CN212155115U - 一种基于制冷剂气体循环方式的压缩机测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于制冷剂气体循环方式的压缩机测试系统，包括压缩机、冷凝器、储液器和膨胀阀，膨胀阀包括第一膨胀阀、第二膨胀阀和第三膨胀阀；其中，压缩机与第一膨胀阀连接形成第一闭合回路；所述压缩机、所述冷凝器、所述储液器和所述第二膨胀阀依次连接形成第二闭合回路；所述压缩机、所述冷凝器、所述储液器和所述第三膨胀阀依次连接形成第三闭合回路；所述第一闭合回路、所述第二闭合回路、所述第三闭合回路先进行混合，再回到所述压缩机。相比于传统的液体冷媒循环方式的压缩机测试系统，节约了能源，且系统简单，可靠性高；设备后期的使用成本和维护成本也有很大的降低，同时系统的整体体积减小，设备的占地面积也随之减小。

Description

一种基于制冷剂气体循环方式的压缩机测试系统

技术领域

本实用新型涉及压缩机性能测试领域，具体涉及一种基于制冷剂气体循环方式的压缩机测试系统。

背景技术

传统的压缩机测试系统通常采用液体制冷剂循环法来设计的，也就是依据最基本的制冷循环来设计的，依据图2中的莫里尔图作图1所示的管路布置图，基本的流程如下：

1)压缩机吸入制冷剂并压缩(a’-b’过程)吐出至冷凝器；

2)冷凝器将制冷剂冷却到一定程度(b’-c’过程)，通常是冷却到过冷状态；

3)膨胀阀(EX.V)将高压的液体冷媒减压膨胀至低温低压的气液混合状态(c’-d’过程)进入蒸发器蒸发；

4)蒸发吸热后的制冷剂再次回到压缩机吸气口(d’-a’过程)进行下一个压缩过程。

其中，图1中的虚线表示气态制冷剂，实线表示液体或气液混合两相状态的制冷剂。但常规的液体制冷剂循环法设计的压缩机测试系统仍是存在一定的缺陷：

1)因高温高压的制冷剂会在冷凝器中被冷凝成高压的液态，即过冷状态，因此，依据常规的液体制冷剂循环原理，冷凝器容量一般选择为压缩机机械负荷的1.5～2.0倍；而此种方式选择出的冷凝器通常体积较大、占比面积大，且耗能大，造成生产成本过高；

2)常规的蒸发器一般为风冷翅片式或水冷板式、套管式换热器等需要外部热量补偿的型式，需要借助外部热量补偿来使经膨胀阀节流后的气液混合制冷剂过热，使其蒸发完全转化为气体，外部的热量供应增加了系统的整体耗能，进一步增加生产成本；

3)常规的系统只包含了一个膨胀阀，压缩机的吸气温度由蒸发器的补偿加热作为加热侧控制端，当压缩机制冷能力较大时所需要的补偿热量就更大，非常耗能且体积较大，可靠性较低，后期使用成本也非常高。

有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。

实用新型内容

本实用新型的一目的在于：提供一种基于制冷剂气体循环方式的压缩机测试系统，解决现有的液体制冷剂循环方式制冷系统繁杂、生产耗能大、可靠性低，后期使用成本高等问题；本基于气体制冷剂循环方式的压缩机测试系统，具有简单、节能、系统简洁、可靠的优点。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于制冷剂气体循环方式的压缩机测试系统，包括压缩机、冷凝器、储液器和膨胀阀，所述膨胀阀包括第一膨胀阀、第二膨胀阀和第三膨胀阀；

其中，所述压缩机与所述第一膨胀阀连接形成第一闭合回路；所述压缩机、所述冷凝器、所述储液器和所述第二膨胀阀依次连接形成第二闭合回路；所述压缩机、所述冷凝器、所述储液器和所述第三膨胀阀依次连接形成第三闭合回路；所述第一闭合回路、所述第二闭合回路、所述第三闭合回路先进行混合，再回到所述压缩机。

本实用新型的基于制冷剂气体循环方式的压缩机测试系统，通过设置三个膨胀阀分别控制三个回路，由三个回路的协同作用实现了压缩机参数的灵活调控，解决了现有的压缩机测试系统耗能大、系统复杂、可靠性差的问题。得益于第一闭合回路分流了一部分制冷剂气体，使得高温高压的制冷剂气体不用全部进入冷凝器，大大降低了冷凝器的承载压力，使得本实用新型冷凝器的选择在其容量与体积方面可以缩小至传统的1/3。当经过冷凝器冷凝后的气液混合态的制冷剂，在储液器中进行气液分离，大部分的气态制冷剂被分离出来经由第二膨胀阀完成第二回路的闭合，由储液器分离出来的气态制冷剂是影响压缩机吸气压力的最主要因素，通过调控第二膨胀阀可以控制压缩机所需要的吸气压力。而被储液器分离出的液态制冷剂则进入第三膨胀阀完成第三回路的闭合，此蒸发吸热过程与传统的蒸发器作用相似，但本实用新型却不需要蒸发器，也即不需要借助外部热量补偿来使经膨胀阀节流后的气液混合制冷剂过热，更加节能。经由第一膨胀阀、第二膨胀阀、第三膨胀阀分别出来的制冷剂先进行混合，再回到压缩机，完成一个基本的制冷循环。

此外，本实用新型增加的第一膨胀阀和第三膨胀阀分别形成的两条回路，可以共同调控压缩机的吸气温度，第一膨胀阀的制冷剂为高温态，第三膨胀阀的制冷剂为低温态。当压缩机的吸气温度需求较高时，可以将第一膨胀阀的阀门开大，第三膨胀阀的阀门关小，使得两者混合处的制冷剂的温度较高，以符合压缩机吸气温度要求；相反的，当压缩机的吸气温度需求较低时，则可以将第一膨胀阀的阀门关小，第三膨胀阀的阀门开大，使得两者混合处的制冷剂的温度较低，以符合压缩机吸气温度要求。如此，本实用新型的气体制冷剂循环方式的压缩机测试方法可以达到灵活调控吸气温度的目的。

由此，相比于传统的压缩机测试系统，本实用新型的基于制冷剂气体循环方式的压缩机测试系统可以更加灵活的调控压缩机的各项参数，具有简单、高效、节能、安全、稳定等优点，能较好地应用于各种制冷压缩机的耐久、寿命、噪音、运转等测试系统。但也由其特点的限制，本压缩机测试系统没有蒸发器和外部补偿加热的设置，使其无法适用于热交换器换热器实验和汽车压缩机的蒸发器负荷实验，但总体而言，本实用新型应用于绝大多数的测试系统均具有优异的表现力。

优选的，本基于制冷剂气体循环方式的压缩机测试系统还包括混合器，所述混合器与所述压缩机连接，所述混合器设置在所述第一闭合回路、所述第二闭合回路、所述第三闭合回路的混合处。为减少因管道过长引起很多不确定性因素的影响，本实用新型增加了混合器的设置，第一膨胀阀、第二膨胀阀、第三膨胀阀分别节流以后的制冷剂在混合器中充分混匀，使其达到压缩机所需求的合适温度后再进入压缩机，完成一个循环。

优选的，本基于制冷剂气体循环方式的压缩机测试系统还包括过冷器，所述过冷器设置在所述储液器与所述第三膨胀阀之间。

优选的，本基于制冷剂气体循环方式的压缩机测试系统还包括油分离器，所述油分离器设置在所述压缩机与所述冷凝器之间。

优选的，所述第二膨胀阀为压力控制膨胀阀，所述第一膨胀阀、第三膨胀阀为温度控制膨胀阀。

优选的，所述储液器的高度大于所述储液器的底面直径。

优选的，所述第二膨胀阀与所述储液器连接的管道的直径大于所述第三膨胀阀与所述储液器连接的管道的直径。

本实用新型的有益效果在于：

1)本实用新型提供了一种制冷剂气体循环方式的压缩机测试系统，通过设置三个膨胀阀分别控制三个回路，由三个回路的协同作用实现了压缩机参数的灵活调控，解决了现有的压缩机测试系统耗能大、系统复杂、可靠性差的问题。相比于现有的测试系统，在压缩机制冷能力相同的条件下，本实用新型可以采用小型容量冷凝器参与循环，采用的冷凝器的容量和体积均可以缩小至传统的1/3，相应的，该处的耗能至少可以节约2/3；此外，本系统无需蒸发器，即不需要借助外部补偿加热来控制压缩机的吸气温度，减少了蒸发器和外部补偿加热耗能，进一步节约了能源；而本系统采用的储液器所消耗的能源也可忽略不计。由此可见，采用本实用新型的基于气体制冷剂循环方式的压缩机测试系统，相比于传统的液体冷媒循环方式的压缩机测试系统，大大节约了能源，且系统简单，可靠性高；设备后期的使用成本和维护成本也有很大的降低，同时系统的整体体积减小，设备的占地面积也随之减小。

2)本系统设置的储液器使得本系统还具有制冷剂充注量自动调节功能，在实际生产中，添加多点或少点制冷剂均不会对系统运转造成影响；通过液位计的设置还可以准确判断出系统制冷剂的充注量，由此得出系统的最佳充注量。

3)相比于传统的压缩机测试系统，本实用新型的基于制冷剂气体循环方式的压缩机测试系统所需要的制冷剂绝对量也有所减少，系统可以快速的相应并稳定下来，可以较好地应用于各种制冷压缩机的耐久、寿命、噪音、运转等测试系统。

4)本系统的制冷系统简洁，可靠性高，可以根据实际的生产需要进行功能扩展，比如可以增加油分离器以及流量计的设置，系统即可以扩展成压缩机量热计使用；还可以增加中间冷却器等多种设备，使其更好的应用于各种制冷压缩机的其他性能测试。

附图说明

图1为现有的压缩机测试系统的结构示意图。

图2为现有的制冷剂循环对应的莫里尔图。

图3为本实用新型压缩机测试系统的结构示意图之一。

图4为本实用新型压缩机测试系统的结构示意图之二。

图5为本实用新型制冷剂循环对应的莫里尔图。

图中：1’-压缩机；2’-冷凝器；3’-储液器；4’-膨胀阀；5’-蒸发器；6’-过冷器；1-压缩机；2-冷凝器；3-储液器；4-膨胀阀；41-第一膨胀阀；42-第二膨胀阀；43-第三膨胀阀；5-混合器；6-过冷器；7-油分离器。

其中图中的Ps为吸气压力；Ts为吸气温度；Pd为排气压力；Td为排气温度。

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式和说明书附图，对本实用新型及其有益效果作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

如图3～5所示，一种基于制冷剂气体循环方式的压缩机测试系统，包括压缩机1、冷凝器2、储液器3和膨胀阀4，膨胀阀4包括第一膨胀阀41、第二膨胀阀42和第三膨胀阀43；

其中，压缩机1与第一膨胀阀41连接形成第一闭合回路；压缩机1、冷凝器2、储液器3和第二膨胀阀42依次连接形成第二闭合回路；压缩机1、冷凝器2、储液器3和第三膨胀阀43依次连接形成第三闭合回路；第一闭合回路、第二闭合回路、第三闭合回路先进行混合，再回到压缩机1。

其中，冷凝器2可以选择与传统采用的冷凝器一致的型式，如可选择风冷型或者水冷型，在压缩机制冷能力相同的条件下，采用的冷凝器2的容量和体积均可以缩小至传统的1/3，当然，也可根据后续管道的长度、压缩机1所需的吸气温度等影响因素适当的增加冷凝器2的容量和体积的选择，可为传统的1/2、3/4等等，但并不局限于所列举的数值，相比于传统的冷凝器的选择，本实用新型是始终可以选择比传统能力小的冷凝器2。而储液器3主要是起到气液分离的功效，具体的设备选择可以根据压缩机的实际制冷能力作合适选择，优先选择细高型，避免选择粗短型，同时应兼顾制冷剂容量调节，以保证制冷剂容量的自动调节。而压缩机1与膨胀阀4选择为常规的即可，但需注意各规格型号的膨胀阀CV值的大小，这里不再赘述。

进一步地，本压缩机测试系统还包括混合器5，混合器5与压缩机1连接，混合器5设置在第一闭合回路、第二闭合回路、第三闭合回路的汇流处。为减少因管道过长引起很多不确定性因素的影响，本实用新型增加了混合器5的设置，当经由第一膨胀阀41、第二膨胀阀42、第三膨胀阀43分别节流以后的制冷剂在混合器5中充分混匀，使其达到压缩机1所需求的合适温度后再进入压缩机1，完成一个循环。此外，还可以根据在压缩机1吸入口检测到的温度与压缩机1所需求的合适温度做对比，如低于压缩机1所需的合适温度，则可以加大第一膨胀阀41的流量，使得温度高的第一气态制冷剂可以更多的流入混合器5中，以增加混合制冷剂的温度，同时也可以减小第三膨胀阀43的流量，使得温度低的第一液态制冷剂减少流出；相反的，如果高于该合适温度，则可以减小第一膨胀阀41的流量，同时增大第三膨胀阀43的流量，达到一个温度调控的作用；当第一膨胀阀41和第三膨胀阀43改变时可能会引起压缩机吸气压力的轻微变化，此时可以微调第二膨胀阀42将其吸气压力控制在所需的数值即可。

进一步地，本压缩机测试系统还包括过冷器6，过冷器6设置在储液器3与第三膨胀阀43之间。在第三闭合回路中增加过冷器6的设置，可以进一步降低由储液器3出来的液态制冷剂的温度，不仅可以进一步降低冷凝器2的承载压力，也可以进一步适应压缩机1所需的较低温度要求，以做更好的调节。其中，经过过冷器6的液态制冷剂可以达到过冷状态，对于与第一闭合回路中制冷剂的协同调节作用也可以更加明显，调节效果也可以更好。过冷器6可以是在原有的基础上增加换热套管，也可另外选择水冷型的或风冷型的换热器，或者是其他可以起到进一步降温效果的设备，具体可以根据实际需求进行选择，这里不做赘述。

进一步地，本压缩机测试系统还可选配油分离器7，油分离器7设置在所述压缩机1与所述冷凝器2之间。由于制冷剂气体由压缩机1排出时，可能会混有一部分冷冻机油油雾，在压缩机1和冷凝器2之间增设油分离器7，先将制冷剂气体中的冷冻机油进行有效分离，再进行循环，如此，经过储液器3分离出的液态制冷剂也就不会带有大量的冷冻机油，使得油分离器分离出来的润滑油快速回流至压缩机，以避免管道过长导致压缩机缺油运行而引起损坏。在实际使用中，最好保持第三膨胀阀43不要处于彻底关闭状态，以保证低温制冷剂一定的流动，有效的冷却压缩机。

此外，本实用新型在增加油分离器7的同时也可以增加流量计的设置，使得该系统可以扩展成压缩机1量热计使用。还可以在增加中间冷却器的设置，使其更好的应用于各种制冷压缩机1的其他性能测试。本系统设置简洁，可以根据实际测试的需要增加部件，以满足多种测试的要求。

进一步地，第二膨胀阀42为压力控制膨胀阀，第一膨胀阀41、第三膨胀阀43为温度控制膨胀阀。即第二膨胀阀42对于压力比较敏感，可以将图3中d位置的高压制冷剂通过第二膨胀阀42减压到e位置的低压制冷剂，在实际使用中，因外界因素及降压的影响，e位置处的制冷剂的温度应低于d位置处的温度，但温度相差不大，由于该路管道相应较粗，是压缩机的主要吸气供应量。而第三膨胀阀43则主要是对于温度比较敏感，当然对于压力也具有轻微的影响，f处的制冷剂经过第三膨胀阀43的膨胀节流后温度常常会降低很多，如假设f处的制冷剂温度可能为30℃，而经过膨胀节流后g处的温度可能下降为5℃，与此同时g处的制冷剂的压力也会有所下降但是由于管路流量相对较小，引起的压力变化不算大。而第一膨胀阀41为温度控制膨胀阀，由b处出来的制冷剂气体经过第一膨胀阀41达到h处，h处的制冷剂相对于b处的同样在温度和压力方面均会有所下降，但第一膨胀阀41相对于第三膨胀阀43的温度调节能力更弱一点，比如b处的制冷剂温度可能为100℃，经过第一膨胀阀41膨胀节流后，h处制冷剂的温度可能为90℃。一般来说，经过膨胀阀4膨胀节流后，得到的e、g、h、a处的制冷剂均应是低压状态的，可参见图5所示。此外，发明人想指出的是，在制冷系统上上述的调节都属于过程量控制，各参数是相互牵连相互影响的，没有任何一部分的调节或者说作用是绝对的。

进一步地，所述储液器3的高度大于所述储液器3的底面直径。由于储液器3主要作用是用于气液分离，将储液器3设置为细高型，一方面增加高度更有助于液态制冷剂因重力作用而下落，另一方面细高型的储液器3可以避免液态制冷剂通过第二闭合回路吸入压缩机1。由此可见，储液器3还具有储存多余液态制冷剂的功能，可以实现制冷剂的充注量的自动调节，多一点或者少一点制冷剂均不会对系统运转造成影响。当充注的液态制冷剂较少时，则图5中的c点朝d点方向移动，即气态的占比会多点；而当充注的液态制冷剂较多时，则图5中的c点朝f点移动，即气态的占比会相对少点而液态的制冷剂占比会多一点。具体的可以在储液器3中增设液位计，只要储液器3中的液态储存量没有超过该线，系统即可以保持良好的运作；此外，还可以增设多刻度的液位计，通过读取液位计的数值准确判断系统制冷剂的充注量，在实际运转过程中可以慢慢充注制冷剂，由此得出系统的最佳充注量。与此相对的，传统循环方式的储液器只起到一个储液引流的作用，由于制冷剂循环设计思路的差异，传统的储液器并不具备本实用新型所述的作用，也不需要具备本实用新型所述的作用。

进一步地，第二膨胀阀42与储液器3连接的管道的直径大于第三膨胀阀43与储液器3连接的管道的直径。由于第二闭合回路中的气态制冷剂是影响压缩机1吸气压力的主要影响，将该处的管道直径设置大于其他两处的管道直径，可以保证该处气态制冷剂为大流量大流速，通过调节第二膨胀阀42达到控制压缩机1所需的吸气压力的目的。与此同时，也应保持第二膨胀阀42与储液器3连接的管道直径大于第一膨胀阀41附近的管道直径，避免第一膨胀阀41附近的管道直径过大，防止由压缩机1排出的气态制冷剂过多的流入第一闭合回路。当然，具体的管道粗细的设计可根据压缩机的实际制冷能力和运行条件进行计算核定，如制冷能力较大时，整体的管道直径也应随之增大；而制冷能力较小时，整体的管道直径也应随之减小。

本压缩机测试系统的制冷剂气体循环方式的原理，包括以下步骤：

S1，以压缩机1排出制冷剂为第一气态制冷剂，一部分第一气态制冷剂经过冷凝，得到第一气液混合态制冷剂，另一部分第一气态制冷剂通过第一膨胀阀41回流至压缩机1；

S2，将步骤S1中所述的第一气液混合态制冷剂进行气液分离，得到第二气态制冷剂和第一液态制冷剂；第二气态制冷剂通过第二膨胀阀42回流至压缩机1，第一液态制冷剂通过第三膨胀阀43回流至压缩机1；

其中，第一气态制冷剂、第二气态制冷剂和第一液态制冷剂先经过混合再回流至压缩机1。另外，第一液态制冷剂可以先经过冷却，再通过第三膨胀阀43回流至压缩机1。

结合上述的制冷剂气体循环方式的原理，本压缩机测试系统的具体工作流程如下：

1)压缩机1吸入气态制冷剂压缩并吐出(a-b过程)，一部分高温高压的气态制冷剂进入冷凝器2，冷凝器2将这部分的气态制冷剂冷却到一定程度(b-c过程)，一般是冷却成两相的气液混合态；而压缩机1吐出的另一部分高温高压的气态制冷剂(实际生产中可能会掺杂一些油雾)则直接通过第一膨胀阀41减压减温后(b-h过程)作为加热侧制冷剂进入混合器5，其中h侧的气态制冷剂仍是处于较高温度状态；

2)气液混合态的制冷剂在储液器3中有效分离，得到气态制冷剂和液态制冷剂；气态制冷剂(c-d过程)通过第二膨胀阀42进行减压(d-e过程)进入混合器5，其中，第二膨胀阀42为控制压缩机1吸气压力最主要的影响因素；

3)而由储液器3底部流出的液态制冷剂继续进入过冷器6过冷，得到更低温的液态制冷剂，通过第三膨胀阀43将该高压低温的液态制冷剂减压(f-g过程)膨胀至低温低压气液混合状态作为冷却侧制冷剂进入混合器5；

4)三路制冷剂在混合器5中充分混合均匀后回到压缩机1吸气口(e-a、g-a、h-a过程)进行下一个压缩过程。如果压缩机1吸入管道较长时，混合器5也可以不需要，只需保证三路制冷剂充分混合后再回到压缩机1吸气口即可。(图3～4中的虚线表示气态制冷剂，实线表示液态或气液混合态的制冷剂)

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本实用新型的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (7)

1.一种基于制冷剂气体循环方式的压缩机测试系统，其特征在于，包括压缩机(1)、冷凝器(2)、储液器(3)和膨胀阀(4)，所述膨胀阀(4)包括第一膨胀阀(41)、第二膨胀阀(42)和第三膨胀阀(43)；

其中，所述压缩机(1)与所述第一膨胀阀(41)连接形成第一闭合回路；所述压缩机(1)、所述冷凝器(2)、所述储液器(3)和所述第二膨胀阀(42)依次连接形成第二闭合回路；所述压缩机(1)、所述冷凝器(2)、所述储液器(3)和所述第三膨胀阀(43)依次连接形成第三闭合回路；所述第一闭合回路、所述第二闭合回路、所述第三闭合回路先进行混合，再回到所述压缩机(1)。

2.根据权利要求1所述的基于制冷剂气体循环方式的压缩机测试系统，其特征在于，还包括混合器(5)，所述混合器(5)与所述压缩机(1)连接，所述混合器(5)设置在所述第一闭合回路、所述第二闭合回路、所述第三闭合回路的混合处。

3.根据权利要求1所述的基于制冷剂气体循环方式的压缩机测试系统，其特征在于，还包括过冷器(6)，所述过冷器(6)设置在所述储液器(3)与所述第三膨胀阀(43)之间。

4.根据权利要求1所述的基于制冷剂气体循环方式的压缩机测试系统，其特征在于，还包括油分离器(7)，所述油分离器(7)设置在所述压缩机(1)与所述冷凝器(2)之间。

5.根据权利要求1所述的基于制冷剂气体循环方式的压缩机测试系统，其特征在于，所述第二膨胀阀(42)为压力控制膨胀阀，所述第一膨胀阀(41)和第三膨胀阀(43)为温度控制膨胀阀。

6.根据权利要求1所述的基于制冷剂气体循环方式的压缩机测试系统，其特征在于，所述储液器(3)的高度大于所述储液器(3)的底面直径。

7.根据权利要求1所述的基于制冷剂气体循环方式的压缩机测试系统，其特征在于，所述第二膨胀阀(42)与所述储液器(3)连接的管道的直径大于所述第三膨胀阀(43)与所述储液器(3)连接的管道的直径。

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