制冷装置的制作方法

相关申请的相互参照

本申请基于2017年5月9日提出的日本专利申请第2017-93263号，并在此通过参照编入其所记载的内容。

本发明涉及一种制冷装置。

背景技术：

以往，已知有一种制冷装置，该制冷装置具备用于对构成制冷循环的压缩机的电机等的驱动电力进行发电的发动机和发电机。

专利文献1所记载的制冷装置根据基于库内温度和设定温度的差而算出的制冷循环的热负载对发动机的转速进行控制。由此，与发动机的转速对应的电力从发电机供给到压缩机的电机，制冷循环的冷却能力根据该压缩机的转速而被调整。由此，该制冷装置无需在连接发电机和压缩机的电气回路中具备逆变器就能够进行与制冷循环的热负载对应的冷却能力的调整。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2013-2803号公报

但是，专利文献1所记载的制冷装置根据制冷循环的热负载对发动机的转速进行控制，因此由于发动机不停止，存在发动机的燃料消耗量增加，燃油经济性恶化这样的问题。

然而，在具备发电用的发动机的制冷装置中，在发电机和压缩机之间的电气回路中设置了逆变器的情况下，能够根据制冷循环的热负载而利用逆变器来控制压缩机的转速。在该情况下也是，当不停止发动机而发动机的运转持续时，会导致发动机的燃料消耗量增加，燃油经济性恶化。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能够使发电用发动机的燃油经济性提高的制冷装置。

根据本发明的一个观点，在对库内的空气进行冷却的制冷装置中，具备：

发电用的发动机；

发电机，该发电机通过发动机的驱动来发电；

逆变器，逆变器从发电机所发出的电力生成任意频率的交流电流；

压缩机，该压缩机具有电机和制冷剂压缩部，该电机由来自逆变器的供电驱动，该制冷剂压缩部被该电机驱动旋转而吸入、压缩并排出制冷剂；

散热器，该散热器通过从压缩机被排出的制冷剂与外气的热交换而使制冷剂散热；

膨胀阀，该膨胀阀使从散热器流出的制冷剂的压力降低；

蒸发器，该蒸发器通过从膨胀阀流出的制冷剂与库内的空气的热交换而将库内的空气冷却，并使蒸发了的制冷剂向压缩机流出；

模式切换开关，该模式切换开关能够对发动停止运转模式与连续运转模式进行切换，该发动停止运转模式容许发动机的发动及停止，该连续运转模式使发动机连续运转；以及

控制装置，在通过模式切换开关选择发动停止运转模式时，该控制装置对逆变器进行控制以使得压缩机的目标转速被固定为比与设定温度和库内温度的差对应的转速高的转速。

由此，在通过模式切换开关选择了发动停止运转模式时，由于压缩机的目标转速被固定为比与设定温度和库内温度的差对应的转速高的转速，因此库内温度在短时间内被冷却至设定温度以下。比与设定温度和库内温度的差对应的转速高的转速是指比连续运转模式时的转速高的转速。因此，将库内温度冷却至设定温度以下的发动机的运转时间缩短，发动机的停止时间则相对地变长。因此，该制冷装置在选择发动停止运转模式时，能够使发动机的燃料消耗量降低，从而使燃油经济性提高。

此外，被标注在各结构要素等的带括号的参考符号是表示该结构要素等和后述的实施方式所记载的具体的结构要素等的对应关系的一例。

附图说明

图1是搭载了第一实施方式的制冷装置的制冷车辆的概略图。

图2是第一实施方式的制冷装置的结构图。

图3是表示第一实施方式的制冷装置的控制方法的流程图。

图4是第二实施方式的制冷装置的结构图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在以下的各实施方式彼此之间，对彼此相同或同等的部分标注相同符号进行说明。

(第一实施方式)

参照附图对第一实施方式进行说明。在本实施方式中，对将制冷装置应用于制冷车辆的例子进行说明。

如图1所示，应用了制冷装置1的制冷车辆2包含牵拉车3和拖车4。牵拉车3中搭载了车辆行驶用发动机5。牵拉车3是对拖车4进行牵引的牵引车。

另一方面，拖车4中形成有对冷冻食品等的货物进行储藏的库内空间6。本实施方式的制冷装置1被单元化地安装于拖车4中与牵拉车3相对的部位。制冷装置1对拖车4的库内空间6的温度进行调整。

如图2所示，制冷装置1具备制冷循环10、向该制冷循环10的各结构供给电力的电力供给部30、对这些的驱动进行控制的控制装置40以及操作面板41等。

首先，对制冷循环10进行说明。制冷循环10是蒸汽压缩式的制冷机，压缩机11、散热器12、膨胀阀13以及蒸发器14等通过配管15被连接。

压缩机11是电动式压缩机，具有电动式的电机16和通过该电机16而被驱动旋转的制冷剂压缩部17。通过由电力供给部30所具有的逆变器33供给的交流电流的频率来控制电机16的转速。制冷剂压缩部17具备将从制冷剂吸入口18吸入的制冷剂压缩并将该制冷剂从制冷剂排出口19排出的结构。制冷剂压缩部17是每旋转一圈的制冷剂的排出容量固定的固定容量型的压缩机构。制冷剂压缩部17与电机16的旋转同步地旋转。因此，制冷剂压缩部17的转速也通过由电力供给部30所具有的逆变器33向电机16供给的交流电流的频率而被控制。在以下的说明中，提到压缩机11的旋转的时候，是指电机16和制冷剂压缩部17双方的旋转。

在压缩机11所具有的制冷剂压缩部17的制冷剂排出口19侧经由配管15而连接有散热器12的制冷剂入口。散热器12是这样一种热交换器：利用由散热器用的送风机20吹送的外气与由压缩机11的制冷剂压缩部17排出的制冷剂的热交换使制冷剂散热。散热器用的送风机20通过由电力供给部30供给的电力而被驱动，并且送风机20将外气向散热器12吹送。

在散热器12的制冷剂出口侧经由配管15而连接有膨胀阀13的制冷剂入口。膨胀阀13是使从散热器12流出的制冷剂减压膨胀的减压装置。膨胀阀13是具有阀芯131和电动促动器132的电气式膨胀阀，阀芯131构成为能够变更节流开度，电动促动器132使该阀芯131的节流开度变化。电动促动器132根据由控制装置40输出的控制信号而驱动。因此，根据由控制装置40输出的控制信号而控制膨胀阀13的节流开度。

在膨胀阀13的制冷剂出口侧经由配管15而连接有蒸发器14的制冷剂入口。蒸发器14是利用蒸发器用的送风机21来使在库内循环的空气与从膨胀阀13流出的制冷剂进行热交换的热交换器。蒸发器用的送风机21通过由电力供给部30供给的电力而被驱动，并且送风机21将库内的空气向蒸发器14吹送。通过蒸发器用的送风机21而被吹送到蒸发器14的空气通过在蒸发器14流动的制冷剂的蒸发潜热产生的吸热作用而被冷却。此外，在图2中，用标注了符号24的箭头表示通过蒸发器用的送风机21的驱动被吹送到蒸发器14的空气流动的方向。

在蒸发器14的制冷剂出口侧经由配管15而连接有压缩机11所具有的制冷剂压缩部17的制冷剂吸入口18。因此，从蒸发器14的制冷剂出口流出的制冷剂向压缩机11流动，并被压缩机11所具有的制冷剂压缩部17吸入。

接着，对电力供给部30进行说明。电力供给部30包含发电用的发动机31、发电机32以及逆变器33等，发电机32通过该发动机31的驱动而发电，逆变器33从发电机32所发出的电力生成任意频率的交流电流。

发动机31是与牵拉车3的车辆行驶用发动机5不同的，为了向制冷循环10的各结构供给电力而设置的发动机。该发动机31是通过控制装置40的控制，转速被维持在恒定的转速的定速型的发动机。另外，通过控制装置40的控制，该发动机31能够在包含高速旋转和低速旋转的至少二阶段内切换转速。一般的，在制冷装置1刚启动之后等库内温度tret与设定温度tset的差较大时，控制装置40使发动机31在高速旋转下旋转，从而将库内温度tret迅速地冷却。在这之后，当库内温度tret与设定温度tset到达规定的温度差时，控制装置40使发动机31在低速旋转下旋转。

发电机32直接或间接地连接于发动机31的输出轴，并利用发动机31的动力来发电。即，发电机32可以直接连接于发动机31的输出轴，或者，也可以经由带轮及传动带等动力传递机构连接于发动机31的输出轴。通过发电机32发出的电力经由逆变器33向压缩机11的电机16供给。此外，虽然未图示，通过发电机32发出的电力也向散热器用的送风机20及蒸发器用的送风机21供给。

逆变器33是根据由控制装置40传送的控制信号，从发电机32所发出的电力生成任意频率的交流电流的电气回路。由逆变器33生成的交流电流向压缩机11的电机16供给。由此，压缩机11的电机16和制冷剂压缩部17被驱动旋转，制冷剂在制冷循环10循环。

接着，对控制装置40及操作面板41进行说明。

控制装置40具有微型电子计算机以及其周边电路，该微型电子计算机包含：执行控制处理、运算处理的处理器；存储程序、数据等的rom、ram等存储部。此外，控制装置40的存储部包含非瞬态的实体存储介质。控制装置40基于存储部内存储的程序来执行各种控制处理及运算处理，并对连接于输出端口的各设备的工作进行控制。

在控制装置40的输入端口电连接有用于检测库内的温度的库内温度传感器22及未图示的外气温度传感器等。本实施方式的库内温度传感器22是返回空气温度热敏电阻，且设置于蒸发器14的上游侧。控制装置40通过返回空气温度热敏电阻，能够对通过蒸发器14之前的库内空气的温度进行检测。

另外，在控制装置40的输入端口电连接有用户能够操作的操作面板41。在操作面板41设置有用于使制冷循环10工作的工作开关42、用于设定库内的目标温度的温度设定开关43、用于切换发动机31的运转模式的模式切换开关44等。

设置于操作面板41的模式切换开关44对发动停止运转模式和连续运转模式进行切换，该发动停止运转模式容许发动机31的发动及停止，该连续运转模式使发动机31连续运转。

控制装置40在选择了发动停止运转模式时，使发动机31的运转和发动机31的运转停止交替进行。发动停止运转模式通过使发动机31间歇地停止而抑制燃料消耗量，这对于燃油经济性的提高是有效的。

另一方面，控制装置40在选择了连续运转模式时，不使发动机31停止地使发动机31连续旋转。连续运转模式对库内温度tret的精密控制是有效的。

在控制装置40的输出端口侧连接有发动机31、逆变器33、膨胀阀13及送风机20、21等。控制装置40基于利用库内温度传感器22检测出的库内温度tret与利用温度设定开关43设定的设定温度tset的差来计算出制冷循环10的热负载。在选择了连续运转模式时，控制装置40对逆变器33输出控制信号以使得压缩机11的转速成为与该热负载对应的值。另一方面，在选择了发动停止运转模式时，控制装置40对逆变器33进行控制以使得无论制冷循环10的热负载是多少，压缩机11的转速都被固定为比与设定温度tset和库内温度tret的差对应的转速高的转速。比与设定温度tset和库内温度tret的差对应的转速高的转速是指，比在连续运转模式时的转速高的转速。作为一例，控制装置40对逆变器33输出控制信号以使得压缩机11的目标转速成为最大转速范围。此外，最大转速范围是指，相对于压缩机11在设计上被规定的最大转速高大约20％的转速至低大约20％的转速的范围。像这样，从逆变器33向压缩机11的电机16供给的交流电流的频率被控制。因此，控制装置40能够经由逆变器33对压缩机11的转速进行控制。

接着，对本实施方式的制冷装置1的工作进行说明。图3是表示本实施方式的制冷装置1所具备的控制装置40所执行的控制处理的流程图。通过控制装置40执行被存储在存储部的控制程序来进行该处理。

制冷装置1通过用户对操作面板41的工作开关42进行操作而开始运转。控制装置40读取利用温度设定开关43设定的设定温度tset、利用模式切换开关44设定的发动机31的运转模式以及利用库内温度传感器22检测出的库内温度tret等。

在步骤s10中，控制装置40使发动机31启动。与此同时，开始由连接于发动机31的发电机32进行发电，从逆变器33向压缩机11的电机16供给电力，从而压缩机11启动。

在步骤s20中，控制装置40对发动机31的运转模式是发动停止运转模式还是连续运转模式进行判定。当发动机31的运转模式是发动停止运转模式时，处理进入步骤s30。

在步骤s30中，控制装置40输出用于对发动机31进行驱动的信号，并驱动发动机31以定速进行旋转。并且，控制装置40对逆变器33进行控制以使得压缩机11的目标转速被固定为比与设定温度tset和库内温度tret的差对应的转速高的转速。比与设定温度tset和库内温度tret的差对应的转速高的转速是指，比连续运转模式时的转速高的转速。作为其一例，控制装置40对逆变器33进行控制以使得压缩机11的目标转速成为最大转速范围。由此，基于制冷循环10的制冷能力变大，库内温度tret在短时间内被冷却。因此，库内温度tret在短时间内变得比第一阈值温度tb低。因此，在由该制冷装置1进行的控制中，能够在选择了发动停止运转模式时，将发动机31的运转时间缩短，并且将发动机31的停止时间相对地延长。

接着，在步骤s40中，控制装置40对库内温度tret是否比第一阈值温度tb低进行判定。

这里，第一阈值温度tb是通过如下公式1被定义的值。

tb＝tset-α1……公式1

其中，tb：第一阈值温度，tset：设定温度，α1：正的常数

即，第一阈值温度tb是被设定为比库内的设定温度tset低规定温度(即，正的常数α1)的值。

在步骤s40中，当库内温度tret被判定为比第一阈值温度tb高或者相同时，处理回到步骤s20，并重复上述处理。

与此相对，在步骤s40中，当库内温度tret被判定为比第一阈值温度tb低时，处理进入步骤s50。

在步骤s50中，控制装置40输出用于使发动机31停止的信号。由此，发动机31停止，并且由连接于发动机31的发电机32进行的发电停止。因此，不从逆变器33向压缩机11的电机16供给电力，压缩机11的动作停止。因此，由于基于制冷循环10的库内的冷却不再进行，库内温度tret逐渐上升。

接着，在步骤s60中，控制装置40对库内温度tret是否比第二阈值温度tu高进行判定。

这里，第二阈值是通过如下公式2被定义的值。

tu＝tset+α2……公式2

其中，tu：第二阈值温度，α2：正的常数

即，第二阈值温度tu是被设定为比库内的设定温度tset高规定温度(即，正的常数α2)的值。

在步骤s60中，当库内温度tret被判定为比第二阈值温度tu或者相同时，处理返回步骤s20，并重复上述处理。

与此相对，在步骤s60中，当库内温度tret被判定为比第二阈值温度tu高时，处理进入步骤s70。

在步骤s70中，控制装置40输出用于对发动机31进行驱动的信号。由此，发动机31的运转重新开始，并且由连接于发动机31的发电机32进行的发电重新开始。在这之后，处理返回步骤s20。

在步骤s20中，当发动机31的运转模式被判定为是发动停止运转模式时，继续执行从上述步骤s20到步骤s70为止的处理。

另一方面，在步骤s20中，当判定为通过用户的操作而发动机31的运转模式被切换为连续运转模式时，处理进入步骤s80。此外，在制冷装置1的运转开始的时候，发动机31的运转模式是连续运转模式的情况下，处理也进入步骤s80。

在步骤s80中，控制装置40根据库内温度tret与设定温度tset的偏差来确定压缩机11的目标转速。并且，对逆变器33进行控制以使得压缩机11的转速接近该确定了的目标转速。像这样，制冷装置1通过在连续运转模式时，精细地对压缩机11的目标转速进行控制，能够精密地对库内温度tret进行管理。

在步骤s20中，当发动机31的运转模式被判定为连续运转模式时，继续执行上述步骤s80的处理。

本实施方式的制冷装置1通过上述说明的结构及控制方法，能够实现如下的作用和效果。

(1)在本实施方式中，在通过模式切换开关44选择了发动停止运转模式时，控制装置40对逆变器33进行控制以使得压缩机11的目标转速被固定为比与设定温度tset和库内温度tret的差对应的转速高的转速。

由此，通过模式切换开关44选择了发动停止运转模式时，压缩机11的目标转速被固定为比与设定温度tset和库内温度tret的差对应的转速高的转速。因此，库内温度tret在短时间内被冷却至设定温度tset以下。因此，将库内温度tret冷却至设定温度tset以下的发动机31的运转时间缩短，发动机31的停止时间相对地延长。因此，该制冷装置1能够使发动机31的燃料消耗量降低，从而使燃油经济性提高。

(2)在本实施方式中，在通过模式切换开关44选择了发动停止运转模式时，控制装置40对逆变器33进行控制以使得压缩机11的目标转速成为最大转速范围。

由此，由于在选择了发动停止运转模式时，压缩机11的目标转速被固定在最大转速范围，因此基于制冷循环10的制冷能力变大，库内温度tret在短时间内被冷却。因此，该制冷装置1通过使发动机31的运转时间缩短，并使发动机31的停止时间相对地延长，能够使发动机31的燃料消耗量降低。

另外，一般的，发动机31被维持在恒定的转速的定速型的发动机具有燃油经济性随着负载增大而提高的特性。使压缩机11处于最大转速范围时，发动机31的负载变大。因此，该制冷装置1能够使燃油经济性提高。

(3)在本实施方式中，在通过模式切换开关44选择了连续运转模式时，控制装置40对逆变器33进行控制以使得压缩机11的目标转速成为与设定温度tset和库内温度tret的差对应的转速。

由此，制冷装置1通过在连续运转模式时使用逆变器33来精细地对压缩机11的目标转速进行控制，能够精密地对库内温度tret进行管理。因此，能够将一般被配置于制冷循环10的压缩机11的上游侧的吸入节流阀废除，或者将像上述的专利文献1所记载的设置于压缩机的卸载机构废除。

(第二实施方式)

对第二实施方式进行说明。第二实施方式相对于第一实施方式变更了库内温度传感器的结构，其他与第一实施方式相同，因此仅对与第一实施方式不同的部分进行说明。

如图4所示，在第二实施方式中，制冷装置1所具备的库内温度传感器23是吹出空气温度热敏电阻，并设置于蒸发器14的下游侧。控制装置40能够利用吹出空气热敏电阻，对通过蒸发器14后的空气温度(即，吹出空气温度)进行检测。

在第二实施方式中，发动机31的运转模式被设定为连续运转模式时，基于利用库内温度传感器23检测出的吹出空气温度来确定压缩机11的目标转速。因此，在第二实施方式中，也可以不根据库内温度tret与设定温度tset的偏差来确定压缩机11的目标转速。

上述的第二实施方式也能够和第一实施方式起到相同的作用和效果。

(其他实施方式)

本发明不限定于上述的实施方式，能够适当地变更。另外，上述各实施方式并非彼此无关，除了明显不能组合的情况之外，能够适当地组合。另外，上述各实施方式中，构成实施方式的要素除了特别地明示是必须的情况以及原理上明显认为是必须的情况等之外，毋庸置疑并不是必须的。另外，上述各实施方式中，在提及实施方式的结构要素的个数、数值、量、范围等数值的情况下，除了特别地明示是必须的情况及原理上明显被限定为特定的数的情况等之外，并不限定于该特定的数。另外，上述各实施方式中，提及结构要素等的形状、位置关系等时，除了特别地明示了的情况及原理上限定了特定的形状、位置关系等的情况等之外，并不限定于该形状、位置关系等。

(1)在上述的各实施方式中，对将制冷装置1应用于输送制冷食品等的制冷车辆2的例子进行了说明，但是不限定于此。制冷装置1能够应用于其他的移动体，也能够应用于仓库等。

(2)在上述的各实施方式中，对将构成制冷装置1的制冷循环10作为蒸汽压缩式制冷机的例子进行了说明，但是不限定于此。构成制冷装置1的制冷循环10只要是具备压缩机11，也可以是其他形式的制冷机。

(3)在上述的各实施方式中，对控制装置40是能够将发动机31的转速在包含高速旋转和低速旋转的至少二阶段内切换转速的例子进行了说明，但是不限定于此。控制装置40也可以是使发动机31作为仅一阶段的定速旋转，或者也可以使发动机以任意的转速来旋转。

(4)在上述的各实施方式中，对制冷装置1通过库内温度传感器22对库内空间6的温度进行检测的例子进行了说明，但是不限定于此。制冷装置1也可以是，例如，根据对压缩机11的制冷剂吸入侧的制冷剂压力进行检测的压力传感器的检测值来推定库内空间6的温度的结构。

(总结)

根据在上述的实施方式的部分或全部所示的第一观点，对库内的空气进行冷却的制冷装置具备：发动机、发电机、逆变器、压缩机、散热器、膨胀阀、蒸发器、模式切换开关以及控制装置。发动机被用于发电。发电机通过发动机的驱动来发电。逆变器从发电机所发出的电力来生成任意频率的交流电流。压缩机具有电机及制冷剂压缩部，该电机由来自逆变器的供电驱动，该制冷剂压缩部被该电机驱动旋转而吸入、压缩并排出制冷剂。散热器通过从压缩机排出的制冷剂与外气的热交换而使制冷剂散热。膨胀阀使从散热器流出的制冷剂的压力降低。蒸发器通过从膨胀阀流出的制冷剂与库内的空气的热交换而将库内的空气冷却，并使蒸发了的制冷剂向压缩机流出。模式切换开关能够对发动停止运转模式与连续运转模式进行切换，该发动停止运转模式容许发动机的发动及停止，该连续运转模式使发动机连续运转。在通过模式切换开关选择了发动停止运转模式时，控制装置对逆变器进行控制以使得压缩机的目标转速被固定为比与设定温度和库内温度的差对应的转速高的转速。

根据第二观点，在通过模式切换开关选择了发动停止运转模式时，控制装置对逆变器进行控制以使得压缩机的目标转速成为最大转速范围。

由此，由于在选择了发动停止运转模式时，压缩机的目标转速被固定在最大转速范围，因此，基于制冷循环的制冷能力变大，库内温度在短时间内被冷却。因此，该制冷装置通过使发动机的运转时间缩短，使发动机的停止时间相对地延长，能够使发动机的燃料消耗量降低。

另外，一般的，发动机被维持在恒定的转速的定速型的发动机具有燃油经济性随着负载的增大而提高的特性。如果使压缩机处于最大转速范围，则发动机的负载增大。因此，该制冷装置能够使燃油经济性提高。此外，如上所述，最大转速范围是指，相对于压缩机在设计上被规定的最大转速高大约20％的转速至低大约20％的转速的范围。

根据第三观点，在通过模式切换开关选择了发动停止运转模式时，控制装置对逆变器进行控制以使得压缩机的目标转速成为最大转速范围。另一方面，在通过模式切换开关选择了连续运转模式时，控制装置对逆变器进行控制以使得压缩机的目标转速成为与库内的设定温度和库内温度的差对应的转速。

由此，制冷装置能够在发动停止运转模式时，使发动机的燃料消耗量降低。另一方面，制冷装置通过在连续运转模式时使用逆变器，精细地对压缩机的目标转速进行控制，能够精密地对库内温度进行管理。因此，能够将一般被配置于制冷循环的压缩机的上游侧的吸入节流阀废除，或者将像上述的专利文献1所记载的设置于压缩机的卸载机构废除。