能量效率优化的冷板制冷系统技术方案

提供了一种优化能量效率的冷板制冷系统，其使用两个制冷剂压缩机和单 组冷板；或者由两个制冷剂压缩机、常规蒸发器-空气热交换器以及单组冷板； 或者由单个制冷剂压缩机、常规蒸发器-空气热交换器以及单组冷板。要强调 的是提供该摘要以符合要求使检索者或其它读者能够快速确定技术内容主题 的摘要的规定。应当理解递交该摘要并不是用于解译或限制权利要求书的范围 和含义。

【技术实现步骤摘要】
能量效率优化的冷板制冷系统相关申请的引用和优先权要求本申请是2006年3月10日提交的待审査申请第11/372,506号的部分继续申请，并要求其优先权。
技术介绍
诸如中型或重型载重卡车之类的工业用机动车辆时常用于运载诸如食物之类的易腐烂货品，并通常为该目的设有绝热车体。有各种方法用于为绝热车体的内部制冷，诸如使用车辆原动力发动机来驱动制冷压縮机，或通过使用分开供能的制冷单元。通常，分开供能制冷单元类型的系统包含用于自治操作的小型辅助柴油机，以及在有可用市政电源的装载和卸载位置时使用的电动机。绝热车体的内部的实际冷却通过常规蒸发器-空气热交换器来实现。该类型系统的原理性缺点是与辅助柴油机的重量和燃油消耗有关的低效率，以及与自治系统和包括排放控制的支持子系统的购买和安装有关的费用。此外，分开供能的制冷单元系统具有不理想的失效机制和与卡车维护周期不同的维护要求。与使用小型柴油机的系统相比，在压縮机安装到发动机上的具有制冷剂分离式系统的车辆是成本经济的。但是，由于压縮机安装到发动机，由于大小限制而存在能力限制，系统安装复杂，且存在类似的失效机制。这些系统还要求发动机持续运行，这在燃油成本和预期的降低空转要求方面是显著不利的。为绝热车体制冷并由此保存鲜货的一种更有效方法是使用冷板技术。冷板制冷依赖称为冷板的充注有具有预定冷冻点的溶液的铝或其它金属容器，该预定冷冻点通常对应于给定溶液的共晶点。通常使用的溶液包括盐水或防冻剂和水。在车辆运行之前，通常在整个夜间，小型(通常1.5匹或1500瓦)的车载制冷剂压縮机与冷凝器、膨胀阀和蒸发器热交换器一同运行以使冷板进入冷冻状态。然后车辆通常在早上出发进行其运输巡回。被制冷的货物通过吸收的融解潜热而保持在适当的温度直到冷板溶液解冻为止。冷板制冷由于使用115V单相交流、230V三相交流或类似公用事业电流而非常可靠且具有能量和成本效率。与分开供能制冷单元型系统或分离式系统相比时，其还能够保持相对精确的温度。提供相对精确的温度在运输受到严格美国食品及药物管理局(FDA)规定控制的牛奶或其它温度敏感食物时是尤其有利的。冷板制冷系统的主要局限是可使用的工作时间。但在冷板溶液解冻之前的运送的可用时间通常将车辆使用限制在单班运行，尽管可用时间可通过在运输路上车载制冷压縮机的机会性插电和运行来延长。
技术实现思路
本文所述的能量效率优化的冷板制冷系统为车辆绝热车体冷板制冷系统提供几种优化技术方案。这些技术方案包括提供由两个制冷剂压縮机和单组冷板构成的车载系统；或者由两个制冷剂压縮机、常规蒸发器-空气热交换器以及单组冷板组成的车载系统；或者由单个制冷剂压縮机、常规蒸发器-空气热交换器以及单组冷板组成的车载系统。当车辆插电时使用公用事业交流(AC)电力或者当由车辆发动机驱动并具有逆变器的发鬼机具有足够的可用电力来运行一个制冷剂压縮机时，该制冷剂压縮机可用于并大小设置成实现冷板内液体介质的迅速冷却。当车辆发动机提供动力来运行系统时，第二制冷剂压缩机可大小设置成在各种环境运行情况下将共晶介质大致保持在其冷冻状态或冷冻状态以下，或者仅是运行常规蒸发器-空气热交换器来补充冷却。第二压縮机的运行在车辆运行期间可以是连续的，或者可装备成感测冷板的共晶溶液的状态，使得其仅在一旦溶液解冻时就运行。第二压縮机可甚至基于绝热车体的内部温度的滞后范围，而不是根据冷板的状态。两个制冷剂压縮机还可大致具有相同的额定额定功率，并可在某些情况下一起使用或分开使用，如本文所揭示的那样。19制冷剂压缩机是电动的，并可接收来自车辆主发动机驱动的发电机的电 力，该电力可通过逆变器进行变换，或者电动压縮机可根据情况接收来自岸电(shorepower)连接的电力。电源的选择和制冷剂压缩机的运行的管理可通过 切换单元来实现，该切换单元可以是手动的或自动的。车辆主发动机驱动的发 电机可产生8至16VDC范围内的直流(DC)电，如电动机车辆通常情况那样， 或者其可产生较高范围的DC电，通常是40至350V DC。然后该电源可通过 逆变器变换成在60Hz下工作的115VAC。在某些实施例中，龟源可通过逆变 器变.换成230V AC分相或208V三相，或者可通过逆变器变换成115VAC并然 后再通过变压器变换成230VAC分相或208V三相。使用由车辆主发动机驱动 的发电机与逆变器组合所产生的较高的DC电压导致总体上较高的效率，并允 许使用较小的较廉价的逆变器。切换单元可感测车辆主发动机何时空转或由于环境条件施加的减载而产 生较少动力的状态，并可通过仅选择仅使一个压缩机运行或将制冷量引导到冷 板之一或内部蒸发器来响应。切换单元还能够感测和响应其它因素，诸如内部 蒸发器或冷板的结霜或压缩机或回路的故障。其还可控制引导制冷剂压縮机或 压縮机输出的一个或多个阀门。如上所述，能量效率优化的冷板制冷系统和具有该系统的车辆提供多个优 点，有些优点在上文己经描述，且另一些优点是本专利技术所固有的。此外，可对 能量效率优化的冷板制冷系统或具有该系统的车辆提出修改而不背离本文的 讲授内容。附图说明图1是具有绝热车体的车辆，该车辆具有制冷车体和分开供能的制冷单元。图2是具有绝热车体、发动机、发电机、逆变器、岸电、切换单元、制冷 剂压縮机、冷凝器、冷板和内部蒸发器的车辆。图3示出了具有绝热车体和根据本专利技术的第一实施例的制冷系统的车辆。20图4示出了具有绝热车体和根据本专利技术的第二实施例的制冷系统的车辆。 图5示出了具有绝热车体和根据本专利技术的第三实施例的制冷系统的车辆。 图6示出了具有绝热车体和根据本专利技术的第四实施例的制冷系统的车辆。 图7示出了具有绝热车体和根据本专利技术的第五实施例的制冷系统的车辆。 图8示出了具有绝热车体和根据本专利技术的第六实施例的制冷系统的车辆。 图9示出了具有绝热车体和根据本专利技术的第七实施例的制冷系统的车辆。具体实施例方式图1示出具有车身102、底盘103和绝热车体104的车辆101。图1中所 示附连到车辆101的绝热车体104设有常规的分开供能的制冷单元105。图2示出具有车身102、底盘103和绝热车体104的车辆101。车辆101 具有用于推进的发动机106，发动机106附连有直流(DC)发电机107。 DC 发电机107由发动机106通过皮带传动装置驱动，尽管DC发电机107通过诸 如齿轮或液压泵和电动机之类的其它装置由发动机106驱动也在本专利技术的范围 内。然后由DC发电机107产生的DC电传导到电力变换器/逆变器109，该电 力变换器/逆变器109用于将DC电转换成交流(AC)电。如本说明书中先前 所述那样，DC发电机107可产生8至16V DC范围的直流电，或者其可产生 较高范围的DC电，如40至350VDC。此外，电力变换器/逆变器109可将由 DC发电机107产生的电变换成以60Hz运行的115V AC、 230VAC分相、或 208VAC三相。然后将AC电从电力变换器/逆变器109传导到切换单元112。车辆101设有岸电连接装置111，该岸电连接装置111用于将车辆101连接到 115V AC或230V AC的市政公用事业提供的电源。然后将通过岸电连接装置 111提供的电传导到切换单元112。切换单元112又选择地将由电源变换器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在地面上运行的车辆，包括：　底盘；　车身，所述车身附连到所述底盘；　发动机，所述发动机附连到所述底盘；　绝热车体，所述绝热车体附连到所述底盘；　直流发电机，所述直流发电机由所述发动机驱动并产生直流电；　 　电力变换器／逆变器，所述电力变换器／逆变器与所述直流发电机电配合，并将所述直流电转换成交流电；　岸电连接装置；　切换单元，所述切换单元与所述电力变换器／逆变器和所述岸电连接装置电配合；　第一电动制冷剂压缩机；　第二 电动制冷剂压缩机；　至少一个制冷剂回路，所述至少一个制冷剂回路具有至少一个冷凝器、至少一个膨胀阀、以及至少一个蒸发器；以及　所述绝热车体内的一组冷板，所述冷板包括所述至少一个蒸发器中的一个。

【技术特征摘要】
2007.9.28 US 11/863,6461. 一种在地面上运行的车辆，包括底盘；车身，所述车身附连到所述底盘；发动机，所述发动机附连到所述底盘；绝热车体，所述绝热车体附连到所述底盘；直流发电机，所述直流发电机由所述发动机驱动并产生直流电；电力变换器/逆变器，所述电力变换器/逆变器与所述直流发电机电配合，并将所述直流电转换成交流电；岸电连接装置；切换单元，所述切换单元与所述电力变换器/逆变器和所述岸电连接装置电配合；第一电动制冷剂压缩机；第二电动制冷剂压缩机；至少一个制冷剂回路，所述至少一个制冷剂回路具有至少一个冷凝器、至少一个膨胀阀、以及至少一个蒸发器；以及所述绝热车体内的一组冷板，所述冷板包括所述至少一个蒸发器中的一个。2. 如权利要求l所述的在地面上运行的车辆，其特征在于所述岸电连接装置还直接与所述第一电动制冷剂压縮机电配合；所述切换单元与所述第二电动制冷剂压縮机电配合，并可工作以选择地提供所述电力变换器/逆变器与所述第二电动制冷剂压縮机之间的电连通或所述岸电连接装置与所述第二电动制冷剂压縮机之间的电连通；所述第一电动制冷剂压縮机和所述第二电动制冷剂压縮机与所述至少一个制冷剂回路流体连通，并且可工作以便为所述至少一个制冷剂回路加压，并所述至少一个制冷剂回路向包含在所述冷板内的所述蒸发器提供制冷剂。3. 如权利要求2所述的在地面上运行的车辆，其特征在于-所述切换单元是自动的，使得当所述岸电连接装置与所述电源配合时，所述切换单元提供所述岸电连接装置与所述第二电动制冷剂压縮机之间的电连通，而不提供所述电力变换器/逆变器与所述第二电动制冷剂压縮机之间的电连通，并使得当所述岸电连接装置不与电源配合时，所述切换单元提供所述电力变换器/逆变器与所述第二电动制冷剂压縮机之间的电连通。4. 如权利要求2所述的在地面上运行的车辆，其特征在于所述直流发电机所产生的所述直流电在约8伏直流电至约16伏直流电之间。5. 如权利要求2所述的在地面上运行的车辆，其特征在于所述直流发电机所产生的所述直流电在约40伏直流电至约350伏直流电之间。6. 如权利要求2所述的在地面上运行的车辆，其特征在于由所述电力变换器/逆变器变换的所述交流电还是115伏交流电。7. 如权利要求2所述的在地面上运行的车辆，其特征在于由所述电力变换器/逆变器变换的所述交流电还是230伏分相交流电。8. 如权利要求2所述的在地面上运行的车辆，其特征在于由所述电力变换器/逆变器变换的所述交流电还是208伏三相交流电。9. 如权利要求2所述的在地面上运行的车辆，其特征在于所述第一电动制冷剂压縮机和所述第二电动制冷剂压縮机的额定功率都为约1匹。10. 如权利要求2所述的在地面上运行的车辆，其特征在于所述第一电动制冷剂压縮机的额定功率为至少2匹，且所述第二电动制冷剂压縮机的额定功率为约1匹。11. 如权利要求1所述的在地面上运行的车辆，其特征在于所述切换单元与所述第一电动制冷剂压縮机和所述第二电动制冷剂压縮机电配合，并且可工作以便选择地提供所述电力变换器/逆变器或所述岸电连接装置与所述第一电动制冷剂压縮机或所述第二电动制冷剂压縮机之间的电连通，或者所述电力变换器/逆变器或所述岸电连接装置与所述第一电动制冷剂压縮机和所述第二电动制冷剂压縮机两者之间的电连通；所述第一电动制冷剂压縮机和所述第二电动制冷剂压縮机与所述至少一个制冷剂回路流体连通，并且可工作以便为所述至少一个制冷剂回路加压，并且所述至少一个制冷剂回路向包含在所述冷板内的所述蒸发器提供制冷剂。12. 如权利要求ll所述的在地面上运行的车辆，其特征在于所述切换单元是自动的，使得当所述岸电连接装置与电源配合时，所述切换单元提供所述岸电连接装置与所述第一电动制冷剂压縮机和所述第二电动制冷剂压縮机之间的电连通，并使得当所述岸电连接装置不与电源配合时，所述切换单元提供所述电力变换器/逆变器与所述第二电动制冷剂压缩机之间的电连通。13. 如权利要求ll所述的在地面上运行的车辆，其特征在于所述切换单元与所述发动机信号通信，并能够感测所述发动机的减载或空转状态；所述切换单元是自动的，使得当所述岸电连接装置与电源配合时，所述切换单元提供所述岸电连接装置与所述第一电动制冷剂压縮机和所述第二电动制冷剂压縮机之间的电连通，并使得当所述岸电连接装置不与电源配合且所述发动机未处于减载或空转状态时，所述切换单元提供所述电力变换器/逆变器与所述第一电动制冷剂压縮机和所述第二电动制冷剂压縮机之间的电连通，并使得当所述岸电连接装置不与电源配合且所述发动机处于减载或空转状态时，所述切换单元提供所述电力变换器/逆变器和所述第二电动制冷剂压縮机之间的电连通。14. 如权利要求ll所述的在地面上运行的车辆，其特征在于所述直流发电机所产生的所述直流电在约8伏直流电至约16伏直流电之间。15. 如权利要求11所述的在地面上运行的车辆，其特征在于所述直流发电机所产生的所述直流电在约40伏直流电至约350伏直流电之间。16. 如权利要求11所述的在地面上运行的车辆，其特征在于由所述电力变换器/逆变器变换的所述交流电还是115伏交流电。17. 如权利要求11所述的在地面上运行的车辆，其特征在于由所述电力变换器/逆变器变换的所述交流电还是230伏分相交流电。18. 如权利要求11所述的在地面上运行的车辆，其特征在于由所述电力变换器/逆变器变换的所述交流电还是208伏三相交流电。19. 如权利要求ll所述的在地面上运行的车辆，其特征在于所述第一电动制冷剂压縮机和所述第二电动制冷剂压縮机都是约1匹的额定功率。20. 如权利要求11所述的在地面上运行的车辆，其特征在于所述第一电动制冷剂压缩机的额定功率至少为2匹，而所述第二电动制冷剂压縮机的额定功率约为1匹。21. 如权利要求1所述的在地面上运行的车辆，其特征在于所述切换单元与所述第一电动制冷剂压縮机和所述第二电动制冷剂压缩机电配合，并且可工作以便选择地提供所述电力变换器/逆变器或所述岸电连接装置与所述第一电动制冷剂压縮机或所述第二电动制冷剂压縮机之间的电连通，或者所述电力变换器/逆变器或所述岸电连接装置与所述第一电动制冷剂压縮机和所述第二电动制冷剂压缩机两者之间的电连通；所述绝热车体还设有内部蒸发器单元；所述至少一个制冷剂回路还包括第一制冷剂回路和第二制冷剂回路；所述第一制冷剂回路与所述第一电动制冷剂压縮机流体连通，所述第一电动制冷剂压縮机可工作以便为所述第一制冷剂回路加压，所述第一制冷剂回路向包含在所述冷板内的所述蒸发器提供制冷剂；并且所述第二制冷剂回路与所述第二电动制冷剂压缩机流体连通，所述第二电动制冷剂压縮机可工作以便为所述第二制冷剂回路加压，所述第二制冷剂回路向所述内部蒸发器单元提供制冷剂。22. 如权利要求21所述的在地面上运行的车辆，其特征在于所述切换单元是自动的，使得当所述岸电连接装置与所述电源配合时，所述切换单元提供所述岸电连接装置与所述第一电动制冷剂压縮机和所述第二电动制冷剂压縮机之间的电连通，并使得当所述岸电连接装置不与电源配合时，所述切换单元提供所述电力变换器/逆变器与所述第二电动制冷剂压縮机之间的电连通。23. 如权利要求21所述的在地面上运行的车辆，其特征在于所述切换单元是自动的，使得当所述岸电连接装置与所述电源配合时，所述切换单元提供所述岸电连接装置与所述第一电动制冷剂压縮机之间的电连通，并使得当所述岸电连接装置不与电源配合时，所述切换单元提供所述电力变换器/逆变器与所述第二电动制冷剂压縮机之间的电连通。24. 如权利要求21所述的在地面上运行的车辆，其特征在于所述切换单元与所述发动机信号通信，并能够感测所述发动机的减载或空转状态；所述切换单元是自动的，使得当所述岸电连接装置与电源配合时，所述切换单元提供所述岸电连接装置与所述第一电动制冷剂压縮机和所述第二电动制冷剂压縮机之间的电连通，并使得当所述岸电连接装置不与电源配合且所述发动机未处于减载或空转状态时，所述切换单元提供所述电力变换器/逆变器与所述第一电动制冷剂压縮机和所述第二电动制冷剂压縮机之间的电连通，并使得当所述岸电连接装置不与电源配合且所述发动机处于减载或空转状态时，所述切换单元提供所述电力变换器/逆变器和所述第二电动制冷剂压縮机之间的电连通。25. 如权利要求21所述的在地面上运行的车辆，其特征在于所述直流发电机所产生的所述直流电在约8伏直流电至约16伏直流电之间。26. 如权利要求21所述的在地面上运行的车辆，其特征在于所述直流发电机所产生的所述直流电在约40伏直流电至约350伏直流电之间。27. 如权利要求21所述的在地面上运行的车辆，其特征在于由所述电力变换器/逆变器变换的所述交流电还是115伏交流电。28. 如权利要求21所述的在地面上运行的车辆，其特征在于由所述电力变换器/逆变器变换的所述交流电还是230伏分相交流电。29. 如权利要求21所述的在地面上运行的车辆，其特征在于由所述电力变换器/逆变器变换的所述交流电还是208伏三相交流电。30. 如权利要求21所述的在地面上运行的车辆，其特征在于所述第一电动制冷剂压縮机和所述第二电动制冷剂压縮机都是约1匹的额定功率。31. 如权利要求21所述的在地面上运行的车辆，其特征在于所述第一电动制冷剂压縮机的额定功率至少为2匹，且所述第二电动制冷剂压縮机的额定功率约为1匹。32. 如权利要求21所述的在地面上运行的车辆，其特征在于所述冷板设有与所述切换单元信号通信的结霜传感器；所述内部蒸发器单元设有与所述切换单元信号通信的结霜传感器；所述切换单元可工作以便解译所述冷板上的结霜状态并响应地提供所述电力变换器/逆变器或所述岸电连接装置仅与所述第二电动制冷剂压縮机之间的电连通；并且所述切换单元可工作以便解译所述内部蒸发器单元上的结霜状态并响应地提供所述电力变换器/逆变器或所述岸电连接装置仅与所述第一电动制冷剂压縮机之间的电连通。33. 如权利要求21所述的在地面上运行的车辆，其特征在于所述第二制冷剂回路还设有制冷剂控制阀，并根据所述制冷剂控制阀选择地向所述内部蒸发器单元或包含在所述冷板内的所述蒸发器提供制冷剂，所述 制冷剂控制阀与所述切换单元信号通信并由所述切换单元控制。34. 如权利要求33所述的在地面上运行的车辆，其特征在于 所述切换单元是自动的，使得当所述岸电连接装置与所述电源配合时，所述切换单元提供所述岸电连接装置与所述第一电动制冷剂压縮机和所述第二 电动制冷剂压縮机之间的电连通，并控制所述制冷剂控制阀以将由所述第二电 动制冷剂压缩器提供的制冷剂引导到包含在所述冷板内的所述蒸发器，并使得 当所述岸电连接装置不与电源配合时，所述切换单元提供所述电力变换器/逆变 器与所述第二电动制冷剂压縮机之间的电连通，并控制所述制冷剂控制阀以将 由所述第二电动制冷剂压缩机提供的制冷剂引导到所述内部蒸发器单元。35. 如权利要求33所述的在地面上运行的车辆，其特征在于所述切换单元与所述发动机信号通信，并能够感测所述发动机的减载或空转状态；所述切换单元是自动的，使得当所述岸电连接装置与电源配合时，所述切换单元提供所述岸电连接装置与所述第一电动制冷剂压縮机和所述第二电动制冷剂压縮机之间的电连通，并控制所述制冷剂控制阀以将由所述第二电动制冷剂压縮器提供的制冷剂引导到包含在所述冷板内的所述蒸发器，并使得当所述岸电连接装置不与电源配合且所述发动机未处于减载或空转状态时，所述切 换单元提供所述电力变换器/逆变器与所述第一电动制冷剂压縮机和所述第二电动制冷剂压縮机之间的电连通，并控制所述制冷剂控制阀以将由所述第二电 动制冷剂压縮机提供的制冷剂引导到包含在所述冷板内的所述蒸发器，并使得 当所述岸电连接装置不与电源配合且所述发动机处于减载或空转状态时，所述 切换单元提供所述电力变换器/逆变器和所述第二电动制冷剂压縮机之间的电 连通，并控制所述制冷剂控制阀以将由所述第二电动制冷剂压縮机提供的制冷 剂引导到所述内部蒸发器单元。36. 如权利要求33所述的在地面上运行的车辆，其特征在于 所述切换单元与所述发动机信号通信，并能够感测所述发动机的减载或空转状态；所述切换单元是自动的，使得当所述岸电连接装置与电源配合时，所述切 换单元提供所述岸电连接装置与所述第一电动制冷剂压縮机和所述第二电动制冷剂压縮机之间的电连通，并控制所述制冷剂控制阀以将由所述第二电动制 冷剂压缩器提供的制冷剂引导到包含在所述冷板内的所述蒸发器，并使得当所 述岸电连接装置不与电源配合且所述发动机未处于减载或空转状态时，所述切 换单元提供所述电力变换器/逆变器与所述第一电动制冷剂压縮机和所述第二 电动制冷剂压縮机之间的电连通，并控制所述制冷剂控制阀以将由所述第二电 动制冷剂压縮机提供的制冷剂引导到所述内部蒸发器单元，并使得当所述岸电 连接装置不与电源配合且所述发动机处于减载或空转状态时，所述切换单元提 供所述电力变换器/逆变器和所述第二电动制冷剂压縮机之间的电连通，并控制 所述制冷剂控制阀以将由所述第二电动制冷剂压縮机提供的制冷剂引导到所 述内部蒸发器单元。37. 如权利要求33所述的在地面上运行的车辆，其特征在于 所述直流发电机所产生的所述直流电在约8伏直流电至约16伏直流电之间。38. 如权利要求33所述的在地面上运行的车辆，其特征在于 所述直流发电机所产生的所述直流电在约40伏直流电至约350伏直流电之间。39. 如权利要求33所述的在地面上运行的车辆，其特征在于 由所述电力变换器/逆变器变换的所述交流电还是115伏交流电。40. 如权利要求33所述的在地面上运行的车辆，其特征在于 由所述电力变换器/逆变器变换的所述交流电还是230伏分相交流...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·L·拉森，J·J·安德森，L·彼得森，
申请(专利权)人：万国卡车知识产权有限公司，
类型：发明
国别省市：US