JP2012117715A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置において、冷媒回路内の冷媒量を適切に管理することができるようにする。
【解決手段】冷凍装置Ｒは、ガスクーラ４６から出た冷媒を二つの流れに分流して、第１の冷媒流を補助絞り手段８３を経て中間熱交換器８０の第１の流路に流し、第２の冷媒流を中間熱交換器の第２の流路に流した後、主絞り手段６２Ａを経て蒸発器６３Ａに流すことにより、中間熱交換器にて第１の冷媒流と第２の冷媒流とを熱交換させ、蒸発器から出た冷媒を圧縮機１１の低圧部に吸い込ませ、中間熱交換器から出た第１の冷媒流を圧縮機１１の中間圧部に吸い込ませると共に、高圧側が超臨界圧力となる。冷凍機ユニットコントローラ１９４は、中間熱交換器における第１の冷媒流による第２の冷媒流の冷却効果に応じて、冷蔵用冷媒回路１内の冷媒量を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば店舗等において冷却貯蔵設備の庫内冷却を行うための冷凍装置に関するものである。

従来よりスーパーマーケットやコンビニエンスストア等の店舗の店内（室内）には、冷凍ケースや冷蔵ケース等の冷却貯蔵設備が設置されている。そして、これらの庫内を冷凍機により冷却し、商品を冷却しながら陳列販売している。

このような冷凍装置では、近年自然環境問題などからフロン系冷媒が使用できなくなってきている。このため、フロン冷媒の代替品として自然冷媒である二酸化炭素を使用するものが開発されている。当該二酸化炭素冷媒は、高低圧差の激しい冷媒で、圧縮により冷凍サイクルの高圧側が超臨界状態となることが知られている（例えば、前記特許文献１参照）。

また、このような超臨界冷凍サイクルでは、ガスクーラ側の熱源温度（例えば、ガスクーラと熱交換する熱媒体である外気温度）が高い等の原因により、ガスクーラ出口の冷媒温度が高くなる条件下においては、蒸発器入口の比エンタルピが大きくなるため、冷凍効果が著しく低下する問題が生じていた。この場合、冷凍能力を確保するには、高圧圧力を上昇させる必要があるため、圧縮動力が増大して、成績係数も低下するという不都合が生じる。

そこで、ガスクーラで冷却された冷媒を２つの冷媒流に分流し、分流された一方の冷媒流（第１の冷媒流）を補助絞り手段で絞った後に中間熱交換器の一方の通路（第１の流路）に流し、もう一方の冷媒流（第２の冷媒流）を中間熱交換器の前記第１の流路と交熱的に設けられた他方の流路（第２の流路）に流した後、主絞り手段を介して蒸発器にて蒸発させる所謂スプリットサイクル（二段圧縮一段膨張中間冷凍サイクル）の冷凍装置も提案されている。

係るスプリットサイクルの冷凍装置では、ガスクーラで放熱した後の冷媒を分流し、減圧膨張された第１の冷媒流により、第２の冷媒流を冷却することができるようになり、蒸発器入口の比エンタルピを小さくすることができるようになる。これにより、冷凍効果を大きくすることが可能となり、従来の装置に比べて効果的に性能を向上させることができるようになる。

特公平７−１８６０２号公報

ところで、上記のように二酸化炭素冷媒を封入して高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置では高圧側が極めて高い圧力となるため、通常のＨＦＣ冷媒を使用する場合のように、大型のレシーバタンクを取り付け、余裕を見た比較的多量の冷媒を封入しておくことができない。そのため、適正量の冷媒が冷媒回路内に封入されることは、効率的且つ効果的な運転に不可欠であるが、従来では初期冷媒封入時及びその後の運転中における冷媒漏洩時において冷媒量を判定することは極めて困難であった。

本発明は、以上のような状況を踏まえ、高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置において、冷媒回路内の冷媒量を適切に管理することができるようにすることを目的とするものである。

本発明の冷凍装置は、圧縮手段と、ガスクーラと、補助絞り手段と、中間熱交換器と、主絞り手段と、蒸発器とから冷媒回路が構成され、ガスクーラから出た冷媒を二つの流れに分流して、第１の冷媒流を補助絞り手段を経て中間熱交換器の第１の流路に流し、第２の冷媒流を中間熱交換器の第２の流路に流した後、主絞り手段を経て蒸発器に流すことにより、中間熱交換器にて第１の冷媒流と第２の冷媒流とを熱交換させ、蒸発器から出た冷媒を圧縮手段の低圧部に吸い込ませ、中間熱交換器から出た第１の冷媒流を圧縮手段の中間圧部に吸い込ませると共に、高圧側が超臨界圧力となるものであって、制御手段は、中間熱交換器における第１の冷媒流による第２の冷媒流の冷却効果に応じて、冷媒回路内の冷媒量を判定することを特徴とする。

請求項２の発明の冷凍装置は、上記において回収用開閉手段を介して冷媒回路の高圧側に接続され、放出用開閉手段を介して冷媒回路の中間圧領域に接続された冷媒回収タンクを備え、制御手段は、冷媒回路の高圧側圧力に基づき、当該高圧側圧力が上昇したことに基づいて回収用開閉手段を開放することにより冷媒を冷媒回収タンクに回収し、高圧側圧力が低下したことに基づき、放出用開閉手段を開放して冷媒回収タンクから冷媒を放出すると共に、中間熱交換器を経た第２の冷媒流と第１の冷媒流の温度差と回収用開閉手段の状態に応じて冷媒回路内の冷媒量を判定することを特徴とする。

請求項３の発明の冷凍装置は、上記において第２の冷媒流と第１の冷媒流の温度差が大きく、且つ、回収用開閉手段が閉じている状態が発生する頻度が高い場合、冷媒回路内の冷媒量が不足しているものと判定すると共に、第２の冷媒流と第１の冷媒流の温度差が大きくなる状態が発生する頻度が低く、且つ、ガスクーラを空冷する送風機の回転数が高く、回収用開閉手段が開いている状態が発生する頻度が高い場合、冷媒回路内の冷媒量が過剰であるものと判定することを特徴とする。

請求項４の発明の冷凍装置は、上記各発明において制御手段は、ガスクーラを経た冷媒と中間熱交換器を経た第２の冷媒流の温度差に応じて冷媒回路内の冷媒量を判定することを特徴とする。

請求項５の発明の冷凍装置は、上記において制御手段は、ガスクーラを経た冷媒と中間熱交換器を経た第２の冷媒流の温度差が小さい場合、冷媒回路内の冷媒量が不足しているものと判定することを特徴とする。

請求項６の発明の冷凍装置は、上記各発明において制御手段は、冷媒量の判定結果を表示する手段を備えたことを特徴とする。

請求項７の発明の冷凍装置は、上記各発明において制御手段は、判定した冷媒量が不足している場合、又は、過剰である場合、所定の警報を発することを特徴とする。

請求項８の発明の冷凍装置は、上記各発明において冷媒回路は高圧サービス口及び低圧サービス口を備え、制御手段は、圧縮手段の運転が継続される冷媒封入運転モードを有することを特徴とする。

請求項９の発明の冷凍装置は、上記各発明において冷媒回路の冷媒として二酸化炭素を使用したことを特徴とする。

本発明は、圧縮手段と、ガスクーラと、補助絞り手段と、中間熱交換器と、主絞り手段と、蒸発器とから冷媒回路が構成され、ガスクーラから出た冷媒を二つの流れに分流して、第１の冷媒流を補助絞り手段を経て中間熱交換器の第１の流路に流し、第２の冷媒流を中間熱交換器の第２の流路に流した後、主絞り手段を経て蒸発器に流すことにより、中間熱交換器にて第１の冷媒流と第２の冷媒流とを熱交換させ、蒸発器から出た冷媒を圧縮手段の低圧部に吸い込ませ、中間熱交換器から出た第１の冷媒流を圧縮手段の中間圧部に吸い込ませると共に、高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置であるので、ガスクーラで放熱した後の冷媒を分流し、補助絞り手段で減圧膨張された第１の冷媒流により、中間熱交換器にて第２の冷媒流を冷却することができるようになり、蒸発器入口の比エンタルピを小さくして冷凍効果を大きくすることが可能となり、従来の装置に比べて効果的に性能を向上させることができるようになる。

このとき、冷媒回路内の冷媒が適正量で無い場合、或いは、適正量から変動した場合には、第１の冷媒流による第２の冷媒流の冷却効果が変化するので、中間熱交換器における第１の冷媒流による第２の冷媒流の冷却効果を監視することで、当該冷媒回路内の冷媒量を判定することが可能となる。

そこで、本発明では中間熱交換器における第１の冷媒流による第２の冷媒流の冷却効果に応じて、冷媒回路内の冷媒量を判定する。例えば、請求項２の如く回収用開閉手段を介して冷媒回路の高圧側に接続され、放出用開閉手段を介して冷媒回路の中間圧領域に接続された冷媒回収タンクを備え、制御手段が、冷媒回路の高圧側圧力に基づき、当該高圧側圧力が上昇したことに基づいて回収用開閉手段を開放することにより冷媒を冷媒回収タンクに回収し、高圧側圧力が低下したことに基づき、放出用開閉手段を開放して冷媒回収タンクから冷媒を放出する制御を実行している場合、冷媒回路内の冷媒量が不足していると、冷媒回路の高圧側圧力が上がらなくなるため、回収用開閉手段が閉じている状態が多くなる。また、補助絞り手段が流す第１の冷媒流も減少する傾向となるので、中間熱交換器における第１の冷媒流による第２の冷媒流の冷却効果は低下し、中間熱交換器を経た第２の冷媒流と第１の冷媒流の温度差が大きくなる状態が多くなる。

そこで、中間熱交換器を経た第２の冷媒流と第１の冷媒流の温度差と回収用開閉手段の状態に応じて冷媒回路内の冷媒量を判定するようにし、例えば、請求項３の如く第２の冷媒流と第１の冷媒流の温度差が大きく、且つ、回収用開閉手段が閉じている状態が発生する頻度が高い場合、冷媒回路内の冷媒量が不足しているものと判定することにより、冷媒回路内の冷媒不足、或いは、冷媒回路からの冷媒漏洩を的確に検出することができるようになる。

逆に、冷媒回路内の冷媒量が過剰である場合には、冷媒回路の高圧側圧力も高くなるため、回収用開閉手段は開いている状態が多くなり、補助絞り手段も中間熱交換器で第２の冷媒流をより一層冷やすために第１の冷媒流を増加させる傾向となるので、中間熱交換器において第２の冷媒流は第１の冷媒流からより強い冷却作用を受け、中間熱交換器を経た第２の冷媒流と第１の冷媒流の温度差は小さくなる。また、ガスクーラを空冷する送風機の回転数も高くなるので、第２の冷媒流と第１の冷媒流の温度差が大きくなる状態が発生する頻度が低く、且つ、ガスクーラを空冷する送風機の回転数が高く、回収用開閉手段が開いている状態が発生する頻度が高い場合、冷媒回路内の冷媒量が過剰であるものと判定することにより、冷媒回路への冷媒の過封入を的確に検出することができるようになる。

また、冷媒回路内の冷媒量が不足していると、上述したように単純に中間熱交換器における第１の冷媒流による第２の冷媒流の冷却効果が低下するので、ガスクーラを経て分流される前の冷媒と中間熱交換器を経た第２の冷媒流の温度差は小さくなる。

そこで、請求項４の如く制御手段によりガスクーラを経て分流される前の冷媒と中間熱交換器を経た第２の冷媒流の温度差に応じて冷媒回路内の冷媒量を判定するようにし、例えば、請求項５の如くガスクーラを経て分流される前の冷媒と中間熱交換器を経た第２の冷媒流の温度差が小さい場合、冷媒回路内の冷媒量が不足しているものと判定するようにしても冷媒回路内の冷媒不足、或いは、冷媒回路からの冷媒漏洩を的確に検出することができるようになる。

これらにより、初期冷媒封入時における冷媒回路への適切な量の冷媒封入を実現し、効率的な運転と冷凍能力の確保を行い、また、不必要な冷媒封入も防止して無駄となる冷媒消費を削減することが可能となる。更に、封入後における冷媒回路からの冷媒漏洩も検出することができるので、円滑且つ効率的な運転管理を実現することが可能となる。

また、請求項６の発明の如く制御手段に冷媒量の判定結果を表示する手段を設ければ、初期冷媒封入時の作業性を改善し、また、冷媒漏洩の的確な把握を実現することができるようになる。

更に、請求項７の発明の如く制御手段が判定した冷媒量が不足している場合、又は、過剰である場合、所定の警報を発するようにすれば、迅速な対応を実現することができるようになる。

この場合、請求項８の発明の如く冷媒回路に高圧サービス口及び低圧サービス口を設け、制御手段には圧縮手段の運転が継続される冷媒封入運転モードを設けることで、冷媒不足或いは漏洩時の封入作業を円滑に行うことができるようになる。

特に、請求項９の如く冷媒回路の冷媒として二酸化炭素を使用して高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置においては高圧側で冷媒が液化しないため、冷媒適正量の判別が難しくなるが、本発明を適用することで、冷媒量管理の著しい改善を図ることが可能となる。

本発明を適用した実施例の冷凍装置の冷媒回路を含むシステム構成図である。 図１の冷凍機ユニットコントローラの表示装置の表示例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態に係る冷凍装置Ｒの冷媒回路を含むシステム構成図である。実施例の冷凍装置Ｒは、例えばコンビニエンスストアやスーパーマーケットの室内１５２（店舗）の空調と、そこに設置されている冷却貯蔵設備としての冷凍設備である冷凍ケース５Ａや冷蔵設備である冷蔵ケース５Ｂの庫内冷却を実現するものである。

尚、これら冷凍ケース５Ａ、冷蔵ケース５Ｂは、前面や上面が開口するオープンショーケースの他、透明ガラス扉にて開口が開閉自在に閉塞されたショーケースであり、冷凍ケース５Ａの庫内は所定の冷凍温度（例えば−２０℃〜−３０℃）に冷却され、冷凍食品やアイスクリーム等の冷菓が陳列されると共に、冷蔵ケース５Ｂの庫内は所定の冷蔵温度（例えば０℃〜＋１０℃）に冷却され、飲料やサンドイッチ等の冷蔵食品が陳列されるものである。

この図において、１５３は室内１５２の空調を行うための空調用冷媒回路１５４を備えた空調系統であり、１５６は冷凍ケース５Ａや冷蔵ケース５Ｂの庫内を冷却するための冷蔵用冷媒回路１を備えた冷蔵系統である。空調系統１５３は、室内１５２の天井等に設置された室内機１５７と、店外に設置された室外ユニット１５８と温水利用空気調和機１５９等から構成されている。尚、実施例では１を冷蔵用冷媒回路と称するが、冷蔵のみ、冷凍のみ、或いは、実施例の如く冷凍と冷蔵を対象とした冷媒回路の何れでも良いものとする。

空調側冷媒回路１５４は室外ユニット１５８に設けられており、圧縮機（圧縮手段）１６１（ＣＯＭＰ４）と、放熱器１６２と、空調用の膨張弁（絞り手段）１６３と、蒸発器１６４と、アキュームレータ１６６を順次環状に配管接続して冷凍サイクルが構成されている。この空調側冷媒回路１５４で使用する冷媒は、実施例では後述する冷却貯蔵用冷媒回路１で使用する二酸化炭素であるが、通常のＨＦＣ冷媒でも差し支えない。但し、後述する温水生成には、自然環境問題を考慮すれば二酸化炭素冷媒が好適であることは云うまでもない。

圧縮機１６１にて圧縮され、吐出された冷媒は放熱器１６２に入り、そこで放熱する。このときに加熱作用を発揮する。放熱器１６２を出た冷媒は高圧側配管１６７を通り、膨張弁１６３で絞られた後、蒸発器１６４にて蒸発する。このときに吸熱作用を発揮し、低圧側配管１６８を通り、アキュームレータ１６６を経て圧縮機１６１に吸い込まれるサイクルを繰り返す。この場合、高圧側配管１６７と低圧側配管１６８とは熱交換関係に配置されて内部熱交換器１６９を構成する。これにより、高圧側配管１６７を経て膨張弁１６３に至る冷媒を過冷却し、低圧側配管１６８を経てアキュームレータ１６６に入る冷媒のガス化を促進する。

また、図１において１７１は室外ユニット１５８に設けられた貯湯タンクである。この貯湯タンク１７１には給水栓１７２より市水が供給され、この貯湯タンク１７１内の水（湯）はポンプ１７３によって水循環配管１７４に循環される。この水循環配管１７４は空調側冷媒回路１５４の放熱器１６２と熱交換関係に配置されて水熱交換器１７６を構成する。これにより、水循環配管１７４内を循環する水は放熱器１６２からの放熱による加熱作用で加熱され、貯湯タンク１７１には湯が生成されて貯留される。

貯湯タンク１７１内に生成された湯は温水循環配管１７７により温水利用空気調和機１５９に循環される。この温水利用空気調和機１５９のは、デシカント空調装置、又は、吸収式空調装置から構成される。デシカント空調装置は乾燥剤を用いて冷却作用を発揮するものであり、温水循環配管１７７を循環される温水の熱はこの乾燥剤の再生に用いられる。また、吸収式空調装置の場合には再生器の加熱に温水循環配管１７７を循環する湯が使用される。そして、これらデシカント空調装置、又は、吸収式空調装置の冷却能力により室内機１５７の利用側熱交換器１７８と送風機１７９を用いて室内１５２の空調を行う。

尚、図中１８１は室内機１５７に設けられた室内機コントローラ、１８２は室外ユニット１５８に設けられた室外ユニットコントローラである。また、１８３は冷凍装置Ｒの統合制御を実施するためのマスターコントローラ（制御手段）であり、店舗の管理室等に設置される。これらコントローラ１８１〜１８３は何れもマイクロコンピュータにより構成され、マスターコントローラ１８３、室内機コントローラ１８１、及び、室外ユニットコントローラ１８３は相互にデータ通信を行えるように接続されている。

一方、冷蔵系統１５６は室外に設置された冷凍機ユニット３と前記冷凍ケース５Ａや冷蔵ケース５Ｂから構成され、これら冷凍機ユニット３と各ケース５Ａ、５Ｂとが冷媒配管７及び９により連結されて冷蔵用冷媒回路１の所定の冷凍サイクルを構成する。

この冷蔵用冷媒回路１の冷凍サイクルは、高圧側の冷媒圧力（高圧圧力）がその臨界圧力以上（超臨界）となる二酸化炭素を冷媒として用いる。この二酸化炭素冷媒は、地球環境に優しく、可燃性及び毒性等を考慮した自然冷媒である。また、潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、ＰＡＧ（ポリアルキルグリコール）等、既存のオイルが使用される。

冷凍機ユニット３は、並列に配置された２台の圧縮機（圧縮手段）１１、１１（ＣＯＭＰ２、ＣＯＭＰ３）を備える。本実施例において、圧縮機１１は、内部中間圧型多段圧縮式ロータリ圧縮機であり、鋼板から成る円筒状の密閉容器１２と、この密閉容器１２の内部空間に配置収納された電動要素及びこの電動要素の回転軸により駆動される第１の（低段側）回転圧縮要素（第１の圧縮要素）及び第２の（高段側）回転圧縮要素（第２の圧縮要素）から成る回転圧縮機構部にて構成されている。

第１の回転圧縮要素は、冷媒配管９を介して冷蔵用冷媒回路１の低圧側から圧縮機１１に吸い込まれる低圧冷媒を圧縮して中間圧まで昇圧して吐出し、第２の回転圧縮要素は、第１の回転圧縮要素で圧縮されて吐出された中間圧の冷媒を更に吸い込み、圧縮して高圧まで昇圧し、冷蔵用冷媒回路１の高圧側に吐出する。圧縮機１１は、周波数可変型の圧縮機であり、電動要素の運転周波数を変更することで、第１の回転圧縮要素及び第２の回転圧縮要素の回転数を制御可能とする。

圧縮機１１の密閉容器１２の側面には、前記第１の回転圧縮要素に連通する低段側吸込口２２及び低段側吐出口２４と、前記第２の回転圧縮要素に連通する高段側吸込口２６及び高段側吐出口２８が形成されている。各圧縮機１１、１１の低段側吸込口２２、２２には、それぞれ冷媒導入管３０が接続され、それぞれの上流側で合流し冷媒配管９に接続される。

低段側吸込口２２により前記第１の回転圧縮要素の低圧部に吸い込まれた低圧（ＬＰ：通常運転状態で４ＭＰａ程）の冷媒ガスは、当該第１の回転圧縮要素により中間圧（ＭＰ：通常運転状態で８ＭＰａ程）に昇圧されて密閉容器１２内に吐出される。これにより、密閉容器１２内は中間圧（ＭＰ）となる。

そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスが吐出される各圧縮機１１、１１の低段側吐出口２４、２４には、それぞれ中間圧吐出配管３６、３６が接続され、それぞれの下流側で合流し、インタークーラ３８の一端に接続される。このインタークーラ３８は、前記第１の回転圧縮要素から吐出された中間圧の冷媒を空冷するものであり、当該インタークーラ３８の他端には、中間圧吸入管４０が接続され、この中間圧吸入管４０は２つに分岐した後に各圧縮機１１、１１の高段側吸込口２６、２６に接続される。

高段側吸込口２６により前記第２の回転圧縮要素の中圧部に吸い込まれた中圧（ＭＰ）の冷媒ガスは、当該第２の回転圧縮要素により２段目の圧縮が行われて高温高圧（ＨＰ：通常運転状態で１２ＭＰａ程の超臨界圧力）の冷媒ガスとなる。

そして、各圧縮機１１、１１の前記第２の回転圧縮要素の高圧室側に設けられた高段側吐出口２８、２８には、それぞれ高圧吐出配管４２、４２が接続され、それぞれの下流側で合流し、オイルセパレータ４４、ガスクーラ４６、詳細は後述するスプリットサイクルを構成する中間熱交換器８０及び排熱回収用配管７０を介して、冷媒配管７に接続される。この排熱回収用配管７０は空調系統１５３の空調用冷媒回路１５４の蒸発器１６４と熱交換関係に配置され、これらでカスケード熱交換器９０を構成する。

ガスクーラ４６は、圧縮機１１から吐出された高圧の吐出冷媒を冷却するものであり、ガスクーラ４６の近傍には当該ガスクーラ４６を空冷するガスクーラ用送風機４７が配設されている。本実施例では、ガスクーラ４６は上述したインタークーラ３８及び詳細は後述するオイルクーラ７４と並設されており、これらは同一の風路に配設されている。当該風路には、当該冷凍機ユニット３が配設される外気温度を検出する外気温度センサ（外気温度検出手段）５６が設けられている。

また、高段側吐出口２８、２８には、前記第２の回転圧縮要素から吐出された冷媒の吐出圧力を検出する高圧圧力センサ（高圧圧力検出手段）４８と、吐出冷媒温度を検出する吐出温度センサ（吐出温度検出手段）５０が設けられている。更に、オイルセパレータ４４は、圧縮機１１から吐出された高圧の吐出冷媒中に含まれるオイルを冷媒と分離して捕捉するものであり、このオイルセパレータ４４には、捕捉したオイルを圧縮機１１に戻すオイル戻し回路７３が接続されている。このオイル戻し回路７３中には、捕捉したオイルを冷却するオイルクーラ７４が設けられ、このオイルクーラ７４の下流側で、オイル戻し回路７３は２系統に分岐され、それぞれ流量調整弁（電動弁）７６を介して圧縮機１１の密閉容器１２に接続される。圧縮機１１の密閉容器１２内は、上述のように中間圧に保たれるため、捕捉されたオイルは、オイルセパレータ４４内の高圧と密閉容器１２内の中間圧との差圧によって当該密閉容器１２内に戻される。

一方、冷凍ケース５Ａ、冷蔵ケース５Ｂは、それぞれ室内１５２に設置され、冷媒配管７及び９に対してそれぞれ並列に接続されたかたちとなる。冷凍ケース５Ａ、冷蔵ケース５Ｂは、冷媒配管７と冷媒配管９とを連結するケース側冷媒配管６０Ａ、６０Ｂを有しており、各ケース側冷媒配管６０Ａ、６０Ｂには、それぞれ電磁弁６１Ａ、６１Ｂ、主絞り手段６２Ａ、６２Ｂと、蒸発器６３Ａ、６３Ｂが順次接続されている。各蒸発器６３Ａ、６３Ｂには、それぞれ当該蒸発器に送風する冷気循環用送風機６５Ａ、６５Ｂが隣接されている。

尚、冷凍ケース５Ａの蒸発器６３Ａの出口と冷媒配管９との間には、冷凍増幅機１８６が接続されている。この冷凍増幅機１８６は圧縮機１８７及びオイルセパレータ１８８を備え、入口に至った冷媒を圧縮して圧力上昇させた後、出口から吐出する装置であり、この冷凍増幅機１８６の入口が蒸発器６３Ａの出口に接続され、冷凍増幅機１８６の出口が冷媒配管９に接続されている。そして、当該冷媒配管９は、上述したように冷媒導入管３０を介して各圧縮機１１、１１の前記第１の回転圧縮要素に連通する低段側吸込口２２に接続されている。これにより、本実施例における冷凍装置Ｒの冷蔵系統の冷蔵用冷媒回路１が構成される。

図中１９１及び１９２は冷凍ケース５Ａ、冷蔵ケース５Ｂにそれぞれ設けられた冷凍ケースコントローラ及び冷蔵ケースコントローラ、１９３は冷凍増幅機１８６に設けられた冷凍増幅機コントローラである。また、１９４は冷凍機ユニット３に設けられた冷凍機ユニットコントローラ（制御手段）であり、これらコントローラ１９１〜１９４はマイクロコンピュータにて構成され、相互に、及び、前記マスターコントローラ１５９とデータ通信可能となるように接続されている。

冷凍機ユニットコントローラ１９４は、入力側に各種センサが接続されていると共に、出力側には、各種弁装置、圧縮機１１、１１、ガスクーラ用送風機４７のファンモータ等が接続されている。冷凍機ユニットコントローラ１９４は後述する低圧圧力センサ３２が検出する低圧側圧力ＬＴと所定の低圧側圧力制御値ＬＰＳに基づき、圧縮機１１、１１の運転周波数を制御し、低圧側圧力ＬＰが低下することで、圧縮機１１の運転台数を削減し、或いは、停止し、上昇することで運転台数を増加させる。尚、当該冷凍機ユニットコントローラ１９４の詳細については各制御に応じて後述する。

（Ａ）冷媒量調整制御
次に、本実施例における冷凍装置Ｒの冷蔵系統１５６を構成する冷蔵用冷媒回路１の冷媒量調整制御について説明する。冷蔵用冷媒回路１の超臨界圧力となる高圧側、本実施例では、冷凍機ユニット３の中間熱交換器８０の下流側には、第１の連通回路１０１を介して冷媒回収タンク１００が接続されている。当該冷媒回収タンク１００は、所定の容積を有するものであり、当該タンク１００上部に第１の連通回路（回収用連通回路）１０１が接続されている。この第１の連通回路１０１には、絞り機能を有する回収用開閉手段（第１の開閉手段）として電動膨張弁１０２が介設されている。尚、絞り機能を有する開閉手段は、これに限定されるものではなく、例えば、第１の連通回路１０１に絞り手段として例えばキャピラリーチューブと電磁弁（開閉弁）により構成しても良い。

そして、この冷媒回収タンク１００には、当該タンク１００内上部と、冷蔵用冷媒回路１の中間圧領域とを連通する第２の連通回路１０３が接続されている。本実施例では、第２の連通回路１０３の他端は、中間圧領域の一例として冷蔵用冷媒回路１のインタークーラ３８の出口側の中間圧吸入管４０に連通させる。この第２の連通回路１０３には、第２の開閉手段としての電磁弁１０４が介設されている。

また、この冷媒回収タンク１００には、当該タンク１００内下部と、冷蔵用冷媒回路１の中間圧領域とを連通する第３の連通回路（放出用連通回路）１０５が接続されている。本実施例では、第３の連通回路１０５の他端は、中間圧領域の一例として上記第２の連通回路１０３と同様に、冷蔵用冷媒回路１のインタークーラ３８の出口側の中間圧吸入管４０に連通させる。この第３の連通回路１０５には、放出用開閉手段（第３の開閉手段）としての電磁弁１０６が介設されている。

上記冷凍機ユニットコントローラ１９４は、入力側にユニット出口側圧力センサ（ユニット出口側圧力検出手段）５８と、外気温度センサ５６が接続されている。このユニット出口側圧力センサ５８は、冷媒回収タンク１００の下流側であって、排熱回収用配管７０を経て冷凍ケース５Ａ、冷蔵ケース５Ｂに向かう冷媒の圧力を検出するものである。冷凍機ユニットコントローラ１９４の出力側には、電動膨張弁（第１の開閉手段）１０２、電磁弁（第２の開閉手段）１０４、電磁弁（第３の開閉手段）１０６と、上記ガスクーラ４６用の送風機４７のファンモータが接続されている。当該冷凍機ユニットコントローラ１９４は、詳細は後述する如く外気温度センサ５６の検出温度（外気温度）に基づき、ガスクーラ用送風機４７のファンモータの回転数制御を行う。

（Ａ−１）冷媒回収動作
以下、冷蔵用冷媒回路１の冷媒回収動作について説明する。冷凍機ユニットコントローラ１９４は、ユニット出口側圧力センサ５８の検出圧力（高圧側圧力ＨＰ）が所定の回収閾値を超えたか否か、又は、当該ユニット出口側圧力センサ５８の検出圧力が先の回収閾値よりも低い所定の回収保護値を超え、且つ、上記ガスクーラ用送風機４７の回転数が最大値となっているか否かを判断する。

本実施例では、冷蔵用冷媒回路１の中間圧（ＭＰ）は、一例として８ＭＰａ程を適正値としているため、当該値を回収保護値として設定し、回収閾値は当該回収保護値よりも高い例えば）９ＭＰａに設定する。また、本実施例におけるガスクーラ用送風機４７の回転数の最大値は、一例として８００ｒｐｍとする。また、ガスクーラ用送風機４７の回転数が最大値となってから所定時間経過することを条件としても良い。

これにより、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、ユニット出口側圧力センサ５８の検出圧力が回収閾値である９ＭＰａを超えた場合、若しくは、検出圧力が回収閾値以下であっても回収保護値である８ＭＰａを超え、且つ、上記ガスクーラ用送風機４７の回転数が最大値の８００ｒｐｍとなっている場合には、冷蔵用冷媒回路１内に過剰のガス冷媒によって、高圧側圧力が異常上昇したものと判断し、冷媒回収動作を実行する。

この冷媒回収動作では、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、電磁弁（放出用開閉手段）１０６を閉じた状態で、電動膨張弁（回収用開閉手段）１０２及び電磁弁１０４を開放する。これにより、圧縮機１１、１１の高段側吐出口２８から吐出された高温高圧冷媒は、オイルセパレータ４４を経て、ガスクーラ４６、中間熱交換器８０にて冷却された後、その一部が開放されている電動膨張弁１０２が介設された第１の連通回路１０１を介して冷媒回収タンク１００内に流入する。

このとき、電磁弁１０４が開放されていることにより、冷媒回収タンク１００の上部と冷蔵用冷媒回路１の中間圧領域とを連通する第２の連通回路１０３を介して、冷媒回収タンク１００内の圧力をタンク外に逃がすことができる。そのため、外気温度が高くなった場合など、冷蔵用冷媒回路１内の冷媒が液化しないガスサイクル運転している場合であっても、タンク１００内の圧力が低下して当該タンク内に流入した冷媒は液化して当該タンク１００内に溜まる。即ち、冷媒回収タンク１００内の圧力は超臨界圧力以下に降下することによって、冷媒がガス領域から飽和領域となり、液面を確保することができる。

これにより、迅速に、且つ、効率的に、冷蔵用冷媒回路１内の冷媒を冷媒回収タンク１００に回収することができる。従って、冷蔵用冷媒回路１内の高圧側が余剰となった冷媒によって異常高圧となる不都合を解消することができ、高圧異常による圧縮機１１、１１の過負荷運転を防止することが可能となる。特に、冷媒回収タンク１００の上部と冷蔵用冷媒回路１の中間圧領域とを第２の連通回路１０３を介して連通させることにより、冷蔵用冷媒回路１の低圧側領域と連通させる場合と異なり、低圧側圧力が上昇されることによる冷却効率の低下を回避することが可能となる。

また、本実施例では、ユニット出口側圧力センサ５８により検出された高圧側の圧力が回収閾値以下であっても、所定の回収保護値を超えており、且つ、ガスクーラ４６を空冷する送風機４７の回転数が最高値である場合には、当該冷媒回収動作を行うため、当該送風機４７の運転状態をも考慮して、冷蔵用冷媒回路１の高圧側が異常に高くなった状態が続くことによる効率低下を防止することが可能となる。

（Ａ−２）冷媒保持動作
一方、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、ユニット出口側圧力センサ５８により検出された高圧側の圧力が回収保護値、本実施例では、８ＭＰａ以下となったか否かを判断し、回収保護値を下回った場合、冷媒回収動作を終了して冷媒保持動作に移行する。この冷媒保持動作では、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、電磁弁（放出用開閉手段）１０６を閉じた状態を維持し、電磁弁１０４を閉じ、電動膨張弁（回収用開閉手段）１０２の開度を先ほどの冷媒回収動作における開度を維持する。

尚、上記電動膨張弁１０２の開度を冷媒回収動作における開度よりも小さくしても良い。これにより、電磁弁１０４が閉じられることで、開放された電動膨張弁１０２を介し、冷蔵用冷媒回路１の高圧側領域による圧力にて冷媒回収タンク１００内の液面を維持することが可能となる。そのため、冷媒回収タンク１００内における液封を回避でき、安全性を確保することができる。これにより、冷蔵用冷媒回路１内の循環冷媒量を適切に維持することが可能となる。

また、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、当該冷媒保持動作における電動膨張弁１０２の開度を、冷媒回収動作における開度よりも小さくすることにより、冷媒保持動作において、冷媒回収タンク１００内に冷蔵用冷媒回路１内の冷媒が過剰に回収されることにより、冷蔵用冷媒回路１内の冷媒不足が生じてしまう不都合を効果的に解消することが可能となる。

（Ａ−３）冷媒放出動作
そして、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、ユニット出口側圧力センサ５８の検出圧力が上記回収保護値（この場合８ＭＰａ程）より低い所定の放出閾値（本実施例では、７ＭＰａ程）を下回った場合、又は、当該ユニット出口側圧力センサ５８の検出圧力が先の回収保護値以下となり、且つ、上記ガスクーラ用送風機４７の回転数が最大値よりも低い所定の規定値以下となっているか否かを判断する。なお、当該所定の規定値とは、本実施例では、一例として最大値の３／８程度、即ち、最高値８００ｒｐｍとした場合、３００ｒｐｍ程度とする。また、ガスクーラ用送風機４７の回転数が所定の規定値以下となってから所定時間経過することを条件としても良い。

これにより、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、ユニット出口側圧力センサ５８の検出圧力が放出閾値である７ＭＰａを下回った場合、若しくは、検出圧力が回収保護値である８ＭＰａ以下となり、且つ、上記ガスクーラ用送風機４７の回転数が所定の規定値、この場合３００ｒｐｍ以下となっている場合には、冷蔵用冷媒回路１内の冷媒が不足してきたものと判断し、冷媒放出動作を実行する。

この冷媒放出動作では、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、電動膨張弁（回収用開閉手段）１０２及び電磁弁１０４を閉じ、電磁弁（放出用開閉手段）１０６を開放する。これにより、冷媒回収タンク１００内に溜まった液冷媒は、当該タンク１００の下部に接続された電磁弁１０６が開放されている第３の連通回路１０５を介して冷蔵用冷媒回路１に放出する。そのため、冷媒回収タンク１００の上部からガス冷媒が混入した状態で冷蔵用冷媒回路１に放出する場合と異なり、迅速に冷媒回収タンク１００内の冷媒を冷蔵用冷媒回路１に放出できる。これにより、冷蔵系統１５６の冷蔵用冷媒回路１を高い効率にて運転することが可能となる。

（Ａ−４）冷媒保持動作
その後、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、ユニット出口側圧力センサ５８により検出された高圧側の圧力が回収保護値、本実施例では、８ＭＰａ以上となったか否かを判断し、回収保護値を超えた場合、冷媒放出動作を終了して上述した如き冷媒保持動作に移行する。以後、冷蔵用冷媒回路１の高圧側圧力に基づき、当該冷媒回収動作−冷媒保持動作―冷媒放出動作―冷媒保持動作を繰り返して実行することにより、高圧側圧力に基づいて冷媒回収・放出を制御でき、的確に高圧保護及び過負荷運転の防止することができる。これにより、冷蔵用冷媒回路１の冷却能力を確保することができ、ＣＯＰの適正化を図ることが可能となる。

特に本実施例では、高圧側圧力のみならず、ガスクーラ４６を空冷するガスクーラ用送風機４７の回転数をも考慮して冷媒回収・放出動作を制御することが可能となり、冷蔵用冷媒回路１の高圧側が異常に高くなった状態が続くことによる効率低下を防止することが可能となる。また、本実施例において、第２の連通回路１０３及び第３の連通回路１０５はいずれも冷蔵用冷媒回路１のインタークーラ３８の出口側に連通させている。これにより、インタークーラ３８における圧力損失を防止して、円滑に冷媒回収タンク１００から冷蔵用冷媒回路１に冷媒を放出することが可能となる。

なお、圧縮機１１、１１が運転を停止した場合には、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、冷媒放出動作を実行するものとする。これにより、圧縮機１１、１１の起動時において冷蔵用冷媒回路１内の冷媒量が不足する不都合を解消することができ、運転する圧縮機１１による高圧側の圧力に応じて適切な高圧側圧力を実現できる。また、この場合において、圧縮機１１（圧縮手段）は、密閉容器１２内に前記第１、第２の圧縮要素と電動要素を組み込んだ二段圧縮式ロータリコンプレッサを採用しているが、このほかにも、２台の単段のロータリコンプレッサ、又は、その他の形式のコンプレッサで中間圧部から冷媒を取り出し、導入できる形式のものであってもよいものとする。

（Ｂ）スプリットサイクル
次に、本実施例における冷凍装置Ｒの冷蔵系統１５６の冷蔵用冷媒回路１のスプリットサイクルについて説明する。本実施例における冷蔵用冷媒回路１は、各圧縮機１１、１１の前記第１の回転圧縮要素（低段側）、インタークーラ３８、２つの流体の流れを合流させる合流装置としての合流器８１、各圧縮機１１、１１の前記第２の回転圧縮要素（高段側）、オイルセパレータ４４、ガスクーラ４６、分流器８２、補助絞り手段（補助膨張弁）８３、中間熱交換器８０、主絞り手段（主膨張弁）６２Ａ、６２Ｂ、蒸発器６３Ａ、６３Ｂ及び、冷凍増幅機１９３とから冷凍サイクルが構成される。

分流器８２は、ガスクーラ４６から出た冷媒を二つの流れに分岐させる分流装置である。即ち、本実施例の分流器８２は、ガスクーラ４６から出た冷媒を第１の冷媒流と第２の冷媒流とに分流し、第１の冷媒流を補助回路に流し、第２の冷媒流を主回路に流すように構成されている。

図１における主回路とは、圧縮機１１、１１の前記第１の回転圧縮要素、インタークーラ３８、合流器８１、圧縮機１１、１１の前記第２の回転圧縮要素２０、ガスクーラ４６、分流器８２、中間熱交換器８０の第２の流路８０Ｂ、主絞り手段６２Ａ、６２Ｂ、蒸発器６３Ａ、６３Ａ等から成る環状の冷媒回路であり、補助回路とは、分流器８２から補助絞り手段８３、中間熱交換器８０の第１の流路８０Ａを順次経て合流器８１に至る回路を示す。

補助絞り手段８３は、上記分流器８２で分流され、補助回路を流れる第１の冷媒流を減圧するものである。中間熱交換器８０は、補助絞り手段８３で減圧された補助回路の第１の冷媒流と分流器８２で分流された第２の冷媒流との熱交換を行う熱交換器である。当該中間熱交換器８０には、第２の冷媒流が流れる第２の流路８０Ｂと、上記第１の冷媒流が流れる第１の流路８０Ａとが熱交換可能な関係で設けられており、該中間熱交換器８０の第２の流路８０Ｂを通過することにより、第２の冷媒流は第１の流路８０Ａを流れる第１の冷媒流により冷却されるので、蒸発器６３Ａ、６３Ｂにおける比エンタルピを小さくすることができる。

冷凍機ユニットコントローラ１９４は、入力側に吐出温度センサ（吐出温度検出手段）５０、ユニット出口側圧力センサ（ユニット出口側圧力検出手段）５８、中間圧圧力センサ（中間圧圧力検出手段）４９、スプリット出口温度センサ（スプリット出口温度検出手段）６４、低圧圧力センサ（吸込圧力検出手段）３２、ガスクーラ出口温度センサ（ガスクーラ出口温度検出手段）５２、ユニット出口温度センサ（ユニット出口温度検出手段）５４、ユニット入口温度センサ（入口温度検出手段）３４が接続されている。

吐出温度センサ５０は、圧縮機１１、１１の高段側吐出口２８に設けられ、前記第２の回転圧縮要素から吐出された冷媒の吐出温度（ＤＴ）を検出する。ユニット出口側圧力センサ５８は、冷媒回収タンク１００の下流側であって、排熱回収用配管７０（カスケード熱交換器９０）を経て冷凍ケース５Ａ、冷蔵ケース５Ｂに向かう冷媒の圧力を検出するものである。低圧圧力センサ３２は、冷蔵用冷媒回路１の低圧側、本実施例では各蒸発器６３Ａ、６３Ｂの下流側であって、圧縮機１１、１１の低段側吸込口２２、２２に接続される冷媒配管９に設けられ、当該冷媒導入管３０に向かう冷媒の吸込圧力を検出する。中間圧圧力センサ４９は、冷蔵用冷媒回路１の中間圧領域、本実施例では、スプリットサイクルの補助回路であって、中間熱交換器８０の第１の流路８０Ａを経た後の第１の冷媒流の圧力を検出する。スプリット出口温度センサ６４は、中間熱交換器８０の第１の流路８０Ａを経た後の第１の冷媒流の温度（Ｔｓｐ）を検出する。

ガスクーラ出口温度センサ５２は、ガスクーラ４６の出口側に設けられ、当該ガスクーラ４６を出て分流される前の冷媒の温度（ＧＣＴ）を検出する。ユニット出口温度センサ５４は、冷媒配管７に接続される中間熱交換器８０の出口側に設けられ、中間熱交換器８０の第２の流路８０Ｂを経た後の第２の冷媒流の温度であるユニット出口温度（ＬＴ）を検出する。ユニット入口温度センサ３４は、圧縮機１１の低段側吸込口２２に接続される冷媒配管９に設けられ、当該冷媒導入管３０に向かう冷媒の吸込温度を検出する。そして、冷凍機ユニットコントローラ１９４の出力側には、当該スプリットサイクルを構成する補助絞り手段８３が接続されている。当該補助絞り手段８３は、ステップモータによって開度が制御される。

以下、補助絞り手段８３の開度制御について詳述する。補助絞り手段８３は、圧縮機１１の運転開始時点では、所定の初期弁開度とする。その後、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、以下の第１の制御量、第２の制御量、第３の制御量に基づき補助絞り手段８３の弁開度を増大させる操作量を決定する。

（Ｂ−１）補助絞り手段の弁開度増大制御
第１の制御量（ＤＴｃｏｎｔ）は、圧縮機１１の吐出冷媒温度ＤＴに基づいて得られる。冷凍機ユニットコントローラ１９４は、上記吐出温度センサ５０にて検出される温度ＤＴが所定値ＤＴ０より高いか否かを判断し、当該吐出冷媒温度ＤＴが所定値ＤＴ０より高い場合には、補助絞り手段８３の開度を増大させる方向に作用する制御量とする。当該所定値ＤＴ０は、圧縮機１１の適正な運転を実現可能とする限界温度（一例として＋１００℃）より少許低い温度（一例として＋９５℃）とし、温度が上昇した場合、補助絞り手段８３の開度を増大させることで、当該圧縮機１１の温度上昇を抑制し、圧縮機１１が限界温度に達しないような制御を行う。

第２の制御量（ＭＰｃｏｎｔ）は、スプリットサイクルの補助回路に流す冷媒量を調整して中間圧力（ＭＰ）の適正化を図る制御量である。本実施例では、ユニット出口側圧力センサ５８により検出される冷蔵用冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰと、低圧圧力センサ３２により検出される冷蔵用冷媒回路１の低圧側圧力ＬＰとから算出される（求められる）適正中間圧力値よりも、中間圧圧力センサ４９により検出される冷蔵用冷媒回路１の中間圧領域の圧力ＭＰが高いか否かを判断し、当該中間圧領域の圧力ＭＰが適正中間圧力値よりも低い場合には、補助絞り手段８３の開度を増大させる方向に作用させる。

尚、適正中間圧力値は、検出された高圧側圧力ＨＰと、低圧側圧力ＬＰとの相乗平均から算出してもよく、これ以外に、予め高圧側圧力ＨＰと低圧側圧力ＬＰとから適正な中間圧力値を実験的に取得し、これに基づいて構築されるデータテーブルから決定しても良い。

また、本実施例では、高圧側圧力ＨＰと、低圧側圧力ＬＰとから求められる適正中間圧力値と、中間圧領域の圧力ＭＰとを比較して第２の制御量（ＭＰｃｏｎｔ）を決定しているが、これに限定されるものではなく、例えば、下記のものを採用しても良い。即ち、中間圧圧力センサ４９により検出される冷蔵用冷媒回路１の中間圧領域の圧力ＭＰと、低圧圧力センサ３２により検出される冷蔵用冷媒回路１の低圧側圧力ＬＰから過圧縮判定値ＭＰＯを求め、当該過圧縮判定値ＭＰＯがユニット出口側圧力センサ５８により検出される冷蔵用冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰよりも低いか否かを判断し、過圧縮判定値ＭＰＯが高圧側圧力ＨＰよりも低い場合には、補助絞り手段８３の開度を増大させる方向に作用させる。当該第２の制御量を補助絞り手段８３の開度制御に反映させることで、高圧側圧力ＨＰ、中間圧領域の圧力ＭＰ、低圧側圧力ＬＰの圧力差を適正に保つことができ、冷凍サイクルの運転の安定化を図ることができる。

第３の制御量（ＳＰｃｏｎｔ）は、中間熱交換器８０の第２の流路から出た冷媒温度ＬＴの適正化を図る制御量である。本実施例では、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、ガスクーラ出口温度センサ５２により検出されるガスクーラ４６を経て分流される前の冷媒の温度ＧＣＴと、ユニット出口温度センサ５４により検出される中間熱交換器８０を経た第２の冷媒流の温度ＬＴとの差（ＧＣＴ−ＬＴ）が所定値ＳＰより小さいか否かを判断し、小さい場合には、補助絞り手段８３の開度を増大させる方向に作用させる。

ここで、所定値ＳＰは、高圧側圧力ＨＰが当該冷媒の超臨界領域である場合と、飽和領域である場合とで異なるものとする。本実施例では、高圧側圧力ＨＰが超臨界領域であるか飽和領域であるかは、外気温度センサ５６により検出された外気温度に基づき、当該外気温度が高い場合、例えば、＋３１℃以上では、超臨界領域であると判断し、外気温度が低い場合、例えば、＋３１℃未満では飽和領域であるものと判断する。そして、超臨界領域と判断した場合には、所定値ＳＰは上げた設定とし、飽和領域と判断した場合には、所定値ＳＰを下げた設定とする。本実施例では、超臨界領域では所定値ＳＰは＋３５℃、飽和領域では＋２０℃とする。

冷凍機ユニットコントローラ１９４は、上述した如く得られた３つの制御量、即ち、第１の制御量（ＤＴｃｏｎｔ）と、第２の制御量（ＭＰｃｏｎｔ）と、第３の制御量（ＳＰｃｏｎｔ）とを合算して、補助絞り手段８３の弁開度の操作量を決定し、これに基づき弁開度を増大させる。

（Ｂ−２）補助絞り手段の弁開度縮小制御
また、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、中間熱交換器８０を経た第２の冷媒流の温度ＬＴ、又は、圧縮機１１からの吐出冷媒温度ＤＴとガスクーラ４６を経て分流される前の冷媒の温度ＧＣＴとの差から補助絞り手段８３の弁開度を縮小させる操作量を決定する。

即ち、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、ユニット出口温度センサ５４により検出される中間熱交換器８０を経た第２の冷媒流の温度ＬＴが所定値より低いか否かを判断する。本実施例では、当該所定値は一例として−５℃とする。これにより、ユニット出口温度が−５℃以下である場合には、補助絞り手段８３の開度を縮小させる方向に操作し、中間熱交換器８０において冷却される第２の冷媒流が過剰に冷却されてしまう不都合を解消することができる。

また、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、吐出温度センサ５０にて検出される温度ＤＴと、ガスクーラ出口温度センサ５２により検出されるガスクーラ４６を経て分流される前の冷媒の温度ＧＣＴとの差（ＤＴ−ＧＣＴ）が所定値ＴＤＴより低いか否かを判断し、低い場合には、補助絞り手段８３の開度を縮小させる方向に作用させる。

ここで、所定値ＴＤＴは、高圧側圧力ＨＰが当該冷媒の超臨界領域である場合と、飽和領域である場合とで異なる。本実施例では、上記第３の制御量を求めた場合と同様に、高圧側圧力ＨＰが超臨界領域であるか飽和領域であるかは、外気温度に基づき判断する。そして、超臨界領域と判断した場合には、所定値ＴＤＴは下げた設定とし、飽和領域と判断した場合には、所定値ＴＤＴを上げる設定とする。本実施例では、超臨界領域では所定値ＴＤＴは＋１０℃、飽和領域では＋３５℃とする。

冷凍機ユニットコントローラ１９４は、中間熱交換器８０を経た第２の冷媒流の温度ＬＴが所定値（０℃）以下である場合、又は、圧縮機１１からの吐出冷媒温度ＤＴとガスクーラ４６を経て分流される前の冷媒の温度ＧＣＴとの差が所定値ＴＤＴより低い場合、補助絞り手段８３の弁開度の操作量を決定し、上記弁開度増大制御にかかわらず、これに基づき弁開度を縮小させる。

上述したようなスプリットサイクルを備えた冷凍装置Ｒの冷蔵系統１５６の冷蔵用冷媒回路１では、ガスクーラ４６で放熱した後の冷媒を分流し、補助絞り手段８３で減圧膨張された第１の冷媒流により、第２の冷媒流を冷却することができるようになり、各蒸発器６３Ａ、６３Ｂ入口の比エンタルピを小さくすることができるようになる。これにより、冷凍効果を大きくすることが可能となり、従来の装置に比べて効果的に性能を向上させることができるようになる。また、分流された第１の冷媒流は圧縮機１１の高段側吸込口２６から前記第２の回転圧縮要素（中間圧部）に戻されるため、圧縮機１１の低段側吸込口２２から前記第１の回転圧縮要素（低圧部）に吸い込まれる第２の冷媒流の量が減少し、低圧から中間圧まで圧縮するための第１の回転圧縮要素（低段部）における圧縮仕事量が減少する。その結果、圧縮機１１における圧縮動力が低下して成績係数が向上する。

ここで、上記所謂スプリットサイクルの効果は中間熱交換器８０を流れる第１の冷媒流と第２の冷媒流の量に依存する。即ち、第１の冷媒流の量が多すぎれば蒸発器６３Ａ、６３Ｂにおいて最終的に蒸発する第２の冷媒流の量が不足することにより、逆に第１の冷媒流の量が少なすぎればスプリットサイクルの効果が薄れてくる。一方、補助絞り手段８３で減圧された第１の冷媒流の圧力は冷蔵用冷媒回路１の中間圧力であり、当該中間圧力を制御することは第１の冷媒流の量を制御することになる。

ここで、本実施例では、上述したように圧縮機１１からの吐出冷媒の温度ＤＴ（吐出温度センサ５０）が所定値ＤＴ０より高い場合に補助絞り手段８３の開度を増大させる方向に作用する第１の制御量と、冷蔵用冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰと低圧側圧力ＬＰとから求められる適正中間圧力値よりも、冷蔵用冷媒回路１の中間圧領域の圧力ＭＰが低い場合に補助絞り手段８３の開度を増大させる方向に作用する第２の制御量と、ガスクーラ４６を経て分流される前の冷媒の温度ＧＣＴと中間熱交換器８０を経た第２の冷媒流の温度ＬＴとの差（ＧＣＴ−ＬＴ）が所定値ＳＰより小さい場合に補助絞り手段８３の開度を増大させる方向に作用する第３の制御量を演算し、これら第１乃至第３の制御量を合算することにより、補助絞り手段８３の弁開度を増大させる操作量を決定する。また、温度ＬＴが所定値よりも低い場合、又は、温度ＤＴ−ＧＣＴが所定値ＴＤＴより低い場合に補助絞り手段８３の弁開度を縮小する方向で操作量を決定する。

これにより、第１の制御量によって吐出冷媒の温度ＤＴを所定値ＤＴ０以下に保つことができ、第２の制御量によって、冷蔵用冷媒回路１の中間圧力ＭＰを適正化でき、これによって、低圧側圧力ＬＰ、中間圧力ＭＰ、高圧側圧力ＨＰの圧力差を適正に保つことができる。また、第３の制御量によって中間熱交換器８０を経た第２の冷媒流の温度ＬＴを低くし、冷凍効果を保つことができる。これらにより、総じて冷凍装置の高効率化と安定化を達成することが可能となる。

また、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、高圧側圧力ＨＰが超臨界領域にある場合、所定値ＳＰを上げ、所定値ＴＤＴを下げると共に、高圧側圧力ＨＰが飽和領域にある場合、所定値ＳＰを下げ、所定値ＴＤＴを上げることにより、高圧側圧力ＨＰが超臨界領域にある場合と飽和領域にある場合とに分けて第３の制御量と第１の制御量の所定値ＳＰ及びＴＤＴを変更して制御することが可能となる。

これにより、高圧側圧力ＨＰが飽和領域にある場合であっても中間熱交換器８０における過熱度を確実に確保することができ、圧縮機１１に液バックが生じる不都合を回避することができる。また、高圧側圧力ＨＰが超臨界領域にある場合には、このような液バックが生じないため、効率を優先した設定とすることができる。

尚、上記実施例における第２の制御量を、冷蔵用冷媒回路１の中間圧領域の圧力ＭＰと低圧側圧力ＬＰから求められる過圧縮判定値ＭＰＯが、冷媒回路の高圧側圧力ＨＰより低い場合に補助絞り手段の開度を増大させる方向に作用する第２の制御量として、第１乃至第３の制御量を合算することにより、補助絞り手段の弁開度の操作量を決定することとしても、上記と同様に、冷媒回路の中間圧力ＭＰを適正化でき、これによって、低圧側圧力ＬＰ、中間圧力ＭＰ、高圧側圧力ＨＰの圧力差を適正に保つことができる。

また、当該実施例における中間熱交換器８０から出た第１の冷媒流は、インタークーラ３８の出口側に設けられた合流器８１によって当該インタークーラ３８の出口側に戻すことができ、インタークーラ３８における圧力損失を防止して、円滑に中間熱交換器８０から出た冷媒流を冷蔵用冷媒回路１の中間圧側に合流することが可能となる。

（Ｃ）カスケード熱交換器
次に、冷凍装置Ｒに採用されたカスケード熱交換器９０について説明する。本実施例におけるカスケード熱交換器９０は、ガスクーラ４６を経て分流器８２で分流され、中間熱交換器８０を経て排熱回収用配管７０を流れる第２の冷媒流（冷蔵系統１５６の冷蔵用冷媒回路１の高圧側）と、空調系統１５３の空調用冷媒回路１５４の蒸発器１６４を流れる冷媒（空調系統１５３の空調用冷媒回路１５４の低圧側）との熱交換を行わせる熱交換器である。これにより、冷蔵用冷媒回路１の中間熱交換器８０を経た第２の冷媒流が空調用冷媒回路１５４の蒸発器１６４で蒸発する冷媒により冷却され、当該空調用冷媒回路１５４の蒸発器１６４を流れる冷媒には冷蔵用冷媒回路１の第２の冷媒流の熱が汲み上げられることになる。

このように、空調系統１５３の空調用冷媒回路１５４の低圧側と冷蔵系統１５６の冷蔵用冷媒回路１の高圧側とを熱交換させるカスケード熱交換器９０を設けており、このカスケード熱交換器９０を、冷蔵系統１５６の中間熱交換器８０を経て主絞り手段６２Ａ、６２Ｂに至る前の第２の冷媒流が流れる排熱回収用配管７０と、空調系統１５３の蒸発器１６４とで構成し、この蒸発器１６４を流れる冷媒と、冷蔵系統１５６の第２の冷媒流とを熱交換させているので、空調系統１５３の空調用冷媒回路１５４の蒸発器１６４で蒸発する冷媒によって、冷蔵系統１５６の冷蔵用冷媒回路１の主絞り手段６２Ａ、６２Ｂに至る第２の冷媒流の過冷却を図り、所謂スプリットサイクルの超臨界冷凍サイクルで冷凍ケース５Ａや冷蔵ケース５Ｂの庫内をそれぞれ冷却する冷蔵系統１５６の運転効率と能力の改善を一段と図ることができるようになる。

一方、空調系統１５３では蒸発器１６４において冷蔵系統１５６の排熱を効果的に吸い上げ、放熱器１６２からの放熱により貯湯タンク１７１内に湯を生成し、当該湯を用いてデシカント空調装置や吸収式空調装置から成る温水利用空気調和機１５９で室内１５２の空調を行うことにより、著しい空調効率と能力の改善を図ることができるようになる。総じて、室内空調と冷却貯蔵設備の庫内冷却を行う冷凍装置Ｒのエネルギーバランスと効率の改善を図り、著しい省エネルギー化を実現することが可能となる。特に、冷蔵系統１５６の冷蔵用冷媒回路１の冷媒として二酸化炭素を使用した場合に、冷凍能力を効果的に改善でき、性能の向上を図ることができる。

図１では示さないが、貯湯タンク１７１内の湯は店舗で調理室等に直接給湯しても良い。また、貯湯タンク１７１内の湯を用いて室内（店舗）１５２の床暖房を行っても良く、空調系統１５３における室内空調の概念としては、温水利用空気調和機１５９に限らず、係る床暖房も含むものとする。

（Ｄ）ガスクーラ用送風機の制御
次に、上述した如きガスクーラ４６を空冷するガスクーラ用送風機４７の制御について説明する。本実施例における冷凍機ユニットコントローラ（制御手段）１９４は、入力側に高圧圧力センサ（高圧圧力検出手段）４８、４８、低圧圧力センサ３２と共に外気温度センサ５６が接続され、出力側にはガスクーラ用送風機４７が接続されている。

冷凍機ユニットコントローラ１９４にはガスクーラ用送風機４７の制御モードとして高圧側圧力ＨＰに基づいて制御する送風機制御モード１と、後述する外気温度ＡＴと基本回転数ＢＨｚによって制御する送風機制御モード２を有する。冷凍機ユニットコントローラ１９４は、送風機制御モード１では高圧圧力センサ４８が検出する高圧側圧力ＨＰが上昇した場合にガスクーラ用送風機４７の回転数を上昇させ、低下した場合に回転数も低下させる制御を実行する。そして、この送風機制御モードの切り換えは、冷凍機ユニットコントローラ１９４又はマスターコントローラ１８３のスイッチ操作で行うことができる。

ここで、冷蔵用冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰは外気温度ＡＴによって変化し、外気温度ＡＴが高い程、高圧側圧力ＨＰも高くなる。また、ガスクーラ用送風機４７の回転数を高くすればガスクーラ４６の空冷能力が増大するため、高圧側圧力ＨＰは低下する。従って、種々の外気温度ＡＴの条件に対して、ガスクーラ用送風機４７をどの程度の回転数で運転すれば、高圧側圧力ＨＰが所定の目標値（目標高圧：ＴＨＰ）になるかは実験により予め求めておくことが可能である。

そこで、冷蔵用冷媒回路１に適正量の冷媒が封入されている状態で、そのときの外気温度ＡＴでガスクーラ用送風機４７を運転した場合に、高圧圧力センサ４８により検出される高圧側圧力ＨＰが所定の目標値（目標高圧：ＴＨＰ）となる当該ガスクーラ用送風機４７の回転数を予め実験により求めておき、冷凍機ユニットコントローラ１９４には当該回転数を基本回転数ＢＨｚのデータとして記憶（保有）させておく。

尚、このガスクーラ用送風機４７の基本回転数ＢＨｚに関するデータは、想定される各外気温度ＡＴに対応してそれぞれ求められた基本回転数ＢＨｚのデータテーブルとして書き込まれていても良く、外気温度ＡＴと基本回転数ＢＨｚの関数として冷凍機ユニットコントローラ１９４にプログラムされていても良い。

そして、送風機制御モード２においては、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、外気温度センサ５６が検出する外気温度ＡＴに基づき、それに対応する基本回転数ＢＨｚを読み出し、或いは、算出する。そして、回転数がこの基本回転数ＢＨｚとなるようにガスクーラ用送風機４７を制御する。このように、冷凍機ユニットコントローラ１９４に、外気温度ＡＴに応じたガスクーラ用送風機４７の基本回転数ＢＨｚに関するデータを保有させておき、外気温度センサ５６が検出する外気温度ＡＴに基づき、基本回転数ＢＨｚとなるようガスクーラ送風機４７の回転数を制御すれば、ガスクーラ送風機４７の基本回転数ＢＨｚを、外気温度ＡＴに応じた基本回転数ＢＨｚでガスクーラ送風機４７を運転することにより、当該外気温度ＡＴにおいて冷蔵用冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰが目標値ＴＨＰとなる回転数としておくことで、高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置Ｒの冷蔵用冷媒回路１であっても、冷蔵用冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰが目標値ＴＨＰとなるようにガスクーラ送風機４７の回転数を制御することができる。

ここで、高圧圧力センサ４８が検出する冷蔵用冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰは短期的に変動するので、この高圧側圧力ＨＰに基づいてガスクーラ送風機４７の回転数を制御すると、回転数の変動幅が多くなって騒音が大きくなる。

しかしながら、上述の如く高圧圧力センサ４８が検出する冷蔵用冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰに基づいてガスクーラ送風機４７の回転数を制御せず、予め外気温度ＡＴに対応した基本回転数ＢＨｚでガスクーラ用送風機４７を制御すれば、短期的な高圧側圧力ＨＰの変動によってガスクーラ送風機４７の回転数の変動幅が大きくなってしまう不都合も回避できるようになり、全体としてガスクーラ送風機４７の運転による騒音を低減しつつ、高効率で安定した運転を実現することができるようになる。尚、外気温度ＡＴが制御レンジを超えた場合には、ガスクーラ用送風機４７の回転数は当然に最大値となるので、前述した如く冷凍機ユニットコントローラ１９４は、冷媒回収タンク１００に冷媒を回収する冷媒回収動作を実行し、冷蔵用冷媒回路１内を循環する冷媒量を調整して高圧側圧力ＨＰが異常に上昇することを防止する。

特に、冷蔵用冷媒回路１の冷媒として二酸化炭素を使用した超臨界冷凍サイクルでは、外気温度ＡＴによって飽和サイクルとガスサイクルの何れかが行われる。ガスサイクルが行われるとき、冷媒は液化しないため、そのときの冷蔵用冷媒回路１内の冷媒量で温度と圧力とは一意に決定されない。そのため、外気温度ＡＴによって適切な高圧側圧力ＨＰである目標値ＴＨＰは異なってくるので、外気温度ＡＴに応じて適切な高圧側圧力ＨＰとなるガスクーラ用送風機４７の基本回転数ＢＨｚに関するデータを保有しておいて、外気温度ＡＴに基づいてその基本回転数ＢＨｚとなるようにガスクーラ用送風機４７の回転数を制御するが極めて有効なものとなる。

（Ｅ）冷媒量判定及び調整
次に、冷凍装置Ｒの冷蔵系統１５６における冷蔵用冷媒回路１内の冷媒量の判定動作について説明する。実施例のように二酸化炭素冷媒を封入して高圧側が超臨界圧力となる冷蔵用冷媒回路１では高圧側が極めて高い圧力となるため、通常のＨＦＣ冷媒を使用する場合のように、大型のレシーバタンクを取り付けて比較的多量の（余分な）冷媒を封入しておくことができず、実施例のように冷媒回収タンク１００を取り付けて循環冷媒量の調整を行ったとしても適正量の冷媒が冷蔵用冷媒回路１内に封入されること、及び、その後の運転中における冷蔵用冷媒回路１からの冷媒漏洩を的確に検出することは、効率的且つ効果的な運転に不可欠である。

そこで、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、以下に説明する冷媒量の判定動作を所定のサンプリング周期で常時実行している。この判定動作には二種類のモード（後述する第１の判定動作モード（Ｅ−１）と第２の判定動作モード（Ｅ−２））があり、何れか若しくは双方を実行するものとする。この場合の判定動作モードの切り換えも冷凍機ユニットコントローラ１９４又はマスターコントローラ１８３のスイッチ操作で行われる。

尚、冷凍機ユニット３のユニット出口に位置する冷蔵用冷媒回路１の高圧側の排熱回収用冷媒配管７０には高圧サービス口１９６が接続されており、ユニット入口に位置する低圧側の冷媒配管９には低圧サービス口１９７が接続されているものとする。また、冷凍機ユニットコントローラ１９４には図２の（ａ）に示すような表示器（表示手段）１９８が取り付けられている。実施例の表示器１９８には四桁の７セグメントＬＥＤ２０１と４つの小数点ＬＥＤ２０２、更に、警報手段として機能する冷媒量ＬＥＤ２０３が設けられている。

（Ｅ−１）外気温度と高圧側圧力に基づく冷媒量の判定動作モード１
前述した如く送風機制御モード２で冷凍機ユニットコントローラ１９４は、外気温度ＡＴとそれに対応するガスクーラ用送風機４７の基本回転数ＢＨｚにより、この基本回転数ＢＨｚとなるようにガスクーラ用送風機４７を制御する。この基本回転数ＢＨｚは前述した如く、冷蔵用冷媒回路１に適正量の冷媒（二酸化炭素）が封入されいているという条件のもとで、そのときの外気温度ＡＴにおいて冷蔵用冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰが目標値ＴＨＰとなるガスクーラ用送風機４７の回転数である。

従って、このようなガスクーラ用送風機４７の制御を行っている状態で、高圧圧力センサ４８が検出する冷蔵用冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰを目標値ＴＨＰに維持できなくなった場合、冷蔵用冷媒回路１内の冷媒量が適正量では無いものと判断できる。この場合、冷媒量が不足していれば高圧側圧力ＨＰは目標値ＴＨＰより低くなり、逆に冷媒量が過剰な場合には高圧側圧力ＨＰが目標値ＴＨＰより高くなる。

そこで、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、所定のサンプリング周期で高圧圧力センサ４８が検出する高圧側圧力ＨＰを常時監視する。そして、使用者が冷蔵用冷媒回路１に冷媒を封入して冷凍装置Ｒの運転を開始した後（封入直後、及び、その後の運転中）、冷凍機ユニットコントローラ１９４に接続された所定のスイッチを操作すると、冷凍機ユニットコントローラ１９４は表示器１９８を冷媒量表示モードに切り換え、判定結果を表示する。

図２の（ｂ）は判定中を示しており、この場合冷凍機ユニットコントローラ１９４は小数点２０２を点灯させる。この場合、冷凍機ユニットコントローラ１９４は右端（一端）の小数点２０２から左（他端）に向かって順次点灯させていくことにより、判定中の時間経過を表示する。また、判定ができなかった場合には図２の（ｃ）に示すように下一桁目の７セグメントＬＥＤ２０１にバー表示を行う。

一方、高圧側圧力ＨＰが目標値ＴＨＰか若しくはその上下の許容範囲Ｙ（例えば５％以内等）内であった場合、冷凍機ユニットコントローラ１９４は冷媒量が適正量であるものと判定して表示器１９８の表示を図２の（ｆ）とする。この場合、冷凍機ユニットコントローラ１９４は下三桁の７セグメントＬＥＤ２０１の下半分を点灯し、前述した如く小数点２０２を順次点灯して行って４つの小数点２０２を点灯する。また、冷媒量ＬＥＤ２０３も点灯する。これにより、使用者は冷蔵用冷媒回路１内に適正量の冷媒が封入できたことを確認することができる。

一方、高圧側圧力ＨＰが目標値ＴＨＰに達しない状況であり、目標値ＴＨＰよりも極めて低く、その差が所定の閾値Ｘ（例えば２０％等）以上であった場合、冷凍機ユニットコントローラ１９４は冷媒不足と判定して表示器１９８の表示を図２の（ｄ）とする。この場合、冷凍機ユニットコントローラ１９４は下一桁目の７セグメントＬＥＤ２０１の下半分を点灯し、前述した如く小数点２０２を順次点灯して行って４つの小数点２０２を点灯する。これにより、使用者は冷蔵用冷媒回路１内の冷媒が著しく不足していることを確認することができる。

また、高圧側圧力ＨＰが目標値ＴＨＰに達しない状況であり、目標値ＴＨＰよりも少々低く、その差が前記閾値Ｘより小さいものの、前記許容範囲Ｙ（５％）より大きかった場合、冷凍機ユニットコントローラ１９４は冷媒が不足気味と判定して表示器１９８の表示を図２の（ｅ）とする。この場合、冷凍機ユニットコントローラ１９４は下二桁の７セグメントＬＥＤ２０１の下半分を点灯し、前述した如く小数点２０２を順次点灯して行って４つの小数点２０２を点灯する。これにより、使用者は冷蔵用冷媒回路１内の冷媒が不足気味であることを確認することができる。

逆に、高圧側圧力ＨＰが目標値ＴＨＰよりも高く、その差が前記許容範囲Ｙ（５％）より大きかった場合、冷凍機ユニットコントローラ１９４は冷媒が過剰と判定して表示器１９８の表示を図２の（ｇ）とする。この場合、冷凍機ユニットコントローラ１９４は四桁全ての７セグメントＬＥＤ２０１の下半分を点灯し、前述した如く小数点２０２を順次点灯して行って４つの小数点２０２を点灯する。また、冷媒量ＬＥＤ２０３を点滅させる。これにより、使用者は冷蔵用冷媒回路１内の冷媒が過剰（過充填）であることを確認することができる。

このように、冷凍機ユニットコントローラ１９４が、冷蔵用冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰに基づき、冷蔵用冷媒回路１内の冷媒量を判定するので、実施例のように冷蔵用冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰが目標値ＴＨＰに達しない場合、冷蔵用冷媒回路１内の冷媒量が不足しているものと判定し、冷蔵用冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰが目標値ＴＨＰより高くなった場合、冷蔵用冷媒回路１内の冷媒量が過剰であるものと判定することにより、冷蔵用冷媒回路１内の冷媒不足、或いは、冷蔵用冷媒回路１からの冷媒漏洩、及び、冷蔵用冷媒回路１への冷媒の過封入を的確に検出することができる。

（Ｅ−２）中間熱交換器前後の温度差に基づく冷媒量の判定動作モード２
次に、もう一つの冷媒量判定動作を説明する。冷蔵用冷媒回路１はスプリットサイクルであるので、回路内の冷媒が適正量で無い場合、或いは、適正量から変動した場合には、ガスクーラ４６から出て分流器８２で分流された第１の冷媒流による第２の冷媒流の冷却効果も変化する（冷媒不足の場合には冷却効果が減少する）ので、中間熱交換器８０における第１の冷媒流による第２の冷媒流の冷却効果を監視することで、冷蔵用冷媒回路１内の冷媒量を判定することが可能である。

そこで、中間熱交換器８０における第１の冷媒流による第２の冷媒流の冷却効果に応じて、冷蔵用冷媒回路１内の冷媒量を判定する。この場合、冷凍機ユニットコントローラ１９４は前述したように、冷凍機ユニットコントローラ１９４が、ユニット出口側圧力センサ５８の検出する高圧側圧力ＨＰに基づき、当該高圧側圧力ＨＰが上昇したことに基づいて電動膨張弁（回収用開閉手段）１０２を開放することにより冷媒を冷媒回収タンク１００に回収し、高圧側圧力ＨＰが低下したことに基づき、電磁弁（放出用開閉手段）１０６を開放して冷媒回収タンク１００から冷媒を放出する制御を実行している場合、冷蔵用冷媒回路１内の冷媒量が不足していると、冷蔵用冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰが上がらなくなるため、電動膨張弁１０２が閉じている状態が多くなる。

また、圧縮機１１の吐出冷媒温度ＤＴに基づいて補助絞り手段８３の開度を制御する場合、冷蔵用冷媒回路１内の冷媒量が不足していると、圧縮機１１の吐出冷媒温度ＤＴも上がらなくなるため、補助絞り手段８３が流す第１の冷媒流も減少する傾向となり、中間熱交換器８０における第１の冷媒流による第２の冷媒流の冷却効果は低下し、中間熱交換器８０を経た第２の冷媒流の温度ＬＴと第１の冷媒流の温度Ｔｓｐとの差が大きくなる状態が多くなる。従って、中間熱交換器８０を経た第２の冷媒流と第１の冷媒流の温度差（例えば、ＬＴ−Ｔｓｐの絶対値）と電動膨張弁（回収用開閉手段）１０２の状態に応じて冷蔵用冷媒回路１内の冷媒量不足を判定することができる。

逆に、冷蔵用冷媒回路１内の冷媒量が過剰である場合には、冷蔵用冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰも高くなるため、電動膨張弁１０２（回収用開閉手段）は開いている状態が多くなり、補助絞り手段８３も中間熱交換器８０で第２の冷媒流をより一層冷やすために第１の冷媒流を増加させる傾向となるので、中間熱交換器８０において第２の冷媒流は第１の冷媒流からより強い冷却作用を受け、中間熱交換器８０を経た第２の冷媒流と第１の冷媒流の温度差（例えば、ＬＴ−Ｔｓｐの絶対値）は小さくなる。また、前述した送風機制御モード１の如く高圧側圧力ＨＰでガスクーラ用送風機４７を制御する場合には、過剰冷媒による高圧側圧力ＨＰの上昇に伴って当該ガスクーラ用送風機４７の回転数も高くなるので、それらによって冷蔵用冷媒回路１の冷媒量が過剰であることを判定することができる。

そこで、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、所定のサンプリング周期でユニット出口温度センサ５４とスプリット出口温度センサ６４が検出する中間熱交換器８０を経た第２の冷媒流と第１の冷媒流の温度差（例えば、ＬＴ−Ｔｓｐの絶対値）と電動膨張弁１０２の状態を常時監視する。そして、使用者が冷蔵用冷媒回路１に冷媒を封入して冷凍装置Ｒの運転を開始した後（封入直後、及び、その後の運転中）、冷凍機ユニットコントローラ１９４に接続された所定のスイッチを操作すると、冷凍機ユニットコントローラ１９４は表示器１９８を冷媒量表示モードに切り換え、判定結果を表示する。図２の（ｂ）、（ｃ）は前述同様である。

一方、ＬＴ−Ｔｓｐの絶対値が所定の閾値Ｘｄより大きい状態の所定時間当たりの発生頻度が所定の閾値Ｚ％（例えば５％等）以内であった場合、冷凍機ユニットコントローラ１９４は冷媒量が適正量であるものと判定して表示器１９８の表示を図２の（ｆ）とする。この場合、冷凍機ユニットコントローラ１９４は下三桁の７セグメントＬＥＤ２０１の下半分を点灯し、前述同様に４つの小数点２０２も点灯する。また、冷媒量ＬＥＤ２０３も点灯する。これにより、使用者は冷蔵用冷媒回路１内に適正量の冷媒が封入できたことを確認することができる。

一方、ＬＴ−Ｔｓｐの絶対値が所定の閾値Ｘｄより大きく、且つ、電動膨張弁１０２が閉じている状態の所定時間当たりの発生頻度が所定の閾値Ｗ％（例えば７０％等）より高かった場合、冷凍機ユニットコントローラ１９４は冷媒不足と判定して表示器１９８の表示を図２の（ｄ）とする。この場合、冷凍機ユニットコントローラ１９４は下一桁目の７セグメントＬＥＤ２０１の下半分を点灯し、前述同様に４つの小数点２０２も点灯する。これにより、使用者は冷蔵用冷媒回路１内の冷媒が著しく不足していることを確認することができる。

また、ＬＴ−Ｔｓｐの絶対値が所定の閾値Ｘｄより大きく、且つ、電動膨張弁１０２が閉じている状態の所定時間当たりの発生頻度が閾値Ｚ％より高く閾値Ｗ％以下であった場合、冷凍機ユニットコントローラ１９４は冷媒が不足気味と判定して表示器１９８の表示を図２の（ｅ）とする。この場合、冷凍機ユニットコントローラ１９４は下二桁の７セグメントＬＥＤ２０１の下半分を点灯し、前述同様に４つの小数点２０２も点灯する。これにより、使用者は冷蔵用冷媒回路１内の冷媒が不足気味であることを確認することができる。

逆に、ＬＴ−Ｔｓｐの絶対値が所定の閾値Ｘｄより大きい状態の所定時間当たりの発生率が閾値Ｚ％以下であり、ガスクーラ用送風機４７の回転数が所定の閾値ＱＨｚより高い状態の所定時間当たりの発生率が所定の閾値Ｐ％以上であり（前記送風機制御モード１でガスクーラ用送風機４７を高圧側圧力ＨＰで制御する場合）、且つ、電動膨張弁１０２が開いている状態の所定時間当たりの発生頻度が所定の閾値Ｎ％以上であった場合、冷凍機ユニットコントローラ１９４は冷媒が過剰と判定して表示器１９８の表示を図２の（ｇ）とする。この場合、冷凍機ユニットコントローラ１９４は四桁全ての７セグメントＬＥＤ２０１の下半分を点灯し、前述同様に４つの小数点２０２も点灯する。また、冷媒量ＬＥＤ２０３を点滅させる。これにより、使用者は冷蔵用冷媒回路１内の冷媒が過剰（過充填）であることを確認することができる。

このように、第２の冷媒流と第１の冷媒流の温度差（ＬＴ−Ｔｓｐの絶対値）が大きく、且つ、電動膨張弁（回収用開閉手段）１０２が閉じている状態が発生する頻度が高い場合、冷蔵用冷媒回路１内の冷媒量が不足しているものと判定することにより、冷蔵用冷媒回路１内の冷媒不足、或いは、冷蔵用冷媒回路１からの冷媒漏洩を的確に検出することができるようになる。また、第２の冷媒流と第１の冷媒流の温度差（ＬＴ−Ｔｓｐの絶対値）が大きくなる状態が発生する頻度が低く、且つ、ガスクーラ用送風機４６の回転数が高く（ガスクーラ用送風機４６を高圧側圧力ＨＰで制御する場合のみ）、電動膨張弁１０２が開いている状態が発生する頻度が高い場合、冷蔵用冷媒回路１内の冷媒量が過剰であるものと判定することにより、冷蔵用冷媒回路１への冷媒の過封入を的確に検出することができるようになる。

尚、上記の判定動作でも冷媒量が決定できない場合、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、ガスクーラ出口温度センサ５２により検出されるガスクーラ４６を経て分流される前の冷媒の温度ＧＣＴと、ユニット出口温度センサ５４により検出される中間熱交換器８０を経た第２の冷媒流の温度ＬＴとの差に応じて冷蔵用冷媒回路１内の冷媒量を判定する。

冷蔵用冷媒回路１内の冷媒量が不足していると、前述したように単純に中間熱交換器８０における第１の冷媒流による第２の冷媒流の冷却効果が低下するので、ガスクーラ４６を経た冷媒と中間熱交換器８０を経た第２の冷媒流の温度差（ＧＣＴ−ＬＴ）は小さくなる。そこで、冷凍機ユニットコントローラ１９４は所定のサンプリング周期でこの温度差（ＧＣＴ−ＬＴ）を監視し、ＧＣＴ−ＬＴが所定の閾値Ｍｄｅｇより高い場合、適正量であるものと判定して表示器１９８の表示を図２の（ｆ）とする。逆にＭｄｅｇ以下の場合には冷媒不足と判定して図２の（ｄ）とする。

このようにガスクーラ４６を経て分流される前の冷媒と中間熱交換器８０を経た第２の冷媒流の温度差ＧＣＴ−ＬＴが小さい場合、冷蔵用冷媒回路１内の冷媒量が不足しているものと判定するようにしても冷蔵用冷媒回路１内の冷媒不足、或いは、冷蔵用冷媒回路１からの冷媒漏洩を的確に検出することができる。

これらの冷媒量の判定動作により、初期冷媒封入時における冷蔵用冷媒回路１への適切な量の冷媒封入を実現し、効率的な運転と冷凍能力の確保を行い、また、不必要な冷媒封入も防止して無駄となる冷媒消費を削減することが可能となる。更に、封入後における冷蔵用冷媒回路１からの冷媒漏洩も検出することができるので、円滑且つ効率的な運転管理を実現することが可能となる。

この場合、冷凍機ユニットコントローラ１９４に表示器１９８を設けて冷媒量の判定結果を表示するようにしているので、初期冷媒封入時の作業性を改善し、また、冷媒漏洩の的確な把握を実現することができるようになる。判定した冷媒量が過剰である場合、冷媒量ＬＥＤ２０３を点滅させて警報を発するようにしているので、冷媒漏洩が発生した場合の迅速な対応を実現することができるようになる。尚、実施例では点灯させていないが、冷媒不足の場合にも冷媒量ＬＥＤ２０３を点滅等させれば、同様の警報となることは云うまでもない。

また、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、図２の（ｄ）の表示が複数回連続して発生した場合、表示器１９８に所定の警報表示を行う。また、図２の（ｇ）の表示が複数回連続して発生した場合にも、表示器１９８にこれとは異なる所定の警報表示を行う。これにより、後述する補充、パージの迅速な対応を促すことができる。

（Ｅ−３）冷媒封入
以上のような冷媒量の判定で不足と判定された場合、使用者は高圧サービス口１９６に冷媒ボンベを繋ぎ、液チャージを行う。このとき、冷凍機ユニットコントローラ１９４は冷媒封入運転モードを備えており、所定のスイッチ操作でこの冷媒封入運転モードに移行する。この冷媒封入運転モードでは、冷凍機ユニットコントローラ１９４は冷凍ケースコントローラ１９１と冷蔵ケースコントローラ１９２に指示を送り、前記低圧側圧力制御値で圧縮機１１が停止する各ケースの庫内温度設定値よりも十分低い値に設定値を変更させる。また、主絞り手段６２Ａ、６２Ｂの開度の上限を規制すると共に、過熱度が無くなって開度を縮小する制御のみを許容するようにする。

即ち、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、冷媒封入運転モードでは圧縮機１１、１１の運転が継続されるようにするので、冷媒不足或いは漏洩時の封入作業を円滑に行うことができるようになる。そして、表示器１９８で適正量となるまで封入する。

（Ｅ−４）冷媒パージ
逆に冷媒量の判定で過充填（過封入）と判定された場合、使用者は低圧サービス口１９７より冷媒をパージする。そして、表示器１９８で適正量となるまでパージする。

上記実施例では冷媒量の判定動作を冷凍機ユニットコントローラ１９８が実行し、図２に示した表示器１９８を冷凍機ユニットコントローラ１９４に設けたが、それに限らず、或いは、それにあわせてこれらの判定動作をマスターコントローラ１８３が行い、表示器１９８もマスターコントローラ１８３に設けても良い。

（Ｆ）圧縮機の始動性改善（バイパス回路）
次に、圧縮機１１の始動性改善制御について説明する。図２に示すように上述した如き冷凍装置Ｒのインタークーラ３８の出口側の冷蔵用冷媒回路１の中間圧領域、本実施例では、当該インタークーラ３８の出口側に接続される上記第２又は第３の連通回路１０３、１０５と、冷蔵用冷媒回路１の低圧側、本実施例では、蒸発器６３Ａ、６３Ｂの冷媒出口側である冷媒配管９とを連通するバイパス回路８４が設けられている。このバイパス回路８４には、電磁弁（弁装置）８５が介設されている。そして、冷凍機ユニットコントローラ１９４の出力側には、圧縮機１１、１１及び電磁弁８５が接続されている。冷凍機ユニットコントローラ１９４は、圧縮機１１の運転周波数を検出（取得）可能とする。

以上の構成により、圧縮機１１の始動性改善制御動作について説明する。上述したように圧縮機１１が運転されている状態では、低段側吸込口２２により第１の回転圧縮要素１８の低圧部に吸い込まれた低圧の冷媒ガスは、当該第１の回転圧縮要素１８により中間圧に昇圧されて密閉容器１２内に吐出される。密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは、圧縮機１１の低段側吐出口２４から中間圧吐出配管３６に吐出され、インタークーラ３８が接続された中間圧吸入管４０を介して高段側吸込口２６に吸い込まれる。第１の回転圧縮要素１８から吐出され、高段側吸込口２６を介して第２の回転圧縮要素２０に吸い込まれるまでの領域が中間圧領域とされる。

高段側吸込口２６により第２の回転圧縮要素２０の中圧部に吸い込まれた中圧の冷媒ガスは、当該第２の回転圧縮要素２０により２段目の圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、高段側吐出口２８より高圧吐出配管４２に吐出され、オイルセパレータ４４、ガスクーラ４６、排熱回収熱交換器７０、中間熱交換器８０、冷媒配管７及びショーケースユニット５Ａ、５Ｂの主絞り手段６２Ａ、６２Ｂまでの領域が高圧側とされる。

そして、主絞り手段６２Ａ、６２Ｂにて減圧膨張されることにより、それより下流の蒸発器６３Ａ、６３Ｂから第１の回転圧縮要素１８に連通する低段側吸込口２２までが冷蔵用冷媒回路１の低圧側とされる。

上記圧縮機１１の運転が停止した後、圧縮機１１を再始動する際には、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、圧縮機１１の起動から所定の運転周波数に上昇するまでの間、電磁弁８５を開放してバイパス回路８４の流路を開放する。当該所定の運転周波数とは、圧縮機１１が実効的なトルク制御が可能となる運転周波数であり、本実施例では、一例として３５Ｈｚとする。

これにより、圧縮機１１の停止状態から起動され、当該所定の運転周波数に上昇するまでの間、電磁弁８５が開放されることにより、第１の回転圧縮要素１８により中間圧に昇圧され、低段側吐出口２４から中間圧吐出配管３６に吐出され、インタークーラ３８を経た後の中間圧領域の冷媒は、バイパス回路８４を介して、冷蔵用冷媒回路１の低圧側領域に流入する。これにより、冷蔵用冷媒回路１の中間圧領域と低圧側領域との圧力が均圧される。

これにより、圧縮機１１の起動から所定の運転周波数に上昇するまでの始動時は、所定のトルクが確保できないが、この間、中間圧領域と低圧側領域とを均圧とすることで、外気温度が高いため中間圧が高くなりやすい状況であっても、中間圧が高圧に接近する不都合を解消できる。

そのため、圧縮機１１の始動時におけるトルク不足が生じている間に、中間圧領域の圧力と高圧領域の圧力とが接近してしまうことによる始動不良を未然に回避することができ、安定した、且つ、高効率な運転を実現することができる。尚、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、検出される圧縮機１１の運転周波数が所定の運転周波数に上昇した後は、電磁弁８５を閉鎖し、バイパス回路８４の流路を閉塞することで、上述したような通常の冷凍サイクルを行う。

（Ｇ）圧縮機の始動性改善（周波数制御）
前述した如く冷凍機ユニットコントローラ１９４は低圧圧力センサ３２が検出する低圧側圧力ＬＰと所定の低圧側圧力制御値ＬＰＳに基づき、圧縮機１１、１１の運転周波数及び運転する台数を制御している。即ち、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、低圧側圧力ＬＰが上昇した場合に圧縮機１１の運転周波数を上昇させ、低下した場合に運転周波数も低下させる。また、何れか１台の圧縮機１１で運転している状態で、当該圧縮機１１の運転周波数が最大値となっても低圧側圧力ＬＰが制御値ＬＰＳより下がらない場合、もう一台の圧縮機１１も始動して２台の圧縮機１１を運転する状態に移行する。

その場合、冷凍機ユニットコントローラ１９４は、現在最大周波数で運転している一方の圧縮機１１の運転周波数を当該最大周波数よりも低い所定の規定周波数Ｈｚｓまで低下させる。この低下させる過程で、或いは、低下させた後、冷凍機ユニットコントローラ１９４は現在停止している他方の圧縮機１１を始動し、上記規定周波数Ｈｚｓまで運転周波数を上昇させる。その後、所定期間この規定周波数Ｈｚｓにて２台の圧縮機１１、１１を運転した後、冷凍機ユニットコントローラ１９４は低圧側圧力ＬＰに基づいて各圧縮機１１、１１の運転周波数を決定する制御に移行する。

このように、一方の圧縮機１１が運転している状態から他方の圧縮機１１を起動して２台の圧縮機１１、１１を運転する状態に移行する際、冷凍機ユニットコントローラ１９４は現在運転している一方の圧縮機１１の運転周波数を一旦低下させるので、冷蔵用冷媒回路１の高低圧差が低減される。これにより、停止状態から始動する他方の圧縮機１１の始動負荷が軽減され、省エネルギーに寄与できると共に、騒音も低減できるようになる。

尚、冷凍機ユニットコントローラ１９４は２台の圧縮機１１、１１を運転するときの運転周波数の制御量（ステップ）を、１台の圧縮機１１を運転するときの制御量（ステップ）よりも小さくする。例えば、１台の圧縮機１１を運転するときにｆＨｚステップで運転周波数を変化させる場合、２台の圧縮機１１、１１を運転する場合にはｆ／２Ｈｚステップで運転周波数を変化させる。これにより、２台運転時の大幅な能力変化を防止して騒音を低減する。

Ｒ 冷凍装置
１ 冷蔵用冷媒回路
３ 冷凍機ユニット
５Ａ 冷凍ケース（冷凍設備）
５Ｂ 冷蔵ケース（冷蔵設備）
７、９ 冷媒配管
１１ 圧縮機（圧縮手段）
３２ 低圧圧力センサ（吸込圧力検出手段）
３４ ユニット入口温度センサ（入口温度検出手段）
４６ ガスクーラ
４７ ガスクーラ用送風機（送風機）
４８ 高圧圧力センサ（高圧圧力検出手段）
４９ 中間圧圧力センサ（中間圧圧力検出手段）
５０ 吐出温度センサ（吐出温度検出手段）
５２ ガスクーラ出口温度センサ（ガスクーラ出口温度検出手段）
５４ ユニット出口温度センサ（ユニット出口温度検出手段）
５６ 外気温度センサ（外気温度検出手段）
５８ ユニット出口側圧力センサ（ユニット出口側圧力検出手段）
６２Ａ、６２Ｂ 主絞り手段
６３Ａ、６３Ｂ 蒸発器
７０ 排熱回収用配管
８０ 中間熱交換器
８０Ａ 第１の流路
８０Ｂ 第２の流路
８３ 補助絞り手段
９０ カスケード熱交換器
１００ 冷媒回収タンク
１０２ 電動膨張弁（回収用開閉手段）
１０６ 電磁弁（放出用開閉手段）
１５３ 空調系統
１５４ 空調用冷媒回路
１５６ 冷蔵系統
１５９ 温水利用空気調和機
１６１ 圧縮機（圧縮手段）
１６２ 放熱器
１６３ 膨張弁（絞り手段）
１６４ 蒸発器
１７１ 貯湯タンク
１７８ 利用側熱交換器
１８３ マスターコントローラ
１９４ 冷凍機ユニットコントローラ
１９６ 高圧サービス口
１９７ 低圧サービス口
１９８ 表示器（表示手段）

Claims (9)

1. 圧縮手段と、ガスクーラと、補助絞り手段と、中間熱交換器と、主絞り手段と、蒸発器とから冷媒回路が構成され、前記ガスクーラから出た冷媒を二つの流れに分流して、第１の冷媒流を前記補助絞り手段を経て前記中間熱交換器の第１の流路に流し、第２の冷媒流を前記中間熱交換器の第２の流路に流した後、前記主絞り手段を経て前記蒸発器に流すことにより、前記中間熱交換器にて前記第１の冷媒流と第２の冷媒流とを熱交換させ、前記蒸発器から出た冷媒を前記圧縮手段の低圧部に吸い込ませ、前記中間熱交換器から出た前記第１の冷媒流を前記圧縮手段の中間圧部に吸い込ませると共に、高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置において、
   前記制御手段は、前記中間熱交換器における前記第１の冷媒流による前記第２の冷媒流の冷却効果に応じて、前記冷媒回路内の冷媒量を判定することを特徴とする冷凍装置。
2. 回収用開閉手段を介して前記冷媒回路の高圧側に接続され、放出用開閉手段を介して前記冷媒回路の中間圧領域に接続された冷媒回収タンクを備え、
   前記制御手段は、前記冷媒回路の高圧側圧力に基づき、当該高圧側圧力が上昇したことに基づいて前記回収用開閉手段を開放することにより冷媒を前記冷媒回収タンクに回収し、前記高圧側圧力が低下したことに基づき、前記放出用開閉手段を開放して前記冷媒回収タンクから冷媒を放出すると共に、
   前記中間熱交換器を経た前記第２の冷媒流と第１の冷媒流の温度差と前記回収用開閉手段の状態に応じて前記冷媒回路内の冷媒量を判定することを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記第２の冷媒流と第１の冷媒流の温度差が大きく、且つ、前記回収用開閉手段が閉じている状態が発生する頻度が高い場合、前記冷媒回路内の冷媒量が不足しているものと判定すると共に、前記第２の冷媒流と第１の冷媒流の温度差が大きくなる状態が発生する頻度が低く、且つ、前記ガスクーラを空冷する送風機の回転数が高く、前記回収用開閉手段が開いている状態が発生する頻度が高い場合、前記冷媒回路内の冷媒量が過剰であるものと判定することを特徴とする請求項２に記載の冷凍装置。
4. 前記制御手段は、前記ガスクーラを経て分流される前の冷媒と前記中間熱交換器を経た前記第２の冷媒流の温度差に応じて前記冷媒回路内の冷媒量を判定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの何れかに記載の冷凍装置。
5. 前記制御手段は、前記ガスクーラを経て分流される前の冷媒と前記中間熱交換器を経た前記第２の冷媒流の温度差が小さい場合、前記冷媒回路内の冷媒量が不足しているものと判定することを特徴とする請求項４に記載の冷凍装置。
6. 前記制御手段は、前記冷媒量の判定結果を表示する手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちの何れかに記載の冷凍装置。
7. 前記制御手段は、判定した前記冷媒量が不足している場合、又は、過剰である場合、所定の警報を発することを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちの何れかに記載の冷凍装置。
8. 前記冷媒回路は高圧サービス口及び低圧サービス口を備え、
   前記制御手段は、前記圧縮手段の運転が継続される冷媒封入運転モードを有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のうちの何れかに記載の冷凍装置。
9. 前記冷媒回路の冷媒として二酸化炭素を使用したことを特徴とする請求項１乃至請求項８のうちの何れかに記載の冷凍装置。

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