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CN107624153B - 分级膨胀系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种制冷系统包括配置成压缩制冷剂的压缩机、冷凝器和蒸发器。热交换器设在所述冷凝器的下游和所述蒸发器的上游，并且设在所述蒸发器的下游和所述压缩机的上游，所述热交换器配置成促进从所述冷凝器提供的制冷剂与从所述蒸发器提供的制冷剂之间的热交换。第一膨胀装置设在所述热交换器的下游和所述蒸发器的上游，并且第二膨胀装置设在所述冷凝器的下游和所述热交换器的上游。所述第二膨胀装置配置成使由此通过的制冷剂降温从而使所述热交换器中从所述蒸发器提供到所述压缩机的制冷剂降温。

Description

分级膨胀系统和方法
发明领域
本文公开的主题涉及制冷系统，并且更确切地，涉及运输制冷系统。
背景技术
温控货物集装箱，如冷藏拖车，常用于运输食品和其他对温度敏感的产品。冷藏拖车典型地包括一般安装在拖车前壁上并且一部分伸进拖车内部的制冷单元。在一些公知的拖车中，可能使用燃油发动机来驱动制冷系统的压缩机。
由于一些制冷系统的制冷规则的原因，更换制冷剂可能导致制冷回路的排出温度升高。此温度升高可能在某些情况期间，例如高温环境情况期间，造成性能问题，这可能需要对一个或多个系统压缩机的附加冷却。
发明内容
在一个方面中，提供一种制冷系统。该制冷系统包括配置成压缩制冷剂的压缩机、冷凝器和蒸发器。热交换器设在所述冷凝器的下游和所述蒸发器的上游，并且设在所述蒸发器的下游和所述压缩机的上游，所述热交换器配置成促进从所述冷凝器提供的制冷剂与从所述蒸发器提供的制冷剂之间的热交换。第一膨胀装置设在所述热交换器的下游和所述蒸发器的上游，并且第二膨胀装置设在所述冷凝器的下游和所述热交换器的上游。所述第二膨胀装置配置成使由此通过的制冷剂降温从而使所述热交换器中从所述蒸发器提供到所述压缩机的制冷剂降温。
除了上文描述的一个或多个特征以外，或作为备选，又一些实施方案还可以包括：其中所述热交换器是吸液式热交换器；其中所述热交换器是钎焊板式热交换器；其中所述制冷系统是配置成对货物集装箱进行热调节的运输制冷系统；设在所述冷凝器下游和所述第二膨胀装置的上游的接收器；设在所述接收器下游和所述第二膨胀装置的上游的再冷却器；设在所述热交换器和所述蒸发器的下游和所述压缩机的上游的储液器；设在所述热交换器和所述蒸发器的下游和所述压缩机的上游的吸入调节阀；和/或发电系统，所述发电系统包括流体耦接到散热器的发动机和配置成向所述冷凝器和所述散热器提供冷却空气以便从其吸热的冷却回路。
在另一个方面中，提供一种运输制冷系统，其配置成对集装箱提供热调节。该系统包括压缩机、冷凝器和蒸发器，所述压缩机配置成压缩制冷剂。热交换器设在所述冷凝器的下游和所述蒸发器的上游，并且设在所述蒸发器的下游和所述压缩机的上游；所述热交换器配置成促进从所述冷凝器提供的制冷剂与从所述蒸发器提供的制冷剂之间的热交换。第一膨胀装置设在所述热交换器的下游和所述蒸发器的上游，并且第二膨胀装置设在所述冷凝器的下游和所述热交换器的上游。所述第二膨胀装置配置成使由此通过的制冷剂降温从而使所述热交换器中从所述蒸发器提供到所述压缩机的制冷剂降温。
除了上文描述的一个或多个特征以外，或作为备选，又一些实施方案还可以包括：其中所述热交换器是吸液式热交换器；其中所述热交换器是钎焊板式热交换器；设在所述冷凝器下游和所述第二膨胀装置的上游的接收器；设在所述接收器下游和所述第二膨胀装置的上游的再冷却器；设在所述热交换器和所述蒸发器的下游和所述压缩机的上游的储液器；设在所述储液器的下游和所述压缩机的上游的吸入调节阀；和/或发电系统，所述发电系统包括流体耦接到散热器的发动机和配置成向所述冷凝器和所述散热器提供冷却空气以便从其吸热的冷却回路。
在又一个方面中，提供一种组装制冷系统的方法。该方法包括提供配置成压缩制冷剂的压缩机，提供冷凝器和提供蒸发器。所述方法还包括提供热交换器，所述热交换器设在所述冷凝器的下游和所述蒸发器的上游，并且设在所述蒸发器的下游和所述压缩机的上游，所述热交换器配置成促进从所述冷凝器提供的制冷剂与从所述蒸发器提供的制冷剂之间的热交换；提供第一膨胀装置，所述第一膨胀装置设在所述热交换器下游和所述蒸发器的上游；以及提供第二膨胀装置，所述第二膨胀装置设在所述冷凝器的下游和所述热交换器的上游，所述第二膨胀装置配置成使由此通过的制冷剂降温从而使所述热交换器中从所述蒸发器提供到所述压缩机的制冷剂降温。
附图说明
在说明书的结论部分的权利要求书中具体指出并明确要求保护被视为本发明的主题。根据下文结合附图进行的具体实施方式，本发明的前述和其他特征和优点是显而易见的，其中：
图1是一个示例性制冷系统的示意图。
具体实施方式
图1图示制冷系统10。在示例性实施方案中，制冷系统10与温控货物集装箱12可操作性关联，所述温控货物集装箱配置成使用制冷系统10将位于货物集装箱12内的货物保持在选定的温度。所述货物集装箱可以用于通过例如卡车、火车或轮船运输货物。运输制冷应用由于其工作条件范围宽而不同于其他应用。例如，环境温度可能从148℉到-20℉(64.4℃与-28.9℃)而不同，并且货物集装箱可能设定在介于100℉与-20℉(38.8℃与-28.9℃)之间的温度。但是，系统10可以用于多种其他制冷应用中。
在该示例性实施方案中，制冷系统10可以由发电系统14供电，并且冷却回路16提供制冷系统10与发电系统14直接的热交换。虽然描述为制冷系统，但是系统10可以是任何适合的环境调节系统。例如，系统10可以是车辆的车厢空调单元。在其他实施方案中，系统10可以是直接驱动应用、集装箱单元应用或其他配置。
制冷系统10一般包括压缩机20、冷凝器22、主膨胀装置24和蒸发器26。如该示例性实施方案中所示，系统10包括接收器28、再冷却器30、膨胀装置32、吸液热交换器34、储液器36和压缩机限压器(CPL)或吸入调节阀(SMV)38。在其他实施方案中，系统10可以不包括接收器28、再冷却器30和/或储液器36。
制冷系统10是闭合回路系统，制冷剂经由该系统在如液体和蒸气的各不同状态下循环。因此，低温低压过热气体制冷剂经导管40从蒸发器26被吸入到压缩机20中。该制冷剂被压缩，并且所产生的高温高压过热气体经由导管42从压缩机20排出到冷凝器22中。
在冷凝器22中，随着释放热，气态制冷剂冷凝成液体。过热气体制冷剂进入冷凝器22，并且通过热交换过程利用冷凝器风扇44(经由导管43)迫使空气通过冷凝器22进行吸热来去过热、冷凝和再降温。备选地，可以使用水或其他流体以从冷凝器吸热。液体制冷剂从冷凝器22排出，并经导管46通过接收器28提供到再冷却器30。通过冷凝器风扇44(经由导管45)迫动空气使制冷剂进一步再冷却，并且经由导管48提供到膨胀装置32。在一些实施方案中，再冷却器30可以被集成到冷凝器22中。
在本示例性实施方案中，膨胀装置32是调节阀或电子膨胀阀。膨胀装置32设在吸液热交换器34的上游，以便降低热交换器34的入口温度。通过膨胀装置32中膨胀的制冷剂使得经热交换器34从蒸发器26传递到压缩机20的制冷剂降温，这样降低了吸入温度并且由此降低了压缩机20的排出温度。因此，能够对压缩机20的排出温度进行控制并且在对制冷系统10的降温容量性能影响最小的情况下降低该排出温度。相应地，系统10可以不包括液体注射阀，液体注射阀可能对系统性能有较大影响。膨胀装置32可以被选择性地打开或闭合以便促进压缩机吸入/排出温度的控制。例如，如果不期望降低排出温度(例如，在较低环境温度期间)，膨胀装置32可以处于完全打开位置。相对地，如果期望降低压缩机排出温度(例如，在较高环境温度期间)，膨胀装置32可以处于部分打开位置。经膨胀装置32传递的制冷剂随后被提供到热交换器34。
在本示例性实施方案中，吸液式热交换器34相对于膨胀装置32中膨胀的液体制冷剂减少来自蒸发器26的已蒸发和/或正在蒸发的制冷剂的加热。在其他实施方案中，热交换器34可以是钎焊板式热交换器。随后通过计量或膨胀装置24(例如，膨胀阀)传递制冷剂，将温热的制冷剂经导管50从热交换器34提供到蒸发器26，其将相对较高温度高压再冷却的液体转换成低温饱和的液体蒸气混合物。
低温饱和液体蒸气制冷剂混合物然后进入蒸发器26中，在其中制冷剂沸腾并随着从集装箱中的空气(或其他热交换流体)中吸收蒸发所需的热而改变状态为过热气体。低压过热气体然后与热交换器34成热交换关系通过，在其中热进一步被减少从而降低压缩机20的吸入温度。然后经储液器36和SMV 38将过热气体吸入压缩机20的入口中，并且重复该循环。
在图示的实施方案中，发电系统14一般包括耦接到燃油箱(未示出)的发动机60。导管62在发动机60与热交换器64(例如，散热器)之间提供冷却剂以便使发动机60在工作期间降温。在备选实施方案中，系统10可以不包括发电系统14(例如，具有直接驱动单元或无发动机的集装箱单元)。
在图示的实施方案中，冷却回路16一般包括进气导管66，其通过风扇44将环境空气或其他冷却流体提供到导管43、45中。导管43、45可以组合成单个导管68，并且风扇44随后迫使空气穿过热交换器64以便吸热。被热交换器22、30和64加热的空气随后通过导管70排放到大气中。
本文描述的是用于控制制冷系统中的压缩机的吸入/排出温度的系统和方法。这对于采用如R407F和R448A的制冷剂的系统来说可能是必需的，此类制冷剂在某些情况中可能导致更高压缩机排出温度。第一膨胀装置，如调节阀或电子膨胀阀，设在冷凝器的下游以及如吸液式热交换器或钎焊板式热交换器的热交换器的上游。在通过热交换器之后，膨胀的制冷剂随后通过第二膨胀装置，第二膨胀装置设在热交换器的下游和蒸发器的上游。第一膨胀装置降低热交换器的制冷剂温度，从而降低压缩机排出温度同时对制冷系统的冷却容量性能的影响很小或没有影响。
虽然本发明是仅结合有限数量的实施方案来详细描述的，但是应该容易地认识到本发明不限于此类公开的实施方案。相反，可以对本发明进行修改以并入本文未描述的任何数量的变化、更替、替代或等效安排，只要此类变化、更替、替代或等效安排与本发明的精神和范围相符。此外，虽然描述了本发明的多种实施方案，但是要认识到，本发明的多个方面可以仅包含所描述的实施方案的其中一些。相应地，本发明不应视为受限于前文描述，而是仅由所附权利要求的范围来限定。

Claims (18)

1.一种制冷系统，其包括：
压缩机，所述压缩机配置成压缩制冷剂；
冷凝器；
蒸发器；
热交换器，所述热交换器设在所述冷凝器的下游和所述蒸发器的上游，并且设在所述蒸发器的下游和所述压缩机的上游，所述热交换器配置成促进从所述冷凝器提供的制冷剂与从所述蒸发器提供的制冷剂之间的热交换；
第一膨胀装置，所述第一膨胀装置设在所述热交换器的下游和所述蒸发器的上游；以及
第二膨胀装置，所述第二膨胀装置设在所述冷凝器的下游和所述热交换器的上游，所述第二膨胀装置配置成使由此通过的制冷剂降温从而使所述热交换器中从所述蒸发器提供到所述压缩机的制冷剂降温，所述第二膨胀装置的出口直接连接到所述热交换器的入口，其中经所述第二膨胀装置传递的所有制冷剂随后被提供到所述热交换器。
2.如权利要求1所述的制冷系统，其中所述热交换器是吸液式热交换器。
3.如权利要求1所述的制冷系统，其中所述热交换器是钎焊板式热交换器。
4.如权利要求1所述的制冷系统，其中所述制冷系统是配置成对货物集装箱进行热调节的运输制冷系统。
5.如权利要求1所述的制冷系统，其还包括设在所述冷凝器的下游和所述第二膨胀装置的上游的接收器。
6.如权利要求5所述的制冷系统，其还包括设在所述接收器的下游和所述第二膨胀装置的上游的再冷却器。
7.如权利要求1所述的制冷系统，其还包括设在所述热交换器和所述蒸发器的下游和所述压缩机的上游的储液器。
8.如权利要求1所述的制冷系统，其还包括设在所述热交换器和所述蒸发器的下游及所述压缩机的上游的吸入调节阀。
9.如权利要求1所述的制冷系统，还包括：
发电系统，所述发电系统包括流体耦接到散热器的发动机；以及
冷却回路，所述冷却回路配置成向所述冷凝器和所述散热器提供冷却空气以便从其中吸热。
10.一种运输制冷系统，其配置成提供集装箱的热调节，所述系统包括：
压缩机，所述压缩机配置成压缩制冷剂；
冷凝器；
蒸发器；
热交换器，所述热交换器设在所述冷凝器的下游和所述蒸发器的上游，并且设在所述蒸发器的下游和所述压缩机的上游，所述热交换器配置成促进从所述冷凝器提供的制冷剂与从所述蒸发器提供的制冷剂之间的热交换；
第一膨胀装置，所述第一膨胀装置设在所述热交换器的下游和所述蒸发器的上游；以及
第二膨胀装置，所述第二膨胀装置设在所述冷凝器的下游和所述热交换器的上游，所述第二膨胀装置配置成使由此通过的制冷剂降温从而使所述热交换器中从所述蒸发器提供到所述压缩机的制冷剂降温，所述第二膨胀装置的出口直接连接到所述热交换器的入口，其中经所述第二膨胀装置传递的所有制冷剂随后被提供到所述热交换器。
11.如权利要求10所述的运输制冷系统，其中所述热交换器是吸液式热交换器。
12.如权利要求10所述的运输制冷系统，其中所述热交换器是钎焊板式热交换器。
13.如权利要求10所述的运输制冷系统，其还包括设在所述冷凝器的下游和所述第二膨胀装置的上游的接收器。
14.如权利要求13所述的运输制冷系统，其还包括设在所述接收器的下游和所述第二膨胀装置的上游的再冷却器。
15.如权利要求14所述的运输制冷系统，其还包括设在所述热交换器和所述蒸发器的下游和所述压缩机的上游的储液器。
16.如权利要求15所述的运输制冷系统，其还包括设在所述储液器的下游和所述压缩机的上游的吸入调节阀。
17.如权利要求16所述的运输制冷系统，其还包括：
发电系统，所述发电系统包括流体耦接到散热器的发动机；以及
冷却回路，所述冷却回路配置成向所述冷凝器和所述散热器提供冷却空气以便从其中吸热。
18.一种组装制冷系统的方法，所述方法包括：
提供配置成压缩制冷剂的压缩机；
提供冷凝器；
提供蒸发器；
提供热交换器，所述热交换器设在所述冷凝器的下游和所述蒸发器的上游，并且设在所述蒸发器的下游和所述压缩机的上游，所述热交换器配置成促进从所述冷凝器提供的制冷剂与从所述蒸发器提供的制冷剂之间的热交换；
提供第一膨胀装置，所述第一膨胀装置设在所述热交换器的下游和所述蒸发器的上游；以及
提供第二膨胀装置，所述第二膨胀装置设在所述冷凝器的下游和所述热交换器的上游，所述第二膨胀装置配置成使由此通过的制冷剂降温从而使所述热交换器中从所述蒸发器提供到所述压缩机的制冷剂降温，所述第二膨胀装置的出口直接连接到所述热交换器的入口，其中经所述第二膨胀装置传递的所有制冷剂随后被提供到所述热交换器。
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