CN108351129A - 串联回路联运集装箱 - Google Patents

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J.J.伯基尔
G.拉西诺洛
R.A.乔普科
L.D.伯恩斯
I.赖金
C.N.普尔曼
P.帕帕斯
P.费尔马
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Abstract

一种冷藏运输***(20)包括封闭冷藏隔室(69)的主体(22)。制冷***(30)包括：蒸气压缩回路(31)，所述蒸气压缩回路具有定位为在冷却模式下将热量排放至外部环境的第一换热器(38)。传热回路(32)具有定位为在冷却模式下从所述冷藏隔室吸收热量的第二换热器(58)。回路间换热器(44)具有沿着所述蒸气压缩回路的第一支路(42)和沿着所述传热回路的与所述第一支路成换热关系的第二支路(43)。

Description

串联回路联运集装箱
相关申请的交叉引用
要求2015年11月9日提交的标题为“Series Loop Intermodal Container(串联回路联运集装箱)”的美国专利申请No.62/253,081的权益，该专利申请的公开内容以引用的方式整体并入本文，如同详细阐述一样。
背景技术
本公开涉及冷藏运输***，诸如联运集装箱。更具体地讲，本公开涉及此类冷藏运输***中的制冷剂安全性。
示例性冷藏联运集装箱（也称为海运集装箱或联运海运集装箱）在集装箱的一端具有设备模块。设备模块包含蒸气压缩***，其具有压缩机；沿制冷剂流动路径在压缩机下游的排热换热器；膨胀装置和吸热换热器。一个或多个第一风扇可以驱动外部气流跨过排热换热器。一个或多个第二风扇可以驱动内部气流跨过吸热换热器。在各种实施方式中，为了给集装箱供电，可以存在用于连接至外部电源的电源线。为了便于制造或服务，设备模块可以预先形成为可与集装箱主体的其余部分配合（例如，可***主体的开放前端）的模块。此类集装箱制冷***的一个实例由康涅狄格州法明顿的开利公司(Carrier Corporationof Farmington, Connecticut)在商标ThinLINE下销售。此类***的实例可见于Rau的2014年12月30日提交的标题为“检修孔盖板(Access Panel)”的美国专利申请62/098144，该专利申请的公开内容整体并入本文，如同详细阐述一样。另外，冷藏卡车箱、冷藏轨道车等等可以具有不同形式或程度模块化的制冷***。
已经普遍采取行动寻找低全球升温潜能值(GWP)制冷剂来替代常规制冷剂诸如R-134a。许多提出和可能的具有低GWP的未来替代制冷剂也可以具有比现有制冷剂更高的可燃性和/或毒性水平。这些包括各种氢氟碳化合物(HFC)和碳氢化合物(HC)制冷剂。与可燃性制冷剂一起使用的背景阻火器技术可见于2015年1月22日公开的国际公布No.WO2015/009721A1，该公布的公开内容以引用的方式整体并入本文，如同详细阐述一样。
已单独提出串联回路制冷***。此类***的实例可见于Verma等人的2014年9月18日公开的标题为“High Efficiency Refrigeration System（高效制冷***)”的美国专利申请公布2014/0260404 A1，该专利申请公布的公开内容整体并入本文，如同详细阐述一样。另外的实例可见于Feng等人的2015年4月23日公开的标题为“Two-PhaseRefrigeration System(两相制冷***)”的国际公布号WO 2015/057299 Al和Feng等人的2015年4月23日公开的标题为“Operation of a Cascade Air Conditioning System withTwo-Phase Loop(具有两相回路的复叠式空气调节***的操作)”的国际公布号WO 2015/057297 Al，这两个国际公布的公开内容整体并入本文，如同详细阐述一样。
发明内容
本公开的一个方面涉及包括封闭冷藏隔室的主体的冷藏运输***。制冷***包括：蒸气压缩回路，其具有定位为在冷却模式下将热量排放至外部环境的第一换热器。传热回路具有定位为在冷却模式下从冷藏隔室吸收热量的第二换热器。回路间换热器具有沿着蒸气压缩回路的第一支路（leg）和沿着传热回路的与第一支路成换热关系的第二支路。
在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，蒸气压缩回路依次包括：压缩机；所述第一换热器；膨胀装置；和所述第一支路。传热回路依次包括：泵；所述第二换热器；和所述第二支路。
在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，电风扇被定位为驱动再循环气流从所述冷藏隔室跨过第二换热器。
在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，第一换热器是制冷剂-空气换热器。
在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，回路间换热器是钎焊板式换热器。
在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，二氧化碳检测器可以被联接以控制通风扇。
在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，蒸气压缩回路的制冷剂充注量包含按重量计至少50%或至少90%的丙烷。
在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，传热回路的传热流体包含按重量计至少50%的二氧化碳。
在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，***是联运海运集装箱。一个或多个门位于第一端处，并且制冷***在与第一端相对的主体的第二端处安装在设备模块中。
在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中：设备模块的壁将外部环境与冷藏隔室分离；回路间换热器位于壁的外部环境侧上；且第二换热器位于壁的冷藏隔室侧上。
在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，泵位于壁的冷藏隔室侧上。
在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，一个或多个阻火器跨过设备模块的一个或多个开口。
在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，一个或多个开口沿着设备模块的前部。
在任何前述实施方案的一个或多个实施方案中，一个或多个阻火器包括金属丝网或穿孔网。
一个或多个实施方案的细节在以下附图和具体实施方式中阐述。通过具体实施方式和附图以及通过权利要求，其他特征、目标以及优势将为显而易见的。
附图说明
图1是冷藏货物集装箱的剖视图。
图2是冷藏货物集装箱的后视图。
图3是冷藏货物集装箱的制冷***的示意图。
图4是图1的集装箱的制冷单元的前视图。
图5是冷藏货物集装箱的示意性侧面剖视图。
各个附图中相同的参考数字和符号表示相同的元件。
具体实施方式
图1示出了可以轮船运输、卡车运输、火车运输等的联运集装箱20。该集装箱具有封闭内部24的主体22。主体和内部形成为大致上直平行六面体。主体具有顶部22A、底部22B、第一侧面22C、第二侧面22D、第一端22E和第二端22F。顶部、底部和侧面可以是一体化刚性金属结构***。第一端可以部分由设备模块26（“设备箱”）形成。第二端可以基本上由一对相对的铰链门28A、28B（图2）形成。
设备模块包含制冷***30（图3），该制冷***包括与传热回路32串联或连续连接的蒸气压缩回路31。传热回路利用与蒸气压缩回路的制冷剂相比相对非可燃性和/或非毒性工作流体。如下文所讨论，传热回路可以是泵送回路（而不是压缩回路）并且可以具有相变。这避免了可燃性和/或毒性蒸气积聚于冷藏隔室中，并可能导致***/火灾、中毒的问题或其他安全问题。如下文所讨论，可采取各种手段来使隔室内部隔离而免遭暴露于蒸气压缩回路的制冷剂。另外，可以采取用于蒸气压缩回路的各种安全措施（例如，使用防爆部件和其他安全措施），但不一定与其中制冷剂可能意外地引入冷藏隔室的封闭空间的情况下所需的处于相同水平。
制冷***的结构和操作细节可以包括来自前述美国专利申请公布2014/0260404A1、国际公布号WO 2015/057299 Al和国际公布号WO 2015/057297 Al的那些细节中的一些至全部。
所示蒸气压缩回路沿着制冷剂流动路径34依次包括压缩机36、排热换热器38、膨胀装置40（例如，电子膨胀阀、热膨胀阀、孔口等等）以及回路间换热器44的支路42。
一个或多个第一风扇50可以驱动外部气流520跨过排热换热器。
传热回路沿着流动路径54依次包括泵56、吸热换热器58以及与支路42成换热关系的回路间换热器44的支路43。任选的接收器59位于支路43和泵56之间。
一个或多个第二风扇60A、60B（图3和5）可以驱动内部气流522A、522B沿着各自的流动路径510A、510B跨过吸热换热器。在正常冷却操作中，泵可以将传热回路的液体制冷剂泵送至吸热换热器，其中制冷剂从气流522A、522B接收热量。吸热可以导致相变为蒸气。然后制冷剂行进至支路43，在其中将热量排放至支路42中的制冷剂。这将使制冷剂重新冷凝从而然后以液体返回至泵。
在各种实施方式中，为了给集装箱供电，可以存在用于连接至外部电源的电源线（未示出）。另外，集装箱可以与发电机62（图3，例如具有内燃发动机）相关联。对于联运集装箱，发电机可以是附件“发电机组”的一部分，所述发电机组可以单独安装到运载集装箱的车辆（拖车或轨道车）。其他运输制冷***诸如专用拖车可以将发电机集成到安装于拖车箱前部的设备主体中。制冷***可以包括由主电池66供电的主控制器64（例如，具有处理器、内存和存储器，以用于运行程序来执行所需功能）。电池通常是可充电电池，当集装箱***外部电源或正在运行的发电机组时对所述可充电电池充电。
图3一般性地示出了对外部环境开放的外部68和主体内部的气候控制部分69之间的边界67（由设备模块的壁形成）。为了安全起见，蒸气压缩回路完全保持在边界的外侧上，其中传热回路管线/导管两次穿过该边界。
为了便于制造或服务，设备模块（箱）可以预先形成为可与集装箱主体的其余部分配合（例如，可***主体的开放前端）的模块。
模块26包括前面板70（图2）。面板70可以具有多个开口，所述多个开口中的一些可以通过许多手段来封闭。两个开口72A、72B（图3A和图5A）沿着两个蒸发器风扇的各自气流路径510A、510B。这些流动路径可以彼此隔离或可以仅仅是单个流动路径的邻近的一半（或可以是组合、分隔和合并）。在该实例中，开口跨越风扇，使得开口的一部分在风扇的上游并且开口的一部分在下游。开口72A、72B被各自的检修孔盖板80A、80B（图2）封闭。示例性检修孔盖板80A包括用于通风的旋转闸阀。它也可以具有用以从流动路径510A抽出空气的小型鼓风扇81A（或可以依赖于跨过邻近蒸发器风扇的泄漏）。可以提供其他阀门/闸门结构。可以提供其他阀门/闸门结构。示例性盖板80B缺少任何通风口/阀门。
用于两个回路的工作流体的有益组合是蒸气压缩回路的丙烷和传热回路的二氧化碳。这两者都是低成本和无毒性的，并且丙烷是高效制冷剂。根据ANSI/ASHRAE标准34-2007，R-290（丙烷）被评定为A3（无毒性、高度易燃），且R744被评定为A1（无毒性、不易燃）。
在两个相应的回路中，总制冷剂充注量可以基本上分别由所述丙烷和所述二氧化碳（例如，允许行业标准水平的污染物和添加剂诸如腐蚀抑制剂）或按重量计至少50%或至少90%的所述丙烷和所述二氧化碳构成。
可以采取关于两个回路的许多减轻措施。如上文所述，丙烷运载部件与冷藏隔室隔离，在设备模块周围和之中的密封件防止丙烷泄漏至冷藏隔室。因此，可以避免与一旦丙烷进入冷藏隔室的动作相关的另外的安全措施（例如，与其中含丙烷蒸发器暴露至冷藏隔室的情况区分开）。如果发生的话，减轻措施则可限制于外部丙烷泄漏和内部二氧化碳泄漏。
示例性丙烷泄漏减轻是被动的，并且如下文所讨论。
示例性二氧化碳减轻是主动响应于通过检测器232检测到的制冷剂泄漏（图5）。二氧化碳检测器通常用于通过控制二氧化碳大体积累在冷藏集装箱（例如，包括使用除二氧化碳之外的制冷剂的那些）中来使产品新鲜度最大化。相同的检测器或添加的检测器可用于减轻二氧化碳泄漏至冷藏隔室。对于此类检测器，存在多个可能的位置，包括设备箱内的位置（例如，邻近沿着与冷藏隔室或空间的其余部分通信的设备模块的内部或外部的流动路径510A或510B之一的管道中的蒸发器）或更远（例如，甚至远至门上或邻近门）。示例性检测器包括红外传感器以及视情况而定的信号处理和输出电子器件。示例性红外传感器是非分散红外(NDIR)传感器。示例性NDIR传感器具有二氧化碳相关的目标传感范围。
虽然可以存在各种具有很少控制逻辑的硬连线/硬编码或模拟实施方式，但示例性实施方式涉及与编程控制器通信的检测器232，该编程控制器进而与主动减轻部件通信。控制器可以是制冷***的主控制器64或可以是独立单元234（图5，例如具有处理器、内存和存储器，以用于运行程序来执行所需功能，以及任选地其自身的电池258（例如，碱性电池））。
对于二氧化碳减轻，检测器和控制器可以联接至通风***，用于响应于泄漏检测而使集装箱的内部通风。一些实施方式可以使用基线新鲜空气交换通风口（例如，上文所示的80A及其相关鼓风扇（如果有的话）和/或蒸发器风扇）进行通风。例如，实施方式可以涉及闸阀80A的打开和风扇81A和/或60A的运行。无论制冷***是否运行，这都可以完成。例如，即使当***关闭时，二氧化碳泄漏也可能发生。在一些实施方式中，检测可以导致制冷***（例如，压缩机和泵）的关闭。
作为使用闸阀80A或与基线***相关联的其他手段的替代方案，通风可以通过专用的另外通风风扇（例如，与可控制的挡板或其他阀门一起）来完成。在这种情况下，风扇单元可以包括其自身的电池和任选地与其他部件诸如控制器234和/或检测器232中的一者集成的电子器件。
丙烷减轻可以包括使用部件来防止或阻止发火花或发弧，包括使用已知形式的防爆马达。用于监视的相关马达包括：压缩机马达；风扇马达（特别是用于排热换热器）；和致动器马达。这可以包括更换或修改基线马达和添加与诸如补充的通风口、补充的风扇等等的特征相关的马达。
在马达换向中，发弧可为不期望的。感应马达将是很好的选择。此类马达可以具有完全封闭框架并且被密封以防止任何蒸气渗透，这将包括对可驱动风扇的轴的密封。与此类马达的所有连接可以密封以防止任何蒸气渗透。该密封将包括导线管，电线通过该导线管进入马达接线箱。
全密闭式加热器将沿着再循环流动路径使用（用于蒸发器除霜以及当外部温度太低以至于必需加热而非冷却隔室时进行加热）。因此，任何故障模式将不会产生电弧。
潜在地暴露至丙烷泄漏的一些至全部电气互连（电线、电缆）可密封于防爆导管中。外部侧和设备模块的蒸发器侧之间的渗透将是防爆的（无蒸气渗透）。沿着外部侧的一些至全部传感器可以被密封以防止蒸气渗透，以使得任何故障模式将不会在可能的制冷剂暴露位置中产生电弧。
如上文所述，对于蒸发器侧的电气部件和连接，可以避免此类丙烷减轻，所述电气部件和连接诸如：蒸发器风扇马达；蒸发器侧加热器；以及蒸发器线圈上的DTS（除霜终止传感器）、蒸发器线圈上的HTT（高温终止传感器）和位于蒸发器稍微下游的测温传感器。
另外的丙烷减轻涉及将阻火器置于多个外部位置中。可利用的背景阻火器技术可见于2015年1月22日公开的国际公布No.WO2015/009721A1，该公布的公开内容以引用的方式整体并入本文，如同详细阐述一样。一个示例性阻火器是沿着设备箱的前部跨过开口的一个或多个编织线或穿孔网（例如，扩张金属网）面板400（图4）。这可以覆盖通向压缩机、换热器以及蒸气压缩回路31的任何管路或其他制冷剂运载部件的开口。网孔开口尺寸将取决于特定制冷剂的固有可燃性和预期操作条件。然而，可以避免沿着流动路径510A和510B的位置。
***可以使用其他常规或尚未开发的材料和技术制造。
说明书和以下权利要求中“第一”、“第二”等等的使用仅用于在权利要求内进行区分，并不一定表示相对或绝对重要性或时间顺序。类似地，在一项权利要求中将一个元件标识为“第一”（或类似）并非将此“第一”元件排除在另一项权利要求中或说明书中标识称为“第二”（或类似）的元件之外。
如果度量值以英制单位给出，然后是含有SI或其他单位的括号，则括号内的单位是转换，并不意味着英制单位中不存在的精确程度。
已经描述了一个或多个实施方案。然而，应当理解，可以作出各种修改。例如，当应用于现有的基本制冷***和/或集装箱构造和相关的使用方法时，此类现有构型或其相关使用的细节可能影响特定实施的细节。因此，其他实施方案也在以下权利要求的范围内。

Claims (16)

1.一种冷藏运输***(20)，其包括：
主体(22)，其封闭冷藏隔室(69)并且包括：
一对侧壁(22C、22D)；
顶部(22A)；
底部(22B)；以及
一个或多个门(28A、28B)；以及
制冷***(30)，其包括：
蒸气压缩回路(31)，其具有定位为在冷却模式下将热量排放至外部环境的第一换热器(38)；
传热回路(32)，其具有定位为在所述冷却模式下从所述冷藏隔室吸收热量的第二换热器(58)；以及
回路间换热器(44)，其具有沿着所述蒸气压缩回路的第一支路(42)和沿着所述传热回路的与所述第一支路成换热关系的第二支路(43)。
2.根据任一项前述权利要求所述的冷藏运输***，其中：
所述蒸气压缩回路依次包括：
压缩机(36)；
所述第一换热器；
膨胀装置(40)；以及
所述第一支路；并且
所述传热回路依次包括：
泵(56)；
所述第二换热器；以及
所述第二支路。
3.根据权利要求2所述的冷藏运输***，其还包括：
电风扇(60A、60B)，其定位为驱动再循环气流从所述冷藏隔室跨过所述第二换热器。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的冷藏运输***，其中：
所述第一换热器是制冷剂-空气换热器。
5.根据任一项前述权利要求所述的冷藏运输***，其中：
所述回路间换热器是钎焊板式换热器。
6.根据任一项前述权利要求所述的冷藏运输***，其还包括：
二氧化碳检测器。
7.根据权利要求6所述的冷藏运输***，其中：
二氧化碳检测器(232)被联接为控制：
通风扇(81A、60A)。
8.根据任一项前述权利要求所述的冷藏运输***，其中：
所述蒸气压缩回路的制冷剂充注量包含按重量计至少50%的丙烷。
9.根据任一项前述权利要求所述的冷藏运输***，其中：
所述蒸气压缩回路的制冷剂充注量包含按重量计至少90%的丙烷。
10.根据任一项前述权利要求所述的冷藏运输***，其中：
所述传热回路的传热流体包含按重量计至少50%的二氧化碳。
11.根据任一项前述权利要求所述的冷藏运输***是联运海运集装箱，其中：
所述一个或多个门位于第一端(28A、28B)处；并且
所述制冷***在与所述第一端相对的所述主体的第二端处安装在设备模块(26)中。
12.根据权利要求11所述的冷藏运输***，其中：
所述设备模块的壁(67)将所述外部环境与所述冷藏隔室分离；
所述回路间换热器位于所述壁的所述外部环境侧上；并且
所述第二换热器位于所述壁的所述冷藏隔室侧上。
13.根据权利要求12所述的冷藏运输***，其中：
所述泵位于所述壁的所述冷藏隔室侧上。
14.根据权利要求11至权利要求13中的任一项所述的冷藏运输***，其还包括：
跨过所述设备模块的一个或多个开口的一个或多个阻火器。
15.根据权利要求14所述的冷藏运输***，其中：
所述开口沿着所述设备模块的前部。
16.根据权利要求14至权利要求15中的任一项所述的冷藏运输***，其中：
所述一个或多个阻火器包括金属丝网或穿孔网。
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