CN113720047A - 一种空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调系统，通过将控制器配置为根据换热器内制冷剂的焓值，计算换热器内制冷剂的平均密度；根据换热器内制冷剂的平均密度和换热器的内容积，计算换热器内制冷剂的质量，实现简单方便准确地计算制冷剂质量。

Description

一种空调系统

技术领域

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种空调系统。

背景技术

空调装置稳定、可靠、高效运行的关键因素就是其制冷剂量。空调装置内制冷剂量过少，空调装置的能效低、用户体验差；空调装置内制冷剂量过多，空调装置的可靠性差，甚至会影响压缩机的可靠性，因此，合适的制冷剂量对空调装置非常重要。

空调装置内制冷剂一般分布在室外机及室内机的换热器、室外机及室内机的连接配管、室外机内的压力容器(压力容器包括气液分离器、油分离器、压缩机等)。通常情况下，室外机及室内机的连接配管，室外机内的压力容器，其制冷剂为单相态，制冷剂的质量分布计算相对容易。但室外机及室内机换热器的制冷剂为多相态(通常情况下，冷凝器内的制冷剂状态有过热状态、饱和状态、过冷状态；蒸发器内的制冷剂状态有饱和状态、过热状态)，制冷剂的质量分布计算相对复杂。

目前的冷凝器、蒸发器内制冷剂质量的计算，方法比较复杂，而且准确性差。

发明内容

本发明提出了一种空调系统，解决了现有技术中换热器内制冷剂质量计算复杂的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种空调系统，包括：

控制器，其配置为：

根据换热器内制冷剂的焓值，计算换热器内制冷剂的平均密度；

根据换热器内制冷剂的平均密度和换热器的内容积，计算换热器内制冷剂的质量。

进一步的，当所述换热器为冷凝器时，所述冷凝器包括过热区域、饱和区域、过冷区域；

所述根据换热器内制冷剂的焓值，计算换热器内制冷剂的平均密度，根据换热器内制冷剂的平均密度和换热器的内容积，计算换热器内制冷剂的质量，具体包括：

根据过热区域内制冷剂的焓值，计算过热区域内制冷剂的密度；

根据饱和区域内制冷剂的焓值，计算饱和区域内制冷剂的密度；

根据过冷区域内制冷剂的焓值，计算过冷区域内制冷剂的密度；

根据过热区域内制冷剂的密度及过热区域的容积比，饱和区域内制冷剂的密度及饱和区域的容积比，过冷区域内制冷剂的密度及过冷区域的容积比，确定冷凝器内制冷剂密度ρ₁与冷凝器容积比x的关系函数ρ₁＝f₁(x)；

计算冷凝器内制冷剂的平均密度

计算冷凝器内制冷剂的质量m_{r_c}＝ρ_ave1×V_o；

其中，V_o为冷凝器的内容积。

又进一步的，所述根据过热区域内制冷剂的焓值，计算过热区域内制冷剂的密度，具体包括：

获取过热区域入口处制冷剂的焓值h_a和过热区域出口处制冷剂的焓值h_b；

将过热区域沿着制冷剂流动方向等分为多段，计算每段过热区域的焓值；

根据制冷剂密度与焓值对应关系计算每段过热区域内制冷剂的密度；

所述根据饱和区域内制冷剂的焓值，计算饱和区域内制冷剂的密度，具体包括：

获取饱和区域入口处制冷剂的焓值h_b和饱和区域出口处制冷剂的焓值h_c；

将饱和区域沿着制冷剂流动方向等分为多段，计算每段饱和区域的焓值；

根据制冷剂密度与焓值对应关系计算每段饱和区域内制冷剂的密度；

所述根据过冷区域内制冷剂的焓值，计算过冷区域内制冷剂的密度，具体包括：

获取过冷区域入口处制冷剂的焓值h_c和过冷区域出口处制冷剂的焓值h_d；

将过冷区域沿着制冷剂流动方向等分为多段，计算每段过冷区域的焓值；

根据制冷剂密度与焓值对应关系计算每段过冷区域内制冷剂的密度；

然后，根据每段过热区域的容积比与每段过热区域内制冷剂的密度，每段饱和区域的容积比与每段饱和区域内制冷剂的密度，每段过冷区域的容积比与每段过冷区域内制冷剂的密度，进行拟合，得到制冷剂密度与冷凝器容积比之间的关系曲线，获得冷凝器内制冷剂密度ρ₁与冷凝器容积比x的关系函数ρ₁＝f₁(x)。

更进一步的，

过热区域的容积比：

饱和区域的容积比：

过冷区域的容积比：

其中，

其中，t_a为冷凝器入口制冷剂温度，t_b＝t_c为制冷剂饱和温度，t_d为冷凝器出口制冷剂温度，t₁为冷凝器吸入空气温度，t₂为冷凝器吹出空气温度。

再进一步的，h_a为气态制冷剂焓值，根据冷凝器入口制冷剂温度t_a和压缩机排气压力P_d计算；

h_b为饱和气体制冷剂焓值，根据压缩机排气压力P_d计算；

h_c为饱和液体制冷剂焓值，根据压缩机排气压力P_d计算；

h_d为液态制冷剂焓值，根据冷凝器出口制冷剂温度t_d和压缩机排气压力P_d计算。

进一步的，当所述换热器为蒸发器时，所述蒸发器包括饱和区域、过热区域；

所述根据换热器内制冷剂的焓值，计算换热器内制冷剂的平均密度，根据换热器内制冷剂的平均密度和换热器的内容积，计算换热器内制冷剂的质量，具体包括：

根据饱和区域内制冷剂的焓值，计算饱和区域内制冷剂的密度；

根据过热区域内制冷剂的焓值，计算过热区域内制冷剂的密度；

根据饱和区域内制冷剂的密度及饱和区域的容积比，过热区域内制冷剂的密度及过热区域的容积比，确定蒸发器内制冷剂密度ρ₂与蒸发器容积比y的关系函数ρ₂＝f₂(y)；

计算蒸发器内制冷剂的平均密度

计算蒸发器内制冷剂的质量m_{r_e}＝ρ_ave2×V_in；

其中，V_in为蒸发器的内容积。

又进一步的，所述根据饱和区域内制冷剂的焓值，计算饱和区域内制冷剂的密度，具体包括：

获取饱和区域入口处制冷剂的焓值h_e和饱和区域出口处制冷剂的焓值h_f；

将饱和区域沿着制冷剂流动方向等分为多段，计算每段饱和区域的焓值；

根据制冷剂密度与焓值对应关系计算每段饱和区域内制冷剂的密度；

所述根据过热区域内制冷剂的焓值，计算过热区域内制冷剂的密度，具体包括：

获取过热区域入口处制冷剂的焓值h_f和过热区域出口处制冷剂的焓值h_g；

将过热区域沿着制冷剂流动方向等分为多段，计算每段过热区域的焓值；

根据制冷剂密度与焓值对应关系计算每段过热区域内制冷剂的密度；

然后，根据每段饱和区域的容积比与每段饱和区域内制冷剂的密度，每段过热区域的容积比与每段过热区域内制冷剂的密度，进行拟合，得到制冷剂密度与蒸发器容积比之间的关系曲线，获得蒸发器内制冷剂密度₂与蒸发器容积比y的关系函数ρ₂＝f₂(y)。

更进一步的，

饱和区域的容积比：

过热区域的容积比：

其中，

其中，t_ri为蒸发器入口制冷剂温度，t_ro为蒸发器出口制冷剂温度，t_ai为蒸发器吸入空气温度，t_ao为蒸发器吹出空气温度。

再进一步的，h_e为蒸发器入口制冷剂焓值，根据蒸发器入口制冷剂温度t_ri和压缩机排气压力P_d计算；

h_f为饱和气体制冷剂焓值，根据压缩机吸气压力P_s计算；

h_g为蒸发器出口制冷剂焓值，根据蒸发器出口制冷剂温度t_ro和压缩机吸气压力P_s计算。

进一步的，所述控制器还用于：

判断换热器内制冷剂的质量是否在设定范围内；

若是，则判定制冷剂无泄漏；

若否，则判定制冷剂有泄漏，发出报警提示，且压缩机停机。

本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：本发明的空调系统，通过将控制器配置为根据换热器内制冷剂的焓值，计算换热器内制冷剂的平均密度；根据换热器内制冷剂的平均密度和换热器的内容积，计算换热器内制冷剂的质量，实现简单方便准确地计算制冷剂质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明空调系统的一种实施例的结构示意图；

图2是室外机的结构示意图；

图3为本发明空调系统的制冷运行制冷剂循环图；

图4为制冷剂在空调系统中的分布；

图5为冷凝器换热示意图；

图6为冷凝器制冷剂密度与冷凝器容积比之间的关系；

图7为制冷剂密度与焓值关系曲线；

图8为蒸发器换热示意图；

图9为蒸发器制冷剂密度与蒸发器容积比之间的关系；

图10为本发明空调系统换热器内制冷剂质量计算方法的一种实施例的流程图；

图11为本发明空调系统冷凝器内制冷剂质量计算方法的一种实施例的流程图；

图12为本发明空调系统蒸发器内制冷剂质量计算方法的一种实施例的流程图；

图13为冷凝器容积比与制冷剂密度的对应关系表；

图14为蒸发器容积比与制冷剂密度的对应关系表。

具体实施方式

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

多联机空调系统是中央空调的一种，又可以称为是“一拖多”，这里的一指的就是一台室外机，而多指的就是多台室内机，室外机采用风冷换热的方式，而室内机则用蒸发换热的方式来实现室内的制冷。

空调系统通过使用压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器来执行空调系统的制冷循环和制热循环，由控制器执行控制，实现制冷剂的流向控制以及膨胀阀的开度控制等。制冷循环和制热循环包括一系列过程，涉及压缩、冷凝、膨胀和蒸发，并向已被调节和热交换的空气供应制冷剂。

压缩机压缩处于高温高压状态的制冷剂气体并排出压缩后的制冷剂气体。所排出的制冷剂气体流入冷凝器。冷凝器将压缩后的制冷剂冷凝成液相，并且热量通过冷凝过程释放到周围环境。

膨胀阀使在冷凝器中冷凝的高温高压状态的液相制冷剂膨胀为低压的液相制冷剂。蒸发器蒸发在膨胀阀中膨胀的制冷剂，并使处于低温低压状态的制冷剂气体返回到压缩机。蒸发器可以通过利用制冷剂的蒸发的潜热与待冷却的材料进行热交换来实现制冷效果。在整个循环中，空调系统可以调节室内空间的温度。

空调系统室外机是指制冷循环的包括压缩机和室外热交换器的部分，空调系统室内机包括室内热交换器，并且膨胀阀可以提供在空调系统室外机或室内机中。

室内热交换器和室外热交换器用作冷凝器或蒸发器。当室内热交换器用作冷凝器时，空调系统用作制热模式的加热器，当室内热交换器用作蒸发器时，空调系统用作制冷模式的冷却器。

本实施例的空调系统，包括室外机、室内机、控制器等，参见图1、图2所示。

室外机，其具有压缩机、四通阀、室外换热器、室外机风扇。

室内机，其设置有若干台，若干台室内机并联。室内机包括室内换热器、室内机风扇。室外机的气管与每台室内机的气管连接，室外机的液管与每台室内机的液管连接。

下面，以空调系统包括2台室内机为例，对空调系统的具体组成进行详细说明。本实施例的空调系统主要组成部分如图1所示。

室外机包括：压缩机1、油分离器2、气液分离器3、四通阀4、室外换热器5、室外机风扇6、室外电子膨胀阀7、过冷却换热器8、旁通电子膨胀阀9、气侧截止阀10、液侧截止阀11、回油毛细管12；排气温度传感器a、排气压力传感器b、室外环境温度传感器c、室外出口温度传感器c’、室外液管温度传感器d、室外气管温度传感器d’、液截位置温度传感器e、液截位置压力传感器f、低压压力传感器g。

第1台室内机包括：室内电子膨胀阀13、室内换热器14、室内机风扇15；室内回风温度传感器h、室内液管温度传感器i、室内出口温度传感器j、室内气管温度传感器k。

第2台室内机包括：室内电子膨胀阀16、室内换热器17、室内机风扇18；室内回风温度传感器l、室内液管温度传感器m、室内出口温度传感器n、室内气管温度传感器o。

空调系统的制冷运行制冷剂循环如图3所示：压缩机1排出的高温高压气态制冷剂流经油分离器2，然后,经四通阀4进入室外换热器5，高温高压的气态制冷剂在室外换热器5冷凝成高温高压的过冷液态制冷剂，高温高压的过冷液态制冷剂经过过冷却换热器8分成两部分：

一部分高温高压的过冷液态制冷剂经过旁通电子膨胀阀9节流成中压或者低压的过冷液态制冷剂或者两相制冷剂，经过旁通电子膨胀阀9的制冷剂流入过冷却换热器8的辅路。

另一部分高温高压的过冷液态制冷剂流入过冷换热器8的主路，过冷却换热器8主路的制冷剂与过冷却换热器8辅路的制冷剂换热，主路的制冷剂进一步过冷，辅路的制冷剂进一步过热。

过冷却换热器8主路流出的高温高压过冷制冷剂经过液侧截止阀11，分别流入室内机电子膨胀阀13、室内电子膨胀阀16，高温高压的过冷液态制冷剂经室内电子膨胀阀13、16节流成低温低压的两相制冷剂，两相制冷剂分别在室内换热器14、室内换热器17蒸发成低温低压的过热制冷剂，低温低压的过热制冷剂经过气侧截止阀10，然后流经四通阀4，与从过冷却换热器8辅路流出的过热制冷剂汇合，流入气液分离器3入口，低温低压的过热制冷剂从气液分离器3出口流出，流入压缩机1吸气口，至此完成制冷运行。

室内机与室外机之间通过液管、气管连接，制冷剂在空调系统中的分布如图4所示。图4的空调系统，包括1个室外机和n个室内机，因此，支液管的数量为n，支气管的数量为n。室内机i通过支液管i与主液管连接，主液管与室外机的液管连接；室内机i通过支气管i与主气管连接，主气管与室外机的气管连接。

(1)压缩机部分(包括油分离器)的制冷剂质量m_{r_com}：

m_{r_com}＝ρ_{r_com}×V_com；

其中，

ρ_{r_com}、V_com分别为高温高压制冷剂平均密度、压缩机(包括油分离器)内容积；

(2)冷凝器的制冷剂质量m_{r_c}：

m_{r_c}＝ρ_ave1×V_o；

其中，

ρ_ave1、V_o分别为冷凝器制冷剂平均密度、冷凝器内容积；

(3)连接液管(连接液管包括主液管、支液管1、支液管2……支液管n)内的制冷剂质量m_{r_liquid}：

其中，

m_{r_L}、ρ_{r_L}、V_L分别为主液管制冷剂质量、平均密度、主液管内容积；

m_{r_Li}、ρ_{r_Li}、V_Li分别为支液管i制冷剂质量、平均密度、支液管i内容积；

(4)所有蒸发器的制冷剂总质量m_{r_e_all}(包括室内机1#的蒸发器1内制冷剂质量mr_e1、室内机2#的蒸发器2内制冷剂质量mr_e2……室内机n#的蒸发器n内制冷剂质量mr_en)：

其中，

ρ_{r_ei}、V_ei―分别为蒸发器i内制冷剂平均密度、蒸发器i内容积；

(5)连接气管(连接气管包括主气管、支气管1、支气管2……支气管n)内的制冷剂质量m_{r_gas}：

其中，

m_{r_g}、ρ_{r_g}、V_g分别为主气管制冷剂质量、平均密度、主气管内容积；

m_{r_gi}、ρ_{r_gi}、V_gi分别为支气管i制冷剂质量、平均密度、支气管i内容积；

(6)气液分离器部分mr_acc：

m_{r_acc}＝ρ_{r_acc}×V_acc；

其中，

ρ_{r_acc}、V_acc分别为气液分离器内制冷剂平均密度、气液分离器内容积。

(7)其他部分(包括蒸发器出口到液侧截止阀的液管部分、过冷却换热器部分、过冷却换热器辅路出口到气液分离器入口的气管部分、气侧截止阀到气液分离器入口的气管部分等，其他部分容积较小，可以忽略)。

本实施例的空调系统，主要涉及换热器内制冷剂质量分布的计算方法，本实施例的空调系统，包括控制器，控制器用于计算换热器内制冷剂的质量。

本实施例的空调系统的控制器，配置为：

首先，根据换热器内制冷剂的焓值，计算换热器内制冷剂的平均密度；

然后，根据换热器内制冷剂的平均密度和换热器的内容积，计算换热器内制冷剂的质量，参见图10所示。

本实施例的空调系统，通过将控制器配置为根据换热器内制冷剂的焓值，计算换热器内制冷剂的平均密度；然后根据换热器内制冷剂的平均密度和换热器的内容积，计算换热器内制冷剂的质量，实现简单方便准确地计算制冷剂质量。

换热器既可以是冷凝器，也可以是蒸发器。

控制器根据冷凝器内制冷剂的焓值，计算冷凝器内制冷剂的平均密度；根据冷凝器内制冷剂的平均密度和冷凝器的内容积，计算冷凝器内制冷剂的质量。

控制器根据蒸发器内制冷剂的焓值，计算蒸发器内制冷剂的平均密度；根据蒸发器内制冷剂的平均密度和蒸发器的内容积，计算蒸发器内制冷剂的质量。

一、当换热器为冷凝器(制冷运行时的室外换热器，制热运行时的室内换热器)时，冷凝器包括过热区域、饱和区域、过冷区域。每个冷凝器内制冷剂质量计算方法如下。

压缩机排出的高温高压气态制冷剂经冷凝器与空气换热，制冷剂在冷凝器内通常情况下以过热状态、饱和状态、过冷状态分布，如图5所示，图中t_a为冷凝器入口制冷剂温度，t_b＝t_c为制冷剂饱和温度，t_d为冷凝器出口制冷剂温度，t₁为冷凝器吸入空气温度，t₂为冷凝器吹出空气温度，即t₁、t₂分别为制冷时的室外机回风温度、出风温度，或者是制热时的室内机回风温度、出风温度。

制冷剂过热状态对应着冷凝器的过热区域，制冷剂饱和状态对应着冷凝器的饱和区域，制冷剂过冷状态对应着冷凝器的过冷区域。各区域对应的制冷剂质量计算方法如下所示。

根据换热器内制冷剂的焓值，计算换热器内制冷剂的平均密度，根据换热器内制冷剂的平均密度和换热器的内容积，计算换热器内制冷剂的质量，具体包括下述步骤，参见图11所示。

S11：根据冷凝器过热区域内制冷剂的焓值，计算过热区域内制冷剂的密度。

S12：根据冷凝器饱和区域内制冷剂的焓值，计算饱和区域内制冷剂的密度。

S13：根据冷凝器过冷区域内制冷剂的焓值，计算过冷区域内制冷剂的密度。

可以通过查询预设的制冷剂密度与焓值关系曲线，获得冷凝器过热区域内、饱和区域内、过冷区域内制冷剂的密度。或者，通过预设的制冷剂密度与焓值的函数关系式，计算出冷凝器过热区域内、饱和区域内、过冷区域内制冷剂的密度。

S14：根据冷凝器过热区域内制冷剂的密度及过热区域的容积比，饱和区域内制冷剂的密度及饱和区域的容积比，过冷区域内制冷剂的密度及过冷区域的容积比，确定冷凝器内制冷剂密度ρ₁与冷凝器容积比x的关系函数ρ₁＝f₁(x)。

S15：计算冷凝器内制冷剂的平均密度

S16：计算冷凝器内制冷剂的质量m_{r_c}＝ρ_ave1×V_o。

其中，V_o为冷凝器的内容积。

通过设计S11～S16，根据冷凝器各个区域的制冷剂密度以及容积比，拟合出冷凝器内制冷剂密度ρ₁与冷凝器容积比x的关系函数ρ₁＝f₁(x)，然后再求积分获得冷凝器内制冷剂平均密度，最后求出制冷剂质量，可以获得比较准确的制冷剂平均密度，进而获得比较准确的制冷剂质量。

图13为冷凝器容积比与制冷剂密度的对应关系表。

S11：根据冷凝器过热区域内制冷剂的焓值，计算过热区域内制冷剂的密度，具体包括下述步骤：

S11-1：获取冷凝器过热区域入口处制冷剂的焓值h_a和过热区域出口处制冷剂的焓值h_b。

S11-2：将过热区域沿着制冷剂流动方向等分为多段，计算每段过热区域的焓值。在本实施例中，将过热区域沿着制冷剂流动方向按照长度等分为多段。

例如，过热区域等分为n₁段，焓差Δh₁＝(h_b-h_a)/n₁；根据h_a、h_b、Δh₁计算每段过热区域的焓值。参见图13所示。

过热区域入口处制冷剂的焓值为h_a；

第1段过热区域的焓值为h_a+Δh₁；

第2段过热区域的焓值为h_a+2*Δh₁；

……；

第n₁段过热区域的焓值为h_b。

S11-3：根据制冷剂密度与焓值对应关系计算每段过热区域内制冷剂的密度。

制冷剂密度与焓值的对应关系为关系曲线或函数关系式。通过查询预设的制冷剂密度与焓值关系曲线，获得每段过热区域内制冷剂的密度。或者，通过预设的制冷剂密度与焓值的函数关系式，计算出每段过热区域内制冷剂的密度。根据制冷剂密度与焓值的对应关系获得制冷剂密度，准确可靠快速，可以快速获得比较准确的制冷剂密度。

通过步骤S11-1～S11-3，共获得n₁组数据，每组数据包括焓值及对应的制冷剂密度。

S12：根据冷凝器饱和区域内制冷剂的焓值，计算饱和区域内制冷剂的密度，具体包括下述步骤：

S12-1：获取饱和区域入口处制冷剂的焓值h_b和饱和区域出口处制冷剂的焓值h_c。

S12-2：将饱和区域沿着制冷剂流动方向等分为多段，计算每段饱和区域的焓值。在本实施例中，将饱和区域沿着制冷剂流动方向按照长度等分为多段。

例如，饱和区域等分为n₂段，焓差Δh₂＝(h_b-h_c)/n₂；根据h_b、h_c、Δh₂计算每段饱和区域的焓值。参见图13所示。

饱和区域入口处制冷剂的焓值为h_b；

第1段饱和区域的焓值为h_b+Δh₂；

第2段饱和区域的焓值为h_b+2*Δh₂；

……；

第n₂段饱和区域的焓值为h_c。

S12-3：根据制冷剂密度与焓值对应关系计算每段饱和区域内制冷剂的密度。

制冷剂密度与焓值的对应关系为关系曲线或函数关系式。通过查询预设的制冷剂密度与焓值关系曲线，获得每段饱和区域内制冷剂的密度。或者，通过预设的制冷剂密度与焓值的函数关系式，计算出每段饱和区域内制冷剂的密度。根据制冷剂密度与焓值的对应关系获得制冷剂密度，准确可靠快速，可以快速获得比较准确的制冷剂密度。

通过步骤S12-1～S12-3，共获得n₂组数据，每组数据包括焓值及对应的制冷剂密度。

S13：根据冷凝器过冷区域内制冷剂的焓值，计算过冷区域内制冷剂的密度，具体包括下述步骤：

S13-1：获取过冷区域入口处制冷剂的焓值h_c和过冷区域出口处制冷剂的焓值h_d；。

S13-2：将过冷区域沿着制冷剂流动方向等分为多段，计算每段过冷区域的焓值。在本实施例中，将过冷区域沿着制冷剂流动方向按照长度等分为多段。

例如，过冷区域等分为n₃段，焓差Δh₃＝(h_c-h_d)/n₃；根据h_c、h_d、Δh₃计算每段过冷区域的焓值。参见图13所示。

过冷区域入口处制冷剂的焓值为h_c；

第1段过冷区域的焓值为h_c+Δh₃；

第2段过冷区域的焓值为h_c+2*Δh₃；

……；

第n₃段过冷区域的焓值为h_d。

S13-3：根据制冷剂密度与焓值对应关系计算每段过冷区域内制冷剂的密度。

制冷剂密度与焓值的对应关系为关系曲线或函数关系式。通过查询预设的制冷剂密度与焓值关系曲线，获得每段过冷区域内制冷剂的密度。或者，通过预设的制冷剂密度与焓值的函数关系式，计算出每段过冷区域内制冷剂的密度。根据制冷剂密度与焓值的对应关系获得制冷剂密度，准确可靠快速，可以快速获得比较准确的制冷剂密度。

通过步骤S13-1～S13-3，共获得n₃组数据，每组数据包括焓值及对应的制冷剂密度。

然后，根据每段过热区域的容积比与每段过热区域内制冷剂的密度，每段饱和区域的容积比与每段饱和区域内制冷剂的密度，每段过冷区域的容积比与每段过冷区域内制冷剂的密度，进行拟合，得到制冷剂密度与冷凝器容积比之间的关系曲线，获得冷凝器内制冷剂密度ρ₁与冷凝器容积比x的关系函数ρ₁＝f₁(x)。

也就是说，将n₁+n₂+n₃组数据进行拟合，得到制冷剂密度与冷凝器容积比的关系曲线，然后获得制冷剂密度ρ₁与冷凝器容积比x的关系函数ρ₁＝f₁(x)。制冷剂密度与冷凝器容积比之间的关系曲线如图6所示。图6中a点→b点→c点→d点组成的区域即为制冷剂的平均密度

x为冷凝器容积比。冷凝器内制冷剂的质量m_{r_c}＝ρ_ave1×V_o；V_o为冷凝器的内容积。

将整个冷凝器的密度转换成与容积比之间的关系，可以计算出整个冷凝器的平均密度，然后利用平均密度乘以整个冷凝器的内容积，即可以计算整个冷凝器内制冷剂的质量。

关于制冷剂密度与焓值的对应关系，目前已有成熟的计算公式，因此可以提前预设制冷剂密度与焓值的对应关系，然后直接查询或计算即可。

例如，制冷剂密度与焓值的关系曲线参见图7所示。

例如，制冷剂密度与焓值的函数关系式(即制冷剂密度函数)为：

ρ＝f₃(P_d，h)；该计算公式为现有公式。

其中，ρ为制冷剂密度，P_d为压缩机排气压力，h为焓值。将压缩机排气压力、焓值代入上述关系式，即可获得对应的密度。

在本实施例中，冷凝器各个区域的容积比计算公式为：

过热区域的容积比a₁：

饱和区域的容积比a₂：

过冷区域的容积比a₃：

而且，a₁+a₂+a₃＝1；

其中，

其中，t_a为冷凝器入口制冷剂温度，由温度传感器检测获得；

t_b＝t_c为制冷剂饱和温度；根据压缩机排气压力P_d计算；计算公式为t_b＝f₄(P_d)，该计算公式为现有公式；

t_d为冷凝器出口制冷剂温度，由温度传感器检测获得；

t₁为冷凝器吸入空气温度，t₂为冷凝器吹出空气温度，分别由温度传感器检测获得。

通过上述公式计算冷凝器各个区域的容积比，简单方便，计算准确。

在本实施例中，h_a、h_b、h_c、h_d通过下述方式获得，简单方便。

h_a为气态制冷剂焓值，根据冷凝器入口制冷剂温度t_a和压缩机排气压力P_d计算；计算公式为h_a＝f₅(t_a，P_d)，该计算公式为现有公式。P_d由排气压力传感器检测获得。

h_b为饱和气体制冷剂焓值，根据压缩机排气压力P_d计算；计算公式为h_b＝f₆(P_d)，该计算公式为现有公式。

h_c为饱和液体制冷剂焓值，根据压缩机排气压力P_d计算；计算公式为h_c＝f₇(P_d)，该计算公式为现有公式。

h_d为液态制冷剂焓值，根据冷凝器出口制冷剂温度t_d和压缩机排气压力P_d计算；计算公式为h_d＝f₈(t_d，P_d)，该计算公式为现有公式。

冷凝器各个区域的容积比计算公式推导过程如下：

(1)冷凝器过热区域：

k₁×A₁×Δt_m1＝(h_a-h_b)×m

k₁为冷凝器过热区域平均换热系数；

A₁为换热器过热区域面积；

Δt_m1为对数平均温差；

m为制冷剂质量循环流量。

(2)冷凝器饱和区域：

k₂×A₂×Δt_m2＝(h_b-h_c)×m

k₂为冷凝器饱和区域平均换热系数；

A₂为冷凝器饱和区域面积；

Δt_m2为对数平均温差。

(3)冷凝器过冷区域：

k₃×A₃×Δt_m3＝(h_c-h_d)×m

k₃为冷凝器过热区域平均换热系数；

A₃为冷凝器过热区域面积；

Δt_m3为对数平均温差。

冷凝器过热区域、饱和区域、过冷区域的面积比为：

过热区域、饱和区域、过冷区域的面积比即为对应的体积比，上述计算结果近似表示为制冷剂在冷凝器内过热区域、饱和区域、过冷区域的体积比，即为：V₁：V₂：V₃＝A₁：A₂：A₃。

V₁、V₂、V₃分别对应冷凝器过热区域体积、饱和区域体积、过冷区域体积。

k为换热器平均换热系数；

h_o为空气侧平均换热系数；

h_i为制冷剂侧平均换热系数；

A_o为换热器管外换热面积；

A_i为换热器管内换热面积。

考虑模型的简化，忽略制冷剂侧换热系数影响(即k₁≈k₂≈k₃)，制冷剂在冷凝器内过热区域、饱和区域、过冷区域的体积比即为：

由此，得出

过热区域的容积比a₁：

饱和区域的容积比a₂：

过冷区域的容积比a₃：

二、当换热器为蒸发器(制冷运行时的室内换热器，制热运行时的室外换热器)时，蒸发器包括饱和区域、过热区域。每个蒸发器内制冷剂质量计算方法如下。

制冷剂在蒸发器蒸发，通常情况下制冷剂以饱和状态、过热状态分布，如图8所示，图中t_ri为蒸发器入口制冷剂温度(即为饱和区域内制冷剂温度)，t_ro为蒸发器出口制冷剂温度，t_ai为蒸发器吸入空气温度，t_ao为蒸发器吹出空气温度。即t_ai、t_ao分别为制冷时的室内机回风温度、出风温度，或者是制热时的室外机回风温度、出风温度。

制冷剂饱和状态对应着蒸发器的饱和区域，制冷剂过热状态对应着蒸发器的过热区域，各区域对应的制冷剂质量计算方法如下所示。

根据换热器内制冷剂的焓值，计算换热器内制冷剂的平均密度，根据换热器内制冷剂的平均密度和换热器的内容积，计算换热器内制冷剂的质量，具体包括下述步骤，参见图12所示。

S21：根据蒸发器饱和区域内制冷剂的焓值，计算饱和区域内制冷剂的密度。

S22：根据蒸发器过热区域内制冷剂的焓值，计算过热区域内制冷剂的密度。

可以通过查询预设的制冷剂密度与焓值关系曲线，获得蒸发器饱和区域内、过热区域内制冷剂的密度。或者，通过预设的制冷剂密度与焓值的函数关系式，计算出蒸发器饱和区域内、过热区域内制冷剂的密度。

S23：根据蒸发器饱和区域内制冷剂的密度及饱和区域的容积比，过热区域内制冷剂的密度及过热区域的容积比，确定蒸发器内制冷剂密度ρ₂与蒸发器容积比y的关系函数ρ₂＝f₂(y)。

S24：计算蒸发器内制冷剂的平均密度

S25：计算蒸发器内制冷剂的质量m_{r_e}＝ρ_ave2×V_in；

其中，V_in为蒸发器的内容积。

通过设计S21～S25，根据蒸发器各个区域的制冷剂密度以及容积比，拟合出蒸发器内制冷剂密度ρ₂与蒸发器容积比y的关系函数ρ₂＝f₂(y)，然后再求积分获得蒸发器内制冷剂平均密度，最后求出制冷剂质量，可以获得比较准确的制冷剂平均密度，进而获得比较准确的制冷剂质量。

图14为蒸发器容积比与制冷剂密度的对应关系表。

S21：根据蒸发器饱和区域内制冷剂的焓值，计算饱和区域内制冷剂的密度，具体包括下述步骤：

S21-1：获取蒸发器饱和区域入口处制冷剂的焓值h_e和饱和区域出口处制冷剂的焓值h_f。

S21-2：将饱和区域沿着制冷剂流动方向等分为多段，计算每段饱和区域的焓值。在本实施例中，将饱和区域沿着制冷剂流动方向按照长度等分为多段。

例如，饱和区域等分为n₄段，焓差Δh₄＝(h_e-h_f)/n₄；根据h_e、h_f、Δh₄计算每段饱和区域的焓值。参见图14所示。

饱和区域入口处制冷剂的焓值为h_e；

第1段饱和区域的焓值为h_e+Δh₄；

第2段饱和区域的焓值为h_e+2*Δh₄；

……；

第n₄段饱和区域的焓值为h_f。

S21-3：根据制冷剂密度与焓值对应关系计算每段饱和区域内制冷剂的密度。

制冷剂密度与焓值的对应关系为关系曲线或函数关系式。通过查询预设的制冷剂密度与焓值关系曲线，获得每段饱和区域内制冷剂的密度。或者，通过预设的制冷剂密度与焓值的函数关系式，计算出每段饱和区域内制冷剂的密度。根据制冷剂密度与焓值的对应关系获得制冷剂密度，准确可靠快速，可以快速获得比较准确的制冷剂密度。

通过步骤S21-1～S21-3，共获得n₄组数据，每组数据包括焓值及对应的制冷剂密度。

S22：根据蒸发器过热区域内制冷剂的焓值，计算过热区域内制冷剂的密度，具体包括下述步骤：

S22-1：获取过热区域入口处制冷剂的焓值h_f和过热区域出口处制冷剂的焓值h_g。

S22-2：将过热区域沿着制冷剂流动方向等分为多段，计算每段过热区域的焓值。在本实施例中，将过热区域沿着制冷剂流动方向按照长度等分为多段。

例如，过热区域等分为n₅段，焓差Δh₅＝(h_f-h_g)/n₅；根据h_f、h_g、Δh₅计算每段过热区域的焓值。参见图14所示。

过热区域入口处制冷剂的焓值为h_f；

第1段过热区域的焓值为h_f+Δh₅；

第2段过热区域的焓值为h_f+2*Δh₅；

……；

第n₅段过热区域的焓值为h_g。

S22-3：根据制冷剂密度与焓值对应关系计算每段过热区域内制冷剂的密度。

制冷剂密度与焓值的对应关系为关系曲线或函数关系式。通过查询预设的制冷剂密度与焓值关系曲线，获得每段过热区域内制冷剂的密度。或者，通过预设的制冷剂密度与焓值的函数关系式，计算出每段过热区域内制冷剂的密度。根据制冷剂密度与焓值的对应关系获得制冷剂密度，准确可靠快速，可以快速获得比较准确的制冷剂密度。

通过步骤S22-1～S22-3，共获得n₅组数据，每组数据包括焓值及对应的制冷剂密度。

然后，根据每段饱和区域的容积比与每段饱和区域内制冷剂的密度，每段过热区域的容积比与每段过热区域内制冷剂的密度，进行拟合，得到制冷剂密度与蒸发器容积比之间的关系曲线，获得蒸发器内制冷剂密度ρ₂与蒸发器容积比y的关系函数ρ₂＝f₂(y)。

也就是说，将n₄+n₅组数据进行拟合，得到制冷剂密度与蒸发器容积比的关系曲线，然后获得制冷剂密度₂与蒸发器容积比y的关系函数ρ₂＝f₂(y)。制冷剂密度与蒸发器容积比之间的关系曲线如图9所示。图9中a点→b点→c点→d点组成的区域即为制冷剂的平均密度

y为蒸发器容积比。蒸发器内制冷剂的质量m_{r_e}＝ρ_ave2×V_in；V_in为蒸发器的内容积。

将整个蒸发器的密度转换成与容积比之间的关系，可以计算出整个蒸发器的平均密度，然后利用平均密度乘以整个蒸发器的内容积，即可以计算整个蒸发器内制冷剂的质量。

在本实施例中，蒸发器各个区域的容积比计算公式为：

饱和区域的容积比b₁：

过热区域的容积比b₂：

而且，b₁+b₂＝1；

其中，

其中，t_ri为蒸发器入口制冷剂温度，由温度传感器检测获得；

t_ro为蒸发器出口制冷剂温度，由温度传感器检测获得；

t_ai为蒸发器吸入空气温度，t_ao为蒸发器吹出空气温度，分别由温度传感器检测获得。

通过上述公式计算冷凝器各个区域的容积比，简单方便，计算准确。

在本实施例中，h_e、h_f、h_g通过下述方式获得，简单方便。

h_e为蒸发器入口制冷剂焓值，根据蒸发器入口制冷剂温度t_ri和压缩机排气压力P_d计算；计算公式为h_e＝f₉(t_ri，P_d)，该计算公式为现有公式；h_e≈h_d。

h_f为饱和气体制冷剂焓值，根据压缩机吸气压力P_s计算；计算公式为h_f＝f₁₀(P_s)，该计算公式为现有公式。

h_g为蒸发器出口制冷剂焓值，根据蒸发器出口制冷剂温度t_ro和压缩机吸气压力P_s计算；计算公式为h_g＝f₁₁(t_ro，P_s)，该计算公式为现有公式。

蒸发器各个区域的容积比计算公式推导过程如下：

(1)蒸发器饱和区域：

为蒸发器饱和区域平均换热系数；

为蒸发器饱和区域面积；

为对数平均温差；

为制冷剂质量循环流量。

(2)蒸发器过热区域：

为蒸发器过热区域平均换热系数；

为蒸发器过热区域面积；

为对数平均温差。

蒸发器饱和区域、过热区域的面积比为：

饱和区域、过热区域的面积比即为对应的体积比，上述计算结果近似表示为制冷剂在蒸发器内饱和区域、过热区域的体积比，即为：

分别对应蒸发器饱和区域体积、过热区域体积。

考虑模型的简化，忽略制冷剂侧换热系数影响(即

)，制冷剂在蒸发器饱和区域、过热区域的体积比即为：

由此，得出

饱和区域的容积比b₁：

过热区域的容积比b₂：

本实施例的空调系统，其控制器还用于：

判断换热器(冷凝器或/和蒸发器)内制冷剂的质量是否在设定范围内；

若在设定范围内，则判定制冷剂无泄漏；

若不在设定范围内，则判定制冷剂有泄漏，发出报警提示，且压缩机停机，以便于及时维修空调系统，降低损失。

本实施例的空调系统，计算制冷剂在冷凝器和蒸发器内的质量分布，准确计算空调装置内的制冷剂质量分布，可以确认制冷剂是否合适；也可以确认空调装置内制冷剂是否泄漏。

本实施例的空调系统，通过空调装置的运行参数，计算空调装置内制冷剂质量的分布特点。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种空调系统，其特征在于，包括：

控制器，其配置为：

根据换热器内制冷剂的焓值，计算换热器内制冷剂的平均密度；

根据换热器内制冷剂的平均密度和换热器的内容积，计算换热器内制冷剂的质量。

2.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于：当所述换热器为冷凝器时，所述冷凝器包括过热区域、饱和区域、过冷区域；

所述根据换热器内制冷剂的焓值，计算换热器内制冷剂的平均密度，根据换热器内制冷剂的平均密度和换热器的内容积，计算换热器内制冷剂的质量，具体包括：

根据过热区域内制冷剂的焓值，计算过热区域内制冷剂的密度；

根据饱和区域内制冷剂的焓值，计算饱和区域内制冷剂的密度；

根据过冷区域内制冷剂的焓值，计算过冷区域内制冷剂的密度；

根据过热区域内制冷剂的密度及过热区域的容积比，饱和区域内制冷剂的密度及饱和区域的容积比，过冷区域内制冷剂的密度及过冷区域的容积比，确定冷凝器内制冷剂密度ρ₁与冷凝器容积比x的关系函数ρ₁＝f₁(x)；

计算冷凝器内制冷剂的平均密度

计算冷凝器内制冷剂的质量m_{r_c}＝ρ_ave1×V_o；

其中，V_o为冷凝器的内容积。

3.根据权利要求2所述的空调系统，其特征在于：

所述根据过热区域内制冷剂的焓值，计算过热区域内制冷剂的密度，具体包括：

获取过热区域入口处制冷剂的焓值h_a和过热区域出口处制冷剂的焓值h_b；

将过热区域沿着制冷剂流动方向等分为多段，计算每段过热区域的焓值；

根据制冷剂密度与焓值对应关系计算每段过热区域内制冷剂的密度；

所述根据饱和区域内制冷剂的焓值，计算饱和区域内制冷剂的密度，具体包括：

获取饱和区域入口处制冷剂的焓值h_b和饱和区域出口处制冷剂的焓值h_c；

将饱和区域沿着制冷剂流动方向等分为多段，计算每段饱和区域的焓值；

根据制冷剂密度与焓值对应关系计算每段饱和区域内制冷剂的密度；

所述根据过冷区域内制冷剂的焓值，计算过冷区域内制冷剂的密度，具体包括：

获取过冷区域入口处制冷剂的焓值h_c和过冷区域出口处制冷剂的焓值h_d；

将过冷区域沿着制冷剂流动方向等分为多段，计算每段过冷区域的焓值；

根据制冷剂密度与焓值对应关系计算每段过冷区域内制冷剂的密度；

然后，根据每段过热区域的容积比与每段过热区域内制冷剂的密度，每段饱和区域的容积比与每段饱和区域内制冷剂的密度，每段过冷区域的容积比与每段过冷区域内制冷剂的密度，进行拟合，得到制冷剂密度与冷凝器容积比之间的关系曲线，获得冷凝器内制冷剂密度ρ₁与冷凝器容积比x的关系函数ρ₁＝f₁(x)。

4.根据权利要求2所述的空调系统，其特征在于：

过热区域的容积比：

饱和区域的容积比：

过冷区域的容积比：

其中，

其中，t_a为冷凝器入口制冷剂温度，t_b＝t_c为制冷剂饱和温度，t_d为冷凝器出口制冷剂温度，t₁为冷凝器吸入空气温度，t₂为冷凝器吹出空气温度。

5.根据权利要求3所述的空调系统，其特征在于：

h_a为气态制冷剂焓值，根据冷凝器入口制冷剂温度t_a和压缩机排气压力P_d计算；

h_b为饱和气体制冷剂焓值，根据压缩机排气压力P_d计算；

h_c为饱和液体制冷剂焓值，根据压缩机排气压力P_d计算；

h_d为液态制冷剂焓值，根据冷凝器出口制冷剂温度t_d和压缩机排气压力P_d计算。

6.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于：当所述换热器为蒸发器时，所述蒸发器包括饱和区域、过热区域；

所述根据换热器内制冷剂的焓值，计算换热器内制冷剂的平均密度，根据换热器内制冷剂的平均密度和换热器的内容积，计算换热器内制冷剂的质量，具体包括：

根据饱和区域内制冷剂的焓值，计算饱和区域内制冷剂的密度；

根据过热区域内制冷剂的焓值，计算过热区域内制冷剂的密度；

根据饱和区域内制冷剂的密度及饱和区域的容积比，过热区域内制冷剂的密度及过热区域的容积比，确定蒸发器内制冷剂密度ρ₂与蒸发器容积比y的关系函数ρ₂＝f₂(y)；

计算蒸发器内制冷剂的平均密度

计算蒸发器内制冷剂的质量m_{r_e}＝ρ_ave2×V_in；

其中，V_in为蒸发器的内容积。

7.根据权利要求6所述的空调系统，其特征在于：

所述根据饱和区域内制冷剂的焓值，计算饱和区域内制冷剂的密度，具体包括：

获取饱和区域入口处制冷剂的焓值h_e和饱和区域出口处制冷剂的焓值h_f；

将饱和区域沿着制冷剂流动方向等分为多段，计算每段饱和区域的焓值；

根据制冷剂密度与焓值对应关系计算每段饱和区域内制冷剂的密度；

所述根据过热区域内制冷剂的焓值，计算过热区域内制冷剂的密度，具体包括：

获取过热区域入口处制冷剂的焓值h_f和过热区域出口处制冷剂的焓值h_g；

将过热区域沿着制冷剂流动方向等分为多段，计算每段过热区域的焓值；

根据制冷剂密度与焓值对应关系计算每段过热区域内制冷剂的密度；

然后，根据每段饱和区域的容积比与每段饱和区域内制冷剂的密度，每段过热区域的容积比与每段过热区域内制冷剂的密度，进行拟合，得到制冷剂密度与蒸发器容积比之间的关系曲线，获得蒸发器内制冷剂密度ρ₂与蒸发器容积比y的关系函数ρ₂＝f₂(y)。

8.根据权利要求6所述的空调系统，其特征在于：

饱和区域的容积比：

过热区域的容积比：

其中，

其中，t_ri为蒸发器入口制冷剂温度，t_ro为蒸发器出口制冷剂温度，t_ai为蒸发器吸入空气温度，t_ao为蒸发器吹出空气温度。

9.根据权利要求7所述的空调系统，其特征在于：

h_e为蒸发器入口制冷剂焓值，根据蒸发器入口制冷剂温度t_ri和压缩机排气压力P_d计算；

h_f为饱和气体制冷剂焓值，根据压缩机吸气压力P_s计算；

h_g为蒸发器出口制冷剂焓值，根据蒸发器出口制冷剂温度t_ro和压缩机吸气压力P_s计算。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的空调系统，其特征在于：所述控制器还用于：

判断换热器内制冷剂的质量是否在设定范围内；

若是，则判定制冷剂无泄漏；

若否，则判定制冷剂有泄漏，发出报警提示，且压缩机停机。

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