JPWO2014068967A1 - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

高圧側が超臨界圧力となる場合に、外気温度に左右されずに安定した冷凍能力を確保でき、施工性やコストも改善することができる冷凍装置を提供する。ガスクーラの下流側であって主絞り手段の上流側の冷媒回路に接続された圧力調整用絞り手段と、圧力調整用絞り手段の下流側であって主絞り手段の上流側の冷媒回路に接続された減圧タンクと、減圧タンクの下流側であって主絞り手段の上流側の冷媒回路に設けられたスプリット熱交換器と、減圧タンク内の冷媒を、補助絞り手段を介してスプリット熱交換器の第１の流路に流した後、圧縮機の中間圧部に吸い込ませる補助回路と、減圧タンク下部から冷媒を流出させ、スプリット熱交換器の第２の流路に流し、第１の流路を流れる冷媒と熱交換させた後、主絞り手段に流入させる主回路を備える。

Description

本発明は、圧縮手段、ガスクーラ、主絞り手段、及び、蒸発器から冷媒回路が構成され、高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置に関するものである。

従来よりこの種冷凍装置は、圧縮手段、ガスクーラ、絞り手段等から冷凍サイクルが構成され、圧縮手段で圧縮された冷媒がガスクーラにて放熱し、絞り手段にて減圧された後、蒸発器にて冷媒を蒸発させて、このときの冷媒の蒸発により周囲の空気を冷却するものとされていた。近年、この種冷凍装置では、自然環境問題などからフロン系冷媒が使用できなくなってきている。このため、フロン冷媒の代替品として自然冷媒である二酸化炭素を使用するものが開発されている。当該二酸化炭素冷媒は、高低圧差の激しい冷媒で、臨界圧力が低く、圧縮により冷媒サイクルの高圧側が超臨界状態となることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、給湯機を構成するヒートポンプ装置では、ガスクーラにて優れた加熱作用が得られる二酸化炭素冷媒が使用されるようになってきており、その場合にガスクーラから出た冷媒を２段膨張させ、各膨張装置の間に気液分離器を介設して、圧縮機にガスインジェクションできるようにするものも開発されている（例えば、特許文献２参照）。

一方、例えばショーケース等に設置された蒸発器において吸熱作用を利用し、庫内を冷却する冷凍装置では、外気温度（ガスクーラ側の熱源温度）が高い等の原因により、ガスクーラ出口の冷媒温度が高くなる条件下においては、蒸発器入口の比エンタルピが大きくなるため、冷凍能力が著しく低下する問題がある。そのようなときに、冷凍能力を確保するため、圧縮手段の吐出圧力（高圧側圧力）を上昇させると、圧縮動力が増大して成績係数が低下してしまう。

そこで、ガスクーラで冷却された冷媒を二つの冷媒流に分流し、分流された一方の冷媒流を補助絞り手段で絞った後、スプリット熱交換器の一方の通路に流し、他方の冷媒流をスプリット熱交換器の他方の流路に流して熱交換させた後、主絞り手段を介して蒸発器に流入させる所謂スプリットサイクルの冷凍装置が提案されている。係る冷凍装置によれば、減圧膨張された第１の冷媒流により第２の冷媒流を冷却でき、蒸発器入口の比エンタルピを小さくすることで、冷凍能力を改善することができるものであった（例えば、特許文献３参照）。

特公平７−１８６０２号公報 特開２００７−１７８０４２号公報 特開２０１１−１３３２０７号公報

しかしながら、特に蒸発器における冷媒の蒸発温度が高くなる冷蔵ショーケース等のような冷蔵条件の場合、外気温度が変動すると主絞り手段に流入する冷媒の圧力が大きく変動し、主絞り手段の制御と冷凍能力が安定しなくなる。また、スーパーマーケット等の店舗において、圧縮手段やガスクーラが設置された冷凍機から主絞り手段や蒸発器が設けられた店舗内のショーケースに冷媒を供給する場合、ショーケース側の主絞り手段までの高圧側圧力が高いため、長い冷媒配管（液管）として耐圧の高いものを使用しなければならなくなり、施工コスト的に不利となる。

また、外気温度が高い環境下で運転を開始した場合、蒸発温度が高い冷蔵条件の冷媒回路では第１の冷媒流が液化しなくなり、前述のようなスプリットサイクルを構成しても第１の冷媒流による第２の冷媒流の冷却効果が殆ど期待できなくなる。そのため、主絞り手段に液冷媒を送ることができなくなる。更に、二酸化炭素のような冷媒を使用した場合、季節によって高圧側圧力が大きく変動するために適正な冷媒充填量を判別しにくいと云う問題もあった。

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、高圧側が超臨界圧力となる場合に、外気温度に左右されずに安定した冷凍能力を確保でき、施工性やコストも改善することができる冷凍装置を提供することを目的とする。

本発明の冷凍装置は、圧縮手段と、ガスクーラと、主絞り手段と、蒸発器とから冷媒回路が構成され、高圧側が超臨界圧力となるものにおいて、ガスクーラの下流側であって主絞り手段の上流側の冷媒回路に接続された圧力調整用絞り手段と、この圧力調整用絞り手段の下流側であって主絞り手段の上流側の冷媒回路に接続された減圧タンクと、減圧タンクの下流側であって主絞り手段の上流側の冷媒回路に設けられたスプリット熱交換器と、減圧タンク内の冷媒を、補助絞り手段を介してスプリット熱交換器の第１の流路に流した後、圧縮手段の中間圧部に吸い込ませる補助回路と、減圧タンク下部から冷媒を流出させ、スプリット熱交換器の第２の流路に流し、第１の流路を流れる冷媒と熱交換させた後、主絞り手段に流入させる主回路とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明の冷凍装置は、上記発明において圧力調整用絞り手段を制御する制御手段を備え、この制御手段は、圧力調整用絞り手段の開度を制御することにより、主絞り手段に流入する冷媒の圧力を所定の規定値に調整することを特徴とする。

請求項３の発明の冷凍装置は、上記発明において制御手段は、圧力調整用絞り手段より上流側の冷媒回路の高圧側圧力が所定の上限値に上昇した場合、圧力調整用絞り手段の開度を増大させることを特徴とする。

請求項４の発明の冷凍装置は、上記各発明において補助絞り手段の上流側の補助回路は、減圧タンク上部から冷媒を流出させ、補助絞り手段に流入させるガス配管と、減圧タンク下部から冷媒を流出させ、弁装置を介して補助絞り手段に流入させる液配管とから構成されることを特徴とする。

請求項５の発明の冷凍装置は、上記発明において制御手段は、外気温度を表す指標に基づいて弁装置を制御し、外気温度が上昇した場合、弁装置を閉じると共に、外気温度が低下した場合は開くことを特徴とする。

請求項６の発明の冷凍装置は、上記発明において制御手段は、蒸発器における冷媒の蒸発温度を表す指標に基づき、当該蒸発温度が高い程、低い外気温度で弁装置を閉じることを特徴とする。

請求項７の発明の冷凍装置は、上記各発明において主絞り手段に流入する冷媒と、蒸発器から出た冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を設けたことを特徴とする。

請求項８の発明の冷凍装置は、上記発明において内部熱交換器は、主絞り手段に流入する冷媒が流れる内部熱交換器の第１の流路と、蒸発器から出た冷媒が流れる内部熱交換器用の２の流路とを備え、内部熱交換器の第１の流路を流れる冷媒と内部熱交換器の第２の流路を流れる冷媒とを熱交換させると共に、内部熱交換器の第１の流路、又は、内部熱交換器の第２の流路に並列に接続されたバイパス回路と、このバイパス回路に設けられたバイパス用弁装置を備えたことを特徴とする。

請求項９の発明の冷凍装置は、上記発明においてバイパス用弁装置を制御する制御手段を備え、制御手段は、内部熱交換器の第１の流路に流入する冷媒と内部熱交換器の第２の流路を出た冷媒の温度に基づき、内部熱交換器の第２の流路を出た冷媒の温度が内部熱交換器の第１の流路に流入する冷媒の温度より高い場合、バイパス用弁装置を開くことを特徴とする。

請求項１０の発明の冷凍装置は、上記各発明において冷媒として二酸化炭素を使用したことを特徴とする。

本発明によれば、圧縮手段と、ガスクーラと、主絞り手段と、蒸発器とから冷媒回路が構成され、高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置において、ガスクーラの下流側であって主絞り手段の上流側の冷媒回路に接続された圧力調整用絞り手段と、この圧力調整用絞り手段の下流側であって主絞り手段の上流側の冷媒回路に接続された減圧タンクと、減圧タンクの下流側であって主絞り手段の上流側の冷媒回路に設けられたスプリット熱交換器と、減圧タンク内の冷媒を、補助絞り手段を介してスプリット熱交換器の第１の流路に流した後、圧縮手段の中間圧部に吸い込ませる補助回路と、減圧タンク下部から冷媒を流出させ、スプリット熱交換器の第２の流路に流し、第１の流路を流れる冷媒と熱交換させた後、主絞り手段に流入させる主回路とを備えているので、補助回路を構成するスプリット熱交換器の第１の流路に流れる冷媒を補助絞り手段で膨張させ、主回路を構成するスプリット熱交換器の第２の流路に流れる冷媒を冷却することができるようになり、蒸発器入口の比エンタルピを小さくして冷凍能力を効果的に改善することができるようになる。

また、スプリット熱交換器の第１の流路に流れる冷媒は圧縮手段の中間圧部に戻されるため、圧縮手段の低圧部に吸い込まれる冷媒量が減少し、低圧から中間圧まで圧縮するための圧縮手段における圧縮仕事量が減少する。その結果、圧縮手段における圧縮動力が低下して成績係数が向上する。

特に、ガスクーラから出た冷媒を圧力調整用絞り手段にて膨張させ、減圧タンク内に流入させるようにしているので、この圧力調整用絞り手段によって主絞り手段に流入する冷媒の圧力を下げることにより、主絞り手段に至る配管として耐圧強度が低いものを使用することができるようになる。また、減圧タンクにて冷媒回路内の循環冷媒量の変動が吸収される効果もあるので、冷媒充填量の誤差も吸収される。これらにより施工性や施工コストの改善も図ることが可能となる。

更に、圧力調整用絞り手段で膨張されることで液化した冷媒の一部は減圧タンク内で蒸発し、温度が低下したガス冷媒となり、残りは液冷媒となって減圧タンク内下部に一旦貯留されるかたちとなる。そして、この減圧タンク内下部の液冷媒が主回路を構成するスプリット熱交換器の第２の流路を経て主絞り手段に流入することになるので、満液状態で主絞り手段に冷媒を流入させることが可能となり、特に蒸発器における蒸発温度が高い冷蔵条件における冷凍能力の向上を図ることができるようになる。

特に、請求項２の発明の如く制御手段により、圧力調整用絞り手段の開度を制御して主絞り手段に流入する冷媒の圧力を所定の規定値に調整することにより、季節の移り変わりに伴う外気温度の変化によって主絞り手段に流入する冷媒の圧力が大きく変動することを防止し、常に同じ既定値に維持することができる。これにより、特に蒸発器における蒸発温度が高い冷蔵条件において、主絞り手段の制御を安定化し、冷凍能力を安定して確保することができるようになる。

この場合、圧力調整用絞り手段を設けることで、その上流側の冷媒回路の高圧側圧力が高くなる危険性があるが、請求項３の発明の如く制御手段が圧力調整用絞り手段より上流側の冷媒回路の高圧側圧力が所定の上限値に上昇した場合、圧力調整用絞り手段の開度を増大させることにより、高圧側圧力の異常上昇を解消することができる。これにより、異常高圧による圧縮手段の停止（保護動作）を未然に回避することが可能となる。

また、請求項４の発明によれば、上記各発明に加えて補助絞り手段の上流側の補助回路を、減圧タンク上部から冷媒を流出させ、補助絞り手段に流入させるガス配管と、減圧タンク下部から冷媒を流出させ、弁装置を介して補助絞り手段に流入させる液配管とから構成しているので、圧力調整用絞り手段にて膨張されることで液化し、減圧タンク内に入って一部蒸発し、温度が低下したガス冷媒と残りの液冷媒を、ガス配管と液配管によって選択的にスプリット熱交換器の第１の流路に流すことが可能となる。

即ち、例えば外気温度が高い高外気温度環境では、冷媒回路の高圧側圧力も高くなるため、主絞り手段に流入する冷媒の圧力を例えば前述した既定値に下げるため、制御手段は圧力調整用絞り手段の開度を絞るように制御する。この状況では減圧タンク内に貯留される液冷媒は少なくなり、それをスプリット熱交換器の第１の流路に流した場合、第２の流路を経て主絞り手段に向かう液冷媒を確保し難くなる。

また、外気温度が低下してきて中外気温度環境となり、高圧側圧力も下がってくると、制御手段が圧力調整用絞り手段の開度を開き気味に制御するようになるが、減圧タンク内に貯留される冷媒量も増えてくる。そして、更に外気温度が下がって低外気温度環境となり、高圧側圧力が更に低下すると、減圧タンク内には液冷媒が多く貯留されるかたちとなる。

そこで、請求項５の発明の如く制御手段によって外気温度を表す指標に基づいて弁装置を制御し、外気温度が上昇した場合、弁装置を閉じると共に、外気温度が低下した場合は開くようにすれば、前述した高外気温度環境下では液配管の弁装置を閉じ、減圧タンク内のガス冷媒をガス配管からスプリット熱交換器の第１の流路に流すことができるようになる。これにより、減圧タンク内で温度が下がったガス冷媒でスプリット熱交換器の第２の流路を流れる冷媒を冷却し、減圧タンク内の液冷媒をスプリット熱交換器の第２の流路内で冷却した後、主絞り手段に供給することができるようになる。この状態で冷媒回路は所謂２段膨張サイクルとなる。

一方、前述した中外気温度環境下では、液配管の弁装置を開き、減圧タンク内のガス冷媒と液冷媒をガス配管と液配管の双方からスプリット熱交換器の第１の流路に流すことができるようになる。これにより、減圧タンク内で温度が下がったガス冷媒と補助絞り手段にて膨張された液冷媒でスプリット熱交換器の第２の流路を流れる冷媒を冷却し、減圧タンク内の液冷媒をスプリット熱交換器の第２の流路内でより強く冷却した後、主絞り手段に供給することができるようになる。この状態で冷媒回路は上記２段膨張サイクルと所謂スプリットサイクルの併用サイクルとなる。

そして、前述した低外気温度環境下でも液配管の弁装置を開くことで、減圧タンク内に多く貯留された液冷媒を液配管からスプリット熱交換器の第１の流路に流すことができるようになる。これにより、補助絞り手段にて膨張された液冷媒でスプリット熱交換器の第２の流路を流れる冷媒を更に強く冷却し、減圧タンク内の液冷媒をスプリット熱交換器の第２の流路内で強力に冷却した後、主絞り手段に供給することができるようになる。この状態で冷媒回路は上記スプリットサイクルとなる。

このように、外気温度環境に応じて２段膨張サイクルとスプリットサイクルを切り換えることができるようになるので、冷凍装置をより安定的、且つ、高効率で運転することが可能となる。

この場合、請求項６の発明の如く制御手段が、蒸発器における冷媒の蒸発温度を表す指標に基づき、当該蒸発温度が高い程、低い外気温度で弁装置を閉じるようにすることで、冷蔵条件等の蒸発温度が高い状態での運転において外気温度が高くなる場合、より速い段階で前述した２段膨張サイクルに切り換え、主絞り手段に向かう液冷媒の確保を行うことができるようになり、冷蔵条件での冷凍能力を維持することが可能となる。

一方、蒸発温度が低い冷凍条件等では、前述した２段膨張サイクルではスプリット熱交換器において主絞り手段に流入する冷媒の過冷却がとれなくなるが、請求項６の発明によれば、できるだけスプリットサイクルで運転することになるので、主絞り手段に流入する冷媒を効果的に過冷却することが可能となる。これらにより、異なる蒸発温度で運転される場合にも、冷凍装置の運転効率の最適化を図ることができるようになる。

また、請求項７の発明の如く、主絞り手段に流入する冷媒と、蒸発器から出た冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を設けることにより、内部熱交換器にて蒸発器から出た低温の冷媒により、主絞り手段に流入する冷媒を冷却することができるようになるので、蒸発器入口の比エンタルピを小さくして冷凍能力を効果的に改善することができるようになる。

特に、外気温度が高い高外気温度環境では、圧力調整用絞り手段で規定値に調整される減圧タンク内の圧力と、圧縮手段の中間圧部との圧力差が無くなってくる。そのような場合、補助絞り手段は略全開状態となるため、状況によってはスプリット熱交換器における第１の流路を流れる補助回路の冷媒により、第２の流路を流れる主回路の冷媒を過冷却することが殆どできなくなって、主絞り手段に液リッチの冷媒を送れなくなるが、係る状況下においても、内部熱交換器において蒸発器から出た低温の冷媒により、主絞り手段に流入する冷媒を冷却し、満液状態で主絞り手段に冷媒を供給することができるようになるので、冷凍能力の改善を図ることが可能となる。

ここで、プルダウン時等には主絞り手段に流入する冷媒より蒸発器から出る冷媒の温度が高くなる場合があるが、請求項８の発明の如く内部熱交換器の第１の流路を流れて主絞り手段に流入する冷媒と、蒸発器から出て内部熱交換器の第２の流路を流れる冷媒とを熱交換させる内部熱交換器の第１の流路、又は、内部熱交換器の第２の流路にバイパス回路を並列に接続し、このバイパス回路にバイパス用弁装置を設けて請求項９の発明の如く制御手段により、内部熱交換器の第１の流路に流入する冷媒と内部熱交換器の第２の流路を出た冷媒の温度に基づき、内部熱交換器の第２の流路を出た冷媒の温度が内部熱交換器の第１の流路に流入する冷媒の温度より高い場合、バイパス用弁装置を開くことにより、主絞り手段には内部熱交換器で蒸発器からの冷媒と熱交換していない冷媒が流れるようになる。

これにより、蒸発器から出る冷媒で主絞り手段に流入する冷媒が逆に加熱されてしまう不都合を未然に解消することが可能となる。

特に、請求項１０の発明の如く冷媒として二酸化炭素を使用した場合に、上記各発明により冷凍能力を効果的に改善し、性能の向上を図ることができるようになるものである。

本発明を適用した一実施例の冷凍装置の冷媒回路図である。 図１の冷凍装置の制御装置が実行する２段膨張サイクルのＰ−Ｈ線図である。 図１の冷凍装置の制御装置が実行する２段膨張サイクルとスプリットサイクルの併用サイクルのＰ−Ｈ線図である。 図１の冷凍装置の制御装置が実行するスプリットサイクルのＰ−Ｈ線図である。 図２乃至図４のサイクルの切換動作を説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明を適用する一実施例にかかる冷凍装置Ｒの冷媒回路図である。本実施例における冷凍装置Ｒは、スーパーマーケット等の店舗の機械室等に設置された冷凍機ユニット３と、店舗の売り場内に設置された一台若しくは複数台（図面では一台のみ示す）のショーケース４とを備え、これら冷凍機ユニット３とショーケース４とが、ユニット出口６とユニット入口７を介して、冷媒配管（液管）８及び冷媒配管９により連結されて所定の冷媒回路１を構成している。

この冷媒回路１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。また、潤滑油としてのオイルは、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、既存のオイルが使用される。

冷凍機ユニット３は、圧縮手段としての圧縮機１１を備える。本実施例において、圧縮機１１は、内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサであり、密閉容器１２と、この密閉容器１２の内部空間の上部に配置収納された駆動要素としての電動要素１３及びこの電動要素１３の下側に配置され、その回転軸により駆動される第１の（低段側）回転圧縮要素（第１の圧縮要素）１４及び第２の（高段側）回転圧縮要素（第２の圧縮要素）１６から成る回転圧縮機構部にて構成されている。

圧縮機１１の第１の回転圧縮要素１４は、冷媒配管９を介して冷媒回路１の低圧側から圧縮機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し、第２の回転圧縮要素１６は、第１の回転圧縮要素１４で圧縮されて吐出された中間圧の冷媒を更に吸い込み、圧縮して高圧まで昇圧し、冷媒回路１の高圧側に吐出する。圧縮機１１は、周波数可変型の圧縮機であり、電動要素１３の運転周波数を変更することで、第１の回転圧縮要素１４及び第２の回転圧縮要素１６の回転数を制御可能とする。

圧縮機１１の密閉容器１２の側面には、第１の回転圧縮要素１４に連通する低段側吸込口１７と、密閉容器１２内に連通する低段側吐出口１８と、第２の回転圧縮要素１６に連通する高段側吸込口１９及び高段側吐出口２１が形成されている。圧縮機１１の低段側吸込口１７には、冷媒導入配管２２の一端が接続され、その他端はユニット入口７にて冷媒配管９に接続されている。この冷媒導入配管２２中に内部熱交換器１５の第２の流路１５Ｂが介設されている。

低段側吸込口１７より第１の回転圧縮要素１４の低圧部に吸い込まれた低圧（ＬＰ：通常運転状態で２．６ＭＰａ程）の冷媒ガスは、当該第１の回転圧縮要素１４により中間圧（ＭＰ：通常運転状態で５．５ＭＰａ程度）に昇圧されて密閉容器１２内に吐出される。これにより、密閉容器１２内は中間圧（ＭＰ）となる。

そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスが吐出される圧縮機１１の低段側吐出口１８には、中間圧吐出配管２３の一端が接続され、その他端はインタークーラ２４の入口に接続されている。このインタークーラ２４は、第１の回転圧縮要素１４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２４の出口には、中間圧吸入配管２６の一端が接続され、この中間圧吸入配管２６の他端は圧縮機１１の高段側吸込口１９に接続される。

高段側吸込口１９より第２の回転圧縮要素１６に吸い込まれた中間圧（ＭＰ）の冷媒ガスは、当該第２の回転圧縮要素１６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９ＭＰａ程の超臨界圧力）の冷媒ガスとなる。

そして、圧縮機１１の第２の回転圧縮要素１６の高圧室側に設けられた高段側吐出口２１には、高圧吐出配管２７の一端が接続され、その他端はガスクーラ（放熱器）２８の入口に接続されている。２０はこの高圧吐出配管２７内に介設されたオイルセパレータである。オイルセパレータ２０は圧縮機１１から吐出された冷媒中のオイルを分離し、オイルクーラ２５のオイル通路２５Ａと電動弁２５Ｂを介して圧縮機１１の密閉容器１２内に戻す。尚、５５は圧縮機１１内のオイルレベルを検出するフロートスイッチである。

ガスクーラ２８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、ガスクーラ２８の近傍には当該ガスクーラ２８を空冷するガスクーラ用送風機３１が配設されている。本実施例では、ガスクーラ２８は上述したインタークーラ２４と並設されており、これらは同一の風路に配設されている。

ガスクーラ２８の出口にはガスクーラ出口配管３２の一端が接続され、このガスクーラ出口配管３２の他端は圧力調整用絞り手段（電動膨張弁）３３の入口に接続されている。この圧力調整用絞り手段３３はガスクーラ２８から出た冷媒を絞って膨張させるもので、その出口はタンク入口配管３４を介して減圧タンク３６の上部に接続されている。

この減圧タンク３６は内部に所定容積の空間を有する容積体であり、その下部にはタンク出口配管３７の一端が接続され、このタンク出口配管３７の他端がユニット出口６にて冷媒配管８に接続されている。このタンク出口配管３７中にスプリット熱交換器２９の第２の流路２９Ｂが介設されると共に、このスプリット熱交換器２９より下流側のタンク出口配管３７中には、内部熱交換器１５の第１の流路１５Ａが介設されている。このタンク出口配管３７が本発明における主回路３８を構成する。更に、内部熱交換器１５の第１の流路１５Ａには並列にバイパス回路４５が接続されており、このバイパス回路４５にはバイパス用弁装置としての電磁弁５０が介設されている。

一方、店舗内に設置されるショーケース４は、冷媒配管８及び９に接続される。ショーケース４には、絞り手段としての主絞り手段（電動膨張弁）３９と蒸発器４１が設けられており、冷媒配管８と冷媒配管９との間に順次接続されている（主絞り手段３９が冷媒配管８側、蒸発器４１が冷媒配管９側）。蒸発器４１には、当該蒸発器４１に送風する図示しない冷気循環用送風機が隣設されている。そして、冷媒配管９は、上述したように冷媒導入配管２２を介して圧縮機１１の第１の回転圧縮要素１４に連通する低段側吸込口１７に接続されている。

他方、減圧タンク３６の上部にはガス配管４２の一端が接続されており、このガス配管４２の他端は補助絞り手段（電動膨張弁）４３の入口に接続されている。この補助絞り手段４３の出口には、中間圧戻り配管４４の一端が接続され、その他端は圧縮機１１の中間圧部に繋がる中間圧領域の一例として中間圧吸入配管２６の途中に連通されている。この中間圧戻り配管４４中にスプリット熱交換器２９の第１の流路２９Ａが介設されると共に、このスプリット熱交換器２９より下流側の中間圧戻り配管４４中には、オイルクーラ２５の第２の流路２５Ｃが介設されている。

また、減圧タンク３６の下部には液配管４６の一端が接続されており、この液配管４６の他端はガス配管４２の途中に連通されている。また、この液配管４６中には弁装置としての電磁弁４７が介設されている。これら中間圧戻り配管４４と、補助絞り手段４３と、この補助絞り手段４３の上流側にあるガス配管４２及び液配管４６が本発明における補助回路４８を構成する。

このような構成により、圧力調整用絞り手段３３はガスクーラ２８の下流側であって主絞り手段３９の上流側に位置する。また、減圧タンク３６は圧力調整用絞り手段３３の下流側であって主絞り手段３９の上流側に位置する。更に、スプリット熱交換器２９は減圧タンク３６の下流側であって主絞り手段３９の上流側に位置することになり、以上により本実施例における冷凍装置Ｒの冷媒回路１が構成される。

この冷媒回路１の各所には種々のセンサが取り付けられている。即ち、高圧吐出配管２７には高圧センサ４９が取り付けられて冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰ（圧縮機１１の高段側吐出口２１と圧力調整用絞り手段３３の入口の間の圧力）を検出する。また、冷媒導入配管２２には低圧センサ５１が取り付けられて冷媒回路１の低圧側圧力ＬＰ（主絞り手段３９の出口と低段側吸込口１７の間の圧力）を検出する。また、中間圧吸入配管２６には中間圧センサ５２が取り付けられて冷媒回路の１の中間圧領域の圧力である中間圧ＭＰ（密閉容器１２内と高段側吸込口１９の間、補助絞り手段４３の出口、中間圧戻り配管４４内の圧力）を検出する。

また、スプリット熱交換器２９の下流側のタンク出口配管３７にはユニット出口センサ５３が取り付けられており、このユニット出口センサ５３は減圧タンク３６内の圧力ＴＰを検出する。この減圧タンク３６内の圧力は、即ち、冷凍機ユニット３から出て冷媒配管８から主絞り手段３９に流入する冷媒の圧力となる。また、内部熱交換器１５の上流側のタンク出口配管３７にはユニット出口温度センサ５４が取り付けられ、内部熱交換器１５の第１の流路１５Ａに流入する冷媒の温度ＩＴを検出する。更に、内部熱交換器１５の下流側の冷媒導入配管２２にはユニット入口温度センサ５６が取り付けられ、内部熱交換器１５の第２の流路１５Ｂを出た冷媒の温度ＯＴを検出する。

そして、これらセンサ４９、５１、５２、５３、５４、５６はマイクロコンピュータから構成された冷凍機ユニット３の制御手段を構成する制御装置５７の入力に接続され、フロートスイッチ５５も制御装置５７の入力に接続される。また、制御装置５７の出力には圧縮機１１の電動要素１３、電動弁２５Ｂ、ガスクーラ用送風機３１、圧力調整用絞り手段３３、補助絞り手段４３、電磁弁４７、電磁弁５０、主絞り手段３９が接続され、制御装置５７は各センサの出力と設定データ等に基づいてこれらを制御する。

尚、以後はショーケース４側の主絞り手段３９や前述した冷気循環用送風機も制御装置５７が制御するものとして説明するが、それらは実際には店舗の主制御装置（図示せず）を介し、制御装置５７と連携して動作するショーケース４側の制御装置（図示せず）により制御される。従って、本発明における制御手段は制御装置５７やショーケース４側の制御装置、前述した主制御装置等を含めた概念とする。

以上の構成で、次に図２〜図５を参照して冷凍装置Ｒの動作を説明する。制御装置５７により圧縮機１１の電動要素１３が駆動されると、第１の回転圧縮要素１４及び第２の回転圧縮要素１６が回転し、低段側吸込口１７より第１の回転圧縮要素１４の低圧部に低圧（前述したＬＰ：通常運転状態で２．６ＭＰａ程）の冷媒ガスが吸い込まれる。そして、第１の回転圧縮要素１４により中間圧（前述したＭＰ：通常運転状態で５．５ＭＰａ程度）に昇圧されて密閉容器１２内に吐出される。これにより、密閉容器１２内は中間圧（ＭＰ）となる。

そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは低段側吐出口１８から中間圧吐出配管２３を経てインタークーラ２４に入り、そこで空冷された後、中間圧吸入配管２６を経て高段側吸込口１９に戻る。この高段側吸込口１９に戻った中間圧（ＭＰ）の冷媒ガスは、第２の回転圧縮要素１６に吸い込まれ、この第２の回転圧縮要素１６により２段目の圧縮が行われて高温高圧（ＨＰ：前述した通常運転状態で９ＭＰａ程の超臨界圧力）の冷媒ガスとなり、高段側吐出口２１から高圧吐出配管２７に吐出される。

高圧吐出配管２７に吐出された冷媒ガスはオイルセパレータ２０に流入し、冷媒に含まれたオイルが分離される。分離されたオイルはオイルクーラ２５のオイル通路２５Ａで、後述するように第２の流路２５Ｃ内を流れる中間圧戻り配管４４の中間圧の冷媒により冷却された後、電動弁２５Ｂを経て密閉容器１２内に戻される。尚、制御装置５７はフロートスイッチ５５が検出する密閉容器１２内のオイルレベルに基づき、電動弁２５Ｂを制御してオイルの戻し量を調整し、密閉容器１２内のオイルレベルを維持する。

（１）圧力調整用絞り手段と補助絞り手段の制御
一方、オイルセパレータ２０でオイルが分離された冷媒ガスは、次にガスクーラ２８に流入して空冷された後、ガスクーラ出口配管３２を経て圧力調整用絞り手段３３に至る。この圧力調整用絞り手段３３は減圧タンク３６内の圧力（主絞り手段３９に流入する冷媒の圧力）を所定の規定値（一定値）ＳＰに調整するために設けられており、ユニット出口センサ５３の出力に基づき、制御装置５７によりその弁開度が制御される。この規定値ＳＰは通常の高圧側圧力ＨＰよりも低く、中間圧ＭＰよりも高い例えば６ＭＰａに設定される。そして、制御装置５７はユニット出口センサ５３が検出する減圧タンク３６内の圧力（主絞り手段３９に流入する冷媒の圧力）が規定値ＳＰより上昇した場合には圧力調整用絞り手段３３の弁開度を減少させて絞り、逆に規定値ＳＰより降下した場合には弁開度を増大させて開く方向に制御する。

ガスクーラ２８から出た超臨界状態の冷媒ガスは、この圧力調整用絞り手段３３で絞られて膨張することにより液化していき、タンク入口配管３４を経て上部から減圧タンク３６内に流入して一部が蒸発する。この減圧タンク３６は圧力調整用絞り手段３３を出た液／ガスの冷媒を一旦貯留し、分離する役割と、高圧側圧力の圧力変化や冷媒循環量の変動を吸収する役割を果たす。この減圧タンク３６内下部に溜まった液冷媒は、タンク出口配管３７から流出し（主回路３８）、スプリット熱交換器２９の第２の流路２９Ｂにて後述するように第１の流路２９Ａ（補助回路４８）を流れる冷媒により冷却（過冷却）された後、更に内部熱交換器１５の第１の流路１５Ａにて第２の流路１５Ｂを流れる冷媒により冷却され、その後、冷凍機ユニット３から出て冷媒配管８から主絞り手段３９に流入する。尚、電磁弁５０の動作については後述する。

主絞り手段３９に流入した冷媒はそこで絞られて膨張することで更に液分が増え、蒸発器４１に流入して蒸発する。これによる吸熱作用により冷却効果が発揮される。制御装置５７は蒸発器４１の入口側と出口側の温度を検出する図示しない温度センサの出力に基づき、主絞り手段３９の弁開度を制御して蒸発器４１における冷媒の過熱度を適正値に調整する。蒸発器４１から出た低温のガス冷媒は冷媒配管９から冷凍機ユニット３に戻り、内部熱交換器１５の第２の流路１５Ｂで第１の流路１５Ａを流れる冷媒を冷却した後、冷媒導入配管２２を経て圧縮機１１の第１の回転圧縮要素１４に連通する低段側吸込口１７に吸い込まれる。

以上が主回路３８の流れであるが、次に補助回路４８の流れを説明する。減圧タンク３６内上部に溜まるガス冷媒は、減圧タンク３６内での蒸発により温度が低下している。この減圧タンク３６内上部のガス冷媒は、上部に接続された補助回路４８を構成するガス配管４２から流出し、補助絞り手段４３を経て絞られた後、スプリット熱交換器２９の第１の流路２９Ａに流入する。そこで第２の流路２９Ｂを流れる冷媒を冷却した後、中間圧戻り配管４４を経て中間圧吸入配管２６に合流し、圧縮機１１の中間圧部に吸い込まれる。

制御装置５７は圧縮機１１の吐出冷媒温度を検出する図示しない温度センサ、中間圧センサ５２、低圧センサ５１、高圧センサ４９、ガスクーラ２８を出た冷媒の温度を検出する図示しない温度センサ、ユニット出口温度センサ５４が検出する温度及び圧力に基づいて補助絞り手段４３の弁開度を制御し、スプリット熱交換器２９の第１の流路２９Ａに流れる冷媒量を適正値に調整する。この補助絞り手段４３の弁開度は減圧タンク３６内の圧力にも影響するので、制御装置５７はこの補助絞り手段４３の弁開度を加味して圧力調整用絞り手段３３の弁開度を制御し、減圧タンク３６内の圧力（主絞り手段３９に流入する冷媒の圧力）を既定値ＳＰに調整することになる。

更に、制御装置５７は外気温度を示す指標である高圧センサ４９の検出圧力（高圧側圧力ＨＰ）に基づき、高圧側圧力（外気温度）がサイクル切換値ＣＰより低下した場合、液回路４６の電磁弁４７を開放する。この電磁弁４７が開放されると、減圧タンク３６内下部に溜まる液冷媒が液配管４６から流出し、ガス配管４２に合流して補助絞り手段４３に流入するようになる（尚、制御装置５７は高圧側圧力ＨＰ（外気温度）がサイクル切換値ＣＰ以上に上昇した場合は電磁弁４７を閉じる）。

（１−１）高外気温時の動作
このときの冷媒回路１の様子を図２〜図４のＰ−Ｈ線図を用いて説明する。図２は例えば外気温度が３０℃以上の環境であるときを示している。このような高外気温時には高圧側圧力ＨＰも高く、前述したサイクル切換値ＣＰ以上となっているので、制御装置５７は電磁弁４７を閉じている。従って、スプリット熱交換器２９の第１の流路２９Ａには減圧タンク３６内の温度が低いガス冷媒が流れ、このガス冷媒の冷熱（顕熱）を利用して第２の流路２９Ｂを流れる液冷媒を冷却することになる。また、圧力調整用絞り手段３３の弁開度は絞り状態であり、補助絞り手段４３は殆ど全開状態となる。

図２中のＸ１〜Ｘ２で降下している線が圧力調整用絞り手段３３による減圧を示しており、Ｘ２で減圧タンク３６から液／ガスが分かれ、そこから右に向かう線が補助回路４８の補助絞り手段４３で絞られたガス冷媒のエンタルピが上がった後、圧縮機１１の中間圧部に帰還する状態を示し、左に向かう線が主回路３８の主絞り手段３９に向かう液冷媒の過冷却を示す。そして、Ｘ３で主絞り手段３９で絞られ圧力が降下する。このように外気温度が高く、高圧側圧力ＨＰの高い状況では、制御装置５７は電磁弁４７を閉じ、冷媒回路１は所謂２段膨張サイクルとなる。

（１−２）中外気温時の動作
次に、図３は例えば外気温度が２５℃程の環境であるときを示している。このような中外気温時には高圧側圧力ＨＰも図２の場合より低くなり、前述したサイクル切換値ＣＰより少許低い状況となるので、制御装置５７は電磁弁４７を開放する。従って、スプリット熱交換器２９の第１の流路２９Ａには減圧タンク３６内上部のガス冷媒と、下部の液冷媒の双方が流れ、このガス冷媒の冷熱と、液冷媒の蒸発による吸熱作用を利用して第２の流路２９Ｂを流れる液冷媒を図２のときより強く冷却することになる。また、圧力調整用絞り手段３３の弁開度は開き気味となり、補助絞り手段４３は絞り状態となる。

図３中のＸ１〜Ｘ２で降下している線が同様に圧力調整用絞り手段３３による減圧を示しており、Ｘ２で減圧タンク３６から液／ガスが分かれ、そこからそのまま右に向かった後下がる破線が補助回路４８の補助絞り手段４３で絞られたガス冷媒のエンタルピが上がった後、圧縮機１１の中間圧部に帰還する状態を示し、Ｘ２から下がった後右に向かう破線が補助回路４８に流れる液冷媒の変化を示す。また、Ｘ２から左に向かう線は同様に主回路３８の主絞り手段３９に向かう液冷媒の過冷却を示す。そして、同様にＸ３で主絞り手段３９で絞られ圧力が降下する。このように外気温度が下がり、高圧側圧力ＨＰが低くなると状況では、制御装置５７は電磁弁４７を開くので、冷媒回路１は２段膨張サイクルと所謂スプリットサイクルの併用サイクルとなる。

（１−３）低外気温時の動作
次に、図４は例えば外気温度が２０℃以下に下がった環境であるときを示している。このような低外気温時には高圧側圧力ＨＰも図３の場合より更に低くなり、前述したサイクル切換値ＣＰより大きく低い状況となるので、制御装置５７は図３の場合と同様に電磁弁４７を開放する。このような低外気温時には高圧側圧力ＨＰが低く、圧力調整用絞り手段３３の弁開度も増大した状態となる。また、低外気温のためにガスクーラ２８を出た冷媒は液化し易くなっているので、圧力調整用絞り手段３３を経て減圧タンク３６に入った冷媒は殆ど液化しており、減圧タンク３６内には大量の液冷媒が貯留される状態となる。

このような状態で電磁弁４７は開放されるので、スプリット熱交換器２９の第１の流路２９Ａには減圧タンク３６内下部の液冷媒が流れ、この液冷媒の蒸発による吸熱作用を利用して第２の流路２９Ｂを流れる液冷媒を図３のとき更に強く冷却することになる。尚、補助絞り手段４３は絞り状態となる。図４中のＸ１〜Ｘ３は前述と同様の点を示すが、このように低外気温時に冷媒回路１はスプリットサイクルとなる。

このように補助絞り手段４３の上流側に位置する部分の補助回路４８を、減圧タンク３６の上部からガス冷媒を流出させ、補助絞り手段４３に流入させるガス配管４２と、減圧タンク３６下部から液冷媒を流出させ、電磁弁４７を介して補助絞り手段４３に流入させる液配管４６とから構成したことにより、圧力調整用絞り手段３３にて膨張されることで液化し、減圧タンク３６内に入って一部蒸発し、温度が低下したガス冷媒と残りの液冷媒を、ガス配管４２と液配管４６によって選択的にスプリット熱交換器２９の第１の流路２９Ａに流すことが可能となる。

即ち、例えば外気温度が高い高外気温度環境では、冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰも高くなるため、主絞り手段３９に流入する冷媒の圧力を既定値ＳＰに下げるため、制御装置５７は圧力調整用絞り手段３３の弁開度を絞るように制御する。この状況では減圧タンク３６内に貯留される液冷媒は少なくなり、それをスプリット熱交換器２９の第１の流路２９Ａに流した場合、第２の流路２９Ｂを経て主絞り手段３９に向かう液冷媒を確保し難くなる。

また、外気温度が低下してきて中外気温度環境となり、高圧側圧力ＨＰも下がってくると、制御装置５７が圧力調整用絞り手段３３の弁開度を開き気味に制御するようになるが、減圧タンク３６内に貯留される冷媒量も増えてくる。そして、更に外気温度が下がって低外気温度環境となり、高圧側圧力ＨＰが更に低下すると、減圧タンク３６内には液冷媒が多く貯留されるかたちとなる。

これを踏まえて制御装置５７は、外気温度を表す指標である高圧側圧力ＨＰに基づいて電磁弁４７を制御し、外気温度が上昇した場合、電磁弁４７を閉じると共に、外気温度が低下した場合は開くので、高外気温度環境下では液配管４６の電磁弁４７を閉じ、減圧タンク３６内のガス冷媒をガス配管４２からスプリット熱交換器２９の第１の流路２９Ａに流すことができるようになる。これにより、減圧タンク３６内で温度が下がったガス冷媒でスプリット熱交換器２９の第２の流路２９Ｂを流れる冷媒を冷却し、減圧タンク３６内の液冷媒をスプリット熱交換器２９の第２の流路２９Ｂ内で冷却した後、主絞り手段３９に供給することができるようになる（図２の２段膨張サイクル）。

一方、中外気温度環境下では液配管４６の電磁弁４７を開き、減圧タンク３６内のガス冷媒と液冷媒をガス配管４２と液配管４６の双方からスプリット熱交換器２９の第１の流路２９Ａに流すことができるようになる。これにより、減圧タンク３６内で温度が下がったガス冷媒（顕熱）に加え、補助絞り手段４３にて膨張されて第１の流路２９Ａで蒸発する液冷媒の潜熱によりスプリット熱交換器２９の第２の流路２９Ｂを流れる主回路３８の冷媒を冷却し、減圧タンク３６内の液冷媒をスプリット熱交換器２９の第２の流路２９Ｂ内でより強く冷却した後、主絞り手段３９に供給することができるようになる（図３の２段膨張サイクルとスプリットサイクルの併用サイクル）。

そして、低外気温度環境下でも液配管４６の電磁弁４７を開くことで、減圧タンク３６内に多く貯留された液冷媒を液配管４６からスプリット熱交換器２９の第１の流路２９Ａに流すことができるようになる。これにより、補助絞り手段４３にて膨張されて第１の流路２９Ａで蒸発する液冷媒の潜熱でスプリット熱交換器２９の第２の流路２９Ｂを流れる冷媒を更に強く冷却し、減圧タンク３６内の液冷媒をスプリット熱交換器２９の第２の流路２９Ｂ内で強力に冷却した後、主絞り手段３９に供給することができるようになる（図４のスプリットサイクル）。

このように、外気温度環境に応じて２段膨張サイクルとスプリットサイクルを切り換えることができるようになるので、冷凍装置Ｒをより安定的、且つ、高効率で運転することが可能となる。

ここで、図５は蒸発器４１における冷媒の蒸発温度で前述したサイクル切換値ＣＰを変更する制御を示している。制御装置５７は蒸発器４１における冷媒の蒸発温度を表す指標である低圧センサ５１の検出圧力（低圧側圧力ＬＰ）に基づき、図５に示すように蒸発器４１の蒸発温度が高い程、サイクル切換値ＣＰを低くするように変更する。これにより、蒸発器４１における冷媒の蒸発温度が高い程、低い高圧側圧力ＨＰ（外気温度）において電磁弁４７は閉じられ、冷媒回路１は２段膨張サイクルとなる。即ち、ショーケース４が冷凍ショーケースである場合等、蒸発器４１の冷媒の蒸発温度が低い条件では、より高い高圧側圧力ＨＰ（外気温度）から電磁弁４７が開き、冷蔵ショーケースである場合等、蒸発器４１の蒸発温度が高い条件では、高圧側圧力ＨＰ（外気温度）がより低くなるまで電磁弁４７は閉じられていることになる。

このように制御装置５７により、蒸発器４１における冷媒の蒸発温度を表す指標である低圧側圧力ＬＰに基づき、当該蒸発温度が高い程、低い外気温度で電磁弁４７を閉じるようにすることで、冷蔵ショーケース等の如く冷蔵条件の蒸発温度が高い状態での運転において外気温度が高くなる場合、より速い段階で前述した２段膨張サイクルに切り換え、主絞り手段３９に向かう液冷媒の確保を行うことができるようになり、冷蔵条件での冷凍能力を維持することが可能となる。

一方、蒸発温度が低い冷凍ショーケース等の如き冷凍条件等では、前述した２段膨張サイクルではスプリット熱交換器２９において主絞り手段３９に流入する冷媒の過冷却がとれなくなるが、サイクル切換値ＣＰを高くして、できるだけスプリットサイクルで運転することになるので、主絞り手段３９に流入する冷媒を効果的に過冷却することが可能となる。これらにより、異なる蒸発温度で運転される場合にも、冷凍装置Ｒの運転効率の最適化を図ることができるようになる。

尚、圧力調整用絞り手段３３を設けることで、冷媒回路１の流路は堰き止められるかたちとなるため、その上流側の冷媒回路１の高圧側圧力が高くなる危険性がある。そこで、制御装置５７は圧力調整用絞り手段３３より上流側の冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰを検出する高圧センサ４９の出力に基づき、高圧側圧力ＨＰが所定の上限値ＨＨＰ（例えば１０．５ＭＰａ）に上昇した場合、上記減圧タンク３６内の圧力の既定値ＳＰに拘わらず、圧力調整用絞り手段３３の弁開度を増大させる。

制御装置５７は元々高圧センサ４９が検出する圧力が、例えば１１．５ＭＰａ等の保護停止値まで上昇した場合、圧縮機１１を停止する保護動作を実行するようにプログラムされているが、上述の如く圧力調整用絞り手段３３の弁開度を増大させることで、減圧タンク３６内の圧力は多少上昇するものの、圧力調整用絞り手段３３より上流側の高圧側圧力ＨＰがそれ以上高くならなくなる。これにより、異常高圧による圧縮機１１の停止（保護動作）を未然に回避することが可能となる。

以上詳述した如く圧縮機１１と、ガスクーラ２８と、主絞り手段３９と、蒸発器４１とから冷媒回路１が構成され、高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置Ｒにおいて、ガスクーラ２８の下流側であって主絞り手段３９の上流側の冷媒回路１に接続された圧力調整用絞り手段３３と、圧力調整用絞り手段３３の下流側であって主絞り手段３９の上流側の冷媒回路１に接続された減圧タンク３６と、減圧タンク３６の下流側であって主絞り手段３９の上流側の冷媒回路１に設けられたスプリット熱交換器２９と、減圧タンク３６内の冷媒を、補助絞り手段４３を介してスプリット熱交換器２９の第１の流路２９Ａに流した後、圧縮機１１の中間圧部に吸い込ませる補助回路４８と、減圧タンク３６下部から冷媒を流出させ、スプリット熱交換器２９の第２の流路２９Ｂに流し、第１の流路２９Ａを流れる冷媒と熱交換させた後、主絞り手段３９に流入させる主回路３８とを備えているので、補助回路４８を構成するスプリット熱交換器２９の第１の流路２９Ａに流れる冷媒を補助絞り手段４３で膨張させ、主回路３８を構成するスプリット熱交換器２９の第２の流路２９Ｂに流れる冷媒を冷却することができるようになり、蒸発器４１入口の比エンタルピを小さくして冷凍能力を効果的に改善することができる。

また、スプリット熱交換器２９の第１の流路２９Ａに流れる冷媒は圧縮機１１の中間圧部に戻されるため、圧縮機１１の低圧部に吸い込まれる冷媒量が減少し、低圧から中間圧まで圧縮するための圧縮機１１における圧縮仕事量が減少する。その結果、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。

特に、ガスクーラ２８から出た冷媒を圧力調整用絞り手段３３にて膨張させ、減圧タンク３６内に流入させるようにしているので、この圧力調整用絞り手段３３によって主絞り手段３９に流入する冷媒の圧力を下げることにより、主絞り手段３９に至る冷媒配管８として耐圧強度が低いものを使用することができるようになる。また、減圧タンク３６にて冷媒回路１内の循環冷媒量の変動が吸収される効果もある。従って、冷媒充填量が多すぎた場合にも適正量との誤差が吸収される。これらにより店舗に冷凍装置Ｒの冷凍機ユニット３やショーケース４を据え付ける際の施工性や施工コストの改善も図ることが可能となる。

更に、圧力調整用絞り手段３３で膨張されることで液化した冷媒の一部は減圧タンク３６内で蒸発し、温度が低下したガス冷媒となり、残りは液冷媒となって減圧タンク３６内下部に一旦貯留されるかたちとなる。そして、この減圧タンク３６内下部の液冷媒が主回路３８を構成するスプリット熱交換器２９の第２の流路２９Ｂを経て主絞り手段３９に流入することになるので、前述したサイクルの切換も奏功し、満液状態で主絞り手段３９に冷媒を流入させることが可能となり、特に蒸発器４１における蒸発温度が高い冷蔵条件（冷蔵ショーケース等）における冷凍能力の向上を図ることができるようになる。

特に、制御装置５７が圧力調整用絞り手段３３の弁開度を制御して主絞り手段３９に流入する冷媒の圧力を所定の規定値ＳＰに調整するので、季節の移り変わりに伴う外気温度の変化によって主絞り手段３９に流入する冷媒の圧力が大きく変動することを防止し、常に同じ既定値ＳＰに維持することができる。これにより、特に蒸発器４１における蒸発温度が高い冷蔵条件（冷蔵ショーケース等）において、主絞り手段３９の制御を安定化し、冷凍能力を安定して確保することができるようになる。特に、実施例のように冷媒として二酸化炭素を使用した場合の冷凍能力を効果的に改善し、性能の向上を図ることができるようになる。

（２）内部熱交換器１５の機能
次に、制御装置５７による電磁弁５０の制御について説明する。前述した如く内部熱交換器１５においては、第２の流路１５Ｂを流れる蒸発器４１から出た低温の冷媒により、第１の流路１５Ａを流れて主絞り手段３９に流入する冷媒を冷却することができるので、蒸発器４１入口の比エンタルピを更に小さくして冷凍能力を一層効果的に改善することができる。

特に、図２に示すような外気温度が高い高外気温度環境では、圧力調整用絞り手段３３で規定値ＳＰに調整される減圧タンク３６内の圧力（図２のＸ２の圧力）と、圧縮機１１に入る中間圧吸入配管２６の中間圧（ＭＰ）との圧力差が無くなってくる。そのような場合、補助絞り手段４３は前述したように殆ど全開状態となるため、状況によってはスプリット熱交換器２９における第１の流路２９Ａを流れる補助回路４９の冷媒により、第２の流路２９Ｂを流れる主回路３８の冷媒を過冷却することが殆どできない状況になる。

このような状況では、スプリット熱交換器２９の第２の流路２９Ｂを経て主絞り手段３９に至る冷媒の状態は、図２にＸ４で示す略飽和液線上となり、液が少ない殆どガスの状態となる。そのため、主絞り手段３９で絞られた冷媒の圧力は、図２のＸ４から同図中破線で示すように降下するようになる。これでは下辺で示されるエンタルピ差が小さくなって、冷凍能力が低下してしまう。

しかしながら、実施例では内部熱交換器１５において蒸発器４１から出た低温の冷媒により、主絞り手段３９に流入する冷媒を冷却し、図２にＸ３で示すように、飽和液線より左側の過冷却域まで過冷却することができるので、冷媒を液リッチの満液状態で主絞り手段３９に供給することができるようになり、係る状況下でも冷凍能力の改善を図ることが可能となる。

（２−１）電磁弁５０の制御
一方、冷凍装置Ｒのプルダウン時等には主絞り手段３９に流入する冷媒より蒸発器４１から出る冷媒の温度が高くなる場合がある。そこで、制御装置５７はユニット出口温度センサ５４が検出する内部熱交換器１５の第１の流路１５Ａに流入する冷媒の温度ＩＴと、ユニット入口温度センサ５６が検出する内部熱交換器１５の第２の流路１５Ｂを出た冷媒の温度ＯＴに基づき、ＩＴ＜ＯＴである場合、電磁弁５０を開く（ＩＴ≧ＯＴの場合は電磁弁５０は閉）。

これにより、冷媒は内部熱交換器１５の第１の流路１５Ａをバイパスしてバイパス間４５に流れ、主絞り手段３９に流入するようになるので、蒸発器４１から出る冷媒で主絞り手段３９に流入する冷媒が逆に加熱されてしまう不都合を未然に解消することが可能となる。

尚、実施例では内部熱交換器１５の第１の流路１５Ａに並列にバイパス回路４５を接続したが、それに限らず、第２の流路１５Ｂに並列にバイパス回路と電磁弁を設けてもよい。

Ｒ 冷凍装置
１ 冷媒回路
３ 冷凍機ユニット
４ ショーケース
８、９ 冷媒配管
１１ 圧縮機
１５ 内部熱交換器
１５Ａ 第１の流路
１５Ｂ 第２の流路
２２ 冷媒導入配管
２６ 中間圧吸入配管
２８ ガスクーラ
２９ スプリット熱交換器
２９Ａ 第１の流路
２９Ｂ 第２の流路
３２ ガスクーラ出口配管
３３ 圧力調整用絞り手段
３６ 減圧タンク
３７ ガスクーラ出口配管
３８ 主回路
３９ 主絞り手段
４１ 蒸発器
４２ ガス配管
４３ 補助絞り手段
４４ 中間圧戻り配管
４５ バイパス回路
４６ 液配管
４７ 電磁弁（弁装置）
４８ 補助回路
５０ 電磁弁（バイパス用弁装置）
５７ 制御装置（制御手段）

Claims (10)

1. 圧縮手段と、ガスクーラと、主絞り手段と、蒸発器とから冷媒回路が構成され、高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置において、
   前記ガスクーラの下流側であって前記主絞り手段の上流側の前記冷媒回路に接続された圧力調整用絞り手段と、
   該圧力調整用絞り手段の下流側であって前記主絞り手段の上流側の前記冷媒回路に接続された減圧タンクと、
   該減圧タンクの下流側であって前記主絞り手段の上流側の前記冷媒回路に設けられたスプリット熱交換器と、
   前記減圧タンク内の冷媒を、補助絞り手段を介して前記スプリット熱交換器の第１の流路に流した後、前記圧縮手段の中間圧部に吸い込ませる補助回路と、
   前記減圧タンク下部から冷媒を流出させ、前記スプリット熱交換器の第２の流路に流し、前記第１の流路を流れる冷媒と熱交換させた後、前記主絞り手段に流入させる主回路とを備えたことを特徴とする冷凍装置。
2. 前記圧力調整用絞り手段を制御する制御手段を備え、
   該制御手段は、前記圧力調整用絞り手段の開度を制御することにより、前記主絞り手段に流入する冷媒の圧力を所定の規定値に調整することを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記制御手段は、前記圧力調整用絞り手段より上流側の前記冷媒回路の高圧側圧力が所定の上限値に上昇した場合、前記圧力調整用絞り手段の開度を増大させることを特徴とする請求項２に記載の冷凍装置。
4. 前記補助絞り手段の上流側の前記補助回路は、前記減圧タンク上部から冷媒を流出させ、前記補助絞り手段に流入させるガス配管と、前記減圧タンク下部から冷媒を流出させ、弁装置を介して前記補助絞り手段に流入させる液配管とから構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの何れかに記載の冷凍装置。
5. 前記制御手段は、外気温度を表す指標に基づいて前記弁装置を制御し、前記外気温度が上昇した場合、前記弁装置を閉じると共に、前記外気温度が低下した場合は開くことを特徴とする請求項４に記載の冷凍装置。
6. 前記制御手段は、前記蒸発器における冷媒の蒸発温度を表す指標に基づき、当該蒸発温度が高い程、低い外気温度で前記弁装置を閉じることを特徴とする請求項５に記載の冷凍装置。
7. 前記主絞り手段に流入する冷媒と、前記蒸発器から出た冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちの何れかに記載の冷凍装置。
8. 前記内部熱交換器は、前記主絞り手段に流入する冷媒が流れる第１の流路と、前記蒸発器から出た冷媒が流れる第２の流路とを備え、前記内部熱交換器の第１の流路を流れる冷媒と前記内部熱交換器の第２の流路を流れる冷媒とを熱交換させると共に、
   前記内部熱交換器の第１の流路、又は、前記内部熱交換器の第２の流路に並列に接続されたバイパス回路と、該バイパス回路に設けられたバイパス用弁装置を備えたことを特徴とする請求項７に記載の冷凍装置。
9. 前記バイパス用弁装置を制御する制御手段を備え、
   該制御手段は、前記内部熱交換器の第１の流路に流入する冷媒と前記内部熱交換器の第２の流路を出た冷媒の温度に基づき、前記内部熱交換器の第２の流路を出た冷媒の温度が前記内部熱交換器の第１の流路に流入する冷媒の温度より高い場合、前記バイパス用弁装置を開くことを特徴とする請求項８に記載の冷凍装置。
10. 前記冷媒として二酸化炭素を使用したことを特徴とする請求項１乃至請求項９のうちの何れかに記載の冷凍装置。

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