CN202720203U - 冻融循环试验机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种冻融循环试验机，包括冷热交换机组、试件箱和控制装置，控制装置分别于冷热交换机组和试件箱连接并控制它们的运转，在冷热交换机组中还包括能量存储装置，能量存储装置连接在冷热交换机组中板式热交换器和风机式热交换器之间。利用能量存储器将以往为试件箱做制冷或加热过程中需要放弃的一部分能量存储起来，而在下一次相对应的加热或制冷过程中再把存储的能量释放，从而提高加热或制冷过程的速度，既回收利用了大量的废气能源，降低了能源消耗，提高了工作效率，又保证了升降温的速度，具有噪音小。工作环境适应性强，适合在各种试验场所及自然环境下使用。

Description

冻融循环试验机

技术领域

本实用新型涉及一种试验设备，特别涉及一种具有快速冷冻、融化的冻融循环试验机。

背景技术

冻融循环试验机是检验材料稳定性及耐久性时，快速模拟环境变化的一种试验用机器。其经常被应用在建筑及材料科学领域中，对使用的各种材料在人工模拟环境温度升降的情况下，进行材料的安全性能及耐久性性能检验。一般做一次试验，设备需长时间连续运转30天左右。目前，使用的各种冻融循环试验机，加热方式均采用电热管加热，其结构简单、使用方便，但存在热转换效率低，一般标准28个混凝土试件配置的设备至少需要10KW以上的功率才能满足快速升温的要求，而且，电热管加热还存在漏电的危险，增大了试验机使用过程的风险系数。而制冷的方式都采用压缩机制冷，制冷时压缩机所产生的热量，主要采用两种方式排放，一种使用风机式热交换器式换热器排放，利用空气强制式流动进行散热，这种风机式热交换器式换热器排放热量过程中，受环境温度影响较大，在夏天，尤其是在30℃以上气温的情况下，压缩机制冷效率大大缩减，厂家在设计中不得不增大风机式热交换器和压缩机的功率，这不但浪费了电源，还增加了试验室的噪音排放，而且由于环境气温的变化，给试验产生了不稳定因素，造成所出的结果存在误差。另一种是用水冷式排放热量，即用冷却水塔来进行散热，用冷却水塔虽然散热的效果比较理想，但整个冷却系统结构设计复杂、维护成本高，已逐渐被各厂商自然淘汰。如何解决这些问题，减少检测单位的检测成本，同时又能快速稳定的模拟检测所需环境，对各种建材安全性及耐久性进行检测，提高国家工程质量是本实用新型需要解决的。

发明内容

鉴于上述现有技术中的不足，本实用新型旨在提供一种节能、高效、稳定而安全的冻融循环试验机。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

一种冻融循环试验机，包括冷热交换机组、试件箱和控制装置，冷热交换机组包括制冷剂压缩机、风机式热交换器、板式热交换器和压力保护装置，制冷剂压缩机高压端口通过管道穿过风机式热交换器后与板式热交换器连通，并从低压口回到制冷剂压缩机中，压力保护装置连接在制冷剂压缩机高压口和低压口之间，试件箱和板式热交换器之间连接有密闭的循环通道，通道上设有离心式循环泵，控制装置分别与冷热交换机组和试件箱连接，冷热交换机组中还包括能量存储装置，能量存储装置连接在冷热交换机组中板式热交换器和风机式热交换器之间。

所述能量存储装置包括能量存储器、两个储液罐、两个控制阀组和一个四通阀，两个控制阀组分别连接在两个储液罐的出口上，两套连接着的控制阀组的出口和储液罐进口之间相互交叉连接，交叉连接的控制阀组和储液罐连接在板式热交换器和能量存储器之间，能量存储器上的另一接口连接在风机式热交换器的接口上，风机式热交换器上的另一个接口与四通阀连通，四通阀上还分别连接有板式热交换器接口以及制冷剂压缩机高压口和低压口，四通阀通过导线与控制装置连接。

所述能量存储器上两个接口之间还设有连接通道，通道上连接有单向限流阀。

所述控制阀组包括依次顺序连通的膨胀阀、单向阀和过滤器，过滤器连接在储液罐出口上。

所述能量存储器包括腔体、热交换器和能量存储器循环泵，所述腔体外围设有保温材料，腔体中放有乙二醇，热交换器和能量存储器循环泵位于乙二醇中，热交换器上的一个接口与交叉连接的控制阀组和储液罐的一端连通，另一接口与风机式热交换器的一个接口连通；所述能量存储器循环泵通过导线与控制装置连接。

所述热交换器为蛇形管道热交换器。

本实用新型所述的冻融循环试验机，利用能量存储器将以往为试件箱做制冷工作时所需排放的一部分废弃热能存储起来，并在需要为试件箱做加热工作时将存储的热量有效释放，从而提高加热过程的速度，而释放热量后的能量存储器同时又会降到低温状态，当需要再次为试件箱降温时，利用能量存储器的低温状态、对经过风机式热交换器降温后的制冷剂进行二次降温，达到对制冷剂快速降温目的。本实用新型所述的冻融循环试验机不仅回收、利用了大量的废弃能源，降低了能源消耗，提高了工作效率，而且具有升降温速度快、噪音小、工作环境适应性强，不管是炎热的夏季还是在寒冷的冬季，设备都能高效稳定的运行，适合在各种试验场所及自然温度环境下工作。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意简图；

图2为加热过程中冷热交换机组内部制冷剂流向示意图；

图3为制冷过程中冷热交换机组内部制冷剂流向示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述：

如图1所示、本实用新型所述的冻融循环试验机，包括冷热交换机组26、试件箱1和控制装置3。

其中冷热交换机组26包括制冷剂压缩机6、板式热交换器22、风机式热交换器9、压力保护装置4和能量存储装置。制冷剂压缩机6、板式热交换器22、风机式热交换器9和能量存储装置分别固定在冷热交换机组26箱体的底座上，压力保护装置4的两个接口分别连接在制冷剂压缩机高压口7和低压口5上，监控着制冷剂压缩机6两端的压力，并把压力信号转换为电信号通过导线传递给控制装置3，通过控制装置3随时调整并控制制冷剂压缩机6安全、可靠的运行。

板式热交换器22内有两组完全隔离并紧邻的管道，管道中填充有乙二醇，其中一组和试件箱1之间连接有密闭的循环通道25，循环通道25上设有离心式循环泵2，离心式循环泵2带动乙二醇在板式热交换器22和试件箱1内往复循环。制冷剂压缩机6、风机式热交换器9、离心式循环泵2和试件箱1通过导线分别与控制装置3连接。

能量存储装置包括能量存储器21、两个储液罐、两个控制阀组和一个四通阀8。能量存储器21由腔体16、蛇形管道热交换器17和能量存储器循环泵18组成，腔体16外围设有保温材料15，腔体16中放有乙二醇，腔体16固定在冷热交换机组26箱体的底座上。蛇形管道热交换器17和能量存储器循环泵18都放置在乙二醇中，蛇形管道热交换器17上设有第一接口14和第二接口13，能量存储器循环泵18与控制装置3连接，能量存储器循环泵18可带动腔体16内的乙二醇做循环流动。两个控制阀组分别为第一控制阀组19和第二控制阀组20，两个储液罐为第一储液罐10和第二储液罐11。第一控制阀组19和第二控制阀组20分别由依次顺序连通的膨胀阀、单向阀和过滤器组成，两个过滤器的另一端分别与第一储液罐10和第二储液罐11的出口连接，相互连接的第一控制阀组19和第一储液罐10与相互连接的第二控制阀组20和第二储液罐11之间相互并联并且两端交叉连接，并联后的控制阀组和储液罐的两端连接在板式热交换器22和能量存储器21之间，即分别与板式热交换器22上的第二端口23和能量存储器21中蛇形管道热交换器17上的第一接口14连接，从而使连接在板式热交换器22和能量存储器21之间的并联的两套控制阀组和储液罐只能始终保持单方向导通。制冷剂压缩机的高压端口7、低压端口5和板式热交换器上的第一端口24以及蛇形管道热交换器上的第二接口13分别通过管道连接在四通阀8上，其中连接在蛇形管道热交换器第二接口13上的管道穿过风机式热交换器9后与四通阀8连通。四通阀8本身通过导线与控制装置3连接，并在控制装置3的控制下开启或关闭四通阀8上相应的阀门，接通不同的管路通道。

为了提高冻融循环试验机整个制冷过程中的制冷效率，充分利用能量存储器的功能，在蛇形管道热交换器17上两个进出接口之间还设有一个连接通道，通道上设有单向限流阀12，控制流过蛇形管道热交换器17进行降温的制冷剂的流量，使能量存储器21的能量能长时间有效释放。

当需要对试件箱进行加热时，如图2所示，图中箭头方向为制冷剂运动方向。四通阀8在控制装置3的控制下接通相应通道，制冷剂压缩机6启动，制冷剂压缩机6把制冷剂压成高压气体后从高压口7释放出，经四通阀8和连接管道从第一端口24进入板式热交换器22中，高压环境下的制冷剂凝结成液态同时排出大量热量，当制冷剂进入板式热交换器22后与另一组完全隔离并紧邻管道中的乙二醇进行热交换后，使另一组管道中的乙二醇温度升高，在循环泵2的作用下，升温后的乙二醇在板式热交换器22与试件箱1之间循环流动，又与试件箱1中的试验材料进行热交换，从而完成对试件箱1中试验材料的加热过程。而被冷却并凝结成液态的制冷剂经板式热交换器22上的第二端口23流出，进入第二储液罐11中并充分凝结成液态，经第二控制阀组20进入低压侧管路中，制冷剂在低压状态下将挥发并需吸收很大的热量。挥发过程中的制冷剂通过第一接口14进入蛇形管道热交换器17中，在能量存储器循环泵18的作用下与腔体16中的乙二醇进行热量交换，使乙二醇温度降低，挥发后的制冷剂从第二接口13流出蛇形管道热交换器17，进入风机式热交换器9并使未完全挥发的制冷剂完全挥发，完全挥发后的制冷剂从四通阀8和制冷剂压缩机低压口5流回到制冷剂压缩机6中，经制冷剂压缩机6再次压缩成高压气体制冷剂，这样往复工作，直至试件箱1内试验材料达到设定的温度为止，就完成整个对试件箱1的加热过程，而加热过程产生的废弃能量则存储在能量存储器腔体16内的乙二醇中，能量存储器腔体16内的乙二醇已被降为低温状态。当试验材料到达设定的温度后，由于试验规则的需求需马上对试验材料进行降温，此时控制装置3发出指令使冷热交换机组26切换成制冷连接状态。

对试件箱1进行降温时，如图3所示，图中箭头方向为制冷剂运动方向，控制装置3控制四通阀8接通相应通路，使高压高温制冷剂从制冷剂压缩机高压端口7出来后，经四通阀8流向风机式热交换器9，风机式热交换器9首先对管路中的高压高温制冷剂进行初次降温，制冷剂开始被冷却并开始凝结成液态。但当在酷热的夏天，气温高于30℃的环境下，风机式热交换器9的换热效率大大降低，不能完全使制冷剂冷却凝结，这样一部分冷却后的制冷剂经蛇形管道热交换器上第一接口14和第二接口13之间连接通道上的单向限流阀12流过，而另一部分则进入到蛇形管道热交换器17中，与加热过程中在腔体16内乙二醇中存储的低温能量进行热交换，带走乙二醇中存储的低温能量，使进入蛇形管道热交换器17中的这部分制冷剂完全凝结成液态，降温后的制冷剂与从单向限流阀12流过的制冷剂在第一储液罐10中充分混合凝结，经第一控制阀组19中的过滤器、单向阀和膨胀阀进入到板式热交换器22中，此时四通阀8已经在控制装置3的作用下切换成板式热交换器22的第一端口24经四通阀8与制冷剂压缩机低压口5连通，在制冷剂压缩机6的作用下和第一控制阀组19的控制下，板式热交换器22内的制冷剂管道已成为低压状态，高压制冷剂从第二端口23进入到板式热交换器22中会发生挥发成为气态，同时吸收大量热量，而使位于另一组中完全隔离并紧邻管道中的乙二醇温度快速降温，在离心式循环泵2的作用下，乙二醇在板式热交换器22与试件箱1之间循环流动，使试件箱1中的试验材料温度降低，从而完成对试件箱1中试验材料的降温过程。而板式热交换器22中已挥发的制冷剂通过第一端口24流出后，经四通阀8从制冷剂压缩机低压口5流回到制冷剂压缩机6中，再经制冷剂压缩机6压缩成高压气体制冷剂，这样往复工作直至完成整个对试件箱1的制冷过程。

由于能量存储装置的存在，在整个机组做能量转换时，不管是对试件箱1做加热工作或对试件箱1做制冷工作，制冷剂都能快速的吸收热量或排放热量，排除了因自然环境温度的变化而影响冷热交换机组26能量转换的效率，使冷热交换机组26的冷热转换效率始终保持在最佳状态，可充分满足在不同环境下的使用需要。

Claims (6)

1.一种冻融循环试验机，包括冷热交换机组、试件箱和控制装置，所述冷热交换机组包括制冷剂压缩机、风机式热交换器、板式热交换器和压力保护装置，制冷剂压缩机高压端口通过管道穿过风机式热交换器后与板式热交换器连通，并从低压口回到制冷剂压缩机中，压力保护装置连接在制冷剂压缩机高压口和低压口之间；所述试件箱和板式热交换器之间连接有密闭的循环通道，通道上设有离心式循环泵；所述控制装置分别与冷热交换机组和试件箱连接，其特征在于，所述冷热交换机组中还包括能量存储装置，所述能量存储装置连接在冷热交换机组中板式热交换器和风机式热交换器之间。

2.根据权利要求1所述的冻融循环试验机，其特征在于，所述能量存储装置包括能量存储器、两个储液罐、两个控制阀组和一个四通阀，所述两个控制阀组分别连接在两个储液罐的出口上，两套连接着的控制阀组的出口和储液罐进口之间相互交叉连接，交叉连接的控制阀组和储液罐连接在板式热交换器和能量存储器之间，能量存储器上的另一接口连接在风机式热交换器的接口上，风机式热交换器上的另一个接口与四通阀连通，四通阀上还分别连接有板式热交换器接口以及制冷剂压缩机高压口和低压口，四通阀通过导线与控制装置连接。

3.根据权利要求2所述的冻融循环试验机，其特征在于，所述能量存储器上两个接口之间还设有连接通道，通道上连接有单向限流阀。

4.根据权利要求2或3所述的冻融循环试验机，其特征在于，所述控制阀组包括依次顺序连通的膨胀阀、单向阀和过滤器，过滤器连接在储液罐出口上。

5.根据权利要求2或3所述的冻融循环试验机，其特征在于，所述能量存储器包括腔体、热交换器和能量存储器循环泵，所述腔体外围设有保温材料，腔体中放有乙二醇，热交换器和能量存储器循环泵位于乙二醇中，热交换器上的一个接口与交叉连接的控制阀组和储液罐的一端连通，另一接口与风机式热交换器的一个接口连通；所述能量存储器循环泵通过导线与控制装置连接。

6.根据权利要求5所述的冻融循环试验机，其特征在于，所述热交换器为蛇形管道热交换器。

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