JP2003042573A - 冷凍システムの制御方法 - Google Patents

冷凍システムの制御方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷凍システムの動作条件を動的に制御する方
法を提供する。 【解決手段】 エコノマイザ２４に結合される電子膨張
弁４２を流れる冷媒の流量を、システムの実際容量が所
要容量に近付くように調整して、冷凍システムの容量を
制御する。また、システムのエネルギーがしきい値以下
に維持されるように、システムパラメータの測定値から
圧縮機の作動に必要なエネルギーを求め、所要エネルギ
ーをしきい値と比較し、電子膨張弁を流れる冷媒の流量
を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】本発明は、一般的に、冷凍システムの運
転に関し、さらに詳細には、冷凍システムのエコノマイ
ザに結合される少なくとも１つの電子膨張弁の制御に関
する。
【０００２】冷凍システムは、一般的に、圧縮機、凝縮
器、主スロットル装置及び蒸発器を含む冷媒回路を有す
る。冷媒ガスは、圧縮機で圧縮されると温度及び圧力が
増加する。圧縮された冷媒ガスは、凝縮器で熱を除去さ
れ、凝縮されて液状となる。液状の冷媒は、凝縮器か
ら、機械式サーモスタット膨張弁のような主スロットル
装置へ送られる。主スロットル装置では、液状の冷媒の
流量を制限するため小さなオリフィスを強制的に通過さ
せて、液体の圧力が減少させ、それにより液体の沸点を
低下させる。主スロットル装置を出ると、液状の冷媒は
液滴となる。冷媒の液滴は、主スロットル装置から、冷
凍システムにより空調される空間と熱伝達関係にある内
部の蒸発器へ送られる。空気が蒸発器を通過すると、冷
媒の液滴が空気から熱を吸収するため空気は冷却され
る。冷却された空気は空調空間を循環して、空調空間内
の空気を冷却する。冷媒の液滴は、十分な熱を吸収する
と、蒸発する。冷凍サイクルを完了するために、冷媒ガ
スは蒸発器から圧縮機へ戻される。
【０００３】エコノマイザを構成する別の熱交換器を冷
凍システムに付加すると、サイクル効率を改善すること
ができる。エコノマイザは通常、凝縮器と主スロットル
装置との間に結合される。詳述すると、エコノマイザ
は、第１の枝路と第２の枝路とを有するエコノマイザ入
力ラインにより凝縮器に結合される。第１の枝路は、冷
媒をエコノマイザを介して主スロットル装置へ導く。第
２の枝路は、冷媒を副スロットル装置及びエコノマイザ
のエコノマイザチェンバを介して圧縮機へ戻す。主スロ
ットル装置へ送られる冷媒は、エコノマイザを通過して
過冷却されるが、一部の冷媒はエコノマイザ入力ライン
の第２の枝路へ分岐して副スロットル装置へ送られる。
副スロットル装置を通過する冷媒は、スロットルプロセ
スにより冷却され、エコノマイザチェンバに流入する。
エコノマイザチェンバに流入した冷媒は、エコノマイザ
入力ラインの第１の枝路を流れて主スロットル装置へ送
られる冷媒と熱伝達関係である。第２の枝路を流れる冷
媒は、第１の枝路を通って主スロットル装置へ流入する
冷媒から熱を吸収する。従って、第１の枝路を流れる冷
媒は過冷却される。液状の冷媒は、液体の温度が所与の
圧力で冷媒の気化温度より低い時に過冷却される。第２
の枝路を流れる冷媒は、蒸発するまで熱を吸収する。
【０００４】第２の枝路を流れる冷媒が圧縮機へ戻され
る前に、気化した冷媒は一般的に過熱レベルに到達して
いる。その冷媒は、全ての冷媒が気化し、冷媒の温度が
所要の圧力で冷媒の気化温度より高くなると、過熱レベ
ルに到達する。過熱レベルの冷媒は、その後圧縮機へ戻
される。
【０００５】冷凍システムの動作条件は、部分的にエコ
ノマイザの動作により制御される。エコノマイザは、副
スロットル装置により制御される。一般的に、主及び副
スロットル装置は機械式サーモスタット膨張弁（ＴＸ
Ｖ）であり、これらはその弁を流れる冷媒の温度及び圧
力に応じた動作をする。
【０００６】
【発明の概要】主及び副スロットル装置にＴＸＶを使用
する場合、幾つかの制約がある。第１に、ＴＸＶは、冷
凍システムの動作条件を制御するための動的な調整が不
可能である。ＴＸＶは最初に、冷凍システムの動作条件
を最適化するように設計されているが、ＴＸＶは動作条
件をいつも最適化するように動的に調整することができ
ない。
【０００７】さらに、ＴＸＶは１組の動作条件だけに適
応できる。エコノマイザサイクルのＴＸＶは一般的に、
１組の主要な動作条件を維持するように設計される。し
かしながら、異常なまたは副次的な動作条件が生じるこ
とがあり、これは主要な動作条件のオーバーライドを要
求する。ＴＸＶは、主要な動作条件を周期的にオーバー
ライドすることが望まれる副次的な動作条件に適応する
ことができない。
【０００８】従って、本発明は、冷凍システムの動作条
件を動的に制御し、２組以上の動作条件に適応するため
に冷凍システムのエコノマイザに結合された少なくとも
１つの電子膨張弁を制御する方法及び装置を提供する。
冷凍システムは一般的に、圧縮機、圧縮機に結合された
凝縮器、凝縮器と圧縮機の両方に結合された熱交換器、
熱交換器と圧縮機の両方に結合された蒸発器及び電子膨
張弁を有し、この弁の入力は凝縮器と熱交換器との間に
結合され、出力は圧縮機に結合される。
【０００９】上述の装置は通常、１組の主要な動作条件
の下で運転される。１つの条件は、熱交換器から圧縮機
へ流れる冷媒の状態を過熱温度以上に維持することであ
る。詳述すると、熱交換器と圧縮機との間の圧力を感知
し、感知した圧力を飽和温度値に変換する。熱交換器と
圧縮機との間の温度を感知し、飽和吸込み温度値と比較
する。ＴＸＶを流れる冷媒の流量を、感知した温度が飽
和吸込み温度値よりも高くなるまで調整する。
【００１０】上述の装置はまた、冷凍システムの容量の
制御に使用できる。詳述すると、この方法は、システム
の所要の容量を求め、電子膨張弁を流れる冷媒の流量を
調整してシステムの実際の容量がシステムの所要の容量
に近付くように調整するステップを含むことができる。
例えば、所要の容量が実際の容量よりも小さい場合、電
子膨張弁を流れる冷媒の流量を減少することができる。
同様に、所要の容量が実際の容量よりも大きい場合、電
子膨張弁を流れる冷媒の流量を増加することができる。
何れの場合も、この方法は主要な組の動作条件のオーバ
ーライドを必要とする。
【００１１】本発明の別の局面によると、このシステム
は、システムのエネルギーをしきい値以下（例えば、最
大定格馬力以下）に維持するように作動される。この方
法は、システムパラメータの測定値から圧縮機を作動す
るに必要なエネルギーを求め、所要のエネルギーをしき
い値と比較し、電子膨張弁を流れる冷媒の流量を調整し
て所要のエネルギーがしきい値以下に保たれるようにす
るステップを含む。所要のエネルギーを求めるには多く
の異なる方法がある（例えば、熱交換器と圧縮機との間
の圧力、蒸発器と圧縮機との間の圧力、圧縮機と凝縮器
との間の圧力及び冷媒の流量を感知して求める）。この
実施例では、圧縮機の作動に必要な馬力がしきい値より
も小さい場合、電子膨張弁を流れる冷媒の流量の調整は
不要である。しかしながら、圧縮機の作動に必要なエネ
ルギーがしきい値よりも大きい場合、電子膨張弁を流れ
る冷媒の流量を減少して、システムがその定格エネルギ
ーリミットよりも高い状態で作動しないようにすること
ができる。これを行なうには、主要な動作条件をオーバ
ーライドする必要がある。
【００１２】本発明の別の局面によると、システムは圧
縮機を過熱させないように作動される。詳述すると、熱
交換器から圧縮機への冷媒の流量を、液状冷媒の一部が
圧縮機急冷のために送られるように調整することができ
る。この方法は、圧縮機の温度に相当するシステムパラ
メータを測定し、測定したシステムパラメータをしきい
値と比較し、電子膨張弁を流れる冷媒の流量を調整して
圧縮機へ流入する冷媒の流量を調整することにより、シ
ステムパラメータがしきい値以下に保たれるようにする
ステップを含む。このシステムパラメータは、圧縮機の
温度に相当する任意のパラメータ（例えば、圧縮機の温
度、圧縮機からの冷媒の温度など）である。実際、シス
テムパラメータがしきい値を超えた場合、電子膨張弁を
流れる冷媒の流量を増加することにより、ある量の液状
冷媒で圧縮機を急冷することができる。これを行なうに
は、主要な動作条件のオーバーライドが必要である。本
発明の他の特徴及び利点は、以下の説明、特許請求の範
囲及び添付図面をみれば当業者にとって自明であろう。
【００１３】
【実施例の詳細な説明】図１は、本発明による冷凍シス
テム１０を示す。この冷凍システム１０は、冷媒回路１
２と、マイクロプロセッサ回路１００とを有する。冷媒
回路１２は一般的に、冷凍システム１０を介する冷媒の
流れを画定する。冷媒回路１２は、第１の流路１４と、
第２の流路４０とを有する。
【００１４】第１の流路１４は、圧縮機１６、吐出しラ
イン１８、凝縮器２０、エコノマイザ入力ライン２２、
エコノマイザ２４、第１のエコノマイザ出力ライン２
６、主電子膨張弁（ＥＸＶ）２８、蒸発器入力ライン３
０、蒸発器３２及び吸込みライン３４により画定され
る。圧縮機１６は、吐出しライン１８により凝縮器２０
に結合されている。凝縮器２０は、エコノマイザ入力ラ
イン２２によりエコノマイザ２４に結合されている。エ
コノマイザ入力ライン２２は、第１の枝路２２ａと、第
２の枝路２２ｂとを有する。第１の枝路２２ａは第１の
流路１４の一部を画定し、第２の枝路２２ｂは、以下に
述べるように、第２の流路４０の一部を画定する。エコ
ノマイザ２４は、第１のエコノマイザ出力ライン２６に
より主ＥＸＶ２８に結合されている。主要なＥＸＶ２８
は、蒸発器入力ライン３０により蒸発器３２に結合され
ている。第１の流路１４を完成させるため、蒸発器３２
は吸込みライン３４により圧縮機１６に結合されてい
る。
【００１５】第２の流路４０は、第１の流路１４の一部
のコンポーネントと、幾つかの別のコンポーネントとに
より画定される。第２の流路４０は、圧縮機１６、吐出
しライン１８、凝縮器２０、エコノマイザ入力ライン２
２（第２の枝路２２ｂを介する）、副ＥＸＶ４２、エコ
ノマイザチェンバ４４、及び第２のエコノマイザ出力ラ
イン４６を介して延びる。第１の流路１４と同様に、第
２の流路４０でも、圧縮機１６は吐出しライン１８によ
り凝縮器２０に結合されている。また、凝縮器２０はエ
コノマイザ入力ライン２２によりエコノマイザ２４に結
合されている。
【００１６】エコノマイザ入力ライン２２の第２の枝路
２２ｂは、副ＥＸＶ４２に結合されている。副ＥＸＶ４
２は、第２の枝路２２ｂによりエコノマイザチェンバ４
４に結合されるが、このチェンバはエコノマイザ２４の
内部にある。第２の枝路２２ｂを介してエコノマイザチ
ェンバ４４へ流入する冷媒は、第１の枝路２２ａを介し
てエコノマイザ２４を流れる冷媒と熱交換関係にある。
第２の流路４０を完成するために、エコノマイザチェン
バ４４は、第２のエコノマイザ出力ライン４６により圧
縮機１６に結合されている。
【００１７】冷媒は、種々様々な状態で、以下のよう
に、冷媒回路１２の第１の流路１４を流れる。冷媒ガス
は、吸込みライン３４により圧縮機１６へ送られる。圧
縮機１６は、冷媒ガスを圧縮して、温度及び圧力を増加
させる。圧縮状態の冷媒ガスは、吐出しライン１８によ
り凝縮器２０へ送られる。本発明の好ましい実施例にお
いて、この圧縮機１６はスクリュウ型圧縮機である。し
かしながら、圧縮機１６は任意適当なタイプのものでよ
い。さらに、図１に示す冷凍システム１０はただ１個の
圧縮機１６を有するが、圧縮機を２個以上設けるように
してもよい。２個以上の圧縮機を冷凍システム１０に設
ける場合、これらの圧縮機は直列または並列の構成に配
置できる。
【００１８】凝縮器２０は、圧縮機１６から圧縮状態の
冷媒ガスを受ける。凝縮器２０は、冷媒ガスを凝縮して
冷媒から熱を除去することにより液状の冷媒にする熱交
換器である。凝縮器２０では、圧縮状態の冷媒ガスを、
凝縮器２０と熱交換関係にある空気へ放熱させることに
より、冷媒ガスを冷却する。凝縮器２０の冷却作用によ
り、冷媒が気体から液体に変化する。
【００１９】液状の冷媒は、第１の流路１４にある間、
エコノマイザ入力ライン２２の第１の枝路２２ａを介し
てエコノマイザ２４に流入する。冷媒は、第１の枝路２
２ａを流れる間、エコノマイザチェンバ４４の冷媒と熱
交換関係にある。第１の枝路２２ａを流れる液状の冷媒
は、エコノマイザチェンバ４４の冷媒へ放熱するため、
サブクール（過冷却）される。液状の冷媒は、液体の温
度が所与の圧力でその飽和または気化温度以下であると
過冷却される。一般的に、凝縮器２０もエコノマイザ２
４も液状の冷媒を過冷却するが、エコノマイザ２４の方
が凝縮器２０よりも余計に冷媒を過冷却する。
【００２０】過冷却された液状の冷媒はその後、第１の
エコノマイザ出力ライン２６により主ＥＸＶ２８へ送ら
れる。主ＥＸＶ２８は、液状の冷媒を強制的に小さなオ
リフィスを通過させて液状の冷媒の流れを制限するスロ
ットル装置である。液状の冷媒を強制的に小さなオリフ
ィスに通すと、液状冷媒の圧力が減少して冷媒の沸点が
低下する。液状の冷媒にかかる圧力が減少すると、冷媒
の沸点が低下して気化する。液状の冷媒が主ＥＸＶ２８
の小さなオリフィスを通過すると、液状の冷媒が液滴と
なる。
【００２１】冷媒の液滴は、蒸発器入力ライン３０によ
り蒸発器３２へ送られる。蒸発器３２へ送られる冷媒の
液滴は、蒸発器３２へ流入する暖かい空気から熱を吸収
する。蒸発器３２は、冷凍システム１０により空調され
る空間内にあるか、またはそれと熱伝達関係にある。一
般的に、空気は、１またはそれ以上の蒸発器ファン（図
示せず）により空調空間と蒸発器３２との間を循環され
る。一般的に、暖かい空気が蒸発器３２へ流入し、冷媒
の液滴がこの暖かい空気から熱を吸収し、冷却された空
気が蒸発器３２から出る。蒸発器３２からの冷却された
空気は、空調空間の内部から熱を吸収して冷却する。蒸
発器３２からの冷却された空気が空調空間の内部から熱
を吸収すると、暖かい空気が蒸発器ファンにより蒸発器
３２へ戻されて、再び冷却される。
【００２２】冷媒の液滴は、十分な熱を吸収すると、即
ち、所要の圧力でそれらの飽和または気化温度に到達す
ると、気化する。液滴の状態から気化した冷媒はその
後、吸込みライン３４により圧縮機１６へ送られる。気
化した冷媒が圧縮機１６へ戻ることで、第１の流路１４
を介する冷媒の流れが完結する。
【００２３】冷媒は、種々様々な状態で、冷媒回路１２
の第２の流路４０を、以下のように流れる。気化した冷
媒は、第２のエコノマイザ出力ライン４６により圧縮機
１６へ送られる。第１の流路１４からの冷媒と同様に、
圧縮機１６は、気化した冷媒を圧縮して、温度及び圧力
を増加させる。圧縮状態の冷媒ガスはその後、吐出しラ
イン１８により凝縮器２０へ送られる。凝縮器２０で
は、圧縮状態の冷媒ガスが凝縮器２０と連通関係にある
空気へ放熱する。凝縮器２０の冷却動作により、冷媒が
気化した状態から液状になる。凝縮器から出る液状の冷
媒は、エコノマイザ入力ライン２２によりエコノマイザ
２４へ送られる。
【００２４】凝縮器２０を出る液状冷媒の一部は、ライ
ンから分岐して、エコノマイザ入力ライン２２の第２の
枝路２２ｂへ送られる。ラインから分岐して第２の枝路
２２ｂを流れる液状冷媒の量は、とりわけ、副ＥＸＶ４
２の位置により決定される。主ＥＸＶ２８と同様に、副
ＥＸＶ４２は、冷媒の圧力を下げて沸点を低下させるス
ロットル装置である。液状冷媒は、副ＥＸＶ４２の小さ
なオリフィスを通過すると、液滴になる。
【００２５】副ＥＸＶ４２からの冷媒の液滴は、エコノ
マイザチェンバ４４へ送られるが、そこで第１の枝路２
２ａによりエコノマイザ２４へ送られた液状冷媒と熱交
換関係にある。冷媒の液滴は、第１の枝路２２ａと通る
液状の冷媒から熱を吸収する。冷媒の液滴は、十分な熱
を吸収すると気化する。液状の冷媒がエコノマイザチェ
ンバ４４内で気化すると、第１の枝路２２ａを通る液状
の冷媒はさらに冷却される。従って、エコノマイザ入力
ライン２２の第１の枝路２２ａを通る液状の冷媒は、過
冷却される。液状の冷媒は、その温度が所与の圧力で冷
媒の飽和または気化温度以下になると、過冷却される。
【００２６】エコノマイザチェンバ４４内の冷媒の液滴
が全て気化すると、この気化した冷媒は引き続き熱を吸
収して過熱状態になる。冷媒は、その温度が所与の圧力
で冷媒の気化または飽和温度以上になると、過熱レベル
に到達する。気化した冷媒はその後、第２のエコノマイ
ザ出力ライン４６により圧縮機１６へ送られる。この冷
媒ガスが圧縮機１６へ送られることで、第２の枝路４０
を介する冷媒の流れが完結する。
【００２７】マイクロプロセッサ回路１００は、冷媒回
路１２とマイクロプロセッサ１０４とに結合された複数
のセンサー１０２を有する。マイクロプロセッサ回路１
００はまた、マイクロプロセッサ１０４に結合された主
ＥＸＶ２８及び副ＥＸＶ４２を制御する。
【００２８】複数のセンサー１０２は、圧縮機吐出し圧
力（ＰD）センサー１０６、圧縮機吐出し温度（ＴD）セ
ンサー１０８、吸込み圧力（ＰS）センサー１１０、吸
込み温度センサー（ＴS）１１２、エコノマイザ圧力
（ＰE）センサー１１４、エコノマイザ温度（ＴE）セン
サー１１６、蒸発器入力温度（Ｔair,in）センサー１１
８、蒸発器出力温度（Ｔair,out）センサー１２０及び
圧縮機１６に結合された少なくとも１つのセンサー１２
２を含む。複数のセンサー１０２はそれぞれ、マイクロ
プロセッサ１０４の入力に電気的に結合されている。さ
らに、主ＥＸＶ２８及び副ＥＸＶ４２はそれぞれ、マイ
クロプロセッサ１０４の出力に結合されている。
【００２９】図５に示すような本発明の好ましい実施例
において、上述の冷凍システム１０は、輸送コンテナ３
０２に取り付けた冷凍システムハウジングユニット３０
０内に配置されている。輸送コンテナ３０２は、トラク
ター−トレイラ３０４に連結されている。あるいは、冷
凍システムハウジングユニット３００は、商品の輸送に
好適な任意タイプの車両または冷凍を必要とする任意タ
イプの車両（例えば、トラックまたはバス）に結合され
る任意タイプの輸送コンテナユニットに結合可能であ
る。
【００３０】図２は、１組の主要な動作条件を維持する
ために冷凍システム１００を作動する方法を示す。図１
を参照して、１組の主要な動作条件を用いる目的は、エ
コノマイザ２４から圧縮機１６へ流れる冷媒の過熱レベ
ルを維持すると共に冷凍システム１０の容量を改善する
ことにある。
【００３１】図１及び２を参照して、マイクロプロセッ
サ１０４はエコノマイザ圧力（ＰE）センサー１１４を
読み取る（２１２）。マイクロプロセッサ１０４は、こ
のＰ E値から飽和温度値（Ｔsat）を求める（２１４）。
Ｔsatは、冷凍システム１０に使用される特定種類の冷
媒の熱力学特性探索表を基にＰE値から求める。熱力学
特性探索表は、冷媒の製造業者により提供される。この
システムに好適な種類の冷媒は、Ｒ４０４Ａ冷媒であ
り、E.I. duPont de Nemours and Company, AlliedSign
al, and Elf Atochem, Inc.を含む幾つかの会社で製造
される。
【００３２】次に、マイクロプロセッサ１０４は、エコ
ノマイザ温度（ＴE）センサー１１６から読み取りを行
なう（２１６）。マイクロプロセッサ１０４はその後、
ＴEがＴsatより高いか否かを判定する（２１８）。ＴE
がＴsatより高ければ、エコノマイザ２４から圧縮機１
６へ送られる冷媒が過熱状態にある。従って、冷凍シス
テムは、エコノマイザ２４から第２のエコノマイザ出力
ライン４６を介して圧縮機１６へ液状冷媒が決して送ら
れないようにする態様で作動する。液体が現在、圧縮機
１６へ送られていない限り、副ＥＸＶ４２を介する冷媒
の流量を徐々に増加させてシステム効率を増加させ、か
くしてシステム容量を増加させることができる。従っ
て、マイクロプロセッサ１０４は、副ＥＸＶ４２へ信号
を送ってこの副ＥＸＶ４２を介する冷媒の流量を増加さ
せる（２２０）。マイクロプロセッサ１０４がその信号
を送って副ＥＸＶ４２を介する冷媒の流量を増加させる
と、マイクロプロセッサ１０４は、ステップ２００を実
行して一連の動作を再開する。
【００３３】ＴEがＴsatより低い場合、エコノマイザ２
４から圧縮機１６へ送られる冷媒は過熱状態にない。冷
媒の過熱レベルを確実に維持するために、副ＥＸＶ４２
を介する冷媒の流量を減少することができる。副ＥＸＶ
４２を介する流量を減少させると、冷媒は、エコノマイ
ザ入力ライン２２の第１の枝路２２ａを通って主ＥＸＶ
２８へ流れる冷媒と熱交換関係にある間にさらに熱を吸
収できる。冷媒は、液状冷媒の全部が気化するようにさ
らに熱を吸収する。副ＥＸＶ４２を介する流量が減少す
ると、圧縮機１６へ戻される冷媒の圧力も減少する。こ
のステップを実行するために、マイクロプロセッサ１０
４は、信号を副ＥＸＶ４２へ送って、副ＥＸＶ４２を介
する流量を減少させる（２２２）。マイクロプロセッサ
１０４がその信号を送って副ＥＸＶ４２を介する流量を
減少させると、このマイクロプロセッサは、ステップ２
００を実行して一連の動作を再開する。
【００３４】通常、標準的な冷凍システムの容量は、圧
縮機の速度を調整するかまたは主膨張弁（例えば、主Ｅ
ＸＶ２８）の位置を調整することにより制御される。本
発明の１つの局面では、システムの容量を、副ＥＸＶ４
２の位置を調整することにより制御する。例えば、シス
テムの容量を減少したい場合、副ＥＸＶ４２を閉位置に
近い方へ移動させてエコノマイザを流れる冷媒の量を減
少させる。同様に、システムの容量を増加させたい場
合、副ＥＸＶ４２を流れる冷媒の量を増加させてエコノ
マイザをより多くの冷媒が流れるようにする。所与の圧
力でエコノマイザ出力ライン４６の冷媒の温度を飽和温
度値よりも高い値に維持して液状冷媒が圧縮機に送られ
ないようにするためには、システムのフィードバック制
御状態を維持するのが望ましい。
【００３５】図３は、本発明による冷凍システム１０の
別の作動方法を示す。図２に示す方法は１組の主要な動
作条件を維持するように冷凍システム１０を作動する方
法であるが、図３は、第１組の副次的動作条件を維持す
るように冷凍システム１０を作動する方法を示す。図１
を参照して、第１組の副次的動作条件を用いる目的は、
圧縮機１６がオーバーヒートした場合、圧縮機１６を液
状冷媒で急冷することである。図１及び３を参照して、
マイクロプロセッサ１０４は、圧縮機吐出し温度
（ＴD）センサー１０８の読み取りを行なう（２４
０）。この圧縮機吐出し温度（ＴD）センサー１０８
は、圧縮機１６と凝縮器２０との間、または圧縮機１６
自体の上に物理的に配置できる。圧縮機吐出し温度しき
い値（Ｔthreshold）は、マイクロプロセッサ１０４へ
送られる（２４２）。このしきい値（Ｔthresh old）
は、冷凍システム１０で使用中の特定の圧縮機１６の製
造業者により決定される。冷凍システム１０にとって好
適な圧縮機１６は、しきい値が約３１０°ＦのThermo K
ing Corporation製のダブルスクリュー型圧縮機であ
る。しきい値（Ｔthreshold）は、マイクロプロセッサ
１０４によりアクセス可能なメモリ場所に記憶される。
【００３６】マイクロプロセッサ１０４は、ＴDがしき
い値（Ｔthreshold）より高いか否かを判定する（２４
４）。ＴDがしきい値（Ｔthreshold）よりも高くない場
合、圧縮機１６はその温度範囲内で作動中である、即
ち、圧縮機はオーバーヒート状態でない。従って、マイ
クロプロセッサ１０４は、副ＥＸＶ４２へ信号を送っ
て、その副ＥＸＶ４２を介する冷媒の現在の流量を維持
することにより冷凍システム１０の主要な動作条件が維
持される（２４６）ようにする。マイクロプロセッサ１
０４は、主要な動作条件を維持する（２４６）信号を送
ると、ステップ２４０を実行して一連の動作を再開す
る。しかしながら、ＴDがしきい値（Ｔthreshold）より
も高い場合、圧縮機１６はオーバーヒートしている可能
性がある。第２のエコノマイザ出力ライン４６を介して
冷媒ガスと液状冷媒とを圧縮機１６へ送ることにより、
圧縮機１６を急冷することができる。冷媒は、圧縮機１
６で沸騰して、圧縮機１６をその温度動作範囲内に冷却
する。圧縮機１６を急冷するためには、先ず、冷凍シス
テムの主要な動作条件をオーバーライドしなければなら
ない（２４８）。即ち、圧縮機１６を急冷する間第２の
エコノマイザ出力ライン４６を流れる冷媒の過熱レベル
は維持されないが、圧縮機１６へ送られる冷媒の流量を
増加する必要がある。主要な動作条件がオーバーライド
されると（２４８）、マイクロプロセッサ１０４は、副
ＥＸＶ４２へ信号を送って、この副ＥＸＶ４２を介する
冷媒の流量を増加（２５０）させる。マイクロプロセッ
サ１０４は、その信号を送って副ＥＸＶ４２を介する冷
媒の流量を増加させる（２５６）と、ステップ２４０を
実行して一連の動作を再開する。ＴDがしきい値（Ｔ
threshold）より低いレベルに戻ると、マイクロプロセ
ッサ１０４は主要な動作条件に復帰することができる。
【００３７】図４Ａ及び４Ｂは、本発明による冷凍シス
テム１０のさらに別の作動方法を示す。図４Ａ及び４Ｂ
は、第２組の副次的動作条件を維持するように冷凍装置
１０を作動する方法である。第２組の副次的動作条件を
用いる目的は、圧縮機１６を駆動するエンジン（図示せ
ず）が馬力出力限界を超えないようにすることである。
図１及び４Ａを参照して、マイクロプロセッサ１０４
は、圧縮機吐出し圧力（ＰD）センサー１０６の読み取
りを行なう（２７０）。マイクロプロセッサ１０４はま
た、圧縮機吸込み圧力（ＰS）センサー１１０の読み取
りを行なう（２７２）。最後に、マイクロプロセッサ１
０４は、エコノマイザ圧力（ＰE）センサー１１４の読
み取りを行なう（２７４）。
【００３８】圧縮機マップがマイクロプロセッサ１０４
へ送られる（２７６）。圧縮機マップは、マイクロプロ
セッサ１０４がアクセス可能なメモリの場所に記憶され
る。ＰD、ＰS及びＰEの値を用いて、マイクロプロセッ
サ１０４は圧縮機マップにアクセスし、現在感知される
圧力、現在の圧縮機速度及び冷凍システム１０を流れる
冷媒の現在の質量流量につき圧縮機１６が必要とする馬
力（ＨＰrequired）を求める（２７８）。現在の圧縮機
速度及び冷媒の現在の質量流量を求めるために、マイク
ロプロセッサ１０４は、圧縮機１６に結合された少なく
とも１つのセンサー１２２を読み取る。システムの所要
のエネルギーを求めるための方法には他のものもある
が、これらは全ての本発明の範囲内であることを理解さ
れたい。
【００３９】図４Ｂを参照して、最大馬力出力値（ＨＰ
max）である上方のエネルギー限界がマイクロプロセッ
サ１０４へ送られる（２８０）。ＨＰmax値は、圧縮機
のエンジンまたは原動機（図示せず）から得られる最大
馬力に基づくものである。圧縮機のエンジンのＨＰmax
値は、特定の圧縮機のエンジン製造業者により提供さ
れ、マイクロプロセッサ１０４によりアクセス可能なメ
モリに記憶される。マイクロプロセッサ１０４は、ＨＰ
requiredがＨＰmaxより大きいか否かを判定する（２８
２）。ＨＰrequiredがＨＰmaxより小さい場合、冷凍シ
ステム１０を流れる冷媒の現在の質量流量で圧縮機１６
を駆動するエンジンから十分な馬力が得られる。従っ
て、マイクロプロセッサ１０４は、副ＥＸＶ４２を流れ
る現在の質量流量を維持することにより主要な動作条件
を維持する（２８４）ための信号を副ＥＸＶ４２へ送
る。マイクロプロセッサ１０４は、主要な動作条件を維
持する（２８４）信号を送ると、ステップ２７０を実行
して一連の動作を再開する。
【００４０】しかしながら、ＨＰrequiredがＨＰmaxよ
り大きい場合、圧縮機１６を駆動するエンジンは冷凍シ
ステム１０を流れる冷媒の現在の流量では圧縮機１６へ
十分な馬力を供給することができない。冷媒の流量を減
少するためには、主要な動作条件をオーバーライドする
必要があり（２８６）、副ＥＸＶ４２を流れる流量を減
少する必要がある（２８８）。主要な動作条件がオーバ
ーライドされると（２８６）、マイクロプロセッサ１０
４は、副ＥＸＶ４２の流量を減少させる（２８８）信号
を副ＥＸＶ４２へ送る。マイクロプロセッサ１０４は、
副ＥＸＶ４２を流れる冷媒の流量を減少させる（２８
８）信号を送ると、ステップ２７０を実行して一連の動
作を再開する。
【００４１】本発明の種々の特徴及び利点は、頭書の特
許請求の範囲に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による冷凍システムの概略図で
ある。
【図２Ａ】図２Ａは、図１の冷凍システムにおける冷媒
の過熱レベルの制御方法を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１の冷凍システムにおける冷媒
の過熱レベルの制御方法を示す。
【図３】図３は、図１の冷凍システムにおける圧縮機の
急冷方法を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、図１の冷凍システムにおけるエン
ジンの馬力の制御方法を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図１の冷凍システムにおけるエン
ジンの馬力の制御方法を示す。
【図５】図５は、トラクタ−トレイラに搭載された輸送
コンテナに結合された冷凍システムハウジングユニット
内の図１の冷凍システムを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピーター ダブリュー フレウンド アメリカ合衆国 ミネソタ州 55437 ブ ルーミントン ウェスト・ナインティナイ ンス・ストリート 5700 (72)発明者 ラーズ アイ スジョールム アメリカ合衆国 ミネソタ州 55437 バ ーンズビル ウェスト・プリザーブ・ブー ルバード 13925

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧縮機、圧縮機に結合された凝縮器、凝
    縮器と圧縮機の両方に結合された熱交換器、熱交換器と
    圧縮機の両方に結合された蒸発器及び膨脹弁を有し、膨
    張弁の入力が凝縮器と熱交換器との間に結合され、出力
    が圧縮機に結合された冷凍システムの制御方法であっ
    て、 システムの所要の容量を求め、 電子膨張弁を介する冷媒の流量を調整してシステムの実
    際の容量をシステムの所要の容量へ近付くように調整す
    るステップより成る冷凍システムの制御方法。
  2. 【請求項２】 電子膨張弁を介する冷媒の流量を調整す
    るステップは、所要の容量が実際の容量より小さい場合
    は冷媒の流量を減少させるステップを含む請求項１の方
    法。
  3. 【請求項３】 電子膨張弁を介する冷媒の流量を調整す
    るステップは、所要の容量が実際の容量より大きい場合
    は冷媒の流量を増加させるステップを含む請求項１の方
    法。
  4. 【請求項４】 冷凍システムの主要な組の動作条件をオ
    ーバーライドするステップをさらに含む請求項３の方
    法。
  5. 【請求項５】 圧縮機、圧縮機に結合された凝縮器、凝
    縮器と圧縮機の両方に結合された熱交換器、熱交換器と
    圧縮機の両方に結合された蒸発器及び膨脹弁を有し、膨
    張弁の入力が凝縮器と熱交換器との間に結合され、出力
    が圧縮機に結合された冷凍システムの制御方法であっ
    て、 システムパラメータの測定値に基づき圧縮機を作動する
    ための所要のエネルギーを求め、 所要のエネルギーをしきい値と比較し、 膨張弁を介する冷媒の流量を調整して所要のエネルギー
    をしきい値以下に保つステップより成る冷凍システムの
    制御方法。
  6. 【請求項６】 所要のエネルギーを求めるステップは、
    以下のシステムパラメータ、即ち、熱交換器と圧縮機と
    の間の圧力、蒸発器と圧縮機との間の圧力及び圧縮機と
    凝縮器との間の圧力を感知するステップを含む請求項５
    の方法。
  7. 【請求項７】 冷媒の流量を調整するステップは、圧縮
    機の作動に必要な馬力がしきい値よりも小さければ膨張
    弁を介する冷媒の流量を維持するステップを含む請求項
    ５の方法。
  8. 【請求項８】 冷媒の流量を調整するステップは、圧縮
    機を作動するための所要のエネルギーがしきい値よりも
    大きければ膨張弁を介する冷媒の流量を減少させるステ
    ップを含む請求項５の方法。
  9. 【請求項９】 冷媒の流量を減少させるステップは、冷
    凍システムの主要な動作条件をオーバーライドして所要
    のエネルギーを減少させることにより圧縮機をしきい値
    以下で作動させるステップを含む請求項８の方法。
  10. 【請求項１０】 冷凍システムの主要な動作条件をオー
    バーライドするステップは、熱交換器から圧縮機へ流れ
    る冷媒の温度を過熱レベルに維持するステップを含む請
    求項９の方法。
  11. 【請求項１１】 圧縮機、圧縮機に結合された凝縮器、
    凝縮器と圧縮機の両方に結合された熱交換器、熱交換器
    と圧縮機の両方に結合された蒸発器及び膨脹弁を有し、
    膨張弁の入力が凝縮器と熱交換器との間に結合され、出
    力が圧縮機に結合された冷凍システムの制御方法であっ
    て、 圧縮機の温度に対応するシステムパラメータを測定し、 測定したシステムパラメータをしきい値と比較し、 膨張弁を介する冷媒の流量を調整して圧縮機への冷媒の
    流量を調整することによりシステムパラメータをしきい
    値以下にするステップより成る冷凍システムの制御方
    法。
  12. 【請求項１２】 測定されるシステムパラメータは圧縮
    機の温度である請求項１１の方法。
  13. 【請求項１３】 測定されるシステムパラメータは、圧
    縮機から流れる冷媒の温度である請求項１１の方法。
  14. 【請求項１４】 圧縮機への冷媒の流量を調整するステ
    ップは、膨張弁を介する冷媒の流量を増加して圧縮機へ
    の冷媒の流量を増加することにより液状の冷媒で圧縮機
    を冷却するステップを含む請求項１１の方法。
  15. 【請求項１５】 圧縮機への冷媒の流量を増加するステ
    ップは、冷凍システムの主要な動作条件をオーバーライ
    ドするステップを含む請求項１４の方法。
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