(57)【要約】  高温側循環回路ａと低温側循環回路ｂとをカスケードコンデンサ８で接続した冷凍装置であって、低温側循環回路ｂにおいて冷却ユニット１３とその他の回路部分とを接続する液配管１５を通過する冷媒の状態を、低温側第２流量調整弁１４により気液２相にすると共に、低温側圧縮機５の吸入側に、タンク用電磁弁１７を介して膨張タンク１８を設けた。
2014030198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温側圧縮機と、高温側凝縮器と、高温側膨張弁と、カスケード熱交換器の高温側蒸発器とを有し、高温側冷媒が循環する高温側循環回路と、
低温側圧縮機、前記カスケード熱交換器の低温側凝縮器及び受液器を有する低温側熱源回路と、第１流量調整弁及び低温側蒸発器が直列に接続されて構成された冷却ユニットとを、前記低温側熱源回路から前記冷却ユニットへ冷媒を流す液配管と前記冷却ユニットから前記低温側熱源回路に冷媒を流すガス配管とで連結して構成され、低温側冷媒が循環する低温側循環回路と、
前記受液器の出口に設けられ、前記受液器を通過後の冷媒を減圧して気液２相として前記液配管に流すための第２流量調整弁と、
前記低温側循環回路において前記低温側圧縮機の吸入側に、タンク用電磁弁を介して接続され、運転停止中の前記低温側循環回路内の圧力上昇を抑えるための膨張タンクと
を備えたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記低温側圧縮機の吐出側の圧力を検出する低温側高圧圧力センサと、
前記低温側圧縮機の吸入側の圧力を検出する低温側低圧圧力センサと、
前記低温側高圧圧力センサ又は前記低温側低圧圧力センサにより検出された検出圧力に基づき前記タンク用電磁弁の開閉制御を行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、
運転停止中に前記検出圧力が前記低温側循環回路の設計圧力よりも低い所定圧力を超えると、前記タンク用電磁弁を開いて前記低温側循環回路内の冷媒が前記膨張タンクに流れるようにし、
冷凍装置の起動時に前記低温側圧縮機と前記高温側圧縮機との両方を起動すると共に、その起動前の停止期間が予め設定した期間以上の場合、前記検出圧力が前記所定圧力を超えるか否かをチェックし、超える場合、前記タンク用電磁弁を開き、前記低温側蒸発器の蒸発温度を目標蒸発温度にするために必要な冷媒量、前記膨張タンク内の冷媒を前記低温側循環回路に回収してから前記タンク用電磁弁を閉じ、前記検出圧力が前記所定圧力を超えない場合、前記タンク用電磁弁を閉じることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記低温側圧縮機の吐出側の圧力を検出する低温側高圧圧力センサと、
前記低温側圧縮機の吸入側の圧力を検出する低温側低圧圧力センサと、
前記低温側高圧圧力センサ又は前記低温側低圧圧力センサにより検出された検出圧力に基づき前記タンク用電磁弁の開閉制御を行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、
運転停止中に前記検出圧力が前記低温側循環回路の設計圧力よりも低い所定圧力を超えると、前記タンク用電磁弁を開いて前記低温側循環回路内の冷媒が前記膨張タンクに流れるようにし、
冷凍装置の起動時に前記低温側圧縮機及び前記高温側圧縮機の両方を起動すると共に、その起動が、サーモオフからの起動の場合、前記タンク用電磁弁を開き、前記低温側蒸発器の蒸発温度を目標蒸発温度にするために必要な冷媒量、前記膨張タンク内の冷媒を前記低温側循環回路に回収してから前記タンク用電磁弁を閉じることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記タンク用電磁弁は、通電時に閉となる電磁弁であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記低温側冷媒をＣＯ２  冷媒としたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の冷凍装置。
【請求項６】
前記低温側冷媒にＣＯ２  冷媒を使用し、前記低温側循環回路の前記ガス配管の径を、前記循環回路にＨＦＣ冷媒を使用する場合の圧損を考慮して設定される径と同等としたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の冷凍装置。
【請求項７】
低段側圧縮機及び高段側圧縮機を有する二段式圧縮機、ガスクーラー及び中間冷却器を有する熱源回路と、第１流量調整弁及び蒸発器が直列に接続されて構成された冷却ユニットとを、前記熱源回路から前記冷却ユニットに冷媒を流す液配管と前記冷却ユニットから前記熱源回路に冷媒を流すガス管とで連結して構成され、ＣＯ２  冷媒が循環する循環回路と、
前記ガスクーラーと前記中間冷却器との間から分岐した冷媒を前記中間冷却器に流入させる分岐管と、
前記分岐管に設けられた中間冷却用流量調整弁と、
前記低段側圧縮機の吐出側と前記高段側圧縮機の吸入側とを前記中間冷却器に接続する接続回路と、
前記循環回路において前記中間冷却器を通過後の冷媒を減圧して気液２相として前記液配管に流すための第２流量調整弁と、
前記循環回路において前記低段側圧縮機の吸入側に、タンク用電磁弁を介して接続され、運転停止中の前記循環回路内の圧力上昇を抑えるための膨張タンクと
を備えたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項８】
前記低段側圧縮機の吐出側の圧力を検出する高圧圧力センサと、
前記低段側圧縮機の吸入側の圧力を検出する低圧圧力センサと、
前記高圧圧力センサ又は前記低圧圧力センサにより検出された検出圧力に基づき前記タンク用電磁弁の開閉制御を行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、
運転停止中に前記検出圧力が前記循環回路の設計圧力よりも低い所定圧力を超えると、前記タンク用電磁弁を開いて前記循環回路内の冷媒が前記膨張タンクに流れるようにし、
冷凍装置の起動時に前記二段式圧縮機を起動すると共に、その起動前の停止期間が予め設定した期間以上の場合、前記検出圧力が前記所定圧力を超えるか否かをチェックし、超える場合、前記タンク用電磁弁を開き、前記蒸発器の蒸発温度を目標蒸発温度にするために必要な冷媒量、前記膨張タンク内の冷媒を前記循環回路に回収してから前記タンク用電磁弁を閉じ、前記検出圧力が前記所定圧力を超えない場合、前記タンク用電磁弁を閉じることを特徴とする請求項７記載の冷凍装置。
【請求項９】
前記低段側圧縮機の吐出側の圧力を検出する高圧圧力センサと、
前記低段側圧縮機の吸入側の圧力を検出する低圧圧力センサと、
前記高圧圧力センサ又は前記低圧圧力センサにより検出された検出圧力に基づき前記タンク用電磁弁の開閉制御を行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、
運転停止中に前記検出圧力が前記循環回路の設計圧力よりも低い所定圧力を超えると、前記タンク用電磁弁を開いて前記循環回路内の冷媒が前記膨張タンクに流れるようにし、
冷凍装置の起動時に前記二段式圧縮機を起動すると共に、その起動が、サーモオフからの起動の場合、前記タンク用電磁弁を開き、前記蒸発器の蒸発温度を目標蒸発温度にするために必要な冷媒量、前記膨張タンク内の冷媒を前記循環回路に回収してから前記タンク用電磁弁を閉じることを特徴とする請求項７記載の冷凍装置。
【請求項１０】
前記タンク用電磁弁は、通電時に閉となる電磁弁であることを特徴とする請求項７乃至請求項９の何れか一項に記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、低温側冷媒が循環する低温側循環回路と高温側冷媒が循環する高温側循環回路とをカスケードコンデンサで接続した冷凍装置がある。この種の冷凍装置において低温側循環回路の低温側圧縮機が停止すると、冷媒が外気温度近くまで温められてガス化するため、低温側循環回路内の圧力が上昇する。このため、低温側圧縮機が長時間停止すると、低温側循環回路内の圧力が設計圧力（許容圧力）に達してしまい、異常停止や安全弁の作動による冷媒の放出等が行われる。【０００３】
そこで、低温側圧縮機が長時間停止しても、低温側循環回路内の圧力が設計圧力を超えないように膨張タンクを備えた冷凍装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１９０９１７号（第１４頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、膨張タンクを備えることで長時間停止時に低温側循環回路内の圧力が設計圧力を超えないようにすることができる。しかし、低温側循環回路内の圧力上昇を抑えるには、膨張タンクの容量を十分（特許文献１では、膨張タンクを除いた低温側循環回路の内容積の１０倍程度の容量としている）に確保する必要があり、コストアップを招くという問題があった。【０００６】
逆の考え方として、設計圧力を高くすれば膨張タンクの容量を低減でき、膨張タンク自体のコスト低減は可能である。しかし、設計圧力を高くするには低温側循環回路のその他の構造部分の耐圧強度を上げる必要が生じるため、結局、コストアップとなる。よって、コスト低減を図るには、設計圧力を低くすることが有効であるが、設計圧力を低くするには上述したように膨張タンクの大型化が避けられない。このように、設計圧力の抑制とコスト低減との両立が難しいという問題があった。【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、低温側循環回路の設計圧力の抑制とコスト低減との両立が可能な冷凍装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る冷凍装置は、高温側圧縮機と、高温側凝縮器と、高温側膨張弁と、カスケード熱交換器の高温側蒸発器とを有し、高温側冷媒が循環する高温側循環回路と、低温側圧縮機、カスケード熱交換器の低温側凝縮器及び受液器を有する低温側熱源回路と、第１流量調整弁及び低温側蒸発器が直列に接続されて構成された冷却ユニットとを、低温側熱源回路から冷却ユニットへ冷媒を流す液配管と冷却ユニットから低温側熱源回路に冷媒を流すガス配管とで連結して構成され、低温側冷媒が循環する低温側循環回路と、受液器の出口に設けられ、受液器を通過後の冷媒を減圧して気液２相として液配管に流すための第２流量調整弁と、低温側循環回路において低温側圧縮機の吸入側に、タンク用電磁弁を介して接続され、運転停止中の低温側循環回路内の圧力上昇を抑えるための膨張タンクとを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第２流量調整弁により液配管内の冷媒状態を気液２相とすることで、低温側循環回路の設計圧力を低く抑えるにあたり通常大型化が必要となる膨張タンクの容量を低減でき、低温側循環回路の設計圧力の抑制とコスト低減との両立が可能な冷凍装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における冷凍装置の冷媒回路図である。
【図２】図１の冷凍装置の低温側循環回路の動作を示した圧力―エンタルピ線図である。
【図３】本発明の実施の形態１の冷凍装置の回路内容積と回路内圧力との関係を表わした線図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る冷凍装置における低温側圧縮機の長時間停止後の起動時の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１に係る冷凍装置における低温側圧縮機のサーモオフ後の起動時の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２に係る冷凍装置の構成を示す図である。
【図７】図６の冷凍装置の動作を示した圧力―エンタルピ線図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る冷凍装置における二段式圧縮機の長時間停止後の起動時の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態２に係る冷凍装置における二段式圧縮機のサーモオフ後の起動時の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における冷凍装置の冷媒回路図である。
冷凍装置は、二元冷凍サイクルを行う冷凍装置であって、高温側循環回路ａと低温側循環回路ｂとを備えている。高温側循環回路ａは、高温側圧縮機１と、高温側凝縮器２と、高温側膨張弁３と、高温側蒸発器４とを直列に接続して構成される。
【００１２】
低温側循環回路ｂは、低温側圧縮機５と、補助コンデンサ６と、低温側凝縮器７と、受液器９と、冷却ユニット１３とを直列に接続して構成される。本発明の低温側熱源回路は、少なくとも低温側圧縮機５と低温側凝縮器７と受液器９とを備えて構成される。
【００１３】
冷却ユニット１３は、液電磁弁１０と、低温側第１流量調整弁１１と、低温側蒸発器１２とを直列に接続して構成され、例えばショーケースやユニットクーラに用いられる。低温側第１流量調整弁１１は温度式自動膨張弁か若しくは電子式膨張弁で構成される。冷却ユニット１３は、低温側循環回路ｂのその他の回路部分と液配管１５及びガス配管１６により接続されている。液配管１５及びガス配管１６は、冷却ユニット１３を設置する現地にて長さが調整される。
【００１４】
低温側循環回路ｂにおいて受液器９の出口には、液配管１５の冷媒状態を調整する低温側第２流量調整弁１４が設けられている。低温側第２流量調整弁１４は例えば電子式膨張弁で構成される。
【００１５】
また、低温側循環回路ｂにおいて低温側圧縮機５の吸入側には、通電時に閉となるタンク用電磁弁１７を介して膨張タンク１８が接続されている。膨張タンク１８は、運転停止時の低温側循環回路ｂの圧力上昇を抑えるためのタンクであり、低温側循環回路ｂの冷媒が完全にガス化しても、その圧力が設計圧力（許容圧力）を超えないようにするためのものである。
【００１６】
また、低温側圧縮機５の吐出側には低温側高圧圧力センサ１９が設置され、低温側圧縮機５の吸入側には低温側低圧圧力センサ２０が設置されている。
【００１７】
高温側循環回路ａと低温側循環回路ｂは、カスケードコンデンサ８を共通して備えており、高温側蒸発器４と低温側凝縮器７とによりカスケードコンデンサ８が構成されている。カスケードコンデンサ８は例えばプレート式熱交換器であり、高温側循環回路ａを循環する高温側冷媒と低温側循環回路ｂを循環する低温側冷媒との熱交換を行う。
【００１８】
冷凍装置において使用する冷媒は、低温側循環回路ｂでは液配管１５やガス配管１６を有しており、内部に充填する冷媒量が比較的多くなり、また、外部への漏れも懸念されることから、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が１であるＣＯ２  冷媒を使用する。一方、高温側循環回路ａは、回路全体の配管長さが比較的短いため内部に充填する冷媒量が少なく、また、閉じている閉回路であるため、ＣＯ２  よりは大きくなるものの比較的にＧＷＰが小さな冷媒（例えばＲ４１０Ａ、Ｒ１３４ａ、Ｒ３２、ＨＦＯ冷媒）を使用する。
【００１９】
冷凍装置には更に、冷凍装置全体を制御する制御装置５０が設けられている。制御装置５０はマイクロコンピュータで構成され、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を備えている。制御装置５０は、低温側高圧圧力センサ１９及び低温側低圧圧力センサ２０からの検出信号が入力され、その検出信号に基づいてタンク用電磁弁１７を制御したり、図示しない他の各種センサからの出力に基づいて、低温側圧縮機５、液電磁弁１０、低温側第１流量調整弁１１、高温側圧縮機１、高温側膨張弁３等を制御する。
【００２０】
図２は、図１の冷凍装置の低温側循環回路ｂの動作を示した圧力―エンタルピ線図である。図２におけるＡ〜Ｅは、図１のＡ〜Ｅに示す各配管位置における冷媒状態を示しており、Ａ点が低温側圧縮機５の吐出、Ｂ点が低温側凝縮器７の出口、Ｃ点が液配管１５内、Ｄ点が低温側蒸発器１２の入口、Ｅ点が低温側圧縮機５の吸入の状態を示す。以下、冷凍装置の低温側循環回路ｂの動作について図１及び図２を参照して説明する。
低温側圧縮機５の吸入冷媒は、圧縮されて高温高圧のガス冷媒（Ａ点）となる。この高温高圧のガス冷媒は、補助コンデンサ６（送風機（図示せず）により空冷する）で外気により空冷され、放熱する。このように補助コンデンサ６を通過させることで、カスケードコンデンサ８での熱交換処理を低減することができる。
【００２１】
補助コンデンサ６を通過した冷媒は、カスケードコンデンサ８の低温側凝縮器７に流入し、高温側冷媒と熱交換して凝縮液化し、高圧液冷媒となる（Ｂ点）。この液冷媒は受液器９を通って低温側第２流量調整弁１４で減圧され、中圧の気液２相冷媒（Ｃ点）となって液配管１５を介して冷却ユニット１３に流入する。
【００２２】
冷却ユニット１３に流入した冷媒は、開放された液電磁弁１０を通り、低温側第１流量調整弁１１にて更に減圧され（Ｄ点）、その後、低温側蒸発器１２に流入する。低温側蒸発器１２に流入した冷媒は、ショーケース内の空気と熱交換してショーケース内を冷却し、ここで再び低圧ガス状態となる（Ｅ点）。そして、低圧ガス状態の冷媒は、ガス配管１６を経由して再び低温側圧縮機５に吸入される。
【００２３】
なお、高温側循環回路ａでは、高温側圧縮機１を流出した高温高圧の冷媒が、高温側凝縮器２で放熱する。そして、高温側凝縮器２から流出した冷媒は、高温側膨張弁３によって減圧される。高温側膨張弁３にて減圧された冷媒は、カスケードコンデンサ８の高温側蒸発器４に流入して低温側冷媒と熱交換し、蒸発して低圧ガス冷媒となり、再び高温側圧縮機１に吸入される。
【００２４】
次に、膨張タンク１８の役割と必要容量について説明する。まず、冷凍装置の長時間停止時の低温側循環回路ｂの状態について説明する。
低温側循環回路ｂを長時間停止する場合（低温側圧縮機５が運転していない場合）に、高温側循環回路ａの高温側圧縮機１側の運転を、仮に停止せずに継続していれば、カスケードコンデンサ８が冷却されるため、低温側循環回路ｂ内の圧力上昇を抑えることができる。しかし、低温側圧縮機５を長時間停止（又はサーモオフ）する場合に高温側循環回路ａの高温側圧縮機１を運転することは、ショーケースの温度を下げるという冷凍装置の本来の目的から外れた運転であるため、いわば無駄な運転となり、好ましくない。
【００２５】
一方、低温側圧縮機５の停止時に高温側圧縮機１も動かさないとすれば、最悪、外気（周囲温度）に相当する圧力まで低温側循環回路ｂの圧力が上昇する。低温側循環回路ｂに用いているＣＯ２冷媒は、大気圧での沸点が−７８．５℃と沸点が低い冷媒である。このため、外気温度が例えば常温である２５℃程度であれば、ＣＯ２冷媒は低温側循環回路ｂ内でガス化し、低温側循環回路ｂ内の圧力が上昇する。
【００２６】
このため、低温側循環回路ｂには、熱交換器や受液器９よりも容量の大きい膨張タンク１８を設け、低温側蒸発回路内に存在する冷媒が蒸発してガス化しても、低温側循環回路ｂ内の圧力が高くならないようにしている。膨張タンク１８の大きさは、運転停止中の低温側循環回路ｂ内の圧力が設計圧力を超えないように設計される。
【００２７】
本発明では、低温側循環回路ｂの設計圧力の低減を目的としており、ここでは、周囲温度が４６℃で、低温側循環回路ｂの設計圧力を、冷媒としてＲ４１０Ａを用いた場合と同等の４．１５Ｍｐａに抑えることを目的として以下の説明を行う。
【００２８】
まず、低温側循環回路ｂの設計圧力を４．１５Ｍｐａに抑えるにあたり、冷却ユニット１３とカスケードコンデンサ８とを接続する液配管１５内の冷媒状態に応じて、膨張タンク１８の必要容量が異なる点について説明する。
【００２９】
図３は、本発明の実施の形態１の冷凍装置の回路内容積と回路内圧力との関係を表わした線図である。図３の横軸は、膨張タンク１８を除いた低温側循環回路ｂ内の回路内容積である。縦軸は、運転停止中の低温側循環回路ｂ内の圧力である。図３の例は、低温側循環回路ｂにＣＯ２  冷媒を使用し、低温側圧縮機５の称呼出力が約１０馬力程度で、液配管１５及びガス配管１６のそれぞれの長さが７０ｍ、周囲温度が４６℃として計算した例である。
【００３０】
また、低温側蒸発器１２は、ショーケースとして、８尺のショーケースが６台、６尺のショーケースが２台接続されているとして計算している。ショーケースの合計の内容積は約７２リットルである。図３において三角（▲）は、液配管１５の中が液で充満した状態の場合の、低温側循環回路ｂ内の回路内容積と回路内圧力との関係を示している。図３において菱形（◆）は、液配管１５の中の冷媒状態を気液２相状態（特に、乾き度を０．１〜０．２とした状態）とした場合の、低温側循環回路ｂ内の回路内容積と回路内圧力との関係を示している。
【００３１】
図３より、運転停止中の低温側循環回路ｂ内の圧力は、膨張タンク１８を除いた低温側循環回路ｂ内の回路内容積が大きい程、低く抑えることができることがわかる。また、液配管１５内の冷媒状態が液で充満しているよりも気液２相とした場合の方が、必要とする回路内容積が少なくて済むことがわかる。
【００３２】
ここで、低温側圧縮機５、補助コンデンサ６、低温側凝縮器７、受液器９（１０馬力クラスでは約４０リットル）、液配管１５（７０ｍ）、ガス配管１６（７０ｍ）、低温側蒸発器１２（ショーケース８台で約７２リットル）の合計内容積が約１６０リットルであるとする。
【００３３】
周囲温度が４６℃で、低温側循環回路ｂの設計圧力を、冷媒としてＲ４１０Ａを用いた場合と同等の４．１５Ｍｐａに抑えるとすると、液配管１５内が液で充満している場合では、図３より約４００リットルとなる。なお、液配管１５が液冷媒で充満している場合の低温側循環回路ｂの冷媒量は約３０ｋｇとなる。冷凍装置内に上記の４００リットルを保持するには、４００リットルと合計内容積の１６０リットルとの差である、２４０リットルの膨張タンク１８が必要となる。すなわち、外形２７０ｍｍ（肉厚８ｍｍ）で約１５００ｍｍ長さのタンクであれば、３本必要である。しかし、３本のタンクを備えるとなると、冷凍装置自体が大きくなると共に、膨張タンク１８自体のコストもかかってくる。
【００３４】
これに対し、液配管１５内の冷媒状態を気液２相とした場合には、低温側循環回路ｂの設計圧力を４．１５Ｍｐａに抑えるにあたり、必要とする回路内容積は図３より３００リットルに低減できる。よって、膨張タンク１８の容量を、３００リットルと１６０リットルの差である１４０リットルに低減できる。したがって、膨張タンク１８の小型化が可能であり、液配管１５内が液冷媒で充満する場合と比べてコスト低減が可能である。
【００３５】
液配管１５内の冷媒状態が気液２相状態である場合、液配管１５内では、液冷媒とガス冷媒とが相対速度をもって流れている。液配管１５内の冷媒が、乾き度０．１から０．２程度の気液２相状態の場合、液配管１５断面の液相と気相の占める割合はそれぞれ０．５程度になることが知られている。すなわち乾き度０．１から０．２程度の気液２相状態の冷媒が流れる液配管１５内での平均密度は、完全な液状態の半分程度となり、このため気液２相状態の冷媒が流れる液配管１５内の必要冷媒量は液状態の半分程度になる。
【００３６】
この場合、液配管１５の中の冷媒量は半減するため、低温側循環回路ｂ内の冷媒量が約２６ｋｇになる。このように冷媒量が減るため、上述したように低温側循環回路ｂ内の設計圧力を４．１５Ｍｐａに抑える場合の膨張タンク１８の容量を低減できる。
【００３７】
以上より、低温側循環回路ｂの設計圧力を４．１５Ｍｐａに抑えるにあたり、大型化する傾向にある膨張タンク１８の容量を、液配管１５内に流れる冷媒状態を気液２相とすることで、容量低減が可能となる。液配管１５内に流れる冷媒状態を気液２相とするには、低温側第２流量調整弁１４を制御すればよく、低温側第２流量調整弁１４は、低温側圧縮機５が起動している間（起動時や通常運転中）、液配管１５内が気液２相となるように開度調整される。
【００３８】
なお、上記の計算では、周囲温度が４６℃相当まで上がるとして上記膨張タンク１８の容量を算出しているが、通常の外気温度、例えば３２℃程度であれば、更に膨張タンク１８の容量を削減できる。
【００３９】
膨張タンク１８の容量を低減する方法として、更に以下の方法がある。ＣＯ２  冷媒はＨＦＣ冷媒に比べて圧損が少ないため、ガス配管１６の配管径は、ＨＦＣ冷媒を用いる場合より細くできる。例えばＲ４１０Ａで１０馬力相当ではガス配管１６径φ３１．７５ｍｍであるのに対し、ＣＯ２  冷媒では例えばφ１９．０５ｍｍとすることが可能である。しかし、配管内容積を確保するために、ＨＦＣ冷媒並みの配管径（φ１９．０５ｍｍ→φ３１．７５ｍｍ）にすれば、延長配管７０ｍで、内容積が約４０リットル増加する。このため、膨張タンク１８の内容積を更に１４０リットルから１００リットルに低減できる。
【００４０】
ところで、低温側循環回路ｂの設計圧力を上記の４．１５Ｍｐａよりも高くして、例えば８．５Ｍｐａとした場合、プレートフィンチューブ式の低温側蒸発器１２の内部に通す銅配管（ヘアピン）の仕様は、例えばφ９．５２ｍｍ（肉厚０．８ｍｍ）程度になり、高コスト化する。しかし、低温側循環回路ｂの設計圧力を４．１５Ｍｐａに抑えれば、低温側蒸発器１２のヘアピンの仕様はφ９．５２ｍｍ（肉厚０．３５ｍｍ）程度になり、材料費だけでも半分程度になる。
【００４１】
また、低温側循環回路ｂの設計圧力を４．１５Ｍｐａ程度に抑えれば、低温側圧縮機５、補助コンデンサ６、カスケードコンデンサ８、受液器９、液配管１５、ガス配管１６、膨張タンク１８のそれぞれについても、肉厚を薄くすることができる。つまり、低コスト化が可能である。
【００４２】
次に、冷凍装置の長時間停止時の動作について説明する。
低温側圧縮機５が長時間停止（例えば、連休や年末年始等で２〜３日、停止する場合等が該当し、予め設定した期間以上の停止）した場合、上述したように低温側循環回路ｂ内の圧力は次第に上昇する。制御装置５０は、運転停止中も低温側高圧圧力センサ１９及び低温側低圧圧力センサ２０からの検出信号に基づいて低温側循環回路ｂ内の圧力をチェックしており、低温側循環回路ｂ内の圧力が設計圧力（例えば、４．１５Ｍｐａ）よりも低い所定圧力（例えば、４Ｍｐａ）を超えると、タンク用電磁弁１７を開き、低温側循環回路ｂ内の冷媒を膨張タンク１８に回収する。これにより、低温側循環回路ｂ内の圧力が設計圧力を超えるのを防止できる。
【００４３】
ところで、冷凍装置の運転中、低温側圧縮機５の低温側蒸発器１２には霜が発生するため、霜を除去するための霜取りが行われる。霜取りは、低温側蒸発器１２に設けたヒーター（図示せず）により行われ、この霜取りの間、低温側圧縮機５は停止する。よって、霜取りの間も低温側循環回路ｂ内の圧力は次第に上昇する。
【００４４】
なお、低温側圧縮機５が停止するタイミングは、上記の霜取りの間の他、ショーケース内の温度が設定温度よりも所定値低下してサーモオフされる場合等がある。このように、低温側圧縮機５が停止されるタイミングは様々であり、その停止期間も様々である。つまり、霜取り中や数日の間、運転が停止される長時間の場合もあれば、サーモオフの間の短時間の場合もある。
【００４５】
停止期間が短時間であれば、その間、低温側圧縮機５が停止しても低温側循環回路ｂ内の圧力はそれほど上昇しない。しかし、停止期間が長時間であれば、膨張タンク１８を低温側循環回路ｂに連通させることで上述したように低温側循環回路ｂ内の圧力が設計圧力を超えないものの、設計圧力に近い圧力まで上昇している可能性がある。このように運転停止後の低温側圧縮機５の起動時における、低温側循環回路ｂ内の圧力は、サーモオフ後の起動なのか、長時間停止後の起動なのかに応じて異なってくる。
【００４６】
次に、これらの低温側圧縮機停止からの起動時の低温側循環回路ｂの冷媒状態について説明する。
長時間停止後の起動時は、上述したように、設計圧力に近い圧力まで上昇している可能性がある。上記の特許文献１では、この状態で低温側圧縮機５を起動すると、設計圧力を超えることに配慮し、まず高温側圧縮機１を起動し、所定時間経過してから低温側圧縮機５を起動するようにしている。したがって、長時間停止後の起動時に、低温側圧縮機５と高温側圧縮機１との両方を同時に起動する場合に比べて、プルダウン速度（運転停止中に温度上昇したショーケース内の温度を設定温度までに下げる低下速度）が遅くなる。
【００４７】
しかし、本実施の形態１では、長時間停止からの起動時に、低温側圧縮機５と高温側圧縮機１との両方を同時に起動でき、プルダウン速度の向上が可能となっている。以下、この点について説明する。
【００４８】
（長時間停止後の起動）
図４は、本発明の実施の形態１に係る冷凍装置における低温側圧縮機５の長時間停止からの起動時の動作を示すフローチャートである。以下、図４を参照して冷凍装置の低温側圧縮機５の長時間停止からの起動時の動作を説明する。
長時間停止からの起動の際、まず、制御装置５０は、低温側圧縮機５と高温側圧縮機１との両方を起動する（Ｓ１）。そして、制御装置５０は、低温側高圧圧力センサ１９又は低温側低圧圧力センサ２０の検出圧力が許容圧力以下の所定圧力（ここでは４Ｍｐａ）を超えるかどうかをチェックする（Ｓ２）。制御装置５０は、検出圧力が所定圧力を超えると判断した場合、タンク用電磁弁１７を開く（Ｓ３）。これにより、膨張タンク１８内の冷媒が低温側循環回路ｂ内に回収される。そして、所定時間が経過すると（Ｓ４）、タンク用電磁弁１７を閉じて（Ｓ５）、起動時の動作を終了する。その後は、ショーケース内を設定温度に維持する通常運転が行われる。
【００４９】
なお、ステップＳ４における所定時間は、ショーケース内の温度を通常運転における設定温度にするための目標蒸発温度に達するまでに要する時間（例えば、２〜３分）が設定される。なお、ステップＳ４の判断の指標を、所定時間に代えて低温側低圧圧力センサ２０により検出された低圧圧力としてもよい。要は、低温側蒸発器１２の蒸発温度を目標蒸発温度にするために必要な冷媒量、膨張タンク１８内から回収することができることを判断できる指標であればよい。
【００５０】
指標を低圧圧力とした場合は、低温側低圧圧力センサ２０により検出された低圧圧力が、目標蒸発温度に対応する目標圧力に低下したかを判断し、目標圧力に到達したら、タンク用電磁弁１７を閉じるようにすればよい。以上のように制御するため、長時間停止後の起動時に低温側圧縮機５と高温側圧縮機１との両方を同時に起動しても、低温側循環回路ｂ内の圧力が設計圧力を超えることがない。
【００５１】
一方、制御装置５０は、ステップＳ２で検出圧力が所定圧力を超えないと判断した場合、タンク用電磁弁１７を閉じ（Ｓ５）、起動時の動作を終了する。その後は、ショーケース内を設定温度に維持する通常運転が行われる。
【００５２】
（サーモオフ後の起動（サーモオン））
図５は、本発明の実施の形態１に係る冷凍装置における低温側圧縮機５のサーモオフ後の起動時の動作を示すフローチャートである。以下、図５を参照してサーモオフ後の起動時の動作を説明する。なお、サーモオフ中、タンク用電磁弁１７は閉じられているものとする。
サーモオフ後の起動、つまりサーモオンの際、まず、制御装置５０は、低温側圧縮機５と高温側圧縮機１との両方を起動する（Ｓ１１）。サーモオフにより低温側圧縮機５が停止している期間は、数分程度の短い期間であるため、その間の低温側循環回路ｂの圧力上昇は僅かであり、設計圧力よりも十分低い状態にある。
【００５３】
ところで、サーモオフの間は低温側圧縮機５の運転が停止しているため、ショーケース内の温度は次第に上昇する。この場合、低温側蒸発器１２における蒸発温度を下げて冷却能力を高め、ショーケース内の温度を設定温度まで下げる必要がある。
【００５４】
そこで、制御装置５０は、タンク用電磁弁１７を開き（Ｓ１２）、膨張タンク１８内の冷媒を低温側循環回路ｂ内に回収して、低温側循環回路ｂの蒸発温度を下げる。そして、所定時間が経過すると（Ｓ１３）、タンク用電磁弁１７を閉じ（Ｓ１４）、起動時の動作を終了する。その後は、ショーケース内を設定温度に維持する通常運転が行われる。なお、ステップＳ１３における所定時間は、蒸発温度を目標蒸発温度にするために要する時間（例えば、２〜３分）が設定される。なお、ステップＳ１３の判断の指標を、所定時間に代えて低温側低圧圧力センサ２０により検出された低圧圧力としてもよい。要は、低温側蒸発器１２の蒸発温度を目標蒸発温度にするために必要な冷媒量、膨張タンク１８内から回収することができることを判断できる指標であればよい。
【００５５】
指標を低圧圧力とした場合は、低温側低圧圧力センサ２０により検出された低圧圧力が、目標蒸発温度に対応する目標圧力に低下したかを判断し、目標圧力に到達したら、タンク用電磁弁１７を閉じるようにすればよい。
【００５６】
なお、万一停電して、長時間停止した場合も考えて、タンク用電磁弁１７は通電閉となるものを選定するとよい。これにより、停電時にはタンク用電磁弁１７が開かれた状態となるため、低温側循環回路ｂ内の圧力が上昇した際に、低温側循環回路ｂ内の冷媒を膨張タンク１８に回収でき、低温側循環回路ｂ内の圧力が設計圧力を超えるのを防止することができる。停電復帰後の再起動時は、タンク用電磁弁１７を所定時間（例えば、２〜３分）開いて、 冷媒を低温側循環回路ｂ内に回収してから、タンク用電磁弁１７を閉じる。
【００５７】
以上説明したように、本実施の形態１によれば、膨張タンク１８を設けると共に、タンク用電磁弁１７を設けて液配管１５内の冷媒状態が気液２相になるようにしたことで、以下の効果が得られる。すなわち、低温側循環回路ｂの作動冷媒として例えばＣＯ２  等の低ＧＷＰでＨＦＣ冷媒よりも設計圧力を高くする必要のある冷媒を用いてなお、設計圧力をＨＦＣ冷媒を用いる場合と同等の例えば、４．１５Ｍｐａ程度に低く抑えるにあたり、通常大型化が必要となる膨張タンク１８の容量低減を図ることができる。これにより、ＣＯ２  冷媒を用いながらも、設計圧力を低く抑えることができる冷凍装置を低コストで構成でき、設計圧力の抑制とコスト低減との両立を図ることができる。
【００５８】
また、低温側循環回路ｂの構成部品等を、汎用性のあるＨＦＣ冷媒で使用の材料を使って構成できるので、地球温暖化に対応可能なＣＯ２  冷媒を使って、ＨＦＣ冷媒機種からのコストアップを大幅に抑えることができる。なお、低温側循環回路ｂの構成部品等とは、低温側圧縮機５、補助コンデンサ６、カスケードコンデンサ８、受液器９、低温側蒸発器１２（ショーケース、ユニットクーラ）、現地接続の液配管１５、ガス配管１６及び膨張タンク１８が該当する。
【００５９】
また、膨張タンク１８を、受液器９の３倍程度の大きさにでき、据付性も向上できる。
【００６０】
ガス配管１６の配管径をＨＦＣ冷媒並みの配管径とすれば、更に膨張タンク１８の容量を受液器９の２倍程度の容量までに低減できる。
【００６１】
また、低温側圧縮機５の起動時（長時間停止後の起動時）に、低温側循環回路ｂの圧力が設計圧力よりも低い所定圧力を超える場合、タンク用電磁弁１７を開き、低温側循環回路ｂ内の冷媒が膨張タンク１８に回収されるようにした。このため、低温側循環回路ｂの起動時に、低温側循環回路ｂの圧力上昇を抑えるために、高温側循環回路ａの高温側圧縮機１を先に運転する必要が無く、無駄な運転を無くすことができる。
【００６２】
また、低温側圧縮機５の起動時に低温側循環回路ｂ内の圧力が設計圧力を超えないようにするために、高温側圧縮機１を先に起動してから低温側圧縮機５を遅れて起動させる制御が不要で、高温側圧縮機１と低温側圧縮機５を同時に起動できる。よって、プルダウン速度を速くすることができる。
【００６３】
また、タンク用電磁弁１７を通電閉となるものとしたため、万一の停電時の対応（低温側循環回路ｂの圧力上昇防止）も可能となる。
【００６４】
また、従来一般に、低温側圧縮機５の長時間停止時に低温側循環回路ｂの圧力が設計圧力を超える場合、上述したように安全弁を開放して、低温側循環回路ｂ内の冷媒を外部に放出するようにしている。この場合、冷媒を補充する必要があるなどの不都合を生じる。しかし、本実施の形態では、長時間停止しても低温側循環回路ｂの圧力が設計圧力を超えないため、この不都合を解消できる。
【００６５】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、２元冷凍サイクルを行う冷凍装置について説明したが、実施の形態２では、二段式圧縮機３１を用いた冷凍装置について説明する。
【００６６】
二段式圧縮機３１を用いた冷凍装置においても、実施の形態１と同様、液配管４１内の冷媒状態を気液２相にすることで後述の循環回路ｃの冷媒量を削減して、膨張タンク４４の容量を低減できる。
【００６７】
図６は、本発明の実施の形態２に係る冷凍装置の構成を示す図である。
冷凍装置は、低段側圧縮機３１ａ及び高段側圧縮機３１ｂを備えた二段式圧縮機３１と、ガスクーラー３２と、中間冷却器３３と、冷却ユニット３７とを冷媒配管で順次、接続した循環回路ｃを備えている。本発明の熱源回路は、二段式圧縮機３１とガスクーラー３２と中間冷却器３３とを備えて構成される。
【００６８】
冷却ユニット３７は、液電磁弁３４と、第１流量調整弁３５と、蒸発器３６とを直列に接続して構成され、例えば、ショーケースやユニットクーラに用いられる。冷却ユニット３７は、循環回路ｃのその他の冷媒回路部分と液配管４１及びガス配管４２により接続されている。液配管４１及びガス配管４２は、冷却ユニット３７を設置する現地にて長さが調整される。
【００６９】
また、循環回路ｃには、液配管４１の冷媒状態を調整する第２流量調整弁４０が設けられている。第２流量調整弁４０は例えば電子式膨張弁で構成される。
【００７０】
また、循環回路ｃにおいて、低段側圧縮機３１ａの吸入側には通電閉となるタンク用電磁弁４３を介して膨張タンク４４が接続されている。膨張タンク４４は、運転停止時の循環回路ｃの圧力上昇を抑えるためのタンクであり、循環回路ｃの冷媒が完全にガス化しても、その圧力が設計圧力（許容圧力）を超えないようにするためのものである。
【００７１】
また、冷凍装置は、ガスクーラー３２と中間冷却器３３との間から分岐した冷媒を中間冷却器３３に流入させる分岐管４５と、分岐管４５に設けられた中間冷却用流量調整弁４６とを備えている。また、低段側圧縮機３１ａの吐出側と高段側圧縮機３１ｂの吸入側を中間冷却器３３に接続する接続回路４７を備えている。中間冷却器３３では中間冷却用流量調整弁４６で減圧された冷媒と低段側圧縮機３１ａから吐出した冷媒を熱交換すると共に、この両冷媒とガスクーラー３２から流出して中間冷却用流量調整弁４６を介さずに直接流入した冷媒とを熱交換する。
【００７２】
本実施の形態２では、冷凍装置に用いられる冷媒として、例えばＣＯ２ 冷媒を想定している。
【００７３】
また、低段側圧縮機３１ａの吐出側には高圧圧力センサ４８が設置され、低段側圧縮機３１ａの吸入側には低圧圧力センサ４９が設置されている。
【００７４】
冷凍装置には更に、冷凍装置全体を制御する制御装置６０が設けられている。制御装置６０はマイクロコンピュータで構成され、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を備えている。制御装置６０は、高圧圧力センサ４８及び低圧圧力センサ４９からの検出信号が入力され、その検出信号に基づいてタンク用電磁弁４３を制御したり、図示しない他の各種センサからの出力に基づいて、二段式圧縮機３１、液電磁弁３４、第１流量調整弁３５、中間冷却用流量調整弁４６等を制御する。
【００７５】
図７は、図６の冷凍装置の動作を示した圧力―エンタルピ線図である。図７におけるＦ〜Ｎは、図６のＦ〜Ｎに示す各配管位置における冷媒状態を示している。以下、冷凍装置の動作について図６及び図７を参照して説明する。
二段式圧縮機３１の高段側圧縮機３１ｂから吐出された高温高圧の吐出ガス（Ｆ点）は、ガスクーラー３２で冷却されて若干過冷却された状態（Ｇ点）となる。そして、その過冷却された冷媒は分岐され、分岐された冷媒のうち大部分の冷媒（主冷媒）は、分岐管４５に設けた中間冷却用流量調整弁４６にて中間圧力（Ｍ点）まで減圧された残りの冷媒（中間冷却器用冷媒）と中間冷却器３３にて熱交換し、更に過冷却を増した状態（Ｈ点）となる。そして、中間冷却器３３にて冷却された主冷媒は、第２流量調整弁４０で減圧され、気液２相冷媒（Ｉ点）となって液配管４１を介して冷却ユニット３７に流入する。
【００７６】
冷却ユニット３７に流入した冷媒は、開放された液電磁弁３４を通り、第１流量調整弁３５にて更に減圧され（Ｊ点）、その後、蒸発器３６に流入する。蒸発器３６に流入した冷媒は、ショーケース内の空気と熱交換してショーケース内を冷却し、ここで再び低圧ガス状態（Ｋ点）となる。そして、低圧ガス状態の冷媒は、ガス配管４２を経由して二段式圧縮機３１の低段側圧縮機３１ａに吸入され、中間圧力（Ｌ）まで圧縮される。低段側圧縮機３１ａより中間圧力まで圧縮された冷媒は中間冷却器３３に流入する。
【００７７】
中間冷却器３３には上述したように、低段側圧縮機３１ａから吐出された冷媒の他、中間圧力（Ｍ点）まで減圧された中間冷却器用冷媒が流れ込む。この中間冷却器用冷媒の蒸発によって、低段側圧縮機３１ａから吐出されて中間冷却器３３に流入した過熱蒸気の過熱を除去すると同時に、第１流量調整弁３５に向かう高圧の主冷媒の過冷却度を大きくする。
【００７８】
中間冷却器３３は冷媒液と蒸気とが共存する状態にあるが、低段側圧縮機３１ａから中間冷却器３３に流入した冷媒は、冷却されて乾き飽和蒸気に近い蒸気となって高段側圧縮機３１ｂに吸い込まれて圧縮され（Ｆ点）、吐出される。
【００７９】
以下、長時間停止後の起動時の動作と、サーモオフ後の起動時の動作について説明する。これらの起動時のタンク用電磁弁４３の制御は実施の形態１と基本的に同様である。
【００８０】
（長時間停止後の起動）
図８は、本発明の実施の形態２に係る冷凍装置における二段式圧縮機の長時間停止からの起動時の動作を示すフローチャートである。以下、図８を参照して冷凍装置の二段式圧縮機３１の長時間停止からの起動時のタンク用電磁弁４３の動作を説明する。
長時間停止後の起動の際、まず、制御装置６０は二段式圧縮機３１を起動する（Ｓ２１）。そして、制御装置６０は、高圧圧力センサ４８又は低圧圧力センサ４９の検出圧力が許容圧力以下の所定圧力（ここでは４Ｍｐａ）を超えるかどうかをチェックする（Ｓ２２）。制御装置６０は、検出圧力が所定圧力を超えると判断した場合、タンク用電磁弁４３を開く（Ｓ２３）。これにより、膨張タンク４４内の冷媒が循環回路ｃ内に回収される。そして、所定時間が経過すると（Ｓ２４）、タンク用電磁弁４３を閉じて（Ｓ２５）、起動時の動作を終了する。その後は、ショーケース内を設定温度に維持する通常運転が行われる。
【００８１】
なお、ステップＳ２４における所定時間は、蒸発温度が、ショーケース内の温度を通常運転における設定温度にするための目標蒸発温度に達するまでに要する時間（例えば、２〜３分）が設定される。なお、ステップＳ２４の判断の指標を、所定時間に代えて低圧圧力センサ４９により検出された低圧圧力としてもよい。この場合、低圧圧力が、目標蒸発温度に対応する目標圧力に低下したかを判断し、目標圧力に到達したら、タンク用電磁弁４３を閉じるようにすればよい。
【００８２】
一方、制御装置６０は、検出圧力が所定圧力を超えないと判断した場合、タンク用電磁弁４３を閉じ（Ｓ２５）、起動時の動作を終了する。その後は、ショーケース内を設定温度に維持する通常運転が行われる。
【００８３】
（サーモオフ後の起動（サーモオン））
図９は、本発明の実施の形態２に係る冷凍装置における二段式圧縮機のサーモオフ後の起動時の動作を示すフローチャートである。以下、図９を参照してサーモオフ後の起動時の動作を説明する。なお、サーモオフ中、タンク用電磁弁４３は閉じられているものとする。
サーモオフからの起動、つまりサーモオンの際、まず、制御装置６０は、二段式圧縮機３１を起動する（Ｓ３１）。サーモオフにより二段式圧縮機３１が停止している期間は、数十分程度の短い期間であるため、その間の循環回路ｃの圧力上昇は僅かであり、設計圧力よりも十分低い状態にある。
【００８４】
ところで、サーモオフの間、ショーケース内の温度は次第に上昇する。この場合、蒸発器３６における蒸発温度を下げて冷却能力を高め、ショーケース内の温度を設定温度まで下げる必要がある。
【００８５】
そこで、制御装置６０は、タンク用電磁弁４３を開き（Ｓ３２）、膨張タンク４４内の冷媒を循環回路ｃ内に回収して、循環回路ｃの蒸発温度を下げる。そして、所定時間が経過すると（Ｓ３３）、タンク用電磁弁４３を閉じ（Ｓ３４）、起動時の動作を終了する。その後は、ショーケース内を設定温度に維持する通常運転が行われる。なお、ステップＳ３３における所定時間は、蒸発温度を目標蒸発温度にするために要する時間（例えば、２〜３分）が設定される。なお、ステップＳ３３の判断の指標を、所定時間に代えて低圧圧力センサ４９により検出された低圧圧力としてもよい。この場合、低圧圧力が、目標蒸発温度に対応する目標圧力に低下したかを判断し、目標圧力に到達したら、タンク用電磁弁４３を閉じるようにすればよい。
【００８６】
なお、万一停電して、長時間停止した場合も考えて、タンク用電磁弁４３は通電閉となるものを選定するとよい。これにより、停電時にはタンク用電磁弁４３が開かれた状態となるため、循環回路ｃ内の圧力が上昇した際に、循環回路ｃ内の冷媒を膨張タンク４４に回収でき、循環回路ｃ内の圧力が設計圧力を超えるのを防止することができる。停電復帰後の再起動時は、タンク用電磁弁４３を所定時間（例えば、２〜３分）開いて、冷媒を循環回路ｃ内に回収してから、タンク用電磁弁４３を閉じる。
【００８７】
以上説明したように、本実施の形態２によれば、二段式圧縮機３１を備えた冷凍装置においてＣＯ２  冷媒を用いる場合も、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００８８】
１  高温側圧縮機、２  高温側凝縮器、４  高温側蒸発器、５  低温側圧縮機、６  補助コンデンサ、７  低温側凝縮器、８  カスケードコンデンサ、９  受液器、１０  液電磁弁、１１  第１流量調整弁、１２  低温側蒸発器、１３  冷却ユニット、１４  低温側第２流量調整弁、１５  液配管、１６  ガス配管、１７  タンク用電磁弁、１８  膨張タンク、１９  低温側高圧圧力センサ、２０  低温側低圧圧力センサ、３１  二段式圧縮機、３１ａ  低段側圧縮機、３１ｂ  高段側圧縮機、３２  ガスクーラー、３３  中間冷却器、３４  液電磁弁、３５  第１流量調整弁、３６  蒸発器、３７  冷却ユニット、４０  第２流量調整弁、４１  液配管、４２  ガス配管、４３  タンク用電磁弁、４４  膨張タンク、４５  分岐管、４６  中間冷却用流量調整弁、４７  接続回路、４８  高圧圧力センサ、４９  低圧圧力センサ、５０  制御装置、６０  制御装置、ａ  高温側循環回路、ｂ  低温側循環回路、ｃ  循環回路。
【図１】
2014030198.tif 000003
【図２】
2014030198.tif 000004
【図３】
2014030198.tif 000005
【図４】
2014030198.tif 000006
【図５】
2014030198.tif 000007
【図６】
2014030198.tif 000008
【図７】
2014030198.tif 000009
【図８】
2014030198.tif 000010
【図９】
2014030198.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月7日(2014.11.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２６７４４１号公報
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
次に、これらの低温側圧縮機停止からの起動時の低温側循環回路ｂの冷媒状態について説明する。
長時間停止後の起動時は、上述したように、設計圧力に近い圧力まで上昇している可能性がある。特開２００４−１９０９１７号公報では、この状態で低温側圧縮機５を起動すると、設計圧力を超えることに配慮し、まず高温側圧縮機１を起動し、所定時間経過してから低温側圧縮機５を起動するようにしている。したがって、長時間停止後の起動時に、低温側圧縮機５と高温側圧縮機１との両方を同時に起動する場合に比べて、プルダウン速度（運転停止中に温度上昇したショーケース内の温度を設定温度までに下げる低下速度）が遅くなる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
また、低温側圧縮機５の起動時（長時間停止後の起動時）に、低温側循環回路ｂの圧力が設計圧力よりも低い所定圧力を超える場合、タンク用電磁弁１７を開き、膨張タンク１８内の冷媒が低温側循環回路ｂに回収されるようにした。このため、低温側循環回路ｂの起動時に、低温側循環回路ｂの圧力上昇を抑えるために、高温側循環回路ａの高温側圧縮機１を先に運転する必要が無く、無駄な運転を無くすことができる。
【手続補正書】
【提出日】平成27年8月6日(2015.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明に係る冷凍装置は、高温側圧縮機と、高温側凝縮器と、高温側膨張弁と、カスケード熱交換器の高温側蒸発器とを有し、高温側冷媒が循環する高温側循環回路と、低温側圧縮機、カスケード熱交換器の低温側凝縮器及び受液器を有する低温側熱源回路と、第１流量調整弁及び低温側蒸発器が直列に接続されて構成された冷却ユニットとを、低温側熱源回路から冷却ユニットへ冷媒を流す液配管と冷却ユニットから低温側熱源回路に冷媒を流すガス配管とで連結して構成され、低温側冷媒が循環する低温側循環回路と、受液器の出口に設けられ、受液器を通過後の冷媒を減圧して気液２相として液配管に流すための第２流量調整弁と、低温側循環回路において低温側圧縮機の吸入側に、タンク用電磁弁を介して接続され、運転停止中の低温側循環回路内の圧力上昇を抑えるための膨張タンクと、低温側圧縮機の吐出側の圧力を検出する低温側高圧圧力センサと、低温側圧縮機の吸入側の圧力を検出する低温側低圧圧力センサと、低温側高圧圧力センサ又は低温側低圧圧力センサにより検出された検出圧力に基づきタンク用電磁弁の開閉制御を行う制御装置とを備え、制御装置は、運転停止中に検出圧力が低温側循環回路の設計圧力よりも低い所定圧力を超えると、タンク用電磁弁を開いて低温側循環回路内の冷媒が膨張タンクに流れるようにし、冷凍装置の起動時に低温側圧縮機と高温側圧縮機との両方を起動すると共に、その起動前の停止期間が予め設定した期間以上の場合、検出圧力が所定圧力を超えるか否かをチェックし、超える場合、タンク用電磁弁を開き、低温側蒸発器の蒸発温度を目標蒸発温度にするために必要な冷媒量、膨張タンク内の冷媒を低温側循環回路に回収してからタンク用電磁弁を閉じ、検出圧力が所定圧力を超えない場合、タンク用電磁弁を閉じるものである。
【手続補正２】
【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】
高温側圧縮機と、高温側凝縮器と、高温側膨張弁と、カスケード熱交換器の高温側蒸発器とを有し、高温側冷媒が循環する高温側循環回路と、
低温側圧縮機、前記カスケード熱交換器の低温側凝縮器及び受液器を有する低温側熱源回路と、第１流量調整弁及び低温側蒸発器が直列に接続されて構成された冷却ユニットとを、前記低温側熱源回路から前記冷却ユニットへ冷媒を流す液配管と前記冷却ユニットから前記低温側熱源回路に冷媒を流すガス配管とで連結して構成され、低温側冷媒が循環する低温側循環回路と、
前記受液器の出口に設けられ、前記受液器を通過後の冷媒を減圧して気液２相として前記液配管に流すための第２流量調整弁と、
前記低温側循環回路において前記低温側圧縮機の吸入側に、タンク用電磁弁を介して接続され、運転停止中の前記低温側循環回路内の圧力上昇を抑えるための膨張タンクと、
前記低温側圧縮機の吐出側の圧力を検出する低温側高圧圧力センサと、
前記低温側圧縮機の吸入側の圧力を検出する低温側低圧圧力センサと、
前記低温側高圧圧力センサ又は前記低温側低圧圧力センサにより検出された検出圧力に基づき前記タンク用電磁弁の開閉制御を行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、
運転停止中に前記検出圧力が前記低温側循環回路の設計圧力よりも低い所定圧力を超えると、前記タンク用電磁弁を開いて前記低温側循環回路内の冷媒が前記膨張タンクに流れるようにし、
冷凍装置の起動時に前記低温側圧縮機と前記高温側圧縮機との両方を起動すると共に、その起動前の停止期間が予め設定した期間以上の場合、前記検出圧力が前記所定圧力を超えるか否かをチェックし、超える場合、前記タンク用電磁弁を開き、前記低温側蒸発器の蒸発温度を目標蒸発温度にするために必要な冷媒量、前記膨張タンク内の冷媒を前記低温側循環回路に回収してから前記タンク用電磁弁を閉じ、前記検出圧力が前記所定圧力を超えない場合、前記タンク用電磁弁を閉じることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
高温側圧縮機と、高温側凝縮器と、高温側膨張弁と、カスケード熱交換器の高温側蒸発器とを有し、高温側冷媒が循環する高温側循環回路と、
低温側圧縮機、前記カスケード熱交換器の低温側凝縮器及び受液器を有する低温側熱源回路と、第１流量調整弁及び低温側蒸発器が直列に接続されて構成された冷却ユニットとを、前記低温側熱源回路から前記冷却ユニットへ冷媒を流す液配管と前記冷却ユニットから前記低温側熱源回路に冷媒を流すガス配管とで連結して構成され、低温側冷媒が循環する低温側循環回路と、
前記受液器の出口に設けられ、前記受液器を通過後の冷媒を減圧して気液２相として前記液配管に流すための第２流量調整弁と、
前記低温側循環回路において前記低温側圧縮機の吸入側に、タンク用電磁弁を介して接続され、運転停止中の前記低温側循環回路内の圧力上昇を抑えるための膨張タンクと、
前記低温側圧縮機の吐出側の圧力を検出する低温側高圧圧力センサと、
前記低温側圧縮機の吸入側の圧力を検出する低温側低圧圧力センサと、
前記低温側高圧圧力センサ又は前記低温側低圧圧力センサにより検出された検出圧力に基づき前記タンク用電磁弁の開閉制御を行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、
運転停止中に前記検出圧力が前記低温側循環回路の設計圧力よりも低い所定圧力を超えると、前記タンク用電磁弁を開いて前記低温側循環回路内の冷媒が前記膨張タンクに流れるようにし、
冷凍装置の起動時に前記低温側圧縮機及び前記高温側圧縮機の両方を起動すると共に、その起動が、サーモオフからの起動の場合、前記タンク用電磁弁を開き、前記低温側蒸発器の蒸発温度を目標蒸発温度にするために必要な冷媒量、前記膨張タンク内の冷媒を前記低温側循環回路に回収してから前記タンク用電磁弁を閉じることを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
高温側圧縮機と、高温側凝縮器と、高温側膨張弁と、カスケード熱交換器の高温側蒸発器とを有し、高温側冷媒が循環する高温側循環回路と、
低温側圧縮機、前記カスケード熱交換器の低温側凝縮器及び受液器を有する低温側熱源回路と、第１流量調整弁及び低温側蒸発器が直列に接続されて構成された冷却ユニットとを、前記低温側熱源回路から前記冷却ユニットへ冷媒を流す液配管と前記冷却ユニットから前記低温側熱源回路に冷媒を流すガス配管とで連結して構成され、低温側冷媒が循環する低温側循環回路と、
前記受液器の出口に設けられ、前記受液器を通過後の冷媒を減圧して気液２相として前記液配管に流すための第２流量調整弁と、
前記低温側循環回路において前記低温側圧縮機の吸入側に、タンク用電磁弁を介して接続され、運転停止中の前記低温側循環回路内の圧力上昇を抑えるための膨張タンクと、
前記低温側冷媒にＣＯ２冷媒を使用し、前記低温側循環回路の前記ガス配管の径を、前記低温側循環回路にＨＦＣ冷媒を使用する場合の圧損を考慮して設定される径と同等としたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
前記タンク用電磁弁は、通電時に閉となる電磁弁であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記低温側冷媒をＣＯ２冷媒としたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の冷凍装置。
【請求項６】
低段側圧縮機及び高段側圧縮機を有する二段式圧縮機、ガスクーラー及び中間冷却器を有する熱源回路と、第１流量調整弁及び蒸発器が直列に接続されて構成された冷却ユニットとを、前記熱源回路から前記冷却ユニットに冷媒を流す液配管と前記冷却ユニットから前記熱源回路に冷媒を流すガス管とで連結して構成され、ＣＯ２冷媒が循環する循環回路と、
前記ガスクーラーと前記中間冷却器との間から分岐した冷媒を前記中間冷却器に流入させる分岐管と、
前記分岐管に設けられた中間冷却用流量調整弁と、
前記低段側圧縮機の吐出側と前記高段側圧縮機の吸入側とを前記中間冷却器に接続する接続回路と、
前記循環回路において前記中間冷却器を通過後の冷媒を減圧して気液２相として前記液配管に流すための第２流量調整弁と、
前記循環回路において前記低段側圧縮機の吸入側に、タンク用電磁弁を介して接続され、運転停止中の前記循環回路内の圧力上昇を抑えるための膨張タンクと
を備えたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項７】
前記低段側圧縮機の吐出側の圧力を検出する高圧圧力センサと、
前記低段側圧縮機の吸入側の圧力を検出する低圧圧力センサと、
前記高圧圧力センサ又は前記低圧圧力センサにより検出された検出圧力に基づき前記タンク用電磁弁の開閉制御を行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、
運転停止中に前記検出圧力が前記循環回路の設計圧力よりも低い所定圧力を超えると、前記タンク用電磁弁を開いて前記循環回路内の冷媒が前記膨張タンクに流れるようにし、
冷凍装置の起動時に前記二段式圧縮機を起動すると共に、その起動前の停止期間が予め設定した期間以上の場合、前記検出圧力が前記所定圧力を超えるか否かをチェックし、超える場合、前記タンク用電磁弁を開き、前記蒸発器の蒸発温度を目標蒸発温度にするために必要な冷媒量、前記膨張タンク内の冷媒を前記循環回路に回収してから前記タンク用電磁弁を閉じ、前記検出圧力が前記所定圧力を超えない場合、前記タンク用電磁弁を閉じることを特徴とする請求項６記載の冷凍装置。
【請求項８】
前記低段側圧縮機の吐出側の圧力を検出する高圧圧力センサと、
前記低段側圧縮機の吸入側の圧力を検出する低圧圧力センサと、
前記高圧圧力センサ又は前記低圧圧力センサにより検出された検出圧力に基づき前記タンク用電磁弁の開閉制御を行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、
運転停止中に前記検出圧力が前記循環回路の設計圧力よりも低い所定圧力を超えると、前記タンク用電磁弁を開いて前記循環回路内の冷媒が前記膨張タンクに流れるようにし、
冷凍装置の起動時に前記二段式圧縮機を起動すると共に、その起動が、サーモオフからの起動の場合、前記タンク用電磁弁を開き、前記蒸発器の蒸発温度を目標蒸発温度にするために必要な冷媒量、前記膨張タンク内の冷媒を前記循環回路に回収してから前記タンク用電磁弁を閉じることを特徴とする請求項６記載の冷凍装置。
【請求項９】
前記タンク用電磁弁は、通電時に閉となる電磁弁であることを特徴とする請求項６乃至請求項８の何れか一項に記載の冷凍装置。
【手続補正書】
【提出日】平成27年10月13日(2015.10.13)
【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】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
高温側圧縮機と、高温側凝縮器と、高温側膨張弁と、カスケード熱交換器の高温側蒸発器とを有し、高温側冷媒が循環する高温側循環回路と、
低温側圧縮機、前記カスケード熱交換器の低温側凝縮器及び受液器を有する低温側熱源回路と、第１流量調整弁及び低温側蒸発器が直列に接続されて構成された冷却ユニットとを、前記低温側熱源回路から前記冷却ユニットへ冷媒を流す液配管と前記冷却ユニットから前記低温側熱源回路に冷媒を流すガス配管とで連結して構成され、低温側冷媒が循環する低温側循環回路と、
前記受液器の出口に設けられ、前記受液器を通過後の冷媒を減圧して気液２相として前記液配管に流すための第２流量調整弁と、
前記低温側循環回路において前記低温側圧縮機の吸入側に、タンク用電磁弁を介して接続され、運転停止中の前記低温側循環回路内の圧力上昇を抑えるための膨張タンクとを備え、
前記低温側冷媒にＣＯ２冷媒を使用し、前記低温側循環回路の前記ガス配管の径を、前記低温側循環回路にＨＦＣ冷媒を使用する場合の圧損を考慮して設定される径と同等としたことを特徴とする冷凍装置。
【国際調査報告】
2014030198.tif 000012
2014030198.tif 000013
2014030198.tif 000014
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