CN116465107A - 制冷系统及其净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种制冷系统，其包括:制冷回路,其包括通过管路依次连接的压缩机、冷凝器、节流元件及蒸发器；以及净化回路，其连接至所述制冷回路，且用于将所述制冷回路内的保压气体分离；其中，所述制冷回路在所述冷凝器的顶部或压缩机顶部接入至所述净化回路。本发明还提供一种用于制冷系统的净化方法，其包括：在第一时间区段内，执行：S1：向所述制冷系统内充注满足设计制冷量的制冷剂；S2：向所述制冷系统内充注保压气体，使所述制冷系统内的压力高于大气压；以及，在第二时间区段内，执行：S3：将所述制冷系统内的所述保压气体分离并排出。本发明能实现制冷剂与保压气体的高效及可靠的分离，且避免制冷设备运输过程中发生制冷剂泄漏及设备腐蚀问题。

Description

制冷系统及其净化方法

本案为分案申请，其母案申请号为201510384650.5，申请日为2015年6月30日，发明名称为：制冷系统及其净化方法。

技术领域

本发明涉及一种制冷系统，更具体而言，本发明涉及一种具有净化装置的制冷系统及其净化方法。

背景技术

目前，采用低压制冷剂的较大型的制冷设备的运输过程维护及成本控制通常存在多类型的问题。例如，若在生产工厂中预先充注制冷剂或保持设备内空间为相对真空，那么由于其管路内的低压特性，在设备运输至客户所需的安置地点途中，容易发生大气及包含其中的水汽渗入制冷设备内的情况，这将导致制冷设备内部的金属材质发生腐蚀问题。另一种情形如专利申请WO2015/068455所示，其在生产工厂中先完全充注保压气体，这可以保证运输过程的相对平稳。但其在客户所需的安置地点需要抽出保压气体，并再重新充注制冷剂。在这种情形下，一方面无法保证操作人员及操作过程的规范性，难以确保充注质量；另一方面也会比在工厂集中充注制冷剂花费更多的物料采购成本。因此，如何既保证在制冷设备运输过程的安全性，又保证成本及操作的可控性，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

此外，若在制冷设备中已充注保压气体或其他气体，那么为免影响设备性能，则在设备正式运转前，需将相应的气体从制冷设备的管路内抽出。如何在将这些气体与制冷剂分离开并排出也需要解决。例如，如中国专利CN104471331所示，其提供了一套连接于制冷系统的净化设备，并公开了利用气体分离来实现的制冷剂净化。该套原理固然可行，但在实际操作过程中，如何将该套设备具体连接到制冷系统中的连接方式(例如气体抽出位置及气体返回位置等)的设计仍然在不断优化中，以此来实现更好的净化效果。这也是本领域的技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制冷系统与净化回路具体的连接设计，以便实现制冷剂与保压气体的高效及可靠的分离。

本发明的目的还在于提供一种制冷系统的净化方法，以免制冷设备运输过程中发生制冷剂泄漏及设备腐蚀问题。

为实现以上目的或其他目的，本发明提供以下技术方案。

根据本发明的一个方面，提供一种制冷系统，其包括:制冷回路,其包括通过管路依次连接的压缩机、冷凝器、节流元件及蒸发器；以及净化回路，其连接至所述制冷回路，且用于将所述制冷回路内的保压气体分离；其中，所述制冷回路在所述制冷系统的最高处或局部最高处接入至所述净化回路。

根据本发明的另一个方面，还提供一种用于制冷系统的净化方法，其包括：在第一时间区段内，执行：S1：向所述制冷系统内充注满足设计制冷量的制冷剂；S2：向所述制冷系统内充注保压气体，使所述制冷系统内的压力高于大气压；以及，在第二时间区段内，执行：S3：将所述制冷系统内的所述保压气体分离并排出。

附图说明

图1是本发明的制冷系统的一个实施例的系统示意图；以及

图2是本发明的制冷系统的净化回路的一个实施例的示意图。

具体实施方式

参照图1及图2，提供了一套制冷系统，其包括制冷回路100及净化回路200。其中，鉴于本套制冷系统中制冷剂净化的高适用范围，此处描述的制冷回路100可为任一常规大型制冷设备的制冷回路，其通常包括通过管路依次连接的压缩机130、冷凝器110、节流元件140及蒸发器120。在此不再赘述该制冷回路中各部件结构。该制冷系统还包括净化回路200，其用于将制冷回路100内的保压气体分离出来。在此需要说明的是，通常，对于已经投入使用的制冷系统而言，其制冷回路可能仅存在制冷剂。然而，对于尚未投入使用的常规制冷系统而言，特别是对于本发明中的制冷系统尚未使用时的状态而言，为避免制冷系统管路内处于负压状态而导致水汽或大气渗入，进而带来部件腐蚀问题，通常会在制冷系统管路内充注保压气体。在此种情况下，若要使制冷系统投入正常运转，还需在运行前将系统内的保压气体分离并排出。

此类保压气体在充注进入系统管路中后，通常会积存在整个机组的最高点处或局部最高处。因此，为便于净化系统的分离提纯，可使制冷回路100在所述制冷系统的最高处或局部最高处接入至所述净化回路200。其中，值得注意的是，由于保压气体或空气的密度通常低于气态制冷剂的密度，因此这些气体在进入系统管路后理论上应积存在整个系统的最高点处。然而，在实际应用中，取决于保压气体的充注点的不同和/或空气渗入系统管路的具体位置不同，这些气体同样有可能直接积存在其进入系统处的部件内最高点处(也即局部最高处)，而不必然顺着管路流至整个系统的最高处。

根据大型机组的常规部件布局，整个系统的最高处一般为压缩机顶部，而常规的保压气体充注点一般会选择冷凝器110底部的第一充注口和/或蒸发器120的顶部的第二充注口102。因此，这些气体通常最集中于冷凝器的上部或压缩机顶部。因此，本发明的一个实施例提出使制冷回路100通过其冷凝器的顶部的第一分离口103或压缩机顶部的第二分离口104接入至净化回路200。这更易于将制冷剂与保压气体的混合物引入净化回路200，从而更优地实现对保压气体及制冷剂的分离，进而保证后续机组开机操作时的高性能。

此外，净化回路200可在冷凝器的底部接回至制冷回路100。如此设计使得净化回路200的气体入口231及制冷剂出口232存在高度差，在已完成分离的制冷剂流回制冷回路100时，由于重力驱动能够顺利流回冷凝器。

出于上文所述的同样的目的，作为备选，净化回路200还可在蒸发器的底部接回至制冷回路100。此时除了受重力驱动外，还能受到额外的压差推动，改善了驱动效率。

应当知道的是，本发明中所述的净化回路具有分离制冷剂及保压气体，至于其具体结构及分离原理则可具有多种形式。本发明在此提供几种可能的净化回路作为备选。然而，即使未在下文示出，根据本文作为示例所提供的这几种方式的启发，本领域技术人员也应该能够想到其他相关的可能性。

在图2中示出了净化回路200的一种实施方式，其包括通过管路依次连接的净化压缩机210、净化冷凝器220、膨胀阀240及低温分离器230。其中，净化回路200通过低温分离器230双向连接至制冷回路100。更具体而言，低温分离器230作为净化回路200与制冷回路100的流体交换中介而存在。即，制冷剂与保压气体的混合物从制冷回路100流入低温分离器230，经过低温分离器230的分离及提纯后，已分离的制冷剂经由低温分离器230流回至制冷回路100，而分离出的保压气体则经由低温分离器230排放至大气中。

关于低温分离器230中的各个开口，本实施例也提供了其具体的设计位置。例如，其具有位于低温分离器230顶部的入口231、位于低温分离器230底部的制冷剂出口232以及位于低温分离器230顶部的保压气体出口233。由于此实施例采用的低温分离原理，因此，在低温下发生液化的制冷剂可以十分容易地从设于较低处的制冷剂出口232流回制冷回路100；而在低温下依然保持气态的保压气体则可以十分容易地从设于较高处的保压气体出口233排放至大气中。此外，将入口231设于低温分离器230顶部也避免了制冷剂及保压气体的混合气体对积存在低温分离器230底部的液体制冷剂造成扰动，更有助于净化回路的净化工作。

另外，净化回路200还包括一条排放支路，其连接在低温分离器230的保压气体出口233上。排放支路上设有再生过滤器250及气泵260。其中，气泵260用于为待排放的保压气体提供抽吸动力，而再生过滤器250则用于将混合在保压气体中的微量制冷剂滤除，以免微量制冷剂逸散后对大气造成污染。所述再生过滤器250可以通过加热或者抽真空等方法释放出吸收的制冷剂，重新恢复其过滤能力，也即再生。具体而言，再生过滤器可包括但不限于活性碳过滤器，分子筛过滤器，半透膜过滤器等。

可选地，各条回路或支路上均可设置开关阀或开度阀来控制流路的通断或开度。

如下将参照图2中所示的制冷系统来描述该设备的制冷剂及保压气体混合物的分离工作过程。

当设备尚未运作时，充注其中的保压气体通常位于设备内部的最高处或局部最高处，也即冷凝器顶部或压缩机顶部。此时，开始设备的净化工作。一方面，制冷剂及保压气体的混合物从冷凝器顶部或压缩机顶部被抽吸至净化回路200中的低温分离器230中。另一方面，净化回路200中的净化压缩机210开始工作，使净化回路200中的工作冷媒经其压缩后，再流过净化冷凝器220冷凝，随后经过膨胀阀240节流，并与最终进入低温分离器230中与制冷剂及保压气体的混合物进行热交换，随后流回净化压缩机210，开始新一轮的循环。制冷剂及保压气体的混合物在由净化回路200的工作冷媒吸热降温后，液化温度较高的制冷剂气体被冷凝成制冷剂液体并积存在低温分离器230的下部，而液化温度较低的保压气体则依然保持气体状态并积存在低温分离器230的上部。此后，制冷剂液体经由低温分离器230底部的制冷剂出口232循环回制冷回路100中，而保压气体则经由低温分离器230顶部的保压气体出口233并通过排放支路排放至大气中。

如上所述，本发明在此虽然结合图2详述了具有采用低温分离原理的净化回路100的制冷系统的工作过程，利用其他分离原理的净化回路同样可应用于本发明中。

作为备选，净化回路(未示出)可包括加压泵及加压分离器。其中，净化回路通过加压分离器双向连接至制冷回路。更具体而言，加压分离器作为净化回路与制冷回路的流体交换中介而存在。即，制冷剂与保压气体的混合物从制冷回路流入加压分离器，经过加压分离器的分离及提纯后，已分离的制冷剂经由加压分离器流回至制冷回路，而分离出的保压气体则经由加压分离器排放至大气中。

关于加压分离器中的各个开口的具体设计位置，可参照上文所述的关于低温分离器230中的各开口的位置设计。

可选地，各条回路或支路上均可设置开关阀或开度阀来控制流路的通断或开度。

如下将描述该设备的制冷剂及保压气体混合物的分离工作过程。

当设备尚未运作时，充注其中的保压气体通常位于设备内部的最高处或局部最高处，也即压缩机顶部或冷凝器顶部。此时，开始设备的净化工作。制冷剂及保压气体的混合物从压缩机顶部或冷凝器顶部被抽吸至净化回路中的加压分离器内，并经由加压处理使制冷剂及保压气体的压力升高。此后，液化温度较高的制冷剂气体被较低的环境温度冷凝成制冷剂液体并积存在加压分离器的下部，而液化温度较低的保压气体则依然保持气体状态并积存在加压分离器的上部。此后，制冷剂液体经由加压分离器的制冷剂出口循环回制冷回路中，而保压气体则经由加压分离器的保压气体出口并通过排放支路排放至大气中。

更优选地，由于低温分离及加压分离均基于使制冷剂液化而与保压气体分离开来。因此，可结合该两种方式来实现更优秀的分离效果。例如，可在具有加压分离器的净化回路中额外设计用于辅助分离的降温部件。或者，可在具有低温分离器的净化回路中额外设计用于辅助分离的加压部件。

此外，作为备选，净化回路(未示出)还可包括半透膜分离器，其中，净化回路通过所述半透膜分离器双向连接至所述制冷回路。更具体而言，半透膜分离器作为净化回路与制冷回路的流体交换中介而存在。即，制冷剂与保压气体的混合物从制冷回路流入半透膜分离器，经过半透膜分离器的分离及提纯后，已分离的制冷剂经由半透膜分离器流回至制冷回路，而分离出的保压气体则经由半透膜分离器排放至大气中。此处的半透膜可以选择性通过制冷剂或者保压气体，目的都在于分离两种气体。

可选地，各条回路或支路上均可设置开关阀或开度阀来控制流路的通断或开度。

如下将描述该设备的制冷剂及保压气体混合物的分离工作过程。

当设备尚未运作时，充注其中的保压气体通常位于设备内部的最高处或局部最高处，也即压缩机顶部或冷凝器顶部。此时，开始设备的净化工作。制冷剂及保压气体的混合物从压缩机顶部或冷凝器顶部被抽吸至净化回路中的半透膜分离器内，并经由半透膜的选择性过滤使制冷剂及保压气体中的一者被滤除，而另一者得以通过。此后，制冷剂经由半透膜分离器上的制冷剂出口循环回制冷回路中，而保压气体则经由半透膜分离器的上保压气体出口并通过排放支路排放至大气中。

此外，根据本发明的研发初衷，可知其主要应用于管路内尚存在制冷剂及保压气体的混合物的制冷系统在正式应用前的系统处理阶段。此类情形的出现主要是因为制冷设备在常规运输过程中容易存在下述问题：

(1)空气渗透进系统，随后在系统正式运行时会大大影响系统性能。若在到达运输地点后另行抽真空及重新充注制冷剂，则一方面增加了操作难度及对操作人员的额外工作量，另一方面，也增加了物料成本(集中采购的成本要远低于零星采购)。

(2)水汽/空气渗入设备内部而导致的设备腐蚀问题。

因此，为更好地配合上述制冷系统的使用，本发明还提供了一种

用于制冷系统的净化方法，其包括如下步骤：

在第一时间区段内，执行：

S1：向所述制冷系统内充注满足设计制冷量的制冷剂；

S2：向所述制冷系统内充注保压气体，使所述制冷系统内的压力高于大气压；

在第二时间区段内，执行：

S3：将所述制冷系统内的所述保压气体分离并排出。

具体而言，当上述方法应用于制冷设备的生产完成及运输至客户指定位置过程中的防腐蚀目的时，上述的第一时间区段可包括：在所述制冷系统被制造完成至所述制冷系统待装载运输之间的时间区段。而上述第二时间区段可包括：在所述制冷系统被装载运输抵达目标位置至所述制冷系统正式运行前的时间区段。根据本发明的教示，可知只要在上述时间区段内执行本发明的各步骤，即可实现良好的设备防腐蚀效果，并且还可以有效避免制冷剂的过量泄漏。在此前提下，为更优地实现本发明的效果，在距制冷系统制造完成越近的时刻实施制冷剂及保压气体的充注，则可以越好地实现其保压、防泄漏及防腐蚀的效果；而在距制冷系统正式运行前越近的时刻实施压气体的分离及排出，则同样可以越好地实现其保压、防泄漏及防腐蚀的效果。

根据本文所教示的净化方法，在制冷系统生产完成后至装运前，先根据设计的制冷量，将在生产基地处统一采购及运输的制冷剂充注到制冷系统中；随后将保压气体充注到制冷系统内，使系统内部保持高于大气压。在完成上述步骤后将制冷设备装运至客户指定地点。当在指定地点完成制冷系统的安置且在制冷系统正式运行前,连接制冷系统中的制冷回路与净化回路，并开始净化运行，从而实现制冷剂与保压气体的分离，并将已分离出的制冷剂送回制冷回路，且将保压气体排放至大气中。在完成该分离操作后，制冷系统可正式运行。

上述方法实现了多种技术效果：首先，其减少了制冷剂的物料成本及充注制冷剂所需的专业操作人员的人力成本；其次，其有效避免了装运过程中的制冷剂泄漏及设备腐蚀等问题。

此外，具体到将保压气体从制冷剂中分离出来的步骤，则可以结合上文所述的不同净化回路，并采用如下所述的多种方法来实现。

可选地，S3包括：在制冷系统正式运行前，将制冷系统内的保压气体通过低温分离并排出。具体过程可参见上文结合具有低温分离器的净化回路所述的内容。

可选地，S3包括：在制冷系统正式运行前，将制冷系统内的保压气体通过加压分离并排出。具体过程可参见上文结合具有加压分离器的净化回路所述的内容。

可选地，S3包括：在制冷系统正式运行前，将制冷系统内的保压气体通过选择性半透膜分离并排出。具体过程可参见上文结合具有半透膜分离器的净化回路所述的内容。

其中，当选用的是与制冷剂及保压气体的液化温度有关的分离方式时(例如低温分离和/或加压分离)，为了更好地实现两者的分离，选定的保压气体应当具备如下性质：其应当具有低于选定制冷剂的液化温度，且无法与选定制冷剂和制冷系统自身发生化学反应。更具体而言，在此提供几种保压气体的具体实施例以备选择。例如，所述保压气体为惰性气体、氮气或二氧化碳。

以上例子主要说明了本发明的制冷系统及其净化方法。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (7)

1.一种制冷系统，其特征在于，包括:

制冷回路,其包括通过管路依次连接的压缩机、冷凝器、节流元件及蒸发器；以及

净化回路，其连接至所述制冷回路，且用于将所述制冷回路内的保压气体分离，其中，所述净化回路包括通过管路依次连接的净化压缩机、净化冷凝器、膨胀阀及低温分离器；

其中，在所述制冷系统被制造完成至所述制冷系统待装载运输之间的时间区段内，所述制冷系统内被充注满足设计制冷量的制冷剂，并且被充注保压气体，使所述制冷系统内的压力高于大气压；并且

其中，在所述制冷系统被装载运输抵达目标位置至所述制冷系统正式运行前的时间区段内，所述净化回路通过所述低温分离器双向连接至所述制冷回路，其中，所述制冷回路在所述制冷系统的最高处或局部最高处接入至所述净化回路，所述制冷回路在所述冷凝器的顶部的第一分离口或所述压缩机顶部的第二分离口接入至所述低温分离器的顶部，并且所述低温分离器的底部在所述冷凝器的底部或所述蒸发器的底部接回至所述制冷回路。

2.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述净化回路还包括：排放支路，其用于将由所述低温分离器分离出的保压气体排出。

3.根据权利要求2所述的制冷系统，其特征在于，所述排放支路连接至所述低温分离器的顶部。

4.根据权利要求2所述的制冷系统，其特征在于，所述排放支路上设置有再生过滤器及气泵。

5.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述净化回路包括加压泵及加压分离器，所述净化回路通过所述加压分离器双向连接至所述制冷回路。

6.根据权利要求5所述的制冷系统，其特征在于，所述净化回路还包括用于辅助分离的降温部件。

7.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述净化回路包括半透膜分离器，所述净化回路通过所述半透膜分离器双向连接至所述制冷回路。