CN104937351B - 具有节能器的多隔舱运输制冷系统 - Google Patents
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Abstract
一种多隔舱运输制冷系统包括：压缩机(20)，其具有抽吸口、排放口和中间进气口；排热热交换器(116)；节能器热交换器(148)，其具有通过其中的第一制冷剂流动路径和第二制冷剂流动路径；第一蒸发器膨胀设备(140)；第一蒸发器(40)，其具有耦接到所述第一蒸发器膨胀设备的入口和耦接到压缩机入口路径的出口，所述第一蒸发器用于冷却容器的第一隔舱：第二蒸发器膨胀设备(150)；第二蒸发器(50)，其具有耦接到所述第二蒸发器膨胀设备的入口，所述第二蒸发器用于冷却所述容器的第二隔舱；节能器膨胀设备(77)，其耦接到所述第一制冷剂流动路径，所述节能器膨胀设备将制冷剂从所述第一制冷剂流动路径引导到所述第二制冷剂流动路径，所述第二制冷剂流动路径耦接到所述中间进气口。
Description
发明背景
实施方案一般涉及运输制冷系统，且更具体而言，涉及使用节能器的多隔舱运输制冷系统。
卡车拖车的制冷容器需要制冷单元，以在容器的内部容积内保持期望温度环境。各种产品，例如从新采摘的产品到深度冷冻海产食品，通常在制冷的卡车拖车和其它制冷货物容器中装运。为了便于在不同温度条件下装运各种产品，一些卡车拖车容器被分隔成两个或多个单独的隔舱，每个隔舱将通常具有门，所述门直接开向拖车外部。容器被分隔成一对并排的轴向延伸的隔舱，或两个或更多个背对背的隔舱，或者其组合。
与卡车拖车的分隔制冷容器结合使用的常规运输制冷单元包括以闭合制冷剂流动回路经由合适的制冷管线连接的制冷剂压缩机、冷凝器、主蒸发器和一个或多个远程蒸发器。制冷单元必须具有足够的制冷容量，以在范围很宽的室外环境温度和负载条件下将存储在容器的各隔舱内的易腐坏产品维持在特定的期望隔舱温度下。
除了前述主蒸发器外，还提供一个或多个远程蒸发器，通常是在最前面的隔舱后面的每个附加隔舱中提供一个，以制冷每个单独的后部隔舱内的空气或其它气体。远程蒸发器可以根据期望安装到相应隔舱的顶板或者隔舱的一个分隔壁上。远程蒸发器通常与主蒸发器并联放置在制冷循环回路中。通常，将电磁操作的截止阀放置在制冷循环回路中每个远程蒸发器上游，该截止阀与系统控制器一起操作，使得每个远程蒸发器可以响应于与该相应的远程蒸发器操作性关联的相应隔舱的冷却需求，独立地和选择性地向制冷剂流敞开和关闭。可使用每个蒸发器盘管的入口处的独立的步进式控制阀(而不是电磁操作的截止阀)来实现相同的效果。
多温度隔舱运输制冷系统产生重要控制和制冷系统复杂性。对更清洁柴油技术和/或发动机功率水平的排放要求需要一种新的方法来实现制冷循环效率和功率管理。通常，隔舱的多温度控制通过一个或多个易腐坏的隔舱的蒸发器膨胀阀的脉冲宽度调制来实现，而用于冷冻隔舱的蒸发器膨胀阀在全冷运行模式下工作。对单级压缩系统的所述特定脉冲宽度调制控制可由于以下事实而从压缩机处的抽吸压力的快速升高中产生动态功率扰动：具有饱和蒸发温度的所有隔舱共享同一个抽吸增压室。
发明概要
根据本发明的一个方面，多隔舱运输制冷系统包括：压缩机，其具有抽吸口、排放口和中间进气口，该中间进气口位于沿压缩机抽吸口与压缩机排放口之间的压缩路径的中间位置处；排热热交换器，其位于压缩机排放口的下游；节能器热交换器，其具有通过其中的第一制冷剂流动路径和第二制冷剂流动路径；第一蒸发器膨胀设备，其位于第一制冷剂流动路径的下游；第一蒸发器，其具有耦接到第一蒸发器膨胀设备的入口和耦接到压缩机入口路径的出口，压缩机入口路径耦接到压缩机抽吸口，第一蒸发器用于冷却容器的第一隔舱；第二蒸发器膨胀设备，其位于第一制冷剂流动路径的下游；第二蒸发器，其具有耦接到第二蒸发器膨胀设备的入口和耦接到压缩机入口路径的出口，第二蒸发器用于冷却容器的第二隔舱；节能器膨胀设备，其耦接到第一制冷剂流动路径，节能器膨胀设备将制冷剂从第一制冷剂流动路径引导到第二制冷剂流动路径，第二制冷剂流动路径耦接到中间进气口。
这些和其它优点和特征将从以下结合附图的描述变得更加显而易见。
附图简述
在本说明书所附的权利要求书中特别指出并明确要求被视为本发明的主题。本发明的前述和其它特征和优点从以下结合附图的具体实施方式中显而易见，其中：
图1是在一个示例性实施方案中的具有分隔的容器和配备有具有多个蒸发器的运输制冷单元的制冷卡车拖车的局部透视图；
图2是在一个示例性实施方案中的多个蒸发器运输制冷单元的示意性表示；以及
图3是在一个示例性实施方案中的用于控制多隔舱制冷系统的方法的流程图。
具体实施方式通过参考附图的实例的方式解释本发明的实施方案，连同优点和特征。
具体实施方式
现参考图1，示出了卡车拖车100，其具有由内部分隔壁104、106划分(即分隔)成前部货舱112、中间货舱114和后部货舱116的制冷容器110。货舱112、114和116分别具有通道门113、115和117，这些门直接开向卡车拖车外部，以便于将产品装载到相应货舱112、114和116中。容器100配备有运输制冷系统10，用于将相应货舱112、114和116中的每一个调节和维持在为被装运于其中的产品选定的期望存储温度范围。虽然是通过参考图1所示的三个隔舱的制冷容器对实施方案进行描述，但是应当理解，实施方案也可以与具有带有其它布置的货舱的分隔容器的卡车拖车结合使用，并且也可以与其它制冷运输容器(例如包括卡车的制冷容器或用于通过船舶、轨道和/或道路运输方式运输易腐坏产品的具有分隔设计的制冷货物容器)结合使用。
运输制冷系统10包括主蒸发器40和远程蒸发器50和60。蒸发器40、50和60中的每一个可以包括常规翅片管式盘管热交换器。运输制冷系统10如常规实践那样安装在卡车拖车100的外壁，例如其前壁102，其中压缩机20和排热热交换器116(图2)被放置在壳体16中制冷容器110的外部。
图2是在一个示例性实施方案中的多个蒸发器运输制冷单元10的示意性表示。在所描绘的实施方案中，压缩机20是涡旋式压缩机，然而，在不限制本公开的范围的情况下，其它压缩机(诸如往复式或螺杆式压缩机)是可能的。压缩机20包括马达114，其可以是由低速(例如，45Hz)或高速(例如，65Hz)运转的同步发电机21驱动的集成电驱动马达。发电机21可由牵引卡车拖车100的车辆的柴油机23驱动。替代地，发电机21可由独立的发动机23驱动。在示例性实施方案中，发动机23是柴油机，诸如高速(约1950RPM)或低速(约1350RPM)运转的四缸、2200cc排量柴油机。
高温、高压制冷剂蒸汽在压缩机20的排放口排出，随后移动到排热热交换器116(例如，冷凝器或气体冷却器)，其包括多个冷凝器盘管翅片和管144，其接收通常由排热热交换器风机(未示出)吹出的空气。在低温操作期间，通过该步骤移除潜热，制冷剂凝结到高压/高温液体，并流动到提供对过剩液态制冷剂的存储的接收器120。制冷剂从接收器120流动到过冷却器121，其增加制冷剂过冷却。过冷却器121可被定位成邻近排热热交换器116，并且由来自排热热交换器风机的空气流冷却。过滤器干燥器124使制冷剂保持清洁和干燥，并将制冷剂排放到增加制冷剂过冷却的节能器热交换器148的第一制冷剂流动路径71。节能器热交换器148可以是板式热交换器，其将制冷剂提供到第一制冷剂流动路径71与第二制冷剂流动路径72之间的制冷剂热交换器。
从第一制冷剂流动路径71，制冷剂从节能器热交换器148流动到与第一制冷剂流动路径71并联的多个蒸发器膨胀设备140、150和160。蒸发器膨胀设备140、150和160分别与蒸发器40、50和60相关联，以控制制冷剂进入相应的蒸发器40、50和60。蒸发器膨胀设备140、150和160是由控制器550控制的电子蒸发器膨胀设备。为了便于说明，控制器550被示出为分布式的。应理解，控制器550可以是控制蒸发器膨胀设备140、150和160的单个设备。控制器550响应于来自第一蒸发器出口温度传感器141和第一蒸发器出口压力传感器142的信号而控制蒸发器膨胀设备140。控制器550响应于来自第二蒸发器出口温度传感器151和第二蒸发器出口压力传感器152的信号而控制蒸发器膨胀设备150。控制器550响应于来自第三蒸发器出口温度传感器161和第三蒸发器出口压力传感器162的信号而控制蒸发器膨胀设备160。蒸发器风机(未示出)通过蒸发器40、50和60抽吸或推送空气，以分别调节隔舱112、114和116中的空气。
来自蒸发器40、50和60的制冷剂蒸汽耦接到相同的压缩机入口路径200，该压缩机入口路径200通过压缩机抽吸调制阀201和压缩机抽吸检修阀202耦接到压缩机抽吸口。
制冷系统10进一步包括通过节能器热交换器148的第二制冷剂流动路径72。第二制冷剂流动路径72在第一制冷剂流动路径71与压缩机20的中间进气口167之间连接。中间进气口167位于沿压缩机抽吸口与压缩机排放口之间的压缩路径的中间位置处。将节能器膨胀设备77定位在第二制冷剂流动路径72中，位于节能器交换器148的上游。节能器膨胀设备77可以是由控制器550控制的电子节能器膨胀设备。当节能器活动时，控制器550控制节能器膨胀设备77，以允许制冷剂通过第二制冷剂流动路径72，通过节能器热交换器148并进入中间进气口167。节能器膨胀设备77用来使制冷剂膨胀并冷却，其继续进入节能器逆流式热交换器148，从而在继续到蒸发器膨胀设备140、150和160的第一制冷剂流动路径71中使液态制冷剂过冷却。
如在本文中进行更详细描述，控制器550监测并且控制制冷剂蒸汽压缩系统10中的多个点。控制器550可包括微处理器及其相关联的存储器。控制器的存储器可包含有关系统10内的各种工作参数的操作人员或拥有者预选的期望值，包括但不限于，系统10或容器内的各个位置的温度设定点、压力限制、电流限制、发动机转速限制以及与系统10相关的任何类型的其它期望的工作参数或限制。在实施方案中，控制器550包括含有微处理器和存储器的微处理器板、输入/输出(I/O)板，其包含接收来自系统中的各个点的温度输入和压力输入、AC电流输入、DC电流输入、电压输入和湿度水平输入的模拟数字转换器。此外，I/O板包括驱动电路或场效应晶体管(“FET”)和继电器，其接收来自控制器550的信号或电流，并进而控制系统10中的各种外部或外围设备，诸如，例如节能器膨胀阀77。
大量制冷系统负载事件可导致压缩机功率超过压缩机功率限制。例如，当蒸发器膨胀设备140、150和160脉动时，这可由于以下事实从压缩机20处的抽吸压力的快速升高中产生动态功率扰动：具有饱和蒸发温度的所有隔舱共享耦接到相同的压缩机入口路径200的同一个抽吸增压室。被应用到蒸发器膨胀设备140、150和/或160的脉冲可以是脉冲宽度调制信号或可对应于使蒸发器膨胀设备140、150和/或160从打开状态脉动到关闭状态，且反之亦然。该中断(例如，压缩机20的抽吸口处的制冷剂体积陡增)可导致压缩机补偿并超出压缩机功率限制。其它制冷系统负载事件包括在一个或多个隔舱112、114和116内的加热器和/或风机循环打开和关闭。通过改变从第二制冷剂流动路径72到中间进气口167的注入气体流动速率，实施方案使用节能器膨胀阀77来将压缩机功率电平维持在规定的功率限制之下，从而维持给定的发动机功率水平。
在操作中，控制器550通过节能器热交换器出口温度传感器74和节能器热交换器出口压力传感器76来监测节能器热交换器148的过热。制冷剂系统负载事件，诸如蒸发器膨胀设备140、150和/或160处的瞬时脉冲可导致压缩机20的抽吸口处的抽吸压力升高。这样会造成中间进气口167处的中级压力升高。这增加了节能器热交换器出口压力传感器76处的压力，当过热降低时可通过控制器550观察。控制器550通过减少通过节能器膨胀阀77的流量或关闭节能器膨胀阀77而做出响应，从而将节能器热交换器148的过热维持在期望水平。
控制器550还可监测发动机23的速度和/或负载，并且响应于发动机工作参数，诸如发动机速度和/或发动机负载来控制节能器膨胀阀77。发动机工作参数可由安装在发动机23处并与控制器550通信的传感器来感测。例如，控制器550可检测发动机23的RPM已经下降，这指示压缩机20上由于制冷系统负载事件中的一个或多个而导致的阶跃负载。在这种情况下，控制器550可关闭节能器膨胀阀77或减少通过节能器膨胀阀77的流量，以减少被供应到压缩机20的制冷剂的量。使用发动机23的工作参数控制节能器膨胀阀77可单独执行，或结合本文描述的过热控制一起执行。
图3是在一个示例性实施方案中的用于控制多隔舱制冷系统的方法的流程图。该过程始于200，其中制冷系统被操作来控制多个隔舱中的温度。在202，制冷系统负载事件发生，诸如蒸发器膨胀设备140、150和160中的一个或多个被脉动来控制通过蒸发器膨胀设备的流量、加热器和/或风机循环打开和关闭等。在204，控制器550监测制冷系统的工作参数。工作参数可包括节能器热交换器148的出口处的过热和/或发动机23的工作参数(例如，速度和/或负载)。在206，控制器550控制节能器膨胀设备77，以调节制冷剂到压缩机20的中间进气口167的流动。
使用节能器膨胀阀77控制压缩机功率具有许多优点。对节能器膨胀阀77的控制比单级压缩系统的典型抽吸节流机制更快起作用。压缩机抽吸调制阀201从打开到关闭的典型反应时间是30-45秒。节能器膨胀设备77(例如，电控步进式阀)从打开到关闭的典型反应时间是6秒。此外，节能器热交换器148中的制冷剂体积和质量是很小的，这易于进一步提升反应时间并通过限制所存储的制冷剂和随后的能量来进行控制。
节能的多温度系统的另一好处在于，其允许隔舱和连接管内减少的压降产生更大容量。节能的循环容量由热焓和质量流率驱动。为了如单级系统一样实现类似冷冻能力，在不存在质量流率的情况下增加热焓。节能的涡旋式系统的典型质量流率比相同净容量的单级系统低35-50％。更低质量流率的系统，诸如图2的系统，经受来自远程蒸发器的更少压力降影响和管组损失。此外，节能循环在提供重要的安装成本节约的拖车的长度(例如，53’)的各处具有较小标称低侧管直径(例如，11/8”相对于7/8”)。
节能的多温度系统的另一好处在于，其允许在在需要时对远程蒸发器进行可变的过冷却。当将过冷却的制冷剂分布在多温度隔舱中时，有助于维持对远程蒸发器的净正过冷却，从而防止膨胀设备之前的预膨胀。在某些时段，可通过单独隔舱(制冷剂通过其中)从热增益更改制冷剂过冷却。通过在低负载或高功率需求的情况下允许很轻的部分流量通过节能器系统，系统维持对远程蒸发器膨胀阀的正过冷却环境，从而提高性能。
虽然仅结合有限数量的实施方案来对本发明进行详细描述，但是应当容易理解，本发明不局限于此类公开的实施方案。相反，本发明可被修改以并入之前未予描述，但与本发明的精神和范围相符的任何数量的变更、更改、替换或等同布置。此外，虽然已经描述了本发明的各种实施方案，但是应理解，本发明的方面可仅包括所描述的实施方案中的一些。相应地，本发明不应视为由前述描述限制，而是仅由随附权利要求书的范围限制。
Claims (4)
1.一种多隔舱运输制冷系统，其包括：
压缩机，其具有抽吸口、排放口和中间进气口，所述中间进气口位于沿所述压缩机抽吸口与所述压缩机排放口之间的压缩路径的中间位置处；
排热热交换器，其位于所述压缩机排放口的下游；
节能器热交换器，其具有通过其中的第一制冷剂流动路径和第二制冷剂流动路径；
第一蒸发器膨胀设备，其位于所述第一制冷剂流动路径的下游；
第一蒸发器，其具有耦接到所述第一蒸发器膨胀设备的入口和耦接到压缩机入口路径的出口，所述压缩机入口路径耦接到所述压缩机抽吸口，所述第一蒸发器用于冷却容器的第一隔舱；
第二蒸发器膨胀设备，其位于所述第一制冷剂流动路径的下游；
第二蒸发器，其具有耦接到所述第二蒸发器膨胀设备的入口和耦接到所述压缩机入口路径的出口，所述第二蒸发器用于冷却所述容器的第二隔舱；
节能器膨胀设备，其被耦接到所述第一制冷剂流动路径，所述节能器膨胀设备将制冷剂从所述第一制冷剂流动路径引导到所述第二制冷剂流动路径，所述第二制冷剂流动路径耦接到所述中间进气口；
发动机，其用于向所述压缩机提供功率；
控制器，其控制所述节能器膨胀设备，以调节制冷剂沿所述第二制冷剂流动路径到所述中间进气口的流动，其特征在于：
所述控制器响应于所述节能器热交换器的过热或者响应于所述发动机的工作参数而控制所述节能器膨胀装置。
2.根据权利要求1所述的多隔舱运输制冷系统，其中：
所述控制器响应于制冷系统负载事件而控制所述节能器膨胀设备。
3.根据权利要求1所述的多隔舱运输制冷系统，其中：
所述控制器响应于被应用到所述第一蒸发器膨胀设备和所述第二蒸发器膨胀设备中的一个的脉冲控制信号而控制所述节能器膨胀设备。
4.根据权利要求3所述的多隔舱运输制冷系统，其中：
所述脉冲控制信号是脉冲宽度调制信号。
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