CN104833123B - 冷冻装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冷冻装置，其当高压侧达到超临界压力时，能够确保稳定的冷冻能力。该冷冻装置具备：电动膨胀阀(33)，连接于气体冷却器(28)的下游侧且电动膨胀阀(39)的上游侧；贮液器(36)，连接于电动膨胀阀(33)的下游侧且电动膨胀阀(39)的上游侧；热交换器(29)，设置在气体冷却器的下游侧且电动膨胀阀(33)的上游侧；辅助回路(48)，使贮液器内的制冷剂经由电动膨胀阀(43、47)流入第一流路(29A)后返回压缩机(11)；主回路(38)，使从气体冷却器流出的制冷剂流入第二流路(29B)并与流经第一流路的制冷剂进行热交换后流入电动膨胀阀(33)，并使制冷剂从贮液器下部流出而流入电动膨胀阀(39)；以及电磁阀(66、67)，择一性地进行切换，使流出第一流路的制冷剂返回压缩机的中间压部或是返回低压部。

Description

冷冻装置

技术领域

本发明涉及由压缩机构、气体冷却器、主节流机构及蒸发器构成制冷剂回路且高压侧达到超临界压力的冷冻装置。

背景技术

以往，此种冷冻装置由压缩机构、气体冷却器、节流机构等构成冷冻循环，经压缩机构压缩的制冷剂在气体冷却器中散热，并经节流机构减压后，在蒸发器中使制冷剂蒸发，利用此时的制冷剂的蒸发来冷却周围的空气。近年来，此种冷冻装置中，因自然环境问题等，逐渐不再使用氟利昂类制冷剂。因此，正在开发使用作为自然制冷剂的二氧化碳作为氟利昂制冷剂的替代品。已知该二氧化碳制冷剂是高低压差剧烈的制冷剂，临界压力低，通过压缩，制冷剂循环的高压侧会达到超临界状态(例如参照专利文献1)。

另外，在构成热水器的热泵装置中，正逐渐使用可通过气体冷却器获得优异加热作用的二氧化碳制冷剂，在此情况下，还开发出下述方案，即：使从气体冷却器流出的制冷剂分两级膨胀，在各膨胀装置之间设置气液分离器，从而能够对压缩机进行注气(例如参照专利文献2)。

另一方面，对于设置于例如陈列柜等中的蒸发器中利用吸热作用来冷却柜内的冷冻装置，在因外界空气温度(气体冷却器侧的热源温度)高等原因而气体冷却器出口的制冷剂温度变高的条件下，蒸发器入口的比焓变大，因此存在冷冻能力明显下降的问题。此时，若为了确保冷冻能力而使压缩机构的喷出压力(高压侧压力)上升，则会导致压缩动力增大而性能系数下降。

因此，提出所谓的分离循环冷冻装置，其使经气体冷却器冷却的制冷剂分流成两股制冷剂流，使分流后的一股制冷剂流经辅助节流机构节流后，流入分离热交换器的一条通路而返回压缩机的中间压部，使另一股制冷剂流流入分离热交换器的另一条流路进行热交换之后，经由主节流机构流入蒸发器。根据此种冷冻装置，能够通过经减压膨胀的第一制冷剂流来冷却第二制冷剂流，减小蒸发器入口的比焓，从而能够改善冷冻能力(例如参照专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公平7-18602号公报

专利文献2：日本特开2007-178042号公报

专利文献3：日本特开2011-133207号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，当在外界空气温度高的环境下开始运转时，在蒸发温度高的制冷剂回路中，第一制冷剂流变得不液化，即使构成如前所述的分离循环，也几乎无法期待第一制冷剂流对第二制冷剂流的冷却效果。此时，即使设为采用前述的两级膨胀装置，使膨胀后经气液分离器分流的制冷剂流入分离热交换器的一条通路，对气液分离器内的液态制冷剂进行过冷后流入蒸发器的结构，在外界空气温度高时，气液分离器内的压力与压缩机的中间压部的压力仍会变得大致相同，因此在分离热交换器中无法使制冷剂过冷。因此，存在如下问题：无法将液态制冷剂送往主节流机构，冷冻能力下降。

另外，若外界空气温度发生变动，则流入主节流机构的制冷剂的压力会大幅变动，主节流机构的控制与冷冻能力将变得不稳定。而且，在超市等店铺中，当从设置有压缩机构或气体冷却器的冷冻机向设置有主节流机构或蒸发器的店铺内的陈列柜供应制冷剂时，到陈列柜侧的主节流机构为止的高压侧压力高，因此作为长制冷剂配管(液管)，必须使用耐压高的配管，在施工成本方面不利。

本发明是为了解决此类以往的技术问题而完成，其目的在于提供一种冷冻装置，当高压侧达到超临界压力时，能够确保稳定的冷冻能力。

解决问题的方案

本发明的冷冻装置，由压缩机构、气体冷却器、主节流机构及蒸发器构成制冷剂回路，且高压侧达到超临界压力，该冷冻装置包括：压力调整用节流机构，连接于气体冷却器下游侧且主节流机构上游侧的制冷剂回路；贮液器，连接于该压力调整用节流机构下游侧且主节流机构上游侧的制冷剂回路；热交换器，设置在气体冷却器下游侧且压力调整用节流机构上游侧的制冷剂回路中；辅助回路，使贮液器内的制冷剂经由辅助节流机构流入热交换器的第一流路后返回压缩机构；主回路，使从气体冷却器流出的制冷剂流入热交换器的第二流路并与流经第一流路的制冷剂进行热交换后，流入压力调整用节流机构，并使制冷剂从贮液器下部流出而流入主节流机构中；流路切换机构，择一性地进行切换，使流出热交换器的第一流路的辅助回路的制冷剂返回压缩机构的中间压部，或者返回该压缩机构的低压部；以及控制机构，控制所述压力调整用节流机构、辅助节流机构及流路切换机构。

方案2的冷冻装置，其在上述方案中，控制机构在外界空气温度低的情况下，通过流路切换机构使流出热交换器的第一流路的辅助回路的制冷剂返回压缩机构的中间压部，在外界空气温度高的情况下，则使其返回压缩机构的低压部。

方案3的冷冻装置，其在上述各方案中，控制机构通过压力调整用节流机构，将该压力调整用节流机构上游侧的制冷剂回路的高压侧压力控制为规定的目标值。

方案4的冷冻装置，其在上述各方案中，辅助节流机构具有第一辅助回路用节流机构，并且辅助回路具有使制冷剂从贮液器上部流出并流入第一辅助回路用节流机构的气体管道，控制机构通过第一辅助回路用节流机构将贮液器内的制冷剂的压力控制为规定的目标值。

方案5的冷冻装置，其在上述各方案中，辅助节流机构具有第二辅助回路用节流机构，并且辅助回路具有使制冷剂从贮液器下部流出并流入第二辅助回路用节流机构的液体管道，控制机构通过第二辅助回路用节流机构来调整流入热交换器的第一流路的液态制冷剂量，以将流经第二流路的制冷剂的过冷度控制为规定的目标值。

方案6的冷冻装置，其在上述各方案中，包括对气体冷却器进行风冷的送风机，控制机构控制送风机的运转，以使流出气体冷却器的制冷剂的温度成为相对于外界空气温度而决定的规定的目标值。

方案7的冷冻装置，其在上述各方案中，使用二氧化碳来作为制冷剂。

发明的效果

根据本发明，冷冻装置由压缩机构、气体冷却器、主节流机构及蒸发器构成制冷剂回路，且高压侧达到超临界压力，该冷冻装置包括：压力调整用节流机构，连接于气体冷却器下游侧且主节流机构上游侧的制冷剂回路；贮液器，连接于该压力调整用节流机构下游侧且主节流机构上游侧的制冷剂回路；热交换器，设置在气体冷却器下游侧且压力调整用节流机构上游侧的制冷剂回路中；辅助回路，使贮液器内的制冷剂经由辅助节流机构流入热交换器的第一流路后返回压缩机构；以及主回路，使从气体冷却器流出的制冷剂流入热交换器的第二流路并与流经第一流路的制冷剂进行热交换后，流入压力调整用节流机构，并使制冷剂从贮液器下部流出而流入主节流机构中，因此能够利用辅助节流机构来使在构成辅助回路的热交换器的第一流路中流动的制冷剂膨胀，使在构成主回路的热交换器的第二流路中流动的制冷剂进行过冷。

流经该第二流路的制冷剂经过压力调整用节流机构进入贮液器，从贮液器下部流出并经主节流机构节流后流入蒸发器，因此通过热交换器中的过冷，电动膨胀阀33出口的制冷剂的干度变小，被搬送至电动膨胀阀39的制冷剂的液相比例变高，因此能够有效地改善冷冻能力。

另外，通过在压力调整用节流机构中膨胀而液化的制冷剂的一部分在贮液器内蒸发，成为温度下降的气态制冷剂，剩余的成为液态制冷剂而暂时存储在贮液器内下部。然后，该贮液器内下部的液态制冷剂将流入主节流机构，因此能够在满液状态下使制冷剂流入主节流机构，尤其能够实现蒸发器中的蒸发温度高的冷藏条件下的冷冻能力的提高。

而且，还具有利用贮液器来吸收制冷剂回路内的循环制冷剂量的变动的效果，因此还具有制冷剂填充量的误差也被吸收的效果。

尤其，在本发明中，设置有流路切换机构，该流路切换机构择一性地进行切换，使流出热交换器的第一流路的辅助回路的制冷剂返回压缩机构的中间压部，或是返回压缩机构的低压部，并且通过控制机构来控制前述的压力调整用节流机构、辅助节流机构及该流路切换机构，因此例如方案2那样，控制机构在外界空气温度低的情况下，通过流路切换机构使流出热交换器的第一流路的辅助回路的制冷剂返回压缩机构的中间压部，从而在如冬季那样外界空气温度低，通过热交换器中的过冷，压力调整用节流机构出口的制冷剂的干度变小的状况下，使辅助回路的制冷剂返回压缩机构的中间压部以减少被吸入至压缩机构低压部的制冷剂量，从而能够减少用于从低压压缩到中间压的压缩机构的压缩工作量。由此，能够降低压缩机构中的压缩动力而提高性能系数。

另一方面，在外界空气温度高的情况下，控制机构通过流路切换机构使流出热交换器的第一流路的辅助回路的制冷剂返回压缩机构的低压部，从而在如夏季那样外界空气温度高，即使借助热交换器中的热交换，压力调整用节流机构出口的制冷剂的干度仍变大，贮液器内的压力与压缩机构的中间压部的压力差也消失的状况下，使辅助回路的制冷剂返回压缩机构的低压部而使制冷剂流经辅助回路，从而能够确保热交换器中的主回路的制冷剂的过冷。

通过这些措施，无论外界空气温度如何，均能够无障碍地实现热交换器中的流向主节流机构的制冷剂的过冷，从而能够确保稳定的冷冻能力。

另外，根据方案3，除了上述各方案以外，控制机构通过压力调整用节流机构，将该压力调整用节流机构上游侧的制冷剂回路的高压侧压力控制为规定的目标值，因此能够将从压缩机构喷出制冷剂的高压侧压力变高而压缩机构的运转效率下降、或者对压缩机构造成损伤的问题避免于未然。

另外，根据方案4，除了上述各方案以外，辅助节流机构具有第一辅助回路用节流机构，并且辅助回路具有使制冷剂从贮液器上部流出并流入第一辅助回路用节流机构的气体管道，控制机构通过第一辅助回路用节流机构将贮液器内的制冷剂的压力控制为规定的目标值，因此能够通过该第一辅助回路用节流机构来抑制高压侧压力变动的影响，从而能够控制从贮液器下部被搬送至主节流机构的制冷剂的压力。

另外，通过第一辅助回路用节流机构来降低流入主节流机构的制冷剂的压力，从而能够使用耐压强度低的配管来作为直到主节流机构的配管。由此，能够实现施工性及施工成本的改善。

尤其，通过从贮液器上部经由第一辅助回路用节流机构抽出低温的气体，从而贮液器内的压力下降。由此，在贮液器内温度下降，因此产生制冷剂的冷凝作用，从而能够有效地在该贮液器内贮存液体状态的制冷剂。

另外，根据方案5，除了上述各方案以外，辅助节流机构具有第二辅助回路用节流机构，并且辅助回路具有使制冷剂从贮液器下部流出并流入第二辅助回路用节流机构的液体管道，控制机构通过第二辅助回路用节流机构来调整流入热交换器的第一流路的液态制冷剂量，以将流经第二流路的制冷剂的过冷度控制为规定的目标值，因此能够使贮液器内下部的液态制冷剂经由第二辅助回路用节流机构流入热交换器的第一流路，从而能够增大在热交换器的第二流路中流动的主回路的制冷剂的过冷。

由此，能够提高从贮液器内下部被搬送至主节流机构的制冷剂的液相比例，能够更加有效地使其在满液状态下流入主节流机构，从而能够实现冷冻能力的提高。

而且，根据方案6，除了上述各方案以外，包括对气体冷却器进行风冷的送风机，控制机构控制送风机的运转，以使流出气体冷却器的制冷剂的温度成为相对于外界空气温度而决定的规定的目标值，因此既能抑制对气体冷却器进行风冷的送风机的多余运转，又能将气体冷却器出口的制冷剂的温度维持为适当的值。另一方面，高压侧压力如方案3那样，只要由压力调整用节流机构来控制即可，通过这些措施，能够实现压缩机构的保护而维持稳定的运转。

尤其，在如方案7那样使用二氧化碳来作为制冷剂的情况下，能够通过上述各发明来有效地改善冷冻能力，从而能够实现性能的提高。

附图说明

图1是适用本发明的一实施例的冷冻装置的制冷剂回路图。

图2是使图1的冷冻装置的辅助回路的制冷剂返回压缩机的中间压部时的制冷剂回路的P-h线图。

图3是使图1的冷冻装置的辅助回路的制冷剂返回压缩机的低压部时的制冷剂回路的P-h线图。

标号说明

R 冷冻装置

1 制冷剂回路

3 冷冻机单元

4 陈列柜

8、9 制冷剂配管

11 压缩机

22 制冷剂导入配管

26 中间压吸入配管

28 气体冷却器

29 热交换器

29A 第一流路

29B 第二流路

32 气体冷却器出口配管

33 电动膨胀阀(压力调整用节流机构)

36 贮液器

37 气体冷却器出口配管

38 主回路

39 电动膨胀阀(主节流机构)

41 蒸发器

42 气体管道

43 电动膨胀阀(第一辅助回路用节流机构)

44 中间压返回配管

46 液体管道

47 电动膨胀阀(第二辅助回路用节流机构)

48 辅助回路

63 中间压返回配管

64 低压返回配管

66、67 电磁阀(流路切换机构)

57 控制装置(控制机构)

具体实施方式

(1)冷冻装置R的结构

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。图1是适用本发明的一实施例的冷冻装置R的制冷剂回路图。本实施例中的冷冻装置R具备设置在超市等店铺的设备间等中的冷冻机单元3以及设置在店铺的卖场内的一台或多台(附图中仅示出一台)陈列柜4，这些冷冻机单元3与陈列柜4经由单元出口6与单元入口7，通过制冷剂配管(液管)8及制冷剂配管9连结，从而构成规定的制冷剂回路1。

实施例的制冷剂回路1使用高压侧的制冷剂压力达到其临界压力以上(超临界)的二氧化碳(R744)来作为制冷剂。该二氧化碳制冷剂是对地球环境友善，并且考虑到了可燃性及毒性等的自然制冷剂。另外，作为润滑油的油例如使用矿物油(mineral oil)、烷基苯油、醚油、酯油、PAG(聚烷基乙二醇)等现有的油。

冷冻机单元3具备作为压缩机构的压缩机11。本实施例中，压缩机11为内部中间压型两级压缩式旋转压缩机，包括密闭容器12以及旋转压缩机构部，该旋转压缩机构部包含配置收纳在该密闭容器12内部的电动元件(驱动要素)13、由该电动元件13的旋转轴驱动的第一(低级侧)旋转压缩元件(第一压缩元件)14及第二(高级侧)旋转压缩元件(第二压缩元件)16。

压缩机11的第一旋转压缩元件14对从制冷剂回路1的低压侧经由制冷剂配管9吸入至压缩机11的低压制冷剂进行压缩，使其升压至中间压后喷出，第二旋转压缩元件16进一步吸入经第一旋转压缩元件14压缩后喷出的中间压的制冷剂，对其进行压缩而使其升压至高压，并向制冷剂回路1的高压侧喷出。压缩机11是频率可变型的压缩机，通过变更电动元件13的运转频率，从而能够控制第一旋转压缩元件14及第二旋转压缩元件16的转速。

在压缩机11的密闭容器12的侧面，形成有与第一旋转压缩元件14连通的低级侧吸入口17、与密闭容器12内连通的低级侧喷出口18、与第二旋转压缩元件16连通的高级侧吸入口19及高级侧喷出口21。制冷剂导入配管22的一端连接于压缩机11的低级侧吸入口17，其另一端于单元入口7连接于制冷剂配管9。该制冷剂导入配管22所连接的低级侧吸入口17与压缩机11的低压部即第一旋转压缩元件14的吸入侧连通。

从该低级侧吸入口17被吸入第一旋转压缩元件14的吸入侧(压缩机11的低压部)的低压(LP：通常运转状态下为2.6MPa左右)的制冷剂气体，其通过该第一旋转压缩元件14升压至中间压(MP：通常运转状态下为5.5MPa左右)后被喷出至密闭容器12内。由此，密闭容器12内成为中间压(MP)，其成为压缩机11的中间压部。

并且，中间压喷出配管23的一端，连接于将密闭容器12内的中间压的制冷剂气体喷出的压缩机11的低级侧喷出口18，该中间压喷出配管23的另一端连接于中冷器24的入口。该中冷器24对从第一旋转压缩元件14喷出的中间压的制冷剂进行风冷，中间压吸入配管26的一端连接于该中冷器24的出口，该中间压吸入配管26的另一端连接于压缩机11的高级侧吸入口19。

从高级侧吸入口19被吸入至第二旋转压缩元件16的中间压(MP)的制冷剂气体由该第二旋转压缩元件16进行第二级压缩后成为高温高压(HP：通常运转状态下为9MPa左右的超临界压力)的制冷剂气体。

并且，高压喷出配管27的一端，连接于与压缩机11的第二旋转压缩元件16的高压室侧连通的高级侧喷出口21，该高压喷出配管27的另一端连接于气体冷却器(散热器)28的入口。20是夹设在该高压喷出配管27内的单向阀，气体冷却器28方向为正向。

气体冷却器28对从压缩机11喷出的高压的喷出制冷剂进行冷却，在气体冷却器28附近，设置有对该气体冷却器28进行风冷的气体冷却器用送风机31。本实施例中，气体冷却器28与上述的中冷器24并列设置，它们配设在同一风路中。

气体冷却器出口配管32的一端连接于气体冷却器28的出口，该气体冷却器出口配管32的另一端连接于作为压力调整用节流机构的电动膨胀阀33的入口。该电动膨胀阀33用于对从气体冷却器28流出的制冷剂进行节流以使其膨胀，并且调整从电动膨胀阀33至上游侧的制冷剂回路1的高压侧压力，其出口经由贮液器入口配管34连接于贮液器36的上部。

该贮液器36是在内部具有规定容积的空间的容积体(箱体)，贮液器出口配管37的一端连接于其下部，该贮液器出口配管37的另一端在单元出口6与制冷剂配管8连接。另外，在气体冷却器出口配管32中夹设有热交换器29的第二流路29B，该气体冷却器出口配管32、热交换器29的第二流路29B、电动膨胀阀33、贮液器入口配管34、贮液器36、贮液器出口配管37构成本发明中的主回路38。

另一方面，设置在店铺内的陈列柜4连接于制冷剂配管8及9。在陈列柜4中，设置有作为主节流机构的电动膨胀阀39与蒸发器41，依次连接在制冷剂配管8与制冷剂配管9之间构成串联回路(电动膨胀阀39处于制冷剂配管8侧，蒸发器41处于制冷剂配管9侧)。与蒸发器41相邻地设置有对该蒸发器41送风的未图示的冷气循环用送风机。并且，制冷剂配管9如上所述，经由制冷剂导入配管22连接于与压缩机11的第一旋转压缩元件14连通的低级侧吸入口17。

另一方面，气体管道42的一端连接于贮液器36的上部，该气体管道42的另一端连接于作为第一辅助回路用节流机构的电动膨胀阀43的入口。气体管道42使气态制冷剂从贮液器36上部流出并流入电动膨胀阀43。返回配管44的一端连接于该电动膨胀阀43的出口，在该返回配管44中夹设有热交换器29的第一流路29A。

另外，在贮液器出口配管37上，连接有经由该贮液器出口配管37而与贮液器36下部连通的液体管道46的一端，该液体管道46的另一端与电动膨胀阀43下游侧且热交换器29的第一流路29A上游侧的返回配管44连通。另外，在该液体管道46中，夹设有作为第二辅助回路用节流机构的电动膨胀阀47。这些电动膨胀阀43(第一辅助回路用节流机构)与电动膨胀阀47(第二辅助回路用节流机构)构成本申请中的辅助节流机构。另外，液体管道46使液态制冷剂从贮液器36下部流出并流入电动膨胀阀47。

而且，返回配管44的另一端分支成中间压返回配管63与低压返回配管64，中间压返回配管63作为与压缩机11的中间压部相连的中间压区域的一例而与中间压吸入配管26的中途连通，低压返回配管64作为与压缩机11的低压部相连的低压侧区域的一例而与制冷剂导入配管22的中途连通。另外，在中间压返回配管63中，夹设有电磁阀66(也可为电动阀)，在低压返回配管64中也夹设有电磁阀67(也可为电动阀)，这些电磁阀66、67构成本发明中的流路切换机构。

并且，这些返回配管44、中间压返回配管63、低压返回配管64、电磁阀66、67、电动膨胀阀43、47、气体管道42及液体管道46构成本发明中的辅助回路48。

根据此种结构，电动膨胀阀33位于气体冷却器28的下游侧且电动膨胀阀39的上游侧。另外，贮液器36位于电动膨胀阀33的下游侧且电动膨胀阀39的上游侧。而且，热交换器29位于气体冷却器28的下游侧且电动膨胀阀33的上游侧，通过以上所述，构成本实施例中的冷冻装置R的制冷剂回路1。

在该制冷剂回路1的各处安装有各种传感器。即，在热交换器29的第二流路29B下游侧且电动膨胀阀33上游侧的气体冷却器出口配管32中，安装有高压传感器49，以检测制冷剂回路1的高压侧压力HP(压缩机11的高级侧喷出口21与电动膨胀阀33的入口之间的压力)。另外，在制冷剂导入配管22中安装有低压传感器51，以检测制冷剂回路1的低压侧压力LP(电动膨胀阀39的出口与低级侧吸入口17之间的压力)。另外，在中间压吸入配管26中安装有中间压传感器52，以检测制冷剂回路1的中间压区域的压力即中间压MP(密闭容器12内、中冷器24、中间压吸入配管26、高级侧吸入口19的压力)。

另外，在气体管道42中安装有贮液器内压力传感器53，该贮液器内压力传感器53检测贮液器36内的压力TP。该贮液器36内的压力即为流出冷冻机单元3并经由制冷剂配管8而流入电动膨胀阀39的制冷剂的压力。另外，在气体冷却器28下游侧且热交换器29的第二流路29B上游侧的气体冷却器出口配管32中，安装有气体冷却器出口温度传感器54，以检测流出气体冷却器28并流入热交换器29的第二流路29B内的制冷剂的温度IT。

另外，在热交换器29的第二流路29B下游侧且电动膨胀阀33上游侧的气体冷却器出口配管32中，安装有电动膨胀阀入口温度传感器56，以检测流出热交换器29的第二流路29B的制冷剂的温度OT。另外，在气体冷却器28的空气入口侧，安装有外界空气温度传感器61以检测外界空气温度AT。

并且，这些传感器49、51、52、53、54、56、61连接于包含微型计算机的、构成冷冻机单元3的控制机构的控制装置57的输入端。另外，在控制装置57的输出端，连接有压缩机11的电动元件元件13、送风机31、电动膨胀阀(压力调整用节流机构)33、电动膨胀阀(第一辅助回路用节流机构)43、电动膨胀阀(第二辅助回路用节流机构)47、电磁阀66、67、电动膨胀阀(主节流机构)39，控制装置57基于各传感器的输出与设定数据等来控制这些部件。

此外，在后面的说明中，假设陈列柜4侧的电动膨胀阀(主节流机构)39及前述的冷气循环用送风机也由控制装置57来进行控制，但它们实际上是经由店铺的主控制装置(未图示)而由与控制装置57协同动作的陈列柜4侧的控制装置(未图示)予以控制。因而，本发明中的控制机构是包含控制装置57及陈列柜4侧的控制装置、前述的主控制装置等在内的概念。

(2)冷冻装置R的动作

基于以上的结构，接下来说明冷冻装置R的动作。当由控制装置57驱动压缩机11的电动元件13时，第一旋转压缩元件14及第二旋转压缩元件16旋转，从低级侧吸入口17向第一旋转压缩元件14的吸入侧(低压部)吸入低压(前述的LP：通常运转状态下为2.6MPa左右)的制冷剂气体。然后，通过第一旋转压缩元件14使其升压至中间压(前述的MP：通常运转状态下为5.5MPa左右)后喷出至密闭容器12内。由此，密闭容器12内成为中间压(MP)(中间压部)。

然后，密闭容器12内的中间压的制冷剂气体从低级侧喷出口18经过中间压喷出配管23进入中冷器24，在此处经风冷后，经过中间压吸入配管26返回高级侧吸入口19。返回该高级侧吸入口19的中间压(MP)的制冷剂气体被吸入第二旋转压缩元件16，通过该第二旋转压缩元件16进行第二级压缩后成为高温高压(HP：前述的通常运转状态下为9MPa左右的超临界压力)的制冷剂气体，并从高级侧喷出口21喷出至高压喷出配管27。

(2-1)电动膨胀阀33的控制

喷出至高压喷出配管27的制冷剂气体经过单向阀20流入气体冷却器28，在此处经风冷后，从气体冷却器出口配管32流出。进入气体冷却器出口配管32的制冷剂气体在热交换器29的第二流路29B中如后所述那样被过冷后，到达电动膨胀阀(压力调整用节流机构)33。该电动膨胀阀33是为了将该电动膨胀阀33上游侧的制冷剂回路1的高压侧压力HP控制为规定的目标值THP(例如前述的9MPa等)而设置，基于高压传感器49的输出，由控制装置57控制其开度，以使高压侧压力HP成为上述目标值THP。

该目标值THP是基于电动膨胀阀入口温度传感器56所检测的流入电动膨胀阀33的制冷剂的温度来决定。目标值THP是与流入电动膨胀阀33的制冷剂的温度相应的高压侧压力HP的适当值，制冷剂的温度越高，则目标值THP越高。

这样，借助电动膨胀阀33，将其上游侧的高压侧压力HP控制为目标值THP，由此能够将从压缩机11喷出制冷剂的高压侧压力HP变高而压缩机11的运转效率下降，或者使对压缩机11造成损伤的问题避免于未然。

从气体冷却器28流出的超临界状态的制冷剂气体在热交换器29的第二流路29B中如后所述那样通过流经第一流路29A(辅助回路48)的制冷剂而冷却(过冷)后，经电动膨胀阀33节流而膨胀，从而液化，并经过贮液器入口配管34从上部流入贮液器36内，从而一部分蒸发。该贮液器36起到暂时存储、分离流出电动膨胀阀33的液态/气态的制冷剂的作用，以及吸收因电动膨胀阀39的动作造成的压力变动或制冷剂循环量的变动的作用。

贮存在该贮液器36内下部的液态制冷剂从贮液器出口配管37流出(主回路38)，并从冷冻机单元3流出而从制冷剂配管8流入电动膨胀阀(主节流机构)39。流入电动膨胀阀39的制冷剂在此处经节流而膨胀，从而液体成分进一步增加，并流入蒸发器41而蒸发。通过由其带来的吸热作用来发挥冷却效果。控制装置57基于检测蒸发器41的入口侧与出口侧的温度的未图示的温度传感器的输出，控制电动膨胀阀39的开度以将蒸发器41中的制冷剂的过热度调整为适当值。

从蒸发器41流出的低温的气态制冷剂从制冷剂配管9返回冷冻机单元3，并经过制冷剂导入配管22被吸入至与压缩机11的第一旋转压缩元件14连通的低级侧吸入口17。以上为主回路38的流动。

(2-2)电动膨胀阀43的控制

接下来说明辅助回路48的流动。如前所述，在与贮液器36的上部连接的气体管道42上，连接有电动膨胀阀43(第一辅助回路用节流机构)，气态制冷剂从贮液器36上部经由该电动膨胀阀43流出，流入热交换器29的第一流路29A。

贮存在贮液器36内上部的气态制冷剂因贮液器36内的蒸发而温度下降。该贮液器36内上部的气态制冷剂从连接于上部的构成辅助回路48的气体管道42流出，经过电动膨胀阀43节流后，流入返回配管44中的热交换器29的第一流路29A。在其中对流经第二流路29B的制冷剂进行冷却(过冷)后，流出至返回配管44。

另外，电动膨胀阀43除了对从贮液器36的上部流出的制冷剂进行节流的功能以外，还发挥将贮液器36内的压力(流入电动膨胀阀39的制冷剂的压力)调整为规定的目标值SP的作用。并且，控制装置57基于贮液器内压力传感器53的输出来控制电动膨胀阀43的开度。这是以为，若电动膨胀阀43的开度增大，则来自贮液器36内的气态制冷剂的流出量增大，贮液器36内的压力下降。

实施例中，该目标值SP被设定为比高压侧压力HP低且比中间压MP高的例如6MPa。并且，控制装置57根据贮液器内压力传感器53所检测的贮液器36内的压力TIP(流入电动膨胀阀39的制冷剂的压力)与目标值SP之差，例如算出电动膨胀阀39的开度的调整值(步进数)，并加上启动时的开度而将贮液器36内的压力TIP(流入电动膨胀阀39的制冷剂的压力)控制为目标值SP。即，在贮液器36内的压力TIP较目标值SP上升的情况下，使电动膨胀阀43的开度增大以使气态制冷剂从贮液器36内流出至气体管道42，相反地，在较目标值SP下降的情况下，使开度缩小以朝关闭的方向控制。

借助该电动膨胀阀43将贮液器36内的制冷剂的压力TIP控制为目标值SP，由此，能够控制从贮液器36下部被搬送至电动膨胀阀39的制冷剂的压力，而不受高压侧压力HP的变动影响。另外，通过借助电动膨胀阀43降低流入电动膨胀阀39的制冷剂的压力，从而能够使用耐压强度低的配管来作为制冷剂配管8。而且，通过从贮液器36上部经由电动膨胀阀43抽出低温的气体，从而贮液器36内的压力下降，温度下降，因此能够产生制冷剂的冷凝作用，从而能够有效地在贮液器36内贮存液体状态的制冷剂。

(2-3)电动膨胀阀47的控制

另外，如前所述，在与贮液器36下部的贮液器出口配管37连接的液体管道46上，连接有电动膨胀阀47(第二辅助回路用节流机构)，经由该电动膨胀阀47从贮液器36下部流出的液态制冷剂的一部分在返回配管44中与来自气体管道42的气态制冷剂汇流而流入热交换器29的第一流路29A。

即，贮存在贮液器36内下部的液态制冷剂流入从连接于下部的贮液器出口配管37分开并构成辅助回路48的液体管道46，在经过电动膨胀阀47节流后，流入热交换器29的第一流路29A，并在其中蒸发。借助此时的吸热作用，使流经第二流路29B的制冷剂的过冷增大后，流出至返回配管44。

这样，电动膨胀阀47对从贮液器36的下部流出的液态制冷剂进行节流以使其在热交换器29的第一流路29A中蒸发，从而对流经第二流路29B的主回路38的制冷剂进行过冷，而控制装置57通过控制电动膨胀阀47的开度，从而调整在热交换器29的第一流路29A中流动的液态制冷剂的量。

若在热交换器29的第二流路29B中流动的制冷剂的过冷量增大，则电动膨胀阀33出口的制冷剂的干度会变小，被搬送至电动膨胀阀39的制冷剂的液相比例将变高，因此满液状态的制冷剂流入电动膨胀阀39，由此，冷冻能力增大。

此时，控制装置57基于气体冷却器出口温度传感器54所检测的制冷剂的温度(流入热交换器29的第二流路29B的制冷剂的温度)与电动膨胀阀入口温度传感器56所检测的制冷剂的温度(从热交换器29的第二流路29B流出的制冷剂的温度)来控制电动膨胀阀47的开度，以使在热交换器29的第二流路29B中流动的制冷剂的过冷度(流入第二流路29B的制冷剂的温度与从第二流路29B流出的制冷剂的温度之差)成为规定的目标值，从而调整流入热交换器29的第一流路29A的液态制冷剂的量。

由此，使贮液器36内下部的液态制冷剂经由电动膨胀阀47流入热交换器29的第一流路29A，使在热交换器29的第二流路29B中流动的制冷剂的过冷增大，能够提高从贮液器36内下部被搬送至电动膨胀阀39的制冷剂的液相比例，能够更加有效地使制冷剂在满液状态下流入电动膨胀阀39，实现冷冻能力的提高。

另外，通过将热交换器29的第二流路29B的制冷剂的过冷度控制为目标值，从而确保热交换器29的第二流路29B的制冷剂的过冷，稳定地维持冷冻能力。

(2-4)电磁阀66、67的控制

接下来，参照图2、图3的P-h线图来说明控制装置57对电磁阀66及电磁阀67的控制。如前所述，贮液器36内上部的气态制冷剂经过辅助回路48的电动膨胀阀43流入热交换器29的第一流路29A，从贮液器36内下部流出的液态制冷剂的一部分经过电动膨胀阀47进入返回配管44，并与来自电动膨胀阀43的制冷剂汇流而流入热交换器29的第一流路29A。然后，在该第一流路29A中蒸发，对流经第二流路29B的主回路38的制冷剂进行过冷后，制冷剂到达中间压返回配管63与低压返回配管64的分支点。

在实施例的情况下，控制装置57择一性地打开电磁阀66及电磁阀67，从而进行切换，使流经该辅助回路48的制冷剂返回压缩机11的中间压部，或是返回低压部。即，控制装置57在电磁阀66、67中的任一者打开时，必须关闭另一者。另外，控制装置57根据电动膨胀阀33出口处的制冷剂的干度的状态来决定是打开电磁阀66还是打开电磁阀67，而该干度的判断是根据外界空气温度传感器61所检测的外界空气温度AT来判断。

(2-4-1)使辅助回路48的制冷剂返回压缩机11的中间压部的状态

实施例中，控制装置48在外界空气温度传感器61所检测的外界空气温度AT为比规定温度(例如+30℃等)低的值时(在外界空气温度AT低的情况下)，关闭电磁阀67并打开电磁阀66，以使经过热交换器29的第一流路29A后的辅助回路48的制冷剂从中间压吸入配管26返回压缩机11的中间压部。

图2示出该外界空气温度AT低的环境下的冷冻装置R的P-h线图。图中MP为压缩机11的中间压部的压力即中间压，TIP为前述的贮液器36内的压力。另外，箭头X1表示热交换器29的第二流路29B中的主回路38的制冷剂的过冷效果，箭头X2及X3分别表示经过电动膨胀阀43流入热交换器29的第一流路29A的气态制冷剂及经过电磁阀47流入的液态制冷剂的冷冻效果。

例如，在如冬季那样外界空气温度AT相对较低的环境下，在热交换器29中，主回路38的制冷剂受到过冷，从而电动膨胀阀33出口的制冷剂的干度变小。另外，中间压MP也相对较低，从而产生与贮液器36内的压力TIP之差(MP＜TIP)，因此能够使制冷剂从贮液器36内流入压缩机11的中间压部。

因此，在此种情况下，控制装置57如前所述那样打开电磁阀66，使经过热交换器29的第一流路29A后的辅助回路48的制冷剂从中间压吸入配管26返回压缩机11的中间压部。若使辅助回路48的制冷剂返回压缩机11的中间压部，则被吸入压缩机11的低压部的制冷剂量减少，因此用于从低压压缩至中间压的压缩机11的压缩工作量减少。由此，能够降低压缩机11中的压缩动力以提高性能系数。

此外，此时贮液器36内的压力TIP能够在中间压MP以上且比高压侧压力HP低的范围内进行控制。

(2-4-2)使辅助回路48的制冷剂返回压缩机11的低压部的状态

另一方面，在外界空气温度传感器61所检测的外界空气温度AT为上述规定温度(+30℃等)以上的较高值时(在外界空气温度AT高的情况下)，控制装置57关闭电磁阀66并打开电磁阀67，使经过热交换器29的第一流路29A后的辅助回路48的制冷剂从制冷剂导入配管22返回压缩机11的低压部。

图3示出该外界空气温度AT高的环境下的冷冻装置R的P-h线图。同样，图中MP为此时的压缩机11的中间压部的压力即中间压，TIP为此时的贮液器36内的压力。另外，箭头X1表示热交换器29的第二流路29B中的主回路38的制冷剂的过冷效果，箭头X2及X3分别表示此时的经过电动膨胀阀43流入热交换器29的第一流路29A的气态制冷剂及经过电磁阀47流入的液态制冷剂的冷冻效果。

例如，在如夏季那样外界空气温度AT高的环境下，通过热交换器29中的主回路38的制冷剂的过冷，电动膨胀阀33出口的制冷剂的干度也变大。另外，中间压MP也变高，与贮液器36内的压力TIP之差也消失而成为大致相同的值，因此不会使制冷剂从贮液器36内流入压缩机11的中间压部。

因此，在此种情况下，控制装置57如前述那样打开电磁阀67，使经过热交换器29的第一流路29A后的辅助回路48的制冷剂从制冷剂导入配管22返回压缩机11的低压部。即，在贮液器36内的压力TIP与中间压MP之差消失的状况下，使辅助回路48的制冷剂返回压缩机11的低压部而使制冷剂流入辅助回路48，以确保热交换器29的第二流路29B中的主回路38的制冷剂的过冷。

此外，此时，贮液器36内的压力TIP能够在比低压LP高且比高压侧压力HP低的范围内进行控制。

这样，本发明中，控制装置57无论外界空气温度AT如何，均能够无障碍地实现热交换器29中的流向电动膨胀阀39的制冷剂的过冷，从而确保稳定的冷冻能力。

(2-5)气体冷却器用送风机31的控制

接下来，说明控制装置57对气体冷却器用送风机31的控制。实施例的控制装置57基于气体冷却器出口温度传感器54所检测的制冷剂的温度(流出气体冷却器28的制冷剂的温度)来控制气体冷却器用送风机31的转速，以使该制冷剂的温度成为规定的目标值。此时，控制装置57基于外界空气温度传感器61所检测的外界空气温度AT来设定流出气体冷却器28的制冷剂的温度的目标值。该目标值是对应于每个外界空气温度而预先决定的制冷剂(流出气体冷却器28的制冷剂)的温度的适当值。

这样，控制装置57控制气体冷却器用送风机31的运转(转速)，以使流出气体冷却器28的制冷剂的温度成为相对于外界空气温度AT而决定的规定的目标值，从而既能抑制对气体冷却器28进行风冷的气体冷却器用送风机31的多余运转，又能将气体冷却器28出口的制冷剂的温度维持为适当值。

另一方面，如前所述，控制装置57利用贮液器36上游侧的电动膨胀阀33将高压侧压力HP控制为目标值，因此借助这些电动膨胀阀33对高压侧压力HP的控制与气体冷却器用送风机31对制冷剂温度(流出气体冷却器28的制冷剂的温度)的控制来实现压缩机11的保护，维持稳定的运转。

如以上所详述的那样，本发明中，冷冻装置R由压缩机11、气体冷却器28、电动膨胀阀39及蒸发器41构成制冷剂回路1，且高压侧达到超临界压力，其包括：电动膨胀阀33，连接于气体冷却器28下游侧且电动膨胀阀39上游侧的制冷剂回路1；贮液器36，连接于该电动膨胀阀33下游侧且电动膨胀阀39上游侧的制冷剂回路1；热交换器29，设置在气体冷却器28下游侧且电动膨胀阀33上游侧的制冷剂回路1中；辅助回路48，使贮液器36内的制冷剂经由电动膨胀阀43及47流入热交换器29的第一流路29A后返回压缩机11；以及主回路38，使从气体冷却器28流出的制冷剂流入热交换器29的第二流路29B并与流经第一流路29A的制冷剂进行热交换后，流入电动膨胀阀33，并使制冷剂从贮液器36下部流出而流入电动膨胀阀39，因此能够利用电动膨胀阀43、47来使在构成辅助回路48的热交换器29的第一流路29A中流动的制冷剂膨胀，来对在构成主回路38的热交换器29的第二流路29B中流动的制冷剂进行过冷。

流经该第二流路29B的制冷剂经过电动膨胀阀33进入贮液器36，从贮液器36下部流出并经电动膨胀阀39节流后流入蒸发器41，因此通过热交换器29中的过冷来减小蒸发器41入口的比焓，从而能够有效地改善冷冻能力。

另外，通过在电动膨胀阀33中膨胀而液化的制冷剂的一部分在贮液器36内蒸发，成为温度下降的气态制冷剂，剩余的成为液态制冷剂而暂时存储在贮液器36内下部。然后，该贮液器36内下部的液态制冷剂将流入电动膨胀阀39，因此能够在满液状态下使制冷剂流入电动膨胀阀39，尤其能够实现蒸发器41中的蒸发温度高的冷藏条件下的冷冻能力的提高。而且，还具有利用贮液器36来吸收制冷剂回路1内的循环制冷剂量的变动的效果，因此制冷剂填充量的误差也被吸收。

尤其，设置有电磁阀66、67，该电磁阀66、67择一性地进行切换，使流出热交换器29的第一流路29A的辅助回路48的制冷剂返回压缩机11的中间压部，或是返回压缩机11的低压部，并且通过控制装置57来控制前述的电动膨胀阀33、电动膨胀阀43、47及该电磁阀66、67，控制装置57在外界空气温度AT低的情况下，关闭电磁阀67并打开电磁阀66，从而使流出热交换器29的第一流路29A的辅助回路48的制冷剂返回压缩机11的中间压部，因此在如冬季那样外界空气温度AT低、通过热交换器29中的过冷使电动膨胀阀33出口的制冷剂的干度变小的状况下，使辅助回路48的制冷剂返回压缩机11的中间压部以减少被吸入至压缩机11的低压部的制冷剂量，从而能够减少用于从低压压缩到中间压的压缩机11的压缩工作量。由此，能够降低压缩机11中的压缩动力以提高性能系数。

另一方面，在外界空气温度AT高的情况下，控制装置57关闭电磁阀66并打开电磁阀67，从而使流出热交换器29的第一流路29A的辅助回路48的制冷剂返回压缩机11的低压部，因此在如夏季那样外界空气温度AT高，即使借助热交换器29中的热交换，电动膨胀阀33出口的制冷剂的干度仍变大，贮液器36内的压力与压缩机11的中间压部的压力差也消失的状况下，使辅助回路48的制冷剂返回压缩机11的低压部而使制冷剂流经辅助回路48，从而能够确保热交换器29中的主回路38的制冷剂的过冷。

通过这些措施，无论外界空气温度如何，均能够无障碍地实现热交换器29中的流向电动膨胀阀39的制冷剂的过冷，从而能够确保稳定的冷冻能力。

另外，控制装置57通过电动膨胀阀33，将该电动膨胀阀33上游侧的制冷剂回路1的高压侧压力HP控制为规定的目标值，因此能够将从压缩机11喷出制冷剂的高压侧压力HP变高而压缩机11的运转效率下降，或者使对压缩机11造成损伤的问题避免于未然。

另外，辅助回路48具有使制冷剂从贮液器36上部流出并流入电动膨胀阀43的气体管道42，控制装置57通过电动膨胀阀43将贮液器36内的制冷剂的压力控制为规定的目标值，因此能够通过该电动膨胀阀43来抑制高压侧压力HP变动的影响，从而能够控制从贮液器36下部被搬送至电动膨胀阀39的制冷剂的压力。

另外，通过电动膨胀阀43来降低流入电动膨胀阀39的制冷剂的压力，从而能够使用耐压强度低的配管来作为到达电动膨胀阀39的配管。由此，能够实现施工性及施工成本的改善。

尤其，通过从贮液器36上部经由电动膨胀阀43抽出低温的气体，从而贮液器36内的压力下降。由此，在贮液器36内温度下降，因此产生制冷剂的冷凝作用，从而能够有效地在该贮液器36内贮存液体状态的制冷剂。

另外，辅助回路48具有使制冷剂从贮液器36下部流出并流入电动膨胀阀47的液体管道46，控制装置57通过电动膨胀阀47来调整流入热交换器29的第一流路29A的液态制冷剂量，以将流经第二流路29B的制冷剂的过冷度控制为规定的目标值，因此能够使贮液器36内下部的液态制冷剂经由电动膨胀阀47流入热交换器29的第一流路29A，从而能够增大在热交换器29的第二流路29B中流动的主回路38的制冷剂的过冷。

由此，能够提高从贮液器36内下部被搬送至电动膨胀阀39的制冷剂的液相比例，能够更加有效地使其在满液状态下流入电动膨胀阀39，从而能够实现冷冻能力的提高。

而且，控制装置57控制气体冷却器用送风机31的运转，以使流出气体冷却器28的制冷剂的温度成为相对于外界空气温度AT而决定的规定的目标值，因此既能抑制对气体冷却器28进行风冷的气体冷却器用送风机31的多余运转，又能将气体冷却器28出口的制冷剂的温度维持为适当的值。另一方面，高压侧压力HP由电动膨胀阀33予以控制，因此，通过这些措施，能够实现压缩机11的保护而维持稳定的运转。尤其，当如实施例那样使用二氧化碳来作为制冷剂的情况下，能够通过本发明来有效地改善冷冻能力，实现性能的提高。

Claims (7)

1.冷冻装置，由压缩机构、气体冷却器、主节流机构及蒸发器构成制冷剂回路，且高压侧达到超临界压力，该冷冻装置包括：

压力调整用节流机构，连接于所述气体冷却器下游侧且所述主节流机构上游侧的所述制冷剂回路；

贮液器，连接于该压力调整用节流机构下游侧且所述主节流机构上游侧的所述制冷剂回路；

热交换器，设置在所述气体冷却器下游侧且所述压力调整用节流机构上游侧的所述制冷剂回路中；

辅助回路，使所述贮液器内的制冷剂经由辅助节流机构流入所述热交换器的第一流路后返回所述压缩机构；

主回路，使从所述气体冷却器流出的制冷剂流入所述热交换器的第二流路并与流经所述第一流路的制冷剂进行热交换后，流入所述压力调整用节流机构，并使制冷剂从所述贮液器下部流出而流入所述主节流机构中；

流路切换机构，择一性地进行切换，使流出所述热交换器的第一流路的所述辅助回路的制冷剂返回所述压缩机构的中间压部，或者返回该压缩机构的低压部；以及

控制机构，控制所述压力调整用节流机构、所述辅助节流机构及所述流路切换机构。

2.如权利要求1所述的冷冻装置，

所述控制机构在外界空气温度低的情况下，通过所述流路切换机构使流出所述热交换器的第一流路的所述辅助回路的制冷剂返回所述压缩机构的中间压部，在外界空气温度高的情况下，则使其返回所述压缩机构的低压部。

3.如权利要求1或2所述的冷冻装置，

所述控制机构通过所述压力调整用节流机构，将该压力调整用节流机构上游侧的所述制冷剂回路的高压侧压力控制为规定的目标值。

4.如权利要求1或2所述的冷冻装置，

所述辅助节流机构具有第一辅助回路用节流机构，

并且所述辅助回路具有使制冷剂从所述贮液器上部流出并流入所述第一辅助回路用节流机构的气体管道，

所述控制机构通过所述第一辅助回路用节流机构将所述贮液器内的制冷剂的压力控制为规定的目标值。

5.如权利要求1或2所述的冷冻装置，

所述辅助节流机构具有第二辅助回路用节流机构，

并且所述辅助回路具有使制冷剂从所述贮液器下部流出并流入所述第二辅助回路用节流机构的液体管道，

所述控制机构通过所述第二辅助回路用节流机构来调整流入所述热交换器的第一流路的液态制冷剂量，以将流经所述第二流路的制冷剂的过冷度控制为规定的目标值。

6.如权利要求1或2所述的冷冻装置，

包括对所述气体冷却器进行风冷的送风机，

所述控制机构控制所述送风机的运转，以使流出所述气体冷却器的制冷剂的温度成为基于外界空气温度而决定的规定的目标值。

7.如权利要求1或2所述的冷冻装置，

使用二氧化碳作为所述制冷剂。