(57)【要約】【課題】冷媒配管ごとの熱交換性能のばらつきを抑制することにより蒸発器全体の熱交換効率を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は、冷媒を圧縮する圧縮機１０と、冷媒を凝縮するガスクーラ２０と、ガスクーラ２０によって凝縮された冷媒を膨張させる電子膨張弁３０と、電子膨張弁３０によって膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器４０とを備える。そして、蒸発器４０は、電子膨張弁３０の下流において複数の冷媒配管４１ａ〜４１ｄに分岐された状態で熱交換可能に構成された第１熱交換領域４１と、第１熱交換領域４１の出口部４０ｂ近傍において複数の冷媒配管４１ａ〜４１ｄが集合して単一の冷媒配管４３となった状態で熱交換可能に構成された第２熱交換領域４２とを内部に含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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、を備え、
前記蒸発器は、前記膨張弁の下流において複数の冷媒配管に分岐された状態で熱交換可能に構成された第１熱交換領域と、前記第１熱交換領域の出口部近傍において前記複数の冷媒配管が集合して単一の冷媒配管となった状態で熱交換可能に構成された第２熱交換領域とを内部に含む、冷却装置。
【請求項２】
前記膨張弁は、弁機構が電気的に駆動される電子膨張弁であり、
前記第１熱交換領域の入口近傍でかつ前記複数の冷媒配管に分岐される前の冷媒温度または前記第２熱交換領域の冷媒温度の少なくとも一方を検出する第１冷媒温度検出部と、
前記第２熱交換領域の出口近傍の冷媒温度を検出する第２冷媒温度検出部と、
前記第１冷媒温度検出部により検出された冷媒温度と前記第２冷媒温度検出部により検出された冷媒温度とに基づいて前記電子膨張弁の開度を制御する制御部とをさらに備える、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記複数の冷媒配管の各々において蒸発した冷媒が前記第１熱交換領域の外部において合流した後、再び、前記第２熱交換領域に流入して前記単一の冷媒配管において蒸発するように構成されている、請求項１または２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記蒸発器は、前記第１熱交換領域の外部に配置されるとともに前記複数の冷媒配管の各々を前記第２熱交換領域における前記単一の冷媒配管に合流させるための冷媒合流配管部をさらに含む、請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記蒸発器は、冷媒配管の外周壁にフィン部材が固定された空気熱交換器であり、
前記フィン部材が固定される前記第２熱交換領域に対応した部分の前記単一の冷媒配管の内径は、前記フィン部材が固定される前記第１熱交換領域に対応した部分の前記複数の冷媒配管の各々の内径よりも大きい、請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記第２熱交換領域を構成する前記単一の冷媒配管の全長は、前記第１熱交換領域を構成する前記複数の冷媒配管の各々の長さよりも小さい、請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項７】
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、
前記膨張弁の下流において複数の冷媒配管に分岐された状態で熱交換可能に構成された第１熱交換領域と、前記第１熱交換領域の出口部近傍において前記複数の冷媒配管が集合して単一の冷媒配管となった状態で熱交換可能に構成された第２熱交換領域とを内部に含み、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、を備えた冷却装置に用いられる、蒸発器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷却装置および蒸発器に関し、特に、圧縮機と、凝縮器と、電子膨張弁と、蒸発器とを備えた冷却装置およびこの冷却装置に用いられる蒸発器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧縮機と、凝縮器と、電子膨張弁と、蒸発器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）。
【０００３】
上記特許文献１には、圧縮機と、凝縮器と、電子膨張弁と、蒸発器とが冷媒配管を介して接続された空気調和機（冷却装置）が開示されている。この特許文献１に記載の空気調和機では、蒸発器にフィンアンドチューブ型の空気熱交換器が用いられている。この蒸発器では、電子膨張弁の下流において２つの経路（冷媒流路）に分岐された冷媒配管が蒸発器の入口部から出口部まで蒸発器内部を延びている。そして、蒸発器内部で２経路であった冷媒配管は、蒸発器外部において単一の冷媒配管に合流した後、圧縮機側（低圧配管）に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２２１５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載された空気調和機では、２経路に分岐されて蒸発器内部を流通した冷媒が、蒸発器外部の単一の冷媒配管の部分で合流するため、蒸発器内部においては、各々の冷媒配管における蒸発冷媒の乾き度（気液二相冷媒のクオリティ）がばらつく場合がある。この場合、冷媒の蒸発完了点が一方側の冷媒配管と他方側の冷媒配管とで異なる位置に存在する。このため、より早い蒸発完了点を有する冷媒配管は、蒸発完了点以降の過熱蒸気冷媒が流通する区間が多く残される分、より遅い蒸発完了点を有する冷媒配管よりも熱交換性能が低下する。このため、冷媒配管ごとの熱交換性能のばらつきに起因して蒸発器全体の熱交換性能（熱交換効率）が低下するという問題点がある。
【０００６】
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、冷媒配管ごとの熱交換性能のばらつきを抑制することにより蒸発器全体の熱交換効率を向上させることが可能な冷却装置およびこの冷却装置に用いられる蒸発器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、を備え、蒸発器は、膨張弁の下流において複数の冷媒配管に分岐された状態で熱交換可能に構成された第１熱交換領域と、第１熱交換領域の出口部近傍において複数の冷媒配管が集合して単一の冷媒配管となった状態で熱交換可能に構成された第２熱交換領域とを内部に含む。
【０００８】
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、第１熱交換領域の出口部近傍において複数の冷媒配管が集合して単一の冷媒配管となった状態で熱交換可能に構成された第２熱交換領域を蒸発器の内部に含んでいる。これにより、第１熱交換領域において蒸発する冷媒の乾き度（気液二相冷媒のクオリティ）が冷媒配管ごとにばらついていても、これら複数の冷媒配管が蒸発器中の冷媒流路の途中で集合して単一の冷媒配管となるので、乾き度のばらつきを蒸発器中で予め解消することができる。そして、乾き度のばらつきが解消された状態で、同じ蒸発器中の第２熱交換領域においても、再度、冷媒を蒸発させることができる。この結果、第１熱交換領域と第２熱交換領域とを含む蒸発器全体として見た場合に、冷媒配管ごとの熱交換性能のばらつきが抑制されることによって蒸発器全体の熱交換効率を向上させることができる。
【０００９】
上記第１の局面による冷却装置において、好ましくは、膨張弁は、弁機構が電気的に駆動される電子膨張弁であり、第１熱交換領域の入口近傍でかつ複数の冷媒配管に分岐される前の冷媒温度または第２熱交換領域の冷媒温度の少なくとも一方を検出する第１冷媒温度検出部と、第２熱交換領域の出口近傍の冷媒温度を検出する第２冷媒温度検出部と、第１冷媒温度検出部により検出された冷媒温度と第２冷媒温度検出部により検出された冷媒温度とに基づいて電子膨張弁の開度を制御する制御部とをさらに備える。このように構成すれば、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中の冷媒流路の途中の第２熱交換領域における冷媒状態（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る。すなわち、第１熱交換領域における乾き度（気液二相冷媒のクオリティ）のばらつきを解消しつつ、第２熱交換領域の冷媒の蒸発具合を把握しながら電子膨張弁の開度を調整して第２熱交換領域における冷媒の蒸発具合を最適化することができる。その結果、蒸発器を冷媒の蒸発に関して最も有効かつ高効率に使用することができ、蒸発器全体の熱交換効率を高く維持することができる。
【００１０】
上記第１の局面による冷却装置において、好ましくは、複数の冷媒配管において蒸発した冷媒が第１熱交換領域の出口部において合流した後、再び、蒸発器内部の第２熱交換領域に流入して単一の冷媒配管において蒸発されるように構成されている。このように構成すれば、複数の冷媒配管から単一の冷媒配管への合流部分を蒸発器外部に配置することができる。したがって、複数の冷媒配管に分岐された第１熱交換領域と単一の冷媒配管となった第２熱交換領域とが共に内部に設けられた場合にも、第１熱交換領域と第２熱交換領域とを外部に設けられた合流部分を用いて容易に接続することができる。
【００１１】
この場合、好ましくは、蒸発器は、第１熱交換領域の外部に配置されるとともに複数の冷媒配管の各々を第２熱交換領域における単一の冷媒配管に合流させるための冷媒合流配管部をさらに含む。このように構成すれば、冷媒合流配管部を蒸発器外部（第１熱交換領域および第２熱交換領域の外部）に配置して、蒸発器の熱交換に寄与する第１熱交換領域と第２熱交換領域とを容易に接続することができる。また、冷媒合流配管部は蒸発器内部とはならないので、冷媒合流配管部において冷媒が無用に蒸発するのを抑制することができる。これにより、冷媒合流配管部において外部との熱交換の影響を極力抑制しつつ、この冷媒合流配管部において乾き度のばらつきを支障なく解消することができる。
【００１２】
上記第１の局面による冷却装置において、好ましくは、蒸発器は、冷媒配管の外周壁にフィン部材が固定された空気熱交換器であり、フィン部材が固定される第２熱交換領域に対応した部分の単一の冷媒配管の内径は、フィン部材が固定される第１熱交換領域に対応した部分の複数の冷媒配管の各々の内径よりも大きい。このように構成すれば、冷媒合流後の冷媒配管の内径が増加されているので、合流後に冷媒流速が増加するのを抑制することができる。したがって、単一の冷媒配管からなる第２熱交換領域における冷媒の圧力損失が増大するのを抑制することができる。その結果、圧縮機に負荷が掛かるのを抑制することができる。
【００１３】
上記第１の局面による冷却装置において、好ましくは、第２熱交換領域を構成する単一の冷媒配管の全長は、第１熱交換領域を構成する複数の冷媒配管の各々の長さよりも小さい。このように構成すれば、冷媒合流後の冷媒配管の全長が合流前の冷媒配管の長さよりも小さい（短い）ので、単一の冷媒配管からなる第２熱交換領域において、流速が増加された冷媒の圧力損失が増大するのを抑制することができる。これによっても圧縮機に負荷が掛かるのを抑制することができる。
【００１４】
この発明の第２の局面による蒸発器は、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、膨張弁の下流において複数の冷媒配管に分岐された状態で熱交換可能に構成された第１熱交換領域と、第１熱交換領域の出口部近傍において複数の冷媒配管が集合して単一の冷媒配管となった状態で熱交換可能に構成された第２熱交換領域とを内部に含み、膨張弁によって膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器と、を備えた冷却装置に用いられる。
【００１５】
この発明の第２の局面による蒸発器では、上記のように、第１熱交換領域の出口部近傍において複数の冷媒配管が集合して単一の冷媒配管となった状態で熱交換可能に構成された第２熱交換領域を内部に含んでいる。これにより、第２の局面による冷却装置に用いられる蒸発器においても、上記第１の局面による冷却装置と同様、冷媒配管ごとの熱交換性能のばらつきが抑制されることによって蒸発器全体の熱交換効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、上記のように、冷媒配管ごとの熱交換性能のばらつきを抑制することにより蒸発器全体の熱交換効率を向上させることが可能な冷却装置およびこの冷却装置に用いられる蒸発器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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。
【図２】本発明の第１実施形態による冷却装置を構成する蒸発器の構成を示した図である。
【図３】本発明の第１実施形態による冷却装置を構成する蒸発器の冷媒流路構成を示した側面図である。
【図４】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。
【図５】本発明の第２実施形態による冷却装置を構成する蒸発器の構成を示した図である。
【図６】本発明の第２実施形態による冷却装置を構成する蒸発器の冷媒流路構成を示した側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（第１実施形態）
図１〜図３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。
【００２０】
本発明の第１実施形態による冷却装置１００は、図１に示すように、ＣＯ２冷媒を用いて所定の冷凍サイクルを形成可能に構成されている。具体的には、冷却装置１００は、圧縮機１０、ガスクーラ（放熱器）２０、電子膨張弁３０および蒸発器４０と、これらを接続する冷媒配管（主に吐出管１、液管２および吸入管（ガス管）３）とを備えている。なお、ガスクーラ２０は、本発明の「凝縮器」の一例であり、蒸発器４０は、本発明の「空気熱交換器」の一例である。
【００２１】
また、冷却装置１００は、物品（図示せず）を保管する冷蔵倉庫１０５を所定温度に維持するために設置されている。ここで、冷蔵倉庫１０５は、庫内を冷凍温度（たとえば、−２０℃前後）または冷蔵温度（たとえば、約−３℃以上約５℃以下）に維持する冷凍冷蔵倉庫である。
【００２２】
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が用いられる。ガスクーラ２０は、内部を流通する過熱ガス状態の冷媒を送風機２１により送風される外気（空気）を用いて冷却する機能を有する。また、ガスクーラ２０内で凝縮（液化）された冷媒は、液管２を流通して電子膨張弁３０に流入される。
【００２３】
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する。また、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の駆動力を利用して弁機構を開閉駆動するように構成されている。また、電子膨張弁３０の開度に応じて蒸発器４０に流入する冷媒流量が制御される。また、電子膨張弁３０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４を介して蒸発器４０に流入される。
【００２４】
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させる機能を有する。冷媒は、蒸発器４０の入口（入口部４０ａ）から出口（出口部４０ｄ）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、庫内を流通する空気から熱が奪われる。また、蒸発器４０の近傍には、蒸発器４０により冷却された空気を送風する庫内送風機２２が設けられている。また、蒸発器４０における蒸発後の冷媒は、気相を多く含むガス状態となって吸入管３に流通されて圧縮機１０に戻される。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が、矢印Ｐの向きに沿って、吐出管１、ガスクーラ２０、液管２、電子膨張弁３０、冷媒配管４、蒸発器４０および吸入管（ガス管）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。
【００２５】
また、圧縮機１０および電子膨張弁３０の動作制御を個別に行うための制御部７０が設けられている。また、庫内には、現在温度を検出するための空気温度センサ９１が設けられている。これにより、電子膨張弁３０の弁開度（冷媒流量）が制御部７０により制御されることによって、蒸発器４０の冷却能力が制御されるように構成されている。
【００２６】
具体的には、冷蔵倉庫１０５内の設定温度に対する現在の冷却負荷に応じて蒸発器４０の能力が調整される。すなわち、庫内の設定温度よりも空気温度センサ９１により検出された庫内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３０の開度制御とにより蒸発器４０の冷却能力を増加させる運転制御が行われる。また、設定温度（目標値）と実際の庫内温度との差が小さい場合には、その差に応じて圧縮機１０の回転数を減少させるなどして蒸発器４０の冷却能力が調整される。
【００２７】
また、蒸発器４０は、４列１１段からなるフィンアンドチューブ型の空気熱交換器である。具体的には、図２に示すように、蒸発器４０は、端板５１ａ（Ｘ１側）および端板５１ｂ（Ｘ２側）と、端板５１ａと端板５１ｂとの間に所定の間隔を有して配置された複数のフィン部材５２と、所定の冷媒流路を構成する複数（合計４４本）の伝熱管からなる伝熱管群５３とを備えている。伝熱管群５３を構成する各々の伝熱管（後述する冷媒配管４１ａ〜４１ｄおよび冷媒配管４３）は、直管部５３ａの外周壁５３ｂがフィン部材５２のフィンカラー部（Ｘ方向に貫通された図示しない貫通孔）に圧入されている。また、伝熱管群５３は、端板５１ａと端板５１ｂとの間を往復蛇行している。そして、フィン部材５２間を流通する庫内の空気と、蒸発器４０内部を流通する冷媒との間で熱交換が行われる。
【００２８】
ここで、第１実施形態では、図１および図２に示すように、蒸発器４０は、第１熱交換領域４１と第２熱交換領域４２とを内部に一体的に含んでいる。４列１０段からなる第１熱交換領域４１は、４つの冷媒流路に枝分かれした冷媒配管４１ａ〜４１ｄによって構成されている。また、冷媒配管４１ａ〜４１ｄは、電子膨張弁３０の下流に接続された単一の冷媒配管４から４つに分岐している。また、図２および図３に示すように、冷媒配管４１ａ〜４１ｄの各々は、途中でＵ字状に曲げられることにより端板５１ａと端板５１ｂとの間を往復蛇行（５往復）している。また、４列１段からなる第２熱交換領域４２は、単一の冷媒配管４３により構成されている。蒸発器４０では、第１熱交換領域４１の出口部４０ｂにおいて冷媒配管４１ａ〜４１ｄが１つに集められる。その後、第２熱交換領域４２の入口部４０ｃにおいて単一の冷媒配管４３となった状態で、第２熱交換領域４２において端板５１ａと端板５１ｂとの間を再び往復蛇行（２往復）している。
【００２９】
また、図２および図３に示すように、第１熱交換領域４１の入口部４０ａ近傍には、冷媒分流配管部４４が設けられている。冷媒分流配管部４４は、端板５１ａの上部近傍（Ｚ１側）に配置されている。冷媒分流配管部４４は、電子膨張弁３０の下流の単一の冷媒配管４を冷媒配管４１ａ〜４１ｄに分岐させる役割を有する。また、第１熱交換領域４１と第２熱交換領域４２との接続部分近傍には、冷媒合流配管部４５が設けられている。冷媒合流配管部４５は、端板５１ａの下部領域（Ｚ２側）に配置されるとともに、第１熱交換領域４１よりも外部に配置されている。冷媒合流配管部４５は、冷媒配管４１ａ〜４１ｄの出口側を集めて単一の冷媒配管４３に合流させる役割を有する。また、第２熱交換領域４２の出口部４０ｄ近傍において、単一の冷媒配管４３が吸入管３に接続されている。
【００３０】
したがって、図３に示すように、冷媒は、冷媒分流配管部４４を介して蒸発器４０のＺ１側（上側）かつＸ１側の入口部４０ａから第１熱交換領域４１を構成する冷媒配管４１ａ〜４１ｄに流入する。そして、冷媒は、冷媒配管４１ａ〜４１ｄの各々においてＸ方向に沿って往復しながら蒸発器４０における段方向（矢印Ｚ２方向）に流通される。そして、冷媒配管４１ａ〜４１ｄの各々において蒸発した冷媒が第１熱交換領域４１の出口部４０ｂにおいて冷媒合流配管部４５により合流される。その後、冷媒は、第２熱交換領域４２の入口部４０ｃにおいて単一の冷媒配管４３に流入する。そして、冷媒は、冷媒配管４３においてＸ方向に沿って往復しながら蒸発器４０における列方向（矢印Ｙ１方向）に流通される。なお、図２においては、冷媒配管４３は、Ｘ方向に往復しながら紙面手前側の列から紙面奥側の列へと延びている。そして、図３に示すように、単一の冷媒配管４３において再び蒸発した冷媒が、蒸発器４０のＺ２側（下側）かつＸ１側の出口部４０ｄから流出する。そして、冷媒は、吸入管３に流入される。
【００３１】
これにより、第１実施形態では、第１熱交換領域４１において蒸発する冷媒の乾き度（気液二相冷媒のクオリティ）が冷媒配管４１ａ〜４１ｄごとにばらついていても、冷媒配管４１ａ〜４１ｄが蒸発器４０中の冷媒流路の途中で集合して単一の冷媒配管４３となるので、乾き度のばらつきが蒸発器４０中で予め解消される。そして、乾き度のばらつきが解消された状態で、同じ蒸発器４０中の第２熱交換領域４２において再度冷媒が蒸発される。
【００３２】
また、第１実施形態では、図２および図３に示すように、フィン部材５２が固定される第２熱交換領域４２に対応した部分の単一の冷媒配管４３の内径ｄ２は、フィン部材５２が固定される第１熱交換領域４１に対応した部分の複数の冷媒配管４１ａ〜４１ｄの各々の内径ｄ１よりも大きい（内径ｄ２＞内径ｄ１）。また、第２熱交換領域４２を構成する単一の冷媒配管４３の全長（２往復分の長さ）は、第１熱交換領域４１を構成する複数の冷媒配管４１ａ〜４１ｄの各々の長さ（５往復分の長さ）よりも短い。
【００３３】
また、図１〜図３に示すように、蒸発器４０には、冷媒温度を検出するための冷媒温度センサ８１および８２が取り付けられている。具体的には、冷媒温度センサ８１は、冷媒配管４と冷媒分流配管部４４との接続部に取り付けられている。この接続部は、第１熱交換領域４１の入口部４０ａ近傍でかつ複数の冷媒配管４１ａ〜４１ｄに分岐される直前の部分である。また、冷媒温度センサ８２は、蒸発器４０の出口部４０ｄ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における第１熱交換領域４１の入口部４０ａ近傍でかつ複数の冷媒配管４１ａ〜４１ｄに分岐される前の冷媒温度Ｔ１を検出する機能を有する。また、冷媒温度センサ８２は、第２熱交換領域４２から流出する出口部４０ｄ近傍の冷媒温度Ｔ２を検出する機能を有する。また、冷媒温度センサ８１および８２は、制御部７０に電気的に接続されている。なお、冷媒温度センサ８１および８２は、それぞれ、本発明の「第１冷媒温度検出部」および「第２冷媒温度検出部」の一例である。
【００３４】
そして、第１実施形態では、冷媒温度センサ８１および８２により各々検出された冷媒温度Ｔ１およびＴ２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４０ｄ近傍における冷媒の過熱度ＳＨ１（＝冷媒温度Ｔ２−冷媒温度Ｔ１）が算出される。そして、過熱度ＳＨ１が所定値に維持されるように電子膨張弁３０の開度が制御される。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。
【００３５】
また、冷却装置１００の制御的な構成としては、図１に示すように、ＣＰＵからなる制御部７０に加えて、図示しないＲＯＭおよびＲＡＭが設けられている。制御部７０は、冷媒温度センサ８１、冷媒温度センサ８２、および、空気温度センサ９１からの入力信号に基づいて所定の判断を行う。また、その判断結果に基づいて、圧縮機１０、送風機２１、電子膨張弁３０および庫内送風機２２などが適切に駆動する制御が行われる。第１実施形態における冷却装置１００は、上記のように構成されている。
【００３６】
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。
【００３７】
第１実施形態では、上記のように、第１熱交換領域４１の出口部４０ｂ近傍において複数の冷媒配管４１ａ〜４１ｄが集合して単一の冷媒配管４３となった状態で熱交換可能に構成された第２熱交換領域４２を蒸発器４０の内部に含むように構成する。これにより、第１熱交換領域４１において蒸発する冷媒の乾き度（気液二相冷媒のクオリティ）が冷媒配管４１ａ〜４１ｄごとにばらついていても、これら複数の冷媒配管４１ａ〜４１ｄが蒸発器４０中の冷媒流路の途中で集合して単一の冷媒配管４３となるので、乾き度のばらつきを蒸発器４０中で予め解消することができる。そして、乾き度のばらつきが解消された状態で、同じ蒸発器４０中の第２熱交換領域４２においても、再度、冷媒を蒸発させることができる。この結果、第１熱交換領域４１と第２熱交換領域４２とを含む蒸発器４０全体として見た場合に、冷媒配管４１ａ〜４１ｄごとの熱交換性能のばらつきが抑制されることによって蒸発器４０全体の熱交換効率を向上させることができる。
【００３８】
また、第１実施形態では、第１熱交換領域４１の入口部４０ａ近傍でかつ複数の冷媒配管４１ａ〜４１ｄに分岐される前の冷媒温度Ｔ１を検出する冷媒温度センサ８１と、第２熱交換領域４２の出口部４０ｄ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とに基づいて電子膨張弁３０の開度を制御する制御部７０とを設ける。これにより、冷媒温度センサ８１と冷媒温度センサ８２と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中の冷媒流路の途中の第２熱交換領域４２における冷媒状態（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る。すなわち、第１熱交換領域４１における乾き度（気液二相冷媒のクオリティ）のばらつきを解消しつつ、第２熱交換領域４２の冷媒の蒸発具合を把握しながら電子膨張弁３０の開度を調整して第２熱交換領域４２における冷媒の蒸発具合を最適化することができる。その結果、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、蒸発器４０全体の熱交換効率を高く維持することができる。
【００３９】
また、第１実施形態では、複数の冷媒配管４１ａ〜４１ｄにおいて蒸発した冷媒が第１熱交換領域４１の出口部４０ｂにおいて合流した後、再び、入口部４０ｃから蒸発器４０内部の第２熱交換領域４２に流入して単一の冷媒配管４３において蒸発されるように構成する。これにより、冷媒配管４１ａ〜４１ｄから単一の冷媒配管４３への合流部分を蒸発器４０外部に配置することができる。したがって、複数の冷媒配管４１ａ〜４１ｄに分岐された第１熱交換領域４１と単一の冷媒配管４３となった第２熱交換領域４２とが共に内部に設けられた場合にも、第１熱交換領域４１と第２熱交換領域４２とを外部に設けられた合流部分（冷媒合流配管部４５）を用いて容易に接続することができる。
【００４０】
また、第１実施形態では、第１熱交換領域４１の外部に配置されるとともに複数の冷媒配管４１ａ〜４１ｄの各々を第２熱交換領域４２における単一の冷媒配管４３に合流させるための冷媒合流配管部４５を蒸発器４０に設ける。これにより、冷媒合流配管部４５を蒸発器４０外部（第１熱交換領域４１および第２熱交換領域４２の外部）に配置して、蒸発器４０の熱交換に寄与する第１熱交換領域４１と第２熱交換領域４２とを容易に接続することができる。また、冷媒合流配管部４５は蒸発器４０内部とはならないので、冷媒合流配管部４５において冷媒が無用に蒸発するのを抑制することができる。これにより、冷媒合流配管部４５において外部との熱交換の影響を極力抑制しつつ、この冷媒合流配管部４５において乾き度のばらつきを支障なく解消することができる。
【００４１】
また、第１実施形態では、蒸発器４０は、冷媒配管（直管部５３ａ）の外周壁５３ｂにフィン部材５２が固定された空気熱交換器である。そして、フィン部材５２が固定される第２熱交換領域４２に対応した部分の単一の冷媒配管４３の内径ｄ２は、フィン部材５２が固定される第１熱交換領域４１に対応した部分の複数の冷媒配管４１ａ〜４１ｄの各々の内径ｄ１よりも大きい（内径ｄ２＞内径ｄ１）。これにより、冷媒合流後の冷媒配管４３の内径が増加されているので、合流後に冷媒流速が増加するのを抑制することができる。したがって、単一の冷媒配管４３からなる第２熱交換領域４２における冷媒の圧力損失が増大するのを抑制することができる。その結果、圧縮機１０に負荷が掛かるのを抑制することができる。
【００４２】
また、第１実施形態では、第２熱交換領域４２を構成する単一の冷媒配管４３の全長（２往復分の長さ）は、第１熱交換領域４１を構成する複数の冷媒配管４１ａ〜４１ｄの各々の長さ（５往復分の長さ）よりも小さい。これにより、冷媒合流後の冷媒配管４３の全長が合流前の冷媒配管４４ａ（４４ｂ〜４４ｄ）の長さよりも小さい（短い）ので、単一の冷媒配管４３からなる第２熱交換領域４２において、流速が増加された冷媒の圧力損失が増大するのを抑制することができる。これによっても圧縮機１０に負荷が掛かるのを抑制することができる。
【００４３】
（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実施形態とは異なり、冷媒温度センサ８１に加えて、蒸発器４０（第２熱交換領域４２）内部の冷媒配管４３の部分にも冷媒温度センサ８３を設けて電子膨張弁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は、本発明の「第１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。
【００４４】
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、蒸発器４０（第２熱交換領域４２）内部の単一の冷媒配管４３の部分に冷媒温度センサ８３を設けている。より詳細には、冷媒温度センサ８３は、図６に示すように、Ｘ２側となる端板５１ｂの外部に露出する冷媒配管４３の部分（折り返し部分４３ａ）に取り付けられている。また、冷媒温度センサ８３は、制御部２７０に電気的に接続されている。また、冷媒温度センサ８３は、蒸発器４０（第２熱交換領域４２）の内部を流通する冷媒の冷媒温度Ｔ３を検出する役割を有している。
【００４５】
これにより、第２実施形態では、蒸発器４０については、冷媒温度センサ８２および冷媒温度センサ８３により各々検出された冷媒温度Ｔ２および冷媒温度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。
【００４６】
すなわち、第２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４０ｄ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（往復蛇行する伝熱管の長さ）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４０の入口部４０ａ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４０ａ近傍での冷媒温度Ｔ１ではなく冷媒温度センサ８３により検出される蒸発器４０内部（冷媒配管４３の中間部分）の冷媒温度Ｔ３（蒸発温度）に対する蒸発器４０の出口部４０ｄ近傍における冷媒の過熱度ＳＨ２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４０ｄにおける冷媒の過熱度制御がより精度よく行われるように構成されている。なお、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。
【００４７】
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００４８】
第２実施形態では、第２熱交換領域４２の冷媒温度Ｔ３を検出する冷媒温度センサ８３と、第２熱交換領域４２の出口部４０ｄ近傍の冷媒温度Ｔ２を検出する冷媒温度センサ８２とを設ける。そして、冷媒温度センサ８３により検出された蒸発器４０の内部の冷媒温度Ｔ３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４０ｄ近傍の冷媒温度Ｔ２とに基づく蒸発器４０の出口部４０ｄ近傍における冷媒の過熱度ＳＨ２を算出する。そして、過熱度ＳＨ２が所定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２７０を構成する。
【００４９】
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４０ｄ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（伝熱管群５３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４０ａ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４０ａ近傍での冷媒温度Ｔ１ではなく冷媒温度センサ８３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Ｔ３に対する蒸発器４０の出口部４０ｄ近傍における冷媒の過熱度ＳＨ２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４０ｄ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４０ｄ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４０ａから出口部４０ｄに亘る略全ての冷媒配管４３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。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００５０】
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。
【００５１】
たとえば、上記第１および第２実施形態では、電子膨張弁３０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、本発明の「膨張弁」として、感温筒を備えた温度式膨張弁を用いてもよい。この場合、蒸発器４０のサイズや用い方によっても異なるが、外部均圧式または内部均圧式のいずれの温度式膨張弁を適用してもよい。
【００５２】
また、上記第１および第２実施形態では、第１熱交換領域４１を４つの冷媒配管４１ａ〜４１ｄに分岐させて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、第１熱交換領域４１において分岐（分流）される冷媒配管の本数（経路数）は、上記以外であってもよい。
【００５３】
また、上記第１および第２実施形態では、第１熱交換領域４１において端板５１ａと端板５１ｂとの間を５往復させるように冷媒配管４１ａ〜４１ｄの各々を構成した。また、第２熱交換領域４２において端板５１ａと端板５１ｂとの間を２往復させるように単一の冷媒配管４３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、各々の冷媒配管の長さ（往復させる回数）は、上記以外であってもよい。
【００５４】
また、上記第１および第２実施形態では、冷媒合流配管部４５を冷媒分流配管部４４が配置された側と同じ側（端板５１ａの外部）に配置した例について示したが、本発明はこれに限られない。冷媒合流配管部４５を冷媒分流配管部４４が配置された側とは反対側（端板５１ｂの外部）に配置してもよい。
【００５５】
また、上記第１および第２実施形態では、平板状の蒸発器４０に対して本発明を適用した例について示したが、本発明はこれに限られない。平板状の空気熱交換器を所定角度だけ折り曲げて筐体内に組み込んだ蒸発器（曲げコイル状の蒸発器）に対して本発明を適用してもよい。また、本発明の適用にあたっては、蒸発器４０の設置される姿勢に関しても、何ら問われない。また、コイル（空気熱交換器）の列数および段数も制限はない。
【００５６】
また、上記第１および第２実施形態では、伝熱管群５３の外周壁５３ｂに板状（短冊状）のフィン部材５２を固定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、伝熱管に取り付けられるフィン部材の形状は、上記以外であってもよい。たとえば、伝熱管（冷媒配管）の外周壁に軸方向に螺旋状に接合されるスパインフィンを有するスパインフィン型の熱交換器（蒸発器）に本発明を適用してもよい。
【００５７】
また、上記第１および第２実施形態では、１つの蒸発器のみからなる冷却装置１００（２００）に対して本発明を適用した例について示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、複数の蒸発器が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冷却装置などに対して本発明を適用してもよい。
【００５８】
また、上記第１および第２実施形態では、圧縮機１０に回転数の変更により冷媒吐出量が制御可能なインバータ制御式圧縮機を用いた例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、インバータ制御を用いない一定速型（非可変容量型）の圧縮機を用いて冷却装置１００（２００）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。
【００５９】
また、上記第１および第２実施形態では、１台の圧縮機１０を用いて冷却装置１００（２００）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（冷凍サイクル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。
【００６０】
また、上記第１および第２実施形態では、冷蔵倉庫１０５（２０５）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１００（２００）に対して本発明を適用した例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、店舗内に設置されたショーケース筐体内に電子膨張弁３０および蒸発器４０を設けるとともに、圧縮機１０およびガスクーラ２０などからなる冷凍機（室外機）を屋外に配置し、ショーケース筐体と冷凍機とを冷媒配管（液管２および吸入管（ガス管）３）により接続して構成されたセパレート型の冷却装置に対して本発明を適用してもよい。
【００６１】
また、上記第１および第２実施形態では、ＣＯ２冷媒（二酸化炭素冷媒）を用いて冷却装置１００（２００）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。
【００６２】
また、上記第１および第２実施形態では、本発明の「冷却装置」を冷蔵倉庫１０５（２０５）に適用した例について示したが、本発明はこれに限られない。冷蔵倉庫以外のたとえば、ショーケースや、空調機器に対して本発明の「冷却装置」を適用してもよい。空調機器（冷房モードと暖房モードとの切替が可能なヒートポンプ機器）の場合、冷房運転時に蒸発器となる室内機側の熱交換器に本発明を適用することに加えて、暖房運転時に蒸発器となる室外機側の熱交換器にも本発明を適用することができる。また、冷凍冷蔵室を備えた冷凍車に対して本発明を適用してもよい。すなわち、冷凍車の冷凍冷蔵室を冷却する冷却装置および蒸発器に対して本発明を適用してもよい。
【００６３】
また、上記第１および第２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。
【符号の説明】
【００６４】
１０  圧縮機
２０  ガスクーラ（凝縮器）
３０  電子膨張弁（膨張弁）
４０  蒸発器（空気熱交換器）
４０ａ  入口部
４０ｂ  出口部
４０ｃ  入口部
４０ｄ  出口部
４１  第１熱交換領域
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ  冷媒配管
４２  第２熱交換領域
４３  冷媒配管（単一の冷媒配管）
４４  冷媒分流配管部
４５  冷媒合流配管部
５１ａ、５１ｂ  端板
５２  フィン部材
５３  伝熱管群
５３ｂ  外周壁
７０  制御部
８１、８３  冷媒温度センサ（第１冷媒温度検出部）
８２  冷媒温度センサ（第２冷媒温度検出部）
１００、２００  冷却装置
１０５、２０５  冷蔵倉庫
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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