CN111520932A - 热回收增强制冷系统 - Google Patents

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Abstract

一种制冷系统，包括限定制冷剂流动路径的蒸气压缩系统和限定热回收流体流动路径的热回收系统。所述热回收系统热耦合到所述蒸气压缩系统。所述热回收系统包括：第一换热器，在所述第一换热器内热量在热回收流体与发动机冷却剂之间传递；以及至少一个回收换热器，所述至少一个回收换热器沿着所述热回收流体流动路径直接定位在所述第一换热器的上游。

Description

热回收增强制冷系统
背景技术
本公开的各实施方案涉及制冷系统，并且更具体地，涉及热回收制冷系统，诸如制冷运输系统。
用于控制封闭区域(诸如卡车、拖车、联运集装箱等的箱体)的运输制冷系统，通过从封闭区域吸收热量并将箱体外部的热量释放到环境中来起作用。许多运输制冷装置，包括受让人目前销售的装置，使用压缩机对制冷剂加压，以使得能够从箱体中去除热量。
许多系统经由内燃发动机为蒸气压缩系统提供动力。一些系统将发动机直接耦合到压缩机以机械地驱动压缩机。其他系统经由发电机为压缩机提供动力。当存在发动机时，已经提出了许多系统来使用来自发动机的热回收。
简要说明
根据一个实施方案，一种制冷系统包括限定制冷剂流动路径的蒸气压缩系统和限定热回收流体流动路径的热回收系统。热回收系统热耦合到蒸气压缩系统。热回收系统包括：第一换热器，在所述第一换热器内热量在热回收流体与发动机冷却剂之间传递；以及至少一个回收换热器，所述至少一个回收换热器沿着热回收流体流动路径直接定位在第一换热器的上游。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，热回收流体流动系统还包括主流体回路和次流体回路，第一换热器和至少一个回收换热器沿着主流体回路定位。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，次流体回路热耦合到蒸气压缩系统。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，热回收系统还包括位于第一换热器上游的泵，具有主入口和次入口的喷射器，以及布置在喷射器下游的排热换热器。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，热回收流体从泵提供给至少一个回收换热器。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，热回收系统和蒸气压缩系统在至少一个回收换热器处热耦合。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，提供给至少一个回收换热器的蒸气压缩系统的制冷剂具有高于外部环境温度的温度。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，蒸气压缩系统包括压缩机，并且从压缩机排出的制冷剂被提供给至少一个回收换热器。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，来自热回收流体流动路径的第一部分的热回收流体和来自热回收流体流动路径的第二部分的热回收流体在至少一个回收换热器处热耦合。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，热回收流体流动路径的第一部分布置在喷射器的出口处，并且热回收流动路径的第二部分布置在泵的出口处。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，从排热换热器输出的热回收流体的第一部分被提供给主流体回路，并且从排热换热器输出的热回收流体的第二部分被提供给次流体回路。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，热回收流体的第二部分被提供给喷射器的次入口。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，至少一个回收换热器包括相对于热回收流体流动路径串联布置的第一回收换热器和第二回收换热器。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，制冷系统是制冷运输系统的制冷室的一部分，制冷室布置成与蒸气压缩系统的第二换热器热连通。
根据另一个实施方案，一种操作包括蒸气压缩系统和热回收系统的运输制冷系统的方法包括使制冷剂循环通过蒸气压缩系统的蒸气压缩流动路径，并且使热回收流体循环通过热回收系统的热回收流体流动路径。热回收系统包括换热器，用于在热回收流体流动路径内的热回收流体与发动机冷却剂之间传递热量。所述方法另外包括在换热器上游的位置处将热量传递给热回收流体流动路径内的热回收流体。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，在换热器上游的位置处将热量传递到热回收流体流动路径内的热回收流体包括将热回收流体提供给另一个换热器，在所述另一个换热器内热回收流体与次流体处于换热关系。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，与热回收流体以换热关系布置的次流体具有大于外部环境温度的温度。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，次流体是来自蒸气压缩系统的制冷剂。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，次流体是蒸气压缩系统的压缩机出口处的制冷剂。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，次流体是来自热回收流体流动路径内的热回收流体的另一部分的热回收流体。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，在另外的实施方案中，级流体是热回收系统的喷射器的出口处的制冷剂。
附图说明
以下描述不应被视为以任何方式进行限制。参考附图，相似元件用相似数字编号：
图1是运输制冷系统的示例；
图2是根据实施方案的运输制冷系统的制冷系统的示意图；
图3是根据实施方案的运输制冷系统的制冷系统的示意图；并且
图4是根据实施方案的运输制冷系统的制冷系统的示意图。
具体实施方式
本文参考附图通过举例而非限制的方式呈现了所公开的设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述。
现参考图1，示出了呈现为制冷拖车形式的制冷运输系统20的示例。如图所示，拖车可以由牵引车22拉动。拖车包括限定内部室26的箱体24。安装到箱体24的前部的设备壳体28可包含发电机系统，所述发电机系统包括发动机30(例如柴油机)和机械地耦合到发动机以由其驱动的发电机32。制冷系统34可以电耦合到发电机32以接收电力。
现参考图2至图4，更详细地示出了根据实施方案的制冷系统34的各种配置。制冷系统34包括具有制冷剂流动路径38的蒸气压缩系统36和具有回收热回收流体流动路径42的热回收系统40。制冷系统34包括压缩机44，所述压缩机44具有吸入口46和排出口48。在一个实施方案中，压缩机44是具有整体电动马达的电动压缩机。在排出口48的下游，蒸气压缩系统36还包括换热器50、至少一个通过再冷却器52的第一部分、膨胀装置54和另一个换热器56。应理解，包括跨临界蒸气压缩系统的实施方案也在本公开的范围内。
在蒸气压缩系统36的正常操作期间，换热器50是排热换热器，即冷凝器或气体冷却器，并且换热器56是吸热换热器，即蒸发器。在所示的非限制性实施方案中，换热器50、56两者是制冷剂-空气换热器，所述制冷剂-空气换热器具有驱动相应气流A1、A2跨越每个换热器50、56的风扇58、59。换热器56布置成与箱体24的内部室26连通。因此，在流过换热器56时被冷却的空气A2被提供用于冷却箱体24的内部室26。换热器50与箱体24的外部热连通，使得来自换热器50内的制冷剂的热量被排放到气流A1。
如下面将更详细讨论的，再冷却器52是制冷剂-制冷剂换热器，其中换热器的第一部分布置在制冷剂流动路径38内，并且换热器的第二部分布置在热回收流体流动路径42内。流过再冷却器52的第二部分的热回收流体可以经历相变和/或可以是制冷剂。然而，为清楚起见，循环通过热回收系统40的流体在本文中将称为热回收流体。热回收流体和制冷剂可以具有相同的组成，或者替代地可以是不同的。
热回收系统40的热回收流体流动路径42包括主流体回路60和次流体回路62。主流体回路60包括具有入口66和出口68的泵64。热回收系统40的主流体回路60另外包括至少一个穿过换热器70的第一部分和喷射器72的通道。喷射器72在喷嘴76(例如会聚-扩散喷嘴)的入口处具有主入口或动力流入口74，并且在扩散器80的下游端具有出口78。喷射器72另外包括次吸气口82。随后，沿着在正常操作期间从泵64向下游行进的热回收流体流动路径42的主流体回路60，在返回泵64之前，热回收流体穿过换热器70、喷射器72的主入口74、喷射器出口78以及另一个换热器84。在所示的非限制性实施方案中，换热器84是制冷剂-空气换热器，所述制冷剂-空气换热器84具有驱动相应气流A3跨过换热器84的风扇86。
在图2中所示的非限制性实施方案中，次流体回路62流体耦合到换热器84下游的主流体回路。如图所示，从换热器84输出的热回收流体的第一部分被引导到泵64，并且从换热器84输出的热回收流体的第二部分被提供到次流体回路62。在该次流体回路62内，热回收流体随后通过膨胀装置88和再冷却器52的第二部分，然后经由喷射器72的次吸气口82返回到热回收系统40的主流体回路60。
在一个实施方案中，换热器70是发电机换热器，所述发电机换热器被配置成将热量从牵引车22的发动机传递到主流体回路60内的热回收流体。类似地，换热器84是排热换热器。再冷却器52的第二部分用作蒸发器或吸热换热器，使得再冷却器52的第二部分内的热回收流体从再冷却器52的第一部分内的制冷剂吸收热量。
期望提高提供给换热器70的热回收流体的温度，因为它减少了实现蒸气压缩系统36的给定益处所需的回收热量的量，或者相反，它允许增加给定回收热量的量的蒸气压缩系统36的益处。现在参考图2至图4，制冷系统34内的各种部件可用于提高提供给换热器70的热回收流体的温度。更具体地，具有高于其冷凝温度的温度的热回收流体流动路径42或制冷剂流动路径38内的流体的任何部分可用于增加换热器70上游的热回收流体的温度。
在一个实施方案中，在图2中最佳地示出，制冷系统34可另外包括换热器100，所述换热器100被配置成加热换热器70上游的热回收流体。如图所示，换热器100是制冷剂-制冷剂换热器，其中换热器100的第一部分布置在制冷剂流动路径38内，并且换热器的第二部分布置在热量的热回收流体流动路径42的主流体回路60。关于制冷剂流动路径38，换热器100可以定位在压缩机44的排出口48的下游和冷凝换热器50的上游。在所示的非限制性实施方案中，换热器100布置成与换热器50和再冷却器52成一直线。类似地，换热器100相对于通过主流动回路60的热回收流体的流动布置在泵出口68的下游和换热器70的上游。
在一个实施方案中，换热器100直接位于换热器70的上游，使得热回收流体不通过换热器100与换热器70之间的除了可能的导管之外的任何附加系统部件。因此，在换热器100内，从热蒸气制冷剂(从压缩机44输出)传递热量到冷却器温度，液体热回收流体从泵64输出。然后将从换热器100输出的所得热回收流体提供给换热器70，以回收发动机冷却剂热量。
替代地，或另外，制冷剂系统34可包括换热器100’，诸如像制冷剂-制冷剂换热器，其中来自热回收流体流动路径42的不同部分的热回收流体是换热器100’内的第一流体和第二流体。在一个实施方案中，在图3中最佳地示出，换热器100’的第一部分位于喷射器出口78的下游和换热器84的上游。因此，从喷射器72输出的热回收流体用作换热器100’的第一部分内的第一流体。在这样的实施方案中，热回收流体流动路径42的回路可被配置成使得配置成接收第二流体的换热器100’的第二部分定位在泵64与换热器70之间。因此，从泵64输出的冷热回收流体被提供给换热器100’。在换热器100’内，从泵64输出的热回收流体在被提供给换热器70之前从喷射器72输出的热回收流体吸收热量。
在一些实施方案中，如图4所示，制冷系统34可包括换热器100和换热器100’两者。包括换热器100、100’两者还增加了用于回收换热器70内的发动机冷却剂的热回收流体的温度。在所示的非限制性实施方案中，从泵64输出的热回收流体首先通过从喷射器72输出的热回收流体在换热器100’内加热，并且在换热器100内通过来自压缩机44的制冷剂输出进一步加热。然而，应理解，提供给换热器70的热回收流体首先由换热器100加热并且通过换热器100’进一步加热的实施方案也在本公开的范围内。另外，尽管本文示出和描述了制冷系统34的具体配置和其中的换热器100、100’的相应位置，但是应理解，换热器可以布置在制冷系统34内的任何合适的位置。更具体地，换热器100、100’可以位于蒸气压缩流动路径38或热回收流动路径42内的流体具有大于外部环境温度和流体的冷凝温度中至少一个的温度(以最低者为准)的任何位置。
如本文所示和所述的制冷系统34不仅允许在各种外部环境条件下的废热和待回收的负荷，而且还减小了冷凝器50或84的尺寸、发电机换热器70的尺寸以及冷凝器风扇58或86所需的功率。
术语“约”旨在包括基于提交本申请时可用的设备的与特定量的测量相关联的误差程度。
本文所使用的术语仅是出于描述特定实施方案的目的而并不旨在限制本公开。如本文所用，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”也旨在包括复数形式。还应理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件部件和/或其群组的存在或添加。
虽然已参照一个或多个示例性实施方案描述了本公开，但是本领域技术人员应理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可进行各种改变并可用等效物替代本公开的元件。另外，在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适于本公开的教义。因此，本公开无意限于作为预期用于实施本公开的最佳模式而公开的特定实施方案，而是本公开将包括落入权利要求书的范围内的所有实施方案。

Claims (21)

1.一种制冷系统，其包括：
蒸气压缩系统，所述蒸气压缩系统限定制冷剂流动路径；
热回收系统，所述热回收系统限定热回收流体流动路径，所述热回收系统热耦合到所述蒸气压缩系统，其中所述热回收系统包括：
第一换热器，在所述第一换热器内热量在热回收流体与发动机冷却剂之间传递；以及
至少一个回收换热器，所述至少一个回收换热器沿着所述热回收流体流动路径直接定位在所述第一换热器的上游。
2.根据权利要求1所述的制冷系统，其中所述热回收流体流动系统还包括主流体回路和次流体回路，所述第一换热器和所述至少一个回收换热器沿着所述主流体回路定位。
3.根据权利要求2所述的制冷系统，其中所述次流体回路热耦合到所述蒸气压缩系统。
4.根据权利要求2所述的制冷系统，其中所述热回收系统还包括：
位于所述第一换热器上游的泵；
具有主入口和次入口的喷射器；以及
布置在所述喷射器下游的排热换热器。
5.根据权利要求4所述的制冷系统，其中热回收流体从所述泵提供到所述至少一个回收换热器。
6.根据权利要求5所述的制冷系统，其中所述热回收系统和所述蒸气压缩系统在所述至少一个回收换热器处热耦合。
7.根据权利要求6所述的制冷系统，其中提供给所述至少一个回收换热器的所述蒸气压缩系统的所述制冷剂具有高于外部环境温度的温度。
8.根据权利要求7所述的制冷系统，其中所述蒸气压缩系统包括压缩机，并且从所述压缩机排出的所述制冷剂被提供给所述至少一个回收换热器。
9.根据权利要求4所述的制冷系统，其中来自所述热回收流体流动路径的第一部分的热回收流体和来自所述热回收流体流动路径的第二部分的热回收流体在所述至少一个回收换热器处热耦合。
10.根据权利要求9所述的制冷系统，其中所述热回收流体流动路径的第一部分布置在所述喷射器的出口处，并且所述热回收流动路径的所述第二部分布置在所述泵的出口处。
11.根据权利要求4所述的制冷系统，其中从所述排热换热器输出的所述热回收流体的第一部分被提供给所述主流体回路，并且从所述排热换热器输出的所述热回收流体的第二部分被提供给所述所述次流体回路。
12.根据权利要求11所述的制冷系统，其中所述热回收流体的所述第二部分被提供给所述喷射器的所述次入口。
13.根据权利要求1所述的制冷系统，其中所述至少一个回收换热器包括相对于所述热回收流体流动路径串联布置的第一回收换热器和第二回收换热器。
14.根据权利要求1所述的制冷系统，其中所述制冷系统是制冷运输系统的制冷室的一部分，所述制冷室布置成与所述蒸气压缩系统的所述第二换热器热连通。
15.一种操作包括蒸气压缩系统和热回收系统的运输制冷系统的方法，所述方法包括：
使制冷剂循环通过所述蒸气压缩系统的蒸气压缩流动路径；
使热回收流体循环通过所述热回收系统的热回收流体流动路径，所述热回收系统包括换热器，用于在所述热回收流体流动路径内的热回收流体与发动机冷却剂之间传递热量；以及
在所述换热器上游的位置处将热量传递到所述热回收流体流动路径内的所述热回收流体。
16.根据权利要求15所述的方法，其中在所述换热器上游的位置处将热量传递到所述热回收流体流动路径内的所述热回收流体包括将所述热回收流体提供给另一个换热器，在所述换热器内所述热回收流体与次流体处于换热关系。
17.根据权利要求16所述的方法，其中与所述热回收流体以换热关系布置的所述次流体具有高于外部环境温度的温度。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述次流体是来自所述蒸气压缩系统的制冷剂。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述次流体是所述蒸气压缩系统的压缩机的出口处的制冷剂。
20.根据权利要求16所述的方法，其中所述次流体是来自所述热回收流体流动路径内的所述热回收流体的另一部分的所述热回收流体。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述次流体是热回收系统的喷射器的出口处的制冷剂。
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