JP2010101552A - ガスインジェクション冷凍システム - Google Patents

Abstract

【課題】熱負荷の変化や経年変化等により高圧圧力が変化したとしても、常に最適のＣＯＰにて動作するガスインジェクション冷凍システムを提供する。
【解決手段】ガスインジェクション冷凍システムは、放熱器(14)での冷媒の高圧圧力を検知するセンサ(38)と、少なくとも冷媒の高圧圧力が冷媒の臨界圧力を超えているとき、第１膨張弁(16)の開度を変化させながらセンサ(38)によって冷媒の高圧圧力を検知し、第１膨張弁(16)の開度の変化量に対する高圧圧力の変化量の割合に基づいて、第１膨張弁(16)の開度を調整する制御装置(36)とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスインジェクション冷凍システムに関する。

近年、地球環境を考慮して二酸化炭素（ＣＯ_２）が冷凍システムの冷媒に用いられている。ＣＯ_２の臨界温度は低いため、冷凍システムには、ガスインジェクションサイクルを採用しているものがある。
具体的には、ガスインジェクションサイクルは、２つの圧縮機、放熱器、２つの膨張器、気液分離器、及び、蒸発器を有する。気液分離器は、２つの膨張器の間に配置され、１つ目の膨張器で膨張させられた冷媒を、気相の冷媒と液相の冷媒とに分離する。分離された気相の冷媒は、２つの圧縮機のうち、２つ目の圧縮機に供給される。

この種のガスインジェクションサイクルにおいては、当然のことながら、効率良く運転することが望まれている。そこで、特許文献１が開示する冷凍サイクル装置では、放熱器の冷媒圧力（高段側圧力）が、放熱器出口側の冷媒温度、または、放熱器の周囲空気温度に応じて選定された所定の圧力範囲内におさまるように、第一減圧器かつ／または第二減圧器の減圧量が調整される。

また、特許文献１が開示する他の冷凍サイクル装置では、中間冷媒圧力が、吸熱器での蒸発温度に応じて選定された冷媒の臨界圧力以下の所定の圧力範囲内におさまるように第一減圧器かつ／または前記第二減圧器の減圧量が調整される。
具体的には、特許文献１には、中間冷媒圧力について、低段側冷媒温度（蒸発温度）が−５〜５℃であれば、５．０〜７．０ＭＰａとし、５〜１５℃であれば、６．０〜８．０ＭＰａとする圧力範囲内におさまるように第一減圧器かつ／または第二減圧器の減圧量を調整すると良いとの記載がある。
特開２００１−１３３０５８号公報（特許請求の範囲、段落番号００５９等。）

しかしながら、特許文献１には、高段側圧力をおさめるべき所定の圧力範囲の具体的な数値の記載がない。その上、どのような場合に減圧量を大きくし、或いは小さくするのかについても記載されていない。
また、特許文献１に開示された中間冷媒圧力の圧力範囲は広すぎるため、中間冷媒圧力がこの圧力範囲内にあったとしても、必ずしもＣＯＰ（成績係数）が向上するとはいえない。

更に、中間冷媒圧力を変更すれば、高段側圧力も変化するため、高段側圧力及び中間冷媒圧力の両方を同時に制御することは現実には困難である。
一方、冷凍サイクル装置では、目詰まり等の経年変化により、最適なＣＯＰが得られる高段側圧力及び中間冷媒圧力の圧力範囲が変化する。このため、特許文献１が開示するように予め高段側圧力及び中間冷媒圧力の圧力範囲を選定した場合、使用しているうちに、最適なＣＯＰが得られなくなる虞がある。

本発明は、上述の事情に基づいてなされ、その目的とするところは、熱負荷の変化や経年変化等により高圧圧力が変化したとしても、常に最適のＣＯＰにて動作するガスインジェクション冷凍システムを提供することにある。

上記の目的を達成するべく、本発明の一態様によれば、冷媒を圧縮する高圧圧縮機構と、前記高圧圧縮機構で圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器で冷却された冷媒を膨張させる、開度可変の第１膨張弁と、前記第１膨張弁で膨張させられた冷媒を、前記高圧圧縮機構に供給される気相の冷媒と液相の冷媒とに分離する気液分離器と、前記気液分離器で分離された液相の冷媒を膨張させる第２膨張弁と、前記第２膨張弁で膨張させられた冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器で蒸発させられた冷媒を圧縮し、前記高圧圧縮機構に供給する低圧圧縮機構と、前記放熱器での前記冷媒の高圧圧力を検知するセンサと、少なくとも前記冷媒の高圧圧力が前記冷媒の臨界圧力を超えているとき、前記第１膨張弁の開度を変化させながら前記センサによって前記冷媒の高圧圧力を検知し、前記第１膨張弁の開度の変化量に対する前記高圧圧力の変化量の割合に基づいて、前記第１膨張弁の開度を調整する制御装置とを備えることを特徴とするガスインジェクション冷凍システムが提供される（請求項１）。

好ましくは、前記制御装置は、前記第１膨張弁の開度の変化量に対する前記高圧圧力の変化量の割合の最適値を予め記憶しており、前記最適値に対応する開度に合うように前記第１膨張弁の開度を調整する（請求項２）。
好ましくは、前記制御装置は、前記第１膨張弁の開度の変化量に対する前記高圧圧力の変化量の割合が変化する前記第１膨張弁の開度の変化点を演算し、当該変化点に基づいて前記第１膨張弁の開度の変化量に対する前記高圧圧力の変化量の割合の最適値を設定し、そして、前記第１膨張弁の開度を前記最適値に合うように調整する（請求項３）。

好ましくは、前記放熱器で冷却された冷媒の過冷却度を検知する過冷却度検知手段を有し、前記制御装置は、前記冷媒の高圧圧力が前記冷媒の臨界圧力よりも低いとき、過冷却度検知手段によって検知された前記冷媒の過冷却度に基づいて、前記第１膨張弁の開度を調整する（請求項４）。
好ましくは、前記高圧圧縮機構及び低圧圧縮機構の吐出量は、前記蒸発器での冷媒の圧力が一定になるように調整され、前記第２膨張弁の開度は、前記蒸発器の出口での前記冷媒の過熱度が一定になるよう調整される（請求項５）。

請求項１のガスインジェクション冷凍システムによれば、制御装置が、第１膨張弁の開度の変化量に対する高圧圧力の変化量の割合に基づいて、第１膨張弁の開度を調整することで、最適なＣＯＰでの当該システムの作動が実現される。
請求項２のガスインジェクション冷凍システムによれば、最適値に対応する開度に合うように第１膨張弁の開度を調整することで、最適なＣＯＰでの当該システムの作動が確実に実現される。

請求項３のガスインジェクション冷凍システムによれば、最適値に対応する開度に合うように第１膨張弁の開度を調整することで、最適なＣＯＰでの当該システムの作動が確実に実現される。また、このシステムによれば、システムの仕様が異なっていても、仕様毎に変化点を演算し、最適値を設定することで、最適なＣＯＰでの各システムの作動が確実に実現される。

請求項４のガスインジェクション冷凍システムによれば、制御装置が、冷媒の高圧圧力が臨界圧力よりも低いとき、放熱器で冷却された冷媒の過冷却度に基づいて第１膨張弁の開度を調整することで、最適なＣＯＰでの当該システムの作動が確実に実現される。
請求項５のガスインジェクション冷凍システムでは、制御装置が、第１膨張弁の開度の変化量に対する高圧圧力の変化量の割合に基づいて、第１膨張弁の開度を調整することで、最適なＣＯＰでの当該システムの作動が実現される。このため、高圧圧縮機構及び低圧圧縮機構の吐出量、並びに、第２膨張弁の開度については、格別な調整が必要ない。そこで、このシステムでは、蒸発器での冷媒の圧力が一定になるように調整され、第２膨張弁の開度が、蒸発器の出口での冷媒の過熱度が一定になるよう調整することで、簡易な構成にて、最適なＣＯＰでの当該システムの作動が実現される。

請求項６のガスインジェクション冷凍システムによれば、冷媒がＣＯ_２であっても、最適なＣＯＰでの当該システムの作動が実現される。

図１は、本発明の第１実施形態に係るガスインジェクション冷凍システム（以下、単に冷凍システムともいう）の概略構成を示している。本実施形態では、冷凍システムは、商品を冷蔵又は冷凍するためのショーケース２及びその室外機４に適用されている。
ショーケース２は店舗内に配置され、商品を陳列するための陳列室６と、陳列室６の例えば下に儲けられた機械室８とを有する。室外機４は店舗外に配置される。

冷凍システムは、作動流体としての冷媒が循環させられる循環路１０を有する。冷媒としては、例えばＣＯ_２（二酸化炭素）が用いられる。循環路１０には、冷媒が循環する方向にて、高圧圧縮機１２、放熱器１４、第１膨張弁１６、気液分離器１８、第２膨張弁２０ａ，２０ｂ、蒸発器２２ａ，２２ｂ及び低圧圧縮機２４がこの順序で介挿されている。
なお、高圧圧縮機１２、放熱器１４、第１膨張弁１６、気液分離器１８、第２膨張弁２０ａ，２０ｂ、蒸発器２２ａ，２２ｂ及び低圧圧縮機２４の間は、例えば金属製のパイプによって連結することができる。

本実施形態では、２セットの第２膨張弁２０ａ，２０ｂ及び蒸発器２２ａ，２２ｂが互いに並列に配置されているが、第２膨張弁及び蒸発器のセット数は、ショーケース２の仕様に合わせて、１セットであってもよいし、３セット以上であってもよい。
循環路１０は、ショーケース２の機械室８から室外機４に渡っており、高圧圧縮機１２、放熱器１４、第１膨張弁１６、気液分離器１８及び低圧圧縮機２４が室外機４の中に、第２膨張弁２０ａ，２０ｂ及び蒸発器２２ａ，２２ｂが機械室８の中にそれぞれ収容されている。

以下、図２のモリエル線図を参照して、冷凍システムの機能について説明する。
高圧圧縮機１２は、図２の線分ＡＢで示されるように、冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮し、そして圧縮した冷媒を吐出する。吐出された冷媒は、線分ＢＣで示されるように放熱器１４で冷却される。放熱器１４での冷媒の圧力（高圧圧力）を以下では高圧Ｐｈともいう。

なお、放熱器１４の近傍には、放熱器ファン２６が配置され、放熱器ファン２６の送風によって、放熱器１４を通過する冷媒は空冷される。
放熱器１４で冷却された冷媒は、線分ＣＤで示されるように第１膨張弁１６で膨張させられる。膨張させられた冷媒の圧力を以下では中間圧Ｐｍともいう。膨張させられた冷媒は、気液分離器１８で、気相の冷媒と液相の冷媒とに分離される。なお、気液分離器１８は、液相の冷媒を貯留する受液器としての機能を有していてもよい。

分離された液相の冷媒は、線分ＥＦで示されるように第２膨張弁２０ａ，２０ｂで膨張させられる。膨張させられた冷媒は、線分ＦＧで示されるように、蒸発器２２ａ，２２ｂで蒸発する。蒸発器２２ａ，２２ｂでの冷媒の圧力（低圧圧力）を以下では低圧Ｐｓともいう。
なお、第２膨張弁２０ａ，２０ｂは、機械式又は電子式のいずれであってもよいが、蒸発器２２ａ，２２ｂの出口での冷媒の過熱度ＳＨを一定値に保つことが可能な感温式であるのが好ましい。

蒸発器２２ａ，２２ｂの近傍には、蒸発器ファン２８ａ，２８ｂがそれぞれ配置されている。蒸発器ファン２８ａ，２８ｂは、蒸発器２２ａ，２２ｂを通過する空気の流れを生成し、空気の流れは、冷媒に気化熱を奪われることによって冷却され、これにより冷風になる。この冷風が陳列室６内に吹き出すことで、陳列室６内の商品が冷蔵又は冷凍される。

蒸発器２２ａ，２２ｂで蒸発した冷媒は低圧圧縮機２４に吸入される。低圧圧縮機２４は、線分ＧＨで示されるように、吸入した冷媒を圧縮し、圧縮した冷媒を吐出する。吐出された冷媒は、高圧圧縮機１２に吸入される。
一方、気液分離器１８で分離された気相の冷媒は、線分ＤＡで示されるように、バイパス路３０を経由して、高圧圧縮機１２に吸入される。つまり、高圧圧縮機１２には、低圧圧縮機２４及び気液分離器１８の双方から気相の冷媒が供給される。

従って、バイパス路３０は、第２膨張弁２０ａ，２０ｂ、蒸発器２２ａ，２２ｂ及び低圧圧縮機２４を迂回するように、循環路１０に取り付けられている。なお、バイパス路３０には、好ましくは、逆止弁３２が介挿される。
高圧圧縮機１２及び低圧圧縮機２４の吐出量は、好ましくは、蒸発器２２ａ，２２ｂでの冷媒の圧力、すなわち低圧Ｐｓが一定になるように調整される。高圧圧縮機１２及び低圧圧縮機２４の吐出量は、高圧圧縮機１２及び低圧圧縮機２４の吐出容量若しくは回転速度を変化させることによって調整することができる。この場合、冷凍システムは、低圧Ｐｓを検知するための低圧圧力センサ３３を有し、検知された低圧Ｐｓに基づいて、高圧圧縮機１２及び低圧圧縮機２４の吐出量が例えばフィードバック制御される。

冷凍システムにおいては、第１膨張弁１６の開度が可変である。例えば、第１膨張弁１６は電子式であり、ソレノイド３４を有する。ソレノイド３４への通電量に応じて、第１膨張弁１６の開度は変化する。ソレノイド３４への通電量は、制御装置３６によって制御される。制御装置３６は、例えばＥＣＵ（電子制御装置）等の電気回路によって構成される。

また、冷凍システムは、高圧Ｐｈを検知するためのセンサ（高圧センサ）３８を有する。高圧センサ３８によって検知された高圧Ｐｈは制御装置３６に入力され、入力された高圧Ｐｈに基づいて、制御装置３６は第１膨張弁１６の開度を調整する。なお、高圧センサ３８は、高圧圧縮機１２から第１膨張弁１６までの循環路１０の部分であれば、どこにでも取り付けることができる。

以下、冷凍システムの使用方法として、その動作について説明する。
冷凍システムでは、高圧Ｐｈが変化したときに、冷凍システムが置かれている環境で最適則ち最大のＣＯＰで動作するよう、制御装置３６が第１膨張弁１６の開度を調整する。
より詳しくは、高圧Ｐｈが変化したときに、制御装置３６は、第１膨張弁１６の開度を所定の範囲に亘って変化させながら高圧センサ３８によって高圧Ｐｈを検知する。そして、制御装置３６は、第１膨張弁１６の開度の変化量Ｘに対する高圧Ｐｈの変化量Ｙの比Ｙ／Ｘ（以下、高圧変化割合Ｙ／Ｘともいう）を演算する。

図３は、第１膨張弁１６の開度と高圧変化割合Ｙ／Ｘの絶対値との関係を示すグラフである。図３には、温度又は周波数が異なる３つの条件のグラフが記載されている。条件のうち温度は、放熱器１４の出口での冷媒の温度である。周波数は、高圧圧縮機１２及び低圧圧縮機２４の電動モータに供給される電流の周波数であり、周波数が大きいほど、高圧圧縮機１２及び低圧圧縮機２４の回転速度が速くなり、冷媒の循環量が多くなる。

図３からわかるように、いずれの条件においても、高圧変化割合Ｙ／Ｘは、変化点Ｒｃで傾きが変化している。変化点Ｒｃよりも第１膨張弁１６の開度が小さい側では、高圧変化割合Ｙ／Ｘの傾きが大きく、変化点Ｒｃよりも第１膨張弁１６の開度が大きい側では、高圧変化割合Ｙ／Ｘの傾きが小さい。
本実施形態では、制御装置３６は、高圧Ｐｈが変化したときに変化点Ｒｃを演算し、変化点Ｒｃに基づいて高圧変化割合Ｙ／Ｘの最適値（最適高圧変化割合Ｒｏ）を設定する。最適高圧変化割合Ｒｏは負の値であり（Ｒｏ＜０）、且つ、最適高圧変化割合Ｒｏの絶対値｜Ｒｏ｜は変化点Ｒｃの絶対値｜Ｒｃ｜以下である（｜Ｒｏ｜≦｜Ｒｃ｜）。好ましくは、制御装置３６は、絶対値｜Ｒｏ｜が絶対値｜Ｒｃ｜よりも僅かに小さくなるよう、最適高圧変化割合Ｒｏを設定する。

なお正負の符号を考慮すれば、最適高圧変化割合Ｒｏは変化点Ｒｃ以上であり、好ましくは、変化点Ｒｃよりも僅かに大きい。
そして、制御装置３６は、既に求められている第１膨張弁１６の開度と高圧変化割合Ｙ／Ｘとの関係において、設定された最適高圧変化割合Ｒｏに対応する開度Ｄｏに合うように第１制御弁１６の開度を調整する。

なお、絶対値｜Ｒｏ｜が絶対値｜Ｒｃ｜よりも僅かに小さいとは、絶対値｜Ｒｏ｜が絶対値｜Ｒｃ｜の８０％以上１００％未満の範囲、好ましくは、９３％以上９７％以下の範囲に入っていることをいう。
高圧Ｐｈは、例えば、放熱器ファン２６及び蒸発器ファン２８ａ，２８ｂの回転速度が一定であるときに、放熱器１４が置かれている環境の温度（外気温度）が変化した場合や、陳列室６内の温度が変化した場合に変化する。ショーケース２の場合、通常、放熱器ファン２６及び蒸発器ファン２８ａ，２８ｂの回転速度は一定である。

外気温度が変化した場合については説明するまでもないので、陳列室６の温度が変化した場合について説明する。陳列室６の温度が変化した場合、蒸発器２２ａ，２２ｂにかかる熱負荷が変化し、蒸発器２２ａ，２２ｂの出口での冷媒の過熱度ＳＨが変化しようとする。過熱度ＳＨが変化しようとすると、それを抑制するように第２膨張弁２０ａ，２０ｂの開度が変化し、冷媒の循環量が変化するとともに、低圧Ｐｓが変化する。高圧圧縮機１２及び低圧圧縮機２４は、低圧Ｐｓの変化を抑制するように動作し、冷媒の循環量が変化する。この結果として、陳列室６の温度が変化した場合には高圧Ｐｈが変化する。

上述した冷凍システムは、高圧Ｐｈが変化しても、最適のＣＯＰで動作する。理由は以下の通りである。
図４は、第１膨張弁１６の開度のみを変化させたときの、第１膨張弁１６の開度と、高圧Ｐｈ、中間圧Ｐｍ、低圧Ｐｓ及びＣＯＰとの関係を示している。図４から、第１膨張弁１６の開度が変化したときに、ＣＯＰ及び高圧Ｐｈが大きく変化することがわかる。一方、中間圧Ｐｍ及び低圧Ｐｓは、第１膨張弁１６の開度が変化しても、大きく変化しないことがわかる。

これより、第１膨張弁１６の開度を調整することによって最適なＣＯＰで冷凍システムを動作させられること、及び、第１膨張弁１６の開度を調整する際の指標として、高圧Ｐｈが有効であることがわかる。
そして、図４のグラフを更に検討すると、第１膨張弁１６の開度が開度ＤｏであるときにＣＯＰが最大となる。このため、第１膨張弁１６の開度を開度Ｄｏに設定することにより、冷凍システムは、高圧Ｐｈが変化しても、最適のＣＯＰで動作する。

なお、図４から、第１膨張弁１６の開度が開度Ｄｏ以下のとき、高圧変化割合Ｙ／Ｘは負の値であることがわかる。
図５は、中間圧Ｐｍが一定である場合の、高圧ＰｈとＣＯＰとの関係をシミュレーションしたグラフを示し、図６は、高圧Ｐｈが一定である場合の、中間圧ＰｍとＣＯＰとの関係をシミュレーションしたグラフを示している。これら図５及び図６からも、ＣＯＰは中間圧Ｐｍには殆ど依存せず、高圧Ｐｈに強く依存していることがわかる。

かくして本実施形態の冷凍システムによれば、第１膨張弁１６の開度の変化量Ｘに対する高圧Ｐｈの変化量Ｙの割合Ｙ／Ｘに基づいて、第１膨張弁１６の開度を調整することで、最適なＣＯＰでの当該システムの作動が実現される。
本発明は、上述した第１実施形態に限定されることはなく、種々の変形が可能である。
例えば、第１実施形態では、変化点Ｒｃに基づいて最適高圧変化割合Ｒｏを設定し、最適高圧変化割合Ｒｏに対応する開度Ｄｏに合うように第１膨張弁１６の開度を調整したけれども、図３に示したように、変化点Ｒｃに対応する開度Ｄｃを設定し、開度Ｄｃ以上の値、好ましくは、開度Ｄｃよりも僅かに大きい値を開度Ｄｏとして設定してもよい。

また、第１実施形態では、変化点Ｒｃを演算し、演算した変化点Ｒｃに基づいて最適高圧変化割合Ｒｏを設定したけれども、制御装置３６に予め設定された最適高圧変化割合Ｒｏを記憶させておいてもよい。なお、最適高圧変化割合Ｒｏは、実験データに基づいて予め決定可能である。
この場合、例えば冷凍システムの出荷前に変化点Ｒｃを演算し、演算した変化点Ｒｃに基づいて最適高圧変化割合Ｒｏを設定し、そして、設定した最適高圧変化割合Ｒｏを目標値として制御装置３６に記憶させればよい。この場合も、第１実施形態の場合と同様に、記憶した最適高圧変化割合Ｒｏに対応する開度Ｄｏに第１膨張弁１６の開度が調整され、高圧変化量Ｙ／Ｘが最適高圧変化割合Ｒｏに近付けられる。

なお、最適な開度Ｄｏは、冷凍システムが置かれている環境の変化や、パイプの目詰まり等の冷凍システムの経年変化によって変化するが、最適高圧変化割合Ｒｏは、これらの変化によっては変化しない。このため、最適高圧変化割合Ｒｏを予め設定しておいても、冷凍システムは、最適なＣＯＰで確実に動作する。
以下、第２実施形態に係る冷凍システムについて説明する。

第１実施形態では、放熱器１４での冷媒の温度に係わらず、最適高圧変化割合Ｒｏに対応する開度Ｄｏに第１膨張弁１６の開度が調整されていた。第２実施形態でも、放熱器１４での冷媒の温度が臨界温度よりも高いときには第１実施形態の場合と同様にして第１膨張弁１６の開度が調整される。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、放熱器１４での冷媒の温度が臨界温度以下、即ち、高圧Ｐｈが臨界圧力以下のときに、放熱器１４出口での冷媒の過冷度Ｓｃに基づいて、制御装置３６によって第１膨張弁１６の開度が調整されることである。

図７は、高圧Ｐｈが臨界圧力以下のときのモリエル線図を示しており、図８は、高圧Ｐｈが臨界圧力以下のときの、第１膨張弁１６の開度と、過冷却度ＳＣと、ＣＯＰとの関係を示すグラフである。
図８から、高圧Ｐｈが臨界圧力以下のときには、過冷却度ＳＣに基づいて、制御装置３６によって第１膨張弁１６の開度を調整可能であることがわかる。

なお、第２実施形態では、過冷却度ＳＣを検知するために、例えば図９に示したように放熱器１４での冷媒の温度を検知するセンサ（温度センサ）４０が、放熱器１４の出口に取り付けられる。温度センサ４０によって検知された冷媒の温度は制御装置３６に入力され、制御装置３６は、入力された冷媒の温度と、高圧Ｐｈでの飽和液温度とから、過冷却度ＳＣを演算することができる。

以下、第３実施形態に係る冷凍システムについて説明する。
第３実施形態に係る冷凍システムは、図１０に示したように、内部熱交換器４２及びアキュムレータ４４を有する点において、第１実施形態若しくは第２実施形態とは異なる。
内部熱交換器４２は、気液分離器１８から第２膨張弁２０ａ，２０ｂに向かう冷媒と、蒸発器２２ａ，２２ｂからアキュムレータ４４に向かう冷媒との間で熱交換を行うものである。すなわち、内部熱交換器４２によって、気液分離器１８から第２膨張弁２０ａ，２０ｂに向かう冷媒が冷却され、これによって更にＣＯＰが向上する。

上述した第１実施形態乃至第３実施形態に係る冷凍システムにおいては、第１膨張弁１６の開度を変化させる態様は特には限定されず、第１膨張弁１６の開度を十分に小さい開度に設定してから徐々に大きくしても、第１膨張弁１６の開度を十分に大きい開度に設定してから徐々に小さくしてもよい。また、予め最適高圧変化割合Ｒｏが設定されている場合には、第１膨張弁１６の開度と高圧変化割合Ｙ／Ｘとの関係を広範囲にわたって求める必要がない。従ってこの場合、高圧変化割合Ｙ／Ｘが最適高圧変化割合Ｒｏになったところで、第１膨張弁１６の開度を変化させるのを停止させてもよい。

第１実施形態乃至第３実施形態に係る冷凍システムでは、ＣＯ_２以外の冷媒を用いることも可能であるのは勿論である。
第１実施形態乃至第３実施形態に係る冷凍システムは、高圧圧縮機１２と低圧圧縮機２４とを有していたけれども、高圧圧縮機１２及び低圧圧縮機２４に代えて、コンパウンド圧縮機を用いてもよい。すなわち、冷凍システムは、低圧Ｐｓの冷媒を吸入して圧縮する低圧圧縮機構と、低圧圧縮機構から吐出された冷媒と気液分離器１８からの冷媒とを吸入して圧縮する高圧圧縮機構とを有していればよい。

最後に本発明に係るガスインジェクション冷凍システムは、商品を冷凍若しくは冷蔵しながら陳列するためのショーケース２の他、単に商品を保管するのみの冷蔵庫若しくは冷凍庫や、車両用空調システム若しくは室内用空調システムにも適用可能である。

本発明の第１実施形態に係るガスインジェクション冷凍システムをショーケースに適用した場合にて説明するための図である。 図１のシステムのモリエル線図である。 図１のシステムにおける、第１膨張弁の開度と高圧変化割合の絶対値との関係を示すグラフである。 図１のシステムにおける、第１膨張弁の開度と、高圧、中間圧、低圧及びＣＯＰとの関係を示すグラフである。 図１のシステムにおいて、中間圧を一定とした場合における高圧とＣＯＰとの関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。 図１のシステムにおいて、高圧を一定とした場合における中間圧とＣＯＰとの関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。 第２実施形態に係る冷凍システムにおけるモリエル線図である。 第２実施形態に係る冷凍システムにおける、第１膨張弁の開度と、過冷却度と、ＣＯＰとの関係を示すグラフである。 第２実施形態に係る冷凍システムの一部を説明するための図である。 第３実施形態に係るガスインジェクション冷凍システムをショーケースに適用した場合にて説明するための図である。

符号の説明

１４ 放熱器
３６ 制御装置
３８ センサ

Claims (6)

1. 冷媒を圧縮する高圧圧縮機構と、
   前記高圧圧縮機構で圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、
   前記放熱器で冷却された冷媒を膨張させる、開度可変の第１膨張弁と、
   前記第１膨張弁で膨張させられた冷媒を、前記高圧圧縮機構に供給される気相の冷媒と液相の冷媒とに分離する気液分離器と、
   前記気液分離器で分離された液相の冷媒を膨張させる第２膨張弁と、
   前記第２膨張弁で膨張させられた冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   前記蒸発器で蒸発させられた冷媒を圧縮し、前記高圧圧縮機構に供給する低圧圧縮機構と、
   前記放熱器での前記冷媒の高圧圧力を検知するセンサと、
   少なくとも前記冷媒の高圧圧力が前記冷媒の臨界圧力を超えているとき、前記第１膨張弁の開度を変化させながら前記センサによって前記冷媒の高圧圧力を検知し、前記第１膨張弁の開度の変化量に対する前記高圧圧力の変化量の割合に基づいて、前記第１膨張弁の開度を調整する制御装置と
   を備えることを特徴とするガスインジェクション冷凍システム。
2. 前記制御装置は、前記第１膨張弁の開度の変化量に対する前記高圧圧力の変化量の割合の最適値を予め記憶しており、前記最適値に対応する開度に合うように前記第１膨張弁の開度を調整することを特徴とする請求項１に記載のガスインジェクション冷凍システム。
3. 前記制御装置は、前記第１膨張弁の開度の変化量に対する前記高圧圧力の変化量の割合が変化する前記第１膨張弁の開度の変化点を演算し、当該変化点に基づいて前記第１膨張弁の開度の変化量に対する前記高圧圧力の変化量の割合の最適値を設定し、そして、前記第１膨張弁の開度を前記最適値に合うように調整することを特徴とする請求項１に記載のガスインジェクション冷凍システム。
4. 前記放熱器で冷却された冷媒の過冷却度を検知する過冷却度検知手段を有し、
   前記制御装置は、前記冷媒の高圧圧力が前記冷媒の臨界圧力よりも低いとき、過冷却度検知手段によって検知された前記冷媒の過冷却度に基づいて、前記第１膨張弁の開度を調整することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のガスインジェクション冷凍システム。
5. 前記高圧圧縮機構及び低圧圧縮機構の吐出量は、前記蒸発器での冷媒の圧力が一定になるように調整され、
   前記第２膨張弁の開度は、前記蒸発器の出口での前記冷媒の過熱度が一定になるよう調整されることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のガスインジェクション冷凍システム。
6. 前記冷媒はＣＯ_２であることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のガスインジェクション冷凍システム。

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