JP4770976B2 - コンテナ用冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンテナ用冷凍装置に関し、特に信頼性の向上対策に係るものである。

冷凍サイクルを行う冷凍装置として、コンテナの庫内を冷却するコンテナ用冷凍装置がある。特許文献１には、この種のコンテナ用冷凍装置が開示されている。

同文献に開示のコンテナ用冷凍装置は、圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とが接続される冷媒回路を備えている。蒸発器は、コンテナの庫内に設けられている。蒸発器では、冷媒が庫内の空気から吸熱して蒸発する。これにより、庫内空気が冷却される。

また、このコンテナ用冷凍装置の冷媒回路には、圧縮機で圧縮された冷媒（いわゆるホットガス）を凝縮器を介さずに蒸発器へ供給するためのバイパス回路が設けられている。具体的に、このバイパス回路は、２本のバイパス管と、各々のバイパス管に対応する２つの開閉弁とを有している。各バイパス管は、圧縮機と凝縮器との間のガスラインと、膨張弁と蒸発器との間の液ラインとを連通させている。コンテナ用冷凍装置では、このようなバイパス回路を用いることで、蒸発器を流れるホットガスによって庫内の空気を加熱する加熱動作を行っている。

具体的に、例えば庫内空気が過剰に冷却されて庫内空気の温度が低くなり過ぎると、上記加熱動作が行われる。この加熱動作では、２つの開閉弁の開閉状態に応じて、加熱能力が２段回に調節される。つまり、加熱動作において、一方の開閉弁のみを開放すると、ホットガスは、一方のバイパス管のみを流れて蒸発器へ供給される。このため、蒸発器を流れる冷媒の流量が比較的小さくなる。したがって、庫内の加熱能力も比較的小さくなる。一方、加熱動作において、双方の開閉弁を開放すると、ホットガスは、２つのバイパス管をそれぞれ流れて蒸発器へ供給される。このため、蒸発器を流れる冷媒の流量が比較的大きくなる。したがって、庫内の加熱能力も比較的大きくなる。

特開２００８−２１５６４５号公報

上述したように、特許文献１に開示のコンテナ用冷凍装置では、２つの開閉弁の開閉状態を切り換えることで、加熱動作時における庫内の加熱能力を調節している。しかしながら、加熱動作において、このように２つの開閉弁を用いる構成では、冷媒回路の複雑化、高コスト化を招いてしまう。また、２つの開閉弁の切換に伴うバイパス流量の調節だけでは、加熱能力を微調整できない。したがって、加熱能力が不足して庫内空気を速やかに目標温度まで加熱できなかったり、加熱能力が過剰となり省エネ性が損なわれたりする、という不具合が生じる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ホットガスバイパス回路を用いた加熱動作において加熱能力を十分に調整できるコンテナ用冷凍装置を提供することである。

第１の発明は、圧縮機（30）と凝縮器（31）と膨張弁（32）と蒸発器（33）とが順に接続されると共に、上記圧縮機（30）の圧縮冷媒を上記凝縮器（31）および膨張弁（32）をバイパスして上記蒸発器（33）へ送るためのホットガスバイパス回路（22）を有して冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）と、上記圧縮機（30）の圧縮冷媒がホットガスバイパス回路（22）および蒸発器（33）を経て圧縮機（30）へ戻る循環流れで、上記蒸発器（33）でコンテナの庫内を加熱する加熱動作時に、庫内温度が目標温度となるように上記圧縮機（30）の運転回転数を制御する圧縮機制御部（81）と、上記加熱動作時に、上記圧縮機（30）の圧縮冷媒の過熱度ＳＨが所定値より低いと、上記圧縮機（30）の圧縮冷媒の一部を上記冷媒回路（20）の上記凝縮器（31）を含む高圧液管（25）へ流して貯留させる冷媒排出動作を行い、上記圧縮機（30）の圧縮冷媒の過熱度ＳＨが所定値より高いと、上記高圧液管（25）の冷媒を上記圧縮機（30）に吸入させる冷媒補給動作を行う冷媒量制御部（82）と、上記加熱動作時に、上記圧縮機（30）の圧縮冷媒の過熱度ＳＨが所定値より低いと、上記蒸発器（33）の蒸発器ファン（36）を停止し、上記圧縮機（30）の圧縮冷媒の過熱度ＳＨが所定値より高いと、上記蒸発器（33）の蒸発器ファン（36）を運転するファン制御部（83）とを備えているものである。

第１の発明では、コンテナの庫内温度が目標温度よりも低すぎる場合、圧縮機（30）の高温の圧縮冷媒が凝縮器（31）をバイパスして蒸発器（33）へ流れて、庫内が加熱される。圧縮機（30）の運転回転数は、庫内温度が目標温度となるように制御される。例えば、庫内温度が目標温度よりも著しく低い場合は圧縮機（30）の運転回転数が高くなり、庫内温度が目標温度より若干低い場合は圧縮機（30）の運転回転数が小さくなる。

また、第１の発明では、圧縮冷媒の過熱度ＳＨが所定値より低い場合、冷媒排出動作が行われる。これにより、圧縮機（30）と蒸発器（33）との間で循環する冷媒の量が減少し、圧縮冷媒の過熱度ＳＨが上昇する。圧縮冷媒の過熱度ＳＨが所定値より高い場合は、冷媒補給動作が行われる。これにより、圧縮機（30）と蒸発器（33）との間で循環する冷媒の量が増大し、圧縮冷媒の過熱度ＳＨが低下する。

また、第１の発明では、蒸発器ファン（36）を停止すると、蒸発器（33）において冷媒が凝縮しにくくなるため、圧縮機（30）へは乾き状態の冷媒が戻る。つまり、圧縮冷媒の過熱度ＳＨが上昇する。蒸発器ファン（36）が運転されると、庫内空気が積極的に蒸発器（33）へ送られるため庫内空気の加熱が促される。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記高圧液管（25）に設けられる過冷却熱交換器（44）と、上記高圧液管（25）から分岐した分岐冷媒が上記過冷却熱交換器（44）で上記高圧液管（25）の液冷媒を過冷却した後、上記冷媒回路（20）の低圧ガス管（28）または上記圧縮機（30）の中間圧状態の圧縮室へ流入する過冷却分岐管（26）とを備え、上記冷媒量制御部（82）は、上記冷媒補給動作時に上記高圧液管（25）の冷媒を上記過冷却分岐管（26）を通じて上記圧縮機（30）へ吸入させるものである。

第２の発明では、冷媒補給動作時に、凝縮器（31）や高圧液管（25）に溜まっている冷媒が過冷却分岐管（26）を通って圧縮機（30）に吸入されることで、圧縮機（30）と蒸発器（33）との間で循環する冷媒の量が増大する。

第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記ファン制御部（83）が、上記冷媒量制御部（82）による冷媒排出動作時に、上記凝縮器（31）の凝縮器ファン（35）を運転するものである。

第３の発明では、冷媒排出動作時に、凝縮器ファン（35）によって凝縮器（31）へ空気が送られる。圧縮機（30）の圧縮冷媒の一部は、凝縮器（31）へ流れて、凝縮器ファン（35）によって送られた空気と熱交換して凝縮する。

以上のように、本発明によれば、加熱動作において庫内温度が目標温度となるように圧縮機（30）の運転回転数を制御するようにした。したがって、庫内温度に応じて適切且つ速やかに加熱能力を調整することが可能である。そのため、適切かつ速やかに庫内温度を目標温度に近づけることができる。

また、本発明によれば、吐出冷媒の過熱度ＳＨに応じて圧縮機（30）と蒸発器（33）との間で循環する冷媒の量を調節するようにした。具体的に、過熱度ＳＨが低いときには、圧縮機（30）と蒸発器（33）との間で循環する冷媒の一部を高圧液管（25）に排出することで、循環する冷媒量を減少させ過熱度ＳＨを上昇させるようにした。これにより、圧縮機（30）において冷媒が湿り状態となること（即ち、圧縮機（30）における液圧縮現象）を回避することができる。また、過熱度ＳＨが高いときには、圧縮機（30）と蒸発器（33）との間で循環する冷媒に高圧液管（25）の冷媒を補給することで、循環する冷媒量を増大させ過熱度ＳＨを低下させるようにした。これにより、圧縮機（30）の吐出温度が異常に上昇するのを回避することができ、圧縮機（30）を保護することができる。

また、本発明によれば、加熱動作に吐出冷媒の過熱度ＳＨに応じて庫内ファン（36）を制御するようにした。そのため、圧縮機（30）において冷媒が湿り状態となること（即ち、圧縮機（30）における液圧縮現象）を確実に回避することができる。よって、コンテナ用冷凍装置（10）の信頼性が向上する。

また、第３の発明によれば、冷媒排出動作において凝縮器ファン（35）を運転するようにしたため、凝縮器（31）へ排出された圧縮冷媒の一部を積極的に凝縮させて液冷媒にすることができる。これにより、凝縮器（31）ないし高圧液管（25）へ多量に冷媒を貯留させることができるため、冷媒排出動作をスムーズ且つ確実に行うことができる。

図１は、コンテナ用冷凍装置の配管系統図である。 図２は、冷却運転時の各動作の遷移を表したフローチャートである。 図３は、冷却運転の冷却動作における冷媒流れを示す配管系統図である。 図４は、冷却運転の加熱動作を示す配管系統図である。 図５は、冷媒量判定部の判定動作を示す図である。 図６は、加熱動作における冷媒リリース動作時の冷媒流れを示す配管系統図である。 図７は、加熱動作における冷媒チャージ動作時の冷媒流れを示す配管系統図である。 図８は、ファン制御部による制御動作を示す図である。 図９は、ファン制御部による制御動作を説明するためのモリエル線図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

本実施形態のコンテナ用冷凍装置（10）は、図示しないコンテナの庫内を冷却するものである。コンテナ用冷凍装置（10）は、コンテナ本体の側方の開口面を閉塞する蓋体を兼用している。

図１に示すように、上記コンテナ用冷凍装置（10）は、冷媒が循環して冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備えている。この冷媒回路（20）は、主回路（21）とホットガスバイパス回路（22）と過冷却回路（23）とを有している。

上記主回路（21）は、圧縮機（30）と凝縮器（31）と主膨張弁（32）と蒸発器（33）とが順に冷媒配管によって直列に接続されて構成されている。

上記圧縮機（30）は、圧縮機構を駆動するモータ（図示省略）を有している。この圧縮機（30）のモータの回転数は、インバータによって多段階に制御される。つまり、圧縮機（30）は、運転回転数が可変に構成されている。凝縮器（31）および蒸発器（33）は、いずれもフィン・アンド・チューブ式の熱交換器で構成されている。凝縮器（31）は、庫外に配置されている。凝縮器（31）の近傍には、庫外ファン（35）が設けられる。凝縮器（31）では、庫外の空気と冷媒とが熱交換する。蒸発器（33）は、庫内に配置されている。蒸発器（33）の近傍には、庫内ファン（36）が設けられる。蒸発器（33）では、庫内の空気と冷媒とが熱交換する。また、蒸発器（33）の下方には、ドレンパン（37）が設けられている。ドレンパン（37）は、上側が開放された扁平な容器状に形成されている。ドレンパン（37）の内部には、蒸発器（33）から剥がれ落ちた霜や氷塊や、空気中から凝縮した結露水等が回収される。主膨張弁（32）は、開度がパルスモータによって多段階に調節可能に構成されている。なお、庫外ファン（35）および庫内ファン（36）は、それぞれ本発明に係る凝縮器ファンおよび蒸発器ファンを構成している。

上記圧縮機（30）と凝縮器（31）との間の高圧ガス管（24）には、油分離器（40）と逆止弁（CV）と圧力調整弁（38）とが順に設けられている。油分離器（40）の油戻し管（40a）は、過冷却回路（23）に接続されている。油戻し管（40a）には、キャピラリチューブ（40b）が設けられている。逆止弁（CV）は、図１に示す矢印の方向への冷媒の流れを許容し、その逆の流れを禁止している。圧力調整弁（38）は、開度がパルスモータによって多段階に調節可能に構成されている。

上記凝縮器（31）と主膨張弁（32）との間の高圧液管（25）には、レシーバ（41）と冷却用部材（42）とドライヤ（43）と第２開閉弁（49）と過冷却熱交換器（44）とが順に設けられている。冷却用部材（42）は、内部に冷媒の流路が形成され、外部にインバータ回路のパワー素子が接触している（図示省略）。つまり、冷却用部材（42）は冷媒によってパワー素子を冷却するように構成されている。第２開閉弁（49）は、開閉自在な電磁弁で構成されている。ドライヤ（43）は、凝縮器（31）を流れた液冷媒中の水分を捕捉するように構成されている。

上記過冷却熱交換器（44）は、凝縮器（31）を流れた液冷媒を冷却するものである。過冷却熱交換器（44）は、１次側通路（45）と２次側通路（46）を有している。つまり、過冷却熱交換器（44）では、１次側通路（45）を流れる冷媒と２次側通路（46）を流れる冷媒とが熱交換する。１次側通路（45）は主回路（21）の高圧液管（25）に接続され、２次側通路（46）は過冷却回路（23）の過冷却分岐管（26）に接続される。過冷却分岐管（26）の流入端は、高圧液管（25）における冷却用部材（42）と第２開閉弁（49）の間に接続している。過冷却分岐管（26）の流出端は、圧縮機（30）の圧縮途中（中間圧力状態）の圧縮室（中間圧縮室）と接続している。つまり、過冷却分岐管（26）は、高圧液管（25）の液冷媒の一部が分流し圧縮機（30）の中間圧縮室へ流入する通路である。過冷却分岐管（26）における２次側通路（46）の流入側には、第１開閉弁（47）と過冷却膨張弁（48）とが設けられている。第１開閉弁（47）は、開閉自在な電磁弁で構成されている。過冷却膨張弁（48）は、開度がパルスモータによって多段階に調節可能であり、冷媒を減圧する減圧機構を構成している。

上記ホットガスバイパス回路（22）は、１本の主通路（50）と、該主通路（50）から分岐する２本の分岐通路（51,52）（第１分岐通路（51）と第２分岐通路（52））とを有している。主通路（50）の流入端は、高圧ガス管（24）における逆止弁（CV）と圧力調整弁（38）との間に接続している。主通路（50）には、第３開閉弁（53）が設けられている。第３開閉弁（53）は、開閉自在な電磁弁で構成されている。

上記第１分岐通路（51）は、一端が主通路（50）の流出端に接続され、他端が主膨張弁（32）と蒸発器（33）との間の低圧液管（27）に接続されている。同様に、第２分岐通路（52）も、一端が主通路（50）の流出端に接続され、他端が低圧液管（27）に接続されている。第２分岐通路（52）は、第１分岐通路（51）よりも長い冷媒配管で構成されている。また、第２分岐通路（52）は、ドレンパン（37）の底部に沿うように蛇行して配設されたドレンパンヒータ（54）を有している。ドレンパンヒータ（54）は、ドレンパン（37）の内部を冷媒によって加熱するように構成されている。以上のようにして、ホットガスバイパス回路（22）は、圧縮機（30）で圧縮した冷媒（圧縮機（30）から吐出された高温高圧のガス冷媒）を蒸発器（33）へ供給するためのバイパス回路を構成している。

上記冷媒回路（20）には、各種のセンサ類も設けられている。具体的に、高圧ガス管（24）には、高圧圧力センサ（60）と高圧圧力スイッチ（61）と吐出温度センサ（62）とが設けられている。高圧圧力センサ（60）は、圧縮機（30）から吐出される高圧ガス冷媒の圧力を検出する。吐出温度センサ（62）は、圧縮機（30）から吐出される高圧ガス冷媒の温度を検出する。蒸発器（33）と圧縮機（30）の間の低圧ガス管（28）には、低圧圧力センサ（63）と吸入温度センサ（64）とが設けられている。低圧圧力センサ（63）は、圧縮機（30）に吸入される低圧ガス冷媒の圧力を検出する。吸入温度センサ（64）は、圧縮機（30）に吸入される低圧ガス冷媒の温度を検出する。

上記過冷却分岐管（26）には、２次側通路（46）の流入側に流入温度センサ（65）が、２次側通路（46）の流出側に流出温度センサ（66）がそれぞれ設けられている。流入温度センサ（65）は、２次側通路（46）に流入する直前の冷媒の温度を検出する。また、流出温度センサ（66）は、２次側通路（46）に流出した直後の冷媒の温度を検出する。

上記低圧液管（27）には、蒸発器（33）の流入側に流入温度センサ（67）が設けられている。この流入温度センサ（67）は、蒸発器（33）に流入する直前の冷媒の温度を検出する。低圧ガス管（28）には、蒸発器（33）の流出側に流出温度センサ（68）が設けられている。この流出温度センサ（68）は、蒸発器（33）から流出した直後の冷媒の温度を検出する。

上記コンテナの庫外には、凝縮器（31）の吸込側に外気温度センサ（69）が設けられている。外気温度センサ（69）は、凝縮器（31）に吸い込まれる直前の庫外空気の温度（即ち、外気の温度）を検出する。コンテナの庫内には、蒸発器（33）の吸込側に吸込温度センサ（70）が設けられ、蒸発器（33）の吹出側に吹出温度センサ（71）が設けられている。吸込温度センサ（70）は、蒸発器（33）を通過する直前の庫内空気の温度を検出する。吹出温度センサ（71）は、蒸発器（33）を通過した直後の庫内空気の温度を検出する。

上記コンテナ用冷凍装置（10）には、冷媒回路（20）を制御するための制御部としてのコントローラ（80）が設けられている。そして、コントローラ（80）には、圧縮機（30）の運転回転数を制御するための圧縮機制御部（81）と、各種弁（32,38,47,48,49,53）を制御するための弁制御部（82）と、各ファン（35,36）を制御するためのファン制御部（83）と、後述する冷却運転の加熱動作時に冷媒量を判定するための冷媒量判定部（84）とが設けられている。なお、弁制御部（82）は、本発明に係る冷媒量制御部を構成している。

−運転動作−
次に、上記コンテナ用冷凍装置（10）の運転動作について説明する。コンテナ用冷凍装置の運転動作は、「冷却運転」と「デフロスト運転」とに大別される。冷却運転は、コンテナの庫内を比較的低い温度に冷却する運転である。つまり、冷却運転は、コンテナ本体に収容された輸送物（例えば生鮮食品等）を保存するために庫内を冷蔵／冷凍する運転である。また、デフロスト運転は、圧縮機（30）の吐出冷媒をホットガスバイパス回路（22）に流して、蒸発器の伝熱管等の表面に付着した霜を融かすための運転である。ここでは、デフロスト運転については説明を省略する。

〈冷却運転〉
冷却運転中には、「冷却動作」、「ポンプダウン動作」および「加熱動作」が実行される。まず、これらの動作の遷移について、図２を参照しながら説明する。なお、図２において、「SS」は吹出温度センサ（71）によって検出される吹出空気の温度（吹出空気温度）であり、「SP」は庫内の目標温度である。

冷却運転が開始されると、ステップＳＴ１およびステップＳＴ２において、吹出空気温度SSと目標温度SPとの比較が行われる。ここで、吹出空気温度SSが、“SP-0.5℃”よりも低い場合、後述するポンプダウン動作に移行する（ステップＳＴ８）。また、吹出空気温度SSが、“SP＋0.5℃”よりも高い場合、冷却動作へ移行する（ステップＳＴ３）。冷却動作では、圧縮機（30）が運転されて冷媒回路（20）で冷凍サイクルが行われ、蒸発器（33）によって庫内が冷却される（詳細は後述する）。

冷却動作中にステップＳＴ４の条件が成立すると、圧縮機（30）が停止してサーモオフ状態となる（ステップＳＴ５）。その後、ステップＳＴ６において、吹出空気温度SSが、“SP+0.4”以上である場合、ステップＳＴ３に移行して冷却動作が行われる。また、ステップＳＴ７の条件が成立すると、ポンプダウン動作へ移行する（ステップＳＴ８）。

ポンプダウン動作は、加熱動作（ステップＳＴ９）の前に実行される。このポンプダウン動作では、冷媒回路（20）に残存する冷媒をレシーバ（41）に回収するための運転である（詳細は後述する）。

加熱動作は、吹出空気温度SSが目標温度SPに対して低すぎる場合に実行される。この加熱動作では、圧縮機（30）で圧縮された冷媒（いわゆるホットガス）が蒸発器（33）に供給され、この蒸発器（33）によって庫内空気が加熱される（詳細は後述する）。

加熱動作中にステップＳＴ１０の条件が成立すると、圧縮機（30）が停止してサーモオフ状態となる（ステップＳＴ１１）。その後、ステップＳＴ１２において、吹出空気温度SSが、“SP-0.4”以下である状態が３分以上継続すると、ステップＳＴ９に移行して加熱動作が行われる。また、ステップＳＴ１３の条件が成立すると、ステップＳ３に移行して冷却動作が行われる。

〈冷却運転の冷却動作〉
図３に示す冷却運転の冷却動作では、第１開閉弁（47）および第２開閉弁（49）が開放状態となり、第３開閉弁（53）が閉鎖状態となる。圧力調整弁（38）は全開状態となり、過冷却膨張弁（48）および主膨張弁（32）の開度が適宜調節される。また、圧縮機（30）、庫外ファン（35）および庫内ファン（36）が運転される。

圧縮機（30）で圧縮された冷媒は、凝縮器（31）で凝縮（放熱）した後、レシーバ（41）を通過する。レシーバ（41）を通過した冷媒は、一部が低圧液管（27）をそのまま流れ、残りは過冷却分岐管（26）に分流する。低圧液管（27）を流れた冷媒は、主膨張弁（32）で減圧された後、蒸発器（33）を流れる。蒸発器（33）では、冷媒が庫内空気から吸熱して蒸発する。これにより、庫内空気が冷却される。蒸発器（33）で蒸発した冷媒は、圧縮機（30）に吸入されて再び圧縮される。

過冷却分岐管（26）に分流した冷媒は、過冷却膨張弁（48）を通過して中間圧にまで減圧された後、過冷却熱交換器（44）の２次側通路（46）を流れる。過冷却熱交換器（44）では、１次側通路（44b）を流れる冷媒と２次側通路（46）を流れる冷媒とが熱交換する。その結果、１次側通路（44b）の冷媒が過冷却される一方、２次側通路（46）の冷媒が蒸発する。２次側通路（46）を流出した冷媒は、圧縮機（30）の中間ポートより中間圧力状態の圧縮室に吸入される。

冷却動作においては、圧縮機（30）の運転回転数（運転周波数）が圧縮機制御部（81）によって制御される。具体的に、圧縮機（30）の運転回転数は、吹出空気温度SSが目標温度SPに近づくように制御される。また、冷却動作においては、庫外ファン（35）の回転数がファン制御部（83）によって制御される。具体的に、庫外ファン（35）のモータの回転数は、高圧圧力センサ（60）で検出した高圧冷媒の圧力ＨＰが一定となるように制御される。また、ファン制御部（83）は、庫内の冷却負荷に応じて庫内ファン（36）の回転数を多段階に制御する。

また、冷却動作においては、弁制御部（82）によって主膨張弁（32）の開度がいわゆる過熱度制御される。具体的に、圧縮機（30）に吸入される低圧冷媒の過熱度が所定の設定値に近づくように、主膨張弁（32）の開度が制御される。また、冷却動作においては、弁制御部（82）によって過冷却膨張弁（48）の開度も過熱度制御される。具体的に、過冷却熱交換器（44）の２次側通路（46）を流出した中間圧冷媒の過熱度が所定の設定値に近づくように、過冷却膨張弁（48）の開度が制御される。

〈冷却運転のポンプダウン動作〉
図示しないが、冷却運転のポンプダウン動作では、第２開閉弁（49）が開放状態となり、第１開閉弁（47）および第３開閉弁（53）が閉鎖状態となる。圧力調整弁（38）は全開状態となり、過冷却膨張弁（48）および主膨張弁（32）は全閉状態となる。また、圧縮機（30）、庫外ファン（35）および庫内ファン（36）が運転される。

圧縮機（30）が運転されると、全閉状態の主膨張弁（32）から圧縮機（30）の吸入ポートまでのライン（即ち、低圧液管（27）および低圧ガス管（28））の冷媒が、圧縮機（30）に吸入される。圧縮機（30）から吐出された冷媒は、凝縮器（31）で凝縮して液状態となり、レシーバ（41）内に貯留される。これにより、ポンプダウン動作では、冷媒回路（20）の冷媒がレシーバ（41）内に回収される。

ポンプダウン動作では、圧縮機（30）の運転回転数（運転周波数）が原則として一定に制御される。また、庫外ファン（35）の回転数は最大回転数となる。これにより、凝縮器（31）では冷媒の凝縮が促される。

〈冷却運転の加熱動作〉
図４に示す冷却運転の加熱動作は、圧縮機（30）で圧縮した高温高圧のガス冷媒を、凝縮器（31）やレシーバ（41）、過冷却熱交換器（44）、主膨張弁（32）をバイパスさせて蒸発器（33）へ供給する動作である。上述のように、この加熱動作は、庫内温度が目標温度よりも低くなり、庫内が過剰に冷却されている場合に実行される。また、加熱動作の直前には、上述したポンプダウン動作が実行される。

加熱動作では、第２開閉弁（49）が閉鎖状態となり、第３開閉弁（53）が開放状態となる。主膨張弁（32）は全閉状態（ゼロパルス）となる。第１開閉弁（47）、圧力調整弁（38）および過冷却膨張弁（48）は、原則として全閉状態（ゼロパルス）となる。そして、圧縮機（30）および庫内ファン（36）が運転される一方、庫外ファン（35）は原則として停止状態となる。

圧縮機（30）で圧縮された冷媒は、ホットガスバイパス回路（22）を経由して蒸発器（33）へ供給される。具体的に、高温高圧のガス冷媒は、主通路（50）を流れた後、第１分岐通路（51）と第２分岐通路（52）とへ分流する。第２分岐通路（52）へ分流した冷媒は、ドレンパンヒータ（54）を通過した後、第１分岐通路（51）を流出した冷媒と合流する。合流後の冷媒は蒸発器（33）へ流れる。蒸発器（33）では、冷媒が庫内空気へ放熱する。その結果、庫内空気が加熱されるため、庫内温度を目標温度に近づけることができる。蒸発器（33）で放熱した冷媒は、圧縮機（30）に吸入されて圧縮される。

上述した加熱動作では、各制御部（81,82,83,84）によって次の制御が行われる。

圧縮機制御部（81）によって、圧縮機（30）の運転回転数（運転周波数）が制御される。具体的に、圧縮機制御部（81）は、吹出温度センサ（71）で検出される吹出空気温度SSが目標温度SPに近づくように、圧縮機（30）の運転回転数を制御する。より具体的に、圧縮機（30）の運転周波数Ｈｚは例えば以下の式により算出される。

Ｈｚ＝現在のＨｚ×Ｋ
Ｋ＝１＋ａ×Ｐ＋ｂ×Ｉ＋ｃ×Ｄ
Ｐ＝−Ｋ１×（SS−SP）
Ｉ＝−Ｋ１×{0.2×（SS＋SS5＋SS10＋SS15＋SS20）−SP}
Ｄ＝−Ｋ１×{SS−(SS10＋SS15＋SS20）／3}
ここに、ａ、ｂおよびｃは係数である。SS、SS5、SS10、SS15、SS20はそれぞれ現在、５秒前、１０秒前、１５秒前および２０秒前の吹出空気温度を示す。Ｋ１は吹出空気温度が１℃変化するのに必要な容量変化率である。

また、冷媒量判定部（84）によって、上記加熱動作時の冷媒循環サイクルにおける冷媒量の過不足状態が判定される。そして、その過不足状態に応じて、弁制御部（82）が第１開閉弁（47）、圧力調整弁（38）および過冷却膨張弁（48）を制御し、ファン制御部（83）が庫外ファン（35）を制御する。

具体的に、図５に示すように、冷媒量判定部（84）の判定動作が行われる。通常動作時（即ち、図４に示す加熱動作時）において、冷媒量判定部（84）が図５に示す判定１の条件によって冷媒量が過多状態であると判定すると、図６に示す冷媒リリース動作（冷媒排出動作）が行われる。冷媒リリース動作は、弁制御部（82）によって圧力調整弁（38）が開放状態となり、ファン制御部（83）によって庫外ファン（35）が低速で運転される。冷媒リリース動作では、圧縮機（30）から吐出された高圧冷媒の一部が凝縮器（31）で凝縮しレシーバ（41）に貯留される。これにより、加熱動作時の冷媒循環サイクルにおける冷媒の一部が高圧液管（25）にリリースされ、加熱動作時の冷媒量が減少する。また、レシーバ（41）の液冷媒の一部は冷却用部材（42）へ流れる。これにより、インバータ回路が冷却される。

図５に示す判定１の条件において、ＨＰ(Ｔ)は圧縮機（30）の吐出冷媒（高圧冷媒）の圧力相当飽和温度であり、ＤＣＨＳは吐出温度センサ（62）で検出した温度であり、ＡＭＢＳは外気温度センサ（69）で検出した温度である。つまり、高圧冷媒の圧力相当飽和温度ＨＰ(Ｔ)が所定値より高く、吐出冷媒の過熱度ＳＨ（ＤＣＨＳ−ＨＰ(Ｔ)）が所定値未満になると、圧縮機（30）の吐出冷媒が湿り状態になる虞があるとして、冷媒循環サイクルの冷媒量を減少させて湿り状態を回避するようにしている。また、高圧冷媒の圧力相当飽和温度ＨＰ(Ｔ)が外気温度ＡＭＢＳよりも低いと、凝縮器（31）における圧力が高圧冷媒よりも高くなり、圧力調整弁（38）を開放することで逆に凝縮器（31）から冷媒が流出してしまうため、圧力相当飽和温度ＨＰ(Ｔ)が外気温度ＡＭＢＳよりも高いことを条件としている。この条件により、冷媒リリース動作時に確実に圧縮機（30）の吐出冷媒の一部を凝縮器（31）側へリリースすることができる。

そして、冷媒リリース動作時において、冷媒量判定部（84）が図５に示す判定２の条件によって冷媒量が適切であると判定すると、図４に示す通常動作に戻る。即ち、吐出冷媒の過熱度ＳＨ（ＤＣＨＳ−ＨＰ(Ｔ)）が所定値よりも高くなると、圧縮機（30）の吐出冷媒が湿り状態になる虞が殆どないとして、通常動作に戻る。

また、通常動作時において、冷媒量判定部（84）が図５に示す判定３の条件によって冷媒量が不足状態であると判定すると、図７に示す冷媒チャージ動作（冷媒補給動作）が行われる。冷媒チャージ動作は、弁制御部（82）によって第１開閉弁（47）および過冷却膨張弁（48）が開放状態となる。なお、このとき、圧力調整弁（38）は閉鎖状態であり、庫外ファン（35）は停止したままである。冷媒チャージ動作では、レシーバ（41）の液冷媒が過冷却分岐管（26）を通って圧縮機（30）における中間圧状態の圧縮室へ流入する。これにより、高圧液管（25）の冷媒が加熱動作時の冷媒循環サイクルにチャージ（補給）され、加熱動作時の冷媒量が増大する。また、この場合も、レシーバ（41）の液冷媒が冷却用部材（42）を流通するため、インバータ回路が冷却される。

図５に示す判定３では、高圧冷媒の圧力相当飽和温度ＨＰ(Ｔ)が低下しすぎて吐出冷媒の過熱度ＳＨ（ＤＣＨＳ−ＨＰ(Ｔ)）が所定値以上となる状態が例えば１０分継続すると、圧縮機（30）の吐出温度が異常高温であると判定される。この場合には、冷媒循環サイクルの冷媒量を増大させることで、吐出冷媒の過熱度ＳＨを低下させて圧縮機（30）を保護するようにしている。また、判定３では、圧縮機（30）の運転回転数Ｎが上限値であることも条件としている。圧縮機（30）の運転回転数Ｎに余裕がある場合は、その運転回転数を増加させて冷媒循環量を増大させることで、吐出冷媒の過熱度ＳＨを低下させることができる。このように圧縮機（30）の運転回転数を増加させる方が、上述した冷媒チャージ動作よりも、過熱度ＳＨを早く変化させて安定させることができる。したがって、圧縮機（30）の運転回転数Ｎが既に上限値でこれ以上増加させることができない場合に、冷媒チャージ動作により吐出冷媒の過熱度ＳＨを低下させる。

そして、冷媒チャージ動作時において、冷媒量判定部（84）が図５に示す判定４の条件によって冷媒量が適切であると判定すると、図４に示す通常動作に戻る。即ち、高圧冷媒の圧力相当飽和温度ＨＰ(Ｔ)が所定値以上となり、吐出冷媒の過熱度ＳＨ（ＤＣＨＳ−ＨＰ(Ｔ)）が所定値以下となると、圧縮機（30）の吐出温度が適切になったとして、通常動作に戻る。

以上のように、冷却運転の加熱動作時には、圧縮機（30）の吐出冷媒の過熱度ＳＨが所定値（目標範囲内）となるように、圧縮機（30）と蒸発器（33）との間で循環する冷媒の量が増減される。つまり、過熱度ＳＨが低い場合には、圧縮機（30）と蒸発器（33）との間で循環する冷媒の一部を高圧液管（25）へリリースし、過熱度ＳＨが高い場合には、圧縮機（30）と蒸発器（33）との間で循環する冷媒に対して高圧液管（25）の冷媒をチャージする。

さらに、この加熱動作では、図８に示すように、ファン制御部（83）によって庫内ファン（36）が制御される。つまり、庫内ファン（36）は、吐出冷媒の過熱度ＳＨが所定値（目標範囲内）となるように制御される。具体的に、吐出冷媒の過熱度ＳＨ（ＤＣＨＳ−ＨＰ(Ｔ)）が所定値より低いときは（判定１）、圧縮機（30）において冷媒が湿り状態になっているとして（図９のＢの状態）、庫内ファン（36）が停止される。これにより、蒸発器（33）において冷媒が凝縮しにくくなるため、圧縮機（30）へは乾き状態の冷媒が流入する（図９のＡの状態）。そして、吐出冷媒の過熱度ＳＨ（ＤＣＨＳ−ＨＰ(Ｔ)）が所定値より高いときは（判定２）、圧縮機（30）において適切に冷媒が乾き状態になっているとして（図９のＡの状態）、庫内ファン（36）が高速で運転される。これにより、庫内空気が積極的に蒸発器（33）へ送られるため、庫内空気の加熱が促される。その結果、吹出空気温度SSを速やかに目標温度SPに近づけることができる。以上のような庫内ファン（36）の制御により、加熱動作時において圧縮機（30）の冷媒が湿り状態となってしまうこと（即ち、圧縮機（30）における液圧縮現象）を確実に回避することができる。

−実施形態の効果−
上記実施形態によれば、冷却運転の加熱動作において、吹出空気温度SSが目標温度SPとなるように圧縮機（30）の運転回転数を制御するようにした。したがって、吹出空気温度SSに応じて速やかに冷媒循環量を調整できるため、加熱能力を十分に調整することが可能である。

さらに、上記実施形態では、吐出冷媒の過熱度ＳＨが所定値（目標範囲内）となるように圧縮機（30）と蒸発器（33）との間で循環する冷媒の量を調節するようにした。具体的に、過熱度ＳＨが低いときには、圧縮機（30）と蒸発器（33）との間で循環する冷媒の一部を高圧液管（25）にリリースする（冷媒リリース動作）ことで、循環する冷媒量を減少させ過熱度ＳＨを上昇させるようにした。これにより、圧縮機（30）において冷媒が湿り状態となること（即ち、圧縮機（30）における液圧縮現象）を回避することができる。また、過熱度ＳＨが高いときには、圧縮機（30）と蒸発器（33）との間で循環する冷媒に高圧液管（25）の冷媒をチャージする（冷媒チャージ動作）ことで、循環する冷媒量を増大させ過熱度ＳＨを低下させるようにした。これにより、圧縮機（30）の吐出温度が異常に上昇するのを回避することができ、圧縮機（30）を保護することができる。

また、上記実施形態では、冷媒リリース動作を行う条件として、高圧冷媒の圧力相当飽和温度ＨＰ(Ｔ)が外気温度ＡＭＢＳよりも高いことを加えるようにした。そのため、逆に凝縮器（31）を含む高圧液管（25）から冷媒がホットガスバイパス回路（22）へ流入する状態を回避することができる。よって、冷媒リリース動作を確実に行うことができ、圧縮機（30）における液圧縮現象を確実に回避することが可能となる。

また、冷媒リリース動作では、庫外ファン（35）を運転するようにしたため、凝縮器（31）へリリースされた圧縮冷媒の一部を積極的に凝縮させて液冷媒にすることができる。これにより、凝縮器（31）ないしレシーバ（41）へ多量に冷媒を貯留させることができるため、冷媒リリース動作をスムーズ且つ確実に行うことができる。

さらに、上記実施形態の加熱動作では、吐出冷媒の過熱度ＳＨが所定値（目標範囲内）となるように庫内ファン（36）を制御するようにした。そのため、圧縮機（30）における液圧縮現象をより確実に回避することができる。よって、コンテナ用冷凍装置（10）の信頼性が向上する。

また、上記冷媒リリース動作および冷媒チャージ動作では、レシーバ（41）の冷媒が冷却用部材（42）を流通するため、インバータ回路の冷却に寄与することができる。

−実施形態の変形例−
本変形例は、上記実施形態の加熱動作において常に圧力調整弁（38）を所定開度（例えば、最小開度）で開放するようにしたものである。この場合、加熱動作を行う間に亘って、吐出冷媒の一部がレシーバ（41）へ貯留されると共にレシーバ（41）の冷媒が冷却用部材（42）を流通する。したがって、確実にインバータ回路を冷却することが可能となる。その結果、コンテナ用冷凍装置（10）の信頼性がより向上する。

以上説明したように、本発明は、コンテナの庫内を冷却するコンテナ用冷凍装置について有用である。

10 コンテナ用冷凍装置
20 冷媒回路
22 ホットガスバイパス回路
30 圧縮機
31 凝縮器
32 主膨張弁（膨張弁）
33 蒸発器
81 圧縮機制御部
82 弁制御部（冷媒量制御部）
83 ファン制御部

Claims (3)

1. 圧縮機（30）と凝縮器（31）と膨張弁（32）と蒸発器（33）とが順に接続されると共に、上記圧縮機（30）の圧縮冷媒を上記凝縮器（31）および膨張弁（32）をバイパスして上記蒸発器（33）へ送るためのホットガスバイパス回路（22）を有して冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）と、
   上記圧縮機（30）の圧縮冷媒がホットガスバイパス回路（22）および蒸発器（33）を経て圧縮機（30）へ戻る循環流れで、上記蒸発器（33）でコンテナの庫内を加熱する加熱動作時に、庫内温度が目標温度となるように上記圧縮機（30）の運転回転数を制御する圧縮機制御部（81）と、
   上記加熱動作時に、上記圧縮機（30）の圧縮冷媒の過熱度ＳＨが所定値より低いと、上記圧縮機（30）の圧縮冷媒の一部を上記冷媒回路（20）の上記凝縮器（31）を含む高圧液管（25）へ流して貯留させる冷媒排出動作を行い、上記圧縮機（30）の圧縮冷媒の過熱度ＳＨが所定値より高いと、上記高圧液管（25）の冷媒を上記圧縮機（30）に吸入させる冷媒補給動作を行う冷媒量制御部（82）と、
   上記加熱動作時に、上記圧縮機（30）の圧縮冷媒の過熱度ＳＨが所定値より低いと、上記蒸発器（33）の蒸発器ファン（36）を停止し、上記圧縮機（30）の圧縮冷媒の過熱度ＳＨが所定値より高いと、上記蒸発器（33）の蒸発器ファン（36）を運転するファン制御部（83）とを備えている
   ことを特徴とするコンテナ用冷凍装置。
2. 請求項１において、
   上記高圧液管（25）に設けられる過冷却熱交換器（44）と、
   上記高圧液管（25）から分岐した分岐冷媒が上記過冷却熱交換器（44）で上記高圧液管（25）の液冷媒を過冷却した後、上記冷媒回路（20）の低圧ガス管（28）または上記圧縮機（30）の中間圧状態の圧縮室へ流入する過冷却分岐管（26）とを備え、
   上記冷媒量制御部（82）は、上記冷媒補給動作時に上記高圧液管（25）の冷媒を上記過冷却分岐管（26）を通じて上記圧縮機（30）へ吸入させる
   ことを特徴とするコンテナ用冷凍装置。
3. 請求項１または２において、
   上記ファン制御部（83）は、上記冷媒量制御部（82）による冷媒排出動作時に、上記凝縮器（31）の凝縮器ファン（35）を運転する
   ことを特徴とするコンテナ用冷凍装置。

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