JP7257151B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機、放熱器、第１膨張弁、第２膨張弁、蒸発器が順に接続された冷媒回路を備えた冷却装置に関するものである。

従来、この種の冷却装置としては、例えば、コンビニエンスストア等の店舗内に設置される冷蔵ショーケースに適用されるものであり、圧縮機、放熱器、第１膨張弁、第２膨張弁、蒸発器が順に接続された冷媒回路を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６－１５３３４９号公報

前記冷却装置は、圧縮機及び放熱器を含む冷媒回路の高圧側が屋外に設置される場合がある。前記冷却装置は、冷媒回路の高圧側が屋外に設置された場合に、冷媒回路内の冷媒の温度が屋外の温度変化の影響を受けて変化する。冷媒回路内の冷媒は、温度の変化に応じて密度が変化する。このため、前記冷却装置では、冷媒回路内の冷媒の適正な充填量が屋外の温度に応じて変化することになる。

前記冷却装置では、冬期等の屋外の温度が低い状態で冷媒回路内の冷媒の充填量が適正な場合に、夏期等の屋外の温度が高くなる状態で冷媒回路内の冷媒の充填量が過剰な状態となり、成績係数（ＣＯＰ）が低い運転となるおそれがある。

本発明の目的とするところは、屋外の温度の影響を受けることなく高い効率の運転を行うことのできる冷却装置を提供することにある。

本発明の冷却装置は、前記目的を達成するために、圧縮機、放熱器、第１膨張弁、第２膨張弁、蒸発器が順に接続された冷媒回路を備え、前記冷媒回路における前記第１膨張弁と前記第２膨張弁との間には、前記第１膨張弁と前記第２膨張弁とを接続する第１冷媒流通路と、前記第１冷媒流通路に対して並列に接続された第２冷媒流通路と、が設けられ、前記第２冷媒流通路には、冷媒を貯留する余剰冷媒タンクと、前記余剰冷媒タンクの上流側に設けられた上流側開閉弁と、前記余剰冷媒タンクの下流側に設けられた下流側開閉弁と、が接続されている。

また、本発明の冷却装置は、前記目的を達成するために、圧縮機、放熱器、第１膨張弁、第２膨張弁、蒸発器が順に接続された冷媒回路を備え、前記冷媒回路は、前記第１膨張弁をバイパスするバイパス冷媒流通路を有し、前記バイパス冷媒流通路には、冷媒を貯留する余剰冷媒タンクと、前記余剰冷媒タンクの上流側に設けられた上流側開閉弁と、前記余剰冷媒タンクの下流側に設けられた下流側開閉弁と、が接続されている。

これにより、上流側開閉弁及び下流側開閉弁の開閉の切り替えによって、冷媒回路を流通する冷媒の一部が余剰冷媒タンク内に貯留されるとともに、余剰冷媒タンク内に貯留された冷媒が冷媒回路を循環する冷媒に対して合流することから、余剰冷媒タンク内の冷媒の貯留量を調整することで、冷媒回路を循環する冷媒の充填量が調整可能となる。

本発明によれば、余剰冷媒タンク内の冷媒の貯留量を調整することで、冷媒回路内の冷媒の充填量を調整することができるので、冷媒回路内の冷媒の充填量を、冷媒回路の周囲の温度によって変化する適正な冷媒の充填量に調整することによって、成績係数（ＣＯＰ）の高い運転を行うことが可能となり、消費エネルギー量の低減を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態を示す空気調和システムの概略構成図である。 制御系を示すブロック図である。 冷媒充填量調整処理を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態を示す空気調和システムの概略構成図である。

図１乃至図３は、本発明の一実施形態を示すものである。

本発明の冷却装置は、例えば、コンビニエンスストアの店舗内に設置される冷蔵ショーケースに適用されるものである。この冷却装置１は、図１に示すように、高元側冷媒回路１０及び一対の低元側冷媒回路２０を備えた二元冷凍サイクルの冷却装置であり、低元側冷媒回路２０における後述する蒸発器によってショーケースの商品収納部を冷却するものである。

高元側冷媒回路１０は、高元側圧縮機１１、高元側放熱器１２、高元側膨張弁１３、一対のカスケード熱交換器１４を、ステンレス管や銅管によって接続することで構成されている。高元側冷媒回路１０を流通する冷媒としては、例えば、フロン、二酸化炭素、アンモニア等が用いられる。高元側冷媒回路１０には、高元側圧縮機１１、高元側放熱器１２、高元側膨張弁１３、一対のカスケード熱交換器１４の高元側冷媒流路が順に直列に接続されている。

一対の低元側冷媒回路２０は、それぞれ、前述のカスケード熱交換器１４、低元側圧縮機２１、低元側放熱器２２、第１膨張弁２３、アキュムレータ２４、余剰冷媒タンク２５、第１乃至第４電磁弁２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ（以降、２６ａ～ｄと記載する）、複数の第２膨張弁２７、複数の蒸発器２８、複数の内部熱交換器２９、複数の第５電磁弁３０を、ステンレス管や銅管によって接続することで構成されている。低元側冷媒回路２０を流通する冷媒としては、高圧側が超臨界状態となる二酸化炭素が用いられる。

余剰冷媒タンク２５は、図示しない冷媒流入口及び冷媒流出口が形成された中空の圧力容器である。また、余剰冷媒タンク２５は、内部に貯留された冷媒を加熱するための加熱部として、外周部に沿って螺旋状に冷媒を流通させるための加熱管２５ａを有している。

低元側冷媒回路２０の回路構成を具体的に説明すると、低元側圧縮機２１の冷媒吐出側には、低元側放熱器２２を接続することにより冷媒流通路２０ａが形成されている。冷媒流通路２０ａには、第１電磁弁２６ａが設けられている。低元側放熱器２２の冷媒流出側には、カスケード熱交換器１４の低元側冷媒流路の冷媒流入側を接続することにより冷媒流通路２０ｂが形成されている。カスケード熱交換器１４の低元側冷媒流路の冷媒流出側には、第１膨張弁２３の冷媒流入側を接続することにより冷媒流通路２０ｃが形成されている。第１膨張弁２３の冷媒流出側には、複数の内部熱交換器２９の高圧冷媒流路の冷媒流入側を互いに並列に接続することにより第１冷媒流通路としての冷媒流通路２０ｄが形成されている。各内部熱交換器２９の高圧冷媒流路の冷媒流出側には、第２膨張弁２７の冷媒流入側を接続することにより冷媒流通路２０ｅが形成されている。第２膨張弁２７の冷媒流出側には、蒸発器２８の冷媒流入側を接続することにより冷媒流通路２０ｆが形成されている。蒸発器２８の冷媒流出側には、内部熱交換器２９の低圧冷媒流路の冷媒流入側を接続することにより冷媒流通路２０ｇが形成されている。複数の内部熱交換器２９の低圧冷媒流路の冷媒流出側には、アキュムレータ２４の冷媒流入側を互いに並列に接続することによって冷媒流通路２０ｈが形成されている。冷媒流通路２０ｈにおける各内部熱交換器２９の低圧冷媒流路の冷媒流出側には、第５電磁弁３０が設けられている。アキュムレータ２４の冷媒流出側には、低元側圧縮機２１の冷媒吸入側を接続することによって冷媒流通路２０ｉが形成されている。

また、冷媒流通路２０ｄには、第１電磁弁２６ａ側において分岐して冷媒流通路２０ｄと並列に延びて内部熱交換器２９側において合流する第２冷媒流通路としての冷媒流通路２０ｊが形成されている。冷媒流通路２０ｊには、余剰冷媒タンク２５が設けられている。また、冷媒流通路２０ｊにおける余剰冷媒タンク２５の第１膨張弁２３側には、上流側開閉弁としての第２電磁弁２６ｂが設けられている。さらに、冷媒流通路２０ｊにおける余剰冷媒タンク２５の内部熱交換器２９側には、下流側開閉弁としての第３電磁弁２６ｃが設けられている。

また、冷媒流通路２０ａにおける低元側圧縮機２１と第１電磁弁２６ａとの間には、余剰冷媒タンク２５の加熱管２５ａの冷媒流入側を接続することにより冷媒流通路２０ｋが形成されている。冷媒流通路２０ｋには、第４電磁弁２６ｄが設けられている。余剰冷媒タンク２５の加熱管２５ａの冷媒流出側には、冷媒流通路２０ａにおける第１電磁弁２６ａと低元側放熱器２２との間を接続することにより冷媒流通路２０ｌが形成されている。

高元側冷媒回路１０、及び、一対の低元側冷媒回路２０のうちの低元側圧縮機２１、低元側放熱器２２、第１膨張弁２３、アキュムレータ２４、余剰冷媒タンク２５、第１乃至第４電磁弁２６ａ～ｄは、室外ユニット１ａとして店舗外に設置される。また、複数の第２膨張弁２７、複数の蒸発器２８、複数の内部熱交換器２９及び複数の第５電磁弁３０は、店舗内に設置されるショーケース１ｂに内蔵されており、ショーケース１ｂを店舗内に設置する際に低元側冷媒回路２０に接続される。

また、冷却装置１は、高元側冷媒回路１０及び低元側冷媒回路２０の動作を制御するためのコントローラ４０を備えている。

コントローラ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ，ＲＡＭを有している。コントローラ４０は、入力側に接続された装置からの入力信号を受信すると、ＣＰＵが、入力信号に基づいてＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出すとともに、入力信号によって検出された状態をＲＡＭに記憶したり、出力側に接続された装置に出力信号を送信したりする。

コントローラ４０の入力側には、図２に示すように、低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力を検出するための高圧圧力検出部としての低元側高圧圧力センサ４１と、余剰冷媒タンク２５内の温度を検出するためのタンク内温度センサ４２と、余剰冷媒タンク２５内の圧力を検出するためのタンク内圧力検出部としてのタンク内圧力センサ４３と、が接続されている。

また、コントローラ４０の出力側には、第１膨張弁２３、第１電磁弁２６ａ、第２電磁弁２６ｂ、第３電磁弁２６ｃ及び第４電磁弁２６ｄが接続されている。

以上のように構成された冷却装置１において、高元側冷媒回路１０では、高元側圧縮機１１から吐出された冷媒が、高元側放熱器１２、高元側膨張弁１３、一方のカスケード熱交換器１４及び他方のカスケード熱交換器１４の順に流通し、高元側圧縮機１１に吸入される。このとき、高元側冷媒回路１０を流通する冷媒は、高元側放熱器１２において屋外の空気と熱交換して放熱し、高元側膨張弁１３によって減圧された後に、カスケード熱交換器１４において低元側冷媒回路２０を流通する冷媒と熱交換して吸熱する。

また、低元側冷媒回路２０では、通常の運転時において、第１電磁弁２６ａ及び第５電磁弁３０を開放し、第２乃至第４電磁弁２６ｂ～ｃを閉鎖した状態で、低元側圧縮機２１を駆動させる。これにより、低元側冷媒回路２０では、低元側圧縮機２１から吐出された冷媒が、低元側圧縮機２１、低元側放熱器２２、カスケード熱交換器１４、第１膨張弁２３、内部熱交換器２９の高圧冷媒側、第２膨張弁２７、蒸発器２８、内部熱交換器２９の低圧冷媒側、アキュムレータの順に流通し、低元側圧縮機２１に吸入される。このとき、低元側冷媒回路２０を流通する冷媒は、低元側放熱器２２において屋外の空気と熱交換すると共にカスケード熱交換器１４において高元側冷媒回路１０を流通する冷媒と熱交換して放熱し、第１膨張弁２３及び第２膨張弁２７によって二段階で減圧された後に、各蒸発器２８においてショーケース１ｂの商品収納部内の空気と熱交換して吸熱する。

各ショーケース１ｂでは、低元側冷媒回路２０を流通する冷媒が蒸発器２８において商品収納部内の空気と熱交換するため、商品収納部内が冷却される。各ショーケース１ｂでは、商品収納部内の温度が所定の温度以下に冷却されると、第５電磁弁３０を閉鎖して冷媒の流通を停止し、商品収納部内の冷却を停止する。

また、各ショーケース１ｂにおける冷却負荷が小さい場合には、高元側圧縮機１１の駆動を停止し、高元側冷媒回路１０における冷媒の流通を停止させる。このとき、低元側冷媒回路２０を流通する冷媒は、低元側放熱器２２において屋外の空気と熱交換して放熱する。これにより、各ショーケース１ｂの商品収納部は、高元側冷媒回路１０における冷媒の流通を停止した場合においても、低元側冷媒回路２０を流通する冷媒のみによって冷却が継続される。

さらに、低元側冷媒回路２０を流通する冷媒は、店舗外の空気の温度変化の影響を受けて温度が変化する。低元側冷媒回路２０を流通する冷媒は、温度が変化することによって密度が変化する。このため、低元側冷媒回路２０における冷媒の適正な充填量は、店舗外の空気の温度によって変化する。そこで、コントローラ４０は、低元側冷媒回路２０における冷媒の充填量を調整する冷媒充填量調整処理を行う。このときのコントローラ４０の動作を図３のフローチャートを用いて説明する。

（ステップＳ１）
ステップＳ１においてＣＰＵは、低元側高圧圧力センサ４１によって、低元側冷媒回路２０における低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲外であるか否かを判定する。低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲外であると判定した場合にはステップＳ２に処理を移し、低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲外であると判定しなかった場合には冷媒充填量調整処理を終了する。

ここで、低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲外である場合とは、低元側冷媒回路２０を流通する冷媒が店舗外の空気の温度の影響を受けて密度が変化し、低元側冷媒回路２０における冷媒の充填量が適正な冷媒の充填量でない状態を表している。例えば夏期等、店舗外の空気の温度が高い場合には、低元側冷媒回路２０を流通する冷媒が店舗外の空気の温度の影響を受けて密度が小さくなるため、低元側冷媒回路２０における適正な冷媒の充填量は少なくなる傾向がある。また、例えば冬期等、店舗外の空気の温度が低い場合には、低元側冷媒回路２０を流通する冷媒が店舗外の空気の温度の影響を受けて密度が大きくなるため、低元側冷媒回路２０における適正な冷媒の充填量は多くなる傾向がある。例えば、店舗外の空気の温度が２８℃の場合に低元側冷媒回路２０の適正な冷媒の充填量は、店舗外の空気の温度が８℃の場合に低元側冷媒回路２０の適正な冷媒の充填量に対して８８％の量である。

（ステップＳ２）
ステップＳ１において低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲外であると判定した場合に、ステップＳ２においてＣＰＵは、低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲よりも高いか否かを判定する。低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲よりも高いと判定した場合にはステップＳ３に処理を移し、低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲よりも高いと判定しなかった場合にはステップＳ１２に処理を移す。

（ステップＳ３）
ステップＳ２において低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲よりも高いと判定した場合に、ステップＳ３においてＣＰＵは、第１膨張弁２３の弁開度を大きくする方向に調整する制御を行い、ステップＳ４に処理を移す。

（ステップＳ４）
ステップＳ４においてＣＰＵは、低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲よりも高いか否かを判定する。低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲よりも高いと判定した場合にはステップＳ５に処理を移し、低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲よりも高いと判定しなかった場合には冷媒充填量調整処理を終了する。

（ステップＳ５）
ステップＳ４において低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲よりも高いと判定した場合に、ステップＳ５においてＣＰＵは、余剰冷媒タンク２５の上流側に位置する第２電磁弁２６ｂを開放し、所定時間（例えば、５秒間）経過後に閉鎖する冷媒貯留動作を行い、ステップＳ６に処理を移す。

ここで、冷媒貯留動作は、第２電磁弁２６ｂを開放することによって低元側冷媒回路２０を流通する冷媒の一部を余剰冷媒タンク２５内に流入させ、第２電磁弁２６ｂを閉鎖することによって余剰冷媒タンク２５内に冷媒を貯留する。

（ステップＳ６）
ステップＳ６においてＣＰＵは、ステップＳ５における冷媒貯留動作の後に所定時間（例えば、１分間）が経過したか否かを判定する。所定時間が経過したと判定した場合にはステップＳ７に処理を移し、所定時間が経過したと判定しなかった場合にはステップＳ６の処理を繰り返す。

（ステップＳ７）
ステップＳ６において冷媒貯留動作の後に所定時間が経過したと判定した場合に、ステップＳ７においてＣＰＵは、低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲よりも高いか否かを判定する。低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲よりも高いと判定した場合にはステップＳ８に処理を移し、低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲よりも高いと判定しなかった場合には冷媒充填量調整処理を終了する。

（ステップＳ８）
ステップＳ７において低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲よりも高いと判定した場合に、ステップＳ８においてＣＰＵは、ステップＳ５における冷媒貯留動作を所定回数（例えば、５回）実施したか否かを判定する。冷媒貯留動作を所定回数実施したと判定した場合にはステップＳ９に処理を移し、冷媒貯留動作を所定回数実施したと判定しなかった場合にはステップＳ５に処理を移す。

（ステップＳ９）
ステップＳ８において冷媒貯留動作を所定回数実施したと判定した場合に、ステップＳ９においてＣＰＵは、余剰冷媒タンク２５の上流側に位置する第２電磁弁２６ｂ及び下流側に位置する第３電磁弁２６ｃを開放する貯留冷媒入替動作を開始し、ステップＳ１０に処理を移す。

ここで、貯留冷媒入替動作は、第３電磁弁２６ｃを開放することによって余剰冷媒タンク２５内に貯留されていた冷媒を余剰冷媒タンク２５から流出させる。また、貯留冷媒入替動作は、第２電磁弁２６ｂを開放することによって、カスケード熱交換器１４または低元側放熱器２２において放熱した冷媒を余剰冷媒タンク２５に流入させる。このため、貯留冷媒入替動作後の余剰冷媒タンク２５内に貯留された冷媒は、第３電磁弁２６ｃを開放する前に貯留されていた冷媒よりも低温となって密度が高くなり、貯留される冷媒の充填量は多くなる。

（ステップＳ１０）
ステップＳ１０においてＣＰＵは、低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲よりも高いか否かを判定する。低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲よりも高いと判定した場合にはステップＳ９に処理を移し、低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲よりも高いと判定しなかった場合にはステップＳ１１に処理を移す。

（ステップＳ１１）
ステップＳ１０において低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲よりも高いと判定しなかった場合に、ステップＳ１１においてＣＰＵは、第２電磁弁２６ｂ及び第３電磁弁２６ｃを閉鎖して貯留冷媒入替動作を終了し、冷媒充填量調整処理を終了する。

（ステップＳ１２）
ステップＳ２において低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲よりも高いと判定しなかった場合に、ステップＳ１２においてＣＰＵは、第１膨張弁２３の弁開度を小さくする方向に調整する制御を行い、ステップＳ１３に処理を移す。

（ステップＳ１３）
ステップＳ１３においてＣＰＵは、低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲よりも低いか否かを判定する。低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲よりも低いと判定した場合にはステップＳ１４に処理を移し、低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲よりも低いと判定しなかった場合には冷媒充填量調整処理を終了する。

（ステップＳ１４）
ステップＳ１３において低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲よりも低いと判定した場合に、ステップＳ１４においてＣＰＵは、余剰冷媒タンク２５の下流側に位置する第３電磁弁２６ｃを開放し、所定時間（例えば、５秒間）経過後に閉鎖する貯留冷媒流出動作を行い、ステップＳ１５に処理を移す。

ここで、貯留冷媒流出動作は、第３電磁弁２６ｃを開放することによって余剰冷媒タンク２５に貯留されている冷媒の一部を余剰冷媒タンク２５内から流出させる。

（ステップＳ１５）
ステップＳ１５においてＣＰＵは、ステップＳ１４における貯留冷媒流出動作の後に所定時間（例えば、１分間）が経過したか否かを判定する。所定時間が経過したと判定した場合にはステップＳ１６に処理を移し、所定時間が経過したと判定しなかった場合にはステップＳ１５の処理を繰り返す。

（ステップＳ１６）
ステップＳ１５において貯留冷媒流出動作の後に所定時間が経過したと判定した場合に、ステップＳ１６においてＣＰＵは、低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲よりも低いか否かを判定する。低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲よりも低いと判定した場合にはステップＳ１７に処理を移し、低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲よりも低いと判定しなかった場合には冷媒充填量調整処理を終了する。

（ステップＳ１７）
ステップＳ１６において低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが、所定の目標圧力の範囲よりも低いと判定した場合に、ステップＳ１７においてＣＰＵは、ステップＳ１４における貯留冷媒流出動作を所定回数（例えば、５回）実施したか否かを判定する。貯留冷媒流出動作を所定回数実施したと判定した場合にはステップＳ１８に処理を移し、貯留冷媒流出動作を所定回数実施したと判定しなかった場合にはステップＳ１４に処理を移す。

（ステップＳ１８）
ステップＳ１７において貯留冷媒流出動作を所定回数実施したと判定した場合に、ステップＳ１８においてＣＰＵは、低元側圧縮機２１の冷媒吐出側に位置する第１電磁弁２６ａを閉鎖すると共に第４電磁弁２６ｄを開放する貯留冷媒加熱動作を開始し、ステップＳ１９に処理を移す。

ここで、貯留冷媒加熱動作は、第１電磁弁２６ａを閉鎖すると共に第４電磁弁２６ｄを開放することによって、低元側圧縮機２１から吐出された冷媒を、冷媒流通路２０ｋ、余剰冷媒タンク２５の外周側の加熱管２５ａ及び冷媒流通路２０ｌを流通してから低元側放熱器２２に流入させる。このため、余剰冷媒タンク２５に貯留されている冷媒は、低元側圧縮機２１から吐出された高温の冷媒によって加熱される。

（ステップＳ１９）
ステップＳ１９においてＣＰＵは、タンク内温度センサ４２によって余剰冷媒タンク２５内の冷媒の温度Ｔが冷媒の飽和温度より高いか否かを判定する。余剰冷媒タンク２５内の冷媒の温度Ｔが冷媒の飽和温度より高いと判定した場合にはステップＳ２０に処理を移し、余剰冷媒タンク２５内の冷媒の温度Ｔが冷媒の飽和温度より高いと判定しなかった場合にはステップＳ１８に処理を移す。

（ステップＳ２０）
ステップＳ１９において余剰冷媒タンク２５内の冷媒の温度Ｔが冷媒の飽和温度より高いと判定した場合に、ステップＳ２０においてＣＰＵは、低元側圧縮機２１の冷媒吐出側に位置する第１電磁弁２６ａを開放すると共に第４電磁弁２６ｄを閉鎖して貯留冷媒加熱動作を終了し、冷媒充填量調整処理を終了する。

また、コントローラ４０は、タンク内圧力センサ４３によって検出した圧力が所定の圧力よりも高い場合に、第３電磁弁２６ｃを開放して余剰冷媒タンク２５から冷媒を流出させ、余剰冷媒タンク２５内の圧力を低下させる。

このように、本実施形態の冷却装置によれば、第１膨張弁２３と第２膨張弁２７との間の冷媒流通路２０ｄに対して並列に接続された冷媒流通路２０ｊを設け、冷媒流通路２０ｊには、冷媒を貯留するための余剰冷媒タンク２５と、余剰冷媒タンク２５の上流側に設けられた第２電磁弁２６ｂと、余剰冷媒タンク２５の下流側に設けられた第３電磁弁２６ｃが接続されている。

これにより、余剰冷媒タンク２５内の冷媒の貯留量を調整することで、低元側冷媒回路２０を循環する冷媒の充填量を調整することができるので、低元側冷媒回路２０を循環する冷媒の充填量を、店舗外の温度によって変化する適正な冷媒の充填量に調整することによって、成績係数（ＣＯＰ）の高い運転を行うことが可能となり、消費エネルギー量の低減を図ることが可能となる。

また、低元側圧縮機２１の吐出側の圧力Ｐが目標とする圧力よりも高い場合に、余剰冷媒タンク２５の下流側に位置する第３電磁弁２６ｃを閉鎖した状態で、上流側に位置する第２電磁弁２６ｂを開放して所定時間後に閉鎖する冷媒貯留動作を行う。

これにより、低元側冷媒回路２０における冷媒の充填量が過多となる場合に、低元側冷媒回路２０を循環している余剰の冷媒が、余剰冷媒タンク２５に貯留されることになり、低元側冷媒回路２０を循環する冷媒の充填量を、適正な冷媒の充填量とすることが可能となる。また、第２電磁弁２６ｂを開放して所定時間後に閉鎖することによって、高性能なセンサを用いることなく、低元側冷媒回路２０を循環する冷媒の充填量の調整を高精度に行うことが可能となる。

また、冷媒貯留動作を行った後に低元側圧縮機２１の吐出側の圧力Ｐが目標とする圧力よりも高い場合に、余剰冷媒タンク２５の上流側及び下流側に位置する第２電磁弁２６ｂ及び第３電磁弁２６ｃを同時に開放する貯留冷媒入替動作を行う。

これにより、余剰冷媒タンク２５に貯留されていた高温の冷媒を余剰冷媒タンク２５から流出させるとともに、低元側放熱器２２及びカスケード熱交換器１４において放熱した密度の大きい冷媒を余剰冷媒タンク２５内に貯留することができるので、余剰冷媒タンク２５内における冷媒の貯留量を大きくすることが可能となる。

また、低元側圧縮機２１の吐出側の圧力Ｐが目標とする圧力よりも低い場合に、余剰冷媒タンク２５の上流側に位置する第２電磁弁２６ｂを閉鎖した状態で、下流側に位置する第３電磁弁２６ｃを開放して所定時間後に閉鎖する貯留冷媒流出動作を行う。

これにより、低元側冷媒回路２０における冷媒の充填量が不足する場合に、余剰冷媒タンク２５に貯留されている冷媒が、低元側冷媒回路２０を循環している冷媒に合流することになり、低元側冷媒回路２０を循環する冷媒の充填量を、適正な冷媒の充填量とすることが可能となる。また、第３電磁弁２６ｃを開放して所定時間後に閉鎖することによって、高性能なセンサを用いることなく、低元側冷媒回路２０を循環する冷媒の充填量の調整を高精度に行うことが可能となる。

また、余剰冷媒タンク２５内の冷媒を加熱する貯留冷媒加熱動作を行うことが可能である。

これにより、余剰冷媒タンク２５内の冷媒が液化している場合に、加熱によって余剰冷媒タンク２５内の冷媒を気化させることが可能となるので、余剰冷媒タンク２５内の冷媒を、低元側冷媒回路２０を循環している冷媒に確実に合流させることが可能となる。

また、余剰冷媒タンク２５は、低元側圧縮機２１から吐出された冷媒を、余剰冷媒タンク２５に貯留された冷媒と熱交換可能に流通させる加熱管２５ａを有している。

これにより、余剰冷媒タンク２５内の冷媒を、低元側圧縮機２１から吐出された高温の冷媒によって加熱することができる。そのため、別途、余剰冷媒タンク２５内の冷媒を加熱するための熱源を必要としないので、消費エネルギー量の低減を図ることが可能となる。

また、コントローラ４０は、第２電磁弁２６ｂ及び第３電磁弁２６ｃが閉鎖された状態で、余剰冷媒タンク２５内の圧力が所定の圧力以上となった場合に、第３電磁弁２６ｃを開放する。

これにより、余剰冷媒タンク２５内の圧力が所定以上の高圧となる状態を防止することができるので、余剰冷媒タンク２５の破損等の不具合の発生を防止することが可能となる。

また、低元側冷媒回路２０を流通する冷媒は、二酸化炭素である。

これにより、毒性及び燃焼性がないため安全性が高く、オゾン層破壊係数（ＯＤＰ）や地球温暖化係数（ＧＷＰ）等が低いため環境に対する負荷を低減することが可能となる。

図４は、本発明の他の実施形態を示すものである。尚、前記実施形態と同様の構成部分には同一の符号を付して示す。

この冷却装置１は、前記実施形態の低元側冷媒回路２０における冷媒流通路２０ｊを有しておらず、一端が冷媒流通路２０ｃに接続され、他端が冷媒流通路２０ｄに接続された冷媒流通路２０ｍを有している。冷媒流通路２０ｍは、低元側冷媒回路２０において第１膨張弁２３をバイパスするバイパス冷媒流通路である。冷媒流通路２０ｍには、余剰冷媒タンク２５が設けられている。冷媒流通路２０ｍにおける余剰冷媒タンク２５の冷媒流通路２０ｃ側には、上流側開閉弁としての第２電磁弁２６ｂが設けられている。冷媒流通路２０ｍにおける余剰冷媒タンク２５の冷媒流通路２０ｄ側には、下流側開閉弁としての第３電磁弁２６ｃが設けられている。

以上のように構成された冷却装置１において、高元側冷媒回路１０では、前記実施形態と同様に冷媒が流通する。また、低元側冷媒回路２０において、余剰冷媒タンク２５には、第１膨張弁２３の上流側の冷媒流通路２０ｃを流通する冷媒が流入する。

このように、本実施形態の冷却装置によれば、低元側冷媒回路２０において第１膨張弁２３をバイパスする冷媒流通路２０ｍを設け、冷媒流通路２０ｍには、冷媒を貯留するための余剰冷媒タンク２５と、余剰冷媒タンク２５の上流側に設けられた第２電磁弁２６ｂと、余剰冷媒タンク２５の下流側に設けられた第３電磁弁２６ｃが接続されている。

これにより、前記実施形態と同様に、余剰冷媒タンク２５内の冷媒の貯留量を調整することで、低元側冷媒回路２０を循環する冷媒の充填量を調整することができるので、低元側冷媒回路２０を循環する冷媒の充填量を、店舗外の温度によって変化する適正な冷媒の充填量に調整することによって、成績係数（ＣＯＰ）の高い効率の運転を行うことが可能となり、消費エネルギー量の低減を図ることが可能となる。

尚、前記実施形態では、二元冷凍サイクルの冷却装置に本発明を適用したものを示したがこれに限られるものではない。一元式の冷媒サイクルから構成された冷却装置に本発明を適用しても同様の効果を得ることが可能である。

また、前記実施形態では、ショーケース１ｂの商品収納部を冷却するための冷却装置１を示したが、これに限られるものではない。冷却対象としては、ショーケース以外の冷凍庫や冷蔵庫、室内の温度及び湿度を調整するための空気調和装置として本発明の冷却装置を適用することが可能である。

また、前記実施形態では、低元側圧縮機２１の冷媒吐出側の圧力Ｐが所定の目標圧力の範囲よりも低いと判定するとともに、貯留冷媒流出動作を所定回数実施したと判定した場合に、貯留冷媒加熱動作を実施するようにしたものを示したが、これに限られるものではない。例えば、店舗外の空気の温度が所定の温度よりも低い状態を検知して、貯留冷媒流出動作の前、または、貯留冷媒流出動作と同時に、貯留冷媒加熱動作を実施してもよい。

また、前記実施形態では、余剰冷媒タンク２５内の冷媒を加熱する加熱部として、低元側圧縮機２１から吐出された冷媒を余剰冷媒タンク２５に設けられた加熱管２５ａに流入させるようにしたものを示したが、これに限られるものではない。加熱部としては、例えば電気ヒータ等、余剰冷媒タンク２５内の冷媒を加熱する専用のヒータを用いることも可能である。

また、前記実施形態では、低元側冷媒回路２０における高圧側の圧力として、低元側圧縮機２１の吐出側の圧力Ｐを検出するものを示したが、これに限られるものではない。高圧側の圧力が検出可能であれば、低元側放熱器の冷媒流出側やカスケード熱交換器１４の冷媒流出側の圧力を検出してもよい。

また、前記実施形態では、冷媒貯留動作、貯留冷媒入替動作、貯留冷媒流出動作及び貯留冷媒加熱動作を、低元側冷媒回路２０の高圧側の圧力に基づいて制御するようにしたものを示したが、これに限られるものではない。例えば、低元側冷媒回路２０の高圧側の圧力と、第１膨張弁２３と第２膨張弁２７との間の冷媒流通路２０ｄの圧力と、の差に基づいて冷媒貯留動作、貯留冷媒入替動作、貯留冷媒流出動作及び貯留冷媒加熱動作を制御するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、余剰冷媒タンク２５内の温度をタンク内温度センサ４２によって検出するようにしたものを示したが、これに限られるものではない。余剰冷媒タンク２５内の温度は、例えば、タンク内圧力センサ４３の検出圧力から換算してもよい。

１…冷却装置、１０…高元側冷媒回路、２０…低元側冷媒回路、２０ｄ，２０ｊ…冷媒流通路、２１…低元側圧縮機、２２…低元側放熱器、２３…第１膨張弁、２５…余剰冷媒タンク、２５ａ…加熱管、２６ａ～ｄ…第１乃至第４電磁弁、２７…第２膨張弁、４０…コントローラ、４１…低元側高圧圧力センサ、４２…タンク内温度センサ、４３…タンク内圧力センサ。

Claims (7)

1. 圧縮機、放熱器、第１膨張弁、第２膨張弁、蒸発器が順に接続された冷媒回路を備え、
   前記冷媒回路における前記第１膨張弁と前記第２膨張弁との間には、前記第１膨張弁と前記第２膨張弁とを接続する第１冷媒流通路と、前記第１冷媒流通路に対して並列に接続された第２冷媒流通路と、が設けられ、
   前記第２冷媒流通路には、冷媒を貯留する余剰冷媒タンクと、前記余剰冷媒タンクの上流側に設けられた上流側開閉弁と、前記余剰冷媒タンクの下流側に設けられた下流側開閉弁と、が接続され、
   前記冷媒回路における高圧側の圧力を検出する高圧圧力検出部と、
   前記高圧圧力検出部の検出圧力が目標とする圧力よりも高い場合に、前記下流側開閉弁を閉鎖した状態で、前記上流側開閉弁を開放して所定時間後に閉鎖する冷媒貯留動作を行う制御部と、を備え、
   前記制御部は、冷媒貯留動作を行った後に前記高圧圧力検出部の検出圧力が目標とする圧力よりも高い場合に、前記上流側開閉弁と前記下流側開閉弁を同時に開放する貯留冷媒入替動作を行う
   ことを特徴とする冷却装置。
2. 圧縮機、放熱器、第１膨張弁、第２膨張弁、蒸発器が順に接続された冷媒回路を備え、
   前記冷媒回路は、前記第１膨張弁をバイパスするバイパス冷媒流通路を有し、
   前記バイパス冷媒流通路には、冷媒を貯留する余剰冷媒タンクと、前記余剰冷媒タンクの上流側に設けられた上流側開閉弁と、前記余剰冷媒タンクの下流側に設けられた下流側開閉弁と、が接続され、
   前記冷媒回路における高圧側の圧力を検出する高圧圧力検出部と、
   前記高圧圧力検出部の検出圧力が目標とする圧力よりも高い場合に、前記下流側開閉弁を閉鎖した状態で、前記上流側開閉弁を開放して所定時間後に閉鎖する冷媒貯留動作を行う制御部と、を備え、
   前記制御部は、冷媒貯留動作を行った後に前記高圧圧力検出部の検出圧力が目標とする圧力よりも高い場合に、前記上流側開閉弁と前記下流側開閉弁を同時に開放する貯留冷媒入替動作を行う
   ことを特徴とする冷却装置。
3. 前記冷媒回路における高圧側の圧力を検出する高圧圧力検出部と、
   前記高圧圧力検出部の検出圧力が目標とする圧力よりも低い場合に、前記上流側開閉弁を閉鎖した状態で、前記下流側開閉弁を開放して所定時間後に閉鎖する貯留冷媒流出動作を行う制御部と、を備えた
   請求項１または２に記載の冷却装置。
4. 前記余剰冷媒タンク内の冷媒を加熱する加熱部を備えた
   請求項１乃至３のいずれかに記載の冷却装置。
5. 前記加熱部は、前記圧縮機から吐出された冷媒を、前記余剰冷媒タンクに貯留された冷媒と熱交換可能に流通させる加熱管を有している
   請求項４に記載の冷却装置。
6. 前記余剰冷媒タンク内の圧力を検出するタンク内圧力検出部を備え、
   前記制御部は、前記上流側開閉弁及び前記下流側開閉弁が閉鎖された状態で、前記タンク内圧力検出部の検出圧力が所定の圧力以上となった場合に、前記下流側開閉弁を開放する
   請求項１乃至５のいずれかに記載の冷却装置。
7. 前記冷媒回路を循環する冷媒は、二酸化炭素である
   請求項１乃至６のいずれかに記載の冷却装置。

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