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特集論

コンビニ配送に最適な冷媒加温式
２室用陸上レフユニット

文Transport Refrigeration System of Multi
Temperature Control by Refrigerant Heating
which is Suitable for Convenience StoreDelivery
田 中 孝 史＊1

菊 池 文 男＊2

藤原誠＊3

赤 澤 公 雄＊4

板伊藤潔＊6

Takashi Tanaka

Kimio Akazawa

Fumio Kikuchi

鼻勉＊5

Tsutomu Itahana

Makoto Fujiwara
Kiyoshi Itou

定温輸送業界では，物流コスト削減のため保存温度の異なる商品を同時に配送できる２室用冷凍機の需要が増加している．従来の２室用冷凍機は，冷媒による冷却と車両エンジンの冷却水（以下，温水と称す）を利用した加温により保冷庫内を温度制御する方式が主流であった．当社は業界で初めて温水を利用しない冷媒加温方式の冷凍機を開発し，温水系のメンテナンス費を不要とし，信頼性を向上させた．また，コンビニ配送等に最適な早い制御応答性と温度変動巾の低減を実現した．

1．はじめ

短で約５分）．したがって，冷凍機には負荷に対してに十分な冷却能力，加温能力と早い制御応答性が求めら

定温輸送業界では物流コストの削減が最大のテーマれる．

であり，冷凍機にはライフサイクルコスト（注１）の削減

3．現が強く求められている．近年，物流効率向上のため，

図１に従来の温水加温式２室用冷凍機（以下，温水保存温度の異なる商品を同時に配送できる２室用冷凍機の需要が増加している．特にコンビニ業界ではその状加温式冷凍機と称す）の構成を示す．

普及率が高く，冷却と加温が可能なシステムが主流で温水加温式冷凍機は，冷凍サイクルと温水加温サイがクルの２系統で構成する．冷凍サイクルは，圧縮機，一般的であるが，室外機側に冷媒が凝縮し，冷媒循環室外機，前室用内機，後室用内機で構成する．温水加量が減少するため加温能力が低下するといった課題が温サイクルは，室内機に内蔵される放熱器と循環ポンある．このため現在は，温水を利用した加温方式が主プ等で構成し，車両エンジン温水の熱を放熱器で放熱流である．

することで庫内を加温する．冷凍車ではキャビンエアある．その加温方式はホットガス冷媒加温方式（注２）

当社は冷媒加温における前記課題を克服した非凝縮コンの暖房にも温水を利用している．温水加温式冷凍

冷媒加温方式を開発し，温水の利用を不要とした．新機では，前記構成により冷却と加温を行い，保冷庫内加温方式の開発等により− 25 〜＋ 25 ℃の広い範囲でを適温に制御している．

保存温度の異なる商品の配送を可能とした．

温水加温式冷凍機には次のような課題がある．
3．1 冷凍サイクル

本文では新加温方式開発における技術的打ち手及び新型機の特徴を解説する．
注１：購入費＋維持費＋装着工事費
注２：圧縮機から吐出される高温・高圧の冷媒を直接庫内熱交換器に導入し，放熱させる方式．

2．使用環境温度帯の異なる２室を冷却する場合，各室の冷媒の蒸発温度をそれぞれ適正値に制御する必要がある．この手段として，次のような方式が実用化されているが，それぞれ課題がある．
（1）蒸発圧力制御方式

コンビニ配送を例として説明する．コンビニエンス

室内機の熱交換器出口に圧力制御弁を設置する方

ストアは都心部に店舗が集中し，店舗間の移動距離が短いため，冷凍機の運転時間が短い（市場調査より最冷熱事業本部空調輸冷製造部輸冷設計課
冷熱事業本部空調輸冷製造部輸冷設計課主席＊3
技術本部名古屋研究所所長室次長式．本方式では運転温度範囲が制約される．
（2）２ユニット方式
技術本部高砂研究所制御システム研究室主席
中菱エンジニアリング（株） 機器開発実験室主査＊6
菱重コールドチェーン（株） 営業技術グループ長

＊1

＊4

＊2

＊5

室外機

前室用内機

室外機

後室用内機

冷媒配管
圧縮機

冷媒配管

図１ 温水加温式２室用冷凍機の構
従来の温水加温方式の２室
成

後室用内機

前室用内機

循環ポンプ等・ホース
圧縮機

吸込み−吹出し温度差（°C）

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前室運転

4321

運転切替え後、2分で最大能力に安定

0−1012345時間（分）6789 10

図３ 交 互 冷 却 切 替 え 時 の 応 答交互冷却運転切（例：前室）
替え時の前室側内機の吸込み−吹出し温度差の応答を示す．

室用冷凍機の機器構成を示す．

¡キャビン暖房にゆとりが生じる．

前室用・後室用にそれぞれ独立した２系統の冷凍機を設置する方式．装着スペースの制約から圧縮機

後室運転

2分制御機器キット

図２ 冷媒加温式２室用冷凍機の構新開発の冷媒加温方式の２成用冷凍機の機器構成を示す．

5（b）非凝縮冷媒加温方式（または室外機）を２台装着できない車両がある．

¡安定した加温能力を有し，温度制御性を向上．

3．2¡冷却と加温の早い応答性を実現．

温水加温サイクル3．2．1 メンテナンス（3）冷媒制御機器をキット内に集積化

商品及びに冷凍車の信頼性を維持するため，次のよ装着性を大幅に向上．
図２に新開発の冷媒加温式２室用冷凍機（以下，うなメンテナンスが必要である．
（1）温水系中のエア抜き（ラジエター水交換時）

冷媒加温式冷凍機と称す）の構成を示す．

加温能力を維持する．
（2）温水漏れ防止
エンジンのオーバヒートを防止する．
（3）温水中の不凍液濃度管理
冷却運転中の温水の凍結を防止する．

冷凍機は圧縮機，室外機，前室用内機，後室用内機，制御機器キットで構成し，制御機器キットには冷媒制御機器を集積配置する．

5．ユーザメリット

3．2．2 温度制御性

5．1

温水は熱容量が大きいため温まりにくい反面，温ま新型機では，外気温度と２室の設定温度の関係からると非常に大きな熱量が得られる．
このため温度制御上，次のような課題がある．
（1）キャビン暖房に影響を与える．
暖機運転中は，キャビン暖房が暖まりにくい．
（2）温度変動・温度分布が大きい．
加温能力が過大でオーバシュート量が大きいため温度変動・温度分布が大きい．
3．2．3 装着性
温水を保冷庫内の放熱器に導入する必要があり，配管工事が複雑である．

4．開発コンセプト（1）２室の交互運転方式を採用
冷却性能（クールダウン速度）を向上．冷却・加温の組合せによる優れた温度制御性を確保．
（2）業界初の非凝縮冷媒加温方式を開発（a）温水系廃止¡温水系のメンテナンス費が不要．
¡車両側の改造を不要とし，信頼性を向上．

２室の交互運転制御方式を採用

前室と後室の温度を温冷却と冷却または冷却と加の交互切替え運転にて制御する．コンビニ配送のような店舗間の運転時間が短い場合（最短で５分）においても温度制御が可能な交互運転間隔とし，運転切替え時の早い応答を可能とした．
以下に技術的特徴とその効果を説明する．
5．1．1

冷却運転時の交互運転

温度帯の異なる２室を共に冷却する場合，各室を交互に運転させ，それぞれを適切な蒸発温度に制御することで冷却性能を向上させた．
以下に冷凍機の冷却能力から決まる交互運転間隔について説明する．
図３に前室側を例とし，停止から運転に切り替えた時の吸込み−吹出し温度差の変化を示す．
吸込み−吹出し温度差とは，熱交換器を通過した時に冷やされる空気の温度差を表し，これが大きいほど冷却能力が大きいことを意味する．
図３では，１分の時点で停止から運転に切り替え，次第に吸込み−吹出し温度差が上昇し，２分経過後に三菱重工技報 Vol.41 No.2（2004-3）

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外気温度：35 °C,前室設定：5 °C,後室設定：18 °C
40：従来機（前室）：新型機（前室）

庫内温度（°C）35

制御弁 2：従来機（後室）：新型機（後室）

室外熱交換器レシーバ

3025

新型機クールダウン完了

20SV1

前室用
熱交換器

：開（C）

SV415

後室用熱交換器

SV2
制御弁 110（A）

50：閉（B）（D）

従来機クールダウン完了

SV3204060時間（分）80

制御弁 3100

図４ 従来機と新型機の冷却性能の比較

従来機と新型機の冷却運転時の性能比較を示す．

圧縮機：加温サイクル：冷媒量調整サイクル

アキュムレータ

図５ 冷媒系統図

新型機の冷媒系統の構成を示

す．

最高温度差で安定した．したがって冷却能力の面からは運転間隔を２分間以上とする必要がある．

0°
C

20 °
C

80 °
C

100 °
C

型機では，交互運転方式の採用，冷却能力の向上により従来機対比およそ 50 ％の時間で設定温度に到達する．到達後は冷凍機の運転／停止の切替えにより２室の温度制御が十分可能である．
5．1．2

圧 力（P）

図４に従来機と新型機の冷却性能の比較を示す．新
液 相

2相

ガス相
（A）

庫内温度
外気温度
（D）
（C）

冷却と加温の交互運転

放熱（B）（1）冷媒加温方式
新型機では，温度帯の異なる２室をそれぞれ冷却エンタルピ（H）と加温により温度制御する場合，前室冷却と後室加図６ 非凝縮冷媒加温サイクル（P-H 線図）

温（または前室加温と後室冷却）の交互切替え運転

非凝縮冷媒加温運転中の冷媒の状態変化（熱サイクル）を示す．

を行う．加温方式として従来の温水加温方式では，3．2．2 項で前述したように温度制御性に課題があった．また，冷媒加温方式ではヒートポンプ方式，新冷媒加温方式は，圧縮機の消費動力（＝熱エホットガス方式が一般的であるが，２室用冷凍機にネルギー）を庫内の熱交換器で放熱し加温する．

適用する場合，次のような技術課題がある．

本方式では，圧縮機から吐出された高圧・高温の（a）冷媒の状態変化に伴うロスガス冷媒（A）を減圧後（B），庫内の熱交換器に運転切替え時に冷凍機内の冷媒の分布や状態が大きく変化するため応答性が悪い．
（b）冷媒過不足
室外機側に冷媒が凝縮し，冷媒過不足により導入し，放熱［（B）→（C）］させることで加温する．吐出冷媒を庫内温度の飽和圧力以下に減圧することで，冷媒を凝縮させることなく少量のガス冷媒での運転を可能とした．また，運転中の余循環量が減少するため加温能力が低下する．

剰冷媒を室外熱交換器，レシーバに液の状態で保新型機では上記技術課題を克服し，コンビニ配送持させることで，冷却運転との切替えにおける早用として最適な新冷媒加温方式を開発した．
（2）業界初の非凝縮冷媒加温方式を開発（a）冷媒系統図
図５に冷媒系統図を示す．冷凍機は，圧縮機，室外熱交換器，前室用・後室用熱交換器，複数の制御弁等で構成する．
（b）加温サイクル

い応答性を確保した．
本方式は，冷媒を凝縮させることなく加温する
ことから非凝縮冷媒加温方式と称した．

（c）能力制御
本方式では，加温源となる圧縮機の消費動力を吸込冷媒圧力と吐出冷媒圧力をそれぞれ一定に制御することで確保している．その冷媒圧力は，凝図６に加温サイクルの P-H 線図を示す．

縮または蒸発を伴わないため空気の温度から一義

図５，図６中の記号（A 〜 D）はそれぞれ系的に定まらない．このため，前記冷媒圧力が所定統図中の位置と冷媒の状態が対応している．

値となるよう加温サイクル［（A）→（B）→（C）］

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252025

オーバシュートを改善

温水加温
冷媒加温

1520
庫内温度（°C）

庫内温度（°C）【条件】外気5 °C／後室20 °C
10分走行 ― 5分停車

：解析結果
：実験結果

10515同等の復帰性能

10扉開閉

505101520停車

25時 間（分）0

走行10

図７ プルアップ解析結果

プルアップの動特性解析結果と実験結果の比較を示す．

20時30間（分）図８ 従来機と新型機の加温性能の比較

従来機と新型機の配送シミュレート運転での加温性能の比較を示す．

内の冷媒量を調整する．
加温サイクル中の冷媒量が多い場合，室外熱交換器，レシーバに冷媒をチャージし，少ない場合はリリースする（図５：破線矢印）
．

6．まとめ

物流コストの削減が重要視される中，冷凍から加温本方式では冷媒を減圧して運転することで，室（− 25 〜＋ 25 ℃）まで保存温度の異なる商品を同時に外熱交換器，レシーバ内の冷媒を差圧によって加配送できる２室用冷凍機を開発した．新型機では，業温サイクルに供給でき，冷媒量の調整を可能とし界で初めて車両用エンジン温水を利用しない新冷媒加た．これにより，従来のホットガス加温方式で課温方式の開発等により，以下のユーザメリットを得題であった加温サイクルの冷媒過不足による能力た．の低下を解決した．

（1）温水系廃止によるメンテナンス費を削減．

（d）動特性解析
新型機では，前記の交互運転，非凝縮冷媒加温運転中の庫内温度の応答を把握するため，航空宇宙，タービン設計に用いている動特性解析技術を適用した．運転中の冷媒の挙動，庫内温度の応答を予測し，実験検証することで開発期間を短縮させた．
一例として，加温時のプルアップ時間の解析結果を図７に示す．運転中の庫内温度の応答及びプルアップ時間の高精度な予測を可能とした．
（e）従来機との温度制御性の比較（2）温水系の車両改造を不要とし，信頼性を向上させ，キャビン暖房にゆとりを設けた．
（3）非凝縮冷媒加温方式を開発し，安定した加温能力，優れた温度制御性，早い応答性を実現．
（4）温水系部品に代わる冷媒制御機器をキット化し，装着性を向上．
（5）交互運転方式を採用し，冷却性能を向上．
（6）物量に応じて２室の運行温度を任意に設定可能．
このようにコンビニ配送等に最適であり，定温輸送業界の物流コスト削減に大きく貢献していく所存である．

図８に従来機（温水加温方式）と新型機（冷媒加温方式）の温度制御性の比較を示す．これはコンビニ配送を模擬し，それぞれ 10 分走行−５分停車（停車中，扉開閉２回）を行ったものである．
扉開閉後の加温運転にて，両者は同等の時間で設定温度迄復帰した．冷媒加温方式では加温能力を適正化し，温水加温方式対比オーバシュート量を田中孝史

菊池文男

藤原誠

赤澤公雄

板鼻勉

伊藤潔

改善した．
5．2

冷媒制御機器を集積化

新開発の冷媒加温方式（図２）では，温水加温方式（図１）対比，温水配管を不要とし冷媒制御機器をキット化することで装着性を大幅に向上させた．

三菱重工技報 Vol.41 No.2（2004-3）