CN109323877B - 一种基于制冷循环的换热器综合测试*** - Google Patents
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Abstract
一种基于制冷循环的换热器综合测试***，包括压缩机，以及相互配合连接的四通阀、测试蒸发冷凝器、测试液‑液换热器、制冷剂循环流道、水循环流道、工质回收装置；制冷剂循环流道包括相互配合连接的第一调节换热器、第二调节换热器、第三调节换热器、第一节能装置和第二节能装置；水循环流道包括相互配合连接的第一恒温水箱、第二恒温水箱和制冷机组；工质回收装置包括相互配合连接的收集罐、针阀、第一手动阀、第二手动阀；所述的测试蒸发冷凝器和测试液‑液换热器分别通过四通阀控制制冷剂循环流道、水循环流道的流道方向，从而实现蒸发器测试循环、冷凝器测试循环、液‑液换热器测试循环的更换，以及制冷剂回收于工质回收装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种换热器测试***领域，具体是一种基于制冷循环的换热器综合测试***。
背景技术
换热器是现代工业中重要的用能设备、能量转换设备以及能量运输设备，在众多工业领域中发挥着重要作用，而工业中往往需要根据现实需求对换热器的结构和面积进行特定构建，因此需要对构建的换热器的热力性能进行测试。现有的基于制冷循环的换热器测试***存在以下一个或者多个不足：结构复杂、功能单一、工况范围较窄、实验过程能源浪费较严重以及制冷剂不能回收利用等。因此，如何构建一个方便、高效、精确以及节能的能对多种类型换热器的热力性能进行测试实验的综合测试***意义重要，同时设计制冷***制冷剂更换和回收的收集装置，对实验过程中减少对环境的损害也有重要意义，以上是本领域技术人员需要解决的重要问题。
因此，有必要进一步改进。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种结构简单合理，性能优异，功能多样，使用方便、高效、精确、节能且安全可靠的基于制冷循环的换热器综合测试***，以克服现有技术中的不足之处。
按此目的设计的一种基于制冷循环的换热器综合测试***，包括压缩机，其特征在于：还包括相互配合连接的四通阀、测试蒸发冷凝器、测试液-液换热器、制冷剂循环流道、水循环流道、工质回收装置；其中，制冷剂循环流道包括相互配合连接的第一调节换热器、第二调节换热器、第三调节换热器、第一节能装置和第二节能装置；所述的水循环流道包括相互配合连接的第一恒温水箱、第二恒温水箱和制冷机组；所述的工质回收装置包括相互配合连接的收集罐、针阀、第一手动阀、第二手动阀。
所述的测试蒸发冷凝器和测试液-液换热器分别通过四通阀控制制冷剂循环流道、水循环流道的流道方向，从而实现蒸发器测试循环、冷凝器测试循环、液-液换热器测试循环的更换，以及制冷剂回收于工质回收装置。
所述压缩机的吸气端分别与四通阀的第一通口、第二手动阀连接，压缩机通过第二手动阀与收集罐的出口位连接，压缩机的排气端分别与四通阀的第二通口、第一手动阀连接，压缩机通过第一手动阀与针阀一端连接，针阀另一端与收集罐的进口位连接。
所述四通阀的第三通口经第一调节换热器、第一节能装置、第二调节换热器与测试液-液换热器一端连接，测试液-液换热器另一端连接有膨胀阀、且通过膨胀阀经第三调节换热器与测试蒸发冷凝器一端连接；所述的四通阀的第四通口与第一节能装置的出口连接，测试蒸发冷凝器另一端与第一节能装置的进口连接；其中，四通阀的第四通口与第一节能装置的出口之间还设置有第一电子阀。
所述四通阀的第三通口和第四通口连接、且相互之间还设置有第二电子阀；所述的第一恒温水箱上还连接有冷凝器，该冷凝器的进口分别与第一调节换热器的进口、第二调节换热器的进口、第一恒温水箱的出口连接，冷凝器的出口分别与第一恒温水箱的进口、第二节能装置的出口连接；所述的第二节能装置的进口分别与测试液-液换热器、测试蒸发冷凝器、第三调节换热器的出口连接；所述的第三调节换热器的进口分别与测试液-液换热器的进口、测试蒸发冷凝器、第二恒温水箱的出口连接。
所述制冷机组的出口两端分别与第一恒温水箱、第二恒温水箱连接，第一恒温水箱和第二恒温水箱上分别设置有加热管；所述的第二恒温水箱的进口与第二节能装置连接，第二节能装置还分别与第一调节换热器的出口、第二调节换热器的出口连接。
所述第二调节换热器一侧设置有第一旁通，测试液-液换热器一侧设置有第二旁通，测试蒸发冷凝器一侧设置有第三旁通，第一节能装置的进、出口之间设置有第四旁通。
所述第一旁通上、第二旁通上、第三旁通上、第四旁通上、压缩机与测试液-液换热器之间、压缩机与第二电子阀之间、测试液-液换热器与膨胀阀之间、冷凝器与第一调节换热器之间、冷凝器与第二调节换热器之间、冷凝器与第一恒温水箱之间、第一恒温水箱与制冷机组之间、制冷机组与第二恒温水箱之间、测试液-液换热器与第二恒温水箱之间、第三调节换热器与测试蒸发冷凝器之间、第三调节换热器与第二恒温水箱之间、第一节能装置与测试蒸发冷凝器之间分别设置有手动阀。
所述冷凝器与第一调节换热器之间、冷凝器与第一恒温水箱之间、冷凝器与第二调节换热器之间、第二恒温水箱与调节换热器之间、第二恒温水箱与测试蒸发冷凝器之间、第二恒温水箱与测试液-液换热器之间、第二节能装置与调节换热器之间、第二节能装置与测试液-液换热器之间分别设置有调节水泵。
本发明通过上述结构的改良，***通过设置若干采用水循环控制制冷剂状态的换热器，对不同测试要求的换热器所需的工作条件进行精确的调节，采用换向阀、设置循环旁路以及不同循环路线阀门的开、关配合，达到在共用主体设备的优化结构下，进行多功能的换热器测试的目标；此外，通过设置节能装置，达到低能耗进行换热器测试实验的目的，能简单有效地回收制冷剂和更换不同种类制冷剂，并克服了现有技术的基于制冷循环的换热器测试***存在的结构复杂、功能单一、工况范围较窄、实验过程能源浪费较严重、以及制冷剂不能回收利用等若干不足；与现有技术相比，本测试***能方便、高效、精确以及节能地在一个测试综合***中对多种类型换热器的热力性能进行测试实验，扩展测试工况范围，并能简单有效地回收制冷剂和更换不同种类制冷剂。
综合而言，其具有结构简单合理，性能优异，功能多样，使用方便、高效、精确、节能且安全可靠等特点，实用性强。
附图说明
图1为本发明第一实施例的结构示意图。
图2为本发明第一实施例的蒸发器测试循环结构示意图。
图3为本发明第一实施例的冷凝器测试循环结构示意图。
图4为本发明第一实施例的液-液换热器测试循环结构示意图。
图5为本发明第一实施例的工质回收装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
参见图1-图5，本基于制冷循环的换热器综合测试***，包括压缩机1，以及相互配合连接的四通阀2、测试蒸发冷凝器9、测试液-液换热器10、制冷剂循环流道、水循环流道、工质回收装置；其中，制冷剂循环流道包括相互配合连接的第一调节换热器4、第二调节换热器6、第三调节换热器8、第一节能装置5和第二节能装置14；所述的水循环流道包括相互配合连接的第一恒温水箱11、第二恒温水箱13和制冷机组12；所述的工质回收装置包括相互配合连接的收集罐16、针阀17、第一手动阀22、第二手动阀25。
进一步地讲，测试蒸发冷凝器9和测试液-液换热器10分别通过四通阀2控制制冷剂循环流道、水循环流道的流道方向，从而实现蒸发器测试循环、冷凝器测试循环、液-液换热器测试循环的更换，以及制冷剂回收于工质回收装置。
进一步地讲，压缩机1的吸气端分别与四通阀2的第一通口、第二手动阀25连接，压缩机1通过第二手动阀25与收集罐16的出口位连接，压缩机1的排气端分别与四通阀2的第二通口、第一手动阀22连接，压缩机1通过第一手动阀22与针阀17一端连接，针阀17另一端与收集罐16的进口位连接。
进一步地讲，四通阀2的第三通口经第一调节换热器4、第一节能装置5、第二调节换热器6与测试液-液换热器10一端连接，测试液-液换热器10另一端连接有膨胀阀7、且通过膨胀阀7经第三调节换热器8与测试蒸发冷凝器9一端连接；所述的四通阀2的第四通口与第一节能装置5的出口连接，测试蒸发冷凝器9另一端与第一节能装置5的进口连接；其中，四通阀2的第四通口与第一节能装置5的出口之间还设置有第一电子阀15。
进一步地讲，四通阀2的第三通口和第四通口连接、且相互之间还设置有第二电子阀18；所述的第一恒温水箱11上还连接有冷凝器3，该冷凝器3的进口分别与第一调节换热器4的进口、第二调节换热器6的进口、第一恒温水箱11的出口连接，冷凝器3的出口分别与第一恒温水箱11的进口、第二节能装置14的出口连接；所述的第二节能装置14的进口分别与测试液-液换热器10、测试蒸发冷凝器9、第三调节换热器8的出口连接；所述的第三调节换热器8的进口分别与测试液-液换热器10的进口、测试蒸发冷凝器9、第二恒温水箱13的出口连接。
进一步地讲，制冷机组12的出口两端分别与第一恒温水箱11、第二恒温水箱13连接，第一恒温水箱11和第二恒温水箱13上分别设置有加热管23；所述的第二恒温水箱13的进口与第二节能装置14连接，第二节能装置14还分别与第一调节换热器4的出口、第二调节换热器6的出口连接。
进一步地讲，第二调节换热器6一侧设置有第一旁通19，测试液-液换热器10一侧设置有第二旁通20，测试蒸发冷凝器9一侧设置有第三旁通31，第一节能装置5的进、出口之间设置有第四旁通21。
进一步地讲，第一旁通19上、第二旁通20上、第三旁通31上、第四旁通21上、压缩机1与测试液-液换热器10之间、压缩机1与第二电子阀18之间、测试液-液换热器10与膨胀阀7之间、冷凝器3与第一调节换热器4之间、冷凝器3与第二调节换热器6之间、冷凝器3与第一恒温水箱11之间、第一恒温水箱11与制冷机组12之间、制冷机组12与第二恒温水箱13之间、测试液-液换热器10与第二恒温水箱13之间、第三调节换热器8与测试蒸发冷凝器9之间、第三调节换热器8与第二恒温水箱13之间、第一节能装置5与测试蒸发冷凝器9之间分别设置有手动阀30。
进一步地讲，冷凝器3与第一调节换热器4之间、冷凝器3与第一恒温水箱11之间、冷凝器3与第二调节换热器6之间、第二恒温水箱13与调节换热器8之间、第二恒温水箱13与测试蒸发冷凝器9之间、第二恒温水箱13与测试液-液换热器10之间、第二节能装置14与调节换热器8之间、第二节能装置14与测试液-液换热器10之间分别设置有调节水泵24。
如图5所示，工质回收装置的进口位于压缩机1的排气端之后，工质回收装置的出口位于压缩机1的吸气端之前，其包括相互配合连接的收集罐16、针阀17、第一手动阀22、第二手动阀25。当回收制冷剂时，将第二手动阀25开启，第一手动阀22关闭，收集完毕时，则将第二手动阀25关闭即可。收集罐16用以收集储存制冷剂，针阀17为制冷剂排放口以及工质回收装置抽真空阀口。
进一步讲，测试蒸发冷凝器9的进口的制冷剂状态由第三调节换热器8通过与水换热进行调节；
进一步讲，测试蒸发冷凝器9的出口的制冷剂通过第一节能装置5与压缩机1的排气端进行换热，由第一电子阀15和手动阀30控制分别进入第一节能装置5以及第四旁通21的制冷剂流量，最后调控压缩机1的吸气端的制冷剂过热度。
进一步讲，第一节能装置5为套管式、板式等适用相变换热的换热器，通过设置定在第四旁通21上的手动阀30开度，配合第一电子阀15自动控制换热器冷侧制冷剂的流量，进而精确调节压缩机1的吸气端的制冷剂过热度。
冷凝器测试循环中，通过调节第一节能装置5热侧流道的第一电子阀15以及设置定在第四旁通21上的手动阀30开度，可回收经过第一节能装置5冷侧的冷量，并精确调节测试蒸发冷凝器9的进口的制冷剂状态。
液-液换热器测试循环中，通过调节第一节能装置5冷侧流道的第一电子阀15以及设置定在第四旁通21上的手动阀30开度，第一节能装置5热侧的热量被部分回收利用，并精确调节蒸发侧过热度。
通过调节进入冷凝器3的换热量，可快速调节测试主循环的制冷剂流量以及***压力。
进一步讲，第二节能装置14为一适用于液-液换热的套管式、板式、管壳式等换热器。
进一步讲，被换热升温后的热水与被换热降温后的冷水，在第二节能装置14内相互换热，使各自水温大致回调至原来未升温/降温前的温度，达到高效节能。
本综合测试***还可更换不同物性特征的制冷剂以及安装所用制冷剂对应的压缩机1，从而扩大测试***的测试运行工况范围。
下面详细阐述基于制冷循环的换热器综合测试***的工作原理：通过四通阀2进行蒸发器测试循环、冷凝器测试循环、液-液换热器测试循环的更换，分别是：
如图2所示，蒸发器测试循环：沿制冷剂流动方向依次有压缩机1、第一节能装置5热侧、第二调节换热器6冷凝、膨胀阀7、第三调节换热器8蒸发、测试蒸发冷凝器9、第一节能装置5冷侧。
具体地讲，当高温气态制冷剂从压缩机1排出后，进入第一节能装置5进行有限的冷却，然后进入第二调节换热器6进行完全冷凝至过冷态，随后流经第二旁通20，进入膨胀阀7进行节流，随后低干度的低温两相制冷剂进入第三调节换热器8进行状态调节，根据测试需要，可进行降低制冷剂干度和增大制冷剂干度的调节，随后制冷剂进入测试蒸发冷凝器9与水循环进行换热，换热后的制冷剂根据过热度要求，进入第一节能装置5与高温段制冷剂进行换热，达到节能效果，第一节能装置5中的第一电子阀15与第四旁通21中的手动阀30控制进入第一节能装置5的制冷剂流量，最后回到压缩机1继续循环过程，当测试***流量过大或者压力过高时，可开启第二电子阀18进行快速调节。此外，被第二调节换热器6加热的循环水与被第三调节换热器8、测试蒸发冷凝器9冷却的循环水在第二节能装置14进行热交换，使两股循环水的温度回调初态。
如图3所示，冷凝器测试循环：沿制冷剂流动方向依次有压缩机1、第一节能装置5热侧、测试蒸发冷凝器9、第三调节换热器8过冷、膨胀阀7、第一节能装置5冷侧以及第一调节换热器4过热，通过调节第一电子阀15以及四旁通21中的手动阀30的开度，能回收经过第一节能装置5冷侧的冷量，并调节测试蒸发冷凝器9进口的制冷剂状态。
具体地讲，当高温气态制冷剂从压缩机1排出后，进入第一节能装置5进行冷却，与低温段制冷剂进行换热，达到节能效果，第一节能装置5中的第一电子阀15与第四旁通21中的手动阀30根据测试需要的制冷剂状态控制进入第一节能装置5的制冷剂流量，随后进入测试蒸发冷凝器9进行冷凝换热，然后进入第三调节换热器8进行过冷换热，随即进入膨胀阀7进行节流，并依次流经第二旁通20以及第一旁通19，此时，低干度的低温两相制冷剂进入第一节能装置5中与上述的高温段制冷剂进行有限换热，然后进入第一调节换热器4，根据测试过热度的要求进行吸热，最后回到压缩机1继续循环过程，当测试***流量过大或者压力过高时，可开启第二电子阀18进行快速调节。此外，被第一调节换热器4冷却的循环水与被测试蒸发冷凝器9、第三调节换热器8加热的循环水在第二节能装置14进行热交换，使两股循环水的温度回调初态。
如图4所示，液-液换热器测试循环：沿制冷剂流动方向依次有压缩机1、第一节能装置5热侧第二调节换热器6冷凝、测试液-液换热器10、膨胀阀7、第三调节换热器8蒸发以及第一节能装置5冷侧，通过调节第一电子阀15以及四旁通21中的手动阀30的开度，能回收经过第一节能装置5热侧的热量，并调节蒸发侧过热度。
具体地讲，当高温气态制冷剂从压缩机1排出后，进入第一节能装置5进行有限的冷却，然后进入第二调节换热器6进行完全冷凝至过冷态，并根据需要调节过冷度：A.进行制冷剂在换热器内放热性能测试，则仅需将制冷剂冷却至稍过冷态；B.进行制冷剂在换热器内吸热性能测试，则需将制冷剂冷却至深度过冷态。随后制冷剂流经测试液-液换热器10进行换热测试，随后进入膨胀阀7进行节流，随后低干度的低温两相制冷剂进入第三调节换热器8进行有限的加热，最后，换热后的制冷剂根据过热度要求，进入第一节能装置5与高温段制冷剂进行换热，达到节能效果，第一节能装置5中的第一电子阀15与第四旁通21中的手动阀30控制进入第一节能装置5的制冷剂流量，当测试***流量过大或者压力过高时，可开启第二电子阀18进行快速调节。此外，被第二调节换热器6和测试液-液换热器10加热的循环水、被第三调节换热器8冷却的循环水在第二节能装置14进行热交换，使两股循环水的温度回调初态。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
同时，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
而且，本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系均基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
Claims (4)
1.一种基于制冷循环的换热器综合测试***，包括压缩机(1)，其特征在于：还包括相互配合连接的四通阀(2)、测试蒸发冷凝器(9)、测试液-液换热器(10)、制冷剂循环流道、水循环流道、工质回收装置；其中，制冷剂循环流道包括相互配合连接的第一调节换热器(4)、第二调节换热器(6)、第三调节换热器(8)、第一节能装置(5)和第二节能装置(14)；所述的水循环流道包括相互配合连接的第一恒温水箱(11)、第二恒温水箱(13)和制冷机组(12)；所述的工质回收装置包括相互配合连接的收集罐(16)、针阀(17)、第一手动阀(22)、第二手动阀(25)；
所述的测试蒸发冷凝器(9)和测试液-液换热器(10)分别通过四通阀(2)控制制冷剂循环流道、水循环流道的流道方向，从而实现蒸发器测试循环、冷凝器测试循环、液-液换热器测试循环的更换，以及制冷剂回收于工质回收装置；
所述压缩机(1)的吸气端分别与四通阀(2)的第一通口、第二手动阀(25)连接，压缩机(1)通过第二手动阀(25)与收集罐(16)的出口位连接，压缩机(1)的排气端分别与四通阀(2)的第二通口、第一手动阀(22)连接，压缩机(1)通过第一手动阀(22)与针阀(17)一端连接，针阀(17)另一端与收集罐(16)的进口位连接；
所述四通阀(2)的第三通口经第一调节换热器(4)、第一节能装置(5)、第二调节换热器(6)与测试液-液换热器(10)一端连接，测试液-液换热器(10)另一端连接有膨胀阀(7)、且通过膨胀阀(7)经第三调节换热器(8)与测试蒸发冷凝器(9)一端连接；所述的四通阀(2)的第四通口与第一节能装置(5)的出口连接，测试蒸发冷凝器(9)另一端与第一节能装置(5)的进口连接；其中，四通阀(2)的第四通口与第一节能装置(5)的出口之间还设置有第一电子阀(15)；
所述四通阀(2)的第三通口和第四通口连接、且相互之间还设置有第二电子阀(18)；所述的第一恒温水箱(11)上还连接有冷凝器(3)，该冷凝器(3)的进口分别与第一调节换热器(4)的进口、第二调节换热器(6)的进口、第一恒温水箱(11)的出口连接，冷凝器(3)的出口分别与第一恒温水箱(11)的进口、第二节能装置(14)的出口连接；所述的第二节能装置(14)的进口分别与测试液-液换热器(10)、测试蒸发冷凝器(9)、第三调节换热器(8)的出口连接；所述的第三调节换热器(8)的进口分别与测试液-液换热器(10)的进口、测试蒸发冷凝器(9)、第二恒温水箱(13)的出口连接；
所述冷凝器(3)与第一调节换热器(4)之间、冷凝器(3)与第一恒温水箱(11)之间、冷凝器(3)与第二调节换热器(6)之间、第二恒温水箱(13)与调节换热器(8)之间、第二恒温水箱(13)与测试蒸发冷凝器(9)之间、第二恒温水箱(13)与测试液-液换热器(10)之间、第二节能装置(14)与调节换热器(8)之间、第二节能装置(14)与测试液-液换热器(10)之间分别设置有调节水泵(24)。
2.根据权利要求1所述基于制冷循环的换热器综合测试***，其特征在于：所述制冷机组(12)的出口两端分别与第一恒温水箱(11)、第二恒温水箱(13)连接，第一恒温水箱(11)和第二恒温水箱(13)上分别设置有加热管(23)；所述的第二恒温水箱(13)的进口与第二节能装置(14)连接，第二节能装置(14)还分别与第一调节换热器(4)的出口、第二调节换热器(6)的出口连接。
3.根据权利要求1所述基于制冷循环的换热器综合测试***，其特征在于：所述第二调节换热器(6)一侧设置有第一旁通(19)，测试液-液换热器(10)一侧设置有第二旁通(20)，测试蒸发冷凝器(9)一侧设置有第三旁通(31)，第一节能装置(5)的进、出口之间设置有第四旁通(21)。
4.根据权利要求3所述基于制冷循环的换热器综合测试***，其特征在于：所述第一旁通(19)上、第二旁通(20)上、第三旁通(31)上、第四旁通(21)上、压缩机(1)与测试液-液换热器(10)之间、压缩机(1)与第二电子阀(18)之间、测试液-液换热器(10)与膨胀阀(7)之间、冷凝器(3)与第一调节换热器(4)之间、冷凝器(3)与第二调节换热器(6)之间、冷凝器(3)与第一恒温水箱(11)之间、第一恒温水箱(11)与制冷机组(12)之间、制冷机组(12)与第二恒温水箱(13)之间、测试液-液换热器(10)与第二恒温水箱(13)之间、第三调节换热器(8)与测试蒸发冷凝器(9)之间、第三调节换热器(8)与第二恒温水箱(13)之间、第一节能装置(5)与测试蒸发冷凝器(9)之间分别设置有手动阀(30)。
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