CN101852749A - 微小管径内蒸发/冷凝传热测试一体装置及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微小管径内蒸发/冷凝传热测试一体装置及其测试方法。装置包括制冷剂回路与测试段换热回路；制冷剂回路包括回收罐、动力泵、调节阀、制冷剂质量流量计、由冷凝预热通路和蒸发预热通路组成的并联调节测试回路、测试段内管以及冷凝器；动力泵进口与回收罐连接，其出口与制冷剂质量流量计连接；并联调节测试回路的进口与制冷剂质量流量计连接，其出口与测试段内管连接；测试段内管的制冷剂出口与冷凝器连接；测试段换热回路包括测试段外管和顺序连通的换热器、水加热器、水泵、水质量流量计。通过动力泵对制冷剂流量控制，通过蒸发预热器/冷凝预热器对制冷剂干度控制，通过测试段换热回路对测试段的换热量控制，分别实现微小管径内蒸发和冷凝传热测试。
Description
技术领域
本发明涉及的是微小管径内蒸发/冷凝传热测试一体装置及其测试方法。
背景技术
对于换热管，研究其传热和流动性能非常重要。已有技术中通常采用蒸汽压缩制冷系统来进行换热器的传热和流动性能研究。例如专利号为200410017005.1、发明名称为“测试制冷剂管内流动沸腾换热特性的装置”的中国专利，该装置采用变频压缩机作为动力源，通过室内机与测试段段并联，旁通调节测试段段内制冷剂流量。通过调节与贮油器相连的回油管上的调节阀的开度，调节压缩机旁通气量及测试段段内压力。虽然可以进行换热器的传热试验，但却存在以下的缺点：
1、不能进行微小管径内蒸发/冷凝传热测试实验；微小管径流量小，难以匹配相应的压缩机，选用功率大的压缩机又浪费资源。
2、不同的制冷剂需配用不同的压缩机，成本高，系统复杂。
3、蒸汽压缩制冷系统测试过程稳定性差，测试精度低。
4、只能进行一种状态的测试，功能单一。
发明内容
为了克服已有技术的不足和缺陷，本发明提供了微小管径内蒸发/冷凝传热测试一体装置及其测试方法，该装置和方法利用动力泵作为系统的动力，对制冷剂流量、换热管测试段进口制冷剂干度、测试部件的换热量分别独立控制，可分别进行微小管径管内的冷凝和蒸发的传热测试试验。
本发明采取的技术方案是：一种微小管径内蒸发/冷凝传热测试一体装置，其特点是：包括换热管测试段、制冷剂回路与测试段换热回路；所述的换热管测试段包括通过制冷剂的内管和通过换热介质的套管；所述的制冷剂回路包括冷凝液回收罐、动力泵、调节阀、制冷剂质量流量计、由冷凝预热通路和蒸发预热通路组成的并联调节测试回路、换热管测试段内管以及冷凝器；所述的动力泵的进口端通过管道与冷凝液回收罐的出口端连接，其出口端通过管道与制冷剂质量流量计的进口端连接；所述的制冷剂质量流量计的出口端通过管道与并联调节测试回路的进口端连接；所述的并联调节测试回路的出口端通过管道与测试段内管的制冷剂进口端连接；所述测试段内管的制冷剂出口端通过管道与冷凝器的进口端连接；所述的测试段换热回路包括换热管测试段套管、以及通过管道与测试段套管顺序连通的换热器、水加热器、水泵、水质量流量计；所述的换热器通过管道与换热管测试段套管的水出口端连接；所述的水质量流量计的出口端通过管道与换热管测试段套管的水进口端连接。
上述一种微小管径内蒸发/冷凝传热测试一体装置，其中：还包括一测试数据输出部件，主要由设置在换热管测试段套管的水进口端的水输入温度传感器、设置在水出口端的水输出温度传感器、以及设置在换热管测试段内管的制冷剂入口端的制冷剂输入温度传感器和制冷剂输入压力传感器、设置在换热管测试段内管的制冷剂出口端的制冷剂输出温度传感器和制冷剂输出压力传感器构成；所述水输入温度传感器、水输出温度传感器、制冷剂输入温度传感器、制冷剂输出温度传感器、以及制冷剂输入压力传感器、制冷剂输出压力传感器输出的数据传送到计算机进行计算分析。
上述一种微小管径内蒸发/冷凝传热测试一体装置，其中：所述的蒸发预热通路包括通过管道连接的第一截止阀和蒸发预热器；所述的冷凝预热通路包括通过管道连接的第二截止阀和冷凝预热器。
上述一种微小管径内蒸发/冷凝传热测试一体装置，其中：还包括第一视镜和第二视镜；所述第一视镜设置在制冷剂质量流量计的输入管段上；所述的第二视镜设置在并联调节测试回路的输出管段上。
上述一种微小管径内蒸发/冷凝传热测试一体装置，其中：还包括设置在回收罐和动力泵之间的管段上的干燥过滤器。
上述一种微小管径内蒸发/冷凝传热测试一体装置，其中：还包括设置与动力泵并联连接的至少一个截止阀，其中一个截止阀通过管道与抽真空机连接。
微小管径内蒸发/冷凝传热测试方法，其特点是：包括微小管径内蒸发传热测试和微小管径内冷凝传热测试；其中：
a、所述的微小管径内蒸发传热测试包括以下步骤：
a-1、液态制冷剂被动力泵从回收罐里泵出，流经调节阀、制冷剂质量流量计、第一截止阀、进入蒸发预热器被加热至实验工况；
a-2、制冷剂干度通过控制蒸发预热器加热量调节，进入测试段换热回路被蒸发；
a-3、气态的制冷剂进入冷凝器，被冷凝的过冷制冷剂被回收罐接收，完成循环；
b、所述的微小管径内冷凝传热测试包括以下步骤：
b-1、高压液态制冷剂被动力泵从回收罐里泵出，流经调节阀、制冷剂质量流量计、第二截止阀、进入冷凝预热器被加热至实验工况；
b-2、制冷剂过热或具有一定干度通过控制冷凝预热器加热量调节，进入测试段换热回路被冷凝；
b-3、换热管测试段出口的制冷剂可能还具有一定的干度，再进入冷凝器完全冷凝，被冷凝的过冷制冷剂流回回收罐，完成循环。
上述微小管径内蒸发/冷凝传热测试方法，其中：蒸发传热测试的测试段换热回路换热过程包括：水经换热管测试段套管与内管的制冷剂换热变成冷冻水，流经换热器(此时不换热)，进入水加热器被加热至实验工况，再经水泵、水质量流量计进入换热管测试段换热，完成循环；
冷凝传热测试的测试段换热回路换热过程包括：水经换热管测试段套管与内管的制冷剂换热变成热水，进入换热器冷凝，进入水加热器被加热至实验工况，再经水泵、水质量流量计进入换热管测试段换热，完成循环。
上述微小管径内蒸发/冷凝传热测试方法，其中：所述的测试段换热回路的换热管测试段套管的水进口端设有水输入温度传感器，在测试段换热回路的换热管测试段套管的水出口端设有水输出温度传感器；所述的换热管测试段内管的制冷剂入口端设有制冷剂输入温度传感器和制冷剂输入压力传感器，所述的换热管测试段内管的制冷剂出口端设有制冷剂输出温度传感器和制冷剂输出压力传感器；所述水输入温度传感器、水输出温度传感器、制冷剂输入温度传感器、制冷剂输出温度传感器、以及制冷剂输入压力传感器、制冷剂输出压力传感器输出的数据传送到计算机进行计算分析。
上述微小管径内蒸发/冷凝传热测试方法，其中：所述的制冷剂回路上设有至少一个视镜。
本发明由于采用了以上的技术方案，采用制冷剂回路和测试段换热回路构成，通过制冷剂回路中的可调控泵对制冷剂流量独立控制、蒸发预热器/冷凝预热器对换热管测试段内管的制冷剂进口干度独立控制、测试段换热回路对测试部件(换热管测试段)的换热量独立控制，可分别实现微小管径内蒸发和冷凝传热测试。
附图说明
本发明的具体结构、特征、性能由以下的实施例及其附图进一步描述。
图1为本发明微小管径内蒸发/冷凝传热测试一体装置的一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1。本发明一种微小管径内蒸发/冷凝传热测试一体装置，包括制冷剂回路1、测试段换热回路2、以及换热管测试段3。所述的换热管测试段3包括通过制冷剂的内管31和通过换热介质的套管32。所述的换热介质可以是水、油或是酒精，本说明以水为例。
所述的制冷剂回路1包括冷凝液回收罐11、动力泵12、调节阀13、制冷剂质量流量计14、由蒸发预热通路151和冷凝预热通路152组成的并联调节测试回路15、换热管测试段的内管31、以及冷凝器16；所述的动力泵12的进口端通过管道与冷凝液回收罐11的出口端连接，其出口端通过管道与制冷剂质量流量计14的进口端连接；所述的制冷剂质量流量计14的出口端通过管道与并联调节测试回路15的进口端连接；所述的并联调节测试回路15的出口端通过管道与换热管测试段的内管31的制冷剂进口端连接。所述换热管测试段的内管31的制冷剂出口端通过管道与冷凝器的进口端连接。所述的蒸发预热通路151包括通过管道连接的第一截止阀1511和蒸发预热器1512；所述的冷凝预热通路152包括通过管道连接的第二截止阀1521和冷凝预热器1522。
本发明一种微小管径内蒸发/冷凝传热测试一体装置制冷剂回路1中还包括第一视镜171和第二视镜172；所述第一视镜设置在制冷剂质量流量计14的输入管段上；所述的第二视镜设置在并联调节测试回路15的输出管段上。包括设置在冷凝液回收罐11和动力泵12之间的管段上的干燥过滤器18。以及还包括设置与动力泵12并联连接的三个截止阀191、192、193，其中截止阀193通过管道与抽真空机连接。
所述的测试段换热回路2包括换热管测试段套管32、以及通过管道与换热管测试段套管32顺序连通的换热器22、水加热器23、水泵24、水质量流量计25。所述的换热器22通过管道与换热管测试段套管32的水出口端322连接；所述的水质量流量计的出口端通过管道与换热管测试段套管32的水进口端321连接。
本实施例中，制冷剂回路1以动力泵12作为系统动力，动力泵12的出口与调节阀13的进口相连，调节阀13的出口经第一视镜171与制冷剂质量流量计14的进口相连，制冷剂质量流量计14的出口通过三通与第一截止阀1511的进口相连，第一截止阀1511的出口与蒸发预热器1512的进口相连，第二截止阀1521和冷凝预热器1522与第一截止阀1511和蒸发预热器1512并联接入系统，第二截止阀1521的进口通过三通与制冷剂质量流量计14的出口相连，第二截止阀1521的出口与冷凝预热器1522的进口相连，蒸发预热器1512的出口和冷凝预热器1522的出口通过三通与第二视镜172的进口相连，第二视镜172的出口与换热管测试段内管31的制冷剂进口311相连，换热管测试段3内管31的制冷剂出口312与冷凝器16的制冷剂进口相连，冷凝器16的制冷剂出口与回收罐11的进口相连，回收罐11的出口经干燥过滤器18与动力泵12的进口相连，截止阀191的进口通过三通接入测试回路中干燥过滤器18的出口，截止阀191的出口通过三通与截止阀192的进口相连，截止阀192的出口通过三通接入测试回路中的动力泵12的出口，截止阀193的进口通过三通与截止阀191、192的连接管段相连，截止阀193的出口接抽真空机，冷凝器16的冷却介质进出口与低温制冷机相连。
测试段换热回路2中的测试段套管32的换热介质水出口322与换热器22进口相连，换热器22的出口与水加热器23的进口相连，水加热器23的出口与水泵24的进口相连，水泵24的出口与水质量流量计25的进口相连，水质量流量计25的出口接入测试段套管32的换热介质水进口321。
本发明微小管径内蒸发/冷凝传热测试一体装置，还包括一测试数据输出部件，主要由设置在换热管测试段套管的水进口端的输入温度传感器41、设置在换热管测试段套管的水出口端的输出温度传感器42；以及设置在换热管测试段内管的制冷剂入口端的制冷剂输入温度传感器43和制冷剂输入压力传感器44、设置在换热管测试段内管的制冷剂出口端的制冷剂输出温度传感器45和制冷剂输出压力传感器46构成；所述水输入温度传感器、水输出温度传感器、制冷剂输入温度传感器、制冷剂输出温度传感器、以及制冷剂输入压力传感器、制冷剂输出压力传感器输出的数据传送到计算机进行计算分析。
本发明的工作原理是：
微小管径内蒸发传热测试回路：液态制冷剂被动力泵12泵出，经过调节阀13、第一视镜171、制冷剂质量流量计14和第一截止阀1511，进入蒸发预热器1512被加热至饱和液态或气液两相，再经过第二视镜172进入换热管测试段内管31，制冷剂在换热管测试段内管31内蒸发成完全气态或还具有一定干度，然后进入冷凝器16。制冷剂在冷凝器16内完全液化进入回收罐11，回收罐11的液态制冷剂经过干燥过滤器18被动力泵12泵出。测试段换热回路：水由水泵24泵出，经过水质量流量计25，进入换热管测试段套管32，在换热管测试段套管32内水被冷却，然后经过换热器22(此时换热器不换热)进入水加热器23，在水加热器23内，水被加热，然后由水泵24泵出。冷凝器16的冷却介质进入低温制冷机，由低温制冷机提供冷量冷却从测试段进入冷凝器16的制冷剂。
微小管径内冷凝传热测试回路：高压液态制冷剂被动力泵12泵出，经过调节阀13、第一视镜171、制冷剂质量流量计14和第二截止阀1521，进入冷凝预热器1522被加热至气液两相或完全气态，再经过第二视镜172进入换热管测试段内管31，制冷剂在换热管测试段内管31内冷凝成完全液态或还具有一定干度，然后进入冷凝器16，制冷剂在冷凝器16内完全液化进入回收罐11(从换热管测试段内管31出来的制冷剂还具有一定干度时需继续在冷凝器16内冷凝成完全液态)，回收罐11的液态制冷剂经过干燥过滤器18被动力泵12泵出。测试段换热回路包括：水由水泵24泵出，经过水质量流量计25，进入换热管测试段套管32，在换热管测试段套管32内，水被加热，然后进入换热器22被冷却，再进入水加热器23，在水加热器23内，换热介质被加热(此时微调换热段的入口水温)，然后由水泵24泵出。冷凝器16的冷却介质进入低温制冷机，由低温制冷机提供冷量冷却从换热管测试段进入冷凝器16的制冷剂。
本发明微小管径内蒸发/冷凝传热测试方法，包括蒸发传热测试和冷凝传热测试；其中：
a、所述的蒸发传热测试包括以下步骤：
a-1、液态制冷剂被动力泵12从回收罐11里泵出，流经调节阀13、制冷剂质量流量计14、第一截止阀1511、进入蒸发预热器1512被加热至实验工况；
a-2、制冷剂干度通过控制蒸发预热器1512加热量调节；
a-3、再经过第二视镜172，进入测试段换热回路被蒸发；测试段换热回路换热的过程是：水经换热管测试段的套管与内管的制冷剂换热变成冷冻水，流经换热器22(此时不换热)，进入水加热器23被加热至实验工况，经水泵24，水质量流量计25进入换热管测试段套管32换热，完成循环；
a-4、气态的制冷剂进入冷凝器16，本实施例的冷凝器16由低温制冷机提供冷量，被冷凝的过冷制冷剂被回收罐11接收，完成循环；
b、所述的冷凝传热测试包括以下步骤：
b-1、高压液态制冷剂被动力泵12从回收罐11里泵出，流经调节阀13、制冷剂质量流量计14、第二截止阀1521、进入冷凝预热器1522被加热至实验工况；
b-2、制冷剂过热或具有一定干度通过控制冷凝预热器1522加热量调节，再经过第二视镜172，进入换热管测试段换热回路被冷凝；该测试段换热回路换热的过程是：水经换热管测试段套管与内管的制冷剂换热变成热水，进入换热器22冷凝，进入水加热器23被加热至实验工况，再经水泵24、水质量流量计25进入换热管测试段套管32换热，完成循环；
b-3、如果换热管测试段内管出口的制冷剂还具有一定的干度，再进入冷凝器16完全冷凝，被冷凝的过冷制冷剂流回回收罐11，完成循环。本实施例中冷凝器16由低温制冷机提供冷量。
本发明所述的测试段换热回路的换热管测试段套管的水进口端设有水输入温度传感器，在测试段换热回路的换热管测试段套管的水出口端设有水输出温度传感器；所述的换热管测试段内管的制冷剂入口端设有制冷剂输入温度传感器和制冷剂输入压力传感器，所述的换热管测试段内管的制冷剂出口端设有制冷剂输出温度传感器和制冷剂输出压力传感器；所述水输入温度传感器、水输出温度传感器、制冷剂输入温度传感器、制冷剂输出温度传感器、以及制冷剂输入压力传感器、制冷剂输出压力传感器输出的数据传送到计算机进行计算分析。
本发明可实现不同制冷剂(型号如R22、R134a、R401a等等)的运行工况，在装置上更换不同的制冷剂时采用蒸汽清扫的方法。当一种制冷剂完成测试，在该装置上注入新的制冷剂之前，要对系统进行清洗，打开截止阀191、192和193，向系统中充注一定量的待测试制冷剂蒸汽，然后抽真空，此过程可反复几次。
本发明通过动力泵控制制冷剂质量流量、蒸发预热器或冷凝预热器控制测试段制冷剂进口干度、测试段换热回路控制测试段换热量，以实现同一装置上微小管径内不同制冷剂蒸发/冷凝传热测试试验的目的。可实现不同制冷剂的运行工况，可进行圆管、非圆管和微通道扁管等的蒸发/冷凝传热测试。
Claims (10)
1.一种微小管径内蒸发/冷凝传热测试一体装置，其特征在于：包括换热管测试段、制冷剂回路与测试段换热回路；
所述的换热管测试段包括通过制冷剂的内管和通过换热介质的套管；
所述的制冷剂回路包括冷凝液回收罐、动力泵、调节阀、制冷剂质量流量计、由冷凝预热通路和蒸发预热通路组成的并联调节测试回路、换热管测试段内管以及冷凝器；所述的动力泵的进口端通过管道与冷凝液回收罐的出口端连接，其出口端通过管道与制冷剂质量流量计的进口端连接；所述的制冷剂质量流量计的出口端通过管道与并联调节测试回路的进口端连接；所述的并联调节测试回路的出口端通过管道与测试段内管的制冷剂进口端连接；所述测试段内管的制冷剂出口端通过管道与冷凝器的进口端连接；
所述的测试段换热回路包括换热管测试段套管、以及通过管道与测试段套管顺序连通的换热器、水加热器、水泵、水质量流量计；所述的换热器通过管道与换热管测试段套管的水出口端连接；所述的水质量流量计的出口端通过管道与换热管测试段套管的水进口端连接。
2.根据权利要求1所述的一种微小管径内蒸发/冷凝传热测试一体装置，其特征在于：还包括一测试数据输出部件，主要由设置在换热管测试段套管的水进口端的水输入温度传感器、设置在水出口端的水输出温度传感器、以及设置在换热管测试段内管的制冷剂入口端的制冷剂输入温度传感器和制冷剂输入压力传感器、设置在换热管测试段内管的制冷剂出口端的制冷剂输出温度传感器和制冷剂输出压力传感器构成；所述水输入温度传感器、水输出温度传感器、制冷剂输入温度传感器、制冷剂输出温度传感器、以及制冷剂输入压力传感器、制冷剂输出压力传感器输出的数据传送到计算机进行计算分析。
3.根据权利要求1所述的一种微小管径内蒸发/冷凝传热测试一体装置，其特征在于：所述的蒸发预热通路包括通过管道连接的第一截止阀和蒸发预热器；所述的冷凝预热通路包括通过管道连接的第二截止阀和冷凝预热器。
4.根据权利要求1所述的一种微小管径内蒸发/冷凝传热测试一体装置，其特征在于：还包括第一视镜和第二视镜；所述第一视镜设置在制冷剂质量流量计的输入管段上；所述的第二视镜设置在并联调节测试回路的输出管段上。
5.根据权利要求1所述的一种微小管径内蒸发/冷凝传热测试一体装置，其特征在于：还包括设置在回收罐和动力泵之间的管段上的干燥过滤器。
6.根据权利要求1所述的一种微小管径内蒸发/冷凝传热测试一体装置，其特征在于：还包括设置与动力泵并联连接的至少一个截止阀，其中一个截止阀通过管道与抽真空机连接。
7.微小管径内蒸发/冷凝传热测试方法，其特征在于：包括微小管径内蒸发传热测试和微小管径内冷凝传热测试；其中：
a、所述的微小管径内蒸发传热测试包括以下步骤：
a-1、液态制冷剂被动力泵从回收罐里泵出，流经调节阀、制冷剂质量流量计、第一截止阀、进入蒸发预热器被加热至实验工况；
a-2、制冷剂干度通过控制蒸发预热器加热量调节，进入测试段换热回路被蒸发；
a-3、气态的制冷剂进入冷凝器，被冷凝的过冷制冷剂被回收罐接收，完成循环；
b、所述的微小管径内冷凝传热测试包括以下步骤：
b-1、高压液态制冷剂被动力泵从回收罐里泵出，流经调节阀、制冷剂质量流量计、第二截止阀、进入冷凝预热器被加热至实验工况；
b-2、制冷剂过热或具有一定干度通过控制冷凝预热器加热量调节，进入测试段换热回路被冷凝；
b-3、换热管测试段出口的制冷剂可能还具有一定的干度，再进入冷凝器完全冷凝，被冷凝的过冷制冷剂流回回收罐，完成循环。
8.根据权利要求7所述的微小管径内蒸发/冷凝传热测试方法，其特征在于：蒸发传热测试的测试段换热回路换热过程包括：水经换热管测试段套管与内管的制冷剂换热变成冷冻水，流经换热器(此时不换热)，进入水加热器被加热至实验工况，再经水泵、水质量流量计进入换热管测试段换热，完成循环；
冷凝传热测试的测试段换热回路换热过程包括：水经换热管测试段套管与内管的制冷剂换热变成热水，进入换热器冷凝，进入水加热器被加热至实验工况，再经水泵、水质量流量计进入换热管测试段换热，完成循环。
9.根据权利要求7所述的微小管径内蒸发/冷凝传热测试方法，其特征在于：所述的测试段换热回路的换热管测试段套管的水进口端设有水输入温度传感器，在测试段换热回路的换热管测试段套管的水出口端设有水输出温度传感器；所述的换热管测试段内管的制冷剂入口端设有制冷剂输入温度传感器和制冷剂输入压力传感器，所述的换热管测试段内管的制冷剂出口端设有制冷剂输出温度传感器和制冷剂输出压力传感器；所述水输入温度传感器、水输出温度传感器、制冷剂输入温度传感器、制冷剂输出温度传感器、以及制冷剂输入压力传感器、制冷剂输出压力传感器输出的数据传送到计算机进行计算分析。
10.根据权利要求7所述的微小管径内蒸发/冷凝传热测试方法，其特征在于：所述的制冷剂回路上设有至少一个视镜。
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