JP2018197647A - 車両用冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】貨物自動車の冷凍車等において、エンジン停止中においても冷凍装置を作動可能とする。【解決手段】車両用冷却装置は、車両のエンジンにより駆動され、電動圧縮機を有するコンプレッサユニット７、エバポレータユニット１０およびコンデンサユニット２０専用の発電機６と、発電機６により充電されるバッテリ３と、少なくとも電動圧縮機の動作を制御する制御部と、バッテリ３を電源として電力を入力し、制御部による制御に基づき、電動圧縮機を駆動するための電力に変換して供給する電力変換装置２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用冷凍装置に関する。

従来からこの種の車両用冷凍装置を備えた軽トラックや小型トラックなどの小型貨物自動車や中型貨物自動車、大型貨物自動車等による冷凍車では、一般的に車両のエンジンルームに圧縮機（コンプレッサ）が設けられ、凝縮機（コンデンサ）ユニットを冷凍コンテナの外壁等に取り付け、蒸発器（エバポレータ）ユニットを冷凍コンテナ内に設置することで、それぞれ別体で配置されている。そのため、構造が複雑となり、冷媒配管の取り回しも煩雑となっている。また、エンジンルーム内の圧縮機は、エンジンが停止すれば作動を停止するため、冷凍車の利用には大きな制約があった。

ところで、車両寸法がコンパクトであり、都市部の路地等のように狭い道の通行に便利であると共に、駐車スペースも場所を取らない等の特長を備えている軽トラックを用いた冷凍車が注目されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００２−３７０５１８号公報 特開２０１５−６８６２６号公報 特開２０００−２０５７２８号公報

しかしながら、車両のエンジンを利用して冷凍装置を駆動する冷凍車では、エンジンを停止すると冷凍装置も停止することとなる。そのため、配達等で停車する場合には、荷室内の温度が変化して低温状態を維持できない場合があった。そこで、停車中においてもアイドリング状態とし、荷室内の低温状態を維持することが行われているが、今度はアイドリング状態における消費燃料の増加や排出ガスにより、燃費や環境面での問題が生じてしまう。

本発明は、上述のような課題に鑑みなされたものであって、エンジン停止中においても冷凍装置を作動可能な車両用冷凍装置を提供することを目的とする。

上述のような課題を解決するために、本発明に係る車両用冷凍装置は、
車両の荷台に搭載される荷室内を冷却するための車両用冷凍装置であって、
冷媒を圧縮する電動圧縮機を有するコンプレッサユニットと、
前記荷室内の空気を前記冷媒と熱交換させて冷却するエバポレータユニットと、
外気と熱交換することで前記コンプレッサユニットにて圧縮された前記冷媒から熱を放出させるコンデンサユニットと、
前記車両のエンジンにより駆動され、前記コンプレッサユニット、前記エバポレータユニットおよび前記コンデンサユニット専用の発電機と、
前記発電機により充電されるバッテリと、
少なくとも前記電動圧縮機の動作を制御する制御部と、
前記バッテリを電源として電力を入力し、当該入力した電力を前記制御部による制御に基づき、前記電動圧縮機を駆動するための電力に変換して供給する電力変換装置と、を備える
ことを特徴とする。

これによれば、専用の発電機によって充電される専用のバッテリを備えているので、従来のような車両のエンジンを利用して駆動する必要がない。換言すれば、車両用冷凍装置の作動をエンジンに依存する必要がない。よって、配達等で停車する場合にエンジンを停止しても、車両用冷凍装置は独立して運転の継続が可能なため、冷凍コンテナ内の低温状態を維持できる。すなわち、停車中においてもアイドリング状態とする必要がないため、消費燃料の増加や排出ガスによる環境汚染を未然に回避できる。

さらに、本発明において、
商用電源から電力を取り込み、交流出力から直流に変換して整流する充電器を更に備え、
前記バッテリは、前記発電機または前記充電器により充電されることが好ましい。

これによれば、バッテリを充電する手段として商用電源から電力を取り込む充電器を備えることにより、走行中においてはエンジンによって駆動される専用の発電機を用いてバッテリを充電できると共に、商用電源を確保できる場合においては、車両のエンジンを駆動することなく、当該商用電源から電力を取り込む充電器８によりバッテリを充電できる。

以上、説明したように、本発明によれば、エンジン停止中においても冷凍装置を作動可能とすることができる。

本発明による車両用冷凍装置の一実施形態を示し、軽トラック冷凍車に装着された適用例を示す概略図である。 本実施形態の車両用冷凍装置を示す斜視図である。 本実施形態の車両用冷凍装置を上方から見て示す平面図である。 本実施形態の車両用冷凍装置を示す側面図である。 図１の車両用冷凍装置の取付状態を示す部分的断面図である。 図１の車両用冷凍装置の概略構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。
図１〜図６には、本発明による車両用冷凍装置の一実施の形態が示されている。本実施形態の車両用冷凍装置１は、例えば、軽トラックを含めた小型トラックなどの小型貨物自動車の荷台に搭載される荷室としての冷凍コンテナＫ内を冷却（すなわち、冷凍や冷蔵）する冷凍装置に適用され、設置スペースの省スペース化を図ると共に、取付作業に要する構成部品、時間および手間を大幅に削減するのに有効なものである。なお、以下の説明において、車両の進行方向前方とは図１の紙面における左方の方向を示し、上方とは図１の紙面における上方の方向を示すものとする。また、車両として軽トラックや小型トラックなどの小型貨物自動車を用いた冷凍車Ｃに適用する場合について述べるが、一例であってこれに限ることはない。但し、前述のような小型貨物自動車に適用することで、小型貨物自動車特有の小さい荷室スペースを有効活用できる利点を得ることができる。

＜システムの構成について＞
図１〜図６に示すように、本実施形態の車両用冷凍装置１は、前述の小型貨物自動車を用いた冷凍車Ｃの冷凍コンテナＫに取り付けられるもので、冷凍サイクルを構築するコンプレッサユニット７とコンデンサユニット２０とエバポレータユニット１０とが、本体フレーム９に対して一体化された状態で組付けられて構成されている。

この本体フレーム９には、コンプレッサユニット７とコンデンサユニット２０とが配置された荷室外部側と、エバポレータユニット１０が配置された荷室内部側との境界部位に、荷室隔壁部４０が介在されており、この荷室隔壁部４０を境に、荷室外部側と荷室内部側とが互いの重量バランスを略均等となるように配置されている。また、荷室隔壁部４０は、本体フレーム９を冷凍コンテナＫに取り付ける際に、当該冷凍コンテナＫの外壁面に沿うように当接し、本体フレーム９は、後述する取付開口部３０を閉塞するようになっている（図５参照）。

また、車両用冷凍装置１は、冷凍車Ｃの図示省略するエンジンにより駆動される発電機４（オルタネータ）と、商用電源（ＡＣ１００Ｖ）から電力を取り込み、交流出力から直流に変換して整流する充電器８と、発電機４または充電器８により充電されるバッテリ３（サブバッテリ）と、コンプレッサユニット７に設けられたコンプレッサ２２の動作を制御する駆動部２５と、当該駆動部２５による制御に基づき、バッテリ３を電源として入力される電力（例えば、１２Ｖや２４Ｖ）を、コンプレッサ２２を駆動するための電力（例えば、３００Ｖ）に変換（昇圧）して供給する電力変換装置としてのＤＣ／ＤＣコンバータ２と、を備えている。

なお、冷凍車Ｃには、エンジンにより駆動され、車両の各種補機（オーディオ・エアコン等）にて使用される電力を発電したり、バッテリ５（メインバッテリ）を充電したりする車両用の発電機６（オルタネータ）が別途備えられている。
しかしながら、本実施形態の車両用冷凍装置１の場合、専用のバッテリ３および発電機４が設けられていると共に、当該バッテリ３によって駆動されるコンプレッサ２２も従来のようなエンジンによって駆動される機械式コンプレッサではないため、エンジンルームに配置されるのではなく、コンプレッサユニット７としてコンデンサユニット２０と一緒に本体フレーム９の荷室外部側に配置されている。よって、車両用冷凍装置１の作動に際し、エンジンの駆動・停止に依存することはない。また、コンプレッサユニット７とエバポレータユニット１０とコンデンサユニット２０とが一体化されているため、冷凍サイクルに係る配管の取り回しも簡略化できる利点を備えている。

＜エバポレータユニット１０の構成＞
エバポレータユニット１０は、冷凍コンテナＫの内部空間（荷室内）を冷却する部分であり、エバポレータ１１（蒸発器）およびエバポレータファン１２等を有して構成され、冷凍コンテナＫに取り付けられる。

エバポレータ１１は、コンデンサユニット２０からの冷媒と冷凍コンテナＫ内の空気とを熱交換することで、冷媒を蒸発させると共に空気を冷却する。エバポレータファン１２は、例えばターボファンからなり、エバポレータファンモータ１２ａによって回転され、エバポレータ１１で冷却された空気を冷凍コンテナＫ内に送出する。第１温度センサ１３は、冷凍コンテナＫ内の温度を検出し、検出温度に応じた信号を後述の制御部１６・駆動部２５へ送出する。

具体的に、冷凍コンテナＫにおける進行方向前方の上方の位置には、本体フレーム９と一体化されたエバポレータユニット１０が配置される荷室内部側に対応する取付開口部３０が貫設されている。そして、本体フレーム９は、この取付開口部３０に対して、エバポレータユニット１０側を挿入して嵌め込まれることで、当該エバポレータユニット１０を冷凍コンテナＫの内部に配置した状態で取り付けられる。

＜コンデンサユニット２０の構成＞
次に、コンデンサユニット２０について説明する。コンデンサユニット２０は、冷凍コンテナＫの外部（室外）で冷媒の熱交換をする部分であり、コンデンサ２３（凝縮器）、ファンユニット（コンデンサファン２４，コンデンサファンモータ２４ａ）、不図示の膨張弁（エキスパンションバルブ）、第２温度センサ（不図示）等の構成部品によって構成されている。

コンデンサ２３は、高温高圧の冷媒と外気とを熱交換して冷媒を液体状にする。コンデンサファン２４は、コンデンサファンモータ２４ａ（図２，図３参照）によって回転され、コンデンサユニット２０の内部空間（図５の紙面下側）から空気を吸い込んで外部（図５の紙面上方）に向かって放出する。

膨張弁は、コンデンサ２３にて高温・高圧の状態となった液状の冷媒を噴射させて減圧し、低温・低圧の霧状にすることで、液状の冷媒を気化（蒸発）しやすい状態にする（冷媒の気化を促進する）。

かかるコンデンサユニット２０は、本体フレーム９の荷室外部側に配置されており、コンデンサ２３の上面が車両前方から後方へ向けて下り傾斜しており、この上面に重ねてコンデンサファン２４やコンデンサファンモータ２４ａからなるファンユニットが取り付けられている。そして、冷凍コンテナＫにおける進行方向前方の面の上方側に穿設された取付開口部３０周辺に、本体フレーム９の荷室隔壁部４０が当接した状態で取り付けられる。

＜コンプレッサユニット７の構成＞
次に、コンプレッサユニット７の構成について説明する。かかるコンプレッサユニット７は、アキュムレータ２１、コンプレッサ２２（電動圧縮機）等の構成部品によって構成されている。アキュムレータ２１は、冷媒の液溜まりとして機能し、気体状の冷媒をコンプレッサ２２に戻すための要素である。コンプレッサ２２は、車両用冷凍装置１専用のバッテリ３によって駆動するもので、気体状の冷媒を圧縮して高温高圧の気体にする。

かかるコンプレッサユニット７は、本体フレーム９の荷室外部側に配置され、コンデンサユニット２０と近接した状態で配設されている。従って、コンプレッサユニット７は、冷凍車Ｃにおけるキャブ（車室）のルーフ上方に位置するように、本体フレーム９を介して取り付けられている。

なお、ここでは図示省略するが、コンプレッサユニット７およびコンデンサユニット２０は、平面が台形をなす直方体状に構成され、上面が車両後方から前方へ向けて下り傾斜した形状に構成されたケーシングによって覆われている。このケーシングには、進行方向前方に位置する前面側に外気を取り込むための吸気口が設けられている。また、このケーシングの上面には送風口が形成されており、熱を上方に向けて放出するための放熱部として機能するようになっている。

この送風口からは、コンデンサファン２４およびコンデンサファンモータ２４ａを備えたファンユニットが臨んでいる。そして、コンプレッサユニット７およびコンデンサユニット２０における前述の各種構成部品は、このケーシング内に配置されている。これにより、冷凍車Ｃにおけるキャブ（車室）のルーフ上方に吸気口が前方を、排気口が上方を向くように本体フレーム９を介して取り付けられている。このため、外気は、吸気口からコンデンサユニット２０の内部に取り込まれた後、下面からコンデンサ２３の内部を通って送風口に導かれる。そして、送風口を通って冷凍車Ｃの進行方向後方（冷凍コンテナＫの上方）に向けて排出される。このようにして、プロペラファン２４では、空気流を生じさせてコンデンサ２３との間で熱交換を行わせることが可能となっている。

このとき、ケーシングは、例えばＦＲＰ（Fiberglass Reinforced Plastic：繊維強化プラスチック）樹脂からなり、型抜きが容易な形状が好ましい。さらに、ケーシングは、進行方向前部または後部にヒンジ等の機構を用いて開閉可能な構造とすることが好ましい。これにより、エンジンフードのように開閉が容易な構造とすることができるので、メンテナンス性に優れた構造を実現できる。しかも、このようなケーシングは、前面に吸気口が設けられ、上面に放熱部として機能する送風口が設けられることで、車両前方からの風（外気）を取り込み易く、コンデンサ２３の吹き出しをスムーズにさせることが可能となるため、放熱性に優れ、コンデンサ２３における熱交換効率の向上を図ることができる。

＜その他の構成＞
バッテリ３は、この車両用冷凍装置１の動作用電源として機能する。本実施形態のバッテリ３は、冷凍車Ｃに搭載されたエンジンの始動時に電力を供給するメインバッテリ５とは別体であり、例えばＤＣ１２Ｖの電源電圧に定められた鉛バッテリ等からなる。そして、前述のエバポレータファンモータ１２ａ，コンデンサファンモータ２４ａは、バッテリ３の定格電圧に応じたＤＣ１２Ｖで動作する。
ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、バッテリ３からのＤＣ１２Ｖ電源をコンプレッサ２２の動作に適した電圧まで昇圧する。本実施形態では、ＤＣ１２ＶをＤＣ３００Ｖまで昇圧する。

なお、ここでは図示省略するが、かかる車両用冷凍装置１は、冷凍車Ｃにおける車室（キャブ）内（例えば、運転席近傍のダッシュパネル付近）にスイッチ群１４、表示部１５および制御部１６を備えている。スイッチ群１４は、例えば、運転開始や運転停止を指示するＯＮ／ＯＦＦスイッチといった各種のスイッチによって構成されている。また、表示部１５は、例えば、車両用冷凍装置１の設定温度や電圧などを表示する。

制御部１６は、車両用冷凍装置１における各種操作の制御を行う。例えば、表示部１４を制御して各種の情報を表示させたり、第１温度センサ１３からの検出信号に基づき、検出温度を認識したり、ファンモータを制御したりする。

駆動部２５は、制御部１６と通信可能に構成されており、必要な情報を制御部１６との間で送受信している。また、駆動部２５は、本体フレーム９の荷室外部側に配置され、車両用冷凍装置１における各種の制御を行う。例えば、駆動部２５は、制御部１６から伝送される制御信号に基づいてコンプレッサ２２を駆動制御したり、エバポレータファンモータ１２ａ，コンデンサファンモータ２４ａの動作を制御したりする。

吸熱後の冷媒はコンプレッサ２２に送られて圧縮される。これにより、冷媒は再び高温高圧の気体になる。この高温高圧の冷媒をコンデンサ２３に導いて外気と熱交換させる。この熱交換によって、冷媒に吸収された熱が外気に放出される。コンデンサ２３から送出された液化された冷媒は、膨張弁で減圧され、気化が促進される。そして、膨張弁からの冷媒は、エバポレータ１１に送られ、空気の冷却に再度用いられる。

＜まとめ＞
以上、説明したように、本実施形態の車両用冷凍装置１は、冷凍車Ｃの荷台に搭載される冷凍コンテナＫ内の空気を冷媒と熱交換させて冷却するエバポレータユニット１０と、冷媒を圧縮するコンプレッサユニット７と、外気と熱交換することでコンプレッサユニット７にて高温高圧となった冷媒から熱を放出させるコンデンサユニット２０と、が本体フレーム９に対し、一体化して組付けられてなる。そして、冷凍コンテナＫには、車両Ｃの進行方向前方における上方の位置に本体フレーム９に対応する取付開口部３０が貫設されており、本体フレーム９は、取付開口部３０に嵌め込まれることで、エバポレータユニット１０を冷凍コンテナＫの内部に配置した状態で取り付けられるようになっている。

これにより、コンプレッサユニット７とエバポレータユニット１０とコンデンサユニット２０とが一体化して組付けられた本体フレーム９を冷凍コンテナＫの取付開口部３０に取り付けるだけで、エバポレータユニット１０を冷凍コンテナＫの内部に配置した状態で車両用冷凍装置１を取り付けることができる。このため、車両用冷凍装置１の取り付けに要する構成部品、時間および手間を大幅に削減することができる。

また、冷凍コンテナＫに本体フレームの形状に応じた取付開口部３０を用意するだけで、各種の車両に適用することができ、汎用性を高めることができる。さらに、構成要素（コンプレッサユニット７・エバポレータユニット１０・コンデンサユニット２０等）毎に機能が完結しているため、各要素の設計変更、試用変更等に柔軟に対応でき、設計の自由度を広げることができる上、メンテナンス性にも優れている。

しかも、一体化によって冷媒配管が短縮化され、配設も簡略化でき、装置全体としてコンパクト化を図ることができるので、コンプレッサユニット７とエバポレータユニット１０とコンデンサユニット２０の取付スペースを削減できる。さらに、車両用冷凍装置１は、専用の発電機４または商用電源から電力を取り込む充電器８によって充電されるバッテリ３を電源として備えているので、従来のような車両のエンジンを利用してコンプレッサを駆動する必要がない。換言すれば、車両用冷凍装置１の作動をエンジンに依存する必要がない。よって、配達等で停車する場合にエンジンを停止しても、車両用冷凍装置１は独立して運転の継続が可能なため、冷凍コンテナＫ内の低温状態を維持できる。すなわち、停車中においてもアイドリング状態とする必要がないため、消費燃料の増加や排出ガスによる環境汚染を未然に回避できる。

また、本体フレーム９において、コンプレッサユニット７とコンデンサユニット２０とが配置された荷室外部側と、エバポレータユニット１０が配置された荷室内部側と、が荷室隔壁部４０を介在して隣接した状態で一体化して組付けられることで、本体フレーム９において荷室外部側と荷室内部側とが荷室隔壁部４０を介して区画されている。そして、この荷室隔壁部４０が冷凍コンテナＫの取付開口部３０周辺に当接した状態で取り付けられると共に、取付開口部３０には当該取付開口部３０と略同一形状に形成された本体フレーム９が嵌め込まれる。このため、取付開口部３０の周囲を荷室隔壁部４０によって覆うことができるので、これら荷室隔壁部４０と本体フレーム９とによって取付開口部３０を完全に密閉することができ、かくして冷凍コンテナＫの密閉性を確保できる。

さらに、本体フレーム９において、コンプレッサユニット７とコンデンサユニット２０とが配置された荷室外部側と、エバポレータユニット１０が配置された荷室内部側とが、荷室隔壁部４０を中心に略均等な重量バランスで配置されているため、冷凍コンテナＫに取り付けられた状態において、取付開口部３０を介して冷凍コンテナＫの内側と外側とで重量配分を均等にすることができ、当該取付開口部３０への曲げモーメントを軽減することができる。よって、従来、荷室内部の天井部等に設けられていた補強部材等が不要になる。

さらに、バッテリ３を充電する手段として商用電源から電力を取り込む充電器８を備えることにより、走行中においてはエンジンによって駆動される専用の発電機４を用いてバッテリ３を充電できると共に、商用電源を確保できる場合においては、車両のエンジンを駆動することなく、当該商用電源から電力を取り込む充電器８によりバッテリを充電できる。

しかも、コンプレッサユニット７およびコンデンサユニット２０は、本体フレーム９に設けられるケーシングによって覆われており、当該ケーシングには、進行方向前方から外気を取り込むための吸気口が設けられている。また、このケーシングには、熱を上方に向けて放出するための放熱部が設けられていることにより、車両Ｃ前方からの風（外気）を取り込み易く、コンデンサ２３の吹き出しをスムーズにさせることができる。よって、放熱性に優れ、コンデンサ２３における熱交換効率の向上を図ることができる。

＜変形例＞
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、その均等物も含まれる。

例えば、車両は軽トラックや小型トラックなどの小型貨物自動車を用いた冷凍車Ｃに限定されるものではなく、荷室として冷凍コンテナを搭載可能な車両であれば、例えば、他の大きさの貨物自動車（中型貨物自動車・大型貨物自動車等）や、ピックアップタイプのトラック、バン型車両、キャンピングカー等のレジャー用車両、特殊車両等の他の種類の車両であっても良い。

また、上述した実施形態においては、バッテリ３として、ＤＣ１２Ｖの電源電圧に定められた鉛バッテリ等を適用する場合について述べたが、一例であってこれに限らず、この他、例えば、車種等に応じてＤＣ２４Ｖの電源電圧に定められたものであっても良いことは言うまでもない。

１ 車両用冷凍装置
２ ＤＣ／ＤＣコンバータ（電力変換装置）
３ バッテリ（サブバッテリ）
４ 発電機（オルタネータ）
５ メインバッテリ
６ 発電機（オルタネータ）
７ コンプレッサユニット
８ 充電器
９ 本体フレーム
１０ エバポレータユニット
２０ コンデンサユニット
１１ エバポレータ（蒸発器）
１２ エバポレータファン
１２ａ エバポレータファンモータ
１３ 温度センサ
１４ スイッチ群
１５ 表示部
１６ 制御部
２１ アキュムレータ
２２ コンプレッサ（圧縮機）
２３ コンデンサ（凝縮器）
２４ コンデンサファン
２４ａ コンデンサファンモータ
２５ 駆動部
３０ 取付開口部
４０ 荷室隔壁部
Ｃ 冷凍車（車両）
Ｋ 冷凍コンテナ（荷室）

Claims (2)

1. 車両の荷台に搭載される荷室内を冷却するための車両用冷凍装置であって、
   冷媒を圧縮する電動圧縮機を有するコンプレッサユニットと、
   前記荷室内の空気を前記冷媒と熱交換させて冷却するエバポレータユニットと、
   外気と熱交換することで前記コンプレッサユニットにて圧縮された前記冷媒から熱を放出させるコンデンサユニットと、
   前記車両のエンジンにより駆動され、前記コンプレッサユニット、前記エバポレータユニットおよび前記コンデンサユニット専用の発電機と、
   前記発電機により充電されるバッテリと、
   少なくとも前記電動圧縮機の動作を制御する制御部と、
   前記バッテリを電源として電力を入力し、当該入力した電力を前記制御部による制御に基づき、前記電動圧縮機を駆動するための電力に変換して供給する電力変換装置と、を備える
   ことを特徴とする車両用冷凍装置。
2. 商用電源から電力を取り込み、交流出力から直流に変換して整流する充電器を更に備え、
   前記バッテリは、前記発電機または前記充電器により充電される
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用冷凍装置。