CN106524548A - 一种制冷剂质量流量测量方法、装置和测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种制冷剂质量流量测量方法、装置和测量仪，用于制冷系统中，包括：获取蒸发压力和冷凝压力；获取压缩机的吸气温度和排气温度，获取压缩机壳体表面温度、压缩机周围的环境温度和压缩机的消耗功率；获取中间压力容器喷射温度，获取制冷剂混合物的含油率；根据获取到的各项参数计算得到相应的第一、二、三、四、五焓值、焓值差、压缩机与外界环境的换热量；根据第一、二、三、四、五焓值、焓值差、换热量、压缩机的消耗功率以及制冷剂混合物的含油率计算得到制冷系统中制冷剂质量流量。该方案实现了对制冷剂质量流量的非侵入式、高精度测量，避免了测量过程给制冷系统带来的不良影响，提高了用户体验。

Description

一种制冷剂质量流量测量方法、装置和测量仪

技术领域

本发明涉及制冷系统分析领域，具体涉及一种制冷剂质量流量测量方法、装置和测量仪。

背景技术

制冷系统是一种将具有较低温度的被冷却物体的热量转移给环境介质从而获得冷量的机器，制冷系统内参与热力过程变化(能量转换和热量转移)的工质称为制冷剂。制冷系统一般由压缩机、冷凝器、蒸发器以及节流阀组成，一些制冷系统还会包括中间压力容器(比如闪发器或者中间冷却器)。随着人类社会的发展，在很多场合下，需要压缩机工作在大压缩比的工况下，而传统的单级压缩技术在压缩比较大时会出现排气温度过高，容积效率偏低等问题，而准双级或双级压缩技术在制冷系统中得应用可以解决上述大部分问题，因此带中间压力容器的准双级或双级压缩机组在制冷系统中得到了广泛应用。

但由于气候条件、安装位置、使用情况和负荷条件等实际应用环境的影响，上述带中间压力容器的制冷系统的现场运行性能与厂家在焓差实验室中的测试数据存在较大差异。为了保证制冷系统的实际运行性能，实时获取带中间压力容器的制冷系统在实际运行中的状态参数就显得尤为重要。制冷剂质量流量是判断制冷系统是否正常运行的重要参数，目前对于制冷剂质量流量的测量方式是通过科里奥利质量流量计来获取，但这种方法并不适用于机组性能的现场测量，其主要原因在于：科里奥利质量流量计需要焊接在冷凝器出口的液相管道上，会给正在运行的制冷系统机组造成破坏，用户接受度较差。

因此，如何克服现有技术中制冷剂质量流量测量方法会破坏制冷系统机组的缺陷，成为一个亟待解决的技术问题。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于现有技术中的制冷剂质量流量测量方法会破坏制冷系统机组。

有鉴于此，本发明实施例的第一方面提供了一种制冷剂质量流量测量方法，用于制冷系统中，所述制冷系统包括：蒸发器、压缩机、冷凝器、中间压力容器和节流阀，所述蒸发器的出口连接所述压缩机的入口，所述压缩机的出口连接所述冷凝器的入口，所述方法包括：获取所述制冷系统的蒸发压力和冷凝压力；获取所述压缩机的吸气温度和排气温度，获取压缩机壳体表面温度、压缩机周围的环境温度和所述压缩机的消耗功率；获取从所述中间压力容器中喷射出制冷剂的喷射温度；获取所述冷凝器出口处制冷剂的第一过冷温度；获取制冷剂混合物的含油率；根据所述蒸发压力和所述吸气温度计算得到所述压缩机吸气口制冷剂的第一焓值，根据所述冷凝压力和所述排气温度计算得到所述压缩机排气口制冷剂的第二焓值；根据所述喷射温度计算得到所述中间压力容器中气态饱和制冷剂的第三焓值和液态制冷剂的第四焓值；根据所述第一过冷温度和所述冷凝压力计算得到所述冷凝器出口处制冷剂的第五焓值；根据所述吸气温度、所述排气温度计算得到所述所述压缩机的排气口与吸气口处的润滑油的焓值差，根据所述壳体表面温度和所述环境温度计算得到所述压缩机与外界环境的换热量；根据所述第一、二、三、四、五焓值、所述焓值差、所述换热量、所述压缩机的消耗功率以及所述制冷剂混合物的含油率计算得到所述制冷系统中制冷剂质量流量。

优选地，所述根据所述第一、二、三、四、五焓值、所述焓值差、所述换热量、所述压缩机的消耗功率以及所述制冷剂混合物的含油率计算得到所述制冷系统中制冷剂质量流量包括：

采用如下公式计算得到流经所述蒸发器的第一制冷剂混合物的质量流量：

采用如下公式计算得到流经所述冷凝器的第二制冷剂混合物的质量流量：

采用如下公式计算得到流经所述蒸发器的第一制冷剂质量流量：

m_r,low＝m_mix,low·(1-λ)

采用如下公式计算得到流经所述冷凝器的第二制冷剂质量流量：

m_r,high＝m_mix,high·(1-λ)

其中，m_mix,low是所述第一制冷剂混合物的质量流量，m_mix,high是所述第二制冷剂混合物的质量流量，m_r,low是所述第一制冷剂质量流量，m_r,high是所述第二制冷剂质量流量，E_com是所述压缩机的消耗功率；是所述换热量；h₁是所述第一焓值，h₂是所述第二焓值，h₃是所述第三焓值，h₄是所述第四焓值，h₅是所述第五焓值，h_2,oil-h_1,oil是所述焓值差，λ是所述制冷剂混合物的含油率。

优选地，所述获取所述制冷系统中的所述制冷剂混合物的含油率包括：采集流经所述冷凝器的制冷剂混合物的第一折射率和流经所述蒸发器的制冷剂混合物的第二折射率；根据所述第一、二折射率计算得到所述制冷剂混合物的含油率。

优选地，所述获取所述制冷系统的蒸发压力和冷凝压力包括：采集所述蒸发器和所述冷凝器的两相区中制冷剂的第一、二饱和温度；根据所述第一饱和温度计算出所述蒸发压力，根据所述第二饱和温度计算出所述冷凝压力。

优选地，所述获取所述制冷系统的蒸发压力和冷凝压力包括：采集所述压缩机的吸气压力获得所述蒸发压力；采集所述压缩机的排气压力获得所述冷凝压力。

优选地，在所述中间压力容器为中间冷却器时还包括：获取所述中间冷却器出口处的第二过冷温度；根据所述第二过冷温度计算得到所述第四焓值。

本发明实施例的第二方面提供了一种制冷剂质量流量测量装置，用于制冷系统中，所述制冷系统包括：蒸发器、压缩机、冷凝器、中间压力容器和节流阀，所述蒸发器的出口连接所述压缩机的入口，所述压缩机的出口连接所述冷凝器的入口，所述装置包括：第一获取模块，用于获取所述制冷系统的蒸发压力和冷凝压力；获取所述压缩机的吸气温度和排气温度，获取压缩机壳体表面温度、压缩机周围的环境温度和所述压缩机的消耗功率；获取从所述中间压力容器中喷射出制冷剂的喷射温度；获取所述冷凝器出口处制冷剂的第一过冷温度；获取制冷剂混合物的含油率和所述压缩机的消耗功率；第一计算模块，用于根据所述蒸发压力和所述吸气温度计算得到所述压缩机吸气口制冷剂的第一焓值，根据所述冷凝压力和所述排气温度计算得到所述压缩机排气口制冷的的第二焓值；根据所述喷射温度计算得到所述中间压力容器中气态饱和制冷剂的第三焓值和液态制冷剂的第四焓值；根据所述第一过冷温度和所述冷凝压力计算得到所述冷凝器出口处制冷剂的第五焓值；根据所述吸气温度、所述排气温度计算得到所述所述压缩机的排气口与吸气口处的润滑油的焓值差，根据所述壳体表面温度和所述环境温度计算得到所述压缩机与外界环境的换热量；第二计算模块，用于根据所述第一、二、三、四、五焓值、所述焓值差、所述换热量、所述压缩机的消耗功率以及所述制冷剂混合物的含油率计算得到所述制冷系统中制冷剂质量流量。

优选地，第一计算单元，用于采用如下公式计算得到流经所述蒸发器的第一制冷剂混合物的质量流量：

第二计算单元，用于采用如下公式计算得到流经所述冷凝器的第二制冷剂混合物的质量流量：

第三计算单元，用于采用如下公式计算得到流经所述蒸发器的第一制冷剂质量流量：

m_r,low＝m_mix,low·(1-λ)

第四计算单元，用于采用如下公式计算得到流经所述冷凝器的第二制冷剂质量流量：

m_r,high＝m_mix,high·(1-λ)

其中，m_mix,low是所述第一制冷剂混合物的质量流量，m_mix,high是所述第二制冷剂混合物的质量流量，m_r,low是所述第一制冷剂质量流量，m_r,high是所述第二制冷剂质量流量，E_com是所述压缩机的消耗功率；是所述换热量；h₁是所述第一焓值，h₂是所述第二焓值，h₃是所述第三焓值，h₄是所述第四焓值，h₅是所述第五焓值，h_2,oil-h_1,oil是所述焓值差，λ是所述制冷剂混合物的含油率。

优选地，所述第一获取模块包括：采集单元，用于采集流经所述冷凝器的制冷剂混合物的第一折射率和流经所述蒸发器的制冷剂混合物的第二折射率；第三计算单元，用于根据所述第一、二折射率计算得到所述制冷剂混合物的含油率。

优选地，所述第一获取模块包括：第二采集单元，用于采集所述蒸发器和所述冷凝器的两相区中制冷剂的第一、二饱和温度；第四计算单元，用于根据所述第一饱和温度计算出所述蒸发压力，根据所述第二饱和温度计算出所述冷凝压力。

优选地，所述第一获取模块包括：第三采集单元，用于采集所述压缩机的吸气压力获得所述蒸发压力；第四采集单元，用于采集所述压缩机的排气压力获得所述冷凝压力。

优选地，在所述中间压力容器为中间冷却器时还包括：第二获取模块，用于获取所述中间冷却器出口处的第二过冷温度；第三计算模块，用于根据所述第二过冷温度计算得到所述第四焓值。

本发明实施例的第三方面提供了一种制冷剂质量流量测量仪，用于制冷系统，所述制冷系统包括：蒸发器、压缩机、冷凝器、中间压力容器和节流阀，所述蒸发器的出口连接所述压缩机的入口，所述压缩机的出口连接所述冷凝器的入口，所述测量仪包括：压力采集器，包括：设置在所述压缩机吸气口的第一压力传感器和设置在所述压缩机排气口的第二压力传感器，分别用于采集所述压缩机的吸气压力和排气压力；温度采集器，包括：第一温度传感器，设置在所述蒸发器出口，用于采集所述压缩机的吸气温度；第二温度传感器，设置在所述冷凝器入口，用于采集所述压缩机的排气温度；第三温度传感器，设置在所述中间压力容器喷射口处，用于采集从所述中间压力容器中喷射出制冷剂的喷射温度；第四温度传感器，设置在所述压缩机壳体表面，用于采集所述压缩机的壳体表面温度；第五温度传感器，用于采集所述压缩机周围的环境温度；第六温度传感器，设置在所述蒸发器的两相区，用于采集所述蒸发器的两相区中制冷剂的第一饱和温度；第七温度传感器，设置在所述冷凝器的两相区，用于采集所述冷凝器的两相区中制冷剂的第二饱和温度；第八温度传感器，设置在所述冷凝器出口处，用于采集所述冷凝器出口处制冷剂的第一过冷温度；电能采集器，包括压缩机功率传感器，用于采集所述压缩机的消耗功率；处理器，与所述压力采集器、所述温度采集器以及所述电能采集器分别连接，用于获取所述压力采集器、所述温度采集器以及所述电能采集器的采集数据和所述制冷系统中制冷剂混合物的含油率，并利用本发明实施例的第一方面所述的制冷剂质量流量测量方法计算出所述制冷系统中制冷剂质量流量。

优选地，还包括：第一光学传感器，所述第一光学传感器设置在所述冷凝器的出口处，用于采集流经所述冷凝器的制冷剂混合物的第一折射率。

优选地，还包括：第二光学传感器，所述第二光学传感器设置在所述中间压力容器的出口处，用于采集流经所述蒸发器的制冷剂混合物的第二折射率；所述处理器还用于根据所述第一折射率和所述第二折射率计算得到所述制冷剂混合物的含油率。

优选地，还包括：压力采集器，所述压力采集器包括设置在所述压缩机吸气口的第一压力传感器和设置在所述压缩机排气口的第二压力传感器，用于采集所述压缩机的吸气压力得到所述蒸发压力，采集所述压缩机的排气压力得到所述冷凝压力。

优选地，在所述中间压力容器为中间冷却器时，所述温度采集器还包括：第九温度传感器，设置在所述中间冷却器的出口处，用于采集所述中间冷却器出口处的第二过冷温度。

本发明的技术方案具有以下优点：

1、本发明提供的制冷剂质量流量测量方法、装置和测量仪，通过将压力采集器、温度采集器、电能采集器中的不同传感器设置在制冷系统中的相应位置，实时采集制冷系统的各个相关状态参数，并将状态参数传输至处理器，处理器根据各个状态参数计算得到该制冷系统中制冷剂的质量流量，如此，实现了对制冷系统中制冷剂质量流量的非侵入式、高精度测量，与现有技术相比，该方案操作简单，无需破坏制冷系统中的原件即可实现数据采集，避免了测量过程给制冷系统的正常运行带来的不良影响，提高了用户体验。

2、本发明提供的制冷剂质量流量测量方法、装置和测量仪，所获取到的制冷系统的状态数据及其中间计算参量不仅可以用于计算制冷剂质量流量，还可以为测量制冷系统的其他性能参数提供精确的数据参考。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的制冷剂质量流量测量方法的一个流程图；

图2为本发明实施例2的制冷剂质量流量测量装置的一个框图；

图3为本发明实施例3的制冷剂质量流量测量仪的一个框图；

图4为本发明实施例3的带有闪发器的单机双级压缩机组制冷系统的一个原理图；

图5为本发明实施例3的带有中间冷却器的单机双级压缩机组制冷系统的一个原理图；

附图标记：41-蒸发器，42-压缩机，43-冷凝器，44-闪发器，45-节流阀，46-中间冷却器，311-第一压力传感器，312-第二压力传感器，321-第一温度传感器，322第二温度传感器，323-第三温度传感器，324第四温度传感器，325-第五温度传感器，326-第六温度传感器，327-第七温度传感器，328-第八温度传感器，329-第九温度传感器，33-电能采集器，34-处理器，35-第一光学传感器，36-第二光学传感器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种制冷剂质量流量测量方法，可用于制冷系统中，制冷系统包括：蒸发器、压缩机、冷凝器、中间压力容器(此处中间压力容器可以是闪发器，也可以是中间冷却器)和节流阀，蒸发器的出口连接压缩机的入口，压缩机的出口连接冷凝器的入口，如图1所示，方法如下步骤：

S1：获取所述制冷系统的蒸发压力和冷凝压力；获取压缩机的吸气温度和排气温度，获取压缩机壳体表面温度、压缩机周围的环境温度和压缩机的消耗功率；获取从中间压力容器中喷射出制冷剂的喷射温度；获取所述冷凝器出口处制冷剂的第一过冷温度；获取制冷剂混合物的含油率；作为一种优选方案，在所述中间压力容器为中间冷却器时还包括：获取所述中间冷却器出口处的第二过冷温度；具体地，可以通过在制冷系统中的相应位置布置相应的压力传感器或者温度传感器等，实时采集上述各项参数。作为一种优选方案，步骤S1可以包括：采集所述蒸发器和所述冷凝器的两相区中制冷剂的第一、二饱和温度；根据所述第一饱和温度计算出所述蒸发压力，根据所述第二饱和温度计算出所述冷凝压力。比如可以分别在蒸发器和冷凝器的两相区布置温度传感器，以实时采集蒸发器和冷凝器的两相区中制冷剂的第一、二饱和温度，根据蒸发压力、冷凝压力与第一、二饱和温度一一对应的性质，进而可以计算出蒸发压力和冷凝压力。

S2：根据蒸发压力和吸气温度计算得到压缩机吸气口制冷剂的第一焓值，根据冷凝压力和排气温度计算得到压缩机排气口制冷剂的第二焓值；如果中间压力容器是闪发器，则根据喷射温度计算得到闪发器中气态饱和制冷剂的第三焓值和液态制冷剂的第四焓值，如果中间压力容器是中间冷却器，则根据喷射温度计算得到中间冷却器中气态饱和制冷剂的第三焓值，根据所述第二过冷温度计算得到所述第四焓值；根据所述第一过冷温度和所述冷凝压力计算得到所述冷凝器出口处制冷剂的第五焓值；根据吸气温度、排气温度计算得到压缩机的排气口与吸气口处的润滑油的焓值差，根据壳体表面温度和环境温度计算得到压缩机与外界环境的换热量；作为一种优选方案，换热量的计算可以采用如下公式：

上式中，T_com是壳体表面温度，T_air是环境温度，是压缩机与外界环境的换热量，a为压缩机壳体与周围环境的对流换热系数(可视现场环境选取，比如可以在5～8之间选取，单位为W/m²K)，A_com为压缩机的表面积，单位为m²，σ为辐射玻尔兹曼常数，5.67×10^-8，单位为W/m²K⁴。

S3：根据第一、二、三、四、五焓值、焓值差、换热量、压缩机的消耗功率以及制冷剂混合物的含油率计算得到制冷系统中制冷剂质量流量。作为一种优选方案，步骤S3具体可以包括：

采用如下公式计算得到流经所述蒸发器的第一制冷剂混合物的质量流量：

采用如下公式计算得到流经所述冷凝器的第二制冷剂混合物的质量流量：

进一步，采用如下公式计算得到流经所述蒸发器的第一制冷剂质量流量：

m_r,low＝m_mix,low·(1-λ)

进一步，采用如下公式计算得到流经所述冷凝器的第二制冷剂质量流量：

m_r,high＝m_mix,high·(1-λ)

上述四个公式中，m_mix,low是所述第一制冷剂混合物的质量流量，m_mix,high是所述第二制冷剂混合物的质量流量，m_r,low是所述第一制冷剂质量流量，m_r,high是所述第二制冷剂质量流量，E_com是所述压缩机的消耗功率；是所述换热量；h₁是所述第一焓值，h₂是所述第二焓值，h₃是所述第三焓值，h₄是所述第四焓值，h₅是所述第五焓值，h_2,oil-h_1,oil是所述焓值差，λ是所述制冷剂混合物的含油率。

作为一种优选方案，步骤S1还可以包括：采集流经冷凝器的制冷剂混合物的第一折射率和流经蒸发器的制冷剂混合物的第二折射率；根据第一、二折射率计算得到制冷剂混合物的含油率。即步骤S1中的制冷剂混合物的含油率可以一般的通过查询数据库得到，也可以通过在制冷系统中布置高、低压侧光学传感器实时采集制冷剂混合物的相应折射率，进而根据相应的折射率计算得出更加精确的制冷剂混合物的含油率。

作为一种优选方案，步骤S1还可以包括：采集所述压缩机的吸气压力获得所述蒸发压力；采集所述压缩机的排气压力获得所述冷凝压力。即制冷系统的蒸发压力和冷凝压力不仅可以通过第一、二饱和温度计算得到，而且对于预留有压力传感器接口的制冷系统来说，还可以通过采集压缩机的吸气压力和排气压力来获得蒸发压力和冷凝压力，在实际应用中，在误差允许范围内，一般可以将吸气压力的值近似等于蒸发压力，排气压力的值近似等于冷凝压力。

本实施例提供的制冷剂质量流量测量方法，通过，实时获取制冷系统的各项相关状态参数，并根据各个状态参数计算得到该制冷系统中制冷剂的质量流量，如此，实现了对制冷系统中制冷剂质量流量的非侵入式、高精度测量，其中蒸发压与冷凝压力可以通过相应的压力采集数据或者相应的温度数据两种方式获得，提高了计算制冷剂质量流量的灵活性，该方案所获取到的制冷系统的各项状态数据及其中间计算参量不仅可以用于计算制冷剂质量流量，还可以为测量制冷系统的其他性能参数提供精确的数据参考。

实施例2

本实施例提供一种制冷剂质量流量测量装置，可用于制冷系统中，制冷系统包括：蒸发器、压缩机、冷凝器、中间压力容器(此处中间压力容器可以是闪发器，也可以是中间冷却器)和节流阀，蒸发器的出口连接压缩机的入口，压缩机的出口连接冷凝器的入口，如图2所示，装置包括：

第一获取模块21，用于获取所述制冷系统的蒸发压力和冷凝压力；获取压缩机的吸气温度和排气温度，获取压缩机壳体表面温度、压缩机周围的环境温度和压缩机的消耗功率；获取从中间压力容器中喷射出制冷剂的喷射温度；获取所述冷凝器出口处制冷剂的第一过冷温度；获取制冷剂混合物的含油率和压缩机的消耗功率，作为一种优选方案，在所述中间压力容器为中间冷却器时还包括：第二获取模块24，用于获取所述中间冷却器出口处的第二过冷温度；具体参见实施例1中对步骤S1的详细描述。

第一计算模块22，用于；根据蒸发压力和吸气温度计算得到压缩机吸气口制冷剂的第一焓值，根据冷凝压力和排气温度计算得到压缩机排气口制冷剂的第二焓值；根据所述喷射温度计算得到所述中间压力容器中气态饱和制冷剂的第三焓值和液态制冷剂的第四焓值；根据所述第一过冷温度和所述冷凝压力计算得到所述冷凝器出口处制冷剂的第五焓值；根据吸气温度、排气温度和喷射温度计算得到压缩机的排气口与吸气口处的润滑油的焓值差，根据壳体表面温度和环境温度计算得到压缩机与外界环境的换热量。作为一种优选方案，在所述中间压力容器为中间冷却器时还包括第三计算模块25，用于根据所述第二过冷温度计算得到所述第四焓值。具体参见实施例1中对步骤S2的详细描述。

第二计算模块23，用于根据第一、二、三、四、五焓值、焓值差、换热量、压缩机的消耗功率以及制冷剂混合物的含油率计算得到制冷系统中制冷剂质量流量。作为一种优选方案第二计算模块23可以包括：

第一计算单元231，用于采用如下公式计算得到流经所述蒸发器的第一制冷剂混合物的质量流量：

第二计算单元232，用于采用如下公式计算得到流经所述冷凝器的第二制冷剂混合物的质量流量：

第三计算单元233，用于采用如下公式计算得到流经所述蒸发器的第一制冷剂质量流量：

m_r,low＝m_mix,low·(1-λ)

第四计算单元234，用于采用如下公式计算得到流经所述冷凝器的第二制冷剂质量流量：

m_r,high＝m_mix,high·(1-λ)

其中，m_mix,low是所述第一制冷剂混合物的质量流量，m_mix,high是所述第二制冷剂混合物的质量流量，m_r,low是所述第一制冷剂质量流量，m_r,high是所述第二制冷剂质量流量，E_com是所述压缩机的消耗功率；是所述换热量；h₁是所述第一焓值，h₂是所述第二焓值，h₃是所述第三焓值，h₄是所述第四焓值，h₅是所述第五焓值，h_2,oil-h_1,oil是所述焓值差，λ是所述制冷剂混合物的含油率。

作为一种优选方案，第一获取模块21包括：第一采集单元211，用于采集流经冷凝器的制冷剂混合物的第一折射率和流经蒸发器的制冷剂混合物的第二折射率；第五计算单元212，用于根据第一、二折射率计算得到制冷剂混合物的含油率。具体参见实施例1中对步骤S1的优选方案的详细描述。

作为一种优选方案，所述第一获取模块21包括：第二采集单元213，用于采集所述蒸发器和所述冷凝器的两相区中制冷剂的第一、二饱和温度；第六计算单元214，用于根据所述第一饱和温度计算出所述蒸发压力，根据所述第二饱和温度计算出所述冷凝压力。具体参见实施例1中对步骤S1的优选方案的详细描述。

作为一种优选方案，所述第一获取模块21包括：第三采集单元215，用于采集所述压缩机的吸气压力获得所述蒸发压力；第四采集单元216，用于采集所述压缩机的排气压力获得所述冷凝压力。具体参见实施例1中对步骤S1的优选方案的详细描述。

本实施例提供的制冷剂质量流量测量装置，通过实时获取制冷系统的各项相关状态参数，并根据各个状态参数计算得到该制冷系统中制冷剂的质量流量，如此，实现了对制冷系统中制冷剂质量流量的非侵入式、高精度测量，其中蒸发压与冷凝压力可以通过相应的压力采集数据或者相应的温度数据两种方式获得，提高了计算制冷剂质量流量的灵活性，该方案所获取到的制冷系统的各项状态数据及其中间计算参量不仅可以用于计算制冷剂质量流量，还可以为测量制冷系统的其他性能参数提供精确的数据参考。

实施例3

本实施例提供一种制冷剂质量流量测量仪，可以用于制冷系统，如图3所示，装置包括：处理器34以及与处理器34连接的压力采集器31、温度采集器32和电能采集器33，在实际应用中，通过将压力采集器31、温度采集器32和电能采集器33分别部署在该制冷系统中，来对该制冷系统的状态参数进行实时采集，如图4所示，该制冷系统包括：蒸发器41、压缩机42、冷凝器43、闪发器44(即此处闪发器44即中间压力容器)和节流阀45，蒸发器41的出口连接压缩机42的入口，压缩机42的出口连接冷凝器43的入口，下面以如图4所示的带有闪发器44的单机双级压缩机组制冷系统为例，来详细说明本实施例的技术方案：

温度采集器32，包括：第一温度传感器321，设置在蒸发器41出口，用于采集压缩机42的吸气温度；第二温度传感器322，设置在冷凝器43入口，用于采集压缩机42的排气温度；第三温度传感器323，设置在中间压力容器的喷射口处，用于采集从中间压力容器中喷射出制冷剂的喷射温度；第四温度传感器324，设置在压缩机42壳体表面，用于采集压缩机42的壳体表面温度；第五温度传感器325，用于采集压缩机42周围的环境温度；；第六温度传感器326，设置在蒸发器的两相区，用于采集蒸发器的两相区中制冷剂的第一饱和温度；第七温度传感器327，设置在冷凝器的两相区，用于采集冷凝器的两相区中制冷剂的第二饱和温度；第八温度传感器328，设置在所述冷凝器出口处，用于采集所述冷凝器出口处制冷剂的第一过冷温度；此处，温度采集器32主要用于采集制冷系统中相应位置的温度参数，应用时可以根据实际需要确定每个传感器的具体位置，这些温度参数可以作为计算制冷剂质量流量的参考因素。

作为一种优选方案，如图5所示，在所述中间压力容器为中间冷却器46时，所述温度采集器32还包括：第九温度传感器329，设置在所述中间冷却器46的出口处，用于采集所述中间冷却器46出口处的第二过冷温度，此处第二过冷温度在制冷剂质量流量的计算中可用于计算得到中间冷却器46中的液态制冷剂的焓值。

电能采集器33，包括压缩机功率传感器，用于采集压缩机42的消耗功率，以作为计算制冷剂质量流量的主要参数。

处理器34，与压力采集器31、温度采集器32以及电能采集器33分别连接，用于获取压力采集器31、温度采集器32以及电能采集器33的采集数据和制冷系统中制冷剂混合物的含油率，并利用实施例1中的制冷剂质量流量测量方法计算出制冷系统中制冷剂质量流量。具体地，首先，根据第一饱和温度计算得到蒸发压力，根据第二饱和温度计算得到冷凝压力，然后可以根据蒸发压力和吸气温度计算得到压缩机42吸气口制冷剂的第一焓值h₁；根据冷凝压力和排气温度计算得到压缩机42排气口制冷剂的第二焓值h₂；根据喷射温度计算得到中间压力容器中气态饱和制冷剂的第三焓值h₃和液态制冷剂的第四焓值h₄；作为一种优选方案，在所述中间压力容器是如图4所示的闪发器44时，根据喷射温度计算得到闪发器44中气态饱和制冷剂的第三焓值h₃和液态制冷剂的第四焓值h₄；作为一种优选方案，在所述中间压力容器是如图5所示的中间冷却器46时，可以根据喷射温度计算得到中间冷却器46中气态饱和制冷剂的第三焓值h₃，根据第二过冷温度计算得到中间冷却器46中液态制冷剂的第四焓值h₄。根据所述第一过冷温度和所述冷凝压力计算得到所述冷凝器出口处制冷剂的第五焓值；根据吸气温度、排气温度计算得到压缩机42的排气口与吸气口处的润滑油的焓值差h_2,oil-h_1,oil；根据壳体表面温度T_com和环境温度T_air计算得到压缩机42与外界环境的换热量比如可以采用如下公式计算换热量

上式中，a为压缩机42壳体与周围环境的对流换热系数，可视现场环境选取(比如可以在5～8之间选取，单位为W/m²K)；A_com为压缩机42的表面积，单位为m²；σ为辐射玻尔兹曼常数，5.67×10-8，单位为W/m2K4。最后，根据上述计算得到的第一焓值h₁、第二焓值h₂、焓值差h_2,oil-h_1,oil、换热量以及压缩机42的消耗功率E_com和制冷剂混合物的含油率λ(此处制冷剂混合物的含油率λ可以从数据库中查询得到，一般在0.03％～5％之间取值)计算得到制冷剂质量流量具体地，可以先采用如下公式计算得到流经所述蒸发器的第一制冷剂混合物的质量流量m_mix,low：

采用如下公式计算得到流经所述冷凝器的第二制冷剂混合物的质量流量m_mix,high：

进一步，采用如下公式计算得到流经所述蒸发器的第一制冷剂质量流量m_r,low：

m_r,low＝m_mix,low·(1-λ)

进一步，采用如下公式计算得到流经所述冷凝器的第二制冷剂质量流量m_r,high：

m_r,high＝m_mix,high·(1-λ)

作为一种优选方案，还包括：第一光学传感器35，对于预留有光传感器接口的制冷系统，可以通过将第一光学传感器35设置在冷凝器43的出口处，用于采集流经冷凝器43的制冷剂混合物的第一折射率，该第一折射率可以用于计算制冷剂混合物的含油量，其为实时采集的数据，可以提高计算结果的精确度。

作为一种优选方案，还包括：第二光学传感器36，对于预留有光传感器接口的制冷系统，还可以将第二光学传感器36设置在中间压力容器的出口处，用于采集流经蒸发器41的制冷剂混合物的第二折射率，该第二折射率可以用于计算制冷剂混合物的含油量，其为实时采集的数据，可以提高计算结果的精确度。处理器34还用于根据第一折射率和第二折射率计算得到制冷剂混合物的含油率。即上述制冷剂混合物的含油率可以一般的通过查询数据库得到，也可以通过第一、二光学传感器实时采集制冷剂混合物的相应折射率，进而计算得出更加精确的制冷剂混合物的含油率。

作为一种优选方案，还包括：压力采集器31，对于预留有压力传感器接口的制冷系统，此处压力采集器31包括：设置在压缩机42吸气口的第一压力传感器311和设置在压缩机42排气口的第二压力传感器312，用于采集压缩机42的吸气压力得到所述蒸发压力，采集所述压缩机42的排气压力得到冷凝压力，在实际应用中，蒸发压力和冷凝压力还可以根据排气压力和吸气压力进行计算，在误差允许范围内，一般可以将吸气压力的值近似等于蒸发压力，排气压力的值近似等于冷凝压力，此处的第一、二压力传感器可以根据实际需要分别部署在压缩机42的相应位置，以保证采集数据的准确性。

另外，本实施例中获取到的制冷系统的状态参数还可以为制冷系统的性能分析提供丰富的参考资料，比如根据这些状态参数实时的计算获得制冷系统的制冷量、制热量和能效比以及其他性能参数，在此不再赘述。

本实施例提供的测量制冷系统中制冷剂质量流量测量仪，通过将压力采集器31、温度采集器32、电能采集器33中的不同传感器设置在制冷系统中的相应位置，实时采集制冷系统的状态参数，并将状态参数传输至处理器34，处理器34根据各个状态参数计算得到该制冷系统中制冷剂的质量流量，如此，实现了对制冷系统中制冷剂质量流量的非侵入式、高精度测量，其中蒸发压与冷凝压力可以通过相应的压力采集数据或者相应的温度数据两种方式获得，提高了计算制冷剂质量流量的灵活性，该方案所获取到的制冷系统的各项状态数据及其中间计算参量不仅可以用于计算制冷剂质量流量，还可以为测量制冷系统的其他性能参数提供精确的数据参考。

显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (17)

1.一种制冷剂质量流量测量方法，用于制冷系统中，所述制冷系统包括：蒸发器、压缩机、冷凝器、中间压力容器和节流阀，所述蒸发器的出口连接所述压缩机的入口，所述压缩机的出口连接所述冷凝器的入口，其特征在于，所述方法包括：

获取所述制冷系统的蒸发压力和冷凝压力；获取所述压缩机的吸气温度和排气温度，获取压缩机壳体表面温度、压缩机周围的环境温度和所述压缩机的消耗功率；获取从所述中间压力容器中喷射出制冷剂的喷射温度；获取所述冷凝器出口处制冷剂的第一过冷温度；获取制冷剂混合物的含油率；

根据所述蒸发压力和所述吸气温度计算得到所述压缩机吸气口制冷剂的第一焓值；根据所述冷凝压力和所述排气温度计算得到所述压缩机排气口制冷剂的第二焓值；根据所述喷射温度计算得到所述中间压力容器中气态饱和制冷剂的第三焓值和液态制冷剂的第四焓值；根据所述第一过冷温度和所述冷凝压力计算得到所述冷凝器出口处制冷剂的第五焓值；根据所述吸气温度、所述排气温度计算得到所述压缩机的排气口与吸气口处的润滑油的焓值差，根据所述壳体表面温度和所述环境温度计算得到所述压缩机与外界环境的换热量；

根据所述第一、二、三、四、五焓值、所述焓值差、所述换热量、所述压缩机的消耗功率以及所述制冷剂混合物的含油率计算得到所述制冷系统中制冷剂质量流量。

2.根据权利要求1所述的制冷剂质量流量的测量方法，其特征在于，所述根据所述第一、二、三、四、五焓值、所述焓值差、所述换热量、所述压缩机的消耗功率以及所述制冷剂混合物的含油率计算得到所述制冷系统中制冷剂质量流量包括：

采用如下公式计算得到流经所述蒸发器的第一制冷剂混合物的质量流量：

$m_{mix,low}=\frac{(E_{com}-{\stackrel{\·}{Q}}_{loss})\·(h_5-h_3)}{(1-\mathrm{\λ})(h_1{h}_3-h_1{h}_5-h_3{h}_2+h_3{h}_5-h_3{h}_4+h_2{h}_4)+\mathrm{\λ}(h_{2,oil}-h_{1,oil})}$

采用如下公式计算得到流经所述冷凝器的第二制冷剂混合物的质量流量：

$m_{mix,high}=\frac{(E_{com}-{\stackrel{\·}{Q}}_{loss})\·(h_4-h_3)}{(1-\mathrm{\λ})(h_1{h}_3-h_1{h}_5-h_3{h}_2+h_3{h}_5-h_3{h}_4+h_2{h}_4)+\mathrm{\λ}(h_{2,oil}-h_{1,oil})}$

采用如下公式计算得到在所述蒸发器的第一制冷剂质量流量：

m_r,low＝m_mix，low·(1-λ)

采用如下公式计算得到在所述冷凝器的第二制冷剂质量流量：

m_r,high＝m_mix，high·(1-λ)

其中，m_mix,low是所述第一制冷剂混合物的质量流量，m_mix，high是所述第二制冷剂混合物的质量流量，m_r,low是所述第一制冷剂质量流量，m_r,high是所述第二制冷剂质量流量，E_com是所述压缩机的消耗功率；是所述换热量；h₁是所述第一焓值，h₂是所述第二焓值，h₃是所述第三焓值，h₄是所述第四焓值，h₅是所述第五焓值，h_2,oil-h_1,oil是所述焓值差，λ是所述制冷剂混合物的含油率。

3.根据权利要求1或2所述的制冷剂质量流量测量方法，其特征在于，所述获取所述制冷系统中的所述制冷剂混合物的含油率包括：

采集流经所述冷凝器的制冷剂混合物的第一折射率和流经所述蒸发器的制冷剂混合物的第二折射率；

根据所述第一、二折射率计算得到所述制冷剂混合物的含油率。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的制冷剂质量流量测量方法，其特征在于，所述获取所述制冷系统的蒸发压力和冷凝压力包括：

采集所述蒸发器和所述冷凝器的两相区中制冷剂的第一、二饱和温度；

根据所述第一饱和温度计算出所述蒸发压力，根据所述第二饱和温度计算出所述冷凝压力。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的制冷剂质量流量测量方法，其特征在于，所述获取所述制冷系统的蒸发压力和冷凝压力包括：

采集所述压缩机的吸气压力获得所述蒸发压力；

采集所述压缩机的排气压力获得所述冷凝压力。

6.根据权利要求1或2所述的制冷剂质量流量的测量方法，其特征在于，在所述中间压力容器为中间冷却器时还包括：

获取所述中间冷却器出口处的第二过冷温度；

根据所述第二过冷温度计算得到所述第四焓值。

7.一种制冷剂质量流量测量装置，用于制冷系统中，所述制冷系统包括：蒸发器、压缩机、冷凝器、中间压力容器和节流阀，所述蒸发器的出口连接所述压缩机的入口，所述压缩机的出口连接所述冷凝器的入口，其特征在于，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取所述制冷系统的蒸发压力和冷凝压力；获取所述压缩机的吸气温度和排气温度，获取压缩机壳体表面温度、压缩机周围的环境温度和所述压缩机的消耗功率；获取从所述中间压力容器中喷射出制冷剂的喷射温度；获取所述冷凝器出口处制冷剂的第一过冷温度；获取制冷剂混合物的含油率和所述压缩机的消耗功率；

第一计算模块，用于根据所述蒸发压力和所述吸气温度计算得到所述压缩机吸气口制冷剂的第一焓值，根据所述冷凝压力和所述排气温度计算得到所述压缩机排气口制冷剂的第二焓值；根据所述喷射温度计算得到所述中间压力容器中气态饱和制冷剂的第三焓值和液态制冷剂的第四焓值；根据所述第一过冷温度和所述冷凝压力计算得到所述冷凝器出口处制冷剂的第五焓值；根据所述吸气温度、所述排气温度计算得到所述压缩机的排气口与吸气口处的润滑油的焓值差，根据所述壳体表面温度和所述环境温度计算得到所述压缩机与外界环境的换热量；

第二计算模块，用于根据所述第一、二、三、四、五焓值、所述焓值差、所述换热量、所述压缩机的消耗功率以及所述制冷剂混合物的含油率计算得到所述制冷系统中制冷剂质量流量。

8.根据权利要求7所述的制冷剂质量流量测量装置，其特征在于，所述第二计算模块包括：

第一计算单元，用于采用如下公式计算得到流经所述蒸发器的第一制冷剂混合物的质量流量：

$m_{mix,low}=\frac{(E_{com}-{\stackrel{\·}{Q}}_{loss})\·(h_5-h_3)}{(1-\mathrm{\λ})(h_1{h}_3-h_1{h}_5-h_3{h}_2+h_3{h}_5-h_3{h}_4+h_2{h}_4)+\mathrm{\λ}(h_{2,oil}-h_{1,oil})}$

第二计算单元，用于采用如下公式计算得到流经所述冷凝器的第二制冷剂混合物的质量流量：

$m_{mix,high}=\frac{(E_{com}-{\stackrel{\·}{Q}}_{loss})\·(h_4-h_3)}{(1-\mathrm{\λ})(h_1{h}_3-h_1{h}_5-h_3{h}_2+h_3{h}_5-h_3{h}_4+h_2{h}_4)+\mathrm{\λ}(h_{2,oil}-h_{1,oil})}$

第三计算单元，用于采用如下公式计算得到流经所述蒸发器的第一制冷剂质量流量：

m_r,low＝m_mix，low·(1-λ)

第四计算单元，用于采用如下公式计算得到流经所述冷凝器的第二制冷剂质量流量：

m_r,high＝m_mix，high·(1-λ)

其中，m_mix,low是所述第一制冷剂混合物的质量流量，m_mix，high是所述第二制冷剂混合物的质量流量，m_r,low是所述第一制冷剂质量流量，m_r,high是所述第二制冷剂质量流量，E_com是所述压缩机的消耗功率；是所述换热量；h₁是所述第一焓值，h₂是所述第二焓值，h₃是所述第三焓值，h₄是所述第四焓值，h₅是所述第五焓值，h_2,oil-h_1,oil是所述焓值差，λ是所述制冷剂混合物的含油率。

9.根据权利要求7或8所述的制冷剂质量流量测量装置，其特征在于，所述第一获取模块包括：

第一采集单元，用于采集流经所述冷凝器的制冷剂混合物的第一折射率和流经所述蒸发器的制冷剂混合物的第二折射率；

第五计算单元，用于根据所述第一、二折射率计算得到所述制冷剂混合物的含油率。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的制冷剂质量流量测量装置，其特征在于，所述第一获取模块包括：

第二采集单元，用于采集所述蒸发器和所述冷凝器的两相区中制冷剂的第一、二饱和温度；

第六计算单元，用于根据所述第一饱和温度计算出所述蒸发压力，根据所述第二饱和温度计算出所述冷凝压力。

11.根据权利要求7至9中任一项所述的制冷剂质量流量测量装置，其特征在于，所述第一获取模块包括：

第三采集单元，用于采集所述压缩机的吸气压力获得所述蒸发压力；

第四采集单元，用于采集所述压缩机的排气压力获得所述冷凝压力。

12.根据权利要求7或8所述的制冷系统中制冷剂质量流量的测量装置，其特征在于，在所述中间压力容器为中间冷却器时还包括：

第二获取模块，用于获取所述中间冷却器出口处的第二过冷温度；

第三计算模块，用于根据所述第二过冷温度计算得到所述第四焓值。

13.一种制冷剂质量流量测量仪，用于制冷系统，所述制冷系统包括：蒸发器、压缩机、冷凝器、中间压力容器和节流阀，所述蒸发器的出口连接所述压缩机的入口，所述压缩机的出口连接所述冷凝器的入口，其特征在于，所述测量仪包括：

温度采集器，包括：第一温度传感器，设置在所述蒸发器出口，用于采集所述压缩机的吸气温度；第二温度传感器，设置在所述冷凝器入口，用于采集所述压缩机的排气温度；第三温度传感器，设置在所述中间压力容器喷射口处，用于采集从所述中间压力容器中喷射出制冷剂的喷射温度；第四温度传感器，设置在所述压缩机壳体表面，用于采集所述压缩机的壳体表面温度；第五温度传感器，用于采集所述压缩机周围的环境温度；第六温度传感器，设置在所述蒸发器的两相区，用于采集所述蒸发器的两相区中制冷剂的第一饱和温度；第七温度传感器，设置在所述冷凝器的两相区，用于采集所述冷凝器的两相区中制冷剂的第二饱和温度；第八温度传感器，设置在所述冷凝器出口处，用于采集所述冷凝器出口处制冷剂的第一过冷温度；

电能采集器，包括压缩机功率传感器，用于采集所述压缩机的消耗功率；

处理器，与所述压力采集器、所述温度采集器以及所述电能采集器分别连接，用于获取所述压力采集器、所述温度采集器以及所述电能采集器的采集数据和所述制冷系统中制冷剂混合物的含油率，并利用权利要求1至6中任一项所述的制冷剂质量流量测量方法计算出所述制冷系统中制冷剂质量流量。

14.根据权利要求13所述的制冷剂质量流量测量仪，其特征在于，还包括：第一光学传感器，所述第一光学传感器设置在所述冷凝器的出口处，用于采集流经所述冷凝器的制冷剂混合物的第一折射率。

15.根据权利要求14所述的制冷剂质量流量测量仪，其特征在于，还包括：第二光学传感器，所述第二光学传感器设置在所述中间压力容器的出口处，用于采集流经所述蒸发器的制冷剂混合物的第二折射率；以及

所述处理器还用于根据所述第一折射率和所述第二折射率计算得到所述制冷剂混合物的含油率。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的制冷剂质量流量测量仪，其特征在于，还包括：压力采集器，所述压力采集器包括设置在所述压缩机吸气口的第一压力传感器和设置在所述压缩机排气口的第二压力传感器，用于采集所述压缩机的吸气压力得到所述蒸发压力，采集所述压缩机的排气压力得到所述冷凝压力。

17.根据权利要求13至15中任一项所述的制冷剂质量流量的测量仪，其特征在于，在所述中间压力容器为中间冷却器时，所述温度采集器还包括：第九温度传感器，设置在所述中间冷却器的出口处，用于采集所述中间冷却器出口处的第二过冷温度。