CN101910816A - 集装箱中co2泄漏的探测 - Google Patents

Abstract

一种致冷集装箱，其具有使用CO₂作为致冷剂的致冷系统，包括感测和警告系统，用于感测集装箱内的CO₂浓度并且响应性地在显示模块中显示所感测的条件，从而使操作者将意识到可导致有害条件的过度水平的浓度，因而不应当进入集装箱直到该条件解除。

Description

集装箱中CO2泄漏的探测

技术领域

本发明一般涉及运输致冷系统，更具体地涉及用于探测集装箱(或称容器，container)内过度水平的CO₂蒸汽并且向操作者提供其指示的方法和设备。

背景技术

致冷车辆已经长时间地在多种应用中被采用，这些应用包括易腐败商品的存储和销售，特别是生产诸如水果和蔬菜以及其他易腐败食品，包括经过处理并且冰冻或冷冻的产品，例如冰淇淋等。本发明所构想的致冷车辆例如包括用于道路运输和背负式运输的卡车拖车、轨道客车和用于陆地和海运服务的集装箱体等。因此，本发明包括适于在致冷空间内接收货物的致冷集装箱或车辆的这一总体目标下的所有这种致冷集装箱。

用于这种致冷集装箱的致冷系统通常使用闭环系统中的常规致冷剂，该闭环系统包括用于冷却集装箱内空气的蒸发器。出于环境的考虑，诸如R-22的氯氟烃(HCFCS)已经被放弃，而诸如R-134aheR-407c的氢氟碳化物(HFCS)已经取代了它们的地位。然而，由于同样的环境考虑，希望将这些HFCS的使用代之以不会对大气产生负面作用的更加“良性”的致冷剂。因此，目前对于致冷集装箱的蒸汽压缩系统而言，CO₂的使用变得很有吸引力。

二氧化碳作为致冷剂的一个特性是其具有低临界温度，从而大多数CO₂致冷剂蒸汽压缩系统被设计成工作在跨临界区。这要求它们工作在比利用常规致冷剂工作时充分更高的压力下，并且为此目的需要设计特殊的压缩机。为了适应这些较高的压力，其他部件和管道必须在它们的设计上牢固可靠。尽管如此，该系统中出现泄漏的可能性还是高于利用常规致冷剂工作的低压系统。

根据系统中何处可能出现泄漏，CO₂可被释放到外部大气或释放到集装箱内部。如果被释放到集装箱内部，则二氧化碳浓度可能产生对进入集装箱的人员潜在有害的环境。虽然CO₂的毒性并不是太有可能成为问题，但相应的可用氧气的减少可能对于进入集装箱的人员有害。在这点上，OSHA已经指出了对于长时间独立暴露(shift-long exposure)而言的最低可接受氧气浓度是19.5％，这对应于二氧化碳浓度约为60,000ppm(6％)。

已经在致冷集装箱内使用了二氧化碳传感器，但却是用于不同的目的和方式。也即，在所谓“受控环境”致冷集装箱系统中，集装箱内的氮气浓度被提高从而由此降低运输和存储期间可能出现的氧化(即，催熟)。美国专利5,457,963中描述了这种系统。这样的系统中存在一些类型的货物(例如芦笋、草莓、黑莓、甜瓜、新鲜辣椒)，其中，集装箱内CO₂的消耗对于货物是有害的。因此，已知的技术是用于感测CO₂的百分比何时达到预定的较低水平，从而响应性地从设置成用于该目的的加压容器将CO₂注入集装箱。

所需要的是一种方法和设备，用于确定CO₂的含量何时达到不期望的较高水平并且提供对此的指示，从而使操作者在这种条件下不进入集装箱。

发明内容

根据本发明的一个方面，CO₂传感器被设置在致冷集装箱内，用于确定CO₂浓度何时达到预定较高阈值。然后，在显示器中提供对于该情况的指示，使得操作者将了解该情况。

在下文描述的附图中，说明了一个实施例；然而，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可对其作出各种其他修改和替代性构造。

附图说明

图1是根据现有技术的集装箱致冷系统的示意图。

图2是根据本发明的致冷集装箱的示意图。

图3是CO₂浓度随集装箱装载量状态变化的曲线图。

图4是其控制和显示部分的示意图。

图5是根据本发明的感测和显示过程的流程图。

具体实施方式

图1中以附图标记10示出了使用CO₂作为致冷剂的典型致冷剂蒸汽压缩系统，其包括压缩机11、排热换热器12、膨胀装置13和吸热换热器14，所有这些都以串联的流关系连接在闭环致冷循环中。蒸汽压缩系统10还可包括以串联的流关系连接在排热换热器12和膨胀装置13之间的过滤器/干燥器16和闪蒸罐接收器17。

压缩机11的功能是压缩CO₂致冷剂并且使CO₂致冷剂在致冷剂回路中循环，并且可以是单一的多级式压缩机，其至少具有第一低压压缩级和第二高压压缩级，例如涡旋式压缩机或往复式压缩机。压缩机11也可包括一对压缩机，例如一对往复式压缩机或涡旋式压缩机，这一对压缩机具有将第一压缩机的排出口与第二压缩机的吸入端以致冷剂流关系连接的致冷剂管道。在单一的多级式压缩机的情况下，每个压缩级将由单一电机驱动，该单一电机以被连接以驱动两个级，而在一对压缩机的情况下，每个压缩机将独立地由其自身专用的电机驱动。

致冷剂蒸汽压缩系统10被设计成以亚临界循环工作。因此，致冷剂排热换热器12被设计成作为致冷剂冷凝换热器工作，从压缩装置11排出的热的高压CO₂蒸汽穿过致冷剂排热换热器13与冷却介质处于换热关系以将穿过致冷剂排热换热器13的致冷剂从致冷剂蒸汽冷凝到致冷剂液体。致冷剂冷凝换热器12(其在本文中也可称为冷凝器)可包括翅片管换热器，例如翅片和圆管换热线圈或者翅片和扁平小型通道管换热器。在运输致冷系统应用中，典型的冷却介质是穿过冷凝器12借助与冷凝器12可操作地关联的风扇18而与致冷剂处于换热关系的周围环境空气。

吸热换热器14可称为蒸发器并且可以是常规翅片管换热器，例如翅片和圆管热线圈或者翅片和小型通道扁平管换热器，已经通过了膨胀装置13的被膨胀的致冷剂穿过蒸发器14与被加热流体处于换热关系，由此，致冷剂被蒸发并且通常是过热的。在蒸发器14中穿过与致冷剂处于换热关系的加热流体可以是借助与蒸发器14可操作地关联的风扇19而通过蒸发器14的空气，该空气将被冷却且通常被除湿并且然后被供应到气候受控环境21，该气候受控环境包含易腐败货物，例如被致冷的或冰冻的食品。

闪蒸罐接收器17通常利用布置在其内的液体致冷剂和蒸汽致冷剂工作。也即，来自冷凝器12的液体致冷剂进入闪蒸罐接收器17并且下沉到罐的底部。由于液体将出于饱和温度，致冷剂蒸汽将填充罐内未被液体致冷剂填充的空间。膨胀装置13控制流向蒸发器14的致冷剂流，使液体致冷剂定量计量地流出罐17。随着亚临界致冷剂蒸汽压缩系统的工作条件变化，系统的充填要求(charge requirements)将改变并且接收器罐内的液面位置将适当地升高或降低以建立新的平衡液面位置。

现在参见图2，示出了货物集装箱22，该货物集装箱22被设计成容纳存储在气候受控环境21中的货物23，用于使货物23保持新鲜和处于致冷条件下。为此目的，如图所示，包含了蒸汽压缩系统10的致冷系统24可操作地连接到货物集装箱22的一端。因此，如箭头所示的，气候受控环境21内的空气流入致冷系统24并且借助风扇10穿过蒸发器14，在蒸发器14处空气被冷却，而后空气穿过通道26回到货物集装箱22的下部中并且向上运动经过货物23，从而完成循环。

现在考虑如图1所示的蒸汽压缩系统10，其包含的CO₂蒸汽处于膨胀装置13和冷凝器12之间的回路部分中，并且蒸汽处于高至2250psi(15.5MPa)的相对高压力，因此必须意识到从回路的那个部分将有可能出现泄漏。根据何处出现泄漏，如果CO₂蒸汽从图2的致冷系统24的左侧流出，则其可被释放到大气中；如果CO₂蒸汽从致冷系统24的右侧流出，则其可被释放到气候受控环境中。如果CO₂蒸汽流向大气，则除了可能需要补充失去的致冷剂之外负面影响是最小的。然而，如果CO₂蒸汽流进入了气候受控环境21，则其可对于进入集装箱22的人员形成不安全的条件，因为CO₂的注入将必然减少空间中相关的氧气浓度。随着空间中货物量的增加，这种情况尤其成立。

现在参见图3，示出了满载(即装满集装箱)的百分比和集装箱内CO₂浓度百分比之间关系的曲线图。也即，如果一定量的CO₂蒸汽泄漏进入空置条件下的货物集装箱22，则其可消散的容积将是集装箱的全部容积，从而总体影响将比货物集装箱22中包括了负载的情况明显的小。另一方面，如图2所示，当货物集装箱22内存放了充分多的货物23负载时，泄漏的CO₂可消散的空间大小显著减小，从而影响明显较大。因此，图3中的数据示出了二氧化碳浓度水平将从集装箱空置时的小于4％变化到集装箱满载时的超过40％二氧化碳浓度。

再次参见图2，可以看出，根据本发明，CO₂传感器27被安装在致冷系统24内，处于返回的空气从货物集装箱22进入致冷系统24的位置。传感器27能够对从货物集装箱22返回的空气进行采样以确定其内的CO₂浓度。

传感器27可为常规类型，例如可从Texas Instruments获得的红外分析器。图4示出了传感器27以电连接方式连接到相关部件。

传感器27产生代表集装箱22内CO₂浓度的模拟信号。该模拟信号沿线28被送至模数转换器29，代表性数字信号沿线30被送至控制器31。然后，控制器31沿线32将信号送至显示控制台33，显示控制台33转而沿线34传送信号以在附图标记35处产生代表性视觉显示，从而由此警示外面人员集装箱22内潜在的有害环境。

图5示出了逻辑流程图，以表示控制器32的工作方式，以在显示控制台33处提供适当的显示。在方框30中，当单元通电时，控制器32每秒都读取CO₂传感器27。然后，代表性信号被送至比较器36并且与预定阈值进行比较，该预定阈值例如为3％。只要如方框40所示，所指示的CO₂浓度低于预定水平，则信号被送至显示控制台33并且适当的指示器37在附图标记35处可视地显示以表示货物集装箱22内的条件“解除警报”，可以让人员进入。然而当如方框38所示，控制器32指示货物集装箱22内的CO₂浓度水平高于预定水平(例如3％)，则信号将被送至显示控制台33并且适当的“高CO₂”视觉显示将被显示在附图标记35处以向操作者指示货物集装箱22内存在有害条件，从而不应当进入直到采取了适当措施，例如通过打开门允许被捕获在其内的CO₂气体逸出，从而对货物集装箱22进行排气。

作为操作计划的一部分，将通过张贴在单元上的适当提示、操作手册以及可能通过提供在显示控制台33上的适当指令而对操作者进行指示，为了避免有害条件，操作者应当检查显示控制台以确保当时不存在有害条件。

尽管已经参照如附图所示的一个实施例具体示出和描述了本发明，但本领域技术人员应当理解的是，在不偏离如权利要求所限定的本发明精神和范围的情况下，可对本发明作出各种详细的改变。

Claims (7)

1.一种致冷集装箱系统，包括：

致冷系统，所述致冷系统包括致冷回路，所述致冷回路具有呈串行流关系的压缩机、排热换热器、膨胀装置和吸热换热器，所述压缩机用于压缩作为致冷剂的CO₂蒸汽；

致冷集装箱，使所述吸热换热器布置成与在所述致冷集装箱内循环的空气流处于换热关系；

CO₂传感器，所述CO₂传感器位于所述空气流内，用于感测其内的CO₂浓度何时达到预定的较高水平，以便产生其代表性信号；和

控制器，所述控制器用于接收所述代表性信号并且响应性地产生所感测条件的视觉显示。

2.如权利要求1所述的致冷集装箱系统，其特征在于，所述CO₂传感器布置在所述致冷系统内。

3.一种降低进入货物集装箱的操作者风险的方法，所述集装箱可包含从相关联的蒸汽压缩致冷系统泄漏的CO₂，所述方法包括如下步骤：

感测所述集装箱内的CO₂浓度并且产生其代表性信号；

提供控制器，用于接收所述代表性信号并且响应于所述信号提供适当的显示信号；和

显示控制台，用于接收所述显示信号并且产生所述显示信号的适当视觉显示。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述显示指示了或者所述集装箱内存在有害条件或者所述集装箱内不存在有害条件。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：

将所述代表性信号与预定阈值比较，使所述显示提供所述阈值是否已被超过的指示。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预定阈值处于1％到8％的范围内。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述阈值为约3％。

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