JP6405675B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

この発明は、冷却装置に関し、特に、膨張弁と、蒸発器と、蒸発器から流出する冷媒量を調整する流量調整弁とを備えた冷却装置に関する。

従来、膨張弁と、蒸発器と、蒸発器から流出する冷媒量を調整する流量調整弁とを備えた冷却装置などが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、液冷媒を膨張させる膨張弁と、膨張弁により膨張された冷媒を蒸発させる冷却器（蒸発器）と、冷却器の蒸発圧力を調整する蒸発圧力調整弁（流量調整弁）とを備えたショーケース（冷却装置）が開示されている。この特許文献１に記載のショーケースでは、蒸発圧力調整弁を使用せず冷却器の能力を効果的に得て庫内を冷凍温度帯に維持する運転モードと、蒸発圧力調整弁を使用して冷却器の能力を抑制しながら庫内を冷蔵温度帯に維持する運転モードとが、切替可能に構成されている。

ここで、蒸発圧力調整弁（ＥＰＲ）は、蒸発器と圧縮機との間を流通する冷媒に流通抵抗（圧力損失）を付与することにより、圧縮機の吸入圧力に対して蒸発圧力調整弁が生じさせる圧力損失分だけ蒸発器内の蒸発圧力（蒸発温度）を高める役割を有する。そして、蒸発温度の上昇が冷却能力の抑制をもたらす。なお、蒸発圧力調整弁には絞り部を開閉する弁体が内蔵されており、弁体を押圧するばねの押圧力の分だけ蒸発圧力が高められる。また、ユーザ（運転管理者）が運転前に調節ねじを回すことによってばね圧が所定値（固定値）に設定される。したがって、冷凍サイクル装置の運転中は、通常、固定値に設定されたままの状態で蒸発圧力調整弁は動作されて、蒸発圧力（蒸発温度）は、ほぼ一定に保たれる。なお、上記特許文献１に記載されたショーケースにおいては、この一般的な蒸発圧力調整弁が用いられていると考えられる。

特開平５−３３２６５８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたショーケースでは、ユーザにより予めばね圧が所定値（固定値）に設定された蒸発圧力調整弁を用いているので、ばね圧は、ショーケースの運転中には変更されない。このため、庫内の熱負荷に応じて冷却器（蒸発器）の蒸発温度の適正値が変化する場合であっても、蒸発温度（蒸発圧力）が一定値に保たれたまま運転が継続されてしまう。特に、庫内の熱負荷が小さくて冷却能力を抑制したいにも拘らず冷媒の蒸発温度が低すぎる（蒸発温度と庫内温度との差が大きすぎる）運転状態では、庫内の冷却温度を安定的に制御することができないという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、熱負荷の変動に応じて冷却温度を安定的に制御することが可能な冷却装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による冷却装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮器によって凝縮された冷媒を膨張させる電子膨張弁と、電子膨張弁によって膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器と、開度に応じて蒸発器から流出する冷媒の流量を調整する流量調整弁と、蒸発器の入口近傍の冷媒温度または蒸発器内部の冷媒温度の少なくとも一方を検出する第１冷媒温度検出部と、蒸発器の出口近傍の冷媒温度を検出する第２冷媒温度検出部と、第１冷媒温度検出部により検出された冷媒温度と第２冷媒温度検出部により検出された冷媒温度とに基づく蒸発器の出口近傍における冷媒の過熱度に基づいて流量調整弁の開度を制御することにより、蒸発器における冷媒の蒸発温度を制御するように構成された制御部と、を備え、制御部は、流量調整弁の開度制御により調整された蒸発温度のもとで、第１冷媒温度検出部により検出された冷媒温度と第２冷媒温度検出部により検出された冷媒温度とに基づいて蒸発器の出口近傍における冷媒の過熱度が所定値になるように電子膨張弁の開度を制御するように構成されている。

この発明の一の局面による冷却装置では、上記のように、蒸発器における冷媒の過熱度に基づいて流量調整弁の開度を制御することにより、蒸発器における冷媒の蒸発温度を制御するように構成された制御部を設ける。これにより、蒸発器における冷媒の過熱度に基づいて制御中の蒸発器の冷却能力と実際に要求される冷却能力との差分を把握しながら、流量調整弁の開度を制御して適正な蒸発圧力（蒸発温度）を有するように蒸発器の状態を調整することができる。その結果、熱負荷の変動に応じて蒸発器の蒸発温度を追従させることができるので、冷却温度を安定的に制御することができる。
これにより、第１冷媒温度検出部と第２冷媒温度検出部とにより把握される冷媒の過熱度に基づいて蒸発器の状態を正確に把握することができる。この結果、正確に把握された熱負荷の変動に応じて蒸発器の蒸発温度を適切に追従させることができる。
これにより、熱負荷の変動に応じて適切に調整された蒸発温度のもとで、蒸発器の出口近傍における冷媒の過熱度をさらに微調整制御することができる。すなわち、蒸発温度が調整された蒸発器内の冷媒の蒸発具合を把握しながら電子膨張弁の開度を調整して冷媒の蒸発具合を最適化することができる。この結果、蒸発器を冷媒の蒸発に関して最も有効かつ高効率に使用することができる。その結果、蒸発器全体の熱交換効率を高く維持することができる。

上記第１冷媒温度検出部と第２冷媒温度検出部とをさらに備える構成において、好ましくは、第１冷媒温度検出部は、蒸発器内部の冷媒温度を検出する内部冷媒温度検出部を含み、制御部は、内部冷媒温度検出部により検出された冷媒温度と第２冷媒温度検出部により検出された冷媒温度とに基づく蒸発器の出口近傍における冷媒の過熱度に基づいて流量調整弁の開度を制御するとともに、流量調整弁の開度制御により調整された蒸発温度のもとで、内部冷媒温度検出部により検出された冷媒温度と第２冷媒温度検出部により検出された冷媒温度とに基づいて電子膨張弁の開度を制御するように構成されている。このように構成すれば、蒸発器内部の圧力損失を考慮した上で、蒸発器の出口における冷媒の過熱度制御を行うことができる。すなわち、蒸発器のサイズ（伝熱管の長さ）によっては冷媒流路の圧力損失（蒸発圧力降下）に起因して蒸発器の入口部近傍での蒸発温度よりも蒸発器内部での冷媒の蒸発温度が低い場合が生じる。したがって、入口部近傍での冷媒温度ではなく内部冷媒温度検出部により検出される蒸発器内部の冷媒温度（蒸発温度）を基準とした場合の蒸発器の出口近傍における冷媒の過熱度に基づいた冷媒の流量制御を行うことにより、蒸発器出口での冷媒の過熱度制御をより精度よく行うことができる。これにより、蒸発器内の冷媒の蒸発完了点をより確実に蒸発器の出口近傍に位置させることができるので、蒸発器の入口から出口に亘る略全ての冷媒流路を蒸発領域として使用することができる。この結果、蒸発器の熱交換性能（冷却能力）を最大限に発揮させることができる。

上記一の局面による冷却装置において、好ましくは、複数の蒸発器の各々が互いに並列接続されるとともに、各々の蒸発器よりも上流に電子膨張弁が設けられており、流量調整弁は、複数の蒸発器の各々に対応して設けられており、制御部は、蒸発器毎に有する冷媒の過熱度に基づいて各々に対応する流量調整弁の開度を制御することにより、蒸発器毎の冷媒の蒸発温度を個別に制御するように構成されている。このように構成すれば、蒸発器毎に要求される冷却能力を個々に把握しながら各々に適した蒸発圧力（蒸発温度）になるように冷却装置全体を運転制御することができる。また、蒸発器毎の冷却温度を安定的に制御することができるので、冷却装置の効率的な運転を行うことができる。

上記流量調整弁が複数の蒸発器の各々に対応して設けられる構成において、好ましくは、流量調整弁と並行して設けられ、流量調整弁を迂回して蒸発器の出口側と圧縮機の吸入側とを接続するバイパス流路をさらに備え、制御部は、複数の蒸発器のうち、バイパス流路が設けられた冷媒流路に対応する蒸発器の冷媒の蒸発温度が最も低い場合に、バイパス流路と並行する流量調整弁に冷媒を流通させることなくバイパス流路に冷媒を流通させた状態で、冷媒の蒸発温度が最も低い蒸発器以外の蒸発器に関して、各々に対応した冷媒の過熱度に基づいて流量調整弁の開度を制御することにより、蒸発器毎の冷媒の蒸発温度を個別に制御するように構成されている。このように構成すれば、複数の蒸発器のうち特定の蒸発器の蒸発温度が最も低い場合には、流量調整弁による不要な絞り（流通抵抗）がこの蒸発器の下流側の冷媒流路に生じるのを回避することができる。したがって、異なる冷却能力を有する蒸発器が混在する冷却装置を運転する場合であっても、不要な絞り（流通抵抗）に起因して圧縮機に負荷が掛かる（圧縮比が増大する）のを抑制することができる。

本発明によれば、上記のように、熱負荷の変動に応じて冷却温度を安定的に制御することが可能な冷却装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態による冷却装置の概略的な構成を示した図である。 本発明の第１実施形態による冷却装置の制御構成を示したブロック図である。 本発明の第２実施形態による冷却装置の概略的な構成を示した図である。 本発明の第２実施形態による冷却装置の制御構成を示したブロック図である。 本発明の第３実施形態による冷却装置の概略的な構成を示した図である。 本発明の第３実施形態による冷却装置の制御構成を示したブロック図である。 本発明の第４実施形態による冷却装置の概略的な構成を示した図である。 本発明の第４実施形態による冷却装置の制御構成を示したブロック図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態による冷却装置１００の構成について説明する。

本発明の第１実施形態による冷却装置１００は、図１に示すように、ＣＯ_２冷媒を用いて所定の冷凍サイクルを形成可能に構成されている。具体的には、冷却装置１００は、圧縮機１０、ガスクーラ（放熱器）２０、電子膨張弁３０ａ（３０ｂおよび３０ｃ）および蒸発器４０ａ（４０ｂおよび４０ｃ）と、これらを接続する冷媒配管（主に吐出管１、液管２および吸入管（ガス管）３）とを備えている。なお、ガスクーラ２０は、本発明の「凝縮器」の一例であり、電子膨張弁３０ａ〜３０ｃは、本発明の「膨張弁」の一例である。

また、冷却装置１００は、物品（図示せず）を保管する冷蔵倉庫１０５を所定温度に維持するために設置されている。ここで、冷蔵倉庫１０５は、互いに異なる温度（冷蔵温度または冷凍温度）に維持可能な複数の収容領域（収容庫）Ａ〜Ｃ（２点鎖線で示す）を備えた冷凍冷蔵倉庫である。したがって、冷却装置１００は、冷蔵倉庫１０５の収容領域Ａ〜Ｃに保管される冷却対象物（物品）をそれぞれ冷却するための蒸発器４０ａ〜蒸発器４０ｃを備えている。なお、蒸発器４０ａは、冷蔵倉庫１０５内の収容領域Ａを主に冷却するために設けられている。また、蒸発器４０ｂは、収容領域Ｂを主に冷却するとともに、蒸発器４０ｃは、収容領域Ｃを主に冷却するために設けられている。

また、蒸発器４０ａ〜４０ｃは、１つの冷凍サイクル（冷却装置１００を構成する冷媒回路）の低圧側に互いに並列接続されている。すなわち、高圧側となる液管２は、液管２ａ、２ｂおよび２ｃの３系統に分岐されている。液管２ａには、電子膨張弁３０ａと蒸発器４０ａとが直列接続され、液管２ｂには、電子膨張弁３０ｂと蒸発器４０ｂとが直列接続されている。また、液管２ｃには、電子膨張弁３０ｃと蒸発器４０ｃとが直列接続されている。そして、低圧側となる蒸発器４０ａ〜４０ｃの各々の下流側に接続された冷媒配管５ａ〜５ｃは１つに合流して吸入管３となり、吸入管３が圧縮機１０に接続されている。

冷却装置１００を構成する各機能部品について簡潔に説明する。圧縮機１０は、吸入されたガス冷媒を圧縮して高圧側（吐出管１）に吐出する役割を有する。また、圧縮機１０には、回転数制御に基づき冷媒吐出量が制御可能なインバータ制御式圧縮機が用いられる。ガスクーラ２０は、内部を流通する過熱ガス状態の冷媒を送風機２１により送風される外気（空気）を用いて冷却する機能を有する。また、ガスクーラ２０内で凝縮（液化）された冷媒は、液管２ａを流通して電子膨張弁３０ａに流入される。

電子膨張弁３０ａは、ガスクーラ２０で冷却（液化）された冷媒を絞り膨張させて蒸発器４０ａに供給する役割を有する。また、電子膨張弁３０ａは、パルス制御により駆動されるステッピングモータの駆動力を利用して弁機構を開閉駆動する。また、電子膨張弁３０ａの開度に応じて蒸発器４０ａに流入する冷媒流量が制御される。また、電子膨張弁３０ａにより絞り膨張された液冷媒は、気液二相状態のまま冷媒配管４ａを介して蒸発器４０ａに流入される。

蒸発器４０ａは、電子膨張弁３０ａから供給された気液二相冷媒を蒸発させる機能を有する。冷媒は、蒸発器４０ａを流通する際に蒸発潜熱を得ながら蒸発し、この際、収容領域Ａを流通する空気から熱が奪われる。詳細な図示は省略するが、蒸発器４０ａは、伝熱管内部を冷媒が流通するフィンアンドチューブ型の空気熱交換器である。すなわち、蒸発器４０ａは、一対の端板（エンドプレート）間を往復蛇行する伝熱管群と、並行配置された伝熱管群の外周壁に固定されるとともに等ピッチ間隔に配置された複数のフィン部材とを備えている。また、蒸発器４０ａにおける蒸発後の冷媒は、気相を多く含んだガス状態となって冷媒配管５ａおよび吸入管３の順に流通されて圧縮機１０に戻される。

冷却装置１００では、圧縮機１０から吐出された冷媒（ＣＯ_２）が、吐出管１、ガスクーラ２０、液管２ａ（２ｂおよび２ｃ）、電子膨張弁３０ａ（３０ｂおよび３０ｃ）、蒸発器４０ａ（４０ｂおよび４０ｃ）、冷媒配管５ａ（５ｂおよび５ｃ）および吸入管３の順に矢印Ｐ方向に流通して再び圧縮機１０に帰還されるサイクルを繰り返す。

また、冷却装置１００には、図２に示すように、圧縮機１０および電子膨張弁３０ａ〜３０ｃの動作制御を行うための制御部７０が設けられている。なお、収容領域Ａ〜Ｃには、各々の現在温度を検出するための空気温度センサ９１ａ〜９１ｃがそれぞれ設けられている。冷却装置１００では、空気温度センサ９１ａ〜９１ｃの検出結果に基づいて、制御部７０により蒸発器４０ａ〜４０ｃの各々の能力（冷却能力）が個別に制御されるように構成されている。

具体的には、図１に示すように、冷蔵倉庫１０５内の設定温度に対する現在の冷却負荷に応じて蒸発器４０ａ〜４０ｃの各々の能力が調整されるように構成されている。収容領域Ａ〜Ｃの各々の設定温度よりも現在温度が高い場合には、圧縮機１０の回転数制御と電子膨張弁３０ａ〜３０ｃの各々の開度制御とにより蒸発器４０ａ〜４０ｃの各々の冷却能力を増加させる運転制御が行われる。反対に、収容領域Ａ〜Ｃの各々の設定温度（目標値）と現在温度との差が小さい場合には、その差に応じて蒸発器４０ａ〜４０ｃの各々の冷却能力を徐々に減少させる運転制御が行われる。

この場合、蒸発器４０ａは、収容領域Ａを低温域（たとえば冷凍温度が−２０℃前後）に維持する役割を担う。蒸発器４０ｂは、収容領域Ｂを中温域（たとえば冷蔵温度が約−５℃以上約０℃以下の範囲）に維持する役割を担う。蒸発器４０ｃは、収容領域Ｃを高温域（たとえば冷蔵温度が約５℃以上約８℃以下の範囲）に維持する役割を担う。つまり、蒸発器４０ａは相対的に最も大きな冷却能力が要求される一方、蒸発器４０ａに対して蒸発器４０ｂおよび４０ｃは、この順により少ない冷却能力しか要求されない。したがって、蒸発器４０ａ〜４０ｃは、各々の設定温度域（要求される冷却負荷）に応じた冷却能力を発揮するように能力が制御される。

なお、上記した収容領域Ａ、ＢおよびＣと設定温度（低温域、中温域および高温域）との対応関係は一例であり、この対応関係は変更されうる。たとえば、季節により冷蔵倉庫１０５に保管される物品の種類も変化するので、収容領域Ａ〜Ｃと、低温域〜高温域との個々の対応関係も変更される。また、保管する物品の種類に応じた収容領域毎の温度設定値にも、ある程度の範囲が設けられている。これによっても蒸発器４０ａ〜４０ｃへの冷却負荷は個別に変動する。すなわち、蒸発器４０ａ〜４０ｃの各々が有する冷媒の蒸発温度（蒸発圧力）は、冷蔵倉庫１０５の使用態様の変化に合わせて自動的かつこまめに調整されるのが望ましい。なお、以下では、蒸発器４０ａは低温域（−２０℃前後）を担い、蒸発器４０ｂは中温域（約−５℃以上約０℃以下）を担い、蒸発器４０ｃは高温域（約５℃以上約８℃以下）を担う態様を一例として説明を進める。

冷却装置１００では、最も冷却能力を必要とする蒸発器４０ａに要求される目標蒸発温度Ｔｇａ近傍になるように圧縮機１０の回転数（運転周波数）が制御部７０（図２参照）の指令に基づき制御される。すなわち、圧縮機１０の回転数を増減させて低圧圧力（蒸発圧力）が調整される。これにより、蒸発器４０ａの蒸発温度Ｔｅａが目標蒸発温度Ｔｇａ付近となって収容領域Ａを冷却可能な冷凍サイクル状態が形成される。そして、電子膨張弁３０ａの開度制御により蒸発器４０ａ内部の冷媒の最適流量が確保される。同時に、蒸発器４０ａ出口における冷媒ガスの過熱度Ｈ１ａが一定範囲内に保持される。このようにして、収容領域Ａを低温域に維持するための冷却能力が蒸発器４０ａに発揮される。

一方、蒸発器４０ａよりも冷却能力を必要としない蒸発器４０ｂについては、蒸発器４０ａを基準に合わせ込まれた圧縮機１０の回転数のままでは、蒸発圧力（蒸発温度）が低すぎる。したがって、蒸発器４０ｂの蒸発温度Ｔｅｂを収容領域Ａよりも相対的に高温な収容領域Ｂの設定温度（約−５℃以上約０℃以下）に合わせて上昇させる制御が行われる。

ここで、第１実施形態では、図１に示すように、蒸発器４０ｂよりも下流側の冷媒配管５ｂに流量調整弁５２が設けている。また、流量調整弁５２は、蒸発器４０ｂと圧縮機１０との間に配置されている。流量調整弁５２は、パルス制御により駆動されるステッピングモータの駆動力を利用して弁機構を開閉駆動する。また、流量調整弁５２の開度に応じて蒸発器４０ｂから流出する冷媒流量が制御されるように構成されている。

流量調整弁５２は、通過する冷媒を絞って圧力損失（圧力差）を付与する。すなわち、蒸発器４０ａを基準とした圧縮機１０の回転数により決定された低圧圧力（吸入圧力）に対して、流量調整弁５２が生じさせる圧力損失分だけ上流側の蒸発器４０ｂ内の蒸発圧力（蒸発温度Ｔｅｂ）は上昇される。そして、流量調整弁５２を絞ることにより蒸発器４０ｂの蒸発温度Ｔｅｂが上昇された状態で、蒸発器４０ｂに関する電子膨張弁３０ｂの開度制御（過熱度Ｈ１ｂの微調整制御）が行われる。これにより、収容領域Ｂを中温域（約−５℃以上約０℃以下）に維持するための冷却能力が蒸発器４０ｂに発揮される。

なお、第１実施形態では、蒸発器４０ｂよりも上流側でかつ電子膨張弁３０ｂの直後の冷媒配管４ｂに冷媒温度センサ８１ｂが設けられている。また、蒸発器４０ｂよりも下流側でかつ蒸発器４０ｂと流量調整弁５２との間の冷媒配管５ｂに冷媒温度センサ８２ｂが設けられている。冷媒温度センサ８１ｂは、蒸発器４０ｂに流入する入口部近傍の冷媒温度Ｔ１ｂを検出する機能を有する。冷媒温度センサ８２ｂは、蒸発器４０ｂから流出する出口部近傍の冷媒温度Ｔ２ｂを検出する機能を有する。なお、冷媒温度センサ８１ｂおよび８２ｂは、それぞれ、本発明の「第１冷媒温度検出部」および「第２冷媒温度検出部」の一例である。

これにより、蒸発器４０ｂの蒸発温度Ｔｅｂは、冷媒温度センサ８１ｂにより検出された冷媒温度Ｔ１ｂに基づいて制御的に把握される。したがって、収容領域Ｂの設定温度と現在の温度との差分により蒸発器４０ｂに要求される冷却能力が制御部７０（図２参照）により算出される。また、算出された冷却能力に対応する目標蒸発温度Ｔｇｂが設定される。そして、目標蒸発温度Ｔｇｂと現在の蒸発器４０ｂの蒸発温度Ｔｅｂとの差分をゼロにするように蒸発温度Ｔｅｂが調整される。つまり、蒸発器４０ｂの冷却能力が過剰な場合は、蒸発温度Ｔｅｂを上昇させる方向に制御が進む。

この際、まず、電子膨張弁３０ｂの開度制御が行われて蒸発器４０ｂへ流入する冷媒流量が適正量付近まで調整される。また、電子膨張弁３０ｂの開度に応じて蒸発器４０ｂの出口近傍に所定量の過熱度Ｈ１ｂが生じる。なお、過熱度Ｈ１ｂは、冷媒温度センサ８１ｂにより検出された冷媒温度Ｔ１ｂと冷媒温度センサ８２ｂにより検出された冷媒温度Ｔ２ｂとに基づき把握される。そして、冷媒の過熱度Ｈ１ｂに基づいて、流量調整弁５２の開度がさらに制御される。これにより、蒸発温度Ｔｅｂが蒸発器４０ｂに要求される冷却能力に見合ったレベルへと近付けられる。この場合、蒸発温度Ｔｅｂは、蒸発温度Ｔｅａよりも大きく（高く）なる。

なお、流量調整弁５２が絞る（開度を減少させる）方向に制御されると蒸発温度Ｔｅｂは上昇される。つまり、流量調整弁５２の開度減少とともに冷媒がより絞られて圧力損失（圧力差）が増加する。吸入管３の冷媒圧力（低圧）は圧縮機１０側で決定されているので、圧力損失（圧力差）の増加分だけ蒸発器４０ｂ内の蒸発圧力（蒸発温度Ｔｅｂ）が上昇される。なお、蒸発温度Ｔｅｂが上昇されるので蒸発器４０ｂにおける空気側との熱交換時の温度差がより小さくなる。蒸発器４０ｂ中の冷媒は、気液二相状態をより長い時間維持しながら蒸発されるので、蒸発器４０ｂ出口の過熱度Ｈ１ｂは徐々に減少される。

また、流量調整弁５２が開く（開度を増加させる）方向に制御されると蒸発温度Ｔｅｂは低下される。つまり、流量調整弁５２の開度増加とともに冷媒の絞りが緩められて圧力損失（圧力差）は減少する。また、圧力損失（圧力差）の減少分が蒸発器４０ｂ内の蒸発圧力（蒸発温度Ｔｅｂ）を低下させる。なお、蒸発温度Ｔｅｂが低下されるので蒸発器４０ｂにおける空気との熱交換時の温度差がより大きくなる。したがって、蒸発器４０ｂ中の冷媒は、気液二相状態がより短い時間で終了して蒸発を完了するので、蒸発器４０ｂ出口の過熱度Ｈ１ｂは徐々に増加する。

このように、過熱度Ｈ１ｂを参照しながら流量調整弁５２の開度が増加または減少を繰り返すなどして、蒸発温度Ｔｅｂが目標蒸発温度Ｔｇｂへと近付けられていく。

また、第１実施形態では、流量調整弁５２の開度制御により調整された蒸発温度Ｔｅｂのもとで、蒸発器４０ｂの出口近傍における冷媒の過熱度Ｈ１ｂ（＝冷媒温度Ｔ２ｂ−冷媒温度Ｔ１ｂ）が所定値になるように電子膨張弁３０ｂの開度が微調整制御される。この際にも、過熱度Ｈ１ｂは、冷媒温度センサ８１ｂにより検出された冷媒温度Ｔ１ｂと冷媒温度センサ８２ｂにより検出された冷媒温度Ｔ２ｂとに基づいて随時把握される。

なお、流量調整弁５２の開度制御は、上記のように蒸発温度Ｔｅｂを上昇または低下させる反面、過熱度Ｈ１ｂの一時的な上昇または低下を副次的にもたらす。しかしながら、過熱度Ｈ１ｂは、最終的には、蒸発器４０ｂに流入する冷媒流量を制御する電子膨張弁３０ｂの開度制御によって維持される。このように、蒸発器４０ｂに関して、流量調整弁５２の開度制御によって蒸発温度Ｔｅｂの大まかなレベルを調整しつつ、その後の電子膨張弁３０ｂの開度制御によって過熱度Ｈ１ｂを細かく調整している。これにより、蒸発器４０ｂは、目標蒸発温度Ｔｇｂと過熱度Ｈ１ｂとが安定的に維持された状態で、その冷却能力が細かく調整される。したがって、収容領域Ｂは、中温域の状態が安定的に維持される。

また、蒸発器４０ｂよりも冷却能力をさらに必要としない蒸発器４０ｃについても、蒸発器４０ｂの能力制御を行った場合と同様の構成および制御が適用される。すなわち、蒸発器４０ｃの蒸発圧力（蒸発温度Ｔｅｃ）を収容領域Ｃの設定温度（約５℃以上約８℃以下）に合わせて上昇させる制御が同様に行われる。

すなわち、第１実施形態では、蒸発器４０ｃよりも下流側の冷媒配管５ｃに流量調整弁５３を設けている。また、流量調整弁５３は、蒸発器４０ｃと圧縮機１０との間に配置されている。また、流量調整弁５３の開度に応じて蒸発器４０ｃから流出する冷媒流量が制御されるように構成されている。また、冷媒配管４ｃに冷媒温度センサ８１ｃが設けられるとともに、蒸発器４０ｃと流量調整弁５３との間の冷媒配管５ｃに冷媒温度センサ８２ｃが設けられている。冷媒温度センサ８１ｃは、蒸発器４０ｃに流入する入口部近傍の冷媒温度Ｔ１ｃを検出し、冷媒温度センサ８２ｃは、蒸発器４０ｃから流出する出口部近傍の冷媒温度Ｔ２ｃを検出する機能を有する。なお、冷媒温度センサ８１ｃおよび８２ｃは、それぞれ、本発明の「第１冷媒温度検出部」および「第２冷媒温度検出部」の一例である。

流量調整弁５３の役割は、流量調整弁５２と同様である。蒸発器４０ｃでは、電子膨張弁３０ｃの開度に応じた過熱度Ｈ１ｃを参照しながら流量調整弁５３を絞ることによって、蒸発器４０ａおよび４０ｂに対して蒸発圧力（蒸発温度Ｔｅｃ）がさらに上昇される。そして、蒸発器４０ｃでは、流量調整弁５３を絞ることによって蒸発温度Ｔｅｃが上昇された状態で電子膨張弁３０ｃの開度制御（蒸発器４０ｃに関する過熱度Ｈ１ｃの微調整制御）がさらに行われる。これにより、収容領域Ｃを高温域（約５℃以上約８℃以下）に維持するための冷却能力が蒸発器４０ｃに発揮される。

また、この場合も、流量調整弁５３の開度制御により調整された蒸発温度Ｔｅｃのもとで、蒸発器４０ｃの出口近傍における冷媒の過熱度Ｈ１ｃ（＝冷媒温度Ｔ２ｃ−冷媒温度Ｔ１ｃ）が所定値になるように電子膨張弁３０ｃの開度が微調整制御される。この際、過熱度Ｈ１ｃは、冷媒温度センサ８１ｃにより検出された冷媒温度Ｔ１ｃと冷媒温度センサ８２ｃにより検出された冷媒温度Ｔ２ｃとに基づいて随時把握される。

流量調整弁５３の開度制御は、蒸発温度Ｔｅｃを上昇または低下させる反面、過熱度Ｈ１ｃの一時的な上昇または低下を副次的にもたらす。しかしながら、過熱度Ｈ１ｃは、最終的には、蒸発器４０ｃに流入する冷媒流量を制御する電子膨張弁３０ｃの開度制御によって維持される。このように、蒸発器４０ｃに関しても流量調整弁５３の開度制御によって蒸発温度Ｔｅｃの大まかなレベルを調整しつつ、その後の電子膨張弁３０ｃの開度制御によって過熱度Ｈ１ｃを細かく調整している。これにより、目標蒸発温度Ｔｇｃと過熱度Ｈ１ｃとが安定的に維持された状態で、その冷却能力が細かく調整される。したがって、収容領域Ｃは、高温域の状態が安定的に維持される。

なお、第１実施形態では、図１に示すように、蒸発器４０ａが接続された冷媒回路についても、蒸発器４０ａよりも下流側の冷媒配管５ａに流量調整弁５１を設けている。また、流量調整弁５１の開度に応じて蒸発器４０ａから流出する冷媒流量が制御されるように構成されている。また、冷媒配管４ａに冷媒温度センサ８１ａが設けられ、蒸発器４０ａと流量調整弁５１との間の冷媒配管５ａに冷媒温度センサ８２ａが設けられている。冷媒温度センサ８１ａは、蒸発器４０ａに流入する入口部近傍の冷媒温度Ｔ１ａを検出し、冷媒温度センサ８２ａは、蒸発器４０ａから流出する出口部近傍の冷媒温度Ｔ２ａを検出する機能を有する。なお、冷媒温度センサ８１ａおよび８２ａは、それぞれ、本発明の「第１冷媒温度検出部」および「第２冷媒温度検出部」の一例である。

したがって、たとえば、収容領域Ａが低温域（−２０℃前後）に保たれているにも拘らず冷却対象物（物品）が少なく熱負荷が小さい場合には、蒸発器４０ａに関しても流量調整弁５１の開度制御が行われる。すなわち、蒸発器４０ｂおよび４０ｃと同様に、蒸発器４０ａの冷却能力も抑制される。この場合も、過熱度Ｈ１ａに基づく流量調整弁５１の開度制御により調整された蒸発温度Ｔｅａのもとで、蒸発器４０ａの出口近傍における冷媒の過熱度Ｈ１ａ（＝冷媒温度Ｔ２ａ−冷媒温度Ｔ１ａ）が所定値になるように電子膨張弁３０ａの開度が微調整制御される。この際にも、過熱度Ｈ１ａは、冷媒温度センサ８１ａにより検出された冷媒温度Ｔ１ａと冷媒温度センサ８２ａにより検出された冷媒温度Ｔ２ａとに基づいて随時把握される。

このように、蒸発器４０ａに関しても、まず、電子膨張弁３０ａの開度制御が行われて蒸発器４０ａへ流入する冷媒流量が適正量付近まで調整される。そして、電子膨張弁３０ａの開度に応じた過熱度Ｈ１ａに基づく流量調整弁５１の開度制御によって、蒸発温度Ｔｅａの大まかなレベルが調整される。さらに、蒸発温度Ｔｅａが目標蒸発温度Ｔｇａ近傍に調整された状態で、その後の電子膨張弁３０ａの開度制御によって過熱度Ｈ１ａが細かく調整される。これにより、蒸発器４０ａは、目標蒸発温度Ｔｇａと過熱度Ｈ１ａとが安定的に維持された状態で冷却能力が抑制される。また、蒸発器４０ａは、冷却能力が細かく調整される。したがって、収容領域Ａは、熱負荷が小さいままの状態で低温域の状態が安定的に維持される。

なお、蒸発器４０ａの下流に流量調整弁５１を設けているので、収容領域Ａについても、上記した低温域のみならず中温域や高温域の状態に維持することも可能である。すなわち、冷却装置１００では、流量調整弁５１を絞ることにより蒸発器４０ａの冷却能力を大幅に減少させる一方、流量調整弁５２または流量調整弁５３を全開状態にする（圧力損失を最小にする）ことによって、蒸発器４０ｂ内または蒸発器４０ｃ内の冷媒圧力（蒸発圧力（蒸発温度Ｔｅｂまたは蒸発温度Ｔｅｃ））を低下させることも可能である。つまり、蒸発温度Ｔｅｂおよび／または蒸発温度Ｔｅｃを、蒸発温度Ｔｅａよりも下げることも可能である。これにより、収容領域Ａを中温域に設定するとともに収容領域ＢおよびＣを低温域に設定して冷蔵倉庫１０５を使用することも可能になる。

このように、冷蔵倉庫１０５では、収容領域Ａ〜Ｃの間に互いに異なる冷却能力が要求される蒸発器４０ａ〜４０ｃが１つの冷凍サイクル（冷媒回路）に並列接続された冷却装置１００を備えている。そして、冷却装置１００では、圧縮機１０の回転数制御によって最も冷却能力（熱負荷）を必要とする蒸発器４０ａの蒸発圧力（サイクル低圧）を決定する一方、流量調整弁５２を用いて蒸発器４０ｂの蒸発圧力（蒸発温度Ｔｅｂ）を独自に制御するとともに、流量調整弁５３を用いて蒸発器４０ｃの蒸発圧力（蒸発温度Ｔｅｃ）を独自に制御する。さらには、収容領域Ａの設定温度（熱負荷）が小さい場合には、流量調整弁５１を用いて蒸発器４０ａの蒸発圧力（蒸発温度Ｔｅａ）についても独自に制御可能である。したがって、物品の保管内容の季節変動のみならず、冷蔵倉庫１０５が設置された環境が日内変動を起こした場合であっても、冷却装置１００は、この日内変動にも追従して運転される。これにより、収容領域Ａ〜Ｃのいずれに関しても、常に要求される冷却温度（庫内温度）が安定的に維持されるように構成されている。

また、冷却装置１００の制御的な構成としては、図２に示すように、ＣＰＵからなる制御部７０に加えて、ＲＯＭ７１およびＲＡＭ７２が設けられている。制御部７０は、冷媒温度センサ８１ａ〜８１ｃ、冷媒温度センサ８２ａ〜８２ｃ、および、空気温度センサ９１ａ〜９１ｃからの入力信号に基づいて所定の判断を行う。また、判断結果に基づいて、圧縮機１０、送風機２１、電子膨張弁３０ａ〜３０ｃ、流量調整弁５１〜５３および庫内送風機（図示せず）などの各種機能部品が適切に駆動されるように構成されている。

なお、ＲＯＭ７１には、制御部７０が実行する制御プログラムに加えて電子膨張弁３０ａ〜３０ｃおよび流量調整弁５１〜５３の各々の開度制御に使用される開度制御テーブル（図示せず）や、圧縮機１０の回転数制御に関する周波数制御テーブル（図示せず）などが格納されている。なお、開度制御テーブルには、冷媒温度センサ８１ａ〜８１ｃ、冷媒温度センサ８２ａ〜８２ｃから算出される過熱度Ｈ１ａ〜Ｈ１ｃの値に応じた電子膨張弁３０ａ〜３０ｃの各々の弁開度の変更量（パルス数）が規定されている。また、開度制御テーブルには、冷媒温度センサ８１ａ〜８１ｃに基づく蒸発温度Ｔｅａ〜Ｔｅｃの値（正確には、目標蒸発温度Ｔｇａ（ＴｇｂおよびＴｇｃ）と現在の蒸発温度Ｔｅａ（ＴｅｂおよびＴｅｃ）との差分）に応じた流量調整弁５１〜５３の各々の弁開度の変更量（パルス数）が規定されている。また、ＲＡＭ７２は、制御プログラムが実行される際に用いられる制御上のパラメータが一時的に保存される。第１実施形態における冷却装置１００は、上記のように構成されている。

第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、蒸発器４０ａにおける冷媒の過熱度Ｈ１ａに基づいて流量調整弁５１の開度を制御することにより、蒸発器４０ａにおける冷媒の蒸発温度Ｔｅａを制御するように構成された制御部７０を設ける。これにより、蒸発器４０ａにおける冷媒の過熱度Ｈ１ａに基づいて制御中の蒸発器４０ａの冷却能力と実際に要求される冷却能力との差分を把握しながら、流量調整弁５１の開度を制御して適正な蒸発圧力（蒸発温度Ｔｅａ）を有するように蒸発器４０ａの状態を調整することができる。その結果、収容領域Ａが有する熱負荷の変動に応じて蒸発器４０ａの蒸発温度Ｔｅａを追従させることができるので、冷却温度を安定的に制御することができる。なお、上記の効果は、蒸発器４０ｂが収容領域Ｂを冷却する場合および蒸発器４０ｃが収容領域Ｃを冷却する場合についても同様である。

また、第１実施形態では、蒸発器４０ａの入口近傍の冷媒温度Ｔ１ａを検出する冷媒温度センサ８１ａと、蒸発器４０ａの出口近傍の冷媒温度Ｔ２ａを検出する冷媒温度センサ８２ａとを設ける。そして、冷媒温度センサ８１ａにより検出された冷媒温度Ｔ１ａと冷媒温度センサ８２ａにより検出された冷媒温度Ｔ２ａとに基づく蒸発器４０ａの出口近傍における冷媒の過熱度Ｈ１ａに基づいて流量調整弁５１の開度を制御することにより、蒸発温度Ｔｅａを制御するように制御部７０を構成する。これにより、冷媒温度センサ８１ａと冷媒温度センサ８２ａとにより把握される冷媒の過熱度Ｈ１ａに基づいて蒸発器４０ａの状態を正確に把握することができる。したがって、正確に把握された熱負荷の変動に応じて蒸発器４０ａの蒸発温度Ｔｅａを適切に追従させることができる。なお、上記の効果は、蒸発器４０ｂおよび蒸発器４０ｃについても同様である。

また、第１実施形態では、流量調整弁５１の開度制御により調整された蒸発温度Ｔｅａのもとで、冷媒温度センサ８１ａにより検出された冷媒温度Ｔ１ａと冷媒温度センサ８２ａにより検出された冷媒温度Ｔ２ａとに基づいて蒸発器４０ａの出口近傍における冷媒の過熱度Ｈ１ａが所定値になるように電子膨張弁３０ａの開度を制御するように制御部７０を構成する。これにより、熱負荷の変動に応じて適切に調整された蒸発温度Ｔｅａのもとで、蒸発器４０ａの出口近傍における冷媒の過熱度Ｈ１ａをさらに微調整制御することができる。すなわち、蒸発温度Ｔｅａが調整された蒸発器４０ａ内の冷媒の蒸発具合を把握しながら電子膨張弁３０ａの開度を調整して冷媒の蒸発具合を最適化することができる。これにより、蒸発器４０ａを冷媒の蒸発に関して最も有効かつ高効率に使用することができる。その結果、蒸発器４０ａ全体の熱交換効率を高く維持することができる。なお、上記の効果は、蒸発器４０ｂおよび蒸発器４０ｃについても同様である。

また、第１実施形態では、蒸発器４０ａ、４０ｂおよび４０ｃの各々に対応して流量調整弁５１、５２および５３をそれぞれ設ける。そして、蒸発器４０ａ、４０ｂおよび４０ｃ毎に有する冷媒の過熱度Ｈ１ａ、Ｈ１ｂおよびＨ１ｃに基づいて各々に対応する流量調整弁５１、５２および５３の開度を制御することにより、蒸発器４０ａ、４０ｂおよび４０ｃ毎の冷媒の蒸発温度Ｔｅａ、ＴｅｂおよびＴｅｃを個別に制御するように制御部７０を構成する。これにより、蒸発器４０ａ、４０ｂおよび４０ｃに各々要求される冷却能力を把握しながら各々に適した蒸発圧力（蒸発温度Ｔｅａ、ＴｅｂおよびＴｅｃ）になるように冷却装置１００全体を運転制御することができる。また、蒸発器４０ａ、４０ｂおよび４０ｃの各々の冷却温度を安定的に制御することができるので、冷却装置１００の効率的な運転を行うことができる。

（第２実施形態）
図３および図４を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、上記第１実施形態とは異なり、冷媒配管５ａ（５ｂおよび５ｃ）に設けられた冷媒温度センサ８２ａ（８２ｂおよび８２ｃ）に加えて、蒸発器４０ａ（４０ｂおよび４０ｃ）４０ａ（４０ｂおよび４０ｃ）内部の冷媒配管の部分にも冷媒温度センサ８３ａ（８３ｂおよび８３ｃ）を設けて電子膨張弁３０ａ（３０ｂおよび３０ｃ）の開度制御をそれぞれ行う例について説明する。なお、冷媒温度センサ８３ａ〜８３ｃは、ぞれぞれ、本発明の「内部冷媒温度検出部」の一例である。また、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、第１実施形態と同じ符号を付して図示している。

本発明の第２実施形態による冷却装置２００では、図３および図４に示すように、蒸発器４０ａ（４０ｂおよび４０ｃ）内部の冷媒配管の部分に冷媒温度センサ８３ａ（８３ｂおよび８３ｃ）を設けている。また、冷媒温度センサ８３ａ〜８３ｃは、制御部２７０（図４参照）にそれぞれ接続されている。また、冷媒温度センサ８３ａ（８３ｂおよび８３ｃ）は、蒸発器４０ａ（４０ｂおよび４０ｃ）の内部を個々に流通する冷媒の冷媒温度Ｔ３ａ（Ｔ３ｂおよびＴ３ｃ）を検出する役割を有している。また、冷却装置２００は、冷蔵倉庫２０５（図３参照）に設置されている。

これにより、第２実施形態では、冷蔵倉庫２０５の収容領域Ａ（低温域：−２０℃前後）を冷却する蒸発器４０ａについては、冷媒温度センサ８２ａにより検出された冷媒温度Ｔ２ａおよび冷媒温度センサ８３ａにより検出された冷媒温度Ｔ３ａに基づいて電子膨張弁３０ａの開度が制御される。より具体的には、冷媒温度Ｔ３ａと冷媒温度Ｔ２ａとに基づく蒸発器４０ａの出口部近傍における冷媒の過熱度Ｈ２ａ（＝冷媒温度Ｔ２ａ−冷媒温度Ｔ３ａ）が所定値に維持されるように電子膨張弁３０ａの開度が微調整制御される。

すなわち、第２実施形態では、蒸発器４０ａの内部を流通する冷媒の圧力損失を考慮した状態で、蒸発器４０ａの出口部における冷媒の過熱度制御が行われる。換言すると、蒸発器４０ａのサイズ（往復蛇行する伝熱管の長さ）によっては冷媒配管の圧力損失（蒸発圧力が降下する現象）に起因して蒸発器４０ａの入口部近傍での冷媒温度Ｔ１ａ（蒸発温度（飽和蒸気温度））よりも蒸発器４０ａの内部での冷媒の蒸発温度（飽和蒸気温度）が低い場合が生じる。したがって、この場合には、入口部近傍での冷媒温度Ｔ１ａではなく冷媒温度センサ８３ａにより検出される蒸発器４０ａ内部（入口から出口までの冷媒配管の中間部）の冷媒温度Ｔ３ａ（蒸発温度Ｔｅａ）に対する蒸発器４０ａの出口部近傍における冷媒の過熱度Ｈ２ａに基づいた冷媒の流量制御が行われる。これにより、蒸発器４０ａの出口部における冷媒の過熱度制御がより精度よく行われるように構成されている。

なお、蒸発器４０ｂおよび蒸発器４０ｃについても同様である。収容領域Ｂを冷却する蒸発器４０ｂについては、流量調整弁５２の開度制御により調整された蒸発温度Ｔｅｂのもとで、冷媒温度センサ８３ｂにより検出された冷媒温度Ｔ３ｂと冷媒温度センサ８２ｂにより検出された冷媒温度Ｔ２ｂとに基づいて蒸発器４０ｂの出口近傍における冷媒の過熱度Ｈ１ｂ（＝冷媒温度Ｔ２ｂ−冷媒温度Ｔ３ｂ）が所定値になるように電子膨張弁３０ｂの開度が微調整制御される。また、収容領域Ｃを冷却する蒸発器４０ｃについては、流量調整弁５３の開度制御により調整された蒸発温度Ｔｅｃのもとで、冷媒温度センサ８３ｃにより検出された冷媒温度Ｔ３ｃと冷媒温度センサ８２ｃにより検出された冷媒温度Ｔ２ｃとに基づいて蒸発器４０ｃの出口近傍における冷媒の過熱度Ｈ１ｃ（＝冷媒温度Ｔ２ｃ−冷媒温度Ｔ３ｃ）が所定値になるように電子膨張弁３０ｃの開度が微調整制御される。

この場合も、冷却装置２００は、圧縮機１０の回転数制御によって冷凍サイクルにおける低圧圧力が決定される一方、収容領域Ａ〜Ｃの設定温度（熱負荷）に応じて、流量調整弁５１を用いて蒸発器４０ａの蒸発圧力（蒸発温度Ｔｅａ）が独自に制御されるとともに、流量調整弁５２を用いて蒸発器４０ｂの蒸発圧力（蒸発温度Ｔｅｂ）が独自に制御される。さらに、流量調整弁５３を用いて蒸発器４０ｃの蒸発圧力（蒸発温度Ｔｅｂ）が独自に制御される。この際、冷媒温度センサ８３ａ〜８３ｃにより、リアルタイムでかつ蒸発器４０ａ〜４０ｃ内の各々の圧損を考慮して精度よく検出される蒸発温度Ｔｅａ〜蒸発温度Ｔｅｃに基づいて、流量調整弁５１〜５３の弁開度が各々自在に増減される。これにより、蒸発器４０ａ〜４０ｃの各々の冷却能力が所望の大きさになるようきめ細かく調整される。なお、第２実施形態による冷却装置２００のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、蒸発器４０ａ内部の冷媒温度Ｔ３ａを検出する冷媒温度センサ８３ａを設ける。そして、冷媒温度センサ８３ａにより検出された冷媒温度Ｔ３ａと冷媒温度センサ８２ａにより検出された冷媒温度Ｔ２ａとに基づく蒸発器４０ａの出口近傍における冷媒の過熱度Ｈ２ａに基づいて流量調整弁５１の開度を制御するとともに、流量調整弁５１の開度制御により調整された蒸発温度Ｔｅａのもとで、冷媒温度センサ８３ａにより検出された冷媒温度Ｔ３ａと冷媒温度センサ８２ａにより検出された冷媒温度Ｔ２ａとに基づいて電子膨張弁３０ａの開度を制御するように制御部２７０を構成する。

これにより、蒸発器４０ａ内部の圧力損失を考慮した上で、蒸発器４０ａの出口における冷媒の過熱度制御を行うことができる。すなわち、蒸発器４０ａのサイズ（伝熱管の長さ）によっては冷媒流路の圧力損失（蒸発圧力降下）に起因して蒸発器４０ａの入口部近傍での蒸発温度（冷媒温度Ｔ１ａ）よりも蒸発器４０ａ内部での冷媒の蒸発温度（冷媒温度Ｔ３ａ）が低い場合が生じる。したがって、入口部近傍での冷媒温度Ｔ１ａではなく冷媒温度センサ８３ａにより検出される蒸発器４０ａ内部の冷媒温度Ｔ３ａを基準とした場合の蒸発器４０ａの出口近傍における冷媒の過熱度Ｈ２ａに基づいた冷媒の流量制御を行うことにより、蒸発器４０ａ出口での冷媒の過熱度制御をより精度よく行うことができる。これにより、蒸発器４０ａ内の冷媒の蒸発完了点をより確実に蒸発器４０ａの出口近傍に位置させることができるので、蒸発器４０ａの入口から出口に亘る略全ての冷媒流路を蒸発領域として使用することができる。この結果、蒸発器４０ａの熱交換性能（冷却能力）を最大限に発揮させることができる。なお、上記の効果は、蒸発器４０ｂおよび４０ｃについても同様である。また、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
図３、図５および図６を参照して、第３実施形態について説明する。この第３実施形態では、上記第１および第２実施形態とは異なり、蒸発器４０ａに対応する冷媒配管５ａに流量調整弁５１を迂回する冷媒配管５ｄを設けて冷却装置３００を構成した例について説明する。なお、冷媒配管５ｄは、本発明の「バイパス流路」の一例である。また、図中において、上記第１および第２実施形態と同様の構成には、第１および第２実施形態と同じ符号を付して図示している。

本発明の第３実施形態による冷却装置３００は、冷蔵倉庫３０５（図５参照）に設置されている。また、図５および図６に示すように、冷却装置３００では、流量調整弁５１が設けられた冷媒配管５ａには、流量調整弁５１を迂回して蒸発器４０ａの出口部と吸入管３とを直接的に繋ぐ冷媒配管５ｄが設けられている。また、流量調整弁５１を介する冷媒の流れと流量調整弁５１を介さない冷媒の流れとを択一的に切り替えるための電磁弁５４および電磁弁５５がそれぞれ設けられている。なお、電磁弁５４および５５は、制御部３７０（図６参照）に電気的に接続されている。

ここで、電磁弁５４が開状態では電磁弁５５は閉状態にされて蒸発器４０ａを流出した冷媒が流量調整弁５１にのみ流通される。反対に、電磁弁５４が閉状態では電磁弁５５は開状態にされて蒸発器４０ａを流出した冷媒が流量調整弁５１を完全に迂回して吸入管３に流通される。

これにより、第３実施形態では、電磁弁５４が開状態でかつ電磁弁５５が閉状態の場合には、制御部３７０（図６参照）の指令に基づき、上記第２実施形態における冷却装置２００（図３参照）と同様の運転制御が行われる。すなわち、収容領域Ａ〜Ｃの設定温度（熱負荷）に応じて、過熱度Ｈ２ａに基づく流量調整弁５１を用いた蒸発器４０ａの蒸発温度Ｔｅａ、過熱度Ｈ２ｂに基づく流量調整弁５２を用いた蒸発器４０ｂの蒸発温度Ｔｅｂ、および、過熱度Ｈ２ｃに基づく流量調整弁５３を用いた蒸発器４０ｃの蒸発温度Ｔｅｃがそれぞれ独自に制御される。

一方、電磁弁５４が閉状態でかつ電磁弁５５が開状態の場合には、流量調整弁５１を用いずに電子膨張弁３０ａのみによる過熱度制御に基づいて蒸発器４０ａの冷却能力が制御されるように構成されている。

すなわち、第３実施形態では、蒸発器４０ａ〜４０ｃのうち、冷媒配管５ｄ（バイパス流路）が設けられた蒸発器４０ａの冷媒の蒸発温度Ｔｅａが最も低い場合に、冷媒配管５ｄと並行する流量調整弁５１に冷媒を流通させることなく冷媒配管５ｄに冷媒を流通させる制御が行われる。そして、この状態で、過熱度Ｈ２ｂに基づく流量調整弁５２を用いた蒸発器４０ｂの蒸発温度Ｔｅｂと、過熱度Ｈ２ｃに基づく流量調整弁５３を用いた蒸発器４０ｃの蒸発温度Ｔｅｃとが、それぞれ制御される。なお、制御部３７０（図６参照）においては、収容領域Ａ〜Ｃの設定温度に基づき把握される目標蒸発温度Ｔｇａ〜Ｔｇｃの大小関係が比較される。そして、Ｔｇａ＜ＴｇｂかつＴｇａ＜Ｔｇｃとなった場合に、蒸発器４０ａの蒸発温度Ｔｅａを最も低く維持する必要があると判断される。この場合に、電磁弁５４が閉状態でかつ電磁弁５５が開状態に切り替えられる。

蒸発器４０ａの目標蒸発温度Ｔｇａが最も低い場合には、制御部３７０により、目標蒸発温度Ｔｇａに対応する蒸発圧力（低圧圧力）が得られるように圧縮機１０の回転数が調整される。これにより、蒸発器４０ａの蒸発圧力（蒸発温度Ｔｅａ）は、圧縮機１０の回転数によって直接的に決定される。一方、蒸発器４０ｂ（４０ｃ）については、過熱度Ｈ１ｂ（Ｈ１ｃ）を参照しながら流量調整弁５２（５３）の開度が増加または減少されて蒸発温度Ｔｅｂ（Ｔｅｃ）が目標蒸発温度Ｔｇｂ（Ｔｇｃ）へと近付けられていく。

このように、冷却装置３００では、流量調整弁５１を用いて蒸発器４０ａの蒸発温度Ｔｅａを大幅に調整させる場合と、蒸発温度Ｔｅａを大幅に調整させずに圧縮機１０の回転数により決定された低圧圧力（吸入圧力）をそのまま利用して蒸発器４０ａに大きな冷却能力を発揮させる場合とが、切替可能に構成されている。冷媒配管５ｄを設けずに流量調整弁５１を全開状態にした場合であっても、流量調整弁５１内に少なからず残される不要な絞り（流通抵抗）が発生する。冷媒配管５ｄを設けて流量調整弁５１を迂回させることによって、蒸発器４０ａの下流側に不要な圧力損失が生じるのが回避されている。また、冷媒配管５ｄに不要な圧力損失が生じないので、圧縮機１０の圧縮比（高圧と低圧との比）が無用に増加するのが防止される。なお、第３実施形態による冷却装置３００のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第３実施形態では、流量調整弁５１と並行して設けられ、流量調整弁５１を迂回して蒸発器４０ａの出口側と吸入管３（圧縮機１０の吸入側）とを接続する冷媒配管５ｄを設ける。そして、蒸発器４０ａ〜４０ｃのうち、冷媒配管５ｄが設けられた冷媒流路に対応する蒸発器４０ａの冷媒の蒸発温度Ｔｅａが最も低い場合に、冷媒配管５ｄと並行する流量調整弁５１に冷媒を流通させることなく冷媒配管５ｄに冷媒を流通させた状態で、冷媒の蒸発温度Ｔｅａが最も低い蒸発器４０ａ以外の蒸発器４０ｂおよび４０ｃに関して、各々に対応した冷媒の過熱度Ｈ２ｂおよびＨ２ｃに基づいて流量調整弁５２および５３の開度を各々制御することにより、蒸発器４０ａ〜４０ｃの冷媒の蒸発温度Ｔｅａ〜Ｔｅｃを個別に制御するように制御部３７０を構成する。

これにより、蒸発器４０ａ〜４０ｃのうち特定の蒸発器４０ａの蒸発温度Ｔｅａが最も低い場合には、流量調整弁５１による不要な絞り（流通抵抗）がこの蒸発器４０ａの下流側の冷媒配管５ｄに生じるのを回避することができる。したがって、異なる冷却能力を有する蒸発器４０ａ〜４０ｃが混在する冷却装置３００を運転する場合であっても、不要な絞り（流通抵抗）に起因して圧縮機１０に負荷が掛かる（圧縮比が増大する）のを抑制することができる。なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第４実施形態）
図１、図５、図７および図８を参照して、第４実施形態について説明する。この第４実施形態では、上記第１実施形態とは異なり、蒸発器４０ａに対応する冷媒配管５ａに流量調整弁５１（図１参照）を設けないようにして冷却装置４００を構成した例について説明する。また、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、第１実施形態と同じ符号を付して図示している。

本発明の第４実施形態による冷却装置４００は、冷蔵倉庫４０５（図７参照）に設置されている。また、図７および図８に示すように、冷却装置４００では、収容領域Ｂを中温域に冷却する蒸発器４０ｂに対応する冷媒配管５ｂに流量調整弁５２を設けるとともに、収容領域Ｃを高温域に冷却する蒸発器４０ｃに対応する冷媒配管５ｃに流量調整弁５３を設けている。その一方で、収容領域Ａを低温域に冷却する蒸発器４０ａよりも下流側の冷媒配管５ａには流量調整弁５１（図１参照）を設けていない。

これにより、蒸発器４０ａは、常に、圧縮機１０の回転数により決定された低圧圧力（吸入圧力）をそのまま利用して蒸発器４０ａ〜４０ｃの中で最も大きな冷却能力が発揮される。また、この状態は、上記第３実施形態における冷却装置３００（図５参照）において、電磁弁５４が閉状態でかつ電磁弁５５が開状態に切り替えられた場合の回路構成に相当する。なお、第４実施形態による冷却装置４００のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第４実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第４実施形態では、蒸発器４０ａ〜４０ｃの中で、最も冷却能力を必要とする蒸発器４０ａの下流には流量調整弁５１を設けていない。これにより、上記第３実施形態のように流量調整弁５１を迂回する冷媒配管５ｄと、流路を切り替える電磁弁５４および５５とを設ける場合と異なり、冷媒回路の構成を簡素化させた状態で蒸発器４０ａに大きな冷却能力を発揮させることができる。このように、蒸発器４０ａが最も冷却能力を必要とする点が既知である場合には、冷却装置４００の構成の簡素化を図りつつ、圧縮機１０の回転数制御から直接的に得られる蒸発圧力（蒸発温度Ｔｅａ）を用いて蒸発器４０ａを機能させることができる。なお、第４実施形態のその他の効果は、上記第３実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記第１〜第４実施形態では、３つの蒸発器４０ａ〜４０ｃが１つの冷媒回路に対してその低圧側に互いに並列接続された例について示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、１つの蒸発器のみからなる冷却装置に対して本発明の「流量調整弁」を設けて蒸発温度の制御を行ってもよいし、４つ以上の蒸発器が並列接続された冷却装置に対して本発明の流量調整弁を設けて各々の蒸発器の蒸発温度（蒸発圧力）の個別制御を行ってもよい。

また、上記第３実施形態では、蒸発器４０ａに対応する冷媒配管５ａにのみ流量調整弁５１を迂回する冷媒配管５ｄを設けた例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明の「バイパス流路」を、蒸発器４０ａに対応する冷媒配管５ａのみならず、蒸発器４０ｂに対応する冷媒配管５ｂおよび蒸発器４０ｃに対応する冷媒配管５ｃにも設けてもよい。流量調整弁５２を迂回するバイパス流路および流量調整弁５３を迂回するバイパス流路が設けられることによって、バイパス流路が設けられた蒸発器４０ａ〜４０ｃのうちいずれの蒸発器においても、冷媒の蒸発温度が最も低い場合には、各々に対応するバイパス流路を開くことができる。すなわち、バイパス流路が開かれた回路中の流量調整弁に冷媒を流通させることなく単なる過熱度制御によって冷却能力の調整を行うことが可能である。

また、上記第４実施形態では、蒸発器４０ａ〜４０ｃのうち蒸発器４０ａの下流に流量調整弁５１を設けないように冷却装置４００を構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、蒸発器４０ａおよび４０ｂの下流に流量調整弁５１および５２を各々設けずに、蒸発器４０ｃの下流にのみ流量調整弁５３を設けるように冷却装置４００を構成してもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、圧縮機１０に回転数の変更により冷媒吐出量が制御可能なインバータ制御式圧縮機を用いた例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、インバータ制御を用いない一定速型（非可変容量型）の圧縮機１０を用いて冷却装置１００〜４００を構成してもよい。また、圧縮機１０としては、制御方式（インバータ制御式または一定速型）に関係なく、レシプロ式圧縮機、ロータリ式圧縮機、スクロール式圧縮機およびスクリュ式圧縮機などのいずれを用いてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、１台の圧縮機１０を用いて冷却装置１００〜４００を構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、１つの冷凍サイクル（冷却装置を構成する冷媒回路）に対して複数台の圧縮機が並列接続（タンデム配置）されていてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、圧縮機１０およびガスクーラ２０などからなる冷凍機部（コンデンシングユニット）が内蔵されたいわゆる冷凍機内蔵型（一体型）の冷却装置１００〜４００を冷蔵倉庫１０５〜４０５に設置した例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、冷蔵倉庫１０５〜４０５側に電子膨張弁３０ａ〜３０ｃ、蒸発器４０ａ〜４０ｃおよび流量調整弁５１〜５３からなる冷却ユニット（室内機）のみを設けるとともに、圧縮機１０およびガスクーラ２０などからなる冷凍機（室外機）を屋外に配置してもよい。そして、冷却ユニットと冷凍機とを冷媒配管（液管２および吸入管（ガス管）３）により接続して構成されたセパレート型（分離型）の冷却装置に対して、本発明を適用してもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、本発明の「冷却装置」を冷蔵倉庫１０５〜４０５に適用した例について示したが、本発明はこれに限られない。冷蔵倉庫以外のたとえば、ショーケース、業務用冷蔵庫、家庭用冷蔵庫、空調機器（特に電算機室など年間を通して冷却運転（冷房運転）が要求される施設の空調システム）などに対して、本発明の「冷却装置」を適用してもよい。また、異なる冷却温度帯に区分けされた冷凍冷蔵室を備えた冷凍車に対しても本発明を適用してもよい。また、本発明の「冷却装置」は、冷却運転と加熱運転との切替が可能なヒートポンプ機器も含まれ、この場合の冷却運転時に適用可能である。

また、上記第１〜第４実施形態では、フィンアンドチューブ型の空気熱交換器が蒸発器に用いられた冷却装置に対して本発明を適用したが、この限りではない。すなわち、冷媒が所定の蒸発温度で蒸発可能な圧力容器を介して他の熱交換流体（水、ブラインなど）との熱交換が可能な蒸発器を備えた冷却装置に対して本発明を適用してもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、一例として蒸発器４０ａにより収容領域Ａを低温域に維持し、蒸発器４０ｂにより収容領域Ｂを中温域に維持し、蒸発器４０ｃにより収容領域Ｃを高温域に維持するように冷却装置１００〜４００を構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、収容領域Ａ〜Ｃと、低温域〜高温域との個々の対応関係は、上記以外であってもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、二酸化炭素（ＣＯ_２）冷媒を用いて冷却装置１００〜４００を動作させる例について示したが、本発明はこれに限られない。二酸化炭素冷媒以外の他の自然冷媒を使用してもよいし、オゾン層破壊係数がゼロの代替フロン冷媒を使用してもよい。

４ａ、４ｂ、４ｃ 冷媒配管
５ａ、５ｂ、５ｃ 冷媒配管
５ｄ 冷媒配管（バイパス流路）
１０ 圧縮機
２０ ガスクーラ（凝縮器）
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ 電子膨張弁（膨張弁）
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ 蒸発器
５１、５２、５３ 流量調整弁
５４、５５ 電磁弁
７０、２７０、３７０ 制御部
８１ａ、８１ｂ、８１ｃ 冷媒温度センサ（第１冷媒温度検出部）
８２ａ、８２ｂ、８２ｃ 冷媒温度センサ（第２冷媒温度検出部）
８３ａ、８３ｂ、８３ｃ 冷媒温度センサ（第１冷媒温度検出部、内部冷媒温度検出部）
９１ａ、９１ｂ、９１ｃ 空気温度センサ
１００、２００、３００、４００ 冷却装置
１０５、２０５、３０５、４０５ 冷蔵倉庫

Claims (4)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   冷媒を凝縮する凝縮器と、
   前記凝縮器によって凝縮された冷媒を膨張させる電子膨張弁と、
   前記電子膨張弁によって膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   開度に応じて前記蒸発器から流出する冷媒の流量を調整する流量調整弁と、
   前記蒸発器の入口近傍の冷媒温度または前記蒸発器内部の冷媒温度の少なくとも一方を検出する第１冷媒温度検出部と、
   前記蒸発器の出口近傍の冷媒温度を検出する第２冷媒温度検出部と、
   前記第１冷媒温度検出部により検出された冷媒温度と前記第２冷媒温度検出部により検出された冷媒温度とに基づく前記蒸発器の出口近傍における冷媒の過熱度に基づいて前記流量調整弁の開度を制御することにより、前記蒸発器における冷媒の蒸発温度を制御するように構成された制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記流量調整弁の開度制御により調整された前記蒸発温度のもとで、前記第１冷媒温度検出部により検出された冷媒温度と前記第２冷媒温度検出部により検出された冷媒温度とに基づいて前記蒸発器の出口近傍における冷媒の過熱度が所定値になるように前記電子膨張弁の開度を制御するように構成されている、冷却装置。
2. 前記第１冷媒温度検出部は、前記蒸発器内部の冷媒温度を検出する内部冷媒温度検出部を含み、
   前記制御部は、前記内部冷媒温度検出部により検出された冷媒温度と前記第２冷媒温度検出部により検出された冷媒温度とに基づく前記蒸発器の出口近傍における冷媒の過熱度に基づいて前記流量調整弁の開度を制御するとともに、前記流量調整弁の開度制御により調整された前記蒸発温度のもとで、前記内部冷媒温度検出部により検出された冷媒温度と前記第２冷媒温度検出部により検出された冷媒温度とに基づいて前記電子膨張弁の開度を制御するように構成されている、請求項１に記載の冷却装置。
3. 複数の前記蒸発器の各々が互いに並列接続されるとともに、各々の前記蒸発器よりも上流に前記電子膨張弁が設けられており、
   前記流量調整弁は、複数の前記蒸発器の各々に対応して設けられており、
   前記制御部は、前記蒸発器毎に有する冷媒の過熱度に基づいて各々に対応する前記流量調整弁の開度を制御することにより、前記蒸発器毎の冷媒の蒸発温度を個別に制御するように構成されている、請求項１または２に記載の冷却装置。
4. 前記流量調整弁と並行して設けられ、前記流量調整弁を迂回して前記蒸発器の出口側と圧縮機の吸入側とを接続するバイパス流路をさらに備え、
   前記制御部は、複数の前記蒸発器のうち、前記バイパス流路が設けられた冷媒流路に対応する蒸発器の冷媒の蒸発温度が最も低い場合に、前記バイパス流路と並行する前記流量調整弁に冷媒を流通させることなく前記バイパス流路に冷媒を流通させた状態で、冷媒の蒸発温度が最も低い蒸発器以外の蒸発器に関して、各々に対応した冷媒の過熱度に基づいて前記流量調整弁の開度を制御することにより、前記蒸発器毎の冷媒の蒸発温度を個別に制御するように構成されている、請求項３に記載の冷却装置。

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