JP2003083625A

JP2003083625A - 冷凍ユニット

Info

Publication number: JP2003083625A
Application number: JP2001276901A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tanaka; 孝史田中; Katsumi Hachisuga; 勝巳蜂須賀
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-09-12
Filing date: 2001-09-12
Publication date: 2003-03-19

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】広範囲にわたって効率よく容量制御を行うこと
ができる冷凍ユニットの提供。【解決手段】圧縮機２１、コンデンサ２２、第１電子
膨張弁２３Ａ及び第２電子膨張弁２３Ｂ、第１エバポレ
ータ２４Ａ及び第２エバポレータ２４Ｂとを具備し、こ
れらを順次冷媒配管２５で接続してなる冷凍サイクルを
冷媒が循環して状態変化を繰り返すように構成された冷
凍ユニットである。第１エバポレータ２４Ａ及び第２エ
バポレータ２４Ｂは容量の異なる２系統に分割して並列
に接続されている。また、第１エバポレータ２４Ａ及び
第２エバポレータ２４Ｂは、それぞれの系統に第１電子
膨張弁２３Ａ及び第２電子膨張弁２３Ｂを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍サイクルを備
えた冷凍ユニットに係り、特に、船舶等に積載して輸送
されるコンテナのような輸送用コンテナに用いて好適な
冷凍ユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、船舶、トレーラー、トラック
及び鉄道車両の貨車等に積載して輸送するコンテナ（以
下、海上コンテナと呼ぶ）やトラック等の荷台に固定設
置されるコンテナ（以下、陸上コンテナと呼ぶ）のよう
な輸送用コンテナの冷凍ユニット、倉庫等の建家内空間
を冷却する冷凍ユニット、そして空気調和装置に用いら
れる冷凍ユニットなどが知られている。このような冷凍
ユニットは、いずれもガス冷媒を吸入圧縮する圧縮機
と、高圧のガス冷媒を凝縮させるコンデンサと、高温高
圧の液冷媒を減圧膨張させる絞り機構と、低温の液冷媒
を蒸発させるエバポレータとを具備し、これらを順次冷
媒配管で接続してなる冷凍サイクルを冷媒が循環して状
態変化を繰り返すように構成されている。

【０００３】ここで、海上コンテナに装備される冷凍ユ
ニット、すなわち一般的には「海上レフユニット」と呼
ばれている冷凍ユニットの構成例を図２及び図３に基づ
いて簡単に説明する。海上コンテナ１は、図２に示すよ
うに、一般的には直方体状とした中空容器である。海上
レフユニット（冷凍ユニット）１０は、海上コンテナ１
の一方の端壁２に組み付けられている。この海上レフユ
ニット１０は、図示しない他方の端壁に設けられた扉側
から海上コンテナ１の庫内に生鮮食料品等の貨物を収納
した状態で運転される。これにより、海上コンテナ１
は、その庫内温度を−３０℃〜＋２５℃程度の範囲で貨
物に応じて任意に設定した温度を維持しながら、たとえ
ば船舶、トレーラー、トラック、鉄道車両（貨車）等に
積載して目的地まで運搬することができる。

【０００４】図３に示す海上レフユニット１０は、圧縮
機１１、コンデンサ１２、絞り機構の膨張弁１３、均等
な容量に２分割された第１エバポレータ１４Ａ及び第２
エバポレータ１４Ｂが冷媒配管１５で接続され、閉回路
の冷凍サイクルを冷媒が循環することで状態変化を繰り
返すように構成されている。第１エバポレータ１４Ａ及
び第２エバポレータ１４Ｂは並列に接続され、一方の上
流側、すなわち第１エバポレータ１４Ａの上流側には全
閉／全開を選択切り換えする電磁弁１６が設けられてい
る。このような冷媒サイクルを備えている海上レフユニ
ット１０としたので、電磁弁１６を開とした場合、膨張
弁１３を通過して減圧膨張した気液２相状態の液冷媒は
概ね均等に分流し、第１エバポレータ１４Ａ及び第２エ
バポレータ１４Ｂの能力を１００％利用して蒸発する。
また、電磁弁１６を閉とした場合、膨張弁１３を通過し
た気液２相の液冷媒は第２エバポレータ１４Ｂのみを通
過して蒸発するので、エバポレータの蒸発能力は５０％
に低下する。この結果、電磁弁１６の開閉により、エバ
ポレータの能力を１００％にしてユニットの冷却能力
（容量）を確保し、あるいは、エバポレータの蒸発能力
を５０％にしてユニットの冷却能力（容量）を抑制した
りして、海上レフユニット１０の容量制御を実施するこ
とができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した海
上レフユニット１０の場合には、陸上コンテナ用の冷凍
ユニットなど他の冷凍ユニットと比較して、より広範囲
にわたる容量制御（冷却能力）が求められる。すなわ
ち、海上レフユニット１０においては、海上コンテナ１
内を所望の温度に冷やし込んだ後、庫内の温度変化が大
きくなる冷凍ユニット（圧縮機）のＯＮ／ＯＦＦ制御を
実施するのではなく、安定した吹出温度に制御すること
で庫内温度を一定に保つことが要求される。このため、
海上レフユニット１０の容量を大幅に抑制して、具体的
には定格の２０％程度にまで下げた低容量の状態で効率
よく運転することが必要となる。

【０００６】しかしながら、上述した従来構成では、容
量制御時に電磁弁１６を閉じ、第２エバポレータ１４Ｂ
のみを１系統運転することで海上レフユニット１０の能
力を抑制しているので、第１及び第２エバポレータ１４
Ａ，１４Ｂの圧損系が異なるという問題がある。すなわ
ち、一方の第１エバポレータ１４Ａ側では、電磁弁１６
が設けられているため圧損が大きくなり、その分冷媒が
流れにくくなって冷媒の分割が均等に行われないという
不具合が生じる。このため、２分割された第１及び第２
エバポレータ１４Ａ，１４Ｂを通過する冷媒流量が異な
るため、能力が等しい両エバポレータ１４Ａ，１４Ｂの
蒸発能力を有効に活用して１００％の能力を確保するの
は困難になる。

【０００７】さらに、膨張弁１３を通過した後の気液２
相状態にある冷媒を分割することになるため、均等分配
はより一層困難であり、これによってもエバポレータの
蒸発能力を低下させることになる。上述したような問題
の解決は、各種冷凍ユニットの中でも、特に広範囲の容
量制御が要求されている海上レフユニット２０におい
て、その効率向上と共に強く望まれている。

【０００８】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、広範囲にわたって効率よく容量制御を行うことが
できる冷凍ユニットの提供を目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、以下の手段を採用した。請求項１に記載の
冷凍ユニットは、ガス冷媒を吸入圧縮する圧縮機と、高
圧のガス冷媒を凝縮させるコンデンサと、高温高圧の液
冷媒を減圧膨張させる絞り機構と、低温の液冷媒を蒸発
させるエバポレータとを具備し、これらを順次冷媒配管
で接続してなる冷凍サイクルを冷媒が循環して状態変化
を繰り返すように構成された冷凍ユニットであって、前
記エバポレータを容量の異なる複数系統に分割して並列
に接続すると共に、前記エバポレータの各分割系統毎に
前記絞り機構として電子膨張弁を設けたことを特徴とす
るものである。

【００１０】このような冷凍ユニットによれば、エバポ
レータを容量の異なる複数に分割して並列に接続したこ
とで、すなわち分割するエバポレータの容量（容積）比
率を変化させることでその蒸発能力に差が生じ、たとえ
ば２分割の場合には、小容量単独、大容量単独、小容量
及び大容量の併用というように３段階の選択切換えが可
能となる。このため、小容積のエバポレータを単独使用
することで、より効果的に能力抑制を行うことができ
る。また、分割したエバポレータの系統毎に電子膨張弁
を配置したので、電子膨張弁の上流側で液相状態にある
冷媒を複数系統に分配することになり、均一な冷媒の分
配が可能になる。さらに、絞り機構として電子膨張弁を
採用したので、冷媒流量を変化させる容量制御の実施に
加えて、電磁弁の全閉位置と同様に冷媒流路の選択切換
操作も可能となる。

【００１１】上述した請求項１記載の冷凍ユニットにお
いては、前記電子膨張弁を適宜選択して全閉とし、前記
複数系統に分割された容量の異なるエバポレータを選択
使用して容量制御を行うことが好ましい。また、このよ
うな冷凍ユニットは、特に、船舶等に積載されるコンテ
ナ内部を冷却する海上レフユニットの冷凍ユニットとし
て使用するのに適している。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る冷凍ユニット
の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１におい
て、図中の符号２０は海上レフユニット（冷凍ユニッ
ト）、２１は圧縮機、２２はコンデンサ、２３Ａは第１
電子膨張弁、２３Ｂは第２電子膨張弁、２４Ａは第１エ
バポレータ、２４Ｂは第２エバポレータ、２５は冷媒配
管である。この海上レフユニット２０は、従来技術で説
明した海上レフユニット１０と同様に、海上コンテナ１
の一方の端壁２（図２参照）に沿って設置されている。
この海上コンテナ１は一般的には中空の直方体形状をな
し、庫内に貨物を収納して輸送される。なお、海上コン
テナ１は、船舶、トレーラー、トラック及び鉄道車両
（貨車）等の輸送手段に順次積載され、所望の目的地ま
で輸送される。

【００１３】海上レフユニット２０は、ガス状態の冷媒
を吸入して圧縮する圧縮機２１と、高圧のガス冷媒を外
気と熱交換して凝縮させるコンデンサ２２と、絞り機構
として高温高圧の液冷媒を減圧膨張させる第１電子膨張
弁２３Ａ及び第２電子膨張弁２３Ｂと、海上コンテナ１
の庫内空気と熱交換して低温の液冷媒を蒸発させる第１
エバポレータ２４Ａ及び第２エバポレータ２４Ｂとを具
備し、これらの各構成機器を冷媒配管２５によって接続
することで、閉回路の冷凍サイクルを形成している。な
お、上述した冷凍サイクルの適所には、必要に応じてア
キュムレータ、レシーバ及びオイルセパレータなど公知
の機器が設置される。

【００１４】圧縮機２１は、ガス状態の冷媒を吸引して
圧縮する機能を備えており、たとえばスクロール圧縮機
などが使用される。海上レフユニット２０の場合、圧縮
機２１の駆動源には外部電源の供給を受ける電動モータ
が採用されている。圧縮機２１で圧縮されたガス冷媒は
圧力上昇して高圧のガス冷媒となり、冷媒配管２５を通
ってコンデンサ２２へ送出される。コンデンサ２２は、
外気と熱交換して冷媒を凝縮させる機能を備えている熱
交換器である。このコンデンサ２２を通過する高圧の冷
媒ガスは、外気に熱を放出して凝縮し、高温高圧の液冷
媒となる。この液冷媒は、冷媒配管２５を通って第１電
子膨張弁２３Ａ及び第２電子膨張弁２３Ｂへ送出され
る。

【００１５】第１電子膨張弁２３Ａ及び第２電子膨張弁
２３Ｂは、いずれも全閉位置からの開度調整が可能であ
る。このため、開度調整による冷媒の流量制御だけでな
く、全閉による冷媒の流路選択をも実施することができ
る。すなわち、一般的な膨張弁としての機能と、従来技
術として図３に示した電磁弁１６のような開閉弁として
の機能とを兼ね備えているものである。従って、これら
の電子膨張弁を通過した高温高圧の液冷媒は、減圧膨張
して低温の液冷媒となる。なお、第１電子膨張弁２３Ａ
及び第２電子膨張弁２３Ｂは、コンデンサ２２の下流で
分岐した冷媒配管２５ａ，２５ｂにそれぞれ設けられて
おり、一方の第１電子膨張弁２３Ａは後述する第１エバ
ポレータ２４Ａの上流側に、他方の第２電子膨張弁２３
Ｂは後述する第２エバポレータ２４Ｂの上流側にそれぞ
れ配置されている。

【００１６】第１エバポレータ２４Ａ及び第２エバポレ
ータ２４Ｂは、海上コンテナ１の庫内（貨物を収納する
空間）空気と熱交換して低温の液冷媒を蒸発させる機能
を備えている熱交換器である。これらのエバポレータを
通過する低温の液冷媒は、庫内空気から熱を奪って蒸発
し、低温低圧のガス冷媒となる。この結果、冷媒に熱を
奪われて庫内温度が低下するので、庫内の冷却が可能に
なる。

【００１７】さて、この実施形態では、第１エバポレー
タ２４Ａと第２エバポレータ２４Ｂとの容量（容積）が
異なるように２分割してある。具体例をあげて説明する
と、たとえば第１エバポレータ２４Ａの容量をＣ１、第
２エバポレータ２４Ｂの容量をＣ２としたとき、Ｃ１：
Ｃ２＝３：１となるように分割してある。第１エバポレ
ータ２４Ａ及び第２エバポレータ２４Ｂは、コンデンサ
２２の下流で分岐した冷媒配管２５ａ，２５ｂにおいて
第１電子膨張弁２３Ａ及び第２電子膨張弁２３Ｂの下流
側にそれぞれ設けられている。従って、第１エバポレー
タ２４Ａ及び第２エバポレータ２４Ｂは、それぞれに電
子膨張弁を備えた２系統に分割されて並列に接続された
構成となっている。

【００１８】上述した構成の海上レフユニット２０とす
れば、低温の液冷媒を蒸発させるエバポレータを容量の
異なる２系統に分割して並列に接続し、両系統にそれぞ
れ絞り機構の電子膨張弁を設置したので、広範囲の容量
制御を効率よく実施することができる。すなわち、第１
電子膨張弁２３Ａ及び第２膨張弁２３Ｂを共に開として
液冷媒の流量制御を行う大容量運転では、第１エバポレ
ータ２４Ａ及び第２エバポレータ２４Ｂの両方に液冷媒
を供給して蒸発させるので、大きな蒸発能力を得ること
ができる。この場合のエバポレータは、電子膨張弁に流
量制御される液冷媒の供給量に応じて、最大１００％の
能力を発揮することができる。

【００１９】次に、第２電子膨張弁２３Ｂを全閉にする
と、液冷媒は大容量側となる第１エバポレータ２４Ａに
のみ供給される中容量運転となる。このような中容量運
転では、第１エバポレータ２４Ａの容量がエバポレータ
全体の４分の３を占めているため、第１電子膨張弁２３
Ａに流量制御される液冷媒の供給量に応じて、最大でエ
バポレータ蒸発能力の７５％まで蒸発能力を発揮するこ
とができる。また、第１電子膨張弁２３Ａを全閉にする
と、液冷媒は小容量側となる第２エバポレータ２４Ｂに
のみ供給される小容量運転となる。このような小容量運
転では、第２エバポレータ２４Ｂの容量がエバポレータ
全体の４分の１に相当するため、第２電子膨張弁２３Ｂ
に流量制御される液冷媒の供給量に応じて、最大でエバ
ポレータ蒸発能力の２５％まで蒸発能力を発揮すること
ができる。

【００２０】このように、エバポレータ容量が最大１０
０％の大容量運転、エバポレータ容量が最大７５％の中
容量運転及びエバポレータ容量が最大２５％の小容量運
転というように、熱負荷に応じてエバポレータの容量比
率（蒸発能力）が異なる大中小３段階の運転を選択する
ことができる。すなわち、熱負荷に応じてエバポレータ
の蒸発能力を３段階に切り換えることができるので、海
上レフユニット２０の冷却能力も３段階の切換が可能に
なる。なお、エバポレータの蒸発能力を低下させると、
余剰となった液冷媒がアキュムレータ等に溜まって冷凍
サイクルを循環する冷媒量は少なくなるので、圧縮機２
１の負荷は低減され、たとえば回転数を低くするなどし
て駆動力の消費を低く抑えることが可能となる。

【００２１】ところで、海上レフユニット２０の運転特
性として、熱負荷の小さい状態で、すなわち安定した吹
出温度によって海上コンテナ１の庫内温度を一定に維持
する小容量運転の割合がかなり多くなる。具体的に説明
すると、海上コンテナ１内に生鮮食料品等の貨物を収納
した後、貨物に応じて設定される所望の庫内温度まで冷
却する。この場合の運転は、一般的には第１エバポレー
タ２４Ａ及び第２エバポレータ２４Ｂを使用する大容量
運転となる。そして、庫内温度が設定値まで達すると、
こんどは第２エバポレータ２４Ｂのみを使用する小容量
運転に切り換えて、第２電子膨張弁２３Ｂによる冷媒流
量制御を実施しながら、庫内温度を一定に保つよう安定
した温度の冷風を連続して吹き出す運転を実施する。

【００２２】このような温度維持運転では、一般的には
図示省略のコンデンサファンモータから生じる発熱量が
主となる程度の小さな熱負荷しかなく、しかも、ＯＮ／
ＯＦＦ運転ができないという海上レフユニット２０特有
の事情もあるため、海上コンテナ１が目的地に到着する
までの長時間にわたって小容量運転が継続されることに
なる。

【００２３】この結果、海上レフユニット２０における
冷媒循環量を最小限にして、圧縮機２１の駆動電力消費
量を低減する省エネルギー運転が可能になる。また、広
範囲にわたる海上レフユニット２０の容量制御について
も、大中小の３段階にわたってエバポレータの蒸発能力
を選択切換することができるので、それぞれの状況に応
じた最も効率のよい運転を選択し、省エネルギーと広範
囲の容量制御とを両立することが可能になる。

【００２４】さらに、絞り機構となる第１電子膨張弁２
３Ａ及び第２電子膨張弁２３Ｂを並列に接続した第１エ
バポレータ２４Ａ及び第２エバポレータ２４Ｂの上流側
にそれぞれ設置したので、それぞれの系統におけるエバ
ポレータ上流側の圧損は実質的に同一となり、エバポレ
ータ能力に応じた冷媒の分配制御が容易になる。このた
め、大容量運転で１００％の蒸発能力が必要となる場合
であっても、両エバポレータに設計通りの冷媒が分配さ
れ、それぞれにおいて最大の蒸発能力を発揮することが
できる。なお、絞り機構としてそれぞれに電子膨張弁を
採用したので、冷媒をエバポレータに導く冷媒配管流路
選択用の開閉弁としての機能（全閉時）と、開度調整に
よって冷媒流量を制御する膨張弁としての機能とを一つ
の部品にもたせることができ、従って、部品点数の削減
及びコストの低減に有効である。

【００２５】上述した実施形態では、エバポレータを容
量の異なる第１エバポレータ２４Ａ及び第２エバポレー
タ２４Ｂに２分割し、それぞれに電子膨張弁を設けた２
系統を並列に接続した構成となっているが、本発明はこ
れに限定されることはなく、異なる容量に３分割または
それ以上に分割したエバポレータとし、それぞれの系統
に電子膨張弁を設けて並列に接続した構成としてもよ
い。一般的には、分割数が増すほどきめ細かい容量制御
を効率よく実施できるようになる。また、分割する場合
のエバポレータ容量比についても、たとえば２分割時の
具体例として示した３：１に限定されることはなく、分
割数と共に冷凍ユニットに応じた最適値を適宜選択して
設定すればよい。

【００２６】さらに、上述した本発明の冷凍ユニット
は、実施形態に示した海上レフユニットに特に適してい
るものではあるが、これに限定されることはなく、たと
えば陸上コンテナ用の冷凍ユニットや空気調和装置用の
冷凍ユニットなど、各種の冷凍ユニットにも広く適用可
能なことはいうまでもない。なお、本発明の構成は上述
した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨
を逸脱しない範囲内において適宜変更することができ
る。

【００２７】

【発明の効果】上述した本発明の冷凍ユニットによれ
ば、エバポレータを容量の異なる複数系統に分割して並
列に接続すると共に、エバポレータの各分割系統毎に絞
り機構として電子膨張弁を設けたので、使用するエバポ
レータを適宜選択切換してエバポレータ容量（蒸発能
力）を段階的に変化させ、冷凍ユニットの容量制御を実
施することができる。

【００２８】そして、小容量のエバポレータを単独で使
用すれば、蒸発能力の抑制によって冷却能力を抑え、効
率のよい低容量運転を実施することができる。このよう
な低容量運転は、特に長時間連続する低容量運転が求め
られる海上レフユニットの冷凍ユニットとして好適であ
り、電力消費量の低減という省エネルギー効果を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る冷凍ユニットの一実施形態を示
す構成図である。

【図２】海上コンテナに冷凍ユニット（海上レフユニ
ット）を組み付けた状態を示す斜視図である。

【図３】従来の冷凍ユニットの構成例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１海上コンテナ２０海上レフユニット（冷凍ユニット）２１圧縮機２２コンデンサ２３Ａ第１電子膨張弁（絞り機構）２３Ｂ第２電子膨張弁（絞り機構）２４Ａ第１エバポレータ２４Ｂ第２エバポレータ２５，２５ａ，２５ｂ冷媒配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3L045 AA01 AA02 AA03 BA02 CA02 DA02 HA03 JA13 LA12 MA05 PA04 PA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス冷媒を吸入圧縮する圧縮機と、高
圧のガス冷媒を凝縮させるコンデンサと、高温高圧の液
冷媒を減圧膨張させる絞り機構と、低温の液冷媒を蒸発
させるエバポレータとを具備し、これらを順次冷媒配管
で接続してなる冷凍サイクルを冷媒が循環して状態変化
を繰り返すように構成された冷凍ユニットであって、前記エバポレータを容量の異なる複数系統に分割して並
列に接続すると共に、前記エバポレータの各分割系統毎
に前記絞り機構として電子膨張弁を設けたことを特徴と
する冷凍ユニット。
【請求項２】前記電子膨張弁を適宜選択して全閉と
し、前記複数系統に分割されたエバポレータを選択使用
して容量制御を行うことを特徴とする請求項１記載の冷
凍ユニット。
【請求項３】船舶等に積載されるコンテナ内部を冷
却する海上レフユニットの冷凍ユニットとして使用する
ことを特徴とする請求項１または２記載の冷凍ユニッ
ト。