DE69226795T2

DE69226795T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Kühlung eines Raumes

Info

Publication number: DE69226795T2
Application number: DE1992626795
Authority: DE
Inventors: Greg Fridley Mn 55421 Truckenbrod; Paul C. Plymoth Mn 55442 Wacker
Original assignee: Honeywell Inc; Thermo King Corp
Current assignee: Honeywell Inc; Thermo King Corp
Priority date: 1991-01-15
Filing date: 1992-01-14
Publication date: 1999-03-25
Anticipated expiration: 2012-01-15
Also published as: EP0495463A3; EP0495463A2; DE69226795D1; EP0495463B1; AU1022092A; CA2059324A1; JPH05215450A

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung und ein Verfahren gemäß den Oberbegriffen aus den Ansprüchen 1 bzw. 6. Eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren sind beispielsweise aus US-A-4 663 725 bekannt.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Beim Stand der Technik ist die Steuerung der Temperatur eines Raumes bekannt, welcher zur Lagerung oder zum Transport von verderblichen Materialien wie Lebensmitteln verwendet wird. Die Steuerung der Temperatur eines derartigen Raumes fällt am schwierigsten aus, wenn der Raum zum Transport verderblicher Materialien, z. B. in Kühllastkraftwägen verwendet wird.
Die meisten Schwierigkeiten entstehen durch Wechsel der thermischen Beanspruchung, die durch große Umweltveränderungen wie Tageszeit, geographischer Ort und Wetterbedingungen hervorgerufen werden. Ein besonderes Problem entsteht aus der anfänglichen Beladung des Kühllastkraftwagens. Erwünscht ist, die Temperatur so schnell wie möglich abzusenken, um entstehenden Ausschuß maximal hinauszuzögern. Allerdings muß darauf geachtet werden, die Zieltemperatur an jeder Stelle innerhalb des gekühlten Raumes nicht zu überschreiten, da sonst Teile der bzw. die gesamte Fracht einfrieren könnte. US-A-4 715 190 offenbart ein rudimentäres Temperatursteuerungssystem.
Das eingangs erwähnte Patent US-A-4 663 725 beschreibt eine fortgeschrittene mikroprozessorbasierte Temperatursteuervorrichtung zum raschen Verbringen eines gesteuerten Raumes auf eine gewünschte Temperatur durch die Steuerung eines Kühlsystems, welches selektiv in einem Modus starker Kühlung bei dessen maximaler Kühlkapazität oder in einem Modus schwacher Kühlung bei einer gesteuerten Kühlkapazität zu betreiben ist. Die vorgängige Steuervorrichtung weist einen Auslaßluft-Temperatursensor auf, angeordnet, um die Temperatur der von dem Kühlsystem zu dem gesteuerten Raum hin abgelassenen Luft zu erfassen; weiterhin einen Rückluft-Temperatursensor, der angeordnet ist, die Temperatur der von dem gesteuerten Raum zu dem Kühlsystem zurückgeführten Luft zu erfassen, und eine Anordnung, die mit den Lufttemperatursensoren gekoppelt ist und auf diese anspricht, um den Modus starker Kühlung in Ansprechen auf eine der beiden Sensoren zu beenden. US-A-4 663 725 offenbart weiterhin ein Verfahren zum Beenden eines Modus starker Kühlung eines Kühlsystems eines temperaturgesteuerten Raumes, wobei das Kühlsystem selektiv in einem Modus starker Kühlung bei dessen maximaler Kühlkapazität oder in einem Modus schwacher Kühlung bei einer gesteuerten Kühlkapazität zu betreiben ist, und das eine Überwachung der Temperatur des Luftauslasses von dem Kühl system zu dem gesteuerten Raum aufweist, sowie ein Beenden des Modus starker Kühlung, falls die Auslaßlufttemperatur einer ersten vorbestimmten Bedingung entspricht; sowie ein Überwachen der Temperatur der von dem gesteuerten Raum zu dem Kühlsystem zurückgeführten Luft; und schließlich das Beenden des Modus starker Kühlung, wenn die Rücklufttemperatur einer zweiten vorbestimmten Bedingung entspricht. In der Vorrichtung und dem Verfahren aus US-A-4 663 725 wird immer nur einer der Sensoren verwendet. Es ist beschrieben, daß verschiedene Frachten (d. h. frische und tiefgefrorene Fracht) verschiedene Abkühlungsalgorithmen und somit verschiedene Temperatursensoren benötigen, und das vorgängige System erfordert eine manuelle Eingabe des Algorithmus' und der Auswahl des Temperatursensors. Die Temperatursensoren werden automatisch nur bei der Ermittlung eines Sensorausfalls oder einem manuellen Wechsel des Algorithmus' umgeschaltet.
US-A-4 589 060 erläutert gleichfalls ein mikroprozessorbasiertes Temperatursteuersystem.
Verfahren zur Steuerung des Kühlverfahrens sind in US-A-4 742 689 und in US-A-4 934 155 beschrieben. Diese Patentschriften zeigen eine Temperatursteuerung mittels Verwendung einer Heißgasumgehung des Kompressors, wodurch eine gleichmäßigere Kompressordrehzahl aufrechterhalten werden soll.
Ein hochentwickeltes System einer Temperatursteuerung ist in US-A-4 918 932 erläutert. Dieses System verwendet einen integrierten Mittelwert der Ausgaben eines Auslaßsensors und eines Rücklaufsensors zur Steuerung der Kühlvorrichtung. Der Algorithmus dieses Systems behandelt die anfängliche Temperaturabsenkung nach einer Frachtbeladung auf die gleiche Weise wie den Dauerzustand.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung überwindet die Nachteile beim Stand der Technik durch eine in Anspruch 1 definierte Steuervorrichtung und ein in Anspruch 6 definiertes Verfahren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden sowohl die Auslaß- wie die Rückluft-Temperatursensoren gleichzeitig verwendet. Der Modus starker Kühlung kann durch einen von einem der Sensoren erfaßten Zustand beendet werden.
In der bevorzugten Ausführungsform kann jede der drei getrennten Bedingungen den Modus starker Kühlung beenden. Beträgt die Auslaßtemperatur weniger als der Einstellwert minus 50/9ºC (10º F), beträgt die Rücklauftemperatur weniger als der Einstellwert plus 5/9ºC(1º F), oder überschreitet das Zeitintegral der Auslaßtemperatur abzüglich der Bodentemperatur 83ºC Minuten (150º F Minuten), wird der Modus starker Kühlung beendet.
Die ersten zwei Bedingungen führen zu einer normalen Beendigung des Modus starker Kühlung. In Abhängigkeit von den thermischen Beanspruchungsbedingungen, der anfänglichen Frachttemperatur und anderen Faktoren zur Zeit der Frachtbeladung kann jede Situation jeweils zuerst eintreten. Bei jeder Beendigungsbedingung ist für die Fracht maximaler Schutz gewährleistet. Da der Modus starker Kühlung eine maximale Kühlkapazität von der Kühleinheit beteiligt, wird ein minimales Risiko des Verderbens erreicht. Andererseits wird, da sowohl die Auslaß- wie die Rückluft überwacht wird, der Schutz gegenüber teilweisem Einfrieren erhöht.
Die dritte Beendigungsbedingung (d. h. Gradminuten überschreiten 83ºC Minuten (150ºF Minuten)) kann während eines Versagens der Ausrüstung, einem fehlerhaften Abdichten des gekühlten Raumes oder einer inadäquaten Kühlkapazität für eine gegebene Fracht auftreten. Des öfteren wird dies während hohen Umgebungstemperaturen oder sehr warmen Frachten auftreten.
In der bevorzugten Ausführungsform, die den Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht einzugrenzen beabsichtigt, kann die Bedingung, infolge derer die Beendigung des Modus starker Kühlung auftritt, zum Einleiten eines spezifischen Verfahrens für eine Langzeitüberwachung und -steuerung des gekühlten Raumes verwendet werden. Beispielsweise kann die auf dem Auslaßluftsensor basierende Beendigung eine Langzeitüberwachung des gekühlten Raumes durch den Auslaßsensor einleiten. Ähnlich dazu kann die auf dem Rückluftsensor basierende Beendigung eine Langzeitüberwachung durch den Rückluftsensor auslösen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung und viele der mit der vorliegenden Erfindung verbundenen Vorteile werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen deutlich werden, bei denen sich die gleichen Bezugsziffern über die Figuren hinweg auf die gleichen Bauteile beziehen und bei denen:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines die vorliegende Erfindung verwendenden Kühlsystems darstellt;
Fig. 2 ein Flußdiagramm der Logikschaltung der vorliegenden Erfindung ist; und,
Fig. 3 eine graphische Darstellung der beiden normalen Beendigungsbedingungen zeigt.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines die vorliegende Erfindung verwendenden Kühlsystems 10. In der bevorzugten, die vorliegende Erfindung jedoch nicht eingrenzenden Ausführungsform ist das Kühlsystem 10 in einem (nicht dargestellten) Kühllastkraftwagen befindlich. Eine Außenwand 15 und eine Anschlußwand 21, die einen gekühlten Raum 92 umgeben, sind teilweise dargestellt. Eine Öffnung 12 ist, wie gezeigt, für einen mechanischen Zugriff auf die Kühlkomponenten in der vorderen Wand des gekühlten Raumes angeordnet. Ein digitales Steuersystem 76 ist der einfacheren Darstellung halber innerhalb des gekühlten Raumes 92 gezeigt, obgleich es im tatsächlichen Betrieb außerhalb des gekühlten Raumes 92 betrieben wird.
Ein Gehäuse 13 umgibt die außerhalb des gekühlten Raumes 92 angeordneten Komponenten des Kühlsystems. Es weist eine Kraftmaschine 11 auf, die eine Quelle mechanischer Bewegung zum Betrieb eines Kompressors 14 darstellt. Die Kraftmaschine 11 kann eine Vielzahl verschiedener Verfahren verwenden, vorzugsweise ist sie aber ein Diesel- oder ein elektrischer Motor. Die Drehzahl der Kraftmaschine 11 wird durch das digitale Steuersystem 76 über ein Kabel 75 und eine Schnittstelle 98 gesteuert, wie im folgenden ausführlicher beschrieben.
Eine Kondensatorspule 24, die über ein Dreiwegeventil 18 von einem Kompressor 14 gespeist wird, fungiert zum Austausch von Wärme mit der Umgebung durch eine in dem Gehäuse 13 dargestellte Öffnung. Dieser Austausch kann von der Art einer Dissipation von überschüssiger Wärme in den Kühlmodi oder einer Erfassung von Wärme in den Heizmodi sein. Ein Vorratsbehälter 26 sammelt überschüssiges flüssiges Kühlmittel ein gibt dieses je nach Bedarf durch ein Rohr 32 und ein Auslaßventil 28 ab. Das Rohr 32 weist einen Trockner 19 auf. Ventile 20 und 52 stellen einen Eingang zu bzw. einen Ausgang von dem Kompressor 14 bereit. Ein Vorratsbehälter 44 wird, wie dargestellt, in der Saugleitung angeordnet.
Die Rückluft aus dem gekühlten Raum 92 tritt in das Verdampferschlangengehäuse durch eine Belüftungsleitung 90 und (nicht dargestellte) entsprechende Belüftungsleitungen in den Gehäuseboden ein. Verdampferschlangen 42 und 58 kühlen oder erwärmen die auf dem Weg zu einem Auslaßanschluß 93 befindliche Rückluft. Ein Temperatursensor 91 überwacht die Temperatur der Rückluft und ein Temperatursensor 94 überwacht die Temperatur der Auslaßluft. Ein Wärmetauscher 30 verbindet die Verdampferschlangen 42 und 58 mit der Saugleitung. Ein Modulationsventil 54 steuert den Saugleitungsdurchfluß in Ansprechen auf das über ein Kabel 79 verbundene digitale Steuersystem 76. Die Steuerung des Modulationsventils 54 ermöglicht die Einstellung der Kühlsystemkapazität während des Betriebs.
Das digitale Steuersystem 76 ist ein Mikroprozessor-Controller, der, wie weiter unten ausführlicher beschrieben, von Firmware/Software betrieben wird. Die Zentralverarbeitungseinheit 77 arbeitet mit der Steuer-Firmware/Software. Ein ROM-(Nurlese)-Speicher 80 ist für die Abspeicherung der Steuer-Firmware/Software und verschiedener numerischer Konstanten geeignet. Ein RAM-(Direktzugriffs)-Speicher 82 wird zur Abspeicherung der Variablen und als Eingangs- und Ausgangspuffer verwendet. Ausgangsanschlüsse 86 sind zur Steuerung der Kraftmaschine 11 über das Kabel 75 mit der Schnittstelle 98 gekoppelt; weiterhin sind sie durch ein Kabel 73 gekoppelt mit dem das Dreiwege-Erwärmungs/Abkühlungs-Ventil 18 steuernden Erwärmungs/Abkühlungs-Steuersolenoid; durch das Kabel 67 mit dem Heißgasumgehungsventil 63; und sie sind über ein Kabel 79 mit dem Modulationsventil 54 gekoppelt. Eingangsanschlüsse 84 sind über ein Kabel 69 mit einem Rückluft-Temperatursensor 91 und über ein Kabel 71 mit einem Auslaßluft-Temperatursensor 94 gekoppelt.
Die Fig. 2 ist ein Flußdiagramm für den Betrieb des Modus starker Kühlung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Modus starker Kühlung wird bei einem Element 100 begonnen. Ein Element 102 aktiviert den Modus starker Kühlung des Kühlsystems 10 (vgl. auch Fig. 1). In dem Modus starker Kühlung wird das Kühlsystem 10 bei dessen maximaler Kühlkapazität betrieben, wobei das Modulationsventil 54 in vollständig offener Lage ist.
Die Auslaßlufttemperatur wird über den Auslaßluft-Temperatursensor 94 bei Element 104 ausgelesen. Liegt die Auslaßlufttemperatur mehr als 50/9ºC (10º F) unter dem Einstellwert, übergibt Element 106 die Steuerung an Element 108, welches den Modus starker Kühlung deaktiviert und den Modus schwacher Kühlung des Kühlsystems 10 aktiviert. In dem Modus schwacher Kühlung wird das Modulationsventil 54 zur Steuerung der Kühlkapazität verwendet. Element 110 stellt den Auslaßüberwacher, bevor der Modus starker Kühlung bei Element 112 beendet wird. Dies zeigt an, daß der Modus starker Kühlung infolge des Auslesens des Auslaßluft-Temperatursensors beendet wurde. Ein derartige Anzeige setzt die Kapazität des Kühlsystems 10 implizit mit der durch die jeweilige Fracht hervorgerufenen thermischen Bean spruchung, mit dem Volumen des gekühlten Raumes, den Umgebungsbedingungen usw. in Beziehung.
Wird der Modus starker Kühlung infolge der von den Elementen 106 bis 112 ausgelesenen Werten des Auslaßluft-Temperatursensors nicht beendet, kommt dies dadurch zustande, daß die gemessene Auslaßlufttemperatur größer als der Einstellwert minus 50/9ºC (10º F) ist. Die Steuerung wird dann zu einem Element 114 übertragen, welches die Ausgabe des Rückluft-Temperatursensors 91 ausliest. Liegt die Rücklufttemperatur unter dem Einstellwert plus 5/9ºC (1º F), übergibt ein Element 116 die Steuerung zu einem Element 118, das den Modus starker Kühlung deaktiviert und den Modus schwacher Kühlung aktiviert. Durch die Einstellung des Rücklaufüberwachers zeigt ein Element 120 an, daß der Modus starker Kühlung infolge des Auslesens des Rückluft-Temperatursensors beendet wurde. Der Ausgang erfolgt über ein Element 122.
Wird der Modus starker Kühlung infolge einer der normalen Beendigungsbedingungen nicht beendet, erfaßt ein Element 124, ob die Auslaßlufttemperatur unter der Bodentemperatur liegt. Wenn nicht, wird die Steuerung zu dem Element 104 zurück übertragen, um neuerlich nach den Beendigungsbedingungen für den Modus starker Kühlung zu suchen.
Wenn das Element 124 erfaßt, daß die Auslaßtemperatur unter der Bodentemperatur liegt, mulitpliziert ein Element 126 die Differenz zwischen der Auslaßtemperatur und der Bodentemperatur mit der Zeit. Die Integration wird von einem Element 128 ausgeführt. Ein Element 130 erfaßt, ob die integrierte Summe größer als 83ºC Minuten (150º F Minuten) ist. Falls nicht, wird die Steuerung zu dem Element 104 zurück übertragen, um erneut nach jeder der drei Beendigungsbedingungen zu suchen.
Wenn das Element 130 erfaßt, daß die integrierte Summe größer als 83ºC Minuten (150º F Minuten) ist, wird der Modus starker Kühlung als eine Sicherheitsmaßnahme beendet. Ein Element 132 deaktiviert den Modus starker Kühlung und aktiviert den Modus schwacher Kühlung. Ein Element 134 stellt den Auslaßüberwacher ein, und der Ausgang erfolgt über ein Element 136.
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung 262 der beiden normalen Bedingungen, unter welchen der Modus starker Kühlung beendet wird. Der Graph stellt eine Temperatur 268 als eine Funktion der Zeit 270 dar. In dieser spezifischen Situation, die die vorliegende Erfindung in keiner Weise begrenzt, wird der Einstellwert 34 auf 1,1ºC (34º F) verbracht.
Eine erste Beendigungsbedingung betrifft eine Auslaßtemperatur 264, dargestellt während des Modus starker Kühlung. Eine Beendigung des Modus starker Kühlung kann immer dann auftreten, wenn die Auslaßtemperatur 264 mehr als 50/9ºC (10º F) unter dem Einstellwert 34 liegt, wie bei Punkt 276 dargestellt. Dies führt zu einem Einstellen des Auslaßüberwachers (vgl. ebenfalls Element 106 aus Fig. 2).
Die zweite normale Beendigungsbedingung tritt auf, wenn eine Rücklufttemperatur 266 weniger als 5/9ºC (1º F) größer als ein Einstellwert 274 wird, wie bei Punkt 278 gezeigt. Diese zweite Beendigungsbedingung führt zu einem Einstellen des Rücklaufüberwachers (vgl. ebenfalls Element 116 aus Fig. 2).

Claims

1. Steuervorrichtung, um einen gesteuerten Raum (92) rasch auf eine gewünschte Temperatur zu bringen, indem ein Kühlsystem (10) gesteuert wird, welches selektiv in einem Modus starker Kühlung bei dessen maximaler Kühlkapazität oder in einem Modus schwacher Kühlung bei einer gesteuerten Kühlkapazität betrieben werden kann, wobei die Steuervorrichtung versehen ist mit einem Auslaßluft-Temperatursensor (94) zum Erfassen der Temperatur der von dem Kühlsystem (10) an den gesteuerten Raum (92) abgegebenen Auslaßluft sowie mit einem Rückluft-Temperatursensor (91) zum Erfassen der Temperatur der von dem gesteuerten Raum (92) an das Kühlsystem (10) rückgeführten Luft, gekennzeichnet durch eine Anordnung (76), die mit dem Auslaßluft-Temperatursensor (94) gekoppelt ist und auf diesen anspricht, um die Temperatur der Auslaßluft mit einem vorbestimmten Wert zu vergleichen, und die ferner mit dem Rückluft-Temperatursensor (91) gekoppelt ist und auf diesen anspricht, um die Temperatur der rückgeführten Luft mit einem zweiten vorbestimmten Wert zu vergleichen, und wobei die Anordnung (76) ausgelegt ist, den Modus starker Kühlung in Ansprechen auf das Ergebnis von einem der beiden Vergleiche zu beenden.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vergleichs- und Beendigungsanordnung (76) versehen ist mit:

a) einer ersten Erfassungsanordnung zum Erfassen, ob die Temperatur der rückgeführten Luft unter dem vorbestimmten Wert plus 5/9ºC (1ºF) liegt; und

b) einer mit der ersten Erfassungsanordnung gekoppelten ersten Deaktivierungsanordnung zum Deaktivieren des Modus starker Kühlung, wenn die erste Erfassungsanordnung anzeigt, daß die Temperatur der rückgeführten Luft unter dem vorbestimmten Wert plus 5/9ºC (1ºF) liegt.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Vergleichs- und Beendigungsanordnung (76) ferner versehen ist mit:

a) einer zweiten Erfassungsanordnung zum Erfassen, ob die Temperatur der Auslaßluft unter dem vorbestimmten Wert minus 50/9ºC (10ºF) liegt; und

b) einer mit der zweiten Erfassungsanordnung gekoppelten zweiten Deaktivierungsanordnung zum Deaktivieren des Modus starker Kühlung, wenn die zweite Erfassungsanordnung anzeigt, daß die Temperatur der Auslaßluft unter einem vorbestimmten Wert minus 50/9ºC (10ºF) liegt.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, ferner versehen mit einer Anordnung zum Unterbrechen des Modus starker Kühlung wenn die Differenz zwischen der Temperatur der Auslaßluft und einer vorbestimmten Bodentemperatur des temperaturgesteuerten Raumes (92) multipliziert mit der Zeit größer als ein vorbestimmtes Integral ist.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, wobei das vorbestimmte Integral 83ºC Minuten (150ºF Minuten) beträgt.

6. Verfahren zum Beenden eines Modus starker Kühlung eines Kühlsystems (10) für einen temperaturgesteuerten Raum (92), wobei das Kühlsystem selektiv in einem Modus starker Kühlung bei dessen maximaler Kühlkapazität oder in einem Modus schwacher Kühlung bei einer gesteuerten Kühlkapazität betrieben werden kann, wobei im Zuge des Verfahrens:

die Temperatur der von dem Kühlsystem (10) an den gesteuerten Raum (92) abgegebenen Auslaßluft sowie die Temperatur der von dem gesteuerten Raum (92) an das Kühlsystem (10) rückgeführten Luft überwacht werden;

dadurch gekennzeichnet, daß

der Modus starker Kühlung beendet wird, wenn die Temperatur der Auslaßluft mit einem ersten vorbestimmten Wert übereinstimmt oder wenn die Temperatur der Rückluft mit einem zweiten vorbestimmten Wert übereinstimmt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem ferner

a) die Differenz zwischen der Temperatur der Auslaßluft und einer vorbestimmten Bodentemperatur des temperaturgesteuerten Raumes (92) berechnet wird; und

b) der Modus starker Kühlung beendet wird, wenn der berechnete Wert mit einem vorbestimmten Integral übereinstimmt.