JP3635119B2

JP3635119B2 - 冷凍装置及びその作動方法

Info

Publication number: JP3635119B2
Application number: JP02100395A
Authority: JP
Inventors: イヴァンスジョーホルムラルス; エルウォンスン; ジョンエリクソンリー
Original assignee: Thermo King Corp
Current assignee: Thermo King Corp
Priority date: 1994-01-14
Filing date: 1995-01-13
Publication date: 2005-04-06
Anticipated expiration: 2020-04-06
Also published as: CA2140179C; CA2140179A1; GB9500257D0; FR2715213A1; US5400609A; JPH07208827A; GB2286658A; DE19500865A1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は一般に冷凍装置に関し、特に中間圧力ポートを備えた圧縮機を利用する冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
本出願人に譲渡されている米国特許第４，８５０，１９７号は、吸込み口及び吐出し口に加えて中間圧力ポートを備えた冷媒圧縮機を用いるエコノマイザサイクルに基づく蒸気圧縮冷凍装置を開示している。高温ガス冷却及び加熱サイクルの能力を高めるためエコノマイザ熱交換器が用いられ、高温ガス冷却及び加熱サイクルは、空調されるべき積荷空間内の選択された設定温度に近い所定の温度範囲を達成してこれを維持する関連の電気または電子制御装置によって開始される。
【０００３】
本出願人に譲渡されている１９９２年１２月２９日発行の米国特許第５，１７４，１２３号（発明の名称：冷凍装置を作動させるための方法及び装置）は、エコノマイザ熱交換器に代えてエコノマイザサイクルを備えた冷凍装置内にフラッシュタンクを用いる冷凍方法及び装置を開示している。この米国特許に開示された冷凍装置を用いると、フラッシュタンク内のフロート弁が不要になり、フラッシュタンクを輸送冷凍用途に用いることができる。
【０００４】
エコノマイザサイクルを有する冷凍装置、例えば上記米国特許に開示されているような冷凍装置の信頼性及び効率を向上させると共にその制御方法及び装置を提供することが望ましく、これが本発明の目的である。
【０００５】
本発明によると、冷却サイクルと加熱サイクルにより空調スペース内に所定の設定温度を達成しこれを保持する冷凍装置であって、吸込み口、中間圧力ポート及び吐出し口を備えた冷媒圧縮機と、圧縮機用原動機と、高温ガス圧縮機吐出しラインと、第１及び第２の高温ガスラインと、高温ガス圧縮機吐出しラインを第１及び第２の高温ガスラインにそれぞれ連結する第１及び第２の位置を備えた第１の制御可能な弁手段と、空調スペースとの間で空気が循環される蒸発器と、蒸発器膨張弁と、空調スペースと熱交換関係にあり第２の高温ガスラインに連結されている補助凝縮器と、第１及び第２の冷媒流路を備えたエコノマイザ熱交換器手段と、第２の冷媒流路を通る冷媒の流量を制御するエコノマイザ膨張弁と、エコノマイザ熱交換器手段の第１の冷媒流路を介して主凝縮器を蒸発器膨張弁に連結する主液体ラインと、補助凝縮器をエコノマイザ熱交換器手段に連結する補助液体ラインと、蒸発器を圧縮機の吸込み口に連結する主吸込みラインと、エコノマイザ熱交換器手段の第２の流路を圧縮機の中間圧力ポートに連結する補助吸込みラインと、主液体ラインをそれぞれ遮断及び開放する第１の位置及び第２の位置を備えた第２の制御可能な弁手段とを有する冷凍装置の作動方法において、蒸発器膨張弁及びエコノマイザ膨張弁として所定の最高作動圧力が設定されたＭＯＰ弁を使用し、蒸発器ＭＯＰ膨張弁を用いて冷却サイクル中における圧縮機の最高作動圧力を制御し、エコノマイザＭＯＰ膨張弁を用いて加熱サイクル中における圧縮機の最高作動圧力を制御することを特徴とする作動方法が提供される。
本発明によると、さらに、吸込み口、中間圧力ポート及び吐出し口を備えた冷媒圧縮機と、圧縮機用原動機と、高温ガス圧縮機吐出しラインと、第１及び第２の高温ガスラインと、高温ガス圧縮機吐出しラインを第１及び第２の高温ガスラインにそれぞれ連結する第１及び第２の位置を備えた第１の制御可能な弁手段と、空調スペースとの間で空気が循環される蒸発器と、蒸発器膨張弁と、空調スペースと熱交換関係にあり第２の高温ガスラインに連結されている補助凝縮器と、第１及び第２の冷媒流路を備えたエコノマイザ熱交換器手段と、第２の冷媒流路を通る冷媒の流量を制御するエコノマイザ膨張弁と、エコノマイザ熱交換器手段の第１の冷媒流路を介して主凝縮器を蒸発器膨張弁に連結する主液体ラインと、補助凝縮器をエコノマイザ熱交換器手段に連結する補助液体ラインと、蒸発器を圧縮機の吸込み口に連結する主吸込みラインと、エコノマイザ熱交換器手段の第２の流路を圧縮機の中間圧力ポートに連結する補助吸込みラインと、主液体ラインをそれぞれ遮断及び開放する第１の位置及び第２の位置を備えた第２の制御可能な弁手段とより成り、冷却サイクルと加熱サイクルにより空調スペース内に所定の設定温度を達成しこれを保持する冷凍装置において、蒸発器膨張弁及びエコノマイザ膨張弁は、所定の最高作動圧力が設定されたＭＯＰ弁であり、蒸発器ＭＯＰ膨張弁は冷却サイクル中において圧縮機の最高作動圧力を制御し、エコノマイザＭＯＰ膨張弁は加熱サイクル中において圧縮機の最高作動圧力を制御することを特徴とする冷凍装置が提供される。
【０００６】
本発明の内容は、例示的に示すに過ぎない図面と関連して以下の詳細な説明を読むと一層明らかになろう。
【０００７】
【実施例】
以下の説明及び特許請求の範囲で用いる「空調スペース」という用語は、食品その他腐敗し易い物の保存、工業製品の輸送のための適切な環境の維持、人の快適感を得るためのスペースの空調等のための温度及び／または湿度が調節されるべき任意のスペース（定置及び輸送用途を含む）をいう。「冷凍装置」という用語は、人の快適感を得るための空調システムと腐敗し易い食品の保存及び工業製品の輸送のための冷凍システムの両方を総称的に包含するのに用いられている。空調スペースの温度を、選択した設定温度に調節する場合、空調スペースの温度は、選択した設定温度に近い所定の温度範囲に調節されることは言うまでもない。図１において、常開の制御可能な弁が○印で示され、常閉の制御可能な弁がマル印の中に“×”を付けて示されている。当然のことながら、関連の電気または電子制御装置（以下、「電気制御装置」という）の切替えにより、図示の消勢状態を逆にすることができる。図１において弁に向いた矢印は、弁が関連の電気制御装置によって制御されることを示している。
【０００８】
今図面を参照し、特に図１を参照すると、本発明の教示に従って構成された冷凍装置１０が示されている。冷凍装置１０は、エコノマイザサイクルを有し、吸込み口Ｓ、吐出し口Ｄ及び中間圧力ポートＩＰを備えた冷媒圧縮機１２を含む形式のものである。圧縮機１２は原動機１４で駆動され、この原動機は好ましい実施例では、一点鎖線で示すように圧縮機１２に連結された水冷内燃機関、例えばディーゼルエンジンである。原動機１４はまた、単独又は予備の原動機として電動機を含むのが良い。
【０００９】
圧縮機の高温ガス吐出しライン１８により、圧縮機１２の吐出し口Ｄは、吐出しサービス弁２２を経て第１の制御可能な弁手段２０に連結されている。第１の制御可能な弁手段２０は圧縮機高温ガス吐出しライン１８を、第１及び第２の高温ガスライン２４，２６のうち選択したいずれか一方に連結する。図１に示すように、第１の制御可能な弁手段２０は、常閉パイロット電磁弁２８及び三方弁３０を含むのが良い。パイロット電磁弁２８は、例えばＴ管継手３４を介して主吸込みライン３２を枝分かれさせることにより、圧縮機１２の低圧側を三方弁３０に選択的に連結しており、吸込みライン３２は吸込みラインサービス弁３６を経て圧縮機１２の吸込み口Ｓに連結されている。パイロット電磁弁２８は、全体を矢印２９によって示す手段を介して電気制御装置３８によって操作自在に制御される。パイロット電磁弁２８を消勢して閉鎖すると、三方弁３０は圧縮機高温ガス吐出しライン１８と第１の高温ガスライン２４とを相互に連結し、電気制御装置３８がパイロット電磁弁２８を付勢して開放すると、三方弁３０は圧縮機の圧力によって動作して圧縮機高温ガス吐出しライン１８と第２の高温ガスライン２６を相互に連結する。
【００１０】
第１及び第２の高温ガスライン２４，２６は高温圧縮機吐出しガスを冷却回路４０及び加熱回路４２にそれぞれ差し向ける。冷却回路４０は、凝縮器コイル４６及び凝縮器用送風手段４８を含む主冷媒凝縮器手段４４を有する。第１の高温ガスライン２４は凝縮器コイル４６の入口側に連結され、出口側は、逆止弁５４を含む主液体ライン５２を介して冷媒受液器５０の入口５１に連結されている。冷却回路４０及び主液体ライン５２は、受液器５０の出口５３から、冷媒ハイドレータまたは乾燥機５８、エコノマイザ熱交換器手段６０及び第２の制御可能な弁手段６２、例えば矢印６３で指示する手段により電気制御装置３８によって操作自在に制御される常開電磁弁を経て、蒸発器の膨張弁５６の入口側に連結されている。
【００１１】
エコノマイザ熱交換器手段６０は第１及び第２の冷媒流路６４，６６を有し、第１の冷媒流路６４は液体ライン５２内の熱交換器コイル６８を有する。第２の冷媒流路６６は、熱交換器コイル６８を包囲するよう配置されたシェルまたはハウジング７０を含み、シェル７０は冷媒入口７２及び冷媒出口７４を有する。第２の流路６６はＴ管継手７６及び導管７７を経て主液体ライン５２から枝分かれし、エコノマイザ膨張弁７８はＴ管継手７６とシェル入口７２との間で導管７７に連結されている。かくして、主液体ライン５２を流通している液状冷媒の一部は、エコノマイザ膨張弁７８を通って第２の冷媒流路６６内へ差し向けられ、冷媒をシェル７０内で膨張させ、熱交換器コイル６８を通って流れる液状冷媒を過冷することによりエコノマイザサイクルを生じさせる。シェル出口７４は、補助吸込みライン８０及びサービス弁８２を経て圧縮機１２の中間圧力ポートＩＰに連結されている。シェル７０内の冷媒は、圧縮機の吸込み口Ｓに戻っている冷媒よりも圧力が高く、かくしてより高い圧力の中間ポートＩＰに戻される。
【００１２】
エコノマイザ熱交換器手段６０は、熱をエコノマイザ熱交換器手段６０を流通している冷媒に選択的に追加するための加熱手段８４を更に有する。原動機１４が液体冷却式内燃機関である本発明の好ましい実施例では、加熱手段８４は、全体を矢印８９で示す手段を介して電気制御装置８４によって操作自在に制御される常閉電磁弁であるのが良い第３の制御可能な弁手段８８を経て液体冷却剤を原動機１４から受け入れるよう連結された加熱または水ジャケット８６を有する。原動機１４と関連のある液体冷却剤回路からの液体冷却剤は、第１の液体流れ導管９０を経て水ジャケット８６の入口側に流入し、液状冷却剤は水ジャケット８６から第２の液体流れ回路９４を経て水ポンプ９２に戻される。弁８８及び導管９０は原動機１４と関連のあるサーモスタットＴを通らないで原動機１４の液体回路に連結されている。第２の冷媒流路６６を通る冷媒の流量は、熱量球９６で指示されるように出口７４のところの冷媒温度の関数としてエコノマイザ膨張弁７８によって制御される。
【００１３】
原動機１４が電動機である場合、水ジャケットではなくて加熱ジャケット８６は、電気抵抗コイルであるのが良く、第３の制御可能な弁手段８８に代えてオン／オフスイッチを用いる。また、好ましくは熱をシェル７０の外部に加えている間、液状冷媒冷却剤はシェル７０内に配置された熱交換器コイルに差し向けられ、電気抵抗をシェル７０の外部を加熱するのではなくシェル７０内に配置するのが良いことはいうまでもない。
【００１４】
冷却回路４０は、冷却回路４０の高圧側と低圧側を互いに分離する蒸発器用膨張弁５６から、冷媒を蒸発器手段１００に分配する冷媒分配器９８を介して連続している。蒸発器手段１００はディストリビュータ９８から冷媒を受け入れる複数の流路を備えた蒸発器コイル１０２及び蒸発器用送風手段１０４を有する。送風手段１０４は空気を全体を１０６で示す空調スペースと蒸発器コイル１０２との間で空気を循環させる。蒸発器１０２の出口側は冷媒を圧縮機１２の吸込み口Ｓに戻すよう上述の主吸込みライン３２に連結されている。エコノマイザ熱交換器手段６０の第１の流路６４を通る流量はかくして、蒸発器膨張弁５６によって制御され、それにより熱量球１０７によって指示されるように蒸発器コイル１０２から出た冷媒蒸気の加熱の度合いに応じて流量を調節する。
【００１５】
加熱回路４２は、第２の高温ガスライン２６、補助凝縮器１０８及び補助液体ライン１１０を有している。補助凝縮器１０８は蒸発器手段１００と関連しており、かくして空調スペース１０６と熱交換関係にある。第２の高温ガスライン２６は補助凝縮器１０８の入口側に連結され、補助凝縮器１０８の出口側は補助液体ライン１１０に連結されている。補助液体ライン１１０はＴ管継手１１２を経て主液体ライン５２から枝分かれしており、逆止弁１１４は、主液体ライン５２から補助凝縮器１０８への流れを防止するよう補助液体ライン１１０中に設けられている。
【００１６】
本発明の好ましい実施例では、補助凝縮器１０８は互いに直列に連結された第１及び第２の部分１１６，１１８に分けられ、これら部分１１６，１１８はそれぞれ熱を空調スペース１０６に加えるための霜取りパンヒーターコイル及び加熱コイルとして機能する。図２は、蒸発器手段１００及び補助凝縮器手段１０８の適当な具体的構成例の略図であり、加熱コイル１１８は、蒸発器コイル１０２を構成する複数の列または流路のうち１つの列または冷媒流路を用いて構成される。矢印１２０で指示する空調スペース１０６からの戻り空気は、送風手段１０４によってプレナム１２２内へ引き込まれ、蒸発器コイル１０２の流路及び補助凝縮器１０８と関連のある１または２以上の流路を含む複数の冷媒流路を通って流れるようになり、加熱コイル１１８は上述の蒸発器コイル１０２を構成する構造体内で熱交換器間の列のうち１または２以上である。プレナム１２２を通る空気の流れ方向に対する加熱コイル１１８の位置は、冷凍装置１０の特定の用途に応じて定まる。用途上、脱水が必要であれば、図２に示すように、流入空気に最も近い管位置または列を選択することになる。脱水が必要でなければ、選択された列を中央に配置して蒸発器コイル１０２の霜取りサイクルの能力を高めるのが良い。しかしながら空気の流れの流入側に加熱コイル１１８が近接している場合でも、霜取りは迅速に行われる。というのは、霜取り中、電気制御装置３８によって制御される制御可能な霜取りダンパ１２４が閉鎖されているからであり、この霜取りダンパ１２４は蒸発器コイル１０２を構成する管束の列のほぼ全てに迅速に空気を循環させ、熱を加熱コイル１１８から構造体の全ての列に迅速に分散させる。矢印１２６で指示された吐出しまたは調和空気は送風手段１０４によって空調スペース１０６内へ送り戻される。戻り空気及び吐出し空気の温度センサ１２８，１３０は電気制御装置３８のための制御信号を発生させる。図１に示すように、周囲空気温度センサ１３２もまた電気制御装置３８への入力を発生させることができる。
【００１７】
本発明の望ましい実施例では、冷媒ベントライン１３３が設けられ、ベントライン１３３は符号１３４で示すように所定サイズのオリフィスを有している。ベントライン１３３は、冷却サイクル中、吸込み圧力を加熱回路４２に及ぼすよう連結されており、それにより冷凍装置につき冷媒に課される全体的な要件を増すことなく、加熱回路４２内に取り込まれた冷媒を冷却回路４０内へ強制的に送り込むことによって冷却サイクルの能力を高める。冷媒ベントライン１３３は、三方弁３０と逆止弁１１４との間の回路、即ち第２の高温ガスライン２６、補助凝縮器１０８及び補助液体ライン１１０を含む加熱回路４２と、冷却回路４０の低圧側、即ち蒸発器膨張弁５６の出口側と圧縮機１２の吸込み口Ｓとの間の冷却回路との間に連結されている。本発明の好ましい実施例では、霜取りパンコイル１１６は加熱コイル１１８と直列に連結され、冷媒ベントライン１３３はコイル１１６と１１８との間の接合部またはＴ管継手１３６から２つの所定の点のうち一方に連結されている。図１に示す本発明の実施例では、ベントライン１３３は冷媒分配器９８に連結されている。図６（これについては後述する）は他方の所定の点を示している。これら好ましい構成を用いると、ベントライン１３３の長さが最短になり、しかも霜取りサイクル中ベントライン１３３を霜取りできるという利点が得られる。加熱／霜取りサイクル中、ベントライン１３３はキャパシティロスを生じるので、ベントオリフィス１３４は加熱／霜取りサイクル中、このキャパシティロスを最小限に抑えるために好ましくは約０．０３〜０．１インチ（０．８〜２．５ｍｍ）の範囲であるように選択されている。
【００１８】
本発明の別の好ましい実施例では、圧縮機油ドレンライン１３８がシェル７０の低点１４０から２つの所定点のうち一方に連結されている。図１に示す本発明の実施例では、補助吸込みライン８０の高さ方向においてより低い点に連結され、補助吸込みライン８０へのより低い高さ位置での連結部はＴ管継手１４２で示されている。図６（これについては後述する）は、ドレン点１４０よりも補助吸込みライン８０の高さ方向においてより高い点である他方の所定点を示している。圧縮機１２からの排出後、高温ガスと共に装置内へ運び込まれる圧縮機油は少なくとも一部がシェル７０内の液状冷媒と混和しやすい。シェル７０内に溜った圧縮機油は、シェル７０内で起る満液方式の蒸発と熱交換器コイル６８との間の伝熱効率を低下させる。ドレンライン１３８の図１の実施例では、ドレンライン１３８は外径（ＯＤ）が０．２５インチ（６．３５ｍｍ）でありオリフィスが０．０９インチ（２．３ｍｍ）である管材を用いて構成すると十分に機能することが判明した。かくしてドレンライン１３８を用いると、シェル内の圧縮機油の濃度を減少させることができ、その時点における運転条件に応じて伝熱効率が２１％〜６０％増大するという利点が得られる。また、ドレンライン１３８は計量した量の液状冷媒を圧縮機１２に戻し、油及び液体冷媒を中間圧力ポートＩＰ内へ注入する。計量した量の液体冷媒は蒸発して圧縮機を冷却し、圧縮機１２の排出温度を所望の限度内に保つ。
【００１９】
中間圧力ポートＩＰを備える圧縮機では通例のことであるが、エコノマイザバイパス弁と呼ばれる常閉の制御可能な弁１４４が設けられ、この制御可能な弁１４４は開放するとエコノマイザ冷媒蒸気を吸込み口Sにバイパスさせる。バイパス弁１４４は全体を矢印１４７で示す手段を介して電気制御装置３８によって操作自在に制御される。弁１４４は圧縮機１２の内部に配設されても、図示のように外部に配設されても良く、弁１４４は補助吸込みライン８０及び主吸込みライン３２から枝分かれさせるＴ管継手１４６と１４８との間に連結されている。エコノマイザバイパス弁１４４の通常の使用状態は、圧縮機の圧送能力が制限されないようにするため加熱／霜取りサイクル中は開放状態であることが必要である。加熱／霜取りサイクル中、吸込口Ｓへの通常流れは遮断される。もし圧縮機１２が中間圧力ポートＩＰを通して圧送するだけであるならば、圧送能力を制限しても良く、また主吸込みラインに真空が引かれる。開放状態のバイパス弁１４４を介する補助吸込みラインと主吸込みラインとの間の開放ラインにより、これらの問題点が解決される。また、バイパス弁１４４は、設定温度に達したときに空調スペース１０６内の温度調節を行うことができるよう圧縮機１２をアンロードするため冷却サイクル中、温度制御アルゴリズムの一部として開放するのが良い。空調スペース１０６の設定温度は、電気制御装置３８への入力を発生する設定温度セレクタ１４５で設定される。
【００２０】
本発明の望ましい実施例では、エコノマイザバイパス弁１４４は、原動機１４が内燃機関である場合、もう１つの機能、即ちエンジン負荷管理を行うことができる。エンジン冷却剤の温度及び排気温度を妥当な限度内に維持することが望ましい。特に周囲温度は高いときにエンジン１４に加わる負荷が過剰である場合、エンジン１４をアンロードして所望の限度を維持することが望ましい。かくして、本発明の教示によれば、エンジン１４に対する負荷をモニターし、負荷が所定値を上回るとバイパス弁１４４を電気制御装置３８によって開放し、弁１４４は、モニターした負荷が所定の小さな値より小さくなるまで開放状態のままである。例えば、圧縮機の吐出し圧力をモニターすることによりエンジン１４に対する負荷をモニターするのが良い。吐出し圧力センサー１５０により、圧縮機吐出し圧力の示度又は指示値を電気制御装置３８に与える。吐出し圧力が所定値、例えばＲ２２冷媒について３６０ｐｓｉｇ（２４８２ゲージｋPa）の値に達すると、電気制御装置３８はエコノマイザバイパス弁１４４を付勢してこれを開放しエンジン１４をアンロードする。吐出し圧力が所定値、例えばＲ２２については３１４ｐｓｉｇ（２１６５ゲージｋPa）に下がると電気制御装置３８はバイパス弁１４４を消勢してこれを閉鎖する。エンジン負荷の別の示度、例えばエンジン冷却剤回路１５４と連携した温度センサー１５２によって検出されるエンジン冷却剤温度を用いても良い。例えば、２１０°Ｆ（１０１°Ｃ）に至るエンジン冷却剤温度の上昇を利用して弁１４４の開放を開始するのが良く、これに対して２０９°Ｆ（９３°Ｃ）への温度低下により閉鎖を開始させることができる。また、排気温度を用いると排気導管１５８と関連した温度センサー１５６によって検知されるエンジン負荷を支持できる。例えば、８５０°Ｆ（４５４°Ｃ）に至る排気温度の上昇により、弁１４４の開放を開始させることができ、８００°Ｆ（４２６°Ｃ）への温度の低下により閉鎖を開始させることができる。
【００２１】
本発明の別の実施例では、圧縮機を冷却するためにエンジン冷却剤が用いられる。圧縮機１２が高圧力比で圧縮を行っており且つ冷媒の比熱が高い場合、圧縮機１２は吐出し温度を制限するために冷却をある程度必要とし、そこで吐出しサービス弁２２にネオプレンまたは類似材料のＯリングシールを用いるのが良い。圧縮機の冷却は、圧縮機１２から油を得て、この油を油冷却器１６０内で冷却しそしてこの油を中間点で圧縮機１２に注入して戻すが、その作用効果によりシャフトシールが潤滑される。エンジン冷却剤は好ましくはエチレングリコールと水の溶液である。例えエンジン及び圧縮機の冷却要件が互いに異なるものであっても、単一のサーモスタットを用いてエンジンと圧縮機油の両方を冷却することが望ましい。圧縮機１２及びエンジン１４は共に熱すぎても、冷たすぎてもいけず、圧縮機１２は大抵の作動状態の間、エンジン１４よりも一層早く昇温する。
【００２２】
もっと具体的に述べると、入口１６１及び出口１６３を備えた圧縮機油冷却器１６０が設けられ、この油冷却器１６０は、導管１６６，１６８を介して圧縮機油溜め１６４に連結された熱交換器コイル１６２を有する。水ジャケット１７０が熱交換器コイル１６２を包囲し、水ジャケット１７０はエンジン冷却剤回路１５４に連結されている。エンジン冷却剤回路１５４は、上述の冷却剤ポンプ９２だけではなくて、サーモスタット１７２、ラジエータ１７４及び膨張タンク１７６をも有している。エンジン冷却剤は膨張タンク１７６内で符号１７７で示されている。図示のように、水ジャケット１７０は、導管１７８を介してサーモスタット１７２から冷却剤を受け取って冷却剤を導管１８０によってポンプ９２に戻すよう連結するのが良い。
【００２３】
図３及び図４は、エンジン冷却剤回路１５４内への油冷却器１６０の連結に関連した本発明の望ましい実施例を示している。図３はバイパス式のサーモスタット１８２の使用に関する。バイパスサーモスタット１８２は第１の入口１８４、第２の入口１８６及び出口１８８を有している。バイパスサーモスタットが最初に入口１８６を閉鎖し、冷却剤が全てラジエータ１７４をバイパスするようにしてついには冷却剤の温度が所定値まで上がり、その時点で入口１８６が開き始め入口１８４が閉じ始める。所定の高い温度では、サーモスタット入口１８４は実質的に閉じられ、入口１８６は実質的に完全に開かれ、全ての冷却剤はラジエータ１７４を通って循環することになる。サーモスタット１８２の位置とは無関係に何時でも一定流量の冷却剤が油冷却器１６０を通って流れるようにするために、水ジャケットは、サーモスタット１８２及びラジエータ１７４から見て下流側に位置するサーモスタット１８６の出口１８８に連結されている。
【００２４】
図４は、単一の入口１９２及び単一の出口１９４を備えたチョーク式のサーモスタット１９０を用いる構成を示している。チョーク式サーモスタット１９０は所定温度以下ではほぼ完全に閉じられており、所定温度に達すると、開き始め、所定の高い温度で完全開放位置に達する。図３の実施例に示すように油冷却器１６０をラジエータ１７４及びサーモスタット１８２から見て下流側に連結するのではなく、図４の実施例では、油冷却器１６０はサーモスタット１９０の上流側に、即ちサーモスタット１９０の入口１９２の前で液体冷却剤回路１５４に分流させるＴ管継手１９６の所に連結されている。かくして、油冷却器１６０はサーモスタット１９０の内部流れ位置とは無関係に冷却剤の流れを受け入れる。
【００２５】
上述の特徴を有し、圧縮機１２に対する種々の熱交換器及び原動機１４のサイズが経済性を与えるように決められた冷凍装置１０を構成して作動させるため、それと同時に圧縮機の吐出し圧力及び温度並びにエンジンの負荷を制御下に保つようにするために、エコノマイザバイパス弁１４４に関する上述の任意的なエンジン負荷管理による使用に加えて、或る形式のキャパシティ制御を行うことが望ましい。これを達成するのに最も簡単な方法は、冷凍装置の低圧側、即ち吸込み側において、例えば吸込みライン絞り弁か、または最高作動圧力（ＭＯＰ）蒸発器膨張弁のかのいずれかで圧力降下を生じさせることである。しかしながら、吸込みライン絞り弁またはＭＯＰ蒸発器膨張弁を用いて圧縮機吐出し圧力及び温度並びにエンジン負荷を制御下に保つためには、冷却モードと加熱／霜取りモードのうち一方は絞りが大きすぎるという不都合を生じることになる。というのは２つのモードでは所望の圧力降下が互いに異なるからである。
【００２６】
本発明の好ましい実施例では、蒸発器膨張弁５６及びエコノマイザ膨張弁７８としてそれぞれ最大作動圧力が関連の作動モードにとって最適な値に設定されたＭＯＰ膨張弁を使用することにより、弁を追加しなくて、吸込み圧力制御に関する妥協を不要にする。ＭＯＰ蒸発器膨張弁５６はかくしてエコノマイザＭＯＰ膨張弁の設定値と比較して比較的低い設定値を有し、蒸発器ＭＯＰ膨張弁５６は冷却サイクル中、最高圧縮機作動圧力を制御し、エコノマイザＭＯＰ膨張弁７８は加熱／霜取りサイクル中、最高圧縮機作動圧力を制御する。例えば、Ｒ２２の冷媒では、主ＭＯＰ膨張弁５６は通常、１０ｐｓｉａ〜５０ｐｓｉａ（６８．９６絶対ｋPa〜３４４．７絶対ｋPa）の範囲内での或る特定の最高圧力をもたらすよう設定され、これに対してエコノマイザＭＯＰ膨張弁は通常、６０ｐｓｉａ〜１００ｐｓｉａ（４１３．７絶対ｋＰａ〜６８９．５絶対ｋＰａ）の範囲内の或る特定の最高圧力をもたらすよう設定されている。
【００２７】
図５は、本発明の教示に従って実行される作動モードを備え、原動機１４または圧縮機１２の運転を停止させることなく空調スペース１０６の温度を設定温度に近いナル温度範囲内に円滑に維持する複数の選択可能なナル作動モードを含む制御アルゴリズム１９８を示している。この構成によれば、蒸発器用送風手段１０４により常時一定の空気量が確保され、空調スペース１６０のどこでも実質的に一定の温度が維持される。かくして、空調スペース内に保存された腐敗し易い積荷のトップフリージング（top freezing）の恐れなく、設定温度に非常に近い温度に制御することができる。
【００２８】
図５の制御アルゴリズム１９８の左側は、空調スペース１０６内の温度が低下している場合の作動モード間の制御誤差切換え点を示し、右側は空調スペース１０６内の温度が上昇している場合の制御誤差切換え点を示している。電気制御装置３８は、温度センサー１２８，１３０のいずれか一方或いは両方によって検知される空調スペース１０６の温度と設定温度ＳＰとの間の差の関数として制御誤差を計算する。
【００２９】
図５はまた、制御アルゴリズムの互いに異なる作動モードを実行する制御可能な弁２８，６２，８８，１４４の開放／閉鎖パターンを示している。“Ｃ”は関連の弁が閉鎖し、“Ｏ”は弁が開放していることを示し、バイパス弁１４４の“Ｘ”は圧縮機１２をロードしたりアンロードすることにより追加の同調温度の微調整が可能なよう開閉できることを示している。例えば、滑り弁、スロット弁または持上げ弁を備えた圧縮機１２の内部アンローディング、即ち押退け量の減少により、当該技術分野で周知のように温度の微調整を行うのが良い。
【００３０】
空調スペース１０６の温度は初期のプルダウン（引下げ）の段階にあり、かくして冷凍装置１０は完全または最高冷却状態にあると見なされよう。原動機１４が内燃機関である場合、エンジン速度は通常は、高速、低速と呼ばれる２つの速度の間で電気制御装置３８によって制御され、温度引下げが高速冷却モード２００で開始されて最高冷却状態が得られるようになる。パイロット電磁弁２８が閉鎖されて、三方弁３０が冷却回路４０を選択するようにし、液体ライン弁６２が開き、蒸発器コイル１０２が冷却モードで機能できるようになり、エンジン冷却剤弁８８が閉じられて、エコノマイザ熱交換器６０に熱が加わらないようにし、エコノマイザバイパス弁１４４が閉じられることになる。かくして、液体高圧冷媒はシェル７０によって構成される第２の冷媒流路内の冷媒の膨張中の満液式蒸発状態により熱交換器コイル６８内で過冷されることになる。冷媒は吸込み口Ｓ及び中間圧力ポートＩＰの両方を介して圧縮機１２に戻る。
【００３１】
制御誤差が符号２０２で示す点まで下がると、エンジン１４は、制御可能な弁開放／開放パターンに変化なくその２つの標準的な作動速度のうちの低い方に切り換えられ、かくして低速冷却作動モード２０４に入る。
【００３２】
符号２０６で示す制御誤差がさらに低い状態では、低速部分または減少冷却モード２０８が、エンジン冷却剤弁８８の開放により開始される。かくして、熱交換器コイル６８内の高圧液状冷媒の過冷の度合いは減少し、空調スペース１０６の冷却速度が減少し、そこでより遅く且つ一段と制御された速度で設定温度ＳＰに近付く。
【００３３】
設定温度ＳＰに達すると、設定温度ＳＰに近いナル温度範囲に入り、このナル温度範囲は本発明の好ましい実施例では、複数の互いに異なるナル作動モード、例えば第１の作動モード２１０、第２の作動モード２１２、第３の作動モード２１４に分けられており、各ナル作動モードはそれぞれ制御可能な弁位置の互いに異なる開放／閉鎖パターン２１１，２１３，２１５によって実行される。第１のナルモード２１０は設定点ＳＰで開始され、第２のナル作動モード２１２は点２１６で示す僅かに大きな制御誤差で開始され、第３のナル作動モード２１４は点２１８で示すより大きな制御誤差で開始される。原動機１４及び圧縮機１２はこれら３つ全てのナル作動モードの間、動作状態のままであり、エンジン１４は低速設定状態を維持する。
【００３４】
設定点ＳＰに最も近い第１のナルモード２１０では、蒸発器１００内で加熱と冷却の両方が起り、低速部分冷却モード２０８に急激に戻るのを防止するため冷却に重点が置かれる。また冷却に重点が置かれることにより、或る程度の減湿が行われる。第１のナル作動モードを実行するに当たり、パイロット電磁弁２８を開いて高温圧縮機排出ガスの流れを加熱回路４２に切り換え、その間液体ライン弁６２を開放位置に維持して冷却が蒸発器１０２内で起ることができるようにする。換言すると、流路が、第２の高温ガスライン２６、補助凝縮器１０８、受液器５０、熱交換器コイル６８を通って流れる液状冷媒を過冷するエコノマイザ熱交換器６０を通る流路６４と６６の両方、膨張弁５６及び蒸発器コイル１０２を含み、冷媒は吸込み口Ｓと中間圧力ポートＩＰの両方に戻される。
【００３５】
ナル作動モードを終了させる制御誤差の間の中間の第２のナルモード２１２では、蒸発器手段１００内では冷却も加熱も行われず、エンジン冷却剤１７７は水ジャケット８６を通って循環し、シェル７０内の冷媒を、圧縮機１２に戻ることができるよう完全蒸発状態に保ち、それと同時にエンジン冷却剤の所望の冷却を行う。第２のナル作動モード２１２を実行するに当たり、パイロット電磁弁２８を閉鎖して高温圧縮機排出ガスを第１の高温ガスライン２４に戻るよう切り換え、それにより補助凝縮器１０８が空調スペース１０６に熱を加えないようにし、液体ライン弁６２を閉鎖して蒸発器コイル１０２が空調スペース１０６から熱を奪わないようにし、そしてエンジン冷却剤弁８８を開放してエンジン冷却剤がシェル７０内の冷媒に熱を捨てることができるようにする。またバイパス弁１４４を開いて冷凍装置１０の吸込み側が真空内へ引かれないようにすることができる。
【００３６】
かくして、第２のナル作動モード２１２では、冷却剤流れ回路は、高温ガスライン１８，２４、凝縮器４６、受液器５０、エコノマイザ熱交換器手段６０を通る第２の流路６６、補助吸込みライン８０及び主吸込みライン３２を含む。
【００３７】
第３のナル作動モード２１４はこれまた、蒸発器手段１００内で加熱と冷却の両方を行うが、これは第１の作動モード２１０と類似しているけれども第１のナル作動モード２０４よりも一層多量の熱が冷媒に加えられるようになり、作動モードがナルモード２１２からナルモード２１４に切り換わるときにエンジン冷却剤弁８８が開放状態のままであるようにすることにより、空調スペース１０６の温度をナル温度範囲内に維持するようにする。かくして、第３のナル作動モード２１４を実行するに当たり、パイロット電磁弁２８を開いて加熱回路４２を選択し、液体ライン電磁弁６２を開き、そしてエンジン冷却剤弁８８が開放状態のままであるようにする。冷媒流路は第１のナル作動モード２０４に関して説明したのと同一であり、熱交換器コイル６８内の液状冷媒の過冷の度合いが低くなる。或る程度の冷却が蒸発器１００内で行われるので或る程度の減湿も行われる。
【００３８】
かくして、ある任意の時点において、制御誤差が設定温度に近い場合、空調スペース１０６の熱損失または熱利得にマッチングしようとする関連のナル作動モードが選択され、蒸発器１０２及び補助凝縮器１０８によって熱が空調スペースに加えられたりこれから奪われたりする。
【００３９】
もし第３のナル作動モード２１４が制御誤差の増大を抑えることなく、第３のナル作動モード２１４で必要な熱よりも一層多量の熱が必要であることが示されると、符号２２０で示された制御誤差の値より低速部分加熱モード２２２が開始され、それによりパイロット電磁弁２８が、液体ライン弁６２及びエンジン冷却剤弁８８が閉鎖されている間、開放状態を保つことができる。また、エコノマイザバイパス弁１４４を開くと、圧縮機の圧送能力の制限が防止されると共に真空が吸込みライン３２内に引かれるのが防止される。冷媒流路は、高温ガスライン１８，２６、補助凝縮器１０８、補助液体ライン１１０、受液器５０、エコノマイザ熱交換器６０を通る第２の冷媒流路６６、補助ライン８０、及び補助吸込みライン８０、主吸込みライン３２を含む。
【００４０】
もし制御誤差が増大し続け、符号２２４で示す値に達すると、より高い加熱度で低速の加熱モード２２に入り、エンジン冷却剤弁８８を開放することにより追加の熱が加えられる。パイロット電磁弁２８及びバイパス弁１４４は開状態を保ち、液体ライン弁６２は閉鎖状態のままである。冷媒流路は部分熱作動モード２２２と同一である。
【００４１】
もし制御誤差が増大し続け、符号２２８で示す値に達すると、エンジン１４を２つの作動速度のうちの高い方、即ち高速熱作動モード２３０に切り換えることにより最高加熱状態が達成される。弁開放／閉鎖パターンは、低速熱作動モード２２６のものと同一のままである。
【００４２】
空調スペース１０６内の温度の上昇により、今説明した作動モードは、僅かに異なる制御誤差で、即ち制御アルゴリズムを高い方へ逆の順序で入り、直前の作動モードに迅速にスイッチバックするのを防ぐヒステリシスを与える。
【００４３】
図６は、使用することができる図１の冷凍装置１０の２つの望ましい変形例を示している。図６と図１の同一の符号は同一の構成要素を示すものとし、類似しているが変更を施した構成要素には図６ではプライム記号が付けられている。第１の変形例はベントライン１３３に関連している。ベントライン１３３の第２の端を冷媒分配器９８に連結する代わりに、これを、主吸込みライン３２に設けられていて、蒸発器コイル１０２から見て下流側に位置し、蒸発器コイル１０２と熱量球１０７との間のＴ管継手１９７に連結している。この構成は図１の実施例と比べて、分配器９８内における分配管と関連のある圧力降下を回避できるという点で有利である。
【００４４】
第２の変形例は油ドレンライン１３８と関連している。図１に示しているように冷凍装置１０の一時的な検査の間、冷凍装置１０をボックス温度が７０°Ｆ（２１．１°Ｃ）、周囲温度１２０°Ｆ（４８．９°Ｃ）の状態で低速冷却モードで動作させた。次に、圧縮機１２の運転を停止した。圧縮機１２がオフの間、ボックス温度を３５°Ｆ（１．６７°Ｃ）の状態に維持しながら、周囲を数時間の間、−２５°Ｆ（−３１．６７°Ｃ）に変化させた。かかる作業の間、冷媒は低温の周囲に移動し、かくして凝縮器コイル４６は通常な任意の構成要素のうち最も早いものを冷却する。しかしながらこのようにならなかった。というのは、出口１４０の下方で補助吸込みライン上の点に連結された油戻りドレンライン１３８により、エコノマイザ液体が圧縮機１２に流れることができたからである。かくして、圧縮機１２は凝縮器コイル４０よりも一層早く冷却し、大抵の冷媒液体は圧縮機１２内で終わった。各種条件におけるこの急激な変化は、実際の作動条件の間では起こりにくい。しかしながら、例えかかる過酷な試験の間においても、図６に示す油ドレン構成によってこの望ましくない結果を防止することができる。ドレンライン１３８′はドレン点１４０のレベルの上方で上方に延びるよう差し向けられ、液体ライン７７と熱交換関係にあるが、それにより油戻りラインは油冷媒液体リフトまたはパーコレータとして機能する。枝分かれ点であるＴ管継手１４２′は、ドレン点１４０の上方の高さ位置で補助吸込みライン８０上に位置する。ドレンライン１３８′の図６の実施例は、油濃度をエコノマイザ熱交換器６０内で低い状態に保ち、圧縮機１２の運転が停止すると、ドレンライン１３８′は液状冷媒を圧縮機１２内へ流れ出ないようになる。高圧凝縮温度液体ライン７７は部分的に沸騰する液状冷媒−油溶液によって過冷される。ドレンライン１３８′の垂直油リフト部分は外径が０．２５インチ（６．３５ｍｍ）の１本または２本以上の管によって構成され、油戻りラインの水平部分は外径が０．３７５インチ（０．９５ｍｍ）の管である。またドレンライン１３８′の図６の実施例は、図１の実施例の温度制御に関する利点をもっており、エコノマイザ吸込み温度を直接制限すると共に排出温度を間接的に制限する。
【００４５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の教示に従って構成された冷凍装置の略図であり、冷凍装置がエコノマイザサイクルを有する図である。
【図２】空調されるべきスペースと直接関連している図１に示す装置の部分の具体的構成例の概略詳細図である。
【図３】冷媒圧縮機によって利用される潤滑油の冷却と関連していて、エンジン冷却剤及びバイパスタイプの単一サーモスタットを用いる図１に示す冷凍装置の変形例を示す図である。
【図４】冷媒圧縮機によって利用される潤滑油の冷却に関連していて、エンジン冷却剤及びチョーク式の単一のサーモスタットを利用する図１の冷凍装置のもう１つの変形例を示す図である。
【図５】本発明の教示に従って具体化された加熱作動モード、冷却作動モード、ナル作動モードを備える制御アルゴリズムを示す図である。
【図６】本発明の教示に従って構成された図１に示す冷凍装置の別の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１０冷凍装置
１４原動機
１８吐出しライン
２０制御可能な弁手段
３２主吸込みライン
４４凝縮器
５２主液体ライン
５６蒸発器膨張弁
６０エコノマイザ熱交換器手段
６４，６６冷媒流路
７８エコノマイザ膨張弁
８０補助吸込みライン
１０６空調スペース
１０８補助凝縮器
１１０補助液体ライン

Claims

冷却サイクルと加熱サイクルにより空調スペース内に所定の設定温度を達成しこれを保持する冷凍装置であって、吸込み口、中間圧力ポート及び吐出し口を備えた冷媒圧縮機と、圧縮機用原動機と、高温ガス圧縮機吐出しラインと、第１及び第２の高温ガスラインと、高温ガス圧縮機吐出しラインを第１及び第２の高温ガスラインにそれぞれ連結する第１及び第２の位置を備えた第１の制御可能な弁手段と、空調スペースとの間で空気が循環される蒸発器と、蒸発器膨張弁と、空調スペースと熱交換関係にあり第２の高温ガスラインに連結されている補助凝縮器と、第１及び第２の冷媒流路を備えたエコノマイザ熱交換器手段と、第２の冷媒流路を通る冷媒の流量を制御するエコノマイザ膨張弁と、エコノマイザ熱交換器手段の第１の冷媒流路を介して主凝縮器を蒸発器膨張弁に連結する主液体ラインと、補助凝縮器をエコノマイザ熱交換器手段に連結する補助液体ラインと、蒸発器を圧縮機の吸込み口に連結する主吸込みラインと、エコノマイザ熱交換器手段の第２の流路を圧縮機の中間圧力ポートに連結する補助吸込みラインと、主液体ラインをそれぞれ遮断及び開放する第１の位置及び第２の位置を備えた第２の制御可能な弁手段とを有する冷凍装置の作動方法において、
蒸発器膨張弁及びエコノマイザ膨張弁として所定の最高作動圧力が設定されたＭＯＰ弁を使用し、
蒸発器ＭＯＰ膨張弁を用いて冷却サイクル中における圧縮機の最高作動圧力を制御し、
エコノマイザＭＯＰ膨張弁を用いて加熱サイクル中における圧縮機の最高作動圧力を制御することを特徴とする作動方法。
蒸発器ＭＯＰ膨張弁よりもエコノマイザＭＯＰ膨張弁についてより高い最高作動圧力の設定を行うことを特徴とする請求項１の作動方法。
吸込み口、中間圧力ポート及び吐出し口を備えた冷媒圧縮機と、圧縮機用原動機と、高温ガス圧縮機吐出しラインと、第１及び第２の高温ガスラインと、高温ガス圧縮機吐出しラインを第１及び第２の高温ガスラインにそれぞれ連結する第１及び第２の位置を備えた第１の制御可能な弁手段と、空調スペースとの間で空気が循環される蒸発器と、蒸発器膨張弁と、空調スペースと熱交換関係にあり第２の高温ガスラインに連結されている補助凝縮器と、第１及び第２の冷媒流路を備えたエコノマイザ熱交換器手段と、第２の冷媒流路を通る冷媒の流量を制御するエコノマイザ膨張弁と、エコノマイザ熱交換器手段の第１の冷媒流路を介して主凝縮器を蒸発器膨張弁に連結する主液体ラインと、補助凝縮器をエコノマイザ熱交換器手段に連結する補助液体ラインと、蒸発器を圧縮機の吸込み口に連結する主吸込みラインと、エコノマイザ熱交換器手段の第２の流路を圧縮機の中間圧力ポートに連結する補助吸込みラインと、主液体ラインをそれぞれ遮断及び開放する第１の位置及び第２の位置を備えた第２の制御可能な弁手段とより成り、冷却サイクルと加熱サイクルにより空調スペース内に所定の設定温度を達成しこれを保持する冷凍装置において、
蒸発器膨張弁及びエコノマイザ膨張弁は、所定の最高作動圧力が設定されたＭＯＰ弁であり、
蒸発器ＭＯＰ膨張弁は冷却サイクル中において圧縮機の最高作動圧力を制御し、
エコノマイザＭＯＰ膨張弁は加熱サイクル中において圧縮機の最高作動圧力を制御することを特徴とする冷凍装置。
エコノマイザＭＯＰ膨張弁の最高作動圧力設定値は、蒸発器ＭＯＰ膨張弁の最高作動圧力設定値よりも高いことを特徴とする請求項３の冷凍装置。