专利名称：用于冷板制冷系统的车辆一体式供电和控制方案的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于冷板制冷系统的车辆一体式供电和控制方案。
背景技术：
诸如中型或重型卡车的商业机动车辆有时用于运载诸如食物的易腐烂物品。对这些易腐烂物品保鲜的方法之一是使用“冷板”技术。“冷板”制冷依赖充满具有预定冷冻点的溶液的铝或其它金属容器(冷板)。在车辆运行之前，通常头天晚上，车辆车载制冷剂压缩机运行以使冷板达到冷冻状态。然后车辆通常在早上启程进行其运送循环。将冷冻的货物维持在适当的温度直到冷板溶液解冻。与“常规”车辆制冷(“冷藏车”)系统相比时，冷板制冷非常可靠、有能量效率(因为使用115V交流或类似有效电流)、有成本效益、且能够保持相对精确的温度(对于牛奶和温度敏感食物很理想)。冷板制冷系统的主要限制是可使用操作时间在冷板溶液解冻之前的运送的可用时间...通常将车辆使用限制到单班运行。
本专利描述的用于冷板制冷系统的车辆一体式供电和控制方案提供了有成本效益的车辆一体式供电和控制，以长期地将冷板溶液保持在冷冻点而没有过多的温度偏离，同时当车辆不运行时允许使用有成本效益的且已经可用的115V AC或类似的“岸电(Shore Power)”。
发明内容
本发明涉及一种用于机动车辆冷板制冷系统的车辆一体式供电和控制方案。该系统实质上是一种混合式制冷系统，其包括常规冷板冷却系统以及当冷板失去一些冷却能力时将对冷板供能的车载制冷系统。该系统需要最小的发电机能力，因为车载一体式系统具有低电力拉动逐渐地启动的可变速压缩机。当车辆使用时，压缩机将仅在如果剩余冷却效果从冷板消失时运行，因此称为混合式效果。在车辆返回到其总部之后，具有切换能力以连接岸电线路并从岸电或其它固定电源运行压缩机。
本发明的其它目的和优点将在精读其详细说明和观察附图后显现出来，其中图1是用于根据本发明制造的冷板制冷系统的车辆一体式供电和控制方案的框图。
图2是具有图1所示的用于冷板制冷系统的车辆一体式供电和控制方案的移动车辆。
具体实施例方式
配置在卡车应用中的制冷系统通常落入三种类别。第一类是具有由小型柴油机驱动的制冷剂压缩机的那些，通常用于拖拉机拖车应用，其中拖车必须能够通过使用小型柴油机或通过连接到静止岸电，通常从240VAC，60Hz电源而独立式运行。
第二类卡车制冷系统是具有由车辆原动力发动机驱动的制冷剂压缩机的那些，通常用于等级4和5的卡车。这些车辆没有装备拖车且没有独立式运行的需要。对于这些应用，制冷通过车辆发动机的连续运行保持。用这些单元从岸电运行是可行的。但是，考虑到成本和重量，大部分没有装备该选项。
第三类卡车制冷系统是车辆上装有“冷板”制冷系统的那些。对于这些应用，制冷系统由充满设计成在特定(针对的应用)温度冷冻的溶液的铝容器组成。通常在车辆开始运行之前使“冷板”达到它们的冷冻温度，且很好地保持温度直到溶液的潜热由于冷冻溶液的解冻而丧失。“冷板”通常设计成运行几个小时。通过定义，不使用车辆电力；但是通常使用岸电驱动车载制冷剂压缩机以使“冷板”达到它们的预期冷冻状态。
每个系统具有的优点和缺点很大程度上决定了每个系统应用的界限和范围。适于进行一些正面和反面的讨论。由小型柴油机驱动的冷藏库系统是自包含的且提供独立式运行。但是，该系统昂贵、给车辆增加了显著的重量，具有不合要求的失效机理(温度可能偏离要求而没有标志信息)，以及与卡车维护周期不同的维护要求。未来需求呈现另外的显著问题。这些问题包括与小型发动机无效率相关联的燃油成本以及指示小型柴油机将需要排气后处理系统的排放控制要求，此外还包括复杂的成本和维护。
压缩机安装在发动机上的、具有制冷剂“分开系统”的车辆与使用小型柴油机的系统相比是有成本效益的。但是，因为压缩机是安装在发动机上的，由于尺寸限制具有能力限制，系统安装复杂，并存在类似的失效机理。至于以后需求，需要发动机运行的系统具有关于燃油成本的显著缺点和预期的空转降低要求。
具有“冷板”技术的车辆具有关于车载电力、温度控制、和失效机理的明显优点。展望未来，这些系统具有在燃油使用、排放控制、和空转降低方面的潜在显著优点。但是，运行循环中的限制对于很多应用是显著的生产率方面缺点。该制冷系统运行直到冷板介质发生解冻，在该点有必要使用多小时的岸电来恢复该系统。冷板系统通常用车载制冷压缩机构成。这些单元小于那些用在分开系统或柴油驱动单元中的那些单元。压缩机大小在1.5马力(相当于1500瓦)范围内。车辆电力是不兼容的，因为其以14V DC传输并通常在1500瓦范围内不具有额外能力。
图1和2示出了具有用于安装的冷板制冷系统的车辆一体式供电和控制方案的车辆。车辆底盘101机械地接合到用于驾驶员和乘客的驾驶舱103。车辆底盘101可用于中型或重型卡车，例如冰淇淋或食物运输卡车。底盘101具有用于产生机械功的发动机131。发动机131机械地接合以运行直流(DC)发电机111。发电机111由发动机131直接驱动或通过皮带传动130间接驱动。该发动机131接合以向车辆101的传动系统132供应机械能。该传动系统132机械地接合到动力传动系统133，该动力传动系统133又接合到用于车轮135运行的驱动轴134。发电机111电气地接合到电力转换器，例如用于将DC电转换成AC电的逆变器。
车辆底盘101接合到冷藏箱卡车本体102上。冷藏箱卡车本体102用于诸如食物和乳制品的易腐烂物品的储存和运输。冷藏箱102是隔热的且通过一个或多个冷板122保持在冷却温度。在一实施例中这些冷板122可以是低共溶冷板。低共溶冷板包含低共溶混合物，其是两种或多种成分的混合物，其具有比其组分低的熔点。常用的低共溶混合物是盐水。盐水具有低于32华氏度的冷冻点。其它低共溶混合物可以是防冷冻物和水。冷板122安装在冷藏本体顶棚和/或内壁上。在白天，冷板用作野外冷却器内的纯冰包并吸收热量。在现有技术设计中，压缩机/冷凝单元被插上岸电。制冷剂在约8小时内通过冷板冷冻盐水或其它低共溶溶液。早上，现有技术系统的驾驶员将拔下插头且低共溶溶液将随着它在白天熔化而失去热量。在图1和2中示出的车辆101中，冷板122可通过压缩机和冷凝单元的岸电通电而在头天晚上冷却或由于下文中所述车载电力系统在白天冷却。
车载冷却系统由经过冷板122的制冷环路组成。经过或流经冷板122已经沸腾并膨胀的制冷剂流出冷板122，并通过管道或管路到达压缩机104。压缩机104压缩高温制冷剂并然后将其经过冷凝器112。制冷剂在冷凝器112内由于风机103的运行而冷却。然后制冷剂从冷凝器112作为次级冷却液体通过到冷板122入口的膨胀阀110。随着制冷剂经过冷板122而沸腾或膨胀，冷板冷却，且如果使用低共溶混合物，低共溶混合物冷冻。冷板122附近的区域被包含并用作常规蒸发器或冷冻单元。实际上以下讨论的控制方案也可用于以上段落8描述的具有连续运行制冷循环系统。
压缩机104可通过电力经过的软启动(soft start)电路105运行。软启动电路105可以以较低电压或较低频率启动压缩机104。缓慢提高电压或频率以将压缩机104速度增加到制冷循环可开始冷却冷板122的点。软启动电路105降低了启动电流和常规压缩机用岸电启动时其发生的起始功率拉动。压缩机104可以是变速压缩机。电力可从岸电151(常规方法)或从发动机131驱动发电机111通入软启动电路105和/或压缩机104。发电机111的DC输出在逆变器中转换成AC电力。岸电151和发电机/逆变器输出都电气地接合到开关119上。可手动地操作开关119以选择岸电151或发电机111/逆变器109输入。在替换情况中，开关119可自动地应用发电机/逆变器，除非插入岸电151。不考虑输入源，开关119的输出到达装进软启动电路105的温度控制器106。温度控制器106接受来自嵌入冷板122或在冷板122附近的温度传感器118的数据。当温度传感器118显示冷板温度上升时，温度控制器106给软启动电路105通电，从而给压缩机104通电以启动制冷剂循环来冷却冷板122。
因为电功率是电压和电流的乘积，可通过改变车辆交流发电机的励磁以产生更高的电压来产生足够的功率，且如果电压在交流发电机线圈的绝缘能力内，则可保持输出电流水平，因为线规和基本交流发电机设计是不受影响的。与14VDC下可得的功率相比，在50伏范围内输出的操作将允许传输大约三倍的功率。然后更高的电压输出必须转换成有用的功率需要变压器来为卡车电气系统传输14V DC，且需要逆变器109级来提供115V AC、60Hz的功率。
用于车辆应用的压缩机104的运行和冷板122温度控制是独特的并在以下讨论。压缩机104启动是有问题的，因为需要很高的功率水平来克服电动机启动电流并提供足够的旋转来克服制冷剂气压。一种技术方案是使用高能力逆变器；例如，10KW机器来启动1.5马力的压缩机。该技术方案不太经济因为在该应用中没有使用逆变器的额外能力。较佳地技术方案是将逆变器输出维持在适当的功率水平并对系统增加“软启动”能力，其中当启动运行或提供降低的启动电压时使用软启动能力(导致压缩机电动机滑移以产生增加的扭矩而没有高水平的初始功率)，或者通过维持电压水平同时向压缩机电动机提供可变频率输出，因此零速以额定电压启动电动机，以然后将功率维持在逆变器预期范围内的速率增加速度。
软启动能力也可用于岸电以允许压缩机使用已经可用的120V AC，20Amp电气服务来启动，是空转降低的重要因素。有了可用的车载电压，冷板温度控制具有独特的时机。运行制冷剂压缩机的车载电力启动以允许系统最好地使用冷板溶液潜热能力的方式来维持冷板温度。冷板将装备有定位成检测介质温度的温度传感器。在典型操作中，首先用岸电来使介质到达冷冻状态。然后车辆冷藏箱装上冷冻的货物，且卡车准备运行。
然后车辆出发。车载压缩机直到温度传感器指示冷冻的冷板溶液解冻时才运行。当达到这种情况时，启动压缩机运行并持续到温度传感器指示介质已经恢复到冷冻状态。然后，不再需要压缩机继续运行。
具有所述冷板温度控制，必须建立温度滞后现象范围来适应温度传感器的精确性来避免压缩机循环同时将冷冻的货物保持在其必要的温度范围内。例如，具有20华氏度冷冻温度的冷板介质将编制成在22华氏度时启动压缩机运行，在测得的温度降到18华氏度时停止压缩机运行。
对大多数应用，压缩机功能的所述滞后控制是足够的且有成本效益的。但是，应当注意使用压缩机电动机的可变频率驱动，可以以仅对介质维持冷冻温度的方式建立转速。相比常规制冷系统所述系统具有两个显著的优点(1)通过冷板介质的冷冻温度维持货物温度，因此提供温度精确度(对食物质量很重要)并在控制系统或电力失效情况下避免失效和货物损坏。(2)系统尺寸和功率要求比常规制冷达到的要小，具有更好的功率(燃油经济)效率。冷板允许使用岸电进行能量储存，然后冷板定尺寸成正常期间的运行，当需要时用车载电力进行来允许延长运行，且当车辆远离其总部时允许使用“普通”115VAC，20Amp岸电。
如上所述，本发明用于冷板制冷系统的车辆一体式供电和控制方案和制造有该系统的车辆提供了许多优点，以上已经描述了其中一些优点，且另一些是本发明固有的。此外还可对本发明用于冷板制冷系统的车辆一体式供电和控制方案和制造有该系统的车辆进行更改而不偏离在此的讲述。
权利要求
1.一种机动车辆，包括接合到驾驶室的车辆底盘；所述车辆底盘具有用于产生机械能的发动机；所述发动机被机械地接合以运行接合到所述底盘的直流发电机；所述发动机被接合以向传动系统供应机械能，且所述传动系统被机械地接合到动力传动系统，所述动力传动系统又接合到用于运转车轮的驱动轴；所述发电机电气地接合到用于将直流电转换成交流电的电力转换器；接合到所述底盘的冷藏箱卡车本体；所述冷藏箱卡车本体具有维持所述冷藏箱内的冷却的至少一个冷板；经过所述冷板附近并用于冷却所述冷板的车载制冷环路；所述制冷环路具有从所述冷板的出口通向交流电压缩机的入口的管道；所述压缩机的输出，通到冷凝器的输入；所述冷凝器的输出，通向所述冷板附近的管道的入口膨胀机构；所述压缩机具有通过开关供应的电力，所述开关具有来自所连接的岸电插头和来自所述电力转换器输出的输入；以及所述开关允许所述岸电或所述电力转换器输出之一提供用于运转所述压缩机的电力。
2.如权利要求1所述的机动车辆，其特征在于所述开关具有自动模式，除非插入岸电，该模式应用所述转换器输出来向所述压缩机供电。
3.如权利要求2所述的机动车辆，其特征在于，所述电力转换器是用于将直流电转换成交流电的逆变器。
4.如权利要求1所述的机动车辆，其特征在于所述压缩机通过一软启动电路运行，电力通过所述软启动电路从所述开关通入。
5.如权利要求4所述的机动车辆，其特征在于所述软启动电路以降低的电压启动所述压缩机，且所述软启动电路缓慢地升高电压，以将压缩机速度增加到制冷循环可以开始冷却所述冷板的点。
6.如权利要求4所述的机动车辆，其特征在于所述软启动电路以较低的频率启动所述压缩机，且所述软启动电路缓慢地升高频率，以将压缩机速度增加到制冷循环可以开始冷却所述冷板的点。
7.如权利要求5所述的机动车辆，其特征在于一温度控制器根据检测到的所述冷板内的状态变化来控制所述软启动电路以启动所述压缩机；以及在所述冷板附近的一温度传感器向温度控制器的启动逻辑电路提供数据以启动所述软启动电路。
8.如权利要求6所述的机动车辆，其特征在于一温度控制器根据检测到的所述冷板内的状态变化来控制所述软启动电路以启动所述压缩机；以及在所述冷板附近的一温度传感器向温度控制器的启动逻辑电路提供数据以启动所述软启动电路。
9.一种机动车辆，包括接合到驾驶室的车辆底盘；所述车辆底盘具有用于产生机械能的发动机；所述发动机被机械地接合以运行接合到所述底盘的直流发电机；所述发动机被接合以向传动系统供应机械能，且所述传动系统被机械地接合到动力传动系统，所述动力传动系统又接合到用于运转车轮的驱动轴；所述发电机电气地接合到用于将直流电转换成交流电的电力转换器；接合到所述底盘的冷藏箱卡车本体；所述冷藏箱卡车本体具有维持所述冷藏箱内的冷却的至少一个冷板；经过所述冷板附近的车载制冷环路；所述制冷环路具有从所述冷板的出口通向交流电压缩机的入口的管道；所述压缩机的输出，通到冷凝器的输入；所述冷凝器的输出，通向所述冷板附近的管道的入口膨胀机构；以及所述压缩机具有从所述电力转换器输出供应的电力。
10.如权利要求9所述的机动车辆，其特征在于所述压缩机通过一软启动电路运行，电力通过所述软启动电路从所述电力转换器通入。
11.如权利要求10所述的机动车辆，其特征在于所述软启动电路以降低的电压启动所述压缩机，且所述软启动电路缓慢地升高电压，以将压缩机速度增加到制冷循环可以开始冷却所述冷板的点。
12.如权利要求10所述的机动车辆，其特征在于所述软启动电路以较低的频率启动所述压缩机，且所述软启动电路缓慢地升高频率，以将压缩机速度增加到制冷循环可以开始冷却所述冷板的点。
13.如权利要求11所述的机动车辆，其特征在于一温度控制器根据检测到的所述冷板内的状态变化来控制所述软启动电路以启动所述压缩机；以及在所述冷板附近的一温度传感器向温度控制器的启动逻辑电路提供数据以启动所述软启动电路。
14.如权利要求12所述的机动车辆，其特征在于一温度控制器根据检测到的所述冷板内的状态变化来控制所述软启动电路以启动所述压缩机；以及在所述冷板附近的一温度传感器向温度控制器的启动逻辑电路提供数据以启动所述软启动电路。
15.一种机动车辆，包括接合到驾驶室的车辆底盘；所述车辆底盘具有用于产生机械能的发动机；所述发动机被机械地接合以运行接合到所述底盘的直流发电机；所述发动机被接合以向传动系统供应机械能，且所述传动系统被机械地接合到动力传动系统，所述动力传动系统又接合到用于运转车轮的驱动轴；所述发电机电气地接合到用于将直流电转换成交流电的电力转换器；接合到所述底盘的冷藏箱卡车本体；所述冷藏箱卡车本体具有维持所述冷藏箱内的冷却的车载制冷环路；所述车载制冷环路具有从常规蒸发器出口通向交流电压缩机的入口的管道；所述压缩机的输出，通到冷凝器的输入；所述冷凝器的输出，通向所述常规蒸发器入口内的管道的入口膨胀机构；所述压缩机具有从所述电力转换器的输出供应的电力；以及所述压缩机通过一软启动电路运行，电力通过所述软启动电路从所述电力转换器通入。
16.如权利要求15所述的机动车辆，其特征在于所述软启动电路以降低的电压启动所述压缩机，且所述软启动电路缓慢地升高电压，以将压缩机速度增加到制冷循环可以开始冷却所述冷板的点。
17.如权利要求15所述的机动车辆，其特征在于所述软启动电路以较低的频率启动所述压缩机，且所述软启动电路缓慢地升高频率，以将压缩机速度增加到制冷循环可以开始冷却所述冷板的点。
18.如权利要求1所述的机动车辆，其特征在于，所述压缩机是变速压缩机。
19.如权利要求10所述的机动车辆，其特征在于，所述压缩机是变速压缩机。
全文摘要
一种用于机动车辆冷板制冷系统的车辆一体式供电和控制方案。该系统实质上是一种混合式制冷系统，其包括常规冷板冷却系统以及当冷板失去一些冷却能力时将对冷板供能的车载制冷系统。该系统需要最小的发电机能力，因为车载一体式系统具有低电力拉动逐渐地启动的可变速压缩机。当车辆使用时，压缩机将仅在如果剩余冷却效果从冷板消失时运行，因此称为混合式效果。在车辆返回到其总部之后，有能力连接岸电线路并用岸电运行压缩机。
文档编号B60H1/32GK101043141SQ20071008775
公开日2007年9月26日 申请日期2007年3月9日 优先权日2006年3月10日
发明者G·拉森 申请人:万国卡车知识产权有限公司