CN220912663U - 一种氢气预热器性能试验系统及测试台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及换热器技术领域，公开了一种氢气预热器性能试验系统及测试台，系统包括通过管路依次连接的低压调节罐、压缩机、高压调节罐和第一换热器的冷侧气体循环子系统；通过管路依次连接的温度调节罐和第一循环泵的热侧液体循环子系统；低温恒温测试箱，包括氢气预热器测试件，氢气预热器测试件设有头部气侧端口、头部液侧端口、尾部气侧端口和尾部液侧端口；低压调节罐与头部气侧端口通过管路连接，在低压调节罐与头部气侧端口之间的管路上设有压力阀；第一换热器分别与制冷机和尾部气侧端口连接；温度调节罐与头部液侧端口连接，第一循环泵与尾部液侧端口通过管路连接。本实用新型解决了现有技术中不能满足氢气预热器测试需求的问题。

Description

一种氢气预热器性能试验系统及测试台

技术领域

本实用新型涉及换热器技术领域，具体涉及一种氢气预热器性能试验系统及测试台。

背景技术

换热器，亦称为热交换器或热交换设备，氢气预热器作为一种典型的换热器，是用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置，是对流传热及热传导的一种工业应用。

为获得氢气预热器的实际性能表现，满足不同产品的测试需求，需对氢气预热器进行性能试验。为满足氢气预热器测试需求，测试台需提供不同的测试工况。但目前基于氢气预热器试验系统的测试台紧缺、难寻、测试成本高、测试环境受温度、流量、压力等不可控因素的影响，测试条件不能满足测试需求，因此亟需一种能满足氢气预热器测试需求的试验系统。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种氢气预热器性能试验系统及测试台，以解决现有技术中不能满足氢气预热器测试需求的问题。

第一方面，本实用新型提供了一种氢气预热器性能试验系统，该系统包括：冷侧气体循环子系统、热侧液体循环子系统、低温恒温测试箱和制冷机；

冷侧气体循环子系统包括：通过管路依次连接的低压调节罐、压缩机、高压调节罐和第一换热器；

热侧液体循环子系统包括：通过管路依次连接的温度调节罐和第一循环泵；

低温恒温测试箱包括：氢气预热器测试件，氢气预热器测试件设有头部气侧端口、头部液侧端口、尾部气侧端口和尾部液侧端口；

低压调节罐与氢气预热器测试件的头部气侧端口通过管路连接，在低压调节罐与氢气预热器测试件的头部气侧端口之间的管路上设有压力阀；第一换热器分别与制冷机和氢气预热器测试件的尾部气侧端口通过管路连接；

温度调节罐与氢气预热器测试件的头部液侧端口通过管路连接，第一循环泵与氢气预热器测试件的尾部液侧端口通过管路连接。

本实用新型实施例提供的氢气预热器性能试验系统，冷侧气体的温度和流量可以根据测试需求采用冷侧气体循环子系统的低压调节罐、压缩机、高压调节罐和第一换热器来调节，热侧液体的温度和流量可以根据测试需求采用通过管路依次连接的温度调节罐和第一循环泵来调节。低温恒温测试箱实现模拟氢气预热器的低温运行环境，可满足不同条件下的测试需求，制冷机可以自由调节冷侧气体温度，冷侧气体循环子系统、热侧液体循环子系统、低温恒温测试箱和制冷机实现了根据测试需求模拟不同的测试工况及测试环境，解决了现有技术中不能满足氢气预热器测试需求的问题。

在一种可选的实施方式中，氢气预热器性能试验系统还包括：

水循环子系统，水循环子系统包括：通过管路依次连接的第二换热器、水箱和第二循环泵；

第二循环泵与制冷机通过管路连接，第二换热器分别与低压调节罐和氢气预热器测试件的头部气侧端口通过管路连接。

本实用新型实施例提供的氢气预热器性能试验系统，包括水循环子系统，水循环子系统依次通过第二换热器、水箱和第二循环泵流经制冷机，带走制冷机中的余热，能够继续给换热后的氢气降温，减小了压缩机的负荷。

在一种可选的实施方式中，低温恒温测试箱还包括：第一软管、第二软管、第一液侧接头、第二液侧接头、第一卡箍、第二卡箍、第三卡箍和第四卡箍；第一液侧接头包括第一卡盘和第一接头；第二液侧接头包括第二卡盘和第二接头；

第一软管的一端与头部液侧端口连接，第一软管的另一端套接在第一接头上并通过第一卡箍固定连接，第一卡盘通过第二卡箍固定连接在温度调节罐与氢气预热器测试件之间的管路上；

第二软管的一端与尾部液侧端口连接，第二软管的另一端套接在第二接头上并通过第二卡箍固定连接，第二卡盘通过第四卡箍固定连接在第一循环泵与氢气预热器测试件之间的管路上。

本实用新型实施例提供的氢气预热器性能试验系统，第一软管的一端与头部液侧端口连接，第一软管的另一端套接在第一接头上并通过第一卡箍固定连接，第一卡盘通过第二卡箍固定连接在温度调节罐与氢气预热器测试件之间的管路上；第二软管的一端与尾部液侧端口连接，第二软管的另一端套接在第二接头上并通过第二卡箍固定连接，第二卡盘通过第四卡箍固定连接在第一循环泵与氢气预热器测试件之间的管路上，保证了氢气预热器测试件连接的密封性，提高了测试结果的准确性。

在一种可选的实施方式中，在第二换热器与氢气预热器测试件的头部气侧端口之间的管路上设有抽真空加注口。

在一种可选的实施方式中，冷侧气体循环子系统还包括：第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第一压力传感器和第二压力传感器；

第一温度传感器和第一压力传感器均与低压调节罐连接；

第二温度传感器和第二压力传感器均与高压调节罐连接；

第三温度传感器与第一换热器连接；

第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器均为带有温度探头的温度传感器；第一压力传感器和第二压力传感器带有压力探头的压力传感器。

在一种可选的实施方式中，热侧液体循环子系统还包括：加热棒、第四温度传感器、第三压力传感器和法兰阀；第四温度传感器为带有温度探头的温度传感器；第三压力传感器为带有压力探头的压力传感器；

温度调节罐包括腔体和调节端口；

加热棒嵌入至温度调节罐腔体内；

第四温度传感器的温度探头、第三压力传感器的压力探头安装温度调节罐腔体内；法兰阀安装在温度调节罐的调节端口。

在一种可选的实施方式中，低温恒温测试箱还包括：第五温度传感器、第六温度传感器、第七温度传感器、第八温度传感器、第四压力传感器、第五压力传感器、第一压差计和第二压差计；

第五温度传感器与所述氢气预热器测试件的头部气侧端口连接；

第六温度传感器和第四压力传感器均与氢气预热器测试件的尾部气侧端口连接；第一压差计设置在第五温度传感器和第六温度传感器之间，且与第四压力传感器连接；

第七温度传感器和第五压力传感器与氢气预热器测试件的头部液侧端口连接；

第八温度传感器与氢气预热器测试件的尾部液侧端口连接；第二压差计设置在第七温度传感器和第八温度传感器之间，且与第五压力传感器连接。

在一种可选的实施方式中，第五温度传感器、第六温度传感器、第七温度传感器和第八温度传感器均为带有温度探头的温度传感器；第四压力传感器和第五压力传感器均为带有压力探头的压力传感器。

本实用新型实施例提供的氢气预热器性能试验系统，所用到的温度传感器和压力传感器均带有探头，使其具有测试数据可靠、测量精度高的特点，提高氢气预热器测试件测试性能的可靠性，测试操作简单，降低了测试成本。

在一种可选的实施方式中，冷侧气体循环子系统还包括气体流量计，气体流量计设置在低压调节罐与氢气预热器测试件之间的管路上；

热侧液体循环子系统还包括液体流量计，液体流量计设置在第一循环泵与氢气预热器测试件之间的管路上；

低温恒温测试箱还包括第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门和两条连通管路；

第一阀门设置在温度调节罐与氢气预热器测试件的头部液侧端口之间的管路上；第二阀门设置在氢气预热器测试件的尾部液侧端口至液体流量计之间的管路上；

两条连通管路包括第一连通管路和第二连通管路，第一连通管路和第二连通管路均设置在氢气预热器测试件的头部液侧端口至氢气预热器测试件的尾部液侧端口之间，第三阀门设置在第一连通管路上，第四阀门设置在第二连通管路上。

本实用新型实施例提供的氢气预热器性能试验系统，在冷侧气体循环子系统设置气体流量计，在热侧液体循环子系统设置液体流量计，实现了实时检测冷侧气体和热侧液体的流量。通过低温恒温测试箱中的第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门和两条连通管路，实现了不用拆卸氢气预热器测试件，能够根据测试需求控制氢气预热器测试件中液体的顺流换热或逆流换热形式。

第二方面，本实用新型提供了一种测试台，包括轮毂、配电箱以及上述第一方面或其对应的任一实施方式的氢气预热器性能试验系统；轮毂和配电箱均与氢气预热器性能试验系统连接。

本实用新型实施例提供的测试台，其中的氢气预热器性能试验系统中，冷侧气体的温度可以根据测试需求采用冷侧气体循环子系统的低压调节罐、压缩机、高压调节罐和第一换热器来调节，热侧液体的温度可以根据测试需求采用通过管路依次连接的温度调节罐和第一循环泵来调节。低温恒温测试箱实现模拟低温恒温氢气工况以及低温恒温冷启动环境，可满足不同条件下的测试需求，制冷剂可以自由调节温度测试工况，冷侧气体循环子系统、热侧液体循环子系统、低温恒温测试箱和制冷机实现了根据测试需求模拟不同的测试工况，解决了现有技术中不能满足氢气预热器测试需求的问题。通过轮毂与氢气预热器性能试验系统连接，实现了方便移动的目的，为测试需求提供了便利条件。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型实施例的氢气预热器性能试验系统的结构框图；

图2是根据本实用新型实施例的另一氢气预热器性能试验系统的结构框图；

图3是根据本实用新型实施例的氢气预热器性能试验系统中热侧液体循环子系统换热流动形式示意图；

图4是根据本实用新型实施例的测试台的模型简化图；

图5是根据本实用新型实施例的测试台的模型简化正视图；

图6是根据本实用新型实施例的测试台的模型简化右视图；

图7是根据本实用新型实施例的测试台的模型简化俯视图；

图8是根据本实用新型实施例的测试台的模型简化图的辅助视图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实施例中提供了一种氢气预热器性能试验系统，图1是氢气预热器性能试验系统的原理图，如图1所示，该系统包括：

冷侧气体循环子系统1、热侧液体循环子系统2、低温恒温测试箱3和制冷机4；冷侧气体循环子系统1包括：通过管路依次连接的低压调节罐12、压缩机14、高压调节罐11和第一换热器13；热侧液体循环子系统2包括：通过管路依次连接的温度调节罐21和第一循环泵22；低温恒温测试箱3包括：氢气预热器测试件31，氢气预热器测试件31设有头部气侧端口311、头部液侧端口312、尾部气侧端口313和尾部液侧端口314；低压调节罐12与氢气预热器测试件31的头部气侧端口311通过管路连接，在低压调节罐12与氢气预热器测试件31的头部气侧端口之间的管路上设有压力阀15；第一换热器13分别与制冷机4和氢气预热器测试件31的尾部气侧端口313通过管路连接；温度调节罐21与氢气预热器测试件31的头部液侧端口312通过管路连接，第一循环泵22与氢气预热器测试件的尾部液侧端口314通过管路连接。

具体地，冷侧气体循环子系统1中的气体可以采用氢气或氦气，为了避免氢气的易燃易爆，提高测试安全性，在测试中可采用氦气替代氢气。由于采用氦气测试，而实际工质为氢气，故测试结果需经过氢氦等效换算计算出其实际性能。压缩机为变频式压缩机。氦气的温度根据测试需求可通过制冷机4调控降温，通常为-30℃。压力阀15可以为减压阀，氦气的压力则可通过压力阀15、变频式压缩机、低压调节罐12、压缩机14和高压调节罐11进行调节，压力范围为0.5MPa～1MPa。氦气的流量可通过变频压缩机的频率以及压力阀15的开度进行调节。

热侧液体循环子系统2可以采用防冻液，例如50％质量浓度的乙二醇水溶液作为热侧液体。热侧液体循环子系统2中的工况温度通常为70℃左右，温度通过调节温度调节罐21的输出功率来实现，热侧液体循环子系统2中乙二醇水溶液的流量则由第一循环泵22进行调节。第一循环泵22为变频式循环泵。温度调节罐21可以采用温度膨胀罐实现，可缓冲试验系统中由温度变化引起的压力变化。

低温恒温测试箱3中氢气预热器测试件31测试环境可实现模拟低温恒温环境，最大化模拟了低温氢气工况以及低温冷启动环境。

试验系统中的子系统均为循环方式的子系统，可实现循环测试、在使用中避免氦气、乙二醇水溶液的浪费，达到资源利用最大化。

本实用新型实施例提供的氢气预热器性能试验系统的测试工况分为两类，常温测试工况和低温测试工况。其中，常温测试工况指低温恒温测试箱3不工作，氢气预热器测试件31的测试环境为常温；低温测试工况指氢气预热器测试件31置于低温恒温测试箱3中，由低温恒温测试箱3提供测试要求的环境温度，其测试环境温度可控至-30℃。

本实用新型实施例提供的氢气预热器性能试验系统，冷侧气体的温度可以根据测试需求采用冷侧气体循环子系统的低压调节罐、压缩机、高压调节罐和第一换热器来调节，热侧液体的温度可以根据测试需求采用通过管路依次连接的温度调节罐和第一循环泵来调节。低温恒温测试箱实现模拟低温恒温氢气工况以及低温恒温冷启动环境，可满足不同条件下的测试需求，制冷机可以自由调节冷侧气体温度，冷侧气体循环子系统、热侧液体循环子系统、低温恒温测试箱和制冷机实现了根据测试需求模拟不同的测试工况，解决了现有技术中不能满足氢气预热器测试需求的问题。

在一种可选的实施方式中，图2是氢气预热器性能试验系统的原理图，如图2所示，氢气预热器性能试验系统还包括：水循环子系统5，水循环子系统5包括：通过管路依次连接的第二换热器51、水箱52和第二循环泵53；第二循环泵53与制冷机4通过管路连接，第二换热器51分别与低压调节罐12和氢气预热器测试件31的头部气侧端口311通过管路连接。第二换热器51为辅助冷却器。水循环子系统5依次通过第二换热器51、水箱52和第二循环泵53流经制冷机4，带走制冷机4中的余热，能够继续给换热后的氢气降温，减小了压缩机的负荷。水箱52包括有散热功能的装置，散热功能的装置可以采用散热器实现。

在一种可选的实施方式中，如图2所示，低温恒温测试箱还包括：第一软管、第二软管、第一液侧接头、第二液侧接头、第一卡箍、第二卡箍、第三卡箍和第四卡箍；第一液侧接头包括第一卡盘和第一接头；第二液侧接头包括第二卡盘和第二接头；第一软管的一端与头部液侧端口连接，第一软管的另一端套接在第一接头上并通过第一卡箍固定连接，第一卡盘通过第二卡箍固定连接在温度调节罐与氢气预热器测试件之间的管路上；第二软管的一端与尾部液侧端口连接，第二软管的另一端套接在第二接头上并通过第二卡箍固定连接，第二卡盘通过第四卡箍固定连接在第一循环泵与氢气预热器测试件之间的管路上。

试验系统中，除了第一软管和第二软管外的其他管路可以采用波纹管。采用软管与氢气预热器测试件连接保证了连接的密闭性。采用卡箍将卡盘连接在波纹管上，保证了连接的牢固性，为试验系统提供密闭环境提供了基础。

在一种可选的实施方式中，如图2所示，在第二换热器与氢气预热器测试件的头部气侧端口之间的管路上设有抽真空加注口。具体地，抽真空加注口用于为冷侧气体循环子系统提供抽真空的接口，抽真空加注中电加注过程中打开压力阀。

在一种可选的实施方式中，如图2所示，冷侧气体循环子系统还包括：第一温度传感器16、第二温度传感器17、第三温度传感器18、第一压力传感器19和第二压力传感器61；第一温度传感器16和第一压力传感器19均与低压调节罐12连接；第二温度传感器17和第二压力传感器61均与高压调节罐11连接；第三温度传感器18与第一换热器13连接；第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器均为带有温度探头的温度传感器；第一压力传感器和第二压力传感器带有压力探头的压力传感器。具体地，高压调节罐11配合低压调节罐12可在气体气量一定的情况下，有一定的压力调节性。通过第一温度传感器16、第二温度传感器17、第三温度传感器18分别监测低压调节罐12、高压调节罐11和第一换热器13的温度，通过第一压力传感器19和第二压力传感器61分别监测低压调节罐12和高压调节罐11的压力，当压力没有达到测试所需要的压力值时，通过压力阀15调节低压调节罐12和高压调节罐11的压力来调节冷侧气体循环子系统压力。带有探头的温度传感器和压力传感器便于监测低压调节罐12和高压调节罐11内部的温度和压力，提高测试结果的准确性。

在一种可选的实施方式中，如图2所示，热侧液体循环子系统还包括：加热棒23、第四温度传感器24、第三压力传感器25和法兰阀26；第四温度传感器24为带有温度探头的温度传感器；第三压力传感器25为带有压力探头的压力传感器；温度调节罐包括腔体和调节端口；加热棒嵌入至温度调节罐腔体内；第四温度传感器的温度探头、第三压力传感器的压力探头安装温度调节罐腔体内；法兰阀安装在温度调节罐的调节端口。具体地，加热棒可以采用电加热的法兰加热棒实现。法兰阀26可以采用泄压阀实现。热侧液体循环子系统升温通过开启加热棒，通过电加热实现，通过第四温度传感器24、第三压力传感器25实时监测温度调节罐内情况，避免高温高压。当出现高温高压时，打开法兰阀降低温度调节罐的温度和压力。

在一种可选的实施方式中，如图2所示，低温恒温测试箱还包括：第五温度传感器32、第六温度传感器33、第七温度传感器34、第八温度传感器35、第四压力传感器36、第五压力传感器37、第一压差计38和第二压差计39；第五温度传感器与氢气预热器测试件的头部气侧端口连接，用于监测氢气预热器测试件的头部气侧端口的温度；第六温度传感器和第四压力传感器均与氢气预热器测试件的尾部气侧端口连接，分别用于监测氢气预热器测试件的尾部气侧端口的温度和压力；第一压差计设置在第五温度传感器和第六温度传感器之间，且与第四压力传感器连接，第一压差计用于监测氢气预热器测试件的头部气侧端口和尾部气侧端口之间的压差；第七温度传感器和第五压力传感器与氢气预热器测试件的头部液侧端口连接，分别用于监测头部液侧端口的温度和压力；第八温度传感器与氢气预热器测试件的尾部液侧端口连接，用于监测氢气预热器测试件的尾部液侧端口的温度；第二压差计设置在第七温度传感器和第八温度传感器之间，且与第五压力传感器连接。第二压差计用于监测氢气预热器测试件的头部液侧端口和尾部液侧端口之间的压差。

第五温度传感器、第六温度传感器、第七温度传感器和第八温度传感器均为带有温度探头的温度传感器；第四压力传感器和第五压力传感器均为带有压力探头的压力传感器。带有探头的温度传感器和压力传感器便于监测氢气预热器测试件头部气侧端口、尾部气侧端口、头部液侧端口和尾部液侧端口的温度和压力，提高测试结果的准确性。

冷侧气体循环子系统还包括气体流量计62，气体流量计设置在低压调节罐与氢气预热器测试件之间的管路上，气体流量计62用于确定氦气流量，提供换热计算的基础数据；热侧液体循环子系统还包括液体流量计27，液体流量计设置在第一循环泵与氢气预热器测试件之间的管路上，液体流量计27用于确定热侧乙二醇防冻液的流量。

低温恒温测试箱还包括第一阀门41、第二阀门42、第三阀门43、第四阀门44和两条连通管路；第一阀门设置在温度调节罐与氢气预热器测试件的头部液侧端口之间的管路上；第二阀门设置在氢气预热器测试件的尾部液侧端口至液体流量计之间的管路上；两条连通管路包括第一连通管路和第二连通管路，第一连通管路和第二连通管路均设置在氢气预热器测试件的头部液侧端口至氢气预热器测试件的尾部液侧端口之间，第三阀门设置在第一连通管路上，第四阀门设置在第二连通管路上。具体地，如图3所示，第一阀门41、第二阀门42、第三阀门43和第四阀门44分别对应阀门V-1、V-2、V-3和V-4。当阀门V-1和V-2开启，V-3和V-4关闭，换热流动形式为逆流换热形式；当阀门V-1和V-2关闭，V-3和V-4开启，换热流动形式为顺流换热形式，可以根据测试需求变换换热流动形式。

作为本实用新型实施例的一个或多个具体应用实施例，例举了三类测试，即稳态换热性能测试(简称稳态换热)、流阻测试(简称冷侧阻力)和动态响应时间测试，氢气预热器性能试验系统的稳态换热和冷侧阻力的测试工况要求如表1所示：

表1测试工况要求

备注：测试时氦气进口温度波动±0.5℃，即氢气预热器测试件尾部气侧端口温度波动±0.5℃，氦气流量±3％，氦气进气压力波动±1％；

乙二醇进口温度波动±0.5℃，即氢气预热器测试件头部液侧端口温度波动±0.5℃，乙二醇流量±1％。

一、稳态换热性能测试

根据测试需求提供的特定工况，将氢气预热器性能试验系统调控到相应的运行工况，通常调节至测试工况的过程步骤如下：

1.安装所需测试的氢气预热器测试件。

2.确认测试环境工况。如常温测试工况则低温恒温测试箱3不工作，如低温测试工况则需提前将低温恒温测试箱内的温度调控至所需环境温度。

3.开启热侧液体循环子系统2的第一循环泵22，开启乙二醇循环并按照测试工况要求调节流量。

4.打开加热棒23开始进行加热，热侧液体循环子系统2升温并通过监测第四温度传感器24、第三压力传感器25控制温度和压力，当温度和压力不符合测试工况时，通过法兰阀26进行调节。

5.打开水循环子系统5，借此带走测试过程中制冷机4的余热。

6.冷侧气体循环子系统1可同步开启制冷机4循环给冷侧的第一换热器13预冷。

7.通过监测第四温度传感器24、第三压力传感器25和液体流量计27确认热侧液体循环子系统2温度、压力和流量达到测试要求工况。

8.通过监测第一温度传感器16、第二温度传感器17、第一压力传感器19和第二压力传感器61确认冷侧气体循环子系统1中的制冷温度和管路压力。

9.开启冷侧气体循环子系统1中的压缩机14开始冷侧的氦气循环。

10.通过冷侧压力阀15调节低压调节罐12内的压力，即调节压缩机的吸气压力。

11.调节压缩机14的频率来控制所需氦气工况流量。

12.继续通过监测第一压力传感器19和第二压力传感器61的压力数值确认冷侧管路的压力，可适当充(放)氦气以达测试要求的压力。

13.在测试要求的工况下，稳定运行后方能获得该工况下的稳定换热性能。

二、流阻测试

流阻测试是用于衡量流体(气体或液体)通过氢气预热器测试件时的阻力。

氢气预热器性能试验系统的流阻测试包括冷侧流阻测试和热侧流阻测试，其测试需在要求的温度、压力下开始。如冷侧流阻测试，控制冷侧氦气的进口压力、进口温度一定，改变流量以氦气获取压降-流量的关系曲线。热侧流阻测试同理，控制乙二醇溶液的温度，通过改变流量来获取乙二醇溶液的压降-流量曲线。

其中：冷侧流阻测试步骤如下：

1.开启制冷机4开始给第一换热器13预冷。

2.通过监测第三温度传感器18确认第一换热器13的温度，进而确认制冷机4的制冷温度，并开启冷侧气体循环子系统的压缩机14开始进行氦气循环。

3.通过压力阀15控制压缩机14吸气压力和频率，进而控制氦气循环的流量。

4.通过监测冷侧气体循环子系统中的温度传感器和压力传感器确认测试工况条件的流量、压力、温度数据，通过阻力公式换算获取流阻测试数据。

其中：热侧流阻测试步骤如下：

1.开启热侧液体循环子系统2的第一循环泵22，即控制乙二醇溶液的泵，开始乙二醇溶液的循环。

2.开启热侧液体循环子系统2的加热棒23进行电加热，开始升温控温。

3.确认满足测试工况后，开始调节流量并记录测试数据。

此外，流阻测试也可以在运行的过程中获取。如控制热侧乙二醇溶液入口温度不变，通过不断调节测试工况，在稳态换热的工况下获取测试的流阻数据。可以得到氢气预热器测试件在换热过程中，不同流量下的流阻曲线。

测试步骤和稳态换热性能测试一致，该测试只针对冷侧氦气的流阻测试。因为热侧在换热过程中温度变化不明显。而冷侧氦气的温度由-30℃升温至60℃以上，具有明显的温度变化，温度变化对流阻的影响明显。

三、动态响应时间测试

动态响应时间测试旨在测试氢气预热器测试件在低温环境下启动的响应时间。具体指标为，氢气预热器测试件置于-30℃的低温恒温测试箱3中，通入低温氦气并开始计时，直至氦气的出口温度与乙二醇入口温度差3℃所需的时间。

动态响应时间测试步骤如下：

1.将氢气预热器测试件31安装并置于低温恒温测试箱3中。

2.控制低温恒温测试箱3内的环境温度至-30℃。

3.开启热侧液体循环子系统2的加热棒23开始升温。

4.打开水循环子系统5，带走制冷机4的余热，同时开启制冷机4预冷。

5.确认乙二醇溶液温度、制冷机温度。

6.开启热侧液体循环子系统2的第一循环泵22，即控制乙二醇溶液的泵，开始乙二醇溶液的循环。

7.确认氢气预热器测试件31的头部液侧端口312入口温度后，开启冷侧气体循环子系统的压缩机14并迅速调节冷侧气体循环子系统1氦气流量至对应工况的流量。

8.获取氢气预热器测试件31的温度曲线以及所需时间，动态响应时间测试结束。

本实用新型还提供了一种测试台，包括轮毂8、配电箱9以及上述的氢气预热器性能试验系统；轮毂和配电箱均与氢气预热器性能试验系统连接。具体地，图4为测试台的模型简化图，如图4所示，整个模型分为上下两部分，下半部分为冷侧气体循环子系统1、上半部分为热侧液体循环子系统2。其中3为低温恒温测试箱，氢气预热器测试件31在其内部进行测试；26为热侧液体循环子系统的法兰阀，可借此实现流体在换热器内的流向转变。9为测试台的配电箱，用于为氢气预热器性能试验系统供电。测试台还包括套管45，冷侧气体循环子系统1的氦气是由制冷机4通过套管45接第二换热器来进行降温。如图5所示，为测试台的模型简化正视图，如图6所示，为测试台的模型简化右视图，如图7所示，为测试台的模型简化俯视图，如图8所示，为测试台的模型简化图的辅助视图。

如图4所示，11为高压调节罐，配合低压调节罐12在气体气量一定的情况下，有一定的压力调节性，即通过压力阀15调节低压调节罐12的压力来调节冷侧气体循环子系统1压力。经过升温的氦气可通过第二换热器51降温来避免压缩机吸气温度过高。62为气体流量计，可确定氦气流量，提供换热计算的基础数据。27为液体侧流量计，可提供热侧乙二醇防冻液的流量。21为温度调节罐，此处设有加热棒、第四温度传感器、第三压力传感器和法兰阀等。液侧升温通过温度调节罐内的加热棒实现，并通过第四温度传感器、第三压力传感器实时监测罐内温度和压力，避免高温高压。22为第一循环泵，也称液侧乙二醇溶液泵，为50％质量浓度乙二醇溶液的循环提供动力，该泵通过变频实现变流量调节。41、42、43、44分别对应表1中的阀门V-1、V-2、V-3和V-4，当阀门V-1和V-2开启，V-3和V-4关闭，换热流动形式为逆流换热；反之，顺流换热。通过轮毂8与氢气预热器性能试验系统连接，实现了方便移动的目的，为测试需求提供了便利条件。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种氢气预热器性能试验系统，其特征在于，所述系统包括：冷侧气体循环子系统、热侧液体循环子系统、低温恒温测试箱和制冷机；

所述冷侧气体循环子系统包括：通过管路依次连接的低压调节罐、压缩机、高压调节罐和第一换热器；

所述热侧液体循环子系统包括：通过管路依次连接的温度调节罐和第一循环泵；

所述低温恒温测试箱包括：氢气预热器测试件，所述氢气预热器测试件设有头部气侧端口、头部液侧端口、尾部气侧端口和尾部液侧端口；

所述低压调节罐与所述氢气预热器测试件的头部气侧端口通过管路连接，在所述低压调节罐与所述氢气预热器测试件的头部气侧端口之间的管路上设有压力阀；所述第一换热器分别与所述制冷机和所述氢气预热器测试件的尾部气侧端口通过管路连接；

所述温度调节罐与所述氢气预热器测试件的头部液侧端口通过管路连接，所述第一循环泵与所述氢气预热器测试件的尾部液侧端口通过管路连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

水循环子系统，所述水循环子系统包括：通过管路依次连接的第二换热器、水箱和第二循环泵；

所述第二循环泵与制冷机通过管路连接，所述第二换热器分别与低压调节罐和所述氢气预热器测试件的头部气侧端口通过管路连接。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述低温恒温测试箱还包括：第一软管、第二软管、第一液侧接头、第二液侧接头、第一卡箍、第二卡箍、第三卡箍和第四卡箍；所述第一液侧接头包括第一卡盘和第一接头；所述第二液侧接头包括第二卡盘和第二接头；

所述第一软管的一端与头部液侧端口连接，所述第一软管的另一端套接在所述第一接头上并通过第一卡箍固定连接，所述第一卡盘通过第二卡箍固定连接在温度调节罐与所述氢气预热器测试件之间的管路上；

所述第二软管的一端与尾部液侧端口连接，所述第二软管的另一端套接在所述第二接头上并通过第二卡箍固定连接，所述第二卡盘通过第四卡箍固定连接在第一循环泵与所述氢气预热器测试件之间的管路上。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，在所述第二换热器与所述氢气预热器测试件的头部气侧端口之间的管路上设有抽真空加注口。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷侧气体循环子系统还包括：第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第一压力传感器和第二压力传感器；

所述第一温度传感器和第一压力传感器均与低压调节罐连接；

所述第二温度传感器和第二压力传感器均与高压调节罐连接；

所述第三温度传感器与第一换热器连接；

所述第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器均为带有温度探头的温度传感器；所述第一压力传感器和第二压力传感器带有压力探头的压力传感器。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热侧液体循环子系统还包括：加热棒、第四温度传感器、第三压力传感器和法兰阀；所述第四温度传感器为带有温度探头的温度传感器；所述第三压力传感器为带有压力探头的压力传感器；

所述温度调节罐包括腔体和调节端口；

所述加热棒嵌入至所述温度调节罐腔体内；

所述第四温度传感器的温度探头、第三压力传感器的压力探头安装所述温度调节罐腔体内；所述法兰阀安装在所述温度调节罐的调节端口。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述低温恒温测试箱还包括：第五温度传感器、第六温度传感器、第七温度传感器、第八温度传感器、第四压力传感器、第五压力传感器、第一压差计和第二压差计；

所述第五温度传感器与所述氢气预热器测试件的头部气侧端口连接；

所述第六温度传感器和第四压力传感器均与所述氢气预热器测试件的尾部气侧端口连接；所述第一压差计设置在第五温度传感器和第六温度传感器之间，且与第四压力传感器连接；

所述第七温度传感器和第五压力传感器与所述氢气预热器测试件的头部液侧端口连接；

所述第八温度传感器与所述氢气预热器测试件的尾部液侧端口连接；所述第二压差计设置在第七温度传感器和第八温度传感器之间，且与第五压力传感器连接。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第五温度传感器、第六温度传感器、第七温度传感器和第八温度传感器均为带有温度探头的温度传感器；所述第四压力传感器和第五压力传感器均为带有压力探头的压力传感器。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷侧气体循环子系统还包括气体流量计，所述气体流量计设置在所述低压调节罐与所述氢气预热器测试件之间的管路上；

所述热侧液体循环子系统还包括液体流量计，所述液体流量计设置在所述第一循环泵与所述氢气预热器测试件之间的管路上；

所述低温恒温测试箱还包括第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门和两条连通管路；

所述第一阀门设置在所述温度调节罐与所述氢气预热器测试件的头部液侧端口之间的管路上；所述第二阀门设置在所述氢气预热器测试件的尾部液侧端口至液体流量计之间的管路上；

所述两条连通管路包括第一连通管路和第二连通管路，所述第一连通管路和第二连通管路均设置在所述氢气预热器测试件的头部液侧端口至氢气预热器测试件的尾部液侧端口之间，所述第三阀门设置在所述第一连通管路上，所述第四阀门设置在所述第二连通管路上。

10.一种测试台，其特征在于，包括轮毂、配电箱以及如权利要求1至9中任一项所述的氢气预热器性能试验系统；所述轮毂和所述配电箱均与所述氢气预热器性能试验系统连接。