带有具有流量控制机构的分配器的制冷系统和控制这样的系统的方法
【专利摘要】一种控制具有用于使制冷剂循环的闭合回路的制冷系统的方法，其中闭合回路具有：压缩机，用于压缩制冷剂；冷凝器，用于接收并冷凝压缩后的制冷剂的至少一部分；蒸发器，用于接收并蒸发冷凝后的制冷剂；以及返回管道，用于使制冷剂从蒸发器返回到压缩机。蒸发器具有若干蒸发器部段，蒸发器部段具有对应管道，可以分别地控制对应管道，以便获得对应的分别的蒸发器部段的分别的制冷效果。
【专利说明】带有具有流量控制机构的分配器的制冷系统和控制这样的系统的方法
[0001]优先权声明
本申请以此要求在2011年I月7日提交的美国专利申请N0.61/430,656的优先权。【技术领域】
[0002]本发明涉及货物集装箱中的气候控制和用于控制货物集装箱中的气候的方法和装置。特别地，本发明涉及用于货物集装箱中的制冷系统的具有分配阀的蒸发器和操作这样的系统的方法。
【背景技术】
[0003]在长时间内运输和储存温度敏感货物在装载货物的空间中需要受控制的气候。气候控制包括将货物温度控制在一定可接受范围内。控制温度包括使货物温度来到可接受范围内(通过制冷或通过加热)并且将温度维持在该范围内。气候控制也可以包括控制其它参数，例如湿度和气氛组成。
[0004]制冷为从封闭空间或者从物质去除热量并且将热量移动到不会不适合的位置的过程。制冷的主要目的是为了降低封闭空间或物质的温度并且然后维持该较低温度。
[0005]一种常用的制冷技术为蒸气压缩循环。蒸气压缩循环用在大部分家用冰箱中以及许多大型商业和工业制冷系统中。
[0006]也被称为冷藏室的制冷集装箱为在包括铁路、船只和卡车的货物联合运输中使用的装运集装箱，其中将温度敏感货物制冷(冷藏或冷冻)。制冷集装箱将通常具有一体的制冷系统。
[0007]制冷系统的可靠性是至关重要的。温度敏感货物的温度应保持在预先限定的限值内。一些货物必须维持冷冻，并且冷冻货物的任何部分的温度必须保持为低于预先限定的冷冻温度，预先限定的冷冻温度视货物而定，例如低于-18摄氏度或更低，而例如新鲜水果和蔬菜等商品应保持冷藏而非冷冻，以保持新鲜。对于冷藏的水果和蔬菜，存在最低可接受温度，低于这个温度商品将开始变坏并且失去其新鲜性。该温度对于每种水果是分别的。
[0008]在制冷系统操作期间，水蒸气将在蒸发器上冷凝并且形成冰层，冰层将降低蒸发器和因此制冷系统的效率。通过运行除霜循环来除冰。传统上，根据预定安排以时间间隔来开始除霜循环，时间间隔可以取决于货物的性质和自从货物装载到集装箱中所经过的时间。货物当装载到集装箱中时，可以具有比期望在集装箱中维持的温度更高的温度，并且使用制冷来降低温度。在货物已经装载到集装箱中并且降低了货物温度后的制冷的初始阶段被称为降温。在降温期间，来自集装箱的返回空气与到集装箱的供应空气之间的温差是相对较高的，并且大量水蒸气将在蒸发器上冷凝，并且因此需要频繁地对蒸发器除霜。这是货物为例如新鲜水果或蔬菜等商品时的情况。当货物温度达到设定点温度时，蒸发将相对较低，并且除霜之间的间隔于是可以相应地更长。取决于货物，除霜传统上以通过经验确定的间隔遵循预先限定的安排。[0009]除霜通常通过停用制冷系统的压缩机并且启动与蒸发器相关联的加热器来进行，由此使蒸发器上的冰溶化。在除霜时段后，将加热器停用并且再次启用压缩机。
[0010]湿度控制通常需要对空气除湿，但可能也需要将水蒸气注入到集装箱中。当期望除湿时，制冷系统的蒸发器将通常用于该目的，并且空气中的水蒸气将在蒸发器上冷凝，并且由此从空气去除冷凝后的水蒸气。当通过使制冷系统以其主要模式运行来对空气制冷而不能实现充分除湿时，蒸发器或其一部分能够以更高的制冷功率并且因此以更低的温度被操作，由此使更多的水蒸气在蒸发器上冷凝，从而实现更高的除湿。应用到蒸发器上的更高的制冷功率也将造成从制冷系统到货物的供应空气更冷。对于一些商品例如新鲜水果而言，供应空气的温度不应低于预先限定的设定点温度，并且为了避免供应空气的温度变得低于设定点温度，通常将启用加热器以补偿更高的制冷功率。这样的加热器通常将与蒸发器相关联，并且布置成靠近需要加热能量的位置并且其也可以用于除霜。供应到加热器的能量旨在补偿用于强制除湿的额外制冷能量。传统上，这样的加热器为将电能转换为热能的电加热元件，热能在集装箱的货舱中消散，并且必须通过制冷系统来去除从加热器消散的热能。
[0011]在制冷系统中用于控制货物集装箱中的气候的蒸发器通常具有多个蒸发器部段，通过相应的注入管来向多个蒸发器部段分别地供应冷凝后的制冷剂。冷凝后的制冷剂供应到下面这样类型的分配器，其中，单个入口漏斗状地扩展并且连接到多个出口。自分配器的每个出口连接到蒸发器的注入管，并且因此对相对应的蒸发器部段进行进给。这种布置的目的在于确保制冷剂在整个蒸发器上的均匀分配，并且由此获得由分别的蒸发器部段提供的更均匀的制冷效果。
【发明内容】
[0012]本发明提供一种制冷系统，其允许对该系统的蒸发器部段进行分别的控制，以获得分别的蒸发器部段的分别的制冷效果。这对于除湿是特别有用的。制冷系统还允许控制系统的蒸发器来更高效地执行蒸发器的除霜。本发明提供一种制冷系统，与传统系统相比减少了强制除湿模式中的外部供应能量。
[0013]在本发明的系统中，可以分别地控制例如分别地接通或断开蒸发器部段，以允许补偿用于强制除湿的额外制冷能量。这通过以高制冷功率操作蒸发器的一个或多个部段以实现除湿并且使其它蒸发器部段断开来进行。
[0014]当包括一个或多个但并非全部的蒸发器部段的第一子集以高制冷功率操作以用于除湿时，湿气将在那些蒸发器部段上冷凝并且可能形成冰层。传统上，这需要运行制冷系统的除霜循环，其涉及停用制冷系统一段时间并且加热蒸发器以溶化冰。本发明提供了操作制冷系统以从第一蒸发器部段子集转移到第二蒸发器部段子集的可能性，从而将允许第一蒸发器部段子集上的冰溶化，同时使用第二蒸发器部段子集来继续进行制冷和除湿。
[0015]当制冷空间中的空气很湿或者货物产生大量湿气时，除湿需要相对应地较高的制冷功率，这可能造成空气温度变得不期望地低。传统上，这通过启用例如电加热器加热空气来避免。在实施例中，本发明的系统使用已由系统本身即由压缩机产生的热量来补偿用于强制除湿的额外制冷能量。这通过以高制冷功率操作蒸发器的部段以实现所期望的除湿并且通过将压缩后的即来自压缩机即绕开冷凝器的热制冷剂的一部分选择性地传导到蒸发器的其它部段来进行。由此，不再需要单独的加热元件，并且也不再需要用于加热的外部供应能量。补偿强制除湿所用的额外制冷功率所需的热能从离开压缩机的制冷剂取得。压缩后的制冷剂当离开压缩机时是“热的”，或者相对于进入压缩机的制冷剂和离开冷凝器的制冷剂的温度处于高温。传统上，来自压缩机的全部热的制冷剂在可以风扇辅助的冷凝器中或者在水冷式热交换器中冷凝并且冷却。在本发明的制冷系统中，传导至蒸发器的热的压缩后的制冷剂的部分不传导至冷凝器，并且因此降低了对于冷凝器的电力供应的需要。
[0016]在该文献全文中，术语“包括”或“包含”不排除其它可能的元件或步骤。而且，对于例如“一”或“一个”等参考的提及不应解释为排除多个。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]将关于附图更详细地描述根据本发明的系统和方法。附图示出了实施本发明的一种方式，并且不应被解释为限制落入所附权利要求的范围内的其它可能的实施例。
[0018]图1示出了可通过本发明的方法控制的一个制冷系统；
图2示出了例如图1所示制冷系统的制冷系统的具有流量控制机构的分配器和蒸发器的部段；以及
图3部分透视地表示具有流量控制机构的分配器的透视图。
【具体实施方式】
[0019]在图1中示出了具有压缩机20的制冷系统10，压缩机20在工作时压缩在制冷系统中使用的制冷剂。压缩机20可以为涡旋式压缩机，但也可以使用其它类型的压缩机。压缩后的热制冷剂从压缩机20通过管道21和31传导至冷凝器30，在冷凝器30中从制冷剂去除热能。图示的冷凝器30为风扇辅助的，并且冷凝后的冷制冷剂通过管道32离开冷凝器并且进入接收罐33。如果需要补充的冷凝器效果，则可以应用可选的水冷式冷凝器30’ (以虚线框示出)。冷凝后的制冷剂从接收罐33或者可选地从水冷式冷凝器30’通过管道34并通过干燥器滤油器35传导至节能热交换器40，并且通过管道41传导至蒸发器50。风扇55使空气循环通过蒸发器和集装箱中的货物。
[0020]在图2中示意性地示出了图1中的制冷系统的细节。图2示出了分配器51，分配器51在一端连接到制冷剂供应管道以接收压缩后的制冷剂，并且在另一端连接到蒸发器
50。在图中并且部分透视地示出了蒸发器的仅一小部段。
[0021 ] 蒸发器50具有若干注入管502，通往对应蒸发器部段的分别的管道501，用于传导制冷剂通过蒸发器。每个注入管502具有连接到对应分配器51、52的分别的出口 513的分别的入口。通常，分配器51、52将具有连接到蒸发器的八个对称配置的注入管502。在图1所示的系统10中，存在两个分配器51和52。
[0022]分配器51、52各具有:连接到用于向蒸发器50供应冷凝后的制冷剂的管道的入口 511、扩展漏斗部512和多个出口 513。分配器出口 513中的每一个连接到分别的注入管502，并且因此连接到蒸发器的管道501。漏斗部512将来自分配器入口 511的单个制冷剂流动分配到多个分配器出口 513，并且因此分配到分别的注入管502。
[0023]与分配器51连接地设置有流量控制机构60。流量控制机构60优选地为分配器
51、52的一体部分，或者可以设置为连接在分配器51、52与蒸发器50之间的单独部分。流量控制机构适于在分别的时间持续分别的时段控制制冷剂通过分别的分配器出口 513并且因此进入到分别的注入管502中的流量。
[0024]例如如图3所示，控制机构60可以为包括盘61的类型，盘61具有一条或多条通路62，通路62在盘61上放置在与分配器51、52的出口 513对应的位置。在图3的实施例中，流量控制机构60与分配器51为一体并且示出为具有两条通路62。在其它实施例中，盘可以具有一条通路62或者可以具有多于三条通路。盘61绕分配器51的轴线可旋转地布置在分配器51的端面处。盘61可以例如由步进马达(未图示)驱动以使一条或多条通路62移动，从而部分地或完全地打开通过分配器的出口 513并进入蒸发器50的注入管501中的流动。设置密封件(未图示)使得连接相对于制冷剂为密封的。在图3中，通路62与出口 513完全对准，使得可以提供最大流动。另外在图3中，以虚线示出了两个打开的出口513。并未示出其余的闭合出口。
[0025]流量控制机构60在工作时交替地打开一个或多个出口 513，并且闭合自分配器
51、52的出口 513中的其它出口。然后，制冷剂将在闭合回路中从压缩机20通过管道21和31、冷凝器30、接收罐33、管道34、干燥器滤油器35、热交换器40、管道41、第一分配器51和/或第二分配器52和蒸发器50的交替部段或交替部分和返回管道22流回到压缩机20。由此，由蒸发器50的选定管道501所限定的部段可以接通或断开，从而允许增强对循环通过蒸发器50的空气的除湿的控制，并且因此增强对例如制冷系统所在的集装箱的控制。
[0026]在根据本发明的方法中，流量控制机构60允许制冷剂以这样的时间间隔流到蒸发器50的一个或多个管道501，使得选定管道501比其它管道更多地被制冷或者“过冷”，由此增强对经过那些管道501的空气的除湿。为了在与制冷系统连接的货物空间中维持恒定的温度，控制机构60允许减少以所述时间间隔流到蒸发器50的除了选定过冷管道501之外的其它管道的制冷剂流动。由此，经过蒸发器50收集的气体(空气)质量保持恒定的温度，而蒸发器50的部段或部，即蒸发器的分别的选定管道过冷或以正常或减小的冷却运行。
[0027]在根据本发明的另一方法中，流量控制机构60允许制冷剂以这样的时间间隔流到蒸发器50的一个或多个管道501，使得选定管道501正常冷却或过冷，而管道501中的其它管道被断开足够长度的时间间隔以允许管道501的除霜被断开。
[0028]在另外的实施例中，图1所示的制冷系统10具有第一分配器51和第二分配器52，其中的每一个连接成通过管道41接收冷的冷凝后的制冷剂。
[0029]第一分配器51将制冷剂进给到蒸发器50的第一部分的管道501，并且第二分配器52将制冷剂进给到蒸发器50的第二部分的管道501。
[0030]第一分配器51在其上游侧连接到第一可控阀53。第二可控阀54连接到管道21，管道21传导来自压缩机20的热的压缩后的制冷剂，管道56将第二可控阀54的出口与第一分配器51的入口连接。
[0031]在第一工作模式中，第一可控阀53打开并且第二可控阀54关闭。然后，制冷剂将在闭合回路中从压缩机20通过管道21和31、冷凝器30、接收罐33、管道34、干燥器滤油器35、热交换器40、管道41、第一分配器51和第二分配器52、蒸发器50和返回管道22流回到压缩机20。因此，第一工作模式为制冷模式，其中第一分配器51和第二分配器52都接收进给到蒸发器的第一部分和第二部分中的冷的制冷剂。[0032]如果货物为例如新鲜水果等商品并且期望循环空气的补充除湿，则制冷系统将切换到第二工作模式，其中第一可控阀53关闭，并且第一分配器51因此将不再连接到管道41，并且将不再如第一工作模式中那样接收冷的制冷剂。在第二工作模式中，第二可控阀54可以打开，使得来自压缩机的热的制冷剂将通过管道21、第二可控阀54和管道55传导到第一分配器51的入口，并传导到蒸发器50的对应的第一部分中。
[0033]在第二工作模式中，第二分配器52和蒸发器的对应的第二部分如在上文所描述的第一工作模式中那样，将仍接收冷的制冷剂。蒸发器的第二部分能够以实现期望除湿的制冷功率水平操作，并且在空气由此会被制冷到低于设定点温度的不可接受的低温的情况下，第二可控阀54将打开，以将热的制冷剂传导至蒸发器的第一部分，从而利用风扇55通过蒸发器抽吸的空气将被加热，以补偿蒸发器的第二部分中的过度制冷，使得通过蒸发器抽吸并供应到货物的空气具有期望温度。
[0034]本发明也可以用于在冰积聚于蒸发器上时除霜。然后将中断向蒸发器供应冷的制冷剂，并且来自压缩机的热的制冷剂将被供应到蒸发器。
[0035]可以使用流量控制机构60和使用如上文所描述的第一可控阀53和第二可控阀54对热的制冷剂的流动或通过的切换的组合，来进一步控制该系统。
[0036]控制器(未图示)控制制冷系统的每个部件的操作。制冷系统可以包括与图示和上文所提到的部件不同的部件，并且上文的描述仅描述了功能对于理解本发明相关的部件。
【权利要求】
1.一种操作制冷系统的方法，包括: 在压缩机中压缩制冷剂； 在冷凝器中接收并冷凝压缩后的制冷剂的至少一部分； 使冷凝后的制冷剂穿过具有多个出口的流量控制机构； 控制所述流量控制机构以使冷凝后的制冷剂穿过多个分配器出口中的选定分配器出口，以选择性地并且同时地将冷凝后的制冷剂发送到多个蒸发器管道中的对应蒸发器管道; 在所述多个蒸发器管道中的对应蒸发器管道中接收所述冷凝后的制冷剂；以及 使所述制冷剂从所述蒸发器返回到所述压缩机。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括: 控制所述流量控制机构，以使冷凝后的制冷剂到达所述蒸发器的第一管道子集，以获得所述第一管道子集的第一预定制冷效果；以及 控制所述流量控制机构，以使冷凝后的制冷剂到达所述蒸发器的第二管道子集，以获得所述第二管道子集的第二预定制冷效果，从而对经过所述蒸发器的空气除湿，并且将所述空气的温度保持在预定限值内。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括: 控制所述流量控制机构，以使`冷凝后的制冷剂到达第一蒸发器部段的第一管道子集，以获得所述第一管道子集的第一预定制冷效果；以及 在第二蒸发器部段中从所述压缩机接收压缩后的制冷剂的至少一部分并且使之绕开所述冷凝器，从而对经过所述蒸发器的空气除湿，并且将所述空气的温度保持在预定限值内。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括: 控制第二流量控制机构，以使来自所述压缩机并且绕开所述冷凝器的制冷剂到达所述第二蒸发器部段的第二管道子集，以获得所述第二管道子集的第一预定加热效果。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括: 控制所述流量控制机构持续第一时段，以使冷凝后的制冷剂到达所述蒸发器的第一蒸发器部段的第一管道子集，以获得所述第一管道子集的预定制冷效果；以及 控制第二流量控制机构持续第二时段，以使冷凝后的制冷剂到达所述蒸发器的第二蒸发器部段的第二管道子集，以获得所述第二管道子集的第二预定制冷效果。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括: 控制所述流量控制机构持续第一时段，以使冷凝后的制冷剂到达所述蒸发器的第一管道子集，以获得所述第一管道子集的预定制冷效果；以及 控制所述流量控制机构持续第二时段，所述第二时段并不与所述第一时段重叠，以使绕开了所述冷凝器的制冷剂到达所述蒸发器的第二管道子集，来将所述蒸发器除霜。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括: 在所述蒸发器的第二蒸发器部段中接收制冷剂，以获得所述第二蒸发器部段的第二预定制冷效果。
8.一种制冷系统,包括: 压缩机，构造为压缩制冷剂；冷凝器，构造为将压缩后的制冷剂的至少一部分冷凝； 流量控制机构，具有多个分配器出口 ；以及 蒸发器，具有多个管道，所述管道构造为从所述多个分配器出口接收冷凝后的制冷剂， 其中所述流量控制机构是能够调节的，以使所述冷凝后的制冷剂穿过所述多个分配器出口中的选定分配器出口，并且穿过所述多个管道中的对应管道。
9.根据权利要求8所述的制冷系统，其中: 所述流量控制机构构造为在第一时段使所述冷凝后的制冷剂到达所述蒸发器的第一管道子集，从而获得第一预定制冷效果；并且 所述流量控制机构构造为在第二时段使所述冷凝后的制冷剂到达所述蒸发器的第二管道子集，以对经过所述蒸发器的空气除湿，并且维持空间中的温度。
10.根据权利要求8所述的制冷系统，其中所述蒸发器包括第一部段和第二部段，所述制冷系统还包括: 可控阀，构造为使压缩后的制冷剂的一部分从所述压缩机选择性地绕开所述冷凝器到达所述蒸发器的第二部段，以对经过所述蒸发器的空气除湿，并且维持空间中的温度。
11.根据权利要求10所述的制冷系统，还包括: 第二流量控制机构，构造为使制冷剂到达所述第二蒸发器部段的管道子集，以获得所述第二蒸发器部段的管道子集的第一预定加热效果。
12.根据权利要求8所述的制冷系统，其中: 所述流量控制机构构造为在第一时段使冷凝后的制冷剂到达所述蒸发器的第一蒸发器部段的第一管道子集，以获得所述第一管道子集的预定制冷效果；并且 所述流量控制机构构造为在第二时段使冷凝后的制冷剂到达所述蒸发器的第二蒸发器部段的第二管道子集，以获得所述第二管道子集的第二预定制冷效果。
13.根据权利要求8所述的制冷系统，其中: 所述流量控制机构为第一流量控制机构，并且构造为在第一时段使冷凝后的制冷剂到达所述蒸发器的第一蒸发器部段的第一管道子集，以获得所述第一管道子集的预定制冷效果；并且 其中所述制冷系统包括第二流量控制机构，所述第二流量控制机构构造为在第二时段使来自所述压缩机并且绕开了所述冷凝器的制冷剂到达所述蒸发器的第二蒸发器部段，以将所述第一蒸发器部段除霜。
14.根据权利要求13所述的制冷系统，其中: 所述第二蒸发器部段构造为接收冷凝后的制冷剂，以获得所述第二蒸发器部段的第二预定制冷效果。
15.根据权利要求8所述的制冷系统，还包括: 第二流量控制机构，具有多个分配器出口，其中: 所述蒸发器具有第二部段，所述第二部段包括多个管道，所述管道构造为从所述第二流量控制机构的所述多个分配器出口接收冷凝后的制冷剂，并且 其中所述第二流量控制机构是能够调节的，以使所述冷凝后的制冷剂穿过所述第二流量控制机构的所述多个分配器出口中的选定分配器出口，并且穿过所述第二部段的多个管道中的对应管道。
16.根据权利要求15所述的制冷系统，还包括: 第一阀，能够选择性地构造为允许所述冷凝后的制冷剂到达所述第一流量控制机构和所述第二流量控制机构。
17.根据权利要求16所述的制冷系统，还包括: 第二阀，能够选择性地构造为允许来自所述压缩机并且绕开了所述冷凝器的压缩后的制冷剂到达所述流量控制机构。
18.根据权利要求8所述的制冷系统，其中，所述流量控制机构是能够调节的，以使所述冷凝后的制冷剂穿过所述多个分配器出口中的选定分配器出口并且穿过所述多个管道中的对应管道，同时抑制所述冷凝后的制冷剂穿过所述多个分配器出口中的其余分配器出口并且穿过所述多个管道中的`其余对应管道。
【文档编号】F25B1/00GK103518105SQ201280012058
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年1月6日 优先权日:2011年1月7日
【发明者】O.索格森, A.戴尔摩斯 申请人:热之王公司