CN102725178A - 制冷剂压缩机的入口压力的控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种制冷装置，包括发动机、能够产生与发动机相似功率输出的电机、以及由发动机和电机之一驱动的压缩机。压缩机包括吸入口和排出口。制冷装置也包括与排出口流体连通的冷凝器，被增压的气态制冷剂通过冷凝器被冷凝；与冷凝器流体连通的蒸发器，蒸发器接收液态制冷剂并将气态制冷剂返回至吸入口；管道，管道具有与冷凝器的出口流体连通的第一端、以及与吸入口流体连通的第二端；以及放液阀，放液阀限定了在第一和第二端之间的管道的至少一部分。放液阀能够操作以选择性地将液态制冷剂从冷凝器引到吸入口以增大吸入口中的压力。

Description

制冷剂压缩机的入口压力的控制方法
与申请相关的交叉引用
本申请要求于2009年12月8日提交的一起待决的美国临时专利申请No.61/267,579的优先权，通过引用其全部内容结合到本文中。
技术领域
本发明涉及制冷装置，并且更具体地涉及制冷集装箱或者拖车所使用的制冷装置。
背景技术
结合在制冷拖车中的制冷装置通常采用发动机和电机二者，电机作为独立的功率源可以用于驱动制冷装置中的压缩机。发动机（例如柴油发动机）大小通常设计成具有足够的输出功率以满足特定拖车的温度下拉需求，而电机大小通常设计成具有足够的输出功率操作该装置以维持拖车中的特定温度。电机的输出功率通常小于发动机功率输出能力。
当该装置工作在相对高负载时，用于制冷拖车的制冷装置中的电机通常并不具有足够功率（例如14马力）来以相同的速度操作该装置的个体部件（例如压缩机、交流发电机、和风扇），而当发动机向系统提供功率时（即当该装置采用来自柴油发动机的功率而工作在高速模式下时），电机则具有足够功率来以相同的速度操作该装置的个体部件。更大的电机具有更高的功率输出以及可变速能力，另外其在功率输出以及可变速操作两者功能等同于柴油发动机，通常不用于制冷拖车的制冷装置，因为它们的大小通常超出制冷装置内的空间约束。
发明内容
在一个方面，本发明提供了一种制冷装置，包括发动机、能够产生与发动机相似功率输出的电机、以及由发动机和电机之一驱动的压缩机。压缩机包括吸入口和排出口。制冷装置也包括与排出口流体连通的冷凝器，被增压的气态制冷剂通过冷凝器被冷凝；与冷凝器流体连通的蒸发器，蒸发器接收来自冷凝器的液态制冷剂并且将被加热的气态制冷剂返回至吸入口；管道，管道具有与冷凝器的出口流体连通的第一端、以及与吸入口流体连通的第二端；以及限定了第一和第二端之间的管道的至少一部分的放液阀。放液阀能够操作以选择性地将液态制冷剂从冷凝器引到吸入口以增大吸入口中的压力。
在另一方面，本发明提供了一种制冷装置，包括原动机以及由原动机驱动的压缩机。压缩机包括吸入口和排出口。制冷装置也包括与排出口流体连通的冷凝器，被增压的气态制冷剂通过冷凝器被冷凝；与冷凝器流体连通的蒸发器，蒸发器接收来自冷凝器的液态制冷剂并且将被加热的气态制冷剂返回至吸入口；以及位于冷凝器出口和吸入口之间的放液阀。放液阀能够操作以选择性地将液态制冷剂从冷凝器引到吸入口以增大吸入口中制冷剂的压力。制冷装置进一步包括位于排出口和吸入口之间的热气旁通阀。热气旁通阀能够操作以选择性将被增压的气态制冷剂从排出口引到吸入口以增大吸入口中制冷剂的温度。
在又一方面，本发明提供了一种控制制冷装置的压缩机的吸入口中压力的方法。该方法包括：用原动机驱动压缩机；使压缩机的排出口流体连通冷凝器，在冷凝器中被增压的气态制冷剂被冷凝为液体；将被加热的气态制冷剂从蒸发器返回至吸入口；提供管道，管道具有与冷凝器的出口流体连通的第一端、以及与吸入口流体连通的第二端；检测吸入口中的压力；以及响应于吸入口被检测的压力通过管道选择性地将液态制冷剂从冷凝器引到吸入口，以提高吸入口中的压力。
通过考虑以下详细说明和附图，本发明的其他特征和方面将变得很明显。
附图说明
图1是制冷拖车的示意图，其中可以结合本发明的制冷装置。
图2是说明了本发明的制冷装置的示意图。
图3是说明了用于控制图2的制冷装置的压缩机中吸入压力的过程的流程图。
图4是说明了图2的制冷装置的放液阀以及热气旁通阀的致动的曲线图。
在详细解释本发明任何实施例之前，要理解的是，本发明的应用不限于在下列说明书中所阐述的或者在下列附图中所示的结构细节以及部件布置。本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式实现或者实施。此外，还要理解的是，本文所用的措词和术语是为了说明的目的并且不应视为限定。
具体实施方式
图2示出了制冷载货集装箱14（例如连接至半拖车22的制冷拖车18；参见图1）所使用的制冷装置10。替代地，可以为运输的其他模式配置集装箱14（例如通过铁路、轮船或者飞机）。参照图2，制冷装置10包括以柴油发动机26形式的独立原动机以及能够产生与柴油发动机26相似功率输出（例如24马力）的单速电机30。在制冷装置10的所示结构中，电机30通过电插头34而连接至远程电源。例如，插头34可以连接至出口38，而集装箱14位于装载码头中。替代地，制冷装置10可以包括船上电源以为电机30供电（例如电池、燃料电池等）。
制冷装置10也包括由发动机36和电机30之一驱动的压缩机42。在制冷装置10的所示结构中，压缩机42包括共轴地联接到压缩机42的输入轴54的制动杆或者超越离合器46以及电磁离合器50。第一环状驱动构件58（例如带、链等）互连了发动机26的输出轴62以及电磁离合器50，而第二环状驱动构件66互连了电机30的输出轴70以及超越离合器46。在压缩机42的输入轴54上设置离合器46、50允许在任何给定时间均仅由发动机26和电机30中的一个来驱动压缩机42。这种设置及其操作的额外讨论公开在美国公开文本No.2008/0314059中，其全部内容通过引用结合到本文中。替代地，压缩机42可以以任何数目的不同方式可驱动地联接至发动机26和电机30以适应在任何给定时间仅采用发动机26和电机30中的一个来驱动压缩机42。
继续参考图2，制冷装置10包括了与压缩机42的排出口78流体连通的冷凝器74，被增压的气态制冷剂通过冷凝器被冷凝为液体。制冷装置10也包括与冷凝器74的出口86流体连通的蒸发器82以接收来自冷凝器的液态制冷剂，并且将被加热的气态制冷剂返回至压缩机42的吸入口90。在制冷装置10的所示结构中，冷凝器74和蒸发器82使用了各自的风扇94、98以提高分别流经冷凝器74和蒸发器82的气流的流率，并且因此提高制冷装置10的总体效率。替代地，风扇94、98可以省略。制冷装置10也包括直接位于蒸发器82上游的膨胀阀102以传统方式测量进入蒸发器82的液态制冷剂的流率。
制冷装置10进一步包括第一管道106以及放液阀118，第一管道106具有与冷凝器74的出口86流体连通的第一端110以及与吸入口90流体连通的第二端114，放液阀118限定了在第一和第二端110、114之间的管道106的至少一部分。放液阀118可以以任何数目的不同方式定位嵌于第一管道106。如下所详述，放液阀118能够操作以选择地将液态制冷剂从冷凝器74引到吸入口90以提高吸入口90中的压力。
制冷装置10也包括第二管道122以及热气旁通阀134，第二管道122具有与排出口78流体连通的第一端126以及与吸入口90（经由第一管道106）流体连通的第二端130，热气旁通阀134限定了在第一和第二端126、130之间的第二管道122的至少一部分。与放液阀118类似，热气旁通阀134可以以任何数目的不同方式定位嵌于第二管道122。尽管显示了第二端130连接至第一管道106，但是第二管道122的第二端可以替代地直接连接至吸入口90。如下所详述，热气旁通阀134能够操作以选择性地将被增压的气态制冷剂从排出口78引到吸入口90以提高吸入口90中制冷剂的温度。
继续参照图2，制冷装置10进一步包括与放液阀118和热气旁通阀134通信的控制器138（例如使用有线或者无线通讯协议）。如以下所详述，控制器138能够操作以独立地调整（即打开和关闭）放液阀118和热气旁通阀134以分别调整流经第一管道106的液态制冷剂的流率以及流经第二管道122的被增压的气态制冷剂的流率。制冷装置10也包括与吸入口90流体连通的压力传感器142以检测吸入口90中的压力。控制器138与压力传感器142通信（例如使用有线或者无线通讯协议）以监测吸入口90中的压力。控制器138能够操作以响应于吸入口90中被检测的压力而调制放液阀118和热气旁通阀134的至少一个。
在工作中，制冷装置10可以使用柴油发动机26或者电机30以驱动压缩机42以根据要运输的特定货物而初始地降低或者“下拉”制冷集装箱14中的温度至所需的制冷温度。当制冷集装箱14中温度达到所需制冷温度时，当发动机26用于驱动压缩机42时，可以通过减速柴油发动机26至较低速度来减小制冷装置10的负载。因此，可以减小制冷剂流经装置10的流率。然而，当使用电机30以驱动压缩机42时，单速电机30无法减速至较低速度并且将继续操作压缩机42在高于装置10上特定负载所需的速度下。这进而使得压缩机42在吸入口90吸引了相对较大的真空。长期在吸入口90中较大真空下操作压缩机42可能缩短压缩机42的使用寿命。
然而，可以通过增大流经吸入口90的制冷剂的质量流率来增加吸入口90中的压力。在本发明中，这是通过在蒸发器82的下游位置处将液态制冷剂喷入压缩机42的吸入口90中来实现的。特别地，响应于由压力传感器142在吸入口检测不期望的真空度，控制器138致动放液阀118将一些液态制冷剂从冷凝器74的出口86通过第一管道106转移并进入吸入口90。通过控制器138调制放液阀118的致动以提供液态制冷剂受控地喷入吸入口90。控制器138可以调制放液阀118的致动以将足够量的液态制冷剂通过第一管道106转移并进入吸入口90以将吸入口90中的压力增大至可接受水平。热气旁通阀134可以在放液阀118的致动期间保持关闭。
当通过放液阀118将液态制冷剂喷入吸入口90中时，由于喷入的液态制冷剂和返回至吸入口90中的被加热的气态制冷剂的温度和压力的差别，液态制冷剂可以快速膨胀并且蒸发（即“闪蒸”）。当发生该情形时，冷却了压缩机42的吸入口90，潜在地在吸入口90和/或互连了压缩机42和蒸发器82的制冷剂管线上形成了冰或者霜。这冰或者霜可以有效地绝热吸入口90，因此将吸入口90的温度降低至制冷剂的闪点之下，潜在地允许液态制冷剂到达压缩机42并且负面地影响其操作（例如通过引起“液击（slugging）”）。这个问题通过调制放液阀118基本缓解。
在其他实施例中，在吸入口90上霜累积的问题也可以通过致动热气旁通阀134以混合被加热、被压缩的气态制冷剂与进入吸入口90的通过放液阀118引入的被冷却、液态制冷剂来处理。通过与其混合的液态制冷剂来冷却并且冷凝气态制冷剂。结果，喷入吸入口90中的额外的液态制冷剂具有大于单独来自冷凝器74的被冷却液态制冷剂的温度。控制器138可以调制热气旁通阀134的致动以通过第二管道122转移足够量的被加热、被压缩的气态制冷剂并且进入吸入口90以增大吸入口90中的制冷剂温度以便当致动放液阀118将被冷却的液态制冷剂喷入吸入口90时基本上减少或者消除在吸入口90和/或互连了蒸发器82和压缩机42的制冷剂管线上形成冰或者霜。
在制冷装置10的操作中，控制器138可以努力调制放液阀118和热气旁通阀134以达到平衡，在这种情形中，足够的被冷却的液态制冷剂喷入吸入口90以降低吸入口90中的真空，而基本上阻止或者减少了在吸入口90上形成冰或者霜，以及随后的压缩机42的液击。
图3说明了用于监测吸入口90中压力并且将额外的被冷却的液态制冷剂喷入吸入口90以增大吸入口90中压力（即降低真空）的方法。该方法开始于步骤146，其中开始了该方法所用的循环时间（Tcyl）。循环时间可以具有以下值：默认的6秒，最小的1秒，最大的120秒，以及精度0.1秒。在开始了循环时间之后，在步骤148检测吸入口90中的压力（Ps）。如果吸入压力等于或者大于预设限值（默认是0磅/平方英寸（psig）），在步骤150，放液阀118和热气旁通阀134在循环时间的剩余部分保持关闭。然而在循环时间的循环中，将不再次检查吸入压力，并且如果装置10的操作改变为不施加该特征的模式，将去能量化输出，计时器清零，并且退出该程序。然而，如果吸入压力小于预设限值（默认是0磅/平方英寸），则在步骤154打开放液阀118（以及可选地热气旁通阀134）。放液阀118可以打开的打开时间（Ton,pv）具有以下值：默认0.4秒，最小0秒，最大30.0秒，以及精度0.1秒。在打开时间耗尽之后，在步骤158放液阀118关闭并且在循环时间的剩余部分保持关闭。当热气旁通阀134与放液阀118调制时，旁通阀134的打开时间设定（Ton,BV）包括：默认5.9秒，最小0秒，最大30.0秒，以及精度0.1秒。在循环时间的结束处，在步骤146再次开始循环。
图4是每个打开时间的持续时间期间使用上述默认值的阀118、134的打开和关闭的示意图，假定被检测的吸入压力小于预设限值引起阀118、134的致动。应当理解的是，能够取决于被检测的吸入压力的幅值而在循环之间改变或者调整阀118、134的各自打开时间。
本发明的各种特征在所附权利要求中阐述。

Claims (30)

1.一种制冷装置，包括：
发动机；
电机，能够产生与所述发动机相似的功率输出；
压缩机，由所述发动机和电机之一驱动，所述压缩机包括吸入口和排出口；
冷凝器，与所述排出口流体连通，被加压的气态制冷剂通过所述冷凝器被冷凝；
蒸发器，与所述冷凝器流体连通，以从所述冷凝器接收液态制冷剂并且将被加热的气态制冷剂返回至所述吸入口；
管道，具有与所述冷凝器的出口流体连通的第一端、以及与所述吸入口流体连通的第二端；以及
放液阀，限定了在所述第一和第二端之间的所述管道的至少一部分，所述放液阀能够操作以选择性地将液态制冷剂从所述冷凝器引到所述吸入口以增大所述吸入口中的压力。
2.根据权利要求1所述的制冷装置，其中，所述管道是第一管道，并且所述制冷装置进一步包括：
第二管道，具有与所述排出口流体连通的第一端、以及与所述吸入口流体连通的第二端，以及
热气旁通阀，限定了在所述第二管道的第一和第二端之间的所述第二管道的至少一部分。
3.根据权利要求2所述的制冷装置，其中，所述热气旁通阀能够操作以选择性地将被增压的气态制冷剂从所述排出口引到所述吸入口以增大所述吸入口中制冷剂的温度。
4.根据权利要求3所述的制冷装置，进一步包括控制器，所述控制器能够操作以打开和关闭所述热气旁通阀以调整流经所述第二管道的被压缩的气态制冷剂的流率。
5.根据权利要求4所述的制冷装置，其中，所述控制器能够操作以调制所述热气旁通阀。
6.根据权利要求4所述的制冷装置，其中，所述控制器能够操作以打开和关闭所述放液阀以调整流经所述第一管道的液态制冷剂的流率。
7.根据权利要求6所述的制冷装置，进一步包括压力传感器，所述压力传感器与所述吸入口流体连通以检测所述吸入口中的压力。
8.根据权利要求7所述的制冷装置，其中，所述控制器与所述压力传感器连通以监测所述吸入口中的压力，并且所述控制器能够操作以响应于所述吸入口中被检测的压力而调整所述放液阀和热气旁通阀的至少一个。
9.根据权利要求6所述的制冷装置，其中，所述控制器能够操作以调制所述放液阀。
10.根据权利要求1所述的制冷装置，进一步包括控制器，所述控制器能够操作以打开和关闭所述放液阀以调整流经所述管道的液态制冷剂的流率。
11.根据权利要求10所述的制冷装置，其中，所述控制器能够操作以调制所述放液阀。
12.根据权利要求1所述的制冷装置，其中，当所述电机驱动所述压缩机时，所述放液阀能够操作以选择性地将液态制冷剂从所述冷凝器引到所述吸入口。
13.一种制冷装置，包括：
原动机；
压缩机，由所述原动机驱动，所述压缩机包括吸入口和排出口；
冷凝器，与所述排出口流体连通，被增压的气态制冷剂通过所述冷凝器被冷凝；
蒸发器，与所述冷凝器流体连通以从所述冷凝器接收液态制冷剂并且将被加热的气态制冷剂返回至所述吸入口；
放液阀，位于所述冷凝器的出口和所述吸入口之间，并且能够操作以选择性地将液态制冷剂从所述冷凝器引到吸入口以增大所述吸入口中制冷剂的压力；以及
热气旁通阀，位于所述排出口与吸入口之间，并且能够操作以选择性地将被压缩的气态制冷剂从所述排出口引到所述吸入口以增大所述吸入口中制冷剂的温度。
14.根据权利要求13所述的制冷装置，进一步包括第一管道，所述第一管道具有与所述冷凝器的出口流体连通的第一端、以及与所述吸入口流体连通的第二端，其中，所述放液阀限定了在所述第一和第二端之间的第一管道的至少一部分。
15.根据权利要求14所述的制冷装置，进一步包括第二管道，所述第二管道具有与所述排出口流体连通的第一端、以及与所述吸入口流体连通的第二端，其中，所述热气旁通阀限定了在所述第二管道的第一和第二端之间的第二管道的至少一部分。
16.根据权利要求15所述的制冷装置，进一步包括控制器，所述控制器能够操作以打开和关闭所述热气旁通阀以调整流经所述第二管道的被增压的气态制冷剂的流率。
17.根据权利要求16所述的制冷装置，其中，所述控制器能够操作以调制所述热气旁通阀。
18.根据权利要求16所述的制冷装置，其中，所述控制器能够操作以打开和关闭所述放液阀以调节流经所述第一管道的液态制冷剂的流率。
19.根据权利要求18所述的制冷装置，进一步包括压力传感器，所述压力传感器与所述吸入口流体连通以检测所述吸入口中的压力。
20.根据权利要求19所述的制冷装置，其中，所述控制器与所述压力传感器通信以监测所述吸入口中的压力，并且所述控制器能够操作以响应于所述吸入口中被检测的压力而调节所述放液阀和热气旁通阀的至少一个。
21.根据权利要求16所述的制冷装置，其中，所述控制器能够操作以调制所述放液阀。
22.根据权利要求13所述的制冷装置，其中，所述原动机包括发动机和能够产生与发动机相似功率输出的电机之一。
23.根据权利要求14所述的制冷装置，其中，仅当所述电机用于驱动所述压缩机时，能够操作所述放液阀和热气旁通阀。
24.一种控制用于制冷装置的压缩机的吸入口中的压力的方法，所述方法包括：
采用原动机驱动所述压缩机；
使所述压缩机的排出口与冷凝器流体地连通，被增压的气态制冷剂在所述冷凝器中被冷凝为液体；
从蒸发器将被加热的气态制冷剂返回至所述吸入口；
提供管道，所述管道具有与所述冷凝器的出口流体连通的第一端、以及与所述吸入口流体连通的第二端；
检测所述吸入口中的压力；以及
响应于所述吸入口中被检测的压力，选择性将液态制冷剂从所述冷凝器引到所述吸入口，以增大所述吸入口中的压力。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述管道是第一管道，并且所述方法进一步包括：
提供第二管道，所述第二管道具有与所述排出口流体连通的第一端、以及与所述吸入口流体连通的第二端；以及
通过所述第二管道，选择性将被加压的气态制冷剂从所述排出口引到所述吸入口，以增大所述吸入口中的温度。
26.根据权利要求24所述的方法，进一步包括调制所述热气旁通阀以调整流经所述第二管道的被增压的气态制冷剂的流率。
27.根据权利要求26所述的方法，进一步包括调制所述放液阀以调整流经所述第一管道的液态制冷剂的流率。
28.根据权利要求24所述的方法，进一步包括调制所述放液阀以调整流经所述第一管道的液态制冷剂的流率。
29.根据权利要求24所述的方法，其中，选择性将液态制冷剂从所述冷凝器引到所述吸入口包括当所述电机驱动所述压缩机时转移所述液态制冷剂。
30.根据权利要求24所述的方法，进一步包括采用控制器监测所述吸入口中被检测的压力。
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