(57)【要約】【課題】コンテナ用冷凍装置において、冷媒として二酸化炭素を使用した超臨界冷凍サイクルを採用するにあたって設けられる中間圧レシーバ内の冷媒貯留量を容易に最適な状態に保つことができるようにする。【解決手段】コンテナ用冷凍装置（１）は、圧縮機（２１）と、ガスクーラ（２２）と、膨張機構（２３）と、蒸発器（２４）とが順次接続された冷媒回路（１０）を有しており、冷媒として二酸化炭素を使用する超臨界冷凍サイクルを行うものである。膨張機構（２３）は、２つの膨張機構（２５、２６）を有しており、膨張機構（２５、２６）間には、中間圧レシーバ（２７）が設けられている。中間圧レシーバ（２７）には、蒸発器（２４）の出口から圧縮機（２１）の吸入に向かう冷媒によって、中間圧レシーバ（２７）に存在する冷媒を冷却する過冷却熱交換器（２８）が設けられている。【選択図】図１
2013108645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（２１）と、ガスクーラ（２２）と、膨張機構（２３）と、蒸発器（２４）とが順次接続された冷媒回路（１０）を有するコンテナ用冷凍装置において、
前記冷媒回路は、冷媒として二酸化炭素を使用しており、前記圧縮機から吐出される冷媒の圧力が冷媒の臨界圧力を超える圧力になる超臨界冷凍サイクルを行うものであり、
前記膨張機構は、冷媒を減圧する第１膨張機構（２５）と、前記第１膨張機構において減圧された冷媒を減圧する第２膨張機構（２６）とを有しており、
前記第１膨張機構と前記第２膨張機構との間には、前記第１膨張機構において減圧された冷媒を貯留する中間圧レシーバ（２７）が設けられており、
前記第１膨張機構の出口から前記中間圧レシーバに至るまでの間、又は、前記中間圧レシーバには、前記蒸発器の出口から前記圧縮機の吸入に向かう冷媒によって、前記第１膨張機構の出口から前記中間圧レシーバに至るまでの間を流れる冷媒、又は、前記中間圧レシーバに存在する冷媒を冷却する過冷却熱交換器（２８、１２８）が設けられている、
コンテナ用冷凍装置（１）。
【請求項２】
前記過冷却熱交換器（２８）は、前記中間圧レシーバ（２７）に設けられて一体化している、
請求項１に記載のコンテナ用冷凍装置（１）。
【請求項３】
前記第２膨張機構（２６）は、前記蒸発器（２４）の出口における冷媒の過熱度が所定の過熱度目標値で一定になるように制御される、
請求項１又は２に記載のコンテナ用冷凍装置（１）。
【請求項４】
前記圧縮機（２１）は、前記冷媒回路（１０）の蒸発温度又は低圧が所定の蒸発温度目標値又は低圧目標値で一定になるように制御される、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のコンテナ用冷凍装置（１）。
【請求項５】
前記中間圧レシーバ（２７）及び前記過冷却熱交換器（２８、１２８）は、庫内側空間に配置されている、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のコンテナ用冷凍装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンテナ用冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のコンテナ用冷凍装置は、特許文献１（特開２０１１−１１２２７０号公報）に記載されているように、主として、圧縮機と、凝縮器と、レシーバと、膨張機構と、蒸発器とが順次接続された冷媒回路を有している。
【０００３】
このコンテナ用冷凍装置では、以下のような冷媒回路の動作によって、コンテナの庫内の冷却を行う。まず、低圧の冷媒は、圧縮機において圧縮されて高圧の冷媒になる。そして、この高圧の冷媒は、凝縮器において冷却されて凝縮する。そして、この高圧の冷媒は、レシーバにおいて一時的に貯留された後に、膨張機構において低圧になるまで減圧される。そして、この低圧の冷媒は、蒸発器において加熱されて蒸発し、庫内空気を冷却する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のコンテナ用冷凍装置では、従来からフロン系冷媒が使用されているが、近年、環境問題の観点から、フロン系冷媒を二酸化炭素のような自然冷媒に変更することが考えられている。
【０００５】
しかし、コンテナ用冷凍装置において、冷媒として二酸化炭素を使用すると、圧縮機から吐出される冷媒の圧力が冷媒の臨界圧力を超える圧力となる超臨界冷凍サイクルになる。そうすると、圧縮機から吐出された高圧の冷媒は、凝縮器において冷却されても凝縮しなくなるため、その下流側に設けられたレシーバに冷媒を液状態で貯留することができなくなり、冷凍負荷の変動時に発生する余剰冷媒をレシーバにおいて貯留することが難しくなる。
【０００６】
これに対して、膨張機構として冷媒を２段階に減圧する２つの膨張機構を設け、かつ、レシーバとして２つの膨張機構間に中間圧レシーバを設けることによって、中間圧レシーバに冷媒を液状態で貯留できるようにすることが考えられる。
【０００７】
しかし、冷媒として二酸化炭素を使用した超臨界冷凍サイクルを採用するにあたって２つの膨張機構及び中間圧レシーバを設けると、冷媒回路の構成や制御が複雑になり、特に、中間圧レシーバ内の冷媒貯留量を最適な状態に保つことが難しくなる。
【０００８】
本発明の課題は、コンテナ用冷凍装置において、冷媒として二酸化炭素を使用した超臨界冷凍サイクルを採用するにあたって設けられる中間圧レシーバ内の冷媒貯留量を容易に最適な状態に保つことができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の観点にかかるコンテナ用冷凍装置は、圧縮機と、ガスクーラと、膨張機構と、蒸発器とが順次接続された冷媒回路を有している。冷媒回路は、冷媒として二酸化炭素を使用しており、圧縮機から吐出される冷媒の圧力が冷媒の臨界圧力を超える圧力になる超臨界冷凍サイクルを行うものである。膨張機構は、冷媒を減圧する第１膨張機構と、第１膨張機構において減圧された冷媒を減圧する第２膨張機構とを有している。第１膨張機構と第２膨張機構との間には、第１膨張機構において減圧された冷媒を貯留する中間圧レシーバが設けられている。そして、第１膨張機構の出口から中間圧レシーバに至るまでの間、又は、中間圧レシーバには、蒸発器の出口から圧縮機の吸入に向かう冷媒によって、第１膨張機構の出口から中間圧レシーバに至るまでの間を流れる冷媒、又は、中間圧レシーバに存在する冷媒を冷却する過冷却熱交換器が設けられている。
【００１０】
このコンテナ用冷凍装置では、冷媒として二酸化炭素を使用しているため、フロン系冷媒を使用する場合に比べて、サイクル性能が低下する傾向にある。このため、このコンテナ用冷凍装置では、サイクル性能を向上させるために、ガスクーラによって冷却された冷媒をさらに冷却する過冷却熱交換器を設けるようにしている。
【００１１】
ここで、サイクル性能を向上させるという観点だけを考慮すると、過冷却熱交換器は、ガスクーラと蒸発器との間であればどこに接続してもよいし、また、過冷却熱交換器の冷却源も限定されるものではない。
【００１２】
しかし、このコンテナ用冷凍装置では、上記のように、冷媒として二酸化炭素を使用した超臨界冷凍サイクルを採用するにあたって設けられる中間圧レシーバ内の冷媒貯留量を容易に最適な状態に保つという課題がある。
【００１３】
このため、このコンテナ用冷凍装置では、過冷却熱交換器の接続位置や冷却源について、中間圧レシーバ内の冷媒貯留量を容易に最適な状態に保つという観点も考慮して決定することが好ましい。ここで、中間圧レシーバ内の冷媒貯留量は、冷媒回路を循環する冷媒の流量（すなわち、冷媒循環流量）とのバランスで決まる。また、冷媒循環流量は、蒸発器において要求される冷凍負荷（すなわち、要求冷凍負荷）によって変化する。そして、要求冷凍負荷の変化は、蒸発器の出口における冷媒の過熱度や冷媒回路の蒸発温度（又は低圧）の変化として現れる。このため、中間圧レシーバ内の冷媒貯留量は、蒸発器の出口における冷媒の過熱度や冷媒回路の蒸発温度（又は低圧）の変化に応じて、適切に変化させることが好ましい。
【００１４】
そこで、このコンテナ用冷凍装置では、まず、過冷却熱交換器を中間圧レシーバ内の冷媒貯留量を変化させるための機器として機能させるために、過冷却熱交換器を第１膨張機構の出口から中間圧レシーバに至るまでの間、又は、中間圧レシーバに設けている。これにより、過冷却熱交換器では、第１膨張機構の出口から中間圧レシーバに至るまでの間を流れる冷媒、又は、中間圧レシーバに存在する冷媒（すなわち、中間圧レシーバ側冷媒）の冷却が行われることになる。このとき、中間圧レシーバ内の冷媒貯留量は、過冷却熱交換器の冷却源の温度の変化に応じて変化することになる。しかも、このコンテナ用冷凍装置では、過冷却熱交換器において蒸発器の出口における冷媒の過熱度や冷媒回路の蒸発温度（又は低圧）の変化が現れやすくなるように、過冷却熱交換器の冷却源として蒸発器の出口から圧縮機の吸入に向かう冷媒（すなわち、吸入側冷媒）を使用している。これにより、過冷却熱交換器では、吸入側冷媒によって、中間圧レシーバ側冷媒の冷却が行われることになるため、中間圧レシーバ側冷媒には、蒸発器の出口における冷媒の過熱度や冷媒回路の蒸発温度（又は低圧）の変化が現れる。このため、過冷却熱交換器における熱交換量も、蒸発器の出口における冷媒の過熱度や冷媒回路の蒸発温度（又は低圧）の変化に応じて変化し、その結果、中間圧レシーバ内の冷媒貯留量も変化することになる。また、吸入側冷媒は、冷凍サイクルの低圧のガス状態の冷媒であるのに対して、中間圧レシーバ側冷媒は、冷凍サイクルの中間圧の飽和状態又は気液二相状態の冷媒であり、両冷媒の温度が近い。このため、蒸発器の出口における冷媒の過熱度や冷媒回路の蒸発温度（又は低圧）の変化が、過冷却熱交換器における両冷媒の温度差の変化として明確に現れやすくなっている。
【００１５】
具体的には、蒸発器の出口における冷媒の過熱度が大きい場合や冷媒回路の蒸発温度（又は低圧）が高い場合には、要求冷凍負荷に対して冷媒循環流量が小さい傾向にある。このとき、過冷却熱交換器では、中間圧レシーバ側冷媒と吸入側冷媒との温度差が小さくなるため、中間圧レシーバ側冷媒の冷却が抑えられて中間圧レシーバ内の冷媒貯留量が少なくなる。これにより、冷媒循環流量が大きくなり、要求冷凍負荷に対して最適な冷媒循環流量、すなわち、中間圧レシーバ内の冷媒貯留量が最適な状態に近づくことになる。また、蒸発器の出口における冷媒の過熱度が小さい場合や冷媒回路の蒸発温度（又は低圧）が低い場合には、要求冷凍負荷に対して冷媒循環流量が大きい傾向にある。このとき、過冷却熱交換器では、中間圧レシーバ側冷媒と吸入側冷媒との温度差が大きくなるため、中間圧レシーバ側冷媒の冷却が促進されて中間圧レシーバ内の冷媒貯留量が多くなる。これにより、冷媒循環流量が小さくなり、要求冷凍負荷に対して最適な冷媒循環流量、すなわち、中間圧レシーバ内の冷媒貯留量が最適な状態に近づくことになる。
【００１６】
このように、このコンテナ用冷凍装置では、サイクル性能を向上させるための過冷却熱交換器について、上記のような接続位置や冷却源を採用することによって、中間圧レシーバ内の冷媒貯留量を最適な状態にする自己調整機能を発揮させるようにしている。これにより、このコンテナ用冷凍装置では、冷媒として二酸化炭素を使用した超臨界冷凍サイクルを採用するにあたって設けられる中間圧レシーバ内の冷媒貯留量を容易に最適な状態に保つことができる。
【００１７】
第２の観点にかかるコンテナ用冷凍装置は、第１の観点にかかるコンテナ用冷凍装置において、過冷却熱交換器が、中間圧レシーバに設けられて一体化している。
【００１８】
このコンテナ用冷凍装置では、過冷却熱交換器及び中間圧レシーバを小型化することができる。これにより、このコンテナ用冷凍装置では、過冷却熱交換器及び中間圧レシーバを設けることによるコストアップを抑えることができる。
【００１９】
第３の観点にかかるコンテナ用冷凍装置は、第１又は第２の観点にかかるコンテナ用冷凍装置において、第２膨張機構が、蒸発器の出口における冷媒の過熱度が所定の過熱度目標値で一定になるように制御される。
【００２０】
このコンテナ用冷凍装置では、蒸発器の出口における冷媒の過熱度が所定の過熱度目標値で一定になるように第２膨張機構を制御する過熱度制御によって、要求冷凍負荷の変化に追従して、冷媒循環流量を変化させることができるようになっている。
【００２１】
しかし、この過熱度制御だけでは、例えば、コンテナを開閉する等のように、要求冷凍負荷が急激に変化する場合には、要求冷凍負荷の変化に速やかに追従することができないおそれがある。
【００２２】
これに対して、このコンテナ用冷凍装置では、過冷却熱交換器による中間圧レシーバ内の冷媒貯留量の自己調整機能によって、過熱度制御の収束性を向上させることができる。
【００２３】
具体的には、蒸発器の出口における冷媒の過熱度が過熱度目標値よりも大きい場合には、要求冷凍負荷に対して冷媒循環流量が小さい傾向にある。このとき、過冷却熱交換器では、中間圧レシーバ側冷媒と吸入側冷媒との温度差が小さくなるため、中間圧レシーバ側冷媒の冷却が抑えられて中間圧レシーバ内の冷媒貯留量が少なくなる。これにより、冷媒循環流量が大きくなるため、蒸発器の出口における冷媒の過熱度が小さくなり、蒸発器の出口における冷媒の過熱度が過熱度目標値に近づくことになる。また、蒸発器の出口における冷媒の過熱度が過熱度目標値よりも小さい場合には、要求冷凍負荷に対して冷媒循環流量が大きい傾向にある。このとき、過冷却熱交換器では、中間圧レシーバ側冷媒と吸入側冷媒との温度差が大きくなるため、中間圧レシーバ側冷媒の冷却が促進されて中間圧レシーバ内の冷媒貯留量が多くなる。これにより、冷媒循環流量が小さくなるため、蒸発器の出口における冷媒の過熱度が大きくなり、蒸発器の出口における冷媒の過熱度が過熱度目標値に近づくことになる。
【００２４】
第４の観点にかかるコンテナ用冷凍装置は、第１〜第３の観点のいずれかにかかるコンテナ用冷凍装置において、圧縮機が、冷媒回路の蒸発温度又は低圧が所定の蒸発温度目標値又は低圧目標値で一定になるように制御される。
【００２５】
このコンテナ用冷凍装置では、冷媒回路の蒸発温度又は低圧が所定の蒸発温度目標値又は低圧目標値で一定になるように圧縮機を制御する低圧制御によって、要求冷凍負荷の変化に追従して、冷媒循環流量を変化させることができるようになっている。
【００２６】
しかし、この低圧制御だけでは、例えば、コンテナの庫内目標温度を変更する等のように、要求冷凍負荷が急激に変化する場合には、要求冷凍負荷の変化に速やかに追従することができないおそれがある。
【００２７】
これに対して、このコンテナ用冷凍装置では、過冷却熱交換器による中間圧レシーバ内の冷媒貯留量の自己調整機能によって、低圧制御の収束性を向上させることができる。
【００２８】
具体的には、蒸発温度又は低圧が蒸発温度目標値又は低圧目標値よりも高い場合には、要求冷凍負荷に対して冷媒循環流量が小さい傾向にある。このとき、過冷却熱交換器では、中間圧レシーバ側冷媒と吸入側冷媒との温度差が小さくなるため、中間圧レシーバ側冷媒の冷却が抑えられて中間圧レシーバ内の冷媒貯留量が少なくなる。これにより、冷媒循環流量が大きくなるため、蒸発温度又は低圧が低くなり、蒸発温度又は低圧が蒸発温度目標値又は低圧目標値に近づくことになる。また、蒸発温度又は低圧が蒸発温度目標値又は低圧目標値よりも低い場合には、要求冷凍負荷に対して冷媒循環流量が大きい傾向にある。このとき、過冷却熱交換器では、中間圧レシーバ側冷媒と吸入側冷媒との温度差が大きくなるため、中間圧レシーバ側冷媒の冷却が促進されて中間圧レシーバ内の冷媒貯留量が多くなる。これにより、冷媒循環流量が小さくなるため、蒸発温度又は低圧が高くなり、蒸発温度又は低圧が蒸発温度目標値又は低圧目標値に近づくことになる。
【００２９】
第５の観点にかかるコンテナ用冷凍装置は、第１〜第４の観点のいずれかにかかるコンテナ用冷凍装置において、中間圧レシーバ及び過冷却熱交換器が、庫内側空間に配置されている。
【００３０】
このコンテナ用冷凍装置では、運転中に庫外側の温度よりも低い温度になる中間圧レシーバ及び過冷却熱交換器を覆う保冷材の厚さを小さくしたり、又は、保冷材を省略することができる。これにより、このコンテナ用冷凍装置では、過冷却熱交換器及び中間圧レシーバを設けることによるコストアップを抑えることができる。
【発明の効果】
【００３１】
以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００３２】
第１の観点にかかるコンテナ用冷凍装置では、過冷却熱交換器による中間圧レシーバ内の冷媒貯留量の自己調整機能によって、冷媒として二酸化炭素を使用した超臨界冷凍サイクルを採用するにあたって設けられる中間圧レシーバ内の冷媒貯留量を容易に最適な状態に保つことができる。
【００３３】
第２の観点にかかるコンテナ用冷凍装置では、過冷却熱交換器及び中間圧レシーバを小型化することができるため、過冷却熱交換器及び中間圧レシーバを設けることによるコストアップを抑えることができる。
【００３４】
第３の観点にかかるコンテナ用冷凍装置では、過冷却熱交換器による中間圧レシーバ内の冷媒貯留量の自己調整機能によって、過熱度制御の収束性を向上させることができる。
【００３５】
第４の観点にかかるコンテナ用冷凍装置では、過冷却熱交換器による中間圧レシーバ内の冷媒貯留量の自己調整機能によって、低圧制御の収束性を向上させることができる。
【００３６】
第５の観点にかかるコンテナ用冷凍装置では、運転中に庫外側の温度よりも低い温度になる中間圧レシーバ及び過冷却熱交換器を覆う保冷材の厚さを小さくしたり、又は、保冷材を省略することができるため、過冷却熱交換器及び中間圧レシーバを設けることによるコストアップを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態にかかるコンテナ用冷凍装置が設けられたコンテナの外観を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるコンテナ用冷凍装置の概略正面図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるコンテナ用冷凍装置の概略側面図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかるコンテナ用冷凍装置の概略冷媒回路図である。
【図５】中間圧レシーバ及び過冷却熱交換器の概略構成図である。
【図６】中間圧レシーバ及び過冷却熱交換器の概略構成図である。
【図７】コンテナ用冷凍装置の制御ブロック図である。
【図８】通常運転時の冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図である。
【図９】変形例にかかるコンテナ用冷凍装置の概略冷媒回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明にかかるコンテナ用冷凍装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。尚、本発明にかかるコンテナ用冷凍装置の具体的な構成は、下記の実施形態及びその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
【００３９】
（１）コンテナ用冷凍装置の構成
図１〜図７は、本発明の一実施形態にかかるコンテナ用冷凍装置１を示している。ここで、図１は、本発明のコンテナ用冷凍装置１が設けられたコンテナ２の外観を示す分解斜視図である。図２は、コンテナ用冷凍装置１の概略正面図である。図３は、コンテナ用冷凍装置１の概略側面図である。図４は、コンテナ用冷凍装置１の概略冷媒回路図である。図５及び図６は、中間圧レシーバ２７及び過冷却熱交換器２８の概略構成図である。図７は、コンテナ用冷凍装置１の制御ブロック図である。
【００４０】
コンテナ用冷凍装置１は、海上コンテナや陸上コンテナとして取り扱われるコンテナ２の開口面２ａに装着されており、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、コンテナ２の庫内ＩＳを冷却する装置である。コンテナ用冷凍装置１は、主として、コンテナ２の開口面２ａを覆うフレーム３と、冷媒回路１０と、庫外側ファン３６と、庫内側ファン３７とを有している。
【００４１】
フレーム３は、その下部がコンテナ２の庫内ＩＳ側に向かって突出した形状を有しており、フレーム３の庫外ＯＳ側の下部には、庫外側ファン３６、冷媒回路１０を構成する圧縮機２１やガスクーラ２２等が配置される庫外側空間Ｓ１を形成している。また、フレーム３の庫内ＩＳ側には、フレーム３と間隔を空けて仕切板４が配置されている。この仕切板４は、サポート（図示せず）を介してフレーム３に装着されている。そして、フレーム３と仕切板４との間には、庫内側ファン３７、冷媒回路１０を構成する蒸発器２３等が配置される庫内側空間Ｓ２を形成している。また、仕切板４の上部には、コンテナ２の庫内ＩＳの空気を庫内側空間Ｓ２に吸入するための吸入口４ａが形成されており、仕切板４の下部には、庫内側空間Ｓ２の空気を庫内ＩＳに吹き出すための吹出口４ｂが形成されている。
【００４２】
冷媒回路１０は、主として、圧縮機２１と、ガスクーラ２２と、膨張機構２３と、蒸発器２４とを有しており、これらの機器２１〜２４等が順次接続されることによって構成されている。そして、冷媒回路１０は、冷媒として二酸化炭素を使用しており、圧縮機２１から吐出される冷媒の圧力（すなわち、冷凍サイクルにおける高圧）が冷媒の臨界圧力を超える圧力になる超臨界冷凍サイクルを行うものである。
【００４３】
圧縮機２１は、冷媒を圧縮（ここでは、冷媒の臨界圧力を超える圧力になるまで圧縮）する機器であり、庫外側空間Ｓ１に配置されている。圧縮機２１は、主として、低段側圧縮機２１ａと、高段側圧縮機２１ｂとを有している。低段側圧縮機２１ａは、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素（図示せず）を低段側圧縮機モータ３１ａによって回転駆動する密閉式構造となっている。また、高段側圧縮機２１ｂは、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素（図示せず）を高段側圧縮機モータ３１ｂによって回転駆動する密閉式構造となっている。ここでは、圧縮機モータ３１ａ、３１ｂとして、インバータにより制御される回転数（周波数）可変式のモータが使用されている。低段側圧縮機２１ａは、吸入側に吸入冷媒管３２が接続されており、吐出側に中間冷媒管３３が接続されている。高段側圧縮機２１ｂは、吸入側に中間冷媒管３３が接続されており、吐出側に吐出冷媒管３４が接続されている。これにより、低段側圧縮機２１ａと高段側圧縮機２１ｂとは、直列に接続されており、冷媒を順次圧縮する多段（ここでは、２段）圧縮機を構成している。また、中間冷媒管３３には、低段側逆止機構３３ａが設けられており、吐出冷媒管３４には、高段側逆止機構３４ａが設けられている。低段側逆止機構３３ａは、低段側圧縮機２１ａの吐出側から高段側圧縮機２１ｂの吸入側への冷媒の流れを許容し、かつ、高段側圧縮機２１ｂの吸入側から低段側圧縮機２１ａの吐出側への冷媒の逆流れを遮断するための機構である。高段側逆止機構３４ａは、高段側圧縮機２１ｂの吐出側からガスクーラ２２の入口側への冷媒の流れを許容し、かつ、ガスクーラ２２の入口側から高段側圧縮機２１ａの吐出側への冷媒の逆流れを遮断するための機構である。ここでは、逆止機構３３ａ、３４ａとして、逆止弁が使用されている。尚、ここでは、圧縮機２１として、２段圧縮機を採用しているが、３段以上の多段圧縮機であってもよいし、単段圧縮機であってもよい。また、ここでは、１つの圧縮要素に１つの駆動モータが連結された２つの圧縮機２１ａ、２１ｂを直列接続することによって多段圧縮機を構成しているが、複数の圧縮要素を共通の駆動モータによって連結することによって多段圧縮機を構成してもよい。
【００４４】
ガスクーラ２２は、圧縮機２１において圧縮された高圧の冷媒の放熱を行う機器であり、庫外側空間Ｓ１に配置されている。ガスクーラ２２は、ここでは、伝熱管と多数のフィンとにより構成された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り、庫外空気を冷却源として高圧の冷媒の放熱を行うようになっている。ガスクーラ２２は、入口が吐出冷媒管３４に接続されており、出口が液冷媒管３５に接続されている。そして、ガスクーラ２２の冷却源としての庫外空気は、庫外側ファン３６によって供給されるようになっている。庫外側ファン３６は、庫外側空間Ｓ１に配置されており、ここでは、プロペラファンが使用されている。庫外側ファン３６は、庫外側ファンモータ３６ａによって回転駆動されるようになっている。尚、ここでは、ガスクーラ２２として、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器を採用しているが、他の型式の熱交換器であってもよい。
【００４５】
膨張機構２３は、ガスクーラ２２において放熱した高圧の冷媒を冷凍サイクルにおける低圧になるまで減圧するための機構であり、庫内側空間Ｓ２に配置されている。膨張機構２３は、液冷媒管３５に設けられており、主として、冷媒を減圧する上流側膨張機構２５（第１膨張機構）と、上流側膨張機構２５において減圧された冷媒を減圧する下流側膨張機構２６（第２膨張機構）とを有している。具体的には、上流側膨張機構２５は、ガスクーラ２２において放熱した後の高圧の冷媒を冷凍サイクルにおける中間圧になるまで減圧するための機構である。下流側膨張機構２６は、上流側膨張機構２５において減圧された後の中間圧の冷媒を低圧になるまで減圧するための機構である。ここでは、膨張機構２５、２６として、電動膨張弁が使用されている。
【００４６】
また、液冷媒管３５には、上流側膨張機構２５と下流側膨張機構２６との間の部分に、上流側膨張機構２５において減圧された冷媒を貯留する中間圧レシーバ２７が設けられている。中間圧レシーバ２７は、ここでは、円筒形状の容器であり、庫内側空間Ｓ２に配置されている。中間圧レシーバ２７に流入する中間圧の冷媒は、上流側膨張機構２５において冷媒の臨界圧力以下の圧力まで減圧されて飽和状態又は気液二相状態になっているため、液状態で中間圧レシーバ２７に貯留されることになる。
【００４７】
また、中間圧レシーバ２７には、蒸発器２４の出口から圧縮機２１の吸入に向かう冷媒（すなわち、吸入側冷媒）によって、中間圧レシーバ２７に存在する冷媒（すなわち、中間圧レシーバ側冷媒）を冷却する過冷却熱交換器２８が設けられている。過冷却熱交換器２８は、ここでは、中間圧レシーバ２７に設けられて一体化しており、庫内側空間Ｓ２に配置されている。具体的には、過冷却熱交換器２８は、吸入冷媒管３１に設けられた直管状の伝熱管２８ａが中間圧レシーバ２７の円筒部分に接するように設けられており、これにより、吸入側冷媒によって中間圧レシーバ側冷媒を冷却する熱交換器を構成している。尚、過冷却熱交換器２８が中間圧レシーバ２７に設けられて一体化した構造は、図５に示すものに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、コイル状の伝熱管２８ｂが中間圧レシーバ２７の円筒部分を取り巻くように設けられて中間圧レシーバ２７に一体化した構造の過冷却熱交換器２８であってもよい。
【００４８】
蒸発器２４は、膨張機構２３において減圧された低圧の冷媒の蒸発を行う機器であり、庫内側空間Ｓ２に配置されている。蒸発器２４は、ここでは、伝熱管と多数のフィンとにより構成された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り、庫内空気を加熱源として低圧の冷媒の蒸発を行い、これにより、庫内空気を冷却するようになっている。蒸発器２４は、入口が液冷媒管３５に接続されており、出口が吸入冷媒管３２に接続されている。そして、蒸発器２４の加熱源としての庫内空気は、庫内側ファン３７によって供給されるようになっている。庫内側ファン３７は、庫内側空間Ｓ２に配置されており、ここでは、２つのプロペラファンが使用されている。庫内側ファン３７は、庫内側ファンモータ３７ａによって回転駆動されるようになっている。尚、ここでは、蒸発器２４として、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器を採用しているが、他の型式の熱交換器であってもよい。
【００４９】
また、中間冷媒管３３には、低段側圧縮機２１ａから吐出された冷媒の放熱を行うインタークーラ３８が設けられている。インタークーラ３８は、庫外側空間Ｓ１に配置されている。インタークーラ３８は、ここでは、伝熱管と多数のフィンとにより構成された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り、庫外空気を冷却源として低段側圧縮機２１ａから吐出された冷媒の放熱を行うようになっている。また、ここでは、インタークーラ３８は、ガスクーラ２２と一体化している。そして、インタークーラ３８の冷却源としての庫外空気は、ガスクーラ２２と同様に、庫外側ファン３６によって供給されるようになっている。尚、ここでは、インタークーラ３８として、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器を採用しているが、他の型式の熱交換器であってもよい。尚、ここでは、サイクル性能を向上させるために、インタークーラ３８を冷媒回路１０に設けるようにしているが、インタークーラ３８がなくても所望のサイクル性能が得られる場合には、冷媒回路１０から省略してもよい。
【００５０】
また、液冷媒管３５には、ガスクーラ２２の出口と上流側膨張機構２５との間の部分に、ガスクーラ２２の出口から上流側膨張機構２５に至るまでの間を流れる冷媒を冷却するエコノマイザ熱交換器３９が設けられている。エコノマイザ熱交換器３９は、庫外側空間Ｓ１に配置されている。エコノマイザ熱交換器３９は、ここでは、プレート型熱交換器であり、高圧側流路３９ａを流れる冷媒と中間圧側流路３９ｂを流れる冷媒とが熱交換するようになっている。高圧側流路３９ａには、液冷媒管３５のガスクーラ２２の出口側と上流側膨張機構２５との間の部分を流れる高圧の冷媒が流れるようになっている。中間圧側流路３９ｂには、液冷媒管３５のガスクーラ２２の出口側と上流側膨張機構２５との間の部分から分岐された中間圧インジェクション管４０を流れる中間圧の冷媒が流れるようになっている。中間圧インジェクション管４０は、ここでは、液冷媒管３５のガスクーラ２２の出口側とエコノマイザ熱交換器３９の高圧側流路３９ａとの間の部分から分岐している。尚、中間圧インジェクション管４０は、エコノマイザ熱交換器３９の高圧側流路３９ａの出口と上流側膨張機構２５との間の部分から分岐していてもよい。また、中間圧インジェクション管４０は、中間冷媒管３３のインタークーラ３８の出口側と高段側圧縮機２１ｂの吸入との間の部分に合流している。そして、中間圧インジェクション管４０には、中間圧側流路３９ｂの入口側の部分に、中間圧戻し膨張機構４１が設けられている。中間圧戻し膨張機構４１は、中間圧インジェクション管４０に分岐された高圧の冷媒を中間圧になるまで減圧するための機構であり、庫外側空間Ｓ１に配置されている。ここでは、中間圧戻し膨張機構４１として、電動膨張弁が使用されている。尚、ここでは、サイクル性能を向上させるために、エコノマイザ熱交換器３９及び中間圧インジェクション管４０を冷媒回路１０に設けるようにしている。しかし、エコノマイザ熱交換器３９及び中間圧インジェクション管４０がなくても所望のサイクル性能が得られる場合には、冷媒回路１０から省略してもよい。
【００５１】
また、吐出冷媒管３４には、高段側逆止機構３４ａとガスクーラ２２の入口との間の部分に、蒸発器２４の除霜運転や再熱運転の際に開閉又は開度調節される吐出流量調整機構４２が設けられている。吐出流量調整機構４２は、庫外側空間Ｓ１に配置されている。ここでは、吐出流量調整機構４２として、電動膨張弁が使用されている。また、吐出冷媒管３４には、高段側逆止機構３４ａと吐出流量調整機構４２との間の部分から、加熱用冷媒管４３が分岐されている。加熱用冷媒管４３は、液冷媒管３５の下流側膨張機構２６と蒸発器２４との間の部分に合流している。加熱用冷媒管４３は、主として、再熱用冷媒管４４と、除霜用冷媒管４５とを有している。再熱用冷媒管４４には、電磁弁からなる再熱側開閉機構４６と、蒸発器２４の風下側に配置された再熱コイル４７と、キャピラリチューブからなる再熱側減圧機構４８とが設けられている。これにより、吐出流量調整機構４２の開度を調節し、かつ、再熱側開閉機構４６を開けることによって、圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒の一部を再熱コイル４７に供給して、蒸発器２４によって冷却された庫内空気を再加熱する再熱運転を行うことができる。除霜用冷媒管４５は、ドレンパン加熱用冷媒管４９と、蒸発器加熱用冷媒管５０とに分岐している。除霜用冷媒管４５は、ドレンパン加熱用冷媒管４９と蒸発器加熱用冷媒管５０との分岐部分に、電磁弁からなる除霜側開閉機構５１が設けられている。ドレンパン加熱用冷媒管４９には、蒸発器２４及び再熱コイル４７の下側に設けられたドレンパン（図示せず）に配置されたドレンパンヒータ５２が設けられている。これにより、吐出流量調整機構４２を閉止し、かつ、除霜側開閉機構５１を開けることによって、圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒を、ドレンパンヒータ５２に供給しつつ蒸発器２４に直接的に供給して、蒸発器２４の除霜運転を行うことができる。尚、ここでは、蒸発器２４の除霜運転や再熱運転のために、加熱用冷媒管４３及び吐出流量調整機構４２を冷媒回路１０に設けるようにしているが、除霜運転や再熱運転のための構成はこれに限定されるものではなく、他の構成よって除霜運転や再熱運転を行うようにしてもよい。
【００５２】
また、コンテナ用冷凍装置１には、各種のセンサやスイッチが設けられている。具体的には、吸入冷媒管３２には、圧縮機２１（低段側圧縮機２１ａ）に吸入される低圧の冷媒の圧力Ｐｓを検出する吸入圧力センサ５３が設けられている。ここで、吸入圧力センサ５３によって検出される低圧の冷媒の圧力Ｐｓを冷媒の飽和温度に換算することによって、冷媒回路１０の蒸発温度Ｔｅが得られる。また、吸入冷媒管３２には、圧縮機２１（低段側圧縮機２１ａ）に吸入される低圧の冷媒の温度Ｔｓを検出する吸入温度センサ５４が設けられている。さらに、吸入冷媒管３２には、蒸発器２４の出口における低圧の冷媒の温度Ｔｅｏを検出する蒸発器出口温度センサ５５が設けられている。ここで、温度Ｔｅｏから蒸発温度Ｔｅを減算することによって、蒸発器２４の出口における冷媒の過熱度ＳＨが得られる。吐出冷媒管３４には、圧縮機２１（高段側圧縮機２１ｂ）から吐出される高圧の冷媒の圧力Ｔｄを検出する吐出圧力センサ５６が設けられている。また、吐出冷媒管３４には、圧縮機２１（高段側圧縮機２１ｂ）から吐出される高圧の冷媒の温度を検出する吐出温度センサ５７が設けられている。さらに、吐出冷媒管３４には、圧縮機２１（高段側圧縮機２１ｂ）から吐出される高圧の冷媒の異常高圧を検出して圧縮機２１を停止させる吐出圧力スイッチ５８が設けられている。また、庫外ファン３６の近傍には、庫外温度Ｔａを検出する庫外温度センサ５９が設けられており、庫内ファン３７の近傍（仕切板４の吸入口４ａの近傍）には、庫内温度Ｔｒを検出する庫内温度センサ６０が設けられている。
【００５３】
また、コンテナ用冷凍装置１は、コンテナ用冷凍装置１を構成する圧縮機２１、ファン３６、３７、膨張機構２３等の各部の動作を制御するための制御部７を有している。制御部６は、マイクロコンピュータやメモリ等を有しており、各種運転設定や各種センサの検出値等に基づいて、コンテナ用冷凍装置１を構成する各部の動作を制御するようになっている。
【００５４】
（２）コンテナ用冷凍装置の動作
次に、図４及び図８を用いて、コンテナ用冷凍装置１の通常運転の動作について説明する。ここで、図８は、通常運転時の冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図である。
【００５５】
通常運転は、冷媒回路１０が、吐出流量調整機構４２が全開、そして、再熱側開閉機構４６及び除霜側開閉機構５１が全閉の状態で行われる。
【００５６】
このような冷媒回路１０の状態において、低圧の冷媒（図４及び図８の点Ａ参照）は、吸入冷媒管３２から圧縮機２１に吸入され、まず、低段側圧縮機２１ａによって中間圧まで圧縮された後に、中間冷媒管３３に吐出される（図４及び図８の点Ｂ参照）。
【００５７】
この低段側圧縮機２１ａから吐出された中間圧の冷媒は、低段側逆止機構３３ａを通じて、インタークーラ３８に送られる。このインタークーラ３８に送られた中間圧の冷媒は、インタークーラ３８において、庫外ファン３６によって供給される庫外空気と熱交換を行って放熱する（図４及び図８の点Ｃ参照）。
【００５８】
このインタークーラ３８において放熱した中間圧の冷媒は、中間圧インジェクション管４０から中間冷媒管３３に戻される冷媒（図４及び図８の点Ｍ参照）と合流することによって、さらに冷却される（図４及び図８の点Ｄ参照）。
【００５９】
この中間圧インジェクション管４０から戻る冷媒と合流した中間圧の冷媒は、高段側圧縮機２１ｂに吸入されてさらに圧縮されて、圧縮機２１から吐出冷媒管３４に吐出される（図４及び図８の点Ｅ参照）。ここで、圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、圧縮機２１ａ、２１ｂによる二段圧縮動作によって、冷媒の臨界圧力（図８の圧力Ｐｃｐ参照）を超える圧力まで圧縮されている。
【００６０】
この圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、吐出流量調整機構４２を通じて、ガスクーラ２２に送られる。
【００６１】
このガスクーラ２２に送られた高圧の冷媒は、ガスクーラ２２において、庫外ファン３６によって供給される庫外空気と熱交換を行って放熱し、液冷媒管３５に送られる（図４及び図８の点Ｆ参照）。
【００６２】
このガスクーラ２２において放熱した高圧の冷媒は、一部が中間圧インジェクション管４０に分岐され、残りがエコノマイザ熱交換器３９の高圧側流路３９ａに送られる。そして、中間圧インジェクション管４０を流れる高圧の冷媒は、中間圧戻し膨張機構４１において、中間圧になるまで減圧される（図４及び図８の点Ｌ参照）。この中間圧戻し膨張機構４１において減圧された中間圧の冷媒は、エコノマイザ熱交換器３９の中間圧側流路３９ｂに送られる。そして、エコノマイザ熱交換器３９の高圧側流路３９ａに送られた高圧の冷媒は、エコノマイザ熱交換器３９の中間圧側流路３９ｂに送られた中間圧の冷媒と熱交換を行って冷却されて（図４及び図８の点Ｇ参照）、上流側膨張機構２５に送られる。このとき、エコノマイザ熱交換器３９の中間圧側流路３９ｂに送られた中間圧の冷媒は、エコノマイザ熱交換器３９の高圧側流路３９ａに送られた高圧の冷媒との熱交換によって加熱され（図４及び図８の点Ｍ参照）、中間冷媒管３３を流れる冷媒に合流する。
【００６３】
エコノマイザ熱交換器３９において冷却された高圧の冷媒は、上流側膨張機構２５において、中間圧になるまで減圧されて、飽和状態又は気液二相状態になる（図４及び図８の点Ｈ参照）。
【００６４】
この上流側膨張機構２５において減圧された中間圧の冷媒は、中間圧レシーバ２７に流入して、中間圧レシーバ２７に液状態で一時的に貯留される。この中間圧レシーバ２７に一時的に貯留された中間圧の冷媒は、中間圧レシーバ２７において、中間圧レシーバ２７に設けられた過冷却熱交換器２８の伝熱管２８ａ（又は２８ｂ）を流れる低圧の冷媒と熱交換を行ってさらに冷却される。（図４及び図８の点Ｉ参照）。ここで、過冷却熱交換器２８の伝熱管２８ａ（又は２８ｂ）を流れる低圧の冷媒は、蒸発器２４の出口から圧縮機２１の吸入に向かう吸入冷媒管３２を流れる低圧の冷媒であり、この低圧の冷媒が過冷却熱交換器２８の冷却源となっている。そして、この過冷却熱交換器２８において冷却されるとともに中間圧レシーバ２７に一時的に貯留された中間圧の冷媒は、下流側膨張機構２６に送られて、低圧になるまで減圧される（図４及び図８の点Ｊ参照）。
【００６５】
この下流側膨張機構２６において減圧された低圧の冷媒は、蒸発器２４に送られて、庫内ファン３７によって供給される庫内空気と熱交換を行って蒸発し、吸入冷媒管３２に送られる（図４及び図８の点Ｋ参照）。
【００６６】
この吸入冷媒管３２に送られた低圧の冷媒は、上記のように、過冷却熱交換器２８の伝熱管２８ａ（又は２８ｂ）に送られて、中間圧レシーバ２７に存在する冷媒と熱交換を行って加熱され、再び、圧縮機２１に吸入される（図４及び図８の点Ａ参照）。
【００６７】
このような通常運転において、制御部７は、庫内温度Ｔｒを設定された目標温度Ｔｒｓに近づけるように、各部の動作を制御している。ここでは、制御部７は、主として、庫内温度Ｔｒと目標温度Ｔｒｓとの温度差（すなわち、蒸発器２４において要求される冷凍負荷）に基づいて、各部の動作を制御している。
【００６８】
具体的には、まず、制御部７は、庫内温度Ｔｒと目標温度Ｔｒｓとの温度差から、冷媒回路１０の低圧Ｐｓの目標値Ｐｓｓ（低圧Ｐｓを蒸発温度Ｔｅに換算する場合には、目標値Ｔｅｓ）を決定している。
【００６９】
そして、制御部７は、冷媒回路１０の蒸発温度Ｔｅ又は低圧Ｐｓが目標蒸発温度値Ｔｅｓ又は目標低圧値Ｐｓｓで一定になるように、圧縮機２１の圧縮機モータ３１ａ、３１ｂの回転数（周波数）を制御している（低圧制御）。すなわち、蒸発温度Ｔｅ又は低圧Ｐｓが目標蒸発温度値Ｔｅｓ又は目標低圧値Ｐｓｓよりも高い場合には、圧縮機２１の圧縮機モータ３１ａ、３１ｂの回転数（周波数）を大きくする制御を行っている。逆に、蒸発温度Ｔｅ又は低圧Ｐｓが目標蒸発温度値Ｔｅｓ又は目標低圧値Ｐｓｓよりも低い場合には、圧縮機２１の圧縮機モータ３１ａ、３１ｂの回転数（周波数）を小さくする制御を行っている。
【００７０】
また、ここでは、制御部７は、冷媒回路１０の高圧Ｐｄが高圧目標値Ｐｄｓで一定になるように、上流側膨張機構２５の開度を制御している（高圧制御）。すなわち、高圧Ｐｄが高圧目標値Ｐｄｓよりも高い場合には、上流側膨張機構２５の開度を大きくする制御を行っている。逆に、高圧Ｐｄが高圧目標値Ｐｄｓよりも低い場合には、上流側膨張機構２５の開度を小さくする制御を行っている。
【００７１】
また、ここでは、制御部７は、蒸発器２４の出口における冷媒の過熱度ＳＨが過熱度目標値ＳＨｓで一定になるように、下流側膨張機構２６の開度を制御している（過熱度制御）。すなわち、過熱度ＳＨが過熱度目標値ＳＨｓよりも高い場合には、下流側膨張機構２６の開度を大きくする制御を行っている。逆に、過熱度ＳＨが過熱度目標値ＳＨｓよりも小さい場合には、下流側膨張機構２６の開度を小さくする制御を行っている。
【００７２】
（３）コンテナ用冷凍装置の特徴
本実施形態のコンテナ用冷凍装置１には、以下のような特徴がある。
【００７３】
＜Ａ＞
コンテナ用冷凍装置１では、冷媒として二酸化炭素を使用しているため、フロン系冷媒を使用する場合に比べて、サイクル性能が低下する傾向にある。このため、コンテナ用冷凍装置１では、サイクル性能を向上させるために、ガスクーラ２２によって冷却された冷媒をさらに冷却する過冷却熱交換器２８を設けるようにしている。
【００７４】
ここで、サイクル性能を向上させるという観点だけを考慮すると、過冷却熱交換器２８は、ガスクーラ２２と蒸発器２４との間であればどこに接続してもよいし、また、過冷却熱交換器２８の冷却源も限定されるものではない。
【００７５】
しかし、コンテナ用冷凍装置１では、上記のように、冷媒として二酸化炭素を使用した超臨界冷凍サイクルを採用するにあたって設けられる中間圧レシーバ２７内の冷媒貯留量を容易に最適な状態に保つという課題がある。
【００７６】
このため、コンテナ用冷凍装置１では、過冷却熱交換器２８の接続位置や冷却源について、中間圧レシーバ２７内の冷媒貯留量を容易に最適な状態に保つという観点も考慮して決定することが好ましい。ここで、中間圧レシーバ２７内の冷媒貯留量は、冷媒回路１０を循環する冷媒の流量（すなわち、冷媒循環流量）とのバランスで決まる。また、冷媒循環流量は、蒸発器２４において要求される冷凍負荷（すなわち、要求冷凍負荷）によって変化する。そして、要求冷凍負荷の変化は、蒸発器２４の出口における冷媒の過熱度ＳＨや冷媒回路１０の蒸発温度Ｔｅ（又は低圧Ｐｓ）の変化として現れる。このため、中間圧レシーバ２７内の冷媒貯留量は、蒸発器２４の出口における冷媒の過熱度ＳＨや冷媒回路１０の蒸発温度Ｔｅ（又は低圧Ｐｓ）の変化に応じて、適切に変化させることが好ましい。
【００７７】
そこで、コンテナ用冷凍装置１では、まず、過冷却熱交換器２８を中間圧レシーバ２７内の冷媒貯留量を変化させるための機器として機能させるために、中間圧レシーバ２７に設けている。これにより、過冷却熱交換器２８では、中間圧レシーバ２７に存在する冷媒（すなわち、中間圧レシーバ側冷媒）の冷却が行われることになる。このとき、中間圧レシーバ２７内の冷媒貯留量は、過冷却熱交換器２８の冷却源の温度の変化に応じて変化することになる。しかも、コンテナ用冷凍装置１では、過冷却熱交換器２８において蒸発器２４の出口における冷媒の過熱度ＳＨや冷媒回路１０の蒸発温度Ｔｅ（又は低圧Ｐｓ）の変化が現れやすくなるように、過冷却熱交換器２８の冷却源として蒸発器２４の出口から圧縮機２１の吸入に向かう冷媒（すなわち、吸入側冷媒）を使用している。これにより、過冷却熱交換器２８では、吸入側冷媒によって、中間圧レシーバ側冷媒の冷却が行われることになるため、中間圧レシーバ側冷媒には、蒸発器２４の出口における冷媒の過熱度ＳＨや冷媒回路１０の蒸発温度Ｔｅ（又は低圧Ｐｓ）の変化が現れる。このため、過冷却熱交換器２８における熱交換量も、蒸発器２４の出口における冷媒の過熱度ＳＨや冷媒回路１０の蒸発温度Ｔｅ（又は低圧Ｐｓ）の変化に応じて変化し、その結果、中間圧レシーバ２７内の冷媒貯留量も変化することになる。また、吸入側冷媒は、冷凍サイクルの低圧のガス状態の冷媒であるのに対して、中間圧レシーバ側冷媒は、冷凍サイクルの中間圧の飽和状態又は気液二相状態の冷媒であり、両冷媒の温度が近い。このため、蒸発器２４の出口における冷媒の過熱度ＳＨや冷媒回路１０の蒸発温度Ｔｅ（又は低圧Ｐｓ）の変化が、過冷却熱交換器２８における両冷媒の温度差の変化として明確に現れやすくなっている。
【００７８】
具体的には、蒸発器２４の出口における冷媒の過熱度ＳＨが大きい場合や冷媒回路１０の蒸発温度Ｔｅ（又は低圧Ｐｓ）が高い場合には、要求冷凍負荷に対して冷媒循環流量が小さい傾向にある。このとき、過冷却熱交換器２８では、中間圧レシーバ側冷媒と吸入側冷媒との温度差が小さくなるため、中間圧レシーバ側冷媒の冷却が抑えられて中間圧レシーバ内の冷媒貯留量が少なくなる。これにより、冷媒循環流量が大きくなり、要求冷凍負荷に対して最適な冷媒循環流量、すなわち、中間圧レシーバ２７内の冷媒貯留量が最適な状態に近づくことになる。また、蒸発器２４の出口における冷媒の過熱度ＳＨが小さい場合や冷媒回路１０の蒸発温度Ｔｅ（又は低圧Ｐｓ）が低い場合には、要求冷凍負荷に対して冷媒循環流量が大きい傾向にある。このとき、過冷却熱交換器２８では、中間圧レシーバ側冷媒と吸入側冷媒との温度差が大きくなるため、中間圧レシーバ側冷媒の冷却が促進されて中間圧レシーバ２７内の冷媒貯留量が多くなる。これにより、冷媒循環流量が小さくなり、要求冷凍負荷に対して最適な冷媒循環流量、すなわち、中間圧レシーバ２７内の冷媒貯留量が最適な状態に近づくことになる。
【００７９】
このように、コンテナ用冷凍装置１では、サイクル性能を向上させるための過冷却熱交換器２８について、上記のような接続位置や冷却源を採用することによって、中間圧レシーバ２７内の冷媒貯留量を最適な状態にする自己調整機能を発揮させるようにしている。これにより、コンテナ用冷凍装置１では、冷媒として二酸化炭素を使用した超臨界冷凍サイクルを採用するにあたって設けられる中間圧レシーバ２７内の冷媒貯留量を容易に最適な状態に保つことができる。
【００８０】
＜Ｂ＞
また、コンテナ用冷凍装置１では、蒸発器２４の出口における冷媒の過熱度ＳＨが所定の過熱度目標値ＳＨｓで一定になるように下流側膨張機構２６を制御する過熱度制御によって、要求冷凍負荷の変化に追従して、冷媒循環流量を変化させることができるようになっている。
【００８１】
しかし、この過熱度制御だけでは、例えば、コンテナ２を開閉する等のように、要求冷凍負荷が急激に変化する場合には、要求冷凍負荷の変化に速やかに追従することができないおそれがある。
【００８２】
これに対して、コンテナ用冷凍装置１では、過冷却熱交換器２８による中間圧レシーバ２７内の冷媒貯留量の自己調整機能によって、過熱度制御の収束性を向上させることができる。
【００８３】
具体的には、蒸発器２４の出口における冷媒の過熱度ＳＨが過熱度目標値ＳＨｓよりも大きい場合には、要求冷凍負荷に対して冷媒循環流量が小さい傾向にある。このとき、過冷却熱交換器２８では、中間圧レシーバ側冷媒と吸入側冷媒との温度差が小さくなるため、中間圧レシーバ側冷媒の冷却が抑えられて中間圧レシーバ２７内の冷媒貯留量が少なくなる。これにより、冷媒循環流量が大きくなるため、蒸発器２４の出口における冷媒の過熱度ＳＨが小さくなり、蒸発器２４の出口における冷媒の過熱度ＳＨが過熱度目標値ＳＨｓに近づくことになる。また、蒸発器２４の出口における冷媒の過熱度ＳＨが過熱度目標値ＳＨｓよりも小さい場合には、要求冷凍負荷に対して冷媒循環流量が大きい傾向にある。このとき、過冷却熱交換器２８では、中間圧レシーバ側冷媒と吸入側冷媒との温度差が大きくなるため、中間圧レシーバ側冷媒の冷却が促進されて中間圧レシーバ２７内の冷媒貯留量が多くなる。これにより、冷媒循環流量が小さくなるため、蒸発器２４の出口における冷媒の過熱度ＳＨが大きくなり、蒸発器２４の出口における冷媒の過熱度ＳＨが過熱度目標値ＳＨｓに近づくことになる。
【００８４】
＜Ｃ＞
また、コンテナ用冷凍装置１では、冷媒回路１０の蒸発温度Ｔｅ又は低圧Ｐｓが所定の蒸発温度目標値Ｔｅｓ又は低圧目標値Ｐｓｓで一定になるように圧縮機２１を制御する低圧制御によって、要求冷凍負荷の変化に追従して、冷媒循環流量を変化させることができるようになっている。
【００８５】
しかし、この低圧制御だけでは、例えば、コンテナ２の庫内目標温度Ｔｒｓを変更する等のように、要求冷凍負荷が急激に変化する場合には、要求冷凍負荷の変化に速やかに追従することができないおそれがある。
【００８６】
これに対して、コンテナ用冷凍装置１では、過冷却熱交換器２８による中間圧レシーバ２７内の冷媒貯留量の自己調整機能によって、低圧制御の収束性を向上させることができる。
【００８７】
具体的には、蒸発温度Ｔｅ又は低圧Ｐｓが蒸発温度目標値Ｔｅｓ又は低圧目標値Ｐｓｓよりも高い場合には、要求冷凍負荷に対して冷媒循環流量が小さい傾向にある。このとき、過冷却熱交換器２８では、中間圧レシーバ側冷媒と吸入側冷媒との温度差が小さくなるため、中間圧レシーバ側冷媒の冷却が抑えられて中間圧レシーバ２７内の冷媒貯留量が少なくなる。これにより、冷媒循環流量が大きくなるため、蒸発温度Ｔｅ又は低圧Ｐｓが低くなり、蒸発温度Ｔｅ又は低圧Ｐｓが蒸発温度目標値Ｔｅｓ又は低圧目標値Ｐｓｓに近づくことになる。また、蒸発温度Ｔｅ又は低圧Ｐｓが蒸発温度目標値Ｔｅｓ又は低圧目標値Ｐｓｓよりも低い場合には、要求冷凍負荷に対して冷媒循環流量が大きい傾向にある。このとき、過冷却熱交換器２８では、中間圧レシーバ側冷媒と吸入側冷媒との温度差が大きくなるため、中間圧レシーバ側冷媒の冷却が促進されて中間圧レシーバ２７内の冷媒貯留量が多くなる。これにより、冷媒循環流量が小さくなるため、蒸発温度Ｔｅ又は低圧Ｐｓが高くなり、蒸発温度Ｔｅ又は低圧Ｐｓが蒸発温度目標値Ｔｅｓ又は低圧目標値Ｐｓｓに近づくことになる。
【００８８】
＜Ｄ＞
また、コンテナ用冷凍装置１では、過冷却熱交換器２８が、中間圧レシーバ２７に設けられて一体化している。このため、過冷却熱交換器２８及び中間圧レシーバ２７を小型化することができる。これにより、コンテナ用冷凍装置１では、過冷却熱交換器２８及び中間圧レシーバ２７を設けることによるコストアップを抑えることができる。
【００８９】
＜Ｅ＞
また、コンテナ用冷凍装置１では、中間圧レシーバ２７及び過冷却熱交換器２８が、庫内側空間Ｓ２に配置されている。このため、運転中に庫外側の温度よりも低い温度になる中間圧レシーバ２７及び過冷却熱交換器２８を覆う保冷材の厚さを小さくしたり、又は、保冷材を省略することができる。これにより、コンテナ用冷凍装置１では、過冷却熱交換器２８及び中間圧レシーバ２７を設けることによるコストアップを抑えることができる。
【００９０】
（４）変形例
上記実施形態のコンテナ用冷凍装置１では、過冷却熱交換器２８がレシーバ２７に設けられているが、図９に示すように、上流側膨張機構２５の出口から中間圧レシーバ２７に至るまでの間に過冷却熱交換器１２８を設けるようにしてもよい。
【００９１】
ここでは、過冷却熱交換器１２８は、プレート型熱交換器であり、低圧側流路１２８ａを流れる冷媒と中間圧側流路１２８ｂを流れる冷媒とが熱交換するようになっている。低圧側流路１２８ａには、吸入冷媒管３２の蒸発器２４の出口と圧縮機２１の吸入との間の部分を流れる低圧の冷媒が流れるようになっている。中間圧側流路１２８ｂには、液冷媒管３５の上流側膨張機構２５と中間圧レシーバ２７との間の部分を流れる中間圧の冷媒が流れるようになっている。これにより、上流側膨張機構２５の出口から中間圧レシーバ２７に至るまでの間を流れる冷媒（すなわち、中間圧レシーバ側冷媒）は、蒸発器２４の出口から圧縮機２１の吸入に向かう冷媒（すなわち、吸入側冷媒）によって冷却される。尚、ここでは、過冷却熱交換器１２８として、プレート型熱交換器を採用しているが、他の型式の熱交換器であってもよい。尚、過冷却熱交換器１２８以外の構成は、上記実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００９２】
本変形例の構成においては、過冷却熱交換器２８を中間圧レシーバ２７に設けられて一体化することによる利点は得られなくなるが、上記実施形態と同様に、中間圧レシーバ２７内の冷媒貯留量を最適な状態にする自己調整機能を発揮することができる。これにより、本変形例の構成においても、冷媒として二酸化炭素を使用した超臨界冷凍サイクルを採用するにあたって設けられる中間圧レシーバ２７内の冷媒貯留量を容易に最適な状態に保つ等の利点を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、コンテナ用冷凍装置に対して、広く適用可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１            コンテナ用冷凍装置
２１          圧縮機
２２          ガスクーラ
２３          膨張機構
２４          蒸発器
１０          冷媒回路
２５          上流側膨張機構（第１膨張機構）
２６          下流側膨張機構（第２膨張機構）
２７          中間圧レシーバ
２８、１２８  過冷却熱交換器
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９５】
【特許文献１】特開２０１１−１１２２７０号公報
【図１】
2013108645.tif 000003
【図２】
2013108645.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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