(57)【要約】【課題】高圧側が臨界圧力となる冷凍装置において、冷媒回路の冷媒封入量を容易に適正な値に調整することができるようにする。【解決手段】冷凍装置Ｒは、圧縮機１１と、ガスクーラ４６と、主絞り手段６２と、蒸発器６３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ものであって、冷媒回路１に接続された冷媒封入量調整機構１３１を備え、この冷媒封入量調整機構１３１は、冷媒回路１の高圧側圧力が上昇したことに基づいて冷媒回路１から冷媒を排出し、高圧側圧力が低下したことに基づいて冷媒回路１からの冷媒の排出を停止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮手段と、ガスクーラと、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、
前記冷媒回路に接続された冷媒封入量調整機構を備え、
該冷媒封入量調整機構は、前記冷媒回路の高圧側圧力が上昇したことに基づいて前記冷媒回路から冷媒を排出し、前記高圧側圧力が低下したことに基づいて前記冷媒回路からの冷媒の排出を停止することを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記冷媒封入量調整機構は、前記冷媒回路の低圧側、若しくは、中間圧領域から冷媒を排出することを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記冷媒封入量調整機構は、前記冷媒回路に連通して接続された排出管と、該排出管に取り付けられた排出弁と、該排出弁を制御する制御手段とを備え、
該制御手段は、前記冷媒回路の高圧側圧力が所定の排出既定値まで上昇した場合、前記排出弁を開くと共に、該排出既定値よりも低い所定の排出停止値まで低下した場合、前記排出弁を閉じることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記冷媒回路に接続された冷媒量調整タンクと、
前記冷媒封入量調整機構による冷媒の排出、及び、前記冷媒量調整タンクへの冷媒の回収と放出を制御する制御手段とを備え、
該制御手段は、前記冷媒回路の高圧側の循環冷媒を前記冷媒量調整タンクに回収する冷媒回収動作を実行し、該冷媒量調整タンクに回収した冷媒を前記冷媒回路に放出する冷媒放出動作を実行すると共に、
前記冷媒量調整タンクへ冷媒を回収し切れない状態となった場合に、前記冷媒封入量調整機構により冷媒を排出す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。
【請求項５】
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４のうちの何れかに記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮手段と、ガスクーラと、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関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、臨界圧力に対する温度が低く、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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平７−１８６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したようなフロン冷媒は、凝縮器から出た後、レシーバータンク内に入り、そこに一旦貯留されて気液が分離される。分離された液冷媒はレシーバータンクに貯留され、外気温度等に応じて冷媒量の調整に用いられる。一方、高圧側が超臨界圧力となるような冷媒、例えば二酸化炭素を用いた場合は、外気温度が降下すると、飽和サイクルが行われるため、冷媒はガス液混合状態となる。一方、外気温度が上昇し、例えば＋２５℃〜３０℃以上となると、冷媒は液化せず、超臨界サイクル運転が行われる。
【０００５】
このような飽和サイクルと超臨界サイクルの両方の条件で運転する冷凍装置の場合、冷媒回路内へ冷媒を封入する際の気温（外気温度）により、適正な封入量を判断することが難しく、外気温度が低い冬場に封入したものが、夏季には過充填となってしまい、高圧側が異常に上昇するようになる。そのため、冷媒回路中で循環冷媒量の調整を行うことができず、冷媒回路中の過剰なガス冷媒によって、高圧側圧力が異常上昇する問題がある。
【０００６】
そこで、高圧側圧力の異常上昇を回避すべく高圧遮断装置が設けられているが、この高圧遮断装置は、冷媒回路の高圧側圧力が所定の高圧遮断設定値に達した場合に圧縮手段を強制的に停止させてシステムを保護するものであるが、圧縮手段が停止すれば蒸発器による冷却も停止してしまう。
【０００７】
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、高圧側が臨界圧力となる冷凍装置において、冷媒回路の冷媒封入量を容易に適正な値に調整することができるようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の冷凍装置は、圧縮手段と、ガスクーラと、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であって、冷媒回路に接続された冷媒封入量調整機構を備え、この冷媒封入量調整機構は、冷媒回路の高圧側圧力が上昇したことに基づいて冷媒回路から冷媒を排出し、高圧側圧力が低下したことに基づいて冷媒回路からの冷媒の排出を停止することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明の冷凍装置は、上記発明において冷媒封入量調整機構は、冷媒回路の低圧側、若しくは、中間圧領域から冷媒を排出することを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明の冷凍装置は、上記各発明において冷媒封入量調整機構は、冷媒回路に連通して接続された排出管と、この排出管に取り付けられた排出弁と、この排出弁を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、冷媒回路の高圧側圧力が所定の排出既定値まで上昇した場合、排出弁を開くと共に、排出既定値よりも低い所定の排出停止値まで低下した場合、排出弁を閉じることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明の冷凍装置は、上記各発明において冷媒回路に接続された冷媒量調整タンクと、冷媒封入量調整機構による冷媒の排出、及び、冷媒量調整タンクへの冷媒の回収と放出を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、冷媒回路の高圧側の循環冷媒を冷媒量調整タンクに回収する冷媒回収動作を実行し、この冷媒量調整タンクに回収した冷媒を冷媒回路に放出する冷媒放出動作を実行すると共に、冷媒量調整タンクへ冷媒を回収し切れない状態となった場合に、冷媒封入量調整機構により冷媒を排出することを特徴とする。また、請求項５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。
【発明の効果】
【００１２】
高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置では、外気温度が所定の温度域を越えていくと、冷媒回路内において液化しない超臨界サイクル運転となる。このような飽和サイクルと超臨界サイクルの両方の条件で運転する冷凍装置では、冷媒を封入するときの気温により、適正な封入量を判断することが難しいが、本発明によれば、冷媒回路に冷媒封入量調整機構を接続し、この冷媒封入量調整機構により、冷媒回路の高圧側圧力が上昇したことに基づいて冷媒回路から冷媒を排出し、高圧側圧力が低下したことに基づいて冷媒回路からの冷媒の排出を停止するようにしたので、季節の変化により冷凍装置が冷媒の過充填状態に陥った場合にも、容易に冷媒回路の冷媒封入量を適正値に調整することができるようになる。
【００１３】
これにより、冷媒回路内の高圧側が異常高圧となる不都合を解消することができ、高圧異常による圧縮手段の過負荷運転を防止することが可能となる。
【００１４】
この場合、請求項２の発明の如く冷媒封入量調整機構により、冷媒回路の低圧側、若しくは、中間圧領域から冷媒を排出するようにすれば、高圧側から排出する場合に比して、穏やかに排出することが可能となり、不必要な冷媒の排出を防止することが可能となる。
【００１５】
また、請求項３の発明の如く冷媒封入量調整機構を、冷媒回路に連通して接続された排出管と、この排出管に取り付けられた排出弁と、この排出弁を制御する制御手段とから構成し、この制御手段が、冷媒回路の高圧側圧力が所定の排出既定値まで上昇した場合、排出弁を開くと共に、排出既定値よりも低い所定の排出停止値まで低下した場合、排出弁を閉じるようにすることにより、冷媒回路の高圧側圧力に基づいて的確に冷媒の排出制御を実現することができるようになる。
【００１６】
また、請求項４の発明の如く冷媒回路に接続された冷媒量調整タンクと、冷媒封入量調整機構による冷媒の排出、及び、冷媒量調整タンクへの冷媒の回収と放出を制御する制御手段とを備え、この制御手段が、冷媒回路の高圧側の循環冷媒を冷媒量調整タンクに回収する冷媒回収動作を実行し、この冷媒量調整タンクに回収した冷媒を冷媒回路に放出する冷媒放出動作を実行する場合に、制御手段により、冷媒量調整タンクへ冷媒を回収し切れない状態となった場合に、冷媒封入量調整機構により冷媒を排出するようにすれば、冷媒量調整タンクで高圧側圧力の上昇を抑制しながら、この冷媒量調整タンクで回収し切れない程の冷媒過充填状態を冷媒封入量調整機構で解消することができるようになる。そして、請求項５の発明の如く冷媒として二酸化炭素を使用した超臨界冷凍サイクルにおいて、上記各発明は、特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施例における冷凍装置の冷媒回路図である。
【図２】図１の冷凍装置の制御装置のブロック図である。
【図３】外気温度と蒸発温度とから決定される目標高圧ＴＨＰの傾向を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態にかかる冷凍装置Ｒの冷媒回路図である。本実施例における冷凍装置Ｒは、冷凍機ユニット３と複数台のショーケースユニット５とから構成され、これら冷凍機ユニット３と各ショーケースユニット５とが、冷媒配管７（液管）及び冷媒配管９により連結されて所定の冷媒回路１を構成する。
【００１９】
この冷凍サイクルは、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。
【００２０】
実施例の冷凍機ユニット３は、並列に配置された圧縮手段としての２台の圧縮機１１を備える。本実施例において、圧縮機１１は、内部中間圧型多段圧縮式ロータリ圧縮機であり、鋼板から成る円筒状の密閉容器１２と、この密閉容器１２の内部に配置収納された電動要素（図示せず）及びこの電動要素により駆動される第１の回転圧縮要素（低段側の第１の圧縮要素）１８及び第２の回転圧縮要素（高段側の第２の圧縮要素）２０から成る回転圧縮機構部にて構成されている。
【００２１】
第１の回転圧縮要素１８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２０は、第１の回転圧縮要素１８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、前記電動要素の運転周波数を変更することで、第１の回転圧縮要素１８及び第２の回転圧縮要素２０の回転数を制御可能とする。
【００２２】
圧縮機１１の密閉容器１２の側面には、第１の回転圧縮要素１８に連通する低段側吸込口２２及び低段側吐出口２４と、第２の回転圧縮要素２０に連通する高段側吸込口２６及び高段側吐出口２８が形成されている。各圧縮機１１の低段側吸込口２２には、それぞれ冷媒導入管３０が接続され、それぞれの上流側で合流し冷媒配管９に接続される。
【００２３】
低段側吸込口２２により第１の回転圧縮要素１８の低圧部に吸い込まれた低圧（ＬＰ：通常運転状態で２．６ＭＰａ程度）の冷媒ガスは、当該第１の回転圧縮要素１８により中間圧（ＭＰ：通常運転状態で５．５ＭＰａ程）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。
【００２４】
そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスが吐出される各圧縮機１１の低段側吐出口２４には、それぞれ中間圧吐出配管３６が接続され、それぞれの下流側で合流し、インタークーラ３８の一端に接続される。このインタークーラ３８は、第１の回転圧縮要素１８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３８の他端には、中間圧吸入管４０が接続され、この中間圧吸入管４０は２つに分岐した後に各圧縮機１１の高段側吸込口２６に接続される。
【００２５】
高段側吸込口２６により第２の回転圧縮要素２０の中圧部に吸い込まれた中圧（ＭＰ）の冷媒ガスは、当該第２の回転圧縮要素２０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、各圧縮機１１の第２の回転圧縮要素２０の高圧室側に設けられた高段側吐出口２８には、それぞれ高圧吐出配管４２が接続され、それぞれの下流側で合流し、オイルセパレータ４４、ガスクーラ４６、詳細は後述するスプリットサイクルを構成する中間熱交換器８０を介して、冷媒配管７に接続される。
【００２６】
ガスクーラ４６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４６の近傍には当該ガスクーラ４６を空冷するガスクーラ用送風機４７が配設されている。本実施例では、ガスクーラ４６は上述したインタークーラ３８及び詳細は後述するオイルクーラ７４と並設されており、これらは同一の風路４５に配設されている。当該風路４５には、当該冷凍機ユニット３が配設される外気温度を検出する外気温度センサ（外気温度検出手段）５６が設けられている。また、高段側吐出口２８、２８には、第２の回転圧縮要素２０から吐出された冷媒の吐出圧力を検出する高圧圧力センサ（高圧圧力検出手段）４８と、吐出冷媒温度を検出する吐出温度センサ（吐出温度検出手段）５０等が設けられている。
【００２７】
一方、各ショーケースユニット５は、それぞれ店舗内等に設置され、冷媒配管７及び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５は、冷媒配管７と冷媒配管９とを連結するケース側冷媒配管６０を有しており、各ケース側冷媒配管６０には、絞り手段としての主絞り手段６２（主膨張弁）と蒸発器６３が順次接続されている。各蒸発器６３には、それぞれ当該蒸発器６３に送風する図示しない冷気循環用送風機が隣接されている。そして、冷媒配管９は、上述したように冷媒導入管３０を介して各圧縮機１１の第１の回転圧縮要素１８に連通する低段側吸込口２２に接続されている。これにより、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。
【００２８】
冷凍装置Ｒは、汎用のマイクロコンピュータにより構成される制御装置（制御手段）Ｃを電動箱Ｂ内に備えている。当該制御装置Ｃは、図２に示すように入力側に各種センサが接続されていると共に、出力側には、各種弁装置、圧縮機１１の前記電動要素１１Ｍ（コンプレッサモータ。一つで代表する）、ガスクーラ用送風機４７のファンモータ４７Ｍ等が接続されている。尚、当該制御装置Ｃは実際には冷凍機ユニット３側の制御装置とショーケースユニット５側の制御装置（図示せず）、後述する増設冷媒量調整装置１１１側の制御装置（これも図示せず）及び集中制御装置等により構成されるが、ここでは簡略化して制御装置Ｃで示すものとし、その詳細については各制御に応じて後述する。
【００２９】
（Ａ）冷媒量調整制御
次に、本実施例における冷凍装置Ｒの冷媒回路１の冷媒量調整制御について説明する。冷媒回路１の超臨界圧力となる高圧側、本実施例では冷凍機ユニット３の中間熱交換器８０の下流側には、第１の連通回路１０１を介して冷媒量調整タンク１００が接続されている。この冷媒量調整タンク１００は圧縮機１１やガスクーラ４６等と共に冷凍機ユニット３に内蔵されているもので、所定の容積を有するものであり、当該タンク１００上部に第１の連通回路１０１が接続されている。この第１の連通回路１０１には、絞り機能を有する第１の開閉手段として電動膨張弁１０２が介設されている。
【００３０】
尚、絞り機能を有する開閉手段は、これに限定されるものではなく、第１の連通回路１０１に絞り手段として、例えばキャピラリーチューブと電磁弁（開閉弁）により構成しても良い。
【００３１】
そして、この冷媒量調整タンク１００には、当該タンク１００内上部と、冷媒回路１の中間圧領域とを連通する第２の連通回路１０３が接続されている。本実施例では、第２の連通回路１０３の他端は、中間圧領域の一例として冷媒回路１のインタークーラ３８の出口側の中間圧吸入管４０に連通させる。この第２の連通回路１０３には、第２の開閉手段としての電磁弁１０４が介設されている。
【００３２】
また、この冷媒量調整タンク１００には、当該タンク１００内下部と、冷媒回路１の中間圧領域とを連通する第３の連通回路１０５が接続されている。本実施例では、第３の連通回路１０５の他端は、中間圧領域の一例として前記中間圧吸入管４０に連通した後述する中間熱交換器８０の第１の流路８０Ａの入口に連通させる。この第３の連通回路１０５には、第３の開閉手段としての電磁弁１０６と減圧手段としてのキャピラリチューブ１０７が介設されている。
【００３３】
（Ａ−０）増設冷媒量調整装置
更に、この冷凍装置Ｒには増設冷媒量調整装置１１１が接続される。この増設冷媒量調整装置１１１は、冷凍装置Ｒの規模に応じて冷媒量調整タンク１００に対して増設冷媒量調整タンク１１６を増設するために、冷凍機ユニット３にオプション的に取り付けられるものであり、冷凍機ユニット３の外部に設けられ（外付け）、冷媒回路１に着脱可能に接続される。この場合、増設冷媒量調整装置１１１は、図示しない外装ケース内部に所定の容量を有した増設冷媒量調整タンク１１６を備えると共に、増設冷媒量調整タンク１１６の上部に絞り機能を有する第１の増設開閉手段としての電動膨張弁１１７を介して連通する第１のサービス口（サービスバルブ）１１８と、増設冷媒量調整タンク１１６の上部に第２の増設開閉手段としての電磁弁１１９を介して連通する第２のサービス口（サービスバルブ）１２１と、増設冷媒量調整タンク１１６の下部に第３の増設開閉手段としての電磁弁１２２と減圧手段としてのキャピラリチューブ１２３を介して連通する第３のサービス口（サービスバルブ）１２４を備え、これらサービス口１１８、１２１、１２４は増設冷媒量調整装置１１１より外部に露出している。
【００３４】
一方、冷媒回路１の超臨界圧力となる高圧側、本実施例では冷凍機ユニット３の中間熱交換器８０の下流側には、高圧サービス口（サービスバルブ）１１２が連通して取り付けられており、中間圧領域となる中間圧吸入管４０に連通された第２の連通回路１０３には、中圧サービス口（サービスバルブ）１１３が連通して予め取り付けられている。また、冷媒回路１の低圧側である冷媒配管９には、低圧サービス口（サービスバルブ）１１４が連通して予め取り付けられており、これらサービス口１１２〜１１４も冷凍機ユニット３より外部に露出している。
【００３５】
そして、この増設冷媒量調整装置１１１を冷媒回路１に接続する際には、第１の増設連通回路を構成する第１の増設連通配管１２６により第１のサービス口１１８を高圧サービス口１１２に着脱可能に接続して連通させ、第２の増設連通回路を構成する第２の増設連通配管１２７により第２のサービス口１２１を中圧サービス口１１３に着脱可能に接続して連通させ、第３の増設連通回路を構成する第３の増設連通配管１２８により第３のサービス口１２４を低圧サービス口１１４に着脱可能に接続して連通させる。
【００３６】
これにより、増設冷媒量調整タンク１１６の上部は第１の増設連通配管１２６を介して冷媒回路１の高圧側に連通され、電動膨張弁１１７は第１の増設連通回路内に設けられたかたちとなり、増設冷媒量調整タンク１１６の上部はまた第２の増設連通配管１２７を介して冷媒回路１の中間圧領域に連通され、電磁弁１１９は第２の増設連通回路内に設けられたかたちとなる。また、増設冷媒量調整タンク１１６の下部は第３の増設連通配管１２８を介して冷媒回路１の低圧側に連通され、電磁弁１２２は第３の増設連通回路内に設けられたかたちとなる。また、電動膨張弁１１７と第１のサービス口１１８の間には増設高圧圧力センサ（ユニット出口側圧力検出手段）１２０が取り付けられ、第１のサービス口１１８が高圧サービス口１１２に接続された状態で、ユニット出口側圧力センサ５８と同様の高圧側の圧力を検出する。
【００３７】
他方、前記制御装置Ｃは、図２に示すように入力側にユニット出口側圧力センサ（ユニット出口側圧力検出手段）５８と、増設高圧圧力センサ（ユニット出口側圧力検出手段）１２０、外気温度センサ５６、前記高圧圧力センサ４８等が接続されている。このユニット出口側圧力センサ５８は、冷媒量調整タンク１００の第１の連通回路１０１に接続され、ショーケースユニット５に向かう冷媒配管７の冷媒の圧力を検出するものである。制御装置Ｃの出力側には、電動膨張弁（第１の開閉手段）１０２、電磁弁（第２の開閉手段）１０４、電磁弁（第３の開閉手段）１０６と、前記圧縮機１１の電動要素１１Ｍ、ガスクーラ４６用の送風機４７のファンモータ４７Ｍ、主絞り手段６２が接続されている。
【００３８】
更に、制御装置Ｃの出力側には、冷媒回路１に接続された増設冷媒量調整装置１１１の電動膨張弁（第１の増設開閉手段）１１７、電磁弁（第２の増設開閉手段）１１９、電磁弁（第３の増設開閉手段）１２２が接続されている。また、制御装置Ｃは外気温度センサ５６の検出温度と、蒸発器６３における冷媒の蒸発温度に基づき、ガスクーラ用送風機４７のファンモータ４７Ｍの回転数制御を行う。前述した如く制御装置Ｃは増設冷媒量調整装置１１１側の制御装置（図示せず）も含む概念として以下の説明を行うが、実際には増設冷媒量調整装置１１１が冷凍機ユニット３に増設された状態で、冷凍機ユニット３の制御装置Ｃから外気温度センサ５６の検出温度と低圧圧力センサ３２の検出圧力を前記増設冷媒量調整装置１１１側の制御装置が受け取る。そして、受け取ったデータと増設高圧圧力センサ１２０の検出圧力に基づき、増設冷媒量調整装置１１１側の制御装置が電動膨張弁１１７、電磁弁１１９及び１２２を制御することにより、後述する冷媒量調整タンク１００と同様の冷媒回収、冷媒保持、冷媒放出の各動作を実行する。それによって、増設冷媒量調整タンク１１６内に冷媒を回収、保持、放出することにより、冷凍装置Ｒ内を循環する冷媒量を調整する。このようにして冷凍装置Ｒの冷媒回路１の高圧側圧力が後述する回収閾値以上に上昇しないようにして、効率の良い運転に寄与するものである。
【００３９】
（Ａ−１）冷媒回収動作
以下、冷媒回路１の冷媒回収動作について説明する。先ず、制御装置Ｃは例えば１２ＭＰａ等の所定の高圧保護値を備えており、ユニット出口側圧力センサ５８（前述した如く増設冷媒量回収装置１１１については増設高圧圧力センサ１２０）の検出圧力に基づき、冷媒回路１の高圧（ＨＰ）がこの高圧保護値（１２ＭＰａ）を超えた場合、圧縮機１１の運転を停止する高圧遮断動作を実行するものとする。これを前提として以下の冷媒回収に関する動作を説明する。制御装置Ｃは、ユニット出口側圧力センサ５８の検出圧力が所定の回収閾値を超えたか否か、又は、当該ユニット出口側圧力センサ５８の検出圧力が先の回収閾値よりも低い所定の回収保護値を超え、且つ、上記ガスクーラ用送風機４７の回転数が最大値となっているか否かを判断する。
【００４０】
本実施例では、冷媒回路１の高圧（ＨＰ）は、一例として９ＭＰａ程を適正値としているため、当該値を回収保護値として設定し、回収閾値は当該回収保護値よりも高く、前記高圧保護値（１２ＭＰａ）より低い例えば１０．５ＭＰａに設定する。また、本実施例におけるガスクーラ用送風機４７の回転数の最大値は、一例として８００ｒｐｍとする。また、ガスクーラ用送風機４７の回転数が最大値となってから所定時間経過することを条件としても良い。
【００４１】
これにより、制御装置Ｃはユニット出口側圧力センサ５８の検出圧力が回収閾値である１０．５ＭＰａを超えた場合、若しくは、検出圧力が回収閾値以下であっても回収保護値である９ＭＰａを超え、且つ、上記ガスクーラ用送風機４７の回転数が最大値の８００ｒｐｍとなっている場合には、冷媒回路１内に過剰のガス冷媒によって、高圧側圧力が異常上昇したものと判断し、冷媒回収動作を実行する。
【００４２】
この冷媒回収動作では、制御装置Ｃは電磁弁（第３の開閉手段）１０６及び電磁弁（第３の増設開閉手段）１２２を閉じた状態で、電動膨張弁（第１の開閉手段）１０２、電磁弁（第２の開閉手段）１０４、電動膨張弁（第１の増設開閉手段）１１７及び電磁弁（第２の増設開閉手段）１１９を開放する。これにより、圧縮機１１の高段側吐出口２８から吐出された高温高圧冷媒は、オイルセパレータ４４を経て、ガスクーラ４６、中間熱交換器８０にて冷却された後、その一部が開放されている電動膨張弁１０２、電動膨張弁１１７が介設された第１の連通回路１０１、第１の増設連通配管１２６を介して冷媒量調整タンク１００及び増設冷媒量調整タンク１１６内に流入する。
【００４３】
このとき、電磁弁１０４、電磁弁１１９が開放されていることにより、冷媒量調整タンク１００及び増設冷媒量調整タンク１１６の上部と冷媒回路１の中間圧領域とを連通する第２の連通回路１０３、第２の増設連通配管１２７を介して、冷媒量調整タンク１００及び増設冷媒量調整タンク１１６内の圧力をタンク外にそれぞれ逃がすことができる。そのため、外気温度が高くなった場合など、冷媒回路１内の冷媒が液化しない超臨界サイクル運転している場合であっても、タンク１００、１１６内の圧力が低下して当該タンク内に流入した冷媒は液化して当該タンク１００、１１６内に溜まる。即ち、冷媒量調整タンク１００及び増設冷媒量調整タンク１１６内の圧力は超臨界圧力以下に降下することによって、冷媒がガス領域から飽和領域となり、液面を確保することができる。
【００４４】
これにより、迅速に、且つ、効率的に、冷媒回路１内の冷媒を冷媒量調整タンク１００及び増設冷媒量調整タンク１１６に回収することができる。従って、冷媒回路１内の高圧側が余剰となった冷媒によって異常高圧となる不都合を解消することができ、高圧異常による圧縮機１１の過負荷運転を防止することが可能となる。
【００４５】
特に、冷媒量調整タンク１００及び増設冷媒量調整タンク１１６の上部と冷媒回路１の中間圧領域とを第２の連通回路１０３及び第２の増設連通配管１２７を介して連通させることにより、冷媒回路１の低圧側領域と連通させる場合と異なり、低圧側圧力が上昇されることによる冷却効率の低下を回避することが可能となる。
【００４６】
また、本実施例では、ユニット出口側圧力センサ５８により検出された高圧側の圧力が回収閾値以下であっても、所定の回収保護値を超えており、且つ、ガスクーラ４６を空冷する送風機４７の回転数が最高値である場合には、当該冷媒回収動作を行うため、当該送風機４７の運転状態をも考慮して、冷媒回路１の高圧側が異常に高くなった状態が続くことによる効率低下を防止することが可能となる。
【００４７】
（Ａ−２）冷媒保持動作
一方、制御装置Ｃはユニット出口側圧力センサ５８（前述した如く増設冷媒量調整装置１１１については増設高圧圧力センサ１２０）により検出された高圧側の圧力が回収保護値、本実施例では、９ＭＰａ以下となったか否かを判断し、回収保護値（９ＭＰａ）以下となった場合、冷媒回収動作を終了して冷媒保持動作に移行する。この冷媒保持動作では、制御装置Ｃは、電磁弁（第３の開閉手段）１０６及び電磁弁１２４（第３の増設開閉手段）を閉じた状態を維持し、電磁弁（第２の開閉手段）１０４及び電磁弁１１９（第２の増設開閉手段）を閉じ、電動膨張弁（第１の開閉手段）１０２及び電動膨張弁（第１の増設開閉手段）１１７の開度を先ほどの冷媒回収動作における開度を維持する。
【００４８】
尚、上記電動膨張弁１０２及び電動膨張弁１１７の開度を冷媒回収動作における開度よりも小さくしても良い。これにより、電磁弁１０４及び電磁弁１１９が閉じられることで、開放された電動膨張弁１０２及び電動膨張弁１１７を介し、冷媒回路１の高圧側領域による圧力にて冷媒量調整タンク１００及び増設冷媒量調整タンク１１６内の液面を維持することが可能となる。そのため、冷媒量調整タンク１００及び増設冷媒量調整タンク１１６内における液封を回避でき、安全性を確保することができる。これにより、冷媒回路１内の循環冷媒量を適切に維持することが可能となる。
【００４９】
また、制御装置Ｃは、当該冷媒保持動作における電動膨張弁１０２及び電動膨張弁１１７の開度を、冷媒回収動作における開度よりも小さくすることにより、冷媒保持動作において、冷媒量調整タンク１００及び増設冷媒量調整タンク１１６内に冷媒回路１内の冷媒が過剰に回収されることにより、冷媒回路１内の冷媒不足が生じてしまう不都合を効果的に解消することが可能となる。
【００５０】
（Ａ−３）冷媒放出動作
そして、制御装置Ｃは、ユニット出口側圧力センサ５８（前述した如く増設冷媒量調整装置１１１については増設高圧圧力センサ１２０）の検出圧力が上記回収保護値（この場合９ＭＰａ）より低い所定の放出閾値（本実施例では、例えば８ＭＰａ）を下回った場合、又は、当該ユニット出口側圧力センサ５８の検出圧力が先の回収保護値（９ＭＰａ）を下回り、且つ、上記ガスクーラ用送風機４７の回転数が最大値よりも低い所定の規定値以下となっているか否かを判断する。尚、当該所定の規定値とは、本実施例では一例として最大値の３／８程度、即ち、最高値８００ｒｐｍとした場合、３００ｒｐｍ程度とする。また、ガスクーラ用送風機４７の回転数が所定の規定値以下となってから所定時間経過することを条件としても良い。
【００５１】
これにより、制御装置Ｃはユニット出口側圧力センサ５８（前述した如く増設冷媒量調整装置１１１については増設高圧圧力センサ１２０）の検出圧力が放出閾値である８ＭＰａを下回った場合、若しくは、検出圧力が回収保護値である９ＭＰａを下回り、且つ、上記ガスクーラ用送風機４７の回転数が所定の規定値、この場合３００ｒｐｍ以下となっている場合には、冷媒回路１内の冷媒が不足してきたものと判断し、冷媒放出動作を実行する。
【００５２】
この冷媒放出動作では、制御装置Ｃは電動膨張弁（第１の開閉手段）１０２、電動膨張弁（第１の増設開閉手段）１１７、電磁弁（第２の開閉手段）１０４、電磁弁１１９（第２の増設開閉手段）を閉じ、電磁弁（第３の開閉手段）１０６及び電磁弁（第３の増設開閉手段）１２２を開放する。これにより、冷媒量調整タンク１００内に溜まった液冷媒は、当該タンク１００の下部に接続された電磁弁１０６が開放されている第３の連通回路１０５を介して冷媒回路１の中間圧領域に放出する。また、冷媒量調整タンク１１６内に溜まった液冷媒は、当該タンク１１６の下部に接続された電磁弁１２２が開放されている第３の増設連通配管１２８を介して冷媒回路１の低圧側に放出する。そのため、冷媒量調整タンク１００及び増設冷媒量調整タンク１１６の上部からガス冷媒が混入した状態で冷媒回路１に放出する場合と異なり、迅速に冷媒量調整タンク１００及び増設冷媒量調整タンク１１６内の冷媒を冷媒回路１に放出できる。これにより、冷凍装置Ｒを高い効率にて運転することが可能となる。
【００５３】
（Ａ−４）冷媒保持動作
その後、制御装置Ｃは、ユニット出口側圧力センサ５８（前述した如く増設冷媒量調整装置１１１については増設高圧圧力センサ１２０）により検出された高圧側の圧力が回収保護値、本実施例では、９ＭＰａ以上となったか否かを判断し、回収保護値（９ＭＰａ）以上となった場合、冷媒放出動作を終了して上述した如き冷媒保持動作に移行する。以後、冷媒回路１の高圧側圧力に基づき、当該冷媒回収動作−冷媒保持動作―冷媒放出動作―冷媒保持動作を繰り返して実行することにより、高圧側圧力に基づいて冷媒回収・放出を制御でき、的確に高圧保護及び過負荷運転の防止することができる。これにより、冷凍装置の冷却能力を確保することができ、ＣＯＰの適正化を図ることが可能となる。
【００５４】
特に本実施例では、高圧側圧力のみならず、ガスクーラ４６を空冷する送風機４７の回転数をも考慮して冷媒回収・放出動作を制御することが可能となり、冷媒回路１の高圧側が異常に高くなった状態が続くことによる効率低下を防止することが可能となる。
【００５５】
また、本実施例において、第２の連通回路１０３及び第３の連通回路１０５はいずれも冷媒回路１のインタークーラ３８の出口側に連通させている。これにより、インタークーラ３８における圧力損失を防止して、円滑に冷媒量調整タンク１００から冷媒回路１に冷媒を放出することが可能となる。
【００５６】
ここで、冷凍装置Ｒの冷凍機ユニット３の機械室内に設けられる冷媒量調整タンク１００は、圧縮機１１やガスクーラ４６等の温度によって比較的温度は高くなる。一方、増設冷媒量調整装置１１１は冷凍装置Ｒの外部に増設されるものであるため、冷媒量調整タンク１００に比して増設冷媒量調整タンク１１６の温度は低くなる。そのため、特に低外気温時には増設冷媒量調整タンク１１６内の圧力は低下し、冷媒回路１の中間圧領域の圧力（中圧）よりも低くなる場合がある。そのような状況では、冷媒量調整タンク１００と同様に増設冷媒量調整タンク１１６に回収した冷媒を中間圧領域に戻そうとしても、圧力差では放出することができなくなる。しかしながら、本発明では当該増設冷媒量調整タンク１１６に回収した冷媒を冷媒回路１に放出する際、冷媒回路１の低圧側に放出するようにしているので、圧力差を利用して増設冷媒量調整タンク１１６からの冷媒の放出を円滑且つ支障無く実行することが可能となる。
【００５７】
以上のように冷媒回路１に増設冷媒量調整装置１１１の増設冷媒量調整タンク１１６を接続することで、余剰となった冷媒によって高圧側の圧力が上がった場合、冷媒回収動作を実行して冷媒回路１内の冷媒を増設冷媒量調整タンク１１６や冷媒量調整タンク１１１に回収することができ、また、冷媒放出動作を実行してそれらから冷媒回路１に冷媒を放出し、冷媒回路１内の循環冷媒量を適切に維持管理することが可能となる。これにより、冷媒回路１内の高圧側が異常高圧となる不都合を解消することができ、高圧異常による圧縮機１１の過負荷運転を防止することが可能となる。これは実施例の如く冷媒として二酸化炭素を使用した超臨界冷媒回路（超臨界冷凍サイクル）において極めて有効である。
【００５８】
特に、増設冷媒量調整装置１１１の増設冷媒量調整タンク１１６は冷媒回路１に接続可能とされているので、圧縮機１１の馬力や冷媒配管７、９の配管長（施工配管長）等の冷凍装置Ｒの規模に応じて冷媒回路１に接続し、或いは、冷媒量調整タンク１００に対して増設することで、容易に冷媒回路１内の循環冷媒量を維持管理することが可能となる。また、前述の如く冷凍機ユニット３に内蔵された冷媒量調整タンク１００に比して温度が低くなり、内部の圧力が低下する増設冷媒量調整タンク１０６からは冷媒回路１の低圧側に冷媒を放出するので、冷媒回路１の中間圧領域より増設冷媒量調整タンク１１６内の圧力が低くなった場合でも、増設冷媒量調整タンク１１６からの冷媒放出動作を円滑且つ支障無く実行することが可能となる。
【００５９】
また、冷媒回路１には高圧サービス口１１２、中圧サービス口１１３、低圧サービス口１１４がそれぞれ設けられており、増設冷媒量調整装置１１１には第１のサービス口１１８、第２のサービス口１２１、第３のサービス口１２４が設けられている。そして、増設冷媒量調整装置１１１の増設冷媒量調整タンク１１６を冷媒回路１に接続する際には、第１のサービス口１１８を高圧サービス口１１２に、第２のサービス口１２１を中圧サービス口１１３に、第３のサービス口１２４を低圧サービス口１１４にそれぞれ第１乃至第３の連通配管１２６〜１２８で接続するようにしているので、増設冷媒量調整タンク１１６を容易に冷媒回路１に接続することができるようになり、施工時の作業性を著しく改善することが可能となる。
【００６０】
更に、制御装置Ｃは冷媒回収動作を実行する際、電磁弁１０６及び１２２を閉じた状態で電動膨張弁１０２、電磁弁１０４、電動膨張弁１１７、及び、電磁弁１１９を開放することにより、冷媒量調整タンク１００及び増設冷媒量調整タンク１１６の上部と冷媒回路１の中間圧領域とを連通させて、冷媒量調整タンク１００及び増設冷媒量調整タンク１１６内の圧力をタンク外に逃がすことで、タンク内の圧力が低下して当該タンク内の冷媒が液化して溜まるため、迅速に、且つ、効率的に、冷媒回路１内の冷媒を冷媒量調整タンク１００及び増設冷媒量調整タンク１１６に回収することができる。このとき、冷媒量調整タンク１００及び増設冷媒量調整タンク１１６の上部と冷媒回路１の中間圧領域とを連通させるので、冷媒回路１の低圧側領域と連通させる場合と異なり、低圧側圧力が上昇されることによる冷却効率の低下を回避することが可能となる。
【００６１】
また、制御装置Ｃは冷媒放出動作を実行する際、電動膨張弁１０２、電磁弁１０４、電動膨張弁１１７、及び、電磁弁１１９を閉じた状態で電磁弁１０６及び１２２を開放することにより、冷媒量調整タンク１００及び増設冷媒量調整タンク１１６から冷媒を冷媒回路１に放出するので、液冷媒を冷媒量調整タンク１００及び増設冷媒量調整タンク１１６の下部から冷媒回路１に放出できる。そのため、冷媒量調整タンク１００及び増設冷媒量調整タンク１１６の上部からガス冷媒が混入した状態で冷媒回路１に放出する場合と異なり、迅速に冷媒量調整タンク１００及び増設冷媒量調整タンク１１６内の冷媒を冷媒回路１に放出できる。これにより、冷凍装置Ｒを高い効率にて運転することが可能となる。
【００６２】
また、制御装置Ｃは、冷媒回路１の高圧側圧力に基づき、当該高圧側圧力が上昇したことに基づいて冷媒回収動作を実行し、高圧側圧力が低下したことに基づき、冷媒放出動作を実行するので、高圧側圧力に基づいて冷媒回収・放出を制御でき、的確に高圧保護及び過負荷運転の防止することができる。これにより、冷凍装置Ｒの冷却能力を確保することができ、ＣＯＰの適正化を図ることが可能となる。
【００６３】
尚、圧縮機１１が運転を停止した場合には、制御装置Ｃは冷媒放出動作を実行するものとする。これにより、圧縮機１１の起動時において冷媒回路１内の冷媒量が不足する不都合を解消することができ、運転する圧縮機１１による高圧側の圧力に応じて適切な高圧側圧力を実現できる。
【００６４】
また、この場合において、圧縮機１１（圧縮手段）は、密閉容器１２内に第１、第２の圧縮要素１８、２０と電動要素を組み込んだ二段圧縮式ロータリコンプレッサを採用しているが、このほかにも、２台の単段のロータリコンプレッサ、又は、その他の形式のコンプレッサで中間圧部から冷媒を取り出し、導入できる形式のものであってもよいものとする。
【００６５】
（Ｂ）スプリットサイクル
次に、実施例の冷凍装置Ｒのスプリットサイクルについて説明する。実施例における冷凍装置Ｒは、各圧縮機１１の前記第１の回転圧縮要素（低段側１８）、インタークーラ３８、２つの流体の流れを合流させる合流装置としての合流器８１、各圧縮機１１の前記第２の回転圧縮要素（高段側）２０、オイルセパレータ４４、ガスクーラ４６、分流器８２、補助絞り手段（補助膨張弁）８３、中間熱交換器８０、主絞り手段（主膨張弁）６２、蒸発器６３とから冷凍サイクルが構成される。
【００６６】
分流器８２は、ガスクーラ４６から出た冷媒を二つの流れに分岐させる分流装置である。即ち、本実施例の分流器８２は、ガスクーラ４６から出た冷媒を第１の冷媒流と第２の冷媒流とに分流し、第１の冷媒流を補助回路に流し、第２の冷媒流を主回路に流すように構成されている。
【００６７】
図１における主回路とは、圧縮機１１の第１の回転圧縮要素１８、インタークーラ３８、合流器８１、第２の回転圧縮要素２０、ガスクーラ４６、分流器８２、中間熱交換器８０の第２の流路８０Ｂ、主絞り手段６２、蒸発器６３から成る環状の冷媒回路であり、補助回路とは、分流器８２から補助絞り手段８３、中間熱交換器８０の第１の流路８０Ａを順次経て合流器８１に至る回路を示す。電磁弁１０６、キャピラリチューブ１０７の下流側の前記第３の連通回路１０５は、補助絞り手段８３の下流側の第１の流路８０Ａ入口に合流している。
【００６８】
補助絞り手段８３は、上記分流器８２で分流され、補助回路を流れる第１の冷媒流を減圧するものである。中間熱交換器８０は、補助絞り手段８３で減圧された補助回路の第１の冷媒流及び第３の連通回路１０５を介して冷媒量調整タンク１００の下部から放出された冷媒（以下、これらを総じて第１の冷媒流という）と分流器８２で分流された第２の冷媒流との熱交換を行う熱交換器である。当該中間熱交換器８０には、第２の冷媒流が流れる第２の流路８０Ｂと、上記第１の冷媒流が流れる第１の流路８０Ａとが熱交換可能な関係で設けられており、該中間熱交換器８０の第２の流路８０Ｂを通過することにより、第２の冷媒流は第１の流路８０Ａを流れる第１の冷媒流により冷却されるので、蒸発器６３における比エンタルピを小さくすることができる。
【００６９】
上記制御装置Ｃは、図２に示すように入力側に吐出温度センサ（吐出温度検出手段）５０、前記ユニット出口側圧力センサ（ユニット出口側圧力検出手段）５８、中間圧圧力センサ（中間圧圧力検出手段）４９、低圧圧力センサ（吸込圧力検出手段）３２、ガスクーラ出口温度センサ（ガスクーラ出口温度検出手段）５２、ユニット出口温度センサ（ユニット出口温度検出手段）５４、ユニット入口温度センサ（入口温度検出手段）３４が接続されている。
【００７０】
吐出温度センサ５０は、各圧縮機１１の高段側吐出口２８に設けられ、第２の回転圧縮要素２０から吐出された冷媒の吐出温度を検出する。ユニット出口側圧力センサ５８は前述したものである。低圧圧力センサ３２は、冷媒回路１の低圧側、本実施例では、各蒸発器６３の下流側であって、圧縮機１１の低段側吸込口２２に接続される冷媒配管９に設けられ、当該冷媒導入管３０に向かう冷媒の吸込圧力を検出する。中間圧圧力センサ４９は、冷媒回路１の中間圧領域、本実施例では、電磁弁１０４の下流側の第２の連通回路１０３の圧力を検出する。
【００７１】
ガスクーラ出口温度センサ５２は、ガスクーラ４６の出口側に設けられ、当該ガスクーラ４６を出た冷媒の温度（ＧＣＴ）を検出する。ユニット出口温度センサ５４は、冷媒配管７に接続される中間熱交換器８０の出口側に設けられ、ユニット出口温度（ＬＴ）を検出する。ユニット入口温度センサ３４は、圧縮機１１の低段側吸込口２２に接続される冷媒配管９に設けられ、当該冷媒導入管３０に向かう冷媒の吸込温度を検出する。そして、制御装置Ｃの出力側には、スプリットサイクルを構成する補助絞り手段８３が接続されている。当該補助絞り手段８３も、ステップモータによって開度が制御される電動膨張弁である。
【００７２】
以下、補助絞り手段８３の開度制御について詳述する。補助絞り手段８３は、圧縮機１１の運転開始時点では、所定の初期弁開度とする。その後、制御装置Ｃは、以下の第１の制御量、第２の制御量、第３の制御量に基づき補助絞り手段８３の弁開度を増大させる操作量を決定する。
【００７３】
（Ｂ−１）補助絞り手段の弁開度増大制御
第１の制御量（ＤＴｃｏｎｔ）は、圧縮機１１の吐出冷媒温度ＤＴに基づいて得られる。制御装置Ｃは、上記吐出温度センサ５０にて検出される温度ＤＴが所定値ＤＴ０より高いか否かを判断し、当該吐出冷媒温度ＤＴが所定値ＤＴ０より高い場合には、補助絞り手段８３の開度を増大させる方向に作用する制御量とする。当該所定値ＤＴ０は、圧縮機１１の適正な運転を実現可能とする限界温度（一例として＋１００℃）より少許低い温度（一例として＋９５℃）とし、温度が上昇した場合、補助絞り手段８３の開度を増大させることで、当該圧縮機１１の温度上昇を抑制し、圧縮機１１が限界温度に達しないような制御を行う。
【００７４】
第２の制御量（ＭＰｃｏｎｔ）は、スプリットサイクルの補助回路に流す冷媒量を調整して中間圧力（ＭＰ）の適正化を図る制御量である。本実施例では、ユニット出口側圧力センサ５８により検出される冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰと、低圧圧力センサ３２により検出される冷媒回路１の低圧側圧力ＬＰとから算出される（求められる）適正中間圧力値よりも、中間圧圧力センサ４９により検出される冷媒回路１の中間圧領域の圧力ＭＰが高いか否かを判断し、当該中間圧領域の圧力ＭＰが適正中間圧力値よりも低い場合には、補助絞り手段８３の開度を増大させる方向に作用させる。
【００７５】
尚、適正中間圧力値は、検出された高圧側圧力ＨＰと、低圧側圧力ＬＰとの相乗平均から算出してもよく、これ以外に、予め高圧側圧力ＨＰと低圧側圧力ＬＰとから適正な中間圧力値を実験的に取得し、これに基づいて構築されるデータテーブルから決定しても良い。
【００７６】
また、本実施例では、高圧側圧力ＨＰと、低圧側圧力ＬＰとから求められる適正中間圧力値と、中間圧領域の圧力ＭＰとを比較して第２の制御量（ＭＰｃｏｎｔ）を決定しているが、これに限定されるものではなく、例えば、下記のものを採用しても良い。即ち、中間圧圧力センサ４９により検出される冷媒回路１の中間圧領域の圧力ＭＰと、低圧圧力センサ３２により検出される冷媒回路１の低圧側圧力ＬＰから過圧縮判定値ＭＰＯを求め、当該過圧縮判定値ＭＰＯがユニット出口側圧力センサ５８により検出される冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰよりも低いか否かを判断し、過圧縮判定値ＭＰＯが高圧側圧力ＨＰよりも低い場合には、補助絞り手段８３の開度を増大させる方向に作用させる。当該第２の制御量を補助絞り手段８３の開度制御に反映させることで、高圧側圧力ＨＰ、中間圧領域の圧力ＭＰ、低圧側圧力ＬＰの圧力差を適正に保つことができ、冷凍サイクルの運転の安定化を図ることができる。
【００７７】
第３の制御量（ＳＰｃｏｎｔ）は、中間熱交換器８０の第２の流路から出た冷媒温度ＬＴの適正化を図る制御量である。本実施例では、制御装置Ｃは、ガスクーラ出口温度センサ５２により検出されるガスクーラ４６を経た冷媒の温度ＧＣＴと、ユニット出口温度センサ５４により検出される中間熱交換器８０を経た第２の冷媒流の温度ＬＴとの差（ＧＣＴ−ＬＴ）が所定値ＳＰより小さいか否かを判断し、小さい場合には、補助絞り手段８３の開度を増大させる方向に作用させる。
【００７８】
ここで、所定値ＳＰは、高圧側圧力ＨＰが当該冷媒の超臨界領域である場合と、飽和領域である場合とで異なるものとする。本実施例では、高圧側圧力ＨＰが超臨界領域であるか飽和領域であるかは、外気温度センサ５６により検出された外気温度に基づき、当該外気温度が高い場合、例えば、＋３１℃以上では、超臨界領域であると判断し、外気温度が低い場合、例えば、＋３１℃未満では飽和領域であるものと判断する。そして、超臨界領域と判断した場合には、所定値ＳＰは上げた設定とし、飽和領域と判断した場合には、所定値ＳＰを下げた設定とする。本実施例では、超臨界領域では所定値ＳＰは、３５℃、飽和領域では２０℃とする。
【００７９】
制御装置Ｃは、上述した如く得られた３つの制御量、即ち、第１の制御量（ＤＴｃｏｎｔ）と、第２の制御量（ＭＰｃｏｎｔ）と、第３の制御量（ＳＰｃｏｎｔ）とを合算して、補助絞り手段８３の弁開度の操作量を決定し、これに基づき弁開度を増大させる。
【００８０】
（Ｂ−２）補助絞り手段の弁開度縮小制御
また、制御装置Ｃは、中間熱交換器８０を経た第２の冷媒流の温度ＬＴ、又は、圧縮機１１からの吐出冷媒温度ＤＴとガスクーラ４６を経た冷媒の温度ＧＣＴとの差から補助絞り手段８３の弁開度を縮小させる操作量を決定する。
【００８１】
即ち、制御装置Ｃは、ユニット出口温度センサ５４により検出される中間熱交換器８０を経た第２の冷媒流の温度ＬＴが所定値より低いか否かを判断する。本実施例では、当該所定値は一例として０℃とする。これにより、ユニット出口温度が０℃以下である場合には、補助絞り手段８３の開度を縮小させる方向に操作し、中間熱交換器８０において冷却される第２の冷媒流が過剰に冷却されてしまう不都合を解消することができる。
【００８２】
また、制御装置Ｃは、吐出温度センサ５０にて検出される温度ＤＴと、ガスクーラ出口温度センサ５２により検出されるガスクーラ４６を経た冷媒の温度ＧＣＴとの差（ＤＴ−ＧＣＴ）が所定値ＴＤＴより低いか否かを判断し、低い場合には、補助絞り手段８３の開度を縮小させる方向に作用させる。
【００８３】
ここで、所定値ＴＤＴは、高圧側圧力ＨＰが当該冷媒の超臨界領域である場合と、飽和領域である場合とで異なる。本実施例では、上記第３の制御量を求めた場合と同様に、高圧側圧力ＨＰが超臨界領域であるか飽和領域であるかは、外気温度に基づき判断する。そして、超臨界領域と判断した場合には、所定値ＴＤＴは下げた設定とし、飽和領域と判断した場合には、所定値ＴＤＴを上げる設定とする。本実施例では、超臨界領域では所定値ＴＤＴは１０℃、飽和領域では３５℃とする。
【００８４】
制御装置Ｃは、中間熱交換器８０を経た第２の冷媒流の温度ＬＴが所定値（０℃）以下である場合、又は、圧縮機１１からの吐出冷媒温度ＤＴとガスクーラ４６を経た冷媒の温度ＧＣＴとの差が所定値ＴＤＴより低い場合、補助絞り手段８３の弁開度の操作量を決定し、上記弁開度増大制御にかかわらず、これに基づき弁開度を縮小させる。
【００８５】
上述したようなスプリットサイクルを備えた本実施例における冷凍装置Ｒでは、ガスクーラ４６で放熱した後の冷媒を分流し、補助絞り手段８３で減圧膨張された第１の冷媒流により、第２の冷媒流を冷却することができるようになり、蒸発器６３入口の比エンタルピを小さくすることができるようになる。これにより、冷凍効果を大きくすることが可能となり、従来の装置に比べて効果的に性能を向上させることができるようになる。また、分流された第１の冷媒流は圧縮機１１の高段側吸込口２６から第２の回転圧縮要素２０（中間圧部）に戻されるため、圧縮機１１の低段側吸込口２２から第１の回転圧縮要素１８（低圧部）に吸い込まれる第２の冷媒流の量が減少し、低圧から中間圧まで圧縮するための第１の回転圧縮要素１８（低段部）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。
【００８６】
ここで、上記所謂スプリットサイクルの効果は中間熱交換器８０を流れる第１の冷媒流と第２の冷媒流の量に依存する。即ち、第１の冷媒流の量が多すぎれば蒸発器６３において最終的に蒸発する第２の冷媒流の量が不足することにより、逆に第１の冷媒流の量が少なすぎればスプリットサイクルの効果が薄れてくる。一方、補助絞り手段８３で減圧された第１の冷媒流の圧力は冷媒回路１の中間圧力であり、当該中間圧力を制御することは第１の冷媒流の量を制御することになる。
【００８７】
ここで、本実施例では、上述したように圧縮機１１からの吐出冷媒の温度ＤＴ（吐出温度センサ５０）が所定値ＤＴ０より高い場合に補助絞り手段８３の開度を増大させる方向に作用する第１の制御量と、冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰと低圧側圧力ＬＰとから求められる適正中間圧力値よりも、冷媒回路１の中間圧領域の圧力ＭＰが低い場合に補助絞り手段８３の開度を増大させる方向に作用する第２の制御量と、ガスクーラ４６を経た冷媒の温度ＧＣＴと中間熱交換器８０を経た第２の冷媒流の温度ＬＴとの差（ＧＣＴ−ＬＴ）が所定値ＳＰより小さい場合に補助絞り手段８３の開度を増大させる方向に作用する第３の制御量を演算し、これら第１乃至第３の制御量を合算することにより、補助絞り手段８３の弁開度を増大させる操作量を決定する。また、温度ＬＴが所定値よりも低い場合、又は、温度ＤＴ−ＧＣＴが所定値ＴＤＴより低い場合に補助絞り手段８３の弁開度を縮小する方向で操作量を決定する。
【００８８】
これにより、第１の制御量によって吐出冷媒の温度ＤＴを所定値ＤＴ０以下に保つことができ、第２の制御量によって、冷媒回路１の中間圧力ＭＰを適正化でき、これによって、低圧側圧力ＬＰ、中間圧力ＭＰ、高圧側圧力ＨＰの圧力差を適正に保つことができる。また、第３の制御量によって中間熱交換器８０を経た第２の冷媒流の温度ＬＴを低くし、冷凍効果を保つことができる。これらにより、総じて冷凍装置の高効率化と安定化を達成することが可能となる。
【００８９】
また、制御装置Ｃは、高圧側圧力ＨＰが超臨界領域にある場合、所定値ＳＰを上げ、所定値ＴＤＴを下げると共に、高圧側圧力ＨＰが飽和領域にある場合、所定値ＳＰを下げ、所定値ＴＤＴを上げることにより、高圧側圧力ＨＰが超臨界領域にある場合と飽和領域にある場合とに分けて第３の制御量と第１の制御量の所定値ＳＰ及びＴＤＴを変更して制御することが可能となる。
【００９０】
これにより、高圧側圧力ＨＰが飽和領域にある場合であっても中間熱交換器８０における過熱度を確実に確保することができ、圧縮機１１に液バックが生じる不都合を回避することができる。また、高圧側圧力ＨＰが超臨界領域にある場合には、このような液バックが生じないため、効率を優先した設定とすることができる。
【００９１】
尚、上記実施例における第２の制御量を、冷媒回路１の中間圧領域の圧力ＭＰと低圧側圧力ＬＰから求められる過圧縮判定値ＭＰＯが、冷媒回路の高圧側圧力ＨＰより低い場合に補助絞り手段の開度を増大させる方向に作用する第２の制御量として、第１乃至第３の制御量を合算することにより、補助絞り手段の弁開度の操作量を決定することとしても、上記と同様に、冷媒回路の中間圧力ＭＰを適正化でき、これによって、低圧側圧力ＬＰ、中間圧力ＭＰ、高圧側圧力ＨＰの圧力差を適正に保つことができる。
【００９２】
また、当該実施例における中間熱交換器８０から出た第１の冷媒流は、インタークーラ３８の出口側に設けられた合流器８１によって当該インタークーラ３８の出口側に戻すことができ、インタークーラ３８における圧力損失を防止して、円滑に中間熱交換器８０から出た冷媒流を冷媒回路１の中間圧側に合流することが可能となる。
【００９３】
更に、実施例では冷媒量調整タンク１００から放出した冷媒も中間熱交換器８０の第１の流路８０Ａに流しているので、放出した冷媒も第２の流路８０Ｂを流れる第２の冷媒流の冷却に利用することができる効果がある。
【００９４】
（Ｄ）ガスクーラ用送風機の制御
次に、上述した如きガスクーラ４６を空冷するガスクーラ用送風機４７の制御について説明する。本実施例における制御装置Ｃは、図２に示すように入力側に高圧圧力センサ（高圧圧力検出手段）４８と、低圧圧力センサ３２と、外気温度センサ５６が接続されている。ここで、低圧圧力センサ３２にて検出される圧力と、蒸発器６３における蒸発温度ＴＥとは、一定の関係を有するため、制御装置Ｃは、当該低圧圧力センサ３２に検出された圧力により、蒸発器６３における冷媒の蒸発温度ＴＥを換算して取得する。また、制御装置Ｃの出力側には、ガスクーラ４６を空冷するガスクーラ用送風機４７のファンモータ４７Ｍが接続されている。
【００９５】
制御装置Ｃは、高圧圧力センサ４８により検出される高圧側圧力ＨＰが所定の目標値（目標高圧：ＴＨＰ）となるように、ガスクーラ用送風機４７の回転数を制御する。ここで、目標高圧ＴＨＰは、外気温度ＴＡ及び蒸発器６３における冷媒の蒸発温度ＴＥから決定する。
【００９６】
本実施例の如く冷媒回路１の高圧側が超臨界圧力以上となる冷凍装置Ｒでは、外気温度ＴＡがある温度、例えば、＋３０℃以下である場合、飽和サイクルが行われ、＋３０℃より高い温度では、超臨界サイクルが行われる。超臨界サイクルが行われるとき、冷媒は液化しないため、そのときの冷媒回路１内の冷媒量で温度と圧力とは一意に決定されない。そのため、外気温度ＴＡによって、目標高圧ＴＨＰが異なる。
【００９７】
本実施例では、一例として、外気温度センサ５６により検出される外気温度ＴＡが下限温度（例えば０℃）以下である場合、目標高圧ＴＨＰは、所定の下限値ＴＨＰＬで一定とする。また、外気温度ＴＡが３０℃より高い所定温度（上限温度）以上で目標高圧ＴＨＰは、所定の上限値ＴＨＰＨで一定とする。そして、外気温度ＴＡが下限温度より高く上限温度より低い場合には、以下の如く目標高圧ＴＨＰを求める。
【００９８】
外気温度ＴＡが所定の基準温度、例えば＋３０℃より低い程、高圧側圧力の目標高圧ＴＨＰを低くする方向で決定し、高いほど目標高圧ＴＨＰを高くする方向で決定する。また、上述した如く当該低圧圧力センサ３２に検出された圧力により、換算して取得された蒸発器６３における冷媒の蒸発温度ＴＥが所定の基準温度より高い程、高圧側圧力の目標高圧ＴＨＰを高くする方向で決定し、低いほど目標高圧ＴＨＰを低くする方向で決定する。図３は外気温度ＴＡと、蒸発温度ＴＥとから決定される目標高圧ＴＨＰの傾向を示す図である。
【００９９】
尚、本実施例では、制御装置Ｃは目標高圧ＴＨＰを外気温度ＴＡと、蒸発温度ＴＥとから演算式を用いて算出しているが、これに限定されるものではなく、予め外気温度ＴＡ及び蒸発温度ＴＥとから取得されたデータテーブルに基づき、目標高圧ＴＨＰを取得しても良い。
【０１００】
そして、制御装置Ｃは、高圧圧力センサ（高圧圧力検出手段）４８により検出された高圧側圧力ＨＰと、目標高圧ＴＨＰと、これらＨＰとＴＨＰの偏差ｅ、当該偏差ｅに基づきＰ（比例。偏差ｅの大きさに比例して、当該偏差ｅを縮小させる方向の制御）と、Ｄ（微分。偏差ｅの変化を縮小させる方向の制御）とから、比例微分演算を実行し、操作量として導出されるガスクーラ用送風機４７（のファンモータ４７Ｍ）の回転数を決定する。当該回転数は、目標高圧ＴＨＰが高いほど、送風機４７の回転数は上げられ、目標高圧ＴＨＰが低いほど、送風機４７の回転数が下げられる。
【０１０１】
これにより、制御装置Ｃは、外気温度ＴＡと蒸発器における冷媒の蒸発温度（低圧圧力センサ３２にて検出された低圧圧力から換算して取得）ＴＥに基づいてガスクーラ用送風機４７の回転数を制御することにより、高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置Ｒであっても、適切な高圧圧力となるようにガスクーラ用送風機４７の回転数を制御することができる。これにより、ガスクーラ用送風機４７の運転による騒音を低減しつつ、高効率な運転を実現することができる。
【０１０２】
本実施例では、制御装置Ｃは、外気温度ＴＡと蒸発温度ＴＥに基づき、冷媒回路１の高圧側圧力の目標値ＴＨＰを、例えば、外気温度ＴＡが低い程、目標値ＴＨＰを低くし、蒸発温度ＴＥが高い程、目標値ＴＨＰを高くする方向で当該目標値ＴＨＰを決定し、高圧側圧力が目標値ＴＨＰとなるよう、ガスクーラ用送風機４７を制御することにより、外気温度ＴＡにより飽和サイクルと超臨界サイクルに変化する冷媒の状態を考慮し、且つ、蒸発温度ＴＥに基づいて好適な高圧側圧力を実現でき、これにより、高効率な運転を実現できる。
【０１０３】
（Ｅ）オイルセパレータ
一方、上述した如き圧縮機１１の高段側吐出口２８とガスクーラ４６とを接続する高圧吐出配管４２には、オイルセパレータ４４が介設されている。このオイルセパレータ４４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４４には、捕捉したオイルを圧縮機１１に戻すオイル戻し回路７３が接続されている。このオイル戻し回路７３中には、オイルタンク７９と、捕捉したオイルを冷却するオイルクーラ７４が設けられ、このオイルクーラ７４の下流側で、オイル戻し回路７３は２系統に分岐され、それぞれ流量調整弁（電動弁）７６を介して圧縮機１１の密閉容器１２に接続される。圧縮機１１の密閉容器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４４内の高圧と密閉容器１２内の中間圧との差圧によって当該密閉容器１２内に戻される。また、圧縮機１１の密閉容器１２には、この密閉容器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フロートスイッチ７７が設けられている。
【０１０４】
また、上述したように、当該オイルクーラ７４は、上記ガスクーラ４６と同一の風路４５に設置されており、ガスクーラ用送風機４７により空冷される。各圧縮機１１の高段側吐出口２８から吐出された高温高圧冷媒は、第２の回転圧縮要素２０の下流側で合流し、オイルセパレータ４４、ガスクーラ４６等を経てショーケースユニット５に接続される。オイルセパレータ４４内に流入した高温高圧冷媒中に含まれるオイルは、ここで冷媒と分離されて捕捉される。そして、圧縮機１１の密閉容器１２内は、中間圧に保持されるため、捕捉されたオイルはオイルセパレータ４４内の高圧と密閉容器１２内の中間圧との差圧によって、オイル戻し回路２８を介して圧縮機１１に戻される。
【０１０５】
オイル戻し回路２８内に流入したオイルは、ガスクーラ４６と同一の風路４５に配設されるオイルクーラ７４にて送風機４７の運転により空冷される。当該オイルクーラ７４を経た後、二系統に分離して流量調整弁７６を経て圧縮機１１に戻る。これにより、高温冷媒と共に高温とされたオイルは、オイルクーラ７４にて冷却されて圧縮機１１に帰還するため、圧縮機１１の温度上昇を抑制することができる。
【０１０６】
（Ｆ）冷媒封入量調整機構
次に、冷凍装置Ｒに設けられた冷媒封入量調整機構１３１について説明する。この冷媒封入量調整機構１３１は、冷凍機ユニット３内に設けられる。冷凍機ユニット３内の冷媒回路１の冷媒配管９には、排出管１３２が連通して接続されており、この排出管１３２には電動弁から成る排出弁１３３が取り付けられている。
【０１０７】
そして、これら排出管１３２及び排出弁１３３、制御装置Ｃにより冷媒封入量調整機構１３１が構成され、排出弁１３３は制御装置Ｃの出力側に接続されている。制御装置Ｃには、例えば前述した冷媒回収動作を開始する条件の一つとしての回収閾値（１０．５ＭＰａ）よりも高く、前記高圧保護値（１２ＭＰａ）より低い所定の排出規定値（例えば１１．５ＭＰａ等）を有しており、この排出規定値（１１．５ＭＰａ）と例えば前述した回収閾値（１０．５ＭＰａ）に基づいて排出弁１３３を開閉する。
【０１０８】
前述したように制御装置Ｃは、ユニット出口側圧力センサ５８の検出圧力が上昇して回収閾値（１０．５ＭＰａ）を超えた場合、前述した冷媒量調整タンク１００及び増設冷媒量調整タンク１１６への冷媒回収動作を開始する。制御装置Ｃが冷媒回収動作を開始すると、前述したように電動膨張弁１０２、電磁弁１０４、電動膨張弁１１７及び電磁弁１１９を開放するので、冷媒量調整タンク１００及び増設冷媒量調整タンク１１６への冷媒回収能力は最大となる。しかしながら、冷媒回路１への冷媒封入量がもともと過剰であった場合（過充填）には、各タンクへ冷媒回収能力を最大としても回収し切れない状態となり、ユニット出口側圧力センサ５８の検出圧力は下がらずに更に上昇するようになる。
【０１０９】
ここで、飽和サイクルと超臨界サイクルの両方の条件で運転する本発明のような冷凍装置Ｒの場合、冷媒回路１内へ冷媒を封入する際の気温（外気温度）により、適正な封入量を判断することが難しく、外気温度が低い冬場に封入したものが、夏季には過充填となってしまい、高圧側が異常に上昇するようになる。
【０１１０】
そこで、制御装置Ｃはユニット出口側圧力センサ５８の検出圧力（高圧側圧力）が前述した排出既定値（１１．５ＭＰａ）まで上昇した場合、排出弁１３３を開放し、排出管１３２を介して冷媒回路１から外部に冷媒を排出する。係る冷媒の排出により、ユニット出口側圧力センサ５８の検出圧力は低下していくので、ユニット出口側圧力センサ５８の検出圧力が前記高圧保護値（１２ＭＰａ）を超え、圧縮機１１が停止される不都合が未然に防止される。そして、前述した回収閾値（排出停止値。１０．５ＭＰａ）までユニット出口側圧力センサ５８の検出圧力が低下した場合、制御装置Ｃは排出弁１３３を閉じ、冷媒の排出を停止する。以後は前述した冷媒回収動作に委ねられることになる。これにより、過充填分の冷媒が排出される。
【０１１１】
このようにして制御装置Ｃは冷媒回路１の高圧側圧力が異常に上昇し、所定の排出既定値以上となった場合、排出弁１３３を開いて排出管１３２より冷媒回路１から外部に過充填分の冷媒を排出するので、季節が変化して冷凍装置Ｒが冷媒の過充填状態に陥った場合にも、自動的に冷媒回路１内の冷媒封入量が適正値に調整されるようになる。従って、飽和サイクルと超臨界サイクルの両方で運転される冷凍装置Ｒの冷媒封入量の調整が極めて容易となる。特に、実施例のように冷媒量調整タンク１００や増設冷媒量調整タンク１１６を設けても冷媒を回収し切れない程、過充填であった場合、係る過充填状態を本発明の冷媒封入量調整機構１３１で確実に解消することができるようになる。
【０１１２】
また、この場合、排出管１３２は冷媒回路１の低圧側（実施例）又は中間圧領域に連通して取り付けられており、排出弁１３３は低圧側から冷媒を排出するので、高圧側から排出する場合に比して、穏やかに冷媒を排出することができるようになり、必要以上に冷媒を排出してしまう不都合が防止される。
【０１１３】
尚、実施例では冷媒回路１の低圧側となる冷媒配管９に冷媒封入量調整機構１３１の排出管１３２及び排出弁１３３を取り付けたが、それに限らず、図１のインタークーラ３８の前後に例示するように、インタークーラ３８の入口側の中間圧吐出配管３６や、インタークーラ３８の出口側の中間圧吸入管４０等、冷媒回路１の中間圧領域に取り付けてもよい。係る構成によっても、同様に必要以上の冷媒の排出を防止することが可能となる。
【０１１４】
また、実施例で例示した各数値は、それに限定されるものでは無く、当該冷凍装置Ｒに応じて適宜設定するとよい。
【符号の説明】
【０１１５】
Ｒ  冷凍装置
Ｃ  制御装置（制御手段）
１  冷媒回路
３  冷凍機ユニット
５  ショーケースユニット
７、９  冷媒配管
１１  圧縮機
３６  中間圧吐出配管
３８  インタークーラ
４４  オイルセパレータ
４６  ガスクーラ
４７  ガスクーラ用送風機
４８  高圧圧力センサ（高圧圧力検出手段）
４９  中間圧圧力センサ（中間圧圧力検出手段）
５８  ユニット出口側圧力センサ（ユニット出口側圧力検出手段）
６２  主絞り手段（絞り手段）
６３  蒸発器
７４  オイルクーラ
８０  中間熱交換器
８０Ａ  第１の流路
８０Ｂ  第２の流路
８３  補助膨張弁（補助絞り手段）
１００  冷媒量調整タンク
１０１  第１の連通回路
１０２  電動膨張弁（絞り機能を有する第１の開閉手段）
１０３  第２の連通回路
１０４  電磁弁（第２の開閉手段）
１０５  第３の連通回路
１０６  電磁弁（第３の開閉手段）
１１１  増設冷媒量調整装置
１１６  増設冷媒量調整タンク
１１７  電動膨張弁（絞り機能を有する第１の増設開閉手段）
１１９  電磁弁（第２の増設開閉手段）
１２２  電磁弁（第３の増設開閉手段）
１２６  第１の増設連通配管（第１の増設連通回路を構成）
１２７  第２の増設連通配管（第２の増設連通回路を構成）
１２８  第３の増設連通配管（第３の増設連通回路を構成）
１３１  冷媒封入量調整機構
１３２  排出管
１３３  排出弁
【図１】
2014070784.tif 000003
【図２】
2014070784.tif 000004
【図３】
2014070784.tif 000005