JP5449881B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、低段圧縮要素及び高段圧縮要素を有する多段式圧縮機を備えた冷凍装置に関する。

一般に、低段圧縮要素及び高段圧縮要素を備え、低段圧縮要素で圧縮された中間圧の冷媒を高段圧縮要素に導いて圧縮し、高圧の冷媒を放熱器に吐出する二段圧縮機を備え、放熱器に第一絞り手段及び蒸発器を順次接続して冷凍サイクルが構成された冷凍装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の冷凍装置では、第一絞り手段の絞り開度は、例えば、蒸発器の過熱度や圧縮機の吐出温度等に基づいて制御され、冷凍サイクルにおける適正な冷却運転が実行されている。
特開２００７−２５５８６４号公報

ところで、上記した冷凍装置では、通常運転時、二段圧縮機の低段圧縮要素の吐出圧力（中間圧）は、高段圧縮要素の吐出圧力（高圧）よりも低いのが正常であるが、第一絞り手段の絞り開度が大きすぎる際には、この関係が逆転し、中間圧が高圧より高い状態（圧縮不良状態）となることがある。
すなわち、二段圧縮工程おいて、ある吸入状態での低段圧縮要素の吐出圧力（中間圧）は、低段圧縮要素と高段圧縮要素の容積比によって決まるのに対して、高段圧縮要素の吐出圧力（高圧）は第一絞り手段の絞り開度に依存するため、第一絞り手段の絞り開度が大きすぎると高圧が中間圧よりも低くなることがある。このような圧縮不良状態は、特に、冷凍装置の起動直後、除霜運転後もしくは蒸発温度（圧力）が高い場合に生じやすく、通常は、冷却運転中に、第一絞り手段の絞り開度が適正な開度に制御されることにより、圧縮不良状態は解消され、正常な状態、すなわち、高圧が中間圧より高い状態に復帰する。

しかし、通常運転中に圧縮不良状態が解消されるには時間がかかるため、早期に圧縮不良状態を解消することは難しかった。
さらに、第一絞り手段の絞り開度を、例えば、圧縮機の吐出温度等の冷媒温度に基づいて制御している場合には、圧縮機が圧縮不良状態に至っているにもかかわらず、制御対象とする温度（圧縮機の吐出温度）が目標温度に達することにより、第一絞り手段の絞り開度が安定してしまうこともある。この場合には、通常運転を継続したとしても、第一絞り手段の絞り開度が安定して変化しないため、圧縮不良状態が解消されず、正常な状態に復帰できない、または、復帰が遅れてしまう。
このため、圧縮不良状態での運転が継続されることにより、冷凍装置の冷却能力が著しく減少するとともに圧縮機の動力が増大し、冷凍サイクルの効率が低下するといった問題が生じるおそれがあった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、圧縮機の圧縮不良状態を早期に解消し、安定かつ高効率な運転が可能な冷凍装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明は、低段圧縮要素及び高段圧縮要素を備え、前記低段圧縮要素で圧縮された中間圧の冷媒を前記高段圧縮要素に導いて圧縮し、高圧の冷媒を放熱器に吐出する多段式の圧縮機を備え、前記放熱器に第一絞り手段及び蒸発器を順次接続して冷凍サイクルが構成される冷凍装置において、前記放熱器から前記第一絞り手段へ向かう冷媒と、前記放熱器の出口側から分岐され、第二絞り手段を介して減圧された分岐冷媒との間で熱交換を行う熱交換器を備え、この熱交換器を出た分岐冷媒を中間圧となる前記高段圧縮要素の入口側に戻す構成とし、前記中間圧及び前記高圧の各冷媒圧力に基づいて前記圧縮機での冷媒の圧縮状態を判別する判別手段を備え、この判別手段により、前記冷媒の圧縮状態が、前記高圧よりも前記中間圧が高い圧縮不良状態に至った場合、または当該圧縮不良状態に至ると予想される場合に、前記高圧が前記中間圧よりも高くなるように制御されて当該圧縮不良状態を解消する圧縮不良解消手段を備え、前記圧縮不良解消手段は、前記第二絞り手段の絞り開度を拡大し、前記中間圧の冷媒を前記高圧側に逆流させることを特徴とする。
ここで、冷媒の圧縮状態が圧縮不良状態に至ると予想される場合とは、中間圧と高圧とが接近して、中間圧及び高圧の各冷媒圧力の差圧が所定の値よりも小さくなることをいう。

本構成によれば、圧縮不良解消手段を制御することにより、高圧よりも中間圧が高い圧縮不良状態が早期に解消されて、圧縮機での冷媒の圧縮状態を、高圧が中間圧よりも高い正常な状態に復帰させることができる。このため、圧縮不良による圧縮機の入力の増大を防止でき、冷凍装置の安定かつ高効率な運転が可能となる。
また、この構成によれば、第二絞り手段の絞り開度を拡大することにより、分岐冷媒の流路を圧力逃がし回路として作用させることができる。このため、中間圧の冷媒を高圧側に逆流させることができ、圧縮不良状態が解消されて、冷媒の圧力状態を正常な状態に早期に復帰させることができる。この場合、例えば、冷媒の圧力状態が圧縮不良状態のまま、第一絞り手段の絞り開度が安定していたとしても、上記した第二絞り手段の絞り開度を拡大することにより、冷凍サイクル内の冷媒の圧力状態が変化するため、これに応じて第一絞り手段の絞り開度が調整され、冷媒の圧力状態を正常な状態に復帰させることができる。

本発明によれば、圧縮不良解消手段を制御することにより、圧縮不良状態が早期に解消されて、高圧が中間圧よりも高い正常な状態に復帰させることができる。このため、圧縮不良による圧縮機の入力の増大を防止でき、冷凍装置の安定かつ高効率な運転が可能となる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路を示す回路構成図である。
冷凍装置１は、冷凍機ユニット３と複数台（例えば２台）のショーケースユニット５Ａ，５Ｂとを備え、これら冷凍機ユニット３と各ショーケースユニット５Ａ，５Ｂとが、液冷媒配管７及びガス冷媒配管９により連結されて冷凍サイクルを構成する。この冷凍サイクルには、高圧側が超臨界圧力となるＣＯ_２（二酸化炭素）冷媒が使用される。ＣＯ_２冷媒は、オゾン破壊係数が０で、地球温暖化係数が１であるため、環境への負荷が小さく、毒性、可燃性がなく安全で安価である。

冷凍機ユニット３は、並列に配置された２台の圧縮機１１，１１を備える。この圧縮機１１は、ケース１２内が中間圧となる内部中間圧型のロータリ式二段圧縮機であり、ケース１２内部に電動機部（図示略）と、この電動機部により駆動される低段圧縮要素１１Ａ及び高段圧縮要素１１Ｂとが配置されている。低段圧縮要素１１Ａは、ガス冷媒配管９を通じて圧縮機１１に吸い込まれる低圧の冷媒を中間圧まで昇圧して吐出し、高段圧縮要素１１Ｂは、上記低段圧縮要素１１Ａで圧縮された中間圧の冷媒を更に高圧まで昇圧して吐出する。また、圧縮機１１は、周波数可変型の圧縮機であり、電動機部の運転周波数を変更することにより、低段圧縮要素１１Ａ及び高段圧縮要素１１Ｂの回転数が調整可能となっている。
圧縮機１１のケース１２には、低段圧縮要素１１Ａに連通する低段側吸込口１２Ａ及び低段側吐出口１２Ｂと、高段圧縮要素１１Ｂに連通する高段側吸込口１２Ｃ及び高段側吐出口１２Ｄとが形成されている。各圧縮機１１，１１の低段側吸込口１２Ａ，１２Ａには、それぞれ低圧吸入管１３，１３が接続され、これら低圧吸入管１３，１３は低段圧縮要素１１Ａ，１１Ａの上流側で合流し、アキュームレータ１４を介して、ガス冷媒配管９に接続される。また、低圧吸入管１３には、この低圧吸入管１３を流れる冷媒の吸込圧力と吸込温度とをそれぞれ検出する吸込圧力センサー１５と吸込温度センサー１６とが設けられている。

各低段側吐出口１２Ｂ，１２Ｂには、それぞれ中間圧吐出管１７，１７が接続され、この中間圧吐出管１７，１７は低段圧縮要素１１Ａ，１１Ａの下流側で合流して中間冷却器１８の一端に接続される。この中間冷却器１８は、低段圧縮要素１１Ａから吐出された中間圧の冷媒を冷却するものであり、当該中間冷却器１８の他端には、中間圧吸入管１９が接続され、この中間圧吸入管１９は２つに分岐した後に高段側吸込口１２Ｃ，１２Ｃに接続される。また、中間圧吸入管１９には、この中間圧吸入管１９を流れる冷媒の中間圧力を検出する中間圧力センサー２０が設けられている。本構成では、高段側吸込口１２Ｃは、ケース１２内空間を介して高段圧縮要素１１Ｂに連通しており、圧縮機１１の運転中、当該ケース１２内は中間圧に保たれる。

各高段側吐出口１２Ｄ，１２Ｄには、それぞれ高圧吐出管２１，２１が接続され、この高圧吐出管２１，２１は高段圧縮要素１１Ｂ，１１Ｂの下流側で合流し、オイルセパレータ２２、ガスクーラー（放熱器）２３及び過冷却熱交換器（熱交換器）２４を介して、液冷媒配管７に接続される。また、高段側吐出口１２Ｄ，１２Ｄには、高段圧縮要素１１Ｂ，１１Ｂから吐出された冷媒の吐出圧力と吐出温度とをそれぞれ検出する吐出圧力センサー２５と吐出温度センサー２６とが設けられている。
オイルセパレータ２２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２２には、捕捉したオイルを圧縮機１１に戻すオイル戻し管２８が接続されている。このオイル戻し管２８には、捕捉したオイルを冷却するオイルクーラー２７が設けられ、このオイルクーラー２７の下流側で、オイル戻し管２８は２系統に分岐され、それぞれストレーナ２９及び流量調整弁（電動弁）３０を介して圧縮機１１のケース１２に接続される。圧縮機１１のケース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２２内の高圧とケース１２内の中間圧との差圧によって当該ケース１２内に戻される。また、圧縮機１１のケース１２には、このケース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３１が設けられている。

ガスクーラー２３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、本構成では、ガスクーラー２３は、上記した中間冷却器１８及びオイルクーラー２７に並設されている。これらガスクーラー２３、中間冷却器１８及びオイルクーラー２７には、当該ガスクーラー２３、中間冷却器１８及びオイルクーラー２７に向けて送風する冷却ファン３２が隣接して設けられている。
過冷却熱交換器２４は、ガスクーラー２３で冷却され、ガスクーラー２３から高圧吐出管２１及び液冷媒配管７を通じて、ショーケースユニット５Ａ，５Ｂが備える第一膨張弁（第一絞り手段）４２Ａ，４２Ｂへ向かう冷媒を、このガスクーラー２３の出口側で分岐された分岐冷媒を用いて過冷却するものである。この過冷却熱交換器２４には、ガスクーラー２３の出口側で高圧吐出管２１から分岐された分岐配管３３が、第二膨張弁（第二絞り手段）３４を介して、中間冷却器１８の出口側の中間圧吸入管１９に接続されている。また、高圧吐出管２１には、過冷却熱交換器２４の入口側及び出口側に、それぞれ高圧吐出管２１を流れる冷媒温度を検出する入口温度センサー３５及び出口温度センサー３６が設けられている。

また、冷凍機ユニット３は、冷凍装置１全体の動作を制御する主制御装置５０を備える。この主制御装置５０は、ショーケースユニット５Ａ、５Ｂの冷凍負荷（具体的には、吸込圧力センサー１５にて検出される吸込圧力）に応じて、圧縮機１１，１１の運転周波数を調整する。なお、圧縮機１１，１１の運転周波数を吐出圧力センサー２５にて検出される吐出圧力に基づいて調整しても良い。また、主制御装置５０は、吐出温度センサー２６が検出する高段圧縮要素１１Ｂの冷媒吐出温度に基づいて第二膨張弁３４の開度（絞り開度）を調整する。なお、この第二膨張弁３４の開度は、過冷却熱交換器２４の中間圧となる分岐冷媒の出口温度、過冷却熱交換器２４の冷媒の出入口温度差等に基づいて調整しても良い。

一方、ショーケースユニット５Ａ，５Ｂは、それぞれ店舗内等に設置され、液冷媒配管７及びガス冷媒配管９にそれぞれ並列に接続されている。各ショーケースユニット５Ａ，５Ｂは、液冷媒配管７とガス冷媒配管９とを連結するケース冷媒配管４０Ａ，４０Ｂを備え、これらケース冷媒配管４０Ａ，４０Ｂには、それぞれストレーナ４１Ａ，４１Ｂと、第一膨張弁（第一絞り手段）４２Ａ，４２Ｂとケース熱交換器４３Ａ，４３Ｂとが設けられている。このケース熱交換器４３Ａ，４３Ｂには、当該ケース熱交換器４３Ａ，４３Ｂに送風するケースファン４４Ａ，４４Ｂが隣接して設けられている。
また、ショーケースユニット５Ａ，５Ｂは、これらショーケースユニット５Ａ，５Ｂの各部の動作を制御するケース制御装置４５Ａ，４５Ｂを備える。このケース制御装置４５Ａ，４５Ｂは、主制御装置５０と通信可能に構成され、この主制御装置５０から送信された上記高段圧縮要素１１Ｂの冷媒吐出温度に基づいて、第一膨張弁４２Ａ，４２Ｂの開度をそれぞれ調整する。なお、この第一膨張弁４２Ａ，４２Ｂの開度は、ケース熱交換器４３Ａ，４３Ｂの出入口温度差（過熱度）に基づいて、それぞれ調整しても良い。

ところで、この種の冷凍装置１では、通常の冷凍運転時、圧縮機１１の低段圧縮要素１１Ａの吐出圧力（中間圧）は、高段圧縮要素１１Ｂの吐出圧力（高圧）よりも低いのが正常であるが、特に、冷凍装置の起動直後、除霜運転後もしくは蒸発温度（圧力）が高い場合には、ショーケースユニット５Ａ，５Ｂの第一膨張弁４２Ａ，４２Ｂの開度が大きくなる傾向にあり、この開度が大きすぎると、上記した関係が逆転し、中間圧が高圧より高い状態（圧縮不良状態）となることがある。さらに、本実施形態では、第一膨張弁４２Ａ，４２Ｂの開度は、高段圧縮要素１１Ｂの冷媒吐出温度に基づいて調整されているため、圧縮機１１が圧縮不良状態に至っているにもかかわらず、制御対象となる高段圧縮要素１１Ｂの冷媒吐出温度が目標温度に達し、第一膨張弁４２Ａ，４２Ｂの開度が所定の開度で安定してしまうこともある。このため、冷凍装置１が通常運転を継続したとしても、第一膨張弁４２Ａ，４２Ｂの開度が安定して変化しないため、圧縮不良状態が解消されず、正常な状態に復帰できないといった問題が生じるおそれがある。
さらに、ケース内部が中間圧力となるロータリ式二段圧縮機では、高段圧縮要素１１Ｂの吐出圧力（高圧）を背圧として利用し、この高段圧縮要素１１Ｂのベーンの先端をロータに押し当てている。このため、圧縮不良状態となると、高圧と中間圧とが逆転することにより、高段圧縮要素１１Ｂのベーンの先端をロータに押し当てる力が減少し、圧縮中の冷媒漏れ（ベーン飛び）が生じるため、圧縮機の動力が増大し、冷凍サイクルの効率が低下して冷却能力が著しく低下するおそれがある。
本構成では、上述した事情に鑑み、冷凍装置１は、中間圧及び高圧の各冷媒圧力に基づいて圧縮機１１での冷媒の圧縮状態を判別する判別手段と、この冷媒の圧縮状態が圧縮不良状態に至った際に、当該圧縮不良状態を早期に解消するために、圧縮不良解消手段を備えている。この第１実施形態では、主制御装置５０が冷媒の圧縮状態を判別する判別手段を構成し、上記した過冷却熱交換器２４の分岐配管３３に設けられた第二膨張弁３４と、この第二膨張弁３４の開度調整する主制御装置５０が圧縮不良解消手段を構成する。

次に、圧縮不良状態を解消する際の動作について説明する。
図２は、この動作を示すフローチャートである。
冷凍装置１の運転が開始される（ステップＳ１）と、主制御装置５０は、吐出圧力センサー２５を介して吐出圧力（高圧圧力Ｐｈ）を検出（ステップＳ２）するとともに、中間圧力センサー２０を介して中間圧力Ｐｍを検出（ステップＳ３）し、これら各データを取得する。
また、主制御装置５０は、吐出温度センサー２６を介して吐出温度Ｔｄｉｓを検出（ステップＳ４）し、このデータを取得する。

続いて、主制御装置５０は、高圧圧力Ｐｈと中間圧力Ｐｍとを比較し、この高圧圧力Ｐｈと中間圧力Ｐｍとの差圧（Ｐｈ−Ｐｍ）が所定の値よりも大きいか否かを判別する（ステップＳ５）。ここで、高圧圧力Ｐｈと中間圧力Ｐｍとの差圧により、圧縮機１１での冷媒の圧縮状態を把握することができ、正常な運転状態では、上記した差圧が所定の値よりも大きくなる。一方、上記した差圧が所定の値よりも小さくなると、中間圧と高圧とが接近した状態となるため、冷媒の圧縮状態が圧縮不良状態に至ると予想されると判断できる。
この判別において、高圧圧力Ｐｈと中間圧力Ｐｍとの差圧が所定の値よりも大きい場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）には、圧縮機１１での冷媒の圧縮状態は正常であるため、第二膨張弁３４を通常の冷却運転時の制御に基づいて制御する。
具体的には、主制御装置５０は、取得した吐出温度Ｔｄｉｓの値が目標値よりも大きいか否かを判別（ステップＳ６）する。本構成では、目標値の上下に所定幅の不感帯を設けて、第二膨張弁３４の開度制御の頻度を抑えるのが望ましい。
この判別において、吐出温度Ｔｄｉｓの値が目標値よりも大きい（ステップＳ６；Ｙｅｓ）場合には、吐出温度Ｔｄｉｓの値が目標値に近づくように、第二膨張弁３４を所定開度開くＰＩＤ制御を行う（ステップＳ７）。また、吐出温度Ｔｄｉｓの値が目標値よりも小さい（ステップＳ６；Ｎｏ）場合には、吐出温度Ｔｄｉｓの値が目標値に近づくように、第二膨張弁３４を所定開度閉じるＰＩＤ制御を行い（ステップＳ８）、処理をステップＳ１０に移行する。

一方、ステップＳ５の判別において、高圧圧力Ｐｈと中間圧力Ｐｍとの差圧が所定の値よりも小さい場合（ステップＳ５；Ｎｏ）には、中間圧と高圧とが接近して、冷媒の圧縮状態が圧縮不良状態に至ると予想されるため、主制御装置５０は、この圧縮不良状態を解消するために、上述した通常の冷却運転時の制御によらず、第二膨張弁３４を、当該冷却運転時の制御よりも大きい所定開度だけ開くように調整する（ステップＳ９）。
これによれば、図３に示すように、中間圧が高圧よりも高い圧縮不良状態にある場合であっても、時間Ｔ１にて、第二膨張弁３４を所定開度開くことにより、分岐配管３３を圧力逃がし回路として作用させることができる。このため、中間圧の冷媒を高圧側に逆流させることができ、圧縮不良状態が解消されて、冷媒の圧力状態を正常な状態に早期に復帰させることができる。
また、この構成では、第二膨張弁３４を、通常の冷却運転時の制御よりも大きい所定開度だけ開くため、中間圧の冷媒圧力が第二膨張弁３４を通過する際に減圧されることなく、高圧側に逆流し、早期に高圧側の圧力を高めることができる。

続いて、主制御装置５０は、ケース制御装置４５Ａ，４５Ｂを介して、第一膨張弁４２Ａ，４２Ｂの開度を調整するとともに、圧縮機１１の運転周波数を制御する（ステップＳ１０）。このステップＳ１０の制御は、通常の冷却運転時の制御である。
しかし、ステップＳ９で中間圧の冷媒を高圧側に逆流させることにより、冷凍サイクル内の冷媒の圧力状態が変化させたため、この圧力状態の変化に応じて、第一膨張弁４２Ａ，４２Ｂの開度や圧縮機１１の運転周波数が調整される。このため、例えば、冷媒の圧力状態が圧縮不良状態のまま、第一膨張弁４２Ａ，４２Ｂの開度が安定していたとしても、圧力状態の変化に応じて、第一膨張弁４２Ａ，４２Ｂの開度や圧縮機１１の運転周波数が調整されることにより、冷媒の圧力状態を正常な状態に復帰させることができる。

続いて、主制御装置５０は、冷凍装置１が運転中であるか否かを判別する（ステップＳ１１）。具体的には、圧縮機１１がサーモオフに至ったか否か、もしくは、ユーザが運転停止を指示したか否かを判別する。この判別において、冷凍装置１が運転中の場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）には、処理をステップＳ２に戻し、上記ステップＳ２〜ステップＳ１１の処理を繰り返し実行する。一方、冷凍装置１が運転中でない場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）には、運転を停止（ステップＳ１２）し、処理を終了する。

この第１実施形態によれば、ガスクーラー２３から第一膨張弁４２Ａ，４２Ｂへ向かう冷媒と、ガスクーラー２３の出口側から分岐され、第二膨張弁３４を介して減圧された分岐冷媒との間で熱交換を行う過冷却熱交換器２４を備え、この過冷却熱交換器２４を出た分岐冷媒を中間圧となる高段圧縮要素１１Ｂの入口側に戻す構成とするとともに、中間圧及び高圧の各冷媒圧力に基づいて圧縮機１１での冷媒の圧縮状態を判別し、この冷媒の圧縮状態が、高圧よりも中間圧が高い圧縮不良状態に至った場合、または当該圧縮不良状態に至ると予想される場合には、第二膨張弁３４の開度を拡大し、中間圧の冷媒を高圧側に逆流させるため、冷凍サイクル内の冷媒の圧力状態を変化させることができる。このため、この圧力状態の変化に応じて、第一膨張弁４２Ａ，４２Ｂの開度や圧縮機１１の運転周波数が調整されことにより、上記した圧縮不良状態が早期に解消され、冷媒の圧力状態を正常な状態に復帰させることができる。従って、圧縮不良による圧縮機１１の入力の増大を防止でき、冷凍装置１の安定かつ高効率な運転が可能となる。

（第２実施形態）
上記した第１実施形態では、過冷却熱交換器２４の分岐配管３３に設けられた第二膨張弁３４と、この第二膨張弁３４の開度調整する主制御装置５０とが圧縮不良解消手段として動作する構成を説明したが、この第２実施形態では、ショーケースユニット５Ａ，５Ｂに設けられた第一膨張弁４２Ａ，４２Ｂ、ケース制御装置４５Ａ，４５Ｂ及び主制御装置５０が圧縮不良解消手段を構成する。他の構成は、第１実施形態に記載したものと同一であるため、説明を省略する。
この第２実施形態では、高圧圧力Ｐｈと中間圧力Ｐｍとの差圧が所定の値よりも小さい場合には、主制御装置５０は、ケース制御装置４５Ａ，４５Ｂを介して、第一膨張弁４２Ａ，４２Ｂの開度を縮小する。この制御は、通常の冷却運転時における第一膨張弁４２Ａ，４２Ｂの制御動作に優先して実行されるため、圧縮機１１の高段圧縮要素１１Ｂの冷媒吐出温度に関わらず、当該第一膨張弁４２Ａ，４２Ｂの開度が縮小される。
これによれば、第一膨張弁４２Ａ，４２Ｂの開度を縮小することにより、高段圧縮要素１１Ｂから吐出される高圧の冷媒圧力が高まるため、冷凍サイクル内の冷媒の圧力状態を変化させることができる。このため、この圧力状態の変化に応じて、その後、第一膨張弁４２Ａ，４２Ｂの開度や圧縮機１１の運転周波数が調整されことにより、上記した圧縮不良状態が早期に解消され、冷媒の圧力状態を正常な状態に復帰させることができる。従って、圧縮不良による圧縮機１１の入力の増大を防止でき、冷凍装置１の安定かつ高効率な運転が可能となる。

（第３実施形態）
この第３実施形態では、圧縮機１１，１１と、この圧縮機１１，１１の運転周波数を調整する主制御装置５０とが圧縮不良解消手段を構成する。他の構成は、第１実施形態に記載したものと同一であるため、説明を省略する。
この第３実施形態では、高圧圧力Ｐｈと中間圧力Ｐｍとの差圧が所定の値よりも小さい場合には、主制御装置５０は、圧縮機１１，１１の運転周波数を所定の周波数（例えば５Ｈｚ）だけ低減する。
これによれば、圧縮機１１の運転周波数を低減することにより、冷凍サイクル内の冷媒の圧縮状態が大きく変化するため、この圧力状態の変化に応じて、第一膨張弁４２Ａ，４２Ｂの開度や圧縮機１１の運転周波数が調整されことにより、上記した圧縮不良状態が早期に解消され、冷媒の圧力状態を正常な状態に復帰させることができる。従って、圧縮不良による圧縮機１１の入力の増大を防止でき、冷凍装置１の安定かつ高効率な運転が可能となる。この場合、高圧圧力Ｐｈと中間圧力Ｐｍとの差圧が所定の値よりも大きくなれば、主制御装置５０は、ショーケースユニット５Ａ、５Ｂの冷凍負荷に応じた周波数制御を実行する。

（第４実施形態）
図４は、第４実施形態にかかる冷凍装置の冷媒回路を示す回路構成図である。
この実施形態では、冷凍機ユニット６３は、圧縮機１１の低段圧縮要素１１Ａの入口側に連なる低圧吸入管１３と高段圧縮要素１１Ｂの入口側に連なる中間圧吸入管１９とを連結する連結管６５と、この連結管６５に設けられる開閉弁６６とを備え、この開閉弁６６及び当該開閉弁６６の動作を制御する主制御装置５０が圧縮不良解消手段を構成する。他の構成は、第１実施形態に記載したものと同一であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
この第４実施形態では、高圧圧力Ｐｈと中間圧力Ｐｍとの差圧が所定の値よりも小さい場合には、主制御装置５０は開閉弁６６を開放し、連結管６５を介して、低圧吸入管１３と中間圧吸入管１９とを連通させる。
これによれば、高段圧縮要素１１Ｂの入口側と低段圧縮要素１１Ａの入口側との圧力差によって、中間圧吸入管１９を流れる中間圧の冷媒が低圧吸入管１３内に流入するため、この中間圧が低下することにより、圧縮不良状態が早期に解消される。さらに、開閉弁６６を開放することにより、冷凍サイクル内の冷媒の圧縮状態が大きく変化するため、この圧力状態の変化に応じて、第一膨張弁４２Ａ，４２Ｂの開度や圧縮機１１の運転周波数が調整されて、冷媒の圧力状態を正常な状態に復帰させることができる。従って、圧縮不良による圧縮機１１の入力の増大を防止でき、冷凍装置１の安定かつ高効率な運転が可能となる。

以上、本発明の一実施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、種々の変更実施が可能である。例えば、上記した第１乃至第４実施形態に記載された圧縮不良解消手段としての構成を適宜組み合わせて実行しても良い。
例えば、圧縮機１１の運転周波数を低減しつつ、第二膨張弁３４の開度を所定開度開くことにより、圧縮不良状態をより早期に解消することができ、より早く正常な冷却運転を実行することができる。
また、上記した第１乃至第４実施形態に記載された構成を実行しても、圧縮不良状態を解消できない場合には、圧縮機１１，１１の動作を停止しても良い。圧縮機１１，１１を停止することにより、冷凍装置１の低圧、中間圧及び高圧が均圧化されるため、再度運転した際には、圧縮不良な状態が解消されて起動することができる。

本実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路を示す回路構成図である。 圧縮不良状態を解消する際の動作を示すフローチャートである。 圧縮不良状態を解消する動作時の圧力変動を示す概略図である。 別の実施形態にかかる冷凍装置の冷媒回路を示す回路構成図である。

１ 冷凍装置
３、６３ 冷凍機ユニット
５Ａ、５Ｂ ショーケースユニット
１１ 圧縮機（圧縮不良解消手段）
１１Ａ 低段圧縮要素
１１Ｂ 高段圧縮要素
１３ 低圧吸入管
１４ アキュームレータ
１７ 中間圧吐出管
１８ 中間冷却器
１９ 中間圧吸入管
２０ 中間圧力センサー
２１ 高圧吐出管
２２ オイルセパレータ
２３ ガスクーラー
２４ 過冷却熱交換器
２５ 吐出圧力センサー
２６ 吐出温度センサー
３３ 分岐配管
３４ 第二膨張弁（第二絞り手段、圧縮不良解消手段）
３５ 入口温度センサー
３６ 出口温度センサー
４２Ａ、４２Ｂ 第一膨張弁（第一絞り手段、圧縮不良解消手段）
４３Ａ ケース熱交換器
４４Ａ ケースファン
４５Ａ、４５Ｂ ケース制御装置
５０ 主制御装置（圧縮不良解消手段）
６５ 連結管
６６ 開閉弁（圧縮不良解消手段）

Claims (1)

1. 低段圧縮要素及び高段圧縮要素を備え、前記低段圧縮要素で圧縮された中間圧の冷媒を前記高段圧縮要素に導いて圧縮し、高圧の冷媒を放熱器に吐出する多段式の圧縮機を備え、前記放熱器に第一絞り手段及び蒸発器を順次接続して冷凍サイクルが構成される冷凍装置において、
   前記放熱器から前記第一絞り手段へ向かう冷媒と、前記放熱器の出口側から分岐され、第二絞り手段を介して減圧された分岐冷媒との間で熱交換を行う熱交換器を備え、この熱交換器を出た分岐冷媒を中間圧となる前記高段圧縮要素の入口側に戻す構成とし、
   前記中間圧及び前記高圧の各冷媒圧力に基づいて前記圧縮機での冷媒の圧縮状態を判別する判別手段を備え、この判別手段により、前記冷媒の圧縮状態が、前記高圧よりも前記中間圧が高い圧縮不良状態に至った場合、または当該圧縮不良状態に至ると予想される場合に、前記高圧が前記中間圧よりも高くなるように制御されて当該圧縮不良状態を解消する圧縮不良解消手段を備え、前記圧縮不良解消手段は、前記第二絞り手段の絞り開度を拡大し、前記中間圧の冷媒を前記高圧側に逆流させることを特徴とする冷凍装置。

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