專利名稱：集裝箱中CO₂泄漏的探測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及運(yùn)輸致冷系統(tǒng)，更具體地涉及用于探測集裝箱(或稱容器， container)內(nèi)過度水平的CO2蒸汽并且向操作者提供其指示的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
致冷車輛已經(jīng)長時(shí)間地在多種應(yīng)用中被采用，這些應(yīng)用包括易腐敗商品的存儲(chǔ)和 銷售，特別是生產(chǎn)諸如水果和蔬菜以及其他易腐敗食品，包括經(jīng)過處理并且冰凍或冷凍的 產(chǎn)品，例如冰淇淋等。本發(fā)明所構(gòu)想的致冷車輛例如包括用于道路運(yùn)輸和背負(fù)式運(yùn)輸?shù)目?車拖車、軌道客車和用于陸地和海運(yùn)服務(wù)的集裝箱體等。因此，本發(fā)明包括適于在致冷空間 內(nèi)接收貨物的致冷集裝箱或車輛的這一總體目標(biāo)下的所有這種致冷集裝箱。用于這種致冷集裝箱的致冷系統(tǒng)通常使用閉環(huán)系統(tǒng)中的常規(guī)致冷劑，該閉環(huán)系統(tǒng) 包括用于冷卻集裝箱內(nèi)空氣的蒸發(fā)器。出于環(huán)境的考慮，諸如R-22的氯氟烴(HCFCS)已經(jīng) 被放棄，而諸如R-134aheR-407C的氫氟碳化物(HFCS)已經(jīng)取代了它們的地位。然而，由于 同樣的環(huán)境考慮，希望將這些HFCS的使用代之以不會(huì)對大氣產(chǎn)生負(fù)面作用的更加“良性” 的致冷劑。因此，目前對于致冷集裝箱的蒸汽壓縮系統(tǒng)而言，CO2的使用變得很有吸引力。二氧化碳作為致冷劑的一個(gè)特性是其具有低臨界溫度，從而大多數(shù)CO2致冷劑蒸 汽壓縮系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成工作在跨臨界區(qū)。這要求它們工作在比利用常規(guī)致冷劑工作時(shí)充分更 高的壓力下，并且為此目的需要設(shè)計(jì)特殊的壓縮機(jī)。為了適應(yīng)這些較高的壓力，其他部件和 管道必須在它們的設(shè)計(jì)上牢固可靠。盡管如此，該系統(tǒng)中出現(xiàn)泄漏的可能性還是高于利用 常規(guī)致冷劑工作的低壓系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)中何處可能出現(xiàn)泄漏，CO2可被釋放到外部大氣或釋放到集裝箱內(nèi)部。如 果被釋放到集裝箱內(nèi)部，則二氧化碳濃度可能產(chǎn)生對進(jìn)入集裝箱的人員潛在有害的環(huán)境。 雖然CO2的毒性并不是太有可能成為問題，但相應(yīng)的可用氧氣的減少可能對于進(jìn)入集裝箱 的人員有害。在這點(diǎn)上，OSHA已經(jīng)指出了對于長時(shí)間獨(dú)立暴露(shift-long exposure)而 言的最低可接受氧氣濃度是19. 5%，這對應(yīng)于二氧化碳濃度約為60，OOOppm(6% )。已經(jīng)在致冷集裝箱內(nèi)使用了二氧化碳傳感器，但卻是用于不同的目的和方式。也 即，在所謂“受控環(huán)境”致冷集裝箱系統(tǒng)中，集裝箱內(nèi)的氮?dú)鉂舛缺惶岣邚亩纱私档瓦\(yùn)輸 和存儲(chǔ)期間可能出現(xiàn)的氧化(即，催熟)。美國專利5，457，963中描述了這種系統(tǒng)。這樣的 系統(tǒng)中存在一些類型的貨物(例如蘆筍、草莓、黑莓、甜瓜、新鮮辣椒)，其中，集裝箱內(nèi)CO2 的消耗對于貨物是有害的。因此，已知的技術(shù)是用于感測CO2的百分比何時(shí)達(dá)到預(yù)定的較 低水平，從而響應(yīng)性地從設(shè)置成用于該目的的加壓容器將CO2注入集裝箱。所需要的是一種方法和設(shè)備，用于確定CO2的含量何時(shí)達(dá)到不期望的較高水平并 且提供對此的指示，從而使操作者在這種條件下不進(jìn)入集裝箱。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，CO2傳感器被設(shè)置在致冷集裝箱內(nèi)，用于確定CO2濃度何時(shí)達(dá)到預(yù)定較高閾值。然后，在顯示器中提供對于該情況的指示，使得操作者將了解該情 況。在下文描述的附圖中，說明了一個(gè)實(shí)施例；然而，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情 況下，可對其作出各種其他修改和替代性構(gòu)造。


圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的集裝箱致冷系統(tǒng)的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的致冷集裝箱的示意圖。圖3是CO2濃度隨集裝箱裝載量狀態(tài)變化的曲線圖。圖4是其控制和顯示部分的示意圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的感測和顯示過程的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1中以附圖標(biāo)記10示出了使用CO2作為致冷劑的典型致冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其 包括壓縮機(jī)11、排熱換熱器12、膨脹裝置13和吸熱換熱器14，所有這些都以串聯(lián)的流關(guān)系 連接在閉環(huán)致冷循環(huán)中。蒸汽壓縮系統(tǒng)10還可包括以串聯(lián)的流關(guān)系連接在排熱換熱器12 和膨脹裝置13之間的過濾器/干燥器16和閃蒸罐接收器17。壓縮機(jī)11的功能是壓縮CO2致冷劑并且使CO2致冷劑在致冷劑回路中循環(huán)，并且 可以是單一的多級(jí)式壓縮機(jī)，其至少具有第一低壓壓縮級(jí)和第二高壓壓縮級(jí)，例如渦旋式 壓縮機(jī)或往復(fù)式壓縮機(jī)。壓縮機(jī)11也可包括一對壓縮機(jī)，例如一對往復(fù)式壓縮機(jī)或渦旋式 壓縮機(jī)，這一對壓縮機(jī)具有將第一壓縮機(jī)的排出口與第二壓縮機(jī)的吸入端以致冷劑流關(guān)系 連接的致冷劑管道。在單一的多級(jí)式壓縮機(jī)的情況下，每個(gè)壓縮級(jí)將由單一電機(jī)驅(qū)動(dòng)，該單 一電機(jī)以被連接以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)級(jí)，而在一對壓縮機(jī)的情況下，每個(gè)壓縮機(jī)將獨(dú)立地由其自身 專用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。致冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)10被設(shè)計(jì)成以亞臨界循環(huán)工作。因此，致冷劑排熱換熱器12 被設(shè)計(jì)成作為致冷劑冷凝換熱器工作，從壓縮裝置11排出的熱的高壓CO2蒸汽穿過致冷劑 排熱換熱器13與冷卻介質(zhì)處于換熱關(guān)系以將穿過致冷劑排熱換熱器13的致冷劑從致冷劑 蒸汽冷凝到致冷劑液體。致冷劑冷凝換熱器12 (其在本文中也可稱為冷凝器)可包括翅片 管換熱器，例如翅片和圓管換熱線圈或者翅片和扁平小型通道管換熱器。在運(yùn)輸致冷系統(tǒng) 應(yīng)用中，典型的冷卻介質(zhì)是穿過冷凝器12借助與冷凝器12可操作地關(guān)聯(lián)的風(fēng)扇18而與致 冷劑處于換熱關(guān)系的周圍環(huán)境空氣。吸熱換熱器14可稱為蒸發(fā)器并且可以是常規(guī)翅片管換熱器，例如翅片和圓管熱 線圈或者翅片和小型通道扁平管換熱器，已經(jīng)通過了膨脹裝置13的被膨脹的致冷劑穿過 蒸發(fā)器14與被加熱流體處于換熱關(guān)系，由此，致冷劑被蒸發(fā)并且通常是過熱的。在蒸發(fā)器 14中穿過與致冷劑處于換熱關(guān)系的加熱流體可以是借助與蒸發(fā)器14可操作地關(guān)聯(lián)的風(fēng)扇 19而通過蒸發(fā)器14的空氣，該空氣將被冷卻且通常被除濕并且然后被供應(yīng)到氣候受控環(huán) 境21，該氣候受控環(huán)境包含易腐敗貨物，例如被致冷的或冰凍的食品。閃蒸罐接收器17通常利用布置在其內(nèi)的液體致冷劑和蒸汽致冷劑工作。也即，來 自冷凝器12的液體致冷劑進(jìn)入閃蒸罐接收器17并且下沉到罐的底部。由于液體將出于飽和溫度，致冷劑蒸汽將填充罐內(nèi)未被液體致冷劑填充的空間。膨脹裝置13控制流向蒸發(fā)器 14的致冷劑流，使液體致冷劑定量計(jì)量地流出罐17。隨著亞臨界致冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)的工 作條件變化，系統(tǒng)的充填要求(charge requirements)將改變并且接收器罐內(nèi)的液面位置 將適當(dāng)?shù)厣呋蚪档鸵越⑿碌钠胶庖好嫖恢谩，F(xiàn)在參見圖2，示出了貨物集裝箱22，該貨物集裝箱22被設(shè)計(jì)成容納存儲(chǔ)在氣候 受控環(huán)境21中的貨物23，用于使貨物23保持新鮮和處于致冷條件下。為此目的，如圖所 示，包含了蒸汽壓縮系統(tǒng)10的致冷系統(tǒng)24可操作地連接到貨物集裝箱22的一端。因此，如 箭頭所示的，氣候受控環(huán)境21內(nèi)的空氣流入致冷系統(tǒng)24并且借助風(fēng)扇10穿過蒸發(fā)器14， 在蒸發(fā)器14處空氣被冷卻，而后空氣穿過通道26回到貨物集裝箱22的下部中并且向上運(yùn) 動(dòng)經(jīng)過貨物23，從而完成循環(huán)?，F(xiàn)在考慮如圖1所示的蒸汽壓縮系統(tǒng)10，其包含的CO2蒸汽處于膨脹裝置13和冷 凝器12之間的回路部分中，并且蒸汽處于高至2250psi (15. 5MPa)的相對高壓力，因此必須 意識(shí)到從回路的那個(gè)部分將有可能出現(xiàn)泄漏。根據(jù)何處出現(xiàn)泄漏，如果CO2蒸汽從圖2的致 冷系統(tǒng)24的左側(cè)流出，則其可被釋放到大氣中；如果CO2蒸汽從致冷系統(tǒng)24的右側(cè)流出， 則其可被釋放到氣候受控環(huán)境中。如果CO2蒸汽流向大氣，則除了可能需要補(bǔ)充失去的致冷 劑之外負(fù)面影響是最小的。然而，如果CO2蒸汽流進(jìn)入了氣候受控環(huán)境21，則其可對于進(jìn)入 集裝箱22的人員形成不安全的條件，因?yàn)镃O2的注入將必然減少空間中相關(guān)的氧氣濃度。 隨著空間中貨物量的增加，這種情況尤其成立?，F(xiàn)在參見圖3，示出了滿載(即裝滿集裝箱)的百分比和集裝箱內(nèi)CO2濃度百分比 之間關(guān)系的曲線圖。也即，如果一定量的CO2蒸汽泄漏進(jìn)入空置條件下的貨物集裝箱22，則 其可消散的容積將是集裝箱的全部容積，從而總體影響將比貨物集裝箱22中包括了負(fù)載 的情況明顯的小。另一方面，如圖2所示，當(dāng)貨物集裝箱22內(nèi)存放了充分多的貨物23負(fù)載 時(shí)，泄漏的CO2可消散的空間大小顯著減小，從而影響明顯較大。因此，圖3中的數(shù)據(jù)示出 了二氧化碳濃度水平將從集裝箱空置時(shí)的小于4%變化到集裝箱滿載時(shí)的超過40%二氧 化碳濃度。再次參見圖2，可以看出，根據(jù)本發(fā)明，CO2傳感器27被安裝在致冷系統(tǒng)24內(nèi)，處 于返回的空氣從貨物集裝箱22進(jìn)入致冷系統(tǒng)24的位置。傳感器27能夠?qū)呢浳锛b箱 22返回的空氣進(jìn)行采樣以確定其內(nèi)的CO2濃度。傳感器27可為常規(guī)類型，例如可從Texas Instruments獲得的紅外分析器。圖4 示出了傳感器27以電連接方式連接到相關(guān)部件。傳感器27產(chǎn)生代表集裝箱22內(nèi)CO2濃度的模擬信號(hào)。該模擬信號(hào)沿線28被送 至模數(shù)轉(zhuǎn)換器29，代表性數(shù)字信號(hào)沿線30被送至控制器31。然后，控制器31沿線32將信 號(hào)送至顯示控制臺(tái)33，顯示控制臺(tái)33轉(zhuǎn)而沿線34傳送信號(hào)以在附圖標(biāo)記35處產(chǎn)生代表性 視覺顯示，從而由此警示外面人員集裝箱22內(nèi)潛在的有害環(huán)境。圖5示出了邏輯流程圖，以表示控制器32的工作方式，以在顯示控制臺(tái)33處提供 適當(dāng)?shù)娘@示。在方框30中，當(dāng)單元通電時(shí)，控制器32每秒都讀取CO2傳感器27。然后，代 表性信號(hào)被送至比較器36并且與預(yù)定閾值進(jìn)行比較，該預(yù)定閾值例如為3%。只要如方框 40所示，所指示的CO2濃度低于預(yù)定水平，則信號(hào)被送至顯示控制臺(tái)33并且適當(dāng)?shù)闹甘酒?37在附圖標(biāo)記35處可視地顯示以表示貨物集裝箱22內(nèi)的條件“解除警報(bào)”，可以讓人員進(jìn)入。然而當(dāng)如方框38所示，控制器32指示貨物集裝箱22內(nèi)的CO2濃度水平高于預(yù)定水平 (例如3% )，則信號(hào)將被送至顯示控制臺(tái)33并且適當(dāng)?shù)摹案逤O2”視覺顯示將被顯示在附圖 標(biāo)記35處以向操作者指示貨物集裝箱22內(nèi)存在有害條件，從而不應(yīng)當(dāng)進(jìn)入直到采取了適 當(dāng)措施，例如通過打開門允許被捕獲在其內(nèi)的CO2氣體逸出，從而對貨物集裝箱22進(jìn)行排氣。作為操作計(jì)劃的一部分，將通過張貼在單元上的適當(dāng)提示、操作手冊以及可能通 過提供在顯示控制臺(tái)33上的適當(dāng)指令而對操作者進(jìn)行指示，為了避免有害條件，操作者應(yīng) 當(dāng)檢查顯示控制臺(tái)以確保當(dāng)時(shí)不存在有害條件。盡管已經(jīng)參照如附圖所示的一個(gè)實(shí)施例具體示出和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù) 人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在不偏離如權(quán)利要求所限定的本發(fā)明精神和范圍的情況下，可對本發(fā) 明作出各種詳細(xì)的改變。
權(quán)利要求
一種致冷集裝箱系統(tǒng)，包括致冷系統(tǒng)，所述致冷系統(tǒng)包括致冷回路，所述致冷回路具有呈串行流關(guān)系的壓縮機(jī)、排熱換熱器、膨脹裝置和吸熱換熱器，所述壓縮機(jī)用于壓縮作為致冷劑的CO2蒸汽；致冷集裝箱，使所述吸熱換熱器布置成與在所述致冷集裝箱內(nèi)循環(huán)的空氣流處于換熱關(guān)系；CO2傳感器，所述CO2傳感器位于所述空氣流內(nèi)，用于感測其內(nèi)的CO2濃度何時(shí)達(dá)到預(yù)定的較高水平，以便產(chǎn)生其代表性信號(hào)；和控制器，所述控制器用于接收所述代表性信號(hào)并且響應(yīng)性地產(chǎn)生所感測條件的視覺顯示。
2.如權(quán)利要求1所述的致冷集裝箱系統(tǒng)，其特征在于，所述CO2傳感器布置在所述致冷 系統(tǒng)內(nèi)。
3. 一種降低進(jìn)入貨物集裝箱的操作者風(fēng)險(xiǎn)的方法，所述集裝箱可包含從相關(guān)聯(lián)的蒸汽 壓縮致冷系統(tǒng)泄漏的CO2，所述方法包括如下步驟感測所述集裝箱內(nèi)的CO2濃度并且產(chǎn)生其代表性信號(hào)；提供控制器，用于接收所述代表性信號(hào)并且響應(yīng)于所述信號(hào)提供適當(dāng)?shù)娘@示信號(hào)；和 顯示控制臺(tái)，用于接收所述顯示信號(hào)并且產(chǎn)生所述顯示信號(hào)的適當(dāng)視覺顯示。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述顯示指示了或者所述集裝箱內(nèi)存在有 害條件或者所述集裝箱內(nèi)不存在有害條件。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，包括如下步驟將所述代表性信號(hào)與預(yù)定閾值比較，使所述顯示提供所述閾值是否已被超過的指示。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定閾值處于1%到8%的范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述閾值為約3%。
全文摘要
一種致冷集裝箱，其具有使用CO2作為致冷劑的致冷系統(tǒng)，包括感測和警告系統(tǒng)，用于感測集裝箱內(nèi)的CO2濃度并且響應(yīng)性地在顯示模塊中顯示所感測的條件，從而使操作者將意識(shí)到可導(dǎo)致有害條件的過度水平的濃度，因而不應(yīng)當(dāng)進(jìn)入集裝箱直到該條件解除。
文檔編號(hào)G01M3/04GK101910816SQ200880124977
公開日2010年12月8日 申請日期2008年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月17日
發(fā)明者S·杜雷薩米, Z·阿斯普羅夫斯基 申請人:開利公司