JP6755702B2 - 冷凍機ユニット - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される輸送用冷凍機ユニットに関するものである。

エンジン駆動式の冷凍機として、エンジンの駆動力を発電機で電力に変換し、冷凍機を運転するものがある。このような冷凍機には、エンジンと発電機との間に変速機構を設け、エンジンの回転数が変動しても発電機の回転数は一定に保持するもの（例えば特許文献１）がある。

特開平２−２３７５００号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明は、エンジンの回転数を変速する変速機構として、ベルト駆動機構等の大きな機構が必要となる無段変速機を適用しているので、変速機構が大型化し、それによって冷凍機全体も大型化してしまうことがあった。したがって、このような冷凍機を、車室や輸送スペースの確保が要請される車両に搭載される輸送用冷凍機に適用した場合には、レイアウト制限により車両へ搭載できなくなる。また、ベルト駆動機構のベルト等の定期交換部品が生じるので、サービス性が低下してしまう可能性があった。

一方、変速機構を設けず、エンジンと発電機とを直結する冷凍機の場合には、エンジンの駆動力により発電される電力の電圧及び周波数は、エンジンの回転数と同期して変化する。したがって、エンジンの回転数がエンジン駆動時に変化するような場合には、冷凍機を高効率な駆動周波数で運転させ続けることが難しかった。また、このような冷凍機を、エンジンの駆動力により発電した電力と外部から入力された電力とを使い分ける車載用輸送用冷凍機に適用する場合、発電される電力の電圧及び周波数を外部から入力される電力の電圧及び周波数と同一にするには、エンジン回転数を外部から入力される電力の周波数に応じた一定の回転数にしなければならず、製品によって低騒音化のためにエンジン回転数を下げるといった製品ごとに応じた柔軟な対応をとることが難しかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、エンジン回転数を変速機構によって変速することで所望の周波数の電力を発電可能であって且つ小型化された冷凍機ユニットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の冷凍機ユニットは以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の一態様に係る冷凍機ユニットは、車両に搭載され、サブエンジンの駆動力により発電する発電機の電源と前記車両の外部の電源とを利用可能な冷凍機ユニットであって、前記サブエンジンと前記発電機とを連結し、前記サブエンジンのエンジン回転数を所定の発電機回転数に変換する１段変速機を備え、前記所定の発電機回転数は、前記発電機の電源の電圧及び周波数と前記車両の外部の電源の電圧及び周波数とが等しくなるように前記１段変速機により設定されている。

上記構成では、サブエンジンのエンジン回転数を１段変速機で所定の発電機回転数に変換することができるので、エンジン回転数によることなく、所望の発電機回転数とすることができる。すなわち、発電機で発電される電力の周波数は発電機回転数によって決まるので、エンジン回転数によることなく、発電機の電源の電圧及び周波数を所望の電圧及び周波数とすることができる。

また、サブエンジンのエンジン回転数が、１段変速機によって、発電機の電源の電圧及び周波数と車両の外部の電源の電圧及び周波数とが等しくなるような発電機回転数に変換されている。したがって、発電機電源の電圧及び周波数と外部電源の電圧及び周波数とが等しくなる。これにより、冷凍機ユニットに備えられた電動機等の電子機器に給電する際に、発電機電源を利用する場合であっても、外部電源を利用する場合であっても、同一の電圧及び周波数の電源を利用することができるので、電動機等の電子機器の設計を共通化することができる。

また、エンジン回転数を所定の発電機回転数に変換する変速機構として、１段変速機を適用しているので、多段変速機や無段変速機を適用する場合に比べて変速機構を小型化することができる。したがって、車室スペースや輸送スペースの確保が要請される車両に好適に設置することができる。

また、１段変速機を適用しており、変速機構を小型化できるので、それに応じてサブエンジン、１段変速機及び発電機を収容するエンジンルームエンクロージャも小型化することができる。エンジンルームエンクロージャを小型化することで、エンジンルームエンクロージャの密閉性、遮蔽性を向上させることができるので、サブエンジンの駆動による騒音が外部に放射され難くなり、騒音を低減することができる。

また、１段変速機を適用しているので、多段変速機や無段変速機に比べて変速機構を簡易な構成とすることができるので、メンテナンス性を高めることができる。
なお、サブエンジンのエンジン回転数は、通常運転では一定の回転数であってもよい。この場合には、サブエンジンにエンジン回転数を調整する機能を設けず、変速機構でエンジン回転数を変速するので、例えばサブエンジンにソレノイドのような複雑な機構を設けてエンジン回転数を制御する場合に比べて、冷凍機ユニットを簡易な構成とすることができる。

また、本発明の一態様に係る冷凍機ユニットは、前記エンジン回転数は、最大発電負荷に応じて、定格回転数となるように設定されていてもよい。

上記構成では、エンジン回転数の定格回転数が最大発電負荷に応じて設定されている。したがって、所定の効果を有する発電機回転数を維持しながら、発電機の最大発電負荷となるエンジン回転数での運転を好適に持続することができる。

また、本発明の一態様に係る冷凍機ユニットは、前記エンジン回転数は、冷凍機の所望の冷凍能力に応じた回転数に設定されていてもよい。

上記構成では、エンジン回転数が冷凍機の所望の冷凍能力に応じた回転数に設定されている。したがって、所定の発電機回転数を維持しながら、所望の冷凍能力を得ることができる。所望の冷凍能力を得る場合として、例えば、エンジンの回転数を高く設定し大冷凍能力を得る場合や、エンジンの回転数を低く設定し低冷凍能力を得る場合が考えられる。すなわち、１段変速機の変速比を変更するだけで様々な冷凍能力帯の冷凍機ユニットを構成することができる。

また、本発明の一態様に係る冷凍機ユニットは、内部に前記１段変速機を密閉する密閉ボックスを備えていてもよい。

上記構成では、変速機構として１段変速機を適用しているので、多段変速機や無段変速機を適用する場合に比べて変速機構を小型化できる。したがって、１段変速機を密閉する密閉ボックスも小型化することができ、簡易に１段変速機を密閉することができる。よって、容易に１段変速器の騒音を抑制することができる。また、密閉ボックスの内部にオイルを封入する場合には、容易に１段変速機の潤滑性を高めることができる。

また、本発明の一態様に係る冷凍機ユニットは、前記サブエンジンと前記１段変速機との連結部分に防振部を設けていてもよい。

上記構成では、サブエンジンと１段変速機との連結部分に防振部が設けられているので、サブエンジンの駆動によるトルク変動を防振部が吸収し、サブエンジンと連結する１段変速機の振動を抑制することができる。したがって、１段変速機の振動に起因する騒音を低減することができる。

また、本発明の一態様に係る冷凍機ユニットは、前記１段変速機は、前記サブエンジンと連結する入力軸部と、前記発電機と連結する出力軸部とを有し、前記出力軸部の軸線は、前記入力軸部の軸線よりも上方に位置して、前記出力軸部の下方には、前記サブエンジンを始動させるバッテリが設けられていてもよい。

上記構成では、出力軸部の軸線は、入力軸部の軸線よりも上方に位置しているので、出力軸部の下方には空間が形成される。上記構成では、その空間にサブエンジンを始動させるバッテリが設けられているので、サブエンジンとバッテリとの距離を、１段変速機を介しただけの比較的短い距離にすることができる。したがって、サブエンジンとバッテリとをつなぐバッテリケーブルも短くすることができるので、スタータ電圧降下を抑制し、サブエンジンの始動性を向上させることができる。また、サブエンジン始動時には、サブエンジンとバッテリとをつなぐバッテリケーブルには大きな電流が流れるが、このバッテリケーブルを短くできるので、エンジン始動時の電圧降下を最小に抑えることができると共に、安全性を向上することができる。

エンジン回転数を変速することで所望の周波数の電力を発電可能であって且つ小型化された冷凍機ユニットを提供することができる。

本発明の実施形態に係る冷凍機ユニットを備えた車両の側面図である。 本発明の実施形態に係る冷凍機ユニットを模式的に表した図である。 本発明の実施形態に係るサブエンジン及び１段変速機を模式的に表した図である。 図３にバッテリを備えた図である。 本発明のサブエンジン負荷と発電機出力特性の関係を示した図である。 本発明のエンジン回転数等と冷凍能力との関係を示した図である。 図６の数値例を示した図である。 図１の変形例を示した図である。 図１の変形例を示した図である。

以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図５を用いて説明する。
図１に示されているように、本実施形態に係る冷凍機ユニット１は、輸送車（車両）２の荷台の前端部分に搭載される、いわゆるフラッシュマウント型冷凍機ユニットである。
冷凍機ユニット１は、図２に示されているように、サブエンジン３と、サブエンジン３に連結される１段変速機４と、１段変速機４に連結される三相交流発電機（発電機）５と、輸送車２の外部から入電を可能にする外部電源入力装置６と、三相交流発電機５で発電された三相交流電力及び外部電源からの電力によって駆動する三相誘導電動機（電動機）７とを備える。

サブエンジン３は、図３及び図４に示されているように、１段変速機４方向へ延びるエンジン出力軸１１を有し、エンジン出力軸１１を介して三相交流発電機５等に駆動力を伝達する。また、サブエンジン３は、エンジンルームエンクロージャ（図示省略）によって覆われている。本実施形態のサブエンジン３は、エンジン回転数を調整する機構（ソレノイド等）を有しておらず、通常運転時には、一定の回転数（本実施形態では定格回転数）を維持し続ける。サブエンジン３の定格回転数は、三相交流発電機５の最大負荷に応じた回転数となっている。

１段変速機４は、入力した回転数を変速するギア部１２と、ギア部１２からサブエンジン３方向へ延びる入力軸（入力軸部）１３と、三相交流発電機５と連結する出力軸（出力軸部）１４とを有する。ギア部１２は、入力軸１３と連結する入力ギア１５と、出力軸１４と連結する出力ギア１６とを有する。入力ギア１５と出力ギア１６とは、噛合するように配置されている。入力ギア１５と出力ギア１６との噛合態様は、出力ギア１６が入力ギア１５の上方に位置するように噛合している。したがって、出力ギア１６及び入力ギア１５にそれぞれ連結されている出力軸１４及び入力軸１３の位置関係も、出力ギア１６が入力ギア１５よりも上方になるように位置している。

サブエンジン３のエンジン出力軸１１と１段変速機４の入力軸１３とは、防振カップリング（防振部）１７を介して連結されている。防振カップリング１７は、密閉カップリングボックス１８によって密閉状態で覆われている。また、１段変速機４は、密閉ギアボックス（密閉ボックス）１９によって密閉状態で覆われている。密閉ギアボックス１９内はギア部１２の円滑な動作のための潤滑油によって油雰囲気となっている。

三相交流発電機５は、１段変速機４の出力軸１４によって１段変速機４と連結され、１段変速機４によって変速された所定の発電機入力回転数（所定の発電機回転数）で駆動することでサブエンジン３の駆動力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる三相交流電力に変換する。このとき変換された三相交流電力は、後述する外部の電源の周波数と同一の周波数となる。三相交流発電機５から出力された三相交流電力は、電気回路２０を介して三相誘導電動機７に給電される。このとき、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電力はそれぞれ対応する電気回路２０ｕ、２０ｖ、２０ｗを流れ、三相誘導電動機７に給電される。

三相交流発電機５の下方には、サブエンジン３の始動用電源としてバッテリ２１が配置されている。サブエンジン３とバッテリ２１とは、バッテリケーブル（図示省略）で接続される。サブエンジン３始動時には、バッテリ２１からバッテリケーブルを介してサブエンジン３に給電され、サブエンジン３の始動動作が開始される。

外部電源入力装置６は、輸送車２の外部の電源（本実施形態では使用地域の商用電源）から電力を輸送車２に入力可能にする。したがって、例えば、商用電源が使用可能な環境下にある場合、商用電源と外部電源入力装置６が接続されることにより、外部電源入力装置を介して輸送車２に商用電源からの電力が入力し、冷凍機ユニット１において商用電源からの電力が使用可能となる。

三相誘導電動機７は、三相交流発電機５で発電された電力と及び外部電源入力装置６を介して入力された輸送車外部からの電力の両方によって駆動可能となっており、輸送車の使用状況に応じて発電機側スイッチ２２及び外部電源側スイッチ２３を切り替えることで、三相交流発電機５と外部電源とを使い分けることができる。なお、三相交流発電機５で発電された電力及び外部電源から入力された電力は冷凍機ユニット１を構成する三相誘導電動機７以外の電子機器にも給電可能となっている。

以上説明した本実施形態の冷凍機ユニット１が奏する作用及び効果について説明する。
本実施形態では、サブエンジン３のエンジン回転数を１段変速機４によって所定の発電機入力回転数に変換することができるので、サブエンジン３のエンジン回転数によることなく、三相交流発電機５の回転数を所望の発電機入力回転数とすることができる。よって、三相交流発電機５で発電される電力の周波数は三相交流発電機５の発電機入力回転数によって決まるので、エンジン回転数によることなく、三相交流発電機５の電源の周波数を所望の周波数とすることができる。

また、サブエンジン３のエンジン回転数が、１段変速機４によって、三相交流発電機５の電源の周波数と輸送車２の外部の電源（使用地域の商用電源）の周波数とが等しくなるような三相交流発電機５の発電機入力回転数に変換されている。したがって、発電機電源の周波数と外部電源の周波数とは、同一の周波数となる。これにより、冷凍機ユニット１に備えられた三相誘導電動機７等の電子機器に給電する際に、発電機電源を利用する場合であっても、外部電源を利用する場合であっても、同一の周波数の電源を利用することができるので、三相誘導電動機７等の電子機器の設計を共通化することができる。

また、エンジン回転数を所定の発電機入力回転数に変換する変速機構として、１段変速機４を適用しているので、多段変速機や無段変速機を適用する場合に比べて変速機構を小型化することができる。したがって、車室スペースや輸送スペースの確保が要請される輸送車２に好適に設置することができる。

また、１段変速機４を適用しており、変速機構を小型化できるので、それに応じてサブエンジン３、１段変速機４及び三相交流発電機５を収容するエンジンルームエンクロージャも小型化することができる。エンジンルームエンクロージャを小型化することで、エンジンルームエンクロージャの密閉性、遮蔽性を向上させることができるので、サブエンジン３の駆動による騒音が外部に放射され難くなり、騒音を低減することができる。

また、１段変速機４を適用しているので、多段変速機や無段変速機に比べて変速機構を簡易な構成とすることができるので、メンテナンス性を高めることができる。さらに、本実施形態ではサブエンジン３にエンジン回転数を調整する機構（ソレノイド等）が設けていないので、サブエンジン３を小型軽量化できるとともに、部品点数を減少させ、コストを低減することができる。

また、上記構成では、サブエンジン３のエンジン回転数が最大発電負荷に応じて定格回転数が設定されている。したがって、所定の効果を有する発電機回転数を維持しながら、三相交流発電機５の最大発電負荷となるエンジン回転数での運転を好適に持続することができる。

上記構成では、変速機構として比較的小型である１段変速機４を適用しているので、１段変速機４を密閉する密閉ギアボックス１９及び１段変速機４の一部を密閉する密閉カップリングボックス１８も小型化することができ、簡易に１段変速機４を密閉することができる。よって、容易に１段変速器４の騒音を抑制することができる。また、密閉ギアボックス１９の内部にオイルを封入する場合には、容易に１段変速機４の潤滑性を高めることができる。

上記構成では、エンジン出力軸１１と入力軸１３との連結部分に防振カップリング１７が設けられているので、サブエンジン３の駆動によるトルク変動を防振カップリング１７が吸収し、サブエンジン３と連結する１段変速機４の振動を抑制することができる。したがって、１段変速機４の振動に起因する騒音を低減することができる。

上記構成では、出力軸１４の軸線は、入力軸１３の軸線よりも上方に位置しているので、出力軸１４の下方には空間が形成される。上記構成では、その空間にサブエンジン３を始動させるバッテリ２１が設けられているので、サブエンジン３とバッテリ２１との距離を、１段変速機４を介しただけの比較的短い距離にすることができる。したがって、サブエンジン３とバッテリ２１とをつなぐバッテリケーブルも短くすることができるので、スタータ電圧降下を抑制し、サブエンジン３の始動性を向上させることができる。また、サブエンジン３始動時には、サブエンジン３とバッテリ２１とをつなぐバッテリケーブルには大きな電流が流れるが、このバッテリケーブルを短くできるので、エンジン始動時の電圧降下を最小に抑えることができると共に、安全性を向上することができる。

なお、本実施形態では、サブエンジン３の定格回転数（使用地域の商用電源の周波数に対応する回転数）を三相交流発電機５の最大負荷に応じた回転数とした例について説明したが、サブエンジン３の定格回転数は、図５に示す、一般的な輸送用冷凍機が採用する運転点（ＡＴＰ冷蔵条件運転点）よりも低い負荷である、最大負荷と最小負荷との中間の負荷（以下、「中間負荷」という。）に応じた回転数としてもよい。定格回転数を中間負荷とした場合、使用状況環境等の影響でエンジン回転数に多少の変動が生じた場合であっても、三相交流発電機５の発電出力を、一般的な電子機器及び三相誘導電動機７の使用可能範囲内（使用地域の商用電源の電圧の−１０％から＋１０％であって、使用地域の商用電源の周波数の−３％から＋３％の範囲内）の電圧及び周波数にすることができる。したがって、本機器の使用範囲を一般的な電子機器等の使用範囲に収めることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図６及び図７を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、サブエンジン３のエンジン回転数の設定が一部異なっている。その他の点については、第１実施形態と同様につき説明は省略する。
本実施形態のサブエンジン３のエンジン回転数は冷凍機の所望の冷凍能力に応じた回転数に設定され、１段変速ギア４のギア減速比はエンジン回転数を所定の発電機入力回転数に変速する比率に設定される。

図６に示すように、冷凍機において大冷凍能力を得たい場合には、エンジン回転数は高速となり、ギア減速比は高速のエンジン回転数を所定の発電機入力回転数に変速するために大きくなる。一方、冷凍機において低冷凍能力を得たい場合には、エンジン回転数は低速となり、ギア減速比は小さくなる。具体的な数値例を示すと、図７に示されているように、例えば大冷凍能力を得たい場合には、エンジン回転数を１８７５ｒｐｍとし、ギア減速比を１．２５／１とすることで発電機入力回転数は１５００ｒｐｍとなり、低冷凍能力を得たい場合には、エンジン回転数を１２００ｒｐｍとし、ギア減速比を１／１．２５とすることで発電機入力回転数を１５００ｒｐｍとなる。このように、サブエンジン３のエンジン回転数に影響されることなく、三相交流発電機５の発電機入力回転数を一定にすることができる。

このように、エンジン回転数を冷凍能力に応じて変更しても、ギア減速比を変更するだけで、発電機入力回転数を一定回転速度にできるので、所定の発電機回転数を維持しながら、所望の冷凍能力を得ることができる。また、発電機入力回転数を一定回転速度にできるので、三相交流発電機５の発電機出力を一定電圧及び一定周波数（本実施形態では使用する地域の商用電源電圧及び周波数）とすることができる。したがって、商用電源駆動用に作られた一般的な電子機器や三相誘導電動機７が使用可能となり、全機種で同一の電子機器及び三相誘導電動機７が使用可能となる。すなわち、１段変速機４のギア減速比を変更するだけで様々な冷凍能力帯の冷凍機ユニット１を構成することができ、商品性に合わせたアレンジを容易にすることができる。

なお、本実施形態では、サブエンジン３のエンジン回転数を冷凍能力に応じて設定したが、エンジン回転数の設定はこれに限定されない。例えば、コストに応じてエンジン回転数を設定してもよいし、騒音量に応じてエンジン回転数を設定してもよい。

なお、上記第１実施形態及び第２実施形態では、冷凍機ユニット１を輸送車２の荷台の前端部分に搭載するフラッシュマウント型について説明したが、冷凍機ユニット１の配置はこれに限定されない。例えば、図８に示すように、荷台の下方に冷凍機ユニット３０を搭載するアンダーマウント型であってもいいし、図９に示すように、荷台の前面上端部分から前方に延びるように冷凍機ユニット４０を搭載するノーズマウント型であってもよい。

１ 冷凍機ユニット
３ サブエンジン
４ １段変速機
５ 三相交流発電機（発電機）
６ 外部電源入力装置
７ 三相誘導電動機（電動機）
１２ ギア部
１３ 入力軸（入力軸部）
１４ 出力軸（出力軸部）
１５ 入力ギア
１６ 出力ギア
１７ 防振カップリング（防振部）
１９ 密閉ギアボックス（密閉ボックス）
２１ バッテリ

Claims (6)

1. 車両に搭載され、サブエンジンの駆動力により発電する発電機からの電気と前記車両の外部の電源とを利用可能な冷凍機ユニットであって、
   前記サブエンジンと前記発電機とを連結し、前記サブエンジンのエンジン回転数を所定の発電機回転数に変換する１段変速機を備え、
   前記所定の発電機回転数は、前記発電機が出力する電圧及び周波数と前記車両の外部の電源の電圧及び周波数とが等しくなるように前記１段変速機により設定されている冷凍機ユニット。
2. 前記エンジン回転数は、最大発電負荷に応じて、定格回転数となるように設定されている請求項１に記載の冷凍機ユニット。
3. 前記エンジン回転数は、冷凍機の所望の冷凍能力に応じた回転数に設定されている請求項１に記載の冷凍機ユニット。
4. 内部に前記１段変速機を密閉する密閉ボックスを備えた請求項１〜請求項３のいずれかに記載の冷凍機ユニット。
5. 前記サブエンジンと前記１段変速機との連結部分に防振部を設けた請求項１〜請求項４のいずれかに記載の冷凍機ユニット。
6. 前記１段変速機は、前記サブエンジンと連結する入力軸部と、前記発電機と連結する出力軸部とを有し、
   前記出力軸部の軸線は、前記入力軸部の軸線よりも上方に位置して、
   前記出力軸部の下方には、前記サブエンジンを始動させるバッテリが設けられている請求項１〜請求項５のいずれかに記載の冷凍機ユニット。

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