CN114537077A - 运输制冷单元 - Google Patents

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CN114537077A CN202111367587.6A CN202111367587A CN114537077A CN 114537077 A CN114537077 A CN 114537077A CN 202111367587 A CN202111367587 A CN 202111367587A CN 114537077 A CN114537077 A CN 114537077A
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Abstract

本发明涉及运输制冷单元，具体而言，提供了一种运输制冷（TRU）系统，并且其包括空气管理系统、压缩机、发电机和AC变流器，发电机从发动机的操作产生交流电(AC)来给空气管理系统和压缩机的操作供电，AC变流器可操作地插入在发电机和压缩机之间，以将压缩机的驱动频率从发电机的频率解耦。

Description

运输制冷单元
技术领域
本公开涉及运输制冷单元(TRU)，且特别地涉及具有可变速电动制冷驱动和可变速柴油发动机同步发电机电源的TRU。
背景技术
用于卡车和拖车的TRU正在向着被构造成用于全电操作而演变。为此，最终将需要开发更高效率的系统以使得能够进行这样的全电操作。同时，需要开发不涉及例如仅电池电气化(battery only electrification)的临时解决方案，其超出被设计用来同步运行的当前系统的能力。同步系统的特征在于高发动机速度导致高容量、高气流和高燃料消耗。
发明内容
根据本公开的一个方面，提供了一种运输制冷单元（TRU）系统，并且其包括空气管理系统、压缩机、发电机和AC变流器，发电机从发动机的操作产生交流电(AC)来给空气管理系统和压缩机的操作供电，AC变流器可操作地插入在发电机和压缩机之间，以将压缩机的驱动频率从发电机的频率解耦。
根据另外的或备选的实施例，压缩机包括可变速压缩机。
根据另外的或备选的实施例，空气管理系统包括并联空气管理系统。
根据另外的或备选的实施例，发动机以对于所需功率最低可能的发动机速度运行，而压缩机速度基于容量要求变化。
根据另外的或备选的实施例，随着容量要求增加，发动机继续以最低可能的发动机速度运行，以匹配从压缩机要求的扭矩。
根据另外的或备选的实施例，发动机速度随着发动机接近最大可用功率而增加。
根据本公开的一个方面，提供了一种操作运输制冷单元（TRU）系统的方法，运输制冷单元系统包括空气管理系统、压缩机、发电机和AC变流器，发电机从发动机的操作产生交流电(AC)来给空气管理系统和压缩机的操作供电，AC变流器可操作地插入在发电机和压缩机之间。该方法包括将压缩机的驱动频率从发电机的频率解耦。
根据另外的或备选的实施例，压缩机的驱动频率从发电机的频率解耦包括以可变速度操作压缩机以满足要求，以最低可能速度操作发动机来为压缩机提供功率，随着要求增加而将发动机的操作保持在最低可能速度，以及随着发动机的可用功率接近最大值而增加发动机的发动机速度。
根据本公开的一个方面，提供了一种操作运输制冷单元(TRU)系统的方法，其中压缩机的驱动频率从发电机的频率解耦。该方法包括以可变速度操作压缩机以满足要求，以最低可能速度操作发动机来为压缩机提供功率，随着要求增加而将发动机的操作保持在最低可能速度，以及随着发动机的可用功率接近最大值而增加发动机的发动机速度。
根据另外的或备选的实施例，发动机的操作包括确定发动机是否在期望的负载范围内操作。
根据另外的或备选的实施例，发动机的操作还包括如果发动机在期望的负载范围内操作，则保持发动机速度。
根据另外的或备选的实施例，发动机的操作还包括如果发动机不在期望的负载范围内操作并且需要更多发动机功率，则增加发动机速度。
根据另外的或备选的实施例，发动机的操作还包括如果发动机不在期望的负载范围内操作并且不需要更多的发动机功率，则减少发动机功率并且降低发动机速度。
根据另外的或备选的实施例，压缩机的操作包括确定TRU温度误差是否大于零。
根据另外的或备选的实施例，压缩机的操作还包括如果TRU温度误差不大于零并且不等于零，则降低压缩机驱动频率。
根据另外的或备选的实施例，压缩机的操作还包括如果TRU温度误差大于零并且发动机负载大于最大负载范围，则降低压缩机驱动频率。
根据另外的或备选的实施例，压缩机的操作还包括如果TRU温度误差不大于零并且等于零，则保持压缩机驱动频率。
根据另外的或备选的实施例，压缩机的操作还包括如果TRU温度误差大于零并且如果发动机负载不大于最大负载范围，已经请求了更多发动机功率但发动机功率还没有增加，则保持压缩机驱动频率。
根据另外的或备选的实施例，压缩机的操作还包括如果TRU温度误差大于零并且如果发动机负载不大于最大负载范围，已经请求了更多发动机功率，发动机功率已经增加并且压缩机处在最大驱动频率，则保持压缩机驱动频率。
根据另外的或备选的实施例，压缩机的操作还包括如果TRU温度误差大于零并且如果发动机负载不大于最大负载范围，已经请求了更多发动机功率，发动机功率已经增加并且压缩机不是处在最大驱动频率，则增加压缩机驱动频率。
通过本公开的技术实现了另外的特征和优点。本公开的其他实施例和方面在此处进行了详细描述，并被认为是要求保护的技术概念的一部分。为了更好地理解本公开及优点和特征，参考说明书和附图。
附图说明
为了更完整地理解此公开，现在参考结合附图和具体实施方式所取的以下简要描述，其中相似的参考标号代表相似的零件：
图1是具有根据实施例的TRU的卡车/拖车的侧视图；
图2是图1的TRU的蒸汽压缩循环的示意性图示；
图3是根据实施例的TRU系统的示意性图示；
图4是根据进一步实施例的TRU系统的示意性图示；
图5是图示根据实施例的TRU系统的操作方法的流程图；以及
图6是根据图5的方法操作的TRU系统的性能的图形化图示。
具体实施方式
如以下将要描述的那样，使用制冷压缩机可变速AC变流器将制冷压缩机驱动频率从主柴油发电机频率解耦，该制冷压缩机可变速AC变流器位于3相柴油同步发电机和压缩机之间。该方法将为允许发动机对于所需功率以最低可能的发动机速度运行，同时允许制冷系统基于容量要求改变主压缩机的操作，并且如果需要的话，改变风扇速度。随着制冷功率要求增加，发动机可以保持在所需的最低速度以匹配从压缩机和风扇系统要求的扭矩，且意图是保持在最低所需速度以匹配制冷或压缩机系统的要求。如果发动机功率接近最大可用功率，发动机将增加rmp以从而增加可用发动机功率，以因此给AC变流器供应对于制冷压缩机所需的功率。
参考图1和2，提供了卡车或拖车101，并且其包括车辆部分110、拖车部分120和TRU130。车辆部分110包括座舱111，其支撑发动机112并且其构造成容纳操作员以及一个或更多乘客，以及在座舱111后部的厢体(bed)113。在一些情况下，发动机112可以提供为柴油发动机或另一类似类型的内燃发动机。为了清晰和简洁，以下描述将涉及发动机112为内燃柴油发动机的情况。拖车部分120可以座置在箱体113上，并且具有主体121，主体121形成为限定内部122，被运输或运送的物品可以存储在其中。TRU 130可操作地直接或间接地联接至拖车部分120的主体121，并且构造成座置在拖车部分120的主体121上。
TRU可以包括发动机，并且构造成产生能够被引入内部122的冷却（或加热）气流，以便至少控制内部122的温度。以这种方式，在一个示例性情况下，其中被运输的物品是易腐烂的，并且需要被制冷（或加热），TRU 130可以即使在热（或冷）天期间依然将内部122保持在制冷（或加热）状态下。
如图2中所示，TRU 130可以根据蒸汽压缩循环200操作，并且包括压缩机131、冷凝器132、膨胀阀133、蒸发器134和风扇135及136。压缩机131压缩蒸汽并且将压缩的蒸汽输出到冷凝器132。在冷凝器132内，压缩的蒸汽被冷凝成液体，同时风扇136将空气吹过并通过冷凝器132，其被引向膨胀阀133。液体通过膨胀阀133膨胀成液体和蒸汽的混合物，该混合物被引向蒸发器134。液体和蒸汽的混合物然后流过蒸发器134的盘管，同时风扇135将空气（即暖空气）吹过盘管，于是液体从空气去除热量并且变回蒸汽。这冷却了空气，使得空气可以作为冷却的空气被引入内部122。蒸汽然后流入压缩机131。
继续参考图1和2并且另外参考图3和4，提供了TRU系统301用于处理图1和2的TRU130的某些操作。TRU系统301可包括自带(onboard)发动机302，或者在一些情况下，可以直接或间接地连接到另一个发动机，比方说图1的发动机112。以下描述将涉及其中发动机302是TRU系统301的自带发动机的情况。
TRU系统301还包括发电机310，交流电(AC)变流器320和可变速压缩机330。TRU系统301还包括空气管理系统340（见图3）和/或并联空气管理系统401和402（见图4）。发电机310可包括或者可提供为3相柴油同步发电机。发电机310可直接或间接地由发动机302驱动，以产生用来由图3的可变速压缩机330和空气管理系统340和/或图4的并联空气管理系统401和402使用的电力和功率。AC变流器320可包括或者可提供为制冷压缩机可变速AC变流器。空气管理系统（例如，并联空气管理系统401和402）可包括或者提供为一个或更多风扇马达AC变流器412,421（即，用于驱动图2的风扇135和136）。空气管理系统（即，当构造成并联空气管理系统401和402时）可包括与风扇马达AC变流器410串联的蒸发器空气管理系统411，以及与风扇马达AC变流器420串联的冷凝器空气管理系统421。
图3和4的TRU系统301因此特征在于至少可变速压缩机330的制冷压缩机驱动频率使用AC变流器320与发电机310的主柴油发电机频率解耦，AC变流器320位于或者可操作地设置在发电机310和可变速压缩机330之间。TRU系统301允许发动机302以对于所需功率最低的可能发动机速度运行，同时基于容量要求改变压缩机和风扇速度。随着制冷功率要求增加，发动机302可保持在所需的最低速度，以匹配从压缩机131和风扇135及136要求的扭矩，且其意图在于保持在所需的最低速度以匹配要求。如果发动机功率接近最大可用功率，发动机302将增加rmp以从而增加可用发动机功率，并给AC变流器320供应对于压缩机131和风扇135及136所需的充足功率。
继续参考图1-4并且另外参考图5，根据实施例提供了操作TRU系统（比方说图3和4的TRU系统301）的方法或方案。如图5中所示，该方法或方案包括TRU控制501，其考虑了发动机302是否在对于TRU控制的期望负载范围内502以及由此产生的另外的问题，以及TRU温度误差是否大于零503（即，内部122内的温度是否在目标温度）以及由此产生的另外的问题。
如果发动机302在对于TRU控制的期望负载范围内，则保持发动机rpm504。相反地，如果发动机302不在对于TRU控制的期望负载范围内，则确定是否从TRU控制要求了更多的发动机功率505（见在下文将讨论的在块513确定是否请求了更多的发动机功率）。如果不要求更多的发动机功率，则发动机功率被减少506并且发动机rpm被降低507，并且控制返回至考虑发动机302是否在对于TRU控制的期望范围内502。如果要求了更多的发动机功率，则发动机rpm被增加508，并且控制返回至考虑发动机302是否在对于TRU控制的期望范围内502。
如果TRU温度误差不大于零，则确定TRU温度误差是否等于零509。如果TRU温度误差不等于零，则压缩机131的压缩机驱动频率被降低510，并且控制返回至确定TRU温度误差是否大于零503。如果TRU温度误差等于零，则压缩机驱动频率被保持511，并且控制返回至确定TRU温度误差是否大于零503。
如果TRU温度误差大于零，则确定发动机负载是否大于最大负载范围512。如果发动机负载大于最大负载范围，则压缩机驱动频率被降低510，并且控制返回至确定TRU温度误差是否大于零503。如果发动机负载不大于最大负载范围，则请求更多的发动机功率513，并且确定发动机功率是否已经被增加到期望的负载范围514。如果发动机功率还没有被增加到期望的负载范围，则压缩机驱动频率被保持511，并且控制返回至确定TRU温度误差是否大于零503。如果发动机功率已经被增加到期望的负载范围，则确定压缩机131是否处在最大驱动频率515。如果压缩机131处在最大驱动频率，则压缩机驱动频率被保持511，并且控制返回至确定TRU温度误差是否大于零503。如果压缩机131不处在最大驱动频率，则压缩机驱动频率被增加516，并且控制返回至确定TRU温度误差是否大于零503。
参考图6，图形化地图示了图3和4的TRU系统301的性能并且其根据图5的方法或方案操作。如图6中所示，显而易见，与使用同步单元相比，由于使用可变速压缩机，压缩机131的操作能力从低发动机rpm极大地增加到高发动机rpm，并从低压缩机容量极大地增加到高压缩机容量。
本公开的技术效果和好处是提供了一些系统，其中压缩机操作从主柴油发动机速度解耦，从而允许以最低可能的发动机速度从所需压缩机容量的最大化产生最大化的燃料经济性收益。这些系统允许最大的总效率BTUs/ lb_燃料以及在低功率状态下75%的TRU运行时间，其将允许低燃料燃烧率和减少的噪音。这些系统也允许发动机以峰值扭矩运行，以最大化所需的制冷负载，以及例如具有大约600-2500rpm的宽速度范围的更小且成本更低的TRU发动机。这些系统的使用可以提供一些实例，其中高发动机速度将仅对于短持续时间需要，其特征是与高环境条件相关联的高功率需求。
以下权利要求中对应的结构、材料、动作以及所有装置或步骤加功能要件的等价物都旨在包括如具体要求保护的任何结构、材料、或用于执行功能的动作结合其他要求保护的要件。本公开的说明书出于说明和描述的目的而呈现，而不意图为穷尽性的或者限于呈所公开形式的技术概念。许多变型和变化对于本领域技术人员将是显而易见的，而不背离本公开的范围和精神。选择并描述实施例以最好地解释本公开的原理及其实际应用，并从而使得本领域其他技术人员能够对于各种实施例以各种变型理解本公开，只要它们适于设想的特定用途。
尽管已经描述了对于本公开的优选实施例，但将会理解的是本领域技术人员现在和将来都可以做出落入以下权利要求书范围内的各种改善和增强。这些权利要求应被解释为对于最先描述的本公开保持适当的保护。

Claims (20)

1.一种运输制冷(TRU)系统，包括：
空气管理系统；
压缩机；
发电机，其从发动机的操作产生交流电（AC）以给所述空气管理系统和所述压缩机的操作供电；以及
AC变流器，其可操作地插入在所述发电机和所述压缩机之间，以将所述压缩机的驱动频率从所述发电机的频率解耦。
2.根据权利要求1所述的TRU系统，其中，所述压缩机包括可变速压缩机。
3.根据权利要求1所述的TRU系统，其中，所述空气管理系统包括并联空气管理系统。
4.根据权利要求1所述的TRU系统，其中，所述发动机以对于所需功率最低可能的发动机速度运行，且压缩机速度基于容量要求变化。
5.根据权利要求4所述的TRU系统，随着所述容量要求增加，所述发动机继续以最低可能的发动机速度运行，以匹配从所述压缩机要求的扭矩。
6.根据权利要求5所述的TRU系统，其中，发动机速度随着所述发动机接近最大可用功率而增加。
7.一种操作运输制冷单元（TRU）系统的方法，所述运输制冷单元系统包括空气管理系统、压缩机、发电机和AC变流器，所述发电机从发动机的操作产生交流电(AC)来给所述空气管理系统和所述压缩机的操作供电，所述AC变流器可操作地插入在所述发电机和所述压缩机之间，所述方法包括：
将所述压缩机的驱动频率从所述发电机的频率解耦。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，将所述压缩机的所述驱动频率从所述发电机的所述频率解耦包括：
以可变速度操作所述压缩机以满足要求；
以最低可能速度操作发动机以提供用于所述压缩机的功率；
随着所述要求增加将所述发动机的操作保持在所述最低可能速度；以及
随着所述发动机的可用功率接近最大值，增加所述发动机的发动机速度。
9.一种操作运输制冷单元(TRU)系统的方法，其中压缩机的驱动频率从发电机的频率解耦，所述方法包括：
以可变速度操作所述压缩机以满足要求；
以最低可能速度操作发动机以提供用于所述压缩机的功率；
随着所述要求增加将所述发动机的操作保持在所述最低可能速度；以及
随着所述发动机的可用功率接近最大值，增加所述发动机的发动机速度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述发动机的所述操作包括确定所述发动机是否在期望的负载范围内操作。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述发动机的所述操作还包括如果所述发动机在所述期望的负载范围内操作，则保持发动机速度。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述发动机的所述操作还包括如果所述发动机不在所述期望的负载范围内操作并且需要更多发动机功率，则增加发动机速度。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述发动机的所述操作还包括如果所述发动机不在所述期望的负载范围内操作并且不需要更多的发动机功率，则减少发动机功率并且降低发动机速度。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述压缩机的所述操作包括确定TRU温度误差是否大于零。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述压缩机的所述操作还包括如果所述TRU温度误差不大于零并且不等于零，则降低压缩机驱动频率。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述压缩机的所述操作还包括如果所述TRU温度误差大于零并且发动机负载大于最大负载范围，则降低压缩机驱动频率。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述压缩机的所述操作还包括如果所述TRU温度误差不大于零并且等于零，则保持所述压缩机驱动频率。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述压缩机的所述操作还包括如果所述TRU温度误差大于零并且如果所述发动机负载不大于最大负载范围，已经请求了更多发动机功率但发动机功率还没有增加，则保持所述压缩机驱动频率。
19.根据权利要求14所述的方法，其中，所述压缩机的所述操作还包括如果所述TRU温度误差大于零并且如果所述发动机负载不大于最大负载范围，已经请求了更多发动机功率，发动机功率已经增加并且所述压缩机处在最大驱动频率，则保持所述压缩机驱动频率。
20.根据权利要求14所述的方法，其中，所述压缩机的所述操作还包括如果所述TRU温度误差大于零并且如果所述发动机负载不大于最大负载范围，已经请求了更多发动机功率，发动机功率已经增加并且所述压缩机不是处在最大驱动频率，则增加压缩机驱动频率。
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