WO2012169182A1 - 冷凍装置 - Google Patents

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WO2012169182A1
WO2012169182A1 PCT/JP2012/003703 JP2012003703W WO2012169182A1 WO 2012169182 A1 WO2012169182 A1 WO 2012169182A1 JP 2012003703 W JP2012003703 W JP 2012003703W WO 2012169182 A1 WO2012169182 A1 WO 2012169182A1
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WO
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humidity
target
temperature
control
compressor
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PCT/JP2012/003703
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English (en)
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Inventor
喜一郎 佐藤
高岡 久晃
Original Assignee
ダイキン工業株式会社
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Publication date
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    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F25B49/022Compressor control arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration apparatus provided with a cooling heat exchanger for cooling the air in the cabinet, and particularly relates to a power saving operation of the refrigeration apparatus.
  • Patent Document 1 discloses a refrigeration apparatus that cools the air in a container of a container used for maritime transportation or the like.
  • This refrigeration apparatus includes a refrigerant circuit to which a compressor, a condenser, an expansion valve, and a cooling heat exchanger (evaporator) are connected.
  • This refrigeration apparatus performs a vapor compression refrigeration cycle by circulating a refrigerant in the refrigerant circuit.
  • the refrigerant flowing through the cooling heat exchanger absorbs heat from the internal air and evaporates, thereby cooling the internal air.
  • JP 2002-327964 A Japanese Patent No. 3864891
  • the refrigeration apparatus includes a cooling heat exchanger (14) for cooling the inside of the refrigerator, and a blower mechanism (16) for generating an air flow for cooling the cooling heat exchanger (14). And a compressor (11) for compressing the refrigerant. Further, the refrigeration apparatus is connected to the cooling heat exchanger (14) and the compressor (11), and detects a humidity of a refrigerant circuit (10) for performing a refrigeration cycle with circulating refrigerant, and air in the cabinet.
  • a humidity detector (HS) that detects the temperature of the internal air
  • RS temperature detector
  • the refrigeration apparatus includes a normal time control for driving and controlling the blower mechanism (16) and the compressor (11) in order to set the internal temperature detected by the temperature detection unit (RS) as a target temperature, Dehumidification control for adjusting the humidity detected by the humidity detector (HS) to a predetermined target range of a high humidity region, and a change in the internal temperature within a temperature range based on the target temperature
  • a control unit (50) that performs power-saving control by drive control of the blower mechanism (16) and the compressor (11) to be allowed.
  • the control unit (50) performs the dehumidification when the humidity detected by the humidity detection unit (HS) is equal to or lower than a lower limit value of the target range of the humid region during the dehumidification control. It is characterized by switching from control to the power saving control.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a refrigeration container.
  • 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a refrigerant circuit provided in the refrigeration apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • the refrigeration apparatus 1 As shown in FIGS. 1 and 2, the refrigeration apparatus 1 according to the present embodiment is provided in a container C used for land transportation, sea transportation, and the like.
  • the refrigeration apparatus 1 is for cooling (refrigeration or freezing) the interior (loading room) of the container C.
  • the refrigeration apparatus 1 is attached so as to close the front opening of the container C formed in a rectangular box.
  • the refrigeration apparatus 1 includes a main body wall 2 and a partition wall 5, a refrigerant circuit 10, an external fan 15, an internal fan 16, and a controller 50.
  • the main body wall 2 is formed of a heat insulating material or the like, and is tightly fixed to the front opening of the container C to close the opening.
  • the upper half is generally a flat portion 3
  • the lower half is a concave portion 4 that is recessed inwardly (inner side) from the flat portion 3.
  • the partition wall 5 is provided in parallel to the main body wall 2 and on the inner side (inner side) from the main body wall 2.
  • the concave portion 4 of the main body wall 2 forms an outer space Z1 on the outer side (outside of the warehouse). Further, an inner upper space Z ⁇ b> 2 is formed between the flat portion 3 of the main body wall 2 and the partition wall 5. Further, an inner lower space Z ⁇ b> 3 is formed between the concave portion 4 of the main body wall 2 and the partition wall 5. The upper part of the inner upper space Z2 and the lower part of the inner lower space Z3 communicate with the interior (loading room).
  • the above-described outside fan 15, the compressor 11 and the condenser 12, which will be described later, are arranged in the outer space Z1.
  • the above-described internal fan 16 and an evaporator 14 described later are disposed.
  • a compressor 11, a condenser 12, an expansion valve 13, and an evaporator 14 are connected to the refrigerant circuit 10 as main components.
  • the compressor 11 compresses the sucked refrigerant and discharges the compressed refrigerant.
  • the compressor 11 is composed of a fixed capacity scroll compressor in which the rotation speed of the compressor motor is constant.
  • the condenser 12 is a so-called air-cooled condenser.
  • An external fan 15 is provided in the vicinity of the condenser 12.
  • the outside fan 15 blows outside air (outdoor air) to the condenser 12.
  • heat exchange is performed between the outdoor air blown by the outdoor fan 15 and the refrigerant.
  • an outside temperature sensor OS is provided in the vicinity of the condenser 12. The outside temperature sensor OS detects the temperature of outside air flowing toward the condenser 12 (that is, the outside temperature).
  • the expansion valve 13 is composed of an electronic expansion valve whose opening degree can be adjusted.
  • the opening degree of the expansion valve 13 is adjusted according to the degree of superheat of the refrigerant flowing out of the evaporator 14.
  • the evaporator 14 constitutes a cooling heat exchanger for cooling the internal air.
  • an internal fan 16 is provided in the vicinity of the evaporator 14.
  • the internal fan 16 is an example of a blower mechanism.
  • the internal air is sucked from the suction port and circulates in the evaporator 14, and then the air circulated through the evaporator 14 is It is blown out again from the outlet.
  • heat exchange is performed between the internal air flowing by driving the internal fan 16 and the refrigerant passing through the evaporator 14.
  • the air inlet and outlet of the internal air are the upper and lower gaps of the partition wall 5 in FIG. 2, respectively.
  • the refrigeration apparatus 1 in the present embodiment will be described as being a so-called bottom blowing type refrigeration apparatus, for example.
  • a suction temperature sensor RS (an example of a temperature detection unit) is provided in the vicinity of the suction port side of the evaporator 14.
  • an outlet temperature sensor SS is provided in the vicinity of the outlet side of the evaporator 14.
  • the suction temperature sensor RS detects the temperature of the internal air sent to the evaporator 14.
  • the blow-out temperature sensor SS detects the temperature of the air in the compartment that is blown into the compartment after passing through the evaporator 14.
  • a humidity sensor HS (an example of a humidity detection unit) is provided in the vicinity of the suction port side of the evaporator 14.
  • the humidity sensor HS detects the humidity of the internal air sent to the evaporator 14.
  • the discharge pipe 21 of the compressor 11 is connected to the inflow end of the condenser 12 through a check valve 31 and a discharge pressure adjustment valve 32 in this order.
  • the outflow end of the condenser 12 is connected to the expansion valve 13 through the receiver 33, the first electromagnetic valve 41, and the high pressure side flow path 34 a of the economizer heat exchanger 34 in order.
  • the suction pipe 22 of the compressor 11 is connected to the outflow end of the evaporator 14 via a suction proportional valve 35.
  • the inflow end of the evaporator 14 is connected to the expansion valve 13.
  • the economizer heat exchanger 34 exchanges heat between the refrigerant flowing through the high-pressure side flow path 34a and the refrigerant flowing through the low-pressure side flow path 34b.
  • the inflow end of the low-pressure side flow path 34 b is connected to a pipe between the condenser 12 and the receiver 33 through the capillary tube 36 and the second electromagnetic valve 42 in this order.
  • the outflow end of the low-pressure side channel 34 b is connected to the intermediate suction port 11 a of the compressor 11.
  • the intermediate suction port 11a is opened in a path in the middle of compression of the refrigerant in the compression mechanism of the compressor 11.
  • the suction proportional valve 35 adjusts the amount of refrigerant sucked by the compressor 11. That is, the suction proportional valve 35 constitutes a flow rate adjusting valve that adjusts the refrigerant circulation amount in the refrigerant circuit 10. When the refrigerant circulation amount is adjusted by the suction proportional valve 35, the cooling capacity of the evaporator 14 is adjusted.
  • the opening degree of the suction proportional valve 35 is adjusted according to the temperature detected by the suction temperature sensor RS.
  • the suction temperature sensor RS is an internal temperature sensor that detects the temperature of the internal air (internal temperature).
  • the refrigerant circuit 10 is connected with a first defrost pipe 23, a second defrost pipe 24, a discharge gas bypass pipe 25, a pipe 27, and a liquid injection pipe 26.
  • the first defrost pipe 23 and the second defrost pipe 24 are pipes for defrost operation for introducing refrigerant discharged from the compressor 11 into the evaporator 14 and melting frost attached to the evaporator 14.
  • One end of each of the first defrost pipe 23 and the second defrost pipe 24 is connected to a pipe between the check valve 31 and the discharge pressure regulating valve 32, and the other end is connected to a pipe between the expansion valve 13 and the evaporator 14. It is connected.
  • the first defrost pipe 23 is provided with a third electromagnetic valve 43 that is opened during the defrost operation.
  • the second defrost pipe 24 is provided with a fourth electromagnetic valve 44 and a drain pan heater 37 that are opened during the defrost operation.
  • the drain pan heater 37 is installed inside a drain pan provided in the container C in order to receive frost and condensed water separated from the surface of the evaporator 14. For this reason, when the refrigerant discharged from the compressor 11 flows through the drain pan heater 37 during the defrost operation, the frost collected by the drain pan and the ice blocks of condensed water are absorbed from the refrigerant discharged from the compressor 11 and melted. During the defrost operation, the discharge pressure adjustment valve 32 is set to a fully closed state.
  • the pipe 27 is a pipe for dehumidifying operation for introducing the refrigerant discharged from the compressor 11 to the evaporator 14 side.
  • One end of the pipe 27 is connected to a pipe between the check valve 31 and the discharge pressure regulating valve 32, and the other end is connected to a pipe between the expansion valve 13 and the evaporator 14.
  • the pipe 27 is provided with a seventh electromagnetic valve 47 and a reheat coil 38 that are opened during the dehumidifying operation.
  • the reheat coil 38 is provided in the vicinity of the evaporator 14 such as the lower part of the evaporator 14. For this reason, during the dehumidifying operation, the refrigerant discharged from the compressor 11 flows through the reheat coil 38 and is sent to the evaporator 14 side.
  • the discharge gas bypass pipe 25 is connected to the second defrost pipe 24 between the check valve 31 and the fourth electromagnetic valve 44, and the other end is connected to a pipe between the evaporator 14 and the suction proportional valve 35.
  • the discharge gas bypass pipe 25 is provided with a fifth electromagnetic valve 45.
  • the fifth solenoid valve 45 is appropriately opened according to the operating conditions.
  • the discharge gas bypass pipe 25 bypasses the condenser 12 and the evaporator 14 and returns the refrigerant discharged from the compressor 11 to the suction side of the compressor 11 when the cooling capacity of the evaporator 14 becomes excessive. It is piping.
  • the discharge gas bypass pipe 25 also serves as an oil return pipe for returning the refrigeration oil in the refrigerant discharged from the compressor 11 to the suction side of the compressor 11.
  • the liquid injection pipe 26 is a so-called liquid injection pipe for returning the liquid refrigerant condensed by the condenser 12 to the suction side of the compressor 11.
  • One end of the liquid injection pipe 26 is connected to a pipe between the first electromagnetic valve 41 and the economizer heat exchanger 34, and the other end is connected to a pipe between the suction proportional valve 35 and the compressor 11.
  • the liquid injection pipe 26 is provided with a sixth electromagnetic valve 46.
  • the sixth electromagnetic valve 46 is appropriately opened according to the operating conditions.
  • the refrigeration apparatus 1 is provided with an automatic ventilation opening 7 that can be opened and closed.
  • the automatic ventilation port 7 is provided for the purpose of taking outside air and discharging the inside air to ventilate the inside of the container.
  • the controller 50 switches between various operations (freezing operation, refrigeration operation, defrost operation).
  • the controller 50 includes a normal operation control unit 51 that performs control during refrigeration operation, a power saving operation control unit 52, and a dehumidification control unit 57.
  • the normal operation control unit 51 controls the refrigeration operation in the normal operation mode in which the compressor 11 is continuously operated while adjusting the cooling capacity of the evaporator 14.
  • the normal operation control unit 51 stores the target temperature TS of the internal air in an internal memory or the like.
  • the power saving operation control unit 52 includes a first control unit 53, a second control unit 54, and a third control unit 55.
  • the power saving operation control unit 52 controls the refrigeration operation in the power saving operation mode.
  • the power saving operation control unit 52 stores the target temperature TS of the internal air. Further, the power saving operation control unit 52 stores an upper limit temperature and a lower limit temperature as a target range of the internal temperature to be used during operation in the power saving operation mode. The details of the power saving operation mode will be described later.
  • the dehumidification control unit 57 controls the refrigeration operation in the dehumidification operation mode in which adjustment is performed to reduce the humidity of the internal air.
  • the dehumidification control unit 57 stores the target humidity TH of the internal air.
  • the dehumidification control unit 57 stores the target humidity TH and a target range including a region before and after the target humidity TH (for example, a range of target humidity TH ⁇ 5%) in the internal memory.
  • the target humidity TH is, for example, a high humidity range of 90% humidity.
  • the value of the target humidity TH is, for example, within a humidity range that can be dehumidified by control of the normal operation mode by the normal operation control unit 51 (for example, a region around 90% humidity).
  • the controller 50 includes an operation switching unit 56.
  • the operation switching unit 56 switches between a normal operation mode and a power saving operation mode under a predetermined condition in the refrigeration operation.
  • the operation switching unit 56 includes an internal memory and a timer (an example of a measurement unit) 561.
  • the internal memory stores a target humidity TH and a target temperature TS (and a target range based on them).
  • the timer 561 measures an elapsed time from when the humidity detected by the humidity sensor HS becomes equal to or less than a target range including a region before and after the target humidity TH. Note that the timer 561 may be provided in the controller 50 separately from the operation switching unit 56.
  • the refrigeration apparatus 1 is provided with an operation unit 58 that receives various operation instructions (for example, an operation start instruction, a value of the target humidity TH, etc.) related to the operation from the operator.
  • An operation unit (an example of a target humidity receiving unit) 58 is connected to the controller 50.
  • the refrigeration apparatus 1 can be switched between a refrigeration operation, a refrigeration operation (chilled operation), and the above-described defrost operation.
  • the refrigeration operation is an operation for cooling the cargo in the warehouse by cooling the air in the warehouse to a temperature lower than zero degrees Celsius.
  • the refrigeration operation (chilled operation) is an operation for cooling the cargo in the warehouse by cooling the air in the warehouse to a temperature higher than zero degrees Celsius.
  • refrigeration operation in normal operation mode is chilled operation
  • power saving operation mode is an operation mode in which the compressor 11 and the internal fan 16 are continuously operated and the internal air is continuously cooled by the evaporator 14 to cool the cargo in the internal storage.
  • the power saving operation mode is an operation mode in which the compressor 11 is operated intermittently and the air in the warehouse is semi-continuously cooled by the evaporator 14 to refrigerate cargo in the warehouse while saving power. It is.
  • the dehumidifying operation mode is an operation mode for adjusting the humidity detected by the humidity sensor HS to the target humidity TH.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a refrigerant circuit showing the flow of the refrigerant during operation of the refrigeration apparatus 1.
  • the normal operation control by the normal operation control unit 51 is performed. Specifically, in the normal operation mode, the normal operation control unit 51 continuously operates the compressor 11 and appropriately adjusts the opening degrees of the expansion valve 13 and the suction proportional valve 35.
  • the first and second electromagnetic valves 41 and 42 are opened by the normal operation control unit 51 in principle, and at the same time, the third to sixth electromagnetic valves 43, 44, 45, and 46 are closed. Then, the outside fan 15 and the inside fan 16 are operated at a normal rotation speed.
  • the refrigerant compressed by the compressor 11 flows into the condenser 12 via the discharge pipe 21.
  • the condenser 12 the refrigerant condenses by releasing heat to the outside air. Thereafter, a part of the refrigerant flows into the high-pressure channel 34 a of the economizer heat exchanger 34 via the receiver 33.
  • the remaining refrigerant is decompressed when passing through the capillary tube 36 and then flows into the low-pressure side flow path 34 b of the economizer heat exchanger 34.
  • the refrigerant flowing through the low pressure side flow path 34b evaporates by absorbing heat from the refrigerant flowing through the high pressure side flow path 34a. That is, in the economizer heat exchanger 34, the refrigerant flowing through the high pressure side flow path 34a is supercooled. The refrigerant evaporated in the low-pressure side flow path 34 b is sucked into the intermediate suction port 11 a of the compressor 11.
  • the refrigerant supercooled in the high-pressure channel 34 a is decompressed when passing through the expansion valve 13 and then flows into the evaporator 14.
  • the refrigerant evaporates by absorbing heat from the internal air.
  • the inside of the container C is cooled.
  • the refrigerant evaporated in the evaporator 14 passes through the suction proportional valve 35 and is then sucked into the compressor 11.
  • FIG. 5 is a time chart for explaining the operation in the power saving operation mode.
  • the power saving operation control unit 52 performs power saving control from the first operation to the third operation as shown in FIG. Note that the basic refrigerant flow of the refrigeration apparatus 1 in the power saving operation mode is the same as the refrigerant flow of the refrigeration apparatus 1 in the normal operation mode described above.
  • the first controller 53 drives the compressor 11 and drives the internal fan 16 at a normal rotation speed (first rotation speed). Moreover, the 1st control part 53 adjusts the cooling capacity of the evaporator 14 so that the chamber internal temperature may become the target temperature TS during 1st operation
  • the first control unit 53 adjusts the opening degree of the suction proportional valve 35 by PI control based on the target temperature TS and the temperature detected by the suction temperature sensor RS. As a result, the first control unit 53 adjusts the refrigerant circulation amount of the refrigerant circuit 10 according to the opening degree of the suction proportional valve 35, and also adjusts the cooling capacity of the evaporator 14.
  • the first control unit 53 adjusts the cooling capacity of the evaporator 14 while reducing the opening degree of the suction proportional valve 35 as described above, the refrigerant is likely to become wet in the entire area of the evaporator 14.
  • the first control unit 53 adjusts the cooling capacity of the evaporator 14 by adjusting the opening degree of the expansion valve 13 on the inflow side of the evaporator 14, the refrigerant flowing through the evaporator 14 becomes dry. The temperature unevenness of the refrigerant tends to occur between the inflow end and the outflow end of the evaporator 14.
  • the first control unit 53 adjusts the cooling capacity of the evaporator 14 while reducing the opening degree of the suction proportional valve 35, the refrigerant temperature distribution from the inflow end to the outflow end of the evaporator 14. Is made uniform. As a result, the internal air is cooled relatively uniformly, and the controllability of the internal temperature by the evaporator 14 is also improved.
  • the second operation is performed by the second control unit 54 after the first operation.
  • the first operation is shifted to the second operation when a preset time set in the first control unit 53 elapses from the start time t0 of the first operation.
  • This set time is set to a time required for the internal temperature to be maintained at the target temperature TS by cooling the evaporator 14. In this embodiment, this set time is set to about 2 minutes. That is, in the power saving operation mode, when two minutes have elapsed from the time t0 and the time t1 at which it is determined that the internal temperature is reliably maintained at the target temperature TS, the first operation is shifted to the second operation. To do.
  • the second control unit 54 gradually increases the cooling capacity of the evaporator 14 and lowers the internal temperature after time t1. Specifically, in the second operation, the second controller 54 continues to drive the compressor 11 and also drives the internal fan 16 at a normal rotation speed (first rotation speed). On the other hand, after the time t1, the second control unit 54 adjusts the opening degree of the suction proportional valve 35 to gradually increase. As a result, the refrigerant circulation amount in the refrigerant circuit 10 gradually increases, and the cooling capacity of the evaporator 14 also gradually increases.
  • the second operation is shifted to the third operation. That is, the third operation is started by the third control unit 55 at time t2 when the internal temperature reaches the lower limit temperature Tmin.
  • the opening degree adjustment of the suction proportional valve 35 by the second control unit 54 in the second operation is performed stepwise so that the opening degree increases by 10% every time 10 seconds elapse from time t1.
  • the internal temperature drops relatively slowly, so that the occurrence of so-called undershoot in which the internal temperature falls below the lower limit temperature Tmin after the transition from the second operation to the third operation is suppressed.
  • the third control unit 55 stops the compressor 11 promptly. As a result, the refrigeration cycle in the refrigerant circuit 10 is also stopped, and the cooling of the internal air by the evaporator 14 is substantially stopped, so that the internal temperature gradually increases.
  • the third control unit 55 sets the internal fan 16 to a low rotation speed (second rotation speed) that is lower than the normal rotation speed.
  • the third control unit 55 When the third control unit 55 changes the rotation speed of the internal fan 16, the third control unit 55 immediately stops the internal fan 16 in order to reduce sudden torque fluctuation of the internal fan 16. Are operated at a low rotational speed (second rotational speed). Further, during the third operation, the third control unit 55 maintains the opening of the suction proportional valve 35 at the opening at the end of the second operation (time t2).
  • the third operation is shifted to the first operation again. That is, the first operation is started at time t3 when the internal temperature reaches the upper limit temperature Tmax.
  • the compressor 11 is operated again and the internal fan 16 is operated at a normal rotation speed (first rotation speed).
  • the opening degree of the suction proportional valve 35 that is held during the third operation is set as the initial opening degree during the first operation. Thereafter, the opening degree of the suction proportional valve 35 is adjusted by the first control unit 53 by PI control based on the target temperature TS and the temperature detected by the suction temperature sensor RS.
  • the opening degree of the suction proportional valve 35 at the start of the first operation is the same as the opening degree at the end of the second operation in which the cooling capacity of the evaporator 14 is increased to cool the internal air. .
  • the refrigerant circulation amount is secured from the start of the first operation in which the internal temperature reaches the upper limit temperature Tmax and the compressor 11 is restarted, the internal air is quickly cooled, and the internal temperature becomes the target temperature again. Converge on TS.
  • a change in the internal temperature within the target range with the target temperature TS as a reference is allowed.
  • dehumidifying operation mode Next, the dehumidifying operation mode of the refrigeration apparatus 1 will be described. In the dehumidifying operation mode, dehumidifying control by the dehumidifying control unit 57 is performed. Note that the basic refrigerant flow and control of the refrigeration apparatus 1 during the dehumidifying operation mode are the same as the refrigerant flow and control of the refrigeration apparatus 1 during the normal operation mode described above.
  • the dehumidifying control unit 57 gradually increases the cooling capacity of the evaporator 14 and decreases the internal temperature. Specifically, the dehumidification control unit 57 drives the compressor 11 in the same manner as in the normal operation mode, and also drives the internal fan 16 at the rotation speed in the normal operation mode. However, the dehumidification control unit 57 makes the opening degree of the suction proportional valve 35 larger than that in the normal operation mode. Thereby, the refrigerant
  • the dehumidification control unit 57 opens the seventh electromagnetic valve 47 to allow the refrigerant discharged from the compressor 11 to flow in order to distribute the refrigerant discharged from the compressor 11 to the evaporator 14 as in the above-described defrost operation. It is circulated through a reheat coil 38 incorporated in the evaporator 14. As a result, when the air is blown from the internal fan 16 toward the evaporator 14, much dew condensation occurs in the evaporator 14. In this way, the internal air is dehumidified. Condensed water is collected in the drain pan.
  • the dehumidification control unit 57 performs the dehumidification control so that the humidity detected by the humidity sensor HS approaches the target range (for example, target humidity TH ⁇ 5%) including the region before and after the target humidity TH.
  • the target range for example, target humidity TH ⁇ 5%
  • FIG. 6 is a flowchart showing the operation of switching control between the normal operation mode, the dehumidifying operation mode, and the power saving operation mode in the refrigeration apparatus 1.
  • FIG. 7 is a time chart for explaining the operation in the dehumidifying operation mode.
  • the operation switching unit 56 detects the suction temperature RT detected by the suction temperature sensor RS and the target temperature of the internal air.
  • the temperature range of TS ⁇ 0.3 ° C. region B shown in FIG. 7 is compared (S2).
  • the suction temperature RT is outside the temperature range of the target temperature TS ⁇ 0.3 ° C. (NO in S2), the internal temperature is quickly brought close to the temperature range of the target temperature TS ⁇ 0.3 ° C. There is a need. For this reason, the operation switching unit 56 does not switch the operation mode, and the normal operation control unit 51 continues the normal time control.
  • the suction temperature RT is within the temperature range of the target temperature TS ⁇ 0.3 ° C. by the normal control by the first control unit 53 (YES in S2)
  • the internal temperature is already around the target temperature TS. It is maintained within the temperature range of the target temperature TS ⁇ 0.3 ° C. that is the region.
  • the operation switching unit 56 switches the operation mode to the dehumidifying operation mode (transition from (1) to (2) shown in FIG. 7), and the dehumidifying control unit 57 starts dehumidifying control (S3).
  • the dehumidifying control unit 57 performs the dehumidifying operation by the dehumidifying control described above, and the operation switching unit 56 includes the suction temperature RT detected by the suction temperature sensor RS and the target temperature TS ⁇ 0.5 of the internal air.
  • the temperature range (area A shown in FIG. 7) at 0 ° C. is compared (S4).
  • the suction temperature RT is outside the temperature range of the target temperature TS ⁇ 0.5 ° C. (region A shown in FIG. 7) (NO in S4), the internal temperature is quickly set to the target temperature TS ⁇ 0.
  • the operation switching unit 56 switches the operation mode to the normal operation mode (transition from (4) to (5) shown in FIG. 7).
  • the operation switching unit 56 determines that the humidity h detected by the humidity sensor HS is 5 than the target humidity TH. It is determined whether or not the humidity is less than or equal to% humidity (target humidity TH-5%) (S5).
  • the target humidity TH is, for example, a humidity in a high humidity range of 90%, and is stored in the internal memory of the operation switching unit 56 or the like.
  • the value of the target humidity TH is a value in a humidity range that can be dehumidified by normal control by the normal operation control unit 51 (for example, a region around 90% humidity).
  • the operation switching unit 56 maintains the operation mode in the dehumidifying operation mode (S3).
  • the operation switching unit 56 switches the operation mode to the power saving operation mode (transition from (2) to (3) shown in FIG. 7), and the power saving operation control unit 52 starts the power saving control. (S8).
  • the power saving operation control unit 52 performs the power saving control described above, and the operation switching unit 56 detects the suction temperature RT detected by the suction temperature sensor RS and the target temperature TS ⁇ 0. A temperature range of 5 ° C. (region A shown in FIG. 7) is compared (S9). When the suction temperature RT falls outside the temperature range of the target temperature TS ⁇ 0.5 ° C. (NO in S9), the operation switching unit 56 sets the operation mode to quickly bring the internal temperature within the target range. Switching to the normal operation mode, the normal operation control unit 51 performs normal time control (S1).
  • the operation switching unit 56 determines that the humidity h detected by the humidity sensor HS is equal to or higher than the target humidity TH + 5%. It is determined whether or not there is (S10). When the humidity h detected by the humidity sensor HS is not equal to or higher than the target humidity TH + 5% (NO in S10), the operation switching unit 56 maintains the operation mode in the power saving operation mode, and the power saving operation control unit 52 saves. The power control is continued (S8).
  • the operation switching unit 56 switches the operation mode to the dehumidifying operation mode (from (3) shown in FIG. 7). (Transition to (4)), the dehumidification control part 57 starts dehumidification control (S3).
  • the above-described defrost operation is performed regularly (for example, every 4 hours) regardless of each operation mode.
  • the normal operation control is performed by the normal operation control unit 51, and the operation switching unit 56 performs the operation mode switching control after step S1 as described above.
  • the controller 50 performs the dehumidification control on condition that the humidity h of the internal air during the dehumidification control is equal to or less than the target range including the target humidity TH in the high humidity region. To switch power saving control. As a result, it is possible to ensure the dehumidifying capacity even in the cooling by the power saving control and to secure the necessary cooling capacity.
  • the refrigeration apparatus 1 of the present embodiment in the refrigeration apparatus that cools the internal air with the cooling heat exchanger, both the dehumidification and cooling operation capabilities are ensured, and the power saving performance is further improved than before. Can be operated.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
  • the operation switching unit 56 switches from the dehumidifying operation mode to the power saving operation mode.
  • the humidity h detected by the humidity sensor HS is 5% lower than the target humidity TH which is the lower limit value of the target range including the target humidity TH described above (target humidity TH-5% ) (For example, a humidity 7% lower than the target humidity TH (target humidity TH-7%)
  • the operation switching unit 56 does not wait for a predetermined time t to elapse.
  • the dehumidifying operation mode may be switched to the power saving operation mode.
  • the operation switching unit 56 switches from the dehumidifying operation mode to the power saving operation mode when the predetermined condition described above is satisfied.
  • the operation switching unit 56 performs the dehumidification. Switching from the operation mode to the power saving operation mode may not be performed.
  • the operation switching unit 56 temporarily returns the operation mode to the normal operation mode when the humidity h detected by the humidity sensor HS falls within the target range including the region before and after the target humidity TH by the dehumidifying operation. .
  • the operation switching unit 56 saves power from the normal operation mode. Switch to operation mode. Further, in the power saving operation mode, the operation switching unit 56 temporarily returns the operation mode to the normal operation mode when the humidity h detected by the humidity sensor HS is outside the above-described target range including the region before and after the target humidity TH. . Even in the normal operation mode, when the humidity h detected by the humidity sensor HS is outside the target range described above including the region before and after the target humidity TH, the operation switching unit 56 switches from the normal operation mode to the dehumidifying operation mode. Switch to.
  • the target range of the humid region is determined so as to include a predetermined target humidity of the humid region.
  • the target humidity in the humid region is a value within a humidity range that can be dehumidified by the normal control.
  • the target humidity in the high humidity region is a value that falls within a humidity range that can be dehumidified by the normal control. For this reason, even if it switches directly from dehumidification control to power-saving control which is control which permits the change of the inside temperature in the temperature range on the basis of the target temperature used by the normal time control, dehumidification and cooling Both can be secured as needed.
  • the refrigeration apparatus further includes a target humidity receiving unit (58) that receives designation of a target humidity in the humid region.
  • the control unit (50) uses the target range of the humid region determined so as to include the target humidity of the humid region received by the target humidity receiving unit (58). It is preferable to switch from the control to the power saving control.
  • control unit (50) saves power from dehumidification control using the target range of the humid region determined to include the target humidity of the humid region received by the target humidity receiving unit (58). Switch to control. For this reason, based on the target humidity of the said humid region which a user or an operator desires, the control part (50) can be switched from the said dehumidification control to power saving control.
  • the refrigeration apparatus further includes a measurement unit (561) that measures an elapsed time from when the humidity detected by the humidity detection unit (HS) is equal to or lower than a lower limit value of the target range of the humid region. It is preferable. Accordingly, the control unit (50) switches from the dehumidification control to the power saving control when the elapsed time measured by the measurement unit (561) reaches a predetermined time. It is preferable to carry out.
  • control unit (50) performs switching from the dehumidification control to the power saving control when the elapsed time measured by the measurement unit (561) reaches the predetermined time. For this reason, switching to power saving control is performed after the humidity is sufficiently reduced by dehumidification control. Therefore, cooling can be performed after ensuring the necessary dehumidification.
  • the cooling capacity of the cooling heat exchanger (14) is increased, and the internal temperature is lowered to the lower limit value of the target range including the target temperature.
  • the compressor (11) is started when the internal temperature reaches the upper limit value of the target range. It is preferable to perform the third operation.
  • the compressor (11) is intermittently operated during power saving control. For this reason, the drive power of a compressor (11) can be reduced and the power saving property of the said refrigeration apparatus can be improved.
  • Refrigeration apparatus 10 Refrigerant circuit 11 Compressor 14 Evaporator (cooling heat exchanger) 16 Internal fan (air blowing mechanism) 50 controller (control unit) 51 Normal Operation Control Unit 52 Power Saving Operation Control Unit 56 Operation Switching Unit 57 Dehumidification Control Unit 58 Operation Unit (Target Humidity Reception Unit) 561 Timer (Measurement unit) HS humidity sensor (humidity detector)

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Abstract

冷却熱交換器で庫内空気を冷却する冷凍装置において、庫内空気の除湿及び冷却の両方の運転条件を満たしつつ、従来よりも更に省電力性に優れた運転を可能にする。冷凍装置1は、コントローラ50を備える。コントローラ50は、庫内温度を目標温度にするために庫外ファン15及び圧縮機11を駆動制御する通常時制御と、庫内湿度を予め定められた多湿域の目標範囲に調整する除湿制御と、庫内温度の変化が目標温度を基準とする温度範囲内に収まるように庫外ファン15及び圧縮機11を駆動制御する省電力制御とを行う。コントローラ50は、除湿制御時には、庫内湿度が、多湿域の目標範囲の下限値以下になった場合に、当該除湿制御から省電力制御に切り替える。

Description

冷凍装置
 本発明は、庫内空気を冷却するための冷却熱交換器を備えた冷凍装置に関し、特に、冷凍装置の省電力運転に関する。
 従来から、冷蔵庫や冷凍庫等の庫内空気を冷却する冷凍装置が知られている。例えば、特許文献1には、海上輸送等に用いられるコンテナの庫内空気を冷却する冷凍装置が開示されている。この冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び冷却熱交換器(蒸発器)が接続された冷媒回路を備えている。この冷凍装置は、当該冷媒回路に冷媒を循環させて蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う。その結果、冷却熱交換器を流れる冷媒は庫内空気から吸熱して蒸発し、庫内空気が冷却される。
 上述したような冷凍装置では、コンテナ内の貨物などに応じて、庫内空気が目標温度に対して例えば±0.5℃程度となるように、高い精度での温度制御が要求される。そのため、上述したような冷凍装置では、温度制御の精度の確保を常に優先して圧縮機を運転している。しかしながら、コンテナ内では、庫内空気が一度冷えると、冷却負荷が急激に変化することはない。また、冷却負荷に影響を与える外気温も急激に変化するとは考えにくい。そこで、例えば特許文献2に開示されているように、圧縮機を間欠的に運転させる省電力運転モードを備えた冷凍装置が提案されている。
 上記特許文献1及び2に示される冷凍装置では、冷却対象となる庫内空気の湿度を一定範囲内に保つ必要があるときに、庫内空気の湿度を調整する除湿運転を行うことが多い。しかし、除湿運転を行う場合、冷凍装置では、除湿及び冷却の両方の運転能力を確保するために、圧縮機の連続運転を行う必要がある。したがって、冷凍装置の消費電力が大きくなる。このため、当該冷凍装置は、省電力運転モードを備えてはいるが、省電力性は十分ではないので、更なる省電力性の改善が望まれている。
特開2002-327964号公報 特許第3864989号公報
 本発明の目的は、冷却熱交換器で庫内空気を冷却する冷凍装置において、除湿及び冷却の両方の運転能力を確保しつつ、従来よりも更に省電力性に優れた運転を可能にすることである。
 本発明の一局面に従う冷凍装置は、庫内を冷却するための冷却熱交換器(14)と、前記冷却熱交換器(14)を冷却するための空気の流れを発生させる送風機構(16)と、冷媒を圧縮する圧縮機(11)と、を備えている。また、当該冷凍装置は、前記冷却熱交換器(14)及び前記圧縮機(11)が接続され、循環する冷媒により冷凍サイクルを行うための冷媒回路(10)と、庫内空気の湿度を検出する湿度検出部(HS)と、庫内空気の温度を検出する温度検出部(RS)と、を備えている。また、当該冷凍装置は、前記温度検出部(RS)によって検出された庫内温度を目標温度とするために前記送風機構(16)及び前記圧縮機(11)を駆動制御する通常時制御と、前記湿度検出部(HS)によって検出された湿度を予め定められた多湿域の目標範囲に調整するための除湿制御と、前記目標温度を基準とする温度範囲内での前記庫内温度の変化を許容する前記送風機構(16)及び前記圧縮機(11)の駆動制御による省電力制御とを行う制御部(50)とを備えている。当該冷凍装置において、前記制御部(50)は、前記除湿制御時に、前記湿度検出部(HS)によって検出された湿度が、前記多湿域の目標範囲の下限値以下になった場合に、当該除湿制御から前記省電力制御に切り替えることを特徴とする。
冷凍コンテナを示す斜視図である。 図1のII-II線における断面図である。 本発明の一実施形態に係る冷凍装置が備える冷媒回路の概略構成図である。 冷凍装置の運転時における冷媒の流れを示した冷媒回路の概略構成図である。 省電力運転モードにおける運転を説明するためのタイムチャートである。 冷凍装置における通常運転モード、除湿運転モード、及び省電力運転モードの切替制御の動作を示すフローチャートである。 除湿運転モードにおける運転を説明するためのタイムチャートである。
 以下、本発明の実施形態に係る冷凍装置を図面に基づいて詳細に説明する。図1は冷凍コンテナを示す斜視図である。図2は図1のII-II線における断面図である。図3は本発明の一実施形態に係る冷凍装置が備える冷媒回路の概略構成図である。
 図1及び図2に示すように、本実施形態の冷凍装置1は、陸上輸送や海上輸送等に用いられるコンテナCに設けられている。冷凍装置1は、コンテナCの庫内(荷室)を冷却(冷蔵または冷凍)するためのものである。冷凍装置1は、矩形状箱体に形成されたコンテナCの前面開口部を塞ぐように取り付けられている。
 冷凍装置1は、本体壁2及び隔壁5と、冷媒回路10と、庫外ファン15及び庫内ファン16と、コントローラ50とを備えている。
 本体壁2は、断熱材等で形成され、コンテナCの前面開口部に密着固定されて該開口を塞いでいる。本体壁2は、概ね上半部が平面部3となり、下半部が平面部3よりも内側(庫内側)に凹んだ凹状部4となっている。隔壁5は、本体壁2と平行に且つ本体壁2より内側(庫内側)に設けられている。
 本体壁2の凹状部4は、外側(庫外側)に外側空間Z1を形成している。また、本体壁2の平面部3と隔壁5との間には、内側上部空間Z2が形成されている。また、本体壁2の凹状部4と隔壁5との間には、内側下部空間Z3が形成されている。内側上部空間Z2の上部及び内側下部空間Z3の下部は、庫内(荷室)と連通している。
 外側空間Z1には、上述した庫外ファン15、後述する圧縮機11及び凝縮器12等が配置されている。内側上部空間Z2には、上述した庫内ファン16及び後述する蒸発器14が配置されている。
 図3に示すように、冷媒回路10には、主な構成機器として、圧縮機11、凝縮器12、膨張弁13及び蒸発器14が接続されている。
 圧縮機11は、吸入した冷媒を圧縮すると共に圧縮された冷媒を吐出するものである。本実施形態では、圧縮機11は、圧縮機モータの回転速度が一定である固定容量型のスクロール圧縮機で構成されている。
 凝縮器12は、いわゆる空冷凝縮器によって構成されている。凝縮器12の近傍には、庫外ファン15が設けられている。庫外ファン15は、凝縮器12に庫外空気(室外空気)を送風する。そして、凝縮器12では、庫外ファン15が送風する室外空気と冷媒との間で熱交換が行われる。また、凝縮器12の近傍には、庫外温度センサOSが設けられている。庫外温度センサOSは、凝縮器12に向かって流れる庫外空気の温度(即ち、庫外温度)を検出する。
 膨張弁13は、開度が調節可能な電子膨張弁により構成されている。膨張弁13は、蒸発器14を流出する冷媒の過熱度に応じて開度が調節される。
 蒸発器14は、庫内空気を冷却するための冷却熱交換器を構成している。
 蒸発器14の近傍には、庫内ファン16が設けられている。庫内ファン16は、送風機構の一例であり、庫内ファン16が駆動されると、吸込口より庫内空気が吸い込まれて蒸発器14に流通し、その後、蒸発器14を流通した空気は吹出口から再び庫内へ吹き出される。蒸発器14では、庫内ファン16の駆動によって流れる庫内空気と、蒸発器14内部を通過する冷媒との間で熱交換が行われる。なお、庫内空気の吸込口及び吹出口は、それぞれ図2における隔壁5の上側及び下側の隙間である。本実施形態における冷凍装置1は、例えば、いわゆる下吹きタイプの冷凍装置であるものとして説明する。
 また、蒸発器14の近傍には、2つの温度センサが設けられている。具体的に、蒸発器14の吸込口側の近傍には、吸込温度センサRS(温度検出部の一例)が設けられている。また、蒸発器14の吹出口側の近傍には、吹出温度センサSSが設けられている。吸込温度センサRSは、蒸発器14に送られる庫内空気の温度を検出する。吹出温度センサSSは、蒸発器14を通過した後、庫内へ吹き出される庫内空気の温度を検出する。
 さらに、蒸発器14の吸込口側の近傍には、湿度センサHS(湿度検出部の一例)が設けられている。湿度センサHSは、蒸発器14に送られる庫内空気の湿度を検出する。
 圧縮機11の吐出管21は、逆止弁31及び吐出圧力調整弁32を順に介して凝縮器12の流入端に接続されている。凝縮器12の流出端は、レシーバ33、第1電磁弁41及びエコノマイザ熱交換器34の高圧側流路34aを順に介して膨張弁13に接続されている。圧縮機11の吸入管22は、吸入比例弁35を介して蒸発器14の流出端に接続されている。蒸発器14の流入端は、膨張弁13に接続されている。
 エコノマイザ熱交換器34は、高圧側流路34aを流れる冷媒と低圧側流路34bを流れる冷媒とを熱交換させる。低圧側流路34bの流入端は、キャピラリーチューブ36及び第2電磁弁42を順に介して、凝縮器12とレシーバ33との間の配管に接続されている。低圧側流路34bの流出端は、圧縮機11の中間吸入口11aに接続されている。中間吸入口11aは、圧縮機11の圧縮機構において冷媒の圧縮途中の経路に開口されている。
 吸入比例弁35は、圧縮機11の吸入冷媒量を調節する。すなわち、吸入比例弁35は、冷媒回路10における冷媒循環量を調節する流量調整弁を構成している。吸入比例弁35によって、冷媒循環量が調節されると、蒸発器14の冷却能力が調節される。吸入比例弁35の開度は、吸込温度センサRSの検出温度に応じて調節される。吸込温度センサRSは、庫内空気の温度(庫内温度)を検出する庫内温度センサである。
 また、冷媒回路10には、第1デフロスト管23、第2デフロスト管24、吐出ガスバイパス管25、配管27、及び液インジェクション管26が接続されている。
 第1デフロスト管23及び第2デフロスト管24は、圧縮機11の吐出冷媒を蒸発器14に導入して蒸発器14に付着した霜を融解させるための、デフロスト運転用の配管である。第1デフロスト管23及び第2デフロスト管24は、一端が逆止弁31と吐出圧力調整弁32との間の配管に接続され、他端が膨張弁13と蒸発器14との間の配管に接続されている。第1デフロスト管23には、デフロスト運転時に開放される第3電磁弁43が設けられている。第2デフロスト管24には、デフロスト運転時に開放される第4電磁弁44及びドレンパンヒータ37が設けられている。ドレンパンヒータ37は、蒸発器14の表面から剥離した霜や結露水を受けるためにコンテナC内に設けられたドレンパンの内部に設置されている。このため、デフロスト運転時に圧縮機11の吐出冷媒がドレンパンヒータ37を流通すると、ドレンパンによって回収された霜や結露水の氷塊は、圧縮機11の吐出冷媒から吸熱して融解する。なお、デフロスト運転時には、吐出圧力調整弁32が全閉状態に設定される。
 配管27は、圧縮機11の吐出冷媒を蒸発器14側に導入するための、除湿運転用の配管である。配管27は、一端が逆止弁31と吐出圧力調整弁32との間の配管に接続され、他端が膨張弁13と蒸発器14との間の配管に接続されている。配管27には、除湿運転時に開放される第7電磁弁47及びレヒートコイル38が設けられている。レヒートコイル38は、蒸発器14の下部等の、蒸発器14の近傍に設けられている。このため、除湿運転時には、圧縮機11の吐出冷媒がレヒートコイル38を流通して蒸発器14側に送られる。
 吐出ガスバイパス管25は、一端が逆止弁31と第4電磁弁44との間の第2デフロスト管24に接続され、他端が蒸発器14と吸入比例弁35との間の配管に接続されている。吐出ガスバイパス管25には、第5電磁弁45が設けられている。第5電磁弁45は、運転条件に応じて適宜開放される。吐出ガスバイパス管25は、蒸発器14の冷却能力が過剰となる場合などに、圧縮機11の吐出冷媒を、凝縮器12や蒸発器14をバイパスして圧縮機11の吸入側に戻すための配管である。なお、吐出ガスバイパス管25は、圧縮機11から吐出された冷媒中の冷凍機油を圧縮機11の吸入側に戻すための油戻し配管も兼ねている。
 液インジェクション管26は、凝縮器12で凝縮した液冷媒を圧縮機11の吸入側に返送するための、いわゆる液インジェクション用の配管である。液インジェクション管26は、一端が第1電磁弁41とエコノマイザ熱交換器34との間の配管に接続され、他端が吸入比例弁35と圧縮機11との間の配管に接続されている。液インジェクション管26には、第6電磁弁46が設けられている。第6電磁弁46は、運転条件に応じて適宜開放される。
 また、図1に示すように、冷凍装置1には開閉自在な自動換気口7が設けられている。自動換気口7は、庫外空気を取り込み庫内空気を排出してコンテナ庫内を換気することを目的として設けられている。
 また、コントローラ(制御部の一例)50は、各種運転(冷凍運転、冷蔵運転、デフロスト運転)を切り換える。コントローラ50は、冷蔵運転時の制御を行う通常運転制御部51と、省電力運転制御部52、除湿制御部57とを備えている。
 通常運転制御部51は、蒸発器14の冷却能力を調節しながら圧縮機11を連続的に運転する通常運転モードで冷蔵運転の制御を行う。通常運転制御部51は、内部メモリ等に、庫内空気の目標温度TSを記憶している。
 省電力運転制御部52は、第1制御部53、第2制御部54及び第3制御部55を備えている。省電力運転制御部52は、省電力運転モードで冷蔵運転の制御を行う。省電力運転制御部52は、庫内空気の目標温度TSを記憶している。また、省電力運転制御部52は、省電力運転モードでの運転時に用いるための、庫内温度の目標範囲として上限温度及び下限温度を記憶している。尚、省電力運転モードの詳細については、後述する。
 除湿制御部57は、庫内空気の湿度を低下させる調整を行う除湿運転モードで冷蔵運転の制御を行う。除湿制御部57は、庫内空気の目標湿度THを記憶している。除湿制御部57は、目標湿度THと、目標湿度THの前後領域を含む目標範囲(例えば、目標湿度TH±5%の範囲)とを内部メモリに記憶している。目標湿度THは、例えば湿度90%の多湿域の湿度である。目標湿度THの値は、例えば、通常運転制御部51による通常運転モードの制御で除湿可能な湿度範囲(例えば湿度90%前後の領域)内に収まっている。
 また、コントローラ50は、運転切替部56を備えている。運転切替部56は、冷蔵運転において通常運転モードと省電力運転モードとを所定の条件で切り換える。運転切替部56は、内部メモリとタイマ(計測部の一例)561を備えている。内部メモリには、目標湿度TH及び目標温度TS(更にこれらに基づく目標範囲)が記憶されている。タイマ561は、湿度センサHSによって検出される湿度が、目標湿度THの前後領域を含む目標範囲以下になった時点からの経過時間を計測する。なお、タイマ561は、運転切替部56とは別個にコントローラ50内に備えられていてもよい。
 コントローラ50各部の具体的な制御動作については後述する。
 なお、冷凍装置1には、操作者から運転に関する各種の操作指示(例えば運転開始指示、目標湿度THの値等)を受け付ける操作部58が設けられている。コントローラ50には、操作部(目標湿度受付部の一例)58が接続されている。
 [運転動作]
 冷凍装置1は、冷凍運転と、冷蔵運転(チルド運転)と、上述したデフロスト運転とが切換可能となっている。冷凍運転は、庫内空気を摂氏零度より低い温度に冷却して庫内の貨物を冷凍する運転である。冷蔵運転(チルド運転)は、庫内空気を摂氏零度より高い温度に冷却して庫内の貨物を冷蔵する運転である。ここでは、本発明に関する冷蔵運転について説明する。
 冷蔵運転では、通常運転モード(以下、当該通常運転モードによる冷蔵運転がチルド運転であるものとする)と、省電力運転モードと、除湿運転モードによる運転が可能である。通常運転モードは、圧縮機11及び庫内ファン16を連続的に運転し、蒸発器14で庫内空気を継続して冷却することによって、庫内の貨物を冷蔵する運転モードである。一方、省電力運転モードは、圧縮機11を間欠的に運転し、蒸発器14で庫内空気を半連続的に冷却することによって、省電力化を図りながら庫内の貨物を冷蔵する運転モードである。除湿運転モードは、湿度センサHSによって検出される湿度を目標湿度THに調整するための運転モードである。
 [通常運転モード]
 先ず、冷凍装置1の通常運転モードについて図4を参照しながら説明する。図4は冷凍装置1の運転時における冷媒の流れを示した冷媒回路の概略構成図である。通常運転モードでは、通常運転制御部51による通常時制御が行われる。具体的に、通常運転モードでは、通常運転制御部51により、圧縮機11が連続的に運転されると共に膨張弁13及び吸入比例弁35の開度が適宜調節される。また、通常運転モードでは、通常運転制御部51により、原則として第1及び第2の電磁弁41,42が開放されると同時に第3から第6の電磁弁43,44,45,46が閉鎖され、庫外ファン15及び庫内ファン16が通常の回転速度で運転される。
 圧縮機11で圧縮された冷媒は、吐出管21を経由して凝縮器12へ流入する。凝縮器12では、冷媒が庫外空気へ放熱することによって凝縮する。その後、冷媒の一部は、レシーバ33を介してエコノマイザ熱交換器34の高圧側流路34aへ流入する。一方、残りの冷媒は、キャピラリーチューブ36を通過する際に減圧されてからエコノマイザ熱交換器34の低圧側流路34bへ流入する。
 エコノマイザ熱交換器34では、低圧側流路34bを流れる冷媒が高圧側流路34aを流れる冷媒から吸熱することによって蒸発する。つまり、エコノマイザ熱交換器34では、高圧側流路34aを流れる冷媒の過冷却が行われる。低圧側流路34bで蒸発した冷媒は、圧縮機11の中間吸入口11aに吸入される。
 高圧側流路34aで過冷却された冷媒は、膨張弁13を通過する際に減圧されてから蒸発器14へ流入する。蒸発器14では、冷媒が庫内空気から吸熱することによって蒸発する。その結果、コンテナCの庫内(荷室)の冷却が行われる。蒸発器14で蒸発した冷媒は、吸入比例弁35を通過した後に圧縮機11に吸入される。
 [省電力運転モード]
 次に、冷凍装置1の省電力運転モードについて説明する。図5は省電力運転モードにおける運転を説明するためのタイムチャートである。
 省電力運転モードでは、省電力運転制御部52により、図5に示すような第1動作から第3動作までの省電力制御が行われる。なお、省電力運転モード時における冷凍装置1の基本的な冷媒の流れは、上述の通常運転モード時における冷凍装置1の冷媒の流れと同様である。
 第1動作では、第1制御部53は、圧縮機11を駆動すると共に庫内ファン16を通常の回転速度(第1回転速度)で駆動する。また、第1制御部53は、第1動作中に、庫内温度が目標温度TSとなるように蒸発器14の冷却能力を調節する。
 具体的に、第1動作中には、第1制御部53は、目標温度TSと吸込温度センサRSの検出温度に基づくPI制御によって、吸入比例弁35の開度を調節する。その結果、第1制御部53により、吸入比例弁35の開度に応じて冷媒回路10の冷媒循環量が調節され、蒸発器14の冷却能力も調節される。
 なお、このように、第1制御部53が、吸入比例弁35の開度を絞りながら蒸発器14の冷却能力を調節すると、蒸発器14の全域で冷媒が湿り状態となり易くなる。一方、第1制御部53が、仮に蒸発器14の流入側の膨張弁13の開度調節によって蒸発器14の冷却能力を調節する場合には、蒸発器14を流れる冷媒が乾き気味となって蒸発器14の流入端から流出端までの間で冷媒の温度ムラが生じやすい。これに対し、第1制御部53が、吸入比例弁35の開度を絞りながら蒸発器14の冷却能力を調節するため、蒸発器14の流入端から流出端までの間での冷媒の温度分布が均一化される。その結果、庫内空気は比較的均一に冷却されるので、蒸発器14による庫内温度の制御性も向上する。
 第1動作の後には、第2制御部54により第2動作が行われる。なお、本実施形態では、第1動作の開始時刻t0から、第1制御部53に予め設定された設定時間が経過することで第1動作から第2動作に移行する。この設定時間は、蒸発器14の冷却によって庫内温度が目標温度TSに維持されるのに必要な時間が設定されている。本実施形態ではこの設定時間が約2分に設定されている。つまり、省電力運転モードでは、時刻t0から2分間が経過して、確実に庫内温度が目標温度TSに維持されていると判断される時刻t1になると、第1動作から第2動作へ移行する。
 第2動作では、第2制御部54が、時刻t1以降、蒸発器14の冷却能力を徐々に増大させ、庫内温度を低下させる。具体的に、第2動作では、第2制御部54は、圧縮機11を引き続き駆動すると共に庫内ファン16も通常の回転速度(第1回転速度)で駆動する。一方、第2制御部54は、時刻t1以降、吸入比例弁35の開度を次第に大きくするように調節する。その結果、冷媒回路10の冷媒循環量が次第に増大し、蒸発器14の冷却能力も次第に増大する。
 このような吸入比例弁35の開度調節によって庫内温度が低下して、目標温度TSを含んだ目標範囲の下限温度Tminに達すると、第2動作から第3動作へ移行する。つまり、第3動作は、庫内温度が下限温度Tminに到達した時刻t2に、第3制御部55により開始される。なお、第2動作時における第2制御部54による吸入比例弁35の開度調節は、時刻t1から10秒経過する毎に10%ずつ開度が大きくなるように段階的に行われる。その結果、庫内温度は比較的緩やかに低下するので、第2動作から第3動作へ移行した後に庫内温度が下限温度Tminを下回る、いわゆるアンダーシュートが生じることが抑制される。
 第3動作では、第3制御部55は、圧縮機11を速やかに停止させる。その結果、冷媒回路10における冷凍サイクルも停止し、蒸発器14による庫内空気の冷却は実質的に停止されるので、庫内温度が次第に上昇する。また、第3動作中には、第3制御部55は、庫内ファン16を通常の回転速度より小さい低回転速度(第2回転速度)とする。このように第3制御部55が、庫内ファン16の回転速度を第1動作中や第2動作中よりも低減させると、庫内ファン16のモータの運転に伴う発熱量が抑制される。このため、第3動作時における庫内温度の上昇速度も低減する。なお、第3制御部55は、庫内ファン16の回転速度を変更する際には、庫内ファン16の急激なトルク変動を緩和させるために、庫内ファン16を一旦停止させた後、速やかに低回転速度(第2回転速度)で運転させる。また、第3動作中、第3制御部55は、吸入比例弁35の開度を第2動作終了時(時刻t2)の開度のまま保持する。
 以上のような第3動作によって庫内温度が徐々に上昇して、目標温度TSを含んだ目標範囲の上限温度Tmaxに達すると、第3動作から再び第1動作へ移行する。つまり、第1動作は、庫内温度が上限温度Tmaxに到達した時刻t3に開始される。その結果、圧縮機11が再び運転されると共に庫内ファン16が通常の回転速度(第1回転速度)で運転される。また、吸入比例弁35は、第3動作時に保持された開度が第1動作時の初期開度とされる。その後、吸入比例弁35は、目標温度TSと吸込温度センサRSの検出温度に基づくPI制御によって第1制御部53により開度調節される。このため、第1動作開始時の吸入比例弁35の開度は、蒸発器14の冷却能力を増大させて庫内空気を冷却していた第2動作終了時の開度と同じ開度となる。その結果、庫内温度が上限温度Tmaxに到達して圧縮機11が再起動する第1動作開始時から冷媒循環量が確保され、庫内空気が速やかに冷却されて庫内温度が再び目標温度TSに収束していく。このように、省電力制御では、目標温度TSを基準とする目標範囲内での庫内温度の変化が許容される。
 [除湿運転モード]
 次に、冷凍装置1の除湿運転モードについて説明する。除湿運転モードでは、除湿制御部57による除湿制御が行われる。なお、除湿運転モード時における冷凍装置1の基本的な冷媒の流れ及び制御は、上述の通常運転モード時における冷凍装置1の冷媒の流れ及び制御と同様である。
 除湿運転モードでは、除湿制御部57は、蒸発器14の冷却能力を徐々に増大させ、庫内温度を低下させる。具体的には、除湿制御部57は、圧縮機11を通常運転モード時と同様に駆動すると共に庫内ファン16も通常運転モード時の回転速度で駆動する。しかし、除湿制御部57は、吸入比例弁35の開度を通常運転モードよりも大きくする。これにより、冷媒回路10の冷媒循環量を増大させる。
 さらに、除湿制御部57は、上述したデフロスト運転時と同様に圧縮機11の吐出冷媒を蒸発器14側に流通させるために、第7電磁弁47を開放して、圧縮機11の吐出冷媒を蒸発器14に組み込まれたレヒートコイル38に流通させる。これにより、庫内ファン16から蒸発器14に向けて送風されたときに、蒸発器14には結露が多く発生する。このようにして、庫内空気の除湿が行われる。結露水はドレンパン内に回収される。
 除湿制御部57は、湿度センサHSによって検出される湿度が、目標湿度THの前後領域を含む上述した目標範囲(例えば、目標湿度TH±5%)に近付くように上記除湿制御を行う。
 [通常運転モード、除湿運転モード、及び省電力運転モードの切替制御]
 冷凍装置1では、上述した通常運転モード、除湿運転モード、及び省電力運転モードが以下のように切り替えられる。図6は、冷凍装置1における通常運転モード、除湿運転モード、及び省電力運転モードの切替制御の動作を示すフローチャートである。図7は除湿運転モードにおける運転を説明するためのタイムチャートである。
 まず、冷凍装置1が通常運転制御部51によって通常時制御を行う通常運転モードになると(S1)、運転切替部56は、吸込温度センサRSで検出した吸込温度RTと、庫内空気の目標温度TS±0.3℃の温度範囲(図7に示す領域B)とを対比する(S2)。ここで、吸込温度RTが目標温度TS±0.3℃の温度範囲外にある場合には(S2でNO)、庫内温度を速やかに目標温度TS±0.3℃の温度範囲内に近づける必要がある。このため、運転切替部56は運転モードを切り替えず、通常運転制御部51は通常時制御を継続する。
 一方、第1制御部53による通常時制御によって吸込温度RTが目標温度TS±0.3℃の温度範囲内にある場合には(S2でYES)、庫内温度が、既に目標温度TSの前後領域である目標温度TS±0.3℃の温度範囲内に維持されている。このため、運転切替部56は運転モードを除湿運転モードに切り替え(図7に示す(1)から(2)への遷移)、除湿制御部57は除湿制御を開始する(S3)。
 除湿運転モードでは、除湿制御部57が上述した除湿制御による除湿運転を行うと共に、運転切替部56は、吸込温度センサRSで検出した吸込温度RTと、庫内空気の目標温度TS±0.5℃の温度範囲(図7に示す領域A)とを対比する(S4)。ここで、吸込温度RTが目標温度TS±0.5℃の温度範囲外(図7に示す領域A)である場合には(S4でNO)、庫内温度を速やかに目標温度TS±0.3℃の温度範囲内(領域B)に戻すため、運転切替部56は、運転モードを通常運転モードに切り替える(図7に示す(4)から(5)への遷移)。
 吸込温度RTが目標温度TS±0.5℃の温度範囲内に維持されている場合(S4でYES)、運転切替部56は、湿度センサHSで検出した湿度hが、目標湿度THよりも5%低い湿度(目標湿度TH-5%)以下であるか否かを判定する(S5)。目標湿度THは、上述したように、例えば湿度90%の多湿域の湿度であり、運転切替部56の内部メモリ等に記憶されている。目標湿度THの値は、上述したように、通常運転制御部51による通常時制御で除湿可能な湿度範囲(例えば湿度90%前後の領域)の値が用いられる。
 湿度センサHSで検出した湿度hが目標湿度TH-5%以下になっていない場合(S5でNO)、運転切替部56は運転モードを除湿運転モードのまま維持する(S3)。
 湿度センサHSで検出した湿度hが目標湿度TH-5%以下となった場合には(S5でYES)、タイマ561により、湿度hが目標湿度TH-5%以下となった時点からの経過時間の計測が開始される(S6)。
 タイマ561が当該計測を続け(S6,S7でNO)、湿度hが目標湿度TH-5%以下となった時点からの経過時間が、予め定められた時間t(例えば、10分)に達すると(S7でYES)、運転切替部56は、運転モードを省電力運転モードに切り替え(図7に示す(2)から(3)への遷移)、省電力運転制御部52は省電力制御を開始する(S8)。
 省電力運転モードでは、省電力運転制御部52が上述した省電力制御を行うと共に、運転切替部56は、吸込温度センサRSで検出した吸込温度RTと、庫内空気の目標温度TS±0.5℃の温度範囲(図7に示す領域A)とを対比する(S9)。吸込温度RTが目標温度TS±0.5℃の温度範囲外となった場合には(S9でNO)、庫内温度を速やかに目標範囲内とするため、運転切替部56は、運転モードを通常運転モードに切り替え、通常運転制御部51は通常時制御を行う(S1)。
 吸込温度RTが目標温度TS±0.5℃の温度範囲内に維持されている場合(S9でYES)、運転切替部56は、湿度センサHSで検出した湿度hが、目標湿度TH+5%以上である否かを判定する(S10)。湿度センサHSで検出した湿度hが目標湿度TH+5%以上になっていない場合(S10でNO)、運転切替部56は運転モードを省電力運転モードのまま維持し、省電力運転制御部52は省電力制御を継続する(S8)。このように、省電力制御では、目標温度TSを基準とする温度範囲(目標温度TS±0.5℃)内での吸込温度RTの変化が許容される。一方、湿度センサHSで検出した湿度hが目標湿度TH+5%以上になった場合には(S10でYES)、運転切替部56は運転モードを除湿運転モードに切り替え(図7に示す(3)から(4)への遷移)、除湿制御部57は除湿制御を開始する(S3)。
 なお、この冷凍装置1では、各運転モードを問わず上述したデフロスト運転が定期的(例えば4時間置き)に行われる。デフロスト運転の終了後は、通常運転制御部51による通常時制御が行われ、上述のように、運転切替部56によってステップS1以降の運転モードの切替制御が行われる。
 [実施形態の効果]
 上記実施形態によれば、以下の効果が発揮される。
 従来の冷凍装置では、除湿及び冷却の両方の運転能力を確保するために、通常時制御と省電力制御の切り替えを行う、又は、通常時制御と除湿制御の切り替えを行うことしかできなかった。これに対し、本実施形態の冷凍装置1によれば、コントローラ50が、除湿制御時における庫内空気の湿度hが多湿域の目標湿度THを含む目標範囲以下になることを条件として、除湿制御から省電力制御の切り替えを行う。これによって、当該省電力制御での冷却であっても除湿能力を確保し、必要な冷却能力の確保も実現することができる。
 つまり、本実施形態の冷凍装置1によれば、冷却熱交換器で庫内空気を冷却する冷凍装置において、除湿及び冷却の両方の運転能力を確保しつつ、従来よりも更に省電力性に優れた運転を行うことができる。
 なお、本発明は上記実施形態に限られず、種々の変形実施形態を取ることもできる。例えば、上記実施形態では、タイマ561により計測された経過時間が予め定められた時間tに達したときに、運転切替部56は、除湿運転モードから省電力運転モードに切り替える。しかし、これに代えて、例えば、湿度センサHSによって検出された湿度hが、上述した目標湿度THを含む目標範囲の下限値である目標湿度THよりも5%低い湿度(目標湿度TH-5%)よりも更に低い湿度(例えば、目標湿度THよりも7%低い湿度(目標湿度TH-7%))となった場合に、運転切替部56は、予め定められた時間tの経過を待たずに、除湿運転モードから省電力運転モードに切り替えるようにしてもよい。
 また、上記実施形態では、運転切替部56が、上述した所定条件を満たす場合に、除湿運転モードから省電力運転モードに切り替えている。しかし、操作者による操作部58の操作によって指定された目標湿度THが、通常運転モードにおける運転では除湿不可能な湿度(例えば、90%)よりも低い場合には、運転切替部56は、除湿運転モードから省電力運転モードへの切替を行わないようにしてもよい。この場合、運転切替部56は、除湿運転により、湿度センサHSによって検出された湿度hが、目標湿度THの前後領域を含む上述した目標範囲内に収まると、運転モードを通常運転モードに一旦戻す。そして、通常運転モードにおいて、吸込温度RTが目標温度TS±0.3℃の範囲内になり、庫内温度が目標範囲内に収まったときに、運転切替部56は、通常運転モードから省電力運転モードに切り替える。また、運転切替部56は、省電力運転モードにおいて、湿度センサHSによって検出された湿度hが、目標湿度THの前後領域を含む上述した目標範囲外になると、運転モードを通常運転モードに一旦戻す。そして、通常運転モードにおいても、湿度センサHSによって検出された湿度hが、目標湿度THの前後領域を含む上述した目標範囲外になるときに、運転切替部56は、通常運転モードから除湿運転モードに切り替える。
 なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。
 上記実施形態の冷凍装置において、前記多湿域の目標範囲は、予め定められた多湿域の目標湿度を含むように定められている。前記多湿域の目標湿度は、前記通常時制御で除湿可能な湿度範囲内の値である。
 この態様によれば、上記多湿域の目標湿度が、上記通常時制御で除湿可能な湿度範囲内となる値である。このため、除湿制御から、当該通常時制御で用いられる目標温度を基準とする温度範囲内での庫内温度の変化を許容する制御である省電力制御に、直接に切り替えても、除湿及び冷却の両方を必要に応じて確保可能である。
 また、前記冷凍装置において、前記多湿域の目標湿度の指定を受け付ける目標湿度受付部(58)を更に備えていることが好ましい。これに合わせて、前記制御部(50)は、前記目標湿度受付部(58)によって受け付けられた前記多湿域の目標湿度を含むように定められた前記多湿域の目標範囲を用いて、前記除湿制御から前記省電力制御への切り替えを行うことが好ましい。
 この態様によれば、制御部(50)が、目標湿度受付部(58)により受け付けられた多湿域の目標湿度を含むように定められた多湿域の目標範囲を用いて、除湿制御から省電力制御への切り替えを行う。このため、ユーザ又は操作者が所望する上記多湿域の目標湿度に基づいて、制御部(50)に上記除湿制御から省電力制御への切り替えを行わせることができる。
 また、前記冷凍装置において、前記湿度検出部(HS)によって検出された湿度が、前記多湿域の目標範囲の下限値以下になった時点からの経過時間を計測する計測部(561)を更に備えていることが好ましい。これに合わせて、前記制御部(50)は、前記計測部(561)によって計測された前記経過時間が予め定められた一定時間に達した場合に、前記除湿制御から前記省電力制御への切り替えを行うことが好ましい。
 この態様によれば、制御部(50)は、計測部(561)により計測された経過時間が上記一定時間に達した場合に、除湿制御から省電力制御への切り替えを行う。このため、除湿制御により十分に湿度が低下した後に省電力制御への切り替えが行われる。したがって、必要な除湿を確実に担保した上での冷却が可能になる。
 また、前記冷凍装置において、前記制御部(50)による前記省電力制御では、前記冷却熱交換器(14)の冷却能力を調節しながら前記圧縮機(11)を運転する第1動作と、前記第1動作中に庫内温度が前記目標温度に達すると前記冷却熱交換器(14)の冷却能力を増大させ、当該目標温度を含んだ目標範囲の下限値まで庫内温度が引き下げられると前記圧縮機(11)を停止させる第2動作と、前記第2動作による前記圧縮機(11)の停止後に、庫内温度が上記目標範囲の上限値に達すると前記圧縮機(11)を起動させる第3動作とを行うことが好ましい。
 この態様によれば、省電力制御時に圧縮機(11)を間欠的に運転する。このため、圧縮機(11)の駆動動力を削減し、当該冷凍装置の省電力性を向上させることができる。
1    冷凍装置
10   冷媒回路
11   圧縮機
14   蒸発器(冷却熱交換器)
16   庫内ファン(送風機構)
50   コントローラ(制御部)
51   通常運転制御部
52   省電力運転制御部
56   運転切替部
57   除湿制御部
58   操作部(目標湿度受付部)
561  タイマ(計測部)
HS   湿度センサ(湿度検出部)

Claims (5)

  1.  庫内を冷却するための冷却熱交換器(14)と、
     前記冷却熱交換器(14)を冷却するための空気の流れを発生させる送風機構(16)と、
     冷媒を圧縮する圧縮機(11)と、
     前記冷却熱交換器(14)及び前記圧縮機(11)が接続され、循環する冷媒により冷凍サイクルを行うための冷媒回路(10)と、
     庫内空気の湿度を検出する湿度検出部(HS)と、
     庫内空気の温度を検出する温度検出部(RS)と、
     前記温度検出部(RS)によって検出された庫内温度を目標温度とするために前記送風機構(16)及び前記圧縮機(11)を駆動制御する通常時制御と、前記湿度検出部(HS)によって検出された湿度を予め定められた多湿域の目標範囲に調整するための除湿制御と、前記目標温度を基準とする温度範囲内での前記庫内温度の変化を許容する前記送風機構(16)及び前記圧縮機(11)の駆動制御による省電力制御とを行う制御部(50)とを備え、
     前記制御部(50)は、前記除湿制御時に、前記湿度検出部(HS)によって検出された湿度が、前記多湿域の目標範囲の下限値以下になった場合に、当該除湿制御から前記省電力制御に切り替える冷凍装置。
  2.  前記多湿域の目標範囲は、予め定められた多湿域の目標湿度を含むように定められ、
     前記多湿域の目標湿度は、前記通常時制御で除湿可能な湿度範囲内の値である請求項1に記載の冷凍装置。
  3.  前記多湿域の目標湿度の指定を受け付ける目標湿度受付部(58)を更に備え、
     前記制御部(50)は、前記目標湿度受付部(58)によって受け付けられた前記多湿域の目標湿度を含むように定められた前記多湿域の目標範囲を用いて、前記除湿制御から前記省電力制御への切り替えを行う請求項1又は請求項2に記載の冷凍装置。
  4.  前記湿度検出部(HS)によって検出された湿度が、前記多湿域の目標範囲の下限値以下になった時点からの経過時間を計測する計測部(561)を更に備え、
     前記制御部(50)は、前記計測部(561)によって計測された前記経過時間が、予め定められた一定時間に達した場合に、前記除湿制御から前記省電力制御への切り替えを行う請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の冷凍装置。
  5.  前記制御部(50)による前記省電力制御は、
     前記冷却熱交換器(14)の冷却能力を調節しながら前記圧縮機(11)を運転する第1動作と、
     前記第1動作中に庫内温度が前記目標温度に達すると前記冷却熱交換器(14)の冷却能力を増大させ、当該目標温度を含んだ目標範囲の下限値まで庫内温度が引き下げられると前記圧縮機(11)を停止させる第2動作と、
     前記第2動作による前記圧縮機(11)の停止後に、庫内温度が上記目標範囲の上限値に達すると前記圧縮機(11)を起動させる第3動作と
    を有する請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の冷凍装置。
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