CN109781782A - 一种桌面型自供水热交换器性能测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于半导体热泵的桌面型自供水热交换器性能测试实验装置,利用半导体热泵技术,体积小,控制灵活,适应桌面系统要求;实现节能,尤其在冷热水同时供应时实现能量补偿,回收冷热源能量;循环供水,无需上下水,实验方便灵活,不受上下水管位置的限制;采用热交换器式膨胀水箱,抛弃体积庞大的冷热水箱,结构紧凑,实现冷热水的混合冷热补偿换热,减少环境换热负荷,同时实现补水、定压和排除系统气体或过盛水。本发明灵活方便、结构紧凑、节水环保、节约能源,能实现液‑液热交换器的热工性能和阻力特性测试,广泛适用于热交换器的实验教学和测试需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种桌面型自供水热交换器性能测试装置,特别是一种基于半导体热泵的桌面型自供水热交换器性能测试实验装置。
背景技术
当前,实验室面积紧张、设备老化是高校的普遍现象,实验室即使循环使用和公用安排也变得十分拥挤,相关上下水设施难以为继,已成为奢望。
常规热交换器性能测试装置要求使用上下水配置或者体积庞大的水箱,并且冷热水箱分开布置,常常利用自来水充当冷却介质,自来水使用后经管路直接排入下水道,还需单独加热装置。这种操作方式至少存在如下缺点:需在实验室配置上下水,增加成本和安全隐患;需要把实验装置安装在有上下水道的地方附近,操作不便;充当冷却介质的自来水一次性使用,造成了水资源的极大浪费;冷热源的直排造成极大的能源浪费和环境热污染。
半导体热泵可同时来实现制冷和制热,体积小、无机械运动部件,控制简单方便。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术无法适应上下水布置以及实验室场地限制的缺陷,提供一种基于半导体热泵的桌面型自供水热交换器性能测试装置,适用于热交换器的实验教学和测试需求。
为实现发明目的,本发明的技术方案是一种桌面型自供水热交换器性能测试装置。包括膨胀式热交换器、第一水泵、第二水泵、第一调节阀、第二调节阀、温度传感器、压力传感器、流量传感器、第一比例分配阀、第二比例分配阀和热泵以及热泵蒸发器、热泵冷凝器和热交换器,所述膨胀式热交换器、所述第一水泵、所述第一调节阀、所述热泵蒸发器、所述第一比例分配阀和所述热交换器冷水通道组成冷水回路,所述膨胀式热交换器、所述第二水泵、所述第二调节阀、所述热泵冷凝器、所述第二比例分配阀和所述热交换器热水通道组成热水回路,所述第一水泵和所述第二水泵分别提供冷水和热水的循环动力,所述第一调节阀和所述第二调节阀分别实现冷水和热水的流量调节,所述流量传感器分别指示冷水和热水的流量,所述热交换器冷水通道和所述热交换器热水通道的进口和出口分别布置所述温度传感器和所述压力传感器,所述温度传感器用于相应位置温度的采集和指示,所述压力传感器用于相应位置压力的采集和指示,所述第一比例分配阀和所述第二比例分配阀为三通比例调节阀,按一定调节协议将入口水流按比例分流到两出口,所述第一比例调节阀的入口连通所述热交换器冷水通道出口,所述第一比例调节阀出口分别连通所述膨胀式热交换器入口和所述热泵冷凝器入口,所述第二比例分配阀的入口连通所述热交换器热水通道出口,所述第二比例分配阀出口分别连通所述膨胀式热交换器入口和所述热泵蒸发器入口,所述膨胀式热交换器用于冷热水的混合换热,同时进行补水、定压和排除系统气体或过盛水。
利用上述桌面型自供水热交换器性能测试装置进行测试,所述热泵依据所述热交换器冷水通道的冷负荷和所述热交换器热水通道的热负荷的较高负荷进行工作,所述第一比例分配阀和所述第二比例分配阀是基于所述热泵的工况以及所述热交换器冷水通道的冷负荷和所述热交换器热水通道的热负荷按照调节协议进行比例分配,多余的冷热负荷通过所述膨胀式热交换器进行匹配,冷水和热水在所述膨胀式热交换器内混合换热并与环境换热至环境温度。
利用上述桌面型自供水热交换器性能测试装置进行热工性能测试的方法一步骤如下,根据测试工况要求通过改变所述热交换器冷水通道和所述热交换器热水通道的流量和进口温度;待工况稳定后,分别记录所述热交换器冷水通道和所述热交换器热水通道的流量以及进口温度和出口温度的当前数值;根据热平衡方程式计算换热量,根据进出口温度计算对数平均温差,根据传热方程式计算传热系数,得到传热系数与流速的关系,即所述热交换器的传热性能曲线。
利用上述桌面型自供水热交换器性能测试装置进行热工性能测试的方法二步骤如下,根据测试工况要求通过改变所述热交换器冷水通道和所述热交换器热水通道的流量和进口温度;待工况稳定后,分别记录所述热交换器冷水通道和所述热交换器热水通道的流量、进口温度和出口温度以及进口压力和出口压力的当前数值;根据对应压力和温度查取所述热交换器冷水通道和所述热交换器热水通道的进出口焓值,进而计算换热量,根据进出口温度计算对数平均温差,根据传热方程式计算传热系数,得到传热系数与流速的关系,即所述热交换器的传热性能曲线。
利用上述桌面型自供水热交换器性能测试装置进行阻力特性测试的方法步骤如下,根据测试工况要求通过改变所述热交换器冷水通道和所述热交换器热水通道的流量和进口温度;待工况稳定后,分别记录所述热交换器冷水通道和所述热交换器热水通道的流量以及进口压力和出口压力的当前数值;根据对应压力数值计算所述热交换器冷水通道和所述热交换器热水通道的压力降,得到压力降与流速的关系,即所述热交换器的流体阻力特性曲线。
本发明的有益效果是发明由于采取以上技术方案,其具有以下优点,循环供水,无需上下水,实验方便灵活,不受上下水管位置的限制;可以同时供应不同温度、流量参数的冷热水,可任意调节,并且供应的冷热水为恒温恒流,满足热交换器性能实验的负荷要求以及精度和重现性要求;利用热泵技术,实现节能,尤其在冷热水同时供应时实现能量补偿,回收冷热源能量;半导体热泵体积小,无运动部件,控制灵活,适应桌面系统要求;节约用水,循环利用,避免供水一次性使用造成水资源的极大浪费,避免冷热源的直排造成极大的能源浪费和环境热污染;采用热交换器式膨胀水箱,抛弃体积庞大的冷热水箱,结构紧凑,无须单独加热装置,实现冷热水的混合冷热补偿换热,减少环境换热负荷,同时实现补水、定压和排除系统气体或过盛水。本发明灵活方便、结构紧凑、节水环保、节约能源,能实现液-液热交换器的热工性能和阻力特性测试,广泛适用于热交换器的实验教学和测试需求。
附图说明
图1是本发明的系统原理示意图。
图中:1-膨胀式热交换器,2-第一水泵,3-第二水泵,4-第一调节阀,5-第二调节阀,6-温度传感器,7-压力传感器,8-第一流量传感器,9-第一比例分配阀,10-第二比例分配阀,11-热泵,12-热电模块,13-热泵蒸发器,14-热泵冷凝器,15-热交换器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
为实现发明目的,本发明的技术方案是一种桌面型自供水热交换器性能测试装置。如图1所示,包括膨胀式热交换器1、第一水泵2、第二水泵3、第一调节阀4、第二调节阀5、温度传感器6、压力传感器7、流量传感器8、第一比例分配阀9、第二比例分配阀10和热泵11以及热泵蒸发器13、热泵冷凝器14和热交换器15。热泵11采用半导体热泵,热电模块12(TEC1-12705)提供制冷和加热,温度传感器6采用pt1000热电阻,热交换器15为待测热交换器,为管壳式热交换器和套管式热交换器,通过快接接口更换,第一水泵2、第一调节阀4、热泵蒸发器13、第一比例分配阀9、膨胀式热交换器1和热交换器冷水通道组成冷水回路,第二水泵3、第二调节阀5、热泵冷凝器14、膨胀式热交换器1、第二比例分配阀10和热交换器热水通道组成热水回路,第一水泵2和第二水泵3分别提供冷水和热水的循环动力,第一调节阀4和第二调节阀5分别实现冷水和热水的流量调节,流量传感器8分别指示冷水和热水的流量,热交换器冷流体通道和热流体通道的进出口分别布置温度传感器6和压力传感器7,温度传感器6用于相应位置温度的采集和指示,压力传感器7用于相应位置压力的采集和指示,第一比例分配阀9和第二比例分配阀10为三通比例调节阀,按一定调节协议将入口水流按比例分流到两出口,第一比例调节阀9的入口连通热交换器冷水通道出口,第一比例调节阀9出口分别连通膨胀式热交换器1入口和热泵冷凝器14入口,第二比例分配阀10的入口连通热交换器热水通道出口,第二比例分配阀10出口分别连通膨胀式热交换器1入口和热泵蒸发器13入口,膨胀式热交换器1用于冷热水的混合换热,同时进行补水、定压和排除系统气体或过盛水。
利用上述桌面型自供水热交换器性能测试装置进行测试,热泵11依据热交换器15冷水通道的冷负荷和热交换器15热水通道的热负荷的较高负荷进行工作,第一比例分配阀9和第二比例分配阀10是基于热泵的工况以及热交换器15冷水通道的冷负荷和热交换器15热水通道的热负荷按照调节协议进行比例分配,多余的冷热负荷通过膨胀式热交换器1进行匹配,冷水和热水在膨胀式热交换器1内混合换热并与环境换热至环境温度。
利用上述桌面型自供水热交换器性能测试装置进行热工性能测试的方法一步骤如下,根据测试工况要求通过改变热交换器15冷水通道和热交换器15热水通道的流量和进口温度;待工况稳定后,分别记录热交换器15冷水通道和热交换器15热水通道的流量以及进口温度和出口温度的当前数值;根据热平衡方程式计算换热量,根据进出口温度计算对数平均温差,根据传热方程式计算传热系数,得到传热系数与流速的关系,即热交换器15的传热性能曲线。
利用上述桌面型自供水热交换器性能测试装置进行热工性能测试的方法二步骤如下,根据测试工况要求通过改变热交换器15冷水通道和热交换器15热水通道的流量和进口温度;待工况稳定后,分别记录热交换器15冷水通道和热交换器15热水通道的流量、进口温度和出口温度以及进口压力和出口压力的当前数值;根据对应压力和温度查取热交换器15冷水通道和热交换器15热水通道的进出口焓值,进而计算换热量,根据进出口温度计算对数平均温差,根据传热方程式计算传热系数,得到传热系数与流速的关系,即热交换器15的传热性能曲线。
利用上述桌面型自供水热交换器性能测试装置进行阻力特性测试的方法步骤如下,根据测试工况要求通过改变热交换器15冷水通道和热交换器15热水通道的流量和进口温度;待工况稳定后,分别记录热交换器15冷水通道和热交换器15热水通道的流量以及进口压力和出口压力的当前数值;根据对应压力数值计算热交换器15冷水通道和热交换器15热水通道的压力降,得到压力降与流速的关系,即热交换器15的流体阻力特性曲线。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种桌面型自供水热交换器性能测试装置,包括膨胀式热交换器(1)、第一水泵(2)、第二水泵(3)、第一调节阀(4)、第二调节阀(5)、温度传感器(6)、压力传感器(7)、流量传感器(8)、第一比例分配阀(9)、第二比例分配阀(10)和热泵(11)以及热泵蒸发器(13)、热泵冷凝器(14)和热交换器(15),其特征在于,所述膨胀式热交换器(1)、所述第一水泵(2)、所述第一调节阀(4)、所述热泵蒸发器(13)、所述第一比例分配阀(9)和所述热交换器(15)冷水通道组成冷水回路,所述膨胀式热交换器(1)、所述第二水泵(3)、所述第二调节阀(5)、所述热泵冷凝器(14)、所述第二比例分配阀(10)和所述热交换器(15)热水通道组成热水回路,所述第一水泵(2)和所述第二水泵(3)分别提供冷水和热水的循环动力,所述第一调节阀(4)和所述第二调节阀(5)分别实现冷水和热水的流量调节,所述流量传感器(8)分别指示冷水和热水的流量,所述热交换器(15)冷水通道和所述热交换器(15)热水通道的进口和出口分别布置所述温度传感器(6)和所述压力传感器(7),所述温度传感器(6)用于相应位置温度的采集和指示,所述压力传感器(7)用于相应位置压力的采集和指示,所述第一比例分配阀(9)和所述第二比例分配阀(10)为三通比例调节阀,按一定调节协议将入口水流按比例分流到两出口,所述第一比例调节阀(9)的入口连通所述热交换器(15)冷水通道出口,所述第一比例调节阀(9)出口分别连通所述膨胀式热交换器(1)入口和所述热泵冷凝器(14)入口,所述第二比例分配阀(10)的入口连通所述热交换器(15)热水通道出口,所述第二比例分配阀(10)出口分别连通所述膨胀式热交换器(1)入口和所述热泵蒸发器(13)入口,所述膨胀式热交换器(1)用于冷热水的混合换热,同时进行补水、定压和排除系统气体或过盛水。
2.根据权利要求1所述的桌面型自供水热交换器性能测试装置,其特征在于,所述热泵(11)依据所述热交换器(15)冷水通道的冷负荷和所述热交换器(15)热水通道的热负荷的较高负荷进行工作,所述第一比例分配阀(9)和所述第二比例分配阀(10)是基于所述热泵(11)的工况以及所述热交换器(15)冷水通道的冷负荷和所述热交换器(15)热水通道的热负荷按照调节协议进行比例分配,多余的冷热负荷通过所述膨胀式热交换器(1)进行匹配,冷水和热水在所述膨胀式热交换器(1)内混合换热并与环境换热至环境温度。
3.利用权利要求1所述的桌面型自供水热交换器性能测试装置进行热工性能测试的方法,其特征在于,根据测试工况要求通过改变所述热交换器(15)冷水通道和所述热交换器(15)热水通道的流量和进口温度;待工况稳定后,分别记录所述热交换器(15)冷水通道和所述热交换器(15)热水通道的流量以及进口温度和出口温度的当前数值;根据热平衡方程式计算换热量,根据进出口温度计算对数平均温差,根据传热方程式计算传热系数,得到传热系数与流速的关系,即所述热交换器(15)的传热性能曲线。
4.利用权利要求1所述的桌面型自供水热交换器性能测试装置进行热工性能测试的方法,其特征在于,根据测试工况要求通过改变所述热交换器(15)冷水通道和所述热交换器(15)热水通道的流量和进口温度;待工况稳定后,分别记录所述热交换器(15)冷水通道和所述热交换器(15)热水通道的流量、进口温度和出口温度以及进口压力和出口压力的当前数值;根据对应压力和温度查取所述热交换器(15)冷水通道和所述热交换器(15)热水通道的进出口焓值,进而计算换热量,根据进出口温度计算对数平均温差,根据传热方程式计算传热系数,得到传热系数与流速的关系,即所述热交换器(15)的传热性能曲线。
5.利用权利要求1所述的桌面型自供水热交换器性能测试装置进行阻力特性测试的方法,其特征在于,根据测试工况要求通过改变所述热交换器(15)冷水通道和所述热交换器(15)热水通道的流量和进口温度;待工况稳定后,分别记录所述热交换器(15)冷水通道和所述热交换器(15)热水通道的流量以及进口压力和出口压力的当前数值;根据对应压力数值计算所述热交换器(15)冷水通道和所述热交换器(15)热水通道的压力降,得到压力降与流速的关系,即所述热交换器(15)的流体阻力特性曲线。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190521 |