对集装箱的气候控制系统在服务中进行测试的方法
【专利摘要】对货物联运中使用的、带有气候控制系统的集装箱进行的服务中诊断测试，包括在可能预先安排的时刻对气候控制系统的功能进行自动测试，所述时刻可取决于自最近一次行前检查起过去的时期。根据本发明，服务中诊断测试是在集装箱预计到达目的地之前、在从起点到目的地的运输期间对装载有货物的集装箱所进行的，因此从服务中诊断测试得到的批准结果是新的且更新了的。将服务中诊断测试的结果无线发送至管理大量集装箱并分配运输任务的中央设施的接收器，并可停止使用未通过服务中诊断测试的集装箱，对其进行保养和维修。
【专利说明】对集装箱的气候控制系统在服务中进行测试的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及货物联运，所述货物联运与采用如铁路、轮船和卡车等多种运输模式来运输联运集装箱或车辆中的货物有关。特别地，本发明涉及对货物联运中使用的气候控制系统的集装箱进行行前检查，其中例如运输有对气候敏感的货物。行前检查包括在将货物装入集装箱之前，检查和测试集装箱的结构部件及其气候控制系统，其目的在于，确保所使用的仅是那些符合特定质量标准的集装箱(由合格的行前检查报告来证明)，特别地，所述集装箱将在装载有货物的情况下在包括下一行程的至少一段时期内有期望的表现。
【背景技术】
[0002]运输和储存对温度敏感的货物一段时间，可能需要控制货物装载所在的空间内的气候。气候控制包括将货物的温度和集装箱内的空气湿度控制在可接受的限度内。温度控制包括采用制冷或制热将货物的温度控制在可接受的范围内，并使温度保持在该范围内。气候控制也可以包括控制货物装载所在的空间内的空气的组成和湿度。
[0003]对温度敏感的货物的温度应当保持在预定的可接受的限度内。一些货物必须保持在冻结状态，并且该冻结货物任何一部分的温度都必须保持为低于预定的冻结温度，所述冻结温度取决于该货物，例如，-18°C (即0.4华氏度)以下或更低，而例如新鲜水果以及蔬菜等商品应当保持冷藏，而不是冷冻，以保持新鲜。
[0004]在制冷系统运行期间，水蒸气将在蒸发器上冷凝并形成冰层，该冰层将会降低蒸发器以及制冷系统的工作效率。积冰是通过运行除霜周期来除去的。传统地，可以根据货物性质和自其装载到集装箱后的时间而确定时间间隔、或预定时间表来启动除霜周期，或者根据实际得出的需求来除霜。
[0005]一些货物需要将相对湿度保持在可接受的限度内。有些货物对高温或低温敏感，而有些货物对温度相对不敏感。这种产品的例子包括电子以及光学产品、科学仪器、机械和金属，如在相对湿度太高时可能会腐蚀的钢和铁，以及通过保持低的相对湿度能防止真菌生长的服装和其他纺织品。
[0006]对于对温度敏感的货物，如冷藏和冷冻货物，将货物保持在可接受的温度范围内是极为重要的，因为如果不这样做，货物可能会变质进而变得一文不值。
[0007]因此，通常会进行集装箱的行前检查(pre-trip inspect1n, PTI),其中，检查和测试集装箱的结构和功能部件，其目的在于，确保集装箱能够在至少一个以上行程中在装载有货物的情况下正常运行。
[0008]装载有货物的集装箱被运输到目的地，在目的地货物从集装箱中被移出。然后，可将空的集装箱运输至检查设施处，在那里对空的集装箱进行行前检查。在必须进行新的行前检查之前，允许通过了行前检查、符合质量标准的集装箱继续使用一段时间。这一批准记录在合格的行前检查报告中，大部分保险公司在发货前需要这一检查报告。不符合质量标准的集装箱将不能收到合格的行前检查报告，并且不允许被继续使用，因此，需要采取适当的措施来恢复质量，例如通过维修或调整。这样的过程是耗时的。
【发明内容】
[0009]行前检查包括检查集装箱的结构部件的完整性和可能的机械损伤，这一检查包括目视检查。
[0010]本发明的服务中诊断测试包括在可能预先安排的时刻自动测试气候控制系统的性能，该预先安排的时刻可以取决于进行最近一次行前检查的时间段，或者，所述服务中诊断测试可被安排为在预计抵达目的地之前、在自起点到目的地的运输期间内执行，以使来自服务中诊断测试的合格行前检查报告是新的且更新了的。于是，可以有利地在集装箱内有货物时实行服务中诊断测试。
[0011]当进行服务中诊断测试后，测试的结果以行前检查报告形式存储在控制器的内存里以便后续检索。在本发明一实施例中，服务中诊断测试的结果由气候控制系统的控制器无线地(例如通过卫星或蜂窝电话网络)传输至位于管理大量集装箱并分配给各个集装箱运输任务的操作器中央设施处的接收器，。中央设施可以是陆基保养和服务设施，和/或将集装箱分配给特定任务的场所，或者，当集装箱在船上时，中央设施可以是船上服务设施，在那里从多个集装箱或从能在船上进行维修或保养的场所收集检查数据，并将其发送给陆基设施。
[0012]因此，在中央设施处，将会知道哪些集装箱可以被允许进一步使用，哪些需要保养和维修。从而，在到达目的地之前便识别出未通过服务中诊断测试、需要保养和维修的集装箱，并能够提前采取适当的行动，使这种集装箱在到达其目的地并清空后立刻退出使用。
[0013]本发明的其他方面将通过详细描述和附图进行进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为用于货物运输的集装箱的透视图；
图2为与图1中的集装箱一起使用的制冷系统的示意图。
【具体实施方式】
[0015]在详细阐述本发明的任何实施例之前，应当理解，本发明并不限于本申请中以下说明书或附图中给出的构建和部件设置的细节。本发明能够是其他实施例，并能够以各种方式来实践或实施。
[0016]图1为集装箱100的透视图，该集装箱100可用于运输各种类型的货物。连接至该集装箱的一个端部的是气候控制系统10，例如制冷系统，其用于控制集装箱100内部的气候，包括例如温度和湿度水平。替代性地，集装箱100可以是拖车、火车车厢、直卡车的载货空间或者用于货物运输的其他存储室。
[0017]图2为制冷系统10的示意图，该制冷系统10包括除湿系统。图示实施例包括具有压缩机20的制冷系统10，运转中的所述压缩机20对气候控制系统10中使用的流体制冷剂进行压缩。压缩后的热制冷剂从压缩机20通过导管21和31传输至冷凝器30中，在冷凝器30中，热能从制冷剂中散发出去。图示的冷凝器30为风扇辅助的，冷凝并冷却的制冷剂通过导管32离开冷凝器30并进入接收罐33中。如果需要使制冷剂进行额外的冷却，例如，充足的空气冷却是不够的，则可以使用可选择的水冷式冷凝器30’(虚线方框中所示)。冷凝的制冷剂从接收罐33 (或可选地，水冷式冷凝器30’)中通过导管34 (例如，液体管线)穿过干燥油过滤器35传输至节能器热交换器40，并通过导管41和热力膨胀阀42到达蒸发器50中。风扇55使空气沿箭头所示的方向穿过蒸发器55并穿过集装箱100的内部。
[0018]蒸发器50具有第一部分102和第二部分104。蒸发器50为管片式热交换器。位于第一部分102和第二部分104中的制冷剂到达排放点105处，制冷剂在排放点105处离开蒸发器50并通过回流管22返回至压缩机20中。
[0019]气候控制系统10具有第一分配器51和第二分配器52，连接每个分配器以从导管41和热力膨胀阀42接收冷却的压缩制冷剂。第一分配器51也可以通过导管56接收制冷齐U，并将制冷剂送至蒸发器50的第一部分102的管道中，而第二分配器52将制冷剂送至蒸发器50的第二部分104的管道内。控制阀53和54控制流入各个分配器51和52的制冷剂的流量。导管56将第二控制阀54的出口与第一分配器51的进口连接起来。附图标记21，22，31，32，34，41和56表示用于传导制冷剂的管道。
[0020]控制器110控制气候控制系统10的运行。温度敏感元件108测量集装箱100内部的温度，并将代表温度的信号转达至控制器110。设置在蒸发器50附近的电加热元件60用于除霜和加热。设置湿度传感器106以感测集装箱100内的空气的相对湿度，并输出相应的信号至控制器110，以确定相对湿度是否在可接受的限度之内。
[0021]本发明的服务中诊断测试包括自动测试气候控制系统10及其各个部件在一时刻的功能，该时刻是可以预先安排的，或者可以取决于前次或最近一次行前检查的时间段。
[0022]对服务中诊断测试中要测试的每个部件在一时刻进行测试，其中该测试不干预气候控制系统的正常运行，或者，该测试对正常运行的影响是可知的，可以进行补偿的或忽略不计的。
[0023]在根据本发明的服务中诊断测试中，气候控制系统的各个部件的功率消耗是确定的，优选地，在激活状态和非激活状态都是确定的，其中，将所确定的功率消耗与额定值进行比较。偏离额定值过大可能表明部件故障，应当进行相应的处理。
[0024]A.在气候控制系统10的无活动状态中，或者未预期有任何活动时，服务中诊断测试不仅可以包括观察气候控制系统作为一个整体的功率消耗，而且还包括观察该系统的各个部件的功率消耗。在这种状态下，仅预期到控制器110和可能少数的其他待机部件的消耗能量。如果总功率消耗低于预定阈值，则该部分服务中诊断测试通过。另一方面，如果总功率消耗高于预定阈值，则该部分服务中诊断测试不可通过，并且可以启动进一步的测试，以确定消耗了多于预期的和可接受的能量的一个或多个部件。
[0025]在气候控制系统10的无活动状态中，可以确定电源的电压和频率，从而可以确定和记录电源的质量。
[0026]B.加热器60用于蒸发器的除霜，同时，停用与除霜无关的部件，确定加热器30的功率消耗，并将其与其额定功耗值相比较。可能地，可以使用温度敏感元件108以证明如预期的那样实际产生了热量。此处，也可以确定电源的电压和频率，从而确定和记录电源的质量。
[0027]C.冷凝器30具有马达驱动的风扇，该风扇吹送空气经冷凝器盘管，以移除该盘管处的热量。当气候控制系统激活时，冷凝器风扇启动，并且在此期间可以确定冷凝器风扇的功率消耗。也可以应用空气流量传感器，以确定冷凝器风扇实际产生了气流。替代性地，冷凝器风扇可以在气候控制系统的无活动状态或者在除霜期间启动。
[0028]D.温度传感器(未图示)设置为与冷凝器连接，以感测环境温度以及冷凝器盘管的温度。为了验证这两个温度传感器的(相对)精度，当停用压缩机时，例如在除霜期间，启动冷凝器风扇。这将导致冷凝器盘管呈现环境温度，因此两个温度传感器的读数应当是相同的或者接近相同。如果不是这样的情况，则可以采取交换一个或两个传感器的纠正措施，或者当确定两个温度之间的差异时，将读数的差异考虑进去。
[0029]E.压缩机电机由三相电源操控。如果互换供给系统的电源的两相，则电机将会沿预期方向的反方向旋转。在一个判断是否是这种情况的简单测试中，系统将会互换两相。压缩机在正向(正常)旋转方向上和反向旋转方向上将会呈现出对其电机的不同负载，同时，压缩机电机在正向和反向旋转方向上将会具有相应的不同功率消耗。不同的功率消耗可以用于测试和验证三相是否正确连接，如果没有，则采取适当的纠正措施，例如互换两相。
[0030]F.气候控制系统可以具有压力传感器，该压力传感器用于感测跨蒸发器50的压降。压力供给传感器感测位于热力膨胀阀42与分配器51和52之间的供应管道中的制冷剂的压力，回位压力传感器感测位于排放点105与压缩机20之间的回流管道22中的制冷剂的压力。压力读数用于监测系统中的制冷剂压力，而在制冷剂均衡化状态中，供给压力与回位压力之间的差是流过蒸发器的制冷剂流的一个指标，并且，可以在工作条件下，例如环境温度、集装箱中的实际温度、以及作为目标温度的设定温度下，与预期的以及可接受的值做比较。
[0031]G.气候控制系统应当能够避免制冷剂的压力过高，而制冷剂压力过高可能会潜在地损坏系统。出于该目的，可使用上述供给压力传感器以及其他压力传感器。在这样的测试中，压缩机20以其最大容量或者接近最大容量运行，从而特别地，供给压力增加以达到正常操作期间不应当超过的最大阈值压力水平。据测试，当达到该阈值压力水平时，应当启动安全例行程序，关闭压缩机以降低压力。据检查，压力实际上下降了，并且当压力降至第二阈值压力水平之下时，压缩机将会再次启动。
[0032]H.如果需要，使用节能器热交换器40，以增加系统的制冷能力。为此，启动位于油过滤器35的出口侧的电磁阀，以引导制冷剂穿过热力膨胀阀到达热交换器40。启动的热交换器将呈现出压缩机上负载的增加，从而将会增加压缩机的功率消耗。增加的功率消耗表明电磁阀理想地工作；反之亦然，如果压缩机的功率消耗没有相应地增加，则表明电磁阀没有理想地工作。
[0033]1.通过启动风扇，确定其功耗，单独测试各风扇55的电机，所述风扇55使得空气穿过蒸发器50并穿过集装箱100的内部进行循环。在不同的电机转速下进行测试，确定相应的功率消耗，并与可接受的数值比较。与可接受数值的偏差表明相应风扇电机产生故障。也可以采用空气流量传感器，确定蒸发器风扇50实际产生了气流。
[0034]J.提供温度传感器，以感测蒸发器风扇50提供给集装箱的空气的温度、从集装箱返回的空气的温度以及蒸发器的温度。一种检查这些传感器精确度的方式是在系统无任何其他活动的状态下启动蒸发器风扇50。借此，这三个温度将会趋于相等，因此，读数也应当相同。除了冷冻货物外，一些货物可能会产生热量，在这种情况下，返回空气的温度将会相应地高于供给空气的温度。与可接受读数的偏差可以表明一个或多个温度传感器的故障。
[0035]K.一般地，气候控制系统将会具有启动时间段，在这时提供制冷剂并降低集装箱内的温度，还具有停止时间段，在这时不提供制冷剂，且由于更高的环境温度(如果是需要加热而不是制冷，则情况正好相反)而令集装箱内的温度升高。利用给定的环境温度、给定货物以及给定的货物设定温度，可以计算或至少估算正常运转的气候控制体系所需的功耗，以在实际环境温度下保持设定温度，其中，环境温度与设定温度之间的差异是气候控制系统必须保持的温度差。启动时间段的实际持续时间ta和气候控制系统连续启动之间的时间段的持续时间tp可以通过简单测量确定，并进而计算出ta/tp的比值。ta/tp的比值，也就是占空比，是一个表示气候控制系统启动了的总时间的分数的数值，即提供制冷剂的总时间的分数，还是例如系统正在以何种接近其最大工作容量的程度工作的指示。偏差，特别是观察到高于预期以及可接受的占空比时，所述偏差表明系统的制冷能力比预期的要低，且很可能也在可接受的限度之下。制冷能力降低的原因可能是制冷剂不足并需要补充。
[0036]L.采用铁路、轮船或者卡车运输装有货物的集装箱时，控制器110储存关于服务中诊断测试的结果信息于存储器中，以便于日后检索，并将带有相应信息(即，测试结果)和用于识别集装箱和气候控制系统的信息的无线消息发送至中央设施中的接收器。该消息通过无线连接、例如卫星连接、蜂窝电话连接或其他合适的无线连接进行发送。包括其气候控制系统的集装箱是否通过了测试，或是否批准进一步使用，可有由气候控制系统的控制器或在中央设施处来确定。如果该气候控制系统已通过测试并且被批准进一步使用，则将会为该气候控制系统生成一份合格行前检查报告。除了进行新进行的测试，这种确定也可以基于其他数据，例如包含有该系统和其部件的先前行前检查报告的集装箱的记录，也可以根据从其他集装箱或者其他方式获取的经验作出。
[0037]服务中诊断测试可以实施为单独包括任一项上述测试，或以理想方式组合的一些或全部上述测试，以及此处未描述的进一步测试，这些均在控制器110的控制下进行。传统地，行前检查在从到达目的地、在货物卸载后在合适时刻在空的集装箱上进行。根据本发明，服务中诊断测试的方法(生成行前检查报告)可以由操作者或者由系统自动启动，服务中诊断测试可在集装箱中装有货物的时刻自动进行的。
[0038]如果通过了服务中诊断测试，则集装箱及其气候控制系统会被批准进一步或继续用于装载货物一段时期，直到必须执行新的服务中诊断测试，这使得集装箱及其气候控制系统可以用于在一个或多个行程中装载货物。新的服务中诊断测试可安排为在核准期限届满之前在适当时刻进行，从而使得当装载有货物的集装箱在运输时许可期将不会届满。
【权利要求】
1.一种用于对集装箱进行服务中诊断测试的自动化方法，该集装箱界定了一外壳，当要从起点运输至目的地的货物位于集装箱中时，所述外壳用于容纳该货物，该集装箱具有气候控制系统，所述气候控制系统用于控制所述外壳内的气候，所述气候控制系统具有多个交互部件和子系统，以及用于控制所述气候控制系统的运转以及多个部件和子系统的运转的控制器，该方法包括: 运行服务中诊断测试，以在所述外壳内有货物的情况下、当所述集装箱被从起点运输至目的地时，为至少一些部件和子系统确定所述至少一些部件和子系统中的每一个是否在可接受的限度内运行； 确定所述至少一些部件和子系统中的每一个是否在可接受的限度内运行； 根据所述至少一些部件和子系统中的每一个在可接受的限度内运行，生成合格行前检查报告，从而使得所述气候控制系统被批准在用于运输货物的集装箱中进一步使用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括: 将所述至少一些部件和子系统中的每一个是否在可接受的限度内运行的确定信息无线传输至位于中央设施处的接收器。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括: 在所述中央设施处生成合格行前检查报告。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括: 根据货物的性质、环境温度和设定温度，确定所述气候控制系统的额定占空比，该额定占空比是所述气候控制系统激活期间的持续时长与气候控制系统关闭期间的持续时长的比值； 观察所述气候控制系统激活时期的持续时长ta ； 观察气候控制系统的连续激活之间的时期的持续时长tp ； 确定ta /tp比值，所确定的ta/tp比值是观察到的所述气候控制系统激活时期的持续时长ta与观察到的所述气候控制系统的连续激活之间的时期的持续时长tp之比；以及确定所确定的ta/tp比值是否处于所述气候控制系统的额定占空比的可接受限度之内。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括: 当所述气候控制系统没有预期到的活动时，确定所述气候控制系统作为一个整体时的功率消耗；以及 确定所确定的功率消耗是否处于预定阈值以下。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括: 确定用于对蒸发器进行除霜的加热器的功率消耗；以及 确定所述加热器的确定的功率消耗是否处于可接受的限度之内。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括: 使用温度敏感元件确定所述加热器是否产生热量。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括: 确定冷凝器风扇电机的功率消耗；以及 确定所述冷凝器风扇电机的功率消耗是否处于可接受的限度之内。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括:采用气流传感器确定冷凝器风扇电机是否使冷凝器风扇旋转以产生气流。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括: 当所述气候控制系统的压缩机关闭时启动冷凝器风扇电机； 确定与所述冷凝器连接的第一温度传感器处的温度，以感测环境温度； 确定与所述冷凝器连接的第二温度传感器处的温度，以感测冷凝器盘管的温度；以及 确定所述第一和第二温度传感器的感测温度是否接近相同。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括: 确定所述气候控制系统的压缩机电机在正向和反向方向上不同负载时的功率消耗；以及 确定所述压缩机电机的所确定的功率消耗是否处于已正确连接三相电源的压缩机电机的可接受限度之内。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括: 根据环境温度、设定温度、以及集装箱内的实际温度，确定所述气候控制系统的制冷剂的供给压力与回位压力之间的预期压力差； 确定设置在所述蒸发器上游的供给压力传感器处的压力，以感测供给管道中的制冷剂的压力； 确定设置在蒸发器下游的回位压力传感器处的压力，以感测回流管道中的制冷剂的压力； 确定感测的供给压力与感测的回位压力之间的感测压力差；以及 确定所述感测的压力差是否处于预期压力差的可接受限度内。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括: 以最大容量运行压缩机； 升高供给压力，以达到最大阈值压力水平； 在所述供给压力达到最大阈值压力水平之后，关闭压缩机；以及 确定所述在压缩机关闭后是否降低供给压力。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括: 启动位于油过滤器出口侧的电磁阀； 将制冷剂从启动的电磁阀引导至所述气候控制系统的膨胀阀和节能器热交换器的热交换器； 在所述电磁阀启动后，确定所述气候控制系统的压缩机的功率消耗，以及 确定所述压缩机的功率消耗在所述电磁阀启动后是否增加了。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括: 确定蒸发器风扇电机的功率消耗；以及 确定蒸发器风扇电机的所确定的功率消耗是否处于可接受的限度内。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括: 采用气流传感器确定蒸发器风扇电机是否使蒸发器风扇旋转以产生气流。
17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括: 当气候控制系统的压缩机关闭时，启动蒸发器风扇电机； 确定与所述蒸发器连接的第一温度传感器处的温度，以感测回流空气温度；确定与所述蒸发器连接的第二温度传感器处的温度，以感测供给空气温度；以及确定所述第一或第 二温度传感器的所述感测温度是否相等。
【文档编号】B65D88/12GK104053613SQ201280067915
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2012年11月5日 优先权日:2011年11月25日
【发明者】奥雷·萨格森, 爱伦·迪尔摩斯 申请人:冷王公司