CN115479789A - 一种超临界二氧化碳印刷电路板式换热器的性能测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超临界二氧化碳印刷电路板式换热器的测试平台，包括：启动回路，所示启动回路用于为所示的测试平台提供符合压力要求的二氧化碳流体；热侧回路，包括第一截止阀、第一缓冲罐、第一循环泵、第一加热器以及第一调压阀组，所述的热侧回路供二氧化碳流体在部内流动；冷侧回路，包括第二截止阀、第二缓冲罐、第二循环泵、冷却器以及第二调压阀组，所述的冷侧回路供二氧化碳流体在部内流动；监测装置，用于监测所述冷侧回路与热侧回路内流动的二氧化碳的运行参数；控制系统，控制系统与监测装置信号连接，控制系统用于控制测试平台的运行。本发明用于解决当前超临界二氧化碳印刷电路板式换热器的研究缺乏安全可靠的性能测试平台的问题。

Description

一种超临界二氧化碳印刷电路板式换热器的性能测试平台

技术领域

本申请涉及超临界二氧化碳印刷电路板式换热器技术领域，尤其是涉及一种超临界二氧化碳印刷电路板式换热器的测试平台。

背景技术

目前，超临界二氧化碳发电系统因其具有效率高、系统体积小、噪声低等特点具有广泛的应用前景。超临界二氧化碳发电系统所采用的布雷顿循环的一个关键特性是在涡轮机排气后可再生大量的热量，因此该布雷顿循环的热效率很大程度上取决于涡轮机排气流体的回热效率。具有耐高温高压、不易泄露、结构紧凑等诸多优点的印刷电路板式换热器被广泛作为回热器应用在超临界二氧化碳发电系统中。但由于目前对印刷电路板式换热器的性能研究还处于以数值模拟和理论分析为主的阶段，缺乏安全可靠的超临界二氧化碳印刷电路板式换热器性的性能测试平台。

公开号为CN110044647A的文件公开了一种超临界二氧化碳印刷电路板式换热器性能测试装置，该性能测试装置通过设置分别与被测试的换热器流体连通的热侧流体循环回路与冷侧流体循环回来模拟超临界二氧化碳印刷电路板式换热器的工作状态，以测试换热器的性能。但由于该测试装置未设置有二氧化碳缓冲装置，其内部的二氧化碳流体运行参数波动大使得该测试装置测试结果准确度低。同时，该测试装置缺乏必要的安全保护装置。因此该性能测试装置在实际应用中仍存在诸多的限制。

发明内容

本申请的目的在于解决上述提及的目前无安全可靠的超临界二氧化碳印刷电路板式换热器性能测试装置的问题，本申请提供了可实际使用的一种超临界二氧化碳印刷电路板式换热器的性能测试平台，所述的超临界二氧化碳印刷电路板式换热器包括：本体、冷侧入口、冷侧出口、热侧入口以及热侧出口；其特征在于，所述的性能测试平台包括：启动回路，包括用于提供二氧化碳的气瓶以及用于提升二氧化碳流体压力的柱塞泵，所述的柱塞泵位于所述气瓶的下游；热侧回路，包括第一截止阀、用于调节二氧化碳流体压力的第一调压阀组、用于储存二氧化碳流体的第一缓冲罐、为二氧化碳流体提供流动动力的第一循环泵以及用于提高二氧化碳流体温度的第一加热器，所述的第一调压阀组、所述的第一缓冲罐、所述的第一循环泵、所述的第一加热器、所述的热侧入口以及所述的热侧出口通过管道依次连接并构成供二氧化碳流体在内部流动的循环回路，所述的柱塞泵、所述的第一截止阀以及所述的第一缓冲罐通过管道依次连接，当所述的第一截止阀处于开启状态时，所述的柱塞泵与所述的第一缓冲罐流体连通；冷侧回路，包括第二截止阀、用于调节二氧化碳流体压力的第二调压阀组、用于储存二氧化碳流体的第二缓冲罐、为二氧化碳流体提供流动动力的第二循环泵以及用于降低二氧化碳流体温度的冷却器，所述的冷却器、所述的第二调压阀组、所述的第二缓冲罐、所述的第二循环泵、所述的冷侧入口以及所述的冷侧出口通过管道依次连接并构成供二氧化碳流体在内部流动的循环回路，所述的柱塞泵、所述的第二截止阀以及所述的第二缓冲罐通过管道依次连接，当所述的第二截止阀处于开启状态时，所述的柱塞泵与所述的第二缓冲罐流体连通；监测装置，用于监测所述冷侧回路与热侧回路内流动的二氧化碳的运行参数，所述运行参数至少包括二氧化碳压力与二氧化碳温度；控制系统，所述的控制系统与所述的监测装置信号连接，所述的控制系统用于控制所述的测试平台的运行。

相对于现有技术，上述方案有着如下优点：（1），采用柱塞泵提高二氧化碳压力，能够有效缓解气液共存的超临界二氧化碳对泵体造成的汽蚀作用，提高泵体使用寿命；（2），在循环泵上游设置能够储存超临界二氧化碳流体的缓冲罐，一方面可以有效减轻柱塞泵启停、截止阀状态变化、循环泵启停时等情况造成的循环回路内二氧化碳流体运行参数的波动，以提高测试结果的准确度，另一方面可以补偿循环回路内二氧化碳流体因运行参数变化而造成的体积变化，保证循环泵入口流量；（3），独立设置的启动回路可以在测试平台不停机的情况下向冷侧回路与热侧回路补充二氧化碳流体，提高测试平台的效率。

在一种优选的技术方案中，所述的启动回路还包括：位于所述气瓶与所述柱塞泵之间的气化器，所述的气化器用于气化来自于所述气瓶的液态二氧化碳。

在一种优选的技术方案中，所述的第一、第二循环泵被配置为能够调整自身出口流体流量的变频泵。第一、第二循环泵采用变频设计，用于调节循环回路中的流体流量，解决了现有技术中无法单独调节循环回路内流体压力与流体流量的问题。

在一种优选的技术方案中，所述的热侧回路还包括：第一真空泵以及位于所述第一真空泵上游的第一真空泵入口阀，所述的第一真空泵与所述的第一真空泵入口阀通过管道连接在所述的第一循环回路上，当所述的第一真空泵入口阀处于开启状态时，所述第一真空泵与所述第一循环回路流体连通，所述第一真空泵用于抽出所述的第一循环回路内的残留流体；所述的冷侧回路还包括：第二真空泵以及位于所述第二真空泵上游的第二真空泵入口阀，所述的第二真空泵与所述的第二真空泵入口阀通过管道连接在所述的第二循环回路上，当所述的第二真空泵入口阀处于开启状态时，所述第二真空泵与所述第二循环回路流体连通，所述第二真空泵用于抽出所述的第二循环回路内的残留流体。空气具有传热系数低、压缩比大以及不易液化等特点。若在循环回路内的二氧化碳流体中混入空气，一方面对循环泵将出现汽蚀现象，减低循环泵的使用寿命，另一方面极大地降低测试平台测试结果的准确度，甚至出现“气锤”现象（一种在充满流动着不易压缩流体的压力管道内混入空气而造成管道剧烈振动，甚至管道与设备损坏的现象）而造成测试平台的损坏。相对于现有技术，增设的真空泵以及真空泵入口阀可以在测试平台启动时抽出循环回路内的包括空气在内的残留流体，从而解决上述问题。

在一种优选的技术方案中，所述的冷侧回路还包括：用于提升二氧化碳温度的第二加热器，所述的第二加热器位于所述的第二循环泵与所述的冷侧入口之间并与所述的第二循环回路流体连通。

在一种优选的技术方案中，所述的监测装置包括：设置在所述热侧回路上的第一流量计、第一压力计、第一循环泵温度计、第一入口温度计以及第一出口温度计，所述的第一流量计、第一压力计以及第一循环泵温度计位于所述的第一循环泵与所述的第一加热器之间，所述的第一入口温度计处于所述的第一加热器与所述的热侧入口之间，所述的第一出口温度计处于所述的热侧出口与所述的调压阀组之间，其中，所述的第一流量计被配置为用于监测热侧流体质量流量的质量流量计；设置在所述冷侧回路上的第二流量计、第二压力计、第二循环泵温度计、第二入口温度计、第二出口温度计以及冷却器温度计，所述的第二流量计、第二压力计以及第二循环泵温度计位于所述的第二循环泵与所述的第二加热器之间，所述的第二入口温度计处于所述的第二加热器与所述的冷侧入口之间，所述的第二出口温度计位于所述的冷侧出口与所述的冷却器之间，所述的冷却器温度计位于所述的冷却器与所述的第二调压阀组之间，其中，所述的第二流量计被配置为用于监测冷侧流体质量流量的质量流量计。

在一种优选的技术方案中，所述的监测装置还包括：设置在所述的热侧回路的第一压差计，所述的压差计用于监测所述的热侧入口与所述的热侧出口内部二氧化碳的流体压力差值；设置在所述的冷侧回路的第二压差计，所述的压差计用于监测所述的冷侧入口与所述的冷侧出口内部二氧化碳的流体压力差值。

在一种优选的技术方案中，所述的第一调压阀组包括：第一调压入口阀、位于所述第一调压入口阀下游的第一调压阀、位于所述第一调压阀下游的第一调压出口阀以及第一调压旁路阀，所述的第一调压阀被设置由控制系统）控制其阀门开度，所述的第一旁路阀具有两个端部，其中，位于上游的端部与所述第一调压入口阀所连接的上游管道流体连通，位于下游的端部与所述的第一调压出口阀所连接的下游管道流体连通；所述的第二调压阀组包括：第二调压入口阀、位于所述第二调压入口阀下游的第二调压阀、位于所述第二调压阀下游的第二调压出口阀以及第二调压旁路阀，所述的第二调压阀被设置由控制系统控制其阀门开度，所述的第二旁路阀具有两个端部，其中，位于上游的端部与所述第二调压入口阀所连接的上游管道流体连通，位于下游的端部与所述的第二调压出口阀所连接的下游管道流体连通。调压阀可以通过调节自身阀门开度从而调节对应循环回路内的循环泵至第调压阀的流体压力。由于调压阀长期抽到流体的冲刷，存在关闭不严的情况。因此配置了调压入口阀以及调压出口阀，当需要阻断对应循环管道内流体流通时，同时关闭调压入口阀、调压阀、调压出口阀以及旁路阀。在旁路阀用于再测试平台启动阶段或者调压入口阀、调压阀以及调压出口阀故障时，流同循环回路内流体。

在一种优选的技术方案中，所述的热侧回路还包括：第一节流阀与位于所述第一节流阀上游的第一节流入口阀，所述的第一节流阀与第一节流入口阀通过管道与所述的第一循环回路连接，当所述的第一节流入口阀处于开启状态时，所述的第一节流阀与所述的第一循环回路流体连通；所述的冷侧回路还包括：第二节流阀与位于所述第二节流阀上游的第二节流入口阀，所述的第二节流阀与第二节流入口阀通过管道与所述的第二循环回路连接，当所述的第二节流入口阀处于开启状态时，所述的第二节流阀与所述的第二循环回路流体连通。

在一种优选的技术方案中，与所述的第一循环回路流体连通，所述的第一安全阀预先设置有一安全压力值，当所述第一循环回路内部的流体压力大于所述第一安全阀预设的安全压力值时，第一安全阀打开以对所述的第一循环回路快速泄压；所述的冷侧回路还包括：常闭的第二安全阀，所述的第二安全阀通过管道与所述的第二循环回路流体连通，所述的第二安全阀预先设置有一安全压力值，当所述第二循环回路内部的流体压力大于所述第二安全阀预设的安全压力值时，第二安全阀打开以对所述的第二循环回路快速泄压。安全阀用于保证测试平台的安全运行。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种超临界二氧化碳印刷电路板式换热器的性能测试平台的示意图。

图2为图1所述的性能测试平台的A处局部放大图。

图3为图1所述的性能测试平台的B处局部放大图。

图4为图1所述的性能测试平台的C处局部放大图。

图5为图1所述的性能测试平台的控制系统的示意图。

具体实施方式

为详细说明发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以提供对发明的各种示例性实施例或实施方式的详细说明。然而，各种示例性实施例也可以在没有这些具体细节或者在一个或更多个等同布置的情况下实施。此外，各种示例性实施例可以不同，但不必是排他的。例如，在不脱离发明构思的情况下，可以在另一示例性实施例中使用或实现示例性实施例的具体形状、构造和特性。

以下，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

此外，本申请中，诸如“在……之下”、“在……下方”、“在……下”、 “下”、“在……上方”、“上”、“在……之上”、“较高的”、“侧”(例如，如在“侧壁”中)等的空间相对术语，由此来描述如附图中示出的一个元件与另一(其它)元件的关系。空间相对术语意图包括设备在使用、操作和/或制造中除了附图中描绘的方位之外的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它元件或特征“下方”或“之下”的元件随后将被 定位为“在”所述其它元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包括上方和下方两种方位。此外，设备可以被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应 地解释在此使用的空间相对描述语。 在本申请中，“上游”以及“下游”是指就流体的流动方向而言的“上游”以及“下游”。例如：“位于节流阀上游的节流入口阀”中的“上游”时用来说明就流体流动方向而言，节流入口阀位于节流阀的上游。

在本申请中，“常闭”或者“常开”是指阀门在无特别说明的情况下，一直处于关闭或者开启的状态。例如：“冷侧泄压阀处于常闭状态”是指，在没有特别说明的情况下，冷侧泄压阀一直处于关闭状态。

在本申请中，“快速泄压”是指循环管道直接与外界连通，位于循环管道内的高压流体在无节流或者降压的处理下，快速地排向外界，从而达到快速降低循环管道内流体压力的效果。例如：“第一安全阀打开以对所述的第一循环回路快速泄压”是指，当第一安全阀打开时，第一循环回路与外界直接流体连通，第一循环回路内的高压流体在无节流或者降压的处理下直接排向外界，从而实现第一循环回路内流体压力快速降低。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。

请参阅图1-图5，示出了本申请实施例提供的一种超临界二氧化碳印刷电路板式换热器的性能测试平台100（以下简称测试平台）的示意图，测试平台100包括启动回路1、热侧回路2、冷侧回路3、监测装置4以及控制系统5。启动回路1用于在向热侧回路2、冷侧回路3以及被测试的超临界二氧化碳印刷电路板式换热器10（以下简称换热器）提供符合测试压力要求的二氧化碳。如图3所示，换热器10包括热侧入口12、热侧出口13、冷侧入口14、冷侧出口15以及本体11。换热器的本体内部具有两个相互分隔的热侧通道与冷侧通道（图中未标示出）以供两种流体进行热交换，其中，由冷侧入口14进入本体11的流体经过本体11内部的冷侧通道从冷侧出口15开换热器10，由热侧入口12进入本体11的流体经过本体11内部的热侧流体通道从热侧出口13离开换热器10。

启动回路1包括气瓶101、位于气瓶101下游的气化器102以及位于气化器102下游的柱塞泵103。气瓶101、气化器102以及柱塞泵103依次管道连接并流体连通。气瓶101用于向测试平台100以及换热器10提供二氧化碳。气化器102用于气化来自气瓶101的液态二氧化碳。柱塞泵103用于提高来自气化器102的二氧化碳流体压力。由于测试平台100工作时，二氧化碳处于气液结合的超临界状态，相较于其它类型的泵，柱塞泵既能够为二氧化碳提供足够高的压力又能够有效地缓解气液共存的二氧化碳对泵体的汽蚀作用从而提高泵体寿命。

热侧回路2包括依次通过管道流体连通的调压阀组205、缓冲罐202、循环泵203以及加热器204。换热器10的热侧入口12通过管道与加热器204流体连通、热侧出口13通过管道与调压阀组205流体连通。调压阀组205、缓冲罐202、循环泵203、加热器204以及换热器10构成供二氧化碳在热侧回路2内循环流动的循环回路220。热侧回路2还包括具有两个端部（图中未标示出）的截止阀201，其中，截止阀201的上游端部与柱塞泵103通过管道流体连通，截止阀201的下游端部与缓冲罐202通过管道流体连通。截止阀201被设置成由控制系统5控制其阀门开度。当截止阀201处于开启状态时，柱塞泵103与缓冲罐202流体连通。

缓冲罐202用于存储二氧化碳。一方面，缓冲罐202用能够缓解柱塞泵103、截止阀201以及循环泵203启停或运行参数变化时在管道内所造成的压力波动，从而减小管道震动以及监测装置3所测得的数值波动，另一方面，缓冲罐202可以补偿在热侧回路2中流动的二氧化碳因温度和压力变化所造成的体积变化，为下游的循环泵203提供稳定的入口流量。循环泵203用于为循环回路220中的二氧化碳提供流动动力。在本例中，循环泵203被设置成能够调节自身出口流体流量的变频泵。

调压阀组205包括调压入口阀2051、调压阀2052、调压出口阀2053以及调压旁路阀2054。调压旁路阀2054具有两个端部（图中未标示出），其中，调压旁路阀2054的上游端部通过管道与调压入口阀2051所连接的上游管道流体连通，调压旁路阀2054的下游端部通过管道与调压出口阀2053所连接的下游管道流体连通。调压阀2052被设置成能够由控制系统5调节其阀门开度。当测试平台100工作时，调压入口阀2052以及调压出口阀2053处于开启状态，调压旁路阀2054处于关闭状态，控制系统5通过调节调压阀2052的阀门开度以实现调节循环回路220内二氧化碳流体的压力，从而达到调节换热器10的热侧入口12流体压力的作用。由于调压阀2052长期受到流体的冲刷，阀芯磨损而无法关闭严实，因此在需要阻断调压阀组205前后流体连通时，需要同时关闭调压入口阀2051、调压阀2052、调压出口阀2053以及调压旁路阀2054。旁路阀2054用于在测试平台100启动时或者调压入口阀2051、调压阀2052以及调压出口阀2054之中任一故障时，流通调压阀组205上下游的流体。

加热器204用于为循环回路220内流动的二氧化碳加热，以使得被热侧入口12的流体温度达到测试要求。

热侧回路2上还设置有节流阀207、真空泵210以及安全阀208。节流阀207和真空泵208分别通过常闭的节流入口阀206以及真空泵入口阀209连接在循环回路220上。真空泵210用于测试平台100启动时抽出热侧回路2内的残留流体，节流阀207用于测试平台100结束测试后排出热侧回路2内的残留流体以及在真空泵启动100前确保热侧回路2内的流体压力与大气压相等。当节流阀207开启时，循环回路220内的高压流体经节流阀207节流降压后排向外界以避免高压流体直接喷向外界的设备或者人员，提高测试平台100的安全性。安全阀208通过管道与循环回路220连接且处于常闭状态。安全阀208预先设置有一个安全压力值，在测试平台100需要紧急停运或者循环回路220内流体压力大于安全阀208的安全压力值时，安全阀开208开启，对循环回路220进行快速泄压。

测控装置4包括位于热侧回路2上的流量计401、压力计402、循环泵温度计403、入口温度计404、出口温度计405以及压差计406。流量计401、压力计402以及循环泵温度计403位于循环泵203与加热器204之间，分别用于监测循环泵203出口流体的流量、温度以及压力。在本例中，流量计401被配置为用于监测热侧流体质量流量的质量流量计以提高测试结果的准确性（二氧化碳流体经过加热器204时，因受热体积膨胀，会导致体积流量变化）。入口温度计404位于加热器204与换热器10之间，用于监测换热器10的热侧入口12流体温度。出口温度计405位于换热器10与调压阀组205之间，用于监测换热器10的热侧出口流体温度。压差计406具有两个端部（图中未标示出），压差计406的一个端部通过管道与热侧入口12流体连通并且另一个端部通过管道与热侧出口13流体连通，差压计406用于监测热侧入口12与热侧出口13内部流体压力的压力差。

冷侧回路3包括依次通过管道流体连通的冷却器311、调压阀组305、缓冲罐302、循环泵303以及加热器304。换热器10的冷侧入口14通过管道与加热器304流体连通、冷侧出口15通过管道与冷却器311流体连通。冷却器311、调压阀组305、缓冲罐302、循环泵303、加热器304以及换热器10构成供二氧化碳在冷侧回路3内循环流动的循环回路320。冷侧回路3还包括具有两个端部（图中未标示出）的截止阀301，其中，截止阀301的上游端部与柱塞泵103通过管道流体连通，截止阀301的下游端部与缓冲罐302通过管道流体连通。截止阀301被设置成由控制系统5控制其阀门开度。当截止阀301处于开启状态时，柱塞泵103与缓冲罐302流体连通。

缓冲罐302用于存储二氧化碳。一方面，缓冲罐302用能够缓解柱塞泵103、截止阀301以及循环泵303启停或运行参数变化时在管道内所造成的压力波动，从而减小管道震动以及监测装置3所测得的数值波动，另一方面，缓冲罐302可以补偿在冷侧回路3中流动的二氧化碳因温度和压力变化所造成的体积变化，为下游的循环泵303提供稳定的入口流量。循环泵303用于为循环回路320中的二氧化碳提供流动动力。在本例中，循环泵303被设置成能够调节自身出口流体流量的变频泵。

调压阀组305包括调压入口阀3051、调压阀3052、调压出口阀3053以及调压旁路阀3054。调压旁路阀3054具有两个端部（图中未标示出），其中，调压旁路阀3054的上游端部通过管道与调压入口阀3051所连接的上游管道流体连通，调压旁路阀3054的下游端部通过管道与调压出口阀3053所连接的下游管道流体连通。调压阀3052被设置成能够由控制系统5调节其阀门开度。当测试平台100工作时，调压入口阀3052以及调压出口阀3053处于开启状态，调压旁路阀3054处于关闭状态，控制系统5通过调节调压阀3052的阀门开度以实现调节循环回路320内二氧化碳流体的压力，从而达到调节换热器10的冷侧入口14流体压力的作用。由于调压阀3052长期受到流体的冲刷，阀芯磨损而无法关闭严实，因此在需要阻断调压阀组305前后流体连通时，需要同时关闭调压入口阀3051、调压阀3052、调压出口阀3053以及调压旁路阀3054。旁路阀3054用于在测试平台100启动时或者调压入口阀3051、调压阀3052以及调压出口阀3054之中任一故障时，流通调压阀组305上下游的流体。

冷却器311用于冷却冷侧出口15流出的二氧化碳流体温度，以使得冷侧回路3中的二氧化碳流体可以循环使用。加热器304用于为循环回路320内流动的二氧化碳加热，以使得被冷侧入口14的流体温度达到测试要求。

冷侧回路3上还设置有节流阀307、真空泵210以及安全阀308。节流阀307以及真空泵308分别通过常闭的节流入口阀306以及真空泵入口阀309连接在循环回路320上。真空泵210用于测试平台100启动时抽出冷侧回路3内的残留流体，节流阀307用于测试平台100结束测试后排出冷侧回路3内的残留流体以及在真空泵启动100前确保冷侧回路3内的流体压力与大气压相等。当节流阀307开启时，循环回路320内的高压流体经节流阀307节流降压后排向外界以避免高压流体直接喷向外界的设备或者人员，提高测试平台100的安全性。安全阀308通过管道与循环回路320连接，安全阀308处于常闭状态。安全阀308预先设置有一个安全压力值，在测试平台100需要紧急停运或者循环回路320内流体压力大于安全阀308的安全压力值时，安全阀开308开启，对循环回路320进行快速泄压。

测控装置4包括位于冷侧回路3上的流量计411、压力计412、循环泵温度计413、入口温度计414、出口温度计415、压差计416以及冷却器温度计417。流量计411、压力计412以及循环泵温度计413位于循环泵303与加热器304之间，分别用于监测循环泵303出口流体的流量、温度以及压力。在本例中，流量计411被配置为用于监测冷侧流体质量流量的质量流量计以提高测试结果的准确性（二氧化碳流体经过加热器304时，因受热体积膨胀，会导致体积流量变化）。入口温度计414位于加热器304与换热器10之间，用于监测换热器10的冷侧入口14流体温度。出口温度计415位于换热器10与冷却器11之间，用于监测换热器10的冷侧出口流体温度。冷却器温度计417位于冷却器311与调压组阀305之间，用于监测冷却器311的出口流体温度。压差计416具有两个端部（图中未标示出），压差计416的一个端部通过管道与冷侧入口14流体连通并且另一个端部通过管道与冷侧出口15流体连通，差压计416用于监测冷侧入口与冷侧出口内部流体压力的压力差。

请参阅图5，示出了测试平台的控制系统5。控制系统5一方面与监测装置4信号连接，以接收来自监测装置4所测得的测试平台运行参数。另一方面，控制系统5与布置在启动回路1、热侧回路2以及冷侧回路3上的各设备信号连接，以控制启动回路1、冷侧回路2以及热侧回路3的运行状态以及调整运行参数。控制系统5上预存有若干连锁保护机制，连锁保护机制用于保护信号连接于控制系统5的各设备和保护测试平台100的安全运行。除此之外，控制系统5还具有自动启动功能、自动停机功能、紧急停机功能等，在此不做一一赘述。

请继续参阅图1，现说明测试平台100的工作原理。在测试平台100启动时，打开节流阀207、节流阀307、节流入口阀206以及节流入口阀306，确保冷侧回路3与侧回路2内流体压力与大气压相等。其后关闭节流阀207、节流阀307、节流入口阀206以及节流入口阀306，开启真空泵210与真空泵310。待真空泵210的入口压力低于控制系统5内预先设定的真空泵入口阀209连锁保护启动压力时，控制系统5联动开启真空泵入口阀209，真空泵210与循环管道220流体连通并对热侧回路2进行抽真空；待真空泵310的入口压力低于控制系统5内预先设定的真空泵入口阀309连锁保护启动压力时，控制系统5联动开启真空泵入口阀309，真空泵310与循环管道320流体连通并对冷侧回路3进行抽真空。真空泵210将热侧回路2内流体压力降至控制系统5预先设定的对应压力值时，控制系统5关闭真空泵入口阀209，真空泵210在连锁保护的作用下自动停机；真空泵310将冷侧回路3内流体压力降至控制系统5预先设定的对应压力值时，控制系统5关闭真空泵入口阀309，真空泵310在连锁保护的作用下自动停机。

确认冷侧回路2与热侧回路3内流体压力降低至设定值并且真空泵入口阀209与真空泵入口阀309关闭、真空泵210与真空泵310停运后。手动打开气瓶101，气瓶101内的二氧化碳气体通过管道进入气化器102。在气化器102作用下，来自气瓶101的液态二氧化碳气化。其后，截止阀201与截止阀301开启，启动回路1同时流体连通热侧回路2与冷侧回路3。柱塞泵103启动为二氧化碳升压并输送至热侧回路2与冷侧回路3内。

压力计401与温度计402将所测得的热侧回路2内流体压力以及流体温度传送至控制系统5，控制系统5基于所接收到的流体温度与流体压力计算出流体位于测试温度时的对应压力，当所计算出的的对应压力达到所要求的测试压力后，关闭截止阀201。截止阀201关闭后，切断启动回路1与热侧回路2的流体连通。在此过程中，由于热侧回路2内压力不断变化，为了防止受控于控制系统5的调压阀2052频繁动作而造成热侧回路2内压力频繁波动，甚至发生设备在连锁保护的作用下产生误动作的情况，关闭调压入口阀2051、调压阀2052以及调压出口阀2053，开启调压旁路阀2054以供流体从调压旁路阀2054所连接的管道内流通。待热侧回路2内压力达到测试所需压力后，开启调压入口阀2051、调压阀2052以及调压出口阀2053。待调压阀2052稳定在某一开度后，关闭调压旁路阀2054，完成流体路径从调压旁路阀2054到调压阀2052的切换。

压力计411与温度计412将所测得的冷侧回路3内流体压力以及流体温度传送至控制系统5，控制系统5基于所接收到的流体温度与流体压力计算出流体位于测试温度时的对应压力，当所计算出的对应压力达到所要求的测试压力后，关闭截止阀301。截止阀301关闭后，切断启动回路1与热侧回路3的流体连通。在此过程中，由于冷侧回路3内压力不断变化，为了防止受控于控制系统5的调压阀3052频繁动作而造成冷侧回路3内压力频繁波动甚至发生设备在连锁保护的作用下产生误动作的情况，关闭调压入口阀3051、调压阀3052以及调压出口阀3053，开启调压旁路阀3054以供流体从调压旁路阀3054所连接的管道内流通。待冷侧回路3内压力达到测试所需压力后，开启调压入口阀3051、调压阀3052以及调压出口阀3053。待调压阀3052稳定在某一开度后，关闭调压旁路阀3054，完成流体路径从调压旁路阀3054到调压阀3052的切换。

截止阀201以及截止阀301都关闭后，柱塞泵103在连锁保护的作用下自动跳闸，停止运行。其后开启冷侧循环泵203与循环204。流量计201将所测得的循环泵203出口流量发送至控制系统5，控制系统5基于所接收到的流量值调节变频循环泵203的频率，以实现控制换热器10的热侧入口12流体流量；流量计301将所测得的循环泵303出口流量发送至控制系统5，控制系统5基于收接收到的流量值调节变频循环泵303的频率，以实现控制换热器10的冷侧入口15流体流量。

待循环泵203出口压力稳定后，启动加热器204。入口温度计404将所测得的热侧入口12流体温度发送至控制系统5，控制系统5基于所得的温度值控制加热器204，使热侧入口12处的流体温度达到测试要求值。

待循环泵303出口压力稳定后，启动加热器304以及冷却器311。入口温度计414将所测得的冷侧入口14流体温度发送至控制系统5，控制系统5基于所得的温度值控制冷侧加热器304，使冷侧入口14处的流体温度达到测试要求值。冷却器温度计417将所测得的冷却器311出口流体温度发送至控制系统5，控制系统5基于所得的温度值控制冷却器311的冷却水流量，使冷却器311出口处的二氧化碳温度达到要求值。

待热侧回路2与冷侧回路3内流体的运行参数稳定在测试所要求的数值时，控制系统5记录热侧回路2、冷侧回路3以及换热器10内流体的运行参数，完成一次测试。在完成若干个换热器10处于不同工况下的换热性能测试后，控制系统5绘制出换热器10的换热性能曲线，完成测试工作。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物。

Claims (10)

1.一种超临界二氧化碳印刷电路板式换热器的测试平台（100），所述的二氧化碳印刷电路板式换热器（10）包括：本体（11）、热侧入口（12）、热侧出口（13）、冷侧入口（14）以及冷侧出口（15）；其特征在于，所述的超临界二氧化碳印刷电路板式换热器的测试平台（100）包括：

启动回路（1），包括用于提供二氧化碳的气瓶（101）以及用于提升二氧化碳流体压力的柱塞泵（103），所述的柱塞泵（103）位于所述气瓶（101）的下游；

热侧回路（2），包括第一截止阀（201）、用于储存二氧化碳流体的第一缓冲罐（202）、为二氧化碳流体提供流动动力的第一循环泵（203）、用于提高二氧化碳流体温度的第一加热器（204）以及用于调节二氧化碳流体压力的第一调压阀组（205），所述的第一缓冲罐（202）、所述的第一循环泵（203）、所述的第一加热器（204）、所述的热侧入口（12）、所述的热侧出口（13）以及所述的第一调压阀组（205）依次通过管道连接并构成供二氧化碳流体在内部流动的第一循环回路（220），所述的柱塞泵（103）、所述的第一截止阀（201）以及所述的第一缓冲罐（202）通过管道依次连接，当所述的第一截止阀（201）处于开启状态时，所述的柱塞泵（103）与所述的第一缓冲罐（202）流体连通；

冷侧回路（3），包括第二截止阀（301）、用于调节二氧化碳流体压力的第二调压阀组（305）、用于储存二氧化碳流体的第二缓冲罐（302）、为二氧化碳流体提供流动动力的第二循环泵（303）以及用于降低二氧化碳流体温度的冷却器（311），所述的冷却器（311）、所述的第二调压阀组（305）、所述的第二缓冲罐（302）、所述的第二循环泵（303）、所述的冷侧入口（14）以及所述的冷侧出口（15）依次通过管道连接并构成供二氧化碳流体在内部流动的第二循环回路（320），所述的柱塞泵（103）、所述的第二截止阀（301）以及所述的第二缓冲罐（302）通过管道依次连接，当所述的第二截止阀（302）处于开启状态时，所述的柱塞泵（103）与所述的第二缓冲罐（302）流体连通；

监测装置（4），用于监测所述冷侧回路（2）与热侧回路（3）内流动的二氧化碳的运行参数，所述运行参数至少包括二氧化碳压力与二氧化碳温度；

控制系统（5），所述的控制系统（5）与所述的监测装置（4）信号连接，所述的控制系统用于控制所述的测试平台（100）的运行。

2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳印刷电路板式换热器的测试平台，其特征在于，所述的启动回路（1）还包括：位于所述气瓶（101）与所述柱塞泵（103）之间的气化器（102），所述的气化器（102）用于气化来自于所述气瓶（1）的液态二氧化碳。

3.根据权利要求1所述超临界二氧化碳印刷电路板式换热气的测试平台，其特征在于，所述的第一、第二循环泵（203、303）被配置为能够调整自身出口流体流量的变频泵。

4.根据权利要求1所述一种超临界二氧化碳印刷电路板式换热器的测试平台，其特征在于，所述的热侧回路（2）还包括：第一真空泵（210）以及位于所述第一真空泵（210）上游的第一真空泵入口阀（209），所述的第一真空泵（210）与所述的第一真空泵入口阀（209）通过管道连接在所述的第一循环回路（220）上，当所述的第一真空泵入口阀（209）处于开启状态时，所述第一真空泵（210）与所述第一循环回路（220）流体连通，所述第一真空泵（210）用于抽出所述的第一循环回路（220）内的残留流体；

所述的冷侧回路还包括：第二真空泵（310）以及位于所述第二真空泵（310）上游的第二真空泵入口阀（309），所述的第二真空泵（310）与所述的第二真空泵入口阀（309）通过管道连接在所述的第二循环回路（320）上，当所述的第二真空泵入口阀（309）处于开启状态时，所述第二真空泵（310）与所述第二循环回路（320）流体连通，所述第二真空泵（310）用于抽出所述的第二循环回路（320）内的残留流体。

5.根据权利要求1所述超临界二氧化碳印刷电路板式换热器的测试平台，其特征在于，所述的冷侧回路（3）还包括：用于提升二氧化碳温度的第二加热器（304），所述的第二加热器（304）位于所述的第二循环泵（303）与所述的冷侧入口（14）之间并与所述的第二循环回路（320）流体连通。

6.根据权利要求5所述超临界二氧化碳印刷电路板式换热器的测试平台，其特征在于，所述的监测装置（4）包括：

设置在所述热侧回路（2）上的第一流量计（401）、第一压力计（402）、第一循环泵温度计（403）、第一入口温度计（404）以及第一出口温度计（405），所述的第一流量计（401）、第一压力计（402）以及第一循环泵温度计（403）位于所述的第一循环泵（203）与所述的第一加热器（204）之间，所述的第一入口温度计（404）处于所述的第一加热器（204）与所述的热侧入口（12）之间，所述的第一出口温度计（405）处于所述的热侧出口（13）与所述的调压阀组（205）之间，其中，所述的第一流量计（401）被配置为用于监测热侧流体质量流量的质量流量计；

设置在所述冷侧回路（3）上的第二流量计（411）、第二压力计（412）、第二循环泵温度计（413）、第二入口温度计（414）、第二出口温度计（415）以及冷却器温度计（417），所述的第二流量计（411）、第二压力计（412）以及第二循环泵温度计（413）位于所述的第二循环泵（303）与所述的第二加热器（304）之间，所述的第二入口温度计（414）处于所述的第二加热器（304）与所述的冷侧入口（14）之间，所述的第二出口温度计（415）位于所述的冷侧出口（15）与所述的冷却器（311）之间，所述的冷却器温度计（416）位于所述的冷却器（311）与所述的第二调压阀组（305）之间，其中，所述的第二流量计（401）被配置为用于监测冷侧流体质量流量的质量流量计。

7.根据权利要求7所述超临界二氧化碳印刷电路板式换热器的测试平台，其特征在于，所述的监测装置（4）还包括：

设置在所述的热侧回路（2）的第一压差计（406），所述的压差计（406）用于监测所述的热侧入口（12）与所述的热侧出口（13）内部二氧化碳的流体压力差值；

设置在所述的冷侧回路（3）的第二压差计（416），所述的压差计（416）用于监测所述的冷侧入口（14）与所述的冷侧出口（15）内部二氧化碳的流体压力差值。

8.根据权利要求1所述超临界二氧化碳印刷电路板式换热器的测试平台，其特征在于，

所述的第一调压阀组（205）包括：第一调压入口阀（2051）、位于所述第一调压入口阀（2051）下游的第一调压阀（2052）、位于所述第一调压阀（2052）下游的第一调压出口阀（2053）以及第一调压旁路阀（2054），所述的第一调压阀（2052）被设置由控制系统（5）控制其阀门开度，所述的第一旁路阀（2054）具有两个端部，其中，位于上游的端部与所述第一调压入口阀（2051）所连接的上游管道流体连通，位于下游的端部与所述的第一调压出口阀（2053）所连接的下游管道流体连通；

所述的第二调压阀组（305）包括：第二调压入口阀（3051）、位于所述第二调压入口阀（3051）下游的第二调压阀（3052）、位于所述第二调压阀（3052）下游的第二调压出口阀（3053）以及第二调压旁路阀（3054），所述的第二调压阀（3052）被设置由控制系统（5）控制其阀门开度，所述的第二旁路阀（3054）具有两个端部，其中，位于上游的端部与所述第二调压入口阀（3051）所连接的上游管道流体连通，位于下游的端部与所述的第二调压出口阀（3053）所连接的下游管道流体连通。

9.根据权利要求1所述超临界二氧化碳印刷电路板式换热器的测试平台，其特征在于，

所述的热侧回路（2）还包括：第一节流阀（207）与位于所述第一节流阀（207）上游的第一节流入口阀（206），所述的第一节流阀（207）与第一节流入口阀（206）通过管道与所述的第一循环回路（220）连接，当所述的第一节流入口阀（206）处于开启状态时，所述的第一节流阀（207）与所述的第一循环回路（220）流体连通；

所述的冷侧回路（3）还包括：第二节流阀（307）与位于所述第二节流阀（307）上游的第二节流入口阀（306），所述的第二节流阀（307）与第二节流入口阀（306）通过管道与所述的第二循环回路（320）连接，当所述的第二节流入口阀（306）处于开启状态时，所述的第二节流阀（307）与所述的第二循环回路（320）流体连通。

10.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳印刷电路板式换热器的测试平台（100），其特征在于：

所述的热侧回路（2）还包括：常闭的第一安全阀（208），所述的第一安全阀（208）通过管道与所述的第一循环回路（220）流体连通，所述的第一安全阀（208）预设有一安全压力值，当所述第一循环回路（220）内部的流体压力大于所述第一安全阀（208）预设的安全压力值时，第一安全阀（208）打开以对所述的第一循环回路（220）快速泄压；

所述的冷侧回路（2）还包括：常闭的第二安全阀（308），所述的第二安全阀（308）通过管道与所述的第二循环回路（320）流体连通，所述的第二安全阀（308）预设有一安全压力值，当所述第二循环回路（320）内部的流体压力大于所述第二安全阀（308）预设的安全压力值时，第二安全阀（308）打开以对所述的第二循环回路（320）快速泄压。

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