JPS6136148B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は冷凍装置に関する。例えば、コンテナ
用冷凍装置は、コンテナ庫内の温度を−５℃〜−
６℃以下、通常は−18℃に制御する冷凍運転と、
−５℃〜−６℃以上、通常は０℃〜５℃に制御
し、積荷を氷結せずに保存する冷蔵運転が行なわ
れるものであつて、本発明は以上の如く行なう各
運転のうち、特に冷蔵運転における従来装置の問
題を解決しようとするものである。 即ち、コンテナ用冷凍装置は、通常前記した冷
凍運転時における所要冷凍能力を基準に設計され
ており、多くは、外気温度38℃で庫内温度が−18
℃に保持できる冷凍能力（約2500Kcd／ｈ）に設
計されている。従つて、冷蔵運転においては、蒸
発温度が高くなるため、約２ないし３倍の冷凍能
力で運転されることになり、そのため、冷蔵運転
時における庫内温度の制御が粗になり、場合によ
つては、肉、野菜、果物等の積荷が冷えすぎて、
その品質が低下することがあつた。 しかして、従来以上の如きコンテナ冷凍装置に
おいて、庫内温度の温度制御を行なう方法とし
て、蒸発器の吹出空気温度を感知して、サーモス
タツトにより、圧縮機の運転をオン・オフさせる
方法や、また、高圧ガス管と低圧液管との間にキ
ヤピラリチユーブ又は定圧膨張弁をもつたホツト
ガスバイパス管を介装して、ホツトガスを直接蒸
発器に流して庫内温度を制御する方法が知られて
いる。 しかしながら、圧縮機をオン・オフさせて行な
う制御方式によれば、庫内温度の設定値に対し庫
内における実際の温度の振れが大きく、所謂設定
値に対する温度のハンチング幅が大きい問題があ
り、またホツトガスバイパス方式によれば、前記
した圧縮機のオン・オフ方式に比較して、温度設
定値に対するハンチング幅を狭くできるのである
が、単にホツトガスをバイパスさせるだけである
から、第５図点線のごとく外気温度が低い場合、
後述するように冷凍能力が大きくなり過ぎ、ホツ
トガスをバイパスさせても、第７図のごとくオー
バーシユートが大きくなり、前記したハンチング
幅が大きくなる問題があつた。 即ち、以上の如き従来装置によれば、たとえホ
ツトガスをバイパスさせても、冷凍能力は第５図
点線に示したごとく、外気温度の低下に伴ない低
下する熱負荷とは逆に大きくなる。つまり、負荷
特性と冷凍能力特性とが逆方向の傾向になるので
ある。 従つて、外気温度が低下すると冷凍能力が大き
くなり過ぎるため、オーバーシユートが大きく庫
内温度の振れが大きくなり、温度の制御性が悪く
なつて、積荷が冷えすぎて品質低下を来たす問題
があつた。 しかも、ホツトガスバイパス管に定圧膨張弁を
設けた従来装置によると、外気温度が低下した場
合、低圧が低くなつて前記定圧膨張弁が開き、ホ
ツトガスのバイパス量を増大させるのであるが、
このホツトガスのバイパスにより、蒸発器出口の
低圧ガス冷媒が過熱されるため、液管に介装する
感温膨張弁が全開することになり、この結果、外
気温度が低くなつても、外気温度が高い場合と同
様冷媒循環量は変らず、圧縮機入力を減少させら
れないのである。 従つて、必要以上の冷凍能力で動力を無駄に消
費していたのであつて、省エネルギーの要求に反
するものであつた。 更に、ホツトガスバイパス方式の従来装置によ
ると、庫内温度の制御性が悪く、ハンチング幅が
広いため、圧縮機の発停頻度も多くなる問題もあ
つた。 そこで本発明は、以上の如き従来の門題点に鑑
み発明したもので、目的とする処は、外気温度が
低い場合や、庫内温度が適温範囲に入つた場合な
ど、熱負荷が低い場合には、圧縮機入力を減少
し、無駄なエネルギーの消費を少なくしながら、
第５図実線に示したごとく負荷の減少に合わせて
冷凍能力も減少させるようにして庫内の温度制御
を良好に行なえ、外気温度の如何に拘わらず、常
に設定値に対する温度のハンチング幅を狭くでき
るようにし、更に、圧縮機の発停頻度を少なくで
きるようにしたものであつて、圧縮機、凝縮器、
感温膨張弁、蒸発器から成る冷凍装置において、
前記圧縮機と凝縮器とを結ぶ高圧ガス管と前記感
温膨張弁と蒸発器とを結ぶ低圧液管との間に、絞
り機能を持ち流通遮断可能としたホツトガスバイ
パス管を設けると共に、前記凝縮器と感温膨張弁
とを結ぶ高圧液管に、該液管を流れる液冷媒に低
坑を与えて流量を制御する固定絞り機構を介装し
た制御回路を接続する一方、前記高圧液管に、前
記ホツトガスバイパス管へホツトガスが流れると
きに閉じて前記制御回路における液冷媒の流れを
許容し、ホツトガスバイパス管をホツトガスが流
れないとき開いて前記高圧液管における液冷媒の
流れを許容する第１開閉弁を介装したことを特徴
とするものである。 次に本発明装置の実施例を第１図に基づいて説
明する。 第１図において、１は圧縮機、２は凝縮器、３
は感温膨張弁、４は分流器、５は蒸発器であつ
て、これら各機器は冷媒配管６によりそれぞれ連
結し、前記蒸発器５によりコンテナ庫内を冷却す
る冷凍サイクルを形成している。 そして、以上の如く構成する冷凍サイクルにお
ける高圧ガス管６１と、低圧液管６２との間に
は、ホツトガスバイパス管７を設け、このバイパ
ス管７の途中に、低圧ガス管６３に均圧部８１を
もつた定圧膨張弁８を介装すると共に、高圧液管
６４に第１開閉弁９を介装する一方、前記高圧液
管６４に、第２開閉弁１０とキヤピラリチユーブ
やオリフイスなどの固定絞り機構１１（以下単に
キヤピラリチユーブという）との直列回路から成
る制御回路１２を、前記第１開閉弁９と並列に接
続したのである。尚、第１図において１３は前記
ホツトガスバイパス管７に介装する第３開閉弁で
ある。 尚、前記第１，２及び第３開閉弁９、１０，１
３は、何れも主として電磁開閉弁を用いるもの
で、以下実施例の説明では、単に電磁弁と称す
る。 しかして、前記第１及び第２電磁弁９，１０は
庫内温度を検出し、この検出信号をもとに開閉制
御するのであつて、前記第１電磁弁９は、庫内温
度が設定温度（例えば０℃）に対し適温上限L₁
以上において開となり、適温上限L₁以下で閉と
なるごとく制御すると共に、前記第２電磁弁１０
は前記設定温度以上において開となり、前記設定
温度以下で閉となるごとく制御するのであり、
又、前記第３電磁弁１３は、適温上限L₁以上に
おいて閉となり、適温上限L₁以下で開となる如
く制御し、かつ、圧縮機１の停止時に閉じるごと
く制御するのである。尚この第３電磁弁１３は、
定圧膨張弁８のセツト値を選択することにより省
略できる。かくして、前記第１電磁弁９が開放さ
れると、前記高圧液管６４に液冷媒の流れが許容
される一方、前記制御回路１２にはキヤピラリー
チユーブ１１が介装されているので液冷媒はほと
んど流れないのである。このとき、前記第３電磁
弁１３は閉鎖されて、前記ホツトガスバイパス管
７にはホツトガスは流れていないのである。又、
前記第１電磁弁９が閉鎖されると、前記高圧液管
６４の液冷媒の流れが阻止される一方、該電磁弁
９を側路する前記制御回路１２に液冷媒が流通す
るのである。このとき前記第３電磁弁１３は開放
されて、前記ホツトガスバイパス管７にはホツト
ガスが流れているのである。 以上の構成において、庫内温度を０℃の設定温
度に制御すべく冷蔵運転を行なう場合、庫内温度
が、適温上限より高いプルダウン時、前記第１電
磁弁９は開となり、通常の冷凍サイクルにより、
庫内を冷却するのである。 そして、第３図のごとく庫内温度が設定温度に
近づき適温上限（第３図イ点）になると、前記第
１電磁弁７が閉じる。このとき、前記第２電磁弁
１０は開であるから、凝縮器２からの高圧液冷媒
が前記キヤピラリチユーブ１１を介装した制御を
流れる冷凍サイクルにより冷凍能力が減少傾向に
制御された状態で庫内を冷却するのである。 従つて、庫内温度の低下は、前記適温上限イか
ら緩慢となり、ゆるやかな温度低下で設定温度
（第３図ロ点）に至るのである。 又、庫内温度が設定温度になると、前記第２電
磁弁１０が閉じるのであつて、この第２電磁弁１
０の閉鎖により、低圧が低下し、低圧カツトによ
りポンプダウンして前記圧縮機１の運転が停止す
るのである。 この圧縮機１の停止により、冷媒の循環はなく
なるが、オーバーシユートにより、庫内温度は設
定温度以下となる。 その後庫内温度が上昇し、前記適温上限L₁以
下の第３図ハ点になると、前記圧縮機１が運転さ
れるのであるが、この場合前記第２電磁弁１０が
開いた状態で運転されるのであつて、前記した適
温上限L₁から設定温度に制御する冷凍サイクル
と同じサイクルで庫内を冷却するのであり、以後
以上の運転を繰返して、庫内温度を制御するので
ある。 しかして、以上の運転において、庫内温度が適
温範囲L₁〜L₂になると、前記したキヤピラリチ
ユーブ１１を通る制御回路により運転し、冷凍能
力を低く制御するので、圧縮機１の入力を減少
し、消費動力を少なくできると共に、第５図実線
に示したごとく、冷凍能力を負荷に追従して制御
できるのであり、従つて、オーバーシユートを少
なくし設定温度に対する温度のハンチング幅を狭
く庫内温度を精度よく制御できるのである。 因みに、前記キヤピラリーチユーブ１１を、直
径２ｍ／ｍ長さ500ｍ／ｍとし、庫内温度の設定
温度を０℃とした場合、その圧縮機入力KWは第
４図のごとくなり外気温度10℃〜40℃まで変化さ
せた平均では、第４図点線で示した、ホツトガス
バイパス方式の従来装置によると、5.37KWであ
るのに対し、実線で示した本発明装置によると、
3.475KWとなり、従来装置を100％とした場合、
本発明装置は65％となり、35％の消費動力の無駄
を省くことができたのである。 次に、以上の如く圧縮機入力が減少する理由及
び冷凍能力を負荷に追従できる理由について説明
する。 先ず圧縮機入力が減少する理由について説明す
る。 ホツトガスをバイパスさせて、庫内温度の温度
制御を行なう従来装置によれば、外気温度が低い
場合や、庫内温度が適温範囲に入つてホツトガス
のバイパスにより温度制御する場合など熱負荷が
少ない場合でも、外気温度が高く、また庫内温度
が適温範囲より高くプルダウン運転を行なう場合
と同様、凝縮器を経由する液冷媒の循環量は変ら
ず、多く流れると共に、凝縮器を経由する液冷媒
による冷却能力も変化せず大きいため、ホツトガ
スによる加熱能力もヒートバランスを行なう必要
上多く要求し、その結果、冷媒循環量が多くな
り、それだけ圧縮機入力も大きくなるのである。 之に対し本発明装置では、外気温度が低に場合
や庫内温度が適温範囲に入つて、熱負荷が少なく
なる場合、第１電磁弁９が閉じ、冷媒は、その全
量が第２電磁弁１０からキヤピラリチユーブ１１
を通つて蒸発器５に至る制御回路が形成されるの
で、前記第１電磁弁９が開いてプルダウン運転を
行なう場合に対し、キヤピラリチユーブ１１で絞
られた分だけ冷媒循環量が減少すると共に、低圧
も外気温度の低下分以下低下して凝縮器を経由す
る冷却能力も減少するのである。 之に対し、低圧低下により定圧膨張弁８は開
き、ホツトガスが多く流れることになるが、冷媒
循環量が減少して冷却能力も減少しているため、
ホツトガスによる加熱能力の要求も少なくなり、
ホツトガスバイパス量は、従来装置に比較して少
ない量でヒートバランスするのである。 以上の如く、ホツトガスは増大するが、液冷媒
は減少するので、全体として循環量は最少限に抑
制され、それ丈圧縮機入力が減少するのである。
今、外気温度38℃、庫内の設定温度を０℃とした
場合について、従来装置と本発明装置とを比較す
ると次表の通りとなる。

【表】

【表】 以上の表から明らかな通り、本発明装置におけ
る冷媒循環量は、従来装置を100とした場合、
33.5％に減少でき、圧縮機入力は、従来装置を
100としたとき、計算値では52.6％、実測値では
57.7％に減少できるのである。 尚以上の表におけるピストンの理論押しのけ量
は、シリンダ内径58ｍ／ｍ、ストローク60ｍ／
ｍ、気筒数２、回転数1750rpmで計算したもので
ある。 次に、本発明において冷凍能力を負荷に追従し
て制御できる理由を説明する。 一般に、冷凍能力は、蒸発温度が一定であれ
ば、凝縮温度が低下するごとに大きくなると共
に、蒸発温度が低下すれば冷凍能力も小さくなる
のであり、また、冷凍能力（Kad／ｈ）は、冷媒
循環量（Kg／ｈ）と冷凍効果（Kad／Kg）との積
であり、冷媒循環量が減少すれば、冷凍能力も小
さくなるのである。 しかして、本発明装置は、庫内温度が適温範囲
に入ると、第１電磁弁９が閉じキヤピラリチユー
ブ１１を通る制御回路が形成されるので、前記し
たごとく冷媒循環量が減り、低圧も低くなつて蒸
発温度が低下し、冷凍能力は低くなる。 そして、この状態で外気温度が低くなると、高
圧が低下し、前記キヤピラリチユーブ１１を流れ
る冷媒量（Kg／ｈ）が少なくなる。 又、前記キヤピラリチユーブ１１を流れる冷媒
量により冷媒循環量が決定されるが、この循環量
Ｇは次式により概算できる。 但し、△Ｐはキヤピラリチユーブ１１における
前後の差圧であり、γはキヤピラリチユーブ１１
の入口における冷媒の比重量（Kg／cm³）である。 従つて、外気温度が高いと、高圧も高くなつ
て、前記差圧（△Ｐ）は大きくなると共に、外気
温度が低くなると高圧が低くなつて、前記差圧
（△Ｐ）は小さくなるのであり、また、キヤピラ
リチユーブ１１を通る冷媒は何れも液冷媒であつ
て、比重量はほゞ同じであるから、外気温度が低
い方が冷媒循環量がより多く減少し、しかも低圧
低下も大きいから、冷凍能力は第５図実線に示し
たごとく、外気温度の低下に伴ない小さくなるご
とく制御でき、第５図斜線で示した熱負荷に追従
させられるのである。 しかして、以上の構成において、前記キヤピラ
リチユーブ１１を、適正な絞り抵坑のものと選択
することにより、第５図実線に示した冷凍能力特
性を、負荷特性に近似させることが可能となるの
である。 即ち、キヤピラリチユーブ１１の抵坑が小さい
場合、高低圧力差が小さくなつて、キヤピラリチ
ユーブ１１の流量も大きくなり、冷凍能力の減少
はそれ丈少ないため、冷凍能力の特性は、第５図
点線で示した従来装置における冷凍能力の特性と
同様右下りとなる。之に対し、前記キヤピラリチ
ユーブ１１の抵坑を大きくすると、それ丈低下の
低下も大きくでき、高低圧力差が大きくなつてキ
ヤピラリチユーブ１１の流量を減少できるので、
冷凍能力の減少を大きくでき、冷凍能力の特性を
第５図実線のごとく左下りの特性に制御できる。 従つて、キヤピラリチユーブ１１の抵坑は、冷
凍能力が第５図実線のごとく左下りの特性となる
ごとく選択するのである。 今、前記したごとく、直径２ｍ／ｍ、長さ500
ｍ／ｍとしたキヤピラリチユーブ１１を用いた構
成において、外気温度9.55℃の場合Ａと31.06℃
の場合Ｂとを比較すると次表のごとくする。

【表】 以上の表から明らかな通り、外気温度がＢかＡ
へと約225℃低下した場合、冷媒循環量は、外気
温度の高いＢを100℃とすると約26％減少し、逆
に冷凍効果は、外気温度の高いＢを100％とする
と約18％増加するが、冷媒循環量の減少率の方が
大きいため、冷凍能力は計算値で約13％、実測値
で約20％低下するのである。 又第１図に示したものは、前記したごとく、定
圧膨張弁８をもつたホツトガスバイパス管７を設
けて、該バイパス管７によるホツトガスバイパス
により、加熱能力を与えるものであるから、前記
した冷凍能力を更に、負荷特性に近似させられ
る。 即ち、外気温度が低下すると圧縮機１の仕事量
（Kcd／Kg）も減るが、外気温度の低下で高圧が
低下し、前記キヤピラリチユーブ１１により低圧
が低下するので、前記定圧膨張弁８は、低圧を一
定にしようとして、弁開度を開き、ホツトガスを
多く流すことになり、仕事量は減るけれどもホツ
トガスバイパス量が増大し、第６図一点鎖線のご
とく外気温度の低下に伴ない加熱能力を増大でき
るのである。 従つて、第６図二点鎖線に示した冷凍能力は、
前記加熱能力とのトータルで第６図点線のごとく
制御できるのである。 今、前記した能力のキヤピラリチユーブ１１を
用い、第１図に示した構成の本発明装置と、定圧
膨張弁をもつホツトガスバイパス管を用いた従来
装置との外気温度変化に対する冷凍能力の変化を
みてみると次表のごとくなる。 この表は、何れも、庫内温度が適温範囲にあつ
て、ホツトガスバイパスを行なつて温度制御を行
なつている場合の比較である。

【表】 以上の表から明らかなごとく、従来装置では、
外気温度の低下に対し、冷凍能力が大きくなつて
いるが、本発明装置では、外気温度の低下に対し
冷凍能力も小さくなつている。 第１図に示した実施例では、ホツトガスバイパ
ス管７に定圧膨張弁８を介装しているが、第２図
のごとく前記定圧膨張弁を用いずにキヤピラリチ
ユーブ８ａを用いてもよい。 又、定圧膨張弁８を用いる場合、庫内温度が適
温範囲より高く、プルダウン運転を行なうとき、
前記第１電磁弁９が開いているため、低圧は制御
運転を行なつている場合より高くなつており、一
方、前記定圧膨張弁８は、第２電磁弁１０のみを
開いて制御運転を行なう場合の低圧にセツトされ
ているから、前記したプルダウン運転時における
弁開度を零にできるので、ホツトガスのバイパス
を制御でき、それ丈冷凍能力を大きくし、プルダ
ウン時間を早くできるのである。 又、第１図に示した実施例において、外気温度
が設定温度より低く、庫内温度が外気温度の影響
で、設定温度より低い適温下限L₂以下になる
と、圧縮機１を停止した状態で、別に設ける電気
ヒータをオンして庫内を熱するのであるが、前記
第２電磁弁１０を外気温度が、適温下限L₂以下
のとき開くと共に、圧縮機１を運転するごとく成
すことにより、ホツトガスによる加熱能力で庫内
温度を上昇させられる。 この場合、外気温度の低下で、高圧が著るしく
低下するので、キヤピラリチユーブ１１を流れる
冷媒量は殆んどなくなると共に、低圧も著るしく
低下するので定圧膨張弁８の弁開度は大きくな
り、ホツトガスの殆んど全量が蒸発器５に流すこ
とができ、これにより加熱能力を増大して、庫内
温度を上昇させ得るのである。 以上の如く本発明は、圧縮機１、凝縮器２、感
温膨張弁３、蒸発器５から成る冷凍装置におい
て、前記圧縮機１と凝縮器２とを結ぶ高圧ガス管
６１と前記感温膨張弁３と蒸発器５とを結ぶ低圧
液管６２との間に、絞り機能を持ち流通遮断可能
としたホツトガスバイパス管７を設けると共に、
前記凝縮器２と感温膨張弁３とを結ぶ高圧液管６
４に、該液管６４を流れる液冷媒に低坑を与えて
流量を制御する固定絞り機構１１を介装した制御
回路１２を接続する一方、前記高圧液管６４に、
前記ホツトガスバイパス管７へホツトガスが流れ
るときに閉じて前記制御回路１２における液冷媒
の流れを許容し、ホツトガスバイパス管７をホツ
トガスが流れないとき開いて前記高圧液管６４に
おける液冷媒の流れを許容する第１開閉弁９を介
装したから、庫内温度が設定温度に近い適温範囲
になり、前記ホツトガスバイパス管７にホツトガ
スをバイパスするとき、前記制御回路１２に液冷
媒が流通するように切換わり、前記固定絞り機構
１１により冷媒循環量が減少されることとなり、
圧縮機入力を減少し、消費動力の無駄を少なくで
きながら、しかも冷凍能力の制御は、熱負荷に追
従させられるのであつて、適温範囲における庫内
温度の低下を緩慢にでき、従つて、特に冷蔵運転
において、オーバーシユートを少なくできると共
に、圧縮機の発停のデフアレンシヤルを小さくで
き、設定温度に対する庫内温度のハンチング幅を
狭く、庫内温度の温度制御を精度よく行なえるの
であり、その上圧縮機の発停回数も少なくできる
のである。 またホツトガスバイパス管を用いて、ホツトガ
スによる加熱能力を与えるごとくしているため、
熱負荷に対する冷凍能力の制御をより一層熱負荷
に追従させられると共に、加熱能力により、庫内
の加熱も可能となるのである。 尚本発明において、前記キヤピラリチユーブ１
１の出口側は、第１，２図では前記膨張弁３の入
口側に接続したが出口側でもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の実施例を示す冷媒配管系
統図、第２図は別の実施例を示す冷媒配管系統
図、第３図は庫内温度の制御特性図、第４図は外
気温度に対する圧縮機入力の特性図、第５図は外
気温度に対する冷凍能力と熱負荷との特性線図、
第６図は外気温度に対する冷凍能力、冷却能力と
加熱能力との特性線図、第７図は従来装置の庫内
温度の制御特性図である。 ７……ホツトガスバイパス管、８……定圧膨張
弁、８ａ……キヤピラリチユーブ、９……第１開
閉弁、１０……第２開閉弁、１１……キヤピラリ
チユーブ、１２……制御回路、６１……高圧ガス
管、６２……低圧液管、６３……高圧液管、６４
……低圧ガス管、８１……均圧部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧縮機１、凝縮器２、感温膨張弁３、蒸発器
   ５から成る冷凍装置において、前記圧縮機１と凝
   縮器２とを結ぶ高圧ガス管６１と前記感温膨張弁
   ３と蒸発器５とを結ぶ低圧液管６２との間に、絞
   り機能を持ち流通遮断可能としたホツトガスバイ
   パス管７を設けると共に、前記凝縮器２と感温膨
   張弁３とを結ぶ高圧液管６４に、該液管６４を流
   れる液冷媒に低坑を与えて流量を制御する固定絞
   り機構１１を介装した制御回路１２を接続する一
   方、前記高圧液管６４に、前記ホツトガスバイパ
   ス管７へホツトガスが流れるときに閉じて前記制
   御回路１２における液冷媒の流れを許容し、ホツ
   トガスバイパス管７をホツトガスが流れないとき
   開いて前記高圧液管６４における液冷媒の流れを
   許容する第１開閉弁９を介装したことを特徴とす
   る冷凍装置。 ２ ホツトガスバイパス管７に、低圧ガス管６３
   に均圧部８１をもつた定圧膨張弁８を介装し、こ
   の膨張弁８により、前記バイパス管７に絞り機能
   を付与する如くしたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の冷凍装置。 ３ キヤピラリーチユーブ８ａによりホツトガス
   バイパス管７に絞り機能を付与する如くしたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の冷凍装
   置。