JP3218459U - 車載用冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設備のための費用を抑え、かつ燃費等の運用コストを下げることができる車載用冷凍装置を提供する。【解決手段】車載用冷凍装置は、外部電源により稼働する電動コンプレッサー２５を備えたスタンバイ装置１２を装備したトラック１０において、エンジン１１と連結された交流発電機２０と、交流発電機の出力電圧を必要に応じて減圧あるいは増圧して整流する電圧調整装置２１と、冷凍庫内の温度によって可変周波数制御された交流を出力するインバーター装置２３と、外部電源とインバーター装置の出力とを切り替えて電動コンプレッサーに接続する切替回路２４と、スタンバイ装置と温度センサー２７とエンジンの状態等を監視して電圧調整装置とインバーター装置と切替回路を制御するスタンバイ・インバーター制御装置２６を備える。費用を抑え、運用コストを下げることができ、既存の冷凍車を改造して実装する場合に好適である。【選択図】図１

Description

本考案は、車載用冷凍装置に関するものであり、特に既存の冷凍車に好適な車載用冷凍装置に関するものである。

現行の冷凍冷蔵車は、走行中はエンジンの軸に連結された機械式コンプレッサーによって冷媒を圧縮して冷凍装置に供給する方式が主流である。また、駐車中などにおいても冷凍装置を稼働させる必要がある場合には、外部から商用交流電源を接続し、この電源を用いてモーターで駆動する電動コンプレッサーも備えている（以降、この装置をスタンバイ装置あるいはスタンバイシステムと呼ぶ）。従って、装備が多くて重くなり、費用もかかるという欠点がある。

そこで、走行中においても発電機で発電し、スタンバイシステム用の電動コンプレッサーを駆動することによる方式であれば機械式コンプレッサーを省くことが考えられる。下記特許文献１には、発電機の回転数が広範囲にわたって変化する場合でも負荷駆動用電源の生成を高い効率で行うことができる発電制御システムを備えた冷凍車が開示されている。この発電制御システムは、冷凍車のエンジンによって２台の発電機を同時に回転駆動するように構成し、切換え制御部は、駆動軸の回転数がしきい値以下の低速領域に属する場合は、２台の発電機の発電出力が整流回路の入力端子に直列に印加されるようにし、回転数がしきい値を超える高速領域に属する場合は１つの発電機の発電出力だけが印加されるように接続を切換える。

特開２００３−７９１９９号公報

上記のような従来の方式においては、特殊な発電機が必要であり、費用がかさむという問題点がある。
本考案の目的は、従来の冷凍システムの課題を解決し、設備のための費用を抑え、かつ燃費等の運用コストを下げることができる、特に既存の冷凍車を改造して実装する場合にも好適な車載用冷凍装置を提供することにある。

本考案は発電式冷凍車システムであり、スタンバイ装置と追加するインバーター装置との連動を基本としたシステムである。本考案のシステムは、機械式コンプレッサーを取り外した場所に発電機を設置し、この発電機によって発電した電力によってスタンバイシステムを稼働させる。また、スタンバイ装置がついていない冷凍システムでも新たに電気式コンプレッサーを連結すれば、本冷凍システムを構築可能とするシステムである。

本考案は、外部電源により稼働する電動コンプレッサーを備えたスタンバイ装置を装備したトラックにおいて、更に、前記トラックのエンジンと連結された交流発電機と、前記交流発電機の出力電圧を必要に応じて減圧あるいは増圧して整流する電圧調整装置と、電圧調整装置の出力が入力され、可変周波数制御された交流を出力するインバーター装置と、前記外部電源と前記インバーターの出力とを切り替える切替回路と、前記スタンバイ装置、冷凍室内の温度センサーおよびエンジンの状態を監視し、前記電圧調整装置、前記インバーター装置、前記切替装置を制御するスタンバイ・インバーター制御装置を備えた点を主要な特徴とする。

また、前記スタンバイ・インバーター制御装置は、前記冷凍室内の温度センサーによって測定された温度に基づいて、前記冷凍室内の温度が設定温度以上である場合には、前記インバーター装置の出力交流が最高周波数になるように前記インバーター装置を制御し、設定温度以下になった場合には、設定温度と冷凍庫内温度との差分に基づいて、差が大きければ高速に、差が小さければ低速になるように周波数を決定する点にも特徴がある。

また、前記電圧調整装置は、三相交流出力線の内の任意の２本のそれぞれを短絡させるための半導体スイッチング素子および前記半導体スイッチング素子と直列に接続されたインダクタからなる減圧回路と、出力された直流電圧が所定値よりも高い場合に、三相交流出力線の内の任意の２本のそれぞれを３個の前記減圧回路によって同時に短絡させる減圧制御回路と、三相交流出力線の内の任意の２本のそれぞれを個別に短絡させるための半導体スイッチング素子からなる増圧回路と、出力された直流電圧が所定値よりも低い場合に、三相交流出力線の内の任意の２本のそれぞれを前記増圧回路によって個別に短絡と解放を所定の周期で繰り返させる増圧制御回路とを備えている点にも特徴がある。

また、前記スタンバイ・インバーター制御装置は、前記エンジンが所定値以上の高回転である場合には、前記電圧調整装置を短絡状態になるように制御し、前記電圧調整装置の減圧制御回路は、前記スタンバイ・インバーター制御装置からの制御に基づき、三相交流出力線の内の任意の２本のそれぞれを３個の前記減圧回路によって同時に連続的に短絡させる点にも特徴がある。

本考案の車載用冷凍装置においては、以下のような効果がある。
（１）冷凍庫内温度を常時測定し、設定温度以下に下がった場合、インバーターの周波数(電動コンプレッサー駆動周波数)を、最高速から低速に切り替え、以降は冷凍庫内温度との差分から、周波数を決定する。従来の、オンオフ制御による温度コントロールよりも温度変動が少ない制御が可能となる。
（２）機械式コンプレッサーはエンジンの回転数の影響を受けるが、本システムでは、エンジンの回転数とは無関係に任意の周波数で電動コンプレッサーを動作させることが可能となり、安定した冷凍能力を発揮できる。また、急速冷凍機能や、冷凍室内の温度管理をきめ細かく制御することが可能となる。
（３）既存（車両搭載）のスタンバイシステムを利用することにより、設備費用を抑えることができる。

図１は、本考案の車載用冷凍装置の構成を示すブロック図である。 図２は、本考案における電圧調整装置の構成を示すブロック図である。 図３は、本考案における減圧装置および増圧装置の構成を示す回路図である。 図４は、本考案におけるインバーター装置の構成を示すブロック図である。 図５は、本考案における切替装置の構成を示す回路図である。 図６は、本考案におけるスタンバイ・インバーター制御装置の動作を示すフローチャートである。

以下に本考案を実施するための形態である実施例について説明する。この実施例は、外部電源により稼働する電動コンプレッサーを備えたスタンバイ装置を装備した既存の冷凍トラックに本考案を適用したものである。

図１は、本考案の車載用冷凍装置の構成を示すブロック図である。トラック１０には外部から３相交流２００Ｖの電源を接続するための電源コード、外部電源によって電動コンプレッサー２５を稼働させ、冷凍装置１４によって冷凍室１６内部を冷やすための制御を行うスタンバイ装置１２、スタンバイ装置１２の操作盤１３、冷凍室１６の内部温度により電動コンプレッサー２５をオンオフ制御するための既存温度センサー１５が備えられている。以上の装置はスタンバイ装置を備えた既存の冷凍車１０に備えられているものを利用する。

スタンバイ装置１２は、外部電源によって電動コンプレッサー２５を稼働させ、冷凍装置１４によって冷凍室１６内部を冷やすための各装置の制御を行う。また、外部電源（３相交流）をスタンバイ装置１２に接続した際、外部電源通電状態をスタンバイ・インバーター制御装置２６に通知するための信号出力回路（スタンバイ状態）を追加する。更に、操作盤１３にある冷凍運転スイッチの状態を検出し、スタンバイ・インバーター制御装置２６に通知するための信号出力回路（スタンバイ状態）も追加する。

トラック１０のエンジン１１は新設した三相交流発電機２０と連結されている。なお、既存の冷凍用の機械式コンプレッサーは不要となるのでトラック１０から取り外し、空いたスペースに三相交流発電機２０を取り付けてもよい。この場合には新たなスペースが不要であり、改造が容易にできる。三相交流発電機２０の三相交流出力ＵＶＷは電圧調整装置２１に入力される。出力電圧は定格２００Ｖであるが、負荷やエンジン回転数によって変動する。

電圧調整装置２１は三相交流発電機２０の出力電圧を必要に応じて減圧あるいは増圧して整流する。詳細は後述する。電圧調整装置２１の出力はコンデンサー２２によって平滑され、インバーター装置２３に入力される。インバーター装置２３は電圧調整装置２１の直流出力を入力し、スタンバイ・インバーター制御装置２６によって周波数制御された交流を出力する。切替回路２４は、外部の商用交流電源とインバーター装置２３の出力とを切り替えて電動コンプレッサー２５に接続する。

スタンバイ・インバーター制御装置２６は、格納されているプログラムに基づき、外部信号を読み込み、また外部の装置を制御する監視制御用のコンピューター装置である。スタンバイ・インバーター制御装置２６は、スタンバイ装置１２、エンジン１１、パネル２８、冷凍室１６内に新設された温度センサー２７等の状態信号や情報などを監視し、電圧調整装置２１、インバーター装置２３、切替装置２４を制御する。

スタンバイ・インバーター制御装置２６は、冷凍室１６内の温度に基づきインバーター装置２３を周波数制御する。即ち、冷凍室内の温度が設定温度以上である場合には、電動コンプレッサー２５がフルパワーになるように、即ちインバーター装置２３の出力交流が最高周波数になるようにインバーター装置２３を制御する。また、設定温度以下になった場合には、インバーター装置２３の周波数(電動コンプレッサー駆動周波数)を、最高速から低速に切り替え、以降は冷凍庫内温度との差分に基づいて、差が大きければ高速に、差が小さければ低速になるように周波数を決定する。

なお、温度センサーが２個設置されているが、これは既存の設備を最小限の改造で使用するようにしたためであり、全て新設する場合には１つでもよい。また、スタンバイ・インバーター制御装置２６としては、市販の制御用コンピューター装置を採用し、後述する機能を実行するためのプログラムを実装することにより、作成可能である。

図２は、本考案における電圧調整装置の構成を示すブロック図である。また、図３は、本考案における減圧装置および増圧装置の構成を示す回路図である。電圧調整装置２１は、３個のインダクタ３６、３個の減圧回路３０、減圧制御回路３１、３個の増圧回路３２、増圧制御回路３３、整流回路３５からなる。例えば後段のインバーター装置２３および電動コンプレッサー２５が直流電圧（ＤＣ）１８０Ｖ〜３５０Ｖの範囲であれば正常に動作する場合、電圧調整装置２１は、出力電圧がこの電圧範囲に入るように、必要に応じて減圧あるいは増圧を行う。
インダクタ３６は、過電流抑止のために三相交流発電機２０の三相交流出力線ＵＶＷのそれぞれに直列に挿入されたインダクタである。

減圧回路３０は、三相交流出力線ＵＶＷの内の任意の２本のそれぞれを短絡させるためのＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子４１、スイッチング素子４１と並列接続された公知のスナバ回路（スイッチング素子４１の遮断時に生じる過渡的な高電圧を吸収する抵抗とコンデンサーの直列回路からなる保護回路）４２、スイッチング素子４１とスナバ回路４２の並列回路と直列に接続された過電流抑止用のインダクタ４０からなる。

減圧制御回路３１は、出力された直流電圧が所定値よりも高い場合に、三相交流出力線ＵＶＷの内の任意の２本のそれぞれを３個の減圧回路３０によって同時に短絡させることにより、出力電圧を減圧する。短絡は、出力電圧の高さに基づき、所望のデューティー比で３個同時にオンオフが行われる。なお、三相交流出力線を短絡しても、交流であり、三相交流発電機２０の巻き線、インダクタ３６、インダクタ４０のインダクタンスがあるので過剰な電流が流れることはない。

増圧回路３２は、三相交流出力線ＵＶＷの内の任意の２本のそれぞれを個別に短絡させるためのＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子４３、スイッチング素子４３と並列接続された公知のスナバ回路４４からなる。
増圧制御回路３３は、出力された直流電圧が所定値よりも低い場合に、三相交流出力線ＵＶＷの内の任意の２本のそれぞれを増圧回路３２によって１個づつ個別に短絡と解放を所定の周期で繰り返すことにより、出力電圧を増圧する。

なお、増圧回路３２において短絡を行うと、三相交流発電機２０の巻き線、インダクタ３６のインダクタンスがあるので、電流が徐々に増加し。その後、解放（切断）を行うと、インダクタンスの影響で高電圧が発生する。この動作を所定の周期で繰り返す。整流回路３５は、三相交流を整流する公知の整流回路である。

図４は、本考案におけるインバーター装置の構成を示すブロック図である。インバーター装置２３は、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子５０および各素子５０のオンオフを可変周波数制御するかあるいはオフするインバーター制御回路５１からなる。なお、インバーター装置２３としては、市販されている周知の可変周波数制御可能なインバーター装置を採用可能である。

図５は、本考案における切替装置の構成を示す回路図である。切替回路２４は、スタンバイ・インバーター制御装置２６からの制御に基づき、スタンバイ装置１２およびインバーター装置２３と電動コンプレッサー２５との接続をオンオフする２個のリレー回路からなる。２個のリレー回路は、スタンバイ・インバーター制御装置２６からの制御に基づき、どちらか一方のみがオンになり、他方はオフになる。

図６は、本考案におけるスタンバイ・インバーター制御装置の動作を示すフローチャートである。Ｓ１０においては、スタンバイ装置１２から出力される外部電源通電状態通知信号を読み込むことにより外部電源の接続が有りか否かが判定され、判定結果が否定の場合には発電機モードとなり、Ｓ１１に移行するが、肯定の場合にはスタンバイモードとなり、Ｓ２１に移行する。

発電機モードにおいて、Ｓ１１においては、切替回路２４を制御して外部電源を切り離す。Ｓ１２においては、エンジン１１がオンか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ１７に移行するが、肯定の場合にはＳ１３に移行する。Ｓ１３においては、操作盤１３の温度調節スイッチがオンか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ１７に移行するが、肯定の場合にはＳ１４に移行する。

Ｓ１４においては、エンジン１１が所定値以上の高回転であるか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ１７に移行するが、肯定の場合にはＳ１５に移行する。この処理は、例えば急加速時などエンジンの回転数が一時的に所定の回転数を超えた場合に、発電機２０の出力電圧が高圧となり、インバーター装置２３が破損することを防止するためのものである。Ｓ１５においては、電圧調整装置２１をオンする。Ｓ１６においては、インバーター装置をオンにする。そして、温度センサー２７から温度情報を取得し、この温度情報に基づいてインバーター装置２３を周波数制御して、Ｓ１０に戻る。

即ち、パネル２８に設定された冷凍室内の温度が設定温度以上である場合には、電動コンプレッサー２５がフルパワーになるように、即ちインバーター装置２３の出力交流が最高周波数になるようにインバーター装置２３を制御する。また、設定温度以下になった場合には、インバーターの周波数(電動コンプレッサー駆動周波数)を、最高速から低速に切り替え、以降は冷凍庫内温度との差分に基づいて周波数を決定する。

なお、冷凍装置１４のファンなどはスタンバイ装置１２によって制御されるので、操作盤１３にある冷凍運転スイッチがオンの場合にはスタンバイ装置１２や冷凍装置１４が常に稼働するように、操作盤１３にある温度設定スイッチの状態は手動で最低温度にしておく。

Ｓ１７においては、電圧調整装置２１を電力抑止状態に制御する。即ち、電力抑止状態では、出力電圧の高さに基づき、所望のデューティー比でオンオフが行われる通常の減圧動作とは異なり、減圧回路３０は１００パーセントオン状態を維持、継続する。その結果、の発電機２０の出力電圧は低圧状態となる。なお、発電機２０は負荷が無い場合と同様の状態になり、エンジン１１の負荷は軽くなる。Ｓ１８においては、インバーター装置２３をオフ状態に制御して、Ｓ１０に戻る。

スタンバイモードにおいては、既存のスタンバイシステムのみによって従来と同様の冷凍機能を稼働させる。Ｓ２１においては、切替回路２４を制御して外部電源を電動コンプレッサー２５に接続する。Ｓ２２においては、インバーター装置２３をオフに制御する。Ｓ２３においては、エンジンが稼働（回転）しているか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ１０に戻るが、肯定の場合にはＳ２４に移行する。

Ｓ２４においては、外部電源が接続されていることを警告するブザーを所定時間オンにして、運転者に警告する。Ｓ２５においては、Ｓ１７と同様に電圧調整装置２１を電力抑止状態に制御して、Ｓ１０に戻る。

以上、実施例について説明したが、本考案は以下のような変形例も考えられる。実施例においては、冷凍機能を備えたトラックに本考案を適用する例を開示したが、冷凍機能の無い車両に本考案を適用する場合には、スタンバイ装置と制御装置の機能を併せ持った１つの制御装置として作成することも可能である。

実施例においてはスタンバイ時にはインバーター装置を使用しない例を開示したが、スタンバイ時においても外部電源を整流してインバーター装置を稼働させることによって可変周波数制御してもよい。そうすれば高精度の温度管理が可能である。
また、発電機から出力される電力を電力蓄積装置（バッテリー、キャパシター等）に蓄積させ、エンジンが駆動できない場合等に電力蓄積装置からインバーターへ電力を供給することにより、冷凍システムを駆動することが可能である。

本考案は冷凍あるいは冷蔵機能を備えた任意の車両に適用可能である。

１０…トラック（冷凍車）
１１…エンジン
１２…スタンバイ装置
１３…操作盤
１４…冷凍装置
１５…既存温度センサー
１６…冷凍室
２０…三相交流発電機
２１…電圧調整装置
２２…コンデンサー
２３…インバーター装置
２４…切替回路
２５…電動コンプレッサー
２６…スタンバイ・インバーター制御装置
２７…温度センサー
２８…パネル

Claims (4)

1. 外部電源により稼働する電動コンプレッサーを備えたスタンバイ装置を装備したトラックにおいて、更に
   前記トラックのエンジンと連結された交流発電機と、
   前記交流発電機の出力電圧を必要に応じて減圧あるいは増圧して整流する電圧調整装置と、
   電圧調整装置の出力が入力され、可変周波数制御された交流を出力するインバーター装置と、
   前記外部電源と前記インバーターの出力とを切り替える切替回路と、
   前記スタンバイ装置、冷凍室内の温度センサーおよびエンジンの状態を監視し、前記電圧調整装置、前記インバーター装置、前記切替装置を制御するスタンバイ・インバーター制御装置
   を備えたことを特徴とする車載用冷凍装置。
2. 前記スタンバイ・インバーター制御装置は、前記冷凍室内の温度センサーによって測定された温度に基づいて、前記冷凍室内の温度が設定温度以上である場合には、前記インバーター装置の出力交流が最高周波数になるように前記インバーター装置を制御し、設定温度以下になった場合には、設定温度と冷凍庫内温度との差分に基づいて、差が大きければ高速に、差が小さければ低速になるように周波数を決定することを特徴とする請求項１に記載の車載用冷凍装置。
3. 前記電圧調整装置は、三相交流出力線の内の任意の２本のそれぞれを短絡させるための半導体スイッチング素子および前記半導体スイッチング素子と直列に接続されたインダクタからなる減圧回路と、
   出力された直流電圧が所定値よりも高い場合に、三相交流出力線の内の任意の２本のそれぞれを３個の前記減圧回路によって同時に短絡させる減圧制御回路と、
   三相交流出力線の内の任意の２本のそれぞれを個別に短絡させるための半導体スイッチング素子からなる増圧回路と、
   出力された直流電圧が所定値よりも低い場合に、三相交流出力線の内の任意の２本のそれぞれを前記増圧回路によって個別に短絡と解放を所定の周期で繰り返させる増圧制御回路と
   を備えていることを特徴とする請求項１に記載の車載用冷凍装置。
4. 前記スタンバイ・インバーター制御装置は、前記エンジンが所定値以上の高回転である場合には、前記電圧調整装置を短絡状態になるように制御し、
   前記電圧調整装置の減圧制御回路は、前記スタンバイ・インバーター制御装置からの制御に基づき、三相交流出力線の内の任意の２本のそれぞれを３個の前記減圧回路によって同時に連続的に短絡させることを特徴とする請求項３に記載の車載用冷凍装置。

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