JP2016057024A - 車両用冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】庫内温度に応じた最大冷凍能力で庫内を冷却しつつ、送風機の消費電力を低減することができる車両用冷凍装置を提供する。【解決手段】車両用冷凍装置では、庫内温度センサに検出された空気温度で最大冷凍能力となる風量を用いて第２送風機の風量が制御される。庫内温度で最大冷凍能力となる風量が異なるので、風量が固定されている場合には、第２送風機によって無駄に電力が消費することがある。そこで庫内温度に応じて風量が制御し、風量が庫内温度が検出される毎に最適な風量に制御する。【選択図】図６

Description

本発明は、車両に搭載され、蒸発器により冷凍庫内を冷却する車両用冷凍装置に関する。

従来、冷凍食品の配送などに用いる冷凍車は、蒸発器と送風機とを一体に組付けたクーリングユニットを冷凍庫内に設置している。そして蒸発器に冷媒を導入し、蒸発器で冷却した空気を送風機で冷凍庫内に循環させて庫内を低温に冷却している。

特許文献１に記載の冷凍ユニットでは、貨物に種類に応じて、風量を選択する構成が開示されている。これによって貨物に要求される冷凍能力に応じて、ユーザが適宜、風量を選択することができる。

また特許文献２に記載の冷凍装置では、冷凍装置の冷凍能力が最大となる風量に制御する構成が開示されている。そして蒸発器が着霜した場合には、風量を段階的に増加させて冷凍能力を確保している。

特開平６−５０６４８号公報 特開２０００−５５４８６号公報

送風機には、ファンモータが搭載されており、ファンモータは冷凍庫内に蒸発器などとともに設置されている。ファンモータが駆動すると発熱するので、庫内冷却の妨げになる。このようなファンモータの発熱部分自体を庫外に出す案もあるが、仕切り構成が複雑化するという問題がある。

ファンモータが発熱するので、送風機の風量を増加させてもファンモータの消費電力（発熱量）が増加することで、ある風量を超えると冷凍能力は増加せず逆に低下するという現象が起こる。したがって庫内温度に対し最大冷凍能力となる風量が存在する。

特許文献１では、庫内温度にかかわらず風量が選択されるので、冷凍能力が低下するおそれがある。また特許文献２では、冷凍能力が最大となる風量を設定しているが、庫内温度が−１８℃のときに冷凍能力が最大となる風量に固定されている。したがって庫内温度が−１８℃になるまでは冷凍能力が低下するおそれがある。

そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、庫内温度に応じた最大冷凍能力で庫内を冷却しつつ、送風機の消費電力を低減することができる車両用冷凍装置を提供することを目的とする。

本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。

本発明は、冷凍庫（１２）内に配置され、冷凍庫内の空気が循環するように送風する電動の送風手段（２８）と、冷凍庫内の空気温度を検出する庫内温度検出手段（１５）と、庫内温度検出手段に検出された空気温度で最大冷凍能力となる風量を用いて送風手段の風量を制御する制御手段（２３）と、を含むことを特徴とする車両用冷凍装置である。

このような本発明に従えば、庫内温度検出手段に検出された空気温度で最大冷凍能力となる風量を用いて送風手段の風量が制御される。空気温度で最大冷凍能力となる風量が異なるので、風量が固定されている場合には、送風手段によって無駄に電力が消費することがある。しかし本発明では、庫内の空気温度に応じて風量が制御されるので、風量が庫内温度が検出される毎に最適な風量に制御される。換言すると、風量は固定されておらず、庫内温度に応じて可変制御される。したがって庫内温度に応じた最大冷凍能力で庫内を冷却しつつ、送風手段の消費電力を低減することができる。

なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

第１実施形態に係る車両用冷凍装置１０を搭載した車両１００を示す斜視図である。 車両用冷凍装置１０における冷凍サイクル１１の構成を示す図である。 第２送風機２８の風量と消費電力を関係を示すグラフである。 第２送風機２８の風量と冷凍能力の関係を示すグラフである。 庫内温度Ｔｎと最大冷凍能力となる第２送風機２８の風量との関係を示すグラフである。 風量制御を示すフローチャートである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図６を用いて説明する。図１および図２に示すように、車両１００には、冷凍食品等の搭載物を保管するための冷凍庫１２が設けられている。この冷凍庫１２における後方部位には、搭載物を搬入又は搬出するための後側開口部１０１を開閉するドア１３が設けられている。また、後側開口部１０１には、ドアスイッチ１４が設けられている。ドアスイッチ１４は、冷凍庫１２の荷物搬入、搬出用のドア１３の開閉状態を検出するドア開閉検出手段である。ドアスイッチ１４は、ドア１３が開状態から閉状態に伴ってＯＮからＯＦＦする常開型スイッチ、または逆の常閉型スイッチである。

冷凍庫１２の中には、蒸発器２０が配置されている。冷凍庫１２の外には、凝縮器２１が配置されている。車両１００のうちキャビン１０２側には、圧縮機２２および制御装置２３が配置されている。これらの圧縮機２２、凝縮器２１および蒸発器２０は、配管接続されて冷凍サイクル１１を構成している。

圧縮機２２は、電磁クラッチ２４を介して車載用エンジンにより駆動されて、冷媒を吸入し、圧縮、吐出する流体装置である。凝縮器２１は、第１送風機２５からの送風空気により圧縮機２２から吐出される高温高圧の冷媒を冷却する熱交換器である。第１送風機２５は、図示しない車載バッテリから給電されて駆動する電動モータと、電動モータにより駆動されて凝縮器２１に向けて送風するファンとから構成されている。

受液器２６は、凝縮器２１から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離する気液分離手段である。膨張弁２７は、受液器２６を通過する液相冷媒を低温低圧にする減圧手段である。蒸発器２０は、膨張弁２７からの冷媒を蒸発させて蒸発時の蒸発潜熱によって第２送風機２８からの送風空気を冷却する熱交換器である。

第２送風機２８は、冷凍庫１２内に設けられ、図示しない車載バッテリから給電されて駆動する電動モータ２８ａと、電動モータ２８ａにより駆動されて蒸発器２０に向けて送風するファン２８ｂとから構成されている。

気液分離器２９は、蒸発器２０から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離し、気相冷媒を圧縮機２２の吸入側に戻す気液分離手段である。油分離器３０は、圧縮機２２から吐出された冷媒中の油を分離する。これらの構成部品を、圧縮機２２、油分離器３０、凝縮器２１、受液器２６、膨張弁２７、蒸発器２０、気液分離器２９の順に配管接続して、冷凍サイクル１１は構成されている。また、圧縮機２２の冷媒出口側と蒸発器２０の冷媒入口側との間には、蒸発器２０に付着した霜を取り除くためのバイパス通路３１が設けられている。バイパス通路３１の途中には、除霜用の電磁弁３２が配置されている。

また、本実施形態の冷凍車に設けられた制御装置２３は、制御手段であって、マイクロコンピュータ、メモリ、周辺回路等から構成されている。制御装置２３は、各種センサの出力信号、およびドアスイッチ１４の出力信号に基づいて着霜状況を判定する。そして制御装置２３は、電磁クラッチ２４、電磁弁３２、第１送風機２５、および第２送風機２８を制御して冷凍サイクル１１の冷凍制御および蒸発器２０の除霜制御を行うものである。制御装置２３は、エンジンが停止した場合、図示しないバックアップ電源から電力が供給される。

本実施形態における各種センサとは、庫内温度センサ１５、表面温度センサ、および外気温度センサである。庫内温度センサ１５は、冷凍庫１２内のうち前方上側において蒸発器２０、および第２送風機２８が内蔵される断熱ケースの空気流れ上流側に配置されている。庫内温度センサ１５は、冷凍庫１２内の空気温度Ｔｎ（以下、庫内温度Ｔｎということがある）を検出する庫内温度検出手段である。

表面温度センサは、蒸発器２０の表面のうち、着霜し易い位置であり、蒸発器２０における熱交換を促進させる図示しないフィンの表面に配置されている。表面温度センサは、蒸発器２０におけるフィンの表面温度Ｔｅを検出する表面温度検出手段である。また、外気温度センサは、冷凍庫１２外の空気温度Ｔｇ（以下、外気温度Ｔｇということがある）を検出する外気温度検出手段である。

次に、制御装置２３の具体的な処理に関して説明する。制御装置２３は、冷凍庫１２内を冷却する場合は、庫内温度Ｔｎを目標温度、たとえば−１０℃〜−２０℃に維持するために、電磁クラッチ２４、第１送風機２５、および第２送風機２８を制御する冷凍制御を実行する。電磁クラッチ２４は、庫内温度Ｔｎが目標温度の−１０℃〜−２０℃に維持されるために、圧縮機２２が繰り返しＯＮ−ＯＦＦされるように制御されている。圧縮機２２がＯＮされることによって、冷媒が圧縮されて順次、冷凍サイクル１１内を流れて、蒸発器２０には低温の冷媒が流入する。そして第２送風機２８は、冷凍庫１２内から空気を吸入して蒸発器２０に送風する。すると送風された空気が蒸発器２０と熱交換して冷風となり、冷凍庫１２内に冷風が供給され、冷風が冷凍庫１２内を循環する。

また制御装置２３は、蒸発器２０が着霜した場合には、蒸発器２０の霜を除去する除霜制御を実施する。まず着霜の判断に関して説明する。制御装置２３は、庫内温度センサ１５および表面温度センサからの入力信号に基づいて、庫内温度Ｔｎからフィン表面温度Ｔｅを減じた値（Ｔｎ−Ｔｅ）を温度差ΔＴとして算出する。

また制御装置２３は、除霜か否かを判定するための判定値を外気温度Ｔｇ、およびドア開閉状態で補正する。具体的には、外気温度Ｔｇが高い場合、判定値Ｘは大きく、外気温度Ｔｇが低い場合、判定値Ｘは小さく補正される。また、ドア１３の開閉状態が開状態の時間が多くなると判定値Ｘは大きくし、ドア１３の開閉状態が閉状態の時間が多くなると判定値Ｘは小さく補正する。

そして制御装置２３は、温度差ΔＴが判定値よりも大きい場合には、除霜するように圧縮機２２および除霜用の電磁弁３２を制御する。具体的には、制御装置２３は、電磁弁３２を開け、第１送風機２５および第２送風機２８を停止させて、圧縮機２２から吐出されるホットガスを蒸発器２０へバイパス通路３１によってバイパスさせて蒸発器２０を加熱する。そして制御装置２３は、表面温度センサからの入力信号に基づいて、フィン表面温度Ｔｅが予め設定された所定温度に達すると蒸発器２０の除霜運転を終了する。ここで、所定温度とは、蒸発器２０に付着した霜が解けて蒸発器２０が着霜していない状態となるように予め設定された温度である。

次に、第２送風機２８の風量制御に関して、図３〜図５を用いて説明する。図３〜図５では、第２送風機２８の風量をクーリング風量として示している。図３に示すように、風量を増加させると、電動モータ２８ａの消費電力が多くなる。消費電力が多くなると電動モータ２８ａの発熱量も多くなる。発熱量が多くなると、冷凍能力が損なわれる。

したがって図４に示すように、風量が多くなって発熱量が冷凍能力を上回ると冷凍能力が低下するので、風量と冷凍能力とは正比例する関係にはなく最大冷凍能力となる風量が存在する。最大冷凍能力となる風量は、図４および図５に示すように、庫内温度Ｔｎによって異なる。

図５では、ある庫内温度にて最大冷凍能力となる風量を示している。図４からもわかるように、庫内温度Ｔｎが高くなるに従って最大冷凍能力となる風量が高くなる。また図５に示す実線の波形は無着霜状態の値であり、一点鎖線の波形は着霜状態の値である。着霜状態の場合は、蒸発器２０の熱交換性能が霜によって低下しているので、その分、風量を上げる必要がある。

本実施形態では、庫内温度Ｔｎで蒸発器２０の風量を適正に制御することで、最大冷凍能力で運転させることで、クールダウンスピードを向上させ、かつ電動モータ２８ａの消費電力を低減し寿命がアップするように制御する。

車両１００には、車両用冷凍装置１０を操作する操作スイッチが設けられている。操作スイッチは、選択手段としても機能し、たとえば車両用冷凍装置１０の駆動、停止、各種の風量モードの選択などができる。風量モードとしては、大別して、風量が庫内温度Ｔｎに応じて最大冷凍能力となるように制御される可変モードと、風量が固定の固定モードとがある。

可変モードには、無着霜モードと着霜モードとがある。無着霜モードは、ドア１３の開閉が少なく、着霜しにくい場合に選択されるモードである。着霜モードは、ドア１３の開閉が多く、着霜しやすい場合に選択されるモードである。無着霜モードは、前述の図５の実線に応じて風量が制御される。また着霜モードは、前述の図５の一点鎖線に応じて風量が制御される。

固定モードには、風速モードと消費電力モードとがある。風速モードは、第２送風機２８の風量が最大風速となるように電動モータ２８ａを制御するモードである。したがって風速モードは、第２送風機２８の最大風量に基づいて風量が設定される風量重視モードである。消費電力モードは、最低冷凍能力が確保できるように電動モータ２８ａを制御するモードである。したがって消費電力モードは、第２送風機２８の消費電力に基づいて風量が設定される省電力モードである。このように本実施形態では、ユーザは、４つの風量モードから１つの風量モードを選択して、車両用冷凍装置１０を駆動する。

次に、風量制御につてい図６のフローチャートを用いて説明する。図６に示す風量制御は、車両用冷凍装置１０が電源投入状態において、制御装置２３によって短時間に繰り返し実施される。

ステップＳ１では、選択されている風量モードが可変モードであるか否かを判断し、可変モードである場合には、ステップＳ２に移り、可変モードでない場合には、ステップＳ７に移る。

ステップＳ２では、可変モードのうち無着霜モードであるか否かを判断し、無着霜モードである場合には、ステップＳ３に移り、無着霜モードでない場合には、ステップＳ１０に移る。ステップＳ３では、風量制御のために庫内温度Ｔｎを読み込み、ステップＳ４に移る。

ステップＳ４では、着霜しているか否かを判断し、着霜している場合には、ステップＳ１０に移り、着霜していない場合には、ステップＳ５に移る。着霜している場合とは、前述の温度差ΔＴが判定値よりも大きい場合である。

ステップＳ５では、無着霜モードであり、着霜していないので、無着霜モードの風量制御を実施し、ステップＳ６に移る。無着霜モードの風量制御とは、庫内温度Ｔｎに基づいて、無着霜のときの最大冷凍能力が発揮される風量に制御することである。

ステップＳ１０は、ステップＳ２にて無着層モードでないので着霜モードであるか、ステップＳ４で着霜している場合に実施される処理である。ステップＳ１０では、風量制御のために庫内温度Ｔｎを読み込み、ステップＳ１１に移る。

ステップＳ１１では、着霜モードであり、実際に着霜しているか、着霜する可能性が高いので、着霜モードの風量制御を実施し、ステップＳ１２に移る。着霜モードの風量制御とは、庫内温度Ｔｎに基づいて、着霜のときの最大冷凍能力が発揮される風量に制御することである。

ステップＳ１２では、所定時間内に除霜制御が実施されたか否かを判断し、除霜制御が実施された場合には、ステップＳ３に戻り、除霜制御が実施されていない場合には、ステップＳ６に移る。所定時間は、たとえば３０分など除霜されて除霜状態が維持されているであろう時間に設定される。除霜制御されていれば、たとえば着霜モードに設定されていても、無着霜モードにて風量制御する方が効率がよいので、ステップＳ３に移り、前述のステップＳ３からの処理が実施される。

ステップＳ７では、可変モードではないので、固定モードのうち風速モードであるか否かを判断し、風速モードが選択されている場合には、ステップＳ８に移り、風速モードが選択されていない場合は、ステップＳ９に移る。

ステップＳ８では、風速モードが選択されているので、風速モードの風量制御を実施し、ステップＳ６に移る。風速モードの風量制御とは、最大風速に固定した風量に制御することである。

ステップＳ９に移ったということは、固定モードで風速モードではないので、消費電力モードが選択されていることになる。したがってステップＳ９では、消費電力モードの風量制御を実施し、ステップＳ６に移る。消費電力モードの風量制御とは、最小風速に固定した風量に制御することである。

ステップＳ６では、各モードで設定された風量となるように、第２送風機２８を制御するとともに、圧縮機２２を作動させて冷凍運転を実施し、本フローを終了する。

このように無着霜モードが選択された場合には、庫内温度Ｔｎを読み込み、最大冷凍能力が得られるよ第２送風機２８の電動モータ２８ａへの印加電圧を調整し風量を可変していく。図６の風量制御を随時実施されるので、最新の庫内温度Ｔｎに応じて、風量制御がされて最大冷凍能力にて常に送風することができる。

また無着霜モードであっても、着霜していると判断された場合には、着霜モードへ移行する。着霜モードの場合、ベース風量を予め定められた値アップした後、庫内温度Ｔｎを読み込み、最大冷凍能力が得られるよう同様に制御して、風量を可変していく。

また着霜モードであっても除霜制御が実施された場合には、無着霜モードに移行して、ベースアップした風量から、元のベース風量に戻して風量制御する。したがって着霜モードよりも消費電力を抑えつつ、最大冷凍能力で送風することができる。

以上説明したように本実施形態の車両用冷凍装置１０では、庫内温度センサ１５に検出された空気温度で最大冷凍能力となる風量を用いて送風手段である第２送風機２８の風量が制御される。庫内温度Ｔｎで最大冷凍能力となる風量が異なるので、風量が固定されている場合には、第２送風機２８によって無駄に電力が消費することがある。しかし本実施形態では、庫内温度Ｔｎに応じて風量が制御されるので、風量が庫内温度Ｔｎが検出される毎に最適な風量に制御される。したがって庫内温度Ｔｎに応じた最大冷凍能力で庫内を冷却しつつ、第２送風機２８の消費電力を低減することができる。

また本実施形態では、選択スイッチによって、風量を所定の固定風量に設定する固定モードと、庫内温度Ｔｎに応じて風量が制御される可変モードとが選択できる。したがってユーザが希望する風量制御を選択することができる。

さらに本実施形態では、固定モードでは、第２送風機２８の最大風量に基づいて設定する風速モード、および第２送風機２８の消費電力に基づいて設定する消費電力モードを選択できる。これによってユーザは、たとえば冷凍庫１２内の荷物が多く、空気の循環量が多くしたい場合には、風速モードを選択することができる。またたとえば、バッテリが少なく、極力消費電力を抑えたい場合には、消費電力モードによって第２送風機２８の消費電力を抑えることができる。

また本実施形態では、制御装置２３は、蒸発器２０の着霜の度合いを判断する判断手段としても機能する。そして最大冷凍能力となる風量は、図５に示すように、庫内温度Ｔｎと着霜の度合いとに応じて設定されている。制御装置２３は、庫内温度Ｔｎと着霜の度合いとで最大冷凍能力となる風量を用いて第２送風機２８の風量を制御する。したがって可変モードでは、無着霜でも着霜していても最適な風量に自動的に可変制御することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

前述の第１実施形態では、第２送風機２８の風量を直接制御しているが、風量制御と同様に吹出風速を制御してもよく、ファン回転数を制御してもよい。換言すると、間接的に風量を制御してもよい。

前述の第１実施形態では、着霜の判断は、フィン表面温度Ｔｅだけで判断してもよい。また着霜の有無だけでなく、着霜の度合いに応じた最大冷凍能力の風量を予め記憶し、着霜の度合いに応じて段階的に風量を制御してもよい。

前述の第１実施形態では、１つの蒸発器２０を備える構成であったが、１つの蒸発器２０に限るものではなく、複数の蒸発器を備える構成であってもよい。換言すると、予め図５に示す値が既知であればよく、第２送風機２８の数、蒸発器２０の数、および蒸発器２０の設置場所を限定するものではない。したがって車両用冷凍装置１０は、オイルセパレータ付であってもよく、エバポレータユニットおよびコンデンシングユニット一体型であってもよい。

前述の第１実施形態では、制御装置２３は、可変モードでは庫内温度Ｔｎに応じた最大冷凍能力となる風量に制御しているが、最大冷凍能力の風量と同じ風量に限るものではない。最大冷凍能力の風量を用いて、その最大冷凍能力の風量の付近、たとえば最大冷凍能力の風量の±５％の風量であってもよい。

前述の第１実施形態では、可変モードと固定モードとを選択可能であるが、固定モードがない車両用冷凍装置１０であってもよい。換言すると、可変モードだけの車両用冷凍装置１０であってもよい。

１０…車両用冷凍装置 １１…冷凍サイクル
１２…冷凍庫 １５…庫内温度センサ（庫内温度検出手段）
２０…蒸発器 ２１…凝縮器 ２２…圧縮機
２３…制御装置（制御手段，判断手段） ２５…第１送風機
２６…受液器 ２７…膨張弁（減圧手段）
２８…第２送風機（送風手段） ２９…気液分離器
３０…油分離器 ３１…バイパス通路 ３２…電磁弁
１００…車両

Claims (4)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機（２２）と
   冷凍庫（１２）の外に設けられ、前記圧縮機から吐出される冷媒を外気と熱交換させて凝縮する凝縮器（２１）と、
   前記凝縮器にて冷却された冷媒を減圧する減圧手段（２７）と、
   前記冷凍庫内に設けられ、前記減圧手段からの前記冷媒を蒸発させて前記冷凍庫内の空気を冷却する蒸発器（２０）と、
   前記冷凍庫内に配置され、前記冷凍庫内の空気が循環するように送風する電動の送風手段（２８）と、
   前記冷凍庫内の空気温度を検出する庫内温度検出手段（１５）と、
   前記庫内温度検出手段に検出された前記空気温度で最大冷凍能力となる風量を用いて前記送風手段の風量を制御する制御手段（２３）と、を含むことを特徴とする車両用冷凍装置。
2. 前記風量を所定の固定風量に設定する固定モードと、前記空気温度に応じて前記風量が制御される可変モードとが選択できる選択手段をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の車両用冷凍装置。
3. 前記固定モードでは、前記送風手段の最大風量に基づいて設定する風量重視モード、および前記送風手段の消費電力に基づいて設定する省電力モードを選択できることを特徴とする請求項２に記載の車両用冷凍装置。
4. 前記蒸発器の着霜の度合いを判断する判断手段（２３）をさらに含み、
   前記最大冷凍能力となる風量は、前記庫内温度検出手段に検出された前記空気温度と前記着霜の度合いとに応じて設定されており、
   前記制御手段は、前記庫内温度検出手段に検出された前記空気温度と前記着霜の度合いとで前記最大冷凍能力となる風量を用いて前記送風手段の風量を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の車両用冷凍装置。

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