CN109459532B - 家用制冷器具用异丁烷制冷剂泄漏安全性智能测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的家用制冷器具用异丁烷制冷剂泄漏安全性智能测试系统，其特征在于：包括安装在防爆环境测试室内的异丁烷模拟泄漏装置和异丁烷浓度测试装置；防爆环境测试室内还安装有传感器、测试台；还有一控制室，控制室内安装有异丁烷浓度检测控制装置、模拟泄露装置控制装置，模拟泄露装置控制装置连接并控制异丁烷模拟泄露装置，异丁烷浓度检测控制装置连接并控制异丁烷浓度测试装置和传感器。本发明的有益效果是，实现了整个检测过程的自动化，测试效率得到提高，降低了测试工作强度。整个检测过程测试人员不需要进入测试实验室，减少了测试人员受到伤害的风险。带有多重安全防护措施，防止危险发生。

Description

家用制冷器具用异丁烷制冷剂泄漏安全性智能测试系统
技术领域
本发明涉及一种家用制冷器具用异丁烷制冷剂泄漏安全性智能测试系统。
背景技术
由于氯氟烃是破坏臭氧层的物质，为了保护人居环境，《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》要求对所有的氯氟烃进行控制，现在含有氯氟烃的制冷剂已不准许用于空调、冰箱等制冷器具中，如今替代氯氟烃的新制冷剂不断出现，其中有良好环保作用的异丁烷制冷剂已经在制冷器具中得到广泛使用。
异丁烷的主要缺点是它的易燃易爆性，当在空气中的含量为1.8%-8.4%（体积比）时，如遇火花则会燃烧或爆炸。因此，要对使用异丁烷制冷剂的制冷器具进行制冷剂模拟泄漏安全性测试，将燃烧和爆炸的可能性完全排除。
在制冷器具的安全标准GB 4706.13《家用和类似用途电器的安全 制冷器具、冰淇淋机和制冰机的特殊要求》中，对使用异丁烷等可燃性制冷剂的器具制定了制冷剂模拟泄漏安全性测试方法，但是标准中仅仅给出了最基本的测试方法，但具体如何实施没有明确要求，同时现在相关的测试设备存在较多问题，如：测试过程主要靠人工控制，测试过程繁杂、效率低，测试环境较为危险，无法完全满足标准对测试中各种参数的控制要求。
发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种自动化程度高、使用方便、安全可靠的家用制冷器具用异丁烷制冷剂泄漏安全性智能测试系统。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种家用制冷器具用异丁烷制冷剂泄漏安全性智能测试装置，其特征在于：包括安装在防爆环境测试室内的异丁烷模拟泄漏装置和异丁烷浓度测试装置；
防爆环境测试室内还安装有传感器、测试台，测试台用于放置待测家用制冷器具；
还有一控制室，控制室内安装有异丁烷浓度检测控制装置、模拟泄露装置控制装置，模拟泄露装置控制装置连接并控制异丁烷模拟泄露装置，异丁烷浓度检测控制装置连接并控制异丁烷浓度测试装置和传感器。
异丁烷模拟泄露装置包括环境箱、放置在环境箱内的异丁烷钢瓶，环境箱连接一封闭腔体，封闭腔体内安装电加热器和风机，封闭腔体育环境箱内部相通，通过风机将电加热器加热的空气吹入环境箱内，加热异丁烷钢瓶；异丁烷钢瓶经管道依次连接钢瓶阀门、截止阀、压力表、减压阀、防爆电磁阀、质量流量计、标准对接头，标准对接头连接毛细管，制冷剂通过毛细管引至家用制冷器具欲模拟的部位；质量流量计连接质量流量控制器，控制泄露速度。
该家用制冷器具用异丁烷制冷剂泄漏安全性智能测试装置，还包括空调室，空调室内安装有空调机组，空调室经管道和防爆风机连接防爆环境测试室，使防爆环境测试室保持恒温。
防爆环境测试室内的传感器包括温度传感器、湿度传感器、气体探测器，异丁烷浓度测试装置采用异丁烷气体检测仪；气体探测器，检测漏气危险。
防爆环境测试室的壁上安装有防爆风机，经防爆风机连接外界，当环境测试室内的异丁烷气体浓度较高时排出内部气体。
环境箱内安装异丁烷气体探测器，防止漏气危险。
异丁烷浓度测试装置采用异丁烷气体探测器，异丁烷浓度测试装置能够安装在家用制冷器具内部，该异丁烷探测器安装在一防爆箱内，防爆箱内还安装有微小气体流量泵，微小气体流量泵连接进气管和回气管，异丁烷探测器安装在进气管上，回气管上安装流量调节阀，微小气体流量泵用于将测试点的异丁烷气体导入异丁烷探测器的浓度测试腔体。
模拟泄露装置控制装置还设有计时器；防爆电磁阀由模拟泄露装置控制装置连接控制，或由计时器连接控制；异丁烷钢瓶底部安装精密电子秤或重量传感器。
环境箱的温度通过模拟泄露装置控制装置上的气瓶温度PID控制器控制；加热器采用过零触发型固态继电器平稳地控制电热元件的加热功率，从而控制气瓶温度的平稳上升。
控制室内安装有电脑，电脑连接控制异丁烷浓度检测控制装置，异丁烷浓度检测控制装置和模拟泄露装置控制装置分别采用PLC控制器。
本发明的有益效果是，
1、采用环境箱即热空气循环加热箱对气瓶进行恒温控制，加热箱内温度均匀，满足测试温度要求，实现对异丁烷气体的平稳加热和过热保护，防止气瓶的过热爆炸危险；
2、通过质量流量计和精密电子秤实现对异丁烷高温气瓶质量进行自动化的精确测量，在整个试验过程中对气瓶质量进行实时监控，达到标准要求的精度；
3、实现对异丁烷气体泄漏量、供气温度、释放气体质量的连续实时采集、记录，并进行自动控制。
4、对测试环境进行监控和控制，实现对试验紧急状态的应急报警、处理。
5、通过电脑和PLC控制器对整个测试过程实现自动化监控，及数据实时处理。从而实现了整个检测过程的自动化，测试效率得到提高，降低了测试工作强度。整个检测过程测试人员不需要进入测试实验室，减少了测试人员受到伤害的风险。
6、带有多重安全防护措施，充分考虑了测试过程可能出现的各种风险，并采取了对应的措施，防止危险发生。
附图说明
附图为本发明的结构示意图。
图1为系统组成示意图。
1防爆环境测试室，2控制室，3空调室，4防爆环境测试室内传感器， 5防爆风机， 6测试台，7模拟泄露装置，8防爆风机，9空调机组，10电脑，11异丁烷浓度检测控制部分，12模拟泄露装置控制部分。
图2异丁烷模拟泄漏装置组成示意图。
13环境箱，14电加热器，15风机，16精密电子秤，17异丁烷探测器，18异丁烷钢瓶，19钢瓶阀门，20软管，21截止阀，22压力表，23减压阀，24防爆电磁阀，25质量流量计，26质量流量控制器，27标准铜管对接头，28毛细管。
图3为泵吸装置结构图。
29防爆箱，30微小流量泵，17异丁烷探测器，31进气管，32流量调节阀，33回气管。
图4为异丁烷浓度测试装置。
图5为模拟泄漏控制装置逻辑图。
图6为异丁烷浓度检测控制装置逻辑图。
具体实施方式
附图为本发明的一种具体实施例。
本发明的家用制冷器具用异丁烷制冷剂泄漏安全性智能测试系统，包括安装在防爆环境测试室1内的异丁烷模拟泄漏装置7和异丁烷浓度测试装置；
防爆环境测试室内还安装有传感器4、测试台6，测试台用于放置待测家用制冷器具；
还有一控制室2，控制室内安装有异丁烷浓度检测控制装置11、模拟泄露装置控制装置12，模拟泄露装置控制装置连接并控制异丁烷模拟泄露装置7，异丁烷浓度检测控制装置连接并控制异丁烷浓度测试装置和传感器4。
异丁烷模拟泄露装置7包括环境箱13、放置在环境箱内的异丁烷钢瓶18，环境箱连接一封闭腔体，封闭腔体内安装电加热器14和风机15，封闭腔体育环境箱内部相通，通过风机将电加热器加热的空气吹入环境箱内，加热异丁烷钢瓶；异丁烷钢瓶依次连接钢瓶阀门19、软管20、截止阀21、压力表22、减压阀23、防爆电磁阀24、质量流量计25、标准对接头27，标准对接头连接毛细管28，制冷剂通过毛细管引至家用制冷器具欲模拟的部位；质量流量计连接质量流量控制器26，控制泄露速度。
本发明的家用制冷器具用异丁烷制冷剂泄漏安全性智能测试装置，还包括空调室3，空调室内安装有空调机组9，空调室经管道和防爆风机8连接防爆环境测试室，使防爆环境测试室1保持恒温。
防爆环境测试室内的传感器4包括温度传感器、湿度传感器、气体探测器，异丁烷浓度测试装置采用异丁烷气体检测仪；气体探测器，检测漏气危险。
防爆环境测试室1的壁上设有防爆风机5，经防爆风机连接外界，当环境测试室内的异丁烷气体浓度较高时排出内部气体。
环境箱内安装异丁烷气体探测器17，防止漏气危险。
异丁烷浓度测试装置采用异丁烷气体探测器，异丁烷浓度测试装置安装在家用制冷器具内部，该异丁烷探测器17安装在一防爆箱29内，防爆箱内还安装有微小气体流量泵，微小气体流量泵连接进气管和回气管，异丁烷探测器17安装在进气管上，回气管上安装流量调节阀，微小气体流量泵用于将测试点的异丁烷气体导入异丁烷探测器的浓度测试腔体。
模拟泄露装置控制装置还设有计时器；防爆电磁阀24由模拟泄露装置控制装置12连接控制，或由计时器连接控制；异丁烷钢瓶18底部安装精密电子秤或重量传感器。
环境箱的温度通过模拟泄露装置控制装置12上的气瓶温度PID控制器控制；加热器采用过零触发型固态继电器平稳地控制电热元件的加热功率，从而控制气瓶温度的平稳上升。
控制室2内安装有电脑10，电脑连接控制异丁烷浓度检测控制装置11，异丁烷浓度检测控制装置和模拟泄露装置控制装置12分别采用PLC控制器。
本发明根据标准中规定的制冷剂模拟泄漏安全性测试时异丁烷的温度、泄漏质量要求及异丁烷泄漏浓度取样间隔要求，检测到不同浓度的安全性判定要求等，提出一套自动化智能测试系统，完成数据的实时采集、处理，实现测试过程的自动化控制。
整个测试系统主要分为三部分：异丁烷模拟泄漏装置，异丁烷浓度测试装置，防爆环境测试室。
1、异丁烷模拟泄漏装置
该装置能够自动控制异丁烷的泄漏注入质量、泄漏注入时间，并且能够精确控制异丁烷气瓶的温度。
模拟泄漏装置用来向指定位置释放异丁烷，以模拟这些部位的管路发生破损泄漏时的现象。
装置采用分体式设计，控制箱设在测试室外，通过控制箱对设备进行操作，并对时间、温度等参数进行监视。
其技术方案为：
⑴ 气瓶加热部分
加热部分包括装有异丁烷的气瓶、容纳气瓶的环境箱、环境箱外面的电加热器和风机几部分组成。
气瓶为装有异丁烷制冷剂的钢瓶，通过环境箱外面的电加热管、风机实现对气瓶的加热，电加热管加热附近的空气，风扇将热空气吹入环境箱中，对气瓶进行加热。
环境箱的温度通过控制箱上的“气瓶温度”PID仪表控制（PID控制器），温度范围包括标准要求的32℃和70℃，控制精度为±1℃。
加热器采用固态继电器过零触发技术（过零触发型固态继电器）平稳地控制电热元件的加热功率，从而控制气瓶温度的平稳上升，并在试验全过程保持恒定。
⑵ 泄漏控制部分
用户根据标准要求确定异丁烷泄漏的总质量和泄漏时间，计算出泄漏速度。
泄漏速度的控制采用高精度小流量质量流量计及质量流量控制器实现。质量流量计可设置和显示异丁烷流量，可控流量范围为（0.2~12）g/min，控制精度为±2%读数。
最终泄漏的制冷剂总质量，通过高精度电子秤称量获得。高精度电子秤置于加热箱外，托盘通过穿过气瓶箱底部钢板的四个支撑柱置于电子秤上，可全程监控测量气瓶的重量。电子秤的最大量秤10kg，精度为±0.1g。
异丁烷的泄漏时间通过控制箱上的定时器控制，按下测试启停按钮后启动计时，计时结束时自动停止异丁烷泄漏。
气瓶的出口处配有防爆电磁阀，可在控制箱上控制，或由定时器控制，控制泄漏启停。
制冷剂通过毛细管引导至欲模拟的部位，泄漏装置带有标准铜管对接头，用于连接不同规格的毛细铜管。
⑶ 安全控制部分
为了防止压力过高发生危险或损坏流量计等设备，在防爆电磁阀的前端设有一个减压阀，可调节到适合的压力。
配有一块1.5级压力表，量程-0.1~3.9MPa，可显示瓶内压力。
加热箱旁设置可燃气体浓度探测器，可燃气体浓度探测器连接声光报警器，防止加热箱附近气瓶、管路漏气造成危险，当浓度超过25%LEL时报警，超过50%LEL时，切断释放装置的电源。
环境箱内设有温度过热保护装置，当发生温度过热时，控制箱内的PLC控制器自动切断电加热电源和风机电源，以防止气瓶过热产生危险。
控制箱上设有急停按钮，在发生紧急安全事故情况下，可以切断整个系统的电源。
2、异丁烷浓度测试装置
该装置能够对异丁烷气体进行24h以上在线浓度测试，可通过计算机接口及相关控制软件，将测试数据上传至计算机，在计算机上保存、显示测试数据、曲线。电脑、异丁烷浓度检测控制、泵吸装置依次连接。
其技术方案为：
⑴ 异丁烷浓度检测部分
采用双波长红外式异丁烷气体检测仪，对异丁烷气体进行24h以上在线浓度检测。
为解决实际测试时，某些测试部位气体检测仪可能无法置于测试点的问题，设计了泵吸系统，用于将测试点的异丁烷气体通过微小流量泵导入气体检测仪的浓度测试腔体。
泵吸装置采用防爆设计，可安装于模拟泄漏测试现场，并设有流量显示装置，泵吸流量0-2L/min可调。
为减少泵吸系统对测试部位空气的影响，设计为便携式泵吸装置，试验时，泵吸装置的放置位置尽量靠近测试区域，缩短泵吸装置管路长度，带有气体回送管路，将吸入的气体重新释放到吸入部位。
⑵ 异丁烷浓度检测控制部分
控制部分可以连接多个浓度检测部分，采集和显示各检测部分的测试数据，与上位机进行数据通讯，并负责控制防爆环境测试室的运行。
输入接口：可连接4个4-20mA气体检测仪等输入信号，多路继电器输出信号。
数据采集和显示：通过RS232接口读取各检测部分的数据，显示数据
防爆环境测试室控制：控制测试室的防爆风机、风门、声光等设备的运行与关闭。
上位机通讯：将测试数据以及测试过程中产生的各种事件记录，通过RS232口（或者其他接口）上传给上位机，接收上位机传来的指令，并根据指令控制检测部分的工作。
⑶ 数据处理部分
通过计算机接口及相关控制软件，将检测数据上传至计算机，可在计算机上保存、显示测试数据、曲线，并对测试数据进行分析、处理。
3、防爆环境测试室
为保证试验场所人员、设备的安全，防止试验场所异丁烷浓度过高造成危险，要考虑试验场所的防爆、防静电火花，防止在非测试区域异丁烷浓度过高导致火灾、爆炸危险。包括如下结构。
1防爆环境测试室，2控制室，3空调室，4防爆环境测试室内传感器（包括异丁烷气体探测器、环境温湿度传感器等），5防爆风机（当环境测试室内的异丁烷气体浓度较高时排出内部气体），6测试台，7防爆风机（与空调室相连，控制环境测试室的温湿度），8空调机组。
防爆环境测试室内设有两个异丁烷气体探测器，分别置于测试室两侧，并设有防爆风机、风门。异丁烷气体探测器与异丁烷浓度检测控制部分相连接，可随时监测测试室内的异丁烷气体浓度是否超标：当异丁烷气体探测器检测到异丁烷气体达到25%低爆限值时，控制电路自动开启风门，但不切断供电电源。当探测器检测到异丁烷气体浓度达到50%低爆限值时，控制电路在打开风门的基础上，开启防爆风机，排出测试室内含异丁烷气体的空气，同时开启声光报警器，警示试验内异丁烷气体超标，并切断测试室内除防爆系统外所有供电电源，保证测试室内设备的安全。
设备报警自动解除后，测试室内的供电电源不会自动重新输出供电，需人工确认后再按照正常模式操作开启设备。
作为防爆环境测试室的一部分，在外侧设有单独的空调室，里面安装有空调机组，用以调节防爆环境测试室的环境温湿度，通过防爆风机与防爆环境测试室连通。
本发明中带有4个气体探测器，并不是都放在防爆箱内的，只有一个放在防爆箱内，用来检测测试部位的异丁烷浓度。另外三个中的两个放置在防爆环境测试室中，是图一中4的一部分，检测测试环境中异丁烷浓度，判断检测环境是否存在爆炸危险，控制防爆环境测试室防爆风机和风门（图中未画出）启停，最后一个放在模拟泄漏装置上，图二中的17，它的作用是感测气瓶附近是否有制冷剂泄漏，并根据需要提供报警、停止气瓶释放。
测试台6的作用是摆放被测试的样机。
整套系统总计两台PLC，一台装在模拟泄漏控制装置中，与定时器、温度控制器、模拟泄漏装置上的气体探测器等等外围器件一起控制模拟泄漏装置的运行。另一台PLC装在异丁烷浓度检测控制装置上，读取防爆箱内的浓度感测器读数，控制泵吸装置运行，并负责与PC电脑通信。
使用过程如下。
将冰箱按正常工作状态置于冰箱工况试验室测试角或试验台上，冰箱的摆放，应注意使其在自由通风的位置进行测试，避免强制对流空气对试验结果的影响。还应注意避免泄漏和测试部位与房间环境可燃制冷剂探测器及释放装置的可燃制冷剂探测器过近，以免误报警、误动作。
按标准要求确认模拟泄漏试验部位和泄漏浓度测试部位，根据可燃制冷剂种类选用相应的双波长红外式气体检测仪及制冷剂气瓶，根据模拟泄漏测试部位，选择是否使用泵吸装置（如果测试部位无法放置双波长红外式气体检测仪，则使用泵吸装置，将吸管固定于测试部位），在需要样品通电工作状态下测试时，准备好样品供电电源。检查红外气体检测仪与配套气体检测报警控制器及计算机的连接，并接入电源，运行计算机上的监控程序。
按照条款要求，确认试验的气瓶温度、释放量，释放时间，计算出释放速度，通过可燃制冷剂模拟泄漏试验装置进行相关设置，在确认的冰箱内释放点上固定好毛细管（必要时，需在冰箱发泡前，预埋毛细管），在确认的冰箱内测试点上放置好双波长红外式气体检测仪或泵吸管口。
具体操作流程如下。
1.将设备连接线正确连接(注意航空插头的公、母端槽口对齐)
2 合上设备电器柜中的空气开关；
3. 打开设备控制电源（钥匙开关）；
4.连接毛细管（22.107.1必须连接Φ0.7mm毛细管，其它试验，根据释放速度大小，选用合适的毛细管）
5.确保气瓶管路已经连接好，将气瓶置于电子秤上，做好秤重准备，打开系统截止阀；注意电子秤需调平，置0，使显示数据稳定。
6. 减压阀在出厂时已经调整至0.2MPa左右，没有特殊情况下无需调整；（注意：减压阀的压力绝对不能调整至1MPa以上，否则质量流量计会因压力超高而损坏！）
7. 根据需要的制冷剂释放量，通过质量流量控制器设定流量数值。
8. 流量数值设置方法：上电后，在其面板上按右上角的SETPT按钮，进入每分钟气体释放量设定，单位是g/min.右上角的SELECT PT按钮是小数点移动按钮，UP和DOWN按钮是进行数值的加减，设定完毕后，再按一下右下角的SET按钮，即设定完毕。
通过定计时器设定释放时间；每按一次相应数位的按钮，数值循环设置。
9. 根据需要的制冷剂温度（32℃±1℃和70℃±1℃），调整气瓶温度表的设定值；（如没有温度要求则省略此步骤）
温度值设定方法：按下SET按钮后，设定值开始跳动，再调整上下键头按钮，进行数值的加和减，最后再按下SET按钮后，数值设定成功。(左下角的4个小按钮，不要操作,除非有必要改变过热报警温度设定值)。
10. 按下控制柜上的环境启停按钮，等待温度稳定控制在设定值；（如没有温度要求则省略此步骤）
12、按下控制柜上的测试启停按钮开始释放制冷剂；
12. 到达定时器设定时间后停止释放制冷剂；
13. 再次对气瓶秤重,得到本次试验的制冷剂释放量；
14. 再次按环境启停按钮关闭环境温度控制；（如没有温度要求且没有开启环境启停按钮则省略此步骤）
15. 关闭系统截止阀；
16. 关闭可燃制冷剂释放装置设备总电源；（注意：不做试验时或试验完成后请将总电源关闭，因为当质量流量计没有气体经过并质量流量控制器为非零设定值时，过长时间通电会使质量流量计阀门一直开到最大状态，从而有可能造成阀体过热而损坏！）；
17. 关闭设备电器柜中的空气开关。

Claims (4)

1.一种家用制冷器具用异丁烷制冷剂泄漏安全性智能测试装置，其特征在于：包括安装在防爆环境测试室内的异丁烷模拟泄漏装置和异丁烷浓度测试装置；
防爆环境测试室内还安装有传感器、测试台，测试台用于放置待测家用制冷器具；
还有一控制室，控制室内安装有异丁烷浓度检测控制装置、模拟泄露装置控制装置，模拟泄露装置控制装置连接并控制异丁烷模拟泄露装置，异丁烷浓度检测控制装置连接并控制异丁烷浓度测试装置和传感器；
异丁烷模拟泄露装置包括环境箱、放置在环境箱内的异丁烷钢瓶，环境箱连接一封闭腔体，封闭腔体内安装电加热器和风机，封闭腔体育环境箱内部相通，通过风机将电加热器加热的空气吹入环境箱内，加热异丁烷钢瓶；异丁烷钢瓶经管道依次连接钢瓶阀门、截止阀、压力表、减压阀、防爆电磁阀、质量流量计、标准对接头，标准对接头连接毛细管，制冷剂通过毛细管引至家用制冷器具欲模拟的部位；质量流量计连接质量流量控制器，控制泄漏速度；
还有一空调室，空调室内安装有空调机组，空调室经管道和防爆风机连接防爆环境测试室，使防爆环境测试室保持恒温；
异丁烷浓度测试装置采用异丁烷探测器，异丁烷浓度测试装置安装在家用制冷器具内部，该异丁烷探测器安装在一防爆箱内，防爆箱内还安装有微小气体流量泵，微小气体流量泵连接进气管和回气管，异丁烷探测器安装在进气管上，回气管上安装流量调节阀，微小气体流量泵用于将测试点的异丁烷气体导入异丁烷探测器的浓度测试腔体；
模拟泄露装置控制装置还设有计时器；防爆电磁阀由模拟泄露装置控制装置连接控制，或由计时器连接控制；异丁烷钢瓶底部安装精密电子秤或重量传感器；
环境箱的温度通过模拟泄露装置控制装置上的气瓶温度PID控制器控制；加热器采用过零触发型固态继电器平稳地控制电热元件的加热功率，从而控制气瓶温度的平稳上升；
控制室内安装有电脑，电脑连接控制异丁烷浓度检测控制装置，异丁烷浓度检测控制装置和模拟泄露装置控制装置分别采用PLC控制器。
2.根据权利要求1所述的家用制冷器具用异丁烷制冷剂泄漏安全性智能测试装置，其特征在于：防爆环境测试室内的传感器包括温度传感器、湿度传感器、气体探测器；气体探测器，用于检测漏气危险。
3.根据权利要求1或2所述的家用制冷器具用异丁烷制冷剂泄漏安全性智能测试装置，其特征在于：防爆环境测试室的壁上安装有防爆风机，经防爆风机连接外界，当环境测试室内的异丁烷气体浓度较高时排出内部气体。
4.根据权利要求1或2所述的家用制冷器具用异丁烷制冷剂泄漏安全性智能测试装置，其特征在于：环境箱内安装异丁烷探测器，防止漏气危险。
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