(57)【要約】【課題】冷凍車の収納庫内の空気を冷却する冷凍装置であって、リチウム電池の性能の低下を招くことなく、短時間で充電を完了させることが可能な冷凍装置を提供する。【解決手段】リチウム電池４０の充電開始に先駆けて、収納庫１１内の空気を冷却するとともに、リチウム電池４０が電動コンプレッサ２１、コンデンサ２２及びＰＣＵ３０の少なくとも１つが発する熱によって加熱される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍車（１０）に搭載され、収納庫（１１）内の空気を冷却する冷凍装置（ＦＲ）であって、
前記冷凍車の外部から供給される電力の充電と放電とが可能なリチウム電池（４０）と、
冷媒を圧縮するコンプレッサ（２１）と、
前記コンプレッサから供給される冷媒と外部から取り込んだ空気とで熱交換を行わせるコンデンサ（２２）と、
前記コンデンサから供給される冷媒と前記収納庫内の空気とで熱交換を行わせるエバポレータ（２３）と、
前記リチウム電池の充放電及び前記リチウム電池から前記コンプレッサへの電力の供給を制御する電力制御ユニット（３０）と、を備え、
前記リチウム電池の充電開始に先駆けて、前記収納庫内の空気を冷却するとともに、前記リチウム電池が前記コンプレッサ、前記コンデンサ及び前記電力制御ユニットの少なくとも１つが発する熱によって加熱されることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記リチウム電池は、前記電力制御ユニットが発する熱を利用して加熱されることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記リチウム電池は、フィン（６０）を介して前記電力制御ユニットと接続されていることを特徴とする請求項２に記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍車に搭載され、収納庫内の空気を冷却する冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される熱管理システムとして、下記特許文献１に記載されているものが知られている。当該熱管理システムは、エンジンの冷却に用いられる冷却水を循環させる流路と、空気を冷却する冷媒を循環させる流路とが併設され、これらが連携して動作するように構成されている。冷媒を循環させる流路に配設されたコンデンサによって温度調整された空気は、車室内の空調等に利用することが可能である。
【０００３】
上記特許文献１に記載された熱管理システムの適用対象の１つとして、冷凍を要する宅配物を輸送（宅配）する冷凍車が挙げられる。つまり、冷凍車の収納庫内の空気の冷却に、当該熱管理システムを用いることが考えられる。
【０００４】
しかしながら、冷凍車は、車両メーカが宅配事業者からの特別注文を受けて設計され、トラック等の市販車両に収納庫や冷凍装置等の専用機器を搭載することで生産されることが一般的である。したがって、市販車両に上記熱管理システムを適用することで冷凍車を生産しようとすると、走行に関わる基本構成である冷却水の循環流路に大きな改変を要することとなり、生産コストの増大を招いてしまう。
【０００５】
また、市販車両の設計時から、その冷却水の循環流路等を、冷凍車に流用されることを考慮して設計しておくことも対策の１つとして考えられるが、この場合も、市販車と比べて生産台数が圧倒的に少ない冷凍車のために市販車の設計が制約を受けることとなり、非効率である。
【０００６】
このような事情から、冷凍車では、車両の基本構成とは独立して用意される冷凍装置により、収納庫内の空気を冷却することが一般的となっている。当該冷凍装置は、リチウム電池等の二次電池を有している。この二次電池は、冷凍車が宅配事業者の営業所等に駐車している際に充電される一方で、宅配中は冷凍装置のコンプレッサ等の機器に電力を供給して駆動させ、収納庫内の空気の温度を一定値に維持している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００２５００６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、リチウム電池は、その充放電の特性が温度に大きく依存する。このため、リチウム電池が冷凍車に搭載された場合に、実用上の不具合が生じることがあった。以下、この不具合について説明する。
【０００９】
各宅配事業者では、宅配物の積み込み等の営業の準備を行う早朝に、短時間でリチウム電池の充電を完了させることが必要となる場合がある。しかしながら、冬季の早朝などはリチウム電池の温度が低いため、リチウム電池の内部における電気化学反応の進行も鈍く、充電完了までに長時間を要するという課題があった。
【００１０】
また、短時間で充電を完了させる方法として、リチウム電池に高電力を印加することが考えられる。しかしながら、この場合は、リチウム電池の性能低下を招いたり、電池寿命が短くなったりするという課題もあった。
【００１１】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷凍車の収納庫内の空気を冷却する冷凍装置であって、リチウム電池の性能の低下を招くことなく、短時間で充電を完了させることが可能な冷凍装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明に係る冷凍装置は、冷凍車（１０）に搭載され、収納庫（１１）内の空気を冷却する冷凍装置（ＦＲ）であって、前記冷凍車の外部から供給される電力の充電と放電とが可能なリチウム電池（４０）と、冷媒を圧縮するコンプレッサ（２１）と、前記コンプレッサから供給される冷媒と外部から取り込んだ空気とで熱交換を行わせるコンデンサ（２２）と、前記コンデンサから供給される冷媒と前記収納庫内の空気とで熱交換を行わせるエバポレータ（２３）と、前記リチウム電池の充放電及び前記リチウム電池から前記コンプレッサへの電力の供給を制御する電力制御ユニット（３０）と、を備え、前記リチウム電池の充電開始に先駆けて、前記収納庫内の空気を冷却するとともに、前記リチウム電池が前記コンプレッサ、前記コンデンサ及び前記電力制御ユニットの少なくとも１つが発する熱によって加熱される。
【００１３】
本発明によれば、リチウム電池は、その充電に先駆けて駆動するコンプレッサ、コンデンサ及び電力制御ユニットの少なくとも１つが発する熱によって加熱される。したがって、リチウム電池は、その充電開始時に温度が上昇しているため、性能の低下を招くことなく、短時間で充電を完了させることが可能となる。
【００１４】
したがって、この冷凍装置が搭載された冷凍車は、営業の準備を行う際などに、収納庫内の空気の冷却を行いながらリチウム電池を加熱することで、その後のリチウム電池の充電に要する時間を短くし、短時間で営業の準備を完了させることが可能となる。
【００１５】
尚、本願において「冷凍」とは、収納庫内の収納物が凍結するまで空気を冷却する意味に限定されるものではない。すなわち、収納物が凍結しない範囲で空気を冷却する、所謂「冷蔵」についても、本願では「冷凍」の意味に含むものとする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、冷凍車の収納庫内の空気を冷却する冷凍装置であって、リチウム電池の性能の低下を招くことなく、短時間で充電を完了させることが可能な冷凍装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る冷凍装置を搭載した冷凍車を示す模式図である。
【図２】図１の冷凍車の機能的な構成を示すブロック図である。
【図３】図１のリチウム電池及びＰＣＵの配置を示す模式図である。
【図４】図１の冷凍車の動作を示すフローチャートである。
【図５】図１の冷凍装置における電力及び熱の流れを模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１９】
まず、図１乃至図３を参照しながら、本発明の実施形態に係る冷凍装置ＦＲの構成について説明する。冷凍装置ＦＲは、冷凍車１０に搭載されている。冷凍車１０は、主に宅配事業者が、冷凍を要する宅配物の輸送に使用する車両である。冷凍車１０は、そのシャシーの後部に荷室１６を架装するなど、市販のトラックに専用機器を搭載して構成を一部変更することで生産されている。
【００２０】
荷室１６は、全体として直方体を呈しており、その内部に宅配物が収納される空間を有している。また、荷室１６の内部であって前方寄りの一部には、収納庫１１が設けられている。この収納庫１１の内部は、第１室１１１と第２室１１２とに区画されている。冷凍装置ＦＲは、この収納庫１１内の空気の冷却を行う装置である。
【００２１】
冷凍装置ＦＲは、電動コンプレッサ２１等の冷凍装置負荷２０（図５参照）と、バッテリユニット５０と、を備えている。
【００２２】
図１に示されるように、電動コンプレッサ２１は、荷室１６の前面に取り付けられている。また、荷室１６の前面には、電動コンプレッサ２１と隣り合うようにして、コンデンサ２２が取り付けられている。図２に示されるように、この電動コンプレッサ２１及びコンデンサ２２は、冷媒が流れる冷媒流路２４を介してエバポレータ２３と接続され、冷凍サイクルを形成している。
【００２３】
電動コンプレッサ２１は、電力の供給を受けることで駆動する。駆動する電動コンプレッサ２１によって圧縮された冷媒流路２４内の冷媒は、高温となってコンデンサ２２に供給される。
【００２４】
コンデンサ２２の外表面には、冷凍車１０の走行によって取り込まれる空気が流れている。電動コンプレッサ２１からコンデンサ２２に供給された高温の冷媒は、コンデンサ２２の壁面を介してこの空気と熱交換を行う。これにより、冷媒は冷却され、その温度が低下する。
【００２５】
コンデンサ２２を通過して温度が低下した冷媒は、コンデンサ２２の下流側に配設されるレシーバやエキスパンションバルブ（ともに不図示）等を通過することで更に温度が低下する。冷媒はレシーバ等を通過した後に、冷媒流路２４によってエバポレータ２３に供給される。
【００２６】
エバポレータ２３の外表面には、駆動するファン２５，２６によって収納庫１１内から吸引された空気が流れている。この空気は、エバポレータ２３内を流れる低温の冷媒と、エバポレータ２３の壁面を介して熱交換を行う。これにより、空気は冷媒との熱交換によって冷却され、冷風となる。この冷風は、その一部が第１室１１１の内部に吹き出され、他部がファン２６に送られる。ファン２６に送られた冷風は、第２室１１２の内部に吹き出される。これにより、第１室１１１内の空気の温度は、収納された宅配物が凍結するまで低下する一方で、第２室１１２内の空気の温度は、収納された宅配物が凍結しない範囲で低下する。
【００２７】
また、この冷凍サイクルには、機械式コンプレッサ１３が配設されている。機械式コンプレッサ１３は、ベルト１５を介して冷凍車１０のエンジン１２の回転を伝達されることで駆動する。駆動する機械式コンプレッサ１３によって圧縮された冷媒流路２４内の冷媒は、電動コンプレッサ２１の場合と同様に、コンデンサ２２に供給されて収納庫１１内の冷凍の用に供される。後述するように、収納庫１１内の空気を冷却する際には、電動コンプレッサ２１及び機械式コンプレッサ１３の一方のみが駆動する。
【００２８】
図１に示されるように、バッテリユニット５０は収納庫１１の下方に配設されている。バッテリユニット５０は、ＰＣＵ（Power Control Unit：電力制御ユニット）３０と、リチウム電池４０と、を備えている。
【００２９】
図２に示されるように、ＰＣＵ３０は、充放電制御装置３１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２とを有している。充放電制御装置３１は、交流電力を直流電力に変換する変換器として機能するほか、リチウム電池４０の充放電を制御する。リチウム電池４０は二次電池であり、複数の単電池を組み合わせることで構成されている。ＰＣＵ３０は、電動コンプレッサ２１、ファン２５，２６に対して、商用電源１００から供給される電力と、リチウム電池４０から供給される電力と、のいずれかを択一的に供給し、それらを駆動させることができる。
【００３０】
冷凍車１０が宅配事業者の営業所内に駐車され、ケーブル等によって商用電源１００と接続されている場合、ＰＣＵ３０は、商用電源１００から供給される交流電力を用いて、収納庫１１内の空気の冷却とリチウム電池４０への充電とを行う。
【００３１】
まず、ＰＣＵ３０は、商用電源１００から供給される交流電力を、充放電制御装置３１によって直流電力に変換する。変換後の直流電力の電圧は、電動コンプレッサ２１の定格電圧となるように設定されている。電動コンプレッサ２１は、この直流電力の供給を受けて駆動する。
【００３２】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、充放電制御装置３１によって変換された直流電力を、ファン２５，２６の定格電圧まで降圧させる。ファン２５，２６は、このＤＣ／ＤＣコンバータ３２によって降圧された直流電力の供給を受けることで駆動し、それぞれコンデンサ２２とエバポレータ２３の外表面に空気の流れを形成する。このようにして電動コンプレッサ２１とファン２５，２６とが駆動することによって、宅配事業者の営業所内における営業準備の際（宅配開始前）などに、収納庫１１内の空気の冷却が行われる。
【００３３】
さらに、冷凍車１０が宅配事業者の営業所内に駐車され、商用電源１００と接続されている場合に、リチウム電池４０は、充放電制御装置３１によって変換された直流電力の供給を受ける。この直流電力の供給により、定電流定電圧方式によるリチウム電池４０の充電が行われる。
【００３４】
一方、冷凍車１０が商用電源１００から切り離され、宅配事業者の営業所を出た後（宅配中）であって、冷凍車１０の走行中など、冷凍車１０のエンジン１２が駆動している場合は、機械式コンプレッサ１３がエンジン１２の回転を利用して駆動する。また、ファン２５，２６は、冷凍車１０のバッテリ１４から放出された直流電力の供給を受けることで駆動する。バッテリ１４は、冷凍車１０の点火プラグやライト等の電装部品に電力を供給する二次電池である。このようにして電動コンプレッサ２１とファン２５，２６とが駆動することにより、走行中の冷凍車１０の収納庫１１内の空気の冷却が行われる。
【００３５】
また、冷凍車１０が宅配事業者の営業所から出た後（宅配中）であって、運転者が冷凍車１０から離れる際など、冷凍車１０のエンジン１２が停止している場合は、電動コンプレッサ２１はリチウム電池４０から放出される電力の供給を受けて駆動する。また、ファン２５，２６は、リチウム電池４０から放出され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２によってファン２５，２６の定格電圧まで降圧された直流電力の供給を受けることで駆動する。このようにして電動コンプレッサ２１とファン２５，２６とが駆動することにより、エンジン１２が停止している冷凍車１０の収納庫１１内の空気の冷却が行われる。
【００３６】
図３に示されるように、リチウム電池４０は、フィン６０を介してＰＣＵ３０と接続されている。フィン６０は、複数の板状部材６１を有している。各板状部材６１は、高い熱伝導率を有する金属材料によって形成されている。複数の板状部材６１は、隣り合う板状部材６１，６１が隙間６２を空けて直線状に配置されることで、フィン６０全体の表面積が大きくなるように構成されている。
【００３７】
フィン６０は、その一端がＰＣＵ３０に接続され、該一端と反対側の他端がリチウム電池４０に接続されている。これにより、隙間６２は、隣り合う板状部材６１，６１と、ＰＣＵ３０と、リチウム電池４０とによって区画され、図３の紙面奥行方向に空気を流す流路となっている。
【００３８】
次に、以上のように構成された冷凍装置ＦＲを搭載した冷凍車１０の動作について、図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、冷凍車１０が宅配事業者の営業所内に駐車されている場合（宅配開始前）と、冷凍車１０が当該営業所を出た後（宅配中）の場合の冷凍車１０の動作を示すフローチャートである。また、図５は、電動コンプレッサ２１等の冷凍装置負荷２０と、ＰＣＵ３０と、リチウム電池４０との間における電力及び熱の流れを模式的に示す説明図である。
【００３９】
冷凍車１０は、早朝など、宅配開始前に、宅配物の積み込みに先駆けて収納庫１１内の空気の冷却を行う必要がある。また、同じく宅配開始前に、リチウム電池４０の充電を行う必要がある。
【００４０】
そのため、冷凍車１０は、図４のステップＳ１に示されるように、宅配事業者の営業所内に駐車された状態（宅配開始前）において、冷凍装置ＦＲを駆動させて収納庫１１内の空気を冷却する冷凍運転を実行する。この際、冷凍車１０は商用電源１００と接続されており、商用電源１００から供給される電力によって冷凍装置ＦＲが駆動する。冷凍運転を３０分程度実行することにより、収納庫１１内の空気は、冷凍を要する宅配物を積み込み可能な温度まで低下する。
【００４１】
ところで、冬場の早朝など、気温が低くリチウム電池４０も低温となっている状態では、リチウム電池４０の内部における電気化学反応の進行が鈍化する。このため、リチウム電池４０に電力を供給しても、充電完了までに長時間を要する。
【００４２】
そこで、本実施形態に係る冷凍車１０は、宅配開始前に実行する冷凍運転の際に、リチウム電池４０の加熱を行っている。具体的には、冷凍運転の実行中、ＰＣＵ３０は図５に実線の矢印で示されるように電動コンプレッサ２１等の冷凍装置負荷２０に電力を供給するが、その際にＰＣＵ３０が発する熱（ジュール熱）を、破線の矢印で示されるようにリチウム電池４０に供給する。このＰＣＵ３０からリチウム電池４０への熱の供給は、図３に示されるフィン６０の熱伝導によって行われる。フィン６０を介してＰＣＵ３０から熱の供給を受けることで、リチウム電池４０が昇温する。
【００４３】
次に、冷凍車１０は、図４のステップＳ２に示されるように、リチウム電池４０の充電を開始する。このステップＳ２の処理は、リチウム電池４０が所定温度まで昇温した時点で開始する。充電開始に先駆けてリチウム電池４０が加熱され、昇温しているため、リチウム電池４０の内部における電気化学反応の進行も促進されている。このため、リチウム電池４０の充電を短時間で完了させることが可能となる。
【００４４】
次に、図４のステップＳ３に示されるように、冷凍車１０が宅配事業者の営業所から出た後であって、冷凍車１０の走行中など、冷凍車１０のエンジン１２が駆動している場合は、機械式コンプレッサ１３が冷凍車１０のエンジン１２の回転を利用して駆動する。また、ファン２５，２６は、バッテリ１４から電力の供給を受けて駆動する。
【００４５】
次に、図４のステップＳ４に示されるように、冷凍車１０が宅配事業者の営業所から出た後であって、運転者が冷凍車１０から離れる際など、冷凍車１０のエンジン１２が停止している場合は、電動コンプレッサ２１及びファン２５，２６は、リチウム電池４０から放出される電力の供給を受けて駆動する。
【００４６】
ここで、冷凍車１０による宅配中は、ＰＣＵ３０及びリチウム電池４０は、それぞれ自己が発するジュール熱により昇温する。しかしながら、ＰＣＵ３０及びリチウム電池４０は、いずれもフィン６０に接続されているため、それらが発したジュール熱はフィン６０に伝達されるとともに、フィン６０の隙間６２を流れる空気によって奪われる。このような放熱により、ＰＣＵ３０及びリチウム電池４０の冷却が行われ、過度な昇温による性能低下が抑制される。
【００４７】
図４のステップＳ５に示されるように、冷凍車１０は、ステップＳ３及びステップＳ４の処理を宅配が完了（Ｓ５：ＹＥＳ）するまで繰り返し実行する。これにより、宅配中は収納庫１１内の空気の温度が略一定値に維持される。
【００４８】
以上説明したように、本冷凍車１０では、リチウム電池４０は、その充電に先駆けて駆動しているＰＣＵ３０が発する熱によって加熱される。したがって、リチウム電池４０は、その充電開始時に温度が上昇しているため、性能の低下を招くことなく、短時間で充電を完了させることが可能となる。
【００４９】
したがって、この冷凍装置ＦＲが搭載された冷凍車１０は、営業の準備の際（宅配開始前）などに、収納庫１１内の空気の冷却を行いながらリチウム電池４０を加熱することで、その後のリチウム電池４０の充電に要する時間を短くし、短時間で営業の準備を完了させることが可能となる。
【００５０】
ＰＣＵ３０とリチウム電池４０とは、それらを電気的に接続するハーネスを短くするという要請などから、近接させて設けられることが一般的である。このため、充電に先駆けて行われるリチウム電池４０の加熱を、ＰＣＵ３０が発する熱を用いて行うことで、ハーネスを短くしつつ、効率良くリチウム電池４０を加熱して昇温させることが可能となる。
【００５１】
尚、本実施形態では、リチウム電池４０の加熱をＰＣＵ３０が発する熱によって行っているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、ＰＣＵ３０に代えて、又は、ＰＣＵ３０に加えて、電動コンプレッサ２１やコンデンサ２２が発する熱によってリチウム電池４０を加熱することも可能である。この場合、図３に示されたＰＣＵ３０及びリチウム電池４０と同様に、熱を伝達するフィンを介して電動コンプレッサ２１やコンデンサ２２をリチウム電池４０に接続すればよい。
【００５２】
また、本実施形態では、リチウム電池４０は、フィン６０を介してＰＣＵ３０と接続されている。これにより、充電に先駆けてリチウム電池４０を加熱する際に、ＰＣＵ３０が発する熱を効率良くリチウム電池４０に伝達し、リチウム電池４０を更に迅速に昇温させることが可能となる。
【００５３】
また、このフィン６０は、ＰＣＵ３０及びリチウム電池４０の過度な昇温を抑制する。すなわち、ＰＣＵ３０及びリチウム電池４０がフィン６０を放熱フィンとして共用し、冷凍装置ＦＲ全体をコンパクトに構成しながらも、リチウム電池４０の迅速な昇温と、ＰＣＵ３０及びリチウム電池４０の過度な昇温の抑制とを図ることが可能となる。
【００５４】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００５５】
１０：冷凍車
１１：収納庫
ＦＲ：冷凍装置
２１：電動コンプレッサ（コンプレッサ）
２２：コンデンサ
２３：エバポレータ
３０：ＰＣＵ（電力制御ユニット）
４０：リチウム電池
６０：フィン
【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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