(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温側圧縮機、高温側凝縮器、高温側絞り装置、及びカスケードコンデンサの蒸発側を冷媒配管で接続して構成した高温側冷凍サイクルと、
低温側圧縮機、前記カスケードコンデンサの凝縮側、低温側絞り装置、及び低温側蒸発器を冷媒配管で接続して構成した低温側冷凍サイクルとを有する冷凍装置において、
外気温度を検出する外気温度検出手段と、
前記高温側冷凍サイクル側の前記カスケードコンデンサにおける高温側冷媒の目標蒸発温度に基づいて、前記高温側圧縮機の周波数を制御するコントローラと、
を有し、
前記コントローラは、
前記外気温度検出手段の検出結果に基づいて、前記高温側圧縮機の起動時における前記目標蒸発温度である第１目標蒸発温度を決定し、
前記外気温度検出手段の検出結果が所定値を下回ると、前記第１目標蒸発温度を前記外気温度検出手段の検出結果の値に追従するように設定する
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
高温側圧縮機、高温側凝縮器、高温側絞り装置、及びカスケードコンデンサの蒸発側を冷媒配管で接続して構成した高温側冷凍サイクルと、
低温側圧縮機、前記カスケードコンデンサの凝縮側、低温側絞り装置、及び低温側蒸発器を冷媒配管で接続して構成した低温側冷凍サイクルとを有する冷凍装置において、
外気温度を検出する外気温度検出手段と、
前記高温側冷凍サイクル側の前記カスケードコンデンサにおける高温側冷媒の目標蒸発温度に基づいて、前記高温側圧縮機の周波数を制御するコントローラと、
を有し、
前記コントローラは、
前記外気温度検出手段の検出結果に基づいて、前記高温側圧縮機の起動時における前記目標蒸発温度である第１目標蒸発温度を決定し、
前記外気温度検出手段の検出結果が所定値を下回ると、前記第１目標蒸発温度を前記外気温度検出手段の検出結果の値に設定する
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
前記高温側冷凍サイクル側の前記カスケードコンデンサから流出する前記高温側冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段を有し、
前記コントローラは、
前記蒸発温度検出手段の検出結果と、前記高温側冷媒の前記第１目標蒸発温度との差が、予め設定される前記高温側冷媒の過熱度よりも大きくなるように、前記第１目標蒸発温度を決定する
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】
前記コントローラは、
前記高温側圧縮機を起動してから第１所定時間経過するまでは前記目標蒸発温度テーブルに基づいて前記第１目標蒸発温度を決定し、
前記高温側圧縮機の運転が安定した後は、
前記第１目標蒸発温度とは異なる第２目標蒸発温度に基づいて、前記高温側圧縮機の周波数を制御する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記低温側圧縮機と前記カスケードコンデンサとの間に設けられ、前記低温側冷媒を凝縮液化させる補助コンデンサと、
前記補助コンデンサに空気を供給する補助コンデンサ用送風機と、
を有し、
前記コントローラは、
前記低温側圧縮機の起動時に前記補助コンデンサ用送風機の回転数を上昇させる
ことを特徴とする請求項１〜４に記載の冷凍装置。
【請求項６】
前記コントローラは、
前記低温側圧縮機の運転が安定した後は、
前記外気温度検出手段の検出結果、又は前記凝縮温度検出手段の検出結果に基づいて、前記補助コンデンサ用送風機の回転数を減少させる
ことを特徴とする請求項５に記載の冷凍装置。
【請求項７】
前記低温側冷媒は、
二酸化炭素冷媒である
ことを特徴とする請求項１〜５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、少なくとも二元冷凍サイクル運転を行う冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷凍装置には、室外機に設けられる高温側冷凍サイクルと、たとえば冷蔵庫や冷凍庫などの冷凍装置に設けられる利用側冷凍サイクルを有し、高温側の冷凍サイクルと利用側の冷凍サイクルとをカスケードコンデンサ（熱交換器）を介して熱交換可能に接続したものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の技術は、高温側冷凍サイクルの冷媒を循環させる高温側圧縮機を起動してから所定時間後に、低温側冷凍サイクルの冷媒を循環させる低温側圧縮機を起動している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１９０９１７号公報（第１４頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術では、カスケードコンデンサが室外機に設置されるため、低外気温度時においてはカスケードコンデンサが外気にさらされる分だけ冷却され、カスケードコンデンサのうち高温側冷媒の流出口付近も冷却されることになる。このように、特許文献１に記載の技術は、カスケードコンデンサの高温側冷媒の流出口付近が外気によって冷却されるため、カスケードコンデンサより流出する高温側冷媒の温度が低下する。
すなわち、特許文献１に記載の技術においては、カスケードコンデンサより流出する高温側冷媒の温度が外気によって低減する分だけ、カスケードコンデンサの蒸発温度と、カスケードコンデンサより流出する高温側冷媒温度との差である過熱度がつかなくなってしまう可能性があった。
【０００５】
特許文献１に記載の技術のように、圧縮機の周波数や絞り装置の開度の制御を実施する制御装置は、過熱度に基づいて絞り装置の開度を調整しており、過熱度がつかないと判定すると絞り装置の開度を小さくする。このように、絞り装置の開度が小さくなると、高温側冷媒の循環量が低減することとなる。
【０００６】
ここで、高温側圧縮機を起動してから所定時間後に低温側圧縮機が起動するが、高温側冷媒の循環量が低減しているため、カスケードコンデンサにおける高温側冷媒と低温側冷媒との熱交換量が低減してしまう。すなわち、低温側冷凍サイクルにおいて凝縮器として機能するカスケードコンデンサに流入する低温側冷媒の熱交換量が低減してしまう。そして、低温側冷媒の熱交換量が低減してしまうと、その分カスケードコンデンサにおける低温側冷媒の凝縮温度が上昇してしまう。
【０００７】
この凝縮温度の上昇に対応するため、低温側圧縮機の周波数を上昇させて吐出冷媒の圧力を上昇させると、冷媒配管などが破損することを防止するために閾値圧力が設定されている保護装置（高圧カット）が作動してしまい冷凍装置の運転が停止してしまう可能性があった。
すなわち、特許文献１に記載の技術は、冷凍装置が低温の外気にさらされることでカスケードコンデンサの高温側冷媒の流出口付近が冷却されて過熱度がつかなくなってしまい、冷凍装置の起動時に当該冷凍装置を安定的に運転させることができなくなる可能性があった。
【０００８】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、外気温が低くとも、起動時の運転を安定化させる冷凍装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る冷凍装置は、高温側圧縮機、高温側凝縮器、高温側絞り装置、及びカスケードコンデンサの蒸発側を冷媒配管で接続して構成した高温側冷凍サイクルと、低温側圧縮機、カスケードコンデンサの凝縮側、低温側絞り装置、及び低温側蒸発器を冷媒配管で接続して構成した低温側冷凍サイクルとを有する冷凍装置において、外気温度を検出する外気温度検出手段と、高温側冷凍サイクル側のカスケードコンデンサにおける高温側冷媒の目標蒸発温度に基づいて、高温側圧縮機の周波数を制御するコントローラと、を有し、コントローラは、外気温度検出手段の検出結果に基づいて、高温側圧縮機の起動時における目標蒸発温度である第１目標蒸発温度を決定し、外気温度検出手段の検出結果が所定値を下回ると、第１目標蒸発温度を外気温度検出手段の検出結果の値に追従するように設定するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る冷凍装置によれば、コントローラは、外気温度検出手段の検出結果に基づいて、高温側圧縮機の起動時における目標蒸発温度である第１目標蒸発温度を決定するので、外気温が低くとも、冷凍装置の起動時における運転を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の概要構成例図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の高温側冷凍サイクル及び低温側冷凍サイクルのｐ−ｈ線図である。
【図３】従来の冷凍装置の高温側冷凍サイクルを流れる冷媒の蒸発温度と、低温側冷凍サイクルを流れる冷媒の凝縮温度の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の高温側冷凍サイクルを流れる冷媒の蒸発温度と、低温側冷凍サイクルを流れる冷媒の凝縮温度の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る冷凍装置の概要構成例図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る冷凍装置１００の概要構成例図である。
冷凍装置１００は、冷凍装置１００の起動時において、低温側の冷凍サイクルを循環する冷媒の圧力が上昇して保護装置が作動して冷凍装置１００の運転が停止し、冷凍装置１００が安定的に運転ができなくなることを抑制する改良が加えられたものである。
本実施の形態１では、冷凍装置１００が熱源機１００Ａと利用側機１００Ｂとから構成されている。たとえば、冷凍装置１００は、冷蔵庫、冷凍庫、ショーケース、及びユニットクーラなどとして利用される。
【００１３】
［構成説明］
冷凍装置１００は、高温側冷媒を循環させる高温側圧縮機１及び低温側冷媒を循環させる低温側圧縮機５などが設けられる熱源機１００Ａと、冷却対象空間である庫内を冷却するための低温側蒸発器８などが設けられる利用側機１００Ｂとを有している。
【００１４】
（熱源機１００Ａ及び利用側機１００Ｂ）
熱源機１００Ａは、高温側冷媒を循環させる高温側圧縮機１と、高温側冷媒を凝縮液化させる高温側凝縮器２と、高温側冷媒を膨張させる高温側絞り装置３と、高温側冷媒を蒸発させる高温側蒸発器４（カスケードコンデンサ１０）とを有している。そして、高温側圧縮機１、高温側凝縮器２、高温側絞り装置３及び高温側蒸発器４が冷媒配管で接続されて高温側冷凍サイクルＡを構成している。
また、熱源機１００Ａは、低温側冷媒を循環させる低温側圧縮機５と、低温側冷媒を凝縮液化させる補助コンデンサ９と、補助コンデンサ９で凝縮されなかった低温側冷媒を凝縮液化させる低温側凝縮器６（カスケードコンデンサ１０）とを有している。
さらに、熱源機１００Ａは、高温側冷媒の温度を検出する低圧センサ１２と、外気温度を検出する外気温度センサ１５と、高温側冷媒の圧力が上昇するとその圧力を開放する高圧圧力開閉器１１と、低温側冷媒の圧力が上昇するとその圧力を開放する高圧圧力開閉器１３と、低圧センサ１２及び外気温度センサ１５の検出結果に基づいて各種機器を制御するコントローラ１４とを有している。
【００１５】
利用側機１００Ｂは、低温側冷媒を膨張させる低温側絞り装置７と、低温側冷媒を蒸発させる低温側蒸発器８とを有している。そして、利用側機１００Ｂの低温側絞り装置７及び低温側蒸発器８と、熱源機１００Ａの低温側圧縮機５、補助コンデンサ９及び低温側凝縮器６とが冷媒配管で接続されて低温側冷凍サイクルＢを構成している。
【００１６】
（高温側圧縮機１）
高温側圧縮機１は、高温側冷媒を吸入し、その高温側冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にして吐出するものである。高温側圧縮機１は、高温側冷媒の吐出側が高温側凝縮器２に接続され、吸入側が高温側蒸発器４（カスケードコンデンサ１０）に接続されている。
高温側圧縮機１は、周波数が可変のものであれば特に限定されるものではなく、たとえばインバータ圧縮機などで構成するとよい。
【００１７】
（高温側凝縮器２）
高温側凝縮器２は、空気と高温側冷媒との間で熱交換を行わせ、高温側冷媒を凝縮液化させるものである。高温側凝縮器２は、一方が高温側圧縮機１に接続され、他方が高温側絞り装置３に接続されている。
なお、高温側凝縮器２は、たとえば、フィンを通過する空気と、高温側冷媒との間で熱交換ができるようなプレートフィンチューブ熱交換器で構成するとよい。
【００１８】
（高温側絞り装置３）
高温側絞り装置３は、高温側冷媒を膨張させるためのものである。高温側絞り装置３は、一方が高温側凝縮器２に接続され、他方が高温側蒸発器４（カスケードコンデンサ１０）に接続されている。
なお、高温側絞り装置３は、たとえば開度が可変である電子膨張弁や、キャピラリーチューブなどで構成するとよい。
【００１９】
（カスケードコンデンサ１０）
カスケードコンデンサ１０は、高温側冷媒と低温側冷媒とを熱交換させることが可能な熱交換器である。すなわち、カスケードコンデンサ１０は、高温側冷媒が流れる高温側冷凍サイクルＡの冷媒配管に接続されるとともに、低温側冷媒が流れる低温側冷凍サイクルＢの冷媒配管に接続されている。
ここで、カスケードコンデンサ１０は、高温側圧縮機１と高温側絞り装置３との間の冷媒配管に接続されているため、高温側冷媒に対しては、蒸発させる機能を有する。また、カスケードコンデンサ１０は、補助コンデンサ９を介して低温側圧縮機５と低温側絞り装置７との間の冷媒配管に接続されているため、低温側冷媒に対しては、凝縮させる機能を有する。すなわち、カスケードコンデンサ１０は、高温側冷媒を蒸発させる高温側蒸発器４と、低温側冷媒を凝縮させる低温側凝縮器６とを有するものである。このカスケードコンデンサ１０は、理想状態では高温側蒸発器４と低温側凝縮器６との熱交換量は等しいものとする。
なお、カスケードコンデンサ１０は、第１の冷媒流路を内部に形成する内側管と、当該内側配管の外側に設けられ、自身の内側面と内側配管の外側面との間に第２の冷媒流路を形成する外側配管とからなる二重管式熱交換器で構成してもよい。
【００２０】
（低温側圧縮機５）
低温側圧縮機５も、高温側圧縮機１と同様の機能を有するものである。すなわち、低温側圧縮機５は、低温側冷媒を吸入し、その低温側冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にして吐出するものである。低温側圧縮機５は、低温側冷媒の吐出側が低温側凝縮器６に接続され、吸入側が低温側蒸発器８に接続されている。
低温側圧縮機５は、周波数が可変のものであれば特に限定されるものではなく、たとえばインバータ圧縮機などで構成するとよい。
【００２１】
（低温側絞り装置７）
低温側絞り装置７は、高温側絞り装置３と同様の機能を有するものである。すなわち、低温側絞り装置７は、低温側冷媒を膨張させるためのものである。低温側絞り装置７は、一方が低温側凝縮器６（カスケードコンデンサ１０）に接続され、他方が低温側蒸発器８に接続されている。
なお、低温側絞り装置７は、たとえば開度が可変である電子膨張弁や、キャピラリーチューブなどで構成するとよい。
【００２２】
（低温側蒸発器８）
低温側蒸発器８は、空気と低温側冷媒との間で熱交換を行わせ、低温側冷媒を蒸発させるものである。低温側蒸発器８は、一方が低温側絞り装置７に接続され、他方が低温側圧縮機５に接続されている。
なお、低温側蒸発器８は、たとえば、フィンを通過する空気と、低温側冷媒との間で熱交換ができるようなプレートフィンチューブ熱交換器で構成するとよい。
【００２３】
（補助コンデンサ９）
補助コンデンサ９は、低温側凝縮器６において低温側冷媒が確実に凝縮液化されるように、低温側凝縮器６の前段で低温側冷媒を凝縮液化させる熱交換器である。補助コンデンサ９は、一方が低温側凝縮器６に接続され、他方が低温側圧縮機５の吐出側に接続されている。
なお、補助コンデンサ９は、たとえば、フィンを通過する空気と、低温側冷媒との間で熱交換ができるようなプレートフィンチューブ熱交換器で構成するとよい。
【００２４】
（高圧圧力開閉器１１、１３）
高圧圧力開閉器１１は、コントローラ１４に接続されており、たとえばダイアフラム（ベローズ）で圧力を受け、その圧力によって電気接点を入り切りさせることが可能となっているものである。この高圧圧力開閉器１１は、高温側冷凍サイクルＡを循環する高温側冷媒の圧力が上昇すると電気接点が切り替えられる。そして、この電気接点の切り替えがコントローラ１４に検出され、コントローラ１４が高温側圧縮機１の運転を停止するように制御する。
高圧圧力開閉器１３も、高圧圧力開閉器１１と同様の機能を有するものである。すなわち、高圧圧力開閉器１３は、低温側冷凍サイクルＢを循環する低温側冷媒の圧力が上昇すると電気接点が切り替えられる。そして、この電気接点の切り替えがコントローラ１４に検出され、コントローラ１４が低温側圧縮機５の運転を停止するように制御する。
このように、高圧圧力開閉器１１、１３は、冷媒の圧力が所定の圧力に達し、たとえば冷媒配管などの損傷が発生してしまうことを抑制することが可能となっている。
高圧圧力開閉器１１、１３は、「システム費用（工事含む）の低減」、「低温側冷凍サイクルＢを構成する冷媒配管などの設計圧力の低減」、及び「外気温度が３０℃程度であって低温側冷凍サイクルＢの低温側冷媒の循環停止時における低温側冷媒の圧力」などを考慮して、冷媒の圧力が７（Ｍｐａ）になると電気接点が切り替えられるように設定されている。
【００２５】
（低圧センサ１２、外気温度センサ１５、凝縮温度センサ７７）
低圧センサ１２は、高温側冷媒の圧力を検出するものである。なお、低圧センサ１２の検出結果は、コントローラ１４で演算されて蒸発温度に換算される。低圧センサ１２は、高温側蒸発器４と高温側圧縮機１の吸入側との間の冷媒配管に設けられている。低圧センサ１２は、コントローラ１４に接続されている。
外気温度センサ１５は、外気温度を検出するものである。外気温度センサ１５の設置位置は、外気の温度が確実に検出することができるのであれば特に限定されるものではない。外気温度センサ１５は、コントローラ１４に接続されている。
凝縮温度センサ７７は、低温側冷凍サイクルＢ側のカスケードコンデンサ１０に流入する低温側冷媒の凝縮温度を検出するものである。凝縮温度センサ７７は、低温側凝縮器６に設けられている。凝縮温度センサ７７は、コントローラ１４に接続されている。
なお、外気温度センサ１５及び凝縮温度センサ７７は、たとえばサーミスタなどで構成するとよい。
【００２６】
（コントローラ１４）
コントローラ１４は、低圧センサ１２及び外気温度センサ１５の検出結果と、高圧圧力開閉器１１、１３の電気接点の状態とに基づいて、高温側圧縮機１及び低温側圧縮機５の周波数（運転／停止含む）、高温側絞り装置３及び低温側絞り装置７の開度などを制御するものである。
コントローラ１４は、低圧センサ１２、外気温度センサ１５、高温側圧縮機１、低温側圧縮機５、高温側絞り装置３、低温側絞り装置７、及び高圧圧力開閉器１１、１３に接続されている。
コントローラ１４は、たとえばマイコンなどで構成される。
なお、コントローラ１４は、外気温度に対応して、高温側蒸発器４の目標蒸発温度を設定するための第１目標蒸発温度テーブルを備えている。また、コントローラ１４は、「高温側圧縮機１に吸い込まれる高温側冷媒の温度」と、「高温側蒸発器４における蒸発温度」との差である「過熱度」に基づいて、高温側絞り装置３の開度を制御するものである。第１目標蒸発温度テーブル及び過熱度に関しては、後述の図３及び図４で説明する。
【００２７】
（高温側冷媒及び低温側冷媒）
高温側冷凍サイクルＡは、高温側であり、低温側冷凍サイクルＢと比較すると封入される冷媒量が少ない。そこで、高温側冷凍サイクルＡを循環する高温側冷媒には、冷媒の温暖化係数（ＧＷＰ値）が小さい冷媒（たとえば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２、ＨＦＯ冷媒、ＣＯ2 、ＮＨ3 、ＨＣ冷媒など）を採用するとよい。なお、本実施の形態１では、高温側冷媒としてＲ４１０Ａが採用されている場合を例に説明する。
低温側冷凍サイクルＢは、低温側（負荷側）であり、封入される冷媒量が多くなる。そこで、低温側冷凍サイクルＢを循環する低温側冷媒には、温暖化係数が１であるＣＯ2 冷媒（二酸化炭素冷媒）を採用するとよい。
このように冷凍装置１００は、高温側冷媒に温暖化係数が小さい冷媒を採用し、低温側冷媒にＣＯ2 冷媒を採用することで、温暖化防止の効果を得ることができる。
【００２８】
［冷凍装置１００の冷媒動作について］
図２は、実施の形態１に係る冷凍装置１００の高温側冷凍サイクル及び低温側冷凍サイクルのｐ−ｈ線図である。図１を参照しながら、同図で示される高温側冷凍サイクルＡ、低温側冷凍サイクルＢを流れる高温側冷媒、低温側冷媒の動作について説明する。なお、図１の矢印は高温側冷媒の流れを説明している。また、図２の数字（１）〜数字（９）は、図１の数字（１）〜数字（９）に対応している。
【００２９】
まず、低温側冷凍サイクルＢの動作について説明する。
（１）低温側蒸発器８で蒸発した低温側冷媒は、低温側圧縮機５に流入する。
（２）低温側圧縮機５によって低温側冷媒が圧縮されて気体となり吐出される。
（３）低温側圧縮機５から吐出された低温側冷媒は、補助コンデンサ９に流入し、一部が凝縮液化する。
（４）補助コンデンサ９から流出した低温側冷媒は、低温側凝縮器６に流入し、さらに凝縮液化する。
（５）低温側凝縮器６から流出した低温側冷媒は、低温側絞り装置７にて膨張して減圧する。
低温側冷凍サイクルＢを循環する低温側冷媒は、（１）〜（５）の過程を繰り返す。なお、（２）、（３）及び（４）の過程における低温側冷媒の温度を「低温側凝縮温度」と定義する。
【００３０】
次に、高温側冷凍サイクルＡの動作について説明する。
（６）高温側蒸発器４で蒸発した高温側冷媒は、高温側圧縮機１に流入する。
（７）高温側圧縮機１によって高温側冷媒が圧縮されて気体となって吐出される。
（８）高温側圧縮機１から吐出された高温側冷媒は、高温側凝縮器２に流入し凝縮液化する。
（９）高温側凝縮器２から流出した高温側冷媒は、高温側絞り装置３にて膨張して減圧する。
高温側冷凍サイクルＡを循環する高温側冷媒は、（６）〜（９）の過程を繰り返す。なお、（９）から（６）の過程における高温側冷媒の温度を「高温側蒸発温度」と定義する。
【００３１】
ここで、図２に示すように、「高温側蒸発温度」と「低温側凝縮温度」との差であるΔＴ（所定値）は、大きくなると成績係数（ＣＯＰ）が落ち込んでしまう。すなわち、ΔＴが大きくなると、消費電力１ｋＷに対しての冷却能力が低減してしまう。そこで、冷凍装置１００は、補助コンデンサ９を低温側凝縮器６の上流側に設け、低温側冷媒を一定温度まで冷却することで、成績係数を向上させることが可能となっている。なお、この「高温側蒸発温度」と「低温側凝縮温度」との差であるΔＴは、数度程度（たとえば、５℃）に設定するとよい。
【００３２】
［従来の冷凍装置の制御説明］
図３（ａ）は、従来の冷凍装置の高温側冷凍サイクルを流れる冷媒の蒸発温度と、低温側冷凍サイクルを流れる冷媒の凝縮温度の説明図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す外気温度、高温側冷凍サイクルＡの目標蒸発温度、及び低温側冷凍サイクルＢの凝縮温度を示したものである。
まず、図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して、従来の冷凍装置が冷凍装置１００と同様の構成を有している場合を例とし、特に、従来の冷凍装置の起動時において低温側冷媒の圧力が上昇してしまう理由を説明する。
冷凍装置の起動時における低温側冷媒の圧力上昇の原因としては、以下に説明する高温側冷媒の冷媒循環量が低減してしまうことが挙げられる。
【００３３】
（高温側冷媒の循環量低減１）
図３（ａ）では、冷凍装置の熱源機が低外気温度時に運転しているものとする。なお、利用側機は、たとえば庫内の温度が、冷蔵用として−１０（℃）となるように設定されているものとする。すなわち、低温側蒸発器８の蒸発温度が−１０（℃）に設定されているものとする。
たとえば外気温度が１０（℃）の場合には、コントローラは、高温側凝縮器の凝縮温度を３５（℃）とし、高温側蒸発器の目標蒸発温度を１５（℃）となるように、高温側圧縮機の周波数を設定する。当該設定は、以下を考慮して決定されたものである。すなわち、低温側蒸発器の蒸発温度が−１０（℃）としている冷蔵用の場合において、高温側圧縮機を起動してから、ある程度の時間が経過した後には、高温側蒸発器の蒸発温度を１０〜１５（℃）程度とすると熱交換効率を向上させることが可能となる結果を考慮して決定されたものである。
【００３４】
また、コントローラは、「高温側蒸発温度」と「低温側凝縮温度」との差であるΔＴが、５（℃）となるように設定されているものとする。したがって、上述のように高温側蒸発器の目標蒸発温度を１５（℃）と設定している場合には、コントローラは、低温側冷凍サイクルＢの低温側凝縮器の凝縮温度が２０（℃）となるように低温側圧縮機の周波数を設定することになる。
【００３５】
ここで、外気温度が１０℃であるため、その外気温度に対応するだけ高温側蒸発器も外気で冷却されている。すなわち、冷凍装置の起動時においては、高温側蒸発器が外気によって冷却されているため、高温側蒸発器の高温側冷媒の出口側が冷却されている。
なお、凝縮温度が２０（℃）に設定された低温側冷媒から熱を受け取り、高温側冷媒は加温されて高温側蒸発器より流出する。しかし、高温側蒸発器の高温側冷媒の出口側が冷却されていること、及び、凝縮温度（２０℃）と外気温度（１０℃）との開き（１０℃）が大きいことにより、熱源側冷媒は、たとえば１７〜１８（℃）程度までしか上昇しない。
また、コントローラに設定される過熱度の目標設定値は、たとえば５（℃）程度である。すなわち、この過熱度の目標設定値を満たすには、低圧センサの検出結果は、２０（℃）程度の値が要求されることとなる。
【００３６】
コントローラは、低圧センサの検出結果が１７〜１８（℃）程度であるため、要求される目標設定値を満たさず、過熱度がつかないと判定し、高温側絞り装置の開度を小さくする。これにより、高温側絞り装置の開度が小さくなる分、高温側冷凍サイクルＡを循環する高温側冷媒の循環量が低減し、カスケードコンデンサにおける熱交換量が低減してしまう。
【００３７】
（高温側冷媒の循環量低減２）
外気温度が１０（℃）の場合には、高温側蒸発器の高温側冷媒の出口側だけでなく、高温側蒸発器自体もその外気温度程度まで冷却されている場合がある。すなわち、冷凍装置の起動時においては、低圧センサの検出結果が１７〜１８（℃）程度となるだけでなく、外気温度の影響を受けて高温側蒸発器における「蒸発温度」も低くなる場合がある。
コントローラは、「蒸発温度」と「目標蒸発温度」との差が大きいほど、「蒸発温度」を目標値である「目標蒸発温度」に近づけるため、高温側圧縮機の周波数を上昇させる制御をする。このため、外気温度の影響を受けて高温側蒸発器における「蒸発温度」が低くなると、「蒸発温度」と「目標蒸発温度」との差が小さくなり、高温側圧縮機の周波数を上昇させないように制御することとなる。
このように、高温側圧縮機の周波数を上昇させないように制御する分、高温側冷凍サイクルＡを循環する高温側冷媒の循環量が低減し、カスケードコンデンサにおける熱交換量が低減してしまう。
【００３８】
（低温側冷媒の圧力上昇）
冷凍装置の起動時において、高温側冷凍サイクルを循環する高温側冷媒量が低減すると、カスケードコンデンサにおける熱交換量が低減する。すなわち、低温側凝縮器における熱交換量が低減することとなる。これは、低温側冷媒が低温側凝縮器において凝縮液化しにくくなることに対応している。
コントローラは、低温側冷媒を凝縮液化させるため、回転数を上昇させて熱交換量を増大させるが、これにより低温側冷媒の圧力が上限値である７（Ｍｐａ）を超えてしまう場合がある。そして、低温側冷媒の圧力が上限値を超えてしまうと、高圧圧力開閉器が作動してしまい、冷凍装置が停止する。
【００３９】
［本実施の形態１に係る冷凍装置１００の制御説明］
図４（ａ）は、実施の形態１に係る冷凍装置１００の高温側冷凍サイクルＡを流れる冷媒の蒸発温度と、低温側冷凍サイクルＢを流れる冷媒の凝縮温度の説明図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す外気温度、高温側冷凍サイクルＡの目標蒸発温度、及び低温側冷凍サイクルＢの凝縮温度を示したものである。
図４（ａ）では、冷凍装置１００の熱源機１００Ａが低外気温度時に運転しているものとする。なお、利用側機１００Ｂは、たとえば庫内の温度が、冷蔵用として−１０（℃）となるように設定されているものとする。すなわち、低温側蒸発器８の蒸発温度が−１０（℃）に設定されているものとする。
【００４０】
（高温側冷媒の循環量低減の抑制１）
本実施の形態１では、コントローラ１４が、冷凍装置１００の起動時において、高温側冷媒の循環量が低減して、低温側冷媒の圧力が上昇することを抑制するため、外気温度別に設定された第１目標蒸発温度テーブルを備えている。
この第１目標蒸発温度テーブルには、蒸発温度検出手段（低圧センサ１２）の検出結果と、高温側冷媒の第１目標蒸発温度との差が、予め設定される高温側冷媒の過熱度よりも大きくなるように、第１目標蒸発温度が設定されている。詳細には、以下のように目標蒸発温度が設定されている。
【００４１】
すなわち、外気温度が１５（℃）以上である場合には、高温側冷凍サイクルＡの目標蒸発温度は１５（℃）に設定される。また、外気温度が１５（℃）を下回る場合には、高温側冷凍サイクルＡの目標蒸発温度を外気温度と同様の値に設定される。なお、本実施の形態１では、目標蒸発温度の設定値を変える際の外気温度の閾値を１５（℃）として説明するが、それに限定されるものではない。たとえば、冷凍装置１００が設置される環境などによって変更してもよい。
以下において、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照し、外気温度が１０（℃）の場合において、低温側冷凍サイクルＢを循環する低温側冷媒の圧力が上昇することを抑制する方法について説明する。
【００４２】
コントローラ１４は、外気温度及び第１目標蒸発温度テーブル目標蒸発温度を参照して高温側蒸発器４の目標蒸発温度を変更する。外気温度が１０（℃）である場合には、コントローラ１４は高温側凝縮器２の凝縮温度を３５（℃）とし、高温側蒸発器４の目標蒸発温度を外気温度と同じ１０（℃）となるように、高温側圧縮機１の周波数を設定する。
【００４３】
コントローラ１４は、「高温側蒸発温度」と「低温側凝縮温度」との差であるΔＴが、５（℃）に設定されているため、高温側蒸発器４の目標蒸発温度が１０（℃）と設定された場合には、コントローラ１４は、低温側冷凍サイクルＢの低温側凝縮器６の凝縮温度が１５（℃）となるように低温側圧縮機５の周波数を設定することになる。
ここで、凝縮温度が１５（℃）に設定された低温側冷媒から熱を受け取り、高温側冷媒は１５（℃）程度まで加温されて高温側蒸発器４より流出する。高温側蒸発器４の高温側冷媒の出口側は外気温度である１０（℃）程度に冷却されているが、低温側冷凍サイクルＢの低温側凝縮器６の凝縮温度が１５（℃）であり、外気温度との差が５（℃）と小さい分、確実に高温側蒸発器４より流出する高温側冷媒の温度も１５（℃）に到達することが可能となる。
より詳細には、図３（ａ）の場合には、図３（ｂ）に示すように「外気温度（１０℃）」と「低温側冷凍サイクルＢの凝縮温度（２０℃）」との間に１０（℃）の開きがある。このため、熱源側冷媒は、「高温側冷凍サイクルＡの目標蒸発温度（１５℃）」から「低温側冷凍サイクルＢの凝縮温度（２０℃）」に到達しにくく、過熱度がつくだけの温度上昇をすることができない。
一方、図４（ａ）の場合には、図４（ｂ）に示すように「外気温度（１０℃）」と「高温側冷凍サイクルＡの目標蒸発温度（１０℃）」との間に温度の開きがない。このため、熱源側冷媒は「高温側冷凍サイクルＡの目標蒸発温度（１０℃）」から「低温側冷凍サイクルＢの凝縮温度（１５℃）」に到達しやすく、確実に過熱度がつく。
【００４４】
コントローラ１４は、低圧センサ１２の検出結果が１５（℃）程度であるため、要求される目標設定値を満すため、過熱度がつくと判定する。このため、コントローラ１４は、高温側絞り装置３の開度を小さくしない。
これにより、高温側冷凍サイクルＡを循環する高温側冷媒の循環量の低減が抑制され、カスケードコンデンサ１０における熱交換量が低減してしまうことを抑制することができる。
【００４５】
（高温側冷媒の循環量低減の抑制２）
図４（ａ）の場合においては、図３（ａ）の場合と比較すると、「目標蒸発温度」が小さく設定される。このため、仮に外気温度の影響を受けて高温側蒸発器４における「蒸発温度」が低くなったとしても、「蒸発温度」と「目標蒸発温度」との差は拡大している。
すなわち、第１目標蒸発温度テーブルには、「蒸発温度」と「目標蒸発温度」との差を拡大するように「目標蒸発温度」が設定されている。このため、コントローラ１４は、この拡大した差の分だけ、高温側圧縮機１の周波数を上昇させるように制御することとなる。
このように、高温側圧縮機１の周波数を上昇させるように制御する分、高温側冷凍サイクルＡを循環する高温側冷媒の循環量が低減することが抑制され、カスケードコンデンサ１０における熱交換量が低減してしまうことを抑制できる。
【００４６】
（低温側冷媒の圧力上昇の抑制）
本実施の形態１に係る冷凍装置１００は、冷凍装置１００の起動時において、高温側冷凍サイクルＡを循環する高温側冷媒量の低減が抑制されるため、カスケードコンデンサ１０における熱交換量が低減することも抑制される。また、低温側凝縮器６における熱交換量の低減が抑制され、低温側冷媒が低温側凝縮器６において凝縮液化しにくくなることが抑制される。
そして、コントローラ１４は、低温側冷媒を凝縮液化させるため、回転数を上昇させるような制御に移行しにくくなる分、低温側冷媒の圧力が上限値を超えてしまうことが抑制される。
【００４７】
なお、上述のように、高温側圧縮機１を起動してから、ある程度の時間が経過した後には、低温側蒸発器８の蒸発温度が−１０（℃）としている冷蔵用の場合において、高温側蒸発器４の蒸発温度を１０〜１５（℃）程度とすると熱交換効率がよいことがわかっている。そこで、コントローラ１４は、起動してから所定時間が経過した後には、第１目標蒸発温度テーブルによる目標蒸発温度から上昇させてもよい。
すなわち、コントローラ１４は、起動時以外の外気温度別の第２目標蒸発温度テーブルを備えており、起動時においては第１目標蒸発温度テーブルに基づいて高温側蒸発器４の目標蒸発温度を設定して高温側圧縮機１の周波数を制御し、起動時から所定時間が経過した後においては第２目標蒸発温度テーブルに基づいて高温側蒸発器４の目標蒸発温度を設定して高温側圧縮機１の周波数を制御するということである。
【００４８】
また、本実施の形態１では、冷凍装置１００が、高温側冷凍サイクルＡ及び低温側冷凍サイクルＢを有する二元冷凍装置を例として説明したがそれに限定されるものではなく、多元冷凍装置にも適用可能であることは言うまでもない。
さらに、本実施の形態１では、冷凍装置１００のコントローラ１４が、第１目標蒸発温度テーブル及び第２目標蒸発温度テーブルに基づいて制御する例を説明したがそれに限定されるものではなく、たとえばコントローラ１４に、第１目標蒸発温度テーブル及び第２目標蒸発温度テーブルに対応する演算式が設定されていてもよい。この場合には、コントローラ１４は、当該演算式と外気温度センサ１５の検出結果とに基づいて、第１目標蒸発温度及び第２目標蒸発温度を演算する。
【００４９】
［実施の形態１に係る冷凍装置１００の有する効果］
本実施の形態１に係る冷凍装置１００は、コントローラ１４が第１目標蒸発温度テーブルを備えているので、冷凍装置１００の起動時において高温側冷媒の過熱度が確実につき、高温側絞り装置３の開度を小さくしない。
これにより、本実施の形態１に係る冷凍装置１００は、冷凍装置１００の起動時において、高温側冷凍サイクルＡを循環する高温側冷媒の循環量の低減が抑制され、カスケードコンデンサ１０における熱交換量が低減してしまうことを抑制することができ、冷凍装置１００を安定的に運転させることを可能としている。
【００５０】
本実施の形態１に係る冷凍装置１００は、コントローラ１４が第１目標蒸発温度テーブルを備えているので、冷凍装置１００の起動時において「蒸発温度」と「目標蒸発温度」との差を拡大し、高温側圧縮機１の周波数を上昇させることができる。
これにより、本実施の形態１に係る冷凍装置１００は、冷凍装置１００の起動時において、高温側冷凍サイクルＡを循環する高温側冷媒の循環量の低減が抑制され、カスケードコンデンサ１０における熱交換量が低減してしまうことを抑制することができ、冷凍装置１００を安定的に運転させることを可能としている。
【００５１】
本実施の形態１に係る冷凍装置１００は、コントローラ１４に第１目標蒸発温度テーブルを記憶させる改良によって、冷凍装置１００を安定的に運転させることを可能としており、その他の機器を別途設ける改良をしない分、コストアップを抑制することができる。
【００５２】
実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る冷凍装置１００の概要構成例図である。なお、実施の形態２では、実施の形態１に対する相違点を中心に説明するものとする。実施の形態２では、実施の形態１の第１目標蒸発温度テーブルによる高温側圧縮機１の周波数制御に加えて、補助コンデンサ９に付設される補助コンデンサ用送風機１７の風量制御をするものである。
【００５３】
（補助コンデンサ用送風機１７）
補助コンデンサ用送風機１７は、補助コンデンサ９に外気を供給して、補助コンデンサ９における空気と低温側冷媒との熱交換を促進させるものである。
補助コンデンサ用送風機１７は、たとえば、シャフトに取り付けられたプロペラファンと、永久磁石などを有するローター及び巻線などを有するステーターなどから構成される電動機とから構成される。
なお、高温側凝縮器２と補助コンデンサ９とを同一風路内に設け、補助コンデンサ用送風機１７と、高温側凝縮器２に付設される送風機１６とを１台にまとめてもよい。
【００５４】
実施の形態１では、コントローラ１４が、高温側蒸発器４の目標蒸発温度を、外気温度別の第１目標蒸発温度テーブルに基づき設定し、高温側圧縮機１の周波数を制御するものであった。しかし、外気温度によっては、実施の形態１のように高温側圧縮機１の周波数を制御しても、カスケードコンデンサ１０における熱交換量を充分に確保することができない場合もある。
そこで、コントローラ１４は、高温側蒸発器４の目標蒸発温度を、外気温度別の第１目標蒸発温度テーブルに基づき設定し、高温側圧縮機１の周波数を制御することに加えて、熱交換量の不足をカバーするために補助コンデンサ用送風機１７を所定値以上の風量になるように増速させる。そして、コントローラ１４は、たとえば所定時間が経過して高温側圧縮機１の運転が安定した後は、外気温度センサ１５の検出結果、又は凝縮温度の値に基づいて、補助コンデンサ用送風機１７の回転数を減少させる。
このように、補助コンデンサ用送風機１７の回転数を制御することで、カスケードコンデンサ１０における熱交換量の増減に確実に対応することができる。
【００５５】
本実施の形態２に係る冷凍装置１００も、実施の形態１に係る冷凍装置１００と同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００５６】
１  高温側圧縮機、２  高温側凝縮器、３  高温側絞り装置、４  高温側蒸発器、５  低温側圧縮機、６  低温側凝縮器、７  低温側絞り装置、８  低温側蒸発器、９  補助コンデンサ、１０  カスケードコンデンサ、１１  高圧圧力開閉器、１２  低圧センサ、１３  高圧圧力開閉器、１４  コントローラ、１５  外気温度センサ、１６  送風機、１７  補助コンデンサ用送風機、７７  凝縮温度センサ、１００  冷凍装置、１００Ａ  熱源機、１００Ｂ  利用側機、Ａ  高温側冷凍サイクル、Ｂ  低温側冷凍サイクル。
【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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