CN104197597A - 冰箱换热器性能测控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冰箱换热器性能测控装置，由压缩机、辅助热交换器、第一旁通手阀、干燥过滤器、热气通道、流量计、电加热带、电子膨胀阀、第二旁通手阀、冷气通道和蒸发器通过管道组成回路；辅助热交换器包括冷凝器、电加热、辅助蒸发器和热交换介质，辅助蒸发器与辅助压缩机、辅助冷凝器和毛细管通过管道连接形成回路；第一旁通手阀两端通过第一控制阀连接被测冷凝器；第二旁通手阀两端通过第二控制阀连接被测蒸发器；还包括换热器性能参数数据采集测量机构。本发明采用冷媒-冷媒、冷媒-空气及系统自热的冷热回收，尽可能缩短系统管路长度，减少能量传递的中间介质，可以有效减弱外部因素对小型换热器测控的影响，从而实现系统的高精度测试。
Description
技术领域
本发明涉及检测技术领域，具体地说是一种冰箱换热器性能测控装置。
背景技术
目前，能够用于测量换热器性能的试验台非常多，而且测试方法很多，大多数用的是制冷剂液体流量法来测量换热器的制冷量。即在名义工况下，测量被测换热器进出口制冷剂的比焓和流过被测换热器的制冷剂质量流量，换热器进出口制冷剂的比焓之差与流过被测换热器的质量流量的乘积为该被测换热器的名义制冷量。
一方面人们从对冰箱的认知的改变：从冰箱问世开始，人们对冰箱的要求是只要能制冷就行而对其性能如何并没有过多的关注，随着社会的发展，人们对冰箱的要求不再是其是否能制冷那么简单，慢慢对其性能给予更多的关注，特别是国家提出的节能减排的政策之后，人们对冰箱的性能就更为关注，所以能提供一种能对冰箱换热器性能进行测试的装置就尤为迫切的需要。
另一方面由于冰箱蒸发器和冷凝器的换热量比较小，系统的冷媒流量较少，外部环境的变化对测试的影响较大，测试精度难以控制，准确测试冰箱换热器的性能还比较困难，目前市场上并没有这种专门针对冰箱换热器(小型换热器)的测试装置。
因此，针对上述情况，研发出一款冰箱换热器性能测控装置。
发明内容
本发明针对上述存在的问题，提供一种冰箱换热器性能测控装置。
本发明为实现上述目的，采取以下技术方案予以实现：
一种冰箱换热器性能测控装置，包括压缩机、辅助热交换器、第一旁通手阀、干燥过滤器、套管式热回收器、流量计、电加热带、电子膨胀阀、第二旁通手阀、蒸发器、控制器，数据采集器和工控计算机；所述套管式热回收器包括热气通道和冷气通道；所述压缩机出口依次连接辅助热交换器、第一旁通手阀、干燥过滤器、热气通道、流量计、电加热带、电子膨胀阀、第二旁通手阀、冷气通道和蒸发器后，与压缩机入口连接；所述辅助热交换器包括冷凝器、电加热、辅助蒸发器和热交换介质，所述辅助蒸发器与辅助压缩机、辅助冷凝器和毛细管通过管道首尾连接形成回路；所述第一旁通手阀两端通过第一控制阀与被测冷凝器连接；所述第二旁通手阀两端通过第二控制阀与被测蒸发器连接；所述被测冷凝器进出口分别设有第一温度传感器和第二温度传感器，所述被测冷凝器进口设有第一压力传感器，所述被测冷凝器与被测蒸发器两端均连接有压差检测器；所述电加热带出口设有第三温度传感器和第二压力传感器；所述被测蒸发器出口设有第四温度传感器和第三压力传感器；所述压缩机、辅助热交换器、流量计、电加热带、电子膨胀阀、第一温度传感器、第一压力传感器、第三温度传感器、第二压力传感器和第三压力传感器分别连接控制器，所述控制器连接工控计算机，所述第二温度传感器、压差传感器和第四温度传感器分别连接数据采集器和工控计算机。
优选地，所述控制器为PID控制器，包括第一控制器、第二控制器、第三控制器和第四控制器，所述压缩机、第一压力传感器、第三压力传感器分别连接第一控制器，所述辅助热交换器、第一温度传感器、第二压力传感器分别连接第二控制器，所述流量计和电子膨胀阀分别连接第三控制器，所述电加热带和第三温度传感器分别连接第四控制器；所述第一控制器、第二控制器、第三控制器和第四控制器连接工控计算机，所述第二温度传感器、压差传感器和第四温度传感器分别连接数据采集器和工控计算机。
优选地，所述辅助冷凝器和蒸发器的风侧通道串联。先让空气和蒸发器换热，再让冷却后的空气和辅助冷凝器换热，通过冷媒-空气-冷媒的热量传递，实现系统热量的回收利用。
本发明的技术方案中，为保证流量计测量的准确性，必须保证流量计前的液体为过冷液体，因此，必须对其进行二次冷却，套管式热回收器将低温低压冷媒与中温高压冷媒进行换热，从而对流量计前的冷媒进行过冷处理，通过冷媒-冷媒的热量传递，既可以满足测试要求，又可以减少为实现这一目的而增加的一套制冷装置，进而减少整个系统的投资和额外能源的浪费。
所述辅助热交换器包括冷凝器、电加热、辅助蒸发器和热交换介质R123，所述辅助蒸发器与辅助压缩机、辅助冷凝器和毛细管通过管道首尾连接形成回路。辅助热交换器既可以作为系统加热器使用、也可以作为系统冷却器使用，当作为加热器使用时，关闭辅助压缩机，开启电加热，热量通过电加热-R123介质-冷凝器传递。当作为冷却器使用时，关闭电加热，开启辅助压缩机，热量通过辅助蒸发器-R123介质-冷凝器传递。从而实现冷媒-冷媒热量的直接传递。
本发明的有益效果如下：本发明从无到有，开发出独创性的冰箱换热器性能测控装置。针对冰箱换热器性能的测试比较困难这一难点，本发明冰箱换热器测控装置对传统的冷媒-水、水-空气的热量传递形式进行改造，采用冷媒-冷媒、冷媒-空气及系统自热的冷热回收，达到尽可能的缩短系统管路长度，减少能量传递的中间介质，进而可以有效减弱外部因素对小型换热器测控的影响，从而实现系统的高精度测试，并对系统的热量进行尽可能的回收利用，进而减少系统对外界冷热供给的依赖，有利于测控系统的独立性，有利于实现系统的产品化，节能化。
附图说明
图1为本发明一种冰箱换热器性能测控装置的原理图；
图2为本发明换热器性能参数数据采集与控制示意图；
图3为本发明辅助热交换器的结构示意图；
其中，1-压缩机，2-辅助热交换器，3-第一旁通手阀，4-干燥过滤器，5-套管式热回收器，6-流量计，7-电加热带、8-电子膨胀阀，9-第二旁通手阀，10-蒸发器，11-被测冷凝器、12-被测蒸发器、13-第一控制阀，14-第二控制阀，15-第一温度传感器，16-第二温度传感器，17-第一压力传感器，18-压差检测器，19-第三温度传感器，20-第二压力传感器，21-冷凝器、22-电加热、23-辅助蒸发器，24-热交换介质，25-辅助压缩机、26-辅助冷凝器，27-毛细管，28-第四温度传感器，29-第三压力传感器，30-第一控制器、31-第二控制器、32-第三控制器，33-第四控制器，34-数据采集器，35-工控计算机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作详细描述。
参见图1～3，一种冰箱换热器性能测控装置，包括压缩机1、辅助热交换器2、第一旁通手阀3、干燥过滤器4、套管式热回收器5、流量计6、电加热带7、电子膨胀阀8、第二旁通手阀9、蒸发器10、控制器，数据采集器34和工控计算机35。
套管式热回收器5包括热气通道和冷气通道；压缩机1出口依次连接辅助热交换器2、第一旁通手阀3、干燥过滤器4、热气通道、流量计6、电加热带7、电子膨胀阀8、第二旁通手阀9、冷气通道和蒸发器10后，与压缩机1入口连接。
为保证流量计6测量的准确性，必须保证流量计6前的液体为过冷液体，因此，必须对其进行二次冷却，套管式热回收器5将低温低压冷媒与高温高压冷媒进行换热，从而对流量计6前的冷媒进行过冷处理，通过冷媒-冷媒的热量传递，既可以满足测试要求，又可以减少为实现这一目的而增加的一套制冷装置，进而减少整个系统的投资和额外能源的浪费。
参见图3，辅助热交换器2包括冷凝器21、电加热22、辅助蒸发器23和热交换介质24，辅助蒸发器23与辅助压缩机25、辅助冷凝器26和毛细管27通过管道首尾连接形成回路。辅助热交换器2既可以作为系统加热器使用、也可以作为系统冷却器使用，当作为加热器使用时，关闭辅助压缩机25，开启电加热22，热量通过电加热-热交换介质-冷凝器传递。当作为冷却器使用时，关闭电加热22，开启辅助压缩机25，热量通过辅助蒸发器-热交换介质-冷凝器传递。从而实现冷媒-冷媒热量的直接传递。
第一旁通手阀3两端通过第一控制阀13与被测冷凝器11连接；第二旁通手阀9两端通过第二控制阀14与被测蒸发器12连接。被测冷凝器11进出口分别设有第一温度传感器15和第二温度传感器16，被测冷凝器11进口设有第一压力传感器17，被测冷凝器11与被测蒸发器12两端均连接有压差传感器18。电加热带7出口设有第三温度传感器19和第二压力传感器20。被测蒸发器12出口设有第四温度传感器28和第三压力传感器29。根据检测需要，压差传感器18可拆卸地安装在被测冷凝器11或被测蒸发器12两端。
控制器为PID控制器，包括第一控制器30、第二控制器31、第三控制器32和第四控制器33，压缩机1、第一压力传感器17、第三压力传感器29分别连接第一控制器30，辅助热交换器2、第一温度传感器15、第二压力传感器20分别连接第二控制器31，流量计6和电子膨胀阀8分别连接第三控制器32，电加热带7和第三温度传感器19分别连接第四控制器33；第一控制器30、第二控制器31、第三控制器32和第四控制器33分别连接工控计算机35，第二温度传感器16、压差传感器18和第四温度传感器28分别连接数据采集器34和工控计算机35。
辅助冷凝器26和蒸发器10的风侧通道串联。先让空气和蒸发器10换热，再让冷却后的空气和辅助冷凝器26换热，通过冷媒-空气-冷媒的热量传递，实现系统热量的回收利用。
本发明装置作为冷凝器测试平台使用时，关闭第一旁通手阀3和第二控制阀14，开启第二旁通手阀9和第一控制阀13；当作为蒸发器测试平台使用时，关闭第二旁通手阀9和第一控制阀13，开启第一旁通手阀3和第二控制阀14。
根据测试标准，冷凝器测试需要控制被测冷凝器11的冷凝压力、被测冷凝器11出口的过热度，被测冷凝器11进口温度；蒸发器测试需要控制被测蒸发器12出口压力，被测蒸发器12的阀前压力及阀前温度，被测蒸发器12出口的过冷度。
蒸发器出口压力、冷凝器进口压力可以通过测试压缩机变频实现，增大压缩机频率，冷凝压力增大，蒸发压力减少，反之亦然。
下面针对冷凝器与蒸发器检测分别作出说明：
一、冷凝器测试：
关闭第一旁通手阀3和第二控制阀14，开启第二旁通手阀9和第一控制阀13。
被测冷凝器11进口压力的控制通过压缩机1变频实现的，第一控制器30设定了标准工况下的目标压力，被测冷凝器11进口的第一压力传感器17将压力信号传递给第一控制器30，第一控制器30将接收到的压力信号与目标压力作对比，两者不同时，输出相应的信号传递给压缩机1，调节压缩机1的频率，直至压力平衡。
被测冷凝器11进口温度的控制通过辅助热交换器2中的电加热22输出实现，此时，辅助热交换器2作为一个加热器使用，第二控制器31设定了标准工况下的目标温度，被测冷凝器11进口的第一温度传感器15将温度信号传递给第二控制器31，第二控制器31将接收到的温度信号与目标温度作对比，两者不同时，输出相应的信号，传递给电加热22的控制元件(PAC调功器)，进而控制电加热22输出的大小，直至平衡。
被测冷凝器11出口过热度控制主要通过控制流经被测冷凝器11的制冷剂流量实现，被测冷凝器11出口的第二温度传感器16将温度信号通过数据采集器34传递给工控计算机35，工控计算机35根据目标过热度和实测过热度进行PID运算，得出一个相应的目标冷媒流量，然后将目标冷媒流量写入第三控制器32，同时冷媒流量计6将相应的实测冷媒流量信号传输给第三控制器32，第三控制器32将实测的流量与目标流量作对比，两者不同时，输出一个控制冷媒流量大小的信号给电子膨胀阀8，进而实现冷媒流量、出口过热度的自动控制。
综上所述，在系统稳定运行后，通过被测冷凝器11进出口温度传感器15、16，进口压力传感器17，压差检测器18，质量流量计5，分别测量出被测冷凝器11的进出口温度、压力及流过被测冷凝器11的质量流量，这些参数都送到测试软件中进行分析运算，最终得出该被测冷凝器11的性能(放热量)。
二、蒸发器测试：
关闭第二旁通手阀9和第一控制阀13，开启第一旁通手阀3和第二控制阀14。
被测蒸发器12出口压力的控制通过压缩机1变频实现的，第一控制器30设定了标准工况下的目标压力，被测蒸发器12出口的第三压力传感器19将压力信号传递给第一控制器30，第一控制器30将接收到的压力信号与目标压力作对比，两者不同时，输出相应的信号传递给压缩机1，调节压缩机1的频率，直至压力平衡。
被测蒸发器12过冷液体温度控制主要通过控制电子膨胀阀8前的电加热带7实现，此时辅助热交换器作为冷却器使用，压缩机1出口的高温高压气体通过辅助热交换器2的冷却作用变为中温高压的液体(或气液两相)，再通过套管式热交换器5的二次冷却变为中温高压的过冷液体，再通过流量计6测量流量，然后通过电加热带7加热回调，直至达到要求的阀前温度。第四控制器33设定了标准工况下的目标阀前温度，电加热带7出口的第三温度传感器19将温度信号传递给第四控制器33，第四控制器33将接收到的温度信号与目标阀前温度作对比，两者不同时，输出相应的信号，传递给电加热带7的控制元件(PAC调功器)，进而控制电加热带7输出的大小，直至温度信号与目标阀前温度相同。
被测蒸发器12阀前压力的控制通过量热器2中的电加热22实现的，第二控制器31设定了标准工况下的目标压力，被测蒸发器12阀前的第二压力传感器20将压力信号传递给第二控制器31，第二控制器31将接收到的压力信号与目标压力作对比，两者不同时，传递给电加热22的控制元件(PAC调功器)，进而控制电加热22输出的大小，直至压力平衡。
被测蒸发器12出口过冷度调节原理与被测冷凝器11出口过热度的调节原理相同。
被测蒸发器12的性能计算软件及原理与被测冷凝器11测试相同。
根据本系统设计的冰箱换热器测控系统，可以对试验场地要求很少(仅需提供电源)的情况下，能够精确的测量换热器的制热制冷能力，对冰箱设计和系统的进一步优化及匹配有重要意义。
本发明从无到有，开发出独创性的冰箱换热器性能测控装置。针对冰箱换热器性能的测试比较困难这一难点，本发明冰箱换热器测控装置对传统的冷媒-水、水-空气的热量传递形式进行改造，采用冷媒-冷媒、冷媒-空气及系统自热的冷热回收，达到尽可能的缩短系统管路长度，减少能量传递的中间介质，进而可以有效减弱外部因素对小型换热器测控的影响，从而实现系统的高精度测试，并对系统的热量进行尽可能的回收利用，进而减少系统对外界冷热供给的依赖，有利于测控系统的独立性，有利于实现系统的产品化，节能化。
惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明书所记载的内容所作出简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明权利要求所涵盖范围之内。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明之权利范围。
Claims (3)
1.一种冰箱换热器性能测控装置，其特征在于，包括压缩机、辅助热交换器、第一旁通手阀、干燥过滤器、套管式热回收器、流量计、电加热带、电子膨胀阀、第二旁通手阀、蒸发器、控制器，数据采集器和工控计算机；所述套管式热回收器包括热气通道和冷气通道；所述压缩机出口依次连接辅助热交换器、第一旁通手阀、干燥过滤器、热气通道、流量计、电加热带、电子膨胀阀、第二旁通手阀、冷气通道和蒸发器后，与压缩机入口连接；所述辅助热交换器包括冷凝器、电加热、辅助蒸发器和热交换介质，所述辅助蒸发器与辅助压缩机、辅助冷凝器和毛细管通过管道首尾连接形成回路；所述第一旁通手阀两端通过第一控制阀与被测冷凝器连接；所述第二旁通手阀两端通过第二控制阀与被测蒸发器连接；所述被测冷凝器进出口分别设有第一温度传感器和第二温度传感器，所述被测冷凝器进口设有第一压力传感器，所述被测冷凝器和被测蒸发器两端均连接有压差传感器；所述电加热带出口设有第三温度传感器和第二压力传感器；所述被测蒸发器出口设有第四温度传感器和第三压力传感器；所述压缩机、辅助热交换器、流量计、电加热带、电子膨胀阀、第一温度传感器、第一压力传感器、第三温度传感器、第二压力传感器和第三压力传感器分别连接控制器，所述控制器连接工控计算机，所述第二温度传感器、压差传感器和第四温度传感器分别连接数据采集器和工控计算机。
2.根据权利要求1所述的一种冰箱换热器性能测控装置，其特征在于，所述控制器为PID控制器，包括第一控制器、第二控制器、第三控制器和第四控制器，所述压缩机、第一压力传感器、第三压力传感器分别连接第一控制器，所述辅助热交换器、第一温度传感器、第二压力传感器分别连接第二控制器，所述流量计和电子膨胀阀分别连接第三控制器，所述电加热带和第三温度传感器分别连接第四控制器；所述第一控制器、第二控制器、第三控制器和第四控制器连接工控计算机，所述第二温度传感器、压差传感器和第四温度传感器分别连接数据采集器和工控计算机。
3.根据权利要求1或2所述的一种冰箱换热器性能测控装置，其特征在于，所述辅助冷凝器和蒸发器的风侧通道串联。
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