WO2011064928A1 - コンテナ用冷凍装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a container refrigeration apparatus, and particularly relates to measures for improving the reliability of hot gas defrost.
- Patent Document 1 discloses this type of container refrigeration apparatus.
- the container refrigeration apparatus disclosed in this document includes a refrigerant circuit to which a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator are connected.
- the evaporator is provided in the container.
- the refrigerant absorbs heat from the air in the warehouse and evaporates. Thereby, the air in a warehouse is cooled.
- the refrigerant circuit of the container refrigeration apparatus is provided with a bypass circuit for supplying the refrigerant (so-called hot gas) compressed by the compressor to the evaporator without passing through the condenser.
- this bypass circuit has two bypass pipes and two on-off valves corresponding to the respective bypass pipes. Each bypass pipe communicates a gas line between the compressor and the condenser and a liquid line between the expansion valve and the evaporator. In the container refrigeration apparatus, by using such a bypass circuit, it is possible to execute a defrost operation for defrosting the evaporator.
- the defrosting ability is adjusted in two stages according to the open / closed state of the two open / close valves. That is, in the defrost operation, when only one of the on-off valves is opened, the hot gas flows through only one of the bypass pipes and is supplied to the evaporator. For this reason, the flow rate of the refrigerant flowing through the evaporator becomes relatively small. Therefore, the heating capacity (defrosting capacity) in the cabinet is also relatively small. On the other hand, when both open / close valves are opened in the defrost operation, the hot gas flows through the two bypass pipes and is supplied to the evaporator. For this reason, the flow rate of the refrigerant flowing through the evaporator becomes relatively large. Therefore, the heating capacity (defrosting capacity) in the cabinet is also relatively large.
- the heating capacity in the cabinet during the heating operation is adjusted by switching the open / close state of the two open / close valves.
- the configuration using two on-off valves in this manner leads to complication of the refrigerant circuit and high cost.
- the heating capacity cannot be finely adjusted only by adjusting the bypass flow rate associated with the switching of the two on-off valves. Therefore, there arises a problem that the heating capacity is insufficient and the internal air cannot be quickly heated to the target temperature, or the heating capacity is excessive and energy saving is impaired.
- the present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to provide a highly reliable container refrigeration apparatus by sufficiently adjusting the heating capacity in a defrost operation using a hot gas bypass circuit. .
- the first invention includes a main circuit (21) in which a compressor (30), a condenser (31), an expansion valve (32) and an evaporator (33) are sequentially connected, and compression of the compressor (30).
- a refrigerant circuit (20) having a hot gas bypass circuit (22) for bypassing the condenser (31) and the expansion valve (32) and sending the refrigerant to the evaporator (33), and performing a refrigeration cycle; In the circulating flow in which the compressed refrigerant of the compressor (30) returns to the compressor (30) through the hot gas bypass circuit (22) and the evaporator (33), the frost of the evaporator (33) is defrosted.
- a compressor control unit (81) for controlling the operating rotational speed of the compressor (30) so that the pressure of the compressed refrigerant of the compressor (30) becomes a target value during the frost operation; .
- the high-temperature compressed refrigerant of the compressor (30) bypasses the condenser (31) and the expansion valve (32) and flows to the evaporator (33), and the evaporator (33) is defrosted. Is called.
- the operating rotational speed of the compressor (30) is controlled so that the pressure of the compressed refrigerant of the compressor (30) becomes a target value, that is, the pressure equivalent saturation temperature of the compressed refrigerant becomes the target value. For example, when the pressure of the compressed refrigerant is lower than the target value, the operating speed of the compressor (30) is high, and when the pressure of the compressed refrigerant is higher than the target value, the operating speed of the compressor (30) is low. Become.
- a part of the compressed refrigerant of the compressor (30) is transferred in accordance with the degree of superheat SH of the compressed refrigerant of the compressor (30).
- Refrigerant discharge operation for flowing and storing in the high pressure liquid pipe (25) including the condenser (31) of the refrigerant circuit (20), and refrigerant for sucking the refrigerant in the high pressure liquid pipe (25) into the compressor (30)
- a refrigerant amount control unit (82) that performs the replenishment operation is provided.
- the refrigerant discharge operation is performed.
- coolant circulated between a compressor (30) and an evaporator (33) reduces, and the superheat degree SH of a compressed refrigerant rises.
- a refrigerant replenishment operation is performed.
- coolant circulated between a compressor (30) and an evaporator (33) increases, and the superheat degree SH of a compression refrigerant
- the supercooling heat exchanger (44) provided in the high pressure liquid pipe (25) and the branched refrigerant branched from the high pressure liquid pipe (25) are provided with the supercooling heat.
- the low-pressure gas pipe (28) in the refrigerant circuit (20) or the compression chamber in the intermediate pressure state of the compressor (30) An inflow subcooling branch pipe (26), and the refrigerant amount control unit (82) passes the refrigerant in the high pressure liquid pipe (25) through the supercooling branch pipe (26) during the refrigerant replenishment operation. Inhaled to (30).
- the refrigerant accumulated in the condenser (31) and the high-pressure liquid pipe (25) is sucked into the compressor (30) through the supercooling branch pipe (26).
- the amount of refrigerant circulating between the compressor (30) and the evaporator (33) increases.
- a fan control unit that operates the condenser fan (35) of the condenser (31) during the refrigerant discharge operation by the refrigerant amount control unit (82) ( 83).
- air is sent to the condenser (31) by the condenser fan (35) during the refrigerant discharging operation.
- a part of the compressed refrigerant of the compressor (30) flows to the condenser (31), and is condensed by exchanging heat with the air sent by the condenser fan (35).
- the pressure of the compressed refrigerant of the compressor (30) is changed to a higher value.
- the outlet refrigerant temperature of the evaporator (33) becomes a predetermined value or more, it is considered that the frost of the evaporator (33) is almost melted, and the target value of the pressure of the compressed refrigerant is Changed to a higher value. Thereby, an evaporator (33) is heated with a higher temperature refrigerant
- a sixth invention is the circulating flow in which the refrigerant is circulated through the main circuit (21) and the refrigeration cycle is performed in any one of the first to fifth inventions, and at the time of the cooling operation for cooling the interior,
- the defrosting operation is started after a predetermined time has elapsed from the start of the cooling operation, and the temperature difference between the internal temperature and the set temperature Is less than the predetermined value, the defrosting operation starts when a predetermined time elapses from the start of the cooling operation and the cooling capacity exerted by the evaporator (33) decreases to a predetermined value or less.
- the cooling capacity of the evaporator (33) is not fully demonstrated because the difference between the internal temperature and the set temperature is large (out-range condition) even though the cooling operation has been performed to some extent. This is presumed to be due to some frost formation on the evaporator (33). Therefore, in the out-range state, the defrosting operation is started under the condition that a predetermined time has elapsed from the start of the cooling operation. On the other hand, when the cooling operation is performed to some extent and the difference between the internal temperature and the set temperature is small (in-range state), the cooling capacity of the evaporator (33) is properly demonstrated. Therefore, it is estimated that the evaporator (33) is not so frosted.
- the defrosting operation may actually be performed in a state where the evaporator (33) is not so frosted. Becomes higher. Therefore, in the sixth aspect of the invention, in the in-range state, the defrosting operation is started on the condition that the cooling capacity exhibited by the evaporator (33) is reduced to some extent. As a result, it is possible to avoid a situation where the defrost operation is performed wastefully.
- the operation rotational speed of the compressor (30) is controlled so that the pressure of the compressed refrigerant becomes a target value. Therefore, it becomes possible to quickly adjust the heating capacity to an appropriate capacity. Therefore, the defrosting operation time can be shortened, and a highly reliable container refrigeration apparatus (10) can be provided.
- the amount of refrigerant circulating between the compressor (30) and the evaporator (33) is adjusted according to the superheat degree SH of the discharged refrigerant. Specifically, when the degree of superheat SH is low, a part of the refrigerant circulating between the compressor (30) and the evaporator (33) is discharged to the high-pressure liquid pipe (25), thereby reducing the amount of refrigerant to be circulated. The degree of superheat SH was increased and decreased. Thereby, it can avoid that a refrigerant
- coolant will be in a moist state in a compressor (30) (namely, liquid compression phenomenon in a compressor (30)).
- the degree of superheat SH when the degree of superheat SH is high, the refrigerant circulating between the compressor (30) and the evaporator (33) is supplemented with the refrigerant in the high-pressure liquid pipe (25), thereby increasing the amount of refrigerant circulating and overheating.
- the degree SH was lowered. Thereby, it can avoid that the discharge temperature of a compressor (30) rises abnormally, and a compressor (30) can be protected.
- the condenser fan (35) is operated in the refrigerant discharge operation, a part of the compressed refrigerant discharged to the condenser (31) is actively condensed to be a liquid refrigerant. Can be.
- the refrigerant discharge operation can be performed smoothly and reliably.
- the target value of the pressure of the compressed refrigerant is changed to a high value.
- the frost adhering to the fan, the air passage wall and the like around the evaporator (33) can be melted at a high temperature. Therefore, the defrosting operation time can be further shortened.
- the sixth invention in a state where the temperature difference between the internal temperature and the set temperature is small, in addition to the condition that the cooling capacity exhibited by the evaporator (33) is reduced to a predetermined value or less, The defrost operation was started. As a result, it is possible to avoid a situation in which the defrost operation is started in spite of the fact that the evaporator (33) is not so frosted. As a result, it is possible to avoid a situation where the defrost operation is performed in vain, so that the internal temperature can be stabilized more appropriately.
- FIG. 1 is a piping system diagram of a container refrigeration apparatus according to an embodiment.
- FIG. 2 is a piping system diagram showing a refrigerant flow in the cooling operation according to the embodiment.
- FIG. 3 is a piping diagram showing a refrigerant flow in the defrost operation according to the embodiment.
- FIG. 4 is a diagram illustrating a control operation of the compressor control unit according to the embodiment.
- FIG. 5 is a diagram for explaining a change in the target temperature HP (T) s of the pressure equivalent saturation temperature HP (T) according to the embodiment.
- FIG. 6 is a diagram illustrating a determination operation of the refrigerant amount determination unit according to the embodiment.
- FIG. 1 is a piping system diagram of a container refrigeration apparatus according to an embodiment.
- FIG. 2 is a piping system diagram showing a refrigerant flow in the cooling operation according to the embodiment.
- FIG. 3 is a piping diagram showing a refrigerant flow in the defrost operation according to
- FIG. 7 is a piping diagram illustrating the refrigerant flow during the refrigerant release operation in the heating operation according to the embodiment.
- FIG. 8 is a piping diagram illustrating the refrigerant flow during the refrigerant charging operation in the heating operation according to the embodiment.
- FIG. 9 is a diagram illustrating an end condition of the defrost operation according to the embodiment.
- FIG. 10 is a diagram illustrating a defrosting start condition according to the second modification of the embodiment.
- FIG. 11 is a diagram illustrating an operation of frost detection according to the second modification of the embodiment.
- the container refrigeration apparatus (10) of the present embodiment cools the interior of a container (not shown).
- the container refrigeration apparatus (10) also serves as a lid that closes the side opening surface of the container body.
- the container refrigeration apparatus (10) includes a refrigerant circuit (20) that performs a refrigeration cycle by circulating refrigerant.
- the refrigerant circuit (20) includes a main circuit (21), a hot gas bypass circuit (22), and a supercooling circuit (23).
- the main circuit (21) includes a compressor (30), a condenser (31), a main expansion valve (32), and an evaporator (33) connected in series by a refrigerant pipe in order.
- the compressor (30) has a motor (not shown) that drives the compression mechanism.
- the rotation speed of the motor of the compressor (30) is controlled in multiple stages by an inverter. That is, the compressor (30) is configured to have a variable operation speed.
- Both the condenser (31) and the evaporator (33) are constituted by fin-and-tube heat exchangers.
- the condenser (31) is arranged outside the warehouse.
- An external fan (35) (condenser fan) is provided in the vicinity of the condenser (31). In the condenser (31), heat is exchanged between the outside air and the refrigerant.
- the evaporator (33) is arrange
- an internal fan (36) (evaporator fan) is provided in the vicinity of the evaporator (33).
- evaporator fan evaporator fan
- a drain pan (37) is provided below the evaporator (33).
- the drain pan (37) is formed in a flat container shape whose upper side is open. Inside the drain pan (37), frost and ice blocks that have fallen off from the evaporator (33), condensed water condensed from the air, and the like are collected.
- the main expansion valve (32) is configured such that the opening degree can be adjusted in multiple stages by a pulse motor.
- the high pressure gas pipe (24) between the compressor (30) and the condenser (31) is provided with an oil separator (40), a check valve (CV) and a pressure regulating valve (38) in this order. ing.
- the oil return pipe (40a) of the oil separator (40) is connected to the supercooling circuit (23).
- the oil return pipe (40a) is provided with a capillary tube (40b).
- the check valve (CV) allows the refrigerant to flow in the direction of the arrow shown in FIG. 1 and prohibits the reverse flow.
- the pressure regulating valve (38) is configured such that the opening degree can be adjusted in multiple stages by a pulse motor.
- the high pressure liquid pipe (25) between the condenser (31) and the main expansion valve (32) includes a receiver (41), a cooling member (42), a dryer (43), and a second on-off valve (49). And a supercooling heat exchanger (44).
- the cooling member (42) has a coolant channel formed therein, and a power element of the inverter circuit is in contact with the outside (not shown). That is, the cooling member (42) is configured to cool the power element with the refrigerant.
- the second on-off valve (49) is an openable / closable solenoid valve.
- the dryer (43) is configured to capture moisture in the liquid refrigerant that has flowed through the condenser (31).
- the supercooling heat exchanger (44) cools the liquid refrigerant that has flowed through the condenser (31).
- the supercooling heat exchanger (44) has a primary side passage (45) and a secondary side passage (46). That is, in the supercooling heat exchanger (44), the refrigerant flowing through the primary side passage (45) and the refrigerant flowing through the secondary side passage (46) exchange heat.
- the primary side passage (45) is connected to the high-pressure liquid pipe (25) of the main circuit (21), and the secondary side passage (46) is connected to the supercooling branch pipe (26) of the supercooling circuit (23). .
- the inflow end of the supercooling branch pipe (26) is connected between the cooling member (42) and the second on-off valve (49) in the high-pressure liquid pipe (25).
- the outflow end of the supercooling branch pipe (26) is connected to a compression chamber (intermediate compression chamber) in the middle of compression (intermediate pressure state) of the compressor (30). That is, the subcooling branch pipe (26) is a passage through which a part of the liquid refrigerant in the high-pressure liquid pipe (25) is divided and flows into the intermediate compression chamber of the compressor (30).
- a first on-off valve (47) and a supercooling expansion valve (48) are provided on the inflow side of the secondary passage (46) in the supercooling branch pipe (26).
- the first on-off valve (47) is an openable / closable solenoid valve.
- the supercooling expansion valve (48) can be adjusted in multiple stages by a pulse motor, and constitutes a decompression mechanism for decompressing the refrigerant.
- the hot gas bypass circuit (22) includes one main passage (50) and two branch passages (51, 52) branched from the main passage (50) (first branch passage (51) and second branch passage). Branch passage (52)).
- the inflow end of the main passage (50) is connected between the check valve (CV) and the pressure regulating valve (38) in the high pressure gas pipe (24).
- a third on-off valve (53) is provided in the main passage (50).
- the third on-off valve (53) is an openable / closable solenoid valve.
- the first branch passage (51) has one end connected to the outflow end of the main passage (50) and the other end connected to the low-pressure liquid pipe (27) between the main expansion valve (32) and the evaporator (33). It is connected.
- the second branch passage (52) has one end connected to the outflow end of the main passage (50) and the other end connected to the low-pressure liquid pipe (27).
- the second branch passage (52) is composed of a refrigerant pipe that is longer than the first branch passage (51).
- the second branch passage (52) has a drain pan heater (54) arranged meandering along the bottom of the drain pan (37).
- the drain pan heater (54) is configured to heat the inside of the drain pan (37) with a refrigerant.
- the hot gas bypass circuit (22) supplies the refrigerant (high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor (30)) compressed by the compressor (30) to the evaporator (33). This constitutes the bypass circuit.
- the refrigerant circuit (20) is also provided with various sensors.
- the high pressure gas pipe (24) is provided with a high pressure sensor (60), a high pressure switch (61), and a discharge temperature sensor (62).
- the high pressure sensor (60) detects the pressure of the high pressure gas refrigerant discharged from the compressor (30).
- the discharge temperature sensor (62) detects the temperature of the high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor (30).
- the low pressure gas pipe (28) between the evaporator (33) and the compressor (30) is provided with a low pressure sensor (63) and a suction temperature sensor (64).
- the low pressure sensor (63) detects the pressure of the low pressure gas refrigerant sucked into the compressor (30).
- the suction temperature sensor (64) detects the temperature of the low-pressure gas refrigerant sucked into the compressor (30).
- the subcooling branch pipe (26) is provided with an inflow temperature sensor (65) on the inflow side of the secondary side passage (46) and an outflow temperature sensor (66) on the outflow side of the secondary side passage (46). It has been.
- the inflow temperature sensor (65) detects the temperature of the refrigerant immediately before flowing into the secondary side passage (46).
- the outflow temperature sensor (66) detects the temperature of the refrigerant immediately after flowing out into the secondary side passage (46).
- the low-pressure liquid pipe (27) is provided with an inflow temperature sensor (67) on the inflow side of the evaporator (33).
- the inflow temperature sensor (67) detects the temperature of the refrigerant immediately before flowing into the evaporator (33).
- the low pressure gas pipe (28) is provided with an outflow temperature sensor (68) on the outflow side of the evaporator (33).
- the outflow temperature sensor (68) detects the temperature of the refrigerant immediately after flowing out of the evaporator (33).
- an outside air temperature sensor (69) is provided on the suction side of the condenser (31).
- the outside air temperature sensor (69) detects the temperature of the outside air just before being sucked into the condenser (31) (that is, the temperature of the outside air).
- a suction temperature sensor (70) is provided on the suction side of the evaporator (33), and an outlet temperature sensor (71) is provided on the outlet side of the evaporator (33).
- the suction temperature sensor (70) detects the temperature of the internal air immediately before passing through the evaporator (33).
- the blowing temperature sensor (71) detects the temperature of the internal air immediately after passing through the evaporator (33).
- the container refrigeration apparatus (10) is provided with a controller (80) as a control unit for controlling the refrigerant circuit (20).
- the controller (80) controls the compressor controller (81) and various valves (32, 38, 47, 48, 49, 53) for controlling the operating rotational speed of the compressor (30).
- the valve control unit (82) constitutes a refrigerant amount control unit according to the present invention.
- the operation of the container refrigeration apparatus is roughly classified into “cooling operation (cooling operation)” and “defrost operation (defrosting operation)”.
- the cooling operation is an operation for cooling the interior of the container to a relatively low temperature. That is, the cooling operation is an operation of refrigeration / freezing the interior of the container in order to preserve the transported goods (for example, fresh food) stored in the container body.
- the defrost operation is an operation for melting frost attached to the surface of the heat transfer tube of the evaporator. This defrost operation is executed, for example, every time a predetermined set time elapses from the start of the cooling operation (the defrost timer counts up), and the cooling operation is resumed after the defrost operation ends.
- the refrigerant compressed by the compressor (30) is condensed (heat radiation) by the condenser (31) and then passes through the receiver (41).
- a part of the refrigerant that has passed through the receiver (41) flows through the low-pressure liquid pipe (27) as it is, and the rest is divided into the supercooling branch pipe (26).
- the refrigerant that has flowed through the low-pressure liquid pipe (27) is depressurized by the main expansion valve (32), and then flows through the evaporator (33).
- the evaporator (33) the refrigerant absorbs heat from the internal air and evaporates. Thereby, the air in a warehouse is cooled.
- the refrigerant evaporated in the evaporator (33) is sucked into the compressor (30) and compressed again.
- the refrigerant divided into the supercooling branch pipe (26) passes through the supercooling expansion valve (48) and is reduced to an intermediate pressure, and then passes through the secondary passage (46) of the supercooling heat exchanger (44). Flowing. In the supercooling heat exchanger (44), the refrigerant flowing through the primary side passage (44b) and the refrigerant flowing through the secondary side passage (46) exchange heat. As a result, the refrigerant in the primary passage (44b) is supercooled, while the refrigerant in the secondary passage (46) evaporates. The refrigerant that has flowed out of the secondary passage (46) is sucked into the compression chamber in the intermediate pressure state from the intermediate port of the compressor (30).
- the operating speed (operating frequency) of the compressor (30) is controlled by the compressor control unit (81). Specifically, the operating rotational speed of the compressor (30) is controlled so that the blown air temperature SS approaches the target temperature SP.
- the rotational speed of the external fan (35) is controlled by the fan control unit (83). Specifically, the rotational speed of the motor of the external fan (35) is controlled so that the pressure HP of the high-pressure refrigerant detected by the high-pressure sensor (60) is constant.
- the fan control unit (83) controls the number of rotations of the internal fan (36) in multiple stages in accordance with the internal cooling load.
- the opening degree of the main expansion valve (32) is so-called superheat control by the valve control unit (82). Specifically, the opening degree of the main expansion valve (32) is controlled so that the degree of superheat of the low-pressure refrigerant sucked into the compressor (30) approaches a predetermined set value.
- the degree of superheat of the degree of opening of the supercooling expansion valve (48) is also controlled by the valve controller (82). Specifically, the degree of opening of the supercooling expansion valve (48) is adjusted so that the degree of superheat of the intermediate pressure refrigerant flowing out of the secondary passage (46) of the supercooling heat exchanger (44) approaches a predetermined set value. Be controlled.
- the high-temperature and high-pressure gas refrigerant compressed by the compressor (30) is supplied to the condenser (31), the receiver (41), the supercooling heat exchanger (44), and the main expansion valve (32). This operation is bypassed and supplied to the evaporator (33).
- the second on-off valve (49) is closed and the third on-off valve (53) is open.
- the main expansion valve (32) is fully closed (zero pulse).
- the first on-off valve (47), the pressure regulating valve (38) and the supercooling expansion valve (48) are in a fully closed state (zero pulse) in principle.
- the compressor (30) is operated, the outside fan (35) and the inside fan (36) are in a stopped state in principle.
- the refrigerant compressed by the compressor (30) is supplied to the evaporator (33) via the hot gas bypass circuit (22). Specifically, after the high-pressure gas refrigerant flows through the main passage (50), it is branched into the first branch passage (51) and the second branch passage (52). The refrigerant branched to the second branch passage (52) passes through the drain pan heater (54). Here, in the drain pan (37), ice blocks and the like peeled off from the surface of the evaporator (33) are collected. The ice blocks and the like are heated and melted by the refrigerant flowing inside the drain pan heater (54). The melted water is discharged out of the warehouse through a predetermined channel.
- the refrigerant that has flowed out of the drain pan heater (54) merges with the refrigerant that has flowed out of the first branch passage (51), and flows through the evaporator (33).
- a high-pressure gas refrigerant (so-called hot gas) flows through the heat transfer tube.
- surroundings of a heat exchanger tube is gradually heated from the inside with a refrigerant
- the frost attached to the evaporator (33) is gradually melted and peeled off from the heat transfer tube.
- the frost (ice block) peeled off from the heat transfer tube is collected in the drain pan (37).
- the refrigerant used for defrosting of the evaporator (33) is sucked into the compressor (30) and compressed.
- each control unit (81, 82, 83, 84).
- the operating speed (operating frequency) of the compressor (30) is controlled by the compressor controller (81).
- the compressor control unit (81) is configured so that the pressure detected by the high pressure sensor (60) becomes a predetermined value, that is, the pressure equivalent saturation temperature HP (T) of the high pressure refrigerant becomes a predetermined value.
- the operating rotational speed of the compressor (30) is controlled. More specifically, when the condition of determination 1 shown in FIG. 4 is satisfied, the compressor control unit (81) increases the current operation speed N of the compressor (30) by a predetermined amount ⁇ N.
- HP (T) s is a target temperature of the pressure equivalent saturation temperature HP (T).
- the pressure equivalent saturation temperature HP (T) is lower than the target temperature HP (T) s by a predetermined value (2 ° C.) in consideration of the error, it is considered that the defrosting capability (heating capability) is insufficient.
- defrost capability increases.
- the high / low differential pressure high pressure HP ⁇ low pressure LP.
- the operating rotational speed of the compressor (30) is increased.
- the high pressure HP is the pressure of the high pressure refrigerant detected by the high pressure sensor (60)
- the low pressure LP is the pressure of the low pressure refrigerant detected by the low pressure sensor (63). If the condition of determination 1 is still satisfied, similarly, the operating speed N of the compressor (30) is further increased by ⁇ N.
- the target temperature HP (T) s is set to 50 ° C. This 50 ° C. is an appropriate heating temperature at which the frost of the heat transfer tube is heated rapidly and does not peel off at a stretch.
- the compressor control unit (81) reduces the current operation speed N of the compressor (30) by a predetermined amount ⁇ N. Specifically, when the pressure equivalent saturation temperature HP (T) is higher than the target temperature HP (T) s by a predetermined value (2 ° C.), it is considered that the defrost capacity (heating capacity) is excessive, and the compressor (30) Reduce the operating speed of the. Thereby, a defrost capability falls. In the determination 2, it is also a condition that the high / low differential pressure (high pressure HP ⁇ low pressure LP) is not less than a predetermined value (250 kPa).
- the defrosting ability can be adjusted appropriately and quickly by controlling the operation speed of the compressor (30) so that the pressure equivalent saturation temperature HP (T) is constant (within a predetermined range). Can do.
- the refrigerant temperature detected by the outflow temperature sensor (68) during the defrost operation that is, the evaporator outlet refrigerant temperature EOS
- a predetermined value 5 ° C.
- the target temperature HP (T) s is changed to a high value.
- the temperature is changed from 50 ° C. to 65 ° C. This is because when the evaporator outlet refrigerant temperature EOS exceeds a predetermined value, the frost adhering to the evaporator (33) is almost melted.
- the internal fan (36) around the evaporator (33) This is because the frost adhering to the air passage wall (not shown) or the like is melted at a high temperature at a stretch. That is, after the frost is removed from the evaporator (33) even when heated at a stretch at high temperatures, the surrounding frost is melted in a short time.
- the refrigerant amount determination unit (84) determines whether the refrigerant amount is excessive or insufficient in the refrigerant circulation cycle during the defrost operation. Then, according to the excess / deficiency state, the valve control unit (82) controls the first on-off valve (47), the pressure regulating valve (38), and the supercooling expansion valve (48), and the fan control unit (83) Control the outside fan (35).
- the determination operation of the refrigerant amount determination unit (84) is performed.
- the refrigerant amount determination unit (84) determines that the refrigerant amount is in excess due to the condition of determination 1 shown in FIG. 6 during normal operation (that is, during defrost operation shown in FIG. 3)
- the refrigerant release shown in FIG. Operation (refrigerant discharge operation) is performed.
- the pressure control valve (38) is opened by the valve control unit (82), and the external fan (35) is operated at a low speed by the fan control unit (83).
- HP (T) is a pressure-equivalent saturation temperature of the refrigerant discharged from the compressor (30) (high-pressure refrigerant)
- DCHS is a temperature detected by the discharge temperature sensor (62)
- AMBS is a temperature detected by the outside air temperature sensor (69). That is, when the pressure equivalent saturation temperature HP (T) of the high-pressure refrigerant is higher than a predetermined value and the superheat degree SH (DCHS-HP (T)) of the discharged refrigerant becomes less than the predetermined value, the discharged refrigerant of the compressor (30) becomes wet.
- the pressure equivalent saturation temperature HP (T) of the high-pressure refrigerant is lower than the outside air temperature AMBS, the pressure in the condenser (31) becomes higher than that of the high-pressure refrigerant, and conversely by opening the pressure regulating valve (38). Since the refrigerant flows out of the condenser (31), the pressure equivalent saturation temperature HP (T) is required to be higher than the outside air temperature AMBS. Under this condition, a part of the refrigerant discharged from the compressor (30) can be reliably released to the condenser (31) side during the refrigerant release operation.
- the refrigerant amount determination unit (84) determines that the refrigerant amount is appropriate according to the condition of determination 2 shown in FIG. 6, the normal operation shown in FIG. 3 is resumed. That is, when the superheat degree SH (DCHS-HP (T)) of the discharged refrigerant becomes higher than a predetermined value, it is assumed that there is almost no possibility that the discharged refrigerant of the compressor (30) becomes wet, and the normal operation is resumed.
- the refrigerant charge operation (refrigerant supply operation) shown in FIG. 8 is performed.
- the valve controller (82) opens the first on-off valve (47) and the supercooling expansion valve (48).
- the pressure regulating valve (38) is in a closed state, and the external fan (35) remains stopped.
- the liquid refrigerant in the receiver (41) flows into the compression chamber in the intermediate pressure state in the compressor (30) through the supercooling branch pipe (26).
- the refrigerant in the high-pressure liquid pipe (25) is charged (supplied) to the refrigerant circulation cycle during the defrost operation, and the amount of refrigerant during the defrost operation increases. Also in this case, since the liquid refrigerant in the receiver (41) flows through the cooling member (42), the inverter circuit is cooled.
- the state where the pressure equivalent saturation temperature HP (T) of the high-pressure refrigerant is too low and the superheat degree SH (DCHS-HP (T)) of the discharged refrigerant is equal to or higher than a predetermined value continues for 10 minutes, for example Then, it is determined that the discharge temperature of the compressor (30) is an abnormally high temperature. In this case, by increasing the amount of the refrigerant in the refrigerant circulation cycle, the superheat degree SH of the discharged refrigerant is lowered to protect the compressor (30). Further, in the determination 3, it is also a condition that the operating rotational speed N of the compressor (30) is an upper limit value.
- the degree of superheat SH of the discharged refrigerant can be reduced by increasing the operating speed and increasing the refrigerant circulation amount.
- increasing the operation speed of the compressor (30) can stabilize the superheat degree SH by changing it faster than the refrigerant charging operation described above. Accordingly, when the operating speed N of the compressor (30) is already at the upper limit and cannot be increased any more, the superheat degree SH of the discharged refrigerant is reduced by the refrigerant charging operation.
- the refrigerant amount determination unit (84) determines that the refrigerant amount is appropriate according to the condition of determination 4 shown in FIG. 6, the normal operation shown in FIG. 3 is resumed. That is, when the saturation pressure HP (T) corresponding to the pressure of the high-pressure refrigerant is equal to or higher than a predetermined value and the superheat degree SH (DCHS-HP (T)) of the discharged refrigerant is lower than the predetermined value, the discharge temperature of the compressor (30) is appropriate. As a result, the normal operation is resumed.
- the refrigerant (30) is circulated between the compressor (30) and the evaporator (33) so that the superheat degree SH of the refrigerant discharged from the compressor (30) becomes a predetermined value (within the target range).
- the amount of refrigerant to be increased or decreased that is, when the superheat degree SH is low, a part of the refrigerant circulating between the compressor (30) and the evaporator (33) is released to the high-pressure liquid pipe (25), and the superheat degree SH is high. Charges the refrigerant in the high-pressure liquid pipe (25) with respect to the refrigerant circulating between the compressor (30) and the evaporator (33).
- the end condition varies depending on the elapsed time after the start of the defrost operation (the operation time of the defrost operation).
- the condition 1 is satisfied. Specifically, during the defrost operation, the refrigerant temperature (evaporator outlet refrigerant temperature EOS) detected by the outflow temperature sensor (68) is equal to or higher than a predetermined value (20 ° C.) and is detected by the suction temperature sensor (70). When the temperature of the internal air (suction air temperature RS) becomes equal to or higher than a predetermined value (3 ° C.), the defrost operation is finished. In other words, when the defrost operation is terminated by the condition 1, the operation time of the defrost operation is less than 45 minutes.
- the evaporator outlet refrigerant temperature EOS gradually increases. Further, as the frost is melted in the evaporator (33), the temperature of the air passing through the evaporator (33) and blown out into the warehouse gradually increases, and accordingly, from the interior to the evaporator (33). The temperature of the sucked air (suction air temperature RS) gradually increases. From this, when the evaporator outlet refrigerant temperature EOS and the intake air temperature RS have risen to predetermined temperatures, it is considered that the frost in the evaporator (33) has almost melted, and the defrost operation is terminated.
- Condition 2 is set to a value (20 ° C. ⁇ 30 ° C., 3 ° C. ⁇ 15 ° C.) where the predetermined values of the evaporator outlet refrigerant temperature EOS and the intake air temperature RS are larger than those of Condition 1. That is, when the evaporator outlet refrigerant temperature EOS is 30 ° C. or higher and the intake air temperature RS is 15 ° C. or higher, the defrost operation is terminated.
- the operation time of the defrost operation is 45 minutes or more and less than 90 minutes. If the condition 1 is not satisfied before the first predetermined time (45 minutes) elapses, it is considered that the amount of frost formation in the evaporator (33) is remarkably large. In that case, the evaporator outlet refrigerant temperature EOS and the intake air By setting the predetermined value of the temperature RS to be large, the defrosting operation time is lengthened and the frost is surely melted. If the cooling operation is performed with the frost remaining unmelted, the frost will soon become enlarged and the defrost operation will be frequently performed, but it is possible to avoid that state by melting the frost reliably. Become.
- the defrost operation is forcibly terminated when the second predetermined time has elapsed. Since the defrosting operation is an operation for supplying hot gas to the evaporator (33), the temperature in the warehouse gradually increases. Therefore, when the defrost operation time reaches a predetermined time, the defrost operation is forcibly terminated in order to avoid an abnormal rise in the internal temperature even in a state where the frost has not melted.
- the operation rotational speed of the compressor (30) is controlled so that the blown air temperature SS becomes the target temperature SP. Therefore, since the refrigerant circulation amount can be quickly adjusted according to the blown air temperature SS, it is possible to sufficiently adjust the heating capacity.
- the amount of refrigerant circulating between the compressor (30) and the evaporator (33) is adjusted so that the superheat degree SH of the discharged refrigerant becomes a predetermined value (within the target range). did. Specifically, when the degree of superheat SH is low, by releasing a part of the refrigerant circulating between the compressor (30) and the evaporator (33) to the high-pressure liquid pipe (25) (refrigerant release operation), The amount of refrigerant circulating was reduced to increase the degree of superheat SH. Thereby, it can avoid that a refrigerant
- coolant will be in a moist state in a compressor (30) (namely, liquid compression phenomenon in a compressor (30)).
- the refrigerant circulating between the compressor (30) and the evaporator (33) is charged by charging the refrigerant in the high-pressure liquid pipe (25) (refrigerant charging operation).
- the amount was increased to reduce the degree of superheat SH. Thereby, it can avoid that the discharge temperature of a compressor (30) rises abnormally, and a compressor (30) can be protected.
- the pressure equivalent saturation temperature HP (T) of the high-pressure refrigerant is added to be higher than the outside air temperature AMBS. Therefore, conversely, it is possible to avoid a state in which the refrigerant flows into the hot gas bypass circuit (22) from the high-pressure liquid pipe (25) including the condenser (31). Therefore, the refrigerant release operation can be performed reliably, and the liquid compression phenomenon in the compressor (30) can be reliably avoided.
- the refrigerant release operation since the external fan (35) is operated, a part of the compressed refrigerant released to the condenser (31) can be actively condensed into a liquid refrigerant. Thereby, since a large amount of refrigerant can be stored in the condenser (31) or the receiver (41), the refrigerant release operation can be performed smoothly and reliably.
- the refrigerant in the receiver (41) flows through the cooling member (42), it can contribute to cooling of the inverter circuit.
- the pressure regulating valve (38) is always opened at a predetermined opening (for example, the minimum opening) in the defrost operation of the above embodiment.
- a predetermined opening for example, the minimum opening
- part of the discharged refrigerant is stored in the receiver (41) and the refrigerant in the receiver (41) flows through the cooling member (42) during the defrost operation. Therefore, the inverter circuit can be reliably cooled. As a result, the reliability of the container refrigeration apparatus (10) is further improved.
- ⁇ Modification 2> the start condition of the defrost operation is changed in the above embodiment. That is, in the above embodiment, the defrost operation is started only by counting up the defrost timer. However, in this modified example, the defrost operation is started in consideration of the frost state in addition to this condition. It should be noted that the defrost operation start conditions (preconditions, main conditions) described below are determined by the controller (80).
- the evaporator outlet refrigerant temperature EOS is a predetermined value (20 ° C.) or less, which is a precondition for starting the defrost operation.
- the evaporator (33) when frost formation proceeds, the refrigerant becomes difficult to evaporate, and the evaporator outlet refrigerant temperature EOS decreases.
- the evaporator (33) is frosting or frosting when the evaporator outlet refrigerant temperature EOS decreases.
- the “out range” state is a state in which the temperature difference between the internal temperature and the set temperature is not less than a predetermined value, and the interior is not cooled so much.
- the “in-range” state is a state where the temperature difference between the internal temperature and the set temperature is less than a predetermined value, and the internal space is cooled to some extent.
- the main condition is that the defrost timer counts up. That is, in the “out range” state, the defrost operation is started when a predetermined time has elapsed since the start of the cooling operation.
- the main condition is that the defrost timer counts up and frost detection is turned on. That is, in the “in-range” state, when a predetermined time has elapsed since the start of the cooling operation and the frost formation amount in the evaporator (33) is determined to be the predetermined amount, the defrost operation is started.
- the reason why different main conditions are set in the “out range” state and the “in range” state is as follows. It is estimated that the cooling capacity of the evaporator (33) is not fully demonstrated even though the cooling operation has been performed to some extent, and that the evaporator (33) is frosted to some extent.
- frost detection operation if the basic condition and the backup condition are satisfied, the frost detection is “ON” because the evaporator (33) is frosted to some extent.
- the cooling capacity hereinafter referred to as the cooling capacity value KA
- the evaporator is based on the cooling capacity value KA. (33)
- the frost formation state is judged. As shown in FIG.
- the basic condition is that the cooling capacity value KA becomes lower than the value obtained by multiplying the average KA by the capacity reduction rate, and this state continues for a predetermined time (1 minute), or the compressor (30) That is, the pressure equivalent saturation temperature LP (T) of the suction refrigerant (low pressure refrigerant) becomes lower than Tdef, and this state continues for a predetermined time (1 minute).
- the cooling capacity values KA and Tdef are calculated every predetermined time in the cooling operation.
- the average KA is an average value of the plurality of calculated cooling capacity values KA.
- the cooling capacity values KA and Tdef are calculated by the following equations 1 and 2, respectively.
- KA Q ⁇ ((RS + SS) / 2 ⁇ LP (T)) ⁇ air volume coefficient ⁇ ⁇ ⁇ Equation 1
- Tdef (RS + SS) / 2 ⁇ T + B Equation 2
- Q indicates the cooling capacity
- RS indicates the intake air temperature
- SS indicates the blown air temperature
- the air volume coefficient is a coefficient determined by the tap (low speed tap and high speed tap) of the internal fan (36).
- Tdef represents a threshold value
- ⁇ T represents a temperature coefficient
- B represents a coefficient that changes in accordance with the past defrost time.
- the backup condition is that the intake air temperature RS does not drop by a predetermined value (0.2 ° C.) or more per hour and the intake air temperature RS is higher than the predetermined value ( ⁇ 20 ° C.). This backup condition is for confirming that the cooling capacity of the evaporator (33) is lowered.
- the present invention is useful for a container refrigeration apparatus that cools the inside of a container.
- Container refrigeration equipment 20 Refrigerant circuit 21 Main circuit 22 Hot gas bypass circuit 30 Compressor 31 Condenser 32 Main expansion valve (expansion valve) 33 Evaporator 81 Compressor control unit 82 Valve control unit (refrigerant amount control unit) 83 Fan controller
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Abstract
圧縮機(30)と凝縮器(31)と主膨張弁(32)と蒸発器(33)とが順に接続されると共に、圧縮機(30)の圧縮冷媒を凝縮器(31)および主膨張弁(32)をバイパスして蒸発器(33)へ送るためのホットガスバイパス回路(22)を有して冷凍サイクルを行う冷媒回路(20)と、圧縮機(30)の圧縮冷媒がホットガスバイパス回路(22)および蒸発器(33)を経て圧縮機(30)へ戻る循環流れで、蒸発器(33)の霜を除霜する除霜動作時に、圧縮機(30)の圧縮冷媒の圧力が目標値となるように圧縮機(30)の運転回転数を制御する圧縮機制御部(81)とを備えている。
Description
本発明は、コンテナ用冷凍装置に関し、特にホットガスデフロストの信頼性の向上対策に係るものである。
冷凍サイクルを行う冷凍装置として、コンテナの庫内を冷却するコンテナ用冷凍装置がある。特許文献1には、この種のコンテナ用冷凍装置が開示されている。
同文献に開示のコンテナ用冷凍装置は、圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とが接続される冷媒回路を備えている。蒸発器は、コンテナの庫内に設けられている。蒸発器では、冷媒が庫内の空気から吸熱して蒸発する。これにより、庫内空気が冷却される。
また、このコンテナ用冷凍装置の冷媒回路には、圧縮機で圧縮された冷媒(いわゆるホットガス)を凝縮器を介さずに蒸発器へ供給するためのバイパス回路が設けられている。具体的に、このバイパス回路は、2本のバイパス管と、各々のバイパス管に対応する2つの開閉弁とを有している。各バイパス管は、圧縮機と凝縮器との間のガスラインと、膨張弁と蒸発器との間の液ラインとを連通させている。コンテナ用冷凍装置では、このようなバイパス回路を用いることで、蒸発器の除霜を行うデフロスト運転を実行可能としている。
具体的に、このデフロスト運転では、2つの開閉弁の開閉状態に応じて、デフロスト能力が2段階に調節される。つまり、デフロスト運転において、一方の開閉弁のみを開放すると、ホットガスは、一方のバイパス管のみを流れて蒸発器へ供給される。このため、蒸発器を流れる冷媒の流量が比較的小さくなる。従って、庫内の加熱能力(除霜能力)も比較的小さくなる。一方、デフロスト運転において、双方の開閉弁を開放すると、ホットガスは、2つのバイパス管をそれぞれ流れて蒸発器へ供給される。このため、蒸発器を流れる冷媒の流量が比較的大きくなる。従って、庫内の加熱能力(除霜能力)も比較的大きくなる。
上述したように、特許文献1に開示のコンテナ用冷凍装置では、2つの開閉弁の開閉状態を切り換えることで、加熱動作時における庫内の加熱能力を調節している。しかしながら、デフロスト運転において、このように2つの開閉弁を用いる構成では、冷媒回路の複雑化、高コスト化を招いてしまう。また、2つの開閉弁の切換に伴うバイパス流量の調節だけでは、加熱能力を微調整できない。したがって、加熱能力が不足して庫内空気を速やかに目標温度まで加熱できなかったり、加熱能力が過剰となり省エネ性が損なわれたりする、という不具合が生じる。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ホットガスバイパス回路を用いたデフロスト運転において加熱能力を十分に調整し信頼性の高いコンテナ用冷凍装置を提供することにある。
第1の発明は、圧縮機(30)と凝縮器(31)と膨張弁(32)と蒸発器(33)とが順に接続される主回路(21)と、上記圧縮機(30)の圧縮冷媒を上記凝縮器(31)および膨張弁(32)をバイパスして上記蒸発器(33)へ送るためのホットガスバイパス回路(22)とを有し、冷凍サイクルを行う冷媒回路(20)と、上記圧縮機(30)の圧縮冷媒がホットガスバイパス回路(22)および蒸発器(33)を経て圧縮機(30)へ戻る循環流れで、上記蒸発器(33)の霜を除霜する除霜動作時に、上記圧縮機(30)の圧縮冷媒の圧力が目標値となるように上記圧縮機(30)の運転回転数を制御する圧縮機制御部(81)とを備えているものである。
第1の発明では、圧縮機(30)の高温の圧縮冷媒が凝縮器(31)および膨張弁(32)バイパスして蒸発器(33)へ流れて、蒸発器(33)の除霜が行われる。圧縮機(30)の運転回転数は、圧縮機(30)の圧縮冷媒の圧力が目標値となるように、即ち圧縮冷媒の圧力相当飽和温度が目標値となるように制御される。例えば、圧縮冷媒の圧力が目標値よりも低い場合は圧縮機(30)の運転回転数が高くなり、圧縮冷媒の圧力が目標値よりも高い場合は圧縮機(30)の運転回転数が小さくなる。
第2の発明は、上記第1の発明において、上記除霜動作時に、上記圧縮機(30)の圧縮冷媒の過熱度SHに応じて、上記圧縮機(30)の圧縮冷媒の一部を上記冷媒回路(20)の上記凝縮器(31)を含む高圧液管(25)へ流して貯留させる冷媒排出動作と、上記高圧液管(25)の冷媒を上記圧縮機(30)に吸入させる冷媒補給動作とを行う冷媒量制御部(82)を備えているものである。
第2の発明では、圧縮冷媒の過熱度SHが所定値より低い場合、冷媒排出動作が行われる。これにより、圧縮機(30)と蒸発器(33)との間で循環する冷媒の量が減少し、圧縮冷媒の過熱度SHが上昇する。圧縮冷媒の過熱度SHが所定値より高い場合は、冷媒補給動作が行われる。これにより、圧縮機(30)と蒸発器(33)との間で循環する冷媒の量が増大し、圧縮冷媒の過熱度SHが低下する。
第3の発明は、上記第2の発明において、上記高圧液管(25)に設けられる過冷却熱交換器(44)と、上記高圧液管(25)から分岐した分岐冷媒が上記過冷却熱交換器(44)で上記高圧液管(25)の液冷媒を過冷却した後、上記冷媒回路(20)の低圧ガス管(28)または上記圧縮機(30)の中間圧状態の圧縮室へ流入する過冷却分岐管(26)とを備え、上記冷媒量制御部(82)は、上記冷媒補給動作時に上記高圧液管(25)の冷媒を上記過冷却分岐管(26)を通じて上記圧縮機(30)へ吸入させるものである。
第3の発明では、冷媒補給動作時に、凝縮器(31)や高圧液管(25)に溜まっている冷媒が過冷却分岐管(26)を通って圧縮機(30)に吸入されることで、圧縮機(30)と蒸発器(33)との間で循環する冷媒の量が増大する。
第4の発明は、上記第2または第3の発明において、上記冷媒量制御部(82)による冷媒排出動作時に、上記凝縮器(31)の凝縮器ファン(35)を運転するファン制御部(83)を備えているものである。
第4の発明では、冷媒排出動作時に、凝縮器ファン(35)によって凝縮器(31)へ空気が送られる。圧縮機(30)の圧縮冷媒の一部は、凝縮器(31)へ流れて、凝縮器ファン(35)によって送られた空気と熱交換して凝縮する。
第5の発明は、上記第2または第3の発明において、上記除霜動作時に、上記蒸発器(33)の出口冷媒温度が所定値以上になると、上記圧縮機(30)の圧縮冷媒の圧力の目標値がそれよりも高い値に変更されるものである。
第5の発明では、除霜動作時において、蒸発器(33)の出口冷媒温度が所定値以上になると、蒸発器(33)の霜が殆ど融解したとみなし、圧縮冷媒の圧力の目標値が高い値に変更される。これにより、より高温の冷媒で蒸発器(33)が加熱される。
第6の発明は、上記第1乃至第5の何れか1の発明において、上記主回路(21)を冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる循環流れで、庫内を冷却する冷却動作時に、庫内温度とその設定温度との温度差が所定値以上である状態では、上記冷却動作の開始から所定時間が経過すると上記除霜動作が開始され、庫内温度とその設定温度との温度差が上記所定値未満である状態では、上記冷却動作の開始から所定時間が経過し、且つ、上記蒸発器(33)で発揮される冷却能力が所定値以下まで低下すると、上記除霜動作が開始されるように構成されているコンテナ用冷凍装置である。
冷却動作がある程度行われたにも拘わらず庫内温度と設定温度との差が大きい状態(アウトレンジ状態)ということは、蒸発器(33)の冷却能力が十分に発揮されていないと推定され、それは蒸発器(33)にある程度着霜していることによるものだと推定される。そのため、アウトレンジ状態の場合は、冷却動作の開始から所定時間が経過する条件で除霜動作が開始される。これに対し、冷却動作がある程度行われて庫内温度と設定温度との差が小さい状態(インレンジ状態)になっている場合には、蒸発器(33)の冷却能力は適切に発揮されていると推定され、そのことから、蒸発器(33)はそれ程着霜していないと推定される。そうすると、冷却動作の開始から所定時間が経過するという条件だけで除霜動作が開始されるとすると、実際には蒸発器(33)はそれ程着霜していない状態において除霜動作が行われるおそれが高くなる。そこで、第6の発明では、インレンジ状態の場合は、蒸発器(33)で発揮される冷却能力がある程度低下したことを条件に加えて、除霜動作を開始するようにした。これにより、デフロスト運転が無駄に行われるという事態を回避することが可能となる。
以上のように、本発明によれば、除霜動作(デフロスト運転)において圧縮冷媒の圧力が目標値となるように圧縮機(30)の運転回転数を制御するようにした。したがって、加熱能力を適切な能力に速やかに調整することが可能となる。そのため、デフロスト運転時間を短縮することができ、信頼性の高いコンテナ用冷凍装置(10)を提供できる。
また、第2の発明によれば、吐出冷媒の過熱度SHに応じて圧縮機(30)と蒸発器(33)との間で循環する冷媒の量を調節するようにした。具体的に、過熱度SHが低いときには、圧縮機(30)と蒸発器(33)との間で循環する冷媒の一部を高圧液管(25)に排出することで、循環する冷媒量を減少させ過熱度SHを上昇させるようにした。これにより、圧縮機(30)において冷媒が湿り状態となること(即ち、圧縮機(30)における液圧縮現象)を回避することができる。また、過熱度SHが高いときには、圧縮機(30)と蒸発器(33)との間で循環する冷媒に高圧液管(25)の冷媒を補給することで、循環する冷媒量を増大させ過熱度SHを低下させるようにした。これにより、圧縮機(30)の吐出温度が異常に上昇するのを回避することができ、圧縮機(30)を保護することができる。
また、第4の発明によれば、冷媒排出動作において凝縮器ファン(35)を運転するようにしたため、凝縮器(31)へ排出された圧縮冷媒の一部を積極的に凝縮させて液冷媒にすることができる。これにより、凝縮器(31)ないし高圧液管(25)へ多量に冷媒を貯留させることができるため、冷媒排出動作をスムーズ且つ確実に行うことができる。
また、第5の発明によれば、デフロスト運転中に蒸発器(33)の出口冷媒温度が所定値以上になると、圧縮冷媒の圧力の目標値を高い値に変更するようにしたので、蒸発器(33)に付着している霜を融解した後は、蒸発器(33)周囲のファンや空気通路壁などに付着している霜を高温で一気に融解することができる。よって、デフロスト運転時間の短縮を一層図ることができる。
また、第6の発明によれば、庫内温度と設定温度との温度差が小さい状態では、蒸発器(33)で発揮される冷却能力が所定値以下に低下したことも条件に加えて、デフロスト運転を開始するようにした。これにより、実際には蒸発器(33)はそれ程着霜していない状態にも拘わらずデフロスト運転が開始されるという事態を回避できる。その結果、デフロスト運転が無駄に行われるという事態を回避することができるので、庫内温度をより適切に安定させることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態および変形例は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
本実施形態のコンテナ用冷凍装置(10)は、図示しないコンテナの庫内を冷却するものである。コンテナ用冷凍装置(10)は、コンテナ本体の側方の開口面を閉塞する蓋体を兼用している。
図1に示すように、上記コンテナ用冷凍装置(10)は、冷媒が循環して冷凍サイクルを行う冷媒回路(20)を備えている。この冷媒回路(20)は、主回路(21)とホットガスバイパス回路(22)と過冷却回路(23)とを有している。
上記主回路(21)は、圧縮機(30)と凝縮器(31)と主膨張弁(32)と蒸発器(33)とが順に冷媒配管によって直列に接続されて構成されている。
上記圧縮機(30)は、圧縮機構を駆動するモータ(図示省略)を有している。この圧縮機(30)のモータの回転数は、インバータによって多段階に制御される。つまり、圧縮機(30)は、運転回転数が可変に構成されている。凝縮器(31)および蒸発器(33)は、いずれもフィン・アンド・チューブ式の熱交換器で構成されている。凝縮器(31)は、庫外に配置されている。凝縮器(31)の近傍には、庫外ファン(35)(凝縮器ファン)が設けられる。凝縮器(31)では、庫外の空気と冷媒とが熱交換する。蒸発器(33)は、庫内に配置されている。蒸発器(33)の近傍には、庫内ファン(36)(蒸発器ファン)が設けられる。蒸発器(33)では、庫内の空気と冷媒とが熱交換する。また、蒸発器(33)の下方には、ドレンパン(37)が設けられている。ドレンパン(37)は、上側が開放された扁平な容器状に形成されている。ドレンパン(37)の内部には、蒸発器(33)から剥がれ落ちた霜や氷塊や、空気中から凝縮した結露水等が回収される。主膨張弁(32)は、開度がパルスモータによって多段階に調節可能に構成されている。
上記圧縮機(30)と凝縮器(31)との間の高圧ガス管(24)には、油分離器(40)と逆止弁(CV)と圧力調整弁(38)とが順に設けられている。油分離器(40)の油戻し管(40a)は、過冷却回路(23)に接続されている。油戻し管(40a)には、キャピラリチューブ(40b)が設けられている。逆止弁(CV)は、図1に示す矢印の方向への冷媒の流れを許容し、その逆の流れを禁止している。圧力調整弁(38)は、開度がパルスモータによって多段階に調節可能に構成されている。
上記凝縮器(31)と主膨張弁(32)との間の高圧液管(25)には、レシーバ(41)と冷却用部材(42)とドライヤ(43)と第2開閉弁(49)と過冷却熱交換器(44)とが順に設けられている。冷却用部材(42)は、内部に冷媒の流路が形成され、外部にインバータ回路のパワー素子が接触している(図示省略)。つまり、冷却用部材(42)は冷媒によってパワー素子を冷却するように構成されている。第2開閉弁(49)は、開閉自在な電磁弁で構成されている。ドライヤ(43)は、凝縮器(31)を流れた液冷媒中の水分を捕捉するように構成されている。
上記過冷却熱交換器(44)は、凝縮器(31)を流れた液冷媒を冷却するものである。過冷却熱交換器(44)は、1次側通路(45)と2次側通路(46)を有している。つまり、過冷却熱交換器(44)では、1次側通路(45)を流れる冷媒と2次側通路(46)を流れる冷媒とが熱交換する。1次側通路(45)は主回路(21)の高圧液管(25)に接続され、2次側通路(46)は過冷却回路(23)の過冷却分岐管(26)に接続される。過冷却分岐管(26)の流入端は、高圧液管(25)における冷却用部材(42)と第2開閉弁(49)の間に接続している。過冷却分岐管(26)の流出端は、圧縮機(30)の圧縮途中(中間圧力状態)の圧縮室(中間圧縮室)と接続している。つまり、過冷却分岐管(26)は、高圧液管(25)の液冷媒の一部が分流し圧縮機(30)の中間圧縮室へ流入する通路である。過冷却分岐管(26)における2次側通路(46)の流入側には、第1開閉弁(47)と過冷却膨張弁(48)とが設けられている。第1開閉弁(47)は、開閉自在な電磁弁で構成されている。過冷却膨張弁(48)は、開度がパルスモータによって多段階に調節可能であり、冷媒を減圧する減圧機構を構成している。
上記ホットガスバイパス回路(22)は、1本の主通路(50)と、該主通路(50)から分岐する2本の分岐通路(51,52)(第1分岐通路(51)と第2分岐通路(52))とを有している。主通路(50)の流入端は、高圧ガス管(24)における逆止弁(CV)と圧力調整弁(38)との間に接続している。主通路(50)には、第3開閉弁(53)が設けられている。第3開閉弁(53)は、開閉自在な電磁弁で構成されている。
上記第1分岐通路(51)は、一端が主通路(50)の流出端に接続され、他端が主膨張弁(32)と蒸発器(33)との間の低圧液管(27)に接続されている。同様に、第2分岐通路(52)も、一端が主通路(50)の流出端に接続され、他端が低圧液管(27)に接続されている。第2分岐通路(52)は、第1分岐通路(51)よりも長い冷媒配管で構成されている。また、第2分岐通路(52)は、ドレンパン(37)の底部に沿うように蛇行して配設されたドレンパンヒータ(54)を有している。ドレンパンヒータ(54)は、ドレンパン(37)の内部を冷媒によって加熱するように構成されている。以上のようにして、ホットガスバイパス回路(22)は、圧縮機(30)で圧縮した冷媒(圧縮機(30)から吐出された高温高圧のガス冷媒)を蒸発器(33)へ供給するためのバイパス回路を構成している。
上記冷媒回路(20)には、各種のセンサ類も設けられている。具体的に、高圧ガス管(24)には、高圧圧力センサ(60)と高圧圧力スイッチ(61)と吐出温度センサ(62)とが設けられている。高圧圧力センサ(60)は、圧縮機(30)から吐出される高圧ガス冷媒の圧力を検出する。吐出温度センサ(62)は、圧縮機(30)から吐出される高圧ガス冷媒の温度を検出する。蒸発器(33)と圧縮機(30)の間の低圧ガス管(28)には、低圧圧力センサ(63)と吸入温度センサ(64)とが設けられている。低圧圧力センサ(63)は、圧縮機(30)に吸入される低圧ガス冷媒の圧力を検出する。吸入温度センサ(64)は、圧縮機(30)に吸入される低圧ガス冷媒の温度を検出する。
上記過冷却分岐管(26)には、2次側通路(46)の流入側に流入温度センサ(65)が、2次側通路(46)の流出側に流出温度センサ(66)がそれぞれ設けられている。流入温度センサ(65)は、2次側通路(46)に流入する直前の冷媒の温度を検出する。また、流出温度センサ(66)は、2次側通路(46)に流出した直後の冷媒の温度を検出する。
上記低圧液管(27)には、蒸発器(33)の流入側に流入温度センサ(67)が設けられている。この流入温度センサ(67)は、蒸発器(33)に流入する直前の冷媒の温度を検出する。低圧ガス管(28)には、蒸発器(33)の流出側に流出温度センサ(68)が設けられている。この流出温度センサ(68)は、蒸発器(33)から流出した直後の冷媒の温度を検出する。
上記コンテナの庫外には、凝縮器(31)の吸込側に外気温度センサ(69)が設けられている。外気温度センサ(69)は、凝縮器(31)に吸い込まれる直前の庫外空気の温度(即ち、外気の温度)を検出する。コンテナの庫内には、蒸発器(33)の吸込側に吸込温度センサ(70)が設けられ、蒸発器(33)の吹出側に吹出温度センサ(71)が設けられている。吸込温度センサ(70)は、蒸発器(33)を通過する直前の庫内空気の温度を検出する。吹出温度センサ(71)は、蒸発器(33)を通過した直後の庫内空気の温度を検出する。
上記コンテナ用冷凍装置(10)には、冷媒回路(20)を制御するための制御部としてのコントローラ(80)が設けられている。そして、コントローラ(80)には、圧縮機(30)の運転回転数を制御するための圧縮機制御部(81)と、各種弁(32,38,47,48,49,53)を制御するための弁制御部(82)と、各ファン(35,36)を制御するためのファン制御部(83)と、後述するデフロスト運転時に冷媒量を判定するための冷媒量判定部(84)とが設けられている。なお、弁制御部(82)は本発明に係る冷媒量制御部を構成している。
-運転動作-
次に、上記コンテナ用冷凍装置(10)の運転動作について説明する。コンテナ用冷凍装置の運転動作は、「冷却運転(冷却動作)」と「デフロスト運転(除霜動作)」とに大別される。冷却運転は、コンテナの庫内を比較的低い温度に冷却する運転である。つまり、冷却運転は、コンテナ本体に収容された輸送物(例えば生鮮食品等)を保存するために庫内を冷蔵/冷凍する運転である。また、デフロスト運転は、蒸発器の伝熱管等の表面に付着した霜を融かすための運転である。このデフロスト運転は、例えば冷却運転の開始から所定の設定時間が経過する(デフロストタイマーがカウントUPする)毎に実行され、デフロスト運転の終了後には、冷却運転が再開される。
次に、上記コンテナ用冷凍装置(10)の運転動作について説明する。コンテナ用冷凍装置の運転動作は、「冷却運転(冷却動作)」と「デフロスト運転(除霜動作)」とに大別される。冷却運転は、コンテナの庫内を比較的低い温度に冷却する運転である。つまり、冷却運転は、コンテナ本体に収容された輸送物(例えば生鮮食品等)を保存するために庫内を冷蔵/冷凍する運転である。また、デフロスト運転は、蒸発器の伝熱管等の表面に付着した霜を融かすための運転である。このデフロスト運転は、例えば冷却運転の開始から所定の設定時間が経過する(デフロストタイマーがカウントUPする)毎に実行され、デフロスト運転の終了後には、冷却運転が再開される。
〈冷却運転〉
図2に示す冷却運転では、第1開閉弁(47)および第2開閉弁(49)が開放状態となり、第3開閉弁(53)が閉鎖状態となる。圧力調整弁(38)は全開状態となり、過冷却膨張弁(48)および主膨張弁(32)の開度が適宜調節される。また、圧縮機(30)、庫外ファン(35)および庫内ファン(36)が運転される。
図2に示す冷却運転では、第1開閉弁(47)および第2開閉弁(49)が開放状態となり、第3開閉弁(53)が閉鎖状態となる。圧力調整弁(38)は全開状態となり、過冷却膨張弁(48)および主膨張弁(32)の開度が適宜調節される。また、圧縮機(30)、庫外ファン(35)および庫内ファン(36)が運転される。
圧縮機(30)で圧縮された冷媒は、凝縮器(31)で凝縮(放熱)した後、レシーバ(41)を通過する。レシーバ(41)を通過した冷媒は、一部が低圧液管(27)をそのまま流れ、残りは過冷却分岐管(26)に分流する。低圧液管(27)を流れた冷媒は、主膨張弁(32)で減圧された後、蒸発器(33)を流れる。蒸発器(33)では、冷媒が庫内空気から吸熱して蒸発する。これにより、庫内空気が冷却される。蒸発器(33)で蒸発した冷媒は、圧縮機(30)に吸入されて再び圧縮される。
過冷却分岐管(26)に分流した冷媒は、過冷却膨張弁(48)を通過して中間圧にまで減圧された後、過冷却熱交換器(44)の2次側通路(46)を流れる。過冷却熱交換器(44)では、1次側通路(44b)を流れる冷媒と2次側通路(46)を流れる冷媒とが熱交換する。その結果、1次側通路(44b)の冷媒が過冷却される一方、2次側通路(46)の冷媒が蒸発する。2次側通路(46)を流出した冷媒は、圧縮機(30)の中間ポートより中間圧力状態の圧縮室に吸入される。
冷却運転においては、圧縮機(30)の運転回転数(運転周波数)が圧縮機制御部(81)によって制御される。具体的に、圧縮機(30)の運転回転数は、吹出空気温度SSが目標温度SPに近づくように制御される。また、冷却運転においては、庫外ファン(35)の回転数がファン制御部(83)によって制御される。具体的に、庫外ファン(35)のモータの回転数は、高圧圧力センサ(60)で検出した高圧冷媒の圧力HPが一定となるように制御される。また、ファン制御部(83)は、庫内の冷却負荷に応じて庫内ファン(36)の回転数を多段階に制御する。
また、冷却運転においては、弁制御部(82)によって主膨張弁(32)の開度がいわゆる過熱度制御される。具体的に、圧縮機(30)に吸入される低圧冷媒の過熱度が所定の設定値に近づくように、主膨張弁(32)の開度が制御される。また、冷却運転においては、弁制御部(82)によって過冷却膨張弁(48)の開度も過熱度制御される。具体的に、過冷却熱交換器(44)の2次側通路(46)を流出した中間圧冷媒の過熱度が所定の設定値に近づくように、過冷却膨張弁(48)の開度が制御される。
〈デフロスト運転〉
上述した冷却運転を継続して行うと、蒸発器(33)の伝熱管等の表面に霜が付着し、この霜が徐々に成長して肥大化していく。このため、コンテナ用冷凍装置(10)では、冷却運転が行われてから所定時間が経過する(デフロストタイマーがカウントUPする)毎に、蒸発器(33)の除霜を行うためのデフロスト運転が実行される。
上述した冷却運転を継続して行うと、蒸発器(33)の伝熱管等の表面に霜が付着し、この霜が徐々に成長して肥大化していく。このため、コンテナ用冷凍装置(10)では、冷却運転が行われてから所定時間が経過する(デフロストタイマーがカウントUPする)毎に、蒸発器(33)の除霜を行うためのデフロスト運転が実行される。
図3に示すデフロスト運転は、圧縮機(30)で圧縮した高温高圧のガス冷媒を、凝縮器(31)やレシーバ(41)、過冷却熱交換器(44)、主膨張弁(32)をバイパスさせて蒸発器(33)へ供給する動作である。
デフロスト運転では、第2開閉弁(49)が閉鎖状態となり、第3開閉弁(53)が開放状態となる。主膨張弁(32)は全閉状態(ゼロパルス)となる。第1開閉弁(47)、圧力調整弁(38)および過冷却膨張弁(48)は、原則として全閉状態(ゼロパルス)となる。そして、圧縮機(30)が運転される一方、庫外ファン(35)および庫内ファン(36)は原則として停止状態となる。
圧縮機(30)で圧縮された冷媒は、ホットガスバイパス回路(22)を経由して蒸発器(33)へ供給される。具体的に、高圧ガス冷媒は、主通路(50)を流れた後、第1分岐通路(51)と第2分岐通路(52)とへ分流する。第2分岐通路(52)へ分流した冷媒は、ドレンパンヒータ(54)を通過する。ここで、ドレンパン(37)の内部には、蒸発器(33)の表面から剥がれ落ちた氷塊等が回収されている。この氷塊等は、ドレンパンヒータ(54)の内部を流れる冷媒によって加熱されて融解する。融解した水は、所定の流路を通じて庫外へ排出される。
ドレンパンヒータ(54)を流出した冷媒は、第1分岐通路(51)を流出した冷媒と合流し、蒸発器(33)を流れる。蒸発器(33)では、伝熱管の内部を高圧ガス冷媒(いわゆるホットガス)が流通する。このため、蒸発器(33)では、伝熱管の周囲に付着した霜が、冷媒によって内部から徐々に加熱される。その結果、蒸発器(33)に付着した霜が徐々に融かされ、伝熱管から剥がれ落ちていく。伝熱管から剥がれ落ちた霜(氷塊)は、ドレンパン(37)に回収される。蒸発器(33)の除霜に利用された冷媒は、圧縮機(30)に吸入されて圧縮される。
上述したデフロスト運転では、各制御部(81,82,83,84)によって次の制御が行われる。
図4に示すように、圧縮機制御部(81)によって、圧縮機(30)の運転回転数(運転周波数)が制御される。具体的に、圧縮機制御部(81)は、高圧圧力センサ(60)で検出される圧力が所定値となるように、即ち高圧冷媒の圧力相当飽和温度HP(T)が所定値となるように、圧縮機(30)の運転回転数を制御する。より具体的に、圧縮機制御部(81)は、図4に示す判定1の条件を満たすと、現在の圧縮機(30)の運転回転数Nを所定量ΔNだけ増加させる。判定1において、HP(T)sは上記圧力相当飽和温度HP(T)の目標温度である。本実施形態では、誤差を加味し圧力相当飽和温度HP(T)が目標温度HP(T)sよりも所定値(2℃)だけ低くなると、デフロスト能力(加熱能力)が不足しているとみなし、圧縮機(30)の運転回転数を増加させる。これにより、デフロスト能力が増大する。また、本実施形態では、上述したように圧力相当飽和温度HP(T)が目標温度HP(T)sよりも所定値だけ低くならなくても、高低差圧(高圧圧力HP-低圧圧力LP)が所定値(200kPa)以下になると、圧縮機(30)の運転回転数を増加させる。これにより、圧縮機(30)における高低差圧を増大させることができるため、高低差圧が低くなりすぎて圧縮機(30)が損傷してしまう状態を未然に回避することができる。上記高圧圧力HPは高圧圧力センサ(60)で検出した高圧冷媒の圧力であり、上記低圧圧力LPは低圧圧力センサ(63)で検出した低圧冷媒の圧力である。そして、未だ判定1の条件を満たす場合には、同様に、圧縮機(30)の運転回転数NをさらにΔNだけ増加させる。なお、本実施形態においては、目標温度HP(T)sは50℃に設定されている。この50℃は、伝熱管の霜が急激に加熱されて一気に剥がれ落ちない適切な加熱温度である。また、圧縮機制御部(81)は、図4に示す判定2の条件を満たすと、現在の圧縮機(30)の運転回転数Nを所定量ΔNだけ減少させる。具体的に、圧力相当飽和温度HP(T)が目標温度HP(T)sよりも所定値(2℃)だけ高くなると、デフロスト能力(加熱能力)が過剰であるとみなし、圧縮機(30)の運転回転数を減少させる。これにより、デフロスト能力が低下する。また、判定2では、高低差圧(高圧圧力HP-低圧圧力LP)が所定値(250kPa)以上であることも条件としている。これは、圧縮機(30)における高低差圧が低い状態のときに圧縮機(30)の運転回転数を減少させると、高低差圧がさらに低下して圧縮機(30)が損傷してしまうからである。そして、未だ判定2の条件を満たす場合には、同様に、圧縮機(30)の運転回転数NをさらにΔNだけ減少させる。以上のように、圧力相当飽和温度HP(T)が一定(所定の範囲内)となるように圧縮機(30)の運転回転数を制御することにより、デフロスト能力を適切且つ速やかに調整することができる。
また、本実施形態では、図5に示すように、デフロスト運転中に流出温度センサ(68)で検出した冷媒の温度(即ち、蒸発器出口冷媒温度EOS)が所定値(5℃)以上になると、上記目標温度HP(T)sが高い値に変更される。本実施形態では、50℃から65℃に変更される。これは、蒸発器出口冷媒温度EOSが所定値以上になると、蒸発器(33)に付着している霜は殆ど融解されたとして、その後は、蒸発器(33)周囲の庫内ファン(36)や空気通路壁(図示せず)などに付着している霜を高温で一気に融解するためである。つまり、高温で一気に加熱しても蒸発器(33)から霜が剥がれ落ちるという心配がなくなった後は、その周辺の霜を短時間で融解しようとするものである。
また、冷媒量判定部(84)によって、上記デフロスト運転時の冷媒循環サイクルにおける冷媒量の過不足状態が判定される。そして、その過不足状態に応じて、弁制御部(82)が第1開閉弁(47)、圧力調整弁(38)および過冷却膨張弁(48)を制御し、ファン制御部(83)が庫外ファン(35)を制御する。
具体的に、図6に示すように、冷媒量判定部(84)の判定動作が行われる。通常動作時(即ち、図3に示すデフロスト運転時)において、冷媒量判定部(84)が図6に示す判定1の条件によって冷媒量が過多状態であると判定すると、図7に示す冷媒リリース動作(冷媒排出動作)が行われる。冷媒リリース動作は、弁制御部(82)によって圧力調整弁(38)が開放状態となり、ファン制御部(83)によって庫外ファン(35)が低速で運転される。冷媒リリース動作では、圧縮機(30)から吐出された高圧冷媒の一部が凝縮器(31)で凝縮しレシーバ(41)に貯留される。これにより、デフロスト運転時の冷媒循環サイクルにおける冷媒の一部が高圧液管(25)にリリースされ、デフロスト運転時の冷媒量が減少する。また、レシーバ(41)の液冷媒の一部は冷却用部材(42)へ流れる。これにより、インバータ回路が冷却される。
図6に示す判定1の条件において、HP(T)は圧縮機(30)の吐出冷媒(高圧冷媒)の圧力相当飽和温度であり、DCHSは吐出温度センサ(62)で検出した温度であり、AMBSは外気温度センサ(69)で検出した温度である。つまり、高圧冷媒の圧力相当飽和温度HP(T)が所定値より高く、吐出冷媒の過熱度SH(DCHS-HP(T))が所定値未満になると、圧縮機(30)の吐出冷媒が湿り状態になる虞があるとして、冷媒循環サイクルの冷媒量を減少させて湿り状態を回避するようにしている。また、高圧冷媒の圧力相当飽和温度HP(T)が外気温度AMBSよりも低いと、凝縮器(31)における圧力が高圧冷媒よりも高くなり、圧力調整弁(38)を開放することで逆に凝縮器(31)から冷媒が流出してしまうため、圧力相当飽和温度HP(T)が外気温度AMBSよりも高いことを条件としている。この条件により、冷媒リリース動作時に確実に圧縮機(30)の吐出冷媒の一部を凝縮器(31)側へリリースすることができる。
そして、冷媒リリース動作時において、冷媒量判定部(84)が図6に示す判定2の条件によって冷媒量が適切であると判定すると、図3に示す通常動作に戻る。即ち、吐出冷媒の過熱度SH(DCHS-HP(T))が所定値よりも高くなると、圧縮機(30)の吐出冷媒が湿り状態になる虞が殆どないとして、通常動作に戻る。
また、通常動作時において、冷媒量判定部(84)が図6に示す判定3の条件によって冷媒量が不足状態であると判定すると、図8に示す冷媒チャージ動作(冷媒補給動作)が行われる。冷媒チャージ動作は、弁制御部(82)によって第1開閉弁(47)および過冷却膨張弁(48)が開放状態となる。なお、このとき、圧力調整弁(38)は閉鎖状態であり、庫外ファン(35)は停止したままである。冷媒チャージ動作では、レシーバ(41)の液冷媒が過冷却分岐管(26)を通って圧縮機(30)における中間圧状態の圧縮室へ流入する。これにより、高圧液管(25)の冷媒がデフロスト運転時の冷媒循環サイクルにチャージ(補給)され、デフロスト運転時の冷媒量が増大する。また、この場合も、レシーバ(41)の液冷媒が冷却用部材(42)を流通するため、インバータ回路が冷却される。
図6に示す判定3では、高圧冷媒の圧力相当飽和温度HP(T)が低下しすぎて吐出冷媒の過熱度SH(DCHS-HP(T))が所定値以上となる状態が例えば10分継続すると、圧縮機(30)の吐出温度が異常高温であると判定される。この場合には、冷媒循環サイクルの冷媒量を増大させることで、吐出冷媒の過熱度SHを低下させて圧縮機(30)を保護するようにしている。また、判定3では、圧縮機(30)の運転回転数Nが上限値であることも条件としている。圧縮機(30)の運転回転数Nに余裕がある場合は、その運転回転数を増加させて冷媒循環量を増大させることで、吐出冷媒の過熱度SHを低下させることができる。このように圧縮機(30)の運転回転数を増加させる方が、上述した冷媒チャージ動作よりも、過熱度SHを早く変化させて安定させることができる。したがって、圧縮機(30)の運転回転数Nが既に上限値でこれ以上増加させることができない場合に、冷媒チャージ動作により吐出冷媒の過熱度SHを低下させる。
そして、冷媒チャージ動作時において、冷媒量判定部(84)が図6に示す判定4の条件によって冷媒量が適切であると判定すると、図3に示す通常動作に戻る。即ち、高圧冷媒の圧力相当飽和温度HP(T)が所定値以上となり、吐出冷媒の過熱度SH(DCHS-HP(T))が所定値以下となると、圧縮機(30)の吐出温度が適切になったとして、通常動作に戻る。
以上のように、デフロスト運転時には、圧縮機(30)の吐出冷媒の過熱度SHが所定値(目標範囲内)となるように、圧縮機(30)と蒸発器(33)との間で循環する冷媒の量が増減される。つまり、過熱度SHが低い場合には、圧縮機(30)と蒸発器(33)との間で循環する冷媒の一部を高圧液管(25)へリリースし、過熱度SHが高い場合には、圧縮機(30)と蒸発器(33)との間で循環する冷媒に対して高圧液管(25)の冷媒をチャージする。
次に、デフロスト運転の終了条件について図9を参照しながら説明する。本実施形態では、デフロスト運転が開始されてからの経過時間(デフロスト運転の運転時間)によって終了条件が異なる。
先ず、デフロスト運転が開始されてから第1の所定時間(45分)が経過するまでは、条件1を満たすか否かで判断される。具体的に、デフロスト運転中に、流出温度センサ(68)で検出した冷媒の温度(蒸発器出口冷媒温度EOS)が所定値(20℃)以上となり、且つ、吸込温度センサ(70)で検出した庫内空気の温度(吸込空気温度RS)が所定値(3℃)以上になると、デフロスト運転が終了する。つまり、条件1によってデフロスト運転が終了した場合、そのデフロスト運転の運転時間は45分未満ということになる。蒸発器(33)において霜が融かされていくと、蒸発器出口冷媒温度EOSが次第に上昇する。また、蒸発器(33)において霜が融かされていくと、蒸発器(33)を通過して庫内へ吹き出す空気の温度が次第に上昇し、それに伴って庫内から蒸発器(33)へ吸い込まれる空気の温度(吸込空気温度RS)が次第に上昇する。このことから、蒸発器出口冷媒温度EOSおよび吸込空気温度RSが所定の温度まで上昇したことをもって、蒸発器(33)の霜が殆ど融解したとみなし、デフロスト運転が終了される。デフロスト運転が開始されてから条件1を満たすことなく第1の所定時間が経過すると、第2の所定時間(90分)が経過するまでは、条件2を満たすか否かで判断される。条件2は、条件1よりも、蒸発器出口冷媒温度EOSおよび吸込空気温度RSのそれぞれの所定値が大きい値(20℃→30℃、3℃→15℃)に設定されている。つまり、蒸発器出口冷媒温度EOSが30℃以上となり、且つ、吸込空気温度RSが15℃以上になると、デフロスト運転が終了する。条件2によってデフロスト運転が終了した場合、そのデフロスト運転の運転時間は45分以上90分未満ということになる。第1の所定時間(45分)が経過するまでに条件1を満たさないと、蒸発器(33)における着霜量が著しく多いとみなし、その場合には、蒸発器出口冷媒温度EOSおよび吸込空気温度RSの所定値を大きく設定することにより、デフロスト運転時間を長くとり霜を確実に融かしきるようにした。霜が融け残った状態で冷却運転が行われると、直ぐに霜が肥大化してしまい、デフロスト運転を頻繁に行うこととなってしまうが、霜を確実に融かしきることでその状態を回避可能となる。しかしながら、霜が想定以上に多いときには霜が融けきれない場合、即ち条件2を満たすことなく第2の所定時間(90分)が経過する場合が発生する。その場合には、第2の所定時間が経過した時点で、デフロスト運転が強制的に終了される。デフロスト運転は、蒸発器(33)へホットガスを供給する運転であるため、庫内の温度が次第に上昇していく。したがって、デフロスト運転時間が所定時間に達すると、霜が融け残っている状態であっても、庫内温度の異常上昇を回避するためにデフロスト運転を強制終了させるようにしている。
-実施形態の効果-
上記実施形態によれば、デフロスト運転において、吹出空気温度SSが目標温度SPとなるように圧縮機(30)の運転回転数を制御するようにした。したがって、吹出空気温度SSに応じて速やかに冷媒循環量を調整できるため、加熱能力を十分に調整することが可能である。
上記実施形態によれば、デフロスト運転において、吹出空気温度SSが目標温度SPとなるように圧縮機(30)の運転回転数を制御するようにした。したがって、吹出空気温度SSに応じて速やかに冷媒循環量を調整できるため、加熱能力を十分に調整することが可能である。
さらに、上記実施形態では、吐出冷媒の過熱度SHが所定値(目標範囲内)となるように圧縮機(30)と蒸発器(33)との間で循環する冷媒の量を調節するようにした。具体的に、過熱度SHが低いときには、圧縮機(30)と蒸発器(33)との間で循環する冷媒の一部を高圧液管(25)にリリースする(冷媒リリース動作)ことで、循環する冷媒量を減少させ過熱度SHを上昇させるようにした。これにより、圧縮機(30)において冷媒が湿り状態となること(即ち、圧縮機(30)における液圧縮現象)を回避することができる。また、過熱度SHが高いときには、圧縮機(30)と蒸発器(33)との間で循環する冷媒に高圧液管(25)の冷媒をチャージする(冷媒チャージ動作)ことで、循環する冷媒量を増大させ過熱度SHを低下させるようにした。これにより、圧縮機(30)の吐出温度が異常に上昇するのを回避することができ、圧縮機(30)を保護することができる。
また、上記実施形態では、冷媒リリース動作を行う条件として、高圧冷媒の圧力相当飽和温度HP(T)が外気温度AMBSよりも高いことを加えるようにした。そのため、逆に凝縮器(31)を含む高圧液管(25)から冷媒がホットガスバイパス回路(22)へ流入する状態を回避することができる。よって、冷媒リリース動作を確実に行うことができ、圧縮機(30)における液圧縮現象を確実に回避することが可能となる。
また、冷媒リリース動作では、庫外ファン(35)を運転するようにしたため、凝縮器(31)へリリースされた圧縮冷媒の一部を積極的に凝縮させて液冷媒にすることができる。これにより、凝縮器(31)ないしレシーバ(41)へ多量に冷媒を貯留させることができるため、冷媒リリース動作をスムーズ且つ確実に行うことができる。
また、上記冷媒リリース動作および冷媒チャージ動作では、レシーバ(41)の冷媒が冷却用部材(42)を流通するため、インバータ回路の冷却に寄与することができる。
-実施形態の変形例-
〈変形例1〉
本変形例は、上記実施形態のデフロスト運転において常に圧力調整弁(38)を所定開度(例えば、最小開度)で開放するようにしたものである。この場合、デフロスト運転を行う間に亘って、吐出冷媒の一部がレシーバ(41)へ貯留されると共にレシーバ(41)の冷媒が冷却用部材(42)を流通する。したがって、確実にインバータ回路を冷却することが可能となる。その結果、コンテナ用冷凍装置(10)の信頼性がより向上する。
〈変形例1〉
本変形例は、上記実施形態のデフロスト運転において常に圧力調整弁(38)を所定開度(例えば、最小開度)で開放するようにしたものである。この場合、デフロスト運転を行う間に亘って、吐出冷媒の一部がレシーバ(41)へ貯留されると共にレシーバ(41)の冷媒が冷却用部材(42)を流通する。したがって、確実にインバータ回路を冷却することが可能となる。その結果、コンテナ用冷凍装置(10)の信頼性がより向上する。
〈変形例2〉
本変形例は、上記実施形態においてデフロスト運転の開始条件を変更するようにしたものである。つまり、上記実施形態ではデフロストタイマーのカウントUPのみでデフロスト運転を開始するようにしたが、本変形例ではこの条件に加え着霜状態等を考慮してデフロスト運転を開始するようにした。なお、以下に説明するデフロスト運転の開始条件(前提条件、主条件)はコントローラ(80)によって判断される。
本変形例は、上記実施形態においてデフロスト運転の開始条件を変更するようにしたものである。つまり、上記実施形態ではデフロストタイマーのカウントUPのみでデフロスト運転を開始するようにしたが、本変形例ではこの条件に加え着霜状態等を考慮してデフロスト運転を開始するようにした。なお、以下に説明するデフロスト運転の開始条件(前提条件、主条件)はコントローラ(80)によって判断される。
図10に示すように、本変形例は、蒸発器出口冷媒温度EOSが所定値(20℃)以下であることが、デフロスト運転の開始の前提条件となっている。蒸発器(33)において、着霜がすすむと、冷媒が蒸発しにくくなり、蒸発器出口冷媒温度EOSが低下する。本変形例では、この蒸発器出口冷媒温度EOSの低下をもって、蒸発器(33)が着霜しているまたは着霜しかけているとみなしている。前提条件を満たすと、主条件を満たすか否かが判断され、その主条件を満たすと冷却運転が停止してデフロスト運転が開始される。この主条件は、冷却運転時の状態が「アウトレンジ」状態であるか「インレンジ」状態であるかによって異なる。「アウトレンジ」状態とは、庫内温度とその設定温度との温度差が所定値以上あり庫内がそれ程冷却されていない状態である。「インレンジ」状態とは、庫内温度とその設定温度との温度差が所定値未満であり庫内がある程度冷却されている状態である。「アウトレンジ」状態の場合、デフロストタイマーがカウントUPすることが主条件となる。つまり、「アウトレンジ」状態の場合、冷却運転が開始されてから所定時間が経過するとデフロスト運転が開始される。一方、「インレンジ」状態の場合、デフロストタイマーがカウントUPし、且つ、着霜検知がONになることが主条件となる。つまり、「インレンジ」状態の場合、冷却運転が開始されてから所定時間が経過し、且つ、蒸発器(33)における着霜量が所定量であると判断されると、デフロスト運転が開始される。このように、「アウトレンジ」状態と「インレンジ」状態とで異なる主条件を設定している理由は次のとおりである。冷却運転がある程度行われたにも拘わらず「アウトレンジ」状態ということは、蒸発器(33)の冷却能力が十分に発揮されていないと推定され、それは蒸発器(33)にある程度着霜していることによるものだと推定される。そのため、「アウトレンジ」状態の場合はデフロストタイマーがカウントUPすることだけを条件としている。これに対し、「インレンジ」状態の場合、蒸発器(33)の冷却能力は適切に発揮されていると推定され、そのことから、蒸発器(33)はそれ程着霜していないと推定される。そうすると、デフロストタイマーがカウントUPしたことだけを条件とすると、実際には蒸発器(33)はそれ程着霜していない状態においてデフロスト運転が行われるおそれが高くなる。そこで、「インレンジ」状態の場合は、実際の蒸発器(33)における着霜状態を検知して判断するようにした。これにより、デフロスト運転が無駄に行われるという事態を回避することが可能となる。
次に、上述した着霜検知の動作について図11を参照しながら説明する。この着霜検知動作では、基本条件とバックアップ条件を満たすと、蒸発器(33)がある程度着霜しているとして「着霜検知がON」となる。この着霜検知動作では、基本的には蒸発器(33)が実際に発揮している冷却能力(以下、冷却能力値KAという。)を算出して、その冷却能力値KAに基づいて蒸発器(33)の着霜状態を判断している。図11に示すように、基本条件は、平均KAに能力低下率を乗じた値よりも冷却能力値KAが低くなりその状態が所定時間(1分)継続する、または、圧縮機(30)の吸入冷媒(低圧冷媒)の圧力相当飽和温度LP(T)がTdefよりも低くなりその状態が所定時間(1分)継続することである。冷却能力値KAおよびTdefは、冷却運転において所定時間おきに算出される。平均KAは、算出された複数の冷却能力値KAの平均値である。ここで、冷却能力値KAおよびTdefはそれぞれ下記に示す式1および式2によって算出される。
KA=Q÷((RS+SS)/2-LP(T))×風量係数 ・・・式1
Tdef=(RS+SS)/2-ΔT+B ・・・式2
ここに、Qは冷却能力を示し、RSは吸込空気温度を示し、SSは吹出空気温度を示し、風量係数は庫内ファン(36)のタップ(低速タップと高速タップ)で定められる係数であり、Tdefは閾値を示し、ΔTは温度の係数を示し、Bは過去のデフロスト時間に応じて変化する係数を示す。なお、冷却運転の開始直後(圧縮機(30)の運転開始直後)では、蒸発器(33)の冷却能力値KAが不安定である。したがって、図11に示すように、蒸発器(33)の冷却能力値KAが安定するまで冷却能力値KAを算出しないように、冷却運転の開始(圧縮機(30)の運転開始)から所定時間が経過していることも基本条件としている。バックアップ条件は、吸込空気温度RSが1時間当たり所定値(0.2℃)以上降下せず、且つ、吸込空気温度RSが所定値(-20℃)よりも高いことである。このバックアップ条件は、蒸発器(33)の冷却能力が低下していることを確認的に判断するものである。
KA=Q÷((RS+SS)/2-LP(T))×風量係数 ・・・式1
Tdef=(RS+SS)/2-ΔT+B ・・・式2
ここに、Qは冷却能力を示し、RSは吸込空気温度を示し、SSは吹出空気温度を示し、風量係数は庫内ファン(36)のタップ(低速タップと高速タップ)で定められる係数であり、Tdefは閾値を示し、ΔTは温度の係数を示し、Bは過去のデフロスト時間に応じて変化する係数を示す。なお、冷却運転の開始直後(圧縮機(30)の運転開始直後)では、蒸発器(33)の冷却能力値KAが不安定である。したがって、図11に示すように、蒸発器(33)の冷却能力値KAが安定するまで冷却能力値KAを算出しないように、冷却運転の開始(圧縮機(30)の運転開始)から所定時間が経過していることも基本条件としている。バックアップ条件は、吸込空気温度RSが1時間当たり所定値(0.2℃)以上降下せず、且つ、吸込空気温度RSが所定値(-20℃)よりも高いことである。このバックアップ条件は、蒸発器(33)の冷却能力が低下していることを確認的に判断するものである。
以上説明したように、本発明は、コンテナの庫内を冷却するコンテナ用冷凍装置について有用である。
10 コンテナ用冷凍装置
20 冷媒回路
21 主回路
22 ホットガスバイパス回路
30 圧縮機
31 凝縮器
32 主膨張弁(膨張弁)
33 蒸発器
81 圧縮機制御部
82 弁制御部(冷媒量制御部)
83 ファン制御部
20 冷媒回路
21 主回路
22 ホットガスバイパス回路
30 圧縮機
31 凝縮器
32 主膨張弁(膨張弁)
33 蒸発器
81 圧縮機制御部
82 弁制御部(冷媒量制御部)
83 ファン制御部
Claims (6)
- 圧縮機(30)と凝縮器(31)と膨張弁(32)と蒸発器(33)とが順に接続される主回路(21)と、上記圧縮機(30)の圧縮冷媒を上記凝縮器(31)および膨張弁(32)をバイパスして上記蒸発器(33)へ送るためのホットガスバイパス回路(22)とを有し、冷凍サイクルを行う冷媒回路(20)と、
上記圧縮機(30)の圧縮冷媒がホットガスバイパス回路(22)および蒸発器(33)を経て圧縮機(30)へ戻る循環流れで、上記蒸発器(33)の霜を除霜する除霜動作時に、上記圧縮機(30)の圧縮冷媒の圧力が目標値となるように上記圧縮機(30)の運転回転数を制御する圧縮機制御部(81)とを備えている
ことを特徴とするコンテナ用冷凍装置。 - 請求項1において、
上記除霜動作時に、上記圧縮機(30)の圧縮冷媒の過熱度SHに応じて、上記圧縮機(30)の圧縮冷媒の一部を上記冷媒回路(20)の上記凝縮器(31)を含む高圧液管(25)へ流して貯留させる冷媒排出動作と、上記高圧液管(25)の冷媒を上記圧縮機(30)に吸入させる冷媒補給動作とを行う冷媒量制御部(82)を備えている
ことを特徴とするコンテナ用冷凍装置。 - 請求項2において、
上記高圧液管(25)に設けられる過冷却熱交換器(44)と、
上記高圧液管(25)から分岐した分岐冷媒が上記過冷却熱交換器(44)で上記高圧液管(25)の液冷媒を過冷却した後、上記冷媒回路(20)の低圧ガス管(28)または上記圧縮機(30)の中間圧状態の圧縮室へ流入する過冷却分岐管(26)とを備え、
上記冷媒量制御部(82)は、上記冷媒補給動作時に上記高圧液管(25)の冷媒を上記過冷却分岐管(26)を通じて上記圧縮機(30)へ吸入させる
ことを特徴とするコンテナ用冷凍装置。 - 請求項2または3において、
上記冷媒量制御部(82)による冷媒排出動作時に、上記凝縮器(31)の凝縮器ファン(35)を運転するファン制御部(83)を備えている
ことを特徴とするコンテナ用冷凍装置。 - 請求項2または3において、
上記除霜動作時に、上記蒸発器(33)の出口冷媒温度が所定値以上になると、上記圧縮機(30)の圧縮冷媒の圧力の目標値がそれよりも高い値に変更される
ことを特徴とするコンテナ用冷凍装置。 - 請求項1乃至5の何れか1項において、
上記主回路(21)を冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる循環流れで、庫内を冷却する冷却動作時に、庫内温度とその設定温度との温度差が所定値以上である状態では、上記冷却動作の開始から所定時間が経過すると上記除霜動作が開始され、庫内温度とその設定温度との温度差が上記所定値未満である状態では、上記冷却動作の開始から所定時間が経過し、且つ、上記蒸発器(33)で発揮される冷却能力が所定値以下まで低下すると、上記除霜動作が開始されるように構成されている
ことを特徴とするコンテナ用冷凍装置。
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