JP2013178068A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍装置において、運転開始時に圧縮機において液圧縮が発生することを抑える。
【解決手段】冷凍装置（１）は、圧縮機（２１）と、ガスクーラ（２２）と、膨張機構（２３）と、蒸発器（２４）とが順次接続された冷媒回路（１０）を有する。ガスクーラ（２２）には、ガスクーラファン（３６）によって冷却源としての空気が供給されるようになっている。ガスクーラ（２２）の出口と膨張機構（２３）との間には、蒸発器（２４）の出口と圧縮機（２１）の吸入側との間を流れる冷媒によって、ガスクーラ（２２）の出口と膨張機構（２３）との間を流れる冷媒を冷却する液ガス熱交換器（２８）がさらに設けられている。冷凍装置（１）では、運転開始時に、ガスクーラファン（３６）を停止させた状態で圧縮機（２１）を起動する第１制御を含む起動制御を行う。
【選択図】図７

Description

本発明は、冷凍装置、特に、冷凍装置の運転開始時の起動制御に関する。

従来の冷凍装置として、特許文献１（特開２０１１−１１２２７０号公報）に示すように、圧縮機と凝縮器と膨張機構と蒸発器とが順次接続された冷媒回路を有するコンテナ用冷凍装置がある。

上記の冷凍装置において、蒸発器に液状態の冷媒が寝込んでいる状態で運転を開始すると、蒸発器に寝込んだ液状態の冷媒が圧縮機に急激に戻り、圧縮機において液圧縮が発生しやすくなる。特に、コンテナ用冷凍装置のように、蒸発器が配置される空間（ここでは、コンテナの庫内側空間）の温度が非常に低くなる冷凍装置では、蒸発器に寝込む冷媒量が多くなりやすいため、圧縮機において液圧縮が発生するおそれが非常に高くなる。このため、圧縮機の信頼性が損なわれるおそれがある。

本発明の課題は、冷凍装置において、運転開始時に圧縮機において液圧縮が発生することを抑えることにある。

第１の観点にかかる冷凍装置は、圧縮機と、ガスクーラと、膨張機構と、蒸発器とが順次接続された冷媒回路を有している。ガスクーラには、ガスクーラファンによって冷却源としての空気が供給されるようになっている。ガスクーラの出口と膨張機構との間には、蒸発器の出口と圧縮機の吸入側との間を流れる冷媒によって、ガスクーラの出口と膨張機構との間を流れる冷媒を冷却する液ガス熱交換器がさらに設けられている。そして、この冷凍装置では、運転開始時に、ガスクーラファンを停止させた状態で圧縮機を起動する第１制御を含む起動制御を行う。

蒸発器に寝込んだ液状態の冷媒が圧縮機に戻ることを防ぐためには、蒸発器の出口と圧縮機の吸入側との間を流れる冷媒を加熱する加熱器を設けて、圧縮機に戻る前に冷媒を蒸発させることが考えられる。

そこで、この冷凍装置では、まず、ガスクーラの出口と膨張機構との間に、蒸発器の出口と圧縮機の吸入側との間を流れる冷媒によって、ガスクーラの出口と膨張機構との間を流れる冷媒を冷却する液ガス熱交換器をさらに設けるようにしている。

これにより、蒸発器に寝込んだ液状態の冷媒は、液ガス熱交換器において、ガスクーラの出口と膨張機構との間を流れる冷媒を冷却することによって加熱されるため、圧縮機に液状態の冷媒がかなり戻りにくくなる。

しかし、ガスクーラの出口と膨張機構との間を流れる冷媒は、圧縮機から吐出された後にガスクーラにおいて冷却されているため、液ガス熱交換器に流入する際には、冷媒の温度がかなり低くなってしまう。このため、液ガス熱交換器において、ガスクーラの出口と膨張機構との間を流れる冷媒と蒸発器に寝込んだ液状態の冷媒との温度差が小さくなり、蒸発器に寝込んだ液状態の冷媒を十分に加熱することができない場合がある。そうすると、液ガス熱交換器を設けるだけでは、圧縮機に液状態の冷媒が戻ることを抑える効果が十分に得られないおそれが残る。

そこで、この冷凍装置では、液ガス熱交換器を設けるとともに、運転開始時にガスクーラファンを停止させた状態で圧縮機を起動する第１制御を含む起動制御を行うようにしている。

これにより、圧縮機から吐出された冷媒がガスクーラにおいて冷却されにくくなり、ガスクーラの出口と膨張機構との間を流れる冷媒の温度が低くなりにくくなる。このため、液ガス熱交換器において、ガスクーラの出口と膨張機構との間を流れる冷媒と蒸発器に寝込んだ液状態の冷媒との温度差が大きくなり、蒸発器に寝込んだ液状態の冷媒を十分に加熱することができるようになる。その結果、液ガス熱交換器を設けるだけの場合に比べて、圧縮機に液状態の冷媒が戻ることを抑える効果が十分に得られるようになり、運転開始時に圧縮機において液圧縮が発生することを抑えることができる。

このように、この冷凍装置では、液ガス熱交換器を設けるとともに、運転開始時にガスクーラファンを停止させた状態で圧縮機を起動する第１制御を含む起動制御を行うことによって、液ガス熱交換器において、運転開始時に蒸発器に寝込んだ液状態の冷媒を十分に加熱することができるようにしている。これにより、この冷凍装置では、運転開始時に圧縮機において液圧縮が発生することを抑えることができる。

第２の観点にかかる冷凍装置は、第１の観点にかかる冷凍装置において、起動制御が、圧縮機の吐出圧力が所定の起動制御終了判定圧力に達した後、圧縮機の吐出温度が所定の起動制御終了判定温度に達した後、又は、運転開始からの経過時間が所定の起動制御終了判定時間に達した後に終了する。

この冷凍装置では、起動制御の終了条件として、圧縮機の吐出圧力、圧縮機の吐出温度、又は、運転開始からの経過時間を使用しているため、起動制御を適切に終了させることができる。

第３の観点にかかる冷凍装置は、第１又は第２の観点にかかる冷凍装置において、起動制御において、液ガス熱交換器の出口と圧縮機の吸入側との間を流れる冷媒の過熱度が所定のファン起動閾過熱度に達した後に、ガスクーラファンを起動する第２制御を行う。

蒸発器に寝込んだ液状態の冷媒が存在しなくなると、液ガス熱交換器の出口と圧縮機の吸入側との間を流れる冷媒の過熱度が大きくなる。そして、蒸発器に寝込んでいた液状態の冷媒が存在しなくなれば、ガスクーラファンを停止させておく必要がなくなる。

そこで、この冷凍装置では、液ガス熱交換器の出口と圧縮機の吸入側との間を流れる冷媒の過熱度がファン起動閾過熱度に達した後に、ガスクーラファンを起動する第２制御を行うようにしている。

これにより、この冷凍装置では、蒸発器に寝込んだ液状態の冷媒が存在しない状態を適切に判断して、ガスクーラファンを速やかに起動することができる。

第４の観点にかかる冷凍装置は、第１〜第３の観点のいずれかにかかる冷凍装置において、冷媒回路には、ガスクーラの出口と液ガス熱交換器の入口との間を流れる冷媒の一部を分岐して圧縮機の圧縮過程の途中に戻す中間圧インジェクション管と、中間圧インジェクション管を流れる冷媒によってガスクーラの出口と液ガス熱交換器の入口との間を流れる冷媒を冷却するエコノマイザ熱交換器とがさらに設けられている。そして、この冷凍装置では、起動制御において、中間圧インジェクション管が、ガスクーラの出口と液ガス熱交換器の入口との間を流れる冷媒を分岐しないように制御される。

この冷凍装置では、上記のように、ガスクーラの出口と液ガス熱交換器の入口との間に中間圧インジェクション管及びエコノマイザ熱交換器が設けられている。このため、起動制御において、ガスクーラの出口と液ガス熱交換器の入口との間を流れる冷媒を分岐するように中間圧インジェクション管を制御すると、中間圧インジェクション管による冷媒の分岐及びエコノマイザ熱交換器による冷媒の冷却によって液ガス熱交換器に流入する冷媒の温度が低下してしまう。また、中間圧インジェクション管から圧縮機の圧縮過程の途中に冷媒が戻ることによって、圧縮機から吐出される冷媒の温度が低下して、ガスクーラの出口における冷媒の温度も低下することになる。そうすると、液ガス熱交換器において、ガスクーラの出口と膨張機構との間を流れる冷媒と蒸発器に寝込んだ液状態の冷媒との温度差が小さくなり、蒸発器に寝込んだ液状態の冷媒の加熱が不十分になるおそれがある。

そこで、この冷凍装置では、起動制御において、ガスクーラの出口と液ガス熱交換器の入口との間を流れる冷媒を分岐しないように中間圧インジェクション管を制御するようにしている。

これにより、この冷凍装置では、起動制御において、中間圧インジェクション管による冷媒の分岐及びエコノマイザ熱交換器による冷媒の冷却によって液ガス熱交換器に流入する冷媒の温度が低下することを防ぎ、圧縮機に液状態の冷媒が戻ることを抑える効果を十分に発揮させることができる。

第５の観点にかかる冷凍装置は、第１〜第４の観点のいずれかにかかる冷凍装置において、蒸発器が、冷却対象物が収容されるコンテナの庫内側空間に配置されており、圧縮機が、コンテナの庫外側空間において、蒸発器の略真下に配置されている。

この冷凍装置は、いわゆるコンテナ用冷凍装置であり、蒸発器が配置されるコンテナの庫内側空間の温度が非常に低くなるため、蒸発器に寝込む冷媒量が多くなりやすい。また、圧縮機が蒸発器の略真下に配置されていることから液状態の冷媒が圧縮機に流れ込みやすく、また、蒸発器と圧縮機とを接続する冷媒管が、概ね下向きで長さも短いため、運転を開始すると、蒸発器に寝込んだ液状態の冷媒が圧縮機に急激に戻るおそれが高い。

しかし、この冷凍装置では、上記のように、液ガス熱交換器を設けるとともに、運転開始時にガスクーラファンを停止させた状態で圧縮機を起動する第１制御を含む起動制御を行うようにしているため、液ガス熱交換器において十分に加熱し、蒸発器に寝込んだ液状態の冷媒が圧縮機に戻らないようにすることができる。

第６の観点にかかる冷凍装置は、第１〜第４の観点のいずれかにかかる冷凍装置において、冷媒回路が、冷媒として二酸化炭素を使用しており、圧縮機から吐出される冷媒の圧力が冷媒の臨界圧力を超える圧力になる超臨界冷凍サイクルを行う。

この冷凍装置では、冷媒として二酸化炭素を使用しているため、冷凍機油として、ポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）等の相溶性の小さい冷凍機油が使用されている。このため、圧縮機の吸入側における冷媒と冷凍機油との二層分離が発生することを防ぐという観点から、圧縮機の吸入側には、冷媒を一時的に溜めるアキュムレータを設けることが難しく、蒸発器に寝込んだ液状態の冷媒が圧縮機に急激に戻るおそれが高い。

しかし、この冷凍装置では、上記のように、液ガス熱交換器を設けるとともに、運転開始時にガスクーラファンを停止させた状態で圧縮機を起動する第１制御を含む起動制御を行うようにしているため、液ガス熱交換器において十分に加熱し、蒸発器に寝込んだ液状態の冷媒が圧縮機に戻らないようにすることができる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１の観点にかかる冷凍装置では、運転開始時に圧縮機において液圧縮が発生することを抑えることができる。

第２の観点にかかる冷凍装置では、起動制御を適切に終了させることができる。

第３の観点にかかる冷凍装置では、蒸発器に寝込んだ液状態の冷媒が存在しない状態を適切に判断して、ガスクーラファンを速やかに起動することができる。

第４の観点にかかる冷凍装置では、起動制御において、中間圧インジェクション管による冷媒の分岐及びエコノマイザ熱交換器による冷媒の冷却によって液ガス熱交換器に流入する冷媒の温度が低下することを防ぎ、圧縮機に液状態の冷媒が戻ることを抑える効果を十分に発揮させることができる。

第５の観点にかかる冷凍装置では、コンテナ用冷凍装置であるにもかかわらず、液ガス熱交換器において十分に加熱し、蒸発器に寝込んだ液状態の冷媒が圧縮機に戻らないようにすることができる。

第６の観点にかかる冷凍装置では、冷媒として二酸化炭素を使用するにもかかわらず、液ガス熱交換器において十分に加熱し、蒸発器に寝込んだ液状態の冷媒が圧縮機に戻らないようにすることができる。

本発明の冷凍装置の一実施形態にかかるコンテナ用冷凍装置が設けられたコンテナの外観を示す分解斜視図である。 コンテナ用冷凍装置の概略正面図である。 コンテナ用冷凍装置の概略側面図である。 コンテナ用冷凍装置の概略冷媒回路図である。 コンテナ用冷凍装置の制御ブロック図である。 通常運転時の冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図である。 起動制御のフローチャートである。 運転開始時の冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図である。

以下、本発明の冷凍装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。尚、本発明の冷凍装置の具体的な構成は、下記の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

（１）コンテナ用冷凍装置の構成
図１〜図５は、本発明の冷凍装置の一実施形態にかかるコンテナ用冷凍装置１を示している。ここで、図１は、コンテナ用冷凍装置１が設けられたコンテナ２の外観を示す分解斜視図である。図２は、コンテナ用冷凍装置１の概略正面図である。図３は、コンテナ用冷凍装置１の概略側面図である。図４は、コンテナ用冷凍装置１の概略冷媒回路図である。図５は、コンテナ用冷凍装置１の制御ブロック図である。

コンテナ用冷凍装置１は、海上コンテナや陸上コンテナとして取り扱われるコンテナ２の開口面２ａに装着されており、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、冷却対象物が収容されたコンテナ２の庫内ＩＳを−２０℃〜−３０℃程度の低温まで冷却する装置である。コンテナ用冷凍装置１は、主として、コンテナ２の開口面２ａを覆うフレーム３と、冷媒回路１０と、庫外ファン３６と、庫内ファン３７とを有している。

フレーム３は、その下部がコンテナ２の庫内ＩＳ側に向かって突出した形状を有しており、フレーム３の庫外ＯＳ側の下部には、ガスクーラファンとしての庫外ファン３６、冷媒回路１０を構成する圧縮機２１やガスクーラ２２等が配置される庫外側空間Ｓ１を形成している。また、フレーム３の庫内ＩＳ側には、フレーム３と間隔を空けて仕切板４が配置されている。この仕切板４は、サポート（図示せず）を介してフレーム３に装着されている。そして、フレーム３と仕切板４との間には、庫内ファン３７、冷媒回路１０を構成する蒸発器２３等が配置される庫内側空間Ｓ２を形成している。また、仕切板４の上部には、コンテナ２の庫内ＩＳの空気を庫内側空間Ｓ２に吸入するための吸入口４ａが形成されており、仕切板４の下部には、庫内側空間Ｓ２の空気を庫内ＩＳに吹き出すための吹出口４ｂが形成されている。

冷媒回路１０は、主として、圧縮機２１と、ガスクーラ２２と、膨張機構２３と、蒸発器２４とを有しており、これらの機器２１〜２４等が順次接続されることによって構成されている。そして、冷媒回路１０は、冷媒として二酸化炭素を使用しており、圧縮機２１から吐出される冷媒の圧力（すなわち、冷凍サイクルにおける高圧）が冷媒の臨界圧力を超える圧力になる超臨界冷凍サイクルを行うものである。また、冷媒として二酸化炭素を使用しているため、冷凍機油として、ポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）等の相溶性の小さい冷凍機油が使用されている。このため、圧縮機２１の吸入側における冷媒と冷凍機油との二層分離が発生することを防ぐという観点から、圧縮機２１の吸入側には、冷媒を一時的に溜めるアキュムレータを設けない構成を採用している。

圧縮機２１は、冷媒を圧縮（ここでは、冷媒の臨界圧力を超える圧力になるまで圧縮）する機器であり、庫外側空間Ｓ１に配置されている。圧縮機２１は、主として、低段側圧縮機２１ａと、高段側圧縮機２１ｂとを有している。低段側圧縮機２１ａは、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素（図示せず）を低段側圧縮機モータ３１ａによって回転駆動する密閉式構造となっている。また、高段側圧縮機２１ｂは、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素（図示せず）を高段側圧縮機モータ３１ｂによって回転駆動する密閉式構造となっている。ここでは、圧縮機モータ３１ａ、３１ｂとして、インバータにより制御される回転数（周波数）可変式のモータが使用されている。低段側圧縮機２１ａは、吸入側に吸入冷媒管３２が接続されており、吐出側に中間冷媒管３３が接続されている。高段側圧縮機２１ｂは、吸入側に中間冷媒管３３が接続されており、吐出側に吐出冷媒管３４が接続されている。これにより、低段側圧縮機２１ａと高段側圧縮機２１ｂとは、直列に接続されており、冷媒を順次圧縮する多段（ここでは、２段）圧縮機を構成している。また、中間冷媒管３３には、低段側逆止機構３３ａが設けられており、吐出冷媒管３４には、高段側逆止機構３４ａが設けられている。低段側逆止機構３３ａは、低段側圧縮機２１ａの吐出側から高段側圧縮機２１ｂの吸入側への冷媒の流れを許容し、かつ、高段側圧縮機２１ｂの吸入側から低段側圧縮機２１ａの吐出側への冷媒の逆流れを遮断するための機構である。高段側逆止機構３４ａは、高段側圧縮機２１ｂの吐出側からガスクーラ２２の入口側への冷媒の流れを許容し、かつ、ガスクーラ２２の入口側から高段側圧縮機２１ａの吐出側への冷媒の逆流れを遮断するための機構である。ここでは、逆止機構３３ａ、３４ａとして、逆止弁が使用されている。尚、ここでは、圧縮機２１として、２段圧縮機を採用しているが、３段以上の多段圧縮機であってもよいし、中間圧の冷媒を圧縮過程の途中に導入することが可能な中間圧ポートを有する単段圧縮機であってもよい。また、ここでは、１つの圧縮要素に１つの駆動モータが連結された２つの圧縮機２１ａ、２１ｂを直列接続することによって多段圧縮機を構成しているが、複数の圧縮要素を共通の駆動モータによって連結することによって多段圧縮機を構成してもよい。

ガスクーラ２２は、圧縮機２１において圧縮された高圧の冷媒の放熱を行う機器であり、庫外側空間Ｓ１に配置されている。ガスクーラ２２は、ここでは、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、庫外空気を冷却源として高圧の冷媒の放熱を行うようになっている。ガスクーラ２２は、入口が吐出冷媒管３４に接続されており、出口が液冷媒管３５に接続されている。そして、ガスクーラ２２の冷却源としての庫外空気は、庫外ファン３６によって供給されるようになっている。庫外ファン３６は、庫外側空間Ｓ１に配置されており、ここでは、プロペラファンが使用されている。庫外ファン３６は、庫外ファンモータ３６ａによって回転駆動されるようになっている。尚、ここでは、ガスクーラ２２として、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器を採用しているが、他の型式の熱交換器であってもよい。

膨張機構２３は、ガスクーラ２２において放熱した高圧の冷媒を冷凍サイクルにおける低圧になるまで減圧するための機構であり、庫内側空間Ｓ２に配置されている。膨張機構２３は、液冷媒管３５に設けられており、主として、冷媒を減圧する上流側膨張機構２５と、上流側膨張機構２５において減圧された冷媒を減圧する下流側膨張機構２６とを有している。具体的には、上流側膨張機構２５は、ガスクーラ２２において放熱した後の高圧の冷媒を冷凍サイクルにおける中間圧になるまで減圧するための機構である。下流側膨張機構２６は、上流側膨張機構２５において減圧された後の中間圧の冷媒を低圧になるまで減圧するための機構である。ここでは、膨張機構２５、２６として、電動膨張弁が使用されている。

また、液冷媒管３５には、上流側膨張機構２５と下流側膨張機構２６との間の部分に、上流側膨張機構２５において減圧された冷媒を貯留する中間圧レシーバ２７が設けられている。中間圧レシーバ２７は、ここでは、円筒形状の容器であり、庫内側空間Ｓ２に配置されている。中間圧レシーバ２７に流入する中間圧の冷媒は、上流側膨張機構２５において冷媒の臨界圧力以下の圧力まで減圧されて飽和状態又は気液二相状態になっているため、液状態で中間圧レシーバ２７に貯留されることになる。

また、液冷媒管３５及び吸入冷媒管３２には、ガスクーラ２２の出口と膨張機構２３（ここでは、上流側膨張機構２５）との間の部分に、蒸発器２４の出口と圧縮機２１の吸入側との間を流れる冷媒（すなわち、低圧側冷媒）によって、ガスクーラ２２の出口から上流側膨張機構２５に至るまでの間を流れる冷媒（すなわち、高圧側冷媒）を冷却する液ガス熱交換器２８が設けられている。液ガス熱交換器２８は、庫内側空間Ｓ２に配置されている。液ガス熱交換器２８は、ここでは、プレート型熱交換器であり、高圧側流路２８ａを流れる冷媒と低圧側流路２８ｂを流れる冷媒とが熱交換するようになっている。高圧側流路２８ａには、液冷媒管３５のガスクーラ２２の出口側と上流側膨張機構２５との間の部分を流れる高圧の冷媒（すなわち、高圧側冷媒）が流れるようになっている。低圧圧側流路２８ｂには、吸入冷媒管３２の蒸発器２４の出口と圧縮機２１の吸入側との間の部分を流れる低圧の冷媒（すなわち、低圧側冷媒）が流れるようになっている。尚、ここでは、液ガス熱交換器２８として、プレート型熱交換器を採用しているが、他の型式の熱交換器であってもよい。

蒸発器２４は、膨張機構２３において減圧された低圧の冷媒の蒸発を行う機器であり、庫内側空間Ｓ２に配置されている。そして、圧縮機２１は、庫外側空間Ｓ１において、蒸発器２４の略真下側に配置されている。蒸発器２４は、ここでは、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、庫内空気を加熱源として低圧の冷媒の蒸発を行い、これにより、庫内空気を冷却するようになっている。蒸発器２４は、入口が液冷媒管３５に接続されており、出口が吸入冷媒管３２に接続されている。そして、蒸発器２４の加熱源としての庫内空気は、庫内ファン３７によって供給されるようになっている。庫内ファン３７は、庫内側空間Ｓ２に配置されており、ここでは、２つのプロペラファンが使用されている。庫内ファン３７は、庫内ファンモータ３７ａによって回転駆動されるようになっている。尚、ここでは、蒸発器２４として、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器を採用しているが、他の型式の熱交換器であってもよい。

また、中間冷媒管３３には、低段側圧縮機２１ａから吐出された冷媒の放熱を行うインタークーラ３８が設けられている。インタークーラ３８は、庫外側空間Ｓ１に配置されている。インタークーラ３８は、ここでは、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、庫外空気を冷却源として低段側圧縮機２１ａから吐出された冷媒の放熱を行うようになっている。また、ここでは、インタークーラ３８は、ガスクーラ２２と一体化している。そして、インタークーラ３８の冷却源としての庫外空気は、ガスクーラ２２と同様に、庫外ファン３６によって供給されるようになっている。尚、ここでは、インタークーラ３８として、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器を採用しているが、他の型式の熱交換器であってもよい。

また、液冷媒管３５には、ガスクーラ２２の出口と液ガス熱交換器２８の入口との間の部分に、ガスクーラ２２の出口から膨張機構２３（ここでは、上流側膨張機構２５）に至るまでの間を流れる冷媒を冷却するエコノマイザ熱交換器３９が設けられている。エコノマイザ熱交換器３９は、庫外側空間Ｓ１に配置されている。エコノマイザ熱交換器３９は、ここでは、プレート型熱交換器であり、高圧側流路３９ａを流れる冷媒と中間圧側流路３９ｂを流れる冷媒とが熱交換するようになっている。高圧側流路３９ａには、液冷媒管３５のガスクーラ２２の出口側と液ガス熱交換器２８の入口側との間の部分を流れる高圧の冷媒（すなわち、高圧側冷媒）が流れるようになっている。中間圧側流路３９ｂには、液冷媒管３５のガスクーラ２２の出口側と液ガス熱交換器２８の入口側との間の部分から分岐された中間圧インジェクション管４０を流れる中間圧の冷媒（すなわち、中間圧側冷媒）が流れるようになっている。すなわち、エコノマイザ熱交換器３９は、中間圧インジェクション管４０を流れる中間圧側冷媒によってガスクーラ２２の出口と液ガス熱交換器２８の入口との間を流れる高圧側冷媒を冷却する熱交換器となっている。中間圧インジェクション管４０は、ここでは、液冷媒管３５のガスクーラ２２の出口側とエコノマイザ熱交換器３９の高圧側流路３９ａとの間の部分から分岐している。尚、中間圧インジェクション管４０は、エコノマイザ熱交換器３９の高圧側流路３９ａの出口と液ガス熱交換器２８の高圧側流路２８ａの入口との間の部分から分岐していてもよい。また、中間圧インジェクション管４０は、中間冷媒管３３のインタークーラ３８の出口側と圧縮機２１の圧縮過程の途中である高段側圧縮機２１ｂの吸入との間の部分に合流している。そして、中間圧インジェクション管４０には、中間圧側流路３９ｂの入口側の部分に、中間圧戻し膨張機構４１が設けられている。中間圧戻し膨張機構４１は、中間圧インジェクション管４０に分岐された高圧の冷媒を中間圧になるまで減圧するための機構であり、庫外側空間Ｓ１に配置されている。ここでは、中間圧戻し膨張機構４１として、電動膨張弁が使用されている。尚、ここでは、エコノマイザ熱交換器３９として、プレート型熱交換器を採用しているが、他の型式の熱交換器であってもよい。

また、吐出冷媒管３４には、高段側逆止機構３４ａとガスクーラ２２の入口との間の部分に、蒸発器２４の除霜運転等の際に開閉又は開度調節される吐出流量調整機構４２が設けられている。吐出流量調整機構４２は、庫外側空間Ｓ１に配置されている。ここでは、吐出流量調整機構４２として、電動膨張弁が使用されている。また、吐出冷媒管３４には、高段側逆止機構３４ａと吐出流量調整機構４２との間の部分から、加熱用冷媒管４３が分岐されている。加熱用冷媒管４３は、液冷媒管３５の下流側膨張機構２６と蒸発器２４との間の部分に合流している。加熱用冷媒管４３には、電磁弁からなる除霜側開閉機構４４が設けられている。これにより、吐出流量調整機構４２を閉止し、かつ、除霜側開閉機構４４を開けることによって、圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒を、蒸発器２４に直接的に供給して、蒸発器２４の除霜運転を行うことができる。尚、ここでは、蒸発器２４の除霜運転等のために、加熱用冷媒管４３及び吐出流量調整機構４２を冷媒回路１０に設けるようにしているが、除霜運転等のための構成はこれに限定されるものではなく、他の構成よって除霜運転等を行うようにしてもよい。

また、コンテナ用冷凍装置１には、各種のセンサやスイッチが設けられている。具体的には、吸入冷媒管３２には、圧縮機２１（低段側圧縮機２１ａ）に吸入される低圧の冷媒の圧力Ｐｓを検出する吸入圧力センサ５１が設けられている。ここで、吸入圧力センサ５１によって検出される低圧の冷媒の圧力Ｐｓを冷媒の飽和温度に換算することによって、冷媒回路１０の蒸発温度Ｔｅが得られる。また、吸入冷媒管３２には、圧縮機２１（低段側圧縮機２１ａ）に吸入される低圧の冷媒の温度Ｔｓを検出する吸入温度センサ５２が設けられている。また、蒸発器２４には、蒸発器２４の入口における低圧の冷媒の温度を検出する蒸発器入口温度センサ５３が設けられている。この温度は、冷媒回路１０の蒸発温度Ｔｅに相当する。ここで、温度Ｔｓから蒸発温度Ｔｅを減算することによって、圧縮機２１の吸入側、すなわち、液ガス熱交換器２８の低圧側流路２８ｂ側の出口と圧縮機２１の吸入側との間を流れる低圧の冷媒の過熱度ＳＨが得られる。吐出冷媒管３４には、圧縮機２１（高段側圧縮機２１ｂ）から吐出される高圧の冷媒の圧力Ｐｄを検出する吐出圧力センサ５４が設けられている。また、吐出冷媒管３４には、圧縮機２１（高段側圧縮機２１ｂ）から吐出される高圧の冷媒の温度Ｔｄを検出する吐出温度センサ５５が設けられている。また、吐出冷媒管３４には、圧縮機２１（高段側圧縮機２１ｂ）から吐出される高圧の冷媒の異常高圧を検出して圧縮機２１を停止させる吐出圧力スイッチ５６が設けられている。また、液冷媒管３５又はガスクーラ２２には、ガスクーラ２２の出口における冷媒の温度Ｔｃｏを検出するガスクーラ出口温度センサ５７が設けられている。また、庫外ファン３６の近傍には、庫外温度Ｔａを検出する庫外温度センサ５８が設けられており、庫内ファン３７の近傍（例えば、仕切板４の吸入口４ａの近傍）には、庫内温度Ｔｒを検出する庫内温度センサ５９が設けられている。

また、コンテナ用冷凍装置１は、コンテナ用冷凍装置１を構成する圧縮機２１、ファン３６、３７、膨張機構２３等の各部の動作を制御するための制御部６を有している。制御部６は、マイクロコンピュータやメモリ等を有しており、各種運転設定や各種センサの検出値等に基づいて、コンテナ用冷凍装置１を構成する各部の動作を制御するようになっている。

（２）コンテナ用冷凍装置の通常運転時の動作
次に、図４及び図６を用いて、コンテナ用冷凍装置１の通常運転時の動作について説明する。ここで、図６は、通常運転時の冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図である。

通常運転は、冷媒回路１０が、吐出流量調整機構４２が全開、そして、除霜側開閉機構４４が全閉の状態で行われる。

このような冷媒回路１０の状態において、低圧の冷媒（図４及び図６の点Ａ参照）は、吸入冷媒管３２から圧縮機２１に吸入され、まず、低段側圧縮機２１ａによって中間圧まで圧縮された後に、中間冷媒管３３に吐出される（図４及び図６の点Ｂ参照）。

この低段側圧縮機２１ａから吐出された中間圧の冷媒は、低段側逆止機構３３ａを通じて、インタークーラ３８に送られる。このインタークーラ３８に送られた中間圧の冷媒は、インタークーラ３８において、庫外ファン３６によって供給される庫外空気と熱交換を行って放熱する（図４及び図６の点Ｃ参照）。

このインタークーラ３８において放熱した中間圧の冷媒は、中間圧インジェクション管４０から中間冷媒管３３に戻される冷媒（図４及び図６の点Ｍ参照）と合流することによって、さらに冷却される（図４及び図６の点Ｄ参照）。

この中間圧インジェクション管４０から戻る冷媒と合流した中間圧の冷媒は、高段側圧縮機２１ｂに吸入されてさらに圧縮されて、圧縮機２１から吐出冷媒管３４に吐出される（図４及び図６の点Ｅ参照）。ここで、圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、圧縮機２１ａ、２１ｂによる二段圧縮動作によって、冷媒の臨界圧力（図６の圧力Ｐｃｐ参照）を超える圧力まで圧縮されている。

この圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、吐出流量調整機構４２を通じて、ガスクーラ２２に送られる。

このガスクーラ２２に送られた高圧の冷媒は、ガスクーラ２２において、庫外ファン３６によって供給される庫外空気と熱交換を行って放熱し、液冷媒管３５に送られる（図４及び図６の点Ｆ参照）。

このガスクーラ２２において放熱した高圧の冷媒は、一部が中間圧インジェクション管４０に分岐され、残りがエコノマイザ熱交換器３９の高圧側流路３９ａに送られる。そして、中間圧インジェクション管４０を流れる高圧の冷媒は、中間圧戻し膨張機構４１において、中間圧になるまで減圧される（図４及び図６の点Ｌ参照）。この中間圧戻し膨張機構４１において減圧された中間圧の冷媒は、エコノマイザ熱交換器３９の中間圧側流路３９ｂに送られる。そして、エコノマイザ熱交換器３９の高圧側流路３９ａに送られた高圧の冷媒は、エコノマイザ熱交換器３９の中間圧側流路３９ｂに送られた中間圧の冷媒と熱交換を行って冷却されて（図４及び図６の点Ｇ参照）、液ガス熱交換器２８に送られる。このとき、エコノマイザ熱交換器３９の中間圧側流路３９ｂに送られた中間圧の冷媒は、エコノマイザ熱交換器３９の高圧側流路３９ａに送られた高圧の冷媒との熱交換によって加熱され（図４及び図６の点Ｍ参照）、中間冷媒管３３を流れる冷媒に合流する。

このエコノマイザ熱交換器３９において冷却された高圧の冷媒は、液ガス熱交換器２８の高圧側流路２８ａに送られる。そして、高圧側流路２８ａを流れる高圧の冷媒は、液ガス熱交換器２８の低圧側流路２８ｂを流れる低圧の冷媒と熱交換を行ってさらに冷却される（図４及び図６の点Ｈ参照）。ここで、液ガス熱交換器２８の低圧側流路２８ｂを流れる低圧の冷媒は、蒸発器２４の出口から圧縮機２１の吸入に向かう吸入冷媒管３２を流れる低圧の冷媒であり、この低圧の冷媒が液ガス熱交換器２８の冷却源となっている。

この液ガス熱交換器２８において冷却された高圧の冷媒は、上流側膨張機構２５において、中間圧になるまで減圧されて、飽和状態又は気液二相状態になり、中間圧レシーバ２７に流入して、中間圧レシーバ２７に液状態で一時的に貯留される（図４及び図６の点Ｉ参照）。

この中間圧レシーバ２７に一時的に貯留された中間圧の冷媒は、下流側膨張機構２６に送られて、低圧になるまで減圧される（図４及び図６の点Ｊ参照）。

この下流側膨張機構２６において減圧された低圧の冷媒は、蒸発器２４に送られて、庫内ファン３７によって供給される庫内空気と熱交換を行って蒸発し、吸入冷媒管３２に送られる（図４及び図６の点Ｋ参照）。

この吸入冷媒管３２に送られた低圧の冷媒は、上記のように、液ガス熱交換器２８の低圧側流路２８ｂに送られて、液ガス熱交換器２８の高圧側流路２８ａを流れる高圧の冷媒と熱交換を行って加熱され、再び、圧縮機２１に吸入される（図４及び図６の点Ａ参照）。

このような通常運転において、制御部６は、庫内温度Ｔｒを設定された目標温度Ｔｒｓに近づけるように、各部の動作を制御している。ここでは、制御部６は、主として、庫内温度Ｔｒと目標温度Ｔｒｓとの温度差（すなわち、蒸発器２４において要求される冷凍負荷）に基づいて、各部の動作を制御している。

具体的には、まず、制御部６は、庫内温度Ｔｒと目標温度Ｔｒｓとの温度差から、冷媒回路１０の低圧Ｐｓの目標値Ｐｓｓ（蒸発温度Ｔｅを使用する場合には、目標値Ｔｅｓ）を決定している。

そして、制御部６は、冷媒回路１０の蒸発温度Ｔｅ又は低圧Ｐｓが目標蒸発温度値Ｔｅｓ又は目標低圧値Ｐｓｓで一定になるように、圧縮機２１の圧縮機モータ３１ａ、３１ｂの回転数（周波数）を制御している（低圧制御）。すなわち、蒸発温度Ｔｅ又は低圧Ｐｓが目標蒸発温度値Ｔｅｓ又は目標低圧値Ｐｓｓよりも高い場合には、圧縮機２１の圧縮機モータ３１ａ、３１ｂの回転数（周波数）を大きくする制御を行っている。逆に、蒸発温度Ｔｅ又は低圧Ｐｓが目標蒸発温度値Ｔｅｓ又は目標低圧値Ｐｓｓよりも低い場合には、圧縮機２１の圧縮機モータ３１ａ、３１ｂの回転数（周波数）を小さくする制御を行っている。尚、目標温度Ｔｒｓは、−２０℃〜−３０℃程度の低温に設定されるため、目標蒸発温度値Ｔｅｓ（又は、目標低圧値Ｐｓｓ）も目標温度Ｔｒｓに応じて、−２０℃〜−３５℃程度の低温（又は、これに対応する飽和圧力）に設定されることになる。

また、ここでは、制御部６は、冷媒回路１０の高圧Ｐｄが高圧目標値Ｐｄｓで一定になるように、上流側膨張機構２５の開度を制御している（高圧制御）。すなわち、高圧Ｐｄが高圧目標値Ｐｄｓよりも高い場合には、上流側膨張機構２５の開度を大きくする制御を行っている。逆に、高圧Ｐｄが高圧目標値Ｐｄｓよりも低い場合には、上流側膨張機構２５の開度を小さくする制御を行っている。

また、ここでは、制御部６は、中間圧インジェクション管４０を流れる冷媒の流量が適切な流量になるように中間圧戻し膨張機構４１の開度を制御している（インジェクション制御）。例えば、制御部６は、冷媒回路１０を循環する冷媒の流量の程度を示す指標である圧縮機モータ３１ａ、３１ｂの回転数（周波数）に応じて、中間圧戻し膨張機構４１の開度を制御している。すなわち、圧縮機モータ３１ａ、３１ｂの回転数（周波数）が大きい場合には、中間圧膨張機構４１の開度を大きくし、圧縮機モータ３１ａ、３１ｂの回転数（周波数）が小さい場合には、中間圧膨張機構４１の開度を小さくする制御を行っている。

また、ここでは、制御部６は、液ガス熱交換器２８の低圧側流路２８ｂ側の出口と圧縮機２１の吸入側との間を流れる低圧の冷媒の過熱度ＳＨが過熱度目標値ＳＨｓで一定になるように、下流側膨張機構２６の開度を制御している（過熱度制御）。すなわち、過熱度ＳＨが過熱度目標値ＳＨｓよりも高い場合には、下流側膨張機構２６の開度を大きくする制御を行っている。逆に、過熱度ＳＨが過熱度目標値ＳＨｓよりも小さい場合には、下流側膨張機構２６の開度を小さくする制御を行っている。

（３）コンテナ用冷凍装置の運転開始時の動作
コンテナ用冷凍装置１では、蒸発器２４に液状態の冷媒が寝込んでいる状態で運転を開始することがある。ここで、コンテナ用冷凍装置１では、蒸発器２４が配置される庫内側空間Ｓ２の庫内温度Ｔｒが非常に低くなるため、蒸発器２４に寝込む冷媒量が多くなりやすい。このため、運転開始時に、蒸発器２４に寝込んだ液状態の冷媒が圧縮機２１に急激に戻り、圧縮機２１において液圧縮が発生して、圧縮機２１の信頼性が損なわれるおそれがある。また、コンテナ用冷凍装置１では、圧縮機２１が蒸発器２４の略真下に配置されていることから液状態の冷媒が圧縮機２１に流れ込みやすく、また、蒸発器２４と圧縮機２１とを接続する吸入冷媒管３２が、概ね下向きで長さも短いため、運転を開始すると、蒸発器２４に寝込んだ液状態の冷媒が圧縮機２１に急激に戻るおそれが高い。また、コンテナ用冷凍装置１では、冷媒と冷凍機油との相溶性を考慮して圧縮機２１の吸入側にアキュムレータが設けられていないため、蒸発器２４に寝込んだ液状態の冷媒が圧縮機２１に急激に戻るおそれが高い。

これに対して、コンテナ用冷凍装置１では、上記のように、ガスクーラ２２の出口と膨張機構２３（ここでは、上流側膨張機構２５）との間に、蒸発器２４の出口と圧縮機２１の吸入側との間を流れる低圧の冷媒によって、ガスクーラ２２の出口と上流側膨張機構２５との間を流れる冷媒を冷却する液ガス熱交換器２８を設けるようにしている。すなわち、液ガス熱交換器２８を蒸発器２４の出口と圧縮機２１の吸入側との間を流れる低圧の冷媒を加熱する加熱器として機能させることによって、圧縮機２１に戻る前に冷媒を蒸発させて、蒸発器２４に寝込んだ液状態の冷媒が圧縮機２１に戻ることを防ぐのである。

これにより、蒸発器２４に寝込んだ液状態の冷媒は、液ガス熱交換器２８において、ガスクーラ２２の出口と上流側膨張機構２５との間を流れる冷媒を冷却することによって加熱されるため、圧縮機２１に液状態の冷媒がかなり戻りにくくすることができる。

しかし、ガスクーラ２２の出口と上流側膨張機構２５との間を流れる冷媒は、圧縮機２１から吐出された後にガスクーラ２２において冷却されているため、液ガス熱交換器２８に流入する際には、冷媒の温度がかなり低くなってしまう。このため、液ガス熱交換器２８において、ガスクーラ２２の出口と上流側膨張機構２５との間を流れる冷媒と蒸発器２４に寝込んだ液状態の冷媒との温度差が小さくなり、蒸発器２４に寝込んだ液状態の冷媒を十分に加熱することができない場合がある。そうすると、液ガス熱交換器２８を設けるだけでは、圧縮機２１に液状態の冷媒が戻ることを抑える効果が十分に得られないおそれが残る。

そこで、コンテナ用冷凍装置１では、液ガス熱交換器２８を設けるとともに、運転開始時に、図７のフローチャートに示す起動制御を行うようにしている。

＜ステップＳＴ１＞
制御部６は、停止中のコンテナ用冷凍装置１に運転指令がなされて運転が開始されると、まず、ステップＳＴ１において、第１制御を行う。

具体的には、第１制御では、まず、ガスクーラファンとしての庫外ファン３６を停止させた状態で圧縮機２１を起動する。すなわち、ガスクーラ２２に冷却源としての庫外空気が供給されないようにした状態で運転を開始するのである。

これにより、圧縮機２１から吐出された冷媒がガスクーラ２２において冷却されにくくなり、ガスクーラ２２の出口と上流側膨張機構２５との間を流れる冷媒の温度が低くなりにくくなる。すなわち、図８の運転開始時の冷凍サイクルに示すように、ガスクーラ２２における交換熱量（点Ｅ、Ｆ間のエンタルピ差）が小さくなり、液ガス熱交換器２８の高圧側流路２８ａに流入する高圧の冷媒の温度が低くなることが抑えられる。このため、液ガス熱交換器２８において、ガスクーラ２２の出口と上流側膨張機構２５との間を流れる冷媒（すなわち、高圧側流路２８ａを流れる高圧の冷媒）と蒸発器２４に寝込んだ液状態の冷媒（すなわち、低圧側流路２８ｂを流れる低圧の冷媒）との温度差が大きくなる。そうすると、蒸発器２４に寝込んだ液状態の冷媒を十分に加熱することができるようになる。すなわち、図８に示すように、液ガス熱交換器２８における交換熱量（点Ｋ、Ａ間のエンタルピ差）が大きくなり、液ガス熱交換器２８ｂから流出する低圧の冷媒が液状態のままで流出することが抑えられる。その結果、液ガス熱交換器２８を設けるだけの場合に比べて、圧縮機２１に液状態の冷媒が戻ることを抑える効果が十分に得られるようになり、運転開始時に圧縮機２１において液圧縮が発生することを抑えることができる。

また、コンテナ用冷凍装置１では、庫外ファン３６がガスクーラ２２及びインタークーラ３８に共通に設けられているため、庫外ファン３６を停止させると、インタークーラ３８にも冷却源としての庫外空気が供給されないようになる。

これにより、低段側圧縮機２１ａから吐出された中間圧の冷媒がインタークーラ３８において冷却されにくくなり、高段側圧縮機２１ｂに吸入される中間圧の冷媒の温度が低くなりにくくなる。すなわち、図８に示すように、インタークーラ３８における交換熱量（点Ｂ、Ｃ間のエンタルピ差）が小さくなり、高段側圧縮機２１ｂに吸入される中間圧の冷媒の温度が低くなることが抑えられる。このため、高段側圧縮機２１ｂ（すなわち、圧縮機２１）から吐出される高圧の冷媒の温度が高くなりやすくなり、ガスクーラ２２に流入する高圧の冷媒の温度が高くなる。そうすると、ガスクーラ２２の出口と上流側膨張機構２５との間を流れる冷媒（すなわち、高圧側流路２８ａを流れる高圧の冷媒）の温度がさらに低くなりにくくなる。すなわち、図８に示すように、ガスクーラ２２の入口及び出口における冷媒の温度（点Ｅ、Ｆ）が高エンタルピ側にシフトし、液ガス熱交換器２８における交換熱量（点Ｋ、Ａ間のエンタルピ差）がさらに大きくなる。その結果、圧縮機２１に液状態の冷媒が戻ることを抑える効果をさらに高めることができる。

また、コンテナ用冷凍装置１では、上記のように、ガスクーラ２２の出口と液ガス熱交換器２８の高圧側流路２８ａの入口との間に中間圧インジェクション管４０及びエコノマイザ熱交換器３９が設けられている。このため、起動制御において、通常運転時と同様に、ガスクーラ２２の出口と液ガス熱交換器２８の高圧側流路２８ａの入口との間を流れる冷媒を分岐するように中間圧インジェクション管４０を制御すると、中間圧インジェクション管４０による冷媒の分岐及びエコノマイザ熱交換器３９による冷媒の冷却によって液ガス熱交換器２８に流入する冷媒の温度が低下してしまう（図６の点Ｆ、Ｇ参照）。また、中間圧インジェクション管４０から圧縮機２１の圧縮過程の途中（ここでは、高段側圧縮機２１ｂの吸入側）に冷媒が戻ることによって、圧縮機２１から吐出される高圧の冷媒の温度が低下して、ガスクーラ２２の出口における冷媒の温度も低下することになる（図６の点Ｌ、Ｍ、Ｃ、Ｄ、Ｅ参照）。そうすると、液ガス熱交換器２８において、ガスクーラ２２の出口と上流側膨張機構２５との間を流れる冷媒と蒸発器２４に寝込んだ液状態の冷媒との温度差が小さくなり、蒸発器２４に寝込んだ液状態の冷媒の加熱が不十分になるおそれがある。

そこで、第１制御では、庫外ファン３６を停止させた状態にするとともに、ガスクーラ２２の出口と液ガス熱交換器２８の高圧側流路２８ａの入口との間を流れる冷媒を分岐しないように中間圧インジェクション管４０を制御するようにしている。すなわち、中間圧戻し膨張機構４１を閉止して中間圧インジェクション管４０及びエコノマイザ熱交換器３９による中間圧インジェクションを行わない状態で運転を開始するのである。

これにより、中間圧インジェクション管４０による冷媒の分岐及びエコノマイザ熱交換器３９による冷媒の冷却によって液ガス熱交換器２８の高圧側流路２８ａに流入する冷媒の温度が低下することを防ぐことができるようになる。すなわち、図８に示すように、エコノマイザ熱交換器３９における熱交換がなくなり（点Ｆ、Ｇ参照）、液ガス熱交換器２８の高圧側流路２８ａに流入する高圧の冷媒の温度の低下が抑えられる。また、中間圧インジェクション管４０から圧縮機２１の圧縮過程の途中（ここでは、高段側圧縮機２１ｂの吸入側）に冷媒が戻らなくなるため、圧縮機２１から吐出される高圧の冷媒の温度の低下が抑えられて、ガスクーラ２２の出口における冷媒の温度の低下も抑えられることになる（図８の点Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ参照）。その結果、圧縮機２１に液状態の冷媒が戻ることを抑える効果を十分に発揮させることができる。

尚、第１制御では、圧縮機２１が起動制御用に設定された起動制御用回転数になるように制御される。ここで、起動制御用回転数は、運転開始時は、所定の起動初期回転数に設定され、起動制御が進むにつれて、起動初期回転数から所定の起動目標回転数まで徐々に上昇するように設定されている。また、膨張機構２３（すなわち、上流側膨張機構２５及び下流側膨張機構２６）も起動制御用に設定された起動制御用開度になるように制御される。ここで、起動制御用開度も、運転開始時は、所定の起動初期開度に設定され、起動制御が進むにつれて、起動初期開度から所定の起動目標開度まで徐々に開度が大きくなるように設定されている。また、吐出流量調整機構４２及び除霜側開閉機構４４については、通常運転時と同様に、吐出流量調整機構４２が全開、そして、除霜側開閉機構４４が全閉の状態になっている。

＜ステップＳＴ２、ＳＴ３、ＳＴ４＞
次に、制御部６は、ステップＳＴ２において、液ガス熱交換器２８の低圧側流路２８ｂの出口と圧縮機２１の吸入側との間を流れる冷媒の過熱度ＳＨが所定のファン起動閾過熱度ＳＨｉに達したかどうかを判定する。

ここで、ステップＳＴ２の判定を行うのは、ステップＳＴ１の第１制御によって、蒸発器２４に寝込んだ液状態の冷媒が存在しなくなると、液ガス熱交換器２２の低圧側流路２８ｂの出口と圧縮機２１の吸入側との間を流れる冷媒の過熱度ＳＨが大きくなる。そして、蒸発器２４に寝込んでいた液状態の冷媒が存在しなくなれば、庫外ファン３６を停止させておく必要がなくなるからである。このため、ファン起動閾過熱度ＳＨｉは、蒸発器２４に寝込んでいた液状態の冷媒が存在しないとみなせる程度の過熱度値に設定されている。

そして、ステップＳＴ２において、過熱度ＳＨがファン起動閾過熱度ＳＨｉに達したと判定された場合には、制御部６は、ステップＳＴ３、ＳＴ４において、庫外ファン３６を起動する第２制御を行う。このように、ステップＳＴ２において、蒸発器２４に寝込んだ液状態の冷媒が存在しない状態を適切に判断し、庫外ファン３６を速やかに起動することができるようになっている。

尚、ステップＳＴ４の第２制御においては、第１制御と同様に、ガスクーラ２２の出口と液ガス熱交換器２８の高圧側流路２８ａの入口との間を流れる冷媒を分岐しないように中間圧インジェクション管４０を制御するようにしている。すなわち、第２制御において、中間圧戻し膨張機構４１を閉止して中間圧インジェクション管４０及びエコノマイザ熱交換器３９による中間圧インジェクションを行わない状態での運転については、継続したままにしている。

これは、庫外ファン３６を起動するとともに、中間圧戻し膨張機構４１を開けて液ガス熱交換器２８の高圧側流路２８ａの入口との間を流れる冷媒を分岐させるように中間圧インジェクション管４０を制御すると、液ガス熱交換器２８の高圧側流路２８ａに流入する高圧の冷媒の温度が急激に低下するおそれがあり、このような急激な温度の低下を避けるためである。すなわち、庫外ファン３６を起動すると、ガスクーラ２２においては、高圧の冷媒の冷却が促進され、また、インタークーラ３８においては、中間圧の冷媒の冷却が促進されるようになる。また、中間圧戻し膨張機構４１を開けると、エコノマイザ熱交換器３９においては、高圧の冷媒の冷却がなされるようになり、また、圧縮機２１の圧縮過程の途中（ここでは、高段側圧縮機２１ｂの吸入側）の中間圧の冷媒の冷却が促進されるようになる。そして、庫外ファン３６の起動と中間圧戻し膨張機構４１の開操作とを同時に行うと、液ガス熱交換器２８の高圧側流路２８ａに流入する高圧の冷媒の温度が急激に低下するおそれがあるため、まずは、庫外ファン３６の起動だけを行うものである。

これにより、液ガス熱交換器２８の高圧側流路２８ａに流入する高圧の冷媒の温度が低下したとしても、ガスクーラ２２やインタークーラ３８における冷媒の冷却促進による温度低下だけに抑えることができる。

＜ステップＳＴ５、ＳＴ６、ＳＴ７＞
次に、制御部６は、ステップＳＴ５、ＳＴ６、ＳＴ７において、起動制御を終了して通常運転に移行してよいかどうかを判定する。

具体的には、ステップＳＴ５では、圧縮機２１の吐出圧力Ｐｄが所定の起動制御終了判定圧力Ｐｄｉに達したかどうかを判定する。

ここで、ステップＳＴ５の判定を行うのは、ステップＳＴ１〜ＳＴ４の起動制御によって、蒸発器２４に寝込んだ液状態の冷媒が存在しない状態で冷媒回路１０の運転状態が安定すると、圧縮機２１の吐出圧力Ｐｄが十分に上昇するからである。このため、起動制御終了判定圧力Ｐｄｉは、冷媒回路１０の運転状態が安定したとみなせる程度の圧力値に設定されている。

また、ステップＳＴ６では、圧縮機２１の吐出温度Ｔｄが所定の起動制御終了判定温度Ｔｄｉに達したかどうかを判定する。

ここで、ステップＳＴ６の判定を行うのは、ステップＳＴ１〜ＳＴ４の起動制御によって、蒸発器２４に寝込んだ液状態の冷媒が存在しない状態で冷媒回路１０の運転状態が安定すると、圧縮機２１の吐出温度Ｔｄが十分に上昇するからである。起動制御終了判定温度Ｔｄｉは、冷媒回路１０の運転状態が安定したとみなせる程度の温度値に設定されている。

また、ステップＳＴ７では、運転開始からの経過時間ｔが所定の起動制御終了判定時間ｔｉに達して、起動制御のシーケンスが終了したかどうかを判定する。

ここで、ステップＳＴ７の判定を行うのは、ステップＳＴ５、ＳＴ６の吐出圧力や吐出温度の判定条件を満たさない場合であっても、運転開始からの経過時間ｔが十分に経過した後は、蒸発器２４に寝込んだ液状態の冷媒が存在しない状態で冷媒回路１０の運転状態が安定したものと見なせるからである。このため、起動制御終了判定時間ｔｉは、冷媒回路１０の運転状態が安定したとみなせる程度の時間値に設定されている。

そして、ステップＳＴ５、ＳＴ６、ＳＴ７において、これらのステップのいずれかの条件を満たしたと判定された場合には、制御部６は、起動制御を終了して、中間圧戻し膨張機構４１の開操作を行い、上記の庫内温度Ｔｒを目標温度Ｔｒｓに近づけるための各種制御を含む通常運転に移行する。このように、ステップＳＴ５、ＳＴ６、ＳＴ７において、起動制御の終了条件として、圧縮機２１の吐出圧力Ｐｄ、圧縮機２１の吐出温度Ｔｄ、又は、運転開始からの経過時間ｔを使用して、起動制御を適切に終了させることができるようになっている。

＜ステップＳＴ８、ＳＴ９、ＳＴ１０、ＳＴ１１＞
上記のステップＳＴ２において過熱度ＳＨがファン起動閾過熱度ＳＨｉに達していないと判定された場合には、制御部６は、ステップＳＴ８、ＳＴ９、ＳＴ１０に移行する。

ここで、ステップＳＴ８、ＳＴ９、ＳＴ１０は、ステップＳＴ５、ＳＴ６、ＳＴ７と同じく、起動制御を終了して通常運転に移行してよいかどうかを判定する内容である。すなわち、ステップＳＴ５では、圧縮機２１の吐出圧力Ｐｄが所定の起動制御終了判定圧力Ｐｄｉに達したかどうかを判定する。また、ステップＳＴ６では、圧縮機２１の吐出温度Ｔｄが所定の起動制御終了判定温度Ｔｄｉに達したかどうかを判定する。また、ステップＳＴ７では、運転開始からの経過時間ｔが所定の起動制御終了判定時間ｔｉに達して、起動制御のシーケンスが終了したかどうかを判定する。

但し、ステップＳＴ５、ＳＴ６、ＳＴ７は、庫外ファン３６を起動した後の第２制御時に行われる判定であるのに対して、ステップＳＴ８、ＳＴ９、ＳＴ１０は、庫外ファン３６を起動する前の第１制御時に行われる判定である点が異なっている。すなわち、ステップＳＴ８、ＳＴ９、ＳＴ１０は、過熱度ＳＨがファン起動閾過熱度ＳＨｉに達しているとは判定されていないものの、冷媒回路１０の運転状態が安定したとみなせる程度の吐出圧力、吐出温度又は経過時間に達している場合には、起動制御を終了して通常運転に移行させる判定である。このため、ステップＳＴ８、ＳＴ９、ＳＴ１０において、起動制御を終了して通常運転に移行してよいと判定された場合には、制御部６は、ステップＳ１１において、庫外ファン３６を起動させ、その後に、中間圧戻し膨張機構４１の開操作を行い、上記の庫内温度Ｔｒを目標温度Ｔｒｓに近づけるための各種制御を含む通常運転に移行する。このように、ステップＳＴ２において過熱度ＳＨがファン起動閾過熱度ＳＨｉに達していないと判定された場合であっても、ステップＳＴ８、ＳＴ９、ＳＴ１０において、圧縮機２１の吐出圧力Ｐｄ、圧縮機２１の吐出温度Ｔｄ、又は、運転開始からの経過時間ｔを使用して、起動制御を適切に終了させることができるようになっている。

本発明は、冷凍装置の運転開始時の起動制御に対して、広く適用可能である。

１ コンテナ用冷凍装置（冷凍装置）
２ コンテナ
１０ 冷媒回路
２１ 圧縮機
２２ ガスクーラ
２３ 膨張機構
２４ 蒸発器
２８ 液ガス熱交換器
３６ 庫外ファン（ガスクーラファン）
３９ エコノマイザ熱交換器
４０ 中間圧インジェクション管

特開２０１１−１１２２７０号公報

Claims (6)

1. 圧縮機（２１）と、ガスクーラ（２２）と、膨張機構（２３）と、蒸発器（２４）とが順次接続された冷媒回路（１０）を有する冷凍装置において、
   前記ガスクーラには、ガスクーラファン（３６）によって冷却源としての空気が供給されるようになっており、
   前記ガスクーラの出口と前記膨張機構との間には、前記蒸発器の出口と前記圧縮機の吸入側との間を流れる冷媒によって、前記ガスクーラの出口と前記膨張機構との間を流れる冷媒を冷却する液ガス熱交換器（２８）がさらに設けられており、
   運転開始時に、前記ガスクーラファンを停止させた状態で前記圧縮機を起動する第１制御を含む起動制御を行う、
   冷凍装置（１）。
2. 前記起動制御は、前記圧縮機（２１）の吐出圧力が所定の起動制御終了判定圧力に達した後、前記圧縮機の吐出温度が所定の起動制御終了判定温度に達した後、又は、前記運転開始からの経過時間が所定の起動制御終了判定時間に達した後に終了する、
   請求項１に記載の冷凍装置（１）。
3. 前記起動制御において、前記液ガス熱交換器（２８）の出口と前記圧縮機（２１）の吸入側との間を流れる冷媒の過熱度が所定のファン起動閾過熱度に達した後に、前記ガスクーラファン（３６）を起動する第２制御を行う、
   請求項１又は２に記載の冷凍装置（１）。
4. 前記冷媒回路（１０）には、前記ガスクーラ（２２）の出口と前記液ガス熱交換器（２８）の入口との間を流れる冷媒の一部を分岐して前記圧縮機（２１）の圧縮過程の途中に戻す中間圧インジェクション管（４０）と、前記中間圧インジェクション管を流れる冷媒によって前記ガスクーラの出口と前記液ガス熱交換器の入口との間を流れる冷媒を冷却するエコノマイザ熱交換器（３９）とがさらに設けられており、
   前記起動制御において、前記中間圧インジェクション管は、前記ガスクーラの出口と前記液ガス熱交換器の入口との間を流れる冷媒を分岐しないように制御される、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍装置（１）。
5. 前記蒸発器（２４）は、冷却対象物が収容されるコンテナ（２）の庫内側空間に配置されており、
   前記圧縮機（２１）は、前記コンテナの庫外側空間において、前記蒸発器の略真下に配置されている、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍装置（１）。
6. 前記冷媒回路（１０）は、冷媒として二酸化炭素を使用しており、前記圧縮機（２１）から吐出される冷媒の圧力が冷媒の臨界圧力を超える圧力になる超臨界冷凍サイクルを行う、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷凍装置（１）。

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