节能冷藏集装箱操作的制作方法

本文公开的主题涉及冷藏储存集装箱，且更具体地涉及冷藏储存集装箱空气通道设计、节能冷藏储存集装箱操作和舰船上的冷藏储存集装箱的节能协调。

冷藏储存集装箱或冷藏箱是用于联运货运运输的联运集装箱(即，船运集装箱)，并且可以冷藏用于运输温度敏感货物。联运集装箱是一种大型标准化船运集装箱，被设计和建造用于联运货运运输，这意味着这些集装箱可用于不同的运输方式，从船舶到铁路到卡车，而无需卸载和重新装载它们的货物。联运集装箱主要用于在全球集装箱化联运货运运输系统中有效且安全地储存和运输材料和产品，但也有较少数量在地区使用。

除了标准的通用集装箱之外，联运集装箱存在多种变型形式用于不同类型的货物。其中最突出的是冷藏集装箱，诸如具有用于运输温度敏感物品的集成式制冷单元(又名冷藏箱)的集装箱。

技术实现要素：

根据本公开的一个方面，提供了一种冷藏储存集装箱，该冷藏储存集装箱包括：集装箱壳体，其限定内部；空气调节器，其可操作以保持对内部内的温度的控制；以及本地控制器，其配置为基于来自邻近冷藏储存集装箱的废热摄入来使空气调节器在时间窗口内循环打开和关闭。

根据附加或替代实施方案，空气调节器包括支撑地设置在集装箱壳体的端壁上的冷凝器。

根据附加或替代实施方案，传感器可操作地设置以感测内部的温度并将反映温度的数据传输到本地控制器。

根据附加或替代实施方案，本地控制器根据周期性测量的第一参数和第二参数之间的差值来推导出废热摄入的值。

根据附加或替代实施方案，第一参数和第二参数分别包括环境空气温度和冷凝器入口空气温度。

根据附加或替代实施方案，时间窗口是根据内部内的温度以及设定值附近的允许温度变化来预定义的。

根据附加或替代实施方案，本地控制器被配置为限制时间窗口内的循环次数。

根据附加或替代实施方案，本地控制器被配置为在内部内的温度达到极限的情况下实施超控命令以迫使空气调节器循环。

根据附加或替代实施方案，本地控制器被配置为超控由监督控制器发出的循环命令。

根据本公开的另一方面，提供了一种冷藏储存集装箱，其可设置为靠近船舶或堆场中的邻近冷藏储存集装箱。冷藏储存集装箱包括：集装箱壳体，其限定内部；空气调节器，其包括支撑地设置在集装箱壳体的端壁上的冷凝器；空气调节器，其可操作以保持对内部内的温度的控制；本地控制器；以及传感器，其可操作地设置以感测内部的温度并将反映温度的数据传输到本地控制器。本地控制器被配置为基于来自邻近冷藏储存集装箱的废热摄入来使空气调节器在时间窗口内循环打开和关闭，该时间窗口是根据内部内的温度以及设定值附近的允许温度变化来预定义的。

根据附加或替代实施方案，本地控制器根据周期性测量的环境空气温度和冷凝器入口空气温度之间的差值来推导出废热摄入的值。

根据附加或替代实施方案，本地控制器被配置为限制时间窗口内的循环次数、在内部内的温度达到极限的情况下实施超控命令以迫使空气调节器循环并且超控由监督控制器发出的命令。

根据本公开的又一方面，提供了一种执行冷藏储存集装箱的空气调节器的节能操作的方法。该方法包括：根据集装箱壳体的内部内的温度以及设定值附近的允许温度变化来建立用于操作空气调节器的时间窗口；测量时间窗口内的第一参数和第二参数并计算第一参数和第二参数之间的差值；以及在本地控制器确定内部内的温度超过允许温度变化并且差值超过预定义阈值的情况下，使空气调节器在时间窗口内循环。

根据附加或替代实施方案，空气调节器包括支撑地设置在集装箱壳体的端壁上的冷凝器。

根据附加或替代实施方案，传感器可操作地设置以感测内部的温度并将反映温度的数据传输到本地控制器。

根据附加或替代实施方案，测量第一参数和第二参数包括周期性地测量第一参数和第二参数。

根据附加或替代实施方案，第一参数和第二参数分别包括环境空气温度和冷凝器入口空气温度。

根据附加或替代实施方案，该方法还包括限制时间窗口内的循环次数。

根据附加或替代实施方案，该方法还包括在内部内的温度达到极限的情况下实施超控命令以迫使空气调节器循环。

根据附加或替代实施方案，该方法还包括超控由监督控制器发出的循环命令。

从以下结合附图进行的描述中，这些和其他优点和特征将变得更显而易见。

附图说明

在本说明书结论处的权利要求书中具体指出并明确要求保护被视作本公开的主题。根据以下结合附图而进行的具体实施方式，本公开的上述和其他特征以及优点是明显的，在附图中：

图1是根据实施方案的船舶的透视图；

图2是根据实施方案的船舶内的冷藏储存集装箱的叠堆的透视图；

图3是根据实施方案的示出用于冷藏储存集装箱的本地控制器和监督控制器的示意图；

图4是根据实施方案的示出用于冷藏储存集装箱的本地控制器和两个或更多个监督控制器的示意图；

图5是根据实施方案的冷藏储存集装箱的剖视俯视图；

图6是根据实施方案的冷藏储存集装箱的剖视侧视图；

图7是根据实施方案的图5和图6的冷藏储存集装箱的端壁的端视图；

图8是根据实施方案的活动百叶窗的俯视图；

图9是根据实施方案的冷藏储存集装箱的端壁的附接件的俯视图；

图10是冷藏储存集装箱的温度与时间性能之间的图示；

图11是示出执行冷藏储存集装箱的空气调节器的节能操作的方法的流程图；以及

图12是示出操作设置在船舶上或设置在堆场中的冷藏储存集装箱的方法的流程图。

具体实施方式参考附图通过举例方式来解释本公开的实施方案以及优点和特征。

具体实施方式

如下所述，具有制冷系统的通常称为冷藏箱的集装箱需要通过冷凝器散热。气冷式冷藏箱采用风扇从冷藏箱周围环境抽取环境空气，使抽取的空气通过冷凝器，然后将产生的加热的空气排放回周围环境的环境空气中。然而，在集装箱船舶上或在集装箱堆场中，冷藏箱按照由狭窄过道隔开的行堆叠，且因此来自冷凝器的排气可能会跨过过道冲击在集装箱上。这种冲击可能引起跨过过道对冷藏箱的加热、冷凝压力的增大、以及因此在空气温度升高情况下通过因反射造成的冷凝器空气再循环而导致的功率消耗、以及在因再循环的空气造成的温度不断增大的空气进入冷凝器情况下由于系统跳闸而导致的潜在货物劣化。

因此，通常在冷藏箱中设计空气开口，以便缓解再循环的加热空气的影响(也可通过增大过道之间的距离来减少或避免由于反射引起的冷凝器空气再循环，但对船舶上或堆场中的空间限制常常很严格)。然而，在添加了具有可调节平行叶片的百叶窗的情况下，此类空气开口可以更有效，所述可调节平行叶片可以以一定角度引导空气以使得直接冲击减少并因此减少空气反射。叶片可以相对于水平面以30-60度之间的角度设置，使得空气将因为浮力而向上排出，或者使得来自冷藏箱内部的冷排气将被引向冷凝器空气入口。

参考图1，提供了运输船舶10。运输船舶10可以配置用于任何类型的运输模式，但是为了清楚和简洁的目的，在下文中将称为运输船舶10。运输船舶10包括船体11、用于通过水驱动船体11的螺旋桨(未示出)、设置在船体11内以驱动螺旋桨旋转的发动机室(未示出)以及网桥或指挥中心14。指挥中心14设置在船体11内或船体上，并且包括网桥和控制运输船舶10的各种操作的操作计算机。

参考图2，船体11形成为限定其中堆放有冷藏箱或冷藏储存集装箱20的内部110(术语“冷藏箱”和“冷藏储存集装箱”在下文中可互换使用)。冷藏储存集装箱20可以设置成通过过道203分开的至少第一叠堆201和第二叠堆202。过道203通常足够宽以供人在第一叠堆201和第二叠堆202之间行走并且是在内部110的环境温度下提供的。第一叠堆201和第二叠堆202中的每一个都可具有自上而下堆叠的一个或多个冷藏储存集装箱20。

出于本描述的目的，每个冷藏储存集装箱20都可具有基本上一致的结构和配置。也就是说，每个冷藏储存集装箱20都可设置为基本上矩形的主体21，其形成为限定其中存放货物的内部22。主体21包括设置为包围内部22的底部、侧壁和顶部，并且侧壁包括面向过道203的端壁23。每个冷藏储存集装箱20还可包括：空气调节器单元的冷凝器24，该冷凝器设置在内部22内以调节内部22的空气；以及传感器25(例如，载货空间温度传感器)，以感测冷藏储存集装箱20的各种操作参数。

冷藏储存集装箱20的各种操作可由一个或多个本地控制器30和一个或多个监督控制器40控制。一个或多个本地控制器30和一个或多个监督控制器40可以是独立的部件或上述操作计算机的部件。

根据实施方案并且如图3和图4所示，每个本地控制器30都可与冷藏储存集装箱20中的对应一个相关联并联接。在一些情况下，单个分布式监督控制器40可以与本地控制器30中的每一个或多个本地控制器30及其对应的冷藏储存集装箱20相关联并联接(参见图3)，而在其他情况下，两个或更多个监督控制器40可以与本地控制器30的相应组及其对应的冷藏储存集装箱20中的每一个相关联并联接。在任何情况下，每个本地控制器30都控制其对应的冷藏储存集装箱20的各种操作，同时由传感器25生成的读数被提供给监督控制器40和本地控制器30中的任一个或两者，使得由本地控制器30施加的控制可以经由本地和/或远程反馈控制来优化。

参考图5至图7，冷凝器24设置在内部22内并且在冷藏储存集装箱20的靠近端壁23的端部处，并且被配置为从通过冷凝器24的制冷剂中除去热量。端壁23形成为支持冷凝器24的操作。也就是说，第一、第二和第三冷凝器空气入口2401-3、冷凝器空气出口241以及第一、第二和第三冷藏箱空气出口2421-3支撑地设置在端壁23上。第一、第二和第三冷凝器空气入口2401-3接收空气以从通过冷凝器24的制冷剂中除去热量，且因此应该接收相对冷的空气以促进冷凝器24的最优、有效的操作。冷凝器空气出口241被配置为引导从冷凝器24排出的相对高温的空气远离第一、第二和第三冷凝器空气入口2401-3，使得相对高温的空气不被第一、第二和第三冷凝器空气入口2401-3接收或摄入。第一、第二和第三冷藏箱空气出口2421-3被配置为将从内部22排出的经调节的空气和相对低温的空气引向第一、第二和第三冷凝器空气入口2401-3。随后，该相对低温的空气与在过道203中和周围的区域内提供的环境空气混合，然后再被第一、第二和第三冷凝器空气入口2401-3接收或摄入。

根据实施方案，冷凝器空气出口241可以位于端壁23的稍微上部区域的中央。在此类情况下，第一冷凝器空气入口2401和第二冷凝器空气入口2402可以位于冷凝器空气出口241的相对侧附近，其中第三冷凝器空气入口2403位于冷凝器空气出口241正下方。因此，冷凝器空气出口241可以被配置为沿向上方向引导相对高温的空气，以便避免生成朝向并经过第一、第二和第三冷凝器空气入口2401-3的空气流。另外，第一冷藏箱空气出口2421和第二冷藏箱空气出口2422可以分别位于第一冷凝器空气入口2401和第二冷凝器空气入口2402的附近且在外部，其中第三冷藏箱空气出口2423位于第三冷凝器空气入口2403正下方。

第一、第二和第三冷凝器空气入口2401-3中的每一个都包括cai百叶窗501、502和503，冷凝器空气出口241包括cao百叶窗51，并且第一、第二和第三冷藏箱空气出口2421-3中的每一个都包括rao百叶窗521、522和523。cai百叶窗501、502和503、cao百叶窗51和rao百叶窗521、522和523都可以由本地控制器30和/或监督控制器40独立地或非独立地控制。此类独立或非独立的控制通常涉及相应的百叶窗叶片的角度调节，并且在一些情况下涉及成角度的百叶窗叶片相对于端壁23的定位。

根据实施方案并且如图7所示，cai百叶窗501和502的叶片基本上垂直地取向并且彼此平行。在冷藏储存集装箱20的操作模式期间，cai百叶窗501和502的叶片可分别朝向第一冷藏箱空气出口2421和第二冷藏箱空气出口2422向外成角度(例如，以约30-60度)。类似地，cai百叶窗503的叶片基本上水平地取向并且彼此平行。在冷藏储存集装箱20的操作模式期间，cai百叶窗503的叶片可朝向第三冷藏箱空气出口2423向下成角度(例如，以约30-60度)。rao百叶窗521和522的叶片基本上垂直地取向并且彼此平行。在冷藏储存集装箱20的操作模式期间，rao百叶窗521和522的叶片可分别朝向第一冷凝器空气入口2401和第二冷凝器空气入口2402向内成角度(例如，以约30-60度)。类似地，rao百叶窗523的叶片基本上水平地取向并且彼此平行。在冷藏储存集装箱20的操作模式期间，rao百叶窗523的叶片可朝向第三冷凝器空气入口2403向上成角度(例如，以约60度)。cao百叶窗51的叶片基本上水平地取向并且彼此平行。在冷藏储存集装箱20的操作模式期间，cao百叶窗51的叶片可以远离第一冷凝器空气入口2401、第二冷凝器空气入口2402和第三冷凝器空气入口2403向上成角度(例如，以约60度)。

参考图8，至少rao百叶窗521、522和523的叶片可以通过本地控制器30和/或监督控制器40而相对于端壁23的平面独立地或非独立地移动。也就是说，如图8所示，在冷藏储存集装箱20的操作模式期间，至少rao百叶窗521、522和523的叶片可以延伸，使得它们从端壁23的平面突出，且从而使得从内部22排出到第一、第二和第三冷凝器空气入口2401-3中的空气流增加。

参考图9，至少第一、第二和第三冷藏箱空气出口2421-3可以设置有附接件60。附接件60可通过例如压配或其他类似附接方法(即，由沿着过道203向行走操作者进行)而可移除地附接到端壁23，并且被成形为将从内部22排出的空气引向冷凝器空气入口2401-3。附接件60具有开口端，该开口端在未达到第一、第二和第三冷凝器空气入口2401-3之处终止，以便避免干扰环境空气流入冷凝器24并促使离开附接件60的空气被其他环境空气流夹带流入冷凝器24。

根据另外的实施方案，对于rao百叶窗521、522或523的任何叶片从端壁23的平面突出的程度或者对于附接件60可移除地附接到第一、第二和第三冷藏箱空气出口2421-3的程度，应当理解，突出部的长度或附接件60的宽度远远小于过道203的宽度。例如，如果过道203为约2米宽，则突出部的长度或附接件60的宽度为大约几厘米。

上述百叶窗将有助于使加热的空气的再循环减少并引导加热的空气直接冲击到冷藏储存集装箱20之中和之上，且从而提高冷藏储存集装箱20的能量效率和操作。对于具有通风或空气修改能力的冷藏储存集装箱20，可使用从内部22排出的冷空气来降低冷凝器空气温度，且从而减少制冷系统的能量消耗并改善操作以保持货物质量。

根据另一方面并且参考回到图2至图4，当冷藏储存集装箱20在内部110内彼此靠近堆叠时，来自一个冷藏储存集装箱20的一些排出的热空气可以进入附近的冷藏储存集装箱20的冷凝器，即使提供了上述百叶窗也会这样。热空气的这种再次摄入可导致进入冷凝器24的空气温度升高，并导致制冷剂的冷凝压力增大以及电力使用增加，以保持蒸汽压缩系统中的制冷剂流量。当制冷剂冷凝压力超过控制极限时，再次摄入也可导致冷却系统跳闸，从而可能导致货物质量下降。

调度冷藏箱操作以避免再次摄入热空气通常依赖于本地反馈控制，其中制冷单元(其包括每个冷藏储存集装箱20的冷凝器24)主要基于每个特定冷藏储存集装箱20的货物温度要求来循环打开和关闭，而无需关于相邻冷藏储存集装箱20的操作及其排气流分布的任何信息。然而，提供了具有低感测和通信要求的分散控制算法，其中每个本地控制器30都确定在给定时间窗口内何时打开和关闭其对应的冷藏储存集装箱20，以使得来自邻近冷藏储存集装箱20的废热摄入最小化。

使用控制算法，测量环境空气温度和冷凝器入口空气温度，并利用它们之间的差(δt)作为潜在排气摄入的伪数据元素。该算法还包括开关控制逻辑，所述开关控制逻辑通过在δt足够小时运行冷藏储存集装箱来使得相邻冷藏储存集装箱20之间的交互作用最小化并实现更高的系统操作效率。开关决策制定的时间窗口取决于载货空间温度性能信息以及给定设定值(tsp)附近的允许温度变化(t高，t低)。

更详细地并且参考图10，每个冷藏储存集装箱20都包括其本地控制器30，并且本地控制器30被配置为基于来自邻近冷藏储存集装箱20的废热摄入来使其空气调节器的对应的冷凝器24在时间窗口内循环打开和关闭。该时间窗口是根据内部22内的温度以及设定值tsp附近的允许温度变化来预定义的。此允许温度变化会产生高温和低温极限(t高和t低)以及高温和低温接近极限(th1和tl1)。

本地控制器30根据周期性测量的环境空气温度和冷凝器入口空气温度之间的差值来推导出废热摄入的值并且被配置为限制时间窗口内的循环次数、在内部内的温度达到极限的情况下实施超控命令以迫使空气调节器循环并且可能超控由监督控制器发出的循环命令(一般来讲，如果存在监督控制器，则应当理解，默认状况可能是监督控制器将优先超控本地级决策，除非在紧急情况下或出于安全原因)。

因此，对于图10的示例，随着给定冷藏储存集装箱20的内部22的温度增加超过高温接近极限th1(在时间t1时经过该高温接近极限)，直到在时间t2时达到高温极限t高，本地控制器30将确定环境空气温度和冷凝器入口空气温度之间的差值是否小于预定义阈值。如果是，则本地控制器30将使冷凝器24和空气调节器单元循环以接通，如果否，则本地控制器30将使冷凝器24和空气调节器单元保持在关状态直到时间t2，此时达到高温极限(t高)，然后必须打开空气调节器单元和冷凝器24。相反，随着内部22的温度降低超过低温接近极限tl1(在时间t3时经过该低温接近极限)，直到在时间t4时达到低温极限t低，本地控制器30将确定环境空气温度和冷凝器入口空气温度之间的差值是否超过预定义阈值。如果是，则本地控制器30将使冷凝器24和空气调节器单元循环以关断，如果否，则本地控制器30将使冷凝器24和空气调节器单元保持在开状态直到时间t4。

参考图11，提供了执行冷藏储存集装箱20中的每一个的空气调节器的节能操作的方法。该方法包括：根据集装箱壳体的内部内的温度以及设定值附近的允许温度变化来建立用于操作空气调节器的时间窗口(框1101)；在时间窗口内周期性地测量环境空气温度和冷凝器入口空气温度并计算环境空气温度和冷凝器入口空气温度之间的差值(框1102)；以及在本地控制器确定内部内的温度超过允许温度附近极限变化并且差值超过预定义阈值的情况下，使空气调节器在时间窗口内循环(框1103)。

除了载货空间温度之外，还基于单元冷凝器入口处的空气质量的自动冷藏箱调度逻辑使潜在废热摄入最小化，从而减少用于制冷的能量使用。分散控制逻辑对于冷凝器入口温度仅需要一个附加的传感器，使得该解决方案实用且实施成本低。控制逻辑可以很容易地与单个单元传统控制器集成，或者作为每个冷藏箱的独立的本地控制器来实施。

根据另外的方面，通过由监督控制器40协调多个冷藏储存集装箱20和本地控制器30来控制与冷藏储存集装箱20的操作相关的总电能消耗。监督控制器40(例如，冷藏箱协调器)从本地控制器30接收冷凝器入口温度测量值和操作参数，并使用该数据来学习或识别(在线)冷藏储存集装箱20中的每一个的总电力消耗与它们各自的操作之间的相关性，以及因此确定满足载货空间温度要求并使功率消耗和短期循环最小化的最优开关控制策略。

如图3所示，传输到监督协调器40的输入单元401的操作数据在采样时刻进行传输，并包括单独的单元开/关模式信息、载货空间控制的温度信息、期望的设定值信息、允许温度变化信息、电力汲取信息和环境空气温度信息。监督控制器40的输出和开/关命令由处理单元402生成，并且可以从输出单元403发送到各种本地控制器30。监督控制器40架构可以是分布式的或集中式的。也就是说，如上所述，在分布式框架中，监督协调器40被分配给冷藏储存集装箱20群组并且预测模型局限于给定邻域，而在集中式策略中，单个监督协调器监视和调度所有船载冷藏储存集装箱20。

参考图12，提供了一种操作设置在船舶上或设置在堆场中的冷藏储存集装箱20的方法。该方法包括：从冷藏储存集装箱的本地控制器接收第一数据(即，冷凝器空气入口温度测量值和操作参数，诸如开/关模式信息、期望的设定值信息、允许温度变化信息和环境温度信息)(框1201)；从冷藏储存集装箱的传感器接收第二数据(即，载货空间控制的温度信息和电力汲取信息)(框1202)；根据第一数据和第二数据来识别冷藏储存集装箱的电力消耗与冷藏储存集装箱的操作之间的相关性(框1203)；以及针对每个冷藏储存集装箱而基于该相关性来确定满足载货空间温度要求并使功率消耗和短期循环最小化的最优开关控制策略(框1204)。

根据实施方案，所述确定还可以基于以下至少一个或多个：冷藏储存集装箱中的一个或多个的学习时间常数；与一组冷藏储存集装箱的交互作用相关联的时间常数；以及对预期环境条件的了解。也就是说，如果随着时间的推移，发现冷藏储存集装箱20中的一个(或一组冷藏储存集装箱20)对其本地控制器30执行的控制响应更快，而另一个冷藏储存集装箱20响应缓慢，则监督控制器40可以推导出每个冷藏储存集装箱20的学习时间常数。此后，可以周期性地更新该学习时间常数，并结合对未来或预期环境条件(例如，天气、船上和船外温度、运输时间等)的了解一起使用，以调节开关控制策略的确定。

该方法还包括基于每个冷藏储存集装箱的最优开关控制策略来向本地控制器发出控制命令(框1205)。如果这些控制命令与驻留在本地控制器30中的控制算法分别冲突，则在某些情况下可以由本地控制器30超控这些控制命令。例如，如果图10和图11的实施方案的控制算法指定本地控制器30应该在时间t2时使冷凝器24循环打开，此时达到图10的t高极限，但监督控制器40的控制算法做出相反指定，则本地控制器30将超控监督控制器40的命令。

当与例如柴油发电机和燃料效率相关的附加数据可用时，监督控制器40还可优化发电机燃料消耗，同时基于对船上电气系统的整体考虑来保证货物可靠性。此类能量感知调度系统可以通过在低效部分负载条件下减少发电机操作、发电机(和冷藏箱)循环速率以及热空气再摄入来实现燃料节省。

监督控制器40用于通过协调多个冷藏储存集装箱20来使总电能使用最小化，同时将载货空间温度保持在可接受的范围内，以防止不需要的废热再摄入。此外，该解决方案通过在线学习系统行为并适应操作和环境变化来保证动态最优性能。

虽然仅结合有限数量的实施方案详细地提供了本公开，但应容易理解的是，本公开不限于这些公开的实施方案。相反，可以对本公开进行修改以并入之前未描述但与本公开的精神和范围相称的任何数量的变型、变更、替代或等效布置。另外，尽管已经描述了本公开的各种实施方案，但应当理解，示例性实施方案可仅包括所述示例性方面中的一些。因此，本公开不应被视为受到前述描述限制，而是仅受所附权利要求的范围限制。