JP2009532654A

JP2009532654A - 冷凍輸送ユニット

Info

Publication number: JP2009532654A
Application number: JP2009502805A
Authority: JP
Inventors: エル．ゼンフ，ジュニア．，レイモンド; ヒル，ジュニア．，ハロルド
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2007-02-28
Publication date: 2009-09-10
Also published as: EP2008035A4; US20090038322A1; EP2008035A1; WO2007126523A1; CN101416004A

Abstract

製品輸送コンテナに対応する冷凍ユニットは、二通路平行流の膨張回路を備える。この膨張回路は、１次冷媒流通路に配置された１次膨張装置および２次冷媒流通路に配置された補助膨張装置を備える。安定した温度維持モードにおける冷凍ユニットの運転中では、冷媒流が、１次冷媒流通路のみを介して蒸発器コイルへ供給される。プルダウンモードにおける冷凍ユニットの運転中では、蒸発器コイルを通過する冷媒の質量流量を増加させるために、冷媒流は、１次冷媒流通路および膨張回路の２次冷媒流通路を介して蒸発器コイルへ供給される。

Description

本発明は、一般に、冷凍輸送ユニットに関し、特に、冷凍ユニットを備えた輸送コンテナへ製品が積まれるときに、製品の温度低下を促進することに関する。

なお、本発明は、２００６年３月３０日に米国で出願された「冷凍輸送ユニット（ＴＲＡＮＳＰＯＲＴＲＥＦＲＩＧＥＲＡＴＩＯＮＵＮＩＴ）という題名の仮特許出願（出願番号６０／７８７，２４４）の優先権を有する。

冷凍輸送コンテナは、コンテナ内部の容積部内における望ましい温度環境を維持する冷凍ユニットを必要とする。冷凍ユニットは、外部の周囲温度や負荷条件の広い範囲にわたって、コンテナ内に収容された製品を望ましい温度に維持するのに十分な冷凍能力を備えなければならない。冷凍輸送コンテナは、例えば、鮮度を保つように摘まれた製品から十分に冷凍されたシーフードまでの非常に多くの製品を輸送するように使用される。鮮度を保つように摘まれた果物や野菜のような製品が、地上からコンテナユニットに直接積まれることもあり、または倉庫からコンテナユニットに積まれることもある。

冷却冷凍輸送コンテナに接続されて使用される従来の冷凍輸送ユニットは、冷媒圧縮機、凝縮器コイル、感熱膨張弁（ＴＸＶ）および蒸発器コイルを備えており、これらが適切な冷媒ラインを介して閉じた冷媒流回路として接続されている。一般的に、冷凍ユニットは、コンテナに取り付け可能なハウジング内に収容されており、コンテナ内部の容積部内にある空気またはガス／空気混合物もしくは他のガスが、蒸発器コイルに対応する蒸発器ファンによって蒸発器コイルにわたって循環する。また、冷凍ユニットは、所望であれば、冷媒回路に組み込まれたエコノマイザを備えてもよい。

一般的に、倉庫からコンテナへ積まれた製品は、倉庫の冷凍設備内において望ましい製品貯蔵温度へ既に冷却されている。したがって、冷却された製品は、一般に、冷凍ユニットの冷却負荷を増加させることなくコンテナへ移送される。従来では、冷凍ユニットの冷凍能力の大きさは、一般に、前述したように、コンテナに積まれる製品が輸送時の望ましい製品貯蔵温度に既に冷却されている場合に、冷凍製品に望ましい低いボックス温度において安定した温度を与えるように設計されている。蒸発器コイルの入口において冷媒回路に配置された感熱膨張弁は、蒸発器を出る冷媒温度を測定して蒸発器へ流入する冷媒を計量する感熱筒を使用した機械的装置であり、これにより冷媒回路を通る冷媒流量を調節し、制御する。感熱膨張弁は、可能な限り最も大きく、かつ十分冷凍された状態において最も安定した弁となるような大きさとされる。

しかし、例えば、地上から直接積まれた新鮮な果物や野菜のような予め冷却されていない製品が、「熱い」、即ち、例えば周囲の外部温度のような望ましい製品貯蔵温度より高い温度で地上からコンテナへ直接積まれた場合には、周囲の外部温度から望ましい製品貯蔵温度に製品の温度を下げる際に、実質的な冷凍負荷が冷凍輸送ユニットにかかる。安定した低ボックス温度条件用の上述された大きさとされた感熱膨張弁は、望ましい製品貯蔵温度即ち一般的に設定温度と呼ばれる温度より高い温度で製品がコンテナへ積まれる場合には、一般に小さすぎる。

冷凍ユニットは、暖かい製品では、３８℃（１００°Ｆ）以上の範囲の製品温度から一般的に約２℃（約３６°Ｆ）である設定温度へ製品温度を低下させることが要求される。冷凍ユニットは、製品温度を低下させているときに、可能な限り製品を迅速に冷却するために、冷媒の質量流量を高くする必要がある。しかし、冷媒回路を通る冷媒の質量流量が、低温の安定性に必要な感熱膨張弁の大きさによって制限される。製品が望ましい製品貯蔵温度より高い温度でコンテナに積まれた場合には、感熱膨張弁は、一般的に、望ましい過熱を維持するように弁を開くことによって対応する。感熱膨張弁が最大の能力に達した場合には、弁は、安定した即ち適切な過熱をこれ以上もたらすことができない。結果として、冷凍ユニットの冷凍能力が下がり、蒸発器の過熱は、適切な冷却に必要なレベルより高くなる。結果として、製品を設定温度に冷却するのに要する時間が増加してしまう。温度低下用に感熱膨張弁の大きさを設定すると、低い設定温度においては、要求されるシステムの質量流量よりも感熱膨張弁が大きすぎるので、安定した温度制御を行う冷凍ユニットの能力に悪影響を及ぼす。オリフィスのサイズが大きすぎると、蒸発器コイルの溢れが生じ、製品温度の制御および安定性に悪影響を及ぼす。

冷凍輸送コンテナに対応する運転温度範囲の要求が、感熱膨張弁によって冷却回路の性能を制限する程度まで増加してきた。電子膨張弁（ＥＸＶ）は、感熱膨張弁よりも大きい温度範囲の温度制御を達成できるが、よりコストがかかり、また、電子膨張弁自体またはシステムに関して信頼性の問題が生じる恐れがある。これは、電子膨張弁は、運転中に電力が不注意により遮断された場合に、安全側に作動しないからである。

したがって、信頼性を維持してシステムを単純化したまま、感熱膨張弁を電子膨張弁と交換することなく、製品温度の低下中に冷凍能力を向上させる改良された質量流量を与えることが望まれている。

低温の輸送容積部から温度低下条件までの範囲を制御するように感熱膨張弁の能力を向上させるために、冷凍輸送ユニットは、二通路平行流の膨張回路を備える。膨張回路は、温度を低下させているときに冷媒の質量流量を増加させるように冷媒回路に挿入される。膨張回路は、１次冷媒流通路に配置された１次膨張装置および２次冷媒流通路に配置された補助膨張装置を備える。凝縮器コイルの出口から蒸発器コイルへ向かう主冷媒ラインが、膨張回路の１次冷媒流通路を形成しており、１次膨張装置は、この冷媒ラインに配置された蒸発器感熱膨張弁である。膨張回路の２次冷媒流通路は、バイパス冷媒ラインであり、該バイパス冷媒ラインは、その入口端部が、蒸発器感熱膨張弁の冷媒流の上流で冷媒回路に接続されており、出口端部が、この蒸発器感熱膨張弁の冷媒流の下流で冷媒回路に接続されている。補助膨張装置およびバイパス弁は、バイパスラインに配置されている。バイパスラインは、ボックス温度が低い運転中は遮断される。補助膨張装置は、固定オリフィスまたは付加的な感熱膨張弁であってもよい。制御部は、バイパスラインを介してバイパス弁が冷媒流を通流させることが望ましい場合には、バイパス弁を開き、感熱膨張弁のみを介して冷媒流を通流させることが望ましい場合には、バイパス弁を閉じる。１つの実施例では、固定オリフィスは、バイパス弁の内部に配置されている。

図１〜５を参照すると、冷凍輸送ユニット１０の様々な例示の実施例が概略的に示されている。この冷凍輸送ユニット１０は、輸送中に生鮮食品が収容される冷凍輸送コンテナ即ちトラックまたはトレーラのボックスのような冷凍容積部内の温度を、所定の製品貯蔵温度範囲に調整および維持するように設計されている。示された実施例の各々において、冷凍ユニット１０は、圧縮機２０、凝縮器熱交換器コイル３２および対応する１つまたは複数の凝縮器ファン３４を備えた凝縮器３０、蒸発器熱交換器コイル４２および対応する１つまたは複数の蒸発器ファン４４を備えた蒸発器熱交換器４０、蒸発器感熱膨張弁（ＴＸＶ）５０を有し、これらは、冷媒流回路の冷媒ライン２，４，６によって一般的な方法で接続されている。一般に、圧縮機２０は、往復式圧縮機またはスクロール圧縮機であり、１段もしくは２段をとるが、使用される圧縮機の特定の形式は、本発明と密接な関係はない、即ち本発明に限定されない。以下により詳細に説明されるように、図５に示される冷凍ユニット１０は、スクロール圧縮機に機能的に対応するエコノマイザ８０をさらに備える。

従来のように、冷媒ライン２は、圧縮機２０の吐出口を凝縮器熱交換器コイル３２の入口に冷媒流を連通させるように接続し、冷媒ライン４は、凝縮器熱交換器コイル３２の出口を蒸発器熱交換器コイル４２の入口に冷媒流を連通させるように接続し、冷媒ライン６は、蒸発器熱交換器コイル４２の出口を圧縮機２０の吸込口に冷媒流を連通させるように接続し、これにより冷媒流回路が完成する。図１〜４に図示される例示の実施例で示されるように、冷媒−冷媒間の直列型熱交換器６０が、冷媒ライン６を通過する蒸気冷媒と冷媒ライン４を通過する液体冷媒とを熱交換するように、冷媒流回路に設けられてもよい。さらに、吸込調節弁１２、吸込ソレノイド弁１３、急冷膨張弁１４、フィルタ／ドライヤ１６、サイトグラス１５を有したレシーバ１８が、従来のように冷媒回路の冷媒ライン６に備えられてもよい。

また、冷凍ユニットは、例えば、アメリカのニューヨーク州シラキュースにあるキャリアコーポレーションによって利用可能とされるマイクロリンク（商標）の制御部のような電子制御部５５を備える。電子制御部５５は、製品が収容されるボックスと呼ばれる密閉された容積部内の所定の温度環境を維持するように冷凍ユニット１０を作動させるように構成されている。電子制御部５５は、圧縮機２０、凝縮器熱交換器コイル３２に対応する１つまたは複数の凝縮器ファン３４、蒸発器熱交換器コイル４２に対応する１つまたは複数の蒸発器ファン４４、吸込調節弁１２の運転を選択的に制御することによって所定の環境を維持する。例えば、ボックス内における環境の冷却が必要とされる場合に、電子制御部５５は、圧縮機２０、凝縮器ファンおよび蒸発器ファンを作動させるように電力を供給する。さらに、電子制御部５５は、吸込調節弁１２の位置を調節し、圧縮機２０へ供給される冷媒流を適切に増加または減少させる。これにより、ボックス内に収容される特定の製品における望ましい製品貯蔵温度に対応する設定温度にボックス内の温度を制御するとともに安定化する。

図５に示される例示の実施例では、冷凍ユニット１０は、エコノマイザ熱交換器８０を備えたエコノマイザ回路を組み込んでいる。ここで、冷媒ライン４を通過する液体冷媒が、エコノマイザライン８２を通過する冷媒蒸気と熱交換するように流れる。図５を参照すると、凝縮器コイル３２をわたってライン４を通過する液体冷媒の一部が、エコノマイザ熱交換器８０の上流にあるエコノマイザライン８２へ分岐される。分岐された冷媒は、エコノマイザライン８２に配置された感熱膨張弁のような膨張装置８６を通る。この膨張装置８６では、液体冷媒が膨張されてより低圧かつ低温の蒸気冷媒となる。この冷媒蒸気は、冷媒ライン８２を通過し、冷媒ライン４を通過するより高圧かつ高温の冷媒と熱交換するようにエコノマイザ熱交換器８０を流れる。この後、この冷媒蒸気が、冷媒ライン８２を通過し、圧縮機２０における中間の圧縮段へ注入される。示された実施例では、圧縮機２０はスクロール圧縮機であるが、多段圧縮機または複数の圧縮機が使用されてもよいことを理解されたい。エコノマイザ熱交換器８０を通過した液体冷媒が、ライン４を通して蒸発器４０へ流入する。エコノマイザライン８２に配置され、かつ膨張装置８６の冷媒流の上流にある流れ制御弁８４が、内部を通過する冷媒流に対してエコノマイザライン８２を選択的に開閉するようにシステム制御部５５の指令により作動する。さらに、冷媒ライン４からの液体冷媒の一部をエコノマイザ熱交換器８０の下流にあるエコノマイザライン８２へ分岐して、圧縮機２０における中間の圧縮段へ注入するように、液体注入ライン８８が設けられてもよい。液体注入ライン８８に配置された流れ制御弁８５が、内部を通過する冷媒流に対して液体注入ライン８８を選択的に開閉するようにシステム制御部５５の指令により作動する。

図１〜５に示される実施例の各々において、冷凍ユニット１０の冷媒回路が、蒸発器４０に機能的に対応する二通路平行流の膨張回路７０を備える。図１〜４に示される実施例では、膨張回路は、冷媒-冷媒熱交換器６０の下流でかつ蒸発器熱交換器コイル４２の入口の上流のライン４において、冷媒回路へ組み込まれる。図５に示される実施例では、膨張回路７０は、エコノマイザ８０の冷媒流の下流でかつ蒸発器熱交換器コイル４２の入口における冷媒流の上流のライン４において、冷媒回路へ組み込まれる。

図６を参照すると、膨張回路７０は、１次冷媒流通路に配置された１次膨張装置および２次冷媒流通路に配置された補助膨張装置を備える。示された例示の実施例では、冷媒ライン４は、膨張回路の１次冷媒流通路を形成しており、１次膨張装置は、冷媒ライン４に配置された蒸発器感熱膨張弁５０を備える。ここで、冷媒ライン４のセクション４Ａが感熱膨張弁５０の上流にあり、冷媒ライン４のセクション４Ｂが感熱膨張弁の冷媒流の下流にある。膨張回路７０の２次冷媒流通路は、バイパス冷媒ライン８を備える。このバイパス冷媒ライン８は、その入口端部が、蒸発器感熱膨張弁５０の冷媒流の上流の冷媒回路における冷媒ライン４のセクション４Ａに接続されており、その出口端部が、蒸発器感熱膨張弁の冷媒流の下流の冷媒回路における冷媒ライン４のセクション４Ｂに接続される。補助膨張装置７２およびバイパス弁７４が、バイパスライン８に配置される。補助膨張装置７２は、バイパス弁７４の冷媒流の下流または上流に配置され得る。

図１および図２に概略的に示される実施例では、補助膨張装置７２は、バイパス弁７４の冷媒流の下流において冷媒ライン８に配置された固定オリフィス装置である。図５に示される実施例では、補助膨張装置７２は、バイパス弁７４の冷媒流の上流において冷媒ライン８に配置された固定オリフィス装置である。また、補助膨張装置７２は、キャピラリチューブのような固定穴装置であってもよい。図４に示される実施例では、補助膨張装置７２は、バイパス弁７４内に組み込まれた固定オリフィスである。

図３に概略的に示された実施例では、補助膨張装置７２は、バイパス弁７４の冷媒流より下流において冷媒ライン８に配置された感熱膨張弁である。示された実施例では、バイパス弁７４は、ソレノイド弁であり、該ソレノイド弁は、冷媒が冷媒ライン４のセクション４Ａから冷媒ライン８を通して冷媒ライン４のセクション４Ｂへ流れる開位置と、冷媒ライン８を通過する冷媒流が遮蔽される閉位置と、を備える。ソレノイド弁７４は、制御部５５に電気的に接続されており、ソレノイド弁７４の位置を開位置または閉位置に制御する。

冷凍ユニット１０が通常の負荷で運転している、即ち冷凍ユニットが対応しているボックス内の特定の製品における望ましい製品貯蔵温度に等しい温度設定値で安定したボックス温度を維持するように運転するときに、制御部５５は、バイパス弁７４を通常の閉位置に維持する。図１を参照すると、バイパス弁７４が閉位置にあるときには、冷媒は、膨張回路７０の冷媒ライン８を通流せず、冷媒ライン４を通る冷媒流全てが、蒸発器感熱膨張弁５０を通過する。したがって、蒸発器熱交換器コイル４２を通過する流量が、蒸発器感熱膨張弁５０によって通常の方法で調節および制御される。

しかし、ボックス内の製品の温度が所定の温度より高い場合、例えば、製品が「熱い」状態でボックスに積まれた場合には、負荷は温度低下状態にされるべきだと判断される。冷凍ユニット１０が製品の温度低下を要求されたときに、制御部５５はソレノイド弁７４を開位置に位置決めするように励磁し、これにより、冷媒が感熱膨張弁５０をバイパスして冷媒ライン４のセクション４Ａから冷媒ライン８を通して冷媒ライン４のセクション４Ｂへ流れ、蒸発器熱交換器コイル４２を通過する。図２〜５を参照すると、冷媒は、バイパス弁７４が開位置にあるときには、二通路平行流の膨張回路７０の両通路を通流する。液体冷媒の第１の流れが、冷媒ライン４を通過して１次膨張装置即ち感熱膨張弁５０を流れる。ここで、この第１の流れは、膨張されて蒸気となり、蒸発器熱交換器コイル４２へ流入する。液体冷媒の第２の流れが、冷媒ライン４のセクション４Ａから冷媒ライン８を通して補助膨張装置７２へ流れる。ここで、この第２の流れは膨張され蒸気になり、冷媒ライン４のセクション４Ｂを通して蒸発器熱交換器コイル４２へ流入する。このようにして、蒸発器熱交換器コイル４２を通流する冷媒の量は、大幅に増加し、これにより、蒸発器４０の冷凍能力が向上する。

制御部５５は、蒸発器または圧縮機における吸込側の過熱に固定の戻り空気温度範囲を加えたものに応じてバイパスソレノイド弁７４を開閉するように構成されてもよい。固定の温度範囲は、現在の弁およびシステムの現行の制限を理解して使用される。この遷移点より低い温度では、制御部５５は、ソレノイド弁７４の励磁を解放し、ソレノイド弁７４を閉位置に移動させ、冷媒ライン８を閉じる。ソレノイド弁７４が閉じているときは、機械的な蒸発器感熱膨張弁５０が、蒸発器熱交換器コイル４２を通流する冷媒量の制御を通常のように行う。

本発明は、図によって示される好ましい形態に関して特に図示して説明されてきたが、当業者であれば、請求項によって定義される本発明の真意および範囲を逸脱しない限り、詳細の多くの変更がなされてもよいことを理解するであろう。

安定した製品貯蔵温度維持モードで運転する場合における二通路平行流の膨張回路を備えた冷凍輸送ユニットの例示の実施例を概略的に示した図である。製品プルダウンモードで運転する場合における図１の冷凍輸送ユニットの実施例を概略的に示した図である。二通路平行流の膨張回路を備えた冷凍輸送ユニットの他の例示的な実施例を示した図である。二通路平行流の膨張回路を備えた冷凍輸送ユニットの別の例示的な実施例を示した図である。二通路平行流の膨張回路およびエコノマイザ回路を備えた冷凍輸送ユニットの例示的な実施例を示した図である。二通路平行流の膨張回路の例示的な実施例を示した斜視図である。

Claims

冷媒ラインによって冷媒流を連通させるように接続された冷媒圧縮機、凝縮器コイルおよび蒸発器コイルを備えた冷媒流回路を備え、
膨張回路が、前記凝縮器コイルの冷媒流の下流でかつ前記蒸発器コイルの上流において前記冷媒回路に挿入され、
１次冷媒流通路に配置された１次膨張装置および２次冷媒流通路に配置された補助膨張装置を備えた二通路平行流の膨張回路を備えることを特徴とする冷凍ユニット。
前記１次膨張装置は、感熱膨張弁であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍ユニット。
前記補助膨張装置は、固定オリフィスであることを特徴とする請求項２に記載の冷凍ユニット。
前記補助膨張装置は、感熱膨張弁であることを特徴とする請求項２に記載の冷凍ユニット。
前記補助膨張装置は、キャピラリチューブであることを特徴とする請求項２に記載の冷凍ユニット。
前記補助膨張装置は、固定オリフィスであることを特徴とする請求項１に記載の冷凍ユニット。
前記補助膨張装置は、感熱膨張弁であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍ユニット。
前記補助膨張装置は、キャピラリチューブであることを特徴とする請求項１に記載の冷凍ユニット。
前記２次冷媒流通路は、前記１次膨張装置の冷媒流の上流にある箇所において、前記冷媒流回路と冷媒流連通する入口と、前記１次膨張装置の冷媒流の下流にある箇所において、前記冷媒流回路と冷媒流連通する出口と、を備えたバイパスラインであることを特徴とする請求項１に記載の冷凍ユニット。
前記バイパスラインに配置され、内部を通過する冷媒流に対して該バイパスラインを選択的に開閉するように作動するバイパス弁をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の冷凍ユニット。
前記補助膨張装置は、前記バイパス弁の冷媒流の上流において、前記バイパスラインに配置されることを特徴とする請求項１０に記載の冷凍ユニット。
前記補助膨張装置は、前記バイパス弁の冷媒流の下流において、前記バイパスラインに配置されることを特徴とする請求項１０に記載の冷凍ユニット。
前記冷媒流回路は、エコノマイザ回路をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の冷凍ユニット。
前記圧縮機は、スクロール圧縮機であることを特徴とする請求項１３に記載の冷凍ユニット。
製品が配置されたコンテナ内において、製品貯蔵温度に維持すべき制御された温度環境をもたらす冷凍ユニット運転方法であって、冷凍ユニットが、冷媒ラインによって冷媒流を連通させるように接続された冷媒圧縮機、凝縮器コイルおよび蒸発器コイルを有した冷媒流回路を備え、
１次冷媒流通路に配置された１次膨張装置および２次冷媒流通路に配置された補助膨張装置を備えた二通路平行流の膨張回路を設けるステップと、
前記冷凍ユニットが安定した温度維持モードで作動する場合に、前記１次冷媒流通路のみを介して前記蒸発器コイルに冷媒流を流すステップと、
前記冷凍ユニットがプルダウンモードで作動する場合に、前記１次冷媒流通路および前記２次冷媒流通路の両方を介して前記蒸発器コイルに冷媒流を流すステップと、
を備える冷凍ユニット運転方法。
前記冷凍ユニットが安定した温度維持モードで作動する場合に、前記１次冷媒流通路のみを介して前記蒸発器コイルに冷媒流を流すステップは、前記１次冷媒流通路に配置された感熱膨張弁を通して前記冷媒流を流すことを含むことを特徴とする請求項１５に記載の冷凍ユニット運転方法。
前記冷凍ユニットがプルダウンモードで作動する場合に、前記１次冷媒流通路および前記２次冷媒流通路の両方を介して前記蒸発器コイルに冷媒流を流すステップは、前記１次冷媒流通路に配置された感熱膨張弁および前記２次冷媒流通路に配置された固定オリフィスを介して前記蒸発器コイルに冷媒流を流すことを含むことを特徴とする請求項１６に記載の冷凍ユニット運転方法。
前記冷凍ユニットがプルダウンモードで作動する場合に、前記１次冷媒流通路および前記２次冷媒流通路の両方を介して前記蒸発器コイルに冷媒流を流すステップは、前記１次冷媒流通路に配置された感熱膨張弁および前記２次冷媒流通路に配置された感熱膨張装置を介して前記蒸発器コイルに冷媒流を流すことを含むことを特徴とする請求項１６に記載の冷凍ユニット運転方法。
前記冷凍ユニットがプルダウンモードで作動する場合に、前記１次冷媒流通路および前記２次冷媒流通路の両方を介して前記蒸発器コイルに冷媒流を流すステップは、前記１次冷媒流通路に配置された感熱膨張弁および前記２次冷媒流通路に配置されたキャピラリチューブを介して前記蒸発器コイルに冷媒流を流すことを含むことを特徴とする請求項１６に記載の冷凍ユニット運転方法。