(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（１０）と凝縮器（１１）と電子膨張弁（１３）と蒸発器（１７）と吸入比例弁（２１）とが順次接続されてなる冷媒回路（１）と、
前記冷媒回路（１）の能力制御を行う制御手段（３０）と、
前記制御手段（３０）に指示を行う指示手段（３）と、
を備え、
前記制御手段（３０）は、前記指示手段（３）からの冷媒回路（１）の能力を抑える指示を受けて、前記蒸発器（１７）の吐出側における冷媒の状態を湿り飽和蒸気の状態とするように前記吸入比例弁（２１）および前記電子膨張弁（１３）の少なくとも前記吸入比例弁の開度を調節し、さらに前記蒸発器（１７）の内部全体における冷媒の状態を湿り飽和蒸気の状態とするように前記電子膨張弁（１３）の開度を設定する、
冷凍装置。
【請求項２】
前記圧縮機（１０）の損傷を防ぐ保護手段（３１）をさらに備える、請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記保護手段（３１）は前記圧縮機（１０）の吐出側に冷媒の圧力及び温度を検知するセンサ（６）を有しており、前記センサ（６）の検知結果から前記圧縮機（１０）の吸入口における冷媒の圧力及び温度を推測する、
請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記保護手段（３１）は前記圧縮機（１０）の油温を検知する油温センサ（５）を有しており、前記油温センサ（５）の検知結果から前記圧縮機（１０）の吸入口における冷媒の湿り度を推測する、請求項２に記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍装置、特に冷凍運転とチルド運転とが可能な冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンテナなどに用いられる冷凍装置は、冷凍運転だけでなく摂氏零度より高温のいわゆるチルド運転が可能であるものがある。
この種の冷凍装置では、十分な冷凍能力により冷凍運転を行うために圧縮機として大きな能力が必要とされる。一方、チルド運転時には、外気と庫内の温度差が小さくなるために、圧縮機の能力としては冷凍運転時ほどは要求されない。そこで、チルド運転時には、圧縮機の運転を止めて冷凍装置の能力を抑えることが行われている。
【０００３】
しかし、この方法によりチルド運転時の冷凍装置の能力を抑える場合、庫内の温度制御を行うために圧縮機の運転・停止を頻繁に行うことになり、その結果として圧縮機の寿命を短くする要因となる。また、圧縮機の運転・停止による温度制御では、温度制御の誤差が大きくなるため、定温維持を求められる冷凍装置には好ましくない。
【０００４】
このため、できるだけ圧縮機を連続運転しながら冷凍装置の冷凍能力を抑えることが望ましい。よって、以下の手段を用いることがある。すなわち、冷媒回路において圧縮機の吸入側に吸入比例弁を設置し、この吸入比例弁を閉じることにより圧縮機への冷媒供給量を抑える。すると、圧縮機における冷媒量が減少し、冷凍装置の冷凍能力が低下する。これにより、冷凍装置の冷凍能力を抑えながら圧縮機の連続運転を行うことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の冷凍装置の膨張弁には感温膨張弁が用いられている。感温膨張弁は、蒸発器出口付近に感温筒を備えており、蒸発器の出口付近の冷媒温度が過熱気味になるように作動する。このため、蒸発器内部において入口付近と出口付近との温度が異なる。この理由は、感温膨張弁が出口付近における冷媒を加熱蒸気の状態とするが、一方、入口付近における冷媒は湿り飽和蒸気の状態になるためである。よって、膨張弁として感温膨張弁を用いると、蒸発器内部に温度分布が生じることになる。
【０００６】
このような状況において、チルド運転時は、前述のように、冷凍能力を抑えているため、蒸発器における温度分布の庫内への寄与度が大きくなる。このため、蒸発器に温度分布が生じていると、庫内温度分布が不均一になりやすい。
本発明の課題は、冷凍装置の冷凍能力を抑える際に庫内の温度を安定に維持する冷凍装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の冷凍装置は、冷媒回路と制御手段と指示手段とを備えている。冷媒回路は、圧縮機と凝縮器と電子膨張弁と蒸発器と吸入比例弁とが順次接続されている。制御手段は冷媒回路の能力制御を行う。指示手段は制御手段に指示を行う。さらに、制御手段は、指示手段からの冷媒回路の能力を抑える指示を受けると、蒸発器の吐出側における冷媒の状態を湿り飽和蒸気の状態とするように吸入比例弁および電子膨張弁の少なくとも吸入比例弁の開度を調節し、さらに蒸発器の内部全体における冷媒の状態を湿り飽和蒸気の状態とするように電子膨張弁の開度を設定する。
【０００８】
この冷凍装置では、チルド運転を行う際には、制御手段により吸入比例弁および電子膨張弁の少なくとも吸入比例弁の開度が調節される（なお、このとき、吸入比例弁は絞られる）。すると、蒸発器の出口側に湿り飽和状態の冷媒が溜められる。これにより、冷媒回路を循環する冷媒量が減少するため、冷凍装置の冷凍能力が抑制され、チルド運転が可能となる。
【０００９】
さらに、冷媒の状態が湿り飽和蒸気の状態になるように電子膨張弁の開度を設定することにより、蒸発器内全体に湿り飽和状態の冷媒を充満させることができる。蒸発器の内部は等圧であるため、湿り飽和状態の冷媒は一定温度である。これにより、冷凍能力を抑えて冷凍運転を行っているときにおける蒸発器の温度が均一になり、温度ムラが生じにくくなる。よって、庫内温度を安定に維持することができる。
【００１０】
なお、膨張弁として従来のように感温膨張弁を用いた場合、この膨張弁は蒸発器の出口付近が加熱蒸気の状態になるように調節されるために、蒸発器内部の温度分布が不均一になる。しかし、本発明では電子膨張弁が用いられているため、蒸発器内を湿り飽和状態にすることができ、蒸発器内部の温度分布を均一にできる。
【００１１】
請求項２に記載の冷凍装置は、請求項１に記載の冷凍装置であって、圧縮機の損傷を防ぐ保護手段をさらに備える。
冷凍能力を抑えて運転を行うと、圧縮機に損傷が生じる場合がある。例えば、非圧縮である液体の冷媒が流入すると、圧縮時に高圧が生じて破損する可能性がある。さらに、液体の冷媒により潤滑油が圧縮機外へ運ばれるために、圧縮機内の潤滑油の量が減少して、圧縮機の焼き付きが生じやすくなる。
ここでは、冷凍装置に保護手段が備えられているため、様々な損傷を防ぐことができる。
【００１２】
請求項３に記載の冷凍装置は、請求項２に記載の冷凍装置である。保護手段は圧縮機の吐出側に冷媒の圧力及び温度を検知するセンサを有しており、センサの検知結果から圧縮機の吸入口における冷媒の圧力及び温度を推測する。
【００１３】
ここでは、保護手段として、圧縮機の吐出側における冷媒の温度及び圧力を検知するセンサが設けられている。そして、このセンサの検知結果から圧縮機の吸入口における冷媒の圧力及び温度が推測される。この推測結果を利用して、例えば、電子膨張弁及び吸入比例弁を調整し、圧縮機の吸入口における冷媒の状態が液体の状態になることを防ぐ。これにより、圧縮機の損傷を防ぐ。
【００１４】
請求項４に記載の冷凍装置は、請求項２に記載の冷凍装置であって、保護手段は圧縮機の油温を検知する油温センサを有しており、油温センサの検知結果から圧縮機の吸入口における冷媒の湿り度を推測する。
ここでは、保護手段としての油温センサの検知結果から圧縮機の吸入口における冷媒の湿り度が推測される。この推測結果を利用して、前記同様に、例えば、電子膨張弁及び吸入比例弁を調整し、圧縮機の吸入口における冷媒の状態が液体の状態になることを防ぐ。これにより、圧縮機の損傷を防ぐ。
【００１５】
【発明の実施の形態】
＜全体の構成＞
本発明に係る冷凍装置の模式図を図１に示す。
本発明に係る冷凍装置は、冷媒回路１を有し、さらに図２に示すように、制御部２と、入力部３と、庫内温度センサ４とを備えている。
【００１６】
冷媒回路１は、圧縮機１０、凝縮器１１、電子膨張弁１３、蒸発器１７、及び吸入比例弁２１からなり、配管により順次接続されている。
圧縮機１０は気体状態の冷媒の圧縮を行うものであり、この圧縮機１０には、その内部に油温センサ５が設けられ、その吐出側に圧力温度センサ６が設けられている。油温センサ５は、圧縮機１０の潤滑油の油温を検知するセンサである。
【００１７】
凝縮器１１は、冷媒から熱を奪い、その奪った熱を放熱するものであり、圧縮機１０の吐出側に三方切換弁１２を介して接続されている。
また、電子膨張弁１３は、通過する冷媒を膨張させて冷媒の圧力及び温度を低下させるものであり、凝縮器１１の出口側に設けられている。なお、凝縮器１１と電子膨張弁１３との間には、レシーバ１４、補助熱交換器１５、開閉弁１６等が設けられている。
【００１８】
蒸発器１７は、冷凍装置内部からの熱を吸熱して冷媒に熱を与えるものであり、電子膨張弁１３の出口側に設けられている。この蒸発器１７と電子膨張弁１３との間には分流器１８が設けられている。なお、蒸発器１７は、メイン蒸発器１７ａとサブ蒸発器１７ｂとからなり、サブ蒸発器１７ｂは電子膨張弁１３と凝縮器１１との間に設けられている。
【００１９】
なお、圧縮機１０の吐出側と蒸発器１７との間にはバイパス回路１９が設けられており、このバイパス回路１９にはバイパス弁２０が設けられている。
吸入比例弁２１は、冷媒の循環量を調節するものであり、圧縮機１０の吸入側に設けられている。
図２に冷凍装置の制御ブロック図を示す。
【００２０】
冷凍装置は、マイクロコンピュータである制御部２を有しており、これにより、制御手段３０と保護手段３１とが構成されている。制御手段３０は冷凍装置の制御を行うものであり、保護手段３１は圧縮機１０の損傷を避けるための保護を行うものである。そして、制御手段３０には、冷凍装置の庫内の温度設定などを行う入力部３と、庫内の温度を検知する庫内温度センサ４と、油温センサ５と、圧力温度センサ６とが接続されている。また、制御手段３０には、圧縮機１０と、電子膨張弁１３と、吸入比例弁２１とに接続されている。
【００２１】
＜動作＞
冷凍装置は、制御手段３０により庫内温度の制御が行われる。まず、冷凍装置の冷却について示す。
（冷凍運転）
冷凍装置は、冷媒回路１に冷媒が循環することにより庫内の熱を奪い外部へ放出するものである。冷媒回路１における冷媒の循環について以下で示す。
【００２２】
まず冷媒は、蒸発器１７により庫内の熱を吸熱する。吸熱した冷媒は、吸入比例弁２１を経て圧縮機１０に導かれる。圧縮機１０において冷媒は高温高圧の気体に圧縮されて凝縮器１１へ送られる。冷媒は、凝縮器１１において外部へ熱を放熱し、温度を下げられる。これにより、冷媒は、蒸発器１７で吸熱した熱を凝縮器１１で放熱したことになる。さらに冷媒は、凝縮器１１から電子膨張弁１３に送られて膨張され、蒸発器１７に戻される。
【００２３】
制御手段３０は、圧縮機１０、電子膨張弁１３、及び吸入比例弁２１を制御することにより、冷媒回路１における冷媒の循環量などを制御して庫内温度の制御を行う。冷凍運転を行う場合には、冷媒の循環量を多くして庫内が入力部３における設定温度になるよう庫内の熱を外部へ廃熱する。
【００２４】
（チルド運転）
一方、チルド運転を行う場合には、庫内の温度を摂氏零度より高温にするため、冷凍装置の冷凍能力を抑えて運転を行う。以下で冷凍能力を抑える手段を示す。
冷凍能力を抑えるためには、まず吸入比例弁２１を絞る。これにより、冷媒を吸入比例弁２１までの配管などに湿り飽和状態で溜めることが可能となり、冷媒回路１を循環する冷媒の量が抑えられる。さらに、この状態で、電子膨張弁１３を開けて調節することにより、蒸発器１７の出口においても冷媒が湿り飽和状態になる。これにより、蒸発器１７の出口から吸入比例弁２１までの配管に冷媒を湿り飽和状態で溜めることができるため、冷媒回路１を循環する冷媒の量を十分に減少させることができる。このため、冷凍能力が抑えられてチルド運転が可能となる。
【００２５】
また、電子膨張弁１３をさらに開けることにより、蒸発器１７の内部全体に湿り飽和状態の冷媒を溜めることができる。このとき、蒸発器１７の内部における冷媒の圧力は一定であるため、蒸発器１７に溜められている湿り飽和状態の冷媒の温度は一定になる。冷媒の温度が一定になるため、蒸発器における庫内からの吸熱が均一になる。よって、庫内における温度ムラが抑えられる。
【００２６】
（チルド運転時における圧縮機の保護）
冷凍運転を行っているときの圧縮機の吸入口における冷媒の状態は、加熱蒸気になっている。
しかし、冷凍能力を抑えてチルド運転を行うと、圧縮機の吸入口における冷媒の状態が湿り飽和状態になることがある。湿り飽和状態の冷媒は、液体状態の冷媒を含む。液体は気体と異なり非圧縮であるため、圧縮機１０が冷媒を圧縮する際に液体状態の冷媒が多いと、圧縮機１０の内部に耐圧以上の高圧が生じて損傷が生じるおそれがある。さらに、液体状態の冷媒が圧縮機１０の潤滑油を外部へ運ぶこともある。このことが原因で、潤滑油の量が減少して、圧縮機１０が焼き付きをおこす可能性がある。
【００２７】
よって、制御手段３０により圧縮機１０の吸入口における冷媒の状態が加熱蒸気になるように電子膨張弁１３と吸入比例弁２１とを制御する必要がある。したがって、圧縮機１０の吸入口における冷媒の状態を知る必要があるが、この圧縮機１０の吸入口における冷媒の状態は、冷媒の圧力と温度とから知ることができる。
【００２８】
しかし、冷媒の循環量が少ないため、圧縮機１０の吸入口における圧力が非常に低く、通常の圧力センサでは不正確となり、状態が不明確になる。
そこで、保護手段３１により、油温センサ５及び圧力温度センサ６の検知結果から圧縮機１０の吸入口における圧力及び温度を推測する。圧力温度センサ６により圧縮機吐出側における冷媒の加熱度が明らかになる。この加熱度により、圧縮機１０の吸入口における冷媒の湿り度を知ることができる。さらに、油温センサ５の結果により、冷媒の湿り度が推測できるため、より正確な判断が可能である。これらにより、制御手段３０により圧縮機１０の損傷を避けるように冷凍能力の制御を行うことができる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１に記載の冷凍装置では、冷凍能力を抑えて冷凍運転を行っているときにおける蒸発器の温度が均一になり、温度ムラが生じにくくなる。
請求項２に記載の冷凍装置では、冷凍装置に保護手段が備えられているため、様々な損傷を防ぐことができる。
【００３０】
請求項３に記載の冷凍装置では、センサの検知結果から圧縮機の吸入口における冷媒の圧力及び温度が推測されるため、保護手段により圧縮機の吸入口における冷媒の状態が液体の状態になることを防ぐことができる。
請求項４に記載の冷凍装置では、油温センサの検知結果から圧縮機の吸入口における冷媒の湿り度が推測されるため、保護手段により圧縮機の吸入口における冷媒の状態が液体の状態になることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態に係る冷凍装置の模式図。
【図２】  実施形態に係る冷凍装置の制御ブロック図。
【符号の説明】
１    冷媒回路
２    制御部
５    油温センサ
６    圧力温度センサ
１０  圧縮機
１１  凝縮器
１３  電子膨張弁
１７  蒸発器
２１  吸入比例弁
３０  制御手段
３１  保護手段
【図１】
0003719159.tif 000002
【図２】
0003719159.tif 000003