JP2005083640A - 冷凍車用冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷媒配管の長さを短縮することができ、これにより冷媒配管からの熱損失を低減して運転効率の向上が図れるとともに、冷媒封入量を削減できてコストの低減が図れ、さらには製造時の作業負担を大幅に軽減することが可能な冷凍車用冷凍装置を提供する。
【解決手段】 冷凍車１の下部および発電機５１の近傍にコンバータ部６０を設置し、このコンバータ部６０の出力をインバータ部４０で交流に変換する。このインバータ部４０の出力により動作する圧縮機３１を運転室２の上方に設置するとともに、運転室２の上方に凝縮器３２を設置する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、エンジンを動力源として発電する発電機を備え、その発電機の出力により圧縮機を駆動して冷凍コンテナ内を冷却する冷凍車用冷凍装置に関する。

エンジンを動力源として発電する発電機を備え、その発電機の出力により圧縮機を駆動して冷凍コンテナ内を冷却する冷凍車がある。この冷凍車の運転室の屋根上に凝縮器が設けられ、冷凍コンテナ内には蒸発器が設けられ、圧縮機から吐出される冷媒がその蒸発器および凝縮器を通って循環することにより、冷凍コンテナ内が冷却される。

冷凍コンテナは車両の荷台に設置され、その荷台の下に重量の大きい圧縮機が設置されるのが一般的である。また、冷凍コンテナ内の蒸発器は、冷凍コンテナ内の上部に取付けられるのが一般的である。このため、冷凍サイクル配管は、車両の下部の圧縮機から運転室の屋根上まで延ばされて凝縮器に接続され、しかも、冷凍コンテナ内の上部の蒸発器から下方に延ばされて圧縮機に接続される（例えば、特許文献１）。
特開２００１−３２４２５４号公報

冷凍サイクル配管が上下にわたって長く配設される状況では、冷凍サイクル配管からの熱損失が大きくなって運転効率が低下したり、冷凍サイクル配管への冷媒封入量が増えてコストが上昇するなどの問題がある。製造時においては、配管の引き回し作業が増えて、作業員にかかる負担が増大してしまう。

この発明は、上記の事情を考慮したもので、その目的とするところは、冷凍サイクル配管の長さを短縮することができ、これにより冷凍サイクル配管からの熱損失を低減して運転効率の向上が図れるとともに、冷媒封入量を削減できてコストの低減が図れ、さらには製造時の作業負担を大幅に軽減することが可能な冷凍車用冷凍装置を提供することを目的としている。

請求項１に係る発明の空気調和機は、運転室の後方に冷凍コンテナを備えたものであって、当該冷凍車のエンジンを動力源とする発電機と、当該冷凍車の下部に設置され上記発電機の出力を直流に変換するコンバータ部と、上記運転室上に設けられ上記コンバータ部に配線接続されてそのコンバータ部の出力を交流に変換するインバータ部と、上記運転室上に設けられ上記インバータ部の出力により動作する圧縮機と、上記運転室上に設けられた凝縮器と、上記冷凍コンテナ内に設けられた蒸発器と、上記圧縮機から吐出される冷媒を上記凝縮器および上記蒸発器に通して上記圧縮機に戻す冷凍サイクルとを備えている。

この発明の空気調和機では、冷凍サイクル配管の長さを短縮することができ、これにより冷凍サイクル配管からの熱損失を低減して運転効率の向上が図れるとともに、冷媒封入量を削減できてコストの低減が図れ、さらには製造時の作業負担を大幅に軽減することが可能な冷凍車用冷凍装置を提供できる。

以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
上方から見た車両の構成を図１に示し、側方から見た車両の構成を図２に示している。
１は冷凍車で、運転室２の後方に荷台３を備えている。この荷台３上に冷凍コンテナ４が積載されている。冷凍コンテナ４は、内部が仕切壁４ｘによって冷凍室（−２０℃）４ａと冷蔵室（０℃〜８℃）４ｂに分けられ、後部側の冷蔵室４ｂが開閉自在な扉４ｃ，４ｃによって閉塞され、前部側の冷凍室４ａの側壁が開閉自在な扉４ｄによって閉塞されている。冷凍室４ａおよび冷蔵室４ｂの上部にはそれぞれエバポレーティングユニット１２が取付けられている。運転室２の屋根上には、冷凍コンテナ４の前面上部に取付けられる形で２つのコンデンシングユニット１１が設置され、これらコンデンシングユニット１１と上記各エバポレーティングユニット１２とが冷凍サイクルの冷媒配管１３によってそれぞれ接続されている。

各コンデンシングユニット１１には、圧縮機３１、凝縮器３２、凝縮器用ファン３３、およびインバータ部４０が収容されている。各エバポレーティングユニット１２には、蒸発器３４および蒸発器用ファン３５が収容されている。圧縮機３１から吐出される冷媒が凝縮器３２および蒸発器３４を通って循環することにより、冷凍コンテナ４内の冷凍室４ａおよび冷蔵室４ｂがそれぞれ冷却される。インバータ部４０は、後述するコンバータ部６０ｂの出力を、圧縮機３１を駆動するための交流電力と、凝縮器用ファン３３を駆動するための交流電力との２系統にそれぞれ変換して出力する。

運転室３の下方のエンジンルーム５に、当該冷凍車１の駆動源であるエンジン５０およびそのエンジン５０の動力を受けて発電する発電機５１が収容されている。

冷凍車１の下部たとえば荷台３において、上記発電機５１の近傍に、後述のコンバータ部６０ｂを収容したコンバータユニット６０ａが吊り下げ状態で設置されている。コンバータユニット６０ａは、発電機５１の出力端に交流ラインＡＣＬにより接続され、その交流ラインＡＣＬの三相交流電圧（約２００Ｖ）を内部のコンバータ部６０ｂにより約２８０Ｖの直流に変換する。このコンバータユニット６０ａから運転室２上の上記各インバータ部４０にかけて直流ラインＤＣＬが接続されている。

冷凍車１の下部たとえば荷台３の後部に、充放電用のバッテリユニット７０が吊り下げ状態で設置されている。バッテリユニット７０は、コンバータ部６０ｂと各インバータ部７０との間の直流ラインＤＣＬに接続されている。なお、バッテリユニット７０の出力電圧は、直流２２０Ｖ程度に設定されている。

上記各コンデンシングユニット１１内の構成は、図３に示すように、凝縮器３２および凝縮器用ファン３３が運転室２内の運転席２ａと対応する側に配置され、圧縮機３１が運転室２内の助手席２ｂと対応する側に寄せて配置されている。運転席２ａには常に運転手が搭乗するのに対し、助手席２ｂには必ずしも人が搭乗しない点を考慮し、重量の大きい圧縮機３１を助手席２ｂ側に寄せて配置することで、冷凍車１の左右重量バランスをなるべく平均化して冷凍車１の走行安定性を高めるようにしている。

インバータ部４０は、圧縮機３１と対応する側に放熱用のヒートシンク４０ａを有している。また、コンデンシングユニット１１は、冷凍車１の前方側の前面に吸気口１１ａを有し、その吸気口１１ａと対応する位置に凝縮器３２を設け、その凝縮器３２の後方に凝縮器用ファン３３を設けている。外気は、冷凍車１の走行および凝縮器用ファン３３の運転により、図示破線矢印で示すように、前面の吸気口１１ａに流入して凝縮器３２および凝縮器用ファン３３を通り、その後、圧縮機３１と上記ヒートシンク４０ａとの間を経由してコンデンシングユニット１１の側面の排気口１１ｂから外に流出する。この外気の流通により、ヒートシンク４０ａの放熱効率が向上する。

このような構成の冷凍車用冷凍装置の制御回路を図４に示している。
発電機５１の出力が交流ラインＡＣＬを介してコンバータユニット６０ａ内のコンバータ部６０ｂに供給される。コンバータ部６０ｂでは、交流ラインＡＣＬの交流電圧が整流器６２で整流され、その整流後の直流電圧が平滑用キャパシタ６３を介して直流ラインＤＣＬに供給される。直流ラインＤＣＬには、コンバータ部６０ｂ内の中央制御部（中央制御基板）６４が接続されるとともに、充放電回路６５を介して上記バッテリユニット７０が接続されている。充放電回路６５は、バッテリユニット７０内の充電コントローラと共に、マイクロコンピュータおよびその周辺回路からなる中央制御部６４によって制御される。この中央制御部６４に、交流ラインＡＣＬの電圧が検出用として供給されるとともに、その検出電圧に応じて発電機５１の出力電圧を制御するための発電機制御回路６６が接続されている。充放電回路６５は、中央制御部６４の指令に応じて、バッテリユニット７０に対する充放電を制御する。この充放電制御により、アイドリングストップ時にも、バッテリユニット７０の電力を使用して冷凍コンテナ４内の冷却運転を継続することができる。

上記整流器６２の入力側にはコンセント６１が接続されており、そのコンセント６１に三相交流電源８０を接続することが可能となっている。この接続に際しても、整流器６２から直流電圧が得られる。

コンバータ部６０ｂから導出された直流ラインＤＣＬは、各インバータ部４０に接続されている。各インバータ部４０では、直流ラインＤＣＬの電圧が平滑用キャパシタ４１を介してスイッチング回路４２，４３に供給される。スイッチング回路４２は、平滑用キャパシタ４１を介して供給される直流電圧を駆動制御部（パワードライブ基板）４４からの指令に応じたパルス幅変調に基づく高周波スイッチングによって所定周波数の三相交流電圧に変換し、それを圧縮機３１のモータに対する駆動用電力として出力する。この圧縮機３１のモータに流れる電流が電流センサ４５により検知され、その検知結果が駆動制御部４４に供給される。スイッチング回路４３は、平滑用キャパシタ４１を介して供給される直流電圧を駆動制御部４４からの指令に応じたパルス幅変調に基づく高周波スイッチングによって所定周波数の三相交流電圧に変換し、それを凝縮器用ファン３３のモータに対する駆動用電力として出力する。すなわち、コンバータ部６０ｂから出力される直流電圧が２系統の交流電圧に変換されて圧縮機３１および凝縮器用ファン３３のそれぞれモータに供給される。

コンバータ部６０ｂの中央制御部６４から各インバータ部４０に対して通信線７１が導出されており、その通信線７１は各インバータ部４０における２つのコネクタ４５，４６を中継しながら各駆動制御部４４に順次に接続されている。この通信線７１と各駆動制御部４４との接続関係を図５に具体的に示している。

中央制御部６４は、各駆動制御部６４によるスイッチング回路４２，４３の出力周波数を通信線７１により順次にアドレス指定して個別に制御する。なお、スイッチング回路４２，４３の出力周波数を制御するための要素として、冷凍コンテナ４の冷凍室４ａおよび冷蔵室４ｂの温度がそれぞれ温度センサ３９により検知され、その各検知温度が中央制御部６４に供給される。

また、各コンデンシングユニット１１と各エバポレーティングユニット１２との間の冷凍サイクルは、圧縮機３１から吐出される冷媒を凝縮器３２に供給し、その凝縮器３２から流出する冷媒をレシーバタンク３６およびドライや３７を介して蒸発器３４に供給し、その蒸発器３４を経た冷媒をアキュームレータ３８を介して圧縮機３１に吸込ませる配管構成となっている。

以上のように、圧縮機３１を運転室２の屋根上のコンデンシングユニット１１に収容することにより、従来のように圧縮機を車両下部に設置する場合に比べ、圧縮機３１と凝縮器３２との間の冷凍サイクル配管１３の長さを大幅に短縮することができる。圧縮機３１と冷凍コンテナ４内の蒸発器３４との間の冷凍サイクル配管１３についても、その長さを大幅に短縮することができる。

冷凍サイクル配管１３の長さを短縮できることにより、冷凍サイクル配管１３からの熱損失が小さくなり、運転効率が向上する。冷凍サイクル配管１３への冷媒封入量が増えることもなく、コストの低減が図れる。製造時においては、冷凍サイクル配管１３の引き回し作業が少なくなって、作業員にかかる負担を軽減することができる。

重量の大きい圧縮機３１が運転室２の屋根上に設置されると、冷凍車１の左右重量バランスに片寄りが生じて走行安定性に悪影響を与えてしまうのではないかとの心配が生じるが、圧縮機３１を運転室２内の助手席２ｂ側に寄せて配置しているので、そのような心配は不要である。

インバータ部４０についても、圧縮機３１といっしょにコンデンシングユニット１１に収容しているので、インバータ部４０と圧縮機３１との間の配線を短くすることができる。インバータ部４０からは高周波スイッチングによる高周波電圧が出力されるが、配線が短いことにより、周囲への高周波ノイズ（ラジオノイズともいう）の影響を回避することができる。

凝縮器用ファン３３の駆動電力もインバータ部４０から得ることができるので、凝縮器用ファン３３のためだけに外部から電力ラインを導入する必要がなくなり、配線の簡略化が図れる。なお、詳述は省略するが、蒸発器用ファン３５は２４Ｖ程度の直流定電圧で動作する直流モータが使用されている。

エンジンルーム５の発電機５１と荷台３のコンバータユニット６０ａとの間に交流ラインＡＣＬが接続されるが、発電機５１とコンバータユニット６０ａとの間の距離が近いので、交流ラインＡＣＬからのノイズ発生や電力損失を防ぐことができる。

コンデンシングユニット１１内のインバータ部４０と荷台３に設置されたコンバータユニット６０ａとの間に配線接続されるのは直流ラインＤＣＬであるから、この点でも、ノイズの漏れや電力損失を防ぐことができる。

とくに、コンバータユニット６０ａが、発電機５１、各インバータ部４０、およびバッテリユニット７０の相互間のちょうど中間位置に存するので、交流ラインＡＣＬおよび直流ラインＤＣＬの長さをできるだけ短縮することができ、ノイズの漏れや電力損失の低減に関して顕著な効果を得ることができる。しかも、１つのコンバータ部６０ｂによって複数のインバータ部４０に対する電力供給を賄うことができるので、部品点数の削減、ひいてはコストの低減が図れる。

バッテリユニット７０は、充電電圧を冷凍車１が停止しているときの駆動電力として利用することができる。このバッテリユニット７０については荷台３の後部に設置しているので、運転室２における左右重量バランスへの悪影響は生じない。

一方、コンバータ部６０ｂ内の中央制御部６４によって各インバータ部４０における駆動制御部４４を順次にアドレス指定して個別に制御する構成であるから、中央制御部６４と各インバータ部４０との間の通信手段が通信線７１のみとなり、配線数が少なくて構成の簡略化およびコストの低減が図れる。

また、各圧縮機３１のモータに流れる電流が電流センサ４５によって検知され、その検知結果が駆動制御部４４を介して中央制御部６４に供給される。中央制御部６４は、各圧縮機３１の動作電力を演算して求め、図６に示すような電力のレリース制御を実行する。すなわち、各圧縮機３１の動作電力が規定値以内に収まるよう、各インバータ部４０におけるスイッチング回路４２の出力周波数（圧縮機３１の運転周波数）を制御する。このレリース制御により、各圧縮機３１の異常停止を回避することができ、冷却運転の信頼性が向上する。

なお、上記実施形態では、冷凍コンテナ４内の前方側の空間４ａを冷凍室として使用し、後方側の空間４ｂを冷蔵室として使用する構成としたが、各温度センサ３９の検知温度に応じたインバータ部４０の出力周波数制御の切換えにより、空間４ａを冷蔵室として使用し、空間４ｂを冷凍室として使用することも可能である。

インバータ部４０におけるスイッチング回路４３の出力を凝縮器用ファン３３のモータに駆動電力として供給したが、スイッチング回路４３のスイッチング制御用としていわゆる３シャント方式のベクトル制御を採用することが考えられる。この３シャント方式のベクトル制御は、モータの巻線電流をモータにおけるロータ位置として検出し、その検出結果をスイッチング制御に使用するものである。この場合、ロータ位置を磁気的に検出するたとえばホール素子が不要になるので、さらなる構成の簡略化およびコストの低減が図れる。

また、上記実施形態では、運転室２の屋根上に２つのコンデンシングユニット１１を設置する構成としたが、図７に示すように、運転室２の屋根上に１つのコンデンシングユニット１１を設置する構成としてもよい。この場合、コンデンシングユニット１１に配管接続された１つのエバポレーティングユニット１２によって冷凍コンテナ４内の全空間が冷却される。とくに、コンデンシングユニット１１の設置位置については、人が乗ることが少ない運転席２ａと対応する側にできるだけ寄せることで、重量の大きい圧縮機３１がコンデンシングユニット１１に収容されていることによる左右重量バランスの悪化を解消している。

その他、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

この発明の一実施形態の車両の構成を上方から見た図。 同実施形態における車両の構成を側方から見た図。 同実施形態におけるコンデンシングユニットの具体的な構成を示す図。 同実施形態における制御回路のブロック図。 同実施形態における通信線と各駆動制御部との接続関係を具体的に示す図。 同実施形態における電力のレリース制御を説明するための図。 この発明の他の実施形態の車両の構成を上方から見た図。

符号の説明

１…冷凍車、２…運転室、３…荷台、４…冷凍コンテナ、４ａ…冷凍室、４ｂ…冷蔵室、５…エンジンルーム、１１…コンデンシングユニット、１２…エバポレーティングユニット、１３…冷媒配管、３１…圧縮機、３２…凝縮器、３３…凝縮器用ファン、３４…蒸発器、３５…蒸発器用ファン、４０…インバータ部、４１…平滑用キャパシタ、４２，４３…スイッチング回路、４４…駆動制御部、５０…エンジン、５１…発電機、６０ａ…コンバータユニット、６０ｂ…コンバータ部、６１…コンセント、６２…整流器、６３…平滑用キャパシタ、６４…中央制御部、６５…充放電回路、６６…発電機制御回路、７０…バッテリユニット、７１…通信線、８０…三相交流電源

Claims (6)

1. 運転室の後方に冷凍コンテナを備えた冷凍車において、
   当該冷凍車のエンジンを動力源とする発電機と、当該冷凍車の下部に設置され前記発電機の出力を直流に変換するコンバータ部と、前記運転室上に設けられ前記コンバータ部と配線接続されてそのコンバータ部の出力を交流に変換するインバータ部と、前記運転室上に設けられ前記インバータ部の出力により動作する圧縮機と、前記運転室上に設けられた凝縮器と、前記冷凍コンテナ内に設けられた蒸発器と、前記圧縮機から吐出される冷媒を前記凝縮器および前記蒸発器に通して前記圧縮機に戻す冷凍サイクル配管とを備えたことを特徴とする冷凍車用冷凍装置。
2. 前記コンバータ部と前記インバータ部との間の直流ラインに接続され当該冷凍車の下部に設置された充放電用のバッテリユニット、をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍車用冷凍装置。
3. 前記コンバータ部に設けられそのコンバータ部の出力を平滑する平滑用キャパシタと、前記インバータ部に設けられそのインバータ部への入力を平滑する平滑用キャパシタと、をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の冷凍車用冷凍装置。
4. 前記圧縮機は、前記運転室上においてその運転室内の助手席と対応する側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の冷凍車用冷凍装置。
5. 運転室の後方に冷凍コンテナを備えた冷凍車において、
   当該冷凍車のエンジンを動力源とする発電機と、前記発電機の出力を直流に変換するコンバータ部と、前記運転室上に設けられ前記コンバータ部に配線接続されてそのコンバータ部の出力を交流に変換するインバータ部と、前記運転室上に設けられ前記インバータ部の出力により動作する圧縮機と、前記運転室上に設けられた凝縮器と、前記冷凍コンテナ内に設けられた蒸発器と、前記圧縮機から吐出される冷媒を前記凝縮器および前記蒸発器に通して前記圧縮機に戻す冷凍サイクル配管と、前記インバータ部に設けられた放熱用のヒートシンクと、前記圧縮機、前記凝縮器、前記インバータ部、前記凝縮器用ファンが収容されたコンデンシングユニットとを備え、このコンデンシングユニット内に流入する外気が前記凝縮器および凝縮器用ファンを経た後に前記圧縮機と前記ヒートシンクとの間を経由してコンデンシングユニット外に流出する構成であることを特徴とする冷凍車用冷凍装置。
6. 運転室の後方に冷凍コンテナを備えた冷凍車において、
   当該冷凍車のエンジンを動力源とする発電機と、前記発電機の出力を直流に変換するコンバータ部と、このコンバータ部の出力を交流に変換する複数のインバータ部と、この各インバータ部の出力により動作する複数の圧縮機と、複数の凝縮器と、前記冷凍コンテナ内に設けられた複数の蒸発器と、前記各圧縮機から吐出される冷媒を前記各凝縮器および前記各蒸発器に通して前記各圧縮機に戻す複数の冷凍サイクル配管と、前記コンバータ部と前記各インバータ部との間の直流ラインに接続された充放電用のバッテリユニットと、前記発電機の出力電圧制御および前記バッテリユニットに対する充放電制御を実行し且つ前記各インバータ部の出力周波数をその各インバータ部の相互間に接続された通信線により順次にアドレス指定して個別に制御する中央制御部と、を備えたことを特徴とする冷凍車用冷凍装置。

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