CN106441969B - 水焓值法制冷量源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了水焓值法制冷量源装置，该装置包括室内机、室外机、控制采集系统以及室内机与室外机间的连接管。其中室内机依次包括离心式风机、翅片管式换热器、四通接头等，其负责输出稳定的制冷量。控制采集系统依次包括电控柜、水箱温度计、流量计、进水温度计、出水温度计、进水压力传感器、出水压力传感器、数字功率计、数码显示表等，负责控制系统运行、测量数据等。本发明完善了制冷量量值传递体系，其输出的制冷量可溯源至温度、压力、流量和功率，且输出制冷量量值具有精度高、重复性好的特点，可具体应用于房间空气调节器制冷量测量装置的校准、比对或测量能力审核。

Description

水焓值法制冷量源装置

技术领域

本发明公开了水焓值法制冷量源装置，该装置涉及计量仪器仪表技术、分析及测量控制技术、制冷设备技术等领域，具体应用于房间空气调节器制冷量测量装置的校准、比对或测量能力审核。

背景技术

制冷量的准确测量是探究空调产品运行状态和提高其能源效率的技术基础，因此制冷量量值准确、统一就显得非常重要。水焓值法制冷量源装置可以作为标准源应用于制冷量的量值传递过程，解决制冷量量值溯源问题，完善我国的制冷量量值传递体系，对于揭示空调实际运行状态、提高空调能源效率、促进节能减排有基础性的研究意义和重要的工程应用价值。

由于老化、损坏等不可控因素，空调器制造行业使用的制冷量测量装置会产生测量误差，需要针对制冷量进行周期性校准。目前，制冷量测量装置的校准分为两部分：直接测试量在线校准；使用空调器进行制冷量比对。直接测试量在线校准是将制冷量测量装置视为统一的测量装置，针对其中的传感器进行在线校准。被校准传感器包括温度计、热电偶、数字压力计和功率计等。制冷量比对是使用稳定的空调器在不同试验室间进行测量一致性考核，所使用的空调器有分体式和窗式两种。分体式空调器是指室内机与室外机分别安装在室内和室外,中间通过管路和电缆连接。使用分体式空调进行制冷量比对时，可能由于安装、运输等因素引起制冷剂泄漏，造成空调本身输出制冷量偏差。窗式空调器指所有部件安装在一体式外壳中，能够尽量避免制冷剂泄漏问题。

无论那种形式的空调器都存在两方面问题：不能给出比对测试环境引起的输出偏差；不能准确量化输出制冷量。根据相关研究，空调器输出制冷量即室内侧蒸发器换热量，不仅与室内侧运行环境的温度和湿度有关，还与室外侧运行环境的温度和湿度有关。不同实验室比对过程中，由于温度、湿度等传感器的测量误差，不能确保空调器运行在相同换热状态，致使无法给出由于测试环境引起的制冷量输出偏差。另外，空调器制冷时气液混合状态的制冷剂进入蒸发器吸热汽化，这个过程中由于气液混合比例不可知，且监控蒸发器进口和出口的温度不能计算出实际换热量，所以一般空调器不能准确量化输出制冷量。

在校准、比对或测量审核中，一般要求给出标准源的不确定度。由于普通空调器输出的制冷量不具备严格溯源性，不能给出具体的数学模型，导致无法评估其不确定度。

发明内容

本发明的目的是，针对上述现有技术中存在的问题，提供一种水焓值法制冷量源装置，该装置输出制冷量具备溯源性，能稳定输出制冷量，能准确给出制冷量量值，并能进行不确定度评定。

为实现上述发明目的，采用如下技术方案：

水焓值法制冷量源装置，其特征在于：该装置包括室内机13、室外机2、控制采集系统以及室内机13与室外机2间的连接管；

所述的室内机13包括离心式风机12、翅片管式换热器15、四通接头16；该装置的壳体采用上出风下进风的结构，该装置的上出风口30与离心式风机12紧密连接；翅片管式换热器15斜置于离心式风机12下方，并与装置的壳体壁面形成密封；室内机2的下部设有接水盘31；两个四通接头16分别设置在翅片管式换热器15的进出口处；

所述的室外机2包括压缩机29、针阀3、控温水箱4、蒸发器盘管5、电加热器6、搅拌水泵8、球阀9、水泵22、热力膨胀阀25、干燥过滤器26、储液器27、冷凝器28、铜管23、排水阀24；压缩机29的排气口与排气管路相连接，压缩机29的吸气口与吸气管路相连接；冷凝器28的进口与压缩机29排气管路相连接；热力膨胀阀25的进口通过储液器27、干燥过滤器26与冷凝器28的排口相连接；蒸发器盘管5的进口与热力膨胀阀25相连接、蒸发器盘管5的出口与针阀3相连接；

控制采集系统包括电控柜1、水箱温度计7、流量计10、进水温度计17、出水温度计20、进水压力传感器19、出水压力传感器21、数字功率计14、数码显示表11、电气盒33；电控柜1接线端子与电气盒33接线端相连接；水箱温度计7插入室外机水箱温度计的插口35内；流量计10安装在回水管路；进水温度计17、出水温度计20、进水压力传感器19、出水压力传感器21分别接在两个四通接头16的两端；数字功率计14与室内机离心式风机12相连接；数码显示表11与流量计10相连接。

所述的制冷量源翅片管式换热器15，管排数为四排，材质为紫铜管，翅片材质为铝；所述的室内机13与室外机2间的连接管为不锈钢波纹软管18。

控温水箱4位于室外机的上层，外裹有保温棉34；控温水箱4包含两个循环系统，分别为制冷剂循环和载冷剂循环。

压缩机29、针阀3、蒸发器盘管5、热力膨胀阀25、干燥过滤器26、储液器27、冷凝器28、铜管23相连接组成制冷剂的循环。

载冷剂循环依次包括控温水箱4、蒸发器盘管5、电加热器6、搅拌水泵8、球阀9，不锈钢波纹软管18的两端分别与室内机四通接头16和供水接口38、回水接口39相连接。

蒸发器盘管5相对均匀的盘卧在控温水箱4中部，电加热器6置于蒸发器盘管5中。

在装置的壳体外上部安装有电气盒33，电气盒33上分别设有压缩机接线端、水泵接线端、电加热器接线端。

在装置的壳体顶部有一个固定端盖36和一个可拆卸的端盖37；供水接口38和回水接口39位于固定端盖36中央；设有一个用于水箱温度计的插口35。

控制采集系统电控柜1包括变频器A40、变频器B41、变频器C42；变频器A40与压缩机29接线端相连接；变频器B41与室内机离心式风机12接线端相连接；变频器C42通过调压器与电加热器6接线端相连。

电控柜1还包括一个数据采集控制器43，数据采集控制器43能够采集电压、电流信号，还输出电流控制信号，并具有PID调节功能；具体采集数据为：进水与出水温度、进水与出水压力、水流量以及水箱温度；具体控制方式为，数据采集控制器43利用PID功能调节水箱水温、水流量以及室内机风速。

所述的制冷量源室外机制冷剂循环所采用的工质，其特征是，可以是R22、R134a或者是混合制冷剂等。

所述的制冷量源室外机载冷剂循环所采用的工质，其特征是，水。

所述的制冷量源室外机，其特征是，控温水箱位于室外机的上层，外裹有保温棉；蒸发器盘管相对均匀的盘卧在控温水箱中部，电加热器置于蒸发器盘管旁；在机壳外上部安装有电气盒，设有压缩机接线端、水泵接线端、电加热器接线端；在机壳顶部有一个固定端盖和一个可拆卸的端盖；其中供水接口和回水接口位于固定端盖中央；设有一个用于水箱温度计的插口。

所述的制冷量源室外机压缩机，其特征是，变频、涡旋式。

所述的制冷量源控制采集系统主要包括电控柜、水箱温度计、流量计、进水温度计、出水温度计、进水压力传感器、出水压力传感器、数字功率计、数码显示表等。其特征是，水箱温度计插入室外机水箱温度计的插口内；流量计安装在回水管路；进水温度计、出水温度计、进水压力传感器、出水压力传感器分别接在两个四通的两端；数字功率计与室内机离心式风机相连接；数码显示表与流量计相连接。

所述的制冷量源控制采集系统电控柜主要包括变频器A、变频器B、变频器C、数据采集器以及调压器等。

所述的制冷量源控制采集系统变频器，其特征是，变频器A与压缩机接线端相连接；变频器B与室内机离心式风机接线端相连接；变频器C与水泵接线端相连接。

所述的制冷量源控制采集系统数据采集控制器，其特征是，数据采集控制器可采集铂电阻、电压、电流等信号，还可输出4～20mA电流控制信号，并具有PID调节功能。

所述的制冷量源控制采集系统调压器，其特征是，调压器接线端与电加热器相连接。

所述的制冷量源装置连接管，其特征是，室内机与室外机间的连接管为不锈钢波纹软管。

所述的制冷量源装置，其特征是，所输出的制冷量可溯源至温度、压力、流量和功率。

本发明专利中的水焓值法制冷量源装置系统具有以下优点及突出性效果：

1.输出制冷量量值可溯源。本发明所述的制冷量源装置，其中制冷量的计算方法存在理论模型，输出制冷量可溯源至温度、压力、流量和功率单位，可作为校准制冷量测量装置的标准源使用。

2.精度高。本发明所述的制冷量源装置采用了高精度的温度传感器、压力传感器、流量计、数字功率计、数码显示表及其他零部件等，充分保证了测量的准确性。经计算制冷量源装置所输出的制冷量范围为1660W～5810W时，相对扩展不确定度为1.5％～0.6％k＝2。与平衡环境型量热计国家空调器制冷量测量标准装置，[2014]国量标计证字第277号中测量结果最大相对偏差不超过±0.7％。

3.高稳定性。本发明所述的制冷量源装置采用水作为载冷剂，换热过程无相变发生，并配有高精度温度和流量测控系统，保证了输出制冷量的高稳定性。

附图说明

图1是本发明制冷量源装置的结构示意图。

图2是本发明制冷量源装置室内机的侧视图。

图3是本发明制冷量源装置室内机翅片管式换热器的正视图。

图4是本发明制冷量源装置室外机的正视图。

图5是本发明制冷量源装置室外机的侧视图。

图6是本发明制冷量源装置室外机的俯视图。

图7是本发明制冷量源装置控制采集系统电控柜的侧视图。

图8是本发明制冷量源装置在焓差室中的布置示意图。

图中标号说明：

1—电控柜，2—室外机，3—针阀，4—控温水箱，5—蒸发器盘管，6—电加热器，7—水箱温度计，8—搅拌水泵，9—球阀，10—流量计，11—数码显示表，12—离心式风机，13—室内机，14—数字功率计，15—翅片管式换热器，16—四通接头，17—进水温度计，18—不锈钢波纹软管，19—进水压力传感器，20—出水温度计，21—出水压力传感器，22—水泵，23—铜管，24—排水阀，25—热力膨胀阀，26—干燥过滤器，27—储液器，28—冷凝器，29—压缩机，30—室内机出风口，31—接水盘，32—风机支架，33—电气盒，34—保温棉，35—水箱温度计插口，36—固定端盖，37—可拆卸端盖，38—供水管接头，39—回水管接头，40—变频器A，41—变频器B，42—变频器C，43—数据采集控制器，44—调压器，45—导风管，46—风洞，47—喷嘴，48—引风机，49—空气取样装置

具体实施方式

下面结合附图对本发明的详细实施方式做进一步说明：

参照图1，水焓值法制冷量源装置分为三个部分，依次是室内机13、室外机2以及控制采集系统，室内机13与室外机2通过不锈钢波纹软管18连接。

参照图1及图2，所述的制冷量源室内机13主要包括离心式风机12、翅片管式换热器15以及四通接头16等。其特征是，壳体采用上出风下回风的结构，上出风口30与离心式风机12紧密连接；翅片管式换热器15斜置于离心式风机12下方，并与壳体壁面形成密封；室内机壳下部设有接水盘31。

参照图3，所述的制冷量源翅片管式换热器15，管排数为4排，材质为紫铜管，铜管直径9.52mm，翅片材质为铝，片间距2mm。

参照图1，所述的制冷量源室外机2依次包括压缩机29、针阀3、控温水箱4、蒸发器盘管5、电加热器6、搅拌水泵8、球阀9、水泵22、热力膨胀阀25、干燥过滤器26、储液器27、冷凝器28、铜管23、排水阀24等。其特征是，室外机包含两个循环，分别为制冷剂循环和载冷剂循环。其中制冷剂循环依次包括压缩机29、针阀3、蒸发器盘管5、热力膨胀阀25、干燥过滤器26、储液器27、冷凝器28、铜管23等。其特征是，压缩机29排气口与排气管路相连接、吸气口与吸气管路相连接；冷凝器28的进口与压缩机29排气管路相连接；热力膨胀阀25的进口通过储液器27、干燥过滤器26与冷凝器28的排口相连接；蒸发器盘管5的进口与热力膨胀阀25相连接、蒸发器盘管5的出口与针阀3相连接。纯气态制冷剂经过压缩机29压缩后变为高温高压的气态，进入冷凝器28与室外侧空气换热凝结为高温高压液态，接着经过热力膨胀阀25降压节流，变为低温低压的气液混合状态，接着进入控温水箱4中的蒸发器盘管5，吸收水中的热量，完成循环。载冷剂循环主要包括控温水箱4、蒸发器盘管5、电加热器6、搅拌水泵8、球阀9等。其特征是，不锈钢波纹软管18的两端分别与室内机四通接头16和供水接口38、回水接口39相连接；冷水通过水泵22流入翅片管式换热器15，并与空气换热，完成循环。

所述的制冷量源室外机2制冷剂循环所采用的工质，其特征是，可以是R22、R134a或者是混合制冷剂等。

所述的制冷量源室外机2载冷剂循环所采用的工质，其特征是，水。

参照图4，所述的制冷量源室外机2，其特征是，控温水箱4位于室外机2的上层，外裹有保温棉34。

参照图6，所述的制冷量源室外机2，其特征是，蒸发器盘管5相对均匀的盘卧在控温水箱4中部，电加热器6置于蒸发器盘管5旁；在机壳顶部有一个固定端盖36和一个可拆卸的端盖37；供水接口38和回水接口39位于固定端盖36中央；设有一个用于水箱温度计的插口35。

参照图5，所述的制冷量源室外机2，其特征是，在机壳外上部安装有电气盒33，设有压缩机接线端、水泵接线端、电加热器接线端。

参照图1，所述的制冷量源控制采集系统主要包括电控柜1、水箱温度计7、流量计10、进水温度计17、出水温度计20、进水压力传感器19、出水压力传感器21、数字功率计14、数码显示表11等。其特征是，水箱温度计7插入室外机水箱的插口35内；流量计10安装在回水管路；进水温度计17、出水温度计20、进水压力传感器19、出水压力传感器21分别接在两个四通接头16的两端；数字功率计14与室内机离心式风机12相连接；数码显示表11与流量计10相连接。

参照图7，所述的制冷量源控制采集系统电控柜1主要包括变频器A40、变频器B41、变频器C42等。其特征是，变频器A40与压缩机29接线端相连接，变频器B41与室内机离心式风机12接线端相连接，变频器C42与水泵22接线端相连接。

参照图7，所述的制冷量源控制采集系统调压器44，其特征是，调压器44接线端与电加热器6相连接。

参照图7，所述的制冷量源控制采集系统数据采集控制器43，其特征是，可采集铂电阻、电压、电流等信号，还可输出电流控制信号，并具有PID调节功能。具体采集数据为，进水与出水温度、进水与出水压力、水流量以及水箱温度；具体控制方式为，数据采集控制器43利用PID功能调节水箱水温、水流量以及室内机风速。

所述的制冷量源控制采集系统数字功率计14，其特征是，数字功率计14与室内机离心式风机12相连接，用以测量风机功率。

所述的制冷量源控制采集系统数码显示表11，其特征是，数码显示表11与流量计10相连接，用以测量回水流量。

现以某焓差实验室的实际校准为例，说明水焓值法制冷量源装置的应用。参照图8，实际校准过程中，制冷量源装置的室内机13置于焓差实验室的室内侧，制冷量源装置的室外机2和电控柜1处于焓差实验室的室外侧，室内机与室外机通过不锈钢波纹软管18连接。其中，室内机出口通过导风管45与焓差室风洞46相连接，风洞46与喷嘴47、引风机48等共同完成风量测量。在制冷量源装置的进风口和出风口均布置了空气取样装置49，用以测量制冷量源装置的进风干、湿球温度，出风干、湿球温度。流量计10置于焓差室的室内侧且安装在回水管路。

实际测量时，焓差室运行T1工况，室内侧干球温度27℃，湿球温度19℃；室外侧干球温度35℃，湿球温度24℃。控温水箱中的温度变化只需由制冷量源的控制采集系统调节即可。待焓差实验室工况与制冷量源装置温度均达到稳定后，结果取稳定情况下35分钟平均值。

应当理解的是，对于本领域的技术人员来说，可以根据上述说明加以更换和改进，凡在本发明的原则之内，所有这些更换和改进都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.水焓值法制冷量源装置，其特征在于：该装置包括室内机(13)、室外机(2)、控制采集系统以及室内机(13)与室外机(2)间的连接管；

所述的室内机(13)包括离心式风机(12)、翅片管式换热器(15)、四通接头(16)；该装置的壳体采用上出风下进风的结构，该装置的上出风口(30)与离心式风机(12)紧密连接；翅片管式换热器(15)斜置于离心式风机(12)下方，并与装置的壳体壁面形成密封；室内机(2)的下部设有接水盘(31)；两个四通接头(16)分别设置在翅片管式换热器(15)的进出口处；

所述的室外机(2)包括压缩机(29)、针阀(3)、控温水箱(4)、蒸发器盘管(5)、电加热器(6)、搅拌水泵(8)、球阀(9)、水泵(22)、热力膨胀阀(25)、干燥过滤器(26)、储液器(27)、冷凝器(28)、铜管(23)、排水阀(24)；压缩机(29)的排气口与排气管路相连接，压缩机(29)的吸气口与吸气管路相连接；冷凝器(28)的进口与压缩机(29)排气管路相连接；热力膨胀阀(25)的进口通过储液器(27)、干燥过滤器(26)与冷凝器(28)的排口相连接；蒸发器盘管(5)的进口与热力膨胀阀(25)相连接、蒸发器盘管(5)的出口与针阀(3)相连接；

控制采集系统包括电控柜(1)、水箱温度计(7)、流量计(10)、进水温度计(17)、出水温度计(20)、进水压力传感器(19)、出水压力传感器(21)、数字功率计(14)、数码显示表(11)、电气盒(33)；电控柜(1)接线端子与电气盒(33)接线端相连接；水箱温度计(7)插入室外机水箱温度计的插口(35)内；流量计(10)安装在回水管路；进水温度计(17)、出水温度计(20)、进水压力传感器(19)、出水压力传感器(21)分别接在两个四通接头(16)的两端；数字功率计(14)与室内机离心式风机(12)相连接；数码显示表(11)与流量计(10)相连接。

2.根据权利要求1所述的水焓值法制冷量源装置，其特征在于：所述的制冷量源翅片管式换热器(15)，管排数为四排，材质为紫铜管，翅片材质为铝；所述的室内机(13)与室外机(2)间的连接管为不锈钢波纹软管(18)。

3.根据权利要求1所述的水焓值法制冷量源装置，其特征在于：控温水箱(4)位于室外机的上层，外裹有保温棉(34)；控温水箱(4)包含两个循环系统，分别为制冷剂循环和载冷剂循环。

4.根据权利要求3所述的水焓值法制冷量源装置，其特征在于：压缩机(29)、针阀(3)、蒸发器盘管(5)、热力膨胀阀(25)、干燥过滤器(26)、储液器(27)、冷凝器(28)、铜管(23)相连接组成制冷剂的循环。

5.根据权利要求3所述的水焓值法制冷量源装置，其特征在于：载冷剂循环依次包括控温水箱(4)、蒸发器盘管(5)、电加热器(6)、搅拌水泵(8)、球阀(9)，不锈钢波纹软管(18)的两端分别与室内机四通接头(16)和供水接口(38)、回水接口(39)相连接。

6.根据权利要求1所述的水焓值法制冷量源装置，其特征在于：蒸发器盘管(5)相对均匀的盘卧在控温水箱(4)中部，电加热器(6)置于蒸发器盘管(5)中。

7.根据权利要求1所述的水焓值法制冷量源装置，其特征在于：在装置的壳体外上部安装有电气盒(33)，电气盒(33)上分别设有压缩机接线端、水泵接线端、电加热器接线端。

8.根据权利要求1所述的水焓值法制冷量源装置，其特征在于：在装置的壳体顶部有一个固定端盖(36)和一个可拆卸的端盖(37)；供水接口(38)和回水接口(39)位于固定端盖(36)中央；设有一个用于水箱温度计的插口(35)。

9.根据权利要求1所述的水焓值法制冷量源装置，其特征在于：控制采集系统电控柜(1)包括变频器A(40)、变频器B(41)、变频器C(42)；变频器A(40)与压缩机(29)接线端相连接；变频器B(41)与室内机离心式风机(12)接线端相连接；变频器C(42)通过调压器与电加热器(6)接线端相连。

10.根据权利要求9所述的水焓值法制冷量源装置，其特征在于：电控柜(1)还包括一个数据采集控制器(43)，数据采集控制器(43)能够采集电压、电流信号，还输出电流控制信号，并具有PID调节功能；具体采集数据为：进水与出水温度、进水与出水压力、水流量以及水箱温度；具体控制方式为，数据采集控制器(43)利用PID功能调节水箱水温、水流量以及室内机风速。