CN108351140A - 运输制冷系统和操作方法 - Google Patents

Abstract

本文提供了一种操作运输制冷系统的方法。该方法包括为第一制冷单元的第一多个部件和第二制冷单元的第二多个部件供电，其中供电包括操作原动机和发电装置。该方法还包括监测第一制冷单元的多个操作参数。该方法还包括监测第二制冷单元的多个操作参数。该方法还包括计算第一制冷单元和第二制冷单元的组合功率负载。该方法还包括将所述组合功率负载与原动机的最大可用功率进行比较。

Description

运输制冷系统和操作方法

背景技术

本文的实施方案总体涉及“全电”运输制冷系统以及操作这种系统的方法。

制冷卡车和拖车普遍用于运输易腐货物，例如像农产品、肉类、禽类、鱼类、乳制品、切花以及其他新鲜或冷冻易腐产品。运输制冷系统以与卡车或拖车内限定的载货空间操作性关联的方式安装至卡车或拖车，以在载货空间内维持受控温度环境。

常规来说，与制冷卡车和制冷拖车结合使用的运输制冷系统包括运输制冷单元，所述运输制冷单元具有制冷剂压缩机；冷凝器，所述冷凝器具有一个或多个相关联的冷凝器风扇；膨胀装置；以及蒸发器，所述蒸发器具有一个或多个相关联的蒸发器风扇，它们经由适当的制冷剂管路而连接在闭合的制冷剂流回路中。通过与蒸发器相关联的一个或多个蒸发器风扇从载货空间的内部体积抽取空气或空气/气体混合物，所述空气或空气/气体混合物以与制冷剂发生热交换的关系穿过蒸发器的空气侧，由此制冷剂从空气吸收热量，从而冷却空气。然后将冷却的空气供应回到载货空间。

对于与制冷卡车和制冷拖车结合使用的可商购的运输制冷系统，压缩机以及典型地运输制冷单元的其他部件在运输期间必须由原动机供电。在制冷拖车的情况下，原动机典型地包括运输制冷系统上携载并被视为其一部分的柴油发动机。在机械驱动型运输制冷系统中，压缩机由柴油发动机通过直接机械联接或皮带驱动来驱动，并且其他部件诸如冷凝器和蒸发器风扇是皮带驱动的。

用于制冷拖车应用的“全电”运输制冷系统也可通过总部位于美国康涅狄格州法明顿的开利公司(Carrier Corporation)进行商业销售。在全电力运输制冷系统中，原动机(最常见的是柴油发动机)被携载并且被视为运输制冷系统的一部分，其驱动产生交流电力的交流同步发电机。产生的交流电力用以为用于驱动运输制冷单元的制冷剂压缩机的电动压缩机马达提供动力，并且还为用于驱动冷凝器的电动交流风扇马达以及与蒸发器相关联的蒸发器马达和电加热器提供动力。例如，美国专利号6,223,546公开了一种全电运输制冷系统。

在一些全电运输制冷系统中，单个发动机可以为两个或更多个独立的制冷单元或系统提供动力。在这种系统中，必须强调发动机操作的监测和管理，以充分满足两个或更多个独立的制冷单元的功率需求。遗憾地是，管理很复杂，而且潜在成本高昂且容易出错。

发明内容

根据一个实施方案，提供了一种操作制冷系统的方法。该方法包括为第一制冷单元的第一多个部件和第二制冷单元的第二多个部件供电，其中供电包括操作原动机和发电装置。该方法还包括监测第一制冷单元的多个操作参数。该方法还包括监测第二制冷单元的多个操作参数。该方法还包括计算第一制冷单元和第二制冷单元的组合功率负载。该方法还包括将所述组合功率负载与原动机的最大可用功率进行比较。

除了上面描述的一个或多个特征之外，或者作为替代，另外的实施方案可以包括监测原动机的操作速度并将操作速度与原动机速度限制进行比较。

除了上面描述的一个或多个特征之外，或者作为替代，另外的实施方案可以包括监测发电装置的电流并且将电流与预定电流进行比较。

除了上面描述的一个或多个特征之外，或者作为替代，另外的实施方案可以包括如果组合功率负载超过最大可用功率则采取校正动作。

除了上面描述的一个或多个特征之外，或者作为替代，另外的实施方案可以包括如果操作速度超过原动机速度限制则采取校正措施。

除了上面描述的一个或多个特征之外，或者作为替代，另外的实施方案可以包括如果电流超过预定电流则采取校正动作。

除了上面描述的一个或多个特征之外，或者作为替代，另外的实施方案可以包括：校正动作包括确定第一制冷单元或第二制冷单元是否要被卸载。还包括卸载第一制冷单元和第二制冷单元中的一个。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代，另外的实施方案可以包括：校正动作包括打开与第一制冷单元和第二制冷单元中的一个的压缩机流体连通的旁通阀以减少压缩机负载。校正动作还包括关闭第一制冷单元或第二制冷单元。

除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，另外的实施方案可以包括：确定第一制冷单元或第二制冷单元是否要被卸载包括计算第一制冷单元的控制误差。还包括计算第二制冷单元的控制误差，其中每个制冷单元的控制误差由控制温度和控制设定点之间的差限定。还包括将第一制冷单元的控制误差与第二制冷单元的控制误差进行比较，其中要被卸载的制冷单元是具有较低控制误差的制冷单元。

除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，另外的实施方案可以包括：监测第一制冷单元的操作参数和第二制冷单元的操作参数包括将第一多个部件以及第二多个部件所需的功率求和，所述多个部件中的每一个包括压缩机、风扇和辅助动力源。

除了上面描述的一个或多个特征之外，或作为替代，另外的实施方案可以包括：原动机的最大可用功率是至少大气空气温度和原动机的操作速度的函数。

除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，另外的实施方案可以包括：第一制冷单元和第二制冷单元各自利用二氧化碳作为操作制冷剂。

根据另一个实施方案，运输制冷系统包括原动机。还包括由原动机提供动力并提供电输出的发电装置。还包括由发电装置的电输出电力驱动的第一制冷单元。还包括由发电装置的电输出电力驱动的第二制冷单元。还包括与原动机、第一制冷单元和第二制冷单元操作性通信的控制器，控制器计算第一制冷单元和第二制冷单元的组合功率负载，控制器计算原动机的最大可用功率，其中控制器将组合功率负载与最大可用功率进行比较。

除了上述的一个或多个特征之外，或作为替代，另外的实施方案可以包括：如果所述组合功率负载超过最大可用功率，则控制器卸载对第一制冷单元和第二制冷单元中的一个的电力供应。

附图说明

在本说明书所附的权利要求书中具体地指出并且明确地要求保护被认为是本公开的主题。根据以下结合附图而进行的具体实施方式，本公开的上述和其他特征以及优点是显而易见的，在附图中：

图1是根据本公开的运输制冷系统的示意图。

图2是运输制冷系统的两个独立的制冷单元的示意图；和

图3是示出操作制冷系统的方法的流程图。

具体实施方式

参考图1，运输制冷系统20包括制冷单元22、发电装置24、用于驱动发电装置24的原动机26以及控制器30。制冷单元22在控制器30的控制下发挥作用以在运输期间在其中存储易腐产品的制冷载货空间内建立并调整所希望的产品储存温度，并且将产品储存温度维持在规定温度范围内。制冷载货空间可以是拖车、卡车、海运集装箱或联运集装箱的货箱，在其中装载易腐货物，例如像农产品、肉类、禽类、鱼类、乳制品、切花以及其他新鲜或冷冻易腐产品以供运输。

运输制冷剂单元22包括制冷剂压缩装置32；制冷剂排热热交换器34；膨胀装置36；以及制冷剂吸热热交换器38，它们以制冷剂流连通的方式连接在闭环制冷剂回路中并且按照常规制冷循环来布置。制冷单元22还包括一个或多个风扇40，所述一个或多个风扇40与制冷剂排热热交换器34相关联并且由一个或多个风扇马达42驱动；以及一个或多个风扇44，所述一个或多个风扇44与制冷剂吸热热交换器38相关联并且由一个或多个风扇马达46驱动。制冷单元22还可以包括与制冷剂吸热热交换器38相关联的电阻加热器48。应理解，可以根据需要将其他部件(未示出)并入到制冷剂回路中，包括例如但不限于：抽吸调制阀、接收器、过滤器/干燥器、节能器电路。

制冷剂排热热交换器34可以例如包括由在相应的入口与出口歧管之间延伸的多个制冷剂输送管所形成的一个或多个制冷剂输送盘管或者一个或多个管束。应该注意的是，可以采用具有板翅片或微通道布置的圆管作为制冷剂排热热交换器34。一个或多个风扇40操作来使空气(典型为环境空气)穿过制冷剂排热热交换器34的管，以冷却穿过所述管的制冷剂蒸气。制冷剂排热热交换器34可以诸如在制冷单元22在亚临界制冷剂循环中操作的情况下作为制冷剂冷凝器来操作，或者诸如在制冷单元22在跨临界循环中操作的情况下作为制冷剂气体冷却器来操作。

制冷剂吸热热交换器38可以例如也包括由在相应的入口与出口歧管之间延伸的多个制冷剂输送管所形成的一个或多个制冷剂输送盘管或者一个或多个管束。应该注意的是，可以采用具有板翅片或微通道布置的圆管作为吸热热交换器38。一个或多个风扇44操作来使从温度受控的货箱抽取的空气穿过制冷剂吸热热交换器38的管，以对穿过所述管的制冷剂液体进行加热并使其蒸发，并且冷却空气。在穿越制冷剂排热热交换器38过程中被冷却的空气被供应回到温度受控的货箱。应理解，术语“空气”在本文中参考货箱内的大气使用时包括空气与有时在运输易腐农产品过程中被引入到制冷货箱中的其他气体的混合物，所述其他气体例如像但不限于氮气或二氧化碳。

制冷剂压缩装置32可以包括单级或多级压缩机，例如像往复式压缩机或涡旋式压缩机。压缩装置32具有由电动马达50驱动的压缩机构(未示出)。在一个实施方案中，马达50安置在压缩机的内部，其中驱动轴与压缩机构的轴互连，它们全部被密封在压缩装置32的共同壳体内。

制冷系统20还包括控制器30，控制器30被配置来控制制冷系统20的操作，包括但不限于制冷剂单元22的各种部件的操作，以在卡车或拖车的货箱内，即在其中装载易腐产品的温度受控空间内提供并维持所希望的热环境。控制器30可以是包括微处理器和相关联的存储体的电子控制器。控制器30控制制冷剂单元22的各种部件，诸如制冷剂压缩装置32和其相关联的驱动马达50，风扇马达42、46以及电加热器48的操作。控制器30也可以通常通过与发动机26可操作地关联的电子发动机控制器(未示出)选择性地操作发动机26。控制器还控制阀，例如用于卸载制冷单元的电磁阀或用于压力和过热控制的其他阀(例如“步进阀”)。

制冷单元22具有多个功率需求负载，包括但不限于：压缩装置驱动马达50；驱动马达42，所述驱动马达42用于与制冷剂排热热交换器34相关联的风扇40；以及驱动马达46，所述驱动马达46用于与制冷剂吸热热交换器38相关联的风扇44。在所描绘的实施方案中，电阻加热器48也构成功率需求负载。每当温度受控的货物箱内的控制温度下降到可能发生在寒冷的周围环境中的预设的下限温度以下时，电阻加热器可以由控制器30选择性地操作。在这种情况下，控制器30将激活电阻加热器48以加热通过与制冷剂吸热热交换器相关联的一个或多个风扇44在电阻加热器上循环的空气。

包括车载化石燃料发动机(最常见的为柴油发动机)的原动机26驱动产生电力的发电装置24。发动机的驱动轴驱动发电装置的轴。在运输制冷单元10的电力驱动的实施方案中，发电装置42可以包括单个车载的发动机驱动的交流发电机，所述交流发电机被配置为产生包括一个或多个频率下的至少一个交流电压的交流(AC)电力。在一个实施方案中，发电装置42例如可以是永磁交流发电机或同步交流发电机。在另一个实施方案中，发电装置42可以包括单个车载的发动机驱动的直流发电机，所述直流发电机被配置为产生至少一个电压下的直流(DC)电力。由于风扇马达42、46和压缩装置驱动马达50中的每一个可以是交流马达或直流马达，所以可以理解的是，各种电力转换器，例如交流到直流整流器、直流到交流逆变器、交流到交流电压/频率转换器和直流到直流电压转换器，可适当地与发电装置42结合使用。

以上与图1相关的描述详细描述了第一制冷单元22，包括单独的装置、部件和子系统。现在参照图2，原动机24对两个制冷单元例如第一制冷单元22和第二制冷单元23供电。第二制冷单元23表示独立于第一制冷单元22的制冷单元。然而，第一制冷单元22和第二制冷单元23与不同制冷隔舱的温度管理相关联。

第二制冷单元23包括与第一制冷单元22的那些类似的装置、部件和子系统，从而对图1中示意性示出的特征进行重复说明是没有必要的。不同的单元可负责对基于大小或内容物具有不同要求的不同隔舱进行冷却。例如，第一制冷单元22可以负责冷却容纳待冷冻产品的一个或多个载货空间，而第二制冷单元23负责冷却容纳待被制冷在冰点以上温度处的产品的一个或多个不同的载货空间。这些变化可能需要两个制冷单元22、23包括不同的装置、部件和子系统以执行期望的操作。

现在参考图3，示出了操作运输制冷系统的方法。如本文所述，该方法依赖于上述控制器30以用于监测和计算与运输制冷系统20的操作相关的过程。如上面详细描述的，该方法包括用原动机24和发电装置26给第一制冷单元22和第二制冷单元23供电。在运输制冷系统20的操作期间监测第一制冷单元22和第二制冷单元23的多个操作参数和条件。使用所监测的参数来计算70第一制冷单元22和第二制冷单元23的组合功率负载。具体而言，每个制冷单元的部件操作所需的功率被求和以确定组合功率负载。监测的部件包括与每个制冷单元相关的压缩机和风扇，以及需要电力来操作的任何其他部件(例如加热器)。所计算的功率负载基于监测的信息提供对制冷功耗的实时估计。

该方法还包括在运输制冷系统20的操作期间计算72原动机24的最大可用功率，以提供可用发动机功率的实时估计。最大可用功率是许多监测变量的函数，所述变量包括例如大气空气温度和操作速度。为了确保原动机24在其期望的包络线内操作，将所述组合功率负载与最大可用功率进行比较74。如果所述组合功率负载未超过原动机24的最大可用功率，则维持正常操作。

在一些实施方案中，该方法包括另外的比较以确定发动机的操作完整性。例如，将原动机24的监测的操作速度与被编程在控制器30中的原动机速度限制进行比较76。如果监测的操作速度未超过原动机速度限制，则维持正常操作。比较的另一示例包括将发电装置26的监测的电流与被编程在控制器30中的预定电流进行比较78。如果监测的电流未超过编程电流，则维持正常操作。

如果任何比较结果显示操作条件指示发动机在其包络线之外进行操作，则启动校正动作。校正动作包括卸载制冷单元22、23中的一个。

如果需要卸载，则该方法包括确定80卸载第一制冷单元22和第二制冷单元23中的哪一个。该决定可以以许多方式进行。首先，操作经验可指定卸载哪个单元。例如，因素可以包括由制冷单元冷藏的不同载货空间的内容物，或载货空间是否冷藏或冷冻。其次，控制误差可指定哪个制冷单元被卸载。通过确定控制温度与控制设定点之间的差来计算每个制冷单元22、23的控制误差。控制温度指的是由传感器、热敏电阻等检测到的温度，并且控制设定点指的是环境的期望温度。在比较每个制冷单元的控制误差后，系统将卸载具有较低控制误差的单元。与确定卸载哪个单元有关的示例仅仅是说明性的，并不是限制性的，因为其他预期的因素可起到卸载哪个单元的作用。不管采用哪种确定方法，系统卸载选定的电路(即，制冷单元22或23)82。

在一些实施方案中，校正动作包括打开与制冷单元22、23中的一个的压缩机流体连通的旁通阀。通过打开旁通阀，压缩机负载降低，由此减小制冷单元22、23的组合功率负载。如果此步骤成功使系统返回到原动机包络线内操作，则无需采取额外的校正动作。如果不成功，或者如果校正动作不包括打开旁通阀，则进一步的校正动作是关闭制冷单元22、23中的一个。

如图3中的数字84所示，在一些实施方案中原动机24是双速发动机，并且该方法包括确定发动机是以高速还是低速操作。切换发动机的速度将改变发动机的可用功率，并可导致更高效的操作。

有利的是，本文描述的系统和方法提供关于系统20的操作完整性的实时信息。更具体地说，发动机的过载被可靠地避免，并且发动机转速管理被大大增强。

虽然已经仅仅结合有限数量的实施方案对本公开进行了详细描述，但应容易理解，本公开不限于这些所公开的实施方案。相反，可以对本公开进行修改以并入之前未描述但与本公开的精神和范围相当的任何数量的变型、变更、替代或等价布置。此外，尽管已描述了本公开的各种实施方案，但是应当理解，本公开的多个方面可以仅包括所描述的实施方案中的一些。因此，本发明不应被视为受到前述描述限制，而是仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims (14)

1.一种操作运输制冷系统的方法，其包括：

对第一制冷单元的第一多个部件和第二制冷单元的第二多个部件供电，其中供电包括操作原动机和发电装置；

监测所述第一制冷单元的多个操作参数；

监测所述第二制冷单元的多个操作参数；

计算所述第一制冷单元和所述第二制冷单元的组合功率负载；和

将所述组合功率负载与所述原动机的最大可用功率进行比较。

2.根据权利要求1所述的方法，其还包括：

监测所述原动机的操作速度；和

将所述操作速度与原动机速度限制进行比较。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其还包括：

监测所述发电装置的电流；和

将所述电流与预定电流进行比较。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其还包括如果所述组合功率负载超过所述最大可用功率，则采取校正动作。

5.根据权利要求2所述的方法，其还包括如果所述操作速度超过所述原动机速度限制，则采取校正动作。

6.根据权利要求3所述的方法，其还包括如果所述电流超过所述预定电流，则采取校正动作。

7.根据权利要求4-6中任一项所述的方法，其中所述校正动作包括：

确定所述第一制冷单元或所述第二制冷单元是否要被卸载；和

卸载所述第一制冷单元和所述第二制冷单元中的一个。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述校正动作包括：

打开与所述第一制冷单元和所述第二制冷单元中的一个的压缩机流体连通的旁通阀以减少压缩机负载；和

关闭所述第一制冷单元或所述第二制冷单元。

9.根据权利要求7所述的方法，其中确定所述第一制冷单元或第二制冷单元是否要被卸载包括：

计算所述第一制冷单元的控制误差；

计算所述第二制冷单元的控制误差，其中每个制冷单元的控制误差由控制温度与控制设定点之间的差限定；和

将所述第一制冷单元的控制误差与所述第二制冷单元的控制误差进行比较，其中要被卸载的制冷单元是具有较低控制误差的制冷单元。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中监测所述第一制冷单元的所述操作参数和所述第二制冷单元的所述操作参数包括将所述第一多个部件和所述第二多个部件所需的功率求和，所述多个部件中的每一个包括压缩机、风扇和辅助动力源。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述原动机的所述最大可用功率是至少大气空气温度和所述原动机的操作速度的函数。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一制冷单元和所述第二制冷单元各自利用二氧化碳作为操作制冷剂。

13.一种运输制冷系统，其包括：

原动机；

由所述原动机提供动力并提供电输出的发电装置；

由所述发电装置的电输出电力驱动的第一制冷单元；

由所述发电装置的所述电输出电力驱动的第二制冷单元；和

与所述原动机、所述第一制冷单元和所述第二制冷单元操作性通信的控制器，所述控制器计算所述第一制冷单元和所述第二制冷单元的组合功率负载，所述控制器计算所述原动机的最大可用功率，其中所述控制器将所述组合功率负载与所述最大可用功率进行比较。

14.根据权利要求13所述的运输制冷系统，其中，如果所述组合功率负载超过所述最大可用功率，则所述控制器将卸载对所述第一制冷单元和所述第二制冷单元中的一个的电力供应。