CN111806907A - 带有气氛控制系统的制冷单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及带有气氛控制系统的制冷单元。具体而言，一种用于与集装箱一起使用的制冷单元。该制冷单元包括构造成使制冷剂循环的压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器；容纳压缩机和冷凝器的冷凝器区段；容纳蒸发器的蒸发器区段；气氛控制系统，其包括构造成产生压缩空气的空气压缩机；构造成接收压缩空气并输出氮气的分离器；空气压缩机位于冷凝器区段中；分离器位于蒸发器区段中。

Description

带有气氛控制系统的制冷单元
技术领域
本文公开的主题涉及一种用于冷藏集装箱的气氛控制系统，并且具体地涉及一种用于调节冷藏集装箱内的气氛（例如，氮气、氧气和/或二氧化碳的量）而导致延长易腐产品（如水果、蔬菜、药品等）的收获后货架期或质量的气氛成分的系统。
背景技术
典型的冷藏货物集装箱，如用于经由海上、铁路或公路运输货物的那些集装箱，是经过修改以包括位于集装箱一端处的制冷单元的集装箱。制冷单元包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。一定体积的制冷剂在整个制冷单元中循环，并且制冷单元的一个或多个蒸发器风扇将供应空气流吹过蒸发器，从而冷却供应空气并强迫其外出进入集装箱。
气氛控制系统控制冷藏集装箱内的氧气和二氧化碳的量，以例如改变存储在集装箱中的农产品的熟化速率。气氛控制系统可控制集装箱中的氧气（O2）和二氧化碳（CO2）的量。
发明内容
在一个实施例中，一种用于与集装箱一起使用的制冷单元，包括构造成使制冷剂循环的压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器；容纳压缩机和冷凝器的冷凝器区段；容纳蒸发器的蒸发器区段；气氛控制系统，其包括构造成产生压缩空气的空气压缩机；构造成接收压缩空气并输出氮气的分离器；空气压缩机位于冷凝器区段中；分离器位于蒸发器区段中。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为备选，其它实施例可包括，其中气氛控制系统包括处于空气压缩机和分离器之间的阀。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为备选，其它实施例可包括，其中阀在打开位置将压缩空气引导至集装箱。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为备选，其它实施例可包括，其中阀在关闭位置将压缩空气引导至分离器。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为备选，其它实施例可包括控制器，该控制器配置成控制阀在打开位置和关闭位置之间移动。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为备选，其它实施例可包括，其中控制器配置成控制压缩机。
除了本文所述的一个或多个特征之外，或作为备选，其它实施例可包括蒸发器区段中的传感器，该传感器配置成测量集装箱中的气体水平；其中控制器配置成响应于集装箱中的气体水平在打开位置和关闭位置之间移动阀。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为备选，其它实施例可包括，其中气氛控制系统包括定位在空气压缩机和分离器之间的热交换器，该热交换器构造成冷却来自空气压缩机的压缩空气。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为备选，其它实施例可包括，其中气氛控制系统包括处于热交换器与分离器之间的水分离器。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为备选，其它实施例可包括，其中气氛控制系统包括处于水分离器和分离器之间的至少一个过滤器。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为备选，其它实施例可包括，其中该至少一个过滤器位于冷凝器区段中。
在另一个实施例中，一种用于与集装箱一起使用的气氛控制系统包括：构造成产生压缩空气的空气压缩机，该空气压缩机位于集装箱外；以及构造成接收压缩空气并输出氮气进入集装箱的内部的分离器。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为备选，气氛控制系统的其它实施例可包括在空气压缩机和分离器之间的阀。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为备选，气氛控制系统的其它实施例可包括，其中阀在打开位置将压缩空气引导至集装箱。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为备选，气氛控制系统的其它实施例可包括，其中阀在关闭位置将压缩空气引导至分离器。
除了本文所述的一个或多个特征之外，或作为备选，气氛控制系统的其它实施例可包括控制器，该控制器构造成控制阀在打开位置和关闭位置之间移动。
除了本文所述的一个或多个特征之外，或作为备选，气氛控制系统的其它实施例可包括蒸发器区段中的传感器，该传感器配置成测量集装箱中的气体水平；其中控制器配置成响应于集装箱中的气体水平在打开位置和关闭位置之间移动阀。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为备选，气氛控制系统的其它实施例可包括位于空气压缩机和分离器之间的热交换器，该热交换器构造成冷却来自空气压缩机的压缩空气。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为备选，气氛控制系统的其它实施例可包括，气氛控制系统包括处于热交换器与分离器之间的水分离器。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为备选，气氛控制系统的其它实施例可包括处于水分离器和分离器之间的至少一个过滤器。
本公开的实施例的技术效果包括，在用于与集装箱一起使用的制冷单元的冷凝器区段中提供气氛控制系统的空气压缩机。
除非另外明确指示，否则前述特征和元件可在无排他性的情况下以各种组合来组合。鉴于以下描述和附图，这些特征和元件及其操作将变得更清楚。然而，应该理解，以下描述和附图旨在本质上是说明性和解释性的而非限制性的。
附图说明
通过示例示出了本公开，并且本公开不限于附图，附图中相似的参考标记指示相似的元件。
图1描绘了示例性实施例中的冷藏集装箱。
图2描绘了示例性实施例中的制冷单元。
图3描绘了示例性实施例中的带有气氛控制系统的制冷单元。
图4描绘了示例性实施例中的气氛控制系统。
图5描绘了示例性实施例中的气氛控制系统。
详细描述通过参照附图的示例连同优点和特征阐释了本发明的实施例。
具体实施方式
图1中示出了冷藏集装箱10的实施例。集装箱10具有大体矩形的构造，具有顶壁12、直接相对的底壁14、相对的侧壁16和前壁18。集装箱10还包括位于与前壁18相对的后壁20处的一个或多个门（未示出）。集装箱10构造成通过使用位于集装箱10处的制冷单元24将位于集装箱10内的货物22保持在选定温度。集装箱10是可移动的，并且用于经由例如卡车、火车或轮船运输货物22。集装箱10可与拖车或底盘集成在一起。制冷单元24位于前壁18处，并且包括压缩机26、冷凝器28、膨胀装置30（例如，TXV或EXV）、蒸发器32和蒸发器风扇34（如图2中所示），以及其它辅助构件。
参考图2，制冷单元24使回流空气36经由蒸发器风扇34流过蒸发器32，因此将回流空气36冷却到选定温度，并推动冷却的回流空气流36（现在称为供应空气38）通过制冷单元出口40进入集装箱10（例如经由沿集装箱10的底壁14延伸的一个或多个T形杆44中的开口42）以冷却货物22。
制冷单元24分成包含蒸发器32、蒸发器风扇34和蒸发器风扇马达56的蒸发器区段54和包含压缩机26、冷凝器28和膨胀装置30的冷凝器区段58。在一些实施例中，膨胀装置30可位于蒸发器区段54中。在一些实施例中，位于冷凝器区段58上方的蒸发器区段54通过横跨制冷单元24延伸的面板50与冷凝器区段58分开。冷凝器区段58暴露于环境空气，并且可由其中形成有开口的面板覆盖。在操作中，制冷剂以串联方式循环通过压缩机26、冷凝器28、膨胀装置30、蒸发器32，并返回压缩机26。应当理解，制冷单元24可包括未示出的附加构件（例如，节能器、接收器、SMV等）。
现在参考图3，制冷单元24包括壳体46，以包含制冷单元24的构件。在一些实施例中，壳体46与集装箱10是分开的且不同的，而在其它实施例中，壳体46是集装箱10的组成部分。冷凝器风扇29由冷凝器马达（未示出）驱动，以驱动冷凝器28上方的空气，并将空气排放到制冷单元24外。冷凝器28可围绕冷凝器风扇29沿径向设置。控制器70例如通过控制压缩机26（例如，开/关/可变速度）、蒸发器风扇马达56（例如，开/关/可变速度）、冷凝器风扇马达（例如，开/关/可变速度）等来控制制冷单元24的操作。控制器70可使用基于处理器的装置实施，包括微处理器、存储器、用户界面、I/O输入等。如本领域中已知的，控制器70控制制冷单元24的构件以在集装箱10的内部内保持期望的温度。空气压缩机80位于冷凝器区段58中。空气压缩机80是气氛控制系统74（图4）的构件，该系统操作成调节集装箱10内部中的气氛（例如，氧气和二氧化碳）。
图4描绘了示例性实施例中的气氛控制系统74。气氛控制系统74操作成控制集装箱10内的至少一种气体的水平。在一个实施例中，气氛控制系统74操作成控制氧气和/或二氧化碳的水平。气氛控制系统74包括位于冷凝器区段58中并因此位于集装箱10的内部外的空气压缩机80。控制器70可通过将信号发送到向空气压缩机80施加电力的继电器或接触器来打开空气压缩机80。当打开时，空气压缩机80通过第一过滤器82（例如50微米颗粒过滤器）从集装箱10外吸入空气。由空气压缩机80产生的压缩空气从冷凝器区段58流入蒸发器区段54到达热交换器84。热交换器可为各种类型的空气冷却热交换器（例如，圆管板翅片、微通道等）。在热交换器84处，压缩空气冷却以便于水的去除。压缩空气从热交换器84流到水分离器86，在水分离器处去除水。压缩空气从水分离器86流到第二过滤器88（例如5微米颗粒过滤器）和第三过滤器89（例如0.01微米颗粒过滤器）。第二过滤器88和第三过滤器89可位于冷凝器区段或蒸发器区段54中。
压缩空气从第二过滤器88和第三过滤器89流到第一阀V1。第一阀V1具有可由控制器70控制的两个出口。当第一阀V1处于第一位置（例如，通电时处于打开位置）时，压缩空气从第一阀V1输出到集装箱10的内部。第一阀V1可定位成在蒸发器32的上游提供空气。当第一阀V1处于第二位置（例如，未通电时处于关闭位置）时，压缩空气引导至分离器90。分离器90可为膜分离器，其在蒸发器32的上游产生高纯度的分离的氮气输出。包括氧气、氩气和二氧化碳的其它大气气体排放到冷凝器区段58和制冷单元24外。来自分离器90的氮气引导至第二阀V2。第二阀V2是放气端口，该放气端口允许来自分离器90的小部分氮气送至氮气传感器96以测量氮气的纯度。第二阀V2可由控制器70控制。
当在蒸发器32的上游提供氮气时，氮气进入集装箱10的内部，并迫使氧气和二氧化碳离开集装箱10的内部。降低集装箱10中的氧气水平会降低农产品的熟化。降低集装箱10中的二氧化碳水平防止由于高二氧化碳水平而损坏集装箱中的货物。
在操作中，控制器70使用与控制器70通信的氧气传感器92和/或二氧化碳传感器94来监测集装箱10内的至少一种气体的水平。氧气传感器92和/或二氧化碳传感器94可位于蒸发器区段54中，在蒸发器32的上游。为了添加外部空气到集装箱，控制器70发送信号以打开空气压缩机80，并且向第一阀V1发送信号以将第一阀V1设定为打开位置。这将压缩空气从空气压缩机80引导至集装箱10的内部。为了添加氮气到集装箱以控制其它气体的水平，控制器70发送信号以打开空气压缩机80并关闭阀V1。这将压缩空气从空气压缩机80引导至分离器90，分离器产生引导至集装箱10的内部的氮气（例如，在蒸发器32的上游或下游）。为了测量由分离器90产生的氮气的纯度，控制器70打开第二阀V2的放气端口，以将一部分氮气引导至与控制器70通信的氮气传感器96。在一些实施例中，不使用单独的氮气传感器96，因为来自氧气传感器92的测量提供了集装箱10中氮气水平的指示。
图5描绘了示例性实施例中的气氛控制系统74'。除了第二过滤器88和第三过滤器89位于蒸发器区段54中而不是冷凝器区段58中之外，图5的实施例与图4的实施例相似。气氛控制系统74'的操作类似于图4的操作。
将空气压缩机80定位在冷凝器区段58中允许使用不需要封闭的马达和封闭的曲轴箱的空气压缩机，从而允许一定可接受量的空气从压缩机曲轴箱吹出（即，由于气缸的压力和移动而导致的空气泄漏）。如果将非封闭式压缩机放置在蒸发器区段内，则由于不允许适当控制氧气，从压缩机曲轴箱吹出的空气将直接影响系统性能。将空气压缩机80定位在冷凝器区段58中还提供了更容易的通路以在空气压缩机80上进行维护。由于空气压缩机位于冷凝器区段58中而不是在集装箱10内，因此可使用可移除的护罩或板来保护空气压缩机80免受如水和灰尘的外部因素的影响。气氛控制系统74由与控制制冷单元24相同的控制器70控制，或由单独的控制器控制。
尽管仅结合了有限数目的实施例详细描述本发明，但应当容易理解的是，本发明不限于此公开实施例。相反，本发明可修改以结合迄今未描述但与本发明的精神和范围相当的任何数目的变型、改型、置换或等同布置。此外，尽管已经描述了本发明的各种实施例，但将理解的是，本发明的方面可仅包括一些所述实施例。因此，本发明未看作由前述描述限制，而是仅由所附权利要求书的范围限制。

Claims (21)

1.一种用于与集装箱一起使用的制冷单元，所述制冷单元包括：
构造成使制冷剂循环的压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器；
容纳所述压缩机和所述冷凝器的冷凝器区段；
容纳所述蒸发器的蒸发器区段；
气氛控制系统，其包括：
构造成产生压缩空气的空气压缩机；
构造成接收所述压缩空气并输出氮气的分离器；
所述空气压缩机位于所述冷凝器区段中；
所述分离器位于所述蒸发器区段中。
2.根据权利要求1所述的制冷单元，其中：
所述气氛控制系统包括处于所述空气压缩机和所述分离器之间的阀。
3.根据权利要求2所述的制冷单元，其中：
所述阀在打开位置将压缩空气引导至所述集装箱。
4.根据权利要求3所述的制冷单元，其中：
所述阀在关闭位置将压缩空气引导至所述分离器。
5.根据权利要求4所述的制冷单元，还包括：
控制器，其配置成控制所述阀在所述打开位置和所述关闭位置之间移动。
6.根据权利要求5所述的制冷单元，其中：
所述控制器配置成控制所述压缩机。
7.根据权利要求5所述的制冷单元，还包括：
所述蒸发器区段中的传感器，所述传感器配置成测量所述集装箱中的气体水平；
其中所述控制器配置成响应于所述集装箱中的气体水平在所述打开位置和所述关闭位置之间移动所述阀。
8.根据权利要求1所述的制冷单元，其中：
所述气氛控制系统包括位于所述空气压缩机和所述分离器之间的热交换器，所述热交换器构造成冷却来自所述空气压缩机的压缩空气。
9.根据权利要求8所述的制冷单元，其中：
所述气氛控制系统包括处于所述热交换器和所述分离器之间的水分离器。
10.根据权利要求9所述的制冷单元，其中：
所述气氛控制系统包括处于所述水分离器和所述分离器之间的至少一个过滤器。
11.根据权利要求10所述的制冷单元，其中：
所述至少一个过滤器位于所述冷凝器区段中。
12.根据权利要求10所述的制冷单元，其中：
所述至少一个过滤器位于所述蒸发器区段中。
13.一种用于与集装箱一起使用的气氛控制系统，所述气氛控制系统包括：
构造成产生压缩空气的空气压缩机，所述空气压缩机位于所述集装箱外；
分离器，其构造成接收所述压缩空气并输出氮气进入所述集装箱的内部。
14.根据权利要求13所述的气氛控制系统，还包括：
处于所述空气压缩机和所述分离器之间的阀。
15.根据权利要求14所述的气氛控制系统，其中：
所述阀在打开位置将压缩空气引导至所述集装箱。
16.根据权利要求15所述的气氛控制系统，其中：
所述阀在关闭位置将压缩空气引导至所述分离器。
17.根据权利要求16所述的气氛控制系统，还包括：
控制器，其配置成控制所述阀在所述打开位置和所述关闭位置之间移动。
18.根据权利要求17所述的气氛控制系统，还包括：
所述蒸发器区段中的传感器，所述传感器配置成测量所述集装箱中的气体水平；
其中所述控制器配置成响应于所述集装箱中的气体水平在所述打开位置和所述关闭位置之间移动所述阀。
19.根据权利要求13所述的气氛控制系统，还包括：
位于所述空气压缩机和所述分离器之间的热交换器，所述热交换器构造成冷却来自所述空气压缩机的压缩空气。
20.根据权利要求19所述的气氛控制系统，还包括：
所述气氛控制系统包括处于所述热交换器和所述分离器之间的水分离器。
21.根据权利要求20所述的气氛控制系统，还包括：
处于所述水分离器和所述分离器之间的至少一个过滤器。
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