JP4279950B2 - 冷凍車用冷凍装置 - Google Patents

Description

【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、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、エンジン回転数が急激に下降した場合でも圧縮機の不要な停止を回避して冷却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ものであって、エンジンの回転数を検出する第１検出手段と、この第１検出手段で検出される回転数が減少方向に変化するときの変化の加速度を検出する第２検出手段と、この第２検出手段で検出される加速度が設定値以上の場合にインバータの出力周波数を低減する第一の制御手段と、上記第１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低減する第二の制御手段と、を備える。そして、第一の制御手段、第二の制御手段の順に優先順位が定められ、かつ第一の制御手段は、インバータの出力周波数を低減する際、その変化速度を第二の制御手段による変化速度よりも大きな速度で低減するようになっている。
【００１１】
【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１１を介してインバータ３が接続される。
【００１２】
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の出力を突入電流防止回路５および平滑コンデンサ６を介してスイッチング回路７に供給する構成を有し、スイッチング回路７から所定周波数の三相交流電圧を出力する。突入電流防止回路５は、抵抗５ａおよびリレー接点５ｂから成り、上記リレー接点１１のオンに基づく電力投入時、リレー接点５ｂがまだオフ状態にあることで抵抗５ａを通電路に投入し、整流回路４から平滑コンデンサ６およびスイッチング回路７へ過大電流が流れる事態を防止する。リレー接点５ｂは、リレー接点１１のオンから約２秒後にオンする。このオンにより、抵抗５ａ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６およびスイッチング回路７へ直接的に供給される。
【００１３】
スイッチング回路７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１０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。
【００１４】
このインバータ３の出力端（スイッチング回路７の出力端）に圧縮機モータ８が接続される。圧縮機モータ８は、インバータ３の出力周波数（スイッチング回路７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。
【００１５】
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。
【００１６】
一方、発電機２に電圧調整器（以下、ＡＶＲと略称する）１２が接続される。ＡＶＲ１２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。
【００１７】
発電機２とリレー接点１１との間の通電ラインに電流センサ１３が取付けられる。電流センサ１３は、発電機２の出力電流（発電機電流）Ｉｘを検知する。
【００１８】
発電機２に温度センサ１５が取付けられる。温度センサ１５は、発電機２の温度（発電機温度）Ｔｘを検知する。
【００１９】
１０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１１，５ｂのリレー本体を内蔵している。この制御部１０に、スイッチング回路７、温度センサ２５、ＡＶＲ１２、電流センサ１３、冷蔵室内温度検出用の温度センサ１５、温度設定器１６、および運転スイッチ１７が接続される。温度設定器１６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１７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。
【００２０】
そして、制御部１０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ＡＶＲ１２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。
【００２１】
（２）第１検出手段で検出される回転数Ｎが減少方向に変化するときの変化の加速度Ｇを上記カウント値の変化量に基づき検出する第２検出手段。
【００２２】
（３）第２検出手段で検出される加速度Ｇが設定値Ｇｓ以上のとき、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出力周波数（許容最低運転周波数）Ｆmin＝３０Ｈｚまで、かつ通常時の変化速度よりも大きな２０Ｈｚ／secの速度で、低減する制御手段（第一の制御手段）。
【００２３】
（４）第１検出手段で検出される回転数Ｎが設定値Ｎｓ以下のとき、運転周波数Ｆを、所定値たとえば許容最低運転周波数Ｆmin＝３０Ｈｚまで、かつ１Ｈｚ／secの速度で、低減する制御手段（第二の制御手段）。
【００２４】
（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１６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。
【００２５】
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１７がオン操作されると、リレー接点１１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。
【００２６】
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、その直流電圧が突入電流防止回路５および平滑コンデンサ６を介してスイッチング回路７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５のリレー接点５ｂがまだオフしていて抵抗５ａ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５ｂがオンして抵抗５ａの投入が解除される。
【００２７】
スイッチング回路７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８が動作する。
【００２８】
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７５０（ＲＰＭ）以下になると、発電機電圧および整流後直流電圧が共に低下している。
【００２９】
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。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。
【００３０】
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が減少方向に変化するときの変化の加速度Ｇいわゆる減速加速度Ｇが検出される（ステップ１０２）。そして、減速加速度Ｇと設定値Ｇｓとが比較される（ステップ１０３）。
【００３１】
減速加速度Ｇが設定値Ｇｓ以上になると（ステップ１０３のＹＥＳ）、運転周波数Ｆが、許容最低運転周波数Ｆmin（＝３０Ｈｚ）まで、かつ２０Ｈｚ／secの速度で、低減される（ステップ１０４）。
【００３２】
減速加速度Ｇが設定値Ｇｓ未満であれば（ステップ１０３のＮＯ）、エンジン回転数Ｎと設定値Ｎｓとが比較される（ステップ１０５）。
【００３３】
エンジン回転数Ｎが設定値Ｎｓ以下になると（ステップ１０５のＹＥＳ）、運転周波数Ｆが、許容最低運転周波数Ｆmin（＝３０Ｈｚ）まで、かつ１Ｈｚ／secの速度で、低減される（ステップ１０６）。
【００３４】
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１６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
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。
【００３５】
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。
【００３６】
ただし、エンジン回転数Ｎは、冷凍車の運転手のアクセル操作に応じて５００〜４０００（ＲＰＭ）の範囲で変化する。たとえば、冷凍車が高速走行の状態で運転手がアクセル操作を緩めた場合には、エンジン回転数Ｎが高回転域から７５０（ＲＰＭ）以下へと急激に低下する事態が生じる。発進、停止、コーナリングなどに際しては、エンジン回転数Ｎがアイドリング回転数よりずっと低いところまで低下することもある（極端な場合はエンジンストップすることもある）。
【００３７】
このような場合、エンジン回転数Ｎの急激な低下に運転周波数Ｆの制御が追従できず、エンジン回転数Ｎが低いのに運転周波数Ｆが５０Ｈｚ以上の高回転数域（高電力消費域）のままとなる時間帯が発生し、圧縮機２１が過負荷運転となってブレークダウンし、停止してしまうことがある。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を再起動できない。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。
冷凍車の実走行ではこのような圧縮機停止に至る頻度がかなり高く、冷却性能の著しい低下を招いてしまう。
【００３８】
そこで、上記のように、エンジン回転数Ｎが減少方向に変化するときの変化の加速度Ｇいわゆる減速加速度Ｇを検出し、その減速加速度Ｇが設定値Ｇｓ以上になると、たとえエンジン回転数Ｎが７５０（ＲＰＭ）より高い状態にあっても、それに優先して、運転周波数Ｆを許容最低運転周波数Ｆmin（＝３０Ｈｚ）まで且つ通常よりもはるかに速い２０Ｈｚ／secの速度で低減するようにしている。通常時は指令周波数が変化した場合に、運転周波数Ｆを１Ｈｚ／sec程度の比較的ゆっくりとした速度で変化させ、冷凍サイクル機器等に無理なストレスをかけないようにしているが、ここでのエンジン回転数Ｎの急激な低下に際しては、通常の１０倍以上という２０Ｈｚ／secの速度で運転周波数Ｆを迅速に低減するようにしている。
【００３９】
たとえば、圧縮機２１が許容最高運転周波数Ｆmax（＝８０Ｈｚ）で運転している状態において、エンジン回転数Ｎが急激に低下した場合には、運転周波数Ｆが約２．５秒という短時間で許容最低運転周波数Ｆmin（＝３０Ｈｚ）まで低減される。
【００４０】
この制御の実行により、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、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。
【００４１】
［２］第２実施形態について説明する。
制御部１０が、主要な機能として次の（１）〜（８）の手段を備える。
（１）温度センサ１５の検知温度（発電機２の温度）Ｔｘが設定値Ｔ１以上のとき、運転周波数Ｆを制御ループごとに所定値ΔＦずつ低減する制御手段。
【００４２】
（２）所定値ΔＦずつの低減にもかかわらず、検知温度Ｔｘが設定値Ｔ２（＞Ｔ１）以上まで上昇した場合に、インバータ３の出力を零として圧縮機２１の運転を停止する制御手段。
【００４３】
（３）発電機２の回転に伴ってＡＶＲ１２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。
【００４４】
（４）第１検出手段で検出される回転数Ｎが減少方向に変化するときの変化の加速度Ｇを上記カウント値の変化量に基づき検出する第２検出手段。
【００４５】
（５）第２検出手段で検出される加速度Ｇが設定値Ｇｓ以上のとき、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出力周波数（許容最低運転周波数）Ｆmin＝３０Ｈｚまで、かつ通常時の変化速度よりも大きな２０Ｈｚ／secの速度で、低減する制御手段（第一の制御手段）。
【００４６】
（６）第１検出手段で検出される回転数Ｎが設定値Ｎｓ以下のとき、運転周波数Ｆを、所定値たとえば許容最低運転周波数Ｆmin＝３０Ｈｚまで、かつ１Ｈｚ／secの速度で、低減する制御手段（第二の制御手段）。
【００４７】
（７）電流センサ１３の検知電流（発電機２の出力電流）Ｉｘが第１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、インバータ３の出力周波数Ｆを制御する制御手段。
【００４８】
（８）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１６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。
【００４９】
他の構成については第１実施形態と同じである。
つぎに、作用について図５のフローチャートを参照して説明する。
発電機２は、冷凍車のエンジンルームに設置されていて、環境温度が非常に高い状態にある。このため、発電機２の発電電力が大きくない場合でも、発電機２の巻線が環境温度の影響を受けて異常温度上昇してしまうことがある。
【００５０】
そこで、発電機２の温度Ｔｘが温度センサ１５で検知され（ステップ２０１）、その発電機温度Ｔｘと設定値Ｔ１，Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ２）とが比較される（ステップ２０２，２０４）。
発電機温度Ｔｘが設定値Ｔ２未満、設定値Ｔ１以上の状態にあれば（ステップ２０２のＮＯ、２０４のＹＥＳ）、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２０５）。この低減により、発電機２の異常温度上昇が防止される。
【００５１】
所定値ΔＦずつの低減にもかかわらず、検知温度Ｔｘが設定値Ｔ２（＞Ｔ１）以上に上昇した場合には（ステップ２０２のＹＥＳ）、圧縮機２１の運転が停止される。この停止により、発電機２の異常温度上昇が確実に防止される。
【００５２】
発電機温度Ｔｘが設定値Ｔ１未満であれば（ステップ２０４のＮＯ）、エンジン回転数Ｎが検出されるとともに（ステップ２０６）、そのエンジン回転数Ｎが減少方向に変化するときの変化の加速度Ｇいわゆる減速加速度Ｇが検出される（ステップ２０７）。そして、減速加速度Ｇと設定値Ｇｓとが比較される（ステップ２０８）。
【００５３】
減速加速度Ｇが設定値Ｇｓ以上になると（ステップ２０８のＹＥＳ）、運転周波数Ｆが、許容最低運転周波数Ｆmin（＝３０Ｈｚ）まで、かつ２０Ｈｚ／secの速度で、低減される（ステップ２０９）。これにより、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、よって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。
【００５４】
減速加速度Ｇが設定値Ｇｓ未満であれば（ステップ２０８のＮＯ）、エンジン回転数Ｎと設定値Ｎｓとが比較される（ステップ２１０）。
【００５５】
エンジン回転数Ｎが設定値Ｎｓ以下になると（ステップ２１０のＹＥＳ）、運転周波数Ｆが、許容最低運転周波数Ｆmin（＝３０Ｈｚ）まで、かつ１Ｈｚ／secの速度で、低減される（ステップ２１１）。こうして、圧縮機２１を低回転数運転することにより、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ことができる。
【００５６】
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２１０のＮＯ）、発電機２の出力電流Ｉｘが電流センサ１３で検知され（ステップ２１２）、その発電機電流Ｉｘと所定値Ｉｓとが比較される（ステップ２１３）。
【００５７】
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。
【００５８】
発電機電流Ｉｘが所定値Ｉｓを超えていれば（ステップ２１３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２１４）。
【００５９】
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２１３のＮＯ）、温度センサ２で検知される冷蔵室内温度Ｔａと温度設定器１６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２１５）。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、発電機温度Ｔｘに基づく制御、減速加速度Ｇに基づく制御、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。
【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、エンジン回転数が急激に下降した場合でも圧縮機の不要な停止を回避して冷却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。
【図５】第２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…突入電流防止回路
７…スイッチング回路
８…圧縮機モータ
１０…制御部
１２…ＡＶＲ
１３…電流センサ
１５…温度センサ
２１…圧縮機
２４…蒸発器
２５…温度センサ

Claims (1)

1. 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おいて、
   前記エンジンの回転数を検出する第１検出手段と、
   この第１検出手段で検出される回転数が減少方向に変化するときの変化の加速度を検出する第２検出手段と、
   この第２検出手段で検出される加速度が設定値以上の場合に前記インバータの出力周波数を低減する第一の制御手段と、
   前記第１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低減する第二の制御手段と、を具備し、
   前記第一の制御手段、前記第二の制御手段の順に優先順位が定められ、
   前記第一の制御手段は、前記インバータの出力周波数を低減する際、その変化速度を前記第二の制御手段による変化速度よりも大きな速度で低減する、
   ことを特徴とする冷凍車用冷凍装置。

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