CN108918175B - 一种热性能测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热性能测试系统，可以对大功率宽温域的蓄热装置的蓄/释热性能以及大型换热器的换热性能进行测试实验与性能评估。该系统由测控系统、热能产生与存储系统、稳压系统、被测装置组件和泵阀组件等组成，可在较宽温度压力范围下进行测试。该系统也可以模拟可再生能源等非稳态的热能输出，实现大规模中高温蓄热装置阵列性能测试和运行策略研究，并能满足压缩空气储能系统关键部件研发测试等工作。

Description

一种热性能测试系统

技术领域

本发明属于蓄热或换热性能测试领域，涉及一种热性能测试系统，可对大功率宽温域的蓄热装置的蓄/释热性能以及大型换热器的换热性能进行测试实验与性能评估。该系统也可以模拟可再生能源等非稳态的热能输出，实现大规模中高温蓄热装置阵列性能测试和运行策略研究，并能满足压缩空气储能系统关键部件研发测试等工作。

背景技术

太阳能热发电是一个有很大发展潜力的太阳能发电技术，太阳能集热器把收集到的太阳辐射能经热交换器转变为过热蒸汽，用传统的电力循环来产生电能，具有技术成熟，发电成本低和容易与化石燃料形成混合发电系统的优点。但是由于太阳能的昼夜间断性以及由于多云阴雨而造成的不稳定性能量等一系列问题，对太阳能光热发电系统电力的平稳输出产生了很大的影响。因此在太阳能热发电系统中设置蓄热装置是最有效的方法之一。

除了太阳能光热发电外，目前储能领域如压缩空气储能也发展十分迅猛，它是利用低谷电力通过压缩机把空气压缩到一定压力储存在储气罐中，并在用电高峰期间高压空气通过膨胀机进行发电。为了能进一步提高系统的效率，可以将压缩热通过换热器置换给循环水并储存起来，待发电时通过换热器把热量置换给高压空气，提高膨胀机入口温度，从而提高效率。因此需要对换热器进行性能评估，然而现有技术中并没有功率大于10MW的高温蓄热测量平台，此外，对一些大型换热器的性能只能通过数值模拟的方法来计算和评估。因此市场上对蓄热装置、换热器的性能测量需求十分迫切。

发明内容

针对现有技术的上述缺点和不足，本发明提出了一种热性能测试系统，可以对大功率宽温域的蓄热装置的蓄/释热性能以及大型换热器的换热性能进行测试实验与性能评估。该系统也可以模拟可再生能源等非稳态的热能输出，实现大规模中高温蓄热装置阵列性能测试和运行策略研究，并能满足压缩空气储能系统关键部件研发测试等工作。

本发明为解决其技术问题所采取的技术解决方案是：

一种热性能测试系统，用以测试蓄热装置的蓄热性能或换热装置的换热性能，所述系统包括热能产生与存储单元、稳压单元、待测试验件及测控单元，其特征在于，

--所述热能产生与存储单元，包括高温储罐、低温储罐、高温泵、低温泵、高温流量测量及控制组件、低温流量测量及控制组件、电加热器、冷却器，其中，

所述高温储罐、低温储罐及电加热器的进液口、出液口处均设有控制阀门；

所述待测试验件顶部的进液口同时连接一高温进液管线和一低温进液管线，所述待测试验件底部的排液口连接至少一排液管线，所述高温进液管线、低温进液管线、排液管线上均设有阀门；

所述高温储罐的出液口通过管线依次经高温泵、高温流量测量及控制组件、电加热器与所述待测试验件的高温进液管线连通；

所述低温储罐的出液口通过管线依次经低温泵、低温流量测量及控制组件、冷却器与所述待测试验件的低温进液管线连通；

所述待测试验件的排液管线分别与所述高温储罐的进液口、所述低温储罐的进液口连通；

--所述稳压单元，用以在启动前对所述测试系统进行除气处理以及在所述测试系统处于运行状态时维持系统压力的稳定，所述稳压单元包括至少一高压缓冲罐、一冷凝器和一集液罐，其中，

所述高压缓冲罐的进气口与高压稳压气体源连通，

所述高压缓冲罐的出气口与所述高温储罐顶部的通气口、低温储罐顶部的通气口、集液罐顶部的进气口连通，

所述高压缓冲罐的出气口、集液罐顶部的进气口处均设有阀门，

所述高温储罐顶部的通气口、低温储罐顶部的通气口、集液罐顶部的出气口处均设有泄压阀，

所述冷凝器的热侧位于所述集液罐的进气管线上，所述冷凝器的冷侧通入冷凝水，所述冷凝器的热侧进口及冷侧进口处均可以设有或无需流量控制阀；

--所述测控单元，至少与所述热能产生与存储单元中的高温泵、低温泵、高温流量测量及控制组件、低温流量测量及控制组件、电加热器、冷却器以及与所述稳压单元中的各流量控制阀通信连接，并根据反馈信息对各部件进行控制；

至少在所述待测试验件进液口、出液口处设置温度传感器和压力传感器，各所述温度传感器、压力传感器均与所述测控单元通信连接，所述测控单元通过对所述待测试验件进液口、出液口处的温度、压力和流量等参数进行实时测量和记录，并进行分析和处理，以实现对所述待测试验件热性能的测试和性能评估。

优选地，本发明的上述热性能测试系统，当所述待测试验件为蓄热装置，对待测蓄热装置进行蓄热及释热性能测试时，其流程至少包括：

在蓄热测试流程中，所述高温储罐内的高温液态传热介质被所述高温泵输送通过所述电加热器后流入所述待测蓄热装置中完成蓄热过程，从所述待测蓄热装置排出的低温液态传热介质流回所述低温储罐；

在释热测试流程中，所述低温储罐中的低温液态传热介质被所述低温泵输送通过所述冷却器后流入所述待测蓄热装置中完成释热过程，从所述待测蓄热装置排出的高温液态传热介质流回所述高温储罐；

在蓄热和释热过程中，所述测控单元对所述待测蓄热装置进液口、出液口处的温度、压力和流量等参数进行实时测量和记录，并进行分析和处理，以实现对所述待测蓄热装置的蓄热和释热实验测试和性能评估。

优选地，本发明的上述热性能测试系统，当所述待测试验件为换热装置时，待测换热装置的排液口连接一高温排液管线和一低温排液管线，所述高温排液管线和低温排液管线均与所述高温储罐和低温储罐的进液口连通；当对所述待测换热装置的换热性能测试时，所述低温储罐中的低温传热流体在所述低温泵的驱动下经所述冷却器通过所述低温进液管线流入所述待测换热装置的冷侧，并通过所述待测换热装置的高温排液管线流出进入所述低温储罐；与此同时，所述高温储罐中的高温传热流体在所述高温泵的驱动下经所述电加热器后通过所述高温进液管线流入所述待测换热装置的热侧，并通过所述待测换热装置的低温排液管线流入所述高温储罐，从而实现对待测换热装置的换热性能进行测量和评估。

优选地，本发明的上述热性能测试系统，还包括高温流体制备流程、低温流体制备流程、高温流体自循环流程、低温流体自循环流程等。

进一步地，当所述系统处于高温流体制备流程时，所述低温储罐内的低温传热流体在所述低温泵的驱动下流入所述电加热器中，通过对所述电加热器的功率调节和温度控制，把低温传热流体加热至设定温度并流入所述高温储罐中，该功能可确保所述高温储罐中的传热流体的体积和温度。

进一步地，当所述系统处于低温流体制备流程时，所述高温储罐内的高温传热流体在所述高温泵的驱动下流入所述冷却器中进行降温，最后流入到所述低温储罐中，该功能可确保所述低温储罐内的传热流体的体积及温度。

进一步地，当所述系统处于低温流体自循环流程时，所述低温储罐内的低温传热流体在所述低温泵的驱动下流入所述冷却器中进行降温，最后又流入到所述低温储罐中，该功能可确保所述低温储罐内的传热流体的温度始终保持在一个比较低的温度。

进一步地，当所述系统处于高温流体自循环流程时，所述高温储罐内的传热流体在所述高温泵的驱动下流入所述电加热器中，通过所述电加热器的功率调节和温度控制，把传热流体加热至设定温度并流入所述高温储罐中，该功能可确保所述高温储罐内的传热流体的温度始终保持在一个比较高的温度。

优选地，所述高温储罐、低温储罐中均设有液位测量装置，所述高温泵、低温泵的进口处均设有过滤器。

优选地，所述高温流量测量及控制组件、低温流量测量及控制组件均包括一流量计和一与所述流量计串联的流量控制阀。

优选地，所述冷却器的冷侧与冷却液体回路连通，且在所述冷却液体回路上设有与所述测控单元通信连接的流量控制阀。

优选地，所述低温储罐与高温储罐的设计参数可以一致或不一致；所述低温储罐可以为2台及以上，可采用并联或串联排列方式；所述高温储罐可以为2台及以上，可采用并联或串联排列方式；所述低温泵可以为1台及以上，1台以上时可采用并联或串联排列方式；所述高温泵可以为1台及以上，1台以上时可采用并联或串联排列方式；所述低温泵和高温泵可以是容积式泵、动力式泵和其他类型泵或以上三种泵的组合。

优选地，所述高压缓冲罐中存储维压气体，并至少在所述高压缓冲罐的出气口处设置一气体过滤器。优选地，所述维压气体为空气、氮气、氦气、氩气等其中一种或者至少两种的混合。

优选地，所述高温储罐、低温储罐中存储液态传热介质，所述液态传热介质为导热油、高温硅油、熔盐、水水蒸气、类离子流体、甲醇、液态金属等其中一种或者至少两种的混合。

优选地，所述高温储罐及低温储罐为内保温式或外保温式；所述高温储罐及低温储罐罐体可为非可拆卸式焊接连接/或可拆卸式法兰连接。

优选地，所述高温储罐及低温储罐均包括至少一个温度测量装置、至少一个压力测量装置、至少一个安全阀、至少一个注液口、至少一个排污口；优选地，所述高温储罐及低温储罐的承压范围为0.01MPa-40.0MPa。

优选地，所述集液罐包括至少一个温度测量装置、至少一个压力测量装置、至少一个安全阀、至少一个排污口。

优选地，所述冷却器为板式结构、板翅式结构、管壳式结构或螺旋式结构的一种或两种及以上的组合；所述冷却器一侧为高压气体及液态传热介质的混合物，另一侧为蓄热过程或释热过程完成后回流的呈液态或气态的传热介质；其换热方式可以是顺流、逆流或两者都包括的混合流。

优选地，所述冷凝器为板式结构、板翅式结构、管壳式结构或螺旋式结构的一种或两种及以上的组合；所述回热器一侧为高压气体及液态传热介质的混合物，一侧为低温流体或气体；其换热方式可以是顺流、逆流或两者都包括的混合流。

优选地，所述低温储罐及高温储罐在内保温条件下，压力容器内壳的材料为不锈钢、铝、钛等金属材料，或陶瓷等耐热耐腐蚀的非金属材料，压力容器外壳材料为金属材料，如不锈钢、碳钢、铝合金，或无机非金属材料如陶瓷、高温混凝土中的一种或至少两种的组合，内壳与外壳之间填充保温材料；所述低温储罐及高温储罐在外保温条件下，压力容器外壳材料为金属材料，如不锈钢、碳钢、铝合金，或无机非金属材料如陶瓷、高温混凝土中的一种或至少两种的组合。

优选地，所述冷却器、冷凝器以及集液罐的外壳为耐高压耐高温耐腐蚀性的金属材料，如不锈钢、碳钢、铝合金，或无机非金属材料如陶瓷、高温混凝土中的一种或至少两种的组合。

优选地，所述低温储罐、高温储罐、缓冲罐、集液罐均为圆柱体或球体、耐高温耐高压耐腐蚀的密封压力容器。

本发明的热性能测试系统，其工作原理及使用流程为：

预先，利用稳压单元对所述系统进行除气处理，将系统内部的空气排尽；将液态传热介质注入至低温储罐或高温储罐中，注入量为设定值后关闭排气阀，打开系统中主管道的所有阀门。调节稳压单元中的气体流量调节阀门，对系统进行加压至设定工作压力。在系统压力达到设定的压力后，确保系统与大气相连的阀门处于关闭状态。同时连接好待测设备，并对待测设备进行排气处理，用惰性气体代替。

在待测设备蓄热阶段，先打开高温泵，使液态传热介质在通过高温流量测量及控制组件后进入电加热器，使之对液态传热介质进行加热，在传热流体加热到设定温度后，流入待测试验件。当待测试验件为蓄热装置时，高温传热流体与待测试验件内部的蓄热介质进行热交换从而把传热流体的热量存储在蓄热介质内部，将热量传给蓄热介质后的低温液态传热介质通过待测设备底部的排液口，流回至低温储罐或高温储罐以完成一个循环，当待测设备上下两端的入口处及出口处的温度测量装置所获得的值一样时，视为蓄热过程完成，关闭电加热器，并关闭与待测设备上下两端相连接的阀门，最后关闭高温泵，以完成蓄热过程。在此过程中，由于系统内部的液态传热介质以及稳压气体会因温度的升高而自身的体积会有所膨胀，系统的压力会逐步升高。当压力升高至设定压力后，低温储罐或高温储罐与集液罐之间管道上的泄压阀自动开启，将高温高压气体经过回热器/或无回热器、冷凝器后储存在集液罐内，当集液罐内的压力达到设定压力后，集高温储罐上端的泄压阀自动开启，将罐体内部多余的气体排至环境中。

在待测设备释热阶段中，打开低温泵。使液态传热介质在通过低温流量测量及控制组件后进入冷却器，使之对液态传热介质进行冷却，在传热流体冷却到设定温度后，流入测试件，低温传热流体与待测试验件内部的蓄热介质进行热交换从而把蓄热介质内部的热量带出，吸收蓄热介质所存储热量后的高温液态传热介质通过待测设备底部的排液口，流回至低温储罐或高温储罐以完成一个循环，当待测设备上下两端的入口处及出口处的温度测量装置所获得的值一样时，视为释热过程完成，关闭与待测设备上下两端相连接的阀门，最后关闭低温泵，以完成释热过程。

在整个蓄热及释热阶段，测试系统中的测控单元都对系统中的各主要部件、流量、压力、温度进行测量和自动控制，并对待测设备内部的温度参数和压力参数进行测量和记录。

同现有技术相比，本发明的热性能测试系统，具有使用温度范围大、功率范围广、适用介质广、温度控制精度高、流量控制精度高等优点。可以对大功率宽温域的蓄热装置的蓄/释热性能以及大型换热器的换热性能进行测试实验与性能评估。可为高温蓄热装置提供热源/冷源，开展非稳态流程和温度场特性测量；对高温蓄热装置与系统开展在不同温度、压力、流量下的性能实验与测检；同时也可开展大规模中高温蓄热装置阵列性能测试和运行策略研究等工作。由于上述特点，本发明的上述测试系统适用于但不限于太阳能热发电系统、工业余热利用等热储存二次利用中的高温、高功率储热设备、换热器设备等。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图3为本发明实施例3的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，为本发明的热性能测试系统实施例1，该实施例主要用于对蓄热装置的蓄热性能进行测试，此系统包括测控单元111、热能产生与存储单元、稳压单元、待测蓄热装置106。

热能产生与存储单元，包括高温储罐101A，低温储罐101B，过滤器112A、112B，泵102A、102B，电加热器104，冷却器105，流量控制组件(包括流量计103A、103B，流量控制阀110A、110B)。其中，所述高温储罐101A顶部的第一进液口、第二进液口、底部的排液口处分别设有阀门2、3、8；所述低温储罐101B顶部的第一进液口、第二进液口、底部的排液口处分别设有阀门5、4、10；所述电加热器104的进液口、出液口处分别设有阀门13、14；所述待测蓄热装置106顶部的进液口同时连接一高温进液管线和一低温进液管线，所述待测蓄热装置106底部的排液口同时连接一第一排液管线和一第二排液管线，所述高温进液管线、低温进液管线、第一排液管线和第二排液管线上分别设有阀门17、18、16、15；所述高温储罐101A的排液口通过管线依次经过滤器112A、高温泵102A、由流量计103A和流量控制阀110A组成的第一流量控制组件、电加热器104与所述待测蓄热装置106的高温进液管线连通；所述低温储罐101B的排液口通过管线依次经过滤器112B、低温泵102B、由流量计103B和流量控制阀110B组成的第二流量控制组件、冷却器105与所述待测蓄热装置106的低温进液管线连通；所述待测蓄热装置106的排液口通过第一排液管线分别与所述高温储罐101A的第一进液口、所述低温储罐101B的第一进液口连通，并通过第二排液管线分别与所述高温储罐101A的第二进液口、所述低温储罐101B的第二进液口连通。

稳压单元，用以在启动前对所述测试系统进行除气处理以及在所述测试系统处于运行状态时维持系统压力的稳定，所述稳压单元包括至少一高压缓冲罐109、一冷凝器108和一集液罐107，其中，所述高压缓冲罐109的进气口与高压稳压气体源连通，所述高压缓冲罐109的出气口与所述高温储罐101A顶部的通气口、低温储罐101B顶部的通气口、集液罐107顶部的进气口连通，所述高压缓冲罐109的出气口、集液罐107顶部的进气口处均设有阀门1、6，所述高温储罐101A顶部的通气口、低温储罐101B顶部的通气口、集液罐107顶部的出气口处均设有泄压阀，所述冷凝器108的热侧位于所述集液罐107的进气管线上，所述冷凝器108的冷侧通入冷凝水，所述冷凝器108的热侧进口及冷侧进口处均设有流量控制阀110C、110D。

所述待测蓄热装置106可以为填充床蓄热装置，所述填充床蓄热装置包括壳体，所述壳体顶部设进液口、底部设排液口，壳体内腔中设分流装置和填充床，所述分流装置设置在壳体内腔的上方，所述分流装置下方为填充有固体蓄热介质的填充床，其主要工作原理是：液态传热介质通过分流装置后，雾化成细小液滴或若干细小液柱，然后与填充床内的固体蓄热材料进行热交换，将液态传热介质内的热能储存起来或将固态蓄热材料储存的热量释放出来，从而完成填充床储热装置的蓄热/或释热的主要功能。

预先，将待测蓄热装置106与高温蓄热测试系统的其他部件连接好，利用稳压单元对测试系统的各管线及待测蓄热装置106进行除气处理，将系统及待测蓄热装置内部的空气排尽。再将液态传热介质通过低温储罐101B的注液口，注入至低温储罐101B中，注入量为设定值后关闭排气阀，打开测试系统中主管道的所有阀门。调节稳压单元中的气体流量调节阀门，对测试系统进行加压至设定工作压力。在系统压力达到设定的压力后，确保系统与大气相连的阀门处于关闭状态，同时主管道的所有阀门都确保为关闭状态。

当需要对待测蓄热装置106的蓄热能力进行试时，先把主管道上的所有阀门都关闭，之后打开8、110A、13、14、17、16、5等阀门，打开高温泵102A，使所述高温储罐101A内的高温液态传热介质在通过由流量计103A和流量控制阀110A组成的第一流量控制组件后进入电加热器104，使之对高温液态传热介质进行加热，在液态传热流体加热到设定温度后，通过高温进液管线流入待测蓄热装置106内，高温传热流体与固体蓄热介质进行热交换从而把传热流体的热量存储在固体蓄热介质内部，将热量传给固体蓄热介质后的低温液态传热介质通过阀门16，流回至低温储罐101B以完成一个循环，当待测蓄热装置106上下两端的入口处及出口处的温度测量装置所获得的值一样时，视为蓄热过程完成，关闭电加热器104，并关闭与待测蓄热装置106上下两端相连接的阀门17、16，最后关闭泵102A，以完成蓄热过程。在此过程中，由于系统内部的液态传热介质以及稳压气体会因温度的升高而自身的体积会有所膨胀，系统的压力会逐步升高。当压力升高至设定压力后，低温储罐101B或高温储罐101A与集液罐107之间管道上的泄压阀自动开启，将高温高压气体经过回热器/或无回热器、冷凝器108后储存在集液罐107内，当集液罐107内的压力达到设定压力后，集液罐107上端的泄压阀自动开启，将罐体内部多余的气体排至环境中。

在对待测蓄热装置106的释热性能进行测试之前，先把主管道上的所有阀门都关闭，在开始准备对待测蓄热装置106进行释热性能测试时，打开阀门10、110B、18、16、2等阀门，再打开低温泵102B，使液态传热介质在通过由流量计103B和流量控制阀110B组成的第二流量控制组件后进入冷却器105，使之对液态传热介质进行冷却，在液态传热流体冷却到设定温度后，流入待测蓄热装置106，低温传热流体与待测蓄热装置106内部的固体蓄热介质进行热交换从而把固体蓄热介质内部的热量带出，吸收固体蓄热介质所存储热量后的高温液态传热介质通过待测蓄热装置106底部的排液口，并通过第一排液管线或第二排液管线流回至高温储罐101A或低温储罐101B以完成一个循环，当待测蓄热装置106上下两端的入口处及出口处的温度测量装置所获得的值一样时，视为释热过程完成，关闭与待测蓄热装置106上下两端相连接的两个阀门18和16或15，最后关闭低温泵102B，以完成释热过程。

在整个蓄热及释热阶段，高温蓄热测试系统中的测控系统都对系统中的各主要部件、流量、压力、温度进行测量和自动控制，并对待测设备内部的温度参数和压力参数进行测量和记录。

为进一步提升本发明的上述高温蓄热性能测试系统的测试性能，图1所示的测试系统还可进行高温流体制备、低温流体制备、高温流体自循环、低温流体自循环等操作。

当进行高温流体制备流程时，首先关闭主管道上的所有阀门，之后打开10、110B、19、13、14、7、2等阀门，低温储罐101B内的液态传热流体通过低温泵102B的驱动下流入电加热器104中，通过电加热器104的功率调节和温度控制，把低温传热流体加热至设定温度并流入高温储罐101A中，该功能确保能维持高温储罐101A中的传热流体在一定体积及特定温度下。

当进行低温流体制备流程时，首先关闭主管道上的所有阀门，之后打开8、110A、19、20、5等阀门，高温储罐101A内的液态传热流体通过高温泵102A的驱动下流入冷却器105中与循环水进行换热而降温，最后流入到低温储罐101B中，该功能确保能维持低温储罐101B内的传热流体在一定体积及特定温度下。

当进行低温流体自循环流程时，首先关闭主管道上的所有阀门，之后打开10、110B、105、20、5等阀门，低温储罐101B内的传热流体通过低温泵102B的驱动下流入冷却器105中与循环水进行换热而降温，最后又流入到低温储罐101B中，该功能能确保低温储罐101B内的温度始终保持在一个比较低的温度。

当进行高温流体自循环流程时，首先关闭主管道上的所有阀门，之后打开8、110A、13、14、7、2等阀门，高温储罐101A内的传热流体在高温泵102A的驱动下流入电加热器104中，通过电加热器104的功率调节和温度控制，把传热流体加热至设定温度并流入高温储罐101A中，该功能能确保高温储罐101A内的温度始终保持在一个比较高的温度。

实施例2

如图2所示，与实施例1不同的是，该实施例主要用于对换热装置的换热性能进行测试。待测换热装置106的排液口连接一高温排液管线和一低温排液管线，高温排液管线和低温排液管线均与高温储罐101A和低温储罐101B的进液口连通；当对待测换热装置106的换热性能测试时，低温储罐101B中的低温传热流体在低温泵102B的驱动下经冷却器105通过低温进液管线流入待测换热装置106的冷侧，并通过待测换热装置106的高温排液管线流出进入低温储罐101B；与此同时，高温储罐101A中的高温传热流体在高温泵102A的驱动下经电加热器104后通过高温进液管线流入待测换热装置106的热侧，并通过待测换热装置106的低温排液管线流入高温储罐101A，从而实现对待测换热装置的换热性能进行测量和评估。

实施例3

如图3所示，为本发明的高温蓄热性能测试系统实施例3，此系统主要由测控单元111、热能产生与存储单元、维压单元、被测装置测试系统换热器106四大部分组成。其中热能产生与存储单元中含三台并联型高温储罐101A1、101A2、101A3、三台并联低温储罐101B1、101B2、101B3、过滤器四台112A1、112A2、112B1、112B2、泵四台102A1、102A2、102B1、102B2、电加热器一台104、冷却器一台105、耐高温流量计两台103A、103B；维压单元包括缓冲罐109、冷凝器108、集液罐107；其中被测装置为液/液换热器106。该填充床106的主要工作原理是完成两种不同液体的能量交换，以达到对一侧流体温度升高一侧流体温度降低的目的。高温蓄热测试系统还包括压力控制阀110A、110B、110C、110D、110E，同时还包括若干温度及压力测量装置。

预先，将待测设备换热器106与高温蓄热测试系统连接好，利用维压装置对高温蓄热测试系统及填充床进行除气处理，将系统及填充床内部的空气排尽。再将液态传热介质通过承压保温型低温储罐的注油口，注入至低温储罐中，注入量为设定值后关闭排气阀，打开测试系统中主管道的所有阀门。调节维压系统中的气体流量调节阀门，对测试系统进行加压至设定工作压力。在系统压力达到设定的压力后，确保系统与大气相连的阀门处于关闭状态，同时主管道的所有阀门都确保为关闭状态。

由于对液/液换热器进行性能测量时，需要冷热传热流体同时流入换热器进行测量。因此在开始进行测试之间，需要确保低温储罐和高温储罐的油都为设定温度。要满足此要求，在所有阀门都关闭时，需要打开阀门21、22、23、110A、32、33、27、2、3、4，打开泵102A1、102A2，再开启电加热器104，使高温储罐101A1/2/3里面的液态传热流体通过电加热器后加热至设定温度流入到高温储罐中，直到高温储罐中的传热流体温度到达设定温度后关闭电加热器，再关闭泵102A1/2。

然后关闭所有阀门，并打开阀门24、25、26、110B、35、5、6、7等，开启泵102B1/2，使低温储罐101A1/2/3里面的液态传热流体流过冷却器105冷却至设定温度后再流入到低温储罐中，直到高温储罐中的传热流体温度到达设定温度后关闭泵102A1/2。

在测试液/液换热器过程中，高温储罐101A1/2/3中的高温流体经过泵102A1/2、流量计103A、电加热器104后通过阀门17进入到换热器一侧，在待测设备内部与另一侧的低温传热流体进行间接换热，温度升高并由换热器底部阀门36流入到高温储罐101A1/2/3中；与此同时，低温储罐101B1/2/3中的低温流体经过泵102B1/2、流量计103B以及冷却器105后通过阀门18进入到换热器106的另一侧，与其内部另一侧的高温传热流体进行间接换热，温度降低后由换热器底部阀门37流入到低温储罐101B1/2/3中。

在整个换热器106测试过程中，高温蓄热测试系统中的测控系统都对系统中的各主要部件、流量、压力、温度进行测量和自动控制，并对待测设备内部的温度参数和压力参数进行测量和记录，随时可以对待测设备液/液换热器的性能参数进行分析和评估。

通过上述实施例，完全有效地实现了本发明的目的。该领域的技术人员可以理解本发明包括但不限于附图和以上具体实施方式中描述的内容。虽然本发明已就目前认为最为实用且优选的实施例进行说明，但应知道，本发明并不限于所公开的实施例，任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (19)

1.一种热性能测试系统，用以测试蓄热装置的蓄热性能或换热装置的换热性能，所述系统包括热能产生与存储单元、稳压单元、待测试验件及测控单元，其特征在于，

--所述热能产生与存储单元，包括高温储罐、低温储罐、高温泵、低温泵、高温流量测量及控制组件、低温流量测量及控制组件、电加热器、冷却器，其中，

所述高温储罐、低温储罐及电加热器的进液口、出液口处均设有控制阀门；

所述待测试验件顶部的进液口同时连接一高温进液管线和一低温进液管线，所述待测试验件底部的排液口连接至少一排液管线，所述高温进液管线、低温进液管线、排液管线上均设有阀门；

所述高温储罐的出液口通过管线依次经高温泵、高温流量测量及控制组件、电加热器与所述待测试验件的高温进液管线连通；

所述低温储罐的出液口通过管线依次经低温泵、低温流量测量及控制组件、冷却器与所述待测试验件的低温进液管线连通；

所述待测试验件的排液管线分别与所述高温储罐的进液口、所述低温储罐的进液口连通；

--所述稳压单元，用以在启动前对所述测试系统进行除气处理以及在所述测试系统处于运行状态时维持系统压力的稳定，所述稳压单元包括至少一高压缓冲罐、一冷凝器和一集液罐，其中，

所述高压缓冲罐的进气口与高压稳压气体源连通，

所述高压缓冲罐的出气口与所述高温储罐顶部的通气口、低温储罐顶部的通气口、集液罐顶部的进气口连通，

所述高压缓冲罐的出气口、集液罐顶部的进气口处均设有阀门，

所述高温储罐顶部的通气口、低温储罐顶部的通气口、集液罐顶部的出气口处均设有泄压阀，

所述冷凝器的热侧位于所述集液罐的进气管线上，所述冷凝器的冷侧通入冷凝水，所述冷凝器的热侧进口及冷侧进口处均设有流量控制阀；

--所述测控单元，至少与所述热能产生与存储单元中的高温泵、低温泵、高温流量测量及控制组件、低温流量测量及控制组件、电加热器、冷却器以及与所述稳压单元中的各流量控制阀通信连接，并根据反馈信息对各部件进行控制；

至少在所述待测试验件进液口、出液口处设置温度传感器和压力传感器，各所述温度传感器、压力传感器均与所述测控单元通信连接，所述测控单元通过对所述待测试验件进液口、出液口处的温度、压力和流量参数进行实时测量和记录，并进行分析和处理，以实现对所述待测试验件热性能的测试和性能评估；

所述电加热器为无极可控、自动控制、手动控制或以上三种控制方式的组合；所述冷却器为管壳式、间壁式或混合式换热器；所述冷凝器为管壳式、间壁式或混合式换热器。

2.根据权利要求1所述的热性能测试系统，其特征在于，当所述待测试验件为蓄热装置，对待测蓄热装置进行蓄热及释热性能测试时，其流程至少包括：在蓄热测试流程中，所述高温储罐内的高温液态传热介质被所述高温泵输送通过所述电加热器后流入所述待测蓄热装置中完成蓄热过程，从所述待测蓄热装置排出的低温液态传热介质流回所述低温储罐；

在释热测试流程中，所述低温储罐中的低温液态传热介质被所述低温泵输送通过所述冷却器后流入所述待测蓄热装置中完成释热过程，从所述待测蓄热装置排出的高温液态传热介质流回所述高温储罐；

在蓄热和释热过程中，所述测控单元对所述待测蓄热装置进液口、出液口处的温度、压力和流量参数进行实时测量和记录，并进行分析和处理，以实现对所述待测蓄热装置的蓄热和释热实验测试和性能评估。

3.根据权利要求1所述的热性能测试系统，其特征在于，当所述待测试验件为换热装置时，待测换热装置的排液口连接一高温排液管线和一低温排液管线，所述高温排液管线和低温排液管线均与所述高温储罐和低温储罐的进液口连通；当对所述待测换热装置的换热性能测试时，所述低温储罐中的低温传热流体在所述低温泵的驱动下经所述冷却器通过所述低温进液管线流入所述待测换热装置的冷侧，并通过所述待测换热装置的高温排液管线流出进入所述低温储罐；与此同时，所述高温储罐中的高温传热流体在所述高温泵的驱动下经所述电加热器后通过所述高温进液管线流入所述待测换热装置的热侧，并通过所述待测换热装置的低温排液管线流入所述高温储罐，从而实现对待测换热装置的换热性能进行测量和评估。

4.根据权利要求1至3任一项所述的热性能测试系统，其特征在于，所述系统还包括高温流体制备流程；低温流体制备流程；高温流体自循环流程；低温流体自循环流程。

5.根据权利要求4所述的热性能测试系统，其特征在于，当所述系统处于高温流体制备流程时，所述低温储罐内的低温传热流体在所述低温泵的驱动下流入所述电加热器中，通过对所述电加热器的功率调节和温度控制，把低温传热流体加热至设定温度并流入所述高温储罐中，该功能可确保所述高温储罐中的传热流体的体积和温度。

6.根据权利要求4所述的热性能测试系统，其特征在于，当所述系统处于低温流体制备流程时，所述高温储罐内的高温传热流体在所述高温泵的驱动下流入所述冷却器中进行降温，最后流入到所述低温储罐中，该功能可确保所述低温储罐内的传热流体的体积及温度。

7.根据权利要求4所述的热性能测试系统，其特征在于，当所述系统处于低温流体自循环流程时，所述低温储罐内的低温传热流体在所述低温泵的驱动下流入所述冷却器中进行降温，最后又流入到所述低温储罐中，该功能可确保所述低温储罐内的传热流体的温度始终保持在一个比较低的温度。

8.根据权利要求4所述的热性能测试系统，其特征在于，当所述系统处于高温流体自循环流程时，所述高温储罐内的传热流体在所述高温泵的驱动下流入所述电加热器中，通过所述电加热器的功率调节和温度控制，把传热流体加热至设定温度并流入所述高温储罐中，该功能可确保所述高温储罐内的传热流体的温度始终保持在一个比较高的温度。

9.根据权利要求1所述的热性能测试系统，其特征在于，所述低温储罐与高温储罐的设计参数一致或不一致；所述低温储罐为2台及以上，采用并联或串联排列方式；所述的高温储罐为2台及以上，采用并联或串联排列方式；所述低温泵为1台及以上，1台以上时采用并联或串联排列方式；所述高温泵为1台及以上，1台以上时采用并联或串联排列方式；所述低温泵和高温泵为容积式泵或动力式泵。

10.根据权利要求1所述的热性能测试系统，其特征在于，所述高压缓冲罐中存储维压气体，并至少在所述高压缓冲罐的出气口处设置一气体过滤器，所述维压气体为空气、氮气、氦气、氩气中的一种或者至少两种的混合。

11.根据权利要求1所述的热性能测试系统，其特征在于，述高温储罐、低温储罐中存储液态传热介质，所述液态传热介质为导热油、高温硅油、熔盐、水水蒸气、类离子流体、甲醇、液态金属中的一种或者至少两种的混合。

12.根据权利要求1所述的热性能测试系统，其特征在于，所述高温储罐及低温储罐为内保温式或外保温式；所述高温储罐及低温储罐的罐体为非可拆卸式焊接连接或可拆卸式法兰连接。

13.根据权利要求1所述的热性能测试系统，其特征在于，所述高温储罐及低温储罐都包括至少一个温度测量装置、至少一个压力测量装置、至少一个安全阀、至少一个注液口、至少一个排污口；所述高温储罐及低温储罐承压范围为0.01MPa~40.0MPa。

14.根据权利要求1所述的热性能测试系统，其特征在于，所述集液罐包括至少一个温度测量装置、至少一个压力测量装置、至少一个安全阀、至少一个排污口。

15.根据权利要求1所述的热性能测试系统，其特征在于，所述冷却器为板式结构、板翅式结构、管壳式结构或螺旋式结构的一种或两种及以上的组合；所述冷却器一侧为高压气体及液态传热介质的混合物，另一侧为蓄热过程或释热过程完成后回流的呈液态或气态的传热介质；其换热方式为顺流、逆流或两者都包括的混合流。

16.根据权利要求1所述的热性能测试系统，其特征在于，所述冷凝器为板式结构、板翅式结构、管壳式结构或螺旋式结构的一种或两种及以上的组合；回热器一侧为高压气体及液态传热介质的混合物，一侧为低温流体或气体；其换热方式为顺流、逆流或两者都包括的混合流。

17.根据权利要求1所述的热性能测试系统，其特征在于，所述低温及高温储罐在内保温条件下，压力容器内壳的材料为金属材料或耐热耐腐蚀的非金属材料，压力容器外壳材料为金属材料或无机非金属材料，内壳与外壳之间填充保温材料；所述低温储罐及高温储罐在外保温条件下，压力容器外壳材料为金属材料或无机非金属材料。

18.根据权利要求1所述的热性能测试系统，其特征在于，所述冷却器、冷凝器以及集液罐的外壳为耐高压耐高温耐腐蚀性的金属材料或无机非金属材料。

19.根据权利要求1所述的热性能测试系统，其特征在于，所述低温储罐、高温储罐、缓冲罐、集液罐均为圆柱体或球体、耐高温耐高压耐腐蚀的密封压力容器。

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