自動的新鮮空氣交換系統的製作方法
2023-08-10 13:56:26 2
專利名稱：自動的新鮮空氣交換系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於運輸用製冷系統的控制系統，尤其涉及藉助單個傳感器來確定運輸用製冷單元內的二氧化碳和氧氣量的替代裝置以及在運輸用製冷單元中將這些氣體的水平精確地保持在預先限定的限制範圍內或接近該限制範圍。
背景技術：
運輸用製冷系統用於控制封閉區域內的環境，封閉區域例如為在卡車、貨車、貨櫃、或類似的聯運單元上使用的隔熱箱，通過從該封閉區域內吸收熱量並將熱量釋放到該隔熱箱外界的環境中從而使得運輸用製冷系統進行工作。此外，在隔熱箱中運輸的某些易腐爛的物品(例如農產品)通常會在一定時期內進行呼吸作用，從而產生二氧化碳，同時耗盡隔熱箱中的可利用的氧氣。如果氧氣的濃度過低或者二氧化碳的濃度過高，則貨物可能損壞(例如腐敗)。因此，新鮮空氣交換裝置可用於防止產生這些不希望出現的後果，其中吸入和排出開口通向該隔熱箱，並且壓力差將新鮮空氣吸入該吸入開口並且將富含二氧化碳的空氣推出該排出開口。然而，重要的是，該交換裝置應避免提供過量的新鮮空氣，這是因為空氣往往使得農產品風乾，並且吸入大量的較暖的新鮮空氣可能導致不可接受的大功率負荷施加到系統上，(也就是說，提供了過多的暖的環境空氣需冷卻)。
大量的運輸用製冷單元以及本發明的受讓人目前出售的製冷單元均使用手動的新鮮空氣交換系統，以便避免出現這些問題。在這種系統中，運輸過程中的相關人員(例如水手或最終操作員)通常需要手動地設定新鮮空氣的設定值。然而，如果該操作員沒有提供適當的設定值(例如通風口打開過早、過晚、或交換流率不正確)，或者如果在該貨箱中意外地偏離所希望的氧氣或二氧化碳水平，將出現上述的問題。
目前，其它的運輸用製冷系統採用各種控制器來直接感測氧氣或二氧化碳水平並且基於與這些氣體的設定值的偏差從而開口和關閉貨箱的吸入開口和排出開口。例如，(授權給Freese等人的)美國專利No.6,595,847 B1披露並描述了採用與貨櫃製冷控制系統相結合的單獨的氧氣和二氧化碳傳感器。在Freese等人的該專利中，披露了在貨櫃中所希望的是使用氧氣傳感器來感測氧氣水平並且使用二氧化碳傳感器來感測二氧化碳水平，並且隨後基於貨櫃中偏離預先選定的設定值的偏差從而在第一(打開)位置與第二(關閉)位置之間調節一門。該系統同樣產生了大量的問題。首先，使用分開的氧氣傳感器和二氧化碳傳感器產生了不必要的複雜性和成本。第二，在市場上可獲得的成本效率最佳的氧氣傳感器需要使用不含氧氣的特殊氣體和使用含氧氣21％的標準大氣源氣體來進行特別的校準。這樣，與商業角度來看所期望的情況相比，採用附加的氧氣傳感器將需要更大程度的維護和技術支持，(因此需要更高的成本和時間)。
本發明的發明人已經確定，在具有標準大氣源氣體的封閉貨箱內氧氣和二氧化碳的量(大致)等於一常數。該事實不會因為貨物的呼吸作用而改變，也不會因交換系統吸入新鮮空氣而改變。因此，在該貨箱中氧氣和二氧化碳的水平可由單個氣體傳感器的輸入來近似獲得。本申請人已經發現，為了提供用於控制運輸用製冷系統中的氣體的簡單且高效的系統，所希望的是在該運輸用製冷系統中使用一控制器藉助單個氣體傳感器(優選為二氧化碳傳感器)來確定貨箱中的氧氣和二氧化碳的水平，將所述計算的結果與由操作者輸入的預先選定的水平(例如極限值)進行比較並且當所述計算得到的水平偏離或超過所述水平或極限值時促動貨箱的開口。
發明內容
本發明的控制過程和系統採用一控制器來接受來自單個氣體傳感器(優選為二氧化碳傳感器)的數值並且使用這些數值來導出在運輸用製冷貨箱單元內的氧氣和二氧化碳的水平。該控制過程還包括一用於輸入該貨箱中的氧氣和二氧化碳的水平的所希望的預先選定的水平(優選為所希望的極限值)的手段。如果由該傳感器導出的數值偏離或超過所述預先選定的限制範圍，(例如，如果由二氧化碳傳感器獲得二氧化碳數值上升超過預先選定的最高水平，或者如果由氧氣傳感器獲得的氧氣水平下降低於預先選定的最低水平)，則該控制器將促動一開口以便吸入新鮮空氣，直到氧氣和二氧化碳的水平再次落入預先選定的限制範圍內。
參照對優選實施例的下列描述並結合附圖，可以更好地理解本發明，在附圖中圖1是依據本發明的實施例的貨箱單元的框圖；圖2是本發明的空氣交換面板的優選實施例的簡化圖；圖3是實施本發明的第一優選方法的流程圖；和圖4是實施本發明的第二優選方法的流程圖。
具體實施例方式
圖1和圖2示出了本發明要求保護的系統的優選實施例的框圖。冷藏貨箱單元10可包括貨櫃、卡車拖掛車、或用於包含易腐爛的物品的相當的單元。該單元10通常容納有由控制器14控制的製冷單元12。該單元10還包括至少一個壁16，其構造成空氣交換面板18的至少一部分。空氣交換面板18包括吸入開口20和排出開口22。電動蓋24優選為基於由控制器14響應於來自二氧化碳傳感器26的輸入而確定的方向部分地或整體地滑動覆蓋這些開口。
本發明的控制器能夠接受來自單個傳感器例如二氧化碳傳感器26的輸入，並且至少確定在貨箱單元10中的氧氣和二氧化碳水平的近似濃度。在(易腐爛的)農作物貨物的絕大多數情況下，呼吸作用商數或RQ(所產生的二氧化碳量與所消耗的氧氣量的比率)大約為1。由於此原因，確定貨箱單元10中的氧氣和二氧化碳濃度所需的只是採用一個傳感器的讀數的簡單計算。如果給定的是，由本發明的系統控制的貨物通常在標準大氣壓環境下包含大致21％的氧氣和含量可忽略不計的二氧化碳，並且另外假定貨物的呼吸作用和與貨櫃外界的標準大氣環境的空氣交換是影響貨櫃大氣環境的唯一因素，則在貨櫃中的氧氣量的近似值可以通過獲得所測量的二氧化碳並從21％中減去二氧化碳的量從而計算得出。例如，對於在標準狀態下裝載的貨物具有大約為1的RQ，5％的二氧化碳的讀數可導出在該單元10中氧氣水平的近似值為16％。相反，在實施本發明中通過僅使用氧氣傳感器，相似地可以將氧氣傳感器的讀數用於導出二氧化碳的水平。
此外，在一些情況下，本領域的普通技術人員應當理解，RQ不等於1。例如，大於1的RQ水平存在於例如蘋果或葡萄的酸性的貨物情況中，並且對於富含脂類的貨物(例如鱷梨)的RQ數值小於1。如果對於將要運輸的貨物的RQ的數值是已知的，(其可以由建立設定值的使用者來編程，或者由該單元中的貨物的承運方預先編程以便簡化識別)，對於一種氣體(例如氧氣)的濃度的計算可以基於另一種氣體(例如二氧化碳)的傳感器的測量值來作出。
本領域的普通技術人員在閱讀本說明書之後應當理解，進行呼吸作用的貨物可能產生其它的微量氣體(例如乙烯)，並且在標準大氣狀態下其它的微量氣體(例如氬)的水平很低。在主函數限定為特定氣體濃度的這類系統而言，這些氣體對於藉助本發明進行的計算的精確度的影響是不重要的。如果使用者希望更精確地控制氣體水平(例如受控制的氣體環境系統向封閉空間內噴射氮氣)，本發明的發明人認為更好的方式是多個氣體傳感器與控制器結合使用，可以使用或可不使用本發明教示出的導出技術。
在本發明中，基於以下至少兩個原因，使用二氧化碳傳感器而不使用氧氣傳感器是更優選的。首先，通過使用二氧化碳傳感器，該系統測量了在新鮮空氣系統中受限制的原氣體，這樣消除了由其它氣體引入的潛在的誤差，例如上述的乙烯的生成。這種精確度是特別重要的，這是因為在裝載了進行呼吸作用的貨物的封閉貨櫃中，在很早於氧氣水平達到一損害性的濃度(例如過低)之前，二氧化碳濃度通常達到了一損害性的濃度(例如過高)。其次，本發明的發明人認為，在市場上可獲得的成本效率最佳的氧氣傳感器在量程的兩端處需要使用不含氧氣的特殊氣體和使用含氧氣21％的標準大氣來進行周期性的校準。這樣，採用氧氣傳感器而不採用二氧化碳傳感器需要程度明顯更大的維護和技術支持，以便保持良好的準確性。二氧化碳傳感器需要頻率較低的校準，這樣的校準使用來自標準大氣的乾淨的新鮮空氣即可實現。
本發明的系統可能需要持續的二氧化碳和/或氧氣監控和限制，或者在替代方式中使用者可選擇不使用該特徵。圖3中的示意框圖示出了依據本發明的方法用於將二氧化碳和氧氣水平控制為接近極限設定值的控制算法。最優選的是，本發明的方法通常在貨物單元已經完成其初始的溫度下降時開始，或者如果檢測到的溫度不超過初始設定值加5攝氏度且沒有進行初始的冷卻。該優選的方法涉及第一步驟30和第二步驟32，第一步驟30是控制器監控貨物的二氧化碳和氧氣水平，第二步驟32是當由二氧化碳傳感器26導出的二氧化碳或氧氣的水平偏離了它們的預先選定的水平時(即，感測到的二氧化碳水平高於預先選定的水平或由該傳感器導出的氧氣水平下降到其預先選定的水平之下)，選擇性地將電動滑動蓋24打開到預定位置以便提供流經入口開口和排出開口(例如「10CFH(立方英尺每小時)的位置」)。這些預先選定的二氧化碳和氧氣的水平可在該貨物單元處進行輸入(例如由沒有示出的DTMF(雙音多頻)式的面板來輸入)，或者可以在遠端位置輸入，隨後藉助射頻(RF)信號或RS-232連結輸入到該單元中，或者藉助本領域普通技術人員公知的任何方法來輸入。相似地，這些輸入裝置還可用於與本發明可能的應用相關的其它參數的輸入，(例如有關的貨物的類型或者與該貨物對應的RQ數值)。
一旦該滑動蓋被促動而打開，控制器還執行步驟34，以便繼續監控二氧化碳和氧氣水平並與預先選定的氣體極限值比較從而確定由二氧化碳傳感器輸入導出的氣體數值是否超出該預先選定的氣體極限值至少二分之一個百分比，(所測量的二氧化碳水平是否低於預定極限值(LM)至少二分之一個百分比，並且氧氣水平是否大於預定極限值至少二分之一個百分比)。如果在電動蓋滑動到其預定位置之後所述氣體極限值在15分鐘內變為符合要求的，則電動蓋滑動關閉，直到再次超過一種或兩種氣體極限值。如果所希望的二氧化碳的極限值是0％，則在比較該極限值與由傳感器得到的二氧化碳水平輸入時，二氧化碳極限值再加上0.5％。
然而，如果控制器確定在電動蓋滑動到其預定位置之後任一氣體極限值經過15分鐘仍不符合要求，則該控制器執行步驟36，以便促動滑動蓋每15分鐘以一附加增量打開，(例如提供額外的10CFH的空氣流)，直到兩種氣體的極限值符合上述步驟34的要求。一旦氣體的極限值符合要求，該控制器執行關閉該滑動蓋24的步驟42。
圖4中的示意框圖示出了一旦超過極限值用於控制氣流的本發明優選實施例。與第一實施例相似，該方法涉及第一步驟30和第二步驟32，第一步驟30是控制器監控貨物的二氧化碳和氧氣水平，第二步驟32是當由二氧化碳傳感器26導出的二氧化碳或氧氣的水平超出了它們的預先選定的水平時，選擇性地將電動滑動蓋24打開到預定位置以便使得入口開口和排出開口的一定百分比的部分暴露，(例如「25％打開」的位置)。該實施例還執行步驟34，以便繼續監控二氧化碳和氧氣水平並與預先選定的氣體極限值比較從而確定由二氧化碳傳感器輸入導出的氣體數值是否超出該預先選定的氣體極限值至少二分之一個百分比。如同第一實施例的情況一樣，如果在電動蓋滑動到其預定位置之後控制器確定任一氣體極限值經過15分鐘仍不符合要求，則該控制器執行步驟36，以便促動滑動蓋每15分鐘以一附加增量打開，(例如入口開口和排出開口的10％)，直到兩種氣體的極限值均符合上述步驟34的要求。一旦氣體的極限值符合要求，該控制器執行促動滑動蓋24以便滑動到其初始位置的步驟38。如果以任意的開度增量沒有使得狀態符合要求，並且在所述開口完全暴露了90分鐘之後兩種氣體極限值仍不能符合要求，控制器將執行促發一(為示出的)報警器的步驟40。然而，如果狀態符合要求且滑動蓋滑動回到其初始位置，控制器將繼續監控一額外的15分鐘以便識別所述狀態仍然符合要求(類似上述的監控步驟34)，並且如果在該時間段內狀態仍然符合要求則該控制器隨後執行關閉滑動蓋的步驟42。
本領域的普通技術人員應當理解，可在不脫離本發明的精神和範圍的情況下作出各種改變、增加、省略、和變型。例如，應當理解，通風開口的增量調節可以基於氣流量(例如調節開口以便提供以CFM(立方英尺每分鐘)或CMH(立方米每小時)測量的給定量的空氣)，或者可以基於通風開口的打開百分比(例如通風開口空間的表面面積的百分比)。另外，應當理解，實施本發明的最優選實施例旨在將氧氣和二氧化碳水平控制為接近極限設定值，而且替代實施方式例如一旦超出極限值則調節通風口也在權利要求的保護範圍內。此外，本發明的算法避免使用RQ數值，或者該數值可以由使用者或操作者計算或確定出並在與控制器連接的數字面板上的輸入，或者該數值可以基於將要運輸的貨物的控制器的選擇和識別從而預先編程和採用。相似地，儘管採用單個二氧化碳傳感器代替氧氣傳感器具有明顯的差別和優點，但是本發明的特定優點(例如由單個氣體傳感器來計算兩種氣體數值)可等同地應用於採用單個氧氣傳感器(不採用二氧化碳傳感器)的系統，其中控制器基於氧氣傳感器的讀數或輸入從而近似得到二氧化碳氣體水平。所有的這些變型和改變都落在後附的權利要求的範圍內。
權利要求
1.一種用於封閉的運輸用製冷單元的控制系統，其包括a)二氧化碳傳感器；b)用於使得空氣流進入和流出該封閉的運輸用單元的可調節的開口；c)在操作上與該二氧化碳傳感器和該開口連接的控制器，其中，該控制器基於接受來自該傳感器的相當於偏離預先選定的數值的氣體數值的信號來調節該開口。
2.如權利要求1所述的控制系統，其特徵在於，該預先選定的水平相當於在該運輸用製冷單元中所希望的氧氣最低水平。
3.如權利要求1所述的控制系統，其特徵在於，該預先選定的水平相當於在該運輸用製冷單元中所希望的二氧化碳最高水平。
4.一種用於封閉的運輸用製冷單元的控制系統，其包括a)二氧化碳傳感器；b)用於使得空氣流進入和流出該封閉的運輸用單元的可調節的開口；c)在操作上與該二氧化碳傳感器和該開口連接的控制器，其中，該控制器基於接受來自該傳感器的相當於接近預先選定的極限值的氣體數值的信號來調節該開口。
5.一種用於封閉的運輸用製冷單元的控制系統，其包括a)二氧化碳傳感器；b)用於使得空氣流進入和流出該封閉的運輸用單元的可調節的開口；c)在操作上與該二氧化碳傳感器和該開口連接的控制器，其中，該控制器基於接受來自該傳感器的偏離預先選定的設定值的信號來調節該開口。
6.一種用於封閉的運輸用製冷單元的控制系統，其包括a)氧氣傳感器；b)用於使得空氣流進入和流出該封閉的運輸用單元的可調節的開口；c)在操作上與該氧氣傳感器和該開口連接的控制器，其中，該控制器基於接受來自該傳感器的相當於超出預先選定的水平的氣體數值的信號來調節該開口。
7.一種用於封閉的運輸用製冷單元的控制系統，其包括a)氧氣傳感器；b)用於使得空氣流進入和流出該封閉的運輸用單元的可調節的開口；c)在操作上與該氧氣傳感器和該開口連接的控制器，其中，該控制器基於接受來自該傳感器的相當於接近預先選定的極限值的氣體數值的信號來調節該開口。
8.一種用於封閉的運輸用製冷單元的控制系統，其包括a)氧氣傳感器；b)用於使得空氣流進入和流出該封閉的運輸用單元的可調節的開口；c)在操作上與該氧氣傳感器和該開口連接的控制器，其中，該控制器基於接受來自該傳感器的偏離預先選定的設定值的信號來調節該開口。
9.一種用於封閉的運輸用製冷單元的控制系統，其包括a)單個氣體傳感器；b)用於使得空氣流進入和流出該封閉的運輸用單元的可調節的開口；c)在操作上與該單個氣體傳感器和該開口連接的控制器，其中，該控制器基於接受來自該傳感器的相當於超出預先選定的極限值的氣體數值的信號來調節該開口，該控制器還能夠將由該單個氣體傳感器導出的氧氣和二氧化碳的數值與對應的氧氣和二氧化碳的極限值進行比較。
10.一種用於封閉的運輸用製冷單元的控制系統，其包括a)氣體傳感器；b)用於使得空氣流進入和流出該封閉的運輸用單元的可調節的開口；c)使用者界面，該使用者界面提供多個可選擇的貨物類型，每一類型具有預定的呼吸作用商數；d)在操作上與該氣體傳感器和該開口連接的控制器，其中，該控制器基於接受來自該傳感器的相當於氧氣數值或二氧化碳數值的信號來調節該開口，其中所述數值偏離所述呼吸作用商數並且所述數值超出預先選定的氧氣和二氧化碳的極限值。
11.一種用於封閉的運輸用製冷單元的控制系統，其包括a)氣體傳感器；b)用於使得空氣流進入和流出該封閉的運輸用單元的可調節的開口；c)使用者界面，該使用者界面提供多個可選擇的貨物類型，每一類型對應於預定的氧氣和二氧化碳的極限值；d)在操作上與該氣體傳感器和該開口連接的控制器，其中，該控制器基於接受來自該傳感器的相當於氧氣水平或二氧化碳水平超出對應於選定貨物類型的氧氣和二氧化碳的極限值的信號來調節該開口。
全文摘要
一種自動地向貨物單元提供新鮮空氣交換的系統和方法，該系統包括單個氣體傳感器，優選為二氧化碳傳感器，以便向控制器提供用於導出該貨物單元內的二氧化碳和氧氣水平的輸入。該控制器隨後將所導出的數值與預先選定的水平進行比較並且選擇性地打開或關閉進入貨物單元的空氣流，以便實現並保持該貨物單元內的所需的氧氣和二氧化碳的水平。
文檔編號F25D17/04GK1973165SQ200580021111
公開日2007年5月30日 申請日期2005年4月7日 優先權日2004年4月23日
發明者M·N·小弗勒明, G·B·霍夫斯達爾 申請人:開利公司