CN102680268A - 一种风冷冷水机组性能试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风冷冷水机组性能试验装置，包括柜式风机盘管、耗散冷水机组、恒温水箱和被试风冷冷水机组，柜式风机盘管的盘管散热进水口和盘管散热出水口分别与恒温水箱中的热量释放区出水口和平衡区冷却水进口连接，耗散冷水机组的耗散冷水机组进水口与恒温水箱中的平衡区出水口连接,，耗散冷水机组出水口同时与恒温水箱中的平衡区冷媒水进口和恒温控制区冷媒水进口连接，被试风冷冷水机组的被试机组进水口和被试机组出水口分别与恒温水箱中的恒温控制区冷媒水出口和热量释放区冷媒水进口连接。本发明带缺口隔板的分区水箱不需要外加专门的搅动措施，能够为风冷冷水机组性能试验提供恒定的进水工况条件。

Description

一种风冷冷水机组性能试验装置

技术领域

本发明属于建筑环境与设备工程技术领域，涉及一种冷水机组性能试验装置。

背景技术

风冷冷水机组性能试验装置是一种能为风冷冷水机组性能试验提供试验运行工况环境的试验装置，可以用来进行风冷冷水机组制冷量、功率和能量效率比的测量。现有风冷冷水机组性能试验装置通常是由被试风冷冷水机组、恒温水箱和散热装置构成，其工作原理是：风冷冷水机组做制冷运行的时候，风冷冷水机组是恒温水箱的冷源，此时恒温水箱需要靠电加热装置来平衡冷源，从而保证恒温水箱的温度恒定；当风冷冷水机组做制热运行的时候，风冷冷水机组是恒温水箱的热源，此时恒温水箱需要靠外界的散热装置把多余的热量散掉，从而保证了恒温水箱的温度恒定。

根据国家标准容积式和离心式冷水（热泵）机组性能试验方法（GB/T 10870—2001），风冷冷水机组的性能测试需要提供恒定的进出口条件。中国专利CN 202126360 U 公开了一种风冷冷水机组性能测试装置，该专利采用末端装置来控制进出口温度，但是此装置很难保证出口温度12℃±0.1℃和进口温度7℃±0.1℃的水温控制。

风冷冷水机组性能的主流测试装置，更多的是采用恒温水箱来进行温度控制。恒温水箱通常是由不锈钢箱体、管路接口、温度取样接口和液位控制器等组成，为了防止箱体热量散失，外表面通常采用橡塑保温材料进行保温。恒温水箱的功能是保证水箱内的介质，通常是水、盐水或者乙二醇溶液等的温度恒定。介质的温度恒定，通常需要通过热源加热和冷源冷却的平衡调节方式来得以实现。其他介质的输运和换热特性与水相似，以下的叙述以水为研究对象。但是，由于有一定的盛水高度，水箱内的水温必然存在分层现象，严重的上下层水温温差可达10℃，要想保证整个水箱的温度恒定并非易事。

于是，在箱体结构上，有的恒温水箱考虑分成两个腔体组成。中国专利CN200720061288.9 公开了一种恒温水箱，可以为模拟降雪、降雨提供环境用水。该恒温水箱采用隔板将箱体分隔为加热区和冷却区：加热区可以供应高于环境温度的热水，冷却区可以供应低于环境温度的冷水，并且在这两个区域分别设置了搅拌系统，原理图见图1。但是，这种水箱还是无法实现温度波动±0.1℃的恒定水温，也就无法为风冷冷水（热泵）机组性能试验提供恒定的进水工况条件。同时，由于风冷冷水（热泵）机组性能试验系统本身需要多路水路流程，可以实现水路循环过程，再配置搅拌系统来平衡水温显得多余，而且耗能。因此，用普通的恒温水箱为风冷冷水机组的性能测试提供恒定的进水工况条件绝非易事。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种能够降低风冷冷水机组能耗，节约系统初投资和运行能耗的风冷冷水机组性能试验装置。

技术方案：本发明的风冷冷水机组性能试验装置，包括柜式风机盘管、耗散冷水机组、恒温水箱和被试风冷冷水机组，柜式风机盘管的盘管散热进水口和盘管散热出水口分别与恒温水箱中的热量释放区出水口和平衡区冷却水进口连接，耗散冷水机组的耗散冷水机组进水口与恒温水箱中的平衡区出水口连接,，耗散冷水机组出水口同时与恒温水箱中的平衡区冷媒水进口和恒温控制区冷媒水进口连接，被试风冷冷水机组的被试机组进水口和被试机组出水口分别与恒温水箱中的恒温控制区冷媒水出口和热量释放区冷媒水进口连接；

恒温水箱包括包括箱体、纵向隔板、溢流腔和横向隔板，设置在所述箱体的前立面和后立面之间的纵向隔板将箱体分割为左、右两个区域，其中一侧区域为恒温控制区，另一侧区域被横向隔板分割为热量释放区和混合平衡区，溢流腔设置在纵向隔板面向热量释放区和混合平衡区的一侧，溢流腔的隔板高度高于纵向隔板和横向隔板的高度，溢流腔的底板上设置有溢流孔，在横向隔板下侧设置有临近溢流腔的连通热量释放区和混合平衡区的第一缺口，在纵向隔板下侧设置有箱体侧壁的连通恒温控制区和热量释放区的第二缺口，纵向隔板下侧还设置有临近箱体侧壁的连通恒温控制区和混合平衡区的第三缺口；      

在恒温控制区内，底板上设置有恒温控制区冷媒水出口，箱体侧壁上设置有恒温控制区冷媒水进口和补水口，在所述恒温控制区还设置有液位计、温度探头和电加热装置；

在热量释放区内，底板上设置有热量释放区出水口，箱体侧壁上设置有热量释放区冷媒水进口；

在混合平衡区内，底板上设置有平衡区出水口，箱体侧壁上设置有平衡区冷却水进口和平衡区冷媒水进口。

本发明中，第一缺口、第二缺口和第三缺口的缺口面积大于所述恒温控制区冷媒水进口、热量释放区冷媒水进口、平衡区冷却水进口和平衡区冷媒水进口的管口面积。

本发明中，恒温控制区冷媒水进口和平衡区冷媒水进口分别连接有一个位于箱体内侧的90°弯头；所述补水口、热量释放区出水口、热量释放区冷媒水进口和平衡区冷却水进口分别连接有一个位于箱体内侧的45°弯头； 90°弯头和45°弯头的出水口朝向箱体的底部。

当被试风冷冷水（热泵）机组开始制冷性能试验的时候，被试风冷冷水（热泵）机组的使用侧水通过使用侧水泵，从恒温控制区域的恒温控制区冷媒水出水口取水，进入被试机组使用侧水侧换热器；被试机组使用侧水出水，通过热量释放区域的热量释放区冷媒水进口回到恒温水箱。为了防止温度过高，耗散热量的冷水机组进水高温保护，在热量释放区域的热量释放区出水口取水，经过柜式风机盘管水泵输运，进入柜式风机盘管完成热量的初步耗，经过热量耗散的水，经由混合平衡区域的平衡区冷却水进口回到水箱。在混合平衡区的平衡区出水口取水，进入耗散冷水机组，这样就不会发生耗散冷水机组温度过高保护报警的问题。经过冷水机组过余耗散热量之后，回水分为两路，一路经由混合平衡区域的平衡区冷媒水进口回到恒温水箱，一路经由恒温控制区域的恒温控制区冷媒水进口回到恒温水箱。这样，水箱外部的顺时针循环过程完成。

当被试风冷冷水（热泵）机组开始热泵性能试验的时候，被试风冷冷水（热泵）机组的使用侧水通过使用侧水泵，从恒温控制区域的恒温控制区冷媒水取水，通过热量释放区域的热量释放区冷媒水进口回到恒温水箱。在热量释放区域的热量释放区出水口取水，经过柜式风机盘管水泵输运，进入柜式风机盘管。通常，柜式风机盘管的风机不开。被试风冷冷水（热泵）机组的制冷量很大时，可以开启柜式风机盘管的风机。此时，柜式风机盘管表冷盘管内外的水和空气换热，水可以从空气中一部分吸收热量，从而可以减少恒温水箱电加热的投放量。然后，回水经由混合平衡区域的平衡区冷却水进口回到水箱。在混合平衡区的平衡区出水口取水，进入耗散冷水机组，一路经由混合平衡区域的平衡区冷媒水进口回到恒温水箱，一路经由恒温控制区域的恒温控制区冷媒水进口回到恒温水箱。这样，水箱外部的顺时针循环过程完成。

水箱外部循环过程，必然带来水箱各个区域水位的高度差，这个高度差推动了水箱内部三个区域之间的逆时针方向循环流动。

热量释放区接收被试风冷冷水（热泵）机组的使用侧水出水，并通过水泵将这部分水引入柜式风机盘管机组进行热量释放；混合平衡区接收柜式风机盘管机组出水，并通过水泵将这部分水引入热量耗散用风冷（或者水冷）冷水机组（以下简称耗散冷水机组）进行二次热量释放，同时耗散冷水机组的一部分出水也被带回这个区域；恒温控制区域接收耗散冷水机组的另一部分出水，并提供被试风冷冷水（热泵）机组使用侧水的进水条件。以上的水路流程过程，完成恒温水箱的外部水路循环过程。

外部水路的顺时针方向的水路循环过程，带动了水箱内部的水通过缺口的逆时针流动，形成恒温水箱内部水路的循环过程。当然，外部水路循环过程依靠水泵实现，内部水路循环过程依靠恒温水箱内各个腔体的水位差实现，所以缺口口径要大于外部循环取水的管径，通常是相应取水管径的两倍及以上。

恒温水箱的补水直接进入恒温控制区域，必要的时候补水也可以用来冷却水。当水箱需要清洗排污时，水箱中的污水经由排污管排出。当水箱的水位超过溢流腔时，多余的水经由溢流腔排出。溢流腔的高度高于隔板的高度，恒温水箱三个分区的水在水箱上部也是连通的，所以说隔板将恒温水箱分隔为并非完全独立的三个区域。

热量释放区，实现被试风冷冷水（热泵）机组使用侧水出水经过柜式风机盘管机组进行热量释放；更为重要的是经过柜式风机盘管机组热量释放后的水可以在混合平衡区直接进入耗散冷水机组，不至于耗散冷水机组进水温度过高而导致机组高温保护。混合平衡区，通过耗散冷水机组实现水体热量的过余释放，经过热量过余释放的水一部分直接进入恒温控制区域，另一部分返回混合平衡区。耗散冷水机组的出水之所以分为两路，主要是保证恒温控制区域的冷却不至于过大，耗散冷水机组回水到混合平衡区起到一个缓冲作用。恒温控制区域，保证被试风冷冷水（热泵）机组的使用侧水进水温度恒定，这个区域的冷源是耗散冷水机组的回水。极少数情况下，补水也可以作为该区域的冷源。冷源实现这个区域的过余冷却。这个区域的热源是电加热，电加热采用可控硅功率调整器控制，通过PID调节表，可以实现0～100%的热量连续调节过程。过余冷却和0～100%连续可调的电加热共同起作用，实现这个区域的水温恒定。

对于耗散冷水机组两路回水接管，在水箱内侧加设一个对应规格的90°不锈钢弯头；其余箱体各侧壁上连接管均应在水箱内侧加设一个对应规格的45°不锈钢弯头，弯头朝下。

有益效果：本发明的风冷冷水机组性能试验装置，核心在于恒温水箱，在箱体内设有带有缺口的隔板，将恒温水箱分为热量释放区、混合平衡区和恒温控制区域的三个分隔但不完全独立的区域，水在所述的区域循环，本发明与现有技术相比具有以下优点：

（1）和单独设置搅动装置的恒温水箱相比，本发明不需要外加专门的搅动措施，完全依靠试验系统的水路循环实现热量耗散和混合平衡过程，在试验系统运行的过程中，专门搅动装置的能耗可以节省下来。

（2）外部顺时针水路循环和内部隔板缺口逆时针水路循环共同作用，实现恒温控制区域水温恒定的流体动力学平衡环境，这种类似“太极”的水路循环系统，可以有效的解决水箱内部水温分层的现象。水体温度分层严重是由于水体的传热主要依靠自然对流，本发明引入的类似“太极”的水路循环系统，将试验系统外部水路循环和水箱内部流动有效组织，形成强制对流。

（3）被试风冷冷水（热泵）机组的使用侧水进水条件可以通过恒温水箱提供。经由热量释放区热量释放，混合平衡区混合平衡，从而分阶段解决水箱水温分层被试机组进水温度波动大的问题，恒温控制区域最终实现水温恒定，控制温度精度在±0.1℃。

（4）特别对于被试风冷冷水机组的热泵工况来水，被试风冷冷水（热泵）机组的冷媒水出水，经过外部的与空气换热的柜式风机盘管散热冷却以后，再次回到水箱，冷媒水被冷却到低于环境温度以后，这部分水再次进入水箱散热用的冷水机组后，可以保证冷水机组的高效稳定运行。

（5）水箱内部缺口面积大于冷媒水进口管口面积，保证外部水路循环和内部水路循环流动速度同步，流动速度场同步保证水箱恒温区温度场同步，进而保证水箱恒温区不出现温度分层现象。

（6）恒温控制区冷媒水进口和平衡区冷媒水进口分别连接有一个位于箱体内侧的90°弯头，90°弯头的出水口朝向箱体的底部，这样可以防止低温进水对水箱内水温的冲击，保证冷媒水的对恒温区的温度波动干扰作用降到最低；补水口、热量释放区出水口、热量释放区冷媒水进口、热量释放区冷却水进口和平衡区冷却水进口分别连接有一个位于箱体内侧的45°弯头，45°弯头的出水口朝向箱体的底部，这样可以方便进水在水箱问内的迅速扩散，迅速完成进水在指定区域的温度分布。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

图1是现有技术中公开的热回收风冷冷水机组环境模拟测试装置原理图。

图2是本发明试验装置的原理结构图。

图3是本发明试验装置中的恒温水箱的结构主视图。

图4是图2中沿A-A剖线的结构视图。

图5是图2中沿B向的结构视图。

图6是图3中沿C-C剖线的结构视图。

图7是图3中沿D-D剖线的结构视图。

图中：1-箱体；2-纵向隔板；3-横向隔板；4-恒温控制区；5-热量释放区；6-混合平衡区；7-溢流腔；11-前立面；12-后立面；31-第一缺口；21-第二缺口；22-第三缺口； 41-恒温控制区冷媒水出口；43-恒温控制区冷媒水进口；44-补水口；45-液位计；46-温度探头；47-电加热装置；51-热量释放区出水口；52-热量释放区冷媒水进口；61-平衡区出水口；62-平衡区冷却水进口；63-平衡区冷媒水进口；71-溢流孔；8-柜式风机盘管；81-盘管散热进水口；82-盘管散热出水口；9-耗散冷水机组；91-耗散冷水机组进水口；92-耗散冷水机组出水口；10-被试风冷冷水机组；101-被试机组进水口；102-被试机组出水口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明最进一步详细说明。

本发明的风冷冷水机组性能试验装置包括柜式风机盘管8、耗散冷水机组9、恒温水箱和被试风冷冷水机组10，柜式风机盘管8的盘管散热进水口81和盘管散热出水口82分别与恒温水箱中的热量释放区出水口51和平衡区冷却水进口62连接，耗散冷水机组9的耗散冷水机组进水口91与恒温水箱中的平衡区出水口61连接,，耗散冷水机组出水口92同时与恒温水箱中的平衡区冷媒水进口63和恒温控制区冷媒水进口43连接，被试风冷冷水机组10的被试机组进水口101和被试机组出水口102分别与恒温水箱中的恒温控制区冷媒水出口41和热量释放区冷媒水进口52连接；

恒温水箱包括包括箱体1、纵向隔板2、溢流腔7和横向隔板3，设置在所述箱体1的前立面11和后立面12之间的纵向隔板2将箱体1分割为左、右两个区域，其中一侧区域为恒温控制区4，另一侧区域被横向隔板3分割为热量释放区5和混合平衡区6，溢流腔7设置在纵向隔板2面向热量释放区5和混合平衡区6的一侧，溢流腔7的隔板高度高于纵向隔板2和横向隔板3的高度，溢流腔7的底板上设置有溢流孔71，在横向隔板3下侧设置有临近溢流腔7的连通热量释放区5和混合平衡区6的第一缺口31，在纵向隔板2下侧设置有箱体1侧壁的连通恒温控制区4和热量释放区5的第二缺口21，纵向隔板2下侧还设置有临近箱体1侧壁的连通恒温控制区4和混合平衡区6的第三缺口22；      

在恒温控制区4内，底板上设置有恒温控制区冷媒水出口41，箱体1侧壁上设置有恒温控制区冷媒水进口43和补水口44，在所述恒温控制区4还设置有液位计45、温度探头46和电加热装置47；

在热量释放区5内，底板上设置有热量释放区出水口51，箱体1侧壁上设置有热量释放区冷媒水进口52；

在混合平衡区6内，底板上设置有平衡区出水口61，箱体1侧壁上设置有平衡区冷却水进口62和平衡区冷媒水进口63。

在本发明的其他实施例中，热量释放区5和混合平衡区6的前后位置可以对调，同理，热量释放区5和混合平衡区6所在的区域，可以与恒温控制区4的区域对调，这些都不影响本发明目的和效果，均在本发明的保护范围之内。

本发明的一个实施例中，第一缺口31、第二缺口21和第三缺口22的缺口面积大于所述恒温控制区冷媒水进口43、热量释放区冷媒水进口52、平衡区冷却水进口62和平衡区冷媒水进口63的管口面积。

本发明中，水箱的恒温控制区冷媒水进口43和平衡区冷媒水进口63分别连接有一个位于箱体1内侧的90°弯头；所述补水口44、热量释放区出水口51、热量释放区冷媒水进口52和平衡区冷却水进口62分别连接有一个位于箱体1内侧的45°弯头； 90°弯头和45°弯头的出水口朝向箱体1的底部。

当被试风冷冷水（热泵）机组开始热泵性能试验的时候，被试风冷冷水（热泵）机组的使用侧水通过使用侧水泵，从恒温控制区域4的恒温控制区冷媒水出水口41取水，进入被试机组使用侧水侧换热器；被试机组使用侧水出水，通过热量释放区5的热量释放区冷媒水进口52回到恒温水箱。为了防止温度过高，耗散热量的冷水机组进水高温保护，在热量释放区5的热量释放区出水口51取水，经过柜式风机盘管水泵输运，进入柜式风机盘管完成热量的初步耗散。经过热量耗散的水，经由混合平衡区6的平衡区冷却水进口62回到水箱，在混合平衡区6的平衡区出水口61取水，进入耗散冷水机组，这样就不会发生耗散冷水机组温度过高保护报警的问题。经过冷水机组过余耗散热量之后，回水分为两路，一路经由混合平衡区6的平衡区冷媒水进口63回到恒温水箱，一路经由恒温控制区域的恒温控制区冷媒水进口43回到恒温水箱。这样，水箱外部的顺时针循环过程完成。

水箱外部循环过程，必然带来水箱各个区域水位的高度差，这个高度差推动了水箱内部三个区域之间的逆时针方向循环流动：恒温控制区域4的水经由第二缺口21进入混合平衡区6，混合平衡区6的水经由第一缺口31进入热量释放区5，热量释放区5内的水经由第三缺口22进入恒温控制区域4。这样，水箱内部的逆时针循环过程完成。

恒温控制区域4的温度恒定，是靠该区域的冷热源共同起作用实现的。该区域的冷源是耗散冷水机组经由温度探头46带来的回水；必要的时候经由补水口44，采用内设的浮球阀控制补水水位，从外界带来的补水也会起到给恒温控制区域4降温的作用。该区域的热源是设置在电加热装置47上的电加热，这部分电加热采用铂电阻接口设置的铂电阻温度传感器采集温度，经由PID数字调节表，控制可控硅功率调整器实现0～100%的电加热量连续调节。也就是说，耗散冷水机组带来的冷量将恒温控制区域4过余冷却，通过可以连续调节热量的电加热平衡冷量，实现这个区域的温度恒定。为了防止电加热管干烧，恒温水箱专门设置了液位计45，水箱内的水位一旦过低，液位计45就会输出报警信号到控制柜，进行蜂鸣报警。

溢流部分由一个溢流腔7组成，通过溢流口71实现排水，这个腔体的高度要高于隔板的高度，也就是说恒温水箱中的水在隔板上部也是连通的，即隔板将恒温水箱分隔成三个并非完全独立的区域。水箱的排污经过位于底部排污管口排出。

耗散冷水机组的两路回水接管，在水箱内侧加设一个对应规格的90°不锈钢弯头；其余各侧壁上连接管均应在水箱内侧加设一个对应规格的45°不锈钢弯头 ，弯头朝下。除排污管外，水箱底部底板上的其他各连接管均应在水箱内部留有50mm高度；所有接管伸出100mm。水箱盖可以采用与箱体同样材质的不锈钢材料制作，水箱盖的两侧可以各配置一个把手，水箱盖覆盖在箱体上部折边上，和水箱箱体配合使用。箱体和水箱盖的外侧可以采用玻璃棉或橡塑材料保温，保温层厚度为30mm，保温层外面可以采用不锈钢板装饰。

Claims (3)

1. 一种风冷冷水机组性能试验装置，其特征在于，该装置包括柜式风机盘管（8）、耗散冷水机组（9）、恒温水箱和被试风冷冷水机组（10），所述柜式风机盘管（8）的盘管散热进水口（81）和盘管散热出水口（82）分别与恒温水箱中的热量释放区出水口（51）和平衡区冷却水进口（62）连接，所述耗散冷水机组（9）的耗散冷水机组进水口（91）与恒温水箱中的平衡区出水口（61）连接,，耗散冷水机组出水口（92）同时与恒温水箱中的平衡区冷媒水进口（63）和恒温控制区冷媒水进口（43）连接，所述被试风冷冷水机组（10）的被试机组进水口（101）和被试机组出水口（102）分别与恒温水箱中的恒温控制区冷媒水出口（41）和热量释放区冷媒水进口（52）连接；

所述恒温水箱包括箱体（1）、纵向隔板（2）、溢流腔（7）和横向隔板（3），设置在所述箱体（1）的前立面（31）和后立面（12）之间的纵向隔板（2）将箱体（1）分割为左、右两个区域，其中一侧区域为恒温控制区（4），另一侧区域被横向隔板（3）分割为热量释放区（5）和混合平衡区（6），所述溢流腔（7）设置在纵向隔板（2）面向热量释放区（5）和混合平衡区（6）的一侧，溢流腔（7）的隔板高度高于纵向隔板（2）和横向隔板（3）的高度，溢流腔（7）的底板上设置有溢流孔（71），在横向隔板（3）下侧设置有临近溢流腔（7）的连通热量释放区（5）和混合平衡区（6）的第一缺口（31），在纵向隔板（2）下侧设置有箱体（1）侧壁的连通恒温控制区（4）和热量释放区（5）的第二缺口（21），纵向隔板（2）下侧还设置有临近箱体（1）侧壁的连通恒温控制区（4）和混合平衡区（6）的第三缺口（22）；      

在所述恒温控制区（4）内，底板上设置有恒温控制区冷媒水出口（41），箱体（1）侧壁上设置有恒温控制区冷媒水进口（43）和补水口（44），在所述恒温控制区（4）还设置有液位计（45）、温度探头（46）和电加热装置（47）；

在所述热量释放区（5）内，底板上设置有热量释放区出水口（51），箱体（1）侧壁上设置有热量释放区冷媒水进口（52）；

在所述混合平衡区（6）内，底板上设置有平衡区出水口（61），箱体（1）侧壁上设置有平衡区冷却水进口（62）和平衡区冷媒水进口（63）。

2. 根据权利要求1所述的一种风冷冷水机组性能试验装置，其特征在于，所述第一缺口（31）、第二缺口（21）和第三缺口（22）的缺口面积大于所述恒温控制区冷媒水进口（43）、热量释放区冷媒水进口（52）、平衡区冷却水进口（62）和平衡区冷媒水进口（63）的管口面积。

3. 根据权利要求1所述的一种风冷冷水机组性能试验装置，其特征在于，所述恒温控制区冷媒水进口（43）和平衡区冷媒水进口（63）分别连接有一个位于箱体（1）内侧的90°弯头；所述补水口（44）、热量释放区出水口（51）、热量释放区冷媒水进口（52）和平衡区冷却水进口（62）分别连接有一个位于箱体（1）内侧的45°弯头；所述90°弯头和45°弯头的出水口朝向箱体（1）的底部。

Images