JPH05133620A - 冷凍装置の運転制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外気温度による吸入管温度の検知誤差を保償
し、電動膨張弁の開度調節による過熱度制御の制御性能
を向上させる。 【構成】 圧縮機２ａ、凝縮器２ｃ、電動膨張弁EV１及
び蒸発器２ｉを順次接続して冷媒回路２を構成する。蒸
発器２ｉの入口配管に入口温度検出手段Ｔhi1 を、圧縮
機２ａの吸入管に吸入管温度検出手段Ｔhs1 を配置す
る。過熱度演算手段５１により、蒸発器入口温度と吸入
管温度との温度差から過熱度を演算し、開度制御手段５
３により、過熱度をその制御目標値に一致させるよう電
動膨張弁EV１の開度を制御する。過熱度目標値設定手段
５２により、庫内温度設定手段４２で設定される庫内温
度の制御目標値が低いほど過熱度の制御目標値を高くす
るよう設定し、冷媒循環量の低減で外気温度の影響によ
る過熱度の検知誤差が拡大するのを保償し、制御性能を
向上させる。

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
置に係り、特に、膨張弁の開度調節により冷媒の過熱度
を制御するようにしたものの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特開昭６０―１９４２
６０号公報に開示される如く、圧縮機、凝縮器、開度の
調節可能な膨張弁及び蒸発器を順次接続してなる冷媒回
路を備えた冷凍装置の運転制御装置として、冷媒の過熱
度を検出し、この過熱度を制御目標値にするよう電動膨
張弁の開度を増減調節することにより、冷媒の湿り，乾
き状態を適正に維持し、もって、圧縮機への液圧縮を防
止しながら冷凍能力の確保を図ろうとするものは、公知
の制御技術である。

【０００３】また、特開昭６３―４５０３１号公報に開
示される如く、電動膨張弁前後の液管から各々キャピラ
リチュ―ブを介してバイパスさせたバイパス路からさら
にキャピラリチュ―ブを介して吸入管に接続される分岐
管を設け、この分岐管に飽和温度を検出する第１の温度
センサを取り付けるとともに、吸入管に過熱冷媒温度を
検出する第２の温度センサを取り付けて、両者の検出温
度の差を過熱度として上記公報と同様の電動膨張弁の開
度調節を行う一方、第１の温度センサで検出される飽和
温度が設定温度よりも低いときには、過熱度の制御目標
値を大きい値に設定することにより、低外気暖房におけ
る冷凍装置の能力の低下を防止するようにしたものも公
知の技術である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、冷凍装置に
おいて、電動膨張弁の開度を過熱度をパラメータとして
制御する場合、圧縮機直前の冷媒の湿り状態を適正に維
持するという点から過熱冷媒温度を検出する温度センサ
は圧縮機直前の吸入管に取り付けることが好ましいが、
通常圧縮機は外気にさらされるので、吸入管に取り付け
られた温度センサの検出値が外気温度の影響を受ける場
合がある。すなわち、吸入管の温度センサは通常断熱材
で保護されているが、外気温度が非常に高いときには吸
入管自体が外気温度によって上昇し、結局、検出過熱度
が真の過熱度よりも高くなるという問題がある。

【０００５】ここで、上記のような過熱度のずれにより
具体的にどのような制御上の問題が生じるかについて説
明する。冷凍装置の運転中、外気温度が高くなると、見
掛上吸入ガス温度が上昇し、過熱度が実際よりも大きい
値になるので、膨張弁開度は適正値よりも開かれ、液冷
媒が吸入管に戻ることになる。すると、この液戻りによ
って吸入管温度が急激に低下するので、過熱度は急激に
小さくなり、膨張弁は再び絞られ、冷媒流量が低減する
ので、上記過程が繰り返される。その結果、大きなハン
チング状態が生じ、制御不能状態に陥る虞れがある。

【０００６】かかる不具合を解消するには、例えば上記
後者の公報のものの考え方を利用して、外気温度を別途
検出し、外気温度に応じて過熱度の目標値を補正するこ
とも考えられるが、温度センサを別途設けることはコス
トアップを招くとともに、冷媒の流量が多い場合には、
吸入管温度は冷媒の外気温度の影響は比較的少ないの
で、かえって制御機能が悪化する虞れも生じる。また、
吸入管の温度センサを吸入管内に埋設することも考えら
れるが、例えばコンテナ冷凍装置のような海水，振動，
衝撃等にさらされる過酷な条件下で使用されるもので
は、温度センサの封入部の信頼性を確保するのは困難で
ある。

【０００７】本発明は、吸入管に取り付けられた温度セ
ンサにおいて、冷媒流量が比較的多いときには外気温度
が吸入管温度に与える影響が小さく、冷媒流量が少ない
ときには外気温度が吸入管温度に与える影響が大きいこ
とに鑑み、簡易な構成で外気温度の影響による過熱度の
検知誤差を保償する手段を講ずることにより、温度セン
サ等の追加によるコストアップを招くことなく、適正な
過熱度制御を行うことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の解決手段は、外気温度の影響が大きくなるよう
な条件下では、過熱度の制御目標値を高く設定すること
により、検知誤差を保償することにある。

【０００９】具体的に本発明の講じた手段は、図１に示
すように、圧縮機（２ａ）、凝縮器（２ｃ）、電動膨張
弁（EV１）及び蒸発器（２ｉ）を順次接続してなる冷媒
回路（２）を備えた冷凍装置を前提とする。

【００１０】そして、冷凍装置の運転制御装置として、
上記蒸発器（２ｉ）の入口における冷媒の温度を検出す
る入口温度検出手段（Ｔhi1 ）と、上記圧縮機（２ａ）
の吸入管に配置され、吸入管温度を検出する吸入管温度
検出手段（Ｔhs1 ）と、上記入口温度検出手段（Ｔhi1
）及び吸入管温度検出手段（Ｔhs1 ）の出力を受け、
吸入管温度と入口温度との温度差を過熱度として演算す
る過熱度演算手段（５１）と、上記過熱度演算手段（５
１）の出力を受け、冷媒の過熱度が制御目標値になるよ
う上記電動膨張弁（EV１）の開度を制御する開度制御手
段（５３）とを設けるものとする。

【００１１】さらに、庫内温度の制御目標値を設定する
庫内目標値設定手段（４２）と、該庫内目標値設定手段
（４２）の出力を受け、庫内温度の制御目標値が低いほ
ど上記過熱度の制御目標値を高くするよう設定する過熱
目標値設定手段（５２）とを設ける構成としたものであ
る。

【００１２】

【作用】以上の構成により、本発明では、過熱度演算手
段（５１）により、蒸発器（２ｉ）の入口配管に取り付
けられた入口温度検出手段（Ｔhi1 ）の検出値と、圧縮
機（２ａ）の吸入管に取り付けられた吸入管温度検出手
段（Ｔhs1 ）で検出される吸入管温度との温度差から冷
媒の過熱度が演算され、開度制御手段（５３）により、
冷媒の過熱度が制御目標値になるよう電動膨張弁（EV
１）の開度が制御される。

【００１３】そのとき、圧縮機（２ａ）の吸入管は庫外
に配置されているので、吸入管温度検出手段（Ｔhs1 ）
が庫外空気に晒され、外気温度が高いときには、その影
響で見掛上吸入管温度が上昇し、結局過熱度が実際の値
よりも小さくなることがあるが、過熱目標値設定手段
（５２）により、庫内目標値設定手段（４２）で設定さ
れた庫内温度の制御目標値が低いほど過熱度の制御目標
値を高くするよう設定されるので、冷媒循環量が少なく
外気温度の影響を受けやすい状態での過熱度の検知誤差
が保償されることになり、開度制御手段（５３）により
電動膨張弁（EV）の開度を制御する際に、制御のハンチ
ングを招くことなく良好な制御状態が維持されることに
なる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００１５】図２及び図３は、本発明の実施例に係るコ
ンテナ用冷凍装置の構造を示し、コンテナ用冷凍装置
は、庫外側に配置される庫外ユニット（Ａ）と、庫内側
に配置される庫内ユニット（Ｂ）とを同一のケーシング
内に収納してなる。

【００１６】また、図４は冷媒回路（１）の冷媒配管系
統を示し、該冷媒回路（１）は互いに独立した第１回路
系（２）と第２回路系（３）とが設けられて構成されて
いる。該各回路系（２，３）は、各々１台のスクロール
型圧縮機（２ａ，３ａ）を備えると共に、該圧縮機（２
ａ，３ａ）の吐出側からフィルタ（２ｂ，３ｂ）と、庫
外ファン（Ｆ２）が付設された空冷凝縮器（２ｃ，３
ｃ）と、水冷凝縮器（２ｄ，３ｄ）と、レシーバ（２
ｅ，３ｅ）と、ドライヤ（２ｆ，３ｆ）と、リキッドイ
ンジケータ（２ｇ，３ｇ）と、液溜め部であるアキュー
ムレータ（２ｈ，３ｈ）と、膨脹機構である電動膨脹弁
（EV１，EV２）と、庫内ファン（Ｆ１）が付設された蒸
発器（２ｉ，３ｉ）とが順に冷媒配管（１１）を介して
閉回路に接続された主回路（２１，３１）を備え、該各
回路系（２，３）のおける空冷凝縮器（２ｃ，３ｃ）と
水冷凝縮器（２ｄ，３ｄ）と蒸発器（２ｉ，３ｉ）とが
一体に構成されている。

【００１７】更に、上記各回路系（２，３）には、ホッ
トガスバイパス回路（２２，３２）とインジェクション
回路（２３，３３）とが設けられると共に、上記各主回
路（２１，３１）におけるフィルタ（２ｂ，３ｂ）と空
冷凝縮器（２ｃ，３ｃ）との間にはチェックバルブ（CV
１，CV２）が、レシーバ（２ｅ，３ｅ）とドライヤ（２
ｆ，３ｆ）との間にはストップバルブ（TV１，TV２）
が、リキッドインジケータ（２ｇ，３ｇ）とアキューム
レータ（２ｈ，３ｈ）との間にはリキッドバルブ（LV
１，LV２）が、蒸発器（２ｉ，３ｉ）と圧縮機（２ａ，
３ａ）との間にはサクションバルブ（SV１，SV２）がそ
れぞれ介設されている。そして、上記リキッドバルブ
（LV１，LV２）は、デフロスト運転に用いられる所定量
の冷媒をアキュームレータ（２ｈ，３ｈ）に貯溜するた
めのものである。また、上記サクションバルブ（SV１，
SV２）は、ブリードポートを備えて冷凍能力を制御する
ためのものである。

【００１８】また、上記ホットガスバイパス回路（２
２，３２）は、一端が上記フィルタ（２ｂ，３ｂ）とチ
ェックバルブ（CV１，CV２）との間に介設された３方電
磁弁からなるホットガス弁（HV１，HV２）に接続される
と共に、他端が電動膨脹弁（EV１，EV２）と蒸発器（２
ｉ，３ｉ）との間に接続されており、デフロスト運転時
に圧縮機（２ａ，３ａ）からの冷媒を各凝縮器（２ｃ，
２ｄ，３ｃ，３ｄ）をバイパスして蒸発器（２ｉ，３
ｉ）に供給するように構成されている。一方、上記イン
ジェクション回路（２３，３３）には、流量調節機能を
有する三方弁からなるインジェクション弁（IV１，IV
２）が介設されており、その流入側ポートはキャピラリ
（２３ａ，３３ａ）を介してレシーバ（２ｅ，３ｅ）と
ストップバルブ（TV１，TV２）との間に接続されるとと
もに、流出側の一方のポートは圧縮機（２ａ，３ａ）の
中間圧力部に、流出側の他のポートは圧縮機（２ａ），
（３ａ）の吸入側にそれぞれ接続されてなり、圧縮機
（２ａ，３ａ）の駆動時にインジェクション弁（IV１，
IV２）が開口し、液冷媒を圧縮機（２ａ，３ａ）に供給
して該圧縮機（２ａ，３ａ）の吐出冷媒を冷却し、高圧
冷媒圧力を低下させるように構成されている。

【００１９】また、上記冷媒回路（１）には、圧縮機
（２ａ，３ａ）の吐出側の高圧冷媒圧力を検出する高圧
センサ(HPS) が、圧縮機（２ａ，３ａ）の吸入側の低圧
冷媒圧力を検出する低圧センサ(LPS) がそれぞれ設けら
れると共に、チェックバルブと空冷凝縮器（２ｃ，３
ｃ）との間には高圧冷媒圧力を制御するための高圧制御
センサ(HPCS)が設けられている。また、図２及び図３に
おいて、（Ｔhi1,Ｔhi2)はそれぞれ各蒸発器（２ｉ，３
ｉ）入口の液管に取り付けられ、蒸発器入口温度Ｔi1，
Ｔi2を検出する入口温度検出手段としての熱交入口セン
サ、（ＴhR）は庫内側から取り入れた空気が流通する流
通路に配置され、庫内空気温度としての吸込空気温度Ｔ
ｒを検出する吸込センサ、（ＴhU）は各蒸発器（２ｉ，
３ｉ）を介して庫内に吹き出される吹出空気の温度を検
出する吸込センサ、（Ｔhs1,Ｔhs2)は各圧縮機（２ａ，
３ａ）の吸入管に取り付けられ、吸入管温度Ｔs1，Ｔs2
を検出する吸入管温度検出手段としての吸入管センサで
あって、該吸入管センサ（Ｔhs1,Ｔhs2)は、図３に示さ
れるごとく、庫外ユニット（Ａ）側で外気にさらされる
部位に配置されている。

【００２０】そして、図示しないが、上記各センサはコ
ントローラ（４）に接続されて、該各センサの検出信号
がコントローラ（４）に入力するように構成されてい
る。該コントローラ（４）は、上記圧縮機（２ａ，３
ａ）、電動膨脹弁（EV１，EV２）、リキッドバルブ（LV
１，LV２）、サクションバルブ（SV１，SV２）、ホット
ガス弁（HV１，HV２）、インジェクション弁（IV１，IV
２）及び各ファン（Ｆ１，Ｆ２）に接続されて制御信号
を出力するように構成されている。なお、上記コントロ
ーラ（４）は、電動膨張弁（EV１，EV２）を、冷凍モー
ド時には後述のように冷媒の過熱度Ｓh1，Ｓh2によって
ＰＩＤ制御すると共に、冷蔵モード時には蒸発器（２
ｉ，３ｉ）の吹出空気温度によってＰＩＤ制御する一
方、サクションバルブ（SV１，SV２）を蒸発温度が低下
すると、電動膨張弁（EV１，EV２）の所定開度が一定時
間継続すると閉動し、ブリードポートを介して冷媒を圧
縮機（２ａ，３ａ）に供給するように制御している。

【００２１】また、上記コントローラ（４）は、図５に
示すように、庫内設定温度ｔと過熱度の制御目標値Ｓhs
との関係式 Ｓhs＝−αｔ＋β（図５では、α＝３／
４、β＝−２．５）を予め記憶する記憶装置（４１）
と、庫内温度の制御目標値ｔをカーゴ品等に応じて設定
する庫内目標値設定手段としての温度設定スイッチ（４
２）とが内蔵されている。

【００２２】ここで、上記コントローラ（４）の制御内
容について、図６のフロ―チャ―トに基づき説明する。
まず、ステップＳＴ１で、冷凍装置が起動すると、ステ
ップＳＴ２で、上記温度設定スイッチ（４２）で設定さ
れた庫内温度の制御目標値ｔを入力し、ステップＳＴ３
で、制御目標値ｔが−１０（℃）よりも低いか否かを判
別し、ｔ＜−１０（℃）でなければ、ステップＳＴ４に
移行して冷蔵モードの運転を行い、ｔ＜−１０（℃）の
時のみ以下の冷凍モードの運転を行う。

【００２３】すなわち、ステップＳＴ５で、上記熱交入
口センサ（Ｔhi1,Ｔhi2)で検出される蒸発器入口温度Ｔ
i1，Ｔi2及び上記吸入管センサ（Ｔhs1,Ｔhs2)で検出さ
れる吸入管温度Ｔs1，Ｔs2を入力し、ステップＳＴ６
で、式 Ｓh1＝Ｔs1−Ｔi1、Ｓh2＝Ｔs2−Ｔi2により冷
媒の過熱度Ｓh1，Ｓh2を演算する。次に、ステップＳＴ
７で、上記記憶装置（４１）の記憶内容に基づき、設定
温度ｔに応じて過熱度の制御目標値Ｓhsを、式 Ｓhs＝
−αｔ＋βに基づき決定し、ステップＳＴ８で、各過熱
度Ｓh1，Ｓh2がいずれもこの制御目標値Ｓhsになるよう
各電動膨張弁（EV１，EV２）の開度をＰＩＤ制御する。

【００２４】以上のフローにおいて、ステップＳＴ６の
制御により本発明にいう過熱度演算手段（５１）が構成
され、ステップＳＴ７の制御により過熱度目標値設定手
段（５２）が構成され、ステップＳＴ８の制御により開
度制御手段（５３）が構成されている。

【００２５】したがって、上記実施例では、過熱度演算
手段（５１）により、蒸発器（２ｉ，３ｉ）の入口配管
に取り付けられた熱交入口センサ（Ｔhi1,Ｔhi2)の検出
値Ｔi1，ＴI2と、圧縮機（２ａ，３ａ）の吸入管に取り
付けられた吸入管センサ（Ｔhs1,Ｔhs2)で検出される吸
入管温度Ｔs1，Ｔs2との温度差から冷媒の過熱度Ｓh1，
Ｓh2が演算されるが、上記実施例のように吸入管センサ
（Ｔhs1,Ｔhs2)が庫外空気に晒されている場合、外気温
度が高いときには、その影響で見掛上吸入管温度が上昇
し、過熱度Ｓh1，Ｓh2が実際の値よりも小さくなること
がある。すなわち、吸入管の温度自体は冷媒からの熱伝
動による影響を最も大きく受け、吸入管センサ（Ｔhs1,
Ｔhs2)は断熱材で保護されているので、通常は外気温度
の影響によってそれ程上昇することはないが、冷媒循環
量が少ないときには外気温度による影響が大きくなり、
吸入管の温度自体が上昇することがあるからである。そ
して、このような実際の過熱度からずれた過熱度Ｓh1，
Ｓh2をパラメータとして電動膨張弁（EV１，EV２）の開
度を制御すると、制御のハンチングを生じ、制御不能に
陥る虞れが生じる。

【００２６】ここで、上記実施例では、過熱目標値設定
手段（５２）により、上記温度設定スイッチ（４２）で
設定された庫内温度の制御目標値ｔが低いほど過熱度の
制御目標値Ｓhsを高くするよう設定される。つまり、庫
内温度の制御目標値ｔが低いほど冷媒循環量は少なく、
また必然的に外気温度Ｔａとの温度差も拡大するので、
上記過熱度演算手段（５１）で算出される過熱度Ｓh1，
Ｓh2の値が実際の過熱度よりも大きい値となっている。
したがって、過熱度の制御目標値Ｓhs自体をこのように
高く変更することによって、吸入管センサ（Ｔhs1,Ｔhs
2)で検出される吸入管温度Ｔs1，Ｔs2の検知誤差が保償
され、開度制御手段（５３）により、上記過熱目標値設
定手段（５２）で設定された過熱度の制御目標値Ｓhsに
基づき電動膨張弁（EV１，EV２）の開度をＰＩＤ制御す
る際に、制御のハンチングを招くことなく良好な制御状
態が維持されることになる。

【００２７】なお、上記実施例では、冷媒回路（１）を
独立した２つの回路系（２，３）を備えたものとした
が、本発明はかかる実施例に限定されるものではなく、
単一の回路系を備えたものでもよいことはいうまでもな
い。

【００２８】さらに、本発明は上記実施例のようなコン
テナ用冷凍装置の限定されるものではないが、コンテナ
用冷凍装置の場合には、使用される環境条件が厳しく、
特に赤道直下を通過する時など、高温の外気にさらされ
るので、本発明を適用することで、顕著な効果が得られ
る。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
冷凍装置の運転制御装置として、蒸発器の入口配管に取
り付けられた入口温度検出手段で検出される蒸発器入口
温度と吸入管に取り付けられた吸入管温度検出手段で検
出される吸入管温度との温度差から過熱度を算出し、過
熱度が制御目標値になるよう電動膨張弁の開度を制御す
るとともに、庫内温度の制御目標値が低いほど過熱度の
制御目標値を高くするよう設定する構成としたので、冷
媒循環量に応じて変化する吸入管温度検出手段の検知誤
差を保償することができ、よって、電動膨張弁開度の制
御性能の向上を図ることができる。

【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】実施例に係るコンテナ用冷凍装置の一部を破断
して示す正面図である。

【図３】実施例に係るコンテナ用冷凍装置の一部を破断
して示す側面図である。

【図４】コンテナ用冷凍装置の冷媒配管系統図である。

【図５】記憶装置に記憶される庫内の制御目標値と過熱
度の制御目標値との関係を示す図である。

【図６】電動膨張弁開度についての制御内容を示すフロ
―チャ―ト図である。

【符号の説明】

２ 第２回路系（冷媒回路） ２ａ，３ａ 圧縮機 ２ｃ，３ｃ 凝縮器 ２ｉ，３ｉ 蒸発器 EV１，EV2 電動膨張弁 ４２ 温度設定スイッチ（庫内目標値設定手
段） ５１ 過熱度演算手段 ５２ 過熱目標値設定手段 ５３ 開度制御手段 Ｔhi1,Ｔhi2 熱交入口センサ（入口温度検出手段） Ｔhs1,Ｔhs2 吸入管センサ（吸入管温度検出手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機（２ａ）、凝縮器（２ｃ）、電動
   膨張弁（EV１）及び蒸発器（２ｉ）を順次接続してなる
   冷媒回路（２）を備えた冷凍装置において、 上記蒸発器（２ｉ）の入口における冷媒の温度を検出す
   る入口温度検出手段（Ｔhi1 ）と、上記圧縮機（２ａ）
   の吸入管に配置され、吸入管温度を検出する吸入管温度
   検出手段（Ｔhs1 ）と、上記入口温度検出手段（Ｔhi1
   ）及び吸入管温度検出手段（Ｔhs1 ）の出力を受け、
   吸入管温度と入口温度との温度差を過熱度として演算す
   る過熱度演算手段（５１）と、上記過熱度演算手段（５
   １）の出力を受け、冷媒の過熱度が制御目標値になるよ
   う上記電動膨張弁（EV１）の開度を制御する開度制御手
   段（５３）とを備えるとともに、 庫内温度の制御目標値を設定する庫内目標値設定手段
   （４２）と、該庫内目標値設定手段（４２）の出力を受
   け、庫内温度の制御目標値が低いほど上記過熱度の制御
   目標値を高くするよう設定する過熱目標値設定手段（５
   ２）とを備えたことを特徴とする冷凍装置の運転制御装
   置。