DE60031319T2

DE60031319T2 - Spannungsreglung mittels Motorgeschwindigkeit

Info

Publication number: DE60031319T2
Application number: DE60031319T
Authority: DE
Inventors: John Robert Liverpool Reason; Joao Eduardo Cicero Navarro de Andrade
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 2000-03-13
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2020-03-14
Also published as: ES2270782T3; US6226998B1; EP1038703B1; EP1038703A2; EP1038703A3; DE60031319D1

Description

Bereich der Erfindung
Der Bereich der vorliegenden Erfindung betrifft Steuerungssysteme für Transportkühlsysteme. Genauer ausgedrückt ist die vorliegende Erfindung auf das Überwachen des Generatorstroms eines Transportkühlsystems und das Zwingen der Einheit in eine geringe Geschwindigkeit immer wenn vorhergesehen wird, dass Bedingungen mit hoher Generatorspannung auftreten, unter Verwendung einer Funktion, die aus vorangehenden Untersuchungen der Betriebsbedingungen in Abhängigkeit von der Spannung abgeleitet wurde, gerichtet.
Beschreibung des Stands der Technik
Ein Transportkühlsystem, das verwendet wird, um umschlossene Bereiche wie z.B. die Box, die auf Lkws, Anhängern, Containern oder ähnlichen zusammenwirkenden Einheiten verwendet wird, zu kontrollieren, funktioniert durch Absorbieren von Wärme aus dem umschlossenen Bereich und Abgeben von Wärme außerhalb der Box in die Umgebung. Um dies zu erreichen, benötigt eine typische Transportkühleinheit ein stark unter Druck gesetztes Kühlmittel, das in eine Niederdruckumgebung wie z.B. einer Verdampferrohrschlange eingebracht wird. Das Kühlmittel wird durch Strömen durch einen Verdichter, der durch einen Generator angetrieben sein kann, der von einer Dieselmaschine betrieben wird, unter Druck gesetzt.
Kühlsysteme, einschließlich insbesondere Kühltransportsysteme, erfordern einen Betrieb unter einer breiten Vielzahl von Umgebungstemperaturen und Betriebsbelastungen. Es wird angenommen, dass eine durch bestimmte Betriebsbedingungen erzeugte übermäßige Spannung ein wesentlicher Faktor beim Verursachen von Bauteilfehlfunktionen an dem Transportkühlsystem ist. Derzeit erhältliche Transportkühlsysteme weisen ein Drehzahlsolenoid zum Senken oder Beschränken der Motordrehzahl auf eine vorausgewählte maximale Rate auf. Leider umfassen die Maschinendrehzahlsteuerungssysteme, deren sich die Anmelderin derzeit bewusst ist, nicht das automatische Überwachen eines Drehzahlsolenoids oder einer ähnlichen Motordrehzahlsteuerung basierend auf Spannungsniveaus.
EP-A-0 522 847 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Transportkühleinheit.
Die Anmelder haben herausgefunden, dass es, um unter akzeptablen Spannungsbedingungen zu arbeiten, wünschenswert ist, die Spannungsbedingungen des Systems automatisch zu überwachen und zu steuern basierend auf der Maschinendrehzahl, der Generatortemperatur und dem gezogenen Strom des Systems.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, wie es in Anspruch 1 beansprucht ist.
Das Steuerungsverfahren und der Steuerungsvorgang dieser Erfindung schaffen eine Kühleinheit für ein Transportsystem mit einer Steuerung zum Vorhersagen und Vermeiden von Hochspannungsbedingungen an der Einheit. Das bevorzugte System weist Sensoren zum Überwachen der Maschinendrehzahl, des gezogenen Stroms und der Generatortemperatur (was die Umgebungsbelastung widergibt) auf. Die von diesen Sensoren empfangenen Daten werden in die Systemsteuerung geladen, die ein Kennfeld oder stärker bevorzugt einen Algorithmus verwendet, um eine Spannung basierend auf diesen Variablen vorherzusagen. Wenn der Algorithmus oder das Kennfeld eine Spannung oberhalb eines vorausgewählten, akzeptablen, in die Steuerung programmierten Spannungsniveaus vorhersagt, senkt das System die Maschine in niedrige Drehzahl. Am stärksten bevorzugt wird diese Funktion erreicht durch ein digitales Signal, das durch die Steuerung erzeugt wird, um dem mit der Maschine verbundenen Drehzahlsolenoid Energie zu entziehen und so die Maschinendrehzahl zu beschränken.
Die vorliegende Erfindung schafft in bevorzugten Ausführungsformen eine Mikroprozessorsteuerung für die Regulierung von Transportkühleinheitspannungsniveaus.
Die vorliegende Erfindung schafft in bevorzugten Ausführungsformen auch ein Verfahren oder einen Vorgang zum Beschränken oder Eliminieren von Transportkühleinheitbauteilfehlerraten durch automatisches Kontrollieren von Spannungsgrenzwerten an der Einheit.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden angesichts der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform davon und wie sie in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht ist besser ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Ansicht des Transportkühlsystems der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine schematische Blockansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer Steuerung der vorliegenden Erfindung; und
2a zeigt eine schematische Blockansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer Steuerung der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine beispielhafte Vorhersagekurve oder ein Betriebsparametermodell, die/das die Beziehung zwischen der Generatortemperatur und der lastfreien Spannung bei hoher Maschinendrehzahl für die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung, die der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist, ist eine aus einer Serie von Anmeldungen, die sich mit Transportkühlsystemendesign und -steuerung befassen, wobei die anderen ebenfalls anhängigen Anmeldungen umfassen: "Economy Mode for Transport Refrigeration Units"; "High Engine Coolant Temperature Control"; "Compressor Operating Envelope Management"; "Superheat Control for Optimum Capacity Under Power Limitation and Using a Suction Modulation Valve"; "Generator Power Management"; und "Electronic Expansion Valve Control Without Pressure Sensor Reading", die alle dem Anmelder der vorliegenden Erfindung zugeordnet sind. Diese Erfindungen sind am stärksten bevorzugt für eine Verwendung in Transportkühlsystemen des Typs ausgelegt, der beschrieben ist in den ebenfalls anhängigen Anmeldungen mit den Titeln: "Transport Refrigeration Unit With Non-synchronous Generator Power System"; "Electrically Powered Trailer Refrigeration Unit With Integrally Mounted Diesel Driven Permanent Magnet Generator"; und "Transport Refrigeration Unit With Synchronous Generator Power System", die alle von Robert Chopko, Kenneth Barrett und James Wilson erfunden wurden und die alle ebenfalls der Anmelderin der vorliegenden Erfindung zugeordnet sind.
1 veranschaulicht eine schematische Wiedergabe des Transportkühlsystems 100 der vorliegenden Erfindung. Das Kühlmittel (das in seiner am stärksten bevorzugten Ausführungsform R 404A ist) wird verwendet, um die Boxenluft (d.h. die Luft in dem Container oder dem Anhänger oder dem Lkw) des Kühltransportsystems 100 zu kühlen. Es wird zuerst durch eine Verdichter 116 komprimiert, der durch einen Motor 118 angetrieben wird, der am stärksten bevorzugt ein integrierter elektrischer Antriebsmotor ist, der durch einen Synchrongenerator (nicht gezeigt) angetrieben wird, der von einer Maschine mit zwei Geschwindigkeiten angetrieben wird, die bei niedriger Drehzahl (am stärksten bevorzugt 45 Hertz) oder hoher Drehzahl (am stärksten bevorzugt 65 Hertz) arbeitet. Der Motor 118 treibt am stärksten bevorzugt einen 6-Zylinder-Verdichter 116 mit einem Hubraum von 600 cm³ an, wobei der Verdichter 116 ferner zwei Entlastungseinrichtungen hat, jede zum wählbaren Entlasten eines Paars von Zylindern unter wählbaren Betriebsbedingungen. In dem Verdichter wird das Kühlmittel (vorzugsweise im Dampfzustand) auf eine höhere Temperatur und einen höheren Druck verdichtet. Das Kühlmittel bewegt sich dann zu dem luftgekühlten Verflüssiger 114, der eine Mehrzahl von Verflüssigerrohrschlangenlamellen und -röhren 122 aufweist, die Luft, typischerweise von einem Verflüssigergebläse (nicht gezeigt) geblasen, empfangen. Durch Entfernen von latenter Wärme durch diesen Schritt kondensiert das Kühlmittel zu einer Flüssigkeit mit hohem Druck/hoher Temperatur und strömt zu einem Empfänger 132, der für Speicherung von überschüssigem flüssigen Kühlmittel während eines Niedertemperaturbetriebs sorgt. Von dem Empfänger 132 strömt das Kühlmittel durch eine Unterkühleinheit 140, dann zu einem Filter-Trockner 124, der das Kühlmittel sauber und trocken hält, und dann zu einem Wärmetauscher 142, der die Kühlmittelunterkühling steigert.
Schließlich strömt das Kühlmittel zu einem elektronischen Expansionsventil 144 (das "EXV"). Wenn das flüssige Kühlmittel durch die Düse des EXV strömt, verdampft zumindest ein Teil von ihm. Das Kühlmittel strömt dann durch die Röhren oder Rohrschlangen 126 des Verdampfers 112, der Wärme aus der Rücklaufluft (d.h. Luft, die von der Box zurückkehrt) absorbiert und dabei das verbleibende flüssige Kühlmittel verdampft. Die Rücklaufluft wird vorzugsweise über die Rohre oder Rohrschlangen 126 durch mindestens ein Verdampfergebläse (nicht gezeigt) gesogen oder gedrückt. Der Kühlmitteldampf wird dann von dem Tauscher 112 durch ein Saugmodulationsventil (oder "SMV") zurück in den Verdichter gesogen.
Viele der Punkte in dem Transportkühlsystem werden durch eine Steuerung 150 überwacht und gesteuert. Wie in den 2 und 2A gezeigt, weist die Steuerung 150 vorzugsweise einen Mikroprozessor 154 und seinen zugehörigen Speicher 156 auf. Der Speicher 156 der Steuerung 150 kann Anwender- oder Eignervorausgewählte, gewünschte Werte für verschiedene Betriebsparameter innerhalb des Systems enthalten, einschließlich, aber ohne darauf beschränkt zu sein, des Temperatureinstellpunkts für verschiedene Positionen innerhalb des Systems 100 oder der Box, Druckgrenzwerte, Stromgrenzwerte, Maschinendrehzahlgrenzwerte und eine Vielzahl anderer gewünschter Betriebsparameter oder Grenzwerte des Systems 100. Die Steuerung 150 enthält am stärksten bevorzugt eine Mikroprozessorplatine 160, die den Mikroprozessor 154 und den Speicher 156 aufweist, eine Eingabe-/Ausgabe-Platine (I/O) 162, die einen analog/digital-Wandler 156 aufweist, der Temperatureingaben und Druckeingaben von verschiedenen Punkten im System, Wechselstromeingaben, Gleichstromeingaben, Spannungseingaben und Feuchtigkeitsniveaueingaben empfängt. Außerdem weist die I/O Platine 162 Steuerungsschaltungen oder Feldeffekttransistoren ("FETs") und Relais auf, die Signale oder Strom von der Steuerung 150 empfangen und daraufhin verschiedene externe oder Peripherievorrichtungen im System 100 steuern, wie z.B. ein SMV 130, ein EXV 144 und die Drehzahl der Maschine mit zwei Drehzahlen durch ein Solenoid (nicht gezeigt).
Unter den spezifischen Sensoren und Wandlern, die am stärksten bevorzugt durch die Steuerung 150 überwacht werden, ist enthalten: der Rücklauflufttemperatursensor (return air temperature – RAT), der in den Prozessor 154 einen variablen Widerstandswert abhängig von der Verdampferrücklauflufttemperatur eingibt; die Umgebungslufttemperatur (ambient air temperature – AAT), die in den Mikroprozessor 154 einen variablen Widerstandswert abhängig von der Umgebungslufttemperatur, die vor dem Verflüssiger 114 ausgelesen wurde, eingibt; der Verdichtersaugtemperatursensor (compressor suction temperature – CST), der an den Mikroprozessor einen variablen Widerstandswert abhängig von der Verdichtersaugtemperatur eingibt; der Verdichterauslasstemperatursensor (compressor discharge temperature – CDT), der dem Mikroprozessor 154 einen Widerstandswert abhängig von der Verdichterauslasstemperatur innerhalb des Zylinderkopfs des Verdichters 116 eingibt; der Verdampferauslasstemperatursensor (evaporator outlet temperature – EVOT), der dem Mikroprozessor 154 einen variablen Widerstandswert abhängig von der Auslasstemperatur des Verdampfers 112 eingibt; der Generatortemperatursensor (generator temperature – GENT), der dem Mikroprozessor 154 einen Widerstandswert abhängig von der Generatortemperatur eingibt; der Maschinenkühlmitteltemperatursensor (engine coolant temperature – ENCT), den deM Mikroprozessor 154 einen variablen Widerstandswert abhängig von der Maschinenkühlmitteltemperatur der Maschine mit zwei Drehzahlen eingibt; der Verdichtersaugdruckwandler (compressor suction pressure – CSP), der dem Mikroprozessor 154 eine variable Spannung abhängig von dem Verdichtersaugwert des Verdichters 116 eingibt; der Verdichterauslassdruckwandler (compressor discharge pressure – CDP), der dem Mikroprozessor 154 eine variable Spannung abhängig von dem Verdichterauslasswert des Verdichters 116 eingibt; der Verdampferauslassdruckwandler (evaporator outlet pressure – EVOP), der dem Mikroprozessor 154 eine variable Spannung abhängig von dem Verdampferauslassdruck des Verdampfers 112 eingibt; der Maschinenöldruckschalter (engine oil pressure switch – ENOPS), der dem Mikroprozessor 154 einen Maschinenöldruckwert von der Maschine mit zwei Drehzahlen eingibt; Gleichstrom- und/oder Wechselstromsensoren (jeweils CT1 und CT2), die dem Mikroprozessor 154 variable Spannungswerte entsprechend dem von dem System 100 gezogenen Strom eingeben, und ein Maschinen-Upm-Wandler (engine rounds per minute – ENRPM), der dem Mikroprozessor 154 eine variable Fre quenz abhängig von den Maschinenumdrehungen pro Minute der Maschine mit zwei Drehzahlen eingibt.
Die vorliegende Erfindung umfasst vorzugsweise die Verwendung eines Algorithmus durch die Steuerung 150. Die Systemstrom- (z.B. CT2) und GENT-Werte werden in die Steuerung 150 eingegeben und durch den Prozessor 154 beim Implementieren des Algorithmus verwendet, um die Spannung für das System 100 vorherzusagen. Eine beispielhafte Vorhersagekurve oder ein Modell, das die Beziehung zwischen der Generatortemperatur abhängig von der lastfreien Spannung bei hoher Maschinendrehzahl für die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, ist in 3 gezeigt. Diese vorhergesagte Spannung wird dann mit einem Spannungsgrenzwert verglichen, der in den Speicher 156 aufgezeichnet oder in ihm gespeichert ist (die mit dem Stand der Technik vertrauten Fachleute erkennen, dass die involvierten spezifischen Spannungsniveaugrenzwerte basierend auf Systemkomponenten und Betriebsbedingungen variieren werden). Wenn die vorhergesagte Spannung höher als der in dem Speicher gespeichrte Spannungsgrenzwert ist (d.h. wenn hohe oder variable Spannungsbedingungen oberhalb des vorausgewählten, in dem Speicher 156 gespeicherten Spannungsgrenzwert vorhergesagt werden) gibt die Steuerung 150 ein Steuerungssignal aus, das die Maschine mit zwei Drehzahlen in die niedrige Drehzahl zwingt. Alternativ oder zusätzlich zu den Systemstrom- und Generatortemperatur-Betriebsparametern kann der durch den Prozessor 154 verwendete Algorithmus der vorliegenden Erfindung den für die Drehzahl der Maschine mit zwei Drehzahlen empfangenen Wert oder ENRPM beim Berechnen der vorhergesagten Spannung verwenden.

Claims

Verfahren zum Überwachen und Begrenzen von Hochspannungsbedingungen einer elektrisch angetriebenen Transportkühleinheit (100), die mindestens eine Maschine und einen durch die Maschine angetriebenen Generator aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: (i) Überwachen eines Steuerungsparameters der Transportkühleinheit; (ii) Vergleichen des Steuerungsparameters mit einem Betriebsparametermodell innerhalb eines Mikroprozessors der Transportkühleinheit; (iii) Selektives Senken der Drehzahl der Maschine in Reaktion auf Betriebsparameter, die vorbestimmte Grenzwerte des Betriebsparametermodells übersteigen, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine eine Maschine mit zwei Drehzahlen ist und wobei der Schritt des selektiven Senkens der Drehzahl ein Senken der Maschine mit zwei Drehzahlen von hoher Drehzahl auf niedrige Drehzahl umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die überwachten Steuerungsparameter ausgewählt sind aus der Gruppe, die aus dem von der Einheit gezogenen Strom, der Maschinendrehzahl und der Generatortemperatur besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der überwachte Steuerungsparameter die Temperatur des Generators ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die überwachten Steuerungsparameter der Generatorstrom und die Generatortemperatur sind.