(57)【要約】【課題】補助回路を有する冷媒回路から構成された冷凍装置において、能力改善効果が確実に得られるようにする。【解決手段】冷凍装置１は、高段側冷媒回路２と、低段側冷媒回路３とを備え、この低段側冷媒回路３は、圧縮機１２から吐出されてガスクーラ１６を経た冷媒を分流し、この分流した冷媒を補助膨張弁３２にて膨張させる補助回路２６を有し、高段側冷媒回路２は、冷媒を蒸発させて低段側冷媒回路３の補助膨張弁３２に流入する補助回路２６の冷媒を冷却する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高段側冷媒回路と、低段側冷媒回路とを備え、該低段側冷媒回路は、圧縮機から吐出されてガスクーラを経た冷媒を分流し、該分流した冷媒を補助膨張弁にて膨張させる補助回路を有し、
前記高段側冷媒回路は、冷媒を蒸発させて前記低段側冷媒回路の補助膨張弁に流入する補助回路の冷媒を冷却することを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記低段側冷媒回路は、前記補助膨張弁より上流側の前記補助回路に設けられた第１の過冷却熱交換器と、前記ガスクーラの下流側であって前記補助回路との分流点より上流側に設けられた第２の過冷却熱交換器を備え、
前記高段側冷媒回路は、前記低段側冷媒回路の第１の過冷却熱交換器と第１のカスケード熱交換器を構成する第１の蒸発器と、前記低段側冷媒回路の第２の過冷却熱交換器と第２のカスケード熱交換器を構成する第２の蒸発器を備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記第１の蒸発器は、前記高段側冷媒回路の冷媒流に対して前記第２の蒸発器の上流側に設けられることを特徴とする請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記補助回路は、前記補助膨張弁で膨張された冷媒により、前記低段側冷媒回路の第２の過冷却熱交換器の下流側であって、前記分流点より上流側の前記低段側冷媒回路の冷媒を冷却することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記低段側冷媒回路の冷媒は、前記分流点にて主回路に流れる冷媒と、前記補助回路に流れる冷媒とに分流されると共に、
前記補助回路は、前記補助膨張弁で膨張された冷媒により、前記低段側冷媒回路の分流点より下流側の前記主回路の冷媒を冷却することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の冷凍装置。
【請求項６】
前記補助回路は、前記低段側冷媒回路の圧縮機の中間圧部に冷媒を戻すことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の冷凍装置。
【請求項７】
前記補助回路は、前記補助膨張弁で膨張された冷媒により、前記低段側冷媒回路の圧縮機を冷却することを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの何れかに記載の冷凍装置。
【請求項８】
前記高段側冷媒回路の第１及び第２の蒸発器の冷媒蒸発温度は、前記低段側冷媒回路のガスクーラを経た冷媒の温度より低く制御されることを特徴とする請求項１乃至請求項７のうちの何れかに記載の冷凍装置。
【請求項９】
前記高段側冷媒回路は、外気温度が低い環境では運転が停止されることを特徴とする請求項１乃至請求項８のうちの何れかに記載の冷凍装置。
【請求項１０】
前記低段側冷媒回路の冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のうちの何れかに記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、能力改善を目的としてガスクーラから出た冷媒を分流し、補助膨張弁にて膨張させる補助回路を有した冷媒回路から構成される冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より此の種冷凍装置では、圧縮機と、この圧縮機から吐出された冷媒を冷却するガスクーラと、ガスクーラを出た冷媒を膨張させる膨張弁と、この膨張弁を経た冷媒が蒸発する蒸発器とから冷媒回路が構成されている。また、冷凍装置の冷凍能力を改善する目的で、例えばガスクーラから出た冷媒を分流し、この分流した冷媒を補助膨張弁にて膨張させ、蒸発させることで、分流点前の冷媒や分流後の主回路の冷媒を過冷却する補助回路を設けたものも開発されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
係る補助回路を設けた冷凍装置によれば、ガスクーラを経た後の高圧側冷媒を過冷却することができるため、エンタルピー差を拡大して冷凍能力の改善を図ることができる。また、補助回路を経た冷媒は圧縮機の中間圧部に戻されるため、圧縮機の圧縮仕事が低減されて運転効率も改善することができるものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１５５９７２号公報
【特許文献２】特開２０１１−１３３２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、夏場等の高外気温環境では、ガスクーラを出た冷媒の温度が高くなるため（外気温度までしか冷却できないため）、補助回路に分流される冷媒の温度も高くなり、前記膨張弁に流入する冷媒を過冷却する能力が低下する。そのために補助回路に流す冷媒量を増やすと、今度は圧縮機の中間圧部の圧力が高くなり、吐出圧力と温度も上昇してしまう問題があった。
【０００６】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、補助回路を有する冷媒回路から構成された冷凍装置において、能力改善効果が確実に得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の冷凍装置は、高段側冷媒回路と、低段側冷媒回路とを備え、この低段側冷媒回路は、圧縮機から吐出されてガスクーラを経た冷媒を分流し、この分流した冷媒を補助膨張弁にて膨張させる補助回路を有し、高段側冷媒回路は、冷媒を蒸発させて低段側冷媒回路の補助膨張弁に流入する補助回路の冷媒を冷却することを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明の冷凍装置は、上記発明において低段側冷媒回路は、補助膨張弁より上流側の補助回路に設けられた第１の過冷却熱交換器と、ガスクーラの下流側であって補助回路との分流点より上流側に設けられた第２の過冷却熱交換器を備え、高段側冷媒回路は、低段側冷媒回路の第１の過冷却熱交換器と第１のカスケード熱交換器を構成する第１の蒸発器と、低段側冷媒回路の第２の過冷却熱交換器と第２のカスケード熱交換器を構成する第２の蒸発器を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明の冷凍装置は、上記発明において第１の蒸発器は、高段側冷媒回路の冷媒流に対して第２の蒸発器の上流側に設けられることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明の冷凍装置は、請求項２又は請求項３の発明において補助回路は、補助膨張弁で膨張された冷媒により、低段側冷媒回路の第２の過冷却熱交換器の下流側であって、前記分流点より上流側の低段側冷媒回路の冷媒を冷却することを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明の冷凍装置は、請求項２又は請求項３の発明において低段側冷媒回路の冷媒は、前記分流点にて主回路に流れる冷媒と、補助回路に流れる冷媒とに分流されると共に、補助回路は、補助膨張弁で膨張された冷媒により、低段側冷媒回路の分流点より下流側の主回路の冷媒を冷却することを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明の冷凍装置は、請求項４又は請求項５の発明において補助回路は、低段側冷媒回路の圧縮機の中間圧部に冷媒を戻すことを特徴とする。
【００１３】
請求項７の発明の冷凍装置は、請求項１乃至請求項３の発明において補助回路は、補助膨張弁で膨張された冷媒により、低段側冷媒回路の圧縮機を冷却することを特徴とする。
【００１４】
請求項８の発明の冷凍装置は、上記各発明において高段側冷媒回路の第１及び第２の蒸発器の冷媒蒸発温度は、低段側冷媒回路のガスクーラを経た冷媒の温度より低く制御されることを特徴とする。
【００１５】
請求項９の発明の冷凍装置は、上記各発明において高段側冷媒回路は、外気温度が低い環境では運転が停止されることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０の発明の冷凍装置は、上記各発明において低段側冷媒回路の冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の冷凍装置は、高段側冷媒回路と、低段側冷媒回路とを備え、この低段側冷媒回路は、圧縮機から吐出されてガスクーラを経た冷媒を分流し、この分流した冷媒を補助膨張弁にて膨張させる補助回路を有し、高段側冷媒回路は、冷媒を蒸発させて低段側冷媒回路の補助膨張弁に流入する補助回路の冷媒を冷却するようにしたので、例えば、請求項４や請求項５の発明の如く低段側冷媒回路のガスクーラを経た冷媒を分流して、分流前や分流後の冷媒を過冷却するための補助回路を流れる冷媒を、高段側冷媒回路の冷媒を蒸発させて冷却することができるので、特に夏場等の高外気温環境下において、補助回路による低段側冷媒回路の能力改善効果を確実に得ることが可能となる。
【００１８】
また、請求項７の発明の如く補助回路の補助膨張弁で膨張された冷媒により、低段側冷媒回路の圧縮機を冷却する場合にも、補助回路により圧縮機を効果的に冷却して、能力改善効果を確実に得ることが可能となる。
【００１９】
この場合、請求項２の発明の如く低段側冷媒回路が、補助膨張弁より上流側の補助回路に設けられた第１の過冷却熱交換器と、ガスクーラの下流側であって補助回路との分流点より上流側に設けられた第２の過冷却熱交換器を備え、高段側冷媒回路が、低段側冷媒回路の第１の過冷却熱交換器と第１のカスケード熱交換器を構成する第１の蒸発器と、低段側冷媒回路の第２の過冷却熱交換器と第２のカスケード熱交換器を構成する第２の蒸発器を備えることにより、低段側冷媒回路のガスクーラを出た冷媒も高段側冷媒回路の冷媒を蒸発させて冷却することができるようになり、一層の能力改善を実現することができる。
【００２０】
特に、請求項３の発明の如く第１の蒸発器を、高段側冷媒回路の冷媒流に対して第２の蒸発器の上流側に設ければ、補助回路による過冷却効果を確実に実施することができるようになる。
【００２１】
また、請求項４の発明の如く補助回路が、補助膨張弁で膨張された冷媒により、低段側冷媒回路の第２の過冷却熱交換器の下流側であって、前記分流点より上流側の低段側冷媒回路の冷媒を冷却することにより、温度的により安定した冷媒を補助回路に流すことが可能となる。
【００２２】
また、請求項６の発明の如く補助回路が、低段側冷媒回路の圧縮機の中間圧部に冷媒を戻すことにより、圧縮機における圧縮仕事を低減して運転効率の改善も実現することができるようになる。
【００２３】
また、請求項８の発明の如く高段側冷媒回路の第１及び第２の蒸発器の冷媒蒸発温度を、低段側冷媒回路のガスクーラを経た冷媒の温度より低く制御することで、高段側冷媒回路の冷媒により低段側冷媒回路の補助回路の冷媒や、ガスクーラを経た冷媒を的確に冷却することが可能となる。
【００２４】
更に、請求項９の発明の如く高段側冷媒回路を、外気温度が低い環境では運転停止することで、低段側冷媒回路の補助回路による能力改善効果が悪化する場合のみ高段側冷媒回路を運転して、不要な高段側冷媒回路の運転を回避し、効率の悪化を解消することが可能となる。
【００２５】
そして、上記各発明の冷凍装置は、請求項１０の発明の如く低段側冷媒回路の冷媒として二酸化炭素を使用する場合に特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明を適用した一実施例の冷凍装置の冷媒回路図である（実施例１）。
【図２】図１の冷凍装置のＰ−ｈ線図である。
【図３】本発明を適用した他の実施例の冷凍装置の冷媒回路図である（実施例２）。
【図４】本発明を適用した他の実施例の冷凍装置の冷媒回路図である（実施例３）。
【図５】図４の冷凍装置のＰ−ｈ線図である。
【図６】本発明を適用したもう一つの他の実施例の冷凍装置の冷媒回路図である（実施例４）。
【図７】図６の冷凍装置のＰ−ｈ線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【実施例１】
【００２８】
図１は本発明を適用した一実施例の冷凍装置１の冷媒回路図である。この実施例の冷凍装置１は、スーパーマーケット等の店舗に設置されるショーケースを冷却するものであり、それぞれ独立した冷媒閉回路を構成する高段側冷媒回路２と低段側冷媒回路３とから構成されている。高段側冷媒回路２は、圧縮機４と、この圧縮機４の吐出側に接続されたガスクーラ（又は凝縮器）６と、このガスクーラ６の出口側に接続された膨張弁７と、膨張弁７の出口側に接続された第１の蒸発器８と、第２の蒸発器９とから構成されている。
【００２９】
第２の蒸発器９の出口は圧縮機４の吸込側に接続されているが、この第２の蒸発器９と圧縮機４の間には内部熱交換器１１が設けられている。この内部熱交換器１１は、ガスクーラ６から膨張弁７に向かう高圧側冷媒が流れる第１の流路１１Ａと、第２の蒸発器９から圧縮機４に向かう低圧側冷媒が流れる第２の流路１１Ｂを有しており、これら流路１１Ａと１１Ｂを冷媒の間で熱交換を行わせるものである。そして、この高段側冷媒回路２内には、冷媒として二酸化炭素等の自然冷媒、或いは、ＨＦＯ冷媒、ＨＦＣ冷媒が封入されている。
【００３０】
一方、低段側冷媒回路３は、第１の圧縮要素１３と第２の圧縮要素１４を備えた二段圧縮式の圧縮機１２と、この圧縮機１２の第２の圧縮要素１４の吐出側に接続されたガスクーラ１６と、このガスクーラ１６の出口側に接続された第２の過冷却熱交換器１７と、この第２の過冷却熱交換器１７の出口側に接続された中間熱交換器１８の第１の流路１８Ａと、この中間熱交換器１８の第１の流路１８Ａの出口に接続された分流器（分流点）１９と、この分流器１９から分岐した主回路２１に並列に接続された膨張弁（主膨張弁）２２及び蒸発器２３の直列回路と、分流器１９から分岐した補助回路２６とから構成されている。
【００３１】
低段側冷媒回路３の膨張弁２２及び蒸発器２３は、店舗内に複数台（実施例では２台）設置されたショーケースＳにそれぞれ設けられており、各蒸発器２３が圧縮機１２の第１の圧縮要素１３の吸込側に接続される。尚、高段側冷媒回路２の全て、及び、低段側冷媒回路補助回路３の膨張弁２２及び蒸発器２３以外の機器は、店舗外に設置された冷凍機に設置され、分流器１９から分岐した主回路２１と圧縮機１２の第１の圧縮要素１３の吸込側が冷媒配管２７、２８により各ショーケースＳの膨張弁２２と蒸発器２３に接続される。
【００３２】
前記補助回路２６は、低段側冷媒回路３の冷凍能力を改善するための回路であり、第１の過冷却熱交換器３１と、この第１の過冷却熱交換器３１の出口側に接続された補助膨張弁３２と、このから補助膨張弁３２の出口側に接続された中間熱交換器１８の第２の流路１８Ｂを備えている。
【００３３】
また、圧縮機１２はインタークーラ３３を備えている。このインタークーラ３３は、圧縮機１２の第１の圧縮要素１３から吐出された冷媒を冷却（空冷）するものであり、このインタークーラ３３を経た後の冷媒が第２の圧縮要素１４に吸い込まれて更に圧縮される構成とされている。即ち、インタークーラ３３は圧縮機１２の中間圧部となる。補助回路２６の第２の流路１８Ｂの出口側は、このインタークーラ３３の出口に接続されている。そして、この低段側冷媒回路３内には二酸化炭素が冷媒として所定量封入されている。
【００３４】
この低段側冷媒回路３の補助回路２６の第１の過冷却熱交換器３１は、高段側冷媒回路２の第１の蒸発器８と熱交換関係に設けられて第１のカスケード熱交換器３６を構成する。また、低段側冷媒回路３の第２の過冷却熱交換器１７は、高段側冷媒回路２の第２の蒸発器９と熱交換関係に設けられて第２のカスケード熱交換器３７を構成する。尚、各ガスクーラ６、１６（インタークーラ３３も同様）には、それぞれ図示しない送風機が設けられており、各送風機によって空冷される構成とされている。
【００３５】
図中Ｃは冷凍装置１の制御手段としてのコントローラである。このコントローラＣには、外気温度を検出する外気温度センサ３９が接続されており、コントローラＣはこの外気温度センサ３９を始め、冷凍装置１の各部の温度、圧力を検出する各種センサの出力に基づき、圧縮機４、１２や前述した送風機、各膨張弁７、３２を制御する。
【００３６】
尚、ショーケースＳに設けられた膨張弁２２は、ショーケースＳ側のコントローラにより制御されるが、このコントローラはコントローラ３８と連携して動作し、或いは、更に上位の集中コントローラの支配下でコントローラ３８と共に制御されることになる。
【００３７】
以上の構成で、次に実施例の冷凍装置１の動作を説明する。コントローラＣはショーケースＳ側からの運転要求に応じて低段側冷媒回路３の圧縮機１２を運転するが、高段側冷媒回路２の圧縮機４については、外気温度センサ３９が検出する外気温度が所定の高温度（例えば、＋３０℃等）に上昇した場合に運転し、所定のヒステリシスを有したＯＦＦ温度（例えば、＋２５℃等）以下では高段側冷媒回路２の圧縮機４の運転を停止する。
【００３８】
今は、上記所定の高温度以上の高外気温度環境であるものとすると、コントローラＣは低段側冷媒回路３の圧縮機１２と高段側冷媒回路２の圧縮機４を起動する。この高段側冷媒回路２の圧縮機４で圧縮され、吐出された冷媒はガスクーラ６に流入し、そこで空冷される。ガスクーラ６で空冷された冷媒は、内部熱交換器１１の第１の流路１１Ａを経て膨張弁７に流入する。冷媒はこの膨張弁７で減圧されて膨張し、先ず第１のカスケード熱交換器３６を構成する第１の蒸発器８で蒸発する。
【００３９】
この第１の蒸発器８で蒸発し、第１の過冷却熱交換器３１を冷却する作用を発揮した冷媒は、次に第２のカスケード熱交換器３７を構成する第２の蒸発器９に流入して蒸発し、そこで、第２の過冷却熱交換器１７を冷却する作用を発揮する。この第２の蒸発器９で蒸発した冷媒は、内部熱交換器１１の第２の流路１１Ｂで第１の流路１１Ａを流れる高圧側冷媒を冷却した後、圧縮機４に吸い込まれて再び圧縮される。
【００４０】
一方、低段側冷媒回路３の圧縮機１２の第１の圧縮要素１３で圧縮された冷媒（二酸化炭素）は、最初にインタークーラ３３に流入して空冷される。このインタークーラ３３で空冷された冷媒は、圧縮機１２の中間圧部に戻り、第２の圧縮要素１４に吸い込まれる。この第２の圧縮要素１４で二段目の圧縮が行われた冷媒は、ガスクーラ１６に流入し、そこで空冷される。
【００４１】
ガスクーラ１６を出た冷媒は、次に第２のカスケード熱交換器３７を構成する第２の過冷却熱交換器１７に流入し、そこで高段側冷媒回路２の第２の蒸発器９から冷却作用を受けて過冷却される。この第２の過冷却熱交換器１７を出た冷媒は中間熱交換器１８の第１の流路１８Ａを経て分流器１９に至る。この分流器１９に至った冷媒は主回路２１と補助回路２６に分流される。
【００４２】
このうち、主回路２１に分流された冷媒は、冷媒配管２７を経て各ショーケースＳの膨張弁（主膨張弁）２２に至り、そこで減圧されて膨張する。膨張弁２２を経た冷媒は蒸発器２３に入り、そこで蒸発する。このときの吸熱作用で、各ショーケースＳ内を冷却する。蒸発器２３を出た冷媒は冷媒配管２８を経て圧縮機１２の第１の圧縮要素１３に吸い込まれ、一段目の圧縮が行われる。
【００４３】
他方、補助回路２６に分流された冷媒は、第１のカスケード熱交換器３６を構成する第１の過冷却熱交換器３１に流入し、そこで高段側冷媒回路２の第１の蒸発器８から冷却作用を受けて過冷却される。この第１の過冷却熱交換器３１を出た冷媒は補助膨張弁３２で減圧されて膨張する。この補助膨張弁３２を経た冷媒は中間熱交換器１８の第２の流路１８Ｂに流入して蒸発する。このときの冷却作用で第２の過冷却熱交換器１７を出て中間熱交換器１８の第１の流路１８Ａに流入した冷媒を過冷却する。
【００４４】
この中間熱交換器１８の第２の流路１８Ｂを出た冷媒は、インタークーラ３３の出口でこのインタークーラ３３を経た冷媒に合流した後、圧縮機１２の第２の圧縮要素１４に吸い込まれて圧縮（二段目）される。即ち、補助回路２６の冷媒は、圧縮機１２の中間圧部に戻されることになる。
【００４５】
図２の向かって右側は、図１の冷凍装置１のＰ−ｈ線図であり、左側は高段側冷媒回路２が無い、低段側冷媒回路３のみの場合のＰ−ｈ線図を示している。コントローラＣは、高段側冷媒回路２の各蒸発器８、９における冷媒の蒸発温度が、低段側冷媒回路３のガスクーラ１６を経た冷媒の温度よりも低くなるように冷凍装置１を制御する。これにより、例えば高段側冷媒回路２（図２のＬ１）の高圧側圧力（圧縮機４の吐出圧力）は９ＭＰａ、低圧側圧力（圧縮機４の吸込圧力）は６ＭＰａ程となり、低段側冷媒回路３（図２のＬ２）の高圧側圧力（第２の圧縮要素１４の吐出圧力）は７ＭＰａ、中間圧（第２の圧縮要素１４の吸込圧力、即ち、第１の圧縮要素１３の吐出圧力）は５ＭＰａ、低圧側圧力（第１の圧縮要素１３の吸込圧力）は３ＭＰａ程となる。また、低段側冷媒回路３のガスクーラ１６を出た冷媒の温度は＋３０℃程であるが、第２の過冷却熱交換器１７を出た冷媒の温度は＋２０℃程まで低下する。
【００４６】
一方、図２の向かって左側の如く低段側冷媒回路３のみの場合には、高圧側圧力は８ＭＰａ、中間圧は５ＭＰａ、低圧側圧力は３ＭＰａ程である。これらの図からも明らかな如く、第２のカスケード熱交換器３７を構成する高段側冷媒回路２の第２の蒸発器９で低段側冷媒回路３のガスクーラ１６を出た冷媒を過冷却することにより、低段側冷媒回路３の高圧側圧力は抑えられている。
【００４７】
また、図２にＬ３で示す部分が第１のカスケード熱交換器３６を構成する高段側冷媒回路２の第１の蒸発器８による補助回路２６の冷媒の過冷却効果である。この補助回路２６の冷媒の過冷却により、中間熱交換器１８の第２の流路１８Ｂに流入する冷媒の温度が低くなるため、第１の流路１８Ａを流れる冷媒の過冷却効果が向上することになる。そのため、低段側冷媒回路３の冷媒のエンタルピー差を大きくすることができるようになる。更に、そのことにより補助回路２６に分流しなければならない冷媒量が過大に増加することが無くなる。
【００４８】
尚、コントローラＣは前述した如く外気温度センサ３９が検出する外気温度が前述したＯＦＦ温度に低下した場合、高段側冷媒回路２の圧縮機４を停止する。以後は、低段側冷媒回路３のみの運転となる。そして、外気温度が前述した高温度に上昇した場合、コントローラＣは再び高段側冷媒回路２の圧縮機４を起動するものである。
【００４９】
このように、本発明の冷凍装置１は、高段側冷媒回路２と、低段側冷媒回路３とを備え、この低段側冷媒回路３は、圧縮機１２から吐出されてガスクーラ１６を経た冷媒を分流し、この分流した冷媒を補助膨張弁３２にて膨張させる補助回路２６を有し、高段側冷媒回路２は、冷媒を蒸発させて低段側冷媒回路３の補助膨張弁３２に流入する補助回路２６の冷媒を冷却するように構成されているので、低段側冷媒回路３のガスクーラ１６を経た冷媒を分流して、分流前の冷媒を過冷却するための補助回路２６を流れる冷媒を、高段側冷媒回路２の冷媒を蒸発させて冷却することができるようになる。これにより、特に夏場等の高外気温環境下において、補助回路２６による低段側冷媒回路３の能力改善効果を確実に得ることが可能となる。
【００５０】
この場合、低段側冷媒回路３は、補助膨張弁３２より上流側の補助回路２６に設けられた第１の過冷却熱交換器３１と、ガスクーラ１６の下流側であって分流器２９及び中間熱交換器１８より上流側に設けられた第２の過冷却熱交換器１７を備えており、高段側冷媒回路２は、低段側冷媒回路３の第１の過冷却熱交換器３１と第１のカスケード熱交換器３６を構成する第１の蒸発器８と、低段側冷媒回路３の第２の過冷却熱交換器１７と第２のカスケード熱交換器３７を構成する第２の蒸発器９を備えているので、低段側冷媒回路３のガスクーラ１６を出た冷媒も高段側冷媒回路２の冷媒を蒸発させて冷却することができるようになり、一層の能力改善を実現することができる。
【００５１】
特に、高段側冷媒回路２の第１の蒸発器８は、当該高段側冷媒回路２の冷媒流に対して第２の蒸発器９の上流側に設けられているので、膨張弁７を出た冷媒は、最初に第１の蒸発器８で蒸発し、第１の過冷却熱交換器３１を流れる補助回路２６の冷媒を過冷却することになる。これにより、第２の蒸発器９で蒸発した後の冷媒が第１の蒸発器８で蒸発する場合に比して、補助回路２６の補助膨張弁３２に流入する冷媒を強力に過冷却することができるようになり、中間熱交換器１８における補助回路２６による過冷却効果を確実に実施することが可能となる。
【００５２】
また、低段側冷媒回路３の補助回路２６は、補助膨張弁３２で膨張された冷媒により、低段側冷媒回路３の第２の過冷却熱交換器１７の下流側であって、分流器１９より上流側の低段側冷媒回路３の冷媒を冷却するので、温度的により安定した冷媒を補助回路２６に流すことが可能となる。
【００５３】
また、低段側冷媒回路３の補助回路２６は、低段側冷媒回路３の圧縮機１２の中間圧部に冷媒を戻すので、圧縮機１２における第１の圧縮要素１３の圧縮仕事を低減して運転効率の改善も実現することができるようになる。
【００５４】
また、コントローラＣは、高段側冷媒回路２の第１及び第２の蒸発器８、９の冷媒蒸発温度を、低段側冷媒回路３のガスクーラ１６を経た冷媒の温度より低く制御するので、高段側冷媒回路２の冷媒により低段側冷媒回路３の補助回路２６の冷媒や、ガスクーラ１６を経た冷媒を的確に冷却することが可能となる。
【００５５】
更に、コントローラＣは、外気温度が低い環境では高段側冷媒回路２の圧縮機４の運転を停止するので、低段側冷媒回路３の補助回路２６による能力改善効果が悪化する場合のみ高段側冷媒回路２を運転して、不要な高段側冷媒回路２の運転を回避し、効率の悪化を解消することが可能となる。そして、この冷凍装置１は、低段側冷媒回路３の冷媒として二酸化炭素を使用する場合に特に有効なものとなる。
【実施例２】
【００５６】
次に、図３は本発明の冷凍装置１の他の実施例の冷媒回路図を示している。尚、この図において図１と同一符号で示すものは同一、若しくは、同様の機能を奏するものとする。この場合、低段側冷媒回路３の分流器１９は第２の過冷却熱交換器１７と中間熱交換器１８の第１の流路１８Ａの間に設けられている。
【００５７】
即ち、この実施例ではガスクーラ１６を出て第２の過冷却熱交換器１７を経た冷媒が分流器１９で主回路２１と補助回路２６とに分流され、補助回路２６の補助膨張弁３２で減圧膨張された冷媒は、中間熱交換器１８の第２の流路１８Ｂで蒸発し、第１の流路１８Ａを流れる主回路２１の冷媒を過冷却するかたちとなる。
【００５８】
このように補助回路２６により、分流後の主回路２１の冷媒を過冷却する冷凍装置１の場合にも本発明は有効である。
【実施例３】
【００５９】
次に、図４は本発明の冷凍装置１のもう一つの他の実施例の冷媒回路を示している。尚、この図において図３と同一符号で示すものは同一、若しくは、同様の機能を奏するものとする。この実施例の場合は図３と異なり、低段側冷媒回路３の圧縮機として二段圧縮では無く、単段の圧縮機１２Ａが用いられている。そのため、補助回路２６は圧縮機１２Ａの吸込側（低圧側）に冷媒を戻すように構成されている。
【００６０】
図５はこの場合の冷凍装置１のＰ−ｈ線図を示している。図中Ｌ４は高段側冷媒回路２、Ｌ５はこの場合の低段側冷媒回路３であり、Ｌ６の部分が第１のカスケード熱交換器３６を構成する第１の過冷却熱交換器３１での過冷却効果を示す。低段側冷媒回路３の圧縮機として係る単段の圧縮機１２Ａを用いた場合にも、本発明は有効である。
【実施例４】
【００６１】
次に、図６は本発明の冷凍装置１の更にもう一つの他の実施例の冷媒回路を示している。尚、この図において図４と同一符号で示すものは同一、若しくは、同様の機能を奏するものとする。この実施例の場合は図４と異なり、補助回路２６は所謂インジェクション回路である。即ち、この実施例の補助回路２６は、分流器１９で分流した冷媒を補助膨張弁３２で減圧し、膨張させて圧縮機１２Ａ内に戻す。そして、圧縮機１２Ａ内で蒸発させることにより、圧縮機１２Ａを冷却する。
【００６２】
図７はこの場合の冷凍装置１のＰ−ｈ線図を示している。図中Ｌ７は高段側冷媒回路２、Ｌ８はこの場合の低段側冷媒回路３であり、Ｌ９の部分が第１のカスケード熱交換器３６を構成する第１の過冷却熱交換器３１でのインジェクション冷媒の過冷却効果を示す。このように、補助回路２６で圧縮機１２Ａに冷媒をインジェクションする場合にも、インジェクション冷媒を第１のカスケード熱交換器３６を構成する第１の過冷却熱交換器３１で過冷却することができるので、圧縮機１２を効果的に冷却することができるようになる。これにより、補助回路２６による能力改善効果を確実に得ることが可能となる。
【００６３】
尚、実施例ではショーケースＳを冷却する冷凍装置１に本発明を適用したが、それに限らず、冷却貯蔵庫や空気調和機等で用いられる冷凍装置にも本発明は有効である。また、実施例で示した数値は、あくまでも例示であって、それに限られるものではない。
【符号の説明】
【００６４】
１  冷凍装置
２  高段側冷媒回路
３  低段側冷媒回路
４、１２、１２Ａ  圧縮機
６、１６  ガスクーラ
８  第１の蒸発器
９  第２の蒸発器
１７  第２の過冷却熱交換器
１８  中間熱交換器
１９  分流器（分流点）
２６  補助回路
３１  第１の過冷却熱交換器
３２  補助膨張弁
３６  第１のカスケード熱交換器
３７  第２のカスケード熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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