CN1119615A - 冷藏集装箱用受控气氛系统的启动系统 - Google Patents

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Abstract

提出了一种带冷藏系统和受控气氛系统的冷藏集装箱。冷藏系统和控制系统都带有控制器。冷藏控制器编程为在某些认可条件下可以运行受控气氛系统。当这些条件满足时，冷藏控制器将向受控气氛系统发送启动信号允许其运行。如果在运行过程中的任意时刻冷藏控制器判断受控气氛系统不应运行，则它撤除电气启动工作信号，使受控气氛系统停止运行。

Description

冷藏集装箱用受控气氛系统的启动系统
本发明涉及一种冷藏集装箱用受控气氛系统，特别是一种调节冷藏集装箱内氮气、氧气和二氧化碳的数量以达到延长水果和蔬菜收获后的货架寿命/或品质的气氛组份的系统。
农产品收获后运输和储藏用的受控气氛集装箱是众所周知的技术。此类系统通常与设计成能使集装箱内部温度降至运载货物所需最佳温度的冷藏单元联用。现已确认，温度是控制水果和蔬菜变质程度最重要的因素。作为一种控制合适的温度和湿度的补充系统，受控气氛系统受到了重视。
受控气氛系统的目的是控制冷藏集装箱内的氧气和二氧化碳数量以改变集装箱内储藏的产品的成熟程度。通过用氮气(N2)替换的办法系统对氧气(O2)和二氧化碳(CO2)的数量进行控制。
在早期用于冷藏集装箱的受控气氛系统的实例中，装货后调节集装箱内的气氛，随后在储藏或运输期间不再进行调节。这类系统带来的问题是造成气氛变化的集装箱的向内、向外的泄漏。为了在储藏和运输期间能调节保持气氛，后续技术在集装箱内配置了氧气和二氧化碳浓度监测装置与氮气和二氧化碳气源。这类系统的缺点是需要在通常的运输期间提供用来维持所需气氛的二氧化碳和氮气气体。这类气源庞大笨重，并且在用作提供普通商用气体时也不经济实惠。
已经研制出来的系统，它们采用一种装有能在压力下将环境空气气流分离为空气主成份的氧气和氮气的隔膜的空气分离器来产生超高纯氮气。在这类系统中有一些采用电子控制器来电动控制一个阀门使得从隔膜分离器向冷藏集装箱释放的氮气数量有选择地增加或减少。
控制器用来控制与具有各种功能的冷藏系统相连的受控气氛系统。在这样一种系统中，安装在集装箱内的恒温器用以判断冷藏系统的温度控制范围是否超出受控气氛系统的运行温度范围。该信息用以判断受控气氛系统是否应该运行。此外，在冷藏系统的化霜阶段或将集装箱内货物冷冻至设定温度的过程中，受控气氛系统不应处于运行状态。为了判断这些条件，在这种系统中控制气氛的控制器接收来自冷藏系统的传感器、继电器和其它元件的各种信号。如果满足判断条件，控制器启动受控气氛系统。如果在运行期间未接收到这些信号，控制器终止受控气氛系统的运行。
业已发现，这类系统不能始终保证冷藏系统在受控气氛系统下的运行不受干扰。
在带有受控气氛系统的冷藏集装箱系统的运行过程中，可以断定的是冷藏应该是系统的首要功能。受控气氛系统运行时冷藏系统的精度应不受影响。因为受控气氛系统的正确运行取决于冷藏集装箱的内部情况，所以如果不满足这些条件，受控气氛系统应处于非运行状态。
本发明的目的是在判断受控气氛系统何时应该运行时，冷藏集装箱的冷藏系统中的冷藏控制器应处于主要地位。
本发明进一步的目的是对冷藏系统控制器判断受控气氛系统运行的条件进行编程。
本发明进一步的目的是冷藏集装箱的气氛控制器仅在冷藏控制器断定条件满足并向其发送电学信号时才处于运行状态。
本发明的另一个目的是对冷藏系统控制器作如下方式的编程，在运行期间的任何时刻，如果冷藏控制器判断气氛控制器应处于非运行状态，它即撤除工作电气信号，使受控气氛系统停止工作。
按照本发明，提出了一种装置用于控制一限定空间内的温度和气氛，该空间包含一用于控制空间内气氛的受控气氛系统。提出了一种电气控制系统用于控制气氛的控制系统的运行。只有在接受到工作信号时才可以运行受控气氛系统的控制装置。提出了一种冷藏系统用于控制其空间内的温度，用于控制和监测冷藏系统运行的可编程电气控制装置包括用于判断受控气氛系统是否应该运行的装置和在作出这种判断之后产生一个受控气氛系统启动工作信号的装置。提供了将冷藏系统控制器的工作信号传送至受控气氛系统控制器的装置。
图1为用于本发明的冷藏运输集装箱的简化透视图；
图2为用于图1的冷藏单元的示意图；
图3为与如图1所示的集装箱单元联用的受控气氛系统的框图；以及
图4为如本发明所述的程序的流程图，表示的是在图2的冷藏系统控制器的微处理器内编制的程序的逻辑流程图。
首先参照图1，图上画出了一个冷藏集装箱10，同时画出了有关的包含数个部件12的集成式电气操作冷藏系统和一部分以14表示的受控气氛系统。冷藏系统12和受控气氛系统安装在集装箱的一端，并且易于分别调节集装箱10内的温度和气氛。
参照图2，冷却系统12包括在这种应用的先前技术中众所周知的蒸气压缩冷藏系统。简而言之，系统包括一根连接电源和冷藏系统控制器18的电源线16。控制器18最好是一个已编程的微处理器，便于接收来自系统操作者和冷藏系统各种传感器的输入并以该技术领域内众所周知的方式控制冷藏系统部件的运行。冷藏系统由一个包含了与蒸发器盘管22和冷凝器盘管24相通的电动压缩机20的冷藏回路组成。配置了相应的蒸发器风扇26使集装箱10内气体流经蒸发器盘管22再循环进入集装箱，在集装箱中气体经过相应的循环后返回蒸发器盘管作进一步的冷却，再后面与通常的情形一样。配置了冷凝器风扇28将环境中空气的冷量送向冷凝器盘管24使集装箱的热量更容易散发出去。与通常的作法一样，冷藏系统控制器18操作各种部件，在集装箱内维持一个经过选择的设定温度。
在图3中，受控气氛系统14作了更为详尽的阐述。受控气氛系统基本部件有空气压缩机30、过滤器32、空气加热器34、氮分离隔膜36、流量阀系统38、气体传感器40和控制器50。
受控气氛系统的目的是控制冷藏集装箱10内的氮气和二氧化碳量以改变集装箱内储藏在集装箱内的产品的成熟程度。通过用隔膜36产生的氮气替换的办法系统对氧气(O2)和二氧化碳(CO2)的数量进行控制。
继续参照图3，当运行受控气氛系统时，集装箱外的空气44经防尘过滤器46进入压缩机30。由压缩机30将外界进入的空气压缩成高压空气。随后高压空气在通过空气加热器34之前先由颗粒过滤器32过滤掉水气和脏物。在过滤器32上装有常闭泄漏阀48。泄漏阀48适于在受控气氛系统50的激励下电动开启。控制器编程为周期性地片刻开启泄漏阀48，排除沉积在过滤器32内的残留物。
从过滤器32出来的高压空气流往空气加热器34，在那里将空气加热至系统内所用的隔膜36的最佳工作温度。如图所示，加热空气的温度控制为55℃/131F。这是ME DAL MEMBRANE SEPA-RATION SYSTEMS DUPONT AIRLIQUIDE公司生产的型号为4241 Permeator隔膜分离器36的最佳工作温度。受控气氛系统50接收来自温度传感器52的输入并控制对加热器开关54的激励动作，以将离开空气加热器的压缩空气维持在该温度上。
流出加热器34的暖高压空气流入隔膜36处，在那里分离为流经氮气出口56的高纯氮气和流向氧气出口58的氧气/和其它气体。隔膜分离器36的分离效率取决于通过隔膜的空气气流。氮气出口56处的压力控制着流速。氮气出口处的压力越高，产生的氮气的纯度也就越高，而氮气的流速也就越低。隔膜36能够产生纯度大于99％的氮气。当氮气出口56处的压力回落时，氮气纯度下降，而流速增加。
富氮气体流出隔膜经出口56流向流量控制阀38。氧气/其它气体从氧气出口58处排净。
氮气出口56处的气压通过前述的流量控制阀38调节。为了控制集装箱内氮气的比例，控制器50编程使流量控制阀38作循环动作以增加或减少集装箱内所需的氮气数量。如果需要，控制器50也可以从外部CO2源加入CO2。
控制器50利用氧气和二氧化碳气体浓度传感器经采样管道64监测集装箱内的氧气和二氧化碳数量。O2传感器为纠正随时间和温度的漂移而进行的定期校正需要经管道66从外部空气采样。
在运行过程中，随着货物装入集装箱10内，电源线16连接至相应的电源之后，冷藏系统控制器18开始启动并按照设定程序将温度设置到货物所需的温度点。同时受控气氛系统的控制器50开始启动并设定货物所需的氧气和二氧化碳范围。
一旦冷藏系统12和受控气氛系统14启动并正确设置，冷藏系统立刻按照设定的操作步骤开始运行。但是受控气氛系统只有在位于冷藏控制器18内的气氛控制启动开关70接通时才开始运行。当冷藏系统控制器18判断冷藏系统的运行条件和冷藏集装箱内的条件满足气氛控制装置的运行条件时，它接通启动开关70。
图4是阐述冷藏系统控制器18在判断是否应接通气氛控制启动开关70的所用条件的流程图。如下所见，在每一步骤中，冷藏控制器18要进行明确的查询。在每一步骤中，如果接收到的是所需要的回答，控制器即转入下一查询，直至所有的步骤都得到满足。此时控制器接通启动开关70并向控制气氛的控制器50发送24伏的信号71使其工作。另一方面，在每一步骤中如果没有接受到所需要的回答，控制器将转到“中止受控气氛控制”的结果73，该结果将使控制气氛的控制器无法启动(如果未运行)或关闭(如果已经在运行)。下面将会看到，在冷藏系统12运行期间，冷藏控制器18不断地发出这些查询。
在控制气氛的控制器50上还配置了如图2所示的标以“STBY”的指示灯51。该灯将处于工作状态，因此只要受控气氛启动开关70断开操作者便一目了然。该灯提示操作者受控气氛系统处于空闲模式，其操作已被冷藏控制器18中止。
从进入端点72处的逻辑进程可以看到，第一个步骤74是询问冷藏系统12是否在蒸发器/回气风扇26高速运转状态下运行。如果回答“NO”，受控气氛系统14就不能开始工作，否则将视情况不同被关闭。为了保证受控气氛系统的空气压缩机30有足够的冷量，回气风扇26需要作高速运行。
如果回气风扇26在作高速运行，即转入“YES”分支75，并且接下来控制器在步骤76中问询是否有足够的电力用于运行受控气氛系统。因为冷藏系统12和受控气氛系统14耗用的是来自同一个电源的功率，所以在允许受控气氛系统运行之前需要有充足的电力保证两个系统同时运行。冷藏控制器18测定冷藏系统12的耗用功率，将其与受控气氛系统14预期耗用功率相加，所得的总耗用功率再与设定的规定上限比较。在任何时刻，如果判断用于同时运行系统的电力不足时，将中止受控气氛系统，如步骤76中“NO”判定78所示。
如果满足前面的条件，控制器18从步骤76经过“YES”分支77转入步骤80，在那里检查冷藏集装箱的温度。冷藏系统将集装箱内的空气温度控制在-30℃至30℃的范围内。另一方面，受控气氛系统规定的工作温度范围一般为-5℃至25℃。由于集成冷藏/受控气氛系统的首要用途是冷藏，所以冷藏系统控制器首先问询集装箱内空气温度是否接近冷藏系统设定温度。在一个典型的系统中，可以对冷藏控制器18编程，将设定点容许偏差范围设定为±0.5℃—±2℃。假定集装箱温度在偏差允许范围内接近设定温度，接下来问询集装箱内温度是否落在受控气氛系统的工作温度范围内。
在这里给出的较佳实施例中，该范围为-5℃—25℃。如果同时满足这些条件，如步骤80所示，那么控制器经“YES”分支82转入步骤84。在任何时刻如果不满足集装箱内的规定温度条件，则经过“NO”支路81使气氛控制启动开关70断开，而系统中止运行。
假定温度条件和步骤84以前的全部条件都得到满足，则控制器判断冷藏系统是否运行于化霜模式。冷藏系统12自动地定时进入化霜循环，除去蒸发盘管22上面的结霜。在该循环中冷藏控制器关闭蒸发器回气风扇26并开启电加热器(未画出)。气氛压缩机30的运行取决于用于冷却的集装箱内部循环空气的状态。如果空气升温，则冷量不够，因而将损坏压缩机。因此在化霜循环过程中，受控气氛系统不得开启或经“YES”支路85中止。
假定冷藏系统并未处于化霜状态，则逻辑进程经“NO”分支86转入步骤88，判断冷藏系统是否运行在“预动”模式。在预动模式期间，冷藏系统判断其所有特征是否处于正确运作范围。在该循环期间，冷藏系统各部件循环开关以进行检测。在循环期间运行受控气氛系统可能会影响测试结果。因此，当冷藏系统处于预动模式时，不允许运行保护气氛控制系统，如果处于运行状态，也将中止，如“YES”分支87所示。
参照图4将会注意到，只有当所述条件全部满足时才接通冷藏控制器内的气氛控制启动开关70，允许其向受控气氛系统发送一个24伏的电信号，从而使控制系统按照其自身的控制算法开始运行，这一部分已不属本发明的范围。该条件由来自步骤88的“YES”分支90表示，其中“启动受控气氛”92表示接通启动开关70。

Claims (10)

1.一种用于控制一限定空间(10)内(内有一用于控制气氛的受控气氛系统(14))的温度和气氛的装置，其特征在于该装置包括：
用于控制所述的受控气氛系统运行的电气控制装置(50)，所述的受控气氛系统控制装置只有当接收到一个启动信号时才处于控制所述的受控气氛系统的运行状态；
用于控制该空间内温度的冷藏系统(12)；
用于控制和监测所述冷藏系统运行的可编程电气控制装置(18)，所述的冷藏系统控制装置包括用于判断受控气氛系统是否应该运行的装置和用于在作出所述判断后产生受控气氛系统启动信号的装置；以及
用于将来自所述的冷藏系统控制器的所述启动信号送往受控气氛系统控制器的装置(71)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的用于判断受控气氛系统是否应该运行的装置包括用于判断冷藏系统的一个或一个以上的条件(74，76，80，84，88)是否满足某些设定条件的装置。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，当任意一个所述运行条件不满足所述的设定条件时，所述的用于判断和产生装置将不产生所述的启动信号。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的冷藏系统(12)与所述的受控气氛系统(14)由同一电源供电，并且其中一个所述的设定条件是用于运行所述系统的电源的电力是否充足，如果条件不满足，则不产生所述的启动信号。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的冷藏系统(12)可运行于预动模式，并且其中一个所述的设定条件(88)是所述的冷藏系统是否处于所述的预动模式，如果满足条件，则不产生所述的启动信号。
6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的冷藏系统(12)包括用于循环所述限定空间内气氛的蒸发器风扇(26)，并且，其中一个所述的设定条件(74)是所述的蒸发器风扇是否运行以使气体循环，如果不满足条件，则不产生所述的启动信号。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的蒸发器风扇具有多种转速，并且其中所述的设定条件(74)是所述风扇是否以最快速度运转。
8.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的冷藏系统(12)可运行于化霜模式，并且，其中一个所述设定条件(84)是所述的冷藏系统是否处于化霜模式，如果满足条件，则不产生所述的启动信号。
9.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的冷藏系统(12)具有一个设定的设定点容许误差运行范围，并且其中一个所述设定条件(80)是所述的冷藏系统是否运行于所述的设定点容许误差范围之内，如果条件不满足，则不产生所述的启动信号。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述的受控气氛系统(14)具有一个设定的温度运行范围，而且除了在所述的设定点容许误差范围内运行以外，其中一个所述的设定条件是所述的冷藏系统是否在所述的设定运行范围内运行，如果不是同时位于所述的设定点容许误差和所述的设定运行范围内，则不产生所述的启动信号。
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