CN112082706A - 一种小型制冷空间门封部位湿空气交换率检测装置与方法 - Google Patents

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CN112082706A CN202010880067.4A CN202010880067A CN112082706A CN 112082706 A CN112082706 A CN 112082706A CN 202010880067 A CN202010880067 A CN 202010880067A CN 112082706 A CN112082706 A CN 112082706A
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Abstract

本发明公开了一种小型制冷空间门封部位湿空气交换率检测装置与方法，该装置由工作站、数据采集仪、功率计、气体分析仪、抽气泵、调压阀、抽气管、压差计、示踪气体罐、输气管、外部温湿度探测器、内部湿度探测器、密封接头、测试箱主体、测试箱副体、门体、待测门封条、固定门封条、温度探测器、示踪气体吸入口及示踪气体释放口组成。该装置的制冷空间由带有制冷功能的测试箱主体和能够自由拆卸、装配的测试箱副体与门体组成，可精确测试同一工况不同结构门封条、同一门封条不同工况下的密封性能。在测试初始时刻给制冷空间内部充注一定浓度的示踪气体，通过定时抽样检测示踪气体浓度值，可准确测算出门封部位湿空气交换率。

Description

一种小型制冷空间门封部位湿空气交换率检测装置与方法
技术领域
本发明属于制冷空间密封性测试领域，具体涉及一种小型制冷空间湿空气门封部位交换率检测装置与方法。
技术背景
陈列柜、酒柜、冰箱及冷柜等小型制冷装置，由于承担着长期低温储存食品、生物医药制品及化工制品等物品的重要任务，对制冷空间密封性能的要求普遍比较高。这些装置绝大部分时间都处于关门状态，外界高湿热空气与内部低湿冷空气主要通过门封部位进行热质交换，由此引起的耗电量占设备总耗电量的20％以上。特别地，外界湿热空气进入制冷空间后，在内壁面、搁架、及抽屉上凝露或结霜，造成冷凝水积聚，严重时甚至冻结抽屉，影响了用户的正常使用。因此，提高制冷空间门封部位的密封性能至关重要。通过对门封条材质、结构优化是最常见的密封性能提高方式，而准确地测试门封部位湿空气交换率是获得门封条密封性能提升效果和指导进一步优化的前提，本发明提供的检测装置和方法可为制冷企业、门封企业及相关科研机构在制冷空间门封部位湿空气交换率测试上提供一定的参考。
目前，关于小型制冷空间门封部位湿空气交换率的检测装置和方法极少，门封企业在设计开发过程中往往凭经验设计门封条结构，难以精准地获取需求的密封强度。一般来说，有三种方法评估门封部位的密封性能：一是往制冷空间持续性地输入定量空气，检测制冷空间内外部压差，来间接反映门封条的门封性能，压差越大密封性越好；二是通过检测制冷空间运行一段时间的凝露、化霜水质量获得水蒸气渗透率，近似看作湿空气交换率；三是直接在某一款制冷产品上用示踪气体来测试不同结构系列门封条的湿空气交换率。方法一只能测试稳态工况，测试工况也不是制冷产品实际运行工况，且不能获得具体湿空气交换率值；方法二只考虑了进入制冷空间的水蒸气，事实上，在压缩机的启停作用下，进入制冷空间的湿空气除了水蒸气部分，还有干空气部分，同时也有内部湿空气泄漏至外部环境，方法二精确度也不足；方法三采用示踪气体的测试精度有所提高，但是在实际制冷产品中除了门封部位存在湿空气交换，还存在其它很多未知“漏点”影响测试的精确性，且门封条结构与箱体内胆、门体内胆是一一匹配的，若要准确测量每一条门封条密封性，需要以每一款对应的制冷产品的制冷空间为依托，成本很高，而若图方便在某一款制冷产品上测试所有的门封条，则改变了门封条的实际安装状态，测试精度也会有很大影响。因此，急需一套通用性高、精确性高的湿空气交换率测试装置和方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有小型制冷空间门封部位密封性测试技术中存在的不足，提供小型制冷空间门封部位湿空气交换率检测装置与方法，该检测装置和方法准确度较高、操作方便、成本较低。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种小型制冷空间门封部位湿空气交换率检测装置，该装置包括的部件有：工作站101、功率计102、气体分析仪103、数据采集仪104、抽气泵105、抽气管调压阀106、抽气管107、压差计108、示踪气体罐109、输气管调压阀110、输气管111、外部温湿度探测器112、内部湿度探测器113、密封接头114、测试箱主体115、测试箱副体116、门体117、待测门封条118、固定门封条119、温度探测器120、示踪气体吸入口121及示踪气体释放口122；
以上部件组成数据采集装置、气体充注装置及标准测试箱体三大部分；所述数据采集装置包含功率采集模块、示踪气体浓度采集模块、内外部温湿度与压差采集模块，其连接关系分别为：1)功率采集模块—工作站101与功率计102相连，功率计102安装于测试箱主体115制冷系统的供电回路中；2)示踪气体浓度采集模块—工作站101与气体分析仪103相连，气体分析仪103的检测口与抽气管107一端相连，抽气管107另一端经过密封接头114后连接位于在制冷空间内的多个示踪气体吸入口121，在抽气管107中间设有抽气泵105和调节抽气量大小的抽气管调节阀106；3)内外部温湿度与压差采集模块—外部温湿度传感器112安放于外界环境中，内部湿度传感器113的数字显示屏位于制冷空间外部，湿度探头位于制冷空间内部，均具有Wi-Fi连接功能，通过无线网络将采集的数据传输给工作站101，工作站101也与数据采集仪104相连，数据采集仪104的采集卡有多个采集通道，分别与压差计108、温度探测器120相连；所述气体充注装置连接关系为：输气管111一端与示踪气体罐109相连，另一端连接的示踪气体释放口122经过密封接头114置于制冷空间内部，在输气管111上设有调节输气量大小的输气管调节阀110；所述标准测试箱体连接关系为：测试箱主体115与测试箱副体116间采用固定门封条119相连，测试箱副体116与门体117间采用待测门封条118相连，在测试箱主体115顶壁上开孔以便于安放温度探测器120的信号线、输气管111和抽气管107。
为了保证待测门封条与门体、箱体间隙的装配匹配性，同时减小标准测试箱体的加工工作量和成本，所述测试箱主体115及其固定门封条119一直保持不变，而不同结构系列的待测门封条118对应着不同的测试箱副体116与门体117，即一个结构系列的待测门封条118对应一套与其结构相匹配的测试箱副体116与门体117，其中测试箱主体115的长度即x轴方向、宽度即y轴方向、高度即z轴方向分别为x1、
Figure BDA0002653848660000041
z1，测试箱副体116的长度、宽度、高度分别为x1、
Figure BDA0002653848660000042
z1，门体117的长度、宽度、高度分别为x1、
Figure BDA0002653848660000043
z1，待测门封条118和固定门封条119的外围长度、宽度、高度相应地加工为x1-d+h1、h2、z1-d+h1，d为测试箱主体115、测试箱副体116和门体117的保温层厚度，其中：x1为制冷空间长度；y1为制冷空间宽度；z1为制冷空间高度；h1为待测门封条118和固定门封条119沿x轴方向和z轴方向的厚度；h2为待测门封条118和固定门封条119沿y轴方向的厚度。
所述示踪气体吸入口121为四个，均匀布置于测试箱体主体115、测试箱体副体116和门体117组成的制冷空间中，坐标为
Figure BDA0002653848660000051
温度探测器120为六个，同样均匀布置于制冷空间中，坐标为
Figure BDA0002653848660000052
Figure BDA0002653848660000053
示踪气体释放口122位于制冷空间正中心，坐标为
Figure BDA0002653848660000054
所述的小型制冷空间门封部位湿空气交换率检测装置的测试方法，当检测装置安装完毕后，打开输气管调压阀110向制冷空间充注示踪气体，并同时开启抽气泵105和稍微打开抽气管调压阀106，实时观测制冷空间内部平均示踪气体浓度，当示踪气体浓度充注到目标值时，关闭输气管调压阀110、抽气泵105和抽气管调压阀106；至此时开始计时，每隔固定时间ΔT打开一次抽气泵105和抽气管调压阀106，采集不同时刻T的实时浓度M，其中
Figure BDA0002653848660000055
n个时间间隔，单位h，
Figure BDA0002653848660000056
n个时间间隔，n+1个值，单位ppm；测试完成后，分别计算不同时刻示踪气体浓度值的自然对数值lnM，其中
Figure BDA0002653848660000057
n个时间间隔，n+1个值，并采用最小二乘法拟合关联式lnM＝lnM0-KT，其中K值即为湿空气交换率，单位为h-1。
在测试过程中为避免固定门封条119部位也存在湿空气交换，每次测试不同结构系列门封条之前，采用密封硅脂分别涂抹固定门封条119与测试箱主体115及测试箱副体116的接触位置，以及待测门封条118与测试箱副体116及门体117的接触位置，并往制冷空间充注一定量示踪气体，定时检测示踪气体浓度，如果浓度发生变化则说明密封不严实，进行多次绝密处理和检测后，直到密封严实、浓度不变结束，固定门封条119的密封措施保持不变，去除待测门封条118的密封措施，恢复正常安装状态进行湿空气交换率测试。
检测装置位于环境温湿度可调的恒温恒湿实验室内，设置典型的环境温湿度25℃、65％RH和制冷空间温度-18℃，更换不同材质、不同结构的待测门封条118进行门封部位湿空气交换率测试，同时检测制冷系统的运行功率，从而获得门封条材料、结构特征对门封部位湿空气渗透率和制冷系统运行能耗的影响规律。
对于某一典型结构待测门封条118，设计正交试验表，设置不同的外界环境温度、不同的外界环境湿度组合，测试在不同外界环境温湿度组合下的制冷空间降温阶段即内部温度从制冷系统启动时的环境温度降到设定温度的过程、制冷空间正常制冷阶段即内部温度在设定温度偏差范围内波动、制冷空间回温阶段即内部温度从制冷系统停机时的设定温度升到环境温度的过程的门封部位湿空气交换率，同时检测制冷空间内外部实际空气温湿度、压差，用于分析内外部空气参数对湿空气交换率的影响规律。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
1)可利用同一个测试箱主体测试不同结构、材质门封条的湿空气交换率，有效地降低测试需要的设备采购、制作成本；
2)同一个结构系列的门封条均配置有一套与结构相匹配的门体和测试箱副体，可最大限度地还原门封条与制冷产品门体、箱体的实际装配状态，避免门封条测试时的安装工况与在制冷产品上应用时的安装工况不一致而引起测量误差；
3)测试箱主体具有制冷功能，可以将制冷空间内部制冷温湿度调节为与制冷产品的实际运行工况一致，还原门封条工作时的环境状态；
4)测试前进行严格的检漏措施，使制冷空间内外部的湿空气交换效应仅在门封部位发生，可保证所测湿空气交换率真实地反应门封条的气密性；
5)采用示踪气体技术作为检测手段，测试系统的分辨率高、重复性强，仅需充注一次示踪气体及定时检测气体浓度，操作简便。
附图说明
图1为本发明小型制冷空间门封部位湿空气检测装置示意图。
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楚简明，以下结合附图及一种实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
如附图1所示，一种小型制冷空间门封部位湿空气交换率检测装置，包括工作站101、功率计102、气体分析仪103、数据采集仪104、抽气泵105、抽气管调压阀106、抽气管107、压差计108、示踪气体罐109、输气管调压阀110、输气管111、外部温湿度探测器112、内部湿度探测器113、密封接头114、测试箱主体1在15、测试箱副体116、门体117、待测门封条118、固定门封条119、温度探测器120、示踪气体吸入口121及示踪气体释放口122。
测试箱主体115的外围长度、宽度、高度为600mm、800mm、1300mm，测试箱副体116的外围长度、宽度、高度为600mm、100mm、1300mm，门体117的外围长度、宽度、高度分别为600mm、100mm、1300mm，测试箱主体115、测试箱副体116、门体117均采用聚氨酯发泡料作为保温层、内衬为ABS板、外衬为PCM板，保温层厚度为50mm。
固定门封条119的长度、宽度、高度分别为562mm、12mm、1262mm，待测门封条118有5个结构系列，其长度、高度为562mm、1262mm，宽度分别为11mm(1#系列)、12mm(2#系列)、13mm(3#系列)、14mm(4#系列)及15mm(5#系列)，相应地加工5套测试箱副体116和门体117，外围尺寸是一样的，但是门胆和箱胆的凹凸结构与5个结构系列的门封条相匹配。
四个示踪气体吸入口119的位置分别为(200mm,500mm,433mm)、(400mm,500mm,433mm)、(200mm,500mm,837mm)、(400mm,500mm,867mm)，六个温度探测器118的位置分别为(180mm,500mm,130mm)、(180mm,500mm,650mm)、(180mm,720mm,650mm)、(420mm,500mm,130mm)、(420mm,500mm,650mm)、(420mm,900mm,650mm)，示踪气体释放口122的位置为(300mm,500mm,650mm)，箱内信号线、输气管、抽气管安装完成后，密封接头114做聚氨酯发泡处理。
在恒温恒湿实验室控制面板上将环境温湿度设定为25℃、65％RH，在等待实验室空气温度调节至设定温度过程中，安装1#系列待测门封条118中的一条和固定门封条119，将绝热密封硅脂涂抹两个门封条与箱体、门体的接触边，充注示踪气体SF6至3000ppm，开启制冷系统，2小时后检测一次，检测值大于2900ppm即可视为无泄漏，若小于2900ppm，重新做密封处理，直到检测为大于2900ppm为止。
固定门封条119保持绝对密封状态，待测门封条118恢复正常安装状态，开启制冷系统，重新充注SF6至3000ppm，每隔5分钟打开抽气泵105和抽气管调压阀106，检测一次制冷空间内SF6的浓度，检测时长合计为5小时，共检测61次(含首次)，根据公式计算浓度的自然对数值和拟合为线性关联式，斜率即为湿空气交换率。

Claims (7)

1.一种小型制冷空间门封部位湿空气交换率检测装置，其特征在于：该装置包括的部件有：工作站(101)、功率计(102)、气体分析仪(103)、数据采集仪(104)、抽气泵(105)、抽气管调压阀(106)、抽气管(107)、压差计(108)、示踪气体罐(109)、输气管调压阀(110)、输气管(111)、外部温湿度探测器(112)、内部湿度探测器(113)、密封接头(114)、测试箱主体(115)、测试箱副体(116)、门体(117)、待测门封条(118)、固定门封条(119)、温度探测器(120)、示踪气体吸入口(121)及示踪气体释放口(122)；
以上部件组成数据采集装置、气体充注装置及标准测试箱体三大部分；所述数据采集装置包含功率采集模块、示踪气体浓度采集模块、内外部温湿度与压差采集模块，其连接关系分别为：1)功率采集模块—工作站(101)与功率计(102)相连，功率计(102)安装于测试箱主体(115)制冷系统的供电回路中；2)示踪气体浓度采集模块—工作站(101)与气体分析仪(103)相连，气体分析仪(103)的检测口与抽气管(107)一端相连，抽气管(107)另一端经过密封接头(114)后连接位于在制冷空间内的多个示踪气体吸入口(121)，在抽气管(107)中间设有抽气泵(105)和调节抽气量大小的抽气管调节阀(106)；3)内外部温湿度与压差采集模块—外部温湿度传感器(112)安放于外界环境中，内部湿度传感器(113)的数字显示屏位于制冷空间外部，湿度探头位于制冷空间内部，均具有Wi-Fi连接功能，通过无线网络将采集的数据传输给工作站(101)，工作站(101)也与数据采集仪(104)相连，数据采集仪(104)的采集卡有多个采集通道，分别与压差计(108)、温度探测器(120)相连；所述气体充注装置连接关系为：输气管(111)一端与示踪气体罐(109)相连，另一端连接的示踪气体释放口(122)经过密封接头(114)置于制冷空间内部，在输气管(111)上设有调节输气量大小的输气管调节阀(110)；所述标准测试箱体连接关系为：测试箱主体(115)与测试箱副体(116)间采用固定门封条(119)相连，测试箱副体(116)与门体(117)间采用待测门封条(118)相连，在测试箱主体(115)顶壁上开孔以便于安放温度探测器(120)的信号线、输气管(111)和抽气管(107)。
2.根据权利要求1所述的一种小型制冷空间门封部位湿空气交换率检测装置，其特征在于：为了保证待测门封条与门体、箱体间隙的装配匹配性，同时减小标准测试箱体的加工工作量和成本，所述测试箱主体(115)及其固定门封条(119)一直保持不变，而不同结构系列的待测门封条(118)对应着不同的测试箱副体(116)与门体(117)，即一个结构系列的待测门封条(118)对应一套与其结构相匹配的测试箱副体(116)与门体(117)，其中测试箱主体(115)的长度即x轴方向、宽度即y轴方向、高度即z轴方向分别为x1、
Figure FDA0002653848650000021
z1，测试箱副体(116)的长度、宽度、高度分别为x1、
Figure FDA0002653848650000022
z1，门体(117)的长度、宽度、高度分别为x1、
Figure FDA0002653848650000023
z1，待测门封条(118)和固定门封条(119)的外围长度、宽度、高度相应地加工为x1-d+h1、h2、z1-d+h1，d为测试箱主体(115)、测试箱副体(116)和门体(117)的保温层厚度，其中：x1为制冷空间长度；y1为制冷空间宽度；z1为制冷空间高度；h1为待测门封条(118)和固定门封条(119)沿x轴方向和z轴方向的厚度；h2为待测门封条(118)和固定门封条(119)沿y轴方向的厚度。
3.根据权利要求1所述的一种小型制冷空间门封部位湿空气交换率检测装置，其特征在于：所述示踪气体吸入口(121)为四个，均匀布置于测试箱体主体(115)、测试箱体副体(116)和门体(117)组成的制冷空间中，坐标为
Figure FDA0002653848650000031
Figure FDA0002653848650000032
温度探测器(120)为六个，同样均匀布置于制冷空间中，坐标为
Figure FDA0002653848650000033
Figure FDA0002653848650000034
示踪气体释放口(122)位于制冷空间正中心，坐标为
Figure FDA0002653848650000035
4.权利要求1至3任一项所述的小型制冷空间门封部位湿空气交换率检测装置的测试方法，其特征在于：当检测装置安装完毕后，打开输气管调压阀(110)向制冷空间充注示踪气体，并同时开启抽气泵(105)和稍微打开抽气管调压阀(106)，实时观测制冷空间内部平均示踪气体浓度，当示踪气体浓度充注到目标值时，关闭输气管调压阀(110)、抽气泵(105)和抽气管调压阀(106)；至此时开始计时，每隔固定时间ΔT打开一次抽气泵(105)和抽气管调压阀(106)，采集不同时刻T的实时浓度M，其中
Figure FDA0002653848650000041
n个时间间隔，单位h，
Figure FDA0002653848650000042
n个时间间隔，n+1个值，单位ppm；测试完成后，分别计算不同时刻示踪气体浓度值的自然对数值lnM，其中
Figure FDA0002653848650000043
n个时间间隔，n+1个值，并采用最小二乘法拟合关联式lnM＝lnM0-KT，其中K值即为湿空气交换率，单位为h-1。
5.根据权利要求4所述的小型制冷空间门封部位湿空气交换率检测装置的测试方法，其特征在于：在测试过程中为避免固定门封条(119)部位也存在湿空气交换，每次测试不同结构系列门封条之前，采用密封硅脂分别涂抹固定门封条(119)与测试箱主体(115)及测试箱副体(116)的接触位置，以及待测门封条(118)与测试箱副体(116)及门体(117)的接触位置，并往制冷空间充注一定量示踪气体，定时检测示踪气体浓度，如果浓度发生变化则说明密封不严实，进行多次绝密处理和检测后，直到密封严实、浓度不变结束，固定门封条(119)的密封措施保持不变，去除待测门封条(118)的密封措施，恢复正常安装状态进行湿空气交换率测试。
6.根据权利要求5所述的小型制冷空间门封部位湿空气交换率检测装置的测试方法，其特征在于：检测装置位于环境温湿度可调的恒温恒湿实验室内，设置典型的环境温湿度25℃、65％RH和制冷空间温度-18℃，更换不同材质、不同结构的待测门封条(118)进行门封部位湿空气交换率测试，同时检测制冷系统的运行功率，从而获得门封条材料、结构特征对门封部位湿空气渗透率和制冷系统运行能耗的影响规律。
7.根据权利要求5所述的小型制冷空间门封部位湿空气交换率检测装置的测试方法，其特征在于：对于某一典型结构待测门封条(118)，设计正交试验表，设置不同的外界环境温度、不同的外界环境湿度组合，测试在不同外界环境温湿度组合下的制冷空间降温阶段即内部温度从制冷系统启动时的环境温度降到设定温度的过程、制冷空间正常制冷阶段即内部温度在设定温度偏差范围内波动、制冷空间回温阶段即内部温度从制冷系统停机时的设定温度升到环境温度的过程的门封部位湿空气交换率，同时检测制冷空间内外部实际空气温湿度、压差，用于分析内外部空气参数对湿空气交换率的影响规律。
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