(57)【要約】【課題】低段側圧縮機構と高段側圧縮機構とを備えて冷媒を２段圧縮する冷凍装置において、高段側圧縮機構の信頼性を確保しながらＣＯＰの向上を図る。【解決手段】冷凍装置（1）は、運転容量可変のブースタ圧縮機構（41）と運転容量可変の高段側圧縮機構（11）と室外熱交換器（13）と冷凍膨張弁（32）と冷凍熱交換器（31）とが順に接続された冷媒回路（10）を備え、冷媒が２段圧縮されて凝縮した後に冷凍熱交換器（31）で蒸発する冷却運転を行う。冷凍装置（1）のコントローラ（100）は、冷凍熱交換器（31）における蒸発温度が目標蒸発温度となるように、ブースタ圧縮機構（41）の運転容量を制御する第１容量制御部（101）と、ブースタ圧縮機構（41）の吐出温度が目標吐出温度となるように、高段側圧縮機構（11）の運転容量を制御する第２容量制御部（102）とを備えている。【選択図】図３
2008064420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転容量可変の低段側圧縮機構（41）と運転容量可変の高段側圧縮機構（11）と凝縮器（13）と膨張機構（32）と蒸発器（31）とが順に接続された冷媒回路（10）を備え、上記低段側圧縮機構（41）と上記高段側圧縮機構（11）とによって冷媒を２段圧縮する冷凍装置であって、
上記蒸発器（31）における蒸発温度が目標蒸発温度となるように上記低段側圧縮機構（41）の運転容量を制御する第１容量制御手段（101）と、
上記低段側圧縮機構（41）の吐出温度が目標吐出温度となるように上記高段側圧縮機構（11）の運転容量を制御する第２容量制御手段（102）とを備えている
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記第２容量制御手段（102）は、上記低段側圧縮機構（41）の吐出圧力が、上記低段側圧縮機構（41）の吸入圧力及び吸入温度と上記目標吐出温度とに基づいて導出した目標吐出圧力となるように上記高段側圧縮機構（11）の運転容量を制御する
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
上記冷媒回路（10）は、凝縮器（13）から膨張機構（32）へ流れる液冷媒と該液冷媒の一部が分岐され且つ減圧された分岐冷媒とを熱交換させて上記液冷媒を冷却する過冷却熱交換器（50）を備える一方、該過冷却熱交換器（50）を流れた分岐冷媒が上記高段側圧縮機構（11）の吸入側に供給されるように構成されている
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
請求項３において、
上記分岐冷媒を上記過冷却熱交換器（50）に供給する分岐通路（84）には、開度調整自在な減圧弁（58）が設けられる一方、
上記過冷却熱交換器（50）を流れた液冷媒の温度が目標冷却温度となるように上記減圧弁（58）の開度を制御する弁制御手段（103）を備えている
ことを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低段側圧縮機構と高段側圧縮機構とを備えて冷媒を２段圧縮する冷凍装置に関し、特に、ＣＯＰの向上対策に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷凍装置には、低段側圧縮機構と高段側圧縮機構とを備えて冷媒を２段圧縮するものが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１の冷凍装置は、低段側圧縮機構であるブースタ圧縮機と、高段側圧縮機構である室外圧縮機と、室外熱交換器と、冷凍膨張弁と、冷凍庫内の冷却を行う冷凍熱交換器とが順に接続された冷媒回路を備えている。この冷凍装置は、冷媒をブースタ圧縮機と室外圧縮機とで２段圧縮するので、圧縮比が大きくなり、庫内を低温の冷凍温度域まで冷却することができる。
【０００４】
また、このような冷凍装置は、室外熱交換器と冷凍膨張弁との間の液管を流れる液冷媒の一部を高段側圧縮機構の吸入側に供給する液インジェクション管を備えたものがある。これにより、高段側圧縮機構の吸入側に液冷媒を供給して該高段側圧縮機構の吸入冷媒の温度を低下させるので、高段側圧縮機構の吐出冷媒の温度を低下させることができる。この結果、該高段側圧縮機構が高温になりすぎることを防止することができ、該高段側圧縮機構の信頼性を向上させることができる（特願２００５−３２２２４０）。
【特許文献１】特開２００４−３２５０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の冷凍装置では、高段側圧縮機構の信頼性の確保のために、該高段側圧縮機構の吐出冷媒の一部を、庫内の冷却（冷凍熱交換器での蒸発）に利用することなく、高段側圧縮機構の吸入側にインジェクションしている。そのため、この液冷媒のインジェクション量が多くなると、庫内の冷却に利用される冷媒量が少なくなるために、圧縮機構全体の動力に対する蒸発器における冷凍能力が小さくなり、所望とする高ＣＯＰが得られないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、低段側圧縮機構と高段側圧縮機構とを備えて冷媒を２段圧縮する冷凍装置において、高段側圧縮機構の信頼性を確保しながら、ＣＯＰの向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、運転容量可変の低段側圧縮機構（41）と運転容量可変の高段側圧縮機構（11）と凝縮器（13）と膨張機構（32）と蒸発器（31）とが順に接続された冷媒回路（10）を備え、上記低段側圧縮機構（41）と上記高段側圧縮機構（11）とによって冷媒を２段圧縮する冷凍装置を対象としている。そして、上記蒸発器（31）における蒸発温度が目標蒸発温度となるように上記低段側圧縮機構（41）の運転容量を制御する第１容量制御手段（101）と、上記低段側圧縮機構（41）の吐出温度が目標吐出温度となるように上記高段側圧縮機構（11）の運転容量を制御する第２容量制御手段（102）とを備えている。
【０００８】
この第１の発明では、上記第１容量制御手段（101）が、上記蒸発器（31）における蒸発温度が目標蒸発温度となるように、上記低段側圧縮機構（41）の運転容量を制御して冷凍負荷に対応した運転を行う。尚、第１容量制御手段（101）は、蒸発温度の制御に代わって、蒸発圧力が上記目標蒸発温度に相当する飽和圧力となるように制御を行ってもよい。
【０００９】
また、上記第２容量制御手段（102）は、上記低段側圧縮機構（41）の吐出温度が上記目標吐出温度より高い場合、上記高段側圧縮機構（11）の運転容量を増大させることにより、上記低段側圧縮機構（41）の吐出温度を低下させて目標吐出温度とする。そして、この低段側圧縮機構（41）の目標吐出温度を適宜設定することにより、高段側圧縮機構（11）の吸入冷媒を比較的低い温度とする。これにより、高段側圧縮機構（11）が高温になりすぎることを防止する対策として高段側圧縮機構（11）の吸入側に液冷媒を供給するにあたり、この液冷媒の量が低減する。
【００１０】
また、上記第２容量制御手段（102）は、上記低段側圧縮機構（41）の吐出温度が上記目標温度より低い場合、上記高段側圧縮機構（11）の運転容量を低減させることにより、上記低段側圧縮機構（41）の吐出温度を高くして目標吐出温度とする。つまり、上記低段側圧縮機構（41）の吐出温度が目標吐出温度よりも低い場合、高段側圧縮機構（11）が高温になりすぎない程度まで該高段側圧縮機構（11）の運転容量を低減し、圧縮機構（11，41）全体としての動力をできるだけ小さくする。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、上記低段側圧縮機構（41）の吐出圧力が、上記低段側圧縮機構（41）の吸入圧力及び吸入温度と上記目標吐出温度とに基づいて導出した目標吐出圧力となるように上記高段側圧縮機構（11）の運転容量を制御する。
【００１２】
ここで、低段側圧縮機構（41）が、例えば、スクロール型の圧縮機などである場合、圧縮機のドーム内において冷媒を圧縮する圧縮室から吐出した冷媒が一端ドーム内に充満して該ドームを加熱してから圧縮機から吐出される。そのため、低段側圧縮機構（41）の吐出温度を測定するにあたり、該低段側圧縮機構（41）の吐出配管などに温度センサを設けると、圧縮室から吐出した冷媒の温度である実際の吐出温度が、迅速に測定されず、応答時間が長くなる。また、吐出温度を測定するための温度センサを、圧縮機のドーム内に設けることは困難である。
【００１３】
つまり、低段側圧縮機構（41）の構成によっては、吐出温度を迅速且つ厳密に測定することが困難な場合があるので、この第２の発明では、吐出温度を目標吐出温度に近づける制御を行うのではなく、測定の応答時間が短い低段側圧縮機構（41）の吐出圧力を制御することにより、吐出温度の制御を行う。具体的に、低段側圧縮機構（41）の吐出圧力を、低段側圧縮機構（41）の目標吐出温度と、該低段側圧縮機構（41）吸入冷媒の圧力及び温度に基づいて予め導出した目標吐出圧力となるように制御する。
【００１４】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、上記冷媒回路（10）は、凝縮器（13）から膨張機構（32）へ流れる液冷媒と該液冷媒の一部が分岐され且つ減圧された分岐冷媒とを熱交換させて上記液冷媒を冷却する過冷却熱交換器（50）を備える一方、該過冷却熱交換器（50）を流れた分岐冷媒が上記高段側圧縮機構（11）の吸入側に供給されるように構成されている。
【００１５】
この第３の発明では、液冷媒が上記過冷却熱交換器（50）で冷却されて上記膨張機構（32）で膨張した後に蒸発器（31）に送られるので、上記蒸発器（31）における冷凍能力が大きくなる。
【００１６】
第４の発明は、第３の発明において、上記分岐冷媒を上記過冷却熱交換器（50）に供給する分岐通路（84）には、開度調整自在な減圧弁（58）が設けられる一方、上記過冷却熱交換器（50）を流れた液冷媒の温度が目標冷却温度となるように上記減圧弁（58）の開度を制御する弁制御手段（103）を備えている。
【００１７】
この第４の発明では、上記弁制御手段（103）が、上記過冷却熱交換器（50）を流れた液冷媒の温度が上記目標冷却温度より高い場合は、減圧弁（58）の開度を大きくし、上記目標冷却温度より低い場合は、減圧弁（58）の開度を小さくして、過冷却熱交換器（50）を流れた液冷媒の温度を目標冷却温度とする。
【００１８】
尚、この目標冷却温度は、例えば、以下のように設定する。つまり、この液冷媒を冷却する分岐冷媒は、高段側圧縮機構（11）の吸入側に供給されることから、過冷却熱交換器（50）を流れる際に高段側圧縮機構（11）の吸入圧力に相当する飽和温度で蒸発する。そして、第２の発明では、高段側圧縮機構（11）の吸入圧力に対応する低段側圧縮機構（41）の吐出圧力を目標吐出圧力となるように制御するので、この目標吐出圧力に相当する飽和温度が分岐冷媒の蒸発温度となり、液冷媒の目標冷却温度を、例えば、この目標吐出圧力における飽和温度よりやや高い値に設定する。
【発明の効果】
【００１９】
上記第１の発明によれば、蒸発器（31）における蒸発温度が目標蒸発温度となるように、上記低段側圧縮機構（41）の運転容量を制御するようにしたために、冷凍負荷に対応した運転を行うことができる。
【００２０】
そして、上記低段側圧縮機構（41）の吐出温度が目標吐出温度となるように、上記高段側圧縮機構（11）の運転容量を制御するようにしたために、この目標吐出温度を適宜設定することにより、高段側圧縮機構（11）の吸入冷媒を比較的低い温度とすることができる。この結果、高段側圧縮機構（11）が高温になりすぎることを防止する対策として高段側圧縮機構（11）の吸入側に液冷媒を供給するにあたり、この液冷媒の量を低減することができる。
【００２１】
さらに、上記低段側圧縮機構（41）の吐出温度が目標吐出温度よりも低い場合は、高段側圧縮機構（11）が高温になりすぎない程度まで、該高段側圧縮機構（11）の運転容量を低減することができるので、高段側圧縮機構（11）の動力をできるだけ小さくすることができる。つまり、蒸発器（31）で蒸発する冷媒の流量を大きくすることができると共に、高段側圧縮機構（11）の動力をできるだけ小さくすることができるので、両圧縮機構（41，11）の動力に対する蒸発器（31）での冷凍能力を大きくすることができ、ＣＯＰを向上させることができる。
【００２２】
また、上記第２の発明によれば、上記第２容量制御手段（102）は、上記低段側圧縮機構（41）の吐出圧力が上記目標吐出圧力となるように、上記高段側圧縮機構（11）の運転容量を制御するようにしたために、低段側圧縮機構（41）が、吐出温度を迅速且つ厳密に測定することが困難な構成であっても、吐出温度を吐出目標温度とする制御を行うことができる。
【００２３】
また、上記第３の発明によれば、上記過冷却熱交換器（50）で上記液冷媒を冷却するようにしたために、この冷却された液冷媒が上記蒸発器（31）に送られることから、蒸発器（31）における冷凍能力を大きくすることができ、冷凍装置（1）のＣＯＰを確実に向上させることができる。
【００２４】
また、上記第４の発明によれば、上記過冷却熱交換器（50）を流れた液冷媒の温度が目標冷却温度となるように、上記減圧弁（58）の開度を制御するようにしたために、上記液冷媒をより確実に冷却することができるので、冷凍装置（1）のＣＯＰをより確実に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
本発明の実施形態は、図１に示すように、庫内の冷却を行う冷凍装置（1）であって、室外ユニット（2）と冷凍ユニット（3）とブースタユニット（4）とコントローラ（100）とを備えている。
【００２７】
上記室外ユニット（2）には室外回路（20）が、上記冷凍ユニット（3）には冷凍回路（30）が、上記ブースタユニット（4）にはブースタ回路（40）がそれぞれ設けられている。上記室外回路（20）と上記冷凍回路（30）とは液連絡配管（21）を介して接続され、上記冷凍回路（30）と上記ブースタ回路（40）とは第１ガス連絡配管（22）を介して接続され、上記ブースタ回路（40）と上記室外回路（20）とは第２ガス連絡配管（23）を介して接続されている。そして、上記室外回路（20）と冷凍回路（30）とブースタ回路（40）とが順に接続されて蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒回路（10）を構成している。
【００２８】
〈室外ユニット〉
上記室外回路（20）には、高段側圧縮機構（11）と室外熱交換器（13）とレシーバー（14）と過冷却熱交換器（50）と第１膨張弁（57）と第２膨張弁（58）と第３膨張弁（59）とが設けられている。また、室外回路（20）には、四路切換弁（12）と液側閉鎖弁（53）とガス側閉鎖弁（54）とが設けられている。上記室外回路（20）において、液側閉鎖弁（53）には液連絡配管（21）の一端が、ガス側閉鎖弁（54）には第２ガス連絡配管（23）の一端がそれぞれ接続されている。
【００２９】
上記高段側圧縮機構（11）は、互いに並列に接続される３台の圧縮機（11a，11b，11c）から構成されている。上記３台の圧縮機（11a，11b，11c）は高圧ドーム型のスクロール圧縮機である。つまり、各圧縮機（11a，11b，11c）は、図示を省略するが、固定スクロールと可動スクロールとが互いに渦巻き状のラップを噛合させて圧縮室を形成し、この圧縮室で圧縮された冷媒が該圧縮室から吐出してドーム内を充満した後に各圧縮機（11a，11b，11c）から吐出されるように構成されている。
【００３０】
上記第１圧縮機（11a）は、図示しない圧縮機モータにインバータを介して電力が供給され、該インバータの出力周波数を変化させることにより、運転容量が可変に構成されている。また、第２圧縮機（11b）及び第３圧縮機（11c）は、運転容量が固定に構成されている。また、上記高段側圧縮機構（11）は、冷凍装置（1）の運転時に、３台の圧縮機（11a，11b，11c）のうち第１圧縮機（11a）が優先的に駆動され、庫内の冷却負荷などに応じて、第２圧縮機（11b）、第３圧縮機（11c）の順に順次駆動されるように構成されている。
【００３１】
上記高段側圧縮機構（11）の吸入側には、吸入主管（55）が接続されている。上記吸入主管（55）は、一端が四路切換弁（12）に接続され、他端が第３吸入管（61c）と吸入接続管（56）とに分岐され、該第３吸入管（61c）の他端が第３圧縮機（11c）の吸入側に接続されている。また、吸入接続管（56）は、第１吸入管（61a）と第２吸入管（61b）とに分岐され、該第１吸入管（61a）が上記第１圧縮機（11a）の吸入側に接続される一方、該第２吸入管（61b）が上記第２圧縮機（11b）の吸入側に接続されている。
【００３２】
上記高段側圧縮機構（11）の吐出側には、吐出主管（64）が接続されている。上記吐出主管（64）の一端は、四路切換弁（12）に接続される一方、他端は、第１吐出管（64a）と第２吐出管（64b）と第３吐出管（64c）とに分岐されている。上記第１吐出管（64a）が第１圧縮機（11a）の吐出側に、上記第２吐出管（64b）が第２圧縮機（11b）の吐出側に、上記第３吐出管（64c）が第３圧縮機（11c）の吐出側にそれぞれ接続されている。各吐出管（64a，64b，64c）には、上記各圧縮機（11a，11b，11c）から四路切換弁（12）へ向かう冷媒の流通だけを許容する逆止弁（CV-1，CV-2，CV-3）が、それぞれ設けられている。
【００３３】
上記室外熱交換器（13）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であって、冷媒と室外空気との間で熱交換を行うものであり、凝縮器に構成されている。室外熱交換器（13）は、一端が四路切換弁（12）に接続され、他端が第１液管（81）を介してレシーバー（14）の頂部に接続されている。この第１液管（81）には、室外熱交換器（13）からレシーバー（14）へ向かう冷媒の流通だけを許容する逆止弁（CV-4）が設けられている。レシーバー（14）の底部には第２液管（82）の一端が接続されている。
【００３４】
上記過冷却熱交換器（50）は、プレート式熱交換器であって、冷媒と冷媒との間で熱交換を行うものであり、第１流路（50a）と第２流路（50b）とを備えている。上記過冷却熱交換器（50）の第１流路（50a）は、一端が上記第２液管（82）の他端に接続され、他端が第３液管（83）の一端に接続されている。第３液管（83）の他端は、液側閉鎖弁（53）を介して液連絡配管（21）の一端に接続されている。上記第３液管（83）には、第１流路（50a）の他端から液側閉鎖弁（53）へ向かう冷媒の流通だけを許容する逆止弁（CV-5）が設けられている。
【００３５】
上記第３液管（83）には、上記逆止弁（CV-5）の上流側に分岐通路（84）の一端が接続され、該分岐通路（84）の他端は、上記過冷却熱交換器（50）の第２流路（50b）の一端に接続されている。また、上記分岐通路（84）には、減圧弁である第２膨張弁（58）が設けられている。該第２膨張弁（58）は、開度調整自在な電子膨張弁で構成されている。
【００３６】
上記過冷却熱交換器（50）の第２流路（50b）の他端は、ガスインジェクション管（85）を介して上記吸入主管（55）の途中に接続されている。該ガスインジェクション管（85）は、上記第１から第３の各圧縮機（11a，11b，11c）の吸入側に、ガス冷媒をインジェクションするためのものである。
【００３７】
上記第３液管（83）において、逆止弁（CV-5）と液側閉鎖弁（53）との間には、第４液管（88）の一端が接続されている。第４液管（88）の他端は、第１液管（81）において、逆止弁（CV-4）とレシーバー（14）との間に接続されている。また、第４液管（88）には、その一端から他端へ向かう冷媒の流通だけを許容する逆止弁（CV-6）が設けられている。
【００３８】
上記分岐通路（84）における一端と第２膨張弁（58）との間には、第５液管（89）の一端が接続され、該第５液管（89）の他端は、第１液管（81）における室外熱交換器（13）と逆止弁（CV-4）との間に接続されている。また、第５液管（89）には、第１膨張弁（57）が設けられている。該第１膨張弁（57）は開度調整自在な電子膨張弁で構成されている。
【００３９】
また、上記第１液管（81）における逆止弁（CV-4）と第４液管（88）の接続部との間には、連通管（78）の一端が接続され、該連通管（78）の他端は、吐出主管（64）に接続されている。上記連通管（78）には、第１液管（81）から吐出主管（64）へ向かう冷媒の流通だけを許容する逆止弁（CV-7）が設けられている。
【００４０】
上記四路切換弁（12）は、第１ポートが吐出主管（64）に、第２ポートが吸入主管（55）に、第３ポートが室外熱交換器（13）の一端に、第４ポートがガス側閉鎖弁（54）にそれぞれ接続されている。上記四路切換弁（12）は、第１のポートと第３のポートとが互いに連通して第２のポートと第４のポートとが互いに連通する第１状態（図１に実線で示す状態）と、第１のポートと第４のポートとが互いに連通して第２のポートと第３ポートとが互いに連通する第２状態（図１に破線で示す状態）とに切り換わる。
【００４１】
また、上記室外回路（20）には、油分離器（70）、第１液インジェクション通路（15）、第１から第３の３つの均油管（72a，72b，72c）及び、第１から第３の３つの油回収管（73a，73b，73c）が設けられている。
【００４２】
上記油分離器（70）は、吐出主管（64）に設けられ、各圧縮機（11a，11b，11c）の吐出冷媒から冷凍機油を分離するためのものである。該油分離器（70）には、油戻し管（71）の一端が接続され、該油戻し管（71）の他端は、吸入主管（55）におけるガスインジェクション管（85）の接続部の下流側に接続されている。上記油戻し管（71）には、開閉自在な第４電磁弁（SV-4）が設けられ、該第４電磁弁（SV-4）を開くと、油分離器（70）で分離された冷凍機油が、吸入主管（55）を介して各圧縮機（11a，11b，11c）に戻される。
【００４３】
上記第１液インジェクション通路（15）は、第１液インジェクション主管（16）と第１から第４の各液インジェクション分岐管（16a，16b，16c，16d）とを備えている。上記第１液インジェクション主管（16）は、一端が上記分岐通路（84）における一端と第５液管（89）の接続部との間に接続され、他端に分流器（26）が設けられている。また、上記第１液インジェクション主管（16）の途中には、第３膨張弁（59）が設けられている。該第３膨張弁（59）は、開度調整自在な電子膨張弁で構成されている。
【００４４】
そして、上記第１から第４の各液インジェクション分岐管（16a，16b，16c，16d）が、上記第１液インジェクション主管（16）の分流器（26）から分岐され、第１から第３の各液インジェクション分岐管（16a，16b，16c）が第１から第３の各吸入管（61a，61b，61c）の途中に、第４液インジェクション分岐管（16d）が、油戻し管（71）の第４電磁弁（SV-4）と他端との間にそれぞれ接続されている。また、第１から第４の各液インジェクション分岐管（16a，16b，16c，16d）には、それぞれ途中にキャピラリーチューブ（17a，17b，17c，17d）が設けられている。
【００４５】
上記３つの均油管（72a，72b，72c）では、上記第１均油管（72a）が、第１圧縮機（11a）のドームと第４液インジェクション分岐管（16d）の途中とに接続され、途中に第１電磁弁（SV-1）を備えている。また、第２均油管（72b）は、第２圧縮機（11b）のドームと第１吸入管（61a）の途中とに接続され、第２電磁弁（SV-2）を備えている。また、第３均油管（72c）は、第３圧縮機（11c）のドームと吸入接続管（56）の途中とに接続され、第３電磁弁（SV-3）を備えている。上記冷凍装置（1）では、上記油戻し管（71）により吸入主管（55）に戻された冷凍機油が、第３圧縮機（11c）、第２圧縮機（11b）、第１圧縮機（11a）の順に多く戻るように構成されている。そして、上記各均油管（72a，72b，72c）により、第３圧縮機（11c）の冷凍機油が、第２圧縮機（11b）、第１圧縮機（11a）へと順に送られ、さらに第１圧縮機（11a）の冷凍機油の余剰分は油戻し管（71）に送られて、各圧縮機（11a，11b，11c）間で互いに均油し合うように構成されている。
【００４６】
また、３つの油回収管（73a，73b，73c）では、第１油回収管（73a）の一端が第１吸入管（61a）の途中に、上記第２油回収管（73b）の一端が第２吸入管（61b）の途中に、上記第３油回収管（73c）の一端が第３吸入管（61c）の途中にそれぞれ接続される一方、各油回収管（73a，73b，73c）の他端は、互いに合流されている。該油回収管（73a，73b，73c）は、冷凍装置（1）の運転中に負荷に応じて特定の圧縮機（11b，11c）が停止した際に、該圧縮機（11b，11c）の吸入管（61b、61c）に滞留した冷凍機油を、駆動している他の圧縮機（11a，11b）の吸入管（61a，61b）に送るためのものである。
【００４７】
上記室外回路（20）には、各種のセンサや圧力スイッチが設けられている。具体的に、吸入圧力センサ（135）及び吸入温度センサ（136）が吸入主管（55）に設けられ、吐出圧力センサ（137）が吐出主管（64）に設けられ、各吐出温度センサ（138，139，140）が各吐出管（64a，64b，64c）に設けられている。また、第３液管（83）における過冷却熱交換器（50）の第１流路（50a）の出口付近には、第１流路（50a）を流れ液冷媒の温度を測定する液冷媒温度センサ（141）が設けられている。また、圧力スイッチ（151，152，153，154）が、各吐出管（64a，64b，64c)とガス側閉鎖弁（54）と四路切換弁（12）との間の配管とに設けられている。
【００４８】
また、上記室外ユニット（2）には、外気温センサ（13a）と室外ファン（13f）とが設けられている。室外熱交換器（13）へは、この室外ファン（13f）によって室外空気が送られる。
【００４９】
〈冷凍ユニット〉
上記冷凍回路（30）は、冷凍熱交換器（31）とドレンパンヒータ（36）と冷凍膨張弁（32）とを備えている。
【００５０】
上記冷凍熱交換器（31）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であって、冷媒と庫内の空気との間で熱交換を行うものであり、蒸発器に構成されている。上記冷凍熱交換器（31）は、一端が冷凍膨張弁（32）を介してドレンパンヒータ（36）の一端に接続され、他端が上記第１ガス連絡配管（22）の一端に接続されている。
【００５１】
上記冷凍膨張弁（32）は、開度調整可能な電子膨張弁であり、膨張機構に構成されている。上記冷凍熱交換器（31）には、伝熱管に冷媒の蒸発温度を測定するための第１冷媒温度センサ（33）が設けられる一方、該冷凍熱交換器（31）の他端には、第２冷媒温度センサ（34）がそれぞれ設けられている。上記冷凍膨張弁（32）は、第２冷媒温度センサ（34）の測定温度が、第１冷媒温度センサ（33）で測定される冷媒の蒸発温度よりも所定温度（例えば５℃）高くなるように開度調整される、所謂スーパーヒート制御が行われる。
【００５２】
上記ドレンパンヒータ（36）は、図示しない冷凍熱交換器（31）のドレンパンに配置されて該ドレンパンを加温し、着霜や氷の生成を防止するものである。上記ドレンパンヒータ（36）の他端は、上記液連絡配管（21）の他端に接続されている。
【００５３】
また、上記冷凍ユニット（3）には、庫内温度センサ（35f）と、庫内ファン（35a）とが設けられている。上記冷凍熱交換器（31）へは、この庫内ファン（35a）によって、庫内の空気が送られる。
【００５４】
〈ブースタユニット〉
上記ブースタ回路（40）は、低段側圧縮機構であるブースタ圧縮機構（41）と第４膨張弁（38）と第５膨張弁（39）とを備えている。
【００５５】
上記ブースタ圧縮機構（41）は、互いに並列接続される第１から第３の各ブースタ圧縮機（41a，41b，41c）を備えている。該各ブースタ圧縮機（41a，41b，41c）は、高段側の各圧縮機（11a，11b，11c）と同様に、高圧ドーム式のスクロール型圧縮機で構成されている。つまり、各ブースタ圧縮機（41a，41b，41c）は、図示を省略するが、固定スクロールと可動スクロールとが互いに渦巻き状のラップを噛合させて圧縮室を形成し、この圧縮室で圧縮された冷媒が該圧縮室から吐出してドーム内を充満した後に各圧縮機（11a，11b，11c）から吐出されるように構成されている。
【００５６】
上記第１ブースタ圧縮機（41a）は、図示しない圧縮機モータにインバータを介して電力が供給され、該インバータの出力周波数を変化させることにより、運転容量が可変に構成されている。一方、第２ブースタ圧縮機（41b）及び第３ブースタ圧縮機（41c）は、運転容量が固定に構成されている。上記ブースタ圧縮機構（41）は、冷凍装置（1）の冷却運転時に、３台の各ブースタ圧縮機（41a，41b，41c）のうち第１ブースタ圧縮機（41a）が優先的に駆動され、庫内の負荷などに応じて、第２ブースタ圧縮機（41b）、第３ブースタ圧縮機（41c）の順に順次駆動されるように構成されている。
【００５７】
上記ブースタ圧縮機構（41）の吸入側には、ブースタ吸入主管（42）が接続されている。上記吸入主管（42）は、一端が第１ガス連絡配管（22）の他端に接続され、他端が第３ブースタ吸入管（44c）とブースタ吸入接続管（43）とに分岐され、該第３ブースタ吸入管（44c）の他端が第３ブースタ圧縮機（41c）の吸入側に接続されている。また、ブースタ吸入接続管（43）は、第１ブースタ吸入管（44a）と第２ブースタ吸入管（44b）とに分岐され、該第１ブースタ吸入管（44a）が上記第１ブースタ圧縮機（41a）の吸入側に接続される一方、該第２ブースタ吸入管（44b）が上記第２ブースタ圧縮機（41b）の吸入側に接続されている。
【００５８】
上記ブースタ圧縮機構（41）の吐出側には、ブースタ吐出主管（45）が接続されている。上記ブースタ吐出主管（45）の一端は、閉鎖弁（51）を介して第２ガス連絡配管（23）の一端に接続される一方、他端は、第１ブースタ吐出管（45a）と第２ブースタ吐出管（45b）と第３ブースタ吐出管（45c）とに分岐されている。上記第１ブースタ吐出管（45a）は、第１ブースタ圧縮機（41a）の吐出側に接続され、上記第２ブースタ吐出管（45b）は、第２ブースタ圧縮機（41b）の吐出側に接続され、上記第３ブースタ吐出管（45c）は、第３ブースタ圧縮機（41c）の吐出側に接続されている。各ブースタ吐出管（45a，45b，45c）には、上記各ブースタ圧縮機（41a，41b，41c）からブースタ吐出主管（45）へ向かう冷媒の流通だけを許容する逆止弁（CV-8，CV-9，CV-10）が、それぞれ設けられている。
【００５９】
また、上記ブースタ回路（40）には、油分離器（46）、第２及び第３の２つの液インジェクション通路（27，29）、油送り管（76）、第４及び第５の２つの均油管（74a，74b）及び、第４から第６の３つの油回収管（75a，75b，75c）が設けられている。
【００６０】
上記油分離器（46）は、ブースタ吐出主管（45）に設けられており、第１から第３の各ブースタ圧縮機（41a，41b，41c）を吐出した冷媒から冷凍機油を分離するためのものである。該油分離器（46）には、第１バイパス管（47）の一端が接続され、該第１バイパス管（47）の他端は、上記ブースタ吸入主管（42）に接続されている。該第１バイパス管（47）は、第５電磁弁（SV-5）を有し、上記冷凍装置（1）の除霜運転時に、高段側圧縮機構（11）から吐出した冷媒がブースタ圧縮機構（41）をバイパスするためのものである。また、第１バイパス管（47）における第５電磁弁（SV-5）と一端との間には、油戻し管（48）の一端が接続され、該油戻し管（48）の他端は上記ブースタ吸入主管（42）の途中に接続されている。該油戻し管（48）には、開閉自在な第６電磁弁（SV-6）が設けられており、該第６電磁弁（SV-6）を開くと、油分離器（46）の冷凍機油が、上記ブースタ吸入主管（42）を介して各ブースタ圧縮機（41a，41b，41c）に戻される。
【００６１】
上記第２液インジェクション通路（27）は、第２液インジェクション主管（28）と第５から第７の各液インジェクション分岐管（28a，28b，28c）とを備えている。上記第２液インジェクション通路（27）では、該第２液インジェクション主管（28）の一端が、液連絡配管（21）の途中に接続し、該第２液インジェクション主管（28）の他端が第５から第７の各液インジェクション分岐管（28a，28b，28c）に分岐され、該第５から第７の各液インジェクション分岐管（28a，28b，28c）が、第１から第３の各ブースタ吸入管（41a，41b，41c）にそれぞれ接続されている。
【００６２】
また、第２液インジェクション主管（28）には、第４膨張弁（38）が設けられ、該第５から第７の各液インジェクション分岐管（28a，28b，28c）の途中には、それぞれキャピラリーチューブ（37a，37b，37c）が設けられている。上記第３液インジェクション通路（29）は、一端が第２液インジェクション主管（28）の一端と第４膨張弁（38）との間に接続され、他端が上記ブースタ吐出主管（45）の油分離器（46）と閉鎖弁（51）との間に接続されている。該第３液インジェクション通路（29）には、第５膨張弁（39）が設けられている。第４及び第５の各膨張弁（38，39）は開度調整自在な電子膨張弁で構成されている。
【００６３】
上記油送り管（76）は、第１ブースタ圧縮機（41a）のドームとブースタ吐出主管（45）の途中とに接続され、途中に開閉自在な第７電磁弁（SV-7）と逆止弁（CV-11）とを備えている。また、２つの均油管（74a，74b）では、上記第４均油管（74a）が、第２ブースタ圧縮機（41b）のドームと第１ブースタ吸入管（44a）の途中とに接続され、途中に第８電磁弁（SV-8）を備えている。また、第５均油管（74b）は、第３ブースタ圧縮機（41c）のドームとブースタ吸入接続管（43）の途中とに接続され、第９電磁弁（SV-9）を備えている。
【００６４】
上記冷凍装置（1）では、上記油戻し管（48）によりブースタ吸入主管（42）に戻された冷凍機油が、第３ブースタ圧縮機（41c）、第２ブースタ圧縮機（41b）、第１ブースタ圧縮機（41a）の順に多く戻るように構成されている。また、第３ブースタ圧縮機（41c）の冷凍機油は、第４及び第５の各均油管（74a，74b）により、第２ブースタ圧縮機（41b）、第１ブースタ圧縮機（41a）へと順に送られ、第１ブースタ圧縮機（41a）の冷凍機油の余剰分は油送り管（76）により室外回路（20）の各圧縮機（11a，11b，11c）に送られるように構成されている。
【００６５】
３つの油回収管（75a，75b，75c）は、第４油回収管（75a）の一端が第１ブースタ吸入管（44a）の途中に、第５油回収管（75b）の一端が第２ブースタ吸入管（44b）の途中に、第６油回収管（75c）の一端が第３ブースタ吸入管（44c）の途中にそれぞれ接続される一方、各油回収管（75a，75b，75c）の他端は、互いに合流されている。該油回収管（75a，75b，75c）は、冷凍装置（1）の運転中に負荷に応じて特定のブースタ圧縮機（41b，41c）が停止した際に、該ブースタ圧縮機（41b，41c）の吸入管（44b、44c）に貯留した冷凍機油を、駆動している他のブースタ圧縮機（41a，41b）のブースタ吸入管（44a，44b）に吸入させるためのものである。
【００６６】
さらに、ブースタ回路（40）には、ブースタ吸入主管（42）とブースタ吐出主管（45）とを接続する第２バイパス管（49）が設けられている。該第２バイパス管（49）は、ブースタ圧縮機構（41）の停止時に、ブースタ吸入主管（42）を流れる冷媒をブースタ圧縮機構（41）をバイパスさせてブースタ吐出主管（45）へ送るためのものであり、該ブースタ吸入主管（42）からブースタ吐出主管（45）へ向かう冷媒の流通だけを許容する逆止弁（CV-12）が設けられている。
【００６７】
上記ブースタ回路（40）には、各種のセンサや圧力スイッチが設けられている。具体的に、ブースタ吸入圧力センサ（142）及びブースタ吸入温度センサ（143）がブースタ吸入主管（42）に設けられ、ブースタ吐出圧力センサ（144）及びブースタ吐出主温度センサ（145）がブースタ吐出主管（45）に設けられ、各ブースタ吐出副温度センサ（148，149，150）及び各圧力スイッチ（155，156，157）が各ブースタ吐出管（45a，45b，45c）に設けられている。
【００６８】
〈コントローラ〉
上記コントローラ（100）は、上記冷媒回路（10）に設けられた各種の弁の切換や開度調整を行うと共に、各圧縮機（11a，11b，11c，41a，41b，41c）及びファン（13f，35f）を駆動させ、該冷凍装置（1）の運転を制御するものである。上記コントローラ（100）は、本発明の特徴として、第１容量制御部（101）と第２容量制御部（102）と弁制御部（103）とを備えている。
【００６９】
上記第１容量制御部（101）は、上記冷凍熱交換器（31）における蒸発温度が庫内を設定温度に維持するのに適した目標蒸発温度となるように上記ブースタ圧縮機構（41）の運転容量を制御するものであり、第１容量制御手段に構成されている。
【００７０】
上記第２容量制御部（102）は、上記高段側圧縮機構（11）の運転容量を上記ブースタ圧縮機構（41）の吐出温度が目標吐出温度となるように制御するものであり、第２容量制御手段に構成されている。ここで、上記ブースタ圧縮機構（41）の各圧縮機（41a，41b，41c）は、高圧ドーム式のスクロール型圧縮機であるために、ドーム内の圧縮室から吐出した冷媒の温度である吐出温度の測定にあたり、ブースタ吐出主温度センサ（145）や吐出副温度センサ（148，149，150）を用いると、応答時間が長くかかり、迅速に測定できない。そこで、ブースタ吐出圧力センサ（144）で測定されるブースタ圧縮機構（41）の吐出温度が、ブースタ圧縮機構（41）の吸入圧力と吸入温度と上記目標吐出温度とに基づいて予め導出した目標吐出圧力となるように制御する。
【００７１】
上記弁制御部（103）は、過冷却熱交換器（50）の第１流路（50a）を流れた液冷媒の温度が目標冷却温度となるように、上記第２膨張弁（58）の開度を制御するものであり、弁制御手段に構成されている。
【００７２】
−運転動作−
次に、本実施形態の冷凍装置（1）の運転動作を図２〜図４に基づいて説明する。上記冷凍装置（1）は、庫内を冷却する冷却運転と冷凍熱交換器（31）の着霜を除去する除霜運転とを行う。
【００７３】
冷却運転では、図２に示すように、室外回路（20）の四路切換弁（12）が第１状態に設定され、第１膨張弁（57）が全閉状態に設定され、高段側圧縮機構（11）の第１から第３の各圧縮機（11a，11b，11c）が駆動し、ブースタ圧縮機構（41）の第１から第３の各ブースタ圧縮機（41a，41b，41c）が駆動し、冷媒が図２の矢印に示す方向に循環する。また、各ファン（13f，35f）が駆動する。そして、冷凍膨張弁（32）及び第２から第５の各膨張弁（58，59，38，39）が適宜開度調整される。また、室外回路（20）では、第１から第４の各電磁弁（SV-1，2，3，4）が間欠的に適宜開閉制御される一方、ブースタ回路（40）では、第５電磁弁（SV-5）が常時閉状態に設定され、第６から第９の各電磁弁（SV-6，7，8，9）が間欠的に適宜開閉制御される。
【００７４】
室外回路（20）において、第１から第３の各圧縮機（11a，11b，11c）から吐出した冷媒は、各吐出管（64a，64b，64c）を流れて吐出主管（64）で合流し、四路切換弁（12）を通って室外熱交換器（13）を流れる。室外熱交換器（13）では、冷媒が室外空気へ放熱して凝縮する。凝縮した液冷媒は、第１液管（81）を流れ、レシーバー（14）を通過して第２液管（82）を流れ、過冷却熱交換器（50）の第１流路（50a）を流れる。第１流路（50a）を流れた液冷媒は、第３液管（83）を流れる。第３液管（83）を流れる液冷媒は、その一部が分岐通路（84）に分岐して分岐冷媒となり、第２膨張弁（58）で減圧されて上記過冷却熱交換器（50）の第２流路（50b）に流入する。そして、過冷却熱交換器（50）では、第２流路（50b）を流れる分岐冷媒が、第１流路（50a）を流れる液冷媒から吸熱して蒸発し、これにより、第１流路（50a）を流れる液冷媒が、後述するように、目標冷却温度に冷却される。そして、第２流路（50b）で蒸発した冷媒は、ガスインジェクション管（85）を介して吸入主管（55）に供給される。そして、冷却された液冷媒は、第３液管（83）から液連絡配管（21）へ流れ、冷凍回路（30）に導入される。
【００７５】
冷凍回路（30）に導入された液冷媒は、ドレンパンヒータ（36）を流れて、冷凍膨張弁（32）で膨張し、冷凍熱交換器（31）を流れる。冷媒は、冷凍熱交換器（31）において、庫内の空気から吸熱して蒸発し、これにより、庫内は冷却される。上記冷凍熱交換器（31）で蒸発したガス冷媒は、第１ガス連絡配管（22）を流れ、ブースタ回路（40）に導入される。
【００７６】
ブースタ回路（40）に導入されたガス冷媒は、ブースタ吸入主管（42）を流れ、第３ブースタ吸入管（44c）とブースタ吸入接続管（43）とに分岐し、該第３ブースタ吸入管（44c）を流れた冷媒が、第３ブースタ圧縮機（41c）に吸入されて圧縮される。一方、ブースタ吸入接続管（43）を流れた冷媒は、第１ブースタ吸入管（44a）と第２ブースタ吸入管（44b）とに分岐し、第１及び第２の各ブースタ圧縮機（41a，41b）に吸入されて圧縮される。ブースタ圧縮機構（41）の各圧縮機（41a，41b，41c）から吐出した冷媒は、各ブースタ吐出管（45a，45b，45c）を流れ、ブースタ吐出主管（45）で合流し、第２ガス連絡配管（23）を流れ、室外回路（20）に導入される。
【００７７】
室外回路（20）に導入された冷媒は、四路切換弁（12）を介して吸入主管（55）を流れる。吸入主管（55）を流れた冷媒は、第３吸入管（61c）と吸入接続管（56）とに分岐し、該第３吸入管（61c）を流れた冷媒が、第３圧縮機（11c）に吸入されて圧縮される。一方、吸入接続管（56）を流れた冷媒は、第１吸入管（61a）と第２吸入管（61b）とに分岐し、第１及び第２の各圧縮機（11a，11b）に吸入されて圧縮される。
【００７８】
尚、上記冷凍装置（1）では、後述するように、上記第２容量制御部（102）が高段側圧縮機構（11）の容量制御を行うことにより、高段側圧縮機構（11）が高温になることを防止されるが、第３から第５の各膨張弁（59，38，39）の開度を全閉状態から開状態にして適宜開度調整を行うことにより、高段側圧縮機構（11）が高温になることを防止することができる。つまり、分岐通路（84）を流れる冷媒の一部が、第１液インジェクション通路（15）を介して高段側圧縮機構（11）の吸入側に適宜供給され、第２及び第３液インジェクション通路（27，29）を介してブースタ圧縮機構（41）の吸入側や吐出側に液冷媒を適宜供給される。
【００７９】
また、除霜運転中の動作については、詳細な説明及び図示を省略するが、冷媒が冷媒回路（10）を上記冷却運転中とは逆方向に循環する逆サイクルデフロストが行われる。具体的に、高段側圧縮機構（11）の第１及び第２の圧縮機（11a，11b）が駆動し、他の圧縮機（11c，41a，41b，41c）は停止状態となる。そして、第１及び第２の圧縮機（11a，11b）から吐出した冷媒が、ブースタ回路（40）の第１バイパス管（47）を流れてブースタ圧縮機構（41）をバイパスし、冷凍熱交換器（31）で凝縮して該冷凍熱交換器（31）の除霜を行い、第１膨張弁（57）で膨張して室外熱交換器（13）で蒸発し、再び第１及び第２圧縮機（11a，11b）に吸入される。
【００８０】
〈各圧縮機構の運転容量制御〉
次に、上記ブースタ圧縮機構（41）と上記高段側圧縮機構（11）との運転容量の制御について説明する。
【００８１】
ブースタ圧縮機構（41）の運転容量は、上記第１容量制御部（101）により、上記冷凍熱交換器（31）における蒸発温度が庫内を設定温度（例えば、−３０℃）に維持するのに適した目標蒸発温度（例えば、−４０℃）となるように制御される。つまり、第１容量制御部（101）は、冷凍熱交換器（31）における蒸発温度が目標蒸発温度より高い場合、ブースタ圧縮機構（41）の運転容量を増大させるように制御する。これにより、冷凍熱交換器（31）を流れる冷媒の流量が大きくなり、蒸発温度が徐々に低下して、目標蒸発温度となる。一方、冷凍熱交換器（31）における蒸発温度が目標蒸発温度より低い場合、ブースタ圧縮機構（41）の運転容量を低減させるように制御する。これにより、冷凍熱交換器（31）を流れる冷媒の流量が小さくなり、蒸発温度が徐々に上昇して、目標蒸発温度となる。このようにして、庫内の冷却負荷に適した運転を行う。
【００８２】
また、高段側圧縮機構（11）の運転容量は、図３のフローチャートに基づいて、上記ブースタ圧縮機構（41）の吐出温度が目標吐出温度ＴＭとなるように制御される。該目標吐出温度ＴＭは、例えば、８０℃以上９０℃以下に設定される。つまり、吐出温度が９０℃より高い場合、高段側圧縮機構（11）の各圧縮機（11a，11b，11c）が高温になりすぎる虞があるので目標吐出温度ＴＭを９０℃以下とする。そして、吐出温度が８０℃未満の場合、高段側圧縮機構（11）の運転容量を低下させることにより吐出温度が若干上昇しても、該高段側圧縮機構（11）の各圧縮機（11a，11b，11c）が高温になりすぎる虞がないので、このような場合には、高段側圧縮機構（11）の運転容量を低減させて圧縮機構（11，41）全体としての動力を小さくした方がよいので、吐出温度を８０℃以上とする。
【００８３】
先ず、高段側圧縮機構（11）の運転容量制御がスタートすると、ステップＳＴ１において、ブースタ圧縮機構（41）の目標吐出圧力ＰＭｓが設定される。具体的に、ステップ１に示すポリトロープ変化の状態方程式に、ブースタ圧縮機構（41）の目標吐出温度ＴＭと、ブースタ吸入温度センサ（143）で測定される吸入温度ＴＬ、ブースタ吸入圧力センサ（142）で測定される吸入圧力ＰＬが代入され、目標吐出圧力ＰＭｓが算出される。尚、ステップＳＴ１の式に用いられるκは、ポリトロープ指数である。
【００８４】
ステップＳＴ２では、ブースタ吐出圧力センサ（144）により測定されるブースタ圧縮機構（41）の吐出圧力ＰＭｒが、ステップＳＴ１で設定した目標吐出圧力ＰＭｓと近似する値（目標吐出圧力ＰＭｓとの差が±αの範囲内であり、ほぼ目標吐出圧力ＰＭｓとみなすことのできる値、αは所定の許容値）であるか、実際の吐出圧力ＰＭｒが、目標吐出圧力ＰＭｓと近似する値でなく、目標吐出圧力ＰＭｓより大きい又は小さいかが判定される。
【００８５】
ステップＳＴ２において、実際の吐出圧力ＰＭｒが、目標吐出圧力ＰＭｓと近似する値になく目標吐出圧力ＰＭｓより大きい場合は、ステップＳＴ３に移り、第２容量制御部（102）が、高段側圧縮機構（11）の運転容量を増大させるように制御する。これにより、高段側圧縮機構（11）の吸入圧力が低下するので、ブースタ圧縮機構（41）の吐出圧力ＰＭｒが低下して目標吐出圧力ＰＭｓに近似する値となることから、ブースタ圧縮機構（41）の吐出温度が目標吐出温度ＴＭとなる。このようにして、高段側圧縮機構（11）の吸入冷媒を比較的低い温度とすることができるので、高段側圧縮機構（11）が高温になりすぎることを防止することができる。そして、ステップ３からリターンに移り、再びスタートに戻る。
【００８６】
ステップＳＴ２において、実際の吐出圧力ＰＭｒが、目標吐出圧力ＰＭｓと近似する値であると判定されると、リターンに移り、再びスタートに戻る。つまり、目標吐出圧力ＰＭｓと近似する値であれば、吐出温度は、ほぼ目標吐出温度ＴＭであるので、高段側圧縮機構（11）の運転容量は現状のまま維持される。
【００８７】
ステップＳＴ２において、実際の吐出圧力ＰＭｒが、目標吐出圧力ＰＭｓと近似する値になく目標吐出圧力ＰＭｓより小さい場合は、ステップＳＴ４に移り、第２容量制御部（102）が、高段側圧縮機構（11）の運転容量を低減させるように制御する。これにより、該高段側圧縮機構（11）の動力を小さくすることができる。また、高段側圧縮機構（11）の運転容量を低減すると、ブースタ圧縮機構（41）の吐出圧力ＰＭｒが上昇するために、ブースタ圧縮機構（41）の吐出温度も上昇するが、目標吐出圧力ＰＭｓに近似する値になるまでは、高段側圧縮機構（11）が高温になりすぎることがないので、高段側圧縮機構（11）の信頼性を確保しながら、該高段側圧縮機構（11）の動力をできるだけ小さくすることができる。そして、ステップＳＴ４からリターンに移り、再びスタートに戻る。
【００８８】
このようにして、ブースタ圧縮機構（41）の吐出圧力ＰＭｒを目標吐出圧力ＰＭｓとする制御を行うので、高段側圧縮機構（11）が高温になることを防止する対策として、高段側圧縮機構（11）の吸入側に液冷媒を供給するにあたり、この液冷媒の量を低減させることができると共に、高段側圧縮機構（11）の運転容量をできるだけ小さくすることができる。つまり、冷凍熱交換器（31）に送られる冷媒の量を多くすることができると共に、圧縮機構（11，41）全体としての動力を小さくすることができるので、冷凍装置（1）のＣＯＰが向上する。
【００８９】
〈第２膨張弁の開度制御〉
次に、第２膨張弁（58）の開度制御について、図４のフローチャートに基づいて説明する。
【００９０】
先ず、第２膨張弁（58）の開度制御がスタートすると、ステップＳＴ１１において、過冷却熱交換器（50）の第１流路（50a）を流れた液冷媒の目標冷却温度Ｔｓが設定される。該目標冷却温度Ｔｓは、以下のようにして設定される。つまり、過冷却熱交換器（50）の第２流路（50b）を流れて液冷媒を冷却する分岐冷媒は、高段側圧縮機構（11）の吸入側に供給されることから、高段側圧縮機構（11）の吸入圧力に相当する飽和温度Ｔｍで蒸発する。そして、高段側圧縮機構（11）の吸入圧力に対応するブースタ圧縮機構（41）の吐出圧力は目標吐出圧力ＰＭｓとなるように制御されているので、分岐冷媒の蒸発温度は、目標吐出圧力ＰＭｓに相当する飽和温度Ｔｍとなる。そして、第１流路（50a）を流れる液冷媒は、この飽和温度Ｔｍで蒸発する分岐冷媒によって冷却されるが、この飽和温度Ｔｍにまでは冷却されないので、目標冷却温度Ｔｓを目標吐出圧力ＰＭｓにおける飽和温度Ｔｍより少し高い温度（Ｔｍ＋ΔＴ）に設定する。
【００９１】
そして、ステップＳＴ１２において、液冷媒温度センサ（141）で測定される過冷却熱交換器（50）の第１流路（50a）を流れた液冷媒の温度Ｔｒが、目標冷却温度Ｔｓに近似する値（目標冷却温度Ｔｓとの差が±βの範囲内であり、ほぼ目標冷却温度Ｔｓとみなすことのできる値、βは所定の許容値）であるか、実際の液冷媒の温度Ｔｒが、目標冷却温度Ｔｓと近似する値でなく、目標冷却温度Ｔｓより大きいか小さいか判定する。
【００９２】
ステップＳＴ１２において、実際の液冷媒の温度Ｔｒが、目標冷却温度Ｔｓと近似する値でなく、目標冷却温度Ｔｓより高い場合は、ステップＳＴ１３に移る。ステップＳＴ１３では、実際の液冷媒の温度Ｔｒが１０℃以上か否かという判定と、高段側圧縮機構（11）の吸入冷媒の過熱度ＳＨが５℃以上か否かという判定がなされる。つまり、液冷媒が冷却されすぎると、過冷却熱交換器（50）が凍結する虞があるために、適宜設定した下限値１０℃以上であって冷却されすぎていないかが判定され、第２流路（50b）を流れる分岐冷媒が完全に蒸発せず湿り状態となると、高段側圧縮機構（11）が湿り冷媒を吸入して液圧縮する虞があるので、高段側圧縮機構（11）の吸入冷媒が湿り状態となっていないかが判定される。
【００９３】
尚、高段側圧縮機構（11）の吸入冷媒の過熱度ＳＨは、吸入主管（55）の吸入圧力センサ（135）及び吸入温度センサ（136）の測定値により判定される。また、過冷却熱交換器（50）の凍結を防止するための温度の下限値を、例えば、５℃や１５℃に設定してもよい。そして、これらの条件の少なくとも何れか一つを満たすと、ステップＳＴ１４に移り、何れも満たしていないとリターンに移って再びスタートに戻る。ステップＳＴ１４では、弁制御部（103）により、第２膨張弁（58）の開度が大きくなるように制御される。これにより、第２流路（50b）の冷媒量が多くなるので、第１流路（50a）を流れる液冷媒は、温度が低下して目標冷却温度Ｔｓとなる。
【００９４】
ステップＳＴ１２において、実際の液冷媒の温度Ｔｒが、目標冷却温度Ｔｓと近似する値と判定された場合は、ステップＳＴ１５に移る。ステップＳＴ１５では、実際の液冷媒の温度Ｔｒが１０℃未満か否かという判定と、高段側圧縮機構（11）の吸入冷媒の過熱度ＳＨが５℃未満か否かという判定がなされ、これらの条件の少なくとも何れか一つを満たすと、ステップＳＴ１６に移り、何れも満たしていないとリターンに移って再びスタートに戻る。ステップＳＴ１６では、弁制御部（103）により、第２膨張弁（58）の開度が小さくなるように制御される。これにより、液冷媒の温度Ｔｒが上昇する。
【００９５】
つまり、液冷媒の温度Ｔｒが、目標冷却温度Ｔｓと近似する値であっても、液冷媒の温度Ｔｒが１０℃未満であって冷却されすぎている場合や、高段側圧縮機構（11）の吸入冷媒の過熱度ＳＨが低い場合は、第２膨張弁（58）の開度が小さくなるように制御され、過冷却熱交換器（50）が凍結したり、高段側圧縮機構（11）が湿り冷媒を吸入して液圧縮したりすることを防止する。そして、ステップＳＴ１５で判定される条件を何れも満たしていない場合は、過冷却熱交換器（50）が凍結したり、高段側圧縮機構（11）が液圧縮したりする虞がないので、第２膨張弁（58）の開度は現状のまま維持されて、目標冷却温度Ｔｓと近似する温度に維持される。
【００９６】
そして、ステップＳＴ１２において、実際の液冷媒の温度Ｔｒが、目標冷却温度Ｔｓと近似する値になく目標液冷媒の温度Ｔｒより低いと判定されると、ステップＳＴ１６に移り、弁制御部（103）により、第２膨張弁（58）の開度が小さくなるように制御される。これにより、第２流路（50b）の冷媒量が少なくなるので、第１流路（50a）を流れる液冷媒は、温度が上昇して目標冷却温度Ｔｓとなる。そして、リターンに移り、再びスタートに戻る。
【００９７】
このようにして、過冷却熱交換器（50）の第１流路（50a）を流れる液冷媒を、目標冷却温度Ｔｓとすることができるので、冷凍熱交換器（31）に送られる液冷媒を確実に冷却し、該冷凍熱交換器（31）における冷凍能力を大きくすることができる。また、このように、過冷却熱交換器（50）の第１流路（50a）を流れる液冷媒を冷却しながら、この冷却により、過冷却熱交換器（50）が凍結したり、高段側圧縮機構（11）が液圧縮したりすることを防止することができる。
【００９８】
−実施形態の効果−
上記冷凍装置（1）では、第１容量制御部（101）により、冷凍熱交換器（31）における蒸発温度が目標蒸発温度となるように、ブースタ圧縮機構（41）の運転容量を制御するようにしたために、冷凍装置（1）の冷却負荷に対応した運転を行うことができる。また、第２容量制御部（102）が、上記ブースタ圧縮機構（41）の吐出温度が目標吐出温度となるように、上記高段側圧縮機構（11）の運転容量を制御するようにしたために、この目標吐出温度を適宜設定することにより、高段側圧縮機構（11）の吸入冷媒を比較的低い温度とすることができる。これにより、高段側圧縮機構（11）が高温になることを防止する対策として高段側圧縮機構（11）の吸入側に液冷媒を供給するにあたり、この液冷媒の量を低減することができるので、冷凍熱交換器（31）で蒸発する冷媒の量が多くすることができる。
【００９９】
さらに、上記ブースタ圧縮機構（41）の吐出温度が目標吐出温度よりも低い場合は、高段側圧縮機構（11）が高温になりすぎない程度まで、該高段側圧縮機構（11）の運転容量を低減することができるので、高段側圧縮機構（11）の動力をできるだけ小さくすることができる。つまり、冷凍熱交換器（31）で蒸発する冷媒の流量を大きくすることができると共に、高段側圧縮機構（11）の動力をできるだけ小さくすることができるので、両圧縮機構（41，11）の動力に対する冷凍熱交換器（31）での冷凍能力を大きくすることができ、ＣＯＰを向上させることができる。
【０１００】
また、第２容量制御部（102）は、ブースタ圧縮機構（41）の吐出圧力が目標吐出圧力となるように、上記高段側圧縮機構（11）の運転容量を制御するので、ブースタ圧縮機構（41）の各ブースタ圧縮機（41a，41b，41c）が高圧ドーム型のスクロール圧縮機であって、吐出温度を迅速且つ厳密に測定することが困難な場合であっても、吐出温度を吐出目標温度とする制御を確実に行うことができる。
【０１０１】
また、上記冷凍装置（1）では、上記弁制御部（103）が第２膨張弁（58）の開度制御を行って、過冷却熱交換器（50）の第１流路（50a）を流れる液冷媒を目標冷却温度Ｔｓにまで冷却するようにしたために、冷凍熱交換器（31）に送られる冷媒を確実に冷却して、該冷凍熱交換器（31）における冷凍能力を大きくすることができるので、冷凍装置（1）のＣＯＰをより確実に向上させることができる。
【０１０２】
《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
【０１０３】
上記実施形態の冷凍装置（1）は、各圧縮機構（11，41）を３台の圧縮機を並列に接続することにより構成したが、各圧縮機構（11，41）を、例えば１台の圧縮機で構成するようにしてもよい。また、上記実施形態の冷凍装置（1）は、冷凍熱交換器（31）が１台であったが、複数の冷凍熱交換器（31）が並列接続される構成であってもよい。
【０１０４】
また、上記実施形態の冷凍装置（1）では、ブースタ圧縮機構（41）の各圧縮機（41a，41b，41c）としてスクロール型の圧縮機を用いており、吐出温度の測定の応答時間が長いために、吐出圧力を目標吐出圧力となるように制御したが、吐出温度の応答時間が短い圧縮機（例えば、ロータリー型の圧縮機）であれば、直接に吐出温度を目標吐出温度とする制御を行ってもよい。さらに、スクロール型の圧縮機を用いる場合であっても、吐出管を流れる冷媒の温度から吐出温度を推測して制御するようにしてもよい。
【０１０５】
尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
以上説明したように、本発明は、低段側圧縮機構と高段側圧縮機構とを備えて冷媒を２段圧縮する冷凍装置について有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路の配管系統図である。
【図２】実施形態に係る冷凍装置の冷却運転中の冷媒の流れを示す配管系統図である。
【図３】実施形態に係る第２容量制御部の高段側圧縮機構の運転容量制御を示すフローチャートである。
【図４】実施形態に係る弁制御部の第２膨張弁の開度制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０８】
1  冷凍装置
10  冷媒回路
11  高段側圧縮機構
13  室外熱交換器（凝縮器）
31  冷凍熱交換器（蒸発器）
32  冷凍膨張弁（膨張機構）
41  ブースタ圧縮機構（低段側圧縮機構）
50  過冷却熱交換器
58  第２膨張弁（減圧弁）
84  分岐通路 
101  第１容量制御部（第１容量制御手段）
102  第２容量制御部（第２容量制御手段）
103  弁制御部（弁制御手段）
【図１】
2008064420.tif 000003
【図２】
2008064420.tif 000004
【図３】
2008064420.tif 000005
【図４】
2008064420.tif 000006