JP2013167386A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中間熱交換器において、冷却対象機器の蒸発器に送る冷媒の冷却を適切に行うことができる冷凍装置を得る。
【解決手段】二段圧縮機１１と、インタークーラ３８と、ガスクーラ４６と、ガスクーラ４６に接続される中間熱交換器８０と、ガスクーラ４６から中間熱交換器８０を経てショーケースユニット５Ａ，５Ｂに至る高圧側冷媒流路を流れる冷媒を回収可能に設けられた冷媒量調整タンク１００とを備え、中間熱交換器８０は、ガスクーラ４６からの冷媒と、高圧側冷媒流路から分流して膨張弁８３により減圧させた冷媒との熱交換を行い、膨張弁８３を経て中間熱交換器８０で熱交換された冷媒が二段圧縮機１１の二段目の高段側吸込口２６に流入されるとともに、膨張弁８３から中間熱交換器８０に向かう冷媒の流路と冷媒量調整タンク１００の下部とを接続する第１連通路９５と、第１連通路９５に設けられ、絞り機能を有する第１弁装置９６とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、二段圧縮機と、ガスクーラと、絞り手段と、蒸発器とを冷媒回路に含む冷凍装置に関する。

二段圧縮機と、二段圧縮機の一段目から吐出される冷媒を冷やすインタークーラと、二段圧縮機の二段目から吐出された冷媒を冷やすガスクーラと、ガスクーラの出口に接続された中間熱交換器と、中間熱交換器により冷却された冷媒が流れ込む蒸発器とを冷媒回路に有する冷凍装置において、冷媒回路の高圧側に接続された冷媒量調整タンクを設け、当該タンクに、冷媒回路から冷媒を回収したり、当該タンクから冷媒を放出したりを制御可能に構成された冷凍装置が、従来より知られている（例えば、特許文献１参照）。

この種の冷凍装置においては、冷媒量調整タンクからの冷媒を、冷媒回路に放出するための流路として、冷媒量調整タンクの下部と冷媒回路の中間圧領域とを連通する連通路を設けるものが知られている。中間圧領域は、例えば、インタークーラの出口から二段圧縮機の二段目の冷媒吸込部に至る冷媒流路である。連通路には、絞り機能を有する弁装置を設けておき、連通路が解放された状態では、冷媒量調整タンク内の液冷媒は、絞り機構により膨張されて、中間圧領域に放出されるようになっている。
また、ガスクーラから吐出された冷媒は、２つに分流され、一方の冷媒は、中間熱交換器に流入され、他方の冷媒は、膨張弁で減圧されたのち、中間熱交換器に流入される。中間熱交換器に流入された２つの冷媒は、互いの間で熱交換を行い、一方の冷媒が、蒸発器側に流れ、他方の冷媒が、中間圧領域の冷媒に合流するようになっている。蒸発器側に流れる冷媒は、十分に冷却されるため、冷凍装置の冷却効率の改善が図られていた。

特開２０１１−１３３２０５号公報

上記のような冷凍装置では、冷媒量調整タンクからの冷媒の放出時、冷媒量調整タンクから連通路に放出される冷媒は、弁装置の絞り機能により膨張して、温度が低下した状態で、中間圧領域の冷媒に合流される。冷媒量調整タンクからの冷媒は、湿った状態で、中間圧領域の冷媒に合流されるため、合流した冷媒が、液バック状態となる恐れがある。このような冷媒が、二段目圧縮機の二段目の冷媒吸込口に流入されると、二段圧縮機の二段目からは、著しく温度の下がった冷媒が吐出されることになる。二段圧縮機の二段目から吐出される冷媒の温度が低い状況下、中間熱交換器を経由する２つの冷媒のうち、膨張弁により減圧された冷媒を中間圧領域に戻すサイクルを継続すると、中間圧領域での液バックが進行する。このため、中間熱交換器に流入される２つの冷媒のうち、他方の冷媒を減圧させる膨張弁の開度を縮小する必要がある。しかしながら、この場合、中間熱交換器から蒸発器に送られる一方の冷媒を、十分に冷却できなくなり、冷凍装置の冷却効率が低下してしまうという問題がある。

この発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、中間熱交換器において、冷却対象機器の蒸発器に送る冷媒の冷却を適切に行うことができる冷凍装置を得ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、二段圧縮機と、前記二段圧縮機の一段目の冷媒吐出部に入口が接続され、前記二段圧縮機の二段目の冷媒吸込部に出口が接続されたインタークーラと、前記二段圧縮機の二段目の冷媒吐出部に入口が接続されるガスクーラと、前記ガスクーラに接続される中間熱交換器と、前記ガスクーラから前記中間熱交換器を経て冷却対象機器の蒸発器に至る高圧側冷媒流路を流れる冷媒を回収可能に設けられた冷媒量調整タンクとを備え、前記中間熱交換器は、前記ガスクーラからの冷媒と、前記高圧側冷媒流路から分流して膨張弁により減圧させた冷媒との熱交換を行い、前記膨張弁を経て前記中間熱交換器で熱交換された冷媒が前記二段圧縮機の二段目に流入されるとともに、前記膨張弁から前記中間熱交換器に向かう冷媒流路と前記冷媒量調整タンクの下部とを接続する第１連通路と、前記第１連通路に設けられ、絞り機能を有する第１弁装置とを備えていることを特徴とする。

また、本発明は、前記冷凍装置において、前記中間熱交換器は、前記高圧側冷媒流路を構成する第１流路と、一端が、前記膨張弁から前記中間熱交換器に至る冷媒流路と前記第１連通路との合流部に接続されると共に、他端が前記二段圧縮機の二段目の冷媒吸込部に接続される第２流路とを備えていることを特徴とする。

また、本発明は、前記冷凍装置において、前記冷媒量調整タンクと前記高圧側冷媒流路とを接続する第２連通路に設けられる絞り機能を有する第２弁装置と、前記冷媒量調整タンクの上部と前記インタークーラの出口から前記二段圧縮機の二段目の冷媒吸込部に至る冷媒流路とを連通する第３連通路に設けられる第３弁装置と、前記第１弁装置、前記第２弁装置、及び前記第３弁装置を制御して、前記冷媒量調整タンクの冷媒の回収と放出を調整する制御装置とを備えていることを特徴とする。

また、本発明は、前記冷凍装置において、前記冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする。

本発明の冷凍装置によれば、冷媒量調整タンクから放出されて第１連通路を介して中間熱交換器に流入した冷媒は、高圧側冷媒流路から分流されて減圧された冷媒と合流し、合流した冷媒は、ガスクーラからの冷媒との熱交換によって暖められた後に、二段圧縮機の二段目の冷媒吸込部に戻される。このため、二段圧縮機の二段目の冷媒吸込部に流入される冷媒の温度が、著しく低下することが回避される。つまり、二段圧縮機の二段目の冷媒吐出部から吐出される冷媒の温度低下に起因して、膨張弁の開度を縮小する必要がなくなり、中間熱交換器では、冷却対象機器の蒸発器に送る冷媒の冷却を適切に行うことができる。

本発明の実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路図である。 制御装置の構成を説明するブロック図である。

以下、本発明の実施形態について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の冷媒回路図、図２は制御装置の構成を説明するブロック図である。
図１において、本実施形態における冷凍装置Ｒは、冷凍機ユニット３と、冷却対象機器としての２つのショーケースユニット５Ａ，５Ｂと、制御装置Ｃとを備え、冷凍機ユニット３と各ショーケースユニット５Ａ，５Ｂとが、冷媒配管７及び９により連結されて所定の冷媒回路１が構成される。
この冷媒回路１によりなされる冷凍サイクルは、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。

冷凍機ユニット３は、並列に配置された２台の二段圧縮機１１，１１を備える。本実施形態において、二段圧縮機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駆動機としての電動要素（図示せず）と、電動要素により回転駆動される第１回転圧縮要素（二段圧縮機１１における一段目）１８及び第２回転圧縮要素２０（二段圧縮機１１における二段目）から成る回転圧縮機構部にて構成されている。なお、第１回転圧縮要素１８は、第２回転圧縮要素２０より低圧側で用いられる。

第１回転圧縮要素１８は、冷媒配管９を介して冷媒回路１の低圧側から二段圧縮機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する。第２回転圧縮要素２０は、第１回転圧縮要素１８から吐出されて、後述のインタークーラ３８で冷やされた中間圧の冷媒を吸い込んで圧縮して高圧まで昇圧させ、冷媒回路１の高圧側に吐出する。二段圧縮機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回転圧縮要素１８及び第２回転圧縮要素２０の回転数を制御することが可能になっている。
密閉容器１２には、第１回転圧縮要素１８の冷媒吸込部となる低段側吸込口２２と、第１回転圧縮要素１８の冷媒吐出部となる低段側吐出口２４とが形成されている。さらに、密閉容器１２には、第２回転圧縮要素２０の冷媒吸込部となる高段側吸込口２６と、第２回転圧縮要素２０の冷媒吐出部となる高段側吐出口２８とが形成されている。
各二段圧縮機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て冷媒配管９に接続される。

そして、各二段圧縮機１１，１１において、中間圧に圧縮された冷媒ガスが吐出される低段側吐出口２４，２４には、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の入口に接続される。このインタークーラ３８は、第１回転圧縮要素１８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の出口には、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二段圧縮機１１，１１の高段側吸込口２６，２６に接続される。
高段側吸込口２６から第２回転圧縮要素２０に吸い込まれた中圧（ＭＰ）の冷媒ガスは、当該第２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（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、各二段圧縮機１１，１１の第２回転圧縮要素２０の高段側吐出口２８，２８には、それぞれ高圧側配管４２，４２が接続されて、下流側で合流し、合流した高圧側配管４２は、オイルセパレータ４４を介してガスクーラ４６の入口に接続されている。さらに、ガスクーラ４６の出口と中間熱交換器８０とが、高圧側配管４３を介して接続されている。
ここで、中間熱交換器８０は、第１流路８０Ａ及び第２流路８０Ｂを有し、詳細は後述のスプリットサイクルを構成している。第１流路８０Ａの一端（入口）は、高圧側配管４３を介してガスクーラ４６の出口に接続される。さらに、第１流路８０Ａの他端（出口）が、冷媒配管７を介してショーケースユニット５Ａ，５Ｂに接続される。第２流路８０Ｂは、後述するように、一端（入口）が、一端をガスクーラ４６の出口に接続された第１スプリット配管８８の他端に接続されると共に、他端（出口）が、二段圧縮機１１の二段目の冷媒吸込部となる高段側吸込口２６に接続される。

ガスクーラ４６は、二段圧縮機１１から吐出された高圧の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。本実施形態では、ガスクーラ４６は、インタークーラ３８及び詳細は後述のオイルクーラ７４と並設されており、これらは同一の風路４５に配設されている。当該風路４５には、当該冷凍機ユニット３の配設箇所の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、第２回転圧縮要素２０，２０から吐出された冷媒の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とが設けられている。さらに、高段側吐出口２８からガスクーラ４６（オイルセパレータ４４）に向かう方向を順方向とする逆止弁９０が設けられている。

一方、ショーケースユニット５Ａ，５Ｂは、例えば、店舗内に設置され、冷媒配管７及び９に対して並列に接続されている。ショーケースユニット５Ａ，５Ｂは、同様の構成を有し、ケース側冷媒配管６０を介して冷媒配管７に接続される蒸発器６３と、ケース側冷媒配管６０による冷媒流路に設けられる絞り手段としての冷却機器側膨張弁６２とを備えている。また、蒸発器６３は、ケース側冷媒配管６１を介して冷媒配管９に接続される。また、各ショーケースユニット５Ａ，５Ｂには、蒸発器６３に送風する図示しない冷気循環用送風機が設けられている。そして、当該冷媒配管９は、上述したように冷媒導入管３０を介して各二段圧縮機１１，１１の第１回転圧縮要素１８の冷媒吸込部となる低段側吸込口２２に接続されている。これにより、冷媒回路１においては、蒸発器６３、第１回転圧縮要素１８、インタークーラ３８、第２回転圧縮要素２０、ガスクーラ４６、及び中間熱交換器８０を経由しつつ循環する冷媒主回路が形成される。

また、制御装置Ｃは、汎用のマイクロコンピュータにより構成される。当該制御装置Ｃには、図２に示すように各種センサが接続されて、各種センサの出力が入力される。また、制御装置Ｃには、各種弁装置、二段圧縮機１１，１１、ガスクーラ用送風機４７のファンモータ４７Ｍ等が接続され、制御装置Ｃは、これらの機器の駆動制御を行う。尚、当該制御装置Ｃの詳細については各制御に応じて後述する。

（Ａ）スプリットサイクル
次に、本実施形態における冷凍装置Ｒのスプリットサイクルについて説明する。
スプリットサイクルは、高圧側冷媒流路から分流して膨張弁８３により減圧させた冷媒に、後述の冷媒量調整タンク１００からの冷媒を合流させた冷媒と、ガスクーラ４６からの冷媒とを熱交換させるサイクルである。高圧側冷媒流路は、ガスクーラ４６から中間熱交換器８０を介してショーケースユニット５Ａ，５Ｂの蒸発器６３に至る冷媒流路である。
ガスクーラ４６の出口と中間熱交換器８０とを接続する高圧側配管４３には、分流器８２が設けられている。分流器８２には、高圧側配管４３から中間熱交換器８０の第２流路８０Ｂの一端に至る第１スプリット流路を構成する第１スプリット配管８８が接続されている。第１スプリット流路には、ストレーナ８７及び膨張弁８３が順に設けられている。分流器８２によって、ガスクーラ４６の出口からの冷媒流は、中間熱交換器８０の第１流路８０Ａに向かうものと、第１スプリット配管８８を介して第２流路８０Ｂに向かうものとに分流される。

また、インタークーラ３８の出口と二段圧縮機１１の高段側吸込口２６とを接続する中間圧吸入管４０の所定部位には、合流器８１が設けられ、第２流路８０Ｂの他端と合流器８１とが、第２スプリット流路を構成する第２スプリット配管８９を介して接続されている。第１スプリット流路、第２流路８０Ｂ、及び第２スプリット流路により補助冷媒回路が形成される。
また、冷媒回路１の超臨界圧力となる高圧側冷媒流路には、高圧冷媒を回収可能に設けられた冷媒量調整タンク１００が接続されている。本実施形態では、冷媒量調整タンク１００は、第１流路８０Ａの下流側で、高圧側冷媒流路を構成する冷媒配管７に接続されている。冷媒回路１の高圧側から冷媒量調整タンク１００に回収された冷媒は、冷媒量調整タンク１００の下部にたまる。冷媒の回収動作についての詳細は後述する。

そして、膨張弁８３から中間熱交換器８０に向かう冷媒流路と、冷媒量調整タンク内下部とを連通する第１連通路９５が設けられている。膨張弁８３から中間熱交換器８０に至る冷媒流路と第１連通路９５とは、第１スプリット配管８８の所定部に設けられた合流器９３によって接続される。第１連通路９５には、開閉手段としての電磁弁９７、及び絞り機能を有するキャピラリーチューブ９８を有する第１弁装置９６が設けられている。なお、第１弁装置９６は、電動膨張弁により構成してもよい。

ガスクーラ４６の出口から高圧側配管４３に流出し、分流器８２を介して第１スプリット配管８８に流れ込んだ冷媒は、制御装置Ｃの制御のもと、膨張弁８３により適宜膨張された後に、第２流路８０Ｂに向かう。また、第１連通路９５の電磁弁９７が開いている場合には、冷媒量調整タンク１００からの冷媒が、キャピラリーチューブ９８にて膨張した後、第１スプリット配管８８内の冷媒と合流され、第２流路８０Ｂに流入される。
このため、中間熱交換器８０では、第１流路８０Ａを流れる冷媒と、第２流路８０Ｂを流れる冷媒との間で熱交換が行われる際、第１流路８０Ａの冷媒が第２流路８０Ｂの冷媒により十分に冷やされる。逆に、第２流路８０Ｂの冷媒は、暖められて蒸発作用を受ける。
また、第２流路８０Ｂの他端は、第２スプリット配管８９を介して中間圧吸入管４０に接続される。即ち、第２流路８０Ｂは、インタークーラ３８から高段側吸込口２６（二段圧縮機１１の二段目の冷媒吸込部）に戻る冷媒流路に合流する。このため、インタークーラ３８における圧力損失を防止しつつ、円滑に中間熱交換器８０から出た冷媒流を冷媒主回路の中間圧側に合流させることが可能となる。

上記制御装置Ｃには、図２に示すように、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、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、スプリット出口温度センサ５５、及び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、前述のように、二段圧縮機１１，１１の高段側吐出口２８に設けられ、第２回転圧縮要素２０から吐出された冷媒の吐出温度を検出する。ユニット出口側圧力センサ５８は、ショーケースユニット５Ａ，５Ｂに向かって冷媒配管７を流れる冷媒の圧力を検出するものである。ユニット出口側圧力センサ５８は、後述の冷媒量調整タンク１００が接続された冷媒配管７の部位と同じかそれより下流に位置する冷媒圧力を検出するように設けられる。
低圧圧力センサ３２は、冷媒回路１の低圧側、本実施形態では、各蒸発器６３，６３の下流側であって、二段圧縮機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に向かう冷媒の圧力を検出する。中間圧圧力センサ４９は、冷媒回路１の中間圧領域の冷媒圧力を検出する。中間圧領域は、第１回転圧縮要素１８から吐出されて、第２回転圧縮要素２０に吸い込まれるまでの領域と、及び当該領域の冷媒の圧力と同等とみなせる圧力の冷媒流路を指す。本実施形態では、スプリットサイクルにおいて、中間熱交換器８０の第２流路８０Ｂを経た後の冷媒圧力を中間圧圧力センサ４９により検出する。

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を出た冷媒の温度（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、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、二段圧縮機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。スプリット出口温度センサ５５は、第２流路８０Ｂから吐出される冷媒の温度を検出する。
また、上記制御装置Ｃには、当該スプリットサイクルを構成する膨張弁８３が接続されている。膨張弁８３は、制御装置Ｃによる制御の下、ステップモータによって開度を調整される。
以下、膨張弁８３の開度制御について詳述する。膨張弁８３の開度は、二段圧縮機１１の運転開始時点では、所定の初期弁開度となるように制御される。その後、制御装置Ｃは、以下の第１の制御量、第２の制御量、第３の制御量に基づき膨張弁８３の弁開度を増大させる操作量を決定する。

（Ａ−１）膨張弁８３の弁開度増大制御
第１の制御量（ＤＴｃｏｎｔ）は、二段圧縮機１１の吐出冷媒温度ＤＴに基づいて得られる。制御装置Ｃは、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、膨張弁８３の開度を増大させる。当該所定値ＤＴ０は、二段圧縮機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℃）より少し低い温度（一例として＋９５℃）とし、温度が上昇した場合、膨張弁８３の開度を増大させることで、当該二段圧縮機１１の温度上昇を抑制し、二段圧縮機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冷媒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。本実施形態では、制御装置Ｃは、ユニット出口側圧力センサ５８により検出される冷媒回路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媒回路１の低圧側圧力ＬＰとから、適正中間圧力値をまず求める。さらに、制御装置Ｃは、中間圧圧力センサ４９により検出される冷媒回路１の中間圧領域の圧力ＭＰが、適正中間圧力値より高いか否かを判断し、圧力ＭＰが適正中間圧力値よりも低い場合には、膨張弁８３の開度を増大させる方向に制御を行う。
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、本実施形態では、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媒回路１の低圧側圧力ＬＰから過圧縮判定値ＭＰＯを求める。そして、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、膨張弁８３の開度を増大させる方向の制御を行う。当該第２の制御量を膨張弁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１流路８０Ａから出た冷媒温度ＬＴの適正化を図る制御量である。本実施形態では、制御装置Ｃ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を経た冷媒の温度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の第１流路８０Ａを経た冷媒流の温度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、膨張弁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。本実施形態では、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を上げた設定とし、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。本実施形態では、超臨界領域では所定値ＳＰは、３５℃、飽和領域では２０℃とする。
制御装置Ｃ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、膨張弁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。

（Ａ−２）膨張弁８３の弁開度縮小制御

また、制御装置Ｃは、中間熱交換器８０の第１流路８０Ａを経た冷媒流の温度ＬＴ、又は、二段圧縮機１１からの吐出冷媒温度ＤＴとガスクーラ４６を経た冷媒の温度ＧＣＴとの差から膨張弁８３の弁開度を縮小させる操作量を決定する。
即ち、制御装置Ｃ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の第１流路８０Ａを経た冷媒流の温度ＬＴが所定値より低いか否かを判断する。当該所定値は一例として０℃とする。これにより、ユニット出口温度が０℃以下である場合には、膨張弁８３の開度を縮小させる方向に操作することで、第１流路８０Ａを流れる冷媒が、過剰に冷却されてしまう不都合を解消できる。
また、制御装置Ｃ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を経た冷媒の温度ＧＣＴとの差（ＤＴＧＣＴ）が所定値ＴＤＴより低いか否かを判断し、低い場合には、膨張弁８３の開度を縮小させる方向に制御する。

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。本実施形態では、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を下げた設定とし、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。本実施形態では、超臨界領域では所定値ＴＤＴは１０℃、飽和領域では３５℃とする。
制御装置Ｃは、中間熱交換器８０の第１流路８０Ａを経た冷媒流の温度ＬＴが所定値（０℃）以下である場合、又は、二段圧縮機１１からの吐出冷媒温度ＤＴとガスクーラ４６を経た冷媒の温度ＧＣＴとの差が所定値ＴＤＴより低い場合、膨張弁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。これにより、中間圧領域での液バックが進行することが防止される。

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では、冷媒量調整タンク１００から放出される冷媒は、キャピラリーチューブ９８により膨張された後、膨張弁８３から中間熱交換器８０の第２流路８０Ｂに向かう冷媒と合流する。そして、第２流路８０Ｂに流入した冷媒は、ガスクーラ４６から第１流路８０Ａに流入された冷媒との間で、熱交換を行う。
冷媒量調整タンク１００から放出される冷媒は、確実に中間熱交換器８０により暖められて、冷媒回路１の中間圧領域に戻される。即ち、暖められた冷媒は、インタークーラ３８から二段圧縮機１１の高段側吸込口２６に至る冷媒流路に合流して、高段側吸込口２６から第２回転圧縮要素２０内に流入される。

冷媒量調整タンク１００から放出される冷媒は、中間熱交換器８０で暖められてから中間圧領域に流されるので、中間圧領域を流れる冷媒は、異常な低温となることがなくなり、また、液バック状態となることが回避される。また、第１流路８０Ａから流出される冷媒は、十分に過冷却をとられた状態で、冷却機器側膨張弁６２を介して蒸発器６３に供給されることになる。各蒸発器６３，６３の入口では、比エンタルピを小さくすることができるようになり、冷凍効果が一層大きくなる。
また、第２流路８０Ｂから流出される冷媒は、第２回転圧縮要素２０に戻す構成であるので、二段圧縮機１１の低段側吸込口２２から第１回転圧縮要素１８（低圧部）に吸い込まれる冷媒の量が減少し、低圧から中間圧まで圧縮するための第１回転圧縮要素１８における圧縮仕事量が減少する。その結果、二段圧縮機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の第１流路８０Ａ及び第２流路８０Ｂを流れる量に依存する。即ち、第２流路８０Ｂを流れる冷媒の量が多すぎれば蒸発器６３，６３において最終的に蒸発する第１流路８０Ａからの冷媒の量が不足する。逆に第２流路８０Ｂを流れる冷媒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、膨張弁８３で減圧された冷媒の圧力は、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２流路８０Ｂの冷媒の量を制御することになる。

ここで、本実施形態では、上述した第１の制御量と、第２の制御量と、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、膨張弁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より低い場合に膨張弁８３の弁開度を縮小する方向で操作量を決定する。
冷媒量調整タンク１００から放出される冷媒は、中間熱交換器８０を介して二段圧縮機１１の第２回転圧縮要素２０に戻すようにしたので、二段圧縮機１１の第２回転圧縮要素２０から吐出される冷媒の温度が、低くなりすぎることが回避される。即ち、冷媒量調整タンク１００の冷媒の放出に起因して、温度ＤＴ−ＧＣＴが所定値ＴＤＴより低くなることが回避される。
また、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の第１流路８０Ａを経た冷媒の温度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Ｒの高効率化と安定化を達成することが可能となる。

また、制御装置Ｃ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、二段圧縮機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、上記実施形態における第２の制御量を、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１の高圧側圧力ＨＰより低い場合に膨張弁８３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、膨張弁８３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。

（Ｂ）冷媒量調整制御
次に、本実施形態における冷凍装置Ｒの冷媒回路１の冷媒量調整制御について説明する。前述したように、冷媒量調整タンク１００は、第２連通路１０１を介して冷媒配管７に接続されている。当該冷媒量調整タンク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２連通路１０１が接続されている。この第２連通路１０１には、絞り機能を有する第２弁装置としての電動式の回収膨張弁１０２が介設されている。尚、第２弁装置は、これに限定されるものではなく、例えばキャピラリーチューブと電磁弁（開閉手段）により構成しても良い。

そして、この冷媒量調整タンク１００には、当該タンク１００内上部と、冷媒回路１の中間圧領域とを連通する第３連通路１０３が接続されている。中間圧領域の一例としては、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の部位であり、当該部位に、第３連通路１０３の他端が接続されている。この第３連通路１０３には、第３弁装置としての電磁弁１０４が介設されている。

制御装置Ｃは、図２に示すように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、冷媒量調整タンク１００の下流側であって、ショーケースユニット５Ａ，５Ｂに向かう冷媒の圧力を検出する。制御装置Ｃには、第１弁装置９６の電磁弁９７、回収膨張弁１０２、及び電磁弁１０４と、上記ガスクーラ４６用のガスクーラ用送風機４７のファンモータ４７Ｍとが接続されている。制御装置Ｃは、詳細は後述する如く外気温度センサ５６の検出温度と、蒸発器６３，６３における冷媒の蒸発温度に基づきガスクーラ用送風機４７のファンモータ４７Ｍの回転数制御を行う。

（Ｂ−１）冷媒回収動作
以下、冷媒回路１の冷媒回収動作について説明する。制御装置Ｃは、ユニット出口側圧力センサ５８の検出圧力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。
本実施形態では、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、例えば、９ＭＰａ程度に設定する。また、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、制御装置Ｃ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、冷媒回路１内に、過剰のガス冷媒が循環することによって、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、制御装置Ｃは、電磁弁９７を閉じた状態で、回収膨張弁１０２及び電磁弁１０４を開放する。これにより、中間熱交換器８０にて冷却されて、冷媒配管７内を、ショーケースユニット５Ａ，５Ｂに向かって流れる冷媒の一部は、第２連通路１０１を介して冷媒量調整タンク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、第３連通路１０３を介して、冷媒量調整タンク１００内の圧力を当該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、冷媒量調整タンク１００内の圧力が低下するので、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、冷媒量調整タンク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、冷媒回路１内の冷媒を冷媒量調整タンク１００に回収することができる。従って、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、高圧異常による二段圧縮機１１，１１の過負荷運転を防止することが可能となる。
特に、冷媒量調整タンク１００の上部と冷媒回路１の中間圧領域とを第３連通路１０３を介して連通させることにより、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、本実施形態では、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を空冷するガスクーラ用送風機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、当該ガスクーラ用送風機４７の運転状態をも考慮して、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。

（Ｂ−２）冷媒保持動作
一方、制御装置Ｃ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、本実施形態では、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、制御装置Ｃは、電磁弁９７を閉じた状態を維持し、電磁弁１０４を閉じ、回収膨張弁１０２の開度を、先ほどの冷媒回収動作における開度に維持する。

尚、上記回収膨張弁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、開放された回収膨張弁１０２を介し、冷媒回路１の高圧側領域による圧力にて冷媒量調整タンク１００内の液面を維持することが可能となる。そのため、冷媒量調整タンク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、制御装置Ｃは、当該冷媒保持動作における回収膨張弁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、冷媒量調整タンク１００内に冷媒回路１内の冷媒が過剰に回収されることにより、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。

（Ｂ−３）冷媒放出動作
そして、制御装置Ｃ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（本実施形態では、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、本実施形態では、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、制御装置Ｃ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（ここでは３００ｒｐｍ）以下となっている場合には、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、制御装置Ｃは、回収膨張弁（第２弁装置）１０２及び電磁弁１０４（第３弁装置）を閉じ、第１弁装置９６の電磁弁９７を開放する。これにより、冷媒量調整タンク１００内に溜まった液冷媒は、第１連通路９５を介して冷媒回路１に放出される。そのため、冷媒量調整タンク１００の上部からガス冷媒が混入した状態で冷媒回路１に放出する場合と異なり、迅速に冷媒量調整タンク１００内の冷媒を冷媒回路１に放出できる。これにより、冷凍装置Ｒを高い効率にて運転することが可能となる。

（Ｂ−４）冷媒保持動作
その後、制御装置Ｃ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、本実施形態では、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、冷凍装置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。

特に本実施形態では、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。

なお、二段圧縮機１１，１１が運転を停止した場合には、制御装置Ｃは、冷媒放出動作を実行するものとする。これにより、二段圧縮機１１，１１の起動時において冷媒回路１内の冷媒量が不足する不都合を解消することができ、運転する二段圧縮機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、二段圧縮機１１（圧縮手段）は、密閉容器１２内に第１回転圧縮要素１８及び第２回転圧縮要素２０と、電動要素と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。

（Ｄ）ガスクーラ用送風機４７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。制御装置Ｃは、図２に示すように、高圧圧力センサ（高圧圧力検出手段）４８，４８と、低圧圧力センサ３２と、外気温度センサ５６が接続されている。ここで、低圧圧力センサ３２にて検出される圧力と、蒸発器６３，６３における蒸発温度ＴＥとは、一定の関係を有するため、制御装置Ｃは、当該低圧圧力センサ３２に検出された圧力により、蒸発器６３，６３における冷媒の蒸発温度ＴＥを換算して取得する。また、制御装置Ｃには、ガスクーラ４６を空冷するガスクーラ用送風機４７が接続されている。
制御装置Ｃは、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）となるように、ガスクーラ用送風機４７の回転数を制御する。ここで、目標高圧ＴＨＰは、外気温度ＴＡ及び蒸発器６３，６３における冷媒の蒸発温度ＴＥから決定する。

本実施形態の如く冷媒回路１の高圧側が超臨界圧力以上となる冷凍装置Ｒでは、外気温度ＴＡがある温度、例えば、＋３０℃以下である場合、飽和サイクルが行われ、＋３０℃より高い温度では、ガスサイクルが行われる。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ＴＡによって、目標高圧ＴＨＰが異なる。
本実施形態では、一例として、外気温度センサ５６により検出される外気温度ＴＡが下限温度（例えば０℃）以下である場合、目標高圧ＴＨＰは、所定の下限値ＴＨＰＬで一定とする。また、外気温度ＴＡが３０℃より高い所定温度（上限温度）以上で目標高圧ＴＨＰは、所定の上限値ＴＨＰＨで一定とする。そして、外気温度ＴＡが下限温度より高く上限温度より低い場合には、以下の如く目標高圧ＴＨＰを求める。

外気温度ＴＡが所定の基準温度、例えば＋３０℃より低い程、高圧側圧力の目標値ＴＨＰを低くする方向で決定し、高いほど目標値ＴＨＰを高くする方向で決定する。また、上述した如く当該低圧圧力センサ３２に検出された圧力により、換算して取得された蒸発器６３，６３における冷媒の蒸発温度ＴＥが所定の基準温度より高い程、高圧側圧力の目標値ＴＨＰを高くする方向で決定し、低いほど目標値ＴＨＰを低くする方向で決定する。
尚、本実施形態では、制御装置Ｃは目標高圧ＴＨＰを外気温度ＴＡと、蒸発温度ＴＥとから演算式を用いて算出しているが、これに限定されるものではなく、予め外気温度ＴＡ及び蒸発温度ＴＥとから取得されたデータテーブルに基づき、目標高圧ＴＨＰを取得しても良い。

そして、制御装置Ｃは、高圧圧力センサ（高圧圧力検出手段）４８により検出された高圧側圧力ＨＰと、目標高圧ＴＨＰと、これらＨＰとＴＨＰの偏差ｅ、当該偏差ｅに基づきＰ（比例。偏差ｅの大きさに比例して、当該偏差ｅを縮小させる方向の制御）と、Ｄ（微分。偏差ｅの変化を縮小させる方向の制御）とから、比例微分演算を実行し、操作量として導出されるガスクーラ用送風機４７の回転数を決定する。当該回転数は、目標高圧ＴＨＰが高いほど、ガスクーラ用送風機４７の回転数は上げられ、目標高圧ＴＨＰが低いほど、ガスクーラ用送風機４７の回転数が下げられる。

これにより、制御装置Ｃは、外気温度ＴＡと蒸発器６３における冷媒の蒸発温度（低圧圧力センサ３２にて検出された低圧圧力から換算して取得）ＴＥに基づいてガスクーラ用送風機４７の回転数を制御することにより、高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置Ｒであっても、適切な高圧圧力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ことができる。これにより、ガスクーラ用送風機４７の運転による騒音を低減しつつ、高効率な運転を実現することができる。

本実施形態では、制御装置Ｃは、外気温度ＴＡと蒸発温度ＴＥに基づき、冷媒回路１の高圧側圧力の目標値ＴＨＰを、例えば、外気温度ＴＡが低い程、目標値ＴＨＰを低くし、蒸発温度ＴＥが高い程、目標値ＴＨＰを高くする方向で当該目標値ＴＨＰを決定し、高圧側圧力が目標値ＴＨＰとなるよう、ガスクーラ用送風機４７を制御することにより、外気温度ＴＡにより飽和サイクルとガスサイクルに変化する冷媒の状態を考慮し、且つ、蒸発温度ＴＥに基づいて好適な高圧側圧力を実現でき、これにより、高効率な運転を実現できる。本発明は、冷媒として二酸化炭素を使用した超臨界冷媒回路（超臨界冷凍サイクル）において、特に有効となる。

（Ｅ）オイルセパレータ４４
二段圧縮機１１には、潤滑油としてのオイルが、用いられている。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、既存のものが使用される。
上述した如く、二段圧縮機１１の高段側吐出口２８とガスクーラ４６とを接続する高圧側配管４２には、オイルセパレータ４４が介設されている。このオイルセパレータ４４には、捕捉したオイルを二段圧縮機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が設けられている。

各二段圧縮機１１，１１の高段側吐出口２８から吐出されて、オイルセパレータ４４内に流入した高温高圧冷媒中に含まれるオイルは、冷媒と分離して捕捉される。二段圧縮機１１の密閉容器１２内は、中間圧に保持されるため、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、オイルクーラ７４を介して二段圧縮機１１に戻るように、オイル戻し回路７３内を流れる。なお、オイル戻し回路７３は、オイルクーラ７４の下流側で、２系統に分岐され、それぞれ流量調整弁（電動弁）７６を介して二段圧縮機１１の密閉容器１２に接続されている。オイルは、ガスクーラ４６と同一の風路４５に配設されるオイルクーラ７４を通過するときに、ガスクーラ用送風機４７の運転により空冷され、二段圧縮機１１の温度上昇が抑制される。また、二段圧縮機１１の密閉容器１２には、この密閉容器１２内に保有するオイルのレベルを検出するオイルレベルセンサ７７が設けられている。
尚、本実施形態のように冷媒として二酸化炭素を使用した場合には、上述した如き制御を行うことで、オイルを円滑に二段圧縮機１１に戻すことができると共に、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。

（Ｆ）二段圧縮機の始動性改善（バイパス回路）
次に、二段圧縮機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、冷凍装置Ｒのインタークーラ３８の出口側の冷媒回路１の中間圧領域、本実施形態では、当該インタークーラ３８の出口側に接続される第３連通路１０３又は第１連通路９５と、冷媒回路１の低圧側、本実施形態では、蒸発器６３，６３の冷媒出口側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、制御装置Ｃは、図２に示すように二段圧縮機１１，１１及び電磁弁８５が接続されている。制御装置Ｃには、二段圧縮機１１の運転周波数を検出（取得）可能とする。

二段圧縮機１１が運転されている状態では、低段側吸込口２２から第１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、第１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、二段圧縮機１１の低段側吐出口２４から中間圧吐出配管３６に吐出されてインタークーラ３８で冷却された後に、中間圧吸入管４０を流れて、高段側吸込口２６に吸い込まれる。
高段側吸込口２６から第２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、第２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から高圧側配管４２に吐出される。高段側吐出口２８からガスクーラ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の冷却機器側膨張弁６２，６２までの領域が、冷媒回路１の高圧側とされる。

そして、冷却機器側膨張弁６２，６２にて減圧膨張される。冷却機器側膨張弁６２，６２より下流の蒸発器６３，６３から第１回転圧縮要素１８に連通する低段側吸込口２２までが冷媒回路１の低圧側とされる。
上記二段圧縮機１１の運転が停止した後、二段圧縮機１１を再始動する際には、制御装置Ｃは、二段圧縮機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、二段圧縮機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、本実施形態では、一例として３５Ｈｚとする。
これにより、二段圧縮機１１が、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、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、冷媒回路１の低圧側領域に流入する。これにより、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。

従って、二段圧縮機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、二段圧縮機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、制御装置Ｃは、検出される二段圧縮機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）二段圧縮機の始動性改善（逆止弁）
また、本実施形態における各二段圧縮機１１，１１の高圧側配管４２には、逆止弁９０が設けられている。逆止弁９０は、二段圧縮機１１からガスクーラ４６に向かう方向を順方向とする。
逆止弁９０は、リードバルブにより構成されているため、騒音発生を解消することができる。
逆止弁９０の設置により、二段圧縮機１１，１１が停止した場合であっても、ガスクーラ４６側の高圧冷媒が二段圧縮機１１側と連通しない。そのため、二段圧縮機１１の運転が停止して、密閉容器１２内にて高圧側と中間圧とが均圧しても、逆止弁９０から蒸発器６３，６３の近傍に設けられた冷却機器側膨張弁６２，６２までの冷媒回路１の高圧側の圧力を維持することができる。

即ち、当該逆止弁９０が設けられていない場合には、停止した二段圧縮機１１内において高圧側と中圧側とが均圧してしまう。他方、密閉容器１２内において低圧側と中圧側とは、低圧側のみがオイルに浸されていることから容易には均圧し難い。しかし、二段圧縮機１１を始動する場合には、冷媒回路１内の圧力差が大きいことから、冷媒回路１内全体が均圧するまでの所定時間が必要となり始動性が悪いこととなる。
しかし、本実施形態では、二段圧縮機１１を停止した後、逆止弁９０によって冷媒回路１の高圧側の圧力が維持されることで、かかる二段圧縮機１１の始動性の改善を図ることができる。また、冷媒回路１内全体が均圧とならないため、冷凍サイクル装置の効率化を図ることができる。

この発明の冷凍装置Ｒによれば、二段圧縮機１１と、二段圧縮機１１の低段側吐出口２４に入口を接続され、及び二段圧縮機１１の高段側吸込口２６に出口を接続されるインタークーラ３８と、二段圧縮機１１の高段側吐出口２８に入口を接続されるガスクーラ４６と、ガスクーラ４６の出口からショーケースユニット５Ａ，５Ｂに至る高圧側冷媒流路から分流して膨張弁８３により減圧された冷媒とガスクーラ４６からの冷媒とを熱交換させ、高段側吸込口２６に、前記ガスクーラからの冷媒との間で熱交換を行った冷媒を高段側吸込口２６に放出する中間熱交換器８０と、高圧側冷媒流路を流れる冷媒を回収可能に設けられた冷媒量調整タンク１００と、膨張弁８３から中間熱交換器８０に向かう冷媒流路と冷媒量調整タンク１００の下部とを接続する第１連通路９５と、第１連通路９５に設けられる絞り機能を有する第１弁装置９６とを備えている。
より具体的には、中間熱交換器８０は、高圧側冷媒流路を構成する第１流路８０Ａと、一端が、膨張弁８３から中間熱交換器８０に至る冷媒流路と第１連通路９５との合流部に接続されると共に、他端が膨張弁８３を経て流入された冷媒の吐出口を構成第２流路とを備えている。

冷媒量調整タンク１００から吐出されて中間熱交換器８０に流入した冷媒は、ガスクーラ４６からの冷媒との熱交換によって暖められた後に、二段圧縮機１１の高段側吸込口２６に向かうので、中間圧領域を流れる冷媒の温度が、異常に低くなることがなくなる。つまり、高段側吸込口２６に戻る冷媒が、液バック状態となることが回避される。これにより、二段圧縮機の二段目の高段側吐出口２８から吐出される冷媒の温度が、異常に低くなることが回避される。このため、中間熱交換器８０での熱交換を制限する必要が回避されるので、ガスクーラ４６からの冷媒を確実に中間熱交換器８０で冷やして、ショーケースユニット５Ａ，５Ｂの蒸発器６３側に供給することができる。これにより、冷凍装置Ｒの冷却効率を向上させることができる。
本願の実施形態のように、冷媒として用いられる二酸化炭素は、臨界点が低く、外気との温度差を取りにくい冷媒である。本願は、特に、このような冷媒に対して、中間熱交換器８０での熱交換の制限を回避するための手立てとして有効となる。

また、冷凍装置Ｒは、冷媒量調整タンク１００と高圧側冷媒流路とを接続する第２連通路１０１に設けられる回収膨張弁１０２（第２弁装置）と、冷媒量調整タンク１００の上部からの冷媒をインタークーラ３８の出口から吐出させる冷媒に合流させるための第３連通路１０３に設けられる電磁弁１０４（第３弁装置）と、第１弁装置９６、回収膨張弁１０２、及び電磁弁１０４を制御して、冷媒量調整タンク１００の冷媒の回収と放出を調整する制御装置Ｃとを備えている。
余剰となった冷媒によって高圧側の圧力が上がった場合、回収膨張弁１０２を開放することで、冷媒回路１内の冷媒を冷媒量調整タンク１００に回収でき、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。
その際、特に制御装置Ｃは、第１弁装置９６を閉じた状態で回収膨張弁１０２及び電磁弁１０４を開放し、第３連通路１０３を介して冷媒量調整タンク１００内の圧力を冷媒量調整タンク１００外に逃がす。これにより、冷媒量調整タンク１００内の圧力が低下して当該タンク内の冷媒が液化して溜まるため、迅速に、且つ、効率的に、冷媒回路１内の冷媒を冷媒量調整タンク１００に回収することができる。

また、冷媒として、二酸化炭素が用いられている。二酸化炭素は、毒性や可燃性もなく冷媒管理が容易となる。
なお、冷媒として、二酸化炭素を用いた場合を例に挙げたが、その他の冷媒を用いるものでも、本願の効果を得ることができる。
また、補助冷媒回路を構成する第１スプリット流路は、高圧側配管４３から分岐させて、中間熱交換器８０の第２流路８０Ｂに至るように構成するものとしたが、第１流路８０Ａを経た後の高圧側冷媒流路の所定部から分岐させて第２流路８０Ｂに至るように構成してもよい。

Ｃ 制御装置
Ｒ 冷凍装置
５Ａ，５Ｂ ショーケースユニット（冷却対象機器）
１１ 二段圧縮機
２４ 低段側吐出部（二段圧縮機の一段目の冷媒吐出部）
２６ 高段側吸込口（二段圧縮機の二段目の冷媒吸込部）
２８ 高段側吐出部（二段圧縮機の二段目の冷媒吐出部）
３８ インタークーラ
４６ ガスクーラ
６３ 蒸発器
８０ 中間熱交換器
８０Ａ 第１流路
８０Ｂ 第２流路
８３ 膨張弁
９５ 第１連通路
９６ 第１弁装置
１００ 冷媒量調整タンク
１０１ 第２連通路
１０２ 回収膨張弁（第２弁装置）
１０３ 第３連通路
１０４ 電磁弁（第３弁装置）

Claims (4)

1. 二段圧縮機と、
   前記二段圧縮機の一段目の冷媒吐出部に入口が接続され、前記二段圧縮機の二段目の冷媒吸込部に出口が接続されたインタークーラと、
   前記二段圧縮機の二段目の冷媒吐出部に入口が接続されるガスクーラと、
   前記ガスクーラに接続される中間熱交換器と、
   前記ガスクーラから前記中間熱交換器を経て冷却対象機器の蒸発器に至る高圧側冷媒流路を流れる冷媒を回収可能に設けられた冷媒量調整タンクとを備え、
   前記中間熱交換器は、前記ガスクーラからの冷媒と、前記高圧側冷媒流路から分流して膨張弁により減圧させた冷媒との熱交換を行い、
   前記膨張弁を経て前記中間熱交換器で熱交換された冷媒が前記二段圧縮機の二段目に流入されるとともに、
   前記膨張弁から前記中間熱交換器に向かう冷媒流路と前記冷媒量調整タンクの下部とを接続する第１連通路と、
   前記第１連通路に設けられ、絞り機能を有する第１弁装置とを備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
2. 前記中間熱交換器は、前記高圧側冷媒流路を構成する第１流路と、一端が、前記膨張弁から前記中間熱交換器に至る冷媒流路と前記第１連通路との合流部に接続されると共に、他端が前記二段圧縮機の二段目の冷媒吸込部に接続される第２流路とを備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記冷媒量調整タンクと前記高圧側冷媒流路とを接続する第２連通路に設けられる絞り機能を有する第２弁装置と、
   前記冷媒量調整タンクの上部と前記インタークーラの出口から前記二段圧縮機の二段目の冷媒吸込部に至る冷媒流路とを連通する第３連通路に設けられる第３弁装置と、
   前記第１弁装置、前記第２弁装置、及び前記第３弁装置を制御して、前記冷媒量調整タンクの冷媒の回収と放出を調整する制御装置とを備えている
   ことを特徴とする請求項２に記載の冷凍装置。
4. 前記冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の冷凍装置。

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