JPH09118128A - 車載冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両エンジンで駆動される空気冷凍サイクル
利用の車載冷凍装置を提供する。 【解決手段】 冷凍トラックは貨物を低温度で保持する
冷却室３０を有し、冷却室３０はエアサイクル冷凍装置
で冷却する。エアサイクル冷凍装置は第１，第２圧縮機
１，２１、第１，第２熱交換器２，２２、エアタービン
３を有し、第２熱交換器２２とエアタービン３の間に再
生器４を有する。エアタービン３と再生器４を接続する
配管７に可変絞り弁８を取り付け、可変絞り弁８の絞り
量はコントロール手段１５によって制御する。コントロ
ール手段１５は可変絞り弁８を駆動する弁開閉用駆動モ
ータ１６とモータ１６を制御する制御器１７とからな
る。冷却負荷等に応じて制御される可変絞り弁８の絞り
量により、エアタービン３に流入する空気の圧力が調整
され、その結果エアタービン３での膨張比が調整されて
エアタービン３から排出する低温空気の温度が調整され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両エンジンで駆
動される空気冷凍サイクル利用の車載冷凍装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】炭化水素のフルオロクロロ置換体類を冷
媒とする蒸気圧縮冷凍サイクルを用いた冷凍装置は、成
績係数が大きく、これまで各種の冷凍機に利用されてい
た。しかしながら、最近、オゾン層や温室効果に及ぼす
悪影響が発見されている。

【０００３】また、冷凍装置として次のものがある。 １．液体窒素の蒸発潜熱を利用するもの。 米国では、液体酸素の副産物として生成する液体窒素の
蒸発潜熱を利用する冷凍車が使用されている。しかし、
液体窒素の補給スタンドが限られることが欠点である。 ２．ペルチェ素子を利用したもの。 極小容量の冷媒、例えば人の組織の冷凍輸送等に応用さ
れている。しかし、成績係数が低いので、数１０Ｗの冷
却能力のものに限られる。 ３．畜冷式 氷が融解する際の潜熱を利用するもので、低コストであ
るが、前記１．と同様に蓄冷作用の持続性に問題があ
る。 ４．空気冷凍サイクルを利用したもの。 空気を圧縮し、高温高圧の空気を熱交換器で冷却し、そ
の後、膨張機で大気圧近くまで膨張させ冷風を得るもの
で、航空機の冷房、冷凍および冷蔵に使用されている。

【０００４】空気冷凍サイクルは、蒸気圧縮冷凍サイク
ルと比較すると、以下の特徴を有している。 ・オープンサイクルであるから、運転開始と同時に冷風
が得られる。 ・炭化水素のフルオロクロロ置換体類等の冷媒を使用し
ないので、高圧ガスの漏れに配慮する必要がない。 ・圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を必要とする蒸気圧
縮冷凍サイクルに比べて、冷凍装置の構造が簡単で安価
となる。 ・風量を大きくすることにより、冷凍庫内の温度分布を
均一にできる可能性がある。 ・成績係数が小さい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】冷凍トラックには従
来、蒸気圧縮冷凍サイクルを利用した冷凍装置が搭載さ
れており、前述した問題点を有している。

【０００６】本発明の課題は、車両エンジンで駆動され
る空気冷凍サイクル利用の車載冷凍装置を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、空気圧縮機、
圧縮空気を冷却する熱交換器、および冷却された圧縮空
気を膨張させる膨張機とを備えており、車両エンジンで
駆動される空気冷凍サイクル利用の冷凍装置であって、
前記膨張機の空気入口に接続されている管路に可変絞り
弁が設けられていることを特徴とする。

【０００８】前記可変絞り弁の弁開度は、車両に設けら
れている貨物の冷却室の温度とエンジン回転数に基づい
て制御すればよい。

【０００９】上記によって、車両エンジンの回転数の変
動にかかわらず、冷却負荷に対して膨張機から排出され
る低温空気の温度を所要の温度にすることができる。例
えば、冷却負荷が大きく、車両エンジンの回転数が低い
場合や、冷却負荷が小さく、車両エンジンの回転数が高
い場合などにおいても、車両の冷却室の温度とエンジン
回転数に基づいて可変絞り弁の弁開度が調整されること
によって、膨張機に流入する空気の圧力が調整され、そ
の結果膨張比が調整されて膨張機から排出される低温空
気の温度が最適な温度とされる。

【００１０】上記膨張機には空気圧縮機を同軸に連結す
るのがよい。膨張機で回収した回転力を圧縮機側に伝達
できるので、圧縮機の駆動動力を低減できる。

【００１１】また、車両の冷却室からの戻り空気を利用
して膨張機に流入する空気を冷却する再生器を設けるの
がよい。膨張機に流入する空気がより冷却されるため、
成績係数を向上できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態を図１およ
び図２によって説明する。冷凍トラックは野菜、果実、
あるいはアイスクリーム等の貨物を所定の低温度で保持
するための冷却室３０を備えており、冷却室３０は空気
冷凍サイクルを利用した冷凍装置によって所定の低温度
に保持されるようになっている。

【００１３】以下、空気冷凍サイクルを利用した冷凍装
置（以下、エアサイクル冷凍装置ともいう。）を図１に
基づいて説明する。

【００１４】エアサイクル冷凍装置は空気圧縮機（２
つ）、空冷熱交換器（２つ）、膨張機としてのエアター
ビン（１つ）、および再生器（１つ）を有している。

【００１５】冷却室３０の空気出口は再生器４を介して
空気圧縮機１（以下、第１圧縮機１という。）の入口に
接続されており、第１圧縮機１は冷却室３０内の空気を
吸入して高温・高圧の空気とする。この第１圧縮機１は
クラッチ６を介して車両エンジン５の出力軸に連結さ
れ、車両エンジン５で直接駆動される。第１圧縮機１の
出口側には空冷熱交換器２（以下、第１熱交換器２とい
う。）が接続されており、第１圧縮機１で高温・高圧と
なった空気が第１熱交換器２を通過する過程で外気と熱
交換されることによって冷却される。第１熱交換器２に
よる冷却は外気による冷却であるため、冷却される空気
の温度は外気温が限度である。

【００１６】第１熱交換器２の出口側には空気圧縮機２
１（以下、第２圧縮機２１という。）の入口が接続され
ており、第２圧縮機２１は第１熱交換器２で冷却された
高圧空気をさらに圧縮して高温・高圧の空気とする。第
２圧縮機２１はターボ形ラジアルタイプのものが使用さ
れる。第２圧縮機２１の出口側には空冷熱交換器２２
（以下、第２熱交換器２２という。）が接続されてお
り、第２圧縮機２１で高温・高圧となった空気が第２熱
交換器２２を通過する過程で外気と熱交換されることに
よって冷却される。第２熱交換器２２による冷却は外気
による冷却であるため、冷却される空気の温度は外気温
が限度である。

【００１７】以上のように、本実施の形態におけるエア
サイクル冷凍装置は、空気を第１圧縮機１で圧縮し、第
１熱交換器２で冷却した後、さらに第２圧縮機２１で圧
縮するように構成している。このように、本実施の形態
におけるエアサイクル冷凍装置は２段圧縮にすることに
よって圧縮に要する動力を１段圧縮の場合に比べて低減
している。

【００１８】第２熱交換器２２で冷却された高圧空気を
さらに冷却するために前記再生器４が設けられている。
再生器４は冷却室３０内の戻り空気を利用して冷却する
熱交換器であり、第２熱交換器２２から再生器４内を通
ってエアタービン３へ流入する高圧の空気が、冷却室３
０の空気出口から再生器４内を通って第１圧縮機１へ流
入する比較的低温の戻り空気に熱交換されることによっ
て冷却されるように構成されている。

【００１９】エアタービン３の入口は再生器４の出口に
接続されており、図２に示すように、エアタービン３と
再生器４を接続している配管７に、絞り量を変えられる
可変絞り弁８が取り付けられている。配管７の可変絞り
弁８が設けられている付近は少し屈曲しており、可変絞
り弁８は流れ方向において屈曲部分の先の直線部分に取
り付けられている。可変絞り弁８は配管７の内周に弁座
９を有しており、配管７の弁座９部分はその管路断面積
が流れ方向に沿って次第に小さくなり、その後、次第に
大きくなって、弁座９の先の断面積が一定の管路部分に
つながっている。そして、配管７の弁座９部分の管路断
面積が次第に小さくなっている部分に、その管路形状と
相似の円錐形状部分を先端に有している弁１０を有して
いる。弁１０の後端には弁棒１１が取り付けられて配管
７内を延び、配管７の屈曲部分の管壁に突出形成されて
いる弁棒支持部１２を貫通して外側に突出している。弁
棒支持部１２は弁棒挿通孔１３を有している細長い管状
ガイド部で、弁棒１１はシールリング１４が介装されて
弁棒支持部１２に挿通支持されている。

【００２０】可変絞り弁８の絞り量はコントロール手段
１５によって制御される。コントロール手段１５は弁開
閉用駆動モータ１６とモータ１６を制御する制御器１７
とから構成されている。弁開閉用駆動モータ１６には配
管７の外側に突出している弁棒１１の後端が接続されて
いる。弁開閉用駆動モータ１６によって弁棒１１が進退
されると、弁１０と弁座９との隙間が変化し、絞り量が
変化される。弁棒１１が前進して弁１０と弁座９との隙
間が小さくなると、可変絞り弁８を通過してエアタービ
ン３に流入する空気の圧力が上昇するので、エアタービ
ン３での膨張比が大きくなり、その結果空気温度が低下
し、冷却能力を大きくできる。逆に、弁棒１１が後退し
て弁１０と弁座９との隙間が大きくなると、可変絞り弁
８を通過してエアタービン３に流入する空気の圧力が低
下するので、エアタービン３での膨張比が小さくなり、
その結果空気温度は上昇し、冷却能力を低減できる。

【００２１】一方、冷却室３０の温度検出手段１８とエ
ンジン回転数検出手段１９とが設けられており、弁開閉
用駆動モータ１６は検出された冷却室３０の温度とエン
ジン回転数に応じて、制御器１７によって制御されるこ
とによって、可変絞り弁８が所要の弁開度になるように
構成されている。例えば、冷却負荷が大きく、車両エン
ジン５の回転数が低い場合は、可変絞り弁８の弁開度が
小さくされ、冷却負荷が小さく、車両エンジン５の回転
数が高い場合は、可変絞り弁８の弁開度が大きくされ
る。したがって、可変絞り弁８によってエアタービン３
に流入する空気の圧力が冷却負荷等に応じて最適な圧力
に調整される結果、エアタービン３での膨張比が最適な
値とされ、エアタービン３から冷却負荷等に応じた最適
な温度の低温空気が冷却室３０内に送り込まれる。

【００２２】なお、冷却負荷が極く小さい場合等にはク
ラッチ６が切られることによって冷凍装置の運転が停止
されるように構成されている。

【００２３】第２熱交換器２２と再生器４とによって冷
却された高圧空気は、上記のように可変絞り弁８によっ
て圧力を調整され、エアタービン３に流入して膨張し、
低温・低圧の空気となって、エアタービン３の出口に接
続されている冷却室３０の空気入口から冷却室３０に戻
される。エアタービン３はターボ形ラジアルタイプのも
のが使用される。

【００２４】なお、第２圧縮機２１はエアタービン３と
同軸に連結しているので、エアタービン３の回転力が伝
達されることによって駆動される。

【００２５】また、第１圧縮機１はクラッチ２３を介し
て連結されている陸上電源用モータ２４によっても駆動
可能に構成されている。

【００２６】上記実施の形態によれば、 冷凍トラック等の車載冷凍装置において、炭化水素
のフルオロクロロ置換体類の冷媒を使用しない冷凍装置
を提供できる。 冷凍装置を冷却負荷やエンジンの回転数の変動にか
かわらず、常に最適な状態で運転することができる。 ２段圧縮により、冷凍装置の駆動動力を低減でき
る。 冷凍サイクルにおける第２熱交換器以降の各種機器
の設置場所がエンジンルームに限定されず、配置の自由
度が大きい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、車
両エンジンで駆動される空気冷凍サイクル利用の車載冷
凍装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示す構成説明図であ
る。

【図２】本発明の実施の形態における可変絞り弁部分を
示す拡大断面図である。

【符号の説明】

１，２１ 空気圧縮機 ２，２２ 空冷熱交換器 ３ エアタービン ４ 再生器 ５ 車両エンジン ６ クラッチ ７ 配管 ８ 可変絞り弁 ９ 弁座 １０ 弁 １１ 弁棒 １２ 弁棒支持部 １３ 弁棒挿通孔 １４ シールリング １５ コントロール手段 １６ 弁開閉駆動用モータ １７ 制御器 １８ 冷却室の温度検出手段 １９ エンジン回転数検出手段 ２３ クラッチ ２４ 陸上電源用モータ ３０ 冷却室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 恭助 東京都新宿区富久町15番１号 菱重コール ドチェーン株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気圧縮機、圧縮空気を冷却する熱交換
   器、および冷却された圧縮空気を膨張させる膨張機とを
   備えており、車両エンジンで駆動される空気冷凍サイク
   ル利用の冷凍装置であって、 前記膨張機の空気入口に接続されている管路に可変絞り
   弁が設けられていることを特徴とする車載冷凍装置。
2. 【請求項２】 前記可変絞り弁の弁開度が、車両に設け
   られている貨物の冷却室の温度とエンジン回転数に基づ
   いて制御されることを特徴とする請求項１記載の車載冷
   凍装置。
3. 【請求項３】 前記膨張機に空気圧縮機が同軸に連結さ
   れていることを特徴とする請求項１または２記載の車載
   冷凍装置。
4. 【請求項４】 車両の冷却室からの戻り空気を利用して
   膨張機に流入する空気を冷却する再生器を備えているこ
   とを特徴とする請求項１、２、または３記載の車載冷凍
   装置。