JP6536061B2 - 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、特許文献１のショーケースのような従来の冷却装置では、凝縮器出口温度を凝縮器ファンの回転数で調整し、冷却器（蒸発器）の過熱度および目標温度を、膨張弁と圧縮機駆動周波数または電磁弁とにより調整し、圧縮機と膨張弁との間の高圧側の圧力を、注入する冷媒封入量（運転開始後は一定）により調整して冷却装置の高効率化を図っている。また、蒸発圧力調整弁は、一定の開度に固定されている。

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、冷却器（蒸発器）の目標温度を変更した際に、冷却器内へ流入する冷媒量が変化する影響により、凝縮器内の高圧側の冷媒量も変化する。このため、高圧側の圧力が冷媒封入時の適正値からかい離する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、蒸発器の目標温度に追従して圧縮機と膨張弁との間の高圧側の圧力を適正値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膨張弁と、膨張弁によって膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器と、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、圧縮機と膨張弁との間の冷媒の圧力に基づいて、流量調整弁の開度を制御する制御部と、流量調整弁と並列的に設けられ、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と、冷媒をバイパス流路を通過させ流量調整弁を通過させない流路と冷媒を流量調整弁を通過させバイパス流路を通過させない流路とに切り替える切替弁と、圧縮機と膨張弁との間の冷媒の圧力を検出する圧力センサと、蒸発器の空気吹出口または空気吸込口の温度を検出する空気温度センサと、を備え、制御部は、圧力センサの検知結果および空気温度センサの検知結果に基づいて、切替弁の切り替え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、圧縮機と膨張弁との間の冷媒の圧力に基づいて、流量調整弁の開度を制御する制御部を設けることによって、流量調整弁の開度の制御により蒸発器内の冷媒の圧力を調整して、冷媒圧力の変化による密度変化によって、蒸発器内の冷媒の量を調整することができる。これにより、封入されている冷媒の量は一定であるから、圧縮機と膨張弁との間の高圧側の冷媒の量を制御することができる。その結果、蒸発器の目標温度に追従して圧縮機と膨張弁との間（凝縮器内）の高圧側の圧力を適正値に制御することができる。

上記一の局面による冷却装置において、好ましくは、制御部は、圧力センサの検知結果および空気温度センサの検知結果に基づいて、流量調整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、圧力センサにより圧縮機と膨張弁との間の高圧側の圧力を容易に取得することができるとともに、空気温度センサにより蒸発器の目標温度を容易に取得することができる。その結果、蒸発器の目標温度に追従して高圧側の圧力を精度よく適正値に制御することができる。

この場合、好ましくは、凝縮器と膨張弁との間の冷媒の温度を検出する第１温度センサと、膨張弁と蒸発器入口との間の冷媒の温度を検出する第２温度センサと、蒸発器出口と流量調整弁との間の冷媒の温度を検出する第３温度センサとをさらに備え、制御部は、圧力センサの検知結果、空気温度センサの検知結果、第２温度センサの検知結果、および、第３温度センサの検知結果に基づいて、流量調整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、第２温度センサおよび第３温度センサにより蒸発器の過熱度を容易に取得することができる。これにより、凝縮器出口の冷媒の温度に基づく凝縮器ファンの駆動制御を行い、蒸発器の過熱度に基づく圧縮機の駆動制御を行うとともに、高圧側の圧力を流量調整弁により調整して、冷凍サイクルの運転を効率よく行うことができる。

上記一の局面による冷却装置において、好ましくは、制御部は、圧縮機と膨張弁との間の冷媒の圧力に基づいて、冷媒の流路を流量調整弁を通過させる流路と、バイパス流路とに切り替えるように構成されている。このように構成すれば、高圧側の圧力を調整する必要がない場合は、バイパス流路に冷媒が流れるようにすることができるので、流量調整弁による圧力降下を抑制することができる。その結果、消費エネルギーが増大するのを抑制することができる。

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膨張弁が設けられており、流量調整弁は、複数の蒸発器のうち相対的に熱負荷が小さい蒸発器から流出する冷媒の流量を調整するように設けられている。このように構成すれば、相対的に熱負荷が小さく冷媒流入に余裕がある蒸発器から流出する冷媒の量を調整して高圧側の圧力を効率よく調整することができる。

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膨張弁が設けられており、流量調整弁は、複数の蒸発器のうち相対的に熱負荷の変動が大きい蒸発器から流出する冷媒の流量を調整するように設けられている。ここで、熱負荷の変動は、冷却温度を切り替えた場合に発生し、切り替えにより熱負荷が減少すれば、蒸発器に流入する冷媒に余裕が生じる。つまり、冷媒流入に余裕がある蒸発器から流出する冷媒の量を調整して高圧側の圧力を効率よく調整することができる。

本発明によれば、上記のように、蒸発器の目標温度に追従して圧縮機と膨張弁との間の高圧側の圧力を適正値に制御することができる。

本発明の一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。 本発明の一実施形態による冷却装置の制御機能を説明するための表である。 本発明の一実施形態による冷却装置の制御部による高圧圧力制御処理を説明するためのフローチャートである。

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。

（冷却装置の構成）
図１を参照して、本発明の一実施形態による冷却装置１００の構成について説明する。

本発明の一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、凝縮器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、制御部６０とを備えている。なお、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）が置かれたショーケースＡ、ＢおよびＣを所定温度に維持するように構成されている。ここで、ショーケースＡ〜Ｃは、互いに異なる温度（冷蔵温度または冷凍温度）に維持可能に構成されている。したがって、冷却装置１００は、ショーケース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〜４０ｃを備えている。なお、蒸発器４０ａは、ショーケース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、ショーケースＢを主に冷却するとともに、蒸発器４０ｃは、ショーケースＣを主に冷却するために設けられている。

ショーケースＡは、比較的設定温度が高く（たとえば、冷蔵温度）、相対的に熱負荷が小さい。ショーケースＢは、設定温度の切り替えが可能であり、相対的に熱負荷の変動が大きくなる。ショーケースＣは、比較的設定温度が低く（たとえば、冷凍温度）、相対的に熱負荷が大きい。

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。

ここで、本実施形態では、蒸発器４０ａ（４０ｂ）よりも下流側の冷媒配管５ａ（５ｂ）に流量調整弁５０ａ（５０ｂ）が設けられている。また、流量調整弁５０ａ（５０ｂ）は、蒸発器４０ａ（４０ｂ）と圧縮機１０との間に配置されている。流量調整弁５０ａ（５０ｂ）の下流側の冷媒配管５ａ（５ｂ）には、切替弁５１ａ（５１ｂ）が設けられている。また、切替弁５１ａ（５１ｂ）は、流量調整弁５０ａ（５０ｂ）と圧縮機１０との間に配置されている。

また、本実施形態では、流量調整弁５０ａ（５０ｂ）と並行して設けられ、流量調整弁５０ａ（５０ｂ）を迂回して蒸発器４０ａ（４０ｂ）の出口側と圧縮機１０の吸入側とを接続する冷媒配管５ｄ（５ｅ）が設けられている。冷媒配管５ｄ（５ｅ）には、切替弁５２ａ（５２ｂ）が設けられている。また、切替弁５２ａ（５２ｂ）は、蒸発器４０ａ（４０ｂ）と圧縮機１０との間に配置されている。つまり、切替弁５１ａ（５１ｂ）を開にして、切替弁５２ａ（５２ｂ）を閉にすることにより、蒸発器４０ａ（４０ｂ）から流出する冷媒が、冷媒配管５ａ（５ｂ）および流量調整弁５０ａ（５０ｂ）を通過する。一方、切替弁５１ａ（５１ｂ）を閉にして、切替弁５２ａ（５２ｂ）を開にすることにより、蒸発器４０ａ（４０ｂ）から流出する冷媒が、冷媒配管５ｄ（５ｅ）（バイパス流路）を通過する。

また、冷却装置１００には、圧力センサ７１と、管温度センサ８１、８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８３ａ、８３ｂ、８３ｃと、空気温度センサ８４ａ、８４ｂ、８４ｃとが設けられている。なお、管温度センサ８１は、本発明の「第１温度センサ」の一例であり、管温度センサ８２ａおよび８２ｂは、本発明の「第２温度センサ」の一例である。また、管温度センサ８３ａおよび８３ｂは、本発明の「第３温度センサ」の一例である。

圧力センサ７１は、圧縮機１０と電子膨張弁３０ａ〜３０ｃとの間の冷媒の圧力を検出するように構成されている。また、圧力センサ７１は、圧縮機１０と、凝縮器２０との間の吐出管１に設けられている。管温度センサ８１は、凝縮器２０と電子膨張弁３０ａ〜３０ｃとの間の冷媒の温度を検出するように構成されている。また、管温度センサ８１は、凝縮器２０と、電子膨張弁３０ａ〜３０ｃとの間の液管２に設けられている。

管温度センサ８２ａ（８２ｂ、８２ｃ）は、電子膨張弁３０ａ（３０ｂ、３０ｃ）と蒸発器４０ａ（４０ｂ、４０ｃ）入口との間の冷媒の温度を検出するように構成されている。また、管温度センサ８２ａ（８２ｂ、８２ｃ）は、電子膨張弁３０ａ（３０ｂ、３０ｃ）と、蒸発器４０ａ（４０ｂ、４０ｃ）との間の冷媒配管４ａ（４ｂ、４ｃ）に設けられている。管温度センサ８３ａ（８３ｂ）は、蒸発器４０ａ（４０ｂ）出口と流量調整弁５０ａ（５０ｂ）との間の冷媒の温度を検出するように構成されている。また、管温度センサ８３ａ（８３ｂ）は、蒸発器４０ａ（４０ｂ）と、流量調整弁５０ａ（５０ｂ）との間の冷媒配管５ａ（５ｂ）に設けられている。

管温度センサ８３ｃは、蒸発器４０ｃ出口の冷媒の温度を検出するように構成されている。また、管温度センサ８３ｃは、蒸発器４０ｃと、圧縮機１０との間の冷媒配管５ｃに設けられている。空気温度センサ８４ａ（８４ｂ、８４ｃ）は、蒸発器４０ａ（４０ｂ、４０ｃ）の空気吹出口の温度を検出するように構成されている。

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。凝縮器２０は、内部を流通する過熱ガス状態の冷媒を凝縮器ファン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、凝縮器２０内で凝縮（液化）された冷媒は、液管２ａ（２ｂ、２ｃ）を流通して電子膨張弁３０ａ（３０ｂ、３０ｃ）に流入される。なお、凝縮器２０は、ガスクーラでもよい。

電子膨張弁３０ａ（３０ｂ、３０ｃ）は、凝縮器２０で冷却（液化）された冷媒を絞り膨張させて蒸発器４０ａ（４０ｂ、４０ｃ）に供給する役割を有する。また、電子膨張弁３０ａ（３０ｂ、３０ｃ）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（３０ｂ、３０ｃ）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（４ｂ、４ｃ）を介して蒸発器４０ａ（４０ｂ、４０ｃ）に流入される。

蒸発器４０ａ（４０ｂ、４０ｃ）は、電子膨張弁３０ａ（３０ｂ、３０ｃ）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（４０ｂ、４０ｃ）を流通する際に蒸発潜熱を得ながら蒸発し、この際、ショーケースＡ（Ｂ、Ｃ）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（４０ｂ、４０ｃ）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（４０ｂ、４０ｃ）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（４０ｂ、４０ｃ）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または５ｄ（５ｂまたは５ｅ、５ｃ）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、凝縮器２０、液管２ａ（２ｂ、２ｃ）、電子膨張弁３０ａ（３０ｂ、３０ｃ）、蒸発器４０ａ（４０ｂ、４０ｃ）、冷媒配管５ａまたは５ｄ（５ｂまたは５ｅ、５ｃ）および吸入管３の順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。

流量調整弁５０ａ（５０ｂ）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５０ａ（５０ｂ）の開度に応じて蒸発器４０ａ（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。つまり、流量調整弁５０ａ（５０ｂ）の開度に応じて蒸発器４０ａ（４０ｂ）内の冷媒圧力（冷媒量）が制御される。

また、流量調整弁５０ａ（５０ｂ）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（４０ｂ）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５０ａ（５０ｂ）が生じさせる圧力損失分だけ上流側の蒸発器４０ａ（４０ｂ）内の蒸発圧力（蒸発温度）は上昇される。そして、流量調整弁５０ａ（５０ｂ）を絞ることにより蒸発器４０ａ（４０ｂ）の蒸発温度が上昇された状態で、蒸発器４０ａ（４０ｂ）に関する電子膨張弁３０ａ（３０ｂ）の開度制御（過熱度の微調整制御）が行われる。

ここで、本実施形態では、流量調整弁５０ａを、複数の蒸発器４０ａ〜４０ｃのうち相対的に熱負荷が小さい蒸発器４０ａから流出する冷媒の流量を調整するように設けている。また、流量調整弁５０ｂを、複数の蒸発器４０ａ〜４０ｃのうち相対的に熱負荷の変動が大きい蒸発器４０ｂから流出する冷媒の流量を調整するように設けている。

制御部６０は、圧縮機１０、凝縮器ファン２１、電子膨張弁３０ａ〜３０ｃ、流量調整弁５０ａ、５０ｂ、切替弁５１および５１ｂの動作制御を行うように構成されている。

具体的には、制御部６０は、ショーケースＡ〜Ｃのそれぞれ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の各々の能力を調整するように構成されている。ショーケース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、ショーケース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。

また、本実施形態では、制御部６０は、圧縮機１０と電子膨張弁３０ａ〜３０ｃとの間の冷媒の圧力に基づいて、流量調整弁５０ａまたは５０ｂの開度を制御するように構成されている。具体的には、制御部６０は、圧力センサ７１の検知結果および空気温度センサ８４ａまたは８４ｂの検知結果に基づいて、流量調整弁５０ａまたは５０ｂの開度を制御するように構成されている。これにより、高圧側の冷媒の圧力（圧縮機１０と電子膨張弁３０ａ〜３０ｃとの間の冷媒の圧力）が目標の圧力に調整される。

また、制御部６０は、圧力センサ７１の検知結果、空気温度センサ８４ａまたは８４ｂの検知結果、管温度センサ８１の検知結果、管温度センサ８２ａまたは８２ｂの検知結果、および、管温度センサ８３ａまたは８３ｂの検知結果に基づいて、流量調整弁５０ａまたは５０ｂの開度を制御するように構成されている。また、制御部６０は、圧縮機１０と電子膨張弁３０ａ〜３０ｃとの間の冷媒の圧力に基づいて、冷媒の流路を流量調整弁５０ａ（５０ｂ）を通過させる流路と、冷媒配管５ｄ〈５ｅ〉を通過させる流路（バイパス流路）とに切り替えるように構成されている。

また、制御部６０は、図２に示すように、空気温度センサ８４ａ（８４ｂ、８４ｃ）による蒸発器４０ａ（４０ｂ、４０ｃ）の空気吹出口の温度に基づいて、電子膨張弁３０ａ（３０ｂ、３０ｃ）の開度を調整して、蒸発器４０ａ（４０ｂ、４０ｃ）の温度を制御するように構成されている。この場合、制御部６０は、蒸発器４０ａ（４０ｂ、４０ｃ）の温度が、設定値±２Ｋ以内になるように制御するように構成されている。

また、制御部６０は、管温度センサ８２ａおよび８３ａ（８２ｂおよび８３ｂ、８２ｃおよび８３ｃ）の検知結果から、蒸発器４０ａ（４０ｂ、４０ｃ）の過熱度を取得する。そして、制御部６０は、蒸発器４０ａ（４０ｂ、４０ｃ）の過熱度が０Ｋ以上５Ｋ未満になるように圧縮機１０の駆動を制御するように構成されている。

また、制御部６０は、管温度センサ８１による凝縮器２０出口の冷媒の温度に基づいて、凝縮器ファン２１の駆動を制御するように構成されている。この場合、制御部６０は、凝縮器２０出口の冷媒の温度が３５℃になるように制御するように構成されている。また、制御部６０は、圧力センサ７１による吐出管１内の冷媒の圧力に基づいて、流量調整弁５０ａまたは５０ｂの開度を調整して、冷凍回路の高圧側の圧力（圧縮機１０と電子膨張弁３０ａ〜３０ｃとの間の冷媒の圧力）を制御するように構成されている。この場合、制御部６０は、高圧側の圧力が９ＭＰａになるように流量調整弁５０ａまたは５０ｂの開度を制御するように構成されている。

また、本実施形態では、制御部６０は、蒸発器４０ａ（４０ｂ）の過熱度と、蒸発器４０ａ（４０ｂ）の空気吹出口の温度とに基づいて、複数の蒸発器４０ａおよび４０ｂの冷媒流入の余裕度を判定し、冷媒流入の余裕度が高い蒸発器４０ａまたは４０ｂの流量調整弁５０ａまたは５０ｂの開度を制御することにより、圧縮機１０と電子膨張弁３０ａ〜３０ｃとの間の冷媒の圧力を、凝縮器２０と電子膨張弁３０ａ〜３０ｃとの間の温度に基づく目標圧力になるように制御するように構成されている。つまり、制御部６０は、蒸発器４０ａおよび４０ｂの冷媒流入の余裕度を個々に判定する。そして、制御部６０は、蒸発器４０ａ（４０ｂ）に冷媒流入の余裕度がある場合、蒸発器４０ａ（４０ｂ）の流量調整弁５０ａ（５０ｂ）の開度を制御する。

（高圧圧力制御処理）
次に、図３を参照して、冷却装置１００の制御部６０による高圧圧力制御処理について説明する。なお、高圧圧力制御処理は、ショーケースＡを冷却する蒸発器４０ａと、ショーケースＢを冷却する蒸発器４０ｂとで並行して行われる。

図３のステップＳ１において、空気温度センサ８４ａ（８４ｂ）の検知結果に基づいて、ショーケースＡ（Ｂ）の温度（蒸発器４０ａ（４０ｂ）の温度）が目標温度まで冷却されたか否かが判断される。目標温度まで冷却されていれば、ステップＳ２に進み、目標温度まで冷却されていなければ、ステップＳ９に進む。ステップＳ２において、管温度センサ８２ａおよび８３ａ（８２ｂおよび８３ｂ）の検知結果に基づいて、蒸発器４０ａ（４０ｂ）の過熱度が目標よりも大きいか否かが判断される。過熱度が大きければ、ステップＳ３に進み、過熱度が大きくなければ、ステップＳ８に進む。

ステップＳ３において、圧力センサ７１の検知結果に基づいて、高圧側の圧力（圧縮機１０と電子膨張弁３０ａ〜３０ｃとの間の冷媒の圧力）が目標圧力よりも高いか否かが判断される。高圧側圧力が高ければ、ステップＳ４に進み、高圧側圧力が高くなければ、ステップＳ８に進む。つまり、蒸発器４０ａ（４０ｂ）の過熱度が目標よりも大きく、目標温度まで冷却されていれば、蒸発器４０ａ（４０ｂ）に流入させる冷媒量に余裕があると判断される。

ステップＳ４において、切替弁５１ａ（５１ｂ）が開かれているか否かが判断される。つまり、冷媒が流量調整弁５０ａ（５０ｂ）を通過する冷媒配管５ａ（５ｂ）を流れているか否かが判断される。切替弁５１ａ（５１ｂ）が開かれていれば、ステップＳ５に進み、切替弁５１ａ（５１ｂ）が閉じていれば、ステップＳ６に進む。ステップＳ５において、流量調整弁５０ａ（５０ｂ）の開度が下げられる。つまり、蒸発器４０ａ（４０ｂ）内の冷媒の圧力を大きくして、低圧側の冷媒の量を多くする。その後、高圧圧力制御処理が終了される。

ステップＳ４において切替弁５１ａ（５１ｂ）が閉じられていると判断されると、ステップＳ６において、切替弁５１ａ（５１ｂ）が開けられる。そして、ステップＳ７において、切替弁５２ａ（５２ｂ）が閉じられる。これにより、冷媒が流量調整弁５０ａ（５０ｂ）を通過する冷媒配管５ａ（５ｂ）に流れる。その後、高圧圧力制御処理が終了される。

ステップＳ８において、圧力センサ７１の検知結果に基づいて、高圧側の圧力（圧縮機１０と電子膨張弁３０ａ〜３０ｃとの間の冷媒の圧力）が目標圧力よりも低いか否かが判断される。高圧側圧力が低ければ、ステップＳ９に進み、高圧側圧力が低くなければ、高圧圧力制御処理が終了される。ステップＳ９において、切替弁５１ａ（５１ｂ）が開かれているか否かが判断される。つまり、冷媒が流量調整弁５０ａ（５０ｂ）を通過する冷媒配管５ａ（５ｂ）を流れているか否かが判断される。切替弁５１ａ（５１ｂ）が開かれていれば、ステップＳ１０に進み、切替弁５１ａ（５１ｂ）が閉じていれば、高圧圧力制御処理が終了される。

ステップＳ１０において、流量調整弁５０ａ（５０ｂ）の開度が上限であるか否かが判断される。つまり、流量調整弁５０ａ（５０ｂ）の開度をさらに上げることが可能であるか否かが判断される。流量調整弁５０ａ（５０ｂ）の開度が上限であれば、ステップＳ１１に進み、流量調整弁５０ａ（５０ｂ）の開度が上限でなければ、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１１において、切替弁５１ａ（５１ｂ）が閉じられる。そして、ステップＳ１２において、切替弁５２ａ（５２ｂ）が開かれる。これにより、冷媒が冷媒配管５ｄ（５ｅ）（バイパス経路）に流れる。その後、高圧圧力制御処理が終了される。

ステップＳ１０において流量調整弁５０ａ（５０ｂ）の開度が上限でないと判断されると、ステップＳ１３において、流量調整弁５０ａ（５０ｂ）の開度が上げられる。つまり、蒸発器４０ａ（４０ｂ）内の冷媒の圧力を小さくして、低圧側の冷媒の量を少なくする。その後、高圧圧力制御処理が終了される。

なお、高圧圧力制御処理（ステップＳ１〜ステップＳ１３の処理）は、冷却装置１００の冷却運転中に繰り返し行われる。

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、圧縮機１０と電子膨張弁３０ａ〜３０ｃとの間の冷媒の圧力に基づいて、流量調整弁５０ａまたは５０ｂの開度を制御する制御部６０を設けることによって、流量調整弁５０ａまたは５０ｂの開度の制御により蒸発器８４ａまたは８４ｂ内の冷媒の圧力を調整して、冷媒圧力の変化による密度変化によって、蒸発器８４ａまたは８４ｂ内の冷媒の量を調整することができる。これにより、封入されている冷媒の量は一定であるから、圧縮機１０と電子膨張弁３０ａ〜３０ｃとの間の高圧側の冷媒の量を制御することができる。その結果、蒸発器８４ａまたは８４ｂの目標温度に追従して圧縮機１０と電子膨張弁３０ａ〜３０ｃとの間（凝縮器２０内）の高圧側の圧力を適正値に制御することができる。

また、本実施形態では、圧縮機１０と電子膨張弁３０ａ〜３０ｃとの間の冷媒の圧力を検出する圧力センサ７１と、蒸発器４０ａおよび４０ｂの空気吹出口の温度を検出する空気温度センサ８４ａおよび８４ｂとを設け、制御部６０を、圧力センサ７１の検知結果および空気温度センサ８４ａまたは８４ｂの検知結果に基づいて、流量調整弁５０ａまたは５０ｂの開度を制御するように構成する。これにより、圧力センサ７１により圧縮機１０と電子膨張弁３０ａ〜３０ｃとの間の高圧側の圧力を容易に取得することができるとともに、空気温度センサ８４ａおよび８４ｂにより蒸発器４０ａおよび４０ｂの温度を容易に取得することができる。その結果、蒸発器４０ａまたは４０ｂの目標温度に追従して高圧側の圧力を精度よく適正値に制御することができる。

また、本実施形態では、凝縮器２０と電子膨張弁３０ａ〜３０ｃとの間の冷媒の温度を検出する管温度センサ８１と、電子膨張弁３０ａ（３０ｂ）と蒸発器４０ａ（４０ｂ）入口との間の冷媒の温度を検出する管温度センサ８２ａ（８２ｂ）と、蒸発器４０ａ（４０ｂ）出口と流量調整弁５０ａ（５０ｂ）との間の冷媒の温度を検出する管温度センサ８３ａ（８３ｂ）とを設け、制御部６０を、圧力センサ７１の検知結果、空気温度センサ８４ａまたは８４ｂの検知結果、管温度センサ８１の検知結果、管温度センサ８２ａまたは８２ｂの検知結果、および、管温度センサ８３ａまたは８３ｂの検知結果に基づいて、流量調整弁５０ａまたは５０ｂの開度を制御するように構成する。これにより、管温度センサ８１により凝縮器出口の冷媒の温度を容易に取得することができるとともに、管温度センサ８２ａ（８２ｂ）および管温度センサ８３ａ（８３ｂ）により蒸発器４０ａ（４０ｂ）の過熱度を容易に取得することができる。これにより、凝縮器２０出口の冷媒の温度に基づく凝縮器ファン２１の駆動制御を行い、蒸発器４０ａまたは４０ｂの過熱度に基づく圧縮機１０の駆動制御を行うとともに、高圧側の圧力を流量調整弁５０ａまたは５０ｂにより調整して、冷凍サイクルの運転を効率よく行うことができる。

また、本実施形態では、流量調整弁５０ａ（５０ｂ）と並列的に設けられ、流量調整弁５０ａ（５０ｂ）を迂回して蒸発器４０ａ（４０ｂ）の出口側と圧縮機１０の吸入側とを接続する冷媒配管５ｄ（５ｅ）を設け、制御部６０を、圧縮機１０と電子膨張弁３０ａ〜３０ｃとの間の冷媒の圧力に基づいて、冷媒の流路を流量調整弁５０ａ（５０ｂ）を通過させる流路と、冷媒配管５ｄ（５ｅ）を通過させる流路（バイパス流路）とに切り替えるように構成する。これにより、高圧側の圧力を調整する必要がない場合は、冷媒配管５ｄ（５ｅ）に冷媒が流れるようにすることができるので、流量調整弁５０ａ（５０ｂ）による圧力降下を抑制することができる。その結果、消費エネルギーが増大するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、流量調整弁５０ａを、複数の蒸発器４０ａ〜４０ｃのうち相対的に熱負荷が小さい蒸発器４０ａから流出する冷媒の流量を調整するように設けている。これにより、相対的に熱負荷が小さく冷媒流入に余裕がある蒸発器４０ａから流出する冷媒の量を調整して高圧側の圧力を効率よく調整することができる。

また、本実施形態では、流量調整弁５０ｂを、複数の蒸発器４０ａ〜４０ｃのうち相対的に熱負荷の変動が大きい蒸発器４０ｂから流出する冷媒の流量を調整するように設けている。ここで、熱負荷の変動は、冷却温度を切り替えた場合に発生し、切り替えにより熱負荷が減少すれば、蒸発器４０ｂに流入する冷媒に余裕が生じる。つまり、冷媒流入に余裕がある蒸発器４０ｂから流出する冷媒の量を調整して高圧側の圧力を効率よく調整することができる。

また、本実施形態では、流量調整弁５０ａおよび５０ｂを、蒸発器４０ａおよび４０ｂの各々に対応して設け、制御部６０を、蒸発器４０ａ（４０ｂ）の過熱度と、蒸発器４０ａ（４０ｂ）の空気吹出口の温度とに基づいて、複数の蒸発器４０ａおよび４０ｂの冷媒流入の余裕度を判定し、冷媒流入の余裕度が高い蒸発器４０ａまたは４０ｂの開度を制御することにより、圧縮機１０と電子膨張弁３０ａ〜３０ｃとの間の冷媒の圧力を、凝縮器２０と電子膨張弁３０ａ〜３０ｃとの間の温度に基づく目標圧力になるように制御するように構成する。これにより、冷媒流入に余裕のある蒸発器４０ａまたは４０ｂを特定することができるので、複数の蒸発器４０ａまたは４０ｂの冷媒流入の余裕度がそれぞれ変化する場合でも、冷媒流入に余裕がある蒸発器４０ａまたは４０ｂから流出する冷媒の量を調整して高圧側の圧力を効率よく調整することができる。

（変形例）
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（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、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高圧側の冷媒の圧力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高圧側の冷媒の圧力の制御を行ってもよい。

また、上記実施形態では、蒸発器４０ａに対応する冷媒配管５ａと、蒸発器４０ｂに対応する冷媒配管５ｂに流量調整弁５０ａまたは５０ｂを迂回する冷媒配管５ｄまたは５ｅ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４０ｃに対応する冷媒配管５ｃにも設けてもよい。

また、上記実施形態では、圧縮機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）の圧縮機を用いて冷却装置を構成してもよい。また、圧縮機としては、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、上記実施形態では、１台の圧縮機を用いて冷却装置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、上記実施形態では、本発明の冷却装置がショーケースを冷却する構成の例について示したが、本発明はこれに限られない。冷却装置は、冷蔵倉庫、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）などを冷却するために用いてもよい。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、上記実施形態では、蒸発器の空気吹出口に空気温度センサを設ける構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、蒸発器の空気吸込口に空気温度センサを設けてもよいし、蒸発器の空気吹出口および空気吸込口の両方に空気温度センサを設けてもよい。

また、上記実施形態では、二酸化炭素（ＣＯ_２）冷媒を用いて冷却装置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。

また、上記実施形態では、説明の便宜上、制御部の処理動作を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローチャートを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部の処理動作を、イベント単位で処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。

５ｄ、５ｅ 冷媒配管（バイパス流路）
１０ 圧縮機
２０ 凝縮器
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ 電子膨張弁（膨張弁）
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ 蒸発器
５０ａ、５０ｂ 流量調整弁
６０ 制御部
７１ 圧力センサ
８１ 管温度センサ（第１温度センサ）
８２ａ、８２ｂ 管温度センサ（第２温度センサ）
８３ａ、８３ｂ 管温度センサ（第３温度センサ）
８４ａ、８４ｂ 空気温度センサ
１００ 冷却装置

Claims (6)

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膨張弁と、
   前記膨張弁によって膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   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、
   前記圧縮機と前記膨張弁との間の冷媒の圧力に基づいて、前記流量調整弁の開度を制御する制御部と、
   前記流量調整弁と並列的に設けられ、前記流量調整弁を迂回して前記蒸発器の出口側と前記圧縮機の吸入側とを接続するバイパス流路と、
   冷媒を前記バイパス流路を通過させ前記流量調整弁を通過させない流路と冷媒を前記流量調整弁を通過させ前記バイパス流路を通過させない流路とに切り替える切替弁と、
   前記圧縮機と前記膨張弁との間の冷媒の圧力を検出する圧力センサと、
   前記蒸発器の空気吹出口または空気吸込口の温度を検出する空気温度センサと、を備え、
   前記制御部は、前記圧力センサの検知結果および前記空気温度センサの検知結果に基づいて、前記切替弁の切り替えを制御するように構成されている、冷却装置。
2. 前記制御部は、前記圧力センサの検知結果および前記空気温度センサの検知結果に基づいて、前記流量調整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. 前記凝縮器と前記膨張弁との間の冷媒の温度を検出する第１温度センサと、
   前記膨張弁と前記蒸発器入口との間の冷媒の温度を検出する第２温度センサと、
   前記蒸発器出口と前記流量調整弁との間の冷媒の温度を検出する第３温度センサとをさらに備え、
   前記制御部は、前記圧力センサの検知結果、前記空気温度センサの検知結果、前記第２温度センサの検知結果、および、前記第３温度センサの検知結果に基づいて、前記流量調整弁の開度を制御するように構成されている、請求項２に記載の冷却装置。
4. 前記制御部は、前記圧縮機と前記膨張弁との間の冷媒の圧力に基づいて、冷媒の流路を前記流量調整弁を通過させる流路と、前記バイパス流路とに切り替えるように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却装置。
5. 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うち相対的に熱負荷が小さい前記蒸発器から流出する冷媒の流量を調整するように設けられている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却装置。
6. 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うち相対的に熱負荷の変動が大きい前記蒸発器から流出する冷媒の流量を調整するように設けられている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却装置。

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