(57)【要約】圧縮機速度制御装置の電力電子機器に対する冷却が、冷凍機から電力電子機器を通り、次いで冷凍機に戻るように送られる冷媒によって行われる。電力電子機器へと流れる冷媒の量と電力電子機器を冷却するのに必要な冷媒の量とは両方とも圧縮機の速度に実質的に比例するので、電力電子機器へと流れる冷媒の量は、電力電子機器を冷却するのに必要な冷媒の量に自動的に調節される。電力電子機器用のハウジングが圧縮機の側部に直接取り付けられ、圧縮機は支持台に弾性的に取り付けられ、それによって電力電子機器に衝撃保護が得られる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列の流れ関係で圧縮機、凝縮器、膨張装置および蒸発器を有する冷凍機用の電力制御装置であって、
圧縮機を駆動する可変速型の電気駆動モータと、
電源と、
電源から電力を受け取り、効率を最適化するように所望の速度で圧縮機を駆動するよう駆動モータに電力を選択的に供給する電力電子機器パッケージと、
電力電子機器パッケージを冷却するように冷凍機から電力電子機器パッケージを通して冷媒の流れを導く冷媒流導管と、
を備えることを特徴とする電力制御装置。
【請求項２】
電子機器パッケージの冷却必要量は圧縮機の速度に実質的に比例することを特徴とする請求項１記載の電力制御装置。
【請求項３】
電子機器パッケージを通過する冷媒の量は圧縮機の速度に実質的に比例することを特徴とする請求項２記載の電力制御装置。
【請求項４】
冷媒は蒸発器からの冷媒ガスであることを特徴とする請求項１記載の電力制御装置。
【請求項５】
電力電子機器はインバータを含むことを特徴とする請求項１記載の電力制御装置。
【請求項６】
電力電子機器パッケージは圧縮機の１つの側部に取り付けられることを特徴とする請求項１記載の電力制御装置。
【請求項７】
圧縮機は密閉型圧縮機であることを特徴とする請求項１記載の電力制御装置。
【請求項８】
圧縮機はスクロール圧縮機であることを特徴とする請求項１記載の電力制御装置。
【請求項９】
駆動モータは交流誘導モータであることを特徴とする請求項１記載の電力制御装置。
【請求項１０】
電力電子機器パッケージは圧縮機に固定して取り付けられることを特徴とする請求項１記載の電力制御装置。
【請求項１１】
圧縮機をその据付位置に弾性的に取り付けかつ支持する少なくとも１つの弾性取付台を含むことを特徴とする請求項１記載の電力制御装置。
【請求項１２】
直列の流れ関係で圧縮機、凝縮器、膨張装置および蒸発器を有する冷凍機内の圧縮機を駆動するように適合された駆動モータの速度を制御する方法であって、
圧縮機を駆動する可変速型の電気駆動モータを用意し、
電源を用意し、
電源から電力を受け取り、効率を最適化するように所望の速度で圧縮機を駆動するよう駆動モータに電力を選択的に供給する電力電子機器パッケージを用意し、
電力電子機器システムを冷却するように冷凍機から電力電子機器システムを通して冷媒の流れを導く、
ことを含むことを特徴とする、駆動モータの速度を制御する方法。
【請求項１３】
電力電子機器システムに導かれる冷媒の流量は圧縮機の速度に実質的に比例することを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
電力電子機器システムの冷却必要量は圧縮機の速度に実質的に等しいことを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
冷媒は蒸発器からの冷媒ガスであることを特徴とする請求項１２記載の電力制御装置。
【請求項１６】
電力電子機器はインバータを含むことを特徴とする請求項１２記載の電力制御装置。
【請求項１７】
電力電子機器パッケージは圧縮機の１つの側部に取り付けられることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１８】
圧縮機は密閉型圧縮機であることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１９】
圧縮機はスクロール圧縮機であることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項２０】
駆動モータは交流誘導モータであることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項２１】
電力電子機器パッケージは圧縮機に固定して取り付けられることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項２２】
圧縮機をその据付位置に弾性的に取り付けることをさらに含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項２３】
電力電子機器パッケージを通し次いで圧縮機内へと冷媒ガス流を導くことを含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項２４】
直列の流れ関係で接続されたモータ駆動圧縮機、凝縮器、膨張装置および蒸発器を有し、圧縮機駆動モータの速度を制御する制御装置を含む種類の冷凍機であって、
ハウジングを備える電力電子機器パッケージであって、関連する電子部品がハウジング内に配置されかつ駆動モータに電気的に接続される、電力電子機器パッケージと、
電子部品を冷却するように冷凍機からハウジングを通し次いで圧縮機の吸入ポートへと冷媒の流れを導く導流部材を含む、電力電子機器パッケージ用の冷却装置と、
を備えることを特徴とする冷凍機。
【請求項２５】
冷凍機は圧縮機を支持可能に取り付ける弾性取り付け装置を含み、ハウジングは圧縮機に支持可能に取り付けられることを特徴とする請求項２４記載の冷凍機。
【請求項２６】
圧縮機は鉛直に取り付けられる密閉型圧縮機であり、ハウジングは密閉型圧縮機の側部に取り付けられることを特徴とする請求項２５記載の冷凍機。
【請求項２７】
電力電子機器パッケージはインバータを含み、駆動モータは交流誘導モータであることを特徴とする請求項２４記載の冷凍機。
【請求項２８】
ハウジングは圧縮機に固定して取り付けられることを特徴とする請求項２５記載の冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に冷凍機に関し、より詳細には圧縮機速度制御器を有する輸送用冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷蔵または冷凍保持が必要な物品の輸送ではトラック、トレーラーなどの車両や冷凍コンテナには貨物を所定の温度に冷却するために貨物空間に接する冷凍機が備えられている。冷凍機は電気モータで駆動される圧縮機を含むが、この圧縮機の最も一般的な種類は圧縮機ハウジング内部に配置されたモータを有する密封型圧縮機である。
【０００３】
通常の輸送用冷凍機では圧縮機のデューティサイクルは周囲温度、貨物の種類や容量、所望の貨物空間温度、貨物の積み降ろしに貨物空間を開ける頻度や時間の長さなどのさまざまな要因に依存してかなり変わることになる。圧縮機は予想される最悪の条件（プルダウンなど）を満たす必要がある冷却能力を与えるのに十分な能力および速度で作動するように設計する必要がある。しかしながら圧縮機は作動時間の大半で最大能力に満たない能力で作動可能であり、また時々完全に停止することもある。従って効率化を図るために冷却器の要求を満たすと同時に最大の効率を達成するように圧縮機の速度を変える制御装置を備えることが一般的になっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
速度制御を達成する方法の一つは、特に駆動モータへの電流、電圧、周波数の少なくとも一つを変えることで駆動モータへの電力を選択的に変更するのに使用する電力電子機器ユニットによるものである。このようなユニットをそのさまざまな電子部品と共に使用する場合、最も頑丈な電力用電子機器システムであってもある特定の望ましくない条件から保護しないと不調や故障に見舞われることが分かってきた。第一に認められるのは、インバータを過熱から保護する必要があることである。これは多くの場合ヒートシンクを使用することによって、また、冷却が必要な電子部品を通して空気を循環させるファンを備えることによって達成される。この点については一般に冷却能力が増加するにつれて電力電子機器パッケージの大きさを低減できることが分かっている。
【０００５】
電力電子機器ユニットを保護するのが好ましいとされる第二の条件は、移動車両で発生し得る種類の激しい振動によって電子機器に伝達されることがある機械的衝撃条件である。これはインバータ装置とそれを搭載する構造との間に弾性構造を備えることによって達成可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
簡潔に言うと本発明の一態様によれば、電力電子機器パッケージは、圧縮機の吸入口に戻っていく冷媒によって冷却され、吸入ガスは最初に電力電子機器パッケージを通過し次に圧縮機の吸入口へと流れるように送られる。このように電子部品は単にそれを通して空気を循環させるのに比較してより効果的に冷却され、それによって、より小型の電力電子機器パッケージの使用が可能となる。
【０００７】
本発明の別の態様によれば、電子機器パッケージによって制御される圧縮機の速度は、電子部品によって発生する熱の程度と、圧縮機によって循環する冷媒の量の両方に概略比例しており、それによって、より小型の電子機器パッケージで効率的作動を達成する本来的に釣り合いのとれた構成が得られる。
【０００８】
本発明のさらに別の態様によれば、電力電子機器ユニットは密閉型圧縮機の側部に直接取り付けられ、圧縮機自体が緩衝台に取り付けられる。このように電力電子機器ユニットはそれ自体に弾性取付装置を必要とせずに圧縮機取付装置の利益が得られる。
【０００９】
以下に説明する図面では好ましい実施例を図示しているが、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずにさまざまな他の変更例や代替の構成が作成可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例による輸送用冷凍機の概略図。
【図２】本発明の一実施例による、圧縮機に取り付けられた電力電子機器ユニットの概略図。
【図３】本発明の一態様による電力電子機器冷却装置の概略図。
【図４】本発明の代替の実施例による電力電子機器冷却装置の概略図。
【図５】本発明の一態様による電力損失負荷軽減曲線を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１を参照すると、本発明は全体が参照符号１０で示され、電力電子機器パッケージ１１は圧縮機１２に支持可能に取り付けられており、その詳細は以下により十分に説明する。
【００１２】
圧縮機１２はそのケーシング内にモータが密閉された密閉型圧縮機であるが、往復動圧縮機、ロータリ圧縮機またはスクロール圧縮機とすることもできる。圧縮機は冷凍機内に作動可能に接続され、冷凍機は直列の流れ関係で凝縮器コイル１３、膨張装置１４および蒸発器コイル１６を含む。冷凍機はさらに受液器１８、ろ過器／乾燥器１９、エコノマイザ熱交換器２１および液体注入弁２２を含むのが好ましい。
【００１３】
蒸発器コイル１６は貨物空間１７を冷却するようにその内部に配置され、１つまたは複数のファン２３が空気を貨物空間から蒸発器コイル１６の周りに循環させるように設けられている。同様に凝縮器コイル１３の配置はその内部の冷媒ガスを凝縮させるためにファン２４が周囲空気を凝縮器コイル１３の周りに循環させるよう作動するようになっている。
【００１４】
作動時に冷媒ガスは圧縮機１２の吐出サービス接続部１５からライン２６に沿って凝縮器コイル１３へと流れ、凝縮された冷媒は次いでライン２７に沿って受液器１８へと流れ、そこで液体冷媒は一時的に貯蔵可能である。液体冷媒は次いでライン２８に沿ってろ過器乾燥器１９へと流れ、ろ過器乾燥器１９は冷媒からいずれの不純物も除去するように機能する。冷媒は次いでライン２９に沿ってエコノマイザ熱交換器２１へと流れ、そこからライン３１に沿って膨張装置１４へと流れる。膨張された冷媒は貨物空間を冷却するために蒸発器１６へと流れ、次いでライン３２に沿って吸入サービス接続部３３へと流れ、電力電子機器パッケージ１１を通って圧縮機１２へと流れる。
【００１５】
作動のエコノマイズモードでは全体の効率が向上するように蒸発器膨張弁に流入する液体冷媒を過冷却することで装置の冷凍範囲とプルダウン能力が向上するのは、エコノマイザから流出するガスがより高い圧力で圧縮機に流入することで、必要とされる凝縮条件にガスを圧縮するのに必要なエネルギーが減少するからである。
【００１６】
エコノマイザ回路で使用する液体冷媒は、液体冷媒がろ過器乾燥器１９を流出する際に主要液体ラインから取り出されるが、この流れは制御器によってエコノマイザセルロイド弁２０が励磁されるときに生じる。液体冷媒はエコノマイザ膨張弁２５、エコノマイザ熱交換器２１、そしてライン３０を通過してエコノマイザサービス接続部３５へと流れる。
【００１７】
無負荷作動時にエコノマイザソレノイド弁２０は閉じ、無負荷ソレノイド弁４０が開くことで中間段の圧縮されたガスの一部がバイパスされて圧縮機能力が低下する。
【００１８】
電力電子機器パッケージ１１は圧縮機１２の速度を変更するために設けられる任意の電子装置とすることができ、また圧縮機は交流モータまたは直流モータにより駆動される任意の種類のロータリまたは往復動圧縮機とすることができることは言うまでもない。例えば圧縮機はその速度を変更するためのインバータを備えた交流誘導モータとすることができる。代替としてＰＷＭ（パルス幅変調）装置や時として可変抵抗電力電子機器パッケージなどの他の装置によって速度制御を行うことも可能である。
【００１９】
ここで図２を参照すると、圧縮機１２と、それに取り付けられた電力電子機器パッケージ１１とがより詳細に図示される。圧縮機駆動モータＭは当然圧縮機１２内に作動可能に配置されており、圧縮機１２は、ボルト４２で一対の弾性緩衝台４１に取り付けられた基部３９によって鉛直に取り付けられている。このように圧縮機１２はどのような衝撃からも保護されており、そうでなければ圧縮機１２には例えば車両の激しい振動や突然の動きによって衝撃が伝達する可能性がある。すなわち衝撃は緩衝台４１によって吸収され、圧縮機１２はこのような衝撃から比較的隔離されている。
【００２０】
電力電子機器パッケージ１１は電力電子機器４４を収容する電力配線端子台ハウジング４３を含む。図から理解されるように、電力配線端子台ハウジング４３は複数のボルト４７で圧縮機１２の側部４６に固定して取り付けられている。電力電子機器パッケージに通常必要な弾性取付台が必要とされないのは、圧縮機１２に直接接続されるので、電力電子機器パッケージ１１には圧縮機用の緩衝台４１の利益が得られるからである。このように電力電子機器パッケージ１１は緩衝台４１によって衝撃から保護される。
【００２１】
電力電子機器４４への電力入力は電線４８を通して行われ、電力電子機器４４は電線４９を通して、好ましくはヒュージット部材５０を通してモータＭに電気的に接続される。
【００２２】
制御装置Ｃは電力電子機器４４とモータＭとの間に電気的に相互に接続されて電力電子機器４４からの電力を選択的に変更することで所望の仕方でモータＭの速度を制御しており、制御器Ｃには参照符号５２に示すようなさまざまな入力を通して特定の作動パラメータや検出された状態が提供される。
【００２３】
弾性取付台による利益に比較してよりいっそう重要なことは、冷凍機を用いてインバータ電力電子機器４４を通して戻り冷媒ガスを循環させることによりインバータ電力電子機器４４内の電子部品を冷却することで得られる利益である。すなわちハウジング４３の一方の側部５３にはハウジング４３を通して参照符号５４に示す吸入ガス流を通過させ、通過させながら電力電子機器４４を冷却するように吸入ガス流を導く用意がなされている。次いで冷媒ガスは他方の側部５６から流出し、ガス流の流れ５７は次いで圧縮機１２の吸入口へと流れる。このように電子部品はその周囲に空気を循環させる通常の方法を用いるのに比較してより効率的に冷却可能であり、従って電力電子機器パッケージ１１の大きさや重量の低減が可能となる。また、より高い周囲温度やより大きな衝撃負荷などのようなより過酷な環境での装置の作動が可能となる。
【００２４】
ここでより詳細に電子部品を冷却するのに冷媒をどのように適用するかを考慮して２つの代替例を図示した図３、図４を参照する。いずれの場合も電力電子機器パッケージ１１は２つのセクション、電力電子機器セクション５８と、冷凍セクション５９とに分かれており、これらのセクションは中間壁またはヒートシンク６１によって分割されている。電力電子機器セクション５８内には電力電子機器と、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などの電力スイッチング半導体とが配置されている。冷却が必要な電力スイッチング半導体は図示するようにヒートシンク６１に取り付けられている。ヒートシンクは高熱伝導金属材料から作成される。
【００２５】
冷凍セクション５９にはヒートシンク６１と一体に接続された複数の熱伝達部材が含まれており、その形状はヒートシンク６１からこのセクションを通過する低い温度の冷媒への熱伝達効果が最大となるように設計されている。例えば図３では熱伝達部材は複数の波形フィン６２から構成され、図４では熱伝達部材は複数の互い違いに配列された孔のあいたプレート６３から構成されている。作動時には低い温度の冷媒が入口６４に流入し、熱伝達部材６２または６３を横断し、出口６６から流出し、そこから圧縮機の吸入口へと流れる。低い温度の冷媒の冷却効果によって電力スイッチング半導体は特定の電力半導体のケース温度より低い温度に保持されることになる。電力半導体のケース温度を最高にすることで電力半導体の電力損失負荷軽減が低下し、それによって電力損失量が同じでもより小型の電力半導体パッケージが得られることになる。従ってこの冷却効果によって電力スイッチング半導体の大きさは最小化される。
【００２６】
図５を参照すると、電力半導体の電力損失負荷軽減曲線が示されており、これは一般的な電力スイッチング電力半導体についてケース温度が低下するにつれて電力損失乗数が比例して増加することを示す。
【００２７】
電力スイッチング半導体は圧縮機速度制御器の一部なので、必要とされる冷却量と提供される冷却量との間には本質的な関係があることは言うまでもない。すなわち圧縮機が最高速度で作動している場合、電力スイッチング半導体は最大能力および最大発熱量で作動する。同時に、圧縮機が最高速度で作動しているので装置を循環する冷媒の量は最大流量となり、従ってヒートシンク６１に得られる冷却効果は最大となる。他方では、圧縮機の作動速度が低下すると、電力スイッチング半導体からの熱損は装置を通過する冷媒流量が低下するように低下する。このように、生じる冷却量は圧縮機モータ速度に従い自動的に調節される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年1月16日(2008.1.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列の流れ関係で圧縮機、凝縮器、膨張装置および蒸発器を有する冷凍機用の電力制御装置であって、
圧縮機を駆動する可変速型の電気駆動モータと、
電源と、
電源から電力を受け取り、効率を最適化するように所望の速度で圧縮機を駆動するよう駆動モータに電力を選択的に供給する電力電子機器パッケージと、
電力電子機器パッケージを冷却するように冷凍機から電力電子機器パッケージを通して冷媒の流れを導く冷媒流導管と、
圧縮機をその据付位置に弾性的に取り付けかつ支持する少なくとも１つの弾性取付台と、
を備え、電力電子機器パッケージは圧縮機に固定して取り付けられることを特徴とする電力制御装置。
【請求項２】
電子機器パッケージの冷却必要量は圧縮機の速度に実質的に比例することを特徴とする請求項４記載の電力制御装置。
【請求項３】
電子機器パッケージを通過する冷媒の量は圧縮機の速度に実質的に比例することを特徴とする請求項２記載の電力制御装置。
【請求項４】
直列の流れ関係で圧縮機、凝縮器、膨張装置および蒸発器を有する冷凍機用の電力制御装置であって、
圧縮機を駆動する可変速型の電気駆動モータと、
電源と、
電源から電力を受け取り、効率を最適化するように所望の速度で圧縮機を駆動するよう駆動モータに電力を選択的に供給する電力電子機器パッケージと、
電力電子機器パッケージを冷却するように冷凍機から電力電子機器パッケージを通して冷媒の流れを導く冷媒流導管と、
を備え、冷凍は蒸発器からの冷媒ガスであることを特徴とする電力制御装置。
【請求項５】
電力電子機器はインバータを含むことを特徴とする請求項４記載の電力制御装置。
【請求項６】
電力電子機器パッケージは圧縮機の１つの側部に取り付けられることを特徴とする請求項４記載の電力制御装置。
【請求項７】
圧縮機は密閉型圧縮機であることを特徴とする請求項４記載の電力制御装置。
【請求項８】
圧縮機はスクロール圧縮機であることを特徴とする請求項４記載の電力制御装置。
【請求項９】
駆動モータは交流誘導モータであることを特徴とする請求項４記載の電力制御装置。
【請求項１０】
削除
【請求項１１】
削除
【請求項１２】
直列の流れ関係で圧縮機、凝縮器、膨張装置および蒸発器を有する冷凍機内の圧縮機を駆動するように適合された駆動モータの速度を制御する方法であって、
圧縮機を駆動する可変速型の電気駆動モータを用意し、
電源を用意し、
電源から電力を受け取り、効率を最適化するように所望の速度で圧縮機を駆動するよう駆動モータに電力を選択的に供給する電力電子機器パッケージを用意し、
電力電子機器システムを冷却するように冷凍機から電力電子機器システムを通して冷媒の流れを導き、
圧縮機をその据付位置に弾性的に取り付ける、
ことを含み、電力電子機器パッケージは圧縮機に固定して取り付けられることを特徴とする、駆動モータの速度を制御する方法。
【請求項１３】
電力電子機器システムに導かれる冷媒の流量は圧縮機の速度に実質的に比例することを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１４】
電力電子機器システムの冷却必要量は圧縮機の速度に実質的に等しいことを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
直列の流れ関係で圧縮機、凝縮器、膨張装置および蒸発器を有する冷凍機内の圧縮機を駆動するように適合された駆動モータの速度を制御する方法であって、
圧縮機を駆動する可変速型の電気駆動モータを用意し、
電源を用意し、
電源から電力を受け取り、効率を最適化するように所望の速度で圧縮機を駆動するよう駆動モータに電力を選択的に供給する電力電子機器パッケージを用意し、
電力電子機器システムを冷却するように冷凍機から電力電子機器システムを通して冷媒の流れを導く、
ことを含み、冷媒は蒸発器からの冷媒ガスであることを特徴とする、駆動モータの速度を制御する方法。
【請求項１６】
電力電子機器はインバータを含むことを特徴とする請求項１５記載の電力制御装置。
【請求項１７】
電力電子機器パッケージは圧縮機の１つの側部に取り付けられることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
圧縮機は密閉型圧縮機であることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
圧縮機はスクロール圧縮機であることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
駆動モータは交流誘導モータであることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項２１】
削除
【請求項２２】
削除
【請求項２３】
電力電子機器パッケージを通し次いで圧縮機内へと冷媒ガス流を導くことを含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項２４】
直列の流れ関係で接続されたモータ駆動圧縮機、凝縮器、膨張装置および蒸発器を有し、圧縮機駆動モータの速度を制御する制御装置を含む種類の冷凍機であって、
ハウジングを備える電力電子機器パッケージであって、関連する電子部品がハウジング内に配置されかつ駆動モータに電気的に接続される、電力電子機器パッケージと、
電子部品を冷却するように冷凍機からハウジングを通し次いで圧縮機の吸入ポートへと冷媒の流れを導く導流部材を含む、電力電子機器パッケージ用の冷却装置と、
を備えることを特徴とする冷凍機。
【請求項２５】
冷凍機は圧縮機を支持可能に取り付ける弾性取り付け装置を含み、ハウジングは圧縮機に支持可能に取り付けられることを特徴とする請求項２４記載の冷凍機。
【請求項２６】
圧縮機は鉛直に取り付けられる密閉型圧縮機であり、ハウジングは密閉型圧縮機の側部に取り付けられることを特徴とする請求項２５記載の冷凍機。
【請求項２７】
電力電子機器パッケージはインバータを含み、駆動モータは交流誘導モータであることを特徴とする請求項２４記載の冷凍機。
【請求項２８】
ハウジングは圧縮機に固定して取り付けられることを特徴とする請求項２５記載の冷凍機。
【国際調査報告】
2009540266.tif 000008