(57)【要約】  複数段圧縮式冷凍サイクル装置は、低段側圧縮機構（１２ａ）と、高段側圧縮機構（１１ａ）と、高段側圧縮機構から吐出された高圧冷媒を放熱させる放熱器（１３）と、放熱器から流出した高圧冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧膨張させて高段側圧縮機構の吸入側へ流出させる中間圧膨張弁（１５）と、放熱器から流出した高圧冷媒を低圧冷媒となるまで減圧膨張させる低圧膨張弁（１７）と、低圧膨張弁にて減圧膨張された低圧冷媒を送風空気と熱交換させて蒸発させ、低段側圧縮機構の吸入側へ流出させる蒸発器（１８）と、低段側圧縮機構及び高段側圧縮機構の回転数を制御する制御装置（２０）と、低圧冷媒の圧力に相関する物理量を検出する物理量センサ（２４、２５）と、を備える。制御装置は、物理量センサにより検出された物理量に基づいて、低圧冷媒の圧力が高いほど高段側圧縮機構の回転数に対する低段側圧縮機構の回転数比を大きくする。
2017047354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧冷媒を中間圧冷媒となるまで圧縮して吐出する低段側圧縮機構（１２ａ）と、
前記低段側圧縮機構から吐出された中間圧冷媒を高圧冷媒となるまで圧縮して吐出する高段側圧縮機構（１１ａ）と、を備えた複数段圧縮式冷凍サイクル装置であって、
前記高段側圧縮機構から吐出された高圧冷媒を室外空気と熱交換させて放熱させる放熱器（１３）と、
前記放熱器から流出した高圧冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧膨張させて前記高段側圧縮機構の吸入側へ流出させる中間圧膨張弁（１５）と、
前記放熱器から流出した高圧冷媒を低圧冷媒となるまで減圧膨張させる低圧膨張弁（１７）と、
前記低圧膨張弁にて減圧膨張された低圧冷媒を冷却対象空間に送風させる送風空気と熱交換させて蒸発させ、前記低段側圧縮機構の吸入側へ流出させる蒸発器（１８）と、
前記低段側圧縮機構及び前記高段側圧縮機構の回転数を制御する制御装置（２０）と、
前記低圧冷媒の圧力に相関する物理量を検出する物理量センサ（２４、２５）と、を備え、
前記制御装置は、前記物理量センサにより検出された物理量に基づいて、前記低圧冷媒の圧力が高いほど前記高段側圧縮機構の回転数に対する前記低段側圧縮機構の回転数比を大きくするよう構成されている複数段圧縮式冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記物理量センサは、前記冷却対象空間の温度を検出する庫内温度センサ（２４）であり、
前記制御装置は、前記庫内温度センサにより検出された前記冷却対象空間の温度が高いほど前記回転数比を大きくするよう構成されている請求項１に記載の複数段圧縮式冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記冷却対象空間の温度に基づいて前記冷却対象空間を急速に冷却するクールダウンを実施するか否かを判定する判定部を備え、
前記制御装置は、前記判定部により前記クールダウンを実施すると判定された場合、前記低圧冷媒の圧力が高いほど前記高段側圧縮機構の回転数に対する前記低段側圧縮機構の回転数比を大きくするよう構成されている請求項１または２に記載の複数段圧縮式冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記高圧冷媒の圧力を検出する高圧センサ（２７）を備え、
前記判定部は、前記高圧センサにより検出された前記高圧冷媒の圧力が予め定められた基準値以上となっている場合、前記クールダウンを実施すると判定する請求項３に記載の複数段圧縮式冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願への相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１５年９月１５日に出願された日本特許出願番号２０１５−１８２１７２号に基づくもので、ここにその記載内容が参照により組み入れられる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、複数段の圧縮機構を備えた複数段圧縮式冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来、低圧冷媒を中間圧冷媒となるまで圧縮して吐出する低段側圧縮機構と、低段側圧縮機構から吐出された中間圧冷媒を高圧冷媒となるまで圧縮して吐出する高段側圧縮機構とを備える複数段圧縮式冷凍サイクル装置が、例えば特許文献１に開示されている。この複数段圧縮式冷凍サイクル装置は、冷媒を多段階に昇圧させる。【０００４】
より詳細には、特許文献１の複数段圧縮式冷凍サイクル装置は、いわゆるエコノマイザ式冷凍サイクルとして構成されている。エコノマイザ式冷凍サイクルは、高段側圧縮機構から吐出された高圧冷媒を放熱させる放熱器、放熱器から流出した高圧冷媒の一部を中間圧冷媒となるまで減圧膨張させる中間圧膨張弁を備えている。そしてエコノマイザ式冷凍サイクルは、中間圧膨張弁にて減圧された中間圧冷媒を高段側圧縮機構の吸入側へ導く。【０００５】
この種のエコノマイザ式冷凍サイクルでは、高段側圧縮機構に、中間圧膨張弁にて減圧された中間圧冷媒と低段側圧縮機構から吐出された中間圧冷媒との混合冷媒を吸入させることができる。これにより、高段側圧縮機構に、低段側圧縮機構から吐出された中間圧冷媒のみを吸入させる場合に対して温度の低い混合冷媒を吸入させることができるので、高段側圧縮機構の圧縮効率を向上させることができる。【０００６】
特許文献１の二段圧縮式冷凍装置は、装置を起動する際に、低段側圧縮機及び高段側圧縮機の回転数を、最大能力を発揮する最大回転数に対して低速の回転数で運転を開始して、段階的に引き上げるようにしている。これにより、圧縮機からのオイル流出が抑制され、オイル不足による故障の発生を抑制することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−２４７１５４号公報
【発明の概要】
【０００８】
ところで、このような二段圧縮式冷凍サイクル装置においては、装置を起動する際にできるだけ冷却対象空間としての庫内を早く冷却したいといった要望がある。特に、外気温の高い夏場には、庫内を早く冷却してクールダウン時間を短縮したいといった要望が大きい。
【０００９】
しかし、従来の装置は、低段側圧縮機構および高段側圧縮機構の回転数比が一定となるよう低段側圧縮機および高段側圧縮機の回転数が制御されるよう構成されている。また、このような装置は、庫内の温度が高い場合に、高段側圧縮機内に設けられたモータを保護するため、高段側圧縮機の回転数が予め定められた保護制御値未満に制限される。このため、低段側圧縮機と高段側圧縮機の回転数を十分に大きくすることができず、装置を起動する際に庫内を冷却するのに長い時間を要していた。
【００１０】
なお、上記特許文献１に記載された装置は、装置を起動する際に、低段側圧縮機及び高段側圧縮機の回転数を、最大能力を発揮する最大回転数に対して低速の回転数で運転を開始して、段階的に引き上げるよう構成されている。しかし、この装置は、単にオイル流出の抑制のために低段側圧縮機及び高段側圧縮機の回転数を制御しているだけであり、クールダウン時間を短縮する点については検討されていない。
【００１１】
また、低段側圧縮機及び高段側圧縮機を大型化することでクールダウン時間を短縮するも可能であるが、各圧縮機を大型化するとコストが高くなってしまうだけでなく、搭載スペースが広くなってしまう。
【００１２】
本開示は、各圧縮機を大型化することなく、装置を起動する際におけるクールダウン時間を短縮することを目的とする。
【００１３】
本開示の１つの観点によれば、複数段圧縮式冷凍サイクル装置は、低圧冷媒を中間圧冷媒となるまで圧縮して吐出する低段側圧縮機構と、低段側圧縮機構から吐出された中間圧冷媒を高圧冷媒となるまで圧縮して吐出する高段側圧縮機構と、を備えた複数段圧縮式冷凍サイクル装置であって、高段側圧縮機構から吐出された高圧冷媒を室外空気と熱交換させて放熱させる放熱器と、放熱器から流出した高圧冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧膨張させて高段側圧縮機構の吸入側へ流出させる中間圧膨張弁と、放熱器から流出した高圧冷媒を低圧冷媒となるまで減圧膨張させる低圧膨張弁と、低圧膨張弁にて減圧膨張された低圧冷媒を冷却対象空間に送風させる送風空気と熱交換させて蒸発させ、低段側圧縮機構の吸入側へ流出させる蒸発器と、低段側圧縮機構及び高段側圧縮機構の回転数を制御する制御装置と、低圧冷媒の圧力に相関する物理量を検出する物理量センサと、を備える。制御装置は、物理量センサにより検出された物理量に基づいて、低圧冷媒の圧力が高いほど高段側圧縮機構の回転数に対する低段側圧縮機構の回転数比を大きくするよう構成されている。
【００１４】
このように、制御装置は、物理量センサにより検出された物理量に基づいて、低圧冷媒の圧力が高いほど高段側圧縮機構の回転数に対する低段側圧縮機構の回転数比を大きくするよう構成されている。このため、高段側圧縮機の回転数が制限されても低段側圧縮機構の回転数を大きくして蒸発器の冷凍能力を向上することができる。したがって、各圧縮機を大型化することなく、装置を起動する際におけるクールダウン時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態に係る複数段圧縮式冷凍サイクル装置の全体構成図である。
【図２】実施形態に係る複数段圧縮式冷凍サイクル装置の制御装置の制御処理を示すフローチャートである。
【図３】低段側圧縮機と高段側圧縮機の最適回転数比と低圧冷媒圧力の関係を表した図である。
【図４】クールダウンを実施してからの高段側圧縮機構および低段側圧縮機構の回転数比の時間特性の関係を示した図である。
【図５】庫内温度とクールダウン時間の関係を示した図である。
【図６】低圧冷媒の圧力と最適な中間圧比の関係を理論的に求めた結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態）
図１〜３により、第１実施形態を説明する。図１は、本実施形態の複数段圧縮式冷凍サイクル装置の全体構成図である。この複数段圧縮式冷凍サイクル装置は、冷凍機に適用されており、冷却対象空間である冷凍庫内へ送風される送風空気を−３０℃以上−１０℃以下程度の極低温となるまで冷却する機能を果たす。
【００１７】
まず、複数段圧縮式冷凍サイクル装置は、図１に示すように、高段側圧縮機１１および低段側圧縮機１２の２つの圧縮機を備えており、サイクルを循環する冷媒を多段階に昇圧するようになっている。なお、この冷媒としては、通常のフロン系冷媒（例えば、Ｒ４０４Ａ）を採用することができる。さらに、冷媒には、低段側圧縮機１２および高段側圧縮機１１内の摺動部位を潤滑するための冷凍機油（すなわちオイル）が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。
【００１８】
まず、低段側圧縮機１２は、低圧冷媒を中間圧冷媒となるまで圧縮して吐出する低段側圧縮機構１２ａ、および、低段側圧縮機構１２ａを回転駆動する低段側電動モータ１２ｂを有する電動圧縮機である。
【００１９】
低段側電動モータ１２ｂは、低段側インバータ２２から出力される交流電流によって、その作動（例えば回転数）が制御される交流モータである。また、低段側インバータ２２は、後述する冷凍機制御装置２０から出力される制御信号に応じた周波数の交流電流を出力する。そして、この周波数制御によって低段側圧縮機構１２ａの冷媒吐出能力が変更される。
【００２０】
従って、本実施形態では、低段側電動モータ１２ｂが低段側圧縮機１２の吐出能力変更部を構成している。もちろん、低段側電動モータ１２ｂとして、直流モータを採用し、冷凍機制御装置２０から出力される制御電圧によって、その回転数を制御するようにしてもよい。また、低段側圧縮機構１２ａの吐出口には、高段側圧縮機１１の吸入口側が接続されている。
【００２１】
高段側圧縮機１１の基本的構成は、低段側圧縮機１２と同様である。従って、高段側圧縮機１１は、低段側圧縮機１２から吐出された中間圧冷媒を高圧冷媒となるまで圧縮して吐出する高段側圧縮機構１１ａ、および、高段側電動モータ１１ｂを有する電動圧縮機である。
【００２２】
さらに、高段側電動モータ１１ｂは、高段側インバータ２１から出力される交流電流によって回転数が制御される。また、本実施形態の高段側圧縮機構１１ａの圧縮比および低段側圧縮機構１２ａの圧縮比は略同等となっている。
【００２３】
高段側圧縮機構１１ａの吐出口には、放熱器１３の冷媒入口側が接続されている。放熱器１３は、高段側圧縮機１１から吐出された高圧冷媒と冷却ファン１３ａにより送風される庫外空気（すなわち室外空気）とを熱交換させることによって、高圧冷媒を放熱させて冷却する放熱用熱交換器である。
【００２４】
本実施形態では、冷凍機制御装置２０は、低段側圧縮機構１２ａ及び高段側圧縮機構１１ａの回転数を制御する制御装置を構成している。より詳細には、冷凍機制御装置２０は、低段側圧縮機構１２ａを回転させる低段側電動モータ１２ｂ及び高段側圧縮機構１１ａを回転させる高段側電動モータ１１ｂの回転数を制御する制御装置を構成している。
【００２５】
冷却ファン１３ａは、冷凍機制御装置２０から出力される制御電圧によって回転数が制御される電動式送風機である。この回転数に応じて送風空気量が決まる。なお、本実施形態の複数段圧縮式冷凍サイクル装置では、冷媒としてフロン系冷媒を採用し、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成しているので、放熱器１３は冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。
【００２６】
放熱器１３の冷媒出口には、放熱器１３から流出した冷媒の流れを分岐する分岐部１４が接続されている。分岐部１４は、３つの流入出口を有する三方継手構造となっている。流入出口のうち１つが冷媒流入口となり、２つが冷媒流出口となる。このような分岐部１４は、配管を接合して構成してもよいし、金属ブロックや樹脂ブロックに複数の冷媒通路を設けて構成してもよい。
【００２７】
分岐部１４の一方の冷媒出口には中間圧膨張弁１５の入口側が接続され、分岐部１４の他方の冷媒出口には中間熱交換器１６の高圧冷媒流路１６ａの入口側が接続されている。中間圧膨張弁１５は、放熱器１３から流出した高圧冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧膨張させて高段側圧縮機構１１ａの吸入側へ流出させる温度式膨張弁である。
【００２８】
より具体的には、中間圧膨張弁１５は、中間熱交換器１６の中間圧冷媒流路１６ｂ出口側に配置された感温部を有し、中間圧冷媒流路１６ｂ出口側冷媒の温度と圧力とに基づいて中間圧冷媒流路１６ｂ出口側冷媒の過熱度を検知する。そして中間圧膨張弁１５は、この過熱度が予め設定された所定値となるように機械的機構により弁開度を調整する。この弁開度に応じて、中間圧膨張弁１５冷媒流量が決まる。また、中間圧膨張弁１５の出口側には、中間圧冷媒流路１６ｂの入口側が接続されている。
【００２９】
中間熱交換器１６は、中間圧膨張弁１５にて減圧膨張されて中間圧冷媒流路１６ｂを流通する中間圧冷媒と、分岐部１４にて分岐されて高圧冷媒流路１６ａを流通する他方の高圧冷媒との間で熱交換を行う。なお、高圧冷媒は減圧されることによって温度低下するので、中間熱交換器１６では、中間圧冷媒流路１６ｂを流通する中間圧冷媒が加熱され、高圧冷媒流路１６ａを流通する高圧冷媒が冷却されることになる。
【００３０】
また、中間熱交換器１６の具体的構成としては、高圧冷媒流路１６ａを形成する外側管の内側に中間圧冷媒流路１６ｂを形成する内側管を配置する二重管方式の熱交換器構成を採用している。もちろん、高圧冷媒流路１６ａを内側管として、中間圧冷媒流路１６ｂを外側管としてもよい。さらに、高圧冷媒流路１６ａと中間圧冷媒流路１６ｂとを形成する冷媒配管同士を接合して熱交換させる構成等を採用してもよい。
【００３１】
なお、図１に示す中間熱交換器１６では、高圧冷媒流路１６ａを流通する高圧冷媒の流れ方向と中間圧冷媒流路１６ｂを流通する中間圧冷媒の流れ方向が同一となる並行流型の熱交換器を採用している。もちろん、高圧冷媒流路１６ａを流通する高圧冷媒の流れ方向と中間圧冷媒流路１６ｂを流通する中間圧冷媒の流れ方向が逆方向となる対交流型の熱交換器を採用してもよい。
【００３２】
中間熱交換器１６の中間圧冷媒流路１６ｂの出口側には、図示しない逆止弁を介して、前述の高段側圧縮機構１１ａの吸入口側が接続されている。従って、本実施形態の高段側圧縮機構１１ａは、中間圧冷媒流路１６ｂから流出した中間圧冷媒と低段側圧縮機１２から吐出された中間圧冷媒との混合冷媒を吸入する。
【００３３】
一方、中間熱交換器１６の高圧冷媒流路１６ａの出口側には、低圧膨張弁１７の入口側が接続されている。低圧膨張弁１７は、放熱器１３から流出した高圧冷媒を低圧冷媒となるまで減圧膨張させる温度式膨張弁である。この低圧膨張弁１７の基本的構成は、中間圧膨張弁１５と同様である。
【００３４】
より具体的には、低圧膨張弁１７は、後述する蒸発器１８の冷媒流出口側に配置された感温部を有し、蒸発器１８出口側冷媒の温度と圧力とに基づいて蒸発器１８出口側冷媒の過熱度を検知する。そして低圧膨張弁１７は、この過熱度が予め設定された所定値となるように機械的機構により弁開度を調整する。この弁開度に応じて、低圧膨張弁１７を流れる冷媒流量が決まる。
【００３５】
低圧膨張弁１７の出口側には、蒸発器１８の冷媒流入口側が接続されている。蒸発器１８は、低圧膨張弁１７にて減圧膨張された低圧冷媒と、送風ファン１８ａによって冷凍庫内を循環送風される送風空気とを熱交換させることによって、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。送風ファン１８ａは、冷凍機制御装置２０から出力される制御電圧によって回転数が制御される電動式送風機である。この回転数に応じて送風ファン１８ａの送風空気量が決まる。
【００３６】
さらに、蒸発器１８の冷媒流出口には、低段側圧縮機構１２ａの吸入口側が接続されている。
【００３７】
次に、本実施形態の電気制御部について説明する。冷凍機制御装置２０は、ＣＰＵおよび記憶回路を含む周知のマイクロコンピュータ、各種制御対象機器への制御信号あるいは制御電圧を出力する出力回路、各種センサの検出信号が入力される入力回路、並びに、電源回路等から構成されている。ＣＰＵは、制御処理および演算処理を行う。記憶回路は、プログラム、データ等を記憶するＲＯＭおよびＲＡＭ等である。記憶回路は、非遷移的実体的記憶媒体である。
【００３８】
冷凍機制御装置２０の出力側には、制御対象機器として上述の低段側インバータ２２、高段側インバータ２１、冷却ファン１３ａ、送風ファン１８ａ等が接続される。冷凍機制御装置２０は、これらの制御対象機器の作動を制御する。
【００３９】
なお、冷凍機制御装置２０は、これらの制御対象機器の作動を制御する制御部が一体に構成されたものである。冷凍機制御装置２０のうち、それぞれの制御対象機器の作動を制御する構成（すなわち、ハードウェアおよびソフトウェア）が、それぞれの制御対象機器の制御部を構成している。
【００４０】
本実施形態では、低段側インバータ２２の作動を制御して低段側圧縮機構１２ａの冷媒吐出能力を制御する構成（すなわち、ハードウェアおよびソフトウェア）を第１吐出能力制御部２０ａとし、高段側インバータ２１の作動を制御して高段側圧縮機構１１ａの冷媒吐出能力を制御する構成（すなわち、ハードウェアおよびソフトウェア）を第２吐出能力制御部２０ｂとする。
【００４１】
従って、低段側電動モータ１２ｂの回転数および高段側電動モータ１１ｂの回転数は、それぞれ第１吐出能力制御部２０ａおよび第２吐出能力制御部２０ｂによって、互いに独立して制御できるようになっている。もちろん、第１、第２吐出能力制御部２０ａ、２０ｂを、冷凍機制御装置２０に対してそれぞれ別体の制御装置として構成してもよい。
【００４２】
一方、冷凍機制御装置２０の入力側には、外気温センサ２３、庫内温度センサ２４、低圧センサ２５、中間圧センサ２６、高圧センサ２７等が接続される。これらのセンサの検出信号が冷凍機制御装置２０へ入力される。外気温センサ２３は、放熱器１３にて高圧冷媒と熱交換する庫外空気（すなわち室外空気）の外気温度Ｔａｍを検出する。庫内温度センサ２４は、蒸発器１８にて低圧冷媒と熱交換する送風空気の空気温度Ｔｆｒを検出する。低圧センサ２５は、蒸発器１８から流出して低段側圧縮機１２に吸入される低圧冷媒の圧力を検出する。中間圧センサ２６は、低段側圧縮機１２から吐出した中間圧冷媒の圧力を検出する。高圧センサ２７は、高段側圧縮機１１から吐出した高圧冷媒の圧力を検出する。なお、低圧センサ２５は、低圧冷媒の圧力に相関する物理量を検出する物理量センサである。
【００４３】
さらに、冷凍機制御装置２０の入力側には、操作パネル３０が接続されている。この操作パネル３０には、作動／停止スイッチ、温度設定スイッチ等が設けられている。これらのスイッチの操作信号が冷凍機制御装置２０へ入力される。作動／停止スイッチは、冷凍機の作動要求信号あるいは停止要求信号を出力する要求信号出力部である。温度設定スイッチは、庫内の目標冷却温度Ｔｓｅｔを設定する目標温度設定部である。
【００４４】
次に、上記構成における本実施形態の複数段圧縮式冷凍サイクル装置の作動を、図２に基づいて説明する。まず、図２は、冷凍機制御装置２０が実行する制御処理を示すフローチャートである。
【００４５】
この制御処理は、操作パネル３０の作動／停止スイッチが投入（すなわちＯＮ）されて作動要求信号が出力されるとスタートする。なお、図２に示すフローチャートにおける各制御ステップは、冷凍機制御装置２０が有する各種の機能実現部を構成している。
【００４６】
まず、ステップＳ１００では、外気温センサ２３、庫内温度センサ２４、低圧センサ２５、中間圧センサ２６、高圧センサ２７等により検出された検出信号および操作パネル３０の温度設定スイッチ等の操作信号を読み込む。
【００４７】
次のステップＳ１０２では、クールダウン中であるか否かを判定する。すなわち、冷却対象空間である庫内を急速に冷却するクールダウンを実施するか否かを判定する。本実施形態では、冷凍機制御装置２０は、外気温センサ２３からの検出信号に基づいて外気温を特定するとともに、温度設定スイッチからの操作信号に基づいて庫内の目標冷却温度を特定する。そして冷凍機制御装置２０は、外気温と目標冷却温度の温度差が所定温度以上の場合には、クールダウン中であると判定し、外気温と目標冷却温度の温度差が所定温度未満の場合には、クールダウン中でないと判定する。
【００４８】
ここで、外気温と目標冷却温度の温度差が所定温度以上となっており、クールダウン中であると判定された場合、冷凍機制御装置２０は、ステップＳ１０４にて、最適回転数比を特定する。
【００４９】
冷凍機制御装置２０のＲＯＭに、図３に示すような、低段側圧縮機１２と高段側圧縮機１１の最適回転数比と低圧冷媒圧力の関係を表したマップが記憶されている。回転数比は、高段側圧縮機構１１ａの回転数に対する低段側圧縮機構１２ａの回転数の比として定義される。最適回転数比は、蒸発器１８の冷凍能力が最大となる回転数比である。図に示すように、低圧冷媒の圧力が高くなるほど最適回転数比は大きくなるよう規定されている。本実施形態においては、実験的に求められた低圧冷媒の圧力と最適回転数比の関係が冷凍機制御装置２０のＲＯＭに記憶されている。
【００５０】
ここでは、図３に示したマップを参照して最適回転数比を特定する。具体的には、低圧センサ２５により検出された検出信号に基づいて低圧冷媒の圧力を特定し、この低圧冷媒の圧力に対応する最適回転数比を図３に示したマップを参照して特定する。
【００５１】
クールダウンの初期状態では、庫内温度が高く、低圧冷媒圧力が高くなっているため、最適回転数比は比較的大きな値となる。また、時間の経過に伴い、庫内温度が低下し、低圧冷媒圧力も低下すると、最適回転数比は徐々に小さな値となる。
【００５２】
冷凍機制御装置２０は、次のステップＳ１０６では、低段側圧縮機１２の回転数と高段側圧縮機１１の回転数を特定する。庫内の温度が高い場合には、高段側圧縮機内に設けられたモータを保護するため、高段側圧縮機１１の回転数は予め定められた保護制御値未満に制限される。このため、まず、高段側圧縮機１１の回転数を制限値より所定回転数低い値に特定し、次に、高段側圧縮機１１の回転数とステップＳ１０４にて特定した最適回転数比に基づいて低段側圧縮機１２の回転数を特定する。
【００５３】
次のステップＳ１０８では、ステップＳ１０６にて特定した各回転数となるよう低段側圧縮機１２および高段側圧縮機１１の回転数を制御する。具体的には、ステップＳ１０６にて特定した各回転数で回転するよう低段側圧縮機１２および高段側圧縮機１１に指示する。
【００５４】
低段側インバータ２２は、冷凍機制御装置２０から出力される制御信号に応じた周波数の交流電流を出力する。そして、この周波数制御によって低段側圧縮機１２が有する低段側圧縮機構１２ａの冷媒吐出能力が変更される。
【００５５】
また、高段側インバータ２１は、冷凍機制御装置２０から出力される制御信号に応じた周波数の交流電流を出力する。そして、この周波数制御によって高段側圧縮機１１が有する高段側圧縮機構１１ａの冷媒吐出能力が変更される。
【００５６】
なお、高段側圧縮機構１１ａおよび低段側圧縮機構１２ａの回転数は最適回転数比となるよう制御される。したがって、高段側圧縮機構１１ａの回転数に対する低段側圧縮機構１２ａの回転数比を一定とする場合と比較して、低段側圧縮機１２の回転数は大きくなるよう特定され、蒸発器１８の冷凍能力は最大となる。
【００５７】
冷凍機制御装置２０は、次のステップＳ１１０では、冷凍サイクル装置１０が作動を停止するか否かを判定する。具体的には、操作パネル３０から停止要求信号が出力されたか否かに基づいて冷凍サイクル装置１０が作動を停止するか否かを判定する。
【００５８】
ここで、停止要求信号が出力されていない場合、ステップＳ１１０の判定はＮＯとなり、ステップＳ１００へ戻る。そして、ステップＳ１０２にてＹＥＳと判定されると、再度、ステップＳ１０４〜Ｓ１１０の処理を実施する。
【００５９】
また、外気温と目標冷却温度の温度差が所定温度未満になると、クールダウン中でないと判定され、ステップＳ２００に進み、通常制御へ遷移する。この通常制御では、高段側圧縮機構１１ａおよび低段側圧縮機構１２ａの回転数比が一定となるよう低段側圧縮機および高段側圧縮機の回転数が制御される。
【００６０】
そして、操作パネル３０の作動／停止スイッチが投入（すなわちＯＦＦ）されて停止要求信号が出力されると、本処理を終了する。
【００６１】
図４は、クールダウンを実施してからの高段側圧縮機構１１ａおよび低段側圧縮機構１２ａの回転数比の時間特性を示したものである。図中には、本実施形態の複数段圧縮式冷凍サイクル装置の高段側圧縮機構１１ａおよび低段側圧縮機構１２ａの回転数比が実線で示されている。また、高段側圧縮機構１１ａおよび低段側圧縮機構１２ａの回転数比を一定とした比較例の回転数比が点線で示されている。
【００６２】
クールダウンの初期状態では、庫内温度が高く、低圧冷媒圧力が高くなっており、高段側圧縮機構１１ａおよび低段側圧縮機構１２ａの回転数比は比較的大きな値となるよう制御される。
【００６３】
また、時間の経過に伴い、庫内温度が低下し、低圧冷媒圧力も低下すると、最適回転数比は徐々に小さな値となる。さらに時間が経過すると、高段側圧縮機構１１ａおよび低段側圧縮機構１２ａの回転数比は比較例と同じ一定値となる。
【００６４】
図５は、クールダウンを実施してからの庫内温度の時間特性を示したものである。図中には、本実施形態の複数段圧縮式冷凍サイクル装置の庫内温度が実線で示されている。また、高段側圧縮機構１１ａおよび低段側圧縮機構１２ａの回転数比を一定とした比較例の庫内温度が点線で示されている。
【００６５】
本実施形態の複数段圧縮式冷凍サイクル装置では、比較例と比較してクールダウンを実施した直後から速やかに庫内温度が低下している。その結果、本実施形態の複数段圧縮式冷凍サイクル装置では、比較例と比較して庫内温度が目標冷却温度となるまでのクールダウン時間が大幅に短縮されている。
【００６６】
上記したように、冷凍機制御装置２０は、低圧センサ２５により検出された低圧冷媒の圧力に基づいて特定された低圧冷媒の圧力が高いほど高段側圧縮機構１１ａの回転数に対する低段側圧縮機構１２ａの回転数比を大きくするよう構成されている。このため、高段側圧縮機の回転数が制限されても低段側圧縮機構の回転数を大きくして蒸発器１８の冷凍能力を向上することができる。したがって、各圧縮機を大型化することなく、装置を起動する際におけるクールダウン時間を短縮することができる。
【００６７】
また、冷凍機制御装置２０は、冷却対象空間の温度に基づいて冷却対象空間を急速に冷却するクールダウンを実施するか否かを判定してもよい。そして冷凍機制御装置２０は、クールダウンを実施すると判定した場合、低圧冷媒の圧力が高いほど高段側圧縮機構の回転数に対する低段側圧縮機構の回転数比を大きくしてもよい。このように、クールダウンを実施すると判定された場合に、低圧冷媒の圧力が高いほど高段側圧縮機構の回転数に対する低段側圧縮機構の回転数比を大きくして冷却対象空間を急速に冷却することができる。
【００６８】
また、冷凍サイクル装置１０は、高圧冷媒の圧力を検出する高圧センサ２７を備える。冷凍機制御装置２０は、高圧センサ２７により検出された高圧冷媒の圧力が予め定められた基準値以上となっている場合、クールダウンを実施すると判定することができる。
【００６９】
（他の実施形態）
（１）上記実施形態では、冷凍機制御装置２０は、実験的に求められた低圧冷媒の圧力と最適回転数比の関係に基づいて最適回転数比を特定する。しかし、理論的に低圧冷媒の圧力と最適回転数比の関係を特定することもできる。図６は、蒸発器１８の冷凍能力が最大となる低圧冷媒の圧力と最適な中間圧比の関係を理論的に求めた結果を示している。なお、中間圧比は、中間圧冷媒圧力Ｐｍ／√（高圧冷媒圧力Ｐｄ×低圧冷媒圧力Ｐｓ）として表される。図６に示すような中間圧比となるよう高段側圧縮機構１１ａの回転数に対する低段側圧縮機構１２ａの回転数比を特定することができる。
【００７０】
（２）上記実施形態における冷凍機制御装置２０では、低圧冷媒の圧力が高いほど高段側圧縮機構の回転数に対する低段側圧縮機構の回転数比が大きくなる。しかし、冷凍機制御装置２０は、低圧冷媒の圧力と相関する庫内温度を庫内温度センサ２４により検出し、この庫内温度センサ２４により検出された庫内温度が高いほど回転数比を大きくしてもよい。この場合、庫内温度センサ２４は、低圧冷媒の圧力に相関する物理量を検出する物理量センサである。
【００７１】
また、冷凍機制御装置２０は、庫内温度センサ２４により検出された物理量に基づいて、低圧冷媒の圧力を特定してもよい。そして冷凍機制御装置２０は、特定された低圧冷媒の圧力が高いほど高段側圧縮機構１１ａの回転数に対する低段側圧縮機構１２ａの回転数比を大きくしてもよい。
【００７２】
（３）上記実施形態では、冷凍機制御装置２０は、低圧冷媒の圧力に基づいて高段側圧縮機構１１ａの回転数に対する低段側圧縮機構１２ａの回転数の比である回転数比を特定した。しかし、冷凍機制御装置２０は、例えば、低圧冷媒の圧力および中間圧冷媒の圧力に基づいて高段側圧縮機構１１ａの回転数に対する低段側圧縮機構１２ａの回転数の比である回転数比を特定してもよい。また、冷凍機制御装置２０は、低圧冷媒の圧力、中間圧冷媒の圧力および高圧冷媒の圧力に基づいて高段側圧縮機構１１ａの回転数に対する低段側圧縮機構１２ａの回転数の比である回転数比を特定してもよい。このように、低圧冷媒の圧力だけでなく、中間圧冷媒の圧力や高圧冷媒の圧力を用いることで、より精度良く最適回転数比を特定することができる。
【００７３】
（４）上記実施形態では、冷凍機制御装置２０は、低圧冷媒の圧力に基づいて高段側圧縮機構１１ａの回転数に対する低段側圧縮機構１２ａの回転数の比である回転数比を特定した。しかし、冷凍機制御装置２０は、例えば、低圧冷媒の圧力と相関する低圧冷媒の温度に基づいて高段側圧縮機構１１ａの回転数に対する低段側圧縮機構１２ａの回転数の比である回転数比を特定してもよい。この場合、冷凍機制御装置２０は、例えば、低圧冷媒の温度を直接検出せず、低圧冷媒が流れる配管の温度を温度センサで検出してもよい。また、冷凍機制御装置２０は、低圧冷媒の温度および中間圧冷媒の温度に基づいて高段側圧縮機構１１ａの回転数に対する低段側圧縮機構１２ａの回転数の比である回転数比を特定してもよい。また、冷凍機制御装置２０は、低圧冷媒の温度、中間圧冷媒の温度および高圧冷媒の温度に基づいて高段側圧縮機構１１ａの回転数に対する低段側圧縮機構１２ａの回転数の比である回転数比を特定してもよい。
【００７４】
（５）上記実施形態では、冷凍機制御装置２０は、低圧冷媒の圧力に基づいて高段側圧縮機構１１ａの回転数に対する低段側圧縮機構１２ａの回転数の比である回転数比を特定した。しかし、冷凍機制御装置２０は、例えば、外気温と庫内温度に基づいて高段側圧縮機構１１ａの回転数に対する低段側圧縮機構１２ａの回転数の比である回転数比を特定してもよい。この場合、外気温と庫内温度に対応する最適回転数を規定したマップが冷凍機制御装置２０のＲＯＭに記憶されていれば、冷凍機制御装置２０は、このマップを用いて高段側圧縮機構１１ａの回転数に対する低段側圧縮機構１２ａの回転数の比である回転数比を特定できる。
【００７５】
（６）上記実施形態では、冷凍機制御装置２０は、外気温と目標冷却温度の温度差が所定温度以上の場合に、クールダウン中であると判定した。しかし、冷凍機制御装置２０は、例えば、高圧冷媒の圧力が保護制御値以上となっている場合、クールダウン中であると判定してもよい。また、冷凍機制御装置２０は、外気温と目標冷却温度の温度差が所定温度以上の場合で、かつ、高圧冷媒の圧力が保護制御値以上となっている場合に、クールダウン中であると判定してもよい。
【００７６】
（７）上記実施形態では、本開示の各種特徴を、高段側と低段側の２段の圧縮機構を有する複数段圧縮式冷凍サイクル装置に適用した。しかし、３段以上の圧縮機構を有する複数段圧縮式冷凍サイクル装置に、本開示の各種特徴を適用することもできる。
【００７７】
（８）上記実施形態において、冷凍機制御装置２０は、高圧冷媒の圧力が閾値を超えているか否かを判定してもよい。そして冷凍機制御装置２０は、高圧冷媒の圧力が閾値を超えていると判定した場合、保護のために高段側圧縮機構１１ａの回転数および低段側圧縮機構１２ａの回転数をそれぞれ低下させてもよい。
【００７８】
（９）上記実施形態では、冷媒としてフロン系冷媒（例えば、Ｒ４０４Ａ）が採用されている。しかし、冷媒はフロン系冷媒に限定されるものではなく、例えば、二酸化炭素を主成分とする冷媒が採用されてもよい。
【００７９】
なお、本開示は上記した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００８０】
なお、冷凍機制御装置２０が、ステップＳ１０２の処理を実行することで、判定部に対応する。
【図１】
2017047354.tif 000003
【図２】
2017047354.tif 000004
【図３】
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【図４】
2017047354.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年10月4日(2017.10.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧冷媒を中間圧冷媒となるまで圧縮して吐出する低段側圧縮機構（１２ａ）と、
前記低段側圧縮機構から吐出された中間圧冷媒を高圧冷媒となるまで圧縮して吐出する高段側圧縮機構（１１ａ）と、を備えた複数段圧縮式冷凍サイクル装置であって、
前記高段側圧縮機構から吐出された高圧冷媒を室外空気と熱交換させて放熱させる放熱器（１３）と、
前記放熱器から流出した高圧冷媒を低圧冷媒となるまで減圧膨張させる低圧膨張弁（１７）と、
前記低圧膨張弁にて減圧膨張された低圧冷媒を冷却対象空間に送風させる送風空気と熱交換させて蒸発させ、前記低段側圧縮機構の吸入側へ流出させる蒸発器（１８）と、
前記低段側圧縮機構及び前記高段側圧縮機構の回転数を制御する制御装置（２０）と、
前記低圧冷媒の圧力に相関する物理量を検出する物理量センサ（２４、２５）と、を備え、
前記制御装置は、前記物理量センサにより検出された物理量に基づいて、前記低圧冷媒の圧力が高いほど前記高段側圧縮機構の回転数に対する前記低段側圧縮機構の回転数比を大きくするよう構成されており、
前記制御装置は、前記高圧冷媒の圧力を検出する高圧センサ（２７）の検出圧力が予め定められた基準値以上となっている場合、前記低圧冷媒の圧力が高いほど前記高段側圧縮機構の回転数に対する前記低段側圧縮機構の回転数比を大きくする複数段圧縮式冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記物理量センサは、前記冷却対象空間の温度を検出する庫内温度センサ（２４）であり、
前記制御装置は、前記庫内温度センサにより検出された前記冷却対象空間の温度が高いほど前記回転数比を大きくするよう構成されている請求項１に記載の複数段圧縮式冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記冷却対象空間の温度に基づいて前記冷却対象空間を急速に冷却するクールダウンを実施するか否かを判定する判定部を備え、
前記制御装置は、前記判定部により前記クールダウンを実施すると判定された場合、前記低圧冷媒の圧力が高いほど前記高段側圧縮機構の回転数に対する前記低段側圧縮機構の回転数比を大きくするよう構成されている請求項１または２に記載の複数段圧縮式冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記高圧センサを備え、
前記判定部は、前記高圧センサにより検出された前記高圧冷媒の圧力が予め定められた基準値以上となっている場合、前記クールダウンを実施すると判定する請求項３に記載の複数段圧縮式冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記放熱器から流出した高圧冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧膨張させて前記高段側圧縮機構の吸入側へ流出させる中間圧膨張弁（１５）を備えた請求項１ないし４のいずれか１つに記載の複数段圧縮式冷凍サイクル装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本開示の１つの観点によれば、複数段圧縮式冷凍サイクル装置は、低圧冷媒を中間圧冷媒となるまで圧縮して吐出する低段側圧縮機構と、低段側圧縮機構から吐出された中間圧冷媒を高圧冷媒となるまで圧縮して吐出する高段側圧縮機構と、を備えた複数段圧縮式冷凍サイクル装置であって、高段側圧縮機構から吐出された高圧冷媒を室外空気と熱交換させて放熱させる放熱器と、放熱器から流出した高圧冷媒を低圧冷媒となるまで減圧膨張させる低圧膨張弁と、低圧膨張弁にて減圧膨張された低圧冷媒を冷却対象空間に送風させる送風空気と熱交換させて蒸発させ、低段側圧縮機構の吸入側へ流出させる蒸発器と、低段側圧縮機構及び高段側圧縮機構の回転数を制御する制御装置と、低圧冷媒の圧力に相関する物理量を検出する物理量センサと、を備える。制御装置は、物理量センサにより検出された物理量に基づいて、低圧冷媒の圧力が高いほど高段側圧縮機構の回転数に対する低段側圧縮機構の回転数比を大きくするよう構成されており、前記制御装置は、前記高圧冷媒の圧力を検出する高圧センサ（２７）の検出圧力が予め定められた基準値以上となっている場合、前記低圧冷媒の圧力が高いほど前記高段側圧縮機構の回転数に対する前記低段側圧縮機構の回転数比を大きくする。
【国際調査報告】
2017047354.tif 000009
2017047354.tif 000010
2017047354.tif 000011
2017047354.tif 000012