(57)【要約】高段側圧縮機構（１１ａ）の冷媒吐出能力および低段側圧縮機構（１２ａ）の冷媒吐出能力を独立して制御可能に構成し、外気温度（Ｔａｍ）、空気温度（Ｔｆｒ）および設定温度（Ｔｓｅｔ）に基づいて低段側圧縮機構（１２ａ）の冷媒吐出能力を決定し、決定された低段側圧縮機構（１２ａ）の冷媒吐出能力に基づいて実効容量比が、１以上、３以下となるように、高段側圧縮機構（１１ａ）の冷媒吐出能力を決定する。これにより、簡素な構成および制御で、二段昇圧式冷凍サイクル装置のＣＯＰを向上させることができる。
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【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（１２ａ）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、
前記高段側圧縮機構（１１ａ）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（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前記高段側圧縮機構（１１ａ）吸入側へ流出する中間圧膨張弁（１５）と、
前記放熱器（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低圧膨張弁（１７）と、
前記低圧膨張弁（１７）にて減圧膨張された低圧冷媒を冷却対象空間に送風され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（１２ａ）吸入側へ流出する蒸発器（１８）とを備える二段昇圧式冷凍サイクル装置であって、
前記放熱器（１３）にて前記高圧冷媒と熱交換する前記室外空気の外気温度（Ｔａｍ）および前記蒸発器（１８）にて前記低圧冷媒と熱交換する前記送風空気の空気温度（Ｔｆｒ）のうち、少なくとも一方の温度の上昇に伴って、前記高段側圧縮機構（１１ａ）および前記低段側圧縮機構（１２ａ）のうち一方の圧縮機構の冷媒吐出能力を増加させるように決定する第１吐出能力制御部（２０ａ）と、
前記一方の圧縮機構の冷媒吐出能力に基づいて、前記他方の圧縮機構の冷媒吐出能力を決定する第２吐出能力制御部（２０ｂ）とを備え、
前記第２吐出能力制御部（２０ｂ）は、前記高段側圧縮機構（１１ａ）の吐出容量をＶ１、前記高段側圧縮機構（１１ａ）の回転数をＮ１、前記低段側圧縮機構（１２ａ）の吐出容量をＶ２、前記低段側圧縮機構（１２ａ）の回転数をＮ２とした場合、Ｎ２×Ｖ２／Ｎ１×Ｖ１にて定義される実効容量比が予め定めた基準範囲内の値となるように、前記他方の圧縮機構の冷媒吐出能力を決定することを特徴とする二段昇圧式冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記中間圧膨張弁（１５）は、前記放熱器（１３）から流出した高圧冷媒の流れを分岐する分岐部（１４）にて分岐された一方の高圧冷媒を減圧膨張させ、
前記低圧膨張弁（１７）は、前記分岐部（１４）にて分岐された他方の高圧冷媒を減圧膨張させ、
さらに、前記中間圧膨張弁（１５）にて減圧膨張された低圧冷媒と前記分岐部（１４）にて分岐された他方の高圧冷媒とを熱交換させる中間熱交換器（１６）を備えることを特徴とする請求項１に記載の二段昇圧式冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記一方の圧縮機構は、前記低段側圧縮機構（１２ａ）であり、
前記他方の圧縮機構は、前記高段側圧縮機構（１１ａ）であることを特徴とする請求項１または２に記載の二段昇圧式冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記第２吐出能力制御部（２０ｂ）は、前記空気温度（Ｔｆｒ）と前記冷却対象空間の目標冷却温度（Ｔｓｅｔ）との温度差（ΔＴ）の絶対値が予め定めた基準温度差（ΔＫＴ）以下となったときに、前記一方の圧縮機構の冷媒吐出能力に基づいて、前記他方の圧縮機構の冷媒吐出能力を決定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の二段昇圧式冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記空気温度（Ｔｆｒ）が前記標冷却温度（Ｔｓｅｔ）よりも高温であり、かつ前記第２吐出能力制御部（２０ｂ）は、前記空気温度（Ｔｆｒ）と前記冷却対象空間の目標冷却温度（Ｔｓｅｔ）との温度差（ΔＴ）の絶対値が予め定めた基準温度差（ΔＫＴ）以下となったときに、前記一方の圧縮機構の冷媒吐出能力に基づいて、前記他方の圧縮機構の冷媒吐出能力を決定することを特徴とする請求項４に記載の二段昇圧式冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記高段側圧縮機構（１１ａ）および前記低段側圧縮機構（１２ａ）は、その吐出容量（Ｖ２、Ｖ１）が固定された固定容量型圧縮機構で構成されており、
さらに、前記高段側圧縮機構（１１ａ）を回転駆動する高段側電動モータ（１１ａ）と、
前記低段側圧縮機構（１２ａ）を回転駆動する低段側電動モータ（１２ｂ）とを備え、
前記高段側電動モータ（１１ａ）の回転数および前記低段側電動モータ（１２ｂ）の回転数は、互いに独立して制御可能に構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の二段昇圧式冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記高段側圧縮機構（１１ａ）および前記低段側圧縮機構（１２ａ）は、その吐出容量（Ｖ２、Ｖ１）を変更可能な可変容量型圧縮機構で構成されており、
前記高段側圧縮機構（１１ａ）の吐出容量（Ｖ１）および前記低段側圧縮機構（１２ａ）の吐出容量（Ｖ２）は、互いに独立して制御可能に構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の二段昇圧式冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記第２吐出能力制御部（２０ｂ）は、前記実効容量比が、
１≦Ｎ２×Ｖ２／Ｎ１×Ｖ１≦３
となるように、前記他方の圧縮機構の冷媒吐出能力を決定することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の二段昇圧式冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、２０１０年７月７日に出願された日本特許出願２０１０−１５４６８０を基にしている。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、低段側圧縮機構と高段側圧縮機構とを備え、冷媒を多段階に昇圧させる二段昇圧式冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、特許文献１に、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、冷媒を多段階に昇圧させる二段昇圧式冷凍サイクル装置が開示されている。【０００４】
より詳細には、特許文献１の二段昇圧式冷凍サイクル装置は、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おり、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、いわゆるエコノマイザ式冷凍サイクル装置として構成されている。【０００５】
この種のエコノマイザ式冷凍サイクル装置では、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】
さらに、エコノマイザ式冷凍サイクル装置では、高段側圧縮機構および低段側圧縮機構として互いに圧縮比の等しい圧縮機構を採用し、中間圧冷媒の圧力（中間冷媒圧力）を、高圧冷媒の圧力（高圧側冷媒圧力）と低圧冷媒の圧力（低圧側冷媒圧力）との相乗平均で定義される目標中間冷媒圧力に近づけることで、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を向上できる。【０００７】
そこで、特許文献１の二段昇圧式冷凍サイクル装置では、中間冷媒圧力を目標中間冷媒圧力に近づけるように中間圧膨張弁の絞り開度を変化させて、ＣＯＰの向上を狙っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２４２５５７号公報  しかしながら、特許文献１の二段昇圧式冷凍サイクル装置では、高圧側冷媒圧力および低圧側冷媒圧力の双方に基づいて目標中間冷媒圧力を決定しているので、高圧側冷媒圧力および低圧側冷媒圧力の双方の冷媒圧力を検出するための圧力検出手段を設けなければならない。従って、二段昇圧式冷凍サイクル装置の製造コストが増加してしまいやすい。
【０００９】
さらに、中間冷媒圧力を目標中間冷媒圧力に近づけるように中間圧膨張弁の絞り開度を変化させると、高圧側冷媒圧力および低圧側冷媒圧力も変化してしまうため、それぞれの圧縮機構の冷媒吐出能力を安定化（収束）させるための制御も複雑化してしまう。【００１０】
また、単に、中間冷媒圧力を目標中間冷媒圧力に近づけるように中間圧膨張弁の絞り開度を変化させるだけでは、中間圧膨張弁から流出する中間圧冷媒が液相状態あるいは気液二相状態となってしまうことがある。その結果、高段側圧縮機構が非圧縮性流体を圧縮してしまう液圧縮の問題が生じ、高段側圧縮機構の信頼性、すなわち二段昇圧式冷凍サイクル装置全体としての信頼性を損なうことが懸念される。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、上記点に鑑み、簡素な構成および制御でＣＯＰを向上させることのできる二段昇圧式冷凍サイクル装置を提供することを第１の目的とする。
【００１２】
また、本発明は、簡素な構成および制御で信頼性の高い二段昇圧式冷凍サイクル装置を提供することを第２の目的とする。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の第１例の二段昇圧式冷凍サイクル装置では、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、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吸入側へ流出する中間圧膨張弁と、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れる送風空気と熱交換させて蒸発させ、低段側圧縮機構吸入側へ流出する蒸発器とを備える。  さらに、二段昇圧式冷凍サイクル装置は、放熱器にて高圧冷媒と熱交換する室外空気の外気温度および蒸発器にて低圧冷媒と熱交換する送風空気の空気温度のうち、少なくとも一方の温度の上昇に伴って、高段側圧縮機構および低段側圧縮機構のうち一方の圧縮機構の冷媒吐出能力を増加させるように決定する第１吐出能力制御部と、一方の圧縮機構の冷媒吐出能力に基づいて、他方の圧縮機構の冷媒吐出能力を決定する第２吐出能力制御部とを備える。さらに、第２吐出能力制御部は、高段側圧縮機構の吐出容量をＶ１、高段側圧縮機構の回転数をＮ１、低段側圧縮機構の吐出容量をＶ２、低段側圧縮機構の回転数をＮ２とした場合、Ｎ２×Ｖ２／Ｎ１×Ｖ１にて定義される実効容量比が予め定めた基準範囲内の値となるように、他方の圧縮機構の冷媒吐出能力を決定する。
【００１４】
これによれば、第１吐出能力制御部が、外気温度および空気温度のうち、少なくとも一方の値に基づいて、一方の圧縮機構の冷媒吐出能力を決定し、さらに、第２吐出能力制御部が、一方の圧縮機構の冷媒吐出能力に基づいて、他方の圧縮機構の冷媒吐出能力を決定するので、それぞれの圧縮機構の冷媒吐出能力を容易に決定できる。
【００１５】
この際、実効容積比が予め定めた基準範囲内の値となるように、第２吐出能力制御部が他方の圧縮機構の冷媒吐出能力を決定しているので、基準範囲を適切に設定するだけで、実質的に中間冷媒圧力を、高圧側冷媒圧力と低圧側冷媒圧力との相乗平均に相当する値に近づけることができる。
【００１６】
従って、高価な圧力検出手段を設ける必要のない簡素な構成で、かつ、極めて容易な制御で、二段昇圧式冷凍サイクル装置のＣＯＰを向上させることができる。
【００１７】
さらに、それぞれの圧縮機構の冷媒吐出能力によらず、中間圧膨張弁の絞り開度を決定することができるので、中間圧膨張弁から流出する中間圧冷媒を気相冷媒として、高段側圧縮機構の液圧縮の問題を回避できる。
【００１８】
従って、簡素な構成で高段側圧縮機構の信頼性、すなわち二段昇圧式冷凍サイクル装置全体としての信頼性を向上させることができる。なお、圧縮機構の吐出容量とは、圧縮機構が一回転あたりに吐出する理論流量であって、幾何学的に算出される流量である。
【００１９】
例えば、本発明の第２例の二段昇圧式冷凍サイクル装置では、中間圧膨張弁は、放熱器から流出した高圧冷媒の流れを分岐する分岐部にて分岐された一方の高圧冷媒を減圧膨張させ、低圧膨張弁は、分岐部にて分岐された他方の高圧冷媒を減圧膨張させ、さらに、中間圧膨張弁にて減圧膨張された低圧冷媒と分岐部にて分岐された他方の高圧冷媒とを熱交換させる中間熱交換器を備える。
【００２０】
中間熱交換器を備えているので、中間圧膨張弁から流出した中間圧冷媒を加熱して容易に気相冷媒とすることができる。その結果、より一層確実に、二段昇圧式冷凍サイクル装置の信頼性を向上させることができる。
【００２１】
また、分岐部にて分岐された他方の高圧冷媒が冷却されて、蒸発器入口側冷媒のエンタルピと出口側冷媒のエンタルピとのエンタルピ差を拡大して、蒸発器にて発揮される冷凍能力を増大することができる。その結果、より一層、二段昇圧式冷凍サイクル装置のＣＯＰを向上させることができる。
【００２２】
例えば、本発明の第３例の二段昇圧式冷凍サイクル装置では、一方の圧縮機構は、低段側圧縮機構であり、他方の圧縮機構は、高段側圧縮機構であってもよい。
【００２３】
これによれば、第１吐出能力制御部が、外気温度および空気温度のうち、少なくとも一方の値に基づいて、低段側圧縮機構の冷媒吐出能力を決定し、蒸発器の冷媒蒸発圧力を直接制御することができる。従って、冷却対象空間に送風される送風空気の空気温度を所望の温度に調整しやすい。
【００２４】
本発明の第４例の二段昇圧式冷凍サイクル装置では、第２吐出能力制御部は、空気温度と冷却対象空間の目標冷却温度との温度差の絶対値が予め定めた基準温度差以下となったときに、一方の圧縮機構の冷媒吐出能力に基づいて、他方の圧縮機構の冷媒吐出能力を決定してもよい。
【００２５】
この場合、前記第２吐出能力制御部が、空気温度と冷却対象空間の目標冷却温度との温度差の絶対値が予め定めた基準温度差以下となるまでは、他方の圧縮機構の冷媒吐出能力を一方の圧縮機構の冷媒吐出能力によらずに制御することができる。従って、例えば、二段昇圧式冷凍サイクル装置の起動時に冷却対象空間を急速に冷却する運転モードを実行することもできる。
【００２６】
本発明の第５例の二段昇圧式冷凍サイクル装置では、前記空気温度が前記標冷却温度よりも高温であり、かつ前記第２吐出能力制御部は、前記空気温度と前記冷却対象空間の目標冷却温度との温度差の絶対値が予め定めた基準温度差以下となったときに、前記一方の圧縮機構の冷媒吐出能力に基づいて、前記他方の圧縮機構の冷媒吐出能力を決定してもよい。この場合、両方の圧縮機能の能力制御を有効に行うことができる。
【００２７】
また、本発明の第６例の二段昇圧式冷凍サイクル装置では、高段側圧縮機構および低段側圧縮機構は、その吐出容量が固定された固定容量型圧縮機構で構成されており、さらに、高段側圧縮機構を回転駆動する高段側電動モータと、低段側圧縮機構を回転駆動する低段側電動モータとを備え、高段側電動モータの回転数および低段側電動モータの回転数は、互いに独立して制御可能に構成されてもよい。
【００２８】
この場合、高段側圧縮機構の吐出容量および低段側圧縮機構の吐出容量が一定の値となるので、高段側圧縮機構の回転数および低段側圧縮機構の回転数のうち、少なくとも一方を変更するだけで容易に実効容量比を基準範囲とすることができる。
【００２９】
また、本発明の第７例の二段昇圧式冷凍サイクル装置では、高段側圧縮機構および低段側圧縮機構は、その吐出容量を変更可能な可変容量型圧縮機構で構成されており、高段側圧縮機構の吐出容量および低段側圧縮機構の吐出容量は、互いに独立して変更可能に構成されてもよい。
【００３０】
この場合、高段側圧縮機構の吐出容量および低段側圧縮機構の吐出容量を独立して変更することができるので、双方の圧縮機構の回転数を同じ値としても、容易に実効容量比を基準範囲とすることができる。従って、双方の圧縮機構を共通する駆動手段にて駆動することもできる。
【００３１】
さらに、上記の何れかの二段昇圧式冷凍サイクル装置において、第２吐出能力制御部は、実効容量比が、１≦Ｎ２×Ｖ２／Ｎ１×Ｖ１≦３
となるように、他方の圧縮機構の冷媒吐出能力を決定するようになっていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル装置の全体構成図である。
【図２】第１実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル装置の制御処理を示すフローチャートである。
【図３】実効容積比の変化に対するＣＯＰ比の変化を示すグラフであり、（ａ）は、所定の条件Ａにおけるグラフであり、（ｂ）は、別の条件Ｂにおけるグラフである。
【図４】第２実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル装置の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
（第１実施形態）
図１〜３により、本発明の第１実施形態を説明する。図１は、本実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル装置１０の全体構成図である。この二段昇圧式冷凍サイクル装置１０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℃〜−１０℃程度の極低温となるまで冷却する機能を果たす。
【００３４】
まず、二段昇圧式冷凍サイクル装置１０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（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。
【００３５】
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。低段側圧縮機構１２ａは、その吐出容量Ｖ２が固定された固定容量型圧縮機構で構成されており、具体的には、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構、ローリングピストン型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用できる。
【００３６】
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（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１２（具体的には、低段側圧縮機構１２ａ）の冷媒吐出能力が変更される。
【００３７】
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の吐出能力変更手段を構成している。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１２（具体的には、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。
【００３８】
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。
【００３９】
さらに、高段側圧縮機構１１ａは、吐出容量Ｖ１が固定された固定容量型圧縮機構で構成され、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。
【００４０】
高段側圧縮機１１（具体的には、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（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。
【００４１】
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（送風空気量）が制御される電動式送風機である。なお、本実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル装置１０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。
【００４２】
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のもので、流入出口のうち１つを冷媒流入口とし、２つを冷媒流出口としたものである。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。
【００４３】
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る温度式膨張弁である。
【００４４】
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し、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（冷媒流量）を調整するようになっている。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。
【００４５】
中間熱交換器１６は、中間圧冷媒流路１６ｂを流通する中間圧膨張弁１５にて減圧膨張された中間圧冷媒と、高圧冷媒流路１６ａを流通する分岐部１４にて分岐された他方の高圧冷媒との間で熱交換を行うものである。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。
【００４６】
また、中間熱交換器１６の具体的構成としては、板状の伝熱プレート部材を複数枚積層配置して各伝熱プレート部材間に中間圧冷媒流路１６ｂおよび高圧冷媒流路１６ａを交互に形成し、伝熱プレートとを介して高圧冷媒と中間圧冷媒とを熱交換させるプレート式熱交換器を採用している。
【００４７】
また、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もよい。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。
【００４８】
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が、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。
【００４９】
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１１（具体的には、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では、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。
【００５０】
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。
【００５１】
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し、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（冷媒流量）を調整するようになっている。
【００５２】
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（送風空気量）が制御される電動式送風機である。
【００５３】
さらに、蒸発器１８の冷媒流出口には、低段側圧縮機１２（具体的には、低段側圧縮機構１２ａ）の吸入口側が接続されている。
【００５４】
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、制御処理や演算処理を行うＣＰＵおよびプログラムやデータ等を記憶するＲＯＭおよびＲＡＭ等の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。
【００５５】
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、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。
【００５６】
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手段が一体に構成されたものであるが、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（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手段を構成している。
【００５７】
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（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（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。
【００５８】
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。
【００５９】
一方、冷凍機制御装置２０の入力側には、放熱器１３にて高圧冷媒と熱交換する庫外空気（室外空気）の外気温度Ｔａｍを検出する外気温度検出手段である外気温センサ２３、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を検出する庫内温度検出手段である庫内温度センサ２４等が接続され、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。
【００６０】
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、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手段としての作動・停止スイッチ、庫内温度（目標冷却温度）Ｔｓｅｔを設定する目標温度設定手段としての温度設定スイッチ等が設けられ、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。
【００６１】
次に、上記構成における本実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル装置１０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。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（ＯＮ）されて作動要求信号が出力されるとスタートする。
【００６２】
まず、ステップＳ１ではフラグ、タイマ等の初期化がなされ、次のステップＳ２で外気温センサ２３および庫内温度センサ２４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み、温度設定スイッチによって設定されたＴｓｅｔに応じて運転モードを決定する。具体的には、目標冷却温度Ｔｓｅｔが−１０℃以上であれば生鮮食品などの鮮度の低下を抑制に適した温度での冷蔵を行うチルドモードとし、目標冷却Ｔｓｅｔが−１０℃よりも低温であれば冷凍を行うフローズンモードとする。
【００６３】
続いて、ステップＳ３へ進み、制御モードを判定する。なお、制御モードは、チルドモード、フローズンモードとも共通であるため、運転モードごとでの説明は省略する。
【００６４】
具体的には、ステップＳ３では、ステップＳ２で読み込んだ空気温度Ｔｆｒから、温度設定スイッチにて設定された目標冷却温度Ｔｓｅｔを減算した値である温度差ΔＴが、予め定めた基準温度差ΔＫＴより大きいときは大能力が必要であると判定し、温度差ΔＴが、予め定めた基準温度差ΔＫＴ以下となっているときは庫内温度が設定温度Ｔｓｅｔに近づいた状態であり、細かな能力制御が必要な状態になっていると判定する。
【００６５】
なお、ほとんどの場合、冷凍機の起動直後には、冷却対象空間である庫内温度が目標冷却温度Ｔｓｅｔよりも高くなっている。そのため、本実施形態では、温度差ΔＴとして、空気温度Ｔｆｒから目標冷却温度Ｔｓｅｔを減算した値を採用しているが、もちろん、温度差ΔＴとして、目標冷却温度Ｔｓｅｔから空気温度Ｔｆｒを減算した値の絶対値を採用してもよい。
【００６６】
ステップＳ３にて、大能力が必要であると判定された場合は、ステップＳ４へ進み、クールダウンモードでの運転を行う。ステップＳ４では、低段側圧縮機１２の冷媒吐出能力および高段側圧縮機１１の冷媒吐出能力が略最大となる高段側電動モータ１１ｂおよび低段側電動モータ１２ｂの回転数が決定される。
【００６７】
続くステップＳ５では、冷凍機のクールダウンモードにおけるその他の制御対象機器の制御状態を決定する。例えば、冷却ファン１３ａおよび送風ファン１８ａについては、その送風能力が略最大となるように回転数が決定されて、ステップＳ９へ進む。
【００６８】
一方、ステップＳ３にて、冷凍機の細かな能力制御が必要と判定された場合は、ステップＳ６へ進み、能力制御モードでの運転を行う。ステップS６では、今回ステップＳ２で読み込んだ検出信号および操作信号に基づいて、低段側圧縮機１２の冷媒吐出能力を決定する。
【００６９】
より具体的には、ステップＳ６では、制御温度と設定温度の偏差、積分、微分の要素に基づいて、低段側電動モータ１２ｂの回転数、すなわち低段側圧縮機構１２ａの回転数Ｎ２を決定する。
【００７０】
続くステップＳ７では、ステップＳ６にて決定された低段側圧縮機１２の冷媒吐出能力に基づいて、高段側圧縮機１１の冷媒吐出能力を決定する。
【００７１】
具体的には、ステップＳ７では、下記数式Ｆ１によって定義される実効容積比が、下記数式Ｆ２に示す予め定めた基準範囲内の値となるように高段側圧縮機構１１ａの回転数Ｎ１を決定する。
実効容積比＝Ｎ２×Ｖ２／Ｎ１×Ｖ１…（Ｆ１）
１≦Ｎ２×Ｖ２／Ｎ１×Ｖ１≦３…（Ｆ２）
なお、Ｖ１は高段側圧縮機構１１ａの吐出容量であり、Ｎ１は高段側圧縮機構１１ａの回転数であり、Ｖ２は低段側圧縮機構１２ａの吐出容量であり、Ｎ２は低段側圧縮機構１２ａの回転数である。
【００７２】
続くステップＳ８では、その他の制御対象機器の制御状態を決定する。例えば、冷却ファン１３ａおよび送風ファン１８ａについては、ステップＳ６にて決定された低段側圧縮機構１２ａの回転数Ｎ２の増加に伴って、その送風能力が増加するように回転数が決定されて、ステップＳ９へ進む。
【００７３】
次に、ステップＳ９では、ステップＳ４〜Ｓ８にて決定された制御状態が得られるように、冷凍機制御装置２０から、その出力側に接続された制御対象機器に対して制御信号が出力されてステップＳ１０へ進む。
【００７４】
ステップＳ１０では、操作パネル３０からの停止要求信号が冷凍機制御装置２０へ出力されている場合は、各制御対象機器の作動を停止させて、冷凍機のシステム全体を停止させる。一方、停止要求信号が出力されていない場合は、予め定めた制御周期τの経過を待って、ステップＳ２に戻る。
【００７５】
従って、操作パネル３０の作動・停止スイッチが投入されると、二段昇圧式冷凍サイクル装置１０では、高段側圧縮機１１が、低段側圧縮機１２から吐出された中間圧冷媒と中間熱交換器１６の中間圧冷媒流路１６ｂから流出した中間圧冷媒との混合冷媒を吸入し、圧縮して吐出する。
【００７６】
そして、高段側圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒が、放熱器１３へ流入し、冷却ファン１３ａにより送風された庫外空気と熱交換して冷却される。放熱器１３から流出した高圧冷媒の流れは、分岐部１４にて分岐される。そして、分岐部１４から中間圧膨張弁１５へ流入した高圧冷媒は、中間圧冷媒となるまで減圧膨張される。
【００７７】
この際、中間圧膨張弁１５の絞り開度は、中間熱交換器１６の中間圧冷媒流路１６ｂ出口側冷媒の過熱度が予め定めた所定値となるように調整される。さらに、中間圧膨張弁１５にて減圧された中間圧冷媒は、中間熱交換器１６の中間圧冷媒流路１６ｂへ流入して、分岐部１４から中間熱交換器１６の高圧冷媒流路１６ａへ流入した高圧冷媒と熱交換して加熱され、高段側圧縮機１１に吸入される。
【００７８】
一方、分岐部１４から中間熱交換器１６の高圧冷媒流路１６ａへ流入した高圧冷媒は、中間熱交換器１６にて冷却される。高圧冷媒流路１６ａから流出した高圧冷媒は、低圧膨張弁１７へ流入して、低圧冷媒となるまで減圧膨張される。この際、低圧膨張弁１７の絞り開度は、蒸発器１８出口側冷媒の過熱度が予め定めた所定値となるように調整される。
【００７９】
さらに、低圧膨張弁１７にて減圧された低圧冷媒は、蒸発器１８へ流入して、送風ファン１８ａによって循環送風された送風空気から吸熱して蒸発する。これにより、冷却対象空間である冷凍庫内に送風される送風空気が冷却される。蒸発器１８から流出した冷媒は、低段側圧縮機１２に吸入される。
【００８０】
本実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル装置１０は、上記の如く作動するので、前述したエコノマイザ式冷凍サイクル装置を構成して、高段側圧縮機構の圧縮効率を向上させることができるだけでなく、以下のような優れた効果を発揮することができる。
【００８１】
まず、本実施形態では、外気温度Ｔａｍ、空気温度Ｔｆｒおよび設定温度Ｔｓｅｔに基づいて、低段側圧縮機構１２ａの冷媒吐出能力を決定し、さらに、決定された低段側圧縮機構１２ａの冷媒吐出能力に基づいて、高段側圧縮機構１１ａの冷媒吐出能力を決定している。従って、それぞれの圧縮機構１１ｂ、１２ｂの冷媒吐出能力を容易に決定できる。
【００８２】
この際、実効容積比が上記式Ｆ２を満たすように、高段側圧縮機構１１ａの冷媒吐出能力を決定しているので、高圧側冷媒圧力、中間冷媒圧力あるいは低圧側冷媒圧力を検出するための圧力検出手段を設ける必要のない簡素な構成で、かつ、極めて容易な制御で、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。
【００８３】
このことを図３を用いて、より詳細に説明する。図３は、実効容積比の変化に対するＣＯＰ比の変化を示すグラフであって、図３（ａ）は、外気温度Ｔａｍ＝３８℃、設定温度Ｔｓｅｔ＝−１０℃の条件Ａにおけるグラフであり、図３（ｂ）は、外気温度Ｔａｍ＝１０℃、設定温度Ｔｓｅｔ＝−２５℃の条件Ｂにおけるグラフである。
【００８４】
また、ＣＯＰ比は、中間冷媒圧力を、高圧側冷媒圧力と低圧側冷媒圧力との相乗平均とは異なる所定値とした場合のＣＯＰに対する本実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル装置１０のＣＯＰの比である。
【００８５】
図３から明らかなように、いずれの条件においても、実効容積比が１以上、３以下となる範囲でＣＯＰ比にピークが現れる。このことは、実効容積比を１以上、３以下の範囲とすることで、中間冷媒圧力を、高圧側冷媒圧力と低圧側冷媒圧力との相乗平均に近づけることができることを意味している。
【００８６】
従って、本実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル装置１０によれば、簡素な構成で、かつ、極めて容易な制御で、ＣＯＰを向上させることができる。なお、いずれの条件においても、ＣＯＰ比のピーク値は実効容積比が２の近傍に存在しているので、制御ステップＳ７において、実効容積比を１．５以上、２．５以下の範囲とすれば、より一層ＣＯＰを向上できる。
【００８７】
また、本実施形態のように冷凍機に適用される冷凍サイクルでは、例えば、空調装置に適用される冷凍サイクルに対して、高圧側冷媒圧力と低圧側冷媒圧力との圧力差が大きくなるので、圧縮機の消費動力が増大しやすい。従って、冷凍機に適用される冷凍サイクルにおいてＣＯＰを向上できることは、極めて有効である。
【００８８】
さらに、本実施形態では、高段側圧縮機構１１ａおよび低段側圧縮機構１２ａの冷媒吐出能力によらず、中間熱交換器１６の中間圧冷媒流路１６ｂ出口側冷媒が過熱度を有するように中間圧膨張弁１５の絞り開度が調整されるので、高段側圧縮機構１１ａの液圧縮の問題を回避できる。また、蒸発器１８出口側冷媒が過熱度を有するように低圧膨張弁１７の絞り開度が調整されるので、低段側圧縮機構１２ａの液圧縮の問題を回避できる。
【００８９】
従って、簡素な構成で高段側圧縮機構１１ａおよび低段側圧縮機構１２ａの信頼性、すなわち二段昇圧式冷凍サイクル装置全体としての信頼性を向上させることができる。
【００９０】
また、本実施形態では、外気温度Ｔａｍ等に基づいて、低段側圧縮機構１２ａの冷媒吐出能力を決定しているので、外気温度Ｔａｍ等に基づいて蒸発器１８の冷媒蒸発圧力を直接的に決定することができる。従って、冷凍庫内に送風される送風空気の空気温度Ｔｆｒを、設定温度Ｔｓｅｔに近づけやすい。
【００９１】
また、本実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル装置１０では、中間熱交換器１６を備えているので、中間圧膨張弁１５から流出した中間圧冷媒を分岐部１４にて分岐された高圧冷媒によって加熱し、容易に気相冷媒とすることができる。その結果、より一層確実に、二段昇圧式冷凍サイクル装置の信頼性を向上させることができる。
【００９２】
さらに、分岐部１４にて分岐された高圧冷媒を中間圧膨張弁１５から流出した中間圧冷媒によって冷却できるので、蒸発器１８入口側冷媒のエンタルピと出口側冷媒のエンタルピとのエンタルピ差を拡大して、蒸発器１８にて発揮される冷凍能力を増大することができる。その結果、より一層、二段昇圧式冷凍サイクル装置のＣＯＰを向上させることができる。
【００９３】
また、本実施形態では、制御ステップＳ３にて、冷凍機の起動直後ではないと判定された場合に、高段側圧縮機構１１ａの冷媒吐出能力を低段側圧縮機構１２ａの冷媒吐出能力に基づいて決定するようにしている。従って、冷凍機の起動直後には、低段側圧縮機構１２ａの冷媒吐出能力および高段側圧縮機構１１ａの冷媒吐出能力を略最大として、冷却対象空間を急速に冷却する運転モードを実行することができる。
【００９４】
また、本実施形態では、高段側圧縮機構１１ａおよび低段側圧縮機構１２ａとして固定容量型圧縮機構を採用しているので、それぞれの吐出容量Ｖ１、Ｖ２を一定の値とすることができる。従って、低段側圧縮機構１２ａの回転数Ｎ２を決定した後に、高段側圧縮機構１１ａの回転数Ｎ１を調整するだけで、実効容量比を容易に所望の範囲内の値とすることができる。
【００９５】
（第２実施形態）
第２実施形態では、図４の全体構成図に示すように、第１実施形態に対して、高段側圧縮機構１１ａおよび低段側圧縮機構１２ａを可変容量型圧縮機構で構成した例を説明する。さらに、本実施形態では、高段側電動モータ１１ｂおよび低段側電動モータ１２ｂを廃止して、双方の圧縮機構１１ａ、１２ａを共通する電動モータ１９にて回転駆動している。なお、図４では、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。
【００９６】
より具体的には、本実施形態では、高段側圧縮機構１１ａおよび低段側圧縮機構１２ａとして、斜板式可変容量型圧縮機構を採用している。斜板式可変容量型圧縮機構は、斜板式の圧縮機構において、斜板室内の制御圧力Ｐｃを変化させることによって、斜板の傾斜角度を可変してピストンのストロークを変化させ、これにより、吐出容量を略０％〜１００％の範囲で連続的に変化させるようになっている。
【００９７】
高段側圧縮機構１１ａおよび低段側圧縮機構１２ａの斜板室内の制御圧力Ｐｃは、それぞれ電磁式容量制御弁１１ｃ、１２ｃの弁開度を変化させて、斜板室へ導入させる高圧冷媒および低圧冷媒の導入割合を変化させることによって調整される。これら電磁式容量制御弁１１ｃ、１２ｃは、それぞれ冷凍機制御装置２０の第１、第２吐出能力制御部２０ａ、２０ｂから出力される制御電流によって、その作動が制御される。
【００９８】
電動モータ１９は、第１実施形態の高段側電動モータ１１ｂおよび低段側電動モータ１２ｂと同様に、インバータ２５から出力される交流電流によって、その作動（回転数）が制御される交流モータである。インバータ２５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。
【００９９】
さらに、本実施形態の電動モータ１９が出力する回転駆動力は、プーリおよびベルトを介して、双方の圧縮機構１１ａ、１２ａへ伝達される。従って、本実施形態の低段側圧縮機構１２ａの回転数Ｎ２と高段側圧縮機構１１ａの回転数Ｎ１との回転数比Ｎ２／Ｎ１は、常に一定の値となる。本実施形態では、回転数比Ｎ２／Ｎ１を略１として、低段側圧縮機構１２ａの回転数Ｎ２と高段側圧縮機構１１ａの回転数Ｎ１を同等としている。
【０１００】
その他の構成および作動は、第１実施形態と同様である。従って、本実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル装置１０においても、第１実施形態と同様に、簡素な構成で、かつ、極めて容易な制御で、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。さらに、簡素な構成で、高段側圧縮機構１１ａおよび低段側圧縮機構１２ａの信頼性、すなわち二段昇圧式冷凍サイクル装置全体としての信頼性を向上させることができる。
【０１０１】
また、本実施形態では、高段側圧縮機構１１ａおよび低段側圧縮機構１２ａとして可変容量型圧縮機構を採用しているので、それぞれの圧縮機構１１ａ、１２ａの吐出容量Ｖ１、Ｖ２を独立して変更することができる。従って、双方の圧縮機構１１ａ、１２ａの回転数Ｎ１、Ｎ２が同じ値になっていても、容易に実効容量比（Ｎ２×Ｖ２／Ｎ１×Ｖ１）を所望の値に変化させることができる。
【０１０２】
さらに、双方の圧縮機構１１ａ、１２ａを共通する駆動源（電動モータ１９）にて駆動することができるので、サイクル構成をより一層簡素な構成とすることができる。
【０１０３】
（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
【０１０４】
（１）上述の実施形態では、中間熱交換器１６を採用したサイクル構成について説明したが、本発明の二段昇圧式冷凍サイクル装置のサイクル構成は、これに限定されない。例えば、中間熱交換器１６を廃止して、中間圧膨張弁１５から流出した冷媒の気液を分離する中間気液分離器を設けてもよい。
【０１０５】
そして、中間気液分離器にて分離された気相冷媒を高段側圧縮機１１へ吸入させるようにしてもよい。この場合は、中間圧膨張弁１５を廃止して、固定絞りを採用してもよい。さらに、分岐部１４を廃止して中間気液分離器にて分離された液相冷媒を低圧膨張弁１７へ流入させるようにしてエコノマイザ式冷凍サイクル装置として構成してもよい。
【０１０６】
（２）上述の実施形態では、図２の制御ステップＳ６にて、外気温度Ｔａｍ等に基づいて、低段側圧縮機１２の冷媒吐出能力を決定し、さらに制御ステップＳ７にて、低段側圧縮機１２の冷媒吐出能力に基づいて、高段側圧縮機１１の冷媒吐出能力を決定した例を説明したが、もちろん、同様に、制御ステップＳ６にて高段側圧縮機１１の冷媒吐出能力を決定し、制御ステップＳ７にて、低段側圧縮機１２の冷媒吐出能力を決定してもよい。
【０１０７】
さらに、制御ステップＳ６では、外気温度Ｔａｍ、空気温度Ｔｆｒおよび設定温度Ｔｓｅｔに基づいて、低段側圧縮機１２の冷媒吐出能力を決定した例を説明したが、外気温度Ｔａｍ、空気温度Ｔｆｒ、設定温度Ｔｓｅｔのうち少なくとも１つを用いて、低段側圧縮機１２の冷媒吐出能力を決定してもよい。
【０１０８】
（３）上述の実施形態では、中間圧膨張弁１５および低圧膨張弁１７として、温度式膨張弁を採用した例を説明したが、中間圧膨張弁１５および低圧膨張弁１７として、電気式膨張弁を採用してもよい。
【０１０９】
そして、例えば、中間圧冷媒流路１６ｂ出口側冷媒の温度と圧力とを検出する検出手段を追加して、中間圧冷媒流路１６ｂ出口側冷媒の過熱度が予め設定された所定値となるように中間圧膨張弁１５の作動を制御してもよい。また、蒸発器１８出口側冷媒の温度と圧力とを検出する検出手段を追加して、蒸発器１８出口側冷媒の過熱度が予め設定された所定値となるように低圧膨張弁１７の作動を制御してもよい。
【０１１０】
（４）上述の実施形態では、本発明の二段昇圧式冷凍サイクル装置１０を冷凍機に適用した例を説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、空調装置、冷蔵庫等に適用してもよい。さらに、移動体（車両、船舶）等の冷蔵・冷凍コンテナに適用してもよい。
【０１１１】
定置型の空調装置、冷蔵・冷凍庫では、商用電源等から圧縮機１１、１２の駆動用エネルギを入手しやすいが、この種の移動体に適用される冷蔵・冷凍コンテナでは、駆動用エネルギが限られていることから、本発明の二段昇圧式冷凍サイクル装置１０のようにＣＯＰを向上できることは、効果的である。
【０１１２】
（５）上述の制御ステップＳ３では、温度差ΔＴと基準温度差ΔＫＴとを比較することで、大能力が必要か否かを判定した例を説明したが、判定方法はこれに限定されない。
【０１１３】
例えば、作動・停止スイッチが投入（ＯＮ）された後に、まず、空気温度Ｔｆｒと目標冷却温度Ｔｓｅｔとの差が縮小するように、双方の圧縮機構１１ａ、１２ａの回転数を決定する制御態様において、単位時間あたりの空気温度Ｔｆｒの温度変化量ΔＴｆｒが、予め定めた基準温度変化量ΔＫＴｆｒより大きいときは冷凍機の起動直後であると判定し、ΔＴｆｒが、予め定めた基準温度変化量ΔＫＴｆｒ以下となっているときは冷凍機が定常状態になっていると判定するようにしてもよい。
（６）冷媒として共沸冷媒もしくは擬似共沸冷媒を用いる場合、中間圧冷媒流路１６ｂの入口側冷媒温度と中間圧冷媒流路１６ｂの出口側冷媒温度との温度差を検知し、この温度差が予め設定された所定値となるように中間圧膨張弁１５の弁開度（冷媒流量）を調整してもよい。
【０１１４】
また、冷媒温度として、中間圧冷媒流路１６ｂと他の機器を接続する冷媒配管の表面温度を用いてもよい。
【０１１５】
（７）上述の第１実施形態では、ステップＳ５およびステップＳ７において、低段側圧縮機、高段側圧縮機以外の他の機器（冷却ファン１３ａおよび送風ファン１８ａ）を制御モードに応じた制御とする実施形態について述べたが、運転モードに応じてこれらの機器を制御する形態としてもよい。たとえば、チルドモード時には冷却ファン１３ａおよび送風ファン１８ａの送風能力が略最大となるように制御し、フローズンモード時には冷却ファン１３ａおよび送風ファン１８ａの送風能力を低風量となるように制御してもよい。
【０１１６】
（８）上述の実施形態では、ステップ６において低段側電動モータ１２ｂの回転数を制御温度と設定温度とを用いた、いわゆるＰＩＤ制御で制御する形態について述べたが、外気温度Ｔａｍ、空気温度Ｔｆｒ、設定温度Ｔｓｅｔに基づいて、予め冷凍機制御装置２０の記憶回路に記憶されている制御マップを参照して、外気温Ｔａｍの上昇、空気温度Ｔｆｒの上昇、さらに設定温度Ｔｓｅｔの低下に伴って、低段側圧縮機１２の冷媒吐出能力が増加するように低段側電動モータ１２ｂの回転数、すなわち低段側圧縮機構１２ａの回転数Ｎ２を決定してもよい。
【０１１７】
（９）上述の第２実施形態では、１つの電動モータ１９を駆動手段として、高段側圧縮機構１１ａおよび低段側圧縮機構１２ａの双方を駆動した例を説明したが、もちろん、それぞれの圧縮機構１１ａ、１２ａに対して、別々の駆動手段を採用してもよいし、駆動手段としてエンジン（内燃機関）を採用してもよい。
【図１】
2012004987.tif 000003
【図２】
2012004987.tif 000004
【図３】
2012004987.tif 000005
【図４】
2012004987.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成24年6月15日(2012.6.15)
【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】
前記一方の圧縮機構は、前記低段側圧縮機構（１２ａ）であり、
前記他方の圧縮機構は、前記高段側圧縮機構（１１ａ）であり、
前記蒸発器（１８）は、前記送風空気を冷却し、
前記蒸発器（１８）の冷媒流出口には、前記低段側圧縮機構（１２ａ）の吸入口側が接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の二段昇圧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】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
例えば、本発明の第３例の二段昇圧式冷凍サイクル装置では、一方の圧縮機構は、低段側圧縮機構であり、他方の圧縮機構は、高段側圧縮機構であって、蒸発器は、送風空気を冷却し、蒸発器の冷媒流出口には、低段側圧縮機構の吸入口側が接続されていてもよい。
【国際調査報告】
2012004987.tif 000007
2012004987.tif 000008
2012004987.tif 000009
2012004987.tif 000010