专利名称：具有增加循环容量的装置的运输制冷系统的制作方法
技术领域：
本发明总的来说涉及运输制冷系统，特别是涉及具有加热和冷却循环的，采用热压缩机排气的这样一种系统。
用于调节卡车和拖车上货物温度的运输制冷系统具有冷却，保持和加热方式，加热方式包括一个加热循环，它用于控制货物温度达到一设定点以及为蒸发器蛇管除霜。当系统从冷却或保持方式转化到加热方式时，热压缩机排气可以通过适当的阀门装置从一个由冷凝器，储液罐、膨胀阀、蒸发器以及集液器组成的冷却通路转换到由压缩机蒸发器和集液器组成的通路。
在一个加热循环中，为了使更多的液体致冷剂得到有效的利用，在先有技术中正常的程序是给带有有热压缩机排气的储液罐加压以强迫液体致冷剂从储液罐排出进入致冷剂冷却通路。膨胀阀中的一个排放口在加热循环期间使该液体流入蒸发器以增加加热或除霜容量。
已转让给本发明的同一受让人的美国专利4，748，818在加热循环中通过去除至储液罐的压力管和将储液罐的输出连至集液器来对先有技术中正常程序进行改善。当使一些致冷剂从冷凝器流至储液罐的同时，我发现特别是在低环境温度，例如约低于-9.44℃(+15°F)时大量致冷剂仍然截留在冷凝器中。
简单地说，本发明是一个新改进了的运输制冷系统及其操作方法，它是对上述美国专利4，748，818的装置进行的改进。与4，748，818号专利相类似，本发明中，储液罐和集液器通过一个电磁阀以直接的液流通路连接，但是这种连接最初只是在一个加热循环开始前而作，而不是和加热循环同时进行。在这个通路建立以后，实际加热循环延迟预定的一段时间，在这期间来自压缩机的热气继续流至冷凝器。随着储液罐和集液器之间直接液流联系的建立，以及集液器压力低于储液罐输出压力的建立，在延迟时间内，射向冷凝器的热高压气体将冲洗截流在冷凝器中的液体致冷剂，迫使它们进入储液罐并且从储液罐到达集液器。
在该延迟时间段后，加热循环开始，此时，在加热和除霜循环过程中，集液器中的液体致冷剂，能充分地提供接近最大的热容量，即使在低环境温度下也是如此。
在本发明的最佳实施例中，在通过电磁阀分流到集液器的三通管之前，正常的冷凝器检查阀从冷凝器的输出口被移至储液罐的出口。人们发现在加热循环期间，膨胀阀打开并且使热致冷剂气体流入液体管，在那里热致冷剂气体冷凝并流回到储液罐。检查阀的新位置将防止液体致冷剂从液体管进入储液罐，该检查阀被称之为储液罐检查阀。
在最佳实施例中，以及在随后的加热循环期间，储液罐的输出和集液器的输入之间的直接液流通路在冲洗循环后被保持。通过保持从储液罐检查阀输出到集液器的流通通路，任何在液体管中的冷凝后的致冷剂容易返回集液器，使之可以用来增强加热循环。
通过阅读下面的详细描述，连同附图本发明将变得更明了，附图仅仅举例的形式表示，其中
图1描述了一个根据本发明的原理所建立的一个运输制冷系统;
图2是一个用于图1所示的运输制冷系统的冷却控制示意图;
图3描述了一个可被使用的图1的运输冷却系统的改型;
图4是一条曲线图，它描绘了在环境温度为-17.8℃(0°F)时，与根据本发明的原理建立的运输制冷系统相关的一些温度与时间的关系;以及图5是与图4类似的曲线，只是该曲线是根据本发明的原理建立的运输制冷系统在-28.89℃(-20°F)的环境下工作时的曲线。
前面所述的，转让给本申请同一受让人的美国专利4，748，818;3，219，102;4，325，224以及4，419，866详细描述了运输制冷系统，如果需要了解这种系统的详情可参供。
现在参照图1，显示了根据本发明的原理建立的运输制冷系统10，运输冷却系统10被安装在卡车或拖车的前壁12。冷却系统10包括一个封闭的液体致冷剂通路21，该通路包括一台致冷剂压缩机14，它由原动机，如由点划外形线10表示的内燃机。压缩机14的排放口通过一个排放工作阀20和热气导管或管道22连到一个三通阀18的入口。如果需要，具有加热和冷却位置的三通阀的功能可以通过分离的阀门完成。
三通阀18的输出口之一连接到冷凝器蛇管24的一个入口侧23。这个输出口用于三通阀18的冷却位置并被连接到第一冷却通路的压缩机14上。三通阀18的这个输出口也用于冲洗循环(flushing cycle)或方式，这将在下面解释。冷凝器蛇管24的一个出口侧25被连到一个储液罐26的入口侧27，储液罐26包括一个出口侧28，它可以包括一个工作阀(service valve)。在′818号专利中，位于冷凝器24出口侧25的单向冷凝器检查阀CV1被移到本发明储液罐26的出口侧28。这样检查阀CV1使液体只能从储液罐26的出口侧28流入液体管道32，同时防止液体致冷剂通过出口28流回到储液罐26。检查阀CV1的输出侧通过液体管道32与热交换器30连接，液体管道32包括脱水器34。
来自液体管道32的液体致冷剂通过热交换器30中的蛇管36继续流到膨胀阀38。膨胀阀38的出口连接到分配器40，该分配器分配致冷剂进入蒸发器蛇管42入口侧的入口中，蒸发器蛇管42的出口侧通过热交换器30连接到封闭的集液器44的入口侧。膨胀阀38由膨胀阀热泡46和均衡管48控制。集液器44中的气态致冷剂从集液器出口侧通过一根吸管50、一个吸管工作阀52和一个吸气调节阀54引入压缩机14的吸口。
在三通阀18的加热位置，一根热气管56通过位于蒸发器蛇管42下方的除霜盘状加热器58从三通阀18的第二出口延伸到蒸发器蛇管42的入口侧。作为用于膨胀阀38的一个排放口所需的一个气密塞，′866专利的图1所示，它通常是通过旁路和工作检查阀从热气管56延伸到储液罐26，但在本发明中被取消。
三通阀18包括一个活塞60，一个滑阀62和一个弹簧64，一根导管66连接活塞60的前部或弹簧侧，通过一个常规的闭合导向电磁阀PS到达压缩机14的进口侧，当电磁阀PS被关闭时，三通阀18由于弹簧偏压作用而处于冷却位置，以引导热、高压气体从压缩机14进入冷凝器蛇管24。在阀门室70中的一个排放孔68使来自压缩机14的压力向活塞60施加附加力以有助于保持阀门18处于冻却位置。冷凝器蛇管24使气体散热并将气体冷凝成低压液体。
当蒸发器42需要除霜，且要求加热方式使调温货物保持在恒温器设定点时，导向电磁阀PS经一个预定时间延迟后，通过一个冷却电子控制装置72提供的电压打开，正如下面将解释的那样。此时，活塞60的压力散失到系统的低压侧。然后，活塞60背侧的压力克服弹簧64施加的压力，由活塞60和滑阀62构成的组件动作，驱动三通阀18到其加热位置，此时向冷凝器24流动的致冷剂被关闭而可以使致冷剂向蒸发器42流动。用于操作电磁阀PS的适当的控制装置72示于本申请的图2，它将在下面描述。
三通阀18的加热位置将使来自压缩机14的热高压排放气体从第一或冷却方式致冷剂通路转换到包括导管56，除霜盘状加热器(defrost pan heater)58，分配器40和蒸发器蛇管42的第二或加热方式致冷剂通路。在加热方式期间，膨胀阀38被旁路。如果加热方式由一个除霜循环开始，一个蒸发器风扇(未示)将不动作，或如果风扇保持工作状态，一个空气闸(未示)将关闭以防止热空气被传送到供应空间。在一个加热循环期间，要求保持在一个恒温器设定点温度时，蒸发器风扇将动作并且任何空气闸保持打开。
除了取消从管56到储液罐26的气密塞，在检查阀CV1和液体管32之间，提供一个从位于集液器44入口侧的三通管77向位于储液罐26出口侧的三通管79延伸的管或导管76。管76包括一个常闭电磁阀78。在专利′818中所要求的，为了在冷环境温度下防止致冷剂从集液器44流向储液罐26，需在管76中设置一个检查阀，而在本发明中由于检查阀CV1的新位置，该检查阀成不需要了。
当加热方式控制装置72检测到需要进行加热循环，例如保持设定点，或启动除霜操作时，它将提供一个“热信号”HS，以激励一个输出导体80。
当导体80由热信号HS激励，在线路76中的电磁阀78立即被激励并且打开，以建立从液体管32到集液器44的输入口的液流通路。然而，由于一个常开时间延迟开关82位于加热方式控制装置72和导向电磁阀PS之间，导向电磁阀PS不立即被激励，当加热方式控制装置72激励导体80，时间延迟开关82立即开始按预先选定时间周期计时。经过由选择的时间周期给出的延时之后，时间延迟开关82关闭以激励导向电磁阀PS并且开始加热循环。
图2表示一个用作冷却控制装置72的典型示意图。一个恒温器84连接到一个电源的导线86和88之间，恒温器84响应于选择器90的一个给定点选择。导线88接地。恒温器84通过一个传感器94检测一个受控空间92的温度，并且受其响应通过一个热继电器1K和一个速度继电器2K启动高和低速加热和冷却循环。
当热继电器1K释放(去激励)，它表示需要一个冷却循环或方式，当热继电器1K激励，它表示需要进行一个加热循环或方式。热继电器1K包括一个与供电导线86及导线80和一端点HS连接的一个常开触点部件1K-1。HS端点提供前述热信号HS。时间延迟元件82和电磁阀78连接于端点HS和接地导线88之间。除了热继电器1K提供热信号HS，总的以96表示的一个除霜继电器和相关控制器控制常开触点D-1，该常开触点D-1与触点1K-1并联连接。因此，当控制器96检测出需要给蒸发器42除霜时，在控制器96中的除霜继电器将闭合触点D-1，并提供一个准确热信号HS。
当速度继电器2K被激励时，它选择一个原动机16的高速方式例如2200转/分，当它被释放时，它选择一个低速方式，例如1400转/分。速度继电器2K具有一个常开触点2K-1，当常开触点2K-1闭合时，它激励一个节流电磁阀TS，该节流电磁阀TS与如图1所示的原动机16相关联。
在由时间延迟功能元件82所提供的时间延迟周期期间，系统10处于将液体致冷剂从冷凝器24和储液罐26传送到集液器44的冲洗方式或循环状态。由于在冲洗循环期间，阀门18仍处于冷却位置，来自压缩机14的热、高压气态致冷剂被引入冷凝器24。随着管道76被打开以及在集液器44存在的相对低压，由于压差，基本上在冷凝器24中的所有液体致冷剂和在储液罐26中所有液体致冷剂流入集液器44。当离开检查阀CV1的液体致冷剂到达三通管79，它将是阻力最小的通路，流入存在于集液器44的系统低压侧而不是由三通管79和蒸发器蛇管42之间系统所表示的阻碍区。造成冷凝器和储液罐“冲洗”的压差，根据环境温度及所用致冷剂类型的不同，其变化范围在14磅/吋2至75磅/吋2之间。
实验中，在集液器44上安装一个特殊的观测计，可以发现在集液器44内的液体致冷剂的高度在冲洗工况时，可从几乎容器底部升至集液器44高度的1/2到2/3。
系统10在冷却循环时与先有技术中的运输制冷系统的操作相同。当冷却控制器72测出需要加热循环时，则提供一个准确的加热信号HS。加热信号HS使导线80激励，打开电磁阀78以打开管道76，同时导线80也激励时间延迟装置82。这样系统10就在冲洗方式下动作。当延迟结束时，导向电磁阀PS被激励，将阀18转至加热位置。电磁阀78在加热循环时保持被激励状态，从而为液体管32中的液体致冷剂提供一条返回集液器44的通路。
检查阀CVl阻止任何液体致冷剂重新进入储液罐26。可以发现膨胀阀38在加热循环时处于打开状态，允许热气态致冷剂进入液体管32并冷凝。若没有检查阀CV1，该液体致冷剂则返回储液罐26，引起每次加热循环之后热容量的降低。因此，检查阀CVl能阻止这种现象的发生。
如果阀78在加热循环时闭合，则会发生液体输送管充满液体，为防止之，阀78在加热循环时保持被激励状态并打开，从而为液体管32中的任何液体致冷剂提供一条返回集液器的通路。
延时开关82的延时周期应选定冲洗冷凝器24和储液罐26的液体致冷剂所需的时间量。该时间量取决于环境温度、冷凝器24的容量、管道76的直径以及电磁阀78的口径。已经发现当环境温度为-28.89℃至-17.8℃(-20°F-0°F)时，使用9磅的冷却剂R12管道76口径为6.35mm(0.25英寸)电磁阀78的口径为3.96mm(0.156英寸)时，大约2分钟的时间延迟是合适的。
由于唯一变化的因素是环境温度，因此，可以设定延时开关，使时间延迟与环境温度成正比，比如，在-9.44℃(+15°F)左右以上时没有时间延迟，在-28.89℃左右(-20°F)时时间延迟最大。
除了变化的时间延迟，还可以使时间延迟装置82仅仅在环境温度降到一个预定值，如-9.44℃(+15°F)以下时启动，时间延迟周期预先设定，如2分钟。图3即表示这样一个实施例，它使用一个具有常闭触点102和一个常开触点104的继电器100以及一个常开热控开关105，比如说，它只在当环境温度，为-9.44℃(+15°F)或更低时闭合，在其它温度下则打开。当环境温度高于-9.44℃(+15°F)时，触头102闭合，当控制器72激励导线80时，导向电磁阀PS和电磁阀78都同时被激励。当温度低于-9.44℃(+15°F)时，热控开关105闭合以激励继电器100、打开触点102并闭合触点104，启动时间延迟装置82。
对前面所述的先有技术装置与根据本发明原理建立的系统之间的实验进行比较其中两者均使用冷却剂R12，发现先有技术系统的容量在环境温度为-17.8℃(0°F)时，约为2700至5400BTU/HR，在-28.89℃(-20°F)时为0，此时系统恒温点设定为1.67℃(35°F)。一个类似于先有技术系统的系统，但按本发明的原理建立的系统，即包括一个在每次冷却循环之后及每次加热循环之前的冲洗循环，它在环境温度为-17.8℃(0°F)时热容量为15，700BTU/HR，在-28.89℃(-20°F)时热容量为15，000BTU/HR。
图4和图5是使用致冷剂R12的运输制冷系统效果的曲线图，该系统根据本发明的原理建立并在环境温度分别为-17.8℃(0°F)和-28.89℃(-20°F)下运行。该系统由一个恒温器84控制，它在一个控制的工作区域92内设定温度为+1.67℃(+35°F)。
在图4中，曲线106表示环境温度为-17.8℃(0°F)与时间(小时)的关系，曲线108示出工作区域92的温度与时间的关系，曲线110表示进入运输制冷系统蒸发器的空气温度与离开该蒸发器的空气温度之差，在曲线零位之上的温差或“△”表示输出空气温度低于输入空气，也即，表示一个冷却循环;在零位之下的△(delta)表示输出空气温度高于输入空气，即表示一个加热循环。工作区域的初始温度为-17.8℃(0°F)，此时系统处于高速加热方式直至达到点112，之后系统转换为低速加热方式。在点114，系统转换为低速冷却方式，然后在低速加热和低速冷却之间循环，以保持设定的温度+1.67℃(+35°F)。曲线110所表示的蒸发器进气温度与排气温度之间的温差或△(delta)表示本发明的效果，而根据先有技术的系统，在环境温度为-9.44℃(+15°F)或以下时其热容量在每次冷却循环之后降低，这表明有致冷剂截留在冷凝器内。峰值116表示冷却循环，低谷118表示加热循环。基本上恒定的谷值118表明热容量在循环过程中基本上恒定。
在图5中，曲线120表示大致为-28.89℃(-20°F)的环境温度与时间(小时)的关系，曲线122表示工作区域内的温度，曲线124表示蒸发器△(delta)。工作区域内的温度起始于-26.12℃(-15°F)，并使系统在高速加热方式下运行直至达到点126，此时压缩机原动机16转换为低速。该系统保持低速加热直至达到点128，此时转换为低速冷却。在点130处，系统又转换为低速加热，之后在低速加热与低速冷却之间循环。蒸发器曲线124上的峰值132表示冷却循环，谷值134表示加热循环。请注意，谷值134在每次冷却循环之后又返回至基本上同样的低谷，这再一次表明在每次冷却循环之后没有明显的热容量损失。
权利要求
1.在一种运输制冷系统(10)中，通过加热和冷却循环保持一个设定的温度(90)，它具有一个包括压缩机(14)，一个冷凝器(24)，一个储液罐(26)，一个蒸发器(42)，以及一个集液器(44)的致冷剂通路(21)，具有加热和冷却位置的方式选择器阀门装置(PS和18)，以及用于当检测出需要加热循环时提供加热信号(HS)的控制装置(72)，其特征在于装置(78)响应于以直流液流通路连接储液罐和集液器的加热信号，时间延迟装置(82)，响应于上述加热信号，它在一个预定的时间延迟之后驱动上述方式选择器阀门装置由冷却位置转换为加热位置。在每次加热循环之前进行冷凝器冲洗，迫使截留在冷凝器内的液体致冷剂通过储液罐流至集液器，从而增加了系统的热容量。
2.根据权利要求1的运输制冷系统，其中，储液罐有一个与冷凝器相连的进口(27)及一个出口(28)，并设置一个检查阀(CV1)用于防止致冷剂流入储液罐出口。
3.根据权利要求2的运输制冷系统，其中，加热信号在时间延迟结束后仍然保持，响应于以直接液流通路连接储液罐和集液器的加热信号的装置，在时间延迟结束后的加热循环过程中保持上述储液罐与集液器的连接。
4.根据权利要求1的运输制冷系统，它包括当环境温度低于预定值时，可提供一个环境温度信号的装置(105)，同时延时装置进一步响应上述环境温度信号，它只有当环境温度信号出现时才通过转换方式选择器阀门提供一个预定的时间延迟。
5.一种改进运输制冷系统(10)的热容量的方法，通过加热和冷却循环在一个工作区域(92)内保持选定的温度点(90)，它包括一个致冷剂通路(21)，该通路包括压缩机(14)、冷凝器(24)，储液罐(26)，蒸发器(42)，及集液器(44)，能通过操作以启动经选择的加热或冷却循环之一的方式选择器阀门装置(18)，其特征在于如下步骤当冷却循环过程中检测出需要加热循环时提供一个加热信号(HS)，当加热信号出现时，以直接液流通路连接方式连接(78)储液罐和集液器，响应于该加热信号，开始(82)一个预定的定时周期;在上述定时周期内，保持方式选择器阀门装置处于冷却循环状态;在上述定时周期结束时，操作(PS)方式选择器阀门装置以选择加热循环，在延时周期内继续冷却循环，而储液罐与集液器相连，迫使冷凝器内的液体致冷剂返回集液器为加热循环时备用。
6.权利要求5所述的方法，包括防止(CV1)非来自冷凝器的致冷剂流入储液罐的步骤。
7.权利要求6所述的方法，包括保持储液罐与集液器在加热循环期间的连接，以将任何可能从蒸发器返流回储液罐的液体致冷剂送回集液器的步骤。
8.权利要求5所述的方法，包括当环境温度低于预定值时提供(105)一个环境温度信号的步骤，其中，当没有上述环境温度信号的情况下提供一个加热信号时，立即启动方式选择阀门装置以选择加热循环的步骤，只有当上述环境温度信号出现时，才提供上述连接、开始和保持步骤。
全文摘要
一种运输制冷系统(10)，它包括一个压缩机(14)，一个冷凝器(24)，一个储液罐(26)，一个蒸发器(42)，一个集液器(44)，以及一个可分别启动加热和冷却循环的控制阀(18)。在每次加热循环之前，加热循环的热容量通过将储液罐出口(28)与集液器入口(77)相连而得到增加，同时保持控制阀处于冷却状态达一个预定的时间延迟(82)。
文档编号F25D11/00GK1051973SQ9010205
公开日1991年6月5日 申请日期1990年4月13日 优先权日1989年4月14日
发明者戴维·乔恩·雷克恩 申请人:塞梅尔金公司