一种制冷系统中制冷剂质量流量测量方法、装置和测量仪.pdf

摘要
申请专利号：	CN201610978292.5	申请日：	2016.11.07
公开号：	CN106524551A	公开日：	2017.03.22
当前法律状态：	实审	有效性：	审中
法律详情：	实质审查的生效IPC(主分类):F25B 1/10申请日:20161107\|\|\|公开
IPC分类号：	F25B1/10; F25B49/02	主分类号：	F25B1/10
申请人：	清华大学
发明人：	石文星; 王宝龙; 黄文宇; 张国辉; 李先庭; 丁连锐
地址：	100084 北京市海淀区清华园1号
优先权：
专利代理机构：	北京三聚阳光知识产权代理有限公司 11250	代理人：	马永芬
PDF下载：	PDF下载

内容摘要

本发明提供了一种制冷系统中制冷剂质量流量测量方法、装置和测量仪，包括：获取第一压缩机的吸气温度和第二压缩机的排气温度、蒸发压力、冷凝压力、第一、第二压缩机壳体表面温度、周围的环境温度、总消耗功率、喷射温度、第一过冷温度、第二过冷温度和制冷剂混合物的含油率；根据上述获取到的数据计算出相应的第一、二、三、四、五焓值、焓值差以及第一、二压缩机与外界环境的总换热量；根据第一、二、三、四、五焓值、焓值差、总消耗功率和总换热量以及制冷剂混合物的含油率计算得到制冷系统中制冷剂质量流量。该方案实现了对制冷系统中制冷剂质量流量的非侵入式、高精度测量，避免了测量过程给制冷系统带来的不良影响，提高了用户体验。

权利要求书

1.一种制冷系统中制冷剂质量流量的测量方法，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，其特征在于，所述方法包括：
获取所述第一压缩机的吸气温度和所述第二压缩机的排气温度；获取所述制冷系统的
蒸发压力和冷凝压力；获取所述第一、第二压缩机壳体表面温度、所述第一、第二压缩机周
围的环境温度和所述第一、第二压缩机的总消耗功率；获取从所述中间压力容器中喷射出
的气态制冷剂的喷射温度；获取所述冷凝器出口处制冷剂的第一过冷温度；获取制冷剂混
合物的含油率；
根据所述蒸发压力和所述吸气温度计算得到所述第一压缩机吸气口处制冷剂的第一
焓值；根据所述冷凝压力和所述排气温度计算得到所述第二压缩机的排气口处制冷剂的第
二焓值；根据所述喷射温度计算得到所述中间压力容器中气态饱和制冷剂的第三焓值和液
态制冷剂的第四焓值；根据所述第一过冷温度和所述冷凝压力计算得到所述冷凝器出口处
制冷剂的第五焓值；根据所述吸气温度、所述排气温度计算得到所述第二压缩机的排气口
与所述第一压缩机的吸气口处的润滑油的焓值差；根据所述第一、第二压缩机壳体表面温
度和所述第一、第二压缩机周围的环境温度计算得到所述第一、二压缩机与外界环境的总
换热量；
根据所述第一、二、三、四、五焓值、所述焓值差、所述总消耗功率和所述总换热量以及
所述制冷剂混合物的含油率计算得到所述制冷系统中制冷剂质量流量。
2.根据权利要求1所述的制冷系统中制冷剂质量流量的测量方法，其特征在于，根据所
述第一、二、三、四、五焓值、所述焓值差、所述总消耗功率和所述总换热量以及所述制冷剂
混合物的含油率计算得到所述制冷系统中制冷剂质量流量包括：
采用如下公式计算得到流经所述第一压缩机的第一制冷剂混合物的质量流量：
$<mrow>
<msub>
<mi>m</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mi>i</mi>
<mi>x</mi>
<mo>,</mo>
<mi>l</mi>
<mi>o</mi>
<mi>w</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>E</mi>
<mrow>
<mi>c</mi>
<mi>o</mi>
<mi>m</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mover>
<mi>Q</mi>
<mo>·</mo>
</mover>
<mrow>
<mi>l</mi>
<mi>o</mi>
<mi>s</mi>
<mi>s</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>)</mo>
<mo>·</mo>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>5</mn>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mi>λ</mi>
<mo>)</mo>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>5</mn>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>5</mn>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>4</mn>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>4</mn>
</msub>
<mo>)</mo>
<mo>+</mo>
<mi>λ</mi>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mo>,</mo>
<mi>o</mi>
<mi>i</mi>
<mi>l</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>,</mo>
<mi>o</mi>
<mi>i</mi>
<mi>l</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>$
采用如下公式计算得到流经所述第二压缩机的第二制冷剂混合物的质量流量：
$<mrow>
<msub>
<mi>m</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mi>i</mi>
<mi>x</mi>
<mo>,</mo>
<mi>h</mi>
<mi>i</mi>
<mi>g</mi>
<mi>h</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>E</mi>
<mrow>
<mi>c</mi>
<mi>o</mi>
<mi>m</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mover>
<mi>Q</mi>
<mo>·</mo>
</mover>
<mrow>
<mi>l</mi>
<mi>o</mi>
<mi>s</mi>
<mi>s</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>)</mo>
<mo>·</mo>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>4</mn>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mi>λ</mi>
<mo>)</mo>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>5</mn>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>5</mn>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>4</mn>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>4</mn>
</msub>
<mo>)</mo>
<mo>+</mo>
<mi>λ</mi>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mo>,</mo>
<mi>o</mi>
<mi>i</mi>
<mi>l</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>,</mo>
<mi>o</mi>
<mi>i</mi>
<mi>l</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>$
采用如下公式计算得到流经所述第一压缩机的第一制冷剂质量流量：
m_r,low＝m_mix,low·(1-λ)
采用如下公式计算得到流经所述第二压缩机的第二制冷剂质量流量：
m_r,high＝m_mix,high·(1-λ)
其中，m_mix,low是所述第一制冷剂混合物的质量流量，m_mix,high是所述第二制冷剂混合物
的质量流量，m_r,low是所述第一制冷剂质量流量，m_r,high是所述第二制冷剂质量流量，E_com是所
述总消耗功率；是所述总换热量；h₁是所述第一焓值，h₂是所述第二焓值，h₃是所述第三
焓值，h₄是所述第四焓值，h₅是所述第五焓值，h_2,oil-h_1,oil是所述焓值差，λ是所述制冷剂混
合物的含油率。
3.根据权利要求1或2所述的制冷系统中制冷剂质量流量的测量方法，其特征在于，所
述获取制冷剂混合物的含油率包括：
采集流经所述冷凝器的制冷剂混合物的第一折射率和流经所述蒸发器的制冷剂混合
物的第二折射率；
根据所述第一、二折射率计算得到所述制冷剂混合物的含油率。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制冷系统中制冷剂质量流量的测量方法，其特征
在于，所述获取所述制冷系统的蒸发压力和冷凝压力包括：
采集所述蒸发器和所述冷凝器的两相区中制冷剂的第一、二饱和温度；
根据所述第一饱和温度计算出蒸发压力，根据所述第二饱和温度计算出冷凝压力。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的制冷系统中制冷剂质量流量的测量方法，其特征
在于，所述获取所述制冷系统的蒸发压力和冷凝压力包括：
采集所述第一压缩机的吸气压力获得所述蒸发压力；
采集所述第二压缩机的排气压力获得所述冷凝压力。
6.根据权利要求1或2所述的制冷系统中制冷剂质量流量的测量方法，其特征在于，在
所述中间压力容器为中间冷却器时还包括：
获取所述中间冷却器出口处的第二过冷温度；
根据所述第二过冷温度计算得到所述第四焓值。
7.一种制冷系统中制冷剂质量流量的测量装置，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，其特征在于，所述装置包括：
第一获取模块，用于获取所述第一压缩机的吸气温度和所述第二压缩机的排气温度；
获取所述制冷系统的蒸发压力和冷凝压力；获取所述第一、第二压缩机壳体表面温度、所述
第一、第二压缩机周围的环境温度和所述第一、第二压缩机的总消耗功率；获取从所述中间
压力容器中喷射出的气态制冷剂的喷射温度；获取所述冷凝器出口处制冷剂的第一过冷温
度；获取制冷剂混合物的含油率；
第一计算模块，用于根据所述蒸发压力和所述吸气温度计算得到所述第一压缩机吸气
口处制冷剂的第一焓值；根据所述冷凝压力和所述排气温度计算得到所述第二压缩机的排
气口处制冷剂的第二焓值；根据所述喷射温度计算得到所述中间压力容器中气态饱和制冷
剂的第三焓值和液态制冷剂的第四焓值；根据所述第一过冷温度和所述冷凝压力计算得到
所述冷凝器出口处制冷剂的第五焓值；根据所述吸气温度、所述排气温度计算得到所述第
二压缩机的排气口与所述第一压缩机的吸气口处的润滑油的焓值差；根据所述第一、第二
压缩机壳体表面温度和所述第一、第二压缩机周围的环境温度计算得到所述第一、二压缩
机与外界环境的总换热量；
第二计算模块，用于根据所述第一、二、三、四、五焓值、所述焓值差、所述总消耗功率和
所述总换热量以及所述制冷剂混合物的含油率计算得到所述制冷系统中制冷剂质量流量。
8.根据权利要求7所述的制冷系统中制冷剂质量流量的测量装置，其特征在于，所述第
二计算模块包括：
第一计算单元，用于采用如下公式计算得到流经所述第一压缩机的第一制冷剂混合物
的质量流量：
$<mrow>
<msub>
<mi>m</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mi>i</mi>
<mi>x</mi>
<mo>,</mo>
<mi>l</mi>
<mi>o</mi>
<mi>w</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>E</mi>
<mrow>
<mi>c</mi>
<mi>o</mi>
<mi>m</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mover>
<mi>Q</mi>
<mo>·</mo>
</mover>
<mrow>
<mi>l</mi>
<mi>o</mi>
<mi>s</mi>
<mi>s</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>)</mo>
<mo>·</mo>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>5</mn>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mi>λ</mi>
<mo>)</mo>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>5</mn>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>5</mn>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>4</mn>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>4</mn>
</msub>
<mo>)</mo>
<mo>+</mo>
<mi>λ</mi>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mo>,</mo>
<mi>o</mi>
<mi>i</mi>
<mi>l</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>,</mo>
<mi>o</mi>
<mi>i</mi>
<mi>l</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>$
第二计算单元，用于采用如下公式计算得到流经所述第二压缩机的第二制冷剂混合物
的质量流量：
$<mrow>
<msub>
<mi>m</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mi>i</mi>
<mi>x</mi>
<mo>,</mo>
<mi>h</mi>
<mi>i</mi>
<mi>g</mi>
<mi>h</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>E</mi>
<mrow>
<mi>c</mi>
<mi>o</mi>
<mi>m</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mover>
<mi>Q</mi>
<mo>·</mo>
</mover>
<mrow>
<mi>l</mi>
<mi>o</mi>
<mi>s</mi>
<mi>s</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>)</mo>
<mo>·</mo>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>4</mn>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mi>λ</mi>
<mo>)</mo>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>5</mn>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>5</mn>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>4</mn>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<msub>
<mi>h</mi>
<mn>4</mn>
</msub>
<mo>)</mo>
<mo>+</mo>
<mi>λ</mi>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mo>,</mo>
<mi>o</mi>
<mi>i</mi>
<mi>l</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>,</mo>
<mi>o</mi>
<mi>i</mi>
<mi>l</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>$
第三计算单元，用于采用如下公式计算得到流经所述第一压缩机的第一制冷剂质量流
量：
m_r,low＝m_mix,low·(1-λ)
第四计算单元，用于采用如下公式计算得到流经所述第二压缩机的第二制冷剂质量流
量：
m_r,high＝m_mix,high·(1-λ)
其中，m_mix,low是所述第一制冷剂混合物的质量流量，m_mix,high是所述第二制冷剂混合物
的质量流量，m_r,low是所述第一制冷剂质量流量，m_r,high是所述第二制冷剂质量流量，E_com是所
述总消耗功率；是所述总换热量；h₁是所述第一焓值，h₂是所述第二焓值，h₃是所述第三
焓值，h₄是所述第四焓值，h₅是所述第五焓值，h_2,oil-h_1,oil是所述焓值差，λ是所述制冷剂混
合物的含油率。
9.根据权利要求7或8所述的制冷系统中制冷剂质量流量的测量装置，其特征在于，所
述第一获取模块包括：
第一采集单元，用于采集流经所述冷凝器的制冷剂混合物的第一折射率和流经所述蒸
发器的制冷剂混合物的第二折射率；
第五计算单元，用于根据所述第一、二折射率计算得到所述制冷剂混合物的含油率。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的制冷系统中制冷剂质量流量的测量装置，其特
征在于，所述第一获取模块还包括：
第二采集单元，用于采集所述蒸发器和所述冷凝器的两相区中制冷剂的第一、二饱和
温度；
第六计算单元，用于根据所述第一饱和温度计算出蒸发压力，根据所述第二饱和温度
计算出冷凝压力。
11.根据权利要求7至9中任一项所述的制冷系统中制冷剂质量流量的测量装置，其特
征在于，所述第一获取模块还包括：
第三采集单元，用于采集所述第一压缩机的吸气压力获得所述蒸发压力；
第四采集单元，用于采集所述第二压缩机的排气压力获得所述冷凝压力。
12.根据权利要求7或8所述的制冷系统中制冷剂质量流量的测量装置，其特征在于，在
所述中间压力容器为中间冷却器时还包括：
第二获取模块，用于获取所述中间冷却器出口处的第二过冷温度；
第三计算模块，用于根据所述第二过冷温度计算得到所述第四焓值。
13.一种制冷系统中制冷剂质量流量的测量仪，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，其特征在于，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，分别用于采集所述第一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，并利用权利要求1至6中任一项所述的制冷系统中制冷剂质量流量测量
方法计算出所述制冷系统中制冷剂质量流量。
14.根据权利要求13所述的制冷系统中制冷剂质量流量的测量仪，其特征在于，还包
括：第一光学传感器，所述第一光学传感器设置在所述冷凝器的出口处，用于采集流经所述
冷凝器的制冷剂混合物的第一折射率。
15.根据权利要求14所述的制冷系统中制冷剂质量流量的测量仪，其特征在于，还包
括：第二光学传感器，所述第二光学传感器设置在所述中间压力容器的出口处，用于采集流
经所述蒸发器的制冷剂混合物的第二折射率。
16.根据权利要求15所述的制冷系统中制冷剂质量流量的测量仪，其特征在于，所述处
理器还用于根据所述第一折射率和所述第二折射率计算得到所述制冷剂混合物的含油率。
17.根据权利要求13至15中任一项所述的制冷系统中制冷剂质量流量的测量仪，其特
征在于，所述处理器还用于根据所述排气压力计算得到冷凝压力，根据所述吸气压力计算
得到蒸发压力。
18.根据权利要求13至15中任一项所述的制冷系统中制冷剂质量流量的测量仪，其特
征在于，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。
19.根据权利要求13至15中任一项所述的制冷系统中制冷剂质量流量的测量仪，其特
征在于，在所述中间压力容器为中间冷却器时，所述温度采集器还包括：第九温度传感器，
设置在所述中间冷却器的出口处，用于采集所述中间冷却器出口处的第二过冷温度。

说明书

一种制冷系统中制冷剂质量流量测量方法、装置和测量仪

技术领域

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

背景技术

制冷系统是一种将具有较低温度的被冷却物体的热量转移给环境介质从而获得
冷量的机器，制冷系统内参与热力过程变化(能量转换和热量转移)的工质称为制冷剂。制
冷系统一般由压缩机、冷凝器、蒸发器以及节流阀组成，一些制冷系统还会包括中间压力容
器(比如闪发器或者中间冷却器)。随着人类社会的发展，在很多场合下，需要压缩机工作在
大压缩比的工况下，而传统的单级压缩技术在压缩比较大时会出现排气温度过高，容积效
率偏低等问题，而准双级或双级压缩技术在制冷系统中的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
运行参数就显得尤为重要。制冷剂质量流量是判断制冷系统是否正常运行的重要参数，目
前对于制冷剂质量流量的测量方式是通过科里奥利质量流量计来获取，但这种方法并不适
用于机组性能的现场测量，其主要原因在于：科里奥利质量流量计需要焊接在冷凝器出口
的液相管道上，会给正在运行的制冷系统机组造成破坏，用户接受度较差。

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

发明内容

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

有鉴于此，本发明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的测
量方法，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，所述方法包括：获取所述
第一压缩机的吸气温度和所述第二压缩机的排气温度；获取所述制冷系统的蒸发压力和冷
凝压力；获取所述第一、第二压缩机壳体表面温度、所述第一、第二压缩机周围的环境温度
和所述第一、第二压缩机的总消耗功率；获取从所述中间压力容器中喷射出的气态制冷剂
的喷射温度；获取所述冷凝器出口处制冷剂的第一过冷温度；获取制冷剂混合物的含油率；
根据所述蒸发压力和所述吸气温度计算得到所述第一压缩机吸气口处制冷剂的第一焓值；
根据所述冷凝压力和所述排气温度计算得到所述第二压缩机的第二焓值；根据所述喷射温
度计算得到所述中间压力容器中气态饱和制冷剂的第三焓值和液态制冷剂的第四焓值；根
据所述第一过冷温度和所述冷凝压力计算得到所述冷凝器出口处制冷剂的第五焓值；根据
所述吸气温度、所述排气温度计算得到所述第二压缩机的排气口与所述第一压缩机的吸气
口处的润滑油的焓值差；根据所述第一、第二压缩机壳体表面温度和所述第一、第二压缩机
周围的环境温度计算得到所述第一、二压缩机与外界环境的总换热量；根据所述第一、二、
三、四、五焓值、所述焓值差、所述总消耗功率和所述总换热量以及所述制冷剂混合物的含
油率计算得到所述制冷系统中制冷剂质量流量。

优选地，根据所述第一、二、三、四、五焓值、所述焓值差、所述总消耗功率和所述总
换热量以及所述制冷剂混合物的含油率计算得到所述制冷系统中制冷剂质量流量包括：采
用如下公式计算得到流经所述第一压缩机的第一制冷剂混合物的质量流量：

采用如下公式计算得到流经所述第二压缩机的第二制冷剂混合物的质量流量：

采用如下公式计算得到流经所述第一压缩机的第一制冷剂质量流量：

m_r,low＝m_mix,low·(1-λ)

采用如下公式计算得到流经所述第二压缩机的第二制冷剂质量流量：

m_r,high＝m_mix,high·(1-λ)

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

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

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

优选地，所述获取所述制冷系统的蒸发压力和冷凝压力包括：采集所述第一压缩
机的吸气压力获得所述蒸发压力；采集所述第二压缩机的排气压力获得所述冷凝压力。

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

本发明实施例的第二方面提供了一种制冷系统中制冷剂质量流量的测量装置，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，所述装置包括：第一获取模块，用于
获取所述第一压缩机的吸气温度和所述第二压缩机的排气温度；获取所述制冷系统的蒸发
压力和冷凝压力；获取所述第一、第二压缩机壳体表面温度、所述第一、第二压缩机周围的
环境温度和所述第一、第二压缩机的总消耗功率；获取从所述中间压力容器中喷射出的气
态制冷剂的喷射温度；获取所述冷凝器出口处制冷剂的第一过冷温度；获取制冷剂混合物
的含油率；第一计算模块，用于根据所述蒸发压力和所述吸气温度计算得到所述第一压缩
机吸气口处制冷剂的第一焓值；根据所述冷凝压力和所述排气温度计算得到所述第二压缩
机的第二焓值；根据所述喷射温度计算得到所述中间压力容器中气态饱和制冷剂的第三焓
值和液态制冷剂的第四焓值；根据所述第一过冷温度和所述冷凝压力计算得到所述冷凝器
出口处制冷剂的第五焓值；根据所述吸气温度、所述排气温度计算得到所述第二压缩机的
排气口与所述第一压缩机的吸气口处的润滑油的焓值差；根据所述第一、第二压缩机壳体
表面温度和所述第一、第二压缩机周围的环境温度计算得到所述第一、二压缩机与外界环
境的总换热量；第二计算模块，用于根据所述第一、二、三、四、五焓值、所述焓值差、所述总
消耗功率和所述总换热量以及所述制冷剂混合物的含油率计算得到所述制冷系统中制冷
剂质量流量。

优选地，所述第二计算模块包括：第一计算单元，用于采用如下公式计算得到流经
所述第一压缩机的第一制冷剂混合物的质量流量：

第二计算单元，用于采用如下公式计算得到流经所述第二压缩机的第二制冷剂混
合物的质量流量：

第三计算单元，用于采用如下公式计算得到流经所述第一压缩机的第一制冷剂质
量流量：

m_r,low＝m_mix,low·(1-λ)

第四计算单元，用于采用如下公式计算得到流经所述第二压缩机的第二制冷剂质
量流量：

m_r,high＝m_mix,high·(1-λ)

优选地，所述第一获取模块包括：第一采集单元，用于采集流经所述冷凝器的制冷
剂混合物的第一折射率和流经所述蒸发器的制冷剂混合物的第二折射率；第五计算单元，
用于根据所述第一、二折射率计算得到所述制冷剂混合物的含油率。

优选地，所述第一获取模块还包括：第二采集单元，用于采集所述蒸发器和所述冷
凝器的两相区中制冷剂的第一、二饱和温度；第六计算单元，用于根据所述第一饱和温度计
算出蒸发压力，根据所述第二饱和温度计算出冷凝压力。

优选地，所述第一获取模块还包括：第三采集单元，用于采集所述第一压缩机的吸
气压力获得所述蒸发压力；第四采集单元，用于采集所述第二压缩机的排气压力获得所述
冷凝压力。

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

本发明实施例的第三方面提供了一种制冷系统中制冷剂质量流量的测量仪，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，分别用于采集所述第一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，并利用本发明实施例第一方面所述的制冷系统中制冷
剂质量流量测量方法计算出所述制冷系统中制冷剂质量流量。

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

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

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

优选地，所述处理器还用于根据所述排气压力计算得到冷凝压力，根据所述吸气
压力计算得到蒸发压力。

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。

本发明的技术方案具有以下优点：

1、本发明提供的制冷系统中制冷剂质量流量测量方法、装置和测量仪，通过将压
力采集器、温度采集器、电能采集器中的不同传感器设置在制冷系统中的相应位置，实时采
集制冷系统的各个相关运行参数，并将运行参数传输至处理器，处理器根据各个运行参数
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。

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

附图说明

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

图1为本发明实施例1的制冷系统中制冷剂质量流量的测量方法的一个流程图；

图2为本发明实施例2的制冷系统中制冷剂质量流量的测量装置的一个框图；

图3为本发明实施例3的制冷系统中制冷剂质量流量的测量仪的一个框图；

图4为本发明实施例3的带有闪发器的双级压缩机组制冷系统的一个原理图；

图5为本发明实施例3的带有中间冷却器的双级压缩机组制冷系统的一个原理图；

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发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术
人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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

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

实施例1

本实施例提供一种制冷系统中制冷剂质量流量的测量方法，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(此处中间压力容器可以是闪发器，也
可以是中间冷却器)和节流阀，蒸发器的出口连接第一压缩机的入口，第一压缩机的出口连
接第二压缩机的入口，第二压缩机的出口连接冷凝器的入口，如图1所示，方法如下步骤：

S1：获取第一压缩机的吸气温度和第二压缩机的排气温度；获取制冷系统的蒸发
压力和冷凝压力；获取第一、第二压缩机壳体表面温度、第一、第二压缩机周围的环境温度
和第一、第二压缩机的总消耗功率；获取从中间压力容器中喷射出的气态制冷剂的喷射温
度；获取冷凝器出口处制冷剂的第一过冷温度；获取制冷剂混合物的含油率；作为一种优选
方案，，在所述中间压力容器为中间冷却器时还包括：获取所述中间冷却器出口处的第二过
冷温度；具体地，可以通过在制冷系统中的相应位置布置相应的压力传感器或者温度传感
器等，实时采集上述各项参数，作为一种优选方案，可以在第一压缩机的吸气口和第二压缩
机的排气口布置压力传感器，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，因此可以通过采集第一压缩机的吸
气压力获得蒸发压力，采集第二压缩机的排气压力获得冷凝压力。

S2：根据蒸发压力和吸气温度计算得到第一压缩机吸气口处制冷剂的第一焓值；
根据冷凝压力和排气温度计算得到第二压缩机的排气口处制冷剂的第二焓值；如果中间压
力容器是闪发器，则根据喷射温度计算得到中间压力容器中气态饱和制冷剂的第三焓值和
液态制冷剂的第四焓值，如果中间压力容器是中间冷却器，则根据所述第二过冷温度计算
得到所述第四焓值；根据第一过冷温度和冷凝压力计算得到冷凝器出口处制冷剂的第五焓
值；根据吸气温度、排气温度计算得到第二压缩机的排气口与第一压缩机的吸气口处的润
滑油的焓值差；根据第一、第二压缩机壳体表面温度和第一、第二压缩机周围的环境温度计
算得到第一、二压缩机与外界环境的总换热量；具体地，蒸发压力和冷凝压力可以由步骤S1
中的吸气压力和排气压力得到，由于吸气压力和排气压力是实时采集的数据，结合相应的
温度直接计算出相应的焓值，提高了计算精度。作为一种优选方案，换热量的计算可以采用
如下公式：

上式中，T_com是第一、第二压缩机壳体表面温度，T_air是第一、第二压缩机周围的环
境温度，是总换热量，a为压缩机壳体与周围环境的对流换热系数(可视现场环境选取，
比如可以在5～8之间选取，单位为W/(m²K))，A_com为第一、二压缩机的表面积，单位为m²；σ为
辐射玻尔兹曼常数，σ＝5.67×10^-8，单位为W/(m²K⁴)。

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

采用如下公式计算得到流经第一压缩机的第一制冷剂混合物的质量流量：

采用如下公式计算得到流经第二压缩机的第二制冷剂混合物的质量流量：

进一步，采用如下公式计算得到流经第一压缩机的第一制冷剂质量流量：

m_r,low＝m_mix,low·(1-λ)

进一步，采用如下公式计算得到流经第二压缩机的第二制冷剂质量流量：

m_r,high＝m_mix,high·(1-λ)

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

作为一种优选方案，步骤S1可以包括：采集流经冷凝器的制冷剂混合物的第一折
射率和流经蒸发器的制冷剂混合物的第二折射率；根据第一、二折射率计算得到制冷剂混
合物的含油率。即步骤S1中的制冷剂混合物的含油率可以一般的通过查询数据库得到，也
可以通过在制冷系统中布置第一、二光学传感器实时采集制冷剂混合物的相应折射率，进
而根据相应的折射率计算得出更加精确的制冷剂混合物的含油率。

作为一种优选方案，步骤S1还可以包括：采集蒸发器和冷凝器的两相区中制冷剂
的第一、二饱和温度；根据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。即步骤S1中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。

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

实施例2

本实施例提供一种制冷系统中制冷剂质量流量的测量装置，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(此处中间压力容器可以是闪发器，也
可以是中间冷却器)和节流阀，蒸发器的出口连接第一压缩机的入口，第一压缩机的出口连
接第二压缩机的入口，第二压缩机的出口连接冷凝器的入口，如图2所示，装置包括：

第一获取模块21，用于获取第一压缩机的吸气温度和第二压缩机的排气温度；获
取制冷系统的蒸发压力和冷凝压力；获取第一、第二压缩机壳体表面温度、第一、第二压缩
机周围的环境温度和第一、第二压缩机的总消耗功率；获取从中间压力容器中喷射出的气
态制冷剂的喷射温度；获取冷凝器出口处制冷剂的第一过冷温度；获取制冷剂混合物的含
油率；作为一种优选方案，第一获取模块21还包括：第三采集单元215，用于采集第一压缩机
的吸气压力获得蒸发压力；第四采集单元216，用于采集第二压缩机的排气压力获得冷凝压
力。作为一种优选方案，在所述中间压力容器为中间冷却器时还包括：第二获取模块24，用
于获取所述中间冷却器出口处的第二过冷温度；具体参见实施例1中对步骤S1的详细描述。

第一计算模块22，用于根据蒸发压力和吸气温度计算得到第一压缩机吸气口处制
冷剂的第一焓值；根据冷凝压力和排气温度计算得到第二压缩机的排气口处制冷剂的第二
焓值；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和液态制冷剂的
第四焓值；根据第一过冷温度和冷凝压力计算得到冷凝器出口处制冷剂的第五焓值；根据
吸气温度、排气温度计算得到第二压缩机的排气口与第一压缩机的吸气口处的润滑油的焓
值差；根据第一、第二压缩机壳体表面温度和第一、第二压缩机周围的环境温度计算得到第
一、二压缩机与外界环境的总换热量。作为一种优选方案，在所述中间压力容器为中间冷却
器时还包括第三计算模块25，用于根据所述第二过冷温度计算得到所述第四焓值。具体参
见实施例1中对步骤S2的详细描述。

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

第一计算单元231，用于采用如下公式计算得到流经第一压缩机的第一制冷剂混
合物的质量流量：

第二计算单元232，用于采用如下公式计算得到流经第二压缩机的第二制冷剂混
合物的质量流量：

第三计算单元233，用于采用如下公式计算得到流经第一压缩机的第一制冷剂质
量流量：

m_r,low＝m_mix,low·(1-λ)

第四计算单元234，用于采用如下公式计算得到流经第二压缩机的第二制冷剂质
量流量：

m_r,high＝m_mix,high·(1-λ)

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

作为一种优选方案，第一获取模块21还包括：第二采集单元213，用于采集蒸发器
和冷凝器的两相区中制冷剂的第一、二饱和温度；第六计算单元214，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。具体参见实施例1中对步骤S1的另
一优选方案的详细描述。

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

实施例3

本实施例提供一种制冷系统中制冷剂质量流量的测量仪，如图3所示，装置包括：
处理器34以及与处理器34连接的压力采集器31、温度采集器32和电能采集器33，在实际应
用中，通过将压力采集器31、温度采集器32和电能采集器33分别部署在该制冷系统中，来对
该制冷系统的运行参数进行实时采集，如图4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4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5所示，在所述中间压力容器为中间冷却器46时，所述温
度采集器32还包括：第九温度传感器329，设置在所述中间冷却器46的出口处，用于采集所
述中间冷却器46出口处的第二过冷温度，此处第二过冷温度在制冷剂质量流量的计算中可
用于计算得到中间冷却器46中的液态制冷剂的焓值。

电能采集器33，包括压缩机功率传感器，用于采集第一压缩机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，并利用实施例1中的制冷系统中制冷剂质量流量的测量方法计算出制冷系统中制
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h₂；根据喷射温度计算得到中间压力容器中气态饱
和制冷剂的第三焓值h₃和液态制冷剂的第四焓值h₄；作为一种优选方案，在所述中间压力容
器是如图4所示的闪发器44时，根据喷射温度计算得到闪发器44中气态饱和制冷剂的第三
焓值h₃和液态制冷剂的第四焓值h₄；作为一种优选方案，在所述中间压力容器是如图5所示
的中间冷却器46时，可以根据喷射温度计算得到中间冷却器46中气态饱和制冷剂的第三焓
值h₃，根据第二过冷温度计算得到中间冷却器46中液态制冷剂的第四焓值h₄。根据第一过冷
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h₅；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_2,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))

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的测量仪，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。

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