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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024178902
(43)【公開日】2024-12-25
(54)【発明の名称】冷却装置
(51)【国際特許分類】
F25B 1/10 20060101AFI20241218BHJP
F25B 1/00 20060101ALI20241218BHJP
【ＦＩ】
F25B1/10 R
F25B1/00 304Z
F25B1/00 304F
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024072913
(22)【出願日】2024-04-26
(31)【優先権主張番号】P 2023097292
(32)【優先日】2023-06-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104433
【弁理士】
【氏名又は名称】宮園 博一
(74)【代理人】
【識別番号】100172362
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 達哉
(72)【発明者】
【氏名】小貝 善輝
(72)【発明者】
【氏名】滝口 浩司
(57)【要約】
【課題】中間熱交換器を備える冷却装置において、冷却効率をより向上させることが可能な冷却装置を提供する。
【解決手段】この冷却装置１００では、二段圧縮機１と、凝縮器またはガスクーラ２と、第１膨張弁３と、第１膨張弁３において膨張された冷媒を蒸発させて、第２圧縮部１ｂに供給する蒸発部４ａと、凝縮器またはガスクーラ２を通過した冷媒のうち残りの冷媒が冷却される冷却部４ｂとを含み、蒸発部４ａ内の冷媒と冷却部４ｂ内の冷媒との間において熱交換を行う、中間熱交換器４と、第２膨張弁５と、蒸発器６と、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度に少なくとも基づいて、第１膨張弁３の開度を調整する制御を行う制御部７を備える。
【選択図】図１
【解決手段】この冷却装置１００では、二段圧縮機１と、凝縮器またはガスクーラ２と、第１膨張弁３と、第１膨張弁３において膨張された冷媒を蒸発させて、第２圧縮部１ｂに供給する蒸発部４ａと、凝縮器またはガスクーラ２を通過した冷媒のうち残りの冷媒が冷却される冷却部４ｂとを含み、蒸発部４ａ内の冷媒と冷却部４ｂ内の冷媒との間において熱交換を行う、中間熱交換器４と、第２膨張弁５と、蒸発器６と、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度に少なくとも基づいて、第１膨張弁３の開度を調整する制御を行う制御部７を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
冷媒を圧縮する第１圧縮部と、前記第１圧縮部により圧縮された冷媒をさらに圧縮する第２圧縮部とを含む二段圧縮機と、
前記第２圧縮部から供給された冷媒を凝縮する凝縮器、または前記第２圧縮部から供給された冷媒を冷却するガスクーラと、
前記凝縮器で凝縮されたまたは前記ガスクーラで冷却された冷媒のうち一部が供給され、供給された冷媒を膨張する第１膨張弁と、
前記第１膨張弁において膨張された冷媒を蒸発させて、前記第２圧縮部に供給する蒸発部と、前記凝縮器または前記ガスクーラを通過した冷媒のうち残りの冷媒が冷却される冷却部とを含み、前記蒸発部内の冷媒と前記冷却部内の冷媒との間において熱交換を行う、中間熱交換器と、
前記中間熱交換器の前記冷却部の下流に配置され、冷媒を膨張する第２膨張弁と、
前記第２膨張弁の下流に配置され、冷媒を蒸発させることにより冷却対象空間を冷却する、蒸発器と、
前記中間熱交換器の前記蒸発部の入口における冷媒の温度に少なくとも基づいて、前記第１膨張弁の開度を調整する制御を行う制御部とを備える、冷却装置。
前記第２圧縮部から供給された冷媒を凝縮する凝縮器、または前記第２圧縮部から供給された冷媒を冷却するガスクーラと、
前記凝縮器で凝縮されたまたは前記ガスクーラで冷却された冷媒のうち一部が供給され、供給された冷媒を膨張する第１膨張弁と、
前記第１膨張弁において膨張された冷媒を蒸発させて、前記第２圧縮部に供給する蒸発部と、前記凝縮器または前記ガスクーラを通過した冷媒のうち残りの冷媒が冷却される冷却部とを含み、前記蒸発部内の冷媒と前記冷却部内の冷媒との間において熱交換を行う、中間熱交換器と、
前記中間熱交換器の前記冷却部の下流に配置され、冷媒を膨張する第２膨張弁と、
前記第２膨張弁の下流に配置され、冷媒を蒸発させることにより冷却対象空間を冷却する、蒸発器と、
前記中間熱交換器の前記蒸発部の入口における冷媒の温度に少なくとも基づいて、前記第１膨張弁の開度を調整する制御を行う制御部とを備える、冷却装置。
【請求項2】
前記制御部は、前記中間熱交換器の前記蒸発部の入口における冷媒の温度に少なくとも基づいて、前記中間熱交換器の冷却効率を向上させるように、前記第１膨張弁の開度を調整する制御を行う、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項3】
前記制御部は、前記中間熱交換器の前記蒸発部の入口における冷媒の温度と、前記中間熱交換器の前記冷却部の出口における冷媒の温度との両方に基づいて、前記第１膨張弁の開度を調整する制御を行う、請求項２に記載の冷却装置。
【請求項4】
前記制御部は、前記中間熱交換器の前記蒸発部の入口における冷媒の温度と、前記中間熱交換器の前記冷却部の出口における冷媒の温度との差が設定値になるように、前記第１膨張弁の開度を調整する制御を行う、請求項３に記載の冷却装置。
【請求項5】
前記制御部は、前記中間熱交換器の前記蒸発部の入口における冷媒の温度と、前記中間熱交換器の前記冷却部の出口における冷媒の温度との差の設定値に近づくように、前記制御部は、前記第１膨張弁の開度を調整する制御を行う、請求項４に記載の冷却装置。
【請求項6】
前記制御部は、前記中間熱交換器の前記蒸発部の入口における冷媒の温度と、前記中間熱交換器の前記冷却部の出口における冷媒の温度との差が設定値近傍になり、かつ、前記中間熱交換器の前記冷却部の出口における冷媒の温度が上昇した場合に、前記第１膨張弁の開度を小さくする第１制御と、前記中間熱交換器の前記蒸発部の入口における冷媒の温度と、前記中間熱交換器の前記冷却部の出口における冷媒の温度との差が設定値近傍より大きい場合に、前記第１膨張弁の開度を大きくする第２制御と、を交互に行うように構成されている、請求項４に記載の冷却装置。
【請求項7】
前記制御部は、前記蒸発器の入口における前記冷媒の温度を取得し、前記蒸発器の入口における前記冷媒の温度と前記中間熱交換器の前記蒸発部の入口における冷媒の温度との関係から前記中間熱交換器の前記蒸発部の入口における冷媒の温度を推定し、推定した前記中間熱交換器の前記蒸発部の入口における冷媒の温度に基づいて前記第１膨張弁の開度を調整する制御を行う、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項8】
前記制御部は、前記中間熱交換器の前記蒸発部の入口における冷媒の温度の実測値が、推定した前記中間熱交換器の前記蒸発部の入口における冷媒の温度になるように前記第１膨張弁の開度を調整する制御を行う、請求項７に記載の冷却装置。
【請求項9】
前記制御部は、前記冷却対象空間の温度が設定温度以下であり、かつ前記二段圧縮機の回転数が所定値以下の場合に、前記第１膨張弁を閉じる制御を行うことにより、前記冷却対象空間の冷え込みを抑制するように構成されている、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項10】
冷媒を圧縮する第１圧縮部と、前記第１圧縮部により圧縮された冷媒をさらに圧縮する第２圧縮部とを含む二段圧縮機と、
前記第２圧縮部から供給された冷媒を凝縮する凝縮器、または前記第２圧縮部から供給された冷媒を冷却するガスクーラと、
前記凝縮器で凝縮されたまたは前記ガスクーラで冷却された冷媒のうち一部が供給され、供給された冷媒を膨張する第１膨張弁と、
前記第１膨張弁において膨張された冷媒を蒸発させて、前記第２圧縮部に供給する蒸発部と、前記凝縮器または前記ガスクーラを通過した冷媒のうち残りの冷媒が冷却される冷却部とを含み、前記蒸発部内の冷媒と前記冷却部内の冷媒との間において熱交換を行う、中間熱交換器と、
前記中間熱交換器の前記冷却部の下流に配置され、冷媒を膨張する第２膨張弁と、
前記第２膨張弁の下流に配置され、冷媒を蒸発させることにより冷却対象空間を冷却する蒸発器と、
前記冷却対象空間の温度が設定温度以下であり、かつ前記二段圧縮機の回転数が所定値以下の場合に、前記第１膨張弁の開度を小さくする制御を行うことにより、前記冷却対象空間の冷え込みを抑制するように構成されている制御部と、を備える、冷却装置。
前記第２圧縮部から供給された冷媒を凝縮する凝縮器、または前記第２圧縮部から供給された冷媒を冷却するガスクーラと、
前記凝縮器で凝縮されたまたは前記ガスクーラで冷却された冷媒のうち一部が供給され、供給された冷媒を膨張する第１膨張弁と、
前記第１膨張弁において膨張された冷媒を蒸発させて、前記第２圧縮部に供給する蒸発部と、前記凝縮器または前記ガスクーラを通過した冷媒のうち残りの冷媒が冷却される冷却部とを含み、前記蒸発部内の冷媒と前記冷却部内の冷媒との間において熱交換を行う、中間熱交換器と、
前記中間熱交換器の前記冷却部の下流に配置され、冷媒を膨張する第２膨張弁と、
前記第２膨張弁の下流に配置され、冷媒を蒸発させることにより冷却対象空間を冷却する蒸発器と、
前記冷却対象空間の温度が設定温度以下であり、かつ前記二段圧縮機の回転数が所定値以下の場合に、前記第１膨張弁の開度を小さくする制御を行うことにより、前記冷却対象空間の冷え込みを抑制するように構成されている制御部と、を備える、冷却装置。
【請求項11】
前記制御部は、前記冷却対象空間の温度が設定温度以下であり、かつ前記二段圧縮機の回転数が所定値以下の場合に、前記第１膨張弁を閉じる制御を行うことにより、前記冷却対象空間の冷え込みを抑制するように構成されている、請求項１０に記載の冷却装置。
【請求項12】
前記制御部は、前記冷却対象空間の温度が設定温度以下であり、かつ前記二段圧縮機の回転数が所定値以下の場合に、前記第１膨張弁の開度を小さくする制御を行うとともに、前記第２膨張弁の開度を小さくする制御を行うことにより、前記冷却対象空間の冷え込みを抑制するように構成されている、請求項１０に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、冷却装置に関し、特に、中間熱交換器を備える冷却装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、中間熱交換器を備える冷却装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【0003】
上記特許文献１には、圧縮機と、凝縮器と、主膨張弁と、蒸発器と、中間熱交換器と、中間熱交換器に供給される冷媒を絞る電子膨張弁とを備えた冷凍装置が開示されている。特許文献１では、圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮器で凝縮した後、凝縮器から中間熱交換器に冷媒を供給する。中間熱交換器は、第１部分と第２部分とを含み、凝縮器で凝縮された冷媒は、第１部分と第２部分とに各々分けて供給される。凝縮器と中間熱交換器の第１部分とが接続される流路には、電子膨張弁が設けられている。一方で、凝縮器と中間熱交換器の第２部分とが接続される流路には、電子膨張弁が設けられていない。中間熱交換器では、第１部分に供給された電子膨張弁によって減圧した冷媒と、第２部分に供給された冷媒との間において熱交換を行い、第１部分に供給された冷媒を蒸発させるとともに、第２部分に供給された冷媒を冷却する。第２部分において冷却された冷媒は、主膨張弁を介して蒸発器に供給される。また、第１部分において蒸発した冷媒は、圧縮機に供給される。さらに、特許文献１の冷凍装置は、圧縮機の入り口または出口に設定した温度検知器の検知結果と、予め定めた中間熱交換器の高圧側の入口と出口における目標温度との差に応じて、電子膨張弁の開度を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００９－１９２１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記特許文献１のような中間熱交換器を備える冷却装置の場合、中間熱交換器において蒸発器に供給される冷媒を冷却することにより、蒸発器に供給される冷媒の過冷却の程度を大きくし、蒸発器による冷却効率を向上させる。また、中間熱交換器の熱交換量が最大であると、冷媒の過冷却の程度が大きくなり、冷却効率を向上させることができる。しかしながら、中間熱交換器において過冷却された冷媒は、蒸発器において蒸発された後に圧縮機に供給されるため、圧縮機の入り口または出口の温度から中間熱交換器の熱交換量が最大か否かを推定することは困難であり、蒸発器による冷却効率を向上させることが困難である。
【0006】
また、蒸発器において冷却する空気が設定温度よりも低く、蒸発器において冷却を弱めたい場合でも、蒸発器に供給する冷媒を中間熱交換器において冷却するため、蒸発器における冷却が過剰になる場合がある。この場合、圧縮機の運転を停止することと、運転を再開することを繰り返すことになる。そのため、冷却にムラができるため、冷却効率が悪くなる。
【0007】
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、中間熱交換器を備える冷却装置において、冷却効率をより向上させることが可能な冷却装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による冷却装置は、冷媒を圧縮する第１圧縮部と、第１圧縮部により圧縮された冷媒をさらに圧縮する第２圧縮部とを含む二段圧縮機と、第２圧縮部から供給された冷媒を凝縮する凝縮器、または第２圧縮部から供給された冷媒を冷却するガスクーラと、凝縮器で凝縮されたまたはガスクーラで冷却された冷媒のうち一部が供給され、供給された冷媒を膨張する第１膨張弁と、第１膨張弁において膨張された冷媒を蒸発させて、第２圧縮部に供給する蒸発部と、凝縮器またはガスクーラを通過した冷媒のうち残りの冷媒が冷却される冷却部とを含み、蒸発部内の冷媒と冷却部内の冷媒との間において熱交換を行う、中間熱交換器と、中間熱交換器の冷却部の下流に配置され、冷媒を膨張する第２膨張弁と、第２膨張弁の下流に配置され、冷媒を蒸発させることにより冷却対象空間を冷却する、蒸発器と、中間熱交換器の蒸発部の入口における冷媒の温度に少なくとも基づいて、第１膨張弁の開度を調整する制御を行う制御部とを備える。
【0009】
この発明の第１の局面による冷却装置では、上記のように、中間熱交換器の蒸発部の入口における冷媒の温度に少なくとも基づいて、第１膨張弁の開度を調整する制御を行う制御部を備える。これにより、中間熱交換器の蒸発部の入口における冷媒の温度を測定することにより、中間熱交換器の熱交換量の変化量を取得することができるため、中間熱交換器の蒸発部の入口における冷媒の温度に基づいて、中間熱交換器の熱交換量を取得することができる。このため、蒸発部の入口における冷媒の温度に基づいて、中間熱交換器による熱交換量が最大になるように、第１膨張弁の開度を調整することができる。この結果、中間熱交換器を備える冷却装置において、冷却効率をより向上させることができる。
【0010】
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、中間熱交換器の蒸発部の入口における冷媒の温度に少なくとも基づいて、中間熱交換器の冷却効率を向上させるように、第１膨張弁の開度を調整する制御を行う。このように構成すれば、制御部が、冷却効率を向上させるように第１膨張弁の開度を調整するため、中間熱交換器の冷却効率をより向上させることができる。
【0011】
この場合、好ましくは、制御部は、中間熱交換器の蒸発部の入口における冷媒の温度と、中間熱交換器の冷却部の出口における冷媒の温度との両方に基づいて、第１膨張弁の開度を調整する制御を行う。このように構成すれば、蒸発部の入口における冷媒の温度と、中間熱交換器の冷却部の出口における冷媒の温度との温度差を取得することができる。ここで、中間熱交換器の蒸発部の入口における冷媒の温度と、中間熱交換器の冷却部の出口における冷媒の温度との差が小さい程、蒸発部の冷媒により、冷却部の冷媒が蒸発部の冷媒の温度近傍まで冷却されたといえるため、熱交換量が大きいとみなすことができる。そのため、制御部が、蒸発部の入口における冷媒の温度と、冷却部の出口における冷媒の温度とに基づいて、両者の温度差が小さくなるように第１膨張弁の開度を調整することができるため、熱交換量を大きくして中間熱交換器の冷却効率をより向上させることができる。
【0012】
上記第１の局面による冷却装置において、好ましくは、制御部は、中間熱交換器の蒸発部の入口における冷媒の温度と、中間熱交換器の冷却部の出口における冷媒の温度との差が設定値になるように、第１膨張弁の開度を調整する制御を行う。ここで、中間熱交換器の蒸発部の入口における冷媒の温度と、中間熱交換器の冷却部の出口における冷媒の温度との差が最小値近傍の場合は、蒸発部の入口における冷媒の温度近傍まで、中間熱交換器の冷却部の出口における冷媒が冷却されたとみなすことができるため、蒸発部と冷却部との間の熱交換量が最大になったとみなすことができる。そのため、たとえば、中間熱交換器の蒸発部の入口における冷媒の温度と、中間熱交換器の冷却部の出口における冷媒の温度との差が最小値近傍となるように設定値を設定することにより、中間熱交換器の熱交換量が最大となるように第１膨張弁の開度を精度よく調整することができるため、中間熱交換器の冷却効率をより一層向上させることができる。
【0013】
この場合、好ましくは、制御部は、中間熱交換器の蒸発部の入口における冷媒の温度と、中間熱交換器の冷却部の出口における冷媒の温度との差の設定値に近づくように、制御部は、第１膨張弁の開度を調整する制御を行う。このように構成すれば、冷却装置の運転条件に応じて中間熱交換器の熱交換量が最大となる設定値を設定しておくことにより、制御部は、中間熱交換器の熱交換量が最大となるように第１膨張弁の開度を容易に調整することができる。
【0014】
上記制御部は、中間熱交換器の蒸発部の入口における冷媒の温度と、中間熱交換器の冷却部の出口における冷媒の温度との差が設定値になるように、第１膨張弁の開度を調整する制御を行う構成において、好ましくは、制御部は、中間熱交換器の蒸発部の入口における冷媒の温度と、中間熱交換器の冷却部の出口における冷媒の温度との差が設定値近傍になり、かつ、中間熱交換器の冷却部の出口における冷媒の温度が上昇した場合に、第１膨張弁の開度を小さくする第１制御と、中間熱交換器の蒸発部の入口における冷媒の温度と、中間熱交換器の冷却部の出口における冷媒の温度との差が設定値近傍より大きい場合に、第１膨張弁の開度を大きくする第２制御と、を交互に行うように構成されている。このように構成すれば、中間熱交換器の蒸発部の入口における冷媒の温度と中間熱交換器の冷却部の出口における冷媒の温度との差が設定値近傍になるように第１膨張弁の開度を調整することができるため、中間熱交換器による熱交換量が最大な状態を維持しながら、冷却装置を駆動させることができる。
【0015】
上記第１の局面による冷却装置において、好ましくは、制御部は、蒸発器の入口における冷媒の温度を取得し、蒸発器の入口における冷媒の温度と中間熱交換器の蒸発部の入口における冷媒の温度との関係から中間熱交換器の蒸発部の入口における冷媒の温度を推定し、推定した中間熱交換器の蒸発部の入口における冷媒の温度に基づいて第１膨張弁の開度を調整する制御を行う。このように構成すれば、たとえば、中間熱交換器による熱交換量が最大となる蒸発器の入口における冷媒の温度と中間熱交換器の蒸発部の入口における冷媒の温度との関係に基づいて、中間熱交換器の蒸発部の入口における冷媒の最適温度を推定し、最適温度になるように第１膨張弁の開度を調整することができる。この結果、蒸発器の入口における冷媒の温度を取得することにより、冷却効率をより向上させることができる。
【0016】
この場合、好ましくは、制御部は、中間熱交換器の蒸発部の入口における冷媒の温度の実測値が、推定した中間熱交換器の蒸発部の入口における冷媒の温度になるように第１膨張弁の開度を調整する制御を行う。このように構成すれば、推定した温度になるように第１膨張弁の開度を調整すればよいため、冷却効率を向上させるために適した第１膨張弁の開度に調整することが容易になる。
【0017】
上記第１の局面による冷却装置において、好ましくは、制御部は、冷却対象空間の温度が設定温度以下であり、かつ二段圧縮機の回転数が所定値以下の場合に、第１膨張弁を閉じる制御を行うことにより、冷却対象空間の冷え込みを抑制するように構成されている。このように構成すれば、第１膨張弁を閉じることにより中間熱交換器による冷媒の冷却を停止することができるため、二段圧縮機の回転数を下げることができない場合であっても、二段圧縮機の駆動を停止せずに、冷却対象空間の冷え込みを抑制することができる。この結果、二段圧縮機の運転を停止することと、運転を再開することとを繰り返すことに起因する冷却のムラを抑制することができるため、冷却装置の冷却効率を向上させることができる。
【0018】
この発明の第２の局面による冷却装置は、冷媒を圧縮する第１圧縮部と、第１圧縮部により圧縮された冷媒をさらに圧縮する第２圧縮部とを含む二段圧縮機と、第２圧縮部から供給された冷媒を凝縮する凝縮器、または第２圧縮部から供給された冷媒を冷却するガスクーラと、凝縮器で凝縮されたまたはガスクーラで冷却された冷媒のうち一部が供給され、供給された冷媒を膨張する第１膨張弁と、第１膨張弁において膨張された冷媒を蒸発させて、第２圧縮部に供給する蒸発部と、凝縮器またはガスクーラを通過した冷媒のうち残りの冷媒が冷却される冷却部とを含み、蒸発部内の冷媒と冷却部内の冷媒との間において熱交換を行う、中間熱交換器と、中間熱交換器の冷却部の下流に配置され、冷媒を膨張する第２膨張弁と、第２膨張弁の下流に配置され、冷媒を蒸発させることにより冷却対象空間を冷却する蒸発器と、冷却対象空間の温度が設定温度以下であり、かつ二段圧縮機の回転数が所定値以下の場合に、第１膨張弁の開度を小さくする制御を行うことにより、冷却対象空間の冷え込みを抑制するように構成されている制御部と、を備える。
【0019】
この発明の第２の局面による冷却装置では、上記のように、冷却対象空間の温度が設定温度以下であり、かつ二段圧縮機の回転数が所定値以下の場合に、第１膨張弁を閉じる制御を行うことにより、冷却対象空間の冷え込みを抑制するように構成されている制御部を備える。これにより、第１膨張弁の開度を小さくすることにより中間熱交換器による冷媒の冷却を弱くすることができるため、二段圧縮機の駆動を停止せずに、冷却対象空間の冷え込みを抑制することができる。この結果、二段圧縮機の運転を停止することと、運転を再開することとを繰り返すことに起因する冷却のムラを抑制することができるため、冷却効率を向上させることができる。
【0020】
この発明の第２の局面による冷却装置では、好ましくは、制御部は、冷却対象空間の温度が設定温度以下であり、かつ二段圧縮機の回転数が所定値以下の場合に、第１膨張弁を閉じる制御を行うことにより、冷却対象空間の冷え込みを抑制するように構成されている。このように構成すれば、第１膨張弁を閉じることにより中間熱交換器による冷媒の冷却を停止することができるため、二段圧縮機の駆動を停止せずに、冷却対象空間の冷え込みを効果的に抑制することができる。
【0021】
この発明の第２の局面による冷却装置では、好ましくは、制御部は、冷却対象空間の温度が設定温度以下であり、かつ二段圧縮機の回転数が所定値以下の場合に、第１膨張弁の開度を小さくする制御を行うとともに、第２膨張弁の開度を小さくする制御を行うことにより、冷却対象空間の冷え込みを抑制するように構成されている。このように構成すれば、第２膨張弁の開度を小さくすることにより、冷媒循環量を減らすことができるため、過剰となっている冷凍能力を低下させることができる。この結果、二段圧縮機の駆動を停止せずに、冷却対象空間の冷え込みをさらに抑制することができる。
【発明の効果】
【0022】
本発明によれば、上記のように、中間熱交換器を備える冷却装置において、冷却効率をより向上させることが可能な冷却装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】第１実施形態および第３実施形態による冷却装置の構成を示す図である。
【図2】第１膨張弁の開度と、蒸発部の温度または冷却部の温度との関係を示すグラフである。
【図3】第１実施形態による制御部の制御のフローチャートである。
【図4】第２実施形態による冷却装置の構成を示す図である。
【図5】蒸発部の入口の温度と蒸発器の入口の温度との関係を示すグラフである。
【図6】第１膨張弁の開度と、蒸発部の入口の温度との関係を示すグラフである。
【図7】第２実施形態による制御部の制御のフローチャートである。
【図8】（Ａ）第１膨張弁が開状態の場合の冷却能力を説明するためのＰ－Ｈ線図である。（Ｂ）第１膨張弁を閉状態の場合の冷却能力を説明するためのＰ－Ｈ線図である。
【図9】第３実施形態による制御部の制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0024】
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。
【0025】
【0026】
図１に示すように、冷却装置１００は、二段圧縮機１と、ガスクーラ２と、第１膨張弁３と、中間熱交換器４と、第２膨張弁５と、蒸発器６と、制御部７とを備える。また、冷却装置１００は、内部熱交換器８と、ストレーナ９とを備える。冷却装置１００は、冷媒により冷却対象空間を冷却する装置である。冷却装置１００は、たとえば、ショーケースに用いられ、ショーケース内が冷却対象空間となる。冷媒は、たとえば、二酸化炭素である。
【0027】
二段圧縮機１は、第１圧縮部１ａと、第２圧縮部１ｂとを含む。第１圧縮部１ａは、蒸発器６から内部熱交換器８を経て供給された低圧状態の冷媒を圧縮し、中圧状態の冷媒にする。第２圧縮部１ｂは、第１圧縮部１ａで圧縮された中圧状態の冷媒をさらに圧縮し、高圧状態の冷媒とする。第１圧縮部１ａで圧縮された冷媒は、冷却器１２に供給される。第２圧縮部１ｂで圧縮された冷媒は、ガスクーラ２に供給される。
【0028】
冷却器１２は、第１圧縮部１ａにおいて中圧状態にされた冷媒を冷却する。冷却器１２で冷却された冷媒は、第２圧縮部１ｂに供給される。ガスクーラ２は、第２圧縮部１ｂにおいて高圧状態にされた冷媒を冷却し、低温の高圧状態の冷媒とする。ガスクーラ２で冷却された冷媒は、中間熱交換器４に供給される。
【0029】
第１膨張弁３は、ガスクーラ２で冷却された冷媒のうち一部が供給され、供給された冷媒を膨張する。これにより、低温低圧の冷媒となる。第１膨張弁３の開度が大きくなるほど、蒸発部４ａに供給される冷媒の流量が増えるため、冷却量が増える。また、第１膨張弁３の開度が小さくなると、流量が小さくなるため、冷却量が小さくなる。
【0030】
中間熱交換器４は、蒸発部４ａと冷却部４ｂとを含む。蒸発部４ａは、第１膨張弁３において膨張された冷媒が供給される。冷却部４ｂは、ガスクーラ２で冷却された冷媒のうち残りの冷媒が、第１膨張弁３を通過せずに供給される。中間熱交換器４は、蒸発部４ａ内の冷媒と冷却部４ｂ内の冷媒との間において熱交換を行う。蒸発部４ａに供給される冷媒は、第１膨張弁３により膨張されて低圧低温状態となった冷媒である。一方、冷却部４ｂに供給された冷媒は、第１膨張弁３を通過しない高温の冷媒である。そのため、蒸発部４ａの冷媒と、冷却部４ｂの冷媒との間において熱交換がされて、蒸発部４ａ内の冷媒が蒸発し、冷却部４ｂ内の冷媒が冷却される。冷却部４ｂにおいて冷却された冷媒は、内部熱交換器８に供給される。蒸発部４ａにおいて蒸発した冷媒は、第２圧縮部１ｂに供給される。
【0031】
内部熱交換器８は、冷却部４ｂから供給された冷媒と、蒸発器６を通過した冷媒との間において熱交換を行う。これにより、冷却部４ｂから供給された冷媒が冷却されるとともに、蒸発器６を通過した冷媒の過熱度を大きくすることができる。
【0032】
第２膨張弁５は、内部熱交換器８により冷却された冷媒を膨張させて、低圧低温の冷媒にする。第２膨張弁５の開度が大きくなるほど、蒸発器６に供給される冷媒の流量が増える。また、第２膨張弁５の開度が小さくなると、流量が小さくなる。そのため、第２膨張弁５の開度が蒸発器６の冷却能力に影響する。
【0033】
蒸発器６は、第２膨張弁５から供給された低圧低温の冷媒と、冷却対象空間内の空気との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発させることによって、冷却対象空間内の空気を冷却する。冷却された冷却対象空間内の空気により、冷却対象空間が冷却される。蒸発器６において冷媒は、低圧過熱状態となり、内部熱交換器８においてさらに過熱された後第１圧縮部１ａに供給される。蒸発器６の出口側と内部熱交換器８とを接続する流路には逆止弁１０が設けられている。
【0034】
制御部７は、冷却対象空間であるショーケース内の温度が設定温度になるように冷却装置１００の動作を制御する。制御部７は、二段圧縮機１の運転を制御することにより、流量を調整して、蒸発器６における冷却能力を調整する。また、制御部７は、第１膨張弁３と第２膨張弁５との開度を調整することにより、蒸発器６における冷却能力を調整する。
【0035】
ストレーナ９は、冷媒流路内に設けられるメッシュ状の網である。冷媒流路内の異物を回収するために設けられる。
【0036】
温度測定部１１は、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口とに設けられる。温度測定部１１で計測された冷媒の温度は制御部７に送信される。温度測定部１１は、たとえば、サーミスタである。
【0037】
制御部７は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を含んでいる。制御部７は、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度に少なくとも基づいて、中間熱交換器４の冷却効率を向上させるように、第１膨張弁３の開度を調整する制御を行う。具体的には、制御部７は、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度との両方に基づいて、第１膨張弁３の開度を調整する制御を行う。
【0038】
図２は、縦軸に冷媒の温度をプロットし、横軸に第１膨張弁３の開度をプロットしたグラフである。図２に示すように、第１膨張弁３の開度を閉状態から徐々に大きくすると、蒸発部４ａに流入する冷媒の量が増えるとともに、冷媒の温度が上昇する。一方で、冷却部４ｂの出口における冷媒の温度は、蒸発部４ａに流入する冷媒の量が増えることにより熱交換される冷媒の量が増えるため、低下する。しかしながら、最適ポイント（許容値）を過ぎると、冷却部４ｂの冷媒の温度が上がり始める。最適ポイントは、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度と中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度との差ΔＴが設定値になる第１膨張弁３の開度を示す。設定値は、たとえば、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度と中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度との差ΔＴの最小値である。最小値は、たとえば、シミュレーションにより得られた予測値、または過去のデータに基づく実測値であってもよい。
【0039】
制御部７は、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度との差ΔＴが設定値になるように、第１膨張弁３の開度を調整する制御を行う。差ΔＴは、二段圧縮機１の運転条件ごとに設定されている設定値である。
【0040】
制御部７は、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度との差ΔＴの設定値近傍に近づくように、第１膨張弁３の開度を調整する制御を行う。具体的には、制御部７は、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度との差が設定値（図２の場合は、ΔＴの最小値が設定値）近傍になり、かつ、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度が上昇した場合に、第１膨張弁３の開度を小さくする第１制御を行う。中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度との差が設定値近傍になったが、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度が上昇しない場合は、外乱による影響によって設定値近傍になったと考えられるため、第１制御は行われない。制御部７は、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度との差が設定値近傍より大きくなる場合に、第１膨張弁３の開度を大きくする第２制御を行う。制御部７は、第１制御と第２制御とを交互に行うように構成されている。設定値近傍は、たとえば、設定値と同じ場合と、設定値よりも少し温度が高い場合（たとえば、設定値＋５℃）と、設定値よりも少し低い場合（たとえば、設定値－５℃）を含む。
【0041】
第１膨張弁３が閉じた状態から開いていき、最適ポイントになるまでの間は、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度との差が設定値近傍より大きくなる。この場合、制御部７は、第２制御を行って、第１膨張弁３の開度を大きくする制御を行う。また、第１膨張弁３の開度を大きくしていくと、最適ポイントを超えたあたりで中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度が上昇し始める。このときに、制御部７は、第１膨張弁３の開度を小さくする制御を行う。そして、第１膨張弁３の開度を小さくしていき、温度差が設定値近傍より大きくなると、第２制御を行い、第１膨張弁３の開度を大きくする。このように、第１制御と第２制御とを繰り返すことにより、中間熱交換器４の運転を最適に保つようにする。
【0042】
図３に基づいて、第１実施形態における制御部７の制御について説明する。ステップＳ１では、制御部７は、冷却装置１００の電源をＯＮにする制御を受け付ける。ステップＳ２では、第１膨張弁３の開度を大きくする。
【0043】
ステップＳ３では、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度との差が設定値に到達したか否かにより進むステップが異なる。設定値に到達した場合はステップＳ４に進み、設定値に到達していない場合は、ステップＳ２に戻って、第１膨張弁３の開度をさらに大きくする。
【0044】
ステップＳ４では、冷却部４ｂの出口温度が上昇したか否かで進むステップが異なる。冷却部４ｂの出口温度が上昇した場合は、ステップＳ５に進み、そうでなければ、ステップＳ２に戻って、第１膨張弁３の開度を大きくする。
【0045】
ステップＳ５では、制御部７は、第１膨張弁３の開度を小さくする。ステップＳ６では、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度との温度差が設定値より大きいか否かで進むステップが異なる。設定値より大きい場合は、ステップＳ７に進み、設定値以下の場合はステップＳ５に戻る。そして、ステップＳ７において、第１膨張弁３の開度を調整する制御を行う。具体的には、第１制御と第２制御とを繰り返す。
【0046】
（第１実施形態の効果）
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、以下のような効果を得ることができる。
【0047】
第１実施形態では、冷媒を圧縮する第１圧縮部１ａと、第１圧縮部１ａにより圧縮された冷媒をさらに圧縮する第２圧縮部１ｂとを含む二段圧縮機１と、第２圧縮部１ｂから供給された冷媒を凝縮するガスクーラ２と、ガスクーラ２で冷却された冷媒のうち一部が供給され、供給された冷媒を膨張する第１膨張弁３と、第１膨張弁３において膨張された冷媒を蒸発させて、第２圧縮部１ｂに供給する蒸発部４ａと、ガスクーラ２を通過した冷媒のうち残りの冷媒が冷却される冷却部４ｂとを含み、蒸発部４ａ内の冷媒と冷却部４ｂ内の冷媒との間において熱交換を行う、中間熱交換器４と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの下流に配置され、冷媒を膨張する第２膨張弁５と、第２膨張弁５の下流に配置され、冷媒を蒸発させることにより冷却対象空間を冷却する、蒸発器６と、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度に少なくとも基づいて、第１膨張弁３の開度を調整する制御を行う制御部７とを備える。これにより、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度を測定することにより、中間熱交換器４の熱交換量の変化量を取得することができるため、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度に基づいて、中間熱交換器４の熱交換量を取得することができる。このため、蒸発部４ａの入口における冷媒の温度に基づいて、中間熱交換器４による熱交換量が最大になるように、第１膨張弁３の開度を調整することができる。この結果、中間熱交換器４を備える冷却装置１００において、冷却効率をより向上させることができる。
【0048】
また、第１実施形態では、上記のように、制御部７は、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度に少なくとも基づいて、中間熱交換器４の冷却効率を向上させるように、第１膨張弁３の開度を調整する制御を行う。これにより、制御部７が、冷却効率を向上させるように第１膨張弁３の開度を調整するため、中間熱交換器４の冷却効率をより向上させることができる。
【0049】
また、第１実施形態では、上記のように、制御部７は、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度との両方に基づいて、第１膨張弁３の開度を調整する制御を行う。これにより、蒸発部４ａの入口における冷媒の温度と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度との温度差を取得することができる。ここで、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度との差が小さい程、蒸発部４ａの冷媒により、冷却部４ｂの冷媒が蒸発部４ａの冷媒の温度近傍まで冷却されたといえるため、熱交換量が大きいとみなすことができる。そのため、制御部７が、蒸発部４ａの入口における冷媒の温度と、冷却部４ｂの出口における冷媒の温度とに基づいて、両者の温度差が小さくなるように第１膨張弁３の開度を調整することができるため、熱交換量を大きくして中間熱交換器４の冷却効率をより向上させることができる。
【0050】
また、第１実施形態では、上記のように、制御部７は、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度との差が設定値になるように、第１膨張弁３の開度を調整する制御を行う。ここで、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度との差が最小値近傍の場合は、蒸発部４ａの入口における冷媒の温度近傍まで、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒が冷却されたとみなすことができるため、蒸発部４ａと冷却部４ｂとの間の熱交換量が最大になったとみなすことができる。そのため、たとえば、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度との差が最小値近傍となるように設定値を設定することにより、中間熱交換器４の熱交換量が最大となるように第１膨張弁３の開度を精度よく調整することができるため、中間熱交換器４の冷却効率をより一層向上させることができる。
【0051】
また、第１実施形態では、上記のように、制御部７は、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度との差の設定値に近づくように、制御部７は、第１膨張弁３の開度を調整する制御を行う。これにより、冷却装置１００の運転条件に応じて中間熱交換器４の冷却効率が最適となる設定値を設定しておくことにより、制御部７は、冷却効率が最適になるように第１膨張弁３の開度を容易に調整することができる。
【0052】
また、第１実施形態では、上記のように、制御部７は、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度との差が設定値近傍になり、かつ、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度が上昇した場合に、第１膨張弁３の開度を小さくする第１制御と、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度との差が設定値近傍より大きい場合に、第１膨張弁３の開度を大きくする第２制御と、を交互に行うように構成されている。これにより、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度と中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度との差が設定値近傍になるように第１膨張弁３の開度が調整することができるため、冷却効率が最適な状態を維持しながら、冷却装置１００を駆動させることができる。
【0053】
［第２実施形態］
次に、図４～図７を参照して、本発明の第２実施形態による冷却装置２００の構成について説明する。第２実施形態の冷却装置２００では、制御部７は、蒸発器６の入口における冷媒の温度を取得し、蒸発器６の入口における冷媒の温度と中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度との関係から中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度を推定し、推定した中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度に基づいて第１膨張弁３の開度を調整する制御を行う。なお、第１実施形態と同じ構成は、第１実施形態と同じ符号を付して説明を省略する。
次に、図４～図７を参照して、本発明の第２実施形態による冷却装置２００の構成について説明する。第２実施形態の冷却装置２００では、制御部７は、蒸発器６の入口における冷媒の温度を取得し、蒸発器６の入口における冷媒の温度と中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度との関係から中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度を推定し、推定した中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度に基づいて第１膨張弁３の開度を調整する制御を行う。なお、第１実施形態と同じ構成は、第１実施形態と同じ符号を付して説明を省略する。
【0054】
図４に示すように、第２実施形態の冷却装置２００では、蒸発器６の入口に温度測定部１１が配置される。蒸発器６の入口における冷媒の温度は、蒸発器６の冷却能力に影響する。
【0055】
図５は、冷房能力を消費電力で割って求められるエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を最適にした場合の蒸発器６の入口温度と、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口温度との関係を示すグラフである。縦軸は、中間熱交換器４の蒸発部４ａの温度をプロットし、横軸は、蒸発器６の入口温度をプロットした。このグラフは、蒸発器６の入口における冷媒の温度と中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の入口温度との関係を示すグラフである。なお、実線と、破線とのグラフは二段圧縮機１の運転条件が互いに異なっている。
【0056】
制御部７は、図５に示す蒸発器６の入口における冷媒の温度と中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度との関係において、蒸発器６の入口における冷媒の温度を取得し、蒸発器６の入口における冷媒の温度と中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度との関係から中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度を推定する。具体的には、温度測定部１１により、蒸発器６の入口における冷媒の温度を取得し、図５のグラフ上で蒸発部４ａの値を取得して、推定値とする。この推定値は、エネルギー消費効率が最適となる、理想の冷媒温度である。
【0057】
図６は、蒸発部４ａの温度を縦軸にプロットし、第１膨張弁３の開度を横軸にプロットしたグラフである。図６に示すように、第１膨張弁３の開度が大きくなると、蒸発部４ａの温度が上昇する。制御部７は、図６に示す関係の下、現在の蒸発部４ａの温度が、蒸発器６の入口における冷媒の温度から推定した蒸発部４ａの温度になるように、第１膨張弁３の開度を調整する。図６に示すように、現在の蒸発部４ａの温度が、蒸発器６の入口における冷媒の温度から推定した蒸発部４ａの温度よりも低い場合は、開度を大きくする制御を行う。また、現在の蒸発部４ａの温度が、蒸発器６の入口における冷媒の温度から推定した蒸発部４ａの温度よりも高い場合は、開度を小さくする制御を行う。
【0058】
図７に基づいて、第２実施形態における制御部７の制御について説明する。ステップＳ１１では、制御部７は、冷却装置１００の電源をＯＮにする制御を受け付ける。ステップＳ１２では、制御部７は、蒸発器６の入口の温度を取得する。ステップＳ１３では、取得した蒸発器６の温度から蒸発部４ａの入口温度を推定する。ステップＳ１４では、ステップＳ１３で取得した温度になるように第１膨張弁３の開度を調整する。
【0059】
第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【0060】
（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、上記のように、冷媒を圧縮する第１圧縮部１ａと、第１圧縮部１ａにより圧縮された冷媒をさらに圧縮する第２圧縮部１ｂとを含む二段圧縮機１と、第２圧縮部１ｂから供給された冷媒を冷却するガスクーラ２と、ガスクーラ２で冷却された冷媒のうち一部が供給され、供給された冷媒を膨張する第１膨張弁３と、第１膨張弁３において膨張された冷媒を蒸発させて、第２圧縮部１ｂに供給する蒸発部４ａと、ガスクーラ２を通過した冷媒のうち残りの冷媒が冷却される冷却部４ｂとを含み、蒸発部４ａ内の冷媒と冷却部４ｂ内の冷媒との間において熱交換を行う、中間熱交換器４と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの下流に配置され、冷媒を膨張する第２膨張弁５と、第２膨張弁５の下流に配置され、冷媒を蒸発させることにより冷却対象空間を冷却する、蒸発器６と、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度に少なくとも基づいて、第１膨張弁３の開度を調整する制御を行う制御部７とを備える。これにより、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度を測定することにより、中間熱交換器４の熱交換量の変化量を取得することができるため、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度に基づいて、中間熱交換器４の熱交換量を取得することができる。このため、蒸発部４ａの入口における冷媒の温度に基づいて、中間熱交換器４による熱交換量が最大になるように、第１膨張弁３の開度を調整することができる。この結果、中間熱交換器４を備える冷却装置２００において、冷却効率をより向上させることができる。
第２実施形態では、上記のように、冷媒を圧縮する第１圧縮部１ａと、第１圧縮部１ａにより圧縮された冷媒をさらに圧縮する第２圧縮部１ｂとを含む二段圧縮機１と、第２圧縮部１ｂから供給された冷媒を冷却するガスクーラ２と、ガスクーラ２で冷却された冷媒のうち一部が供給され、供給された冷媒を膨張する第１膨張弁３と、第１膨張弁３において膨張された冷媒を蒸発させて、第２圧縮部１ｂに供給する蒸発部４ａと、ガスクーラ２を通過した冷媒のうち残りの冷媒が冷却される冷却部４ｂとを含み、蒸発部４ａ内の冷媒と冷却部４ｂ内の冷媒との間において熱交換を行う、中間熱交換器４と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの下流に配置され、冷媒を膨張する第２膨張弁５と、第２膨張弁５の下流に配置され、冷媒を蒸発させることにより冷却対象空間を冷却する、蒸発器６と、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度に少なくとも基づいて、第１膨張弁３の開度を調整する制御を行う制御部７とを備える。これにより、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度を測定することにより、中間熱交換器４の熱交換量の変化量を取得することができるため、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度に基づいて、中間熱交換器４の熱交換量を取得することができる。このため、蒸発部４ａの入口における冷媒の温度に基づいて、中間熱交換器４による熱交換量が最大になるように、第１膨張弁３の開度を調整することができる。この結果、中間熱交換器４を備える冷却装置２００において、冷却効率をより向上させることができる。
【0061】
第２実施形態では、上記のように、制御部７は、蒸発器６の入口における冷媒の温度を取得し、蒸発器６の入口における冷媒の温度と中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度との関係から中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度を推定し、推定した中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度に基づいて第１膨張弁３の開度を調整する制御を行う。これにより、たとえば、中間熱交換器４による熱交換量が最大となる蒸発器６の入口における冷媒の温度と中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度との関係に基づいて、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の最適温度を推定し、最適温度になるように第１膨張弁３の開度を調整することができる。この結果、蒸発器６の入口における冷媒の温度を取得することにより、冷却効率をより向上させることができる。
【0062】
第２実施形態では、上記のように、制御部７は、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度の実測値が、推定した中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度になるように第１膨張弁３の開度を調整する制御を行う。これにより、推定した温度になるように第１膨張弁３の開度を調整すればよいため、冷却効率を向上させるために適した第１膨張弁３の開度に調整することが容易となる。
【0063】
また、第２実施形態のその他の効果は、第１実施形態と同様である。
【0064】
［第３実施形態］
次に、図１、図８および図９を参照して、本発明の第３実施形態による冷却装置３００の構成について説明する。第３実施形態の冷却装置３００では、制御部７は、冷却対象空間の温度が設定温度以下であり、かつ二段圧縮機１の回転数が所定値以下の場合に、第１膨張弁３の開度を小さくする制御を行うことにより、冷却対象空間の冷え込みを抑制するように構成されている。なお、第１実施形態と同じ構成は、第１実施形態と同じ符号を付して説明を省略する。所定値は、最低回転数である。
次に、図１、図８および図９を参照して、本発明の第３実施形態による冷却装置３００の構成について説明する。第３実施形態の冷却装置３００では、制御部７は、冷却対象空間の温度が設定温度以下であり、かつ二段圧縮機１の回転数が所定値以下の場合に、第１膨張弁３の開度を小さくする制御を行うことにより、冷却対象空間の冷え込みを抑制するように構成されている。なお、第１実施形態と同じ構成は、第１実施形態と同じ符号を付して説明を省略する。所定値は、最低回転数である。
【0065】
第３実施形態では、制御部７は、冷却対象空間であるショーケース内の温度に基づいて第１膨張弁３の開度を調整する。ショーケース内には、内部温度を測定するための温度計があり、制御部７は、温度計の測定結果を取得する。
【0066】
制御部７は、冷却装置３００の駆動時は、ショーケース内を冷やし込むため、二段圧縮機１の回転数を最大回転数にする。これにより、冷媒の流量が増えるため、蒸発器６における冷却能力が向上し、ショーケース内を急激に冷やすことができる。制御部７は、ショーケース内が設定温度になった場合、設定温度近傍を保つためにＰＩＤ制御を行う。この場合、制御部７は、ショーケース内の温度に基づいて二段圧縮機１の回転数の増加と、減少とを繰り返し行う。
【0067】
制御部７は、ショーケース内の温度が設定温度以下になった場合は、二段圧縮機１の回転数を下げる。これにより、蒸発器６に供給される冷媒の流量を下げることができるため、蒸発器６の冷却能力を押さえることができる。
【0068】
制御部７は、二段圧縮機１の回転数を所定値に下げても、ショーケース内の温度が設定温度を下回った場合に、第１膨張弁３の開度を小さくしていき、第１膨張弁３を閉じる制御を行う。第１膨張弁３を閉じることにより、中間熱交換器４における冷え込みが停止するため、蒸発器６に供給される冷媒の比エンタルピがさらに上昇し、蒸発器６の冷却能力をさらに抑制することができる。二段圧縮機１の回転数の所定値は、最低回転数である。第１膨張弁３を閉じるとは、第１膨張弁３の開く面積が０となる閉状態にすることである。
【0069】
図８（Ａ）は、第１膨張弁３が開状態の場合を示し、図８（Ｂ）は、第１膨張弁３が閉状態の場合を示す。図８（Ｂ）に示すように、第１膨張弁３が閉じられているため、中間熱交換器４における冷却が起きず、比エンタルピがあまり下がらない。そのため、冷却能力を抑制することができる。
【0070】
図９に基づいて、第３実施形態における制御部７の制御について説明する。ステップＳ２１では、制御部７は、冷却装置３００の電源をＯＮにする制御を受け付ける。ステップＳ２２では、制御部７は、冷却装置３００の起動準備を開始する。
【0071】
ステップＳ２３では、制御部７は、ショーケース内が設定温度になるように、二段圧縮機１を最高回転数で運転する。ステップＳ２４では、ショーケース内が設定温度以下になったか否かで進むステップが異なる。設定温度以下になった場合は、ステップＳ２５に進み、そうでなければステップＳ２３に戻る。
【0072】
ステップＳ２５では、制御部７は、ＰＩＤ制御を開始する。ステップＳ２６では、二段圧縮機１の回転数が最低回転数であり、かつ設定温度以下であるか否かで進むステップが異なる。二段圧縮機１の回転数が最低回転数であり、かつ設定温度以下である場合は、ステップＳ２９に進み、そうでなければ、ステップＳ２７に進む。
【0073】
ステップＳ２７では、ショーケースの除霜開始時刻か否かで進むステップが異なる。除霜開始時刻であれば、ステップＳ２８に進み、蒸発器６についた霜を除去するためにショーケース内を冷却する運転を待機する。除霜開始時刻でない場合は、ステップＳ２５に戻る。
【0074】
ステップＳ２９では、第１膨張弁３を閉じる制御を行う。そして、ステップＳ３０で設定時間以内に設定温度以上になった場合は、ステップＳ２５に戻り、設定時間が経過しても設定値温度未満の場合は、ステップＳ３１に進んで二段圧縮機１を一時停止し、ステップＳ２５に戻す。
【0075】
また、第３実施形態では、制御部７は、冷却対象空間の温度が設定温度以下であり、かつ二段圧縮機１の回転数が所定値以下の場合に、第１膨張弁３に加えて、第２膨張弁５の開度を小さくしてもよい。第２膨張弁５の開度を小さくするとは、第２膨張弁５を閉状態（開く面積が０となる状態）にする場合は含まず、閉状態にはしない場合のみ含む。また、第１膨張弁３の開度と、第２膨張弁５の開度とは、状況に応じて適宜調整される。
【0076】
第３実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【0077】
（第３実施形態の効果）
第３実施形態では、上記のように、冷媒を圧縮する第１圧縮部１ａと、第１圧縮部１ａにより圧縮された冷媒をさらに圧縮する第２圧縮部１ｂとを含む二段圧縮機１と、第２圧縮部１ｂから供給された冷媒を冷却するガスクーラ２と、ガスクーラ２で冷却された冷媒のうち一部が供給され、供給された冷媒を膨張する第１膨張弁３と、第１膨張弁３において膨張された冷媒を蒸発させて、第２圧縮部１ｂに供給する蒸発部４ａと、ガスクーラ２を通過した冷媒のうち残りの冷媒が冷却される冷却部４ｂとを含み、蒸発部４ａ内の冷媒と冷却部４ｂ内の冷媒との間において熱交換を行う、中間熱交換器４と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの下流に配置され、冷媒を膨張する第２膨張弁５と、第２膨張弁５の下流に配置され、冷媒を蒸発させることにより冷却対象空間を冷却する、蒸発器６と、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度に少なくとも基づいて、第１膨張弁３の開度を調整する制御を行う制御部７とを備える。これにより、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度を測定することにより、中間熱交換器４の熱交換量の変化量を取得することができるため、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度に基づいて、中間熱交換器４の熱交換量を取得することができる。このため、蒸発部４ａの入口における冷媒の温度に基づいて、中間熱交換器４による熱交換量が最大になるように、第１膨張弁３の開度を調整することができる。この結果、中間熱交換器４を備える冷却装置３００において、冷却効率をより向上させることができる。
第３実施形態では、上記のように、冷媒を圧縮する第１圧縮部１ａと、第１圧縮部１ａにより圧縮された冷媒をさらに圧縮する第２圧縮部１ｂとを含む二段圧縮機１と、第２圧縮部１ｂから供給された冷媒を冷却するガスクーラ２と、ガスクーラ２で冷却された冷媒のうち一部が供給され、供給された冷媒を膨張する第１膨張弁３と、第１膨張弁３において膨張された冷媒を蒸発させて、第２圧縮部１ｂに供給する蒸発部４ａと、ガスクーラ２を通過した冷媒のうち残りの冷媒が冷却される冷却部４ｂとを含み、蒸発部４ａ内の冷媒と冷却部４ｂ内の冷媒との間において熱交換を行う、中間熱交換器４と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの下流に配置され、冷媒を膨張する第２膨張弁５と、第２膨張弁５の下流に配置され、冷媒を蒸発させることにより冷却対象空間を冷却する、蒸発器６と、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度に少なくとも基づいて、第１膨張弁３の開度を調整する制御を行う制御部７とを備える。これにより、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度を測定することにより、中間熱交換器４の熱交換量の変化量を取得することができるため、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度に基づいて、中間熱交換器４の熱交換量を取得することができる。このため、蒸発部４ａの入口における冷媒の温度に基づいて、中間熱交換器４による熱交換量が最大になるように、第１膨張弁３の開度を調整することができる。この結果、中間熱交換器４を備える冷却装置３００において、冷却効率をより向上させることができる。
【0078】
第３実施形態では、上記のように、制御部７は、冷却対象空間の温度が設定温度以下であり、かつ二段圧縮機１の回転数が所定値以下の場合に、第１膨張弁３の開度を小さくする制御を行うことにより、冷却対象空間の冷え込みを抑制するように構成されている。これにより、第１膨張弁３を閉じることにより中間熱交換器４による冷媒の冷却を停止することができるため、二段圧縮機１の回転数を下げることができない場合であっても、二段圧縮機１の駆動を停止せずに、冷却対象空間の冷え込みを抑制することができる。この結果、二段圧縮機１の運転を停止することと、運転を再開することを繰り返すこととに起因する冷却のムラを抑制することができるため、冷却装置３００の冷却効率を向上させることができる。
【0079】
第３実施形態では、上記のように、制御部７は、冷却対象空間の温度が設定温度以下であり、かつ二段圧縮機１の回転数が所定値以下の場合に、第１膨張弁３を閉じる制御を行うことにより、冷却対象空間の冷え込みを抑制するように構成されている。これにより、第１膨張弁３を閉じることにより中間熱交換器４による冷媒の冷却を停止することができるため、二段圧縮機１の回転数を下げることができない場合であっても、二段圧縮機１の駆動を停止せずに、冷却対象空間の冷え込みを効果的に抑制することができる。
【0080】
第３実施形態では、上記のように、制御部７は、冷却対象空間の温度が設定温度以下であり、かつ二段圧縮機の回転数が所定値以下の場合に、第１膨張弁３の開度を小さくする制御を行うとともに、第２膨張弁５の開度を小さくする制御を行うことにより、冷却対象空間の冷え込みを抑制するように構成されている。これにより、第２膨張弁５の開度を小さくすることにより、冷媒循環量を減らすことができるため、過剰となっている冷凍能力を低下させることができる。この結果、二段圧縮機１の駆動を停止せずに、冷却対象空間の冷え込みをさらに抑制することができる。
【0081】
また、第３実施形態のその他の効果は、第１実施形態と同様である。
【0082】
［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。
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。
【0083】
たとえば、上記第１～第３実施形態では、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度との両方に基づいて、第１膨張弁３の開度を調整する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度だけで第１膨張弁３の開度を調整してもよい。また、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度に代えて、別の温度と、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度とに基づいて第１膨張弁３の開度を調整してもよい。
【0084】
また、上記第１～第３実施形態では、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度との差の最小値が設定値として設定されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度と、中間熱交換器４の冷却部４ｂの出口における冷媒の温度との差の設定値を、運転条件に合わせて算出してもよい。
【0085】
また、上記第１～第３実施形態では、冷却装置１００（２００、３００）がショーケースに用いられる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、冷却装置１００（２００、３００）は、自動販売機または室内を冷却するために用いられてもよい。
【0086】
また、上記第１～第３実施形態では、内部熱交換器８およびストレーナ９を備える例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、内部熱交換器８およびストレーナ９を備えていなくてもよい。
【0087】
また、上記第１～第３実施形態では、冷媒は、二酸化炭素である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、冷媒は、二酸化炭素以外のプロパンなどであってもよい。
【0088】
また、上記第１～第３実施形態では、ガスクーラ２を備える例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、冷媒が、二酸化炭素以外の場合は、凝縮器を備えてもよい。
【0089】
また、上記第１～第３実施形態では、冷却器１２を備える例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、冷却器１２を備えていなくてもよい。
【0090】
また、第２実施形態では、エネルギー消費効率を最適にした場合の蒸発器６の入口温度と、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度との関係を用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１膨張弁３の開度を一定にした場合の蒸発器６の入口温度と、中間熱交換器４の蒸発部４ａの入口における冷媒の温度との関係を用いてもよい。
【0091】
また、第２実施形態では、冷却部４ｂの出口に温度測定部１１が設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、冷却部４ｂの出口には、温度測定部１１が設けられていなくてもよい。
【0092】
また、上記第３実施形態では、二段圧縮機１の回転数の所定値が最低回転数である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、二段圧縮機１の回転数の所定値が最低回転数よりも大きくてもよい。
【0093】
また、上記第３実施形態では、制御部７は、冷却対象空間の温度が設定温度以下であり、かつ二段圧縮機１の回転数が所定値以下の場合に、第１膨張弁３を閉じる（閉状態にする）例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、冷却対象空間の温度が設定温度以下であり、かつ二段圧縮機１の回転数が所定値以下の場合に、第１膨張弁３が閉状態とならないように第１膨張弁３の開度を小さくして過冷却を減らし、過剰となっている冷凍能力を低下させる制御を行ってもよい。
【0094】
また、上記第３実施形態では、第１実施形態の構成を備える例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第３実施形態は、第１実施形態の構成を備えていなくてもよい。
【符号の説明】
【0095】
１ 二段圧縮機
１ａ 第１圧縮部
１ｂ 第２圧縮部
２ ガスクーラ
３ 第１膨張弁
４ 中間熱交換器
４ａ 蒸発部
４ｂ 冷却部
５ 第２膨張弁
６ 蒸発器
７ 制御部
１００、２００、３００ 冷却装置
１ａ 第１圧縮部
１ｂ 第２圧縮部
２ ガスクーラ
３ 第１膨張弁
４ 中間熱交換器
４ａ 蒸発部
４ｂ 冷却部
５ 第２膨張弁
６ 蒸発器
７ 制御部
１００、２００、３００ 冷却装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】