JP2014119200A - 冷媒流量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機への冷媒の液相戻り（液バック現象）を回避しながら蒸発器の熱交換性能を向上させて冷却装置の効率的な運転を図ることが可能な冷媒流量制御装置を提供する。
【解決手段】この冷却装置１００（冷媒流量制御装置）は、開度に応じて蒸発器４０に流入する冷媒量を制御する電子膨張弁３０と、高圧側冷媒と低圧側冷媒との間の熱交換を行うための内部熱交換器５０と、蒸発器４０の入口部４２ａ近傍の冷媒温度Ｔ１を検出する冷媒温度センサ８１と、蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍の冷媒温度Ｔ２を検出する冷媒温度センサ８２と、冷媒温度センサ８２よりも下流側に配置され、蒸発器４０の出口部４２ｂと内部熱交換器５０の出口部５０ｂとの間を流通する低圧側の冷媒温度Ｔ３を検出する冷媒温度センサ８３と、冷媒温度Ｔ１、Ｔ２およびＴ３に基づいて電子膨張弁３０の開度を制御する制御部７０とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、冷媒流量制御装置に関し、特に、電子膨張弁と、蒸発器と、内部熱交換器とを備えた冷媒流量制御装置に関する。

従来、電子膨張弁と、蒸発器と、内部熱交換器とを備えた冷媒流量制御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、蒸発器に流入する冷媒量を制御する膨張弁と、膨張弁に流入される前の高圧（高温）側冷媒と蒸発器から流出した低圧（低温）側冷媒との熱交換を行う内部熱交換器とを備えた冷凍サイクル装置（冷媒流量制御装置）が開示されている。この特許文献１に記載の冷凍サイクル装置では、蒸発器の入口冷媒温度を検出する温度検出手段と、圧縮機の吸入冷媒温度を検出する温度検出手段とが設けられている。そして、上記２つの温度検出手段の検出結果に基づき算出される圧縮機入口での冷媒の吸入過熱度が目標値になるように膨張弁の開度制御が行われて、圧縮機への冷媒の液相戻り（液バック現象）が防止されるように構成されている。

特開２００９−１３３５４７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された冷凍サイクル装置では、膨張弁による圧縮機の吸入過熱度制御によって冷媒の液相戻りが防止される一方、蒸発器の冷媒温度を検出する温度検出手段については１箇所にしか配置されていないため、蒸発器内部における冷媒の状態を正確に把握しにくいと考えられる。すなわち、気液二相状態の冷媒が蒸発器における伝熱管（冷媒パス）の途中で蒸発を完了して気相状態に相変化したか、または、伝熱管の途中で蒸発を完了せずに過熱度を有することなく気液二相状態のまま蒸発器内部を流通したかなどの状態を正確に把握することができないと考えられる。このため、圧縮機入口での冷媒の吸入過熱度に基づく膨張弁の開度制御により圧縮機への冷媒の液相戻り（液バック現象）が回避されたとしても、蒸発器内部の冷媒の状態（冷媒の蒸発に伴う相変化の状態）が適切でない場合には所定の熱交換性能（冷却能力）が得られず、冷凍サイクル装置の効率的な運転を図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、圧縮機への冷媒の液相戻り（液バック現象）を回避しながら蒸発器の熱交換性能を向上させて冷却装置の効率的な運転を図ることが可能な冷媒流量制御装置を提供することである。

この発明の一の局面による冷媒流量制御装置は、開度に応じて蒸発器に流入する冷媒量を制御する電子膨張弁と、電子膨張弁に流入される前の高圧側冷媒と蒸発器から流出した低圧側冷媒との間の熱交換を行うための内部熱交換器と、電子膨張弁の下流側に配置され、蒸発器の入口近傍の冷媒温度または蒸発器の内部を流通する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２冷媒温度検出部よりも下流側に配置され、蒸発器の出口と内部熱交換器の出口との間を流通する低圧側の冷媒温度を検出する第３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、第３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制御部とを備える。

この発明の一の局面による冷媒流量制御装置では、上記のように、蒸発器の入口近傍の冷媒温度または蒸発器の内部を流通する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、蒸発器の出口と内部熱交換器の出口との間を流通する低圧側の冷媒温度を検出する第３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、第３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制御部とを備えることによって、電子膨張弁、蒸発器および内部熱交換器の順に配置された低圧側冷媒の経路において、第１冷媒温度検出部と第２冷媒温度検出部とにより各々検出される冷媒温度に基づいて蒸発器内部における冷媒の状態（冷媒の蒸発に伴う相変化の状態）を正確に把握することができ、かつ、第２冷媒温度検出部と第３冷媒温度検出部とにより各々検出される冷媒温度に基づいて蒸発器出口と内部熱交換器出口との間の冷媒の状態についても正確に把握することができる。これにより、蒸発器内部の冷媒の蒸発具合と蒸発器出口と内部熱交換器出口との間の冷媒状態とを共に把握しながら電子膨張弁の開度を調整することができるので、電子膨張弁の開度制御により蒸発器内部における冷媒の蒸発具合を最適化することができるとともに、電子膨張弁の開度制御と内部熱交換器における低圧側冷媒の吸熱とにより低圧側冷媒をより安定的に気相状態にすることができる。その結果、圧縮機への冷媒の液相戻り（液バック現象）を回避しながら蒸発器の熱交換性能を向上させて冷却装置の効率的な運転を図ることができる。

上記一の局面による冷媒流量制御装置において、好ましくは、制御部は、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第１過熱度よりも、第２冷媒温度検出部により検出された冷媒温度と第３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と内部熱交換器の出口との間の冷媒の第２過熱度が大きくなるとともに、蒸発器の出口と内部熱交換器の出口との間の冷媒が気相状態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。このように構成すれば、内部熱交換器での低圧側冷媒の吸熱および電子膨張弁の開度制御により、蒸発器の出口と内部熱交換器の出口との間の冷媒を容易に安定的に気相状態にすることができるとともに、蒸発器の出口と内部熱交換器の出口との間の冷媒の第２過熱度を蒸発器の出口近傍における冷媒の第１過熱度よりも大きくなるように電子膨張弁の開度制御を行うことによって、蒸発器の出口近傍における冷媒の第１過熱度を容易に０度近傍に制御することができる。また、電子膨張弁の開度制御の過程で、蒸発器の出口近傍における冷媒の第１過熱度がたとえば０度よりも小さくなった（冷媒の蒸発完了点が蒸発器内部に存在せず冷媒が気液二相状態のまま蒸発器から流出する）場合でも、内部熱交換器において高圧側冷媒の熱を気液二相状態の低圧側冷媒に適切に吸熱させて低圧側冷媒を確実に気相状態にすることができるので、圧縮機に対する冷媒の液相戻り（液バック現象）を回避した状態で、電子膨張弁の開度をゆっくりと（小刻みに）減少させて第１過熱度を得るような制御を行うことができる。また、第１過熱度が得られ過ぎて電子膨張弁の開度を増加させた際、下流の第２過熱度が一時的に０度よりも小さくなる（気液二相状態になる）場合でも、内部熱交換器が低圧側冷媒の気相化制御を確実に図るための緩衝材（バッファ）の役割を果たすので、圧縮機に対する冷媒の液相戻りを回避した状態で再び電子膨張弁の開度をゆっくりと（小刻みに）減少させて第２過熱度と第１過熱度とを得るような制御を繰り返すことができ低圧側のサイクル状態を大きく乱すことがない。このように、電子膨張弁の開度の増加および減少が繰り返されても、蒸発器の出口近傍における冷媒の第１過熱度が大きくハンチング（振動）することが抑制されるので、電子膨張弁の開度制御に伴う蒸発器の冷却効率の上下変動が穏やかとなり、冷却装置の運転効率が低下することを確実に抑制することができる。

上記第１過熱度よりも第２過熱度が大きく、かつ、蒸発器の出口と内部熱交換器の出口との間の冷媒が気相状態になるように電子膨張弁の開度を制御する構成において、好ましくは、制御部は、第１過熱度が０度近傍で、かつ、第２過熱度が０度よりも大きい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。このように構成すれば、蒸発器における冷媒の蒸発完了点（冷媒が気液二相状態から気相状態に変化する直前の状態）が蒸発器の出口近傍に位置するように蒸発器への冷媒供給量（冷媒流量）が制御されるので、蒸発器の入口から出口に亘る略全ての冷媒パス（熱交換領域）を冷媒の蒸発領域として使用することができる。すなわち、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ので、蒸発器が有する熱交換性能（冷却能力）を最大限に発揮させることができる。また、蒸発器の出口と内部熱交換器の出口との間においては、冷媒は確実に気相状態に変化するので圧縮機への冷媒の液相戻りを容易に防止することができる。ここで、第１過熱度が０度近傍になるように電子膨張弁の開度を制御するとは、たとえば、第１過熱度が０度以上３度以下の範囲に収められるように電子膨張弁の開度を制御する場合を含む広い概念である。

上記制御部により第１過熱度が０度近傍になるように電子膨張弁の開度を制御する構成において、好ましくは、第３冷媒温度検出部は、蒸発器の出口と内部熱交換器の入口との間を流通する低圧側の冷媒温度を検出する第４冷媒温度検出部と、第４冷媒温度検出部よりも下流側に配置され、内部熱交換器の内部を流通する低圧側の冷媒温度を検出する第５冷媒温度検出部とを含み、第２過熱度は、第２冷媒温度検出部により検出された冷媒温度と第４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と内部熱交換器の入口との間の冷媒の第３過熱度と、第２冷媒温度検出部により検出された冷媒温度と第５冷媒温度検出部により検出された冷媒温度とに基づく内部熱交換器の内部における冷媒の第４過熱度とを含み、制御部は、第３過熱度と第４過熱度との相互関係に基づいて、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、第１過熱度に加えて、蒸発器の出口を基準とした場合の内部熱交換器の入口までの区間を流通する低圧側冷媒が有する第３過熱度と、蒸発器の出口を基準とした場合の内部熱交換器内を流通する低圧側冷媒が有する第４過熱度との両方に基づいて電子膨張弁の開度制御をより詳細に行うことができる。すなわち、第３過熱度と第４過熱度との両方の推移に基づいて冷媒流量の調整を詳細に行いながら蒸発器の冷却効率の上下変動を極力抑えることができるので、冷却装置においては、蒸発器の出口における冷媒の第１過熱度を０度近傍に安定的に維持した運転を継続させることができる。

この場合、好ましくは、制御部は、第４過熱度が第３過熱度よりも大きい場合に電子膨張弁の開度を増加させて第４過熱度の増加を抑制するとともに、第４過熱度が増加方向から減少方向に転じた際に電子膨張弁の開度を減少させる制御を行うように構成されている。このように、内部熱交換器を流通する低圧側冷媒の第４過熱度の推移に着目して電子膨張弁の開度制御を行う際、内部熱交換器が低圧側冷媒の気相化制御を確実に図るための緩衝材（バッファ）の役割を果たすので、圧縮機に対する冷媒の液相戻りを回避した状態で、電子膨張弁の開度をゆっくりと（小刻みに）増減させながら第１過熱度、第３過熱度および第４過熱度が所定の関係を有した状態を維持する制御を継続することができる。これにより、電子膨張弁の開度制御の回数を徐々に低減させることができるので、蒸発器の冷却効率の上下変動が穏やかとなり、冷却装置の運転効率が低下することを容易に抑制することができる。

上記制御部により第１過熱度が０度近傍になるように電子膨張弁の開度を制御する構成において、好ましくは、第１冷媒温度検出部は、蒸発器の入口近傍の冷媒温度を検出する第６冷媒温度検出部を含み、第１過熱度は、第６冷媒温度検出部により検出された蒸発器の入口近傍の冷媒温度と第２冷媒温度検出部により検出された蒸発器の出口近傍の冷媒温度とに基づく蒸発器の出口近傍における冷媒の第５過熱度を含み、制御部は、第５過熱度が０度近傍で、かつ、第２過熱度が０度よりも大きい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。このように構成すれば、第６冷媒温度検出部と第２冷媒温度検出部とにより各々検出される冷媒温度に基づいて、蒸発器における冷媒の蒸発完了点が蒸発器の出口近傍に位置するように蒸発器への冷媒供給量（冷媒流量）が制御されるので、蒸発器の入口から出口に亘る略全ての冷媒パス（熱交換領域）を冷媒の蒸発領域として使用することができる。すなわち、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ので、蒸発器が有する熱交換性能（冷却能力）を最大限に発揮させることができる。また、蒸発器の出口と内部熱交換器の出口との間においては、冷媒は確実に気相状態に変化するので、圧縮機に対する冷媒の吸入過熱度が確実に確保されて圧縮機への冷媒の液相戻り（液バック現象）を容易に防止することができる。ここで、第５過熱度が０度近傍になるように電子膨張弁の開度を制御するとは、たとえば、第５過熱度が０度以上３度以下の範囲に収められるように電子膨張弁の開度を制御する場合を含む広い概念である。

上記制御部により第１過熱度が０度近傍になるように電子膨張弁の開度を制御する構成において、好ましくは、第１冷媒温度検出部は、蒸発器の内部を流通する冷媒温度を検出する第７冷媒温度検出部を含み、第１過熱度は、第７冷媒温度検出部により検出された蒸発器の内部の冷媒温度と第２冷媒温度検出部により検出された蒸発器の出口近傍の冷媒温度とに基づく蒸発器の出口近傍における冷媒の第６過熱度を含み、制御部は、第６過熱度が０度近傍で、かつ、第２過熱度が０度よりも大きい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。このように構成すれば、蒸発器内部における冷媒の流通に伴う圧力損失を考慮した状態で、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）によっては冷媒パスの圧力損失（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第７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）に対する蒸発器の出口近傍における冷媒の第６過熱度に基づいた冷媒の流量制御を行うことにより、蒸発器の出口における冷媒の過熱度制御（第６過熱度が０度近傍を目指す冷媒流量制御）をより精度よく行うことができる。これにより、蒸発器における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状況を精度よく実現す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パス（熱交換領域）を冷媒の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。ここで、第６過熱度が０度近傍になるように電子膨張弁の開度を制御するとは、たとえば、第６過熱度が０度以上３度以下の範囲に収められるように電子膨張弁の開度を制御する場合を含む広い概念である。

本発明によれば、上記のように、圧縮機への冷媒の液相戻り（液バック現象）を回避しながら蒸発器の熱交換性能を向上させて冷却装置の効率的な運転を図ることができる。

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１実施形態による冷却装置における電子膨張弁の開度制御に関する制御部の処理フローを示した図である。 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２実施形態による冷却装置における電子膨張弁の開度制御に関する制御部の処理フローを示した図である。 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における電子膨張弁の開度制御に関する制御部の処理フローを示した図である。 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。 本発明の第４実施形態による冷却装置における電子膨張弁の開度制御に関する制御部の処理フローを示した図である。 本発明の第５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５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５実施形態による冷却装置における電子膨張弁の開度制御に関する制御部の処理フローを示した図である。

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。なお、冷却装置１００は、本発明の「冷媒流量制御装置」の一例である。

第１実施形態による冷却装置１００は、図１に示すように、冷媒に二酸化炭素（ＣＯ_２）を用いて所定の冷凍サイクルを形成可能な冷凍機１と、商品を陳列して販売するショーケース２とを備えている。また、店舗内に設置されたショーケース２は、屋外に設置された冷凍機（室外機）１に冷媒配管（液管）３ａおよび冷媒配管（ガス管）３ｂを介して接続されている。

冷凍機１は、圧縮機１０と、吐出管３ｃにより圧縮機１０に接続されたガスクーラ（放熱器）２０とを含んでいる。圧縮機１０は、冷凍サイクルにおける低圧側から吸入されたガス冷媒を圧縮して高圧側（吐出管３ｃ）に吐出する役割を有している。ここで、圧縮機１０には、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圧縮機を用いている。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部空気を用いて冷却する機能を有している。また、ガスクーラ２０内で凝縮（液化）された冷媒は、冷媒配管３ａを流通して電子膨張弁３０に流入される。

ショーケース２は、電子膨張弁３０と、冷媒配管３ｄにより電子膨張弁３０の下流に接続された蒸発器４０と、電子膨張弁３０に流入される前の高圧（高温）側冷媒と蒸発器４０から流出した低圧（低温）側冷媒との間の熱交換を行うための内部熱交換器５０とを含んでいる。電子膨張弁３０は、ガスクーラ２０で冷却（液化）された冷媒を絞り膨張（減圧）させて蒸発器４０に供給する役割を有している。ここで、電子膨張弁３０は、パルス制御により駆動されるステッピングモータ３１の駆動力を利用して弁機構を開閉駆動されるように構成されている。なお、電子膨張弁３０により絞り膨張された液冷媒は、気相および液相からなる気液二相状態のまま冷媒配管３ｄから蒸発器４０に流入される。

蒸発器４０は、一対の側板（エンドプレート）４１間を往復蛇行する伝熱管４２を備えている。また、伝熱管４２の直管部が側板４１間に所定のピッチ（間隔）を有して配置された複数の薄い板状のフィン部材４３のフィンカラー部（図示せず）に圧入されており、蒸発器４０は、伝熱管４２の内部を冷媒が流通するプレートフィン型の空気熱交換器として構成されている。また、蒸発器４０は、電子膨張弁３０から供給された気液二相状態の冷媒を蒸発（気化）させる機能を有している。すなわち、冷媒は、蒸発器４０の入口部４２ａから出口部４２ｂに向かうにしたがって所定の蒸発潜熱を得ながら蒸発し、この際、ショーケース２の内部を循環する空気から熱が奪われて冷却空気が形成される。また、蒸発器４０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（ガス管）３ｂ、内部熱交換器５０および吸入管３ｅの順に流通されて圧縮機１０に戻される。

内部熱交換器５０は、プレート式熱交換器であり、ガスクーラ２０により凝縮された高圧（高温）側の液冷媒と、蒸発器４０（伝熱管４２）から圧縮機１０に戻される低圧（低温）側の冷媒との間の熱交換を行う機能を有している。すなわち、冷却運転時に、ガスクーラ２０から電子膨張弁３０に向かって流れる液化された冷媒（液冷媒）の熱を、蒸発器４０から圧縮機１０に向かって流れる低温低圧の冷媒に付与することにより、液冷媒の温度を低下させて液冷媒に過冷却度（サブクール）を確保するとともに、低温低圧の冷媒の温度を上昇（蒸発）させて気相状態にする役割を有している。

このように、冷却装置１００では、圧縮機１０から吐出された冷媒（ＣＯ_２）が、矢印Ｐ方向に沿って、吐出管３ｃ、ガスクーラ２０、冷媒配管（液管）３ａ、電子膨張弁３０、冷媒配管３ｄ、蒸発器４０、冷媒配管（ガス管）３ｂ、内部熱交換器５０および吸入管３ｅの順に流れて圧縮機１０に帰還されるサイクルを繰り返す。また、冷却装置１００は、冷凍機１およびショーケース２の動作制御を行うための制御部７０を冷凍機１に備えている。これにより、冷凍機１を運転することによってショーケース２の内部が所定の冷蔵温度に維持管理されるように構成されている。なお、ここで述べるショーケース２の内部とは、商品棚に陳列された商品（図示せず）を収容する収容庫を示しており、蒸発器４０により冷却された空気が収容庫に吹き出される空間部分のことを意味する。

ここで、第１実施形態では、蒸発器４０には、伝熱管４２を流通する冷媒温度を検出するための冷媒温度センサ８１および８２（図２参照）が取り付けられている。具体的には、図１に示すように、冷媒温度センサ８１は、蒸発器４０（伝熱管４２）の入口部４２ａ近傍に取り付けられている。また、冷媒温度センサ８２は、蒸発器４０（伝熱管４２）の出口部４２ｂ近傍に取り付けられている。したがって、冷媒温度センサ８１は、電子膨張弁３０の下流側でかつ蒸発器４０（伝熱管４２）に流入する入口部４２ａ近傍の冷媒温度Ｔ１を検出する機能を有しており、冷媒温度センサ８２は、蒸発器４０（伝熱管４２）から流出する出口部４２ｂ近傍の冷媒温度Ｔ２を検出する機能を有している。

また、第１実施形態では、冷媒温度センサ８１および８２に加えて、冷媒配管（ガス管）３ｂに、冷媒温度センサ８３（図２参照）が取り付けられている。具体的には、図１に示すように、冷媒温度センサ８３は、冷媒温度センサ８２よりも下流側に配置され、蒸発器４０の出口部４２ｂから入口部５０ａを経て内部熱交換器５０の出口部５０ｂまでの間の冷媒配管３ｂを流通する冷媒の冷媒温度Ｔ３を検出する機能を有している。また、冷媒温度センサ８１〜８３は、制御部７０にそれぞれ接続されている。なお、冷媒温度センサ８１〜８３は、それぞれ、本発明の「第１冷媒温度検出部」、「第２冷媒温度検出部」および「第３冷媒温度検出部」の一例である。また、冷媒温度センサ８１は、本発明の「第６冷媒温度検出部」の一例である。

そして、第１実施形態では、冷媒温度センサ８１〜８３により各々検出された冷媒温度Ｔ１〜Ｔ３に基づいて電子膨張弁３０の開度が制御されるように構成されている。具体的には、冷媒温度センサ８１により検出された冷媒温度Ｔ１と冷媒温度センサ８２により検出された冷媒温度Ｔ２とに基づく蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍における冷媒の過熱度ＳＨ１（＝Ｔ２−Ｔ１）よりも、冷媒温度センサ８２により検出された冷媒温度Ｔ２と冷媒温度センサ８３により検出された冷媒温度Ｔ３とに基づく蒸発器４０の出口部４２ｂと内部熱交換器５０の出口部５０ｂとの間の冷媒配管３ｂを流通する冷媒の過熱度ＳＨ２（＝Ｔ３−Ｔ２）が大きくなるとともに、この冷媒配管３ｂを流通する冷媒が気相状態になるように電子膨張弁３０の開度が制御される。なお、過熱度ＳＨ１および過熱度ＳＨ２は、それぞれ、本発明の「第１過熱度」および「第２過熱度」の一例である。また、過熱度ＳＨ１は、本発明の「第５過熱度」の一例である。

また、第１実施形態では、過熱度ＳＨ１が０度近傍で、かつ、過熱度ＳＨ２が０度よりも大きい値になるように電子膨張弁３０の開度が制御される。すなわち、冷媒温度センサ８１および８２により各々検出される冷媒温度Ｔ１およびＴ２に基づいて蒸発器４０における冷媒の蒸発完了点（冷媒が気液二相状態から気相状態に変化する直前の状態）が蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍に位置するように蒸発器４０への冷媒供給量（冷媒流量）が調整されている。したがって、蒸発器４０の入口部４２ａから出口部４２ｂに亘る略全ての伝熱管４２の部分が冷媒の蒸発領域として使用されるので、蒸発器４０の熱交換性能（冷却能力）を最大限に発揮させることが可能に構成されている。また、蒸発器４０と内部熱交換器５０との間の冷媒配管３ｂにおいては冷媒が確実に気相状態に変化するので、圧縮機１０に対する冷媒の吸入過熱度が確実に確保されて圧縮機１０への冷媒の液相戻り（液バック現象）が容易に防止されるように構成されている。なお、過熱度の単位に関しては、たとえば、過熱度が３度とは、過熱度が３Ｋ（ケルビン）であることを示す。

このように、冷却装置１００では、冷媒温度センサ８１および８２により各々検出される冷媒温度Ｔ１およびＴ２に基づいて蒸発器４０の内部における冷媒の状態（冷媒の蒸発に伴う相変化の状態）を正確に把握するとともに、冷媒温度センサ８２および８３により各々検出される冷媒温度Ｔ２およびＴ３に基づいて蒸発器４０の出口部４２ｂと内部熱交換器５０の出口部５０ｂとの間の冷媒配管３ｂにおける冷媒の状態も正確に把握しながら電子膨張弁３０の開度が制御されるように構成されている。

また、図１に示すように、ショーケース２の内部には、蒸発器４０により冷却された空気を送風するための送風機４５が設けられている。また、ショーケース２には、送風機４５により送風されるとともに蒸発器４０から供給される冷却空気の温度を検出するための空気温度センサ８９が取り付けられている。また、空気温度センサ８９は、制御部７０に接続されている。したがって、冷却運転中、制御部７０により、上記した電子膨張弁３０の開度制御とともに圧縮機１０の回転数制御も行われて、ショーケース２の内部（商品収容庫）が所定の冷蔵温度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８１〜８３、および、空気温度センサ８９からの入力信号に基づいて所定の判断を行い、冷凍機１を構成する圧縮機１０および送風機２１、および、ショーケース２を構成する電子膨張弁３０、送風機４５などの各種機能部品を適切に駆動する制御を行うように構成されている。

また、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３０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８１〜８３から算出される過熱度ＳＨ１およびＳＨ２の値に応じた弁開度の変更量（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を一時的に保存する作業用メモリとして用いられる。

次に、図１〜図３を参照して、第１実施形態による冷却装置１００によって冷却運転が行われる際の制御部７０による電子膨張弁３０の開度制御に関する処理フローについて説明する。

まず、ステップＳ１では、図３に示すように、蒸発器４０（図２参照）を流通する冷媒の冷媒温度Ｔ１〜Ｔ３が制御部７０（図２参照）により取得される。すなわち、図１に示すように、冷媒温度センサ８１による伝熱管４２の入口部４２ａ近傍の冷媒温度Ｔ１と、冷媒温度センサ８２による伝熱管４２の出口部４２ｂ近傍の冷媒温度Ｔ２と、冷媒温度センサ８３による蒸発器４０の出口部４２ｂと内部熱交換器５０の出口部５０ｂとの間の冷媒配管３ｂにおける冷媒温度Ｔ３とが取得される。

ステップＳ２では、図３に示すように、冷媒温度Ｔ１と冷媒温度Ｔ２とに基づく蒸発器４０の出口部４２ｂ（図１参照）近傍における冷媒の過熱度ＳＨ１（＝Ｔ２−Ｔ１）が算出されるとともに、冷媒温度Ｔ２と冷媒温度Ｔ３とに基づく冷媒配管３ｂの位置での冷媒の過熱度ＳＨ２（＝Ｔ３−Ｔ２）が算出される。

そして、ステップＳ３では、過熱度ＳＨ１が０度近傍か否かが制御部７０により判断される。なお、算出された過熱度ＳＨ１は、制御上、０度以上３度以下の範囲にある場合に過熱度ＳＨ１が０度近傍であると判断される。ステップＳ３において、過熱度ＳＨ１が０度近傍（０度以上３度以下の範囲）であると判断された場合には、ステップＳ４において、過熱度ＳＨ２が０度よりも大きい（ＳＨ２＞０）気相状態であるか否かが制御部７０により判断される。なお、ステップＳ４において、過熱度ＳＨ２が０度よりも大きいと判断された場合には、電子膨張弁３０（図１参照）の開度は変更されない。すなわち、伝熱管４２（図１参照）における冷媒の蒸発完了点が出口部４２ｂ近傍に位置した理想的な状態であり、電子膨張弁３０の現在の開度に伴う冷媒供給量のもとでは蒸発器４０（図１参照）の入口部４２ａから出口部４２ｂに亘る略全ての領域が冷媒の蒸発過程に使用されて蒸発器４０が効率的に機能している状態である。さらに、下流の冷媒配管３ｂにおいては適度な過熱度ＳＨ２が得られている状態である。したがって、制御部７０により電子膨張弁３０の開度が維持されるとともに本制御フローは終了される。

また、ステップＳ４において、過熱度ＳＨ２が０度以下（過熱度ＳＨ２が得られていない状態）であると判断された場合には、ステップＳ５に進み、電子膨張弁３０の開度が所定量だけ減少される。すなわち、冷媒の蒸発完了点が出口部４２ｂ近傍に位置していたとしても冷媒配管３ｂを流通する冷媒は気液二相状態であるので、冷媒配管３ｂを流通する冷媒を気相化させる（過熱度ＳＨ２を得る）ために電子膨張弁３０を絞って冷媒供給量（冷媒流量）を減少させるような制御が行われる。具体的には、制御部７０からステッピングモータ３１に対して電子膨張弁３０の開度を現在の状態から所定量だけ小さい開度に変更するためのパルス数に対応する制御信号が送信される。そしてステッピングモータ３１が回動されて、電子膨張弁３０は開度が減少される。なお、冷媒配管３ｂの下流側に内部熱交換器５０が接続されているので、内部熱交換器５０を流通する冷媒（低圧側冷媒）は高圧側冷媒の熱を吸熱して確実に気相化される。すなわち、内部熱交換器５０が低圧側冷媒の気相化を図るための緩衝材（バッファ）の役割を果たすので、ステップＳ５による制御１回あたりの電子膨張弁３０の開度減少量（パルス数）は小さい。したがって、ステップＳ３、Ｓ４およびＳ５の処理フローが繰り返される場合、電子膨張弁３０の開度はゆっくりと（小刻みに）減少される。

一方、ステップＳ３において、過熱度ＳＨ１が０度近傍ではない（過熱度ＳＨ１が０度近傍以外である）と判断された場合には、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、冷媒の過熱度ＳＨ１が上記した０度近傍以外の正の値（ＳＨ１＞３度）であるか否かが制御部７０により判断される。過熱度ＳＨ１が０度近傍以外の正の値（ＳＨ１＞３度（３Ｋ））であると判断された場合には、ステップＳ７に進み、電子膨張弁３０（図１参照）の開度が所定量だけ増加される。すなわち、冷媒の蒸発完了点が蒸発器４０（図１参照）の出口部４２ｂよりも上流側（蒸発器４０の内部）に存在する状態であり、蒸発器４０内部の蒸発完了点と出口部４２ｂとの間で冷媒が気相化（ガス化）される分、この区間での熱交換性能が低下している状態である。したがって、蒸発完了点を出口部４２ｂ近傍に移動させるために電子膨張弁３０を開いて冷媒供給量（冷媒流量）を増加させるような制御が行われる。具体的には、制御部７０からステッピングモータ３１（図１参照）に対して電子膨張弁３０の開度を現在の状態から所定量だけ大きい開度に変更するためのパルス数に対応する制御信号が送信される。そしてステッピングモータ３１が回動されて電子膨張弁３０は開度が増加される。

また、ステップＳ６において、算出される過熱度ＳＨ１が０度近傍以外の負の値（ＳＨ１＜０）であると判断された場合には、ステップＳ８に進む。すなわち、冷媒の蒸発完了点が蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍には存在せず蒸発器４０よりも下流側の冷媒配管３ｂに存在する状態であり、蒸発器４０においては蒸発し切らない気液二相冷媒が伝熱管４２の入口部４２ａから出口部４２ｂに亘って過剰に流れることで熱交換性能が低下している状態である。このため、蒸発完了点を出口部４２ｂ近傍に戻すために電子膨張弁３０を絞って冷媒供給量（冷媒流量）を減少させるような制御が行われる。

したがって、ステップＳ８では、電子膨張弁３０の開度が所定量だけ減少されて本制御フローは一旦終了される。なお、内部熱交換器５０が低圧側冷媒の気相化を図るための緩衝材の役割を果たすので、ステップＳ８による制御１回あたりの電子膨張弁３０の開度減少量（パルス数）は小さい。したがって、ステップＳ３、Ｓ６およびＳ８の処理フローが繰り返される場合、電子膨張弁３０の開度はゆっくりと（小刻みに）減少される。これにより、冷媒供給量が絞られて冷媒の蒸発完了点が冷媒配管３ｂの位置から上流側の蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍に若干戻される。なお、本制御フロー終了後は、所定の制御周期が経過した後に、再び、図３に示した本制御フローが実行される。このようにして、制御部７０による電子膨張弁３０の開度制御が行われる。

第１実施形態では、上記のように、蒸発器４０の入口部４２ａ近傍の冷媒温度Ｔ１を検出する冷媒温度センサ８１と、蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍の冷媒温度Ｔ２を検出する冷媒温度センサ８２と、蒸発器４０の出口部４２ｂと内部熱交換器５０の出口部５０ｂとの間の冷媒配管（ガス管）３ｂを流通する低圧側の冷媒温度Ｔ３を検出する冷媒温度センサ８３と、冷媒温度センサ８１により検出された冷媒温度Ｔ１と、冷媒温度センサ８２により検出された冷媒温度Ｔ２と、冷媒温度センサ８３により検出された冷媒温度Ｔ３とに基づいて電子膨張弁３０の開度を制御する制御部７０とを備えることによって、電子膨張弁３０、蒸発器４０および内部熱交換器５０の順に配置された低圧側冷媒の経路において、冷媒温度センサ８１および８２により各々検出される冷媒温度Ｔ１およびＴ２に基づいて蒸発器４０の内部における冷媒の状態（冷媒の蒸発に伴う相変化の状態）を正確に把握することができ、かつ、冷媒温度センサ８２および８３により各々検出される冷媒温度Ｔ２およびＴ３に基づいて蒸発器４０の出口部４２ｂと内部熱交換器５０の出口部５０ｂとの間の冷媒配管３ｂにおける冷媒の状態についても正確に把握することができる。これにより、蒸発器４０内部の冷媒の蒸発具合と冷媒配管３ｂの冷媒状態とを共に把握しながら電子膨張弁３０の開度を調整することができるので、電子膨張弁３０の開度制御により蒸発器４０の内部における冷媒の蒸発具合を最適化することができるとともに、電子膨張弁３０の開度制御と内部熱交換器５０における低圧側冷媒の吸熱とにより低圧側冷媒をより安定的に気相状態にすることができる。その結果、圧縮機１０への冷媒の液相戻り（液バック現象）を回避しながら蒸発器４０の熱交換性能を向上させて冷却装置１００の効率的な運転を図ることができる。

また、第１実施形態では、冷媒温度Ｔ１と冷媒温度Ｔ２とに基づく蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍における冷媒の過熱度ＳＨ１よりも、冷媒温度Ｔ２と冷媒温度Ｔ３とに基づく冷媒配管３ｂにおける冷媒の過熱度ＳＨ２が大きくなるとともに、冷媒配管３ｂにおける冷媒が気相状態になるように電子膨張弁３０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、内部熱交換器５０での低圧側冷媒の吸熱および電子膨張弁３０の開度制御により、蒸発器４０の出口部４２ｂと内部熱交換器５０の出口部５０ｂとの間の冷媒配管３ｂを流通する冷媒を容易に安定的に気相状態にすることができるとともに、冷媒配管３ｂを流通する冷媒の過熱度ＳＨ２を蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍における冷媒の過熱度ＳＨ１よりも大きくなるように電子膨張弁３０の開度制御を行うことによって、蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍における冷媒の過熱度ＳＨ１を容易に０度近傍に制御することができる。

また、上記構成においては、電子膨張弁３０の開度制御の過程で、蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍における冷媒の過熱度ＳＨ１がたとえば０度よりも小さくなった（冷媒の蒸発完了点が蒸発器４０の内部に存在せず冷媒が気液二相状態のまま蒸発器４０から流出する）場合でも、内部熱交換器５０において高圧側冷媒の熱を気液二相状態の低圧側冷媒に適切に吸熱させて低圧側冷媒を確実に気相状態にすることができるので、圧縮機１０に対する冷媒の液相戻り（液バック現象）を回避した状態で、電子膨張弁３０の開度をゆっくりと（小刻みに）減少させて過熱度ＳＨ１を得るような制御を行うことができる。また、過熱度ＳＨ１が得られ過ぎて電子膨張弁３０の開度を増加させた際、下流の過熱度ＳＨ２が一時的に０度よりも小さくなる（気液二相状態になる）場合でも、内部熱交換器５０が低圧側冷媒の気相化制御を確実に図るための緩衝材（バッファ）の役割を果たすので、圧縮機１０に対する冷媒の液相戻りを回避した状態で再び電子膨張弁３０の開度をゆっくりと減少させて過熱度ＳＨ２と過熱度ＳＨ１とを得るような制御を繰り返すことができ低圧側のサイクル状態を大きく乱すことがない。このように、電子膨張弁３０の開度の増加および減少が繰り返されても、蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍における冷媒の過熱度ＳＨ１が大きくハンチング（振動）することが抑制されるので、電子膨張弁３０の開度制御に伴う蒸発器４０の冷却効率の上下変動が穏やかとなり、冷却装置１００の運転効率が低下することを確実に抑制することができる。

また、第１実施形態では、過熱度ＳＨ１が０度近傍（過熱度ＳＨ１が０度以上３度以下の範囲に収められる状態）で、かつ、過熱度ＳＨ２が０度よりも大きい値になるように電子膨張弁３０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、冷媒温度センサ８１および８２により各々検出される冷媒温度Ｔ１およびＴ２に基づいて蒸発器４０における冷媒の蒸発完了点（冷媒が気液二相状態から気相状態に変化する直前の状態）が蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍に位置するように蒸発器４０の内部（伝熱管４２）を流通する冷媒の状態が制御されるので、蒸発器４０の入口部４２ａから出口部４２ｂに亘る略全ての伝熱管４２の部分を冷媒の蒸発過程として使用することができる。すなわち、蒸発器４０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ので、蒸発器４０が有する熱交換性能（冷却能力）を最大限に発揮させることができる。また、蒸発器４０の出口部４２ｂと内部熱交換器５０の出口部５０ｂとの間においては、冷媒は確実に気相状態に変化するので、圧縮機１０に対する冷媒の吸入過熱度が確実に確保されて圧縮機１０への冷媒の液相戻りを容易に防止することができる。

（第２実施形態）
図４〜図６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実施形態と異なり、冷媒配管３ｂに設けられた冷媒温度センサ８３に加えて、内部熱交換器５０の内部（入口部５０ａから出口部５０ｂまでの間）を流通する低圧側冷媒の冷媒温度Ｔ４を検出するための冷媒温度センサ８４を内部熱交換器５０に新たに設けて電子膨張弁３０の開度制御を行う例について説明する。なお、冷媒温度センサ８３および８４は、ぞれぞれ、本発明の「第４冷媒温度検出部」および「第５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４および図５に示すように、内部熱交換器５０の内部を流通する低圧側の冷媒温度Ｔ４を検出するための冷媒温度センサ８４を設けている。また、冷媒温度センサ８４は、制御部７０に接続されている。なお、冷却装置２００は、本発明の「冷媒流量制御装置」の一例である。

ここで、第２実施形態では、冷媒温度センサ８１〜８４により各々検出された冷媒温度Ｔ１〜Ｔ４に基づいて電子膨張弁３０の開度が制御されるように構成されている。具体的には、冷媒温度センサ８２により検出された冷媒温度Ｔ２と冷媒温度センサ８３により検出された冷媒温度Ｔ３とに基づく蒸発器４０の出口部４２ｂと内部熱交換器５０の入口部５０ａとの間の冷媒配管３ｂを流通する冷媒の過熱度ＳＨ３（＝Ｔ３−Ｔ２）と、冷媒温度センサ８２により検出された冷媒温度Ｔ２と冷媒温度センサ８４により検出された冷媒温度Ｔ４とに基づく内部熱交換器５０の内部における冷媒の過熱度ＳＨ４（＝Ｔ４−Ｔ２）との相互関係に基づいて、電子膨張弁３０の開度が制御される。なお、過熱度ＳＨ３および過熱度ＳＨ４は、それぞれ、本発明の「第３過熱度」および「第４過熱度」の一例である。

また、第２実施形態では、下流側の過熱度ＳＨ４が上流側の過熱度ＳＨ３よりも大きい場合に電子膨張弁３０の開度を増加させて過熱度ＳＨ４の増加を抑制するとともに、過熱度ＳＨ４が増加方向から減少方向に転じた際に電子膨張弁３０の開度を減少させる制御が行われるように構成されている。そして、過熱度ＳＨ１が０度近傍で、かつ、過熱度ＳＨ３が０度よりも大きい値になるように電子膨張弁３０の開度が制御される。すなわち、過熱度ＳＨ３と過熱度ＳＨ４との両方の推移に基づいて冷媒流量の調整を詳細に行いながら蒸発器４０の冷却効率の上下変動を極力抑えつつ、過熱度ＳＨ１を０度近傍（０度以上３度以下の範囲）に維持しながら蒸発器４０の熱交換性能（冷却能力）を最大限に得るような制御が行われている。

次に、第２実施形態による冷却装置２００によって冷却運転が行われる際の制御部７０による電子膨張弁３０の開度制御に関する処理フローについて説明する。

図６に示すように、まず、ステップＳ２１では、蒸発器４０（図４参照）を流通する冷媒の冷媒温度Ｔ１〜Ｔ４が制御部７０（図５参照）により取得される。すなわち、図４に示すように、冷媒温度センサ８１による冷媒温度Ｔ１と、冷媒温度センサ８２による冷媒温度Ｔ２と、冷媒温度センサ８３による冷媒配管３ｂにおける冷媒温度Ｔ３と、冷媒温度センサ８４による内部熱交換器５０の内部における冷媒温度Ｔ４とが取得される。

そして、ステップＳ２２では、図６に示すように、蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍における冷媒の過熱度ＳＨ１が算出されるとともに、冷媒配管３ｂ（図４参照）の位置での冷媒の過熱度ＳＨ３（＝Ｔ３−Ｔ２）が算出される。さらには、冷媒温度Ｔ２と冷媒温度Ｔ４とに基づく内部熱交換器５０（図４参照）の内部における冷媒の過熱度ＳＨ４（＝Ｔ４−Ｔ２）が算出される。

そして、ステップＳ２３では、過熱度ＳＨ１が０度近傍（０度以上３度以下の範囲）か否かが制御部７０により判断される。ステップＳ２３において、過熱度ＳＨ１が０度近傍（０度以上３度以下の範囲）であると判断された場合には、ステップＳ２４において、過熱度ＳＨ３が０度よりも大きい（ＳＨ３＞０）気相状態であるか否かが制御部７０により判断される。なお、ステップＳ２４において、過熱度ＳＨ３が０度よりも大きいと判断された場合には、電子膨張弁３０（図４参照）の開度が維持されるとともに本制御フローは終了される。

また、ステップＳ２４において、過熱度ＳＨ３が０度以下（過熱度ＳＨ３が得られていない状態）であると判断された場合には、ステップＳ２５に進み、電子膨張弁３０の開度が所定量だけ減少される。なお、内部熱交換器５０が低圧側冷媒の気相化を図るための緩衝材の役割を果たすので、ステップＳ２５による制御１回あたりの電子膨張弁３０の開度減少量は小さい。したがって、ステップＳ２３、Ｓ２４およびＳ２５の処理フローが繰り返される場合、電子膨張弁３０の開度はゆっくりと減少される。

一方、ステップＳ２３において、過熱度ＳＨ１が０度近傍ではない（過熱度ＳＨ１が０度近傍以外である）と判断された場合には、ステップＳ２６に進む。ステップＳ２６では、現在の冷媒の過熱度ＳＨ１が上記した０度近傍以外の正の値（ＳＨ１＞３度（３Ｋ））であるか否かが制御部７０により判断される。

ここで、第２実施形態では、過熱度ＳＨ１が０度近傍以外の正の値であると判断された場合には、ステップＳ２７に進み、過熱度ＳＨ４が増加傾向にあるか否かが判断される。すなわち、所定の制御周期で本制御フロー（特にステップＳ２３、Ｓ２６およびＳ２７）が繰り返される際の、前回算出された過熱度ＳＨ４と今回算出された過熱度ＳＨ４とが比較されることにより、過熱度ＳＨ４の増減状況が判断される。なお、先のステップＳ２６においてＹｅｓ判定（過熱度ＳＨ１が０度近傍以外の正の値（ＳＨ１＞３度）である）となった場合には、下流における内部熱交換器５０の内部の冷媒の過熱度ＳＨ４は、高圧側冷媒から吸熱されるので冷媒配管３ｂの位置での冷媒の過熱度ＳＨ３よりも大きい（ＳＨ３＜ＳＨ４）。そして、ステップＳ２７において過熱度ＳＨ４が増加傾向にあると判断された場合には、ステップＳ２８に進み、電子膨張弁３０（図４参照）の開度が所定量（微小量）だけ増加される。これにより、冷媒供給量（冷媒流量）が微小量増加されて、過熱度ＳＨ１、ＳＨ３およびＳＨ４が共に減少されるような制御が行われる。なお、電子膨張弁３０の開度を増加させる際も制御１回あたりの開度増加量は微小である。この理由としては、ステップＳ２３およびＳ２６〜Ｓ２８の処理フローが繰り返される場合に制御１回あたりの開度増加量をゆっくりに（小刻みに）することで過熱度ＳＨ４の増減変化もゆっくりとなり、過熱度ＳＨ４の増減変化を正確に判断するためである。

制御１回あたりの開度増加量を小刻みにした状況下で、ステップＳ２７において過熱度ＳＨ４が増加傾向にない（増加方向から減少方向に転じた状態である）と判断された場合には、ステップＳ２９に進む。

ステップＳ２９では、電子膨張弁３０の開度が所定量（微小量）だけ減少される。これにより、冷媒供給量（冷媒流量）が微小量減少されて、過熱度ＳＨ１、ＳＨ３およびＳＨ４が共に増加されるような制御が行われて本制御フローは一旦終了される。

また、ステップＳ２６において過熱度ＳＨ１が０度近傍以外の負の値（ＳＨ１＜０）であり過熱度が得られず気液二相状態であると判断された場合においても、ステップＳ２９に進む。この場合も、電子膨張弁３０の開度の減少とともに冷媒供給量（冷媒流量）が微小量減少されて、過熱度ＳＨ１、ＳＨ３およびＳＨ４が共に増加されるような制御が行われて本制御フローは一旦終了される。このように、ステップＳ２９を繰り返す際も、制御１回あたりの電子膨張弁３０の開度減少量は小さく、電子膨張弁３０の開度はゆっくりと減少される。なお、本制御フロー終了後は、所定の制御周期が経過した後に、再び、図６に示した本制御フローが実行される。

このように、第２実施形態では、ステップＳ２６およびＳ２７の判断で過熱度ＳＨ４が過熱度ＳＨ３よりも大きい場合に電子膨張弁３０の開度を小刻みに増加させて過熱度ＳＨ４の増加を抑制するとともに、過熱度ＳＨ４が増加方向から減少方向に転じた際に電子膨張弁３０の開度を小刻みに減少させる制御を行うように構成されている。このようにして、制御部７０による電子膨張弁３０の開度制御が行われる。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、上記のように、蒸発器４０の出口部４２ｂと内部熱交換器５０の入口部５０ａとの間を流通する低圧側の冷媒温度Ｔ３を検出する冷媒温度センサ８３と、冷媒温度センサ８３よりも下流側に配置され、内部熱交換器５０の内部を流通する低圧側の冷媒温度Ｔ４を検出する冷媒温度センサ８４とを設ける。そして、冷媒温度センサ８２により検出された冷媒温度Ｔ２と冷媒温度センサ８３により検出された冷媒温度Ｔ３とに基づく蒸発器４０の出口部４２ｂと内部熱交換器５０の入口部５０ａとの間の冷媒の過熱度ＳＨ３と、冷媒温度センサ８２により検出された冷媒温度Ｔ２と冷媒温度センサ８４により検出された冷媒温度Ｔ４とに基づく内部熱交換器５０の内部における冷媒の過熱度ＳＨ４とを算出する。そして、過熱度ＳＨ３と過熱度ＳＨ４との相互関係に基づいて、電子膨張弁３０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、過熱度ＳＨ１に加えて、蒸発器４０の出口部４２ｂを基準とした場合の内部熱交換器５０の入口部５０ａまでの区間（冷媒配管３ｂ）を流通する低圧側冷媒が有する過熱度ＳＨ３と、蒸発器４０の出口部４２ｂを基準とした場合の内部熱交換器５０内を流通する低圧側冷媒が有する過熱度ＳＨ４との両方に基づいて電子膨張弁３０の開度制御をより詳細に行うことができる。すなわち、過熱度ＳＨ３と過熱度ＳＨ４との両方の推移に基づいて冷媒流量の調整を詳細に行いながら蒸発器４０の冷却効率の上下変動を極力抑えることができるので、冷却装置２００においては、蒸発器４０の出口部４２ｂにおける冷媒の過熱度ＳＨ１を０度近傍（０度以上３度以下の範囲）に安定的に維持した運転を継続させることができる。

また、第２実施形態では、過熱度ＳＨ４が過熱度ＳＨ３よりも大きい場合に電子膨張弁３０の開度を増加させて過熱度ＳＨ４の増加を抑制するとともに、過熱度ＳＨ４が増加方向から減少方向に転じた際に電子膨張弁３０の開度を減少させる制御を行うように制御部７０を構成する。このように、内部熱交換器５０を流通する低圧側冷媒の過熱度ＳＨ４の推移に着目して電子膨張弁３０の開度制御を行う際、内部熱交換器５０が低圧側冷媒の気相化制御を確実に図るための緩衝材（バッファ）の役割を果たすので、圧縮機１０に対する冷媒の液相戻りを回避した状態で、電子膨張弁３０の開度をゆっくりと増減させながら過熱度ＳＨ１、過熱度ＳＨ３および過熱度ＳＨ４が所定の関係を有した状態を維持する制御を継続することができる。これにより、電子膨張弁３０の開度制御の回数を徐々に低減させることができるので、蒸発器４０の冷却効率の上下変動が穏やかとなり、冷却装置２００の運転効率が低下することを容易に抑制することができる。

（第３実施形態）
図４、図７および図８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２実施形態で説明した冷却装置２００から冷媒温度センサ８３を取り除いた状態で電子膨張弁３０の開度制御を行う例について説明する。

本発明の第３実施形態による冷却装置３００では、図７に示すように、蒸発器４０の出口部４２ｂと内部熱交換器５０の入口部５０ａとの間の冷媒配管３ｂに冷媒温度センサ８３（図４参照）を設けていない。なお、冷却装置３００は、本発明の「冷媒流量制御装置」の一例である。また、図中において、上記第２実施形態と同様の構成には、第２実施形態と同じ符号を付して図示している。

ここで、第３実施形態では、冷媒温度センサ８１、８２および８４により各々検出された冷媒温度Ｔ１、Ｔ２およびＴ４に基づいて電子膨張弁３０の開度が制御されるように構成されている。すなわち、冷媒温度Ｔ１と冷媒温度Ｔ２とに基づく蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍における冷媒の過熱度ＳＨ１（＝Ｔ２−Ｔ１）よりも、冷媒温度Ｔ２と冷媒温度Ｔ４とに基づく内部熱交換器５０の内部における過熱度ＳＨ４（＝Ｔ４−Ｔ２）が大きくなるとともに、内部熱交換器５０を流通する冷媒が気相状態になるように電子膨張弁３０の開度が制御される。

次に、第３実施形態による冷却装置３００によって冷却運転が行われる際の制御部７０による電子膨張弁３０の開度制御に関する処理フローについて説明する。

図８に示すように、まず、ステップＳ３１では、蒸発器４０を流通する冷媒の冷媒温度Ｔ１、Ｔ２およびＴ４が制御部７０（図７参照）により取得される。すなわち、図７に示すように、冷媒温度センサ８１による冷媒温度Ｔ１と、冷媒温度センサ８２による冷媒温度Ｔ２と、冷媒温度センサ８４による冷媒温度Ｔ４とが取得される。

そして、ステップＳ３２では、図８に示すように、蒸発器４０（図７参照）の出口部４２ｂ近傍における冷媒の過熱度ＳＨ１が算出されるとともに、内部熱交換器５０（図７参照）の内部における冷媒の過熱度ＳＨ４（＝Ｔ４−Ｔ２）が算出される。

そして、ステップＳ３３では、過熱度ＳＨ１が０度近傍（０度以上３度以下の範囲）か否かが制御部７０により判断される。ステップＳ３３において、過熱度ＳＨ１が０度近傍（０度以上３度以下の範囲）であると判断された場合には、電子膨張弁３０（図７参照）の開度が維持されるとともに本制御フローが終了される。なお、ステップＳ３３においてＹｅｓ判定（過熱度ＳＨ１が０度近傍である）となった場合であっても、下流における内部熱交換器５０の内部の冷媒は高圧側冷媒から吸熱されるので過熱度ＳＨ４は０度よりも大きい（ＳＨ４＞０）。

一方、ステップＳ３３において、過熱度ＳＨ１が０度近傍ではない（過熱度ＳＨ１が０度近傍以外である）と判断された場合には、ステップＳ３４に進む。

ステップＳ３４では、現在の冷媒の過熱度ＳＨ１が上記した０度近傍以外の正の値（ＳＨ１＞３度）であるか否かが制御部７０により判断される。過熱度ＳＨ１が０度近傍以外の正の値であると判断された場合には、ステップＳ３５に進み、電子膨張弁３０の開度が所定量だけ増加される。なお、過熱度ＳＨ１が０度近傍以外の正の値である場合においても、内部熱交換器５０の冷媒の過熱度ＳＨ４は０度よりも大きい（ＳＨ４＞０）。また、ステップＳ３４において過熱度ＳＨ１が０度近傍以外の負の値（ＳＨ１＜０）であり過熱度が得られず気液二相状態であると判断された場合には、ステップＳ３６に進む。

ステップＳ３６では、電子膨張弁３０の開度が所定量（微小量）だけ減少されて本制御フローは一旦終了される。すなわち、内部熱交換器５０を設けているので、ステップＳ３６を繰り返す際も、制御１回あたりの電子膨張弁３０の開度減少量は微小であり、電子膨張弁３０の開度はゆっくりと減少される。なお、本制御フロー終了後は、所定の制御周期が経過した後に、再び、図８に示した本制御フローが実行される。このようにして、制御部７０による電子膨張弁３０の開度制御が行われる。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、上記のように、冷媒温度センサ８１、８２および８４により各々検出された冷媒温度Ｔ１、Ｔ２およびＴ４に基づいて電子膨張弁３０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、上記第２実施形態における冷却装置２００（図４参照）よりも冷媒温度センサの数を１つ少なくした状態であっても、電子膨張弁３０、蒸発器４０および内部熱交換器５０の順に配置された低圧側冷媒の経路において、冷媒温度Ｔ１およびＴ２に基づいて蒸発器４０の内部における冷媒の状態（冷媒の蒸発に伴う相変化の状態）を正確に把握することができ、かつ、冷媒温度Ｔ２およびＴ４に基づいて内部熱交換器５０を流通する冷媒の状態についても正確に把握することができる。すなわち、蒸発器４０内部の冷媒の蒸発具合と内部熱交換器５０の冷媒状態とを共に把握しながら電子膨張弁３０の開度を調整することができるので、冷媒の流量不足状態や過剰供給状態を抑制しつつ蒸発器４０の入口部４２ａから出口部４２ｂに亘る伝熱管４２の領域を冷媒の蒸発過程に有効に用いることができるとともに、圧縮機１０よりも上流側に位置する内部熱交換器５０において高圧側冷媒の熱を低圧側冷媒に確実に吸熱させて低圧側冷媒を気相状態にすることができる。このように低圧側経路における３箇所での冷媒温度Ｔ１、Ｔ２およびＴ４の検出結果に基づいて電子膨張弁３０を制御して冷媒流量を調整することができるので、圧縮機１０に対する冷媒の吸入過熱度を確実に確保しつつ蒸発器４０の熱交換性能を向上させて冷却装置３００の効率的な運転を図ることができる。

（第４実施形態）
図９〜図１１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実施形態と異なり、蒸発器４０の入口部４２ａに設けられた冷媒温度センサ８１および出口部４２ｂに設けられた冷媒温度センサ８２に加えて、蒸発器４０の内部を流通する冷媒の冷媒温度Ｔ５を検出するための冷媒温度センサ８５を新たに設けて電子膨張弁３０の開度制御を行う例について説明する。なお、冷媒温度センサ８５は、本発明の「第７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４実施形態による冷却装置４００では、図９および図１０に示すように、蒸発器４０の内部を流通する冷媒の冷媒温度Ｔ５を検出するための冷媒温度センサ８５を設けている。また、冷媒温度センサ８５は、制御部７０に接続されている。なお、冷却装置４００は、本発明の「冷媒流量制御装置」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。

ここで、第４実施形態では、冷媒温度センサ８１、８２、８３および８５により各々検出された冷媒温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ５に基づいて電子膨張弁３０の開度が制御されるように構成されている。具体的には、冷媒温度センサ８５により検出された冷媒温度Ｔ５と冷媒温度センサ８２により検出された冷媒温度Ｔ２とに基づく蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍における冷媒の過熱度ＳＨ５（＝Ｔ２−Ｔ５）よりも、冷媒温度センサ８２により検出された冷媒温度Ｔ２と冷媒温度センサ８３により検出された冷媒温度Ｔ３とに基づく冷媒配管３ｂを流通する冷媒の過熱度ＳＨ２（＝Ｔ３−Ｔ２）が大きくなるとともに、この冷媒配管３ｂを流通する冷媒が気相状態になるように電子膨張弁３０の開度が制御される。なお、過熱度ＳＨ５は、本発明の「第６過熱度」の一例である。

すなわち、第４実施形態では、蒸発器４０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４０の出口部４２ｂにおける冷媒の過熱度制御を行うように構成されている。言い換えると、蒸発器４０のサイズ（伝熱管４２の長さ）によっては冷媒パスの圧力損失（蒸発圧力降下）に起因して蒸発器４０の入口部４２ａ近傍での冷媒温度Ｔ１（蒸発温度（飽和蒸気温度））よりも蒸発器４０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４２ａ近傍での冷媒温度Ｔ１ではなく冷媒温度センサ８５により検出される蒸発器４０内部（冷媒パスの中間部）の冷媒温度Ｔ５（蒸発温度）に対する蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍における冷媒の過熱度ＳＨ５に基づいた冷媒の流量制御を行うことにより、蒸発器４０の出口部４２ｂにおける冷媒の過熱度制御（過熱度ＳＨ５が０度近傍（０度以上３度以下の範囲）を目指す冷媒流量制御）がより精度よく行われるように構成されている。

また、第４実施形態では、過熱度ＳＨ５が０度近傍で、かつ、過熱度ＳＨ２が０度よりも大きい値になるように電子膨張弁３０の開度が制御されるように構成されている。これにより、冷媒温度センサ８５および８２により各々検出される冷媒温度Ｔ５およびＴ２に基づいて蒸発器４０における冷媒の蒸発完了点が蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍に位置する状況を精度よく実現するように冷媒流量が調整される。

次に、第４実施形態による冷却装置４００によって冷却運転が行われる際の制御部７０による電子膨張弁３０の開度制御に関する処理フローについて説明する。

図１１に示すように、まず、ステップＳ４１では、蒸発器４０（図９参照）を流通する冷媒の冷媒温度Ｔ１およびＴ５が制御部７０（図１０参照）により取得される。すなわち、図９に示すように、冷媒温度センサ８１による冷媒温度Ｔ１と、冷媒温度センサ８５による蒸発器４０の内部（伝熱管４２の中間部）を流通する冷媒の冷媒温度Ｔ５とが取得される。

そして、ステップＳ４２では、図１１に示すように、冷媒温度Ｔ５と冷媒温度Ｔ１とに基づく蒸発器４０の内部における冷媒の過熱度ＳＨ６（＝Ｔ５−Ｔ１）がまず算出される。そして、ステップＳ４３では、過熱度ＳＨ６が０度以下（ＳＨ６≦０：過熱度ＳＨ６が全く得られていない状態）か否かが制御部７０により判断される。

ステップＳ４３において、過熱度ＳＨ６が０度よりも大きい正の値（ＳＨ６＞０）と判断された場合には、ステップＳ４４に進み、電子膨張弁３０（図９参照）の開度が所定量だけ増加される。すなわち、冷媒の蒸発完了点が蒸発器４０（図９参照）の冷媒温度センサ８５（図９参照）の位置よりも上流側に存在する状態であり、蒸発完了点を冷媒温度センサ８５よりも下流側の出口部４２ｂ近傍に移動させるために電子膨張弁３０を開いて冷媒供給量（冷媒流量）を増加させるような制御が行われる。

また、ステップＳ４３において、過熱度ＳＨ６が０度以下の気液二相状態であると判断された場合には、ステップＳ４５に進む。すなわち、冷媒の蒸発完了点が蒸発器４０の冷媒温度センサ８５の位置よりも下流側に存在する状態であり、以降では、冷媒温度センサ８２、８３および８５を用いて、蒸発完了点を出口部４２ｂ近傍に位置させるような電子膨張弁３０の開度制御に移行される。

ここで、第４実施形態では、ステップＳ４５において、蒸発器４０を流通する現在の冷媒の冷媒温度Ｔ２、Ｔ３およびＴ５が制御部７０（図１０参照）により取得される。すなわち、図９に示すように、冷媒温度センサ８２による冷媒温度Ｔ２と、冷媒温度センサ８３による冷媒温度Ｔ３と、冷媒温度センサ８５による蒸発器４０の内部（伝熱管４２の中間部）を流通する冷媒の冷媒温度Ｔ５とが取得される。

そして、ステップＳ４６では、図１１に示すように、冷媒温度Ｔ５と冷媒温度Ｔ２とに基づく蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍における冷媒の過熱度ＳＨ５（＝Ｔ２−Ｔ５）が算出されるとともに、冷媒温度Ｔ２と冷媒温度Ｔ３とに基づく冷媒配管３ｂの位置での冷媒の過熱度ＳＨ２（＝Ｔ３−Ｔ２）が算出される。

そして、ステップＳ４７では、過熱度ＳＨ５が０度近傍（０度以上３度以下の範囲）か否かが制御部７０により判断される。ステップＳ４７において、過熱度ＳＨ５が０度近傍（０度以上３度以下の範囲）であると判断された場合には、ステップＳ４８において、過熱度ＳＨ２が０度よりも大きい（ＳＨ２＞０）気相状態であるか否かが制御部７０により判断される。なお、ステップＳ４８において、過熱度ＳＨ２が０度よりも大きいと判断された場合には、電子膨張弁３０（図９参照）の開度が維持されるとともに本制御フローが終了される。

また、ステップＳ４８において、過熱度ＳＨ２が０度以下（過熱度ＳＨ２が得られていない状態）であると判断された場合には、ステップＳ４９に進み、電子膨張弁３０の開度が小刻みとなるように所定量（微小量）だけ減少される。すなわち、冷媒の蒸発完了点が出口部４２ｂ近傍に位置していたとしても下流の冷媒配管３ｂを流通する冷媒は気液二相状態であるので、冷媒配管３ｂを流通する冷媒を気相化させる（過熱度ＳＨ２を得る）ために電子膨張弁３０を絞って冷媒供給量（冷媒流量）を減少させるような制御が行われる。

一方、ステップＳ４７において、過熱度ＳＨ５が０度近傍ではない（過熱度ＳＨ５が０度近傍以外である）と判断された場合には、ステップＳ５０に進む。

ステップＳ５０では、現在の冷媒の過熱度ＳＨ５が上記した０度近傍以外の正の値（ＳＨ１＞３度）であるか否かが制御部７０により判断される。過熱度ＳＨ５が０度近傍以外の正の値であると判断された場合には、ステップＳ５１に進み、電子膨張弁３０の開度が所定量だけ増加される。また、ステップＳ５０において過熱度ＳＨ５が０度近傍以外の負の値（ＳＨ５＜０）であり過熱度が得られず気液二相状態であると判断された場合には、ステップＳ５２に進む。

ステップＳ５２では、電子膨張弁３０の開度が小刻みとなるように所定量（微小量）だけ減少されて本制御フローは一旦終了される。なお、本制御フロー終了後は、所定の制御周期が経過された後に、再び、図１１に示した本制御フローが実行される。このようにして、制御部７０による電子膨張弁３０の開度制御が行われる。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、上記のように、蒸発器４０の内部を流通する冷媒温度を検出する冷媒温度センサ８５を設ける。そして、冷媒温度センサ８５により検出された蒸発器４０の内部の冷媒温度Ｔ５と冷媒温度センサ８２により検出された蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍の冷媒温度Ｔ２とに基づく蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍における冷媒の過熱度ＳＨ５を算出する。そして、過熱度ＳＨ５が０度近傍（過熱度ＳＨ５が０度以上３度以下の範囲に収められる状態）で、かつ、過熱度ＳＨ２が０度よりも大きい値になるように電子膨張弁３０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、蒸発器４０の内部における冷媒の流通に伴う圧力損失を考慮した状態で、蒸発器４０の出口部４２ｂ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４０のサイズ（伝熱管４２の長さ）によっては冷媒パスの圧力損失（蒸発圧力降下）に起因して蒸発器４０の入口部４２ａ近傍での冷媒温度Ｔ１よりも蒸発器４０の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４２ａ近傍での冷媒温度Ｔ１ではなく冷媒温度センサ８５により検出される蒸発器４０の内部（冷媒パスの中間部）の冷媒温度Ｔ５に対する蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍における冷媒の過熱度ＳＨ６に基づいた冷媒の流量制御を行うことにより、蒸発器４０の出口部４２ｂにおける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４０における冷媒の蒸発完了点が蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍に位置させる状況を精度よく実現することができるので、蒸発器４０の入口部４２ａから出口部４２ｂに亘る略全ての伝熱管４２の部分を冷媒の蒸発過程として使用することができる。この結果、蒸発器４０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。

（第５実施形態）
図９および図１２〜図１４を参照して、第５実施形態について説明する。この第５実施形態では、上記第４実施形態における冷却装置４００（図９参照）に対して上記第２実施形態で説明したように内部熱交換器５０の内部を流通する冷媒温度Ｔ４を検出する冷媒温度センサ８４をさらに設けて電子膨張弁３０の開度制御を行う例について説明する。また、図中において、上記第２実施形態と同様の構成には、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５実施形態による冷却装置５００では、図１２および図１３に示すように、冷媒温度センサ８１、８２、８３および８５に加えて、内部熱交換器５０に取り付けられた冷媒温度センサ８４を備えている。なお、冷却装置５００は、本発明の「冷媒流量制御装置」の一例である。

ここで、第５実施形態では、冷媒温度センサ８１〜８５により各々検出された冷媒温度Ｔ１〜Ｔ５に基づいて電子膨張弁３０の開度が制御されるように構成されている。具体的には、冷媒温度センサ８２により検出された冷媒温度Ｔ２と冷媒温度センサ８３により検出された冷媒温度Ｔ３とに基づく蒸発器４０の出口部４２ｂと内部熱交換器５０の入口部５０ａとの間の冷媒配管３ｂを流通する冷媒の過熱度ＳＨ３（＝Ｔ３−Ｔ２）と、冷媒温度センサ８２により検出された冷媒温度Ｔ２と冷媒温度センサ８４により検出された冷媒温度Ｔ４とに基づく内部熱交換器５０の内部における冷媒の過熱度ＳＨ４（＝Ｔ４−Ｔ２）との相互関係に基づいて、電子膨張弁３０の開度が制御される。

また、上記に加えて、第５実施形態では、冷媒温度センサ８５により検出された冷媒温度Ｔ５と冷媒温度センサ８２により検出された冷媒温度Ｔ２とに基づく蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍における冷媒の過熱度ＳＨ５（＝Ｔ２−Ｔ５）よりも、上記した過熱度ＳＨ３および過熱度ＳＨ４が大きくなるとともに、この冷媒配管３ｂおよび内部熱交換器５０を流通する冷媒が気相状態になるように電子膨張弁３０の開度が制御される。

次に、第５実施形態による冷却装置５００によって冷却運転が行われる際の制御部７０による電子膨張弁３０の開度制御に関する処理フローについて説明する。

図１４に示すように、まず、ステップＳ６１では、蒸発器４０（図１２参照）を流通する冷媒の冷媒温度Ｔ１およびＴ５が制御部７０（図１３参照）により取得される。すなわち、図１２に示すように、冷媒温度センサ８１による冷媒温度Ｔ１と、冷媒温度センサ８５による蒸発器４０の内部（伝熱管４２の中間部）を流通する冷媒の冷媒温度Ｔ５とが取得される。

そして、ステップＳ６２では、図１４に示すように、冷媒温度Ｔ５と冷媒温度Ｔ１とに基づく蒸発器４０（図１２参照）の内部における冷媒の過熱度ＳＨ６（＝Ｔ５−Ｔ１）がまず算出される。そして、ステップＳ６３では、過熱度ＳＨ６が０度以下（ＳＨ６≦０：過熱度ＳＨ６が全く得られていない状態）か否かが制御部７０により判断される。

ステップＳ６３において、過熱度ＳＨ６が０度よりも大きい正の値（ＳＨ６＞０）と判断された場合には、ステップＳ６４に進み、電子膨張弁３０（図１２参照）の開度が所定量だけ増加される。また、ステップＳ６３において、過熱度ＳＨ６が０度以下の気液二相状態であると判断された場合には、ステップＳ６５に進む。

ここで、第５実施形態では、ステップＳ６５において、蒸発器４０を流通する現在の冷媒の冷媒温度Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４およびＴ５が制御部７０（図１３参照）により取得される。すなわち、図１２に示すように、冷媒温度センサ８２による冷媒温度Ｔ２と、冷媒温度センサ８３による冷媒温度Ｔ３と、冷媒温度センサ８４による冷媒温度Ｔ４と、冷媒温度センサ８５による蒸発器４０の内部（伝熱管４２の中間部）を流通する冷媒の冷媒温度Ｔ５とが取得される。

また、第５実施形態では、ステップＳ６６において、冷媒温度Ｔ５と冷媒温度Ｔ２とに基づく蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍における冷媒の過熱度ＳＨ５（＝Ｔ２−Ｔ５）が算出されるとともに、冷媒温度Ｔ２と冷媒温度Ｔ３とに基づく冷媒配管３ｂの位置での冷媒の過熱度ＳＨ３（＝Ｔ３−Ｔ２）が算出される。さらに、冷媒温度Ｔ２と冷媒温度Ｔ４とに基づく内部熱交換器５０（図１２参照）の内部における冷媒の過熱度ＳＨ４（＝Ｔ４−Ｔ２）が算出される。

そして、ステップＳ６７では、過熱度ＳＨ５が０度近傍（０度以上３度以下の範囲）か否かが制御部７０により判断される。ステップＳ６７において、過熱度ＳＨ５が０度近傍（０度以上３度以下の範囲）であると判断された場合には、ステップＳ６８において、過熱度ＳＨ３が０度よりも大きい（ＳＨ３＞０）気相状態であるか否かが制御部７０により判断される。なお、ステップＳ６８において、過熱度ＳＨ３が０度よりも大きいと判断された場合には、電子膨張弁３０（図１２参照）の開度が維持されるとともに本制御フローは終了される。

また、ステップＳ６８において、過熱度ＳＨ３が０度以下（過熱度ＳＨ３が得られていない状態）であると判断された場合には、ステップＳ６９に進み、電子膨張弁３０の開度が小刻みとなるように所定量（微小量）だけ減少される。一方、ステップＳ６７において、過熱度ＳＨ５が０度近傍ではない（過熱度ＳＨ５が０度近傍以外である）と判断された場合には、ステップＳ７０に進む。

ステップＳ７０では、現在の冷媒の過熱度ＳＨ５が上記した０度近傍以外の正の値（ＳＨ５＞３度）であるか否かが制御部７０により判断される。

ここで、第５実施形態では、過熱度ＳＨ５が０度近傍以外の正の値であると判断された場合には、ステップＳ７１に進み、過熱度ＳＨ４が増加傾向にあるか否かが判断される。なお、第５実施形態においても、内部熱交換器５０の内部の冷媒の過熱度ＳＨ４は、冷媒配管３ｂの位置での冷媒の過熱度ＳＨ３よりも大きい（ＳＨ３＜ＳＨ４）。そして、ステップＳ７１において過熱度ＳＨ４が増加傾向にあると判断された場合には、ステップＳ７２に進み、電子膨張弁３０（図１２参照）の開度が小刻みとなるように所定量（微小量）だけ増加される。これにより、冷媒供給量（冷媒流量）が微小量増加されて、過熱度ＳＨ５、ＳＨ３およびＳＨ４が共に減少されるような制御が行われる。また、ステップＳ７１において過熱度ＳＨ４が増加傾向にない（増加方向から減少方向に転じた状態である）と判断された場合には、ステップＳ７３に進む。

ステップＳ７３では、電子膨張弁３０の開度が所定量（微小量）だけ減少される。これにより、冷媒供給量（冷媒流量）が所定量（微小量）減少されて、過熱度ＳＨ５、ＳＨ３およびＳＨ４が共に増加されるような制御が行われて本制御フローは一旦終了される。

また、ステップＳ７０において過熱度ＳＨ５が０度近傍以外の負の値（ＳＨ５＜０）であり過熱度が得られず気液二相状態であると判断された場合においても、ステップＳ７３に進む。この場合も、電子膨張弁３０の開度減少とともに冷媒供給量（冷媒流量）が所定量（微小量）だけ減少されて、過熱度ＳＨ５、ＳＨ３およびＳＨ４が共に増加されるような制御が行われて本制御フローは一旦終了される。なお、本制御フロー終了後は、所定の制御周期が経過した後に、再び、図１４に示した本制御フローが実行される。このようにして、制御部７０による電子膨張弁３０の開度制御が行われる。なお、第５実施形態による冷却装置５００のその他の構成は、上記第２実施形態と同様である。

第５実施形態では、上記に説明したように、冷媒温度センサ８１〜８５により各々検出された冷媒温度Ｔ１〜Ｔ５に基づいて電子膨張弁３０の開度を制御するように制御部７０を構成している。これにより、冷媒配管３ｂを流通する冷媒の過熱度ＳＨ３と内部熱交換器５０を流通する冷媒の過熱度ＳＨ４とに基づいて圧縮機１０に対する冷媒の液相戻りを確実に回避した状態で、蒸発器４０が有する冷媒パス（伝熱管４２）の圧力損失を考慮してより正確に蒸発器４０の冷却性能を把握しながら出口部４２ｂ近傍における冷媒の過熱度制御（過熱度ＳＨ５≒０）を行うことができる。この結果、冷却装置５００においては、蒸発器４０の出口部４２ｂにおける冷媒の過熱度ＳＨ５を０度近傍（０度以上３度以下の範囲）に安定的に維持した運転を継続させることができる。

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５実施形態では、店舗内にショーケース２に屋外に配置された冷凍機（室外機）１を配管接続して冷却装置１００〜５００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、ショーケース２の内部に圧縮機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）の冷却装置に対して本発明を適用してもよい。

また、上記第１〜第５実施形態では、１つの冷凍機１に対して１つのショーケース２（蒸発器４０）を配管接続して冷却装置１００〜５００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。１つの冷凍機１に対して複数台のショーケース２が並列的に接続された冷却装置に対して本発明を適用してもよい。この場合、各々のショーケース２の蒸発器４０およびその下流部分（冷媒配管３ｂおよび／または内部熱交換器５０）に冷媒温度センサ８１〜８５を取り付けて、本発明の過熱度制御を行うように構成することが可能である。特に、並列接続されたショーケース２に対しては、上記第２実施形態で説明したように、各々のショーケース２において冷媒配管３ｂを流通する冷媒の過熱度ＳＨ３と内部熱交換器５０の内部における冷媒の過熱度ＳＨ４との相互関係に基づいて電子膨張弁３０の開度を制御するのが好ましい。冷却運転中、各々のショーケース２（蒸発器４０）の運転状態が互いに他のショーケース２（蒸発器４０）の運転にも影響し合う場合においても、各蒸発器４０の出口部４２ｂにおける冷媒の過熱度を０度近傍に安定的に維持することができる。この結果、冷却システム全体の安定性が向上されるとともに高効率な運転を継続することができる。

また、上記第２および第５実施形態では、冷媒配管３ｂおよび内部熱交換器５０にそれぞれ冷媒温度センサ８３および８４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。すなわち、上記第３実施形態と同様に冷媒配管３ｂに冷媒温度センサ８３を設けることなく冷媒温度センサ８１、８２、８４および８５により各々検出された冷媒温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４およびＴ５に基づいて電子膨張弁３０の開度制御を行うように構成してもよい。

また、上記第２、第３および第５実施形態では、冷媒温度センサ８４を使用して内部熱交換器５０の内部を流通する低圧側冷媒の冷媒温度Ｔ４を検出して電子膨張弁３０の開度制御を行っ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、冷媒温度センサ８４を内部熱交換器５０の出口部５０ｂ近傍に配置するとともに、冷媒温度センサ８２により検出された冷媒温度Ｔ２と冷媒温度センサ８４により検出された冷媒温度Ｔ４とに基づいて内部熱交換器５０の出口部５０ｂにおける冷媒の過熱度を算出して本発明の制御に適用してもよい。

また、上記第４および第５実施形態では、冷媒温度センサ８１を使用して蒸発器４０の入口部４２ａ近傍の冷媒の冷媒温度Ｔ１を検出して電子膨張弁３０の開度制御を行っ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、冷媒温度センサ８１を設けることなく、冷媒温度センサ８２および８５を使用して蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍における冷媒の過熱度を算出して本発明の制御に適用してもよい。

また、上記第１〜第５実施形態では、蒸発器４０の出口部４２ｂ近傍における冷媒の過熱度（ＳＨ１またはＳＨ５）が実質的に０度以上３度以下の範囲にある場合をもって過熱度が０度近傍であるか否かを判断するように制御部７０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。たとえば、圧縮機１０の脈動等の影響を考慮した場合、過熱度が０度近傍と判断されるための上限値を３度（３Ｋ）以外の若干大きい値に設定してもよい。ただし、上限値が過大となり０度近傍を大きく外れることは制御上好ましくない。したがって、本発明を逸脱しない範囲においては、過熱度が０度近傍と判断されるための上限値は、おおよそ５度（５Ｋ）までとするのが有効である。

また、上記第１〜第５実施形態では、プレート式熱交換器を用いて内部熱交換器５０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。本発明では、プレート式熱交換器以外のたとえば、螺旋状または直線状に形成された二重管式熱交換器を用いて内部熱交換器５０を構成してもよいし、伝熱管（円管（楕円管または扁平管）の外壁同士が管軸方向に沿って接合された状態で螺旋状に巻回されたスパイラル熱交換器などを用いて内部熱交換器５０を構成してもよい。

また、上記第１〜第５実施形態では、二酸化炭素冷媒を用いて冷却装置１００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、上記第１〜第５実施形態では、説明の便宜上、制御部７０の冷却装置１００の運転に関する制御処理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７０の処理を、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。

３０ 電子膨張弁
４０ 蒸発器
５０ 内部熱交換器
７０ 制御部
８１ 冷媒温度センサ（第１冷媒温度検出部、第６冷媒温度検出部）
８２ 冷媒温度センサ（第２冷媒温度検出部）
８３ 冷媒温度センサ（第３冷媒温度検出部、第４冷媒温度検出部）
８４ 冷媒温度センサ（第５冷媒温度検出部）
８５ 冷媒温度センサ（第７冷媒温度検出部）
１００、２００、３００、４００、５００ 冷却装置（冷媒流量制御装置）
ＳＨ１ 過熱度（第１過熱度、第５過熱度）
ＳＨ２ 過熱度（第２過熱度）
ＳＨ３ 過熱度（第３過熱度）
ＳＨ４ 過熱度（第４過熱度）
ＳＨ５ 過熱度（第６過熱度）

Claims (7)

1. 開度に応じて蒸発器に流入する冷媒量を制御する電子膨張弁と、
   前記電子膨張弁に流入される前の高圧側冷媒と前記蒸発器から流出した低圧側冷媒との間の熱交換を行うための内部熱交換器と、
   前記電子膨張弁の下流側に配置され、前記蒸発器の入口近傍の冷媒温度または前記蒸発器の内部を流通する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２冷媒温度検出部よりも下流側に配置され、前記蒸発器の出口と前記内部熱交換器の出口との間を流通する低圧側の冷媒温度を検出する第３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、前記第３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制御部とを備える、冷媒流量制御装置。
2. 前記制御部は、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第１過熱度よりも、前記第２冷媒温度検出部により検出された冷媒温度と前記第３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と前記内部熱交換器の出口との間の冷媒の第２過熱度が大きくなるとともに、前記蒸発器の出口と前記内部熱交換器の出口との間の冷媒が気相状態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、請求項１に記載の冷媒流量制御装置。
3. 前記制御部は、前記第１過熱度が０度近傍で、かつ、前記第２過熱度が０度よりも大きい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、請求項２に記載の冷媒流量制御装置。
4. 前記第３冷媒温度検出部は、前記蒸発器の出口と前記内部熱交換器の入口との間を流通する低圧側の冷媒温度を検出する第４冷媒温度検出部と、前記第４冷媒温度検出部よりも下流側に配置され、前記内部熱交換器の内部を流通する低圧側の冷媒温度を検出する第５冷媒温度検出部とを含み、
   前記第２過熱度は、前記第２冷媒温度検出部により検出された冷媒温度と前記第４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と前記内部熱交換器の入口との間の冷媒の第３過熱度と、前記第２冷媒温度検出部により検出された冷媒温度と前記第５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内部熱交換器の内部における冷媒の第４過熱度とを含み、
   前記制御部は、前記第３過熱度と前記第４過熱度との相互関係に基づいて、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３に記載の冷媒流量制御装置。
5. 前記制御部は、前記第４過熱度が前記第３過熱度よりも大きい場合に前記電子膨張弁の開度を増加させて前記第４過熱度の増加を抑制するとともに、前記第４過熱度が増加方向から減少方向に転じた際に前記電子膨張弁の開度を減少させる制御を行うように構成されている、請求項４に記載の冷媒流量制御装置。
6. 前記第１冷媒温度検出部は、前記蒸発器の入口近傍の冷媒温度を検出する第６冷媒温度検出部を含み、
   前記第１過熱度は、前記第６冷媒温度検出部により検出された前記蒸発器の入口近傍の冷媒温度と前記第２冷媒温度検出部により検出された前記蒸発器の出口近傍の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第５過熱度を含み、
   前記制御部は、前記第５過熱度が０度近傍で、かつ、前記第２過熱度が０度よりも大きい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、請求項３に記載の冷媒流量制御装置。
7. 前記第１冷媒温度検出部は、前記蒸発器の内部を流通する冷媒温度を検出する第７冷媒温度検出部を含み、
   前記第１過熱度は、前記第７冷媒温度検出部により検出された前記蒸発器の内部の冷媒温度と前記第２冷媒温度検出部により検出された前記蒸発器の出口近傍の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第６過熱度を含み、
   前記制御部は、前記第６過熱度が０度近傍で、かつ、前記第２過熱度が０度よりも大きい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、請求項３に記載の冷媒流量制御装置。

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