JP2020139703A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の蒸発器で複数の温度制御対象を温度制御する際、一部の温度制御対象の目標温度を大きく変化させた場合であっても、高精度な温度制御を安定的に実施する。【解決手段】冷凍装置は、圧縮機と、凝縮器と、第１の膨張弁と、第１の蒸発器とが、この順に冷媒を循環させるように接続された冷凍回路と、冷凍回路における凝縮器の下流側で且つ第１の膨張弁の上流側の部分から冷媒を分岐させ、第２の膨張弁、第２の蒸発器及び蒸発圧力調整弁の順で通過させて、冷凍回路における第１の蒸発器の下流側で且つ圧縮機の上流側の部分に戻す並列回路と、を備える。第１の膨張弁から流出する冷媒の流量と、第２の膨張弁から流出する冷媒の流量とが互いに異なる値となるように膨張弁の開度を制御した際に、並列側圧力センサで検出する冷媒の圧力が、第１の蒸発器における冷媒の蒸発圧力と一致するように蒸発圧力調整弁の開度を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、並列に設けた複数の蒸発器によって複数の温度制御対象を温度制御する冷凍装置に関する。

圧縮機、凝縮器、膨張弁及び一つの蒸発器を有し、蒸発器と圧縮機との間に蒸発圧力調整弁を設ける冷凍装置が従来から知られている。このような冷凍装置における蒸発圧力調整弁は、通常、蒸発器のフロスト（着霜）防止のために設けられる。カーエアコン用等の外気に晒される冷凍装置には、通常、このような蒸発圧力調整弁が設けられている。

一方で、特許文献１には、圧縮機と、凝縮器と、並列に設けられた膨張弁及び蒸発器の複数の組とを有し、複数の蒸発器のうちの一部の蒸発器と圧縮機との間に蒸発圧力調整弁を設け、他の蒸発器と圧縮機との間には蒸発圧力調整弁を設けない冷凍装置が開示されている。

特許文献１に開示された冷凍装置では、一部の蒸発器と他の蒸発器とで異なる温度の温度制御を実施するために蒸発圧力調整弁が設けられている。すなわち、このような冷凍装置では、蒸発圧力調整弁の開度調整により、一部の蒸発器内の冷媒の蒸発圧力と他の蒸発器内の冷媒の蒸発圧力とを互いに異ならせることが可能であり、これにより、一部の蒸発器による冷凍能力と他の蒸発器による冷凍能力とを異なせることができる。

特許文献１に開示されるような冷凍装置は、フットプリントを抑制しつつ、複数の蒸発器によって複数の温度制御対象を異なる温度で冷却できる点で有用である。特許文献１は、複数の蒸発器によって、コンビニエンスストア等における室内空間と、冷蔵庫と、冷凍庫とを互いに異なる温度で冷却する例を開示するが、特許文献１の冷凍装置は、複数の温度制御領域を有する精密部品の製造装置等に対しても好適に適用できる。

特許文献１の冷凍装置が精密部品の製造装置等に適用される場合、複数の蒸発器によって液体を冷却し、異なる温度に冷却された複数の液体によって複数の温度制御領域を温度制御してもよい。このようなタイプの温度制御装置（温調システム）の一例として、本件出願人による特許文献２を挙げることができる。

特開２０１４−７０８３５号公報 特開２０１８−１９４２４０号公報

上述のような複数の温度制御領域を有する製造装置等に適用される冷凍装置又は温度制御装置では、複数の温度制御領域のうちの一部をある目標温度で一定に温度制御した後に、大きく異なる目標温度で同じ部分を温度制御するといった制御パターンの実施を求められる場合がある。また、複数の温度制御領域のうちの一部を冷却する必要がある一方で、他の一部を加熱する必要があるような制御パターンの実施を求められる場合がある。ここで、他の一部を加熱する必要がある場合には、当該他の一部に対応する蒸発器の冷凍能力は不要となるか、又は、極めて小さくてよい。後者のような制御パターンでは、蒸発器を通過する冷媒の温度と、蒸発器によって温度制御される温度制御対象の温度との温度差が大きくなり得るため、蒸発器の耐温度差性能に関する配慮が求められる。また、上記のような特殊な制御パターン及び定常の温度制御のいずれも、通常、高精度に実施することが求められる。

しかしながら、特許文献１の冷凍装置は、コンビニエンスストア等における室内空間、冷蔵庫及び冷凍庫を温度制御対象とするものであって、精密部品の製造現場等への適用を想定していない。また、温度制御の精密さを強く求められるものでもない。そのため、特許文献１には、精密部品の製造装置等において生じ得る上述のような要望に対応できる知見は開示されていない。

本件発明者は、上述の要望を考慮し鋭意研究した結果、並列に設けた複数の蒸発器を備える冷凍装置において蒸発圧力調整弁等の動作を工夫することで、複数の温度制御領域のうちの一部をある目標温度で一定に温度制御した後に、大きく異なる目標温度で同じ部分を温度制御するような制御パターンを高精度且つ安定的に実施でき、また、複数の温度制御領域のうちの一部を冷却する必要がある一方で、他の一部を加熱する必要があるような制御パターンの際、蒸発器に対する負担を簡易に軽減できる手法を見出した。

本発明は、並列に設けられた複数の蒸発器で複数の温度制御対象を温度制御する際、一部の温度制御対象の目標温度を変化させた場合であっても、高精度な温度制御を安定的に実施できるとともに、一部の温度制御領域を冷却する必要がある一方で、他の一部の温度制御領域を加熱する必要があるような制御パターンの際に生じ得る蒸発器の負担を簡易に軽減できる冷凍装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる冷凍装置は、圧縮機と、凝縮器と、第１の膨張弁と、第１の蒸発器とが、この順に冷媒を循環させるように接続された冷凍回路と、前記冷凍回路における前記凝縮器の下流側で且つ前記第１の膨張弁の上流側の部分から冷媒を分岐させ、第２の膨張弁、第２の蒸発器及び蒸発圧力調整弁の順で通過させて、前記冷凍回路における前記第１の蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分に戻す並列回路と、前記並列回路における前記第２の蒸発器と前記蒸発圧力調整弁との間を流れる冷媒の圧力を検出する並列側圧力センサと、前記第１の膨張弁、前記第２の膨張弁及び前記蒸発圧力調整弁の各開度を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記第１の膨張弁から流出する冷媒の流量と、前記第２の膨張弁から流出する冷媒の流量とが互いに異なる値となるように前記第１の膨張弁及び／又は前記第２の膨張弁の開度を制御した際に、前記第２の蒸発器における冷媒の蒸発温度と前記第２の蒸発器において冷媒と熱交換する前の温度制御対象の温度との差が所定値よりも小さい場合には、前記並列側圧力センサで検出する冷媒の圧力が、前記第１の蒸発器における冷媒の蒸発圧力と一致するように、前記蒸発圧力調整弁の開度を制御し、前記第１の膨張弁から流出する冷媒の流量と、前記第２の膨張弁から流出する冷媒の流量とが互いに異なる値となるように前記第１の膨張弁及び／又は前記第２の膨張弁の開度を制御した際に、前記第２の蒸発器における冷媒の蒸発温度と前記第２の蒸発器において冷媒と熱交換する前の温度制御対象の温度との差が前記所定値以上の場合には、前記第２の蒸発器における冷媒の蒸発温度と前記第２の蒸発器において冷媒と熱交換する前の温度制御対象の温度との差が前記所定値よりも小さくなるように前記蒸発圧力調整弁の開度を前記第１の膨張弁及び／又は前記第２の膨張弁の開度を制御する前の状態よりも小さくする。

本発明では、例えば、第１の蒸発器で温度制御する温度制御対象の目標温度をある時点から低温側に大きく変化させる必要があり、第２の蒸発器で温度制御する温度制御対象が大きい冷凍能力を必要としない状況下において、第１の膨張弁から流出する冷媒の流量を第２の膨張弁から流出する冷媒の流量よりも大きくすることで、第１の蒸発器の冷凍能力を増加する方向へ変更できるとともに、第２の膨張弁の冷凍能力を低下させる方向へ変更できる。しかし、この際、第２の蒸発器側から流出した冷媒の圧力が第１の蒸発器における冷媒の蒸発圧力よりも小さくなり得るため、第２の蒸発器側からの冷媒が第１の蒸発器側からの冷媒と合流した際に、冷媒の状態が乱れ得ることで、冷凍装置の運転の安定性が損なわれ得る。ここで、本発明では、第２の蒸発器における冷媒の蒸発温度と第２の蒸発器において冷媒と熱交換する前の温度制御対象の温度との差が所定値よりも小さい場合には、第２の蒸発器側から流出した冷媒の蒸発圧力が第１の蒸発器における冷媒の蒸発圧力と一致するように蒸発圧力調整弁が開度の調整を行う。これにより、第１の蒸発器側から流出した冷媒と第２の蒸発器側から流出した冷媒とが合流した際の冷媒の状態が安定する。
また、例えば、第１の蒸発器で温度制御する温度制御対象を冷却する必要があり、第２の蒸発器で温度制御していた温度制御対象を加熱する必要がある場合に、第１の膨張弁から流出する冷媒の流量を第２の膨張弁から流出する冷媒の流量よりも大きくすることで、第１の蒸発器の冷凍能力を増加する方向へ変更できるとともに、第２の膨張弁の冷凍能力を低下させる方向へ変更できる。しかし、この際、第２の蒸発器における冷媒の蒸発温度と第２の蒸発器によって熱交換される前の温度制御対象の温度との差が過剰に大きい場合には、第２の蒸発器に負担がかかり、損傷のリスクが生じ得る。ここで、本発明では、第２の蒸発器における冷媒の蒸発温度と第２の蒸発器において冷媒と熱交換する前の温度制御対象の温度との差が所定値以上の場合には、温度差警戒レベルであると判定し、第２の蒸発器における冷媒の蒸発温度と第２の蒸発器において冷媒と熱交換する前の温度制御対象の温度との差が所定値よりも小さくなるように蒸発圧力調整弁の開度を、第１の膨張弁及び／又は第２の膨張弁の開度を制御する前の状態よりも小さくする。これにより、第２の蒸発器における冷媒の蒸発温度を引き上げて、第２の蒸発器における冷媒と温度制御対象との温度差を抑制することで、第２の蒸発器に対する負担を軽減できる。
よって、並列に設けられた複数の蒸発器で複数の温度制御対象を温度制御する際、一部の温度制御対象の目標温度を変化させた場合であっても、高精度な温度制御を安定的に実施できるとともに、一部の温度制御領域を冷却する必要がある一方で、他の一部の温度制御領域を加熱する必要があるような制御パターンの際に生じ得る蒸発器（加熱側の蒸発器）の負担を簡易に軽減できる。

また、前記並列回路は、前記第２の膨張弁及び前記第２の蒸発器に対して並列に設けられた第３の膨張弁及び第３の蒸発器をさらに有し、前記冷凍回路における前記凝縮器の下流側で且つ前記第１の膨張弁の上流側の部分から分岐する冷媒を前記第３の膨張弁及び前記第３の蒸発器の順で通過させ、前記第２の蒸発器から流出した冷媒と合流させた後、前記冷凍回路に戻すようにもなっており、前記制御装置は、前記第３の膨張弁の開度も制御し、前記制御装置は、前記第１の膨張弁から流出する冷媒の流量と、前記第２の膨張弁及び／又は前記第３の膨張弁から流出する冷媒の流量とが互いに異なる値となるように前記第１の膨張弁、前記第２の膨張弁及び第３の膨張弁のうちの少なくともいずれかの開度を制御した際に、前記第２の蒸発器における冷媒の蒸発温度と前記第２の蒸発器において冷媒と熱交換する前の温度制御対象の温度との差、及び、前記第３の蒸発器における冷媒の蒸発温度と前記第３の蒸発器において冷媒と熱交換する前の温度制御対象の温度との差が前記所定値よりも小さい場合には、前記並列側圧力センサで検出する冷媒の圧力が、前記第１の蒸発器における冷媒の蒸発圧力と一致するように、前記蒸発圧力調整弁の開度を制御し、前記第１の膨張弁から流出する冷媒の流量と、前記第２の膨張弁及び／又は前記第３の膨張弁から流出する冷媒の流量とが互いに異なる値となるように前記第１の膨張弁、前記第２の膨張弁及び第３の膨張弁のうちの少なくともいずれかの開度を制御した際に、前記第２の蒸発器における冷媒の蒸発温度と前記第２の蒸発器において冷媒と熱交換する前の温度制御対象の温度との差、及び、前記第３の蒸発器における冷媒の蒸発温度と前記第３の蒸発器において冷媒と熱交換する前の温度制御対象の温度との差のうちの少なくともいずれかが前記所定値以上の場合には、前記第２の蒸発器における冷媒の蒸発温度と前記第２の蒸発器において冷媒と熱交換する前の温度制御対象の温度との差及び前記第３の蒸発器における冷媒の蒸発温度と前記第３の蒸発器において冷媒と熱交換する前の温度制御対象の温度との差が前記所定値よりも小さくなるように前記蒸発圧力調整弁の開度を前記第１の膨張弁、前記第２の膨張弁及び前記第３の膨張弁のうちの少なくともいずれかの開度を制御する前の状態よりも小さくしてもよい。

この場合、一つの蒸発圧力調整弁を、第２の蒸発器と第３の蒸発器とで共有することで、回路構成を簡素化しつつ、第１〜第３の蒸発器による温度制御を精密に且つ安定的に行うことができる。

また、前記並列側圧力センサは、前記第２の蒸発器から流出した冷媒と前記第３の蒸発器から流出した冷媒との合流部分又は合流部分の下流側における冷媒の圧力を検出してもよい。

この場合も、一つの並列側圧力センサで、第２の蒸発器と第３の蒸発器の下流側の冷媒の圧力を所望の値に制御できるため、回路構成を簡素化できる。

また、本発明にかかる冷凍装置は、前記冷凍回路における前記第１の蒸発器の下流側であって、前記並列回路の接続位置の上流側の部分を流れる冷媒の圧力を検出する冷凍回路側圧力センサをさらに備え、前記冷凍回路側圧力センサによって、前記第１の蒸発器における冷媒の蒸発圧力を特定してもよい。

この場合、簡易的に、並列側圧力センサで検出する冷媒の圧力に対する目標制御値、つまり第１の蒸発器における冷媒の蒸発圧力を的確に設定できる。

また、本発明にかかる他の冷凍装置は、圧縮機と、凝縮器と、第１の膨張弁と、第１の蒸発器とが、この順に冷媒を循環させるように接続された冷凍回路と、前記冷凍回路における前記凝縮器の下流側で且つ前記第１の膨張弁の上流側の部分から冷媒を分岐させ、第２の膨張弁、第２の蒸発器及び蒸発圧力調整弁の順で通過させて、前記冷凍回路における前記第１の蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分に戻す並列回路と、前記蒸発圧力調整弁の開度を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記第２の蒸発器における冷媒の蒸発温度と前記第２の蒸発器において冷媒と熱交換する前の温度制御対象の温度との差が所定値以上の場合に、前記第２の蒸発器における冷媒の蒸発温度と前記第２の蒸発器において冷媒と熱交換する前の温度制御対象の温度との差が前記所定値よりも小さくなるように前記蒸発圧力調整弁の開度を制御する。

本発明によれば、並列に設けられた複数の蒸発器で複数の温度制御対象を温度制御する際、一部の温度制御対象の目標温度を変化させた場合であっても、高精度な温度制御を安定的に実施できるとともに、一部の温度制御領域を冷却する必要がある一方で、他の一部の温度制御領域を加熱する必要があるような制御パターンの際に生じ得る蒸発器に対する負担を簡易に軽減できる。

本発明の一実施の形態に係る冷凍装置を備える温調システムの概略構成を示す図である。 図１に示す冷凍装置の動作の一例を説明するフローチャートを示した図である。

以下、本発明の一実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る冷凍装置１を備える温調システムＳの概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施の形態に係る温調システムＳは、冷凍装置１と、冷凍装置１によって温度制御される流体を通流させる流体通流ユニット２と、制御装置５０と、を備えている。温度制御される流体は、液体であっても、気体であってもよい。冷凍装置１は、冷凍回路１０と、並列回路２０と、冷凍回路側圧力センサ３０と、並列側圧力センサ４０と、並列側第１温度センサ６１、並列側第２温度センサ６２と、を備えている。流体通流ユニット２は、第１の流体を通流させる第１流体通流装置２Ａと、第２の流体を通流させる第２流体通流装置２Ｂと、第３の流体を通流させる第３流体通流装置２Ｃと、を備えている。

＜冷凍装置＞
まず、冷凍装置１について説明する。冷凍装置１の冷凍回路１０は、圧縮機１１と、凝縮器１２と、第１の膨張弁１３と、第１の蒸発器１４とが、この順に冷媒を循環させるように配管によって接続されたものである。

冷凍回路１０では、圧縮機１１によって圧縮された冷媒が、凝縮器１２に流入し、凝縮器１２に流入した冷媒は、空冷又は液冷により凝縮される。その後、冷媒は、第１の膨張弁１３によって減圧されて低温の気液混合状態となり、第１の蒸発器１４に流入する。第１の蒸発器１４に流入した冷媒は、温度制御対象（本例では、第１の流体）と熱交換を行った後に、圧縮機１１に流入し、その後、圧縮機１１によって再度圧縮される。

第１の膨張弁１３は電子膨張弁であり、パルス信号等の制御信号によって開度を調整自在である。第１の膨張弁１３は、制御装置５０に電気的に接続され、制御装置５０が出力する制御信号に応じて開度を調整するようになっている。

並列回路２０は、冷凍回路１０における凝縮器１２の下流側で且つ第１の膨張弁１３の上流側の部分から冷媒を分岐させ、第２の膨張弁２１、第２の蒸発器２２及び蒸発圧力調整弁２３の順で通過させて、冷凍回路１０における第１の蒸発器１４の下流側で且つ圧縮機１１の上流側の部分に戻すように構成されたものである。

また、本実施の形態における並列回路２０は、上記第２の膨張弁２１及び第２の蒸発器２２に対して並列に設けられた第３の膨張弁２４及び第３の蒸発器２５をさらに有している。そして、並列回路２０は、冷凍回路１０から分岐する冷媒を第３の膨張弁２４及び第３の蒸発器２５の順で通過させて冷凍回路１０に戻すようにもなっている。第２の膨張弁２１は、冷媒を減圧して低温の気液混合状態とし、第２の蒸発器２２に送る。第３の膨張弁２４は、冷媒を減圧して低温の気液混合状態とし、第３の蒸発器２５に送る。これにより、冷凍装置１では、第２の蒸発器２２及び第３の蒸発器２５によって、第１の蒸発器１４の温度制御対象とは別の温度制御対象（本例では、第２の流体と第３の流体）を温度制御することができる。第２の蒸発器２２及び第３の蒸発器２５は、同じ温度制御対象を温度制御してもよいし、別々の温度制御対象を温度制御してもよい。

また、本実施の形態では、第２の蒸発器２２から流出した冷媒と、第３の蒸発器２５から流出した冷媒が、蒸発圧力調整弁２３の上流側で合流している。そして、合流した冷媒は、蒸発圧力調整弁２３を通って、圧縮機１１に流入する。

なお、第３の蒸発器２５から流出した冷媒は、蒸発圧力調整弁２３の下流側に流入するようになっていてもよいが、この場合には、第３の蒸発器２５の下流側に蒸発圧力調整弁２３とは別の蒸発圧力調整弁を設けることが好ましい。また、本実施の形態では、第３の膨張弁２４及び第３の蒸発器２５が設けられるが、これらは無くてもよい。また、第２の膨張弁２１及び第２の蒸発器２２、第３の膨張弁２４及び第３の蒸発器２５に対して、さらに並列に設けられる膨張弁及び蒸発器の組がさらに設けられても構わない。

第２の膨張弁２１及び第３の膨張弁２４は電子膨張弁であり、パルス信号等の制御信号によって開度を調整自在となっている。第２の膨張弁２１及び第３の膨張弁２４は、制御装置５０に電気的に接続され、制御装置５０が出力する制御信号に応じて開度を調整するようになっている。

蒸発圧力調整弁２３も電子膨張弁であり、第１の蒸発器１４と同様に、パルス信号等の制御信号によって開度を調整自在となっている。蒸発圧力調整弁２３は、制御装置５０に電気的に接続され、制御装置５０が出力する制御信号に応じて開度を調整する。蒸発圧力調整弁２３は、第２の蒸発器２２と第３の蒸発器２５とから流出して合流した冷媒の圧力を所望の値に調整するために設けられている。

一方で、冷凍回路側圧力センサ３０は、冷凍回路１０における第１の蒸発器１４の下流側であって、並列回路２０の接続位置の上流側の部分を流れる冷媒の圧力を検出するために設けられている。より具体的に説明すると、冷凍回路側圧力センサ３０は、第１の蒸発器１４における冷媒の蒸発圧力（Ｐ１）を特定するために設けられている。

並列側圧力センサ４０は、並列回路２０における第２の蒸発器２２と蒸発圧力調整弁２３との間を流れる冷媒の圧力を検出する。より詳しくは、本実施の形態における並列側圧力センサ４０は、第２の蒸発器２２から流出した冷媒と第３の蒸発器２５から流出した冷媒との合流部分又は合流部分の下流側における冷媒の圧力を検出することで、第２の蒸発器２２と第３の蒸発器２５とから流出して合流した冷媒の圧力を検出するようになっている。

また、並列側第１温度センサ６１は、第２の膨張弁２１で膨張された気液混合状態の冷媒の蒸発温度、すなわち第２の蒸発器２２における冷媒の蒸発温度を検出するようになっている。また、並列側第２温度センサ６２は、第３の膨張弁２４で膨張された気液混合状態の冷媒の蒸発温度、すなわち第３の蒸発器２５における冷媒の蒸発温度を検出するようになっている。

＜流体通流ユニット＞
流体通流ユニット２では、第１流体通流装置２Ａが通流させる第１の流体が第１の蒸発器１４によって温度制御され、第２流体通流装置２Ｂが通流させる第２の流体が第２の蒸発器２２によって温度制御され、第３流体通流装置２Ｃが通流させる第３の流体が第３の蒸発器２５によって温度制御される。流体通流ユニット２は、各温度制御された流体により温度制御を行うようになっている。

第１流体通流装置２Ａは、第１の流体を通流させるための駆動力を発生させる第１ポンプ２Ａ１を有する。

第２流体通流装置２Ｂは、第２の流体を通流させるための駆動力を発生させる第２ポンプ２Ｂ１と、第２の蒸発器２２において冷媒と熱交換する前の第２の流体の温度を検出する第２の流体用温度センサ２Ｂ２とを有する。

第３流体通流装置２Ｃは、第３の流体を通流させるための駆動力を発生させる第３ポンプ２Ｃ１と、第３の蒸発器２５において冷媒と熱交換する前の第３の流体の温度を検出する第３の流体用温度センサ２Ｃ２とを有する。

＜制御装置＞
続いて制御装置５０は、第１の膨張弁１３、第２の膨張弁２１、第３の膨張弁２４及び蒸発圧力調整弁２３の各開度を少なくとも制御するようになっている。また、制御装置５０は、冷凍回路側圧力センサ３０が検出した冷媒の圧力と、並列側圧力センサ４０が検出した冷媒の圧力とを取得可能となっている。また、制御装置５０は、並列側第１温度センサ６１が検出した、第２の蒸発器２２における冷媒の蒸発温度と、並列側第２温度センサ６２が検出した、第３の蒸発器２５における冷媒の蒸発温度とを取得可能となっている。さらに、制御装置５０は、第２の流体用温度センサ２Ｂ２が検出した、第２の蒸発器２２において冷媒と熱交換する前の第２の流体の温度と、第３の流体用温度センサ２Ｃ２が検出した、第３の蒸発器２５において冷媒と熱交換する前の第３の流体の温度とを取得可能となっている。

制御装置５０は、各蒸発器（１４、２２、２５）が出力する冷凍能力を調整するために、第１の膨張弁１３、第２の膨張弁２１及び第３の膨張弁２４の開度を調整して各弁から流出する冷媒の流量を増減させる。また、このような冷媒の流量調整がなされた際に、制御装置５０は蒸発圧力調整弁２３の開度を連動して調整するようになっている。蒸発圧力調整弁２３の調整は、第２の蒸発器２２における冷媒の蒸発温度と第２の蒸発器２２において冷媒と熱交換する前の温度制御対象（第２の流体）の温度との差（温度差ΔＴｘ）、及び、第３の蒸発器２５における冷媒の蒸発温度と第３の蒸発器２５において冷媒と熱交換する前の温度制御対象（第３の流体）の温度との差（温度差ΔＴｙ）が所定値Ｔｈよりも小さいか又は所定値Ｔｈ以上であるかに応じて、異なる態様で行われる。所定値Ｔｈは、第２の蒸発器２２及び第３の蒸発器２５に過度な負担を与えない程度の第２の蒸発器２２及び第３の蒸発器２５における冷媒と温度制御対象との温度差の上限側に設定され、第２の蒸発器２２及び第３の蒸発器２５の仕様（耐温度差性能）によって変化する値である。本実施の形態では、第２の蒸発器２２及び第３の蒸発器２５における冷媒と温度制御対象との温度差が９０℃以上である場合を温度差警戒レベルと想定しており、所定値Ｔｈを一例として８０℃に設定している。

制御装置５０の制御について具体的に説明すると、制御装置５０は、例えば第１の蒸発器１４によって温度制御していた温度制御対象に対する目標温度が現在の値から大幅に低い温度に変更された場合等に、第１の膨張弁１３から流出する冷媒の流量と、第２の膨張弁２１及び／又は第３の膨張弁２４から流出する冷媒の流量とが互いに異なる値となるように第１の膨張弁１３、第２の膨張弁２１及び第３の膨張弁２４のうちの少なくともいずれかの開度を制御することができる。具体的には、第１の膨張弁１３から流出する冷媒の流量が、第２の膨張弁２１及び／又は第３の膨張弁２４から流出する冷媒の流量よりも大きくなるように、第１の膨張弁１３、第２の膨張弁２１及び第３の膨張弁２４のうちの少なくともいずれかの開度を制御することができる。このような制御では、例えば、第１の膨張弁１３から流出する冷媒の流量を、第２の膨張弁２１及び第３の膨張弁２４のそれぞれから流出する冷媒の流量よりも大きくすることで、第２の蒸発器２２及び第３の蒸発器２５の冷凍能力の一部を第１の蒸発器１４の冷凍能力に加算し、第１の蒸発器１４が出力する冷凍能力を増加させ、変更された目標温度に即座に対応することができる。

上述のような制御を実施した際に、第２の蒸発器２２における冷媒の蒸発温度と第２の蒸発器２２において冷媒と熱交換する前の温度制御対象（第２の流体）の温度との差（温度差ΔＴｘ）、及び、第３の蒸発器２５における冷媒の蒸発温度と第３の蒸発器２５において冷媒と熱交換する前の温度制御対象（第３の流体）の温度との差（温度差ΔＴｙ）が所定値Ｔｈよりも小さい場合には、制御装置５０は、並列側圧力センサ４０で検出する冷媒の圧力が、第１の蒸発器１４における冷媒の蒸発圧力と一致するように、蒸発圧力調整弁２３の開度を制御する。このとき、第１の蒸発器１４における冷媒の蒸発圧力は、冷凍回路側圧力センサ３０から取得される。
より具体的に説明すると、第１の膨張弁１３から流出する冷媒の流量を、第２の膨張弁２１及び第３の膨張弁２４のそれぞれから流出する冷媒の流量よりも大きくした場合には、第２の膨張弁２１及び第３の膨張弁２４のそれぞれから流出する冷媒の流量が少なくなることで、対応する第２の蒸発器２２及び第３の蒸発器２５から流出する冷媒の圧力（蒸発圧力）が、第１の蒸発器１４における冷媒の蒸発圧力よりも下がる状況が生じ得る。この際に、蒸発圧力調整弁２３の開度を、膨張弁（１３、２１、２４）の開度を制御する前（流量制御の前）の状態よりも小さくすることで、並列側圧力センサ４０で検出する冷媒の圧力が、第１の蒸発器１４における冷媒の蒸発圧力と一致するようにする。これにより、後述するように冷凍装置１の運転が安定する。

一方で、第１の膨張弁１３から流出する冷媒の流量を、第２の膨張弁２１及び第３の膨張弁２４のそれぞれから流出する冷媒の流量よりも大きくした際に、第２の蒸発器２２における冷媒の蒸発温度と第２の蒸発器２２において冷媒と熱交換する前の温度制御対象（第２の流体）の温度との差（温度差ΔＴｘ）、及び、第３の蒸発器２５における冷媒の蒸発温度と第３の蒸発器２５において冷媒と熱交換する前の温度制御対象（第３の流体）の温度との差（温度差ΔＴｙ）のうちの少なくともいずれかが所定値Ｔｈ以上である場合には、制御装置５０は、第２の蒸発器２２における冷媒の蒸発温度と第２の蒸発器２２において冷媒と熱交換する前の温度制御対象（第２の流体）の温度との差（温度差ΔＴｘ）及び第３の蒸発器２５における冷媒の蒸発温度と第３の蒸発器２５において冷媒と熱交換する前の温度制御対象（第３の流体）の温度との差（温度差ΔＴｙ）が所定値Ｔｈよりも小さくなるように蒸発圧力調整弁２３の開度を、膨張弁（１３、２１、２４）の開度を制御する前（流量制御の前）の状態よりも小さくする。蒸発圧力調整弁２３の開度が小さくした場合には、冷媒の蒸発温度が上がるため、第２の蒸発器２２及び／又は第３の蒸発器２５における冷媒と温度制御対象との温度差を抑制でき、第２の蒸発器２２及び／又は第３の蒸発器２５にかかる負担を軽減することが可能となる。
なお、制御装置５０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えるコンピュータで構成され、記憶されたプログラムに従って各部の動作を制御してもよい。

次に、冷凍装置１の動作の一例について図２に示したフローチャートを参照しつつ説明する。

図２に示す処理は、膨張弁（１３、２１、２４）の開度制御による流量制御が行われた際に開始する。

処理が開始すると、まずステップＳ１において、制御装置５０は、第２の蒸発器２２における冷媒の蒸発温度と第２の蒸発器２２において冷媒と熱交換する前の第２の流体の温度との温度差ΔＴｘ、及び、第３の蒸発器２５における冷媒の蒸発温度と第３の蒸発器２５において冷媒と熱交換する前の第３の流体の温度との温度差ΔＴｙのうちの少なくともいずれかが所定値Ｔｈ以上であるか否かを検出する。温度差ΔＴｘ及び温度差ΔＴｙがともに所定値Ｔｈよりも小さいときには、処理がステップＳ２に移行し、所定値Ｔｈ以上のときには、処理がステップＳ６に移行する。

ステップＳ２に処理が移行した際、制御装置５０は、冷凍回路１０における第１の蒸発器１４の下流側であって、並列回路２０の接続位置の上流側の部分を流れる冷媒の圧力（Ｐ１）を冷凍回路側圧力センサ３０から取得する。ここで検出された圧力（Ｐ１）は、第１の蒸発器１４における冷媒の蒸発圧力として扱われる。また、制御装置５０は、第２の蒸発器２２及び第３の蒸発器２５から流出して合流した冷媒の圧力（Ｐ２）を並列側圧力センサ４０から取得する。そして、制御装置５０は、圧力（Ｐ１）と圧力（Ｐ２）とが一致するか否かを判定し、一致する場合は、温度差の監視（Ｓ１）の処理に戻る。一致しなかった場合は、ステップＳ３の処理に移行する。

ステップＳ３においては、制御装置５０は、圧力（Ｐ１）が圧力（Ｐ２）よりも大きいか否かを判定する。圧力（Ｐ１）が圧力（Ｐ２）よりも大きい状態は、第１の蒸発器１４における冷媒の蒸発圧力が、第２の蒸発器２２及び第３の蒸発器２５から流出して合流した冷媒の蒸発圧力よりも大きいことを意味する。この場合、ステップＳ４において、制御装置５０は、蒸発圧力調整弁２３の開度を小さくして（ＤＯＷＮ）、第２の蒸発器２２及び第３の蒸発器２５から流出して合流した冷媒の蒸発圧力を上昇させる。そして、制御装置５０は、温度差の監視（Ｓ１）の処理に戻り、温度差ΔＴｘ及び温度差ΔＴｙが上述所定値Ｔｈよりも小さいときには、圧力（Ｐ１）が圧力（Ｐ２）と一致するまで蒸発圧力調整弁２３の開度を調整する。

一方で、圧力（Ｐ１）が圧力（Ｐ２）よりも小さい場合、この状態は、第１の蒸発器１４における冷媒の蒸発圧力が、第２の蒸発器２２及び第３の蒸発器２５から流出して合流した冷媒の蒸発圧力よりも小さいことを意味する。この場合、ステップＳ５において、制御装置５０は、蒸発圧力調整弁２３の開度を大きくして（ＵＰ）、第２の蒸発器２２及び第３の蒸発器２５から流出して合流した冷媒の蒸発圧力を低下させる。そして、制御装置５０は、温度差ΔＴｘ及び温度差ΔＴｙが上述所定値Ｔｈよりも小さいときには、圧力（Ｐ１）が圧力（Ｐ２）と一致するまで蒸発圧力調整弁２３の開度を調整する。

上述のような蒸発圧力調整弁２３の開度調整により、並列側圧力センサ４０で検出する冷媒の圧力（Ｐ２）が、第１の蒸発器１４における冷媒の蒸発圧力（Ｐ１）と一致した場合には、第１の蒸発器１４側から流出した冷媒と、第２の蒸発器２２及び第３の蒸発器２５側から流出した冷媒とが合流した際に、冷媒の状態が乱れることを抑制でき、その結果、冷凍装置１の運転が安定することになる。

一方で、ステップＳ１において、温度差ΔＴｘ及び温度差ΔＴｙの少なくともいずれかが上述所定値Ｔｈ以上のときには、温度差ΔＴｘ及び／又は温度差ΔＴｙが第２の蒸発器２２及び／又は第３の蒸発器２５に与える負荷が大きいと判断される。この際、制御装置５０は、温度差ΔＴｘ及び温度差ΔＴｙが所定値Ｔｈよりも小さくなるように蒸発圧力調整弁２３の開度を小さくして（ＤＯＷＮ）、第２の蒸発器２２及び第３の蒸発器２５における冷媒の蒸発温度を上昇させる。これにより、温度差ΔＴｘ及び温度差ΔＴｙを抑えることが可能となる。

以上に説明した本実施の形態にかかる冷凍装置１では、例えば、第１の蒸発器１４で温度制御する温度制御対象（第１の流体）の目標温度をある時点から低温側に大きく変化させる必要があり、第２の蒸発器２２及び第３の蒸発器２５で温度制御する温度制御対象（第２の流体、第３の流体）が大きい冷凍能力を必要としない状況下において、第１の膨張弁１３から流出する冷媒の流量を第２の膨張弁２１及び第３の膨張弁２４から流出する冷媒の流量よりも大きくすることで、第１の蒸発器１４の冷凍能力を増加させる方向へ変更できるとともに、第２の膨張弁２１及び第３の膨張弁２４の冷凍能力を低下させる方向へ変更できる。しかし、この際、第２の蒸発器２２及び第３の蒸発器２５側から流出した冷媒の圧力が第１の蒸発器１４における冷媒の蒸発圧力よりも小さくなり得るため、第２の蒸発器２２及び第３の蒸発器２５側から流出した冷媒が第１の蒸発器１４側からの冷媒と合流した際に、冷媒の状態が乱れ得ることで、冷凍装置１の運転の安定性が損なわれ得る。ここで、本実施の形態にかかる冷凍装置１では、上述した温度差ΔＴｘ及び温度差ΔＴｙが所定値Ｔｈよりも小さい場合には、第２の蒸発器２２及び第３の蒸発器２５側から流出した冷媒の圧力が第１の蒸発器１４おける冷媒の蒸発圧力と一致するように蒸発圧力調整弁２３が開度の調整を行う。これにより、第１の蒸発器１４側から流出した冷媒と、第２の蒸発器２２及び第３の蒸発器２５側から流出した冷媒とが合流した際の冷媒の状態が安定する。

また、例えば、第１の蒸発器１４で温度制御する温度制御対象（第１の流体）を冷却する必要があり、第２の蒸発器２２及び第３の蒸発器２５で温度制御していた温度制御対象（第２の流体、第３の流体）を加熱する必要がある場合に、第１の膨張弁１３から流出する冷媒の流量を第２の膨張弁２１及び第３の膨張弁２４から流出する冷媒の流量よりも大きくすることで、第１の蒸発器１４の冷凍能力を増加する方向へ変更できるとともに、第２の蒸発器２２及び第３の蒸発器２５の冷凍能力を低下させる方向へ変更できる。しかし、この際、第２の蒸発器２２における冷媒の蒸発温度と第２の蒸発器２２によって熱交換される前の温度制御対象（第２の流体）の温度との温度差ΔＴｘ及び／又は第３の蒸発器２５における冷媒の蒸発温度と第３の蒸発器２５によって熱交換される前の温度制御対象（第３の流体）の温度との温度差ΔＴｙが過剰に大きい場合には、第２の蒸発器２２及び／又は第３の蒸発器２５に負担がかかり、損傷のリスクが生じ得る。
ここで、本実施の形態にかかる冷凍装置１では、温度差ΔＴｘ及び温度差ΔＴｙのうちの少なくともいずれかが所定値Ｔｈ以上の場合には、温度差警戒レベルであると判定し、温度差ΔＴｘ及び温度差ΔＴｙが所定値Ｔｈよりも小さくなるように蒸発圧力調整弁２３の開度を、第１の膨張弁１３、第２の膨張弁２１及び第３の膨張弁２４のうちの少なくともいずれかの開度を制御する前の状態よりも小さくする。これにより、第２の蒸発器２２及び第３の蒸発器２５における冷媒の蒸発温度を引き上げて、温度差ΔＴｘ及び温度差ΔＴｙを抑制することで、第２の蒸発器２２及び第３の蒸発器２５に対する負担を軽減できる。

よって、並列に設けられた複数の蒸発器（１４、２２、２５）で複数の温度制御対象を温度制御する際、一部の温度制御対象の目標温度を変化させた場合であっても、高精度な温度制御を安定的に実施できるとともに、一部の温度制御領域を冷却する必要がある一方で、他の一部の温度制御領域を加熱する必要があるような制御パターンの際に生じ得る蒸発器（加熱側の蒸発器）に対する負担を簡易に軽減できる。

以上、本発明の一実施の形態を説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、上述の実施の形態には各種の変更を加えることができる。

１…冷凍装置
２…流体通流ユニット
２Ａ…第１流体通流装置
２Ａ１…第１ポンプ
２Ｂ…第２流体通流装置
２Ｂ１…第２ポンプ
２Ｂ２…第２の流体用温度センサ
２Ｃ…第３流体通流装置
２Ｃ１…第３ポンプ
２Ｃ２…第３の流体用温度センサ
１０…冷凍回路
１１…圧縮機
１２…凝縮器
１３…第１の膨張弁
１４…第１の蒸発器
２０…並列回路
２１…第２の膨張弁
２２…第２の蒸発器
２３…蒸発圧力調整弁
２４…第３の膨張弁
２５…第３の蒸発器
３０…冷凍回路側圧力センサ
４０…並列側圧力センサ
５０…制御装置
６１…並列側第１温度センサ
６２…並列側第２温度センサ

Claims (5)

1. 圧縮機と、凝縮器と、第１の膨張弁と、第１の蒸発器とが、この順に冷媒を循環させるように接続された冷凍回路と、
   前記冷凍回路における前記凝縮器の下流側で且つ前記第１の膨張弁の上流側の部分から冷媒を分岐させ、第２の膨張弁、第２の蒸発器及び蒸発圧力調整弁の順で通過させて、前記冷凍回路における前記第１の蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分に戻す並列回路と、
   前記並列回路における前記第２の蒸発器と前記蒸発圧力調整弁との間を流れる冷媒の圧力を検出する並列側圧力センサと、
   前記第１の膨張弁、前記第２の膨張弁及び前記蒸発圧力調整弁の各開度を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記第１の膨張弁から流出する冷媒の流量と、前記第２の膨張弁から流出する冷媒の流量とが互いに異なる値となるように前記第１の膨張弁及び／又は前記第２の膨張弁の開度を制御した際に、前記第２の蒸発器における冷媒の蒸発温度と前記第２の蒸発器において冷媒と熱交換する前の温度制御対象の温度との差が所定値よりも小さい場合には、前記並列側圧力センサで検出する冷媒の圧力が、前記第１の蒸発器における冷媒の蒸発圧力と一致するように、前記蒸発圧力調整弁の開度を制御し、
   前記第１の膨張弁から流出する冷媒の流量と、前記第２の膨張弁から流出する冷媒の流量とが互いに異なる値となるように前記第１の膨張弁及び／又は前記第２の膨張弁の開度を制御した際に、前記第２の蒸発器における冷媒の蒸発温度と前記第２の蒸発器において冷媒と熱交換する前の温度制御対象の温度との差が前記所定値以上の場合には、前記第２の蒸発器における冷媒の蒸発温度と前記第２の蒸発器において冷媒と熱交換する前の温度制御対象の温度との差が前記所定値よりも小さくなるように前記蒸発圧力調整弁の開度を、前記第１の膨張弁及び／又は前記第２の膨張弁の開度を制御する前の状態よりも小さくする、冷凍装置。
2. 前記並列回路は、前記第２の膨張弁及び前記第２の蒸発器に対して並列に設けられた第３の膨張弁及び第３の蒸発器をさらに有し、前記冷凍回路における前記凝縮器の下流側で且つ前記第１の膨張弁の上流側の部分から分岐する冷媒を前記第３の膨張弁及び前記第３の蒸発器の順で通過させ、前記第２の蒸発器から流出した冷媒と合流させた後、前記冷凍回路に戻すようにもなっており、
   前記制御装置は、前記第３の膨張弁の開度も制御し、
   前記制御装置は、
   前記第１の膨張弁から流出する冷媒の流量と、前記第２の膨張弁及び／又は前記第３の膨張弁から流出する冷媒の流量とが互いに異なる値となるように前記第１の膨張弁、前記第２の膨張弁及び第３の膨張弁のうちの少なくともいずれかの開度を制御した際に、前記第２の蒸発器における冷媒の蒸発温度と前記第２の蒸発器において冷媒と熱交換する前の温度制御対象の温度との差、及び、前記第３の蒸発器における冷媒の蒸発温度と前記第３の蒸発器において冷媒と熱交換する前の温度制御対象の温度との差が前記所定値よりも小さい場合には、前記並列側圧力センサで検出する冷媒の圧力が、前記第１の蒸発器における冷媒の蒸発圧力と一致するように、前記蒸発圧力調整弁の開度を制御し、
   前記第１の膨張弁から流出する冷媒の流量と、前記第２の膨張弁及び／又は前記第３の膨張弁から流出する冷媒の流量とが互いに異なる値となるように前記第１の膨張弁、前記第２の膨張弁及び第３の膨張弁のうちの少なくともいずれかの開度を制御した際に、前記第２の蒸発器における冷媒の蒸発温度と前記第２の蒸発器において冷媒と熱交換する前の温度制御対象の温度との差、及び、前記第３の蒸発器における冷媒の蒸発温度と前記第３の蒸発器において冷媒と熱交換する前の温度制御対象の温度との差のうちの少なくともいずれかが前記所定値以上の場合には、前記第２の蒸発器における冷媒の蒸発温度と前記第２の蒸発器において冷媒と熱交換する前の温度制御対象の温度との差及び前記第３の蒸発器における冷媒の蒸発温度と前記第３の蒸発器において冷媒と熱交換する前の温度制御対象の温度との差が前記所定値よりも小さくなるように前記蒸発圧力調整弁の開度を前記第１の膨張弁、前記第２の膨張弁及び前記第３の膨張弁のうちの少なくともいずれかの開度を制御する前の状態よりも小さくする、請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記並列側圧力センサは、前記第２の蒸発器から流出した冷媒と前記第３の蒸発器から流出した冷媒との合流部分又は合流部分の下流側における冷媒の圧力を検出する、請求項２に記載の冷凍装置。
4. 前記冷凍回路における前記第１の蒸発器の下流側であって、前記並列回路の接続位置の上流側の部分を流れる冷媒の圧力を検出する冷凍回路側圧力センサをさらに備え、
   前記冷凍回路側圧力センサによって、前記第１の蒸発器における冷媒の蒸発圧力を特定する、請求項１乃至３のいずれかに記載の冷凍装置。
5. 圧縮機と、凝縮器と、第１の膨張弁と、第１の蒸発器とが、この順に冷媒を循環させるように接続された冷凍回路と、
   前記冷凍回路における前記凝縮器の下流側で且つ前記第１の膨張弁の上流側の部分から冷媒を分岐させ、第２の膨張弁、第２の蒸発器及び蒸発圧力調整弁の順で通過させて、前記冷凍回路における前記第１の蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分に戻す並列回路と、
   前記蒸発圧力調整弁の開度を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記第２の蒸発器における冷媒の蒸発温度と前記第２の蒸発器において冷媒と熱交換する前の温度制御対象の温度との差が所定値以上の場合に、前記第２の蒸発器における冷媒の蒸発温度と前記第２の蒸発器において冷媒と熱交換する前の温度制御対象の温度との差が前記所定値よりも小さくなるように前記蒸発圧力調整弁の開度を制御する、冷凍装置。

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