具有增加循環容量的裝置的運輸製冷系統的製作方法

2023-04-29 20:20:51

專利名稱：具有增加循環容量的裝置的運輸製冷系統的製作方法
技術領域：
本發明總的來說涉及運輸製冷系統，特別是涉及具有加熱和冷卻循環的，採用熱壓縮機排氣的這樣一種系統。
用於調節卡車和拖車上貨物溫度的運輸製冷系統具有冷卻，保持和加熱方式，加熱方式包括一個加熱循環，它用於控制貨物溫度達到一設定點以及為蒸發器蛇管除霜。當系統從冷卻或保持方式轉化到加熱方式時，熱壓縮機排氣可以通過適當的閥門裝置從一個由冷凝器，儲液罐、膨脹閥、蒸發器以及集液器組成的冷卻通路轉換到由壓縮機蒸發器和集液器組成的通路。
在一個加熱循環中，為了使更多的液體致冷劑得到有效的利用，在先有技術中正常的程序是給帶有有熱壓縮機排氣的儲液罐加壓以強迫液體致冷劑從儲液罐排出進入致冷劑冷卻通路。膨脹閥中的一個排放口在加熱循環期間使該液體流入蒸發器以增加加熱或除霜容量。
已轉讓給本發明的同一受讓人的美國專利4，748，818在加熱循環中通過去除至儲液罐的壓力管和將儲液罐的輸出連至集液器來對先有技術中正常程序進行改善。當使一些致冷劑從冷凝器流至儲液罐的同時，我發現特別是在低環境溫度，例如約低於-9.44℃(+15°F)時大量致冷劑仍然截留在冷凝器中。
簡單地說，本發明是一個新改進了的運輸製冷系統及其操作方法，它是對上述美國專利4，748，818的裝置進行的改進。與4，748，818號專利相類似，本發明中，儲液罐和集液器通過一個電磁閥以直接的液流通路連接，但是這種連接最初只是在一個加熱循環開始前而作，而不是和加熱循環同時進行。在這個通路建立以後，實際加熱循環延遲預定的一段時間，在這期間來自壓縮機的熱氣繼續流至冷凝器。隨著儲液罐和集液器之間直接液流聯繫的建立，以及集液器壓力低於儲液罐輸出壓力的建立，在延遲時間內，射向冷凝器的熱高壓氣體將衝洗截流在冷凝器中的液體致冷劑，迫使它們進入儲液罐並且從儲液罐到達集液器。
在該延遲時間段後，加熱循環開始，此時，在加熱和除霜循環過程中，集液器中的液體致冷劑，能充分地提供接近最大的熱容量，即使在低環境溫度下也是如此。
在本發明的最佳實施例中，在通過電磁閥分流到集液器的三通管之前，正常的冷凝器檢查閥從冷凝器的輸出口被移至儲液罐的出口。人們發現在加熱循環期間，膨脹閥打開並且使熱致冷劑氣體流入液體管，在那裡熱致冷劑氣體冷凝並流回到儲液罐。檢查閥的新位置將防止液體致冷劑從液體管進入儲液罐，該檢查閥被稱之為儲液罐檢查閥。
在最佳實施例中，以及在隨後的加熱循環期間，儲液罐的輸出和集液器的輸入之間的直接液流通路在衝洗循環後被保持。通過保持從儲液罐檢查閥輸出到集液器的流通通路，任何在液體管中的冷凝後的致冷劑容易返回集液器，使之可以用來增強加熱循環。
通過閱讀下面的詳細描述，連同附圖本發明將變得更明了，附圖僅僅舉例的形式表示，其中

圖1描述了一個根據本發明的原理所建立的一個運輸製冷系統;
圖2是一個用於圖1所示的運輸製冷系統的冷卻控制示意圖;
圖3描述了一個可被使用的圖1的運輸冷卻系統的改型;
圖4是一條曲線圖，它描繪了在環境溫度為-17.8℃(0°F)時，與根據本發明的原理建立的運輸製冷系統相關的一些溫度與時間的關係;以及圖5是與圖4類似的曲線，只是該曲線是根據本發明的原理建立的運輸製冷系統在-28.89℃(-20°F)的環境下工作時的曲線。
前面所述的，轉讓給本申請同一受讓人的美國專利4，748，818;3，219，102;4，325，224以及4，419，866詳細描述了運輸製冷系統，如果需要了解這種系統的詳情可參供。
現在參照圖1，顯示了根據本發明的原理建立的運輸製冷系統10，運輸冷卻系統10被安裝在卡車或拖車的前壁12。冷卻系統10包括一個封閉的液體致冷劑通路21，該通路包括一臺致冷劑壓縮機14，它由原動機，如由點劃外形線10表示的內燃機。壓縮機14的排放口通過一個排放工作閥20和熱氣導管或管道22連到一個三通閥18的入口。如果需要，具有加熱和冷卻位置的三通閥的功能可以通過分離的閥門完成。
三通閥18的輸出口之一連接到冷凝器蛇管24的一個入口側23。這個輸出口用於三通閥18的冷卻位置並被連接到第一冷卻通路的壓縮機14上。三通閥18的這個輸出口也用於衝洗循環(flushing cycle)或方式，這將在下面解釋。冷凝器蛇管24的一個出口側25被連到一個儲液罐26的入口側27，儲液罐26包括一個出口側28，它可以包括一個工作閥(service valve)。在′818號專利中，位於冷凝器24出口側25的單向冷凝器檢查閥CV1被移到本發明儲液罐26的出口側28。這樣檢查閥CV1使液體只能從儲液罐26的出口側28流入液體管道32，同時防止液體致冷劑通過出口28流回到儲液罐26。檢查閥CV1的輸出側通過液體管道32與熱交換器30連接，液體管道32包括脫水器34。
來自液體管道32的液體致冷劑通過熱交換器30中的蛇管36繼續流到膨脹閥38。膨脹閥38的出口連接到分配器40，該分配器分配致冷劑進入蒸發器蛇管42入口側的入口中，蒸發器蛇管42的出口側通過熱交換器30連接到封閉的集液器44的入口側。膨脹閥38由膨脹閥熱泡46和均衡管48控制。集液器44中的氣態致冷劑從集液器出口側通過一根吸管50、一個吸管工作閥52和一個吸氣調節閥54引入壓縮機14的吸口。
在三通閥18的加熱位置，一根熱氣管56通過位於蒸發器蛇管42下方的除霜盤狀加熱器58從三通閥18的第二出口延伸到蒸發器蛇管42的入口側。作為用於膨脹閥38的一個排放口所需的一個氣密塞，′866專利的圖1所示，它通常是通過旁路和工作檢查閥從熱氣管56延伸到儲液罐26，但在本發明中被取消。
三通閥18包括一個活塞60，一個滑閥62和一個彈簧64，一根導管66連接活塞60的前部或彈簧側，通過一個常規的閉合導向電磁閥PS到達壓縮機14的進口側，當電磁閥PS被關閉時，三通閥18由於彈簧偏壓作用而處於冷卻位置，以引導熱、高壓氣體從壓縮機14進入冷凝器蛇管24。在閥門室70中的一個排放孔68使來自壓縮機14的壓力向活塞60施加附加力以有助於保持閥門18處於凍卻位置。冷凝器蛇管24使氣體散熱並將氣體冷凝成低壓液體。
當蒸發器42需要除霜，且要求加熱方式使調溫貨物保持在恆溫器設定點時，導向電磁閥PS經一個預定時間延遲後，通過一個冷卻電子控制裝置72提供的電壓打開，正如下面將解釋的那樣。此時，活塞60的壓力散失到系統的低壓側。然後，活塞60背側的壓力克服彈簧64施加的壓力，由活塞60和滑閥62構成的組件動作，驅動三通閥18到其加熱位置，此時向冷凝器24流動的致冷劑被關閉而可以使致冷劑向蒸發器42流動。用於操作電磁閥PS的適當的控制裝置72示於本申請的圖2，它將在下面描述。
三通閥18的加熱位置將使來自壓縮機14的熱高壓排放氣體從第一或冷卻方式致冷劑通路轉換到包括導管56，除霜盤狀加熱器(defrost pan heater)58，分配器40和蒸發器蛇管42的第二或加熱方式致冷劑通路。在加熱方式期間，膨脹閥38被旁路。如果加熱方式由一個除霜循環開始，一個蒸發器風扇(未示)將不動作，或如果風扇保持工作狀態，一個空氣閘(未示)將關閉以防止熱空氣被傳送到供應空間。在一個加熱循環期間，要求保持在一個恆溫器設定點溫度時，蒸發器風扇將動作並且任何空氣閘保持打開。
除了取消從管56到儲液罐26的氣密塞，在檢查閥CV1和液體管32之間，提供一個從位於集液器44入口側的三通管77向位於儲液罐26出口側的三通管79延伸的管或導管76。管76包括一個常閉電磁閥78。在專利′818中所要求的，為了在冷環境溫度下防止致冷劑從集液器44流向儲液罐26，需在管76中設置一個檢查閥，而在本發明中由於檢查閥CV1的新位置，該檢查閥成不需要了。
當加熱方式控制裝置72檢測到需要進行加熱循環，例如保持設定點，或啟動除霜操作時，它將提供一個「熱信號」HS，以激勵一個輸出導體80。
當導體80由熱信號HS激勵，在線路76中的電磁閥78立即被激勵並且打開，以建立從液體管32到集液器44的輸入口的液流通路。然而，由於一個常開時間延遲開關82位於加熱方式控制裝置72和導向電磁閥PS之間，導向電磁閥PS不立即被激勵，當加熱方式控制裝置72激勵導體80，時間延遲開關82立即開始按預先選定時間周期計時。經過由選擇的時間周期給出的延時之後，時間延遲開關82關閉以激勵導向電磁閥PS並且開始加熱循環。
圖2表示一個用作冷卻控制裝置72的典型示意圖。一個恆溫器84連接到一個電源的導線86和88之間，恆溫器84響應於選擇器90的一個給定點選擇。導線88接地。恆溫器84通過一個傳感器94檢測一個受控空間92的溫度，並且受其響應通過一個熱繼電器1K和一個速度繼電器2K啟動高和低速加熱和冷卻循環。
當熱繼電器1K釋放(去激勵)，它表示需要一個冷卻循環或方式，當熱繼電器1K激勵，它表示需要進行一個加熱循環或方式。熱繼電器1K包括一個與供電導線86及導線80和一端點HS連接的一個常開觸點部件1K-1。HS端點提供前述熱信號HS。時間延遲元件82和電磁閥78連接於端點HS和接地導線88之間。除了熱繼電器1K提供熱信號HS，總的以96表示的一個除霜繼電器和相關控制器控制常開觸點D-1，該常開觸點D-1與觸點1K-1並聯連接。因此，當控制器96檢測出需要給蒸發器42除霜時，在控制器96中的除霜繼電器將閉合觸點D-1，並提供一個準確熱信號HS。
當速度繼電器2K被激勵時，它選擇一個原動機16的高速方式例如2200轉/分，當它被釋放時，它選擇一個低速方式，例如1400轉/分。速度繼電器2K具有一個常開觸點2K-1，當常開觸點2K-1閉合時，它激勵一個節流電磁閥TS，該節流電磁閥TS與如圖1所示的原動機16相關聯。
在由時間延遲功能元件82所提供的時間延遲周期期間，系統10處於將液體致冷劑從冷凝器24和儲液罐26傳送到集液器44的衝洗方式或循環狀態。由於在衝洗循環期間，閥門18仍處於冷卻位置，來自壓縮機14的熱、高壓氣態致冷劑被引入冷凝器24。隨著管道76被打開以及在集液器44存在的相對低壓，由於壓差，基本上在冷凝器24中的所有液體致冷劑和在儲液罐26中所有液體致冷劑流入集液器44。當離開檢查閥CV1的液體致冷劑到達三通管79，它將是阻力最小的通路，流入存在於集液器44的系統低壓側而不是由三通管79和蒸發器蛇管42之間系統所表示的阻礙區。造成冷凝器和儲液罐「衝洗」的壓差，根據環境溫度及所用致冷劑類型的不同，其變化範圍在14磅/吋2至75磅/吋2之間。
實驗中，在集液器44上安裝一個特殊的觀測計，可以發現在集液器44內的液體致冷劑的高度在衝洗工況時，可從幾乎容器底部升至集液器44高度的1/2到2/3。
系統10在冷卻循環時與先有技術中的運輸製冷系統的操作相同。當冷卻控制器72測出需要加熱循環時，則提供一個準確的加熱信號HS。加熱信號HS使導線80激勵，打開電磁閥78以打開管道76，同時導線80也激勵時間延遲裝置82。這樣系統10就在衝洗方式下動作。當延遲結束時，導向電磁閥PS被激勵，將閥18轉至加熱位置。電磁閥78在加熱循環時保持被激勵狀態，從而為液體管32中的液體致冷劑提供一條返回集液器44的通路。
檢查閥CVl阻止任何液體致冷劑重新進入儲液罐26。可以發現膨脹閥38在加熱循環時處於打開狀態，允許熱氣態致冷劑進入液體管32並冷凝。若沒有檢查閥CV1，該液體致冷劑則返回儲液罐26，引起每次加熱循環之後熱容量的降低。因此，檢查閥CVl能阻止這種現象的發生。
如果閥78在加熱循環時閉合，則會發生液體輸送管充滿液體，為防止之，閥78在加熱循環時保持被激勵狀態並打開，從而為液體管32中的任何液體致冷劑提供一條返回集液器的通路。
延時開關82的延時周期應選定衝洗冷凝器24和儲液罐26的液體致冷劑所需的時間量。該時間量取決於環境溫度、冷凝器24的容量、管道76的直徑以及電磁閥78的口徑。已經發現當環境溫度為-28.89℃至-17.8℃(-20°F-0°F)時，使用9磅的冷卻劑R12管道76口徑為6.35mm(0.25英寸)電磁閥78的口徑為3.96mm(0.156英寸)時，大約2分鐘的時間延遲是合適的。
由於唯一變化的因素是環境溫度，因此，可以設定延時開關，使時間延遲與環境溫度成正比，比如，在-9.44℃(+15°F)左右以上時沒有時間延遲，在-28.89℃左右(-20°F)時時間延遲最大。
除了變化的時間延遲，還可以使時間延遲裝置82僅僅在環境溫度降到一個預定值，如-9.44℃(+15°F)以下時啟動，時間延遲周期預先設定，如2分鐘。圖3即表示這樣一個實施例，它使用一個具有常閉觸點102和一個常開觸點104的繼電器100以及一個常開熱控開關105，比如說，它只在當環境溫度，為-9.44℃(+15°F)或更低時閉合，在其它溫度下則打開。當環境溫度高於-9.44℃(+15°F)時，觸頭102閉合，當控制器72激勵導線80時，導向電磁閥PS和電磁閥78都同時被激勵。當溫度低於-9.44℃(+15°F)時，熱控開關105閉合以激勵繼電器100、打開觸點102並閉合觸點104，啟動時間延遲裝置82。
對前面所述的先有技術裝置與根據本發明原理建立的系統之間的實驗進行比較其中兩者均使用冷卻劑R12，發現先有技術系統的容量在環境溫度為-17.8℃(0°F)時，約為2700至5400BTU/HR，在-28.89℃(-20°F)時為0，此時系統恆溫點設定為1.67℃(35°F)。一個類似於先有技術系統的系統，但按本發明的原理建立的系統，即包括一個在每次冷卻循環之後及每次加熱循環之前的衝洗循環，它在環境溫度為-17.8℃(0°F)時熱容量為15，700BTU/HR，在-28.89℃(-20°F)時熱容量為15，000BTU/HR。
圖4和圖5是使用致冷劑R12的運輸製冷系統效果的曲線圖，該系統根據本發明的原理建立並在環境溫度分別為-17.8℃(0°F)和-28.89℃(-20°F)下運行。該系統由一個恆溫器84控制，它在一個控制的工作區域92內設定溫度為+1.67℃(+35°F)。
在圖4中，曲線106表示環境溫度為-17.8℃(0°F)與時間(小時)的關係，曲線108示出工作區域92的溫度與時間的關係，曲線110表示進入運輸製冷系統蒸發器的空氣溫度與離開該蒸發器的空氣溫度之差，在曲線零位之上的溫差或「△」表示輸出空氣溫度低於輸入空氣，也即，表示一個冷卻循環;在零位之下的△(delta)表示輸出空氣溫度高於輸入空氣，即表示一個加熱循環。工作區域的初始溫度為-17.8℃(0°F)，此時系統處於高速加熱方式直至達到點112，之後系統轉換為低速加熱方式。在點114，系統轉換為低速冷卻方式，然後在低速加熱和低速冷卻之間循環，以保持設定的溫度+1.67℃(+35°F)。曲線110所表示的蒸發器進氣溫度與排氣溫度之間的溫差或△(delta)表示本發明的效果，而根據先有技術的系統，在環境溫度為-9.44℃(+15°F)或以下時其熱容量在每次冷卻循環之後降低，這表明有致冷劑截留在冷凝器內。峰值116表示冷卻循環，低谷118表示加熱循環。基本上恆定的谷值118表明熱容量在循環過程中基本上恆定。
在圖5中，曲線120表示大致為-28.89℃(-20°F)的環境溫度與時間(小時)的關係，曲線122表示工作區域內的溫度，曲線124表示蒸發器△(delta)。工作區域內的溫度起始於-26.12℃(-15°F)，並使系統在高速加熱方式下運行直至達到點126，此時壓縮機原動機16轉換為低速。該系統保持低速加熱直至達到點128，此時轉換為低速冷卻。在點130處，系統又轉換為低速加熱，之後在低速加熱與低速冷卻之間循環。蒸發器曲線124上的峰值132表示冷卻循環，谷值134表示加熱循環。請注意，谷值134在每次冷卻循環之後又返回至基本上同樣的低谷，這再一次表明在每次冷卻循環之後沒有明顯的熱容量損失。
權利要求
1.在一種運輸製冷系統(10)中，通過加熱和冷卻循環保持一個設定的溫度(90)，它具有一個包括壓縮機(14)，一個冷凝器(24)，一個儲液罐(26)，一個蒸發器(42)，以及一個集液器(44)的致冷劑通路(21)，具有加熱和冷卻位置的方式選擇器閥門裝置(PS和18)，以及用於當檢測出需要加熱循環時提供加熱信號(HS)的控制裝置(72)，其特徵在於裝置(78)響應於以直流液流通路連接儲液罐和集液器的加熱信號，時間延遲裝置(82)，響應於上述加熱信號，它在一個預定的時間延遲之後驅動上述方式選擇器閥門裝置由冷卻位置轉換為加熱位置。在每次加熱循環之前進行冷凝器衝洗，迫使截留在冷凝器內的液體致冷劑通過儲液罐流至集液器，從而增加了系統的熱容量。
2.根據權利要求1的運輸製冷系統，其中，儲液罐有一個與冷凝器相連的進口(27)及一個出口(28)，並設置一個檢查閥(CV1)用於防止致冷劑流入儲液罐出口。
3.根據權利要求2的運輸製冷系統，其中，加熱信號在時間延遲結束後仍然保持，響應於以直接液流通路連接儲液罐和集液器的加熱信號的裝置，在時間延遲結束後的加熱循環過程中保持上述儲液罐與集液器的連接。
4.根據權利要求1的運輸製冷系統，它包括當環境溫度低於預定值時，可提供一個環境溫度信號的裝置(105)，同時延時裝置進一步響應上述環境溫度信號，它只有當環境溫度信號出現時才通過轉換方式選擇器閥門提供一個預定的時間延遲。
5.一種改進運輸製冷系統(10)的熱容量的方法，通過加熱和冷卻循環在一個工作區域(92)內保持選定的溫度點(90)，它包括一個致冷劑通路(21)，該通路包括壓縮機(14)、冷凝器(24)，儲液罐(26)，蒸發器(42)，及集液器(44)，能通過操作以啟動經選擇的加熱或冷卻循環之一的方式選擇器閥門裝置(18)，其特徵在於如下步驟當冷卻循環過程中檢測出需要加熱循環時提供一個加熱信號(HS)，當加熱信號出現時，以直接液流通路連接方式連接(78)儲液罐和集液器，響應於該加熱信號，開始(82)一個預定的定時周期;在上述定時周期內，保持方式選擇器閥門裝置處於冷卻循環狀態;在上述定時周期結束時，操作(PS)方式選擇器閥門裝置以選擇加熱循環，在延時周期內繼續冷卻循環，而儲液罐與集液器相連，迫使冷凝器內的液體致冷劑返回集液器為加熱循環時備用。
6.權利要求5所述的方法，包括防止(CV1)非來自冷凝器的致冷劑流入儲液罐的步驟。
7.權利要求6所述的方法，包括保持儲液罐與集液器在加熱循環期間的連接，以將任何可能從蒸發器返流回儲液罐的液體致冷劑送回集液器的步驟。
8.權利要求5所述的方法，包括當環境溫度低於預定值時提供(105)一個環境溫度信號的步驟，其中，當沒有上述環境溫度信號的情況下提供一個加熱信號時，立即啟動方式選擇閥門裝置以選擇加熱循環的步驟，只有當上述環境溫度信號出現時，才提供上述連接、開始和保持步驟。
全文摘要
一種運輸製冷系統(10)，它包括一個壓縮機(14)，一個冷凝器(24)，一個儲液罐(26)，一個蒸發器(42)，一個集液器(44)，以及一個可分別啟動加熱和冷卻循環的控制閥(18)。在每次加熱循環之前，加熱循環的熱容量通過將儲液罐出口(28)與集液器入口(77)相連而得到增加，同時保持控制閥處於冷卻狀態達一個預定的時間延遲(82)。
文檔編號F25D11/00GK1051973SQ9010205
公開日1991年6月5日 申請日期1990年4月13日 優先權日1989年4月14日
發明者戴維·喬恩·雷克恩 申請人:塞梅爾金公司