用于跨临界二氧化碳换热器的性能测试平台的制作方法

本发明涉及换热器，尤其是一种用于跨临界二氧化碳换热器的性能测试平台。

背景技术：

1、二氧化碳流体以其环保性、经济性、安全性、优良的传热特性等综合优势，成为备受关注的传热工质。由于二氧化碳临界温度较低，二氧化碳循环一般处于跨临界状态下运行。所谓跨临界循环就是压缩机的吸气压力低于临界压力，但是排气压力高于临界压力，工质在高压侧换热主要通过显热交换完成，低压侧换热则主要依靠潜热完成。跨临界二氧化碳换热器作为二氧化碳跨临界循环的重要部件，对该循环的效率有着至关重要的影响，然而现仍缺乏一种能够精确可靠地测试跨临界二氧化碳换热器的性能测试平台。

2、公开号为cn111537253a的中国专利文献公布了一种水-二氧化碳换热的高效紧凑换热器性能实验平台，该性能实验平台通过分别设置与换热器流体连通的第一回路系统与第二回路系统来模拟跨临界二氧化碳的工作状态，以测试换热器的性能。但该性能实验平台存在以下不足之处：1、采用锅炉对二氧化碳流体进行加热，二氧化碳流体和冷却介质温度控制精度较低，无法精确模拟工况；2、缺乏必要的监测组件，无法提供精确的测试数据；3、缺乏必要的安全保障组件，以保证工作人员的人身安全。

技术实现思路

1、为了解决上述的现缺乏一种能够精确可靠地测试跨临界二氧化碳换热器的测试平台，本发明的目的是提供一种用于跨临界二氧化碳换热器的性能测试平台。

2、为了实现上述的目的，本发明提供以下技术方案：一种用于跨临界二氧化碳换热器的性能测试平台，所述的跨临界二氧化碳换热器包括气侧入口、气侧出口、水侧入口以及水侧出口，所述的性能测试平台包括：启动回路，包括能够提供二氧化碳流体的气瓶与能够提升二氧化碳流体压力的柱塞泵，所述的柱塞泵位于所述气瓶的下游；气侧回路，包括气侧循环泵、主路调节阀及加热器，所述的气侧入口与气侧出口均通过管道与所述的气侧回路连通并形成供二氧化碳流体流动的循环回路，所述的气侧循环泵能够提供二氧化碳流体的流动动力，所述的加热器能够加热二氧化碳流体；水侧回路，包括水侧第一截止阀、表冷器以及水侧循环泵，所述的水侧入口与所述的水侧出口均通过管道与水侧回路接通并形成供工质水流动的循环回路，所述的水侧循环泵能够提供工质水的流动动力，所述的表冷器能够冷却工质水；监测组件，包括气侧入口温度计、气侧出口温度计、水侧入口温度计以及水侧出口温度计，所述的气侧入口温度计与所述的气侧出口温度计分别能够监测所述气侧入口与所述气侧出口的二氧化碳流体温度，所述的水侧入口温度计与所述的水侧出口温度计分别能够监测所述水侧入口与所述水侧出口的工质水温度；控制装置，所述的控制装置与所述的监测组件信号连接并能够控制所述性能测试平台的各个耗能部件自动运行；其中，所述的启动回路与所述的气侧回路管道连通，所述的气侧回路还包括路旁调节阀，所述旁路调节阀通过自身的上下游端部流体连通于所述气侧入口的上游管道与所述气侧出口的下游管道，以调节进入所述气侧入口的二氧化碳流体的流量。

3、相较于现有技术，本发明所提供的测试平台具有以下有益效果：1、通过调节柱塞泵、水侧循环泵、加热器、气侧循环泵等各部件的输出功率来精确模拟多种工况，以全面测试跨零件二氧化碳换热器在不同工况下的性能；2、通过监测组件监测并收集各运行参数，精确地测试出换热器在不同工况下的换热性能。

4、在上述的技术方案中，优选地，所述的气侧循环泵、所述的主路调节阀以及所述的加热器依次管道连通，所述的气侧入口与所述的加热器管道连通，所述的气侧出口与所述气侧循环泵的入口管道连通。

5、在上述的优选方案中，进一步优选地，所述旁路调节阀的上游端部与所述气侧循环泵的出口管道连通，所述旁路调节阀的下游端部与所述的气侧出口管道连通。

6、在上述的优选方案中，进一步优选地，所述的监测组件还包括气侧流量计、加热器入口温度计、压力计以及压差计，所述的气侧流量计与所述的加热器入口温度计均位于所述的主路调节阀与所述的加热器之间，所述的气侧入口温度计与所述的压力计均位于所述的加热器与所述的气侧入口之间，所述的压差计通过自身的两个端部分别管道连通所述的气侧入口与所述的气侧出口。还可以进一步优选地，述的气侧流量计为一质量流量计。本优选方案通过设置能够检测质量流量的气侧流量计，避免应二氧化碳气体经过加热器后受热体积膨胀并且体积流量变化而造成的测量误差，保证性能测试平台的测试结准确。

7、在上述的技术方案中，优选地，所述的水侧第一截止阀、所述的表冷器以及所述的水侧循环泵依次管道接通，所述的水侧入口与所述的水侧循环泵管道接通，所述的水侧出口与所述的水侧第一截止阀管道接通。进一步优选地，所述的水侧回路还包括一水侧第二截止阀，所述的水侧第二截止阀设置于所述的水侧循环泵与所述的水侧入口之间。还可以进一步优选地，所述的监测组件还包括水侧流量计，所述的水侧出口温度计设置于所述的水侧第一截止阀与所述的表冷器之间，所述的水侧入口温度计所述的水侧流量计均位于所述的水侧循环泵与所述的水侧第二截止阀之间。

8、在上述的技术方案中，优选地，所述的启动回路还包括邻接于所述柱塞泵下游的启动截止阀，所述的启动截止阀与所述气侧循环泵的入口管道连通，所述的控制装置被配置成能够基于所述气侧回路内二氧化碳流体的压力调节所述启动截止阀的阀门开度。

9、在上述的技术方案中，优选地，所述的气侧循环与所述的水侧循环泵均为能够调节出力的变频泵。通过设置变频泵来调节流体流量，可保证流量调节平稳与精确，提高性能测试平台的测试结果准确性。

10、在上述的技术方案中，优选地，所述的测试平台还包括真空截止阀与真空泵，所述的真空截止阀与所述柱塞泵的出口管道连通，所述的真空泵与所述的真空截止阀管道连通并被配置成能够抽出所述性能测试平台内的二氧化碳流体。

11、在上述的技术方案中，优选地，所述的测试平台还包括节流截止阀与节流阀，所述的节流截止阀与所述气侧循环泵的入口管道连通，所述的节流阀与所述的节流截止阀管道连通，所述的控制装置被配置成能够基于所述气侧回路内二氧化碳流体的压力调节所述节流截止阀的阀门开度。

12、在上述的技术方案中，优选地，所述的气侧回路还包括一安全阀，所述的安全阀被配置成：当所述气侧回路的二氧化碳流体压力大于设定压力时，所述的安全阀自动开启并对所述的气侧回路进行快速泄压。安全阀能够在二氧化碳流体高于一定压力时，及时开启并向外排出二氧化碳流体，以确保工作人员的人身安全以及避免性能测试平台设备损坏。

技术特征：

1.一种用于跨临界二氧化碳换热器的性能测试平台，所述的跨临界二氧化碳换热器（6）包括气侧入口（61）、气侧出口（62）、水侧入口（63）以及水侧出口（64），其特征在于，所述的性能测试平台（100）包括：

2.根据权利要求1所述的性能测试平台，其特征在于，所述的气侧循环泵（21）、所述的主路调节阀（22）以及所述的加热器（24）依次管道连通，所述的气侧入口（61）与所述的加热器（24）管道连通，所述的气侧出口（62）与所述气侧循环泵（21）的入口管道连通。

3.根据权利要求2所述的性能测试平台，其特征在于，所述旁路调节阀（25）的上游端部与所述气侧循环泵（21）的出口管道连通，所述旁路调节阀（25）的下游端部与所述的气侧出口（62）管道连通。

4.根据权利要求2所述的性能测试平台，其特征在于，所述的监测组件还包括气侧流量计（41）、加热器入口温度计（42）、压力计（44）以及压差计（45），所述的气侧流量计（41）与所述的加热器入口温度计（42）均位于所述的主路调节阀（22）与所述的加热器（24）之间，所述的气侧入口温度计（43）与所述的压力计（44）均位于所述的加热器（24）与所述的气侧入口（61）之间，所述的压差计（45）通过自身的两个端部分别管道连通所述的气侧入口（61）与所述的气侧出口（62）。

5.根据权利要求4所述的性能测试平台，其特征在于，所述的气侧流量计（41）为一质量流量计。

6.根据权利要求1所述的性能测试平台，其特征在于，所述的水侧第一截止阀（31）、所述的表冷器（32）以及所述的水侧循环泵（33）依次管道接通，所述的水侧入口（63）与所述的水侧循环泵（33）管道接通，所述的水侧出口（64）与所述的水侧第一截止阀（31）管道接通。

7.根据权利要求6所述的性能测试平台，其特征在于，所述的水侧回路还包括一水侧第二截止阀（34），所述的水侧第二截止阀（34）设置于所述的水侧循环泵（33）与所述的水侧入口（63）之间。

8.根据权利要求7所述的性能测试平台，其特征在于，所述的监测组件还包括水侧流量计（49），所述的水侧出口温度计（47）设置于所述的水侧第一截止阀（31）与所述的表冷器（32）之间，所述的水侧入口温度计（48）与所述的水侧流量计（49）均位于所述的水侧循环泵（33）与所述的水侧第二截止阀（34）之间。

9.根据权利要求1所述的性能测试平台，其特征在于，所述的启动回路还包括邻接于所述柱塞泵（12）下游的启动截止阀（13），所述的启动截止阀（13）与所述气侧循环泵（21）的入口管道连通，所述的控制装置（7）被配置成能够基于所述气侧回路内二氧化碳流体的压力调节所述启动截止阀（13）的阀门开度。

10.根据权利要求1所述的性能测试平台，其特征在于，所述的气侧循环（21）与所述的水侧循环泵（33）均为能够调节自身出力的变频泵。

11.根据权利要求1所述的性能测试平台，其特征在于，还包括真空截止阀（51）与真空泵（52），所述的真空截止阀（51）与所述柱塞泵（12）的出口管道连通，所述的真空泵（52）与所述的真空截止阀（51）管道连通并被配置成能够抽出所述性能测试平台（100）内的二氧化碳流体。

12.根据权利要求1所述的性能测试平台，其特征在于，还包括节流截止阀（53）与节流阀（54），所述的节流截止阀（53）与所述气侧循环泵（21）的入口管道连通，所述的节流阀（52）与所述的节流截止阀（53）管道连通，所述的控制装置（6）被配置成能够基于所述气侧回路内二氧化碳流体的压力调节所述节流截止阀（53）的阀门开度。

13.根据权利要求1所述的碳性能测试平台，其特征在于，所述的气侧回路还包括一安全阀（26），所述的安全阀（26）被配置成：当所述气侧回路的二氧化碳流体压力大于设定压力时，所述的安全阀（26）自动开启并对气侧回路快速泄压。

技术总结
本发明涉及一种用于跨临界二氧化碳换热器的性能测试平台，跨临界二氧化碳换热器包括气侧入口、气侧出口、水侧入口以及水侧出口，性能测试平台包括：启动回路；气侧回路，包括气侧循环泵、主路调节阀以及加热器；水侧回路，包括表冷器与水侧循环泵；监测组件，包括气侧入口温度计、气侧出口温度计、水侧入口温度计以及水侧出口温度计，气侧入口温度计与气侧出口温度计分别能够监测气侧入口与气侧出口的二氧化碳温度，水侧入口温度计与水侧出口温度计分别能够监测水侧入口与水侧出口的工质水温度；控制装置；其中，气侧回路还包括路旁调节阀，旁路调节阀通过自身的上下游端部流体连通于所述气侧入口的上游管道与所述气侧出口的下游管道。

技术研发人员：陈雪君,王健,顾子超,李朱德,杨润,马杰
受保护的技术使用者：江苏金通灵光核能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12