JPWO2016185568A1

JPWO2016185568A1 - 冷凍装置

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Inventors: 池田　隆; 隆池田
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Abstract

冷凍装置１００は、第１冷媒を循環させる第１冷媒回路５０と第２冷媒を循環させる第２冷媒回路６０とを有し、第１冷媒回路５０は、第１冷媒を第２冷媒と熱交換させて第１冷媒を蒸発させるカスケードコンデンサ１８の第１メイン蒸発部５を含む第１メイン冷媒回路５２と、第１メイン蒸発部５と並列に接続され、第１冷媒を第２冷媒と熱交換させて第１冷媒を蒸発させるサブクールコイル１９の第１サブ蒸発部６を含む第１サブ冷媒流路５４と、を含み、第２冷媒回路６０は、第２冷媒を第１冷媒と熱交換させて第２冷媒を凝縮させるカスケードコンデンサ１８の第２メイン凝縮部８と、第２メイン凝縮部８で凝縮された第２冷媒を第１冷媒と熱交換させて第２冷媒を冷却するサブクールコイル１９の第２サブ凝縮部１３と、が接続された第２メイン冷媒回路６２を含む、ものである。

Description

この発明は、第１冷媒回路と第２冷媒回路とを有する冷凍装置に関するものである。

従来から、高温側冷凍サイクルの蒸発器と低温側冷凍サイクルの凝縮器とを熱交換させる二元冷凍装置が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の二元冷凍装置では、凝縮器で凝縮された低温側冷凍サイクルの冷媒が、サブクーラで過冷却状態にまで冷却されている。

特開平３−２６３５５５号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたような従来の冷凍装置では、第１冷媒回路において、サブクールコイルとカスケードコンデンサとが直列に接続されており、第１冷媒回路のサブクールコイルで第２冷媒回路の第２冷媒を冷却した第１冷媒が、カスケードコンデンサで第２冷媒回路の第２冷媒を凝縮させている。したがって、特許文献１に記載されたような冷凍装置では、第１冷媒回路において、サブクールコイルで第２冷媒回路の第２冷媒を冷却する第１冷媒の飽和温度が、カスケードコンデンサで第２冷媒回路の第２冷媒を凝縮させる第１冷媒の飽和温度と比較して、高くなっている。

この発明は、上記のような課題を背景としてなされたものであり、第１冷媒回路において、サブクールコイルで第２冷媒回路の第２冷媒を冷却する第１冷媒の飽和温度と、カスケードコンデンサで第２冷媒回路の第２冷媒を冷却する第１冷媒の飽和温度と、の調整の自由度が向上された冷凍装置を得ることを目的としている。

この発明に係る冷凍装置は、第１冷媒を循環させる第１冷媒回路と第２冷媒を循環させる第２冷媒回路とを有し、第１冷媒回路は、第１冷媒を圧縮する第１圧縮機と、第１圧縮機で圧縮された第１冷媒を凝縮させる第１凝縮器と、第１凝縮器で凝縮された第１冷媒を膨張させる第１メイン膨張装置と、第１メイン膨張装置で膨張された第１冷媒を第２冷媒と熱交換させて第１冷媒を蒸発させるカスケードコンデンサの第１メイン蒸発部と、が接続された第１メイン冷媒回路と、第１メイン膨張装置および第１メイン蒸発部と並列に接続され、第１凝縮器で凝縮された第１冷媒を膨張させる第１サブ膨張装置と、第１サブ膨張装置で膨張された第１冷媒を第２冷媒と熱交換させて第１冷媒を蒸発させるサブクールコイルの第１サブ蒸発部と、が配設された第１サブ冷媒流路と、を含み、第２冷媒回路は、第２冷媒を圧縮する第２圧縮機と、第２圧縮機で圧縮された第２冷媒を第１冷媒と熱交換させて第２冷媒を凝縮させるカスケードコンデンサの第２メイン凝縮部と、第２メイン凝縮部で凝縮された第２冷媒を第１冷媒と熱交換させて第２冷媒を冷却するサブクールコイルの第２サブ凝縮部と、が接続された第２メイン冷媒回路を含む、ものである。

この発明によれば、第１冷媒回路において、サブクールコイルで第２冷媒回路の第２冷媒を冷却する第１冷媒の飽和温度と、カスケードコンデンサで第２冷媒回路の第２冷媒を冷却する第１冷媒の飽和温度と、の調整の自由度が向上された冷凍装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る冷凍装置の構成の一例を模式的に記載した図である。図１に記載の冷凍装置で使用される冷媒を例示した図である。図１に記載の第１冷媒回路および第２冷媒回路の動作の一例について説明する図である。図１に記載の第１開閉装置の開閉を判断する開閉閾値について説明する図である。図１に記載の冷凍装置の動作の一例を説明する図である。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付して、その説明を適宜省略または簡略化する。また、各図に記載の構成について、その形状、大きさおよび配置等は、この発明の範囲内で適宜変更することができる。

実施の形態１．
［冷凍装置］
図１は、この発明の実施の形態１に係る冷凍装置の構成の一例を模式的に記載した図である。図１に示すように、この実施の形態に係る冷凍装置１００は、第１冷媒が循環する第１冷媒回路５０と第２冷媒が循環する第２冷媒回路６０とを有しており、例えば、第２冷媒回路６０の第２蒸発器１６を利用して、冷却対象を冷却するものである。また、冷凍装置１００は、圧力検出装置２０および制御装置２１を含んでいる。圧力検出装置２０は、第２冷媒回路６０の第２圧縮機７の吸入側の圧力である低圧圧力ｖを検出するものである。制御装置２１は、アナログ回路、デジタル回路、ＣＰＵ、またはこれらのうちの２つ以上の組み合わせを含んで構成されており、少なくとも圧力検出装置２０の検出結果を用いて第１開閉装置１１の開閉を制御するものである。なお、制御装置２１は、以下に説明するような他の構成を制御することもできる。図１では、この実施の形態の理解を容易にするために、第１冷媒回路５０の構成のそれぞれを接続している配管を実線で記載し、第２冷媒回路６０の構成のそれぞれを接続している配管を点線で記載してある。

［第１冷媒回路］
第１冷媒回路５０は、第１メイン冷媒回路５２と第１サブ冷媒流路５４とを含んでいる。第１メイン冷媒回路５２は、第１圧縮機１と第１凝縮器２と第１メイン膨張装置３とカスケードコンデンサ１８の第１メイン蒸発部５とを含み、これらが配管で接続されている。第１圧縮機１は、第１冷媒を圧縮するものである。第１圧縮機１は、例えば、インバータで制御が行われるインバータ圧縮機であり、運転周波数を任意に変化させて、容量（単位時間あたりに冷媒を送り出す量）を変化させることができる。なお、第１圧縮機１は、一定の運転周波数で動作する一定速圧縮機であってもよい。第１凝縮器２は、例えば、第１凝縮器２を流れる第１冷媒を空気と熱交換させて、第１冷媒を凝縮させるものである。第１メイン膨張装置３は、第１冷媒を膨張させるものであり、例えば、開度を調整できる電子膨張弁であるが、毛細管等であってもよい。カスケードコンデンサ１８は、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させるものであり、第１冷媒回路５０の第１冷媒が流れる第１メイン蒸発部５と、第２冷媒回路６０の第２冷媒が流れる第２メイン凝縮部８と、を含んでいる。第１メイン蒸発部５は、第１メイン蒸発部５を流れる第１冷媒を、第２メイン凝縮部８を流れる第２冷媒と熱交換させて、第１冷媒を蒸発させるものである。

第１サブ冷媒流路５４は、第１凝縮器２と第１メイン膨張装置３との間と、第１メイン蒸発部５と第１圧縮機１との間と、を接続しており、第１メイン膨張装置３および第１メイン蒸発部５と並列に接続されている。第１サブ冷媒流路５４には、第１サブ膨張装置４とサブクールコイル１９の第１サブ蒸発部６とが配設されている。第１サブ膨張装置４は、第１冷媒を膨張させるものであり、例えば、開度を調整できる電子膨張弁であるが、毛細管等であってもよい。サブクールコイル１９は、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させるものであり、第１冷媒回路５０の第１冷媒が流れる第１サブ蒸発部６と、第２冷媒回路６０の第２冷媒が流れる第２サブ凝縮部１３と、を含んでいる。第１サブ蒸発部６は、第１サブ蒸発部６を流れる第１冷媒を、第２サブ凝縮部１３を流れる第２冷媒と熱交換させて、第１冷媒を蒸発させるものである。

［第２冷媒回路］
第２冷媒回路６０は、第２メイン冷媒回路６２とバイパス流路６４とインジェクション流路６６とを含んでいる。第２メイン冷媒回路６２は、第２圧縮機７とカスケードコンデンサ１８の第２メイン凝縮部８と第１開閉装置１１と受液器９と逆止弁１２とサブクールコイル１９の第２サブ凝縮部１３と第２開閉装置１４と第２膨張装置１５と第２蒸発器１６とを含み、これらが配管で接続されている。

第２圧縮機７は、第２冷媒を圧縮するものである。第２圧縮機７は、例えば、インバータで制御が行われるインバータ圧縮機であり、運転周波数を任意に変化させて、容量（単位時間あたりに冷媒を送り出す量）を変化させることができる。なお、第２圧縮機７は、一定の運転周波数で動作する一定速圧縮機であってもよい。第２メイン凝縮部８は、第２メイン凝縮部８を流れる第２冷媒を、第１メイン蒸発部５を流れる第１冷媒と熱交換させて、第２冷媒を凝縮させるものである。第１開閉装置１１は、例えば、開閉動作することで第２冷媒の通過を制御する電磁弁等である。受液器９は、例えば、冷媒を溜める容器等である。逆止弁１２は、受液器９から流出した冷媒を通過させ、且つ逆止弁１２を通って受液器９に冷媒が流入することを阻止するものである。第２サブ凝縮部１３は、第２サブ凝縮部１３を流れる第２冷媒を、第１サブ蒸発部６を流れる第１冷媒と熱交換させて、第２冷媒を冷却するものである。第２開閉装置１４は、例えば、開閉動作することで第２冷媒の通過を制御する電磁弁等である。第２膨張装置１５は、第２冷媒を膨張させるものであり、例えば、開度を調整できる電子膨張弁であるが、毛細管等であってもよい。第２蒸発器１６は、例えば、第２蒸発器１６を流れる第２冷媒を空気と熱交換させて、第２冷媒を蒸発させるものである。

バイパス流路６４は、第２メイン凝縮部８と第１開閉装置１１との間と、逆止弁１２と第２サブ凝縮部１３との間と、を接続しており、第１開閉装置１１、受液器９および逆止弁１２と並列に接続されている。インジェクション流路６６は、第２サブ凝縮部１３と第２開閉装置１４との間と、第２蒸発器１６と第２圧縮機７との間と、を接続しており、第２開閉装置１４、第２膨張装置１５および第２蒸発器１６と並列に接続されている。インジェクション流路６６には、インジェクション用膨張装置１７が配設されている。インジェクション用膨張装置１７は、第２冷媒を膨張させるものであり、例えば、開度を調整できる電子膨張弁であるが、毛細管等であってもよい。

［冷媒］
図２は、図１に記載の冷凍装置で使用される冷媒を例示した図である。近年、地球温暖化等への対応を考慮して、ＧＷＰ（地球温暖化係数）が低い冷媒を使用することが推奨されている。したがって、この実施の形態の例の冷凍装置１００では、第２冷媒回路６０に使用される冷媒は、ＧＷＰが低いものが選択されている。なぜなら、図１に記載の第２冷媒回路６０は、例えば、第２開閉装置１４と第２膨張装置１５と第２蒸発器１６とを含んでユニット化された室内ユニット（図示を省略）と、第２圧縮機７と第２メイン凝縮部８と第１開閉装置１１と受液器９と逆止弁１２と第２サブ凝縮部１３とインジェクション用膨張装置１７とを含んでユニット化された室外ユニット（図示を省略）と、を含んで構成されている。図示を省略してある室内ユニットと室外ユニットとは、冷凍装置１００が設置される現地にて、作業者によって接続施工される。図示を省略してある室内ユニットと室外ユニットとを接続した部分から、冷媒が漏洩するおそれがあることが知られている。したがって、この実施の形態の例の第２冷媒回路６０では、例えば、ＧＷＰが低いＣＯ２（二酸化炭素）が採用されている。なお、第２冷媒回路６０に使用される冷媒は、ＣＯ２に限定されるものではなく、ＧＷＰが低いものが選択されればよい。

第１冷媒回路５０に使用される第１冷媒は、第１冷媒回路５０に第２冷媒を循環させた場合と比較して、効率（ＣＯＰ）が高くなる冷媒が選択されている。つまり、第１冷媒回路５０の運転条件において、第１冷媒は第２冷媒と比較して効率が高い。なぜなら、第１冷媒回路５０を含むユニット（図示を省略）は、製造業者（メーカ）で組み立てられており、第１冷媒回路５０の気密性の検査等が実施されて出荷されている。第１冷媒回路５０は、第２冷媒回路６０と比較して、冷媒が漏洩するおそれが低減されているため、効率が高い冷媒を選択することができる。なお、好適には、第１冷媒もＧＷＰが低いものが選択される。

上記のように、この実施の形態の例では、冷媒が漏洩するおそれがある第２冷媒回路６０において、ＧＷＰが低い冷媒が使用されているため、地球温暖化等への対策がなされている。さらに、この実施の形態の例では、冷媒が漏洩するおそれが低減されている第１冷媒回路５０において、効率が高い冷媒が使用されているため、第１冷媒回路５０および冷凍装置１００の全体の効率（ＣＯＰ）が向上されている。

［冷媒回路の動作］
次に、第１冷媒回路５０および第２冷媒回路６０の動作の一例について説明する。なお、冷凍装置１００が冷却対象を冷却するとき、すなわち、第２蒸発器１６が冷却対象を冷却するために利用されるときは、第２開閉装置１４が開状態となり、第２冷媒が第２蒸発器１６に流れるようになっている。

図３は、図１に記載の第１冷媒回路および第２冷媒回路の動作の一例について説明する図である。まず、図１に記載の第１冷媒回路５０の動作の一例について説明する。第１圧縮機１で圧縮された第１冷媒は、図３の点Ｂの位置となる。図１の第１圧縮機１で圧縮された第１冷媒は、第１凝縮器２で熱交換されて凝縮し、図３の点Ｃの位置となる。図１の第１凝縮器２で凝縮された第１冷媒は、第１メイン膨張装置３に流入する第１冷媒と、第１サブ膨張装置４に流入する第１冷媒と、に分岐される。第１メイン膨張装置３に流入した第１冷媒は、第１メイン膨張装置３で膨張されて、図３の点Ｄの位置となる。図１の第１メイン膨張装置３で膨張された第１冷媒は、第１メイン蒸発部５で熱交換されて蒸発し、第１サブ蒸発部６を通った第１冷媒と合流して、図３の点Ａの位置となる。また、図１の第１サブ膨張装置４に流入した第１冷媒は、第１サブ膨張装置４で膨張されて、図３の点Ｄの位置となる。図１の第１サブ膨張装置４で膨張された第１冷媒は、第１サブ蒸発部６で熱交換されて蒸発し、第１メイン蒸発部５を通った第１冷媒と合流して、図３の点Ａの位置となる。点Ａの第１冷媒は、図１の第１圧縮機１で再び圧縮される。なお、第１メイン膨張装置３および第１サブ膨張装置４のうちの少なくとも一方の開度等を調整することによって、第１メイン膨張装置３および第１メイン蒸発部５に流れる第１冷媒の流量と、第１サブ膨張装置４および第１サブ蒸発部６に流れる第１冷媒の流量と、を調整することができる。

次に、図１に記載の第２冷媒回路６０の動作の例について説明する。まず、第２開閉装置１４が開状態であり、且つ第１開閉装置１１が閉状態である場合の、第２冷媒回路６０の動作の一例について説明する。第２圧縮機７で圧縮された第２冷媒は、図３の点Ｆの位置となる。図１の第２圧縮機７で圧縮された第２冷媒は、第２メイン凝縮部８で熱交換されて凝縮し、図３の点Ｈの位置となる。図１の第２メイン凝縮部８で凝縮された第２冷媒は、バイパス流路６４を流れて、第２サブ凝縮部１３で熱交換されて、図３の点Ｊの位置となる。なお、図１に示すように、逆止弁１２が配設されているため、受液器９をバイパスさせた後の第２冷媒が、受液器９に流れ込まないようになっている。第２サブ凝縮部１３で熱交換された第２冷媒は、第２開閉装置１４を通過して、第２膨張装置１５で膨張されて、図３の点Ｋの位置となる。図１の第２膨張装置１５で膨張された第２冷媒は、第２蒸発器１６で熱交換されて蒸発し、図３の点Ｅの位置となる。点Ｅの第２冷媒は、図１の第２圧縮機７で再び圧縮される。

次に、第２開閉装置１４が開状態であり、且つ第１開閉装置１１が開状態である場合の、第２冷媒回路６０の動作の一例について説明する。なお、第１開閉装置１１が開状態である場合は、第１開閉装置１１が閉状態である場合と比較して、第２メイン凝縮部８で凝縮された第２冷媒が、第１開閉装置１１、受液器９および逆止弁１２を通って、第２サブ凝縮部１３に流入する以外の点は、同様である。したがって、以下では、上記と重複する説明については、省略または簡略化する。第２メイン凝縮部８で凝縮された第２冷媒は、図３の点Ｈの位置となり、図１の第１開閉装置１１を通って、受液器９に流入する。第２冷媒は受液器９で放熱され、図３の点Ｇの位置となる。図１の受液器９から流出した第２冷媒は、逆止弁１２を通って、第２サブ凝縮部１３で熱交換されて、図３の点Ｌの位置となる。

ここで、図１の第１開閉装置１１が開状態である場合に第２蒸発器１６が発揮する能力と、第１開閉装置１１が閉状態である場合に第２蒸発器１６が発揮する能力とを比較する。第１開閉装置１１が開状態である場合に第２蒸発器１６が発揮する能力は、図３の点Ｌと点Ｅとのエンタルピの差と第２冷媒が循環する冷媒循環量との積によって求まる。また、第１開閉装置１１が閉状態である場合に第２蒸発器１６が発揮する能力は、点Ｋと点Ｅとのエンタルピの差と第２冷媒が循環する冷媒循環量との積によって求まる。したがって、第２冷媒の冷媒循環量が同じであれば、第１開閉装置１１を閉状態として、受液器９に第２冷媒を流さないほうが、第２蒸発器１６が発揮する能力が大きくなる。なぜなら、第２冷媒をバイパス流路６４に流すことによって、受液器９での第２冷媒の放熱が回避される。この実施の形態では、第２冷媒回路６０が通常動作しているときは、第２蒸発器１６が発揮する能力が大きくなるように、第１開閉装置１１を閉状態として、バイパス流路６４に第２冷媒を流す。

なお、第２冷媒回路６０において、第２圧縮機７の吐出温度（図３の点Ｆ）が通常時と比較して高くなった場合には、第２サブ凝縮部１３で熱交換された第２冷媒（図３の点Ｋ）の一部をインジェクション用膨張装置１７で膨張させて、第２蒸発器１６で蒸発された第２冷媒と混合させて、図３の点Ｅの温度を低下させる。図３の点Ｅの温度が低下することによって、第２圧縮機７の吐出温度（図３の点Ｆ）の温度を低下させることができる。

また、この実施の形態の例では、冷凍装置１００によって行われる冷却対象の冷却が不要となった場合、すなわち、第２蒸発器１６を利用した冷却が不要となった場合は、第２開閉装置１４を閉状態とする。第２開閉装置１４が閉状態になると、第２開閉装置１４から第２圧縮機７までの第２圧縮機７の低圧側の圧力が低下する。第２圧縮機７の低圧側の圧力が、予め設定された設定圧力まで低下すると、第２圧縮機７は運転を停止する。ここで、第２開閉装置１４が閉状態になると、第２冷媒回路６０の低圧側の第２冷媒が第２冷媒回路の高圧側に移動するため、第２冷媒回路の高圧側が冷媒過剰となり圧力異常を原因とする保護機能（図示を省略）が作動し、または故障の原因となるおそれがある。そこで、第２蒸発器１６を利用した冷却が不要となった場合は、第１開閉装置１１を開状態にして、第２冷媒を受液器９に溜め込む。この実施の形態の冷凍装置１００において、第２冷媒回路６０は、例えば、第２開閉装置１４と第２膨張装置１５と第２蒸発器１６とを含んでユニット化された室内ユニット（図示を省略）と、第２圧縮機７と第２メイン凝縮部８と第１開閉装置１１と受液器９と逆止弁１２と第２サブ凝縮部１３とインジェクション用膨張装置１７とを含んでユニット化された室外ユニット（図示を省略）と、を含んで構成されており、室内ユニットと室外ユニットとは独立して制御されている。以下のように、第２圧縮機７の低圧側の圧力を利用して、第１開閉装置１１の開閉を制御し、第２冷媒を受液器９に溜め込むことによって、図示を省略してある室外ユニット側で第２冷媒回路６０が異常状態となることを抑制することができる。

図４は、図１に記載の第１開閉装置の開閉を判断する開閉閾値について説明する図である。図４に示すように、第１開閉装置１１の開閉の判断は、第２圧縮機７の低圧側の低圧圧力ｖを用いて行われる。第１開閉装置１１の開閉を判断する開閉閾値Ｖ２は、第２圧縮機７が通常の運転中に目標とする低圧圧力ｖである目標運転圧力値Ｖ１と、第２圧縮機７を停止させる低圧圧力ｖである停止圧力値Ｖ３と、の間に設定されている。なぜなら、第２蒸発器１６が冷却対象を冷却するために利用されるときは、第２開閉装置１４が開状態となっており、第２圧縮機７は、第２蒸発器１６が冷却対象を目的とする温度に冷却するように、低圧圧力ｖを目標運転圧力値Ｖ１に近づけるように制御されている。したがって、第２圧縮機７の低圧圧力ｖが目標運転圧力値Ｖ１に近づけるように制御されていると推定されるときには、第２開閉装置１４が開状態であると判断し、第１開閉装置１１を閉じる。第１開閉装置１１を閉状態とすることによって、第２冷媒が、受液器９に流入せず、バイパス流路６４を流れるため、第２蒸発器１６の能力が増加する。また、第２蒸発器１６を利用した冷却が不要となった場合は、第２開閉装置１４が閉状態となるため、低圧圧力ｖが低下する。そこで、低圧圧力ｖが、第２開閉装置１４が閉状態となったと推定される開閉閾値Ｖ２以下に低下したときに、第１開閉装置１１を開状態にして、第２冷媒を受液器９に貯留させる。

図５は、図１に記載の冷凍装置の動作の一例を説明する図である。図５のステップＳ１にて、第２圧縮機７が運転しているか否かを判断する。ステップＳ１で第２圧縮機７が運転していると判断した場合は、ステップＳ２に進む。ステップＳ２にて、第２圧縮機７の低圧圧力ｖを取得し、第２圧縮機７の低圧圧力ｖが開閉閾値Ｖ２以下であるか否かを判断する。ステップＳ２で第２圧縮機７の低圧圧力ｖが開閉閾値Ｖ２以下である場合は、ステップＳ３にて、第１開閉装置１１を開状態にする。ステップＳ２で第２圧縮機７の低圧圧力ｖが開閉閾値Ｖ２よりも大きい場合は、ステップＳ４にて、第１開閉装置１１を閉状態にする。また、ステップＳ１にて第２圧縮機７が運転していないと判断した場合は、ステップＳ５にて第１開閉装置１１を開状態にする。

上記のように、この実施の形態に係る冷凍装置１００は、第１冷媒を循環させる第１冷媒回路５０と第２冷媒を循環させる第２冷媒回路６０とを有し、第１冷媒回路５０は、第１冷媒を圧縮する第１圧縮機１と、第１圧縮機１で圧縮された第１冷媒を凝縮させる第１凝縮器２と、第１凝縮器２で凝縮された第１冷媒を膨張させる第１メイン膨張装置３と、第１メイン膨張装置３で膨張された第１冷媒を第２冷媒と熱交換させて第１冷媒を蒸発させるカスケードコンデンサ１８の第１メイン蒸発部５と、が接続された第１メイン冷媒回路５２と、第１メイン膨張装置３および第１メイン蒸発部５と並列に接続され、第１凝縮器２で凝縮された第１冷媒を膨張させる第１サブ膨張装置４と、第１サブ膨張装置４で膨張された第１冷媒を第２冷媒と熱交換させて第１冷媒を蒸発させるサブクールコイル１９の第１サブ蒸発部６と、が配設された第１サブ冷媒流路５４と、を含み、第２冷媒回路６０は、第２冷媒を圧縮する第２圧縮機７と、第２圧縮機７で圧縮された第２冷媒を第１冷媒と熱交換させて第２冷媒を凝縮させるカスケードコンデンサ１８の第２メイン凝縮部８と、第２メイン凝縮部８で凝縮された第２冷媒を第１冷媒と熱交換させて第２冷媒を冷却するサブクールコイル１９の第２サブ凝縮部１３と、が接続された第２メイン冷媒回路６２を含んでいる。この実施の形態に係る冷凍装置１００では、第１冷媒回路５０において、カスケードコンデンサ１８の第１メイン蒸発部５とサブクールコイル１９の第１サブ蒸発部６とが並列に接続されているため、第１メイン蒸発部５を流れる第１冷媒の飽和温度と第１サブ蒸発部６を流れる第１冷媒の飽和温度との調整の自由度が向上されている。例えば、この実施の形態の例では、第１サブ蒸発部６を流れる第１冷媒の飽和温度が、第１メイン蒸発部５を流れる第１冷媒の飽和温度以下に調整されることによって、冷凍装置１００の効率が向上される。

さらに、この実施の形態に係る冷凍装置１００の第２メイン冷媒回路６２は、第２メイン凝縮部８で凝縮された第２冷媒の通過を制御する第１開閉装置１１と、第１開閉装置１１を通過した第２冷媒を貯留する受液器９と、第２サブ凝縮部１３で冷却された第２冷媒の通過を制御する第２開閉装置１４と、をさらに有し、第２冷媒回路６０は、第１開閉装置１１および受液器９と並列に接続されたバイパス流路６４を含んでいる。また、この実施の形態に係る冷凍装置１００は、第２圧縮機７の吸入側の低圧圧力ｖを検出する圧力検出装置２０と、圧力検出装置２０が検出した低圧圧力ｖを用いて第１開閉装置１１の開閉を制御する制御装置２１と、をさらに有し、制御装置２１は、低圧圧力ｖを用いて、第２開閉装置１４が開状態であると判断したときに第１開閉装置１１を閉状態とし、第２開閉装置１４が閉状態であると判断したときに第１開閉装置１１を開状態としている。この実施の形態の冷凍装置１００では、第２開閉装置１４が開状態である場合は、第１開閉装置１１を閉状態として、バイパス流路６４に第２冷媒を流すことによって、第２蒸発器１６が発揮する能力を増大させることができる。また、この実施の形態の冷凍装置１００では、第２開閉装置１４が閉状態である場合は、第１開閉装置１１を開状態として、第２冷媒を受液器９に溜め込むことによって、第２冷媒回路６０が異常状態となることを抑制することができる。

この発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々に改変することができる。すなわち、上記の実施の形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成に代替させてもよい。さらに、その配置について特に限定のない構成要件は、実施の形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。

例えば、上記では、図１を用いて、第１冷媒回路５０と第２冷媒回路６０とを含む二元冷凍装置の例について説明したが、この発明は、３つ以上の冷媒回路を含んで構成される多元冷凍装置に適用することもできる。

１第１圧縮機、２第１凝縮器、３第１メイン膨張装置、４第１サブ膨張装置、５第１メイン蒸発部、６第１サブ蒸発部、７第２圧縮機、８第２メイン凝縮部、９受液器、１１第１開閉装置、１２逆止弁、１３第２サブ凝縮部、１４第２開閉装置、１５第２膨張装置、１６第２蒸発器、１７インジェクション用膨張装置、１８カスケードコンデンサ、１９サブクールコイル、２０圧力検出装置、２１制御装置、５０第１冷媒回路、５２第１メイン冷媒回路、５４第１サブ冷媒流路、６０第２冷媒回路、６２第２メイン冷媒回路、６４バイパス流路、６６インジェクション流路、１００冷凍装置、Ｖ１目標運転圧力値、Ｖ２開閉閾値、Ｖ３停止圧力値、ｖ低圧圧力。

この発明に係る冷凍装置は、第１冷媒を循環させる第１冷媒回路と第２冷媒を循環させる第２冷媒回路とを有し、第１冷媒回路は、第１冷媒を圧縮する第１圧縮機と、第１圧縮機で圧縮された第１冷媒を凝縮させる第１凝縮器と、第１凝縮器で凝縮された第１冷媒を膨張させる第１メイン膨張装置と、第１メイン膨張装置で膨張された第１冷媒を第２冷媒と熱交換させて第１冷媒を蒸発させるカスケードコンデンサの第１メイン蒸発部と、が接続された第１メイン冷媒回路と、第１メイン膨張装置および第１メイン蒸発部と並列に接続され、第１凝縮器で凝縮された第１冷媒を膨張させる第１サブ膨張装置と、第１サブ膨張装置で膨張された第１冷媒を第２冷媒と熱交換させて第１冷媒を蒸発させるサブクールコイルの第１サブ蒸発部と、が配設された第１サブ冷媒流路と、を含み、第２冷媒回路は、第２冷媒を圧縮する第２圧縮機と、第２圧縮機で圧縮された第２冷媒を第１冷媒と熱交換させて第２冷媒を凝縮させるカスケードコンデンサの第２メイン凝縮部と、第２メイン凝縮部で凝縮された第２冷媒を第１冷媒と熱交換させて第２冷媒を冷却するサブクールコイルの第２サブ凝縮部と、が直列に接続された第２メイン冷媒回路を含む、ものである。

Claims

第１冷媒を循環させる第１冷媒回路と第２冷媒を循環させる第２冷媒回路とを有し、
前記第１冷媒回路は、前記第１冷媒を圧縮する第１圧縮機と、前記第１圧縮機で圧縮された前記第１冷媒を凝縮させる第１凝縮器と、前記第１凝縮器で凝縮された前記第１冷媒を膨張させる第１メイン膨張装置と、前記第１メイン膨張装置で膨張された前記第１冷媒を前記第２冷媒と熱交換させて前記第１冷媒を蒸発させるカスケードコンデンサの第１メイン蒸発部と、が接続された第１メイン冷媒回路と、
前記第１メイン膨張装置および前記第１メイン蒸発部と並列に接続され、前記第１凝縮器で凝縮された前記第１冷媒を膨張させる第１サブ膨張装置と、前記第１サブ膨張装置で膨張された前記第１冷媒を前記第２冷媒と熱交換させて前記第１冷媒を蒸発させるサブクールコイルの第１サブ蒸発部と、が配設された第１サブ冷媒流路と、を含み、
前記第２冷媒回路は、前記第２冷媒を圧縮する第２圧縮機と、前記第２圧縮機で圧縮された前記第２冷媒を前記第１冷媒と熱交換させて前記第２冷媒を凝縮させる前記カスケードコンデンサの第２メイン凝縮部と、前記第２メイン凝縮部で凝縮された前記第２冷媒を前記第１冷媒と熱交換させて前記第２冷媒を冷却する前記サブクールコイルの第２サブ凝縮部と、が接続された第２メイン冷媒回路を含む、
冷凍装置。
前記第２メイン冷媒回路は、前記第２メイン凝縮部で凝縮された前記第２冷媒の通過を制御する第１開閉装置と、前記第１開閉装置を通過した前記第２冷媒を貯留する受液器と、前記第２サブ凝縮部で冷却された前記第２冷媒の通過を制御する第２開閉装置と、をさらに有し、
前記第２冷媒回路は、前記第１開閉装置および前記受液器と並列に接続されたバイパス流路をさらに含む、
請求項１に記載の冷凍装置。
前記第２圧縮機の吸入側の低圧圧力を検出する圧力検出装置と、
前記圧力検出装置が検出した前記低圧圧力を用いて前記第１開閉装置の開閉を制御する制御装置と、をさらに有し、
前記制御装置は、前記低圧圧力を用いて、前記第２開閉装置が開状態であると判断したときに前記第１開閉装置を閉状態とし、前記第２開閉装置が閉状態であると判断したときに前記第１開閉装置を開状態とする、
請求項２に記載の冷凍装置。
前記第１冷媒は、前記第１冷媒回路に前記第２冷媒を循環させた場合と比較して、効率（ＣＯＰ）が高くなるものが選択されている、
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の冷凍装置。