JP2503636B2 - 冷凍装置の運転制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、冷凍コンテナ等に設けられる冷凍装置の運
転制御装置に関し、特に、膨張弁の開度上限値規制対策
に係るものである。

（従来の技術） 従来より、この種の冷凍装置の運転制御装置として
は、例えば、実開昭63−46360号公報に開示されたもの
がある。

すなわち、容量の調整可能な圧縮機、凝縮器、開度の
調整可能な膨張弁、蒸発器を順に接続して冷媒循環回路
を構成すると共に、凝縮器と膨張弁とをバイパスするホ
ットガスバイパスラインを設け、熱負荷が変動し、所望
の庫内設定温度に対して所定幅をもって設定された所定
温度範囲より庫内温度が高くなると、上記圧縮機の容量
を増大させると共に、膨張弁の開度を制御して庫内温度
が所定温度範囲内に入るようにしている。そして、庫内
温度が上記所定温度範囲内にあるときは、ホットガスバ
イパスラインを流れるホットガス量を制御して庫内温度
が上記庫内設定温度に収束するようにしている。

この冷凍装置の運転制御装置において、従来、定常運
転状態より圧縮機の容量を低減しようとすると、冷媒循
環回路の液ラインを流れる冷媒液量と、ホットガスバイ
パスラインを流れるホットガス量とを同時に検出しなけ
ればならず、制御が難しくなるという問題があった。そ
こで、電子膨張弁を用いて冷媒循環回路の冷媒循環量を
制御し庫内温度が所定温度になるようにしているものが
ある。

この電子膨張弁は蒸発器における冷媒の出入口温度の
偏差により制御する一方、上記電子膨張弁には開度上限
値（例えば、50％）を設定し、運転初期のプルダウン時
における圧縮機のオーバロードを防止すると共に、圧縮
カットを防止するようにしている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、これでは、上記電子膨張弁の開度上限
値はプルダウン時に対応して設定されると共に、全運転
範囲で一律に作用するように構成されているので、庫内
が安定している上に庫内熱負荷容量が比較的少ない冷蔵
運転時においても膨張弁の開度上限が作用することにな
る。そのため、圧縮機のオーバーロード及び高圧カット
の危険性の少ない冷蔵運転時に、以下のような不都合が
生じていた。

すなわち、冷蔵運転においては、蒸発器への着霜を極
力少なくするべく圧縮機の容量を低下させて、蒸発器の
温度を極力上昇させるようにしている。しかしながら、
例えば、第５図に示すように、容量67％で圧縮機を運転
している場合、電子膨張弁の開度上限値が設定されてい
ないと、Ｂ点で必要な冷凍能力を確保することができる
ものの、上述の如く開度上限値が設定されているため、
圧縮機の容量を100％に増加し、Ａ点において冷凍能力
を確保しなければならなかった。従って、上記圧縮機が
高容量で運転されるので、蒸発器内の冷媒温度が低下
し、着霜量の減少を図りたいのにも拘らず増加するとい
う問題があった。また、庫内の湿度が低下し、庫内の物
品に悪影響が生じると共に、省エネルギ化を図れないと
いう問題があった。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもので、冷蔵運
転時、庫内吹出空気温度が所定の冷蔵温度範囲に入ると
膨張弁の開度上限値を該膨張弁が最も開口可能な最大開
度値とし、また、冷蔵温度範囲外では膨張弁の開度上限
を圧縮機の容量の減少に応じて増大させることにより、
蒸発器内の冷媒温度を最適値に維持できるようにするこ
とを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために、本発明は、冷蔵運転時に
冷媒循環回路の低圧圧力が高くなる可能性が少ないこと
から、膨張弁開度の上限値を解除等するようにしたもの
であります。

つまり、圧縮機のオーバーロードは、高圧圧力及び低
圧圧力に支配されることになるが、低圧圧力を対象とす
ると、この低圧圧力は、庫内温度によって変動する。そ
して、プルダウン時は、庫内温度が高く、冷蔵温度範囲
より高い状態にあるので、蒸発器の冷媒温度との差が大
きい状態にある。

この結果、蒸発器の冷媒圧力である低圧圧力が高くな
り、ガス冷媒の比体積が小さくなって圧縮機の冷媒循環
量が多くなる。

したがって、プルダウン時は圧縮機のオーバーロード
が生じ易くなるのに対し、冷蔵温度範囲では、蒸発器の
冷媒温度がさほど高くならないことから、低圧圧力が上
昇しないので、圧縮機のオーバーロードは生じ難くい。

以上のことから、本発明は、吹出空気温度が冷蔵温度
範囲内であると、膨張弁の開度上限値を解除するように
し、また、吹出空気温度が冷蔵温度範囲外であっても、
圧縮機の容量が小さい場合は、圧縮機のオーバーロード
が生じる可能性が少ないので、膨張弁の開度上限値を段
階的に大きくするようにしている。これにより、所定の
冷凍能力を膨張弁の開度によって確保し得るようにして
いる。

具体的に、請求項（１）に係る発明が講じた手段は、
第１図に示すように、先ず、容量の調整可能な圧縮機
（１），凝縮器（３），開度の調整可能な膨張弁（５）
及び蒸発器（６）を閉回路に接続してなる冷媒循環回路
（８）と、吹出空気温度を検出する吹出空気温度検出手
段（Th4）とが設けられている。

そして、庫内熱負荷に応じて上記圧縮機（１）の容量
を制御する容量制御手段（14）と、上記膨張弁（５）の
開度を、冷凍運転時に蒸発器（６）における冷媒の過熱
度が所定値になるように制御すると共に、冷蔵運転時に
吹出空気温度が所定温度になるように制御する膨張弁制
御手段（12）と、上記膨張弁（５）の開度が予め設定さ
れた上限値になると該膨張弁（５）の開動を阻止するよ
うに上記膨張弁制御手段（12）を制御する上限値規制手
段（15）とが設けられている。

更に、上記吹出空気温度検出手段（Th4）の検出信号
を受けて吹出空気温度が所定の冷蔵温度範囲内になる
と、上記上限値規制手段（15）による膨張弁（５）の開
度上限値を解除する上限値解除手段（17）が設けられて
いる。

また、請求項（２）に係る発明が講じた手段は、請求
項（１）記載の冷凍装置の運転制御装置において、吹出
空気温度が冷蔵温度範囲外になると、容量制御手段（1
4）の容量信号を受けて、圧縮機（１）の容量が小さく
なるに従って上限値規制手段（15）による膨張弁（５）
の開度上限値が大きくなるように該上限値規制手段（1
5）の上限値を変更する上限値変更手段（16）が設けら
れた構成としている。

また、請求項（３）に係る発明が講じた手段は、請求
項（２）記載の冷凍装置の運転制御装置において、圧縮
機（１）は複数段に容量可変に構成される一方、上限値
変更手段（16）は上記圧縮機（１）の容量段数に対応し
て膨張弁（５）の開度上限値を複数種類に変更するよう
に構成されている。

（作用） 上記構成により、請求項（１）に係る発明において
は、圧縮機（１）を駆動すると冷媒が冷媒循環回路
（８）を循環する一方、膨張弁制御手段（12）が、冷凍
運転時には蒸発器（６）における冷媒の過熱度が所定値
になるように膨張弁（５）の開度を制御すると共に、冷
蔵運転時には吹出空気温度が所定温度になるように膨張
弁（５）の開度を制御し、適切な庫内温度の維持を図っ
ている。そして、上記膨張弁（５）は上限値規制手段
（15）でもって開度上限、例えば、50％に規制されて、
圧縮機（１）のオーバーロード及び高圧カットを防止し
ている。

一方、冷蔵運転時に、吹出空気温度が冷蔵温度範囲、
例えば、−５℃〜＋２℃の所定冷蔵温度範囲内に入った
場合には、庫内温度検出手段（Th4）の検出信号を受け
て、上限値解除手段（17）が上限値規制手段（15）に作
用して膨張弁（５）の開度上限値を解除する。

従って、冷蔵運転時には圧縮機（１）を低量容量で運
転することができるので、蒸発器（６）の冷媒温度を高
くすることができ、着霜の防止が図られる。

また、請求項（２）に係る発明においては、冷蔵運転
時に限らず、圧縮機（１）の容量が変化すると、具体的
には請求項（３）に係る発明では段階的に変化すると、
該圧縮機（１）の容量制御手段（14）からの容量信号を
受けた上限値変更手段（16）が該上限値規制手段（15）
を制御することにより、圧縮機（１）の容量に応じた膨
張弁（５）の開度上限値を設定する。

そのため蒸発器（６）には運転モードに応じた冷媒量
が供給されるため、その冷媒温度を高く保持し得ること
ができるので、着霜の防止が図られる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に沿って詳細に説明す
る。

第２図に示すように、（Ａ）は冷凍コンテナ等に設け
られる冷凍装置、（１）は容量を33％と67％と100％と
に３段に変更可能なアンロード付き圧縮機、（３）は空
冷ファン（F1）及びモータ（MF1）が付設された凝縮
器、（４）はレシーバ、（５）は冷媒の物理状態量に応
いてPID制御される電子膨張弁、（６）は庫内ファン（F
2）及びモータ（MF2）が付設せられた蒸発器、（７）は
アキュムレータである。

そして、各機器（1,3,4,5,6,7）は上述の順に冷媒配
管により直列に接続されて、冷媒循環回路（８）を形成
しており、冷媒を圧縮機（１）により上記冷媒循環回路
（８）を流通循環させることにより、凝縮器（３）にて
冷媒ガスの有する熱を庫外に放出して冷媒ガスを液化
し、蒸発器（６）にて冷媒ガスが気化することにより庫
内熱を吸収し、もって庫内を冷却するように構成されて
いる。

また、（２）は上記圧縮機（１）と凝縮器（３）との
間に介設された三方比例弁であり、（９）は一端が該三
方比例弁（２）に接続され、他端が上記凝縮器（３）、
レシーバ（４）及び電子膨張弁（５）をバイパスして蒸
発器（６）の吸入側冷媒配管（10）に接続せられたホッ
トガスバイパスラインで、該ホットガスバイパスライン
（９）はドレンパンヒータ部（11）を備えている。

また、（HPS）は高圧用圧力センサ、（Th1）及び（Th
2）は蒸発器（６）の入口冷媒温度及び出口冷媒温度を
検出する冷媒温度センサであり、（Th3）及び（Th4）は
上記蒸発器（６）の吸込空気温度及び吹出空気温度（庫
内温度）を検出する庫内温度検出手段である空気温度セ
ンサである。

そして、上記各温度センサ（Th1,Th2,Th3,Th4）の検
出信号は、コントローラ（21）に入力されるように構成
されており、該コントローラ（21）には、第３図に示す
ようにA/D変換器（23）と、I/Oポート（24）と、RAM（2
5）と、ROM（26）と、CPU（27）とが備えられている。

更に、上記コントローラ（21）には、上記電子膨張弁
（５）のモータ（MEV）を冷凍運転時に各冷媒温度セン
サ（Th1,Th2）の検知信号による蒸発器（６）の出入口
冷媒温度差（過熱度）に基づいてPID制御して開度制御
を行う一方、冷蔵運転時に蒸発器（６）の吹出側の空気
温度センサ（Th4）の検知信号により吹出空気温度が設
定値になるようにPID制御して開度制御を行う膨張弁制
御手段（12）と、デフロスト運転時に、三方比例弁
（２）のモータ（MV）を制御し、ホットガスバイパスラ
イン（９）を流れるホットガス量を調整するホットガス
制御手段（13）と、圧縮機（１）の容量を制御する容量
制御手段（14）とが備えられている。

更に、コントローラ（21）内には、上記電子膨張弁
（５）の開度が予め設定された上限値になると該電子膨
張弁（５）の開動を阻止するように上記膨張弁制御手段
（12）を制御する上限値規制手段（15）と、庫内温度が
冷蔵温度範囲外になると、上記圧縮機（１）の容量制御
手段（14）からの容量信号を受けて上記圧縮機（１）の
容量が小さくなるに従って上記上限値規制手段（15）に
よる電子膨張弁（５）の開度上限値が大きくなるように
該上限値規制手段（15）の上限値を変更する上限値変更
手段（16）と、上記吹出温度センサ（Th4）からの吹出
空気の検出信号を受けて、庫内温度が所定の冷蔵温度範
囲内になると、上記電子膨張弁（５）の開度上限値を解
除するように上限値規制手段（15）を制御する上限値解
除手段（17）とが含まれている。

そして、具体的に上記上限値変更手段（16）は、圧縮
機（１）容量が100％の場合には電子膨張弁（５）の開
度上限値を50％に、同じく圧縮機（１）容量が67％の場
合には80％に、同じく圧縮機（１）容量が33％の場合に
は100％とするように、上記上限値規制手段（15）を制
御する。また、上記上限値解除手段（17）は、吹出空気
温度センサ（Th4）からの信号により庫内設定温度が−
５℃以上で、かつ庫内温度が設定温度±１℃以内の冷蔵
範囲内の場合には、上記上限値規制手段（15）を制御し
て、電子膨張弁（５）の開度上限値の設定を解除するよ
うに構成されている。

更にまた、第３図において、（Tr）は変圧器、（Ｓ）
は運転／停止スイッチ、（31）は高圧圧力開閉器、（3
2）は低圧圧力開閉器、（33）は油圧保護圧力開閉器、
（34）はランプスイッチ、（35）は油圧リセットスイッ
チ、（36）は圧縮機保護サーモスイッチ、（37）は変圧
器（Tr）の結線切換用、（38）は電圧切換用、（39,4
0）は圧縮機モータ用のそれぞれ手動切換開閉器であ
り、該各開閉器（37〜40）は全て連動している。

（MC）は圧縮機モータ、（10c）は、上記圧縮機モー
タ（MC）を作動させると同時に凝縮器（３）の送風ファ
ンモータ（MF1）への通電を許容する常開接点（10C−
１）を有する圧縮機リレー、（10F）は蒸発器（５）の
送風ファンモータ（MF2）を作動させる常開接点（10F−
１）を有する蒸発器ファンリレー、（20S−１）は冷媒
配管の冷媒流れを許容又は阻止する電磁弁のリレーであ
る。

次に、第４図の制御フローに基づき、圧縮機（１）の
容量変化に伴う電子膨張弁（５）の開度上限値の変更制
御について説明する。

先ず、ステップST1において、庫内のプルダウン時に
は圧縮機（１）を最高容量（100％）で運転し、庫内温
度を急速に低下させる。続いて、ステップST2におい
て、圧縮機（１）の容量を検知した後、ステップST3に
て圧縮機（１）の容量が100％か否かが判断され、100％
ならば、ステップST4に進み、電子膨張弁（５）の開度
上限値が上限値規制手段（15）により50％に保持され
る。続いて、ステップST5に移り、吹出し空気温度セン
サ（Th4）の検出信号により、蒸発器（６）の吹出空気
温度、つまり庫内温度が所定温度（例えば、０℃）に対
して±１℃以内の冷蔵温度範囲内であるか否かが判定さ
れ、冷蔵温度範囲外のときは、ステップST5からステッ
プST2に戻る。

そして、このステップST2からステップST5の動作を繰
り返し、上記プルダウンを終了すると、図示しないが圧
縮機（１）の容量を最低容量（33％）に低下し、その
後、庫内温度に伴って圧縮機容量制御手段（14）が圧縮
機（１）の容量を制御する。

この圧縮機（１）の容量が変化すると、ステップST2
において該容量が検知された後、ステップST3に移り、
圧縮機（１）の容量が100％でない場合、ステップST7に
移り、圧縮機（１）の容量が67％か否かが判断される。
そして、容量が67％ならば、ステップST8に進み、電子
膨張弁（５）の開度上限が80％に設定された後、ステッ
プST5へ移り、上述の動作を行う。

更に、圧縮機（１）の容量が67％でない場合は、ステ
ップST6からステップST9に移り、電子膨張弁（５）の開
度上限は100％に設定された後、ステップST5へ移り、上
述の動作を行う。

その後、庫内設定温度が−５℃以上の冷蔵運転時にな
り、庫内温度が冷蔵温度範囲内に入ると、ステップST6
に移り、電子膨張弁（５）の開度上限は100％に設定さ
れ、しかる後ステップST5に戻る。逆に、庫内温度が冷
蔵温度範囲内に入っていないならば、ステップST2に戻
り、上述の動作が行われる。

従って、冷蔵運転時などにおいて、第５図に示すよう
に、従来、Ａ点で圧縮機（１）を運転したのに対して、
低容量のＢ点で圧縮機（１）を運転することができるの
で、蒸発器（６）の着霜を防止することができると共
に、庫内の脱湿を防止でき、且つ省エネルギ化を図るこ
とができる。

つまり、上記冷蔵温度範囲では、蒸発器（６）の冷媒
温度がさほど高くならないことから、低圧圧力が上昇し
ないので、圧縮機（１）のオーバーロードは生じ難く
い。

そこで、庫内温度が冷蔵温度範囲内であると、膨張弁
（５）の開度上限値を解除するようにし、また、庫内温
度が冷蔵温度範囲外であっても、圧縮機（１）の容量が
小さい場合は、圧縮機（１）のオーバーロードが生じる
可能性が少ないので、膨張弁（５）の開度上限値を段階
的に大きくするようにしている。これにより、圧縮機
（１）の容量を小さくして蒸発器（６）の冷媒温度を高
く維持すると同時に、冷媒循環量を多くして所定の冷凍
能力を膨張弁（５）の開度によって確保し得るようにし
ている。

尚、本実施例においては、ホットガスバイパスライン
（９）を設けたが、本発明においては必ずしも設ける必
要はない。

また、圧縮機（１）は容量段数が３種類に限られるも
のではなく、100％と50％と停止状態とに変更可能なも
のでもよく、また、連続的に変更可能なものでもよい。

また、膨張弁（５）の開度上限値も圧縮機（１）の容
量変更に対応して３種類に限られるものではなく、２種
類又は連続的に変化するものでもよい。

（発明の効果） 以上のように、請求項（１）に係る発明においては、
庫内温度が所定の冷蔵温度範囲内になると、膨張弁の開
度上限が徹廃されることにより、冷蔵運転得に圧縮機の
容量を低下させることができると共に、蒸発器が必要な
だけの冷媒流量を確保し得るので、必要な冷凍能力を確
保しつつ蒸発器温度を可能な限り高く保持することがで
き、着霜の防止を図ることができる。

そのため、冷蔵運転時に、庫内物品の脱湿による目減
り及び劣化等も少なくなると共に、圧縮機の容量低下に
より省エネルギ化を図ることができる。

また、請求項（２）及び（３）に係る発明において
は、冷蔵運転時以外に、圧縮機の容量が変化すると、そ
の圧縮容量の減少に応じて膨張弁の開度上限値を大きく
するので、冷蔵運転時のみならず、他の多くの運転時に
おいて、圧縮機の容量が変化すると、その圧縮容量の減
少に応じて膨張弁の開度上限値を大きくするので、必要
冷凍能力を確保しつつ蒸発器の温度を高く保持し得るこ
とから、着霜の防止を図ることができると共に、均一な
庫内温度分布及び庫内物品の脱湿による劣化及び目減り
の減少を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は実施
例の系統図、第３図は実施例の結線図、第４図は実施例
のフロー図、第５図は各圧縮容量における冷凍能力と膨
張弁開度との特性図である。 （１）……圧縮機、（３）……凝縮器、（５）……開度
の調整可能な膨張弁、（６）……蒸発器、（８）……冷
媒循環回路、（12）……膨張弁制御手段、（14）……容
量制御手段、（15）……上限値規制手段，（16）……上
限値変更手段、（17）……上限値解除手段、（Th4）…
…蒸発器吹出空気温度センサー。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】容量の調整可能な圧縮機（１），凝縮器
   （３），開度の調整可能な膨張弁（５）及び蒸発器
   （６）を閉回路に接続してなる冷媒循環回路（８）と、 吹出空気温度を検出する吹出空気温度検出手段（Th4）
   と、 庫内熱負荷に応じて上記圧縮機（１）の容量を制御する
   容量制御手段（14）と、 上記膨張弁（５）の開度を、冷凍運転時に蒸発器（６）
   における冷媒の過熱度が所定値になるように制御すると
   共に、冷蔵運転時に吹出空気温度が所定温度になるよう
   に制御する膨張弁制御手段（12）と、 上記膨張弁（５）の開度が予め設定された上限値になる
   と該膨張弁（５）の開動を阻止するように上記膨張弁制
   御手段（12）を制御する上限値規制手段（15）と、 上記吹出空気温度検出手段（Th4）の検出信号を受けて
   吹出空気温度が所定の冷蔵温度範囲内になると、上記上
   限値規制手段（15）による膨張弁（５）の開度上限値を
   解除する上限値解除手段（17）と を備えていることを特徴とする冷凍装置の運転制御装
   置。
2. 【請求項２】請求項（１）記載の冷凍装置の運転制御装
   置において、 吹出空気温度が冷蔵温度範囲外になると、容量制御手段
   （14）の容量信号を受けて、圧縮機（１）の容量が小さ
   くなるに従って上限値規制手段（15）による膨張弁
   （５）の開度上限値が大きくなるように該上限値規制手
   段（15）の上限値を変更する上限値変更手段（16）を備
   えている ことを特徴とする冷凍装置の運転制御装置。
3. 【請求項３】請求項（２）記載の冷凍装置の運転制御装
   置において、 圧縮機（１）は複数段に容量可変に構成される一方、 上限値変更手段（16）は上記圧縮機（１）の容量段数に
   対応して膨張弁（５）の開度上限値を複数種類に変更す
   るように構成されている ことを特徴とする冷凍装置の運転制御装置。