ハイブリッド冷凍車
【課題】冷凍コンテナ内の低温状態を維持することができるハイブリッド冷凍車を提供する。
【解決手段】圧縮式冷凍機３０とＣＨＰ１を備え、運転モードとして、エンジンの排気熱によって反応器３内の反応材５を加熱してこれを再生する蓄熱モードと、エンジン停止時に凝縮蒸発器４において凝縮した水を蒸発させて冷凍コンテナ１０１を冷却する冷却モードと、を備えるハイブリッド冷凍車において、反応器３に設けた反応材冷却用熱交換器７と反応器３外に設けた放熱器１３との間で冷媒を循環させる放熱回路１６を設ける。放熱回路１６の復路側ブライン管１４の反応器３の出口近傍に温度センサ２６を設置し、温度センサ２６の検出値に基づき、制御装置２９によって放熱器１３の放熱量を制御する。
【解決手段】圧縮式冷凍機３０とＣＨＰ１を備え、運転モードとして、エンジンの排気熱によって反応器３内の反応材５を加熱してこれを再生する蓄熱モードと、エンジン停止時に凝縮蒸発器４において凝縮した水を蒸発させて冷凍コンテナ１０１を冷却する冷却モードと、を備えるハイブリッド冷凍車において、反応器３に設けた反応材冷却用熱交換器７と反応器３外に設けた放熱器１３との間で冷媒を循環させる放熱回路１６を設ける。放熱回路１６の復路側ブライン管１４の反応器３の出口近傍に温度センサ２６を設置し、温度センサ２６の検出値に基づき、制御装置２９によって放熱器１３の放熱量を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンによって駆動される圧縮式冷凍機とエンジンの排気ガスを熱源として動作するケミカルヒートポンプを備えたハイブリッド冷凍車に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍車は、一般的にエンジンによって駆動される圧縮式冷凍機（機械式冷凍機）を備えて、冷凍コンテナ内に収容した冷凍品を所定の低温状態を保った状態で配送できるようになっている。
【０００３】
また、冷凍車には、たとえば特許文献１に開示されるように、エンジンによって駆動される圧縮式冷凍機と、エンジンの排気ガスを熱源として動作するケミカルヒートポンプ（以下、「ＣＨＰ」と略称する）と、を搭載したハイブリッド冷凍車がある。
【０００４】
このハイブリッド冷凍車は、潜熱蓄熱材として可逆的な化学変化を利用して熱エネルギーを化学反応の形で蓄えることが可能な化学蓄熱材を用いてあり、これにより、軽量化を図りつつＣＨＰのエネルギー効率を高めて冷凍車の冷凍能力を高めることができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１１１５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、近年では環境問題や燃費等の点から車両の停車中はエンジンを停止するアイドリングストップが強く求められる傾向にある。このため、エンジンが停止される停車中は圧縮式冷凍機の運転が停止されることにより、冷凍コンテナ内を低温状態に維持することができないという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる従来の問題に鑑みて、冷凍コンテナ内の低温状態の維持を図ることができるハイブリッド冷凍車を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために本発明のハイブリッド冷凍車は、エンジンによって駆動される圧縮式冷凍機とエンジンの排気ガスを熱源として動作するケミカルヒートポンプを備え、前記ケミカルヒートポンプを、反応材が充填された反応器と、該反応器において前記反応材の加熱によって発生した水蒸気を凝縮させ且つ凝縮した水を蒸発させる凝縮蒸発器と、該凝縮蒸発器と冷凍コンテナとの間で熱交換を行うブラインを循環させるブライン循環回路を含んで構成し、運転モードとして、エンジン稼働時に排気熱によつて前記反応材を加熱して再生する蓄熱モードと、エンジン停止時に前記凝縮蒸発器において凝縮した水を蒸発させて前記冷凍コンテナを冷却する冷却モードと、を備える。
【０００９】
前記反応器に、前記反応材を冷却するための反応材冷却用熱交換器を設けるとともに前記反応器外に放熱器を設け、前記反応材冷却用熱交換器と前記放熱器との間で冷媒を循環させる放熱回路を設け、該放熱回路は、前記反応材に当接するとともに前記反応器から前記放熱器に向かう復路側ブライン管を有し、前記復路側ブライン管における反応器出口近傍に温度センサを復路側ブライン管に当接させた状態で配設するとともに、前記温度センサの検出値に基づいて前記放熱器の放熱量を制御する制御装置を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
かかる構成により本発明のハイブリッド冷凍車によれば、放熱回路に冷媒を循環させることにより、反応器に充填した反応材の熱を放熱器によって放熱させて反応材を冷却できる。このとき、放熱回路の復路側ブライン管の反応器出口近傍に設けた温度センサによって反応器内の反応材の温度を間接的に検出でき、エンジンが停止された場合などにあって反応材の温度が設定値以下になった場合に、制御装置によって放熱器の放熱量を制御することにより、反応材の温度が低下し過ぎるのを抑えることができる。
【００１１】
したがって、エンジンが再稼働されて蓄熱モードとなった時に、反応材の温度が低くなり過ぎていないので、反応材による化学反応の立上りを早めることができる。これにより、アイドリングストップのようにエンジンの稼働と停止とが繰り返される場合にあっても、冷凍コンテナ内の低温状態の維持能力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明に係るハイブリッド冷凍車の概略構成を示す側面図である。
【図２】図２は、本発明に係るハイブリッド冷凍車のエンジン稼働時におけるＣＨＰの蓄熱モード状態を示す構成図である。
【図３】図３は、本発明に係るハイブリッド冷凍車のエンジン停止時におけるＣＨＰの冷却モード状態を示す構成図である。
【図４】図４は、本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの作動状態を示し、（ａ）は車両始動後に運転モードを選択するまでの手順を示すフローチャート、（ｂ）は車両停止までの手順を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの動作原理を示し、（ａ）は蓄熱モード時の説明図、（ｂ）は冷却モード時の説明図である。
【図６】図６は、本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの蓄熱モード時の制御手順を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの冷却モード時の制御手順を示すフローチャートである。
【図８】図８は、本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの蓄熱モード時の凝縮蒸発器入口と凝縮蒸発器出口の温度の経時変化をグラフで示す説明図である。
【図９】図９は、本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの冷却モード時の凝縮蒸発器入口と凝縮蒸発器出口の温度の経時変化をグラフで示す説明図である。
【図１０】図１０は、本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの蓄熱モードと冷却モードにおけるバルブの開閉制御とポンプの運転制御を表形式で示す説明図である。
【図１１】図１１は、本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの水和反応時の設定温度と脱水反応時の反応材温度の時間変化をグラフで示す説明図である。
【図１２】図１２は、本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの水和反応時の設定温度と脱水反応後の再水和反応時の積算冷却量（総蓄熱量）の時間変化をグラフで示す説明図である。
【図１３】図１３は、図１２に示す各設定温度に対する積算連熱量の結果を表形式で示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明に係るハイブリッド冷凍車の概略構成を示す側面図である。図示のハイブリッド冷凍車１００は、冷凍コンテナ１０１内に収容された不図示の冷凍品を配送するもの。冷凍コンテナ１０１内を所定の低温状態に保持するための手段として、エンジン５０によって駆動される圧縮式冷凍機３０とエンジン５０から車両後方に延びる排気管５１を流れる排気ガスを熱源として動作するＣＨＰ（ケミカルヒートポンプ）１を備えている。尚、排気管５１の途中には、排気ガスを浄化するための触媒コンバータ５２が設けられている。
【００１５】
圧縮式冷凍機３０は、主要構成要素として圧縮機３１、凝縮器３２、減圧器としての膨張弁３３、蒸発器３４を含んで構成されており、ＣＨＰ１は、主要構成要素として冷凍コンテナ１０１内に設置された熱交換器２と冷凍コンテナ１０１外に設置された反応器３、凝縮蒸発器４、排気熱取得部８、放熱器１３、コントローラ２５を含んで構成されている。
【００１６】
圧縮式冷凍機３０は、エンジン５０によって駆動される圧縮機３１、凝縮器３２、膨張弁３３および蒸発器３４を冷媒配管３５によって直列に接続して構成されている。エンジン５０が運転されているときには、この圧縮式冷凍機３０によって冷凍コンテナ１０１内が冷却されて所定の低温状態に保たれる。
【００１７】
即ち、エンジン５０によって駆動される圧縮機３１によって圧縮された高圧のガス冷媒が凝縮器３２での放熱によって液化して液冷媒となり、この高圧の液冷媒が膨張弁３３を通過することによって膨張して減圧される。この後、減圧によって沸点が下がった低圧の液冷媒が蒸発器３４において蒸発し、このときの蒸発潜熱が冷凍コンテナ１０１内から奪われることによって冷凍コンテナ１０１内が冷却される。
【００１８】
次に、図２および図３に示すように、ＣＨＰ１の詳細な構成は、熱交換器２と反応器３と凝縮蒸発器４を含んで構成されている。内部が真空に保持された反応器３内には、ＣａＳＯ４等を粒子状にした反応材５が充填されるとともに、反応材５を排気熱によって加熱して再生するための反応材加熱用熱交換器６と、再生された反応材５を放熱によって冷却するための反応材冷却用熱交換器７が設けられている。尚、反応材加熱用熱交換器６と反応材冷却用熱交換器７は、説明の便宜上から図中では独立したように図示されているが、実際は両熱交換器６、７の流路を交互に組み合わせ一体化し、反応材５全体を一様に加熱または冷却できるような構造となっている。
【００１９】
また、図１に示すエンジン５０から延びる排気管５１の途中には、排気ガスから熱を受け取る排気熱取得部８が設けられており、この排気熱取得部８と反応器３内に設置された反応材加熱用熱交換器６とは作動液配管９、１０によって接続されてループ式のヒートパイプ１１を構成している。このヒートパイプ１１には作動液が収容されており、一方の作動液配管９には圧カセンサ１２が設けられ、他方の作動液配管１０にはバルブＶ１が設けられている。
【００２０】
ところで、反応器３の外部には放熱器１３が設置されており、この放熱器１３と反応器３内に設けられた反応材冷却用熱交換器７とは、往路としての往路側ブライン管１５および復路としての復路側ブライン管１４によって接続されて、閉ループ状の放熱回路１６が構成されている。前記復路側ブライン管１４は、往路側ブライン管１５よりも上側に配置されている。前記放熱回路１６には、冷媒としての冷却水が循環されるようになっており、往路側ブライン管１５には、冷却水を循環させるためのポンプＰ１が設けられている。放熱器１３は、放熱回路１６に接続される放熱側熱交換器１３ａと、モータ１３ｂで駆動される放熱ファン１３ｃとを備えて構成される。
【００２１】
ここで本実施形態では、反応器３から放熱器１３に向かう復路側ブライン管１４における反応器３の出口近傍の部位に温度センサ２６を設置してある。この温度センサ２６は、復路側ブライン管１４に当接して設けられているため、復路側ブライン管１４の温度を測定することができる。なお、復路側ブライン管１４は、反応器３の内部における反応材５にも接しているため、復路側ブライン管１４における反応器３の出口近傍の温度は、反応材５の温度に近似している。従って、温度センサ２６で測定された温度は、反応材５の温度とほぼ同一であり、温度センサ２６によって反応材５の温度を間接的に測定することができる。
【００２２】
また、往路側ブライン管１５には、反応器３と放熱器１３との間に蓄熱モード時に閉じられるバルブＶ３を設けてあり、特に、本実施形態では、バルブＶ３はポンプＰ１の下流側（反応器３側）に設けてある。
【００２３】
そして、復路側ブライン管１４には、反応材冷却用熱交換器７の冷却水のオーバーフロー部２７を分岐させてある。このオーバーフロー部２７は、復路側ブライン管１４に接続した分岐管２７ａと、この分岐管２７ａから排出された冷却水を貯留するタンク２７ｂと、を備えて構成されている。
【００２４】
また、前記温度センサ２６には、配線２８を介して制御装置２９が接続されている。この制御装置２９は、温度センサ２６で間接的に検出した反応材５の温度に応じた検出信号に基づいて、放熱器１３のモータ１３ｂおよび放熱ファン１３ｃをＯＮ・ＯＦＦ（運転・停止）させるように構成されている。また、前記制御装置２９は、前記バルブＶ３にも接続されており、前記制御装置２９の信号によってバルブＶ３が開閉可能に構成されている。
【００２５】
また、凝縮蒸発器４は、反応器３と同様に内部が真空に保持されており、この凝縮蒸発器４と反応器３とは連通パイプ１７によって互いに連通されており、連通パイプ１７にはバルブＶ２が設けられている。また、凝縮蒸発器４の内部には熱交換器１８が設けられており、この熱交換器１８と冷凍コンテナ１０１内に設置された熱交換器２とは、ブライン（本実施形態では、不凍液）を循環させるためのブライン配管１９、２１→２０によって接続され、これらは閉ループ状のブライン循環回路２１を構成している。
【００２６】
そして、前記ブライン循環回路２１の一部を構成する一方のブライン管１９の凝縮蒸発器４への入口には温度センサ２２が設けられている。また、他方のブライン管２０の凝縮蒸発器４の出口には温度センサ２３が設けられており、ブライン管２０の温度センサ２３の下流側にはブラインを循環させるためのポンプＰ２が設けられている。
【００２７】
更に、凝縮蒸発器４の底部からは水滴下パイプ２４が導出しており、この水滴下パイプ２４は、垂直上方に立ち上がった後、凝縮蒸発器４内の上部に水平に挿入されて熱交換器１８の上方に位置しており、その凝縮蒸発器４内の上方に位置する水平部分には水を滴下するための複数の不図示のノズルが形成されている。
【００２８】
また、本実施形態に係るＣＨＰ１には、コントローラ２５が設けられており、このコントローラ２５には圧カセンサ１２と温度センサ２２、２３およびバルブＶ１、Ｖ２が電気的に接続されている。さらに、制御手段２９にも接続され、各モードに応じて制御手段２９を制御する。
【００２９】
コントローラ２５は、圧カセンサ１２によって検出される冷媒圧力によってバルブＶ１の開閉を制御するとともに、温度センサ２２、２３によって検出されるブラインの凝縮蒸発器４への入口温度Ｔ１と凝縮蒸発器４からの出口温度Ｔ２との差△Ｔ（｜Ｔ１−Ｔ２｜）に基づいて反応器３の蓄熱終了時期と水和の終了時期を判断し、ポンプＰ１、Ｐ３を駆動制御するとともに、バルブＶ２の開閉を制御する。
【００３０】
ところで、以上のように構成された本実施形態に係るＣＨＰ１は、運転モードとして蓄熱モードと冷却モードを備えているが、運転モードを選択するまでの手順を図４（ａ）に示すフローチャートに従って以下に説明する。尚、本実施形態に係るハイブリッド冷凍車１００にはＣＨＰ１を運転するための不図示の運転スイッチが設けられている。
【００３１】
すなわち、ハイブリッド冷凍車（車両）１００が始動すると（ステップＳ１）、不図示の運転スイッチのＯＮ／ＯＦＦが判定され（ステップＳ２）、運転スイッチがＯＮされるとポンプＰ２が運転されてブライン循環回路２１をブラインが循環する（ステップＳ３）。
【００３２】
次に、運転モードが判断され（ステップＳ４）、蓄熱モードが選択されると蓄熱モードが実行され（ステップＳ５）、冷却モードが選択されると冷却モードが実行される（ステップＳ６）。
【００３３】
また、図４（ｂ）に示すように、ハイブリッド冷凍車１００が停止される（ステップＳ７）場合は、運転スイッチのＯＦＦによってポンプＰ２が停止され（ステップＳ８）、ＣＨＰ１の運転が停止されるとともに、車両が停止される（ステップＳ９）。
【００３４】
次に、本実施形態に係るＣＨＰ１の蓄熱モード時と冷却モード時の動作を図５〜図１０を参照しながら以下に説明する。
【００３５】
[蓄熱モード時の動作]
蓄熱モード（図２参照）は、ハイブリッド冷凍車１００が走行しているとき（エンジン５０が駆動されているとき）に排気熱によって反応器３内の反応材５を加熱してこれを再生するモードである。エンジン５０が駆動されているときには、圧縮機３１がエンジン５０によって駆動され、冷凍コンテナ１０１内は圧縮式冷凍機３０の作用によって冷却され、冷凍コンテナ１０１内は所定の低温状態に保持されている。尚、蓄熱モード開始時においては、反応器３内の反応材５は前の冷却モード時における水和反応によって水と反応している状態（水和物）にあるものとする。
【００３６】
蓄熱モードは、ハイブリッド冷凍車１００が走行していてエンジン５０が作動している状態において実行され（図６のステップＳ１１）、先ず、蓄熱開始時には図１０に示すように、閉状態にあったバルブＶ１が開かれ（ステップＳ１２）、ポンプＰ２は継続して運転されてブラインはブライン循環回路２１を循環している。また、閉状態にあったバルブＶ２は開かれて反応器３と凝縮蒸発器４が連通され（ステップＳ１３）、ポンプＰ１、Ｐ３は共に停止状態となる。
【００３７】
したがって、ポンプＰ１の停止により放熱回路１６を介して反応材５が放熱器１３によって冷却されないようになっており、また、ポンプＰ３の停止により水滴下パイプ２４には凝縮蒸発器４内の水が送られないようになっている。このとき、バルブＶ３は閉状態となっている（ステップＳ１４）。そして、蓄熱が開始されると、圧カセンサ１２によってヒートパイプ１１を循環する作動液の圧力を計測しつつ、バルブＶ１の制御を行った（ステップＳ１５）後に、蓄熱が終了されるか否かが判断される（ステップＳ１６）。
【００３８】
このときのバルブＶ１の制御は、たとえば、コントローラ２５で圧カセンサ１２によって検出されるヒートパイプ１１の作動液圧力が０.８ＭＰａ以上であるか否かを判定し、作動液圧力が０.８ＭＰａ未満である場合には、次に作動液圧力が０．６ＭＰａ以下であるか否かを判定する。そして、作動液圧力が０．６ＭＰａ以下でない場合（つまり、作動液圧力が０．６ＭＰａ〜０．８ＭＰａの範囲内にあるとき）には、温度センサ２２、２３によってブライン循環回路２１を循環するブラインの凝縮蒸発器４への入口温度Ｔ１と凝縮蒸発器４からの出口温度Ｔ２とを計測し、両者の差△Ｔ（｜Ｔ１−Ｔ２｜）が１ｄｅｇ以上であるか否かを判断する。
【００３９】
前記温度差△Ｔが１ｄｅｇ以上である場合には、バルブＶ１とＶ２の開状態が共に維持され、ポンプＰ２は継続して運転され、ポンプＰ１、Ｐ３は共に停止状態となる。すると、エンジン５０（図１参照）から排出される排気ガスは排気管５１内を図２の矢印方向に流れるが、その熱（排気熱）はヒートパイプ１１の排気熱取得部８において作動液に与えられ、この排気熱によって作動液が蒸発して高温のガス状の作動液となる。そして、この高温のガス状の作動液は反応器３内の反応材加熱用熱交換器６を流れる過程で反応材５を加熱し、反応材５に水和されていた水分を水蒸気として分離（脱水反応）して反応材５を再生する。このときの反応材５の化学反応は次式にて表される（図５（ａ）参照）。
【００４０】
２ＣａＳＯ４・Ｈ２Ｏ（Ｓ）＋３３.６ｋＪ／ｍｏｌ
→ ２ＣａＳＯ４＋Ｈ２Ｏ（ｇ）…（１）
尚、上式（１）において２ＣａＳＯ４・Ｈ２Ｏ（Ｓ）は硫酸カルシウム水和物（固体）、Ｈ２Ｏ（ｇ）は水蒸気（気体）を示す。また、図５（ａ）においては、２ＣａＳＯ４をＭ、反応熱３３.６ｋＪ／ｍｏｌをＱＨと表示している。
【００４１】
即ち、水と水和した反応材（２ＣａＳＯ４・Ｈ２Ｏ（Ｓ））５は排気熱からＱＨ（＝３３．６ｋＪ／ｍｏｌ）の熱を受けて水（Ｈ２Ｏ）を水蒸気（Ｈ２Ｏ（ｇ））として分離し、反応材５をＣａＳＯ４として再生する。
【００４２】
他方、反応器３内の反応材加熱用熱交換器６において反応材５の加熱に供されたガス状の作動液は、熱の放出によって凝縮して液状の作動液となり、重力によって排気熱取得部８へと送られる。そして、排気ガスによって加熱されて蒸発し、以後は前述した反応を繰り返しながらヒートパイプ１１を循環しながら反応器３内の反応材５の再生に供される。
【００４３】
そして、反応器３内において反応材５から分離された水蒸気は、反応器３の内圧と凝縮蒸発器４の内圧との差によって図２に矢印にて示すように連通パイプ１７を通って凝縮蒸発器４へと導入されたのち、この凝縮蒸発器４において冷却されて凝縮し、水（液体）となる。このときの水の状態変化は次式にて表される（図５（ａ）参照）。
【００４４】
Ｈ２Ｏ（ｇ）→ Ｈ２Ｏ（ｌ）＋４１．７ｋＪ／ｍｏｌ … （２）
尚、上式（２）においてＨ２Ｏ（ｌ）は水（液体）を示す。また、図５（ａ）においては、水蒸気の凝縮熱４１．７ｋＪ／ｍｏｌをＱLと表示している。
【００４５】
蓄熱モードにおいては、以上の作用が繰り返されて反応器３内の反応材５が排気熱によって加熱されて再生されるが、凝縮蒸発器４内の温度は水蒸気の凝縮熱ＱLによって上昇するため、図８に示すように、ブライン循環回路１１→２１を循環するブラインは熱交換器１８において凝縮熱ＱLによって加熱されてその温度が上昇し、温度センサ２３によって検出される出口温度Ｔ２は入口温度Ｔ１よりも高くなる（Ｔ２＞Ｔ１）。このとき、凝縮蒸発器４内の熱交換器１８において水との熱交換によって受熱して温度が高くなつたブラインは、冷凍コンテナ１０１内に設置された熱交換器２において冷凍コンテナ１０１内に放熱し、凝縮蒸発器４において発生した凝縮熱ＱLは冷凍コンテナ１０１において回収される。
【００４６】
蓄熱モードにおいて排気熱によって反応材５が再生されると、ブライン循環回路２１を循環するブラインの温度センサ２３によって検出される温度（凝縮蒸発器４からの出口温度）Ｔ２は、図８に示すように次第に上昇し、温度センサ２２によって検出される温度（凝縮蒸発器４への入口温度）Ｔ１との差△Ｔ（＝Ｔ２−Ｔ１）が大きくなるが、反応材５の再生が進むに連れてブラインの出口温度Ｔ２が次第に低下するため、温度差△Ｔが徐々に小さくなってゆく。そして、反応材５の再生が終了すると、温度差△Ｔは殆ど０ｄｅｇとなる。
【００４７】
従って、本実施形態では、コントローラ２５は、温度センサ２２、２３によって検出されるブラインの温度（凝縮蒸発器４の入口と出口の温度）Ｔ１、Ｔ２の差△Ｔが所定値（本実施形態では１ｄｅｇ）未満となった時点で反応器３での蓄熱（反応材５の再生）が終了したものと判断するようにしている。このようにすることによって、走行時間や排気温度が不安定であっても、蓄熱モード時の反応器３の蓄熱終了時期を正確に判断することができ、反応材５の過熱による変質を防ぐことができる。尚、本実施形態では、蓄熱開始から終了までの時間（蓄熱時間）Ｔ１（図８参照）は２０分程度であつた。
【００４８】
以上のようにして、図６のステップＳ１６によって反応器３での蓄熱の終了が判定（ＹＥＳ）されると、図１０に示すように、バルブＶ１を閉じてヒートパイプ１１における作動液の循環を停止させて反応材５の排気熱による加熱を停止する（ステップ１７）とともに、バルブＶ２を閉じて反応器３と凝縮蒸発器４との連通を遮断し（ステップＳ１８）、更に、バルブＶ３を開いて放熱回路１６を連通させる（ステップＳ１９）。また、同時にポンプＰ１を運転し（ステップＳ２０）、放熱回路１６に冷却水を循環させて、反応器３内の反応材冷却用熱交換器７において反応材５と冷却水との間で熱交換を行わせ、反応材５の熱を冷却水によって放熱器１３へと導き、この放熱器１３によって放熱させる。この作用を繰り返すことによって反応材５が冷却され、反応材５は次の冷却モードにおける水和反応に備えられる。
【００４９】
次に、運転スイッチのＯＮ／ＯＦＦが判定され（ステップＳ２１）、運転スイッチがＯＮである場合には後述の冷却モードが実行され（ステップＳ２２）、運転スイッチがＯＦＦである場合にはポンプＰ１が停止されるとともに（ステップＳ２３）、バルブＶ３が閉じられて（ステップＳ２４）、放熱回路１６における冷却水の循環が停止された後、車両が停止される（ステップＳ２５）。
【００５０】
なお、このように車両が停止されると、ポンプＰ２も停止されてブライン循環回路２１におけるブラインの循環も停止され、ハイブリッド冷凍車（車両）１００のＣＨＰ１の運転が停止されることになる。
【００５１】
ところで、蓄熱モードにおいて、ヒートパイプ１１を状態変化しながら循環する作動液の圧力が上昇し、圧カセンサ１２によって検出されるガス状の作動液の圧力が設定値（本実施形態では、０．８ＭＰａ）以上となると、コントローラ２５は、バルブＶ１を閉じて作動液の循環を停止させ、作動液圧力の異常な上昇を防ぐとともに、排気熱による反応材５の加熱を中止し、反応材５の過熱による劣化を防ぐようにしている。
【００５２】
また、作動液圧力が０．８ＭＰａ以上に上昇したためにバルブＶ１を閉じた後、作動液圧力が０．６ＭＰａ以下に下がるとバルブＶ１を開け、ヒートパイプ１１に作動液を循環させる。
【００５３】
次に、冷却モード時のＣＨＰ１の動作について説明する。
【００５４】
[冷却モード時の動作]
冷却モード（図３参照）は、ハイブリッド冷凍車１００が停車し、アイドリングストップによってエンジン５０も停止したときに実行されるモードである。この冷却モードにおいては、前の蓄熱モードにおいて排気熱によって再生された反応材５の水和反応によって、凝縮蒸発器４において蒸発した水蒸気が反応材５と水和され、凝縮蒸発器４における水の蒸発に伴う蒸発潜熱によってブラインが冷却され、冷却されたブラインによって冷凍コンテナ１０１内が冷却される。
【００５５】
具体的には、図７のフローチャートに示すように、ハイブリッド冷凍車（車両）１００が停車して冷却が開始されると（ステップＳ３１）、図１０に示すように、バルブＶ１は閉じられたままで、ヒートパイプ１１における作動液の循環は停止して排気熱による反応材５の加熱は行われず、バルブＶ２が開かれて反応器３と凝縮蒸発器４は連通パイプ１７を介して互いに連通される（ステップＳ３２）。また、バルブＶ３が開かれた状態でポンプＰ１およびＰ２が継続して運転されている。このために、冷却水は放熱回路１６を循環して反応材５を冷却するとともに、ブラインはブライン循環回路２１を循環して冷凍コンテナ１０１内を冷却しているが、水和の開始と同時にポンプＰ３が運転される（ステップＳ３３）。
【００５６】
ポンプＰ３が運転されると、凝縮蒸発器４内に貯留されている水が水滴下パイプ２４に送られ、この水滴下パイプ２４の凝縮蒸発器４内に臨む水平部分に形成された不図示のノズルから水が図３に示すように熱交換器１８へと滴下される。すると、熱交換器１８に滴下された水は、熱交換器１８を通過するブラインから蒸発熱を奪って蒸発し、蒸発熱を奪われたブラインは冷却されて温度が下がる。このときの水の状態変化は次式にて表される（図５（ｂ）参照）。
【００５７】
Ｈ２Ｏ（ｌ）＋４１．７ｋＪ／ｍｏｌ→ Ｈ２Ｏ（ｇ） … （３）
尚、図５（ｂ）においては、水の蒸発熱４１．７ｋＪ／ｍｏｌをＱLと表示している。
【００５８】
前述のように凝縮蒸発器４における水の蒸発によって発生した水蒸気は、反応器３の内圧と凝縮蒸発器４の内圧との差によって図３に矢印にて示すように連通パイプ１７を通って反応器３内へと導入される。そして、反応器３内に導入された水蒸気は次式に示す化学反応（水和反応）によって反応材５と水和される（図５（ｂ）参照）。
【００５９】
２ＣａＳＯ４＋Ｈ２Ｏ（ｇ）
→２ＣａＳＯ４ ・Ｈ２Ｏ（Ｓ）＋３３.６ｋＪ／ｍｏｌ … （４）
尚、図５においては反応熱３３．６ｋＪ／ｍｏｌをＱＨと表示している。
【００６０】
即ち、反応材（ＣａＳＯ４）５は水蒸気（Ｈ２Ｏ（ｇ））を水和することによって化合物２ＣａＳＯ４・Ｈ２Ｏ（Ｓ）に変化し、そのとき反応熱ＱＨ（＝３３.６ｋＪ／ｍｏｌ）を発生する。このとき、ポンプＰ１は運転されて放熱回路１６を冷却水が循環する状態にあり、反応熱ＱＨは放熱器１３によって放熱される。
【００６１】
而して、冷却モードにおいては、以上の作用が繰り返されてブライン循環回路２１を循環するブラインが凝縮蒸発器４における水の蒸発によって冷却され、冷却されたブラインは図３に矢印にて示すようにブライン配管１９を通って冷凍コンテナ１０１内に設置された熱交換器２へと導かれる。すると、熱交換器２からは冷風が冷凍コンテナ１０１内に導入されるため、この冷風によって冷凍コンテナ１０１内が所定の低温状態に保たれる。
【００６２】
そして、熱交換器２における冷凍コンテナ１０１内の空気との熱交換によって暖められたブラインは、ブライン配管２０を図３に矢印にて示すように流れて凝縮蒸発器４内の熱交換器１８へと導かれ、この熱交換器１８を通過する過程で蒸発熱を奪われて冷却され、その後は以上と同様の作用を繰り返して冷凍コンテナ１０１内を冷却する。
【００６３】
このように、冷却モードにおいてブラインが凝縮蒸発器４における水の蒸発によって蒸発熱を奪われて冷却されると、温度センサ２３によって検出される温度（凝縮蒸発器４からの出口温度）Ｔ２は、図９に示すように次第に低下し、温度センサ２２によって検出される温度（凝縮蒸発器４への入口温度）Ｔ１との差△Ｔ（＝Ｔ１−Ｔ２）が大きくなるが、反応材５の水和反応が進むに連れてブラインの出口温度Ｔ２が次第に上昇するため、温度差△Ｔが徐々に小さくなってゆく。そして、反応材５の水和が終了すると、温度差△Ｔは０ｄｅｇとなる。
【００６４】
従って、本実施形態では、ブライン循環回路２１を循環するブラインの温度が温度センサ２２、２３によって計測されると、コントローラ２５は、温度センサ２２、２３によって計測されるブラインの温度（凝縮蒸発器４の入口と出口の温度） Ｔ１、Ｔ２の差△Ｔが０ｄｅｇ以上であるか否かを判定し、温度差△Ｔが０ｄｅｇ以上である場合には冷却作用が繰り返され、温度差△Ｔが０ｄｅｇ未満となると、その時点で反応器３での反応材５の水和が終了したものと判断するようにしている。尚、本実施形態では、水和開始から終了までの時間（水和時間）Ｔ２（図９参照）は１５分程度であつた。
【００６５】
ところで、本実施形態では、放熱器１３によって反応熱ＱＨを放熱する際に、放熱器１３では、モータ１３ｂが駆動されて放熱ファン１３ｃが運転（回転）されており（ステップＳ３４）、このとき、温度センサ２６によって反応材５の温度が間接的に計測される（ステップＳ３５）。次に、この温度センサ２６の計測値が設定温度（本実施形態では４５゜Ｃ）以上であるか否かを判断し（ステップＳ３６）、ＹＥＳの場合は継続して放熱ファン１３ｃを運転し（ステップＳ３７）、ＮＯの場合は反応材５のそれ以上の温度低下を抑えるために放熱ファン１３ｃを停止する（ステップＳ３８）。
【００６６】
そして、反応材５の冷却が終了したか否かを判断して（ステップＳ３９）、冷却が継続されている場合（ＮＯ）はステップＳ３５にリターンし、冷却が終了している場合（ＹＥＳ）、つまり、反応器３での反応材５の水和の終了が判定されると、図１０に示すように、バルブＶ２を閉じて反応器３と凝縮蒸発器４との連通を遮断する（ステップＳ４０）。また、同時にポンプＰ１の運転を停止して放熱回路１６における冷却水の循環を停止する（ステップＳ４１）とともに、バルブＶ３を閉じて放熱回路１６を完全に遮断する（ステップＳ４２）。更に、この放熱回路１６の遮断に伴って放熱ファン１３ｃの運転を停止する（ステップＳ４３）。これにより、反応材５は前記設定温度（４５゜Ｃ）が維持されることになる。なお、設定温度は、冷凍コンテナ１０１の容量や必要な冷凍温度、または外気温が異なる寒冷地域や温暖地域などの外的要因に応じた最適な温度を設定することができる。
【００６７】
また、放熱回路１６の遮断とともに、ポンプＰ３の運転を停止して水滴下パイプ２４からの水の滴下を停止（ステップＳ４４）した後、運転スイッチのＯＮ／ＯＦＦが判定される（ステップＳ４５）。運転スイッチがＯＮである場合には前述の蓄熱モードが実行される（ステップＳ４６）一方、運転スイッチがＯＦＦである場合にはハイブリッド冷凍車（車両）１００のＣＨＰ１の運転（ブライン循環回路２１のブラインの循環）が停止される（ステップＳ４７）。
【００６８】
以上のように、本実施形態に係るハイブリッド冷凍車１００によれば、走行時間や排気温度が不安定であっても、冷凍コンテナ１０１とＣＨＰ１の凝縮蒸発器４との間で熱交換を行わせるためのブライン循環回路２１の凝縮蒸発器４の入口と出口にそれぞれ設けられた温度センサ２２、２３によって検出される温度Ｔ１、Ｔ２の差△Ｔによって蓄熱モード時の反応器３の蓄熱終了時期を正確に判断することができるため、反応材５の過熱による変質を防いでアイドリングストップ時の冷却モードを効率良く安定して行うことができる。
【００６９】
そして、温度センサ２２、２３によって検出されるブラインの凝縮蒸発器４の入口と出口の温度Ｔ１、Ｔ２の差△Ｔが所定値未満となったときに冷却モード時の反応器３における水和反応が終了したものと判断するようにしたため、冷却モードの終了時期を常に正確に検出することができる。
【００７０】
また、エンジン５０から排出される排気ガスから熱を受け取る排気熱取得部８とこの排気熱取得部８によって受け取った排気熱によってＣＨＰ１の反応器３内の反応材５を加熱する反応材加熱用熱交換器６を含んでループを構成するヒートパイプ１１において、圧カセンサ１２によって検出される蓄熱モード時の作動液圧力が設定値（０.８ＭＰａ）を超えたときにバルブＶ１を閉じて作動液の循環を停止するようにしたため、作動液圧力の異常な上昇を防いでヒートパイプ１１を保護することができるとともに、反応器３の蓄熱を適正に行って反応材５の過熱を防ぐことができる。
【００７１】
更に、反応器３外に設置された放熱器１３と反応器３に設けられた反応材冷却用熱交換器７を含んで構成された放熱回路１６に冷却水を循環させるポンプＰ１を設け、反応器３の蓄熱が終了したときにポンプＰ１を運転して蓄熱が完了した後の反応材５を放熱によって冷却するようにしたため、蓄熱モードから次の冷却モードヘの切り替えが短時間で行われ、冷却開始が早められてアイドリングストップ時の冷却を早期に効率良く行うことができる。
【００７２】
更にまた、冷却モード時にポンプＰ３を運転して凝縮蒸発器４内の水をノズルから熱交換器１８に滴下させて蒸発させ、ブライン循環回路２１を循環するブラインから蒸発潜熱を奪ってブラインを冷却するようにしたため、このブラインによって冷凍コンテナ１０１内を効率良く冷却することができるという効果も得られる。
【００７３】
ところで、本実施形態では、前述したように、放熱回路１６の復路側ブライン管１４の反応器出口近傍に設けた温度センサ２６によって反応器３内の反応材５の温度を間接的に検出できるようになっている。そして、エンジン５０が停止されて反応材５の温度が設定値以下になった場合に、反応材５を冷却していた放熱器１３の放熱ファン１３ｃをＯＮ・ＯＦＦ制御して、反応材５が設定温度（４５゜Ｃ）以下に冷却されるのを抑えるようになっている。
【００７４】
したがって、エンジン５０が再稼働されて蓄熱モードとなった時に、反応材５の温度が低くなり過ぎていないので、反応材５による化学反応の立上りを早めることができる。これにより、アイドリングストップのようにエンジン５０の稼働と停止とが繰り返される場合にあっても、冷凍コンテナ１０１内の低温状態の維持能力を高めることができる。
【００７５】
また、往路側ブライン管１５における反応器３と放熱器１３との間にバルブＶ３を設けて、蓄熱モード時にバルブＶ３が閉じて放熱回路１６を冷却水が通過するのを遮断し、反応材冷却用熱交換器７内の冷却水は、ヒートパイプ１１より得られた熱により気化し残りの冷却水を反応材冷却用熱交換器７から排除し、排除された冷却水は放熱回路１４から追い出されてタンク２７ｂ内に収容されるため、反応材５の熱が冷却水の対流により放熱器１３によって放熱されてしまうのを防止できる。これにより、蓄熱モード時に排気熱取得部８より得た熱を効率良く反応材５に与えることができるため、反応材５の反応速度がより速くなって冷凍コンテナ１０１の冷却能力を更に高めることができる。このことは、図１１および図１２に示した実験結果によってより詳細に理解することができる。
【００７６】
すなわち、図１１は、水和反応時（冷却モード時）の設定温度（放熱ファン１３ｃの制御温度）と蓄熱モードに移行した際の脱水反応時の反応材温度の時間変化を示したもので、横軸に経過時間（分）を示し、縦軸に温度（゜Ｃ）を示してある。図１１中、Ｍ１は設定温度を２０゜Ｃにした場合の反応材５の温度変化、Ｍ２は設定温度を３５゜Ｃにした場合の反応材５の温度変化、Ｍ３は設定温度を４５゜Ｃにした場合の反応材５の温度変化を示す。
【００７７】
図１１に示されるように、設定温度を４５゜Ｃとした場合のＭ３は５分を経過したあたりから急激に立ち上がり、反応材５の温度が２０分に至るまでにほぼ１２０゜Ｃまで到達する。これに対し、設定温度を３５゜Ｃとした場合のＭ２はやや遅れて７分を経過したあたりから急激に立ち上がるのであるが、その到達温度はＭ３には及ばない。また、設定温度を２０゜Ｃとした場合のＭ１は１０分を経過したあたりから徐々に立ち上がり、２０分を経過した時点での到達温度はほぼ１１０゜Ｃとなることが読み取れる。
【００７８】
したがって、蓄熱モードに移行した際の反応材５の設定温度を４５゜Ｃとしておくことが最も効率良い脱水反応（反応材５の再生）を呈することになる。なお、設定温度は反応材５の劣化を防ぐという意味からそれ以上に高く設定するのは好ましくない。
【００７９】
また、図１２は、水和反応時の設定温度と脱水反応後（蓄熱モードを経た後）の再水和反応時の積算冷熱量（総蓄熱量）の時間変化を示したもので、横軸に経過時間（分）を示し、縦軸に積算冷熱量（Ｗｈ）を示してある。すなわち、図１２は、水和反応を１５分行った後、脱水反応を２０分行い、更にその後に水和反応を１５分行った後の総冷熱量を表している。図１２中、Ｈ１は設定温度を２０゜Ｃにした場合、Ｈ２は設定温度を３５゜Ｃにした場合、Ｈ３は設定温度を４０゜Ｃにした場合、Ｈ４は設定温度を４５゜Ｃにした場合をそれぞれ示す。
【００８０】
図１１から明らかなように、積算冷熱量は、最後の水和反応が１５分経過した時点で設定温度が高いＨ４、Ｈ３、Ｈ２、Ｈ１の順に大きくなるのが理解される。このときの積算冷熱量は、図１３に示すように、設定温度が２０゜Ｃの場合は１２０Ｗｈ、３５゜Ｃの場合は１２７Ｗｈ、４０゜Ｃの場合は１４７Ｗｈ、４５゜Ｃの場合は１８４Ｗｈであった。
【００８１】
この場合、水和反応時の設定温度が低いと、本実施形態が目標とする２０分間の脱水反応で十分な反応材の再生が行われず、次の水和反応で冷熱量が不足することになる。このように次ぎの水和反応で冷熱量をより多く確保するためには、図１２および図１３の結果から設定温度を４５゜Ｃに設定することが好ましい。
【００８２】
また、本実施形態では、復路側ブライン管１４よりも下側に配置された往路側ブライン管１５にバルブＶ３を設けたことにより、バルブＶ３を閉じた場合に、反応材冷却用熱交換器７の内部の冷却水は、上側に移動して復路側ブライン管１４から反応器３の外部に排出される。さらに、復路側ブライン管１４に前述のオーバーフロー部２７を設けるためのスペースを十分に確保することができ、ひいては、放熱回路１６の配管レイアウトが容易になる。
【００８３】
尚、以上の実施形態では、反応材５としてＣａＳＯ４を用いたが、Ｃａ（ＯＨ）２（水酸化カルシウム）等、ＣａＳＯ４以外の他の任意のものを使用することができる。また、以上の実施形態では、蓄熱時間Ｔ１は２０分程度、水和時間Ｔ２は１５分程度であったが、これらの時間Ｔ１、Ｔ２は反応器３の大きさ（反応材５の充填量）に依存するものであって、反応器３の大きさを大きくすれば時間Ｔ１、Ｔ２を長くすることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１ ＣＨＰ（ケミカルヒートポンプ）
２１ ブライン循環回路
３ 反応器
４ 凝縮蒸発器
５ 反応材
７ 反応材冷却用熱交換器
１３ 放熱器
１４ 復路側ブライン管
１５ 往路側ブライン管
１６ 放熱回路
２６ 温度センサ
２９ 制御装置
３０ 圧縮式冷凍機
５０ エンジン
１００ ハイブリッド冷凍車
Ｖ３ バルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンによって駆動される圧縮式冷凍機とエンジンの排気ガスを熱源として動作するケミカルヒートポンプを備えたハイブリッド冷凍車に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍車は、一般的にエンジンによって駆動される圧縮式冷凍機（機械式冷凍機）を備えて、冷凍コンテナ内に収容した冷凍品を所定の低温状態を保った状態で配送できるようになっている。
【０００３】
また、冷凍車には、たとえば特許文献１に開示されるように、エンジンによって駆動される圧縮式冷凍機と、エンジンの排気ガスを熱源として動作するケミカルヒートポンプ（以下、「ＣＨＰ」と略称する）と、を搭載したハイブリッド冷凍車がある。
【０００４】
このハイブリッド冷凍車は、潜熱蓄熱材として可逆的な化学変化を利用して熱エネルギーを化学反応の形で蓄えることが可能な化学蓄熱材を用いてあり、これにより、軽量化を図りつつＣＨＰのエネルギー効率を高めて冷凍車の冷凍能力を高めることができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１１１５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、近年では環境問題や燃費等の点から車両の停車中はエンジンを停止するアイドリングストップが強く求められる傾向にある。このため、エンジンが停止される停車中は圧縮式冷凍機の運転が停止されることにより、冷凍コンテナ内を低温状態に維持することができないという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる従来の問題に鑑みて、冷凍コンテナ内の低温状態の維持を図ることができるハイブリッド冷凍車を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために本発明のハイブリッド冷凍車は、エンジンによって駆動される圧縮式冷凍機とエンジンの排気ガスを熱源として動作するケミカルヒートポンプを備え、前記ケミカルヒートポンプを、反応材が充填された反応器と、該反応器において前記反応材の加熱によって発生した水蒸気を凝縮させ且つ凝縮した水を蒸発させる凝縮蒸発器と、該凝縮蒸発器と冷凍コンテナとの間で熱交換を行うブラインを循環させるブライン循環回路を含んで構成し、運転モードとして、エンジン稼働時に排気熱によつて前記反応材を加熱して再生する蓄熱モードと、エンジン停止時に前記凝縮蒸発器において凝縮した水を蒸発させて前記冷凍コンテナを冷却する冷却モードと、を備える。
【０００９】
前記反応器に、前記反応材を冷却するための反応材冷却用熱交換器を設けるとともに前記反応器外に放熱器を設け、前記反応材冷却用熱交換器と前記放熱器との間で冷媒を循環させる放熱回路を設け、該放熱回路は、前記反応材に当接するとともに前記反応器から前記放熱器に向かう復路側ブライン管を有し、前記復路側ブライン管における反応器出口近傍に温度センサを復路側ブライン管に当接させた状態で配設するとともに、前記温度センサの検出値に基づいて前記放熱器の放熱量を制御する制御装置を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
かかる構成により本発明のハイブリッド冷凍車によれば、放熱回路に冷媒を循環させることにより、反応器に充填した反応材の熱を放熱器によって放熱させて反応材を冷却できる。このとき、放熱回路の復路側ブライン管の反応器出口近傍に設けた温度センサによって反応器内の反応材の温度を間接的に検出でき、エンジンが停止された場合などにあって反応材の温度が設定値以下になった場合に、制御装置によって放熱器の放熱量を制御することにより、反応材の温度が低下し過ぎるのを抑えることができる。
【００１１】
したがって、エンジンが再稼働されて蓄熱モードとなった時に、反応材の温度が低くなり過ぎていないので、反応材による化学反応の立上りを早めることができる。これにより、アイドリングストップのようにエンジンの稼働と停止とが繰り返される場合にあっても、冷凍コンテナ内の低温状態の維持能力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明に係るハイブリッド冷凍車の概略構成を示す側面図である。
【図２】図２は、本発明に係るハイブリッド冷凍車のエンジン稼働時におけるＣＨＰの蓄熱モード状態を示す構成図である。
【図３】図３は、本発明に係るハイブリッド冷凍車のエンジン停止時におけるＣＨＰの冷却モード状態を示す構成図である。
【図４】図４は、本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの作動状態を示し、（ａ）は車両始動後に運転モードを選択するまでの手順を示すフローチャート、（ｂ）は車両停止までの手順を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの動作原理を示し、（ａ）は蓄熱モード時の説明図、（ｂ）は冷却モード時の説明図である。
【図６】図６は、本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの蓄熱モード時の制御手順を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの冷却モード時の制御手順を示すフローチャートである。
【図８】図８は、本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの蓄熱モード時の凝縮蒸発器入口と凝縮蒸発器出口の温度の経時変化をグラフで示す説明図である。
【図９】図９は、本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの冷却モード時の凝縮蒸発器入口と凝縮蒸発器出口の温度の経時変化をグラフで示す説明図である。
【図１０】図１０は、本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの蓄熱モードと冷却モードにおけるバルブの開閉制御とポンプの運転制御を表形式で示す説明図である。
【図１１】図１１は、本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの水和反応時の設定温度と脱水反応時の反応材温度の時間変化をグラフで示す説明図である。
【図１２】図１２は、本発明に係るハイブリッド冷凍車のＣＨＰの水和反応時の設定温度と脱水反応後の再水和反応時の積算冷却量（総蓄熱量）の時間変化をグラフで示す説明図である。
【図１３】図１３は、図１２に示す各設定温度に対する積算連熱量の結果を表形式で示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明に係るハイブリッド冷凍車の概略構成を示す側面図である。図示のハイブリッド冷凍車１００は、冷凍コンテナ１０１内に収容された不図示の冷凍品を配送するもの。冷凍コンテナ１０１内を所定の低温状態に保持するための手段として、エンジン５０によって駆動される圧縮式冷凍機３０とエンジン５０から車両後方に延びる排気管５１を流れる排気ガスを熱源として動作するＣＨＰ（ケミカルヒートポンプ）１を備えている。尚、排気管５１の途中には、排気ガスを浄化するための触媒コンバータ５２が設けられている。
【００１５】
圧縮式冷凍機３０は、主要構成要素として圧縮機３１、凝縮器３２、減圧器としての膨張弁３３、蒸発器３４を含んで構成されており、ＣＨＰ１は、主要構成要素として冷凍コンテナ１０１内に設置された熱交換器２と冷凍コンテナ１０１外に設置された反応器３、凝縮蒸発器４、排気熱取得部８、放熱器１３、コントローラ２５を含んで構成されている。
【００１６】
圧縮式冷凍機３０は、エンジン５０によって駆動される圧縮機３１、凝縮器３２、膨張弁３３および蒸発器３４を冷媒配管３５によって直列に接続して構成されている。エンジン５０が運転されているときには、この圧縮式冷凍機３０によって冷凍コンテナ１０１内が冷却されて所定の低温状態に保たれる。
【００１７】
即ち、エンジン５０によって駆動される圧縮機３１によって圧縮された高圧のガス冷媒が凝縮器３２での放熱によって液化して液冷媒となり、この高圧の液冷媒が膨張弁３３を通過することによって膨張して減圧される。この後、減圧によって沸点が下がった低圧の液冷媒が蒸発器３４において蒸発し、このときの蒸発潜熱が冷凍コンテナ１０１内から奪われることによって冷凍コンテナ１０１内が冷却される。
【００１８】
次に、図２および図３に示すように、ＣＨＰ１の詳細な構成は、熱交換器２と反応器３と凝縮蒸発器４を含んで構成されている。内部が真空に保持された反応器３内には、ＣａＳＯ４等を粒子状にした反応材５が充填されるとともに、反応材５を排気熱によって加熱して再生するための反応材加熱用熱交換器６と、再生された反応材５を放熱によって冷却するための反応材冷却用熱交換器７が設けられている。尚、反応材加熱用熱交換器６と反応材冷却用熱交換器７は、説明の便宜上から図中では独立したように図示されているが、実際は両熱交換器６、７の流路を交互に組み合わせ一体化し、反応材５全体を一様に加熱または冷却できるような構造となっている。
【００１９】
また、図１に示すエンジン５０から延びる排気管５１の途中には、排気ガスから熱を受け取る排気熱取得部８が設けられており、この排気熱取得部８と反応器３内に設置された反応材加熱用熱交換器６とは作動液配管９、１０によって接続されてループ式のヒートパイプ１１を構成している。このヒートパイプ１１には作動液が収容されており、一方の作動液配管９には圧カセンサ１２が設けられ、他方の作動液配管１０にはバルブＶ１が設けられている。
【００２０】
ところで、反応器３の外部には放熱器１３が設置されており、この放熱器１３と反応器３内に設けられた反応材冷却用熱交換器７とは、往路としての往路側ブライン管１５および復路としての復路側ブライン管１４によって接続されて、閉ループ状の放熱回路１６が構成されている。前記復路側ブライン管１４は、往路側ブライン管１５よりも上側に配置されている。前記放熱回路１６には、冷媒としての冷却水が循環されるようになっており、往路側ブライン管１５には、冷却水を循環させるためのポンプＰ１が設けられている。放熱器１３は、放熱回路１６に接続される放熱側熱交換器１３ａと、モータ１３ｂで駆動される放熱ファン１３ｃとを備えて構成される。
【００２１】
ここで本実施形態では、反応器３から放熱器１３に向かう復路側ブライン管１４における反応器３の出口近傍の部位に温度センサ２６を設置してある。この温度センサ２６は、復路側ブライン管１４に当接して設けられているため、復路側ブライン管１４の温度を測定することができる。なお、復路側ブライン管１４は、反応器３の内部における反応材５にも接しているため、復路側ブライン管１４における反応器３の出口近傍の温度は、反応材５の温度に近似している。従って、温度センサ２６で測定された温度は、反応材５の温度とほぼ同一であり、温度センサ２６によって反応材５の温度を間接的に測定することができる。
【００２２】
また、往路側ブライン管１５には、反応器３と放熱器１３との間に蓄熱モード時に閉じられるバルブＶ３を設けてあり、特に、本実施形態では、バルブＶ３はポンプＰ１の下流側（反応器３側）に設けてある。
【００２３】
そして、復路側ブライン管１４には、反応材冷却用熱交換器７の冷却水のオーバーフロー部２７を分岐させてある。このオーバーフロー部２７は、復路側ブライン管１４に接続した分岐管２７ａと、この分岐管２７ａから排出された冷却水を貯留するタンク２７ｂと、を備えて構成されている。
【００２４】
また、前記温度センサ２６には、配線２８を介して制御装置２９が接続されている。この制御装置２９は、温度センサ２６で間接的に検出した反応材５の温度に応じた検出信号に基づいて、放熱器１３のモータ１３ｂおよび放熱ファン１３ｃをＯＮ・ＯＦＦ（運転・停止）させるように構成されている。また、前記制御装置２９は、前記バルブＶ３にも接続されており、前記制御装置２９の信号によってバルブＶ３が開閉可能に構成されている。
【００２５】
また、凝縮蒸発器４は、反応器３と同様に内部が真空に保持されており、この凝縮蒸発器４と反応器３とは連通パイプ１７によって互いに連通されており、連通パイプ１７にはバルブＶ２が設けられている。また、凝縮蒸発器４の内部には熱交換器１８が設けられており、この熱交換器１８と冷凍コンテナ１０１内に設置された熱交換器２とは、ブライン（本実施形態では、不凍液）を循環させるためのブライン配管１９、２１→２０によって接続され、これらは閉ループ状のブライン循環回路２１を構成している。
【００２６】
そして、前記ブライン循環回路２１の一部を構成する一方のブライン管１９の凝縮蒸発器４への入口には温度センサ２２が設けられている。また、他方のブライン管２０の凝縮蒸発器４の出口には温度センサ２３が設けられており、ブライン管２０の温度センサ２３の下流側にはブラインを循環させるためのポンプＰ２が設けられている。
【００２７】
更に、凝縮蒸発器４の底部からは水滴下パイプ２４が導出しており、この水滴下パイプ２４は、垂直上方に立ち上がった後、凝縮蒸発器４内の上部に水平に挿入されて熱交換器１８の上方に位置しており、その凝縮蒸発器４内の上方に位置する水平部分には水を滴下するための複数の不図示のノズルが形成されている。
【００２８】
また、本実施形態に係るＣＨＰ１には、コントローラ２５が設けられており、このコントローラ２５には圧カセンサ１２と温度センサ２２、２３およびバルブＶ１、Ｖ２が電気的に接続されている。さらに、制御手段２９にも接続され、各モードに応じて制御手段２９を制御する。
【００２９】
コントローラ２５は、圧カセンサ１２によって検出される冷媒圧力によってバルブＶ１の開閉を制御するとともに、温度センサ２２、２３によって検出されるブラインの凝縮蒸発器４への入口温度Ｔ１と凝縮蒸発器４からの出口温度Ｔ２との差△Ｔ（｜Ｔ１−Ｔ２｜）に基づいて反応器３の蓄熱終了時期と水和の終了時期を判断し、ポンプＰ１、Ｐ３を駆動制御するとともに、バルブＶ２の開閉を制御する。
【００３０】
ところで、以上のように構成された本実施形態に係るＣＨＰ１は、運転モードとして蓄熱モードと冷却モードを備えているが、運転モードを選択するまでの手順を図４（ａ）に示すフローチャートに従って以下に説明する。尚、本実施形態に係るハイブリッド冷凍車１００にはＣＨＰ１を運転するための不図示の運転スイッチが設けられている。
【００３１】
すなわち、ハイブリッド冷凍車（車両）１００が始動すると（ステップＳ１）、不図示の運転スイッチのＯＮ／ＯＦＦが判定され（ステップＳ２）、運転スイッチがＯＮされるとポンプＰ２が運転されてブライン循環回路２１をブラインが循環する（ステップＳ３）。
【００３２】
次に、運転モードが判断され（ステップＳ４）、蓄熱モードが選択されると蓄熱モードが実行され（ステップＳ５）、冷却モードが選択されると冷却モードが実行される（ステップＳ６）。
【００３３】
また、図４（ｂ）に示すように、ハイブリッド冷凍車１００が停止される（ステップＳ７）場合は、運転スイッチのＯＦＦによってポンプＰ２が停止され（ステップＳ８）、ＣＨＰ１の運転が停止されるとともに、車両が停止される（ステップＳ９）。
【００３４】
次に、本実施形態に係るＣＨＰ１の蓄熱モード時と冷却モード時の動作を図５〜図１０を参照しながら以下に説明する。
【００３５】
[蓄熱モード時の動作]
蓄熱モード（図２参照）は、ハイブリッド冷凍車１００が走行しているとき（エンジン５０が駆動されているとき）に排気熱によって反応器３内の反応材５を加熱してこれを再生するモードである。エンジン５０が駆動されているときには、圧縮機３１がエンジン５０によって駆動され、冷凍コンテナ１０１内は圧縮式冷凍機３０の作用によって冷却され、冷凍コンテナ１０１内は所定の低温状態に保持されている。尚、蓄熱モード開始時においては、反応器３内の反応材５は前の冷却モード時における水和反応によって水と反応している状態（水和物）にあるものとする。
【００３６】
蓄熱モードは、ハイブリッド冷凍車１００が走行していてエンジン５０が作動している状態において実行され（図６のステップＳ１１）、先ず、蓄熱開始時には図１０に示すように、閉状態にあったバルブＶ１が開かれ（ステップＳ１２）、ポンプＰ２は継続して運転されてブラインはブライン循環回路２１を循環している。また、閉状態にあったバルブＶ２は開かれて反応器３と凝縮蒸発器４が連通され（ステップＳ１３）、ポンプＰ１、Ｐ３は共に停止状態となる。
【００３７】
したがって、ポンプＰ１の停止により放熱回路１６を介して反応材５が放熱器１３によって冷却されないようになっており、また、ポンプＰ３の停止により水滴下パイプ２４には凝縮蒸発器４内の水が送られないようになっている。このとき、バルブＶ３は閉状態となっている（ステップＳ１４）。そして、蓄熱が開始されると、圧カセンサ１２によってヒートパイプ１１を循環する作動液の圧力を計測しつつ、バルブＶ１の制御を行った（ステップＳ１５）後に、蓄熱が終了されるか否かが判断される（ステップＳ１６）。
【００３８】
このときのバルブＶ１の制御は、たとえば、コントローラ２５で圧カセンサ１２によって検出されるヒートパイプ１１の作動液圧力が０.８ＭＰａ以上であるか否かを判定し、作動液圧力が０.８ＭＰａ未満である場合には、次に作動液圧力が０．６ＭＰａ以下であるか否かを判定する。そして、作動液圧力が０．６ＭＰａ以下でない場合（つまり、作動液圧力が０．６ＭＰａ〜０．８ＭＰａの範囲内にあるとき）には、温度センサ２２、２３によってブライン循環回路２１を循環するブラインの凝縮蒸発器４への入口温度Ｔ１と凝縮蒸発器４からの出口温度Ｔ２とを計測し、両者の差△Ｔ（｜Ｔ１−Ｔ２｜）が１ｄｅｇ以上であるか否かを判断する。
【００３９】
前記温度差△Ｔが１ｄｅｇ以上である場合には、バルブＶ１とＶ２の開状態が共に維持され、ポンプＰ２は継続して運転され、ポンプＰ１、Ｐ３は共に停止状態となる。すると、エンジン５０（図１参照）から排出される排気ガスは排気管５１内を図２の矢印方向に流れるが、その熱（排気熱）はヒートパイプ１１の排気熱取得部８において作動液に与えられ、この排気熱によって作動液が蒸発して高温のガス状の作動液となる。そして、この高温のガス状の作動液は反応器３内の反応材加熱用熱交換器６を流れる過程で反応材５を加熱し、反応材５に水和されていた水分を水蒸気として分離（脱水反応）して反応材５を再生する。このときの反応材５の化学反応は次式にて表される（図５（ａ）参照）。
【００４０】
２ＣａＳＯ４・Ｈ２Ｏ（Ｓ）＋３３.６ｋＪ／ｍｏｌ
→ ２ＣａＳＯ４＋Ｈ２Ｏ（ｇ）…（１）
尚、上式（１）において２ＣａＳＯ４・Ｈ２Ｏ（Ｓ）は硫酸カルシウム水和物（固体）、Ｈ２Ｏ（ｇ）は水蒸気（気体）を示す。また、図５（ａ）においては、２ＣａＳＯ４をＭ、反応熱３３.６ｋＪ／ｍｏｌをＱＨと表示している。
【００４１】
即ち、水と水和した反応材（２ＣａＳＯ４・Ｈ２Ｏ（Ｓ））５は排気熱からＱＨ（＝３３．６ｋＪ／ｍｏｌ）の熱を受けて水（Ｈ２Ｏ）を水蒸気（Ｈ２Ｏ（ｇ））として分離し、反応材５をＣａＳＯ４として再生する。
【００４２】
他方、反応器３内の反応材加熱用熱交換器６において反応材５の加熱に供されたガス状の作動液は、熱の放出によって凝縮して液状の作動液となり、重力によって排気熱取得部８へと送られる。そして、排気ガスによって加熱されて蒸発し、以後は前述した反応を繰り返しながらヒートパイプ１１を循環しながら反応器３内の反応材５の再生に供される。
【００４３】
そして、反応器３内において反応材５から分離された水蒸気は、反応器３の内圧と凝縮蒸発器４の内圧との差によって図２に矢印にて示すように連通パイプ１７を通って凝縮蒸発器４へと導入されたのち、この凝縮蒸発器４において冷却されて凝縮し、水（液体）となる。このときの水の状態変化は次式にて表される（図５（ａ）参照）。
【００４４】
Ｈ２Ｏ（ｇ）→ Ｈ２Ｏ（ｌ）＋４１．７ｋＪ／ｍｏｌ … （２）
尚、上式（２）においてＨ２Ｏ（ｌ）は水（液体）を示す。また、図５（ａ）においては、水蒸気の凝縮熱４１．７ｋＪ／ｍｏｌをＱLと表示している。
【００４５】
蓄熱モードにおいては、以上の作用が繰り返されて反応器３内の反応材５が排気熱によって加熱されて再生されるが、凝縮蒸発器４内の温度は水蒸気の凝縮熱ＱLによって上昇するため、図８に示すように、ブライン循環回路１１→２１を循環するブラインは熱交換器１８において凝縮熱ＱLによって加熱されてその温度が上昇し、温度センサ２３によって検出される出口温度Ｔ２は入口温度Ｔ１よりも高くなる（Ｔ２＞Ｔ１）。このとき、凝縮蒸発器４内の熱交換器１８において水との熱交換によって受熱して温度が高くなつたブラインは、冷凍コンテナ１０１内に設置された熱交換器２において冷凍コンテナ１０１内に放熱し、凝縮蒸発器４において発生した凝縮熱ＱLは冷凍コンテナ１０１において回収される。
【００４６】
蓄熱モードにおいて排気熱によって反応材５が再生されると、ブライン循環回路２１を循環するブラインの温度センサ２３によって検出される温度（凝縮蒸発器４からの出口温度）Ｔ２は、図８に示すように次第に上昇し、温度センサ２２によって検出される温度（凝縮蒸発器４への入口温度）Ｔ１との差△Ｔ（＝Ｔ２−Ｔ１）が大きくなるが、反応材５の再生が進むに連れてブラインの出口温度Ｔ２が次第に低下するため、温度差△Ｔが徐々に小さくなってゆく。そして、反応材５の再生が終了すると、温度差△Ｔは殆ど０ｄｅｇとなる。
【００４７】
従って、本実施形態では、コントローラ２５は、温度センサ２２、２３によって検出されるブラインの温度（凝縮蒸発器４の入口と出口の温度）Ｔ１、Ｔ２の差△Ｔが所定値（本実施形態では１ｄｅｇ）未満となった時点で反応器３での蓄熱（反応材５の再生）が終了したものと判断するようにしている。このようにすることによって、走行時間や排気温度が不安定であっても、蓄熱モード時の反応器３の蓄熱終了時期を正確に判断することができ、反応材５の過熱による変質を防ぐことができる。尚、本実施形態では、蓄熱開始から終了までの時間（蓄熱時間）Ｔ１（図８参照）は２０分程度であつた。
【００４８】
以上のようにして、図６のステップＳ１６によって反応器３での蓄熱の終了が判定（ＹＥＳ）されると、図１０に示すように、バルブＶ１を閉じてヒートパイプ１１における作動液の循環を停止させて反応材５の排気熱による加熱を停止する（ステップ１７）とともに、バルブＶ２を閉じて反応器３と凝縮蒸発器４との連通を遮断し（ステップＳ１８）、更に、バルブＶ３を開いて放熱回路１６を連通させる（ステップＳ１９）。また、同時にポンプＰ１を運転し（ステップＳ２０）、放熱回路１６に冷却水を循環させて、反応器３内の反応材冷却用熱交換器７において反応材５と冷却水との間で熱交換を行わせ、反応材５の熱を冷却水によって放熱器１３へと導き、この放熱器１３によって放熱させる。この作用を繰り返すことによって反応材５が冷却され、反応材５は次の冷却モードにおける水和反応に備えられる。
【００４９】
次に、運転スイッチのＯＮ／ＯＦＦが判定され（ステップＳ２１）、運転スイッチがＯＮである場合には後述の冷却モードが実行され（ステップＳ２２）、運転スイッチがＯＦＦである場合にはポンプＰ１が停止されるとともに（ステップＳ２３）、バルブＶ３が閉じられて（ステップＳ２４）、放熱回路１６における冷却水の循環が停止された後、車両が停止される（ステップＳ２５）。
【００５０】
なお、このように車両が停止されると、ポンプＰ２も停止されてブライン循環回路２１におけるブラインの循環も停止され、ハイブリッド冷凍車（車両）１００のＣＨＰ１の運転が停止されることになる。
【００５１】
ところで、蓄熱モードにおいて、ヒートパイプ１１を状態変化しながら循環する作動液の圧力が上昇し、圧カセンサ１２によって検出されるガス状の作動液の圧力が設定値（本実施形態では、０．８ＭＰａ）以上となると、コントローラ２５は、バルブＶ１を閉じて作動液の循環を停止させ、作動液圧力の異常な上昇を防ぐとともに、排気熱による反応材５の加熱を中止し、反応材５の過熱による劣化を防ぐようにしている。
【００５２】
また、作動液圧力が０．８ＭＰａ以上に上昇したためにバルブＶ１を閉じた後、作動液圧力が０．６ＭＰａ以下に下がるとバルブＶ１を開け、ヒートパイプ１１に作動液を循環させる。
【００５３】
次に、冷却モード時のＣＨＰ１の動作について説明する。
【００５４】
[冷却モード時の動作]
冷却モード（図３参照）は、ハイブリッド冷凍車１００が停車し、アイドリングストップによってエンジン５０も停止したときに実行されるモードである。この冷却モードにおいては、前の蓄熱モードにおいて排気熱によって再生された反応材５の水和反応によって、凝縮蒸発器４において蒸発した水蒸気が反応材５と水和され、凝縮蒸発器４における水の蒸発に伴う蒸発潜熱によってブラインが冷却され、冷却されたブラインによって冷凍コンテナ１０１内が冷却される。
【００５５】
具体的には、図７のフローチャートに示すように、ハイブリッド冷凍車（車両）１００が停車して冷却が開始されると（ステップＳ３１）、図１０に示すように、バルブＶ１は閉じられたままで、ヒートパイプ１１における作動液の循環は停止して排気熱による反応材５の加熱は行われず、バルブＶ２が開かれて反応器３と凝縮蒸発器４は連通パイプ１７を介して互いに連通される（ステップＳ３２）。また、バルブＶ３が開かれた状態でポンプＰ１およびＰ２が継続して運転されている。このために、冷却水は放熱回路１６を循環して反応材５を冷却するとともに、ブラインはブライン循環回路２１を循環して冷凍コンテナ１０１内を冷却しているが、水和の開始と同時にポンプＰ３が運転される（ステップＳ３３）。
【００５６】
ポンプＰ３が運転されると、凝縮蒸発器４内に貯留されている水が水滴下パイプ２４に送られ、この水滴下パイプ２４の凝縮蒸発器４内に臨む水平部分に形成された不図示のノズルから水が図３に示すように熱交換器１８へと滴下される。すると、熱交換器１８に滴下された水は、熱交換器１８を通過するブラインから蒸発熱を奪って蒸発し、蒸発熱を奪われたブラインは冷却されて温度が下がる。このときの水の状態変化は次式にて表される（図５（ｂ）参照）。
【００５７】
Ｈ２Ｏ（ｌ）＋４１．７ｋＪ／ｍｏｌ→ Ｈ２Ｏ（ｇ） … （３）
尚、図５（ｂ）においては、水の蒸発熱４１．７ｋＪ／ｍｏｌをＱLと表示している。
【００５８】
前述のように凝縮蒸発器４における水の蒸発によって発生した水蒸気は、反応器３の内圧と凝縮蒸発器４の内圧との差によって図３に矢印にて示すように連通パイプ１７を通って反応器３内へと導入される。そして、反応器３内に導入された水蒸気は次式に示す化学反応（水和反応）によって反応材５と水和される（図５（ｂ）参照）。
【００５９】
２ＣａＳＯ４＋Ｈ２Ｏ（ｇ）
→２ＣａＳＯ４ ・Ｈ２Ｏ（Ｓ）＋３３.６ｋＪ／ｍｏｌ … （４）
尚、図５においては反応熱３３．６ｋＪ／ｍｏｌをＱＨと表示している。
【００６０】
即ち、反応材（ＣａＳＯ４）５は水蒸気（Ｈ２Ｏ（ｇ））を水和することによって化合物２ＣａＳＯ４・Ｈ２Ｏ（Ｓ）に変化し、そのとき反応熱ＱＨ（＝３３.６ｋＪ／ｍｏｌ）を発生する。このとき、ポンプＰ１は運転されて放熱回路１６を冷却水が循環する状態にあり、反応熱ＱＨは放熱器１３によって放熱される。
【００６１】
而して、冷却モードにおいては、以上の作用が繰り返されてブライン循環回路２１を循環するブラインが凝縮蒸発器４における水の蒸発によって冷却され、冷却されたブラインは図３に矢印にて示すようにブライン配管１９を通って冷凍コンテナ１０１内に設置された熱交換器２へと導かれる。すると、熱交換器２からは冷風が冷凍コンテナ１０１内に導入されるため、この冷風によって冷凍コンテナ１０１内が所定の低温状態に保たれる。
【００６２】
そして、熱交換器２における冷凍コンテナ１０１内の空気との熱交換によって暖められたブラインは、ブライン配管２０を図３に矢印にて示すように流れて凝縮蒸発器４内の熱交換器１８へと導かれ、この熱交換器１８を通過する過程で蒸発熱を奪われて冷却され、その後は以上と同様の作用を繰り返して冷凍コンテナ１０１内を冷却する。
【００６３】
このように、冷却モードにおいてブラインが凝縮蒸発器４における水の蒸発によって蒸発熱を奪われて冷却されると、温度センサ２３によって検出される温度（凝縮蒸発器４からの出口温度）Ｔ２は、図９に示すように次第に低下し、温度センサ２２によって検出される温度（凝縮蒸発器４への入口温度）Ｔ１との差△Ｔ（＝Ｔ１−Ｔ２）が大きくなるが、反応材５の水和反応が進むに連れてブラインの出口温度Ｔ２が次第に上昇するため、温度差△Ｔが徐々に小さくなってゆく。そして、反応材５の水和が終了すると、温度差△Ｔは０ｄｅｇとなる。
【００６４】
従って、本実施形態では、ブライン循環回路２１を循環するブラインの温度が温度センサ２２、２３によって計測されると、コントローラ２５は、温度センサ２２、２３によって計測されるブラインの温度（凝縮蒸発器４の入口と出口の温度） Ｔ１、Ｔ２の差△Ｔが０ｄｅｇ以上であるか否かを判定し、温度差△Ｔが０ｄｅｇ以上である場合には冷却作用が繰り返され、温度差△Ｔが０ｄｅｇ未満となると、その時点で反応器３での反応材５の水和が終了したものと判断するようにしている。尚、本実施形態では、水和開始から終了までの時間（水和時間）Ｔ２（図９参照）は１５分程度であつた。
【００６５】
ところで、本実施形態では、放熱器１３によって反応熱ＱＨを放熱する際に、放熱器１３では、モータ１３ｂが駆動されて放熱ファン１３ｃが運転（回転）されており（ステップＳ３４）、このとき、温度センサ２６によって反応材５の温度が間接的に計測される（ステップＳ３５）。次に、この温度センサ２６の計測値が設定温度（本実施形態では４５゜Ｃ）以上であるか否かを判断し（ステップＳ３６）、ＹＥＳの場合は継続して放熱ファン１３ｃを運転し（ステップＳ３７）、ＮＯの場合は反応材５のそれ以上の温度低下を抑えるために放熱ファン１３ｃを停止する（ステップＳ３８）。
【００６６】
そして、反応材５の冷却が終了したか否かを判断して（ステップＳ３９）、冷却が継続されている場合（ＮＯ）はステップＳ３５にリターンし、冷却が終了している場合（ＹＥＳ）、つまり、反応器３での反応材５の水和の終了が判定されると、図１０に示すように、バルブＶ２を閉じて反応器３と凝縮蒸発器４との連通を遮断する（ステップＳ４０）。また、同時にポンプＰ１の運転を停止して放熱回路１６における冷却水の循環を停止する（ステップＳ４１）とともに、バルブＶ３を閉じて放熱回路１６を完全に遮断する（ステップＳ４２）。更に、この放熱回路１６の遮断に伴って放熱ファン１３ｃの運転を停止する（ステップＳ４３）。これにより、反応材５は前記設定温度（４５゜Ｃ）が維持されることになる。なお、設定温度は、冷凍コンテナ１０１の容量や必要な冷凍温度、または外気温が異なる寒冷地域や温暖地域などの外的要因に応じた最適な温度を設定することができる。
【００６７】
また、放熱回路１６の遮断とともに、ポンプＰ３の運転を停止して水滴下パイプ２４からの水の滴下を停止（ステップＳ４４）した後、運転スイッチのＯＮ／ＯＦＦが判定される（ステップＳ４５）。運転スイッチがＯＮである場合には前述の蓄熱モードが実行される（ステップＳ４６）一方、運転スイッチがＯＦＦである場合にはハイブリッド冷凍車（車両）１００のＣＨＰ１の運転（ブライン循環回路２１のブラインの循環）が停止される（ステップＳ４７）。
【００６８】
以上のように、本実施形態に係るハイブリッド冷凍車１００によれば、走行時間や排気温度が不安定であっても、冷凍コンテナ１０１とＣＨＰ１の凝縮蒸発器４との間で熱交換を行わせるためのブライン循環回路２１の凝縮蒸発器４の入口と出口にそれぞれ設けられた温度センサ２２、２３によって検出される温度Ｔ１、Ｔ２の差△Ｔによって蓄熱モード時の反応器３の蓄熱終了時期を正確に判断することができるため、反応材５の過熱による変質を防いでアイドリングストップ時の冷却モードを効率良く安定して行うことができる。
【００６９】
そして、温度センサ２２、２３によって検出されるブラインの凝縮蒸発器４の入口と出口の温度Ｔ１、Ｔ２の差△Ｔが所定値未満となったときに冷却モード時の反応器３における水和反応が終了したものと判断するようにしたため、冷却モードの終了時期を常に正確に検出することができる。
【００７０】
また、エンジン５０から排出される排気ガスから熱を受け取る排気熱取得部８とこの排気熱取得部８によって受け取った排気熱によってＣＨＰ１の反応器３内の反応材５を加熱する反応材加熱用熱交換器６を含んでループを構成するヒートパイプ１１において、圧カセンサ１２によって検出される蓄熱モード時の作動液圧力が設定値（０.８ＭＰａ）を超えたときにバルブＶ１を閉じて作動液の循環を停止するようにしたため、作動液圧力の異常な上昇を防いでヒートパイプ１１を保護することができるとともに、反応器３の蓄熱を適正に行って反応材５の過熱を防ぐことができる。
【００７１】
更に、反応器３外に設置された放熱器１３と反応器３に設けられた反応材冷却用熱交換器７を含んで構成された放熱回路１６に冷却水を循環させるポンプＰ１を設け、反応器３の蓄熱が終了したときにポンプＰ１を運転して蓄熱が完了した後の反応材５を放熱によって冷却するようにしたため、蓄熱モードから次の冷却モードヘの切り替えが短時間で行われ、冷却開始が早められてアイドリングストップ時の冷却を早期に効率良く行うことができる。
【００７２】
更にまた、冷却モード時にポンプＰ３を運転して凝縮蒸発器４内の水をノズルから熱交換器１８に滴下させて蒸発させ、ブライン循環回路２１を循環するブラインから蒸発潜熱を奪ってブラインを冷却するようにしたため、このブラインによって冷凍コンテナ１０１内を効率良く冷却することができるという効果も得られる。
【００７３】
ところで、本実施形態では、前述したように、放熱回路１６の復路側ブライン管１４の反応器出口近傍に設けた温度センサ２６によって反応器３内の反応材５の温度を間接的に検出できるようになっている。そして、エンジン５０が停止されて反応材５の温度が設定値以下になった場合に、反応材５を冷却していた放熱器１３の放熱ファン１３ｃをＯＮ・ＯＦＦ制御して、反応材５が設定温度（４５゜Ｃ）以下に冷却されるのを抑えるようになっている。
【００７４】
したがって、エンジン５０が再稼働されて蓄熱モードとなった時に、反応材５の温度が低くなり過ぎていないので、反応材５による化学反応の立上りを早めることができる。これにより、アイドリングストップのようにエンジン５０の稼働と停止とが繰り返される場合にあっても、冷凍コンテナ１０１内の低温状態の維持能力を高めることができる。
【００７５】
また、往路側ブライン管１５における反応器３と放熱器１３との間にバルブＶ３を設けて、蓄熱モード時にバルブＶ３が閉じて放熱回路１６を冷却水が通過するのを遮断し、反応材冷却用熱交換器７内の冷却水は、ヒートパイプ１１より得られた熱により気化し残りの冷却水を反応材冷却用熱交換器７から排除し、排除された冷却水は放熱回路１４から追い出されてタンク２７ｂ内に収容されるため、反応材５の熱が冷却水の対流により放熱器１３によって放熱されてしまうのを防止できる。これにより、蓄熱モード時に排気熱取得部８より得た熱を効率良く反応材５に与えることができるため、反応材５の反応速度がより速くなって冷凍コンテナ１０１の冷却能力を更に高めることができる。このことは、図１１および図１２に示した実験結果によってより詳細に理解することができる。
【００７６】
すなわち、図１１は、水和反応時（冷却モード時）の設定温度（放熱ファン１３ｃの制御温度）と蓄熱モードに移行した際の脱水反応時の反応材温度の時間変化を示したもので、横軸に経過時間（分）を示し、縦軸に温度（゜Ｃ）を示してある。図１１中、Ｍ１は設定温度を２０゜Ｃにした場合の反応材５の温度変化、Ｍ２は設定温度を３５゜Ｃにした場合の反応材５の温度変化、Ｍ３は設定温度を４５゜Ｃにした場合の反応材５の温度変化を示す。
【００７７】
図１１に示されるように、設定温度を４５゜Ｃとした場合のＭ３は５分を経過したあたりから急激に立ち上がり、反応材５の温度が２０分に至るまでにほぼ１２０゜Ｃまで到達する。これに対し、設定温度を３５゜Ｃとした場合のＭ２はやや遅れて７分を経過したあたりから急激に立ち上がるのであるが、その到達温度はＭ３には及ばない。また、設定温度を２０゜Ｃとした場合のＭ１は１０分を経過したあたりから徐々に立ち上がり、２０分を経過した時点での到達温度はほぼ１１０゜Ｃとなることが読み取れる。
【００７８】
したがって、蓄熱モードに移行した際の反応材５の設定温度を４５゜Ｃとしておくことが最も効率良い脱水反応（反応材５の再生）を呈することになる。なお、設定温度は反応材５の劣化を防ぐという意味からそれ以上に高く設定するのは好ましくない。
【００７９】
また、図１２は、水和反応時の設定温度と脱水反応後（蓄熱モードを経た後）の再水和反応時の積算冷熱量（総蓄熱量）の時間変化を示したもので、横軸に経過時間（分）を示し、縦軸に積算冷熱量（Ｗｈ）を示してある。すなわち、図１２は、水和反応を１５分行った後、脱水反応を２０分行い、更にその後に水和反応を１５分行った後の総冷熱量を表している。図１２中、Ｈ１は設定温度を２０゜Ｃにした場合、Ｈ２は設定温度を３５゜Ｃにした場合、Ｈ３は設定温度を４０゜Ｃにした場合、Ｈ４は設定温度を４５゜Ｃにした場合をそれぞれ示す。
【００８０】
図１１から明らかなように、積算冷熱量は、最後の水和反応が１５分経過した時点で設定温度が高いＨ４、Ｈ３、Ｈ２、Ｈ１の順に大きくなるのが理解される。このときの積算冷熱量は、図１３に示すように、設定温度が２０゜Ｃの場合は１２０Ｗｈ、３５゜Ｃの場合は１２７Ｗｈ、４０゜Ｃの場合は１４７Ｗｈ、４５゜Ｃの場合は１８４Ｗｈであった。
【００８１】
この場合、水和反応時の設定温度が低いと、本実施形態が目標とする２０分間の脱水反応で十分な反応材の再生が行われず、次の水和反応で冷熱量が不足することになる。このように次ぎの水和反応で冷熱量をより多く確保するためには、図１２および図１３の結果から設定温度を４５゜Ｃに設定することが好ましい。
【００８２】
また、本実施形態では、復路側ブライン管１４よりも下側に配置された往路側ブライン管１５にバルブＶ３を設けたことにより、バルブＶ３を閉じた場合に、反応材冷却用熱交換器７の内部の冷却水は、上側に移動して復路側ブライン管１４から反応器３の外部に排出される。さらに、復路側ブライン管１４に前述のオーバーフロー部２７を設けるためのスペースを十分に確保することができ、ひいては、放熱回路１６の配管レイアウトが容易になる。
【００８３】
尚、以上の実施形態では、反応材５としてＣａＳＯ４を用いたが、Ｃａ（ＯＨ）２（水酸化カルシウム）等、ＣａＳＯ４以外の他の任意のものを使用することができる。また、以上の実施形態では、蓄熱時間Ｔ１は２０分程度、水和時間Ｔ２は１５分程度であったが、これらの時間Ｔ１、Ｔ２は反応器３の大きさ（反応材５の充填量）に依存するものであって、反応器３の大きさを大きくすれば時間Ｔ１、Ｔ２を長くすることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１ ＣＨＰ（ケミカルヒートポンプ）
２１ ブライン循環回路
３ 反応器
４ 凝縮蒸発器
５ 反応材
７ 反応材冷却用熱交換器
１３ 放熱器
１４ 復路側ブライン管
１５ 往路側ブライン管
１６ 放熱回路
２６ 温度センサ
２９ 制御装置
３０ 圧縮式冷凍機
５０ エンジン
１００ ハイブリッド冷凍車
Ｖ３ バルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンによって駆動される圧縮式冷凍機とエンジンの排気ガスを熱源として動作するケミカルヒートポンプを備え、
前記ケミカルヒートポンプを、反応材が充填された反応器と、該反応器において前記反応材の加熱によって発生した水蒸気を凝縮させ且つ凝縮した水を蒸発させる凝縮蒸発器と、該凝縮蒸発器と冷凍コンテナとの間で熱交換を行うブラインを循環させるブライン循環回路を含んで構成し、
運転モードとして、エンジン稼働時に排気熱によって前記反応材を加熱して再生する蓄熱モードと、エンジン停止時に前記凝縮蒸発器において凝縮した水を蒸発させて前記冷凍コンテナを冷却する冷却モードと、を備えるハイブリッド冷凍車において、
前記反応器に、前記反応材を冷却するための反応材冷却用熱交換器を設けるとともに前記反応器外に放熱器を設け、前記反応材冷却用熱交換器と前記放熱器との間で冷媒を循環させる放熱回路を設け、
該放熱回路は、前記反応材に当接するとともに前記反応器から前記放熱器に向かう復路側ブライン管を有し、前記復路側ブライン管における反応器出口近傍に温度センサを復路側ブライン管に当接させた状態で配設するとともに、
前記温度センサの検出値に基づいて前記放熱器の放熱量を制御する制御装置を設けたことを特徴とするハイブリッド冷凍車。
【請求項２】
前記放熱回路における前記反応器と前記放熱器との間に、蓄熱モード時に閉じられるバルブを設けたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド冷凍車。
【請求項３】
前記放熱回路における前記反応器と前記放熱器との間に、復路側ブライン管と該復路側ブライン管の下側に配置された往路側ブライン管を設け、前記バルブを往路側ブライン管に設けたことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド冷凍車。
【請求項１】
エンジンによって駆動される圧縮式冷凍機とエンジンの排気ガスを熱源として動作するケミカルヒートポンプを備え、
前記ケミカルヒートポンプを、反応材が充填された反応器と、該反応器において前記反応材の加熱によって発生した水蒸気を凝縮させ且つ凝縮した水を蒸発させる凝縮蒸発器と、該凝縮蒸発器と冷凍コンテナとの間で熱交換を行うブラインを循環させるブライン循環回路を含んで構成し、
運転モードとして、エンジン稼働時に排気熱によって前記反応材を加熱して再生する蓄熱モードと、エンジン停止時に前記凝縮蒸発器において凝縮した水を蒸発させて前記冷凍コンテナを冷却する冷却モードと、を備えるハイブリッド冷凍車において、
前記反応器に、前記反応材を冷却するための反応材冷却用熱交換器を設けるとともに前記反応器外に放熱器を設け、前記反応材冷却用熱交換器と前記放熱器との間で冷媒を循環させる放熱回路を設け、
該放熱回路は、前記反応材に当接するとともに前記反応器から前記放熱器に向かう復路側ブライン管を有し、前記復路側ブライン管における反応器出口近傍に温度センサを復路側ブライン管に当接させた状態で配設するとともに、
前記温度センサの検出値に基づいて前記放熱器の放熱量を制御する制御装置を設けたことを特徴とするハイブリッド冷凍車。
【請求項２】
前記放熱回路における前記反応器と前記放熱器との間に、蓄熱モード時に閉じられるバルブを設けたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド冷凍車。
【請求項３】
前記放熱回路における前記反応器と前記放熱器との間に、復路側ブライン管と該復路側ブライン管の下側に配置された往路側ブライン管を設け、前記バルブを往路側ブライン管に設けたことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド冷凍車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
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【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１９３８７０（Ｐ２０１２−１９３８７０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５６２７３（Ｐ２０１１−５６２７３）
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（０００２１９２３３）東プレ株式会社 (91)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（０００２１９２３３）東プレ株式会社 (91)
【Ｆターム（参考）】
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