CN103228470A - 对运输制冷系统的限流控制 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制运输制冷系统的操作以限制由AC电流供电的压缩机消耗的电流的方法，所述方法包括以下步骤：(a)判断制冷单元正在操作所处的环境温度是否已大于设定点环境温度持续第一时间周期；(b)判断所述制冷单元是否已在温度下拉模式下操作；(c)判断所述AC电流是否等于或超过预设最大限流；(d)判断最后一个除霜周期与前一个除霜周期之间的时间周期是否小于十五分钟；以及(e)如果所述判断在步骤(a)和步骤(b)两者中都为是并且在步骤(c)和步骤(d)的至少一个中也为是，那么将所述预设最大限流减少到重设最大限流。

Description

对运输制冷系统的限流控制
相关申请的交叉引用
引用2010年11月24日提交的名称为“对运输制冷系统的限流控制(Current Limit Control on a Transport Refrigeration System)”的美国临时申请序列号61/417,008并且本申请要求它的优先权和权益，所述申请的全部内容以引用方式并入本文。
技术领域
本发明一般来说涉及运输制冷单元，并且更具体来说，涉及在装载到装备有制冷单元的运输集装箱中时在产品温度的下拉期间限制运输制冷系统的操作期间的电流消耗。
背景技术
用以运输易腐物品的货车挂车包括货车驾驶室单元后面拉着的制冷挂车。装纳易腐货物的制冷挂车需要一个制冷单元，所述制冷单元用于维持集装箱内部体积内的所需温度环境。制冷单元必须有足够的制冷能力来将储存在挂车内的产品在广泛范围的环境空气温度和装载条件下维持在所需温度。这种类型的制冷挂车用以运输范围例如从新鲜采摘的农产品到深冻海鲜的各种各样的产品。可将产品从田里(如新鲜采摘的水果和蔬菜)或从仓库直接装载到挂车单元中。
与货车挂车结合使用的常规运输制冷系统包括与所述挂车操作性相关联的制冷单元。制冷单元包括制冷剂压缩机、冷凝器旋管、膨胀装置(通常为恒温膨胀阀(TXV))以及在闭合制冷剂流动回路中经由适当制冷剂管路连接的蒸发器旋管。制冷单元一般来说包含于一个框架中，所述框架被附接到货车驾驶室后面的挂车的前壁上，以使得挂车的内部体积内的空气或气体/空气混合物或其它气体可借助于与蒸发器旋管相关联的蒸发器风机来在蒸发器旋管内循环，所述蒸发器风机被安置在挂车的内部内，通常被安装在附接有制冷单元的前壁中的开口中。运输制冷系统还包括一个发电机，所述发电机由柴油发动机驱动并被适配成在所选电压和频率下产生AC电流，从而操作压缩机驱动电动机，所述压缩机驱动电动机驱动制冷压缩机。举例来说，美国专利6,223,546公开了一种运输制冷单元，其被配置成安装在制冷运输挂车的前壁上。
一般来说，从仓库装载到挂车中的产品已经在仓库的制冷设备内冷却至所需的产品储存温度。当已将冷藏产品搬运到挂车中时，关闭挂车门并在“下拉”模式下操作制冷单元，以便使挂车内的空气温度从环境温度或近环境温度迅速降低到所需的产品储存温度以用于运输。在常规实践中，制冷单元通常被设计成具有一种制冷能力，所述制冷能力被确定大小以在冷冻产品以及甚至深冻产品所需的低箱温度下提供稳定的温度，所述温度将至少低至0℃ (32℉)并且对于深冻产品来说，低至-18℃ (约0℉)。
然而，当将尚未预冷的产品(例如直接来自田里的新鲜水果和蔬菜)“在热的情况下”例如直接从田里(其处于环境室外温度)装载到挂车(其处于高于所需产品储存温度的环境温度)中时，向在下拉模式下操作的运输制冷单元强加相当大的制冷负荷，以便不仅降低挂车内部内的空气的温度，而且使所述产品的温度从环境室外温度降低到所需产品储存温度。“在热的情况下”所装载的产品需要制冷单元来将产品温度从范围高达38℃ (100℉)或以上的产品温度下拉到通常为约2℃ (约36℉)的设定点温度。
在下拉期间，制冷剂单元需要高制冷剂质量流来使挂车内部和产品尽可能快地冷却下来。因此，制冷剂压缩机必须在处于或接近其最大负荷容量时操作。在制冷剂压缩机在处于或接近其负荷容量时操作时，特别是当环境室外温度较高时，存在由制冷剂压缩机消耗的电流可能超过最大限流的风险。
发明内容
本发明的一方面，提供了一种用于控制运输制冷系统的操作以限制由制冷剂压缩机消耗的电流的方法。一种操作具有由AC电流供电的压缩机的运输制冷单元以限制由所述压缩机消耗的电流的方法包括以下步骤：(a) 判断所述制冷单元正在操作所处的环境温度是否已大于设定点环境温度持续第一时间周期；(b) 判断所述制冷单元是否已在温度下拉模式下操作；(c) 判断所述AC电流是否等于或超过预设最大限流；(d) 判断最后一个除霜周期与前一个除霜周期之间的时间周期是否小于十五分钟；以及(e) 如果所述判断在步骤(a)和步骤(b)两者中都为是并且在步骤(c)和步骤(d)的至少一个中也为是，那么将所述预设最大限流减少到第一重设最大限流。所述将预设最大限流减少到第一重设最大限流的步骤可包括将所述预设最大限流减少0.5安培。
所述方法可进一步包括以下步骤：(f) 以时间t等于零来启动计时器；(g) 当所述时间t等于或大于第一时间t1时，判断所述AC电流是否等于或超过预设最大限流；(h) 如果所述AC电流等于或超过预设最大限流，那么将所述第一重设最大限流减少到第二重设最大限流；以及(i) 以时间t等于零来重新启动所述计时器。所述将第一重设最大限流减少到第二重设最大限流的步骤可包括将所述第一重设最大限流减少0.5安培。
在一个实施方案中，所述方法可进一步包括以下步骤：重复步骤(f)至步骤(i)，直到在最后一个待完成步骤(h)完成时，当时减少的预设最大限流比所述预设最大电流电平小三安培。所述重设最大电流电平可在每次重复步骤(h)时都减少0.5安培。
所述方法可进一步包括以下步骤：如果在制冷单元停用时：所述制冷单元正在下拉模式下退出操作；或所述制冷单元已响应于关闭报警而停用；或所述制冷单元正进入待机模式；或所述制冷单元正在操作所处的环境温度已小于设定点环境温度持续第二时间周期，那么将减少的重设最大限流重设为预设最大电流电平。
附图说明
为了进一步理解本公开，将参考待结合附图阅读的以下详细描述，在附图中：
图1是具有电流控制系统的运输制冷单元的一个示例性实施方案的示意性表示；以及
图2a、图2b、图2c是共同呈现一个流程图的多个框图，所述流程图示出用于控制如本文所公开的运输制冷系统的操作期间的电流消耗的方法的一个示例性实施方案。
具体实施方式
现参看图1，示意性地示出了运输制冷系统的示例性实施方案，所述运输制冷系统包括原动机200、与所述原动机200操作性地相关联的发电机300以及运输制冷单元10。运输制冷单元10运行以调节并维持制冷体积(如挂车的制冷箱)内的所需产品储存温度范围，在所述制冷体积中在运输期间存储易腐产品。在所描绘的每一个实施方案中，制冷单元10包括：压缩机20；冷凝器30，其包括冷凝器热交换旋管32和一个或多个相关联的冷凝器风机34；蒸发器热交换器40，其包括蒸发器热交换器旋管42和一个或多个相关联的蒸发器风机44；以及蒸发器热膨胀阀(TXV) 50，其在制冷剂流动回路中通过制冷剂管路2、4及6以常规方式连接。通常，压缩机20为往复式压缩机或涡旋式压缩机，是单级或双级的；然而，所使用的特定类型的压缩机与本发明无关或不限制本发明。
制冷剂管路2将压缩机20的排出口以制冷剂流动连通方式与冷凝器热交换器旋管32的入口连接，制冷剂管路4将冷凝器热交换器旋管32的出口以制冷剂流动连通方式与蒸发器热交换器旋管42的入口连接，并且制冷剂管路6将蒸发器热交换器旋管42的出口以制冷剂流动连通方式与压缩机20的吸入口连接，从而完成制冷剂流动回路。如图1所示的示例性实施方案中所描绘，制冷剂到制冷剂直列式热交换器60可包含于制冷剂流动回路中以用于传送穿过制冷剂管路4的液体制冷剂，所述液体制冷剂与穿过制冷剂管路6的蒸汽制冷剂具有热交换关系。另外，吸入调制阀12、吸入电磁阀13、骤冷膨胀阀14、过滤器/干燥器16以及具有视镜15的接收器18可包含于制冷剂回路中，如同常规实践中一样。
电压缩机驱动电动机22驱动制冷压缩机20。电压缩机驱动电动机22可互连到与压缩机20的压缩机构相关联的驱动轴上并且可与压缩机20一起装纳在密封外壳中。电压缩机驱动电动机22由借助于发电机300供应的电流来驱动，所述发电机又由原动机200来驱动。原动机200可为柴油发动机或汽油发动机。在一个实施方案中，原动机可包括四缸2200 cc排量柴油发动机。发电机300可被配置成既产生两相230伏特电力以便驱动电压缩机驱动电动机22，又产生单相115伏特电力以便向制冷剂单元的其它部件供应电流。在一个实施方案中，发电机300可包括同步发电机，所述同步发电机直接连接到原动机200的驱动轴202上，如同在转让给开利公司(Carrier Corporation)的美国专利6,223,546中所公开的一样，所述专利的全部公开内容通过引用并入本文中。同步发电机可被配置成在1950 r.p.m.的发动机转速下具有65 Hz的输出频率；在1350 r.p.m.的发动机转速下具有45 Hz的输出频率；或根据需要，在另一发动机转速下具有其它的输出频率。
制冷单元还包括电子控制器150，所述电子控制器控制制冷系统的各种部件的操作。电子控制器150可包括微处理器152，所述微处理器具有其相关联的存储器。在一个实施方案中，电子控制器150可包括微处理器控制器，如例如但不限于可从美国纽约锡拉丘兹开利公司(Carrier Corporation of Syracuse, N.Y., USA)获得的MicroLink™控制器。电子控制器150被配置来操作制冷单元10，以便维持其中储存产品的挂车的封闭内部体积(即，货箱)内的预定热环境。电子控制器150通过选择性地控制以下各项的操作来维持所述预定环境：压缩机20；与冷凝器热交换器旋管32相关联的一个或多个冷凝器风机34；与蒸发器热交换器旋管42相关联的一个或多个蒸发器风机44；以及各种阀，如吸入调制阀12和吸入电磁阀13。举例来说，当需要冷却箱内的环境时，电子控制器150将AC电流从发电机300切换到压缩机驱动电动机22上，以便开动驱动电动机22并为压缩机20供电，以及为与所述一个或多个冷凝器风机34和所述一个或多个蒸发器风机44相关联的电动机单独地供电。
为了促进对制冷单元10的控制，控制器150还通过多个传感器和换能器来监控制冷系统中的不同点处的操作参数。可提供的传感器和换能器包括(尤其包括但未具体示出)：环境空气温度传感器90，其将指示冷凝器30前方的环境空气温度的可变电阻值输入到微处理器152中；压缩机排放压力换能器91，其将指示制冷剂排出压力的可变电压输入到微处理器152中；压缩机排放温度传感器92，其将指示制冷剂排放温度的可变电阻值输入到微处理器152中；压缩机吸入压力换能器93，其将指示压缩机吸入制冷剂压力的可变电压输入到微处理器152中；压缩机吸入温度传感器94，其将指示压缩机吸入制冷剂温度的可变电阻值输入到微处理器152中；回流空气温度传感器96，其将指示离开蒸发器40以回到货箱500的空气的温度的可变电阻值输入到微处理器152中；以及箱空气温度传感器98，其将指示货箱500内的空气的温度(即，产品储存温度)的可变电阻值输入到微处理器152中。上述传感器和换能器仅仅是可与制冷单元10相关联的各种传感器/换能器中的一些的实例，并且并不意在限制可包含的传感器或换能器的类型。
如前所述，发电机300供应两相AC电流以便为压缩机电动机22供电，从而驱动压缩机20。控制器150监控供应给压缩机电动机22的两相电力的AC电流301和303中的每一个的安培数。由压缩机20在操作期间消耗的电力与由压缩机20输出的制冷剂的质量流率成正比。由压缩机20输出的制冷剂的质量流率与压缩机20上的制冷负荷成正比。压缩机20上的制冷负荷取决于多个因素，包括：环境室外温度(TAM)和箱温度(TBX)，所述箱温度是在挂车的内部(即，货箱，其中储存正被运输的产品)内维持的温度。因此，AC电流301和302的安培数是正被消耗的电力的间接测量值。如果AC电流301、303的相应安培数超出预定最大安培数，则表明，压缩机20上的制冷负荷高于压缩机20的所需操作制冷能力。
控制器150控制运输制冷系统100和制冷单元10的操作，以便限制由压缩机驱动电动机22消耗的电流，从而防止对压缩机20或压缩机驱动电动机22造成损坏，所述损坏可能由于在处于或高于压缩机的最大额定操作制冷能力下长时间操作而引起。控制器150监控原动机200的操作状态、制冷单元10的操作状态、环境空气温度(AAT)、AC电流310和303的安培数以及蒸发器40的蒸发器旋管42的除霜周期之间的时间。现参看图2a，在401处，控制器150首先进行检查以确认柴油机200 (即，原动机)正在操作。如果没有，那么在403处，控制器简单地转换成暂停模式持续一段时间，之后再次检查柴油机的操作状态。如果柴油机确实正在操作，那么控制器进行到步骤405并且判断制冷单元正在操作所处的环境的环境温度(AAT)是否已大于预选设定点环境温度(AATSP) (例如通常在80华氏度至120华氏度(27摄氏度至49摄氏度)的范围内)持续预设第一时间周期Y (例如通常在两个小时至四个小时的范围内)。如果环境空气温度尚未超过设定点环境温度持续预设第一时间周期，那么在步骤403处，控制器150简单地转换成暂停模式。
然而，如果制冷单元正在操作所处的环境的环境温度(AAT)确实已大于预选设定点环境温度(AATSP)持续第一时间周期Y，那么控制器150进行到407并且判断制冷单元是否已在温度下拉模式下操作持续预设第二时间周期Z (例如通常在一个小时至两个小时的范围内)。如果没有，那么在403处，控制器150简单地转换成暂停模式。如果制冷单元确实已在下拉模式下操作持续大于Z的时间周期，那么控制器进行到409和411中的每一个。在409处，控制器150判断AC电流301、303是否等于或超过预设最大限流，例如通常为在22安培至25安培的范围内的安培数。在411处，控制器150判断蒸发器40的蒸发器旋管42的最后一个除霜周期与其前一个除霜周期之间的时间周期是否小于预设第三时间周期，例如十五(15)分钟的时间周期。如果409和411处的任一个或两个判断为是，那么控制器进行到413，在413处，控制器将预设最大限流减少到较低的第一重设最大限流。在一个实施方案中，控制器150将预设最大限流减少0.5安培。如果409和411处的两个判断都为否，那么在403处，控制器150简单地转换成暂停模式，之后再次在401处起始所述方法。
现参看图2b，在预设最大限流已在413处减少的情况下，在415处，控制器150接下来以时间t等于零来设定计时器。在417处，在一个时间周期后，在t=A时，控制器150判断AC电流301、303是否等于或超过重设最大限流。如果417处的判断为否(即，AC电流310、303的安培数均小于重设最大限流)，那么控制器150进行到419，在419处，控制器150暂停持续指定的时间周期，之后再次进行到417。如果417处的判断为是(即，AC电流310、303等于或超过重设最大电流电平)，那么在421处，控制器150继续判断最大限流的总减少量相对于初始预设最大限流是否已达到指定的最大减少量，例如，三(3.0)安培的减少量。如果判断为否(即，尚未达到最大减少量)，那么控制器150进一步减少重设最大限流的最后一个值，在415处将计时器重设为t=0，并且再次进行步骤417至421。重复这个限流减少循环几次，直到在421处，最大限流的总减少量已达到指定的最大减少量。在图2a至图2c所描绘的方法的示例性实施方案中，指定的最大减少量为3.0安培并且最大限流的增量减少量为每次减少0.5安培。一旦已达到指定的最大限流减少量，那么在423处，控制器150就将重设最大限流维持在等于原始预设最大限流减去指定的最大限流减少量的值，直到在425处制冷单元停用为止。
所述方法可进一步包括以下步骤：如果在制冷单元在425处停用时，存在一个或多个条件，那么将减少的重设最大限流重设回到原始预设最大电流电平。在所描绘的方法的示例性实施方案中，在制冷单元10停用时，如果存在以下条件中的任何条件，那么控制器150将当时存在的最大限流重设回到原始预设最大限流(也称为默认值)：制冷单元在下拉模式下退出操作；或制冷单元已响应于关闭警报而停用；或制冷单元进入待机模式；或制冷单元正在操作所处的环境空气温度已小于环境空气温度设定点持续第二时间周期。
现参看图2c，在427处，如果制冷单元10在退出下拉模式后停用，那么在437处，控制器150继续将最大限流重设回到原始预设最大限流(也称为默认限制)。在429处，如果制冷单元10响应于一个警报(即，发生警报关闭)而停用，那么在437处，控制器150继续将最大限流重设回到原始预设最大限流。在431处，如果制冷单元10在停用时被切换到待机，那么在437处，控制器150继续将最大限流重设回到原始预设最大限流。在433处，如果在制冷单元10停用时发生控制器的电力循环，那么在437处，控制器150继续将最大限流重设回到原始预设最大限流。在435处，控制器150进行检查以判断环境空气温度(AAT)是否已低于环境空气温度设定点(AATSP)持续指定的分钟周期，例如五分钟至十分钟。如果这样，那么在437处，控制器150继续将最大限流重设回到原始预设最大限流。
本文所使用的术语是出于描述而非限制的目的。本文所公开的特定结构和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员采用本发明的基础。本领域技术人员还将认识到可替代参照本文所公开的示例性实施方案所描述的元素而不脱离本发明范围的等效物。
虽然所公开的方法已参照如附图所示的示例性实施方案进行了具体展示和描述，但本领域技术人员应理解，可能会在其中产生各种详细变化而不脱离由所附权利要求界定的本发明的精神和范围。因此，本公开意图并不限于所公开的所述一个或多个特定实施方案，而是本公开将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施方案。

Claims (10)

1.一种操作具有由AC电流供电的压缩机的运输制冷单元以限制由所述压缩机消耗的电流的方法，所述方法包括以下步骤：
(a) 判断所述制冷单元正在操作所处的环境温度是否已大于设定点环境温度持续第一时间周期；
(b) 判断所述制冷单元是否已在温度下拉模式下操作；
(c) 判断所述AC电流是否等于或超过预设最大限流；
(d) 判断最后一个除霜周期与前一个除霜周期之间的时间周期是否小于十五分钟；以及
(e) 如果所述判断在步骤(a)和步骤(b)两者中都为是并且在步骤(c)和步骤(d)的至少一个中也为是，那么将所述预设最大限流减少到第一重设最大限流。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述将所述预设最大限流减少到第一重设最大限流的步骤包括将所述预设最大限流减少0.5安培。
3. 如权利要求1所述的方法，其进一步包括以下步骤：
(f) 以时间t等于零来启动计时器；
(g) 当所述时间t等于或大于第一时间t1时，判断所述AC电流是否等于或超过预设最大限流；
(h) 如果所述AC电流等于或超过预设最大限流，那么将所述第一重设最大限流减少到第二重设最大限流；以及
(i) 以时间t等于零来重新启动所述计时器。
4. 如权利要求3所述的方法，其中所述将所述第一重设最大限流减少到第二重设最大限流的步骤包括将所述第一重设最大限流减少0.5安培。
5. 如权利要求3所述的方法，其进一步包括以下步骤：重复步骤(f)至步骤(i)，直到在最后一个待完成步骤(h)完成时，当时减少的重设最大限流比所述预设最大电流电平小三安培。
6. 如权利要求5所述的方法，其中所述重设最大电流电平在每次重复步骤(h)时都减少0.5安培。
7. 如权利要求5所述的方法，其进一步包括以下步骤：如果在所述制冷单元停用时，所述制冷单元正在下拉模式下退出操作，那么将所述减少的重设最大限流重设为所述预设最大电流电平。
8. 如权利要求5所述的方法，其进一步包括以下步骤：如果在所述制冷单元停用时，所述制冷单元已响应于关闭报警而停用，那么将所述减少的重设最大限流重设为所述预设最大电流电平。
9. 如权利要求5所述的方法，其进一步包括以下步骤：如果在所述制冷单元停用时，所述制冷单元正进入待机模式，那么将所述减少的重设最大限流重设为所述预设最大电流电平。
10. 如权利要求5所述的方法，其进一步包括以下步骤：如果在所述制冷单元停用时，所述制冷单元正在操作所处的环境空气温度已小于环境空气温度设定点持续第二时间周期，那么将所述减少的重设最大限流重设为所述预设最大电流电平。
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