制冷剂蒸气压缩系统

相关申请的交叉引用

本申请请求享有于2019年6月6日提交的美国临时申请号62/857,928的优先权，其通过引用合并于此。

技术领域

本公开总体上涉及制冷剂蒸气压缩系统，并且更具体地涉及提高制冷剂蒸气压缩系统的能量效率和/或冷却能力。

背景技术

制冷剂蒸气压缩系统通常用于运输制冷系统中，用于对供应到卡车、拖车、集装箱等的温度受控的货物空间的空气进行制冷，以用于通过卡车、铁路、轮船或联运方式运输易腐/冷冻物品。

传统上，这些制冷剂蒸气压缩系统中的大多数在亚临界制冷剂压力下操作。然而近年来显示，人们越来越关注用于使用在制冷系统中的诸如二氧化碳的"天然"制冷剂，而不是HFC制冷剂。因为二氧化碳具有低临界温度，所以充有二氧化碳作为制冷剂的大多数制冷剂蒸气压缩系统都设计成在跨临界压力体系下操作。

典型的制冷剂蒸气压缩系统包括压缩装置、制冷剂排热热交换器(充当用于亚临界操作的冷凝器和充当用于超临界操作的气体冷却器)、制冷剂吸热热交换器(充当蒸发器)，以及相对于制冷剂流设置在制冷剂吸热热交换器的上游和制冷剂排热热交换器的下游的膨胀装置。

发明内容

在一个示例性实施例中，制冷剂蒸气压缩系统包括压缩装置，该压缩装置具有布置成串联的制冷剂流动关系的至少第一压缩级和第二压缩级。第一制冷剂排热热交换器相对于制冷剂流设置在第二压缩级的下游，以使制冷剂与第一二次流体流成热交换关系通过。第一制冷剂中间冷却器设置在第一压缩级和第二压缩级的中间，以使从第一压缩级流向第二压缩级的制冷剂与第一二次流体流成热交换关系通过。第一制冷剂中间冷却器相对于第一二次流体流设置在第一制冷剂排热热交换器的下游。节能器包括与到第二压缩级的吸入口流体连通的蒸气管线。第二制冷剂排热热交换器相对于制冷剂流设置在第二压缩级和第一制冷剂排热热交换器的中间。第二制冷剂中间冷却器设置在第一压缩级和第二压缩级的中间，并且相对于制冷剂流设置在蒸气管线的下游，以使从第一压缩级流向第二压缩级的制冷剂与第二二次流体成热交换关系通过。

在以上的另一个实施例中，第一制冷剂排热热交换器包括圆管板鳍片热交换器或百叶窗鳍片微通道扁平管式热交换器。

在以上任何一个的另一个实施例中，第一制冷剂中间冷却器包括圆管板鳍片热交换器或百叶窗鳍片微通道扁平管式热交换器。

在以上任何一个的另一个实施例中，第二制冷剂排热热交换器包括钎焊板式热交换器、管上管式热交换器或管中管式热交换器。

在以上任何一个的另一个实施例中，第二制冷剂中间冷却器包括管上管式热交换器或管中管式热交换器。

在以上任何一个的另一个实施例中，第一二次流体包括空气，并且第二二次流体包括盐水。

在以上任何一个的另一个实施例中，泵与第二制冷剂排热热交换器且与第二制冷剂中间冷却器操作性地关联，以使第二二次流体流首先移动通过第二制冷剂排热热交换器并然后通过第二制冷剂中间冷却器。

在以上任何一个的另一个实施例中，节能器回路包括设置在排热热交换器和吸热热交换器之间的闪蒸罐节能器。

在以上任何一个的另一个实施例中，至少一个风扇操作性地与第一制冷剂排热热交换器且与第一制冷剂中间冷却器相关联，以使空气流首先移动通过第一制冷剂排热热交换器并然后通过第一制冷剂中间冷却器。

在另一个示例性实施例中，制冷剂蒸气压缩系统包括压缩装置，该压缩装置具有布置成串联的制冷剂流动关系的至少第一压缩级和第二压缩级。第一制冷剂排热热交换器相对于制冷剂流设置在第二压缩级的下游，以使制冷剂与第一二次流体成热交换关系通过。第二制冷剂排热热交换器相对于制冷剂流设置在第一制冷剂排热热交换器的上游，以使制冷剂与第二二次流体成热交换关系通过。第一制冷剂中间冷却器设置在第一压缩级和第二压缩级的中间，以使从第一压缩级流向第二压缩级的制冷剂与第一二次流体成热交换关系通过。第二制冷剂中间冷却器设置在第一压缩级和第二压缩级的中间，并且相对于制冷剂流设置在第一制冷剂中间冷却器的上游，以使从第一压缩级流向第二压缩级的制冷剂与第二二次流体成热交换关系通过。节能器包括与到第二压缩级的吸入口流体连通的蒸气管线。

在以上的另一个实施例中，第一制冷剂排热热交换器包括圆管板鳍片热交换器或百叶窗鳍片微通道扁平管式热交换器。

在以上任何一个的另一个实施例中，第一制冷剂中间冷却器包括圆管板鳍片热交换器或百叶窗鳍片微通道扁平管式热交换器。

在以上任何一个的另一个实施例中，第二制冷剂排热热交换器包括钎焊板式热交换器、管上管式热交换器或管中管式热交换器。

在以上任何一个的另一个实施例中，第二制冷剂中间冷却器包括钎焊板式热交换器、管上管式热交换器或管中管式热交换器。

在以上任何一个的另一个实施例中，节能器回路包括设置在排热热交换器和吸热热交换器之间的闪蒸罐节能器。

在以上任何一个的另一个实施例中，第一二次流体包括空气，并且第二二次流体包括盐水。

在以上任何一个的另一个实施例中，至少一个风扇操作性地与第一制冷剂排热热交换器和第一制冷剂中间冷却器相关联，以使空气流首先移动通过第一制冷剂排热热交换器并然后通过第一制冷剂中间冷却器。

在以上任何一个的另一个实施例中，泵与第二制冷剂排热热交换器和第二制冷剂中间冷却器操作性地关联，以使第二二次流体流首先移动通过第二制冷剂排热热交换器并然后通过第二制冷剂中间冷却器。

在另一个示例性实施例中，制冷剂蒸气压缩系统包括压缩装置，该压缩装置具有布置成串联的制冷剂流动关系的至少第一压缩级和第二压缩级。第一制冷剂排热热交换器相对于制冷剂流设置在第二压缩级的下游，以使制冷剂与第一二次流体成热交换关系通过。第二制冷剂排热热交换器相对于制冷剂流设置在第一制冷剂排热热交换器的上游，以使制冷剂与第二二次流体成热交换关系通过。第一制冷剂中间冷却器设置在第一压缩级和第二压缩级的中间，以使从第一压缩级流向第二压缩级的制冷剂与第一二次流体成热交换关系通过。节能器包括与到第二压缩级的吸入口流体连通的蒸气管线。

在另一个示例性实施例中，制冷剂蒸气压缩系统包括压缩装置，该压缩装置具有布置成串联的制冷剂流动关系的至少第一压缩级和第二压缩级。第一制冷剂排热热交换器相对于制冷剂流设置在第二压缩级的下游，以使制冷剂与第一二次流体成热交换关系通过。第二制冷剂排热热交换器相对于制冷剂流设置在第一制冷剂排热热交换器的下游，以使制冷剂与第二二次流体成热交换关系通过。第一制冷剂中间冷却器设置在第一压缩级和第二压缩级的中间，以使从第一压缩级流向第二压缩级的制冷剂与第一二次流体成热交换关系通过。第二制冷剂中间冷却器相对于制冷剂流设置在第一制冷剂中间冷却器的下游，以使从第一压缩级流向第二压缩级的制冷剂与第二二次流体成热交换关系通过。节能器包括与到第二压缩级的吸入口流体连通的蒸气管线。

附图说明

图1是配备有运输制冷系统的冷藏集装箱的透视图。

图2示出了第一示例制冷剂蒸气压缩系统。

图3示出了第二示例制冷剂蒸气压缩系统。

图4示出了第三示例制冷剂蒸气压缩系统。

图5示出了第四示例制冷剂蒸气压缩系统。

图6示出了第五示例制冷剂蒸气压缩系统。

具体实施方式

图1示出了具有温度控制的货物空间12的示例冷藏集装箱10，其气氛通过与货物空间12相关联的制冷单元14的操作而制冷。在所描述的冷藏集装箱10的实例中，制冷单元14安装在冷藏集装箱10的壁中，在常规实践中通常在前壁18中。然而，制冷单元14可安装在冷藏集装箱10的顶板、底板或其它壁中。另外，冷藏集装箱10具有至少一个进入门16，通过该进入门，诸如例如新鲜或冷冻食品之类的易腐烂物品可装载到冷藏集装箱10的货物空间12中以及从冷藏集装箱的货物空间中取出。

图2-6示意性地示出了适用于使用在制冷单元14中的各种示例制冷剂蒸气压缩系统20-1至20-5，用于对从温度受控的货物空间12抽出并供应回其的空气进行制冷。制冷剂蒸气压缩系统20-1至20-5以空气冷却模式或水/盐水冷却模式操作，如下文进一步论述。尽管本文将结合通常用于通过船舶、通过铁路、通过陆路或联运运输易腐货物的类型的冷藏集装箱10来描述制冷剂蒸气压缩系统20-1至20-5，但将理解，制冷剂蒸气压缩系统20-1至20-5还可用在用于对卡车、拖车等的货物空间进行制冷以运输易腐烂货物的制冷单元中。制冷剂蒸气压缩系统20-1至20-5还适用于使用在调节空气方面，以供应到住宅、办公楼、医院、学校、饭店或其它设施内的气候受控的舒适区。制冷剂蒸气压缩系统20-1至20-5也可被采用于制冷供应到展示箱、售卖机、冷冻柜、冷室或在商业场所的其它易腐和冷冻产品储存区域的空气。

图2示出了示例蒸气压缩系统20-1。制冷剂蒸气压缩系统20-1包括具有第一压缩级22A的压缩装置，该第一压缩级具有通过制冷剂管线32流体地联接到空气冷却式制冷剂中间冷却器24上的入口的出口排出端口。第一压缩级22A将制冷剂蒸气从低压压缩到中压。空气冷却式制冷剂中间冷却器24的出口通过制冷剂管线34流体地联接压缩装置的第二压缩级22B上的吸入端口。制冷剂管线34还与位于空气冷却式制冷剂中间冷却器24下游和第二压缩级22B上游的第二中间冷却器70流体连通。第二压缩级22B将流体从中间压力压缩到较高压力。第一压缩级22A和第二压缩级22B为涡旋压缩机、螺杆压缩机、往复式压缩机、旋转压缩机或任何其它类型的压缩机或任何这种压缩机的组合。

第二压缩级22B上的排出端口通过制冷剂管线36流体地联接到制冷剂排热热交换器26(在本文中也称为气体冷却器)上的制冷剂入口。制冷剂管线36还与第二制冷剂排热热交换器60流体连通，该第二制冷剂排热热交换器流体地位于第二压缩级22B的下游并且位于空气冷却式制冷剂排热热交换器26的上游。在空冷模式期间，风扇44位于制冷剂排热热交换器26和空气冷却式制冷剂中间冷却器24附近，以使二次流体(空气)越过制冷剂排热热交换器26和空气冷却式制冷剂中间冷却器24。空气冷却式制冷剂中间冷却器24可包括例如圆管板鳍片热交换器或百叶窗鳍片微通道扁平管热交换器。

制冷剂排热热交换器26上的出口通过制冷剂管线38流体地联接至制冷剂吸热热交换器28，在本文中也称为蒸发器。制冷剂管线38还包括操作性地与蒸发器28相关联的主膨胀装置30，如电子膨胀阀或恒温膨胀阀。

制冷剂排热热交换器26可包括鳍片管热交换器，从第二压缩级22B排出的热高压制冷剂(即最终压缩装料)通过该鳍片管热交换器与二次流体成热交换关系通过，二次流体最常见的是由(一个或多个)风扇44抽吸通过制冷剂排热热交换器26的环境空气。制冷剂排热热交换器26可包括例如圆管板鳍片热交换器或百叶窗鳍片微通道扁平管热交换器。

蒸发器28还可包括鳍片管盘管热交换器，如鳍片和圆管热交换器盘管或鳍片和扁平微通道管热交换器。无论制冷剂蒸气压缩系统是以跨临界循环还是亚临界循环操作，蒸发器28都用作制冷剂蒸发器。在进入蒸发器28之前，通过制冷剂管线38的制冷剂横穿主膨胀装置30，例如，如电子膨胀阀或恒温膨胀阀，并膨胀至较低的压力和较低的温度以进入蒸发器28。当两相制冷剂横穿蒸发器28时，制冷剂与加热流体成热交换关系通过，从而使制冷剂蒸发。离开蒸发器28的低压蒸气制冷剂通过制冷剂管线42到达第一压缩级22A上的吸入口。加热流体可为由相关联的(一个或多个)风扇46从气候受控环境中抽出的空气，气候受控环境例如是与运输制冷单元相关联的易腐烂/冷冻的货物存储区，或是商业场所的食品展示或存储区域，或与空气调节系统相关联的建筑物舒适区，空气将被冷却并一般上还进行除湿，并然后返回到气候受控环境。

制冷剂蒸气压缩系统20-1还包括与主制冷剂回路相关联的节能器回路50。节能器回路50包括闪蒸罐节能器52、节能器回路膨胀装置54和通过制冷剂管线34与压缩过程的中间压力级制冷剂流动连通的蒸气注入管线40。节能器回路膨胀装置54例如可为电子膨胀阀、恒温膨胀阀或可调孔口膨胀装置。

如图2中所示，闪蒸罐节能器52设置在制冷剂排热热交换器26和主膨胀装置30之间的制冷剂管线38中。节能器回路膨胀装置54设置在闪蒸罐节能器52上游的制冷剂管线38中。闪蒸罐节能器52限定了室56，已经穿过节能器回路膨胀装置54的膨胀的制冷剂进入到该室中，并分成液体制冷剂部分和蒸气制冷剂部分。

液体制冷剂收集在室56的下部中并由主膨胀装置30通过制冷剂管线38的下游支路从其计量，以流向蒸发器28。蒸气制冷剂收集在室62的上部在液体制冷剂上方，并且从那里通过蒸气注入管线40，以将制冷剂蒸气注入到压缩过程的中间级。在所示的实施例中，蒸气注入管线40在空气冷却式中间冷却器24的下游和第二压缩级22B的入口的上游与制冷剂管线34连通。止回阀(未示出)可设置在蒸气注入管线40中在其与制冷剂管线34的连接的上游，以防止通过蒸气注入管线40的回流。应当理解，当止回阀完全关闭时，系统以非经济模式工作。

在以盐水冷却模式操作期间，制冷剂蒸气压缩系统20-1利用第二制冷剂排热热交换器60和第二中间冷却器70分别代替制冷剂排热热交换器26和空气冷却式制冷剂中间冷却器24。在以盐水冷却模式操作期间，风扇44不操作，使得在制冷剂排热热交换器26和空气冷却式制冷剂中间冷却器24中几乎不发生热传递。应当理解，在盐水冷却模式下，其它液体(例如如具有乙二醇或乙二醇/水混合物的盐水)也可代替水被用作二次流体。

在所示的实例中，第二制冷排热热交换器60包括制冷剂与液体热交换器，该制冷剂与液体热交换器具有以热传递关系布置的二次液体通路62和制冷剂通路64。制冷剂通路64设置在制冷剂管线36中并且形成主制冷剂回路的一部分。二次液体通路62设置在冷却液体管线82中，并且形成液体冷却回路的一部分。根据期望，第二制冷剂排热热交换器60的第二流体通路62和制冷剂通路64可以并行流热交换关系或逆流热交换关系布置。第二制冷剂排热热交换器60可为钎焊板式热交换器、管中管式热交换器或管上管式热交换器。

第二中间冷却器70包括制冷剂与液体热交换器，其具有以热传递关系布置的二次流体通路72和制冷剂通路74。制冷剂通路74设置在制冷剂管线34中，该制冷剂管线使第二压缩级22B与空气冷却式制冷剂中间冷却器24制冷剂流动连通地互连，并且形成主制冷剂回路的一部分。第二中间冷却器70也位于来自蒸气注入管线40的制冷剂流的下游。

在操作中，制冷剂与二次流体(例如水)成热交换的关系通过第二中间冷却器70的制冷剂通路74，通过二次液体通路72，由此在第一压缩级22A和第二压缩级22B的级间冷却制冷剂。第二中间冷却器70的二次流体通路72和制冷剂通路74以逆流热交换关系布置。第二中间冷却器70包括管中管热交换器或管上管热交换器。该构造的一个特征是改进了制冷单元14中的包装。

如图2所示，第二中间冷却器70相对于第二冷却液管线82设置在第二制冷剂排热热交换器60的下游。冷却水或其它二次冷却液体由相关联的泵80泵送通过二次冷却液管线82，以与流过第二制冷剂排热热交换器60的制冷剂通路64的制冷剂成热交换关系地首先流过二次流体通路62，并然后与流过第二中间冷却器70的制冷剂通路74的制冷剂成热交换关系地流过二次流体通路72。在这种布置中，第二排热热交换器60和第二制冷剂中间冷却器70中的制冷剂可用单回路盐水流体流而不是双回路盐水流体流来冷却。

图3示出了制冷剂蒸气压缩系统20-2，除了在下面描述或在附图中示出的地方以外，其类似于制冷剂蒸气压缩系统20-1。在系统20-2中，第二中间冷却器70位于空气冷却式制冷剂中间冷却器24的上游并且与制冷剂管线32相关联，使得在制冷剂到达空气冷却式制冷剂中间冷却器24之前，热量从制冷剂通路74中的制冷剂传递到二次流体通路72。

图4示出了制冷剂蒸气压缩系统20-3，除了在下面描述或在附图中示出的地方以外，其类似于制冷剂蒸气压缩系统20-1。在系统20-3中，第二中间冷却器70位于空气冷却式制冷剂中间冷却器24的上游并且与制冷剂管线32相关联，使得在制冷剂到达空气冷却式制冷剂中间冷却器24之前，热量从制冷剂通路74中的制冷剂传递到二次流体通路72。另外，第二中间冷却器70在该构造中不是管上管或管中管的热交换。

图5示出了制冷剂蒸气压缩系统20-4，除了在下面描述或在附图中示出的地方以外，其类似于制冷剂蒸气压缩系统20-3。尤其地，系统20-4不包括第二中间冷却器70。

图6示出了制冷剂蒸气压缩系统20-5，除了在下面描述或在附图中示出的地方以外，其类似于制冷剂蒸气压缩系统20-3。在系统20-5中，第二制冷剂排热热交换器60在制冷剂管线36中流体地位于制冷剂排热热交换器26的下游，并且第二中间冷却器70在制冷剂管线34中位于空气冷却式制冷剂中间冷却器24的下游。

尽管将不同的非限制性实施例示出为具有具体构件，但是本公开的实施例不限于那些特定的组合。可能将来自非限制性实施例中的任何实施例的构件或特征与来自其它非限制性实施例中的任何实施例的特征或构件组合使用。

应该理解的是，在所有这几张附图上，相同的参考标记表示相应或相似的元件。还应该理解，尽管在这些示例性实施例中公开并示出了特定的构件布置，但是其它布置也可受益于本公开的教导。

前述描述应解释为说明性的，而不是任何限制的意思。本领域普通技术人员将理解，某些改型可落入本公开的范围内。出于这些原因，应研究以下权利要求以确定本公开的真实范围和内容。