DE112007002526T5

DE112007002526T5 - Temperatursteuersystem mit Wärmetauschermodulen mit indirekter Expansionskühlung und innenliegender elektrischer Beheizung

Info

Publication number: DE112007002526T5
Application number: DE112007002526T
Authority: DE
Inventors: Vladimir Minnetonka Sulc; Robert Minneapolis Srichai; Michal Hegar
Original assignee: Thermo King Corp
Current assignee: Thermo King Corp
Priority date: 2006-10-23
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2009-09-03
Also published as: GB0906923D0; GB2458391A; GB2458391B; WO2008051960A3; US8109327B2; WO2008051960A2; US20080092564A1

Abstract

Temperatursteuersystem für einen Container, der mehrere Abteile aufweist, wobei das Temperatursteuersystem umfasst:
– einen Kühlkreislauf, in dem ein primäres Fluid zirkuliert;
– einen sekundären Fluidkreislauf in Verbindung mit einem ersten Abteil des Containers und einem zweiten Abteil des Containers, wobei der sekundäre Fluidkreislauf ein darin zirkulierendes sekundäres Fluid aufweist, wobei das sekundäre Fluid von dem primären Fluid getrennt ist, wobei der sekundäre Fluidkreislauf umfasst:
– ein erstes Wärmetauschermodul in Verbindung mit einem inneren Laderaum des ersten Abteils, und
– ein zweites Wärmetauschermodul in Verbindung mit einem inneren Laderaum des zweiten Abteils,
– wobei jedes der ersten und zweiten Wärmetauschermodule eine Pumpe aufweist, die dafür ausgelegt ist, das sekundäre Fluid zu pumpen, eine Heizung, die selektiv derart betriebsfähig ist, dass sie das sekundäre Fluid heizt, einen innerhalb des betreffenden inneren Laderaums angeordneten Wärmetauscher, sowie ein Drei-Wege-Ventil, das dafür ausgelegt ist, die Strömung des sekundären Fluids durch...

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht den Zeitrang der parallel anhängigen U.S. Provisional Patent Application No. 60/862,542, die am 23. Oktober 2006 eingereicht wurde, deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme darauf aufgenommen ist.
Zusammenfassung
In einer Ausführungsform schafft die vorliegende Erfindung ein Temperatursteuersystem für einen Container mit mehreren Abteilen. Das Temperatursteuersystem weist einen Kühlkreislauf auf, in dem ein primäres Fluid zirkuliert, sowie einen sekundären Fluidkreislauf in Verbindung mit einem ersten Abteil des Containers und einem zweiten Abteil des Containers. Der sekundäre Fluidkreislauf weist ein darin zirkulierendes, von dem primären Fluid getrenntes sekundäres Fluid auf. Der sekundäre Fluidkreislauf umfasst ein erstes Wärmetauschermodul in Verbindung mit einem inneren Laderaum des ersten Abteils sowie ein zweites Wärmetauschermodul in Verbindung mit einem inneren Laderaum des zweiten Abteils. Jedes der ersten und zweiten Wärmetauschermodule weist eine Pumpe auf, die dafür ausgelegt ist, das sekundäre Fluid zu pumpen, eine Heizung, die selektiv derart betriebsfähig ist, dass sie das sekundäre Fluid heizt, einen innerhalb des betreffenden inneren Laderaums angeordneten Wärmetauscher, sowie ein Drei-Wege-Ventil, das dafür ausgelegt ist, die Strömung des sekundären Fluids durch das betreffende Wärmetauschermodul zu steuern. Eine Wärmeaustauschverbindungseinrichtung zwischen dem Kühlkreislauf und dem sekundären Fluidkreislauf ist derart betriebsfähig, dass sie Wärme von dem sekundären Fluid an das primäre Fluid überträgt.
In einer anderen Ausführungsform schafft die Erfindung ein Temperatursteuersystem zum Steuern der Temperatur innerhalb eines Containers. Das Temperatursteuersystem umfasst einen Kühlkreislauf, in dem ein primäres Fluid zirkuliert. Ein sekundärer Fluidkreislauf weist ein darin zirkulierendes sekundäres Fluid auf, wobei das sekundäre Fluid in einer Wärmeaustauschverbindung mit dem primären Fluid und außerdem mit einem inneren Laderaum des Containers steht. Der sekundäre Fluidkreislauf umfasst einen innerhalb des inneren Laderaums angeordneten Wärmetauscher, eine Pumpe, die dafür ausgelegt ist, das sekundäre Fluid durch den Wärmetauscher zu pumpen, eine Heizung, die selektiv dafür betriebsfähig ist, das sekundäre Fluid zu heizen, sowie ein Drei-Wege-Ventil, das dafür ausgelegt ist, die Strömung des sekundären Fluids innerhalb des sekundären Fluidkreislaufs zu steuern. Eine Wärmeaustauschverbindungseinrichtung zwischen dem Kühlkreislauf und dem sekundären Fluidkreislauf ist derart betriebsfähig, dass sie Wärme von dem sekundären Fluid an das primäre Fluid überträgt. Das Drei-Wege-Ventil ist zwischen einer ersten Position, in der das sekundäre Fluid von dem Wärmetauscher zu der Wärmeaustauschverbindungseinrichtung geleitet wird, und einer zweiten Position bewegbar, in der das sekundäre Fluid im Wesentlichen durch den Wärmetauscher wiederaufbereitet wird, ohne dass es zu der Wärmeaustauschverbindungseinrichtung geleitet wird.
In noch einer anderen Ausführungsform schafft die Erfindung ein Temperatursteuersystem zum Steuern der Temperatur innerhalb eines Containers. Das Temperatursteuersystem umfasst einen innerhalb eines inneren Laderaums des Containers angeordneten Wärmetauscher, eine Heizung in Serie mit dem Wärmetauscher entlang einer Fluidkreislaufschleife, eine Pumpe in Serie mit der Heizung und dem Wärmetauscher entlang der Fluidkreislaufschleife, sowie ein entlang der Fluidkreislaufschleife angeordnetes Ventil, wobei das Ventil einen Einlass, einen ersten Auslass sowie einen zweiten Auslass aufweist. Der erste Auslass ist mit einer Fluidrückführungsleitung gekoppelt, und der zweite Auslass ist an einen Einlass der Pumpe gekoppelt. Ein Wärmeaustauschfluid ist dafür vorgesehen, durch die Fluidkreislaufschleife zu zirkulieren. Ein von der Fluidkreislaufschleife getrennter Kühlkreislauf ist derart betriebsfähig, dass er an einer Wärmeaustauschverbindungseinrichtung Wärme aus dem Wärmeaustauschfluid zieht, wobei die Fluidkreislaufschleife durch die Fluidrückführungsleitung und durch eine Fluidzufuhrleitung der Fluidkreislaufschleife an der Wärmeaustauschverbindungseinrichtung in einer Wärmeaustauschverbindung mit dem Kühlkreislauf steht. Die Fluidzufuhrleitung ist derart betriebsfähig, dass sie ein durch den Kühlkreislauf gekühltes Wärmeaustauschfluid an den Einlass der Pumpe zuführt.
In noch einer weiteren Ausführungsform schafft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern der Temperatur innerhalb eines inneren Laderaums eines Containers. Das Verfahren umfasst die unten beschriebenen Schritte. Ein Wärmeaustauschfluid wird durch eine Heizung und einen Wärmetauscher einer Fluidkreislaufschleife gepumpt, wobei die Heizung auf einen ausgeschalteten Zustand eingestellt ist, damit das Wärmeaustauschfluid nicht geheizt wird. Wärme wird von dem inneren Laderaum in das Wärmeaustauschfluid übertragen. Das erwärmte Wärmeaustauschfluid wird durch ein Ventil in der Fluidkreislaufschleife zu einer Wärmeaustauschverbindungseinrichtung geleitet, wodurch Wärme aus dem Wärmeaustauschfluid an einen von der Fluidkreislaufschleife getrennten Kühlkreislauf übertragen wird, so dass das Wärmeaustauschfluid gekühlt wird. Gekühltes Wärmeaustauschfluid wird zurück in die Fluidkreislaufschleife zirkuliert. Die Position des Ventils in der Fluidkreislaufschleife wird verändert, um mindestens teilweise die Strömung von erwärmtem Wärmeaustauschfluid zu der Wärmeaustauschverbindungseinrichtung zu begrenzen und die Fluidkreislaufschleife mindestens teilweise zu schließen. Das Wärmeaustauschfluid wird durch die Fluidkreislaufschleife zirkuliert, wobei die Heizung auf einen eingeschalteten Zustand eingestellt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenansicht eines Transportcontainers, der ein Temperatursteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung enthält.
2 ist eine schematische Ansicht des Temperatursteuersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bevor einzelne Ausführungsformen der Erfindung im Detail erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und die Anordnung der Komponenten beschränkt ist, wie sie in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt oder in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt sind. Die Erfindung ist auch für andere Ausführungsformen geeignet sowie dafür, in verschiedenen Weisen in die Praxis umgesetzt oder ausgeführt zu werden. Außerdem versteht es sich, dass die hier verwendete Wortwahl und Terminologie dem Zweck der Beschreibung dient und nicht als beschränkend angesehen werden sollte. Die Verwendung der Begriffe "enthal ten", "aufweisen" oder "umfassen" sowie Abwandlungen davon hierin ist so zu verstehen, dass die jeweils nachfolgend angeführten Gegenstände sowie Äquivalente davon und zusätzliche Gegenstände erfasst werden. Sofern es nicht anders spezifiziert oder beschränkend dargestellt ist, werden die Begriffe "befestigt", "verbunden", "getragen" und "gekoppelt" sowie Abwandlungen davon in einem breiten Sinne verwendet, wobei sie sowohl direkte wie indirekte Befestigungen, Verbindungen, Halterungen und Kopplungen umfassen. Darüber hinaus sind die Begriffe "verbunden" und "gekoppelt" nicht auf physikalische oder mechanische Verbindungen oder Kopplungen beschränkt.
Detaillierte Beschreibung
Das Temperatursteuersystem 10 der 1 und 2 umfasst eine Kühleinheit 12, die einen Kühlkreislauf 14 aufweist. Wie es in 1 dargestellt ist, wird das Temperatursteuersystem 10 mit einem Container 15 verwendet, der darin einen Laderaum festlegt. Der dargestellte Container 15 ist ein Anhänger, der dafür ausgelegt ist, an eine Lastwagenzugmaschine 15a für einen Straßentransport gekoppelt zu werden. In anderen Ausführungsformen hat der Container 15 andere Formen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf einen integrierten Lastwagenkasten sowie einen Frachtcontainer, der für einen Transport auf Eisenbahnen und/oder Schiffen, usw. ausgelegt ist. Wie es in 1 dargestellt ist, ist die Kühleinheit 12 an der äußeren Oberfläche einer vorderen Wand 15b des Containers 15 angeordnet. In anderen Ausführungsformen ist die Kühleinheit 12 teilweise oder vollständig innerhalb des Containers 15 angeordnet (entweder innerhalb des Laderaums oder innerhalb eines gesonderten Abteils). Darüber hinaus kann die Kühleinheit 12 teilweise oder vollständig an anderen Stellen relativ zu dem Container 15 angeordnet sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf an der Oberseite des Containers 15 und unterhalb des Containers 15.
Wie es in 2 dargestellt ist, weist der Kühlkreislauf 14 einen Verdichter 16, einen Kondensator 18, eine Aufnahme 20, einen Vorwärmer 22, ein Expansionsventil 24 sowie einen Verdampfer 26 auf, die fluidmäßig in Serie verbunden sind. Der Kühlkreislauf 14 ist ein umgekehrtes thermodynamisches Rankine-Prozess-Kühlsystem, das ein erstes Wärmeaustauschfluid (d. h. ein "Kühlmittel") umwälzt. Kühlmitteldampf wird von dem Verdichter 16 auf einen erhöhten Druck komprimiert und in den Kondensator 18 abgegeben. Während des Durchlaufs durch den Kondensator 18 wird Wärme aus dem Kühlmittel abgegeben, und das Hochdruck-Kühlmittel verändert seine Phase von einem Dampf zu einer Flüssigkeit. Das flüssige Kühlmittel auf hohem Druck wird von dem Vorwärmer 22 vorgekühlt und dann durch die Expansionseinrichtung 24 auf einen niedrigeren Druck gedrosselt, was in einem Phasenwechsel zu einem Zwei-Phasen-Kühlmittel resultiert (d. h. eine Flüssigkeit-Dampf-Mischung). Das Niederdruck-Zwei-Phasen-Kühlmittel strömt durch den Verdampfer 26, wo es Wärme absorbiert und zu einem Dampf siedet. Von dem Verdampfer 26 wird der Niederdruck-Dampf in den Verdichter 16 gezogen, um den umgekehrten thermodynamischen Rankine-Prozess zu wiederholen. In anderen Ausführungsformen werden andere gebräuchliche Kühlprozesse verwendet.
Das Temperatursteuersystem 10 umfasst des Weiteren eine Luftkühleinheit 28, die ein sekundäres Wärmeaustauschfluid enthält (z. B. ein "Kühlmittel"), das durch einen sekundären Kreislauf 30 fließt. Wie es in weiteren Einzelheiten unten beschrieben wird, bildet der sekundäre Kreislauf 30 eine Schleife getrennt von dem Kühlkreislauf 14. Das sekundäre Wärmeaustauschfluid ist von dem Kühlmittel in dem Kühlkreislauf 14 getrennt und vermischt sich nicht mit diesem. Der sekundäre Kreislauf 30 umfasst einen Kühler 32 in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem Verdampfer 26 des Kühlkreislaufs 14. Eine Rückführungsleitung 34 ist fluidmäßig mit einem stromaufwärts angeordneten Ende des Kühlers 32 verbunden, und eine Zufuhrleitung 36 ist fluidmäßig mit einem stromabwärts angeordneten Ende des Kühlers 32 verbunden. Der Kühler 32 des sekundären Kreislaufs 30 und der Verdampfer 26 des Kühlkreislaufs 14 bilden eine Wärmeaustauschverbindungseinrichtung zwischen dem sekundären Kreislauf 30 und dem Kühlkreislauf 14.
Die Luftkühlungseinheit 28 umfasst drei gesonderte Wärmetauschermodule 38a, 38b, 38c (die gemeinschaftlich mit 38 bezeichnet sind), die in drei getrennten Abteilen 40a, 40b, 40c (die gemeinschaftlich mit 40 bezeichnet sind) des Containers 15 angeordnet sind. Isolierte Wände 41 isolieren die Abteile 40 sowohl physikalisch wie thermisch. Jedes Modul 38 ist fluidmäßig zwischen der Zuführungsleitung 36 und der Rückführungsleitung 34 angeschlossen (d. h. die Module 38 sind parallel zueinander geschaltet). Die spezifische Anzahl an Abteilen 40, Modulen 38 und Modulen 38 pro Abteil 40 kann in Abhängigkeit von der Konfiguration des Containers 15, der Kapazität für jedes Abteil 40 und der insgesamt verfügbaren Kapazität der Kühleinheit 12 variieren.
Obwohl das Temperatursteuersystem 10 so dargestellt und beschrieben ist, wie es in einer Transportanwendung verwendet wird, kann das Temperatursteuersystem 10 auch in anderen Anwendungen verwendet werden, wie beispielsweise in stationären Systemen. Das Temperatursteuersystem 10 kann beispielsweise in gekühlten Ausstellungsschränken, Wärmesenken oder elektronischen Kühlsystemen verwendet werden. In anderen Anwendungen müssen die Wärmetauschermodule 38 nicht Abteilen eines Containers zugeord net sein, sondern sie können dafür verwendet werden, gesonderte oder teilweise gesonderte Teile eines zu kühlenden Gegenstandes oder Bereichs mittels Luft oder eines anderen Kühlfluids zu kühlen.
Jedes Wärmetauschermodul 38 besteht aus einer Fluidpumpe 44 (Einzelgeschwindigkeit oder Mehrfachgeschwindigkeit), einer elektrisch betriebenen, innenliegenden bwz. in einem Rohr angeordneten Heizung (in-tube electric heater) 46, einem Wärmetauscher oder "Luft-Kühler/Heizung" 48 (mit einem Mehrfachgeschwindigkeitsgebläse 50), sowie einem Drei-Wege-Ventil 52, die alle fluidmäßig in Serie miteinander verbunden sind. Das Drei-Wege-Ventil 52 ist zwischen der Luft-Kühlung/Heizung 48, der Rückführungsleitung 30 und der Fluidpumpe 44 angeordnet. Das Drei-Wege-Ventil 52 weist einen einzigen Einlass auf, der fluidmäßig mit der Luft-Kühlung/Heizung 48 verbunden ist. Das Drei-Wege-Ventil 52 weist des Weiteren einen ersten Auslass auf, der fluidmäßig an der Rückführungsleitung 30 angeschlossen ist, sowie einen zweiten Auslass, der fluidmäßig an der Fluidpumpe 44 angeschlossen ist. Das Drei-Wege-Ventil 52 kann als ein Zwei-Positions-Ventil arbeiten, wobei zu einem gegebenen Zeitpunkt nur ein Auslass in Verbindung mit dem Einlass steht, oder alternativ kann es als ein Drei-Wege-Schritt-Ventil arbeiten (wie es schematisch durch das Ventil 52c dargestellt ist), das dazu verwendet wird, eine genauere Temperatursteuerung zu schaffen, indem ein erster Teil des sekundären Kühlmittelfluids von der Luft-Kühlung/Heizung 48c zu dem Kühler 32 und zurück zu der Luft-Kühlung/Heizung 48c durch die Fluidpumpe 44c und die innenliegende elektrische Heizung 46c zirkuliert, und indem des Weiteren ein zweiter Teil des sekundären Kühlmittelfluids von der Luft-Kühlung/Heizung 48c direkt zurück zu der Luft-Kühlung/Heizung 48c durch die Fluidpumpe 44 und die innenliegen de elektrische Heizung 46c zirkuliert, ohne zu dem Kühler 32 zu fließen.
In einigen Ausführungsformen kühlt und/oder heizt der Wärmetauscher 48 eine oder mehrere andere Substanzen als Luft. Beispielsweise kann der Wärmetauscher 48 dazu verwendet werden, eine Wärmetauscherflüssigkeit zu kühlen und/oder zu heizen. In einem derartigen Fall kann eher eine Flüssigkeitspumpe als das Gebläse 50 verwendet werden, um eine Wärmeübertragung zwischen dem Wärmetauscher 48 und der Wärmetauscherflüssigkeit zu unterstützen.
Das Temperatursteuerungssystem 10 kann in Einzel- und Mehrfachtemperatur-Anwendungen verwendet werden, und es kann in einem oder mehreren Modi eines Kühlmodus (oder Kältemodus), eines Abtaumodus sowie eines Heizmodus arbeiten.
In dem Kühlmodus, wie er durch das Wärmetauschermodul 38b in dem zweiten Abteil 40b repräsentiert ist, liefert die Zufuhrleitung 36 gekühltes sekundäres Kühlmittelfluid von dem Kühler 32 zu dem Wärmetauschermodul 38b. Genauer gesagt führt die Fluidpumpe 44b das sekundäre Kühlmittelfluid durch die innenliegende elektrische Heizung 46b, die sich in der ausgeschalteten (nicht mit Strom versorgten) Stellung befindet, in die Luft-Kühlung/Heizung 48b hinein. Das sekundäre Kühlmittelfluid zieht Wärme aus der Luft innerhalb des Laderaums des Abteils 40b, so dass das sekundäre Kühlmittelfluid erwärmt wird. Das Drei-Wege-Ventil 52b ist in einer ersten Position so konfiguriert, dass es dem sekundären Kühlmittelfluid ermöglicht, durch das Wärmetauschermodul 38b zu strömen und über die Rückführungsleitung 34 zu dem Kühler 32 zurückzukehren. In dem Kühlmodus ist der sekundäre Kreislauf 30 als Schleife konfiguriert, um das sekundäre Kühlmittelfluid zwischen dem Kühler 32 und der Luft-Kühlung/Heizung 48b zu zirkulieren, so dass Wärme aus der Luft innerhalb des Laderaums des Abteils 40b an den Kühlkreislauf 14 übertragen wird.
In den Heiz- und Abtaumodi, wie sie durch das Wärmetauschermodul 38a repräsentiert sind, ist das Drei-Wege-Ventil 52a in einer zweiten Stellung konfiguriert, um die Strömung von sekundärem Wärmetauscherfluid zwischen der Luft-Kühlung/Heizung 48a und dem Kühler 32 zu blockieren. In der zweiten Position ist das Drei-Wege-Ventil 52a so konfiguriert, dass es verhindert, dass das sekundäre Wärmetauscherfluid an dem Kühler 32 Wärme an den Kühlkreislauf 14 überträgt. Die Fluidpumpe 44a zirkuliert sekundäres Wärmetauscherfluid nur innerhalb des Wärmetauschermoduls 38a, da sekundäres Wärmetauscherfluid nicht von der Luft-Kühlung/Heizung 48a in die Rückführungsleitung 34 strömen kann. Die Pumpe 44a pumpt das sekundäre Wärmetauscherfluid durch die geschlossene Schleife des Wärmetauschermoduls 38a, ohne dass es von der Kühleinheit 12 gekühlt wird. Wenn es erforderlich oder gewünscht ist, wird die innenliegende elektrische Heizung 46a eingeschaltet, um das sekundäre Wärmetauscherfluid zu heizen. Wenn alle Abteile 40 geheizt werden, kann die Kühleinheit 12 ausgeschaltet werden.
Zwei der vielen möglichen Verfahren zum Bewerkstelligen einer Temperatursteuerung innerhalb der Abteile 40 werden unten beschrieben. Erstens, wenn die Temperatur (z. B. Lufttemperatur) innerhalb des Laderaums eines Abteils 40 während eines Temperaturverringerungsvorgangs (z. B. Kühlmodus) einen Sollwert erreicht, wird die Fluidpumpe 44 des zugehörigen Wärmetauschermoduls 38 angehalten. Das Drei-Wege-Ventil 52 wird von der Kühlstellung (die durch das Ventil 52b dargestellt ist) in die Heiz-/Abtaustellung umgeschaltet (die durch das Ventil 52a dargestellt ist), um die Strömung von sekundärem Wärmetauscherfluid in die Rückführungsleitung 34 und nachfolgend den Kühler 32 hin ein zu verhindern. Wenn während eines Temperaturerhöhungsvorgangs (z. B. Heiz-/Abtaumodus) eine Sollwerttemperatur erreicht wird, wird die Fluidpumpe 44 ausgeschaltet, aber die Stellung des Drei-Wege-Ventils 52 wird nicht von der Heiz-/Abtaustellung (die durch das Ventil 52a dargestellt ist) in die Kühlstellung (die durch das Ventil 52b dargestellt ist) umgeschaltet, sondern es verbleibt vielmehr in der zweiten Stellung, so dass das sekundäre Wärmetauscherfluid nur innerhalb des Wärmetauschermoduls 38 zirkuliert wird.
Ein zweites Verfahren zum Bilden einer Temperatursteuerung innerhalb der Abteile 40 wird nachfolgend beschrieben. Wenn die Temperatur (z. B. Lufttemperatur) innerhalb des Laderaums eines Abteils 40 einen Sollwert erreicht, kann die gewünschte Temperatur innerhalb des Abteils 40 aufrecht erhalten werden, indem wahlweise eine oder mehrere der folgenden Größen gesteuert werden: Die Geschwindigkeit der Fluidpumpe 44, die Geschwindigkeit des Gebläses 50 der Luft-Kühlung/Heizung 48, die Menge an Strom für die innenliegende elektrische Heizung 46, sowie die Stellung des Drei-Wege-Ventils 52, wie es durch das Drei-Wege-Ventil 52c des Wärmetauschermoduls 38c repräsentiert ist. Dieses Verfahren ist gleichermaßen wirksam unabhängig davon, ob sich das zugehörige Wärmetauschermodul 38 in dem Kühlmodus oder dem Heiz-/Abtaumodus befindet.
Somit kann die Temperatur in jedem Abteil 40 unabhängig durch die Einstellung der Geschwindigkeit der Pumpe 44, der der Heizung 46 zugeführten Energie, der Geschwindigkeit des Gebläses 50 und/oder der Stellung des Drei-Wege-Ventils 52 für jedes Modul 38 für einen gewünschten kumulierten Effekt gesteuert werden. Bei Mehrtemperaturanwendungen ergibt das Temperatursteuerungssystem 10 beispielsweise den Vorteil einer genauen Temperatursteuerung innerhalb jedes Abteils 40 durch eine unabhängige Steuerung des Kühl- oder Heiz-/Abtaumodus des Betriebs der Wärmetauschermodule 38 in jedem Abteil 40, wie gewünscht, so dass eines oder mehrere Abteile 40 geheizt/abgetaut werden können, während eines oder mehrere zusätzliche Abteile 40 gekühlt werden. Zusätzlich kann eines oder mehrere Abteile 40 in dem gleichen Modus betrieben werden und unterschiedliche Sollwerttemperaturen beibehalten.
Wenn nicht genug Energie verfügbar ist, um gleichzeitig alle für den Kühlmodus benötigten elektrischen Einrichtungen zu betreiben, kann der Kühl-Absenk-Betrieb in mehrere, sich wiederholende Schritte unterteilt werden. Dieses kann beispielsweise auftreten, wenn die Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungstemperatur außerhalb des Abteilcontainers 15 und der gewünschten Temperatur innerhalb des Containers 15 sehr groß ist und das Temperatursteuersystem 10 für einen längeren Zeitraum ausgeschaltet worden ist.
Anfänglich laufen der Verdichter 16 und ein Kondensatorgebläse 60 (oder alternativ eine nicht dargestellte Kondensatorkühlfluidpumpe), während alle anderen elektrischen Einrichtungen ausgeschaltet sind. Somit wird das sekundäre Kühlmittelfluid in dem Kühler 32 relativ schnell gekühlt. Die Verdampfungstemperatur und der Verdichtersaugdruck verringern sich mit dem Temperaturabfall des sekundären Kühlmittelfluids gefolgt von dem Abfall der Verdichtereingangsleistung.
Der Verdichter 16 und das Kondensatorgebläse 60 werden dann ausgeschaltet, und die Fluidpumpe(n) 44 und das/die Gebläse 50 eines oder mehrerer der Wärmetauschermodule 38 werden eingeschaltet, wenn die Temperaturdifferenz zwischen dem inneren Laderaum des Abteils 40 und dem sekundären Kühlmittelfluid groß genug ist, beispielsweise ungefähr 10 Kelvin.
Schließlich werden der Verdichter 16 und das Kondensatorgebläse 60 wieder eingeschaltet, während die Fluidpumpe(n) 44 und das/die Gebläse 50 ausgeschaltet sind, wenn die Temperaturdifferenz zwischen dem inneren Laderaum des Abteils 40 und dem sekundären Kühlmittelfluid zu klein ist, beispielsweise ungefähr 3 Kelvin.
Alle elektrischen Geräte können zur gleichen Zeit eingeschaltet werden, wenn der gesamte Energieverbrauch gleich oder geringer ist als die verfügbare Energiezufuhr, Ein solcher Fall tritt auf, wenn die Temperatur innerhalb des Laderaums des Containers 15 unter einen bestimmten Grenzwert abfällt. Es ist zu beachten, dass die Eingangsleistung für die Fluidpumpen 44 des sekundären Kreislaufs 30 mit dem Abfall der sekundären Kühlmittelfluidtemperatur ansteigt, aber verglichen mit den Änderungen in der Verdichtereingangsleistung sind die Veränderungen in der Eingangsleistung für die Fluidpumpen 44 des sekundären Kreislaufs 30 nicht sehr bedeutsam.
Zusammenfassung
Ein Temperatursteuersystem für einen Container weist einen Kühlkreislauf auf, in dem ein primäres Fluid zirkuliert, sowie einen sekundären Fluidkreislauf in Verbindung mit einem ersten Abteil des Containers und einem zweiten Abteil des Containers. Der sekundäre Fluidkreislauf weist ein darin zirkulierendes, von dem primären Fluid getrenntes sekundäres Fluid auf. Der sekundäre Fluidkreislauf umfasst ein erstes Wärmetauschermodul in Verbindung mit einem inneren Laderaum des ersten Abteils sowie ein zweites Wärmetauschermodul in Verbindung mit einem inneren Laderaum des zweiten Abteils. Jedes der ersten und zweiten Wärmetauschermodule weist eine Pumpe, eine Heizung, einen Wärmetauscher sowie ein Drei-Wege-Ventil auf. Eine Wärmeaustauschverbindungseinrichtung zwischen dem Kühlkreislauf und dem sekundären Fluidkreislauf ist derart betriebsfähig, dass sie Wärme von dem sekundären Fluid an das primäre Fluid überträgt.

Claims

Temperatursteuersystem für einen Container, der mehrere Abteile aufweist, wobei das Temperatursteuersystem umfasst: – einen Kühlkreislauf, in dem ein primäres Fluid zirkuliert; – einen sekundären Fluidkreislauf in Verbindung mit einem ersten Abteil des Containers und einem zweiten Abteil des Containers, wobei der sekundäre Fluidkreislauf ein darin zirkulierendes sekundäres Fluid aufweist, wobei das sekundäre Fluid von dem primären Fluid getrennt ist, wobei der sekundäre Fluidkreislauf umfasst: – ein erstes Wärmetauschermodul in Verbindung mit einem inneren Laderaum des ersten Abteils, und – ein zweites Wärmetauschermodul in Verbindung mit einem inneren Laderaum des zweiten Abteils, – wobei jedes der ersten und zweiten Wärmetauschermodule eine Pumpe aufweist, die dafür ausgelegt ist, das sekundäre Fluid zu pumpen, eine Heizung, die selektiv derart betriebsfähig ist, dass sie das sekundäre Fluid heizt, einen innerhalb des betreffenden inneren Laderaums angeordneten Wärmetauscher, sowie ein Drei-Wege-Ventil, das dafür ausgelegt ist, die Strömung des sekundären Fluids durch das betreffende Wärmetauschermodul zu steuern; und – eine Wärmeaustauschverbindungseinrichtung zwischen dem Kühlkreislauf und dem sekundären Fluidkreislauf, die derart betriebsfähig ist, dass sie Wärme von dem sekundären Fluid an das primäre Fluid überträgt.
Temperatursteuersystem nach Anspruch 1, wobei das erste Wärmetauschermodul in dem inneren Laderaum des ersten Abteils angeordnet ist, das zweite Wärmetauschermodul in dem inneren Laderaum des zweiten Abteils angeordnet ist, und der Kühlkreislauf entfernt von allen der mehreren Abteile angeordnet ist.
Temperatursteuersystem nach Anspruch 1, wobei jedes der ersten und zweiten Wärmetauschermodule ein Gebläse aufweist, das in der Nähe des Wärmetauschers angeordnet und derart ausgelegt ist, dass es Luft aus dem inneren Laderaum des Abteils über den Wärmetauscher bläst.
Temperatursteuersystem nach Anspruch 3, wobei mindestens eine Größe der Geschwindigkeit der Pumpe, der der Heizung zugeführten Energie, der Geschwindigkeit des Gebläses sowie der Position des Drei-Wege-Ventils veränderbar ist, um das erste Abteil und das zweite Abteil des Containers auf unterschiedlichen Sollwerttemperaturen zu halten.
Temperatursteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Drei-Wege-Ventil jedes der ersten und zweiten Wärmetauschermodule ein Schrittventil ist, das derart betriebsfähig ist, dass es einen ersten Teil des sekundären Fluids aus dem Wärmetauscher zu der Wärmeaustauschverbindungseinrichtung leitet, bevor es durch die Pumpe und die Heizung zurück zu dem Wärmetauscher strömt, wobei das Schrittventil weiterhin derart betriebsfähig ist, dass es einen zweiten Teil des sekundären Fluids aus dem Wärmetauscher durch die Pumpe und die Heizung und zurück zu dem Wärmetauscher leitet, ohne zu der Wärmeaustauschverbindungseinrichtung zu strömen.
Temperatursteuersystem zum Steuern der Temperatur innerhalb eines Containers, wobei das Temperatursteuersystem aufweist: – einen Kühlkreislauf, in dem ein primäres Fluid zirkuliert; – einen sekundären Fluidkreislauf, in dem ein sekundäres Fluid zirkuliert, wobei das sekundäre Fluid in einer Wärmeaustauschverbindung mit dem primären Fluid und außerdem mit einem inneren Laderaum des Containers steht, wobei der sekundäre Fluidkreislauf aufweist: – einen innerhalb des inneren Laderaums angeordneten Wärmetauscher, – eine Pumpe, die dafür ausgelegt ist, das sekundäre Fluid durch den Wärmetauscher zu pumpen, – eine Heizung, die selektiv dafür betriebsfähig ist, das sekundäre Fluid zu heizen, und – ein Drei-Wege-Ventil, das dafür ausgelegt ist, die Strömung des sekundären Fluids innerhalb des sekundären Fluidkreislaufs zu steuern; und – eine Wärmeaustauschverbindungseinrichtung zwischen dem Kühlkreislauf und dem sekundären Fluidkreislauf, die derart betriebsfähig ist, dass sie Wärme von dem sekundären Fluid an das primäre Fluid überträgt, wobei das Drei-Wege-Ventil zwischen einer ersten Position, in der das sekundäre Fluid von dem Wärmetauscher zu der Wärmeaustauschverbindungseinrichtung geleitet wird, und einer zweiten Position bewegbar ist, in der das sekundäre Fluid im Wesentlichen durch den Wärmetauscher wiederaufbereitet wird, ohne dass es zu der Wärmeaustauschverbindungseinrichtung geleitet wird.
Temperatursteuersystem nach Anspruch 6, wobei die Pumpe, die Heizung und das Drei-Wege-Ventil in dem inneren Laderaum des Containers angeordnet sind, und wobei der Kühlkreislauf entfernt von dem inneren Laderaum des Containers angeordnet ist.
Temperatursteuersystem nach Anspruch 6, wobei es weiterhin ein Gebläse umfasst, das in der Nähe des Wärmetauschers angeordnet und derart ausgelegt ist, dass es Luft aus dem inneren Laderaum des Containers über den Wärmetauscher bläst.
Temperatursteuersystem nach Anspruch 8, wobei mindestens eine der Größen der Geschwindigkeit der Pumpe, der der Heizung zugeführten Energie, der Geschwindigkeit des Gebläses sowie der Position des Drei-Wege-Ventils veränderbar ist, um den inneren Laderaum des Containers auf einer vorgegebenen Sollwerttemperatur zu halten.
Temperatursteuersystem nach Anspruch 6, wobei das Drei-Wege-Ventil des sekundären Fluidkreislaufs ein Schrittventil ist, das derart betriebsfähig ist, dass es einen ersten Teil des sekundären Fluids von dem Wärmetauscher zu der Wärmeaustauschverbindungseinrichtung leitet, bevor es durch die Pumpe und die Heizung zurück zu dem Wärmetauscher strömt, wobei das Schrittventil weiterhin derart betriebsfähig ist, dass es einen zweiten Teil des sekundären Fluids aus dem Wärmetauscher durch die Pumpe und die Heizung und zurück zu dem Wärmetauscher leitet, ohne dass es zu der Wärmeaustauschverbindungseinrichtung strömt.
Temperatursteuersystem zum Steuern der Temperatur innerhalb eines Containers, wobei das Temperatursteuersystem umfasst: – einen innerhalb eines inneren Laderaums des Containers angeordneten Wärmetauscher; – eine Heizung in Serie mit dem Wärmetauscher entlang einer Fluidkreislaufschleife; – eine Pumpe in Serie mit der Heizung und dem Wärmetauscher entlang der Fluidkreislaufschleife; – ein entlang der Fluidkreislaufschleife angeordnetes Ventil, wobei das Ventil einen Einlass, einen ersten Auslass sowie einen zweiten Auslass aufweist, wobei der erste Auslass mit einer Fluidrückführungsleitung gekoppelt ist, und wobei der zweite Auslass an einen Einlass der Pumpe gekoppelt ist; – ein Wärmeaustauschfluid, das dafür vorgesehen ist, durch die Fluidkreislaufschleife zu zirkulieren; und – einen von der Fluidkreislaufschleife getrennten Kühlkreislauf, der derart betriebsfähig ist, dass er an einer Wärmeaustauschverbindungseinrichtung Wärme aus dem Wärmeaustauschfluid zieht, wobei die Fluidkreislaufschleife durch die Fluidrückführungsleitung und durch eine Fluidzufuhrleitung der Fluidkreislaufschleife an der Wärmeaustauschverbindungseinrichtung in einer Wärmeaustauschverbindung mit dem Kühlkreislauf steht, wobei die Fluidzufuhrleitung derart betriebsfähig ist, dass sie ein durch den Kühlkreislauf gekühltes Wärmeaustauschfluid an den Einlass der Pumpe zuführt.
Temperatursteuersystem nach Anspruch 11, wobei die Pumpe, die Heizung und das Ventil in dem inneren Laderaum des Containers angeordnet sind, und wobei der Kühlkreislauf entfernt von dem inneren Laderaum des Containers angeordnet ist.
Temperatursteuersystem nach Anspruch 11, wobei es weiterhin ein Gebläse umfasst, das in der Nähe des Wärmetauschers angeordnet und derart ausgelegt ist, dass es Luft aus dem inneren Laderaum des Containers über den Wärmetauscher bläst.
Temperatursteuersystem nach Anspruch 13, wobei mindestens eine der Größen der Geschwindigkeit der Pumpe, der der Heizung zugeführten Energie, der Geschwindigkeit des Gebläses sowie der Position des Ventils veränderbar ist, um den inneren Laderaum des Containers auf einer vorgegebenen Sollwerttemperatur zu halten.
Temperatursteuersystem nach Anspruch 11, wobei das Ventil ein Schrittventil ist, das derart betriebsfähig ist, dass es einen ersten Teil des Wärmeaustauschfluids von dem Wärmetauscher zu der Wärmeaustauschverbindungseinrichtung leitet, bevor es durch die Pumpe und die Heizung zurück zu dem Wärmetauscher strömt, wobei das Schrittventil des Weiteren derart betriebsfähig ist, dass es einen zweiten Teil des Wärmeaustauschfluids von dem Wärmetauscher durch die Pumpe und die Heizung und zurück zu dem Wärmetauscher leitet, ohne zu der Wärmeaustauschverbindungseinrichtung zu strömen.
Verfahren zum Steuern der Temperatur innerhalb eines Containers, mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Wärmetauschermoduls innerhalb eines Abteils des Containers, wobei das Wärmetauschermodul eine Fluidpumpe, eine Heizung, einen Wärmetauscher sowie ein Ventil aufweist, das derart betriebsfähig ist, dass es selektiv Wärmeaustauschfluid von dem Wärmetauscher zu mindestens einem der folgenden leitet: – der Fluidpumpe für eine Kreislaufzirkulation durch das Wärmetauschermodul, und – einem Kühler, wobei das Wärmeaustauschfluid durch einen Verdampfer eines entfernt angeordneten Kühlkreislaufs gekühlt wird; – Betreiben des Wärmetauschermoduls in einem ersten Modus, der umfasst: – Pumpen des Wärmeaustauschfluids durch die Heizung und den Wärmetauscher des Wärmetauschermoduls, wobei die Heizung auf einen ausgeschalteten Zustand eingestellt ist, so dass das Wärmeaustauschfluid nicht geheizt wird, – Ziehen von Wärme aus einem inneren Laderaum des Abteils in das Wärmeaustauschfluid hinein, – Leiten des geheizten Wärmeaustauschfluids durch das Ventil zu dem Kühler, wobei Wärme aus dem Wärmeaustauschfluid an ein Kühlfluid in dem Verdampfer des entfernt angeordneten Kühlkreislaufs derart übertragen wird, dass das Wärmeaustauschfluid gekühlt wird, und – Pumpen des gekühlten Wärmeaustauschfluids zurück in den Wärmetauscher des Wärmetauschermoduls; und – Betreiben des Wärmetauschermoduls in einem zweiten Modus, der umfasst: – Pumpen des Wärmeaustauschfluids durch die Heizung und den Wärmetauscher, wobei die Heizung auf einen eingeschalteten Zustand eingestellt ist, – Heizen des inneren Laderaums des Abteils, und – Leiten mindestens eines Teils des Wärmeaustauschfluids durch das Ventil zurück zu der Heizung ohne ein Durchleiten durch den Kühler, so dass das Wärmetauschermodul in der Art einer im Wesentlichen geschlossenen Schleife arbeitet.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Betreiben des Wärmetauschermoduls in dem ersten Modus des Weiteren mindestens einen der folgenden Schritte umfasst: Absenken der Geschwindigkeit der Pumpe und Bewegen des Ventils derart, dass es mindestens teilweise die Strömung von Wärmeaustauschfluid von dem Wärmetauscher zu dem Kühler begrenzt, wenn eine Temperatur innerhalb des inneren Laderaums des Abteils einen vorgegebenen Sollwert erreicht.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei es des Weiteren ein Beenden des Betriebs des entfernt angeordneten Kühlkreislaufs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Betreiben des Wärmetauschermoduls in dem zweiten Modus des Weiteren ein Blockieren der Strömung des Wärmeaustauschfluids durch das Ventil zu dem Kühler umfasst, so dass das Wärmetauschermodul in der Art einer vollständig geschlossenen Schleife arbeitet.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Betreiben des Wärmetauschermoduls in dem zweiten Modus des Weiteren mindestens ei nen der folgenden Schritte umfasst: Absenken der Geschwindigkeit der Pumpe und Absenken der Leistung der Heizung, wenn eine Temperatur innerhalb des inneren Laderaums des Abteils einen vorgegebenen Sollwert erreicht.