一种相变蓄冷设备的充冷测试系统及测试方法与流程

1.本发明涉及相变蓄冷设备的充冷测试技术领域，尤其是一种相变蓄冷设备的充冷测试系统及测试方法。


背景技术：

2.水果蔬菜、肉禽蛋品、海鲜水产、花卉植物等的低温保鲜配送需求持续扩张；除了生鲜运送，各类疫苗、血液制品、生物药品等的医疗冷运也是冷链物流的另一大需求点。我国冷链运输主要以公路运输为主，目前市场上绝大部分冷链运输车辆仍采用配置制冷机组的方式维持货厢内温度，该种制冷方式油耗高，汽车尾气排放量大，增加大气污染，而蓄冷式制冷方式无需在运输车辆上配置制冷机组，无废气产生，同时可利用谷时电价蓄冷。
3.蓄冷式冷链运输车中最关键的是置于车厢顶部的蓄冷设备，在车辆执行运输任务前对蓄冷设备进行充冷，充冷结束后车辆执行运输任务，车辆执行运输任务过程中，蓄冷设备吸收车辆货厢内物品产生的热量，使车厢内环境温度维持恒定。
4.冷链运输车辆中配置的蓄冷式热交换设备，作为冷链运输过程中的热量交换设备，其充冷性能和充冷参数需要测试验证。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种相变蓄冷设备的充冷测试系统，用于对相变蓄冷设备的充冷性能和充冷参数进行测试验证。
6.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：
7.一种相变蓄冷设备的充冷测试系统，包括：相变蓄冷设备，与相变蓄冷设备连接的载冷剂循环回路；所述相变蓄冷设备中包括载冷剂流道和相变材料；所述载冷剂循环回路与载冷剂流道相连接，用于对相变材料进行充冷；所述载冷剂循环回路的主流路包括：蒸发器、相变蓄冷设备、加热器、载冷剂储罐、载冷剂输送泵；
8.其中，所述蒸发器的载冷剂出口管道与相变蓄冷设备的载冷剂流道入口连接；所述相变蓄冷设备的载冷剂流道出口与加热器的载冷剂入口管道连接；所述加热器的载冷剂出口管道与载冷剂储罐入口连接；所述载冷剂储罐出口与载冷剂输送泵的入口管道连接；所述载冷剂输送泵的出口管道与蒸发器的载冷剂入口管道连接。
9.优选的，所述载冷剂循环回路上设有第一旁通流路；
10.所述第一旁通流路的管道入口端与载冷剂输送泵的出口管道连接，第一旁通流路的管道出口端与载冷剂储罐的入口管道连接，第一旁通流路上配置有第三阀门。
11.优选的，所述载冷剂循环回路上设有第二旁通流路；
12.所述第二旁通流路的管道入口端与载冷剂输送泵的出口管道连接，第二旁通流路的管道出口端与蒸发器的载冷剂出口管道连接，第二旁通流路上配置有第五阀门和流量计。
13.优选的，所述载冷剂循环回路上设有第三旁通流路；
14.所述第三旁通流路的管道入口端与相变蓄冷设备的载冷剂流道入口连接，第三旁通流路的管道出口端与相变蓄冷设备的载冷剂流道出口连接，第三旁通流路上配置有第六阀门。
15.优选的，所述蒸发器的载冷剂出口管道通过第七阀门与相变蓄冷设备中的载冷剂流道入口连接；所述载冷剂储罐出口通过第二阀门与载冷剂输送泵的入口管道连接。
16.优选的，所述蒸发器用于对流入相变蓄冷设备中的载冷剂进行降温；所述蒸发器上连接有制冷剂循环回路，利用制冷剂对载冷剂进行降温；
17.所述制冷剂循环回路包括：蒸发器、低温压缩机、中温压缩机、气体冷却器、储液罐；
18.所述蒸发器的制冷剂出口管路与低温压缩机的吸气口连接，所述低温压缩机的出气口与中温压缩机的吸气口连接，所述中温压缩机的出气口与气体冷却器的制冷剂入口管路连接，所述气体冷却器的制冷剂出口管路通过高压电子膨胀阀与储液罐的入口管路连接；所述储液罐的液相出口管路通过低压电子膨胀阀与蒸发器的制冷剂入口管路连接；所述储液罐的气相出口管路还通过第八阀门与低温压缩机的出气口管路汇集后与中温压缩机的吸气口连接。
19.优选的，所述载冷剂为乙二醇水溶液，所述制冷剂为co2。
20.优选的，所述加热器用于对相变蓄冷设备中流出的载冷剂进行加热；所述加热器上连接有水循环回路，利用热水对载冷剂进行加热；
21.所述水循环回路包括：加热器、冷却塔、第一阀门、水输送泵；其中，所述加热器的水出口管路与冷却塔的入口管道连接，所述冷却塔的出口管道通过第一阀门与水输送泵的入口连接，所述水输送泵的出口与加热器的水入口管路连接。
22.优选的，充冷测试系统中各循环回路上均设有温度、压力、流量的监测仪表。
23.本发明还提供了一种相变蓄冷设备的充冷测试系统的测试方法，包括以下步骤：
24.s1，对相变蓄冷设备进行组装，所述相变蓄冷设备中设置若干个温度传感器；
25.s2，通过充冷测试系统控制蒸发器的载冷剂出口管道中的温度、流量达到设定目标值后，再将相变蓄冷设备接入充冷测试系统中，对相变蓄冷设备进行充冷；
26.s3，在充冷过程中，利用充冷测试系统控制蒸发器的载冷剂出口管道中的温度、流量保持设定目标值，且通过监测相变蓄冷设备内部的若干个温度传感器，得到相变蓄冷设备内部相变材料凝固过程中的温度分布情况；
27.s4，利用相变蓄冷设备(1)内的温度传感器判断是否充冷完成，若各温度传感器显示值均低于相变材料凝固点温度值时，即相变蓄冷设备内部相变材料已完全凝固，则表示充冷完成。
28.本发明的优点在于：
29.(1)本发明的充冷测试系统，用于对相变蓄冷设备进行充冷，从而实现相变蓄冷设备充冷性能和充冷参数的测试验证。
30.(2)本发明可用于冷藏、冷冻多温区蓄冷设备性能测试，在连续充冷过程中，可实现相同的初始条件。
31.(3)在相变蓄冷设备充冷测试过程中，通过载冷剂主流路、第一旁通流路和第二旁通流路可以实现不同规模的相变蓄冷设备的充冷，联合调节第三阀门、第四阀门、第五阀门
的开度，使进入相变蓄冷设备中的载冷剂流量达到目标值，通过载冷剂主流路上的流量监测仪表与第二旁通流路上流量计进行监测。
32.(4)在相变蓄冷设备充冷测试过程中，通过载冷剂主流路、第一旁通流路和第二旁通流路可以实现相变蓄冷设备载冷剂入口温度的精确控制，入口温度的精确控制对于对比试验十分重要。
33.(5)载冷剂通过蒸发器吸收冷量，温度降低，该温度低于相变蓄冷设备入口温度目标值时，联合调节第四阀门与第五阀门的开度，即利用第二旁通流路将不同流量下的低温载冷剂与常温载冷剂混合，使相变蓄冷设备载冷剂入口温度达到目标值，并通过温度监测仪表监测。
34.(6)本发明设置加热器和水循环回路，将流出相变蓄冷设备中的载冷剂加热，使循环后流入载冷剂储罐中的载冷剂温度与流出的载冷剂温度相同，使载冷剂储罐中的载冷剂维持恒定温度，进一步地，蒸发器载冷剂入口温度恒定，载冷剂循环回路中第二旁通流路的载冷剂温度恒定，相变蓄冷设备中载冷剂入口温度取决于蒸发器中载冷剂流量、载冷剂循环回路中第二旁通流路的载冷剂流量，调节变量减少，可极大地缩减调试时间，有利于相变蓄冷设备入口温度的稳定，进而有利于测试系统的稳定运行。
35.(7)本发明在相变蓄冷设备进行充冷测试前，要求入口温度、入口流量达到设定的目标值，在相变蓄冷设备进行充冷测试前，入口温度、入口流量未达到目标值时，通过载冷剂主流路、第一旁通流路和第二旁通流路与第三旁通流路，使相变蓄冷设备不参与实验循环。在相变蓄冷设备入口流量、入口温度均达到目标值时再将其接入实验系统进行实验，避免调试过程对相变蓄冷设备的温度场影响，可在对比实验中实现相同的初始条件。
36.(8)在充冷过程中，利用充冷测试系统控制蒸发器的载冷剂出口管道中的温度、流量保持设定目标值，且通过监测相变蓄冷设备内部的若干个温度传感器，得到相变蓄冷设备内部相变材料凝固过程中的温度分布情况，从而实现实现相变蓄冷设备充冷性能和充冷参数的测试验证。
附图说明
37.图1为一种相变蓄冷设备的充冷测试系统原理图。
38.图2为一种相变蓄冷设备的充冷测试方法流程图。
39.图3为一种相变蓄冷设备示意图，其中，图3a为相变蓄冷设备主视图，图 3b为相变蓄冷设备a-a向示意图。图3c为相变蓄冷设备b-b向示意图。
40.图4为连接板开孔示意图。
41.附图标记说明：
42.1-相变蓄冷设备；2-冷却塔；3-第一阀门；4-水输送泵；5-加热器；6-乙二醇水溶液储罐；7-第二阀门；8-载冷剂输送泵；9-第三阀门；10-第四阀门； 11-蒸发器；12-第五阀门；13-第六阀门；14-第七阀门；15-co2低温压缩机；16-co2中温压缩机；17-气体冷却器；18-电子膨胀阀；19-第八阀门；20-储液罐；21
‑ꢀ
电子膨胀阀；
43.1-1进口接管；1-2a进口集液管；1-2b中间集液管；1-2c出口集液管；1-3 传热管；1-4a、1-4b波纹板；1-5a、1-5b、1-5c连接板；1-6a、1-6b、1-6c、 1-6d、1-6e外框板；1-7出口接管。
具体实施方式
44.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
45.实施例一、
46.由图1所示，一种相变蓄冷设备的充冷测试系统，包括：相变蓄冷设备1，与相变蓄冷设备1连接的载冷剂循环回路；其中，所述相变蓄冷设备1中包括载冷剂流道和相变材料；所述载冷剂循环回路与载冷剂流道相连接，用于对相变材料进行充冷；本实施例中，载冷剂为乙二醇水溶液。
47.所述载冷剂循环回路包括载冷剂主流路、载冷剂旁通流路。
48.载冷剂主流路包含载冷剂储罐6、第二阀门7、载冷剂输送泵8、第三阀门9、第四阀门10、蒸发器11、第五阀门12、第六阀门13、第七阀门14、相变蓄冷设备1、加热器5。载冷剂储罐6出口接管与第二阀门7入口端管路连接，第二阀门7出口端管路与载冷剂输送泵8入口接管连接，载冷剂通过输送泵8获得动力，输送泵8出口管道与第四阀门10入口管道连接，第四阀门10出口管道与蒸发器11载冷剂入口管道连接，蒸发器11载冷剂出口管道与第七阀门14 入口端管道连接，第七阀门14出口端管道与相变蓄冷设备1入口管道连接，相变蓄冷设备1出口管道与加热器5载冷剂入口管道连接，加热器5载冷剂出口管道与载冷剂储罐6入口连接，以此形成载冷剂主流路循环。载冷剂主流路上设置有温度、压力、流量监测仪表。
49.载冷剂旁通流路包括：第一旁通流路、第二旁通流路、第三旁通流路。
50.所述第一旁通流路管道入口端与载冷剂输送泵8出口管道连接，管道出口端与载冷剂储罐6入口管道连接，第一旁通流路上配置第三阀门9。所述第二旁通流路管道入口端与载冷剂输送泵8出口管道连接，管道出口端连接至主流路蒸发器11后端主管路上，第二旁通流路上配置第五阀门12以及流量计。所述第三旁通流路管道入口端与第七阀门14入口端管道连接，管道出口端与相变蓄冷设备1载冷剂出口管道连接，第三旁通流路上配置第六阀门13。
51.所述相变蓄冷设备1载冷剂流道的进、出口管道与系统管路通过法兰连接，可以实现不同相变蓄冷设备的切换。
52.在相变蓄冷设备1充冷过程中，通过所述载冷剂主流路、第一旁通流路和第二旁通流路可以实现不同规模的相变蓄冷设备1的充冷，联合调节第三阀门9、第四阀门10、第五阀门12的开度，使进入相变蓄冷设备1中的载冷剂流量达到目标值，通过载冷剂主流路上的流量监测仪表与第二旁通流路上流量计进行监测。
53.在相变蓄冷设备1充冷过程中，通过所述载冷剂主流路、第一旁通流路和第二旁通流路可以实现相变蓄冷设备1载冷剂入口温度的精确控制，入口温度的精确控制对于对比试验十分重要。
54.载冷剂通过蒸发器11吸收冷量，温度降低，该温度低于相变蓄冷设备1入口温度目标值时，联合调节第四阀门10与第五阀门12的开度，将不同流量下的低温载冷剂与常温载冷剂混合，使相变蓄冷设备1载冷剂入口温度达到目标值，并通过温度监测仪表监测。
55.在相变蓄冷设备1进行实验测试前的调试过程中，在入口温度、入口流量未达到目
标值时，通过所述载冷剂主流路、第一旁通流路和第二旁通流路与第三旁通流路，使相变蓄冷设备1不参与实验循环。
56.在相变蓄冷设备1入口流量、入口温度均达到目标值时再将其接入实验系统进行实验，避免调试过程对相变蓄冷设备1的温度场影响，可在对比实验中实现相同的初始条件。
57.蒸发器11为载冷剂-制冷剂换热器，用于对流入相变蓄冷设备1中的载冷剂进行降温。本实施例中，制冷剂为co2。
58.所述蒸发器11上连接有制冷剂循环回路。所述制冷剂循环回路包括蒸发器 11、co2低温压缩机15、co2中温压缩机16、气体冷却器17、高压电子膨胀阀18、第八阀门19、储液罐20、低压电子膨胀阀21。蒸发器11制冷剂出口管路与co2低温压缩机15吸气口连接，co2低温压缩机15排气口管路与储液罐20气相管路汇集后与co2中温压缩机16吸气口管路连接，储液罐20气相管路上配置第八阀门19，co2中温压缩机16排气口管路与气体冷却器17制冷剂入口管路连通，气体冷却器17制冷剂出口管路与高压电子膨胀阀18入口端管路连接，高压电子膨胀阀18出口端管路与储液罐20入口管路连接，储液罐20液相出口管路与低压电子膨胀阀21入口端管道连接，低压电子膨胀阀21出口端管路与蒸发器11 制冷剂入口管路连接。制冷剂循环回路上设置有温度、压力、流量监测仪表。
59.本实施例中，制冷剂蒸发温度为-35℃，气体冷却器17为co
2-空气换热器。co2中温压缩机16出口的co2经气体冷却器17放热后，进入高压电子膨胀阀18 中节流后进入储液罐20中，储液罐20中液相co2进入低压电子膨胀阀21进一步节流后使蒸发器11内蒸发温度达到-35℃，在蒸发器11内co2吸收载冷剂中的热量升温后进入co2低温压缩机15中升温升压，然后与储液罐20中气相co2汇集后进入co2中温压缩机16进一步升温升压，之后继续进入气体冷却器17冷却。
60.加热器5为载冷剂-水换热器，用于对相变蓄冷设备1中流出的载冷剂进行加热；所述加热器5上连接有水循环回路。
61.所述水循环回路包含冷却塔2、第一阀门3,、水输送泵4、加热器5。冷却塔2出口通过管道与第一阀门3入口端管道连接，第一阀门3出口端管道与水输送泵4入口接管连接，水输送泵4出口接管与加热器5水入口管道连接，加热器5水出口管道与冷却塔2入口管道连接。
62.所述水循环回路，将流出相变蓄冷设备1中的载冷剂加热，使循环后流入载冷剂储罐6中的载冷剂温度与流出的载冷剂温度相同，使载冷剂储罐6中的载冷剂维持恒定温度，进一步地，蒸发器11载冷剂入口温度恒定，载冷剂循环回路中第二旁通流路的载冷剂温度恒定，相变蓄冷设备1中载冷剂入口温度取决于蒸发器11中载冷剂流量、载冷剂循环回路中第二旁通流路的载冷剂流量，调节变量减少，可极大地缩减调试时间，有利于相变蓄冷设备1入口温度的稳定，进而有利于测试系统的稳定运行。
63.实施例二、
64.由图2所示，基于实施例一充冷测试系统，对相变蓄冷设备进行充冷测试，包括以下步骤：
65.s1，相变蓄冷设备1的组装，相变蓄冷设备1中设置有若干个温度传感器，根据实验测试内容，将相变蓄冷设备1通过法兰与测试系统管道连接，确保各个循环回路均能正常运
行。
66.s2，开启制冷循环回路：开启第八阀门19，启动co2低温压缩机15与co2中温压缩机16，联合调节高压电子膨胀阀18与低压电子膨胀阀21，使蒸发器11制冷剂入口温度达-35℃，制冷剂流量达到目标值；
67.s3，开启水循环回路：开启第一阀门3，启动水输送泵4；
68.s4，开启载冷剂循环回路：
69.s41，关闭第四阀门10、第五阀门12、第7阀门14，开启第二阀门7、第三阀门9，启动载冷剂输送泵8；
70.s42，待泵工作稳定后，调节第四阀门10、第五阀门12的开度，监测蒸发器11载冷剂输出管路上流量计流量、第二旁通流路上流量计流量，以及监测第六阀门13入口管路所连接的载冷剂主流路上温度传感器数值，使进入第三旁通流路的流量与温度达到目标值；同时调节第一阀门3，使载冷剂储罐6的进口温度等于出口温度；
71.s43，开启第七阀门14，关闭第六阀门13，对相变蓄冷设备1进行充冷；
72.在充冷过程中，利用充冷测试系统控制蒸发器11的载冷剂出口管道中的温度、流量保持设定目标值，且通过监测相变蓄冷设备1内部的若干个温度传感器，得到相变蓄冷设备1内部相变材料凝固过程中的温度分布情况。
73.s5，待相变蓄冷设备1内的各温度传感器显示值均低于所用相变材料凝固点温度值时，表示相变蓄冷设备1内部相变材料已完全凝固，即充冷完成；待相变蓄冷设备1充冷完成后，停止运行载冷剂输送泵8，关闭第二阀门7；停止运行水输送泵4，关闭第一阀门3；停止运行co2低温压缩机15与co2中温压缩机16。
74.本实施例中，数据采集及监测贯穿整个调试、测试过程，在实验前需监测系统内制冷剂、载冷剂相关管路内介质流量、温度、压力，判断系统运行是否稳定；通过监测相变蓄冷设备1内相变材料温度判断其充冷、放冷过程是否完成。
75.实施例三、
76.由图3a、3b、3c所示，一种相变蓄冷设备，包括载冷剂流道、相变材料贮存空间；所述载冷剂流道在相变蓄冷设备内呈多回程流道；所述相变材料贮存空间为相变蓄冷设备内除载冷剂流道以外的空间，即相变材料贮存空间由载冷剂流道和相变蓄冷设备的壳体构成；所述相变材料贮存空间中在载冷剂流道之间、载冷剂流道与壳体之间连接有波纹板，所述波纹板之间通过连接板固定连接；
77.载冷剂流道包含进口接管1-1、集液管、传热管1-3、出口接管1-7。
78.载冷剂通过进口接管1-1从外部管道进入相变蓄冷设备1内，通过出口接管1-7从相变蓄冷设备1内流出至外部管道。
79.所述集液管均为矩形管，包含进口集液管1-2a、中间集液管1-2b、出口集液管1-2c；进口集液管1-2a进液端与进口接管1-1连通，进口集液管1-2a出液端与传热管1-3进液端连通，传热管1-3出液端与中间集液管1-2b进液端连通，中间集液管1-2b出液端与下一根传热管1-3进液端连通，下一根传热管1-3 出液端与下一根中间集液管1-2b进液端连通，最后一根传热管1-3出液端与出口集液管1-2c进液端连通，出口集液管1-2c出液端与出口接管1-7连通；载冷剂通道在相变蓄冷设备1内呈弯折状多回程流路。
80.所述传热管1-3为长方体，内部含有若干个平行通道，所述平行通道轴线与载冷剂
流动方向一致，所述若干个平行通道横截面可以是圆形、长圆形、矩形、正方形等。
81.相变材料贮存空间由集液管、传热管1-3、波纹板、连接板、外框板组成。
82.所述波纹板包含焊接在传热管1-3与外框板1-6b间的波纹板1-4a和焊接在两相邻传热管1-3间的波纹板1-4b。
83.所述连接板包含焊接在相邻波纹板1-4a间、1-4b间的连接板1-5a、1-5b 和焊接在波纹板1-4b与中间集液管1-2b间的连接板1-5c；由图4所示，连接板上开若干个小孔，小孔截面可以是正方形、矩形、圆形、椭圆形等各种形状。
84.所述外框板包含板1-6a、板1-6b、板1-6c、板1-6d、板1-6e；板1-6c上开孔，开孔处外壁分别与进口接管1-1、出口接管1-7连接，开孔处内壁分别与进口集液管1-2a、出口集液管1-2c连接；板1-6e外壁上有若干个肋片。
85.本实施例中，该相变蓄冷设备1置于货厢顶部，外框板1-6d与车厢顶部连接，外框板1-6e位于货物上方，相变蓄冷设备1与货厢内热源进行热量交换主要集中于外框板1-6e上。
86.本实施例中，集液管、传热管1-3、波纹板、连接板、外框板形成蜂窝状贮存空间，连接板上的开孔，将相邻蜂窝状空间连通；在热力方面，相变材料导热系数非常低，波纹板与连接板强化了相变材料间的热量传递，缩短充冷时间，在结构方面，波纹板与连接板对传热管、外框板起到加强作用。
87.以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。