JP2000081265A - 温度プルダウン中における冷凍システムの冷凍容量、エネルギ―効率、信頼性最適化 - Google Patents
温度プルダウン中における冷凍システムの冷凍容量、エネルギ―効率、信頼性最適化Info
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- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2600/00—Control issues
- F25B2600/25—Control of valves
- F25B2600/2509—Economiser valves
Abstract
(57)【要約】
【課題】 温度プルダウン中における冷凍システムの冷
凍容量、エネルギー効率、信頼性最適化方法を提供す
る。 【解決手段】 迅速に冷凍コンテナの温度をプルダウン
させるため冷凍システムを運転するためのユニークな方
法が開示されており、この方法は、いくつかのシステム
部品を運転するためのアルゴリズムを含んでいる。この
冷凍システムには、サクションモジュレーションバルブ
と、コンプレッサ除負荷装置と、エコノマイザ回路とを
含んでいる。これらの部品を互いに組み合わせて用いる
ことによって、プルダウン中の種々の段階で冷凍システ
ムのエネルギー効率が最適化されるとともに、所定の限
界内にシステム運転を維持させるようにされている。
凍容量、エネルギー効率、信頼性最適化方法を提供す
る。 【解決手段】 迅速に冷凍コンテナの温度をプルダウン
させるため冷凍システムを運転するためのユニークな方
法が開示されており、この方法は、いくつかのシステム
部品を運転するためのアルゴリズムを含んでいる。この
冷凍システムには、サクションモジュレーションバルブ
と、コンプレッサ除負荷装置と、エコノマイザ回路とを
含んでいる。これらの部品を互いに組み合わせて用いる
ことによって、プルダウン中の種々の段階で冷凍システ
ムのエネルギー効率が最適化されるとともに、所定の限
界内にシステム運転を維持させるようにされている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空間内の温度を低
下させるプロセスを実行している冷凍システムの冷却を
最適化し、容量、エネルギー効率、及び信頼性を向上さ
せる方法に関する。
下させるプロセスを実行している冷凍システムの冷却を
最適化し、容量、エネルギー効率、及び信頼性を向上さ
せる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】貨物運搬用のコンテナの冷凍において
は、コンテナを冷却し、コンテナ内の品物を目的温度内
に保持するために冷凍システムが取り付けられている。
所定の時点において、冷凍システムを運転する条件は、
いくつかの要素により決定される。例えば、目標ポイン
ト又は設定ポイント温度、周囲温度、冷凍コンテナ内の
温度、電気的パワーサプライの電気的特性はすべて運転
条件に影響を与える。これらのパラメータが変化する
と、冷凍システムの運転条件も変化する。
は、コンテナを冷却し、コンテナ内の品物を目的温度内
に保持するために冷凍システムが取り付けられている。
所定の時点において、冷凍システムを運転する条件は、
いくつかの要素により決定される。例えば、目標ポイン
ト又は設定ポイント温度、周囲温度、冷凍コンテナ内の
温度、電気的パワーサプライの電気的特性はすべて運転
条件に影響を与える。これらのパラメータが変化する
と、冷凍システムの運転条件も変化する。
【０００３】インターモーダルトランスポーテーション
用冷凍コンテナは、輸送の種々のモードで品物を輸送す
ると共に、コンテナの内側の目的温度は、常時保持され
るようになっている。このタイプの冷凍コンテナは、特
に上述したパラメータのすべてにおいて過酷な変化を受
ける。
用冷凍コンテナは、輸送の種々のモードで品物を輸送す
ると共に、コンテナの内側の目的温度は、常時保持され
るようになっている。このタイプの冷凍コンテナは、特
に上述したパラメータのすべてにおいて過酷な変化を受
ける。
【０００４】インターモーダルトランスポーテーション
用の冷凍コンテナの最初には暖かい貨物及びコンテナの
温度を目的温度とするプロセスは、上述したパラメータ
が大きく変化する下で行われる。初期温度から目的温度
までのこの初期の温度低下は、通常温度プルダウンと呼
ばれている。パワーサプライ特性、目的温度、周囲温度
は、大きく変化し得、例えば、極めて低い温度から極め
て高い温度にまで変化する。これらの変動するパラメー
タは、インターモーダルトランスポーテーション用のコ
ンテナの冷凍システムに特殊な要求を課すことになる。
エネルギー効率、冷凍容量、冷凍システムの信頼性を最
大化させることが望ましいが、冷凍システムの構成を固
定したままでは、上述の目的を達成することは現実的で
はない。運転上の制限は、ハードウエア、冷媒、安全規
格により課せられてくる。これらの制限は、それぞれコ
ンテナ化された冷凍システムが典型的に遭遇する運転条
件の列を満足させるように汎用の冷凍システムを維持さ
せるのを困難なものとさせてしまうことになる。例え
ば、最大冷却容量モードは、ある場合には極めて効率が
悪くなる。また、運転（すなわち電気等）の制限は、最
大冷却能力における運転の間に越えてしまうことがあ
る。
用の冷凍コンテナの最初には暖かい貨物及びコンテナの
温度を目的温度とするプロセスは、上述したパラメータ
が大きく変化する下で行われる。初期温度から目的温度
までのこの初期の温度低下は、通常温度プルダウンと呼
ばれている。パワーサプライ特性、目的温度、周囲温度
は、大きく変化し得、例えば、極めて低い温度から極め
て高い温度にまで変化する。これらの変動するパラメー
タは、インターモーダルトランスポーテーション用のコ
ンテナの冷凍システムに特殊な要求を課すことになる。
エネルギー効率、冷凍容量、冷凍システムの信頼性を最
大化させることが望ましいが、冷凍システムの構成を固
定したままでは、上述の目的を達成することは現実的で
はない。運転上の制限は、ハードウエア、冷媒、安全規
格により課せられてくる。これらの制限は、それぞれコ
ンテナ化された冷凍システムが典型的に遭遇する運転条
件の列を満足させるように汎用の冷凍システムを維持さ
せるのを困難なものとさせてしまうことになる。例え
ば、最大冷却容量モードは、ある場合には極めて効率が
悪くなる。また、運転（すなわち電気等）の制限は、最
大冷却能力における運転の間に越えてしまうことがあ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】冷凍システムがスクロ
ールコンプレッサを用いている場合には、特に適合化さ
せることが困難な制限が生じる。例えば、スクロールコ
ンプレッサは、モータ電流、吐出圧、吐出温度、吸入圧
に制限があり、これらはすべて注意深くモニタする必要
がある。
ールコンプレッサを用いている場合には、特に適合化さ
せることが困難な制限が生じる。例えば、スクロールコ
ンプレッサは、モータ電流、吐出圧、吐出温度、吸入圧
に制限があり、これらはすべて注意深くモニタする必要
がある。
【０００６】したがって、冷凍システムを制御して変化
する運転条件に適合化させつつ、予め定めた限界の外側
での運転からシステムを保護する方法及びアルゴリズム
が必要とされている。
する運転条件に適合化させつつ、予め定めた限界の外側
での運転からシステムを保護する方法及びアルゴリズム
が必要とされている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの態様で
は、冷凍システムは、最適容量、エネルギー効率、冷凍
システムの信頼性を温度プルダウンプロセスの各段階に
おいて達成する方法に従ったいくつかの可能なモードの
１つで運転が行われる。この冷凍システムをスタートア
ップ直後からその最も高い容量モードで運転させること
は、ある種のシステム及び／又はコンプレッサの運転限
界を超えてしまうことになる。システムの限界は、注意
深く維持されてシステム及びコンプレッサの高信頼性を
保証するようにする必要がある。他方では、所定のエネ
ルギー効率に敏感なある用途では、コンプレッサをより
低い容量モードで運転させて、全体のエネルギー消費を
最低化させる必要がある。冷凍システムの設計者は、本
発明の運転モードを適切に選択して所望する容量、エネ
ルギー効率、信頼性といったトレードオフを達成するこ
とが可能となる。
は、冷凍システムは、最適容量、エネルギー効率、冷凍
システムの信頼性を温度プルダウンプロセスの各段階に
おいて達成する方法に従ったいくつかの可能なモードの
１つで運転が行われる。この冷凍システムをスタートア
ップ直後からその最も高い容量モードで運転させること
は、ある種のシステム及び／又はコンプレッサの運転限
界を超えてしまうことになる。システムの限界は、注意
深く維持されてシステム及びコンプレッサの高信頼性を
保証するようにする必要がある。他方では、所定のエネ
ルギー効率に敏感なある用途では、コンプレッサをより
低い容量モードで運転させて、全体のエネルギー消費を
最低化させる必要がある。冷凍システムの設計者は、本
発明の運転モードを適切に選択して所望する容量、エネ
ルギー効率、信頼性といったトレードオフを達成するこ
とが可能となる。
【０００８】本発明の１つの実施例では、冷凍システム
には、吸入絞り、バイパス除負荷、エコノマイジングを
可能とさせる必要な要素が取り付けられている。このシ
ステムは、上述した冷凍システム要素の種々の組合せた
いくつかのモードのうちの１つで運転可能とされてい
る。
には、吸入絞り、バイパス除負荷、エコノマイジングを
可能とさせる必要な要素が取り付けられている。このシ
ステムは、上述した冷凍システム要素の種々の組合せた
いくつかのモードのうちの１つで運転可能とされてい
る。
【０００９】例えば、システムは、異なった６つのモー
ドで運転が可能である。第１のモードでは、冷凍システ
ムは、エコノマイザ回路を起動して、バイパス除負荷又
は吸入絞りを駆動させないで運転される。これは、ほと
んどの運転について最も容量の高いモードである。第２
のモードは、吸入絞りと組み合わせてエコノマイザ回路
を用いるものである。これは、典型的には、幾分か小さ
なシステム能力を与えることになる。しかしながら、コ
ンプレッサは、低い吐出圧及び電流値で依然として運転
され、これは、吐出圧又は電流の運転限界が超えそうな
場合には重要である。
ドで運転が可能である。第１のモードでは、冷凍システ
ムは、エコノマイザ回路を起動して、バイパス除負荷又
は吸入絞りを駆動させないで運転される。これは、ほと
んどの運転について最も容量の高いモードである。第２
のモードは、吸入絞りと組み合わせてエコノマイザ回路
を用いるものである。これは、典型的には、幾分か小さ
なシステム能力を与えることになる。しかしながら、コ
ンプレッサは、低い吐出圧及び電流値で依然として運転
され、これは、吐出圧又は電流の運転限界が超えそうな
場合には重要である。
【００１０】第３のモードは、ある場合には、標準運転
として参照される。上述した特徴は全く用いない。すな
わち、エコノマイザ回路は、停止され、バイパス除負荷
を閉ざし、吸入絞りを全く行わないものである。
として参照される。上述した特徴は全く用いない。すな
わち、エコノマイザ回路は、停止され、バイパス除負荷
を閉ざし、吸入絞りを全く行わないものである。
【００１１】第４のモードは、吸入絞りと標準モードと
を組み合わせて用いるモードである。
を組み合わせて用いるモードである。
【００１２】第５のモードは、吸入絞りもエコノマイザ
回路も駆動させずにバイパス除負荷を用いる。
回路も駆動させずにバイパス除負荷を用いる。
【００１３】第６のモードは、バイパス除負荷と吸入絞
りとを組み合わせものである。第６のモードでは、エコ
ノマイザを用いない。
りとを組み合わせものである。第６のモードでは、エコ
ノマイザを用いない。
【００１４】本発明の１つの方法においては、閉ループ
制御方法が上述の６つのモードを用いることに加えて行
われる。このシステムは、より高い番号を付けられたモ
ード（例えば、６又は５）の１つからスタートする。プ
ルダウンが進行すると、システムの運転限界がモニタさ
れる（例えば、コンプレッサ電流、吐出圧、吐出温度等
である）。所定時間間隔の後、すべてのシステムパラメ
ータがそれぞれの限界よりも充分な余裕をもって下にな
っている場合には、システムは、より低い番号のモード
（例えば３）とされる。
制御方法が上述の６つのモードを用いることに加えて行
われる。このシステムは、より高い番号を付けられたモ
ード（例えば、６又は５）の１つからスタートする。プ
ルダウンが進行すると、システムの運転限界がモニタさ
れる（例えば、コンプレッサ電流、吐出圧、吐出温度等
である）。所定時間間隔の後、すべてのシステムパラメ
ータがそれぞれの限界よりも充分な余裕をもって下にな
っている場合には、システムは、より低い番号のモード
（例えば３）とされる。
【００１５】同様の方法を用いて、システムは、その最
も高い容量のモードのモード１とされる。しかしなが
ら、プルダウンの途中のいかなる時点であっても、シス
テム運転限界のうちの１つを超えると、その後システム
は、より高い番号のモードへと戻される。
も高い容量のモードのモード１とされる。しかしなが
ら、プルダウンの途中のいかなる時点であっても、シス
テム運転限界のうちの１つを超えると、その後システム
は、より高い番号のモードへと戻される。
【００１６】さらに、万一の場合のポジションとして中
間モードを用いることも可能である。すなわち、システ
ムがモード６からモード３へと切り替えられて限界のう
ちの１つを超える場合には、システムは、モードを５へ
と戻し、又は別の変形例では、モード４へと戻す。この
万一の場合のポジションでの運転期間の後、システム運
転パラメータが許容できる幅を持ってそれぞれ対応する
限界よりも下にある場合には、システムは、再度より高
い能力の別のモードへとシフトさせようとする。このよ
うにして、システム能力とエネルギー効率が最適化され
つつ、全プルダウンプロセスの間に運転限界を超えない
ようにされている。
間モードを用いることも可能である。すなわち、システ
ムがモード６からモード３へと切り替えられて限界のう
ちの１つを超える場合には、システムは、モードを５へ
と戻し、又は別の変形例では、モード４へと戻す。この
万一の場合のポジションでの運転期間の後、システム運
転パラメータが許容できる幅を持ってそれぞれ対応する
限界よりも下にある場合には、システムは、再度より高
い能力の別のモードへとシフトさせようとする。このよ
うにして、システム能力とエネルギー効率が最適化され
つつ、全プルダウンプロセスの間に運転限界を超えない
ようにされている。
【００１７】本発明の第２の実施例では、開ループ制御
方法が用いられる。この方法は、運転エンベロープにわ
たってシステム運転のそれ以前の知識を用いる方法であ
る。実験及び分析から、周囲温度、冷凍空間、温度、電
気的パワーサプライ電圧、周波数などといった運転特性
が直接得られる。この方法による運転は、内蔵された制
御アルゴリズムによって容量、エネルギー効率、信頼性
の間に最適なトレードオフを与える。
方法が用いられる。この方法は、運転エンベロープにわ
たってシステム運転のそれ以前の知識を用いる方法であ
る。実験及び分析から、周囲温度、冷凍空間、温度、電
気的パワーサプライ電圧、周波数などといった運転特性
が直接得られる。この方法による運転は、内蔵された制
御アルゴリズムによって容量、エネルギー効率、信頼性
の間に最適なトレードオフを与える。
【００１８】本発明の上述した特徴、別の特徴は、後述
する明細書及び図面から理解することができよう。
する明細書及び図面から理解することができよう。
【００１９】
【発明の実施の形態】冷凍コンテナ２２を冷凍するため
の冷凍システム２４は、図１に示されている。この冷凍
システム２４は、既知のコンプレッサ２６と、コンデン
サ２８と、エバポレータ３０と、エキスパンション要素
３２とを備えている。これらは、典型的な冷凍システム
の４つの主要部品である。冷凍システム２４にはまた、
サクションモジュレーションバルブ３４が設けられてお
り、このバルブは、コンプレッサへと導かれる吸入流体
を絞るようにされている。除負荷バイパスバルブ３６
は、一部又は完全に圧縮された冷媒をコンプレッサの吸
入側へと戻すように連結されている。このようにして、
除負荷バルブは、コンプレッサの負荷を最小限としてお
り、またコンプレッサから排出される流体の量を最低化
させている。除負荷バルブは既知のものであり、また除
負荷バルブは、本発明の一部を構成するものではない。
本発明の方法において所定期間除負荷バルブを使用する
ことが特徴である。また、サクションモジュレーション
バルブを用いるのも同様に特徴である。
の冷凍システム２４は、図１に示されている。この冷凍
システム２４は、既知のコンプレッサ２６と、コンデン
サ２８と、エバポレータ３０と、エキスパンション要素
３２とを備えている。これらは、典型的な冷凍システム
の４つの主要部品である。冷凍システム２４にはまた、
サクションモジュレーションバルブ３４が設けられてお
り、このバルブは、コンプレッサへと導かれる吸入流体
を絞るようにされている。除負荷バイパスバルブ３６
は、一部又は完全に圧縮された冷媒をコンプレッサの吸
入側へと戻すように連結されている。このようにして、
除負荷バルブは、コンプレッサの負荷を最小限としてお
り、またコンプレッサから排出される流体の量を最低化
させている。除負荷バルブは既知のものであり、また除
負荷バルブは、本発明の一部を構成するものではない。
本発明の方法において所定期間除負荷バルブを使用する
ことが特徴である。また、サクションモジュレーション
バルブを用いるのも同様に特徴である。
【００２０】最も好適な実施例では、除負荷バルブは、
エコノマイザラインをメイン吸入ラインへと戻すように
連結されている。本発明のこの特徴は、本発明と同一の
譲受人に譲受された同時係属中の出願の要旨とされてい
る。
エコノマイザラインをメイン吸入ラインへと戻すように
連結されている。本発明のこの特徴は、本発明と同一の
譲受人に譲受された同時係属中の出願の要旨とされてい
る。
【００２１】エコノマイザ回路３８は、エコノマイザラ
インエキスパンション要素４０と、エコノマイザ熱交換
機４２と、エコノマイザラインバルブ３９とを有してい
る。再度、エコノマイザは、それ自体は発明の特徴では
ない。その代わりに、冷凍システム２４の部品間の連結
が本発明の特徴となるものである。
インエキスパンション要素４０と、エコノマイザ熱交換
機４２と、エコノマイザラインバルブ３９とを有してい
る。再度、エコノマイザは、それ自体は発明の特徴では
ない。その代わりに、冷凍システム２４の部品間の連結
が本発明の特徴となるものである。
【００２２】図２は、圧力−エンタルピー軸上にプロッ
トした飽和曲線Ａと冷凍サイクル曲線Ｂとを示す。飽和
曲線Ａは、用いている冷媒の熱力学特性を示す。冷凍サ
イクル曲線Ｂは、サイクルの種々の位置及びポイントに
おいて冷凍システムを通して循環されている冷媒の特性
を示した図である。
トした飽和曲線Ａと冷凍サイクル曲線Ｂとを示す。飽和
曲線Ａは、用いている冷媒の熱力学特性を示す。冷凍サ
イクル曲線Ｂは、サイクルの種々の位置及びポイントに
おいて冷凍システムを通して循環されている冷媒の特性
を示した図である。
【００２３】飽和曲線は、飽和曲線の下における純粋な
液体領域と（上側及び曲線の左上）及び純粋なガス領域
（曲線の上側及び右側）という２つの相（液体−気体領
域）に分かれている。
液体領域と（上側及び曲線の左上）及び純粋なガス領域
（曲線の上側及び右側）という２つの相（液体−気体領
域）に分かれている。
【００２４】曲線Ｂのポイント１は、コンプレッサ吸入
側へと流入する熱力学的状態に対応している。
側へと流入する熱力学的状態に対応している。
【００２５】曲線Ｂのポイント２は、コンプレッサ吐出
部から流れ出る熱力学的状態に対応している。
部から流れ出る熱力学的状態に対応している。
【００２６】ポイント３は、コンデンサから排出されさ
らに絞りデバイスから排出される熱力学的状態に対応し
ている。
らに絞りデバイスから排出される熱力学的状態に対応し
ている。
【００２７】ポイント４は、エバポレータに流入する又
は絞りデバイスから排出される熱力学的状態に対応して
いる。
は絞りデバイスから排出される熱力学的状態に対応して
いる。
【００２８】これらの４つの異なったプロセスは、基本
的な冷凍サイクルを続けるようにされている。冷媒は、
ポイント１及びポイント２の状態間で圧縮される。熱の
形態とされたエネルギーは、コンデンサとして共に参照
される熱交換器内においてポイント２及びポイント３の
間で冷媒から取り除かれる。コンデンサは、熱を周囲環
境へと排出する。絞りバルブ（又は固定の規制部）を横
切った断熱膨張は、ポイント３及びポイント４の間で発
生する。エネルギーは、熱の形で共にエバポレータとし
て参照される熱交換器内で冷媒によりポイント４及びポ
イント１の状態の間で吸収される。エバポレータは、上
述したような冷凍されたコンテナといった調和空間から
熱を除去する。
的な冷凍サイクルを続けるようにされている。冷媒は、
ポイント１及びポイント２の状態間で圧縮される。熱の
形態とされたエネルギーは、コンデンサとして共に参照
される熱交換器内においてポイント２及びポイント３の
間で冷媒から取り除かれる。コンデンサは、熱を周囲環
境へと排出する。絞りバルブ（又は固定の規制部）を横
切った断熱膨張は、ポイント３及びポイント４の間で発
生する。エネルギーは、熱の形で共にエバポレータとし
て参照される熱交換器内で冷媒によりポイント４及びポ
イント１の状態の間で吸収される。エバポレータは、上
述したような冷凍されたコンテナといった調和空間から
熱を除去する。
【００２９】図３は、図２で示した基本的な冷凍サイク
ルの変形例を示した図である。図３では、サクションモ
ジュレーションバルブがエバポレータとコンプレッサの
間に配置されているのが示されている。
ルの変形例を示した図である。図３では、サクションモ
ジュレーションバルブがエバポレータとコンプレッサの
間に配置されているのが示されている。
【００３０】サクションモジュレーションバルブの動作
の結果、付加的なほぼ断熱膨張プロセスがエバポレータ
のアウトレットとコンプレッサのインレットの間におい
て発生する。吸入圧は低減し、コンプレッサ質量流ポン
ピング容量は、より低い吸入圧での気体の高い比容積の
ために減少する。これは、またシステムの冷却能力を低
減させることになる。サクションモジュレーションバル
ブは、上述したモードにおける吸入絞りを行うために用
いられる。
の結果、付加的なほぼ断熱膨張プロセスがエバポレータ
のアウトレットとコンプレッサのインレットの間におい
て発生する。吸入圧は低減し、コンプレッサ質量流ポン
ピング容量は、より低い吸入圧での気体の高い比容積の
ために減少する。これは、またシステムの冷却能力を低
減させることになる。サクションモジュレーションバル
ブは、上述したモードにおける吸入絞りを行うために用
いられる。
【００３１】図４は、エコノマイザ回路を加えた場合の
基本的な冷凍サイクルの変形例を示した図である。基本
的な冷凍サイクルにおけるように、低エンタルピー冷媒
は、ポイント３の状態でコンデンサから排出される。冷
媒フローは、その後エコノマイザ流（補助）とエバポレ
ータ（メイン）流へと分岐される。エコノマイザ流は、
絞りデバイスを横切ってポイント３からポイント４Ａへ
と断熱膨張を行う。圧力は、圧縮プロセスの所定の中間
ポイントにおける条件に対応する中間的な圧力にまで低
減される。その後、補助流及びメイン流の双方は、共に
エコノマイザとして参照される熱交換機へと流入する。
補助流における蒸気は、中間的な圧力へと蒸発され、圧
縮プロセスの所定の中間ポイントにおいてコンプレッサ
へと流入する。補助流の蒸気のように、メイン流はさら
にポイント３とポイント３Ａの間でさらに補助的に冷却
される。この結果、メイン流のエンタルピーはさらに減
少し、このためポイント４とポイント１の間のエンタル
ピー差は増加する。システム冷却容量は、直接エバポレ
ータ内でのエンタルピー変化に比例し、このため冷凍シ
ステムの冷却容量は、エコノマイザ回路を用いて向上さ
せることができる。付加的な冷却の効果は、補助流の部
分的な圧縮によってのみ達成され、全体のエネルギー効
率が増加する。エコノマイザ回路は、したがってエネル
ギー効率的な方法で付加的な冷却容量を提供する。
基本的な冷凍サイクルの変形例を示した図である。基本
的な冷凍サイクルにおけるように、低エンタルピー冷媒
は、ポイント３の状態でコンデンサから排出される。冷
媒フローは、その後エコノマイザ流（補助）とエバポレ
ータ（メイン）流へと分岐される。エコノマイザ流は、
絞りデバイスを横切ってポイント３からポイント４Ａへ
と断熱膨張を行う。圧力は、圧縮プロセスの所定の中間
ポイントにおける条件に対応する中間的な圧力にまで低
減される。その後、補助流及びメイン流の双方は、共に
エコノマイザとして参照される熱交換機へと流入する。
補助流における蒸気は、中間的な圧力へと蒸発され、圧
縮プロセスの所定の中間ポイントにおいてコンプレッサ
へと流入する。補助流の蒸気のように、メイン流はさら
にポイント３とポイント３Ａの間でさらに補助的に冷却
される。この結果、メイン流のエンタルピーはさらに減
少し、このためポイント４とポイント１の間のエンタル
ピー差は増加する。システム冷却容量は、直接エバポレ
ータ内でのエンタルピー変化に比例し、このため冷凍シ
ステムの冷却容量は、エコノマイザ回路を用いて向上さ
せることができる。付加的な冷却の効果は、補助流の部
分的な圧縮によってのみ達成され、全体のエネルギー効
率が増加する。エコノマイザ回路は、したがってエネル
ギー効率的な方法で付加的な冷却容量を提供する。
【００３２】本発明は、エコノマイザ回路と、除負荷バ
イパスラインと、サクションモジュレーションバルブと
を組み合わせて用いることにより、温度プルダウンプロ
セスを行っているコンテナ冷凍システムの容量、エネル
ギー効率、信頼性を最適化する方法を開示するものであ
る。運転の６つの例示的なモードは、図１に示した冷凍
システムのために規定されている。これらのモードは、
課題を解決するための手段の欄において説明したが、そ
れぞれ上述の３つの要素を単独又は組み合わせて用いる
ことに関するものである。
イパスラインと、サクションモジュレーションバルブと
を組み合わせて用いることにより、温度プルダウンプロ
セスを行っているコンテナ冷凍システムの容量、エネル
ギー効率、信頼性を最適化する方法を開示するものであ
る。運転の６つの例示的なモードは、図１に示した冷凍
システムのために規定されている。これらのモードは、
課題を解決するための手段の欄において説明したが、そ
れぞれ上述の３つの要素を単独又は組み合わせて用いる
ことに関するものである。
【００３３】本発明で説明した方法を理解するために、
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）について説明する。これらの
図は、冷凍システムのネット冷却容量及びエネルギー効
率を示すものであり、かつこれらは、運転のモード、周
囲温度、６つのモードの運転が可能な冷凍システムにお
ける制御された、又は冷凍空間の温度により影響を受け
る。
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）について説明する。これらの
図は、冷凍システムのネット冷却容量及びエネルギー効
率を示すものであり、かつこれらは、運転のモード、周
囲温度、６つのモードの運転が可能な冷凍システムにお
ける制御された、又は冷凍空間の温度により影響を受け
る。
【００３４】ラインＡ−ロウ及びラインＡ−ハイは、低
周囲温度及び高周囲温度でのエコノマイザを用いた動作
に対応する。ラインＢ−ロウ及びラインＢ−ハイは、低
周囲温度及び高周囲温度における標準的な運転に対応す
る。ラインＣ−ロウ及びラインＣ−ハイは、低周囲温度
及び高周囲温度条件での除負荷運転に対応する。各ライ
ンは、上述したグラフ化した条件において運転限界を維
持するために吸入絞りを行うことが重要であることを理
解されたい。
周囲温度及び高周囲温度でのエコノマイザを用いた動作
に対応する。ラインＢ−ロウ及びラインＢ−ハイは、低
周囲温度及び高周囲温度における標準的な運転に対応す
る。ラインＣ−ロウ及びラインＣ−ハイは、低周囲温度
及び高周囲温度条件での除負荷運転に対応する。各ライ
ンは、上述したグラフ化した条件において運転限界を維
持するために吸入絞りを行うことが重要であることを理
解されたい。
【００３５】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示されるよう
に、低周囲温度運転では、冷凍システムをエコノマイザ
を運転させた構成で最も高い容量が達成されている。エ
ネルギー効率は、依然として冷凍空間内の温度と共に変
化することに留意されたい。最も高い効率は、より高温
における除負荷運転、中間温度においての標準的なモー
ド及びより低い温度におけるエコノマイザを用いたモー
ドにおいて達成されている。
に、低周囲温度運転では、冷凍システムをエコノマイザ
を運転させた構成で最も高い容量が達成されている。エ
ネルギー効率は、依然として冷凍空間内の温度と共に変
化することに留意されたい。最も高い効率は、より高温
における除負荷運転、中間温度においての標準的なモー
ド及びより低い温度におけるエコノマイザを用いたモー
ドにおいて達成されている。
【００３６】しかしながら、高い周囲温度では、最も高
い容量は、もはや制御可能な温度範囲にわたってエコノ
マイズされた運転では達成されない。除負荷運転は、温
度範囲の高い側の端で最大の冷却効率を与え、標準的な
モードは、中間的な温度において最大の冷却を与えてい
る。最後に、エコノマイザを用いるモードは、温度範囲
の低温端で最も高い容量となっている。上述したよう
に、最も高い容量の通常運転又はエコノマイザを用いた
運転は、上述の範囲にわたって最も高い容量を与えるも
のと考えがちである。図によれば、そのようにはなって
いないのが示されている。
い容量は、もはや制御可能な温度範囲にわたってエコノ
マイズされた運転では達成されない。除負荷運転は、温
度範囲の高い側の端で最大の冷却効率を与え、標準的な
モードは、中間的な温度において最大の冷却を与えてい
る。最後に、エコノマイザを用いるモードは、温度範囲
の低温端で最も高い容量となっている。上述したよう
に、最も高い容量の通常運転又はエコノマイザを用いた
運転は、上述の範囲にわたって最も高い容量を与えるも
のと考えがちである。図によれば、そのようにはなって
いないのが示されている。
【００３７】明らかに、特定の用途における目的に応じ
て、冷凍システム設計者は、種々のシステム特性に応じ
て運転モードを指定することにより容量と効率の間の所
望するトレードオフを達成することが可能となる（例え
ば、周囲温度、制御温度、コンプレッサ電流、吐出圧
等）。この方法は、特にマイクロプロセッサベースの制
御装置を用いた冷凍システムに好適であり、この制御装
置は、プログラム化された論理にしたがってシステムの
運転パラメータ及び制御システムデバイスを連続的にモ
ニタすることができるようにされている。
て、冷凍システム設計者は、種々のシステム特性に応じ
て運転モードを指定することにより容量と効率の間の所
望するトレードオフを達成することが可能となる（例え
ば、周囲温度、制御温度、コンプレッサ電流、吐出圧
等）。この方法は、特にマイクロプロセッサベースの制
御装置を用いた冷凍システムに好適であり、この制御装
置は、プログラム化された論理にしたがってシステムの
運転パラメータ及び制御システムデバイスを連続的にモ
ニタすることができるようにされている。
【００３８】本発明の目的とする方法は、さらに図５に
示す温度プルダウンプロセスを検討することにより理解
できる。図５は、冷凍コンテナ（Ｔ）の内部温度をプロ
セスのスタートから設定ポイントＴｓｅｔに達するまで
示した図である。本発明の目的は、Ｔｓｅｔに達するま
での時間と冷凍システムにより消費されるエネルギーの
間の所望するトレードオフを達成しつつ、すべての運転
限界内に運転を維持させることである。本発明の１つの
方法では、システムは、課題を解決するための手段で説
明したように設定された仕方で最も高い容量のモードを
得るように駆動される。
示す温度プルダウンプロセスを検討することにより理解
できる。図５は、冷凍コンテナ（Ｔ）の内部温度をプロ
セスのスタートから設定ポイントＴｓｅｔに達するまで
示した図である。本発明の目的は、Ｔｓｅｔに達するま
での時間と冷凍システムにより消費されるエネルギーの
間の所望するトレードオフを達成しつつ、すべての運転
限界内に運転を維持させることである。本発明の１つの
方法では、システムは、課題を解決するための手段で説
明したように設定された仕方で最も高い容量のモードを
得るように駆動される。
【００３９】図７は、プルダウンプロセスの間における
冷凍システムのエネルギー効率とネット冷却能力の間で
所望するトレードオフを達成する１つの方法を示すフロ
ーチャートである（同時に、すべての運転パラメータを
設定された各限界内にシステムを維持させながら）、又
は閉ループタイプの制御スキームである。これは、閉ル
ープ制御スキームである。図７に示されるように、制御
装置は、除負荷モードといった低容量モードで冷凍シス
テムをスタートさせるようにプログラムされており、同
時にサクションモジュレーションバルブを駆動してシス
テムを運転限界内に維持させるようにしている。
冷凍システムのエネルギー効率とネット冷却能力の間で
所望するトレードオフを達成する１つの方法を示すフロ
ーチャートである（同時に、すべての運転パラメータを
設定された各限界内にシステムを維持させながら）、又
は閉ループタイプの制御スキームである。これは、閉ル
ープ制御スキームである。図７に示されるように、制御
装置は、除負荷モードといった低容量モードで冷凍シス
テムをスタートさせるようにプログラムされており、同
時にサクションモジュレーションバルブを駆動してシス
テムを運転限界内に維持させるようにしている。
【００４０】運転限界（例えば、電流、最大吐出温度
等）は、いくつかの特徴それぞれについて制御装置内に
設定されている。コンプレッサは、コンプレッサに損傷
を与える可能性があるので上述の限界を超えることは望
ましくはない。これらの限界は、システム設計者により
容易に設定することができ、またシステム間で変更する
ことができる。しかしながら、本発明の制御装置には、
これらの限界についての指標、すなわち基準が設けられ
ており、これらの限界とその時点での運転パラメータを
比較できるようにされている。
等）は、いくつかの特徴それぞれについて制御装置内に
設定されている。コンプレッサは、コンプレッサに損傷
を与える可能性があるので上述の限界を超えることは望
ましくはない。これらの限界は、システム設計者により
容易に設定することができ、またシステム間で変更する
ことができる。しかしながら、本発明の制御装置には、
これらの限界についての指標、すなわち基準が設けられ
ており、これらの限界とその時点での運転パラメータを
比較できるようにされている。
【００４１】モード６での運転の間には、サクションモ
ジュレーションバルブは完全に所定時間開かれている。
これは、除負荷装置のみを用いることで、容量を増加さ
せるようにされている。この条件で所定の時間の後、制
御装置は、除負荷装置を閉じることにより標準モードへ
と移行する。このモードは、いくつかの絞り（例えばモ
ード４）で開始される。移行が標準モードへと行われ、
設定した時間が経過すると(_t2)、サクションモジュレ
ーションバルブ位置がチェックされる。このサクション
モジュレーションバルブは、制御装置によって制御され
てシステムを運転限界内に維持させるようにされてい
る。制御装置は、完全に開いた位置へとモジュレーショ
ンバルブを開こうとするとともに、限界内に運転を維持
させようとする。サクションモジュレーションバルブ
は、このようにしてプルダウンプロセスのそれぞれの段
階を通じて所望するように用いられ、運転を設定された
限界内に維持させるようになっている。したがって、所
定の時点におけるサクションモジュレーションバルブの
位置は、運転限界に対してのその時点での運転モードの
状態の直接的な表示となる。すなわち、システムが運転
限界に接近するにつれて、サクションモジュレーション
バルブは、ゆっくりと制御装置により閉じられてシステ
ムを限界内に戻すようにさせている。
ジュレーションバルブは完全に所定時間開かれている。
これは、除負荷装置のみを用いることで、容量を増加さ
せるようにされている。この条件で所定の時間の後、制
御装置は、除負荷装置を閉じることにより標準モードへ
と移行する。このモードは、いくつかの絞り（例えばモ
ード４）で開始される。移行が標準モードへと行われ、
設定した時間が経過すると(_t2)、サクションモジュレ
ーションバルブ位置がチェックされる。このサクション
モジュレーションバルブは、制御装置によって制御され
てシステムを運転限界内に維持させるようにされてい
る。制御装置は、完全に開いた位置へとモジュレーショ
ンバルブを開こうとするとともに、限界内に運転を維持
させようとする。サクションモジュレーションバルブ
は、このようにしてプルダウンプロセスのそれぞれの段
階を通じて所望するように用いられ、運転を設定された
限界内に維持させるようになっている。したがって、所
定の時点におけるサクションモジュレーションバルブの
位置は、運転限界に対してのその時点での運転モードの
状態の直接的な表示となる。すなわち、システムが運転
限界に接近するにつれて、サクションモジュレーション
バルブは、ゆっくりと制御装置により閉じられてシステ
ムを限界内に戻すようにさせている。
【００４２】所定の時間が経過した後、サクションモジ
ュレーションポジションがある％の開度（Ｘ％）よりも
小さければ、制御装置は、その後冷凍システムを低容量
モードへと戻すように移行させる。このポイントで説明
した方法では、より低い容量のモードは、除負荷モード
とされる。
ュレーションポジションがある％の開度（Ｘ％）よりも
小さければ、制御装置は、その後冷凍システムを低容量
モードへと戻すように移行させる。このポイントで説明
した方法では、より低い容量のモードは、除負荷モード
とされる。
【００４３】このかわりに、サクションモジュレーショ
ンバルブが所定の割合を超えて開かれている場合には、
システムは、その後別の設定時間間隔_t3が経過するま
で標準モードで運転を続けさせる。このポイントでは、
制御装置は、システムをエコノマイザを用いるモードへ
とシフトさせ、サクションモジュレーションバルブを完
全に開いた位置（又はほとんど開いた位置）とする。
ンバルブが所定の割合を超えて開かれている場合には、
システムは、その後別の設定時間間隔_t3が経過するま
で標準モードで運転を続けさせる。このポイントでは、
制御装置は、システムをエコノマイザを用いるモードへ
とシフトさせ、サクションモジュレーションバルブを完
全に開いた位置（又はほとんど開いた位置）とする。
【００４４】エコノマイザを用いたモードでは、モジュ
レーションバルブは、好ましくは最初から用いられる。
制御装置は、上述のようにモジュレーションバルブを閉
ざそうとする。制御装置は、設定された時間_t4の後サ
クションモジュレーションの位置を再度チェックする。
サクションモジュレーションポジションが特定の開度
（Ｙ％）よりも小さければ、制御装置は、システムを運
転の標準モードへと戻す。それでなければ、冷凍システ
ムは、プルダウンが完了するまでエコノマイザを用いた
モードで運転し続ける。したがって、冷凍システムの構
成は、効率よく制御できてネット容量とエネルギー効率
との間の所望するトレードオフを達成させながら、すべ
ての運転限界内にシステムを維持させる。
レーションバルブは、好ましくは最初から用いられる。
制御装置は、上述のようにモジュレーションバルブを閉
ざそうとする。制御装置は、設定された時間_t4の後サ
クションモジュレーションの位置を再度チェックする。
サクションモジュレーションポジションが特定の開度
（Ｙ％）よりも小さければ、制御装置は、システムを運
転の標準モードへと戻す。それでなければ、冷凍システ
ムは、プルダウンが完了するまでエコノマイザを用いた
モードで運転し続ける。したがって、冷凍システムの構
成は、効率よく制御できてネット容量とエネルギー効率
との間の所望するトレードオフを達成させながら、すべ
ての運転限界内にシステムを維持させる。
【００４５】図８は、開ループ制御方法を用いた第２の
実施例のフローチャートを含んでいる。この方法は、運
転エンベロープにわたって運転特性をマッピングするこ
とを必要とする。例えば、ネット冷却容量とエネルギー
効率を任意としておき、又は実験的にすべての可能なシ
ステムモードの組合せ又は運転条件の組み合わせを実験
的に決定する。これは、すべての条件での運転限界を維
持するようにサクション絞りの必要量を決定することを
含む。マッピングが完了すると、ユニットの構成を冷凍
システムの設計者の目標を反映したように作成する。こ
れは、図６（Ａ）、図６（Ｂ）を検討することによりよ
り良く理解できる。いくつかの用途においては、最大容
量が運転要因とされ、サクション絞りの所定量内でエコ
ノマイザを用いた運転をさせるようにすることが最も適
切な方法とされる。エネルギー効率に対して感受性を持
つ用途においては、除負荷モードは、条件の比較的広い
範囲にわたって冷却容量を減少させながら用いられる。
再度、制御は、容易に所望するトレードオフを達成でき
るように構成できる。
実施例のフローチャートを含んでいる。この方法は、運
転エンベロープにわたって運転特性をマッピングするこ
とを必要とする。例えば、ネット冷却容量とエネルギー
効率を任意としておき、又は実験的にすべての可能なシ
ステムモードの組合せ又は運転条件の組み合わせを実験
的に決定する。これは、すべての条件での運転限界を維
持するようにサクション絞りの必要量を決定することを
含む。マッピングが完了すると、ユニットの構成を冷凍
システムの設計者の目標を反映したように作成する。こ
れは、図６（Ａ）、図６（Ｂ）を検討することによりよ
り良く理解できる。いくつかの用途においては、最大容
量が運転要因とされ、サクション絞りの所定量内でエコ
ノマイザを用いた運転をさせるようにすることが最も適
切な方法とされる。エネルギー効率に対して感受性を持
つ用途においては、除負荷モードは、条件の比較的広い
範囲にわたって冷却容量を減少させながら用いられる。
再度、制御は、容易に所望するトレードオフを達成でき
るように構成できる。
【００４６】本発明は、冷凍システムのプルダウン運転
を、すべてのシステム運転限界を維持させながら容量と
エネルギー効率の間を所望するようにトレードオフを達
成できるように最適化する。本発明は、いくつかのシス
テム部品を従来行われていなかったようにして組み合わ
せて用いるものである。これに加えて、本発明は、所望
するゴールを達成するための論理を用いるものであり、
この論理についても従来技術では用いられていないもの
である。
を、すべてのシステム運転限界を維持させながら容量と
エネルギー効率の間を所望するようにトレードオフを達
成できるように最適化する。本発明は、いくつかのシス
テム部品を従来行われていなかったようにして組み合わ
せて用いるものである。これに加えて、本発明は、所望
するゴールを達成するための論理を用いるものであり、
この論理についても従来技術では用いられていないもの
である。
【００４７】本発明の好適な実施例を開示してきたが、
当業者によれば本発明の趣旨内である種の変更を行うこ
とができることは理解されよう。このため、請求項は、
本発明の本来の範囲及び内容を決定するために用いられ
るべきものである。
当業者によれば本発明の趣旨内である種の変更を行うこ
とができることは理解されよう。このため、請求項は、
本発明の本来の範囲及び内容を決定するために用いられ
るべきものである。
【図１】コンテナ冷凍システムの概略図である。
【図２】圧力−エンタルピー軸における基本的な冷凍サ
イクルを示した図。
イクルを示した図。
【図３】圧力−エンタルピーダイアグラム上でバイパス
除負荷の効果を示した図。
除負荷の効果を示した図。
【図４】圧力−エンタルピーダイアグラム上でエコノマ
イザを用いる効果を示した図。
イザを用いる効果を示した図。
【図５】典型的なプルダウンプロセスに対する冷凍空間
内の温度と時間を示した図。
内の温度と時間を示した図。
【図６】（Ａ）は、典型的な冷凍システムの容量マップ
であり、（Ｂ）は、典型的な冷凍システムのエネルギー
効率マップを示した図である。
であり、（Ｂ）は、典型的な冷凍システムのエネルギー
効率マップを示した図である。
【図７】本発明の閉ループアルゴリズムのフローチャー
トである。
トである。
【図８】本発明の開ループ制御アルゴリズムのフローチ
ャートである。
ャートである。
２２…冷凍コンテナ ２４…冷凍システム ２６…コンプレッサ ２８…コンデンサ ３０…エバポレータ ３２…エキスパンション要素 ３４…サクションモジュレーションバルブ ３６…除負荷バイパスバルブ ３８…エコノマイザ回路 ４０…エキスパンジョン要素 ４２…熱交換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ボリス カープマン アメリカ合衆国，コネチカット，マールボ ウロウ，ジェリー ダニエルズ ロード 91
Claims (10)
- 【請求項１】 冷凍容器と、 前記冷凍容器を冷却し、コンプレッサと、エバポレータ
と、コンデンサと、絞りバルブと、エコノマイザ回路
と、サクションモジュレーションバルブと、前記コンプ
レッサのための除負荷バルブとを備えた冷凍システム
と、 前記冷凍システムを制御し、前記コンプレッサと、前記
除負荷バルブと、前記サクションモジュレーションバル
ブと、前記エコノマイザ回路とをエネルギー効率と冷凍
容量とをバランスさせるようにされた論理にしたがって
前記容器の温度を低下させるようにプログラムされた制
御装置とを備えたシールされた冷凍コンテナ。 - 【請求項２】 規格最低容量から規格最大容量へと運転
モードが連なって規定され、前記制御装置を冷凍回路を
より低い規格容量で運転させて、時間の経過と共により
高い規格容量のモードにまで上昇させることを特徴とす
る請求項１に記載の前記制御装置を制御する方法。 - 【請求項３】 前記制御装置は、プルダウン中に運転限
界をモニタすることを特徴とする請求項２に記載の方
法。 - 【請求項４】 前記モードを上昇させるような変化は、
特定のモードでシステムが所定期間運転されている場合
にいかなる運転限界も超えない場合に行われることを特
徴とする請求項２に記載のシステム。 - 【請求項５】 前記制御装置は、前記冷凍システムを前
記所定時間間隔の間に前記運転限界を超えた場合により
低い規格容量のモードへと戻すことを特徴とする請求項
４に記載のシステム。 - 【請求項６】 前記システムは、前記低いモードへと戻
された後に運転限界を超えない場合には、より高い容量
のモードへと戻すことを特徴とする請求項５に記載のシ
ステム。 - 【請求項７】 冷凍容器を冷却するための冷凍システム
の運転方法であって、該方法は、 （１）シールされた容器のための冷凍システムを用い、
前記冷凍システムが該冷凍システムの標準的なモードで
の運転よりもより高い規格容量で運転させると共により
低い規格容量で運転させるような複数の運転モードで前
記冷凍システムを運転させるための回路要素を用いるス
テップと、 （２）前記標準的なモードでの運転よりもより低い冷凍
容量のモードで冷却を開始させるように前記容器の運転
を始めるステップと、 （３）前記標準的なモードにおける運転よりも高い規格
でのモードまでより高い運転モードに向かって増加させ
るステップとを有する方法。 - 【請求項８】 前記システムは、より低い前記規格モー
ドでの運転を開始させ、所定の時間間隔の後運転限界を
超えなければ、より高い容量のモードへと移行させ、前
記限界を所定時間間隔内で超えた場合には、より低い容
量のモードへと戻すように制御されることを特徴とする
請求項７に記載の方法。 - 【請求項９】 前記回路には、サクションモジュレーシ
ョンバルブと、エコノマイザ回路と、コンプレッサ除負
荷装置とが設けられており、標準的な運転よりも高い運
転規格のモードの１つでは、前記サクションモジュレー
ションバルブと組み合わせて前記エコノマイザを用いる
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記制御は、運転の好ましい手段を記
憶していることを特徴とする請求項７に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/108,787 US6058729A (en) | 1998-07-02 | 1998-07-02 | Method of optimizing cooling capacity, energy efficiency and reliability of a refrigeration system during temperature pull down |
| US09/108787 | 1998-07-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000081265A true JP2000081265A (ja) | 2000-03-21 |
| JP3192130B2 JP3192130B2 (ja) | 2001-07-23 |
Family
ID=22324040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18303499A Expired - Fee Related JP3192130B2 (ja) | 1998-07-02 | 1999-06-29 | 冷凍コンテナおよび冷凍システムの運転方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6058729A (ja) |
| EP (1) | EP0969257B1 (ja) |
| JP (1) | JP3192130B2 (ja) |
| AT (1) | ATE288062T1 (ja) |
| DE (1) | DE69923382T2 (ja) |
| DK (1) | DK0969257T3 (ja) |
| ES (1) | ES2237887T3 (ja) |
Cited By (2)
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