对多个制冷集装箱的监测和对制冷集装箱的绝热参数的确定的制作方法

对多个制冷集装箱的监测和对制冷集装箱的绝热参数的确定
1.制冷集装箱需要能量来操作以进行冷却和维持冷却温度。随时间推移，能量需求可能会因集装箱的使用年限和不同的操作条件而改变。
2.这至少部分是因为由集装箱的内部与周围环境之间的热进入引起的热泄漏随时间而改变。热进入主要因为集装箱的绝热将随着绝热材料的退化的劣化而改变。具体地，绝热泡沫随时间推移而变成不太高效的绝热体。
3.本发明人已经认识到，对制冷集装箱的绝热参数的监测可在集装箱的使用中提供多个优点，诸如根据集装箱的绝热状况(例如，集装箱的防止集装箱因热进入而升温的能力)对多个集装箱进行评级或排名。
4.可通过改进制冷集装箱的绝热特性来改进若干操作：
5.·
识别出集装箱可能需要修理。绝热状况差可能是因为集装箱的外皮被刺穿了并且需要修理
6.·
对集装箱进行排名以用于合适的工作—绝热更好的集装箱可用于价值更高的货物或优先级更高的客户
7.·
指示制冷集装箱在船只中的放置—绝热较差的集装箱应位于船只的内部而不是在外部的更多地暴露于风的位置。
8.·
修正制冷集装箱的估计寿命。性能更好的集装箱可服务更长的时间，而性能更差的集装箱可更早地停止服务。
9.本发明人已经发现，可通过监测多个制冷集装箱(例如，诸如在船舶上的所有制冷集装箱、在用于集装箱的库场分区中的制冷集装箱或在公司的船队规模上的所有制冷集装箱)中的每一个的绝热状况来实现这种改进，监测方法包括重复地确定集装箱中的每一个的绝热参数的步骤。
10.对更大的一组制冷集装箱的这种监测将提供关于作为一个组的集装箱的绝热状况的状态的详细数据。
11.绝缘参数的发展可为绝热的一般老化和磨损的指标，或者集装箱的绝热的突然下降可指示集装箱的损坏。还可通过这种监测来检测集装箱在隔热状况方面的维修和维护的质量。
12.该又一方法可包括基于集装箱的确定的绝热参数或模型绝热参数来识别多个集装箱中的哪一个需要维护的步骤。
13.该又一方法还可包括基于集装箱的确定的绝热参数或模型绝热参数来对集装箱进行排名以用于其合适的用途的步骤。
14.此外，该又一方法可包括基于确定的绝热参数或模型绝热参数来选择所述多个集装箱中的每一个在船只中的放置的步骤。
15.该又一方法还可包括基于集装箱的确定的绝热参数或模型绝热参数来估计每个集装箱的寿命的步骤。
16.可借助于集装箱的设定点温度、集装箱的环境温度和集装箱的能量消耗来确定多个集装箱中的每一个的绝热参数，使得可确定在集装箱的稳态下的能量平衡，集装箱的能
量消耗是向集装箱供应的制冷效果的度量。
17.在特定实施方案中，借助于在下面以及所附权利要求书中公开的方法来确定多个集装箱中的每一个的绝热参数。
18.本发明人已经发现，这种改进可特别地通过确定基于能量平衡方程确定的根据所公开的方法的制冷集装箱的绝热参数u来实现。
19.可通过绝热参数u(w/k)以及集装箱或箱的内部与外部之间的温差δt(k)对热进入进行建模。
20.热进入＝q
热_进入
＝δt
·
u
21.δt＝t
环境
‑
t
箱
22.应注意，从集装箱泄漏的热的量取决于多种因素，诸如天气状况、环境温度、湿度、箱在船只上的放置、风况等。
23.制冷集装箱可为所谓的冷藏集装箱，即，具有一体式制冷单元的制冷集装箱、特别是在联运货物运输中使用的被制冷以用于运输温度敏感货物的联运集装箱(船运集装箱)。
24.因此，本文公开了一种确定制冷集装箱的绝热参数的方法，该方法至少包括以下步骤：
25.‑
确定由对集装箱进行制冷的制冷单元引起的制冷效果，
26.‑
计算因来自周围环境的热进入而造成的集装箱的实际能量损耗率，
27.‑
确定集装箱的内部与环境空气之间的实际温差，以及
28.‑
根据所述实际能量损耗率q
热_进入
与所述实际温差之比来确定集装箱的实际绝热参数。
29.在确定实际绝热参数的基本方法中，能量损耗率被认为等于由对集装箱进行制冷的制冷单元引起的制冷效果q
ref
。因此，可假设
30.q
热_进入
＝q
ref
31.如果当集装箱在集装箱的内部的温度设定点下以冷冻模式操作时确定实际绝热参数(所述温度设定点≤
‑
5℃、优选地≤
‑
15℃)，则这更准确。在这种情况下，例如在集装箱内的加热元件对能量平衡没有贡献，以便保持诸如水果、蔬菜等商品的特定温度，所述商品也可通过呼吸热以及因呼吸而从商品释放的水蒸气的冷凝来促成能量平衡。
32.实际绝热参数可在制冷单元的蒸发器的除霜循环之间确定并且当在蒸发器除霜之后已经确定集装箱的内部的温度稳定时发起，使得当确定实际绝热参数时，集装箱和储存在其中的商品处于恒定温度，这样，因集装箱和商品随时间的温度变化而造成的对能量平衡的贡献减少，或者甚至在实际使用中可被认为是被消除的。
33.更完整的能量平衡可包括来自集装箱内的一个或多个蒸发器风扇的操作的贡献q
蒸发器_风扇
以及来自在集装箱中的其他内部电设备的消耗的功耗q
内部_电_
已消耗
34.q
热_进入
＝q
ref
‑
q
蒸发器_风扇
‑
q
内部_电_已消耗
35.后一种贡献的量与其他贡献的大小相比通常可能较小，但是可有利于计算制冷单元的蒸发器的一个或多个蒸发器风扇的已消耗功率并且应用所述已消耗功率来计算穿过集装箱的绝热外壁的实际能量损耗率。这可特别地通过应用一个或多个蒸发器风扇的供电电压和供电频率来计算一个或多个蒸发器风扇的已消耗功率来计算，条件是提供查找表、公式或其他手段来根据那些输入确定电功率的消耗。
36.集装箱的实际绝热参数是在给定的一组操作条件下的特定情形下确定的参数u
act
，并且因此可变化。为了确定集装箱的绝热参数的更稳定且因此更可靠的测量，随时间而重复地执行确定实际绝热参数(u
act
)的方法，并且从集装箱的所述确定的实际绝热参数(u
act
)集装箱的当前绝热参数(u
cur
)。特别地，可通过计算集装箱的所述确定的实际绝热参数(u
act
)的移动平均值得到集装箱的当前绝热参数(u
cur
)。
37.所公开的方法还可包括以下步骤：
38.‑
确定确定的绝热参数(即，实际或当前绝热参数)和集装箱的模型绝热参数之间的绝热参数差值，以及
39.‑
使用确定的绝热参数来更新集装箱的模型绝热参数。
40.制冷集装箱可为联运集装箱，其定义目前一般由两个iso标准(iso 668:2013和iso 1496
‑
1:2013)确定。
41.制冷集装箱可从位于集装箱本身外部的制冷单元接收冷却，该制冷单元例如借助于将在制冷集装箱中蒸发的循环液体(诸如盐水或制冷剂)来向集装箱递送冷却效果。可选地，制冷集装箱可包括用于集装箱的制冷的集成制冷单元，诸如在所谓的冷藏集装箱中的那种。
42.由制冷单元释放的制冷效果q
ref
可根据制冷单元的压缩机的当前旋转速度和当前间歇时间来确定，条件是提供查找表、公式或其他手段以根据那些输入来确定制冷单元的制冷效果。
43.可选地或另外地，使用在压缩机的入口处的吸入压力和来自压缩机的排放压力中的至少一个来确定由制冷单元释放的制冷效果q
ref
，条件是提供查找表、公式或其他手段以根据那些输入来确定制冷单元的制冷效果。
44.因此，所公开的方法还可包括基于集装箱的确定的绝热参数(u
act
、u
cur
)或模型绝热参数(u
模型
)来识别出集装箱需要维护的步骤。
45.另外地，所公开的方法还可包括基于集装箱的确定的绝热参数(u
act
、u
cur
)或模型绝热参数(u
模型
)来对集装箱进行排名以用于其合适的用途的步骤。
46.另外，所公开的方法还可包括基于确定的绝热参数(u
act
、u
cur
)或模型绝热参数(u
模型
)来确定集装箱在船只中的放置的步骤。
47.然而，所公开的方法还可包括基于集装箱的确定的绝热参数(u
act
、u
cur
)或模型绝热参数(u
模型
)来估计集装箱的寿命的步骤。
48.另一方面，本公开涉及一种估计储存在具有绝热外壁的制冷集装箱中的冷藏呼吸商品的呼吸率的方法，该方法包括以下步骤：
49.‑
借助于本文中公开的确定制冷集装箱的绝热参数的方法来确定集装箱的绝热外壁的绝热参数(u
act
、u
cur
、u
模型
)，
50.‑
确定由对集装箱进行制冷的制冷单元释放的制冷效果，
51.‑
确定集装箱的内部与环境空气之间的实际温差，
52.‑
根据所述绝热参数(u
act
、u
cur
、u
模型
)和所述实际温差来计算穿过集装箱的绝热外壁的实际能量损耗率，以及
53.‑
根据所述确定的制冷效果和计算的实际能量损耗率来估计呼吸率。
54.多种冷藏商品(诸如新鲜水果、蔬菜、球茎、活植物和切花)进行呼吸，即，将淀粉转
化为葡萄糖或将葡萄糖转化为水、热量和co2。延长冷藏商品的保质期的关键是：降低其呼吸率，这通过保持最低可能的温度(典型地在
‑
1℃至20℃之间，具体取决于商品)来实现；以及控制在制冷集装箱内的气氛，以便维持低o2含量与最高容许的co2含量，后者取决于集装箱中的商品类型。也可控制气氛的其他组分，特别是乙烯的含量。
55.通过对储存在制冷集装箱中的冷藏呼吸商品的呼吸率的可靠估计，指示商品的当前状况，并且在状况看起来偏离最佳或请求的状况的情况下，可采取措施。另外，可从呼吸热得到co2的产生并且可相应地调整集装箱的通风率的水平，以便使集装箱内的气氛中达到容许的co2含量，使得避免集装箱进行需要耗能冷却并且通常使外部空气干燥的过度通风，以及使得避免在集装箱内的气氛中的co2水平过高，不然可能会导致商品的所谓的co2伤害。从确定呼吸热得到的co2水平可代替借助于集装箱的储存室中的co2传感器进行的测量(在这种情况下，co2传感器是多余的)，或者可用于获得对在集装箱的储存室内的co2水平的更可靠的测量。
56.用于呼吸的化学式和在co2的产生与呼吸热之间的相关性如下给出：
[0057][0058]
可从理想的气体方程得到产生的co2的体积，
[0059][0060]
其在14℃的温度和1巴的空气压力下如下给出
[0061][0062]
在该方法中，估计呼吸率的步骤还可包括以下步骤中的一个或多个：
[0063]
‑
确定集装箱的制冷单元的蒸发器的一个或多个蒸发器风扇的已消耗功率，
[0064]
‑
确定集装箱的加热元件的已消耗功率，
[0065]
‑
确定在集装箱内部的耗电设备的已消耗功率，
[0066]
‑
确定通过在集装箱内的水蒸气的冷凝释放的热速率，以及
[0067]
‑
确定因环境空气通风到集装箱中而造成的流入集装箱中的热速率。
[0068]
通过包括这些功率和热速率，可获得对冷藏商品的呼吸率的改进的估计。
[0069]
在特定示例中，可应用一个或多个蒸发器风扇的供电电压和供电频率来计算一个或多个蒸发器风扇的已消耗功率，如先前讨论。
[0070]
另外，可根据制冷单元的压缩机的当前旋转速度和当前间歇时间来确定由制冷单元释放的制冷效果，如先前所讨论。
[0071]
可使用以下参数中的至少一个来确定由制冷单元释放的制冷效果：
[0072]
‑
在压缩机的入口处的吸入压力，以及
[0073]
‑
来自压缩机的排放压力，
[0074]
这也在先前讨论。
[0075]
主要当集装箱在集装箱的内部的温度设定点下操作时估计呼吸率，该温度设定点在适应大多数冷藏商品的
‑
1℃至20℃的范围内，具体取决于特定商品。
[0076]
本文还公开了一种制冷集装箱，该制冷集装箱具有绝热外壁和数据处理装置，所
述数据处理装置包括用于进行本文中公开的方法的构件。
[0077]
此外，公开了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括指令，所述指令在程序由计算机执行时致使计算机进行如本文所描述的方法。
[0078]
在附图中示出了可如何实施进行本公开的示例，其中
[0079]
图1是制冷集装箱的绝热壁的一部分的透视剖视图，
[0080]
图2是制冷集装箱的横截面，并且
[0081]
图3是示出确定集装箱的绝热参数并且将其用于各种目的的过程的流程图。
[0082]
制冷集装箱2的绝热壁1可典型地包括图1所示的层，其中在集装箱2的外部上，波纹钢板3提供最外层。在内部上，提供由例如铝板或玻璃纤维增强的聚合物板制成的内层4。任选地，胶合板层5可设置在内层4下方。在外层3与内层4之间，绝热材料6(诸如聚氨酯的绝热泡沫)和竖直u形钢梁7连接集装箱的内层4和外层3。
[0083]
在图2所示的制冷集装箱2的横截面中，指示在集装箱内的温度t
箱
以及t
环境
。在集装箱2内的储存空间8处，将保存要被制冷的商品。借助于通过蒸发从压缩机13接收到的液体制冷剂递送制冷效果q
ref
的蒸发器12来冷却储存空间8中的气氛。蒸发器风扇9驱动来自集装箱2的储存空间8的空气流并使其经过蒸发器12，以便冷却该空气，该空气返回到储存空间8。在蒸发器12处冷凝的水的量由冷凝传感器11确定。
[0084]
借助于新鲜空气通风机10来控制集装箱2的周围环境与在集装箱内的储存空间8之间的空气交换，以用于控制在集装箱内的储存空间8中的气氛的含量、特别是co2含量。
[0085]
控制器14被布置成控制在制冷集装箱2中的设备的各种部分的操作。
[0086]
下面参考图3中的流程图提供了如何本文中公开的方法的示例。标准制冷联运集装箱的绝热参数u来自新集装箱的制造，其值已知为43w
·
k
±
1。当集装箱用于储存具有例如
‑
18℃或更低的储存温度设定点的商品时，在步骤15中，确定实际绝热参数u
act
。在如此低的温度下，储存的商品不会通过呼吸产生热并且新鲜空气通风机10不进行操作。在除霜循环之间在储存空间8内的温度t
箱
稳定时确定实际绝热温度u
act
。
[0087]
可通过制冷剂的质量流量乘以制冷剂在其到达蒸发器之前的比焓与制冷剂在离开蒸发器之后的比焓之间的差值来计算蒸发器12的制冷效果q
ref
。
[0088]
确定由蒸发器风扇9消耗的电效应q
蒸发器_风扇
和由集装箱2中的其他小型设备消耗的电效应q
内部_电_已消耗
，以便能够确定集装箱的热平衡并且由此确定进入集装箱2中的热流入速率q
热_进入
：
[0089]
q
热_进入
＝q
ref
‑
q
蒸发器_风扇
‑
q
内部_电_已消耗
[0090]
通过对在储存空间8内的温度t
箱
和对环境温度t
环境
的测量，可确定温差：
[0091]
δt＝t
环境
‑
t
箱
[0092]
现在可根据以下来确定集装箱的实际绝热参数u
act
：
[0093]
u
act
＝q
热_进入
/δt
[0094]
然而，由于用于确定集装箱的实际绝热参数的具体情况会发生变化，因此有利的是，随时间(即，在数周或数月内)而重复地确定集装箱的实际绝热参数u
act
，并且基于那些值，在步骤16中，根据确定的实际绝热参数的移动平均值来确定集装箱的绝热参数u
cur
的当前值。集装箱2的绝热参数的模型值存储在集装箱2的控制器14中(以来自新集装箱的43w
·
k的工厂标准开始)，并且在步骤17中，当已经确定当前绝热参数时，可进行更新。
[0095]
可采用更新的模型绝热参数来确定集装箱的最佳用途，以及在绝热参数u
模型
超过例如65w
·
k的阈值或甚至集装箱报废的情况下决定进行修理(步骤20)，如先前所讨论。另外，可使用更新的模型绝热参数u
模型
来对集装箱进行排名以便于使用，诸如在u
模型
的值低的情况下用于深度冷冻商品或在u
模型
的值较高的集装箱的情况下以高于0℃的温度冷藏商品(参见步骤22)，或者在步骤23中用于确定最适合在船只中的特定放置的集装箱。另外，可重新评估集装箱的预期寿命，参见步骤21。然而，集装箱的更新的模型绝热参数u
模型
的最重要用途是在步骤19中根据上面提供的公式来计算由储存在制冷集装箱中的冷藏商品(即，诸如新鲜水果、蔬菜、鳞茎、活植物和切花的商品)产生的呼吸热的精确估计，所述商品储存在其中发生呼吸并且产生热、co2和水蒸气的温度下。计算集装箱的热平衡的目的是确定呼吸热速率q
呼吸
，并且为此，用于集装箱的更新的模型绝热参数u
模型
与温差δt一起用来确定热进入q
热_进入
。
[0096]
因此，具有进行呼吸和通风的冷藏商品的制冷集装箱的全热平衡方程为：
[0097]
q
ref
＝q
蒸发器_风扇
q
内部_电_已消耗
q
加热元件
q
呼吸
[0098]
q
冷凝
q
通风
q
热_进入
[0099]
q
ref
可根据制冷剂的质量流量来计算，如先前所讨论，可选地，可根据关于压缩机的旋转速度、压缩机的当前间歇时间的数据通常结合在压缩机的入口处的吸入压力和/或来自压缩机的排放压力来确定。
[0100]
q
蒸发器_风扇
是蒸发器风扇9的已消耗功率。
[0101]
q
内部_电_已消耗
是位于内部的耗电设备(例如，气体传感器、电力电子设备等)的已消耗功率。
[0102]
q
加热元件
是放置在集装箱内的加热元件的已消耗电功率。
[0103]
q
冷凝
从如由冷凝传感器11确定的在集装箱内冷凝的水蒸气的质量流量以及水的比潜热(即，蒸发的比焓)得到。
[0104]
q
通风
从通风率、温差δt以及空气的比热容得到。
[0105]
q
热_进入
可根据温差δt和模型绝热参数u
模型
来确定。
[0106]
然后，可得到q呼吸，其通常提供有关商品的当前状况的信息，并且更具体地可用于根据呼吸来确定co2的产生率，如先前所讨论，该产生率可在步骤24中用于控制集装箱2的内部储存空间8的通风率。