(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のエンジンにより駆動される発電機と、この発電機の出力を整流回路で整流しその整流後の直流電圧をスイッチング回路で所定周波数の交流電圧に変換するインバータとを備え、そのインバータの出力により圧縮機を運転する冷凍車用冷凍装置において、
前記整流回路と前記スイッチング回路との間の通電ラインに接続された蓄電池ユニットと、
前記エンジンの回転数を検出する検出手段と、
この検出手段で検出される回転数が設定値以下の場合に前記インバータの出力周波数を許容最低周波数よりも高い値に低減する制御手段と、
を備えたことを特徴とする冷凍車用冷凍装置。
【請求項２】
車両のエンジンにより駆動される発電機と、この発電機の出力を整流回路で整流しその整流後の直流電圧をスイッチング回路で所定周波数の交流電圧に変換するインバータとを備え、そのインバータの出力により圧縮機を運転する冷凍車用冷凍装置において、
前記整流回路と前記スイッチング回路との間の通電ラインに接続された蓄電池ユニットと、
前記エンジンの回転数を検出する検出手段と、
この検出手段で検出される回転数が第１の設定値以下であって、この第１の設定値よりも所定値低い第２の設定値未満の場合に前記インバータの出力周波数を許容最低周波数よりも高い値に低減し、前記検出手段で検出される回転数が前記第２の設定値以下の場合に前記蓄電池ユニットの直流電圧を前記スイッチング回路に出力する制御手段と、
を備えたことを特徴とする冷凍車用冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両のエンジンにより駆動される発電機を備え、その発電電力をインバータに供給し、そのインバータの出力により圧縮機を運転する冷凍車用冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、生鮮食品等の低温度運搬に使用される冷凍車は、車両のエンジンにより駆動される圧縮機を搭載し、その圧縮機から凝縮器、減圧器、蒸発器へと冷媒を循環させることにより、冷蔵室を冷却する。
【０００３】
ただし、この場合、エンジン回転数と圧縮機回転数とが比例関係にあるため、道路の渋滞時やアイドリング運転時などエンジン回転数が下がった際に冷凍能力が低下し、冷蔵室の冷却性能が低下するという問題がある。
【０００４】
一方、最近では、車両のエンジンによって発電機を駆動し、その発電電力をインバータに供給し、そのインバータの出力によって圧縮機（圧縮機モータ）を運転するようにした冷凍車も登場している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
発電機を搭載した冷凍車の場合も、発電電力がエンジン回転数に応じて変化するという特徴がある。
すなわち、エンジン回転数が上昇すれば発電電力が大きくなり、インバータの出力周波数を高めて圧縮機を高能力運転することが可能であるが、エンジン回転数が下降すると発電電力が小さくなり、たとえば２トンクラスの冷凍車ではエンジン回転数が１０００（ＲＰＭ）以下まで下降した場合に、界磁コイルの電流をどんなに増やしても発電電力が定格の例えば２５００Ｗを下回ってしまう。
【０００６】
とくに、エンジン回転数が高い状態で圧縮機を高能力運転している場合に、エンジン回転数が低域まで急激に下降すると、発電電力が急激に低下し、圧縮機が過負荷運転となってブレークダウンし、停止してしまう。こうなると、冷蔵室の冷却が中断してしまう。
【０００７】
この発明は上記の事情を考慮したもので、その目的とするところは、エンジン回転数が低下した場合でも圧縮機の運転を継続することができ、常に安定した冷却性能が得られる信頼性にすぐれた冷凍車用冷凍装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明の冷凍車用冷凍装置は、車両のエンジンにより駆動される発電機と、この発電機の出力を整流回路で整流しその整流後の直流電圧をスイッチング回路で所定周波数の交流電圧に変換するインバータとを備え、そのインバータの出力により圧縮機を運転するものであって、整流回路とスイッチング回路との間の通電ラインに蓄電池ユニットを接続した。さらに、エンジンの回転数を検出する検出手段と、この検出手段で検出される回転数が設定値以下の場合にインバータの出力周波数を許容最低周波数よりも高い値に低減する制御手段と、を備える。
【０００９】
請求項２に係る発明の冷凍車用冷凍装置は、車両のエンジンにより駆動される発電機と、この発電機の出力を整流回路で整流しその整流後の直流電圧をスイッチング回路で所定周波数の交流電圧に変換するインバータとを備え、そのインバータの出力により圧縮機を運転するものであって、整流回路とスイッチング回路との間の通電ラインに蓄電池ユニットを接続した。さらに、エンジンの回転数を検出する検出手段と、この検出手段で検出される回転数が第１の設定値以下であって、この第１の設定値よりも所定値低い第２の設定値未満の場合に前記インバータの出力周波数を許容最低周波数よりも高い値に低減し、上記検出手段で検出される回転数が上記第２の設定値以下の場合に上記蓄電池ユニットの直流電圧を上記スイッチング回路に出力する制御手段と、を備える。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［１］以下、この発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。
図１において、１は冷凍車のエンジンで、このエンジン１の動力が駆動用ベルトを介して発電機２に伝達される。発電機２は、エンジン１の動力を受けることにより駆動され、三相交流電力を発生する。この発電機２の出力端にリレー接点４１を介してインバータ３が接続される。
【００１６】
インバータ３は、発電機２の発電電力を整流回路４で整流し、その整流回路４の出力を平滑コンデンサ７を介してスイッチング回路８に供給する構成を有し、スイッチング回路８から所定周波数の三相交流電圧を出力する。とくに、このインバータ３では、整流回路４とスイッチング回路８との間の通電路において、後述する蓄電池ユニット３０の接続位置より上流側となる位置に力率改善用のリアクタ５を設け、同蓄電池ユニット３０の接続位置より下流側となる位置に突入電流防止回路６を設けている。
【００１７】
突入電流防止回路６は、単一の抵抗６ａおよびリレー接点６ｂから成り、上記リレー接点４１のオンに基づく電力投入時、リレー接点６ｂがまだオフ状態にあることで抵抗６ａを通電路に投入し、整流回路４から平滑コンデンサ７およびスイッチング回路８へ過大電流が流れる事態を防止する。リレー接点６ｂは、リレー接点４１のオンから約２秒後にオンする。このオンにより、抵抗６ａに対する短絡回路が形成され、整流回路４の出力が平滑コンデンサ７およびスイッチング回路８へ直接的に供給される。
【００１８】
スイッチング回路８は、複数のスイッチング素子からなり、これらスイッチング素子が後述の制御部４０によってオン，オフ駆動されることにより、整流回路４から供給される直流電圧を所定周波数の三相交流電圧に変換して出力する。
【００１９】
このインバータ３の出力端（スイッチング回路８の出力端）に圧縮機モータ９が接続される。圧縮機モータ９は、インバータ３の出力周波数（スイッチング回路８の出力電圧の周波数）Ｆに応じて回転数が変化するもので、圧縮機２１のケースに収容されている。
【００２０】
圧縮機２１は、冷媒を吸込み、それを圧縮して吐出する。この圧縮機２１の吐出口に凝縮器２２が配管接続され、その凝縮器２２に減圧器たとえば膨張弁２３を介して蒸発器２４が配管接続される。そして、蒸発器２４は圧縮機２１の吸込口に配管接続される。この配管接続により、冷媒を図示矢印方向に循環させる冷凍サイクルが構成される。蒸発器２４は、冷凍車の冷蔵室（図示しない）に設置される。冷蔵室にはその室内温度を検知するための温度センサ２５が取付けられている。
【００２１】
そして、インバータ３における整流回路４とスイッチング回路８との間の通電路に、開閉接点であるところのリレー接点４２を介してバックアップ用の蓄電池ユニット３０が接続される。この蓄電池ユニット３０の接続位置は、リアクタ５より下流側、突入電流防止回路６より上流側である。
【００２２】
蓄電池ユニット３０は、入出力端子３１ａ，３１ｂ、充電回路３２、ダイオード３３，３４、および蓄電池３５を備える。
充電回路３２は、蓄電池３５に充電電流を供給するもので、蓄電池３５が過充電とならないように定電圧機能を持つことに加え、充電電流を所定値以下に抑える電流リミット機能を持つ。この電流リミット機能は、発電機２の出力を圧縮機２１の運転にできるだけ有効使用させるためのもので、充電電流を発電電力の１５％程度に抑制する。
【００２３】
なお、インバータ３における整流後直流電圧は、エンジン回転数Ｎが低くなく、しかも電圧調整器であるＡＶＲ４３の働きで発電機２の出力電圧が２２０Ｖ一定に維持されている場合に、約２８５Ｖとなる。これに対し、蓄電池ユニット３０の電圧（直流電圧）は、通常走行時の充電特性を考慮して、整流後直流電圧（約２８５Ｖ）の８０％程度に設定するのが望ましく、たとえば２４０Ｖに設定される。
【００２４】
一方、発電機２にＡＶＲ４３が接続される。ＡＶＲ４３は、発電機２の出力電圧がエンジン回転数や負荷電流の変動にかかわらず常に２２０Ｖ一定となるよう、発電機２における界磁電流をコントロールする。
【００２５】
発電機２とリレー接点４１との間の通電ラインに電流センサ４４が取付けられる。電流センサ４４は、発電機２の出力電流（発電機電流）Ｉｘを検知する。
【００２６】
４０は当該冷凍車用冷凍装置の全体を制御する制御部で、上記リレー接点４１，４２，６ｂのリレー本体を内蔵している。この制御部４０に、スイッチング回路８、温度センサ２５、ＡＶＲ４３、電流センサ４４、温度設定器４５、および運転スイッチ４６が接続される。温度設定器４５は、冷蔵室内温度の目標値を設定するためのものである。運転スイッチ４６は、当該冷凍車用冷凍装置の運転操作用として用意されている。
【００２７】
そして、制御部４０は、主要な機能として次の（１）〜（５）の手段を備える。
（１）発電機２の回転に伴ってＡＶＲ４３から出力されるパルス信号をカウントし、そのカウント値からエンジン１の回転数Ｎを検出する第１検出手段。
【００２８】
（２）上記検出手段で検出される回転数Ｎが設定値Ｎｓ以下のとき、インバータ３の出力周波数（以下、運転周波数と称す）Ｆを所定値たとえば許容最低周波数（許容最低運転周波数）Ｆmin＝３０Ｈｚまで低減する制御手段。
【００２９】
（３）発電機２の出力が零のときに蓄電池ユニット３０を電源として運転を制御するべくリレー接点４２を開閉制御する制御手段。
【００３０】
（４）電流センサ４４の検知電流（発電機２の出力電流）Ｉｘが検出手段の検出回転数Ｎに対応する所定値Ｉｓ以内に収まるよう、運転周波数Ｆを制御する制御手段。
【００３１】
（５）温度センサ２５で検知される冷蔵室内温度Ｔａと温度設定器４５で予め定められた目標温度Ｔｓとの差、つまり冷却負荷に応じて、圧縮機２１の運転および運転周波数Ｆを制御する制御手段。
【００３２】
つぎに、上記の構成の作用を説明する。
エンジン１が運転状態にあるとき、そのエンジン１の動力により発電機２が駆動される。この状態で運転スイッチ４６がオン操作されると、リレー接点４１がオンし、発電機２の発電電力がインバータ３に供給される。
【００３３】
インバータ３では、発電機２から供給される電力が整流され、その直流電圧がリアクタ５、突入電流防止回路６、および平滑コンデンサ７を介してスイッチング回路８に供給される。発電機２からの電力供給直後は、突入電流防止回路６のリレー接点６ｂがまだオフしていて抵抗６ａが通電路に投入された状態にあり、これにより突入電流が防止される。電力供給から約２秒後、リレー接点６ｂがオンして抵抗６ａの投入が解除される。
【００３４】
スイッチング回路８は直流電圧をスイッチングにより所定周波数の交流電圧に変換し、出力する。この出力により、圧縮機モータ９が動作する。
【００３５】
エンジン１の回転数Ｎ、発電機２の出力電圧（発電機電圧）、インバータ３における整流後直流電圧の関係を図２に示している。エンジン回転数Ｎが６００（ＲＰＭ）より高ければ発電機電圧が２２０Ｖに制御されるが、エンジン回転数Ｎが６００（ＲＰＭ）以下に下がると、とくに４５０（ＲＰＭ）付近で整流後直流電圧が蓄電池ユニット３０の電圧と等しい２４０Ｖまで下がる。
【００３６】
エンジン１の回転数Ｎ、発電機２の発電電力（発電機最大電力）、発電機２の回転数（発電機回転数）の関係を図３に示している。図３に示すように、エンジン回転数Ｎが７５０（ＲＰＭ）以下になると、発電電力は２０００Ｗ以下に低下している。
【００３７】
以下、図４のフローチャートを参照して本実施形態の制御について説明する。
エンジン回転数Ｎが検出され（ステップ１０１）、そのエンジン回転数Ｎと設定値Ｎｓとが比較される（ステップ１０２）。
【００３８】
エンジン回転数Ｎが設定値Ｎｓ以下になると（ステップ１０２のＹＥＳ）、運転周波数Ｆが許容最低運転周波数Ｆmin（＝３０Ｈｚ）まで低減される（ステップ１０３）。
【００３９】
エンジン回転数Ｎが設定値Ｎｓより高い状態にあれば（ステップ１０２のＮＯ）、発電機２の出力電流Ｉｘが電流センサ４４で検知され（ステップ１０４）、その発電機電流Ｉｘと所定値Ｉｓとが比較される（ステップ１０５）。
【００４０】
所定値Ｉｓは、上記検出されるエンジン回転数Ｎに対応するもので、２０００Ｗ程度の発電電力が得られる７５１〜１０００（ＲＰＭ）で５Ａ、２５００Ｗ程度の発電電力が得られる１００１〜１３００（ＲＰＭ）で６．５Ａ、３０００Ｗ程度の発電電力が得られる１３０１〜２０００（ＲＰＭ）で８Ａ、３５００Ｗ程度の発電電力が得られる２００１（ＲＰＭ）以上で９．５Ａが選定される。
【００４１】
発電機電流Ｉｘが所定値Ｉｓを超えていれば（ステップ１０５のＹＥＳ）、発電機電流Ｉｘが所定値Ｉｓ以内に収まるよう、運転周波数Ｆが制御ループごとに所定値ΔＦずつ低減される（ステップ１０６）。
【００４２】
発電機電流Ｉｘが所定値Ｉｓ以内に収まっていれば（ステップ１０５のＮＯ）、温度センサ２５で検知される冷蔵室内温度Ｔａと温度設定器４５で予め定められた目標温度Ｔｓとの差、つまり冷却負荷に応じて、圧縮機２１の運転および運転周波数Ｆが制御される（ステップ１０７）。すなわち、冷蔵室内温度Ｔａが目標温度Ｔｓより高く、その差が大きければ、運転周波数Ｆが高く設定されて圧縮機２１が高回転数運転（高能力運転）される。冷却が進んで冷蔵室内温度Ｔａが目標温度Ｔｓに近づくに従い、運転周波数Ｆが低減されて圧縮機２１の回転数（能力）が減少される。冷蔵室内温度Ｔａが目標温度Ｔｓ以下になると、インバータ３の駆動が停止され、圧縮機２１の運転が停止される
以上、エンジン回転数Ｎに基づく制御、発電機電流Ｉｘに基づく制御、および冷蔵室内温度制御の順に優先順位が定められている。
【００４３】
ところで、発電機２から取り出し得る電力は上記したようにエンジン回転数Ｎによって大きく変化する。とくに、エンジン回転数Ｎが７５０（ＲＰＭ）以下になると、発電電力は２０００Ｗ以下まで低下し、圧縮機２１の高回転数運転を維持することができなくなる。
【００４４】
そこで、上記のように、エンジン回転数Ｎが設定値Ｎｓ以下たとえば７５０（ＲＰＭ）以下になったとき、冷却負荷に基づく周波数制御に優先して、運転周波数Ｆを強制的に許容最低運転周波数Ｆmin（＝３０Ｈｚ）まで低減し、圧縮機２１を低回転数運転するようにしている。これにより、冷蔵室の冷却を続けながら、圧縮機２１への入力電力を発電機２の発電電力以内に抑えるとともに、圧縮機２１の過負荷運転を防ぐようにしている。
【００４５】
一方、蓄電池ユニット３０は運転開始時にリレー接点４２がオンすることでインバータ３に対し投入されるが、通常時はインバータ３における整流後直流電圧（約２８５Ｖ）の方が蓄電池ユニット３０の電圧（２４０Ｖ）より高いことから、その整流後直流電圧の供給源である発電機２を電源として圧縮機２１の運転が実行される。なお、このとき、蓄電池ユニット３０が充電不足の状態にあれば、整流後直流電圧によって蓄電池ユニット３０の蓄電池３５が充電される。この充電に際しては、充電回路３２により、過充電が防止されるとともに、充電電流が所定値以下に抑制される。
【００４６】
エンジン回転数Ｎが低下すると、発電機２の出力電圧が低下し、それに伴い、インバータ３における整流後直流電圧も低下する。たとえば、エンジン回転数Ｎが４００（ＲＰＭ）以下に低下した場合は（異常低回転時）、整流後直流電圧が蓄電池ユニット３０の電圧（２４０Ｖ）よりも低くなる。こうなると、蓄電池ユニット３０が放電を開始し、それまでの発電機２からの電力供給に代わり、蓄電池ユニット３０が電源となって圧縮機２１の運転が継続される。
【００４７】
蓄電池ユニット３０が無いと仮定すると、整流後直流電圧が低下した場合に、圧縮機２１への電力供給が不足し、圧縮機２１が過負荷運転となってブレークダウンし、停止してしまう。しかも、冷凍サイクルの特徴として、圧縮機２１が一旦停止すると、圧縮機２１の吐出側と吸込側との圧力差が所定値まで低下するのに要する時間を十分に確保してからでないと、圧縮機２１を再起動できなくなってしまう。これは、圧縮機２１の寿命を確保する上で重要なことである。
【００４８】
しかも、エンジン回転数Ｎが４００（ＲＰＭ）以下まで低下するいわゆる異常低回転は、高速道路あるいは渋滞の無い道路などで低速走行可能な場合にはほとんど発生しないが、カーブの多い市街地、山道、あるいは渋滞時等で頻繁に発生し、その都度、圧縮機２１が停止して再起動までにたとえば１分間が確保され、その間は冷蔵室の冷却ができなくなってしまう。
【００４９】
そこで、インバータ３における整流後直流電圧が２４０Ｖよりも低くなった場合、上記のように、発電機２に代わって蓄電池ユニット３０が電源として機能することにより、圧縮機２１の過負荷運転およびブレークダウンによる不要な運転停止を回避することができる。これにより、冷蔵室の冷却を中断なく続けながら常に安定した冷却性能が得られ、冷凍車用冷凍装置としての高い信頼性を確保することができる。
【００５０】
また、エンジン１がストップすると、発電機２の出力が零となるが、この場合はリレー接点４２がオンしていれば蓄電池ユニット３０からインバータ３への電力供給がなされ、リレー接点４２がオフすれば蓄電池ユニット３０からインバータ３への電力供給が遮断される。つまり、蓄電池ユニット３０のみを電源として圧縮機２１の運転をオンしたりオフしたり制御することができる。
【００５１】
なお、突入電流防止回路６は、整流回路４とスイッチング回路８との間の通電ラインにおいて、蓄電池ユニット３０の接続位置よりも下流側に存しており、発電機２が電源となる場合も、蓄電池ユニット３０が電源となる場合も、そのいずれにおいても突入電流を確実に防止することができる。
【００５２】
一方、力率改善用のリアクタ５については、整流回路４とスイッチング回路８との間の通電ラインにおいて、蓄電池ユニット３０の接続位置よりも上流側に存することから、蓄電池ユニット３０の無駄な放電を防止できるという作用効果を奏する。以下、この理由について説明する。
【００５３】
仮に、リアクタ５が蓄電池ユニット３０の接続位置よりも下流側に存していれば、運転周波数Ｆを高くして負荷電力を大きくしていく過程において、たとえ発電機２から十分な発電電力が得られるエンジン回転数域であっても、蓄電池ユニット３０から負荷側に電流が流れ込んでしまうという好ましくない現象が生じる。蓄電池ユニット３０の無駄な放電を生じることになる。
【００５４】
すなわち、負荷の増大に伴ってリアクタ５に流れる電流が大きくなり、かつリアクタ５の接続点における電流リップルがスイッチング回路８における素子（たとえばトランジスタ）のスイッチング作用を受けて負荷と共に増加するのに対し、リアクタ５は自己の電流変化を軽減するように動作する。その結果、リアクタ５のインダクタンスによる電源からの電流吸出し作用が大きくなる。しかも、発電機２と蓄電池ユニット３０とを比較して考えた場合、発電機２の方が蓄電池ユニット３０よりも非常に大きな電源インダクタンスを有する（発電機２はｒ＝１Ω、Ｌ＝５ｍＨ、蓄電池ユニット３０はｒ＝２Ω、Ｌ＝０．１ｍＨ）。このため、発電機２の発電電力が十分な状態にあるにもかかわらず、負荷増加時のリアクタ５による電流の吸上げのほとんどが蓄電池ユニット３０からの流入分となり、蓄電池ユニット３０の無駄な放電を生じてしまうことになる。
【００５５】
そこで、リアクタ５を蓄電池ユニット３０の接続位置よりも上流側に設け、上記のような不具合を解消するようにしている。
【００５６】
［２］第２実施形態について説明する。
第１実施形態ではエンジン回転数Ｎが設定値Ｎｓ以下のときに運転周波数Ｆを許容最低運転周波数Ｆmin（＝３０Ｈｚ）まで低減したが、この第２実施形態では、十分な冷却能力の確保を第一優先とするべく、低減目標値を許容最低運転周波数Ｆmin（＝３０Ｈｚ）よりも高い値たとえば４５Ｈｚとしている。
他の構成は第１実施形態と同じである。
【００５７】
運転周波数Ｆを４５Ｈｚにすることで、冷蔵室の収容物を冷やすのに十分な冷却能力を得ることができる。
この場合、発電機２の発電電力のみでは電力供給不足を招いてしまうので、その不足分が蓄電池ユニット３０からの自然放電によって賄われる。
【００５８】
低減目標値である４５Ｈｚは、蓄電池ユニット３０における蓄電池３５の容量や通常運転中になされる充電電力量などを考慮し、また定格の８０％程度の冷却能力で得られれば十分であることを考慮し、定めている。低減目標値をあまり高くし過ぎると、蓄電池ユニット３０が賄う電力量が増えるため、蓄電池ユニット３０としてさらに大型のものを採用しなければならず、エンジンルームのスペースの制約などを受けてしまう点を考慮している。
【００５９】
以上のように、運転周波数Ｆの低減目標値を許容最低運転周波数Ｆmin（＝３０Ｈｚ）よりも高い値に設定し、かつそれに伴う電力不足分を蓄電池ユニット３０の放電によって補うことにより、渋滞等でエンジン回転数Ｎが長時間にわたり低下するような状況でも、十分な冷却能力をもって冷蔵室の収容物を冷やすことができる。
【００６０】
［３］その他、この発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、エンジン回転数が低下した場合でも圧縮機の運転を継続することができ、常に安定した冷却性能が得られる信頼性にすぐれた冷凍車用冷凍装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】各実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】各実施形態におけるエンジン回転数、発電機電圧、整流後直流電圧の関係を示す図。
【図３】各実施形態におけるエンジン回転数、発電機最大電力、発電機回転数の関係を示す図。
【図４】第１実施形態の作用を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン
２…発電機
３…インバータ
４…整流回路
５…リアクタ
６…突入電流防止回路
８…スイッチング回路
９…圧縮機モータ
４０…制御部
４３…ＡＶＲ
４４…電流センサ
２１…圧縮機
２４…蒸発器
２５…温度センサ
【図１】
0004199380.tif 000002
【図２】
0004199380.tif 000003
【図３】
0004199380.tif 000004
【図４】
0004199380.tif 000005