一种制冷系统中制冷剂质量流量测量仪和采集装置的制作方法

本实用新型涉及制冷系统分析领域，具体涉及一种制冷系统中制冷剂质量流量测量仪和采集装置。

背景技术：

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

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

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

技术实现要素：

因此，本实用新型要解决的技术问题在于现有技术中的制冷剂质量流量测量装置会破坏制冷系统机组，影响制冷系统的正常运行。

有鉴于此，本实用新型实施例的第一方面提供了一种制冷系统中制冷剂质量流量测量仪，所述制冷系统包括：蒸发器、第一压缩机、第二压缩机、冷凝器、中间压力容器和节流阀，所述蒸发器的出口连接所述第一压缩机的入口，所述第一压缩机的出口连接所述第二压缩机的入口，所述第二压缩机的出口连接所述冷凝器的入口，所述测量仪包括：压力采集器，包括：设置在所述第一压缩机吸气口的第一压力传感器和设置在所述第二压缩机排气口的第二压力传感器，分别用于采集所述压缩机的吸气压力和所述第二压缩机的排气压力；温度采集器，包括：第一温度传感器，设置在所述蒸发器出口，用于采集所述第一压缩机的吸气温度；第二温度传感器，设置在所述冷凝器入口，用于采集所述第二压缩机的排气温度；第三温度传感器，设置在所述中间压力容器中间喷射口处，用于采集从所述中间压力容器中喷射出的气态制冷剂的喷射温度；第四温度传感器，设置在所述第一、二压缩机壳体表面，用于采集所述第一、二压缩机的壳体表面温度；第五温度传感器，用于采集所述第一、二压缩机周围的环境温度；第六温度传感器，设置在所述冷凝器出口处，用于采集所述冷凝器出口处制冷剂的第一过冷温度；电能采集器，包括压缩机功率传感器，用于采集所述第一、二压缩机的总消耗功率；处理器，与所述压力采集器、所述温度采集器以及所述电能采集器分别连接，用于获取所述压力采集器、所述温度采集器以及所述电能采集器的采集数据和所述制冷系统中制冷剂混合物的含油率，并根据所述采集数据和所述制冷剂混合物的含油率计算出所述制冷系统中制冷剂质量流量。

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

优选地，还包括：第二光学传感器，所述第二光学传感器设置在所述中间压力容器的出口处，用于采集流经所述蒸发器的制冷剂混合物的第二折射率。

优选地，所述温度采集器还包括：第七温度传感器，设置在所述蒸发器的两相区，用于采集所述蒸发器的两相区中制冷剂的第一饱和温度；第八温度传感器，设置在所述冷凝器的两相区，用于采集所述冷凝器的两相区中制冷剂的第二饱和温度；以及所述处理器还用于根据所述第一饱和温度计算出蒸发压力，根据所述第二饱和温度计算出冷凝压力。

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

本实用新型实施例的第二方面提供了一种制冷系统中状态参数采集装置，所述制冷系统包括：蒸发器、第一压缩机、第二压缩机、冷凝器、中间压力容器和节流阀，所述蒸发器的出口连接所述第一压缩机的入口，所述第一压缩机的出口连接所述第二压缩机的入口，所述第二压缩机的出口连接所述冷凝器的入口，所述采集装置包括：压力采集器，包括：设置在所述第一压缩机吸气口的第一压力传感器和设置在所述第一压缩机排气口的第二压力传感器，分别用于采集所述压缩机的吸气压力和所述第二压缩机的排气压力；温度采集器，包括：第一温度传感器，设置在所述蒸发器出口，用于采集所述第一压缩机的吸气温度；第二温度传感器，设置在所述冷凝器入口，用于采集所述第二压缩机的排气温度；第三温度传感器，设置在所述中间压力容器中间喷射口处，用于采集从所述中间压力容器中喷射出的气态制冷剂的喷射温度；第四温度传感器，设置在所述第一、二压缩机壳体表面，用于采集所述第一、二压缩机的壳体表面温度；第五温度传感器，用于采集所述第一、二压缩机周围的环境温度；第六温度传感器，设置在所述冷凝器出口处，用于采集所述冷凝器出口处制冷剂的第一过冷温度；电能采集器，包括压缩机功率传感器，用于采集所述第一、二压缩机的总消耗功率。

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

优选地，还包括：第二光学传感器，所述第二光学传感器设置在所述中间压力容器的出口处，用于采集流经所述蒸发器的制冷剂混合物的第二折射率。

优选地，所述温度采集器还包括：第七温度传感器，设置在所述蒸发器的两相区，用于采集所述蒸发器的两相区中制冷剂的第一饱和温度；第八温度传感器，设置在所述冷凝器的两相区，用于采集所述冷凝器的两相区中制冷剂的第二饱和温度。

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

本实用新型的技术方案具有以下优点：

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

2、本实用新型提供的制冷系统中制冷剂质量流量测量仪和采集装置，所获取到的制冷系统的状态数据及其中间计算参量不仅可以用于计算制冷剂质量流量，还可以为测量制冷系统的其他性能参数提供精确的数据参考。

附图说明

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

图1为本实用新型实施例1的制冷系统中制冷剂质量流量测量仪的一个框图；

图2A为本实用新型实施例1的带有闪发器的双级压缩机组制冷系统的一个原理图；

图2B为本发明实施例1的带有中间冷却器的双级压缩机组制冷系统的一个原理图；

图3为本实用新型实施例2的制冷系统中状态参数采集装置的一个框图。

附图标记：41-蒸发器，421-第一压缩机，422-第二压缩机，43-冷凝器，44-闪发器，45-节流阀，46-中间冷却器，311-第一压力传感器，312-第二压力传感器，321-第一温度传感器，322第二温度传感器，323-第三温度传感器，324第四温度传感器，325-第五温度传感器，326-第六温度传感器，327- 第七温度传感器，328-第八温度传感器，329-第九温度传感器，33-电能采集器，34-处理器，35-第一光学传感器，36-第二光学传感器。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

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

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

实施例1

本实施例提供一种制冷系统中制冷剂质量流量的测量仪，如图1所示，装置包括：处理器34以及与处理器34连接的压力采集器31、温度采集器 32和电能采集器，在实际应用中，通过将压力采集器31、温度采集器32 和电能采集器分别部署在该制冷系统中，来对该制冷系统的运行参数进行实时采集，如图2A所示，该制冷系统可以包括：蒸发器41、第一压缩机 421、第二压缩机422、冷凝器43、闪发器44(即此处闪发器44即中间压力容器)和节流阀45，蒸发器41的出口连接第一压缩机421的入口，第一压缩机421的出口连接第二压缩机422的入口，第二压缩机422的出口连接冷凝器43的入口，下面以如图2A所示的带有闪发器44的双级压缩机组制冷系统为例，来详细说明本实施例的技术方案：

压力采集器31，包括：设置在第一压缩机421吸气口的第一压力传感器311和设置在第二压缩机422排气口的第二压力传感器312，分别用于采集第一压缩机421的吸气压力和第二压缩机422的排气压力，在实际应用中，此处的第一、二压力传感器可以根据实际需要分别部署在第一压缩机421、第一二压缩机的相应位置，以保证采集数据的准确性。

温度采集器32，包括：第一温度传感器321，设置在蒸发器41出口，用于采集第一压缩机421的吸气温度；第二温度传感器322，设置在冷凝器 43入口，用于采集第二压缩机422的排气温度；第三温度传感器323，设置在中间压力容器中间喷射口处，用于采集从中间压力容器中喷射出的气态制冷剂的喷射温度；第四温度传感器324，设置在第一、二压缩机的壳体表面，用于采集第一、二压缩机壳体表面温度；第五温度传感器325，用于采集第一、二压缩机周围的环境温度；第六温度传感器326，设置在冷凝器 43出口处，用于采集冷凝器43出口处制冷剂的第一过冷温度；此处，温度采集器32主要用于采集制冷系统中相应位置的温度参数，应用时可以根据实际需要确定每个传感器的具体位置，这些温度参数可以作为计算制冷剂质量流量的参考因素。

作为一种优选方案，如图2B所示，在所述中间压力容器为中间冷却器 46时，所述温度采集器32还包括：第九温度传感器329，设置在所述中间冷却器46的出口处，用于采集所述中间冷却器46出口处的第二过冷温度，此处第二过冷温度在制冷剂质量流量的计算中可用于计算得到中间冷却器 46中的液态制冷剂的焓值。

电能采集器33，包括压缩机功率传感器，用于采集第一压缩机421和第二压缩机422的总消耗功率，以作为计算制冷剂质量流量的主要参数。

处理器34，与压力采集器31、温度采集器32以及电能采集器33分别连接，用于获取压力采集器31、温度采集器32以及电能采集器33的采集数据和制冷系统中制冷剂混合物的含油率，并可以采用现有技术中相关的计算公式计算得出制冷剂质量流量。作为一种优选方案，处理器34还用于根据排气压力计算得到冷凝压力，根据吸气压力计算得到蒸发压力。具体地，首先，根据排气压力计算得到冷凝压力，根据吸气压力计算得到蒸发压力，在实际应用中，在误差允许范围内，一般可以将吸气压力的值近似等于蒸发压力，排气压力的值近似等于冷凝压力，然后可以根据蒸发压力和吸气温度计算得到第一压缩机421吸气口制冷剂的第一吸气焓值h₁；根据冷凝压力和排气温度计算得到第二压缩机422排气口制冷剂的第二焓值 h₅；根据喷射温度计算得到中间压力容器中气态饱和制冷剂的第三焓值h₃和液态制冷剂的第四焓值h₇；作为一种优选方案，在所述中间压力容器是如图 2A所示的闪发器44时，根据喷射温度计算得到闪发器44中气态饱和制冷剂的第三焓值h₃和液态制冷剂的第四焓值h₄；作为一种优选方案，在所述中间压力容器是如图2B所示的中间冷却器46时，可以根据喷射温度计算得到中间冷却器46中气态饱和制冷剂的第三焓值h₃，根据第二过冷温度计算得到中间冷却器46中液态制冷剂的第四焓值h₄。根据第一过冷温度和冷凝压力计算得到冷凝器43出口处制冷剂的第五焓值h₆；根据吸气温度、排气温度计算得到第二压缩机422的排气口与第一压缩机421的吸气口处的润滑油的焓值差h_5,oil-h_1,oil；根据第一、第二压缩机422壳体表面温度T_com和第一、第二压缩机422周围的环境温度T_air计算得到第一、二压缩机与外界环境的总换热量比如可以采用如下公式计算换热量

上式中，a为第一、二压缩机壳体与周围环境的对流换热系数，可视现场环境选取(比如可以在5～8之间选取，单位为W/m²K)；A_com为第一、二压缩机的表面积，单位为m²；σ为辐射玻尔兹曼常数，5.67×10-8，单位为 W/m2K4。最后，根据上述计算得到各个中间参数以及第一压缩机421和第二压缩机422的总消耗功率E_com和制冷剂混合物的含油率λ(此处制冷剂混合物的含油率λ可以从数据库中查询得到，一般在0.03％～5％之间取值)计算得到制冷剂质量流量，具体地，可以先采用如下公式计算得到流经第一压缩机421的第一制冷剂混合物的质量流量m_mix,low：

采用如下公式计算得到流经第二压缩机422的第二制冷剂混合物的质量流量m_mix,high：

进而采用如下公式计算得到流经第一压缩机421的第一制冷剂质量流量m_r,low：

m_r,low＝m_mix,low·(1-λ)

以及采用如下公式计算得到流经第二压缩机422的第二制冷剂质量流量m_r,high：

m_r,high＝m_mix,high·(1-λ)

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

作为一种优选方案，还包括：第二光学传感器，对于预留有光传感器接口的制冷系统，还可以将第二光学传感器设置在中间压力容器的出口处，用于采集流经蒸发器41的制冷剂混合物的第二折射率，该第二折射率可以用于计算制冷剂混合物的含油量，其为实时采集的数据，可以提高计算结果的精确度。

作为一种优选方案，处理器34还用于根据第一折射率和第二折射率计算得到制冷剂混合物的含油率。即上述制冷剂混合物的含油率可以一般的通过查询数据库得到，也可以通过高、第二光学传感器实时采集制冷剂混合物的相应折射率，进而计算得出更加精确的制冷剂混合物的含油率。

作为一种优选方案，温度采集器32还包括：第七温度传感器327，设置在蒸发器41的两相区，用于采集蒸发器41的两相区中制冷剂的第一饱和温度；第八温度传感器328，设置在冷凝器43的两相区，用于采集冷凝器43的两相区中制冷剂的第二饱和温度；以及处理器34还用于根据第一饱和温度计算出蒸发压力，根据第二饱和温度计算出冷凝压力。即制冷系统的蒸发压力和冷凝压力还可以通过第一、二饱和温度得到，比如在制冷系统中没有压力传感器接口的情况下，可以直接测量该第一、二饱和温度，进而可以根据如下公式计算得到蒸发压力和冷凝压力(蒸发压力与冷凝压力计算原理相同，可以采用同一个公式计算得到)：

P_s＝exp(a₁+a₂/(t_s+a₃))

上式中，P_s是蒸发压力或冷凝压力，单位为帕斯卡；t_s是第一饱和温度或者第二饱和温度，单位为摄氏度；a₁、a₂、a₃是与制冷剂有关的物性常数，可以利用相关计算机软件拟合得到。

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

本实施例提供的制冷系统中制冷剂质量流量测量仪，通过将压力采集器31、温度采集器32、电能采集器33中的不同传感器设置在制冷系统中的相应位置，实时采集制冷系统的运行参数，并将运行参数传输至处理器 34，处理器34根据各个运行参数计算得到该制冷系统中制冷剂的流量，如此，实现了对制冷系统中制冷剂质量流量的非侵入式、高精度测量，与现有技术相比，该方案操作简单，无需破坏制冷系统中的原件即可实现数据采集，避免了测量过程给制冷系统的正常运行带来的不良影响，提高了用户体验，另外，该方案所获取到的制冷系统的状态数据及其中间计算参量不仅可以用于计算制冷剂质量流量，还可以为测量制冷系统的其他性能参数提供精确的数据参考。

实施例2

本实施例提供一种制冷系统中状态参数采集装置3，如图3所示，采集装置3包括：压力采集器31、温度采集器32和电能采集器33，在实际应用中，通过将压力采集器31、温度采集器32和电能采集器33分别部署在该制冷系统中，来对该制冷系统的状态参数进行实时采集，参见实施例1 中如图2A所示的带有闪发器44(即此处闪发器44即中间压力容器)的双级压缩机组制冷系统，该制冷系统包括：蒸发器41、第一压缩机421、第二压缩机422、冷凝器43、闪发器44和节流阀45，蒸发器41的出口连接第一压缩机421的入口，第一压缩机421的出口连接第二压缩机422的入口，第二压缩机422的出口连接冷凝器43的入口，具体地：

压力采集器31，包括：设置在第一压缩机421吸气口的第一压力传感器311和设置在第二压缩机422排气口的第二压力传感器312，分别用于采集第一压缩机421的吸气压力和第二压缩机422的排气压力，在实际应用中，此处的第一、二压力传感器可以根据实际需要分别部署在第一压缩机 421、第一二压缩机的相应位置，以保证采集数据的准确性。

温度采集器32，包括：第一温度传感器321，设置在蒸发器41出口，用于采集第一压缩机421的吸气温度；第二温度传感器322，设置在冷凝器 43入口，用于采集第二压缩机422的排气温度；第三温度传感器323，设置在中间压力容器中间喷射口处，用于采集从中间压力容器中喷射出的气态制冷剂的喷射温度；第四温度传感器324，设置在第一、二压缩机壳体表面，用于采集第一、二压缩机壳体表面温度；第五温度传感器325，用于采集第一、二压缩机周围的环境温度；第六温度传感器326，设置在冷凝器 43出口处，用于采集冷凝器43出口处制冷剂的第一过冷温度；此处，温度采集器32主要用于采集制冷系统中相应位置的温度参数，应用时可以根据实际需要确定每个传感器的具体位置，这些温度参数可以作为计算制冷剂质量流量的参考因素。

作为一种优选方案，如图2B所示，在所述中间压力容器为中间冷却器 46时，所述温度采集器32还包括：第九温度传感器329，设置在所述中间冷却器46的出口处，用于采集所述中间冷却器46出口处的第二过冷温度，此处第二过冷温度在制冷剂质量流量的计算中可用于计算得到中间冷却器 46中的液态制冷剂的焓值。

电能采集器33，包括压缩机功率传感器，用于采集第一压缩机421和第二压缩机422的总消耗功率，以作为计算制冷剂质量流量的主要参数。

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

作为一种优选方案，还包括：第二光学传感器36，对于预留有光传感器接口的制冷系统，还可以将第二光学传感器36设置在中间压力容器的出口处，用于采集流经蒸发器41的制冷剂混合物的第二折射率，该第二折射率可以用于计算制冷剂混合物的含油量，其为实时采集的数据，可以提高计算结果的精确度。

作为一种优选方案，温度采集器32还包括：第七温度传感器327，设置在蒸发器41的两相区，用于采集蒸发器41的两相区中制冷剂的第一饱和温度；第八温度传感器328，设置在冷凝器43的两相区，用于采集冷凝器43的两相区中制冷剂的第二饱和温度；即制冷系统的蒸发压力和冷凝压力还可以通过第一、二饱和温度得到，具体参见实施例1中对第七、八温度传感器的相关描述。

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

本实施例提供的制冷系统中状态参数采集装置3，通过将压力采集器 31、温度采集器32、电能采集器33中的不同传感器设置在制冷系统中的相应位置，实时采集制冷系统的状态参数，为制冷系统的性能分析提供了丰富的参考资料，与现有技术相比，该方案不仅操作简单，而且无需侵入待测量的制冷系统，不会干扰制冷系统的运行状态，进而可以获取更加精确的采集数据，在进一步提高制冷系统状态参数精度的同时，保证了制冷系统的安全运行。

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