制冷系统中的混合气体处理方法及系统

技术领域

本申请涉及制冷技术领域，尤其涉及一种制冷系统中的混合气体处理方法及系统。

背景技术

在使用制冷剂的制冷系统中，不凝性气体(如空气)的进入，会和制冷系统中的气态制冷剂形成空气和制冷剂的混合气体。为了将制冷系统中的混合气体排出，目前常通过制冷系统中的辅助排气设备，对混合气体进行处理，以使混合气体达到排放标准后进行排放。

在现有技术中，如图1所示，制冷系统包括：存储制冷剂的存储装置10、液体泵11、冷却腔12、气液分离器13、辅助排气设备14和冷凝器15。其中，冷却腔12中放置有待冷却物体121；辅助排气设备14包括冷却介质制备装置141和处理装置142。制冷系统的具体工作过程如下：存储装置10存储的液体制冷剂，经液体泵11被输送到冷却腔12，并被喷洒在待冷却物体121上，对待冷却物体121进行冷却降温。冷却腔12中的制冷剂包括吸热气化的气态制冷剂和未被气化的液态制冷剂，其中液态制冷剂流经冷凝器15降温后流回到存储装置10。而冷却腔12中气态制冷剂与冷却腔12中导入的空气形成混合气体并流入气液分离器13。气液分离器13采用接入自来水提供的冷源对混合气体进行气液分离，获得液态制冷剂和分离后的混合气体，其中液态制冷剂通过管道流回存储装置10。经气液分离器13分离后的混合气体进入辅助排气设备14中的处理装置142。处理装置142采用冷却介质制备装置141制备的冷却介质提供的冷源，对处理装置142中的混合气体进行冷却处理，获得液态制冷剂和符合排放标准的排放气体。经处理装置142处理后的液态制冷剂经管道流回存储装置10。经处理装置142处理后的排放气体从处理装置142的排放管道排出制冷系统。

现有技术中的辅助排气设备存在功耗大的问题。

发明内容

本申请提供一种制冷系统中的混合气体处理方法及系统，以解决现有技术中的辅助排气设备存在功耗大的问题。

第一方面，本申请提供一种制冷系统中的混合气体处理方法，应用于包括换热装置和节流装置的系统，所述方法包括：

所述换热装置接收制冷系统中的混合气体，对所述混合气体进行换热冷却处理，获得冷却气体，并将所述冷却气体输入到所述节流装置；其中，所述混合气体包含不凝性气体和气态制冷剂；

所述节流装置接收所述换热装置输出的冷却气体，对所述冷却气体进行节流膨胀处理，获得液态制冷剂和降温降压后的排放气体，并将所述排放气体输入所述换热装置，为所述换热装置提供冷源；

所述换热装置将所述换热装置输出的排放气体排出制冷系统。

可选的，所述对所述混合气体进行换热冷却处理，获得冷却气体，包括：

所述换热装置对所述混合气体进行加压处理，获得加压气体；对所述加压气体进行换热冷却处理，获得冷却气体。

可选的，所述对所述加压气体进行换热冷却处理，获得冷却气体，包括：

所述换热装置对所述加压气体进行一次冷却处理，获得一次冷却气体；对所述一次冷却气体进行换热处理，获得二次冷却气体。

可选的，所述方法还包括：

所述换热装置将所述换热装置输出的排放气体进行所述换热冷却处理，获得冷却气体，并将所述冷却气体输入到所述节流装置以进行所述节流膨胀处理。

可选的，所述降温降压后的排放气体为气体的温度T和压力P

第二方面，本申请提供一种混合气体处理系统，包括换热装置和节流装置；

所述换热装置，用于接收制冷系统中的混合气体，对所述混合气体进行换热冷却处理，获得冷却气体，并将所述冷却气体输入到所述节流装置；其中，所述混合气体包含不凝性气体和气态制冷剂；

所述节流装置，用于接收所述换热装置输出的冷却气体，对所述冷却气体进行节流膨胀处理，获得液态制冷剂和降温降压后的排放气体，并将所述排放气体输入所述换热装置，为所述换热装置提供冷源；

所述换热装置，还用于将所述换热装置输出的排放气体排出制冷系统。

可选的，所述换热装置包括气体压缩部件和回热部件；

所述气体压缩部件，用于对所述混合气体进行加压处理，获得加压气体；

所述回热部件，用于对所述加压气体进行换热冷却处理，获得冷却气体。

可选的，所述换热装置还包括冷却部件；

所述冷却部件，用于对所述加压气体进行一次冷却处理，获得一次冷却气体；

所述回热部件，还用于对所述一次冷却气体进行换热处理，获得二次冷却气体。

可选的，所述节流装置包括节流部件和存储部件；

所述节流部件，用于接收所述换热装置输出的冷却气体，对所述冷却气体进行节流膨胀处理，获得液态制冷剂和降温降压后的排放气体，并将所述液态制冷剂和排放气体输入所述存储部件；

所述存储部件，用于存储所述液态制冷剂，还用于将所述排放气体输入所述换热装置，为所述换热装置提供冷源。

可选的，所述存储部件包括监控部件；

所述监控部件，用于对所述存储部件内的气体温度T和压力P

所述换热装置，还用于在收到所述超标信号后，对所述换热装置输出的排放气体进行所述换热冷却处理，获得冷却气体，并将所述冷却气体输入到所述节流装置以进行所述节流膨胀处理。

第三方面，本申请提供一种制冷系统，包括存储装置、动力装置、冷却腔和如上所述的混合气体处理系统；

所述存储装置，用于存储液态制冷剂；

所述动力装置，用于将所述存储装置中的液态制冷剂输送到所述冷却腔；

所述冷却腔，用于采用所述液态制冷剂对设置于所述冷却腔中的待冷却物体进行冷却；并导入不凝性气体保持所述待冷却物体所需的冷却腔压力；还用于将所述冷却腔内的液态制冷剂输入所述存储装置，将所述冷却腔内吸热气化的气态制冷剂与不凝性气体形成的混合气体输入所述混合气体处理系统。

本申请提供的制冷系统中的混合气体处理方法及系统，通过换热冷却处理和节流膨胀处理获得液态制冷剂和符合排放标准的排放气体，同时，经节流膨胀处理获得的排放气体又作为换热冷却处理的冷源，实现了排放气体的冷量回收和排放气体的逆向使用。本申请提供的方法，将对混合气体处理后的产物作为混合气体处理的冷源，而无需额外耗能进行冷源的制备，解决了现有技术中的辅助排气设备功耗大的问题。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1为现有技术的制冷系统架构图；

图2为本申请实施例提供的制冷系统架构图一；

图3为本申请实施例提供的制冷系统中的混合气体处理方法流程图；

图4为本申请实施例提供的混合气体处理系统架构图；

图5为本申请实施例提供的制冷系统架构图二。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本申请实施例中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。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

目前，对于制冷系统中含有制冷剂的混合气体排放标准值(如混合气体中制冷剂的排放标准浓度)而言，行业内基于环境因素和制冷剂成本(如制冷剂成本较高)等因素的考虑，设置的排放标准值是极低的。在如图1所示现有技术的制冷系统架构图中，处理装置142采用冷却介质制备装置141制备的冷却介质提供的冷源，对处理装置142中的混合气体进行冷却处理。为了将混合气体中的气态制冷剂冷却凝化回收，同时确保冷却处理后的混合气体满足排放标准，即混合气体中含有的制冷剂的含量不超过排放标准值，处理装置142所需冷源的温度是极低的。基于处理装置142冷源的需求，冷却介质制备装置141需实时为处理装置142制备极低温度的冷却介质以提供满足要求的冷源，由此，导致冷却介质制备装置141的功耗极大，也就导致辅助排气设备14的功耗极大。此外，使用后的冷却介质不可继续使用，而需经冷却介质制备装置141处理重新达到冷源所需温度后才可继续使用，所以冷却介质无法逆向使用，不可逆损失较大。

对此，本申请提出一种制冷系统中的混合气体处理方法，以解决现有技术中辅助排气设备14功耗大的问题。本申请提出的制冷系统中的混合气体处理方法应用于包括换热装置和节流装置的系统。下面结合部分实施例对本申请提供的制冷系统中的混合气体处理方法进行说明。

图2为本申请实施例提供的制冷系统架构图一。如图2所示，本申请实施例提供的制冷系统包括：存储制冷剂的存储装置10、液体泵11、冷却腔12、气液分离器13、混合气体处理系统16和冷凝器15。其中，冷却腔12中放置有待冷却物体121，混合气体处理系统16包括换热装置161和节流装置162。

具体地，本申请实施例提供的制冷系统工作过程如下：存储装置10存储的液体制冷剂，经液体泵11被输送到冷却腔12，并被喷洒在待冷却物体121上，对待冷却物体121进行冷却降温。冷却腔12中的制冷剂包括吸热气化的气态制冷剂和未被气化的液态制冷剂，其中液态制冷剂流经冷凝器15降温后流回到存储装置10。冷却腔12为了保持冷却腔12中待冷却物体121所需的冷却腔压力，冷却腔12适时导入不凝性气体(如空气)。冷却腔12中的气态制冷剂与冷却腔12中导入的空气形成混合气体并流入气液分离器13。气液分离器13采用接入自来水提供的冷源对混合气体进行气液分离，获得液态制冷剂和分离后的混合气体，其中液态制冷剂通过管道流回存储装置10。接入气液分离器13的自来水经过换热后以排放水排出气液分离器13。经气液分离器13分离后的混合气体进入混合气体处理系统16。通过混合气体处理系统16，对输入的混合气体进行处理，获得液态制冷剂和符合排放标准的排放气体，并将排放气体排出制冷系统。

示例性地，通过混合气体处理系统16，对制冷系统中的混合气体处理方法为：换热装置161接收制冷系统中的混合气体，对混合气体进行换热冷却处理，获得冷却气体，并将冷却气体输入到节流装置162。节流装置162接收换热装置161输出的冷却气体，对冷却气体进行节流膨胀处理，获得液态制冷剂和降温降压后的排放气体。节流装置162将其所获得的液态制冷剂输入存储装置10以便循环使用，并将其所获得的排放气体输入换热装置161，为换热装置161提供换热冷却处理用的冷源。换热装置161将换热装置161输出的排放气体排出制冷系统。换热装置161可以是换热器，节流装置162可以是节流阀，本实施例此处不作具体限定。

由上可知，换热装置161将输入换热装置161的排放气体作为换热装置161的冷源，对输入换热装置161的混合气体进行换热冷却处理，实现了对排放气体的冷量回收。换热装置161输出的排放气体即为冷量回收后的排放气体。

本申请实施例提供的制冷系统中的混合气体处理方法，通过换热冷却处理和节流膨胀处理获得液态制冷剂和符合排放标准的排放气体，此外，经节流膨胀处理获得的排放气体又作为换热冷却处理过程的冷源，实现了排放气体的冷量回收和排放气体的逆向使用。本申请实施例提供的制冷系统中的混合气体处理方法，将对混合气体处理后的产物(如排放气体)作为混合气体处理的冷源，而无需额外耗能进行冷源的制备，解决了现有技术中的辅助排气设备功耗大的问题。

下面结合图2和图3所示实施例对本申请提供的制冷系统中的混合气体处理方法进行详细说明。图3为本申请实施例提供的制冷系统中的混合气体处理方法流程图。如图3所示，该方法包括：

S301、换热装置接收制冷系统中的混合气体，对混合气体进行换热冷却处理，获得冷却气体，并将冷却气体输入到节流装置。

具体而言，如图2所示，换热装置161接收制冷系统中的混合气体，该混合气体如来自于气液分离器13分离后的混合气体。换热装置161对混合气体进行换热冷却处理，获得冷却气体，并将冷却气体输入到节流装置162。其中，混合气体包含不凝性气体和气态制冷剂。

示例性地，换热装置161接收制冷系统中的混合气体，可以对混合气体进行加压处理，获得加压气体。接着，换热装置161对加压气体进行换热冷却处理，获得冷却气体，并将冷却气体输入到节流装置162。

可选地，换热装置161获得加压气体后，还可以对加压气体进行一次冷却处理，获得一次冷却气体。然后，换热装置161对一次冷却气体进行换热处理，获得二次冷却气体，并将二次冷却气体输入到节流装置162。

混合气体被加压处理后，获得的加压气体的压力相对于加压处理前的混合气体的压力更高。节流膨胀处理前气体压力越高，经节流膨胀处理后的气体的温度和压力降幅越大。因此，混合气体的加压处理，有助于后续节流装置162对混合气体进行节流膨胀处理后，获得更低温度的排放气体和回收获得更多的液态制冷剂。同时还可以通过对混合气体加压处理过程的压力调节，实现对后续节流膨胀处理获得的排放气体温度的调节。

S302、节流装置接收换热装置输出的冷却气体，对冷却气体进行节流膨胀处理，获得液态制冷剂和降温降压后的排放气体，并将排放气体输入换热装置，为换热装置提供冷源。

具体而言，节流装置162接收换热装置161输出的冷却气体，对冷却气体进行节流膨胀处理，获得液态制冷剂和降温降压后的排放气体，并将排放气体输入换热装置161，为换热装置161提供冷源。

其中，经节流装置162节流膨胀处理后，获得的降温降压后的排放气体为气体的温度T和压力P

S303、换热装置将换热装置输出的排放气体排出制冷系统。

具体而言，换热装置161将换热装置161输出的排放气体排出制冷系统。

可选地，换热装置161可以将换热装置161输出的排放气体进行换热冷却处理，获得冷却气体，并将冷却气体输入到节流装置162以进行节流膨胀处理，以实现对排放气体中的制冷剂进行再次回收。

示例性地，若经步骤S302节流膨胀处理后的气体的温度T和压力P

本申请实施例提供的制冷系统中的混合气体处理方法，依次通过加压处理、换热冷却处理和节流膨胀处理获得液态制冷剂和符合排放标准的排放气体，同时，经节流膨胀处理获得的气体产物(如排放气体)作为换热冷却处理的冷源，实现了排放气体的冷量回收和排放气体的逆向使用。此外，本申请实施例提供的制冷系统中的混合气体处理方法，还可以通过对混合气体加压处理过程的压力调节，实现对后续节流膨胀处理获得的排放气体温度的调节，进而实现对换热冷却处理过程的冷源温度的调节控制。本申请实施例提供的制冷系统中的混合气体处理方法，将排放气体作为混合气体处理的冷源并实现对冷源温度的调节控制，且无需额外耗能进行冷源的制备与控制，解决了现有技术中的辅助排气设备功耗大的问题。

本申请还提供一种混合气体处理系统。下面结合图2和图4对本申请提供的混合气体处理系统进行说明。图4为本申请实施例提供的混合气体处理系统架构图。如图2、图4所示，该混合气体处理系统16包括换热装置161和节流装置162。其中，

换热装置161，用于接收制冷系统中的混合气体，对混合气体进行换热冷却处理，获得冷却气体，并将冷却气体输入到节流装置162；其中，混合气体包含不凝性气体和气态制冷剂。

可选地，如图4所示，换热装置161包括气体压缩部件1611和回热部件1613；其中，

气体压缩部件1611用于对混合气体进行加压处理，获得加压气体。气体压缩部件1611可以是气体压缩机或可实现气体压缩的其他装置，本实施例此处不作具体限定。

回热部件1613用于对加压气体进行换热冷却处理，获得冷却气体，并将冷却气体输入到节流装置162。

可选地，如图4所示，换热装置161还包括冷却部件1612。冷却部件1612用于对加压气体进行一次冷却处理，获得一次冷却气体；回热部件1613还用于对一次冷却气体进行换热处理，获得二次冷却气体，并将二次冷却气体输入到节流装置162。冷却部件1612可以是以自来水提供冷源的冷却装置(如冷凝器)，本实施例此处不作具体限定。

节流装置162，用于接收换热装置161输出的冷却气体，对冷却气体进行节流膨胀处理，获得液态制冷剂和降温降压后的排放气体，并将排放气体输入换热装置161，为换热装置161提供冷源；节流装置162还将其获得的液态制冷剂输入如图2所示的存储装置10以便循环使用。

示例性地，如图4所示，节流装置162将排放气体输入换热装置161中的回热部件1613，为回热部件1613提供冷源。

可选地，如图4所示，节流装置162包括节流部件1621和存储部件1622。其中，

节流部件1621用于接收换热装置161输出的冷却气体，对冷却气体进行节流膨胀处理，获得液态制冷剂和降温降压后的排放气体，并将液态制冷剂和排放气体输入存储部件1622。节流部件1621可以是节流阀，本实施例此处不作具体限定。

存储部件1622用于存储经节流部件1621节流膨胀处理后获得的液态制冷剂，还用于将经过节流部件1621节流膨胀处理后获得的排放气体输入换热装置161，为换热装置161提供冷源，并将其存储的液态制冷剂通过存储部件1622与图2所示的存储装置10连接的通道输入到存储装置10以便循环使用。

可选地，存储部件1622与存储装置10可以是同一个装置，如存储罐。

进一步地，如图4所示，存储部件1622包括监控部件1623；

监控部件1623，用于对存储部件1622内的气体温度T和压力P

换热装置161，还用于在收到超标信号后，对换热装置161输出的排放气体进行换热冷却处理，获得冷却气体，并将冷却气体输入到节流装置162以进行节流膨胀处理。示例性地，换热装置161收到超标信号后，通过回热部件1613与气体压缩部件1611之间的连接通道将排放气体输入气体压缩部件1611，以依次通过气体压缩部件1611、冷却部件1612、回热部件1613对排放气体进行上述的换热冷却处理。

换热装置161，还用于将换热装置161输出的排放气体排出制冷系统。示例性地，若换热装置161没有收到超标信号(例如，换热装置161收到合格信号)，则换热装置161通过换热装置161上的排放管道，将换热装置161输出的排放气体排出制冷系统。例如，如图4所示，回热部件1613将其所输出的排放气体通过回热部件1613上的排放管道排出制冷系统。

可选地，如图4所示，回热部件1613上用于将排放气体排出制冷系统的排放管道上，设置有管道开关I 1614。回热部件1613与气体压缩部件1611之间的连接通道上设置有管道开关II 1615。存储部件1622与存储装置10的连接通道上设置有管道开关III 1624。示例性地，管道开关I、管道开关II、管道开关III可以是阀门。管道开关I、管道开关II、管道开关III分别用于对其所在管道中的流体的流通进行控制。

示例性地，如图4所示，制冷系统中的混合气体在混合气体处理系统中的处理流程示例如下：

换热装置161收到制冷系统的混合气体后，混合气体进入气体压缩部件1611。管道开关I 1614、管道开关III 1624保持关闭状态，管道开关II1615保持开启状态。气体压缩部件1611对混合气体进行加压处理，获得加压气体。气体压缩部件1611将加压气体输入冷却部件1612。冷却部件1612采用自来水提供的冷源，对加压气体进行一次冷却处理，获得一次冷却气体，并将一次冷却气体输入回热部件1613。回热部件1613采用回热部件1613的冷源进行换热处理，获得二次冷却气体，并将二次冷却气体输入节流部件1621。其中，当有排放气体流经回热部件1613时，回热部件1613的冷源由排放气体提供；当无排放气体流经回热部件1613时，回热部件1613的冷源由回热部件1613中用于流通排放气体的管道自身提供。节流部件1621对二次冷却气体进行节流膨胀处理，获得液态制冷剂和降温降压后的排放气体，液态制冷剂被存储在存储部件1622中，排放气体通过存储部件1622与回热部件1613之间通道输入回热部件1613。同时，监控部件1623对存储部件1622内的排放气体温度T和压力P

可选地，监控部件1623还可以在存储部件1622内的排放气体温度T超过预设的温度上限阈值T

可选地，在回热部件1613与管道开关I 1614之间的排放管道上，还设置有制冷剂检测部件1616，该制冷剂检测部件1616用于检测排放管道中的排放气体是否达到排放标准。若制冷剂检测部件1616检测出排放管道中的排放气体未达到排放标准，则制冷剂检测部件1616向换热装置161发送警示信号。若制冷剂检测部件1616检测出排放管道中的排放气体达到排放标准，则制冷剂检测部件1616周期性地向换热装置161发送排放信号。换热装置161在收到警示信号后，开启管道开关II 1615，同时关闭管道开关I 1614，以将排放气体从管道开关II 1615所在的管道输入气体压缩部件1611。换热装置161在收到排放信号后，则关闭管道开关II 1615，同时开启管道开关I 1614，将排放气体从管道开关I 1614所在的排放管道排出制冷系统，直到换热装置161收到警示信号。

示例性地，当混合气体处理系统16包括了制冷剂检测部件1616和监控部件1623时，换热装置161基于来自制冷剂检测部件1616的警示信号和排放信号，按上述方式对管道开关I 1614和管道开关II 1615进行控制。若换热装置161在一段时间内未收到来自制冷剂检测部件1616的警示信号，也未收到来自制冷剂检测部件1616的周期性的排放信号，则换热装置161基于来自监控部件1623的超标信号和周期性的合格信号，按上述方式对管道开关I 1614和管道开关II 1615进行控制。

可选地，节流装置162中存储部件1622上还可以配置加热部件，如当监控部件1623在监测到存储部件1622内的排放气体温度T低于预设的温度下限阈值T

本申请实施例提供的混合气体处理系统的具体实现原理和技术效果，与图3所示实施例的具体实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。

本申请还提供一种制冷系统。图5为本申请实施例提供的制冷系统架构图二。如图5所示，该制冷系统包括存储装置51、动力装置52、冷却腔53和如上述的混合气体处理系统16；

存储装置51，用于存储液态制冷剂。存储装置51可以是储液罐。

动力装置52，用于将存储装置51中的液态制冷剂输送到冷却腔53。动力装置52诸如液体泵。

冷却腔53，用于采用液态制冷剂对设置于冷却腔53中的待冷却物体121进行冷却；并导入不凝性气体保持待冷却物体121所需的冷却腔压力；还用于将冷却腔53内的液态制冷剂输入存储装置51，将冷却腔53内吸热气化的气态制冷剂与不凝性气体形成的混合气体输入混合气体处理系统16。

本申请实施例提供的制冷系统的具体实现原理和技术效果，与图3所示实施例的具体实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。

最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施方式对本发明已经进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施方式技术方案的范围。