CN101585336A - 分布式制冷系统 - Google Patents

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Abstract

一种分布式制冷系统，该制冷系统配置成与包括车箱的拖车一起使用，所述车箱具有顶部、第一侧壁和第二侧壁。所述制冷系统包括配置成联接到所述拖车并可操作用于调节所述车箱的制冷单元。所述制冷系统还包括在所述制冷单元与所述第一侧壁中的开口之间流体连通的输送管。该输送管配置成在朝向所述制冷单元的第一方向和离开所述制冷单元的第二方向中的至少一个方向上引导空气流。

Description

分布式制冷系统
技术领域
本发明涉及制冷系统。更具体地是，本发明涉及用于拖车的分布式制冷系统。
背景技术
大型卡车(例如半挂拖车)通常用来在拖车内以降低的温度或冷冻温度来储存和运输诸如食品的货物。所述拖车一般包括制冷系统以将货物保持在降低的温度。一种普通式的制冷系统包括制冷单元，该制冷单元具有直接由柴油发动机驱动的压缩机、带驱动冷凝器和蒸发器风扇。另一种普通式的制冷系统包括由联接到发动机的交流发电机电驱动的制冷单元。
在任一种情形中，单个的制冷单元通常位于拖车的车箱的前壁上。该制冷单元一般必须对整个车箱进行冷却，尽管拖车中的一些车箱可以达到53英尺长、轨道车辆中的一些车箱可达到72英尺长。同样地，需要强力空气循环系统以保持整个拖车的温度均匀。然而，操作所述空气循环系统并将空气从车箱的一端移动到另一端所需的能量大大地降低了所述制冷系统的总体效率。
此外，如果所述车箱包括多个应该被冷却到不同温度的隔间或者部分，那么就大大地增加了所述制冷系统的复杂性。例如，通常需要过长的管道和额外的流量控制阀以将车箱的不同部分保持在不同的温度，这样增加了制冷剂泄漏的风险并且降低了制冷系统的总体能效。
发明内容
在一种实施方式中，本发明提供了一种制冷系统，该制冷系统配置成与包括车箱的拖车一起使用，所述车箱具有顶部、第一侧壁和第二侧壁。所述制冷系统包括配置成联接到所述拖车并可操作用于调节所述车箱的制冷单元。所述制冷系统还包括在所述制冷单元与所述第一侧壁上的开口之间流体连通的输送管。该输送管配置成在朝向所述制冷单元的第一方向和远离所述制冷单元的第二方向中的至少一个方向上引导空气流。
在另一种实施方式中，本发明提供了一种拖车，该拖车包括车箱，所述车箱具有顶部、第一侧壁和第二侧壁。所述拖车还包括可操作用于调节所述车箱的制冷单元和在所述制冷单元与所述第一侧壁上的开口之间流体连通的输送管。该输送管配置成在朝向所述制冷单元的第一方向和远离所述制冷单元的第二方向中的至少一个方向上引导空气流。
在又一种实施方式中，本发明提供了一种调节拖车的方法。所述拖车包括具有顶部、第一侧壁和第二侧壁的车箱。所述拖车还包括制冷单元。该方法包括提供在第一制冷单元与第一侧壁上的开口之间流体连通的第一输送管和在所述制冷单元与第二侧壁上的开口之间流体连通的第二输送管。该方法还包括利用第一输送管在朝向制冷单元的第一方向上引导空气流，利用所述制冷单元调节所述车箱，和利用第二输送管在远离制冷单元的第二方向上引导空气流。
通过对详细描述和附图的考虑，本发明的其它方面会变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的实施方式的包括分布式制冷系统的拖车的侧向剖面图。
图2是图1中示出的拖车的俯视剖面图。
图3是包括另一个分布式制冷系统的图1中示出的拖车的俯视剖面图。
图4是图1和3中示出的分布式制冷系统的制冷单元的一部分的示意图。
图5是图1和3中示出的分布式制冷系统的另一制冷单元的一部分的示意图。
图6是CO2跨临界闭合循环制冷系统的示意图。
具体实施方式
在对本发明的各个实施方式详细解释之前，应该理解的是本发明的应用并不局限在下面的描述中所阐述的或者附图中所图示的结构细节和元件配置上。本发明能够具有其它的实施方式并且能够以各种方式执行或实施。还有，应该理解的是在此使用的措词和术语是为了描述的目的，不应该被认为是限制。在此使用的“包含”、“包括”或“具有”以及它们的变型意思是包括其后面列出的项目及其等价物以及额外的项目。除非另有说明或限定，术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联接”以及它们的变型被广泛使用并且包括直接或间接的安装、连接、支撑和联接。此外，“连接”和“联接”并不局限于物理或机械上的连接或联接。
图1和2图示了根据本发明的实施方式的拖车10。在图示的实施方式中，拖车10包括车箱14、联接到车箱14以便于拖车10行驶的车轮18、以及可操作用于使车箱14冷却的分布式制冷系统22。图示的拖车10与能够牵引该拖车10的半挂牵引车(未示出)是可连接的。如图1中所示，拖车10与牵引车脱开并支撑在支柱26上。在其它的实施方式中，车箱14可以牢固地直接安装到牵引车并且可以是不可脱开的。
车箱14配置成在降低的温度或冷冻温度下储存货物(例如食品等)。在一些结构中，车箱14可以在升高的温度或加热的温度下储存货物。如图1和2中所示，车箱14包括顶部30、地板34、前壁38、后壁42、和相对的侧壁46、50。图示的拖车10还包括隔壁54以将车箱14分成前部58和后部62，或者隔间。隔壁54便于将前部58和后部62冷却到显著不同的温度，比如冷藏温度和冷冻温度。在图示的实施方式中，隔壁54是可收回的或可折叠的，因此车箱14不是总被分成前部58和后部62。在其它的实施方式中，车箱14可以包括两个或更多个隔壁以将车箱14分成甚至更多个部分。仍然在其它的实施方式中，隔壁54可以完全省去。
参见图2，分布式制冷系统22包括第一制冷单元66、第二制冷单元70、第一输送管74和第二输送管78。图3图示了包括第一制冷单元66和第二制冷单元70的分布式制冷系统22’的另一种布置。所述制冷系统22、22’被视为是“分布式”是因为制冷单元66、70沿着车箱14间隔开以便于整个车箱14温度分布均匀。在一些实施方式中，根据车箱14的尺寸、所需的温度分布和/或隔板54的数量，分布式制冷系统22、22’可以包括三个或更多个制冷单元。另外或可选地，在其它的实施方式中，可以改变制冷单元66、70沿车箱14的相对位置。
图示的制冷单元66、70是可操作用于调节车箱14(例如冷却或加热)的蒸汽压缩单元。参见图1，第一制冷单元66和第二制冷单元70联接(例如螺栓联接)到车箱14的顶部30并悬置，因此每个制冷单元66、70基本位于车箱14内。在图示的实施方式中，顶部30做得较薄并填充有真空隔热层，制冷单元66、70螺栓联接到顶部30的内表面以提供不引人注意的轮廓结构。在这种布置中，制冷单元66、70的定位不是突出的(即位于车箱内14货物的上方)，因此货物从车箱14的装卸降低了对单元66、70造成损坏或阻挡的风险，但不会增加拖车10的总体尺寸。此外，将制冷单元66、70紧接车箱14的顶部30定位方便了整个车箱14的制冷空气的分布，从而保持了均匀的温度。
在图示的实施方式中，第一制冷单元66位于车箱14的前部58内以将前部58调节到第一温度，第二制冷单元70位于后部62内以将后部62调节到第二温度。例如，可以将前部58冷却到冷冻温度(例如大约零下20°F到大约0°F)，同时可以将后部62冷却到冷藏温度(例如大约35°F到38°F)，反之亦然。在一些实施方式中，第一温度和第二温度可以基本上是相同的和/或可以将隔壁54打开或移除以便于将整个车箱14调节到一个温度。在这种实施方式中，制冷单元66、70有助于将整个车箱14保持基本均匀的温度分布，降低了其它方式中施加到单个制冷单元的负荷。
如图4中所示，第一制冷单元66包括压缩机82(例如封闭式压缩机)、冷凝器单元86、蒸发器90(图2)和接收器94。与顶部30类似，制冷单元66的外壳可以填充或覆盖真空隔热层。尽管图4中详细图示的以及下面描述的只是所述第一制冷单元66的一部分，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是两个制冷单元66、70包括基本相同的元件并且以基本类似的方式操作。此外，为了清楚起见，图4中并没有示出制冷单元66的所有元件。
在图示的实施方式中，压缩机82和接收器94基本位于冷凝器单元86内，蒸发器90邻近冷凝器单元86定位。这种布置使制冷单元66基本成为可以在拖车10上容易地替换和互换的自备单元。在冷冻温度的应用中，压缩机82可以是两级或多级压缩机。
图示的冷凝器单元86以流体连通方式位于第一输送管74和第二输送管78之间，以便于来自于第一输送管74的空气流在到达第二输送管78之前穿过冷凝器单元86。如图4中所示，冷凝器单元86包括冷凝器旋管98和多个冷凝器风扇102，或吹风机，所述冷凝器风扇102或吹风机可操作用于强制空气流穿过第一输送管74并驱使空气流越过冷凝器旋管98进入第二输送管78。在一些实施方式中，压缩机82可以由隔热材料包围以有助于将压缩机82与冷凝器旋管98热隔离。
图5图示了一种可选的第一制冷单元66’的结构。该图示的第一制冷单元66’包括与图4的第一制冷单元66基本相同的元件，已经对同样的部件给出了相同的附图标记。在图5的实施方式中，与图4中示出的元件的位置相比，改变了元件的相对位置，但是制冷单元66’仍然基本上以与制冷单元66相同的方式运行。
参见图2，第一输送管74沿着第一侧壁46的一部分延伸，第二输送管78沿着第二侧壁50的一部分延伸。在其它实施方式中，输送管74、78可以沿着侧壁46、50的比图示的量更大或更小的部分延伸。如图1中所示，第一输送管74和第二输送管78紧接车箱14的顶部30安装使得输送管74、78基本与制冷单元66、70的冷凝器单元86对齐。在一些实施方式中，冷凝器单元86在车箱14内可以被定位得相对较低或较高(例如通过部分地切入到顶部30中)。在这种实施方式中，输送管74、78可以沿着侧壁46、50被定位得相对较低或较高以与冷凝器单元86的可选的位置对应。在其它实施方式中，两个输送管74、78可以沿着相同的侧壁延伸。
在图示的实施方式中，第一输送管74和第二输送管78中的每个包括两个相对于侧壁46、50基本垂直延伸的管道部106、110。图示的第一管道部106引导空气流穿过平行于第一侧壁46的第一输送管74以向内流向制冷单元66、70。图示的第二管道部110从制冷单元66、70向外引导空气流以流过第二输送管78并与第二侧壁50平行。在一些实施方式中，将制冷单元66、70和输送管74、78的尺寸设计成直接连通而没有管道部106、110。在其它的实施方式中，管道部106、110可以根据车箱14的宽度和制冷单元66、70的尺寸加长或缩短。
图示的输送管74、78和管道部106、110是(例如利用真空隔热层)隔热的以有助于阻止车箱14内的制冷空气与输送管74、78内的空气流之间的热传递。在一些实施方式中，输送管74、78可以是从车箱14可拆卸的单独元件。在其它的实施方式中，输送管74、78可以与车箱14的侧壁46、50和/或顶部30整体形成为一体。
第一侧壁46包括使来自于周围环境的外界新鲜空气进入第一输送管74的进入开口114。在一些实施方式中，进入开口114可以包括配置成在拖车10行驶时有助于将外界空气转移到第一输送管74中的通风孔(未示出)。第二侧壁50包括排出开口118以将穿过冷凝器单元86后到达第二输送管78的空气流排到周围环境中。在一些实施方式中，排出开口118可以包括配置成在拖车10行驶时基本阻止外界空气进入第二输送管78的通风孔(未示出)。另外或可选地，进入开口114和排出开口118可以由多个沿着侧壁46、50的长度延伸的更小的开口替换。
如图2中所示，开口114、118在后壁42附近在相对的侧壁46、50上基本彼此对齐。在其它的实施方式中，开口114、118可以沿着侧壁46、50交错或者可以位于基本不同的位置上(例如邻近前壁38或者在前壁38上)。例如，开口114、118中的一个可以位于其对应侧壁46、50的前部，而开口114、118中的另一个可以位于其对应侧壁46、50的后部。仍然在其它实施方式中，开口114、118中至少一个可以位于顶部30上以能够通过顶部30通风。然而，沿着所述侧壁46、50(而不是顶部30)定位开口114、118阻止了污垢、树叶、雪或其它的垃圾阻塞输送管74、78从而限制空气流进入和/或流出所述制冷系统22。
在图3中示出的分布式制冷系统22’中，管道部106、110直接连通在开口114、118与制冷单元66、70之间。这种布置减少了分布式制冷系统22’使用的空间量并且消除了输送管74、78中的空气与车箱14中的空气之间的热传递。
图示的拖车10还包括联接到车箱14的电源122(例如柴油发电机、交流发电机、燃料电池、大容量蓄电池等等)以向制冷系统单元66、70供电。如图1中所示，电源122可以安装到车箱14的前壁38或者可选地安装到车箱14的地板34上。在其它的实施方式中，电源122还可以安装在拖车10上的其它位置上。在电源122是发电机的结构中，燃料箱126(例如柴油燃料箱)联接到拖车10以向发电机提供燃料。在电源122是交流发电机的结构中，该交流发电机能够联接到卡车的发动机以将来自于发动机的能量转化成电能。在一些实施方式中，拖车10可以包括供应装置以便于在拖车10从牵引车脱开时制冷单元66、70可以插入到不是拖车10的一部分的壁插座或蓄电器中。
在操作中，来自于外界的空气通过进入开口114被吸入和/或引导并进入第一输送管74(或管道部106)。第一输送管74引导空气流进入第一制冷单元66和第二制冷单元70的冷凝器单元86。基本上是在同时，制冷单元66、70中的每个的压缩机82压缩气态制冷剂并引导压缩后的制冷剂通过冷凝器旋管98。冷凝器风扇102引导空气流越过冷凝器旋管98以将压缩后的制冷剂冷却和冷凝成液态制冷剂，所述液态制冷剂被引导到并临时存贮在相应的接收器94中。越过冷凝器旋管102后，空气流被引导进入第二输送管78(或管道部110)并远离制冷单元66、70。空气通过第二输送管78流向排出开口118并被排回到外界。
同时，液态制冷剂流出每个接收器94并被引导到相应的蒸发器90。液态制冷剂被强制通过相应的膨胀阀(未示出)，所述膨胀阀将制冷剂转化成两相流体。尽管膨胀阀可以选择设置在冷凝器单元86中，但是膨胀阀一般位于蒸发器90中。两相制冷剂吸收车箱14中的被引导穿过蒸发器90的空气的热量。制冷剂一般使蒸发器90处于过热状态，并被送回到压缩机82以用于回收。从每个蒸发器90出来的冷却空气被引导回到车箱14中，在车厢中所述空气会将热量从货物去除，将货物保持在所需的冷藏温度或冷冻温度。
在一些实施方式中，制冷单元66、70可以是CO2跨临界闭合循环制冷单元而不是蒸汽压缩单元。图6图示了一种CO2跨临界闭合循环制冷系统130。除了CO2蒸汽制冷剂被压缩到的压力在CO2制冷剂的热力学临界点以上之外，该CO2制冷系统130以与蒸汽压缩单元类似的方式操作。这样，当热量在气体冷却器134(先前称作冷凝器)中被排出时，CO2蒸汽制冷剂被冷却但不变相到液体。然后，冷却后的高压CO2蒸汽制冷剂通过热交换器138并由膨胀装置142节流，与蒸汽压缩单元类似，其中低压CO2蒸汽制冷剂变相成液-汽混合物并在蒸发器旋管146中汽化成蒸汽。
分布式制冷系统通过在整个拖车中间隔设置多个制冷单元改进了拖车中的温度分布。同样地，分布式制冷系统不需要均匀分布制冷空气的空气循环系统，降低了额外风扇的电力消耗，提高了总体系统效率。在车箱中具有多个制冷单元还提高了冷却能力并且如果其中一个制冷单元发生故障还提供了冗余。
此外，分布式制冷系统一般需要比现有制冷系统更少的元件。例如，与普遍的系统相比，图示的分布式制冷系统22、22’显著地减少了制冷剂管道和接头的量，降低了制冷剂泄漏的潜在性。图示的分布式制冷系统22、22’还可以使用封闭式压缩机，进一步降低了泄漏的潜在性。
此外，分布式制冷系统一般具有比次级回路系统更好的热力学效率，这是因为所述分布式制冷系统不包括额外的热交换器。
本发明的各个特征和优点阐述在所附的权利要求中。

Claims (22)

1.一种制冷系统，该制冷系统配置成与包括车箱的拖车一起使用，所述车箱具有顶部、第一侧壁和第二侧壁，所述制冷系统包括：
制冷单元，该制冷单元配置成联接到所述拖车，并可操作用于调节所述车箱；和
输送管，该输送管在所述制冷单元与所述第一侧壁中的开口之间流体连通，该输送管配置成在朝向所述制冷单元的第一方向和离开所述制冷单元的第二方向中的至少一个方向上引导空气流。
2.根据权利要求1所述的制冷系统，其中所述制冷单元包括冷凝器单元，其中所述输送管与所述冷凝器单元流体连通。
3.根据权利要求1所述的制冷系统，其中所述制冷单元配置成联接到所述车箱的顶部，并配置成基本位于所述车箱内。
4.根据权利要求1所述的制冷系统，其中所述输送管是配置成在朝向所述制冷单元的所述第一方向上引导空气流的第一输送管，并且所述制冷系统还包括在所述制冷单元与所述第二侧壁中的开口之间流体连通的第二输送管，其中所述第二输送管配置成在离开所述制冷单元的所述第二方向上引导空气流。
5.根据权利要求4所述的制冷系统，其中所述制冷单元是第一制冷单元，并且所述制冷系统还包括配置成联接到所述拖车并可操作用于调节所述车箱的第二制冷单元，其中所述第一输送管和所述第二输送管中的每个也与所述第二制冷单元流体连通。
6.根据权利要求4所述的制冷系统，其中所述第一输送管和第二输送管中的至少一个配置成基本位于所述车箱内。
7.根据权利要求1所述的制冷系统，其中所述制冷单元是第一制冷单元，并且所述制冷系统还包括：
第二制冷单元，该第二制冷单元配置成联接到所述拖车，并可操作用于调节所述车箱，和
第二输送管，该第二输送管在所述第二制冷单元与所述第一侧壁和所述第二侧壁中的一个侧壁中的开口之间流体连通，所述第二输送管配置成在朝向所述第二制冷单元的第一方向和离开该制冷单元的第二方向中的至少一个方向上引导空气流。
8.根据权利要求7所述的制冷系统，其中所述拖车包括将所述车箱分成第一车箱部和第二车箱部的隔壁，其中所述第一制冷单元可操作用于调节所述第一车箱部，并且所述第二制冷单元可操作用于调节所述第二车箱部。
9.根据权利要求1所述的制冷系统，其中所述输送管的至少一部分是利用真空隔热层而被隔热的。
10.一种拖车，包括：
车箱，该车箱包括顶部、第一侧壁和第二侧壁；
制冷单元，该制冷单元可操作用于调节所述车箱；和
输送管，该输送管在所述制冷单元与所述第一侧壁中的开口之间流体连通，该输送管配置成在朝向所述制冷单元的第一方向和离开所述制冷单元的第二方向中的至少一个方向上引导空气流。
11.根据权利要求10所述的拖车，其中所述制冷单元包括冷凝器单元，其中所述输送管与所述冷凝器单元流体连通。
12.根据权利要求10所述的拖车，其中所述制冷单元联接到所述车箱的顶部，并基本位于所述车箱内。
13.根据权利要求10所述的拖车，其中所述输送管是配置成在朝向所述制冷单元的所述第一方向上引导空气流的第一输送管，并且所述拖车还包括在所述制冷单元与所述第二侧壁中的开口之间流体连通的第二输送管，其中所述第二输送管配置成在离开所述制冷单元的所述第二方向上引导空气流。
14.根据权利要求13所述的拖车，其中所述制冷单元是第一制冷单元，并且所述拖车还包括可操作用于调节所述车箱的第二制冷单元，其中所述第一输送管和所述第二输送管中的每个也与所述第二制冷单元流体连通。
15.根据权利要求13所述的拖车，其中所述第一输送管和第二输送管中的至少一个基本位于所述车箱内。
16.根据权利要求10所述的拖车，其中所述制冷单元是第一制冷单元，并且所述拖车还包括：
第二制冷单元，该第二制冷单元可操作用于调节所述车箱，和
第二输送管，该第二输送管在所述第二制冷单元与所述第一侧壁和所述第二侧壁中的一个侧壁中的开口之间流体连通，所述第二输送管配置成在朝向所述第二制冷单元的第一方向和离开所述第二制冷单元的第二方向中的至少一个方向上引导空气流。
17.根据权利要求16所述的拖车，其中所述拖车包括将所述车箱分成第一车箱部和第二车箱部的隔壁，其中所述第一制冷单元可操作用于调节所述第一车箱部，并且所述第二制冷单元可操作用于调节所述第二车箱部。
18.根据权利要求10所述的拖车，其中所述输送管的至少一部分是利用真空隔热层而被隔热的。
19.一种调节拖车的方法，所述拖车包括车箱和制冷单元，所述车箱具有顶部、第一侧壁和第二侧壁，该方法包括：
提供第一输送管和第二输送管，所述第一输送管在所述制冷单元与所述第一侧壁中的开口之间流体连通，所述第二输送管在所述制冷单元与所述第二侧壁中的开口之间流体连通；
利用所述第一输送管在朝向所述制冷单元的第一方向上引导空气流；
利用所述制冷单元调节所述车箱；和
利用所述第二输送管在离开所述制冷单元的第二方向上引导空气流。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述制冷单元包括冷凝器单元，其中在朝向所述制冷单元的所述第一方向上引导空气流包括引导空气流通过所述冷凝器单元。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述制冷单元是第一制冷单元，并且所述拖车包括第二制冷单元，并且所述方法还包括：
利用所述第一输送管在朝向所述第二制冷单元的第一方向上引导空气流，
利用所述第二制冷单元调节所述车箱，和
利用所述第二输送管在离开所述第二制冷单元的第二方向上引导空气流。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述拖车包括将所述车箱分成第一车箱部和第二车箱部的隔壁，其中利用所述第一制冷单元调节所述车箱包括利用所述第一制冷单元调节所述第一车箱部，其中利用所述第二制冷单元调节所述车箱包括利用所述第二制冷单元调节所述第二车箱部。
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