一種用于有機(jī)郎肯循環(huán)orc系統(tǒng)的蒸發(fā)器的測(cè)試裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于有機(jī)郎肯循環(huán)ORC系統(tǒng)的蒸發(fā)器的測(cè)試裝置，包括冷媒工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、外部熱源系統(tǒng)、外部冷卻水系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；所述的冷媒的工作循環(huán)系統(tǒng)包括儲(chǔ)液器、變頻高壓冷媒泵、冷媒流量計(jì)、帶有導(dǎo)熱油電加熱器的儲(chǔ)液箱、蒸發(fā)器測(cè)試件的冷媒側(cè)、變截面節(jié)流閥和冷凝器的冷媒側(cè)。本實(shí)用新型的特點(diǎn)是用節(jié)流閥代替常規(guī)ORC系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)和控制都十分復(fù)雜的膨脹機(jī)；用變頻高壓冷媒泵代替?zhèn)鹘y(tǒng)制冷空調(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)，可以快速方便的測(cè)試給定在高工作壓力下蒸發(fā)器的性能。該系統(tǒng)既與傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)采用壓縮機(jī)等低壓蒸發(fā)器有顯著不同；又區(qū)別于正常的ORC系統(tǒng)，在保證測(cè)試功能前提下，整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，可靠，設(shè)備成本低、輔助功能設(shè)備少，且安全穩(wěn)定。
【專利說明】—種用于有機(jī)郎肯循環(huán)ORC系統(tǒng)的蒸發(fā)器的測(cè)試裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及能源廢熱回收領(lǐng)域，并涉及傳熱學(xué)、制冷空調(diào)以及實(shí)驗(yàn)測(cè)試領(lǐng)域，具體是涉及廢熱能源回收的ORC系統(tǒng)，蒸發(fā)過熱器性能的測(cè)試裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源危機(jī)日益加重，節(jié)能環(huán)保等相關(guān)產(chǎn)品越來越受到市場(chǎng)的重視。而有機(jī)郎肯循環(huán)ORC技術(shù)以吸收各種中低品位熱源熱量，而轉(zhuǎn)化為各種形式有用功或電能受到越來越多人或市場(chǎng)的青睞。如，利用工業(yè)廢熱、地?zé)帷⑻柲苓M(jìn)行ORC系統(tǒng)發(fā)電。目前，以發(fā)動(dòng)機(jī)缸套水和高溫?zé)煔獾膹U熱作為熱源的ORC系統(tǒng)，在內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域也受到越來越多研究和開發(fā)。
[0003]在這些ORC系統(tǒng)產(chǎn)品中，把各種形式廢熱轉(zhuǎn)化為具有做功能力的冷媒，都是在蒸發(fā)過熱器中完成的。如何有效的設(shè)計(jì)或開發(fā)這種蒸發(fā)過熱器，實(shí)驗(yàn)測(cè)試是不可缺少的研發(fā)手段。蒸發(fā)過熱器這一換熱器產(chǎn)品，并非新的零部件，而是在制冷空調(diào)領(lǐng)域應(yīng)用多年的產(chǎn)品，其測(cè)試方法也成熟，并且進(jìn)行測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化。
[0004]在用于ORC系統(tǒng)中蒸發(fā)過熱器，與傳統(tǒng)制冷空調(diào)領(lǐng)域蒸發(fā)器又顯著的不同，其主要區(qū)別是，制冷空調(diào)領(lǐng)域蒸發(fā)器是冷媒在低壓下，吸收熱量實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)。而ORC系統(tǒng)中蒸發(fā)器，是在非常高的壓力下，實(shí)現(xiàn)吸收熱量，并蒸發(fā)過熱。因此在測(cè)試方法和裝置上也有很大不同。
[0005]目前對(duì)蒸發(fā)器的測(cè)試方法主要有兩種，一種是傳統(tǒng)的制冷空調(diào)系統(tǒng)中，利用壓縮機(jī)、節(jié)流閥等部件，組成制冷的冷媒系統(tǒng)，冷媒在測(cè)試件蒸發(fā)器內(nèi)，吸熱蒸發(fā)；另一種就是基于ORC系統(tǒng)原理，利用冷媒泵和膨脹機(jī)組成冷媒系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)冷媒在高壓條件下的，冷媒吸收熱量，蒸發(fā)。
[0006]在傳統(tǒng)制冷空調(diào)系統(tǒng)中，利用壓縮機(jī)，冷媒低壓下吸收熱量蒸發(fā)，與廢熱回收ORC系統(tǒng)不一致，其無法滿足測(cè)試性能要求。利用ORC系統(tǒng)原理，采用冷媒泵和膨脹機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)冷媒在蒸發(fā)器內(nèi)高壓蒸發(fā)的實(shí)驗(yàn)要求，但系統(tǒng)復(fù)雜龐大。尤其是加入膨脹機(jī)后，通過對(duì)膨脹機(jī)控制，調(diào)節(jié)蒸發(fā)器內(nèi)壓力，非常復(fù)雜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型要解決的是現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，為了更加方便測(cè)試用于ORC系統(tǒng)中各類蒸發(fā)器的傳熱和阻力性能試驗(yàn)，充分考慮系統(tǒng)的簡(jiǎn)單性、可靠性以及測(cè)試操作易于調(diào)節(jié)不同工況的要求，本實(shí)用新型給出了一種用于測(cè)試ORC系統(tǒng)中蒸發(fā)器的實(shí)驗(yàn)裝置。
[0008]為解決上述問題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:一種用于有機(jī)郎肯循環(huán)ORC系統(tǒng)的蒸發(fā)器的測(cè)試裝置，包括冷媒工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、外部熱源系統(tǒng)、外部冷卻水系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其特征在于:
[0009]所述的冷媒工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)包括儲(chǔ)液器、變頻高壓冷媒泵、冷媒流量計(jì)、帶有導(dǎo)熱油電加熱器的儲(chǔ)液箱、蒸發(fā)器測(cè)試件的冷媒側(cè)、變截面節(jié)流閥和冷凝器的冷媒側(cè)；
[0010]所述的外部熱源系統(tǒng)包括被測(cè)蒸發(fā)器的熱源側(cè)和熱源流量計(jì)；
[0011]所述的外部冷卻水系統(tǒng)包括冷凝器的冷卻水側(cè)、冷卻水流量調(diào)節(jié)閥和外部冷卻裝置；
[0012]所述蒸發(fā)器測(cè)試件的冷媒進(jìn)出口和熱源進(jìn)出口均設(shè)置溫度和壓力傳感器。
[0013]所述的冷媒工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)為蒸發(fā)器測(cè)試件提供工作介質(zhì)冷媒；所述的外部熱源系統(tǒng)為蒸發(fā)測(cè)試件提供熱量蒸發(fā)；所述的外部冷卻水系統(tǒng)為保證冷媒系統(tǒng)正常工作循環(huán)。
[0014]本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0015]1、在本實(shí)用新型的冷媒系統(tǒng)中，利用變頻高壓冷媒泵來傳輸冷媒工質(zhì)，這與傳統(tǒng)制冷空調(diào)裝置或?qū)嶒?yàn)裝置有根本區(qū)別。傳統(tǒng)制冷裝置空調(diào)中，蒸發(fā)器中冷媒是在低壓下吸熱蒸發(fā)，使用壓縮機(jī)吸入蒸發(fā)器出口氣態(tài)冷媒工質(zhì)實(shí)現(xiàn)冷媒工質(zhì)在系統(tǒng)中循環(huán)。而本實(shí)用新型是采用變頻高壓冷媒泵輸送冷媒工質(zhì)，獲得高壓冷媒工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)吸熱，實(shí)現(xiàn)冷媒工質(zhì)循環(huán)。且冷媒泵由于傳輸?shù)墓べ|(zhì)都是液體，其消耗功率較小，且噪聲小。
[0016]2、本實(shí)用新型的冷媒在蒸發(fā)器內(nèi)的蒸發(fā)壓力的調(diào)節(jié)是通過一個(gè)變截面的節(jié)流閥實(shí)現(xiàn)對(duì)閥前壓力，也即是蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)壓力的調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)與常規(guī)ORC系統(tǒng)有著顯著區(qū)另O。常規(guī)ORC系統(tǒng)裝置中，是通過對(duì)膨脹機(jī)結(jié)構(gòu)或膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸發(fā)壓力的調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)方式，有很大局限性，其主要表現(xiàn)在，膨脹機(jī)的結(jié)構(gòu)一旦定型，其很難改變其流量與壓力的變化。一般都是相對(duì)固定在某一個(gè)特定區(qū)域內(nèi)，實(shí)驗(yàn)變工況能力差。同時(shí)，膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)也受制與膨脹機(jī)相連接發(fā)電機(jī)或其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。因此，其適應(yīng)能力受限，在對(duì)蒸發(fā)器等ORC零部件的測(cè)試裝置，不是非常合適。而本實(shí)用新型中，采用簡(jiǎn)單的變截面節(jié)流閥，通過節(jié)流閥的節(jié)流作用，在實(shí)驗(yàn)裝置閥前后，很容易建立其壓力差。并且這種壓力易于調(diào)節(jié)，無任何運(yùn)動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易行。并且，無噪音或噪音非常小。
[0017]3、在冷媒系統(tǒng)中，儲(chǔ)液箱帶有導(dǎo)熱油電加熱器作為冷媒的預(yù)熱器，該預(yù)熱器是用于調(diào)節(jié)蒸發(fā)器進(jìn)口冷媒工質(zhì)處于設(shè)定溫度。由于冷媒工質(zhì)大多數(shù)屬于氟利昂工質(zhì)，其受到高溫壁面加熱時(shí)候，容易局部高溫裂解，導(dǎo)致冷媒工質(zhì)失效。為此，本實(shí)用新型的系統(tǒng)裝置中，采用一個(gè)帶有電加熱器的冷媒儲(chǔ)液箱。該裝置，電加熱器采用間接加熱方式，如采用電加熱導(dǎo)熱油的加熱器，對(duì)冷媒間接加熱。同時(shí)，采用儲(chǔ)液箱，由于冷媒質(zhì)量大，從而具有較大的熱慣性，保證冷媒進(jìn)口溫度處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，從而保證采用本實(shí)用新型，系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型一種用于有機(jī)郎肯循環(huán)ORC系統(tǒng)的蒸發(fā)器的測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]參照?qǐng)D1，本實(shí)用新型的一種用于有機(jī)郎肯循環(huán)ORC系統(tǒng)的蒸發(fā)器的測(cè)試裝置，包括冷媒工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、外部熱源系統(tǒng)、外部冷卻水系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。
[0020]所述的冷媒工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)包括儲(chǔ)液器1、變頻高壓冷媒泵2、冷媒流量計(jì)3、帶有導(dǎo)熱油電加熱器13的儲(chǔ)液箱4、蒸發(fā)器測(cè)試件5的冷媒側(cè)、變截面節(jié)流閥6和冷凝器7的冷媒側(cè)。
[0021]在該系統(tǒng)中，首先，變頻高壓冷媒泵2把冷媒從儲(chǔ)液器I中泵出，升壓后進(jìn)入儲(chǔ)液箱4。冷媒工質(zhì)在帶有導(dǎo)熱油電加熱器13的儲(chǔ)液箱4中被加熱，使其處于設(shè)定工況條件下溫度后，冷媒進(jìn)入蒸發(fā)器測(cè)試件5中的冷媒側(cè)，與外部熱源進(jìn)行熱交換后，冷媒在經(jīng)過節(jié)流閥6后，回到冷凝器7的冷媒側(cè)；在冷凝器內(nèi)，冷媒與外部冷卻水進(jìn)行熱量交換，冷媒由氣態(tài)冷凝成液態(tài)冷媒后，回流至儲(chǔ)液器I中，從而實(shí)現(xiàn)冷媒工質(zhì)的循環(huán)。
[0022]在冷媒循環(huán)過程中，控制系統(tǒng)通過對(duì)變頻器的控制，改變與變頻高壓冷媒泵2相連接電機(jī)的電流頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻高壓冷媒泵2的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)冷媒泵流量的調(diào)節(jié)。
[0023]冷媒工質(zhì)經(jīng)過變頻高壓冷媒泵2加壓后，變成高壓的液體冷媒進(jìn)入儲(chǔ)液箱4，在儲(chǔ)液箱中，設(shè)置導(dǎo)熱油電加熱器13，實(shí)現(xiàn)電加熱間接對(duì)冷媒工質(zhì)溫度的控制調(diào)節(jié)，并避免冷媒工質(zhì)遇到高溫金屬加熱面后，冷媒工質(zhì)的裂解和失效變質(zhì)。
[0024]達(dá)到設(shè)定溫度冷媒工質(zhì)進(jìn)入蒸發(fā)器測(cè)試件5內(nèi)，吸收外部熱源的熱量，實(shí)現(xiàn)熱量交換。在蒸發(fā)器測(cè)試件5兩側(cè)工質(zhì)進(jìn)出口，均設(shè)置溫度傳感器和壓力傳感器，分別測(cè)試?yán)涿焦べ|(zhì)和外部熱源如熱水，熱油或高溫?zé)煔獾倪M(jìn)出口溫度和壓力。并且分別用冷媒流量計(jì)3和熱源流量計(jì)10，測(cè)試?yán)涿焦べ|(zhì)和外部熱源的質(zhì)量流量。
[0025]所述的外部熱源系統(tǒng)包括被測(cè)蒸發(fā)器5的熱源側(cè)和熱源流量計(jì)10。外部熱源系統(tǒng)，其主要功能是提供熱源和熱量。根據(jù)測(cè)試件的不同，如熱水蒸發(fā)器，熱油蒸發(fā)器以及高溫?zé)煔獾恼舭l(fā)器等，配置不同外部熱源。外部熱源系統(tǒng)中，需要配置熱源流量計(jì)10、蒸發(fā)器測(cè)試件進(jìn)出口溫度和壓力傳感器。至于熱源系統(tǒng)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(tǒng)常用的組合。在本專利中，為了測(cè)試不同類型蒸發(fā)器，外部熱源配置是不相同的。如，煙氣蒸發(fā)器，可以采用酒精燃燒器獲得高溫?zé)煔?，熱水或熱油采用?dú)立電加熱器實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試件進(jìn)口溫度和流量以及壓力控制控制。
[0026]所述的外部冷卻水系統(tǒng)包括冷凝器7的冷卻水側(cè)、冷卻水流量調(diào)節(jié)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(dú)立控制冷卻水溫度和流量的裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部冷卻水溫度和流量的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)冷媒工質(zhì)從氣態(tài)向液態(tài)工質(zhì)的轉(zhuǎn)變。
[0027]所述的控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下調(diào)節(jié)和控制:
[0028]1、通過變頻器，控制變頻高壓冷媒泵2，實(shí)現(xiàn)對(duì)冷媒流量控制；
[0029]2、調(diào)節(jié)變截面節(jié)流閥6的開度，實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸發(fā)器測(cè)試件進(jìn)口壓力的調(diào)節(jié)和控制；
[0030]3、通過調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油電加熱器13的功率，調(diào)節(jié)冷媒進(jìn)入蒸發(fā)器測(cè)試件5的進(jìn)口溫度；
[0031]4、通過外部熱源的調(diào)節(jié)，控制外部熱源工質(zhì)進(jìn)入測(cè)試件5的溫度和流量及壓力；
[0032]5、通過調(diào)節(jié)冷卻水流量調(diào)節(jié)閥9，對(duì)外部冷卻水的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而控制冷媒工質(zhì)在冷凝器后狀態(tài)。
[0033]為了更加方便測(cè)試用于ORC系統(tǒng)中各類蒸發(fā)器的傳熱和阻力性能試驗(yàn)，充分考慮系統(tǒng)的簡(jiǎn)單性、可靠性以及測(cè)試操作易于調(diào)節(jié)不同工況的要求，本實(shí)用新型的測(cè)試裝置，按以下步驟對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)行測(cè)試:
[0034]利用制定熱源，加熱ORC系統(tǒng)冷媒工質(zhì)，使冷媒工質(zhì)在蒸發(fā)器測(cè)試件5內(nèi)吸熱，沸騰蒸發(fā)或過熱；調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油電加熱器13預(yù)熱儲(chǔ)液箱4內(nèi)的冷媒，控制蒸發(fā)器測(cè)試件5的冷媒進(jìn)口溫度Tl在給定值；調(diào)節(jié)變截面節(jié)流閥6，控制蒸發(fā)器測(cè)試件5的冷媒進(jìn)口壓力Pl在給定值；調(diào)節(jié)變頻高壓冷媒泵2，控制蒸發(fā)器測(cè)試件5的冷媒流量在給定值；測(cè)試蒸發(fā)器測(cè)試件5的冷媒出口的溫度T2和壓力P2。
[0035]本實(shí)用新型的一種用于有機(jī)郎肯循環(huán)ORC系統(tǒng)的蒸發(fā)器的測(cè)試裝置，以可以以冷媒過熱度作為控制對(duì)象，按以下步驟對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)行測(cè)試:
[0036]利用制定熱源，加熱ORC系統(tǒng)冷媒工質(zhì)，使冷媒工質(zhì)在蒸發(fā)器測(cè)試件5內(nèi)吸熱，沸騰蒸發(fā)或過熱；控制蒸發(fā)器測(cè)試件5熱源進(jìn)口溫度T3、壓力P3和流量在給定值；通過調(diào)節(jié)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(cè)試?yán)涿搅髁?、熱源出口溫度T4和壓力P4，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)試蒸發(fā)器測(cè)試件的傳熱和阻力性能。
[0037]應(yīng)該理解到的是:上述實(shí)施例只是對(duì)本實(shí)用新型的說明，而不是對(duì)本實(shí)用新型的限制，任何不超出本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)的實(shí)用新型創(chuàng)造，均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于有機(jī)郎肯循環(huán)0%系統(tǒng)的蒸發(fā)器的測(cè)試裝置，包括冷媒工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、夕卜部熱源系統(tǒng)、外部冷卻水系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述的冷媒工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)包括儲(chǔ)液器〔0、變頻高壓冷媒泵口)、冷媒流量計(jì)(3^帶有導(dǎo)熱油電加熱器(13)的儲(chǔ)液箱“)、蒸發(fā)器測(cè)試件(5)的冷媒側(cè)、變截面節(jié)流閥(6)和冷凝器(7)的冷媒側(cè)； 所述的外部熱源系統(tǒng)包括被測(cè)蒸發(fā)器(5)的熱源側(cè)和熱源流量計(jì)(10)； 所述的外部冷卻水系統(tǒng)包括冷凝器(7)的冷卻水側(cè)、冷卻水流量調(diào)節(jié)閥(9)和外部冷卻裝置； 所述蒸發(fā)器測(cè)試件(5)的冷媒進(jìn)出口和熱源進(jìn)出口均設(shè)置溫度和壓力傳感器。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于有機(jī)郎肯循環(huán)0%系統(tǒng)的蒸發(fā)器的測(cè)試裝置，其特征在于所述的蒸發(fā)器測(cè)試件(5 )是熱水蒸發(fā)器，熱油蒸發(fā)器或高溫?zé)煔庹舭l(fā)器中的任何一種。
【文檔編號(hào)】G01N25/20GK204128994SQ201420433311
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月1日
【發(fā)明者】董軍啟, 王建長(zhǎng), 張榮友, 王斌, 孫小橋, 袁振藝, 許維武 申請(qǐng)人:浙江銀輪機(jī)械股份有限公司