液環法節流機構製冷劑質量流量特性測試裝置的製作方法

2023-05-27 20:21:01 1

專利名稱：液環法節流機構製冷劑質量流量特性測試裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種製冷劑質量流量特性測試裝置，特別是一種應用於測試中小型製冷、空調裝置中的液環法節流機構製冷劑質量流量特性測試裝置，屬於空調製冷技術領域。
背景技術：
節流機構作為製冷迴路的四大件之一，在系統中具有相當重要的作用，它對系統的運行穩定性以及製冷效果均有重要影響。近年來，節流機構中由於電子膨脹閥具有流量調節範圍寬、控制精度高、響應快速和適於自動控制等特點，已經被廣泛應用到各種製冷迴路中。但在實施控制時，無論採用何種控制算法，最終都要通過執行機構施加到對象中，因此節流機構流量特性的研究非常重要，工程實踐表明，各種製冷迴路對流量特性的要求不同，這就迫切要求人們研究適合於不同系統的節流機構。節流機構的流量特性關係式為m.=CDA2(Pc-Pe),]]>式中 為介質流量，CD為反映閥流量特性的參數，A為流通面積，ρ為介質密度，Pc為閥前壓力，Pe為閥後壓力，由此可見，介質的流量與Pc、Pe、ρ、A、CD相關，一旦閥頭線型和流通介質確定，其中的可調節因素只有Pc和Pe，因此只要對Pc和Pe進行精確控制，便可獲得節流機構的質量流量，最終得出其流量特性及影響因素。已有技術中，採用氮氣流量特性實驗，通過折算、擬合等獲得流量特性曲線。但是由於氮氣與製冷劑在物理性質方面存在著較大差異，實際的製冷劑在測試條件下存在相變，而氮氣無相變，導致此法獲得的特性曲線與實際曲線存在較大誤差，可達20％。從製冷技術長期發展來看，這樣大的誤差是難於被實際的製冷迴路所接受的，因此採用實際製冷劑進行流量特性實驗是很必要的。
經對現有技術的文獻檢索發現，實用新型名稱電子膨脹閥流量測試系統，專利號ZL03232300.X，該專利採用氮氣進行流量測試，提高了氮氣流量測試的準確性和測試效率，消除了人為因素的影響，但沒有消除氮氣測試流量與實際製冷劑測試流量之間的誤差。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中的不足，本發明提供了一種液環法節流機構製冷劑質量流量特性測試裝置，採用了液環法，使其能夠很好地消除氮氣法和氣環法存在的各種缺陷。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括主迴路、製冷迴路、熱水循環迴路、乙二醇溶液循環迴路、操作控制臺。主迴路是流量特性測試裝置的核心組成部分，由磁力泵、質量流量計、高壓換熱器製冷劑流路、測試段、低壓換熱器製冷劑流路、儲液器、過濾器、旁通閥組成。測試段包括待測節流機構以及設置在待測節流機構進出口處的視鏡和球閥，便於待測節流機構的自由拆裝和觀察試驗中製冷劑的存在狀態。磁力泵的出口通過質量流量計、視鏡與高壓換熱器製冷劑流路入口連接，高壓換熱器製冷劑流路出口與測試段入口連接，測試段出口與高壓換熱器製冷劑流路入口連接，低壓換熱器製冷劑流路出口通過儲液器和過濾器與磁力泵入口相連接。旁通閥設置在磁力泵出口與低壓換熱器製冷劑流路入口之間，用於調節製冷劑的流量。主迴路分別通過高壓換熱器和低壓換熱器與熱水循環迴路和乙二醇溶液循環迴路連接，乙二醇溶液循環迴路通過乙二醇箱與製冷迴路連接。高壓換熱器和低壓換熱器的製冷劑流路中流動的均為製冷劑，高壓換熱器水流路流動的是熱水，低壓換熱器水流路流動的是乙二醇溶液。
磁力泵是主迴路的核心部件，它將低溫低壓的製冷劑液體壓力升高使之成為低溫高壓的製冷劑液體。高壓換熱器水流路中的熱水用於加熱磁力泵出口流入高壓換熱器製冷劑流路的低溫高壓的製冷劑液體，使之達到待測節流機構前所需要的高壓高溫製冷劑液體。根據實際製冷系統的不同運行工況，流入待測節流機構的製冷劑液體壓力和溫度可以調節。其中壓力通過調節磁力泵的轉速來實現，而溫度通過調節高壓換熱器水流路中熱水泵的轉速來實現。高溫高壓的製冷劑液體經待測節流機構節流之後，製冷劑具有一定的閃發，成為兩相混合物，由於進入磁力泵的製冷劑必須是液體，因此必須對兩相製冷劑中的氣體進行液化，這是通過低壓換熱器冷凝氣態製冷劑加以實現的。為了確保磁力泵入口製冷劑全是液體，本裝置設置了儲液器，它一方面作氣液分離器使用，將來自低壓換熱器製冷劑流路出口的低溫製冷劑中可能含有的氣態製冷劑加以分離；另一方面調節主迴路管路中製冷劑的循環量，滿足磁力泵和節流機構不同工況下的需要。流經待測節流機構的製冷劑流量可由質量流量計進行計量。
製冷迴路的主要作用是冷卻乙二醇箱中的乙二醇溶液。製冷迴路包括由壓縮機、冷凝器的製冷劑流路、熱力膨脹閥、蒸發器的製冷劑流路組成的製冷劑迴路；由冷卻塔、水泵、冷凝器水流路組成的冷卻水迴路；由乙二醇箱、低溫泵、蒸發器水迴路組成的乙二醇迴路。製冷劑迴路中壓縮機的入口與蒸發器製冷劑流路出口連接，冷凝器製冷劑流路入口與壓縮機出口連接，冷凝器製冷劑流路出口通過熱力膨脹閥與蒸發器製冷劑流路入口連接。冷卻水迴路中冷凝器水流路進、出口分別與水泵出口、冷卻塔入口連接，冷卻塔出口與水泵入口連接，冷卻水在冷凝器水流路、冷卻塔、水泵中循環將冷凝器中製冷劑的熱量通過冷卻塔傳到外界大氣中。乙二醇迴路中蒸發器水流路入口與低溫泵出口連接，低溫泵入口與乙二醇箱A端出口連接，乙二醇箱A端入口與蒸發器水流路出口連接。壓縮機將低溫低壓製冷劑蒸汽壓縮成高壓高溫的製冷劑氣體，冷凝器將高壓高溫製冷劑氣體冷凝成高壓低溫液體，經熱力膨脹閥節流後製冷劑轉變成低壓低溫兩相製冷劑，製冷劑在蒸發器中轉變成具有一定過熱度的氣體。同時將蒸發器水流路內高速流動的乙二醇溶液降溫使之變為零下35度的液體，乙二醇溶液的流動是通過一個低溫泵的高速運轉實現的。蒸發器製冷劑流路中具有一定過熱度的製冷劑蒸汽進入壓縮機的吸氣口，開始新的製冷循環。
熱水循環迴路包括熱水箱、熱水泵、高壓換熱器水流路，熱水泵出口與高壓換熱器水流路入口連接，高壓換熱器水流路出口與熱水箱入口連接，熱水箱出口與熱水泵入口連接，熱水泵的轉速可以通過變頻器進行調節以保證所需的熱水流量。
乙二醇溶液循環迴路包括乙二醇箱、冷水泵、低壓換熱器水流路，冷水泵出口與低壓換熱器水流路入口連接，低壓換熱器水流路出口與乙二醇箱B端入口連接，乙二醇箱B端出口與冷水泵入口連接，冷水泵的轉速可以通過變頻器進行調節以保證所需的乙二醇溶液流量。在熱水箱和乙二醇箱內均設置有電加熱器。
操作控制臺包括計算機、繼電器、過熱保護器、PLC電器元件，可實現對測試裝置的控制與參數的計量。操作控制臺通過導線與所有由電力驅動的設備相連接，這些設備包括主迴路中的磁力泵、製冷迴路中的壓縮機、冷卻塔電機、低溫泵和水泵，乙二醇溶液循環迴路中的冷水泵、熱水循環迴路中的熱水泵。
本發明的有益效果是，1.主迴路中，循環介質只有製冷劑，不存在潤滑油，因此更換製冷劑非常方便；2.對兩個換熱器而言，由於沒有潤滑油的存在，清洗比較容易，可方便的進行不同製冷劑不同節流機構流量特性的研究。3.主迴路中循環介質在多數時間內處於液態，系統易於控制，工況易於穩定；4.節流機構作為測試段自由拆裝的元件，可進行毛細管、熱力膨脹閥、電子膨脹閥等各種節流機構較大流量範圍的研究；5.主迴路循環路徑較短，兩個換熱器的熱負荷大大低於同樣條件下實際製冷系統中蒸發器和冷凝器的熱負荷，二者相差幾十倍，設備購置費用與運行費用低；6.測試範圍大，蒸發溫度範圍可達-30～+10℃。本發明具有較顯著的社會效益和經濟效益。


圖1是本發明結構示意圖。
圖中虛線框內 1是主迴路、2是製冷迴路、3是熱水循環迴路、4是乙二醇溶液循環迴路、6是測試段。 和 分別表示壓力傳感器和溫度傳感器。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的具體實施作進一步描述。
如圖1所示，本發明包括主迴路1、製冷迴路2、熱水循環迴路3、乙二醇溶液循環迴路4、操作控制臺5。主迴路1是流量特性測試裝置的核心組成部分，由磁力泵7、質量流量計8、高壓換熱器9的製冷劑流路、測試段6、低壓換熱器11的製冷劑流路、儲液器12、過濾器13、旁通閥14組成。測試段6包括待測節流機構10、設置在待測節流機構10兩端的視鏡15以及設置在測試段6進出口處的球閥16，主迴路1通過高壓換熱器9和低壓換熱器11分別與熱水循環迴路3和乙二醇溶液循環迴路4連接，乙二醇溶液循環迴路4與製冷迴路2連接。球閥16和視鏡15的作用是便於待測節流機構10的自由拆裝和觀察試驗中製冷劑的存在狀態。主迴路1中磁力泵7的出口通過流量計8、視鏡15與高壓換熱器9製冷劑流路入口連接，高壓換熱器9製冷劑流路出口與測試段6入口連接，測試段6出口與低壓換熱器11製冷劑流路入口連接，低壓換熱器11製冷劑流路出口通過儲液器12和過濾器13與磁力泵7入口相連接，旁通閥14設置在磁力泵7出口與低壓換熱器11製冷劑流路入口之間，用於調節製冷劑的流量。磁力泵7是該迴路的核心部件，它將低溫低壓的製冷劑液體壓力升高使之成為低溫高壓的製冷劑液體。高壓換熱器9製冷劑流路內流動的是過冷度為1.5度到10度的製冷劑，高壓換熱器9水流路內流動的是熱水，用於加熱磁力泵7出口流入高壓換熱器9製冷劑流路中的低溫高壓的製冷劑液體，使之達到待測節流機構10前所需要的高壓高溫製冷劑液體。根據實際製冷系統的不同運行工況，流入待測節流機構10的製冷劑液體的壓力和溫度可以調節，其中壓力通過調節磁力泵7的轉速來實現，而溫度是通過調節高壓換熱器9水流路中熱水泵17的轉速來實現。高溫高壓的製冷劑液體經待測節流機構10節流之後，製冷劑具有一定的閃發，成為兩相混合物，由於進入磁力泵7的製冷劑必須是液體，因此必須對兩相製冷劑中的氣體進行液化，這是通過低壓換熱器11冷凝氣態製冷劑加以實現的。低壓換熱器11製冷劑流路內為汽液兩相製冷劑，水流路內為低溫55％乙二醇水溶液。為了確保磁力泵7入口製冷劑全是液體，本裝置設置了儲液器12，它一方面作氣液分離器使用，將來自低壓換熱器11出口的低溫製冷劑中可能含有的氣態製冷劑加以分離；另一方面調節主迴路1中製冷劑的循環量，滿足磁力泵7和待測節流機構10不同工況下的需要。流經待測節流機構10的製冷劑流量可由質量流量計8進行計量。主迴路1中流動的製冷劑可以採用R22、R407C、R410a、R134a、R600a，製冷迴路2中的製冷劑採用R404A。
製冷迴路2的主要作用是冷卻乙二醇箱25中的乙二醇溶液。製冷迴路2包括由壓縮機20、冷凝器21的製冷劑流路、熱力膨脹閥22、蒸發器23的製冷劑流路組成的製冷劑迴路；由冷卻塔28、水泵27、冷凝器21水流路組成的冷卻水迴路；由乙二醇箱25、低溫泵24、蒸發器23水迴路組成的乙二醇迴路。製冷劑迴路中壓縮機20的吸氣口與蒸發器23製冷劑流路出口連接，冷凝器21製冷劑流路入口與壓縮機20出口連接，冷凝器21製冷劑流路出口與熱力膨脹閥22的入口連接，熱力膨脹閥22出口與蒸發器23製冷劑流路入口連接。冷卻水迴路中冷凝器21水流路入口與水泵213出口連接，冷凝器21水流路出口與冷卻塔214入口連接，冷卻塔214出口與水泵213入口連接，冷卻水在冷凝器21水流路、冷卻塔214、水泵213流路中循環，將冷凝器21製冷劑流路內的製冷劑熱量通過冷卻塔214傳到外界大氣中。乙二醇迴路中蒸發器23乙二醇流路入口與低溫泵24出口連接，低溫泵24入口與乙二醇箱25 A端出口連接，乙二醇箱25 A端入口與蒸發器23乙二醇流路出口連接。壓縮機20將低溫低壓製冷劑蒸汽壓縮成高壓高溫的氣體，冷凝器21將高壓高溫製冷劑氣體冷凝成高壓低溫製冷劑液體，流經熱力膨脹閥22的製冷劑節流後轉變成低壓低溫兩相製冷劑，兩相製冷劑在蒸發器23中轉變成具有1.5度到10度過熱度的蒸汽。同時將蒸發器23水流路內高速流動的乙二醇溶液降溫使之變為攝氏-30度到攝氏-35度的液體，乙二醇溶液的流動是通過一個低溫泵24的高速運轉實現的。隨後製冷劑蒸汽進入壓縮機20的吸氣口，開始新的製冷循環。
熱水循環迴路3包括熱水箱18、熱水泵17、高壓換熱器9水流路，熱水泵17出口與高壓換熱器9水流路入口連接，高壓換熱器9水流路出口與熱水箱18入口連接，熱水箱18出口與熱水泵17入口連接，熱水泵17的轉速可以通過變頻器進行調節以保證所需的熱水流量。
乙二醇溶液循環迴路4包括乙二醇箱25、冷水泵26、低壓換熱器11水流路，冷水泵26出口與低壓換熱器11水流路入口連接，低壓換熱器11水流路出口與乙二醇箱25 B端入口連接，乙二醇箱25 B端出口與冷水泵26入口連接，冷水泵26的轉速可以通過變頻器進行調節以保證所需的乙二醇溶液流量。在熱水箱18和乙二醇箱25內均設置有電加熱器19，電加熱器的功率在1.5-30千瓦之間可調，用於滿足不同的試驗工況。
操作控制臺5包括計算機、繼電器、過熱保護器、PLC電器元件，實現對測試裝置的控制與參數的計量。操作控制臺通過導線與所有由電力驅動的設備相連接，這些設備包括主迴路1中的磁力泵7、製冷迴路中的壓縮機20、冷卻塔28、低溫泵24和水泵27，乙二醇溶液循環迴路4中的冷水泵26、熱水循環迴路3中的熱水泵17。
在待測節流機構4的兩端均設置溫度和壓力傳感器，在熱水泵17出口、熱水箱18入口、冷水泵26出口、低壓換熱器11水流路出口以及熱水箱18和乙二醇箱25內均設置有溫度傳感器。
權利要求
1.一種液環法節流機構製冷劑質量流量特性測試裝置，包括主迴路(1)、製冷迴路(2)、熱水循環迴路(3)、乙二醇溶液循環迴路(4)、操作控制臺(5)，其特徵在於還包括主迴路(1)由測試段(6)、磁力泵(7)、質量流量計(8)、高壓換熱器(9)的製冷劑流路、低壓換熱器(11)的製冷劑流路、儲液器(12)、過濾器(13)、旁通閥(14)，測試段(6)包括待測節流機構(10)、設置在待測節流機構(10)兩端的視鏡(15)以及設置在測試段(6)進出口處的球閥(16)，主迴路(1)分別通過高壓換熱器(9)和低壓換熱器(11)與熱水循環迴路(3)和乙二醇溶液循環迴路(4)連接，乙二醇溶液循環迴路(4)與製冷迴路(2)連接；主迴路(1)中磁力泵(7)的出口通過流量計(8)和視鏡(15)與高壓換熱器(9)製冷劑流路入口連接，高壓換熱器(9)製冷劑流路出口與測試段(6)入口連接，測試段(6)出口與低壓換熱器(11)製冷劑流路入口連接，低壓換熱器(11)製冷劑流路出口通過儲液器(12)和過濾器(13)與磁力泵(7)入口相聯接，旁通閥(14)設置在磁力泵(7)出口與低壓換熱器(11)製冷劑入口之間，高壓換熱器(9)和低壓換熱器(11)的製冷劑流路內流動的是製冷劑，高壓換熱器(9)水流路內流動的是熱水，低壓換熱器(11)水流路則流動乙二醇溶液，操作控制臺(5)通過導線與所有由電力驅動的設備相連接。
2.根據權利要求1所述的液環法節流機構製冷劑質量流量特性測試裝置，其特徵是所述的製冷迴路(2)包括由壓縮機(20)、冷凝器(21)的製冷劑流路、熱力膨脹閥(22)、蒸發器(23)的製冷劑流路組成的製冷劑迴路；由水泵(27)、冷卻塔(28)、冷凝器(21)水流路組成的冷卻水迴路；由低溫泵(24)、乙二醇箱(25)、蒸發器(23)水迴路組成的乙二醇迴路，製冷劑迴路中壓縮機(20)的入口與蒸發器(23)製冷劑流路出口連接，冷凝器(21)製冷劑流路入口與壓縮機(20)出口連接，冷凝器(21)製冷劑流路出口通過熱力膨脹閥(22)與蒸發器(23)製冷劑流路入口連接；冷卻水迴路中冷凝器(21)水流路入口與水泵(27)出口連接，水流路出口與冷卻塔(28)入口連接，冷卻塔(28)出口與水泵(27)入口連接；乙二醇迴路中蒸發器(23)乙二醇流路入口與低溫泵(24)出口連接，低溫泵(24)入口與乙二醇箱(25)A端出口連接，乙二醇箱(25)A端入口與蒸發器(23)乙二醇流路出口連接。
3.根據權利要求1所述的液環法節流機構製冷劑質量流量特性測試裝置，其特徵是所述的熱水循環迴路(3)包括熱水箱(18)、熱水泵(17)、高壓換熱器(9)水流路熱水泵(17)出口與高壓換熱器(9)水流路入口連接，高壓換熱器(9)水流路出口與熱水箱(18)入口連接，熱水箱(18)出口與熱水泵(17)入口連接。
4.根據權利要求1所述的液環法節流機構製冷劑質量流量特性測試裝置，其特徵是所述的乙二醇溶液循環迴路(4)包括乙二醇箱(25)、冷水泵(26)、低壓換熱器(11)水流路，冷水泵(26)出口與低壓換熱器(11)水流路入口連接接，低壓換熱器(11)水流路出口與乙二醇箱(25)B端入口連接，乙二醇箱(25)B端出口與冷水泵(26)入口連接。
5.根據權利要求1所述的液環法節流機構製冷劑質量流量特性測試裝置，其特徵是所述的主迴路(1)中的製冷劑採用R22、R407C、R410A、R134a、R600a，製冷迴路(2)中的製冷劑採用R404A。
6.根據權利要求1所述的液環法節流機構製冷劑質量流量特性測試裝置，其特徵是所述的高壓換熱器(9)製冷劑流路內製冷劑為過冷度在1.5度到20度的製冷劑，低壓換熱器(11)製冷劑流路內製冷劑為汽液兩相的製冷劑，而低壓換熱器(11)水流路內流動的乙二醇溶液是55％的乙二醇水溶液。
7.根據權利要求1或2或3所述的液環法節流機構製冷劑質量流量特性測試裝置，其特徵是操作控制臺(5)包括計算機、繼電器、過熱保護器、PLC電器元件，所述的與操作控制臺(5)連接的所有由電力驅動的設備，包括主迴路(1)中的磁力泵(7)、製冷迴路中的壓縮機(20)、冷卻塔(28)、低溫泵(24)和水泵(27)，乙二醇溶液循環迴路中的冷水泵(26)、熱水循環迴路(3)中的熱水泵(17)。
8.根據權利要求1或3或4所述的液環法節流機構製冷劑質量流量特性測試裝置，其特徵是所述的熱水箱(18)和乙二醇箱(25)內均設置有加熱器(19)，其加熱功率在1.5-30千瓦之間可調。
9.根據權利要求1或3或4所述的液環法節流機構製冷劑質量流量特性測試裝置，其特徵是在待測節流機構(10)的兩端均設置溫度和壓力傳感器，在熱水泵(17)出口、熱水箱(18)入口、冷水泵(26)出口、低壓換熱器(11)水流路出口以及熱水箱(18)和乙二醇箱(25)內均設置有溫度傳感器。
全文摘要
液環法節流機構製冷劑質量流量特性測試裝置，屬於空調製冷技術領域，包括主迴路、製冷迴路、熱水循環迴路、乙二醇溶液循環迴路、操作控制臺。主迴路通過高壓換熱器與熱水循環迴路連接，主迴路通過低壓換熱器與乙二醇溶液循環迴路連接，乙二醇溶液循環迴路通過乙二醇箱與製冷迴路連接。主迴路包括磁力泵、質量流量計、高壓換熱器和低壓換熱器的製冷劑流路、測試段、儲液器、過濾器、旁通閥。設置在測試段中的待測節流機構可自由拆裝，更換製冷劑方便，清洗換熱器容易，可進行不同製冷劑不同節流機構流量特性的研究，工況易於穩定，且主迴路循環路徑較短，兩個換熱器的熱負荷小，設備購置費用與運行費用低，具有顯著的經濟效益和社會效益。
文檔編號G01F1/76GK1614363SQ200410084560
公開日2005年5月11日 申請日期2004年11月25日 優先權日2004年11月25日
發明者馬善偉, 張川, 陳文勇, 陳江平, 陳芝久 申請人:上海交通大學