JP5608356B2 - カーゴのチルド状態の制御 - Google Patents

Description

本願は、２００８年１０月２４日出願、米国仮特許出願第６１／１０８，０８８号の優先権を主張し、その内容は本願において参照として組み込まれる。

本発明は、カーゴコンテナにおける気温制御（ｃｌｉｍａｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ）及びカーゴコンテナにおける気温を制御する装置に係る。本発明は特に、カーゴコンテナにおいて使用される冷蔵システム、及び、カーゴをチルド状態において制御するようかかるシステムを動作させる方法に係る。

本発明は、カーゴが積載される空間において制御された気温を使用して長時間にわたって温度感受性カーゴを運搬及び格納することに係る。気温制御は、特定の受容可能な範囲内においてカーゴの温度を制御することを含む。温度を制御することは、カーゴの温度を（冷蔵すること又は加熱することによって）受容可能な範囲へともたらし、該温度をその範囲内において維持することを含む。気温制御はまた、湿度及び大気の組成等である他のパラメータを制御することを含み得る。

冷蔵は、閉じられた空間又は物質から熱を除去し、該熱を不適切ではない場所に動かす工程である。冷蔵の主要な目的は、閉じられた空間又は物質の温度を低下させ、続いて該更に低い温度を維持すること、である。

１つの一般的に使用される冷蔵技術は、蒸気圧縮サイクルである。蒸気圧縮サイクルは、大半の家庭用冷蔵庫、並びに多くの大型である商業用及び工業用冷蔵システムにおいて使用される。

冷蔵コンテナ又は大型冷蔵庫（ｒｅｅｆｅｒ）は、鉄道、船舶、トラックを含む複合貨物運搬において使用される輸送コンテナであり、カーゴは、温度感受性カーゴの運搬に対して冷蔵（チルド又は冷凍）される。大型冷蔵庫は通常、一体型冷蔵ユニットを備える。

冷蔵ユニットの信頼性は、最も重要である。温度感受性カーゴの温度は、所定の制限内において保たれるべきである。複数のカーゴは、冷凍状態で維持されなければならず、冷凍カーゴの一部の温度は、マイナス１８℃を下回るようなカーゴに依存する所定の冷凍温度を下回って保たれなければならない一方、他のカーゴ、特には新鮮な肉、生鮮果物及び野菜等である商品は、鮮度を保つよう冷凍ではなくチルドで保たれるべきである。チルドされる果物及び野菜に対しては、最低受容可能温度があり、それを下回ると、商品は悪化し始めてその鮮度を失う。かかる温度は、商品の種類に依存する。
［先行技術文献］
［特許文献］
米国特許第４９１２９３３号明細書 米国特許第５１７２５６１号明細書 米国特許第５３０３５６０号明細書 米国特許第５３５５６９２号明細書 米国特許第５３７７４９３号明細書 米国特許第５４１５００６号明細書 米国特許第５５７９６４８号明細書 米国特許第５６３４３４７号明細書 米国特許第５６６９２２３号明細書 米国特許第５７７８６９０号明細書 米国特許第６３６７２６９号明細書 米国特許第６５６０９７８号明細書 米国特許第６５８４７８５号明細書 米国特許第６６０９３８８号明細書 米国特許第６９１０３４１号明細書 米国特許第７０８０５２１号明細書 米国特許第７２１６６９７号明細書 米国特許出願公開第２０１０／０１０６３０３号明細書 米国特許出願公開第２０１０／０１０６３０２号明細書 米国特許第７７６５８３１号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０１４６３１１号明細書 米国特許第８１３６３６３号明細書

本発明は、カーゴコンテナにおける気温制御及びカーゴコンテナにおける気温を制御する装置に係る。本発明は特に、カーゴコンテナにおいて使用される冷蔵システム、及び、カーゴをチルド状態において制御するようかかるシステムを動作させる方法に係る。

一実施例において、本発明は、カーゴの温度をチルド状態において制御するための方法及びシステムを与える。チルド状態において、カーゴは、特定の商品に対して設定温度Ｔ_ＳＰにおいてあるいはＴ_ＳＰ近くにおいて、設定温度を下回ることなく維持されるべきである。本発明は、加熱が要求されても冷蔵が要求されても、実際の要求に依存して強制空気循環、冷蔵、又は加熱を適切に使用してエネルギの最小消費を確実なものとする。

一実施例において、本発明は、チルドカーゴを冷蔵するようコンテナ用の冷蔵システムを動作させる方法を与える。当該方法は、直列に接続されたコンプレッサ、コンデンサ、及びエバポレータ、該エバポレータに関連付けられるエバポレータファン、及びヒータを有する冷蔵システムを与える段階を有する。当該方法はまた、コンテナへと放出される供給空気の温度及びコンテナからの還気の温度を確定する段階、及び、還気の温度及び供給空気の温度に基づいて加熱要求（ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｈｅａｔｉｎｇ）及び冷却要求（ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｃｏｏｌｉｎｇ）のいずれかを確定する段階、を有する。当該方法は更に、加熱要求が確定されるときにはエバポレータファンを始動させ、また、増大加熱（更なる加熱、ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｈｅａｔｉｎｇ）が確定されるときにはエバポレータファンの速度を増大させる段階、並びに、冷却要求が確定されるときにはコンプレッサ及びエバポレータを始動させ、また、増大冷却（更なる冷却、ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｃｏｏｌｉｎｇ）が確定されるときにはコンプレッサに対して供給される動力を増大させ、エバポレータファンを第１の速度において維持する段階、を有する。

本発明の他の実施例は、チルドカーゴを冷蔵するためのコンテナ用冷蔵システムに係る。当該システムは、直列に接続されたコンプレッサ、コンデンサ、及びエバポレータを有する。当該システムはまた、ヒータ及びエバポレータに関連付けられるエバポレータファンを有し、該エバポレータファンは、供給空気をコンテナに対して放出するよう、また、コンテナからの還気を受けるよう、動作可能である。当該システムは更に、供給空気の温度及び還気の温度を検出するよう構成されるセンサを有する。コントローラは、還気の温度及び供給空気の温度に基づき加熱要求又は冷却要求のいずれかを確定するようプログラムされる。コントローラは更に、加熱要求が確定されるときにはエバポレータファンを始動させるよう、また、増大加熱が確定されるときにはエバポレータファンの速度を増大させるよう、プログラムされる。コントローラは、冷却要求が確定されるときにはコンプレッサ及びエバポレータファンを始動させるよう、また増大される冷却が確定されるときにはコンプレッサに対して供給される動力を増大させ、エバポレータファンを第１の速度において維持するよう、プログラムされる。

本発明の他の態様は、詳細の説明及び添付の図面を考慮して明らかとなる。

本発明に従った冷蔵システムを概略的に図示する。 図１中の冷蔵システムが据え付けられた冷蔵コンテナを図示する。 加熱又は冷蔵に対する実際の要求に依存する本発明の動作を示す図である。

本発明の実施例が詳述される前に、本発明はその適用において、以下の説明又は添付の図面に説明及び図示される構成要素の構造及び配置の詳細に制限されない、ことが理解されるべきである。本発明は、他の実施例を可能とし、多種の方途において実施及び実行され得る。

図１は、本発明に従った典型的な一段階蒸気圧縮冷蔵システム１００の基本的な構成要素の単純図である。このサイクルにおいて、循環する冷媒は、蒸気としてコンプレッサ１１０に入る。コンプレッサにおいて、蒸気は、圧縮され、過熱されたコンプレッサを出る。過熱蒸気は、コンデンサ１２０を介して移動する。該コンプレッサ１２０は、まず過熱（ｔｈｅ ｓｕｐｅｒｈｅａｔ）を冷却して除去し、続いて一定の圧力及び温度において追加的な熱を除去することによって蒸気を液体へと凝縮する。液体冷媒は、圧力が急に低下するエクスパンションバルブ１３０（スロットルバルブとも称される）を通り、典型的には半分より少ない液体のフラッシュ蒸発及び自動冷蔵を引き起こす。それは、より低い温度及び圧力において液体及び蒸気の混合物をもたらす。冷たい液体−蒸気混合物は続いて、エバポレータ１４０コイル又はチューブを介して移動し、エバポレータコイル又はチューブにわたってエバポレータファン１５０によって吹かれる冷蔵空間から戻る温かい還気ＲＡを冷却することによって完全に蒸発される。冷たい供給空気ＳＡは、冷却空間へと吹かれる。もたらされる冷媒蒸気は、サーモダイナミックサイクルを完了するようコンプレッサ入口まで戻る。コンデンサファン１６０は、凝縮熱をコンデンサ１２０から除去する。コントローラ１７０は、冷蔵システム及びその個別の構成要素の動作を制御する。

動作中、水蒸気は、エバポレータ１４０において凝縮し、エバポレータの効率を劣化させる氷の層を形成する。氷は、コンプレッサ１１０及びエバポレータファン１５０が停止される霜取りサイクルにおいて除去され、ヒータ１８０は、始動され、エバポレータ１４０を加熱する。温度センサ１９０は、エバポレータ１４０の温度を検出し、検出されたエバポレータ温度に基づき氷が溶解されると判断されたときに、コンプレッサ１１０が再度始動される。エバポレータの温度が十分に低いとき、エバポレータファン１５０は始動され、冷蔵システムは再度動作する。

冷蔵システム１００は、１つ又はそれより多くのエバポレータファン１５０を備え得る。エバポレータファンモータの動力は、コントローラ１７０によって２つ又はそれより多くの段階において、あるいは連続的に制御され得る。単純化を目的として、高速動作及び低速動作のみが説明されるが、当業者は、説明される方法が一般的に制御可能な速度を有するモータに対して適用される、ことを理解する。

図２は、冷蔵されるべきカーゴ２１０を積載された冷蔵コンテナ２００の一部を概略的に示す。コンテナ２００は、冷蔵システム１００を一端において据え付けられ、コンテナは、カーゴ２１０を積載又は荷下ろしするよう対向端部においてドア（図示せず）を備える。冷蔵システム１００のエバポレータファン１５０は、冷蔵供給空気ＳＡをコンテナへと吹き込み、該供給空気は、カーゴ２１０の周囲を循環し、冷蔵システム１００に対して還気ＲＡとして戻る。

コンテナにおいて空気を循環させるよう必要とされるエネルギは、摩擦によるコンテナにおける熱として最終的に放散される。エバポレータファン１５０は、低速モードにおいて動作されるか、あるいは高速モードで動作されるかに依存して、コンテナにおいて熱として放散される数百ワット乃至数百キロワット（ｋＷ）を運ぶ。このエネルギは、カーゴ自体によって生成される熱及び周囲からコンテナに入るエネルギに加えられ、全て冷蔵システムによって除去されなければならない。エバポレータファン及びコンプレッサのいずれもの１００％の理想的及び最善の効率を前提として、エバポレータファンによって消費される各ｋＷに対して、他のｋＷは、コンテナ及びそのカーゴからの摩擦エネルギを除去するようコンプレッサによって消費される。

図３は、加熱又は冷蔵に対する実際の要求に依存する本発明の動作を図示する。観察された還気ＲＡの温度Ｔ_ＲＡ及び供給空気の温度Ｔ_ＳＡ、並びに該２つの温度の差Ｔ_ＲＡ−Ｔ_ＳＡに基づき、加熱又は冷蔵の要求が算出される。

観察された温度差Ｔ_ＲＡ−Ｔ_ＳＡが加熱も冷蔵も要求されないことを示すとき、修正することが何もないのでエバポレータファン及びヒータは動作される。しかしながら、所定の間隔においてエバポレータファンは始動され、コンテナにおいて空気を循環させるようにし、また、加熱又は冷蔵が必要とされるか否かを確定するためにその温度を測定するよう還気温度センサを通って還気流を引くようにする。

中程度の加熱要求が間隔Ｈ_１におけるように確定されるとき、エバポレータファンは始動され、空気流によって生成される摩擦熱が加熱に対する必要性を満たす速度においてコンテナにおける空気を循環させるようにする。このことは、連続可変速度を有するファンモータを有して可能であり、他のモータを有しては、モータに対して供給される電力のパルス幅変調（ＰＷＭ）によって得られ得る。他の（従来技術の）ファンモータの速度は、比較的より長い間隔においてスイッチをオン及びオフにすることによって制御され得、モータ速度の正しい平均値をもたらす。

間隔Ｈ_２にあるようにエバポレータファンのみによって満たされるより高い加熱要求において、エバポレータファンは、その全能力（フルキャパシティ）で動作され、ヒータ１８０によって補完される。ヒータ力は調整され、空気流からの摩擦熱及びヒータによって生成される熱は、加熱に対する必要性を満たす。ヒータに対して供給される電力は、パルス幅変調等によって変えられ得る。

中程度の冷蔵に対する要求が間隔Ｒ_１におけるように確定されるとき、コンプレッサ１１０は始動され、エバポレータファンは、コンテナにおいて空気を循環させ、該空気が冷蔵されるようエバポレータコイルを通すように始動される。空気の循環は、コンテナにおいて放散される摩擦熱をもたらし、該摩擦熱は、冷蔵によって除去されるべきエネルギを増加させる。したがってエバポレータファンモータは、冷蔵要求に合致するよう、また可能な限り少ない摩擦熱を放散するよう、空気を循環させるのに十分である低速度で動作される。冷蔵要求における変化は、コンプレッサ力を調節することによって受容される。

図３中の符号Ａは、すべて測定又は観察又は可能であれば推定によって既知であるかあるいは確定され得る、設定温度Ｔ_ＳＰ、熱エネルギをコンテナへと漏らすコンテナの外側の周囲条件、並びにカーゴによって生成される熱エネルギによって確定され得る冷蔵要求を示す。要求値Ａより高い冷蔵要求において、高い率で空気をコンテナにおいて循環させ、対応してエバポレータファンを高速で動作させることは、必要である。冷蔵要求における変化は、コンプレッサ力を調節することによって受容される。

要求Ａにおけるファン速度の変化は、エバポレータを介する空気流に影響を与え、したがってコンプレッサ力が調節される。

要求値Ａの周囲の間隔は比較的狭く、エバポレータファンモータの速度はこの間隔にわたって連続的に変えられ得る。

本発明の多種の特徴及び利点は、添付の請求項において説明される。

１００ 冷蔵システム
１１０ コンプレッサ
１２０ コンデンサ
１３０ エクスパンションバルブ
１４０ エバポレータ
１５０ エバポレータファン
１６０ コンデンサファン
１７０ コントローラ
１８０ ヒータ
１９０ 温度センサ
ＳＡ 供給空気
ＲＡ 還気
２００ コンテナ
２１０ カーゴ
Ａ 要求値
Ｈ_１ 間隔
Ｈ_２ 間隔
Ｒ_１ 間隔
Ｒ_２ 間隔

Claims (21)

1. チルドカーゴを冷蔵するようコンテナ用の冷蔵システムを動作させる方法であって、
   直列に接続されたコンプレッサ、コンデンサ、及びエバポレータ、該エバポレータに関連付けられるエバポレータファン、並びにヒータを有する、前記コンテナに対して供給空気を放出し且つ前記コンテナからの還気を受けるよう動作可能な冷蔵システムを与える段階と、
   前記供給空気の温度を確定する段階と、
   前記還気の温度を確定する段階と、
   前記還気の前記温度及び前記供給空気の前記温度に基づいて加熱要求及び冷却要求のいずれかを確定する段階と、
   加熱要求が確定されるときには前記エバポレータファンを始動させ、また、増大加熱が確定されるときには前記エバポレータファンの速度を全能力まで増大させ且つ補完的にヒータを始動させる段階と、
   冷却要求が確定されるときには前記コンプレッサ及び前記エバポレータを始動させ、また、増大冷却が確定されるときには前記コンプレッサに対して供給される動力を増大させ、前記エバポレータファンを第１の速度において維持する段階と、
   を有する方法。
2. 前記加熱要求又は冷蔵要求を確定する段階は、所定の時間間隔において行なわれる、請求項１記載の方法。
3. 加熱及び冷却のうち少なくとも一方に対して確定される要求がないときに、前記コンプレッサ及び前記エバポレータファンを停止させる段階、を更に有する請求項１記載の方法。
4. 前記加熱要求が前記エバポレータファンのみによって満たされ得るより高いときに前記供給空気を加熱するよう前記ヒータを始動させる段階と、増大加熱が確定されるときに前記ヒータに対して供給される動力を増大させる段階と、を更に有する請求項１記載の方法。
5. 増大冷却が確定されるときに、前記エバポレータファンの前記速度を前記第１の速度より速い第２の速度まで増大させ、前記コンプレッサに対して供給される前記動力を増大させる段階、を更に有する請求項１記載の方法。
6. 前記エバポレータファンの速度が前記第１の速度から前記第２の速度まで増大される時点は、設定温度、周囲条件、及び前記コンテナ内における前記カーゴによって生成される熱エネルギによって確定される、請求項５記載の方法。
7. 前記エバポレータファンは、制御可能なエバポレータファンモータによって動作される、請求項１記載の方法。
8. 前記エバポレータファンモータは、連続的可変速度を備える、請求項７記載の方法。
9. 前記エバポレータファンモータは、前記モータに対して供給される電力のパルス幅変調（ＰＷＭ）を使用する、請求項８記載の方法。
10. 加熱要求及び冷却要求の一方を確定する段階は、前記還気温度と前記供給空気温度との間における差異に基づいて加熱要求及び冷却要求の一方を確定する段階を有する、請求項１記載の方法。
11. チルドカーゴを冷蔵するためのコンテナ用冷蔵システムであって、
    直列に接続されたコンプレッサ、コンデンサ、及びエバポレータと、
    該エバポレータに関連付けられ、前記コンテナに対して供給空気を放出し且つ前記コンテナからの還気を受けるよう作動可能である、エバポレータファンと、
    ヒータと、
    前記供給空気の温度及び前記還気の温度を検出するよう構成されるセンサと、
    前記還気の前記温度及び前記供給空気の前記温度に基づいて加熱要求及び冷却要求のうちいずれかを確定するようプログラムされるコントローラと、
    を有し、
    該コントローラは、加熱要求が確定されるときには前記エバポレータファンを始動させるよう、また、増大加熱が確定されるときには前記エバポレータファンの速度を全能力まで増大させ且つ補完的にヒータを始動させるよう、プログラムされ、
    また、該コントローラは、冷却要求が確定されるときには前記コンプレッサ及び前記エバポレータファンを始動させるよう、また、増大冷却が確定されるときには前記コンプレッサに対して供給される動力を増大させ、前記エバポレータファンを第１の速度において維持するよう、プログラムされる、
    冷蔵システム。
12. 前記コントローラは、所定の時間間隔において加熱要求又は冷蔵要求を確定するようプログラムされる、請求項１１記載のシステム。
13. 前記コントローラは、加熱及び冷却のうち少なくとも一方に対して確定される要求がないとき、前記コンプレッサ及び前記エバポレータを停止させるようプログラムされる、請求項１１記載のシステム。
14. 前記コントローラは、前記加熱要求が前記エバポレータファンのみによって満たされ得るものより高いときには前記供給空気を加熱するよう前記ヒータを始動させるよう、また、増大加熱が確定されるときには前記ヒータに対して供給される動力を増大させるよう、プログラムされる、請求項１１記載のシステム。
15. 前記コントローラは、増大冷却が確定されるときに、前記エバポレータファンの前記速度を前記第１の速度より速い第２の速度まで増大させるよう、また前記コンプレッサに対して供給される前記動力を増大させるよう、プログラムされる、請求項１１記載のシステム。
16. 前記コントローラは、設定温度、周囲条件、及び前記コンテナ内における前記カーゴによって生成される熱エネルギによって確定される時点において前記エバポレータファンの前記速度を前記第１の速度から前記第２の速度まで増大させるようプログラムされる、請求項１５記載のシステム。
17. 前記エバポレータファンは、制御可能なエバポレータファンモータによって駆動される、請求項１１記載のシステム。
18. 前記エバポレータファンモータは、連続可変速度を備える、請求項１７記載のシステム。
19. 前記エバポレータファンモータは、前記モータに対して供給される電力のパルス幅変調（ＰＷＭ）を使用する、請求項１８記載のシステム。
20. 前記コントローラは、前記還気温度と前記供給空気温度との間の差異に基づいて加熱要求及び冷却要求を確定するようプログラムされる、請求項１１記載のシステム。
21. チルドカーゴを冷蔵するようコンテナ用の冷蔵システムを動作させる方法であって、
    直列に接続されたコンプレッサ、コンデンサ、及びエバポレータ、該エバポレータに関連付けられるエバポレータファン、並びにヒータを有する、前記コンテナに対して供給空気を放出し且つ前記コンテナからの還気を受けるよう動作可能な冷蔵システムを与える段階と、
    前記供給空気の温度を確定する段階と、
    前記還気の温度を確定する段階と、
    前記還気の前記温度と前記供給空気の前記温度との間における差異に基づいて加熱要求及び冷却要求のいずれかを所定の時間間隔において確定する段階と、
    加熱要求が確定されるときには前記エバポレータファンを始動させ、また、増大加熱が確定されるときには前記エバポレータファンの速度を全能力まで増大させ且つ補完的にヒータを始動させる段階と、
    冷却要求が確定されるときには前記コンプレッサ及び前記エバポレータを始動させ、また、増大冷却が確定されるときには前記コンプレッサに対して供給される動力を増大させ、前記エバポレータファンを第１の速度において維持する段階と、
    加熱及び冷却のうち少なくとも一方に対して確定される要求がないとき、前記コンプレッサ及び前記エバポレータを停止させる段階と、
    前記加熱要求が前記エバポレータファンのみによって満たされ得るものより高いときには前記供給空気を加熱するよう前記ヒータを始動させ、また、増大加熱が確定されるときには前記ヒータに対して供給される動力を増大させる段階と、
    増大冷却が確定されるときに、前記エバポレータファンの前記速度を前記第１の速度より速い第２の速度まで増大させる段階と、
    を有する方法。

Images