有機郎肯循環orc系統的蒸發器的測試方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種有機郎肯循環ORC系統的蒸發器的測試裝置，包括冷媒工質循環系統、外部熱源系統、外部冷卻水系統和控制系統；所述的冷媒的工作循環系統包括儲液器、變頻高壓冷媒泵、冷媒流量計、帶有導熱油電加熱器的儲液箱、蒸發器測試件的冷媒側、變截面節流閥和冷凝器的冷媒側。本發明的特點是用節流閥代替常規ORC系統中結構和控制都十分復雜的膨脹機；用變頻高壓冷媒泵代替傳統制冷空調系統壓縮機，可以快速方便的測試給定在高工作壓力下蒸發器的性能。該系統既與傳統制冷系統采用壓縮機等低壓蒸發器有顯著不同；又區別于正常的ORC系統，在保證測試功能前提下，整個系統簡單，可靠，設備成本低、輔助功能設備少，且安全穩定。
【專利說明】有機郎肯循環ORC系統的蒸發器的測試方法和裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及能源廢熱回收領域，并涉及傳熱學、制冷空調以及實驗測試領域，具體 是涉及廢熱能源回收的0RC系統，蒸發過熱器性能測試方法與裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著能源危機日益加重，節能環保等相關產品越來越受到市場的重視。而有機郎 肯循環0RC技術以吸收各種中低品位熱源熱量，而轉化為各種形式有用功或電能受到越來 越多人或市場的青睞。如，利用工業廢熱、地熱、太陽能進行0RC系統發電。目前，以發動 機缸套水和高溫煙氣的廢熱作為熱源的0RC系統，在內燃機領域也受到越來越多研究和開 發。
[0003] 在這些0RC系統產品中，把各種形式廢熱轉化為具有做功能力的冷媒，都是在蒸 發過熱器中完成的。如何有效的設計或開發這種蒸發過熱器，實驗測試是不可缺少的研發 手段。蒸發過熱器這一換熱器產品，并非新的零部件，而是在制冷空調領域應用多年的產 品，其測試方法也成熟，并且進行測試標準化。
[0004] 在用于0RC系統中蒸發過熱器，與傳統制冷空調領域蒸發器又顯著的不同，其主 要區別是，制冷空調領域蒸發器是冷媒在低壓下，吸收熱量實現蒸發。而0RC系統中蒸發 器，是在非常高的壓力下，實現吸收熱量，并蒸發過熱。因此在測試方法和裝置上也有很大 不同。
[0005] 目前對蒸發器的測試方法主要有兩種，一種是傳統的制冷空調系統中，利用壓縮 機、節流閥等部件，組成制冷的冷媒系統，冷媒在測試件蒸發器內，吸熱蒸發；另一種就是基 于0RC系統原理，利用冷媒泵和膨脹機組成冷媒系統，實現對冷媒在高壓條件下的，冷媒吸 收熱量，蒸發。
[0006] 在傳統制冷空調系統中，利用壓縮機，冷媒低壓下吸收熱量蒸發，與廢熱回收0RC 系統不一致，其無法滿足測試性能要求。利用0RC系統原理，采用冷媒泵和膨脹機，可以實 現對冷媒在蒸發器內高壓蒸發的實驗要求，但系統復雜龐大。尤其是加入膨脹機后，通過對 膨脹機控制，調節蒸發器內壓力，非常復雜。
【發明內容】
[0007] 本發明要解決的是現有技術存在的上述問題，為了更加方便測試用于0RC系統中 各類蒸發器的傳熱和阻力性能試驗，充分考慮系統的簡單性、可靠性以及測試操作易于調 節不同工況的要求，本發明給出了一種用于測試0RC系統中蒸發器的實驗方法和裝置。
[0008] 為解決上述問題，本發明采用以下技術方案：有機郎肯循環0RC系統的蒸發器的 測試裝置，包括冷媒工質循環系統、外部熱源系統、外部冷卻水系統和控制系統，其特征在 于： 所述的冷媒工質循環系統包括儲液器、變頻高壓冷媒泵、冷媒流量計、帶有導熱油電加 熱器的儲液箱、蒸發器測試件的冷媒側、變截面節流閥和冷凝器的冷媒側； 所述的外部熱源系統包括被測蒸發器的熱源側和熱源流量計； 所述的外部冷卻水系統包括冷凝器的冷卻水側、冷卻水流量調節閥和外部冷卻裝置； 所述蒸發器測試件的冷媒進出口和熱源進出口均設置溫度和壓力傳感器。
[0009] 所述的冷媒工質循環系統為蒸發器測試件提供工作介質冷媒；所述的外部熱源系 統為蒸發測試件提供熱量蒸發；所述的外部冷卻水系統為保證冷媒系統正常工作循環。 [0010] 本發明還要提供一種有機郎肯循環0RC系統的蒸發器的測試方法，其特征在于按 以下步驟進行：利用制定熱源，加熱0RC系統冷媒工質，使冷媒工質在蒸發器測試件內吸 熱，沸騰蒸發或過熱；調節導熱油電加熱器預熱儲液箱內的冷媒，控制蒸發器測試件的冷媒 進口溫度在給定值；調節變截面節流閥，控制蒸發器測試件的冷媒進口壓力在給定值；調 節變頻高壓冷媒泵，控制蒸發器測試件的冷媒流量在給定值；測試蒸發器測試件的冷媒出 口的溫度和壓力。
[0011] 本發明還要提供另一種有機郎肯循環0RC系統的蒸發器的測試方法，其特征在于 按以下步驟進行：利用制定熱源，加熱0RC系統冷媒工質，使冷媒工質在蒸發器測試件內吸 熱，沸騰蒸發或過熱；控制蒸發器測試件熱源進口溫度、壓力和流量在給定值；通過調節變 頻高壓冷媒泵控制冷媒流量，保證冷媒過熱度在3?5°C ;測試冷媒流量、熱源出口溫度和 壓力，從而實現測試蒸發器測試件的傳熱和阻力性能。
[0012] 本發明具有以下有益效果： 1、在本發明的冷媒系統中，利用變頻高壓冷媒泵來傳輸冷媒工質，這與傳統制冷空調 裝置或實驗裝置有根本區別。傳統制冷裝置空調中，蒸發器中冷媒是在低壓下吸熱蒸發，使 用壓縮機吸入蒸發器出口氣態冷媒工質實現冷媒工質在系統中循環。而本發明是采用變頻 高壓冷媒泵輸送冷媒工質，獲得高壓冷媒工質在蒸發器內吸熱，實現冷媒工質循環。且冷媒 泵由于傳輸的工質都是液體，其消耗功率較小，且噪聲小。
[0013] 2、本發明的冷媒在蒸發器內的蒸發壓力的調節是通過一個變截面的節流閥實現 對閥前壓力，也即是蒸發器內蒸發壓力的調節。這種調節與常規0RC系統有著顯著區別。常 規0RC系統裝置中，是通過對膨脹機結構或膨脹機轉速實現對蒸發壓力的調節。這種調節 方式，有很大局限性，其主要表現在，膨脹機的結構一旦定型，其很難改變其流量與壓力的 變化。一般都是相對固定在某一個特定區域內，實驗變工況能力差。同時，膨脹機轉速調節 也受制與膨脹機相連接發電機或其他傳動機構。因此，其適應能力受限，在對蒸發器等0RC 零部件的測試裝置，不是非常合適。而本發明中，采用簡單的變截面節流閥，通過節流閥的 節流作用，在實驗裝置閥前后，很容易建立其壓力差。并且這種壓力易于調節，無任何運動 部件，結構簡單易行。并且，無噪音或噪音非常小。
[0014] 3、在冷媒系統中，儲液箱帶有導熱油電加熱器作為冷媒的預熱器，該預熱器是用 于調節蒸發器進口冷媒工質處于設定溫度。由于冷媒工質大多數屬于氟利昂工質，其受到 高溫壁面加熱時候，容易局部高溫裂解，導致冷媒工質失效。為此，本發明的系統裝置中，采 用一個帶有電加熱器的冷媒儲液箱。該裝置，電加熱器采用間接加熱方式，如采用電加熱導 熱油的加熱器，對冷媒間接加熱。同時，采用儲液箱，由于冷媒質量大，從而具有較大的熱慣 性，保證冷媒進口溫度處于相對穩定的狀態，從而保證采用本發明，系統測試數據的穩定性 和準確性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發明有機郎肯循環0RC系統的蒸發器的測試裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 參照圖1，本發明的有機郎肯循環0RC系統的蒸發器的測試裝置，包括冷媒工質循 環系統、外部熱源系統、外部冷卻水系統和控制系統。
[0017] 所述的冷媒工質循環系統包括儲液器1、變頻高壓冷媒泵2、冷媒流量計3、帶有導 熱油電加熱器13的儲液箱4、蒸發器測試件5的冷媒側、變截面節流閥6和冷凝器7的冷媒 側。
[0018] 在該系統中，首先，變頻高壓冷媒泵2把冷媒從儲液器1中泵出，升壓后進入儲液 箱4。冷媒工質在帶有導熱油電加熱器13的儲液箱4中被加熱，使其處于設定工況條件下 溫度后，冷媒進入蒸發器測試件5中的冷媒側，與外部熱源進行熱交換后，冷媒在經過節流 閥6后，回到冷凝器7的冷媒側；在冷凝器內，冷媒與外部冷卻水進行熱量交換，冷媒由氣態 冷凝成液態冷媒后，回流至儲液器1中，從而實現冷媒工質的循環。
[0019] 在冷媒循環過程中，控制系統通過對變頻器的控制，改變與變頻高壓冷媒泵2相 連接電機的電流頻率，實現對變頻高壓冷媒泵2的轉速調節，從而實現對冷媒泵流量的調 節。
[0020] 冷媒工質經過變頻高壓冷媒泵2加壓后，變成高壓的液體冷媒進入儲液箱4,在儲 液箱中，設置導熱油電加熱器13,實現電加熱間接對冷媒工質溫度的控制調節，并避免冷媒 工質遇到高溫金屬加熱面后，冷媒工質的裂解和失效變質。
[0021] 達到設定溫度冷媒工質進入蒸發器測試件5內，吸收外部熱源的熱量，實現熱量 交換。在蒸發器測試件5兩側工質進出口，均設置溫度傳感器和壓力傳感器，分別測試冷媒 工質和外部熱源如熱水，熱油或高溫煙氣的進出口溫度和壓力。并且分別用冷媒流量計3 和熱源流量計10,測試冷媒工質和外部熱源的質量流量。
[0022] 所述的外部熱源系統包括被測蒸發器5的熱源側和熱源流量計10。外部熱源系 統，其主要功能是提供熱源和熱量。根據測試件的不同，如熱水蒸發器，熱油蒸發器以及高 溫煙氣的蒸發器等，配置不同外部熱源。外部熱源系統中，需要配置熱源流量計10、蒸發器 測試件進出口溫度和壓力傳感器。至于熱源系統的其它部件，如泵、閥門、加熱器等都是顯 而易見的，屬于正常的熱力管路和系統常用的組合。在本專利中，為了測試不同類型蒸發 器，外部熱源配置是不相同的。如，煙氣蒸發器，可以采用酒精燃燒器獲得高溫煙氣，熱水或 熱油采用獨立電加熱器實現對測試件進口溫度和流量以及壓力控制控制。
[0023] 所述的外部冷卻水系統包括冷凝器7的冷卻水側、冷卻水流量調節閥9和外部冷 卻裝置。所述的外部冷卻裝置可以的外部冷卻塔或獨立控制冷卻水溫度和流量的裝置，實 現對外部冷卻水溫度和流量的控制，進而實現對冷媒工質從氣態向液態工質的轉變。
[0024] 所述的控制系統可以實現以下調節和控制： 1、 通過變頻器，控制變頻高壓冷媒泵2,實現對冷媒流量控制； 2、 調節變截面節流閥6的開度，實現對蒸發器測試件進口壓力的調節和控制； 3、 通過調節導熱油電加熱器13的功率，調節冷媒進入蒸發器測試件5的進口溫度； 4、 通過外部熱源的調節，控制外部熱源工質進入測試件5的溫度和流量及壓力； 5、通過調節冷卻水流量調節閥9,對外部冷卻水的流量進行調節，從而控制冷媒工質在 冷凝器后狀態。
[0025] 為了更加方便測試用于0RC系統中各類蒸發器的傳熱和阻力性能試驗，充分考慮 系統的簡單性、可靠性以及測試操作易于調節不同工況的要求，本發明給出了一種用于測 試0RC系統中蒸發器的實驗方法，按以下步驟進行： 利用制定熱源，加熱0RC系統冷媒工質，使冷媒工質在蒸發器測試件5內吸熱，沸騰蒸 發或過熱；調節導熱油電加熱器13預熱儲液箱4內的冷媒，控制蒸發器測試件5的冷媒進 口溫度T1在給定值；調節變截面節流閥6,控制蒸發器測試件5的冷媒進口壓力P1在給定 值；調節變頻高壓冷媒泵2,控制蒸發器測試件5的冷媒流量在給定值；測試蒸發器測試件 5的冷媒出口的溫度T2和壓力P2。
[0026] 本發明另一種優選的方式，是以冷媒過熱度作為控制對象，具體步驟如下： 利用制定熱源，加熱0RC系統冷媒工質，使冷媒工質在蒸發器測試件5內吸熱，沸騰蒸 發或過熱；控制蒸發器測試件5熱源進口溫度T3、壓力P3和流量在給定值；通過調節變頻 高壓冷媒泵2控制冷媒流量，保證冷媒過熱度在3?5°C ;測試冷媒流量、熱源出口溫度T4 和壓力P4,從而實現測試蒸發器測試件的傳熱和阻力性能。
[0027] 應該理解到的是：上述實施例只是對本發明的說明，而不是對本發明的限制，任何 不超出本發明實質精神范圍內的發明創造，均落入本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 有機郎肯循環ORC系統的蒸發器的測試裝置，包括冷媒工質循環系統、外部熱源系 統、外部冷卻水系統和控制系統，其特征在于： 所述的冷媒工質循環系統包括儲液器（1)、變頻高壓冷媒泵（2)、冷媒流量計（3)、帶有 導熱油電加熱器（13)的儲液箱（4)、蒸發器測試件（5)的冷媒側、變截面節流閥（6)和冷凝 器（7)的冷媒側； 所述的外部熱源系統包括被測蒸發器（5)的熱源側和熱源流量計（10); 所述的外部冷卻水系統包括冷凝器（7)的冷卻水側、冷卻水流量調節閥（9)和外部冷 卻裝置； 所述蒸發器測試件（5)的冷媒進出口和熱源進出口均設置溫度和壓力傳感器。
2. 如權利要求1所述的有機郎肯循環0RC系統的蒸發器的測試裝置，其特征在于所述 的蒸發器測試件（5)是熱水蒸發器，熱油蒸發器或高溫煙氣蒸發器中的任何一種。
3. 有機郎肯循環0RC系統的蒸發器的測試方法，其特征在于按以下步驟進行：利用制 定熱源，加熱0RC系統冷媒工質，使冷媒工質在蒸發器測試件（5)內吸熱，沸騰蒸發或過熱； 調節導熱油電加熱器（13)預熱儲液箱（4)內的冷媒，控制蒸發器測試件（5)的冷媒進口溫 度（T1)在給定值；調節變截面節流閥（6)，控制蒸發器測試件（5)的冷媒進口壓力（P1)在 給定值；調節變頻高壓冷媒泵（2)，控制蒸發器測試件（5)的冷媒流量在給定值；測試蒸發 器測試件（5)的冷媒出口的溫度（T2)和壓力（P2)。
4. 有機郎肯循環0RC系統的蒸發器的測試方法，其特征在于按以下步驟進行：利用制 定熱源，加熱0RC系統冷媒工質，使冷媒工質在蒸發器測試件（5 )內吸熱，沸騰蒸發或過熱； 控制蒸發器測試件（5)熱源進口溫度（T3)、壓力（P3)和流量在給定值；通過調節變頻高壓 冷媒泵（2)控制冷媒流量，保證冷媒過熱度在3?5°C ;測試冷媒流量、熱源出口溫度（T4) 和壓力（P4)，從而實現測試蒸發器測試件的傳熱和阻力性能。
【文檔編號】G01N25/18GK104155337SQ201410377377
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月1日 優先權日:2014年8月1日
【發明者】董軍啟, 王建長, 張榮友, 王斌, 孫小橋, 袁振藝, 許維武 申請人:浙江銀輪機械股份有限公司
專業數控銑床產品供應商
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