(57)【要約】【課題】圧力に起因する冷凍効率を最適に維持する。【解決手段】圧力検出手段１６によって検出された圧力に応じて、電子膨張弁３の開度調節、ガスクーラーにおけるファン２１の回転数の可変、蒸発器におけるファン４１の回転数の可変、圧縮機１（１ａ，１ｂ）の圧縮能力の可変もしくは電磁弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃの開閉を圧力制御部１００で制御して冷媒循環経路の高圧側の圧力を可変する。このため、冷媒冷却回路において圧力に起因する冷凍効率を最適に維持することができる。【選択図】        図２
2006023028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒の流量を調節する絞り部と、前記絞り部から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器と有した冷媒循環経路を形成した冷媒冷却回路において、
前記冷媒循環経路の高圧側に冷媒の圧力を検出する圧力検出手段を設け、当該圧力検出手段によって検出した圧力に応じて前記絞り部での冷媒の流量を可変することを特徴とする冷媒冷却回路。
【請求項２】
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒の流量を調節する絞り部と、前記絞り部から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器と有した冷媒循環経路を形成した冷媒冷却回路において、
前記冷媒循環経路の高圧側に冷媒の圧力を検出する圧力検出手段を設け、当該圧力検出手段によって検出した圧力に応じて前記放熱器に送風する送風機あるいは前記蒸発器に送風する送風機の風量を可変することを特徴とする冷媒冷却回路。
【請求項３】
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒の流量を調節する絞り部と、前記絞り部から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器と有した冷媒循環経路を形成した冷媒冷却回路において、
前記冷媒循環経路の高圧側に冷媒の圧力を検出する圧力検出手段を設け、当該圧力検出手段によって検出した圧力に応じて前記圧縮機での冷媒の圧縮能力を可変することを特徴とする冷媒冷却回路。
【請求項４】
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒の流量を調節する絞り部と、前記絞り部から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器と有した冷媒循環経路を形成した冷媒冷却回路において、
前記冷媒循環経路の高圧側に冷媒の圧力を検出する圧力検出手段を設け、当該圧力検出手段によって検出した圧力に応じて、前記絞り部で冷媒の流量の可変、前記放熱器に送風する送風機あるいは前記蒸発器に送風する送風機の風量の可変、もしくは前記圧縮機での冷媒の圧縮能力の可変を選択的に組み合わせて行うことを特徴とする冷媒冷却回路。
【請求項５】
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒の流量を調節する絞り部と、前記絞り部から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器と有し、前記蒸発器を複数設けて前記圧縮機、前記放熱器および前記絞り部を共通とした複数の冷媒循環経路を形成して、前記絞り部と前記各蒸発器との間の経路に前記各冷媒循環経路を開閉する電磁弁をそれぞれ設けた冷媒冷却回路において、
前記冷媒循環経路の高圧側に冷媒の圧力を検出する圧力検出手段を設け、当該圧力検出手段によって検出した圧力に応じて前記各電磁弁の開閉を行うことを特徴とする冷媒冷却回路。
【請求項６】
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒の流量を調節する絞り部と、前記絞り部から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器と有し、前記蒸発器を複数設けて前記圧縮機、前記放熱器および前記絞り部を共通とした複数の冷媒循環経路を形成して、前記絞り部と前記各蒸発器との間の経路に前記各冷媒循環経路を開閉する電磁弁をそれぞれ設けた冷媒冷却回路において、
前記冷媒循環経路の高圧側に冷媒の圧力を検出する圧力検出手段を設け、当該圧力検出手段によって検出した圧力に応じて、前記絞り部で冷媒の流量の可変、前記放熱器に送風する送風機あるいは前記蒸発器に送風する送風機の風量の可変、前記圧縮機での冷媒の圧縮能力の可変、もしくは前記各電磁弁の開閉を選択的に組み合わせて行うことを特徴とする冷媒冷却回路。
【請求項７】
前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の冷媒冷却回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば断熱筐体の庫内の冷却を行うための冷媒循環経路を形成する冷媒冷却回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば自動販売機、冷蔵庫、冷凍ショーケース・冷蔵ショーケース、あるいは飲料ディスペンサなどの断熱筐体の冷却庫内を冷却するための冷媒冷却回路が知られている。冷媒冷却回路は、主に圧縮機、放熱器、絞り部、蒸発器を経て冷媒を循環する冷媒循環経路を形成してある。そして、冷媒冷却回路を循環する冷媒としては、地球環境に対する影響の少ない冷媒が使用してある。例えば、不燃性、安全性、不腐食性を有し、さらにオゾン層への影響が少ないなどの点で、二酸化炭素を冷媒として使用してある。
【０００３】
ところで、冷媒冷却回路の冷媒として二酸化炭素を使用すると、当該二酸化炭素の臨界温度が約３１℃と低いことから、従前の冷媒（例えばＨＦＣ冷媒（ハイドロフルオロカーボン））を使用したときと比較してはるかに圧力が高くなる。また、圧力は、外気温に応じて最適な冷媒量が変動するために変化する。例えば、外気温が低いときには圧力が低くなり、外気温が高いときには圧力が高くなりすぎる。このため、高低温時には、圧力が変化して冷凍効率が著しく低下することになる。そこで従来では、温度センサによって冷媒循環経路の所定位置の温度を検出することによって冷媒冷却回路の制御を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−５４４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、温度変化に応じた制御では、圧力の高すぎあるいは低すぎを抑えることはできるが、所望とする圧力を維持するには、誤差が生じてしまうことになり、圧力に起因する冷凍効率を最適に維持することが難しい。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みて、圧力に起因する冷凍効率を最適に維持することができる冷媒冷却回路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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る冷媒冷却回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒の流量を調節する絞り部と、前記絞り部から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器と有した冷媒循環経路を形成した冷媒冷却回路において、前記冷媒循環経路の高圧側に冷媒の圧力を検出する圧力検出手段を設け、当該圧力検出手段によって検出した圧力に応じて前記絞り部で冷媒の流量を可変することを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２に係る冷媒冷却回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒の流量を調節する絞り部と、前記絞り部から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器と有した冷媒循環経路を形成した冷媒冷却回路において、前記冷媒循環経路の高圧側に冷媒の圧力を検出する圧力検出手段を設け、当該圧力検出手段によって検出した圧力に応じて前記放熱器に送風する送風機あるいは前記蒸発器に送風する送風機の風量を可変することを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３に係る冷媒冷却回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒の流量を調節する絞り部と、前記絞り部から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器と有した冷媒循環経路を形成した冷媒冷却回路において、前記冷媒循環経路の高圧側に冷媒の圧力を検出する圧力検出手段を設け、当該圧力検出手段によって検出した圧力に応じて前記圧縮機での冷媒の圧縮能力を可変することを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４に係る冷媒冷却回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒の流量を調節する絞り部と、前記絞り部から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器と有した冷媒循環経路を形成した冷媒冷却回路において、前記冷媒循環経路の高圧側に冷媒の圧力を検出する圧力検出手段を設け、当該圧力検出手段によって検出した圧力に応じて、前記絞り部で冷媒の流量の可変、前記放熱器に送風する送風機あるいは前記蒸発器に送風する送風機の風量の可変、もしくは前記圧縮機での冷媒の圧縮能力の可変を選択的に組み合わせて行うことを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項５に係る冷媒冷却回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒の流量を調節する絞り部と、前記絞り部から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器と有し、前記蒸発器を複数設けて前記圧縮機、前記放熱器および前記絞り部を共通とした複数の冷媒循環経路を形成して、前記絞り部と前記各蒸発器との間の経路に前記各冷媒循環経路を開閉する電磁弁をそれぞれ設けた冷媒冷却回路において、前記冷媒循環経路の高圧側に冷媒の圧力を検出する圧力検出手段を設け、当該圧力検出手段によって検出した圧力に応じて前記各電磁弁の開閉を行うことを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項６に係る冷媒冷却回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒の流量を調節する絞り部と、前記絞り部から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器と有し、前記蒸発器を複数設けて前記圧縮機、前記放熱器および前記絞り部を共通とした複数の冷媒循環経路を形成して、前記絞り部と前記各蒸発器との間の経路に前記各冷媒循環経路を開閉する電磁弁をそれぞれ設けた冷媒冷却回路において、前記冷媒循環経路の高圧側に冷媒の圧力を検出する圧力検出手段を設け、当該圧力検出手段によって検出した圧力に応じて、前記絞り部で冷媒の流量の可変、前記放熱器に送風する送風機あるいは前記蒸発器に送風する送風機の風量の可変、前記圧縮機での冷媒の圧縮能力の可変、もしくは前記各電磁弁の開閉を選択的に組み合わせて行うことを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項７に係る冷媒冷却回路は、上記請求項１〜６のいずれか一つにおいて、前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る冷媒冷却回路は、圧力検出手段によって検出した圧力に応じて絞り部での冷媒の流量を可変する。例えば、検出した圧力が所望の圧力と比較して低い場合には、絞り部での冷媒の流量を減らして圧力を高くする。一方、検出した圧力が所望の圧力と比較して高い場合には、絞り部での冷媒の流量を増して圧力を低くする。この結果、圧力に起因する冷凍効率を最適に維持することができる。
【００１５】
また、本発明に係る冷媒冷却回路は、圧力検出手段によって検出した圧力に応じて放熱器に送風する送風機あるいは蒸発器に送風する送風機の風量を可変する。例えば、検出した圧力が所望の圧力と比較して低い場合には、放熱器に送風する送風機あるいは蒸発器に送風する送風機の風量を減らして圧力を高くする。一方、検出した圧力が所望の圧力と比較して高い場合には、放熱器に送風する送風機あるいは蒸発器に送風する送風機の風量を増して圧力を低くする。この結果、圧力に起因する冷凍効率を最適に維持することができる。
【００１６】
また、本発明に係る冷媒冷却回路は、圧力検出手段によって検出した圧力に応じて圧縮機での冷媒の圧縮能力を可変する。例えば、検出した圧力が所望の圧力と比較して低い場合には、圧縮機の圧縮能力を上げて圧力を高くする。一方、検出した圧力が所望の圧力と比較して高い場合には、圧縮機の圧縮能力を下げて圧力を低くする。この結果、圧力に起因する冷凍効率を最適に維持することができる。
【００１７】
また、本発明に係る冷媒冷却回路は、絞り部と複数の蒸発器との間の経路に各冷媒循環経路を開閉する電磁弁をそれぞれ設けた冷媒冷却回路において、圧力検出手段によって検出した圧力に応じて各電磁弁の開閉を行う。例えば、検出した圧力が所望の圧力と比較して低い場合には、開放状態にある電磁弁を減らして圧力を高くする。一方、検出した圧力が所望の圧力と比較して高い場合には、開放状態にある電磁弁を増して圧力を低くする。この結果、圧力に起因する冷凍効率を最適に維持することができる。
【００１８】
また、本発明に係る冷媒冷却回路は、圧力検出手段によって検出した圧力に応じて、絞り部で冷媒の流量の可変、放熱器に送風する送風機あるいは蒸発器に送風する送風機の風量の可変、圧縮機での冷媒の圧縮能力の可変、もしくは各電磁弁の開閉を選択的に組み合わせて行う。この結果、圧力に起因する冷凍効率をより最適に維持することができる。
【００１９】
特に、本発明の蒸発手段は、冷媒として二酸化炭素を用いて冷媒循環経路が比較的高圧状態になる冷媒冷却回路に有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る冷媒冷却回路の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００２１】
図１は本発明に係る冷媒冷却回路の一実施例を示す概略図である。図１に示すように、本実施例における冷媒冷却回路は、主に、圧縮機１、ガスクーラー（放熱器）２、電子膨張弁（絞り部）３、蒸発器４を接続して、冷媒を循環可能な冷媒循環経路を形成したものである。また、冷媒は、本実施例では、例えば二酸化炭素を使用してある。二酸化炭素は、不燃性、安全性、不腐食性を有し、さらにオゾン層への影響が少ない冷媒である。
【００２２】
圧縮機１は、蒸発器４から帰還される二酸化炭素を圧縮して高温高圧の状態とするものである。圧縮機１は、本実施例では、中間熱交換器１０を使用して２段階の圧縮動作を実行する。具体的に、圧縮機１は、２段階の圧縮動作において、１段階目の圧縮動作を行う第１圧縮機１ａと、２段階目の圧縮動作を行う第２圧縮機１ｂとの間に中間熱交換器１０を設けてある。そして、中間熱交換器１０は、第１圧縮機１ａによる１段階目の圧縮動作の後に、第１圧縮機１ａが圧縮した状態の二酸化炭素を冷却して第２圧縮機１ｂに戻す。このように、圧縮機１は、中間熱交換器１０を介して２段階の圧縮動作を実行することで、低消費電力で高圧縮効率を得て二酸化炭素を所望とする高温高圧の状態に圧縮することが可能になる。なお、本実施例では、第１圧縮機１ａでの１段階目の圧縮によって二酸化炭素を約６ＭＰａに圧縮し、第２圧縮機１ｂでの２段階目の圧縮によって二酸化炭素を約９ＭＰａ（７Ｍｐａ以上）に圧縮する。
【００２３】
また、圧縮機１には、オイルセパレータ１１が接続してある。オイルセパレータ１１は、圧縮機１から吐出した冷凍機油を冷媒循環経路の高圧側から低圧側に戻すためのものである。冷媒循環経路の高圧側とは、圧縮機１の出口側からガスクーラー２を経て電子膨張弁３の入口側までの間である。また、冷媒循環経路の低圧側とは、電子膨張弁３の出口側から蒸発器４を経て圧縮機１の入口側までの間である。冷凍機油は、圧縮機１の内部における摩擦、冷媒漏れなどを防止するが、この冷凍機油を圧縮機１の内部で完全に封止することが困難である。特に、上記のごとく圧縮機１によって二酸化炭素を高圧に圧縮しており、この圧力が従前の冷媒（例えばＨＦＣ冷媒（ハイドロフルオロカーボン））を使用したときと比較してはるかに高圧であるので、圧縮機１からの冷凍機油の吐出量は多くなる。そこで、本実施例では、圧縮機１において、第２圧縮機１ｂの出口側と、第１圧縮機１ａの入口側との間にオイルセパレータ１１を接続しており、第２圧縮機１ｂから吐出した冷凍機油を第１圧縮機１ａに戻している。また、本実施例では、二酸化炭素の圧力が高圧であるため、圧縮機１の内部における摩擦、冷媒漏れなどを極力防ぐ目的で粘度指数が略１００（４０℃，０Ｗｔ％）の冷凍機油を採用してある。
【００２４】
なお、圧縮機１としては、レシプロ圧縮機、ロータリー圧縮機、スクロール圧縮機、或いは、これらの圧縮能力を調整可能なインバータ圧縮機などがある。そして、冷媒冷却回路を配設する対象、環境、あるいは、冷媒冷却回路のコストなどに見合う圧縮機を適宜適用すればよい。
【００２５】
ガスクーラー２は、圧縮機１から供給される高温高圧の二酸化炭素を、放熱させて二酸化炭素を液化するためのものである。本実施例におけるガスクーラー２は、例えば銅管とアルミフィンとで構成したフィンチューブタイプのものを使用してある。このガスクーラー２には、ファン（送風機）２１が設けてある。ファン２１は、ガスクーラー２を送風するためのものであり、ファンモータ２２によって駆動される。
【００２６】
電子膨張弁３は、ガスクーラー２から供給される二酸化炭素を減圧し、蒸発温度および流量を制御するためのものである。電子膨張弁３は、二酸化炭素の圧力を調節する弁を有している。この電子膨張弁３は、弁の開度を小さくすることにより二酸化炭素が通過する抵抗を大きくして圧力を高くする一方、弁の開度を大きくすることにより二酸化炭素が通過する抵抗を小さくして圧力を低くする。弁の開度を調節する構成としては、本実施例では、無段階調節が可能なモータ駆動による。
【００２７】
蒸発器４は、電子膨張弁３から供給される液体の二酸化炭素が蒸発したとき、周囲の熱を吸収することによって周囲温度を冷却するためのものである。本実施例における蒸発器４は、例えば銅管とアルミフィンとで構成したフィンチューブタイプのものを使用してある。この蒸発器４には、ファン（送風機）４１が設けてある。ファン４１は、蒸発器４を送風するためのものであり、ファンモータ４２によって駆動される。
【００２８】
蒸発器４は、例えば自動販売機、冷蔵庫、冷凍ショーケース・冷蔵ショーケース、あるいは飲料ディスペンサなどにおける断熱筐体の冷却庫の内部に配置してある。特に、本実施例では、例えば自動販売機において、複数（実施例では３室）の冷却庫（商品収納庫）をそれぞれ独立して冷却するために、各冷却庫内に蒸発器４（４ａ，４ｂ，４ｃ）をそれぞれ配置してある。すなわち、蒸発器４ａ，４ｂ，４ｃは、電子膨張弁３から３方に分岐したそれぞれの経路に接続してある。また、前記各経路において各蒸発器４ａ，４ｂ，４ｃの入口側には、各電磁弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃがそれぞれ設けてある。そして、各電磁弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃを選択的に開放することで、各蒸発器４ａ，４ｂ，４ｃに電子膨張弁３からの二酸化炭素が供給される。また、各蒸発器４ａ，４ｂ，４ｃの出口側の経路は、互いに集合して圧縮機１の第１圧縮機１ａに接続してある。なお、本実施例における電磁弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、その入口側と出口側との圧力差（例えば入口側が高圧で出力側が低圧）、およびバネ弾性力を利用することによって弁体を弁座に当接させるよう助勢して閉鎖状態になり、この状態から電磁コイル部に通電されると弁体が弁座から離間されて開放状態になる構成のものが採用してある。
【００２９】
また、電子膨張弁３から各蒸発器４ａ，４ｂ，４ｃに至る各経路であって、各電磁弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃと各蒸発器４ａ，４ｂ，４ｃとの間には、それぞれ減圧手段１３ａ，１３ｂ，１３ｃが設けてある。減圧手段１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、電磁弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃと蒸発器４ａ，４ｂ，４ｃとの間の経路中に圧力抵抗を付与する絞りとして作用する。本実施例における減圧手段１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、前記各経路中に設けたオリフィスとして形成してある。なお、減圧手段１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、経路中に圧力抵抗を付与する絞りとして作用するものであればオリフィスに限定されない。
【００３０】
なお、蒸発器４の周辺部の温度は、蒸発器４が周辺部の熱を吸収することによって低下する。冷凍サイクルとしては、蒸発器４で吸収した蒸発熱を捨てる必要があるが、蒸発器４を設けた断熱筐体の庫内は、外部の気温よりかなり低い温度になっており、低温部から奪った熱を高温の外部へ直接捨てることができない。そこで、圧縮機１は、蒸発器４の蒸発熱を外部の気温より高い温度にして捨てるため、蒸発器４から供給される二酸化炭素を高温高圧の蒸気に変換する役目を担っている。
【００３１】
また、二酸化炭素を冷媒として使用したとき、外気温が高温となる夏場などでは、ガスクーラー２の温度が二酸化炭素の臨界温度（約３１℃）を越える場合がある。この場合、ガスクーラー２において二酸化炭素が気化したままで液化しなくなる超臨界圧力の状態となる。一方、蒸発器４を通過した二酸化炭素は、全て気化していることが望ましい。蒸発器４を通過した二酸化炭素が一部液化したままで圧縮機１に供給されると、圧縮機１は液圧縮を起こしてシリンダーを破損してしまうおそれがある。
【００３２】
そこで、ガスクーラー２と電子膨張弁３との間、蒸発器４と圧縮機１（第１圧縮機１ａ）との間に内部熱交換器１４を設けてある。図には明示しないが、内部熱交換器１４の内部では、ガスクーラー２と電子膨張弁３との間の冷媒管路と、蒸発器４と圧縮機１との間の冷媒管路とが、互いに熱交換可能な距離を有して非接触向流するように配設してある。これにより、ガスクーラー２から得られる二酸化炭素は、液化しやすくなる。一方、圧縮機１には、蒸発器４から気化した二酸化炭素が供給される。
【００３３】
また、断熱筐体の冷却庫の内部に設けた蒸発器４に関し、冷媒循環経路への冷媒の循環運転時に伴って結露水などが排水として発生する。そして、排水は、冷却庫の外部であって圧縮機１およびガスクーラー２などを配した部位にある蒸発手段１５に導かれる。この蒸発手段１５は、圧縮機１（第２圧縮機１ｂ）とガスクーラー２との間であって、オイルセパレータ１１の出口側からガスクーラー２の入口側の間の経路に設けてある。図には明示しないが、蒸発手段１５は、排水を導かれる蒸発皿と、当該蒸発皿の内方に配置した蒸発パイプと、当該蒸発パイプに関わる吸水性の蒸発シートとを有している。蒸発パイプは、オイルセパレータ１１の出口側からガスクーラー２の入口側の間の経路に接続してあって、圧縮機１から吐出した高温高圧の二酸化炭素が通過する。すなわち、蒸発皿に導かれた排水は、高温高圧の二酸化炭素が通過する蒸発パイプによって加熱され、蒸発シートに吸収されて蒸発する。このとき、排水によって蒸発パイプに通過する二酸化炭素を予冷する。
【００３４】
また、上記冷媒循環経路の高圧側には、圧力検出手段１６が設けてある。圧力検出手段１６は、冷媒循環経路の高圧側の圧力を検出するものである。本実施例における圧力検出手段１６は、オイルセパレータ１１の部位に設けてある。また、圧力検出手段１６には、例えば、プルドン管式、ベローズ式あるいは半導体式などがある。
【００３５】
以下、二酸化炭素を冷媒として使用する本発明の冷媒冷却回路の動作について説明する。なお、冷媒冷却回路の以下の動作において、電磁弁１２ａのみが開放状態で、他の電磁弁１２ｂ，１２ｃが閉塞状態であることとする。
【００３６】
冷却庫にある蒸発器４ａから帰還された二酸化炭素は、内部熱交換器１４を介して第１圧縮機１ａに吸引されて低圧圧縮（約６ＭＰａに圧縮）される。第１圧縮機１ａから吐出された二酸化炭素は、中間熱交換器１０を経て冷却された後に第２圧縮機１ｂに吸引されて高圧圧縮（約９ＭＰａに圧縮）される。このとき、第２圧縮機１ｂから二酸化炭素と共に吐出された冷凍機油は、オイルセパレータ１１によって第１圧縮機１ａの入口側に戻される。
【００３７】
次いで、第２圧縮機１ｂから吐出された二酸化炭素は、蒸発手段１５で予冷されて、ガスクーラー２に送られる。ガスクーラー２に送られた二酸化炭素は、放熱されて液化して、内部熱交換器１４を介して電子膨張弁３に至る。
【００３８】
次いで、電子膨張弁３において、二酸化炭素は、減圧されて蒸発温度および流量を制御される。その後、二酸化炭素は、開放状態にある電磁弁１２ａを経て、減圧手段１３ａを介して蒸発器４ａに至る。
【００３９】
最後に、蒸発器４ａに供給された二酸化炭素は、吸熱して加熱蒸気として気化される。二酸化炭素の吸熱によって蒸発器４ａを設けた冷却庫の内部が独立して冷却されることになる。そして、二酸化炭素は、蒸発器４ａから内部熱交換器１４を介して第１圧縮機１ａに吸引されて帰還して循環運転が行われる。
【００４０】
なお、上記二酸化炭素の循環運転において、閉鎖状態にしてある電磁弁１２ｂ，１２ｃを有した経路に設けた蒸発器４ｂ，４ｃは、上記循環運転が実行されている冷媒循環経路の蒸発器４ａと出口側が集合してある。このため、従前では電磁弁１２ａのみが開放状態である場合に、閉塞状態の電磁弁１２ｂ，１２ｃの入口側と出口側との圧力差がほぼ等しくなる。しかし、本実施例では、各電磁弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、各蒸発器４ａ，４ｂ，４ｃとの間の経路に減圧手段１３ａ，１３ｂ，１３ｃがそれぞれ設けてある。このため、閉鎖状態の電磁弁１２ｂ，１２ｃを有した経路では、減圧手段１３ｂ，１３ｃが経路中に圧力抵抗を付与する絞りとして作用するため、閉鎖状態の電磁弁１２ｂ，１２ｃの出口側が低圧になり入口側が高圧になる。これにより、閉鎖状態にある電磁弁１２ｂ，１２ｃの入口側と出口側との間に圧力差が生じ、入口側と出口側との圧力差によって電磁弁１２ｂ，１２ｃの閉塞状態が助勢されるので、当該電磁弁１２ｂ，１２ｃの閉鎖状態が維持される。
【００４１】
図２は図１に示した冷媒冷却回路における圧力の制御系を示したものである。図２に示すように冷媒冷却回路は、圧力制御部１００を備えている。圧力制御部１００は、上記冷媒冷却回路の動作時において、圧力検出手段１６からの検出信号を受け、予めメモリ１０１に格納したプログラムやデータに従って、高圧側が所望の圧力（例えば略７ＭＰａ）となるように電子膨張弁３、ファン２１，４１、圧縮機１（１ａ，１ｂ）および電磁弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃの制御を行うためのものである。
【００４２】
上記二酸化炭素の循環運転において、圧力検出手段１６から高圧側の圧力を受け、当該圧力が所望の圧力と比較して低い場合、圧力制御部１００は、電子膨張弁３の弁の開度を小さくして二酸化炭素の流量を減らす。これにより高圧側の圧力が高くなる。一方、圧力検出手段１６から高圧側の圧力を受け、当該圧力が所望の圧力と比較して高い場合、圧力制御部１００は、電子膨張弁３の弁の開度を大きくして二酸化炭素の流量を増す。これにより高圧側の圧力が低くなる。なお、検出した高圧側の圧力に応じて可変する電子膨張弁３の開度のデータは、予めメモリ１０１に記憶してある。
【００４３】
また、上記二酸化炭素の循環運転において、圧力検出手段１６から高圧側の圧力を受け、当該圧力が所望の圧力と比較して低い場合、圧力制御部１００は、ガスクーラー２におけるファン２１のファンモータ２２の回転数を下げて風量を減らす。これによりガスクーラー２の温度が上昇して高圧側の圧力が高くなる。一方、圧力検出手段１６から高圧側の圧力を受け、当該圧力が所望の圧力と比較して高い場合、圧力制御部１００は、ガスクーラー２におけるファン２１のファンモータ２２の回転数を上げて風量を増す。これによりガスクーラー２の温度が下降して高圧側の圧力が低くなる。なお、検出した高圧側の圧力に応じて可変するファンモータ２２の回転数のデータは、予めメモリ１０１に記憶してある。
【００４４】
また、上記二酸化炭素の循環運転において、圧力検出手段１６から高圧側の圧力を受け、当該圧力が所望の圧力と比較して低い場合、圧力制御部１００は、蒸発器４におけるファン４１のファンモータ４２の回転数を上げて風量を増す。これにより蒸発器４の温度が下降して高圧側の圧力が高くなる。一方、圧力検出手段１６から高圧側の圧力を受け、当該圧力が所望の圧力と比較して高い場合、圧力制御部１００は、蒸発器４におけるファン４１のファンモータ４２の回転数を下げて風量を減らす。これにより蒸発器４の温度が上昇して高圧側の圧力が低くなる。なお、検出した高圧側の圧力に応じて可変するファンモータ４２の回転数のデータは、予めメモリ１０１に記憶してある。
【００４５】
また、上記二酸化炭素の循環運転において、圧力検出手段１６から高圧側の圧力を受け、当該圧力が所望の圧力と比較して低い場合、圧力制御部１００は、圧縮機１（１ａ，１ｂ）におけるインバータの周波数を上げる。これにより圧縮機１（１ａ，１ｂ）の圧縮能力が上がって高圧側の圧力が高くなる。一方、圧力検出手段１６から高圧側の圧力を受け、当該圧力が所望の圧力と比較して高い場合、圧力制御部１００は、圧縮機１（１ａ，１ｂ）におけるインバータの周波数を下げる。これにより圧縮機１（１ａ，１ｂ）の圧縮能力が下がって高圧側の圧力が低くなる。なお、検出した高圧側の圧力に応じて可変するインバータの周波数のデータは、予めメモリ１０１に記憶してある。
【００４６】
また、上記二酸化炭素の循環運転において、圧力検出手段１６から高圧側の圧力を受け、当該圧力が所望の圧力と比較して低い場合、圧力制御部１００は、電磁弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃの開放状態にある数を減らす。これにより二酸化炭素が通過する抵抗が小さくなって高圧側の圧力が高くなる。一方、圧力検出手段１６から高圧側の圧力を受け、当該圧力が所望の圧力と比較して高い場合、圧力制御部１００は、電磁弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃの開放状態にある数を増やす。これにより二酸化炭素が通過する抵抗が大きくなって高圧側の圧力が低くなる。なお、検出した高圧側の圧力に応じて開閉する電磁弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃのデータは、予めメモリ１０１に記憶してある。
【００４７】
なお、上記二酸化炭素の循環運転において、圧力検出手段１６から高圧側の圧力を受け、当該圧力が所望の圧力と比較して低い場合、圧力制御部１００は、電子膨張弁３、ガスクーラー２におけるファン２１、蒸発器４におけるファン４１、圧縮機１（１ａ，１ｂ）もしくは電磁弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃの圧力が高くなる上記制御を選択的に組み合わせて行うことも可能である。一方、圧力検出手段１６から高圧側の圧力を受け、当該圧力が所望の圧力と比較して高い場合、圧力制御部１００は、電子膨張弁３、ガスクーラー２におけるファン２１、蒸発器４におけるファン４１、圧縮機１（１ａ，１ｂ）もしくは電磁弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃの圧力が低くなる上記制御を選択的に組み合わせて行うことも可能である。
【００４８】
このように、上述した冷媒冷却回路では、圧力検出手段１６によって検出された圧力に応じて、電子膨張弁３の開度調節、ガスクーラーにおけるファン２１の回転数の可変、蒸発器におけるファン４１の回転数の可変、圧縮機１（１ａ，１ｂ）の圧縮能力の可変もしくは電磁弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃの開閉を圧力制御部１００で制御して冷媒循環経路の高圧側の圧力を可変する。このため、冷媒冷却回路において圧力に起因する冷凍効率を最適に維持することが可能になる。例えば、図３のＴ−Ｓ線図に示すように冷媒循環経路の高圧側の圧力が臨界圧力以下である場合に、この圧力を圧力検出手段１６で検出して圧力制御部１００によって上記の圧力を高くする制御を行い、高圧側の圧力を臨界圧力以上に可変する。この結果、高圧側の圧力が臨界圧力以下のときの冷凍効率Ｑ１よりも、臨界圧力以上のときの冷凍効率Ｑ２が上回り、冷凍効率が向上する。
【００４９】
冷媒冷却回路の運転状況は、周囲温度によって大きく変動する。この変動を吸収して最適に運転するため、従前の冷媒冷却回路では、温度センサや電流値の値によって制御していた。しかし、温度センサには熱容量があるため、即座に変動状況に追随しない。また、電流値には変動とばらつきがある。このため、変動の激しい運転状況では、最適に制御されないことがある。一方、本発明における圧力検出手段１６は、冷媒冷却回路の変動を直接、即座にあらわすことができる。このため、圧力が高くなって過負荷になったときには、電子膨張弁３の開度を大きくして冷媒を多く流し高圧側から定圧側に冷媒を移動させて過荷状況を解除できる。他に、圧縮機１（１ａ，１ｂ）におけるインバータの周波数を下げる、蒸発器４（４ａ，４ｂ，４ｃ）におけるファン４１の回転数を下げるなどによっても冷媒を高圧側から低圧側に移動させて過負荷状況を解除できる。また、周囲温度が低くなった場合には、高圧側の圧力が低くなり冷媒の流れが減少する。この場合には、電子膨張弁３の開度を小さくする、圧縮機１（１ａ，１ｂ）におけるインバータの周波数を上げる、ガスクーラー２におけるファン２１の回転数を下げるなどによって高圧側の圧力を高くして冷媒の循環量を増加させることができる。このように、圧力検出手段１６の検出に応じて制御することにより、冷媒冷却回路を適正圧力状態で運転することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る冷媒冷却回路の一実施例を示す概略図である。
【図２】図１に示した冷媒冷却回路における圧力の制御系を示すブロック図である。
【図３】図１に示した冷媒冷却回路の特性を示すＴ−Ｓ線図である。
【符号の説明】
【００５１】
１    圧縮機
１ａ    第１圧縮機
１ｂ    第２圧縮機
２    ガスクーラー（放熱器）
２１    ファン（送風機）
２２    ファンモータ
３    電子膨張弁（絞り部）
４（４ａ，４ｂ，４ｃ）    蒸発器
４１    ファン（送風機）
４２    ファンモータ
１０    中間熱交換器
１１    オイルセパレータ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ    電磁弁
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ    減圧手段
１４    内部熱交換器
１５    蒸発手段
１６    圧力検出手段
１００    圧力制御部
１０１    メモリ
【図１】
2006023028.tif 000003
【図２】
2006023028.tif 000004
【図３】
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