓风涡扇转速控制器让所述鼓风涡扇一定转速转动，反之，所述鼓风涡扇不动作，总之，保持当前流体流速与输入速度边界条件的速度值相等；

所述换热器测试台总成位于换热器热性能检测装置的中段，包括待测换热器、片状温度传感器、流速探管、流速探管控制模块、流速探管控制模块箱体、换热器测试台导流管、流速探管控制模块移动棒和待测换热器进口；所述片状温度传感器平均周向分布在待测换热器的外壁面上，所述片状温度传感器个数视壁面大小而定；所述流速探管一端伸入待测换热器内部，另一端与流速探管控制模块相连，所述流速探管共有八个，平均周向分布在待测换热器的内壁面上，所述流速探管控制模块箱体被换热器测试台导流管贯通并固定成一体，所述流速探管控制模块位于流速探管控制模块箱体内部并与换热器测试台导流管相接触，所述流速探管控制模块移动棒与流速探管控制模块连接；所述待测换热器进口通过管口连接器与热流生成器出气口相连接，所述换热器测试台导流管通过管口连接器与余热回收器总成连接。

2.根据权利要求1所述的换热器热性能检测装置，其特征在于：所述计算机控制器判断换热器热性能的理论是：在参考催化转换器中气流速度分布均匀性系数和平板式换热器温度均匀性系数的基础上，提出一种适用于评价多种类型换热器的表面温度均匀性的指标——温度均匀性系数γ：

式中：n表示所述片状温度传感器个数；

T_j表示第j个片状温度传感器所在面域平均温度；

T_mean表示待测换热器表面平均温度，其值大小取各片状温度传感器温度的平均值；

ε表示换热器多边形外壁面的面数；

温度均匀性系数γ在0～1之间变化,γ为1时表示理想的均匀温度分布,即待测换热器表面温度处处相同；所述T_j和T_mean的值是由所述片状温度传感器测定的；γ值会在所述计算机控制器上显示出来；

所述计算机控制器判断换热器热性能的具体判断方法包括以下步骤：1)所述片状温度传感器将探测到的待测换热器壁面温度以信号形式传达给所述计算机控制器，所述计算机控制器根据每个片状温度传感器测量的温度T_j计算出各壁面温度的平均值T_mean,并根据上述公式计算出温度均匀性系数γ；2)所述计算机控制器计算的γ值与预设值γ_o比较，小于γ_o则壁面温度均匀性不佳，大于γ_o则壁面温度均匀性良好；3)所述流速探管控制模块将测得的待测换热器内部各点的压力值以信号形式传达给所述计算机控制器，所述计算机控制器根据每个测得的压力值按照一定的插值函数绘制出整个换热器内部压力分布图并计算出各关键点处平均压力值，该关键点处平均压力值与所述计算机控制器里预设压力值比较，大于预设压力值则待测换热器欠佳，小于预设压力值则待测换热器良好；4)所述计算机控制器根据T_mean、γ和关键点处平均压力值综合评价所述待测换热器的热性能。

3.根据权利要求1所述的换热器热性能检测装置，其特征在于：所述余热回收器总成位于所述换热器热性能检测装置的尾部，包括长方体型热回收器、热电模块、电路控制器、存储电源和自然风冷装置；所述电路控制器一端通过电源线与长方体型热回收器相连、另一端通过电源线与存储电源相连，存储电源的一端通过电源线与长方体型热回收器相连，另一端通过电源线与热流生成器总成相连；所述长方体型热回收器包括法兰、余热气体进口、自然风冷装置固定器、卡槽、余热气体出口和内置翅片，所述余热气体进口通过管口连接器与换热器测试台导流管相连，其连接方式为法兰连接，所述余热气体出口与大气相通；所述自然风冷装置的四个单体对称安装在自然风冷装置固定器的卡槽中，位于长方体型热回收器的四个外壁面上方，但不接触，呈中空长方体形，所述热电模块夹在长方体型热回收器和自然风冷装置之间；所述自然风冷装置包括紧固支撑板和散热片，所述紧固支撑板***所述自然风冷装置固定器的卡槽中将长方体型热回收器、热电模块和自然风冷装置三者紧固在一起。

4.根据权利要求3所述的换热器热性能检测装置，其特征在于：所述内置翅片位于长方体型热回收器内壁上，从长方体型热回收器内壁中间到两边翅片长度变短，并且翅片有一定的弧度，所述内置翅片，从中间到两边翅片变密。

5.根据权利要求3所述的换热器热性能检测装置，其特征在于：所述散热片均匀纵向分布于紧固支撑板上，一个紧固支撑板上有9个散热片，所述自然风冷装置共有36个散热片。