冰浆制冷装置的制冷量测量系统及方法

1.本发明涉及制冷量测量技术领域，具体地说，涉及一种标准冷源装置的制冷量测量系统及方法。


背景技术：

2.房间空调器制冷量的计量结果在不同焓差实验室间不一致的问题仍困扰着中国空调行业，是国际贸易中容易引发纠纷的计量学问题，亟待研究可对焓差实验室进行标定的标准冷源装置。目前，标准冷源装置的研究还很少，业界以往的手段是采用经过标定的窗式标准空调来作为标准冷源，但这实际上是采用高精度的焓差实验室来校准低精度的焓差实验室，窗式空调的复现性和稳定性也难以保证。仅有研究人员对采用水焓值法的标准冷源装置进行了研究，其依靠动态热补偿维持的恒温冷水作为冷源，输出制冷量的相对不确定度虽然能低于空气焓值法，但其稳定性受限于反馈调节的速度。当前采用的这些方法的制冷量测量过程中所涉及的物理量较多，因此测量不确定度也较大。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于解决现有技术标准冷源方法测量不确定度较大的问题，提供一种冰浆制冷装置的制冷量测量系统及方法，制冷量测量过程中仅涉及3个待测物理量，可以作为标准冷源装置对焓差实验室的制冷量测量结果进行校准和比对。
4.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
5.一种冰浆制冷装置的制冷量测量系统，包括：冰浆动态制取系统、冰浆换热系统、科氏力质量流量计和温度传感器，冰浆换热系统与冰浆动态制取系统连接，科氏力质量流量计分别设置于冰浆换热系统的进口和出口，温度传感器分别设置于冰浆换热系统的进口和出口，温度传感器设于冰浆换热系统和科氏力质量流量计之间。
6.优选地，冰浆动态制取系统与冰浆换热系统通过管路连接，科氏力质量流量计和温度传感器均布设于紧邻冰浆换热系统进出口的管路上。
7.优选地，冰浆换热系统与科氏力质量流量计相连接的管路为绝热段管路。
8.优选地，冰浆动态制取系统包括低温水浴箱、冰浆储罐、搅拌器和浆体泵。
9.优选地，低温水浴箱包括压缩机、冷凝器、轴流风机、热力膨胀阀、蒸发器、水浴箱、排液管和水泵。
10.优选地，冰浆换热系统包括轴流风机和管翅式换热器。
11.一种冰浆制冷装置的制冷量测量方法，应用于上述任一项所述的冰浆制冷装置的制冷量测量系统，包括以下步骤：
12.获取进入冰浆换热系统前冰浆的密度、冰浆质量流量和冰浆温度；
13.获取从冰浆换热系统出来的冰浆密度、冰浆质量流量和冰浆温度；
14.根据制冷量计算公式，得到冰浆换热系统对外输出的制冷量。
15.优选地，制冷量计算公式为：
[0016][0017]
式中，为流过冰浆换热系统进口和出口的冰浆质量流量的平均值；r为0℃及标准大气压下冰的相变潜热；ipf1为进入冰浆换热系统前的冰浆含冰率；ipf2为从冰浆换热系统出来后的冰浆含冰率；c
p
为水的定压比热容；t1为进入冰浆换热系统前的冰浆温度；t2为从冰浆换热系统出来的冰浆温度；q为冰浆换热系统对外输出的制冷量。
[0018]
优选地，冰浆含冰率的计算公式为：
[0019][0020]
式中，为测量的冰浆密度。
[0021]
优选地，制冷量计算公式在t2＝t1的情况下，冰浆的含冰率充足，冰浆在冰浆换热系统内只吸收了潜热，没有吸收显热而升温，冰浆换热系统对外输出的制冷量为：
[0022][0023]
式中，ρ1为进入冰浆换热系统前的冰浆密度；ρ2为从冰浆换热系统出来的冰浆密度；为冰浆换热系统进口与出口的冰浆含冰率差值。
[0024]
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
[0025]
本发明在控制好冰浆温度的前提下，仅需要测量3个物理量就能计算输出的制冷量，且冰浆在换热过程中时刻保持在其相变温度，换热温度稳定，可以作为标准冷源装置对焓差实验室的制冷量测量结果进行校准和比对，填补了国内外对标准冷源装置研究的空白。
附图说明
[0026]
图1为冰浆制冷装置的制冷量测量系统的框架示意图。
[0027]
图2为冰浆制冷装置的制冷量测量系统的结构示意图。
[0028]
图3为冰浆人工制取及补充的方法示意图。
[0029]
图4为密度测量值校准方法示意图。
具体实施方式
[0030]
下面结合附图和具体实施例对本发明冰浆制冷装置的制冷量测量系统及方法作进一步说明。
[0031]
本发明公开了一种冰浆制冷装置的制冷量测量系统，冰浆制冷装置的制冷量测量系统包括冰浆动态制取系统、冰浆换热系统、科氏力质量流量计和温度传感器，冰浆换热系统与冰浆动态制取系统连接，科氏力质量流量计分别设置于冰浆换热系统的进口和出口，温度传感器分别设置于冰浆换热系统的进口和出口，温度传感器设于冰浆换热系统和科氏力质量流量计之间。冰浆动态制取系统与冰浆换热系统通过管路连接，科氏力质量流量计和温度传感器均布设于紧邻冰浆换热系统进出口的管路上。冰浆换热系统与科氏力质量流量计相连接的管路为绝热段管路。
[0032]
如图1所示，冰浆制冷装置的制冷量测量系统的框架示意图中，冰浆制冷装置的制
冷量测量系统包括冰浆动态制取系统1、冰浆换热系统2、换热系统进口科氏力质量流量计3、换热系统出口科氏力质量流量计4、冰浆换热系统2进口的温度传感器5、冰浆换热系统2出口的温度传感器6。冰浆动态制取系统1是为冰浆制冷装置持续地供给用于换热的冰浆，冰浆换热系统2是促进换热器内部的冰浆和换热器外部的空气交换热量。
[0033]
如图2所示，冰浆动态制取系统1的具体实现方式参见图2右侧虚线框内的室外机部分，冰浆动态制取系统1包括低温水浴箱、冰浆储罐、搅拌器、浆体泵。其中，低温水浴箱又包括压缩机、冷凝器、轴流风机、热力膨胀阀、蒸发器、水浴箱、排液管、水泵。
[0034]
水浴箱内是设定好温度的低温水，为冰浆储罐提供连续产生冰浆的冷量。水浴箱内的水温靠蒸发器内的低温制冷剂来维持，并通过水泵形成内循环，促进水和蒸发器内制冷剂交换热量。制冷剂工质在蒸发器释放冷量维持水浴箱内的水温后，又通过压缩机升温升压，再到冷凝器内通过轴流风机的强化换热作用向外散热，散热后的制冷剂经过热力膨胀阀的节流作用又重新变回低温低压状态回到蒸发器中释放冷量，往复循环运行。
[0035]
冰浆储罐的内部是蒸馏水，蒸馏水是产生冰浆的原料。本发明产生冰浆的方法是过冷水法，冰浆储罐内的蒸馏水通过吸收水浴箱内低温冷水的冷量后降温至过冷状态，先变为过冷水，再经由搅拌器的过冷解除作用转变为冰浆。搅拌器的作用是促进冰晶成核，促进过冷水解除过冷状态转换为冰浆，并且维持冰浆的固液两相均匀状态，避免冰水分层；浆体泵的作用是输送冰浆至室内机侧参与换热。
[0036]
如图2所示，冰浆换热系统2的具体实现方式参见图2左侧虚线框内的室内机部分，冰浆换热系统2包括轴流风机和管翅式换热器。
[0037]
本发明还公开了一种冰浆制冷装置的制冷量测量方法，包括以下步骤：
[0038]
获取进入冰浆换热系统前冰浆的密度、冰浆质量流量和冰浆温度；获取从冰浆换热系统出来的冰浆密度、冰浆质量流量和冰浆温度；根据制冷量计算公式，得到冰浆换热系统对外输出的制冷量。
[0039]
其中，制冷量计算公式为：
[0040][0041]
式中，为流过冰浆换热系统进口和出口的冰浆质量流量的平均值；r为0℃及标准大气压下冰的相变潜热，r为334.3kj/kg；ipf1为进入冰浆换热系统前的冰浆含冰率；ipf2为从冰浆换热系统出来后的冰浆含冰率；c
p
为水的定压比热容，c
p
为4.2kj/(kg
·
℃)；t1为进入冰浆换热系统前的冰浆温度；t2为从冰浆换热系统出来的冰浆温度；q为冰浆换热系统对外输出的制冷量。
[0042]
冰浆含冰率的计算公式为：
[0043][0044]
式中，为测量的冰浆密度。
[0045]
制冷量计算公式在t2＝t1的情况下，冰浆的含冰率充足，冰浆在冰浆换热系统内只吸收了潜热，没有吸收显热而升温，冰浆换热系统对外输出的制冷量为：
[0046][0047]
式中，ρ1为进入冰浆换热系统前的冰浆密度；ρ2为从冰浆换热系统出来的冰浆密
度；为冰浆换热系统进口与出口的冰浆含冰率差值。
[0048]
本实施例中，换热系统进口科氏力质量流量计3测量冰浆换热系统2进口的冰浆密度ρ1和冰浆质量流量换热系统出口科氏力质量流量计4测量冰浆换热系统2出口的冰浆密度ρ2和冰浆质量流量基于质量守恒定律，和的数值基本上一致，和间微小的差值可能由电磁干扰、电信号波动等因素引起，为了更加准确地测量系统流路的冰浆质量流量，用冰浆换热系统2进口和出口的冰浆质量流量的均值来表示。
[0049]
冰浆换热系统2进口的温度传感器5测量冰浆换热系统2进口的冰浆温度t1，冰浆换热系统2出口的温度传感器6测量冰浆换热系统2出口的冰浆温度t2，确保t1＝t2，冰浆在换热过程中仅吸收潜热，不吸收显热。冰浆换热系统2对外输出的制冷量由公式换热过程中仅吸收潜热，不吸收显热。冰浆换热系统2对外输出的制冷量由公式计算得到，仅涉及3个待测物理量，解决现有标准冷源方法测量不确定度较大的问题，可以作为标准冷源装置对焓差实验室的制冷量测量结果进行校准和比对。
[0050]
传统采用过冷水法来动态制取冰浆，所制得冰浆含冰率较低，难以保证t1＝t2，冰浆在换热过程中仅吸收潜热，不吸收显热。如图3所示，本发明采用一种冰浆人工制取及补充的方法。冰浆人工制取及补充的方法具体为：在-10℃的环境室内，用碎冰机粉碎蒸馏水冻制的冰块，并用筛网过滤出1mm以内的冰粒，将冰粒倒入提前降温的蒸馏水中均匀搅拌，以为标准冷源装置的持续制冷提供一定量的纯水冰浆溶液储备。
[0051]
通过密度测量来计算冰浆制冷装置输出的制冷量，密度测量值的精确度对输出制冷量的不确定度影响很大，本发明提供的冰浆制冷装置的制冷量测量系统及方法，能否作为标准冷源装置对焓差实验室的制冷量测量结果进行校准和比对，关键是提高密度测量值的精度。
[0052]
本发明提供一种密度测量值校准方法，具体实施流程如图4所示。所有操作均需要在0℃的恒温恒湿实验室进行，并需要将所用器材放置在恒温恒湿实验室中预冷，避免仪器本身所带的热量给标定过程带来误差。利用碎冰机、搅拌棒、吸湿纸、万分位天平等仪器配置特定含冰率的冰浆溶液，用大型注射器将冰浆溶液注射进科氏力流量计内，使其测量配置冰浆的密度值。
[0053]
综上所述，本发明具有以下优点和有益效果：
[0054]
本发明在控制好冰浆温度的前提下，仅需要测量3个物理量就能计算输出的制冷量，且冰浆在换热过程中时刻保持在其相变温度，换热温度稳定，可以作为标准冷源装置对焓差实验室的制冷量测量结果进行校准和比对，填补了国内外对标准冷源装置研究的空白。
[0055]
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所揭示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

技术特征：
1.一种冰浆制冷装置的制冷量测量系统，其特征在于，包括：冰浆动态制取系统、冰浆换热系统、科氏力质量流量计和温度传感器，冰浆换热系统与冰浆动态制取系统连接，科氏力质量流量计分别设置于冰浆换热系统的进口和出口，温度传感器分别设置于冰浆换热系统的进口和出口，温度传感器设于冰浆换热系统和科氏力质量流量计之间。2.根据权利要求1所述的冰浆制冷装置的制冷量测量系统，其特征在于，冰浆动态制取系统与冰浆换热系统通过管路连接，科氏力质量流量计和温度传感器均布设于紧邻冰浆换热系统进出口的管路上。3.根据权利要求2所述的冰浆制冷装置的制冷量测量系统，其特征在于，冰浆换热系统与科氏力质量流量计相连接的管路为绝热段管路。4.根据权利要求1所述的冰浆制冷装置的制冷量测量系统，其特征在于，冰浆动态制取系统包括低温水浴箱、冰浆储罐、搅拌器和浆体泵。5.根据权利要求4所述的冰浆制冷装置的制冷量测量系统，其特征在于，低温水浴箱包括压缩机、冷凝器、轴流风机、热力膨胀阀、蒸发器、水浴箱、排液管和水泵。6.根据权利要求1所述的冰浆制冷装置的制冷量测量系统，其特征在于，冰浆换热系统包括轴流风机和管翅式换热器。7.一种冰浆制冷装置的制冷量测量方法，其特征在于，应用于权利要求1至6任一项所述的冰浆制冷装置的制冷量测量系统，包括以下步骤：获取进入冰浆换热系统前冰浆的密度、冰浆质量流量和冰浆温度；获取从冰浆换热系统出来的冰浆密度、冰浆质量流量和冰浆温度；根据制冷量计算公式，得到冰浆换热系统对外输出的制冷量。8.根据权利要求7所述的冰浆制冷装置的制冷量测量方法，其特征在于，制冷量计算公式为：式中，为流过冰浆换热系统进口和出口的冰浆质量流量的平均值；r为0℃及标准大气压下冰的相变潜热；ipf1为进入冰浆换热系统前的冰浆含冰率；ipf2为从冰浆换热系统出来后的冰浆含冰率；c
p
为水的定压比热容；t1为进入冰浆换热系统前的冰浆温度；t2为从冰浆换热系统出来的冰浆温度；q为冰浆换热系统对外输出的制冷量。9.根据权利要求8所述的冰浆制冷装置的制冷量测量方法，其特征在于，冰浆含冰率的计算公式为：式中，为测量的冰浆密度。10.根据权利要求9所述的冰浆制冷装置的制冷量测量方法，其特征在于，制冷量计算公式在t2＝t1的情况下，冰浆的含冰率充足，冰浆在冰浆换热系统内只吸收了潜热，没有吸收显热而升温，冰浆换热系统对外输出的制冷量为：式中，ρ1为进入冰浆换热系统前的冰浆密度；ρ2为从冰浆换热系统出来的冰浆密度；
为冰浆换热系统进口与出口的冰浆含冰率差值。

技术总结
本发明公开了一种冰浆制冷装置的制冷量测量系统及方法，测量系统包括冰浆动态制取系统、冰浆换热系统、换热系统进出口科氏力质量流量计和换热系统进出口温度传感器；测量方法为通过换热系统进出口科氏力质量流量计，分别测得进入冰浆换热系统前后冰浆的密度以及冰浆的质量流量，通过计算质量流量值和两个密度值之差的乘积，得到冰浆在冰浆换热系统输出的制冷量，两个温度传感器是保证冰浆在冰浆换热系统换热前后不存在温差，不吸收显热。本发明具有测量物理量少，测量过程温度稳定的优点，降低了冰浆制冷装置的制冷量测量系统的不确定度，使得冰浆制冷装置有成为标准冷源装置并用于对不同焓差实验室的空调器制冷量测量结果进行准确和比对的能力。果进行准确和比对的能力。果进行准确和比对的能力。


技术研发人员：巫江虹 梁勇彪
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/8/14