CN101416004A - 运输制冷单元 - Google Patents

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CN101416004A CNA2007800122581A CN200780012258A CN101416004A CN 101416004 A CN101416004 A CN 101416004A CN A2007800122581 A CNA2007800122581 A CN A2007800122581A CN 200780012258 A CN200780012258 A CN 200780012258A CN 101416004 A CN101416004 A CN 101416004A
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Abstract

一种与产品运输容器有关的制冷单元，其设置有双路径并联流动膨胀回路。所述膨胀回路包括布置在主制冷剂流动路径中的主膨胀设备和布置在次制冷剂流动路径中的辅助膨胀设备。在制冷单元以稳定温度保持模式操作期间，制冷剂流动仅通过主制冷剂流动路径供应给蒸发器盘管。在制冷单元以温度降低模式操作期间，为了增加通过蒸发器盘管的制冷剂质量流量，制冷剂流动通过膨胀回路的主制冷剂流动路径和次制冷剂流动路径供应给蒸发器盘管。

Description

运输制冷单元
相关申请的交叉引起
[0001]本申请参考并要求于2006年3月30日提交的题为“TRANSPORT REFRIGERATION UNIT”的美国临时申请No.60/787,244的优先权，上述申请的全部内容通过参考并入本文。
技术领域
[0002]本发明总体上涉及运输制冷单元，更具体地涉及利于在装载到设置有制冷单元的运输容器中时降低产品的温度。
背景技术
[0003]冷藏货物容器需要制冷单元，以在容器的内部容积内保持希望的温度环境。制冷单元必须具有足够的制冷容量，以将存储在容器内的产品跨过大范围的户外大气温度和载荷条件保持在希望的温度。冷藏货物容器用于运输各种产品，例如从新采摘的产品到深度冷冻水产品。产品从现场(如新采摘的水果和蔬菜)或从仓库直接装载到容器单元中。
[0004]与冷却冷藏货物容器结合使用的常规运输制冷单元包括经由合适的制冷剂管线以闭合制冷剂流动回路连接的制冷剂压缩机、冷凝器盘管、恒温膨胀阀(TXV)、和蒸发器盘管。制冷单元通常容纳在可安装到容器的外壳中，从而容器内部容积内的空气或气体/空气混合物或其它气体可以借助于与蒸发器盘管有关的蒸发器风扇循环跨过蒸发器盘管。如果希望，制冷单元也配备有集成到制冷剂回路中的节约器。
[0005]通常，从仓库装载到容器内的产品在仓库制冷用具内已经冷却至希望的产品存储温度。因而，冷冻产品传送到容器中，而不增加制冷单元上的制冷载荷。在常规实践中，制冷单元通常设计有定尺寸为提供处于如前所述的深度冷冻产品(在装载到容器中时已经预冷却至用于运输的希望的产品存储温度)所希望的低箱温度的稳定温度的制冷容量。位于蒸发器盘管入口处的制冷剂回路中的TXV是机械设备，使用膨胀球形物测量离开蒸发器的制冷剂温度以计量进入蒸发器的制冷剂，从而调节和控制通过制冷剂回路的制冷剂流量。TXV定尺寸为在深度冷冻条件时是最大可能的而又最稳定的阀。
[0006]然而，当没有预冷却的产品(例如，直接来自现场的新鲜水果和蔬菜)“热”装载到容器中时，即，以高于希望的产品存储温度的温度，例如直接来自现场的大气户外温度，显著的制冷载荷施加在运输制冷单元上，从而将产品温度从大气户外温度降低至希望的产品存储温度。当产品以高于希望的产品存储温度(通常称为设定点温度)的温度装载到容器中时，如上所述定尺寸用于稳定低箱温度条件的TXV阀通常尺寸不足。
[0007]热应用的产品需要制冷单元将产品温度从高达38℃(100℉)或以上的产品温度范围降低为设定点温度，通常为大约2℃(大约36℉)。在降温期间，制冷单元需要高的制冷剂质量流量来尽可能快速地冷却产品。然而，通过制冷剂回路的制冷剂质量流量受低温稳定性所需要的TXV尺寸限制。当产品以高于希望的产品存储温度的温度装载到冷藏容器中时，TXV通常用打开响应，以保持希望的过热。在TXV达到其最大容量的情况下，阀不再能够提供稳定或足够的过热。因而，制冷单元的制冷容量将降低且蒸发器过热将升高至需要足够的冷却的水平。从而，将产品降温至设定点温度需要的时间将增加。用于降温的TXV的尺寸将不利地影响制冷单元以低设定点温度提供稳定温度控制的性能，因为TXV对于需要的系统质量流率来说过大。过大的孔尺寸使得蒸发器盘管溢流，这负面影响产品温度控制和稳定性。
[0008]与冷藏货物容器有关的操作温度范围要求已经增加至TXV限制冷却回路性能的点。电子膨胀阀(EXV)可以实现比TXV更大范围的温度控制，但是更昂贵且本身具有可靠性问题，因为在操作时功率无意切断的情况下EXV没有失效保护(fail safe)。
发明内容
[0009]因而，希望提供在产品温度降低期间提供增加的制冷剂质量流量以增加制冷容量而不依赖于用EXV取代TXV，同时保持可靠性并保持系统简单。
[0010]为了增加TXV的性能以控制从低温度运输容量到降温条件的范围，运输制冷单元设置有双路径并联流动膨胀回路。所述膨胀回路插入到制冷剂回路中以在降温期间增加所述制冷剂质量流量。所述膨胀回路包括布置在主制冷剂流动路径中的主膨胀设备和布置在次制冷剂流动路径中的辅助膨胀设备。从冷凝器盘管出口到蒸发器盘管的主制冷剂管线形成膨胀回路的主制冷剂流动路径，所述主膨胀设备是布置在所述制冷剂管线中的蒸发器TXV。膨胀回路的次制冷剂流动路径包括旁通制冷剂管线，所述旁通制冷剂管线在其入口端连接到相对于蒸发器TXV的制冷剂流动位于上游的制冷剂回路，在其出口端连接到相对于蒸发器TXV的制冷剂流动位于下游的制冷剂回路。辅助膨胀设备和旁通阀布置在所述旁通管线中。所述旁通管线在低箱温度操作期间关闭。所述辅助膨胀设备为固定节流孔或附加的TXV。控制器在希望使制冷剂流动通过所述旁通管线时打开旁通阀，在希望使制冷剂流动仅通过TXV时关闭旁通阀。在实施例中，固定节流孔位于旁通阀本身内。
附图说明
[0011]为了进一步理解本发明的目的，参考结合附图描述的本发明的以下详细说明，其中：
[0012]图1是带有双路径并联流动膨胀回路的运输制冷单元的示范性实施例的示意图，示出了在稳定产品存储温度保持模式期间的操作；
[0013]图2是图1的运输制冷单元的实施例的示意图，示出了在产品温度降低模式期间的操作；
[0014]图3是带有双路径并联流动膨胀回路的运输制冷单元的另一示范性实施例；
[0015]图4是带有双路径并联流动膨胀回路的运输制冷单元的又一示范性实施例；
[0016]图5是带有双路径并联流动膨胀回路且包括节约器回路的运输制冷单元的示范性实施例；和
[0017]图6是双路径并联流动膨胀回路的示范性实施例的透视图。
具体实施方式
[0018]现在参见图1到5，示意性地示出了运输制冷单元10的多个示范性实施例，所述运输制冷单元10设计用于在冷藏容积内调节并保持希望的产品存储温度范围，其中容易腐烂的产品在运输期间存储，如冷藏货物容器或卡车或拖车的车箱。在每个所描绘的实施例中，制冷单元10包括在制冷剂流动回路中由制冷剂管线2，4和6以常规方式连接的压缩机20、具有冷凝器热交换盘管32和相关冷凝器风扇34的冷凝器30、具有蒸发器热交换盘管42和相关蒸发器风扇44的蒸发器热交换器40、和蒸发器恒温膨胀阀(TXV)50。通常，压缩机20是单级或两级的往复式压缩机或螺旋式压缩机；然而，所使用的压缩机的具体类型与本发明并无密切关系或不限制本发明。如下文更详细地描述的，图5所示的制冷单元10还包括与螺旋式压缩机可操作地相关的节约器80。
[0019]如常规实践所述，制冷剂管线2将压缩机20的排出口与冷凝器热交换盘管32的入口以制冷剂流动连通的关系连接，制冷剂管线4将冷凝器热交换盘管32的出口与蒸发器热交换盘管42的入口以制冷剂流动连通的关系连接，制冷剂管线6将蒸发器热交换盘管42的出口与压缩机20的吸入口以制冷剂流动连通的关系连接，从而完成制冷剂流动回路。如图1-4所示的示范性实施例所示，制冷剂-制冷剂管线内热交换器60包含在制冷剂流动回路中，以将通过制冷剂管线4的液体制冷剂以与通过制冷剂管线6的蒸汽制冷剂热交换的关系通过。此外，抽吸调制阀12、抽吸电磁阀13、淬火膨胀阀(quench expansionvalve)14、过滤器/干燥器16、和带有视镜15的接收器18包含在制冷剂回路制冷剂管线6中，如常规实践。
[0020]制冷单元也包括电子控制器55，例如可从CarrierCorporation of Syracuse，N.Y.，USA得到的MicroLinkTM控制器。电子控制器55设置为操作制冷单元10在所封装的容积(称为箱，其中存储产品)内保持预定热环境。电子控制器55借助于选择性地控制压缩机20、与冷凝器热交换盘管32有关的冷凝器风扇34、与蒸发器热交换盘管42有关的蒸发器风扇44和抽吸调制阀12而保持预定环境。例如，当需要冷却箱内环境时，电子控制器55提供电力激励压缩机20、冷凝器风扇和蒸发器风扇。此外，电子控制器55调节抽吸调制阀12的位置以适当地增加或降低供应给压缩机20的制冷剂流量，以控制和稳定箱内温度在设定点温度，所述设定点温度对应于存储在箱中的具体产品的希望的产品存储温度。
[0021]在图5所示的示范性实施例中，制冷单元10包含具有节约器热交换器80的节约器回路，其中通过制冷剂管线4的液体制冷剂以与通过节约器管线82的制冷剂蒸汽热交换的关系通过。参见图5，已经横穿冷凝器盘管32并通过制冷剂管线4的一部分液体制冷剂转向到节约器热交换器80上游的节约器管线82。转向的制冷剂横穿布置在节约器管线82中的膨胀设备86，例如恒温膨胀阀，其中液体制冷剂膨胀为较低压力和较低温度的蒸汽制冷剂。制冷剂蒸汽继续通过制冷剂管线82，以便以与通过制冷剂管线4的较高压力较高温度的制冷剂热交换的关系通过节约器热交换器80。其后，制冷剂蒸汽继续通过制冷剂管线82，以喷射到压缩机20的中间压缩级。在所示实施例中，压缩机20包括螺旋式压缩机，但应当理解，可使用任何多级压缩机。已经通过节约器热交换器80的液体制冷剂继续通过制冷剂管线4到达蒸发器40。布置在相对于膨胀设备86的制冷剂流动上游的节约器管线82中的流量控制阀84在系统控制器55的指导下操作以选择性地打开或关闭制冷剂流动通过的节约器管线82。此外，设置液体喷射管线88，以将来自制冷剂管线4的一部分液体制冷剂转向到节约器热交换器80下游的节约器管线82中，以喷射到压缩机20的中间压缩级。布置在液体喷射管线88中的流量控制阀85在系统控制器55的指导下操作以选择性地打开或关闭制冷剂流动通过的液体喷射管线82。
[0022]在图1-5所示的每个实施例中，制冷单元10的制冷剂回路包括与蒸发器40可操作相关的双路径并联流动膨胀回路70。在图1-4所示的实施例中，膨胀回路包含在制冷剂-制冷剂热交换器60下游和蒸发器热交换盘管42入口上游的制冷剂回路中。在图5所示的实施例中，膨胀回路70包含在相对于节约器80的制冷剂流动下游和相对于蒸发器热交换盘管42入口的制冷剂流动上游的制冷剂回路中。
[0023]现在也参见图6，膨胀回路70包括布置在主制冷剂流动路径中的主膨胀设备和布置在次制冷剂流动路径中的辅助膨胀设备。在所示示范性实施例中，制冷剂管线4形成膨胀回路的主制冷剂流动路径，且主膨胀设备包括布置在制冷剂管线4中的蒸发器TXV50，其中制冷剂管线4的截面4A位于TXV50上游，制冷剂管线4的截面4B位于TXV的制冷剂流动下游。膨胀回路70的次制冷剂流动路径包括旁通制冷剂管线8，旁通制冷剂管线8在以入口端连接到相对于蒸发器TXV的制冷剂流动位于上游的制冷剂回路的制冷剂管线4的截面4A，在其出口端连接到相对于蒸发器TXV的制冷剂流动位于下游的制冷剂回路的制冷剂管线4的截面4B。辅助膨胀设备72和旁通阀74布置在旁通管线70中。辅助膨胀设备72相对于旁通阀74的制冷剂流动位于下游或上游。
[0024]在图1和2示意性所示的实施例中，辅助膨胀设备72包括布置在相对于旁通阀74的制冷剂流动位于下游的制冷剂管线8中的固定节流孔设备。在图5所示的实施例中，辅助膨胀设备72包括布置在相对于旁通阀74的制冷剂流动位于上游的制冷剂管线8中的固定节流孔设备。辅助膨胀设备72也可以为固定孔设备，如毛细管。在图4所示的实施例中，辅助膨胀设备72包括在旁通阀74内实施的固定节流孔。
[0025]在图3示意性地所示的实施例中，辅助膨胀设备72包括布置在相对于旁通阀74的制冷剂流动位于下游的制冷剂管线8中的恒温膨胀阀。在所示实施例中，旁通阀74包括具有打开位置和关闭位置的电磁阀，在打开位置中，制冷剂可从制冷剂管线4的截面4A通过制冷剂管线8通到制冷剂管线4的截面4B，在关闭位置中，阻止了通过制冷剂管线8的制冷剂流动。电磁阀72与控制器55电通信，控制器55控制电磁阀74处于其打开或关闭位置。
[0026]当制冷单元10在正常载荷下操作时，即操作以温度设定点(等于与制冷单元有关的箱内的具体产品的希望的产品存储温度)保持稳定的箱温度，控制器55将旁通阀74保持在其正常关闭位置。现在参见图1，由于旁通阀74处于其关闭位置，没有制冷剂流动通过膨胀回路70的制冷剂管线8。相反，通过制冷剂管线4的所有制冷剂流动通过蒸发器TXV50。因而，由蒸发器TXV50以常规方式调节和控制通过蒸发器热交换盘管42的流量。
[0027]然而，当箱内产品的温度高于预定温度时，例如在产品以“热”真空装载到箱中时，载荷将认为是降温条件。当制冷单元10需要降低其温度时，控制器55将激励电磁阀74以将电磁阀74设置在其打开位置，从而允许制冷剂从制冷剂管线4的截面4A通过制冷剂管线8流入制冷剂管线4的截面4B，以便通过蒸发器热交换盘管42同时旁通TXV50。现在参见图2，3，4和5，由于电磁阀74处于其打开位置，制冷剂流动通过双路径并联流动膨胀回路70的两个路径。液体制冷剂的第一流量横穿主膨胀设备TXV50通过制冷剂管线4，其中它膨胀为蒸汽状态，且从而通到蒸发器热交换盘管42。液体制冷剂的第二流量从制冷剂管线4的截面4A横穿辅助膨胀设备72通过制冷剂管线8，其中它膨胀为蒸汽状态，且从而传达通过制冷剂管线4的截面4B到达蒸发器热交换盘管42。由此，流动通过蒸发器热交换盘管42的制冷剂数量显著增加，从而增加蒸发器40的制冷容量。
[0028]除了固定的回流空气温度范围之外，控制器55设置为响应于蒸发器或压缩机抽吸过热打开和关闭旁通电磁阀74。固定的温度范围可用于知道当前阀和系统的现有限制。在温度低于该过渡点时，控制器55将去激励电磁阀74，从而使电磁阀74移动到其关闭位置，因而关闭制冷剂管线8。由于电磁阀74关闭，机械蒸发器TXV50将承担控制流动通过蒸发器热交换盘管42的制冷剂数量的作用，如常规实践。
[0029]虽然本发明已经关于附图所示的优选模式具体地显示和描述，本领域技术人员应当理解，在此可以对细节进行各种变化，而不偏离由权利要求书限定的本发明的精神和范围。

Claims (19)

1.一种制冷单元，包括：
制冷剂流动回路，所述制冷剂流动回路包括由制冷剂管线以制冷剂流动连通关系连接的制冷剂压缩机、冷凝器盘管和蒸发器盘管；和
双路径并联流动膨胀回路，所述双路径并联流动膨胀回路包括布置在主制冷剂流动路径中的主膨胀设备和布置在次制冷剂流动路径中的辅助膨胀设备，所述膨胀回路在相对于所述冷凝器盘管的制冷剂流动位于下游且相对于所述蒸发器盘管位于上游处插入到所述制冷剂回路中。
2.根据权利要求1所述的制冷单元，其特征在于，所述主膨胀设备包括恒温膨胀阀。
3.根据权利要求2所述的制冷单元，其特征在于，所述辅助膨胀设备包括固定节流孔。
4.根据权利要求2所述的制冷单元，其特征在于，所述辅助膨胀设备包括恒温膨胀阀。
5.根据权利要求2所述的制冷单元，其特征在于，所述辅助膨胀设备包括毛细管。
6.根据权利要求1所述的制冷单元，其特征在于，所述辅助膨胀设备包括固定节流孔。
7.根据权利要求1所述的制冷单元，其特征在于，所述辅助膨胀设备包括恒温膨胀阀。
8.根据权利要求1所述的制冷单元，其特征在于，所述辅助膨胀设备包括毛细管。
9.根据权利要求1所述的制冷单元，其特征在于，所述次制冷剂流动路径包括旁通管线，所述旁通管线具有在相对于所述主膨胀设备的制冷剂流动的上游位置处与所述制冷剂流动回路进行制冷剂流动连通的入口、和在相对于所述主膨胀设备的制冷剂流动的下游位置处与所述制冷剂流动回路进行制冷剂流动连通的出口。
10.根据权利要求9所述的制冷单元，其特征在于还包括布置在所述旁通管线中的旁通阀，所述旁通阀可操作选择性地打开和关闭制冷剂流动通过的所述旁通管线。
11.根据权利要求10所述的制冷单元，其特征在于，所述辅助膨胀设备布置在相对于所述旁通阀的制冷剂流动位于上游的所述旁通管线中。
12.根据权利要求10所述的制冷单元，其特征在于，所述辅助膨胀设备布置在相对于所述旁通阀的制冷剂流动位于下游的所述旁通管线中。
13.根据权利要求1所述的制冷单元，其特征在于，所述制冷剂流动回路还包括节约器回路。
14.根据权利要求13所述的制冷单元，其特征在于，所述压缩机包括螺旋式压缩机。
15.一种操作制冷单元的方法，用于在具有布置在其中的产品的容器中提供温度受控的环境以保持在产品存储温度，所述制冷单元具有制冷剂流动回路，所述制冷剂流动回路包括由制冷剂管线以制冷剂流动连通关系连接的制冷剂压缩机、冷凝器盘管和蒸发器盘管，所述方法包括步骤：
设置双路径并联流动膨胀回路，所述双路径并联流动膨胀回路包括布置在主制冷剂流动路径中的主膨胀设备和布置在次制冷剂流动路径中的辅助膨胀设备；
在所述制冷单元以稳定温度保持模式操作时将制冷剂流动仅通过所述主制冷剂流动路径传到蒸发器盘管；和
在所述制冷单元以温度降低模式操作时将制冷剂流动通过所述主制冷剂流动路径和所述次制冷剂流动路径二者传到蒸发器盘管。
16.根据权利要求15所述的操作制冷单元的方法，其特征在于，在所述制冷单元以稳定温度保持模式操作时将制冷剂流动仅通过所述主制冷剂流动路径传到蒸发器盘管的步骤包括步骤：使制冷剂流动通过布置在所述主制冷剂流动路径中的恒温膨胀阀。
17.根据权利要求16所述的操作制冷单元的方法，其特征在于，在所述制冷单元以温度降低模式操作时将制冷剂流动通过所述主制冷剂流动路径和所述次制冷剂流动路径二者传到蒸发器盘管的步骤包括步骤：使制冷剂流动通过布置在所述主制冷剂流动路径中的恒温膨胀阀和布置在所述次制冷剂流动路径中的固定节流孔传到蒸发器盘管。
18.根据权利要求16所述的操作制冷单元的方法，其特征在于，在所述制冷单元以温度降低模式操作时将制冷剂流动通过所述主制冷剂流动路径和所述次制冷剂流动路径二者传到蒸发器盘管的步骤包括步骤：使制冷剂流动通过布置在所述主制冷剂流动路径中的恒温膨胀阀和布置在所述次制冷剂流动路径中的恒温膨胀设备传到蒸发器盘管。
19.根据权利要求16所述的操作制冷单元的方法，其特征在于，在所述制冷单元以温度降低模式操作时将制冷剂流动通过所述主制冷剂流动路径和所述次制冷剂流动路径二者传到蒸发器盘管的步骤包括步骤：使制冷剂流动通过布置在所述主制冷剂流动路径中的恒温膨胀阀和布置在所述次制冷剂流动路径中的毛细管传到蒸发器盘管。
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