DE102016112497A1 - System and method for determining molar proportions and mass fractions and the temperature and the thermal state point of a fluid - Google Patents

System and method for determining molar proportions and mass fractions and the temperature and the thermal state point of a fluid Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (1) zum Bestimmen von Stoffmengenanteilen und Massenanteilen sowie der Temperatur und damit des thermischen Zustandspunktes eines Fluids (3). Das System (1) weist einen Probenraum mit mindestens einem optischen Fenster (12), welcher vom Fluid (3) beaufschlagt wird, mindestens eine Strahlungsquelle (5), welche einen Strahl (6) emittiert, mindestens einen Detektor (7), welcher Strahlungsintensitäten als ein Strahlungsspektrum aufnimmt und in elektrische Signale umwandelt, sowie eine Auswerteeinheit (14), welche derart konfiguriert ist, die vom Detektor (7) erzeugten Signale zu empfangen und zu analysieren, auf. Dabei sind die Strahlungsquelle (5) und der Detektor (7) derart zueinander und an dem mindestens einen optischen Fenster (12) des Probenraums ausgerichtet angeordnet, dass der von der Strahlungsquelle (5) emittierte Strahl (6) in den Probenraum eintritt und aus dem Probenraum austritt sowie beim Austreten aus dem Probenraum auf den Detektor (7) auftrifft. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Bestimmen von Stoffmengenanteilen und Massenanteilen sowie der Temperatur eines Fluids (3) mit einem vorgenannten System (1).The invention relates to a system (1) for determining molar proportions and mass fractions as well as the temperature and thus the thermal state point of a fluid (3). The system (1) has a sample space with at least one optical window (12), which is acted upon by the fluid (3), at least one radiation source (5), which emits a beam (6), at least one detector (7), which radiation intensities as an irradiation spectrum and converting it into electrical signals, and an evaluation unit (14) configured to receive and analyze the signals generated by the detector (7). In this case, the radiation source (5) and the detector (7) are arranged relative to one another and aligned with the at least one optical window (12) of the sample space such that the beam (6) emitted by the radiation source (5) enters the sample space and out of the Sample chamber exit and impinges when exiting the sample chamber on the detector (7). The invention also relates to a method for determining molar proportions and mass fractions as well as the temperature of a fluid (3) with an aforementioned system (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Bestimmen von Stoffmengenanteilen und Massenanteilen sowie der Temperatur und damit des thermischen Zustandspunktes eines Fluids. Das System weist einen von dem Fluid in einer Strömungsrichtung durchströmten Probenraum, mindestens eine Strahlungsquelle zum Emittieren eines Strahles sowie mindestens einen Detektor zur Aufnahme von Strahlungsintensitäten und deren Umwandlung in elektrische Signale sowie eine Auswerteeinheit zur Analyse der elektrischen Signale auf.The invention relates to a system and a method for determining molar proportions and mass fractions as well as the temperature and thus the thermal state point of a fluid. The system comprises a sample space through which the fluid flows in a flow direction, at least one radiation source for emitting a jet and at least one detector for recording radiation intensities and their conversion into electrical signals, and an evaluation unit for analyzing the electrical signals.

Aus dem Stand der Technik bekannte Kältemittelkreisläufe, beispielsweise von Klimatisierungssystemen, Wärmepumpensystemen oder Kälteanlagen, weisen einen als Verdampfer betriebenen Wärmeübertrager zur Übertragung von Wärme an das Kältemittel auf. Das in den Verdampfer als Zweiphasengemisch aus Dampf und Flüssigkeit eingeleitete Kältemittel wird bei der Aufnahme der Wärme verdampft und tritt im Wesentlichen gasförmig aus dem Verdampfer aus. Dem als Verdampfer betriebenen Wärmeübertrager ist in Strömungsrichtung des Kältemittels innerhalb des Kältemittelkreislaufs ein Verdichter nachgeschaltet, welcher das gasförmige Kältemittel ansaugt. Je nach Regelung der Überhitzung des aus dem Verdampfer austretenden Kältemittels kann das Kältemittel als Zweiphasengemisch aus Dampf und Flüssigkeit oder in reiner Gasphase aus dem Verdampfer austreten. Die Anteile von Flüssigkeit in der gasförmigen Phase des Kältemittels liegen zumeist in Form von Tropfen vor. Der Kältemittelkreislauf kann zwischen dem Verdampfer und dem Verdichter zudem einen Sammler für das Kältemittel aufweisen. Der Sammler ist dabei unter anderem vorgesehen, den flüssigen Anteil des Kältemittels abzuscheiden, beispielsweise um den in Strömungsrichtung des Kältemittels dem Sammler nachfolgend angeordneten Verdichter vor Flüssigkeitsschlägen zu schützen.Refrigerant circuits known from the prior art, for example of air conditioning systems, heat pump systems or refrigeration systems, have a heat exchanger operated as an evaporator for transferring heat to the refrigerant. The refrigerant introduced into the evaporator as a two-phase mixture of vapor and liquid is vaporized when the heat is absorbed and leaves the evaporator essentially in gaseous form. The heat exchanger operated as an evaporator is followed in the flow direction of the refrigerant within the refrigerant circuit, a compressor downstream, which sucks the gaseous refrigerant. Depending on the regulation of the overheating of the refrigerant leaving the evaporator, the refrigerant can emerge from the evaporator as a two-phase mixture of vapor and liquid or in a pure gas phase. The proportions of liquid in the gaseous phase of the refrigerant are mostly in the form of drops. The refrigerant circuit may further include a collector for the refrigerant between the evaporator and the compressor. The collector is provided, inter alia, to deposit the liquid portion of the refrigerant, for example, to protect the downstream of the collector in the flow direction of the compressor from liquid hammer.

Kältemittelverdichter sind derart ausgebildet, einen geringen Anteil an Flüssigkeit mit der gasförmigen Phase des Kältemittels anzusaugen, ohne dabei beschädigt zu werden. Dabei sollte der Anteil an Flüssigkeit einen bestimmten maximalen Flüssigkeitsgehalt x'max im Sauggas jedoch nicht überschreiten. Beim Überschreiten des maximalen Flüssigkeitsgehalts x'max kommt es zu oben genannten Flüssigkeitsschlägen beziehungsweise zu Tropfenschlagerosion innerhalb des Verdichters. Wenn das Kältemittel beim Einströmen in den Verdichter einen Flüssigkeitsgehalt x' aufweist, welcher geringer ist als der maximale Flüssigkeitsgehalt x'max(x' < x'max), das heißt der Anteil an Flüssigkeit gering ist, wird die Flüssigkeit durch die Kompression des Kältemittels verdampft und der Verdichter wird nicht beschädigt. Beim Überschreiten des Grenzwertes des Flüssigkeitsgehaltes x' > x'max wird bei der Kompression des Kältemittels lediglich ein Teil der Flüssigkeit verdampft, sodass die verbleibende Flüssigkeit Erosionsschäden verursacht. Derzeit ist keine zuverlässige und kostengünstige Möglichkeit der Messung des im Betrieb vorliegenden Flüssigkeitsgehalts und zur Bestimmung des thermischen Zustandspunktes eines Mehrphasengemisches bekannt.Refrigerant compressors are designed to suck in a small amount of liquid with the gaseous phase of the refrigerant without being damaged. However, the proportion of liquid should not exceed a certain maximum liquid content x ' max in the suction gas. When the maximum liquid content x ' max is exceeded, the above-mentioned liquid bumps or droplet erosion occur within the compressor. If the refrigerant as it flows into the compressor has a liquid content x 'which is less than the maximum liquid content x' max (x '<x' max ), that is, the proportion of liquid is low, the liquid is due to the compression of the refrigerant evaporates and the compressor is not damaged. When the limit value of the liquid content x '>x' max is exceeded, only a part of the liquid is evaporated during the compression of the refrigerant, so that the remaining liquid causes erosion damage. At present, no reliable and cost-effective way of measuring the liquid content present in the operation and for determining the thermal state point of a multiphase mixture is known.

Des Weiteren sind die in Kältemittelkreisläufen angeordneten Verdichter zumeist ölgeschmiert ausgebildet. Das innerhalb des Kältemittelkreislaufs mehrere Funktionen erfüllende Öl dient einerseits dem Schmieren innerhalb des Verdichters angeordneter beweglicher Komponenten und verringert damit die Reibung zwischen den Komponenten. Damit wird unter anderem der Verschleiß des Verdichters reduziert. Andererseits werden mittels des Öls die Abdichtung des Verdichters gegenüber der Umgebung sowie die interne Abdichtung zwischen dem Hochdruckbereich und dem Niederdruckbereich des Kältemittels innerhalb des Verdichters verbessert. Eine weitere Funktion des Öls innerhalb eines Kältemittelkreislaufs besteht darin, die beispielsweise aufgrund der Reibung zwischen den bewegten Komponenten des Verdichters innerhalb des Verdichters erzeugte Wärme aufzunehmen und abzuführen.Furthermore, the compressors arranged in refrigerant circuits are usually oil-lubricated. The oil which performs multiple functions within the refrigeration cycle, on the one hand, serves to lubricate moving components within the compressor, thereby reducing the friction between the components. This reduces, inter alia, the wear of the compressor. On the other hand, by means of the oil, the sealing of the compressor from the environment as well as the internal sealing between the high pressure area and the low pressure area of the refrigerant within the compressor are improved. Another function of the oil within a refrigerant circuit is to absorb and dissipate the heat generated, for example, due to the friction between the moving components of the compressor within the compressor.

Obwohl das Öl im Wesentlichen lediglich innerhalb des Verdichters benötigt wird, wird mit dem Druckgas auch ein gewisser Anteil des Kältemaschinenöls in den Kältemittelkreislauf gefördert, sodass das Öl auch innerhalb des Kältemittelkreislaufs zirkuliert.Although the oil is essentially only needed within the compressor, the compressed gas also promotes a certain proportion of the refrigerating machine oil into the refrigerant circuit, so that the oil also circulates within the refrigerant circuit.

Das Öl des Verdichters, welches mit dem Kältemittel gemeinsam durch den Kältemittelkreislauf zirkuliert, weist verschiedene Wirkungen auf. So verändert es die physikalischen und thermodynamischen Eigenschaften des Kältemittel-Öl-Gemisches. Das Öl verringert beispielsweise die Wirksamkeit der Wärmeübertrager des Kältemittelkreislaufs. Wenn die Wärmeübertragungsflächen im Inneren des Wärmeübertragers mit einem Ölfilm bedeckt sind, welcher sich wie eine zusätzliche Isolierschicht auswirkt, werden der Wärmeübergang und damit der Wärmedurchgang negativ beeinflusst. Der Anteil des in den Kältemittelkreislauf geförderten Öls wirkt sich, bis auf wenige Ausnahmen, somit ungünstig auf das Verhalten des Kältemittelkreislaufs aus. Die Leistung und die Effizienz des Systems wird geringer. Die Kenntnis des Ölgehalts des im Kältemittelkreislauf umlaufenden Kältemittels ist insbesondere bei der Entwicklung und Abstimmung von Kälteanlagen, beispielsweise in Klimatisierungssystemen von Kraftfahrzeugen, wünschenswert. Auch eine kontinuierliche Überwachung des Ölgehalts, der Temperatur sowie der Zusammensetzung aller Phasen sowie deren Mengenanteilen – ausgedrückt durch den thermischen Zustandspunkt – während des Betriebs ist vorteilhaft. Zudem wäre es wünschenswert, den Ölgehalt auch in mehrphasigen Kältemittelgemischen, beispielsweise mit den Phasen Dampf und Flüssigkeit, Flüssigkeit und Flüssigkeit beziehungsweise einer Kombination daraus, bestimmen zu können, um den Ölgehalt auch zwischen allen Komponenten des Kältemittelkreislaufs und bei Vorliegen einer Mischungslücke bestimmen und Ölverlagerungen in eine der Komponenten des Kältemittelkreislaufs erkennen zu können.The oil of the compressor, which circulates together with the refrigerant through the refrigerant circuit, has various effects. It changes the physical and thermodynamic properties of the refrigerant-oil mixture. The oil, for example, reduces the effectiveness of the heat exchanger of the refrigerant circuit. If the heat transfer surfaces are covered in the interior of the heat exchanger with an oil film, which acts as an additional insulating layer, the heat transfer and thus the heat transfer are adversely affected. The proportion of oil pumped into the refrigerant circuit has, with a few exceptions, thus unfavorable effects on the refrigerant circuit. The performance and efficiency of the system will be lower. The knowledge of the oil content of circulating in the refrigerant circuit refrigerant is particularly desirable in the development and tuning of refrigeration systems, for example in air conditioning systems of motor vehicles. Also a continuous one Monitoring the oil content, the temperature and the composition of all phases and their proportions - expressed by the thermal state point - during operation is advantageous. In addition, it would be desirable to be able to determine the oil content in multiphase refrigerant mixtures, for example with the phases of vapor and liquid, liquid and liquid or a combination thereof, to determine the oil content between all components of the refrigerant circuit and in the presence of a miscibility gap and oil displacements in to be able to recognize one of the components of the refrigerant circuit.

Aus dem Stand der Technik ist derzeit keine stets zuverlässig einsetzbare wirtschaftliche Methode bekannt, den Stoffmengenanteil, insbesondere den Dampfmassenanteil und den Ölmassenanteil, beziehungsweise die Temperatur und den thermischen Zustandspunkt eines Kältemittel-Öl-Gemisches online zu messen und die gemessenen Werte als Regelgröße zu verwenden. Für die Bestimmung des Ölmassenanteils in einem Kältemittel-Öl-Gemisch werden herkömmlich Sensoren auf der Basis von Schallgeschwindigkeitsmessungen oder Dichtemessungen verwendet. Allerdings versagen die Messungen auf Basis der Schallgeschwindigkeit beim Auftreten von Mischungslücken oder Gasblasen innerhalb der Strömung. Die Messungen der Zusammensetzung des Fluids auf Basis der Dichten versagen in Bereichen der Dichteinversion, das heißt in Bereichen, in welchen die Dichte des Öls und die Dichte des Kältemittels gleich sind. Bei diesen Verfahren beziehungsweise Messeffekten ist eine integrierte Temperaturmessung nicht möglich und muss zusätzlich vorgenommen werden, insbesondere wenn der thermische Zustandspunkt ermittelt werden soll.From the state of the art is currently not always reliable economic method known to measure the mole fraction, in particular the steam mass fraction and the oil mass fraction, or the temperature and the thermal state point of a refrigerant-oil mixture online and to use the measured values as a controlled variable. For the determination of the oil mass fraction in a refrigerant-oil mixture, sensors based on sound velocity measurements or density measurements are conventionally used. However, the measurements fail on the basis of the speed of sound when miscibility gaps or gas bubbles occur within the flow. Measurements of composition of the fluid based on densities fail in areas of density inversion, that is, in areas where the density of the oil and the density of the refrigerant are equal. With these methods or measuring effects, an integrated temperature measurement is not possible and must be carried out additionally, in particular if the thermal state point is to be determined.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Systems und eines Verfahrens zur Bestimmung der Massenanteile der Komponenten sowie der Phasen, deren Temperatur und damit des thermischen Zustandspunktes eines Fluids, insbesondere eines Kältemittels, eines Kältemittelgemisches oder eines Kältemittel-Öl-Gemisches, welches jeweils innerhalb eines Kältemittelkreislaufs mit mindestens einem Entspannungsorgan, einem als Verdampfer betriebenen Wärmeübertrager, einem Verdichter und einem als Verflüssiger betriebenen Wärmeübertrager zirkuliert. Die Massenanteile der Komponenten sowie der Phasen, deren Temperatur und damit des thermischen Zustandspunktes des Fluids sollen dabei kontinuierlich bestimmbar sein, wobei die Strömung des Fluids durch die Messung nicht beeinflusst werden soll. Die Massenanteile der Komponenten sowie deren Phasen, deren Temperatur und damit der thermische Zustandspunkt des zirkulierenden Fluids sollen dabei auch speziell zwischen einem als Verdampfer betriebenen Wärmeübertrager und einem Verdichter zu bestimmen sein, um diese als Regelgrößen für die Entspannung des Fluids beim Durchströmen des Entspannungsorgans zu nutzen. Ferner sollte der Massenanteil des Öls innerhalb des Kältemittel-Öl-Gemisches, vorzugsweise in Strömungsrichtung des Kältemittel-Öl-Gemisches nach einem als Verflüssiger betriebenen Wärmeübertrager, ermittelbar sein. Das System soll zudem konstruktiv einfach realisierbar, robust gegen Erschütterungen und einfach zu bedienen sein, um einen möglichst platzsparenden Einbau zu gewährleisten und die Kosten bei der Herstellung, der Wartung und der Bedienung zu minimieren.The object of the invention is to provide a system and a method for determining the mass fractions of the components and the phases, their temperature and thus the thermal state point of a fluid, in particular a refrigerant, a refrigerant mixture or a refrigerant-oil mixture, each within a refrigerant circuit having at least one expansion element, a heat exchanger operated as an evaporator, a compressor and a heat exchanger operated as a condenser. The mass fractions of the components and the phases, their temperature and thus the thermal state point of the fluid should be continuously determinable, wherein the flow of the fluid should not be affected by the measurement. The mass fractions of the components and their phases, their temperature and thus the thermal state point of the circulating fluid should also be specifically determined between a heat exchanger operated as an evaporator and a compressor to use them as control variables for the relaxation of the fluid when flowing through the expansion device , Furthermore, the mass fraction of the oil within the refrigerant-oil mixture, preferably in the flow direction of the refrigerant-oil mixture should be determined by a heat exchanger operated as a condenser. The system should also be structurally simple to implement, robust against shocks and easy to use, to ensure the most space-saving installation and to minimize the costs of manufacturing, maintenance and operation.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object is achieved by the subject matters with the features of the independent claims. Further developments are specified in the dependent claims.

Die Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes System zum Bestimmen von Stoffmengenanteilen und Massenanteilen sowie der Temperatur und damit des thermischen Zustandspunktes eines Fluids, insbesondere eines Kältemittels, eines Kältemittelgemisches oder eines Kältemittel-Öl-Gemisches gelöst. Das Kältemittel kann dabei jeweils einphasig als Dampf oder Flüssigkeit beziehungsweise als zweiphasiges Gemisch aus Dampf und Flüssigkeit vorliegen. Nach der Konzeption der Erfindung weist das System einen Probenraum mit mindestens einem optischen Fenster, mindestens eine Strahlungsquelle, welche einen Strahl emittiert, mindestens einen Detektor, welcher Strahlungsintensitäten als ein Strahlungsspektrum aufnimmt und in elektrische Signale umwandelt, sowie eine Auswerteeinheit auf. Der Probenraum wird mit dem Fluid beaufschlagt. Die Auswerteeinheit ist derart konfiguriert, die vom Detektor erzeugten Signale zu empfangen und zu analysieren. Die Strahlungsquelle und der Detektor sind derart zueinander und an dem mindestens einen optischen Fenster des Probenraums ausgerichtet angeordnet, dass der von der Strahlungsquelle emittierte Strahl in den Probenraum eintritt und aus dem Probenraum austritt sowie beim Austreten aus dem Probenraum auf den Detektor auftrifft.The object is achieved by an inventive system for determining molar proportions and mass fractions and the temperature and thus the thermal state point of a fluid, in particular a refrigerant, a refrigerant mixture or a refrigerant-oil mixture. The refrigerant can be present in each case single-phase as a vapor or liquid or as a two-phase mixture of vapor and liquid. According to the concept of the invention, the system has a sample space with at least one optical window, at least one radiation source which emits a beam, at least one detector which receives radiation intensities as a radiation spectrum and converts them into electrical signals, and an evaluation unit. The sample chamber is charged with the fluid. The evaluation unit is configured to receive and analyze the signals generated by the detector. The radiation source and the detector are arranged relative to one another and aligned with the at least one optical window of the sample space such that the beam emitted by the radiation source enters the sample space and exits from the sample space and impinges upon the detector upon exiting the sample space.

Die Komponenten des Systems sind vorteilhaft zumindest teilweise oder insgesamt in einer Einheit integriert ausgebildet. Die innerhalb der gemeinsamen Einheit integriert ausgebildeten Komponenten sind dabei zusammenhängend angeordnet. Das Fluid kann dabei mit einer Strömungsgeschwindigkeit durch den Probenraum hindurchströmen. Alternativ kann das Fluid innerhalb des Probenraums eine Strömungsgeschwindigkeit Null aufweisen.The components of the system are advantageously formed at least partially or in total integrated in one unit. The integrally formed within the common unit components are arranged contiguous. The fluid can flow through the sample space at a flow rate. Alternatively, the fluid within the sample space may have zero flow velocity.

Nach einer ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist das System mit einem optischen Fenster und einer Reflexionsvorrichtung ausgebildet, wobei der von der Strahlungsquelle emittierte Strahl durch das optische Fenster in den Probenraum eintritt, an der Reflexionsvorrichtung reflektiert wird und durch das optische Fenster aus dem Probenraum austritt. Nach einer zweiten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist das System mit mindestens zwei optischen Fenstern ausgebildet, wobei der von der Strahlungsquelle emittierte Strahl durch ein erstes optisches Fenster in den Probenraum eintritt und durch ein zweites optisches Fenster aus dem Probenraum austritt. Nach einer dritten alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind Sensoren und Detektoren direkt in das Fluid hineinragend oder innerhalb des Fluids angeordnet, sodass das System keine optischen Fenster aufweist. According to a first alternative embodiment of the invention, the system is formed with an optical window and a reflection device, wherein the beam emitted by the radiation source beam enters the sample space through the optical window, is reflected at the reflection device and exits the sample space through the optical window. According to a second alternative embodiment of the invention, the system is formed with at least two optical windows, the beam emitted by the radiation source entering the sample space through a first optical window and exiting the sample space through a second optical window. According to a third alternative embodiment of the invention, sensors and detectors are arranged directly in the fluid or disposed within the fluid, so that the system has no optical window.

Das mindestens eine optische Fenster des Probenraums ist bevorzugt gegen Beschlag geschützt ausgebildet, insbesondere beheizt.The at least one optical window of the sample space is preferably formed protected against fog, in particular heated.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Strahlungsquelle und der Detektor derart zueinander und am Probenraum ausgerichtet angeordnet, dass der Strahl den Probenraum und das Fluid in einer Richtung durchdringt, welche senkrecht zu einer Strömungsrichtung des Fluids ausgerichtet ist.According to an advantageous embodiment of the invention, the radiation source and the detector are arranged in such a way and aligned with the sample space that the beam penetrates the sample space and the fluid in a direction which is aligned perpendicular to a flow direction of the fluid.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass der Probenraum innerhalb einer Leitung ausgebildet ist. Dabei weist die Leitung die Form eines Kreiszylinders und der Querschnitt einen Durchmesser, insbesondere einen Innendurchmesser, auf. Die Strahlungsquelle und der Detektor sind vorteilhaft derart zueinander und zum Probenraum ausgerichtet angeordnet, dass der Strahl die kreiszylinderförmige Leitung entlang des Durchmessers durchdringt. Nach einer alternativen Ausgestaltung weist der Querschnitt eine mehreckige, insbesondere eine rechteckige Form auf.A development of the invention is that the sample space is formed within a conduit. In this case, the line has the shape of a circular cylinder and the cross section has a diameter, in particular an inner diameter. The radiation source and the detector are advantageously arranged in such a way to each other and aligned to the sample space that the beam penetrates the circular cylindrical conduit along the diameter. According to an alternative embodiment, the cross section has a polygonal, in particular a rectangular shape.

Die Leitung ist bevorzugt als ein universal einsetzbares Element mit genormten Anschlussstellen, insbesondere als ein Abschnitt eines Rohres, ausgebildet.The line is preferably designed as a universally applicable element with standardized connection points, in particular as a section of a tube.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das System mit einem Bypass mit einem probenraumgleichen Raum, einem Strahlungsteiler sowie einem zusätzlichen Detektor ausgebildet. Der probenraumgleiche Raum weist dabei zum Probenraum identische geometrische Abmessungen, insbesondere eine identische optische Länge, auf. Der probenraumgleiche Raum enthält dabei keinen Stoff, welcher infrarot-aktive Strahlung absorbiert und emmitiert, welche mit einem der zu untersuchenden Komponenten des Fluids wechselwirkt und zum Bestimmen der Stoffmengenanteilen und Massenanteilen sowie der Temperatur herangezogen werden soll. Der probenraumgleiche Raum ist folglich mit einem im zu untersuchenden spektralen Bereich infrarotlichtinaktiven Fluid beaufschlagt. Der Strahlungsteiler ist bevorzugt innerhalb der Strahlungsquelle ausgebildet, um den von der Strahlungsquelle emittierten Strahl zu teilen und einen ersten Teil des Strahls durch den Bypass und damit den probenraumgleichen Raum und einen zweiten Teil des Strahls durch den Probenraum zu leiten.According to an advantageous embodiment of the invention, the system is formed with a bypass with a sample chamber same space, a beam splitter and an additional detector. The sample chamber-like space in this case has identical geometric dimensions, in particular an identical optical length, to the sample space. The sample chamber-like space does not contain a substance which absorbs and emits infrared-active radiation, which interacts with one of the components of the fluid to be investigated and is used to determine the molar proportions and mass fractions and the temperature. The sample chamber-like space is consequently exposed to an infrared-inactive fluid in the spectral range to be examined. The beam splitter is preferably formed within the radiation source to divide the beam emitted by the radiation source and to pass a first portion of the beam through the bypass and thus the sample space equivalent space and a second portion of the beam through the sample space.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die mindestens eine Strahlungsquelle als eine Lichtquelle ausgebildet, welche einen Lichtstrahl mit mindestens einer vorbestimmten Wellenlänge emittiert. Der mindestens eine Detektor ist dabei zur Aufnahme von Transmissionslichtintensitäten als ein Transmissionslichtspektrum und zur Umwandlung der Transmissionslichtintensitäten in elektrische Signale ausgebildet.According to a development of the invention, the at least one radiation source is designed as a light source which emits a light beam having at least one predetermined wavelength. The at least one detector is designed to receive transmission light intensities as a transmission light spectrum and to convert the transmission light intensities into electrical signals.

Nach einer ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist eine Vielzahl monochromatischer Lichtquellen ausgebildet. Unter einer Vielzahl sind dabei mindestens zwei Lichtquellen zu verstehen. Nach einer zweiten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine polychromatische Lichtquelle ausgebildet, welche Licht mit unterschiedlichen vorbestimmten Wellenlängen emittiert.According to a first alternative embodiment of the invention, a plurality of monochromatic light sources is formed. Among a multitude are at least two light sources to understand. According to a second alternative embodiment of the invention, at least one polychromatic light source is emitted, which emits light having different predetermined wavelengths.

Der mindestens eine Detektor ist vorteilhaft als ein Photodetektor ausgebildet. Bei der Ausgestaltung der Erfindung mit einem Detektor, ist der Detektor derart ausgebildet, lambda-selektiv zu detektieren. Bei der Ausgestaltung der Erfindung mit mehr als einem Detektor können die Detektoren auch derart ausgebildet sein, lediglich monochromatisch zu detektieren.The at least one detector is advantageously designed as a photodetector. In the embodiment of the invention with a detector, the detector is designed to detect lambda selectively. In the embodiment of the invention with more than one detector, the detectors can also be designed to detect only monochromatically.

Die Aufgabe wird auch durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bestimmen von Stoffmengenanteilen und Massenanteilen sowie der Temperatur und damit des thermischen Zustandspunktes eines Fluids mit einem vorgenannten System gelöst. Dabei trifft mindestens ein von mindestens einer Strahlungsquelle in einen mit dem Fluid beaufschlagbaren Probenraum emittierter Strahl mit festgelegten Wellenlängen nach dem Durchstrahlen des Probenraums auf mindestens einen Detektor auf. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:

  • – Bestimmen von Referenzstrahlungsintensitäten I0i),
  • – Aufnehmen eines Strahlungsspektrums durch den mindestens einen Detektor, wobei eine Anzahl i von spezifischen Wellenlängen Strahlungsintensitäten IProbei) zugeordnet werden, und Umwandeln der aufgenommenen Strahlungsintensitäten in elektrische Signale,
  • – Senden der elektrischen Signale an eine Auswerteeinheit und Analysieren der Signale innerhalb der Auswerteeinheit, Bestimmen von Strahlungsintensitäten IProbei),
  • – Bestimmen einer Absorbanzverteilung A(λi) aus den Strahlungsintensitäten IProbei) und den dazugehörigen Referenzstrahlungsintensitäten I0i) für i spezifische Wellenlängen,
  • – Bestimmen mindestens einer Nullabsorbanz ANullNull), wobei Photonen der Wellenlänge λNull mit keiner der zu untersuchenden Komponenten des Fluids absorbiert,
  • – Bestimmen von Stoffmengenanteilen und/oder Massenanteilen der Komponenten sowie deren Phasen des Fluids, basierend auf der Absorbanzverteilung A(λi) und dem Verhältnis charakteristischer Absolutwerte der Absorbanzen A,
  • – Bestimmen der Temperatur des Fluids, basierend auf der Absorbanzverteilung A(λi) und dem Verhältnis charakteristischer Absolutwerte der Absorbanzen A, sowie
  • – Bestimmen des thermischen Zustandspunktes mit einer in der Auswerteeinheit gespeicherten Zustandsgleichung.
The object is also achieved by an inventive method for determining molar proportions and mass fractions and the temperature and thus the thermal state point of a fluid with an aforementioned system. In this case, at least one beam emitted by at least one radiation source into a sample space which can be acted upon by the fluid strikes predetermined wavelengths after the sample space has been irradiated on at least one detector. The method comprises the following steps:
  • Determining reference radiation intensities I 0i ),
  • Recording a radiation spectrum through the at least one detector, a number i of specific wavelengths being assigned to radiation intensities I sample (v i ), and converting the recorded radiation intensities into electrical signals,
  • - transmitting the electrical signals to an evaluation unit, and analyzing the signals within the evaluation unit, determining radiation intensities I samplei),
  • Determining an absorbance distribution A (λ i ) from the radiation intensities I sample (v i ) and the associated reference radiation intensities I 0 (v i ) for i specific wavelengths,
  • Determining at least one zero absorbance A zerozero ), with photons of wavelength λ zero absorbing none of the components of the fluid to be investigated,
  • Determining molar proportions and / or mass fractions of the components and their phases of the fluid, based on the absorbance distribution A (λ i ) and the ratio of characteristic absolute values of the absorbances A,
  • Determining the temperature of the fluid, based on the absorbance distribution A (λ i ) and the ratio of characteristic absolute values of the absorbances A, as well as
  • Determining the thermal state point with a state equation stored in the evaluation unit.

Die Nullabsorbanz ANullNull) kann damit vorteilhaft als Bezugspunkt für eine Basislinie A = 0 verwendet werden, um mögliche Streueffekte zu berücksichtigen. Die weiteren bestimmten Absorbanzverteilungen A(λi) können mit der Nullabsorbanz ANullNull) als sogenannte Offset-Verschiebung korrigiert werden: ΔAii) = Aii) – ANull. The zero absorbance A zerozero ) can thus be advantageously used as a reference point for a baseline A = 0 in order to take into account possible scattering effects. The other determined absorbance distributions A (λ i ) can be corrected with the zero absorbance A zerozero ) as a so-called offset shift: ΔA ii ) = A ii ) -A zero .

Wenn nach einer Weiterbildung der Erfindung die mindestens eine Strahlungsquelle als eine Lichtquelle ausgebildet ist, welche einen Lichtstrahl emittiert und der mindestens eine Detektor zur Aufnahme von Transmissionslichtintensitäten ausgebildet ist, umfasst das Verfahren vorteilhaft die Aufnahme eines Transmissionslichtspektrums, wobei spezifischen Wellenlängen Transmissionslichtintensitäten IProbei) zugeordnet werden.If, according to a development of the invention, the at least one radiation source is designed as a light source which emits a light beam and the at least one detector is designed to record transmission light intensities, the method advantageously comprises the acquisition of a transmission light spectrum, specific wavelengths transmission light intensities I samplei ) be assigned.

Nach einer ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung werden die Referenzstrahlungsintensitäten I0i) mit einer einmaligen Messung oder einer einmaligen Messserie des Strahls durch den unbeaufschlagten Probenraum bestimmt und anschließend in der Auswerteeinheit gespeichert. Nach einer zweiten alternativen Ausgestaltung der Erfindung werden die Referenzstrahlungsintensitäten I0i) simultan zu den Strahlungsintensitäten IProbei) bestimmt. Dabei trifft ein über einen in der Strahlungsquelle angeordneten Strahlungsteiler durch einen probenraumgleichen Raum geleiteter Strahl auf einen Detektor auf. Der probenraumgleiche Raum ist mit identischen geometrischen Abmessungen, insbesondere einer identischen optischen Länge, wie der Probenraum ausgebildet und mit einem im zu untersuchenden spektralen Bereich infrarotlichtinaktiven Fluid beaufschlagt.According to a first alternative embodiment of the invention, the reference radiation intensities I 0i ) are determined by a single measurement or a single measurement series of the beam through the unbuffered sample space and then stored in the evaluation unit. According to a second alternative embodiment of the invention, the reference radiation intensities I 0i ) are determined simultaneously with the radiation intensities I samplei ). A beam splitter, which is arranged in the radiation source, impinges on a detector through a beam guided in the same sample space. The sample chamber-like space is formed with identical geometric dimensions, in particular an identical optical length, as the sample space and acted upon by an infrared-active in the spectral range to be examined fluid.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient vorteilhaft dem Ermitteln eines integralen Mittelwerts der Konzentrationen als Stoffmengenanteile, der Temperatur und des thermischen Zustandspunktes entlang des Strahls beim Durchdringen des innerhalb des Probenraums strömenden Fluids. Das Verfahren beruht dabei bevorzugt auf einer sogenannnten „in situ”- und online-Messung. Unter einer „in situ”-Messung ist dabei eine Messung zu verstehen, bei welcher während der Messung der Probenraum kontinuierlich vom zu vermessenden Fluid durchströmt wird und das Fluid beziehungsweise die Probe durch die Messung unbeeinflusst bleiben, insbesondere wird kein Teilmassenstrom des Fluids entnommen und in einer separaten Messeinrichtung analysiert. Die Messung wird unmittelbar vor Ort durchgeführt. Eine Einführung von Messkomponenten in den Strömungspfad ist nicht erforderlich.The method according to the invention advantageously serves to determine an integral mean of the concentrations as molar proportions, the temperature and the thermal state point along the jet during penetration of the fluid flowing within the sample space. The method is preferably based on a so-called "in situ" and online measurement. An "in situ" measurement is to be understood as meaning a measurement in which the fluid to be measured continuously flows through the sample space during the measurement and the fluid or the sample remains unaffected by the measurement; in particular, no partial mass flow of the fluid is withdrawn and withdrawn a separate measuring device analyzed. The measurement is carried out directly on site. An introduction of measuring components in the flow path is not required.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass zur Auswertung der Messwerte eine Basislinie festgelegt wird. Dabei wird für die Strahlquellen eine Wellenlänge vorgesehen, welche mit keiner der Komponenten oder Phasen des Fluids wechselwirkt.A development of the invention consists in that a baseline is determined for the evaluation of the measured values. In this case, a wavelength is provided for the beam sources, which interacts with none of the components or phases of the fluid.

Mindestens ein Stoffmengenanteil und die Temperatur des Fluids werden vorteilhaft aus Rotationsschwingungsspektren bestimmt, wobei die Auswertung auf der Verschiebung der Wellenlänge der Streckschwingungsbande zwischen zwei Phasen und/oder auf der Auflösung der Rotationsfeinstruktur von zwei Phasen und/oder Schwingungen von Wasserstoffbrückenbindungen, insbesondere im Infrarot-Spektrum von Flüssigkeiten, basiert. Als unterschiedliche Phasen werden vorteilhaft mindestens eine Gasphase und mindestens eine Flüssigphase betrachtet. Unter der Rotationsfeinstruktur ist eine spektrale Feinstruktur von Rotationsschwingungsbanden zu verstehen.At least a mole fraction and the temperature of the fluid are advantageously determined from rotational vibration spectra, wherein the evaluation on the shift of the wavelength of the stretching vibration band between two phases and / or on the resolution of the fine structure of two phases and / or vibrations of hydrogen bonds, in particular in the infrared spectrum of liquids, based. As different phases are advantageously at least one gas phase and at least considered a liquid phase. The fine rotational structure is understood to mean a spectral fine structure of rotational vibration bands.

Die Stoffmengenanteile beziehungsweise die Massenanteile der Phasen und/oder der Stoffe des Fluids, insbesondere eines Dampfmassenanteils beziehungsweise eines Ölmassenanteils eines Kältemittels, eines Kältemittel-Gemisches beziehungsweise eines Kältemittel-Öl-Gemisches, werden bevorzugt nach dem Lambert-Beerschen-Gesetz und unter Berücksichtigung der Stoffdaten des Gemisches bestimmt und gegebenenfalls als Zustandsgleichung in der Auswerteeinheit hinterlegt. Die Temperatur des Fluids wird bei konstanter optischer Länge vorteilhaft aus mindestens einer Absorbanz des Dampfes ΔAGas und/oder der Flüssigkeit ΔAFlüssigkeit nach der Boltzmann-Verteilung bestimmt. Die Temperatur wird alternativ oder zusätzlich mit einem separaten Temperatursensor bestimmt.The molar mass fractions or the mass fractions of the phases and / or the substances of the fluid, in particular a steam mass fraction or an oil mass fraction of a refrigerant, a refrigerant mixture or a refrigerant-oil mixture, are preferably according to Lambert-Beer's law and taking into account the material data the mixture determined and optionally deposited as an equation of state in the evaluation unit. The temperature of the fluid is determined at constant optical length advantageous from at least one absorbance of the vapor .DELTA.A gas and / or the liquid .DELTA.A liquid according to the Boltzmann distribution. The temperature is determined alternatively or additionally with a separate temperature sensor.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass Absorptionsbanden mit Spektralverteilungen verglichen werden, welche für bekannte Stoffmengen und Temperaturen vorbestimmt und beispielsweise in einer Datenbank abrufbar hinterlegt sind, um die Stoffmengen der Komponenten und Phasen sowie die Temperatur zu bestimmen.A further preferred embodiment of the invention is that absorption bands are compared with spectral distributions, which are predetermined for known amounts of substance and temperatures and deposited, for example, in a database, to determine the amounts of substances of the components and phases and the temperature.

Die zu bestimmenden Messwerte werden vorteilhaft online und quasi instantan erfasst. Dabei werden die Messwerte ohne zeitliche Verzögerung zur Aufnahme verarbeitet, sodass die Messwerte als Regelgrößen nutzbar sind.The measured values to be determined are advantageously recorded online and virtually instantaneously. The measured values are processed without delay for recording, so that the measured values can be used as controlled variables.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung dient das Verfahren zur Reglung eines Kältemittelkreislaufs, welcher in Strömungsrichtung des Fluids mindestens ein Expansionsorgan, mindestens einen als Verdampfer betriebenen Wärmeübertrager und mindestens einen Verdichter aufweist. Das System ist dabei in Strömungsrichtung des Fluids nach einem Wärmeübertrager und vor einem Verdichter angeordnet. Die mit dem System bestimmten Werte werden als Regelgröße zum Regeln des Kältemittelkreislaufs genutzt. Das Verfahren ist vorteilhaft auch bei verzweigten und mehrstufigen Kältemittelkreisläufen anwendbar.According to a development of the invention, the method is used to control a refrigerant circuit which has at least one expansion element, at least one heat exchanger operated as an evaporator and at least one compressor in the flow direction of the fluid. The system is arranged in the flow direction of the fluid after a heat exchanger and in front of a compressor. The values determined with the system are used as a control variable for regulating the refrigerant circuit. The method is also advantageously applicable to branched and multi-stage refrigerant circuits.

Die mit dem System bevorzugt bestimmten Stoffmengenanteile, Massenanteile sowie der Temperatur und damit des thermischen Zustandspunktes, zum Beispiel in Form der spezifischen Enthalpie, des Fluids werden vorteilhaft als Regelgröße zur Steuerung eines Öffnungsgrades des Expansionsorgans verwendet.The preferably determined by the system mole fractions, mass fractions and the temperature and thus the thermal state point, for example in the form of the specific enthalpy of the fluid are advantageously used as a control variable for controlling an opening degree of the expansion device.

Im Zwei-Phasenbereich tritt je nach Strömungsform des Fluids, beispielsweise in einer Ringströmung, ein Schlupf auf, sodass zwischen dem umlaufenden Massenanteil des strömenden Fluids und dem lokalen Massenanteil des Fluids zu unterscheiden ist. Dabei führt der Schlupf zwischen den Phasen zu einem Abweichen von umlaufendem Massenanteil des strömenden Fluids und lokalem Massenanteil, welcher durch ein ortsauflösendes Messverfahren bestimmt werden kann. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein erfindungsgemäßes System in Strömungsrichtung des Fluids nach einem als Verflüssiger betriebenem Wärmeübertrager und vor dem Expansionsorgan angeordnet, wobei die umlaufenden Massenanteile des strömenden Fluids bestimmt werden. Zudem werden die lokalen Massenanteile des Fluids zwischen dem als Verdampfer betriebenen Wärmeübertrager und dem Verdichter bestimmt.In the two-phase region occurs depending on the flow shape of the fluid, for example, in a ring flow, a slip, so that it is necessary to distinguish between the circulating mass fraction of the flowing fluid and the local mass fraction of the fluid. The slip between the phases leads to a deviation of the circulating mass fraction of the flowing fluid and the local mass fraction, which can be determined by a spatially resolving measuring method. According to an advantageous embodiment of the invention, an inventive system is arranged in the flow direction of the fluid after a heat exchanger operated as a condenser and in front of the expansion element, wherein the circulating mass fractions of the flowing fluid are determined. In addition, the local mass fractions of the fluid between the operated as an evaporator heat exchanger and the compressor are determined.

Erfindungsgemäße Systeme können vorteilhaft auch an mehreren Stellen eines Kältemittelkreislaufs angeordnet sein, um die Stoffmengenanteile und Massenanteile sowie die Temperaturen und die thermischen Zustandspunkte des Kältemittels an den unterschiedlichen Stellen simultan zu bestimmen. Durch die Messungen an mehreren Stellen des Kältemittelkreislaufs können beispielsweise Zustandsänderungen des Kältemittels innerhalb des Kältemittelkreislaufs ermittelt werden.Systems according to the invention can advantageously also be arranged at several points of a refrigerant circuit in order to simultaneously determine the molar mass fractions and mass fractions as well as the temperatures and the thermal state points of the refrigerant at the different points. The measurements at several points of the refrigerant circuit, for example, state changes in the refrigerant can be determined within the refrigerant circuit.

Das erfindungsgemäße System und das erfindungsgemäße Verfahren weisen zudem zusammenfassend weitere Vorteile auf:

  • – nicht invasive Messung, wobei die Strömung mechanisch und thermodynamisch unbeeinflusst bleibt,
  • – die Messwerte werden online und quasi instantan erfasst, wobei die Messwerte ohne zeitliche Verzögerung zur Aufnahme verarbeitet werden, sodass die Messwerte als Regelgrößen nutzbar sind,
  • – In-situ-Messung, wobei die Messung bei sich verändernden Zuständen und Zusammensetzungen des Fluids unmittelbar am Ort stattfindet,
  • – mit einer integrierten Temperaturmessung kann der thermodynamische Zustandspunkt des strömenden Fluids, insbesondere eines Kältemittels oder eines Kältemittelgemisches jeweils mit oder ohne Ölanteil bestimmt werden, wobei beispielsweise die spezifische Enthalpie des Nassdampfes von besonderem Interesse ist,
  • – dem Verfahren liegen eine Vorrichtung und ein System mit einem einfachen Aufbau aus wenigen Einzelkomponenten zu Grunde,
  • – das System ist als Messsystem damit kostengünstig und ermöglicht Anwendungen in Massenproduktionen, auch in Anwendung bei kleinen Leistungsklassen, da die Messung weder vom Strömungszustand des Fluids abhängt, noch den Strömungszustand des Fluids beeinflusst,
  • – das System ist sehr robust und unanfällig für Fehler,
  • – durch eine Erweiterung des direkten Messverfahrens zu einem ortsauflösenden Messverfahren sowie den Vorteil des unmittelbaren Bestimmens der Stoffmengenanteile und Phasen der Komponenten des Fluids, ist das Verfahren speziell in der Grundlagenforschung zur Untersuchung von Kondensationsmechanismen einsetzbar.
The system according to the invention and the method according to the invention also have, in summary, further advantages:
  • Non-invasive measurement, the flow remaining mechanically and thermodynamically unaffected,
  • The measured values are recorded online and quasi instantaneously, whereby the measured values are processed without delay for recording, so that the measured values can be used as controlled variables,
  • In-situ measurement, wherein the measurement takes place at changing locations and compositions of the fluid directly in place,
  • With an integrated temperature measurement, the thermodynamic state point of the flowing fluid, in particular of a refrigerant or of a refrigerant mixture can be determined in each case with or without oil content, for example, the specific enthalpy of the wet steam is of particular interest,
  • - The method is based on a device and a system with a simple structure of a few individual components,
  • The system is therefore cost-effective as a measuring system and enables applications in mass production, even in small power classes, since the measurement neither depends on the flow state of the fluid nor influences the flow state of the fluid,
  • - The system is very robust and not susceptible to errors
  • - By extending the direct measurement method to a spatially resolving measurement method and the advantage of directly determining the mole fractions and phases of the components of the fluid, the method can be used especially in basic research for the investigation of condensation mechanisms.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigenFurther details, features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it

1: Bereich eines Kältemittelkreislaufs mit dem System zum Bestimmen der Stoffmengenanteile und der Massenanteile sowie der Temperatur und damit des thermischen Zustandspunktes eines reinen Fluids oder eines Fluid-Gemisches, insbesondere der Anteile der Phasen Dampf und Flüssigkeit eines reinen Kältemittels oder eines Kältemittel-Gemisches oder der Anteile der Phasen Dampf und Flüssigkeit des Kältemittels sowie des Anteils des flüssigen Öls eines Kältemittel-Öl-Gemisches, 1 Range of a refrigerant circuit with the system for determining the mole fraction and the mass fractions and the temperature and thus the thermal state point of a pure fluid or a fluid mixture, in particular the proportions of the phases vapor and liquid of a pure refrigerant or a refrigerant mixture or the proportions the phases vapor and liquid of the refrigerant and the proportion of the liquid oil of a refrigerant-oil mixture,

2: Schema zum Ablauf des Bestimmens der Stoffmengenanteile und der Massenanteile sowie der Phasen der Komponenten und der Temperatur eines reinen Fluids oder eines Fluid-Gemisches, 2 : Scheme for the course of determining the mole fractions and the mass fractions and the phases of the components and the temperature of a pure fluid or a fluid mixture,

3a, 3b: Diagramme mit Auftragung der Absorbanz abhängig von der Wellenzahl als Möglichkeiten der Auswertung von Schwingungsspektren zum Bestimmen der Phasenanteile Dampf und Flüssigkeit und der Temperatur eines Kältemittels anhand von Stoffmengenanteilen oder Massenanteilen, 3a . 3b : Graphs with a plot of the absorbance as a function of the wave number as possibilities of the evaluation of oscillation spectra for the determination of the phase components steam and liquid and the temperature of a refrigerant on the basis of molar mass fractions or mass fractions,

4: Diagramm mit Auftragung der Absorbanz abhängig von der Wellenzahl am Beispiel eines Kältemittels und eines Kältemaschinenöls eines Kältemittel-Öl-Gemisches zum Bestimmen des Stoffmengenanteils des Kältemaschinenöls. 4 : Diagram showing the absorbance as a function of the wave number using the example of a refrigerant and a refrigerating machine oil of a refrigerant-oil mixture for determining the molar fraction of the refrigerating machine oil.

Aus 1 geht ein Bereich eines Kältemittelkreislaufs mit dem System 1 zum Bestimmen der Stoffmengenanteile und der Massenanteile sowie der Temperatur und damit des thermischen Zustandspunktes eines Fluids 3 hervor.Out 1 is an area of a refrigerant circuit with the system 1 for determining the mole fractions and the mass fractions and the temperature and thus the thermal state point of a fluid 3 out.

Unter einem Fluid 3 ist dabei ein reines Fluid, das heißt ein Fluid bestehend aus einer Komponente, oder ein Fluid-Gemisch zu verstehen. Als Stoffmengenanteile und Massenanteile werden insbesondere die Anteile der Phasen Gas und Flüssigkeit eines reinen Kältemittels oder eines Kältemittel-Gemisches oder die Anteile der Phasen Gas und Flüssigkeit des Kältemittels sowie des Anteils des flüssigen Öls eines Kältemittel-Öl-Gemisches bestimmt. Die Phase des Gases wird im Weiteren auch als dampfförmige Phase, Gasphase oder Dampf bezeichnet. Als Fluid 3 werden speziell Kältemittel aus einer Komponente oder Kältemittel-Gemische aus mindestens zwei Komponenten oder Kältemittel-Öl-Gemische aus mindestens einer Komponente an Kältemittel und Öl verstanden. Fluide 3 als Gemische aus mehr als einer Komponente an Kältemittel und Öl werden auch als Kältemittel-Kältemittel-Öl-Gemisch bezeichnet. Auch das Öl kann dabei aus mehreren Komponenten bestehen.Under a fluid 3 is a pure fluid, that is to say to understand a fluid consisting of a component, or a fluid mixture. In particular, the proportions of the phases gas and liquid of a pure refrigerant or of a refrigerant mixture or the proportions of the phases gas and liquid of the refrigerant and the proportion of the liquid oil of a refrigerant-oil mixture are determined as molar mass fractions and mass fractions. The phase of the gas is also referred to below as the vapor phase, gas phase or vapor. As a fluid 3 are understood specifically as refrigerant from one component or refrigerant mixtures of at least two components or refrigerant-oil mixtures of at least one component of refrigerant and oil. fluids 3 as mixtures of more than one component of refrigerant and oil are also referred to as a refrigerant-refrigerant-oil mixture. The oil can also consist of several components.

Das Fluid 3 strömt bevorzugt als Flüssigkeit, oder gegebenenfalls auch als überkritisches Gas, in Strömungsrichtung 4 durch den Kältemittelkreislauf zum Expansionsorgan 8 und wird beim Durchströmen des Expansionsorgans 8 in ein Mehrphasengebiet, insbesondere ein Zweiphasengebiet mit einer flüssigen und einer gasförmigen Phase, entspannt. Anschließend tritt das Fluid 3 in einen als Verdampfer betriebenen Wärmeübertrager 9 ein. Innerhalb des Verdampfers 9 wird die flüssige Phase, insbesondere des Kältemittels, des Fluids 3 unter Aufnahme von Wärme Q ., auch als Kälteleistung bezeichnet, verdampft. Das Fluid 3 tritt im Wesentlichen dampfförmig aus dem Verdampfer 9 aus und wird vom Verdichter 10 angesaugt. Da Kältemaschinenöle im Allgemeinen eine sehr viel höhere Siedetemperatur als die Kältemittel aufweisen, liegt Öl nach der Verdampfung eines Kältemittel-Öl-Gemisches innerhalb des Fluids 3 in Form von Tröpfchen, Schaum oder als Film vor.The fluid 3 preferably flows as a liquid, or optionally also as a supercritical gas, in the flow direction 4 through the refrigerant circuit to the expansion device 8th and is flowing through the expansion organ 8th in a multi-phase region, in particular a two-phase region with a liquid and a gaseous phase, relaxed. Subsequently, the fluid enters 3 in a heat exchanger operated as an evaporator 9 one. Inside the evaporator 9 becomes the liquid phase, in particular of the refrigerant, of the fluid 3 while absorbing heat Q., also referred to as cooling capacity, evaporates. The fluid 3 occurs essentially vaporous from the evaporator 9 off and off the compressor 10 sucked. Since refrigeration oils generally have a much higher boiling temperature than the refrigerants, oil is located after the evaporation of a refrigerant-oil mixture within the fluid 3 in the form of droplets, foam or as a film.

Das Fluid 3 strömt vom Verdampfer 9 durch die Leitung 2 zum Verdichter 10. Die Leitung 2 des Kältemittelkreislaufs ist mit dem System 1 zum Bestimmen der Stoffmengenanteile und der Massenanteile sowie deren Phasenanteile und Temperatur und damit des thermischen Zustandspunktes ausgebildet. Dabei ist in einer Auswerteeinheit 14 eine Zustandsfunktion zur Beschreibung der Stoffdaten hinterlegt. Je nach Regelung der Überhitzung des aus dem Verdampfer 9 austretenden Kältemittels können in der gasförmigen Phase Anteile von Flüssigkeit als Tropfen 3a des Kältemittels enthalten sein. Ein als Kältemittel-Öl-Gemisch zusammengesetztes Fluid 3 kann neben den Tropfen 3a des Kältemittels auch Öltropfen 3b aufweisen. Die Anordnung des Systems 1 innerhalb des Kältemittelkreislaufs in Strömungsrichtung des Fluids 3 nach dem Verdampfer 9 und vor dem Verdichter 10 ermöglicht das Bestimmen des thermischen Zustandspunktes des Fluids 3 als Regelgröße am Eintritt in den Verdichter 10, welcher bevorzugt gasförmiges Fluid 3 ansaugen sollte. Da der Massenanteil an Flüssigkeit x' einen maximalen Flüssigkeitsgehalt x'max im Sauggas nicht überschreiten darf, um Flüssigkeitsschläge beziehungsweise Tropfenschlagerosion innerhalb des Verdichters 10 zu vermeiden, wird mit Hilfe des Systems 1 und der mit dem System 1 bestimmten Massenanteile des Fluids 3 beispielsweise der Öffnungsgrad des Expansionsorgans 8 geregelt. Alternativ kann das System 1 innerhalb des Kältemittelkreislaufs auch an Stellen angeordnet sein, an denen das Kältemittel nicht strömt, das heißt die Strömungsgeschwindigkeit Null ist. Das Kältemittel weist dabei insbesondere in Behältern, wie einem Sammler, einem Abscheider oder einem Akkumulator keine Strömungsgeschwindigkeit auf. Das Bestimmen des Ölmassenanteils xÖl innerhalb des Kältemittelkreislaufs gibt Aufschluss darüber, wieviel Öl aus dem Verdichter 10 in den Kältemittelkreislauf abgeführt wird.The fluid 3 flows from the evaporator 9 through the pipe 2 to the compressor 10 , The administration 2 of the refrigerant circuit is with the system 1 for determining the mole fractions and the mass fractions as well whose phase components and temperature and thus the thermal state point formed. It is in an evaluation unit 14 a state function for describing the substance data is stored. Depending on the regulation of overheating of the evaporator 9 leaking refrigerant can in the gaseous phase fractions of liquid as drops 3a be included in the refrigerant. A composite as a refrigerant-oil mixture fluid 3 can be next to the drops 3a the refrigerant also oil drops 3b exhibit. The arrangement of the system 1 within the refrigerant circuit in the flow direction of the fluid 3 after the evaporator 9 and in front of the compressor 10 allows the determination of the thermal state point of the fluid 3 as a controlled variable at the inlet to the compressor 10 , which preferably gaseous fluid 3 should suck. Since the mass fraction of liquid x 'must not exceed a maximum liquid content x' max in the suction gas in order to prevent liquid impacts or drop impact erosion within the compressor 10 To avoid it is with the help of the system 1 and the one with the system 1 certain mass fractions of the fluid 3 For example, the degree of opening of the expansion device 8th regulated. Alternatively, the system can 1 be disposed within the refrigerant circuit at locations where the refrigerant does not flow, that is, the flow velocity is zero. The refrigerant in this case has no flow velocity, in particular in containers, such as a collector, a separator or an accumulator. Determining the oil mass fraction x oil within the refrigerant circuit provides information about how much oil is coming out of the compressor 10 is discharged into the refrigerant circuit.

Das System 1 zum Bestimmen der Stoffmengenanteile und der Massenanteile der Phasen jeder Komponente sowie der Temperatur eines Fluids 3 ist in 1 zudem in vergrößerter Darstellung gezeigt. Zum Bestimmen des Dampfmassenanteils x'' oder des Massenanteils der Flüssigkeit x' des Fluids 3, insbesondere des Kältemittels oder des Kältemittel-Gemisches x'' = 1 – x' = m'' / m' + m'' = m''/m' / 1 + m''/m' oder des Ölmassenanteils xÖl

Figure DE102016112497A1_0002
wird ein als Abschnitt der Leitung 2 mit innerhalb der Leitung 2 in Strömungsrichtung 4 strömendem Fluid 3 ausgebildeter Probenraum von einem Strahl 6 einer Strahlungsquelle 5, insbesondere einem Lichtstrahl 6 von einer Lichtquelle 5, mit festgelegten Wellenlängen λi durchstrahlt. Die Absolutwerte der Massen m' der Flüssigkeit und m'' des Dampfes ergeben sich aus den Dichten ρ'' und ρ' im thermischen Zustandspunkt des Fluids 3. Das Gleichungssystem wird innerhalb einer Auswerteeinheit 14 iterativ gelöst, wobei mindestens zwei Iterationsschritte notwendig sind, oder ein festzulegendes Konvergenzkriterium erreicht ist. Die Dichten ρ'' und ρ' sowie der thermische Zustandspunkt des Fluids 3 sind zunächst unbekannt, da der Ölmassenanteil xÖl unbekannt ist, und müssen abgeschätzt werden. Nach mehreren Iterationsschritten nähert sich die Lösung der exakten Lösung an. Die Leitung 2 ist im Bereich des Systems 1 als ein universal einsetzbares Element mit genormten Anschlussstellen, insbesondere als ein Abschnitt eines Rohres, ausgebildet. Das System 1 kann jedoch ebenso an anderen geeigneten Stellen im Kältemittelkreislauf ausgebildet sein.The system 1 for determining the mole fractions and the mass fractions of the phases of each component and the temperature of a fluid 3 is in 1 also shown in an enlarged view. For determining the vapor mass fraction x '' or the mass fraction of the liquid x 'of the fluid 3 , in particular the refrigerant or the refrigerant mixture x '' = 1 - x '= m''/m' + m '' = m '' / m '/ 1 + m''/m' or the oil mass fraction x oil
Figure DE102016112497A1_0002
becomes a section of the line 2 with within the line 2 in the flow direction 4 flowing fluid 3 Trained sample space from a jet 6 a radiation source 5 , in particular a light beam 6 from a light source 5 , irradiated with fixed wavelengths λ i . The absolute values of the masses m 'of the liquid and m''of the vapor are given by the densities ρ''andρ' in the thermal state point of the fluid 3 , The equation system is within an evaluation unit 14 solved iteratively, wherein at least two iteration steps are necessary, or a convergence criterion to be established is reached. The densities ρ '' and ρ 'and the thermal state point of the fluid 3 are initially unknown, since the oil mass fraction x oil is unknown, and must be estimated. After several iterations, the solution approaches the exact solution. The administration 2 is in the range of the system 1 as a universally applicable element with standardized connection points, in particular as a section of a tube formed. The system 1 However, it may also be formed at other suitable locations in the refrigerant circuit.

Die Lichtquelle 5 ist derart angeordnet, dass der Lichtstrahl 6 entlang des Strahlengangs auf einen Detektor 7 ausgerichtet ist. Beim Durchstrahlen des Probenraums kommt es entlang des Strahlenganges des Lichtstrahls 6 zu Wechselwirkungen zwischen dem Lichtstrahl 6 und den Komponenten und/oder Phasen des Fluids 3, wobei das Licht von den Komponenten und/oder Phasen absorbiert und die Lichtintensität dabei abgeschwächt wird. Die Abschwächung des Lichtstrahls 6 beim Durchqueren des Fluids 3 wird auch als Extinktion bezeichnet. Nach dem Durchgang des Lichtstrahls 6 durch den Probenraum werden von dem Detektor 7 Transmissionslichtintensitäten IProbei) als ein Transmissionslichtspektrum aufgenommen und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Das elektrische Signal wird an die Auswerteeinheit (14) gesendet und von der Auswerteeinheit (14) analysiert.The light source 5 is arranged such that the light beam 6 along the beam path to a detector 7 is aligned. When the sample chamber is irradiated, it comes along the beam path of the light beam 6 to interactions between the light beam 6 and the components and / or phases of the fluid 3 in which the light is absorbed by the components and / or phases and the light intensity is thereby attenuated. The attenuation of the light beam 6 when passing through the fluid 3 is also called extinction. After the passage of the light beam 6 through the sample space are from the detector 7 Transmission light intensities I samplei ) taken as a transmission light spectrum and converted into an electrical signal. The electrical signal is sent to the evaluation unit ( 14 ) and from the evaluation unit ( 14 ) analyzed.

Das Transmissionslichtspektrum weist eine vom jeweiligen Massenanteil oder Stoffmengenanteil und von der Temperatur abhängige charakteristische Verteilung der Strahlungsintensität beziehungsweise Transmissionslichtintensität IProbei) auf. Bei einer festen optischen Länge, wie dem Innendurchmesser d der Leitung 2, wird mittels eines Strahlungsteilers in der Lichtquelle 5 sowie eines zusätzlichen Detektors, insbesondere eines Photodetektors, simultan eine Referenzstrahlungsintensität I0i), auch als Hintergrundlichtintensität bezeichnet, bestimmt. Alternativ wird die Referenzstrahlungsintensität I0i) durch eine einmalige Messung des Lichtstrahls 6 durch den unbeaufschlagten Probenraum bestimmt und anschließend in der Auswerteeinheit 14 gespeichert. Damit kann die strahlungsquellenunabhängige und detektorunabhängig Absorbanz oder Absorbanzverteilung Aii) berechnet werden:

Figure DE102016112497A1_0003
welche mit der Nullabsorbanz ANullNull) zu ΔAii) als Offset-Verschiebung korrigiert werden. Die Absorbanzverteilung ΔA(λi) und/oder die Maxima der Absorbanzen ΔA(λi) sind bei spezifischen Wellenlängen λi oder Wellenlängenintervallen für bestimmte Stoffmengen einer Komponente in einer Phase und bei einer Temperatur repräsentativ. Eine Absorbanzbande ΔA entspricht dabei dem Kurvenverlauf der Absorbanz ΔA(λi) mit einem lokalen Maximum zwischen zwei lokalen Minima. Mit Hilfe von Vergleichen von Absorbanzen ΔA(λi) mit Spektralverteilungen, welche für bekannte Stoffmengen und Temperaturen vorbestimmt und beispielsweise in einer Datenbank abrufbar hinterlegt sind, können die Stoffmengen der Komponenten und Phasen sowie die vorliegende Temperatur bestimmt werden.The transmission light spectrum has a characteristic distribution of the radiation intensity or transmission light intensity I sample (v i ), which is dependent on the respective mass fraction or molar fraction and on the temperature. At a fixed optical length, such as the inner diameter d of the conduit 2 , is by means of a radiation splitter in the light source 5 and an additional detector, in particular a photodetector, simultaneously a reference radiation intensity I 0i ), also referred to as background light intensity determined. Alternatively, the reference radiation intensity I 0i ) by a single measurement of the light beam 6 determined by the unencumbered sample space and then in the evaluation 14 saved. Thus, the radiation source-independent and detector-independent absorbance or absorbance distribution A ii ) can be calculated:
Figure DE102016112497A1_0003
which are corrected with the zero absorbance A zerozero ) to ΔA ii ) as an offset shift. The absorbance distribution ΔA (λ i ) and / or the maxima of the absorbances ΔA (λ i ) are representative at specific wavelengths λ i or wavelength intervals for particular molar amounts of a component in a phase and at a temperature. An absorbance band ΔA corresponds to the curve of the absorbance ΔA (λ i ) with a local maximum between two local minima. With the aid of comparisons of absorbances ΔA (λ i ) with spectral distributions, which are predetermined for known substance quantities and temperatures and stored, for example, in a database, the substance quantities of the components and phases as well as the present temperature can be determined.

Die Ergebnisse können auf einem Anzeigeelement 11 wiedergegeben und/oder an ein Leitsystem einer Anlage weitergegeben werden.The results can be displayed on a display element 11 reproduced and / or passed on to a control system of an installation.

Wie auch in 2 gezeigt, welche ein Schema zum Ablauf des Bestimmens der Stoffmengenanteile und der Massenanteile der Phasen sowie der Komponenten und der Temperatur eines reinen Fluids oder eines Fluid-Gemisches offenbart, durchdringt der Lichtstrahl 6 den Probenraum und damit das Fluid 3 vorteilhaft in einer Richtung, welche senkrecht zur Strömungsrichtung 4 des Fluids 3 ausgerichtet ist, und wird von dem Detektor 7 aufgenommen. Der Lichtstrahl 6 tritt jeweils durch ein optisches Fenster 12 in den Probenraum der Leitung 2 ein und aus dem Probenraum wieder aus. Der Lichtstrahl 6 durchdringt dabei die kreiszylindrische Leitung 2 vorteilhaft entlang des Durchmessers, um einen repräsentativen Mittelwert der gesamten Strömung zu erhalten. Zur Signalverstärkung kann der Lichtstrahl 6, beispielsweise über eine Spiegelanordnung, den Probenraum auch mehrmals durchdringen. Die optischen Fenster 12 sind bei Fluidtemperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur gegen Beschlag geschützt, bevorzugt beheizt ausgebildet, um eine Verfälschung der Messwerte durch eine mögliche Flüssigkeitsfilmbildung zu vermeiden.As well as in 2 , which discloses a scheme for determining the mole fractions and the mass fractions of the phases as well as the components and temperature of a clean fluid or a fluid mixture, the light beam passes through 6 the sample space and thus the fluid 3 advantageous in a direction which is perpendicular to the flow direction 4 of the fluid 3 is aligned, and is detected by the detector 7 added. The light beam 6 occurs through an optical window 12 into the sample room of the pipe 2 on and off the rehearsal room again. The light beam 6 Penetrates the circular cylindrical line 2 advantageously along the diameter to obtain a representative mean of the total flow. For signal amplification, the light beam 6 , For example, via a mirror assembly, the sample space also penetrate several times. The optical windows 12 are protected against fogging at fluid temperatures below the ambient temperature, preferably designed to be heated in order to avoid a falsification of the measured values due to a possible liquid film formation.

Beim Verfahren zum Bestimmen des Dampfmassenanteils x'', des Massenanteils der Flüssigkeit x' des Kältemittels beziehungsweise des Kältemittelgemisches, des Ölmassenanteils xÖl und der Temperatur wird der integrale Mittelwert der Konzentrationen als Stoffmengenanteile entlang des Lichtstrahls 6 beim Durchdringen des als Mehrphasengemisch beziehungsweise als Stoffgemisch zusammengesetzten Fluids 3 innerhalb des Probenraums ermittelt. Die Stoffmengenanteile werden unter Zuhilfenahme der molaren Massen M aller im System 1 befindlichen Komponenten in Massenanteile umgerechnet. Beim Bestimmen des Dampfmassenanteils x'' und des Massenanteils der Flüssigkeit x' des Kältemittels beziehungsweise des Kältemittelgemisches ist das zu messende Signal von der lokalen Verteilung der Flüssigkeitsanteile auf dem Strahlenweg durch den Probenraum und damit auch von der Größe der Tropfen der Flüssigkeit 3a unabhängig.In the method for determining the vapor mass fraction x '', the mass fraction of the liquid x 'of the refrigerant or the refrigerant mixture, the oil mass fraction x oil and the temperature is the integral mean of the concentrations as molar proportions along the light beam 6 when penetrating the composite as a multi-phase mixture or as a mixture fluid 3 determined within the sample space. The mole fractions become with the help of the molar mass M all in the system 1 components are converted into mass fractions. When determining the vapor mass fraction x '' and the mass fraction of the liquid x 'of the refrigerant or the refrigerant mixture is the signal to be measured from the local distribution of the liquid components on the beam path through the sample space and thus also the size of the drops of the liquid 3a independently.

Der Anzahl der vorliegenden Phasen beziehungsweise Komponenten entsprechend sind mindestens z monochromatische Lichtquellen 5 mit den Wellenlängen λ1, λ2 ... λz ausgebildet. Dabei gilt: z = K1 + 2·K2 + 1, wobei K1 die Anzahl der zu detektierenden Komponenten ist, welche lediglich in einem Aggregatszustand vorkommen, das heißt Öl, und K2 die Anzahl der zu detektierenden Komponenten ist, welche zugleich als Flüssigkeit und Dampf vorliegen. Alternativ können auch eine oder mehrere polychromatische Lichtquellen 5 verwendet werden, welche als Strahlungsquelle gemeinsam Licht mit allen erforderlichen Wellenlängen λi emittieren. Zum Festlegen einer Basislinie und zum Berücksichtigen von Streueffekten ist für die Lichtquellen 5 eine Wellenlänge vorzusehen, welche mit keiner der vorliegenden Komponenten beziehungsweise Phasen des Fluids 3 wechselwirkt. Die Wellenlänge λ ist dabei indirekt proportional zur Wellenzahl ν und proportional zur Frequenz f des von der Lichtquelle 5 ausgesendeten Lichtstrahls 6: ν ~ 1/λ ~ f. The number of phases or components present are at least z monochromatic light sources 5 formed with the wavelengths λ 1, λ 2 ... λ z. Where: z = K 1 + 2 · K 2 + 1, where K 1 is the number of components to be detected, which occur only in an aggregate state, that is to say oil, and K 2 is the number of components to be detected, which at the same time exist as liquid and vapor. Alternatively, one or more polychromatic light sources may be used 5 be used, which emit light as a radiation source together with all the required wavelengths λ i . To set a baseline and account for scattering effects is for the light sources 5 to provide a wavelength, which with none of the present components or phases of the fluid 3 interacts. The wavelength λ is indirectly proportional to the wave number ν and proportional to the frequency f of the light source 5 emitted light beam 6 : ν ~ 1 / λ ~ f.

Der Dampfmassenanteil x'' ist, im Falle eines reinen Fluids 3, insbesondere eines Kältemittels aus einer Komponente, über das Verhältnis der Masse oder der Stoffmenge der gasförmigen Phase des Fluids 3 zur Masse oder Stoffmenge des gesamten, aus flüssiger und gasförmiger Phase zusammengesetzten Fluids 3 definiert: x'' = 1 – x' = m'' / m' + m'' = m''/m' / 1 + m''/m' = n'' / n' + n'' = n''/n' / 1 + n''/n' The vapor mass fraction x "is, in the case of a pure fluid 3 , in particular a refrigerant from a component, on the ratio of the mass or the amount of substance of the gaseous phase of the fluid 3 to Mass or amount of substance of the total, composed of liquid and gaseous phase fluid 3 Are defined: x '' = 1 - x '= m''/m' + m '' = m '' / m '/ 1 + m''/m' = n '' / n '+ n''=n'' / n '/ 1 + n''/n'

Der Dampfmassenanteil x'' und der Ölmassenanteil xÖl des Fluids 3, insbesondere eines Kältemittel-Öl-Gemisches, welches durch die Leitung 2 oder eine andere Komponente des Kältemittelkreislaufs strömt, wird mit Hilfe von unterschiedlichen Rotationsschwingungsspektren, das heißt Transmissions-Lichtspektren oder Absorbanzverteilungen A, der Phasen beziehungsweise der Stoffe des Fluids 3 bestimmt. Dabei basieren das Bestimmen des Dampfmassenanteils x'' auf Unterschieden der Wechselwirkungen zwischen elektromagnetischer Strahlung und den Molekülen eines Stoffes in der Gasphase und in der Flüssigphase, was auch in den 3a und 3b dargestellt ist, sowie das Bestimmen des Ölmassenanteils xÖl auf Unterschieden der Wechselwirkungen zwischen elektromagnetischer Strahlung und den unterschiedlichen Stoffen im Fluid 3. was in 4 gezeigt ist.The vapor mass fraction x '' and the oil mass fraction x oil of the fluid 3 , In particular, a refrigerant-oil mixture, which through the line 2 or another component of the refrigerant circuit flows, with the aid of different rotational vibration spectra, that is to say transmission light spectra or absorbance distributions A, the phases or substances of the fluid 3 certainly. Here, the determination of the vapor mass fraction x '' based on differences in the interactions between electromagnetic radiation and the molecules of a substance in the gas phase and in the liquid phase, which is also in the 3a and 3b as well as determining the oil mass fraction x oil on differences in the interactions between electromagnetic radiation and the different substances in the fluid 3 , what in 4 is shown.

Zum Bestimmen der Stoffmengen beziehungsweise der Stoffmengenanteile und der Massenanteile sowie der Temperatur wird im Probenraum das Hintergrundlichtspektrum ermittelt. Dabei ist der Probenraum oder ein Raum mit identischen geometrischen Abmessungen nicht mit dem zu untersuchenden Fluid 3 sondern lediglich mit einem im zu untersuchenden spektralen Bereich infrarotlichtinaktiven Fluid beaufschlagt, welches nicht mit Frequenzen infraroter elektromagnetischer Strahlung wechselwirkt, welche zur Auswertung der zu bestimmenden Messgrößen herangezogen werden sollen. Der Probenraum ist beispielsweise mit trockener Luft gefüllt. Beim Ermitteln des strahlungsquellenabhängigen und detektorabhängigen Hintergrundlichtspektrums wird jeder zu untersuchenden Wellenlänge λi oder Wellenzahl νi des Lichtspektrums eine Lichtintensität I0i) als Hintergrundlichtintensität zugeordnet.The background light spectrum is determined in the sample space to determine the substance quantities or the substance amount fractions and the mass fractions as well as the temperature. In this case, the sample space or a room with identical geometric dimensions is not with the fluid to be examined 3 but merely acted upon by an infrared-active inactive in the spectral range to be examined fluid, which does not interact with frequencies of infrared electromagnetic radiation, which should be used to evaluate the measured variables to be determined. The sample space is filled, for example, with dry air. When determining the radiation source and detector dependent dependent backlight spectrum of each is assigned to be examined wavelength λ i or wave number ν i of the light spectrum, a light intensity I 0i) as background light intensity.

Nach alternativen Verfahren wird die Hintergrundlichtintensität I0i) entweder durch eine einmalige Messung des Lichtstrahls 6 durch den unbeaufschlagten Probenraum, das heißt beispielsweise vor der Befüllung der Anlage oder des Kältemittelkreislaufs, aufgenommen und in der Auswerteeinheit 14 hinterlegt oder die Hintergrundlichtintensität I0i) wird mit einem durch einen Bypass zum Probenraum geleiteten Teil des Lichtstrahls 6 bestimmt, wie aus 2 hervorgeht. Der Bypass weist dabei einen probenraumgleichen Raum 13 mit zum Probenraum identischen geometrischen Abmessungen, insbesondere einer identischen optischen Länge, auf. Der probenraumgleiche Raum 13 ist mit einem im zu untersuchenden spektralen Bereich infrarotlichtinaktiven Fluid beaufschlagt. Die Messungen im Probenraum und im probenraumgleichen Raum 13 erfolgen simultan.According to alternative methods, the background light intensity I 0i ) either by a single measurement of the light beam 6 through the unbuffered sample space, that is, for example, before filling the system or the refrigerant circuit, recorded and in the evaluation 14 or the background light intensity I 0i ) is with a part of the light beam guided by a bypass to the sample space 6 certainly, like 2 evident. The bypass has a sample room same room 13 with the sample space identical geometric dimensions, in particular an identical optical length on. The sample room same room 13 is acted upon by an infra-red light inactive in the spectral range to be examined fluid. The measurements in the rehearsal room and in the same room 13 done simultaneously.

Während des Betriebes des Kältemittelkreislaufs ist der Probenraum mit dem Fluid 3 beaufschlagt und wird vom Fluid 3 durchströmt. Dabei wird das Transmissionslichtspektrum aufgenommen und jeder spezifischen Wellenlänge λi oder Wellenzahl νi des Lichtspektrums eine Lichtintensität IProbe(ν) als Transmissionslichtintensität zugeordnet. Die Lichtintensitäten IProbe(ν) werden durch die Absorption von Photonen durch die Moleküle spektralabhängig abgeschwächt. Da bestimmte Wellenlängen λi beziehungsweise Wellenzahlen νi nur mit bestimmten Stoffen oder Stoffen in bestimmten Aggregatszuständen Wechselwirken können, wird deren jeweilige Lichtextinktion entsprechend der Methode der quantitativen Infrarot-Spektroskopie zum Bestimmen der Konzentrationen verwendet.During operation of the refrigerant circuit is the sample space with the fluid 3 charged and is from the fluid 3 flows through. The transmission light spectrum is recorded and assigned to each specific wavelength λ i or wavenumber ν i of the light spectrum a light intensity I sample (ν) as transmission light intensity. The sample light intensities I (ν) are attenuated spektralabhängig by the absorption of photons by the molecules. Since certain wavelengths λ i or wavenumbers ν i can interact only with certain substances or substances in specific states of aggregation, their respective light extinction is used according to the method of quantitative infrared spectroscopy for determining the concentrations.

Aus der Transmissionslichtintensität IProbei) und der Hintergrundlichtintensität I0i) wird für jede spezifische Wellenlänge λi oder Wellenzahl νi eine Absorbanz A als ein Maß für die Schwächung der Lichtintensität während der Transmission des Lichtsstrahls 6 durch den Probenraum bestimmt, welche unabhängig von der spektralen Sensibilität der Strahlungsquelle 5 und des Detektors 7 ist.From the transmission light intensity I samplei ) and the background light intensity I 0i ), for each specific wavelength λ i or wavenumber ν i, an absorbance A becomes a measure of the attenuation of the light intensity during the transmission of the light beam 6 determined by the sample space, which is independent of the spectral sensitivity of the radiation source 5 and the detector 7 is.

Mit der Absorbanz A steht eine physikalische Größe zur Verfügung, welche über das Lambert-Beersche-Gesetz direkt proportional zur Teilchenanzahl oder Stoffmenge n der Gasphase oder der Phase der Flüssigkeit einer Komponente ist. Als Messkriterium ist für jede Phase einer Komponente die Schwächung der Lichtintensität als Absorbanz ΔA(λ) mindestens einer Frequenz f beziehungsweise Wellenlänge λ oder Wellenzahl ν zu bestimmen, welche ausschließlich von dieser Phase einer Komponente abhängig und offsetkorrigiert ist.With the absorbance A, a physical quantity is available, which is directly proportional to the number of particles or substance quantity n of the gas phase or the phase of the fluid of a component via the Lambert-Beersche law. The measuring criterion for each phase of a component is the attenuation of the light intensity as the absorbance ΔA (λ) of at least one frequency f or wavelength λ or wavenumber ν to be determined, which depends exclusively on this phase of a component and is offset-corrected.

Nach einer Kalibrierung und dem Vergleich mit einem Normal können der Dampfmassenanteil x'' und der Massenanteil der Flüssigkeit x' sowie der Ölmassenanteil xÖl als Messgröße bestimmt werden. Nach dem Lambert-Beerschen-Gesetz ist die Absorbanz A

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einer Bande, welche nur von einer Phase eines Stoffes hervorgerufen wird, proportional zur Stoffmenge n der mit dieser Wellenlänge λi wechselwirkenden Phase des Stoffes. Dabei entspricht ε dem Extinktionskoeffizenten und d als optische Länge dem Innendurchmessers der Leitung 2 als Abmessung des Probenraums sowie dem vom Lichtstrahl 6 durch den Probenraum zurückgelegten Weg.After calibration and comparison with a normal, the steam mass fraction x '' and the mass fraction of the liquid x 'and the oil mass fraction x oil can be determined as the measured variable. According to Lambert-Beer's law, the absorbance is A
Figure DE102016112497A1_0004
a band which is caused only by one phase of a substance, proportional to the amount of substance n of the phase of the substance interacting with this wavelength λ i . In this case, ε corresponds to the extinction coefficient and d as optical length to the inner diameter of the line 2 as a dimension of the sample space as well as of the light beam 6 path traveled through the sample room.

Die offsetkorrigierten Absorbanzen ΔA(λi) korrelieren gemäß dem Lambert-Beerschen-Gesetz jeweils mit der Stoffmenge einer Phase eines Stoffes, wobei die Proportionalitätsfaktoren für unterschiedliche Wellenlängen λ verschieden sind.The offset-corrected absorbances .DELTA.A (λ i) are correlated in accordance with the Lambert-Beer's law with each of the molar amount of a phase of a substance, wherein the proportionality factors for different wavelengths are λ different.

Zur Auswertung werden, wie aus den 3a und 3b hervorgeht, vorteilhaft Absorbanzen ΔAi bei Wellenlängen λi verwendet, bei welchen die Lichtextinktion als Abschwächung der Lichtintensität I durch die flüssige Phase des Fluids 3 gering und durch die gasförmige Phase des Fluids 3 groß ist und umgekehrt, sodass jeweils von genau einer Phase einer Kompenente eine Absorbanz Ai hervorgerufen wird. Ebenso werden zur Auswertung Absorbanzen Ai bei Wellenlängen λi verwendet, bei welchen die Lichtextinktion durch den jeweiligen Stoff, beispielsweise das Öl des Kältemittel-Öl-Gemisches, groß ist. Damit können, im Fall eines Kältemittel-Öl-Gemisches mit jeweils einer Komponente, drei Signale ΔAGas, ΔAFlüssigkeit und ΔAÖl bestimmt werden, welche in einem direkten funktionalen Zusammenhang zu den zu ermittelnden Größen Temperatur, Ölmassenanteil xÖl und Dampfmassenanteil x'' des Kältemittels beziehungsweise des Kältemittelgemisches stehen und den thermischen Zustandspunkt des Fluids 3 festlegen.For evaluation, as from the 3a and 3b shows advantageous absorbances ΔA i used at wavelengths λ i , in which the light extinction as attenuation of the light intensity I by the liquid phase of the fluid 3 low and by the gaseous phase of the fluid 3 is large and vice versa, so that in each case of exactly one phase of a Kompenente an absorbance A i is caused. Likewise, absorbances A i at wavelengths λ i are used for the evaluation, in which the light extinction through the respective substance, for example the oil of the refrigerant-oil mixture, is large. Thus, in the case of a refrigerant-oil mixture with one component, three signals .DELTA.A gas , .DELTA.A liquid and .DELTA.A oil can be determined, which in a direct functional relationship to the variables to be determined temperature, oil mass fraction x oil and vapor mass fraction x '' the refrigerant or the refrigerant mixture and the thermal state point of the fluid 3 establish.

Da die Absolutwerte der Absorbanzen ΔAi von der optischen Länge d und dem Stoff nach der Boltzmann-Verteilung auch von der Temperatur abhängen, kann die Temperatur des Fluids 3 bei einer konstanten optischen Länge d entweder aus der Absorbanz ΔAGas oder der Absorbanz ΔAFlüssigkeit ermittelt werden. Aus einem Verhältnis oder mehreren Verhältnissen zweier charakteristischer Absorbanzen ΔAGas und ΔAFlüssigkeit können der Dampfmassenanteil x'' beziehungsweise der Ölmassenanteil xÖl aus dem Absolutwert einer Absorbanz oder meherer Absorbanzen ΔA bestimmt werden.Since the absolute values of the absorbances ΔA i of the optical length d and the material according to the Boltzmann distribution also depend on the temperature, the temperature of the fluid 3 at a constant optical length d either from the absorbance ΔA gas or the absorbance ΔA liquid can be determined. From a ratio or several ratios of two characteristic absorbances ΔA gas and ΔA liquid , the vapor mass fraction x "or the oil mass fraction x oil can be determined from the absolute value of an absorbance or of several absorbances ΔA.

Die Auswahl der für jeden Stoff des Stoffgemisches beziehungsweise jeder Phase des Fluids 3 auszuwertenden Absorptionsbande ΔAii), bestehend aus einem Grundton oder einem Oberton oder einer Kombinationsbande mindestens einer molekularen Schwingung, erfolgt unter Berücksichtigung des Innendurchmessers d der Leitung 2, welcher der optischen Länge d des Lambert-Beerschen-Gesetz entspricht, dem vorliegenden Temperaturbereich und der Dichte der Gasphase damit die Steigung der Kalibrierungsgeraden, entsprechend der quantitativen Infrarotspektroskopie, in einem optimalen Bereich liegt, was wiederum die Empfindlichkeit des Systems 1 festlegt. Die Stoffmengenanteile und die Massenanteile der Komponenten sowie der Phasen der Komponenten und die Temperatur werden mit Licht im Wellenlängenbereich von Infrarotlicht bestimmt. Das Verfahren kann auf den Grundschwingungen der Molekülschwingungen basieren, wobei Strahlungsquellen und Detektoren im mittleren Infrarot-Bereich eingesetzt werden, oder das Verfahren wird im Frequenzbereich der Obertöne oder der Kombinationsbanden der Molekülschwingungen verwendet, wobei die Strahlungsquellen und Detektoren im nahen Infrarot-Bereich eingesetzt werden.The selection of the for each substance of the mixture or each phase of the fluid 3 to be evaluated absorption band .DELTA.A ii ), consisting of a fundamental or overtone or a combination band of at least one molecular vibration, taking into account the inner diameter d of the line 2 , which corresponds to the optical length d of the Lambert-Beer law, the present temperature range and the density of the gas phase so that the slope of the calibration line, according to the quantitative infrared spectroscopy, is in an optimal range, which in turn the sensitivity of the system 1 sets. The molar mass fractions and the mass fractions of the components as well as the phases of the components and the temperature are determined with light in the wavelength range of infrared light. The method may be based on the fundamental vibrations of the molecular vibrations using mid-infrared radiation sources and detectors, or the method is used in the frequency range of the overtones or the combined bands of the molecular vibrations using the near-infrared radiation sources and detectors.

Als Lichtquellen 5 werden vorteilhaft monochromatische Halbleiter-Laserdioden oder polychromatische Lichtquellen mit Gittermonochromatoren oder Filtern verwendet. Als Detektoren 7 können beispielsweise Fotodioden dienen.As light sources 5 It is advantageous to use monochromatic semiconductor laser diodes or polychromatic light sources with grating monochromators or filters. As detectors 7 For example, photodiodes can serve.

In den 3a und 3b sind zwei konkrete Auswertungsmöglichkeiten der Rotationsschwingungsspektren zur Signalgewinnung des Dampfmassengehaltes und der Temperatur eines Nassdampfes dargestellt. Der Darstellung nach 3a liegt die Verschiebung der Wellenlänge oder der Wellenzahl der Streckschwingungsbande Δν = ν2 – ν1 eines Kältemittels zwischen der Gasphase und der Flüssigphase zugrunde. In 3b wird die Auflösung der Rotationsfeinstruktur zwischen der Flüssigphase und der Gasphase beziehungsweise der spektralen Feinstruktur der Rotationsschwingungsbanden genutzt. Innerhalb der Gasphase rotieren die Moleküle voneinander ungestört. Durch die Quantisierung der Rotationsenergie, beschrieben durch die Quantenmechanik wird eine für die Gasphase typische, zackige Rotationsfeinstruktur hervorgerufen. Eine sogenannte Zacke steht dabei jeweils für die Kombination aus einem Rotationsübergang und mindestens einem Schwingungsübergang als Frequenz des Zentrums der Bande mit mehreren ausgeprägten Maxima für eine Schwingungsbande. Innerhalb der Phase der Flüssigkeit stören sich die Moleküle bei der Rotation gegenseitig, was die diskreten quantenmechanisch erlaubten Energieniveaus aufweitet und miteinander verschmelzen lassen. Die Kollisionsrate der Moleküle ist sehr hoch, die Rotationsbewegungen sind einschränkt. Es kommt zu einer Taumelbewegung der Moleküle, was ein Verschmieren der Rotationsenergieniveaus zur Folge hat und damit die Rotationsfeinstruktur verbreitert sowie zu stetigen Kurven zusammenwächst. Daraus ergibt sich die breite Kurve für Spektren der Phase der Flüssigkeit mit einem Maximum in einer Schwingungsbande. Bei der Rotationsfeinstruktur einer Schwingungsbande innerhalb der Gasphase ist jeder Rotationsschwingungsübergang als solcher in Form einer sogenannten Zacke, das heißt einer schmalen Bande mit einem Maximum im Rot im Rotationsschwingungsspektrum, ausgeprägt. In Flüssigkeiten verbreiten sich die Rotationsbanden derart, dass jeder Schwingungsübergang nur noch ein Maximum aufweist. Innerhalb der Gasphase bleibt folglich die Rotationsfeinstruktur eines Infrarot-Spektrums noch aufgelöst, während Infrarot-Spektren der Flüssigkeiten auf Grund der hohen intermolekularen Wechselwirkungsraten monotone breite Banden mit je einem Maximum aufweisen.In the 3a and 3b Two concrete evaluation options of the rotational vibration spectra for signal extraction of the vapor mass content and the temperature of a wet steam are shown. The representation after 3a is based on the shift of the wavelength or the wave number of the stretching vibration band Δν = ν 2 - ν 1 of a refrigerant between the gas phase and the liquid phase. In 3b the resolution of the rotational fine structure between the liquid phase and the gas phase or the fine spectral structure of the rotational vibration bands is used. Within the gas phase, the molecules rotate undisturbed. The quantization of the rotational energy, described by quantum mechanics, produces a jagged rotational fine structure typical of the gas phase. A so-called tine stands in each case for the combination of a rotation transition and at least one vibration transition as the frequency of the center of the band with several pronounced maxima for a vibration band. During the phase of the liquid, the molecules mutually interfere with each other during the rotation, which widens and merges the discrete quantum-mechanically allowed energy levels to let. The collision rate of the molecules is very high, the rotational movements are limited. It causes a tumbling motion of the molecules, which results in a blurring of the rotational energy levels, thus widening the rotational fine structure and growing into continuous curves. This gives the broad curve for spectra of the phase of the liquid with a maximum in a vibrational band. In the fine rotational structure of a vibrational band within the gas phase, each rotational vibration transition is pronounced as such in the form of a so-called spike, that is to say a narrow band with a maximum in the red in the rotational vibration spectrum. In liquids, the rotation bands spread so that each vibration transition has only one maximum. Within the gas phase, therefore, the fine rotational structure of an infrared spectrum is still resolved, while due to the high intermolecular interaction rates, infrared spectra of the liquids exhibit monotonous broad bands of one maximum each.

Die beiden Absorbanzen ΔAGas und ΔAFlüssigkeit werden jeweils ausschließlich von einer Phase des Kältemittels hervorgerufen. Das Verhältnis der Absorbanzen ΔAGas/ΔAFlüssigkeit kann jeweils aus den in den Diagrammen eingetragenen Lichtabschwächungen berechnet werden. Eine spektral auflösende Messung ist dabei nicht zwangsweise erforderlich. Die Absolutwerte der den beiden Aggregatszuständen zugehörigen Absorbanzen ΔAGas und ΔAFlüssigkeit können gleichermaßen zur Messung der Temperatur genutzt werden, sodass die Absolutwerte ΔAGas und ΔAFlüssigkeit neben ihrem Verhältnis eine weitere Signalinformation aufweisen.The two absorbances ΔA gas and ΔA liquid are each caused exclusively by one phase of the refrigerant. The ratio of the absorbances ΔA gas / ΔA liquid can be calculated in each case from the light attenuations recorded in the diagrams. A spectrally resolving measurement is not necessarily required. The absolute values of the absorbances ΔA gas and ΔA liquid associated with the two states of aggregation can likewise be used to measure the temperature so that the absolute values ΔA gas and ΔA liquid have, in addition to their ratio, further signal information.

Bei dem in 3a gezeigten Auswertungsprinzip kann vorteilhaft eine breitbandigere Lichtquelle 5 verwendet werden, da das Zentrum der Streckschwingungsbande zwischen flüssiger und gasförmiger Phase um einige hundert Wellenzahlen ν verschoben ist, was einen entsprechenden Kostenvorteil mit sich bringt. Das in 3b dargestellte Schema erfordert hingegen besonders schmalbandige Lichtquellen 5 mit entsprechend höherem Kostenaufwand. Der Vorteil der Methode nach 3b liegt in der Möglichkeit, Mehrfachmessungen zur Mittelwertbildung zwischen unterschiedlichen Rotationsschwingungsbanden vorzunehmen, um zufällige Messfehler zu minimieren und die Genauigkeit zu erhöhen.At the in 3a shown evaluation principle may advantageously be a broadband light source 5 can be used because the center of the stretch band between liquid and gaseous phase is shifted by a few hundred wave numbers ν, which brings a corresponding cost advantage. This in 3b On the other hand, the scheme shown requires particularly narrow-band light sources 5 with correspondingly higher costs. The advantage of the method 3b lies in the ability to perform multiple averaging measurements between different rotational vibration bands to minimize random measurement errors and increase accuracy.

Aus beiden Methoden kann das Verhältnis der Absorbanzen ΔAGas/ΔAFlüssigkeit als Signal aus z monochromatischen Messungen, mindestens jedoch zwei Messungen, bestimmt werden. Das Signal ΔAGas/ΔAFlüssigkeit ist nach dem Lambert-Beerschen-Gesetz direkt proportional zum Verhältnis der beiden Phasen des Fluids 3

Figure DE102016112497A1_0005
From both methods, the ratio of the absorbances ΔA gas / ΔA liquid can be determined as a signal from z monochromatic measurements, but at least two measurements. The signal ΔA gas / ΔA liquid is directly proportional to the ratio of the two phases of the fluid according to Lambert-Beer's law 3
Figure DE102016112497A1_0005

Der Dampfmassenanteil x'' des Fluids 3, insbesondere des Kältemittels, wird bekanntlich aus x'' = n''/n' / 1 + n''/n' berechnet. Bei mehreren Komponenten eines Kältemittelgemisches ist für jede Komponente mindestens ein Verhältnis ΔAGas/ΔAFlüssigkeit zu bestimmen, um die Stoffmenge oder die Stoffmengenkonzentration der beiden Phasen der Komponente ermitteln zu können.The vapor mass fraction x '' of the fluid 3 , In particular of the refrigerant is known to off x '' = n '' / n '/ 1 + n''/n' calculated. In the case of several components of a refrigerant mixture, at least one ratio ΔA gas / ΔA liquid must be determined for each component in order to be able to determine the substance quantity or the molar concentration of the two phases of the component.

Wie zudem aus den 3a und 3b hervorgeht, ist die Rotationsfeinstruktur einer Schwingungsbande innerhalb der Gasphase aufgelöst. Im Gegensatz dazu ruft jeder Schwingungsmodus in der Flüssigkeit eine glatte Flüssigkeitsbande im Infrarotlicht-Spektrum hervor. Zudem ist das Bandenzentrum der Schwingungen der Flüssigkeitsmoleküle im Vergleich zur Gasphase um einige hundert Wellenzahlen ν in Richtung der Wellenzahlen roten Lichtes verschoben, auch als Rotverschiebung bezeichnet, was anhand der Differenz der Wellenzahlen ν2 des Bandenzentrums der Schwingungen der Moleküle der Flüssigphase und der Wellenzahlen ν1 des Bandenzentrums der Schwingungen der Moleküle der Gasphase aus 3a ersichtlich ist. Durch die Rotverschiebung der Streckschwingungen um etwa 300 cm–1 liegt mindestens ein Teil der Gasbande und der Flüssigbande im Spektrum separiert vor. Die Grundtöne der Streckschwingungen in Gasphasen und Flüssigkeit überlappen sich nicht. Das Bandenzentrum kennzeichnet einen reinen Schwingungsübergang, an welchem sich der Schwingungszustand eines Moleküls verändert und der Rotationszustand des Moleküls konstant bleibt. Das Bandenzentrum verschiebt sich, wenn sich die Schwingungsfrequenz eines Moleküls verändert, beispielsweise bei einem Phasenübergang zwischen flüssig und gasförmig. In 3a sind die zu detektierenden und auszuwertenden Frequenzen zweier Strahlungsquellen ν1 und ν2 gekennzeichnet. Die Abschwächung der Lichtintensität der Lichtquelle 5 durch den Nassdampf als Mehrphasengemisch ist bei ν1 lediglich von der Stoffmenge der Gasphase abhängig. Damit ist ΔAν1 = ΔAGas proportional zu n''. Bei ν2 wird die Lichtintensität der Lichtquelle 5 durch den Nassdampf von der Molekülanzahl der Phase der Flüssigkeit abgeschwächt und ΔAν2 = ΔAFlüssigkeit ist proportional zu n'. In 3b ist die Signalgewinnung aus zwei monochromatischen Messungen in einer Rotationsfeinstruktur schematisch gezeigt. Nach dem Lambert-Beerschen-Gesetz sind die Stoffmenge der flüssigen Phase n' proportional zur Absorbanz ΔAFlüssigkeit und die Stoffmenge der Gasphase n'' proportional zur Absorbanz ΔAGas. Das Licht einer sehr schmalbandigen Lichtquelle 5 mit der Frequenz ν2 interagiert ausschließlich mit der Phase der Flüssigkeit und nicht mit der Gasphase. Die Absorbanz ΔAFlüssigkeit bei der Frequenz ν2 ist proportional der Anzahl der Flüssigkeitsmoleküle im Probenraum. Die Frequenz ν1 tritt im Vergleich dazu mit den Teilchen der Gasphase und den Teilchen der Phase der Flüssigkeit in Wechselwirkung. Die Lichtextinktion ergibt sich dabei aus der Summe der durch die Einphasen-Stoffmengen hervorgerufenen Abschwächungen der Lichtintensität ΔAν1 = ΔAGas + ΔAFlüssigkeit. As well as from the 3a and 3b shows, the rotational fine structure of a vibrational band is resolved within the gas phase. In contrast, each vibration mode in the fluid causes a smooth fluid band in the infrared spectrum. In addition, the band center of the oscillations of the liquid molecules compared to the gas phase by several hundred wavenumbers ν in the direction of the wavenumbers red light shifted, also referred to as redshift, which is based on the difference of the wavenumbers ν 2 of the band center of the vibrations of the molecules of the liquid phase and the wavenumbers ν 1 of the band center of the vibrations of the molecules of the gas phase 3a is apparent. Due to the redshift of the stretching vibrations by about 300 cm -1 , at least part of the gas band and the liquid band are separated in the spectrum. The fundamental tones of the stretching vibrations in gas phases and liquid do not overlap. The band center indicates a pure vibrational transition at which the vibrational state of a molecule changes and the rotational state of the molecule remains constant. The band center shifts when the vibrational frequency of a molecule changes, for example, at a phase transition between liquid and gaseous. In 3a the frequencies of two radiation sources ν 1 and ν 2 to be detected and evaluated are identified. The weakening of the Light intensity of the light source 5 due to the wet steam as multiphase mixture, only the amount of substance of the gas phase depends on ν 1 . Thus ΔA ν1 = ΔA gas is proportional to n ''. At ν 2 , the light intensity of the light source 5 attenuated by the wet vapor of the number of molecules of the phase of the liquid and ΔA ν2 = ΔA liquid is proportional to n '. In 3b The signal extraction from two monochromatic measurements in a rotational fine structure is shown schematically. According to Lambert-Beer's law, the molar mass of the liquid phase n 'is proportional to the absorbance ΔA liquid and the molar amount of the gas phase n "is proportional to the absorbance ΔA gas . The light of a very narrow band light source 5 with the frequency ν 2 interacts exclusively with the phase of the liquid and not with the gas phase. The absorbance ΔA liquid at the frequency ν 2 is proportional to the number of liquid molecules in the sample space. The frequency ν 1 , in comparison, interacts with the particles of the gas phase and the particles of the phase of the liquid. The light extinction results from the sum of the attenuation of the light intensity caused by the single-phase amounts of substance ΔA ν1 = ΔA gas + ΔA liquid .

ΔAν1 ist somit proportional zur Gesamt-Stoffmenge n'' + n'. Die Lichtstrahlen 6 der beiden Lichtquellen 5 durchdringen den Probenraum auf den selben Trajektorien. Nach dem Lambert-Beerschen-Gesetz gilt:

Figure DE102016112497A1_0006
ΔA ν1 is thus proportional to the total molar amount n '' + n '. The rays of light 6 the two light sources 5 penetrate the sample space on the same trajectories. According to Lambert-Beer's law:
Figure DE102016112497A1_0006

4 zeigt speziell die Rotationsschwingungsspektren eines Kältemittels und eines Kältemaschinenöls in jeweils flüssiger Phase. Dabei überlagern sich mindestens jeweils eine Bande jeder Komponente und Phase mit keiner Bande der anderen Komponente oder Phase, um ein Messignal zum Bestimmen der jeweiligen Stoffmenge oder des jeweiligen Stoffmengenanteils definieren zu können. 4 specifically shows the rotational vibration spectra of a refrigerant and a refrigerator oil in each liquid phase. In this case, at least one band of each component and phase are superimposed with no band of the other component or phase in order to be able to define a measurement signal for determining the respective amount of substance or the respective molar fraction.

Wenn das aus zwei Phasen bestehende Fluid 3, zusätzlich einen Öl-Anteil in flüssiger Form aufweist, kann die Stoffmenge des Öls nÖl mit einer weiteren Abschwächung des Lichtstrahls 6 ΔAÖlÖl) einer monochromatischen Strahlung der Strahlungsquelle 5 mit der Wellenzahl νÖl bei der Transmission durch die Strömung des Fluids 3 bestimmt werden. Dabei sollte sich weder die auszuwertende noch eine andere Öl-Schwingungsbande mit der auszuwertenden Schwingungsbande des Fluids 3 überlagern. Dann ist die Absorbanz ΔAÖlÖl) der von den Molekülen des Öls absorbierten Strahlungsquelle 5 der Frequenz νÖl direkt proportional der Stoffmenge nÖl des in der Strömung des Fluids 3 enthaltenen Öls und der Ölmassenanteil xÖl ist bestimmbar. Unter Zuhilfenahme der molaren Massen und Dichten aller Komponenten des Fluids 3 können die Stoffmengen beziehungsweise die Stoffmengenanteile in Massenkonzentrationen umgerechnet werden. Die Dichten sind dabei mit der in der Auswerteeinheit 14 gespeicherten Zustandsfunktion zu bestimmen.If the two-phase fluid 3 , In addition, an oil content in liquid form, the amount of substance of the oil n oil with a further attenuation of the light beam 6 ΔA oiloil ) of a monochromatic radiation of the radiation source 5 with the wave number ν oil at the transmission through the flow of the fluid 3 be determined. Neither the evaluated nor another oil vibration band should be evaluated with the vibration band of the fluid to be evaluated 3 overlap. Then the absorbance ΔA is oiloil ) of the radiation source absorbed by the molecules of the oil 5 the frequency ν oil is directly proportional to the amount of substance n oil in the flow of the fluid 3 contained oil and the oil mass fraction x oil is determinable. With the aid of the molar masses and densities of all components of the fluid 3 the quantities of substances or the proportions of substances can be converted into mass concentrations. The densities are in the evaluation unit 14 to determine stored state function.

Der Ölmassenanteil xÖl kann auch bestimmt werden, wenn der Dampfanteil x'' des Fluids 3 Null ist und damit das Fluid 3 somit als ein Gemisch lediglich aus Flüssigkeit und Öl vorliegt. Die Messung ist ebenfalls möglich, wenn zum Beispiel das Kältemittel-Öl-Gemisch als ein System eine Mischungslücke ausbildet, folglich zwei getrennte flüssige Phasen und eine Gasphase vorliegen. Die Voraussetzung der Anwendung des Messprinzips ist die genaue Kenntnis der Schwingungsspektren der beiden Stoffe, das heißt beispielsweise des Kältemittels und des Öls, um geeignete spektrale Bereiche auszuwählen sowie Bandenüberlappungen ausschließen zu können. Zudem ist für jeden Stoff und jede Phase eine Kalibrierung der Absorbanzen ΔA und der Verhältnisse der Absorbanzen abhängig von den jeweiligen Stoffmengen beziehungsweise der Temperatur vorzunehmen und eine Zustandsgleichung zur Auswertung des thermischen Zustandspunktes, zum Beispiel zur Berechnung der Dichten ρ, der spezifischen Enthalpien h beziehungsweise der Entropien s, zu hinterlegen.The oil mass fraction x oil can also be determined if the vapor content x '' of the fluid 3 Zero is and therefore the fluid 3 thus is present as a mixture of liquid and oil only. The measurement is also possible if, for example, the refrigerant-oil mixture forms a miscibility gap as a system, thus having two separate liquid phases and one gas phase. The prerequisite for the application of the measurement principle is the exact knowledge of the vibration spectra of the two substances, that is, for example, the refrigerant and the oil to select appropriate spectral ranges and to exclude band overlaps can. In addition, for each substance and each phase, a calibration of the absorbances ΔA and the ratios of the absorbances depends on the respective substance quantities or the temperature and an equation of state for the evaluation of the thermal state point, for example for the calculation of the densities ρ, the specific enthalpies h and Entropies s, deposit.

Die zwei konkreten Auswertungsmöglichkeiten können jeweils für mehrere Wellenlängen λ beziehungsweise Wellenlängenbereiche unabhängig voneinander oder kombiniert angewendet werden, wodurch eine höhere Genauigkeit des Bestimmens der Massenanteile und der Temperatur erreichbar ist.The two concrete evaluation options can be used for several wavelengths λ or wavelength ranges independently or combined, whereby a higher accuracy of determining the mass components and the temperature can be achieved.

Neben den in den 3a, 3b und 4 dargestellten Auswertungsalgorithmen ist auch eine multivariante Kalibrierung möglich, wobei für die dafür erforderliche spektral-auflösende Messung ein größerer gerätetechnischer Aufwand erforderlich ist. Die multivariante Kalibrierung umfasst einen komplizierten mathematischen Algorithmus, welcher es ermöglicht, aus einem Spektrum nach zuvor aufgenommenen Korrelationen Stoffmengenanteile und/oder Temperaturen zu ermitteln, wenn sich die Banden zweier voneinander zu unterscheidender Komponenten, im Gegensatz zur Darstellung aus 4, gegenseitig überlagern.In addition to those in the 3a . 3b and 4 also a multivariant calibration is possible, wherein for the required spectrally resolving measurement, a greater device-technical effort is required. The multivariable calibration involves a complicated mathematical algorithm, which makes it possible to determine from a spectrum of previously recorded correlations mole fractions and / or temperatures when the bands of two different components to each other, as opposed to the representation of 4 overlay each other.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Systemsystem
22
Leitungmanagement
33
Fluidfluid
3a3a
Tropfen FlüssigkeitDrop of liquid
3b3b
Öltropfenoil drops
44
Strömungsrichtung Fluid 3 Flow direction fluid 3
55
Strahlungsquelle-LichtquelleRadiation source light source
66
Strahl-Lichtstrahl-Ray beam
77
Detektordetector
88th
Expansionsorganexpansion element
99
Wärmeübertrager, VerdampferHeat exchanger, evaporator
1010
Verdichtercompressor
1111
Anzeigeelementdisplay element
1212
optisches Fensteroptical window
1313
probenraumgleicher Raumsample room same room
1414
Auswerteeinheitevaluation
AA
Absorbanz, Absorbanzverteilung, AbsorptionsbandeAbsorbance, absorbance distribution, absorption band
ΔA.DELTA.A
Offsetkorrigierter Absolutwert der Absorbanz A zur Berücksichtigung der BasislinienverschiebungOffset-corrected absolute value of the absorbance A to take into account the baseline shift
DD
Dampfsteam
dd
Innendurchmesser Leitung 2, optische LängeInside diameter pipe 2 , optical length
FlFl
Flüssigkeitliquid
ff
Frequenzfrequency
hH
Enthalpieenthalpy
II
LichtintensitätLight intensity
I0(ν)I 0 (ν)
Hintergrundlichtintensität, ReferenzstrahlungsintensitätBacklight intensity, reference radiation intensity
IProbe(ν)I sample (ν)
TransmissionslichtintensitätTransmission light intensity
mm
MasseDimensions
m'm '
Masse FlüssigkeitMass liquid
m''m ''
Masse DampfMass of steam
MM
molare Massemolar mass
nn
Stoffmengeamount of substance
n'n '
Stoffmenge FlüssigkeitQuantity of fluid
n''n ''
Stoffmenge DampfAmount of substance steam
pp
Druckprint
ss
Entropieentropy
x'x '
Massenanteil FlüssigkeitMass fraction of liquid
x''x ''
DampfmassenanteilSteam mass fraction
zz
Anzahl der PhasenNumber of phases
Q .Q.
Wärme-Kälteleistung ExtinktionskoeffizentHeat-cooling capacity Extinction coefficient
λλ
Wellenlängewavelength
νν
Wellenzahlwavenumber
ν1 ν 1
des Bandenzentrums der Schwingungen der Moleküle der Flüssigphasethe band center of the oscillations of the molecules of the liquid phase
v2 v 2
des Bandenzentrums der Schwingungen der Moleküle der Gasphasethe band center of the vibrations of the molecules of the gas phase
ρ'ρ '
Dichte Flüssigkeit Dichte DampfDense liquid Dense vapor

Claims (15)

System (1) zum Bestimmen von Stoffmengenanteilen und Massenanteilen sowie der Temperatur und des thermischen Zustandspunktes eines Fluids (3), aufweisend: – einen Probenraum mit mindestens einem optischen Fenster (12), welcher von dem Fluid (3) beaufschlagt wird, – mindestens eine Strahlungsquelle (5), welche einen Strahl (6) emittiert, – mindestens einen Detektor (7), welcher Strahlungsintensitäten als ein Strahlungsspektrum aufnimmt und in elektrische Signale umwandelt, sowie – eine Auswerteeinheit (14), welche derart konfiguriert ist, die vom Detektor (7) erzeugten Signale zu empfangen und zu analysieren, wobei die Strahlungsquelle (5) und der Detektor (7) derart zueinander und an dem mindestens einen optischen Fenster (12) des Probenraums ausgerichtet angeordnet sind, dass der von der Strahlungsquelle (5) emittierte Strahl (6) in den Probenraum eintritt und aus dem Probenraum austritt sowie beim Austreten aus dem Probenraum auf den Detektor (7) auftrifft.System ( 1 ) for determining molar proportions and mass fractions as well as the temperature and the thermal state point of a fluid ( 3 ), comprising: A sample space with at least one optical window ( 12 ), which of the fluid ( 3 ), - at least one radiation source ( 5 ), which a beam ( 6 ), - at least one detector ( 7 ), which absorbs radiation intensities as a radiation spectrum and converts them into electrical signals, and - an evaluation unit ( 14 ), which is configured in such a way that the detector ( 7 ) to receive and analyze signals generated, the radiation source ( 5 ) and the detector ( 7 ) to each other and to the at least one optical window ( 12 ) of the sample space are aligned, that of the radiation source ( 5 ) emitted beam ( 6 ) enters the sample space and exits the sample space and on exiting the sample space on the detector ( 7 ). System (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – ein optisches Fenster (12) und eine Reflexionsvorrichtung ausgebildet sind, wobei der von der Strahlungsquelle (5) emittierte Strahl (6) durch das optische Fenster (12) in den Probenraum eintritt, an der Reflexionsvorrichtung reflektiert wird und durch das optische Fenster (12) aus dem Probenraum austritt, oder – mindestens zwei optische Fenter (12) ausgebildet sind, wobei der von der Strahlungsquelle (5) emittierte Strahl (6) durch ein erstes optisches Fenster (12) in den Probenraum eintritt und durch ein zweites optisches Fenster (12) aus dem Probenraum austrittSystem ( 1 ) according to claim 1, characterized in that - an optical window ( 12 ) and a reflection device are formed, wherein the of the radiation source ( 5 ) emitted beam ( 6 ) through the optical window ( 12 ) enters the sample space, is reflected at the reflection device and through the optical window ( 12 ) exits the sample space, or - at least two optical fenters ( 12 ) are formed, wherein the of the radiation source ( 5 ) emitted beam ( 6 ) through a first optical window ( 12 ) enters the sample space and through a second optical window ( 12 ) exits the sample space System (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (5) und der Detektor (7) derart zueinander und am Probenraum ausgerichtet angeordnet sind, dass der Strahl (6) den Probenraum und das Fluid (3) in einer Richtung durchdringt, welche senkrecht zu einer Strömungsrichtung (4) des Fluids (3) ausgerichtet ist.System ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the radiation source ( 5 ) and the detector ( 7 ) are arranged in such a way and aligned with each other on the sample space, that the beam ( 6 ) the sample space and the fluid ( 3 ) penetrates in a direction which is perpendicular to a flow direction ( 4 ) of the fluid ( 3 ) is aligned. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenraum innerhalb einer Leitung (2) ausgebildet ist, wobei die Leitung (2) kreiszylinderförmig ausgebildet und der Querschnitt einen Innendurchmesser (d) aufweist.System ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sample space within a conduit ( 2 ), wherein the line ( 2 ) has a circular cylindrical shape and the cross section has an inner diameter (d). System (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (5) und der Detektor (7) derart zueinander und zum Probenraum ausgerichtet angeordnet sind, dass der Strahl (6) die kreiszylinderförmige Leitung (2) entlang des Durchmessers (d) durchdringt.System ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the radiation source ( 5 ) and the detector ( 7 ) are arranged aligned with each other and to the sample space such that the beam ( 6 ) the circular cylindrical conduit ( 2 ) penetrates along the diameter (d). System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bypass mit einem probenraumgleichen Raum (13), ein Strahlungsteiler sowie ein Detektor (7) ausgebildet sind, wobei der probenraumgleiche Raum (13) zum Probenraum identische geometrische Abmessungen aufweist.System ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that a bypass with a sample room same space ( 13 ), a radiation divider and a detector ( 7 ), the sample space being the same ( 13 ) has identical geometrical dimensions to the sample space. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Strahlungsquelle (5) als eine Lichtquelle ausgebildet ist, welche einen Lichtstrahl (6) mit mindestens einer vorbestimmten Wellenlänge (λ) emittiert.System ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one radiation source ( 5 ) is formed as a light source, which is a light beam ( 6 ) having at least one predetermined wavelength (λ) emitted. System (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Vielzahl monochromatischer Lichtquellen (5) ausgebildet ist oder – mindestens eine polychromatische Lichtquelle (5) ausgebildet ist, welche Licht mit unterschiedlichen vorbestimmten Wellenlängen (λ) emittiert.System ( 1 ) according to claim 7, characterized in that - a plurality of monochromatic light sources ( 5 ) or - at least one polychromatic light source ( 5 ) is formed, which emits light having different predetermined wavelengths (λ). Verfahren zum Bestimmen von Stoffmengenanteilen und Massenanteilen sowie der Temperatur und des thermischen Zustandspunktes eines Fluids (3) mit einem System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei mindestens ein von mindestens einer Strahlungsquelle (5) in einen mit dem Fluid (3) beaufschlagbaren Probenraum emittierter Strahl (6) mit festgelegten Wellenlängen nach dem Durchstrahlen des Probenraums auf mindestens einen Detektor (7) auftrifft, aufweisend folgende Schritte: – Bestimmen von Referenzstrahlungsintensitäten I0i), – Aufnehmen eines Strahlungsspektrums durch den mindestens einen Detektor (7), wobei eine Anzahl i von spezifischen Wellenlängen Strahlungsintensitäten IProbei) zugeordnet werden, und Umwandeln der aufgenommenen Strahlungsintensitäten in elektrische Signale, – Senden der elektrischen Signale an eine Auswerteeinheit (14) und Analysieren der Signale innerhalb der Auswerteeinheit (14), – Bestimmen von Strahlungsintensitäten IProbei), – Bestimmen einer Absorbanzverteilung A(λ1) aus den Strahlungsintensitäten IProbei) und den dazugehörigen Referenzstrahlungsintensitäten I0i) für i spezifische Wellenlängen, – Bestimmen mindestens einer Nullabsorbanz ANullNull), wobei Photonen der Wellenlänge λNull mit keiner der zu untersuchenden Komponenten des Fluids absorbiert, – Bestimmen von Stoffmengenanteilen und/oder Massenanteilen der Komponenten sowie deren Phasen des Fluids (3), basierend auf der Absorbanzverteilung A(λi) und dem Verhältnis charakteristischer Absolutwerte der Absorbanzen A, – Bestimmen der Temperatur des Fluids (3), basierend auf der Absorbanzverteilung A(λi) und dem Verhältnis charakteristischer Absolutwerte der Absorbanzen A, sowie – Bestimmen des thermischen Zustandspunktes mit einer in der Auswerteeinheit (14) gespeicherten Zustandsgleichung.Method for determining molar mass fractions and mass fractions as well as the temperature and the thermal state point of a fluid ( 3 ) with a system ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, wherein at least one of at least one radiation source ( 5 ) into one with the fluid ( 3 ) acted upon sample space emitted beam ( 6 ) at fixed wavelengths after passing the sample space through at least one detector ( 7 ), comprising the following steps: - determining reference radiation intensities I 0i ), - capturing a radiation spectrum by the at least one detector ( 7 ), Wherein a number of specific wavelengths radiation intensities I sample (be assigned to i ν i), and converting the received radiation intensities into electrical signals, - transmitting the electrical signals (to an evaluation unit 14 ) and analyzing the signals within the evaluation unit ( 14 Determining radiation intensities I sample (v i ), determining an absorbance distribution A (λ 1 ) from the radiation intensities I sample (v i ) and the associated reference radiation intensities I 0 (v i ) for i specific wavelengths, Determining at least one zero absorbance A zerozero ), wherein photons of wavelength λ zero are absorbed by none of the components of the fluid to be investigated, determining mass fractions and / or mass fractions of the components and their phases of the fluid ( 3 ), based on the absorbance distribution A (λ i ) and the ratio of characteristic absolute values of the absorbances A, - determining the temperature of the fluid ( 3 ), based on the absorbance distribution A (λ i ) and the ratio of characteristic absolute values of the absorbances A, and - determining the thermal state point with a in the evaluation unit ( 14 ) stored state equation. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzstrahlungsintensitäten – mit einer einmaligen Messung des Strahls (6) durch den unbeaufschlagten Probenraum bestimmt und anschließend in der Auswerteeinheit (14) gespeichert werden oder – simultan zu den Strahlungsintensitäten bestimmt werden, wobei ein über einen in der Strahlquelle (5) angeordneten Strahlungsteiler durch einen probenraumgleichen Raum (13) geleiteter Strahl (6) auf einen Detektor auftrifft, wobei der probenraumgleiche Raum (13) mit identischen geometrischen Abmessungen wie der Probenraum ausgebildet und mit einem im zu untersuchenden spektralen Bereich infrarotlichtinaktiven Fluid beaufschlagt ist.A method according to claim 9, characterized in that the reference radiation intensities - with a single measurement of the beam ( 6 ) determined by the unbound sample space and then in the evaluation unit ( 14 ) or - be determined simultaneously with the radiation intensities, with one in the beam source ( 5 ) arranged beam splitter by a sample room same space ( 13 ) guided beam ( 6 ) impinges on a detector, the sample space being the same ( 13 ) is formed with identical geometrical dimensions as the sample space and is acted upon by an infrared-active in the spectral range to be examined fluid. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Basislinie festgelegt wird, wobei für die Strahlquellen (5) eine Wellenlänge vorgesehen wird, welche mit keiner der Komponenten oder Phasen des Fluids (3) wechselwirkt.A method according to claim 9 or 10, characterized in that a baseline is determined, wherein for the beam sources ( 5 ) is provided which does not interfere with any of the components or phases of the fluid ( 3 ) interacts. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Stoffmengenanteil und die Temperatur des Fluids (3) aus Rotationsschwingungsspektren bestimmt werden, wobei die Auswertung – auf der Verschiebung der Wellenlänge der Streckschwingungsbande zwischen zwei Phasen und/oder – auf der Auflösung der Rotationsfeinstruktur von zwei Phasen und/oder – Schwingungen von Wasserstoffbrückenbindungen basiert.Method according to one of claims 9 to 11, characterized in that at least a mole fraction and the temperature of the fluid ( 3 ) are determined from rotational vibration spectra, wherein the evaluation is based on the shift of the wavelength of the stretching vibration band between two phases and / or on the resolution of the rotational fine structure of two phases and / or vibrations of hydrogen bonds. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12 zur Reglung eines Kältemittelkreislaufs, wobei der Kältemittelkreislauf in Strömungsrichtung des Fluids (3) mindestens ein Expansionsorgan (8), mindestens einen als Verdampfer betriebenen Wärmeübertrager (9) und mindestens einen Verdichter (10) aufweist, wobei das System (1) in Strömungsrichtung des Fluids (3) nach einem Wärmeübertrager (9) und vor einem Verdichter (10) angeordnet ist, und wobei die mit dem System (1) bestimmten Werte als Regelgröße genutzt werden.Method according to one of claims 9 to 12 for controlling a refrigerant circuit, wherein the refrigerant circuit in the flow direction of the fluid ( 3 ) at least one expansion organ ( 8th ), at least one heat exchanger operated as an evaporator ( 9 ) and at least one compressor ( 10 ), the system ( 1 ) in the flow direction of the fluid ( 3 ) after a heat exchanger ( 9 ) and in front of a compressor ( 10 ) and wherein the system ( 1 ) certain values are used as a controlled variable. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem System (1) bestimmten Stoffmengenanteile, Massenanteilen sowie die Temperatur und/oder der thermische Zustandspunkt des Fluids (3) als Regelgröße zur Steuerung eines Öffnungsgrades des Expansionsorgans (8) genutzt werden.A method according to claim 13, characterized in that with the system ( 1 ) certain proportions by mass, mass fractions and the temperature and / or the thermal state point of the fluid ( 3 ) as a control variable for controlling an opening degree of the expansion element ( 8th ) be used. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein System (1) in Strömungsrichtung des Fluids (3) nach einem als Verflüssiger betriebenem Wärmeübertrager und vor dem Expansionsorgan (8) angeordnet ist, wobei die umlaufenden Massenanteile des strömenden Fluids (3) bestimmt werden und dass die lokalen Massenanteile des Fluids (3) zwischen dem Wärmeübertrager (9) und dem Verdichter (10) bestimmt werden.Method according to claim 13 or 14, characterized in that a system ( 1 ) in the flow direction of the fluid ( 3 ) after a heat exchanger operated as a condenser and before the expansion element ( 8th ), wherein the circulating mass fractions of the flowing fluid ( 3 ) and that the local mass fractions of the fluid ( 3 ) between the heat exchanger ( 9 ) and the compressor ( 10 ).
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