(57)【要約】二酸化炭素冷媒蒸気圧縮システムおよびその動作方法が提供されている。冷媒蒸気圧縮システムは、主冷媒回路に配置される圧縮装置、冷媒放熱用熱交換器および冷媒吸熱用熱交換器と、主冷媒回路と冷媒の流れとして並列の関係となるように配置された圧縮装置用アンローダ回路と、を備えている。全負荷では、主冷媒回路は開いており、アンローダ回路は閉じている。容量を調整するために、コントローラは、主冷媒回路が開いており、かつアンローダ回路が閉じている第１の期間における第１のサイクルでの動作と、主冷媒回路が閉じており、かつアンローダ回路が開いている第２の期間における第２のサイクルでの動作との間で動作を切り換える。
2011510257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主冷媒回路において冷媒の流れとして直列に配置される、冷媒吐出口および冷媒吸入口を有した冷媒圧縮装置と、該冷媒圧縮装置から受けた高圧冷媒を冷却媒体と熱交換させるための冷媒放熱用熱交換器と、低圧冷媒を加熱媒体と熱交換させるための冷媒吸熱用熱交換器と、
前記主冷媒回路において前記冷媒放熱用熱交換器の下流側でかつ前記冷媒吸熱用熱交換器の上流側に配置された膨張装置と、
前記主冷媒回路において冷媒の流れとして前記冷媒圧縮装置の冷媒吐出口の下流側でかつ前記冷媒放熱用熱交換器の上流側に配置された第１の流れ制御装置と、
前記冷媒圧縮装置と関連して動作するアンローダ回路であって、前記主冷媒回路において冷媒の流れとして冷媒吐出口の下流側でかつ前記第１の流れ制御装置の上流側の第１の位置と連通した入口と、冷媒の流れとして前記冷媒吸熱用熱交換器の下流側でかつ前記圧縮装置の冷媒吸入口の上流側の第２の位置と連通した出口と、を備えたアンローダ回路用冷媒ラインを有し、前記冷媒ラインに配置されたアンローダ回路用流れ制御装置を備えてなるアンローダ回路と、
前記第１の流れ制御装置および前記アンローダ回路用流れ制御装置と関連して動作するコントローラであって、前記冷媒圧縮装置がロードサイクルで動作する第１の動作モードと、前記冷媒圧縮装置がアンロードモードで動作する第２の動作モードとの間で冷媒蒸気圧縮システムを切り換えるように作動するコントローラと、
を備えた冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項２】
前記第１の動作モードで前記冷媒蒸気圧縮システムを動作するように、閉位置に前記アンローダ回路用流れ制御装置を位置決めし、開位置に前記第１の流れ制御装置を位置決めすることを特徴とする請求項１に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記第１の動作モードで前記膨張装置を調整することを特徴とする請求項２に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項４】
前記コントローラは、前記第２の動作モードで前記冷媒蒸気圧縮システムを動作するように、開位置に前記アンローダ回路用流れ制御装置を位置決めし、閉位置に前記第１の流れ制御装置を位置決めすることを特徴とする請求項１に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記第２の動作モードで閉位置に前記膨張装置を位置決めすることを特徴とする請求項４に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項６】
前記主冷媒回路において冷媒の流れとして前記冷媒吸熱用熱交換器の下流側でかつ前記圧縮装置の冷媒吸入口の上流側に配置された第２の流れ制御装置をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項７】
前記コントローラは、前記第１の動作モードで前記冷媒蒸気圧縮システムを動作するように、閉位置に前記アンローダ回路用流れ制御装置を位置決めし、開位置に前記第１の流れ制御装置および前記第２の流れ制御装置の各々を位置決めすることを特徴とする請求項６に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項８】
前記コントローラは、前記第１の動作モードで前記膨張装置を調整することを特徴とする請求項７に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項９】
前記コントローラは、前記第２の動作モードで前記冷媒蒸気圧縮システムを動作するように、開位置に前記アンローダ回路用流れ制御装置を位置決めし、閉位置に前記第１の流れ制御装置および前記第２の流れ制御装置の各々を位置決めすることを特徴とする請求項６に記載の冷媒蒸気圧縮システム。
【請求項１０】
冷媒圧縮装置と、冷媒放熱用熱交換器と、膨張装置と、冷媒吸熱用熱交換器と、を主冷媒回路において冷媒の流れとして直列の構成で配置してなる冷媒蒸気圧縮システムの容量を調整する方法であって、
第１の期間の間、ロードサイクルで前記圧縮装置を動作するステップと、
第２の期間の間、アンロードサイクルで前記圧縮装置を動作するステップと、
前記ロードサイクルでの動作と前記アンロードサイクルでの動作との間で、前記圧縮装置の動作を反復して切り換えるステップと、
を含む方法。
【請求項１１】
前記主冷媒回路と冷媒の流れとして並列の関係となるように配置され、前記圧縮装置の冷媒吐出口と前記圧縮装置の冷媒吸入口とを直接に連通させるように接続する圧縮装置用アンローダ回路を設けるステップをさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、冷媒蒸気圧縮システムに関し、特に、遷臨界サイクルで動作する二酸化炭素冷媒を使用した輸送冷凍用冷媒蒸気圧縮システムを含む冷媒蒸気圧縮システムの容量を効率的に調整することに関する。
【背景技術】
【０００２】
冷媒蒸気圧縮システムは、当技術分野においては周知であり、輸送冷凍システムにおいても、生鮮製品を輸送するために、トラック、トレーラ、コンテナ等の温度制御貨物スペースへ供給する空気の冷却に広く用いられている。また、冷媒蒸気圧縮システムは、生鮮食品を貯蔵する低温室や冷却展示用陳列棚に冷却空気を供給する、スーパーマーケット、コンビニエンスストア、レストラン、あるいは他の商業施設に関連した商業用冷凍システムにおいても一般に用いられている。さらに、冷媒蒸気圧縮システムは、住宅、オフィスビル、病院、学校、レストラン、あるいは他の施設における温度調整される快適領域へ供給する空気の調和のために広く用いられている。一般に、上記のような冷媒蒸気圧縮システムは、コンプレッサと、空冷式コンデンサと、エバポレータと、冷媒の流れとしてエバポレータの上流側でかつコンデンサの下流側に配置され、一般には感温式膨張弁または電子膨張弁である膨張装置と、を備える。これらの基本的な冷媒システムの構成要素は、冷媒閉回路として、冷媒ラインによって互いに接続されるとともに、周知の冷媒蒸気圧縮サイクルに応じて配置されている。
【０００３】
伝統的に、この冷媒蒸気圧縮システムの殆どは、亜臨界冷媒圧力で動作する。亜臨界範囲で動作する冷媒蒸気圧縮システムには、一般に、通常のフロン冷媒、例えば、これに限定するものではないが、Ｒ２２のようなヒドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）が充填され、Ｒ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃのようなヒドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）がさらに一般的である。現在の市場では、ＨＦＣ冷媒に代えて空調装置や輸送冷凍システムに使用するために、二酸化炭素のような「自然」冷媒に注目が集まっている。しかしながら、二酸化炭素は臨界温度が低いので、冷媒として二酸化炭素を充填した冷媒蒸気圧縮システムの多くは、遷臨界圧力方式で動作するように設計されている。例えば、遷臨界サイクルで動作する輸送用冷媒蒸気圧縮システムは、周囲空気の温度が二酸化炭素の臨界温度である３１．１℃（８８°Ｆ）を超過する環境で動作する空冷式の冷媒放熱用熱交換器を備えており、この冷媒蒸気圧縮システムは、さらに、コンプレッサの吐出側の圧力が二酸化炭素の臨界圧力である７．３８ＭＰａ（１０７０ｐｓｉ）を超過する環境でも動作することが必要である。遷臨界サイクルで動作する冷媒蒸気圧縮システムでは、エバポレータは、亜臨界範囲の冷媒温度および冷媒圧力で動作するが、冷媒放熱用熱交換器は、コンデンサとしてではなく、むしろガスクーラとして動作するとともに、冷媒の臨界点を超える冷媒温度および冷媒圧力で動作する。
【０００４】
輸送冷凍の用途では、冷媒蒸気圧縮システムは、プルダウンモードおよび設定値制御モードで動作可能であることが必要とされている。冷媒蒸気圧縮システムは、生鮮製品を輸送するのに望ましい貯蔵温度を著しく超過した生鮮製品が貨物スペースに積み込まれたときに、プルダウンモードで動作する。例えば、一般に、果物や野菜が、採取現場からトラック、トレーラおよび複合一貫輸送用コンテナの貨物貯蔵スペースへ直接に積まれる。したがって、製品が積まれたときの周囲温度から、輸送に望ましい貯蔵温度、一般に、冷蔵食品の場合は約１〜５℃（約３４〜４０°Ｆ）、冷凍食品の場合は０℃（３２°Ｆ）未満へ貨物貯蔵スペース内の製品の温度を迅速に低下させることが望ましい。このため、貨物貯蔵スペースから冷媒蒸気圧縮システムのエバポレータを通して循環する空気を十分に冷却し、貨物貯蔵スペースの製品温度を迅速に低下させるように、全負荷動作で十分な容量を備えたものに冷媒蒸気圧縮システムを設計する必要がある。
【０００５】
しかし、一旦、貨物貯蔵スペースが、輸送される特定の貨物を輸送するのに望ましい貯蔵温度へ低下した後は、冷媒蒸気圧縮システムは、設定値制御モードで動作する。この動作モードでは、冷媒蒸気圧縮システムは、貨物貯蔵スペースに貯蔵された特定の製品に望ましい輸送温度と等しい設定温度から比較的狭いプラス／マイナスの範囲内に、貨物貯蔵スペースの温度を維持する必要がある。製品を過度に冷却することを防止するために、貨物貯蔵スペースから循環する空気を過度に冷却しないように、全負荷でのシステムの冷媒容量よりも実質的に少ない冷媒容量で冷媒蒸気圧縮システムを動作する必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の特徴は、冷媒蒸気圧縮システムが、冷媒圧縮装置と、冷媒放熱用熱交換器と、膨張装置と、冷媒吸熱用熱交換器と、を主冷媒回路において冷媒の流れとして直列に配置してなり、さらに、圧縮装置と関連して動作するアンローダ回路を備えていることである。第１の流れ制御装置が、主冷媒回路において冷媒の流れとして圧縮装置の冷媒吐出口の下流側でかつ冷媒放熱用熱交換器の上流側に配置されている。アンローダ回路は、主冷媒回路において冷媒の流れとして冷媒吐出口の下流側でかつ第１の流れ制御装置の上流側の第１の位置と連通した入口と、主冷媒回路において冷媒の流れとして冷媒吸熱用熱交換器の下流側でかつ圧縮装置の冷媒吸入口の上流側の第２の位置と連通した出口と、を備えたアンローダ回路用冷媒ラインと、該アンローダ回路用冷媒ラインに配置されたアンローダ回路用流れ制御装置と、を有している。冷媒蒸気圧縮システムは、第１の流れ制御装置およびアンローダ回路用流れ制御装置と関連して動作するコントローラをさらに備えている。コントローラは、圧縮装置がロードサイクルで動作する第１の動作モードと、圧縮装置がアンロードサイクルで動作する第２の動作モードとの間で冷媒蒸気圧縮システムを切り換えるように作動する。
【０００７】
コントローラは、第１の動作モードにおいて、ロードサイクルで冷媒蒸気圧縮システムを動作するように、閉位置にアンローダ回路用流れ制御装置を位置決めし、開位置に第１の流れ制御装置を位置決めする。また、コントローラは、第２の動作モードにおいて、アンロードサイクルで冷媒蒸気圧縮システムを動作するように、開位置にアンローダ回路用流れ制御装置を位置決めし、閉位置に第１の流れ制御装置を位置決めする。第１の動作モードでは、コントローラは、膨張装置を調整することもできる。第２の動作モードでは、コントローラは、閉位置に膨張装置を位置決めすることもできる。
【０００８】
１つの実施例では、冷媒蒸気圧縮システムは、主冷媒回路において冷媒の流れとして冷媒吸熱用熱交換器の下流側でかつ圧縮装置の冷媒吸入口の上流側に配置された第２の流れ制御装置をさらに備えている。本実施例では、アンローダ回路用冷媒ラインの出口は、主冷媒回路において冷媒の流れとして第２の流れ制御装置の下流側でかつ圧縮装置の吸入口の上流側の第２の位置と連通している。本実施例では、コントローラは、第１の動作モードにおいて、ロードサイクルで冷媒蒸気圧縮システムを動作するように、閉位置にアンローダ回路用流れ制御装置を位置決めし、開位置に第１の流れ制御装置および第２の流れ制御装置の各々を位置決めする。また、コントローラは、第２の動作モードにおいて、アンロードサイクルで冷媒蒸気圧縮システムを動作するように、開位置にアンローダ回路用流れ制御装置を位置決めし、閉位置に第１の流れ制御装置および第２の流れ制御装置の各々を位置決めする。
【０００９】
また、本発明の他の特徴は、冷媒圧縮装置と、冷媒放熱用熱交換器と、膨張装置と、冷媒吸熱用熱交換器と、を主冷媒回路において冷媒の流れとして直列の構成で配置してなる冷媒蒸気圧縮システムの容量を調整する方法が提供されており、この方法が、第１の期間の間、ロードサイクルで圧縮装置を動作するステップと、第２の期間の間、アンロードサイクルで圧縮装置を動作するステップと、ロードサイクルでの動作とアンロードサイクルでの動作との間で、圧縮装置の動作を反復して切り換えるステップと、を含むことである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の冷媒蒸気圧縮システムの第１の例示的な実施例を示した概略図である。
【図２】本発明の冷媒蒸気圧縮システムの第２の例示的な実施例を示した概略図である。
【図３】本発明の冷媒蒸気圧縮システムの第３の例示的な実施例を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１〜３を参照すると、冷媒蒸気圧縮システム１０は、生鮮製品を輸送するための冷凍コンテナ、トレーラまたはトラックの温度制御貨物スペース２００の冷却と組み合わせて本明細書で説明される。しかし、この冷媒蒸気圧縮システムは、スーパーマーケット、コンビニエンスストア、レストラン、あるいは他の商業施設に関連した冷却展示用陳列棚または低温室への冷却空気の供給、もしくは、住宅、オフィスビル、病院、学校、レストラン、あるいは他の施設における温度調整される快適領域へ供給する空気の調和と組み合わせて用いることもできる。冷媒蒸気圧縮システム１０は、関連して動作するモータ３０によって駆動される圧縮装置２０と、冷媒放熱用熱交換器４０と、冷媒吸熱用熱交換器５０と、を備えており、これらの構成要素は、冷媒閉回路として、種々の冷媒ライン２，４，６によって冷媒の流れとして直列の構成で接続されている。さらに、エバポレータ５０と関連して動作する膨張装置５５が、冷媒ライン４において、冷媒の流れとして冷媒放熱用熱交換器４０の下流側でかつ冷媒吸熱用熱交換器５０の上流側に配置されている。図１〜３に示した冷媒蒸気圧縮システム１０の実施例では、膨張装置５５は、電子膨張弁である。しかし、図２に示した実施例では、膨張装置５５は、感温式膨張弁、もしくはキャピラリチューブのような固定オリフィス装置であり、ソレノイド弁のような２つの位置を有した開／閉制御弁５３に対し冷媒の流れとして直列に配置されている。
【００１２】
冷媒蒸気圧縮システム１０が亜臨界サイクルで動作する場合は、例えば、Ｒ２２のような一般的なヒドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）、またはＲ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃのようなヒドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）が充填されている場合、もしくは、二酸化炭素冷媒が充填されていてコンプレッサの吐出側の圧力が二酸化炭素の臨界圧力である７．３８ＭＰａ（１０７０ｐｓｉ）よりも低い状態で動作するときには、冷媒放熱用熱交換器４０は、亜臨界圧力範囲で動作し、冷媒蒸気のためのコンデンサとして機能する。しかし、冷媒蒸気圧縮システム１０が遷臨界サイクルで動作する場合、例えば、二酸化炭素冷媒が充填されていてコンプレッサの吐出側の圧力が二酸化炭素の臨界圧力を超過した状態で動作するときには、冷媒放熱用熱交換器４０は、超臨界圧力で動作し、冷媒蒸気クーラとして機能し、二酸化炭素冷媒蒸気を凝縮するように動作することはない。冷媒放熱用熱交換器４０のチューブ列４２としては、例えば、プレートフィン・ラウンドチューブ型熱交換コイルや、フィン・ミニチャネルまたはマイクロチャネルフラットチューブ型熱交換器のようなフィン・マルチチャネルチューブ熱交換器からなるフィン・チューブ型熱交換器を備えることができる。冷媒が冷媒放熱用熱交換器４０を通過するときに、冷媒は、チューブ列４２の熱交換チューブを通流し、第２の流体、一般には外気である周囲空気と熱交換し、この第２の流体は、冷媒放熱用熱交換器４０のチューブ列４２と関連して動作する空気移動装置４５、例えば、１つまたは複数のファンによってチューブ列４２を通して引き込まれる。
【００１３】
冷媒蒸気圧縮システム１０が、亜臨界サイクルまたは遷臨界サイクルのいずれで動作するにしても、冷媒回路において冷媒の流れとして膨張装置５５の下流側に配置された冷媒吸熱用熱交換器５０は、常に、亜臨界圧力で動作し、液体冷媒のためのエバポレータとして機能する。冷媒が冷媒吸熱用熱交換器５０を通過するときには、冷媒は、チューブ列５２の熱交換チューブを通流し、調和すべき空気、一般に、温度制御環境から引き込まれ該環境に戻される空気と熱交換し、この空気は、冷媒吸熱用熱交換器５０のチューブ列５２と関連して動作する空気移動装置５５によってチューブ列５２を通して引き込まれる。これにより、空気は、冷却され、冷媒は、加熱されて気化する。冷媒吸熱用熱交換器５０のチューブ列５２としては、例えば、プレートフィン・ラウンドチューブ型熱交換コイルや、フィン・ミニチャネルまたはマイクロチャネルフラットチューブ型熱交換器のようなフィン・マルチチャネルチューブ熱交換器からなるフィン・チューブ型熱交換器を備えることができる。
【００１４】
圧縮装置２０は、冷媒を圧縮し、かつ、後述するように冷媒回路に冷媒を循環させるように機能する。圧縮装置２０は、図１および図２に示したように、１つの段からなる単一のコンプレッサとすることができ、該コンプレッサは、例えば、スクロールコンプレッサ、往復動型コンプレッサ、ロータリコンプレッサ、スクリューコンプレッサおよび遠心コンプレッサである。しかし、圧縮装置２０は、少なくとも、低圧圧縮段および高圧圧縮段を有した多段圧縮装置とすることもできることを理解されたい。このとき、冷媒の流れは、図３に示したように、低圧圧縮段から高圧圧縮段へと通流する。上記の実施例では、複数の段からなる圧縮装置は、複数の段からなる単一のコンプレッサ、例えば、スクロールコンプレッサ、あるいは段状の圧縮ポケットを有したスクリューコンプレッサ、あるいは少なくとも第１のシリンダ列および第２のシリンダ列を有した往復動型コンプレッサ、あるいは冷媒の流れの関係としてコンプレッサの上流側の吐出口とコンプレッサの下流側の吸入口とを直列に接続する一対の段からなるコンプレッサとすることができる。
【００１５】
圧縮装置２０の圧縮機構と関連して動作する駆動モータ３０は、一定周波数の電力供給源からの電力で動作する定速モータとすることができる。圧縮装置２０は、該圧縮装置２０の吸入口と連通している冷媒ライン６を通してエバポレータ５０から冷媒蒸気を吸入圧力で受け、かつ該圧縮装置２０の吐出口と連通している冷媒ライン２を介して冷媒放熱用熱交換器４０へと吐出圧力で吐出する。流れ制御装置６５は、冷媒ライン６において冷媒の流れとしてエバポレータ５０の下流側でかつ圧縮装置２０の吸入口の上流側に配置されている。さらに、流れ制御装置７５が、冷媒ライン２において冷媒の流れとして圧縮装置２０の吐出口の下流側でかつ冷媒放熱用熱交換器４０の上流側に配置されている。流れ制御装置６５，７５の各々は、少なくとも、冷媒が流れ制御装置を通して通流することができる全開位置と、冷媒が流れ制御装置を通して通流することができない全閉位置と、に選択的に位置決めされ得る。１つの実施例では、流れ制御装置６５，７５の各々は、開位置および閉位置の２つの位置を有したソレノイド弁である。
【００１６】
図３を参照すると、冷媒蒸気圧縮システム１０の第３の実施例では、主冷媒回路が、該主冷媒回路と関連して動作するエコノマイザ回路を備えている。エコノマイザ回路は、エコノマイザ冷媒ライン１４、エコノマイザ膨張装置７３、エコノマイザ熱交換器７０およびエコノマイザ流れ制御弁９５を備えている。エコノマイザ冷媒ライン１４は、主冷媒回路の冷媒ライン４と圧縮プロセスの中間圧力段とを連通させている。エコノマイザ熱交換器７０は、第１の冷媒流路７２および第２の冷媒流路７４を有した冷媒対冷媒の熱交換器とすることができる。第１の冷媒流路７２は、主冷媒回路の冷媒ライン４において冷媒の流れとして冷媒放熱用熱交換器４０の冷媒出口の下流側でかつ膨張装置５５の上流側に位置している。第２の冷媒流路７４は、エコノマイザ冷媒ライン１４に位置している。エコノマイザ膨張装置７３は、電子膨張弁、感温式膨張弁または固定オリフィス流れ計量装置とすることができ、エコノマイザ冷媒ライン１４において冷媒の流れとして冷媒対冷媒の熱交換器７０における第２の流路７４の上流側に配置されている。エコノマイザ流れ制御弁９５は、２つの位置を有した開／閉ソレノイド弁とすることができ、エコノマイザ冷媒ライン１４においてエコノマイザ熱交換器７０の第２の流路７４の下流側に配置されている。主冷媒回路の作動時には、コントローラ１００は、通常実施されているように、エコノマイザ流れ制御弁９５を選択的に開閉してエコノマイザ回路をオン・オフし、エコノマイザ冷却サイクルと非エコノマイザ冷却サイクルとを切り換えることができる。膨張装置７３が電子膨張弁である場合には、エコノマイザ流れ制御弁９５を無くすことができ、コントローラ１００は、電子膨張弁を開閉し、エコノマイザ回路をオン・オフすることができる。
【００１７】
冷媒蒸気圧縮システム１０は、さらに、コンプレッサ用アンローダ回路を有しており、このアンローダ回路は、アンローダ冷媒ライン８と、該冷媒ライン８に配置されたアンローダ弁８５と、を備えている。ここで、アンローダ冷媒ライン８は、冷媒回路の冷媒ライン２と冷媒回路の冷媒ライン６とを接続しており、アンローダ弁８５は、コンプレッサ用アンローダ回路のアンローダ冷媒ライン８を通して通流する冷媒の流れを制御するように動作する。１つの実施例では、アンローダ弁８５は、開位置および閉位置の２つの位置を有したソレノイド弁である。アンローダ冷媒ライン８は、圧縮装置２０と流れ制御弁７５との間の位置、即ち冷媒の流れとして圧縮装置２０の吐出口の下流側でかつ流れ制御弁７５の上流側の位置において、冷媒ライン２から分岐しており、流れ制御弁６５と圧縮装置２０との間の位置、即ち冷媒の流れとして流れ制御弁６５の下流側でかつ圧縮装置２０の吸入口の上流側の位置において、冷媒ライン６から分岐している。したがって、アンローダ制御弁８５が開位置に位置決めされているときには、冷媒蒸気は、圧縮装置２０の吐出口からアンローダ冷媒ライン８を通して圧縮装置２０の吸入口へと直接に戻される。
【００１８】
冷媒蒸気圧縮システム１０は、さらに、冷媒ライン６，２，８の各々に配置された冷媒制御装置６５，７５，８５の各々と関連して動作するコントローラ１００を備えており、コントローラ１００は、開位置と閉位置とに各流れ制御装置を選択的に位置決めする。また、コントローラ１００は、温度センサ１０１によって、冷却媒体として冷媒放熱用熱交換器４０へと通流する周囲空気の温度を監視し、温度センサ２０１によって、温度制御貨物貯蔵スペース２００内の空気および／または製品の温度を監視し、システム全体の選択された位置に配置されるコントローラ１００と関連して動作する種々のセンサによって、様々なシステム動作パラメータを監視する。例えば、図１〜３に示した例示的な実施例では、温度センサ１０３および圧力センサ１０４が、吸入側の冷媒温度および冷媒圧力をそれぞれ検出するために設けられ、温度センサ１０５および圧力センサ１０６が、吐出側の冷媒温度および冷媒圧力をそれぞれ検出するために設けられている。圧力センサは、一般的な圧力センサ、例えば、圧力変換器とすることができ、温度センサは、一般的な温度センサ、例えば、熱電対やサーミスタとすることができる。
【００１９】
コントローラ１００は、冷媒蒸気圧縮システム１０の動作を制御し、流れ制御装置６５，７５，８５を選択的に位置決めし、エコノマイザ流れ制御弁９５がある場合はこれも選択的に位置決めする。また、コントローラ１００は、圧縮装置２０の圧縮機構を駆動するコンプレッサ用駆動モータ３０の動作を制御するとともに、ファン４４，５４と関連して動作するファンモータ（図示せず）の各々を制御することにより、ファン４４，５４の動作も制御する。コントローラ１００は、貨物貯蔵スペース２００内の空気および／または製品の検出された温度と、貨物貯蔵スペース２００内に貯蔵された製品を輸送している間の望ましい貯蔵温度を示す設定温度との比較に基づいて、望ましい動作モードを決定する。スペース２００へ製品を積んだ後の冷媒蒸気圧縮システム１０の初期の起動時のように、貨物貯蔵スペース２００内の製品の温度が設定温度から数度以上を超過しているときには、コントローラ１００は、プルダウンモードとして、冷媒蒸気圧縮システム１０を大容量で動作させる。しかし、貨物貯蔵スペース２００内の製品の温度が設定温度の所定の範囲内にあるときには、コントローラ１００は、設定値制御モードとして、冷媒蒸気圧縮システム１０をより少ない容量で動作させる。
【００２０】
プルダウンモードで冷媒蒸気圧縮システム１０を動作させるために、コントローラ１００は、冷媒がアンローダ回路の冷媒ライン８を通して循環せずに、主冷媒回路の冷媒ライン２，４，６を通して循環するように、アンローダ弁８５を閉じるとともに、吸入側の流れ制御弁６５および吐出側の流れ制御弁７５の双方を開く。コントローラ１００は、温度制御スペース内の空気や製品の温度を示す、温度制御スペース２００からエバポレータへと流入する空気の検出された温度に応答して、固定流路面積弁、例えば、固定オリフィスソレノイドバルブであるアンローダ回路用制御装置８５を選択的に開く。しかし、コントローラ１００は、アンローダ回路用制御装置８５を開く時期を決定する際に、他のシステムパラメータを使用することもできることを理解されたい。
【００２１】
図１および図３に示した実施例では、プルダウンモードにおいて、コントローラ１００は、圧縮装置２０の吸入側において、センサ１０３，１０４の各々によって検出された吸入側の冷媒温度または冷媒圧力に応答して、電子膨張弁５５を通る流路の流路面積を変化させることによって、エバポレータ５０へと通流する冷媒の流れを調整する。吸入側の圧力が過度に低下する場合には、システムが過度に多い容量を供給していることになる。図３に示した実施例では、プルダウンモードにおいて、コントローラ１００は、エコノマイザ流れ制御弁９５を選択的に開閉することによって、非エコノマイザ冷却サイクルでの動作と、エコノマイザ冷却サイクルでの動作とを選択的に切り換えている。
【００２２】
コントローラ１００は、冷媒蒸気圧縮システム１０の冷却容量を制御する必要があるときには、圧縮装置２０の負荷を軽減することができる。例えば、貨物貯蔵スペース２００内の空気および／または製品の検出された温度が、貨物貯蔵スペース２００内に貯蔵された製品を輸送するのに望ましい温度を示す設定温度から数度の範囲内に低下したときに、コントローラ１００は、プルダウンモードから設定値制御モードへと動作を切り換える。このために、コントローラ１００は、アンローダ冷媒ライン８に配置された流れ制御装置８５を開き、同時に、主冷媒回路に配置された流れ制御弁６５，７５の両方を閉じ、エコノマイザ流れ制御弁９５がある場合はこれも閉じる。流れ制御装置８５が開いているときには、圧縮装置２０から吐出された冷媒蒸気は、アンローダ冷媒ライン８を通して圧縮装置２０の吸入側に直接に戻り、これにより、圧縮装置２０の負荷が軽減される。アンローダ回路を通した圧縮装置２０のこのような負荷の軽減は、コンプレッサの吐出側の高い冷媒温度または冷媒圧力に応答しても実施され得る。
【００２３】
設定値制御モードで冷媒蒸気圧縮システムを動作させるために、コントローラ１００は、圧縮装置２０に選択的にロード状態またはアンロード状態にすることによって、冷媒蒸気圧縮システム１０の冷却容量を調整する。コントローラ１００は、短期間の間、アンローダ流れ制御装置を交互に開き、または閉じ、かつ同時に流れ制御装置６５，７５を閉じ、または開くことによって、冷媒蒸気圧縮システム１０の冷却容量を調整する。つまり、コントローラ１００は、流れ制御装置６５，７５を開き、かつアンローダ流れ制御装置８５を閉じることによって、第１の期間の間、ロードサイクルでシステム１０を動作し、流れ制御装置６５，７５を閉じ、かつアンローダ流れ制御装置８５を開くことによって、第２の期間の間、アンロードサイクルでシステム１０を動作する。
【００２４】
冷媒蒸気圧縮システム１０の代替の実施例では、流れ制御装置６５を無くすことができる。このとき、膨張装置５５が、図１に示したような膨張弁５５である場合には、コントローラ１００は、アンローダ流れ制御装置８５が開いているとき、即ちシステムがアンロードサイクルで動作しているときに、膨張弁５５を閉じている。しかし、アンローダ流れ制御装置が閉じており、かつ流れ制御装置７５が開いているロードモードでシステム１０が動作しているときには、コントローラ１００は、エバポレータ５０の冷媒の流れを制御するように、膨張装置５５の開きを調整する。しかし、膨張装置５５が、感温式膨張弁５７または固定オリフィス装置であり、図２に示したような制御弁５３と組み合わせて使用される場合には、コントローラは、アンローダ流れ制御装置８５が開いているとき、即ちシステムがアンロードサイクルで動作しているときには、流れ制御弁５３を閉じている。システムがロードモードで動作するときには、感温式膨張弁５７は、温度バルブ５９によって検出されたエバポレータ５０を出た冷媒蒸気の温度に応答して、通常の方法でエバポレータ５０へと通流する冷媒の流れを制御する。ここで、温度バルブ５９は、一般に、エバポレータ５０の出口の下流側に取り付けられている。
【００２５】
圧縮装置２０は、ロードサイクル中でもアンロードサイクル中でも動作し続ける。しかし、アンロードサイクル中には、圧縮装置２０から吐出した冷媒蒸気が圧力低下が最小限のアンローダ回路を通して圧縮装置２０の吸入口へ戻るので、圧縮装置２０は、吸入側から吐出側へと圧力を増加させることはない。アンロードサイクル中に流れ制御装置７５が閉じているときには、主冷媒回路の高圧側における冷媒の逆流が防止される。むしろ、冷媒は、冷媒放熱用熱交換器４０から膨張装置５５を通して冷媒吸熱用熱交換器５０へと低速で通流し続ける。アンロードサイクルでのシステム１０の動作中に、冷媒の逆流を防止するために、コントローラ１００は、流れ制御装置７５だけでなく流れ制御装置６５（流れ制御装置６５が無い場合は、膨張弁５５または流れ制御弁５３）も閉じ、エコノマイザ流れ制御弁９５がある場合はこれも閉じる。逆流の結果として、冷媒回路内における高圧側（つまり、冷媒の流れとして膨張弁５５の上流側）の圧力と低圧側（つまり、冷媒の流れとして膨張弁５５の下流側）の圧力とが等しくなるときのように、主冷媒回路内の冷媒のかたまりを再分配する必要がないので、動作中に冷媒の逆流を防止することにより、アンロードサイクルからロードサイクルへの動作の迅速かつ効率的な切換が促進される。
【００２６】
コントローラ１００は、アンロードサイクル中に、エバポレータ用ファン５４も動作し続けるように制御し、これにより、空気が、貨物貯蔵スペース２００からエバポレータ５０の熱交換コイル５２を通って循環し続ける。したがって、全負荷で動作しているときのシステムよりも非常に少ない冷却容量で動作しているにもかかわらず、この空気による冷却は、アンロードサイクルでの冷媒蒸気圧縮システム１０の動作中でさえも継続される。第１の期間におけるロードサイクルでの動作と第２の期間におけるアンロードサイクルでの動作との間で、冷媒蒸気圧縮システム１０の動作を反復して切り換えることにより、設定値制御動作モード中の時間平均したシステムの全体的な冷却容量が、プルダウン動作モード中に全負荷で動作しているときのシステム１０の冷却容量よりも小さくなる。同様に、アンロードサイクル中に圧縮装置２０が消費する電力が、プルダウン動作モード中に全負荷で動作しているときに圧縮装置２０が消費する電力よりも小さくなる。アンロードサイクル中に圧縮装置２０をオフにせずに作動し続けると、コンプレッサを始動させる回数が減少することによりコンプレッサが早期に劣化する可能性が減少し、圧縮装置の期待耐用年数が延長され、さらに、起動中にモータが非効率的に作動することにより生じるエネルギの消費も緩和される。
【００２７】
このように、冷媒蒸気圧縮システム１０は、冷媒の流れとして並列に配置された主冷媒回路およびアンローダ回路を備えている。システムがロードサイクルで動作しているときには、冷媒は、主冷媒回路を通して、圧縮装置２０から冷媒放熱用熱交換器４０、膨張装置５５および冷媒吸熱用熱交換器５０へと通流し、圧縮装置２０へ戻る。ロードサイクルでは、アンローダ回路は、冷媒の流れに対し閉じている。システムがアンロードサイクルで動作しているときには、主冷媒回路は冷媒の流れに対し閉じており、冷媒は、冷媒放熱用熱交換器４０、膨張装置５５および冷媒吸熱用熱交換器５０をバイパスして、アンローダ回路を通して圧縮装置２０の吐出口から圧縮装置２０の吸入口へ戻る。
【００２８】
全負荷での動作では、コントローラ１００は、流れ制御装置６５，７５の両方を開き、同時にアンローダ流れ制御装置８５を閉じる。これにより、主冷媒回路は、冷媒の流れに対し開いており、アンローダ回路は、冷媒の流れに対し閉じている。部分負荷での動作では、コントローラ１００は、最初に、第１の期間の間、ロードサイクルで圧縮装置２０を動作し、次に、第２の期間の間、アンロードサイクルで圧縮装置２０を動作し、以後、ロードサイクルでの動作とアンロードサイクルでの動作との間で、圧縮装置２０の動作を反復して切り換えることによって、冷媒蒸気圧縮システム１０の容量を調整する。
【００２９】
図１〜３に示した実施例は、冷媒蒸気圧縮システムの主冷媒回路に並列に接続された圧縮装置用アンローダ回路の用途を例示的に示したものであり、限定的に示したものではない。主冷媒回路が、他の一般的な構成要素および関連した冷媒回路を有することができることを理解されたい。例えば、主冷媒回路は、１つの圧縮段から冷媒クーラを通して他の圧縮段へと冷媒を通流させるために、圧縮装置と関連して動作する段間冷却回路を備えることもできる。
【００３０】
コントローラ１００は、電気コントローラ、例えば、マイクロプロセッサ・コントローラ、もしくは冷媒蒸気圧縮システムの動作の制御と組み合わせて一般に使用される形式の他のコントローラとすることができる。例えば、輸送冷凍の用途では、コントローラ１００は、米国、ニューヨーク州シラキュースに所在のキャリア・コーポレーションによって提供されている、ＭｉｃｒｏＬｉｎｋTMシリーズのマイクロプロセッサ・コントローラ、例えば、ＭＬ２型、ＭＬ２ｉおよびＭＬ３型とすることができる。しかし、コントローラ１００について上述された機能を実行することができるあらゆるコントローラが、本発明の冷媒蒸気圧縮システムに使用でき、本発明の方法を実施するのに使用できることを理解されたい。
【００３１】
上記の記述は、本発明の例示に過ぎない。当業者であれば、本発明の真意および特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の修正および変更が、本明細書において特に説明した本発明やこれと同等なものになされ得ることが理解できるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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