本發(fā)明涉及一種制冷系統(tǒng)，更具體而言，本發(fā)明涉及一種具有凈化裝置的制冷系統(tǒng)及其凈化方法。

背景技術(shù)：

目前，采用低壓制冷劑的大型制冷設(shè)備在其制造、運(yùn)輸或使用后停機(jī)的過(guò)程中均可能發(fā)生滲入不凝性氣體的現(xiàn)象。例如，在其運(yùn)輸過(guò)程可能發(fā)生空氣滲入及腐蝕等可靠性問(wèn)題。此時(shí)，通常會(huì)在設(shè)備制造完成的同時(shí)向其管路內(nèi)先后注入額定量的制冷劑及保壓氣體。此時(shí)人為注入的保壓氣體也可認(rèn)定為不凝性氣體的一種。在設(shè)備正式運(yùn)營(yíng)前，若不將這些保壓氣體分離，則可能對(duì)系統(tǒng)性能造成很大影響。再如，當(dāng)設(shè)備停止運(yùn)行一段時(shí)間后，由于其管路內(nèi)長(zhǎng)期處于負(fù)壓狀態(tài)，即，低于環(huán)境大氣壓，此時(shí)，環(huán)境空氣可能會(huì)滲入管路中，而在設(shè)備再次運(yùn)行時(shí)對(duì)其性能造成影響。上述問(wèn)題的出現(xiàn)，使得根據(jù)需要時(shí)刻對(duì)制冷設(shè)備進(jìn)行不凝性氣體的分離操作成為必然。然而，現(xiàn)有的制冷凈化裝置存在若干問(wèn)題。例如，對(duì)于采用低溫分離原理的凈化裝置，其通常采用低成本的風(fēng)冷翅片式換熱器，此種換熱器一般采用風(fēng)扇與空氣強(qiáng)制對(duì)流來(lái)進(jìn)行熱交換，這將導(dǎo)致其換熱效果極易受到環(huán)境溫度影響。但是，此種大型機(jī)組通常安裝在客戶機(jī)房中，其處于相對(duì)封閉的環(huán)境下。因此，此種情況下的環(huán)境溫度通常較高，而難以使采用低溫分離原理的凈化裝置具有較好的分離效果。

另一方面，若采用其他非風(fēng)冷式的換熱器時(shí)，如果額外布置與其進(jìn)行熱交換的水源/冷源又成為衍生的待解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種制冷系統(tǒng)與凈化回路具體的連接設(shè)計(jì)，以便實(shí)現(xiàn)制冷劑與不凝性氣體的高效及可靠的分離。

本發(fā)明的目的還在于提供一種制冷系統(tǒng)的凈化方法，以配合本發(fā)明的系統(tǒng)使用來(lái)進(jìn)一步提高制冷劑與不凝性氣體的分離效果。

為實(shí)現(xiàn)以上目的或其他目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種制冷系統(tǒng)，其包括:制冷回路,其包括通過(guò)管路依次連接的壓縮機(jī)、冷凝器、主節(jié)流元件及蒸發(fā)器；以及凈化回路，其包括通過(guò)管路依次連接的凈化壓縮機(jī)、凈化冷凝器、凈化節(jié)流元件以及低溫分離器，所述凈化回路通過(guò)所述低溫分離器雙向連接至所述制冷回路，且用于將所述制冷回路內(nèi)的不凝性氣體分離；

其中，所述凈化冷凝器能夠與所述制冷回路中的制冷劑進(jìn)行換熱。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供一種制冷系統(tǒng)，其包括:制冷回路,其包括通過(guò)管路依次連接的壓縮機(jī)、冷凝器、主節(jié)流元件及蒸發(fā)器；凈化回路，其包括通過(guò)管路依次連接的凈化壓縮機(jī)、凈化冷凝器、凈化節(jié)流元件以及低溫分離器，所述凈化回路通過(guò)所述低溫分離器雙向連接至所述制冷回路，且用于將所述制冷回路內(nèi)的不凝性氣體分離；第一輔助流路，其第一端連接所述冷凝器，第二端連接所述蒸發(fā)器；以及第二輔助流路，其第一端與第二端分別連接所述蒸發(fā)器；其中，所述第一輔助流路及第二輔助流路具有公共流路，所述凈化冷凝器能夠通過(guò)所述公共流路與所述制冷回路中的制冷劑進(jìn)行換熱。

根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，還提供一種用于制冷系統(tǒng)的凈化方法，其包括：在所述制冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，開(kāi)啟第一電磁閥，關(guān)閉第二電磁閥，制冷劑在流經(jīng)第一輔助流路的過(guò)程中節(jié)流降溫，并與凈化回路中的凈化冷凝器換熱，且隨后返回所述蒸發(fā)器中；和/或在所述制冷系統(tǒng)停機(jī)時(shí)，開(kāi)啟第二電磁閥及循環(huán)泵，關(guān)閉第一電磁閥，制冷劑在流經(jīng)第二輔助流路的過(guò)程中節(jié)流降溫，并與凈化回路中的凈化冷凝器換熱，且隨后返回所述蒸發(fā)器中。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的制冷系統(tǒng)的制冷回路與凈化回路第一種管路連接方式的實(shí)施例的系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明的制冷系統(tǒng)的制冷回路與凈化回路第二種管路連接方式的實(shí)施例的系統(tǒng)示意圖；

圖3是本發(fā)明的制冷系統(tǒng)的制冷回路與凈化回路第三種管路連接方式的實(shí)施例的系統(tǒng)示意圖；以及

圖4是本發(fā)明的制冷系統(tǒng)的制冷回路與凈化回路第四種管路連接方式的實(shí)施例的系統(tǒng)示意圖。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1，提供了一套制冷系統(tǒng)，其包括制冷回路100及凈化回路200。其中，鑒于本套制冷系統(tǒng)中制冷劑凈化的高適用范圍，此處描述的制冷回路100可為任一常規(guī)大型制冷設(shè)備的制冷回路，其通常包括通過(guò)管路依次連接的壓縮機(jī)190、冷凝器110、主節(jié)流元件180及蒸發(fā)器120。該制冷系統(tǒng)還包括凈化回路200，其用于將制冷回路100內(nèi)的不凝性氣體分離出來(lái)。

仍然參見(jiàn)圖1，凈化回路200包括通過(guò)管路依次連接的凈化壓縮機(jī)210、凈化冷凝器220、膨脹閥240及低溫分離器230。其中，凈化回路200通過(guò)低溫分離器230雙向連接至制冷回路100。更具體而言，低溫分離器230作為凈化回路200與制冷回路100的流體交換中介而存在。即，制冷劑與不凝性氣體的混合物從制冷回路100流入低溫分離器230，經(jīng)過(guò)低溫分離器230的分離及提純后，已分離的制冷劑經(jīng)由低溫分離器230流回至制冷回路100。

在此基礎(chǔ)上，凈化回路200中的凈化冷凝器220與制冷回路100可呈熱交換關(guān)系。具體而言，凈化冷凝器220可為板式換熱器或微通道換熱器，其中具有至少兩種不同流路，其一為供凈化工作冷媒流過(guò)的流路，其二為供制冷回路100中的制冷劑流過(guò)的流路。具體而言，其可與制冷系統(tǒng)中的第一輔助流路呈熱交換關(guān)系。例如，第一輔助流路的第一端111連接冷凝器110的底部，而第二端121連接蒸發(fā)器120的底部。如此設(shè)計(jì)，可以利用流經(jīng)第一輔助流路中的制冷劑直接與凈化回路200中的凈化冷凝器220進(jìn)行換熱，一方面不再需要依賴環(huán)境狀況，提高換熱的穩(wěn)定性，進(jìn)而增加凈化的效率；另一方面還可以在停機(jī)時(shí)給制冷回路提供熱量，保證制冷系統(tǒng)內(nèi)壓力高于大氣壓。

具體而言，該第一輔助流路上還應(yīng)設(shè)有第一節(jié)流閥130及第一電磁閥140。其中，第一節(jié)流閥130用于為流出冷凝器110來(lái)參與換熱的制冷劑提供節(jié)流作用。第一電磁閥140則用于控制第一輔助流路的開(kāi)閉，以配合系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需要來(lái)確定開(kāi)通第一輔助流路或第二輔助流路（下文將結(jié)合第二輔助流路描述）。

此外，根據(jù)系統(tǒng)分析，可知當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，蒸發(fā)器120壓力較低，此時(shí)使用冷凝器110內(nèi)的制冷劑來(lái)與凈化冷凝器220換熱更為合適。而當(dāng)系統(tǒng)不運(yùn)行時(shí)，冷凝器110底部通?？赡苁歉珊誀顟B(tài)。因此，在系統(tǒng)不運(yùn)行時(shí)無(wú)法使用冷凝器110來(lái)與凈化冷凝器220換熱。故此，此時(shí)考慮使用蒸發(fā)器120來(lái)進(jìn)行換熱。

根據(jù)上述分析，本發(fā)明的實(shí)施例的制冷系統(tǒng)中還包括第二輔助流路，其第一端122及第二端121分別連接至蒸發(fā)器120的底部（連接不同端口）。如此使得該套系統(tǒng)在任何情況下均可以利用制冷回路100中的制冷劑直接與凈化回路200中的凈化冷凝器220進(jìn)行換熱，提高了設(shè)計(jì)的效率和可靠性。

具體而言，該第二輔助流路上還應(yīng)設(shè)有第二節(jié)流閥150、第二電磁閥160及循環(huán)泵170。其中，第二節(jié)流閥150用于為流出蒸發(fā)器120來(lái)參與換熱的制冷劑提供節(jié)流作用。而循環(huán)泵170則用于為此處的制冷劑流動(dòng)提供動(dòng)力，因?yàn)榇藭r(shí)系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)，故而不存在其他動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)制冷劑。第二電磁閥160則用于控制第二輔助流路的開(kāi)閉，以配合系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需要來(lái)確定開(kāi)通第一輔助流路或第二輔助流路。從而使得這兩條輔助流路只有一條處于開(kāi)啟狀態(tài)，而另一條處于閉合狀態(tài)。更具體而言，當(dāng)需要對(duì)系統(tǒng)凈化時(shí)，若系統(tǒng)在工作，則使第一電磁閥140開(kāi)啟、第二電磁閥160閉合；而若系統(tǒng)停止，則使第二電磁閥160開(kāi)啟、第一電磁閥140閉合。

此外，關(guān)于本系統(tǒng)，為提高管路利用率，降低管路復(fù)雜程度及物料成本，還可提供第二實(shí)施例，其包括公共流路。該公共流路為第一輔助流路及第二輔助流路下游處的共有區(qū)段，且可將與凈化冷凝器220的換熱位置設(shè)于該公共流路處。如此使得第一輔助流路的第一端111連接冷凝器110的底部，而第二輔助流路的第一端121連接蒸發(fā)器120的底部，而兩者的下游直接在公共流路區(qū)段合并，并通過(guò)公共流路中共有的第二端連接至蒸發(fā)器120的底部。該實(shí)施例在節(jié)約成本的同時(shí)還能達(dá)到與第一實(shí)施例相近的技術(shù)效果。

為實(shí)現(xiàn)更好的換熱效率及凈化效率，接下來(lái)將詳述各個(gè)連接點(diǎn)的具體位置設(shè)計(jì)：

參照?qǐng)D1至圖4，不凝性氣體在設(shè)備制成初期、設(shè)備裝運(yùn)途中或設(shè)備停機(jī)狀態(tài)下均可能滲入系統(tǒng)管路中，并且在此后通常會(huì)積存在整個(gè)機(jī)組的最高點(diǎn)處或局部最高處。因此，為便于凈化系統(tǒng)的分離提純，可使制冷回路100在所述制冷系統(tǒng)的最高處或局部最高處接入至低溫分離器230。其中，值得注意的是，由于不凝性氣體的密度通常低于氣態(tài)制冷劑的密度，因此這些氣體在進(jìn)入系統(tǒng)管路后理論上應(yīng)積存在整個(gè)系統(tǒng)的最高點(diǎn)處。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，取決于不凝性氣體滲入系統(tǒng)管路的具體位置不同，這些氣體同樣有可能直接積存在其進(jìn)入系統(tǒng)處的部件內(nèi)最高點(diǎn)處（也即局部最高處），而不必然順著管路流至整個(gè)系統(tǒng)的最高處。

根據(jù)大型機(jī)組的常規(guī)部件布局，整個(gè)系統(tǒng)的最高處一般為壓縮機(jī)頂部，而常規(guī)的不凝性氣體在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，由于壓縮機(jī)循環(huán)會(huì)留存于冷凝器頂部。因此，本發(fā)明的實(shí)施例提出使制冷回路100通過(guò)其冷凝器的頂部的待凈化制冷劑的流出口112（如圖1及圖4所示）或壓縮機(jī)頂部的待凈化制冷劑的流出口112（如圖2及圖3所示）接入至低溫分離器230。這更易于將制冷劑與不凝性氣體的混合物引入低溫分離器230，從而更優(yōu)地實(shí)現(xiàn)對(duì)不凝性氣體及制冷劑的分離，進(jìn)而保證后續(xù)機(jī)組開(kāi)機(jī)運(yùn)行時(shí)的高性能。

此外，如圖1及圖2所示，制冷回路運(yùn)行時(shí)，低溫分離器230可在蒸發(fā)器120底部的已凈化制冷劑的返回口123接回至制冷回路100。如此設(shè)計(jì)使得凈化回路200的待凈化制冷劑的入口231及已凈化制冷劑的返回口123存在高度差而受到重力驅(qū)動(dòng)，同時(shí)，還能受到額外的壓差推動(dòng)，改善了驅(qū)動(dòng)效率。

出于上文所述的同樣的目的，作為備選，如圖3及圖4所示，低溫分離器230還可在冷凝器的底部的已凈化制冷劑的返回口123接回至制冷回路100。如此設(shè)計(jì)使同樣能受到重力驅(qū)動(dòng)而順利流回冷凝器。

關(guān)于低溫分離器230中的各個(gè)開(kāi)口，本實(shí)施例也提供了其具體的設(shè)計(jì)位置。例如，其具有位于低溫分離器230頂部的待凈化制冷劑的入口231、位于低溫分離器230底部的已凈化制冷劑的出口232以及位于低溫分離器230頂部的不凝性氣體出口233。由于此實(shí)施例采用的低溫分離原理，因此，在低溫下發(fā)生液化的制冷劑可以十分容易地從設(shè)于較低處的已凈化制冷劑的出口232流回制冷回路100；而在低溫下依然保持氣態(tài)的不凝性氣體則可以十分容易地從設(shè)于較高處的不凝性氣體出口233排放至大氣中。此外，將待凈化制冷劑的入口231設(shè)于低溫分離器230頂部也避免了制冷劑及不凝性氣體的混合氣體對(duì)積存在低溫分離器230底部的液體制冷劑造成擾動(dòng)，更有助于凈化回路的凈化工作。

另外，凈化回路200還包括一條排放支路，其連接在低溫分離器230的不凝性氣體出口233上。排放支路上設(shè)有再生過(guò)濾器250、氣泵260、第一閥門(mén)270及第二閥門(mén)280。其中，氣泵260用于為待排放的不凝性氣體提供抽吸動(dòng)力，而再生過(guò)濾器250則用于將混合在不凝性氣體中的微量制冷劑濾除，以免微量制冷劑逸散后對(duì)大氣造成污染。所述再生過(guò)濾器250可以通過(guò)加熱或者抽真空等方法釋放出吸收的制冷劑，重新恢復(fù)其過(guò)濾能力，也即再生。具體而言，再生過(guò)濾器可包括但不限于活性碳過(guò)濾器，分子篩過(guò)濾器，半透膜過(guò)濾器等。另外，設(shè)于該排放支路上下端的第一閥門(mén)270及第二閥門(mén)280則用于控制該條支路的開(kāi)閉。

可選地，各條回路或支路上均可設(shè)置開(kāi)關(guān)閥或開(kāi)度閥來(lái)控制流路的通斷或開(kāi)度。

作為備選，凈化回路200可包括加壓部件（未示出）。其能夠協(xié)助加壓來(lái)調(diào)節(jié)待凈化制冷劑及不凝性氣體的液化溫度。從而進(jìn)一步提高低溫分離效果。

此外，由于本發(fā)明提供了制冷系統(tǒng)在運(yùn)行狀態(tài)及非運(yùn)行狀態(tài)下的不同凈化回路工作方式的選擇，因此，本發(fā)明還提供了配套的凈化方法的實(shí)施例。

具體而言，該方法包括下述步驟：

1）在所述制冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，開(kāi)啟第一電磁閥140，關(guān)閉第二電磁閥160，制冷劑在流經(jīng)第一輔助流路的過(guò)程中節(jié)流降溫，并與凈化回路中的凈化冷凝器220換熱，且隨后返回蒸發(fā)器120中；和/或

2）在所述制冷系統(tǒng)停機(jī)時(shí)，開(kāi)啟第二電磁閥160及循環(huán)泵170，關(guān)閉第一電磁閥140，制冷劑在流經(jīng)第二輔助流路的過(guò)程中節(jié)流降溫，并與凈化回路中的凈化冷凝器220換熱，且隨后返回蒸發(fā)器120中。

此時(shí)，系統(tǒng)中的凈化回路也可以配套啟動(dòng)，所述凈化冷媒經(jīng)由凈化壓縮機(jī)210壓縮，進(jìn)入凈化冷凝器220換熱，經(jīng)膨脹閥240節(jié)流后，進(jìn)入低溫分離器230與待凈化的制冷劑換熱，使其分離成不凝性氣體及液態(tài)制冷劑。

其中，為更好地實(shí)現(xiàn)兩者的分離，可選定制冷劑使其相對(duì)于這些不凝性氣體而言具備如下性質(zhì)：其應(yīng)當(dāng)具有低于選定制冷劑的液化溫度，且無(wú)法與選定制冷劑和制冷系統(tǒng)自身發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

其中，這些不凝性氣體可以為空氣或氮?dú)獾取?/p>

根據(jù)本文所教示的凈化方法，有效結(jié)合制冷系統(tǒng)自身來(lái)開(kāi)展凈化操作，從而避免了凈化回路的運(yùn)行對(duì)環(huán)境狀況的高依賴性，并高效實(shí)現(xiàn)制冷劑與不凝性氣體的分離，將已分離出的制冷劑送回制冷回路，且將不凝性氣體排放至大氣中。

上述方法很好地解決了不凝性氣體（例如，空氣）在上述各個(gè)階段泄漏進(jìn)系統(tǒng)所帶來(lái)的設(shè)備腐蝕及系統(tǒng)系能下降等問(wèn)題，提高了系統(tǒng)的性能及可靠性。此外，由于冬天停機(jī)時(shí)蒸發(fā)器120內(nèi)可能是負(fù)壓。因此，當(dāng)采用上述凈化方法后，經(jīng)與凈化冷凝器220換熱而得到溫度提升的制冷劑返回蒸發(fā)器120中還可以有效緩解其負(fù)壓狀況，避免空氣滲入問(wèn)題。

如下，為便于理解，將參照?qǐng)D1中所示的制冷系統(tǒng)來(lái)描述該設(shè)備的制冷劑及不凝性氣體混合物的可能的分離工作過(guò)程。

當(dāng)制冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，第一電磁閥140開(kāi)啟，第二電磁閥160閉合。一方面，制冷劑及不凝性氣體的混合物從冷凝器頂部的待凈化制冷劑的流出口112經(jīng)待凈化制冷劑的入口231被抽吸至凈化回路200中的低溫分離器230中。另一方面，凈化回路200中的凈化壓縮機(jī)210開(kāi)始工作，使凈化回路200中的工作冷媒經(jīng)其壓縮后，再流過(guò)凈化冷凝器220冷凝，隨后經(jīng)過(guò)膨脹閥240節(jié)流，并與最終進(jìn)入低溫分離器230中與制冷劑及不凝性氣體的混合物進(jìn)行熱交換，隨后流回凈化壓縮機(jī)210，開(kāi)始新一輪的循環(huán)。再一方面，制冷劑從冷凝器110經(jīng)第一輔助流路的第一端111流出，經(jīng)由第一節(jié)流閥130節(jié)流后流至低溫冷凝器220與其中的工作冷媒進(jìn)行熱交換，隨后被加熱的制冷劑經(jīng)第一輔助流路的第二端121流入蒸發(fā)器120中，并繼續(xù)進(jìn)行制冷循環(huán)。在此過(guò)程中，制冷劑及不凝性氣體的混合物在由凈化回路200的工作冷媒吸熱降溫后，液化溫度較高的制冷劑氣體被冷凝成制冷劑液體并積存在低溫分離器230的下部，而液化溫度較低的不凝性氣體則依然保持氣體狀態(tài)并積存在低溫分離器230的上部。此后，制冷劑液體經(jīng)由低溫分離器230底部的已凈化制冷劑的出口232經(jīng)已凈化制冷劑的返回口123進(jìn)入蒸發(fā)器120中，繼續(xù)參與制冷循環(huán)，而不凝性氣體則經(jīng)由低溫分離器230頂部的不凝性氣體出口233并通過(guò)排放支路排放至大氣中。

當(dāng)制冷系統(tǒng)停止時(shí)，第二電磁閥160開(kāi)啟，第一電磁閥140閉合。一方面，制冷劑及不凝性氣體的混合物從冷凝器頂部的待凈化制冷劑的流出口112經(jīng)待凈化制冷劑的入口231被抽吸至凈化回路200中的低溫分離器230中。另一方面，凈化回路200中的凈化壓縮機(jī)210開(kāi)始工作，使凈化回路200中的工作冷媒經(jīng)其壓縮后，再流過(guò)凈化冷凝器220冷凝，隨后經(jīng)過(guò)膨脹閥240節(jié)流，并與最終進(jìn)入低溫分離器230中與制冷劑及不凝性氣體的混合物進(jìn)行熱交換，隨后流回凈化壓縮機(jī)210，開(kāi)始新一輪的循環(huán)。再一方面，制冷劑從蒸發(fā)器120經(jīng)第二輔助流路的第一端122流出，經(jīng)由第二節(jié)流閥150節(jié)流后被循環(huán)泵170泵送至至低溫冷凝器220，并與其中的工作冷媒進(jìn)行熱交換，此后被加熱的制冷劑經(jīng)第二輔助流路的第二端121流入蒸發(fā)器120中，并繼續(xù)進(jìn)行制冷循環(huán)。在此過(guò)程中，制冷劑及不凝性氣體的混合物在由凈化回路200的工作冷媒吸熱降溫后，液化溫度較高的制冷劑氣體被冷凝成制冷劑液體并積存在低溫分離器230的下部，而液化溫度較低的不凝性氣體則依然保持氣體狀態(tài)并積存在低溫分離器230的上部。此后，制冷劑液體經(jīng)由低溫分離器230底部的已凈化制冷劑的出口232經(jīng)已凈化制冷劑的返回口123進(jìn)入蒸發(fā)器120中，繼續(xù)參與制冷循環(huán)，而不凝性氣體則經(jīng)由低溫分離器230頂部的不凝性氣體出口233并通過(guò)排放支路排放至大氣中。

以上例子主要說(shuō)明了本發(fā)明的制冷系統(tǒng)及其凈化方法。盡管只對(duì)其中一些本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，本發(fā)明可以在不偏離其主旨與范圍內(nèi)以許多其他的形式實(shí)施。因此，所展示的例子與實(shí)施方式被視為示意性的而非限制性的，在不脫離如所附各權(quán)利要求所定義的本發(fā)明精神及范圍的情況下，本發(fā)明可能涵蓋各種的修改與替換。