JP2012057914A - ハイブリッド冷凍車 - Google Patents

Abstract

【課題】走行時間や排気温度が不安定であっても蓄熱の完了時期を正確に判断することができ、反応材の過熱による変質を防いでアイドリングストップ時の冷却を効率良く安定して行うことができるハイブリッド冷凍車を提供すること。
【解決手段】圧縮式冷凍機３０とＣＨＰ（ケミカルヒートポンプ）１を備え、運転モードとして、エンジン駆動時に排気熱によって反応器３内の反応材５を加熱してこれを再生する蓄熱モードと、該蓄熱モードにおいて凝縮蒸発器４において凝縮した水を蒸発させて冷凍コンテナ１０１を冷却する冷却モードを備えるハイブリッド冷凍車において、前記ＣＨＰ１のブライン循環回路２１の凝縮蒸発器４の入口と出口に温度センサ２２，２３をそれぞれ設けるとともに、両温度センサ２２，２３によって検出される温度の差に基づいて蓄熱モード時の前記反応器３の蓄熱終了時期を判断するコントローラ（制御手段）２５を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンによって駆動される圧縮式冷凍機とエンジンの排気ガスを熱源として動作するケミカルヒートポンプを備えたハイブリッド冷凍車に関するものである。

冷凍コンテナに収容された冷凍品を所定の低温状態を保った状態で配送する冷凍車には、従来、エンジンによって駆動される圧縮式冷凍機（機械式冷凍機）が専ら使用されていた。この圧縮式冷凍機は、コンプレッサ、コンデンサ、減圧器及びエバポレータを冷媒配管によって直列に接続して閉ループの冷媒循環回路を構成するものであって、コンプレッサによって圧縮された高圧のガス冷媒をコンデンサでの放熱によって液化させて液冷媒とし、この高圧の液冷媒を膨張弁等の減圧器によって膨張させて減圧した後、沸点が下がった低圧の液冷媒をエバポレータにおいて蒸発させ、このときの蒸発潜熱を冷凍コンテナから奪うことによって冷凍コンテナ内を冷却するものである。

ところで、近年、環境問題や燃費等の点から車両の停車中はエンジンを停止するアイドリングストップが強く求められるようになっており、エンジンを停止する停車中は圧縮式冷凍機の運転も停止され、冷凍コンテナ内を所定の低温状態に保持することができないという問題がある。特に、コンビニエンスストアに冷凍食品を配送する冷凍車にあっては、短時間の走行とエンジンを停止しての荷物降ろし作業が頻繁に繰り返されるために十分な冷凍能力を確保することができない。

そこで、特許文献１には、エンジンによって駆動される圧縮式冷凍機とエンジンの排気ガスを熱源として動作するケミカルヒートポンプ（以下、「ＣＨＰ」と略称する）を備えたハイブリッド冷凍車が提案されている。このハイブリッド冷凍車に設けられたＣＨＰは、３台の反応器と各１台の蒸発器及び凝縮器を備え、車両の走行時にエンジンから排出される排気ガスを熱源として運転され、３台の反応器を順次切り替えることによって各反応器について蓄熱と放熱を順次繰り返し、冷凍コンテナ内の冷却（冷凍）を連続して行うようにしたものである。

尚、特許文献２には、エンジンの排気熱を利用したＣＨＰを車両の冷房に使用する技術が提案され、特許文献３には、同じくエンジンの排気熱を利用したＣＨＰを車両の冷暖房に使用する場合、ＣＨＰを２セット装備して両者を切り替えて運転する技術が提案されている。

特開２００８−１１１５９２号公報 特開２００２−０５９７３６号公報 実開昭６１−０６００７１号公報

しかしながら、特許文献１において提案されたハイブリッド冷凍車には以下のような問題があった。
（１）特許文献１において提案されたハイブリッド冷凍車は、アイドリングストップ時の冷凍を前提にしておらず、エンジンを停止する停車中は冷凍コンテナ内を所定の低温状態に保持することができない他、複数の反応器を要するためにＣＨＰが大型化する。
（２）車両の走行時間が一定でないために蓄熱完了の判断が困難であり、過剰な蓄熱によって反応材が変質し、蓄熱量が減少して冷凍能力が低下する。蓄熱完了を判断する方法として、凝縮蒸発器の水位を測定する方法があるが、凝縮蒸発器の内部は真空に保持されおり、又、冷凍車が振動するために水位の測定は困難である。又、蓄熱時間によって蓄熱完了を判断する方法も考えられるが、冷凍車の走行状況によるエンジン回転数の変動によって排気熱（温度）も変動するため、蓄熱完了を正確に判断することは不可能である。

従って、本発明の第１の目的とする処は、走行時間や排気温度が不安定であっても蓄熱の完了時期を正確に判断することができ、反応材の過熱による変質を防いでアイドリングストップ時の冷却を効率良く安定して行うことができるハイブリッド冷凍車を提供することにある。

又、ＣＨＰにおいて、冷媒の状態変化によってエンジンの排気熱を反応器内の反応材に伝達してこれを加熱するヒートパイプを使用する場合、反応材の再生に必要な熱量に対して排ガスからの入熱が過大となると作動液圧力が上昇してヒートパイプの損傷を招く可能性がある。

従って、本発明の第２の目的とする処は、エンジンの排気熱を反応器内の反応材に伝達してこれを加熱するヒートパイプを循環する作動液の圧力の異常な上昇を防いでヒートパイプを保護することができるハイブリッド冷凍車を提供することにある。

更に、冷凍車の走行時に蓄熱が完了した後も反応器が高温に保たれている場合には、次の冷却（反応材の水和反応）への切替時間が長くなり、冷却開始時間が遅れるという問題が発生する。

従って、本発明の第３の目的とする処は、蓄熱モードから冷却モードへの切り替えを短時間で行ってアイドリングストップ時の冷却を効率良く行うことができるハイブリッド冷凍車を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、エンジンによって駆動される圧縮式冷凍機とエンジンの排気ガスを熱源として動作するケミカルヒートポンプを備え、
前記ケミカルヒートポンプを、反応材が充填された反応器と、該反応器において前記反応材の加熱によって発生した水蒸気を凝縮させ且つ凝縮した水を蒸発させる凝縮蒸発器と、該凝縮蒸発器と冷凍コンテナとの間で熱交換を行うブラインを循環させるブライン循環回路を含んで構成し、
運転モードとして、エンジン駆動時に排気熱によって前記反応材を加熱してこれを再生する蓄熱モードと、該蓄熱モードにおいて前記凝縮蒸発器において凝縮した水を蒸発させて前記冷凍コンテナを冷却する冷却モードを備えるハイブリッド冷凍車において、
前記ブライン循環回路の凝縮蒸発器入口と出口に温度センサをそれぞれ設けるとともに、両温度センサによって検出される温度の差に基づいて蓄熱モード時の前記反応器の蓄熱終了時期を判断する制御手段を設けたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記制御手段は、前記温度センサによって検出される温度の差が所定値未満となったときに蓄熱モード時の前記反応器の蓄熱が終了したものと判断することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記制御手段は、前記温度センサによって検出される温度の差が所定値未満となったときに冷却モード時の前記反応器における水和が終了したものと判断することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記エンジンの排気熱を受け取る排気熱取得部と該排気熱取得部によって受け取った排気熱によって前記反応器内の反応材を加熱する反応材加熱用熱交換器を含んで閉ループを構成するヒートパイプを設け、該ヒートパイプに作動液を循環させるとともに、圧力センサとバルブを前記ヒートパイプに設け、
前記制御手段は、前記圧力センサによって検出される蓄熱モード時の冷媒圧力が設定値を超えたときに前記バルブを閉じるよう構成したことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、前記反応器に反応材冷却用熱交換器を設けるとともに、反応器外に設置された放熱器と前記反応材冷却用熱交換器を含んで閉ループを構成する放熱回路を設けるとともに、該放熱回路に水を循環させるポンプを設け、
前記制御手段は、前記反応器の蓄熱が終了したときに前記ポンプを運転するよう構成したことを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、前記凝縮蒸発器に前記ブライン循環回路の一部を構成する熱交換器を設けるとともに、前記凝縮蒸発器内の水をポンプによって循環させてノズルから前記熱交換器に滴下させる水滴下パイプを設け、
前記制御手段は、冷却モード時に前記ポンプを運転するよう構成したことを特徴とする。

請求項１及び２記載の発明によれば、走行時間や排気温度が不安定であっても、冷凍コンテナとＣＨＰの凝縮蒸発器との間で熱交換を行わせるためのブライン循環ラインの凝縮蒸発器入口と出口にそれぞれ設けられた温度センサによって検出される温度の差によって蓄熱モード時の反応器の蓄熱終了時期を正確に判断することができるため、反応材の過熱による変質を防いでアイドリングストップ時の冷却を効率良く安定して行うことができる。

請求項３記載の発明によれば、温度センサによって検出されるブラインの凝縮蒸発器入口と出口の温度の差が所定値未満となったときに冷却モード時の反応器における水和が終了したものと判断するようにしたため、反応材の水和反応の終了時期を常に正確に検出することができる。

請求項４記載の発明によれば、エンジンから排出される排気ガスから熱を受け取る排気熱取得部と該排気熱取得部によって受け取った排気熱によってＣＨＰの反応器内の反応材を加熱する反応材加熱用熱交換器を含んでループを構成するヒートパイプにおいて、圧力センサによって検出される蓄熱モード時の作動液圧力が設定値を超えたときにバルブを閉じて作動液の循環を停止するようにしたため、作動液圧力の異常な上昇を防いでヒートパイプを保護することができるとともに、反応器の蓄熱を適正に行って反応材の過熱を防ぐことができる。

請求項５記載の発明によれば、反応器外に設置された放熱器と反応器に設けられた反応材冷却用熱交換器を含んで構成された放熱回路に水を循環させるポンプを設け、反応器の蓄熱が終了したときにポンプを運転して蓄熱が完了した後の反応器を放熱によって冷却するようにしたため、蓄熱モードから次の冷却モードへの切り替えが短時間で行われ、冷却開始が早められてアイドリングストップ時の冷却を早期に効率良く行うことができる
請求項６記載の発明によれば、冷却モード時にポンプを運転して凝縮蒸発器内の水をノズルから熱交換器に滴下させてこれを蒸発させ、ブライン循環回路を循環するブラインから蒸発潜熱を奪ってブラインを冷却するようにしたため、このブラインによって冷凍コンテナ内を効率良く冷却することができる。

本発明に係るハイブリッド冷凍車の概略構成を示す側面図である。 本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの蓄熱モード時の状態を示す構成図である。 本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの冷却モード時の状態を示す構成図である。 本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの運転モードを選択するまでの手順を示すフローチャートである。 （ａ）はＣＨＰの蓄熱モード時の動作原理を説明する図、（ｂ）はＣＨＰの冷却モード時の動作原理を説明する図である。 本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの蓄熱モード時の制御手順を示すフローチャートである。 本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの冷却モード時の制御手順を示すフローチャートである。 本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの蓄熱モード時の凝縮蒸発器入口と凝縮蒸発器出口の温度の経時変化を示す図である。 本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの冷却モード時の凝縮蒸発器入口と凝縮蒸発器出口の温度の経時変化を示す図である。 本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの蓄熱モードと冷却モードにおけるバルブの開閉制御とポンプの運転制御を示す図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係るハイブリッド冷凍車の概略構成を示す側面図であり、図示のハイブリッド冷凍車１００は、冷凍コンテナ１０１内に収容された不図示の冷凍品を配送するものであって、冷凍コンテナ１０１内を所定の低温状態に保持するための手段として、エンジン５０によって駆動される圧縮式冷凍機３０とエンジン５０から車両後方に延びる排気管５１を流れる排気ガスを熱源として動作するＣＨＰ（ケミカルヒートポンプ）１を備えている。尚、排気管５１の途中には、排気ガスを浄化するための触媒コンバータ５２が設けられている。

上記圧縮式冷凍機３０は、主要構成要素として圧縮機３１、凝縮器３２、減圧器としての膨張弁３３、蒸発器３４を含んで構成されており、前記ＣＨＰ１は、主要構成要素として冷凍コンテナ１０１内に設置された熱交換器２と冷凍コンテナ１０１外に設置された反応器３、凝縮蒸発器４、排気熱取得部８、放熱器１３、制御手段としてのコントローラ２５を含んで構成されている。

ところで、圧縮式冷凍機３０は、エンジン５０によって駆動される前記圧縮機３１、前記凝縮器３２、前記膨張弁３３及び前記蒸発器３４を冷媒配管３５によって直列に接続して構成されており、エンジン５０が運転されているときには該圧縮式冷凍機３０によって冷凍コンテナ１０１内が冷却されて所定の低温状態に保たれる。即ち、エンジン５０によって駆動される圧縮機３１によって圧縮された高圧のガス冷媒が凝縮器３２での放熱によって液化して液冷媒となり、この高圧の液冷媒が膨張弁３３を通過することによって膨張して減圧された後、減圧によって沸点が下がった低圧の液冷媒が蒸発器３４において蒸発し、このときの蒸発潜熱が冷凍コンテナ１０１内から奪われることによって冷凍コンテナ１０１内が冷却される。

次に、ＣＨＰ１の構成の詳細を図２及び図３に基づいて説明する。尚、図２は本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの蓄熱モード時の状態を示す構成図、図３は同ＣＨＰの冷却モード時の状態を示す構成図である。

ＣＨＰ１は、前記熱交換器２と前記反応器３及び前記凝縮蒸発器４を含んで構成されており、内部が真空に保持された反応器３内にはＣａＳＯ_４ 等の反応材５が充填されるとともに、反応材５を排気熱によって加熱して再生するための反応材加熱用熱交換器６と、再生された反応材５を放熱によって冷却するための反応材冷却用熱交換器７が設けられている。尚、反応材加熱用熱交換器６と反応材冷却用熱交換器７は、説明の便宜上から図中では独立したように図示されているが、実際は両熱交換器６，７の流路を交互に組み合わせ一体化し、反応材５全体を一様に加熱又は冷却できるような構造となっている。

又、図１に示すエンジン５０から延びる前記排気管５１の途中には、排気ガスから熱を受け取る排気熱取得部８が設けられており、この排気熱取得部８と反応器３内に設置された前記反応材加熱用熱交換器６とは作動液配管９，１０によって接続されてループ式のヒートパイプ１１を構成している。このヒートパイプ１１には作動液が収容されており、一方の作動液配管９には圧力センサ１２が設けられ、他方の作動液配管１０にはバルブＶ１が設けられている。

ところで、反応器３外には放熱器１３が設置されており、該放熱器１３と反応器３内に設けられた前記反応材冷却用熱交換器７とはブライン管１４，１５によって接続されて閉ループ状の放熱回路１６を構成しており、ブライン管１５には、放熱回路１６において冷却水を循環させるためのポンプＰ１が設けられている。

他方、前記凝縮蒸発器４の内部も真空に保持されており、該凝縮蒸発器４と前記反応器３とは連通パイプ１７によって互いに連通されており、連通パイプ１７にはバルブＶ２が設けられている。又、凝縮蒸発器４の内部には熱交換器１８が設けられており、この熱交換器１８と冷凍コンテナ１０１内に設置された前記熱交換器２とはブライン（本実施の形態では、不凍液）を循環させるためのブライン配管１９，２０によって接続され、これらは閉ループ状のブライン循環回路２１を構成している。

そして、上記ブライン循環回路２１の一部を構成する一方のブライン管１９の凝縮蒸発器４への入口には温度センサ２２が設けられている。又、他方のブライン管２０の凝縮蒸発器４の出口には温度センサ２３が設けられており、同ブライン管２０の温度センサ２３の下流側にはブラインを循環させるためのポンプＰ２が設けられている。

更に、凝縮蒸発器４の底部からは水滴下パイプ２４が導出しており、この水滴下パイプ２４は、垂直上方に立ち上がった後、凝縮蒸発器４内の上部に水平に挿入されて熱交換器１８の上方に位置しており、その凝縮蒸発器４内の上方に位置する水平部分には水を滴下するための複数の不図示のノズルが形成されている。

而して、本実施の形態に係るＣＨＰ１には制御手段としてのコントローラ２５が設けられており、該コントローラ２５には前記圧力センサ１２と前記温度センサ２２，２３及び前記バルブＶ１，Ｖ２が電気的に接続されており、コントローラ２５は、圧力センサ１２によって検出される冷媒圧力によってバルブＶ１の開閉を制御するとともに、温度センサ２２，２３によって検出されるブラインの凝縮蒸発器４への入口温度Ｔ１と凝縮蒸発器４からの出口温度Ｔ２との差ΔＴ（｜Ｔ１−Ｔ２｜）に基づいて反応器３の蓄熱終了時期と水和の終了時期を判断し、ポンプＰ１，Ｐ３を駆動制御するとともに、バルブＶ２の開閉を制御する。

ところで、以上のように構成された本実施の形態に係るＣＨＰ１は、運転モードとして蓄熱モードと冷却モードを備えているが、運転モードを選択するまでの手順を図４に示すフローチャートに従って以下に説明する。尚、本実施の形態に係るハイブリッド冷凍車１００にはＣＨＰ１を運転するための不図示の運転スイッチが設けられている。

ハイブリッド冷凍車（車両）１００が始動すると（図４のステップＳ１）、不図示の運転スイッチのＯＮ／ＯＦＦが判定され（ステップＳ２）、運転スイッチがＯＮされるとポンプＰ２が運転されてブライン循環回路２１をブラインが循環せしめられる（ステップＳ３）。

次に、運転モードが判断され（ステップＳ４）、蓄熱モードが選択されると蓄熱モードが実行され（ステップＳ５）、冷却モードが選択されるとポンプＰ１が運転されて（ステップＳ６）、冷却モードが実行される（ステップＳ７）。

次に、本実施の形態に係るＣＨＰ１の蓄熱モード時と冷却モード時の動作を図５〜図１０を参照しながら以下に説明する。尚、図５（ａ）はＣＨＰの蓄熱モード時の動作原理を説明する図、図５（ｂ）はＣＨＰの冷却モード時の動作原理を説明する図、図６はＣＨＰの蓄熱モード時の制御手順を示すフローチャート、図７は同ＣＨＰの冷却モード時の制御手順を示すフローチャート、図８は同ＣＨＰの蓄熱モード時の凝縮蒸発器入口と凝縮蒸発器出口の温度の経時変化を示す図、図９は同ＣＨＰの冷却モード時の凝縮蒸発器入口と凝縮蒸発器出口の温度の経時変化を示す図、図１０は同ＣＨＰの蓄熱モードと冷却モードにおけるバルブの開閉制御とポンプの運転制御を示す図である。
１）蓄熱モード時の動作：
蓄熱モードは、ハイブリッド冷凍車１００が走行しているとき（エンジン５０が駆動されているとき）に排気熱によって反応器３内の反応材５を加熱してこれを再生するモードであって、エンジン５０が駆動されているときには、圧縮機３１がエンジン５０によって駆動され、冷凍コンテナ１０１内は圧縮式冷凍機３０の前記作用によって冷却され、冷凍コンテナ１０１内は所定の低温状態に保持されている。尚、蓄熱モード開始時においては、反応器３内の反応材５は前の冷却モード時における水和反応によって水と反応している状態（水和物）にあるものとする。

而して、蓄熱モードは、ハイブリッド冷凍車１００が走行していてエンジン５０が作動している状態において実行され（図６のステップＳ１１）、先ず、蓄熱開始時には図１０に示すように、閉状態にあったバルブＶ１が開かれ（ステップＳ１２）、ポンプＰ２は継続して運転されてブラインはブライン循環回路２１を循環している。又、閉状態にあったバルブＶ２は開かれて反応器３と凝縮蒸発器４が連通され（ステップＳ１３）、ポンプＰ１，Ｐ３は共に停止状態にある。

そして、蓄熱が開始されると、圧力センサ１２によってヒートパイプ１１を循環する作動液の圧力が計測され（ステップＳ１４）、コントローラ２５は圧力センサ１２によって検出されるヒートパイプ１１の作動液圧力が０．８ＭＰａ以上であるか否かを判定し（ステップＳ１５）、作動液圧力が０．８ＭＰａ未満である場合（ステップＳ１５での判断結果がＮＯである場合）には、次に作動液圧力が０．６ＭＰａ以下であるか否かが判定される（ステップＳ１６）。

作動液圧力が０．６ＭＰａ以下でない場合（つまり、作動液圧力が０．６ＭＰａ〜０．８ＭＰａの範囲内にあるとき）には、温度センサ２２，２３によってブライン循環回路２１を循環するブラインの凝縮蒸発器４への入口温度Ｔ１と凝縮蒸発器４からの出口温度Ｔ２が計測され（ステップＳ１７）、両者差ΔＴ（｜Ｔ１−Ｔ２｜）が１ｄｅｇ以上であるか否かが判断される（ステップＳ１８）。

上記温度差ΔＴが１ｄｅｇ以上である場合（ステップＳ１８での判断結果がＹＥＳである場合）には、図１０に示すように、バルブＶ１とＶ２と共に開状態が維持され、ポンプＰ２は継続して運転され、ポンプＰ１，Ｐ３は共に停止状態にある。すると、エンジン５０（図１参照）から排出される排気ガスは排気管５１内を図２の矢印方向に流れるが、その熱（排気熱）はヒートパイプ１１の排気熱取得部８において作動液に与えられ、この排気熱によって作動液が蒸発して高温のガス状の作動液となる。そして、この高温のガス状の作動液は反応器３内の反応材加熱用熱交換器６を流れる過程で反応材５を加熱し、反応材５に吸収されていた水分を水蒸気として分離して反応材５を再生する。このときの反応材５の化学反応は次式にて表される（図５（ａ）参照）。

２ＣａＳＯ_４ ・Ｈ_２ Ｏ（ｓ）＋３３．６ｋＪ／ｍｏｌ
→２ＣａＳＯ_４ ＋Ｈ_２ Ｏ（ｇ） … （１）
尚、上式（１）において２ＣａＳＯ_４ ・Ｈ_２ Ｏ（ｓ）は硫酸カルシウム水和物（固体）、Ｈ_２ Ｏ（ｇ）は水蒸気（気体）を示す。又、図５（ａ）においては、２ＣａＳＯ_４ をＭ、反応熱３３．６ｋＪ／ｍｏｌをＱ_Ｈ と表示している。

即ち、水と水和した反応材（２ＣａＳＯ_４ ・Ｈ_２ Ｏ（ｓ））５は排気熱からＱ_Ｈ （＝３３．６ｋＪ／ｍｏｌ）の熱を受けて水（Ｈ_２ Ｏ）を水蒸気（Ｈ_２ Ｏ（ｇ））として分離し、反応材５をＣａＳＯ_４ として再生する。

他方、反応器３内の反応材加熱用熱交換器６において反応材５の加熱に供されたガス状の作動液は、熱の放出によって凝縮して液状の作動液となり、重力によって排気熱取得部８へと送られ、排気ガスによって加熱されて蒸発し、以後は前記と同様の作用を繰り返しながらヒートパイプ１１を循環しながら反応器３内の反応材５の再生に供される。

そして、反応器３内において反応材５から分離された水蒸気は、反応器３の内圧と凝縮蒸発器４の内圧との差によって図２に矢印にて示すように連通パイプ１７を通って凝縮蒸発器４へと導入され、この凝縮蒸発器４において冷却されて凝縮し、水（液体）となる。このときの水の状態変化は次式にて表される（図５（ａ）参照）。

Ｈ_２ Ｏ（ｇ）→Ｈ_２ Ｏ（ｌ）＋４１．７ｋＪ／ｍｏｌ … （２）
尚、上式（２）においてＨ_２ Ｏ（ｌ）は水（液体）を示す。又、図５（ａ）においては、水蒸気の凝縮熱４１．７ｋＪ／ｍｏｌをＱ_Ｌ と表示している。

而して、蓄熱モードにおいては、以上の作用が繰り返されて反応器３内の反応材５が排気熱によって加熱されて再生されるが、凝縮蒸発器４内の温度は水蒸気の凝縮熱Ｑ_Ｌ によって上昇するため、図８に示すように、ブライン循環回路１１を循環するブラインは熱交換器１８において凝縮熱Ｑ_Ｌ によって加熱されてその温度が上昇し、温度センサ２３によって検出される出口温度Ｔ２は入口温度Ｔ１よりも高くなる（Ｔ２＞Ｔ１）。このとき、凝縮蒸発器４内の熱交換器１８において水との熱交換によって受熱して温度が高くなったブラインは、冷凍コンテナ１０１内に設置された熱交換器２において冷凍コンテナ１０１内に放熱し、凝縮蒸発器４において発生した凝縮熱Ｑ_Ｌ は冷凍コンテナ１０１において回収される。

蓄熱モードにおいて排気熱によって反応材５が再生されると、ブライン循環回路２１を循環するブラインの温度センサ２３によって検出される温度（凝縮蒸発器４からの出口温度）Ｔ２は、図８に示すように次第に上昇し、温度センサ２２によって検出される温度（凝縮蒸発器４への入口温度）Ｔ１との差ΔＴ（＝Ｔ２−Ｔ１）が大きくなるが、反応材５の再生が進むに連れてブラインの出口温度Ｔ２が次第に低下するため、温度差ΔＴが徐々に小さくなってゆく。そして、反応材５の再生が終了すると、温度差ΔＴは殆ど０ｄｅｇとなる。

従って、本実施の形態では、コントローラ２５は、温度センサ２２，２３によって検出されるブラインの温度（凝縮蒸発器４の入口と出口の温度）Ｔ１，Ｔ２の差ΔＴが所定値（本実施の形態では１ｄｅｇ）未満となった時点で反応器３での蓄熱（反応材５の再生）が終了したものと判断するようにしている。このようにすることによって、走行時間や排気温度が不安定であっても、蓄熱モード時の反応器３の蓄熱終了時期を正確に判断することができ、反応材５の過熱による変質を防ぐことができる。尚、本実施の形態では、蓄熱開始から終了までの時間（蓄熱時間）ｔ１（図８参照）は２０分程度であった。

以上のようにして反応器４での蓄熱の終了が判定されると（図６の判断結果がＮＯである場合）、図１０に示すように、バルブＶ１を閉じてヒートパイプ１１における作動液の循環を停止させて反応材５の排気熱による加熱を停止するとともに（ステップ１９）、バルブＶ２を閉じて反応器３と凝縮蒸発器４との連通を遮断する（ステップＳ２０）。又、同時にポンプＰ１を運転し（ステップＳ２１）、放熱回路１６に冷却水を循環させ、反応器３内の反応材冷却用熱交換器７において反応材５と冷却水との間で熱交換を行わせ、反応材５の熱を冷却水によって放熱器１３へと導いて該放熱器１３によって放熱させる。この作用を繰り返すことによって反応材５が冷却され、反応材５は次の冷却モードにおける水和反応（吸水反応）に備えられる。

次に、運転スイッチのＯＮ／ＯＦＦが判定され（ステップＳ２２）、運転スイッチがＯＮである場合には後述の冷却モードが実行され（ステップＳ２３）、運転スイッチがＯＦＦである場合にはポンプＰ１が停止され（ステップＳ２４）、放熱回路１６における冷却水の循環が停止される。そして、ポンプＰ２も停止され（ステップＳ２５）、ブライン循環回路２１におけるブラインの循環も停止されてハイブリッド冷凍車（車両）１００のＣＨＰ１の運転が停止される（ステップＳ２６）。

ところで、蓄熱モードにおいて、ヒートパイプ１１を状態変化しながら循環する作動液の圧力が上昇し、圧力センサ１２によって検出されるガス状の作動液の圧力が設定値（本実施の形態では、０．８ＭＰａ）以上となると（ステップＳ１５での判断結果がＹＥＳである場合）、コントローラ２５は、図１０に示すようにバルブＶ１を閉じ（ステップＳ２７）、作動液の循環を停止させて作動液圧力の異常な上昇を防ぐとともに、排気熱による反応材５の加熱を中止し、反応材５の過熱による劣化を防ぐようにしている。

又、作動液圧力が０．８ＭＰａ以上に上昇したためにバルブＶ１を閉じた後、作動液圧力が０．６ＭＰａ以下に下がるとバルブＶ１を開け（ステップＳ２８）、ヒートパイプ１１に作動液を循環させる。

次に、冷却モード時のＣＨＰ１の動作について説明する。
２）冷却モード時の動作：
冷却モードは、ハイブリッド冷凍車１００が停車し、アイドリングストップによってエンジン５０も停止したときに実行されるモードであって、この冷却モードにおいては、前の蓄熱モードにおいて排気熱によって再生された反応材５の水和反応によって、凝縮蒸発器４において蒸発した水蒸気が反応材５に吸収され、凝縮蒸発器４における水の蒸発に伴ってブラインから奪われる蒸発潜熱によってブラインが冷却され、冷却されたブラインによって冷凍コンテナ１０１内が冷却される。

具体的には、ハイブリッド冷凍車（車両）１００が停車して冷却が開始されると（図７のステップＳ３１）、図１０に示すように、バルブＶ１は閉じられたままで、ヒートパイプ１１における作動液の循環は停止して排気熱による反応材５の加熱は行われず、バルブＶ２が開かれて反応器３と凝縮蒸発器４は連通パイプ１７を介して互いに連通される（ステップＳ３２）。又、ポンプＰ１とＰ２は継続して運転されているために冷却水は放熱回路１６を循環し、ブラインはブライン循環回路２１を循環しているが、水和の開始と同時にポンプＰ３が運転される（ステップＳ３３）。

上述のようにポンプＰ３が運転されると、凝縮蒸発器４内に貯留されている水が液滴下パイプ２４を送られ、該液滴下パイプ２４の凝縮蒸発器４内に臨む水平部分に形成された不図示のノズルから水が図３に示すように熱交換器１８へと滴下される。すると、熱交換器１８に滴下された水は、熱交換器１８を通過するブラインから蒸発熱を奪って蒸発し、蒸発熱を奪われたブラインは冷却されて温度が下がる。このときの水の状態変化は次式にて表される（図５（ｂ）参照）。

Ｈ_２ Ｏ（ｌ）＋４１．７ｋＪ／ｍｏｌ→Ｈ_２ Ｏ（ｇ） … （３）
尚、図５（ｂ）においては、水の蒸発熱４１．７ｋＪ／ｍｏｌをＱ_Ｌ と表示している。

上述のように凝縮蒸発器４における水の蒸発によって発生した水蒸気は、反応器３の内圧と凝縮蒸発器４の内圧との差によって図３に矢印にて示すように連通パイプ１７を通って反応器３内へと導入される。そして、反応器３内に導入された水蒸気は次式に示す化学反応（水和反応）によって反応材５に吸収される（図５（ｂ）参照）。

２ＣａＳＯ_４ ＋Ｈ_２ Ｏ（ｇ）
→２ＣａＳＯ_４ ・Ｈ_２ Ｏ（ｓ）＋３３．６ｋＪ／ｍｏｌ … （４）
尚、上式（４）においては反応熱３３．６ｋＪ／ｍｏｌをＱ_Ｈ と表示している。

即ち、反応材（ＣａＳＯ_４ ）５は水蒸気（Ｈ_２ Ｏ（ｇ））を水和することによって化合物２ＣａＳＯ_４ ・Ｈ_２ Ｏ（ｓ）に変化し、そのとき反応熱Ｑ_Ｈ （＝３３．６ｋＪ／ｍｏｌ）を発生する。尚、このとき、ポンプＰ１は運転されて放熱回路１６を冷却水が循環しているため、反応熱Ｑ_Ｈ は放熱器１３によって放熱される。

而して、冷却モードにおいては、以上の作用が繰り返されてブライン循環回路２１を循環するブラインが凝縮蒸発器４における水の蒸発によって冷却され、冷却されたブラインは図３に矢印にて示すようにブライン配管１９を通って冷凍コンテナ１０１内に設置された熱交換器２へと導かれる。すると、熱交換器２からは冷風が冷凍コンテナ１０１内に導入されるため、この冷風によって冷凍コンテナ１０１内が所定の低温状態に保たれる。そして、熱交換器２における冷凍コンテナ１０１内の空気との熱交換によって暖められたブラインは、ブライン配管２０を図３に矢印にて示すように流れて凝縮蒸発器４内の熱交換器１８へと導かれ、該熱交換器１８を通過する過程で蒸発熱を奪われて冷却され、その後は以上と同様の作用を繰り返して冷凍コンテナ１０１内を冷却する。

以上のように、冷却モードにおいてブラインが凝縮蒸発器４における水の蒸発によって蒸発熱を奪われて冷却されると、温度センサ２３によって検出される温度（凝縮蒸発器４からの出口温度）Ｔ２は、図９に示すように次第に低下し、温度センサ２２によって検出される温度（凝縮蒸発器４への入口温度）Ｔ１との差ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ２）が大きくなるが、反応材５の水和反応が進むに連れてブラインの出口温度Ｔ２が次第に上昇するため、温度差ΔＴが徐々に小さくなってゆく。そして、反応材５の水和が終了すると、温度差ΔＴは０ｄｅｇとなる。

従って、本実施の形態では、ブライン循環回路２１を循環するブラインの温度が温度センサ２２，２３によって計測されると（ステップＳ３４）、コントローラ２５は、温度センサ２２，２３によって計測されるブラインの温度（凝縮蒸発器４の入口と出口の温度）Ｔ１，Ｔ２の差ΔＴが０ｄｅｇ以上であるか否かを判定し（ステップＳ３５）、温度差ΔＴが０ｄｅｇ以上である場合（ステップＳ３５の判定結果がＹＥＳである場合）には前記冷却作用が繰り返され、温度差ΔＴが０ｄｅｇ未満となると（ステップＳ３５の判定結果がＮＯである場合）、その時点で反応器３での反応材５の水和が終了したものと判断するようにしている。尚、本実施の形態では、水和開始から終了までの時間（水和時間）ｔ２（図９参照）は１５分程度であった。

以上のようにして反応器３での反応材５の水和の終了が判定されると、図１０に示すように、バルブＶ２を閉じて反応器３と凝縮蒸発器５との連通を遮断する（ステップＳ３６）。又、同時にポンプＰ１の運転を停止して放熱回路１６における冷却水の循環を停止するとともに（ステップＳ３７）、ポンプＰ３の運転を停止して水滴下パイプ２４からの水の滴下を停止する（ステップＳ３８）。

次に、運転スイッチのＯＮ／ＯＦＦが判定され（ステップＳ３９）、運転スイッチがＯＮである場合には前述の蓄熱モードが実行され（ステップＳ４０）、ポンプＰ２が停止され（ステップＳ４１）、ブライン循環回路２１におけるブラインの循環が停止されてハイブリッド冷凍車（車両）１００のＣＨＰ１の運転が停止される（ステップＳ４２）。

以上のように、本実施の形態に係るハイブリッド冷凍車１００によれば、走行時間や排気温度が不安定であっても、冷凍コンテナ１０１とＣＨＰ１の凝縮蒸発器４との間で熱交換を行わせるためのブライン循環回路２１の凝縮蒸発器４の入口と出口にそれぞれ設けられた温度センサ２２，２３によって検出される温度Ｔ１，Ｔ２の差ΔＴによって蓄熱モード時の反応器３の蓄熱終了時期を正確に判断することができるため、反応材５の過熱による変質を防いでアイドリングストップ時の冷却を効率良く安定して行うことができる。

そして、温度センサ２２，２３によって検出されるブラインの凝縮蒸発器４の入口と出口の温度Ｔ１，Ｔ２の差ΔＴが所定値未満となったときに冷却モード時の反応器３における水和が終了したものと判断するようにしたため、反応材５の水和反応の終了時期を常に正確に検出することができる。

又、本実施の形態では、エンジン５０から排出される排気ガスから熱を受け取る排気熱取得部８と該排気熱取得部８によって受け取った排気熱によってＣＨＰ１の反応器３内の反応材５を加熱する反応材加熱用熱交換器６を含んでループを構成するヒートパイプ１１において、圧力センサ１２によって検出される蓄熱モード時の作動液圧力が設定値（０．８ＭＰａ）を超えたときにバルブＶ１を閉じて冷媒の循環を停止するようにしたため、作動液圧力の異常な上昇を防いでヒートパイプ１１を保護することができるとともに、反応器３の蓄熱を適正に行って反応材５の過熱を防ぐことができる。

更に、本実施の形態では、反応器３外に設置された放熱器１３と反応器３に設けられた反応材冷却用熱交換器７を含んで構成された放熱回路１６に冷却水を循環させるポンプＰ１を設け、反応器３の蓄熱が終了したときにポンプＰ１を運転して蓄熱が完了した後の反応材５を放熱によって冷却するようにしたため、蓄熱モードから次の冷却モードへの切り替えが短時間で行われ、冷却開始が早められてアイドリングストップ時の冷却を早期に効率良く行うことができる。

又、本実施の形態では、冷却モード時にポンプＰ３を運転して凝縮蒸発器４内の水をノズルから熱交換器１８に滴下させて蒸発させ、ブライン循環回路２１を循環するブラインから蒸発潜熱を奪ってブラインを冷却するようにしたため、このブラインによって冷凍コンテナ１０１内を効率良く冷却することができるという効果も得られる。

尚、以上の実施の形態では、反応材５としてＣａＳＯ_４ を用いたが、Ｃａ（ＯＨ）_２ （水酸化カルシウム）等、ＣａＳＯ_４ 以外の他の任意のものを使用することができる。又、以上の実施の形態では、蓄熱時間ｔ１は２０分程度、水和時間ｔ２は１５分程度であったが、これらの時間ｔ１，ｔ２は反応器３の大きさ（反応材５の充填量）に依存するものであって、反応器３の大きさを大きくすれば時間ｔ１，ｔ２を長くすることができる。

１ ケミカルヒートポンプ（ＣＨＰ）
２ 熱交換器
３ 反応器
４ 凝縮蒸発器
５ 反応材
６ 反応材加熱用熱交換器
７ 反応材冷却用熱交換器
８ 排気熱取得部
９，１０ 作動液配管
１１ ヒートパイプ
１２ 圧力センサ
１３ 放熱器
１４，１５ ブライン管
１６ 放熱回路
１７ 連結パイプ
１８ 熱交換器
１９，２０ ブライン管
２１ ブライン循環回路
２２，２３ 温度センサ
２４ 水滴下パイプ
２５ コントローラ（制御手段）
３０ 圧縮式冷凍機
３１ 圧縮機
３２ 凝縮器
３３ 膨張弁
３４ 蒸発器
３５ 冷媒配管
５０ エンジン
５１ 排気管
５２ 触媒コンバータ
１００ ハイブリッド冷凍車
１０１ 冷凍コンテナ
Ｐ１〜Ｐ３ ポンプ
Ｔ１ ブラインの凝縮蒸発器入口温度
Ｔ２ ブラインの凝縮蒸発器出口温度
ΔＴ ブラインの温度差
ｔ１ 蓄熱時間
ｔ２ 水和時間
Ｖ１，Ｖ２ バルブ

Claims (6)

1. エンジンによって駆動される圧縮式冷凍機とエンジンの排気ガスを熱源として動作するケミカルヒートポンプを備え、
   前記ケミカルヒートポンプを、反応材が充填された反応器と、該反応器において前記反応材の加熱によって発生した水蒸気を凝縮させ且つ凝縮した水を蒸発させる凝縮蒸発器と、該凝縮蒸発器と冷凍コンテナとの間で熱交換を行うブラインを循環させるブライン循環回路を含んで構成し、
   運転モードとして、エンジン駆動時に排気熱によって前記反応材を加熱してこれを再生する蓄熱モードと、該蓄熱モードにおいて前記凝縮蒸発器において凝縮した水を蒸発させて前記冷凍コンテナを冷却する冷却モードを備えるハイブリッド冷凍車において、
   前記ブライン循環回路の凝縮蒸発器入口と出口に温度センサをそれぞれ設けるとともに、両温度センサによって検出される温度の差に基づいて蓄熱モード時の前記反応器の蓄熱終了時期を判断する制御手段を設けたことを特徴とするハイブリッド冷凍車。
2. 前記制御手段は、前記温度センサによって検出される温度の差が所定値未満となったときに蓄熱モード時の前記反応器の蓄熱が終了したものと判断することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド冷凍車。
3. 前記制御手段は、前記温度センサによって検出される温度の差が所定値未満となったときに冷却モード時の前記反応器における水和が終了したものと判断することを特徴とする請求項１又は２記載のハイブリッド冷凍車。
4. 前記エンジンの排気熱を受け取る排気熱取得部と該排気熱取得部によって受け取った排気熱によって前記反応器内の反応材を加熱する反応材加熱用熱交換器を含んで閉ループを構成するヒートパイプを設け、該ヒートパイプに冷媒を循環させるとともに、圧力センサとバルブを前記ヒートパイプに設け、
   前記制御手段は、前記圧力センサによって検出される蓄熱モード時の冷媒圧力が設定値を超えたときに前記バルブを閉じるよう構成したことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のハイブリッド冷凍車。
5. 前記反応器に反応材冷却用熱交換器を設けるとともに、反応器外に設置された放熱器と前記反応材冷却用熱交換器を含んで閉ループを構成する放熱回路を設けるとともに、該放熱回路に水を循環させるポンプを設け、
   前記制御手段は、前記反応器の蓄熱が終了したときに前記ポンプを運転するよう構成したことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のハイブリッド冷凍車。
6. 前記凝縮蒸発器に前記ブライン循環回路の一部を構成する熱交換器を設けるとともに、前記凝縮蒸発器内の水をポンプによって循環させてノズルから前記熱交換器に滴下させる水滴下パイプを設け、
   前記制御手段は、冷却モード時に前記ポンプを運転するよう構成したことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のハイブリッド冷凍車。
   

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