(57)【要約】【課題】液冷媒を圧縮機にインジェクションする冷凍サイクルシステムにおいて、低コストで圧縮機動力の増加を抑えることのできる輸送車両用冷凍サイクルシステム、冷凍サイクルシステムを提供することを目的とする。【解決手段】レシーバ８０から分離されたインジェクション回路９０を構成する配管９１を、ボックス１１０内において、車両の走行中に流れ込む走行風の当たる位置に設置し、インジェクション回路９０を構成する配管９１内を流れる冷媒が、走行風により冷却されて過冷却状態となるようにした。これにより、特に、圧縮機２０を、車両走行用のエンジンによって駆動する場合に、インジェクション回路９０を構成する配管９１を走行風により冷却することで、エンジン回転数の増大にリンクしてインジェクション冷媒を冷却する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に備えられた荷物庫を冷却する輸送車両用冷凍サイクルシステムであって、
冷媒を圧縮して高温・高圧化する圧縮機と、
前記冷媒を凝縮して液化するコンデンサと、
液化した前記冷媒を減圧させる膨張弁と、
前記膨張弁から送られてくる前記冷媒の熱を周囲雰囲気と熱交換するエバポレータと、
前記コンデンサを経た前記冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離するレシーバと、
前記レシーバで分離された前記液冷媒の一部を前記圧縮機にインジェクションするインジェクション回路と、を備え、
前記インジェクション回路は、前記車両の走行にともなって生じる走行風によって、当該インジェクション回路内の前記液冷媒を過冷却状態とすることを特徴とする輸送車両用冷凍サイクルシステム。
【請求項２】
前記圧縮機は、前記車両の走行用のエンジンによって駆動されることを特徴とする請求項１に記載の輸送車両用冷凍サイクルシステム。
【請求項３】
前記インジェクション回路は、当該インジェクション回路の流路を絞る絞り部を備え、
前記絞り部は、前記庫内に露出した前記インジェクション回路の前記絞り部よりも上流部分の冷媒温度と雰囲気温度の差と長さとの積が、前記庫内に露出した前記インジェクション回路の前記絞り部よりも下流部分の冷媒温度と雰囲気温度の差と長さの積を上回る位置に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の輸送車両用冷凍サイクルシステム。
【請求項４】
冷媒を圧縮して高温・高圧化する圧縮機と、
前記冷媒を凝縮して液化するコンデンサと、
液化した前記冷媒を減圧させる膨張弁と、
冷却対象空間を形成する庫内に設置され、前記膨張弁から送られてくる前記冷媒の熱を周囲雰囲気と熱交換するエバポレータと、
前記コンデンサを経た前記冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離するレシーバと、
前記レシーバで分離された前記液冷媒の一部を前記圧縮機にインジェクションするインジェクション回路と、を備え、
前記インジェクション回路は、前記庫内を通して設けられていることを特徴とする冷凍サイクルシステム。
【請求項５】
前記インジェクション回路は、当該インジェクション回路の流路を絞る絞り部を備え、
前記絞り部は、前記庫内に露出した前記インジェクション回路の前記絞り部よりも上流部分の冷媒温度と雰囲気温度の差と長さとの積が、前記庫内に露出した前記インジェクション回路の前記絞り部よりも下流部分の冷媒温度と雰囲気温度の差と長さの積を上回る位置に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の冷凍サイクルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍車両、冷蔵車両等の輸送車両用冷凍サイクルシステム、冷凍サイクルシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍車両、冷蔵車両等において荷物庫内を所定の温度に維持するための冷凍サイクルシステムは、周知の通り、圧縮機で圧縮して高温・高圧としたガス冷媒を、コンデンサにより冷却して液化し、エバポレータで室内や荷物庫内の雰囲気と熱交換を行うことで温度調整を行う。
【０００３】
ここで、圧縮機の吐出ガス温度は、圧縮機保護の観点から、一定温度以下に抑える必要がある。そこで、コンデンサで冷却した液冷媒の一部を圧縮機に流入（インジェクション）させることで、圧縮機の吐出ガス温度を低減させることが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３２０９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、液冷媒を圧縮機にインジェクションすると、圧縮機の圧縮室内の冷媒質量が増えるため、圧縮機を駆動するのに必要な動力（以下、これを圧縮機動力と適宜称する）が増加する。圧縮機動力が増加すると、冷凍サイクルシステムの電源容量を圧迫し、その動作に支障をきたす可能性がある。これに対し、冷凍サイクルシステムの電源容量を増強することも考えられるが、それでは装置コストの増大に直結するので好ましくない。
【０００６】
また、車両走行用のエンジンによって駆動される圧縮機の場合、エンジンの回転数の増大に比例して圧縮機の回転数が増大する。圧縮機の回転数が増大すれば、圧縮機に対してインジェクションする必要のある液冷媒量は増える。しかし、インジェクションする液冷媒量を増やすのは容易ではなく、システム全体の大型化・大容量化につながりかねず、装備コストの上昇を招く可能性がある。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、液冷媒を圧縮機にインジェクションする冷凍サイクルシステムにおいて、低コストで圧縮機動力の増加を抑えることのできる輸送車両用冷凍サイクルシステム、冷凍サイクルシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的のもとになされた本発明は、車両に備えられた荷物庫を冷却する輸送車両用冷凍サイクルシステムであって、冷媒を圧縮して高温・高圧化する圧縮機と、冷媒を凝縮して液化するコンデンサと、液化した冷媒を減圧させる膨張弁と、膨張弁から送られてくる冷媒の熱を周囲雰囲気と熱交換するエバポレータと、コンデンサを経た冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離するレシーバと、レシーバで分離された液冷媒の一部を圧縮機にインジェクションするインジェクション回路と、を備える。そして、インジェクション回路は、車両の走行にともなって生じる走行風によって、当該インジェクション回路内の液冷媒を過冷却状態とすることを特徴とする。
このように、走行風によってインジェクション回路内の液冷媒を過冷却状態とすることにより、この冷媒のエンタルピを低下させることができる。すると、インジェクションする液冷媒の単位流量当たりの圧縮機冷却効果が増大する。
【０００８】
ここで、圧縮機は、車両の走行用のエンジンによって駆動されるものであるときに、本発明は特に有効である。
エンジンにより駆動される圧縮機の場合、エンジンの回転数の増大に比例して圧縮機の回転数が増大する。すると、圧縮機に対してインジェクションする必要のある液冷媒量が増える。これに対し、走行風により液冷媒を冷却することで、エンジン回転数の増大に応じて走行速度が上昇して走行風の流速が高まるので、エンジン回転数の増大にリンクして冷媒を冷却することができる。
【０００９】
また、インジェクション回路は、当該インジェクション回路の流路を絞る絞り部を備え、絞り部は、庫内に露出したインジェクション回路の絞り部よりも上流部分の冷媒温度と雰囲気温度の差と、長さとの積が、庫内に露出したインジェクション回路の絞り部よりも下流部分の冷媒温度と雰囲気温度の差と長さの積を上回る位置に設けられているのが好ましい。
【００１０】
また、本発明にかかる冷凍サイクルシステムは、冷媒を圧縮して高温・高圧化する圧縮機と、冷媒を凝縮して液化するコンデンサと、液化した冷媒を減圧させる膨張弁と、冷却対象空間を形成する庫内に設置され、膨張弁から送られてくる冷媒の熱を周囲雰囲気と熱交換するエバポレータと、コンデンサを経た冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離するレシーバと、レシーバで分離された液冷媒の一部を圧縮機にインジェクションするインジェクション回路と、を備え、インジェクション回路は、庫内を通して設けられていることを特徴とする。
このような冷凍サイクルシステムにおいては、エバポレータによって内部雰囲気が冷却される庫内にインジェクション回路を設けることで、インジェクション回路内の液冷媒を冷却し、この冷媒のエンタルピを低下させることができる。すると、インジェクションする液冷媒の単位流量当たりの圧縮機冷却効果が増大する。
このような冷凍サイクルシステムは、輸送車両用の冷凍サイクルシステムに限らず、他の用途の冷凍サイクルシステムにも適用することができる。
【００１１】
さらに、この冷凍サイクルシステムにおけるインジェクション回路は、当該インジェクション回路の流路を絞る絞り部を備え、絞り部は、庫内に露出したインジェクション回路の絞り部よりも上流部分の冷媒温度と雰囲気温度の差と長さの積が、庫内に露出したインジェクション回路の絞り部よりも下流部分の冷媒温度と雰囲気温度の差と長さの積を上回る位置に設けられているのが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、液冷媒を冷却することにより、この冷媒のエンタルピを低下させることができる。すると、インジェクションする液冷媒の単位流量当たりの圧縮機冷却効果が増大する。その結果、圧縮機の冷却のために必要なインジェクション冷媒量を低減することができる。これに伴い、液冷媒のインジェクションによる圧縮機動力の増大を抑制することが可能となる。
また、インジェクションする液冷媒を冷却するために、特別な装置や機器を追加することなく配管経路を変更するのみで良いため、安価に有効な効果を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態における冷凍サイクルシステムの構成を示す図である。
【図２】インジェクション回路の配置を示す断面図である。
【図３】インジェクション回路の絞り部を、走行風が当たる領域における中間位置に設けた場合の冷媒温度とエンタルピの分布を示す図である。
【図４】インジェクション回路の絞り部を、走行風が当たる領域における中間位置よりも下流側に設けた場合の冷媒温度とエンタルピの分布を示す図である。
【図５】第２の実施形態における冷凍サイクルシステムの構成を示す図である。
【図６】インジェクション回路の絞り部を、庫内に露出する領域における中間位置に設けた場合の冷媒温度とエンタルピの分布を示す図である。
【図７】インジェクション回路の絞り部を、庫内に露出する領域における中間位置よりも上流側に設けた場合の冷媒温度とエンタルピの分布を示す図である。
【図８】インジェクション回路の絞り部を、荷物庫を出た後のインジェクション回路に設けた場合の構成を示す図である。
【図９】インジェクション回路の絞り部を、荷物庫を出た後のインジェクション回路に設けた場合の冷媒温度とエンタルピの分布を示す図である。
【図１０】インジェクション回路の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本実施の形態における冷凍サイクルシステム（輸送車両用冷凍サイクルシステム）１０Ａの構成を説明するための図である。
本実施の形態における冷凍サイクルシステム１０Ａは、車両の室内、冷凍車、冷蔵車等の荷物庫１００内に搭載されるものである。この冷凍サイクルシステム１０Ａは、冷媒を圧縮し、高温・高圧のガスにする圧縮機２０と、高温・高圧の冷媒を外気で冷却して液化するコンデンサ３０と、冷媒の圧力を下げる膨張弁４０と、室内や荷物庫内の空気から熱を奪い、冷媒を蒸発させるエバポレータ５０と、エバポレータ５０を経た気液２相状態の冷媒から液相の冷媒を分離し、気相の冷媒のみを圧縮機２０に供給するアキュムレータ６０と、これらの間で冷媒を循環させるための冷媒管７０と、を含んで構成される。
さらに、冷凍サイクルシステム１０Ａは、コンデンサ３０の出口側に、コンデンサ３０を冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離するレシーバ８０を備えている。そして、このレシーバ８０で分離された液冷媒の一部は、インジェクション回路９０を経て、圧縮機２０の圧縮過程の途中にインジェクションされる。
【００１５】
このような冷凍サイクルシステム１０Ａは、少なくともエバポレータ５０が、冷凍車、冷蔵車等の荷物庫１００内に設置され、少なくとも圧縮機２０、コンデンサ３０、レシーバ８０は、荷物庫１００外に設置される。なお、エバポレータ５０、コンデンサ３０は、それぞれ熱交換を強制的に行うため、ファン５１、３１を備えている。
ここで、図１、図２に示すように、荷物庫１００の走行方向前方を向く前面１００ａには、少なくとも圧縮機２０、コンデンサ３０、レシーバ８０を収容するボックス１１０が設けられている。このボックス１１０の前面には、外部から風を取り込むための開口１１１が形成されている。
【００１６】
図２に示すように、本実施形態においては、レシーバ８０から分離されたインジェクション回路９０を構成する配管９１を、ボックス１１０内において、車両の走行中に開口１１１から流れ込む走行風の当たる位置に設置する。ただしここで、配管９１は、コンデンサ３０の前面を遮らない位置に設ける。配管９１がコンデンサ３０の前面を遮ると、コンデンサ３０における熱交換効率が低下するからである。
【００１７】
このような構成においては、インジェクション回路９０を構成する配管９１内を流れる冷媒が、走行風により冷却されて過冷却状態となる。インジェクションされる冷媒（以下、これをインジェクション冷媒と適宜称する）を冷却すると、この冷媒のエンタルピが低下する。インジェクション冷媒のエンタルピが低下すると、インジェクション冷媒の単位流量当たりの圧縮機冷却効果が増大する。その結果、圧縮機２０の冷却のために必要なインジェクション冷媒量を低減することができる。これに伴い、液冷媒のインジェクションによる圧縮機動力の増大を抑制することが可能となる。
【００１８】
上記したような第１の実施形態における構成は、圧縮機２０を、車両走行用のエンジンによって駆動する場合に特に有効である。前述したように、エンジンにより駆動される圧縮機２０の場合、エンジンの回転数の増大に比例して圧縮機２０の回転数が増大すると、圧縮機２０に対してインジェクションする必要のある液冷媒量が増える。これに対し、本実施形態における構成では、インジェクション回路９０を構成する配管９１を走行風により冷却することで、走行速度が高まるに応じて走行風の風速も上がるため、エンジン回転数の増大にリンクしてインジェクション冷媒を冷却することができ、それに応じて圧縮機２０の冷却のために必要なインジェクション冷媒量を低減することができる。これに伴い、液冷媒のインジェクションによる圧縮機動力の増大を有効に抑制することが可能となるのである。しかも、このような構成によれば、インジェクション冷媒を冷却するために、特別な装置や機器を追加することなく、配管経路を変更するのみで、安価に有効な効果を得ることが可能となる。
【００１９】
なお、上記第１の実施形態において、インジェクション回路９０に、絞り部２００を設けることがある。このような絞り部２００としては、インジェクション回路９０から圧縮機２０へのインジェクションのＯＮ／ＯＦＦやインジェクション量を制御するために設けられた電磁弁の他、キャピラリやオリフィスを設けることもできる。
ここで、インジェクション回路９０の冷媒管７０からの分岐位置をａ、絞り部２００の上流側におけるインジェクション回路９０の接続位置をｃ、絞り部２００の下流側におけるインジェクション回路９０の接続位置をｄ、絞り部２００の上流側においてインジェクション回路９０が圧縮機２０に接続される位置をｆとする。
そして、ボックス１１０内において走行風の当たる領域における、インジェクション回路９０において、絞り部２００よりも上流側の長さをL_hi_out、下流側の長さをL_lo_outとする。
【００２０】
すると、図３に示すように、インジェクション回路９０を荷物庫１００の外部に設置した本実施形態において、絞り部２００を、荷物庫１００の外部におけるインジェクション回路９０の中間位置に設置した場合（L_hi_out＝L_lo_out）、絞り部２００の上流側の位置ａで例えば５０℃であった冷媒が、絞り部２００の位置ｃに至るまでに冷却され、さらに絞り部２００で絞られることで、絞り部２００以降の位置ｄ〜ｆにおける冷媒の温度は、例えば１５℃に下がる。
一方、エンタルピは、位置ａから位置ｃに向けて、冷媒が冷却されることでそのエンタルピが漸次小さくなる。そして、絞り部２００を経た後、位置ｆに向けて、外気により冷媒が暖められ、エンタルピは増大する。このとき、位置ｆにおけるエンタルピは、位置ａにおけるエンタルピを上回るため、好ましくない。
【００２１】
これに対し、図４に示すように、絞り部２００を、荷物庫１００の外部におけるインジェクション回路９０の中間位置よりも下流側に配置する（L_hi_out＞L_lo_out）ことで、エンタルピは、位置ａから位置ｃに向けて、冷媒が冷却されることでそのエンタルピが漸次小さくなり、絞り部２００を経た後、位置ｆに向けて、外気により冷媒が暖められ、エンタルピは増大する。このとき、位置ｆにおけるエンタルピは、位置ａにおけるエンタルピに至らないようにする事ができる。
このことからして、絞り部２００を設ける場合、その位置は、荷物庫１００の外部におけるインジェクション回路９０のなるべく下流側とするのが好ましい。
【００２２】
［第２の実施形態］
次に、本発明にかかる冷凍サイクルシステムの第２の実施形態について説明する。なお、以下に説明する第２の実施形態は、上記第１の実施形態で示した構成に対してインジェクション回路９０の配置が異なるのみであるため、上記第１の実施形態との差異を中心に説明を行い、共通する構成についてはその説明を省略する。
図５に示すように、本実施形態における冷凍サイクルシステム１０Ｂは、少なくともエバポレータ５０が、冷凍車、冷蔵車等の荷物庫１００内に設置され、少なくとも圧縮機２０、コンデンサ３０、レシーバ８０は、荷物庫１００外に設置される。
そして、本実施形態においては、レシーバ８０から分離されたインジェクション回路９０を構成する配管９１は、荷物庫１００内に設置する。
【００２３】
このような構成においては、インジェクション回路９０を構成する配管９１内を流れる冷媒が、荷物庫１００内の冷気により冷却されて過冷却状態となる。インジェクション冷媒を冷却すると、この冷媒のエンタルピが低下し、インジェクション冷媒の単位流量当たりの圧縮機冷却効果が増大する。その結果、圧縮機２０の冷却のために必要なインジェクション冷媒量を低減することができる。これに伴い、液冷媒のインジェクションによる圧縮機動力の増大を抑制することが可能となる。
このような構成によれば、インジェクション冷媒を冷却するために、特別な装置や機器を追加することなく、配管経路を変更するのみで、安価に有効な効果を得ることが可能となる。
【００２４】
なお、本実施形態で示した構成は、圧縮機２０を車両の走行用エンジンに駆動する構成に限らず、電動モータ等、他の駆動源によって圧縮機２０を行動する場合にも適用が可能である。
【００２５】
上記第２の実施形態において、インジェクション回路９０に、電磁弁、キャピラリやオリフィス等の絞り部２００を設けることがある。
ここで、絞り部２００の下流側においてインジェクション回路９０が荷物庫１００の内外を貫通する位置をｅとする。そして、荷物庫１００内に露出するインジェクション回路９０において、絞り部２００よりも上流側の長さをL_hi_in、下流側の長さをL_lo_inとする。
すると、図５に示すように、インジェクション回路９０を荷物庫１００の内部に設置した本実施形態において、図６に示すように、絞り部２００を、荷物庫１００の内部におけるインジェクション回路９０の位置ａｃ間と位置ｄｅ間における各々の場所の冷媒温度と雰囲気温度の差と長さ（L_hi_in、L_lo_in）の積の合計が、位置ｅｆ間における冷媒温度と雰囲気温度の差と長さ（L_lo_out）の積よりも小さくなる位置に設置した場合、絞り部２００の上流側の位置ａで例えば５０℃であった冷媒が、絞り部２００の位置ｃに至るまでに冷却され、さらに絞り部２００で絞られることで、絞り部２００以降の位置ｄ〜ｆにおける冷媒の温度は、例えば１５℃と低下する。
一方、エンタルピは、位置ａから位置ｃに向けて、冷媒が荷物庫１００内の冷気によって冷却されることでそのエンタルピが大幅に小さくなる。そして、絞り部２００を経た後、位置ｅに向けても、荷物庫１００内の冷気により冷媒が冷却されるものの、位置ｄｅ間のエンタルピ減少は位置ａｃ間に比べ小さい。そして、インジェクション回路９０が位置ｆにおいて荷物庫１００外に出て、圧縮機２０に接続され、このとき、位置ａｃ間と位置ｄｅ間でもたらされるエンタルピ減少の合計は位置ｅｆ間でもたらされるエンタルピの増加を下回る。位置ｆにおけるエンタルピは、位置ａにおけるエンタルピと同等以上となってしまうため、好ましくない。
【００２６】
これに対し、図７に示すように、絞り部２００を、荷物庫１００の内部におけるインジェクション回路９０の位置ａｃ間と位置ｄｅ間における各々の場所の冷媒温度と雰囲気温度の差と長さ（L_hi_in、L_lo_in）の積の合計が、位置ｅｆ間における冷媒温度と雰囲気温度の差と長さ（L_lo_out）の積よりも大きくなる位置に設置することによって、位置ａから位置ｃに向けて、冷媒が荷物庫１００内の冷気によって冷却されることでそのエンタルピが大幅に小さくなり、絞り部２００を経た後、位置ｅに向けて、荷物庫１００内の冷気により冷媒がさらに冷却され、エンタルピは減少する。そして、インジェクション回路９０が位置ｆにおいて荷物庫１００外に出て、圧縮機２０に接続され、このとき、位置ａｃ間と位置ｄｅ間でもたらされるエンタルピ減少の合計は位置ｅｆ間でもたらされるエンタルピの増加を上回る。位置ｆにおけるエンタルピは、位置ａにおけるエンタルピに至らないようにする事ができる。
このことからして、絞り部２００を設ける場合、その位置は、荷物庫１００の内部におけるインジェクション回路９０のなるべく下流側とするのが好ましい。
したがって、図８に示すように、絞り部２００を荷物庫１００を出た後のインジェクション回路９２に設置し、図９に示すように、位置ａｅ間でもたらされるエンタルピ減少の合計が、位置ｅｃ間と位置ｄｆ間でもたらされるエンタルピの増加を上回るようにしてもよい。
【００２７】
なお、上記実施の形態では、冷凍サイクルシステム１０Ａ、１０Ｂについて、基本的な構成を示したが、これをいかなる構成としても良い。例えば、エバポレータ５０を複数組備えるマルチ型のシステム構成とすることもできる。
また、インジェクション回路９０における熱交換効率を高めるため、図１０（ａ）に示すように、インジェクション回路９０を構成する配管９１を蛇行させても良いし、図１０（ｂ）に示すように、配管９１にフィン９３を設けても良く、また、図１０（ｃ）に示すように、配管９１の一部を熱交換器９４とすることもできる。
さらに、第２の実施形態で示した構成は、車両以外の冷凍サイクルシステムであっても適用できる。例えば、住宅用、工場やビルディング等の施設用の冷凍サイクルシステムに本発明を適用し、住宅や施設内で用いる発熱体の除熱を行うことも可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１０Ａ…冷凍サイクルシステム（輸送車両用冷凍サイクルシステム）、１０Ｂ…冷凍サイクルシステム、２０…圧縮機、３０…コンデンサ、４０…膨張弁、５０…エバポレータ、６０…アキュムレータ、７０…冷媒管、８０…レシーバ、９０…インジェクション回路、９１…配管、１００…荷物庫、１１０…ボックス、１１１…開口、２００…絞り部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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