BRPI0721710A2

BRPI0721710A2 - mÉtodo e sistema para fornecimento de energia elÉtrica para cargas elÉtricas auxiliares

Info

Publication number: BRPI0721710A2
Application number: BRPI0721710-2A
Authority: BR
Inventors: Nader S Awwad
Original assignee: Carrier Corp
Priority date: 2007-06-07
Filing date: 2007-06-07
Publication date: 2013-01-22
Also published as: EP2160667A4; EP2160667B1; US9085218B2; CN101681177A; WO2008153518A1; US20100171364A1; CN101681177B; EP2160667A1

Abstract

MÉTODO E SISTEMA PARA FORNECIMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA PARA CARGAS ELÉTRICAS AUXILIARES. Um sistema e método de energia auxiliar distribuem e controlam a energia elétrica excedente que está disponível a partir de um sistema de refrigeração de caixa de reboque. O sistema de refrigeração de caixa de reboque pode ter um gerador para a geração de corrente direta (DC), ou um alternador para gerar corrente alternada (AC). O gerador/alternador produz a energia para energizar as cargas do sistema de refrigeração e a energia gerada em excesso pode ser distribuída para as cargas auxiliares não associados com o sistema de refrigeração.

Description

MÉTODO E SISTEMA PARA FORNECIMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA PARA CARGAS

ELÉTRICAS AUXILIARES

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

A invenção se refere geralmente ao campo dos sistemas de refrigeração de transporte. Mais especificamente, a invenção se refere a métodos e sistemas que fornecem energia elétrica auxiliar, de uma unidade de refrigeração do caminhão com reboque dependendo da demanda de refrigeração.

Sistemas de refrigeração de transporte, como os utilizados em caminhões com reboque, geralmente empregam um compressor acionado por eixo acoplamento

mecanicamente ou um compressor acionado por motor elétrico. No esquema mecânico, um motor como um motor a diesel é direta ou indiretamente acoplado ao compressor de refrigeração. O motor também pode acionar os ventiladores do condensador de refrigeração, ventiladores do evaporador, e outros componentes adicionais através de acionadores mecânicos usando roldanas, correias em V e similares.

Para sistemas de refrigeração mecânicos, a energia elétrica é limitada. Normalmente,

a única energia disponível é de 12 VDC que está disponível a partir da bateria do motor do sistema de refrigeração. Esta baixa tensão pode ser utilizada para fornecer energia para a iluminação dentro de uma caixa de reboque ou para um mecanismo de plataforma elevatória.

No esquema elétrico, o motor é acoplado a um gerador ou alternador do sistema de

refrigeração que fornece energia elétrica para todas as cargas de refrigeração. As cargas de refrigeração tipicamente incluem um motor de compressor, motores de ventilador do condensador, motores do ventilador do evaporador, aquecedores de degelo elétricos, e outras cargas elétricas.

O que é pretendido é um sistema que fornece energia adicional para cargas

a uxi Iiares.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

O inventor descobriu que em sistemas de refrigeração elétricos, o gerador ou alternador produz mais energia mais que suficiente para as cargas de refrigeração e que

esta energia auxiliar pode ser utilizada para cargas auxiliares de energia fora do sistema de refrigeração.

Um aspecto da invenção fornece um método para fornecimento de energia elétrica para cargas elétricas auxiliares de um sistema de refrigeração de transporte elétrico usado para arrefecer uma caixa de reboque. Métodos de acordo com este aspecto da invenção começam com o ajuste de um patamar de temperatura interior da caixa de reboque, estabelecendo um patamar de carga elétrica auxiliar, calculando uma carga elétrica total para o sistema de refrigeração de transporte elétrico, calculando a capacidade de geração excedente entre a carga elétrica total para o sistema de refrigeração de transporte elétrico e a capacidade nominal de geração do sistema de refrigeração de transporte elétrico e fornecimento de energia auxiliar, se a temperatura da caixa de reboque for inferior ou igual ao do patamar de temperatura da caixa do reboque e a capacidade gerada em excesso calculada é maior que o patamar de carga elétrica auxiliar. Os detalhes de uma ou mais modalidades da invenção são definidos nos desenhos

de acompanhamento a descrição abaixo. Outras características, objetos e vantagens da invenção serão aparentes a partir da descrição e desenhos e, a partir das reivindicações.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

FIG. 1 é um diagrama esquemático exemplar de um sistema de energia auxiliar do sistema de refrigeração de caixa de reboque.

FIG. 2 é um método exemplar para o sistema de energia auxiliar.

DESCRIÇÃO DETALHADA

As modalidades da invenção serão descritas com referência aos dados de acompanhamento de desenho em que números iguais representam elementos iguais. Além disso, é preciso entender que a fraseologia e terminologia utilizadas aqui para fins de descrição e não devem ser consideradas como limitantes. O uso de "incluindo", "compreendendo", ou "tendo" e variações dos mesmos aqui destina-se a abranger os itens listados em seguida e equivalentes dos mesmos, bem como itens adicionais. Os termos "montado", "conectado" e "acoplado" são largamente utilizados e englobam tanto a montagem, conexão e acoplamento diretos e indiretos. Além disso, "conectado" e "acoplado" não se limitam a conexões ou acoplamentos físicos ou mecânicos.

A invenção não se limita a qualquer linguagem de software específico descrita ou implícita nas figuras. Uma variedade de linguagens de software alternativas podem ser utilizadas para a execução da invenção. A invenção distribui e controla a energia elétrica excedente disponível a partir de um

sistema de refrigeração de caixa de reboque. O sistema de refrigeração de caixa de reboque pode ter um gerador para a geração de corrente direta (DC), ou um alternador para gerar corrente alternada (AC). O gerador/alternador produz energia para alimentar o motor de compressores, motores de ventilador de condensadores, motores de ventilador do evaporador, aquecedores de degelo elétricos e outras cargas de sistema de refrigeração. O excesso de energia gerado pelo motor-gerador/alternador pode ser distribuído e utilizado para cargas auxiliares não associadas com o sistema de refrigeração.

Várias cargas não associadas com o sistema de refrigeração da caixa de reboque

podem ser alimentadas com o motor-alternador/gerador como fonte de energia. Exemplos incluem aquecedores do tanque de combustível remotos, ventiladores remotos, equipamentos de iluminação remota, dispositivos de aquecimento do piso do reboque, e outros.

Sistemas de refrigeração de caixa de reboque elétricos típicos geram três fases de

460 Vac. A tensão pode ser intensificada para baixo ou para cima usando transformadores para cargas elétricas que operam a diferentes potenciais. Sistemas de refrigeração de caixas de reboque elétricos que geram DC podem usar conversores DC-DC para descer ou subir a tensão de saída do gerador. Cargas auxiliares alimentadas pelo sistema de refrigeração podem ser selecionadas para o uso com a tensão de saída gerada, por exemplo, 460 Vac, ou podem ser usadas com um dispositivo de conversão de voltagem.

Um esquema exemplar é mostrado na FIG. 1. Um sistema de refrigeração compreende tipicamente um motor-gerador/alternador 103, um barramento de distribuição principal 105, e um barramento de refrigeração 106 para a distribuição da energia para as cargas do sistema de refrigeração, tais como o compressor 107, ventiladores do evaporador 109, ventiladores do condensador 111, e outras cargas 113. O sistema de alimentação auxiliar monitora a energia total produzida pelo motor-gerador/alternador 103 usando um conjunto de medição de energia 115, que poderá ser composto de transformadores de corrente (TCs) e transformadores de potencial (TPs) para aplicações em AC ou derivações de tensão e corrente para aplicações DC . O sinal de medição de energia 116 é acoplado a um controlador 117 que calcula a energia instantânea consumida pelo sistema de refrigeração. O controlador 117 pode ser controlado por microprocessador e tem uma entrada de patamar de temperatura 119 e uma entrada de patamar de carga auxiliar 120. O patamar de carga auxiliar 120 representa a limitação de energia do motor-gerador/alternador 103. Os controles do sistema de energia auxiliar próximo deste limite.

Um contator 121 é acoplado ao barramento principal 105 como uma torneira para fornecer energia para um barramento de carga auxiliar 123. O barramento de carga auxiliar 123 distribui a energia para cargas auxiliares 125, 127, 129, ou diretamente, ou através de um conversor de voltagem 131.

O elemento de temperatura 133 como um termopar ou RTD (detector de temperatura de resistência) é colocado dentro da caixa de reboque 134 para adquirir a temperatura interior da caixa de reboque.

Como um exemplo, um sistema de refrigeração elétrico pode empregar um motor diesel tendo uma saída de energia mecânica de 24,5 kW que é acoplada a um alternador de três fases de 460 Vac, 19 kW 103. O motor-alternador 103 fornece energia para um compressor de 460 Vac 107, que pode consumir de 5 a 10 kW, dependendo da demanda de refrigeração. O excesso de capacidade de geração é determinado por

Capacidade em excesso = capacidade nominal do motor/alternador - carga de refrigeração total (1)

Para uma desejada temperatura do interior da caixa de -4°F (-20°C) desejada com uma temperatura externa ambiente de 86 0F (30°C), o compressor 107 pode consumir 5 kW. Para uma temperatura da caixa desejada de 32°F (OcC) com uma temperatura externa ambiente de 86°F (30°C), o compressor 107 pode consumir 10 kW. A energia adicional é fornecida ao condensador 109 e ventiladores do evaporador 111, que podem consumir 2,3 kW. Disponível, a capacidade em excesso depende da carga do compressor e de (1), pode variar de 6.7kW = 19 kW - (lO kW + 2.3 kw) para 11.7 JtFF = l9kW - (5kW + 2.3 kW).

O controlador 117 controla a quantidade da energia em excesso disponível, como mostrado na FIG. 2. Um usuário define um patamar de carga auxiliar pré-definido 120 em kW (etapa 201) e um patamar da temperatura inferior da caixa do reboque desejado em °F (ou °C) 119, que pode ser o mesmo patamar de temperatura do sistema de refrigeração. Na medida em que o sistema de refrigeração funciona (etapa 203), o controlador 117 calcula a energia consumida pelo sistema de refrigeração (etapa 205). Armazenado na memória do controlador 117 está a saída nominal do motor-gerador/alternador 103. O controlador 117 calcula a capacidade em excesso disponível para as cargas auxiliares (etapa 207).

O controlador 117 monitora a temperatura dentro da caixa de reboque 133 e compara-a com a temperatura do patamar 119. Uma faixa inativa de 2,7 0F (1,5 °C) (diferencial reiniciado) é utilizada (etapa 209). A faixa inativa é a diferença entre o valor do patamar 119 e um ponto de reinicio na direção decrescente. Se a temperatura da caixa de reboque 133 for maior ou igual à temperatura do patamar 119, o sistema de refrigeração tem prioridade sobre o consumo de energia e o contator da carga auxiliar 121 é aberto (se fechado) projetando qualquer carga auxiliar. Se a temperatura da caixa de reboque for inferior ou igual a do patamar de temperatura 119 (zona inativa menor que 2,7°F (1,5°C)) (etapa 209), (1) fornece a quantidade de capacidade disponível para as cargas auxiliares (etapa 213).

Se a capacidade disponível for maior do que o patamar da carga auxiliar 120, o controlador permite que o contator auxiliar 121 se feche, fornecendo energia para as cargas auxiliares (etapa 215). Se a capacidade disponível for menor ou igual ao patamar da carga 120, o contator auxiliar 121 é aberto e as cargas auxiliares são projetadas. O controlador 117 ajusta a válvula de modulação do compressor do sistema de refrigeração 108 para descarregar o compressor e diminuir o consumo de energia de refrigeração (etapa 217). O controlador 117 modula uma válvula de modulação de sucção do compressor 108

com base em um limite de corrente (por exemplo, 26 Amps para motores de alta velocidade e 22 Amps para motores de baixa velocidade). O patamar da carga 120 pode ser ajustado para urn valor inferior, a fim de permitir uma maior ou contínua energia auxiliar disponível. Quando a temperatura 133 da caixa de reboque 134 estiver abaixo do patamar 119, se a unidade estiver em um modo início/parada, o motor 103 será desligado para economizar combustível. Com a invenção, se a temperatura 133 da caixa de reboque 134 for inferior ao patamar 119, a unidade irá abandonar as suas cargas de refrigeração (compressor 107 ventiladores do evaporador) e o gerador/motor continuará a ser executado para fornecer energia para as cargas auxiliares. O outro modo operacional que é de funcionamento contínuo no qual a unidade não vai desligar, mas terá um ciclo de frio para quente, se a temperatura estiver abaixo do patamar.

Uma ou mais modalidades da presente invenção foram descritos. No entanto, será entendido que várias modificações podem ser feitas sem se afastar do espírito e escopo da invenção. Assim, outras modalidades estão dentro do escopo das reivindicações a seguir.

Claims

1. Método para fornecimento de energia elétrica para cargas elétricas auxiliares de um sistema de refrigeração de transporte elétrico usado para arrefecer uma caixa de reboque, caracterizado pelo fato de compreender: definição de um patamar de temperatura interior da caixa de reboque; definição de um patamar da carga elétrica auxiliar; cálculo de uma carga elétrica total para o sistema de refrigeração de transporte elétrico; cálculo da capacidade de produção excedente entre a carga elétrica total para o sistema de refrigeração de transporte elétrico e uma capacidade de geração nominal do sistema de refrigeração de transporte elétrico, e fornecimento de energia auxiliar, se a temperatura da caixa de reboque for inferior ou igual a do patamar de temperatura da caixa de reboque e a capacidade gerada em excesso calculada for maior que o patamar da carga elétrica auxiliar.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda incluir o ajuste de uma válvula de modulação de sucção do compressor para reduzir a carga total do sistema de refrigeração se a temperatura da caixa do reboque for inferior ou igual a do patamar de temperatura da caixa do reboque e se o excesso de capacidade calculado gerado for menor ou igual ao patamar da carga auxiliar elétrica.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de ainda incluir o uso de um conversor de voltagem entre uma carga auxiliar e a energia elétrica auxiliar do sistema de refrigeração de transporte, se a carga auxiliar exigir um nível de tensão diferente.

4. Sistema para fornecimento de energia elétrica para cargas elétricas auxiliares de um sistema de refrigeração de transporte elétrico usado para arrefecer uma caixa de reboque, caracterizado pelo fato de compreender: meios para o ajuste do patamar de temperatura da caixa de reboque; meios para o ajuste de um patamar da carga elétrica auxiliar; meios para calcular uma carga elétrica total para o sistema de refrigeração de transporte elétrico; meios para calcular a capacidade de produção excedente entre a carga elétrica total para o sistema de refrigeração de transporte elétrico e uma capacidade de geração nominal do sistema de refrigeração de transporte elétrico, e meios para fornecer energia auxiliar, se a temperatura da caixa de reboque for inferior ou igual a do patamar de temperatura da caixa de reboque e a capacidade gerada em excesso calculada for maior que o patamar da carga elétrica auxiliar.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de ainda incluir meios para o ajuste de uma válvula de modulação de sucção do compressor para reduzir a carga total do sistema de refrigeração se a temperatura da caixa do reboque for inferior ou igual a do patamar de temperatura da caixa do reboque e se o excesso de capacidade calculado gerado for menor ou igual ao patamar da carga auxiliar elétrica.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de ainda incluir o acoplamento de um conversor de voltagem entre uma carga auxiliar e a energia elétrica auxiliar do sistema de refrigeração de transporte, se a carga auxiliar exigir um nível de tensão diferente.