(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二段圧縮機と、前記二段圧縮機の一段目の冷媒吐出部に入口が接続され、前記二段圧縮機の二段目の冷媒吸込部に出口が接続されたインタークーラと、前記二段圧縮機の二段目の冷媒吐出部に入口が接続されるガスクーラと、前記ガスクーラの出口に接続され、前記ガスクーラを経て流入する冷媒を、前記ガスクーラを経た後に、膨張弁を介して減圧させた冷媒により過冷却させる中間熱交換器とを備えた冷凍装置において、
前記中間熱交換器の過冷却度の目標値に基づいて、前記膨張弁の弁開度を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、
前記吐出冷媒温度ＤＴが所定値ＤＴ０より高い場合、前記吐出冷媒温度ＤＴが前記二段圧縮機が適正な運転を実現可能とする限界温度に達しないように前記膨張弁の弁開度を増大させる第１制御量を演算し、
前記冷凍装置の高圧側圧力ＨＰと低圧側圧力ＬＰから適正中間圧力を求め、実際に前記二段圧縮機の中間圧力ＭＰが前記適正中間圧力より低い場合、前記中間圧力ＭＰが前記適正中間圧力になるように前記膨張弁の開度を増大させる第２制御量を演算し、
前記ガスクーラを経た冷媒の冷媒温度ＧＣＴと中間熱交換器を経た冷媒温度ＬＴとの差ＧＣＴ−ＬＴが所定値ＳＰより小さい場合、前記所定値ＳＰになるように前記膨張弁の開度を増大させる第３制御量を演算し、
前記過冷却度を予め規定した目標値にすべく、前記第１の制御量と前記第２の制御量と前記第３の制御量とを合算し、前記膨張弁の開度を増大させる制御量を決定し、
前記制御手段により前記膨張弁の弁開度を増大させる制御を所定時間実行しても、前記過冷却度が目標値に接近しないとき、冷媒不足と判定する判定手段を備えたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記制御手段により前記膨張弁の弁開度が予め規定した判定弁開度に開かれ、この判定弁開度での制御が所定時間実行されても、前記過冷却度が目標値に接近しないとき、冷媒不足と判定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】
前記判定手段が冷媒不足と判定したとき、冷媒不足を発報する発報手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記中間熱交換器は、前記ガスクーラを経て流入される冷媒と、前記中間熱交換器を経た後に、膨張弁により減圧された冷媒との間で熱交換させるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいず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、ガスクーラの出口に接続され、ガスクーラを経て流入する冷媒を、ガスクーラを経た後に、膨張弁を介して減圧させた冷媒により過冷却させる中間熱交換器を冷媒回路に含む冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、二段圧縮機と、二段圧縮機の一段目から吐出される冷媒を冷やすインタークーラと、二段圧縮機の二段目から吐出される冷媒を冷やすガスクーラと、ガスクーラの出口に接続され、前記ガスクーラを経て流入する冷媒を、前記ガスクーラを経た後に、膨張弁を介して減圧させた冷媒により過冷却させる中間熱交換器とを有する冷凍装置を備え、この冷凍装置に、例えばショーケース等の冷却設備における蒸発器を接続した冷媒回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。この冷媒回路では、中間熱交換器で冷媒を過冷却して蒸発器に供給するため、冷凍効率を向上できる。
ところで、冷凍装置と、例えばショーケース等の冷却設備における蒸発器とは、据え付け現場にて冷媒配管により接続され、その後、冷媒配管内に冷媒を充填するのが一般的である。このとき、冷媒配管長は、現場の状況に応じて不定長であり、冷媒の充填量に変動を生じ易い。仮に、冷媒充填量が不足のときには、蒸発器での蒸発が不十分となり、十分な冷却能力を発揮し得ない。そこで、従来では、蒸発器での冷媒の蒸発が十分か否かの判定を行って、不十分のときには、冷媒不足と判定し、冷媒回路内が冷媒不足の旨を発報することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１３７５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述したように、中間熱交換器を有する従来の冷凍装置では、ガスクーラを経た後に、膨張弁を介して減圧させた冷媒を、中間熱交換器に回す必要があり、仮に、蒸発器での冷媒の蒸発が十分との判定がなされたとしても、中間熱交換器に戻す冷媒量が不足する事態が発生するおそれがある。中間熱交換器に回す冷媒量が不足した場合には、冷媒の十分な過冷却がとれなくなり、冷却効率が低下する課題があった。
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、冷媒回路内の冷媒不足をほぼ正確に判定できる機能を備えた冷凍装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、二段圧縮機と、前記二段圧縮機の一段目の冷媒吐出部に入口が接続され、前記二段圧縮機の二段目の冷媒吸込部に出口が接続されたインタークーラと、前記二段圧縮機の二段目の冷媒吐出部に入口が接続されるガスクーラと、前記ガスクーラの出口に接続され、前記ガスクーラを経て流入する冷媒を、前記ガスクーラを経た後に、膨張弁を介して減圧させた冷媒により過冷却させる中間熱交換器とを備えた冷凍装置において、前記中間熱交換器の過冷却度の目標値に基づいて、前記膨張弁の弁開度を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記吐出冷媒温度ＤＴが所定値ＤＴ０より高い場合、前記吐出冷媒温度ＤＴが前記二段圧縮機が適正な運転を実現可能とする限界温度に達しないように前記膨張弁の弁開度を増大させる第１制御量を演算し、前記冷凍装置の高圧側圧力ＨＰと低圧側圧力ＬＰから適正中間圧力を求め、実際に前記二段圧縮機の中間圧力ＭＰが前記適正中間圧力より低い場合、前記中間圧力ＭＰが前記適正中間圧力になるように前記膨張弁の開度を増大させる第２制御量を演算し、前記ガスクーラを経た冷媒の冷媒温度ＧＣＴと中間熱交換器を経た冷媒温度ＬＴとの差ＧＣＴ−ＬＴが所定値ＳＰより小さい場合、前記所定値ＳＰになるように前記膨張弁の開度を増大させる第３制御量を演算し、前記過冷却度を予め規定した目標値にすべく、前記第１の制御量と前記第２の制御量と前記第３の制御量とを合算し、前記膨張弁の開度を増大させる制御量を決定し、前記制御手段により前記膨張弁の弁開度を増大させる制御を所定時間実行しても、前記過冷却度が目標値に接近しないとき、冷媒不足と判定する判定手段を備えたことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明は、上記冷凍装置において、前記判定手段は、前記制御手段により前記膨張弁の弁開度が予め規定した判定弁開度に開かれ、この判定弁開度での制御が所定時間実行されても、前記過冷却度が目標値に接近しないとき、冷媒不足と判定することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、上記冷凍装置において、前記判定手段が冷媒不足と判定したとき、冷媒不足を発報する発報手段を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、上記冷凍装置において、前記中間熱交換器は、前記ガスクーラを経て流入される冷媒と、前記中間熱交換器を経た後に、膨張弁により減圧された冷媒との間で熱交換させるように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の冷凍装置によれば、中間熱交換器の過冷却度の目標値に基づいて冷媒不足を判定する判定手段を備えたため、中間熱交換器に回す冷媒量が不足することなく、冷媒回路内の冷媒不足をほぼ正確に判定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る冷却ユニットを有する冷凍装置の冷媒回路図である。
【図２】冷凍装置のシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施形態に係る冷凍装置Ｒの冷媒回路図、図２は冷凍装置Ｒのシステム構成の構成を説明するブロック図である。
図１において、本実施形態における冷凍装置Ｒは、冷凍機ユニット２と、蒸発器８２を有する冷却ユニット８０とを備える。冷凍装置Ｒは、冷媒管７，９により、冷凍機ユニット２の主冷媒回路１Ａと、冷却ユニット８０の接続側冷媒回路１Ｂとが、配管継手９４，９５により連結されて所定の冷媒回路１が構成される。冷媒管７，９の配管長は、現場の状況に応じて適宜な長さとすることができる。なお、冷却ユニット８０は、本実施形態では、一例としてショーケースユニット８０である構成について説明するが、ショーケースユニットに限らず、冷凍機ユニット２と接続して使用可能ないかなる冷却設備であっても良い。
この冷媒回路１によりなされる冷凍サイクルでは、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。
【００１２】
冷凍機ユニット２、及び、冷却ユニット８０には、それぞれ第１制御ユニット（制御手段）Ｃ１と、第２制御ユニットＣ２と、が備えられている。各制御ユニットＣ１，Ｃ２は、汎用のマイクロコンピュータにより構成されている。第１制御ユニットＣ１と、第２制御ユニットＣ２とは双方向通知可能な構成であっても良い。
冷凍機ユニット２は、二段圧縮機１１、インタークーラ２０、ガスクーラ３０、及び中間熱交換器４０を備えている。また、冷凍機ユニット２は、必要に応じて、冷媒回路１から回収した冷媒を溜めたり、冷媒回路１に冷媒を戻したりするための冷媒量調整タンク６０を備えている。
【００１３】
二段圧縮機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の内部空間に配置収納された電動機（図示せず）と、電動機によりそれぞれ回転駆動される第１回転圧縮要素１３及び第２回転圧縮要素１４とを有している。また、二段圧縮機１１は、電動機の運転周波数を変更して、第１回転圧縮要素１３及び第２回転圧縮要素１４の回転数を制御することが可能になっている。
なお、第１回転圧縮要素１３は、第２回転圧縮要素１４より低圧側で用いられ、第１回転圧縮要素１３が、二段圧縮機１１における一段目の圧縮機を構成し、第２回転圧縮要素１４が、二段圧縮機１１における二段目の圧縮機を構成する。
【００１４】
密閉容器１２には、第１回転圧縮要素１３への冷媒の吸入部となる低段側吸入口１５、第１回転圧縮要素１３からの冷媒の吐出部となる低段側吐出口１６、第２回転圧縮要素１４への冷媒の吸入部となる高段側吸入口１７、及び第２回転圧縮要素１４からの冷媒の吐出部となる高段側吐出口１８が形成されている。
二段圧縮機１１の低段側吐出口１６は、インタークーラ２０の入口に、中間圧吐出管６１を介して接続されている。インタークーラ２０の出口は、二段圧縮機１１の高段側吸入口１７に、中間圧吸入管６２を介して接続されている。二段圧縮機１１の高段側吐出口１８は、ガスクーラ３０の入口に、高圧冷媒管６３を介して接続されている。
中間熱交換器４０は、第１流路４０Ａ及び第２流路４０Ｂを有している。そして、中間熱交換器４０の第１流路４０Ａの一端３１は、ガスクーラ３０の出口に、高圧冷媒管６４を介して接続されている。中間熱交換器４０の第１流路４０Ａの他端（出口）３２は、ショーケースユニット８０に冷媒管７を介して接続されている。
【００１５】
冷媒管７は、第１流路４０Ａの出口側に、ストレーナ８を備えている。また、冷媒管７には、ストレーナ８の下流に第１スプリット冷媒管６５が分岐接続されている。第１スプリット冷媒管６５は、第２流路４０Ｂの一端３３に接続されている。これにより、冷媒管７から分岐して、第２流路４０Ｂの一端３３に至る冷媒流路が構成されている。第１スプリット冷媒管６５には、冷媒管７との分岐点Ｐと、第２流路４０Ｂの一端３３との間に膨張弁３５が設けられている。なお、本実施形態では、膨張弁３５は、パルスモータにより開度がリニアに制御される電動弁である。
第２流路４０Ｂの他端３４は、インタークーラ２０から二段圧縮機１１の二段目の冷媒吸入口である高段側吸入口１７に戻る冷媒流路を構成する中間圧吸入管６２に、第２スプリット冷媒管６６により接続されている。つまり、第１スプリット冷媒管６５及び第２スプリット冷媒管６６により、冷媒管７から分岐され、中間熱交換器４０の第２流路４０Ｂを介してインタークーラ２０の出口側の冷媒流路に至る補助冷媒回路が形成される。
【００１６】
冷媒管７は、冷媒量調整タンク６０の冷媒入口３６に、第１連通路（第１連通冷媒管）７１を介して接続されている。第１連通路７１には、第１弁装置としての回収用膨張弁７２が設けられている。冷媒管７を流れる高圧の冷媒は、回収用膨張弁７２を開くことで、冷媒量調整タンク６０に回収可能に構成されている。
第１スプリット冷媒管６５には、膨張弁３５と第２流路４０Ｂの一端３３との間に、第１スプリット冷媒管６５を、冷媒量調整タンク６０の下部出口３７に接続する、第２連通路７３（第２連通冷媒管）が接続されている。第２連通路７３には、電磁弁７５と、絞り機能を有するキャピラリーチューブ７６を有する第２弁装置７４とが設けられている。なお、第２弁装置７４は、膨張弁により構成してもよい。
【００１７】
冷媒量調整タンク６０の上部出口３９は、冷媒回路１の中間圧領域に、第３連通路（第３連通冷媒管）７７により接続されている。冷媒回路１の中間圧領域は、二段圧縮機１１の低段側吐出部２４からインタークーラ２０を介して二段圧縮機１１の高段側吸入部２６に至る領域である。本実施の形態においては、中間圧吸入管６２の所定部を、第３連通路７７に接続して、冷媒回路１の中間圧領域を冷媒量調整タンク６０の上部出口３９に接続している。第３連通路７７には、中間圧吸入管６２の接続部位と冷媒量調整タンク６０の上部出口３９との間に第３弁装置としての電磁弁７８が設けられている。
【００１８】
冷媒回路１の中間圧領域は、冷媒回路１の低圧側に、バイパス連通路（バイパス管）５４を介して接続されている。換言すれば、第３連通路７７と、蒸発器８２の出口から流出する冷媒が流れる冷媒管９とが、バイパス連通路５４を介して接続されている。また、バイパス連通路５４には、電磁弁５５が設けられている。
ここで、ガスクーラ３０とインタークーラ２０とは、同一の風路４１内に配置され、風路４１には、当該ガスクーラ３０とインタークーラ２０とを空冷する送風機４２が配設されている。
【００１９】
ガスクーラ３０の出口に接続された高圧冷媒管６４には、高圧圧力センサ（高圧圧力検出手段）４３が設けられる。高圧圧力センサ４３は、第２回転圧縮要素１４から吐出された高圧冷媒の圧力を検出する。
二段圧縮機１１の高段側吐出口１８近傍には、高圧冷媒管６３に吐出温度センサ（吐出温度検出手段）４４が設けられる。吐出温度センサ４４は、第２回転圧縮要素１４から吐出された冷媒の吐出温度を検出する。
冷媒管７から分岐した第１連通路７１には、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）４５が設けられる。ユニット出口側圧力センサ４５は、冷媒管７を流れる高圧冷媒の圧力を検出する。
【００２０】
インタークーラ２０の出口側には、中間圧吸入管６２に中間圧圧力センサ（中間圧圧力検出手段）４６が設けられる。中間圧圧力センサ４６は、冷媒回路１の中間圧領域を流れる冷媒の圧力を検出する。なお、第２流路４０Ｂの出口とインタークーラ２０の出口とで、冷媒の圧力は同等である。さらに、第２流路４０Ｂの出口側には、第２スプリット冷媒管６６に、スプリット出口温度センサ４７設けられる。スプリット出口温度センサ４７は、冷媒回路１の中間圧領域を流れる冷媒の温度を検出する。
【００２１】
冷媒管９に接続されるバイパス連通路５４には、低圧圧力センサ（吸入圧力検出手段）４８が設けられる。低圧圧力センサ４８は、蒸発器８２から二段圧縮機１１の低段側吸入口１５に吸い込まれる低圧冷媒の圧力を検出する。
ガスクーラ３０の出口側には、高圧冷媒管６４に、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）４９設けられる。ガスクーラ出口温度センサ４９は、ガスクーラ３０を出た冷媒の温度（ＧＣＴ）を検出する。
【００２２】
冷媒管７には、分岐点Ｐの下流にユニット出口温度センサ（ユニット出口温度検出手段）５０が設けられる。ユニット出口温度センサ５０は、冷凍機ユニット２からショーケースユニット８０に供給される冷媒の温度、換言すれば、中間熱交換器４０の第１流路４０Ａから放出される冷媒の温度（ＬＴ）を検出する。
冷媒管９には、ユニット入口温度センサ（入口温度検出手段）５１が設けられる。ユニット入口温度センサ５１は、ショーケースユニット８０から冷凍機ユニット２に導入される冷媒の温度、換言すれば、第１回転圧縮要素１３に吸い込まれる冷媒の温度を検出する。
【００２３】
風路４１には、外気温センサ（外気温度検出手段）５２が設けられる。外気温センサ５２は、冷凍機ユニット２の配設箇所の外気温度を検出する。
中間圧吐出管６１には、中間圧吐出温度センサ５３が設けられる。中間圧吐出温度センサ５３は、第１回転圧縮要素１３から吐出された冷媒の吐出温度を検出する。
【００２４】
ショーケースユニット８０は、例えば、店舗内に設置され、冷媒管７及び冷媒管９によって冷凍機ユニット２に接続される。ショーケースユニット８０は、冷媒管７に接続される絞り手段としての冷却ユニット側膨張弁８１と、冷媒管７に冷却ユニット側膨張弁８１を介して入口を接続される蒸発器８２とを備えている。蒸発器８２の出口は、冷媒管９の一端に接続される。冷媒管９の他端は、低段側吸入口１５に接続されている。また、ショーケースユニット８０には、蒸発器８２に送風する図示しない冷気循環用送風機が設けられている。なお、冷媒管９には、逆止弁２７やストレーナ２８が設けられている。これにより、冷媒回路１においては、蒸発器８２、第１回転圧縮要素１３、インタークーラ２０、第２回転圧縮要素１４、ガスクーラ３０、及び中間熱交換器４０を経由しつつ循環する冷媒主回路が形成される。
【００２５】
次いで、冷凍装置Ｒのシステム構成について説明する。
冷凍装置Ｒは、図２に示すように、冷凍機ユニット２の各構成要素を制御する第１制御ユニット（制御手段）Ｃ１と、ショーケースユニット８０の各構成要素を制御する第２制御ユニットＣ２とを備える。
第１制御ユニットＣ１は、二段圧縮機１１に接続され、二段圧縮機１１の電動機の駆動制御を行うとともに、その運転周波数を検出（取得）する。
また、第１制御ユニットＣ１は、送風機４２のファンモータ４２Ｍに接続され、ファンモータ４２Ｍの駆動を制御する。
また、第１制御ユニットＣ１は、高圧圧力センサ（高圧圧力検出手段）４３、吐出温度センサ４４、ユニット出口側圧力センサ４５、中間圧圧力センサ４６、スプリット出口温度センサ４７、低圧圧力センサ４８、ガスクーラ出口温度センサ４９、ユニット出口温度センサ５０、及びユニット入口温度センサ５１に接続され、これらのセンサの出力を認識する。
また、第１制御ユニットＣ１は、膨張弁３５、電磁弁５５、回収用膨張弁７２、電磁弁７５、及び電磁弁７８に接続され、これらの弁の開閉を制御する。
【００２６】
第２制御ユニットＣ２は、冷却ユニット側膨張弁８１に接続され、冷却ユニット側膨張弁８１の開閉を制御する。
また、第２制御ユニットＣ２は、流入温度センサ８３、流出温度センサ８４に接続され、これらのセンサの出力を認識する。
【００２７】
第１制御ユニットＣ１は、詳細については後述するが、図１に示すように、冷媒回路１内の冷媒充填量、特に、中間熱交換器４０に第１スプリット冷媒管６５を介して戻す冷媒量が十分であるか否かを判定する第２判定部９２を備える。また、第２制御ユニットＣ２は、冷媒回路１内の冷媒充填量、特に、蒸発器８２において、十分な冷却効率を得るために十分な冷媒量であるか否かを判定する第１判定部９１を備える。冷凍機ユニット２は、第１制御ユニットＣ１の制御に基づいて、冷媒回路１内の冷媒充填量が十分ではない旨を発報により報知する発報部９３を備える。また、ショーケースユニット８０は、第２制御ユニットＣ２の制御に基づいて冷媒回路１内の冷媒充填量が十分ではない旨を発報により報知する発報部９６を備える。なお、冷凍機ユニット２の第１制御ユニットＣ１が、第１判定部９１、及び、第２判定部９２を両方備える構成でも良い。この場合、第１制御ユニットＣ１と、第２制御ユニットＣ２は双方向通信可能に構成されて、第１制御ユニットＣ１には、第２制御ユニットＣ２から、流入温度センサ８３、及び、流出温度センサ８４の検出結果に入力される。
【００２８】
次いで、冷凍装置Ｒにおける冷媒の流れについて説明する。
第１回転圧縮要素１３は、冷媒管９を介して冷媒回路１の低圧側から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する。第１回転圧縮要素１３から吐出された冷媒は、中間圧吐出管６１を介してインタークーラ２０に流入され、インタークーラで空冷される。インタークーラ２０を経た冷媒は、中間圧吸入管６２を介して高段側吸入口１７から第２回転圧縮要素１４に吸い込まれる。第２回転圧縮要素１４は、吸い込んだ中間圧の冷媒を圧縮して高圧に昇圧して、高段側吐出口１８から吐出する。
【００２９】
高段側吐出口１８から吐出された高圧の冷媒は、高圧冷媒管６３を介してガスクーラ３０に流入され、ガスクーラ３０で空冷される。ガスクーラ３０の出口から吐出される冷媒流は、中間熱交換器４０の高圧冷媒管６４を介して第１流路４０Ａに向かう。
中間熱交換器４０において、第１流路４０Ａを経た冷媒は、高圧側冷媒流路７Ａから、冷媒管７を介して、冷却ユニット側膨張弁８１に流入されて減圧されるものと、第１スプリット冷媒管６５を介して第２流路４０Ｂに向かうものとに分流される。冷却ユニット側膨張弁８１に流入されて減圧された冷媒は、蒸発器８２で蒸発されたのち、冷媒管９を介して冷凍機ユニット２の第１回転圧縮要素１３に戻る。
【００３０】
冷凍装置Ｒの冷媒回路１には、中間熱交換器４０を利用した以下に説明するスプリットサイクルが形成されている。
スプリットサイクルは、高圧側冷媒流路７Ａから分流して膨張弁３５により減圧させた冷媒に適宜に冷媒量調整タンク６０内の冷媒を第２連通路７３を介して合流させて第２流路４０Ｂに流してガスクーラ３０からの第１流路４０Ａを流れる冷媒と熱交換させ、過冷却した冷媒をショーケースユニット８０に供給するサイクルである。なお、高圧側冷媒流路７Ａとは、冷媒管７のうち、ガスクーラ３０から中間熱交換器４０を介してショーケースユニット８０に向かう冷凍機ユニット２側の冷媒流路である。高段側吸入口１７から第２回転圧縮要素１４に吸い込まれた中間圧（ＭＰ）の冷媒ガスは、当該第２回転圧縮要素１４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１２ＭＰａ程の超臨界圧力）の冷媒ガスとなっている。即ち、超臨界圧力となった高圧の冷媒が、高圧側冷媒流路７Ａを流れている。
【００３１】
また、前述したように、高圧側冷媒流路７Ａを構成する冷媒管７には、冷媒管７内の冷媒を回収可能に冷媒量調整タンク６０が接続されている。冷媒量調整タンク６０に回収された冷媒は、冷媒量調整タンク６０の下部にたまる。冷媒の回収動作についての詳細は後述する。
ガスクーラ３０の出口から吐出されて、第１スプリット冷媒管６５に流れ込んだ冷媒は、第１制御ユニットＣ１の制御のもと、膨張弁３５により適宜膨張された後に、第２流路４０Ｂに向かう。また、第２連通路７３を開閉する電磁弁７５が開いている場合には、冷媒量調整タンク６０からの冷媒が、キャピラリーチューブ７６にて膨張した後、第１スプリット冷媒管６５を流れる冷媒と合流されたのち、第２流路４０Ｂに流入される。
そして第１流路４０Ａを流れる冷媒と第２流路４０Ｂを流れる冷媒との間で熱交換が行われ、第２流路４０Ｂを流れた冷媒は、第２スプリット冷媒管６６を流れて中間圧領域に戻される。
以上のようなスプリットサイクルでは、中間熱交換器４０の第１流路４０Ａを流れる冷媒と、第２流路４０Ｂを流れる冷媒との間で熱交換が行われる際に、第１流路４０Ａの冷媒が第２流路４０Ｂの冷媒により過冷却される。これにより、ショーケースユニット８０では、蒸発器８２により冷却する空間の冷却性能が高められる。
また、第２流路４０Ｂの他端３４は、インタークーラ２０から高段側吸入口１７に戻る冷媒流路に合流する。このため、インタークーラ２０における圧力損失を防止しつつ、円滑に中間熱交換器４０から出た冷媒流を冷媒主回路の中間圧領域に合流させることが可能となる。
【００３２】
次いで、第１制御ユニットＣ１による冷凍機ユニット２の制御について説明する。
第１制御ユニットＣ１は、膨張弁３５の弁開度を、パルスモータによって調整することが可能になっている。
以下、膨張弁３５の弁開度の制御について詳述する。まず、膨張弁３５の弁開度を増大させる場合の制御について説明する。
膨張弁３５の弁開度は、二段圧縮機１１の運転開始時点では、少し開き気味の所定の初期弁開度となるように制御される。
その後、第１制御ユニットＣ１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、ショーケースユニット８０に供給する冷媒の過冷却度が予め規定した目標値とするべく膨張弁３５の弁開度を増大させる操作量を決定する。
【００３３】
第１の制御量（ＤＴｃｏｎｔ）は、二段圧縮機１１の吐出冷媒温度ＤＴに基づいて得られる。第１制御ユニットＣ１は、吐出温度センサ４４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、膨張弁３５の弁開度を増大させる。当該所定値ＤＴ０は、二段圧縮機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℃）より少し低い温度（一例として＋９５℃）とし、温度が上昇した場合、膨張弁３５の弁開度を増大させることで、当該二段圧縮機１１の温度上昇を抑制し、二段圧縮機１１が限界温度に達しないような制御を行う。
【００３４】
第２の制御量（ＭＰｃｏｎｔ）は、スプリットサイクルの補助冷媒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。本実施形態では、第１制御ユニットＣ１は、ユニット出口側圧力センサ４５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４８により検出される冷媒回路１の低圧側圧力ＬＰとから、適正中間圧力値をまず求める。さらに、第１制御ユニットＣ１は、中間圧圧力センサ４６により検出される冷媒回路１の中間圧領域の圧力ＭＰが、適正中間圧力値より高いか否かを判断し、圧力ＭＰが適正中間圧力値よりも低い場合には、膨張弁３５の弁開度を増大させる方向に制御を行う。
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。
【００３５】
また、本実施形態では、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４６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４８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を求める。そして、当該過圧縮判定値ＭＰＯがユニット出口側圧力センサ４５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、膨張弁３５の弁開度を増大させる方向の制御を行う。当該第２の制御量を膨張弁３５の弁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。
【００３６】
第３の制御量（ＳＰｃｏｎｔ）は、中間熱交換器４０の第１流路４０Ａから出た冷媒温度ＬＴの適正化を図る制御量である。本実施形態では、第１制御ユニットＣ１は、ガスクーラ出口温度センサ４９により検出されるガスクーラ３０を経た冷媒の温度ＧＣＴと、ユニット出口温度センサ５０により検出される中間熱交換器４０の第１流路４０Ａを経た冷媒流の温度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、膨張弁３５の弁開度を増大させる方向に作用させる。
【００３７】
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。本実施形態では、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を上げた設定とし、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。本実施形態では、超臨界領域では所定値ＳＰは、３５℃、飽和領域では２０℃とする。
第１制御ユニットＣ１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、中間熱交換器４０を介してショーケースユニット８０に供給される冷媒の過冷却度が予め規定した目標値となる膨張弁３５の弁開度の操作量を決定し、これに基づいて、膨張弁３５の弁開度を増大させる。
【００３８】
次いで、膨張弁３５の弁開度を縮小させる場合の制御について説明する。
第１制御ユニットＣ１は、中間熱交換器４０の第１流路４０Ａを経た冷媒流の温度ＬＴ、又は、二段圧縮機１１からの吐出冷媒温度ＤＴとガスクーラ３０を経た冷媒の温度ＧＣＴとの差から、中間熱交換器４０の過冷却度が目標値に達しているかを判定し、過冷却度が目標値に達している場合には、膨張弁３５の弁開度を縮小させる操作量を決定する。
即ち、第１制御ユニットＣ１は、ユニット出口温度センサ５０により検出される中間熱交換器４０の第１流路４０Ａを経た冷媒流の温度ＬＴが所定値より低いか否かを判断する。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、膨張弁３５の弁開度を縮小させる方向に操作することで、第１流路４０Ａを流れる冷媒が、過剰に冷却されてしまう不都合を解消できる。
また、第１制御ユニットＣ１は、吐出温度センサ４４にて検出される温度ＤＴと、ガスクーラ出口温度センサ４９により検出されるガスクーラ３０を経た冷媒の温度ＧＣＴとの差（ＤＴＧＣＴ）が所定値ＴＤＴより低いか否かを判断し、低い場合には、膨張弁３５の弁開度を縮小させる方向に制御する。
【００３９】
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。本実施形態では、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を下げた設定とし、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。本実施形態では、超臨界領域では所定値ＴＤＴは１０℃、飽和領域では３５℃とする。
第１制御ユニットＣ１は、中間熱交換器４０の第１流路４０Ａを経た冷媒流の温度ＬＴが所定値（０℃）以下である場合、又は、二段圧縮機１１からの吐出冷媒温度ＤＴとガスクーラ３０を経た冷媒の温度ＧＣＴとの差が所定値ＴＤＴより低い場合、他の膨張弁３５の制御要因に関わらず、膨張弁３５の弁開度を縮小または膨張弁３５を閉じる。これにより、中間圧領域での液バックが進行することの保護が図られる。
【００４０】
上述したようなスプリットサイクルを備えた冷凍装置Ｒでは、冷媒量調整タンク６０から第２連通路７３を介して流出される冷媒は、キャピラリーチューブ７６により膨張された後、膨張弁３５によって減圧された後の冷媒と合流して、第２流路４０Ｂに流入され、第１流路４０Ａを流れるガスクーラ３０からの冷媒と熱交換を行う。
冷媒量調整タンク６０から放出される冷媒は、中間熱交換器４０により暖められて、中間圧力領域に戻される。即ち、中間熱交換器４０により暖められた冷媒は、インタークーラ２０から二段圧縮機１１の高段側吸入口１７に至る中間圧流路である中間圧吸入管６２に合流されたのち、高段側吸入口１７から第２回転圧縮要素１４内に流入される。
【００４１】
このように、冷媒量調整タンク６０から吐出されて第２流路４０Ｂに流入した冷媒が、暖められてから中間圧流路に流されるので、中間圧流路を流れる冷媒の温度が、異常に低くなることがない。また、高段側吸入口１７に戻る冷媒が、液バック状態となることが回避される。また、第１流路４０Ａに流入されたガスクーラ３０からの冷媒は、過冷却されて蒸発器８２に供給されることになる。これにより、蒸発器８２の入口では、比エンタルピを小さくすることができ、冷却効果が一層大きくなる。
また、第２流路４０Ｂを流れた冷媒は、二段圧縮機１１の高段側吸入口１７から第２回転圧縮要素１４（中間圧部）に戻されるため、二段圧縮機１１の低段側吸入口１５から第１回転圧縮要素１３（低圧部）に吸い込まれる冷媒の量が減少し、低圧から中間圧まで圧縮するための第１回転圧縮要素１３における圧縮仕事量が減少する。その結果、二段圧縮機１１における圧縮動力が低下して成績係数が向上する。
【００４２】
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４０の第１流路４０Ａ及び第２流路４０Ｂを流れる量に依存する。即ち、第２流路４０Ｂを流れる冷媒の量が多すぎれば蒸発器８２において最終的に蒸発する第１流路４０Ａからの冷媒の量が不足する。逆に第２流路４０Ｂを流れる冷媒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、膨張弁３５で減圧された冷媒の圧力は、冷媒回路１の中間圧力であり、当該中間圧力は、第２流路４０Ｂを流れる冷媒の量を制御することで制御される。
【００４３】
ここで、本実施形態では、上述した第１の制御量と、第２の制御量と、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、膨張弁３５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より低い場合に膨張弁３５の弁開度を縮小する方向で操作量を決定する。
冷媒量調整タンク６０から放出される冷媒は、中間熱交換器４０を介して二段圧縮機１１の第２回転圧縮要素１４に戻すようにしたので、二段圧縮機１１の第２回転圧縮要素１４から吐出される冷媒の温度が、低くなりすぎることが回避される。即ち、冷媒量調整タンク６０の冷媒の放出に起因して、中間圧領域の冷媒が冷えすぎるために、膨張弁３５を閉じて中間熱交換器４０での熱交換を制限する必要がなくなる。
また、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４０の第１流路４０Ａを経た冷媒の温度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Ｒの高効率化と安定化を達成することが可能となる。
【００４４】
また、第１制御ユニットＣ１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。
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４０における中間圧流路に戻される冷媒の過熱度を確実に確保することができ、二段圧縮機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。
【００４５】
尚、上記実施形態における第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１の高圧側圧力ＨＰより低い場合に膨張弁３５の開度を増大させる方向に作用する第２の制御量とし、第１乃至第３の制御量を合算することにより、膨張弁３５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。なお、膨張弁３５の弁開度は、少し開き気味の初期弁開度より弁開度が縮小されることはなく、つまり膨張弁３５は全閉されることはない。
【００４６】
次いで、冷媒回路１の冷媒量の調整制御について説明する。
冷媒回路１の冷媒を回収する回収制御を行う場合について説明する。第１制御ユニットＣ１は、ユニット出口側圧力センサ４５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４５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、上記送風機４２の回転数が最大値となっているか否かを判断する。
本実施形態では、冷媒回路１の中間圧（ＭＰ）は、一例として８ＭＰａ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、例えば、９ＭＰａ程度に設定する。また、送風機４２の回転数の最大値は、一例として８００ｒｐｍとする。また、送風機４２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。
これにより、第１制御ユニットＣ１は、ユニット出口側圧力センサ４５の検出圧力が回収閾値である９ＭＰａ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８ＭＰａを超え、且つ、上記送風機４２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、過剰のガス冷媒が循環することによって、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。
【００４７】
この冷媒回収動作では、第１制御ユニットＣ１は、電磁弁７５を閉じた状態で、回収用膨張弁７２及び電磁弁７８を開放する。これにより、中間熱交換器４０にて冷却されて、冷媒管７内を、ショーケースユニット８０に向かって流れる冷媒の一部は、第１連通路７１を介して冷媒量調整タンク６０内に流入する。
このとき、電磁弁７８が開放されていることにより、第３連通路７７を介して、冷媒量調整タンク６０内の圧力を当該タンク外に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、液化しないガスサイクル運転している場合であっても、冷媒量調整タンク６０内の圧力が低下するので、当該タンク内に流入した冷媒は液化して当該冷媒量調整タンク６０内に溜まる。即ち、冷媒量調整タンク６０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。
【００４８】
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６０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、高圧異常による二段圧縮機１１の過負荷運転を防止することが可能となる。
特に、冷媒量調整タンク６０の上部と冷媒回路１の中間圧領域とを第３連通路７７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。
【００４９】
また、本実施形態では、ユニット出口側圧力センサ４５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３０を空冷する送風機４２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４２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。
【００５０】
次いで、冷媒の回収制御を行っている状態から、冷媒回路１の冷媒量を保持する第１保持制御に移行する場合について説明する。
第１制御ユニットＣ１は、ユニット出口側圧力センサ４５により検出された高圧側の圧力が回収保護値、本実施形態では、８ＭＰａ以下となったか否かを判断し、回収保護値を下回った場合、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、第１制御ユニットＣ１は、電磁弁７５を閉じた状態を維持し、電磁弁７８を閉じ、回収用膨張弁７２の弁開度を、先ほどの冷媒回収動作における弁開度に維持する。
【００５１】
次いで、冷媒回路１に冷媒を放出する放出制御について説明する。
そして、第１制御ユニットＣ１は、ユニット出口側圧力センサ４５の検出圧力が上記回収保護値（この場合８ＭＰａ程）より低い所定の放出閾値（本実施形態では、７ＭＰａ程）を下回った場合、又は、当該ユニット出口側圧力センサ４５の検出圧力が先の回収保護値以下となり、且つ、上記送風機４２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。なお、当該所定の規定値とは、本実施形態では、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、送風機４２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。
これにより、第１制御ユニットＣ１は、ユニット出口側圧力センサ４５の検出圧力が放出閾値である７ＭＰａを下回った場合、若しくは、検出圧力が回収保護値である８ＭＰａ以下となり、且つ、上記送風機４２の回転数が所定の規定値（ここでは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、第１制御ユニットＣ１は、回収用膨張弁７２、及び電磁弁７８を閉じ、第２弁装置７４の電磁弁７５を開放する。これにより、冷媒量調整タンク６０内に溜まった液冷媒は、当該冷媒量調整タンク６０の下部に接続された第２連通路７３を介して冷媒回路１に放出される。そのため、冷媒量調整タンク６０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６０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】
次いで、冷媒の放出制御を行っている状態から、冷媒回路１の冷媒量を保持する第２保持制御に移行する場合について説明する。
第１制御ユニットＣ１は、ユニット出口側圧力センサ４５により検出された高圧側の圧力が回収保護値、本実施形態では、８ＭＰａ以上となったか否かを判断し、回収保護値を超えた場合、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、当該回収制御−第１保持制御―放出制御―第２保持制御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。
【００５４】
特に本実施形態では、高圧側圧力のみならず、ガスクーラ３０を空冷する送風機４２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】
なお、二段圧縮機１１，１１が運転を停止した場合には、第１制御ユニットＣ１は、冷媒放出動作を実行するものとする。これにより、二段圧縮機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、運転する二段圧縮機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。
また、この場合において、二段圧縮機１１（圧縮手段）は、密閉容器１２内に第１回転圧縮要素１３及び第２回転圧縮要素１４と、電動要素と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。
【００５６】
次いで、送風機４２の制御について説明する。
低圧圧力センサ４８にて検出される圧力と、蒸発器８２における蒸発温度ＴＥとは、一定の関係を有する。第１制御ユニットＣ１は、当該低圧圧力センサ４８に検出された圧力により、蒸発器８２における冷媒の蒸発温度ＴＥを換算して取得する。
第１制御ユニットＣ１は、高圧圧力センサ４３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、送風機４２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８２における冷媒の蒸発温度ＴＥから決定する。
【００５７】
本実施形態の如く冷媒回路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、ガスサイクルが行われる。ガス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。
本実施形態では、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。
【００５８】
外気温度ＴＡが所定の基準温度、例えば＋３０℃より低い程、高圧側圧力の目標値ＴＨＰを低くする方向で決定し、高いほど目標値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４８に検出された圧力により、換算して取得された蒸発器８２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、高圧側圧力の目標値ＴＨＰを高くする方向で決定し、低いほど目標値ＴＨＰを低くする方向で決定する。
尚、本実施形態では、第１制御ユニットＣ１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。
【００５９】
そして、第１制御ユニットＣ１は、高圧圧力センサ４３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送風機４２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４２の回転数は上げられ、目標高圧ＴＨＰが低いほど、送風機４２の回転数が下げられる。
【００６０】
これにより、第１制御ユニットＣ１は、外気温度ＴＡと蒸発器８２における冷媒の蒸発温度（低圧圧力センサ４８にて検出された低圧圧力から換算して取得）ＴＥに基づいて送風機４２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送風機４２の回転数を制御することができる。これにより、送風機４２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。
【００６１】
本実施形態では、第１制御ユニットＣ１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、送風機４２を制御している。これにより、外気温度ＴＡにより飽和サイクルとガス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。本発明は、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、特に有効となる。
【００６２】
次いで、二段圧縮機１１の始動性改善制御について説明する。
図１に示すように、バイパス連通路５４には、電磁弁５５が介設される。また、図２に示すように、第１制御ユニットＣ１は、二段圧縮機１１に接続されて、二段圧縮機１１の運転周波数を検出（取得）可能となっている。
【００６３】
上記二段圧縮機１１の運転が停止した後、二段圧縮機１１を再始動する際には、第１制御ユニットＣ１は、二段圧縮機１１の起動から所定の運転周波数に上昇するまでの間、電磁弁５５を開放してバイパス連通路５４の流路を開放する。当該所定の運転周波数とは、二段圧縮機１１が実効的なトルク制御が可能となる運転周波数であり、本実施形態では、一例として３５Ｈｚとする。
これにより、二段圧縮機１１が、停止状態から起動され、当該所定の運転周波数に上昇するまでの間、電磁弁５５が開放されることにより、低段側吐出口１６から中間圧吐出管６１に吐出され、インタークーラ２０を経た後の中間圧領域の冷媒は、バイパス連通路５４を介して、冷媒回路１の低圧側領域に流入する。これにより、冷媒回路１の中間圧領域と低圧側領域との圧力が均圧され、起動時の二段圧縮機１１の負荷を低減することができる。なお、電磁弁５５は、二段圧縮機１１の起動時に開放される構成であっても良いし、二段圧縮機１１の運転が停止した時に開放される構成であっても良い。電磁弁５５は、二段圧縮機１１が所定の運転周波数に上昇した時に閉じられる。
【００６４】
この構成によれば、二段圧縮機１１の起動から所定の運転周波数に上昇するまでの始動時は、所定のトルクが確保できないが、この間、中間圧領域と低圧側領域とを均圧とすることで、外気温度が高いため中間圧が高くなりやすい状況であっても、中間圧が高圧に接近する不都合を解消できる。
そのため、二段圧縮機１１の始動時におけるトルク不足が生じている間に、中間圧領域の圧力と高圧領域の圧力とが接近してしまうことによる始動不良を未然に回避することができ、安定した、且つ、高効率な運転を実現することができる。尚、第１制御ユニットＣ１は、検出される二段圧縮機１１の運転周波数が所定の運転周波数に上昇した後は、電磁弁５５を閉鎖し、バイパス連通路５４の流路を閉塞することで、上述したような通常の冷凍サイクルを行う。
【００６５】
次いで、冷媒回路１の冷媒充填量が十分か否かを判定する方法について説明する。
冷凍装置Ｒは、据え付け現場にて冷凍機ユニット２と、ショーケースユニット８０とが冷媒管７，９により接続され、その後、冷媒回路１内に冷媒が充填される。ショーケースユニット８０の第２制御ユニットＣ２は、冷媒回路１内に充填された冷媒量が十分か否かを判定する、第１判定部９１を備える。また、冷凍機ユニット２の第１制御ユニットＣ１は、冷媒回路１内に充填された冷媒量が十分か否かを判定する、第２判定部９２を備える。
冷凍装置Ｒは、これらの第１判定部９１及び第２判定部９２を備えることによって、十分な冷却能力を発揮し得る冷媒が冷媒回路１内に充填されているか否かを判定することができるように構成されている。
冷凍装置Ｒは更に、第１判定部９１、及び／或いは、第２判定部９２が冷媒不足と判定した際に冷媒不足の旨を発報する発報部９３，９６を備える。第１制御ユニットＣ１は、第２判定部９２が冷媒不足と判定した際に発報部９３を制御して、冷媒回路１の冷媒充填量が不足の旨を発報する。第２制御ユニットＣ２は、第１判定部９１が冷媒不足と判定した際に発報部９６を制御して、冷媒回路１の冷媒充填量が不足の旨を発報する。
【００６６】
第１判定部９１は、ショーケースユニット８０の蒸発器８２での冷媒の蒸発が十分か否かに基づいて、冷媒回路１内に充填された冷媒量が十分か否かを判定する。蒸発器８２の冷媒の入口側、及び、出口側には、それぞれ蒸発器８２に流入する冷媒の温度と、蒸発器８２を経た冷媒の温度とを検出する流入温度センサ８３、流出温度センサ８４が設けられている。冷凍装置Ｒは、冷媒回路１内に冷媒を充填した後に試運転が開始される。なお、試運転開始時には、中間熱交換器４０の膨張弁３５の弁開度は、二段圧縮機１１の吸込み側と吐出側との圧力差を均圧化するため、初期弁開度、つまり、少し開き気味でとされる。
【００６７】
試運転において、第１判定部９１は、流入温度センサ８３で検出される蒸発器８２の冷媒入口温度と、流出温度センサ８４で検出される蒸発器８２の冷媒出口温度との温度差が所定の試運転継続時間を経ても予め設定された温度差より小さい場合には、冷媒不足と判定する。第１判定部９１によって、冷媒不足と判定されると、第２制御ユニットＣ２は、判定結果を発報部９６に出力し、冷媒不足の旨が発報される。
【００６８】
第２判定部９２は、中間熱交換器４０の第２流路４０Ｂに回す十分な冷媒量が冷媒回路１内に充填されているか否かを判定する。中間熱交換器４０を有する冷凍装置Ｒでは、ガスクーラ３０を経た後に、膨張弁３５を介して減圧させた冷媒を、中間熱交換器４０の第２流路４０Ｂに戻す必要がある。しかしながら、仮に蒸発器８２での冷媒の蒸発が十分であり、第１判定部９１が冷媒充填量が十分であると判定した場合でも、中間熱交換器４０の第２流路４０Ｂに回す冷媒量が不足している場合がある。これは、冷凍装置Ｒにおいて、冷媒回路１内の冷媒は、冷媒主回路である主冷媒回路１Ａに優先的に流れるためであり、冷媒回路１内の充填冷媒量が不足している場合には、主冷媒回路１Ａから分岐する第１スプリット冷媒管６５には十分な量の冷媒が流れないためである。
【００６９】
中間熱交換器４０の第２流路４０Ｂに回す冷媒量が不足した場合には、蒸発器８２に提供する冷媒の十分な過冷却がとれなくなり、冷却効率が低下する。そのため、本実施形態では、第１制御ユニットＣ１は、中間熱交換器４０の第２流路４０Ｂに回す十分な冷媒量が冷媒回路１内に充填されているか否かを判定する第２判定部９２を備えている。
第２判定部９２は、膨張弁３５の弁開度に基づいて冷媒回路１内に十分な冷媒量が充填されているか否かを判定する。膨張弁３５は、上述したように、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、中間熱交換器４０を介してショーケースユニット８０に供給される冷媒の過冷却度が予め規定した目標値となるように弁開度の増大縮小が制御される。
【００７０】
冷媒回路１内の冷媒の充填量が不足している場合には、第１スプリット冷媒管６５に十分な量の冷媒が流れないため、中間熱交換器４０では過冷却度を目標値に接近させにくくなり、膨張弁３５の弁開度が徐々に増大されていく。
第２判定部９２は、膨張弁３５の弁開度が徐々に増大されて、予め規定した一定開度（判定弁開度）に達すると、その後、時間計測を行う。第２判定部９２は、膨張弁３５が判定弁開度以上の開度で、一定時間（例えば１０分間）継続して開かれている場合には、冷媒回路１内の冷媒の充填量が不足していると判定する。これは、膨張弁３５の弁開度が判定弁開度以上の開度で、一定時間継続して開かれているのは、冷媒回路１内の冷媒の充填量が不足しているため、中間熱交換器４０の過冷却度が目標値に接近しいないからであると判断できるからである。本実施形態の膨張弁３５は、例えば全開が４８０パルスの電動弁であり、判定弁開度は、例えば１８０パルスに規定されている。
第２判定部９２によって、冷媒回路１内の冷媒量が不足していると判定されると、第１制御ユニットＣ１は、判定結果に基づいて発報部９３を制御し、冷媒不足の旨を発報により報知する。
【００７１】
第２判定部９２は、冷凍装置Ｒの試運転中だけではなく、運転中は継続して冷媒回路１内の冷媒充填量が中間熱交換器４０の第２流路４０Ｂに回すために十分な量であるか否かを判定している。これは、例えば冬期などで膨張弁３５をあまり開かなくても十分に冷媒を過冷却することができるときには、膨張弁３５の弁開度によって冷媒量が十分であるか否かの判定ができない場合があるからである。本実施形態では、第２判定部９２は、冷凍装置Ｒの運転中継続して冷媒回路１内の冷媒充填量が十分な量であるか否かの判定を行うため、冷媒回路１内の冷媒充填量が不足している場合には、どこかの時点で必ず冷媒不足であることを判定することができる。
【００７２】
これらの構成によれば、冷凍装置Ｒは、冷却設備における蒸発器８２での冷媒の蒸発が十分か否かに基づいて冷媒回路１内に充填された冷媒量が十分か否かを判定する第１判定部９１と、膨張弁３５の弁開度に基づいて中間熱交換器４０の過冷却度が目標値に接近しているか否かに基づいて冷媒回路１内に充填された冷媒量が十分か否かを判定する第２判定部９２と、を備えたため、冷媒回路１内の冷媒不足をほぼ正確に判定でき、十分な冷却能力、及び、十分な冷却効率を発揮することができる。なお、上述したように、第１判定部９１は、第１制御ユニットＣ１に備えられている構成でも良い。
【００７３】
以上説明したように、本発明を適用した実施形態によれば、二段圧縮機１１と、二段圧縮機１１の一段目の冷媒吐出部１６に入口が接続され、二段圧縮機１１の二段目の冷媒吸込部１７に出口が接続されたインタークーラ２０と、二段圧縮機１１の二段目の冷媒吐出部１６に入口が接続されるガスクーラ３０と、ガスクーラ３０の出口に接続され、ガスクーラ３０を経て流入する冷媒を、ガスクーラ３０を経た後に、膨張弁３５を介して減圧させた冷媒により過冷却させる中間熱交換器４０とを備えた冷凍装置Ｒにおいて、中間熱交換器４０の過冷却度の目標値に基づいて、膨張弁３５の弁開度を制御する制御手段Ｃ１を備え、制御手段Ｃ１により膨張弁３５の弁開度を増大させる制御を所定時間実行しても、過冷却度が目標値に接近しないとき、冷媒不足と判定する判定手段９２を備えた。
この構成によれば、判定手段９２は、冷媒回路１内に、十分な冷却効率を発揮し得る十分な冷媒量が充填されているか、或いは、不足しているかをほぼ正確に判定することができる。
【００７４】
また、本発明を適用した実施形態によれば、判定手段９２は、制御手段Ｃ１により膨張弁３５の弁開度が予め規定した判定弁開度に開かれ、この判定弁開度での制御が所定時間実行されても、過冷却度が目標値に接近しないとき、冷媒不足と判定する。この構成によれば、冷媒不足を判定するための膨張弁３５の弁開度（判定弁開度）と、制御を継続して実行する時間を予め規定したため、冷媒回路１内の冷媒不足をほぼ正確に判定することができる。
【００７５】
また、本発明を適用した実施形態によれば、判定手段９２が冷媒不足と判定したとき、冷媒不足を発報する発報手段９３を備えたため、冷凍装置Ｒの管理者、或いは、冷媒回路１内に冷媒を充填する作業者に冷媒不足であることを報知することができ、冷凍装置Ｒが冷媒不足により不十分な冷却能力／冷却効率で運転されるのを防止することができる。
【００７６】
また、本発明を適用した実施形態によれば、中間熱交換器４０は、ガスクーラ３０を経て流入される冷媒と、中間熱交換器４０を経た後に、膨張弁３５により減圧された冷媒との間で熱交換させる。この構成によれば、中間熱交換器４０で冷媒を過冷却させて冷却設備における蒸発器８２に冷媒を流すことができ、冷凍装置Ｒの冷却能力を向上させることができる。
【符号の説明】
【００７７】
１１  二段圧縮機
１６  低段側吐出口（一段目の冷媒吐出部）
１７  高段側吸込口（二段目の冷媒吸込部）
１８  高段側吐出口（二段目の冷媒吐出部）
２０  インタークーラ
３０  ガスクーラ
４０  中間熱交換器
５３  膨張弁
９２  第２判定部（判定手段）
９３  発報部（発報手段）
Ｃ１  第１制御ユニット（制御手段）
【図１】
0005927553.tif 000002
【図２】
0005927553.tif 000003