JP5210626B2 - 陸上輸送用冷凍装置及び陸上輸送用冷凍装置の運転制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、トラックの荷室等に適用される陸上輸送用冷凍装置及び陸上輸送用冷凍装置の運転制御方法に関する。
トラックの荷室(バン)に設置されて内部を冷却する陸上輸送用冷凍装置には、冷媒圧縮用の圧縮機駆動に車両走行用エンジンの出力を利用する直結式と、専用の駆動源(エンジンや電動機等)を備えたサブエンジン方式とがある。
また、陸上輸送用冷凍装置には、1台の圧縮機に対して複数台(通常2〜3台)のエバポレータユニットを接続し、複数の区画毎に異なる輸送温度を創出できるようにしたマルチタイプがある。
このようなマルチタイプの陸上輸送用冷凍装置においては、絞り機構として温度式の自動膨張弁(以下、温度式膨張弁)が広く使われている。また、従来の陸上輸送用冷凍装置は、マルチタイプの場合、1台の圧縮機に温度式膨張弁を備えたエバポレータユニットが並列に複数接続される構成となり、エバポレータユニット毎の冷媒配分は温度式膨張弁の動作まかせの成り行きであった。
このため、運転要求のある全てのエバポレータユニットを同時に運転する同時運転方式では、区画毎の設定温度が大きく異なる場合、設定温度の高い区画に設置されたエバポレータユニットの吸熱量が支配的となり、低温設定側のエバポレータユニットに必要能力を確保することは困難になる。従って、この問題の解決策が必要となり、運転するエバポレータユニットを1台にして、順次運転するユニットを切り替えて行く切替運転方式が公知である。
この他、車両走行用エンジンにより駆動される圧縮機から冷媒の供給を受ける冷媒回路に一対のエバポレータが並列に接続され、両エバポレータの冷媒入口側に電磁弁及び温度式膨張弁を備えたデュアルエアコンと呼ばれる車両用空調装置が知られている。(たとえば、特許文献1参照)
さらに、庫内冷却温度が異なる複数台の低温ショーケースに適用され、省エネ運転を有効に行うことができるようにした冷凍システムが知られている。(たとえば、特許文献2参照)
特開2001−322423号公報 特開2005−315495号公報
ところで、マルチタイプの陸上輸送用冷凍装置には、たとえば−30℃〜+30℃程度のように、要求される設定温度のレンジが非常に広いという特徴がある。すなわち、輸送用冷凍装置は、たとえば−30℃程度まで冷却して輸送する冷凍食品、−1〜5℃程度を維持して輸送するチルド食品、30℃程度の庫内温度を維持して輸送する商品など、幅広い設定温度領域で使用される。なお、一般的な空調装置の場合、設定温度レンジは20℃〜30℃程度である。
上述したように、陸上輸送用冷凍装置の設定温度レンジは低温側に広いため、エバポレータを着霜条件で使用することは避けられず、従って、着霜を前提とした設計及び運転制御が必要となる。特に、マルチタイプの場合、区画毎に着霜の有無や着霜量に違いが生じるため、デフロストによる温度影響を最小限とすることが必要になる。
また、マルチタイプの荷室は、荷物量に応じて仕切位置を変更できる移動間仕切りや、仕切なしでも使用できるように天井面へ跳ね上げできる構造の間仕切りを採用する場合が多い。このため、気密性が不十分な間仕切りとなるため断熱性能は低く、設定温度差がある区画間の温度干渉は大きくなる。
また、陸上輸送用冷凍装置は、配送時に荷室のドアを開閉する必要があるため、庫内空気の急激な温度変化が頻繁に発生しやすくなる。すなわち、陸上輸送用冷凍装置の場合、要求される冷却能力がドアの開閉により頻繁に急変することを意味している。従って、区画毎の設定温度に収束した後にも、ドア開閉等により設定温度と庫内温度とが乖離する現象が頻発することが予想されるので、このような状況にも対応できる能力配分制御が望まれる。
また、陸上輸送用冷凍装置の場合、積荷により冷凍負荷が大きく変化する。すなわち、積荷がない場合の熱負荷は庫内容積に概略比例するが、積荷がある場合には、積荷の熱容量や自己発熱(たとえば野菜等の呼吸熱)により熱負荷は大きく左右される。なお、積荷の熱容量については、推奨される積込前の予冷によって影響を排除することができる。
さらに、陸上輸送用冷凍装置の場合、車両の走行速度によりコンデンサ風量が変化するため、運転状態が時々刻々と変化する。従って、高外気温度時には、走行風の影響が冷凍サイクルのバランスを良化させる方向となる反面、低外気温度時には、オーバークールにより高低圧の差圧が得られず、必要冷媒循環量を確保できなくなるというリスクを発生させる。
上述したように、マルチタイプの陸上輸送用冷凍装置は、冷凍区画の設定温度差が大きく異なる場合には、設定温度が高い側のエバポレータ吸熱量が支配的となり、すなわち、高温設定側の冷媒蒸発量が多くなって低温側に冷媒が流れにくくなるため、低温設定側の必要能力を確保することは困難になるなど、特有の問題を有している。しかし、運転するエバポレータユニットを順次切り替えながら運転制御する切替方式は、発停制御となることから運転率を考慮して大きめのエバポレータユニットを選定する必要があり、コスト高になるという問題を有している。さらに、発停による温度の振れがあるため、高精度な温度制御は困難である。
このような背景から、冷凍区画間の設定温度差が大きい場合であっても、低温設定側の冷凍区画に能力不足を生じることがなく、しかも、安価で使い勝手のよい高精度な温度制御が可能になる陸上輸送用冷凍装置及びその運転制御方法が望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、低温設定側冷凍区画の不冷リスクを低減できるとともに、安価で使い勝手のよい高精度な温度制御が可能な陸上輸送用冷凍装置及びその運転制御方法を提供することにある。
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る陸上輸送用冷凍装置の制御方法は、専用の駆動源により運転される圧縮機によって冷媒を循環させる冷媒回路に複数のエバポレータユニットが並列に接続され、前記複数のエバポレータユニットを分配配置した複数の冷凍区画毎に異なる複数の輸送温度を創出可能な陸上輸送用冷凍装置の運転制御方法において、前記冷媒回路に開度調整可能な絞り機構を採用するとともに、前記エバポレータユニットの冷媒蒸発圧力を検出する低圧圧力センサを設け、前記冷凍区画の設定温度が異なる異温度冷却運転時には、前記エバポレータユニットの複数に運転要求があると低温設定側のエバポレータユニットへ優先的に冷媒を分配する低温設定側優先制御が行われ、前記低温設定側優先制御は、各冷凍区画に設定された設定温度(Tset)の差が所定値(α)より大きい条件と、低温設定側の庫内温度(Tair)が高温設定側の設定温度(Tset)より低い条件と、低温設定側の庫内温度変化速度(ΔTair)が所定値(β)より小さい条件と、を全て満たした場合に選択されることを特徴とするものである。
このような本発明によれば、冷媒回路に開度調整可能な絞り機構を採用するとともに、エバポレータユニットの冷媒蒸発圧力を検出する低圧圧力センサを設け、冷凍区画の設定温度が異なる異温度冷却運転時には、エバポレータユニットの複数に運転要求があると低温設定側のエバポレータユニットへ優先的に冷媒を分配する低温設定側優先制御が行われるので、異温度設定の冷却運転を実行する場合には、低温設定側へ優先的に冷媒を分配する運転制御により、高温設定側の冷凍能力を抑えて低温設定側の冷凍能力を確保できるようになる。
そして、低温設定側優先制御は、各冷凍区画に設定された設定温度(Tset)の差が所定値(α)より大きい条件と、低温設定側の庫内温度(Tair)が高温設定側の設定温度(Tset)より低い条件と、低温設定側の庫内温度変化速度(ΔTair)が所定値(β)より小さい条件と、を全て満たした場合に選択されることが好ましい。なお、この場合、各冷凍区画に設定された設定温度(Tset)の差は、温度差の絶対値(ΔTset)である。
このような制御方法において、冷凍区画間の設定温度差が大きく、低温設定側の庫内温度が高温設定側の設定温度より低く、かつ、低温設定側の庫内温度変化率が所定値より低い状況では、低温設定側への冷媒分配量が少なく冷凍能力が不足していると判断できる。従って、低温設定側のエバポレータユニットへ優先的に冷媒を分配する低温設定優先制御を選択することにより、冷媒不足を解消して冷凍能力を確保することができる。
上記の発明において、前記低温設定側優先制御は、低温設定側エバポレータユニットの絞り機構開度をエバポレータ出口の過熱度制御にて行い、かつ、高温設定側エバポレータユニットの絞り機構開度は蒸発圧力上限値を超えないように開度制御されることが好ましい。
また、上気の発明において、前記低温設定側優先制御は、前記低圧圧力センサ及びエバポレータ出口冷媒温度センサの検出値によりエバポレータ出口の過熱度制御を行ってもよい。
また、上記の発明において、冷凍区画の設定温度が略同一の冷却運転時は、各エバポレータユニットが個別に過熱度制御を行う合計冷凍能力優先制御を行うことが好ましい。
本発明に係る陸上輸送用冷凍装置は、専用の駆動源により運転される圧縮機によって冷媒を循環させる冷媒回路に複数のエバポレータユニットが並列に接続され、前記複数のエバポレータユニットを分配配置した複数の冷凍区画毎に異なる複数の輸送温度を創出可能な陸上輸送用冷凍装置であって、前記冷媒回路に設けられた開度調整可能な絞り機構と、前記エバポレータユニットの冷媒蒸発圧力を検出する低圧圧力センサと、前記冷凍区画の設定温度が異なる異温度冷却運転時に、請求項1からのいずれかに記載の運転制御方法により低温設定側優先制御を行う制御部と、を備えていることを特徴とするものである。
このような陸上輸送用冷凍装置によれば、冷媒回路に設けられた開度調整可能な絞り機構と、エバポレータユニットの冷媒蒸発圧力を検出する低圧圧力センサと、冷凍区画の設定温度が異なる異温度冷却運転時に、請求項1からのいずれかに記載の運転制御方法により低温設定側優先制御を行う制御部とを備えているので、冷凍区画の設定温度が異なる異温度冷却運転時には、低温設定側の必要冷凍能力を得られる蒸発圧力となるように絞り機構の開度を絞って運転する低温設定側優先制御を行うことにより、高温設定側の冷凍能力を抑えて低温設定側に優先的に分配する運転制御が可能となる。
上述した本発明によれば、マルチタイプの陸上輸送用冷凍装置及び陸上輸送用冷凍装置の制御方法において、冷凍区画間の設定温度差が大きい場合であっても、低温設定側の冷凍区画に能力不足を生じることがなくなり、しかも、安価で使い勝手のよい高精度な温度制御が可能になる。
従って、外気との温度差が大きく侵入熱が多くなる低温設定側を優先して能力制御することができ、冷却能力不足によるリスクを大幅に低減することができ、低温設定側の設定温度到達時間も短くなる。
さらに、設定温度が極端に異なる異温度輸送が可能となるので、ユーザーの使い勝手が向上するという効果が得られる。
また、各冷凍区画の冷却能力をコントロールできることから、高精度な温度制御が可能となる。
以下、本発明に係る陸上輸送用冷凍装置及び陸上輸送装置の運転制御方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は陸上輸送用冷凍装置の冷媒回路構成例を示す系統図、図2はトラックの荷室に装備された陸上輸送用冷凍装置の配置例を示す図である。
図1及び図2に示す陸上輸送用冷凍装置は、トラック等の車両荷台に搭載されている荷室(バン)に装備され、複数の冷凍区画に分割された荷室内部を異なる温度に冷却可能なことから、マルチタイプと呼ばれている。
図2に示すトラック1の荷台には、冷却空間を形成する荷室2が搭載されている。この荷室2は、内部空間に仕切壁3を設けることにより、第1荷室2A及び第2荷室2Bよりなる二つの冷凍区画に分割されている。
陸上輸送用冷凍装置は、たとえばトラック1の荷台下部等に設置されたコンデンシングユニット4と、冷凍区画毎に設置された二つのエバポレータユニット5A,5Bと、を具備して構成される。図示の例において、エバポレータユニット5Aは第1荷室2A内の上部適所に設置され、エバポレータユニット5Bは第2荷室2B内の上部適所に設置されている。
上述した陸上輸送用冷凍装置は、図2に示すように、第1荷室2A及び第2荷室2Bを異なる温度に冷却可能な冷媒回路10を備えている。この冷媒回路10は、圧縮機11から送出された冷媒が、熱交換器等を通過して状態変化を繰り返しながら閉回路を循環することにより、荷室2内の冷凍区画を所望の温度まで冷却するように構成されている。
冷媒回路10は、圧縮機11と、コンデンサ12と、第1電子膨張弁13Aと、第1エバポレータ14Aとが冷媒配管15により接続されることで、冷媒が循環する閉回路を形成している。
また、この冷媒回路10には、コンデンサ12の下流側から分岐して第1エバポレータ14Aの下流側に接続され、第1電子膨張弁13A及び第1エバポレータ14Aを設置した冷媒配管15と並列に配置された冷媒分岐配管16が設けられている。この冷媒分岐配管16には、第2電子膨張弁13B及び第2エバポレータ14Bが設けられている。すなわち、第2電子膨張弁13B及び第2エバポレータ14Bは、第1電子膨張弁13A及び第1エバポレータ14Aと並列に設けられている。
また、第1サーミスタ17Aは、第1エバポレータ14Aの出口付近に設けられて冷媒出口温度を検出する温度センサ、第2サーミスタ17Bは、第2エバポレータ14Bの出口付近に設けられて冷媒出口温度を検出する温度センサである。すなわち、第1サーミスタ17A及び第2サーミスタ17Bは、エバポレータ出口における冷媒過熱度を検出することができるエバポレータ出口冷媒温度センサとなる。
また、低圧圧力センサ18は、第1エバポレータ14A及び第2エバポレータ14Bの下流側に設置され、両エバポレータの蒸発圧力を求めるための圧力センサである。
圧縮機11は、車両走行用のエンジンから独立した専用の駆動源(エンジンや電動機)を備えている。このような陸上輸送用冷凍装置は、サブエンジン方式と呼ばれている。サブエンジン方式の陸上輸送用冷凍装置は、車両走行用エンジンの出力を利用する直結方式とは異なり、冷却能力に影響する圧縮機11の運転が、車両の走行状態に応じて頻繁に回転数変動を生じる車両走行用エンジンの影響を受けないという利点を有している。
コンデンサ12は、圧縮機11から供給された高温高圧のガス冷媒を外気と熱交換させることにより、冷媒を凝縮させる熱交換器(放熱器)である。
第1電子膨張弁13Aは、第1エバポレータ14Aの上流側に配設される絞り機構であり、コンデンサ12を通過して凝縮(液化)した高温高圧の冷媒を急速に断熱膨張させることで、冷媒の圧力及び温度を下げる機能を有している。なお、ここで使用する電子膨張弁は、開度調整が可能な絞り機構である。
また、第2電子膨張弁13Bは、第2エバポレータ14Bの上流側に配設される絞り機構であり、第1電子膨張弁13Aと同様の機能を有している。
第1エバポレータ14Aは、第1荷室2Aの冷凍区画内に設置され、液冷媒と荷室内の空気とを熱交換させることにより、冷媒を蒸発させる熱交換器(吸熱器)である。すなわち、冷媒が蒸発する際に気化熱を奪うことにより、第1荷室2A内の空気を冷却する機能を有している。
また、第2エバポレータ14Bは、第2荷室2Bの冷凍区画内に設置された熱交換器であり、第2エバポレータ14Aと同様の機能を有している。
なお、第1エバポレータ14A及び第2エバポレータ14Bは、第1荷室2A及び第2荷室2B内の空気を流通させるため、図示しないファンを備えている。
第1サーミスタ17Aは、第1エバポレータ14Aの冷媒出口温度を検出する温度センサである。同様に、第2サーミスタ17Bは、第2エバポレータ14Bの出口温度を検出する温度センサである。
低圧圧力センサ18は、冷媒回路10を循環する冷媒の低圧を検出する圧力センサである。すなわち、低圧圧力センサ18は、圧縮機11が吸引して圧縮するガス冷媒の圧力を検出する圧力センサである。
このように構成された冷媒回路10は、圧縮機11、コンデンサ12及び図示しない制御部がコンデンシングユニット4の主な構成要素となる。また、第1電子膨張弁13A、第1エバポレータ14A及び第1サーミスタ17A等がエバポレータユニット5Aの主な構成要素となり、第2電子膨張弁13B、第2エバポレータ14B及び第2サーミスタ17B等がエバポレータユニット5Bの主な構成要素となる。
そして、コンデンシングユニット4内の制御部は、使用者が設定する設定温度等の各種運転条件、第1サーミスタ17A及び第2サーミスタ17Bの検出温度、そして低圧圧力センサ18の検出値等が入力されるので、所定の制御フローに基づいて圧縮機11の運転制御、第1電子膨張弁13A及び第2電子膨張弁13Bの開度制御等を実施する。
以下、状況に応じて冷媒分配制御を選択切替する制御部内の運転制御について、すなわち、各々のエバポレータユニットが個別に過熱度制御を行う「冷媒分配制御I」と、低温設定側のエバポレータユニットへ冷媒を優先分配する「冷媒分配制御II」とを備え、状況に応じて最適な冷媒分配制御を選択する選択運転制御について、図3〜5のフローチャートに基づいて説明する。
以下に説明する選択運転制御は、専用の駆動源により運転される圧縮機11によって冷媒を循環させる冷媒回路10にエバポレータユニット5A,6Bが並列に接続され、二つのエバポレータユニット5A,5Bを分配配置した冷凍区画(第1荷室2A,第2荷室2B)毎に異なる輸送温度を創出可能な陸上輸送用冷凍装置の運転制御方法に関するものであり、冷媒回路10には開度調整可能な電子膨張弁13A,13Bを採用するとともに、エバポレータユニット5A,5Bの冷媒蒸発圧力を検出する低圧圧力センサ18が設けられている。
そして、第1荷室2A及び第2荷室2Bの設定温度が異なる異温度冷却運転時に、すなわち、冷凍区画毎に異なる輸送温度を創出する異温度冷却運転時に、低温設定側の冷凍区画が必要とする冷凍能力を得られる蒸発圧力となるように第1電子膨張弁13A及び第2電子膨張弁13Bの開度を絞って運転する低温設定側優先制御を行うものである。
図3に示すフローチャートは、予め設定されている「冷媒分配制御I」及び「冷媒分配制御II」の二つの冷媒分配制御から、状況に応じて最適な制御方式をひとつ選択して実行する選択運転制御例を示している。
また、図4は「冷媒分配制御I」の運転制御例を示すフローチャート、図5は「冷媒分配制御II」の運転制御例を示すフローチャートである。
図3の選択制御においては、最初に、ステップS1の「スタート」で制御が開始された後、次のステップS2に進んで「制御モード設定済」か否かを判断する。すなわち、このステップS2においては、二つのエバポレータユニット5A,5Bが個別に過熱度制御を行う「冷媒分配制御I」か、あるいは、低温設定側への冷媒分配を優先する「冷媒分配制御II」の二つの制御モードから、いずれか一方の制御モードに設定された状態にあるか否かを判断する。
ステップS2の判断において、いずれの制御モードにも設定されていないため、「制御モード設定済」ではないNOと判断された場合には、後述するステップM1に進んで「冷媒分配制御I」を実行する。すなわち、選択制御の初期設定では、「冷媒分配制御I」が選択されることを意味している。
しかし、ステップS2の判断により、「制御モード設定済」であるYESの場合には、次のステップS3に進んでエバポレータユニット5A,5Bに「サーモON要求有」か否かを判断する。
ステップS3において、エバポレータユニット5A,5Bの少なくとも一方にサーモONの要求があり、「サーモON要求有」がYESと判断された場合には、次のステップS4に進んで「複数サーモON要求」か否かを判断する。すなわち、ステップS3の判断がYESの場合には、サーモONの要求がエバポレータユニット5A、5Bの両方に対して出されているか否かを判断する。
一方、ステップS3において、「サーモON要求有」がNOと判断された場合は、次のステップS10に進んで制御モードが「冷媒分配制御II」に設定されているか否かを判断する。この結果、制御モードが「冷媒分配制御II」に設定されているYESの場合には、後述するステップM1に進むことにより、制御モードは初期設定の「冷媒分配制御I」に切り替えられる。なお、制御モードが「冷媒分配制御II」に設定されていないNOの場合には、初期設定の状態にあるためこれ以上の選択制御は不要と判断でき、従って、ステップS14の「終了」に進んで制御を終了する。
ステップS4において、「複数サーモON要求」がYESの場合には、次のステップS5に進み、エバポレータユニット5A、5Bが設置されている冷凍区画(A室及びB室)に設定された温度差の絶対値(|TsetA−TsetB|)であるΔTset が所定値αより大きいか否か、すなわち、「|TsetA−TsetB|>α」であるか否かを判断する。なお、ここでのTsetAは第1荷室2Aの設定温度を示し、TsetBは第2荷室2Bの設定温度を示している。
ステップS5の判断により、温度差の絶対値ΔTset が所定値αより大きいYESの場合には、次のステップS6に進むことにより、「TsetA≦TsetB」であるか否かについて、すなわち、設定温度TsetAが設定温度TsetB以下であるか否かについて判断する。換言すれば、第1荷室2A及び第2荷室2Bについて、どちらの冷凍区画が低温設定側であるかを判断するものである。
しかし、ステップS5の判断により、温度差の絶対値ΔTsetが所定値α以下となるNOと判断された場合には、冷凍区画間の設定温度差が小さいため、後述するステップM1に進んで「冷媒分配制御I」を実行する。
ステップS6において、設定温度TsetAが設定温度TsetB以下であるYESの場合には、次のステップS7に進むことにより、「TairA<TsetB」であるか否かについて、すなわち、第1荷室2Aの庫内温度TairAが第2荷室2Bの設定温度TsetBより低いか否かについて判断する。しかし、設定温度TsetAが設定温度TsetBよりも高いNOの場合には、後述するステップS11に進んで「TairB<TsetA」の判断を行うこととなる。
ステップS7において、第1荷室2Aの庫内温度TairAが第2荷室2Bの設定温度
TsetBより低いと判断されたYESの場合には、次のステップS8に進んで制御モードが「冷媒分配制御II」に設定されているか否かを判断する。しかし、第1荷室2Aの庫内温度TairAが第2荷室2Bの設定温度TsetB以上に高いと判断されたNOの場合には、後述するステップM1に進んで「冷媒分配制御I」を実行する。
ステップS8では、制御モードが「冷媒分配制御II」に設定されているか否かを判断する。この結果、制御モードが「冷媒分配制御II」に設定されているYESの場合には、所望の制御モードに設定されていること意味するから、これ以上の制御は不要と判断し、ステップS14の「終了」に進んで制御を終了する。
一方、ステップS8において、制御モードが「冷媒分配制御II」に設定されていないNOの場合には、次のステップS9に進んで「ΔTairA≧β」であるか否かについて、すなわち、第1荷室2Aの庫内温度変化速度ΔTairAについて、所定値β以上に大きいか否かを判断する。
ステップS9の判断において、第1荷室2Aの庫内温度変化速度ΔTairAが所定値β以上に大きいと判断されたYESの場合には、第1荷室2Aが十分な冷却能力を有していることを意味するから、現状の運転制御から変更する必要はないと判断でき、従って、ステップS14の「終了」に進んで制御を終了する。
一方、ステップS9の判断において、第1荷室2Aの庫内温度変化速度TairAが所定値βより低くNOと判断された場合には、冷却能力が不足していると判断できるので、次のステップM2に進んで「冷媒分配制御II」を実行する。
ところで、上述したステップS6において、第1荷室2Aの設定温度TsetAが第2荷室2Bの設定温度TsetB以上に高いと判断されたNOの場合には、次のステップS11に進むことにより、「TairB<TsetA」であるか否かについて判断する。すなわち、第2荷室2Bの庫内温度TairBについて、第1荷室2Aの設定温度TsetAより低いか否かを判断する。この結果、第2荷室2Bの庫内温度TairBが第1荷室2Aの設定温度TsetAより低いと判断されたYESの場合には、次のステップS12に進むことにより、制御モードが「冷媒分配制御II」に設定されているか否かを判断する。
ステップS12では、制御モードが「冷媒分配制御II」に設定されているか否かを判断する。この結果、制御モードが「冷媒分配制御II」に設定されているYESの場合には、所望の制御モードに設定されていること意味するから、これ以上の制御は不要と判断し、ステップS14の「終了」に進んで制御を終了する。
一方、ステップS12において、制御モードが「冷媒分配制御II」に設定されていないNOと判断された場合には、次のステップS13に進んで「ΔTairB≧β」であるか否かについて、すなわち、第2荷室2Bの庫内温度変化速度TairBについて、所定値β以上に大きいか否かを判断する。
ステップS13の判断において、第2荷室2Bの庫内温度変化速度TairBが所定値β以上に大きいと判断されたYESの場合には、第2荷室2Bが十分な冷却能力を有していることを意味するから、現状の運転制御から変更する必要はないと判断でき、従って、ステップS14の「終了」に進んで制御を終了する。
一方、ステップS13の判断において、第2荷室2Bの庫内温度変化速度TairBが所定値βより低いNOの場合には、冷却能力が不足していると判断できるので、次のステップM2に進んで「冷媒分配制御II」を実行する。
続いて、上述したステップM1の「冷媒分配制御I」について、図4に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、以下に説明する制御フローは、電子膨張弁の開度制御に関する部分のみを示している。
この制御では、最初にステップS21からS29において、第1荷室2Aの膨張弁開度制御を実施した後、第2荷室2Bについても同様の膨張弁開度制御を実施する。なお、図4及び図5のフローチャート上においては、第1荷室2AがA室と、第2荷室2BがB室と記載されている。
第1荷室2Aの膨張弁開度制御は、最初のステップS21において、「A室冷却サーモON」か否かの判断が行われる。この結果、第1荷室2AがサーモONの状態にあってYESと判断された場合には、次のステップS22に進んで「A室膨張弁全閉」か否かを判断し、NOと判断された場合には、ステップS27に進んで「A室膨張弁全閉」か否かを判断する。
ステップS22の判断により、第1荷室2A用の第1電子膨張弁13Aが開いて全閉状態にないNOの場合には、ステップS23に進んで「A室エバポレータ出口過熱度演算」を実施する。こうして第1エバポレータ14Aの出口過熱度が算出されると、次のステップS24に進んで「A室膨張弁開度演算」を実施する。ここで算出される第1電子膨張弁13Aの演算設定開度は、第1エバポレータ14Aの出口過熱度を所定の制御範囲(たとえば、過熱度が3℃〜7℃程度)内とする開度である。
ステップS24で第1電子膨張弁13Aの演算設定開度が算出されると、次のステップS25に進んで「A室膨張弁開度変更」をするか否かを判断する。すなわち、第1電子膨張弁13Aの現開度とステップS24で算出された演算設定開度とを比較し、現開度からの開度変更が必要か否かを判断する。
ステップS25の判断により、第1電子膨張弁13Aの開度変更が必要と判断されたYESの場合には、次のステップS26に進んで「A室膨張弁開度変更」を実施する。すなわち、第1電子膨張弁13Aの開度は、現開度から演算設定開度に変更される。しかし、第1電子膨張弁13Aの開度変更が不要と判断されたNOの場合には、後述する第2荷室2Bの膨張弁開度制御へ進む。
一方、ステップS22の判断により、第1荷室2A用の第1電子膨張弁13Aが全閉状態にあるYESの場合には、ステップS29に進んで「A室膨張弁初期開度設定」を実施した後、後述するB室の膨張弁開度制御へ進む。
上述したステップS27において「A室膨張弁全閉」か否かを判断した結果、第1電子膨張弁13Aが全閉でないNOの場合には、次のステップS28へ進んで「A室膨張弁全閉」の操作を実施する。従って、第1電子膨張弁13Aは、ステップS27で全閉と判断されたYESの場合も含め、全閉状態になって後述するB室の膨張弁開度制御へ進むこととなる。
続いて、第2荷室2Bの膨張弁開度制御を実施することになるが、この膨張弁開度制御は、上述したステップS21からステップS29の膨張弁開度制御と実質的に同じものであり、各制御ステップの第1荷室(A室)2Aを第2荷室(B室)2Bと読み替えた制御を実施すればよい。
このようにしてステップM1の「冷媒分配制御I」を実施することにより、エバポレータユニット5A,5Bが各々独立して、個別の過熱度制御を行うことができる。
続いて、ステップM2の「冷媒分配制御II」について、図5に示すフローチャートに基づいて説明する。この制御は、庫内温度の低い冷凍区画側が十分な冷凍能力を発揮できる蒸発温度となるように、エバポレータユニット5A,5Bの電子膨張弁(第1電子膨張弁13A及び第2電子膨張弁13B)について開度を集中制御するものである。すなわち、「冷媒分配制御II」は、異温度設定の冷却運転を実行する場合、二つのエバポレータユニット5A,5Bで低温設定側となるユニットが必要とする冷凍能力を発揮できる蒸発圧力となるように、意図的に第1電子膨張弁開度13A,第2電子膨張弁13Bを絞って運転する制御である。
換言すれば、「冷媒分配制御II」は、開度調整可能な絞り機構である電子膨張弁を採用するとともに、エバポレータユニットの冷媒蒸発圧力を検出する低圧圧力センサを設けた冷媒回路において、冷凍区画の設定温度が異なる異温度冷却運転時に、エバポレータユニットの複数に運転要求があると低温設定側のエバポレータユニットへ優先的に冷媒を分配する低温設定側優先制御である。
この制御では、最初のステップS41において、「TsetA<TsetB」であるか否かを判断する。すなわち、第1荷室2Aの設定温度TsetAと第2荷室2Bの設定温度TsetBとを比較し、第1荷室2Aの設定温度TsetAが第2荷室2Bの設定温度TsetBより低いYESの場合には次のステップS42に進み、第1荷室2Aの設定温度TsetAが第2荷室2Bの設定温度TsetB以上に高いNOの場合には後述するステップS61に進む。
ステップS42は、「前回分配制御I」であるか否かの判断を行うものであり、前回実施されていた冷媒分配制御が「冷媒分配制御I」である場合にYESとなってステップS71に進む。
ステップS71では、「A室膨張弁初期開度設定/B室膨張弁最小開度設定」が実施され、この後、最後のステップS56の「終了」に進んで制御を終了する。
一方、上述したステップS42の判断がNOの場合には、次のステップS43に進んで「低圧上限PLmax演算」を実施する。この演算は、圧縮機11の低圧(吸込側冷媒圧力)について、許容される低圧上限PLmaxを算出するものである。
ステップS43で低圧上限PLmaxを算出した後には、次のステップS45に進んで「A室エバポレータ出口過熱度演算」を実施する。この演算により第1エバポレータ14Aの出口過熱度が算出されると、次のステップS46に進んで「A室膨張弁開度演算」を実施する。ここで算出される第1電子膨張弁13Aの演算設定開度は、第1エバポレータ14Aの出口過熱度を所定の制御範囲内とする開度である。
こうして第1電子膨張弁13Aの演算設定開度が算出されると、次のステップS47に進んで「A室膨張弁開度変更」をするか否かを判断する。すなわち、第1電子膨張弁13Aの現開度とステップS46で算出された演算設定開度とを比較し、現開度からの開度変更が必要か否かを判断する。
ステップS47の判断により、第1電子膨張弁13Aの開度変更が必要と判断されたYESの場合には、次のステップS48に進んで「A室膨張弁開度変更」を実施する。すなわち、第1電子膨張弁13Aの開度は、現開度から演算設定開度に変更される。しかし、第1電子膨張弁13Aの開度変更が不要と判断されたNOの場合には、ステップS48をバイパスして次のステップS49へ進む。なお、ステップS48において「A室膨張弁開度変更」を実施した後についても、次のステップS49へ進むこととなる。
ステップS49では、「A室エバポレータ過熱度適正範囲」について判断する。すなわち、第1サーミスタ17Aで検出した冷媒出口温度から得られる実際の出口過熱度が、すなわち、第1エバポレータ14Aの出口における冷媒の過熱度が、所定の適正範囲内に入っているか否かを判断する。
この結果、第1エバポレータ14Aの過熱度が適正範囲内にあるYESの場合には、次のステップS50に進んで「PL(n)<PLmax」の条件を満たしているか否かを判断する。しかし、第1エバポレータ14Aの過熱度が適正範囲内に入っていないNOの場合には、冷媒分配が優先されているA室エバポレータへの冷媒分配調整が未完了と判断できるので、B室膨張弁制御を実施せずにステップS56の「終了」に進んで制御を終了する。
ステップS50では、ステップS43で算出した低圧上限PLmaxが低圧圧力センサ18の検出値を示す低圧検出値PL(n)と比較される。この結果、低圧検出値PL(n)が低圧上限PLmaxより小さいと判断されたYESの場合には、現状の低圧を上昇させることが可能であるから、次のステップS51に進んで「B室膨張弁開度+γ」の制御が実行される。すなわち、高温設定側の第2荷室2Bについて第2電子膨張弁13Bの開度をγだけ増す制御が実行された後、最後のステップS56の「終了」に進んで制御を終了する。
一方、低圧検出値PL(n)が低圧上限PLmax以上に大きいNOの場合には、現状の低圧が上限を超えているため、次のステップS52に進んで「B室膨張弁開度−γ」による開度算出が行われる。すなわち、第2電子膨張弁13Bの現状の開度を所定値γだけ小さくした開度(低減開度)の算出が行われた後、次のステップS53へ進んで「B室膨張弁開度(低減開度)<最小開度」か否かの判断が行われる。この判断は、ステップS52で算出された第2電子膨張弁13Bの低減開度と許容される最小開度とを比較することにより、現状の開度をさらに小さくする変更が可能か否かを判断するものである。
ステップS53の判断において、低減開度が最小開度より小さいと判断されたYESの場合には、電子膨張弁13Bの開度をこれ以上小さくすることができないため、次のステップS54へ進んで「B室膨張弁開度=最小開度」となるように制御する。すなわち、第2膨張弁13Bを最小開度に設定した後、最後のステップS56の「終了」に進んで制御を終了する。
一方、ステップS53の判断において、低減開度が最小開度以上に大きいと判断されたNOの場合には、次のステップS55へ進んで「B室膨張弁開度−γ」の制御が実施される。すなわち、第2膨張弁13Bは、開度を絞ることが可能な状態にあるから、開度をγだけ絞ることでステップS52で算出された低減開度に変更される。この後、最後のステップS56の「終了」に進んで制御を終了する。
ところで、上述したステップS61において、A室の設定温度TsetAがB室の設定温度TsetB以上に高いためNOと判断された場合、すなわち、B室の設定温度がA室より低い場合には、ステップS61に進んで「前回分配制御I」であるか否かの判断を行う。この判断はステップS42と同様の判断であり、前回実施されていた冷媒分配制御が「冷媒分配制御I」である場合にYESとなってステップS71に進む。なお、ステップS71では、「A室膨張弁初期開度設定/B室膨張弁最小開度設定」が実施され、この後、最後のステップS56の「終了」に進んで制御を終了する。
一方、上述したステップS61の判断がNOの場合には、次のステップS62に進んで「低圧上限PLmax演算」を実施する。ステップS62の演算は、圧縮機11の低圧(吸込側冷媒圧力)について、許容される低圧上限PLmaxを算出するものであり、上述したステップS43と同様の処理となる。
そして、以下の制御については、上述したステップS45〜S55により第1荷室2Aの第1電子膨張弁13Aを優先的に開度制御した後に第2荷室2Bの第2電子膨張弁13Bを開度制御したように、ステップS45〜S55の第1荷室(A室)2Aを第2荷室(B室)2Bと読み替えた制御を実施することにより、第2荷室2Bの第2電子膨張弁13Bを優先的に開度制御した後に第1荷室2Aの第1電子膨張弁13Aが開度制御される。
このような「冷媒分配制御II」の制御を行うことにより、低温設定側のエバポレータユニットが十分な冷凍能力を発揮できる蒸発温度となるように電子膨張弁13A,13Bの開度を集中制御することで、冷媒は低温設定側のエバポレータユニットへ優先的に分配される。すなわち、エバポレータユニット5A,5Bへの冷媒循環量配分を任意に制御できるように、絞り機構に開度調整が可能な電子膨張弁13A,13Bを採用し、さらに、エバポレータ14A,14Bの蒸発圧力を求めるための低圧圧力センサ18を搭載した装置構成とし、異温度設定の冷却運転を実行する場合、低温設定側のエバポレータユニットが必要冷凍能力を発揮できる蒸発圧力となるように、意図的に電子膨張弁13A,13Bの開度を絞って運転するものである。
上述した異温度設定の冷却運転において、高温設定側の冷凍区画に設置されたエバポレータユニット5A,5Bは、電子膨張弁13A,13Bの開度が最小開度もしくはそれに準じる低開度から運転を開始し、各冷凍区画の庫内温度変化等から推察される熱負荷と冷凍能力とのバランスが略等しくなるように、相互の電子膨張弁開度を制御している。
このとき、第1サーミスタ17A及び第2サーミスタ17Bにより検出した低温センサ検出値(エバポレータ出口過熱度)は、低温設定側のエバポレータユニット5A,5Bが冷凍能力を確保できるように決定された低圧上限(低圧制御値)PLmaxとなるように制御する。
さて、上述した「冷媒分配制御I」及び「冷媒分配制御II」を状況に応じて選択切替する本発明の選択運転制御と、「冷媒分配制御I」を常時行う従来制御とについて、配送シミュレーションを行った結果を図6から図8に基づいて説明する。
図6に示す陸上輸送用冷凍装置は、荷室2が仕切壁3によって第1荷室2A及び第2荷室2Bに分割されている。以下のシミュレーションでは、第1荷室2Aの設定温度を−18℃の冷凍状態とし、第2荷室2Bの設定温度を+5℃のチルド状態とする。
図6に示した陸上輸送用冷凍装置の場合、低温設定側の第1荷室2Aでは、熱負荷となる外部からの侵入熱Q1及び仕切壁3からの侵入熱Q3に対して、第1エバポレータユニット5Aの冷凍機吸熱(冷却能力)Q4により冷却する。また、高温設定側の第2荷室2Bでは、外部からの侵入熱(熱負荷)Q2に対して、第2エバポレータユニット5Bの冷凍機吸熱Q5(冷却能力)により冷却する。
図7は、圧縮機11の回転数を一定にしたプルダウン運転時のシミュレーション結果である。なお、図中の(a)は従来制御、(b)は本発明の選択運転制御を示し、A室(第1荷室)2Aの庫内温度変化については実線で、B室(第2荷室)2Bの庫内温度変化については破線で示している。
最初に、運転開始から「冷媒分配制御I」を継続して冷却を行う(a)のシミュレーション結果によれば、運転開始から冷却を開始すると、エバポレータユニット5A,5Bの同時運転により両室ともに略同じペースで庫内温度が低下し、高温設定側の第2荷室2Bが設定温度の+5℃に到達する。この後、第2荷室2B側の庫内温度は、所定の条件でサーモON/サーモOFFを繰り返すことにより、設定温度の+5℃前後に維持される。
一方、低温設定側の第1荷室2A側では、第2荷室2B側が設定温度に到達したことによりサーモOFFになると、エバポレータユニット5Aの単独運転になることから、冷却能力が増して温度変化率も大きくなる。しかし、第1荷室2A側が設定温度の−18℃まで温度低下していない状態において、第2荷室2B側が再度サーモONになると、エバポレータユニット5A,5Bが同時運転されることになる。このとき、第1荷室2A側の庫内温度が「冷媒分配制御I」の同時運転時収束温度より低い温度になっていると、熱負荷(Q1+Q2)が冷却能力Q4より大きくなることがある。従って、このような同時運転では、低温設定側の庫内温度を低下させることはできず、熱負荷が大きい分だけ庫内温度を上昇させる結果となるため、所望の設定温度である−18℃まで冷却できなかったり、あるいは、設定温度に到達するまで多くの時間を要することとなる。
これに対し、(b)に示す選択制御を行う場合、運転開始後は「冷媒分配制御I」を実施するため、第2荷室2B側が設定温度に到達してサーモON/サーモOFFを繰り返すことになる。
しかし、低温設定側の第1荷室2Aにおいて、図3に示すステップS6の条件(TsetA≦TsetB)及びステップS9の条件(ΔTairA≧β)を満たした時点から「冷媒分配制御II」に切り替わるため、冷媒が優先的に分配されて冷却能力を増し、−18℃の設定温度まで順調に温度低下することとなる。このとき、荷室2B側では、サーモON/サーモOFFを繰り返すことで設定温度の+5℃前後に維持される。
こうして第1荷室2Aが設定温度に到達すると、第1荷室2A側のサーモ要求がなくなるので、上述した選択制御により「冷媒分配制御I」に切り替わる。以後の「冷媒分配制御I」では、第1荷室2A及び第2荷室2Bともに、サーモON/サーモOFFを繰り返すことで設定温度の+5℃及び−18℃前後に維持される。
すなわち、本発明の選択制御を行うことにより、プルダウン運転時において、高温設定側の第2荷室2Bを運転する時間は長くなるものの、低温設定側の第1荷室2Aを設定温度まで速やかに冷却することができる。
図8は、圧縮機11の回転数を一定にして、A室(第1荷室)のドアを開閉する荷下ろしが連続して行われる場合のシミュレーション結果である。なお、図中の(a)は従来制御、(b)は本発明の選択運転制御を示し、A室(第1荷室)2Aの庫内温度変化については実線で、B室(第2荷室)2Bの庫内温度変化については破線で示している。
最初に、第1荷室2A及び第2荷室2Bが各々設定温度の範囲内にあり、「冷媒分配制御I」により運転されている状態で第1荷室2Aのドアが開かれると、陸上輸送用冷凍装置は運転停止される。すなわち、荷下ろし中は圧縮機11の運転が停止されて陸上輸送用冷凍装置は運転停止状態となる。
このため、ドアを開いた第1荷室2A側の庫内温度は急激に上昇し、ドアを閉じたままの第2荷室2Bにおいても装置の運転停止により庫内温度が緩やかに上昇する。この後、第1荷室2Aの荷下ろし終了によりドアが閉じられると、サーモONを受けて「冷媒分配制御I」による運転が再開される。運転再開後の庫内温度は、比較的温度上昇の少ない第2荷室2B側が比較的短時間で設定温度まで低下し、以後サーモON/サーモOFFを繰り返して設定温度の+5℃前後に維持される。
しかし、温度上昇幅の大きい第1荷室2A側では、冷却能力不足の影響を受けて所望の設定温度まで庫内温度が低下せず、設定温度の−18℃より高い庫内温度の状態で次の荷下ろしが行われる。このため、第1荷室2Aのドア開により、前回の荷下ろし時よりも高い庫内温度まで温度上昇することとなる。従って、第1荷室2Aのドア開閉を繰り返すことにより、冷却再開により到達する庫内温度が徐々に上昇していく傾向となる。
これに対し、(b)に示す選択制御を行うと、第1荷室2Aのドアを開閉した後、低温設定側の第1荷室2Aにおいて、図3に示すステップS6の条件(TsetA≦TsetB)及びステップS9の条件(ΔTairA≧β)を満たした時点から「冷媒分配制御II」に切り替わるため、冷媒が優先的に分配されて冷却能力を増し、次のドア開閉が行われるまでの間に庫内温度を所望の設定温度である−18℃まで低下させることができる。従って、第1荷室2Aのドア開閉を繰り返す場合でも、高温設定側の第2荷室2Bを運転する時間は長くなるものの、冷却再開により到達する庫内温度が徐々に上昇してしまうことを防止できるようになる。
このように、冷凍区画間の設定温度差が大きい場合、低温設定側の冷凍区画に能力不足が生じることを防止でき、安価で使い勝手のよい高精度な温度制御が可能になる。また、外気との温度差が大きく、侵入熱も多い低温設定側を優先して能力制御することができるので、冷却能力不足によるリスクを大幅に低減できるとともに、低温設定側の設定温度到達時間も短くなる。
上記制御は、二つの冷凍区画に限定されることはなく、二つ以上の冷凍区画に設置された2台以上のエバポレータユニットが同時運転される場合に適用可能であり、複数の中で1台のみを運転する条件では、一般的なエバポレータ出口過熱度制御を行い、単独で最大の能力が得られるようにする。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
本発明に係る陸上輸送用冷凍装置の一実施形態として、冷媒回路の構成例を示す系統図である。 トラックの荷室に装備された陸上輸送用冷凍装置の配置例を示す図である。 本発明に係る陸上輸送用冷凍装置において、「冷媒分配制御I」及び「冷媒分配制御II」から状況に応じて選択した冷媒分配制御を実行するための選択運転制御例を示すフローチャートである。 「冷媒分配制御I」の運転制御例を示すフローチャートである。 「冷媒分配制御II」の運転制御例を示すフローチャートである。 シミュレーションにおける熱の出入りを示す図である。 プルダウン運転時のシミュレーション結果を示す図で、(a)は従来制御、(b)は本発明の選択制御である。 荷下ろしによるドア開閉時のシミュレーション結果を示す図で、(a)は従来制御、(b)は本発明の選択制御である。
符号の説明
2 荷室
2A 第1荷室(A室)
2B 第2荷室(B室)
4 コンデンシングユニット
5A,5B エバポレータユニット
10 冷媒回路
11 圧縮機
12 コンデンサ
13A 第1電子膨張弁
13B 第2電子膨張弁
14A 第1エバポレータ
14B 第2エバポレータ
17A 第1サーミスタ
17B 第2サーミスタ
18 低圧圧力センサ

Claims (5)

  1. 専用の駆動源により運転される圧縮機によって冷媒を循環させる冷媒回路に複数のエバポレータユニットが並列に接続され、前記複数のエバポレータユニットを分配配置した複数の冷凍区画毎に異なる複数の輸送温度を創出可能な陸上輸送用冷凍装置の運転制御方法において、
    前記冷媒回路に開度調整可能な絞り機構を採用するとともに、前記エバポレータユニットの冷媒蒸発圧力を検出する低圧圧力センサを設け、
    前記冷凍区画の設定温度が異なる異温度冷却運転時には、前記エバポレータユニットの複数に運転要求があると低温設定側のエバポレータユニットへ優先的に冷媒を分配する低温設定側優先制御が行われ
    前記低温設定側優先制御は、各冷凍区画に設定された設定温度(Tset)の差が所定値(α)より大きい条件と、低温設定側の庫内温度(Tair)が高温設定側の設定温度(Tset)より低い条件と、低温設定側の庫内温度変化速度(ΔTair)が所定値(β)より小さい条件と、を全て満たした場合に選択されることを特徴とする陸上輸送用冷凍装置の運転制御方法。
  2. 前記低温設定側優先制御は、低温設定側エバポレータユニットの絞り機構開度をエバポレータ出口の過熱度制御にて行い、かつ、高温設定側エバポレータユニットの絞り機構開度は蒸発圧力上限値を超えないように開度制御されることを特徴とする請求項1に記載の陸上輸送用冷凍装置の運転制御方法。
  3. 前記低温設定側優先制御は、前記低圧圧力センサ及びエバポレータ出口冷媒温度センサの検出値によりエバポレータ出口の過熱度制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の陸上輸送用冷凍装置の運転制御方法。
  4. 冷凍区画の設定温度が略同一の冷却運転時は、各エバポレータユニットが個別に過熱度制御を行う合計冷凍能力優先制御が行われることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の陸上輸送用冷凍装置の運転制御方法。
  5. 専用の駆動源により運転される圧縮機によって冷媒を循環させる冷媒回路に複数のエバポレータユニットが並列に接続され、前記複数のエバポレータユニットを分配配置した複数の冷凍区画毎に異なる複数の輸送温度を創出可能な陸上輸送用冷凍装置であって、
    前記冷媒回路に設けられた開度調整可能な絞り機構と、前記エバポレータユニットの冷媒蒸発圧力を検出する低圧圧力センサと、前記冷凍区画の設定温度が異なる異温度冷却運転時に、請求項1からいずれかに記載の運転制御方法により低温設定側優先制御を行う制御部と、を備えていることを特徴とする陸上輸送用冷凍装置。
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