JP2018096632A - 冷媒回路システム、制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱運転において利用側（凝縮器側）に影響を与えることなく、蒸発器への着霜を防ぐ冷媒回路システムを提供する。【解決手段】冷媒回路システムは、圧縮機と、凝縮器と、レシーバタンクと、膨張弁と、蒸発器と、アキュムレータと、レシーバタンクの気相部とアキュムレータとを接続するバイパス回路と、バイパス回路の開閉を制御する開閉弁と、を備えた冷媒回路と、冷媒回路の運転を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、冷媒回路における加熱運転を休止する前に、圧縮機が吐出した冷媒を、凝縮器、レシーバタンク、バイパス回路、アキュムレータ、圧縮機の順に循環させ、蒸発器の除霜を行うフロスト抑制運転を行う。【選択図】図３

Description

本発明は、冷媒回路システム、制御装置及び制御方法に関する。

従来から輸送用冷凍ユニットの加熱機能は、車両エンジンの冷却水を利用する温水加熱方式が主流である。この方式は、エンジン冷却回路のトラブルが車両の走行にも直接的な影響を与えてしまうリスクを含んでいる。また、エンジンの高効率化が進み、エンジン排熱も減少してきており、エンジン冷却水から十分な加熱能力を得ることが困難となってきている。このような状況の中、ヒートポンプにより効率よく加熱を行うことができる輸送用冷凍ユニットが提案されている（例えば特許文献１）。

ところで、ヒートポンプによる加熱運転の場合、最大の技術的課題は熱交換器への着霜進行による加熱能力の低下である。この課題に対し、特許文献２には、庫外熱交換器に対するデフロスト運転時に、庫内の熱交換器を使用せず、複数設けられた庫外熱交換器の間で冷媒を循環させてデフロスト運転を行う技術が開示されている。

なお、特許文献３には、圧縮機、室内熱交換器、第１流量制御弁、室外熱交換器、四方弁を備え、室内熱交換器を分割しその間に第２流量制御弁を設けるとともに、第１流量制御弁と室内熱交換器又は室外熱交換器との間に気液分離容器を設け、気液分離容器から圧縮機の吸入側に接続されているガスバイパス回路上に第３流量制御弁を設けた冷媒回路を有する空気調和機が記載されている。特許文献３には、上記の空気調和機によれば、室外熱交換器のデフロスト運転の際、四方弁を冷房回路に切り換え、第１流量制御弁、第３流量制御弁を全開とする運転モードとすることで、冷媒を室内ユニットに流さずにデフロスト運転を行うことが記載されている。
特許文献２、特許文献３の技術を用いると、デフロスト運転中に庫内（室内）の熱交換器に冷媒を流さないので、デフロスト運転による庫内（室内）温度への影響を少なくすることができる。

特許第５５３５５１０号公報 特開２０１６−１５１４１０号公報 特開２００７−８５７３０号公報

しかし、特許文献２に記載の冷媒回路には、庫外熱交換器が複数必要になり、コストが高くなる等の課題が存在する。また、特許文献２および特許文献３に記載がある一般的なデフロスト運転は、着霜度合いが進行してから開始されるため、デフロスト運転開始までの着霜進行による加熱能力の低下を防ぐことができないという課題がある。

そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる冷媒回路システム、制御装置及び制御方法を提供することを目的としている。

本発明の第１の態様は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された前記冷媒の一部を貯留するレシーバタンクと、前記レシーバタンクから流出する前記冷媒を減圧する膨張弁と、減圧された前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器から流出する冷媒のうち気体の冷媒を前記圧縮機に供給するアキュムレータと、前記レシーバタンクの気相部と前記アキュムレータとを接続するバイパス回路と、前記バイパス回路の開閉を制御する開閉弁と、を備えた冷媒回路と、前記冷媒回路の運転を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記冷媒回路における加熱運転を休止する前に、前記圧縮機が吐出した冷媒を、前記凝縮器、前記レシーバタンク、前記バイパス回路、前記アキュムレータ、前記圧縮機の順に循環させて前記蒸発器の除霜を行うフロスト抑制運転を実行する、冷媒回路システムである。

本発明の第２の態様における前記制御装置は、前記加熱運転を休止する場合、所定のフロスト抑制運転条件が成立することを条件に前記フロスト抑制運転を実行し、フロスト抑制運転条件が成立しない場合、前記フロスト抑制運転を実行せずに前記加熱運転を休止する。

本発明の第３の態様における前記制御装置は、前記フロスト抑制運転を開始した場合、当該フロスト抑制運転の継続時間が所定時間以上になったこと、および、所定のデフロスト終了条件が成立すること、のうち少なくとも１つを満たすことを条件に当該フロスト抑制運転を終了する。

本発明の第４の態様における前記制御装置は、前記フロスト抑制運転を実行するか否かを判定する前に、デフロスト運転を実行するか否かを判定し、前記デフロスト運転を行なわないと判定した場合に前記フロスト抑制運転の実行の判定を行う。

本発明の第５の態様における前記制御装置は、前記フロスト抑制運転の実行中に、所定の加熱運転復帰条件が成立すると当該フロスト抑制運転を停止し、前記加熱運転を再開する。

本発明の第６の態様における前記制御装置は、前記フロスト抑制運転の終了後に前記加熱運転を休止し、前記加熱運転復帰条件が成立すると、前記加熱運転を再開する。

本発明の第７の態様における前記冷媒回路は、前記レシーバタンクの液相部から前記バイパス回路における前記開閉弁の上流側を接続する液戻し回路、をさらに備える。

本発明の第８の態様は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された前記冷媒の一部を貯留するレシーバタンクと、前記レシーバタンクから流出する前記冷媒を減圧する膨張弁と、減圧された前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器から流出する冷媒のうち気体の冷媒を前記圧縮機に供給するアキュムレータと、前記レシーバタンクの気相部と前記アキュムレータとを接続するバイパス回路と、前記バイパス回路の開閉を制御する開閉弁と、を備えた冷媒回路の動作を制御する制御装置であって、前記冷媒回路における加熱運転を休止する前に、前記圧縮機が吐出した冷媒を、前記凝縮器、前記レシーバタンク、前記バイパス回路、前記アキュムレータ、前記圧縮機の順に循環させて前記蒸発器の除霜を行う、制御装置である。

本発明の第９の態様は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された前記冷媒の一部を貯留するレシーバタンクと、前記レシーバタンクから流出する前記冷媒を減圧する膨張弁と、減圧された前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器から流出する冷媒のうち気体の冷媒を前記圧縮機に供給するアキュムレータと、前記レシーバタンクの気相部と前記アキュムレータとを接続するバイパス回路と、前記バイパス回路の開閉を制御する開閉弁と、を備えた冷媒回路について、前記冷媒回路の動作を制御する制御装置が、前記冷媒回路における加熱運転を休止する前に、前記圧縮機が吐出した冷媒を、前記凝縮器、前記レシーバタンク、前記バイパス回路、前記アキュムレータ、前記圧縮機の順に循環させて前記蒸発器の除霜を行うフロスト抑制運転を実行する、制御方法である。

本発明の第１０の態様における前記制御方法では、前記冷媒回路は、前記レシーバタンクの液相部から前記バイパス回路における前記開閉弁の上流側を接続する液戻し回路、をさらに備え、前記制御装置は、前記フロスト抑制運転を実行する場合、前記圧縮機が吐出した冷媒を、前記凝縮器、前記レシーバタンク、前記バイパス回路、前記アキュムレータ、前記圧縮機の順に循環させるとともに、前記レシーバタンクの液相部から液冷媒を前記バイパス回路に供給し、当該液冷媒を前記循環する冷媒に加える。

本発明によれば、加熱運転において利用側（凝縮器側）に影響を与えることなく、蒸発器への着霜を防ぎ、高い加熱能力を維持することができる。

本発明の第一実施形態における冷媒回路システムを示す第一の図である。 本発明の第一実施形態における冷媒回路システムを示す第二の図である。 本発明の第一実施形態における冷媒回路システムを示す第三の図である。 本発明の第一実施形態による加熱運転時の運転モードの遷移を説明する図である。 本発明の第一実施形態における制御装置のフローチャートである。 本発明の第二実施形態における冷媒回路システムを示す図である。 従来の加熱運転時における運転モードの遷移を説明する図である。

＜第一実施形態＞
以下、本発明の第一実施形態による冷媒回路システムを図１〜図５、図７を参照して説明する。
図１は、本発明の第一実施形態における冷媒回路システムを示す第一の図である。
図２は、本発明の第一実施形態における冷媒回路システムを示す第二の図である。
図１に冷凍車両等の荷台に搭載されている保冷庫内を冷却または加熱する輸送用冷凍ユニットに用いられる冷媒回路システム１（冷媒回路およびその制御装置）を示す。
図１に示すように冷媒回路システム１は、圧縮機１０、四方弁１１、庫外熱交換器１２、庫外膨張弁１３、庫外逆止弁１４、レシーバタンク１５、庫内膨張弁１６、庫内逆止弁１７、庫内熱交換器１８、アキュムレータ１９、それらを接続する主配管２０、バイパス配管２１、開閉弁２２、庫外ファン２３、庫内ファン２４、制御装置１００を含んで構成される。また、冷媒回路システム１には、冷媒等の温度や圧力を計測するセンサが複数設けられている。例えば、庫外熱交換器１２の近傍には庫外熱交換器１２の温度を計測する温度センサ３１、庫内Ａには庫内Ａ（保冷庫内）の温度を計測する温度センサ３２が設けられている。なお、図１に示す冷媒回路システム１の構成は、冷媒回路システム１の基本的な構成を模式的に示したものであって、他の構成要素が含まれていてもよい。
また、図１に示す冷媒回路はリバースサイクル式の冷媒回路であって、制御装置１００の制御により加熱運転と冷却運転とを切り替えて実行することが可能である。図１に冷却運転時の冷媒回路システム１、図２に加熱運転時の冷媒回路システム１を示す。

圧縮機１０は、冷媒を圧縮し、圧縮した高圧冷媒を吐出する。四方弁１１は、暖房運転時と冷房運転時とで冷媒の流れる方向を切り替える。庫外熱交換器１２は、冷媒と室外の空気との間で熱交換を行う。例えば、庫外熱交換器１２は、冷却運転時には凝縮器として機能し室外へ放熱し、加熱運転時には蒸発器として機能し室外から吸熱する。庫外膨張弁１３は、冷却運転時には閉状態に制御され、加熱運転時には高圧冷媒を減圧する。庫外逆止弁１４は、冷却運転時に庫外膨張弁１３に代わって冷媒を通過させる。レシーバタンク１５は、冷媒回路を流れる冷媒の一部を一時的に貯留する圧力容器である。レシーバタンク１５では、気体と液体の２相の冷媒が混在して存在する。レシーバタンク１５に貯留した冷媒の一部は流出し冷媒回路を循環する。庫内膨張弁１６は、加熱運転時には閉状態に制御され、冷却運転時には高圧冷媒を減圧する。庫内逆止弁１７は、加熱運転時に庫内膨張弁１６に代わって冷媒を通過させる。庫内熱交換器１８は、冷媒と庫内Ａの空気との間で熱交換を行う。庫内熱交換器１８は、冷房運転時には蒸発器として機能し庫内Ａの空気から吸熱し、加熱運転時には凝縮器として機能し庫内Ａの空気へ放熱する。アキュムレータ１９は、圧縮機１０の上流側に設けられている圧力容器である。アキュムレータ１９は、圧縮機１０に供給される冷媒の気液分離を行い、気体の冷媒を圧縮機１０の吸入側へ供給し、液状の冷媒が圧縮機１０に吸入されるのを防止する。また、バイパス配管２１は、レシーバタンク１５の気相部とアキュムレータ１９とを接続し、レシーバタンク１５から庫内熱交換器１８を経由してアキュムレータ１９へ至る冷媒の経路をバイパスするバイパス回路である。バイパス配管２１にはバイパス回路の開閉を制御する開閉弁２２が設けられている。

制御装置１００は、冷媒回路システム１の運転制御を行う。例えば、制御装置１００は、冷却運転や加熱運転など複数の運転モードを切り替える。また、庫外熱交換器１２、庫内熱交換器１８に着霜が生じた場合、デフロスト運転を行う。
（冷却運転：図１）
冷却運転時、制御装置１００は、圧縮機１０、四方弁１１、庫外熱交換器１２、庫外逆止弁１４、レシーバタンク１５、庫内膨張弁１６、庫内熱交換器１８、四方弁１１、アキュムレータ１９、圧縮機１０の順に冷媒が循環するように四方弁１１を切り替える。また、制御装置１００は、庫外膨張弁１３および開閉弁２２を閉状態に制御し、庫外ファン２３、庫内ファン２４を動作させる。図1に冷媒の流れる方向を実線の矢印で示す。また、制御装置１００は、庫内Ａの目標温度に応じた圧縮機１０の回転数の制御や庫内膨張弁１６の開度調整などを行う。

（加熱運転：図２）
加熱運転時、制御装置１００は、圧縮機１０、四方弁１１、庫内熱交換器１８、庫内逆止弁１７、レシーバタンク１５、庫外膨張弁１３、庫外熱交換器１２、四方弁１１、アキュムレータ１９、圧縮機１０の順に冷媒が循環するように四方弁１１を切り替える。また、制御装置１００は、庫内膨張弁１６および開閉弁２２を閉状態に制御し、庫外ファン２３、庫内ファン２４を動作させる。図２に冷媒の流れる方向を破線の矢印で示す。また、制御装置１００は、庫内Ａの目標温度に応じた圧縮機１０の回転数の制御や庫外膨張弁１３の開度調整などを行う。

（冷却運転時のデフロスト運転）
冷却運転時のデフロスト運転については、制御装置１００は、冷却運転と逆方向の冷媒の循環を行って庫内熱交換器１８の霜を取り除く。つまり、冷媒の流れる方向は図２の破線の矢印の方向である。この場合、制御装置１００は、庫内ファン２４の動作は停止させる。他機器の動作制御については上記の加熱運転の場合と同様である。

次に加熱運転時のデフロスト運転について説明する。従来、加熱運転時のデフロスト運転では、上記の加熱運転と逆方向（冷却運転と同方向）に冷媒の循環を行って庫外熱交換器１２の霜を取り除くことが多い。この場合、制御装置１００は、庫外ファン２３だけでなく、庫内ファン２４の動作を停止させ、庫内Ａへの影響を抑えようとする。しかし、この方法ではデフロスト運転中に加熱運転が停止し、さらに冷却運転時と同様の冷媒の流れとなるため、庫内Ａの温度への影響を防ぐことが難しい。そこで、本実施形態では、以下に示す冷媒回路の構成および制御方法によって、加熱運転中の庫外熱交換器１２への着霜に対処する。

（加熱運転時のデフロスト運転）
図３は、本発明の第一実施形態における冷媒回路システムを示す第三の図である。
図３を用いて、本実施形態における加熱運転時のデフロスト運転について説明する。
本実施形態における加熱運転時のデフロスト運転では、まず、制御装置１００は、上記の冷却運転と同様の方向に四方弁１１を切り替える。また、制御装置１００は、庫外膨張弁１３および庫内膨張弁１６を閉状態に制御し、開閉弁２２を開状態に制御する。さらに制御装置１００は、庫外ファン２３および庫内ファン２４の動作を停止させる。これらの制御により、デフロスト運転時の冷媒回路では、圧縮機１０、四方弁１１、庫外熱交換器１２、庫外逆止弁１４、レシーバタンク１５の順に冷媒が流れ、レシーバタンク１５からは気体の冷媒がバイパス配管２１を通ってアキュムレータ１９へ至り、圧縮機１０へ戻るというサイクルとなる。この冷媒回路であれば、庫内Ａ側へ冷媒が流れず、庫内熱交換器１８が庫内Ａ内の空気から吸熱することなくデフロスト運転が可能である。そのため、デフロスト運転による庫内Ａの温度変化を低減することができる。

さらに本実施形態では、加熱運転中に発生するデフロスト運転の頻度を低下させる制御（フロスト抑制運転）を行って、庫外熱交換器１２への着霜そのものを防ぐことを図る。次に図４、図７を用いて、図1〜図３の冷媒回路の構成を例に本実施形態のフロスト抑制運転について説明する。
図４は、本発明の第一実施形態による加熱運転時の運転モードの遷移を説明する図である。図７は、従来の加熱運転時における運転モードの遷移を説明する図である。
まず、図７を用いて、従来の加熱運転時における運転モードの遷移について説明を行う。従来の制御方法では、加熱運転中にデフロスト条件が成立すると、制御装置１００は、運転モードをデフロスト運転へと遷移させる。そして、デフロスト運転の実行中にデフロスト終了条件が成立すると、制御装置１００は、運転モードを加熱運転へと遷移させ、加熱運転を再開する。また、加熱運転中に庫内Ａの温度が設定温度（または設定温度を含んだ所定範囲の温度）に到達すると、制御装置１００は、運転モードを加熱休止運転へ遷移させ、加熱運転を休止する。また、加熱休止運転中に庫内Ａの温度が設置温度から逸脱すると、制御装置１００は、運転モードを加熱運転へ遷移させ、加熱運転を再開する。このように、従来の運転モードの遷移制御によれば、デフロスト条件が成立する度にデフロスト運転へと遷移し、デフロスト終了条件が成立するまでデフロスト運転が継続される。その間、庫内Ａの温度を設定温度に保つための加熱運転は停止することになる。例えば、外気の温度が低い環境では、庫外熱交換器１２への着霜が生じやすくなり、デフロスト運転が頻繁に実行される可能性がある。すると、庫内Ａの温度を設定温度に保つことが難しくなる可能性がある。

これに対し、本実施形態では、図４に示すように加熱運転中に庫内Ａの温度が設定温度に到達すると、制御装置１００が、運転モードを加熱休止運転ではなくフロスト抑制運転へと遷移させ、フロスト抑制運転を行う。そしてフロスト抑制運転が終了しても庫内Ａの温度が適切な所定範囲の温度に保たれている場合（加熱休止条件持続）、制御装置１００は、運転モードを加熱休止運転へと遷移させる。また、フロスト抑制運転中に庫内Ａの温度が設定温度から逸脱すると、制御装置１００は、運転モードを加熱運転へと遷移させ、加熱運転を再開する。これによって、庫内Ａの温度を設定温度に保つことができる。また、加熱休止運転へ遷移後、庫内Ａの温度が低下し、設定温度から逸脱すると、制御装置１００は、運転モードを加熱運転へと遷移させ、加熱運転を行う。

次にフロスト抑制運転について説明を行う。運転モードを加熱運転からフロスト抑制運転へ遷移させると、制御装置１００は、四方弁１１を冷却運転時と同様の方向へ切り替え、庫外膨張弁１３および庫内膨張弁１６を閉状態とし、開閉弁２２を開状態とし、庫外ファン２３および庫内ファン２４を停止する制御を行う。つまり、フロスト抑制運転では、デフロスト運転（図３）と同様の冷媒回路で冷媒を循環させ、庫外熱交換器１２への着霜の進行を抑制する。なお、圧縮機１０の吸入側とアキュムレータ１９との間などに膨張弁（図示せず）を設け、この膨張弁によって、フロスト抑制運転時の冷媒の圧力制御を行ってもよい。

バイパス配管２１に冷媒を流さない冷却運転時と同様の冷媒回路でフロスト抑制運転を行うならば、庫内熱交換器１８に冷媒が流れ、庫内Ａの温度に影響を与えてしまう。しかし、本実施形態のフロスト抑制運転時の冷媒回路であれば、冷媒は、庫内Ａ側を流れないので庫内Ａの温度に影響を及ぼすことがない（庫内熱交換器１８が吸熱しない）。また、図４を用いて説明したように、本実施形態のフロスト抑制運転は、加熱運転によって庫内Ａの温度が設定温度となり、加熱運転を一旦休止するタイミングで行う。このときの状態は、庫内熱交換器１８に冷媒を供給する必要が無い状態である。図３に示すフロスト抑制運転時の冷媒回路は、庫内Ａ側と切り離されているため庫内熱交換器１８に冷媒を供給することがなく、直前まで行っていた加熱運転よって庫内Ａの温度が適切に保たれた状態において、このような冷媒回路は都合がよい。
また、例えば、従来のデフロスト運転は、庫内Ａの温度に関わらずデフロスト条件が成立するとデフロスト運転が開始されてしまう。その間、庫内Ａの温度は適切では無い可能性がある。しかし、本実施形態のフロスト抑制運転は、庫内Ａの温度が適切な状態の場合のみ実行され、上記した冷媒回路の構成により、適切に保たれた庫内Ａの温度に与える影響が少ない。また、庫内Ａの温度が適切でなくなると、加熱運転が開始され、庫内Ａの温度を適切に維持する制御が働く。従って、本実施形態のフロスト抑制運転を導入すると庫内Ａの温度を適切に保ったまま、着霜を抑制することができる。
また、フロスト抑制運転により、こまめに庫外熱交換器１２の着霜を取り除くことで冷媒回路の加熱能力を維持しつつ、加熱運転中にフロスト条件が成立する状態となることを防ぎ、庫内Ａの温度状態に関係なく加熱運転中にデフロスト運転へ遷移することを防ぐことができる。

次に加熱運転時の運転モードの遷移について説明する。
図５は、本発明の第一実施形態における制御装置のフローチャートである。
前提として、冷媒回路システム１はユーザによる加温運転の開始指示操作などに基づき、加熱運転を行っているとする。また、目標の温度を設定し、所定の温度以内に制御する。また、温度センサ３１は庫外熱交換器１２の温度を計測し制御装置１００へ出力し、温度センサ３２は庫内Ａの温度を計測し制御装置１００へ出力する。

まず、制御装置１００は、加熱運転に対する運転停止要求があるか否かを判定する（ステップＳ１１）。運転停止要求があった場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、制御装置１００は、圧縮機１０を停止させる等の停止制御を行う。運転停止要求がない場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）、次に制御装置１００は、冷却運転条件が成立しているかどうかを判定する（ステップＳ１２）。冷却運転条件とは、加熱運転により庫内Ａの温度が過度に上昇した場合に、庫内Ａの温度を適切な温度範囲に低下させるよう加熱運転から冷却運転へ切替えるための条件である。冷却運転条件が成立すると判定した場合（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、制御装置１００は、運転モードを冷却運転に切り替える。つまり、制御装置１００は、図２で例示した冷媒回路から図１で例示した冷媒回路へ切り替え、冷却運転を行う。なお、冷却運転によって庫内Ａの温度が適切な範囲の温度となると、制御装置１００は、運転モードを再び加熱運転に切り替えてステップＳ１１以降の処理を実行する。

冷却運転条件が成立しないと判定した場合（ステップＳ１２；Ｎｏ）、次に制御装置１００は、デフロスト運転条件が成立するかどうかを判定する（ステップＳ１３）。デフロスト運転条件は、庫外熱交換器１２に着霜が進行していると考えられる状態を基準に定められる。例えば、制御装置１００は、冷媒回路システム１に設けられた圧力センサ（図示せず）で計測した冷媒の圧力が所定の圧力以下となると、デフロスト運転条件を満たすと判定する。その他にも、制御装置１００は、例えば温度センサ３１が計測した庫外熱交換器１２の温度など複数の条件に基づいてデフロスト運転条件の判定を行ってもよい。デフロスト運転条件を満たすと判定した場合（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、制御装置１００は、運転モードをデフロスト運転に切り替える。つまり、制御装置１００は、図２で例示した冷媒回路から図３で例示した冷媒回路へ切り替え、デフロスト運転を行う。なお、デフロスト運転は、温度センサ３１が計測する庫外熱交換器１２の温度が所定の温度に到達する等のデフロスト運転終了条件が成立するまで継続される。デフロスト運転が終了すると、制御装置１００は、運転モードを加熱運転に切り替えてステップＳ１１以降の処理を実行する。

デフロスト運転条件を満たさないと判定した場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）、制御装置１００は、次に加熱休止条件が成立しているかどうかを判定する（ステップＳ１４）。加熱休止条件とは、加熱運転により庫内Ａの温度が適切な温度となった場合に、冷凍車両で利用できる限られたエネルギーの消耗を防ぐ等の目的で加熱運転を一旦休止するための条件である。例えば、庫内Ａの温度が所定の温度以上となる状態を一定時間経過することが加熱休止条件として定められている場合、制御装置１００は、温度センサ３２が計測した温度の推移を監視し加熱休止条件を満たすかどうかを判定する。加熱休止条件を満たさないと判定した場合（ステップＳ１４；Ｎｏ）、制御装置１００は、加熱運転を継続しつつ、ステップＳ１１からの処理を繰り返す。

一方、加熱休止条件が成立すると判定した場合（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、制御装置１００は、フロスト抑制運転条件が成立するかどうかを判定する（ステップＳ１５）。フロスト抑制運転条件は、例えば、庫外熱交換器１２の温度が所定の低温となること、冷媒の圧力が所定の圧力以下となること、外気温が所定の温度以下となること、前回フロスト抑制運転を行ってから所定時間（例えば３０分）以上経過したこと等である。制御装置１００は、これらのうち一つ又は複数の条件が成立すると、フロスト抑制運転条件が成立すると判定する。なお、フロスト抑制運転条件には、デフロスト運転条件よりも緩やかな条件が設定される。制御装置１００は、例えば、温度センサが計測した庫外熱交換器１２の温度が所定の温度以下になると、フロスト抑制運転条件が成立すると判定する。

フロスト抑制運転条件が成立すると判定した場合（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、制御装置１００は、運転モードをフロスト抑制運転に遷移させる。つまり、制御装置１００は、図２で例示した冷媒回路から図３で例示した冷媒回路へ切り替え、フロスト抑制運転を行う（ステップＳ１６）。フロスト抑制運転中も、制御装置１００は、以下のような判定を行って、適宜状況に応じた運転モードに遷移させる。
まず、制御装置１００は、運転停止要求があるか否かを判定する（ステップＳ１７）。ステップＳ１１と同様の判定を行って運転停止要求があると判定した場合（ステップＳ１７；Ｙｅｓ）、制御装置１００は、停止制御を行う。運転停止要求がない場合（ステップＳ１７；Ｎｏ）、制御装置１００は、冷却運転条件が成立しているかどうかを判定する（ステップＳ１８）。ステップＳ１２と同様にして冷却運転条件が成立すると判定した場合（ステップＳ１８；Ｙｅｓ）、制御装置１００は、図２で例示した冷媒回路から図１で例示した冷媒回路へ切り替え、冷却運転を行う。

冷却運転条件が成立しないと判定した場合（ステップＳ１８；Ｎｏ）、次に制御装置１００は、加熱運転復帰条件が成立するかどうかを判定する（ステップＳ１９）。加熱運転復帰条件とは、加熱運転の停止中に庫内Ａの温度が低下した場合に、加熱運転の再開の要否を判定する条件である。例えば、制御装置１００は、庫内Ａの温度が所定の温度以下になると加熱運転復帰条件が成立すると判定する。加熱運転復帰条件が成立すると判定した場合（ステップＳ１９；Ｙｅｓ）、制御装置１００は、運転モードを加熱運転に遷移させる。具体的には、制御装置１００は、図３で例示した冷媒回路から図２で例示した冷媒回路へ切り替え加熱運転を行う（ステップＳ２５）。

一方、加熱運転復帰条件が成立しないと判定した場合（ステップＳ１９；Ｎｏ）、制御装置１００は、フロスト抑制運転終了条件が成立するかどうかを判定する（ステップＳ２０）。フロスト抑制運転の終了を判定するフロスト抑制運転終了条件とは、例えば次の２つの条件の何れかが成立することである。
１．フロスト抑制運転が所定時間（例えば２分間）以上継続すること。
２．デフロスト終了条件（例えば、庫外熱交換器１２の温度が所定の温度に到達する）が成立すること。
制御装置１００は、上記の２つの条件のうち何れかが成立すると、フロスト抑制運転終了条件が成立すると判定する。フロスト抑制運転終了条件が成立しないと判定した場合（ステップＳ２０；Ｎｏ）、制御装置１００は、フロスト抑制運転を継続しつつ、ステップＳ１７からの判定を繰り返す。フロスト抑制運転終了条件が成立すると判定した場合（ステップＳ２０；Ｙｅｓ）、制御装置１００は、運転モードを加熱休止運転へ遷移させる（ステップＳ２１）。加熱休止運転では、制御装置１００は、圧縮機１０の運転を停止し、冷媒が循環しないようにする。

加熱休止運転中も、制御装置１００は、フロスト抑制運転中と同様の判定を行って、状況に応じた運転モードに遷移させることができる。まず、制御装置１００は、運転停止要求があるか否かを判定する（ステップＳ２２）。運転停止要求があった場合（ステップＳ２２；Ｙｅｓ）、制御装置１００は、停止制御を行う。運転停止要求がない場合（ステップＳ２２；Ｎｏ）、制御装置１００は、冷却運転条件が成立しているかどうかを判定する（ステップＳ２３）。冷却運転条件が成立すると判定した場合（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、制御装置１００は、図１で例示した冷媒回路へ切り替え冷却運転を行う。

冷却運転条件が成立しないと判定した場合（ステップＳ２３；Ｎｏ）、次に制御装置１００は、加熱運転復帰条件が成立するかどうかを判定する（ステップＳ２４）。加熱運転復帰条件が成立すると判定した場合（ステップＳ２４；Ｙｅｓ）、制御装置１００は、運転モードを加熱運転に遷移させる（ステップＳ２５）。加熱運転復帰条件が成立しないと判定した場合（ステップＳ２４；Ｎｏ）、制御装置１００は、加熱休止運転を継続しつつ、ステップＳ２２からの処理を繰り返す。

本実施形態によれば、加熱運転中の運転休止の時間（加熱休止条件成立後）を活用して着霜が軽微なうちにフロスト抑止運転を実行することで、常に庫外熱交換器１２が性能を発揮できる状態（着霜量少の状態）を維持させることができる。また、フロスト抑止運転は、加熱運転の休止時間に物理的に庫内Ａと切り離された冷媒回路を用いて行うので、従来の加熱運転によって適切に制御された庫内Ａの温度への影響がなく、庫内Ａの温度を所望の温度範囲に保つことができる。また、加熱運転の休止時間にフロスト抑止運転を実行することで、デフロスト運転の実行頻度を大幅に低減することできる。そのため、常に高い加熱能力を維持することができ、デフロスト運転による庫内Ａの温度変化を防ぐことができる。また、庫外熱交換器１２の除霜用に複数の熱交換器を設ける等の複雑な回路構成にする必要が無く、コストを低減できる。また、フロスト抑止運転とデフロスト運転の冷媒回路を共通化できるため、フロスト抑止運転用に新たな構成を追加する必要が無くコストを低減できる。

＜第二実施形態＞
以下、本発明の第二実施形態による冷媒回路システムを図６を参照して説明する。
図６は、本発明の第二実施形態における冷媒回路システムを示す図である。
図６に示すように冷媒回路システム１Ａは、圧縮機１０、四方弁１１、庫外熱交換器１２、庫外膨張弁１３、庫外逆止弁１４、レシーバタンク１５、庫内膨張弁１６、庫内逆止弁１７、庫内熱交換器１８、アキュムレータ１９、主配管２０、バイパス配管２１、開閉弁２２、庫外ファン２３、庫内ファン２４、液戻し配管２５、制御装置１００を含んで構成される。また、冷媒回路システム１には、例えば、温度センサ３１、温度センサ３２が設けられている。なお、アキュムレータ１９内のＵ字型配管の下部には、油戻し穴２６が設けられている。圧縮機１０から冷媒回路に流出した冷凍機油は、油戻し穴２６からアキュムレータ１９内Ｕ字型配管を通って圧縮機１０に戻される。

本実施形態の冷媒回路システム１Ａは、レシーバタンク１５の液相部とバイパス回路２１における開閉弁２２の上流側を接続する液戻し配管２５を備えている。フロスト抑制運転時の冷媒回路（図３）にて冷媒の循環を行った場合、圧縮機１０からの高温高圧の冷媒が庫外熱交換器１２へ流入し、庫外熱交換器１２を加熱し霜を融解する。庫外熱交換器１２での放熱で一部液化した気液２相状態の冷媒はレシーバタンク１５へ流入する。レシーバタンク１５に流入したガス冷媒とレシーバタンク１５が周囲の空気から吸熱して液冷媒の一部ガス化したものがバイパス配管２１を経由して圧縮機１０へ戻る。図３の冷媒回路において庫外熱交換器１２で液化する冷媒量と、レシーバタンク１５でガス化する冷媒量とを比較した場合、液化してレシーバタンク１５に貯留される冷媒量の方が、ガス化する冷媒量よりも多く、レシーバタンク１５内に液化した冷媒が溜まり込む傾向にある。従って、フロスト抑制運転中、冷媒回路を循環する冷媒量が少なくなり、圧縮機１０が吸入する冷媒の密度が小さい運転状態となり易い。このような状態では、冷媒循環量が少ないことから大きな加熱能力が得られない傾向がある。また、レシーバタンク１５には液冷媒とともに冷凍機油が溜まり易く、圧縮機１０で冷凍機油不足となり長時間運転が難しい場合がある。

そこで、第二実施形態では、レシーバタンク１５の下部における液冷媒が溜まった部分（液相部）からバイパス配管２１の開閉弁２２の上流側へ向けて液戻し配管２５を追加し、レシーバタンク１５に溜まった液冷媒の一部をガス冷媒が循環する回路内に供給する。すると、液冷媒はガス冷媒と共に冷媒回路内を循環するようになり、循環冷媒量が増加する。これにより、冷媒不足による加熱能力の低下を防ぐことができる。また、液冷媒に溶け込んだ冷凍機油が、液冷媒と共に液戻し配管２５、バイパス配管２１、アキュムレータ１９、アキュムレータ１９内Ｕ字型配管をこの順に経由して圧縮機１０へと戻されるので、冷凍機油不足によって運転時間が制限される問題を解消することができる。
なお、アキュムレータ１９に液冷媒が溜まり込むのを防ぐため、液戻し配管２５を通過する液冷媒の量が、油戻し穴２６からアキュムレータ１９内Ｕ字型配管を通って圧縮機１０に供給される冷媒量を超えないように、液戻し配管２５のサイズや圧損が設計されている。

第二実施形態によれば、第一実施形態の効果に加え、フロスト抑制運転やデフロスト運転において循環冷媒量の増加による加熱能力の向上や、冷凍機油戻し効果による長時間運転が可能となる。また、加熱能力が向上するため長時間のフロスト抑制運転やデフロスト運転を行わずとも、短時間での着霜の抑止、除霜が可能となり、冷凍車両の電力消費を抑えることができる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

１、１Ａ・・・冷媒回路システム
１０・・・圧縮機
１１・・・四方弁
１２・・・庫外熱交換器
１３・・・庫外膨張弁
１４・・・庫外逆止弁
１５・・・レシーバタンク
１６・・・庫内膨張弁
１７・・・庫内逆止弁
１８・・・庫内熱交換器
１９・・・アキュムレータ
２０・・・主配管
２１・・・バイパス配管（バイパス回路）
２２・・・開閉弁
２３・・・庫外ファン
２４・・・庫内ファン
２５・・・液戻し配管
２６・・・油戻し穴
３１、３２・・・温度センサ
１００・・・制御装置

Claims (10)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された前記冷媒の一部を貯留するレシーバタンクと、前記レシーバタンクから流出する前記冷媒を減圧する膨張弁と、減圧された前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器から流出する冷媒のうち気体の冷媒を前記圧縮機に供給するアキュムレータと、前記レシーバタンクの気相部と前記アキュムレータとを接続するバイパス回路と、前記バイパス回路の開閉を制御する開閉弁と、を備えた冷媒回路と、
   前記冷媒回路の運転を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記冷媒回路における加熱運転を休止する前に、前記圧縮機が吐出した冷媒を、前記凝縮器、前記レシーバタンク、前記バイパス回路、前記アキュムレータ、前記圧縮機の順に循環させて前記蒸発器の除霜を行うフロスト抑制運転を実行する、
   冷媒回路システム。
2. 前記制御装置は、前記加熱運転を休止する場合、所定のフロスト抑制運転条件が成立することを条件に前記フロスト抑制運転を実行し、フロスト抑制運転条件が成立しない場合、前記フロスト抑制運転を実行せずに前記加熱運転を休止する、
   請求項１に記載の冷媒回路システム。
3. 前記制御装置は、前記フロスト抑制運転を開始した場合、当該フロスト抑制運転の継続時間が所定時間以上になったこと、および、所定のデフロスト終了条件が成立すること、のうち少なくとも１つを満たすことを条件に当該フロスト抑制運転を終了する、
   請求項１または請求項２に記載の冷媒回路システム。
4. 前記制御装置は、前記フロスト抑制運転を実行するか否かを判定する前に、デフロスト運転を実行するか否かを判定し、前記デフロスト運転を行なわないと判定した場合に前記フロスト抑制運転の実行の判定を行う、
   請求項１から請求項３の何れか１項に記載の冷媒回路システム。
5. 前記制御装置は、前記フロスト抑制運転の実行中に、所定の加熱運転復帰条件が成立すると当該フロスト抑制運転を停止し、前記加熱運転を再開する、
   請求項１から請求項４の何れか１項に記載の冷媒回路システム。
6. 前記制御装置は、前記フロスト抑制運転の終了後に前記加熱運転を休止し、前記加熱運転復帰条件が成立すると、前記加熱運転を再開する、
   請求項５に記載の冷媒回路システム。
7. 前記冷媒回路は、前記レシーバタンクの液相部から前記バイパス回路における前記開閉弁の上流側を接続する液戻し回路、
   をさらに備える、
   請求項１から請求項６の何れか１項に記載の冷媒回路システム。
8. 冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された前記冷媒の一部を貯留するレシーバタンクと、前記レシーバタンクから流出する前記冷媒を減圧する膨張弁と、減圧された前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器から流出する冷媒のうち気体の冷媒を前記圧縮機に供給するアキュムレータと、前記レシーバタンクの気相部と前記アキュムレータとを接続するバイパス回路と、前記バイパス回路の開閉を制御する開閉弁と、を備えた冷媒回路の動作を制御する制御装置であって、
   前記冷媒回路における加熱運転を休止する前に、前記圧縮機が吐出した冷媒を、前記凝縮器、前記レシーバタンク、前記バイパス回路、前記アキュムレータ、前記圧縮機の順に循環させ、前記蒸発器の除霜を行う、制御装置。
9. 冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された前記冷媒の一部を貯留するレシーバタンクと、前記レシーバタンクから流出する前記冷媒を減圧する膨張弁と、減圧された前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器から流出する冷媒のうち気体の冷媒を前記圧縮機に供給するアキュムレータと、前記レシーバタンクの気相部と前記アキュムレータとを接続するバイパス回路と、前記バイパス回路の開閉を制御する開閉弁と、を備えた冷媒回路において、
   前記冷媒回路の動作を制御する制御装置が、前記冷媒回路における加熱運転を休止する前に、前記圧縮機が吐出した冷媒を、前記凝縮器、前記レシーバタンク、前記バイパス回路、前記アキュムレータ、前記圧縮機の順に循環させて前記蒸発器の除霜を行うフロスト抑制運転を実行する、制御方法。
10. 前記冷媒回路は、前記レシーバタンクの液相部から前記バイパス回路における前記開閉弁の上流側を接続する液戻し回路、をさらに備え、
    前記制御装置は、前記フロスト抑制運転を実行する場合、前記圧縮機が吐出した冷媒を、前記凝縮器、前記レシーバタンク、前記バイパス回路、前記アキュムレータ、前記圧縮機の順に循環させるとともに、前記レシーバタンクの液相部から液冷媒を前記バイパス回路に供給し、当該液冷媒を前記循環する冷媒に加える、請求項９に記載の制御方法。

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