CN106895629A - 用于运输的蓄冷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在蓄冷设备中维持冷藏温度的系统，包括：均匀地放置在蓄冷设备的顶部的多个冷却剂层；每个冷却剂层包括多个成行成列堆叠的冷却剂板；压缩机，产生气流并且使气流在蓄冷设备中从上到下以环行模式循环；由此将蓄冷设备中的温度维持在‑25℃到+25℃的范围内；多个冷却剂层被靠近所述压缩机放置，以便有效地循环气流；冷却剂容器框架，用以均匀地调节多个冷却剂层中的多个冷却剂板，并允许蓄冷设备中从上到下的有效气流；蓄冷设备的基部通体设有孔，用以抽吸由压缩机循环的空气，从而改善蓄冷设备内气流的循环；以及蓄冷设备被隔离以增加热绝缘系数，从而在蓄冷设备中维持期望的温度，由此冷冻冷却剂层。

Description

用于运输的蓄冷系统
技术领域
本发明主要涉及冷藏集装箱领域，特别地，涉及在冷链运输过程中在蓄冷设备内维持冷藏-冷冻(chilled-frozen)且恒定温度的系统。
背景技术
出于各种工业和消费目的，冷藏集装箱和/或蓄冷设备得到广泛应用，即，将货物运输很长的地理距离。在现今迅速增长的世界中，冷藏集装箱几乎在生活的每个领域都有所应用，并且随产业的不同而有差别。冷藏集装箱的连续、长期工作需要大量的工作以及冷却效率，因此对动力的产生有较高的要求并且产生了极大量的CO2排放。
此外，在设计和制造为迎合不同行业的不同需求所需的蓄冷设备(cold storage)时也遇到了严重的设计难题。在确定与蓄冷设备的操作相关的效率时，冷藏集装箱的设计形成了重要的方面。最重大的缺陷是，在传统的冷藏集装箱中没有均匀的气流，导致了温差。
而且，本领域已知类型的传统冷藏集装箱具有与之关联的较高的设计和制造成本，因此，使得制造商倾向于采用就其所要服务的目的而言没有竞争力的设计。因此，蓄冷设备的那些复杂、未解决以及昂贵的设计参数，导致效率的损失，并因此给行业以及经济整体上造成极大的损失。
因此，鉴于上述情形，急需一种新的、改善的、简化的且具有成本效益的蓄冷设备，来应对所有前述的技术、安全以及成本相关的限制，而不会影响冷却效率以及其它与性能相关的参数。
发明内容
本发明的一个目的在于，在蓄冷设备内部维持冷藏/冷冻温度。
本发明的另一目的在于，在蓄冷设备的顶部布置冷却剂层。
本发明的又一个目的在于，在顶部处并入压缩机，以便冷冻冷却剂层，由此产生均匀的气流并且使其在蓄冷设备中循环。
本发明的又一个目的在于，将冷却剂层设置在邻近压缩机的位置，以便在蓄冷设备中有效地循环气流。
本发明的又一个目的在于，包括冷却剂容器(holder)框架，用以均匀地调节冷却剂板以及允许蓄冷设备中从上到下的有效气流。
本发明的又一个目的在于，在蓄冷设备的基部处设置孔。
本发明的进一步的目的在于，使蓄冷设备隔热以在蓄冷设备中维持期望的温度。
本发明涉及一种在蓄冷设备中维持冷藏/冷冻温度的系统。该系统由多个被均匀地放置在蓄冷设备顶部的冷却剂层形成。每个冷却剂层包括多个成行成列(in rows andin columns)排列(stack)的冷却剂板。该系统进一步包括压缩机，该压缩机产生气流并且使气流在蓄冷设备中从上到下以环行模式(circular pattern)循环，并且将蓄冷设备中的温度维持在-30℃到+25℃的范围内。为了有效地循环气流，多个冷却剂层被放置在靠近压缩机的地方。该系统还设置有冷却剂容器框架，用以均匀地调节多个冷却剂层中的多个冷却剂板，并因此允许蓄冷设备中从上到下的有效气流。而且，为了改善蓄冷设备中气流的循环，蓄冷设备的基部通体(throughout)设有孔，用于抽吸由压缩机循环的空气。此外，蓄冷设备被隔热以增加热绝缘系数从而在蓄冷设备中维持期望的温度，由此冷冻冷却剂层。
压缩机循环冷冻的空气以便冷冻冷却剂。系统中的空气温度取决于冷却剂凝固点。一旦冷却剂被完全冻结，压缩机停止，冷却剂开始释放能量，取决于冷却剂的凝固点；其可能被冷却或冻结。而且，冷却剂容器框架被设计为使得其不仅保持冷却剂而且允许冷却剂从上到下地释放能量。
在本发明的一个实施例中，多个冷却剂层是矩形的。
在本发明的另一个实施例中，多个冷却剂层具有40cm×30cm×3.5cm的尺寸。
在本发明的另一个实施例中，在蓄冷设备的顶部放置有两个冷却剂层。
在本发明的另一个实施例中，在蓄冷设备的顶部放置有三个冷却剂层。
在本发明的另一个实施例中，多个冷却剂层中的每层包括八十个板。
在本发明的另一个实施例中，冷却剂容器框架为不锈钢框架。
在本发明的又一个实施例中，蓄冷设备为冷链物流(cold chain logistics)、冷藏集装箱、制冷集装箱以及冷藏式或冷冻式蓄冷设备。
附图说明
参照对附图的说明中所阐释的各种实施例，能够获得对本发明的进一步理解。这些附图无意于限制本发明的范围，其说明了随附的权利要求书或以后修改的权利要求书中的细节，但仅仅是为了澄清和举例说明本发明。
为了更完全地理解本发明，现参照如下附图，其中：
图1为根据本发明实施例的系统100和设有孔112的集装箱102的示意图。
图2为根据本发明实施例的说明冷却剂层104的示意图，冷却剂层104被布置在冷却剂容器框架108中、其中有冷却剂板106。
图3示出了根据本发明实施例的系统100中来自压缩机110的气流。
图4示出了以易腐货物进行试验的结果。
图5示出了30℃下的试验结果。
图6示出了冬天的试验结果。
具体实施方式
下文参照附图呈现了对本发明各种实施例的详细描述。
本发明的各个实施例被参照附图详细地描述。然而，本发明并不局限于这些实施例，这些实施例仅仅用来向本公开所属技术领域的普通技术人员更加清楚地说明本发明。在附图中，相同的附图标记用来指代相同的部件。
本发明涉及用来在运输过程中维持冷藏或冷冻温度的蓄冷系统。而且，本发明涉及一种混合式集装箱，与使用冷却剂在所有时间将集装箱保持在期望的温度有关，例如，甚至在压缩机已经停止工作之后。冷却剂在集装箱中的定位形成了本发明的关键方面，有助于实现在集装箱内部维持冷藏温度的目标。
术语“集装箱”和“蓄冷设备”在本发明的背景下可以被互换地使用，并不会被认为在解释形成本发明的一部分的主题的含义和范围时会被误解。
参照本发明的一个实施例，本发明以其最佳形式描述了如图1所示的系统100，该系统有助于在蓄冷设备中维持冷藏温度。
在本发明中，此前和此后所描述的蓄冷设备102指的是很多事物，包括但不限于，冷链物流、冷藏集装箱、制冷集装箱、冷藏式或冷冻式蓄冷设备。
本发明在优选实施例中描述了用于如图1所示的20F集装箱的系统。然而，构成本发明系统的基础的概念并不局限于任何特定尺寸的集装箱，并且正如本领域技术人员能够理解的那样，可以被很好地系统化以满足任何尺寸集装箱的需要。
根据本发明的一个实施例，系统100形成有多个冷却剂层104。多个冷却剂层中的每个冷却剂层是矩形的，具有40cm×30cm×3.5cm的尺寸。然而，冷却剂层的形状和尺寸可以根据蓄冷设备的需要和设计而变化，正如本领域技术人员能够理解的那样。冷却剂层被均匀地放置在蓄冷设备的顶部，覆盖整个顶部，每个冷却剂层具有多个如图3所示成行成列排列的冷却剂板106。
蓄冷系统在其优选实施例中使用至少两个、优选三个冷却剂层，每个冷却剂层具有若干个单元的冷却剂板，以覆盖其中的整个区域。然而，设置在蓄冷设备102的顶部的冷却剂层104的数量以及形成各个冷却剂层的冷却剂板106的数量并不局限于这里所描述的数量，而是正如系统所需要的(取决于各种因素，比如集装箱的尺寸)以及本领域技术人员所理解的，可以存在任何数量的冷却剂层和冷却剂板，从而使有效地冷却蓄冷设备的目标能够没有任何折中地得到满足。
根据本发明的一个实施例，冷却剂板106被均匀地调节并借助于如图3所示的冷却剂容器框架108在冷却剂层104中保持不动(intact)。系统100的这种配置有助于允许蓄冷设备中从上到下的有效的气流。冷却剂容器框架为不锈钢框架，还可以由任何其它合适的、本领域技术人员在不违背如上所述的设置冷却剂容器框架的意图的情况下所能想到的材料制成。
参照如图4所示的本发明的实施例，蓄冷设备102中的气流利用本领域已知类型的压缩机110产生或者供给。压缩机110被放置在集装箱的顶部并且能够依靠外部电源比如发电机来运行，以便冷冻定位于集装箱顶部的冷却剂层/为冷却剂层蓄冷(charge)。
压缩机110在增加的压力以及-30℃的温度下产生气流。形式上为由压缩机供给的气流的冷却能量的循环(circulation)正好从压缩机顶部后侧开始，以从顶部后侧到顶部前侧、再到蓄冷设备底部的环行模式循环。本发明系统中所使用的压缩机能够将蓄冷设备的温度维持在-30℃到+25℃的范围内。
根据本发明的实施例，蓄冷设备的基部通体(throughout)设有孔112，如图2所示。从蓄冷设备的顶部循环到蓄冷设备的底部的气流通过这些被布置在整个基部的孔受到抽吸，导致整个蓄冷设备中改善的且有效的气流循环。
参照图4，冷却剂层104相对于压缩机110的位置形成了这里所描述的本发明系统的关键方面。遍布于集装箱102的整个顶部的冷却剂层104被靠近压缩机110定位。冷却剂层在压缩机附近的定位有助于将冷却剂层以优异的(exceptional)速率冷冻到其冻结温度，并因此允许蓄冷设备的快速且有效的冷却。一旦冷却剂层被冻结，可以停止压缩机，由于这里所使用的系统的配置，即，冷却剂层的定位，以及遍布蓄冷设备的整个基部的孔，在整个蓄冷设备中存在有效的气流循环。因此，集装箱能够用作冷藏式集装箱很多天，直到冷却剂层变得完全释放(discharged)或者失去它们从由压缩机产生的气流那里接收到的冷却容量。
根据本发明的实施例，系统允许对蓄冷设备进行隔热处理(insulation)。所采用的隔热材料的厚度比常规蓄冷设备所使用的要厚大约50到90mm。这有助于增加隔热k值，因此导致系统的改善的效率。
本发明所提供的系统是一种突破性的构思，可以如上所述地容易、简单地安装。除了作为冷藏式/冷冻式保存集装箱使用之外，上文所描述的蓄冷设备的重要市场是海洋、火车以及卡车领域的冷链物流。本发明的新的应用带来了一种能力，具有这种能力的例如20英尺或者任何其它尺寸的集装箱，在火车/海上/拖车上运动时无需能源就能够支持冷冻的以及冷藏的温度。本系统还提供了其它变化的重要应用，比如，“其可以作为固定的/移动的保存设备工作，在紧急的情况下使用，即，灾害支援或管理中用来提供足够的食物供应及保存”。
应该理解，上述的实施例仅仅是本发明的解释性的原则，不背离本发明的范围，本领域技术人员可以想到很多的变化。因此，这样的变化被计划包括在权利要求书的范围内。
实例：
实例1：通过易腐货物测试蓄冷系统的性能
对蓄冷系统性能的测试通过在集装箱内部的不同位置放置传感器来完成。放置传感器的具体的位点如下：
-集装箱的中心
-菠菜的中心
-西红柿上方的中心
-莴苣下方的中心
-集装箱的入口
-入口的中部
-入口的底部
-集装箱的外部，用以确定环境温度
为了确保易腐冷链相关的行业标准是可靠的、行业性的标准并且满足行业的合规性(industry compliance)，测试由冲绳政府的工作人员进行。
在不同温度下在不同位点测量与温度相关的数据。然后，利用采集到的数据绘制图表，以X轴标示时间，Y轴标示温度。该图表在图4中呈现。
结果发现，集装箱内的温度总能维持恒定超过二十四个小时。
实例2：通过测量温度测试蓄冷系统的性能
对蓄冷系统性能的测试通过在集装箱内部的不同位置放置传感器来完成。放置传感器的具体的位点如下：
-前顶部、前中部和前下部，
-中间顶部、中心和中间下部，
-后顶部、后中部和后下部，
-集装箱的外部
在不同温度下在不同位点测量与温度相关的数据。然后，利用采集到的数据绘制图表，以X轴标示时间，Y轴标示温度。该图表在图5中呈现。
结果发现，在集装箱中的所有位置，集装箱内的温度总能维持恒定超过一百三十个小时。
实例3：测试蓄冷系统在冬天的性能
对蓄冷系统性能的测试通过在集装箱内部和外部的不同位置放置传感器而在冬天完成。放置传感器的具体的位点如下：
-当在冬天里进行测试时，发现在集装箱的所有位置都保持恒定的温度。第二，我们还发现，一旦环境温度较低，支持的时间比夏天更久，这归因于夏天环境温度高。此外，即使环境温度波动，内部温度保持不变，环境温度波动带来很小的影响。这是很好的迹象，表明环境温度波动将不会对产品温度产生影响。一般而言，传统的制冷式集装箱无法在集装箱中的所有位置保持恒定的温度。冷却剂在顶部的平均的分布有助于在所有的位置保持相同的温度。
在不同温度下在不同位点测量与温度相关的数据。然后，利用采集到的数据绘制图表，以X轴标示时间，Y轴标示温度。该图表在图6中呈现。
结果发现，在集装箱中的所有位置，集装箱内的温度总能维持恒定。
实例4：易腐物品的重量损耗百分比
寒冷的温度减慢食物中的化学和生物过程以及伴随的变质和品质损失。通过冷却(cooling)，新鲜、易腐的食物，比如肉、鱼、水果和蔬菜，的存储寿命能够被延长若干天，通过冷藏或冷冻则能够延长几周或者几个月。在存储期间，水果和蔬菜继续呼吸并且产生热；大多数食物在一定温度范围内冻结，而并非单一温度；冷冻的食物的品质受到冻结速率的显著影响；除了热传输的速率，制冷空气的速度还影响水分从产品中损耗的速率，等等。
脱水，或者水分损耗，导致产品枯萎或变皱，并损失品质。因此，在食物物品的冷藏期间，必须采取适当的措施来减少水分损耗，其也表现为可销售量的直接损失。损失了例如5％水分的水果或蔬菜会损失5％的重量，并且可能由于品质损失而以较低的单价出售。
因此，在冷冻期间具有最小的重量损失对于有效的蓄冷系统来说是必要的参数。从表1中提供的数据可见，显然莴苣、卷心菜、西红柿和小萝卜由于失水而产生的重量损失百分比是可以忽略不计的。
表1：易腐物品中的重量损失和水分损失的百分比
产品 冷藏前 冷藏后 重量损失 损失百分比 平均值
莴苣 471.7 467.0 -4.7 -1.0 -0.9
594.9 589.8 -5.1 -0.9
627.6 622.4 -5.2 -0.8
卷心菜 1069.9 1058.7 -11.2 -1.0 -0.9
1275.0 1263.8 -11.2 -0.9
1176.6 1165.9 -10.7 -0.9
西红柿 183.4 183.6 0.2 0.1 -0.3
209.3 207.9 -1.4 -0.7
185 184.2 -0.8 -0.4
小萝卜 1299.4 1294.5 -4.9 -0.4 -0.4
1466.0 1460.4 -5.6 -0.4
1456.0 1450.3 -5.7 -0.4
菠菜 210.8 209.8 -1.0 -0.5 -0.2
212.7 212.5 -0.2 -0.1
236.7 236.3 -0.4 -0.2
进一步，表2提供了易腐物品的水分损失百分比。
表2：水/水分损失的百分比
产品 冷藏前 冷藏后 损失百分比
莴苣 92.6 93.1 0.5
卷心菜 92.4 92.3 -0.1
西红柿 93.4 93.7 0.3
小萝卜 94.5 94.1 -0.4
菠菜 92.2 92.3 0.1
从表2中提供的数据可见，显然在蓄冷设备中莴苣、卷心菜、西红柿和小萝卜由于冷藏或冷冻而产生的水分损失百分比是可以忽略不计的。因此，本发明的蓄冷系统能够使易腐货物的水分和湿度较长时间地保持完好，其能够使易腐物品长时间保持新鲜，意味着其能够停止易腐物品的老化并且实现(deliver)较长的寿命。

Claims (9)

1.一种系统(100)，在蓄冷设备(102)中维持冷藏温度，包括：
均匀地放置在所述蓄冷设备(102)的顶部的多个冷却剂层(104)；每个冷却剂层包括多个成行成列排列的冷却剂板(106)；
压缩机(110)，产生气流并且使气流在所述蓄冷设备(102)中从上到下以环行模式循环；由此将所述蓄冷设备中的温度维持在-25℃到+25℃的范围内；
所述多个冷却剂层(104)被靠近所述压缩机(110)放置，以便有效地循环气流；
冷却剂容器框架(108)，用以均匀地调节所述多个冷却剂层(104)中的所述多个冷却剂板(106)，并允许所述蓄冷设备(102)中从上到下的有效气流；
所述蓄冷设备的基部通体设有孔(112)，用以抽吸由所述压缩机(110)循环的空气，从而改善所述蓄冷设备(102)内的气流循环；以及
所述蓄冷设备(102)被隔热以增加热绝缘系数，从而在所述蓄冷设备中维持期望的温度，由此冷冻所述冷却剂层。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个冷却剂层(104)是矩形的。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个冷却剂层(104)具有40cm×30cm×3.5cm的尺寸。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的系统，其中，在所述蓄冷设备(102)的顶部放置有两个冷却剂层(104)。
5.根据前述权利要求中任意一项所述的系统，其中，在所述蓄冷设备(102)的顶部放置有三个冷却剂层(104)。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的系统，其中所述多个冷却剂层(104)中的每层包括八十个板。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述冷却剂容器框架(108)为不锈钢框架。
8.根据前述权利要求中任意一项所述的系统，其中所述蓄冷设备(102)为冷链物流、冷藏集装箱、制冷式集装箱以及冷藏式或冷冻式蓄冷设备。
9.一种实质上如上文和下文中参照附图所描述的、并且如附图所说明的在蓄冷设备中维持冷藏温度的系统。
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