(57)【要約】  低容量の生鮮品用範囲での運転でのみ作動する可変速圧縮機を備える輸送冷凍システムが提供される。高容量での運転中には、ライン電圧およびライン周波数の電力を使用することができ、可変速度での運転については、比較的小さなインバータを使用して、可変電圧かつ可変周波数を供給することができる。この可変電圧かつ可変周波数はまた、可変速凝縮器モータに供給し、エコノマイザ運転中に、凝縮器の容量を増加させることができる。この可変電圧かつ可変周波数は、さらには、加熱を目的として圧縮機に直流電圧を供給するために使用することができる。
2010515007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機およびこれに関連する蒸気圧縮回路、エコノマイザ回路、ならびに蒸発器流れ制御装置を有する形式の輸送冷凍システムの運転方法であって、
上記圧縮機を可変速で作動可能とし、
上記圧縮機に、ライン電圧かつライン周波数の電力、または可変電圧かつ可変周波数の電力のいずれか一方を選択的に供給するインバータを設け、
生鮮品用範囲まで負荷をプルダウンさせる高容量での運転中には、上記圧縮機を固定速度で作動させ、
生鮮品用範囲における低容量での運転中には、上記圧縮機を可変速度で作動させることを特徴とする運転方法。
【請求項２】
固定速度での運転中に、上記エコノマイザ回路と組み合わせて上記蒸気圧縮回路を使用することを特徴とする請求項１に記載の運転方法。
【請求項３】
固定速度での運転中に、上記エコノマイザ回路を用いることなく上記蒸気圧縮回路を使用することを特徴とする請求項１に記載の運転方法。
【請求項４】
固定速度での運転中に、上記蒸発器流れ制御装置と組み合わせて上記蒸気圧縮回路を使用することを特徴とする請求項１に記載の運転方法。
【請求項５】
低容量での運転中に、ライン電圧かつライン周波数の電力が上記圧縮機に供給されることを特徴とする請求項１に記載の運転方法。
【請求項６】
温度需要が安定するまで、上記蒸発器流れ制御装置を使用することを特徴とする請求項５に記載の運転方法。
【請求項７】
上記蒸発器流れ制御装置の弁が閉じ始めたときに、ライン電圧かつライン周波数の電力が、可変電圧かつ可変周波数の電力に切り換わり、上記圧縮機を可変速度で駆動することを特徴とする請求項６に記載の運転方法。
【請求項８】
可変速凝縮器ファンモータを設け、上記エコノマイザとともに作動しているときに、該ファンモータに、可変電圧かつ可変周波数の電力を選択的に適用することを特徴とする請求項１に記載の運転方法。
【請求項９】
加熱を目的として上記圧縮機に直流電圧を供給するために、可変電圧かつ可変周波数の電力を使用することを特徴とする請求項１に記載の運転方法。
【請求項１０】
エコノマイザ、蒸発器流れ制御装置、および電源から制御装置を介して電力を受ける圧縮機を含む蒸気圧縮回路を有し、圧縮機が部分負荷の条件であるときに作動するように構成された形式の輸送冷凍システムの運転方法であって、
上記電源から固定電圧かつ固定周波数の電力を受け、可変電圧かつ可変周波数の出力に変換するインバータを設け、
固定速度運転と可変速運転のいずれにおいても作動できる圧縮機を設け、
固定電圧かつ固定周波数、または可変電圧かつ可変周波数のいずれか一方を上記可変速圧縮機に供給するために、上記インバータを上記回路に選択的に接続または遮断するスイッチを設け、
部分負荷での運転条件であるときのみに、可変電圧かつ可変周波数を使用することを特徴とする運転方法。
【請求項１１】
固定速度での運転中に、上記エコノマイザ回路と組み合わせて上記蒸気圧縮回路を使用することを特徴とする請求項１０に記載の運転方法。
【請求項１２】
固定速度での運転中に、上記エコノマイザ回路を用いることなく上記蒸気圧縮回路を使用することを特徴とする請求項１０に記載の運転方法。
【請求項１３】
固定速度での運転中に、上記蒸発器流れ制御装置と組み合わせて上記蒸気圧縮回路を使用することを特徴とする請求項１０に記載の運転方法。
【請求項１４】
低容量での運転中に、固定電圧かつ固定周波数の電力が上記圧縮機に供給されることを特徴とする請求項１０に記載の運転方法。
【請求項１５】
温度要求が安定するまで、上記蒸発器流れ制御装置を使用することを特徴とする請求項
１４に記載の運転方法。
【請求項１６】
上記蒸発器流れ制御装置の弁が閉じ始めたときに、ライン電圧かつライン周波数の電力が、可変電圧かつ可変周波数の電力に切り換わり、上記圧縮機を可変速度で駆動することを特徴とする請求項１５に記載の運転方法。
【請求項１７】
可変速凝縮器ファンモータを設け、上記エコノマイザとともに作動しているときに、該ファンモータに、可変電圧かつ可変周波数の電力を選択的に適用することを特徴とする請求項１０に記載の運転方法。
【請求項１８】
加熱を目的として上記圧縮機に直流電圧を供給するために、可変電圧かつ可変周波数の電力を使用することを特徴とする請求項１０に記載の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍システムに関し、詳しくはアンロードモードでの運転中に圧縮機の可変速駆動装置を選択的に使用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
輸送冷凍システムは、冷却すべき貨物空間と、該貨物空間内の制御された温度範囲を維持するための熱交換能力を提供する冷凍システムと、を含む。所望の温度レベルを維持するように冷却回路からの出力を調整するために、該冷却回路に温度センサおよび制御装置が作動可能に接続される。
【０００３】
冷却回路は、輸送可能な冷却装置に流入および通流する最大限の熱の損失を吸収するのに十分な容量を有するように設計されており、この損失は、外部の環境温度と直接的に比例するものである。
【０００４】
冷凍条件では、制御装置が、貨物空間内の検出温度に応答して冷却回路のＯＮとＯＦＦを切り換えることによって、該冷却回路を調節する。すなわち、冷却回路は、検出温度が低温側の設定点に達すると、ＯＦＦに切り換わり、検出温度が所定の高温側の設定点に達すると、ＯＮに切り換わる。環境空気の温度が輸送容積室の温度に近いとき（すなわち、部分負荷いわゆるチルド条件であるとき）、冷却回路は、必要とされるよりも大きな容量を有することになるので、そのようなチルド条件においては、システムの不足は、実質的に低減する。すなわち、そのようなチルド条件においては、冷却回路は、容量が大きすぎるが、輸送容積室の温度制御を維持するために、継続的に動作する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
冷凍条件（すなわち、プルダウン条件、冷凍条件、および全負荷でのチルド条件）についてのＯＮ／ＯＦＦモードの運転が、市場需要の約６０％を占めると推定されるのに対して、チルド条件すなわち部分負荷条件は、市場需要の約４０％を占めるものと推定される。従って、圧縮機モータを全速力で作動させつつ容量低下のために吸入圧力の調整つまりスロットリングを行う現在の方法を使用すると、実質的に効率が低下する。他方で、可変速圧縮機が常に使用される場合には、ＯＮ／ＯＦＦモードおよびプルダウンモードでの運転中に、駆動損失により、電力消費が過剰となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
簡潔には、本発明の一態様によれば、本システムがチルド条件で運転しているときに、圧縮機を可変速度で作動可能にする。これにより、電力効率を最大限にしつつ、継続的な運転を維持することができる。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、比較的小さなインバータを介して可変速度が効果的かつ効率的に使用される範囲となるまで、圧縮機への電力が従来の方法によって低減される。
【０００８】
本発明のさらに他の態様によれば、部分負荷条件以下での運転中にインバータが提供され、このインバータは、圧縮機駆動モータに可変電圧かつ可変周波数を供給するように選択的に適用され、その結果、該圧縮機駆動モータが選択的な可変速度で作動し続けることができ、これによって、高い運転効率を達成する。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、可変速度での運転中に、システム容量が負荷要求よりも高いままである場合、さらに蒸発器流れ制御装置が適用される。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、チルド条件での運転中に、本システムは、温度需要が安定するまではライン電圧かつライン周波数を使って作動し、電力需要が安定した点において、供給電力が、ライン電圧かつライン周波数から、可変電圧かつ可変周波数に切り換わる。
【００１１】
なお、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、さまざまな変更および他の構成を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来技術による蒸気圧縮システムの概略図。
【図２】本発明による改良型蒸気圧縮システムの概略図。
【図３】本発明のモード別の運転の結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、従来技術による蒸気圧縮システム１０を示す。蒸気圧縮システム１０は、圧縮機１２、凝縮器１４、膨張器１６および蒸発器１８からなる主蒸気圧縮回路を含む。これらの構成要素は、主冷媒ラインによって直列に接続されており、この主冷媒ラインは、圧縮機１２の吐出ポート１３からライン２０を通って凝縮器１４まで、さらに凝縮器１４からライン２２を通って膨張器１６まで、さらに膨張器１６からライン２４を通って蒸発器１８まで、さらに蒸発器１８からライン２６を通って圧縮機１２の吸入ポート１５まで戻る冷凍流れを提供する。
【００１４】
さらに、エコノマイザ回路が、凝縮器１４と、圧縮機１２の中間圧力ポート２８および吸入ポート１５の少なくとも一方と、の間に接続されている。この回路は、凝縮器１４から補助膨張器４２まで導き、さらには補助膨張器４２からエコノマイザ冷媒ライン４４を通って熱交換器３２まで導いているエコノマイザ冷媒ライン４０の形態であることが好ましい。エコノマイザ回路の典型的なモードでの動作においては、該エコノマイザ回路は、熱交換器３２からライン３８を介して圧縮機１２の中間圧力ポート２８まで延びている。
【００１５】
また、エコノマイザ回路を通過する流れを選択的に接続あるいは遮断するために、エコノマイザ冷媒ラインに、例えば、ライン４０に、エコノマイザ遮断弁４６を有利に配置することができる。あるいは、膨張器４２が電子膨張弁である場合には、弁４６は、必要ではない。
【００１６】
さらに従来技術によると、システム１０は、さらに、圧縮機１２の中間圧力ポート２８と吸入ポート１５との間に接続されているバイパス回路を含む。このバイパス回路は、圧縮機１２のアンロード運転を可能にする。このバイパス回路は、該バイパス回路からの流れを使って主冷媒の流れを過冷却するように、エコノマイザ熱交換器３２を流れる流れに対して適切に構成されており、従って、該エコノマイザ熱交換器３２を利用して、アンロード運転における効率を向上させる。従って、バイパス冷媒ライン３８は、エコノマイザ熱交換器３２まで、さらに熱交換器３２からライン３６を通って圧縮機１２の吸入ポート１５まで戻るように有利に延びている。バイパス回路を流れる流れを選択的に接続あるいは遮断するために、熱交換器３２から吸入ポート１５まで延びているバイパスライン３６に、バイパス遮断弁３４が有利に設けられる。
【００１７】
特定の回路または構成要素を通過する流れを遮断する、という言及が、本明細書を通してなされていることに留意されたい。本明細書中で使用しているこの用語は、話題にしている回路が実質的に非作動となる、つまり、その回路を通流する流れの実質的な部分が遮断されているように、流れを実質的に遮断することを意味する。
【００１８】
主冷媒ライン２２は、エコノマイザ熱交換器３２内を流れ、熱交換器３２内のライン３８の流れと熱交換を行う。従って、熱交換器３２は、主冷媒ライン２２から第１の流れを受けるとともに、エコノマイザ回路およびバイパス回路の少なくとも一方から第２の流れを受けるように構成されており、全負荷エコノマイザモードでの運転や、有利には部分負荷モードでの運転において、熱の移動が発生する。
【００１９】
この構成を使用して、圧縮機１２をアンロード状態で作動させるべきときに、弁３４が開いて冷媒の一部を中間圧力ポート２８を通して通流させ、圧縮機１２を流れる冷媒の一部を中間圧力まで圧縮させ、これによって、圧縮機１２の負荷を低減させる。
【００２０】
アンロードモードでの運転においては、主冷媒の流れが、エコノマイザ熱交換器３２内で過冷却され、このモードでの運転におけるシステムの性能を向上させる。これに関して、中間圧力ポート２８の位置に依存して、このポートから出て行く流れの中間圧力は、吸入圧力に比較的近いものであり、これによって、エコノマイザ熱交換器３２での熱交換作用に利用することができる温度差が大きくなる。
【００２１】
さらに制御部材４８を有利に備えており、この制御部材４８は、遮断弁３４，４６（あるいは、電子的に制御される膨張器４２）に対して操作可能に関連付けられており、システム性能の向上のために熱交換器３２がまだ作動かつ機能している全負荷エコノマイザモードあるいはアンロードモードにおいて、必要に応じてシステム１０を運転させるように、弁３４，４６を開位置と閉位置との間で選択的に切り換える。もちろん、両方の弁３４，４６が閉じている全負荷非エコノマイザモードとしても、システム１０は、運転可能である。
【００２２】
アンロード運転に使用されるバイパス回路部と代替的に或いはこれに加えて、システムの負荷の低減に応じて、蒸発器流れ制御装置４９を用いることができる。この蒸発器流れ制御装置４９は、吸入圧調整弁またはパルス幅調節弁などの様々な型式の弁を有するものとすることができ、その目的は、圧縮機への冷媒の流れを減少させることであり、延いては、低いコイル温度での運転を回避するように、圧縮機容量と負荷とをバランスさせることである。また、蒸発器流れ制御装置は、ＰＷＭ（パルス幅変調）圧縮機とすることができ、ＰＷＭ圧縮機とは、相互に噛み合うスクロールラップを係合および脱離させるためのパルス幅変調要求信号を利用する負荷低減システムを備えた使用されるスクロール型圧縮機の一つである。圧縮機の負荷低減は、旋回スクロールセットから固定スクロールセットを分離／上昇させることによってなされる。この分離は、流体バイパスＰＷＭソレノイド弁を介して制御される。容量の調節は、高容量運転から低容量運転に圧縮機を切り換えるこのソレノイド弁をパルス制御することによって、最終的に制御される。
【００２３】
図２を参照すると、図１の圧縮機１２が、固定速度運転モードおよび可変速運転モードのいずれにおいても選択的に作動可能な圧縮機５１と置き換えられている。圧縮機５１は、往復動圧縮機とすることができるが、スクロール圧縮機またはロータリ圧縮機などの他の型式の圧縮機としてもよい。
【００２４】
圧縮機５１は、複数の電力コネクタ５３を介して、制御装置５２と直接的に通電するように接続されている。圧縮機５１は、さらに、複数の電力コネクタ５４を介してインバータ５６と通電するように接続されており、このインバータ５６は、コネクタ５７を介して制御装置５２に接続されている。インバータ５６の制御は、制御装置５２によってコネクタ５８を介して行われる。ライン電力が、ライン５９を介して制御装置５２に供給される。
【００２５】
図示した装置を用いて、ライン電圧かつライン周波数、または可変電圧かつ可変周波数のいずれかを圧縮機５１に供給するように、スイッチ６１およびスイッチ６２を操作することによって、圧縮機５１を選択的に作動させることができる。すなわち、スイッチ６１が閉じていてスイッチ６２が開いている場合、ライン電圧がコネクタ５３を介して圧縮機に供給される。あるいは、スイッチ６２が閉じていてスイッチ６１が開いている場合、ライン電圧かつライン周波数がインバータ５６に供給され、このインバータ５６は、コネクタ５４を介して圧縮機５１に、可変電圧かつ可変周波数を供給する。
【００２６】
図２の実施例では、図１と同様に調整弁４９を備えているが、図１に示されているバイパス回路は除かれている。従って、本発明は、調整弁を備えるがバイパス回路を備えていない場合に関して説明する。しかし、本発明は、バイパス回路を備えているシステムにも等しく有用となり得ることを理解されたい。
【００２７】
図３は、システムの運転がアンロード条件での運転に移行するときの貨物温度および供給温度の両方の経時変化を示す典型的なグラフである。図に見られるように、時間の経過とともに、貨物温度は、次第に供給温度に近づいていき、最終的には、設定点に達する。
【００２８】
図３の下方には、部分負荷条件およびアンロード条件で運転しているときの、さまざまな運転モードの変化を示している。これらの運転モードは、同図の上方に示している温度条件に直接的に対応している。すなわち、貨物温度と供給温度との差がほぼ一定である部分負荷条件においては、圧縮機５１は、ライン電圧かつライン周波数を使用してのエコノマイザモードで作動する。これは、実線Ｆ−Ｅによって示されている。
【００２９】
貨物温度と供給温度との差が減り始めたとき、圧縮機はエコノマイザモードから遮断され、ライン電圧かつライン周波数を使用しての標準モードでの運転に切り換わる。このモードは、負荷が生鮮品用範囲までプルダウンされているときに使用される。このモードでの運転を、図３のＥ−Ｄで示す。
【００３０】
冷凍条件での起動時、およびチルド負荷が生鮮品用範囲までプルダウンされている時に使用されるモード２での運転においては、圧縮機は、ライン電圧を使用してのアンロードモードで作動し、このときに上述の蒸発器流れ制御装置４９が使用されている。
【００３１】
このように、各運転モード２，３，４での運転では、圧縮機の速度は、一定に保たれている。しかし、エコノマイザモードから標準モードに、さらには蒸発器流れ制御装置を用いてのアンロードモードになるときに、圧縮機の消費電力量は、実質的に減少していることに留意されたい。その結果、実線ＣＢＡで示される運転モード１のために、インバータ５６がスイッチ６２を介して接続されるときに、要求される電力が低減し、インバータ５６に必要なサイズが、通常のサイズよりも実質的に小さくなる。例えば、インバータは、１０〜１１キロワットでの運転用のサイズに代えて、５キロワット用のサイズとされている。すなわち、駆動装置は、モード１のみで使用される場合よりも、ずっと小さいサイズにすることができる。その理由は、蒸気加圧式閉回路冷却システムでは、熱力学的に、生鮮品用範囲における実質的により低い室温度に伴う固有の吸入ガス密度の変化に対し、システムにおける圧縮用電力は、ほぼ線形的に減少するからである。プルダウン後の吸入ガスの密度および質量流れが減少することによって、設定点付近では、かなり寸法の小さい可変速駆動装置の使用が可能となる。
【００３２】
本システムが、生鮮品に対して必要とされる容量よりも大きな容量を有するとき、モード１での運転が行われる。生鮮品は、厳しい温度制御を要求するが、これは、システムを継続的に運転することによって最も良く達成される。
【００３３】
モード１においては、システムは、ライン電圧かつライン周波数を使用してのアンロード圧縮機モードで運転し、温度需要が安定するまで、蒸発器流れ制御装置４９が使用される。この調整弁が閉じ始めたときから完全に閉じるまでのある点において、制御装置５２がスイッチ６１，６２の切り換えを決定して、ライン電圧かつライン周波数を遮断し、可変電圧かつ可変周波数に切り換え、圧縮機５１を可変速度で作動させる。このモードにおいては、すべての生鮮品条件についての輸送負荷の正確な温度を提供するように、制御装置５２が圧縮機の速度を精密に制御する。この可変速度で、最適な最低速度になるまで運転し、その後、システム容量が輸送負荷要求よりも高いままである場合には、安定した温度制御が得られるまで蒸発器流れ制御装置４９を作動させる。逆に、アンロード運転モードにおいて、最適な最高速度に達し、さらに大きな冷却電力が必要とされるとき、システムは、スイッチ６１，６２を切り換えて、ライン電圧かつライン周波数での固定速度での運転を再開させる。
【００３４】
可変速駆動装置は、高容量条件においては、圧縮機に使用されないので、この可変速駆動装置を凝縮器ファンモータに切換接続し、凝縮器ファン速度の増加のために使用して、凝縮器の容量が制限されている場合の凝縮器ファンの性能を向上させることが有利である。これにより、凝縮器の寸法を最小に保ちつつ、高温プルダウン条件で本システムをさらに有効なものとすることができるため、コストを抑えることができ、また、吐出温度および吐出圧力が低減することによって、圧縮機の信頼性を高め、さらには、使用されていない重要な構成要素の利用が図れる。
【００３５】
モード１のみで可変速駆動装置を適用することは、冗長システムを提供することができるという理由により、利点がある。すなわち、ある理由によって輸送中にこの駆動装置が故障した場合、本システムは、可変速駆動装置を使用することなく、運転することができ、現在の制御方式を使うことによって、負荷の損失をなくすことができる。さらには、軽負荷の条件で運転するので、駆動装置の信頼性が向上する。
【００３６】
この可変速駆動装置は、また、別に購入したクランクケース用ヒータを備えるようなトレーラのアプリケーション用の圧縮機に、小さな直流電圧を印加することで、該圧縮機のモータを加熱するために使用することができる。これらのヒータの代わりに可変速駆動装置を用いることができ、コスト削減と信頼性をもたらす標準パッケージとしてすべての消費者に提供することができる。これにより、本発明の冷凍システムは、特別な変更または選択をなされることなく、世界のあらゆる地域で機能することができる。
【図１】
2010515007.tif 000003
【図２】
2010515007.tif 000004
【図３】
2010515007.tif 000005
【国際調査報告】
2010515007.tif 000006