CN1614363A - 液环法节流机构制冷剂质量流量特性测试装置 - Google Patents

Abstract

液环法节流机构制冷剂质量流量特性测试装置，属于空调制冷技术领域，包括主回路、制冷回路、热水循环回路、乙二醇溶液循环回路、操作控制台。主回路通过高压换热器与热水循环回路连接，主回路通过低压换热器与乙二醇溶液循环回路连接，乙二醇溶液循环回路通过乙二醇箱与制冷回路连接。主回路包括磁力泵、质量流量计、高压换热器和低压换热器的制冷剂流路、测试段、储液器、过滤器、旁通阀。设置在测试段中的待测节流机构可自由拆装，更换制冷剂方便，清洗换热器容易，可进行不同制冷剂不同节流机构流量特性的研究，工况易于稳定，且主回路循环路径较短，两个换热器的热负荷小，设备购置费用与运行费用低，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

液环法节流机构制冷剂质量流量特性测试装置

技术领域

本发明涉及的是一种制冷剂质量流量特性测试装置，特别是一种应用于测试中小型制冷、空调装置中的液环法节流机构制冷剂质量流量特性测试装置，属于空调制冷技术领域。

背景技术

节流机构作为制冷回路的四大件之一，在系统中具有相当重要的作用，它对系统的运行稳定性以及制冷效果均有重要影响。近年来，节流机构中由于电子膨胀阀具有流量调节范围宽、控制精度高、响应快速和适于自动控制等特点，已经被广泛应用到各种制冷回路中。但在实施控制时，无论采用何种控制算法，最终都要通过执行机构施加到对象中，因此节流机构流量特性的研究非常重要，工程实践表明，各种制冷回路对流量特性的要求不同，这就迫切要求人们研究适合于不同系统的节流机构。节流机构的流量特性关系式为 $\stackrel{.}{m}=C_{D}A\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_c-P_e)},$ 式中

为介质流量，C_D为反映阀流量特性的参数，A为流通面积，ρ为介质密度，P_c为阀前压力，P_e为阀后压力，由此可见，介质的流量与P_c、P_e、ρ、A、C_D相关，一旦阀头线型和流通介质确定，其中的可调节因素只有P_c和P_e，因此只要对P_c和P_e进行精确控制，便可获得节流机构的质量流量，最终得出其流量特性及影响因素。已有技术中，采用氮气流量特性实验，通过折算、拟合等获得流量特性曲线。但是由于氮气与制冷剂在物理性质方面存在着较大差异，实际的制冷剂在测试条件下存在相变，而氮气无相变，导致此法获得的特性曲线与实际曲线存在较大误差，可达20％。从制冷技术长期发展来看，这样大的误差是难于被实际的制冷回路所接受的，因此采用实际制冷剂进行流量特性实验是很必要的。

经对现有技术的文献检索发现，实用新型名称：电子膨胀阀流量测试系统，专利号：ZL03232300.X，该专利采用氮气进行流量测试，提高了氮气流量测试的准确性和测试效率，消除了人为因素的影响，但没有消除氮气测试流量与实际制冷剂测试流量之间的误差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，本发明提供了一种液环法节流机构制冷剂质量流量特性测试装置，采用了液环法，使其能够很好地消除氮气法和气环法存在的各种缺陷。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：主回路、制冷回路、热水循环回路、乙二醇溶液循环回路、操作控制台。主回路是流量特性测试装置的核心组成部分，由磁力泵、质量流量计、高压换热器制冷剂流路、测试段、低压换热器制冷剂流路、储液器、过滤器、旁通阀组成。测试段包括待测节流机构以及设置在待测节流机构进出口处的视镜和球阀，便于待测节流机构的自由拆装和观察试验中制冷剂的存在状态。磁力泵的出口通过质量流量计、视镜与高压换热器制冷剂流路入口连接，高压换热器制冷剂流路出口与测试段入口连接，测试段出口与高压换热器制冷剂流路入口连接，低压换热器制冷剂流路出口通过储液器和过滤器与磁力泵入口相连接。旁通阀设置在磁力泵出口与低压换热器制冷剂流路入口之间，用于调节制冷剂的流量。主回路分别通过高压换热器和低压换热器与热水循环回路和乙二醇溶液循环回路连接，乙二醇溶液循环回路通过乙二醇箱与制冷回路连接。高压换热器和低压换热器的制冷剂流路中流动的均为制冷剂，高压换热器水流路流动的是热水，低压换热器水流路流动的是乙二醇溶液。

磁力泵是主回路的核心部件，它将低温低压的制冷剂液体压力升高使之成为低温高压的制冷剂液体。高压换热器水流路中的热水用于加热磁力泵出口流入高压换热器制冷剂流路的低温高压的制冷剂液体，使之达到待测节流机构前所需要的高压高温制冷剂液体。根据实际制冷系统的不同运行工况，流入待测节流机构的制冷剂液体压力和温度可以调节。其中压力通过调节磁力泵的转速来实现，而温度通过调节高压换热器水流路中热水泵的转速来实现。高温高压的制冷剂液体经待测节流机构节流之后，制冷剂具有一定的闪发，成为两相混合物，由于进入磁力泵的制冷剂必须是液体，因此必须对两相制冷剂中的气体进行液化，这是通过低压换热器冷凝气态制冷剂加以实现的。为了确保磁力泵入口制冷剂全是液体，本装置设置了储液器，它一方面作气液分离器使用，将来自低压换热器制冷剂流路出口的低温制冷剂中可能含有的气态制冷剂加以分离；另一方面调节主回路管路中制冷剂的循环量，满足磁力泵和节流机构不同工况下的需要。流经待测节流机构的制冷剂流量可由质量流量计进行计量。

制冷回路的主要作用是冷却乙二醇箱中的乙二醇溶液。制冷回路包括由压缩机、冷凝器的制冷剂流路、热力膨胀阀、蒸发器的制冷剂流路组成的制冷剂回路；由冷却塔、水泵、冷凝器水流路组成的冷却水回路；由乙二醇箱、低温泵、蒸发器水回路组成的乙二醇回路。制冷剂回路中压缩机的入口与蒸发器制冷剂流路出口连接，冷凝器制冷剂流路入口与压缩机出口连接，冷凝器制冷剂流路出口通过热力膨胀阀与蒸发器制冷剂流路入口连接。冷却水回路中冷凝器水流路进、出口分别与水泵出口、冷却塔入口连接，冷却塔出口与水泵入口连接，冷却水在冷凝器水流路、冷却塔、水泵中循环将冷凝器中制冷剂的热量通过冷却塔传到外界大气中。乙二醇回路中蒸发器水流路入口与低温泵出口连接，低温泵入口与乙二醇箱A端出口连接，乙二醇箱A端入口与蒸发器水流路出口连接。压缩机将低温低压制冷剂蒸汽压缩成高压高温的制冷剂气体，冷凝器将高压高温制冷剂气体冷凝成高压低温液体，经热力膨胀阀节流后制冷剂转变成低压低温两相制冷剂，制冷剂在蒸发器中转变成具有一定过热度的气体。同时将蒸发器水流路内高速流动的乙二醇溶液降温使之变为零下35度的液体，乙二醇溶液的流动是通过一个低温泵的高速运转实现的。蒸发器制冷剂流路中具有一定过热度的制冷剂蒸汽进入压缩机的吸气口，开始新的制冷循环。

热水循环回路包括热水箱、热水泵、高压换热器水流路，热水泵出口与高压换热器水流路入口连接，高压换热器水流路出口与热水箱入口连接，热水箱出口与热水泵入口连接，热水泵的转速可以通过变频器进行调节以保证所需的热水流量。

乙二醇溶液循环回路包括乙二醇箱、冷水泵、低压换热器水流路，冷水泵出口与低压换热器水流路入口连接，低压换热器水流路出口与乙二醇箱B端入口连接，乙二醇箱B端出口与冷水泵入口连接，冷水泵的转速可以通过变频器进行调节以保证所需的乙二醇溶液流量。在热水箱和乙二醇箱内均设置有电加热器。

操作控制台包括计算机、继电器、过热保护器、PLC电器元件，可实现对测试装置的控制与参数的计量。操作控制台通过导线与所有由电力驱动的设备相连接，这些设备包括主回路中的磁力泵、制冷回路中的压缩机、冷却塔电机、低温泵和水泵，乙二醇溶液循环回路中的冷水泵、热水循环回路中的热水泵。

本发明的有益效果是，1.主回路中，循环介质只有制冷剂，不存在润滑油，因此更换制冷剂非常方便；2.对两个换热器而言，由于没有润滑油的存在，清洗比较容易，可方便的进行不同制冷剂不同节流机构流量特性的研究。3.主回路中循环介质在多数时间内处于液态，系统易于控制，工况易于稳定；4.节流机构作为测试段自由拆装的元件，可进行毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀等各种节流机构较大流量范围的研究；5.主回路循环路径较短，两个换热器的热负荷大大低于同样条件下实际制冷系统中蒸发器和冷凝器的热负荷，二者相差几十倍，设备购置费用与运行费用低；6.测试范围大，蒸发温度范围可达-30～+10℃。本发明具有较显著的社会效益和经济效益。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图中虚线框内： 1是主回路、2是制冷回路、3是热水循环回路、4是乙二醇溶液循环回路、6是测试段。

和 分别表示压力传感器和温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。

如图1所示，本发明包括主回路1、制冷回路2、热水循环回路3、乙二醇溶液循环回路4、操作控制台5。主回路1是流量特性测试装置的核心组成部分，由磁力泵7、质量流量计8、高压换热器9的制冷剂流路、测试段6、低压换热器11的制冷剂流路、储液器12、过滤器13、旁通阀14组成。测试段6包括待测节流机构10、设置在待测节流机构10两端的视镜15以及设置在测试段6进出口处的球阀16，主回路1通过高压换热器9和低压换热器11分别与热水循环回路3和乙二醇溶液循环回路4连接，乙二醇溶液循环回路4与制冷回路2连接。球阀16和视镜15的作用是便于待测节流机构10的自由拆装和观察试验中制冷剂的存在状态。主回路1中磁力泵7的出口通过流量计8、视镜15与高压换热器9制冷剂流路入口连接，高压换热器9制冷剂流路出口与测试段6入口连接，测试段6出口与低压换热器11制冷剂流路入口连接，低压换热器11制冷剂流路出口通过储液器12和过滤器13与磁力泵7入口相连接，旁通阀14设置在磁力泵7出口与低压换热器11制冷剂流路入口之间，用于调节制冷剂的流量。磁力泵7是该回路的核心部件，它将低温低压的制冷剂液体压力升高使之成为低温高压的制冷剂液体。高压换热器9制冷剂流路内流动的是过冷度为1.5度到10度的制冷剂，高压换热器9水流路内流动的是热水，用于加热磁力泵7出口流入高压换热器9制冷剂流路中的低温高压的制冷剂液体，使之达到待测节流机构10前所需要的高压高温制冷剂液体。根据实际制冷系统的不同运行工况，流入待测节流机构10的制冷剂液体的压力和温度可以调节，其中压力通过调节磁力泵7的转速来实现，而温度是通过调节高压换热器9水流路中热水泵17的转速来实现。高温高压的制冷剂液体经待测节流机构10节流之后，制冷剂具有一定的闪发，成为两相混合物，由于进入磁力泵7的制冷剂必须是液体，因此必须对两相制冷剂中的气体进行液化，这是通过低压换热器11冷凝气态制冷剂加以实现的。低压换热器11制冷剂流路内为汽液两相制冷剂，水流路内为低温55％乙二醇水溶液。为了确保磁力泵7入口制冷剂全是液体，本装置设置了储液器12，它一方面作气液分离器使用，将来自低压换热器11出口的低温制冷剂中可能含有的气态制冷剂加以分离；另一方面调节主回路1中制冷剂的循环量，满足磁力泵7和待测节流机构10不同工况下的需要。流经待测节流机构10的制冷剂流量可由质量流量计8进行计量。主回路1中流动的制冷剂可以采用R22、R407C、R410a、R134a、R600a，制冷回路2中的制冷剂采用R404A。

制冷回路2的主要作用是冷却乙二醇箱25中的乙二醇溶液。制冷回路2包括由压缩机20、冷凝器21的制冷剂流路、热力膨胀阀22、蒸发器23的制冷剂流路组成的制冷剂回路；由冷却塔28、水泵27、冷凝器21水流路组成的冷却水回路；由乙二醇箱25、低温泵24、蒸发器23水回路组成的乙二醇回路。制冷剂回路中压缩机20的吸气口与蒸发器23制冷剂流路出口连接，冷凝器21制冷剂流路入口与压缩机20出口连接，冷凝器21制冷剂流路出口与热力膨胀阀22的入口连接，热力膨胀阀22出口与蒸发器23制冷剂流路入口连接。冷却水回路中冷凝器21水流路入口与水泵213出口连接，冷凝器21水流路出口与冷却塔214入口连接，冷却塔214出口与水泵213入口连接，冷却水在冷凝器21水流路、冷却塔214、水泵213流路中循环，将冷凝器21制冷剂流路内的制冷剂热量通过冷却塔214传到外界大气中。乙二醇回路中蒸发器23乙二醇流路入口与低温泵24出口连接，低温泵24入口与乙二醇箱25 A端出口连接，乙二醇箱25 A端入口与蒸发器23乙二醇流路出口连接。压缩机20将低温低压制冷剂蒸汽压缩成高压高温的气体，冷凝器21将高压高温制冷剂气体冷凝成高压低温制冷剂液体，流经热力膨胀阀22的制冷剂节流后转变成低压低温两相制冷剂，两相制冷剂在蒸发器23中转变成具有1.5度到10度过热度的蒸汽。同时将蒸发器23水流路内高速流动的乙二醇溶液降温使之变为摄氏-30度到摄氏-35度的液体，乙二醇溶液的流动是通过一个低温泵24的高速运转实现的。随后制冷剂蒸汽进入压缩机20的吸气口，开始新的制冷循环。

热水循环回路3包括热水箱18、热水泵17、高压换热器9水流路，热水泵17出口与高压换热器9水流路入口连接，高压换热器9水流路出口与热水箱18入口连接，热水箱18出口与热水泵17入口连接，热水泵17的转速可以通过变频器进行调节以保证所需的热水流量。

乙二醇溶液循环回路4包括乙二醇箱25、冷水泵26、低压换热器11水流路，冷水泵26出口与低压换热器11水流路入口连接，低压换热器11水流路出口与乙二醇箱25 B端入口连接，乙二醇箱25 B端出口与冷水泵26入口连接，冷水泵26的转速可以通过变频器进行调节以保证所需的乙二醇溶液流量。在热水箱18和乙二醇箱25内均设置有电加热器19，电加热器的功率在1.5-30千瓦之间可调，用于满足不同的试验工况。

操作控制台5包括计算机、继电器、过热保护器、PLC电器元件，实现对测试装置的控制与参数的计量。操作控制台通过导线与所有由电力驱动的设备相连接，这些设备包括主回路1中的磁力泵7、制冷回路中的压缩机20、冷却塔28、低温泵24和水泵27，乙二醇溶液循环回路4中的冷水泵26、热水循环回路3中的热水泵17。

在待测节流机构4的两端均设置温度和压力传感器，在热水泵17出口、热水箱18入口、冷水泵26出口、低压换热器11水流路出口以及热水箱18和乙二醇箱25内均设置有温度传感器。

Claims (9)

1.一种液环法节流机构制冷剂质量流量特性测试装置，包括主回路(1)、制冷回路(2)、热水循环回路(3)、乙二醇溶液循环回路(4)、操作控制台(5)，其特征在于还包括：主回路(1)由测试段(6)、磁力泵(7)、质量流量计(8)、高压换热器(9)的制冷剂流路、低压换热器(11)的制冷剂流路、储液器(12)、过滤器(13)、旁通阀(14)，测试段(6)包括待测节流机构(10)、设置在待测节流机构(10)两端的视镜(15)以及设置在测试段(6)进出口处的球阀(16)，主回路(1)分别通过高压换热器(9)和低压换热器(11)与热水循环回路(3)和乙二醇溶液循环回路(4)连接，乙二醇溶液循环回路(4)与制冷回路(2)连接；主回路(1)中磁力泵(7)的出口通过流量计(8)和视镜(15)与高压换热器(9)制冷剂流路入口连接，高压换热器(9)制冷剂流路出口与测试段(6)入口连接，测试段(6)出口与低压换热器(11)制冷剂流路入口连接，低压换热器(11)制冷剂流路出口通过储液器(12)和过滤器(13)与磁力泵(7)入口相联接，旁通阀(14)设置在磁力泵(7)出口与低压换热器(11)制冷剂入口之间，高压换热器(9)和低压换热器(11)的制冷剂流路内流动的是制冷剂，高压换热器(9)水流路内流动的是热水，低压换热器(11)水流路则流动乙二醇溶液，操作控制台(5)通过导线与所有由电力驱动的设备相连接。

2.根据权利要求1所述的液环法节流机构制冷剂质量流量特性测试装置，其特征是所述的制冷回路(2)包括由压缩机(20)、冷凝器(21)的制冷剂流路、热力膨胀阀(22)、蒸发器(23)的制冷剂流路组成的制冷剂回路；由水泵(27)、冷却塔(28)、冷凝器(21)水流路组成的冷却水回路；由低温泵(24)、乙二醇箱(25)、蒸发器(23)水回路组成的乙二醇回路，制冷剂回路中压缩机(20)的入口与蒸发器(23)制冷剂流路出口连接，冷凝器(21)制冷剂流路入口与压缩机(20)出口连接，冷凝器(21)制冷剂流路出口通过热力膨胀阀(22)与蒸发器(23)制冷剂流路入口连接；冷却水回路中冷凝器(21)水流路入口与水泵(27)出口连接，水流路出口与冷却塔(28)入口连接，冷却塔(28)出口与水泵(27)入口连接；乙二醇回路中蒸发器(23)乙二醇流路入口与低温泵(24)出口连接，低温泵(24)入口与乙二醇箱(25)A端出口连接，乙二醇箱(25)A端入口与蒸发器(23)乙二醇流路出口连接。

3.根据权利要求1所述的液环法节流机构制冷剂质量流量特性测试装置，其特征是所述的热水循环回路(3)包括热水箱(18)、热水泵(17)、高压换热器(9)水流路热水泵(17)出口与高压换热器(9)水流路入口连接，高压换热器(9)水流路出口与热水箱(18)入口连接，热水箱(18)出口与热水泵(17)入口连接。

4.根据权利要求1所述的液环法节流机构制冷剂质量流量特性测试装置，其特征是所述的乙二醇溶液循环回路(4)包括乙二醇箱(25)、冷水泵(26)、低压换热器(11)水流路，冷水泵(26)出口与低压换热器(11)水流路入口连接接，低压换热器(11)水流路出口与乙二醇箱(25)B端入口连接，乙二醇箱(25)B端出口与冷水泵(26)入口连接。

5.根据权利要求1所述的液环法节流机构制冷剂质量流量特性测试装置，其特征是所述的主回路(1)中的制冷剂采用R22、R407C、R410A、R134a、R600a，制冷回路(2)中的制冷剂采用R404A。

6.根据权利要求1所述的液环法节流机构制冷剂质量流量特性测试装置，其特征是所述的高压换热器(9)制冷剂流路内制冷剂为过冷度在1.5度到20度的制冷剂，低压换热器(11)制冷剂流路内制冷剂为汽液两相的制冷剂，而低压换热器(11)水流路内流动的乙二醇溶液是55％的乙二醇水溶液。

7.根据权利要求1或2或3所述的液环法节流机构制冷剂质量流量特性测试装置，其特征是操作控制台(5)包括计算机、继电器、过热保护器、PLC电器元件，所述的与操作控制台(5)连接的所有由电力驱动的设备，包括主回路(1)中的磁力泵(7)、制冷回路中的压缩机(20)、冷却塔(28)、低温泵(24)和水泵(27)，乙二醇溶液循环回路中的冷水泵(26)、热水循环回路(3)中的热水泵(17)。

8.根据权利要求1或3或4所述的液环法节流机构制冷剂质量流量特性测试装置，其特征是所述的热水箱(18)和乙二醇箱(25)内均设置有加热器(19)，其加热功率在1.5-30千瓦之间可调。

9.根据权利要求1或3或4所述的液环法节流机构制冷剂质量流量特性测试装置，其特征是在待测节流机构(10)的两端均设置温度和压力传感器，在热水泵(17)出口、热水箱(18)入口、冷水泵(26)出口、低压换热器(11)水流路出口以及热水箱(18)和乙二醇箱(25)内均设置有温度传感器。