專利名稱：冷藏集裝箱用受控氣氛系統(tǒng)的啟動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冷藏集裝箱用受控氣氛系統(tǒng)，特別是一種調(diào)節(jié)冷藏集裝箱內(nèi)氮氣、氧氣和二氧化碳的數(shù)量以達到延長水果和蔬菜收獲后的貨架壽命/或品質(zhì)的氣氛組份的系統(tǒng)。
農(nóng)產(chǎn)品收獲后運輸和儲藏用的受控氣氛集裝箱是眾所周知的技術(shù)。此類系統(tǒng)通常與設(shè)計成能使集裝箱內(nèi)部溫度降至運載貨物所需最佳溫度的冷藏單元聯(lián)用?，F(xiàn)已確認(rèn)，溫度是控制水果和蔬菜變質(zhì)程度最重要的因素。作為一種控制合適的溫度和濕度的補充系統(tǒng)，受控氣氛系統(tǒng)受到了重視。
受控氣氛系統(tǒng)的目的是控制冷藏集裝箱內(nèi)的氧氣和二氧化碳數(shù)量以改變集裝箱內(nèi)儲藏的產(chǎn)品的成熟程度。通過用氮氣(N2)替換的辦法系統(tǒng)對氧氣(O2)和二氧化碳(CO2)的數(shù)量進行控制。
在早期用于冷藏集裝箱的受控氣氛系統(tǒng)的實例中，裝貨后調(diào)節(jié)集裝箱內(nèi)的氣氛，隨后在儲藏或運輸期間不再進行調(diào)節(jié)。這類系統(tǒng)帶來的問題是造成氣氛變化的集裝箱的向內(nèi)、向外的泄漏。為了在儲藏和運輸期間能調(diào)節(jié)保持氣氛，后續(xù)技術(shù)在集裝箱內(nèi)配置了氧氣和二氧化碳濃度監(jiān)測裝置與氮氣和二氧化碳氣源。這類系統(tǒng)的缺點是需要在通常的運輸期間提供用來維持所需氣氛的二氧化碳和氮氣氣體。這類氣源龐大笨重，并且在用作提供普通商用氣體時也不經(jīng)濟實惠。
已經(jīng)研制出來的系統(tǒng)，它們采用一種裝有能在壓力下將環(huán)境空氣氣流分離為空氣主成份的氧氣和氮氣的隔膜的空氣分離器來產(chǎn)生超高純氮氣。在這類系統(tǒng)中有一些采用電子控制器來電動控制一個閥門使得從隔膜分離器向冷藏集裝箱釋放的氮氣數(shù)量有選擇地增加或減少。
控制器用來控制與具有各種功能的冷藏系統(tǒng)相連的受控氣氛系統(tǒng)。在這樣一種系統(tǒng)中，安裝在集裝箱內(nèi)的恒溫器用以判斷冷藏系統(tǒng)的溫度控制范圍是否超出受控氣氛系統(tǒng)的運行溫度范圍。該信息用以判斷受控氣氛系統(tǒng)是否應(yīng)該運行。此外，在冷藏系統(tǒng)的化霜階段或?qū)⒓b箱內(nèi)貨物冷凍至設(shè)定溫度的過程中，受控氣氛系統(tǒng)不應(yīng)處于運行狀態(tài)。為了判斷這些條件，在這種系統(tǒng)中控制氣氛的控制器接收來自冷藏系統(tǒng)的傳感器、繼電器和其它元件的各種信號。如果滿足判斷條件，控制器啟動受控氣氛系統(tǒng)。如果在運行期間未接收到這些信號，控制器終止受控氣氛系統(tǒng)的運行。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，這類系統(tǒng)不能始終保證冷藏系統(tǒng)在受控氣氛系統(tǒng)下的運行不受干擾。
在帶有受控氣氛系統(tǒng)的冷藏集裝箱系統(tǒng)的運行過程中，可以斷定的是冷藏應(yīng)該是系統(tǒng)的首要功能。受控氣氛系統(tǒng)運行時冷藏系統(tǒng)的精度應(yīng)不受影響。因為受控氣氛系統(tǒng)的正確運行取決于冷藏集裝箱的內(nèi)部情況，所以如果不滿足這些條件，受控氣氛系統(tǒng)應(yīng)處于非運行狀態(tài)。
本發(fā)明的目的是在判斷受控氣氛系統(tǒng)何時應(yīng)該運行時，冷藏集裝箱的冷藏系統(tǒng)中的冷藏控制器應(yīng)處于主要地位。
本發(fā)明進一步的目的是對冷藏系統(tǒng)控制器判斷受控氣氛系統(tǒng)運行的條件進行編程。
本發(fā)明進一步的目的是冷藏集裝箱的氣氛控制器僅在冷藏控制器斷定條件滿足并向其發(fā)送電學(xué)信號時才處于運行狀態(tài)。
本發(fā)明的另一個目的是對冷藏系統(tǒng)控制器作如下方式的編程，在運行期間的任何時刻，如果冷藏控制器判斷氣氛控制器應(yīng)處于非運行狀態(tài)，它即撤除工作電氣信號，使受控氣氛系統(tǒng)停止工作。
按照本發(fā)明，提出了一種裝置用于控制一限定空間內(nèi)的溫度和氣氛，該空間包含一用于控制空間內(nèi)氣氛的受控氣氛系統(tǒng)。提出了一種電氣控制系統(tǒng)用于控制氣氛的控制系統(tǒng)的運行。只有在接受到工作信號時才可以運行受控氣氛系統(tǒng)的控制裝置。提出了一種冷藏系統(tǒng)用于控制其空間內(nèi)的溫度，用于控制和監(jiān)測冷藏系統(tǒng)運行的可編程電氣控制裝置包括用于判斷受控氣氛系統(tǒng)是否應(yīng)該運行的裝置和在作出這種判斷之后產(chǎn)生一個受控氣氛系統(tǒng)啟動工作信號的裝置。提供了將冷藏系統(tǒng)控制器的工作信號傳送至受控氣氛系統(tǒng)控制器的裝置。


圖1為用于本發(fā)明的冷藏運輸集裝箱的簡化透視圖；圖2為用于圖1的冷藏單元的示意圖；圖3為與如圖1所示的集裝箱單元聯(lián)用的受控氣氛系統(tǒng)的框圖；以及圖4為如本發(fā)明所述的程序的流程圖，表示的是在圖2的冷藏系統(tǒng)控制器的微處理器內(nèi)編制的程序的邏輯流程圖。
首先參照圖1，圖上畫出了一個冷藏集裝箱10，同時畫出了有關(guān)的包含數(shù)個部件12的集成式電氣操作冷藏系統(tǒng)和一部分以14表示的受控氣氛系統(tǒng)。冷藏系統(tǒng)12和受控氣氛系統(tǒng)安裝在集裝箱的一端，并且易于分別調(diào)節(jié)集裝箱10內(nèi)的溫度和氣氛。
參照圖2，冷卻系統(tǒng)12包括在這種應(yīng)用的先前技術(shù)中眾所周知的蒸氣壓縮冷藏系統(tǒng)。簡而言之，系統(tǒng)包括一根連接電源和冷藏系統(tǒng)控制器18的電源線16。控制器18最好是一個已編程的微處理器，便于接收來自系統(tǒng)操作者和冷藏系統(tǒng)各種傳感器的輸入并以該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的方式控制冷藏系統(tǒng)部件的運行。冷藏系統(tǒng)由一個包含了與蒸發(fā)器盤管22和冷凝器盤管24相通的電動壓縮機20的冷藏回路組成。配置了相應(yīng)的蒸發(fā)器風(fēng)扇26使集裝箱10內(nèi)氣體流經(jīng)蒸發(fā)器盤管22再循環(huán)進入集裝箱，在集裝箱中氣體經(jīng)過相應(yīng)的循環(huán)后返回蒸發(fā)器盤管作進一步的冷卻，再后面與通常的情形一樣。配置了冷凝器風(fēng)扇28將環(huán)境中空氣的冷量送向冷凝器盤管24使集裝箱的熱量更容易散發(fā)出去。與通常的作法一樣，冷藏系統(tǒng)控制器18操作各種部件，在集裝箱內(nèi)維持一個經(jīng)過選擇的設(shè)定溫度。
在圖3中，受控氣氛系統(tǒng)14作了更為詳盡的闡述。受控氣氛系統(tǒng)基本部件有空氣壓縮機30、過濾器32、空氣加熱器34、氮分離隔膜36、流量閥系統(tǒng)38、氣體傳感器40和控制器50。
受控氣氛系統(tǒng)的目的是控制冷藏集裝箱10內(nèi)的氮氣和二氧化碳量以改變集裝箱內(nèi)儲藏在集裝箱內(nèi)的產(chǎn)品的成熟程度。通過用隔膜36產(chǎn)生的氮氣替換的辦法系統(tǒng)對氧氣(O2)和二氧化碳(CO2)的數(shù)量進行控制。
繼續(xù)參照圖3，當(dāng)運行受控氣氛系統(tǒng)時，集裝箱外的空氣44經(jīng)防塵過濾器46進入壓縮機30。由壓縮機30將外界進入的空氣壓縮成高壓空氣。隨后高壓空氣在通過空氣加熱器34之前先由顆粒過濾器32過濾掉水氣和臟物。在過濾器32上裝有常閉泄漏閥48。泄漏閥48適于在受控氣氛系統(tǒng)50的激勵下電動開啟?？刂破骶幊虨橹芷谛缘仄涕_啟泄漏閥48，排除沉積在過濾器32內(nèi)的殘留物。
從過濾器32出來的高壓空氣流往空氣加熱器34，在那里將空氣加熱至系統(tǒng)內(nèi)所用的隔膜36的最佳工作溫度。如圖所示，加熱空氣的溫度控制為55℃/131F。這是ME DAL MEMBRANE SEPA-RATION SYSTEMS DUPONT AIRLIQUIDE公司生產(chǎn)的型號為4241 Permeator隔膜分離器36的最佳工作溫度。受控氣氛系統(tǒng)50接收來自溫度傳感器52的輸入并控制對加熱器開關(guān)54的激勵動作，以將離開空氣加熱器的壓縮空氣維持在該溫度上。
流出加熱器34的暖高壓空氣流入隔膜36處，在那里分離為流經(jīng)氮氣出口56的高純氮氣和流向氧氣出口58的氧氣/和其它氣體。隔膜分離器36的分離效率取決于通過隔膜的空氣氣流。氮氣出口56處的壓力控制著流速。氮氣出口處的壓力越高，產(chǎn)生的氮氣的純度也就越高，而氮氣的流速也就越低。隔膜36能夠產(chǎn)生純度大于99％的氮氣。當(dāng)?shù)獨獬隹?6處的壓力回落時，氮氣純度下降，而流速增加。
富氮氣體流出隔膜經(jīng)出口56流向流量控制閥38。氧氣/其它氣體從氧氣出口58處排凈。
氮氣出口56處的氣壓通過前述的流量控制閥38調(diào)節(jié)。為了控制集裝箱內(nèi)氮氣的比例，控制器50編程使流量控制閥38作循環(huán)動作以增加或減少集裝箱內(nèi)所需的氮氣數(shù)量。如果需要，控制器50也可以從外部CO2源加入CO2。
控制器50利用氧氣和二氧化碳氣體濃度傳感器經(jīng)采樣管道64監(jiān)測集裝箱內(nèi)的氧氣和二氧化碳數(shù)量。O2傳感器為糾正隨時間和溫度的漂移而進行的定期校正需要經(jīng)管道66從外部空氣采樣。
在運行過程中，隨著貨物裝入集裝箱10內(nèi)，電源線16連接至相應(yīng)的電源之后，冷藏系統(tǒng)控制器18開始啟動并按照設(shè)定程序?qū)囟仍O(shè)置到貨物所需的溫度點。同時受控氣氛系統(tǒng)的控制器50開始啟動并設(shè)定貨物所需的氧氣和二氧化碳范圍。
一旦冷藏系統(tǒng)12和受控氣氛系統(tǒng)14啟動并正確設(shè)置，冷藏系統(tǒng)立刻按照設(shè)定的操作步驟開始運行。但是受控氣氛系統(tǒng)只有在位于冷藏控制器18內(nèi)的氣氛控制啟動開關(guān)70接通時才開始運行。當(dāng)冷藏系統(tǒng)控制器18判斷冷藏系統(tǒng)的運行條件和冷藏集裝箱內(nèi)的條件滿足氣氛控制裝置的運行條件時，它接通啟動開關(guān)70。
圖4是闡述冷藏系統(tǒng)控制器18在判斷是否應(yīng)接通氣氛控制啟動開關(guān)70的所用條件的流程圖。如下所見，在每一步驟中，冷藏控制器18要進行明確的查詢。在每一步驟中，如果接收到的是所需要的回答，控制器即轉(zhuǎn)入下一查詢，直至所有的步驟都得到滿足。此時控制器接通啟動開關(guān)70并向控制氣氛的控制器50發(fā)送24伏的信號71使其工作。另一方面，在每一步驟中如果沒有接受到所需要的回答，控制器將轉(zhuǎn)到“中止受控氣氛控制”的結(jié)果73，該結(jié)果將使控制氣氛的控制器無法啟動(如果未運行)或關(guān)閉(如果已經(jīng)在運行)。下面將會看到，在冷藏系統(tǒng)12運行期間，冷藏控制器18不斷地發(fā)出這些查詢。
在控制氣氛的控制器50上還配置了如圖2所示的標(biāo)以“STBY”的指示燈51。該燈將處于工作狀態(tài)，因此只要受控氣氛啟動開關(guān)70斷開操作者便一目了然。該燈提示操作者受控氣氛系統(tǒng)處于空閑模式，其操作已被冷藏控制器18中止。
從進入端點72處的邏輯進程可以看到，第一個步驟74是詢問冷藏系統(tǒng)12是否在蒸發(fā)器/回氣風(fēng)扇26高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)下運行。如果回答“NO”，受控氣氛系統(tǒng)14就不能開始工作，否則將視情況不同被關(guān)閉。為了保證受控氣氛系統(tǒng)的空氣壓縮機30有足夠的冷量，回氣風(fēng)扇26需要作高速運行。
如果回氣風(fēng)扇26在作高速運行，即轉(zhuǎn)入“YES”分支75，并且接下來控制器在步驟76中問詢是否有足夠的電力用于運行受控氣氛系統(tǒng)。因為冷藏系統(tǒng)12和受控氣氛系統(tǒng)14耗用的是來自同一個電源的功率，所以在允許受控氣氛系統(tǒng)運行之前需要有充足的電力保證兩個系統(tǒng)同時運行。冷藏控制器18測定冷藏系統(tǒng)12的耗用功率，將其與受控氣氛系統(tǒng)14預(yù)期耗用功率相加，所得的總耗用功率再與設(shè)定的規(guī)定上限比較。在任何時刻，如果判斷用于同時運行系統(tǒng)的電力不足時，將中止受控氣氛系統(tǒng)，如步驟76中“NO”判定78所示。
如果滿足前面的條件，控制器18從步驟76經(jīng)過“YES”分支77轉(zhuǎn)入步驟80，在那里檢查冷藏集裝箱的溫度。冷藏系統(tǒng)將集裝箱內(nèi)的空氣溫度控制在-30℃至30℃的范圍內(nèi)。另一方面，受控氣氛系統(tǒng)規(guī)定的工作溫度范圍一般為-5℃至25℃。由于集成冷藏/受控氣氛系統(tǒng)的首要用途是冷藏，所以冷藏系統(tǒng)控制器首先問詢集裝箱內(nèi)空氣溫度是否接近冷藏系統(tǒng)設(shè)定溫度。在一個典型的系統(tǒng)中，可以對冷藏控制器18編程，將設(shè)定點容許偏差范圍設(shè)定為±0.5℃—±2℃。假定集裝箱溫度在偏差允許范圍內(nèi)接近設(shè)定溫度，接下來問詢集裝箱內(nèi)溫度是否落在受控氣氛系統(tǒng)的工作溫度范圍內(nèi)。
在這里給出的較佳實施例中，該范圍為-5℃—25℃。如果同時滿足這些條件，如步驟80所示，那么控制器經(jīng)“YES”分支82轉(zhuǎn)入步驟84。在任何時刻如果不滿足集裝箱內(nèi)的規(guī)定溫度條件，則經(jīng)過“NO”支路81使氣氛控制啟動開關(guān)70斷開，而系統(tǒng)中止運行。
假定溫度條件和步驟84以前的全部條件都得到滿足，則控制器判斷冷藏系統(tǒng)是否運行于化霜模式。冷藏系統(tǒng)12自動地定時進入化霜循環(huán)，除去蒸發(fā)盤管22上面的結(jié)霜。在該循環(huán)中冷藏控制器關(guān)閉蒸發(fā)器回氣風(fēng)扇26并開啟電加熱器(未畫出)。氣氛壓縮機30的運行取決于用于冷卻的集裝箱內(nèi)部循環(huán)空氣的狀態(tài)。如果空氣升溫，則冷量不夠，因而將損壞壓縮機。因此在化霜循環(huán)過程中，受控氣氛系統(tǒng)不得開啟或經(jīng)“YES”支路85中止。
假定冷藏系統(tǒng)并未處于化霜狀態(tài)，則邏輯進程經(jīng)“NO”分支86轉(zhuǎn)入步驟88，判斷冷藏系統(tǒng)是否運行在“預(yù)動”模式。在預(yù)動模式期間，冷藏系統(tǒng)判斷其所有特征是否處于正確運作范圍。在該循環(huán)期間，冷藏系統(tǒng)各部件循環(huán)開關(guān)以進行檢測。在循環(huán)期間運行受控氣氛系統(tǒng)可能會影響測試結(jié)果。因此，當(dāng)冷藏系統(tǒng)處于預(yù)動模式時，不允許運行保護氣氛控制系統(tǒng)，如果處于運行狀態(tài)，也將中止，如“YES”分支87所示。
參照圖4將會注意到，只有當(dāng)所述條件全部滿足時才接通冷藏控制器內(nèi)的氣氛控制啟動開關(guān)70，允許其向受控氣氛系統(tǒng)發(fā)送一個24伏的電信號，從而使控制系統(tǒng)按照其自身的控制算法開始運行，這一部分已不屬本發(fā)明的范圍。該條件由來自步驟88的“YES”分支90表示，其中“啟動受控氣氛”92表示接通啟動開關(guān)70。
權(quán)利要求
1.一種用于控制一限定空間(10)內(nèi)(內(nèi)有一用于控制氣氛的受控氣氛系統(tǒng)(14))的溫度和氣氛的裝置，其特征在于該裝置包括用于控制所述的受控氣氛系統(tǒng)運行的電氣控制裝置(50)，所述的受控氣氛系統(tǒng)控制裝置只有當(dāng)接收到一個啟動信號時才處于控制所述的受控氣氛系統(tǒng)的運行狀態(tài)；用于控制該空間內(nèi)溫度的冷藏系統(tǒng)(12)；用于控制和監(jiān)測所述冷藏系統(tǒng)運行的可編程電氣控制裝置(18)，所述的冷藏系統(tǒng)控制裝置包括用于判斷受控氣氛系統(tǒng)是否應(yīng)該運行的裝置和用于在作出所述判斷后產(chǎn)生受控氣氛系統(tǒng)啟動信號的裝置；以及用于將來自所述的冷藏系統(tǒng)控制器的所述啟動信號送往受控氣氛系統(tǒng)控制器的裝置(71)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的用于判斷受控氣氛系統(tǒng)是否應(yīng)該運行的裝置包括用于判斷冷藏系統(tǒng)的一個或一個以上的條件(74，76，80，84，88)是否滿足某些設(shè)定條件的裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，當(dāng)任意一個所述運行條件不滿足所述的設(shè)定條件時，所述的用于判斷和產(chǎn)生裝置將不產(chǎn)生所述的啟動信號。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的冷藏系統(tǒng)(12)與所述的受控氣氛系統(tǒng)(14)由同一電源供電，并且其中一個所述的設(shè)定條件是用于運行所述系統(tǒng)的電源的電力是否充足，如果條件不滿足，則不產(chǎn)生所述的啟動信號。
5.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的冷藏系統(tǒng)(12)可運行于預(yù)動模式，并且其中一個所述的設(shè)定條件(88)是所述的冷藏系統(tǒng)是否處于所述的預(yù)動模式，如果滿足條件，則不產(chǎn)生所述的啟動信號。
6.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的冷藏系統(tǒng)(12)包括用于循環(huán)所述限定空間內(nèi)氣氛的蒸發(fā)器風(fēng)扇(26)，并且，其中一個所述的設(shè)定條件(74)是所述的蒸發(fā)器風(fēng)扇是否運行以使氣體循環(huán)，如果不滿足條件，則不產(chǎn)生所述的啟動信號。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述的蒸發(fā)器風(fēng)扇具有多種轉(zhuǎn)速，并且其中所述的設(shè)定條件(74)是所述風(fēng)扇是否以最快速度運轉(zhuǎn)。
8.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的冷藏系統(tǒng)(12)可運行于化霜模式，并且，其中一個所述設(shè)定條件(84)是所述的冷藏系統(tǒng)是否處于化霜模式，如果滿足條件，則不產(chǎn)生所述的啟動信號。
9.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的冷藏系統(tǒng)(12)具有一個設(shè)定的設(shè)定點容許誤差運行范圍，并且其中一個所述設(shè)定條件(80)是所述的冷藏系統(tǒng)是否運行于所述的設(shè)定點容許誤差范圍之內(nèi)，如果條件不滿足，則不產(chǎn)生所述的啟動信號。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述的受控氣氛系統(tǒng)(14)具有一個設(shè)定的溫度運行范圍，而且除了在所述的設(shè)定點容許誤差范圍內(nèi)運行以外，其中一個所述的設(shè)定條件是所述的冷藏系統(tǒng)是否在所述的設(shè)定運行范圍內(nèi)運行，如果不是同時位于所述的設(shè)定點容許誤差和所述的設(shè)定運行范圍內(nèi)，則不產(chǎn)生所述的啟動信號。
全文摘要
提出了一種帶冷藏系統(tǒng)和受控氣氛系統(tǒng)的冷藏集裝箱。冷藏系統(tǒng)和控制系統(tǒng)都帶有控制器。冷藏控制器編程為在某些認(rèn)可條件下可以運行受控氣氛系統(tǒng)。當(dāng)這些條件滿足時，冷藏控制器將向受控氣氛系統(tǒng)發(fā)送啟動信號允許其運行。如果在運行過程中的任意時刻冷藏控制器判斷受控氣氛系統(tǒng)不應(yīng)運行，則它撤除電氣啟動工作信號，使受控氣氛系統(tǒng)停止運行。
文檔編號F25D17/06GK1119615SQ9510690
公開日1996年4月3日 申請日期1995年6月15日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月15日
發(fā)明者巴里·P·卡希爾奧布雷, 米歇爾·W·內(nèi)文, 理查·L·馬丁 申請人:運載器有限公司