JP2526435B2 - 冷凍装置の運転制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍装置の運転制御装
置に関し、特に、圧縮機容量の制御対策に係るものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種の冷凍装置には、特開平
２−２３３９４４号公報に開示されているように、圧縮
機と、凝縮器と、電動膨脹弁と、蒸発器とが順に冷媒配
管によって接続されて構成されているものがある。そし
て、この冷凍装置において、冷蔵運転時における電動膨
脹弁は、蒸発器からの吹出空気温度が設定温度になるよ
うに開度制御されている。また、上記圧縮機は、この設
定温度以上の吹出空気温度が所定時間（例えば、１０
分）以上継続すると、容量が増大制御される一方、上記
電動膨脹弁の開度が予め設定された開度判定値の開度を
所定時間（例えば、３０分）継続するか、或いは、上記
設定温度以下の吹出空気温度が所定時間（例えば、１０
分）継続すると、容量が低減制御されるようになってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た冷凍装置においては、圧縮機容量を低減する電動膨脹
弁開度の開度判定値が１種類のみであるので、圧縮機の
容量がハンチングするという問題があった。

【０００４】つまり、上記圧縮機は、最大容量と中容量
と最低容量との３ステップに容量制御されるようになっ
ており、各ステップにおける電動膨脹弁の開度と冷凍能
力との関係は、図６に示すようになり、最大容量のステ
ップ１においては、電動膨脹弁の開度が大きくなるに従
って冷凍能力は上昇することになる。ところが、中容量
のステップ２及び最低容量のステップ３においては、電
動膨脹弁の開度が所定開度になると、それ以上開度を大
きくしても冷媒がフラッシュして冷凍能力は上昇せず、
逆に低下することになる。

【０００５】そこで、従来、開度判定値を１つ設定して
いるため、例えば、X1に設定して最大容量のステップ１
で運転していると、必要能力Q1まで電動膨脹弁の開度を
絞り（図６ａ参照）、この開度が開度判定値X1以下であ
るので、その後、中容量のステップ２に移ることなる。
そして、このステップ２においても、必要能力Q1の電動
膨脹弁開度が開度判定値より小さいので（図６ｂ参
照）、最低容量のステップ３に移ることになる。ところ
が、このステップ３においては、電動膨脹弁の開度を大
きくしても必要能力Q1にならないので、再びステップ１
に容量を増大させることになる。この動作を繰り返すこ
とになり、圧縮機容量がハンチングすることになる。

【０００６】また、開度判定値をX2に設定すると、必要
能力がQ2の場合、ステップ１の容量でＡ点まで電動膨脹
弁を絞った後、ステップ２の容量でＢ点まで電動膨脹弁
を開き、その後、ステップ３の容量でＣ点まで電動膨脹
弁を開き、安定することになり、１時間以上を要すると
いう問題がある。しかも、この開度判定値X2の場合、必
要能力がQ1であると、ステップ１で運転を継続すること
になり、電動膨脹弁の開度を大きくして蒸発温度を高く
することができず、着霜量を低減することができないと
いう問題がある。

【０００７】一方、上記圧縮機の容量は、吹出空気温度
が設定値SPに対して所定の設定温度範囲（SP±0.5 ℃）
より上昇すると、ＴＭＨタイマを作動させ、この温度範
囲より高い状態が10分間継続すると、増大させるように
している。しかしながら、図７に示すように、上記圧縮
機の容量を低減した際においては、過渡的に吹出空気温
度が上昇し、上記ＴＭＨタイマが作動して再度圧縮機容
量を増大させるという問題があった（図７Ｐ点参照）。
特に、プルダウン時においては、上記圧縮機容量を低減
した際、吹出空気温度が上昇し易く、本来、圧縮機は最
低容量で充分な冷凍能力が得られているにも拘らず、容
量が中容量に増大し、上記圧縮機の容量がハンチングす
るという問題があった。

【０００８】本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもの
で、圧縮機の容量のハンチングを防止することを目的と
するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明が講じた手段は、請求項１においては膨脹
弁の開度判定値を複数設定し、請求項２においては圧縮
機容量の低減時のみ容量を増大しないようにしたもので
ある。

【００１０】具体的に、図１に示すように、請求項１に
係る発明が講じた手段は、先ず、容量可変の圧縮機（１
１）と、凝縮器（１２）と、開度調整可能な膨脹弁（Ｅ
Ｖ）と、蒸発器（１４）とが順に接続されて成る冷媒循
環回路（１）を備えた冷凍装置を前提としている。

【００１１】そして、上記膨脹弁（ＥＶ）の開度を冷凍
負荷に応じて制御する膨脹弁制御手段（２１）が設けら
れている。加えて、上記圧縮機（１１）の容量に対応し
て、該圧縮機容量が低容量になるに従って小さな値の複
数の開度判定値を有し、上記膨脹弁制御手段（２１）の
開度信号を受けて上記膨脹弁（ＥＶ）が圧縮機容量に対
応した開度判定値以下の開度を所定時間継続すると、圧
縮機（１１）の容量を低減する容量低減手段（２３）を
備えた構成としている。

【００１２】また、請求項２に係る発明が講じた手段
は、まず、容量可変の圧縮機（１１）と、凝縮器（１
２）と、膨脹機構（ＥＶ）と、蒸発器（１４）とが順に
接続されて成る冷媒循環回路（１）を備えた冷凍装置を
前提としている。

【００１３】そして、空気温度が所定温度より上昇し、
該所定温度以上の空気温度が予め定められた設定時間以
上継続すると、上記圧縮機（１１）の容量を増大させる
容量増大手段（２２）が設けられている。更に、冷凍負
荷が低下すると、上記圧縮機（１１）の容量を低下させ
る容量低減手段（２３）が設けられている。加えて、該
容量低減手段（２３）が圧縮機容量を低減すると、上記
容量増大手段（２２）の作動を予め定められた設定時間
停止させる増大停止手段（２４）が設けられた構成とし
ている。

【００１４】

【作用】上記の構成により、請求項１に係る発明では、
冷媒は冷媒循環回路（１）を循環し、蒸発器（１４）に
おいて吸込んだ空気を冷却し、該冷却空気を吹出してい
る。

【００１５】一方、上記膨脹弁（ＥＶ）の開度は、膨脹
弁制御手段（２１）によって冷凍負荷に応じて制御され
ており、例えば、蒸発器（１４）の吹出空気温度が設定
値になるように制御されている。

【００１６】そして、容量低減手段（２３）は、膨脹弁
（ＥＶ）の開度が開度判定値より小さくなり、この低開
度が所定時間継続すると、上記圧縮機（１１）の容量を
低減することになる。その際、上記容量低減手段（２
３）は、開度判定値を圧縮機（１１）の容量に対応して
複数備えているので、この圧縮機（１１）の容量に対応
した開度判定値で膨脹弁（ＥＶ）の開度を判定し、圧縮
機（１１）の容量を低減制御することになる。

【００１７】また、請求項２に係る発明では、空気温度
が所定時間継続して設定温度以上になると、容量増大手
段（２２）が圧縮機（１１）の容量を増大させる一方、
冷凍負荷が低下すると、容量低減手段（２３）が上記圧
縮機（１１）の容量を低減させる。そして、この圧縮機
（１１）の容量を低減した際、増大停止手段（２４）が
上記容量増大手段（２２）の制御を停止させ、所定時間
は圧縮機（１１）の容量が増大しないようにしている。

【００１８】

【発明の効果】従って、請求項１に係る発明によれば、
圧縮機（１１）の容量に対応した開度判定値で膨脹弁
（ＥＶ）の開度を判定して該圧縮機（１１）の容量を低
減するようにしたために、上記圧縮機（１１）の各容量
において膨脹弁（ＥＶ）を有効な開度で使用することが
できるので、上記圧縮機（１１）の容量がハンチングす
ることを確実に防止することができ、容量制御の向上を
図ることができる。

【００１９】更に、上記圧縮機（１１）の各容量におけ
る膨脹弁（ＥＶ）の制御範囲を拡大することができるこ
とから、制御領域を拡大することができる。

【００２０】更にまた、上記圧縮機（１１）の低容量状
態において膨脹弁（ＥＶ）の開度を小さくすることがで
きるので、蒸発温度を高く維持することができることか
ら、着霜量の低減を図ることができる。

【００２１】また、請求項２に係る発明によれば、上記
圧縮機（１１）の容量の低減時のみ容量が増大しないよ
うにしたために、該容量の低減時に過渡的に空気温度が
上昇しても圧縮機（１１）は現在の容量を保持すること
になり、容量のハンチングを確実に防止することがで
き、安定した制御を行うことができる。

【００２２】また、上記圧縮機（１１）を低容量で駆動
することができることから、省エネルギ化を図ることが
できる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の構成を図面に基づいて詳細に
説明する。

【００２４】図２に示すように、（１）は冷凍コンテナ
に設けられる冷凍装置の冷媒循環回路であって、図示し
ないコンテナ本体の庫内を冷却するものである。

【００２５】該冷媒循環回路（１）は、容量を１００％
の最大容量と、６７％の中容量と、３３％の最低容量と
に可変な圧縮機（１１）と、凝縮器（１２）と、レシー
バ（１３）と、開度調整可能な膨張機構である電動膨張
弁（ＥＶ）と、蒸発器（１４）と、アキュームレータ
（１５）と、ブリードポートを有する吸入電磁弁（Ｓ
Ｖ）とが順に冷媒配管（１６）によって接続されて閉回
路に構成されている。そして、上記凝縮器（１２）には
庫外ファン（１２ａ）が、蒸発器（１４）には庫内ファ
ン（１４ａ）がそれぞれ付設される一方、上記圧縮機
（１１）と凝縮器（１２）との間には３方電磁弁（Ｔ
Ｖ）が介設されている。該３方電磁弁（ＴＶ）にはホッ
トガスバイパス路（１７）の一端が接続され、該ホット
ガスバイパス路（１７）は他端が上記電動膨張弁（Ｅ
Ｖ）と蒸発器（１４）との間に接続されると共に、ドレ
ンパンヒータ（１７ａ）が形成されている。そして、上
記ホットガスバイパス路（１７）はデフロスト運転時に
ホットガスを圧縮機（１１）から蒸発器（１４）に供給
し、該蒸発器（１４）及びドレンパン（図示省略）のフ
ロストを融解するように構成されている。

【００２６】また、上記冷凍装置には各種のセンサが設
けられており、（ＨＰＳ）は圧縮機（１１）の吐出側の
高圧冷媒圧力を検出する高圧センサ、（Ｔｈ１）は蒸発
器（１４）の入口側の液管温度を検出する液管温度セン
サ、（Ｔｈ２）は蒸発器（１４）の出口側のガス管温度
を検出するガス管温度センサ、（Ｔｈ３）は蒸発器（１
４）の空気吸込側の吸込空気温度を検出する吸込温度セ
ンサ、（Ｔｈ４）は蒸発器（１４）の空気吹出側の吹出
空気温度を検出する吹出温度センサ、（Ｔｈ５）は圧縮
機（１１）の吸入側の吸入ガス温度を検出する吸入管温
度センサである。

【００２７】そして、上記各センサ（ＨＰＳ），（Ｔｈ
１）〜（Ｔｈ５）の検出信号はコントローラ（２）に入
力される一方、該コントローラ（２）は上記圧縮機（１
１）、電動膨張弁（ＥＶ）、吸入電磁弁（ＳＶ）及び３
方電磁弁（ＴＶ）等を制御するように構成されている。
すなわち、上記コントローラ（２）は、例えば、所定時
間毎に３方電磁弁（ＴＶ）を切換え制御してデフロスト
運転を制御する一方、蒸発温度が低下すると、例えば、
電動膨張弁（ＥＶ）の所定開度が一定時間継続すると吸
入電磁弁（ＳＶ）を閉動するように制御している。

【００２８】また、上記コントローラ（２）には、電動
膨張弁（ＥＶ）の膨脹弁制御手段（２１）と、圧縮機
（１１）の容量増大手段（２２）及び容量低減手段（２
３）と、増大停止手段（２４）とが設けられている。該
膨脹弁制御手段（２１）は、電動膨張弁（ＥＶ）の開度
を、冷凍モード時には液管温度センサ（Ｔｈ１）とガス
管温度センサ（Ｔｈ２）との検出信号に基づく過熱度に
よってＰＩＤ制御すると共に、冷蔵モード時には吹出温
度センサ（Ｔｈ４）の検出信号に基づく吹出空気温度に
よってＰＩＤ制御するように構成されている。

【００２９】一方、上記容量増大手段（２２）は、ＴＭ
Ｈタイマを備え、設定温度SPに対して所定の温度領域
（±0.5 ℃）を有した設定温度範囲（SP±0.5 ℃）より
吹出空気温度が上昇し、この吹出空気温度が高いまま上
記ＴＭＨタイマがタイムアップ（例えば、10分）する
と、つまり、該設定温度範囲（SP±0.5 ℃）の上限であ
る所定温度より上昇すると、上記圧縮機（１１）の容量
を１ステップ増大するように構成されている。

【００３０】また、上記容量低減手段（２３）は、ＳＤ
Ｔタイマを備え、膨脹弁（ＥＶ）が予め設定された開度
判定値より小さい開度のままＳＤＴタイマがタイムアッ
プ（例えば、30分）すると、上記圧縮機（１１）の容量
を１ステップ低減するように構成されている。更に、該
容量低減手段（２３）は、図４に示すように、２種類の
第１開度判定値X1と第２開度判定値X2とを有している。
該第１開度判定値X1は、例えば、２００PLS に設定さ
れ、上記容量低減手段（２３）は、圧縮機（１１）が最
大容量状態である場合において、電動膨張弁（ＥＶ）が
第１開度判定値X1より小さい開度を30分継続すると、圧
縮機（１１）の容量を中容量に低減し、また、上記第２
開度判定値X2は、例えば、１５０PLS に設定され、上記
容量低減手段（２３）は、圧縮機（１１）が中容量状態
である場合において、電動膨張弁（ＥＶ）が第２開度判
定値X2より小さい開度を30分継続すると、圧縮機（１
１）の容量を最低容量に低減するように構成されてい
る。尚、上記容量低減手段（２３）は、図示しないが、
上記容量増大手段（２２）と同様に、ＴＭＨタイマを備
え、設定温度SPに対して所定の設定温度領域（±0.5
℃）を有した温度範囲（SP±0.5 ℃）より吹出空気温度
が低下し、この吹出空気温度が低いまま上記ＴＭＨタイ
マがタイムアップ（例えば、10分）すると、上記圧縮機
（１１）の容量を１ステップ低減するように構成され、
上記膨脹弁（ＥＶ）の開度と吹出空気温度の何れがで圧
縮機（１１）の容量を低減している。

【００３１】上記増大停止手段（２４）は、ＣＭＴタイ
マを備え、容量低減手段（２３）によって圧縮機（１
１）の容量が低減した場合にのみ該ＣＭＴタイマを作動
させ、ＣＭＴタイマがタイムアップするまで上記容量増
大手段（２２）の制御を停止させるように構成され、上
記ＣＭＴタイマがタイムアップするまで圧縮機（１１）
の容量が増大しないようにしている。

【００３２】次に、上記冷凍装置における冷蔵モードの
運転動作について図３の制御フローに基づき説明する。

【００３３】先ず、スタートしてステップST１におい
て、定常の冷蔵運転を行い、圧縮機（１１）より吐出し
た冷媒は凝縮器（１２）で凝縮し、電動膨張弁（ＥＶ）
で膨張した後、蒸発器（１４）で蒸発して圧縮機（１
１）に戻り、庫内を冷却している。そして、このステッ
プST１からステップST２に移り、容量低減手段（２３）
が電動膨張弁（ＥＶ）の開度が開度判定値Ｘより小さい
か否かを判定する。この判定を行う場合、図４に示すよ
うに、上記圧縮機（１１）の容量に対応して開度判定値
Ｘを定め、上記圧縮機（１１）の容量が最大容量の場合
（第１ステップ）、第１開度判定値X1を用いる一方、上
記圧縮機（１１）が中容量の場合（第２ステップ）、第
２開度判定値X2を用い、それぞれ圧縮機（１１）の容量
に対応して電動膨張弁（ＥＶ）の開度が第１開度判定値
X1又は第２開度判定値X2より小さいか否かを判定する。
そして、上記圧縮機（１１）の容量が第１開度判定値X1
又は第２開度判定値X2より大きい場合は、ステップST３
に移り、通常の制御を行い、上記電動膨張弁（ＥＶ）
は、膨脹弁制御手段（２１）によって吹出空気温度が設
定温度になるように開度制御させる一方、容量増大手段
（２２）は吹出空気温度が設定温度範囲より高くなる
と、ＴＭＨタイマを作動させ、このＴＭＨタイマがタイ
ムアップするまで吹出空気温度が設定温度範囲より高い
ままであると、圧縮機（１１）の容量を１ステップ増大
させて、リターンして上述の動作を繰返すことになる。

【００３４】一方、上記ステップST２において、電動膨
張弁（ＥＶ）の開度が第１開度判定値X1又は第２開度判
定値X2より小さい場合、判定がＹＥＳとなり、ステップ
ST４に移り、容量低減手段（２３）がＳＤＴタイマを作
動させた後、ステップST５に移り、上記ステップST２と
同様に電動膨張弁（ＥＶ）の開度が各開度判定値Ｘより
小さいか否かを判定し（図５N1参照）、該電動膨張弁
（ＥＶ）の開度がそのまま小さい場合にはステップST６
に移り、上記ＳＤＴタイマがタイムアップしたか否かを
判定し、タイムアップするまでステップST５に戻る。そ
して、上記電動膨張弁（ＥＶ）の開度が小さいままＳＤ
Ｔタイマがタイムアップすると、上記ステップST６から
ステップST７に移り、容量低減手段（２３）が圧縮機
（１１）の容量を１ステップ低減する（図５N2参照）。

【００３５】その後、ステップST８に移り、増大停止手
段（２４）のＣＭＴタイマを作動させた後（図５N3参
照）、ステップST９に移り、該ＣＭＴタイマがタイムア
ップしたか否かを判定する。そして、上記ＣＭＴタイマ
がタイムアップするまで、ステップST９に待機して、上
記容量増大手段（２２）の制御を停止させる。つまり、
上記ＣＭＴタイマがタイムアップするまで、上記圧縮機
（１１）が容量を増大しないようにしている。上記ＣＭ
Ｔタイマがタイムアップすると、ステップST３に移り、
通常の制御を行うことになり、上述したように、膨脹弁
制御手段（２１）が電動膨張弁（ＥＶ）の開度を制御す
ると共に、容量増大手段（２２）が吹出空気温度によっ
て圧縮機（１１）の容量を増大制御することになる。

【００３６】また、上記ステップST５において、電動膨
張弁（ＥＶ）の開度が各開度判定値Ｘより大きくなる
と、判定がＮＯになり、ステップST10に移り、ＳＤＴタ
イマをクリアして上記ステップST３に移り、通常制御を
行うことになる。

【００３７】従って、上記圧縮機（１１）の容量に対応
した第１開度判定値X1又は第２開度判定値X2で電動膨張
弁（ＥＶ）の開度を判定して該圧縮機（１１）の容量を
低減するようにしたために、図４に示すように、上記圧
縮機（１１）の容量（第１ステップ、第２ステップ、第
３ステップ）に対応して、電動膨張弁（ＥＶ）の開度制
御範囲（M1,M2,M3）が異なることになり、電動膨張弁
（ＥＶ）を有効な開度で使用することができるので、上
記圧縮機（１１）の容量がハンチングすることを確実に
防止することができ、容量制御の向上を図ることができ
る。

【００３８】更に、上記圧縮機（１１）の各容量におけ
る電動膨脹弁（ＥＶ）の制御範囲を拡大することができ
ることから、制御領域を拡大することができる。

【００３９】更にまた、上記圧縮機（１１）の低容量状
態において電動膨脹弁（ＥＶ）の開度を小さくすること
ができるので、蒸発温度を高く維持することができるこ
とから、着霜量の低減を図ることができる。

【００４０】また、上記圧縮機（１１）の容量の低減時
のみ容量が増大しないようにしたために、該容量の低減
時に過渡的に空気温度が上昇しても圧縮機（１１）は現
在の容量を保持することになり、容量のハンチングを確
実に防止することができ、安定した制御を行うことがで
きる。

【００４１】また、上記圧縮機（１１）を低容量で駆動
することができることから、省エネルギ化を図ることが
できる。

【００４２】尚、本実施例は圧縮機（１１）の容量を３
段階に制御するようにしたが、本発明は圧縮機（１１）
の容量を４段階以上に制御するものであってもよい。そ
の際、電動膨張弁（ＥＶ）の開度判定値Ｘは、各容量に
対応して３つ以上設定することになる。

【００４３】また、本発明は、実施例の冷媒循環回路
（１）に限られるものではなく、また、冷凍コンテナに
設けられるものに限られるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図である。

【図２】冷媒回路図である。

【図３】冷蔵運転時における制御フロー図である。

【図４】電動膨張弁開度に対する冷凍能力の特性図であ
る。

【図５】時間に対する吹出空気温度と圧縮機容量と電動
膨張弁開度の特性図である。

【図６】従来例を示す電動膨張弁開度に対する冷凍能力
の特性図である。

【図７】従来例を示す時間に対する吹出空気温度と圧縮
機容量と電動膨張弁開度の特性図である。

【符号の説明】

１ 冷媒循環回路 ２ コントローラ １１ 圧縮機 １２ 凝縮器 １４ 蒸発器 ２１ 膨脹弁制御手段 ２２ 容量増大手段 ２３ 容量低減手段 ２４ 増大停止手段 Ｔｈ４ 吹出温度センサ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容量可変の圧縮機（１１）と、凝縮器
   （１２）と、開度調整可能な膨脹弁（ＥＶ）と、蒸発器
   （１４）とが順に接続されて成る冷媒循環回路（１）を
   備えた冷凍装置において、上記膨脹弁（ＥＶ）の開度を
   冷凍負荷に応じて制御する膨脹弁制御手段（２１）と、
   上記圧縮機（１１）の容量に対応して、該圧縮機容量が
   低容量になるに従って小さな値の複数の開度判定値を有
   し、上記膨脹弁制御手段（２１）の開度信号を受けて上
   記膨脹弁（ＥＶ）が圧縮機容量に対応した開度判定値以
   下の開度を所定時間継続すると、圧縮機（１１）の容量
   を低減する容量低減手段（２３）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】 容量可変の圧縮機（１１）と、凝縮器
   （１２）と、膨脹機構（ＥＶ）と、蒸発器（１４）とが
   順に接続されて成る冷媒循環回路（１）を備えた冷凍装
   置において、空気温度が所定温度より上昇し、該所定温
   度以上の空気温度が予め定められた設定時間以上継続す
   ると、上記圧縮機（１１）の容量を増大させる容量増大
   手段（２２）と、冷凍負荷が低下すると、上記圧縮機
   （１１）の容量を低下させる容量低減手段（２３）と、
   該容量低減手段（２３）が圧縮機容量を低減すると、上
   記容量増大手段（２２）の作動を予め定められた設定時
   間停止させる増大停止手段（２４）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。