运输制冷单元和测量该运输制冷单元中制冷剂的量的方法与流程

本发明涉及一种运输制冷单元(tru)，并且设计一种测量该运输制冷单元的制冷回路中的制冷剂的量的方法。本发明还扩展到包括tru的运输制冷系统并扩展到冷链配送系统。

背景技术：

1、通常，冷链配送系统用于运输和配送货物，或者更具体地，易腐货物和可能易受温度、湿度和其他环境因素影响的环境敏感货物(这里称为易腐货物)。易腐货物可以包括但不限于水果、蔬菜、谷物、豆类、坚果、鸡蛋、奶制品、种子、鲜花、肉类、家禽、鱼、冰和药品。有利的是，冷链配送系统允许易腐货物被有效地运输和配送，而没有损坏或其他不期望的影响。

2、冷藏车辆和拖车通常用于在冷链配送系统中运输易腐货物。常规地，运输制冷系统(诸如冷藏车辆和冷藏拖车)包括运输制冷单元。这种运输制冷单元可以包括制冷回路，该制冷回路包括：制冷剂压缩机、具有一个或多个相关联的冷凝器风扇的冷凝器、膨胀装置(有时称为膨胀阀)以及具有一个或多个相关联的蒸发器风扇的蒸发器，它们经由适当的制冷剂管路连接。接收器也可以位于膨胀阀上游和冷凝器下游的制冷回路中。众所周知，在液态制冷剂经由膨胀装置/阀引入蒸发器之前，接收器充当制冷回路中液态制冷剂的临时储存容器。

3、运输制冷单元(tru)通常安装到车辆或拖车，与限定在车辆或拖车内的货物空间操作关联，用于保持货物空间内的受控温度环境。空气或空气/气体混合物借助于与蒸发器相关联的(多个)蒸发器风扇从货物空间的内部容积中被吸入，以与制冷剂进行热交换的关系穿过蒸发器的空气侧，由此制冷剂从空气中吸收热量，从而冷却空气。冷却的空气然后被供应回到货物空间，以向其提供制冷。

4、知道tru的制冷回路内的制冷剂的量(也称为“制冷剂充注量”)是有利的。不仅制冷回路中的制冷剂的量与制冷回路的性能密切相关，其中过多或(更常见的)过少的制冷剂导致制冷回路的次优性能，而且识别来自tru的制冷剂回路的任何制冷剂泄漏可以是重要的，因为这种泄漏可以对tru附近的人员造成安全风险。

5、已知的用于确定tru的制冷回路内制冷剂充注量的方法包括从制冷回路中排出(即移除)所有制冷剂，并且一旦排出就测量其总量。然后，制冷剂回路被重新充注制冷剂，并且可选地用额外的制冷剂加满(其取决于测量的制冷剂的量是否足够)，以确保其中包含最佳水平的制冷剂。

6、期望一种用于确定tru的制冷回路内制冷剂的量(即制冷剂充注量)的改进方法。

技术实现思路

1、根据第一方面，提供了一种测量运输制冷单元(tru)的制冷回路中的制冷剂的量的方法。制冷回路包括顺序流体连接在回路中的压缩机、冷凝器、接收器、膨胀阀和蒸发器。该方法包括：以回收模式运行制冷回路，以在接收器内的制冷回路中积聚制冷剂；并且一旦制冷回路中的制冷剂已经积聚在接收器中，就测量制冷回路中的制冷剂的量。

2、已知的用于测量制冷回路的制冷充注量的现有技术方法是费力且耗时的，因为它们要求从制冷回路中排出制冷剂。这导致tru的显著的停机时间，这是不希望的。照此，考虑到相关联的停机时间，这些用于测量制冷剂的量的方法没有被定期实现，这意味着很少了解制冷剂充注量。这可以导致tru的次优性能，并且可能更重要的是，导致错过制冷剂从制冷回路的潜在有害泄漏。

3、相反，第一方面的方法允许确定运输制冷单元(tru)的制冷回路内的制冷剂的量(即制冷剂充注量)，而不需要像已知的现有技术方法中那样从制冷回路排出制冷剂。代替地，第一方面的方法要求制冷回路以回收模式运行，以将制冷剂积聚在制冷剂回路的接收器内，在那里可以测量制冷剂以确定其总量。因此，与已知的现有技术方法相比，第一方面的方法明显不那么费力和耗时，并且因此与显著降低的tru操作的停机时间相关联，并且事实上，在给定第一方面的方法可以实现的速度的情况下，在tru的操作中可以有效地没有停机时间。可以实现第一方面的方法的这种速度和简单性还意味着可以比已知的现有技术方法更频繁地确定制冷剂的量，这是有利的，因为这意味着tru的制冷剂回路的性能可以保持接近最佳，并且可能更重要的是，并且如下面进一步详细讨论的，制冷剂从回路的泄漏可以被快速识别，以避免由此导致的潜在负面影响。

4、第一方面的方法有利地利用接收器的大容积来积聚制冷剂，并且从而允许测量其总量。接收器具有足够大的容积，以允许制冷回路内的所有制冷剂在其处于液态时位于其中。如本文所使用的，关于接收器中的制冷剂，积聚旨在意味着所有制冷剂或者除了制冷回路中可忽略的/少量的制冷剂之外的所有制冷剂(例如制冷管线、冷凝器等中的剩余制冷剂)在接收器内积聚/收集。

5、虽然从ep 3201539 b1中已知一种包括有些类似的用于确定制冷剂充注量的步骤的方法，但是在ep 3201539 b1中公开的方法是在确定用于建筑物的热泵加热系统或用于例如超市的制冷系统中的充注量水平的情况下。在ep 3201539 b1中没有公开确定tru的制冷回路中的制冷剂充注量水平，并且考虑到独特的技术挑战和与之相关联的考虑因素(例如，与可用空间的有限程度相关联的考虑因素和挑战、与运输条件相关联的考虑因素和挑战，等等)，其中的方法显然不能适用于测量tru的制冷回路中的制冷剂充注量。

6、对于本领域技术人员来说将立即清楚的是，第一方面的制冷回路中提供有一定量的制冷剂(即“制冷剂充注量”)。制冷剂充当工作流体，以使制冷回路能够正常运行和操作。

7、对于本领域技术人员来说也将立即清楚的是，并且特别是考虑到接收器在冷凝器下游的位置，在回收模式期间积聚在接收器中的制冷剂将绝大部分处于液体形式。

8、通过顺序流体连接，意味着压缩机、冷凝器、接收器、膨胀阀和蒸发器相对于制冷回路的冷却操作模式中制冷剂的流动方向在回路内以该顺序连接。照此，在冷却操作模式下，回路中的制冷剂从压缩机流向冷凝器，从冷凝器流向接收器，从接收器流向膨胀阀，从膨胀阀流向蒸发器，并且从蒸发器流回到冷凝器。应注意的是，这些组件的有次序的顺序不排除在回路内的中间位置引入额外的可选组件(例如，截流阀——更多信息见下文)。

9、所测量的量可以是制冷剂的体积或制冷剂的质量。

10、根据ashrae标准34,2019，制冷剂可以是a级或b级制冷剂。根据ashrae标准34,2019，制冷剂可以是1级、2l级、2级或3级制冷剂。

11、更具体地，制冷剂可以是根据ashrae标准34,2019的a2l级、a2级、a3级、b2l级、b2级或b3级制冷剂。如对于本领域技术人员所熟知的，这些具体类别的制冷剂各自至少与一定程度的可燃性相关联。第一方面的发明在可燃制冷剂的情况下特别有利，因为它们在制冷回路中的量可以被快速且容易地确定，并且因此所述制冷剂向环境的任何潜在泄漏也可以被快速且容易地检测到，所述泄漏具有潜在的有害影响，特别是在tru通常与之相关联的封闭环境(例如运输制冷系统的货物空间)的情况下，如下面进一步详细讨论的。

12、制冷剂可以是根据ashrae标准34,2019的a2l级制冷剂，例如hfo(氢氟烯烃)制冷剂。

13、以回收模式运行制冷回路的步骤可以包括：关闭膨胀阀；以及操作压缩机以驱动制冷回路中的制冷剂积聚在接收器中。除了关闭膨胀阀的步骤之外，或者作为关闭膨胀阀的步骤的备选，在回收模式下运行制冷回路的步骤可以包括关闭位于接收器出口处或者紧邻接收器出口的截流阀。所谓紧邻，是指截流阀至少比膨胀阀更靠近沿着制冷剂流动路径的接收器的出口。

14、通过关闭截流阀和/或膨胀阀，防止制冷剂进入蒸发器。照此，在截流阀和/或膨胀阀关闭时操作压缩机迫使制冷回路中的制冷剂积聚在位于截流阀和/或膨胀阀上游的接收器中。因此，当制冷回路在回收模式下运行时，截流阀和/或膨胀阀与压缩机入口之间的制冷回路中的基本上所有制冷剂都被移除。一些处于气态的剩余制冷剂可能残留在截流阀/膨胀阀和压缩机入口之间的制冷回路部分中，但是与回路中的制冷剂总量相比，其量将是可忽略不计的，并且因此不会影响在接收器处测量的制冷剂的量。

15、虽然如上所述，在回收模式期间可以仅关闭膨胀阀，但是在该步骤期间关闭位于接收器出口处的截流阀(除了关闭膨胀阀之外或者代替关闭膨胀阀)是有利的，特别是在所使用的制冷剂具有一定程度的可燃性的场景中。典型地，但不是必须地，回路的膨胀阀将位于蒸发器的入口附近，在使用中，该蒸发器将典型地设置在封闭环境附近并与封闭环境连通，该封闭环境诸如在运输制冷系统中限定的货物空间。因此，通过仅依靠膨胀阀用于回收模式，潜在的可燃制冷剂可能留在封闭的货物空间附近，并且在接收器和膨胀阀之间的制冷剂管线发生泄漏的情况下甚至可能在其中泄漏。这是不期望的。因此，通过提供和关闭位于接收器出口处并且将与货物空间间隔开(即，在货物空间之外)的截流阀，那么可以避免由货物空间附近或货物空间中存在的制冷剂引起的任何风险(例如，如果制冷剂是可燃的，则有火灾风险)。

16、单向阀可以位于压缩机的出口处。单向阀可以允许制冷剂从压缩机流向冷凝器。单向阀可以防止制冷剂通过压缩机回流。特别地，单向阀可以防止制冷剂在回收操作模式期间回流通过压缩机。

17、可以在压缩机的入口和膨胀阀或截流阀(如果存在的话)之间提供与制冷回路流体连通的压力传感器。压力传感器可以配置成测量压缩机入口和截流阀或膨胀阀之间的制冷回路中的压力。在操作压缩机以驱动制冷剂积聚在接收器中的可选步骤(其可选地被包括作为以回收模式运行制冷回路的步骤的一部分)之后，该方法可以包括如果压力传感器测量的压力小于阈值压力，则停止压缩机的操作。阈值压力可以被选择成对应于指示所有制冷剂(除了可能可忽略的量之外)已经从制冷回路的、在关闭的膨胀阀/截流阀和压缩机入口之间的部分中移除的压力，并且因此同样指示制冷回路中所有制冷剂(除了可能可忽略的量之外)已经积聚在接收器中。

18、测量接收器内的制冷剂的量的步骤可以包括用与接收器操作关联地设置的液位传感器测量制冷剂的量。

19、液位传感器可以是浮子型液位传感器，例如水平浮子型液位传感器，其包括设置在枢转支撑臂上的浮子。备选地，它可以是包括安装在垂直导向构件上的浮子的垂直浮子型液位传感器。浮子型液位传感器有利地便宜。

20、液位传感器可以是无浮子型液位传感器。例如，液位传感器可以是压力传送器液位传感器或超声波传送器液位传感器。

21、测量接收器内的制冷剂的量的步骤可以包括(由操作者)观察接收器内的制冷剂的量，可选地经由设置在接收器中的窗口。该窗口可以设置有一个或多个标记，一个或多个标记(各自)标记接收器内给定的固定容积，并且因此可以帮助允许操作者测量制冷剂的量。

22、制冷回路可以包括：一个或多个冷凝器风扇，其与冷凝器相关联，并且被配置成将空气抽吸到冷凝器之上；和/或一个或多个蒸发器风扇，其与蒸发器相关联，并且被配置成将空气抽吸到蒸发器之上。

23、对于本领域技术人员来说将容易清楚的是，制冷回路的组件(即冷凝器、接收器、膨胀阀和蒸发器)将经由合适的制冷剂管路/导管连接成封闭的制冷剂回路。

24、运输制冷单元可以包括与制冷回路的组件(例如膨胀阀、可选的截流阀、可选的压力传感器、可选的液位传感器、冷凝器、蒸发器、压缩机和/或接收器)通信的控制器。控制器可以控制制冷回路组件的操作。例如，在回收模式中，控制器可以控制压缩机的操作，并控制截流阀和/或膨胀阀关闭。响应于从压力传感器接收到压力低于阈值压力的信号，控制器可以控制压缩机在回收模式期间停止操作。控制器可以从液位传感器接收指示接收器内所测量的制冷剂的量的信号。控制器然后可以将该测量的量传达给操作者。

25、从上面的描述中将隐含的是，运输制冷单元可以布置成用制冷回路冷却和/或制冷运输制冷系统的货物空间。照此，第一方面的方法可以包括，在以回收模式运行制冷回路和测量制冷剂的量的步骤之前和/或之后，冷却和/或制冷运输制冷系统的货物空间。冷却和/或冷藏的(多个)步骤可以包括：可选地借助于与蒸发器相关联的(多个)蒸发器风扇，从货物空间的内部容积中抽取空气或空气气体混合物，使空气或空气气体混合物以与制冷剂的热交换关系穿过蒸发器的空气侧，由此制冷剂从空气或空气气体混合物中吸收热量，从而冷却空气或空气气体混合物；并将冷却的空气供应回到货物空间。然后，被加热的制冷剂可以从蒸发器供应到压缩机，其在压缩机中被压缩，然后被送到冷凝器，在冷凝器中被冷却并基本上冷凝成液体。冷却的和(主要)液态的制冷剂然后可以被供应到接收器，用于在被供应之前临时存储，可选地经由截流阀、经由膨胀阀(其使制冷剂减压)被供应到蒸发器，以再次用于冷却和/或制冷货物空间中的空气。

26、运输制冷单元可以安装/附接到运输制冷系统(例如车辆或冷藏拖车)上，并且可以与限定在运输制冷系统内的货物空间操作关联。运输制冷单元可以被配置成冷却/制冷和/或保持货物空间内的受控温度环境。这可以根据如上所述的那些冷却和/或制冷步骤。具体地，制冷剂回路可以被配置成对运输制冷系统的货物空间/制冷容积进行制冷。货物空间可以是用于储存和运输易腐货物的温控容积。

27、该方法可以包括使用和/或提供如本文所述的运输制冷单元。

28、该方法可以包括提供运输制冷系统，并将运输制冷单元附接/安装到运输制冷系统。运输制冷单元可以附接/安装到运输制冷系统，使得其与其中的货物空间操作关联，并且使得其被配置为制冷/冷却货物空间。运输制冷系统可以是冷藏车辆，例如冷藏轻型货车或重型货车。运输制冷系统可以是冷藏拖车，例如重型货车的冷藏拖车。

29、在第二方面中，本发明提供了一种确定来自运输制冷单元(tru)的制冷回路的制冷剂泄漏的方法，该方法包括：根据本发明的第一方面，可选地根据其任何可选形式，测量tru的制冷回路中的制冷剂的量；以及如果测量的制冷剂的量低于设定点，则确定泄漏。

30、第二方面的方法允许确定/识别制冷剂的泄漏，这在可燃制冷剂(即a2l级、a2级、a3级、b2l级、b2级或b3级制冷剂)的可选情况下尤其有利，因为可以避免火灾和可能的爆炸，否则如果泄漏没有被识别/确定，则这可能导致火灾和可能的爆炸。

31、在一个特别有利的实施例中，第二方面的运输制冷单元可以是布置成用制冷回路冷却和/或制冷运输制冷系统的货物空间的单元，并且制冷剂可以是a2l、a2、a3、b2l、b2或b3制冷剂中的一种。第二方面的方法在这种情况下特别有利，因为考虑到可能发生泄漏的封闭环境(即货物空间)，由未被检测到的可燃制冷剂泄漏(即没有实现第二方面的方法)导致的火灾风险特别显著。

32、确定泄漏的步骤可以由如上关于本发明的第一方面所述的可选控制器来执行。

33、设定点可以是制冷回路内的预期的制冷剂的量。预期的制冷剂的量可以是制冷回路最初充注的制冷剂的量，或者是在第一方面的方法的先前实施中先前测量的制冷回路中存在的制冷剂的量。预期的制冷剂的量可以是制冷回路最初充注的制冷剂的量，或者是先前测量的制冷剂的量，该先前测量的制冷剂的量由于随着时间的推移制冷回路的正常操作而受到来自制冷回路的一些容许的和预期的制冷剂损失。

34、响应于泄漏的确定，第二方面的方法可以包括将截流阀和/或膨胀阀保持在关闭状态。以这种方式，防止了制冷剂(其如果可燃则可能导致火灾)通过截流阀/膨胀阀的下游并可能泄漏到可与tru相关联的货物空间中。因此，可以防止由制冷剂的初始泄漏(例如泄漏到货物空间中)引起的任何火灾风险增加。如上所述，就消除火灾风险而言，响应于泄漏的确定而将截流阀保持在关闭状态是特别有利的，因为这确保了制冷剂(其可能是可燃的)保持远离蒸发器可能与之连通的任何封闭环境(例如货物空间)。

35、响应于泄漏的确定，第二方面的方法可以包括切断tru和/或制冷回路的电源。切断tru和/或制冷回路的电源抑制了任何泄漏的制冷剂的可能点火源(在所述制冷剂是可燃的情况下)，并且从而进一步降低了火灾的风险。

36、在本发明的第三方面中，提供了一种包括制冷回路的运输制冷单元(tru)，该制冷回路包括在回路中顺序流体连接的压缩机、冷凝器、接收器、膨胀阀和蒸发器，其中制冷回路被配置为以回收模式运行，以在接收器内的制冷回路中积聚制冷剂；并且其中制冷单元被布置成一旦制冷回路中的制冷剂已经积聚在接收器中就允许测量制冷回路中的制冷剂的量。

37、第三方面的运输制冷单元和/或制冷回路可以根据上文关于第一和/或第二方面讨论的运输制冷单元和/或制冷回路，可选地以其任何可选形式。

38、在本发明的第四方面中，提供了一种运输制冷系统，其包括第三方面的运输制冷单元，可选地根据其任何可选形式。

39、关于上述方面中的任何方面讨论的运输制冷系统可以是冷藏车辆，例如冷藏轻型货车或重型货车。运输制冷系统可以是冷藏拖车，例如重型货车的冷藏拖车。

40、在第五方面中，提供了一种冷链配送系统，其包括一个或多个根据本发明第四方面的运输制冷系统，可选地包括其任何可选特征。