JP4935403B2

JP4935403B2 - 冷媒流量制御装置

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Publication number: JP4935403B2
Application number: JP2007033912A
Authority: JP
Inventors: 浅田　　規; 祐司鈴木; 晴彦須藤; 賢二平田; 健渡邊
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2027-02-14
Also published as: JP2008196812A

Description

本発明は、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、冷媒が蒸発器を通過するよう配設した管路に、蒸発器の入口部からの距離が互いに異なるよう配設した第１温度センサおよび第２温度センサと、第１温度センサで検知した冷媒の温度と、第２温度センサで検知した冷媒の温度との温度差が、予め設定した下限閾値よりも小さい場合には電子膨張弁の開度を縮小し、温度差が、予め設定した上限閾値よりも大きい場合には電子膨張弁の開度を拡大する弁開度調節手段とを備える冷媒流量制御装置に関するものである。

例えば、商品を冷却した状態で陳列販売するショーケースにおいては、収容庫の内部に蒸発器が設けられ、かつ収容庫の外部に圧縮機、凝縮器、および電子膨張弁が設けられており、これら蒸発器、圧縮機、凝縮器および電子膨張弁に冷媒を供給循環することによって冷凍サイクルを構成し、この冷凍サイクルで収容庫の内部を所定の温度状態に維持するようにしている。

この種のショーケースにおいては、例えば蒸発器における冷媒の出口部に第２冷媒温度センサ（第２温度センサ）が設けられ、かつ蒸発器における冷媒の入口部に第１冷媒温度センサ（第１温度センサ）が設けられている。

そして、このショーケースでは、それらの冷媒温度センサの検知結果に応じて電子膨張弁で蒸発器に流入する冷媒量を制御することによって、冷却効率が低下することを防止するとともに、蒸発器の出口部から液体の冷媒と気体の冷媒とが混合したものが吐出されて圧縮機に入る、いわゆる液バックと呼ばれる現象が発生するのを防止するようにしている。

具体的には、第２冷媒温度センサによって検知した第２温度から、第１冷媒温度センサによって検知した第１温度を差し引いた温度差に応じて以下に記載するよう電子膨張弁の開度を変更する。

予め設定した下限閾値である１［Ｋ］より温度差が小さい場合には、電子膨張弁の開度を縮小することで上記温度差を大きくし、液バックが発生することに起因した圧縮機の破損を防止することができる。

一方、予め設定した上限閾値である５［Ｋ］より温度差が大きい場合には、電子膨張弁の開度を拡大することで上記温度差を小さくし、冷却効率を向上させることができる。

また、温度差が、下限閾値以上であって上限閾値以下である場合には電子膨張弁の開度を維持していた（例えば、特願２００６−１７９９６６参照）。

ところで、上述したように、２つの冷媒温度センサの検知結果に基づいて電子膨張弁の開度を縮小したり、拡大したりすることで冷凍サイクルの運転を行っていたとしても、下限閾値と上限閾値とによって決定される設定温度差領域の幅が、季節に応じた負荷の変動、および蒸発器の着霜の状態等の現在の運転環境に合わない場合には、以下に記載する問題が発生することとなる。

先ず、現在の運転環境に対して、設定温度差領域の幅が狭い場合を説明する。例えば、上記冷凍サイクルにおいて、現在の温度差が上限閾値を上回った場合、ショーケースは、現在の温度差が過大であると判断して電子膨張弁の開度を拡大する。

電子膨張弁の開度を拡大することによって温度差が小さくなり、やがて、温度差は、設定温度差領域内となるが、設定温度差領域の幅が狭いためにそこに留まらず、下限閾値を下回ることとなる。

この状態になるとショーケースは、液バックと判断し、電子膨張弁の開度を縮小する。電子膨張弁の開度を縮小することによって温度差が大きくなり、やがて、温度差は、設定温度差領域内となるが、設定温度差領域の幅が狭いためにそこに留まらず、上限閾値を上回ることとなる。

以下同様に、温度差が一方の設定温度差領域外から他方の設定温度差領域外となり、その後、他方の設定温度差領域外から一方の設定温度差領域外となることを繰り返す。

そして、温度差が一方の設定温度差領域外から他方の設定温度差領域外となる回数が多い状態でショーケースを運転した場合には、温度差が下限閾値を下回った状態となることに起因して圧縮機を破損する虞れが生じ、かつ温度差が上限閾値を上回った状態となることに起因して冷却効率が低下することとなり、省エネルギー運転に反することとなる。

一方、現在の運転環境に対して、設定温度差領域の幅が広い場合には、温度差が一方の設定温度差領域外から他方の設定温度差領域外となる回数が少なく、温度差が設定温度差領域内に留まる時間の割合が多い。しかしながら、温度差が設定温度差領域内に留まっていたとしても、上限閾値との差が小さい状態で温度差が維持された場合には、冷却効率が低下することとなる。

そこで、本発明は上記実情を鑑み、圧縮機が破損することを防止することができるとともに、定常的に冷却効率が低下することを防止することができる冷媒流量制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、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、冷媒が前記蒸発器を通過するよう配設した管路に、前記蒸発器の入口部からの距離が互いに異なるよう配設した第１温度センサおよび第２温度センサと、前記第１温度センサで検知した冷媒の温度と、前記第２温度センサで検知した冷媒の温度との温度差が、予め設定した下限閾値よりも小さい場合には前記電子膨張弁の開度を縮小し、前記温度差が、予め設定した上限閾値よりも大きい場合には前記電子膨張弁の開度を拡大する弁開度調節手段と、予め設定した単位時間に、前記温度差が下限閾値を下回るハンチング回数をカウントし、そのカウントしたハンチング回数に応じて前記下限閾値と前記上限閾値とで決定される設定温度差領域の幅を変更する設定温度差領域変更手段とを備える冷媒流量制御装置であって、前記弁開度調節手段は、前記温度差が下限閾値を下回った場合、その後、前記温度差が上限閾値を上回っても、前記温度差が下限閾値を下回った時点から予め設定した規制時間を経過するまでは、前記電子膨張弁の開度の拡大を規制することを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る冷媒流量制御装置は、上記請求項１において、前記設定温度差領域変更手段は、前記下限閾値を下回るハンチング回数が、予め設定したハンチング下限回数以下の場合、設定温度差領域の幅を狭くし、前記下限閾値を下回るハンチング回数が、予め設定したハンチング上限回数以上の場合、設定温度差領域の幅を広くし、かつ前記下限閾値を下回るハンチング回数が、予め設定したハンチング下限回数よりも多く、ハンチング上限回数よりも少ない場合、設定温度差領域の幅を維持するものであることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る冷媒流量制御装置は、上記請求項１において、前記第１温度センサは、前記蒸発器の入口部に位置し、かつ前記第２温度センサは、前記蒸発器の出口部に位置することを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る冷媒流量制御装置は、上記請求項１において、前記第１温度センサは、前記蒸発器の入口部と出口部との間の中間部に位置し、かつ前記第２温度センサは、前記蒸発器の出口部に位置することを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る冷媒流量制御装置は、上記請求項４において、冷媒が前記蒸発器を通過するように配設した管路に配設し、前記蒸発器の入口部に位置する第３温度センサを備え、前記弁開度調節手段は、前記第３温度センサで検知した冷媒の温度と、前記第１温度センサで検知した冷媒の温度との温度差が、前記中間部の下流側に蒸発完了点が位置するように設定した所定の閾値以上である場合、前記電子膨張弁の開度を拡大する一方、前記第３温度センサで検知した冷媒の温度と、前記第１温度センサで検知した冷媒の温度との温度差が、前記所定の閾値より小さい場合、前記第１温度センサで検知した冷媒の温度と、前記第２温度センサで検知した冷媒の温度との温度差に基づいて前記電子膨張弁の開度を調節することを特徴とする。

本願発明によれば、冷媒流量制御装置が、予め設定した単位時間に、温度差が下限閾値を下回るハンチング回数をカウントし、そのカウントしたハンチング回数に応じて下限閾値と上限閾値とで決定される設定温度差領域の幅を変更する設定温度差領域変更手段を備えるため、季節に応じた負荷の変動、および蒸発器の着霜の状態等の現在の運転環境が変化した場合でも設定温度差領域の幅を変えることができる。よって、現在の運転環境に比して設定温度差領域の幅が広い場合には、設定温度差領域変更手段で、その幅を狭くすることができるため、定常的に冷却効率が低下することを防止することができる。しかも、現在の運転環境に比して設定温度差領域の幅が狭い場合には、設定温度差領域変更手段で、その幅を広くすることができるため、液バックが発生することに起因して圧縮機が破損することを防止することができるとともに、冷却効率が低下することを防止することができる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る冷媒流量制御装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷媒流量制御装置を適用した冷却装置の構成を示す説明図である。ここで例示する冷却装置は、収容庫１０の内部に収容した商品を冷却した状態で陳列販売するオープンショーケース１１に適用するもので、オープンショーケース１１の収容庫１０に蒸発器１２を備える一方、オープンショーケース１１の外部に圧縮機１５、凝縮器１４、および電子膨張弁１３を備えている。

これら蒸発器１２、圧縮機１５、凝縮器１４、および電子膨張弁１３は、それぞれの間が冷媒供給管路１６によって接続してあり、冷媒が循環供給される冷凍サイクルを構成している。すなわち、この冷却装置では、圧縮機１５から吐出された高温高圧のガス冷媒が凝縮器１４において冷却されて高温高圧の液冷媒となる。この高温高圧の液冷媒は、電子膨張弁１３により断熱膨張されて低温低圧の気液２相冷媒となり、収容庫１０の蒸発器１２に供給される。蒸発器１２に供給された低温低圧の気液２相冷媒は、送風ファン１７によって供給された収容庫１０の空気と熱交換し、空気から吸熱することで低温低圧のガス冷媒となることにより収容庫１０の冷却を行う。蒸発器１２から吐出された低温低圧のガス冷媒は、圧縮機１５に吸入され、再び高温高圧のガス冷媒となって凝縮器１４に供給される。本実施形態では、電子膨張弁１３として開度指令が与えられた場合にその開度指令に応じて開度を変更し、蒸発器１２に流入する冷媒量を調節することのできるものを適用している。蒸発器１２の内部には、冷媒が通過するよう管路１２ａを配設してある。

電子膨張弁１３と蒸発器１２とに接続した冷媒供給管路１６における蒸発器１２の入口部には、第１冷媒温度センサ（第１温度センサ）２０が設置してある。この第１冷媒温度センサ２０は、蒸発器１２の入口部を通過する冷媒の温度を検知するものである。

蒸発器１２と圧縮機１５とに接続した冷媒供給管路１６における蒸発器１２の出口部には、第２冷媒温度センサ（第２温度センサ）２１が設置してある。この第２冷媒温度センサ２１は、蒸発器１２の出口部を通過する冷媒の温度を検知するものである。

上述したように、この冷媒流量制御装置の蒸発器１２では、管路１２ａの入口部から出口部までにおいて、入口部からの距離が互いに異なる態様で２つの冷媒温度センサ２０，２１が設置してある。しかも、第１冷媒温度センサ２０は、第２冷媒温度センサ２１に比して蒸発器１２の入口部に近接している。

この冷媒流量制御装置は、制御手段１９を備えている。制御手段１９は、記憶手段２５と、弁開度調節手段３０とを備えている。

記憶手段２５には、冷媒流量制御装置を運転するためのプログラムやデータが格納してある。また、この記憶手段２５には、下限閾値および上限閾値が格納してある。この実施形態では、例えば下限閾値として１［Ｋ］が格納してあり、上限閾値の初期値として５［Ｋ］が格納してある。さらに、この記憶手段２５には、後述するハンチング下限回数およびハンチング上限回数が格納してある。この実施形態１では、例えばハンチング下限回数として０回が格納してあり、ハンチング上限回数として３回が格納してある。また、この記憶手段２５には、後述する単位時間を格納してある。この実施形態１では、例えば上記単位時間として５分が格納してある。

弁開度調節手段３０は、例えば冷媒温度センサ２０，２１の検知結果に基づいて電子膨張弁１３の開度を調節するもので、温度差測定部３１、および弁開度設定部３３を備えている。

温度差測定部３１は、第２冷媒温度センサ２１の検知した冷媒の温度（以下、「出口部冷媒温度Ｔ₂」という）から、第１冷媒温度センサ２０の検知した冷媒の温度（以下、「入口部冷媒温度Ｔ₁」という）を差し引いた温度差Δｔ１を算出するものである。

弁開度設定部３３は、上記温度差Δｔ１および記憶手段２５に格納してあるデータに基づいて電子膨張弁１３の開度を設定するものである。

このような冷却装置は、冷却効率を向上することを目的とし、温度差Δｔ１を可及的に小さくすることで蒸発器１２を有効利用することができる。しかしながら、温度差Δｔ１が小さい状態が維持されると以下に説明する液バックが発生する虞れがある。

蒸発器１２における冷媒の温度分布を示したグラフを図２に示す。図２に示すように、蒸発器１２における冷媒の温度分布は、過熱蒸気部分及び気液２相部分において温度変化がそれぞれ小さく、過熱蒸気部分と気液２相部分との境界部（蒸発完了点）において急激に変化する特徴を有する。この蒸発完了点は、上記温度差Δｔ１が大きい場合には蒸発器１２の入口部に近接する一方、上記温度差Δｔ１が小さい場合には蒸発器１２の出口部に近接することとなる。

よって、電子膨張弁１３の開度を拡げることで温度差Δｔ１を徐々に小さくした場合、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、蒸発完了点が蒸発器１２の出口部に徐々に近接する。さらに、図２（ｄ）に示すように、温度差Δｔ１が０［Ｋ］となった状態が維持されると、蒸発器１２の出口部から気体の冷媒と液体の冷媒とが混合したものが吐出されて圧縮機１５に入る、いわゆる液バックとよばれる現象が発生する。この液バックという現象が発生すると圧縮機１５を破損させる虞れある。一方、温度差Δｔ１が０［Ｋ］より大きい場合、液バックは発生しない。しかしながら、温度差Δｔ１が大きい値となった状態が維持されると、冷却装置の冷却効率が低下する。

従って、冷却装置では、液バックが発生することに起因して圧縮機を破損させないよう可及的に温度差Δｔ１が小さい状態で運転することで、省エネルギー運転を実現することができる。そこで、上記運転を実現するため、この発明に係る冷却装置では、弁開度調節手段３０によって、以下に説明する電子膨張弁１３の開度調節処理を行っている。

図３は、図１に示した弁開度調節手段３０が実施する電子膨張弁１３の開度調節処理の内容を示すフローチャートである。以下、図３を参照しながら、冷媒流量制御装置の動作について説明する。

冷却装置が運転状態にある場合、弁開度調節手段３０は、例えばある一定時間毎に、冷媒温度センサ２０，２１を通じてそれぞれの冷媒の温度を検知し（ステップＳ１０１）、温度差測定部３１を通じて算出した温度差Δｔ１が、予め設定した下限閾値Ｌ［Ｋ］以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。

温度差Δｔ１が下限閾値Ｌ［Ｋ］以上でない場合、すなわち温度差Δｔ１が下限閾値Ｌ［Ｋ］より小さい場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、弁開度調節手段３０は、電子膨張弁１３の開度を縮小してから（ステップＳ１０３）、手順をリターンさせる。

電子膨張弁１３の開度を縮小すると、温度差Δｔ１が大きくなる。この結果、温度差Δｔ１は、下限閾値Ｌ［Ｋ］を上回るよう推移することとなる。

一方、温度差Δｔ１が下限閾値Ｌ［Ｋ］以上の場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、手順をステップＳ１０４に移行する。

次に、弁開度調節手段３０では、温度差Δｔ１が、予め設定した上限閾値Ｕ［Ｋ］以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０４）。

温度差Δｔ１が上限閾値Ｕ［Ｋ］以下でない場合、すなわち温度差Δｔ１が上限閾値Ｕより大きい場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、弁開度調節手段３０は、電子膨張弁１３の開度を拡大してから（ステップＳ１０５）、手順をリターンさせる。

電子膨張弁１３の開度を拡大すると、温度差Δｔ１が小さくなる。この結果、温度差Δｔ１は、上限閾値Ｕ［Ｋ］を下回るよう推移することとなる。

一方、温度差Δｔ１が上限閾値Ｕ［Ｋ］以下の場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、手順をそのままリターンさせる。

この弁開度調節手段３０が行う判断と、電子膨張弁１３の開度調節処理とをまとめると、図４に示すようになる。すなわち、弁開度調節手段３０は、温度差Δｔ１が、下限閾値Ｌ［Ｋ］より小さい場合には、液バックと判断して電子膨張弁１３の開度を縮小し、温度差Δｔ１が、上限閾値Ｕ［Ｋ］より大きい場合には、温度差Δｔ１が過大であると判断して電子膨張弁１３の開度を拡大し、かつ温度差Δｔ１が、下限閾値Ｌ［Ｋ］以上であり、かつ上限閾値Ｕ［Ｋ］以下の場合には、温度差Δｔ１が適正であると判断して電子膨張弁１３の開度を維持する。よって、この冷媒流量制御装置によれば、弁開度調節手段３０によって、温度差Δｔ１が下限閾値Ｌ［Ｋ］よりも小さい状態が維持されることを防止できるので、液バックが発生することに起因して圧縮機１５が破損することを防止することができる。しかも、温度差Δｔ１が上限閾値Ｕ［Ｋ］よりも大きい状態が維持されることを防止できるので、冷却効率が低下することを防止することができる。

また、この冷媒流量制御装置の制御手段１９は、下限閾値Ｌ［Ｋ］と上限閾値Ｕ［Ｋ］とによって決定される設定温度差領域Ｔの幅を変更する図１に示す設定温度差領域変更手段４０を備えている。設定温度差領域変更手段４０は、下限閾値下回り回数測定部４２と、上限閾値設定部４３とを備えている。

下限閾値下回り回数測定部４２は、上述した単位時間の間に、温度差Δｔ１が下限閾値Ｌ［Ｋ］を下回る回数（以下、単位時間の間に下限閾値Ｌ［Ｋ］を下回る回数を「ハンチング回数Ｎ」という）をカウントするものである。

上限閾値設定部４３は、下限閾値下回り回数測定部４２でカウントしたハンチング回数Ｎに応じて、設定温度差領域Ｔの幅が適当であるか否かを判断し、カウントしたハンチング回数Ｎに応じて設定温度差領域Ｔの幅を変更するものである。

図５は、図１に示した設定温度差領域変更手段４０が実施する設定温度差領域変更処理の内容を示すフローチャートである。以下、図５を参照しながら、冷媒流量制御装置の動作について説明する。

冷却装置が運転状態にある場合、設定温度差領域変更手段４０は、例えば適宜の時間を経過する度毎に、下限閾値下回り回数測定部４２によって、単位時間である５分間にハンチング回数Ｎをカウントし（ステップＳ２０１）、そのカウントしたハンチング回数Ｎが、予め設定したハンチング下限回数である０回より大きいか否かを判断する（ステップＳ２０２）。

ハンチング回数Ｎが０回より大きくない場合（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、すなわち、ハンチング回数が０回である場合、設定温度差領域変更手段４０は、設定温度差領域Ｔの幅が過大であると判断し、上限閾値設定部４３により、現在の上限閾値Ｕから減算定数である１［Ｋ］を減算して新たな上限閾値Ｕを設定した後、手順をリターンさせる。例えば、上限閾値Ｕが初期値の５［Ｋ］である場合、その５［Ｋ］から１［Ｋ］を減算した４［Ｋ］が新たな上限閾値として設定される。

上限閾値Ｕ［Ｋ］に減算処理を行うことで、設定温度差領域Ｔの幅は小さくなり、冷却効率が低下することを防止することができる。

一方、ハンチング回数Ｎが０回よりも大きい場合（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、設定温度差領域変更手段４０は、手順をステップＳ２０４に移行する。

次に、設定温度差領域変更手段４０では、ハンチング回数Ｎが、予め設定したハンチング上限回数である３回より大きいか否かを判断する（ステップＳ２０４）。

ハンチング回数Ｎが３回より大きくない場合、すなわち、ハンチング回数Ｎが１回または２回である場合（ステップＳ２０４：Ｙｅｓ）、設定温度差領域変更手段４０は、設定温度差領域Ｔの幅が適正であると判断し、手順をそのままリターンさせる。

一方、設定温度差領域変更手段４０は、ハンチング回数Ｎが、３回以上の場合（ステップＳ２０４：Ｎｏ）、設定温度差領域Ｔの幅が過小であると判断し、上限閾値設定部４３により、現在の上限閾値Ｕから加算定数である１［Ｋ］を加算して新たな上限閾値Ｕを設定する。例えば、上限閾値Ｕが初期値の５［Ｋ］である場合、その５［Ｋ］に１［Ｋ］を加算した６［Ｋ］が新たな上限閾値Ｕとして設定される。

上限閾値Ｕ［Ｋ］に加算処理を行うことで、設定温度差領域Ｔの幅が大きくなる。よって、ハンチング回数Ｎが減少し、冷却装置を安定して運転することができる。

この設定温度差領域変更手段４０が行う判断と、上限閾値設定部４３が行う処理とをまとめると、図６に示すようになる。すなわち、設定温度差領域変更手段４０は、ハンチング回数Ｎが、ハンチング下限回数である０回の場合には、設定温度差領域Ｔの幅が過大であると判断して、上限閾値設定部４３で上限閾値Ｕの減算処理を行うことで設定温度差領域Ｔの幅を狭くし、ハンチング回数Ｎが、ハンチング上限回数である３回以上の場合には、設定温度差領域Ｔの幅が過小であると判断して、上限閾値設定部４３で上限閾値Ｕの加算処理を行うことで設定温度差領域Ｔの幅を広くし、ハンチング回数Ｎが、ハンチング下限回数より大きく、かつハンチング上限回数より小さい場合には、設定温度差領域Ｔの幅が適正であると判断して、設定温度差領域Ｔの幅を維持する。

よって、この冷媒流量制御装置によれば、季節に応じた負荷の変動、および蒸発器１２の着霜の状態等により現在の運転環境が変化したとしても、その環境の変化に応じて設定温度差領域変更手段４０により設定温度差領域Ｔの幅を変えることができる。よって、定常的に冷却効率が低下することを防止することができるとともに、液バックが発生することに起因して圧縮機１５が破損することを防止することができ、冷却装置を安定して運転することができる。

また、上述した実施の形態１には、設定温度差領域変更手段４０によって、ハンチング回数に応じて任意に設定温度差領域Ｔの幅を変更するもので説明した。しかし、この発明は、それに限られず、例えば、上限閾値Ｕに加算処理を行うことを規制する最大上限閾値を設けても良い。

さらに、上述した実施の形態１には、ハンチング下限回数を０回と設定するもので説明した。しかし、この発明はそれに限られず、ハンチング下限回数は、任意の回数に設定しても良い。

また、上述した実施の形態１には、ハンチング上限回数を３回と設定するもので説明した。しかし、この発明はそれに限られず、ハンチング上限回数は、上記ハンチング下限回数と異なる回数であれば、任意の回数に設定しても良い。

さらに、上述した実施の形態１には、ハンチング回数をカウントする単位時間を５分と設定するもので説明した。しかし、この発明はそれに限られず、単位時間は任意の時間に設定しても良い。

また、上述した実施の形態１には、温度差Δｔ１の下限閾値Ｌを１［Ｋ］と設定するもので説明した。しかし、この発明はそれに限られず、温度差Δｔ１の下限閾値Ｌは、任意に設定しても良い。ただし、上述したように、温度差Δｔ１が０［Ｋ］となった状態が維持されると、液バックが発生する虞れが生じることから、下限閾値Ｌは、０［Ｋ］より大きい値で、可及的に小さいものが好ましい。

さらに、上述した実施の形態１には、温度差Δｔ１の上限閾値Ｕを５［Ｋ］と設定するもので説明した。しかし、この発明はそれに限られず、温度差Δｔ１の上限閾値Ｕは、下限閾値Ｌよりも大きい値であれば任意に設定しても良い。ただし、上述したように、温度差Δｔ１が大きい場合には、冷却効率が低下するため、液バックが発生する虞れがない値で、可及的に小さいものが好ましい。

また、上述した実施の形態１には、上限閾値設定部４３で行う加算処理の加算定数が１［Ｋ］であるもので説明した。しかし、この発明はそれに限られず、加算定数は１［Ｋ］に限られない。

さらに、上述した実施の形態１には、上限閾値設定部４３で行う減算処理の減算定数が１［Ｋ］であるもので説明した。しかし、この発明はそれに限られず、減算定数は１［Ｋ］に限られない。

ところで、蒸発器１２の入口部と出口部との間における管路１２ａでは、図７に示すように、管路１２ａにおいて発生する圧力損失により、下流側に向かうに従って管表面温度が低下する。よって、冷媒の温度も同様に低下することとなる。この冷媒の温度低下は、上記温度差Δｔ１に影響を及ぼすものであるが、上述したように制御を行った場合、圧力損失分ΔＴを考慮できずに電子膨張弁１３の開度が制御される。この結果、温度差Δｔ１が、設定温度差領域Ｔの範囲内となるよう電子膨張弁の開度を制御しても、実質的には圧力損失分ΔＴだけ大きくなった温度差Δｔ１が基準となるため、冷却効率の向上を図る上で問題となる。

［実施の形態２］
そこで、冷却効率のさらなる向上を図った冷媒流量制御装置を以下に説明する。図８は、本発明の実施形態２の冷媒流量制御装置を適用した冷却装置の構成を示す説明図である。図８に示す冷却装置において、図１に示した冷却装置と同様のものには同一の符号を付して説明を省略する。

冷媒流量制御装置が備える蒸発器１２′は、中間冷媒温度センサ（第１温度センサ）２２を備えている。

中間冷媒温度センサ２２は、管路１２ａにおける入口部と出口部との間の中間部に設置してある。この中間冷媒温度センサ２２は、中間部を通過する冷媒の温度を検知するものである。本実施形態２では、入口部よりも出口部に近接する位置に中間冷媒温度センサ２２を配置してある。

冷媒流量制御装置が備える弁開度調節手段３０′は、温度差測定部３１′と弁開度設定部３３とを備えている。

温度差測定部３１′は、第２冷媒温度センサ２１の検知した出口部冷媒温度Ｔ₂から、中間冷媒温度センサ２２の検知した冷媒の温度（以下、「中間部冷媒温度Ｔ₃」という）を差し引いた温度差Δｔ２を算出するものである。

この冷媒流量制御装置が備える弁開度調節手段３０′は、実施の形態１で説明した電子膨張弁１３の開度調節処理において、温度差Δｔ１を温度差Δｔ２に代え、同様の開度調節処理を行っている。

従って、弁開度調節手段３０′は、温度差Δｔ２が、下限閾値Ｌ［Ｋ］より小さい場合には、電子膨張弁１３の開度を縮小し、温度差Δｔ２が、上限閾値Ｕ［Ｋ］より大きい場合には、電子膨張弁１３の開度を拡大し、かつ温度差Δｔ２が、下限閾値Ｌ［Ｋ］以上であり上限閾値Ｕ［Ｋ］以下の場合には、電子膨張弁１３の開度を維持する。

このように電子膨張弁１３の開度調節処理を行えば、上述した効果を奏することに加え、管路１２ａの圧力損失の影響を受けることなく電子膨張弁１３の開度を正確に制御することができる。

また、この冷媒流量制御装置が備える設定温度差領域変更手段４０′は、実施の形態１で説明した設定温度差領域変更処理において、温度差Δｔ１を温度差Δｔ２に代え、同様の設定温度差領域変更処理を行っている。すなわち、設定温度差領域変更手段４０′は、予め設定した単位時間の間に、温度差Δｔ２が下限閾値Ｌ［Ｋ］を下回るハンチング回数Ｎ′をカウントし、そのカウントしたハンチング回数Ｎ′に応じて設定温度差領域Ｔの幅を変更するものである。具体的には、設定温度差領域変更手段４０は、単位時間の間に、温度差Δｔ２が下限閾値Ｌ［Ｋ］を下回るハンチング回数Ｎ′をカウントし、ハンチング回数Ｎ′が、ハンチング下限回数である０回以下の場合には、上限閾値設定部４３で上限閾値Ｕの減算処理を行うことで設定温度差領域Ｔの幅を狭くし、ハンチング回数Ｎ′が、ハンチング上限回数である３回以上の場合には、上限閾値設定部４３で上限閾値Ｕの加算処理を行うことで設定温度差領域Ｔの幅を広くし、ハンチング回数Ｎ′が、ハンチング下限回数より大きく、かつハンチング上限回数より小さい場合には、設定温度差領域Ｔの幅を維持している。

上述したように設定温度差領域変更手段４０′によって設定温度差領域変更処理を行えば、上述した効果を奏することに加え、圧力損失の影響を受けることなく設定温度差領域Ｔの幅を正確に制御することができる。

なお、上述した実施の形態２に示した冷媒流量制御装置においても、実施の形態１と同様、種々の数値を任意の数値に変更しても同様の作用・効果を奏することができる。もちろん、実施の形態２で示した冷媒流量制御装置に、実施の形態１で説明した冷媒流量制御装置と同様の変更を適用しても良い。

また、上述した実施の形態２には、第２冷媒温度センサ２１が蒸発器１２′の出口部に位置し、かつ中間冷媒温度センサ２２が蒸発器１２′の中間部に位置するもので説明した。しかし、上記冷媒温度センサ２１，２２の位置は上記に限られず、蒸発器１２′の入口部からの距離が互いに異なるように位置すれば良い。

また、上述した実施の形態２には、第２冷媒温度センサ２１および中間冷媒温度センサ２２の検知結果に基づいて、電子膨張弁１３の弁開度調節処理を行うもので説明した。しかし、この発明はそれに限られず、それらの冷媒温度センサ２１，２２の検知結果に加え、第１冷媒温度センサ２０の検知結果に基づき、電子膨張弁１３の開度を変更しても良い。

そのような電子膨張弁１３の開度の変更を行う冷媒流量制御装置の第１変形例を以下に説明する。図９は、その第１変形例の冷媒流量制御装置を適用した冷却装置の構成を示す説明図である。図９に示す冷却装置において、図１に示した冷却装置、および図８に示した冷却装置と同様のものには同一の符号を付して説明を省略する。

この冷媒流量制御装置が有する記憶手段２５′は、上記記憶手段２５に比して、管路１２ａの中間部の下流側に蒸発完了点が位置するよう設定した蒸発閾値ＬＬをさらに格納している。なお、本変形例では、例えば蒸発閾値ＬＬとして０［Ｋ］を記憶手段２５′に格納してあるものとして説明する。また、下限閾値Ｌの初期値として１［Ｋ］を記憶手段２５′に格納してあり、上限閾値Ｕの初期値として４［Ｋ］を記憶手段２５′に格納してあるものとして説明する。

この冷媒流量制御装置の弁開度調節手段３０ａは、第２温度差測定部３５を備えている。第２温度差測定部３５は、中間冷媒温度センサ２２の検知した中間部冷媒温度Ｔ₃から、第１冷媒温度センサ２０の検知した入口部冷媒温度Ｔ₁を差し引いた温度差Δｔ３を算出するものである。

この冷媒流量制御装置が備える弁開度調節手段３０ａは、上記温度差Δｔ２，Δｔ３に基づいて電子膨張弁１３の開度を変更するものである。以下、図１０を用いて、この弁開度調節手段３０ａが行う電子膨張弁１３の開度調節処理を以下に説明する。

冷却装置が運転状態にある場合、弁開度調節手段３０ａは、所定の時間が経過する毎に、第１冷媒温度センサ２０、第２冷媒温度センサ２１、および中間冷媒温度センサ２２を通じてそれぞれの冷媒温度Ｔ₁，Ｔ₂，Ｔ₃を検知し（ステップＳ３０１）、第２温度差測定部３５を通じて算出した温度差Δｔ３が予め設定した蒸発閾値ＬＬである０［Ｋ］以上であるか否かを判断する（ステップＳ３０２）。

温度差Δｔ３が蒸発閾値ＬＬ以上である場合、（ステップＳ３０２：Ｙｅｓ）、弁開度調節手段３０ａは、電子膨張弁１３の開度を拡大させる処理を実施し（ステップＳ３０３）、その後、温度差Δｔ３が蒸発閾値ＬＬ以下となるまで待機する。一方、温度差Δｔ３が蒸発閾値ＬＬ以上でない場合（ステップＳ３０２：Ｎｏ）、すなわち温度差Δｔ３がＬＬより小さい場合、弁開度調節手段３０ａは、そのまま手順をステップＳ３０４に移行させる。蒸発閾値ＬＬを０［Ｋ］と設定してあるため、温度差Δｔ３がＬＬ以上でない場合、すなわち、温度差Δｔ３がＬＬより小さい場合には、図１１（ｂ）〜（ｄ）に示すように、蒸発完了点が、中間部よりも下流側の管路１２ａに位置する一方、温度差Δｔ３がＬＬ以上である場合には、図１１（ａ）に示すように、蒸発完了点が中間部よりも上流側に位置する。

上述したように電子膨張弁１３の開度を拡大させる処理を実施することで、この冷媒流量制御装置は、常時、蒸発完了点が、中間部よりも下流側に位置するように制御している。

次に、弁開度調節手段３０ａは、温度差測定部３１′を通じて算出した温度差Δｔ２が下限閾値Ｌ［Ｋ］より小さい場合（ステップＳ３０４：Ｎｏ）、電子膨張弁１３の開度を縮小してから（ステップＳ３０５）、手順をリターンさせる。

電子膨張弁１３の開度を縮小すると、温度差Δｔ２が大きくなる。この結果、温度差Δｔ２は、下限閾値Ｌ［Ｋ］を上回るよう推移することとなる。

一方、温度差Δｔ２が下限閾値Ｌ［Ｋ］以上の場合（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）、弁開度調節手段３０ａは、手順をステップＳ３０６に移行する。

次に、弁開度調節手段３０ａでは、温度差Δｔ２が、予め設定した上限閾値Ｕ［Ｋ］以下であるか否かを判断する（ステップＳ３０６）。

温度差Δｔ２が上限閾値Ｕ［Ｋ］より大きい場合（ステップＳ３０６：Ｎｏ）、弁開度調節手段３０ａは、電子膨張弁１３の開度を拡大してから（ステップＳ３０７）、手順をリターンさせる。

電子膨張弁１３の開度を拡大すると、温度差Δｔ２が小さくなる。この結果、温度差Δｔ２は、上限閾値Ｕ［Ｋ］を下回るよう推移することとなる。

一方、温度差Δｔ２が上限閾値Ｕ［Ｋ］以下の場合（ステップＳ３０６：Ｙｅｓ）、弁開度調節手段３０ａは、手順をそのままリターンさせる。

上述したように電子膨張弁１３の開度を変更することで温度差Δｔ３を制御することにより、蒸発完了点が、中間部よりも下流側であって、かつ出口部よりも上流側に位置することとなる。このように制御することで、管路１２ａの圧力損失分ΔＴの影響を受けずに、蒸発器１２′を有効に利用することが可能となり、液バックが発生することに起因して圧縮機１５が破損することを防止することができるとともに、冷却効率が低下することを確実に防止することができる。

ところで、実施の形態１で説明したように弁開度調節手段３０で電子膨張弁１３の開度調節処理を行ったとしても、温度差Δｔ１が下限閾値Ｌ［Ｋ］を下回り、その状態が維持された場合には、液バックが発生することとなる。液バックが発生した状態で、電子膨張弁１３の開度を急激に縮小し、液バックを回避した直後は、蒸発完了点の位置が著しく不安定となる。

このように蒸発完了点の位置が不安定な状態で、設定温度差領域変更手段４０で設定温度差領域Ｔの幅を変更した場合には、液バックの発生頻度が増加する虞れがある。例えば、図１２に示すように、弁開度調節手段３０によって、単に、温度差Δｔ１が下限閾値Ｌ［Ｋ］より小さい場合には電子膨張弁１３の開度を縮小し、かつ温度差Δｔ１が上限閾値Ｕよりも大きい場合には電子膨張弁１３の開度を拡大するだけでは、温度差Δｔ１が下限閾値Ｌ［Ｋ］を下回り、その状態が維持されることで液バックが発生してしまうと、蒸発完了点が安定せず、連続して液バックが発生することとなる。

そこで、上述した実施の形態２の冷媒流量制御装置において、弁開度調節手段３０′，３０ａは、温度差Δｔ２が下限閾値Ｌ［Ｋ］を下回った場合、予め設定した例えば５分間である休止時間を経過するまで、電子膨張弁１３の開度を拡大することを規制するように制御しても良い。なお、この休止時間は、記憶手段２５′に格納する。

そして、上記規制時間を設定した冷媒流量制御装置によれば、下限閾値Ｌ［Ｋ］を下回った場合、電子膨張弁１３の開度を縮小して液バックを回避し、液バックを回避してから一定の時間は、電子膨張弁１３の開度の拡大を規制する。よって、液バックが発生する虞れがある状態で、電子膨張弁１３の開度の拡大を行わないことで、温度差Δｔ２が低下することを防止することができる。従って、液バックの発生頻度が増加することを防止することができる。例えば、このような制御を行えば、図１３に示すように、液バックの発生頻度が増加することを防止することができる。なお、図１２および図１３において、細線は、電子膨張弁の開度の大きさを示し、太線は、液バックの有無を示し、破線は、上限閾値Ｕを示している。

なお、上述した実施の形態２には、休止時間を５分間とするもので説明した。しかし、この発明はそれに限られず、各冷媒流量制御装置における蒸発完了点が安定するまでの時間に適宜変更しても良い。

また、実施の形態１で説明した弁開度調節手段３０に規制時間を設定しても、同様の作用・効果を奏することができる。

ところで、上述した冷媒流量制御装置の第２変形例を説明する。この冷媒流量制御装置は、第２冷媒温度センサ２１の検知した出口部冷媒温度Ｔ₂から、中間冷媒温度センサ２２の検知した中間部冷媒温度Ｔ₃を差し引いた温度差Δｔ２を算出する温度差測定部３１′と、中間冷媒温度センサ２２の検知した中間部冷媒温度Ｔ３から、第１冷媒温度センサ２０の検知した入口部冷媒温度Ｔ１を差し引いた温度差Δｔ３を算出する第２温度差測定部３５とを備えている。

また、この冷媒流量制御装置が備える弁開度調節手段は、温度差Δｔ３が上限閾値Ｕ［Ｋ］以上であれば、温度差Δｔ３が過大と判断して電子膨張弁１３の開度を拡大し、温度差Δｔ３が上限閾値Ｕ［Ｋ］以下で、かつ温度差Δｔ２が下限閾値Ｌ［Ｋ］以上の場合、温度差Δｔ３，Δｔ２が適当であると判断して電子膨張弁１３の開度を維持し、温度差Δｔ３が上限閾値Ｕ［Ｋ］以下で、かつ温度差Δｔ２が下限閾値Ｌ［Ｋ］以下の場合、液バックと判断して電子膨張弁１３の開度を縮小する。

この冷媒流量制御装置によれば、蒸発器１２の管路１２ａが比較的長くても、圧力損失の影響を受けず、液バックの発生の有無を正確に判断することができる。

ところで、上述した第２実施形態の冷媒流量制御装置の第３変形例を説明する。この
冷媒流量制御装置は、上述した第１変形例と同様に、温度差Δｔ２が下限閾値Ｌ［Ｋ］を下回った場合、規制時間を経過するまでは、電子膨張弁の開度の拡大を規制するものである。

この冷媒流量制御装置は、予め設定した第２単位時間（例えば１０分間）内に温度差Δｔ２が下限閾値Ｌ［Ｋ］を下回ったことがある状態で、温度差Δｔ２が上限閾値Ｕ［Ｋ］を上回っている場合には、設定温度差領域変更手段が、設定温度差領域Ｔの幅が狭いと判断し、上限閾値Ｕ［Ｋ］に加算定数である１を加算処理することで設定温度差領域Ｔの幅を大きくするとともに、弁開度調節手段３０ａが電子膨張弁１３の開度を維持する。

このように設定温度差領域の幅を大きくすることで、温度差Δｔ２が下限閾値Ｌ［Ｋ］を下回る可能性を小さくすることができる。従って、液バックが発生する危険性を低減することができる。

また、この冷媒流量制御装置は、予め設定した第２単位時間内に温度差Δｔ２が下限閾値Ｌ［Ｋ］を下回ったことがある状態で、温度差Δｔ２が下限閾値Ｌ［Ｋ］を上回り、かつ上限閾値Ｕ［Ｋ］を下回っている場合には、設定温度差領域変更手段が、設定温度差領域Ｔの幅が適当であると判断し、上限閾値Ｕ［Ｋ］の大きさを維持する。

一方、この冷媒流量制御装置は、予め設定した第２単位時間に、温度差Δｔ２が下限閾値Ｌ［Ｋ］を上回っている状態を維持したとき、換言すれば、予め設定した第２単位時間に、温度差Δｔ２が下限閾値Ｌ［Ｋ］を下回ることが１度もなく、かつ温度差Δｔ２が下限閾値Ｌ［Ｋ］を上回り、かつ上限閾値Ｕ［Ｋ］を下回っている状態が維持されたときには、設定温度差領域変更手段が、設定温度差領域Ｔの幅が過大であると判断し、上限閾値Ｕ［Ｋ］から減算定数である１を減算処理することで設定温度差領域Ｔの幅を狭くする。設定温度差領域Ｔの幅を狭くすることで、省エネルギー運転を実現することができる。

ただし、上限閾値Ｕ［Ｋ］を小さく設定した場合、ハンチングを発生させる虞れがあるため、弁開度調節手段３０ａは、温度差Δｔ２に最小下限値を設定し、この最小下限値を温度差Δｔ２が下回ることを規制している。

本発明の実施の形態１である冷媒流量制御装置を適用した冷却装置の構成を示す説明図である。図１に示した冷却装置の蒸発器における冷媒の温度分布を示すグラフである。図１に示した冷媒流量制御装置が備える弁開度調節手段が実施する開度調節処理の内容を示すフローチャートである。図１に示した冷媒流量制御装置によって電子膨張弁の開度を調節した場合において、弁開度調節手段が行う温度差Δｔ１の判断と、その判断により行う制御との関係を示す図表である。図１に示した冷媒流量制御装置が備える設定温度差領域変更手段が実施する設定温度差領域変更処理の内容を示すフローチャートである。図１に示した冷媒流量制御装置によって設定温度差領域変更処理を実施した場合において、設定温度差領域変更手段が行う設定温度差領域の幅の判断と、その判断により行う制御との関係を示す図表である。図１に示した冷却装置が備える蒸発器における冷媒の温度分布を示したグラフである。本発明の実施の形態２である冷媒流量制御装置を適用した冷却装置の構成を示す説明図である。図８に示した冷却装置の変形例の構成を示す説明図である。図９に示した冷媒流量制御装置が備える弁開度調節手段が実施する開度調節処理の内容を示すフローチャートである。図１０に示した冷却装置が備える蒸発器における冷媒の温度分布を示したグラフである。実施の形態１で示した冷却装置において、電子膨張弁の開度の大きさと時間との関係、液バックの有無と時間との関係、および上限閾値と時間との関係を示すグラフである。実施の形態２で示した冷却装置において、電子膨張弁の開度の大きさと時間との関係、液バックの有無と時間との関係、および上限閾値と時間との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０収容庫
１１オープンショーケース
１２蒸発器
１２ａ管路
１３電子膨張弁
１４凝縮器
１５圧縮機
１６冷媒供給管路
１７送風ファン
１９制御手段
２０第１冷媒温度センサ（第１温度センサ）
２１第２冷媒温度センサ（第２温度センサ）
２２中間冷媒温度センサ（第１温度センサ）
２５記憶手段
２５′ 記憶手段
３０弁開度調節手段
３０′ 弁開度調節手段
３０ａ弁開度調節手段
３１温度差測定部
３１′ 温度差測定部
３３弁開度設定部
３５第２温度差測定部
４０設定温度差領域変更手段
４０′ 設定温度差領域変更手段
４２下限閾値下回り回数測定部
４３上限閾値設定部
Ｌ下限閾値
ＬＬ蒸発閾値
Ｎハンチング回数
Ｎ′ ハンチング回数
Ｔ設定温度差領域
Ｔ₁ 入口部冷媒温度
Ｔ₂ 出口部冷媒温度
Ｔ₃ 中間部冷媒温度
Ｕ上限閾値
ΔＴ圧力損失分
Δｔ１温度差
Δｔ２温度差
Δｔ３温度差

Claims

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、
冷媒が前記蒸発器を通過するよう配設した管路に、前記蒸発器の入口部からの距離が互いに異なるよう配設した第１温度センサおよび第２温度センサと、
前記第１温度センサで検知した冷媒の温度と、前記第２温度センサで検知した冷媒の温度との温度差が、予め設定した下限閾値よりも小さい場合には前記電子膨張弁の開度を縮小し、前記温度差が、予め設定した上限閾値よりも大きい場合には前記電子膨張弁の開度を拡大する弁開度調節手段と、
予め設定した単位時間に、前記温度差が下限閾値を下回るハンチング回数をカウントし、そのカウントしたハンチング回数に応じて前記下限閾値と前記上限閾値とで決定される設定温度差領域の幅を変更する設定温度差領域変更手段と
を備える冷媒流量制御装置であって、
前記弁開度調節手段は、前記温度差が下限閾値を下回った場合、その後、前記温度差が上限閾値を上回っても、前記温度差が下限閾値を下回った時点から予め設定した規制時間を経過するまでは、前記電子膨張弁の開度の拡大を規制することを特徴とする冷媒流量制御装置。
前記設定温度差領域変更手段は、
前記下限閾値を下回るハンチング回数が、予め設定したハンチング下限回数以下の場合、設定温度差領域の幅を狭くし、
前記下限閾値を下回るハンチング回数が、予め設定したハンチング上限回数以上の場合、設定温度差領域の幅を広くし、かつ
前記下限閾値を下回るハンチング回数が、予め設定したハンチング下限回数よりも多く、ハンチング上限回数よりも少ない場合、設定温度差領域の幅を維持するものであることを特徴とする請求項１に記載の冷媒流量制御装置。
前記第１温度センサは、前記蒸発器の入口部に位置し、かつ
前記第２温度センサは、前記蒸発器の出口部に位置することを特徴とする請求項１に記載の冷媒流量制御装置。
前記第１温度センサは、前記蒸発器の入口部と出口部との間の中間部に位置し、かつ
前記第２温度センサは、前記蒸発器の出口部に位置することを特徴とする請求項１に記載の冷媒流量制御装置。
冷媒が前記蒸発器を通過するように配設した管路に配設し、前記蒸発器の入口部に位置する第３温度センサを備え、
前記弁開度調節手段は、前記第３温度センサで検知した冷媒の温度と、前記第１温度センサで検知した冷媒の温度との温度差が、前記中間部の下流側に蒸発完了点が位置するように設定した所定の閾値以上である場合、前記電子膨張弁の開度を拡大する一方、前記第３温度センサで検知した冷媒の温度と、前記第１温度センサで検知した冷媒の温度との温度差が、前記所定の閾値より小さい場合、前記第１温度センサで検知した冷媒の温度と、前記第２温度センサで検知した冷媒の温度との温度差に基づいて前記電子膨張弁の開度を調節することを特徴とする請求項４に記載の冷媒流量制御装置。