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专利号: 202310005508X
申请人: 山东能源集团有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种CO2螺旋盘管换热性能检测装置,其特征在于:包括CO2气瓶、流体蓄能稳压系统、高温水浴换热器、低温水浴换热器、地热水模拟系统、盘管对流传热测试装置、电磁溢流阀和低压回收罐;CO2气瓶输出端与流体蓄能稳压系统连接,CO2气瓶驱动流体蓄能稳压系统实现稳压在30MPa‑50MPa范围的CO2流体输出;流体蓄能稳压系统输出端并联有高温水浴换热器和低温水浴换热器,通过高温水浴换热器或低温水浴换热器进一步实现恒定温度的CO2流体输出;高温水浴换热器和低温水浴换热器的输出端分别与盘管对流传热测试装置的盘管输入端连接,盘管对流传热测试装置内腔并接有地热水模拟系统,地热水模拟系统实现地热水在地面的两相流状态模拟;盘管对流传热测试装置的盘管输出端、电磁溢流阀和低压回收罐依次连接;盘管对流传热测试装置中盘管内CO2的恒压差流动,盘管外内腔中气液两相流动,能够模拟CO2与地热水的盘管对流换热过程;

述CO2气瓶有10‑15个体积为40L、压力为6MPa‑7MPa的国家标准CO2气罐组成,CO2气瓶作为CO2气体来源;CO2气瓶的输出端连接有气瓶第一支管和气瓶第二支管,气瓶第一支管前部设置有第一泵前截止阀,气瓶第一支管后部设置第一气液增压泵,第一气液增压泵后侧连接高压截止阀,高压截止阀后侧管路与流体蓄能稳压系统内部的高压腔连通;气瓶第二支管后侧设置有低压截止阀,低压截止阀后侧管路与流体蓄能稳压系统内部的低压腔连通;

所述流体蓄能稳压系统包括高压腔、壳体、低压腔和活塞,壳体呈凸字形结构,壳体内设置有高压腔和低压腔,高压腔容积在80‑100L,高压腔容积小于低压腔,上部的高压腔和下部的低压腔构成凸字形腔体,腔体内安装有活塞,活塞是由下部的粗柱和上部的细柱组合构成倒“T”字型的活塞结构,活塞的粗柱与细柱驱动面的面积比为10:1‑15:1,活塞对高压腔进行30MPa‑50MPa的增压和稳压输出;CO2气瓶首先在第一气液增压泵作用下将高压腔充满液态CO2,然后CO2气瓶剩余的、压力为3MPa的气态CO2作用于低压腔;低压腔的上部与安装在壳体外侧的通气截止阀连通;高压腔的上侧分别与安装在壳体上侧的第一温压传感器和第一安全阀相连接,高压腔通过传液管与外部连接,传液管后端并接有第一传液支管和第二传液支管,第一传液支管上安装有减压阀,减压阀的后端连接输液截止阀,输液截止阀后端并连有第一输液支管和第二输液支管。

2.根据权利要求1所述的CO2螺旋盘管换热性能检测装置,其特征在于:所述第一输液支管上安装有高温截止阀,高温截止阀输出侧后端安装第二温压传感器,第一输液支管与高温水浴换热器内部安装的螺旋盘管输入端连接,高温水浴换热器的螺旋盘管输出端与流体传输管连接;高温水浴换热器内装有加热器和循环水,高温水浴换热器用来实现螺旋盘管内流体最高温度100℃的升温。

3.根据权利要求2所述的CO2螺旋盘管换热性能检测装置,其特征在于:所述第二输液支管上安装有低温截止阀,低温截止阀输出侧后端安装第三温压传感器,第二输液支管与低温水浴换热器内部安装的输液螺旋盘管输入端连接,低温水浴换热器的输液螺旋盘管输出端与流体传输管连接;低温水浴换热器内装有制冷机和50%浓度的乙二醇溶液,用来实现螺旋盘管内流体最低温度‑20℃的降温;第二传液支管上安装有回流截至阀,回流截止阀后侧与第二气液增压泵连接,第二传液支管与低温水浴换热器内部安装的回收螺旋盘管输出端连接,低温水浴换热器的回收螺旋盘管输入端与流体回收管连接。

4.根据权利要求3所述的CO2螺旋盘管换热性能检测装置,其特征在于:所述流体传输管的后侧设置有第五温压传感器,流体传输管的输出端与盘管对流传热测试装置中换热螺旋盘管输入端连通,流传热测试装置外接地热水模拟系统,盘管对流传热测试装置中换热螺旋盘管输出端与换热输出管连接,换热输出管上安装有第七温压传感器,第七温压传感器后侧连接有第三质量流量计,第三质量流量计后侧连接有电磁溢流阀,电磁溢流阀用来控制盘管对流传热测试装置出口的CO2流体压力,用来实现6MPa‑40MPa压力控制;电磁溢流阀的后端与低压回收罐连接,低压回收罐容积在400L‑600L,低压回收罐用来回收压力3MPa‑

6MPa的CO2;低压回收罐上侧安装有第八温压传感器和第二安全阀,低压回收罐的下侧与流体回收管的后端连通,流体回收管上安装有回收截止阀。

5.根据权利要求4所述的CO2螺旋盘管换热性能检测装置,其特征在于:所述地热水模拟系统主要包括:气液混合器、气体加热循环装置、液体加热循环装置和气液分离器,气液分离器的输入端与盘管对流传热测试装置的腔体连通,气液分离器的输入端与盘管对流传热测试装置之间设置有第六温压传感器,气液分离器用来实现气液两相的分离;气液分离器的气体输出端与气体加热循环装置输入端连通,气体加热循环装置用来产生加热后可循环流动的空气,气液分离器的液体输出端与液体加热循环装置的输入端连通,液体加热循环装置用来产生加热后可循环流动的水;气体加热循环装置的输出端连接有第一质量流量计,第一质量流量计的前侧连接有气体截止阀,气体截止阀的输出端与气液混合器的输入端连通;液体加热循环装置的输出端连接有第二质量流量计,第二质量流量计的前侧连接有液体截止阀,液体截止阀的输出端与气液混合器的输入端连通;气液混合器将加热后的空气和水调制成气液两相流体,气液混合器的输出端与盘管对流传热测试装置的腔体连通;气液混合器将气液两相流体输入到盘管对流传热测试装置的腔体中;盘管对流传热测试装置用来实现调制好温度和压力的CO2流体与气液两相流体的换热过程,换热螺旋盘管内是CO2流体,换热螺旋盘管外是气液两相流体。

6.根据权利要求5所述的CO2螺旋盘管换热性能检测装置,其特征在于:所述温压传感器采用温度压力一体传感器,温度压力一体传感器用来监测管道中流体的温度和压力;安全阀用来防止操作失误下的过高压力;减压阀用来控制盘管对流传热测试装置入口的CO2流体压力,实现压力6MPa‑50MPa的压力控制;质量流量计用来监测管道流体的质量流速。

7.根据权利要求6所述的CO2螺旋盘管换热性能检测装置,其特征在于:所述截止阀、气液增压泵、温度压力一体传感器、流体蓄能稳压系统、安全阀、减压阀、高温水浴换热器、低温水浴换热器、质量流量计、地热水模拟系统、盘管对流传热测试装置、电磁溢流阀的开闭可采用手动控制,或者与控制器电信息连接自动化控制。

8.一种应用权利要求7所述的CO2螺旋盘管换热性能检测装置模拟CO2螺旋盘管对流换热及换热性能数据检测的方法,其特征在于:具体步骤为:

(1)打开第一泵前截止阀和高压截止阀,通过第一气液增压泵将CO2气瓶中液态CO2注入到高压腔中;

(2)关闭第一泵前截止阀和高压截止阀,打开通气截止阀和低压截止阀,将低压腔与CO2气瓶中3MPa的气态CO2连通,通过活塞对高压腔实现30MPa‑50MPa的增压和稳压输出;

(3)打开气体截止阀和液体截止阀,开启气体加热循环装置、液体加热循环装置和气液分离器,实现恒定温度的气液两相流体在盘管对流传热测试装置中的循环;

(4)设置减压阀的出口压力、电磁溢流阀的入口压力,实现盘管对流传热测试装置中盘管内恒定压差的CO2流动;

(5)打开输液截止阀与高温截止阀或输液截止阀与低温截止阀,通过高温水浴换热器或低温水浴换热器进一步实现恒定温度和压力的CO2流体输出;

(6)通过温度压力一体传感器和质量流量计监测记录盘管对流传热测试装置中换热螺旋盘管入口和出口处的CO2温度、流速与换热螺旋盘管外气液两相流体温度、流速的变化,通过测量参数反算得流体的传热系数和阻力系数;

(7)实验结束后,关闭输液截止阀与高温截止阀或输液截止阀与低温截止阀,关闭气体加热循环装置、液体加热循环装置、气体截止阀和液体截止阀,打开回收截止阀,启动第二气液增压泵,将低压回收罐里的气态CO2通过低温水浴换热器降温液化增压后注入回高压腔中,然后关闭回收截止阀和第二气液增压泵,准备下一组实验。