热交换器布置及其控制方法与流程

本发明涉及热交换器布置、控制热交换器布置的方法、包括热交换器布置的制冷系统、包括制冷系统的存储单元和包括存储单元的航海船舶。

背景技术：

1、许多类型的货物可存储在可运输存储单元，也称为运输单元中，以用于在集装箱船上运输货物。此种存储单元可包括用于控制存储单元中的气氛的气氛控制系统。这可用于促进诸如水果、蔬菜、或者新鲜或冷冻的肉或鱼的易腐物品，或诸如药剂的其他物品在运输单元中的存储和运输。气氛控制系统可包括用于控制存储单元中的气氛的温度的制冷系统。运输单元包括冷藏集装箱和/或冷藏卡车或拖车，所述冷藏集装箱可以是被设计用于在集装箱船上装运的teu或2-teu集装箱。

技术实现思路

1、本发明的目的是提高此类制冷系统的效率和/或减小其大小，并且特别是提高用于制冷系统(诸如用于运输单元的制冷系统)的热交换器的效率和/或减小其大小。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种用于制冷系统的热交换器布置，所述热交换器布置包括：热交换器，所述热交换器包括第一流动路径、第二流动路径和热交换界面，所述热交换界面被配置来在使用时在所述第一流动路径中的第一流体与所述第二流动路径中的第二流体之间传递热量；以及入口布置，所述入口布置包括用于从源接收所述第一流体的第一流体入口、通向所述第一流动路径的第一开口和通向所述第一流动路径的第二开口，其中所述入口布置可操作以控制所述第一流体从所述第一流体入口到所述第一开口和所述第二开口的流动。

3、应当理解，所述第一流动路径和所述第二流动路径中的每一者都包括流体可流过其的相应可标识体积。换句话讲，所述第一开口和所述第二开口各自通向所述第一流动路径，即，通向流体可流过其的同一可标识流体体积。提供可操作以控制所述第一流体从所述第一流体入口到所述第一开口和第所述二开口的流动的入口布置可改进所述热交换器中和/或所述热交换器中的热交换界面上的所述第一流体的质量和/或分布。这可提高所述热交换器的效率，和/或允许较小的热交换器实现给定的热交换能力。

4、可选地，所述入口布置包括选择阀和/或方向控制阀。所述选择阀和/或所述方向控制阀可能够操作以将所述第一流体从所述第一流体入口引导到所述第一开口或所述第二开口。在使用时，所述选择阀和/或所述方向控制阀可流体耦接在膨胀阀的下游，以用于降低穿过所述膨胀阀的所述第一流体的压力。通过使用选择阀和/或方向控制阀来控制所述第一流体到所述第一开口和所述第二开口的流动可减少所述入口布置中的移动零件的数量，这可降低所述热交换器布置的复杂性和/或成本。

5、可选地，所述第一流体包括所述制冷系统的第一制冷剂。可选地，所述第二流体包括所述制冷系统的第二制冷剂。替代地，所述第二流体是除制冷剂之外的流体，诸如冷却水。当所述第一流体是第一制冷剂(特别是处于蒸汽相)时可能特别有利，因为这可改进所述热交换器中的液体制冷剂的分布，和/或减少所述热交换器中的液相和气相制冷剂的分层。当更大面积的所述热交换界面与液相制冷剂接触时，可实现改进的热交换特性。

6、可选地，所述热交换器布置包括出口布置，所述出口布置包括第一流体出口，所述第一流体出口流体耦接到所述第一流动路径，并且在使用时所述第一流体可通过所述第一流体出口从所述热交换器流出。可选地，所述出口布置包括通向所述第一流动路径的第一出口开口和通向所述第一流动路径的第二出口开口。可选地，所述第一出口开口和所述第二出口开口流体耦接到所述第一流体出口，使得在使用时所述第一流体可从所述第一出口开口和所述第二出口开口流动到所述第一流体出口。提供通向所述第一流动路径的多个出口开口可在使用时当所述第一流体离开所述热交换器时改进所述热交换器中的压力分布，这可提高所述热交换器的效率。

7、可选地，所述热交换器布置包括第二流体入口和第二流体出口，其中所述第一流动路径流体耦接在所述第一流体入口和所述第一流体出口之间，并且所述第二流动路径流体耦接在所述第二流体入口和所述第二流体出口之间。

8、所述第一流动路径和所述第二流动路径中的一者或两者可包括多个流体流动通道。可选地，所述第一开口和所述第二开口均通向所述多个流体流动通道中的每一个。可选地，所述热交换器是板式热交换器。所述热交换器可包括呈层状布置的一系列板。可选地，所述一系列板被布置成使得所述系列中的每对相邻板交替地限定所述第一流动路径的流体流通道和所述第二流动路径的流体流通道。以此方式，每个板可形成所述热交换界面的至少一部分。可选地，所述热交换器包括多达20个板、多达40个板、多达60个板、多达80个板或多于80个板。

9、可选地，所述热交换器包括：第一端板，所述第一端板限定所述一系列板中的第一板；以及第二端板，所述第二端板限定所述一系列板中的最后一个板。可选地，所述第一开口靠近所述第一端板通向所述第一流动路径，并且所述第二开口靠近所述第二端板通向所述第一流动路径。以此方式，所述入口布置可能够操作以控制所述热交换器的所述第一流体从所述第一流体入口供应到其中的一侧。通过控制所述第一流体到所述热交换器的任一侧的流动，可改进所述第一流体在所述热交换器中的所述热交换界面上的分布，并且因此提高所述热交换器的效率。替代地，所述第一开口和所述第二开口各自靠近同一端板的相反横向或纵向边缘通向所述第一流动路径。

10、可选地，所述第一出口开口靠近所述第一端板和所述第二端板中的一者通向所述第一流动路径，并且所述第二出口开口靠近所述第一端板和所述第二端板中的另一者通向所述第一流动路径。替代地，所述第一出口开口和所述第二出口开口各自靠近同一端板的相反横向或纵向边缘通向所述第一流动路径。通过允许所述第一流体从相反端板或者从同一端板的相反的横向或纵向边缘离开所述热交换器，可改进所述热交换器中的压力分布，这进而可提高所述热交换器的寿命和/或效率。

11、可选地，所述入口布置包括能够操作以选择性地将所述第一流体入口流体耦接到所述第一开口的第一阀，以及能够操作以选择性地将所述第一流体入口流体耦接到所述第二开口的第二阀。

12、提供单独的第一阀和第二阀可允许以更直接和/或更准确的方式控制所述第一流体从所述第一流体入口到所述第一开口和所述第二开口的流动。例如，可单独地控制所述第一流体从第一流体入口供应到所述第一开口和所述第二开口中的一者的流动速率和/或时间量，而不影响第一流体到所述第一开口和所述第二开口中的另一者的供应。这可允许实现更复杂的流动状态，这进而可提高所述热交换器的效率。

13、可选地，所述第一阀和所述第二阀是开/关阀，诸如电磁阀。可选地，所述第一阀和所述第二阀是可变流量控制阀，其可操作以控制所述第一流体穿过其的流动速率，诸如比例电磁阀或伺服阀。可选地，在使用时，所述第一阀和所述第二阀流体耦接在膨胀阀的下游，以用于降低穿过所述膨胀阀的所述第一流体的压力。

14、可选地，所述入口布置包括膨胀阀。

15、所述膨胀阀可用于在使用时降低流动穿过其的所述第一流体的压力和/或质量流动速率。所述膨胀阀可以是电子控制的膨胀阀(诸如电磁阀)，其可操作以选择性地将所述第一流体入口与所述第一开口和/或所述第二开口流体耦接和隔离。通过使用电子控制的膨胀阀，可实现对穿过所述膨胀阀的制冷剂的更好水平的流动控制。

16、可选地，所述第一阀和所述第二阀(在提供的情况下)是第一膨胀阀和第二膨胀阀。以此方式，在所述第一流体是所述制冷系统的制冷剂的情况下，所述第一膨胀阀和所述第二膨胀阀可能够操作以使所述第一流体膨胀，以降低所述第一流体的温度和/或压力，以便致使所述第一流体中的一些改变相。以此方式，所述第一阀和所述第二阀可起到双重作用，即蒸发穿过其的制冷剂并且控制何时以及有多少制冷剂通过相应的所述第一开口和所述第二开口传送到所述热交换器。这可降低所述热交换器布置的复杂性和/或成本，和/或可提高所述热交换器布置的可靠性。

17、可选地，所述热交换器布置包括控制器，所述控制器被配置来引起所述入口布置控制所述第一流体从所述第一流体入口到所述第一开口和所述第二开口的流动的操作。

18、所述控制器可有利地允许所述入口布置的自动操作，以便实现所述热交换器的期望热交换能力。可选地，在所述入口布置包括所述第一阀和所述第二阀的情况下，所述控制器被配置来引起所述第一阀和所述第二阀控制所述第一流体从所述第一流体入口到所述第一开口和所述第二开口的流动的操作。

19、所述控制器可以是本地控制器，诸如安装有所述热交换器的系统的控制器，或者所述控制器可以是远程控制器。所述控制器可通信地耦接到所述入口布置，以便耦接到所述第一阀和所述第二阀(在提供的情况下)。这可通过有线或无线通信链路来实现。

20、可选地，所述控制器被配置来引起所述入口布置交替地以第一模式和第二模式的操作，其中，在所述第一模式下，致使所述第一流体从所述第一流体入口流动到所述第一开口，并且在所述第二模式下，致使所述第一流体从所述第一流体入口流动到所述第二开口。

21、这可通过所述控制器致使所述第一阀和所述第二阀(在提供的情况下)交替地打开和闭合来实现。通过在所述第一模式与所述第二模式之间交替地切换，可将所述第一流体交替地供应到所述热交换器中的不同位置，诸如当所述热交换器为板式热交换器时，供应到所述热交换器的相反侧，如上所述。这可改进所述第一流体在所述热交换器中的所述热交换界面上的分布，

22、可选地，所述控制器被配置来在于所述第一模式与所述第二模式之间切换时的周期内引起所述入口布置的操作，使得所述第一流体从所述第一流体入口同时供应到所述第一开口和所述第二开口。

23、在所述热交换器布置包括所述第一阀和所述第二阀的情况下，这可通过所述控制器致使所述第二阀在所述第一阀闭合之前打开来实现，和/或通过所述控制器致使所述第一阀在所述第二阀闭合之前打开来实现。可选地，在所述第一阀和所述第二阀是可变流量控制阀的情况下，所述控制器可致使所述第二阀随着所述第一阀(在提供的情况下)逐渐闭合而逐渐打开，和/或所述控制器可致使所述第一阀随着所述第二阀逐渐闭合而逐渐打开。这可确保所述第一流体始终如一地被供应到所述第一流动路径，以避免出现很少或没有所述第一流体被供应到第一流动路径的时间段。这可提高所述热交换器布置的效率，和/或可允许从所述热交换器实现更高的热交换能力。

24、替代地，所述控制器可被配置来致使所述入口布置在以所述第一模式操作之后立即以所述第二模式操作，和/或在以所述第二模式操作之后立即以所述第一模式操作。以此方式，可能不同时存在从所述第一流体入口到所述第一开口和所述第二开口两者的流动，诸如，在所述第一模式与所述第二模式之间切换的情况。替代地，所述控制器可被配置来在于所述第一模式与所述第二模式之间切换时的周期内引起所述入口布置防止所述第一流体从所述第一流体入口到所述第一开口和所述第二开口的流动的操作。这可能导致防止所述第一流体流动到所述热交换器中的时间段。这可以是使用所述热交换器来实现期望的热交换能力，诸如如果所述第一流体被不断地供应到所述热交换器，所述热交换能力太高的情况。

25、可选地，所述控制器被配置来引起所述入口布置在重复的第一循环中的操作，使得在限定所述第一循环的开始的第一接通周期期间，致使所述第一流体从所述第一流体入口流动到所述第一开口，并且在限定所述第一循环的剩余部分的第一关断周期期间，防止所述第一流体从所述第一流体入口流动到所述第一开口。这可通过所述控制器致使所述第一阀(在提供的情况下)在所述第一接通周期期间打开，并且在所述第一关断周期期间闭合来实现。所述控制器可被配置来引起所述入口布置在所述第一接通周期的至少一部分内以所述第一模式的操作。

26、可选地，所述控制器被配置来引起所述入口布置在重复的第二循环中的操作，使得在限定所述第二循环的开始的第二接通周期期间，致使所述第一流体从所述第一流体入口流动到所述第二开口，并且在限定所述第二循环的剩余部分的第二关断周期期间，防止所述第一流体从所述第一流体入口流动到所述第二开口。这可通过所述控制器致使所述第二阀(在提供的情况下)在所述第二接通周期期间打开，并且在所述第二关断周期期间闭合来实现。所述控制器可被配置来引起所述入口布置在所述第二接通周期的至少一部分内以所述第二模式的操作。

27、可选地，所述第一循环具有第一循环周期，所述第一循环周期为所述第一接通周期与所述第一关断周期之和。可选地，所述第二循环具有第二循环周期，所述第二循环周期为所述第二接通周期与所述第二关断周期之和。可选地，所述第一循环周期与所述第二循环周期相等。换句话讲，所述第一循环周期和所述第二循环周期可具有共同循环周期。所述共同循环周期可以是长达3秒、长达6秒、或超过6秒。

28、可选地，所述控制器被配置来引起所述入口布置的操作，使得所述第一循环的所述开始与所述第二循环的所述开始之间的延迟高达所述第一循环周期的一半或超过所述第一循环周期的一半，和/或使得所述第二循环的开始与所述第一循环的开始之间的延迟高达所述第二循环周期的一半或超过所述第二循环周期的一半。换句话讲，所述控制器可被配置来引起所述入口布置的操作，使得所述第二循环在所述第一循环周期的一半时开始，并且/或者使得所述第一循环在所述第二循环周期的一半时开始。以此方式，在所述第一循环周期和所述第二循环周期具有共同循环周期的情况下，所述第一循环和所述第二循环可同步以便在时间上偏移所述共同循环周期的一半。这可提供所述第一流体到所述第一开口和所述第二开口(诸如到如上所述的所述热交换器的任一侧)的更规则且均匀的供应。这进而可在使用时改进所述第一流体在所述热交换器中的分布和/或减少所述第一流体在所述热交换器中的分层。

29、所述第一接通周期可长于、等于、或短于所述第一关断周期。所述第一接通周期可占所述第一循环周期的高达20％、高达50％、高达70％或高达100％。换句话讲，所述第一循环周期可完全由所述第一接通周期组成，并且可不存在其中防止所述第一流体从所述第一流体入口流动到所述第一开口的第一关断周期。所述第二接通周期可长于、等于、或短于所述第二关断周期。所述第二接通周期可占所述第二循环周期的高达20％、高达50％、高达70％或高达100％。换句话讲，所述第二循环周期可完全由所述第二接通周期组成，并且可不存在其中防止所述第一流体从所述第一流体入口流动到所述第二开口的第二关断周期。

30、应当理解，在所述第一接通周期长于所述第一关断周期的情况下，和/或在所述第二接通周期长于所述第二关断周期的情况下，所述第一接通周期和所述第二接通周期可重叠，使得在所述重叠周期期间所述第一流体从所述第一流体入口同时供应到所述第一开口和所述第二开口。这可能特别适用于所述第一循环和所述第二循环同步以便在时间上偏移所述共同循环周期的一半的情况，如上所述。这可带来上述关于在于所述第一模式与所述第二模式之间切换时所述第一流体到所述第一开口和所述第二开口的同时流动的优势。

31、替代地，在所述第一接通周期短于所述第一关断周期的情况下，并且/或者在所述第二接通周期短于所述第二关断周期的情况下，所述第一关断周期和所述第二关断周期可重叠，使得在所述重叠关断周期期间防止所述第一流体从所述第一流体入口流动到所述第一开口和所述第二开口。这可提供与上文关于在于所述第一模式与所述第二模式之间切换时防止所述第一流体到所述第一开口和所述第二开口的流动的类似优势。

32、可选地，所述控制器被配置来引起所述入口布置改变所述第一接通周期和所述第一关断周期和/或改变所述第二接通周期和所述第二关断周期的操作。这可通过维持固定的相应的第一循环周期和第二循环周期或者通过改变相应的所述第一循环周期和所述第二循环周期来实现。这可计量供应到所述热交换器的所述第一流体的总量，以控制由所述热交换器实现的热交换能力。

33、本发明的第二方面提供了一种控制用于制冷系统的热交换器布置的方法，所述热交换器布置包括：热交换器，所述热交换器包括第一流动路径、第二流动路径和热交换界面，所述热交换界面被配置来在所述第一流动路径中的第一流体与所述第二流动路径中的第二流体之间传递热量；以及入口布置，所述入口布置包括用于从源接收所述第一流体的第一流体入口、通向所述第一流动路径的第一开口和通向所述第一流动路径的第二开口。所述方法包括：控制所述第一流体从所述第一流体入口到所述第一开口和所述第二开口的流动。

34、应当理解，第一方面的热交换器布置的可选特征和/或优势中的任一者可类似地应用于第二方面的热交换器布置。还应当理解，第二方面的方法可包括：由第一方面的热交换器布置的控制器执行的任何动作(在提供的情况下)，和/或可受益于归因于其的任何优势。

35、例如，可选地，所述方法包括：引起所述入口布置交替地以第一模式和第二模式的操作，其中，在所述第一模式下，致使所述第一流体从所述第一流体入口流动到所述第一开口，并且在所述第二模式下，致使所述第一流体从所述第一流体入口流动到所述第二开口。

36、可选地，所述方法包括：在于所述第一模式与所述第二模式之间切换时的周期内引起所述入口布置的操作，使得所述第一流体从所述第一流体入口同时供应到所述第一开口和所述第二开口。在所述热交换器布置包括所述第一阀和所述第二阀的情况下，这可通过包括致使所述第二阀在所述第一阀闭合之前打开的方法来实现，和/或通过所述控制器致使所述第一阀在所述第二阀闭合之前打开来实现。

37、替代地，所述方法可包括：在于所述第一模式与所述第二模式之间切换时的周期内防止所述第一流体从所述第一流体入口到所述第一开口和所述第二开口的流动。替代地，所述方法可包括：致使所述入口布置在以所述第一模式操作之后立即以所述第二模式操作，和/或在以所述第一第二模式操作之后立即以所述第一模式操作。

38、可选地，所述方法包括：引起所述入口布置在重复的第一循环中的操作，使得在限定所述第一循环的开始的第一接通周期期间，致使所述第一流体从所述第一流体入口流动到所述第一开口，并且在限定所述第一循环的剩余部分的第一关断周期期间，防止所述第一流体从所述第一流体入口流动到所述第一开口。可选地，所述方法包括：引起所述入口布置在重复的第二循环中的操作，使得在限定所述第二循环的开始的第二接通周期期间，致使所述第一流体从所述第一流体入口流动到所述第二开口，并且在限定所述第二循环的剩余部分的第二关断周期期间，防止所述第一流体从所述第一流体入口流动到所述第二开口。可选地，所述第一循环具有第一循环周期，所述第一循环周期为所述第一接通周期与所述第一关断周期之和，并且所述第二循环具有第二循环周期，所述第二循环周期为所述第二接通周期与所述第二关断周期之和

39、可选地，所述方法包括：引起所述入口布置的操作，使得所述第二循环在所述第一循环周期的一半时开始，并且使得所述第一循环在所述第二循环周期的一半时开始。可选的，所述第一循环周期与所述第二循环周期相同。换句话讲，所述第一循环周期和所述第二循环周期可具有共同循环周期。所述第一接通周期可长于、等于、或短于所述第一关断周期。所述第二接通周期可长于、等于、或短于所述第二关断周期。

40、应当理解，在所述第一接通周期长于所述第一关断周期的情况下，和/或在所述第二接通周期长于所述第二关断周期的情况下，所述第一接通周期和所述第二接通周期可重叠，使得在所述重叠周期期间所述第一流体从所述第一流体入口同时供应到所述第一开口和所述第二开口。也就是说，所述方法可包括：致使所述第一流体在所述重叠接通周期期间从所述第一流体入口流动到所述第一开口和所述第二开口。

41、替代地，在所述第一接通周期短于所述第一关断周期的情况下，并且/或者在所述第二接通周期短于所述第二关断周期的情况下，所述第一关断周期和所述第二关断周期可重叠，使得在所述重叠关断周期期间防止所述第一流体从所述第一流体入口流动到所述第一开口和所述第二开口。也就是说，所述方法可包括：防止所述第一流体在所述重叠关断周期期间从所述第一流体入口到所述第一开口和所述第二开口的流动。

42、可选地，所述方法包括：改变所述第一接通周期和所述第一关断周期，和/或改变所述第二接通周期和所述第二关断周期。这可通过维持固定的相应的第一循环周期和第二循环周期或者还通过改变相应的所述第一循环周期和所述第二循环周期来实现。

43、本发明的第三方面提供了一种被配置来执行第二方面的方法的控制器。可选地，所述控制器是第一方面的热交换器布置的控制器。应当理解，第一方面和/或第二方面的可选特征和/或优势中的任一者可类似地应用于第三方面。

44、本发明的第四方面提供了一种存储指令的非暂时性计算机可读存储介质，所述指令在由处理器(诸如第三方面的控制器的处理器)执行时致使所述处理器执行第二方面的方法。应当理解，第一方面至第三方面的可选特征和/或优势中的任一者可类似地应用于第四方面。

45、本发明的第五方面提供了一种包括第一方面的热交换器布置的制冷系统。

46、可选地，所述制冷系统包括第三方面的控制器和/或第四方面的非暂时性计算机可读存储介质。应当理解，第一方面至第四方面的可选特征和/或优势中的任一者可类似地应用于第五方面。

47、本发明的第六方面提供了一种包括第一方面的热交换器布置或第五方面的制冷系统的运输单元。

48、可选地，所述运输单元包括第三方面的控制器和/或第四方面的非暂时性计算机可读存储介质。应当理解，第一方面至第五方面的可选特征和/或优势中的任一者可类似地应用于第六方面。

49、本发明的第七方面提供了一种包括第一方面的热交换器布置、第五方面的制冷系统、或第六方面的运输单元的航海船舶。

50、可选地，所述航海船舶包括第三方面的控制器和/或第四方面的非暂时性计算机可读存储介质。应当理解，第一方面至第六方面的可选特征和/或优势中的任一者可类似地应用于第七方面。