JP2008008593A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却能力を向上させるための過冷却回路（1a）と、冷却対象空間を冷却させるための主冷媒回路（1b）とを備えた冷凍装置において、冷凍装置が過負荷状態でなくても、過冷却回路（1a）の過冷却能力を制御する第２可変容量型圧縮機（20）を運転させることにより、冷凍装置の成績係数を向上させる。
【解決手段】主冷媒回路（1b）の高圧冷媒圧力と、過冷却回路（1a）の高圧冷媒圧力とを近づける高圧等価制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、過冷却回路を備えた冷凍装置に関し、特に、過冷却回路の能力制御技術に関するものである。

従来より、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置が知られている。この冷凍装置の中には、冷却対象空間を冷却するための主冷媒回路に、冷却能力を増大させるための過冷却熱交換器を備えた過冷却回路が付設されているものがある。

具体的に、上記冷凍装置の主冷媒回路は、第１圧縮機と第１室外熱交換器と第１膨張弁と室内熱交換器とが順に冷媒配管で接続されている。一方、過冷却回路は、第２圧縮機と第２室外熱交換器と第２膨張弁と上記過冷却熱交換器とが順に冷媒配管で接続されている。そして、主冷媒回路に過冷却回路を付設する際には、上記過冷却回路の過冷却熱交換器を上記主冷媒回路の第１室外熱交換器と第１膨張弁との間に設けられた高圧液配管に配置する。上記過冷却熱交換器は冷媒同士を熱交換させる熱交換器で、上記主冷媒回路の冷媒が流れる第１流路と上記過冷却回路の冷媒が流れる第２流路とを備えている。これにより、上記過冷却熱交換器において、主冷媒回路の第１室外熱交換器で凝縮した高圧液冷媒と、過冷却回路の低圧冷媒とを熱交換させることで、上記高圧液冷媒を過冷却し、該高圧液冷媒の過冷却度を大きくすることができる。そして、この高圧液冷媒の過冷却度を大きくすることで、該上記主冷媒回路の冷却能力を増大させることができる。このような上記過冷却回路を備えた冷凍装置において、該過冷却回路を制御するための従来技術として、特許文献１が挙げられる。

この特許文献１の冷凍装置では、該主冷媒回路の第１圧縮機が容量可変型圧縮機で構成されており、該第１圧縮機の運転容量及び主冷媒回路の低圧冷媒圧力に基づいて、上記過冷却回路の第２圧縮機の発停制御を行う。具体的には、上記容量可変型圧縮機の容量が第１所定値以上でありかつ上記低圧冷媒圧力が所定値以上の場合、つまり主冷媒回路が冷却過負荷状態にある場合に、上記過冷却回路の第２圧縮機が起動する。一方、上記容量可変型圧縮機の容量が第１所定値より低い第２所定値以下となった場合に、上記過冷却回路の第２圧縮機が停止する。

つまり、上記発停制御は、主冷媒回路が冷却過負荷状態となった場合に過冷却回路の第２圧縮機が起動し、冷却過負荷状態とならない場合には第２圧縮機が停止するように構成されている。
特許第３３７６８４４号公報

しかしながら、特許文献１の冷凍装置では、上記過冷却回路を利用して上記主冷媒回路の過負荷状態は回避することができるものの、主冷媒回路が過負荷状態とならなければ過冷却回路は起動しない。つまり、上記過冷却回路は、該主冷媒回路の冷却能力不足を補うためだけの補助的なユニットとして構成されているに過ぎない。例えば、上記冷凍装置の運転が、外気温度の上昇により該主冷媒回路が通常より高い高圧冷媒圧力であって、主冷媒回路の容量可変型圧縮機への入力が過大となり成績係数が低下している運転であっても、上記主冷媒回路の低圧冷媒圧力が維持されている場合には、特許文献１における冷凍装置の過冷却回路の第２圧縮機は起動しない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却能力を増加させるための過冷却回路を備えた冷凍装置において、冷凍装置が過負荷状態でなくても、上記過冷却回路の圧縮機を積極的に運転させることにより、冷凍装置の成績係数を向上させることである。

第１の発明は、可変容量の第１圧縮機（2）と第１凝縮器（6）と過冷却熱交換器（8）と第１膨張機構（10）と第１蒸発器（12）とが順に接続されて冷凍サイクルを行う主冷媒回路（1b）と、第２圧縮機（20）と第２凝縮器（24）と第２膨張機構（26）と上記過冷却熱交換器（8）とが順に接続されて冷凍サイクルを行う過冷却回路（1a）と、上記第１圧縮機（2）の容量を調整可能な第１容量調整手段とを備えた冷凍装置を前提としている。

そして、上記第２圧縮機（20）が可変容量圧縮機（20）で構成され、上記主冷媒回路（1b）の高圧冷媒圧力を検知する第１高圧冷媒圧力検知手段（5）と、上記過冷却回路（1a）の高圧冷媒圧力を検知する第２高圧冷媒圧力検知手段（23）と、上記第２圧縮機（20）の容量を調整可能な第２容量調整手段とを備え、上記第１容量調整手段と上記第２容量調整手段とを制御して、上記主冷媒回路（1b）の高圧冷媒圧力値と、上記過冷却回路（1a）の高圧冷媒圧力値とを近づける高圧等価制御手段（32）を備えていることを特徴としている。

第１の発明では、上記過冷却回路（1a）の高圧冷媒圧力を目標値として、上記高圧等価制御手段（32）が第１圧縮機（2）の容量を減少させることができる一方、上記主冷媒回路（1b）の高圧冷媒圧力を目標値として、上記高圧等価制御手段（32）が第２圧縮機（20）の容量を増加させることができる。これにより、上記主冷媒回路（1b）と上記過冷却回路（1a）との高圧冷媒圧力値を近づけることができる。

ここで、両方の上記高圧冷媒圧力値が近づく際の主冷媒回路（1b）の冷却能力については、上記第１圧縮機（2）の容量が減少することにより、上記主冷媒回路（1b）の第１蒸発器（12）に流入する冷媒量は減少して、該主冷媒回路（1b）の冷却能力は減少する。一方、上記第２圧縮機（20）の容量が増加することにより、上記主冷媒回路（1b）の過冷却熱交換器（8）における過冷却能力は増加して、該主冷媒回路（1b）を流れる冷媒の過冷却度は大きくなる。この過冷却度の拡大により、主冷媒回路（1b）の冷却能力は増加する。

第２の発明は、第１の発明において、上記過冷却熱交換器（8）の主冷媒回路（1b）側の冷媒出口液温度を検知する出口液温度検知手段（9）を備え、上記高圧等価制御手段（32）は、上記冷媒出口液温度が所定値より高ければ、上記第２容量調整手段を制御して上記第２圧縮機（20）の容量を増加させ、所定値より低ければ、上記第２容量調整手段を制御して上記第２圧縮機（20）の容量を減少させる第１制御部を備えていること特徴としている。

第２の発明では、上記主冷媒回路（1b）の高圧冷媒圧力値だけでなく、上記主冷媒回路（1b）の冷媒出口液温度における設定値を目標値として、上記高圧等価制御手段（32）の第１制御部が上記第２圧縮機（20）の容量を制御することができる。

第３の発明は、第１または第２の発明において、上記第２圧縮機（20）の吸入冷媒圧力を検知する吸入冷媒圧力検出手段（28）を備え、上記高圧等価制御手段（32）は、上記吸入冷媒圧力が所定値より高ければ、上記第２容量調整手段を制御して上記第２圧縮機（20）の容量を増加させ、所定値より低ければ、上記第２容量調整手段を制御して上記第２圧縮機（20）の容量を減少させる第２制御部を備えていること特徴としている。

第３の発明では、上記主冷媒回路（1b）の高圧冷媒圧力値や上記主冷媒回路（1b）の冷媒出口液温度の設定値だけでなく、上記第２圧縮機（20）の吸入冷媒圧力における設定値を目標値として、上記高圧等価制御手段（32）の第２制御部が上記第２圧縮機（20）の容量を制御することができる。

第４の発明は、第１から第３の何れか１つの発明において、上記主冷媒回路（1b）の蒸発温度を検知する蒸発温度検知手段（11）を備え、上記高圧等価制御手段（32）は、上記蒸発温度が所定値より低ければ、上記第１容量調整手段を制御して上記第１圧縮機（2）の容量を減少させ、所定値より高ければ、上記第１容量調整手段を制御して上記第１圧縮機（2）の容量を増加させる第３制御部を備えていること特徴としている。

第４の発明では、上記過冷却回路（1a）の高圧冷媒圧力値だけでなく、上記主冷媒回路（1b）の蒸発温度における設定値を目標値として、上記高圧等価制御手段（32）の第３制御部が上記第１圧縮機（2）の容量を制御することができる。

本発明によれば、上記高圧等価制御を行うことにより、上記過冷却回路（1a）の高圧冷媒圧力が上記主冷媒回路（1b）の高圧冷媒圧力に近づくまで、上記過冷却回路（1a）の第２圧縮機（20）を運転することができる。これにより、上記主冷媒回路（1b）が過負荷状態でなくても上記過冷却回路（1a）の第２圧縮機（20）を稼働することができ、結果として、上記冷凍装置の冷却負荷を主冷媒回路（1b）と過冷却回路（1a）とで分担させることが可能となる。ここで、この冷却負荷の分担に関しては、上記第１圧縮機（2）の容量減少による主冷媒回路（1b）の冷却能力の減少を、上記第２圧縮機（20）の容量増加による冷却能力の増加で補う構成となる。

又、上記第２圧縮機（20）の容量増加による電気入力の増加量は、主冷媒回路（1b）の冷却能力の減少に伴う第１圧縮機（2）の電気入力の減少量より小さい。これは、過冷却回路（1a）の成績係数が主冷媒回路（1b）の成績係数より大きいからである。ここで、主冷媒回路（1b）より過冷却回路（1a）の成績係数が大きい理由は、例えば、冷却対象空間の設定温度が−３０℃の場合は、主冷媒回路（1b）の蒸発飽和温度が−４０℃付近、過冷却回路（1a）の蒸発飽和温度が０℃付近となり、該過冷却回路（1a）の低圧冷媒圧力が高い。この低圧状態を維持しながら高圧等価制御を行えば、両者の高圧冷媒圧力が同値となった場合、高低圧差の小さい過冷却回路（1a）の成績係数の方が主冷媒回路（1b）に比べて大きくなるからである。

以上により、成績係数の小さい主冷媒回路（1b）のみで冷却運転を行うのではなく、該主冷媒回路（1b）と成績係数の大きい過冷却回路（1a）とで分担して冷却運転を行うことにより、上記冷凍装置のトータルの成績係数を向上させることができる。

また、上記第２の発明によれば、上記高圧等価制御中において、上記高圧等価制御の第１制御部が上記第２圧縮機（20）における容量の増加を制限することができる。ここで、上記第２圧縮機（20）の容量増加を制限する理由は、上記第２圧縮機（20）の容量を増加させると、上記過冷却回路（1a）の高圧冷媒圧力が上がると同時に、上記過冷却熱交換器（8）の過冷却能力を増加させて主冷媒回路（1b）の過冷却熱交換器（8）の冷媒出口液温度も下がってしまうからである。つまり、第１の発明のように、上記高圧等価手段が上記主冷媒回路（1b）の高圧冷媒圧力だけを目標値として上記第２圧縮機（20）の容量を増加させた場合、条件によっては上記冷媒出口液温度が必要以上に下がり過ぎることが考えられる。そこで、この冷媒出口液温度の下がりすぎを防止するために、上記１制御部が上記第２圧縮機（20）における容量の増加を制限する。

また、上記第３の発明によれば、上記高圧等価制御中において、上記高圧等価制御の第２制御部が上記第２圧縮機（20）における容量の増加を制限することができる。ここで、上記第２圧縮機（20）の容量増加を制限する理由は、上記第２圧縮機（20）の容量を増加させると、上記過冷却回路（1a）の高圧冷媒圧力が上がると同時に、上記第２圧縮機（20）の吸入冷媒圧力も下がってしまうからである。つまり、第１の発明のように、上記高圧等価手段が上記主冷媒回路（1b）の高圧冷媒圧力だけを目標値として上記第２圧縮機（20）の容量を増加させた場合、条件によっては上記吸入冷媒圧力が必要以上に下がり過ぎることが考えられる。そこで、この吸入冷媒圧力の下がりすぎを防止するために、上記２制御部が上記第２圧縮機（20）における容量の増加を制限する。

また、上記第４の発明によれば、上記高圧等価制御中において、上記高圧等価制御の第３制御部が、上記蒸発温度に基いて上記第１圧縮機（2）における容量の減少を制限することができる。ここで、上記第１圧縮機（2）の容量減少を制限する理由は、上記第１圧縮機（2）の容量を減少させると、主冷媒回路（1b）の冷却能力が減少して上記冷却対象空間の冷却不足が起こってしまうからである。つまり、第１の発明のように、上記高圧等価手段が上記過冷却回路（1a）の高圧冷媒圧力だけを目標値として上記第１圧縮機（2）の容量を減少させた場合、条件によっては上記蒸発温度が必要以上に上がり過ぎることが考えられる。そこで、この吸入冷媒圧力の上がりすぎを防止するために、上記３制御部が上記第１圧縮機（2）における容量の減少を制限する。これにより、上記高圧等価制御手段（32）が、主冷媒回路（1b）の冷却能力を保ちつつ、高圧等価制御を行うことができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

−冷凍装置の構成−
図１は、この実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路図である。この冷凍装置は、冷却対象空間（例えば、冷凍室）を冷却するためのものである。上記冷凍装置は、冷却対象空間を冷却するための主冷媒回路（1b）と、該主冷媒回路（1b）を流れる冷媒（高圧液冷媒）を冷却するための過冷却熱交換器（8）を有する過冷却回路（1a）とを備えている。又、上記冷凍装置には、上記主冷媒回路（1b）及び過冷却回路（1a）の運転を制御するためコントローラ（高圧等価制御手段）（32）が設置されている。

〈主冷媒回路〉
上記主冷媒回路（1b）は、第１可変容量型圧縮機（第１圧縮機）（2）と第１室外熱交換器（第１凝縮器）（6）と上記過冷却熱交換器（8）と第１膨張弁（第１膨張機構）（10）と室内熱交換器（第１蒸発器）（12）とが順に冷媒配管で接続されて、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行うように構成されている。

上記第１可変容量型圧縮機（2）には、図示しないインバータが接続されている。上記インバータは、上記第１可変容量型圧縮機（2）に電流を供給するとともに、その電流の周波数を変化することが可能に構成されている。つまり、上記第１可変容量型圧縮機（2）の容量は、上記インバータにより、ある範囲内で自在に変更することが可能となっている。一方、上記第１可変容量型圧縮機（2）の吸入側には第１吸入冷媒配管（15）が、吐出側には第１吐出冷媒配管（3）がそれぞれ接続されている。上記第１吸入冷媒配管（15）には第１吸入温度センサ（17）と第１低圧冷媒圧力センサ（16）とが設けられている。又、上記第１吐出冷媒配管（3）には、第１吐出温度センサ（4）と第１高圧冷媒圧力センサ（第１高圧冷媒圧力検知手段）（5）とが設けられている。そして、該第１吐出冷媒配管（3）は上記第１可変容量型圧縮機（2）と第１室外熱交換器（6）とを接続している。

上記第１室外熱交換器（6）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成されており、該第１室外熱交換器（6）の近傍には、第１送風ファン（6a）と第１外気温度センサ（6b）とが設けられている。又、示していないが、上記第１室外熱交換器（6）は、伝熱管が複数パスに配列されており、該伝熱管と直交して多数のアルミフィンが設置されている。そして、上記第１室外熱交換器（6）と第１膨張弁（10）とを接続する第１高圧液冷媒配管（7）には、上記過冷却熱交換器（8）が設けられている。

上記過冷却熱交換器（8）は、プレートフィン型熱交換器で構成されており、該プレートフィン型熱交換器内には第１、第２流路（8a,8b）が形成されている。上記第１流路（8a）には上記主冷媒回路（1b）を循環する冷媒が流れ、上記第２流路（8b）には過冷却回路（1a）を循環する冷媒が流れている。そして、この冷媒同士が熱交換を行うことにより、上記主冷媒回路（1b）側を流れる冷媒は冷却される。又、上記主冷媒回路（1b）側を流れる冷媒の過冷却熱交換器（8）の出口側の温度を測定するための冷媒出口液温度センサ（9）（出口液温度検知手段）が、上記主冷媒回路（1b）の過冷却熱交換器（8）と第１膨張弁（10）とを接続する冷媒配管に設けられている。

上記第１膨張弁（10）は、開度が調節可能な電動膨張弁であり、その開度は適宜、電気信号によって変更可能に構成されている。

上記室内熱交換器（12）は、上記第１室外熱交換器（6）と同様に、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成されている。図示していないが、伝熱管が複数パスに配列されており、該伝熱管と直交して多数のアルミフィンが設置されている。又、上記室内熱交換器（12）の入口側には蒸発温度センサ（蒸発温度検知手段）（11）が設けられ、該室内熱交換器（12）の近傍には、第３送風ファン（12a）と室内温度センサ（12b）とが設けられている。そして、上記室内熱交換器（12）と上記第１可変容量型圧縮機（2）とは上記第１吸入冷媒配管（15）で接続されている。

上記主冷媒回路（1b）には、液インジェクション配管（18）が設けられており、該液インジェクション配管（18）の一端は、上記第１室外熱交換器（6）と上記過冷却熱交換器（8）との間の第１高圧液冷媒配管（7）に接続され、他端は、上記室内熱交換器（12）と上記第１可変容量型圧縮機（2）との間の上記第１吸入冷媒配管（15）に接続されている。そして、上記液インジェクション配管（18）には、該液インジェクション配管（18）を流れる冷媒を減圧するための減圧弁（19）が設置されている。

〈過冷却回路〉
上記過冷却回路（1a）は、第２可変容量型圧縮機（20）と第２室外熱交換器（第２凝縮器）（24）と第２膨張弁（第２膨張機構）（26）と上記過冷却熱交換器（8）とが順に冷媒配管で接続されて、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行うように構成されている。

上記第２可変容量型圧縮機（20）は、上記主冷媒回路（1b）の第１可変容量型圧縮機（2）と同様に、図示しないインバータが接続され、該インバータにより、上記第２可変容量型圧縮機（20）の容量はある範囲内で自在に変更することが可能となっている。一方、上記第２可変容量型圧縮機（20）の吸入側には第２吸入冷媒配管（30）が、吐出側には第２吐出冷媒配管（21）がそれぞれ接続されている。上記第２吸入冷媒配管（30）には第２吸入温度センサ（29）と第２低圧冷媒圧力センサ（吸入冷媒圧力検出手段）（28）とが設けられている。又、上記第２吐出冷媒配管（21）には、第２吐出温度センサ（22）と第２高圧冷媒圧力センサ（第２高圧冷媒圧力検知手段）（23）とが設けられている。そして、該第２吐出冷媒配管（21）は上記第２可変容量型圧縮機（20）と第２室外熱交換器（24）とを接続している。

上記第２室外熱交換器（24）は、上記主冷媒回路（1b）の第１室外熱交換器（6）と同様に、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成されており、該第２室外熱交換器（24）の近傍には、第２送風ファン（24a）と第２外気温度センサ（24b）とが設けられている。又、示していないが、上記第２室外熱交換器（24）は、伝熱管が複数パスに配列されており、該伝熱管と直交して多数のアルミフィンが設置されている。そして、上記第２室外熱交換器（24）と第２膨張弁（26）とは第２高圧液冷媒配管（25）により接続されている。

上記第２膨張弁（26）は、開度が調節可能な電動膨張弁であり、その開度は適宜、電気信号によって変更可能に構成されている。そして、上記第２膨張弁（26）と上記過冷却熱交換器（8）とは第２低圧冷媒配管（27）により接続されている。

上記過冷却熱交換器（8）は、上述のように、プレートフィン型熱交換器で構成されており、該プレートフィン型熱交換器内の第２流路（8b）には第２低圧冷媒配管（27）が接続されている。

〈コントローラ〉
上記コントローラ（32）は、上記冷凍装置に設けられた冷媒出口液温度センサ（9）と蒸発温度センサ（11）と第１高圧冷媒圧力センサ（5）と第２高圧冷媒圧力センサ（23）と第２低圧冷媒圧力センサ（28）からの検出信号に応じて、第１可変容量型圧縮機（2）及び第２可変容量型圧縮機（20）の高圧等価制御運転を行うように構成されている。

−冷凍装置の運転動作−
本実施形態の冷凍装置の運転動作について説明する。先ず上記主冷媒回路（1b）及び上記過冷却回路（1a）の冷却運転について説明し、次に上記主冷媒回路（1b）と上記過冷却回路（1a）とにおける高圧等価制御運転について説明する。

〈主冷媒回路の冷却運転〉
この主冷媒回路（1b）の冷却運転では、第１室外熱交換器（6）を凝縮器、室内熱交換器（12）を蒸発器として回路内を冷媒が循環する一方、適宜、第１膨張弁（10）の開度が調整されて蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。又、運転状態により、上記液インジェクション配管（18）の減圧弁（19）の開度が調整される。

上記第１可変容量型圧縮機（2）が起動すると、該第１可変容量型圧縮機（2）の吐出側から第１吐出冷媒配管（3）を通って高圧ガス冷媒が吐出される。吐出された高圧ガス冷媒は、第１室外熱交換器（6）へ流入するともに、該第１室外熱交換器（6）内で、外気に放熱し、凝縮して高圧液冷媒となる。上記高圧液冷媒となった冷媒は第１室外熱交換器（6）を流出して、上記過冷却熱交換器（8）の第１流路（8a）を通過する際に、過冷却されて該過冷却熱交換器（8）を流出する。

過冷却された高圧液冷媒は、上記第１膨張弁（10）に流入する。該第１膨張弁（10）に流入した高圧液冷媒は、該第１膨張弁（10）を通過する際に減圧されて低圧液冷媒となり、室内熱交換器（12）に流入する。該室内熱交換器（12）に流入した低圧液冷媒は、該室内熱交換器（12）を通過する際に冷却対象空間内の空気から吸熱する。冷却対象空間内の空気から吸熱した低圧液冷媒は、蒸発して低圧ガス冷媒となって、室内熱交換器（12）を流出する。該室内熱交換器（12）を流出した低圧ガス冷媒は、第１吸入冷媒配管（15）を通過して、第１可変容量型圧縮機（2）へ流入する。第１可変容量型圧縮機（2）に流入した低圧ガス冷媒は、圧縮されて高圧ガス冷媒となって再び第１可変容量型圧縮機（2）から吐出される。

以上のように、冷媒が主冷媒回路（1b）内を循環して冷却対象空間内が冷却される。

〈過冷却回路の冷却運転〉
この過冷却回路（1a）の冷却運転では、第２室外熱交換器（24）を凝縮器、過冷却熱交換器（8）を蒸発器として回路内を冷媒が循環する一方、適宜、第２膨張弁（26）の開度が調整されて蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。

上記第２可変容量型圧縮機（20）が起動すると、該第２可変容量型圧縮機（20）の吐出側から第２吐出冷媒配管（21）を通って高圧ガス冷媒が吐出される。吐出された高圧ガス冷媒は、第２室外熱交換器（24）へ流入するともに該第２室外熱交換器（24）内で外気に放熱し、凝縮して高圧液冷媒となる。

上記高圧液冷媒は、第２室外熱交換器（24）を流出して上記第２膨張弁（26）に流入する。該第２膨張弁（26）に流入した高圧液冷媒は、該第２膨張弁（26）を通過する際に減圧されて低圧液冷媒となり、上記過冷却熱交換器（8）の第２流路に流入する。該過冷却熱交換器（8）の第２流路に流入した低圧液冷媒は、該過冷却熱交換器（8）の第２流路を通過する際に、上記第１流路内を流れる主冷媒回路（1b）の高圧液冷媒から吸熱する。上記第１流路の高圧液冷媒から吸熱した上記第２流路の低圧液冷媒は、蒸発して低圧ガス冷媒となって、過冷却熱交換器（8）を流出する。該過冷却熱交換器（8）を流出した低圧ガス冷媒は、第２吸入冷媒配管（30）を通過して、第２可変容量型圧縮機（20）へ流入する。第２可変容量型圧縮機（20）に流入した低圧ガス冷媒は、圧縮されて高圧ガス冷媒となって再び第２可変容量型圧縮機（20）から吐出される。

以上のように、冷媒が過冷却回路（1a）内を循環して主冷媒回路（1b）の高圧液冷媒が冷却される。

〈高圧等価制御運転〉
次に、上記主冷媒回路（1b）と上記過冷却回路（1a）とにおける高圧等価制御の動作について、図２の制御フローに基づき説明する。ここで、上記高圧等価制御とは、第１及び第２可変容量型圧縮機（2,20）の運転周波数を増減させて容量制御を行うことにより、主冷媒回路（1b）と過冷却回路（1a）との高圧冷媒圧力を調整して、両者の高圧冷媒圧力を等価させる制御のことである。

冷凍装置の冷却運転が開始されると、ステップＳＴ１では、上記第１外気温度センサ（6b）で検出される外気温度Ｔａが所定値Ｘ１（例えば、Ｘ１＝２０℃）より大きく且つ上記第１可変容量型圧縮機（2）の周波数が上記第１可変容量型圧縮機（2）の最高周波数の５０％以上の場合、若しくは、第１可変容量型圧縮機（2）の周波数が該第１可変容量型圧縮機（2）の最高周波数の９０％以上の場合に、上記主冷媒回路（1b）の第１高圧冷媒圧力センサ（5）より検出される高圧冷媒圧力Ｐ１が上記過冷却回路（1a）の第２高圧冷媒圧力センサ（23）より検出される高圧冷媒圧力Ｐ２より大きいか否かを判定する。上記高圧冷媒圧力Ｐ１が上記高圧冷媒圧力Ｐ２以下の場合にはステップＳＴ８の通常制御に移り、高圧等価制御を行うことなく再びステップ１に戻る。一方、上記高圧冷媒圧力Ｐ１が上記高圧冷媒圧力Ｐ２より大きい場合には、ステップＳＴ２に移る。

ステップＳＴ２では、上記主冷媒回路（1b）の冷媒出口液温度センサ（9）で検知される冷媒出口液温度Ｔ１が所定値Ｘ２（例えば、Ｘ２＝０℃）より高いか、或いは上記過冷却回路（1a）の第２低圧冷媒圧力センサ（28）で検知される吸入冷媒圧力ＰＳが所定値Ｘ３（例えば、Ｘ３＝０．１５ＭＰａ）より高いか否かを判定する。ここでは、上記過冷却熱交換器（8）の過冷却能力が大きくなり過ぎて、該過冷却熱交換器（8）や上記第２可変容量型圧縮機（20）に不具合が起きないようにしている。つまり、上記冷媒出口液温度Ｔ１が所定値Ｘ２＝０℃以下、或いは上記低圧冷媒圧力値ＰＳが所定値Ｘ３＝０．１５ＭＰａ以下の時には、前者において上記過冷却熱交換器（8）が凍結パンクを起こす場合があり、後者において上記第２可変容量型圧縮機（20）の圧縮比が上昇して吐出冷媒温度が過上昇する場合があると判断してステップＳＴ３に移る。一方、上記冷媒出口液温度Ｔ１が所定値Ｘ２＝０℃より高い、或いは上記低圧冷媒圧力値Ｐ３が所定値Ｘ３＝０．１５ＭＰａより高い時には、上記過冷却熱交換器（8）が凍結パンク又は上記第２可変容量型圧縮機（20）の吐出冷媒温度が過上昇するおそれはないと判断してステップＳＴ４に移る。

ステップＳＴ３では、上記第２可変容量型圧縮機（20）の周波数が減少する。これにより、上記過冷却熱交換器（8）の過冷却能力が減少するので、上記冷媒出口液温度Ｔ１及び上記低圧冷媒圧力Ｐ３が上昇し、該過冷却熱交換器（8）の凍結パンクや上記第２可変容量型圧縮機（20）の吐出冷媒温度の過上昇が回避される一方、上記過冷却回路（1a）の高圧冷媒圧力ＰＳは低くなりながら、ステップＳＴ５に移る。

ステップＳＴ４では、上記第２可変容量型圧縮機（20）の周波数が増加する。これにより、上記過冷却熱交換器（8）の過冷却能力が増加するので、上記冷媒出口液温度Ｔ１及び上記低圧冷媒圧力Ｐ３が降下する一方、上記過冷却回路（1a）の高圧冷媒圧力ＰＳは高くなりながら、ステップＳＴ５に移る。

ステップＳＴ５では、上記主冷媒回路（1b）に設けられた蒸発温度センサ（11）で検出される蒸発温度Ｔｅが冷却対象空間における冷却設定温度Ｘ４にα（例えばα＝１０）を減じた値より低いか否かを判定する。つまり、上記蒸発温度Ｔｅが上記冷却対象空間を冷却設定温度Ｘ４まで冷却可能な温度であるか否かを判定する。具体的には、上記蒸発温度Ｔｅが上記冷却設定温度Ｘ４にαを減じた値より低い場合にはステップＳＴ７に移り、低くない場合には、ステップＳＴ６へ移る。

ステップＳＴ６では、上記第１可変容量型圧縮機（2）の周波数が増加する。これにより、上記室内熱交換器（12）の冷却能力が増加するので、上記蒸発温度Ｔｅは低くなる一方、上記主冷媒回路（1b）の高圧冷媒圧力Ｐ１は高くなりながら、再びステップＳＴ１に戻る。

ステップＳＴ７では、上記第１可変容量型圧縮機（2）の周波数が減少する。これにより、上記室内熱交換器（12）の冷却能力が減少するので、上記蒸発温度Ｔｅは高くなる一方、上記主冷媒回路（1b）の高圧冷媒圧力Ｐ１は低くなりながら、再びステップＳＴ１に戻る。

以上の動作を繰り返して、高圧等価制御運転が行われる。

−実施形態の効果−
本実施形態によれば、上記冷凍装置が上記高圧等価制御運転を行うことにより、上記過冷却回路（1a）の高圧冷媒圧力が上記主冷媒回路（1b）の高圧冷媒圧力に近づくまで、上記過冷却回路（1a）の第２圧縮機（20）を積極的に運転することができる。これにより、上記主冷媒回路（1b）が過負荷状態でなくても上記過冷却回路（1a）の第２圧縮機（20）を稼働することができ、結果として、上記冷凍装置の冷却負荷を主冷媒回路（1b）と過冷却回路（1a）とで分担することができる。

又、本実施形態では、上記冷凍装置の冷却負荷を主冷媒回路（1b）と過冷却回路（1a）とで分担させることにより、上記冷凍装置の成績係数を向上させることができる。ここで、この成績係数が向上する理由について、本実施形態の主冷媒回路（1b）及び過冷却回路（1a）の冷凍サイクルシミュレーション結果を示した図３に基づいて説明する。

上記冷凍サイクルシミュレーションは、上記主冷媒回路（1b）の室内熱交換器（12）における蒸発温度を−４０℃、上記過冷却回路（1a）の過冷却熱交換器（8）における蒸発温度を０℃、及び上記冷凍装置の冷却能力を２５．２Ｋｗで一定条件とし、主冷媒回路（1b）及び過冷却回路（1a）の凝縮温度を変化させて行い、上記凝縮温度の変化による成績係数の影響について調べた。

図３におけるＡは冷凍装置の冷却運転を主冷媒回路（1b）のみで行った場合であり、Ｂ及びＣは主冷媒回路（1b）と過冷却回路（1a）とで行った場合である。又、Ａは主冷媒回路（1b）の凝縮温度が５０℃、Ｂは主冷媒回路（1b）及び過冷却回路（1a）の凝縮温度がそれぞれ４７℃及び４２℃、Ｃは主冷媒回路（1b）及び過冷却回路（1a）の凝縮温度が４５℃である。

Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれについて冷凍装置の成績係数を比較した場合、Ａに比べてＢ及びＣの方が成績係数が大きい。これは、上記主冷媒回路（1b）のみで冷却運転を行うより、主冷媒回路（1b）と過冷却回路（1a）とで冷却運転を行うほうが成績係数が大きいことを示している。又、Ｂ及びＣについて比較した場合、Ｃの方が成績係数が大きい。これは、主冷媒回路（1b）及び過冷却回路（1a）の凝縮温度を同じ値にしたほうが成績係数が大きいことを示している。さらに、Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれについて主冷媒回路（1b）と過冷却回路（1a）との成績係数を比較した場合、全てにおいて過冷却回路（1a）の成績係数が上回っている。

以上から、成績係数の小さい主冷媒回路（1b）のみで冷却運転を行うのではなく、該主冷媒回路（1b）と成績係数の大きい過冷却回路（1a）とで高圧等価制御運転を行うほうが、上記冷凍装置の成績係数を向上させることができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

例えば、主冷媒回路（1b）は二段圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路であってもよいし、上記室内熱交換器（12）が並列に複数台設置されていてもよい。

又、上記過冷却熱交換器（8）はプレート式熱交換器で構成される必要はなく、二重管式やシェルアンドチューブ型熱交換器で構成されてもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、過冷却回路を備えた冷凍装置に関し、特に、過冷却回路の能力制御技術について有用である。

実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路図である。 実施形態に係る冷凍装置の制御フロー図である。 主冷媒回路及び過冷却回路の凝縮温度と冷凍装置の成績係数との関係を示す表である。

符号の説明

1 冷凍装置
1a 過冷却回路
1b 主冷媒回路
2 第１可変容量型圧縮機（第１圧縮機）
5 第１高圧冷媒圧力センサ（第１高圧冷媒圧力検知手段）
6 室外熱交換器（第１凝縮器）
8 過冷却熱交換器
9 冷媒出口液温度センサ（出口液温度検知手段）
10 第１膨張弁（第１膨張機構）
11 蒸発温度センサ（蒸発温度検知手段）
12 室内熱交換器（第１蒸発器）
20 第２可変容量型圧縮機（第２圧縮機）
23 第２高圧冷媒圧力センサ（第２高圧冷媒圧力検知手段）
24 第２室外熱交換器（第２凝縮器）
26 第２膨張弁（第２膨張機構）
28 第２低圧冷媒圧力センサ（吸入冷媒圧力検知手段）
32 コントローラ（高圧等価制御手段）

Claims (4)

1. 可変容量の第１圧縮機（2）と第１凝縮器（6）と過冷却熱交換器（8）と第１膨張機構（10）と第１蒸発器（12）とが順に接続されて冷凍サイクルを行う主冷媒回路（1b）と、第２圧縮機（20）と第２凝縮器（24）と第２膨張機構（26）と上記過冷却熱交換器（8）とが順に接続されて冷凍サイクルを行う過冷却回路（1a）と、上記第１圧縮機（2）の容量を調整可能な第１容量調整手段とを備えた冷凍装置であって、
   上記第２圧縮機（20）が可変容量圧縮機（20）で構成され、
   上記主冷媒回路（1b）の高圧冷媒圧力を検知する第１高圧冷媒圧力検知手段（5）と、上記過冷却回路（1a）の高圧冷媒圧力を検知する第２高圧冷媒圧力検知手段（23）と、上記第２圧縮機（20）の容量を調整可能な第２容量調整手段とを備え、
   上記第１容量調整手段と上記第２容量調整手段とを制御して、上記主冷媒回路（1b）の高圧冷媒圧力値と、上記過冷却回路（1a）の高圧冷媒圧力値とを近づける高圧等価制御手段（32）を備えていることを特徴とする冷凍装置。
2. 請求項１において、
   上記過冷却熱交換器（8）の主冷媒回路（1b）側の冷媒出口液温度を検知する出口液温度検知手段（9）を備え、
   上記高圧等価制御手段（32）は、上記冷媒出口液温度が所定値より高ければ、上記第２容量調整手段を制御して上記第２圧縮機（20）の容量を増加させ、所定値より低ければ、上記第２容量調整手段を制御して上記第２圧縮機（20）の容量を減少させる第１制御部を備えていること特徴とする冷凍装置。
3. 請求項１または２において、
   上記第２圧縮機（20）の吸入冷媒圧力を検知する吸入冷媒圧力検出手段（28）を備え、
   上記高圧等価制御手段（32）は、上記吸入冷媒圧力が所定値より高ければ、上記第２容量調整手段を制御して上記第２圧縮機（20）の容量を増加させ、所定値より低ければ、上記第２容量調整手段を制御して上記第２圧縮機（20）の容量を減少させる第２制御部を備えていること特徴とする冷凍装置。
4. 請求項１から３の何れか１つにおいて、
   上記主冷媒回路（1b）の蒸発温度を検知する蒸発温度検知手段（11）を備え、
   上記高圧等価制御手段（32）は、上記蒸発温度が所定値より低ければ、上記第１容量調整手段を制御して上記第１圧縮機（2）の容量を減少させ、所定値より高ければ、上記第１容量調整手段を制御して上記第１圧縮機（2）の容量を増加させる第３制御部を備えていること特徴とする冷凍装置。

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