JP6149921B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、海上輸送等に用いられるコンテナの庫内を冷却するためのコンテナ用冷凍装置、冷蔵庫や冷凍庫の庫内を冷却する冷却装置、及び室内を暖房可能な空気調和装置などの冷凍装置に関し、特に、蒸発器の着霜の検知に要する時間を短縮してデフロスト運転を迅速に終わらせる技術に関するものである。

従来、例えば、海上輸送等に用いられるコンテナは、一般にコンテナ本体にコンテナ用冷凍装置を取り付けることにより構成されている（例えば、特許文献１参照）。このコンテナ用冷凍装置は、圧縮機と凝縮器と膨張機構と蒸発器とを順に接続することにより構成された冷媒回路を備え、この冷媒回路を冷媒が循環することにより行われる冷凍サイクルの動作により、コンテナの庫内を冷却する。

特許文献１の冷凍装置は、プルダウン運転手段とデフロスト運転手段を含むコントローラを有している。そして、コントローラは、プルダウン運転中にデフロスト運転をタイマーで一定時間ごとに実行するように構成されている。

特開平０９−０９６４７５号公報

しかしながら、上記の構成では、蒸発器への着霜によって冷却能力が低下して、庫内を設定温度まで冷却できない状態であっても、タイマーでしかデフロストが実施されないため、実際には蒸発器に着霜しているのにデフロストの行われない時間が長くなる場合があった。このような場合、庫内が冷えにくい着霜状態で長時間にわたってプルダウン運転が行われることになっていた。このように、従来の技術では、着霜の検知とデフロスト運転に要する時間が必要以上に長くなることがあった。

また、従来は、冷凍運転（吸込温度が−２０℃以下の運転）のプルダウン時等に、吸込温度センサの検出値が１時間に０．２℃以上低下しない場合に蒸発器に着霜していると判断し、デフロストを開始する制御が行われることもあるが、この場合は、誤検知を防止する制御を行うために、着霜の検知とデフロストに要する時間が長くなっていた。

なお、着霜の検知からデフロストに要する時間が長くなる問題は、プルダウン運転に限らず、通常の冷却運転であっても同様に生じるおそれがある。また、着霜の検知とデフロストに要する時間が長くなる問題は、コンテナ用冷凍装置に限らず、冷蔵庫や冷凍庫の庫内を冷却する上記冷却装置や、室内を暖房可能な上記空気調和装置においても生じるおそれがある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンテナ用冷凍装置、冷蔵庫などの庫内を冷却する冷却装置、及び空気調和装置などの冷凍装置において、蒸発器の着霜を迅速に検知できるようにしてデフロスト運転の開始が不必要に遅れるのを防止し、デフロスト運転を迅速に終わらせることである。

第１の発明は、温度制御対象室（1a）と、圧縮機（30）と凝縮器（31）と膨張機構（32）と蒸発器（33）とが順に接続されて冷凍サイクル動作を行い上記温度制御対象室（1a）の内部を温度制御する冷媒回路（20）と、該冷媒回路（20）を制御する制御装置（100）とを備えた冷凍装置を前提としている。

そして、この冷凍装置は、上記制御装置（100）は、デフロスト運転を制御するデフロスト運転制御部（106）を備え、蒸発器（33）における空気の吹出温度または吸込温度と冷媒の出口温度との温度差が所定の閾値以上であると判断した場合に上記蒸発器（33）に着霜したと検知し、上記デフロスト運転制御部（106）によりデフロスト運転を開始するデフロスト運転制御を行い、上記制御装置（100）は、デフロスト運転を行ってから所定時間以内に着霜を検知すると、それ以降は電源がオフになるまでデフロスト運転を禁止することを特徴としている。

この第１の発明では、蒸発器（33）における空気の吹出温度または吸込温度と冷媒の出口温度との温度差が所定の閾値（例えば、蒸発器（33）の吹出温度と冷媒の出口温度との温度差の閾値を５℃、蒸発器（33）の吸込温度と冷媒の出口温度との温度差の閾値を１０℃とする）以上であると判断した場合に、上記蒸発器（33）に着霜したと検知される。これは、蒸発器（33）の着霜により熱伝達率が低下して冷媒が蒸発器（33）の出口までに蒸発しなくなり、冷媒の出口温度が低下するために、上記温度差が大きくなると考えられるからである。そして、このようにすることにより、蒸発器（33）が着霜したことを迅速に検知することが可能になる。また、この発明では、デフロストが終わってから所定時間以内に再度着霜を検知すると、デフロストを行わない制御となる。このようにしているのは、蒸発器（33）が汚れているなど、誤検知の可能性が高いためである。

第２の発明は、温度制御対象室（1a）と、圧縮機（30）と凝縮器（31）と膨張機構（32）と蒸発器（33）とが順に接続されて冷凍サイクル動作を行い上記温度制御対象室（1a）の内部を温度制御する冷媒回路（20）と、該冷媒回路（20）を制御する制御装置（100）とを備えた冷凍装置において、上記制御装置（100）が、デフロスト運転を制御するデフロスト運転制御部（106）を備え、蒸発器（33）における空気の吹出温度または吸込温度と冷媒の出口温度との温度差が所定の閾値以上であると判断した場合に上記蒸発器（33）に着霜したと検知し、上記デフロスト運転制御部（106）によりデフロスト運転を開始するデフロスト運転制御を行い、上記制御装置（100）が、上記蒸発器（33）の近傍に配置される蒸発器ファン（36）の風量に応じて上記閾値を変更し、風量が現在値よりも多くなると上記閾値を大きくすることを特徴としている。

この第２の発明では、蒸発器（33）における空気の吹出温度または吸込温度と冷媒の出口温度との温度差が所定の閾値（例えば、蒸発器（33）の吹出温度と冷媒の出口温度との温度差の閾値を５℃、蒸発器（33）の吸込温度と冷媒の出口温度との温度差の閾値を１０℃とする）以上であると判断した場合に、上記蒸発器（33）に着霜したと検知される。これは、蒸発器（33）の着霜により熱伝達率が低下して冷媒が蒸発器（33）の出口までに蒸発しなくなり、冷媒の出口温度が低下するために、上記温度差が大きくなると考えられるからである。そして、このようにすることにより、蒸発器（33）が着霜したことを迅速に検知することが可能になる。また、この第２の発明では、蒸発器ファン（36）の風量に応じて上記閾値が変更され、その閾値に基づいて着霜検知を行い、デフロスト運転が制御される。

第３の発明は、第２の発明において、上記制御装置（100）が、デフロスト運転を行ってから所定時間以内に着霜を検知すると、それ以降は電源がオフになるまでデフロスト運転を禁止することを特徴としている。

この第３の発明では、デフロストが終わってから所定時間以内に再度着霜を検知すると、デフロストを行わない制御となる。このようにしているのは、蒸発器（33）が汚れているなど、誤検知の可能性が高いためである。

第４の発明は、第１から第３の発明の何れか１つにおいて、上記制御装置（100）が、温度制御対象室（1a）を急速に冷却するプルダウン運転を行うプルダウン運転制御部（105）を備え、プルダウン運転中に上記デフロスト運転制御を行うことを特徴としている。

この第４の発明では、コンテナ用冷凍装置、及び冷凍庫や冷蔵庫の冷却装置においてプルダウン運転中にデフロスト運転を行う場合に、蒸発器（33）が着霜したことを迅速に検知することが可能になる。

本発明によれば、蒸発器（33）における空気の吹出温度または吸込温度と冷媒の出口温度との温度差が所定の閾値以上であると判断した場合に上記蒸発器（33）に着霜したと検知され、上記デフロスト運転制御部（106）によりデフロスト運転を開始するデフロスト運転制御が行われる。このようにタイマーの設定時間に基づいてデフロスト運転を行うのではなく、上記温度差を利用することにより、短時間で迅速に着霜を検知でき、デフロスト運転を開始できるから、着霜によって能力が低下した状態での運転時間を最小限に抑えられる。つまり、デフロスト運転を迅速に終わらせることが可能になる。

特に、蒸発器（33）における空気の吹出温度または吸込温度と冷媒の出口温度との温度差は、侵入熱、積み荷の熱容量、及び冷却能力などの誤検知の要因の影響を受けないため、短時間で確実に着霜を検知できる効果が高い。

さらに、デフロストの開始を従来よりも早めることができるから、着霜量の少ない状態でデフロストを開始できることになる。このことにより、デフロスト運転時間そのものを短縮することが可能になるからデフロストに要する時間をより確実に短縮できるし、デフロスト完了温度も低くできるから、冷却運転の再開もスムーズに行える。また、上記第１の発明によれば、デフロストが終わってから所定時間以内に再度着霜を検知すると、誤検知の可能性が高いため、デフロストを行わない制御となる。このことにより、無駄なデフロスト運転を防止できる。

上記第２の発明によれば、例えば蒸発器ファン（36）の風量が現在値よりも多くなると蒸発器（33）における空気の吹出温度と冷媒の出口温度との温度差が大きくなるのに対して、風量に応じた閾値を設定しておくことにより、風量が変わっても着霜検知を迅速に行い、デフロスト運転を迅速に終わらせることができる。

上記第３の発明によれば、デフロストが終わってから所定時間以内に再度着霜を検知すると、誤検知の可能性が高いため、デフロストを行わない制御となる。このことにより、無駄なデフロスト運転を防止できる。

上記第４の発明によれば、コンテナ用冷凍装置、または冷凍庫や冷蔵庫の冷却装置においてプルダウン運転中にデフロスト運転を行う場合に、蒸発器（33）に着霜したことを迅速に検知することが可能になるから、プルダウン中にデフロスト運転を迅速に終わらせることができるし、ひいてはプルダウン時間も短縮できる。

図１は、本発明の実施形態に係るコンテナ用冷凍装置をコンテナ本体に装着した状態の縦断面図である。 図２は、図１のコンテナ用冷凍装置を外側から視た概略斜視図である。 図３は、図１のコンテナ用冷凍装置の冷媒回路図である。 図４（Ａ）は、本実施形態のプルダウン運転とデフロスト運転の動作を示すグラフ、図４（Ｂ）は、比較例のプルダウン運転とデフロスト運転の動作を示すグラフである。

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。本実施形態は、コンテナ用冷凍装置に関するものである。

図１及び図２に示すように、本実施形態のコンテナ用冷凍装置（10）は、海上輸送等に用いられるコンテナの庫内を冷却（温度制御）するものである。上記コンテナ用冷凍装置（10）は、圧縮機（30）と凝縮器（31）と蒸発器（33）とを有する冷媒回路を備えている。また、コンテナ用冷凍装置（10）は、コンテナ本体（温度制御対象室）（1a）の側方の開口面を閉塞する蓋体を兼用している。

上記コンテナ用冷凍装置（10）のケーシング（13）は、コンテナ外である庫外側と、コンテナ内である庫内（温度制御対象室の内部）側とを仕切るケーシング本体（11）及びケーシング（13）の背面（庫内側）に設けられる仕切り板（14）等を備えている。

上記ケーシング本体（11）は、アルミニウム製の庫内ケーシング（11a）とＦＲＰの庫外ケーシング（11b）との二重構造に形成されている。そして、上記庫内ケーシング（11a）と庫外ケーシング（11b）との間に発泡剤よりなる断熱層（11c）が形成されている。

さらに、上記ケーシング本体（11）の下部には、庫内側に膨出した膨出部（12）が形成されている。そして、上記膨出部（12）の内部が庫外収納空間（S1）に構成される一方、上記ケーシング（13）の背面の上部には、膨出部（12）の上方に位置する庫内収納空間（S2）が形成されている。

上記庫外収納空間（S1）には、圧縮機（30）、凝縮器（31）及び庫外ファン（35）が収納されると共に、電装品ボックス（15）が収納される一方、庫内収納空間（S2）には、蒸発器（33）及び庫内ファン（蒸発器ファン）（36）が取り付けられている。また、上記膨出部（12）と仕切り板（14）との間は、庫内空気が流れる空気通路（S3）に構成されている。該空気通路（S3）の上端は、庫内収納空間（S2）に連通する一方、下端が庫内に連通している。

図３に示すように、上記コンテナ用冷凍装置（10）は、冷媒が循環して冷却サイクルを行う冷媒回路（20）を備えている。この冷媒回路（20）は、主回路（21）と、ホットガスバイパス回路（22）とレヒート回路（80）と過冷却回路（23）とを有している。

上記主回路（21）は、圧縮機（30）と凝縮器（31）と主膨張弁（32）と蒸発器（33）とが順に冷媒配管によって直列に接続されて構成され、蒸気圧縮式冷凍サイクルの動作を行う。

上記圧縮機（30）は、圧縮機構を駆動するモータ（図示省略）を有している。この圧縮機（30）のモータの回転数は、インバータによって多段階に制御される。つまり、圧縮機（30）は、運転回転数が可変に構成された可変容量圧縮機である。この圧縮機（30）に接続された上記インバータの回路基板は、上記電装品ボックス（15）に収納されている。

上記凝縮器（31）および蒸発器（33）は、いずれもフィン・アンド・チューブ熱交換器で構成されている。凝縮器（31）は、上記のように庫外に配置されている。凝縮器（31）では、庫外の空気と冷媒とが熱交換する。蒸発器（33）は、上記のように庫内に配置されている。蒸発器（33）では、庫内の空気と冷媒とが熱交換する。また、蒸発器（33）の下方には、図１には示していないがドレンパン（37）が設けられている。ドレンパン（37）は、上側が開放された扁平な容器状に形成されている。ドレンパン（37）の内部には、蒸発器（33）から剥がれ落ちた霜や氷塊や、空気中から凝縮した結露水等が回収される。

主膨張弁（32）は、開度がパルスモータによって多段階に調節可能に構成されている。また、上記凝縮器（31）には、庫外ファン（35）が設けられる一方、蒸発器（33）には、庫内ファン（36）が設けられている。該庫内ファン（36）は、蒸発器（33）で冷却された冷却空気を庫内に供給するように構成されている。上記庫外ファン（35）および庫内ファン（36）には、それぞれ庫外ファンモータ（35a）および庫内ファンモータ（36a）が設けられている。

上記圧縮機（30）と凝縮器（31）との間の高圧ガス管（24）には、第４開閉弁（38）と逆止弁（CV）とが順に設けられている。第４開閉弁（38）は、開度がパルスモータによって多段階に調節可能に構成されている。逆止弁（CV）は、図３に示す矢印の方向への冷媒の流れを許容し、その逆の流れを禁止している。

上記凝縮器（31）と主膨張弁（32）との間の高圧液管（25）には、レシーバ（41）と第２開閉弁（49）とドライヤ（43）と過冷却熱交換器（44）とが順に設けられている。上記レシーバ（41）は、凝縮器（31）の下流側に設けられ、凝縮器（31）を流れた冷媒を流入させ、飽和液と飽和ガスとに分離するように構成されている。上記第２開閉弁（49）は、開閉自在な電磁弁で構成されている。上記ドライヤ（43）は、凝縮器（31）を流れた液冷媒中の水分を捕捉するように構成されている。凝縮器（31）の上流側には、主膨張弁（32）の下流側に接続される液封防止管（90）が接続されている。この液封防止管（90）には液封開閉弁（91）が設けられている。

上記過冷却熱交換器（44）は、凝縮器（31）を流れた液冷媒を冷却するものである。過冷却熱交換器（44）は、１次側通路（45）と２次側通路（46）を有している。つまり、過冷却熱交換器（44）では、１次側通路（45）を流れる冷媒と２次側通路を流れる冷媒とが熱交換する。１次側通路（45）は、主回路（21）の高圧液管（25）に接続され、２次側通路（46）は、過冷却回路（23）の過冷却分岐管（26）に接続されている。過冷却分岐管（26）の流入端は、高圧液管（25）におけるレシーバ（41）と第２開閉弁（49）の間に接続している。過冷却分岐管（26）の流出端は、圧縮機（30）の圧縮途中（中間圧力状態）の圧縮室（中間圧縮室）と接続されている。つまり、過冷却分岐管（26）は、高圧液管（25）の液冷媒の一部が分流し圧縮機（30）の中間圧縮室へ流入する通路である。過冷却分岐管（26）における２次側通路（46）の流入側には、第１開閉弁（47）と過冷却膨張弁（48）とが設けられている。第１開閉弁（47）は、開閉自在な電磁弁で構成されている。過冷却膨張弁（48）は、開度がパルスモータによって多段階に調節可能であり、冷媒を減圧する減圧機構を構成している。

上記ホットガスバイパス回路（22）は、１本の主通路（50）と、該主通路（50）から分岐する２本の分岐通路（51,52）とを有している。この２本の分岐通路（51,52）は、第１分岐通路（51）と第２分岐通路（52）という。主通路（50）の流入端は、高圧ガス管（24）における第４開閉弁（38）と圧縮機（30）の吐出側との間に接続している。主通路（50）には、第３開閉弁（53）が設けられている。第３開閉弁（53）は、開閉自在な電磁弁で構成されている。

上記第１分岐通路（51）は、一端が主通路（50）の流出端に接続され、他端が主膨張弁（32）と蒸発器（33）との間の低圧液管（27）に接続されている。同様に、第２分岐通路（52）も、一端が主通路（50）の流出端に接続され、他端が低圧液管（27）に接続されている。第２分岐通路（52）は、第１分岐通路（51）よりも長い冷媒配管で構成されている。また、第２分岐通路（52）は、ドレンパン（37）の底部に沿うように蛇行して配置されたドレンパンヒータ（54）を有している。ドレンパンヒータ（54）は、ドレンパン（37）の内部を冷媒によって加熱するように構成されている。以上にようにして、ホットガスバイパス回路（22）は、圧縮機（30）で圧縮した冷媒（圧縮機（30）から吐出された高温のガス冷媒）を蒸発器（33）へ供給するためのバイパス回路を構成している。

上記レヒート回路（80）は、レヒート通路（82）を有している。レヒート通路（82）の流入端は、高圧ガス管（24）における第４開閉弁（38）と圧縮機（30）の吐出側との間に接続している。レヒート通路（82）には、第５開閉弁（81）が設けられている。この第５開閉弁（81）は、開閉自在な電磁弁で構成されている。上記レヒート通路（82）は、レヒート熱交換器（83）とキャピラリチューブとを有している。レヒート熱交換器（83）は、除湿運転時において、流入させた吐出冷媒と、蒸発器（33）で冷却除湿させた後の空気との間で熱交換させ、該空気を加熱するものである。レヒート熱交換器（83）は、フィン・アンド・チューブ熱交換器で構成されている。キャピラリチューブは、レヒート熱交換器（83）を流出した冷媒を減圧させるものである。以上のようにして、レヒート回路（80）は、圧縮機（30）で圧縮した冷媒（圧縮機（30）から吐出された高温のガス冷媒）の一部をレヒート熱交換器（83）へ供給するための回路を構成している。

上記冷媒回路（20）には、各種のセンサ類も設けられている。具体的に、高圧ガス管（24）には、高圧圧力センサ（60）と高圧圧力スイッチ（61）と吐出温度センサ（62）とが設けられている。高圧圧力センサ（60）は、圧縮機（30）から吐出される高圧ガス冷媒の圧力を検出する。吐出温度センサ（62）は、圧縮機（30）から吐出される高圧ガス冷媒の温度を検出する。蒸発器（33）と圧縮機（30）の間の低圧ガス管（28）には、低圧圧力センサ（63）と吸入温度センサ（64）とが設けられている。低圧圧力センサ（63）は、圧縮機（30）に吸入される低圧ガス冷媒の圧力を検出する。吸入温度センサ（64）は、圧縮機（30）に吸入される低圧ガス冷媒の温度を検出する。

上記過冷却分岐管（26）には、２次側通路（46）の流入側に流入温度センサ（65）が、２次側通路（46）の流出側に流出温度センサ（66）がそれぞれ設けられている。流入温度センサ（65）は、２次側通路（46）に流入する直前の冷媒の温度を検出する。また、流出温度センサ（66）は、２次側通路（46）を流出した直後の冷媒の温度を検出する。

上記低圧液管（27）には、蒸発器（33）の流入側に流入温度センサ（67）が設けられている。この流入温度センサ（67）は、蒸発器（33）に流入する直前の冷媒の温度（EIS）を検出する。低圧ガス管（28）には、蒸発器（33）の流出側に流出温度センサ（68）が設けられている。この流出温度センサ（68）は、蒸発器（33）から流出した直後の冷媒の温度（EOS）を検出する。

上記コンテナの庫外には、凝縮器（31）の吸込側に外気温度センサ（69）が設けられている。外気温度センサ（69）は、凝縮器（31）に吸い込まれる直前の庫外空気の温度（即ち、外気の温度）を検出する。コンテナの庫内には、蒸発器（33）の吸込側に吸込温度センサ（70）が設けられ、蒸発器（33）の吹出側に吹出温度センサ（71）が設けられている。吸込温度センサ（70）は、蒸発器（33）を通過する直前の庫内空気の温度（RS）を検出する。吹出温度センサ（71）は、蒸発器（33）を通過した直後の庫内空気の温度（吹出空気温度（SS））を検出する。

上記コンテナ用冷凍装置（10）には、冷媒回路（20）を制御するための制御部としてコントローラ（100）が設けられている。そして、コントローラ（100）には、圧縮機（30）を駆動するインバータの周波数Ｎを制御するための圧縮機制御部（101）と、庫内ファン（36）の運転状態に応じて圧縮機（30）の運転回転数Ｎを制御する回転数制御部（102）と、各種弁（32,38,47〜49,53,81）を制御するための弁制御部（103）と、各ファン（35,36）を制御するためのファン制御部（104）とが設けられている。また、コントローラ（100）には、コンテナの庫内を急速に冷却するプルダウン運転を行うプルダウン運転制御部（105）と、プルダウン運転中などに蒸発器（33）に着霜したことを検知するとデフロスト運転を行うデフロスト運転制御部（106）とが設けられている。

上記圧縮機制御部（101）は、冷却動作において、圧縮機（30）の運転回転数（インバータの運転周波数）（N）を制御するためのものである。圧縮機制御部（101）は、吹出空気温度（SS）が吹出空気の目標温度（SP）となるように上記圧縮機（30）の運転回転数（N）を制御する。また、本実施形態では、目標温度（SP）は−３０℃〜＋３０℃までの間で適宜設定される。

具体的に、コンテナ庫内へ吹き出される吹出空気の温度（吹出空気温度（SS））が目標温度（SP）よりも低ければ、圧縮機（30）の運転回転数Ｎを下げる一方、吹出空気温度（SS）が目標温度（SP）よりも高ければ、圧縮機（30）の運転回転数（N）を上げる制御が行われる。

上記回転数制御部（102）は、ファン制御部（104）が庫内ファン（36）の回転をハイ状態からロー状態に切り換えると、圧縮機（30）の運転回転数（N）を所定値Ａだけ低下させて調節するものである。具体的には、コンテナ庫内の冷却負荷が低下すると、ファン制御部（104）は庫内ファン（36）の回転をハイ状態からロー状態に切り換える。こうすると、コンテナ用冷凍装置（10）の冷却能力が過剰となるため、回転数制御部（102）は、圧縮機（30）の運転回転数（N）を所定値Ａだけ低下させる。こうすると、圧縮機（30）の運転回転数（N−A）によって冷媒回路（20）を循環する冷媒の流量が低下し、コンテナ用冷凍装置（10）の冷却能力が下がる。このため、コンテナ用冷凍装置（10）の冷却能力とコンテナ庫内の冷却負荷とがバランスする。

上記コントローラ（100）は、プルダウン運転制御部（105）により通常の運転中よりも冷却能力を高めて行うプルダウン運転中に、吹出温度センサ（71）の検出値と流出温度センサ（68）の検出値とから、蒸発器（33）における空気の吹出温度（SS）と冷媒の出口温度（EOS）との温度差（SS−EOS）が所定の閾値（本実施形態における具体的な値は５℃）以上であると判断した場合には、蒸発器（33）に着霜していると判断する。このようにしている理由は、蒸発器（33）に着霜していない場合は空気と冷媒が効率よく熱交換するので空気と冷媒の温度差が小さいのに対して、蒸発器（33）に着霜している場合は熱伝達率が低下するので、蒸発温度が低くなっても空気温度があまり下がらず、空気の吹出温度（SS）と冷媒の出口温度（EOS）との温度差が大きくなるためである。そして、この温度差が上記の閾値以上になると、上記デフロスト運転制御部（106）によりデフロスト運転を開始する制御が行われる。

また、上記コントローラ（100）は、上記蒸発器（33）の近傍に配置される庫内ファン（36）の風量に応じて上記閾値を変更し、風量が現在値よりも多くなると閾値を大きくする制御を行う。これは、風量が現在値よりも多くなると、蒸発器（33）の吹出温度（SS）と冷媒の出口温度（EOS）の温度差（SS−EOS）が大きくなるからであり、本実施形態では、上記温度差（SS−EOS）が大きくなるのに対して適切な除霜検知を行うために上記閾値を大きくしている。

さらに、コントローラ（100）は、デフロスト運転を行ってから所定時間以内に着霜を検知すると、上記デフロスト運転制御部（106）により、それ以降は電源がオフになるまでデフロスト運転を禁止する制御を行う。これは、デフロスト運転が正常に終了した後に、所定時間（例えば１時間）以内に再度着霜を検知すると、蒸発器が汚れているような場合に着霜を検知したと考えられ、誤検知の可能性が高いことから、その場合はデフロスト運転を行わないようにしたものである。

また、本実施形態では、レヒート熱交換器（83）が設けられており、このレヒート熱交換器（83）に冷媒を流している間は蒸発器（3）の吹出温度が上昇し、吹出温度（SS）と冷媒の出口温度（EOS）の温度差（SS−EOS）が大きくなるが、その場合は着霜していないと判断してデフロスト運転は行わない。

さらに、本実施形態では、流出温度センサ（68）と吹出温度センサ（71）の異常をチェックしており、蒸発器（33）の吹出温度（SS）と冷媒の出口温度（EOS）の温度差（SS−EOS）が上記閾値以上になっても、流出温度センサ（68）と吹出温度センサ（71）が正常である場合以外はデフロスト運転を行わない。具体的には、吹出温度センサ（71）の検出値が高くずれた場合や流出温度センサ（68）の検出値が低くずれた場合には、上記温度差が実際には上記閾値より小さくても閾値以上であると判断される可能性があるので、その場合にはデフロスト運転を行わないこととしている。そのために、本実施形態では、図示していないが、流出温度センサ（68）と吹出温度センサ（71）の検出値をチェックするためのセンサが１つずつ設けられている。

また、上記コントローラ（100）は、蒸発器（33）の冷媒の状態が湿りと乾きで交互に変化する場合、蒸発器（33）の吹出温度（SS）と冷媒の出口温度（EOS）の温度差の１０分間の平均値を求め、この平均値が上記閾値以上であればデフロスト運転を行う。例えば、湿り運転になっている場合は、蒸発器（33）の出口の冷媒温度が下がるため、吹出温度（SS）と冷媒の出口温度（EOS）の温度差が大きくなり、乾き運転になっている場合は、蒸発器（33）の出口の冷媒が空気で温まるため、吹出温度（SS）と冷媒の出口温度（EOS）の温度差が小さくなる。そこで、上記温度差の１０分間の平均値を求めて、その値によってデフロスト運転を行うかどうかを判断している。こうすることにより、蒸発器（33）に着霜していないときに着霜していると誤検知したり、着霜しているときに着霜していないと誤検知したりするのを防止できる。

また、デフロスト運転を開始した後は、蒸発器（33）における冷媒の出口温度（EOS）が所定温度以上に上がるとデフロストを終了する。具体的には、コントローラ（100）は、上記出口温度（EOS）が５℃以上になると溶け残りがないと判断し、デフロストを終了する。

なお、本実施形態では、デフロスト運転が終了してから経過した時間をタイマーで計測しており、上記着霜検知がされなかった場合でも、タイマーの設定時間が経過すればデフロスト運転が行われる。また、上記着霜検知の制御に加えて、上記プルダウン時に吸込温度センサ（70）の検出値が１時間に０．２℃（この数値は一例である）以上低下しない場合に蒸発器に着霜していると判断し、デフロストを開始する従来と同様の制御を行うようにしてもよい。

−運転動作−
次に、上記コンテナ用冷凍装置（10）の運転動作について説明する。このコンテナ用冷凍装置（10）の運転動作は、「冷却運転」と「デフロスト運転」と「除湿運転」と「プルダウン運転」に大別される。冷却運転は、コンテナの庫内を比較的低い温度に冷却する運転である。つまり、冷却運転は、コンテナ本体（1a）に収容された輸送物（例えば生鮮食品等）を保存するために庫内を冷蔵／冷却する運転である。また、デフロスト運転は、圧縮機（30）の吐出冷媒をホットガスバイパス回路（22）に流して、蒸発器（33）の伝熱管等の表面に付着した霜を融かすための運転（除霜運転）である。デフロスト運転は、一般には、例えば冷却運転の開始から所定の設定時間が経過する毎に実行され、デフロスト運転の終了後には、冷却運転が再開される。プルダウン運転は、庫内を設定温度まで急速に冷却する運転であり、このプルダウン運転中に蒸発器に着霜したときもデフロスト運転が行われる。

本実施形態では、冷却運転の基本動作と、プルダウン運転及びプルダウン運転中に行われるデフロスト運転について説明する。

冷却運転における基本的な冷却動作では、第１開閉弁（47）および第２開閉弁（49）が開放状態となり、第３開閉弁（53）および第５開閉弁（81）が閉鎖状態となる。第４開閉弁（38）は全開状態となり、過冷却膨張弁（48）および主膨張弁（32）の開度が適宜調節される。また、圧縮機（30）、庫外ファン（35）および庫内ファン（36）が運転される。

圧縮機（30）で圧縮された冷媒は、凝縮器（31）で凝縮した後、レシーバ（41）を通過する。レシーバ（41）を通過した冷媒は、一部が低圧液管（27）をそのまま流れ、残りは過冷却分岐管（26）に分流する。低圧液管（27）を流れた冷媒は、過冷却熱交換器（44）で過冷却されてから主膨張弁（32）で減圧され、蒸発器（33）を流れる。蒸発器（33）では、冷媒が庫内空気から吸熱して蒸発する。これにより、庫内空気が冷却される。蒸発器（33）で蒸発した冷媒は、圧縮機（30）に吸入されて再び圧縮される。

過冷却分岐管（26）に分流した冷媒は、過冷却膨張弁（48）を通過して中間圧にまで減圧された後、過冷却熱交換器（44）の２次側通路（46）を流れる。過冷却熱交換器（44）では、１次側通路（45）を流れる冷媒と２次側通路（46）を流れる冷媒とが熱交換する。その結果、１次側通路（45）の冷媒が過冷却される一方、２次側通路（46）の冷媒が蒸発する。２次側通路（46）を流出した冷媒は、圧縮機（30）の中間ポートより中間圧力状態の圧縮室に吸入される。

プルダウン運転中は圧縮機（30）の能力を上げて庫内が急速に冷却され、その際に蒸発器（33）に着霜すると、デフロスト運転も行われる。以下に、プルダウン運転とその際に行われる着霜検知及びデフロスト運転の動作について、蒸発器（33）における空気の吹出温度（SS）と冷媒の出口温度（EOS）との温度差（SS−EOS）に基づいて行う本実施形態の制御と、タイマーのみを用いて行う比較例の制御とを比較して説明する。

図４（Ａ）は本実施形態の制御を示し、図４（Ｂ）は比較例の制御を示している。図４（Ａ），（Ｂ）において、縦軸は温度、横軸は時間である。また、運転条件は、外気温度が３０℃、庫内の設定温度（SP）が−２５℃とする。

まず、本実施形態の制御について図４（Ａ）を用いて説明する。時間（T1）は、積み荷がない状態でプレクールが終了した時間である。この状態で、庫内空気は−２５℃に冷却されている。次に、時間（T1）から時間（T2）まで、冷凍装置（10）をオフにしてコンテナの扉を開放し、積み荷の積み込み作業が行われる。この間には庫内温度が上昇し、それに伴って蒸発器（33）における空気の吸込温度（RS）と出口側の冷媒温度（EOS）もほぼ外気温度まで上昇する。

時間（T2）からプルダウン運転が開始される。プルダウン運転が開始されると庫内の温度が低下していき、上記空気温度（RS）と冷媒温度（EOS）も低下していく。一方、蒸発器（33）に徐々に着霜していくと、蒸発器（33）の熱伝達率が低下するため、吹き出し空気温度（SS）が下がりにくくなる。このとき、蒸発器（33）の出口の冷媒温度（EOS）は下がっていくので、蒸発器（33）における空気の吹出温度（SS）と冷媒の出口温度（EOS）との温度差（SS−EOS）が大きくなっていく。なお、この温度差（SS−EOS）を折れ線で表しているのは１０分ごとの平均値である。

上記温度差（SS−EOS）が５℃以上になると、本実施形態のデフロスト運転の開始条件が満たされるので、時間（T3）においてデフロスト運転が開始される。図の例ではプルダウン運転の開始から４時間が経過した時点である。

デフロスト運転が開始されると、蒸発器（33）にホットガスが流れるので、上記出口温度（EOS）が上昇するとともに庫内温度も上昇し、それに伴って吸込温度（RS）も上昇する。上記出口温度（EOS）が５℃になると、霜が溶けたと判断し、デフロスト運転を終了する（時間（T4））。図の例では、時間（T3）から時間（T4）まで２０分が経過している。

デフロストが終了するとプルダウン運転が再開され、庫内が冷却されていく。そして、時間（T5）においてプルダウンが終了し、庫内が−２５℃に冷却された状態となる。図の例ではデフロストの終了から３時間でプルダウン運転が終了している。

一方、図４（Ｂ）に示す比較例においても、時間（T1）でプレクールが終了し、時間（T2）で積み込み作業が終了してプルダウン運転が開始される。

プルダウン運転が開始されると、タイマーで設定された時間が経過するまで（時間（T3’）になるまで）はデフロスト運転が行われない。図４（Ａ）では時間（T3）で着霜が検知されているので、このT3の時点で、蒸発器（33）の熱伝達率が、着霜していない状態と比べて既に低下しており、時間（T3）から時間（T3’）までは、蒸発器（33）における冷媒の出口温度（EOS）が下がることになる。これに対して、着霜した状態では、上記吹出温度（SS）も庫内温度も低下しにくく、吸込温度（RS）も低下しにくくなる。そして、上記温度差（SS−EOS）は５℃を大きく超えてしまうが、冷却能力が低下したままデフロスト運転の開始時間（T3’）を迎えてしまう。その後、上記温度差（SS−EOS）は５℃からどんどん上昇してしまう。

図４（Ｂ）の比較例において時間（T3’）でデフロスト運転が開始されるとき、図４（Ａ）に示す本実施形態の制御で時間（T3）においてデフロスト運転が開始される状態に比べて、着霜量が多くなっている。そのため、この比較例では、霜を十分に溶かすために上記出口温度（EOS）が２０℃以上になることをデフロストの終了条件としており、必然的にデフロスト運転が開始してから終了するまでの時間（T4’−T3’）も長くなる。この例では、デフロストの開始時間（T3’）から終了時間（T4’）まで３０分が経過している。

時間（T4’）でデフロストが終了すると再度プルダウン運転が開始され、庫内が冷却されていく。そして、時間（T5’）においてプルダウンが終了し、庫内が−２５℃に冷却される。図の例ではデフロストの終了から３時間でプルダウン運転が終了している。

−実施形態の効果−
本実施形態によれば、蒸発器（33）における空気の吹出温度と冷媒の出口温度との温度差が所定の閾値以上であると判断した場合に上記蒸発器（33）に着霜したと検知し、上記デフロスト運転制御部（106）によりデフロスト運転を開始するデフロスト運転制御を行うことにより、短時間で迅速に着霜を検知でき、デフロスト運転を開始できるから、着霜によって能力が低下した状態での運転時間を最小限に抑えられる。したがって、プルダウン中のデフロスト運転を迅速に終わらせることができ、ひいてはプルダウン運転を迅速に終わらせることができる。

特に、蒸発器（33）における空気の吹出温度と冷媒の出口温度との温度差は、侵入熱、積み荷の熱容量、及び冷却能力などの誤検知の要因の影響を受けないため、短時間で確実に着霜を検知できる。

さらに、デフロストの開始を従来よりも早めることができるから、着霜量の少ない状態でデフロストを開始できることになる。このことにより、デフロスト運転時間そのものを短縮することが可能になり、デフロストに要する時間をより確実に短縮できるうえ、デフロスト完了温度も低くできるからプルダウンの再開をスムーズに行える。

また、空気調和装置では、暖房運転時に室外熱交換器がデフロスト対象となるが、一般に、室外熱交換器（蒸発器）の吹出温度センサは設けられない。そのため、本実施形態の制御を空気調和装置で行うことは一般には行われていない。これに対して、本実施形態では、コンテナ用冷凍装置（10）に通常設けられるセンサを用いているので、新たなセンサが不要であり、構成が複雑になることもない。ただし、空気調和装置であっても暖房時の蒸発器の吹出空気温度を検出する吹出温度センサを設けると、本実施形態と同様の制御を行うことは可能である。

また、庫内ファン（36）の風量が多くなると蒸発器（33）における空気の吹出温度と冷媒の出口温度との温度差が大きくなるのに対して、風量に応じた閾値を設定しておくことにより、風量が変わっても着霜検知を迅速に行えるから、デフロスト運転を迅速に終わらせることができる。

さらに、本実施形態では、デフロストが終わってから所定時間以内に再度着霜を検知すると、蒸発器（33）が汚れているなどが原因で誤検知した可能性が高いため、デフロストを行わない制御となるようにしている。このことにより、無駄なデフロスト運転を防止できる。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

例えば、上記実施形態の着霜検知とデフロスト運転は、プルダウン運転時に限らず、通常の冷却運転時に行ってもよい。

また、上記実施形態では、蒸発器（33）における空気の吹出温度（SS）と冷媒の出口温度（EOS）との温度差（SS−EOS）が所定の閾値以上であると判断した場合に上記蒸発器（33）に着霜したと検知し、圧縮機（30）の吐出ガス冷媒を蒸発器（33）に供給して霜を除去するホットガスデフロストを行う例を説明したが、デフロスト運転は、電気ヒータを用いて行う運転であってもよい。

また、上記実施形態では、蒸発器（33）における空気の吹出温度（SS）と冷媒の出口温度（EOS）との温度差（SS−EOS）が所定の閾値として５℃以上であると判断した場合に蒸発器（33）に着霜していると判断するようにしているが、上記の閾値は例示であり、装置に応じて適切な値に設定すればよい。

また、上記実施形態では、閾値を一定にし、デフロスト運転から１時間以内に上記温度差が閾値異常になった場合は誤検知であるとしてデフロスト運転を中止するようにしているが、デフロスト運転後の上記温度差を基準として上記閾値を補正する学習制御を行うようにしてもよい。

また、上記実施形態では、海上輸送等に用いられるコンテナの庫内を冷却するためのコンテナ用冷凍装置に本発明を適用した例を説明したが、本発明は、冷蔵庫や冷凍庫の庫内を冷却する冷却装置や、室内を暖房可能な空気調和装置にも適用可能である。つまり、本発明は、冷凍や空調を含む広義の冷凍装置について適用することが可能である。空気調和装置の場合には、暖房運転時のデフロストについて本発明を適用できる。

さらに、上記実施形態では、蒸発器（33）における空気の吹出温度（SS）と冷媒の出口温度（EOS）との温度差（SS−EOS）が所定の閾値以上であると判断した場合に上記蒸発器（33）に着霜したと検知し、デフロスト運転を開始するようにしているが、蒸発器（33）の吹出温度（SS）の代わりに吸込温度（RS）を用い、蒸発器（33）における空気の吸込温度（RS）と冷媒の出口温度（EOS）との温度差（RS−EOS）が所定の閾値以上であると判断した場合に上記蒸発器（33）に着霜したと検知し、デフロスト運転を開始するようにしてもよい。

その場合、吸込温度（RS）は吹出温度（SS）よりも温度が若干高くなるものの吹出温度（SS）とほぼ同様の変化をするので、蒸発器（33）における空気の吸込温度（RS）と冷媒の出口温度（EOS）との温度差（RS−EOS）が所定の閾値以上であると判断した場合にデフロスト運転を開始すると上記実施形態と同様の効果を奏することは可能である。なお、この変形例の制御を行う場合、上述のように上記吸込温度（RS）は上記吹出温度（SS）よりも一般に高温であるので、上記吹出温度（SS）を用いていた上記実施形態では所定の閾値として５℃に定めていた値を、例えば１０℃に定めるなど、閾値を適宜変更するとよい。

また、空気調和装置の場合一般に暖房時の蒸発器の吸込温度を検出する吸込温度センサが設けられるので、蒸発器（33）における空気の吸込温度（RS）と冷媒の出口温度（EOS）との温度差（RS−EOS）が所定の閾値以上であると判断した場合に上記蒸発器（33）に着霜したと検知してデフロスト運転を開始する制御は、空気調和装置に専用のセンサを設けなくても実施することが可能である。

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。

以上説明したように、本発明は、海上輸送等に用いられるコンテナの庫内を冷却するためのコンテナ用冷凍装置、冷蔵庫や冷凍庫の庫内を冷却する冷却装置、及び室内を暖房可能な空気調和装置などの冷凍装置において、庫内熱交換器（蒸発器）の着霜の検知に要する時間を短縮してデフロスト運転を迅速に終わらせる技術について有用である。

1a コンテナ本体（温度制御対象室）
10 コンテナ用冷凍装置
20 冷媒回路
30 圧縮機
31 凝縮器
32 主膨張弁（膨張機構）
33 蒸発器
36 庫内ファン（蒸発器ファン）
100 コントローラ（制御装置）
105 プルダウン運転制御部
106 デフロスト運転制御部

Claims (4)

1. 温度制御対象室（1a）と、圧縮機（30）と凝縮器（31）と膨張機構（32）と蒸発器（33）とが順に接続されて冷凍サイクル動作を行い上記温度制御対象室（1a）の内部を温度制御する冷媒回路（20）と、該冷媒回路（20）を制御する制御装置（100）とを備えた冷凍装置であって、
   上記制御装置（100）は、デフロスト運転を制御するデフロスト運転制御部（106）を備え、蒸発器（33）における空気の吹出温度または吸込温度と冷媒の出口温度との温度差が所定の閾値以上であると判断した場合に上記蒸発器（33）に着霜したと検知し、上記デフロスト運転制御部（106）によりデフロスト運転を開始するデフロスト運転制御を行い、
   上記制御装置（100）は、デフロスト運転を行ってから所定時間以内に着霜を検知すると、それ以降は電源がオフになるまでデフロスト運転を禁止することを特徴とする冷凍装置。
2. 温度制御対象室（1a）と、圧縮機（30）と凝縮器（31）と膨張機構（32）と蒸発器（33）とが順に接続されて冷凍サイクル動作を行い上記温度制御対象室（1a）の内部を温度制御する冷媒回路（20）と、該冷媒回路（20）を制御する制御装置（100）とを備えた冷凍装置であって、
   上記制御装置（100）は、デフロスト運転を制御するデフロスト運転制御部（106）を備え、蒸発器（33）における空気の吹出温度または吸込温度と冷媒の出口温度との温度差が所定の閾値以上であると判断した場合に上記蒸発器（33）に着霜したと検知し、上記デフロスト運転制御部（106）によりデフロスト運転を開始するデフロスト運転制御を行い、
   上記制御装置（100）は、上記蒸発器（33）の近傍に配置される蒸発器ファン（36）の風量に応じて上記閾値を変更し、風量が現在値よりも多くなると上記閾値を大きくすることを特徴とする冷凍装置。
3. 請求項２において、
   上記制御装置（100）は、デフロスト運転を行ってから所定時間以内に着霜を検知すると、それ以降は電源がオフになるまでデフロスト運転を禁止することを特徴とする冷凍装置。
4. 請求項１から３の何れか１つにおいて、
   上記制御装置（100）は、温度制御対象室（1a）を急速に冷却するプルダウン運転を行うプルダウン運転制御部（105）を備え、プルダウン運転中に上記デフロスト運転制御を行うことを特徴とする冷凍装置。
   

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