[发明专利]制冷的改进

说明书

技术领域

本发明涉及包括低温发动机系统和制冷系统的系统。

背景技术

当今使用的大多数车辆运输制冷系统或者通过直接地借助于安装在制冷拖车上的辅助发电机的以柴油运行的内燃机提供动力，或是间接地从牵引车发动机以机械方式或借助于交流发电机以电力方式取得动力来提供动力。然后通过使用上述动力驱动标准闭环制冷系统来获得冷却。

通常，动力输出机构和制冷单元对于在运输中维持仓室温度通常所需冷却水平来说是超出规定的。这是因为以下原因：

i)制冷单元必须能够在门已被打开之后对该容室进行冷却；

ii)这样的冷仓的隔热性能每年下降3％-5％，增加了整个使用寿命所需要的冷却能力；以及

iii)APT强制要求制冷单元必须能够在30℃的环境温度下吸收通过容室壁的热传递的1.35至1.75倍的热量。

其结果是机动车辆上的制冷单元在其大量运行寿命下在低效率状态下运行。其结果是，与其它冷却设备相比，移动式制冷单元的性能系数通常很低(例如对于-20℃的冷冻仓室是大约0.5，至对于3℃的制冷仓室的1.5至1.75)。

目前，据估计英国的总温室气体排放的大约0.05％来自于用于食品运输的制冷设备。尽管这只占较小的比例但实际却是相当大的数量。因此，需要减少制冷的运输装置的排放。用于这些制冷单元的碳氢燃料的低效使用也是不利的，因此需要在这种应用中降低其消耗的方法。

已经提出了大量替代的制冷方法。这些方法包括借助于燃料电池或蓄电池电力的能量存储，但已知它们的成本、基础设施和充电时间的缺点是不能令人满意的。使用相变材料的共晶束已被用于储冷，但这增加了相当大的重量负担。利用牵引车动力单元废热的吸附和吸收方法是已知的，但是这往往体积较大并且依赖于来自牵引车动力单元的高质量的热量，这在怠速阶段可能是无法得到的。使用来自冷仓的空气作为工作流体的空气循环制冷系统无需制冷剂，但仍需动力源。

已经提出了各种不同的低温系统，借此低温流体诸如液态氮被存储在隔热容器中并用作冷源。其可被大致分类成使用冷冻剂并直接将其喷射至冷仓内的系统，如在WO 2011/126581和US 3699694中所描述的；通过热交换器间接地使用冷冻剂的系统，如在WO 2010/128233和WO 01/53764中所描述的；或者上述两者的结合。利用独立功能的制冷系统来使用冷冻剂以减少必须携带的冷冻剂的量的方式是已知的。在EP 0599612中，冷冻剂直接与浆槽中的制冷剂进行热交换。使用来自间接热交换的加热的或者排除的蒸汽以驱动空气置换风扇的潜在可能性已在WO 2007/116382和EP 0599626中被考虑。

然而，直接使用冷冻剂会导致，在低温流体的多种选择的情况下引起窒息危险。另外，现有的使用低温物质的冷却系统是低效的。因此，存在对使用低温物质的有益性能的商业上可行的、高效的、安全的并且可持续的冷却系统的需要。

本发明的目的是针对上述问题。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种系统，其包括：使用工作流体的低温发动机系统；包括热交换系统的制冷系统，其中，所述低温发动机系统和所述制冷系统通过所述热交换系统如此地彼此热偶接，以使得所述低温发动机系统中的工作流体用作从所述制冷系统中除热的热沉，并且由所述制冷系统产生的热被用于使所述低温发动机系统中的工作流体膨胀。

将低温发动机系统与制冷系统进行偶接的优点是：制冷系统可以减小尺寸并且仅用于保持单位温度，而低温流体也可被直接使用以实现诸如快速温度下降以及安静运行的优点。另外，来自制冷仓室的热量可用于在膨胀步骤之前使加热所述低温流体，并因此在很大程度上提高了所述低温发动机的效率。

该系统包括制冷仓室，其中，所述低温发动机系统也可以是用于从所述制冷仓室中除热的直接热沉。

合宜地，所述热交换系统可包括第一传热构件，所述第一传热构件与所述仓室的内部直接热接触并且流体连通以将所述工作流体输送至所述低温发动机。

在一个替代配置方式中，所述系统可包括制冷仓室，其中，所述低温发动机系统是用于从所述制冷仓室中除热的间接热沉。

在这样的替代配置方式中，所述热交换系统可包括与所述低温发动机系统中的已膨胀的工作流体直接热接触的第二传热构件和与所述仓室的内部直接热接触的第三传热构件，并且还包括与所述第二传热构件和所述第三传热构件均热接触的中间传热流体循环系统。

在一特定的配置方式中，所述制冷系统可包括蒸汽压缩循环机构。