專利名稱：用于冷板制冷系統(tǒng)的車輛一體式供電和控制方案的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于冷板制冷系統(tǒng)的車輛一體式供電和控制方案。
背景技術：
諸如中型或重型卡車的商業(yè)機動車輛有時用于運載諸如食物的易腐爛物品。對這些易腐爛物品保鮮的方法之一是使用“冷板”技術?！袄浒濉敝评湟蕾嚦錆M具有預定冷凍點的溶液的鋁或其它金屬容器(冷板)。在車輛運行之前，通常頭天晚上，車輛車載制冷劑壓縮機運行以使冷板達到冷凍狀態(tài)。然后車輛通常在早上啟程進行其運送循環(huán)。將冷凍的貨物維持在適當的溫度直到冷板溶液解凍。與“常規(guī)”車輛制冷(“冷藏車”)系統(tǒng)相比時，冷板制冷非?？煽?、有能量效率(因為使用115V交流或類似有效電流)、有成本效益、且能夠保持相對精確的溫度(對于牛奶和溫度敏感食物很理想)。冷板制冷系統(tǒng)的主要限制是可使用操作時間在冷板溶液解凍之前的運送的可用時間...通常將車輛使用限制到單班運行。
本專利描述的用于冷板制冷系統(tǒng)的車輛一體式供電和控制方案提供了有成本效益的車輛一體式供電和控制，以長期地將冷板溶液保持在冷凍點而沒有過多的溫度偏離，同時當車輛不運行時允許使用有成本效益的且已經可用的115V AC或類似的“岸電(Shore Power)”。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及一種用于機動車輛冷板制冷系統(tǒng)的車輛一體式供電和控制方案。該系統(tǒng)實質上是一種混合式制冷系統(tǒng)，其包括常規(guī)冷板冷卻系統(tǒng)以及當冷板失去一些冷卻能力時將對冷板供能的車載制冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)需要最小的發(fā)電機能力，因為車載一體式系統(tǒng)具有低電力拉動逐漸地啟動的可變速壓縮機。當車輛使用時，壓縮機將僅在如果剩余冷卻效果從冷板消失時運行，因此稱為混合式效果。在車輛返回到其總部之后，具有切換能力以連接岸電線路并從岸電或其它固定電源運行壓縮機。


本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將在精讀其詳細說明和觀察附圖后顯現出來，其中圖1是用于根據本發(fā)明制造的冷板制冷系統(tǒng)的車輛一體式供電和控制方案的框圖。
圖2是具有圖1所示的用于冷板制冷系統(tǒng)的車輛一體式供電和控制方案的移動車輛。
具體實施例方式
配置在卡車應用中的制冷系統(tǒng)通常落入三種類別。第一類是具有由小型柴油機驅動的制冷劑壓縮機的那些，通常用于拖拉機拖車應用，其中拖車必須能夠通過使用小型柴油機或通過連接到靜止岸電，通常從240VAC，60Hz電源而獨立式運行。
第二類卡車制冷系統(tǒng)是具有由車輛原動力發(fā)動機驅動的制冷劑壓縮機的那些，通常用于等級4和5的卡車。這些車輛沒有裝備拖車且沒有獨立式運行的需要。對于這些應用，制冷通過車輛發(fā)動機的連續(xù)運行保持。用這些單元從岸電運行是可行的。但是，考慮到成本和重量，大部分沒有裝備該選項。
第三類卡車制冷系統(tǒng)是車輛上裝有“冷板”制冷系統(tǒng)的那些。對于這些應用，制冷系統(tǒng)由充滿設計成在特定(針對的應用)溫度冷凍的溶液的鋁容器組成。通常在車輛開始運行之前使“冷板”達到它們的冷凍溫度，且很好地保持溫度直到溶液的潛熱由于冷凍溶液的解凍而喪失。“冷板”通常設計成運行幾個小時。通過定義，不使用車輛電力；但是通常使用岸電驅動車載制冷劑壓縮機以使“冷板”達到它們的預期冷凍狀態(tài)。
每個系統(tǒng)具有的優(yōu)點和缺點很大程度上決定了每個系統(tǒng)應用的界限和范圍。適于進行一些正面和反面的討論。由小型柴油機驅動的冷藏庫系統(tǒng)是自包含的且提供獨立式運行。但是，該系統(tǒng)昂貴、給車輛增加了顯著的重量，具有不合要求的失效機理(溫度可能偏離要求而沒有標志信息)，以及與卡車維護周期不同的維護要求。未來需求呈現另外的顯著問題。這些問題包括與小型發(fā)動機無效率相關聯(lián)的燃油成本以及指示小型柴油機將需要排氣后處理系統(tǒng)的排放控制要求，此外還包括復雜的成本和維護。
壓縮機安裝在發(fā)動機上的、具有制冷劑“分開系統(tǒng)”的車輛與使用小型柴油機的系統(tǒng)相比是有成本效益的。但是，因為壓縮機是安裝在發(fā)動機上的，由于尺寸限制具有能力限制，系統(tǒng)安裝復雜，并存在類似的失效機理。至于以后需求，需要發(fā)動機運行的系統(tǒng)具有關于燃油成本的顯著缺點和預期的空轉降低要求。
具有“冷板”技術的車輛具有關于車載電力、溫度控制、和失效機理的明顯優(yōu)點。展望未來，這些系統(tǒng)具有在燃油使用、排放控制、和空轉降低方面的潛在顯著優(yōu)點。但是，運行循環(huán)中的限制對于很多應用是顯著的生產率方面缺點。該制冷系統(tǒng)運行直到冷板介質發(fā)生解凍，在該點有必要使用多小時的岸電來恢復該系統(tǒng)。冷板系統(tǒng)通常用車載制冷壓縮機構成。這些單元小于那些用在分開系統(tǒng)或柴油驅動單元中的那些單元。壓縮機大小在1.5馬力(相當于1500瓦)范圍內。車輛電力是不兼容的，因為其以14V DC傳輸并通常在1500瓦范圍內不具有額外能力。
圖1和2示出了具有用于安裝的冷板制冷系統(tǒng)的車輛一體式供電和控制方案的車輛。車輛底盤101機械地接合到用于駕駛員和乘客的駕駛艙103。車輛底盤101可用于中型或重型卡車，例如冰淇淋或食物運輸卡車。底盤101具有用于產生機械功的發(fā)動機131。發(fā)動機131機械地接合以運行直流(DC)發(fā)電機111。發(fā)電機111由發(fā)動機131直接驅動或通過皮帶傳動130間接驅動。該發(fā)動機131接合以向車輛101的傳動系統(tǒng)132供應機械能。該傳動系統(tǒng)132機械地接合到動力傳動系統(tǒng)133，該動力傳動系統(tǒng)133又接合到用于車輪135運行的驅動軸134。發(fā)電機111電氣地接合到電力轉換器，例如用于將DC電轉換成AC電的逆變器。
車輛底盤101接合到冷藏箱卡車本體102上。冷藏箱卡車本體102用于諸如食物和乳制品的易腐爛物品的儲存和運輸。冷藏箱102是隔熱的且通過一個或多個冷板122保持在冷卻溫度。在一實施例中這些冷板122可以是低共溶冷板。低共溶冷板包含低共溶混合物，其是兩種或多種成分的混合物，其具有比其組分低的熔點。常用的低共溶混合物是鹽水。鹽水具有低于32華氏度的冷凍點。其它低共溶混合物可以是防冷凍物和水。冷板122安裝在冷藏本體頂棚和/或內壁上。在白天，冷板用作野外冷卻器內的純冰包并吸收熱量。在現有技術設計中，壓縮機/冷凝單元被插上岸電。制冷劑在約8小時內通過冷板冷凍鹽水或其它低共溶溶液。早上，現有技術系統(tǒng)的駕駛員將拔下插頭且低共溶溶液將隨著它在白天熔化而失去熱量。在圖1和2中示出的車輛101中，冷板122可通過壓縮機和冷凝單元的岸電通電而在頭天晚上冷卻或由于下文中所述車載電力系統(tǒng)在白天冷卻。
車載冷卻系統(tǒng)由經過冷板122的制冷環(huán)路組成。經過或流經冷板122已經沸騰并膨脹的制冷劑流出冷板122，并通過管道或管路到達壓縮機104。壓縮機104壓縮高溫制冷劑并然后將其經過冷凝器112。制冷劑在冷凝器112內由于風機103的運行而冷卻。然后制冷劑從冷凝器112作為次級冷卻液體通過到冷板122入口的膨脹閥110。隨著制冷劑經過冷板122而沸騰或膨脹，冷板冷卻，且如果使用低共溶混合物，低共溶混合物冷凍。冷板122附近的區(qū)域被包含并用作常規(guī)蒸發(fā)器或冷凍單元。實際上以下討論的控制方案也可用于以上段落8描述的具有連續(xù)運行制冷循環(huán)系統(tǒng)。
壓縮機104可通過電力經過的軟啟動(soft start)電路105運行。軟啟動電路105可以以較低電壓或較低頻率啟動壓縮機104。緩慢提高電壓或頻率以將壓縮機104速度增加到制冷循環(huán)可開始冷卻冷板122的點。軟啟動電路105降低了啟動電流和常規(guī)壓縮機用岸電啟動時其發(fā)生的起始功率拉動。壓縮機104可以是變速壓縮機。電力可從岸電151(常規(guī)方法)或從發(fā)動機131驅動發(fā)電機111通入軟啟動電路105和/或壓縮機104。發(fā)電機111的DC輸出在逆變器中轉換成AC電力。岸電151和發(fā)電機/逆變器輸出都電氣地接合到開關119上。可手動地操作開關119以選擇岸電151或發(fā)電機111/逆變器109輸入。在替換情況中，開關119可自動地應用發(fā)電機/逆變器，除非插入岸電151。不考慮輸入源，開關119的輸出到達裝進軟啟動電路105的溫度控制器106。溫度控制器106接受來自嵌入冷板122或在冷板122附近的溫度傳感器118的數據。當溫度傳感器118顯示冷板溫度上升時，溫度控制器106給軟啟動電路105通電，從而給壓縮機104通電以啟動制冷劑循環(huán)來冷卻冷板122。
因為電功率是電壓和電流的乘積，可通過改變車輛交流發(fā)電機的勵磁以產生更高的電壓來產生足夠的功率，且如果電壓在交流發(fā)電機線圈的絕緣能力內，則可保持輸出電流水平，因為線規(guī)和基本交流發(fā)電機設計是不受影響的。與14VDC下可得的功率相比，在50伏范圍內輸出的操作將允許傳輸大約三倍的功率。然后更高的電壓輸出必須轉換成有用的功率需要變壓器來為卡車電氣系統(tǒng)傳輸14V DC，且需要逆變器109級來提供115V AC、60Hz的功率。
用于車輛應用的壓縮機104的運行和冷板122溫度控制是獨特的并在以下討論。壓縮機104啟動是有問題的，因為需要很高的功率水平來克服電動機啟動電流并提供足夠的旋轉來克服制冷劑氣壓。一種技術方案是使用高能力逆變器；例如，10KW機器來啟動1.5馬力的壓縮機。該技術方案不太經濟因為在該應用中沒有使用逆變器的額外能力。較佳地技術方案是將逆變器輸出維持在適當的功率水平并對系統(tǒng)增加“軟啟動”能力，其中當啟動運行或提供降低的啟動電壓時使用軟啟動能力(導致壓縮機電動機滑移以產生增加的扭矩而沒有高水平的初始功率)，或者通過維持電壓水平同時向壓縮機電動機提供可變頻率輸出，因此零速以額定電壓啟動電動機，以然后將功率維持在逆變器預期范圍內的速率增加速度。
軟啟動能力也可用于岸電以允許壓縮機使用已經可用的120V AC，20Amp電氣服務來啟動，是空轉降低的重要因素。有了可用的車載電壓，冷板溫度控制具有獨特的時機。運行制冷劑壓縮機的車載電力啟動以允許系統(tǒng)最好地使用冷板溶液潛熱能力的方式來維持冷板溫度。冷板將裝備有定位成檢測介質溫度的溫度傳感器。在典型操作中，首先用岸電來使介質到達冷凍狀態(tài)。然后車輛冷藏箱裝上冷凍的貨物，且卡車準備運行。
然后車輛出發(fā)。車載壓縮機直到溫度傳感器指示冷凍的冷板溶液解凍時才運行。當達到這種情況時，啟動壓縮機運行并持續(xù)到溫度傳感器指示介質已經恢復到冷凍狀態(tài)。然后，不再需要壓縮機繼續(xù)運行。
具有所述冷板溫度控制，必須建立溫度滯后現象范圍來適應溫度傳感器的精確性來避免壓縮機循環(huán)同時將冷凍的貨物保持在其必要的溫度范圍內。例如，具有20華氏度冷凍溫度的冷板介質將編制成在22華氏度時啟動壓縮機運行，在測得的溫度降到18華氏度時停止壓縮機運行。
對大多數應用，壓縮機功能的所述滯后控制是足夠的且有成本效益的。但是，應當注意使用壓縮機電動機的可變頻率驅動，可以以僅對介質維持冷凍溫度的方式建立轉速。相比常規(guī)制冷系統(tǒng)所述系統(tǒng)具有兩個顯著的優(yōu)點(1)通過冷板介質的冷凍溫度維持貨物溫度，因此提供溫度精確度(對食物質量很重要)并在控制系統(tǒng)或電力失效情況下避免失效和貨物損壞。(2)系統(tǒng)尺寸和功率要求比常規(guī)制冷達到的要小，具有更好的功率(燃油經濟)效率。冷板允許使用岸電進行能量儲存，然后冷板定尺寸成正常期間的運行，當需要時用車載電力進行來允許延長運行，且當車輛遠離其總部時允許使用“普通”115VAC，20Amp岸電。
如上所述，本發(fā)明用于冷板制冷系統(tǒng)的車輛一體式供電和控制方案和制造有該系統(tǒng)的車輛提供了許多優(yōu)點，以上已經描述了其中一些優(yōu)點，且另一些是本發(fā)明固有的。此外還可對本發(fā)明用于冷板制冷系統(tǒng)的車輛一體式供電和控制方案和制造有該系統(tǒng)的車輛進行更改而不偏離在此的講述。
權利要求
1.一種機動車輛，包括接合到駕駛室的車輛底盤；所述車輛底盤具有用于產生機械能的發(fā)動機；所述發(fā)動機被機械地接合以運行接合到所述底盤的直流發(fā)電機；所述發(fā)動機被接合以向傳動系統(tǒng)供應機械能，且所述傳動系統(tǒng)被機械地接合到動力傳動系統(tǒng)，所述動力傳動系統(tǒng)又接合到用于運轉車輪的驅動軸；所述發(fā)電機電氣地接合到用于將直流電轉換成交流電的電力轉換器；接合到所述底盤的冷藏箱卡車本體；所述冷藏箱卡車本體具有維持所述冷藏箱內的冷卻的至少一個冷板；經過所述冷板附近并用于冷卻所述冷板的車載制冷環(huán)路；所述制冷環(huán)路具有從所述冷板的出口通向交流電壓縮機的入口的管道；所述壓縮機的輸出，通到冷凝器的輸入；所述冷凝器的輸出，通向所述冷板附近的管道的入口膨脹機構；所述壓縮機具有通過開關供應的電力，所述開關具有來自所連接的岸電插頭和來自所述電力轉換器輸出的輸入；以及所述開關允許所述岸電或所述電力轉換器輸出之一提供用于運轉所述壓縮機的電力。
2.如權利要求1所述的機動車輛，其特征在于所述開關具有自動模式，除非插入岸電，該模式應用所述轉換器輸出來向所述壓縮機供電。
3.如權利要求2所述的機動車輛，其特征在于，所述電力轉換器是用于將直流電轉換成交流電的逆變器。
4.如權利要求1所述的機動車輛，其特征在于所述壓縮機通過一軟啟動電路運行，電力通過所述軟啟動電路從所述開關通入。
5.如權利要求4所述的機動車輛，其特征在于所述軟啟動電路以降低的電壓啟動所述壓縮機，且所述軟啟動電路緩慢地升高電壓，以將壓縮機速度增加到制冷循環(huán)可以開始冷卻所述冷板的點。
6.如權利要求4所述的機動車輛，其特征在于所述軟啟動電路以較低的頻率啟動所述壓縮機，且所述軟啟動電路緩慢地升高頻率，以將壓縮機速度增加到制冷循環(huán)可以開始冷卻所述冷板的點。
7.如權利要求5所述的機動車輛，其特征在于一溫度控制器根據檢測到的所述冷板內的狀態(tài)變化來控制所述軟啟動電路以啟動所述壓縮機；以及在所述冷板附近的一溫度傳感器向溫度控制器的啟動邏輯電路提供數據以啟動所述軟啟動電路。
8.如權利要求6所述的機動車輛，其特征在于一溫度控制器根據檢測到的所述冷板內的狀態(tài)變化來控制所述軟啟動電路以啟動所述壓縮機；以及在所述冷板附近的一溫度傳感器向溫度控制器的啟動邏輯電路提供數據以啟動所述軟啟動電路。
9.一種機動車輛，包括接合到駕駛室的車輛底盤；所述車輛底盤具有用于產生機械能的發(fā)動機；所述發(fā)動機被機械地接合以運行接合到所述底盤的直流發(fā)電機；所述發(fā)動機被接合以向傳動系統(tǒng)供應機械能，且所述傳動系統(tǒng)被機械地接合到動力傳動系統(tǒng)，所述動力傳動系統(tǒng)又接合到用于運轉車輪的驅動軸；所述發(fā)電機電氣地接合到用于將直流電轉換成交流電的電力轉換器；接合到所述底盤的冷藏箱卡車本體；所述冷藏箱卡車本體具有維持所述冷藏箱內的冷卻的至少一個冷板；經過所述冷板附近的車載制冷環(huán)路；所述制冷環(huán)路具有從所述冷板的出口通向交流電壓縮機的入口的管道；所述壓縮機的輸出，通到冷凝器的輸入；所述冷凝器的輸出，通向所述冷板附近的管道的入口膨脹機構；以及所述壓縮機具有從所述電力轉換器輸出供應的電力。
10.如權利要求9所述的機動車輛，其特征在于所述壓縮機通過一軟啟動電路運行，電力通過所述軟啟動電路從所述電力轉換器通入。
11.如權利要求10所述的機動車輛，其特征在于所述軟啟動電路以降低的電壓啟動所述壓縮機，且所述軟啟動電路緩慢地升高電壓，以將壓縮機速度增加到制冷循環(huán)可以開始冷卻所述冷板的點。
12.如權利要求10所述的機動車輛，其特征在于所述軟啟動電路以較低的頻率啟動所述壓縮機，且所述軟啟動電路緩慢地升高頻率，以將壓縮機速度增加到制冷循環(huán)可以開始冷卻所述冷板的點。
13.如權利要求11所述的機動車輛，其特征在于一溫度控制器根據檢測到的所述冷板內的狀態(tài)變化來控制所述軟啟動電路以啟動所述壓縮機；以及在所述冷板附近的一溫度傳感器向溫度控制器的啟動邏輯電路提供數據以啟動所述軟啟動電路。
14.如權利要求12所述的機動車輛，其特征在于一溫度控制器根據檢測到的所述冷板內的狀態(tài)變化來控制所述軟啟動電路以啟動所述壓縮機；以及在所述冷板附近的一溫度傳感器向溫度控制器的啟動邏輯電路提供數據以啟動所述軟啟動電路。
15.一種機動車輛，包括接合到駕駛室的車輛底盤；所述車輛底盤具有用于產生機械能的發(fā)動機；所述發(fā)動機被機械地接合以運行接合到所述底盤的直流發(fā)電機；所述發(fā)動機被接合以向傳動系統(tǒng)供應機械能，且所述傳動系統(tǒng)被機械地接合到動力傳動系統(tǒng)，所述動力傳動系統(tǒng)又接合到用于運轉車輪的驅動軸；所述發(fā)電機電氣地接合到用于將直流電轉換成交流電的電力轉換器；接合到所述底盤的冷藏箱卡車本體；所述冷藏箱卡車本體具有維持所述冷藏箱內的冷卻的車載制冷環(huán)路；所述車載制冷環(huán)路具有從常規(guī)蒸發(fā)器出口通向交流電壓縮機的入口的管道；所述壓縮機的輸出，通到冷凝器的輸入；所述冷凝器的輸出，通向所述常規(guī)蒸發(fā)器入口內的管道的入口膨脹機構；所述壓縮機具有從所述電力轉換器的輸出供應的電力；以及所述壓縮機通過一軟啟動電路運行，電力通過所述軟啟動電路從所述電力轉換器通入。
16.如權利要求15所述的機動車輛，其特征在于所述軟啟動電路以降低的電壓啟動所述壓縮機，且所述軟啟動電路緩慢地升高電壓，以將壓縮機速度增加到制冷循環(huán)可以開始冷卻所述冷板的點。
17.如權利要求15所述的機動車輛，其特征在于所述軟啟動電路以較低的頻率啟動所述壓縮機，且所述軟啟動電路緩慢地升高頻率，以將壓縮機速度增加到制冷循環(huán)可以開始冷卻所述冷板的點。
18.如權利要求1所述的機動車輛，其特征在于，所述壓縮機是變速壓縮機。
19.如權利要求10所述的機動車輛，其特征在于，所述壓縮機是變速壓縮機。
全文摘要
一種用于機動車輛冷板制冷系統(tǒng)的車輛一體式供電和控制方案。該系統(tǒng)實質上是一種混合式制冷系統(tǒng)，其包括常規(guī)冷板冷卻系統(tǒng)以及當冷板失去一些冷卻能力時將對冷板供能的車載制冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)需要最小的發(fā)電機能力，因為車載一體式系統(tǒng)具有低電力拉動逐漸地啟動的可變速壓縮機。當車輛使用時，壓縮機將僅在如果剩余冷卻效果從冷板消失時運行，因此稱為混合式效果。在車輛返回到其總部之后，有能力連接岸電線路并用岸電運行壓縮機。
文檔編號B60H1/32GK101043141SQ20071008775
公開日2007年9月26日 申請日期2007年3月9日 優(yōu)先權日2006年3月10日
發(fā)明者G·拉森 申請人:萬國卡車知識產權有限公司