CN116691288A - 无可见羽流的运输制冷系统 - Google Patents

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CN116691288A CN202310169668.8A CN202310169668A CN116691288A CN 116691288 A CN116691288 A CN 116691288A CN 202310169668 A CN202310169668 A CN 202310169668A CN 116691288 A CN116691288 A CN 116691288A
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Abstract

本发明涉及无可见羽流的运输制冷系统。具体而言，一种运输制冷系统包括制冷单元，该制冷单元包括流体地联接以形成闭环制冷回路的多个构件。功率源构造成向制冷单元提供电功率。在功率源的出口处提供由功率源生成的排出气体。功率源的出口处的排出气体是过饱和的，并且功率源的出口流体地联接到运输制冷系统的出口。热和流体中的至少一者的源在运输制冷系统的出口上游的位置处与排出气体联接。该源下游的位置处的排出气体未过饱和。

Description

无可见羽流的运输制冷系统
技术领域
本公开的实施例涉及制冷系统，并且更具体地涉及在低温环境条件下操作的运输制冷系统。
背景技术
冷藏卡车、拖车和货厢通常用于运输易腐货物，例如，如农产品、肉类、家禽、鱼、乳制品、切花、药品和其它新鲜或冷冻的易腐产品。常规地，运输制冷系统包括制冷单元，制冷单元具有制冷剂压缩机、具有一个或多个相关联的冷凝器风扇的冷凝器、膨胀装置，以及具有一个或多个相关联的蒸发器风扇的蒸发器，它们在闭环制冷剂回路中经由适当的制冷剂管线连接。空气或空气/气体混合物借助于与蒸发器相关联的蒸发器风扇从货物箱的内部容积抽出，以与制冷剂成热交换的关系通过蒸发器的空气侧，由此制冷剂从空气吸收热，从而冷却空气。然后冷却的空气供应回到货物箱。
运输制冷系统通常使用来自如同柴油发动机的源的功率。当来自此类柴油发动机的排出气体在冷或低环境温度条件下排放到空气中时，由于其中夹带的小水滴，因此该气体呈现为羽流。尽管代替柴油发动机的燃料电池的使用将消除温室气体的排放，但氢燃料电池的排气同样以水饱和。当该排气在温暖天气释放到环境中时，排气是不可见的。然而，在冷环境中，饱和排气与空气的混合生成羽流。此类羽流可能影响驾驶员的能见度，或可能错误地暗示运输制冷系统、燃料电池或氢储存系统有问题。
发明内容
根据实施例，一种运输制冷系统包括制冷单元，该制冷单元包括流体地联接以形成闭环制冷回路的多个构件。功率源可操作成向制冷单元提供电功率。在功率源的出口处提供由功率源生成的排出气体。功率源的出口处的排出气体是过饱和的，并且功率源的出口流体地联接到运输制冷系统的出口。热和流体中的至少一者的源在运输制冷系统的出口上游的位置处与排出气体联接。该源下游的位置处的排出气体未过饱和。
除了本文中所述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，在其它实施例中，热和流体中的至少一者的源是来自制冷单元的废热。
除了本文中所述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，在其它实施例中，流体地联接以形成闭环制冷回路的多个构件包括冷凝器，并且废热是从冷凝器输出的环境空气。
除了本文中所述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，在其它实施例中，出口导管从功率源的出口延伸，并且环境空气流布置成与出口导管流体连通，使得环境空气在混合点处与排出气体混合，该混合点位于运输制冷系统出口的上游。
除了本文中所述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，在其它实施例中，热和流体中的至少一者的源是来自功率源的废热。
除了本文中所述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，在其它实施例中，制冷单元进一步包括冷却剂回路，该冷却剂回路包括散热器，该散热器流体地联接到功率源，其中废热是从散热器输出的环境空气。
除了本文中所述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，在其它实施例中，流体地联接以形成闭环制冷回路的多个构件包括冷凝器，并且散热器相对于环境空气流布置在冷凝器下游。
除了本文中所述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，在其它实施例中，出口导管从功率源的出口延伸，并且环境空气流布置成与出口导管流体连通，使得环境空气在混合点处与排出气体混合，该混合点位于运输制冷系统出口的上游。
除了本文中所述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，在其它实施例中，热和流体中的至少一者的源包括电加热装置。
除了本文中所述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，在其它实施例中，出口导管从功率源的出口延伸，并且热和流体中的至少一者的源包括围绕出口导管的外部的空气流，其中空气的温度低于排出气体的温度。
除了本文中所述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，在其它实施例中，包括布置成与功率源的出口流体连通的至少一个聚结特征。
除了本文中所述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，在其它实施例中，功率源包括至少一个燃料电池。
根据实施例，一种操作运输制冷系统的方法包括操作功率源以向闭环制冷回路内的至少一个构件提供电功率。该方法还包括从功率源的出口输出排出气体，加热排出气体和降低排出气体的饱和度中的至少一者，以及将排出气体从运输制冷系统排放到环境大气中。
除了本文中所述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，在其它实施例中，加热排出气体进一步包括操作可操作地联接到功率源的出口的电加热装置。
除了本文中所述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，在其它实施例中，加热排出气体进一步包括将从闭环制冷回路的冷凝器提供的环境空气与排出气体混合。
除了本文中所述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，在其它实施例中，加热排出气体进一步包括将废热从冷却剂回路传递到排出气体。
除了本文中所述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，在其它实施例中，将废热从冷却剂回路传递到排出气体进一步包括将从冷却剂回路的散热器提供的环境空气与排出气体混合，散热器流体地联接到功率源。
除了本文中所述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，在其它实施例中，降低排出气体的饱和度进一步包括在将排出气体从运输制冷系统排放到环境大气中之前从排出气体排出流体。
除了本文中所述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，在其它实施例中，从排出气体排出流体进一步包括使排出气体越过一个或多个聚结特征。
除了本文中所述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，在其它实施例中，降低排出气体的饱和度进一步包括使空气流围绕功率源的出口导管通过，空气流的温度低于出口导管内的排出气体的温度。
附图说明
不应认为以下描述以任何方式进行限制。参考附图，相似的元件编号相似：
图1是根据实施例的示例性运输制冷系统的透视图；
图2是根据实施例的运输制冷系统的示例性拖车制冷单元的示意图；
图3是根据实施例的运输制冷系统的示例性部分的示意图；
图4是根据实施例的运输制冷系统的示例性部分的示意图；
图5是根据实施例的运输制冷系统的示例性部分的示意图；
图6是表示根据实施例的图3-5的空气、排出气体和混合点的温度的湿度图；
图7是根据实施例的功率源的示例性出口导管的示意图；以及
图8是根据实施例的功率源的示例性出口导管的示意图。
具体实施方式
本文中通过举例而非限制的方式参考附图给出了所公开的设备和方法的一个或多个实施例的详细描述。
现在参考图1，示出了示例性运输制冷系统20。在所示的非限制性实施例中，运输制冷系统20示为拖车系统。如图所示，冷藏货厢系统20包括由牵引车24拖曳或以其它方式运输的货物货厢或拖车22，牵引车包括驾驶室或驾驶舱26，并且还包括作为运输制冷系统20的传动系系统的发动机或其它功率源(例如，如燃料电池)。制冷单元30(在本文中也称为“拖车制冷单元”)构造成通过冷却货厢22的货物空间来将位于货厢22内的货物保持在选定的温度。如图所示，制冷单元30通常安装在货厢22的前壁28处。制冷单元30和货物货厢22可一起形成运输制冷系统20。由本领域中的技术人员应认识到，本文中所述的实施例可应用于任何运输制冷系统，例如，如通过铁路、海运(经由船只)装运的装运货厢或不使用牵引车24的任何其它适合的货厢。
现在参考图2，示出了示例性制冷单元30的示意图。制冷单元30包括压缩机32、排热热换热器或冷凝器34、膨胀阀36和吸热热换热器或蒸发器38，它们流体地联接以形成闭环制冷回路。在制冷单元30的操作期间，制冷剂R进入压缩机32，并且压缩到较高的温度和压力。制冷剂气体然后从压缩机32的出口提供到冷凝器34。在所示的非限制性实施例中，冷凝器34是空气冷却的冷凝器，使得跨过冷凝器盘管40的空气流将制冷剂气体R冷却到其饱和温度。通过除去潜热，冷凝器34内的制冷剂气体冷凝成高压/高温液体。跨过冷凝器34的空气流可由冷凝器风扇组件42提供能量，该冷凝器风扇组件包括一个或多个风扇44，例如，如两个风扇。如图所示，每个风扇44可由单独的风扇马达46驱动。
在具有基本蒸气压缩循环的制冷单元30中，从冷凝器34输出的流直接提供到恒温膨胀阀36和蒸发器38。随着液体制冷剂R通过膨胀阀36的孔口，其中一些蒸发成气体。来自冷藏空间的返回空气流过蒸发器38的热传递表面。随着制冷剂流过蒸发器38中的管48，剩余的液体制冷剂R从返回空气中吸收热，并且在这样做时蒸发。跨过蒸发器38的空气流可由包括至少一个风扇52和对应的风扇马达54的蒸发器风扇组件50提供能量。然后蒸气从蒸发器38流过吸入调节阀56回到压缩机32的入口。在实施例中，恒温膨胀阀球或传感器(未示出)位于蒸发器出口管处。球旨在控制恒温膨胀阀36，从而控制蒸发器出口管处的制冷剂过热。
在所示的非限制性实施例中，制冷单元30包括布置在冷凝器34与膨胀阀36之间的多个构件。如图所示，接收器60直接地布置在冷凝器34的出口的下游。接收器60构造成在低温操作期间提供针对过量液体制冷剂的储存。来自接收器60的液体制冷剂R可通过过冷器换热器62。过冷器62可布置成与冷凝器34串联并且在冷凝器的下游，使得来自风扇组件42的空气流连续地移动跨过冷凝器34和过冷器62。在实施例中，在过冷器62的出口处，制冷剂R提供到保持制冷剂冷且干的过滤干燥器64，并且在一些实施例中提供到增加制冷剂过冷度的换热器66。在此类实施例中，在该换热器66的出口处提供的制冷剂递送到恒温膨胀阀36。
在实施例中，制冷单元30包括能够为制冷单元30的电气构件中的所有供能的功率源70。此类构件包括但不限于与压缩机32相关联的电马达，以及与冷凝器34风扇组件42和蒸发器38风扇组件50两者相关联的风扇马达46、54。功率源70可包括适合于向制冷单元30的动态构件中的所有提供足够的功率的至少一个燃料电池，如单个燃料电池，或备选地多个燃料电池。在实施例中，具有功率电子器件的燃料电池系统根据需要提供交流功率。功率源70可位于远离制冷单元30的其余部分，或备选地可布置在制冷单元30的壳体31(图1)内。
如微处理器的控制器72可编程以控制运输制冷系统20内的各种电供能构件的功率使用和操作。例如，控制器72可操作成调节供应到冷凝器风扇马达46和蒸发器风扇马达54的功率。对此类控制器编程可在本领域中的技术内。
在实施例中，功率源包括一个或多个氢燃料电池。如本领域中已知的，氢燃料电池包括构造成接收以氢的形式的燃料的阳极，以及构造成接收氧化剂(如氧或空气)的阴极。未由燃料电池消耗的氧作为以水饱和的阴极排出气体C从燃料电池排放，水是燃料电池的操作期间作为副产物生成的。
从功率源70输出的排出气体C可在排放到围绕运输制冷系统20的环境大气中之前被加热和/或被稀释以减少可见羽流的形成。在实施例中，来自制冷单元的一个或多个源的废热用作加热排出气体的热源。例如，在图3中最佳示出的实施例中，在冷凝器34处排出的废热用于在环境空气与排出气体C混合之前加热环境空气。当环境空气流越过冷凝器34的热传递表面时，热从冷凝器34内的高压高温制冷剂传递到环境空气流A。通常将排出到运输制冷系统20外侧的具有由A1表示的温度的该加热的空气在混合点75处与来自功率源70的排出气体C混合。来自功率源的排出气体C和温暖的环境空气A1的所得混合物(由M1表示)处于空气的温度A1与排出气体C的温度之间的中间温度。用温暖的空气A1稀释排出气体C降低了M1处的混合物的过饱和度。
备选地或另外，用于温暖环境空气A的废热可从功率源70排出。如图4中最佳所示，制冷单元30包括冷却剂回路，该冷却剂回路具有流体地联接到功率源70的散热器80。类似于冷凝器34，当环境空气流移动跨过散热器80时，热从散热器80内的冷却剂排出到环境空气流A。尽管在图4中散热器80示为相对于的空气流A布置在冷凝器34的下游，但在本文中也设想其中散热器80未布置成与冷凝器34流体连通的实施例，例如，如其中散热器80布置成相对于空气流A与冷凝器34并联的实施例。在实施例中，通过将从散热器80输出的加热的空气A(也具有由A1表示的温度)与来自功率源70的排出气体C混合(如在混合点75处)，热传递到排出气体C。用温暖的空气A1稀释排出气体C降低了M1处的混合物的过饱和度。
加热的空气A1通常经由一个或多个出口(如经由形成在其底部或顶部或侧部处的一个或多个开口)从制冷单元30的壳体31排放。在实施例中，加热的空气A1和排出气体C混合所处的混合点75的位置在制冷单元30的壳体31内，在运输制冷系统20的出口上游的位置处。
如在图6中所示的湿度图中可看出，无论用于温暖排出气体C的废热的源如何，当混合物M1从运输制冷系统20向外排出时，发生最小的水分聚结或不发生可见的水分聚结。当混合物M1向外排出时，混合物M1进一步与由A0表示的环境大气混合。混合物M1和环境大气A0的该组合在图2和图3中由混合物M2表示，并且发生在运输制冷系统20的外部处。
备选地或另外，运输制冷系统20可设计成促进从其排放排出气体C的出口导管84的内表面82处的热传递。例如，现在参考图5，在其中加热的环境空气A1比排出气体C更冷的实施例中，使空气A1围绕出口导管84的外部通过将冷却排出气体，并且便于在其内表面92处的冷凝物的形成。所得的冷凝物将经由重力落到对应的排水管86。
在此类实施例中，导管84可由具有高热导率的材料形成，以促进热传递并且由此增加导管84内侧的冷凝物的形成。导管84的材料是金属、复合材料、聚合物或另一其它适合的材料。如本文中所用的用语聚合物可用于描述刚性热塑性聚合物、弹性体聚合物或任何其它适合的聚合物或共聚物中的一种或多种。刚性热塑性聚合物的示例包括但不限于聚丙烯、聚酰胺(如尼龙6、尼龙6/6、尼龙6/12、尼龙11、尼龙12和聚邻苯二甲酰胺)、聚苯硫醚、液晶聚合物、聚乙烯、聚芳基醚酮(如聚醚醚醚酮、聚醚醚酮和聚醚酮酮)，或任何其它适合的刚性热塑性聚合物。弹性体聚合物的示例包括但不限于弹性体聚合物，如含氟弹性体、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、硅树脂、氟硅氧烷、乙烯丙烯二烃单体(EPDM)橡胶、聚氨酯或任何其它适合的弹性体聚合物。
如图所示，如前所述从冷凝器34和/或散热器80输出并且具有由A1表示的温度的环境空气A可配置成在与排出气体混合之前越过出口导管84的外表面。在此类实施例中，空气在越过出口导管84之后具有温度A2，并且排出气体在混合点76处混合时具有由C1表示的温度。加热的空气和排出气体A2+C1的混合物由M3表示。类似于图3和图4的实施例，混合点76的位置在制冷单元30的壳体31内，在运输制冷系统20的出口上游的位置处。
此外，当混合物M3向外排出时，混合物M3进一步与由A0表示的环境大气混合。混合物M3和环境大气A0的该组合在图5中由混合物M4表示，并且发生在运输制冷系统20的外部处。如图6的湿度图上所示，在其中环境空气用于在与排出气体混合之前从排出气体C冷凝流体的实施例中，当混合物M3从运输制冷系统20向外排出时，发生最小的水分聚结或不发生可见的水分聚结。
现在参考图7，在实施例中，加热装置88(例如，如电加热装置)用于增加由功率源70输出的排出气体C的温度。此加热装置88的示例包括电阻加热器。然而，任何适合的加热装置都在本公开的范围内。此外，尽管加热装置88示为布置在功率源70的出口导管84的内部内，但是本文中也设想其中加热装置88布置在出口导管84的外部处或附近的实施例。加热装置88可独立使用或与来自制冷单元30的废热组合使用，以在排出气体排放到环境大气之前增加排出气体C的温度。
如前所述，可能期望与加热排出气体C分开或在加热排出气体C之前，增强由排出气体C在导管84内形成的冷凝。在图8中最佳所示的实施例中，构造成接收排出气体C的功率源70的出口导管84可包括一个或多个聚结特征90。聚结特征90可构造成增强出口导管84的内表面92附近的水流的形成，从而减少在运输制冷系统出口处提供的排出气体C内的水量。在实施例中，至少一个聚结特征90包括从中心体96的周边向外突出的一个或多个叶片94。当排出气体C流过至少一个聚结特征90时，涡流赋予到排出气体C。然而，构造成便于水与排出气体C分开的任何适合的特征90都在本公开的范围内。
在实施例中，排出气体C可配置成通过运输制冷系统20的出口上游的消声器。消声器可为出口导管84的一部分或可布置在另一个适合的位置处。消声器可操作成减少经由燃料电池功率源70生成的噪声。
包括如本文中所述的制冷单元30的运输制冷系统20在制冷单元30的功率源70向环境大气排放时将不生成可见羽流。相反，向从燃料电池70输出的排出气体C添加热并且用环境空气稀释降低了排出气体C的过饱和度，以防止在向外排出时形成雾。应当理解，可在运输制冷系统20静止时以及运输制冷系统20正在移动或行驶时执行经由运输制冷系统20的排气减少雾的形成的方法。
用语“约”旨在包括与基于提交申请时可用设备的特定量的测量相关联的误差程度。
本文中使用的用语仅用于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制本公开。如本文中所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指示。将进一步理解，用语“包括”和/或“包含”在用于此说明书中时表示指出的特征、整数、步骤、操作、元件和/或构件的存在，但并未排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、构件和/或其组合。
尽管已经参考一个或多个示例性实施例描述了本公开，但将由本领域中技术人员理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可进行各种改变并且可用等同物替换其元件。另外，可制作出许多改型来使特定情形或材料适于本公开的教导，而不脱离其基本范围。因此，旨在本公开不限于公开为针对执行该本公开构想的最佳模式的特定实施例，而是本公开将包括落入权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种运输制冷系统，包括：
制冷单元，其包括流体地联接以形成闭环制冷回路的多个构件；
功率源，其可操作成向所述制冷单元提供电功率，其中在所述功率源的出口处提供由所述功率源生成的排出气体，所述功率源的出口处的所述排出气体是过饱和的，并且所述功率源的出口流体地联接到运输制冷系统出口；以及
热和流体中的至少一者的源，所述源在所述运输制冷系统的出口上游的位置处与所述排出气体联接，其中所述源下游的位置处的所述排出气体未过饱和。
2.根据权利要求1所述的运输制冷系统，其中，热和流体中的至少一者的所述源是来自所述制冷单元的废热。
3.根据权利要求2所述的运输制冷系统，其中，流体地联接以形成所述闭环制冷回路的所述多个构件包括冷凝器，并且所述废热是从所述冷凝器输出的环境空气。
4.根据权利要求3所述的运输制冷系统，其中，出口导管从所述功率源的出口延伸，并且环境空气流布置成与所述出口导管流体连通，使得所述环境空气在混合点处与所述排出气体混合，所述混合点位于所述运输制冷系统出口的上游。
5.根据权利要求1所述的运输制冷系统，其中，热和流体中的至少一者的所述源是来自所述功率源的废热。
6.根据权利要求5所述的运输制冷系统，其中，所述制冷单元进一步包括冷却剂回路，所述冷却剂回路包括散热器，所述散热器流体地联接到所述功率源，其中所述废热是从所述散热器输出的环境空气。
7.根据权利要求6所述的运输制冷系统，其中，流体地联接以形成所述闭环制冷回路的所述多个构件包括冷凝器，并且所述散热器相对于环境空气流布置在所述冷凝器的下游。
8.根据权利要求6所述的运输制冷系统，其中，出口导管从所述功率源的出口延伸，并且环境空气流布置成与所述出口导管流体连通，使得所述环境空气在混合点处与所述排出气体混合，所述混合点位于所述运输制冷系统出口的上游。
9.根据权利要求1所述的运输制冷系统，其中，热和流体中的至少一者的所述源包括电加热装置。
10.根据权利要求1所述的运输制冷系统，其中，出口导管从所述功率源的出口延伸，并且热和流体中的至少一者的所述源包括围绕所述出口导管的外部的空气流，其中所述空气的温度低于所述排出气体的温度。
11.根据权利要求1所述的运输制冷系统，进一步包括布置成与所述功率源的出口流体连通的至少一个聚结特征。
12.根据权利要求1所述的运输制冷系统，其中，所述功率源包括至少一个燃料电池。
13.一种操作运输制冷系统的方法，所述方法包括：
操作功率源，所述功率源可操作成向闭环制冷回路内的至少一个构件提供电功率；
从所述功率源的出口输出排出气体；
加热所述排出气体和降低所述排出气体的饱和度中的至少一者；以及
将所述排出气体从所述运输制冷系统排放到环境大气中。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，加热所述排出气体进一步包括操作可操作地联接到所述功率源的出口的电加热装置。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，加热所述排出气体进一步包括将从所述闭环制冷回路的冷凝器提供的环境空气与所述排出气体混合。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，加热所述排出气体进一步包括将废热从冷却剂回路传递到所述排出气体。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，将废热从所述冷却剂回路传递到所述排出气体进一步包括将从所述冷却剂回路的散热器提供的环境空气与所述排出气体混合，所述散热器流体地联接到所述功率源。
18.根据权利要求13所述的方法，其中，降低所述排出气体的饱和度进一步包括在将所述排出气体从所述运输制冷系统排放到环境大气中之前从所述排出气体排出流体。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，从所述排出气体排出所述流体进一步包括使所述排出气体越过一个或多个聚结特征。
20.根据权利要求13所述的方法，其中，降低所述排出气体的饱和度进一步包括使空气流围绕所述功率源的出口导管通过，所述空气流的温度低于所述出口导管内的排出气体的温度。
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