CN103703330A - 用于冷却分隔的制冷包封体的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种制冷包封体包括具有隔断壁的货物箱,所述隔断壁将所述货物箱再分为若干隔室。在一个实施方案中,所述制冷包封体包括制冷系统,所述制冷系统具有用于冷却所述隔室中的一个的制冷单元和被布置为邻近所述隔断壁以促进气流从第一隔室到达第二隔室的空气移动装置。所述制冷系统还包括耦接到所述空气移动装置和所述制冷单元中的每个的控制装置。所述控制装置提供响应于所述隔室中的每个内部的操作条件(例如,温度)的变动而改变所述空气移动装置和所述制冷单元中的每个的操作的控制信号。
Description
技术领域
本文公开的标的大体上涉及运输冷冻,且在一个实施方案中涉及一种具有多个货物隔室和用来促进货物隔室的可变冷却的制冷系统的制冷包封体。
发明背景
冷冻的货物集装箱利用冷冻单元将货物集装箱的内部容积或环境维持在所要温度。各种各样的产品,例如从新鲜果蔬到速冻海鲜,一般在冷冻卡车拖车和其它冷冻的货运集装箱中运输。为了促进在不同温度下的运输,例如冷冻和非冷冻易坏货物,一些货物集装箱被分隔成两个或更多个单独的货物隔室。
常规的运输冷冻单元包括制冷压缩机、冷凝器和主蒸发器。然而当结合分隔的冷冻货物集装箱使用时,冷冻单元通常配备有一个或多个远程蒸发器。这类系统通常被称为“可逆的多温度系统”,这是因为各个隔室的温度(通常是第一隔室上的冷冻温度和第二隔室上的新鲜温度)可被逆转。在示例性系统中,远程蒸发器存在于每个隔室附近,从而提供个别化温度控制。而且,每个蒸发器还可由蒸发器线圈、膨胀装置、螺线管阀、加热系统、一个或多个风扇、可选排水加热器、返回空气温度传感器和包括用于最终解冻监测的额外温度传感器的解冻功能装置组成。因此,总之,常规的多隔室货物集装箱是复杂的并且构建、安装和操作成本高。
制冷单元的替代构造部署风扇或“舱壁风扇”来取代至少一个远程蒸发器。具有舱壁风扇的系统是“不可逆多温度系统”,其中前隔室温度低于后隔室温度。通常舱壁风扇被耦接到邻近定向的温度传感器,即感测仅一个隔室的温度的温度传感器。温度传感器指示货物隔室的温度变化,其继而改变舱壁风扇单元的操作。
发明概要
如下文更详细论述,制冷包封体的实施方案将风扇单元耦接到制冷单元的控制结构。这种构造减少多组件冷冻系统的成本并且确保精确地控制分隔的冷冻包封体的每个隔室的温度。
附图简述
为了进一步了解本标的,参考下列详细描述,结合附图阅读下列详细描述,其中:
图1是具有分隔的结构并配备有制冷系统的制冷包封体的示例性实施方案的俯视示意图;
图2是图1的处于卡车上的适当位置的制冷包封体的部分截面透视图;
图3是用来控制制冷包封体(诸如图1和图2的包封体)中的制冷系统的控制图的示意图;
图4是用于冷却制冷包封体(诸如图1和图2的包封体)的示例性方法的流程图;和
图5是用于冷却制冷包封体(诸如图1和图2的包封体)的另一示例性方法的流程图。
如果适用,贯穿若干视图,相同参考符号指代相同或相应的组件和单元,其并非按比例绘制,除非另有指示。
具体实施方式
图1和图2描绘根据本公开内容制作的示例性冷冻包封体100。如图1中最佳所示,制冷包封体100包括具有隔断壁104的货物箱102,隔断壁104将货物箱102的体积再分为一个或多个包括第一隔室108(或“前隔室108”)和第二隔室110(或“后隔室110”)的货物隔室106。隔断壁104具有多个开112,其促进前隔室108和后隔室110之间的空气流动。每个货物隔室106具有入口点,所述入口点整体由数字116标注,呈板和/或门形式,其提供进入各自货物隔室106的入口以促进其中货物的装卸。
制冷包封体100还包括调节各自的货物隔室106中的每个内的环境的制冷系统118。制冷系统118包括制冷单元120和邻近至少一个开口112的空气移动装置122。空气移动装置122的实例包括风扇124或推进器。在一个实施方案中,制冷系统118还包括气流调节器126(或“气门片126”),所述气流调节器126调节通过一个或多个开口112的气流。优选地,气门片126允许仅在一个方向上的气流,诸如从前隔室108到后隔室110或反之亦然。
制冷单元120包括冷凝单元128和与前隔室108的内部流体连接的前蒸发器130。冷凝单元128具有如在常规实践中固定到货物箱102外部的外壳132。外壳132包封压缩机134和冷凝器136以及本冷冻技术领域所属人员将认识到的相关组件,且因此无需描述细节。
冷冻系统118还具有控制装置138和提供关于货物隔室106内部的操作条件(例如,温度、压力和湿度)的输入的一个或多个传感器。传感器可包括分别对前隔室108和后隔室110的货物温度作出响应的前温度传感器142和后温度传感器144。本实例将前隔室108的货物温度标注为TF且将后隔室110的货物温度标注为TA。响应于来自传感器140的输入,控制装置138生成选择性地控制和/或操作例如风扇124、冷凝单元128和/或前蒸发器130的控制信号,如下文更详细论述。
制冷系统118的操作引起界定货物隔室106之内和之间的空气的移动的气流模式146。在一个实例中,气流模式146包括尾流148和顺流150。前者即尾流148可由从前隔室108汲取空气并将空气分散(和混合)到后隔室110中的风扇124的旋转引起。顺流150描述空气从后隔室110到前隔室108的流动以使后隔室110内部的压力均等。
如图2中最佳所示,制冷包封体100可被并入到用于运输存储于其中的货物的卡车152。在一个实施方案中,电源(未示出),诸如发电机,可被耦接到卡车152的发动机(或驱动系)。电源生成例如风扇124和压缩机134以及制冷系统118的其它部件所需的充足电力。在一个实例中,电源包括单个车载发动机驱动的同步发电机,所述发电机以一个或多个频率产生至少一个AC电压。
制冷包封体100的实施方案将其自身提供给其它运输车辆。例如,制冷包封体100可被具体实施为附接到适当构造的牵引车并由所述牵引车拖拉的冷冻的运输拖车(即,“牵引车拖车”)或具体实施为用于通过海运和/或铁路和/或联运运输易坏产品具有分隔设计的冷冻货运集装箱。而且,尽管冷冻包封体100的论述将集中于货物箱102的双隔室构造,但是应了解货物箱102的变体可具有两个以上隔室。
控制装置138可包括微处理器板,所述微处理器板包括微处理器、相关存储器和包含模拟转数字转换器的输入/输入板。同样预期其它构造,其中这些装置中的一个或多个被组合在单个集成电路(例如,芯片、芯片上芯片封装等等)内。控制装置138还可包括驱动电路、场效晶体管(“FET”)、继电器和被配置来实施与制冷系统118相关的控制特征的其它分立装置(例如,晶体管、电阻器、电容器)。在一个实例中,控制装置138包括可购自美国,康涅狄格州,法明顿Carrier Corporation的MicroLinkTM控制器。然而,控制装置138的特定类型和设计是在熟悉冷却和冷冻的本冷冻技术领域所属人员的辨别力之内。
在一个实施方案中,控制装置138响应于各个操作参数(包括但不限于前隔室温度TF和后隔室温度TA中的每个的设定点)而操作制冷系统118。这些操作参数可诸如通过工厂校准而被预先设定或预先选定。替代实施方案可允许具体操作参数(诸如可能有益于说明制冷包封体100的使用和操作的变动)的使用者起始的改变和/或实施(例如,基于周围环境的环境温度)。
操作参数可在前隔室108和后隔室110的温度之间区分。例如,前隔室108可被维持在适于结合冷冻物品(例如,易坏冷冻食品)使用的温度,且后隔室110可被维持在适于结合冷冻物品(例如,水果、蔬菜和易坏非冷冻食物)使用的温度。常见的是,对于前隔室温度TF,操作参数将包括从约-18℃到约-25℃的第一设定点,且对于后隔室温度TA,操作参数将包括从约0℃到约12℃的第二设定点。
控制装置138可实施各个运算法则来调节前隔室108和后隔室110中的每个的货物温度。存储器可将这些运算法则以可执行指令的形式(诸如软件和/或硬件)存储,所述指令可通过例如微处理器执行。在一个实例中,运算法则将来自传感器140(例如,前温度传感器142和后温度传感器144)的输入与操作参数(前隔室温度TF和后隔室温度TA中的每个的设定点)进行比较。运算法则起始控制装置138来生成实行制冷系统118的组件的操作的一个或多个控制信号。在一个实例中,控制信号引起速度为风扇124的旋转速度的旋转和/或变动。
风扇124的启动将来自前隔室108的空气与后隔室110中的空气混合。当前隔室温度低于后隔室温度时,空气混合用来降低或“下拉”后隔室110的货物温度。下拉可继续直到后隔室温度TA达到所要货物温度(例如,由上述设定点指定)为止。在一个实例中,运算法则起始控制装置138来响应于后隔室温度TA下降到后隔室温度TA的设定点、大约下降到所述设定点、或下降到接近所述设定点(例如,在特定容限内)而生成阻止风扇124旋转的一个或多个控制信号。
合适的运算法则还可使制冷系统118的组件的操作优先。在一个实例中,运算法则使货物隔室106的冷却优先,并且在一个结构中,前隔室108的冷却优先于后隔室110的冷却。也就是说,运算法则被构造来首先确保前隔室温度TF符合为前隔室108建立的设定点(和/或在所述设定点的可接受容限内)。前隔室温度TF的下拉(或“前下拉”)可要求至少前蒸发器130是起作用的,其提供冷却空气给前隔室108。当前下拉完成(例如,前隔室温度TF达到设定点)时,接着运算法则可起始控制装置138以生成致使后隔室温度TA满足为后隔室110建立的设定点(和/或在所述设定点的可接受容限内)的控制信号。后隔室温度TA的下拉(或“后下拉”)可要求操作风扇124,如上文所述。在其它实例中,后下拉可要求同步操作风扇124和前蒸发器130以维持前隔室温度TF。
现在参考图3,制冷包封体100(图1和图2)的实施方案可实施各种硬件构造来实行对例如风扇124和前蒸发器130的控制。图3的实例提供在例如制冷系统118中使用的硬件平台200的一个构造的示意图。硬件平台200包括控制装置202(例如,控制装置138),所述控制装置202包括处理器204、存储器206和被构造用来大体操作制冷系统(例如,制冷系统118)的控制电路208。控制电路208包括蒸发器控制电路212、风扇控制电路214、冷凝器控制电路216和传感器电路218。在一个实施方案中,控制电路208包括诸如用于比较由传感器电路218接收的输入与标注制冷包封体的隔室的特定操作条件的设定点的比较器电路220。一条或多条总线222将所有这些组件耦接在一起,从而允许每个组件根据需要与其它组件中的一个或多个通信。
硬件平台200还包括传感器224,所述传感器224包括第一温度传感器226和第二温度传感器228。硬件平台200还包括制冷组件230(诸如风扇232)、蒸发器234和压缩机236。硬件平台200的实例还可具有控制面板238,所述控制面板238被耦接到控制装置202,且包括一个或多个制冷系统控制器(诸如第一控制器240和第二控制器242)。当在图1和图2的制冷包封体100中实施时,控制装置202诸如响应于来自传感器224和/或控制面板238的输入实行一个或多个制冷组件230的操作。预期各种构造的比较器电路220指示制冷包封体的各个隔室的温度偏差。偏差可要求控制装置202生成一个或多个控制信号(其经由总线222传达)以改变制冷单元(例如,风扇232、蒸发器234和压缩机236)的操作。操作的改变可改变隔室的操作条件。
在高级下,硬件平台200和其建设性组件在其自身之间通信和/或与执行高级逻辑功能、运算法则以及硬件和软件指令的其它电路(和/或装置)通信。这种类型的示例性电路包括但不限于分立元件(诸如电阻器、晶体管、二极管、开关和电容器)以及微处理器和其它逻辑装置(诸如场可编程门阵列(“FPGAs”)和特定应用程序集成电路(“ASICs”))。尽管全部分立元件、电路和装置以电技术领域所属人员一般了解的方式个别发挥作用,但是其组合并整合到功能性电群体和电路中一般提供本文所公开和描述的概念。
控制装置202的电路可通常在物理上表明逻辑操作,其促进制冷单元的组件的操作改变。这些电路可以物理形式复制运算法则、比较性分析和/或决策逻辑树,其中每个操作来分配输出(例如,控制信号)和/或值给输出(例如,控制信号)诸如以打开和关闭风扇232、改变风扇232的速度、启动蒸发器234,和/或启动压缩机236。
在一个实施方案中,处理器204是中央处理单元(CPU)(诸如ASIC和/或FPGA)。处理器204还可包括状态机电路或能够从例如控制面板238接收输入的其它合适组件。存储器206包括易失性和非易失性存储器且可用来存储软件(或硬件)指令和构造设置。蒸发器控制电路212、风扇控制电路214、冷凝器控制电路216、传感器电路218和比较器电路220中的每个可以具体实施独立装置(诸如固态装置)。这些装置可以安装到基板(诸如印刷电路板),所述基板可容纳各个组件,包括处理器204、存储器206和结合其在制冷包封体中的实施促进控制装置202的操作的其它相关电路。
然而,尽管图3示出处理器204、存储器206、蒸发器控制电路212、风扇控制电路214、冷凝器控制电路216、传感器电路218和比较器电路220作为分立电路和分立组件的组合,但是不一定需要这样。例如,这些组件中的一个或多个可包含在单个集成电路(IC)或其它组件中。举另一实例,处理器204可包括内部程序存储器(诸如RAM和/或ROM)。类似地,这些组件的任何一个或多个功能可跨额外组件(例如,多个处理器或其它组件)散布。
在一个实施方案中,风扇232的控制和操作与蒸发器234以及制冷系统的其余部分的控制和操作成一体。这类整合可通过运算法则和比例-积分-微分(PID)控制方案而发生。PID控制方案的一个实例具有三项控制结构,所述三项控制结构生成PID输出,其继而起始改变制冷组件230的操作的控制信号。三项控制结构代表呈多个“模块”形式可个别(或共同)对PID输出的整体值作出贡献的一个或多个数学运算法则。在下文进行的论述中,提出结合三项控制结构使用的示例性数学运算法则。然而,预期其它运算法则与本公开内容的概念的范畴和精神同样一致。
举例来说,模块可包括比例控制模块、积分控制模块和微分控制模块。当实施为数学运算法则时,每个模块提供“项”。项的操纵(个别或共同)有效修改或改变PID输出的值,且继而有效修改或改变控制装置202传递给制冷系统的各个组件的控制信号的值。在一个实例中,控制信号可启动例如风扇232以及撤销对其的启动。
在一个实施方案中,可根据下列方程式(1)定义PID输出:
u(t)=POUT+IOUT+DOUT 方程式(1)
其中u(t)是PID输出的值,Pout是PID输出的比例项,Iout是PID输出的积分项,并且Dout是PID输出的微分项。如下文更详细论述,每一项对应于响应于来自例如上述传感器224的输入而被分配值的增益参数。
比例项Pout也称为增益和/或增益项,其可与误差值成比例地改变PID输出。在一个实例中,误差值定义隔室温度(例如,前隔室温度TF和后隔室温度TA)的改变。在一个实例中,根据下列方程式(2)定义比例项Pout:
POUT=KPe(t), 方程式(2)
其中Kp是比例增益参数,e是误差值,且t是时间和/或瞬时时间。
积分项Iout也被称为重置和/或重置项,其可与误差值的量级和误差值的持续时间成比例地修改PID输出。在一个实例中,根据下列方程式(3)定义积分项Iout:
其中Ki是积分增益参数,e是误差值,t是时间或瞬时时间,且τ是虚积分值。
微分参数Dout也被称为速率和/或速率项,其可以基于误差值的改变速率诸如通过确定误差值对时间的斜率而改变PID输出。在一个实例中,根据下列方程式(4)定义微分项Dout:
其中Kd是微分增益参数,e是误差值,且t是时间或瞬时时间。
在一个实施方案中,比例项、积分项和微分项的一项或多项的总和被用来计算PID输出的值(例如,u(t)),如下列方程式(5)所示:
比例控制模块、积分控制模块和微分控制模块中的每个可被构造为电路。利用分立元件(诸如电阻器和电容器)、处理器(诸如ASIC和FPGA)以及各个电子装置的组合,这些模块可以实行对上述各个参数的改变、计算、确定。结合本文所述的PID控制和PID控制方案的相关理论选择这些元件和组件。
图4描绘对冷却制冷包封体(例如,制冷包封体100(图1))有用的示例性方法300的流程图。方法300包括:在方框302,接收输入;和在方框304,生成第一控制信号来改变制冷包封体的第一操作参数。方法300还包括:在方框306,生成第二控制信号来改变制冷包封体的第二操作参数。方法300还包括:在方框308,监测第一操作参数和第二操作参数,举例来说,诸如在方框310,接收呈输入形式的反馈(例如,在方框302)。
在一个实施方案中,输入产生于传感器,例如温度传感器,其监测每个货物隔室(例如,货物隔室106)的操作条件(例如,环境)。输入可被同时接收,诸如在制冷包封体被构造来同时监测前隔室温度TF和后隔室温度TA中的每个时。一般来说,这种配置形成反馈回路,其中来自传感器的输入被持续接收。这种反馈回路允许快速响应于操作参数的改变。在一个实例中,控制信号的值是基于前隔室温度TF和后隔室温度T的一个或多个的改变来设定。这种改变可以指示各自温度与例如前隔室108和后隔室110的设定点的偏差。对这个偏差作出响应,第一控制信号和第二控制信号可分别实行前蒸发器130和风扇124的操作。
图5示出另一示例性方法400的流程图。本发明人使用相同参考符号来标注如图4和图5之间相同的组件。但是符号被加上了100。例如,方法400包括:在方框402,接收输入;在方框404,生成第一控制信号;在方框406,生成第二控制信号;和在方框408,监测操作参数。
方法400还包括:在方框412,从第一隔室接收第一输入;和在方框414,从第二隔室接收第二输入。方法400还包括:在方框416,比较输入(例如,第一输入和第二输入)与设定点(诸如第一隔室和第二隔室各自的第一设定点和第二设定点)。方法400还包括用于使隔室的操作条件优先的步骤,举例来说,诸如使第一隔室优先于第二隔室。在一个实例中,优先化可在方法400中发生,在方框420,确定第一输入是否不同于第一设定点。如果第一输入不同于第一设定点,那么方法400继续方框404,生成第一控制信号。另一方面,如果第一输入并非不同于设定点,那么方法400继续,在方框422,确定第二输入是否不同于第二设定点。如果第二输入不同于第一设定点,那么方法400继续方框406,生成第二控制信号。
本发明人发现在制冷包封体的隔室之间进行优先化和选择可确保适当冷却。在一个实施例中,前隔室被维持在低于后隔室的温度下。这种构造是用于冷冻食品(例如,前隔室)和非冷冻食品(例如,后隔室)的典型制冷包封体。通过将风扇和蒸发器耦接到相同控制装置(例如,控制装置138),可赋予冷冻食品隔室优先权。因此当冷冻食品隔室处于充足温度(例如,与设定点不存在偏差)时,冷空气仅汲取自冷冻食品隔室。
如果适用,预期数值以及本文所述的其它值用术语“大约”修饰,无论其是由本公开内容的论述明确陈述还是由其固有推导出来的。如在本文中所使用,术语“大约”定义修饰值的数值边界以包括但不限于容限和上限值,且包括如此修饰的数值。也就是说,数值可包括明确陈述的实际值,以及是或可能是所指示和/或本公开内容中所述的实际值的十进位、分数或其它倍数。
本书面描述使用实例来公开本发明的实施方案,包括最佳模式,并且还使本领域技术人员能够实行本发明,包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明可取得专利的范畴由权利要求书定义,并且可以包括本领域技术人员能想到的其它实例。这类其它实例意在处于权利要求书的范畴内,条件是其具有与权利要求书的文字语言无差异的结构元件,或其包括与权利要求书的文字语言无实质性差异的等效结构元件。
Claims (19)
1.一种用于冷却货物箱的系统,所述系统包括:
制冷单元,其具有与所述货物箱的第一隔室流体连接的压缩机、冷凝器和蒸发器;
空气移动装置,其与所述货物箱的第二隔室流体连接;
传感器,其对所述第一隔室和所述第二隔室中的每个的操作条件作出响应;和
控制装置,其耦接到所述制冷单元、所述空气移动装置和所述传感器中的每个,
其中所述控制装置被构造来生成响应于输入和定义操作条件的操作参数之间的偏差而改变所述制冷单元和所述空气移动装置的操作的控制信号。
2.根据权利要求1所述的系统,其中所述传感器对所述第一隔室和所述第二隔室中的每个的温度作出响应。
3.根据权利要求2所述的系统,其中所述传感器包括对所述第一隔室的温度作出响应的第一温度传感器和对所述第二隔室的温度作出响应的第二温度传感器。
4.根据权利要求1所述的系统,其中所述控制装置被构造来使所述制冷单元和所述空气移动装置的操作优先。
5.根据权利要求4所述的系统,其中来自所述第一隔室的输入优先于来自所述第二隔室的输入。
6.根据权利要求1所述的系统,其中所述控制装置实施利用所述第一隔室的温度和所述第二隔室的温度的PID控制方案。
7.根据权利要求1所述的系统,其中所述空气移动装置包括与所述第一隔室和所述第二隔室中的每个流体连接的风扇。
8.一种制冷包封体,其包括:
货物箱,其具有将所述货物箱的体积再分为第一隔室和第二隔室的隔断壁;
制冷单元,其具有与所述第一隔室流体连接的蒸发器;
空气移动装置,其被布置为邻近所述隔断壁,所述空气移动装置与所述第一隔室和所述第二隔室中的每个流体连接;和
控制装置,其耦接到所述制冷单元和所述空气移动装置中的每个,
其中所述控制装置被构造来生成响应于所述第一隔室和所述第二隔室的操作条件偏差而改变所述制冷单元和所述空气移动装置的操作的控制信号。
9.根据权利要求8所述的制冷包封体,其中所述隔断壁包括多个开口,且其中所述空气移动装置被布置在所述开口中的一个中并且被定位来从所述第一隔室汲取空气并将空气分散到所述第二隔室。
10.根据权利要求9所述的制冷包封体,其还包括布置在所述开口中的一个中的气门片,其中所述气门片允许气流从所述第二隔室流到所述第一隔室。
11.根据权利要求8所述的制冷包封体,其还包括布置在所述第一隔室和所述第二隔室的每个中的传感器,其中所述传感器被构造来提供关于所述操作条件的输入。
13.根据权利要求11所述的制冷包封体,其中所述控制装置被构造来使所述第一隔室的操作条件优先于所述第二隔室的操作条件。
14.根据权利要求8所述的制冷包封体,其中所述控制装置被构造来将所述第一隔室维持在低于所述第二隔室的温度的温度。
15.根据权利要求8所述的制冷包封体,其还包括所述第一隔室和所述第二隔室中的每个的入口点。
16.一种冷却制冷包封体中的隔室的方法,所述方法包括:
接收关于所述货物箱的所述隔室中的每个的操作温度的输入;
响应于所述输入生成第一控制信号来起始所述第一隔室的操作温度的第一次下拉;和
响应于所述输入生成第二控制信号来起始所述第二隔室的操作温度的第二次下拉,
其中所述第二次下拉将空气从所述第一隔室分散到所述第二隔室。
17.根据权利要求16所述的方法,其还包括使所述第一次下拉优先于所述第二次下拉。
18.根据权利要求16所述的方法,其中所述第一控制信号指示所述输入不同于所述第一隔室的设定点。
19.根据权利要求16所述的方法,其中所述第二控制信号指示所述输入不同于所述第二隔室的设定点。
20.根据权利要求16所述的方法,其中所述第二隔室的操作温度比所述第一隔室的操作温度大至少约5℃。
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