JPH076717B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、膨張機構に、蒸発器の出入口温度差に基づく
弁開度調節により過熱度制御する電動式膨張弁を用い、
且つ、フロスト時、圧縮機から吐出するホットガスを蒸
発器に導いてデフロストを行うようにした冷凍装置に関
する。

（従来の技術） 従来、膨張機構として電動式膨張弁を用い、蒸発器の出
入口温度を温度センサーで検出して、該検出出入口温度
差に基づいて膨張弁の開度調節を行い、所定の過熱度が
得られるようにしたものは、例えば特開昭61−36671号
公報等により知られている。

又、圧縮機の吐出側から蒸発器の入口側にホットガスバ
イパス路を設けて、該バイパス路を介して導入するホッ
トガスの保有熱量を利用して、蒸発器のデフロストを行
うようにしたものは、例えば特開昭59−122863号公報等
により知られている。

そして、膨張機構に電動式膨張弁を用い、ホットガスバ
イパス方式によりデフロストを行うようにしたものにあ
っては、デフロストの完了後には、ホットガスの注入側
となる蒸発器の入口温度が、通常の冷却運転の場合の出
口温度よりも低い状態から出口温度よりも高い状態に逆
転してしまうことになるため、もはや出入口温度差に基
づく過熱度制御は行えなくなり、従って、一般には、該
膨張弁の弁開度を、運転再開当初の一定時間（例えば30
秒）にわたり、例えば75％程度の一定開度に強制的に固
定して、運転再開に伴う過渡的な対応を図るようにして
いる。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、デフロスト完了後の運転再開時、前記電動式
膨張弁の弁開度を一定時間にわたり一定開度に固定する
ようにしても、外気条件によっては、下記の問題が起こ
るのであった。

即ち、低外気時には、凝縮器での凝縮作用が促進されて
所定の冷凍能力を良好に引出せることから、蒸発器の出
入口温度は、比較的速やかに庫内設定温度に応じた低温
度状態へと低下するものであるが、それにも拘わらず、
固定弁開度（75％）が、この低外気時における比較的小
さい熱負荷に対して広過ぎるか、又は、弁開度固定時間
（30秒）が、蒸発器の温度低下時間に比べて長過ぎる
と、前記蒸発器の温度低下に伴ってやがては該蒸発器で
の冷媒の気化が十分なされなくなり、圧縮機に液冷媒が
返送されてしまうという液バックが起こるのであった。

一方、高外気時には、冷凍能力のダウンにより蒸発器の
温度低下が遅いにも拘わらず、一定時間内にわたり固定
される固定弁開度が十分広くないか、又は、弁開度固定
時間が短いと、未だ十分に蒸発器が冷えていない状態で
通常の過熱度制御に移行されることになり、早々に弁開
度が絞られて、蒸発器への供給冷媒量が減少し、庫内を
設定温度まで温度低下させるプルダウン時間が長引いて
しまうのであった。

上記問題は、海上コンテナ等に装載される冷凍装置にあ
っては一層顕著となるのであって、昼と夜あるいは地域
により外気温度が大きく変動してしまうため、画一的な
弁開度及び画一的な弁開度固定時間では外気条件にマッ
チした適切な運転再開が行いがたいのであった。

本発明の目的は、デフロスト後の運転再開時における膨
張弁の弁開度調節と、通常の過熱度制御に移行させるた
めの条件とを工夫することにより、外気条件いかんに拘
わらず、液バックを回避できると共に、プルダウン時間
の短縮化を図り得る冷凍装置を提供する点にある。

（問題点を解決するための手段） そこで本発明は、圧縮機（１）と凝縮器（２）と蒸発器
（５）及び該蒸発器（５）の出入口温度差に基づく弁開
度調節により過熱度制御する電動式膨張弁（４）とを備
え、前記圧縮機（１）から吐出するホットガスを前記凝
縮器（２）を側路して前記蒸発器（５）に導くホットガ
スバイパス路（８）と、該バイパス路（８）にホットガ
スをバイパスさせるホットガス弁（７）とを設けて、前
記蒸発器（５）のフロスト時、前記バイパス路（８）を
介して導入するホットガスにより前記蒸発器（５）のデ
フロストを行うようにした冷凍装置であって、デフロス
ト完了後の運転再開時、前記膨張弁（４）の弁開度を、
前記蒸発器（５）の検出出口温度が庫内設定温度に近づ
くように順次調節し、かつ、前記出口温度が庫内設定温
度近くに達した後、前記膨張弁（４）の弁開度調節を前
記蒸発器（５）の出入口温度差に基づく過熱度制御に移
行させる弁開度制御手段を備えていることを特徴とする
ものである。

（作用） 膨張弁（４）の弁開度は前記蒸発器（５）の検出出口温
度が庫内設定温度に近づくように順次調節されて、デフ
ロスト完了直後における高温状態の蒸発器（５）が温度
低下するに伴い、該蒸発器（５）の温度低下に応じた冷
媒量の調節が行われ、液バックを回避し得るのであり、
又、過熱度制御への移行は、排気温度いかんに拘わら
ず、検出出口温度が庫内設定温度近くまで低下した後に
行われるのであり、しかもこの時には、前記蒸発器
（５）は庫内設定温度に近い低温状態となっているため
に、該過熱度制御に移行されても、すぐに庫内設定温度
に応じた所定の低温度にまで到達できるのであって、プ
ルダウン時間の遅延も無くし得るのである。

（実施例） 第１図に示すものは例えば海上コンテナ等に装載される
冷凍装置であり、圧縮機（１）の吐出ガス管（11）側か
ら、ファン（F2）を付設する凝縮器（２）、受液器
（３）、電動式膨張弁（４）、ファン（Ｆ）を付設する
蒸発器（５）、アキュムレータ（６）を順次冷媒配管
（10）を介して接続すると共に、前記吐出ガス管（11）
と蒸発器（５）の入口に介装する分流器（45）との間
に、ホットガス弁（７）を介して圧縮機（１）から吐出
されるホットガスを凝縮器（２）及び膨張弁（４）を側
路して蒸発器（５）に導くホットガスバイパス路（８）
を設けたものである。

前記電動式膨張弁（４）は、弁開度を駆動調節する弁駆
動部（40M）を備え、前記蒸発器（５）の入口管（51）
及び出口管（52）にそれぞれ付設する入口温度センサー
（41）及び出口温度センサー（42）により、前記蒸発器
（５）の出入口温度を検出して、該検出出入口温度差に
基づいて弁開度を調節し、適性過熱度を得るようにして
いる。

又、前記ホットガス弁（７）は、前記バイパス路（８）
に対する弁開度を０％〜100％に制御可能とした電動式
三方比例弁を用い、その電動部（20M）の駆動により、
前記蒸発器（５）へのホットガスのバイパス量を調節す
ると共に、前記蒸発器（５）のフロスト時、前記ホット
ガス弁（７）をバイパス路（８）に対して100％開い
て、循環するホットガスの全量を前記蒸発器（５）に導
入し、該ホットガスによりデフロストを行うようにして
いる。

以上の構成において、デフロスト完了後の運転再開時、
外気温度いかんに拘わらず適正な運転再開が図れるよ
う、前記膨張弁（４）の弁開度を、前記蒸発器（５）の
検出出口温度が庫内設定温度に近くように順次調節し、
かつ、前記出口温度が庫内設定温度近くに達した後、前
記膨張弁（４）の弁開度調節を前記蒸発器（５）の出入
口温度差に基づく過熱度制御に移行させる弁開度制御手
段を形成して、第２図に示すコントローラ（100）内に
具備させるのである。

前記コントローラ（100）は、マイクロコンピュータ等
を用いて構成するものであり、その入力側には、デフロ
スト開始指令を取込むために、前記蒸発器（５）を通過
する空気の出入口圧力差に基づき作動するエアプレッシ
ャスイッチ（APS）並びに、例えば12時間をセット時間
とするデフロストタイマスイッチ（2D）及びマニュアル
操作によりデフロストを行う手動デフロストスイッチ
（3D）を接続すると共に、デフロストの完了検知を行う
ために、前記出口管（52）の温度を検出するサーミスタ
（Th）を接続する。又、前記蒸発器（５）の吸込及び吹
出空気温度を検出するリターン及びサプライセンサー
（RS）（SS）と、庫内温度を設定する温度設定器（55）
とを接続すると共に、前記蒸発器（５）の入口及び出口
温度を検出する温度センサー（41）（42）、並びに、外
気温度を検出する外気温度検出器（60）を接続する。

一方、出力側には、圧縮機（１）のモータ（MC）を発停
する電磁継電器（88C）、蒸発器側ファン（Ｆ）のモー
タ（MF）を発停する電磁継電器（88F）並びに該モータ
（MF）を極数変更等により回転数を変化させて蒸発器
（５）の通過空気を高風量と低風量とに切換える電磁継
電器（88FH）、凝縮器側ファン（F2）のモータ（MF2）
を発停する電磁継電器（88F2）、ホットガス弁（７）の
電動部（20M）、電動式膨張弁（４）の弁駆動部（40M）
を接続する。尚、前記継電器（88C）（88F）の励磁回路
には、吐出ガス管（11）に介装する高圧圧力検出器（HP
S）並びに、圧縮機モータ（MC）の過電流リレーの接点
（51C）及びサーモスイッチ（49C）を直列に介装してお
り、更に、ファン用の前記継電器（88F）には、そのフ
ァンモータ（MF）のサーモスイッチ（49CF）を直列に継
続している。

そして、前記温度設定器（55）の温度設定に基づいて−
５℃〜−６℃以下のフローズン領域からそれよりも高い
チルド領域にわたる所定の冷却運転が行われるのであ
り、この冷却運転時、前記蒸発器（５）がフロストし
て、その通過空気の圧力変化により前記エアプレッシャ
スイッチ（APS）は自動的に作動したり、又は、前記デ
フロストタイマスイッチ（2D）により規定時間毎にデフ
ロスト指令が出されたり、あるいはデフロストスイッチ
（3D）が手動操作されると、デフロスト運転へ移行され
るのであって、前記ホットガス弁（７）の電動部（20
M）を駆動して、高圧ガス管（11）をバイパス路（８）
に対して100％開き、循環するホットガスの全量を蒸発
器（５）にバイパスさせるのである。

こうして、前記蒸発器（５）は、ホットガスの保有熱量
によりデフロストされるのであり、デフロストが進行し
てきて、出口管（52）が加熱され、サーミスタ（Th）が
所定温度に達したことを検出すると該デフロスト運転を
完了させるのである。

そして、このデフロスト完了後の運転再開時は、第３図
のフローチャートで示す手順に従って制御を行うのであ
って、まず、前記出口温度センサー（42）により、蒸発
器（５）の出口温度を検出して、この検出出口温度（TR
O）と、温度設定器（55）で予め定めた庫内設定温度（S
P）との差が、所定温度幅（ΔＴ）、例えば１℃〜２℃
の温度幅に入るまでの間、前記検出出口温度（TRO）が
庫内設定温度（SP）に近づくように、前記膨張弁（４）
の弁開度（Ｖ）を定めるのである。

この弁開度（Ｖ）は、検出出口温度（TRO）と庫内設定
温度（SP）との差が大きい程広く設定し、その差が小さ
くなっていくに従って順次狭く設定するものであって、
例えば、第４図及び次式に示すように、温度差（TRO
−SP）と弁開度（Ｖ）とを対数関係で対応づけて、その
係数（α）（β）を実験的に求めて前記コントローラ
（100）内に記憶しておき、出口温度（TRO）を検出する
毎に算出するのである。

Ｖ＝α｛ln（TRO−SP）｝^２＋β…… ここにlnはｅ＝2.718……を基底とする自然対数であ
る。

そして、上式により設定した弁開度（Ｖ）に基づいて
弁駆動部（40M）を操作して膨張弁（４）を制御し、以
下、検出出口温度（TRO）が庫内設定温度（SP）近くに
達するまで、すなわち、その温度差（TRO−SP＝ΔＴ）
が１℃〜２℃となるまで、出口温度センサー（42）で温
度検出を行うたび毎に弁開度（Ｖ）を順次更新していく
のである。

こうして、第５図に示すように、前記蒸発器（５）の出
口温度は、デフロスト完了直後の高温状態から、順次温
度低下されていくのであって、この場合、デフロスト完
了直後は、検出出口温度（TRO）と庫内設定温度（SP）
との温度差が大きいため、弁開度（Ｖ）は広開度に制御
され、高温状態の蒸発器（５）に、多量の冷媒が供給さ
れてその温度低下が促進できるのであり、又、検出出口
温度（TRO）が庫内設定温度（SP）側に向けて低下し、
その温度差が小さくなると、弁開度（Ｖ）は狭く制御さ
れて、蒸発器（５）への供給冷媒量が減少され、液バッ
クが回避できるのである。

そして、検出出口温度（TRO）が庫内設定温度（SP）近
くまで低下し、その温度差ΔＴが１℃〜２℃となると、
通常の過熱度制御に移行されるのであって、該過熱度制
御への移行は、外気温度いかんに拘わらず、蒸発器
（５）の検出出口温度（TRO）と庫内設定温度（SP）と
の比較に基づいて行われるものであり、しかも、前記蒸
発器（５）の出口温度は庫内設定温度（SP）に近い低温
状態となっているため、前記過熱度制御に移行されて
も、すぐに庫内設定温度（SP）に応じた所定の温度（お
おむね庫内設定温度（SP）に対し５℃程度低い温度）に
まで到達できるのである。

従って、弁開度及び弁固定時間が画一的なものゝよう
に、液バックや、プルダウン時間の遅延といった問題を
無くし得て、外気温度いかんに拘わらず適切な運転再開
が行えるのである。

尚、通常の過熱度制御に移行された後には、庫内設定温
度（SP）に基づいて、チルド又はフローズン領域での冷
却運転が行われるものであるが、チルド領域の運転で
は、前記電動部（20M）を、庫内設定温度（SP）とリタ
ーンセンサー（RS）との比較に基づいて所謂PID制御
し，熱負荷にマッチした所定量のホットガスをバイパス
させると共に、電磁継電器（88FH）をオンにして、蒸発
器（５）の通過風量を高風量とし、庫内空気の循環を良
くしている。又、フローズン領域の運転では、ホットガ
スのバイパスは行わずに、庫内設定温度（SP）とリター
ン又はサプライセンサー（RS又はSS）との比較に基づい
て圧縮機（１）の発停制御を行うと共に、電磁継電器
（88FH）をオフにして、蒸発器（５）の通過風量を低風
量にしている。

以上説明した実施例では、弁開度（Ｖ）を、温度差（TR
O−SP）の対数関数で対応づけたが、これに限らず、温
度差（TRO−SP）に基づいて比例制御するようにしても
よいし、又、温度差（TRO−SP）と弁開度（Ｖ）とを、
実験的に求められる任意の曲線に対応づけてもよく、こ
の場合には、前記コントローラ（100）内のメモリにそ
の曲線データを記憶しておいて、出口温度（TRO）の検
出毎にデータサーチ等を行って、順次、弁開度（Ｖ）を
更新すればよいのである。

（発明の効果） 以上のように本発明では、デフロスト完了後の運転再開
時、電動式膨張弁（４）の弁開度を、前記蒸発器（５）
の検出出口温度が庫内設定温度に近づくように順次調節
し、かつ、前記出口温度が庫内設定温度近くに達した
後、前記膨張弁（４）の弁開度調節を前記蒸発器（５）
の出入口温度差に基づく過熱度制御に移行させるように
したから、液バックやプルダウン時間の遅延といった問
題を回避でき、外気温度いかんに拘わらず適切な運転再
開が行えるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る冷凍装置の冷媒配管系統図、第２
図は同制御回路図、第３図はデフロスト完了後の運転再
開時における制御手順を示すフローチャート図、第４図
は弁開度の設定例を示す図、第５図は蒸発器の出口温度
の変化を示す図である。 （１）……圧縮機 （２）……凝縮器 （４）……電動式膨張弁 （５）……蒸発器 （７）……ホットガス弁 （８）……ホットガスバイパス路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機（１）と凝縮器（２）と蒸発器
   （５）及び該蒸発器（５）の出入口温度差に基づく弁開
   度調節により過熱度制御する電動式膨張弁（４）とを備
   え、前記圧縮機（１）から吐出するホットガスを前記凝
   縮器（２）を側路して前記蒸発器（５）に導くホットガ
   スバイパス路（８）と、該バイパス路（８）にホットガ
   スをバイパスさせるホットガス弁（７）とを設けて、前
   記蒸発器（５）のフロスト時、前記バイパス路（８）を
   介して導入するホットガスにより前記蒸発器（５）のデ
   フロストを行うようにした冷凍装置であって、デフロス
   ト完了後の運転再開時、前記膨張弁（４）の弁開度を、
   前記蒸発器（５）の検出出口温度が庫内設定温度に近づ
   くように順次調節し、かつ、前記出口温度が庫内設定温
   度近くに達した後、前記膨張弁（４）の弁開度調節を前
   記蒸発器（５）の出入口温度差に基づく過熱度制御に移
   行させる弁開度制御手段を備えていることを特徴とする
   冷凍装置。