JP2002327964A - 冷凍装置 - Google Patents

冷凍装置

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JP2002327964A JP2001134057A JP2001134057A JP2002327964A JP 2002327964 A JP2002327964 A JP 2002327964A JP 2001134057 A JP2001134057 A JP 2001134057A JP 2001134057 A JP2001134057 A JP 2001134057A JP 2002327964 A JP2002327964 A JP 2002327964A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷凍装置の冷凍能力を抑える際に庫内の温度
を安定に維持する冷凍装置を提供する。 【解決手段】 冷凍装置の冷媒回路１には、圧縮機１０
と凝縮器１１と電子膨張弁１３と蒸発器１７と吸入比例
弁２１とが順次接続されている。制御手段３０は、冷凍
能力を抑える際に、蒸発器１７の吐出側における冷媒の
状態を湿り飽和蒸気の状態とするように吸入比例弁２１
を絞り、さらに蒸発器１７の内部全体における冷媒の状
態を湿り飽和蒸気の状態とするように電子膨張弁１３の
開度を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍装置、特に冷
凍運転とチルド運転とが可能な冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】コンテナなどに用いられる冷凍装置は、
冷凍運転だけでなく摂氏零度より高温のいわゆるチルド
運転が可能であるものがある。
【０００３】この種の冷凍装置では、十分な冷凍能力に
より冷凍運転を行うために圧縮機として大きな能力が必
要とされる。一方、チルド運転時には、外気と庫内の温
度差が小さくなるために、圧縮機の能力としては冷凍運
転時ほどは要求されない。そこで、チルド運転時には、
圧縮機の運転を止めて冷凍装置の能力を抑えることが行
われている。
【０００４】しかし、この方法によりチルド運転時の冷
凍装置の能力を抑える場合、庫内の温度制御を行うため
に圧縮機の運転・停止を頻繁に行うことになり、その結
果として圧縮機の寿命を短くする要因となる。また、圧
縮機の運転・停止による温度制御では、温度制御の誤差
が大きくなるため、定温維持を求められる冷凍装置には
好ましくない。
【０００５】このため、できるだけ圧縮機を連続運転し
ながら冷凍装置の冷凍能力を抑えることが望ましい。よ
って、以下の手段を用いることがある。すなわち、冷媒
回路において圧縮機の吸入側に吸入比例弁を設置し、こ
の吸入比例弁を閉じることにより圧縮機への冷媒供給量
を抑える。すると、圧縮機における冷媒量が減少し、冷
凍装置の冷凍能力が低下する。これにより、冷凍装置の
冷凍能力を抑えながら圧縮機の連続運転を行うことがで
きる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の冷凍
装置の膨張弁には感温膨張弁が用いられている。感温膨
張弁は、蒸発器出口付近に感温筒を備えており、蒸発器
の出口付近の冷媒温度が過熱気味になるように作動す
る。このため、蒸発器内部において入口付近と出口付近
との温度が異なる。この理由は、感温膨張弁が出口付近
における冷媒を加熱蒸気の状態とするが、一方、入口付
近における冷媒は湿り飽和蒸気の状態になるためであ
る。よって、膨張弁として感温膨張弁を用いると、蒸発
器内部に温度分布が生じることになる。
【０００７】このような状況において、チルド運転時
は、前述のように、冷凍能力を抑えているため、蒸発器
における温度分布の庫内への寄与度が大きくなる。この
ため、蒸発器に温度分布が生じていると、庫内温度分布
が不均一になりやすい。
【０００８】本発明の課題は、冷凍装置の冷凍能力を抑
える際に庫内の温度を安定に維持する冷凍装置を提供す
ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の冷凍装
置は、冷媒回路と制御手段と指示手段とを備えている。
冷媒回路は、圧縮機と凝縮器と電子膨張弁と蒸発器と吸
入比例弁とが順次接続されている。制御手段は冷媒回路
の能力制御を行う。指示手段は制御手段に指示を行う。
さらに、制御手段は、指示手段からの冷媒回路の能力を
抑える指示を受けると、蒸発器の吐出側における冷媒の
状態を湿り飽和蒸気の状態とするように吸入比例弁を絞
り、さらに蒸発器の内部全体における冷媒の状態を湿り
飽和蒸気の状態とするように電子膨張弁の開度を設定す
る。
【００１０】この冷凍装置では、チルド運転を行う際に
は、制御手段により吸入比例弁が絞られる。すると、蒸
発器の出口側に湿り飽和状態の冷媒が溜められる。これ
により、冷媒回路を循環する冷媒量が減少するため、冷
凍装置の冷凍能力が抑制され、チルド運転が可能とな
る。
【００１１】さらに、冷媒の状態が湿り飽和蒸気の状態
になるように電子膨張弁の開度を設定することにより、
蒸発器内全体に湿り飽和状態の冷媒を充満させることが
できる。蒸発器の内部は等圧であるため、湿り飽和状態
の冷媒は一定温度である。これにより、冷凍能力を抑え
て冷凍運転を行っているときにおける蒸発器の温度が均
一になり、温度ムラが生じにくくなる。よって、庫内温
度を安定に維持することができる。
【００１２】なお、膨張弁として従来のように感温膨張
弁を用いた場合、この膨張弁は蒸発器の出口付近が加熱
蒸気の状態になるように調節されるために、蒸発器内部
の温度分布が不均一になる。しかし、本発明では電子膨
張弁が用いられているため、蒸発器内を湿り飽和状態に
することができ、蒸発器内部の温度分布を均一にでき
る。
【００１３】請求項２に記載の冷凍装置は、請求項１に
記載の冷凍装置であって、圧縮機の損傷を防ぐ保護手段
をさらに備える。冷凍能力を抑えて運転を行うと、圧縮
機に損傷が生じる場合がある。例えば、非圧縮である液
体の冷媒が流入すると、圧縮時に高圧が生じて破損する
可能性がある。さらに、液体の冷媒により潤滑油が圧縮
機外へ運ばれるために、圧縮機内の潤滑油の量が減少し
て、圧縮機の焼き付きが生じやすくなる。
【００１４】ここでは、冷凍装置に保護手段が備えられ
ているため、様々な損傷を防ぐことができる。請求項３
に記載の冷凍装置は、請求項２に記載の冷凍装置であ
る。保護手段は圧縮機の吐出側に冷媒の圧力及び温度を
検知するセンサを有しており、センサの検知結果から圧
縮機の吸入口における冷媒の圧力及び温度を推測する。
【００１５】ここでは、保護手段として、圧縮機の吐出
側における冷媒の温度及び圧力を検知するセンサが設け
られている。そして、このセンサの検知結果から圧縮機
の吸入口における冷媒の圧力及び温度が推測される。こ
の推測結果を利用して、例えば、電子膨張弁及び吸入比
例弁を調整し、圧縮機の吸入口における冷媒の状態が液
体の状態になることを防ぐ。これにより、圧縮機の損傷
を防ぐ。
【００１６】請求項４に記載の冷凍装置は、請求項２に
記載の冷凍装置であって、保護手段は圧縮機の油温を検
知する油温センサを有しており、油温センサの検知結果
から圧縮機の吸入口における冷媒の湿り度を推測する。
【００１７】ここでは、保護手段としての油温センサの
検知結果から圧縮機の吸入口における冷媒の湿り度が推
測される。この推測結果を利用して、前記同様に、例え
ば、電子膨張弁及び吸入比例弁を調整し、圧縮機の吸入
口における冷媒の状態が液体の状態になることを防ぐ。
これにより、圧縮機の損傷を防ぐ。
【００１８】
【発明の実施の形態】＜全体の構成＞本発明に係る冷凍
装置の模式図を図１に示す。
【００１９】本発明に係る冷凍装置は、冷媒回路１を有
し、さらに図２に示すように、制御部２と、入力部３
と、庫内温度センサ４とを備えている。冷媒回路１は、
圧縮機１０、凝縮器１１、電子膨張弁１３、蒸発器１
７、及び吸入比例弁２１からなり、配管により順次接続
されている。
【００２０】圧縮機１０は気体状態の冷媒の圧縮を行う
ものであり、この圧縮機１０には、その内部に油温セン
サ５が設けられ、その吐出側に圧力温度センサ６が設け
られている。油温センサ５は、圧縮機１０の潤滑油の油
温を検知するセンサである。
【００２１】凝縮器１１は、冷媒から熱を奪い、その奪
った熱を放熱するものであり、圧縮機１０の吐出側に三
方切換弁１２を介して接続されている。また、電子膨張
弁１３は、通過する冷媒を膨張させて冷媒の圧力及び温
度を低下させるものであり、凝縮器１１の出口側に設け
られている。なお、凝縮器１１と電子膨張弁１３との間
には、レシーバ１４、補助熱交換器１５、開閉弁１６等
が設けられている。
【００２２】蒸発器１７は、冷凍装置内部からの熱を吸
熱して冷媒に熱を与えるものであり、電子膨張弁１３の
出口側に設けられている。この蒸発器１７と電子膨張弁
１３との間には分流器１８が設けられている。なお、蒸
発器１７は、メイン蒸発器１７ａとサブ蒸発器１７ｂと
からなり、サブ蒸発器１７ｂは電子膨張弁１３と凝縮器
１１との間に設けられている。
【００２３】なお、圧縮機１０の吐出側と蒸発器１７と
の間にはバイパス回路１９が設けられており、このバイ
パス回路１９にはバイパス弁２０が設けられている。吸
入比例弁２１は、冷媒の循環量を調節するものであり、
圧縮機１０の吸入側に設けられている。
【００２４】図２に冷凍装置の制御ブロック図を示す。
冷凍装置は、マイクロコンピュータである制御部２を有
しており、これにより、制御手段３０と保護手段３１と
が構成されている。制御手段３０は冷凍装置の制御を行
うものであり、保護手段３１は圧縮機１０の損傷を避け
るための保護を行うものである。そして、制御手段３０
には、冷凍装置の庫内の温度設定などを行う入力部３
と、庫内の温度を検知する庫内温度センサ４と、油温セ
ンサ５と、圧力温度センサ６とが接続されている。ま
た、制御手段３０には、圧縮機１０と、電子膨張弁１３
と、吸入比例弁２１とに接続されている。
【００２５】＜動作＞冷凍装置は、制御手段３０により
庫内温度の制御が行われる。まず、冷凍装置の冷却につ
いて示す。
【００２６】（冷凍運転）冷凍装置は、冷媒回路１に冷
媒が循環することにより庫内の熱を奪い外部へ放出する
ものである。冷媒回路１における冷媒の循環について以
下で示す。
【００２７】まず冷媒は、蒸発器１７により庫内の熱を
吸熱する。吸熱した冷媒は、吸入比例弁２１を経て圧縮
機１０に導かれる。圧縮機１０において冷媒は高温高圧
の気体に圧縮されて凝縮器１１へ送られる。冷媒は、凝
縮器１１において外部へ熱を放熱し、温度を下げられ
る。これにより、冷媒は、蒸発器１７で吸熱した熱を凝
縮器１１で放熱したことになる。さらに冷媒は、凝縮器
１１から電子膨張弁１３に送られて膨張され、蒸発器１
７に戻される。
【００２８】制御手段３０は、圧縮機１０、電子膨張弁
１３、及び吸入比例弁２１を制御することにより、冷媒
回路１における冷媒の循環量などを制御して庫内温度の
制御を行う。冷凍運転を行う場合には、冷媒の循環量を
多くして庫内が入力部３における設定温度になるよう庫
内の熱を外部へ廃熱する。
【００２９】（チルド運転）一方、チルド運転を行う場
合には、庫内の温度を摂氏零度より高温にするため、冷
凍装置の冷凍能力を抑えて運転を行う。以下で冷凍能力
を抑える手段を示す。
【００３０】冷凍能力を抑えるためには、まず吸入比例
弁２１を絞る。これにより、冷媒を吸入比例弁２１まで
の配管などに湿り飽和状態で溜めることが可能となり、
冷媒回路１を循環する冷媒の量が抑えられる。さらに、
この状態で、電子膨張弁１３を開けて調節することによ
り、蒸発器１７の出口においても冷媒が湿り飽和状態に
なる。これにより、蒸発器１７の出口から吸入比例弁２
１までの配管に冷媒を湿り飽和状態で溜めることができ
るため、冷媒回路１を循環する冷媒の量を十分に減少さ
せることができる。このため、冷凍能力が抑えられてチ
ルド運転が可能となる。
【００３１】また、電子膨張弁１３をさらに開けること
により、蒸発器１７の内部全体に湿り飽和状態の冷媒を
溜めることができる。このとき、蒸発器１７の内部にお
ける冷媒の圧力は一定であるため、蒸発器１７に溜めら
れている湿り飽和状態の冷媒の温度は一定になる。冷媒
の温度が一定になるため、蒸発器における庫内からの吸
熱が均一になる。よって、庫内における温度ムラが抑え
られる。
【００３２】（チルド運転時における圧縮機の保護）冷
凍運転を行っているときの圧縮機の吸入口における冷媒
の状態は、加熱蒸気になっている。
【００３３】しかし、冷凍能力を抑えてチルド運転を行
うと、圧縮機の吸入口における冷媒の状態が湿り飽和状
態になることがある。湿り飽和状態の冷媒は、液体状態
の冷媒を含む。液体は気体と異なり非圧縮であるため、
圧縮機１０が冷媒を圧縮する際に液体状態の冷媒が多い
と、圧縮機１０の内部に耐圧以上の高圧が生じて損傷が
生じるおそれがある。さらに、液体状態の冷媒が圧縮機
１０の潤滑油を外部へ運ぶこともある。このことが原因
で、潤滑油の量が減少して、圧縮機１０が焼き付きをお
こす可能性がある。
【００３４】よって、制御手段３０により圧縮機１０の
吸入口における冷媒の状態が加熱蒸気になるように電子
膨張弁１３と吸入比例弁２１とを制御する必要がある。
したがって、圧縮機１０の吸入口における冷媒の状態を
知る必要があるが、この圧縮機１０の吸入口における冷
媒の状態は、冷媒の圧力と温度とから知ることができ
る。
【００３５】しかし、冷媒の循環量が少ないため、圧縮
機１０の吸入口における圧力が非常に低く、通常の圧力
センサでは不正確となり、状態が不明確になる。そこ
で、保護手段３１により、油温センサ５及び圧力温度セ
ンサ６の検知結果から圧縮機１０の吸入口における圧力
及び温度を推測する。圧力温度センサ６により圧縮機吐
出側における冷媒の加熱度が明らかになる。この加熱度
により、圧縮機１０の吸入口における冷媒の湿り度を知
ることができる。さらに、油温センサ５の結果により、
冷媒の湿り度が推測できるため、より正確な判断が可能
である。これらにより、制御手段３０により圧縮機１０
の損傷を避けるように冷凍能力の制御を行うことができ
る。
【００３６】
【発明の効果】請求項１に記載の冷凍装置では、冷凍能
力を抑えて冷凍運転を行っているときにおける蒸発器の
温度が均一になり、温度ムラが生じにくくなる。
【００３７】請求項２に記載の冷凍装置では、冷凍装置
に保護手段が備えられているため、様々な損傷を防ぐこ
とができる。請求項３に記載の冷凍装置では、センサの
検知結果から圧縮機の吸入口における冷媒の圧力及び温
度が推測されるため、保護手段により圧縮機の吸入口に
おける冷媒の状態が液体の状態になることを防ぐことが
できる。
【００３８】請求項４に記載の冷凍装置では、油温セン
サの検知結果から圧縮機の吸入口における冷媒の湿り度
が推測されるため、保護手段により圧縮機の吸入口にお
ける冷媒の状態が液体の状態になることを防ぐことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る冷凍装置の模式図。
【図２】実施形態に係る冷凍装置の制御ブロック図。
【符号の説明】
１ 冷媒回路 ２ 制御部 ５ 油温センサ ６ 圧力温度センサ １０ 圧縮機 １１ 凝縮器 １３ 電子膨張弁 １７ 蒸発器 ２１ 吸入比例弁 ３０ 制御手段 ３１ 保護手段

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】圧縮機（１０）と凝縮器（１１）と電子膨
    張弁（１３）と蒸発器（１７）と吸入比例弁（２１）と
    が順次接続されてなる冷媒回路（１）と、 前記冷媒回路（１）の能力制御を行う制御手段（３０）
    と、 前記制御手段（３０）に指示を行う指示手段（３）と、
    を備え、 前記制御手段（３０）は、前記指示手段（３）からの冷
    媒回路（１）の能力を抑える指示を受けて、前記蒸発器
    （１７）の吐出側における冷媒の状態を湿り飽和蒸気の
    状態とするように前記吸入比例弁（２１）を絞り、さら
    に前記蒸発器（１７）の内部全体における冷媒の状態を
    湿り飽和蒸気の状態とするように前記電子膨張弁（１
    ３）の開度を設定する、冷凍装置。
  2. 【請求項２】前記圧縮機（１０）の損傷を防ぐ保護手段
    （３１）をさらに備える、請求項１に記載の冷凍装置。
  3. 【請求項３】前記保護手段（３１）は前記圧縮機（１
    ０）の吐出側に冷媒の圧力及び温度を検知するセンサ
    （６）を有しており、前記センサ（６）の検知結果から
    前記圧縮機（１０）の吸入口における冷媒の圧力及び温
    度を推測する、請求項２に記載の冷凍装置。
  4. 【請求項４】前記保護手段（３１）は前記圧縮機（１
    ０）の油温を検知する油温センサ（５）を有しており、
    前記油温センサ（５）の検知結果から前記圧縮機（１
    ０）の吸入口における冷媒の湿り度を推測する、請求項
    ２に記載の冷凍装置。
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