JP2014029257A

JP2014029257A - 冷媒回路装置

Info

Publication number: JP2014029257A
Application number: JP2013076338A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Matsubara; 健松原; Mikio Goto; 幹生後藤; Takashi Matsuzaki; 崇松崎
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2012-07-04
Filing date: 2013-04-01
Publication date: 2014-02-13

Abstract

【課題】２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路において、吐出圧力に関わらず冷凍効率を良好なものとすることができる冷媒回路装置を提供する。
【解決手段】２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路１ａを構成する放熱器１３から第１膨張弁１４に至る冷媒配管２の途中から分岐し、中間熱交換器１８から第２圧縮機１２に至る冷媒配管２に合流する態様で設けられたバイパス配管３０と、このバイパス配管３０に設けられた第２電磁弁４２と、バイパス配管３０を通過する高圧冷媒を中間圧冷媒に減圧して断熱膨張させる第３膨張弁３１と、放熱器１３で放熱した高圧冷媒と第３膨張弁３１で断熱膨張させた中間圧冷媒とを熱交換させる第１熱交換器と、低周温時と判断された場合に第２電磁弁４２を閉成させる一方、高周温時と判断された場合に第２電磁弁４２を開成させるコントローラを備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒回路装置に関し、より詳細には、２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷媒回路装置に関するものである。

従来、２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷媒回路装置として、第１圧縮機、中間熱交換器、第２圧縮機、放熱器、第１膨張弁、気液分離器、第２膨張弁及び蒸発器を冷媒配管にて順次接続して構成され、内部に冷媒に二酸化炭素等の冷媒が封入された冷媒回路を備えたものが知られている。

第１圧縮機は、蒸発器で蒸発した低圧冷媒を吸引して圧縮し、中間圧冷媒として吐出するものである。中間熱交換器は、第１圧縮機から吐出された中間圧冷媒を周囲空気と熱交換させて放熱させるものである。第２圧縮機は、中間熱交換器で放熱した中間圧冷媒を吸引して圧縮し、高圧冷媒として吐出するものである。

放熱器は、第２圧縮機から吐出された高圧冷媒を周囲空気と熱交換させて放熱させるものである。第１膨張弁は、放熱器で放熱した高圧冷媒を中間圧冷媒に減圧して断熱膨張させるものである。

気液分離器は、第１膨張弁で断熱膨張された中間圧冷媒を導入して気相冷媒と液相冷媒とに分離させるものである。この気液分離器は、一端が自身に接続され、他端が中間熱交換器と第２圧縮機とを接続する冷媒配管に接続された気相冷媒配管を通じて、気相冷媒を送出するものである。すなわち、気液分離器は、分離させた気相冷媒を中間熱交換器で放熱した中間圧冷媒に合流させるよう送出するものである。

第２膨張弁は気液分離器で分離された液相冷媒を低圧冷媒に減圧して断熱膨張させるものである。蒸発器は、第２膨張弁で断熱膨張された低圧冷媒を導入して周囲空気と熱交換させて蒸発させるものである。

このような冷媒回路において、第１圧縮機で圧縮されて吐出された中間圧冷媒が中間熱交換器で放熱して第２圧縮機に吸引され、この第２圧縮機で圧縮された高圧冷媒として吐出される。吐出された高圧冷媒は、放熱器に至り、この放熱器の流路を通過中に周囲空気と熱交換して放熱する。放熱器で放熱した冷媒は、第１膨張弁で減圧されることで断熱膨張して中間圧冷媒として気液分離器に至り、この気液分離器において気相冷媒と液相冷媒とに分離される。気相冷媒は、気相冷媒配管を通じて第２圧縮機に吸引される一方、液相冷媒は、第２膨張弁で減圧されることで断熱膨張して低圧冷媒として蒸発器に至る。この蒸発器に至った低圧冷媒は、蒸発器の流路を通過中に周囲空気と熱交換して蒸発し、その後に第１圧縮機に吸引されることで、上述したように循環を繰り返すことになる。

かかる冷媒回路装置によれば、放熱器で放熱した高圧冷媒を第１膨張弁で一旦中間圧に減圧させているので、中間圧冷媒を気液分離器により気相及び液相の各飽和状態に分離させることができ、冷凍効果を増大させることができる（例えば、特許文献１参照）。尚、特許文献１に示されているのは、暖房運転を行う場合に２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行うものであり、冷媒回路の構成機器の役割が異なるが、冷凍サイクルとしてはここで説明したものと実質的に同一である。

特開２００７−１４７２２７号公報

ところで、上述したような冷媒回路装置では、冷媒回路の周囲温度が高い高周温時となる場合には、放熱器の出口における冷媒温度が上昇してしまうことになり、これにより第１膨張弁の出口における冷媒温度及び冷媒圧力も上昇してしまい、結果的に冷凍効果が減少して冷凍効率の低下を招来していた。

本発明は、上記実情に鑑みて、２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路において、周囲温度に関わらず冷凍効率を良好なものとすることができる冷媒回路装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る冷媒回路装置は、蒸発器で蒸発した低圧冷媒を吸引して圧縮し、中間圧冷媒として吐出する第１圧縮機と、前記第１圧縮機から吐出され、かつ中間熱交換器で放熱した中間圧冷媒を吸引して圧縮し、高圧冷媒として吐出する第２圧縮機と、前記第２圧縮機から吐出された高圧冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器で放熱した高圧冷媒を中間圧冷媒に減圧して断熱膨張させる第１膨張機構と、前記第１膨張機構で断熱膨張させた中間圧冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離させ、かつ気相冷媒を前記中間熱交換器で放熱した中間圧冷媒に合流させるよう送出する気液分離器と、前記気液分離器で分離された液相冷媒を低圧冷媒に減圧することで断熱膨張させ、かつ前記蒸発器に送出する第２膨張機構とを冷媒配管で接続することで２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷媒回路装置において、前記放熱器から前記第１膨張機構に至る冷媒配管の途中から分岐し、前記中間熱交換器から前記第２圧縮機に至る冷媒配管に合流する態様で設けられたバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられ、閉成する場合には該バイパス配管における冷媒の通過を規制する一方、開成する場合には該バイパス配管における冷媒の通過を許容するバイパスバルブと、前記バイパス配管を通過する高圧冷媒を中間圧冷媒に減圧して断熱膨張させる第３膨張機構と、前記放熱器で放熱した高圧冷媒と、前記第３膨張機構で断熱膨張させた中間圧冷媒とを熱交換させる高中間圧熱交換器と、検知された温度が予め設定された温度閾値以下となることにより低周温時と判断された場合には、前記バイパスバルブを閉成させる一方、検知された温度が前記温度閾値を超えることにより高周温時と判断された場合には、前記バイパスバルブを開成させる制御手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る冷媒回路装置は、蒸発器で蒸発した低圧冷媒を吸引して圧縮し、中間圧冷媒として吐出する第１圧縮機と、前記第１圧縮機から吐出され、かつ中間熱交換器で放熱した中間圧冷媒を吸引して圧縮し、高圧冷媒として吐出する第２圧縮機と、前記第２圧縮機から吐出された高圧冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器で放熱した高圧冷媒を中間圧冷媒に減圧して断熱膨張させる第１膨張機構と、前記第１膨張機構で断熱膨張させた中間圧冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離させ、かつ気相冷媒を前記中間熱交換器で放熱した中間圧冷媒に合流させるよう送出する気液分離器と、前記気液分離器で分離された液相冷媒を低圧冷媒に減圧することで断熱膨張させ、かつ前記蒸発器に送出する第２膨張機構とを冷媒配管で接続することで２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷媒回路装置において、前記放熱器から前記第１膨張機構に至る冷媒配管の途中から分岐し、前記中間熱交換器から前記第２圧縮機に至る冷媒配管に合流する態様で設けられたバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられ、閉成する場合には該バイパス配管における冷媒の通過を規制する一方、開成する場合には該バイパス配管における冷媒の通過を許容するバイパスバルブと、前記バイパス配管を通過する高圧冷媒を中間圧冷媒に減圧して断熱膨張させる第３膨張機構と、前記放熱器で放熱した高圧冷媒と、前記第３膨張機構で断熱膨張させた中間圧冷媒とを熱交換させる高中間圧熱交換器と、前記第２圧縮機の吐出圧力が予め設定された圧力閾値以下となることにより低周温時と判断された場合には、前記バイパスバルブを閉成させる一方、前記第２圧縮機の吐出圧力が前記圧力閾値を超えることにより高周温時と判断された場合には、前記バイパスバルブを開成させる制御手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る冷媒回路装置は、上述した請求項１又は請求項２において、前記制御手段は、予め設定された日付情報に従って所定のタイムスケジュールにて低周温時であるか否かを判断することを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る冷媒回路装置は、上述した請求項１〜３のいずれか１つにおいて、前記気液分離器で分離させた液相冷媒と、前記蒸発器で蒸発した低圧冷媒とを熱交換させる低中間圧熱交換器を備えたことを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る冷媒回路装置は、上述した請求項１〜４のいずれか１つにおいて、前記制御手段は、前記第３膨張機構で減圧された中間圧冷媒の温度が前記第２圧縮機に吸引される中間圧冷媒の温度よりも低くなるよう該第３膨張機構の開度を調整し、かつ前記第１膨張機構の開度が前記第３膨張機構よりも大きくなるよう調整することを特徴とする。

また、本発明の請求項６に係る冷媒回路装置は、上述した請求項１〜５のいずれか１つにおいて、前記冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする。

本発明の冷媒回路装置においては、制御手段が、検知された温度が温度閾値以下となることにより低周温時と判断された場合にはバイパスバルブを閉成させるので、放熱器で放熱した高圧冷媒を第１膨張機構で一旦中間圧に減圧させることで冷凍効率を向上させることができる。その一方、検知された温度が温度閾値を超えることにより高周温時と判断された場合にはバイパスバルブを開成させるので、高中間圧熱交換器により第１膨張機構で減圧される前の高圧冷媒の温度を低下させ、かつ温度を低下させた高圧冷媒を第１膨張機構で一旦中間圧に減圧させることで、冷凍効率を向上させている。従って、本発明の冷媒回路装置によれば、周囲温度に応じて冷凍効率が最も高くなる循環流路を選択することができ、これにより２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路において、周囲温度に関わらず冷凍効率を良好なものとすることができるという効果を奏する。

また、本発明の冷媒回路装置においては、制御手段が、第２圧縮機の吐出圧力が圧力閾値以下となることにより低周温時と判断された場合にはバイパスバルブを閉成させるので、放熱器で放熱した高圧冷媒を第１膨張機構で一旦中間圧に減圧させることで冷凍効率を向上させることができる。その一方、第２圧縮機の吐出圧力が圧力閾値を超えることにより高周温時と判断された場合にはバイパスバルブを開成させるので、高中間圧熱交換器により第１膨張機構で減圧される前の高圧冷媒の温度を低下させ、かつ温度を低下させた高圧冷媒を第１膨張機構で一旦中間圧に減圧させることで、冷凍効率を向上させている。従って、本発明の冷媒回路装置によれば、周囲温度に応じて冷凍効率が最も高くなる循環流路を選択することができ、これにより２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路において、周囲温度に関わらず冷凍効率を良好なものとすることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１である冷媒回路装置を構成する冷媒回路の概略図である。図２は、本実施の形態１である冷媒回路装置の特徴的な制御系を示すブロック図である。図３は、図２に示したコントローラが実施する冷媒回路制御処理の処理内容について示すフローチャートである。図４は、図１に示した冷媒回路における冷媒の循環流路を示す概略図である。図５は、図１に示した冷媒回路における冷媒の循環流路を示す概略図である。図６は、本発明の実施の形態２である冷媒回路装置を構成する冷媒回路の概略図である。図７は、本実施の形態２である冷媒回路装置の特徴的な制御系を示すブロック図である。図８は、図７に示したコントローラが実施する冷媒回路制御処理の処理内容について示すフローチャートである。図９は、図６に示した冷媒回路における冷媒の循環流路を示す概略図である。図１０は、図６に示した冷媒回路における冷媒の循環流路を示す概略図である。図１１は、本発明の実施の形態３である冷媒回路装置を構成する冷媒回路の概略図である。図１２は、本実施の形態３である冷媒回路装置の特徴的な制御系を示すブロック図である。図１３は、図１２に示したコントローラが実施する冷媒回路制御処理の処理内容について示すフローチャートである。図１４は、図１１に示した冷媒回路における冷媒の循環流路を示す概略図である。図１５は、図１１に示した冷媒回路における冷媒の循環流路を示す概略図である。図１６は、本発明の実施の形態４である冷媒回路装置を構成する冷媒回路の概略図である。図１７は、本実施の形態４である冷媒回路装置の特徴的な制御系を示すブロック図である。図１８は、図１７に示したコントローラが実施する冷媒回路制御処理の処理内容について示すフローチャートである。図１９は、図１６に示した冷媒回路における冷媒の循環流路を示す概略図である。図２０は、図１６に示した冷媒回路における冷媒の循環流路を示す概略図である。図２１は、本発明の実施の形態４である冷媒回路装置を構成する冷媒回路の変形例の概略図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る冷媒回路装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１である冷媒回路装置を構成する冷媒回路の概略図である。ここで例示する冷媒回路１ａは、例えば二酸化炭素を冷媒として封入したもので、第１圧縮機１１、第２圧縮機１２、放熱器１３、第１膨張弁１４、気液分離器１５、第２膨張弁１６及び蒸発器１７を冷媒配管２にて順次接続して構成されたものである。

第１圧縮機１１は、蒸発器１７で蒸発した低圧冷媒を吸引して圧縮し、中間圧冷媒として吐出するものである。第２圧縮機１２は、第１圧縮機１１で圧縮され、かつ中間熱交換器１８で放熱した中間圧冷媒を吸引して圧縮し、高圧冷媒として吐出するものである。中間熱交換器１８は、第１圧縮機１１と第２圧縮機１２との間であって放熱器１３に隣接する態様で設けられており、自身の流路を通過する冷媒（中間圧冷媒）と周囲空気とを熱交換させて中間圧冷媒に放熱させるものである。

本実施の形態１である冷媒回路装置の冷媒回路１ａにおいては、第１圧縮機１１と中間熱交換器１８との間の冷媒配管２には第１オイルセパレータ１９が設けられている。第１オイルセパレータ１９は、第１圧縮機１１で圧縮されて吐出された中間圧冷媒と、この中間圧冷媒とともに吐出されるオイルとの混合物である油混合冷媒を冷媒（中間圧冷媒）とオイルとに遠心分離させるものである。そして、遠心分離された冷媒は、中間熱交換器１８に送出される一方、遠心分離されたオイルは、オイル戻り配管２０を通じて第１圧縮機１１に送出される。ここでオイル戻り配管２０の途中にはオイルを減圧させるためのキャピラリーチューブ２１が設けられている。

放熱器１３は、第２圧縮機１２から吐出されて自身の流路を通過する高圧冷媒と周囲空気とを熱交換させて高圧冷媒を放熱させるものである。本実施の形態１である冷媒回路装置の冷媒回路１ａにおいては、第２圧縮機１２と放熱器１３との間の冷媒配管２には第２オイルセパレータ２２が設けられている。第２オイルセパレータ２２は、第２圧縮機１２で圧縮されて吐出された高圧冷媒と、この高圧冷媒とともに吐出されるオイルとの混合物である油混合冷媒を冷媒（高圧冷媒）とオイルとに遠心分離させるものである。そして、遠心分離された冷媒は、放熱器１３に送出される一方、遠心分離されたオイルは、オイル戻り配管２３を通じて第２圧縮機１２に送出される。ここでオイル戻り配管２３の途中にはオイルを減圧させるためのキャピラリーチューブ２４が設けられている。

第１膨張弁１４は、例えば電子膨張弁等により構成されるもので、後述するコントローラ５０により開度が調整されるものである。この第１膨張弁１４は、放熱器１３で放熱した高圧冷媒を中間圧冷媒に減圧して断熱膨張させるものである。

気液分離器１５は、第１膨張弁１４で断熱膨張させた中間圧冷媒を導入して気相冷媒と液相冷媒とに分離させるものである。この気液分離器１５は、一端が自身に接続され、他端が中間熱交換器１８と第２圧縮機１２とを接続する冷媒配管２に接続された気相冷媒配管２５を通じて、気相冷媒を送出するものである。すなわち、気液分離器１５は、分離させた気相冷媒を中間熱交換器１８で放熱した中間圧冷媒に合流させるよう送出するものである。かかる気相冷媒配管２５の途中には逆止弁２６が設けられている。

第２膨張弁１６は、例えば電子膨張弁等により構成されるもので、コントローラ５０により開度が調整されるものである。この第２膨張弁１６は、気液分離器１５で分離された液相冷媒（中間圧冷媒）を低圧冷媒に減圧して断熱膨張させるものである。

蒸発器１７は、第２膨張弁１６で断熱膨張されて自身の流路を通過する低圧冷媒と周囲空気とを熱交換させて低圧冷媒を蒸発させるものである。

このような冷媒回路１ａには、上記構成の他、バイパス配管３０、第３膨張弁３１、第１熱交換器（高中間圧熱交換器）３２及び第２熱交換器（低中間圧熱交換器）３３が設けられている。

バイパス配管３０は、放熱器１３から第１膨張弁１４に至る冷媒配管２の途中に一端が接続され、気相冷媒配管２５の途中（逆止弁２６よりも第２圧縮機１２側の途中）に他端が接続されている。より詳細には、バイパス配管３０は、放熱器１３から第１膨張弁１４に至る冷媒配管２の途中から分岐し、中間熱交換器１８から第２圧縮機１２に至る冷媒配管２に合流する態様で設けられている。

第３膨張弁３１は、上記第１膨張弁１４及び第２膨張弁１６と同様に例えば電子膨張弁等により構成されるもので、コントローラ５０により開度が調整されるものである。この第３膨張弁３１は、バイパス配管３０の途中に設けられており、このバイパス配管３０を通過する冷媒（高圧冷媒）を中間圧冷媒に減圧して断熱膨張させるものである。

第１熱交換器３２は、高圧流路３２１と第１中間圧流路３２２とが互いに熱交換可能に設けられた熱交換器である。高圧流路３２１は、放熱器１３から第１膨張弁１４に至る冷媒配管２を構成するものであり、第１中間圧流路３２２は、第３膨張弁３１より下流側のバイパス配管３０を構成するものである。つまり、第１熱交換器３２は、放熱器１３で放熱した高圧冷媒と、第３膨張弁３１で断熱膨張させた中間圧冷媒とを熱交換させるものである。

第２熱交換器３３は、第２中間圧流路３３１と低圧流路３３２とが互いに熱交換可能に設けられた熱交換器である。第２中間圧流路３３１は、気液分離器１５から第２膨張弁１６に至る冷媒配管２を構成するものであり、低圧流路３３２は、蒸発器１７より第１圧縮機１１に至る冷媒配管２を構成するものである。つまり、第２熱交換器３３は、気液分離器１５で分離させた液相冷媒（中間圧冷媒）と、蒸発器１７で蒸発した低圧冷媒とを熱交換させるものである。

図２は、本実施の形態１である冷媒回路装置の特徴的な制御系を示すブロック図である。この図２に示すように、冷媒回路装置は、温度センサＳ１、第１電磁弁４１、第２電磁弁（バイパスバルブ）４２、第３電磁弁４３、コントローラ（制御手段）５０を備えている。

温度センサＳ１は、冷媒回路１ａの周囲温度を検知する温度検知手段である。この温度センサＳ１にて検知された周囲温度は、温度信号としてコントローラ５０に与えられる。

第１電磁弁４１は、放熱器１３と第１膨張弁１４との間の冷媒配管２において、バイパス配管３０との分岐点より下流側であって第１熱交換器３２よりも上流側となる個所に配設されている。この第１電磁弁４１は、コントローラ５０により開閉するものであって、開成状態では該冷媒配管２における冷媒（高圧冷媒）の通過を許容する一方、閉成状態では該冷媒配管２における冷媒（高圧冷媒）の通過を規制するものである。

第２電磁弁４２は、バイパス配管３０において、放熱器１３から第１膨張弁１４に至る冷媒配管２との分岐点より下流側であって第３膨張弁３１よりも上流側となる個所に配設されている。この第２電磁弁４２は、コントローラ５０により開閉するものであって、開成状態では該バイパス配管３０における冷媒の通過を許容する一方、閉成状態では該バイパス配管３０における冷媒の通過を規制するものである。

第３電磁弁４３は、気相冷媒配管２５において、気液分離器１５より下流側であって逆止弁２６よりも上流側となる個所に配設されている。この第３電磁弁４３は、コントローラ５０により開閉するものであって、開成状態では該気相冷媒配管２５における気相冷媒（中間圧冷媒）の通過を許容する一方、閉成状態では該気相冷媒配管２５における気相冷媒（中間圧冷媒）の通過を規制するものである。

コントローラ５０は、メモリ６０に記憶されたプログラムやデータに従って第１電磁弁４１〜第３電磁弁４３の開閉、並びに第１膨張弁１４〜第３膨張弁３１の開度を制御するものであり、入力処理部５０１、判定部５０２、電磁弁駆動処理部５０３及び膨張弁駆動処理部５０４を備えている。尚、図示のコントローラ５０は、圧縮機の駆動を制御する制御要素等とは別個に構成されているが、本発明においては、かかる制御要素等と同一の制御部を構成しても構わない。

メモリ６０は、上記プログラムやデータの他に、基準温度情報及び開度情報を記憶している。基準温度情報は、冷媒回路１ａの周囲温度の高低を判断するための閾値となる基準温度（温度閾値）を含むものである。この基準温度は単純に任意に決められるものではなく、後述するような冷媒回路１ａにおける冷媒の各循環流路のうち最も冷凍効率の高い循環流路の切り換わる温度を実験的に求めて採用されたものである。

開度情報は、第１膨張弁１４〜第３膨張弁３１の開度に関する情報である。この開度情報は、第１圧縮機１１及び第２圧縮機１２の負荷均等化、並びに第２圧縮機１２の入力低減の効果が最も効率よくなる冷媒の中間圧について予め実験的に求められた開度データテーブルであり、特に、第３膨張弁３１の開度については該第３膨張弁３１で減圧された中間圧冷媒の温度が第２圧縮機１２に吸引される中間圧冷媒の温度よりも低くなるような開度データが含まれており、更に第２膨張弁１６の開度については、第３膨張弁３１よりも大きくなる開度データが含まれている。尚、本実施の形態１では、開度情報は、開度データテーブルであったが、本発明においては、周囲温度や圧力等のパラメータに対し実験的に得られた関係式により各膨張弁の開度が決められるようにしても構わない。

入力処理部５０１は、温度センサＳ１から与えられる温度信号を入力するものである。判定部５０２は、メモリ６０より基準温度情報を読み出して、この基準温度情報に含まれる基準温度と、入力処理部５０１を通じて入力された温度信号（検知温度）とを比較して、冷媒回路１ａの周囲温度の高低、つまり低周温時であるか高周温時であるかについて判定するものである。

電磁弁駆動処理部５０３は、第１電磁弁４１〜第３電磁弁４３のそれぞれに開指令若しくは閉指令を与えて、第１電磁弁４１〜第３電磁弁４３を開閉させるものである。膨張弁駆動処理部５０４は、メモリ６０より開度情報を読み出して第１膨張弁１４〜第３膨張弁３１の開度を所定の大きさに調整するものである。

図３は、図２に示したコントローラが実施する冷媒回路制御処理の処理内容について示すフローチャートである。この冷媒回路制御処理は、コントローラ５０がメモリ６０に内蔵されたカレンダー等の日付情報に従って例えば一日におけるある時間帯のような所定のタイムスケジュールにより実施されるものである。かかる冷媒回路制御処理について説明しながら、冷媒回路装置における冷媒の循環についても説明する。

冷媒回路制御処理においてコントローラ５０は、入力処理部５０１を通じて温度センサＳ１から温度信号を入力した場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、すなわち温度センサＳ１が冷媒回路１ａの周囲温度を検知した場合、判定部５０２を通じてメモリ６０より基準温度情報を読み出し、周囲温度（検知温度）が基準温度情報に含まれる基準温度以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０２，ステップＳ１０３）。

周囲温度が基準温度以下である場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、すなわち低周温時である場合、コントローラ５０は、電磁弁駆動処理部５０３を通じて第１電磁弁４１及び第３電磁弁４３を開成させるとともに第２電磁弁４２を閉成させ（ステップＳ１０４，ステップＳ１０５）、その後に手順をリターンさせて今回の処理を終了する。

かかるステップＳ１０４及びステップＳ１０５を実施することにより上記冷媒回路装置の冷媒回路１ａでは、冷媒が次のように循環する。尚、第１膨張弁１４〜第３膨張弁３１の開度は、コントローラ５０の膨張弁駆動処理部５０４によりそれぞれが所望の開度に調整されているものとする。

図４に示すように、第１圧縮機１１で圧縮されて吐出された中間圧冷媒が第１オイルセパレータ１９でオイルが分離された後、中間熱交換器１８で放熱して第２圧縮機１２に吸引される。この第２圧縮機１２に吸引された中間圧冷媒は、圧縮されて高圧冷媒として吐出される。吐出された高圧冷媒は、第２オイルセパレータ２２でオイルが分離された後、放熱器１３に至り、この放熱器１３の流路を通過中に周囲空気と熱交換して放熱する。放熱器１３で放熱した高圧冷媒は、第１熱交換器３２の高圧流路３２１を通過して第１膨張弁１４で減圧されることで断熱膨張して中間圧冷媒として気液分離器１５に至り、この気液分離器１５において気相冷媒と液相冷媒とに分離される。気相冷媒は、気相冷媒配管２５を通じて第２圧縮機１２に吸引される一方、液相冷媒は、第２熱交換器３３の第２中間圧流路３３１を通過して第２膨張弁１６で減圧されることで断熱膨張して低圧冷媒として蒸発器１７に至る。この蒸発器１７に至った低圧冷媒は、蒸発器１７の流路を通過中に周囲空気と熱交換して蒸発し、その後に第２熱交換器３３の低圧流路３３２を通過して第１圧縮機１１に吸引されることで、冷媒は冷媒回路１ａを循環する。

これによれば、放熱器１３で放熱した高圧冷媒を第１膨張弁１４で一旦中間圧に減圧させているので、中間圧冷媒を気液分離器１５により気相及び液相の各飽和状態に分離させることで冷凍効果を増大させることができ、しかも第２熱交換器３３において第２中間圧流路３３１を通過する冷媒（中間圧冷媒）と、低圧流路３３２を通過する冷媒（低圧冷媒）とを熱交換させるので、第２膨張弁１６で減圧される前の中間圧冷媒の温度を低下させることで冷凍効果を更に増大させることができる。この結果、冷凍効率を向上させることができる。尚、第２熱交換器３３での熱交換により第１圧縮機１１に吸引される低圧冷媒の温度は上昇してしまうために第１圧縮機１１の負荷が増大するが、冷凍効果の増大の影響が大きいために、全体として冷凍効率を向上させることができる。

ところで、温度センサＳ１により検知される周囲温度が基準温度に徐々に近づいてくると、すなわち周囲温度が徐々に上昇してくると、上記冷媒の循環流路では、放熱器１３の出口における高圧冷媒の温度が上昇してしまうことになり、これにより第１膨張弁１４の出口における中間圧冷媒の温度及び圧力も上昇してしまい、冷凍効率の低下を招来する。

一方、周囲温度が基準温度を上回る場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、すなわち高周温時である場合、コントローラ５０は、電磁弁駆動処理部５０３を通じて第１電磁弁４１〜第３電磁弁４３を開成させ（ステップＳ１０６）、その後に手順をリターンさせて今回の処理を終了する。

かかるステップＳ１０６を実施することにより上記冷媒回路装置の冷媒回路１ａでは、冷媒が次のように循環する。尚、第１膨張弁１４〜第３膨張弁３１の開度は、コントローラ５０の膨張弁駆動処理部５０４によりそれぞれが所望の開度に調整されているものとする。

図５に示すように、第１圧縮機１１で圧縮されて吐出された中間圧冷媒が第１オイルセパレータ１９でオイルが分離された後、中間熱交換器１８で放熱して第２圧縮機１２に吸引される。この第２圧縮機１２に吸引された中間圧冷媒は、圧縮されて高圧冷媒として吐出される。吐出された高圧冷媒は、第２オイルセパレータ２２でオイルが分離された後、放熱器１３に至り、この放熱器１３の流路を通過中に周囲空気と熱交換して放熱する。

放熱器１３で放熱した高圧冷媒は途中で２つに分岐して、一方の高圧冷媒は、第１熱交換器３２の高圧流路３２１を通過して第１膨張弁１４で減圧されることで断熱膨張して中間圧冷媒として気液分離器１５に至り、この気液分離器１５において気相冷媒と液相冷媒とに分離される。分離された気相冷媒は、気相冷媒配管２５を通じて第２圧縮機１２に吸引される。

ところで、上記放熱器１３で放熱して２つに分岐した他方の高圧冷媒は、バイパス配管３０を通過して第３膨張弁３１で減圧されることで断熱膨張して中間圧冷媒として第１熱交換器３２の第１中間圧流路３２２を通過する。この第１中間圧流路３２２を通過した中間圧冷媒は、その後に気相冷媒配管２５を通過する気相冷媒に合流し、更に中間熱交換器１８を通過した中間圧冷媒と合流して第２圧縮機１２に吸引される。

上記気液分離器１５により分離された液相冷媒は、第２熱交換器３３の第２中間圧流路３３１を通過して第２膨張弁１６で減圧されることで断熱膨張して低圧冷媒として蒸発器１７に至る。この蒸発器１７に至った低圧冷媒は、蒸発器１７の流路を通過中に周囲空気と熱交換して蒸発し、その後に第２熱交換器３３の低圧流路３３２を通過して第１圧縮機１１に吸引されることで、冷媒は冷媒回路１ａを循環する。

これによれば、第１熱交換器３２において高圧流路３２１を通過する冷媒（高圧冷媒）と、第１中間圧流路３２２を通過する冷媒（中間圧冷媒）とを熱交換させるので、高周温時においても第１膨張弁１４で減圧される前の高圧冷媒の温度を低下させることができる。そして、このようにして温度を低下させた高圧冷媒を第１膨張弁１４で一旦中間圧に減圧させているので、中間圧冷媒を気液分離器１５により気相及び液相の各飽和状態に分離させることで冷凍効果を増大させることができ、しかも第２熱交換器３３において第２中間圧流路３３１を通過する冷媒（中間圧冷媒）と、低圧流路３３２を通過する冷媒（低圧冷媒）とを熱交換させるので、第２膨張弁１６で減圧される前の中間圧冷媒の温度を低下させることで冷凍効果を更に増大させることができる。この結果、冷凍効率を向上させることができる。

ところで、温度センサＳ１により検知される周囲温度が基準温度に徐々に近づいてくると、すなわち周囲温度が徐々に低下してくると、第１熱交換器３２における高圧冷媒の冷却効果が徐々に薄れていき、特に周囲温度が基準温度以下となる低周温時では、第１熱交換器３２の第１中間圧流路３２２を通過する中間圧冷媒が蒸発温度以下とならず、結果的に図４に示す循環流路の冷凍効率の方が高くなる。

以上説明したように、本実施の形態１である冷媒回路装置では、温度センサＳ１により検知される周囲温度が基準温度以下となる低周温時の場合には放熱器１３で放熱した高圧冷媒を第１膨張弁１４で一旦中間圧に減圧させることで冷凍効率を向上させる一方、温度センサＳ１により検知される周囲温度が基準温度を上回る高周温時の場合には、第１熱交換器３２により第１膨張弁１４で減圧される前の高圧冷媒の温度を低下させ、かつ温度を低下させた高圧冷媒を第１膨張弁１４で一旦中間圧に減圧させることで、冷凍効率を向上させている。

このように本実施の形態１である冷媒回路装置によれば、周囲温度に応じて冷凍効率が最も高くなる循環流路を選択することができ、これにより２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路１ａにおいて、周囲温度に関わらず冷凍効率を良好なものとすることができる。

また、上記冷媒回路装置によれば、第２熱交換器３３において第２中間圧流路３３１を通過する冷媒（中間圧冷媒）と、低圧流路３３２を通過する冷媒（低圧冷媒）とを熱交換させるので、第２膨張弁１６で減圧される前の中間圧冷媒の温度を低下させることで冷凍効果を更に増大させることができる。

更に、上記冷媒回路装置によれば、コントローラ５０が第３膨張弁３１で減圧された中間圧冷媒の温度が第２圧縮機１２に吸引される中間圧冷媒の温度よりも低くなるよう該第３膨張弁３１の開度を調整するので、第２圧縮機１２の入口における冷媒過熱度を零より大きくすることができ、しかも第１膨張弁１４の開度が第３膨張弁３１よりも大きくなるよう調整するので、冷媒配管２の冷媒流量を確保して冷凍能力が低下することを抑制し、かつ第２圧縮機１２が液相の冷媒を吸引してしまう、いわゆる液バックの発生を防止することができる。

＜実施の形態２＞
図６は、本発明の実施の形態２である冷媒回路装置を構成する冷媒回路の概略図である。尚、上述した実施の形態１と同一の構成を有するものには同一の符号を付して説明する。

ここで例示する冷媒回路１ｂは、例えば二酸化炭素を冷媒として封入したもので、第１圧縮機１１、第２圧縮機１２、放熱器１３、第１膨張弁１４、気液分離器１５、第２膨張弁１６及び蒸発器１７を冷媒配管２にて順次接続して構成されたものである。

本実施の形態２である冷媒回路装置の冷媒回路１ｂにおいては、第１圧縮機１１と中間熱交換器１８との間の冷媒配管２には第１オイルセパレータ１９が設けられている。第１オイルセパレータ１９は、第１圧縮機１１で圧縮されて吐出された中間圧冷媒と、この中間圧冷媒とともに吐出されるオイルとの混合物である油混合冷媒を冷媒（中間圧冷媒）とオイルとに遠心分離させるものである。そして、遠心分離された冷媒は、中間熱交換器１８に送出される一方、遠心分離されたオイルは、オイル戻り配管２０を通じて第１圧縮機１１に送出される。ここでオイル戻り配管２０の途中にはオイルを減圧させるためのキャピラリーチューブ２１が設けられている。

放熱器１３は、第２圧縮機１２から吐出されて自身の流路を通過する高圧冷媒と周囲空気とを熱交換させて高圧冷媒を放熱させるものである。本実施の形態２である冷媒回路装置の冷媒回路１ｂにおいては、第２圧縮機１２と放熱器１３との間の冷媒配管２には第２オイルセパレータ２２が設けられている。第２オイルセパレータ２２は、第２圧縮機１２で圧縮されて吐出された高圧冷媒と、この高圧冷媒とともに吐出されるオイルとの混合物である油混合冷媒を冷媒（高圧冷媒）とオイルとに遠心分離させるものである。そして、遠心分離された冷媒は、放熱器１３に送出される一方、遠心分離されたオイルは、オイル戻り配管２３を通じて第２圧縮機１２に送出される。ここでオイル戻り配管２３の途中にはオイルを減圧させるためのキャピラリーチューブ２４が設けられている。

第１膨張弁１４は、例えば電子膨張弁等により構成されるもので、後述するコントローラ５１により開度が調整されるものである。この第１膨張弁１４は、放熱器１３で放熱した高圧冷媒を中間圧冷媒に減圧して断熱膨張させるものである。

第２膨張弁１６は、例えば電子膨張弁等により構成されるもので、コントローラ５１により開度が調整されるものである。この第２膨張弁１６は、気液分離器１５で分離された液相冷媒（中間圧冷媒）を低圧冷媒に減圧して断熱膨張させるものである。

このような冷媒回路１ｂには、上記構成の他、バイパス配管３０、第３膨張弁３１、第１熱交換器（高中間圧熱交換器）３２及び第２熱交換器（低中間圧熱交換器）３３が設けられている。

第３膨張弁３１は、上記第１膨張弁１４及び第２膨張弁１６と同様に例えば電子膨張弁等により構成されるもので、コントローラ５１により開度が調整されるものである。この第３膨張弁３１は、バイパス配管３０の途中に設けられており、このバイパス配管３０を通過する冷媒（高圧冷媒）を中間圧冷媒に減圧して断熱膨張させるものである。

図７は、本実施の形態２である冷媒回路装置の特徴的な制御系を示すブロック図である。この図７に示すように、冷媒回路装置は、温度センサＳ２、第１電磁弁４１、第２電磁弁（バイパスバルブ）４２、第３電磁弁４３、コントローラ（制御手段）５１を備えている。

温度センサＳ２は、放熱器１３の空気吸込口近傍、より詳細には、放熱器１３を収納する収納容器（図示せず）の内部であって、放熱器１３の周囲を通過する空気を吸い込むための開口近傍に配設されており、放熱器１３の周囲を通過する空気の温度を検知する温度検知手段である。この温度センサＳ２にて検知された通過空気温度は、温度信号としてコントローラ５１に与えられる。

第１電磁弁４１は、放熱器１３と第１膨張弁１４との間の冷媒配管２において、バイパス配管３０との分岐点より下流側であって第１熱交換器３２よりも上流側となる個所に配設されている。この第１電磁弁４１は、コントローラ５１により開閉するものであって、開成状態では該冷媒配管２における冷媒（高圧冷媒）の通過を許容する一方、閉成状態では該冷媒配管２における冷媒（高圧冷媒）の通過を規制するものである。

第２電磁弁４２は、バイパス配管３０において、放熱器１３から第１膨張弁１４に至る冷媒配管２との分岐点より下流側であって第３膨張弁３１よりも上流側となる個所に配設されている。この第２電磁弁４２は、コントローラ５１により開閉するものであって、開成状態では該バイパス配管３０における冷媒の通過を許容する一方、閉成状態では該バイパス配管３０における冷媒の通過を規制するものである。

第３電磁弁４３は、気相冷媒配管２５において、気液分離器１５より下流側であって逆止弁２６よりも上流側となる個所に配設されている。この第３電磁弁４３は、コントローラ５１により開閉するものであって、開成状態では該気相冷媒配管２５における気相冷媒（中間圧冷媒）の通過を許容する一方、閉成状態では該気相冷媒配管２５における気相冷媒（中間圧冷媒）の通過を規制するものである。

コントローラ５１は、メモリ６１に記憶されたプログラムやデータに従って第１電磁弁４１〜第３電磁弁４３の開閉、並びに第１膨張弁１４〜第３膨張弁３１の開度を制御するものであり、入力処理部５１１、判定部５１２、電磁弁駆動処理部５１３及び膨張弁駆動処理部５１４を備えている。尚、図示のコントローラ５１は、圧縮機の駆動を制御する制御要素等とは別個に構成されているが、本発明においては、かかる制御要素等と同一の制御部を構成しても構わない。

メモリ６１は、上記プログラムやデータの他に、基準温度情報及び開度情報を記憶している。基準温度情報は、放熱器１３の周囲を通過する空気の温度の高低を判断するための閾値となる基準温度（温度閾値）を含むものである。この基準温度は単純に任意に決められるものではなく、後述するような冷媒回路１ｂにおける冷媒の各循環流路のうち最も冷凍効率の高い循環流路の切り換わる温度を実験的に求めて採用されたものである。

開度情報は、第１膨張弁１４〜第３膨張弁３１の開度に関する情報である。この開度情報は、第１圧縮機１１及び第２圧縮機１２の負荷均等化、並びに第２圧縮機１２の入力低減の効果が最も効率よくなる冷媒の中間圧について予め実験的に求められた開度データテーブルであり、特に、第３膨張弁３１の開度については該第３膨張弁３１で減圧された中間圧冷媒の温度が第２圧縮機１２に吸引される中間圧冷媒の温度よりも低くなるような開度データが含まれており、更に第２膨張弁１６の開度については、第３膨張弁３１よりも大きくなる開度データが含まれている。尚、本実施の形態２では、開度情報は、開度データテーブルであったが、本発明においては、通過空気温度や圧力等のパラメータに対し実験的に得られた関係式により各膨張弁の開度が決められるようにしても構わない。

入力処理部５１１は、温度センサＳ２から与えられる温度信号を入力するものである。判定部５１２は、メモリ６１より基準温度情報を読み出して、この基準温度情報に含まれる基準温度と、入力処理部５１１を通じて入力された温度信号（検知温度）とを比較して、放熱器１３への通過空気温度の高低、つまり低周温時であるか高周温時であるかについて判定するものである。

電磁弁駆動処理部５１３は、第１電磁弁４１〜第３電磁弁４３のそれぞれに開指令若しくは閉指令を与えて、第１電磁弁４１〜第３電磁弁４３を開閉させるものである。膨張弁駆動処理部５１４は、メモリ６１より開度情報を読み出して第１膨張弁１４〜第３膨張弁３１の開度を所定の大きさに調整するものである。

図８は、図７に示したコントローラが実施する冷媒回路制御処理の処理内容について示すフローチャートである。この冷媒回路制御処理は、コントローラ５１がメモリ６１に内蔵されたカレンダー等の日付情報に従って例えば一日におけるある時間帯のような所定のタイムスケジュールにより実施されるものである。かかる冷媒回路制御処理について説明しながら、冷媒回路装置における冷媒の循環についても説明する。

冷媒回路制御処理においてコントローラ５１は、入力処理部５１１を通じて温度センサＳ２から温度信号を入力した場合（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、すなわち温度センサＳ２が放熱器１３への通過空気温度を検知した場合、判定部５１２を通じてメモリ６１より基準温度情報を読み出し、通過空気温度（検知温度）が基準温度情報に含まれる基準温度以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０２，ステップＳ２０３）。

通過空気温度が基準温度以下である場合（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、すなわち低周温時である場合、コントローラ５１は、電磁弁駆動処理部５１３を通じて第１電磁弁４１及び第３電磁弁４３を開成させるとともに第２電磁弁４２を閉成させ（ステップＳ２０４，ステップＳ２０５）、その後に手順をリターンさせて今回の処理を終了する。

かかるステップＳ２０４及びステップＳ２０５を実施することにより上記冷媒回路装置の冷媒回路１ｂでは、冷媒が次のように循環する。尚、第１膨張弁１４〜第３膨張弁３１の開度は、コントローラ５１の膨張弁駆動処理部５１４によりそれぞれが所望の開度に調整されているものとする。

図９に示すように、第１圧縮機１１で圧縮されて吐出された中間圧冷媒が第１オイルセパレータ１９でオイルが分離された後、中間熱交換器１８で放熱して第２圧縮機１２に吸引される。この第２圧縮機１２に吸引された中間圧冷媒は、圧縮されて高圧冷媒として吐出される。吐出された高圧冷媒は、第２オイルセパレータ２２でオイルが分離された後、放熱器１３に至り、この放熱器１３の流路を通過中に周囲空気と熱交換して放熱する。放熱器１３で放熱した高圧冷媒は、第１熱交換器３２の高圧流路３２１を通過して第１膨張弁１４で減圧されることで断熱膨張して中間圧冷媒として気液分離器１５に至り、この気液分離器１５において気相冷媒と液相冷媒とに分離される。気相冷媒は、気相冷媒配管２５を通じて第２圧縮機１２に吸引される一方、液相冷媒は、第２熱交換器３３の第２中間圧流路３３１を通過して第２膨張弁１６で減圧されることで断熱膨張して低圧冷媒として蒸発器１７に至る。この蒸発器１７に至った低圧冷媒は、蒸発器１７の流路を通過中に周囲空気と熱交換して蒸発し、その後に第２熱交換器３３の低圧流路３３２を通過して第１圧縮機１１に吸引されることで、冷媒は冷媒回路１ｂを循環する。

ところで、温度センサＳ２により検知される通過空気温度が基準温度に徐々に近づいてくると、すなわち通過空気温度が徐々に上昇してくると、上記冷媒の循環流路では、放熱器１３の出口における高圧冷媒の温度が上昇してしまうことになり、これにより第１膨張弁１４の出口における中間圧冷媒の温度及び圧力も上昇してしまい、冷凍効率の低下を招来する。

一方、通過空気温度が基準温度を上回る場合（ステップＳ２０３：Ｎｏ）、すなわち高周温時である場合、コントローラ５１は、電磁弁駆動処理部５１３を通じて第１電磁弁４１〜第３電磁弁４３を開成させ（ステップＳ２０６）、その後に手順をリターンさせて今回の処理を終了する。

かかるステップＳ２０６を実施することにより上記冷媒回路装置の冷媒回路１ｂでは、冷媒が次のように循環する。尚、第１膨張弁１４〜第３膨張弁３１の開度は、コントローラ５１の膨張弁駆動処理部５１４によりそれぞれが所望の開度に調整されているものとする。

図１０に示すように、第１圧縮機１１で圧縮されて吐出された中間圧冷媒が第１オイルセパレータ１９でオイルが分離された後、中間熱交換器１８で放熱して第２圧縮機１２に吸引される。この第２圧縮機１２に吸引された中間圧冷媒は、圧縮されて高圧冷媒として吐出される。吐出された高圧冷媒は、第２オイルセパレータ２２でオイルが分離された後、放熱器１３に至り、この放熱器１３の流路を通過中に周囲空気と熱交換して放熱する。

上記気液分離器１５により分離された液相冷媒は、第２熱交換器３３の第２中間圧流路３３１を通過して第２膨張弁１６で減圧されることで断熱膨張して低圧冷媒として蒸発器１７に至る。この蒸発器１７に至った低圧冷媒は、蒸発器１７の流路を通過中に周囲空気と熱交換して蒸発し、その後に第２熱交換器３３の低圧流路３３２を通過して第１圧縮機１１に吸引されることで、冷媒は冷媒回路１ｂを循環する。

ところで、温度センサＳ２により検知される通過空気温度が基準温度に徐々に近づいてくると、すなわち通過空気温度が徐々に低下してくると、第１熱交換器３２における高圧冷媒の冷却効果が徐々に薄れていき、特に通過空気温度が基準温度以下となる低周温時では、第１熱交換器３２の第１中間圧流路３２２を通過する中間圧冷媒が蒸発温度以下とならず、結果的に図９に示す循環流路の冷凍効率の方が高くなる。

以上説明したように、本実施の形態２である冷媒回路装置では、温度センサＳ２により検知される通過空気温度が基準温度以下となる低周温時の場合には放熱器１３で放熱した高圧冷媒を第１膨張弁１４で一旦中間圧に減圧させることで冷凍効率を向上させる一方、温度センサＳ２により検知される通過空気温度が基準温度を上回る高周温時の場合には、第１熱交換器３２により第１膨張弁１４で減圧される前の高圧冷媒の温度を低下させ、かつ温度を低下させた高圧冷媒を第１膨張弁１４で一旦中間圧に減圧させることで、冷凍効率を向上させている。

このように本実施の形態２である冷媒回路装置によれば、通過空気温度に応じて冷凍効率が最も高くなる循環流路を選択することができ、これにより２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路１ｂにおいて、周囲温度に関わらず冷凍効率を良好なものとすることができる。

更に、上記冷媒回路装置によれば、コントローラ５１が第３膨張弁３１で減圧された中間圧冷媒の温度が第２圧縮機１２に吸引される中間圧冷媒の温度よりも低くなるよう該第３膨張弁３１の開度を調整するので、第２圧縮機１２の入口における冷媒過熱度を零より大きくすることができ、しかも第１膨張弁１４の開度が第３膨張弁３１よりも大きくなるよう調整するので、冷媒配管２の冷媒流量を確保して冷凍能力が低下することを抑制し、かつ第２圧縮機１２が液相の冷媒を吸引してしまう、いわゆる液バックの発生を防止することができる。

＜実施の形態３＞
図１１は、本発明の実施の形態３である冷媒回路装置を構成する冷媒回路の概略図である。尚、上述した実施の形態１及び２と同一の構成を有するものには同一の符号を付して説明する。

ここで例示する冷媒回路１ｃは、例えば二酸化炭素を冷媒として封入したもので、第１圧縮機１１、第２圧縮機１２、放熱器１３、第１膨張弁１４、気液分離器１５、第２膨張弁１６及び蒸発器１７を冷媒配管２にて順次接続して構成されたものである。

本実施の形態３である冷媒回路装置の冷媒回路１ｃにおいては、第１圧縮機１１と中間熱交換器１８との間の冷媒配管２には第１オイルセパレータ１９が設けられている。第１オイルセパレータ１９は、第１圧縮機１１で圧縮されて吐出された中間圧冷媒と、この中間圧冷媒とともに吐出されるオイルとの混合物である油混合冷媒を冷媒（中間圧冷媒）とオイルとに遠心分離させるものである。そして、遠心分離された冷媒は、中間熱交換器１８に送出される一方、遠心分離されたオイルは、オイル戻り配管２０を通じて第１圧縮機１１に送出される。ここでオイル戻り配管２０の途中にはオイルを減圧させるためのキャピラリーチューブ２１が設けられている。

放熱器１３は、第２圧縮機１２から吐出されて自身の流路を通過する高圧冷媒と周囲空気とを熱交換させて高圧冷媒を放熱させるものである。本実施の形態３である冷媒回路装置の冷媒回路１ｃにおいては、第２圧縮機１２と放熱器１３との間の冷媒配管２には第２オイルセパレータ２２が設けられている。第２オイルセパレータ２２は、第２圧縮機１２で圧縮されて吐出された高圧冷媒と、この高圧冷媒とともに吐出されるオイルとの混合物である油混合冷媒を冷媒（高圧冷媒）とオイルとに遠心分離させるものである。そして、遠心分離された冷媒は、放熱器１３に送出される一方、遠心分離されたオイルは、オイル戻り配管２３を通じて第２圧縮機１２に送出される。ここでオイル戻り配管２３の途中にはオイルを減圧させるためのキャピラリーチューブ２４が設けられている。

第１膨張弁１４は、例えば電子膨張弁等により構成されるもので、後述するコントローラ５２により開度が調整されるものである。この第１膨張弁１４は、放熱器１３で放熱した高圧冷媒を中間圧冷媒に減圧して断熱膨張させるものである。

第２膨張弁１６は、例えば電子膨張弁等により構成されるもので、コントローラ５２により開度が調整されるものである。この第２膨張弁１６は、気液分離器１５で分離された液相冷媒（中間圧冷媒）を低圧冷媒に減圧して断熱膨張させるものである。

このような冷媒回路１ｃには、上記構成の他、バイパス配管３０、第３膨張弁３１、第１熱交換器（高中間圧熱交換器）３２及び第２熱交換器（低中間圧熱交換器）３３が設けられている。

第３膨張弁３１は、上記第１膨張弁１４及び第２膨張弁１６と同様に例えば電子膨張弁等により構成されるもので、コントローラ５２により開度が調整されるものである。この第３膨張弁３１は、バイパス配管３０の途中に設けられており、このバイパス配管３０を通過する冷媒（高圧冷媒）を中間圧冷媒に減圧して断熱膨張させるものである。

図１２は、本実施の形態３である冷媒回路装置の特徴的な制御系を示すブロック図である。この図１２に示すように、冷媒回路装置は、温度センサＳ３、第１電磁弁４１、第２電磁弁（バイパスバルブ）４２、第３電磁弁４３、コントローラ（制御手段）５２を備えている。

温度センサＳ３は、放熱器１３の出口側の冷媒配管２の表面に配設されており、放熱器１３で放熱した冷媒の温度を検知する温度検知手段である。この温度センサＳ３にて検知された放熱冷媒温度は、温度信号としてコントローラ５２に与えられる。

第１電磁弁４１は、放熱器１３と第１膨張弁１４との間の冷媒配管２において、バイパス配管３０との分岐点より下流側であって第１熱交換器３２よりも上流側となる個所に配設されている。この第１電磁弁４１は、コントローラ５２により開閉するものであって、開成状態では該冷媒配管２における冷媒（高圧冷媒）の通過を許容する一方、閉成状態では該冷媒配管２における冷媒（高圧冷媒）の通過を規制するものである。

第２電磁弁４２は、バイパス配管３０において、放熱器１３から第１膨張弁１４に至る冷媒配管２との分岐点より下流側であって第３膨張弁３１よりも上流側となる個所に配設されている。この第２電磁弁４２は、コントローラ５２により開閉するものであって、開成状態では該バイパス配管３０における冷媒の通過を許容する一方、閉成状態では該バイパス配管３０における冷媒の通過を規制するものである。

第３電磁弁４３は、気相冷媒配管２５において、気液分離器１５より下流側であって逆止弁２６よりも上流側となる個所に配設されている。この第３電磁弁４３は、コントローラ５２により開閉するものであって、開成状態では該気相冷媒配管２５における気相冷媒（中間圧冷媒）の通過を許容する一方、閉成状態では該気相冷媒配管２５における気相冷媒（中間圧冷媒）の通過を規制するものである。

コントローラ５２は、メモリ６２に記憶されたプログラムやデータに従って第１電磁弁４１〜第３電磁弁４３の開閉、並びに第１膨張弁１４〜第３膨張弁３１の開度を制御するものであり、入力処理部５２１、判定部５２２、電磁弁駆動処理部５２３及び膨張弁駆動処理部５２４を備えている。尚、図示のコントローラ５２は、圧縮機の駆動を制御する制御要素等とは別個に構成されているが、本発明においては、かかる制御要素等と同一の制御部を構成しても構わない。

メモリ６２は、上記プログラムやデータの他に、基準温度情報及び開度情報を記憶している。基準温度情報は、放熱器１３で放熱した冷媒の温度の高低を判断するための閾値となる基準温度（温度閾値）を含むものである。この基準温度は単純に任意に決められるものではなく、後述するような冷媒回路１ｃにおける冷媒の各循環流路のうち最も冷凍効率の高い循環流路の切り換わる温度を実験的に求めて採用されたものである。

開度情報は、第１膨張弁１４〜第３膨張弁３１の開度に関する情報である。この開度情報は、第１圧縮機１１及び第２圧縮機１２の負荷均等化、並びに第２圧縮機１２の入力低減の効果が最も効率よくなる冷媒の中間圧について予め実験的に求められた開度データテーブルであり、特に、第３膨張弁３１の開度については該第３膨張弁３１で減圧された中間圧冷媒の温度が第２圧縮機１２に吸引される中間圧冷媒の温度よりも低くなるような開度データが含まれており、更に第２膨張弁１６の開度については、第３膨張弁３１よりも大きくなる開度データが含まれている。尚、本実施の形態３では、開度情報は、開度データテーブルであったが、本発明においては、放熱冷媒温度や圧力等のパラメータに対し実験的に得られた関係式により各膨張弁の開度が決められるようにしても構わない。

入力処理部５２１は、温度センサＳ３から与えられる温度信号を入力するものである。判定部５２２は、メモリ６２より基準温度情報を読み出して、この基準温度情報に含まれる基準温度と、入力処理部５２１を通じて入力された温度信号（検知温度）とを比較して、放熱器１３への放熱冷媒温度の高低、つまり低周温時であるか高周温時であるかについて判定するものである。

電磁弁駆動処理部５２３は、第１電磁弁４１〜第３電磁弁４３のそれぞれに開指令若しくは閉指令を与えて、第１電磁弁４１〜第３電磁弁４３を開閉させるものである。膨張弁駆動処理部５２４は、メモリ６２より開度情報を読み出して第１膨張弁１４〜第３膨張弁３１の開度を所定の大きさに調整するものである。

図１３は、図１２に示したコントローラが実施する冷媒回路制御処理の処理内容について示すフローチャートである。この冷媒回路制御処理は、コントローラ５２がメモリ６２に内蔵されたカレンダー等の日付情報に従って例えば一日におけるある時間帯のような所定のタイムスケジュールにより実施されるものである。かかる冷媒回路制御処理について説明しながら、冷媒回路装置における冷媒の循環についても説明する。

冷媒回路制御処理においてコントローラ５２は、入力処理部５２１を通じて温度センサＳ３から温度信号を入力した場合（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）、すなわち温度センサＳ３が放熱器１３で放熱した冷媒の温度を検知した場合、判定部５２２を通じてメモリ６２より基準温度情報を読み出し、放熱冷媒温度（検知温度）が基準温度情報に含まれる基準温度以下であるか否かを判定する（ステップＳ３０２，ステップＳ３０３）。

放熱冷媒温度が基準温度以下である場合（ステップＳ３０３：Ｙｅｓ）、すなわち低周温時である場合、コントローラ５２は、電磁弁駆動処理部５２３を通じて第１電磁弁４１及び第３電磁弁４３を開成させるとともに第２電磁弁４２を閉成させ（ステップＳ３０４，ステップＳ３０５）、その後に手順をリターンさせて今回の処理を終了する。

かかるステップＳ３０４及びステップＳ３０５を実施することにより上記冷媒回路装置の冷媒回路１ｃでは、冷媒が次のように循環する。尚、第１膨張弁１４〜第３膨張弁３１の開度は、コントローラ５２の膨張弁駆動処理部５２４によりそれぞれが所望の開度に調整されているものとする。

図１４に示すように、第１圧縮機１１で圧縮されて吐出された中間圧冷媒が第１オイルセパレータ１９でオイルが分離された後、中間熱交換器１８で放熱して第２圧縮機１２に吸引される。この第２圧縮機１２に吸引された中間圧冷媒は、圧縮されて高圧冷媒として吐出される。吐出された高圧冷媒は、第２オイルセパレータ２２でオイルが分離された後、放熱器１３に至り、この放熱器１３の流路を通過中に周囲空気と熱交換して放熱する。放熱器１３で放熱した高圧冷媒は、第１熱交換器３２の高圧流路３２１を通過して第１膨張弁１４で減圧されることで断熱膨張して中間圧冷媒として気液分離器１５に至り、この気液分離器１５において気相冷媒と液相冷媒とに分離される。気相冷媒は、気相冷媒配管２５を通じて第２圧縮機１２に吸引される一方、液相冷媒は、第２熱交換器３３の第２中間圧流路３３１を通過して第２膨張弁１６で減圧されることで断熱膨張して低圧冷媒として蒸発器１７に至る。この蒸発器１７に至った低圧冷媒は、蒸発器１７の流路を通過中に周囲空気と熱交換して蒸発し、その後に第２熱交換器３３の低圧流路３３２を通過して第１圧縮機１１に吸引されることで、冷媒は冷媒回路１ｃを循環する。

ところで、温度センサＳ３により検知される放熱冷媒温度が基準温度に徐々に近づいてくると、すなわち放熱冷媒温度が徐々に上昇してくると、上記冷媒の循環流路では、放熱器１３の出口における高圧冷媒の温度が上昇してしまうことになり、これにより第１膨張弁１４の出口における中間圧冷媒の温度及び圧力も上昇してしまい、冷凍効率の低下を招来する。

一方、放熱冷媒温度が基準温度を上回る場合（ステップＳ３０３：Ｎｏ）、すなわち高周温時である場合、コントローラ５２は、電磁弁駆動処理部５２３を通じて第１電磁弁４１〜第３電磁弁４３を開成させ（ステップＳ３０６）、その後に手順をリターンさせて今回の処理を終了する。

かかるステップＳ３０６を実施することにより上記冷媒回路装置の冷媒回路１ｃでは、冷媒が次のように循環する。尚、第１膨張弁１４〜第３膨張弁３１の開度は、コントローラ５２の膨張弁駆動処理部５２４によりそれぞれが所望の開度に調整されているものとする。

図１５に示すように、第１圧縮機１１で圧縮されて吐出された中間圧冷媒が第１オイルセパレータ１９でオイルが分離された後、中間熱交換器１８で放熱して第２圧縮機１２に吸引される。この第２圧縮機１２に吸引された中間圧冷媒は、圧縮されて高圧冷媒として吐出される。吐出された高圧冷媒は、第２オイルセパレータ２２でオイルが分離された後、放熱器１３に至り、この放熱器１３の流路を通過中に周囲空気と熱交換して放熱する。

上記気液分離器１５により分離された液相冷媒は、第２熱交換器３３の第２中間圧流路３３１を通過して第２膨張弁１６で減圧されることで断熱膨張して低圧冷媒として蒸発器１７に至る。この蒸発器１７に至った低圧冷媒は、蒸発器１７の流路を通過中に周囲空気と熱交換して蒸発し、その後に第２熱交換器３３の低圧流路３３２を通過して第１圧縮機１１に吸引されることで、冷媒は冷媒回路１ｃを循環する。

ところで、温度センサＳ３により検知される放熱冷媒温度が基準温度に徐々に近づいてくると、すなわち放熱冷媒温度が徐々に低下してくると、第１熱交換器３２における高圧冷媒の冷却効果が徐々に薄れていき、特に放熱冷媒温度が基準温度以下となる低周温時では、第１熱交換器３２の第１中間圧流路３２２を通過する中間圧冷媒が蒸発温度以下とならず、結果的に図１４に示す循環流路の冷凍効率の方が高くなる。

以上説明したように、本実施の形態３である冷媒回路装置では、温度センサＳ３により検知される放熱冷媒温度が基準温度以下となる低周温時の場合には放熱器１３で放熱した高圧冷媒を第１膨張弁１４で一旦中間圧に減圧させることで冷凍効率を向上させる一方、温度センサＳ３により検知される放熱冷媒温度が基準温度を上回る高周温時の場合には、第１熱交換器３２により第１膨張弁１４で減圧される前の高圧冷媒の温度を低下させ、かつ温度を低下させた高圧冷媒を第１膨張弁１４で一旦中間圧に減圧させることで、冷凍効率を向上させている。

このように本実施の形態３である冷媒回路装置によれば、放熱冷媒温度に応じて冷凍効率が最も高くなる循環流路を選択することができ、これにより２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路１ｃにおいて、周囲温度に関わらず冷凍効率を良好なものとすることができる。

更に、上記冷媒回路装置によれば、コントローラ５２が第３膨張弁３１で減圧された中間圧冷媒の温度が第２圧縮機１２に吸引される中間圧冷媒の温度よりも低くなるよう該第３膨張弁３１の開度を調整するので、第２圧縮機１２の入口における冷媒過熱度を零より大きくすることができ、しかも第１膨張弁１４の開度が第３膨張弁３１よりも大きくなるよう調整するので、冷媒配管２の冷媒流量を確保して冷凍能力が低下することを抑制し、かつ第２圧縮機１２が液相の冷媒を吸引してしまう、いわゆる液バックの発生を防止することができる。

＜実施の形態４＞
図１６は、本発明の実施の形態４である冷媒回路装置を構成する冷媒回路の概略図である。尚、上述した実施の形態１〜３と同一の構成を有するものには同一の符号を付して説明する。

ここで例示する冷媒回路１ｄは、例えば二酸化炭素を冷媒として封入したもので、第１圧縮機１１、第２圧縮機１２、放熱器１３、第１膨張弁１４、気液分離器１５、第２膨張弁１６及び蒸発器１７を冷媒配管２にて順次接続して構成されたものである。

本実施の形態４である冷媒回路装置の冷媒回路１ｄにおいては、第１圧縮機１１と中間熱交換器１８との間の冷媒配管２には第１オイルセパレータ１９が設けられている。第１オイルセパレータ１９は、第１圧縮機１１で圧縮されて吐出された中間圧冷媒と、この中間圧冷媒とともに吐出されるオイルとの混合物である油混合冷媒を冷媒（中間圧冷媒）とオイルとに遠心分離させるものである。そして、遠心分離された冷媒は、中間熱交換器１８に送出される一方、遠心分離されたオイルは、オイル戻り配管２０を通じて第１圧縮機１１に送出される。ここでオイル戻り配管２０の途中にはオイルを減圧させるためのキャピラリーチューブ２１が設けられている。

放熱器１３は、第２圧縮機１２から吐出されて自身の流路を通過する高圧冷媒と周囲空気とを熱交換させて高圧冷媒を放熱させるものである。本実施の形態４である冷媒回路装置の冷媒回路１ｄにおいては、第２圧縮機１２と放熱器１３との間の冷媒配管２には第２オイルセパレータ２２が設けられている。第２オイルセパレータ２２は、第２圧縮機１２で圧縮されて吐出された高圧冷媒と、この高圧冷媒とともに吐出されるオイルとの混合物である油混合冷媒を冷媒（高圧冷媒）とオイルとに遠心分離させるものである。そして、遠心分離された冷媒は、放熱器１３に送出される一方、遠心分離されたオイルは、オイル戻り配管２３を通じて第２圧縮機１２に送出される。ここでオイル戻り配管２３の途中にはオイルを減圧させるためのキャピラリーチューブ２４が設けられている。

第１膨張弁１４は、例えば電子膨張弁等により構成されるもので、後述するコントローラ５３により開度が調整されるものである。この第１膨張弁１４は、放熱器１３で放熱した高圧冷媒を中間圧冷媒に減圧して断熱膨張させるものである。

第２膨張弁１６は、例えば電子膨張弁等により構成されるもので、コントローラ５３により開度が調整されるものである。この第２膨張弁１６は、気液分離器１５で分離された液相冷媒（中間圧冷媒）を低圧冷媒に減圧して断熱膨張させるものである。

このような冷媒回路１ｄには、上記構成の他、バイパス配管３０、第３膨張弁３１、第１熱交換器（高中間圧熱交換器）３２及び第２熱交換器（低中間圧熱交換器）３３が設けられている。

第３膨張弁３１は、上記第１膨張弁１４及び第２膨張弁１６と同様に例えば電子膨張弁等により構成されるもので、コントローラ５３により開度が調整されるものである。この第３膨張弁３１は、バイパス配管３０の途中に設けられており、このバイパス配管３０を通過する冷媒（高圧冷媒）を中間圧冷媒に減圧して断熱膨張させるものである。

図１７は、本実施の形態４である冷媒回路装置の特徴的な制御系を示すブロック図である。この図１７に示すように、冷媒回路装置は、圧力センサＳ４、第１電磁弁４１、第２電磁弁（バイパスバルブ）４２、第３電磁弁４３、コントローラ（制御手段）５３を備えている。

圧力センサＳ４は、第２圧縮機１２の吐出圧力を検知する圧力検知手段である。この圧力センサＳ４にて検知された吐出圧力は、圧力信号としてコントローラ５３に与えられる。

第１電磁弁４１は、放熱器１３と第１膨張弁１４との間の冷媒配管２において、バイパス配管３０との分岐点より下流側であって第１熱交換器３２よりも上流側となる個所に配設されている。この第１電磁弁４１は、コントローラ５３により開閉するものであって、開成状態では該冷媒配管２における冷媒（高圧冷媒）の通過を許容する一方、閉成状態では該冷媒配管２における冷媒（高圧冷媒）の通過を規制するものである。

第２電磁弁４２は、バイパス配管３０において、放熱器１３から第１膨張弁１４に至る冷媒配管２との分岐点より下流側であって第３膨張弁３１よりも上流側となる個所に配設されている。この第２電磁弁４２は、コントローラ５３により開閉するものであって、開成状態では該バイパス配管３０における冷媒の通過を許容する一方、閉成状態では該バイパス配管３０における冷媒の通過を規制するものである。

第３電磁弁４３は、気相冷媒配管２５において、気液分離器１５より下流側であって逆止弁２６よりも上流側となる個所に配設されている。この第３電磁弁４３は、コントローラ５３により開閉するものであって、開成状態では該気相冷媒配管２５における気相冷媒（中間圧冷媒）の通過を許容する一方、閉成状態では該気相冷媒配管２５における気相冷媒（中間圧冷媒）の通過を規制するものである。

コントローラ５３は、メモリ６３に記憶されたプログラムやデータに従って第１電磁弁４１〜第３電磁弁４３の開閉、並びに第１膨張弁１４〜第３膨張弁３１の開度を制御するものであり、入力処理部５３１、判定部５３２、電磁弁駆動処理部５３３及び膨張弁駆動処理部５３４を備えている。尚、図示のコントローラ５３は、圧縮機の駆動を制御する制御要素等とは別個に構成されているが、本発明においては、かかる制御要素等と同一の制御部を構成しても構わない。

メモリ６３は、上記プログラムやデータの他に、基準圧力情報及び開度情報を記憶している。基準圧力情報は、第２圧縮機１２の吐出圧力の高低を判断するための閾値となる基準圧力値（圧力閾値）を含むものである。この基準圧力値は単純に任意に決められるものではなく、後述するような冷媒回路１ｄにおける冷媒の各循環流路のうち最も冷凍効率の高い循環流路の切り換わる圧力値を実験的に求めて採用されたものである。

開度情報は、第１膨張弁１４〜第３膨張弁３１の開度に関する情報である。この開度情報は、第１圧縮機１１及び第２圧縮機１２の負荷均等化、並びに第２圧縮機１２の入力低減の効果が最も効率よくなる冷媒の中間圧について予め実験的に求められた開度データテーブルであり、特に、第３膨張弁３１の開度については該第３膨張弁３１で減圧された中間圧冷媒の温度が第２圧縮機１２に吸引される中間圧冷媒の温度よりも低くなるような開度データが含まれており、更に第２膨張弁１６の開度については、第３膨張弁３１よりも大きくなる開度データが含まれている。尚、本実施の形態４では、開度情報は、開度データテーブルであったが、本発明においては、吐出圧力等のパラメータに対し実験的に得られた関係式により各膨張弁の開度が決められるようにしても構わない。

入力処理部５３１は、圧力センサＳ４から与えられる圧力信号を入力するものである。判定部５３２は、メモリ６３より基準圧力情報を読み出して、この基準圧力情報に含まれる基準圧力値と、入力処理部５３１を通じて入力された圧力信号（検知圧力値）とを比較して、第２圧縮機１２の吐出圧力の高低、つまり低周温時であるか高周温時であるかについて判定するものである。

電磁弁駆動処理部５３３は、第１電磁弁４１〜第３電磁弁４３のそれぞれに開指令若しくは閉指令を与えて、第１電磁弁４１〜第３電磁弁４３を開閉させるものである。膨張弁駆動処理部５３４は、メモリ６３より開度情報を読み出して第１膨張弁１４〜第３膨張弁３１の開度を所定の大きさに調整するものである。

図１８は、図１７に示したコントローラが実施する冷媒回路制御処理の処理内容について示すフローチャートである。この冷媒回路制御処理は、コントローラ５３がメモリ６３に内蔵されたカレンダー等の日付情報に従って例えば一日におけるある時間帯のような所定のタイムスケジュールにより実施されるものである。かかる冷媒回路制御処理について説明しながら、冷媒回路装置における冷媒の循環についても説明する。

冷媒回路制御処理においてコントローラ５３は、入力処理部５３１を通じて圧力センサＳ４から圧力信号を入力した場合（ステップＳ４０１：Ｙｅｓ）、すなわち圧力センサＳ４が第２圧縮機１２の吐出圧力を検知した場合、判定部５３２を通じてメモリ６３より基準圧力情報を読み出し、吐出圧力値が基準圧力情報に含まれる基準圧力値以下であるか否かを判定する（ステップＳ４０２，ステップＳ４０３）。

吐出圧力値が基準圧力値以下である場合（ステップＳ４０３：Ｙｅｓ）、すなわち低周温時である場合、コントローラ５３は、電磁弁駆動処理部５３３を通じて第１電磁弁４１及び第３電磁弁４３を開成させるとともに第２電磁弁４２を閉成させ（ステップＳ４０４，ステップＳ４０５）、その後に手順をリターンさせて今回の処理を終了する。

かかるステップＳ４０４及びステップＳ４０５を実施することにより上記冷媒回路装置の冷媒回路１ｄでは、冷媒が次のように循環する。尚、第１膨張弁１４〜第３膨張弁３１の開度は、コントローラ５３の膨張弁駆動処理部５３４によりそれぞれが所望の開度に調整されているものとする。

図１９に示すように、第１圧縮機１１で圧縮されて吐出された中間圧冷媒が第１オイルセパレータ１９でオイルが分離された後、中間熱交換器１８で放熱して第２圧縮機１２に吸引される。この第２圧縮機１２に吸引された中間圧冷媒は、圧縮されて高圧冷媒として吐出される。吐出された高圧冷媒は、第２オイルセパレータ２２でオイルが分離された後、放熱器１３に至り、この放熱器１３の流路を通過中に周囲空気と熱交換して放熱する。放熱器１３で放熱した高圧冷媒は、第１熱交換器３２の高圧流路３２１を通過して第１膨張弁１４で減圧されることで断熱膨張して中間圧冷媒として気液分離器１５に至り、この気液分離器１５において気相冷媒と液相冷媒とに分離される。気相冷媒は、気相冷媒配管２５を通じて第２圧縮機１２に吸引される一方、液相冷媒は、第２熱交換器３３の第２中間圧流路３３１を通過して第２膨張弁１６で減圧されることで断熱膨張して低圧冷媒として蒸発器１７に至る。この蒸発器１７に至った低圧冷媒は、蒸発器１７の流路を通過中に周囲空気と熱交換して蒸発し、その後に第２熱交換器３３の低圧流路３３２を通過して第１圧縮機１１に吸引されることで、冷媒は冷媒回路１ｄを循環する。

ところで、圧力センサＳ４により検知される吐出圧力の値が基準圧力値に徐々に近づいてくると、すなわち吐出圧力値が徐々に上昇してくると、上記冷媒の循環流路では、放熱器１３の出口における高圧冷媒の温度が上昇してしまうことになり、これにより第１膨張弁１４の出口における中間圧冷媒の温度及び圧力も上昇してしまい、冷凍効率の低下を招来する。

一方、吐出圧力値が基準圧力値を上回る場合（ステップＳ４０３：Ｎｏ）、すなわち高周温時である場合、コントローラ５３は、電磁弁駆動処理部５３３を通じて第１電磁弁４１〜第３電磁弁４３を開成させ（ステップＳ４０６）、その後に手順をリターンさせて今回の処理を終了する。

かかるステップＳ４０６を実施することにより上記冷媒回路装置の冷媒回路１ｄでは、冷媒が次のように循環する。尚、第１膨張弁１４〜第３膨張弁３１の開度は、コントローラ５３の膨張弁駆動処理部５３４によりそれぞれが所望の開度に調整されているものとする。

図２０に示すように、第１圧縮機１１で圧縮されて吐出された中間圧冷媒が第１オイルセパレータ１９でオイルが分離された後、中間熱交換器１８で放熱して第２圧縮機１２に吸引される。この第２圧縮機１２に吸引された中間圧冷媒は、圧縮されて高圧冷媒として吐出される。吐出された高圧冷媒は、第２オイルセパレータ２２でオイルが分離された後、放熱器１３に至り、この放熱器１３の流路を通過中に周囲空気と熱交換して放熱する。

上記気液分離器１５により分離された液相冷媒は、第２熱交換器３３の第２中間圧流路３３１を通過して第２膨張弁１６で減圧されることで断熱膨張して低圧冷媒として蒸発器１７に至る。この蒸発器１７に至った低圧冷媒は、蒸発器１７の流路を通過中に周囲空気と熱交換して蒸発し、その後に第２熱交換器３３の低圧流路３３２を通過して第１圧縮機１１に吸引されることで、冷媒は冷媒回路１ｄを循環する。

ところで、圧力センサＳ４により検知される吐出圧力の値が基準圧力値に徐々に近づいてくると、すなわち吐出圧力値が徐々に低下してくると、第１熱交換器３２における高圧冷媒の冷却効果が徐々に薄れていき、特に吐出圧力値が基準圧力値以下となる低周温時では、第１熱交換器３２の第１中間圧流路３２２を通過する中間圧冷媒が蒸発温度以下とならず、結果的に図１９に示す循環流路の冷凍効率の方が高くなる。

以上説明したように、本実施の形態４である冷媒回路装置では、圧力センサＳ４により検知される第２圧縮機の吐出圧力が基準圧力値以下となる低周温時の場合には放熱器１３で放熱した高圧冷媒を第１膨張弁１４で一旦中間圧に減圧させることで冷凍効率を向上させる一方、圧力センサＳ４により検知される第２圧縮機１２の吐出圧力が基準圧力値を上回る高周温時の場合には、第１熱交換器３２により第１膨張弁１４で減圧される前の高圧冷媒の温度を低下させ、かつ温度を低下させた高圧冷媒を第１膨張弁１４で一旦中間圧に減圧させることで、冷凍効率を向上させている。

このように本実施の形態４である冷媒回路装置によれば、第２圧縮機１２の吐出圧力に応じて冷凍効率が最も高くなる循環流路を選択することができ、これにより２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路１ｄにおいて、周囲温度に関わらず冷凍効率を良好なものとすることができる。

更に、上記冷媒回路装置によれば、コントローラ５３が第３膨張弁３１で減圧された中間圧冷媒の温度が第２圧縮機１２に吸引される中間圧冷媒の温度よりも低くなるよう該第３膨張弁３１の開度を調整するので、第２圧縮機１２の入口における冷媒過熱度を零より大きくすることができ、しかも第１膨張弁１４の開度が第３膨張弁３１よりも大きくなるよう調整するので、冷媒配管２の冷媒流量を確保して冷凍能力が低下することを抑制し、かつ第２圧縮機１２が液相の冷媒を吸引してしまう、いわゆる液バックの発生を防止することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更を行うことができる。

上述した実施の形態１〜４では、第２熱交換器（低中間圧熱交換器）３３が設けられていたが、本発明においては、かかる低中間圧熱交換器は必須の構成要素ではないため設けられていなくても構わない。

上述した実施の形態２では、温度センサＳ２は、放熱器１３の空気吸込口近傍、より詳細には、放熱器１３を収納する収納容器の内部であって、放熱器１３の周囲を通過する空気を吸い込むための開口近傍に配設されていたが、本発明においては、温度センサは、放熱器１３の周囲を通過する空気の温度を検知できる位置であればどの位置に配設されていても良い。

上述した実施の形態４では、圧力センサＳ４は、第２圧縮機１２の出口側の冷媒配管２での冷媒圧力を検知することで、第２圧縮機１２の吐出圧力を検知するようにしていたが、本発明においては、図２１に示すように、放熱器１３の出口側の冷媒配管２での冷媒圧力を検知することで、第２圧縮機１２の吐出圧力を検知するようにしても良い。

１ａ冷媒回路
１ｂ冷媒回路
１ｃ冷媒回路
１ｄ冷媒回路
２冷媒配管
１１第１圧縮機
１２第２圧縮機
１３放熱器
１４第１膨張弁
１５気液分離器
１６第２膨張弁
１７蒸発器
１８中間熱交換器
１９第１オイルセパレータ
２０オイル戻り配管
２１キャピラリーチューブ
２２第２オイルセパレータ
２３オイル戻り配管
２４キャピラリーチューブ
２５気相冷媒配管
２６逆止弁
３０バイパス配管
３１第３膨張弁
３２第１熱交換器（高中間圧熱交換器）
３２１高圧流路
３２２第１中間圧流路
３３第２熱交換器（低中間圧熱交換器）
３３１第２中間圧流路
３３２低圧流路
４１第１電磁弁
４２第２電磁弁（バイパスバルブ）
４３第３電磁弁
５０コントローラ（制御手段）
５０１入力処理部
５０２判定部
５０３電磁弁駆動処理部
５０４膨張弁駆動処理部
５１コントローラ（制御手段）
５１１入力処理部
５１２判定部
５１３電磁弁駆動処理部
５１４膨張弁駆動処理部
５２コントローラ（制御手段）
５２１入力処理部
５２２判定部
５２３電磁弁駆動処理部
５２４膨張弁駆動処理部
５３コントローラ（制御手段）
５３１入力処理部
５３２判定部
５３３電磁弁駆動処理部
５３４膨張弁駆動処理部
６０メモリ
６１メモリ
６２メモリ
６３メモリ
Ｓ１温度センサ
Ｓ２温度センサ
Ｓ３温度センサ
Ｓ４圧力センサ

Claims

蒸発器で蒸発した低圧冷媒を吸引して圧縮し、中間圧冷媒として吐出する第１圧縮機と、
前記第１圧縮機から吐出され、かつ中間熱交換器で放熱した中間圧冷媒を吸引して圧縮し、高圧冷媒として吐出する第２圧縮機と、
前記第２圧縮機から吐出された高圧冷媒を放熱させる放熱器と、
前記放熱器で放熱した高圧冷媒を中間圧冷媒に減圧して断熱膨張させる第１膨張機構と、
前記第１膨張機構で断熱膨張させた中間圧冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離させ、かつ気相冷媒を前記中間熱交換器で放熱した中間圧冷媒に合流させるよう送出する気液分離器と、
前記気液分離器で分離された液相冷媒を低圧冷媒に減圧することで断熱膨張させ、かつ前記蒸発器に送出する第２膨張機構と
を冷媒配管で接続することで２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷媒回路装置において、
前記放熱器から前記第１膨張機構に至る冷媒配管の途中から分岐し、前記中間熱交換器から前記第２圧縮機に至る冷媒配管に合流する態様で設けられたバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられ、閉成する場合には該バイパス配管における冷媒の通過を規制する一方、開成する場合には該バイパス配管における冷媒の通過を許容するバイパスバルブと、
前記バイパス配管を通過する高圧冷媒を中間圧冷媒に減圧して断熱膨張させる第３膨張機構と、
前記放熱器で放熱した高圧冷媒と、前記第３膨張機構で断熱膨張させた中間圧冷媒とを熱交換させる高中間圧熱交換器と、
検知された温度が予め設定された温度閾値以下となることにより低周温時と判断された場合には、前記バイパスバルブを閉成させる一方、検知された温度が前記温度閾値を超えることにより高周温時と判断された場合には、前記バイパスバルブを開成させる制御手段と
を備えたことを特徴とする冷媒回路装置。
蒸発器で蒸発した低圧冷媒を吸引して圧縮し、中間圧冷媒として吐出する第１圧縮機と、
前記第１圧縮機から吐出され、かつ中間熱交換器で放熱した中間圧冷媒を吸引して圧縮し、高圧冷媒として吐出する第２圧縮機と、
前記第２圧縮機から吐出された高圧冷媒を放熱させる放熱器と、
前記放熱器で放熱した高圧冷媒を中間圧冷媒に減圧して断熱膨張させる第１膨張機構と、
前記第１膨張機構で断熱膨張させた中間圧冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離させ、かつ気相冷媒を前記中間熱交換器で放熱した中間圧冷媒に合流させるよう送出する気液分離器と、
前記気液分離器で分離された液相冷媒を低圧冷媒に減圧することで断熱膨張させ、かつ前記蒸発器に送出する第２膨張機構と
を冷媒配管で接続することで２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷媒回路装置において、
前記放熱器から前記第１膨張機構に至る冷媒配管の途中から分岐し、前記中間熱交換器から前記第２圧縮機に至る冷媒配管に合流する態様で設けられたバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられ、閉成する場合には該バイパス配管における冷媒の通過を規制する一方、開成する場合には該バイパス配管における冷媒の通過を許容するバイパスバルブと、
前記バイパス配管を通過する高圧冷媒を中間圧冷媒に減圧して断熱膨張させる第３膨張機構と、
前記放熱器で放熱した高圧冷媒と、前記第３膨張機構で断熱膨張させた中間圧冷媒とを熱交換させる高中間圧熱交換器と、
前記第２圧縮機の吐出圧力が予め設定された圧力閾値以下となることにより低周温時と判断された場合には、前記バイパスバルブを閉成させる一方、前記第２圧縮機の吐出圧力が前記圧力閾値を超えることにより高周温時と判断された場合には、前記バイパスバルブを開成させる制御手段と
を備えたことを特徴とする冷媒回路装置。
前記制御手段は、予め設定された日付情報に従って所定のタイムスケジュールにて低周温時であるか否かを判断することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷媒回路装置。
前記気液分離器で分離させた液相冷媒と、前記蒸発器で蒸発した低圧冷媒とを熱交換させる低中間圧熱交換器を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の冷媒回路装置。
前記制御手段は、前記第３膨張機構で減圧された中間圧冷媒の温度が前記第２圧縮機に吸引される中間圧冷媒の温度よりも低くなるよう該第３膨張機構の開度を調整し、かつ前記第１膨張機構の開度が前記第３膨張機構よりも大きくなるよう調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の冷媒回路装置。
前記冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の冷媒回路装置。