JPS622675B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、冷凍装置に関する。 例えば、コンテナ用冷凍装置は、コンテナ庫内
の温度を−５℃〜−６℃以下、通常は−18℃に制
御する冷凍運転と、−５℃〜−６℃以上、通常は
０℃〜５℃に制御し、積荷を氷結せずに保存する
冷蔵運転が行なわれるものであつて、本発明は以
上の如く行なう各運転のうち、特に冷蔵運転にお
ける従来装置の問題を解決しようとするものであ
る。 即ち、コンテナ用冷凍装置は、通常前記した冷
凍運転時における所要冷凍能力を基準に設計され
ており、多くは、外気温度38℃で庫内温度が−18
℃に保持できる冷凍能力（約2500Kcal／ｈ）に
設計されている。従つて、冷蔵運転においては、
蒸発温度が高くなるため約２〜３倍の冷凍能力で
運転されることになり、そのため、冷蔵運転時に
おける庫内温度の制御が粗になり、場合によつて
は、肉、野菜、果物等の積荷が冷えすぎて、その
品質が低下することがあつた。 しかして、従来以上の如きコンテナ冷凍装置に
おいて、庫内温度の温度制御を行なう方法とし
て、蒸発器の吹出空気温度を感知して、サーモス
タツトにより圧縮機の運転をオン、オフさせる方
法や、また、高圧ガス管と低圧液管との間にキヤ
ピラリーチユーブ又は膨張弁をもつたホツトガス
バイパス管を介装して、ホツトガスを直接蒸発器
に流して庫内温度を制御する方法が知られてい
る。 しかしながら、圧縮機をオン、オフさせて行な
う制御方式によれば、庫内温度の設定値に対し庫
内における実際の温度の振れが大きく、所謂設定
値に対する温度のハンチング幅が大きい問題があ
り、また、ホツトガスバイパス方式によれば、前
記した圧縮機のオン、オフ方式に比較して、温度
設定値に対するハンチング幅を狭くできるのであ
るが、前記ホツトガスバイパス管を特別に設ける
必要があるし、その上単にホツトガスをバイパス
させるだけであるから、第５図点線の如く外気温
度が低い場合冷凍能力が大きくなり過ぎ、ホツト
ガスをバイパスさせても、前記したハンチング幅
が大きくなる問題があつた。 以上の如く、従来装置によれば、例えホツトガ
スをバイパスさせても、外気温度が低下すると冷
凍能力が大きくなり過ぎるため、温度の制御性が
悪く、消費動力が無駄になると同時に、積荷が冷
えすぎて品質低下を与える問題があつた。 以上の問題は、第５図点線に示した如く、外気
温度が低くなるにつれて、熱負荷は小さくなるの
に対し、冷凍能力は逆に大きくなるもので、負荷
特性と冷凍能力特性とが逆方向の傾向になつてい
ることによるものである。 そこで、本発明は以上の問題点に鑑み発明した
ものであつて、従来装置の如くホツトガスを用い
ないで、第５図実線に示した如く負荷の減少に合
わせて冷凍能力も減少させるようにして、前記し
た消費動力の無駄をなくすると同時に、庫内の温
度制御を良好に行なえ、外気温度の如何に拘わら
ず、常に、設定値に対する温度のハンチング幅を
狭くできるようにしたものであつて、圧縮機と凝
縮器及び蒸発器とを備え、前記凝縮器と蒸発器と
の間に冷凍運転可能とする膨張機構を介装した冷
凍装置において、前記凝縮器と膨張機構とを結ぶ
高圧液管に制御対象空気温度が所定の温度より高
いとき開となり、前記所定温度以下のとき閉とな
る第１開閉弁を介装すると共に、前記蒸発器へ流
れる液冷媒に前記膨張機構による抵抗より大きい
抵抗を与える固定絞り機構を設けて、この固定絞
り機構を前記第１開閉弁と並列に接続したことを
特徴とするものである。 次に本発明装置の実施例を第１図に基づいて説
明する。 第１図において、１は圧縮機、２は凝縮器、３
は膨張機構、４は分流器、５は蒸発器であつて、
これら各機器は冷媒配管６によりそれぞれ連結
し、前記蒸発器５によりコンテナ庫内を冷却する
冷凍サイクルを形成している。 そして以上の如く構成する冷凍サイクルにおけ
る高圧液管６１に制御対象空気温度が所定の温度
より高いとき開となり、前記所定温度以下のとき
閉となる第１開閉弁７を介装すると共に、前記膨
張機構３より絞り抵抗の大きいキヤピラリーチユ
ーブやオリフイスなどの固定絞り機構９（以下単
にキヤピラリーチユーブという）を前記第１開閉
弁７と並列に接続したのである。 前記直列回路１０の出口側は、第１図において
は前記膨張機構３の入口側に接続したが、第２図
の如く前記膨張機構３の出口側でもよいし、前記
蒸発器５の入口側でもよい。 又、前記第１及び第２開閉弁７，８は、何れも
主として電磁開閉弁を用いるもで、以下実施例の
説明では、単に電磁弁と称する。 しかして、前記第１及び第２電磁弁７，８は、
庫内温度を検出し、この検出信号をもとに開閉制
御するのであつて、前記第１電磁弁７は、庫内温
度が設定温度（例えば０℃）に対し適温上限L₁
以上において、開となり適温上限L₁以下で閉と
なる如く制御すると共に、前記第２電磁弁８は、
前記設定温度以上において開となり、設定温度以
下で閉となる如く制御するのである。 しかして前記第１電磁弁７を閉操作して前記固
定絞り機構を機構を構成するキヤピラリーチユー
ブ９に冷媒を流した場合、該キヤピラリーチユー
ブ９により、前記蒸発器５を流れる液冷媒に、前
記膨張機構３による抵抗よりも大きい抵抗を与え
るのである。 以上の構成において、庫内温度を０℃の設定温
度に制御すべく冷蔵運転を行なう場合、庫内温度
が、適温上限より高いプルダウン時、前記第１電
磁弁７は開となり、通常の冷凍サイクルにより、
庫内を冷却するのである。 そして、第３図の如く庫内温度が設定温度に近
づき適温上限（第３図イ点）になると、前記第１
電磁弁７が閉じる。このとき、前記第２電磁弁８
は開であるから、凝縮器２からの高圧液冷媒が前
記キヤピラリーチユーブ９を介装した直列回路１
０を経て前記膨張弁３から蒸発器５に流れる制御
回路が形成され、この制御回路を流れる冷凍サイ
クルにより冷凍能力が減少傾向に制御された状態
で、庫内を冷却するのである。 従つて、庫内温度の低下は、前記適温上限イか
ら緩慢となり、ゆるやかな温度低下で設定温度
（第３図ロ点）に至るのである。 又、庫内温度が設定温度になると、前記第２電
磁弁８が閉じるのであつて、この第２電磁弁８の
閉鎖により、低圧が低下し、低圧カツトによりポ
ンプダウンして前記圧縮機１の運転が停止するの
である。 この圧縮機１の停止により冷媒の循環はなくな
るが、オーバーシユートにより庫内温度は設定温
度以下となる。 その後庫内温度が上昇し、前記適温上限L₁以
下の第３図ハ点になると、前記圧縮機１が運転さ
れるのであるが、この場合前記第２電磁弁８が開
いた状態で運転されるのであつて、前記した適温
上限L₁から設定温度に制御する冷凍サイクルと
同じサイクルで庫内を冷却するのであり、以後以
上の運転を繰返して、庫内温度を制御するのであ
る。 又、前記蒸発器５には、図示していないが電気
ヒータを付設し、このヒータを、庫内温度の検出
信号でオン、オフさせる如く成すのであつて、外
気温度が設定温度より低く、庫内温度が外気温度
の影響を受けて設定温度より低い適温下限L₂以
下になると、前記第１電磁弁７と共に前記第２電
磁弁８も閉じた状態で、前記蒸発器５に付設する
前記電気ヒータをオンして、該ヒータにより庫内
を加熱するのである。 しかして、以上の運転において、庫内温度が適
温範囲L₁〜L₂になると、前記したキヤピラリー
チユーブ９を通る制御回路により運転し、冷凍能
力を低く制御するので、圧縮機１の入力を減少
し、消費動力を少なくできると共に、第５図実線
で示した如く冷凍能力を負荷に追従して制御でき
るのであり、従つて、オーバーシユートを少なく
し、設定温度に対する温度のハンチング幅を狭
く、庫内温度を精度よく制御できるのである。 因みに、前記キヤピラリーチユーブ９を、直径
２mm長さ500mmとし、庫内温度の設定温度を０℃
とした場合、その圧縮機入力KWは第４図の如く
なり、外気温度10℃〜40℃まで変化させた平均で
は、第４図点線で示した、ホツトガスバイパス方
式の従来装置によると、5.37KWであるのに対
し、実線で示した本発明装置によると、
3.475KWとなり、従来装置を100％とした場合、
本発明装置は65％となり、35％の消費動力の無駄
を省くことができたのである。 次に以上の如く圧縮機入力が減少する理由及び
冷凍能力を負荷に追従できる理由について説明す
る。 先ず、圧縮機入力が減少する理由について説明
する。 ホツトガスをバイパスさせて、庫内温度の温度
制御を行なう従来装置によれば、外気温度が低い
場合や、庫内温度が適温範囲に入つてホツトガス
のバイパスにより温度制御する場合など熱負荷が
少ない場合でも、外気温度が高く、また庫内温度
が適温範囲より高くプルダウン運転を行なう場合
と同様、冷媒の循環量は変らず多く流れると共
に、冷却能力も変化せず大きいため、ホツトガス
による加熱能力もヒートバランスを行なう必要
上、多く要求し、その結果、冷媒循環量が多くな
り、それだけ圧縮機入力も大きくなるのである。 之に対し本発明装置では、外気温度が低い場合
や庫内温度が適温範囲に入つて熱負荷が少なくな
る場合、第１電磁弁７が閉じ、冷媒はその全量が
第２電磁弁８からキヤピラリーチユーブ９を通つ
て蒸発器５に至る制御回路が形成されるので、前
記第１電磁弁７が開いてプルダウン運転を行なう
場合に対し、キヤピラリーチユーブ９で絞られた
分だけ低圧圧力が低下して、蒸発器５によりガス
化する冷媒の比体積が増大し、冷媒循環量が減少
すると共に、冷凍能力も減少するのである。 従つて、冷媒循環量は、必要最少限に制御さ
れ、圧縮機入力が減少するのである。 今、外気温度が38℃、庫内の設定温度を０℃し
た場合について、従来装置と本発明装置とを比較
すると次表の通りとなる。

【表】

【表】 以上の表から明らかな通り、本発明装置におけ
る冷媒循環量は、従来装置を100％とした場合、
33.5％に減少でき、圧縮機入力は従来装置を100
％としたとき、計算値では52.6％、実測値では
57.7％に減少できるのである。 尚、以上の表におけるピストンの理論押しのけ
量は、シリンダ内径58mm、ストローク60mm、気筒
数２、回転数1750rpmで計算したものである。 次に本発明において、冷凍能力を負荷に追従し
て制御できる理由を説明する。 一般に、冷凍能力は、蒸発温度が一定であれ
ば、凝縮温度が低下する毎に大きくなると共に、
蒸発温度が低下すれば冷凍能力も小さくなるので
あり、また、冷凍能力（Kcal／ｈ）は、冷媒循
環量（Kg／ｈ）と冷凍効果（Kcal／Kg）との積
であり、冷媒循環量が減少すれば、冷凍能力も小
さくなるのである。 しかして、本発明装置は、庫内温度が適温範囲
に入ると、第１電磁弁７が閉じ、キヤピラリーチ
ユーブ９を通る制御回路が形成されるので、前記
した如く冷媒循環量が減り、低圧も低くなつて蒸
発温度が低下し、冷凍能力は低くなる。 そして、この状態で外気温度が低くなると、高
圧が低下し、前記キヤピラリーチユーブ９を流れ
る冷媒量（Kg／ｈ）が少なくなる。 又、前記キヤピラリーチユーブ９を流れる冷媒
量により冷媒循環量が決定されるが、この循環量
Ｇは次式により概算できる。 但しΔＰは、キヤピラリーチユーブ９における
前後の差圧であり、γはキヤピラリーチユーブ９
の入口における冷媒の比体積（cm³／Kg）である。 従つて、外気温度が高いと、高圧も高くなつ
て、前記差圧（ΔＰ）は大きくなると共に、外気
温度が低くなると高圧が低くなつて、前記差圧
（ΔＰ）は小さくなるのであり、また、キヤピラ
リーチユーブ９を通る冷媒は何れも液冷媒であつ
て、比体積はほゞ同じであるから、外気温度が低
い方が冷媒循環量がより多く減少し、しかも低圧
低下も大きいから、冷凍能力は第５図実線に示し
た如く、外気温度の低下に伴ない小さくなる如く
制御でき、第５図斜線で示した熱負荷に追従させ
られるのである。 しかして、以上の構成において、前記キヤピラ
リーチユーブ９を、適正な絞り抵抗のものを選択
することにより、第５図実線で示した冷凍能力特
性を負荷特性に近似させることが可能となるので
ある。 即ち、キヤピラリーチユーブ９の抵抗が小さい
場合、高低圧力差が小さくなつて、キヤピラリー
チユーブ９の流量も大きくなり、冷凍能力の減少
はそれ丈少ないため、冷凍能力の特性は、第５図
点線で示した従来装置における冷凍能力の特性と
同様右下りとなる。之に対し、前記キヤピラリー
チユーブ９の抵抗を大きくすると、それ丈低圧の
低下も大きくでき、高低圧力差が大きくなつてキ
ヤピラリーチユーブ９の流量を減少できるので、
冷凍能力の減少を大きくでき、冷凍能力の特性を
第５図実線の如く左下りの特性に制御できる。 従つて、キヤピラリーチユーブ９の抵抗は、冷
凍能力が第５図実線の如く左下りの特性となる如
く選択するのである。 今、前記した如く、直径２mm、長さ500mmとし
たキヤピラリーチユーブ９を用いた構成におい
て、外気温度9.55℃の場合Ａと31.06℃の場合Ｂ
とを比較すると、次表の如くなる。

【表】

【表】 以上の表から明らかな通り、外気温度がＢから
Ａへと約22.5℃低下した場合、冷媒循環量は、外
気温度の高いＢを100％とすると約26％減少し、
逆に冷凍効果は、外気温度の高いＢを100％とす
ると約18％増加するが、冷媒循環量の減少率の方
が大きいため、冷凍能力は、計算値で約13％、実
測値で約20％低下するのである。 又、前記した能力のキヤピラリーチユーブ９を
用い、第１図に示した構成の本発明装置と膨張弁
をもつホツトガスバイパス管を用いた従来装置と
の外気温度変化に対する冷凍能力の変化を比較し
てみると次表の如くなる。 この表は、何れも庫内温度が適温範囲にあつ
て、本発明装置では、キヤピラリーチユーブ９を
もつ制御回路を用いて温度制御を行ない、また従
来装置ではホツトガスをバイパスして温度制御を
行なつている場合の比較である。

【表】

【表】 以上の表から明らかな如く、従来装置では、外
気温度の低下に対し、冷凍能力が大きくなつてい
るが、本発明装置では、外気温度の低下に対し、
冷凍能力も小さくなつている。 以上の如く本発明は、圧縮機１と凝縮器２及び
蒸発器５とを備え、前記凝縮器２と蒸発器５との
間に冷凍運転可能とする膨張機構３を介装した冷
凍装置において、前記凝縮器２と膨張機構３とを
結ぶ高圧液管６１に制御対象空気温度が所定の温
度より高いとき開となり、前記所定温度以下のと
き閉となる第１開閉弁７を介装すると共に、前記
蒸発器５へ流れる液冷媒に前記膨張機構３による
抵抗より大きい抵抗を与える固定絞り機構９を設
けて、この固定絞り機構９を前記第１開閉弁７と
並列に接続したから、冷蔵運転時や、庫内温度が
設定温度に近い適温範囲になつた時などの熱負荷
が小さい場合に、前記キヤピラリーチユーブ９の
みを通る制御回路を形成できるのであり、庫内温
度が設定温度に近い適温範囲になつたとき、前記
制御回路により運転することにより、圧縮機入力
を減少し、消費動力の無駄を少なくできながら、
しかも、冷凍能力の制御は、熱負荷に追従させら
れるのである。その上、庫内温度が適温範囲にな
ると、前記した制御回路により温度制御するの
で、庫内温度の低下を緩慢にでき、因つて、オー
バーシユートを少なくできると共に圧縮機の発停
回数も少なくでき、かつ第３図及び第６図の比較
から明らかな通り、圧縮機の発停のデイフアレン
シヤルも小さくできるのであつて、設定温度に対
する庫内温度のハンチング幅を狭くし、庫内温度
を設定温度に近い温度に精度よく緻密に制御でき
るのである。 即ち、本願発明によると、冷蔵運転等の熱負荷
が小さい場合には、前記開閉弁７の閉操作をして
前記固定絞り機構９に冷媒を流すことにより、冷
凍運転等の熱負荷が大きい場合における前記膨張
機構３のみによる抵抗に比し、前記蒸発器５へ流
れる液冷媒に大きい抵抗を与えるものであるか
ら、前記絞り機構９で大きく絞られた分だけ低圧
圧力が低下することゝなり、この圧力低下に伴な
つて前記蒸発器５によりガス化され、かつ、圧縮
機１へ吸入されるガス冷媒の比体積が増大するこ
とゝなるのであり、また、前記圧縮機１の圧縮容
積は不変であることから、前記した冷媒の比体積
増大により結局冷媒循環量は減少することゝなる
のであつて、従つて、この冷媒循環量の減少によ
り冷凍能力が低減ができるのである。 斯くの如く、冷蔵運転等の熱負荷が小さい場合
には冷媒循環量を低減でき、それによつて冷凍能
力を低減できるのであるから、それだけ圧縮機入
力を減少できて消費動力の無駄を少なくできなが
ら、庫内温度の変化を緩慢にでき、因つて、温度
変化のオーバーシユートを少なくできると共に、
圧縮機１の発停頻度を少なくでき、かつ、圧縮機
の発停のデイフアレンシヤルも小さくできるので
あつて、設定温度に対する庫内温度のハンチング
幅を狭くし、庫内温度を設定温度に近い温度に精
度よく緻密に制御できるに至つたのである。 また、上記の通り、冷蔵運転等の熱負荷が小さ
い場合には、前記開閉弁７の閉操作をして前記絞
り機構９に冷媒を流すことにより、冷凍能力を低
減し、一方、冷凍運転等の熱負荷が大きい場合に
は、前記開閉弁７の開操作をして前記絞り機構９
への冷媒流れを中止して、前記膨張機構３の減圧
のみにより、冷凍能力をフルに発揮できるもので
あるから、従つて、冷凍能力を熱負荷に追従させ
て効率よく制御できるに至つたのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の実施例を示す冷媒配管系
統図、第２図は別の実施例を示す冷媒配管系統
図、第３図は庫内温度の制御特性図、第４図は外
気温度に対する圧縮機入力の特性図、第５図は外
気温度に対する冷凍能力と熱負荷との特性図、第
６図は従来装置の庫内温度の制御特性図である。 １……圧縮機、２……凝縮器、３……膨張機
構、５……蒸発器、７……第１開閉弁、９……固
定絞り機構、６１……高圧液管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機１と凝縮器２及び蒸発器５とを備え、
   前記凝縮器２と蒸発器５との間に冷凍運転可能と
   する膨張機構３を介装した冷凍装置において、前
   記凝縮器２と膨張機構３とを結ぶ高圧液管６１に
   制御対象空気温度が所定の温度より高いとき開と
   なり、前記所定温度以下のとき閉となる第１開閉
   弁７を介装すると共に、前記蒸発器５へ流れる液
   冷媒に前記膨張機構３による抵抗より大きい抵抗
   を与える固定絞り機構９を設けて、この固定絞り
   機構９を前記第１開閉弁７と並列に接続したこと
   を特徴とする冷凍装置。