(57)【要約】【課題】   空冷運転と水冷運転とを切り換えて行う冷凍装置において、水冷運転時の高圧上昇を抑えながら、圧縮機の油戻り量を充分確保できるようにする。【解決手段】水冷運転時において、電子膨張弁（14）の開度が規定開度よりも小さい状態が継続する、又は蒸発器（15）の過熱度が規定過熱度より大きい状態が継続すると、冷媒循環量が不足していると判断して空冷凝縮器ファン（21）を運転させる。【選択図】図３
2007071504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（11）、空冷凝縮器（12）、水冷凝縮器（13）、電子膨張弁（14）、及び蒸発器（15）が接続されると共に冷媒が循環して冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）と、上記空冷凝縮器（12）へ空気を送風する空冷凝縮器ファン（21）とを備え、
上記空冷凝縮器ファン（21）が運転された状態の空冷凝縮器（12）と、冷却水の供給が停止された状態の水冷凝縮器（13）とに冷媒を通過させる空冷運転と、空冷凝縮器ファン（21）が停止された状態の空冷凝縮器（12）と、冷却水が供給された状態の水冷凝縮器（13）とに冷媒を通過させる水冷運転とを切り換えて行うように構成され、
上記電子膨張弁（14）は、上記蒸発器（15）の冷媒過熱度に応じて開度が調節される一方、冷媒回路（10）の高圧が規定圧力より高くなると、開度が強制的に絞られる冷凍装置であって、
上記水冷運転中に冷媒回路（10）の冷媒循環量が不足していると判断すると、空冷凝縮器ファン（21）を運転させる制御手段（40）を備えていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記制御手段（40）は、上記蒸発器（15）での冷媒過熱度が規定過熱度を上回る状態が所定時間継続すると、冷媒循環量が不足していると判断して上記空冷凝縮器ファン（21）を運転させることを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
請求項１において、
上記制御手段（40）は、上記電子膨張弁（14）の開度が規定開度より小さい状態が所定時間継続すると、冷媒循環量が不足していると判断して上記空冷凝縮器ファン（21）を運転させることを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１において、
上記圧縮機は、スクロール型圧縮機（11）で構成されていることを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水冷凝縮器と空冷凝縮器とのいずれか一方を冷熱源として冷媒を凝縮させる冷凍装置に関し、特に、この冷凍装置の圧縮機の油戻し対策に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、海上コンテナ等に利用されてコンテナの庫内を冷却する冷凍装置が知られている。海上コンテナに利用される冷凍装置では、船上の設備によって、空気を冷熱源として利用できない場合がある。そのため、例えば特許文献１には、空冷凝縮器と水冷凝縮器とを備え、空気を冷熱源として冷媒を凝縮させる空冷運転と、冷却水を冷熱源として冷媒を凝縮させる水冷運転とをコンテナの設置状況に応じて切り換えて行う冷凍装置が開示されている。
【０００３】
具体的に、この冷凍装置には、例えば図６に示すように、圧縮機（61）、空冷凝縮器（62）、水冷凝縮器（63）、電子膨張弁（64）、及び蒸発器（65）が順に接続されて蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷媒回路（60）が設けられている。上記空冷凝縮器（62）はコンテナの庫外に配置されており、該空冷凝縮器（62）の近傍には空冷凝縮器ファン（66）が設置されている。一方、上記水冷凝縮器（63）には、冷却水が供給可能に構成されている。また、上記蒸発器（65）はコンテナの庫内に配置されており、該蒸発器（65）の近傍には蒸発器ファン（67）が設置されている。
【０００４】
この冷凍装置の空冷運転時には、上記空冷凝縮器ファン（66）及び蒸発器ファン（67）が運転され、水冷凝縮器（63）への冷却水の供給が停止される。圧縮機（61）で圧縮された冷媒が空冷凝縮器（62）へ送られると、空冷凝縮器（62）では、空冷凝縮器ファン（66）が送風する庫外空気と冷媒とが熱交換し、冷媒は庫外空気へ放熱して凝縮する。その後、冷媒は水冷凝縮器（63）をそのまま通過し、電子膨張弁（64）で減圧された後、蒸発器（65）へ流入する。蒸発器（65）では、蒸発器ファン（67）が送風する庫内空気と、冷媒とが熱交換し、冷媒は庫内空気から吸熱して蒸発する。その結果、コンテナの庫内空気の冷却が行われる。蒸発器（65）で蒸発した冷媒は、圧縮機（61）に吸入されて、再び所定圧力まで圧縮される。
【０００５】
一方、水冷運転時には、上記空冷凝縮器ファン（66）が停止され、蒸発器ファン（67）が運転されると同時に、水冷凝縮器（63）へ冷却水が供給される。したがって、圧縮機（61）で圧縮された冷媒は、実質的に空冷凝縮器（62）では凝縮されず、水冷凝縮器（63）の冷却水へ放熱して凝縮する。水冷凝縮器（63）で凝縮した冷媒は、上述の空冷運転と同様にして、電子膨張弁（64）及び蒸発器（65）を流通し、コンテナの庫内の冷却に利用される。
【特許文献１】特開２００４−３４０５２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、一般に空冷凝縮器は、水冷凝縮器よりも熱交換率が低く、空冷凝縮器の方が水冷凝縮器よりも大型となる。このため、上述の空冷運転と水冷運転とを切り換えて行う冷凍装置では、一般的に水冷運転時よりも空冷運転時の方が冷媒回路における必要な冷媒量が多くなる。したがって、冷媒回路内には、空冷運転で必要な冷媒量を規定冷媒量として冷媒が充填されることになる。一方、このような冷媒充填量で上述の水冷運転を行うと、必要な冷媒循環量に対して冷媒充填量が過剰となるため、上記水冷凝縮器には余剰分の冷媒が液状態となって貯まってしまい、冷媒回路の高圧が異常上昇してしまうことがあった。
【０００７】
このような従来の問題を解決する手段としては、冷媒回路の高圧が上限の規定圧力を上回ると、上記電子膨張弁の開度を絞り込み、高圧を低減させることが考えられる。つまり、通常の運転状態では、蒸発器の過熱度に応じて電子膨張弁の開度を調節するが、高圧が異常上昇する場合には、電子膨張弁を強制的に絞り込んで冷媒循環量を下げることで、冷媒回路の高圧上昇を未然に回避することができる。
【０００８】
しかしながら、このように電子膨張弁を強制的に絞り込んで、冷媒回路の冷媒循環量を削減すると、圧縮機の吐出冷媒中の冷凍機油が再び圧縮機に吸入されて回収される油戻り量も減少してしまう。その結果、圧縮機の圧縮機構等を潤滑するための冷凍機油量が不足してしまい、結果として、圧縮機の損傷を招く恐れがあった。
【０００９】
本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、空冷運転と水冷運転とを切り換えて行う冷凍装置において、水冷運転時の高圧上昇を抑えながら、圧縮機の油戻り量を充分確保できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、圧縮機（11）、空冷凝縮器（12）、水冷凝縮器（13）、電子膨張弁（14）、及び蒸発器（15）が接続されると共に冷媒が循環して冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）と、上記空冷凝縮器（12）へ空気を送風する空冷凝縮器ファン（21）とを備え、上記空冷凝縮器ファン（21）が運転された状態の空冷凝縮器（12）と、冷却水の供給が停止された状態の水冷凝縮器（13）とに冷媒を通過させる空冷運転と、空冷凝縮器ファン（21）が停止された状態の空冷凝縮器（12）と、冷却水が供給された状態の水冷凝縮器（13）とに冷媒を通過させる水冷運転とを切り換えて行うように構成され、上記電子膨張弁（14）は、上記蒸発器（15）の冷媒過熱度に応じて開度が調節される一方、冷媒回路（10）の高圧が規定圧力より高くなると、開度が強制的に絞られる冷凍装置を前提としている。そして、この冷凍装置は、上記水冷運転中に冷媒回路（10）の冷媒循環量が不足していると判断すると、空冷凝縮器ファン（21）を運転させる制御手段（40）を備えていることを特徴とするものである。
【００１１】
第１の発明の冷凍装置では、空冷凝縮器ファン（21）を運転させると同時に水冷凝縮器（13）への冷却水の供給を停止し、空冷凝縮器（12）を冷熱源とする空冷運転と、空冷凝縮器ファン（21）を停止させると同時に水冷凝縮器（13）へ冷却水を供給し、水冷凝縮器（13）を冷熱源とする水冷運転とが切り換えて行われる。
【００１２】
上述したように、上記水冷運転では冷媒回路（10）の冷媒が過剰となり冷媒の高圧側の圧力が上昇し易くなる。このため、本発明の冷凍装置の電子膨張弁（14）は、基本的には蒸発器（15）の過熱度に応じて開度が調節されるものの、高圧が規定圧力より高くなると、その開度が強制的に絞られて高圧上昇を抑制しようとする。ところが、このように電子膨張弁（14）の開度が絞られた状態が継続すると、冷媒回路（10）における冷媒循環量が減少してしまい、圧縮機（11）の油戻り量が不足することになってしまう。
【００１３】
本発明では、このような圧縮機（11）の油戻り量の不足を未然に回避すべく、水冷運転中に冷媒回路（10）で冷媒循環量が不足していると判定されると、制御手段（40）が上記空冷凝縮器ファン（21）を運転させる。その結果、空冷凝縮器（12）では、空冷凝縮器ファン（21）が送風する空気と冷媒とが熱交換するため、冷媒は空冷凝縮器（12）と水冷凝縮器（13）との双方で凝縮されることになる。このため、冷媒回路（10）の冷媒圧力が低下し、高圧を規定圧力より低い圧力とすることができる。その結果、強制的に絞られていた状態の電子膨張弁（14）の開度を大きくすることができるので、冷媒回路（10）の冷媒循環量も多くなり、圧縮機（11）の油戻り量不足も解消される。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明の冷凍装置において、上記制御手段（40）が、上記蒸発器（15）の冷媒過熱度が規定過熱度を上回る状態が所定時間継続すると、冷媒循環量が不足していると判断して上記空冷凝縮器ファン（21）を運転させることを特徴とするものである。
【００１５】
第２の発明では、水冷運転時において冷媒回路（10）の冷媒循環量が不足していることを蒸発器（15）の冷媒過熱度によって判断する。つまり、蒸発器（15）の過熱度が規定過熱度よりも高い状態が継続している場合、蒸発器（15）を流れる冷媒量、すなわち冷媒循環量が明らかに不足していると推測できるので、このような場合には制御手段（40）が空冷凝縮器ファン（21）を運転させて冷媒回路（10）の高圧を低下させる。その結果、電子膨張弁（14）の開度を大きくすることができるので、冷媒回路（10）の冷媒循環量も多くなり、圧縮機（11）の油戻り量不足も解消される。
【００１６】
第３の発明は、第１の発明の冷凍装置において、上記制御手段（40）が、上記電子膨張弁（14）の開度が規定開度より小さい状態が所定時間継続すると、冷媒循環量が不足していると判断して上記空冷凝縮器ファン（21）を運転させることを特徴とするものである。
【００１７】
第３の発明では、水冷運転時において冷媒回路（10）の冷媒循環量が不足していることを電子膨張弁（14）の開度によって判断する。つまり、電子膨張弁（14）の開度が規定開度より小さい状態が継続している場合、冷媒循環量が明らかに不足していると推測できるので、このような場合には制御手段（40）が空冷凝縮器ファン（21）を運転させて冷媒回路（10）の高圧を低下させる。その結果、電子膨張弁（14）の開度を大きくすることができるので、冷媒回路（10）の冷媒循環量も多くなり、圧縮機（11）の油戻り量不足も解消される。
【００１８】
第４の発明は、第１から第３のいずれか１の冷凍装置において、上記圧縮機は、スクロール型圧縮機（11）で構成されていることを特徴とするものである。
【００１９】
第４の発明では、冷媒回路（10）に接続される圧縮機として、スクロール型圧縮機（11）が用いられる。スクロール型圧縮機（11）は、吐出冷媒中の冷凍機油量が、他の圧縮機（例えばレシプロ圧縮機）と比較して一般的に大きいという特徴をもつ。即ち、本発明では、油戻し量が不足すると特に損傷を招きやすいスクロール型圧縮機（11）において、圧縮機（11）の油戻り量不足が効果的に解消される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、高圧上昇を招き易い水冷運転時において、高圧が規定圧力よりも高くなると電子膨張弁（14）を強制的に絞ることで、冷媒回路（10）における高圧の異常上昇を回避するようにしている。一方、このように電子膨張弁（14）を絞ると、冷媒循環量が不足してしまい、結果として圧縮機（11）の油戻り量も不足してしまう恐れがあるが、本発明では、このような冷媒循環量不足の状態において、空冷凝縮器ファン（21）を運転させるようにしている。このため、冷媒回路（10）の高圧を確実に低減させることができ、電子膨張弁（14）の開度を増大させることができる。したがって、冷媒回路（10）の高圧異常上昇を未然に回避すると同時に、冷媒回路（10）の冷媒循環量不足を解消し、圧縮機（11）の油戻り量を充分確保することができる。
【００２１】
ここで、第２の発明では、蒸発器（15）の過熱度が規定過熱度を上回る状態が継続すると、空冷凝縮器ファン（21）を運転させるようにしている。したがって、冷媒回路（10）の冷媒循環量不足を適切に検知することでき、圧縮機（11）の油戻り量不足を確実に解消できる。また、本発明によれば、蒸発器（15）の過熱度を検出するためのセンサを、電子膨張弁（14）のスーパーヒート制御と、冷媒循環量不足の検知手段との双方に利用することができる。
【００２２】
また、第３の発明では、電子膨張弁（14）の開度が規定開度よりも小さい状態が継続すると、空冷凝縮器ファン（21）を運転させるようにしている。したがって、冷媒回路（10）の冷媒循環量不足を簡便に検知することができ、圧縮機（11）の油戻り量不足を容易に解消できる。
【００２３】
更に、第４の発明によれば、特に冷凍機油が不足し易いスクロール型圧縮機（11）についての油戻り量不足を解消するようにしたので、第１から第３の発明の効果が一層顕著となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
【００２５】
本実施形態の冷凍装置（1）は、海上輸送等に用いられるコンテナの庫内を冷却するものである。図１に示すように、この冷凍装置（1）は、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を備えている。
【００２６】
冷媒回路（10）には、主な構成機器として、圧縮機（11）、空冷凝縮器（12）、水冷凝縮器（13）、電子膨張弁（14）、蒸発器（15）が順に接続されている。
【００２７】
上記圧縮機（11）は、固定容量式のスクロール型圧縮機で構成されている。上記空冷凝縮器（12）は、庫外に配置されている。この空冷凝縮器（12）の近傍には、空冷凝縮器（12）に庫外空気を送風する空冷凝縮器ファン（21）が設けられている。そして、空冷凝縮器（12）では、空冷凝縮器ファン（21）が送風する庫外空気と冷媒との間で熱交換が行われる。上記水冷凝縮器（13）は、両端が閉塞された円筒状の容器部材（13a）と、容器部材（13a）内に設けられた冷却用の伝熱管（13b）とを備えている。この伝熱管（13b）には、冷却水用の配管が接続されている。そして、水冷凝縮器（13）では、容器部材（13a）内に入った冷媒と、伝熱管（13b）を流れる冷却水との間で熱交換が行われる。更に、この水冷凝縮器（13）の容器部材（13a）は、冷媒回路（10）における過剰の液冷媒を貯留するための受液器を兼ねている。
【００２８】
上記電子膨張弁（14）は、開度が調節可能に構成されている。この電子膨張弁（14）の開度は、蒸発器（15）の過熱度、及び冷媒回路（10）の高圧側の冷媒圧力に応じて調節される。なお、この電子膨張弁（14）の開度制御動作の詳細は後述するものとする。上記蒸発器（15）は、コンテナの庫内に配置されており、庫内を冷却するための冷却用の熱交換器を構成している。この蒸発器（15）の近傍には、蒸発器（15）に庫内空気を送風する蒸発器ファン（22）が設けられている。そして、蒸発器（15）では、蒸発器ファン（22）が送風する庫内空気と冷媒との間で熱交換が行われる。
【００２９】
冷媒回路（10）には、第１電磁弁（SV-1）と第２電磁弁（SV-2）とが接続されている。上記第１電磁弁（SV-1）は、上記水冷凝縮器（13）と上記電子膨張弁（14）との間に設けられている。上記第２電磁弁（SV-2）は、一端が上記圧縮機（11）の吐出側に接続し、他端が上記電子膨張弁（14）と蒸発器（15）との間に接続するバイパス管（20）に設けられている。
【００３０】
更に冷媒回路（10）には、複数のセンサが接続されている。具体的に、冷媒回路（10）には、低圧圧力センサ（31）、高圧圧力センサ（32）、蒸発器入口センサ（33）、及び蒸発器出口センサ（34）が設けられている。上記低圧圧力センサ（31）は、圧縮機（11）の吸入配管に接続されており、冷媒回路（10）の低圧側の冷媒圧力ＬＰＴを検出する。上記高圧圧力センサ（32）は、圧縮機（11）の吐出配管に接続されており、冷媒回路（10）の高圧側の冷媒圧力ＨＰＴを検出する。上記蒸発器入口センサ（33）は、蒸発器（15）の流入側の分流器に接続されており、蒸発器（15）への流入冷媒温度ＥＩＳを検出する。上記蒸発器出口センサ（34）は、蒸発器（15）の流出側に接続されており、蒸発器（15）からの流出冷媒温度ＥＯＳを検出する。
【００３１】
冷凍装置（1）には、制御手段としてのコントローラ（40）も設けられている。このコントローラ（40）は、各センサ（31,32,33,34）等の検出信号に基づいて、上記電子膨張弁（14）、各ファン（21,22）、各電磁弁（SV-1,SV-2）等を制御するように構成されている。
【００３２】
−運転動作−
この冷凍装置（1）は、コンテナの設置状況に応じて空冷運転と水冷運転とを切り換え可能に構成されている。更に、冷凍装置（1）は、蒸発器（15）の伝熱管表面の霜を融解して除霜を行う、デフロスト運転が可能となっている。以下に、各運転動作について詳細に説明する。
【００３３】
<空冷運転>
空冷運転では、空冷凝縮器ファン（21）及び蒸発器ファン（22）が運転される一方、水冷凝縮器（13）への冷却水の供給は停止される。つまり、空冷運転では、空冷凝縮器（12）のみを冷熱源とする冷凍サイクルが行われる。また、空冷運転では、第１電磁弁（SV-1）が開放される一方、第２電磁弁（SV-2）が閉鎖される。更に、電子膨張弁（14）は、蒸発器出口センサ（34）の検出温度と蒸発器入口センサ（33）の検出温度との差、即ち蒸発器（15）の過熱度（ＥＯＳ−ＥＩＳ）に応じて開度が調節される。
【００３４】
圧縮機（11）が運転されると、圧縮機（11）で圧縮された冷媒は、空冷凝縮器ファン（21）が運転状態となる空冷凝縮器（12）へ流入する。空冷凝縮器（12）では、冷媒が庫外空気へ放熱して凝縮する。その後、冷媒は、冷却水が供給されていない状態の水冷凝縮器（13）をそのままの状態で流通し、電子膨張弁（14）を通過する際に減圧されてから蒸発器（15）へ流入する。蒸発器（15）では、冷媒が庫内空気から吸熱して蒸発する。その結果、コンテナの庫内の冷却が行われる。蒸発器（15）で蒸発した冷媒は、圧縮機（11）に吸入され、再び圧縮機（11）で圧縮される。
【００３５】
<水冷運転>
水冷運転では、蒸発器ファン（22）が運転されると同時に空冷凝縮器ファン（21）が停止される一方、水冷凝縮器（13）へ冷却水が供給される。つまり、水冷運転では、水冷凝縮器（13）のみを冷熱源とする冷凍サイクルが行われる。また、水冷運転では、第１電磁弁（SV-1）が開放される一方、第２電磁弁（SV-2）が閉鎖される。更に、電子膨張弁（14）は、原則として、蒸発器出口センサ（34）の検出温度と蒸発器入口センサ（33）の検出温度との差、即ち蒸発器（15）の過熱度（ＥＯＳ−ＥＩＳ）に応じて開度が調節される。
【００３６】
圧縮機（11）が運転されると、圧縮機（11）で圧縮された冷媒は、空冷凝縮器ファン（21）が停止状態となる空冷凝縮器（12）へ流入する。冷媒は、空冷凝縮器（12）をそのままの状態で流通し、冷却水が供給されている状態の水冷凝縮器（13）へ流入する。水冷凝縮器（13）では、冷媒が冷却水へ放熱して凝縮する。その後、冷媒は、電子膨張弁（14）を通過する際に減圧されてから蒸発器（15）へ流入する。蒸発器（15）では、冷媒が庫内空気から吸熱して蒸発する。その結果、コンテナの庫内の冷却が行われる。蒸発器（15）で蒸発した冷媒は、圧縮機（11）に吸入され、再び圧縮機（11）で圧縮される。
【００３７】
以上のような空冷運転と水冷運転とでは、空冷凝縮器（12）と水冷凝縮器（13）との熱交換率の相違等に起因して、水冷運転時よりも空冷運転時の方が必要な冷媒循環量が多くなる。このため、本実施形態の冷凍装置（1）の冷媒回路（10）には、空冷運転で必要な冷媒量を規定冷媒量として冷媒が充填されている。一方、このような冷媒充填量で上記水冷運転を行う場合には、必要な冷媒循環量に対して冷媒充填量が過剰となるため、水冷凝縮器に余剰分の冷媒が寝込んでしまい、冷媒回路の高圧が異常上昇してしまう恐れがある。
【００３８】
そこで、本実施形態の冷凍装置（1）では、水冷運転時の高圧の異常上昇を抑制するように電子膨張弁（ＥＶ）（14）の開度制御を行うようにしている。以下に、電子膨張弁（14）の開度制御について図２のフローチャートを参照しながら説明する。
【００３９】
電子膨張弁（14）の開度制御では、ステップＳ１〜ステップＳ４において、高圧圧力センサ（32）で検出される冷媒圧力（高圧ＨＰＴ）が規定圧力を上回らないように、電子膨張弁（14）の開度が制御される。具体的に、ステップＳ１では、高圧ＨＰＴと第１規定圧力（例えば2300kPa）との比較が行われる。ステップＳ１において、高圧ＨＰＴが第１規定圧力よりも高い場合、ステップＳ２に移行して電子膨張弁（14）の開度が１０％（電子膨張弁の全開の開度に対する１０％分）閉じられる。一方、ステップＳ１において、高圧ＨＰＴが第１規定圧力以下である場合、ステップＳ３へ移行する。ステップＳ３では、高圧ＨＰＴと第２規定圧力（例えば2100kPa）との比較が行われる。ステップＳ３において、高圧ＨＰＴが第２規定圧力よりも高い場合、ステップＳ４へ移行して電子膨張弁（14）の開度が５％閉じられる。一方ステップＳ３において、高圧ＨＰＴが第２規定圧力以下である場合、ステップＳ５へ移行する。以上のように、ステップＳ１〜ステップＳ４では、高圧ＨＰＴが規定圧力を上回ると、電子膨張弁（14）の開度を強制的に絞るようにしているので、上述の水冷運転時における高圧の異常上昇は未然に回避される。
【００４０】
また、ステップＳ５〜ステップＳ８では、蒸発器（15）の過熱度（ＥＯＳ−ＥＩＳ）が１℃〜６℃の範囲に収まるように電子膨張弁（14）の開度が調節される。即ち、ステップＳ５において、過熱度（ＥＯＳ−ＥＩＳ）が１℃よりも小さい場合には、ステップＳ６で電子膨張弁（14）の開度が１．５％閉じられる。一方、ステップＳ７において、過熱度（ＥＯＳ−ＥＩＳ）が６℃よりも大きい場合には、ステップＳ７で電子膨張弁（14）の開度が１．５％開放される。以上のように、ステップＳ５〜ステップＳ８では、過熱度（ＥＯＳ−ＥＩＳ）が所定範囲から外れると、電子膨張弁（14）の開度を適宜調節し、過熱度（ＥＯＳ−ＥＩＳ）を一定に保つようにしている。
【００４１】
ところで、このように電子膨張弁（14）の開度を過熱度に応じて調節する一方、高圧ＨＰＴが規定圧力を上回る場合に電子膨張弁（14）の開度を強制的に絞るような制御を行うと、水冷運転時においては、高圧異常を抑制するために電子膨張弁（14）の開度が継続して絞り状態となる可能性がある。この場合、冷媒回路（10）の冷媒循環量が不足してしまい、圧縮機（11）の油戻り量も不足してしまう恐れがある。このため、本実施形態の冷凍装置（1）では、水冷運転時において、冷媒回路（10）の冷媒循環量が不足していると判断されると、空冷凝縮器ファン（21）を運転させるようにしている。
【００４２】
具体的に、図３の状態遷移図に示すように、水冷運転時において空冷凝縮器ファン（21）が停止している状態において、電子膨張弁（14）の開度が所定時間（例えば１０分）以上継続して規定開度（例えば１５％）以下となる場合、又は蒸発器（15）の過熱度（ＥＯＳ−ＥＩＳ）が所定時間（例えば１０分）以上継続して規定温度（例えば２５℃）を上回る場合、冷媒循環量が不足していると判断されて、コントローラ（40）が空冷凝縮器ファン（21）を運転させる。その結果、空冷凝縮器（12）では、冷媒が空冷凝縮器ファン（21）の送風空気へ放熱して凝縮するため、冷媒回路（10）における高圧ＨＰＴが低下する。その結果、電子膨張弁（14）の開度は過熱度（ＥＯＳ−ＥＩＳ）に応じて次第に増大していくので、冷媒循環量の不足も解消される。
【００４３】
一方、このように空冷凝縮器ファン（21）が運転される状態において、電子膨張弁（14）の開度が所定時間（例えば５分）以上継続して規定開度（例えば４０％）以上となる場合、又は蒸発器（15）の過熱度（ＥＯＳ−ＥＩＳ）が所定時間（例えば５分間）以上継続して規定温度（例えば６℃）より小さい場合、冷媒循環量の不足が解消されたと判断されて、コントローラ（40）が空冷凝縮器ファン（21）を停止させる。
【００４４】
なお、図２のステップＳ９〜Ｓ１１に示すように、水冷運転時にフラグ（ＦＬＧ）＝０の状態で、冷媒循環量不足を解消するために空冷凝縮器ファン（21）を運転させた場合には、電子膨張弁（14）の開度を５％開放して、フラグ（ＦＬＧ）を１とする制御が行われる。つまり、上記フラグは、電子膨張弁（14）を５％開放したか否かの判定フラグであり、このステップＳ９〜Ｓ１１は、水冷運転時に停止状態の空冷凝縮器ファン（21）を運転させる際、一度だけ電子膨張弁（14）の開度を５％開放することを意味する。このようなステップＳ９〜Ｓ１１の制御を行うことで、絞り状態であった電子膨張弁（14）の開度が積極的に開放されることになるので、冷媒循環量不足を迅速に解消することができる。
【００４５】
<デフロスト運転>
次に、上述したデフロスト運転について説明する。この冷凍装置（1）では、まず、蒸発器（15）に貯まった冷媒を一旦圧縮機（11）に吸引して水冷凝縮器（13）側に貯め込むポンプダウン動作を行った後にデフロスト運転が行われる。また、このデフロスト運転では、圧縮機（11）の吐出冷媒を蒸発器（15）にバイパスさせて除霜を行う、いわゆるホットガスデフロストが行われる。
【００４６】
図４に示すように、例えば上記水冷運転時からデフロスト運転時に移行する際には、ステップＳ１１で上記ポンプダウン動作の指令がコントローラ（40）に送られる。その結果、まず空冷凝縮器ファン（21）が運転され（ステップＳ１２）、その１秒後に（ステップＳ１３後に）第１電磁弁（SV-1）が閉鎖される（ステップＳ１４）。その結果、蒸発器（15）内に貯まった冷媒は、圧縮機（11）に吸入された後、水冷凝縮器（13）へ送られる。水冷凝縮器（13）では、冷却水で冷やされた冷媒が凝縮し、容器部材（13a）内に溜まり込む。このポンプダウン動作は、低圧圧力センサ（31）で検出した低圧側の冷媒圧力ＬＰＴが規定圧力（例えば−２０kPa）よりも小さくなるまで継続して行われる（ステップＳ１５）。以上のようにしてポンプダウン動作が終了すると、空冷凝縮器ファン（21）が停止され、第２電磁弁（SV-2）が開放される。その結果、圧縮機（11）の吐出冷媒は、バイパス管（20）を介して蒸発器（15）に送られる。蒸発器（15）では、高温の冷媒が伝熱管を流通するため、伝熱管表面の霜が融解し蒸発器（15）のデフロストが行われる。
【００４７】
このデフロスト運転時には、ステップＳ１４において第１電磁弁（SV-1）を閉鎖してポンプダウン動作を開始する直前に、空冷凝縮器ファン（21）を運転させるようにしている（ステップＳ１２）。このため、例えば空冷凝縮器ファン（21）を事前に運転しない場合には、ポンプダウン動作開始時に冷媒が水冷凝縮器（13）で液冷媒となって貯まり込み高圧が異常上昇してしまう可能性があるのに対し、このように空冷凝縮器ファン（21）を運転させると、ポンプダウン動作開始前から空冷凝縮器（21）で冷媒が凝縮するので、高圧を低減させることができる。したがって、ポンプダウン動作時における高圧の異常上昇を確実に抑えることができ、この冷凍装置（1）のデフロスト運転時における信頼性を向上させることができる。
【００４８】
一方、デフロスト運転が終了すると、第２電磁弁（SV-2）が閉鎖され、更に圧縮機（11）が停止状態となる。その後、再び水冷運転を行う際には、図５のステップＳ２１で一時的に空冷凝縮器ファン（21）を運転させ、電子膨張弁（ＥＶ）（14）の開度を初期開度に維持させる（ステップＳ２２）。更に、圧縮機（11）を運転するとともに第１電磁弁（SV-1）を開放させる（ステップＳ２３）。その後、所定時間（例えば５秒）が経過し、且つ高圧ＨＰＴが規定圧力（例えば１８００kPa）より小さくなると、空冷凝縮器ファン（21）が停止し、上述した水冷運転が再開される。
【００４９】
以上のように、デフロスト運転から水冷運転に移行する際には、空冷凝縮器ファン（21）を一旦運転させるようにしている。その結果、水冷運転の立ち上がり時における高圧の異常上昇を確実に抑えることができる。
【００５０】
−実施形態の効果−
上記実施形態では、水冷運転時において、高圧が規定圧力よりも高くなると電子膨張弁（14）を強制的に絞るようにし、高圧の異常上昇を抑えるようにしている。したがって、冷凍装置（1）の信頼性の向上を図ることができる。一方、水冷運転時に電子膨張弁（14）を絞ることで冷媒循環量が不足すると、コントローラ（40）がこの冷媒循環量不足を過熱度（ＥＯＳ−ＥＩＳ）又は電子膨張弁（14）の開度によって検知し、空冷凝縮器ファン（21）を運転させるようにしている。その結果、高圧を低下させることができるので、電子膨張弁（14）の開度を過熱度（ＥＯＳ−ＥＩＳ）に応じて徐々に開放させることができる。このため、水冷運転時における冷媒循環量不足を解消できるので、圧縮機（11）の油戻り量を充分確保することができる。したがって、圧縮機（11）の損傷を未然に回避することができ、この冷凍装置（1）の信頼性を一層向上させることができる。
【００５１】
なお、以上の実施形態は、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。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上説明したように、本発明は、水冷凝縮器と空冷凝縮器とのいずれか一方を冷熱源として冷媒を凝縮させる冷凍装置の圧縮機の油戻し対策として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施形態の冷凍装置の概略構成を示す配管系統図である。
【図２】電子膨張弁の制御動作を示すフローチャートである。
【図３】水冷運転時における空冷凝縮器ファンの状態遷移図である。
【図４】デフロスト運転開始時の制御動作を示すフローチャートである。
【図５】デフロスト運転から水冷運転へ移行する際の制御動作を示すフローチャートである。
【図６】従来の冷凍装置の概略構成を示す配管系統図である。
【符号の説明】
【００５４】
1    冷凍装置
10   冷媒回路
11   スクロール型圧縮機（圧縮機）
12   空冷凝縮器
13   水冷凝縮器
14   電子膨張弁
15   蒸発器
21   空冷凝縮器ファン
40   コントローラ（制御手段）
【図１】
2007071504.tif 000003
【図２】
2007071504.tif 000004
【図３】
2007071504.tif 000005
【図４】
2007071504.tif 000006
【図５】
2007071504.tif 000007
【図６】
2007071504.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成19年2月6日(2007.2.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（11）、空冷凝縮器（12）、水冷凝縮器（13）、電子膨張弁（14）、及び蒸発器（15）が接続されると共に冷媒が循環して冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）と、上記空冷凝縮器（12）へ空気を送風する空冷凝縮器ファン（21）とを備え、
上記空冷凝縮器ファン（21）が運転された状態の空冷凝縮器（12）と、冷却水の供給が停止された状態の水冷凝縮器（13）とに冷媒を通過させる空冷運転と、空冷凝縮器ファン（21）が停止された状態の空冷凝縮器（12）と、冷却水が供給された状態の水冷凝縮器（13）とに冷媒を通過させる水冷運転とを切り換えて行うように構成され、
上記電子膨張弁（14）は、上記蒸発器（15）の冷媒過熱度に応じて開度が調節される一方、冷媒回路（10）の高圧が規定圧力より高くなると、開度が強制的に絞られる冷凍装置であって、
上記水冷運転中に冷媒回路（10）の冷媒循環量が不足していると判断すると、空冷凝縮器ファン（21）を運転させる制御手段（40）を備え、
上記制御手段（40）は、上記蒸発器（15）での冷媒過熱度が規定過熱度を上回る状態が所定時間継続すると、冷媒循環量が不足していると判断して上記空冷凝縮器ファン（21）を運転させることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
圧縮機（11）、空冷凝縮器（12）、水冷凝縮器（13）、電子膨張弁（14）、及び蒸発器（15）が接続されると共に冷媒が循環して冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）と、上記空冷凝縮器（12）へ空気を送風する空冷凝縮器ファン（21）とを備え、
上記空冷凝縮器ファン（21）が運転された状態の空冷凝縮器（12）と、冷却水の供給が停止された状態の水冷凝縮器（13）とに冷媒を通過させる空冷運転と、空冷凝縮器ファン（21）が停止された状態の空冷凝縮器（12）と、冷却水が供給された状態の水冷凝縮器（13）とに冷媒を通過させる水冷運転とを切り換えて行うように構成され、
上記電子膨張弁（14）は、上記蒸発器（15）の冷媒過熱度に応じて開度が調節される一方、冷媒回路（10）の高圧が規定圧力より高くなると、開度が強制的に絞られる冷凍装置であって、
上記水冷運転中に冷媒回路（10）の冷媒循環量が不足していると判断すると、空冷凝縮器ファン（21）を運転させる制御手段（40）を備え、
上記制御手段（40）は、上記電子膨張弁（14）の開度が規定開度より小さい状態が所定時間継続すると、冷媒循環量が不足していると判断して上記空冷凝縮器ファン（21）を運転させることを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
上記圧縮機は、スクロール型圧縮機（11）で構成されていることを特徴とする冷凍装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水冷凝縮器と空冷凝縮器とのいずれか一方を冷熱源として冷媒を凝縮させる冷凍装置に関し、特に、この冷凍装置の圧縮機の油戻し対策に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、海上コンテナ等に利用されてコンテナの庫内を冷却する冷凍装置が知られている。海上コンテナに利用される冷凍装置では、船上の設備によって、空気を冷熱源として利用できない場合がある。そのため、例えば特許文献１には、空冷凝縮器と水冷凝縮器とを備え、空気を冷熱源として冷媒を凝縮させる空冷運転と、冷却水を冷熱源として冷媒を凝縮させる水冷運転とをコンテナの設置状況に応じて切り換えて行う冷凍装置が開示されている。
【０００３】
具体的に、この冷凍装置には、例えば図６に示すように、圧縮機（61）、空冷凝縮器（62）、水冷凝縮器（63）、電子膨張弁（64）、及び蒸発器（65）が順に接続されて蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷媒回路（60）が設けられている。上記空冷凝縮器（62）はコンテナの庫外に配置されており、該空冷凝縮器（62）の近傍には空冷凝縮器ファン（66）が設置されている。一方、上記水冷凝縮器（63）には、冷却水が供給可能に構成されている。また、上記蒸発器（65）はコンテナの庫内に配置されており、該蒸発器（65）の近傍には蒸発器ファン（67）が設置されている。
【０００４】
この冷凍装置の空冷運転時には、上記空冷凝縮器ファン（66）及び蒸発器ファン（67）が運転され、水冷凝縮器（63）への冷却水の供給が停止される。圧縮機（61）で圧縮された冷媒が空冷凝縮器（62）へ送られると、空冷凝縮器（62）では、空冷凝縮器ファン（66）が送風する庫外空気と冷媒とが熱交換し、冷媒は庫外空気へ放熱して凝縮する。その後、冷媒は水冷凝縮器（63）をそのまま通過し、電子膨張弁（64）で減圧された後、蒸発器（65）へ流入する。蒸発器（65）では、蒸発器ファン（67）が送風する庫内空気と、冷媒とが熱交換し、冷媒は庫内空気から吸熱して蒸発する。その結果、コンテナの庫内空気の冷却が行われる。蒸発器（65）で蒸発した冷媒は、圧縮機（61）に吸入されて、再び所定圧力まで圧縮される。
【０００５】
一方、水冷運転時には、上記空冷凝縮器ファン（66）が停止され、蒸発器ファン（67）が運転されると同時に、水冷凝縮器（63）へ冷却水が供給される。したがって、圧縮機（61）で圧縮された冷媒は、実質的に空冷凝縮器（62）では凝縮されず、水冷凝縮器（63）の冷却水へ放熱して凝縮する。水冷凝縮器（63）で凝縮した冷媒は、上述の空冷運転と同様にして、電子膨張弁（64）及び蒸発器（65）を流通し、コンテナの庫内の冷却に利用される。
【特許文献１】特開２００４−３４０５２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、一般に空冷凝縮器は、水冷凝縮器よりも熱交換率が低く、空冷凝縮器の方が水冷凝縮器よりも大型となる。このため、上述の空冷運転と水冷運転とを切り換えて行う冷凍装置では、一般的に水冷運転時よりも空冷運転時の方が冷媒回路における必要な冷媒量が多くなる。したがって、冷媒回路内には、空冷運転で必要な冷媒量を規定冷媒量として冷媒が充填されることになる。一方、このような冷媒充填量で上述の水冷運転を行うと、必要な冷媒循環量に対して冷媒充填量が過剰となるため、上記水冷凝縮器には余剰分の冷媒が液状態となって貯まってしまい、冷媒回路の高圧が異常上昇してしまうことがあった。
【０００７】
このような従来の問題を解決する手段としては、冷媒回路の高圧が上限の規定圧力を上回ると、上記電子膨張弁の開度を絞り込み、高圧を低減させることが考えられる。つまり、通常の運転状態では、蒸発器の過熱度に応じて電子膨張弁の開度を調節するが、高圧が異常上昇する場合には、電子膨張弁を強制的に絞り込んで冷媒循環量を下げることで、冷媒回路の高圧上昇を未然に回避することができる。
【０００８】
しかしながら、このように電子膨張弁を強制的に絞り込んで、冷媒回路の冷媒循環量を削減すると、圧縮機の吐出冷媒中の冷凍機油が再び圧縮機に吸入されて回収される油戻り量も減少してしまう。その結果、圧縮機の圧縮機構等を潤滑するための冷凍機油量が不足してしまい、結果として、圧縮機の損傷を招く恐れがあった。
【０００９】
本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、空冷運転と水冷運転とを切り換えて行う冷凍装置において、水冷運転時の高圧上昇を抑えながら、圧縮機の油戻り量を充分確保できるようにすることである。  
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、圧縮機（11）、空冷凝縮器（12）、水冷凝縮器（13）、電子膨張弁（14）、及び蒸発器（15）が接続されると共に冷媒が循環して冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）と、上記空冷凝縮器（12）へ空気を送風する空冷凝縮器ファン（21）とを備え、上記空冷凝縮器ファン（21）が運転された状態の空冷凝縮器（12）と、冷却水の供給が停止された状態の水冷凝縮器（13）とに冷媒を通過させる空冷運転と、空冷凝縮器ファン（21）が停止された状態の空冷凝縮器（12）と、冷却水が供給された状態の水冷凝縮器（13）とに冷媒を通過させる水冷運転とを切り換えて行うように構成され、上記電子膨張弁（14）は、上記蒸発器（15）の冷媒過熱度に応じて開度が調節される一方、冷媒回路（10）の高圧が規定圧力より高くなると、開度が強制的に絞られる冷凍装置を前提としている。そして、この冷凍装置は、上記水冷運転中に冷媒回路（10）の冷媒循環量が不足していると判断すると、空冷凝縮器ファン（21）を運転させる制御手段（40）を備え、上記制御手段（40）が、上記蒸発器（15）の冷媒過熱度が規定過熱度を上回る状態が所定時間継続すると、冷媒循環量が不足していると判断して上記空冷凝縮器ファン（21）を運転させることを特徴とするものである。
【００１１】
第１の発明の冷凍装置では、空冷凝縮器ファン（21）を運転させると同時に水冷凝縮器（13）への冷却水の供給を停止し、空冷凝縮器（12）を冷熱源とする空冷運転と、空冷凝縮器ファン（21）を停止させると同時に水冷凝縮器（13）へ冷却水を供給し、水冷凝縮器（13）を冷熱源とする水冷運転とが切り換えて行われる。
【００１２】
上述したように、上記水冷運転では冷媒回路（10）の冷媒が過剰となり冷媒の高圧側の圧力が上昇し易くなる。このため、本発明の冷凍装置の電子膨張弁（14）は、基本的には蒸発器（15）の過熱度に応じて開度が調節されるものの、高圧が規定圧力より高くなると、その開度が強制的に絞られて高圧上昇を抑制しようとする。ところが、このように電子膨張弁（14）の開度が絞られた状態が継続すると、冷媒回路（10）における冷媒循環量が減少してしまい、圧縮機（11）の油戻り量が不足することになってしまう。
【００１３】
本発明では、このような圧縮機（11）の油戻り量の不足を未然に回避すべく、水冷運転中に冷媒回路（10）で冷媒循環量が不足していると判定されると、制御手段（40）が上記空冷凝縮器ファン（21）を運転させる。その結果、空冷凝縮器（12）では、空冷凝縮器ファン（21）が送風する空気と冷媒とが熱交換するため、冷媒は空冷凝縮器（12）と水冷凝縮器（13）との双方で凝縮されることになる。このため、冷媒回路（10）の冷媒圧力が低下し、高圧を規定圧力より低い圧力とすることができる。その結果、強制的に絞られていた状態の電子膨張弁（14）の開度を大きくすることができるので、冷媒回路（10）の冷媒循環量も多くなり、圧縮機（11）の油戻り量不足も解消される。
【００１４】
また、第１の発明では、水冷運転時において冷媒回路（10）の冷媒循環量が不足していることを蒸発器（15）の冷媒過熱度によって判断する。つまり、蒸発器（15）の過熱度が規定過熱度よりも高い状態が継続している場合、蒸発器（15）を流れる冷媒量、すなわち冷媒循環量が明らかに不足していると推測できるので、このような場合には制御手段（40）が空冷凝縮器ファン（21）を運転させて冷媒回路（10）の高圧を低下させる。その結果、電子膨張弁（14）の開度を大きくすることができるので、冷媒回路（10）の冷媒循環量も多くなり、圧縮機（11）の油戻り量不足も解消される。
【００１５】
第２の発明は、圧縮機（11）、空冷凝縮器（12）、水冷凝縮器（13）、電子膨張弁（14）、及び蒸発器（15）が接続されると共に冷媒が循環して冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）と、上記空冷凝縮器（12）へ空気を送風する空冷凝縮器ファン（21）とを備え、上記空冷凝縮器ファン（21）が運転された状態の空冷凝縮器（12）と、冷却水の供給が停止された状態の水冷凝縮器（13）とに冷媒を通過させる空冷運転と、空冷凝縮器ファン（21）が停止された状態の空冷凝縮器（12）と、冷却水が供給された状態の水冷凝縮器（13）とに冷媒を通過させる水冷運転とを切り換えて行うように構成され、上記電子膨張弁（14）は、上記蒸発器（15）の冷媒過熱度に応じて開度が調節される一方、冷媒回路（10）の高圧が規定圧力より高くなると、開度が強制的に絞られる冷凍装置を前提としている。そして、この冷凍装置は、上記水冷運転中に冷媒回路（10）の冷媒循環量が不足していると判断すると、空冷凝縮器ファン（21）を運転させる制御手段（40）を備え、上記制御手段（40）が、上記電子膨張弁（14）の開度が規定開度より小さい状態が所定時間継続すると、冷媒循環量が不足していると判断して上記空冷凝縮器ファン（21）を運転させることを特徴とするものである。
【００１６】
第２の発明では、水冷運転時において冷媒回路（10）の冷媒循環量が不足していることを電子膨張弁（14）の開度によって判断する。つまり、電子膨張弁（14）の開度が規定開度より小さい状態が継続している場合、冷媒循環量が明らかに不足していると推測できるので、このような場合には制御手段（40）が空冷凝縮器ファン（21）を運転させて冷媒回路（10）の高圧を低下させる。その結果、電子膨張弁（14）の開度を大きくすることができるので、冷媒回路（10）の冷媒循環量も多くなり、圧縮機（11）の油戻り量不足も解消される。
【００１７】
第３の発明は、第１又は第２の発明の冷凍装置において、上記圧縮機は、スクロール型圧縮機（11）で構成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
第３の発明では、冷媒回路（10）に接続される圧縮機として、スクロール型圧縮機（11）が用いられる。スクロール型圧縮機（11）は、吐出冷媒中の冷凍機油量が、他の圧縮機（例えばレシプロ圧縮機）と比較して一般的に大きいという特徴をもつ。即ち、本発明では、油戻し量が不足すると特に損傷を招きやすいスクロール型圧縮機（11）において、圧縮機（11）の油戻り量不足が効果的に解消される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、高圧上昇を招き易い水冷運転時において、高圧が規定圧力よりも高くなると電子膨張弁（14）を強制的に絞ることで、冷媒回路（10）における高圧の異常上昇を回避するようにしている。一方、このように電子膨張弁（14）を絞ると、冷媒循環量が不足してしまい、結果として圧縮機（11）の油戻り量も不足してしまう恐れがあるが、本発明では、このような冷媒循環量不足の状態において、空冷凝縮器ファン（21）を運転させるようにしている。このため、冷媒回路（10）の高圧を確実に低減させることができ、電子膨張弁（14）の開度を増大させることができる。したがって、冷媒回路（10）の高圧異常上昇を未然に回避すると同時に、冷媒回路（10）の冷媒循環量不足を解消し、圧縮機（11）の油戻り量を充分確保することができる。
【００２０】
ここで、第１の発明では、蒸発器（15）の過熱度が規定過熱度を上回る状態が継続すると、空冷凝縮器ファン（21）を運転させるようにしている。したがって、冷媒回路（10）の冷媒循環量不足を適切に検知することでき、圧縮機（11）の油戻り量不足を確実に解消できる。また、本発明によれば、蒸発器（15）の過熱度を検出するためのセンサを、電子膨張弁（14）のスーパーヒート制御と、冷媒循環量不足の検知手段との双方に利用することができる。
【００２１】
また、第２の発明では、電子膨張弁（14）の開度が規定開度よりも小さい状態が継続すると、空冷凝縮器ファン（21）を運転させるようにしている。したがって、冷媒回路（10）の冷媒循環量不足を簡便に検知することができ、圧縮機（11）の油戻り量不足を容易に解消できる。
【００２２】
更に、第３の発明によれば、特に冷凍機油が不足し易いスクロール型圧縮機（11）についての油戻り量不足を解消するようにしたので、第１から第３の発明の効果が一層顕著となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。
【００２４】
本実施形態の冷凍装置（1）は、海上輸送等に用いられるコンテナの庫内を冷却するものである。図１に示すように、この冷凍装置（1）は、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を備えている。
【００２５】
冷媒回路（10）には、主な構成機器として、圧縮機（11）、空冷凝縮器（12）、水冷凝縮器（13）、電子膨張弁（14）、蒸発器（15）が順に接続されている。
【００２６】
上記圧縮機（11）は、固定容量式のスクロール型圧縮機で構成されている。上記空冷凝縮器（12）は、庫外に配置されている。この空冷凝縮器（12）の近傍には、空冷凝縮器（12）に庫外空気を送風する空冷凝縮器ファン（21）が設けられている。そして、空冷凝縮器（12）では、空冷凝縮器ファン（21）が送風する庫外空気と冷媒との間で熱交換が行われる。上記水冷凝縮器（13）は、両端が閉塞された円筒状の容器部材（13a）と、容器部材（13a）内に設けられた冷却用の伝熱管（13b）とを備えている。この伝熱管（13b）には、冷却水用の配管が接続されている。そして、水冷凝縮器（13）では、容器部材（13a）内に入った冷媒と、伝熱管（13b）を流れる冷却水との間で熱交換が行われる。更に、この水冷凝縮器（13）の容器部材（13a）は、冷媒回路（10）における過剰の液冷媒を貯留するための受液器を兼ねている。
【００２７】
上記電子膨張弁（14）は、開度が調節可能に構成されている。この電子膨張弁（14）の開度は、蒸発器（15）の過熱度、及び冷媒回路（10）の高圧側の冷媒圧力に応じて調節される。なお、この電子膨張弁（14）の開度制御動作の詳細は後述するものとする。上記蒸発器（15）は、コンテナの庫内に配置されており、庫内を冷却するための冷却用の熱交換器を構成している。この蒸発器（15）の近傍には、蒸発器（15）に庫内空気を送風する蒸発器ファン（22）が設けられている。そして、蒸発器（15）では、蒸発器ファン（22）が送風する庫内空気と冷媒との間で熱交換が行われる。
【００２８】
冷媒回路（10）には、第１電磁弁（SV-1）と第２電磁弁（SV-2）とが接続されている。上記第１電磁弁（SV-1）は、上記水冷凝縮器（13）と上記電子膨張弁（14）との間に設けられている。上記第２電磁弁（SV-2）は、一端が上記圧縮機（11）の吐出側に接続し、他端が上記電子膨張弁（14）と蒸発器（15）との間に接続するバイパス管（20）に設けられている。
【００２９】
更に冷媒回路（10）には、複数のセンサが接続されている。具体的に、冷媒回路（10）には、低圧圧力センサ（31）、高圧圧力センサ（32）、蒸発器入口センサ（33）、及び蒸発器出口センサ（34）が設けられている。上記低圧圧力センサ（31）は、圧縮機（11）の吸入配管に接続されており、冷媒回路（10）の低圧側の冷媒圧力ＬＰＴを検出する。上記高圧圧力センサ（32）は、圧縮機（11）の吐出配管に接続されており、冷媒回路（10）の高圧側の冷媒圧力ＨＰＴを検出する。上記蒸発器入口センサ（33）は、蒸発器（15）の流入側の分流器に接続されており、蒸発器（15）への流入冷媒温度ＥＩＳを検出する。上記蒸発器出口センサ（34）は、蒸発器（15）の流出側に接続されており、蒸発器（15）からの流出冷媒温度ＥＯＳを検出する。
【００３０】
冷凍装置（1）には、制御手段としてのコントローラ（40）も設けられている。このコントローラ（40）は、各センサ（31,32,33,34）等の検出信号に基づいて、上記電子膨張弁（14）、各ファン（21,22）、各電磁弁（SV-1,SV-2）等を制御するように構成されている。
【００３１】
−運転動作−
この冷凍装置（1）は、コンテナの設置状況に応じて空冷運転と水冷運転とを切り換え可能に構成されている。更に、冷凍装置（1）は、蒸発器（15）の伝熱管表面の霜を融解して除霜を行う、デフロスト運転が可能となっている。以下に、各運転動作について詳細に説明する。
【００３２】
<空冷運転>
空冷運転では、空冷凝縮器ファン（21）及び蒸発器ファン（22）が運転される一方、水冷凝縮器（13）への冷却水の供給は停止される。つまり、空冷運転では、空冷凝縮器（12）のみを冷熱源とする冷凍サイクルが行われる。また、空冷運転では、第１電磁弁（SV-1）が開放される一方、第２電磁弁（SV-2）が閉鎖される。更に、電子膨張弁（14）は、蒸発器出口センサ（34）の検出温度と蒸発器入口センサ（33）の検出温度との差、即ち蒸発器（15）の過熱度（ＥＯＳ−ＥＩＳ）に応じて開度が調節される。
【００３３】
圧縮機（11）が運転されると、圧縮機（11）で圧縮された冷媒は、空冷凝縮器ファン（21）が運転状態となる空冷凝縮器（12）へ流入する。空冷凝縮器（12）では、冷媒が庫外空気へ放熱して凝縮する。その後、冷媒は、冷却水が供給されていない状態の水冷凝縮器（13）をそのままの状態で流通し、電子膨張弁（14）を通過する際に減圧されてから蒸発器（15）へ流入する。蒸発器（15）では、冷媒が庫内空気から吸熱して蒸発する。その結果、コンテナの庫内の冷却が行われる。蒸発器（15）で蒸発した冷媒は、圧縮機（11）に吸入され、再び圧縮機（11）で圧縮される。
【００３４】
<水冷運転>
水冷運転では、蒸発器ファン（22）が運転されると同時に空冷凝縮器ファン（21）が停止される一方、水冷凝縮器（13）へ冷却水が供給される。つまり、水冷運転では、水冷凝縮器（13）のみを冷熱源とする冷凍サイクルが行われる。また、水冷運転では、第１電磁弁（SV-1）が開放される一方、第２電磁弁（SV-2）が閉鎖される。更に、電子膨張弁（14）は、原則として、蒸発器出口センサ（34）の検出温度と蒸発器入口センサ（33）の検出温度との差、即ち蒸発器（15）の過熱度（ＥＯＳ−ＥＩＳ）に応じて開度が調節される。
【００３５】
圧縮機（11）が運転されると、圧縮機（11）で圧縮された冷媒は、空冷凝縮器ファン（21）が停止状態となる空冷凝縮器（12）へ流入する。冷媒は、空冷凝縮器（12）をそのままの状態で流通し、冷却水が供給されている状態の水冷凝縮器（13）へ流入する。水冷凝縮器（13）では、冷媒が冷却水へ放熱して凝縮する。その後、冷媒は、電子膨張弁（14）を通過する際に減圧されてから蒸発器（15）へ流入する。蒸発器（15）では、冷媒が庫内空気から吸熱して蒸発する。その結果、コンテナの庫内の冷却が行われる。蒸発器（15）で蒸発した冷媒は、圧縮機（11）に吸入され、再び圧縮機（11）で圧縮される。
【００３６】
以上のような空冷運転と水冷運転とでは、空冷凝縮器（12）と水冷凝縮器（13）との熱交換率の相違等に起因して、水冷運転時よりも空冷運転時の方が必要な冷媒循環量が多くなる。このため、本実施形態の冷凍装置（1）の冷媒回路（10）には、空冷運転で必要な冷媒量を規定冷媒量として冷媒が充填されている。一方、このような冷媒充填量で上記水冷運転を行う場合には、必要な冷媒循環量に対して冷媒充填量が過剰となるため、水冷凝縮器に余剰分の冷媒が寝込んでしまい、冷媒回路の高圧が異常上昇してしまう恐れがある。
【００３７】
そこで、本実施形態の冷凍装置（1）では、水冷運転時の高圧の異常上昇を抑制するように電子膨張弁（ＥＶ）（14）の開度制御を行うようにしている。以下に、電子膨張弁（14）の開度制御について図２のフローチャートを参照しながら説明する。
【００３８】
電子膨張弁（14）の開度制御では、ステップＳ１〜ステップＳ４において、高圧圧力センサ（32）で検出される冷媒圧力（高圧ＨＰＴ）が規定圧力を上回らないように、電子膨張弁（14）の開度が制御される。具体的に、ステップＳ１では、高圧ＨＰＴと第１規定圧力（例えば2300kPa）との比較が行われる。ステップＳ１において、高圧ＨＰＴが第１規定圧力よりも高い場合、ステップＳ２に移行して電子膨張弁（14）の開度が１０％（電子膨張弁の全開の開度に対する１０％分）閉じられる。一方、ステップＳ１において、高圧ＨＰＴが第１規定圧力以下である場合、ステップＳ３へ移行する。ステップＳ３では、高圧ＨＰＴと第２規定圧力（例えば2100kPa）との比較が行われる。ステップＳ３において、高圧ＨＰＴが第２規定圧力よりも高い場合、ステップＳ４へ移行して電子膨張弁（14）の開度が５％閉じられる。一方ステップＳ３において、高圧ＨＰＴが第２規定圧力以下である場合、ステップＳ５へ移行する。以上のように、ステップＳ１〜ステップＳ４では、高圧ＨＰＴが規定圧力を上回ると、電子膨張弁（14）の開度を強制的に絞るようにしているので、上述の水冷運転時における高圧の異常上昇は未然に回避される。
【００３９】
また、ステップＳ５〜ステップＳ８では、蒸発器（15）の過熱度（ＥＯＳ−ＥＩＳ）が１℃〜６℃の範囲に収まるように電子膨張弁（14）の開度が調節される。即ち、ステップＳ５において、過熱度（ＥＯＳ−ＥＩＳ）が１℃よりも小さい場合には、ステップＳ６で電子膨張弁（14）の開度が１．５％閉じられる。一方、ステップＳ７において、過熱度（ＥＯＳ−ＥＩＳ）が６℃よりも大きい場合には、ステップＳ７で電子膨張弁（14）の開度が１．５％開放される。以上のように、ステップＳ５〜ステップＳ８では、過熱度（ＥＯＳ−ＥＩＳ）が所定範囲から外れると、電子膨張弁（14）の開度を適宜調節し、過熱度（ＥＯＳ−ＥＩＳ）を一定に保つようにしている。
【００４０】
ところで、このように電子膨張弁（14）の開度を過熱度に応じて調節する一方、高圧ＨＰＴが規定圧力を上回る場合に電子膨張弁（14）の開度を強制的に絞るような制御を行うと、水冷運転時においては、高圧異常を抑制するために電子膨張弁（14）の開度が継続して絞り状態となる可能性がある。この場合、冷媒回路（10）の冷媒循環量が不足してしまい、圧縮機（11）の油戻り量も不足してしまう恐れがある。このため、本実施形態の冷凍装置（1）では、水冷運転時において、冷媒回路（10）の冷媒循環量が不足していると判断されると、空冷凝縮器ファン（21）を運転させるようにしている。
【００４１】
具体的に、図３の状態遷移図に示すように、水冷運転時において空冷凝縮器ファン（21）が停止している状態において、電子膨張弁（14）の開度が所定時間（例えば１０分）以上継続して規定開度（例えば１５％）以下となる場合、又は蒸発器（15）の過熱度（ＥＯＳ−ＥＩＳ）が所定時間（例えば１０分）以上継続して規定温度（例えば２５℃）を上回る場合、冷媒循環量が不足していると判断されて、コントローラ（40）が空冷凝縮器ファン（21）を運転させる。その結果、空冷凝縮器（12）では、冷媒が空冷凝縮器ファン（21）の送風空気へ放熱して凝縮するため、冷媒回路（10）における高圧ＨＰＴが低下する。その結果、電子膨張弁（14）の開度は過熱度（ＥＯＳ−ＥＩＳ）に応じて次第に増大していくので、冷媒循環量の不足も解消される。
【００４２】
一方、このように空冷凝縮器ファン（21）が運転される状態において、電子膨張弁（14）の開度が所定時間（例えば５分）以上継続して規定開度（例えば４０％）以上となる場合、又は蒸発器（15）の過熱度（ＥＯＳ−ＥＩＳ）が所定時間（例えば５分間）以上継続して規定温度（例えば６℃）より小さい場合、冷媒循環量の不足が解消されたと判断されて、コントローラ（40）が空冷凝縮器ファン（21）を停止させる。
【００４３】
なお、図２のステップＳ９〜Ｓ１１に示すように、水冷運転時にフラグ（ＦＬＧ）＝０の状態で、冷媒循環量不足を解消するために空冷凝縮器ファン（21）を運転させた場合には、電子膨張弁（14）の開度を５％開放して、フラグ（ＦＬＧ）を１とする制御が行われる。つまり、上記フラグは、電子膨張弁（14）を５％開放したか否かの判定フラグであり、このステップＳ９〜Ｓ１１は、水冷運転時に停止状態の空冷凝縮器ファン（21）を運転させる際、一度だけ電子膨張弁（14）の開度を５％開放することを意味する。このようなステップＳ９〜Ｓ１１の制御を行うことで、絞り状態であった電子膨張弁（14）の開度が積極的に開放されることになるので、冷媒循環量不足を迅速に解消することができる。
【００４４】
<デフロスト運転>
次に、上述したデフロスト運転について説明する。この冷凍装置（1）では、まず、蒸発器（15）に貯まった冷媒を一旦圧縮機（11）に吸引して水冷凝縮器（13）側に貯め込むポンプダウン動作を行った後にデフロスト運転が行われる。また、このデフロスト運転では、圧縮機（11）の吐出冷媒を蒸発器（15）にバイパスさせて除霜を行う、いわゆるホットガスデフロストが行われる。
【００４５】
図４に示すように、例えば上記水冷運転時からデフロスト運転時に移行する際には、ステップＳ１１で上記ポンプダウン動作の指令がコントローラ（40）に送られる。その結果、まず空冷凝縮器ファン（21）が運転され（ステップＳ１２）、その１秒後に（ステップＳ１３後に）第１電磁弁（SV-1）が閉鎖される（ステップＳ１４）。その結果、蒸発器（15）内に貯まった冷媒は、圧縮機（11）に吸入された後、水冷凝縮器（13）へ送られる。水冷凝縮器（13）では、冷却水で冷やされた冷媒が凝縮し、容器部材（13a）内に溜まり込む。このポンプダウン動作は、低圧圧力センサ（31）で検出した低圧側の冷媒圧力ＬＰＴが規定圧力（例えば−２０kPa）よりも小さくなるまで継続して行われる（ステップＳ１５）。以上のようにしてポンプダウン動作が終了すると、空冷凝縮器ファン（21）が停止され、第２電磁弁（SV-2）が開放される。その結果、圧縮機（11）の吐出冷媒は、バイパス管（20）を介して蒸発器（15）に送られる。蒸発器（15）では、高温の冷媒が伝熱管を流通するため、伝熱管表面の霜が融解し蒸発器（15）のデフロストが行われる。
【００４６】
このデフロスト運転時には、ステップＳ１４において第１電磁弁（SV-1）を閉鎖してポンプダウン動作を開始する直前に、空冷凝縮器ファン（21）を運転させるようにしている（ステップＳ１２）。このため、例えば空冷凝縮器ファン（21）を事前に運転しない場合には、ポンプダウン動作開始時に冷媒が水冷凝縮器（13）で液冷媒となって貯まり込み高圧が異常上昇してしまう可能性があるのに対し、このように空冷凝縮器ファン（21）を運転させると、ポンプダウン動作開始前から空冷凝縮器（21）で冷媒が凝縮するので、高圧を低減させることができる。したがって、ポンプダウン動作時における高圧の異常上昇を確実に抑えることができ、この冷凍装置（1）のデフロスト運転時における信頼性を向上させることができる。
【００４７】
一方、デフロスト運転が終了すると、第２電磁弁（SV-2）が閉鎖され、更に圧縮機（11）が停止状態となる。その後、再び水冷運転を行う際には、図５のステップＳ２１で一時的に空冷凝縮器ファン（21）を運転させ、電子膨張弁（ＥＶ）（14）の開度を初期開度に維持させる（ステップＳ２２）。更に、圧縮機（11）を運転するとともに第１電磁弁（SV-1）を開放させる（ステップＳ２３）。その後、所定時間（例えば５秒）が経過し、且つ高圧ＨＰＴが規定圧力（例えば１８００kPa）より小さくなると、空冷凝縮器ファン（21）が停止し、上述した水冷運転が再開される。
【００４８】
以上のように、デフロスト運転から水冷運転に移行する際には、空冷凝縮器ファン（21）を一旦運転させるようにしている。その結果、水冷運転の立ち上がり時における高圧の異常上昇を確実に抑えることができる。
【００４９】
−実施形態の効果−
上記実施形態では、水冷運転時において、高圧が規定圧力よりも高くなると電子膨張弁（14）を強制的に絞るようにし、高圧の異常上昇を抑えるようにしている。したがって、冷凍装置（1）の信頼性の向上を図ることができる。一方、水冷運転時に電子膨張弁（14）を絞ることで冷媒循環量が不足すると、コントローラ（40）がこの冷媒循環量不足を過熱度（ＥＯＳ−ＥＩＳ）又は電子膨張弁（14）の開度によって検知し、空冷凝縮器ファン（21）を運転させるようにしている。その結果、高圧を低下させることができるので、電子膨張弁（14）の開度を過熱度（ＥＯＳ−ＥＩＳ）に応じて徐々に開放させることができる。このため、水冷運転時における冷媒循環量不足を解消できるので、圧縮機（11）の油戻り量を充分確保することができる。したがって、圧縮機（11）の損傷を未然に回避することができ、この冷凍装置（1）の信頼性を一層向上させることができる。
【００５０】
なお、以上の実施形態は、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。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上説明したように、本発明は、水冷凝縮器と空冷凝縮器とのいずれか一方を冷熱源として冷媒を凝縮させる冷凍装置の圧縮機の油戻し対策として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施形態の冷凍装置の概略構成を示す配管系統図である。
【図２】電子膨張弁の制御動作を示すフローチャートである。
【図３】水冷運転時における空冷凝縮器ファンの状態遷移図である。
【図４】デフロスト運転開始時の制御動作を示すフローチャートである。
【図５】デフロスト運転から水冷運転へ移行する際の制御動作を示すフローチャートである。
【図６】従来の冷凍装置の概略構成を示す配管系統図である。
【符号の説明】
【００５３】
1    冷凍装置
10   冷媒回路
11   スクロール型圧縮機（圧縮機）
12   空冷凝縮器
13   水冷凝縮器
14   電子膨張弁
15   蒸発器
21   空冷凝縮器ファン
40   コントローラ（制御手段）