专利名称：测试制冷剂横掠管束流动沸腾特性的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种制冷技术领域的装置，具体的说，涉及的是一种测试制冷剂横掠管束流动沸腾特性的装置。
背景技术：
汽液两相在管壳式换热器的壳侧横掠管束流动沸腾是制冷空调、石油化工等工业领域广泛采用的换热方式之一，对流动沸腾特性的详细了解是该类换热器设计和优化的基础，对于节能和节约原料也具有重要意义。通常，在换热器壳侧制冷剂横掠管束的流动沸腾过程中，制冷剂汽液两相流动型态和物理参数都将发生较大变化，导致流动沸腾的机理和换热系数也发生较大变化。因此，在宽广的参数范围内实现对制冷剂横掠管束的流动沸腾特性的测量是非常重要的。这些参数包括制冷剂质量流量或流速、干度、热流密度以及蒸发温度。
经对现有技术的公开文献检索发现，已有技术一般采用沉浸式测量装置，即将测试管束沉浸在盛有工质的容器中测量管束的沸腾换热特性，由于沉浸式装置中汽液两相的流速很小，只能测量管束的池沸腾特性。申请号为CN200410017005.1，名称为“测试制冷剂管内流动沸腾换热特性的装置”的发明专利，该装置采用变频压缩机作为制冷剂回路的动力源，由于少量的压缩机润滑油混入制冷剂回路就会对制冷剂的沸腾特性产生较大影响，为了保证测试精度，采用压缩机作为动力的方式必须设置高精度的多级油分离设备，增加了测试系统的复杂性和成本。另外，采用压缩机作为动力的方式在控制制冷剂的蒸发温度上精度也相对较差，影响换热系数的测试精度。
发明内容
为了克服已有技术的不足，本发明提出一种测试制冷剂横掠管束流动沸腾特性的装置，使其利用电磁驱动泵和电预热器实现在宽广参数范围内测试制冷剂横掠管束流动沸腾特性，并且具有精度高、控制简单、操作灵活、成本低等优点。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括电磁驱动齿轮泵，截止阀，质量流量计，调节阀，电预热器，实验段，混合室，冷凝换热器，储液器，干燥过滤器，视镜，溶液泵，制冷机组，辅助电加热器，恒温水箱。
电磁驱动齿轮泵出口分成两路，其中一路与制冷剂主回路的截止阀的进口相连，截止阀的出口与质量流量计的进口相连，质量流量计的出口通过调节阀与电预热器的进口相连，电预热器的出口与实验段的进口相连，实验段的出口与混合室的进口相连，混合室的出口与冷凝换热器的板侧的进口相连，冷凝换热器的板侧的出口与储液器的进口相连，储液器的出口通过干燥过滤器、视镜与电磁驱动齿轮泵的进口相连接，以上构成制冷剂主回路，电磁驱动齿轮泵出口的另一路与调节阀的进口相连，调节阀的出口与主回路中实验段的出口通过三通合并后与混合室的进口相连，从而构成制冷剂的旁通回路，溶液泵的出口分成两路，其一路通过调节阀与冷凝换热器的板翅侧的进口相连接，冷凝换热器的板翅侧的出口与制冷机组的进口相连，制冷机组的出口与辅助电加热器的进口相连，辅助电加热器的出口与恒温水箱的进口相连，另一路通过调节阀与恒温水箱的进口相连接，恒温水箱的出口与溶液泵的进口相连，从而构成乙二醇溶液回路。
所述的实验段包括壳体，壳体内的入口均液管、不加热的均流管束和电加热的实验管束，以及位于壳体两个端面上的观察视窗。
实验段壳体为长方形，垂直放置，壳体顶部中央有一制冷剂出口。壳体内的入口均液管、不加热均流管束和电加热的实验管束在壳体内从下向上布置，均液管、均流管束和实验管束的管轴线水平，并与壳体的长度方向一致。均液管、均流管束和实验管束的管长相等，并与实验段壳体的内壁长度相等。均流管束和实验管束的管子外径相等，管排布置方式也相同。观察视窗位于壳体沿长度方向上的两个端面上，用于观察电加热的实验管束上制冷剂的沸腾型态。均液管为一端封闭，一端开口的管子，其开口位于壳体沿宽度方向的一个端面上，作为实验段制冷剂的进口。在均液管上布满均匀分布的小孔，从均液管开口进入实验段的制冷剂汽液两相混合物从这些小孔进入实验段壳体。均液管可以使进入实验段壳体的制冷剂汽液两相混合物沿均液管的轴线方向均匀分布。
本发明包括两个制冷剂回路和一个乙二醇溶液回路。在电磁驱动齿轮泵的出口处制冷剂被分成两个回路，即制冷剂主回路和制冷剂旁通回路。
制冷剂主回路液态制冷剂从电磁驱动齿轮泵流出，经截止阀、质量流量计、调节阀、电预热器、实验段、混合室、冷凝换热器、储液器、干燥过滤器、视镜、回到电磁驱动齿轮泵。在实验段中，制冷剂汽液两相混合物经由位于壳体一个端面上的入口均液管的开口进入实验段，从均液管上的小孔流出，垂直向上流过不加热的均流管束和电加热的实验管束后，从位于实验段壳体顶部的出口流出实验段。
制冷剂旁通回路从电磁驱动齿轮泵流出的液态制冷剂经调节阀与从主回路的实验段流出的制冷剂汇合，在混合室混合后回到冷凝换热器。
乙二醇溶液回路乙二醇水溶液从恒温水箱被溶液泵抽出，分成两路，一路经调节阀、冷凝换热器、制冷机组、辅助电加热器回到恒温水箱，另一路经调节阀回到恒温水箱。制冷机组提供在冷凝换热器中冷凝制冷剂蒸汽所需的冷量。
本发明采用电磁驱动的齿轮泵作为动力驱动制冷剂回路，保证制冷剂回路不含润滑油，避免压缩机作为动力的方式中制冷剂可能所含润滑油对测试精度的影响；通过调节制冷剂主回路和旁通回路中调节阀门的开度，可控制进入实验段的制冷剂的质量流量和流速；调节电预热器的加热量，可控制进入实验段的制冷剂的干度；调节实验管束的电加热量，可控制实验管束的热流密度；调节乙二醇溶液回路中辅助电加热器的加热量和调节阀门的开度，可调节恒温水箱的温度和冷凝器中乙二醇溶液的流量，从而控制制冷剂的蒸发温度，因此本发明可在宽广的参数范围内对制冷剂横掠管束的流动沸腾特性进行精确测量，具有测试参数范围宽、精度高、控制简单、操作灵活、成本低等突出优点。
图1为本发明装置的结构示意图。
图中，1为电磁驱动齿轮泵，2为截止阀，3为质量流量计，4、12、14和24为调节阀，5为电预热器，6为实验段，7为混合室，8为冷凝换热器，9为储液器，10为干燥过滤器，11为视镜，13为溶液泵，15为制冷机组，16为辅助电加热器，17为恒温水箱，18为实验段壳体，19为入口均液管，20为不加热的均流管束，21为电加热的实验管束，22和23为观察视窗。
具体实施例方式
如图1所示，本发明包括电磁驱动齿轮泵1，截止阀2，质量流量计3，调节阀4、12、14和24，电预热器5，实验段6，混合室7，冷凝换热器8，储液器9，干燥过滤器10，视镜11，溶液泵13，制冷机组15，辅助电加热器16，恒温水箱17。连接关系为电磁驱动齿轮泵1出口分成两路，其中一路与制冷剂主回路的截止阀2的进口相连，截止阀2的出口与质量流量计3的进口相连，质量流量计3的出口通过调节阀4与电预热器5的进口相连，电预热器5的出口与实验段6的进口相连，实验段6的出口与混合室7的进口相连，混合室7的出口与冷凝换热器8的板侧的进口相连，冷凝换热器8的板侧的出口与储液器9的进口相连，储液器9的出口通过干燥过滤器10、视镜11与电磁驱动齿轮泵1的进口相连接，以上构成制冷剂主回路，电磁驱动齿轮泵1出口的另一路与调节阀12的进口相连，调节阀12的出口与主回路中实验段6的出口通过三通合并后与混合室7的进口相连，从而构成制冷剂的旁通回路，溶液泵13的出口分成两路，其一路通过调节阀14与冷凝换热器8的板翅侧的进口相连接，冷凝换热器8的板翅侧的出口与制冷机组15的进口相连，制冷机组15的出口与辅助电加热器16的进口相连，辅助电加热器16的出口与恒温水箱17的进口相连，另一路通过调节阀24与恒温水箱17的进口相连接，恒温水箱17的出口与溶液泵13的进口相连，从而构成乙二醇溶液回路。
所述的实验段6包括壳体18，入口均液管19，不加热的均流管束20，电加热的实验管束21，观察视窗22和23。实验段6的壳体18为矩形，垂直放置，顶部中央有一制冷剂出口，壳体18内的入口均液管19、不加热均流管束20和电加热的实验管束21在壳体内从下向上布置，均液管19、均流管束20和实验管束21的管轴线水平，并与壳体18的长度方向一致，均液管19、均流管束20和实验管束21的管长相等，并与壳体18的内壁长度相等，均流管束20和实验管束21的管子外径相等，管排布置方式相同，观察视窗22、23位于壳体18沿长度方向上的两个端面上，用于观察电加热的实验管束21上的制冷剂沸腾型态，均液管19为一端封闭，一端开口的管子，其开口位于壳体18沿宽度方向的一个端面上，均液管19的开口作为实验段6的制冷剂的进口，在均液管19上布满均匀分布的小孔，从均液管19的开口进入实验段6的制冷剂汽液两相混合物从这些小孔流进实验段壳体18。
所述的冷凝换热器8为板翅式换热器，其中制冷剂冷凝侧为板式，乙二醇溶液侧为板翅式。
所述的制冷机组15为蒸汽压缩式电制冷机组，用来提供在冷凝换热器8中冷凝制冷剂蒸汽所需的冷量。
本发明装置工作时，根据测试工况的要求，首先，调节乙二醇溶液回路中辅助电加热器15的加热量，调节恒温水箱17的温度，从而调节实验段6中制冷剂的蒸发温度到测试工况要求的温度。接着，调节制冷剂旁通回路中调节阀门12的开度和制冷剂主回路中调节阀门4的开度，调节进入实验段的制冷剂的质量流量到测试工况要求的流量。然后，调节电预热器5的加热量，调节制冷剂进入实验段的干度到测试工况要求的干度。最后，调节实验管束21的电加热量，调节实验管束的热流密度到测试工况要求的热流密度。在以上各次调节中，都结合调节乙二醇溶液回路中调节阀门14和24的开度，调节进入冷凝换热器8的乙二醇溶液的流量，使制冷剂的蒸发温度稳定。由于各调节参数之间的相互影响，以上调节过程要求重复1～2次，保证测试系统达到测试工况要求的参数。
图1中的质量流量计3用来测量进入实验段的制冷剂的质量流量。混合室7用来混合来自制冷剂主回路和旁通回路的制冷剂，使汽液两相制冷剂混合均匀。视镜11用来观察进入电磁驱动泵1的制冷剂的型态。观察视窗22和23用来观察实验段中电加热的实验管束21上制冷剂的沸腾型态。
本发明通过调节制冷剂主回路和旁通回路中调节阀门的开度，控制进入实验段的制冷剂的质量流量；调节电预热器的加热量，控制进入实验段的制冷剂的干度；调节实验管束的电加热量，控制实验管束的热流密度；调节乙二醇溶液回路中的辅助电加热器的加热量和调节阀的开度，可以调节恒温水箱的温度和冷凝器中乙二醇溶液的流量，从而控制制冷剂的蒸发温度，因此本装置可以对影响流动沸腾特性的制冷剂质量流量、干度、热流密度和蒸发压力诸参数进行灵活的大范围调节，从而可在宽广的参数范围内对制冷剂横掠管束的流动沸腾特性进行精确测量。
权利要求
1.一种测试制冷剂横掠管束流动沸腾特性的装置，包括电磁驱动齿轮泵(1)、截止阀(2)、质量流量计(3)、调节阀(4、12、14、24)、电预热器(5)、实验段(6)、混合室(7)、冷凝换热器(8)、储液器(9)、干燥过滤器(10)、视镜(11)、溶液泵(13)、制冷机组(15)、辅助电加热器(16)、恒温水箱(17)，其特征在于电磁驱动齿轮泵(1)出口分成两路，其中一路与截止阀(2)的进口相连，截止阀(2)的出口与质量流量计(3)的进口相连，质量流量计(3)的出口通过调节阀(4)与电预热器(5)的进口相连，电预热器(5)的出口与实验段(6)的进口相连，实验段(6)的出口与混合室(7)的进口相连，混合室(7)的出口与冷凝换热器(8)的板侧的进口相连，冷凝换热器(8)的板侧的出口与储液器(9)的进口相连，储液器(9)的出口通过干燥过滤器(10)、视镜(11)与电磁驱动齿轮泵(1)的进口相连接，以上构成制冷剂主回路；电磁驱动齿轮泵(1)出口的另一路与调节阀(12)的进口相连，调节阀(12)的出口与主回路中实验段(6)的出口通过三通合并后与混合室(7)的进口相连，从而构成制冷剂的旁通回路；溶液泵(13)的出口分成两路，其一路通过调节阀(14)与冷凝换热器(8)的板翅侧的进口相连接，冷凝换热器(8)的板翅侧的出口与制冷机组(15)的进口相连，制冷机组(15)的出口与辅助电加热器(16)的进口相连，辅助电加热器(16)的出口与恒温水箱(17)的进口相连，另一路通过调节阀(24)与恒温水箱(17)的进口相连接，恒温水箱(17)的出口与溶液泵(13)的进口相连，从而构成乙二醇溶液回路。
2.根据权利要求1所述的测试制冷剂横掠管束流动沸腾特性的装置，其特征是，所述的实验段(6)包括壳体(18)、入口均液管(19)、不加热的均流管束(20)、电加热的实验管束(21)、观察视窗(22、23)，壳体(18)为矩形，垂直放置，壳体(18)内的入口均液管(19)、不加热均流管束(20)和电加热的实验管束(21)在壳体内从下向上布置，观察视窗(22、23)位于壳体(18)沿长度方向上的两个端面上，用于观察电加热的实验管束(21)上的制冷剂沸腾型态。
3.根据权利要求2所述的测试制冷剂横掠管束流动沸腾特性的装置，其特征是，所述的壳体(18)顶部中央有一制冷剂出口。
4.根据权利要求2所述的测试制冷剂横掠管束流动沸腾特性的装置，其特征是，所述的均液管(19)、均流管束(20)和实验管束(21)的管轴线水平，并与壳体(18)的长度方向一致，均液管(19)、均流管束(20)和实验管束(21)的管长相等，并与壳体(18)的内壁长度相等。
5.根据权利要求2或者4所述的测试制冷剂横掠管束流动沸腾特性的装置，其特征是，所述的均流管束(20)和实验管束(21)的管子外径相等，管排布置方式相同。
6.根据权利要求2所述的测试制冷剂横掠管束流动沸腾特性的装置，其特征是，所述的均液管(19)为一端封闭，一端开口的管子，其开口位于壳体(18)沿宽度方向的一个端面上。
7.根据权利要求2或者6所述的测试制冷剂横掠管束流动沸腾特性的装置，其特征是，所述的均液管(19)的开口作为实验段(6)的制冷剂的进口，在均液管(19)上布满均匀分布的小孔，从均液管(19)的开口进入实验段(6)的制冷剂汽液两相混合物从这些小孔流进实验段壳体(18)。
8.根据权利要求1所述的测试制冷剂横掠管束流动沸腾特性的装置，其特征是，所述的冷凝换热器(8)为板翅式换热器，其中制冷剂冷凝侧为板式，乙二醇溶液侧为板翅式。
9.根据权利要求1所述的测试制冷剂横掠管束流动沸腾特性的装置，其特征是，所述的制冷机组(15)为蒸汽压缩式电制冷机组，用来提供在冷凝换热器(8)中冷凝制冷剂蒸汽所需的冷量。
全文摘要
一种测试制冷剂横掠管束流动沸腾特性的装置，属于制冷技术领域。本发明包括电磁驱动齿轮泵，截止阀，质量流量计，调节阀，电预热器，实验段，混合室，冷凝换热器，储液器，干燥过滤器，视镜，溶液泵，制冷机组，辅助电加热器，恒温水箱。采用电磁驱动的齿轮泵作为制冷剂回路的动力源；采用载冷剂乙二醇水溶液使制冷剂冷凝。通过调节制冷剂主回路和旁通回路的调节阀的开度控制进入实验段的制冷剂的质量流量，调节电预热器加热量控制进入实验段制冷剂的干度，调节恒温水箱温度控制制冷剂蒸发温度。本发明可在宽广的参数范围内对制冷剂横掠管束的流动沸腾特性进行精确测量，具有测试参数范围宽，精度高，控制简单，操作灵活，成本低的优点。
文档编号G01M99/00GK1815208SQ20061002408
公开日2006年8月9日 申请日期2006年2月23日 优先权日2006年2月23日
发明者黄兴华, 王启杰, 王利 申请人:上海交通大学