(57)【要約】      （修正有）【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り、冷媒回路の低圧側の均圧圧力の上昇を抑えて、低圧側に設けられる蒸発器の設計圧力を低く抑える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。ガスクーラ２２と第１膨張機構２６との間には、レシーバ２７が設けられている。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、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が設けられており、通常運転の停止時に、第１膨張機構２６を少し開けた状態で、ポンプダウン運転を行う。【選択図】図４
2013108646.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、第１膨張機構（２６）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、
前記ガスクーラと前記第１膨張機構との間には、冷媒を貯留するレシーバ（２７）が設けられており、
前記レシーバには、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、前記レシーバに存在する冷媒を冷却する過冷却熱交換器（２８）が設けられており、
通常運転の停止時に、前記第１膨張機構を少し開けた状態で、前記ガスクーラ及び前記レシーバに冷媒を溜め込むポンプダウン運転を行う、
コンテナ用冷凍装置（１）。
【請求項２】
前記第１膨張機構（２６）は、前記ポンプダウン運転時に、前記冷媒回路（１０）の高圧が所定の高圧値になる開度に、及び／又は、前記冷媒回路の低圧が所定の低圧値になる開度に設定される、
請求項１に記載のコンテナ用冷凍装置（１）。
【請求項３】
前記蒸発器（２４）に空気を送るための庫内側ファン（３７）をさらに有しており、
前記庫内側ファンは、前記ポンプダウン運転時に停止される、
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】
前記ガスクーラ（２２）と前記レシーバ（２７）との間には、第２膨張機構（２５）がさらに設けられており、
前記ポンプダウン運転は、前記第２膨張機構を開けた状態で行われる、
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】
前記ポンプダウン運転は、前記通常運転の停止時において、前記冷媒回路（１０）が所定の圧力条件を満たす場合に行われる、
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）。
【請求項６】
前記レシーバ（２７）及び前記過冷却熱交換器（２８）は、庫内側空間に配置されている、
請求項１〜５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、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、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。このため、フロン系冷媒を使用する場合に比べて、運転圧力が高くなり、冷媒回路を構成する機器の設計圧力を低く高くする必要がある。また、通常運転の停止時においては、冷媒回路が均圧された状態となるが、外気温度が高い条件においては、この均圧圧力も上昇するため、特に、冷媒回路の低圧側に設けられる蒸発器の設計圧力を低く抑えることが難しくなる。
【０００６】
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り、冷媒回路の低圧側の均圧圧力の上昇を抑えて、低圧側に設けられる蒸発器の設計圧力を低く抑える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】
【０００７】
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、第１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。ガスクーラと第１膨張機構との間には、冷媒を貯留するレシーバが設けられている。そして、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、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おり、通常運転の停止時に、第１膨張機構を少し開けた状態で、ガスクーラ及びレシーバに冷媒を溜め込むポンプダウン運転を行う。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
また、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おり、回収の必要がないため、ガスクーラ及びレシーバに冷媒を溜め込むポンプダウン運転を行う必要がない。
【００１１】
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り、冷媒回路の低圧側の均圧圧力の上昇を抑えて、低圧側に設けられる蒸発器の設計圧力を低く抑えるという課題がある。
【００１２】
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、及び、ポンプダウン運転の要否について、冷媒回路の低圧側の均圧圧力の上昇を抑えて、低圧側に設けられる蒸発器の設計圧力を低く抑えるという観点も考慮して決定することが好ましい。ここで、低圧側に設けられる蒸発器の設計圧力の抑制の程度は、庫内の冷却を行う通常運転の停止時のガスクーラ及びレシーバ内に貯留される冷媒の量（すなわち、冷媒貯留量）とのバランスで決まる。また、冷媒として二酸化炭素を使用するため、ガスクーラ及びレシーバ内に貯留される冷媒は、超臨界状態で貯留されることになる。このため、ガスクーラ及びレシーバ内の冷媒貯留量は、冷媒の温度によって大きく異なるため、できるだけ低い温度で冷媒を貯留することが好ましい。
【００１３】
そこで、このコンテナ用冷凍装置では、まず、通常運転の停止時に、ガスクーラ及びレシーバに冷媒を溜め込むポンプダウン運転を行うようにしている。これにより、冷媒回路内の冷媒が、超臨界状態ではあるものの、ガスクーラ及びレシーバ内に貯留されることになる。しかも、このコンテナ用冷凍装置では、過冷却熱交換器をレシーバに設けている。これにより、ポンプダウン運転において、レシーバ内に貯留される冷媒の冷却が行われることになるため、レシーバ内に冷媒を低い温度で貯留することができるようになる。また、通常のポンプダウン運転は、冷媒回路のレシーバの下流を閉塞させて冷媒を循環させない状態で行うところ、ここでは、レシーバの下流に位置する第１膨張機構を少し開けた状態で行うようにしている。すなわち、過冷却熱交換器の冷却源である蒸発器の出口から圧縮機の吸入に向かう冷媒の流れを確保した状態でポンプダウン運転を行うようにしている。このため、ポンプダウン運転において、レシーバ内に貯留される冷媒の冷却が促進されて、レシーバ内の冷媒貯留量を多くすることができる。これにより、冷媒回路の低圧側の均圧圧力の上昇が抑えられて、低圧側に設けられる蒸発器の設計圧力を低く抑えることができるようになる。
【００１４】
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とともに、通常運転の停止時に、第１膨張機構を少し開けた状態でポンプダウン運転を行うようにしている。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り、冷媒回路の低圧側の均圧圧力の上昇を抑えて、低圧側に設けられる蒸発器の設計圧力を低く抑えることができる。
【００１５】
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、第１膨張機構が、ポンプダウン運転時に、冷媒回路の高圧が所定の高圧値になる開度に、及び／又は、冷媒回路の低圧が所定の低圧値になる開度に設定される。
【００１６】
このコンテナ用冷凍装置では、ポンプダウン運転時に、冷媒回路の高圧や低圧に基づいて第１膨張機構の開度を設定しているため、ポンプダウン運転時に、第１膨張機構を少し開いた状態を維持することができる。これにより、このコンテナ用冷凍装置では、レシーバ内の冷媒を冷却しつつポンプダウン運転を行うことができる。
【００１７】
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、蒸発器に空気を送るための庫内側ファンをさらに有しており、庫内側ファンが、ポンプダウン運転時に停止される。
【００１８】
このコンテナ用冷凍装置では、ポンプダウン運転時に、蒸発器における冷媒の加熱をできるだけ抑えることができる。これにより、このコンテナ用冷凍装置では、過冷却熱交換器の冷却源である蒸発器の出口から圧縮機の吸入に向かう冷媒の温度をできるだけ低い温度に維持して、レシーバ内の冷媒をできるだけ低い温度まで冷却することができる。
【００１９】
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、ガスクーラとレシーバとの間に、第２膨張機構がさらに設けられており、ポンプダウン運転が、第２膨張機構を開けた状態で行われる。
【００２０】
このコンテナ用冷凍装置では、通常運転時に、レシーバが冷凍サイクルの中間圧の冷媒を貯留するための中間圧レシーバとして機能し、ポンプダウン運転時に、レシーバが冷凍サイクルの高圧の冷媒を貯留するための高圧レシーバとして機能することになる。このため、このコンテナ用冷凍装置では、通常運転時に、冷媒をレシーバ内に液状態で貯留することができる。これにより、このコンテナ用冷凍装置では、ポンプダウン運転時におけるレシーバ内の冷媒貯留量と、通常運転時におけるレシーバ内の冷媒貯留量との間の冷媒貯留量差が大きくなる傾向にある。
【００２１】
しかし、このコンテナ用冷凍装置では、上記のように、ポンプダウン運転時に、第１膨張機構を少し開けた状態にして過冷却熱交換器によるレシーバ内の冷媒の冷却を行うようにしているため、ポンプダウン運転時と通常運転時との間の冷媒貯留量差をできるだけ小さくすることができる。これにより、このコンテナ用冷凍装置では、通常運転時におけるレシーバの冷媒貯留量に近い容積を有するレシーバを選定することができるため、レシーバによるコストアップを抑えることができる。
【００２２】
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、ポンプダウン運転が、通常運転の停止時において、冷媒回路が所定の圧力条件を満たす場合に行われる。
【００２３】
このコンテナ用冷凍装置では、庫外温度が高い場合や冷媒回路の低圧側の圧力が高い場合等のように、冷媒回路の低圧側の均圧圧力の上昇が大きい場合だけに、ポンプダウン運転を行うことができる。これにより、このコンテナ用冷凍装置では、庫外温度が低い場合や冷媒回路の低圧側の圧力が低い場合等のように、冷媒回路の低圧側の均圧圧力の上昇が小さい場合には、ポンプダウン運転を行わずに済ませることができる。
【００２４】
第６の観点にかかるコンテナ用冷凍装置は、第１〜第５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、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。
【００２５】
このコンテナ用冷凍装置では、ポンプダウン運転時を含む通常運転の停止時に、レシーバ及び過冷却熱交換器の温度上昇をできるだけ抑えることができる。これにより、このコンテナ用冷凍装置では、ポンプダウン運転時には、レシーバ内に貯留された冷媒の温度をできるだけ低く維持することができ、また、過冷却熱交換器及びレシーバ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。
【発明の効果】
【００２６】
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。
【００２７】
第１の観点にかかるコンテナ用冷凍装置では、通常運転の停止時に、第１膨張機構を少し開けた状態にして過冷却熱交換器によるレシーバ内の冷媒の冷却を行いつつ、ポンプダウン運転を行うことによって、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り、冷媒回路の低圧側の均圧圧力の上昇を抑えて、低圧側に設けられる蒸発器の設計圧力を低く抑えることができる。
【００２８】
第２の観点にかかるコンテナ用冷凍装置では、ポンプダウン運転時に、冷媒回路の高圧や低圧に基づいて第１膨張機構の開度を設定しているため、ポンプダウン運転時に、第１膨張機構を少し開いた状態を維持して、レシーバ内の冷媒を冷却しつつポンプダウン運転を行うことができる。
【００２９】
第３の観点にかかるコンテナ用冷凍装置では、ポンプダウン運転時に、蒸発器における冷媒の加熱をできるだけ抑えることができるため、過冷却熱交換器の冷却源である蒸発器の出口から圧縮機の吸入に向かう冷媒の温度をできるだけ低い温度に維持して、レシーバ内の冷媒をできるだけ低い温度まで冷却することができる。
【００３０】
第４の観点にかかるコンテナ用冷凍装置では、通常運転時に、レシーバが冷凍サイクルの中間圧の冷媒を貯留するための中間圧レシーバとして機能することになるが、ポンプダウン運転時に、第１膨張機構を少し開けた状態にして過冷却熱交換器によるレシーバ内の冷媒の冷却を行うようにしているため、ポンプダウン運転時と通常運転時との間の冷媒貯留量差をできるだけ小さくして、通常運転時におけるレシーバの冷媒貯留量に近い容積を有するレシーバを選定することができ、レシーバによるコストアップを抑えることができる。
【００３１】
第５の観点にかかるコンテナ用冷凍装置では、庫外温度が高い場合や冷媒回路の低圧側の圧力が低い場合等のように、冷媒回路の低圧側の均圧圧力の上昇が大きい場合だけに、ポンプダウン運転を行うことができるため、庫外温度が低い場合や冷媒回路の低圧側の圧力が低い場合等のように、冷媒回路の低圧側の均圧圧力の上昇が小さい場合には、ポンプダウン運転を行わずに済ませることができる。
【００３２】
第６の観点にかかるコンテナ用冷凍装置では、ポンプダウン運転時を含む通常運転の停止時に、レシーバ及び過冷却熱交換器の温度上昇をできるだけ抑えることができるため、ポンプダウン運転時には、レシーバ内に貯留された冷媒の温度をできるだけ低く維持することができ、また、過冷却熱交換器及びレシーバ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。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【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】通常運転の停止時に行うポンプダウン運転のフローチャートである。
【図１０】ポンプダウン運転時の冷媒の流れを示すコンテナ用冷凍装置の概略冷媒回路図である。
【図１１】ポンプダウン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１２】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】
【００３４】
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。
【００３５】
（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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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２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１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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
（２）コンテナ用冷凍装置の動作
次に、図４及び図８〜図１１を用いて、コンテナ用冷凍装置１の通常運転の動作、及び、通常運転の停止時に行うポンプダウン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。図９は、通常運転の停止時に行うポンプダウン運転のフローチャートである。図１０は、ポンプダウン運転時の冷媒の流れを示すコンテナ用冷凍装置１の概略冷媒回路図である。図１１は、ポンプダウン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。
【００５１】
＜通常運転＞
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。
【００５２】
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）。
【００５３】
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）。
【００５４】
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）。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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）。
【００５８】
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。
【００５９】
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）。
【００６０】
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）。
【００６１】
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）。
【００６２】
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）。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
＜ポンプダウン運転＞
ポンプダウン運転は、通常運転の停止時における冷媒回路１０の低圧側の均圧圧力の上昇を抑えるために、通常運転の停止時に、ガスクーラ２２及び中間圧レシーバ２７に冷媒を溜め込む運転である。このポンプダウン運転は、通常のポンプダウン運転とは異なり、下流側膨張機構２６を少し開けた状態で行われる。このポンプダウン運転について、図９のフローチャートのステップＳＴ１〜ＳＴ５に沿って説明する。
【００６９】
まず、ステップＳＴ１において、制御部７は、通常運転が停止しているかどうかを判定する。ここで、通常運転の停止時における冷媒回路１０では、中間圧戻し膨張機構４１、再熱側開閉機構４６及び除霜側開閉機構５１が全閉状態であり、吐出流量調整機構４２及び上流側膨張機構２５が全開状態であり、下流側膨張機構２６が全開状態又は全閉状態である。そして、ステップＳＴ１において、通常運転が停止しているものと判定された場合には、ステップＳＴ２の処理に移行する。
【００７０】
次に、ステップＳＴ２において、制御部７は、冷媒回路１０が所定の圧力条件を満たすかどうかを判定する。ここで、このような判定を行うのは、庫外温度Ｔａが低い場合や冷媒回路１０の低圧側の圧力（例えば、定圧Ｐｓ）が低い場合等のように、冷媒回路１０の低圧側の均圧圧力の上昇が小さい場合には、ポンプダウン運転を行う必要がないからである。このため、所定の圧力条件としては、例えば、圧力Ｐｓが所定のポンプダウン開始圧力Ｐｓｔａよりも高い場合という条件に設定される。または、庫外温度Ｔａがポンプダウン開始圧力Ｐｓｔａに等価な庫外温度よりも高い場合、すなわち、所定のポンプダウン開始温度Ｔｓｔａよりも高い場合という条件に設定される。そして、ステップＳＴ２において、所定の圧力条件を満たすものと判定された場合には、ステップＳＴ３の処理に移行する。
【００７１】
次に、ステップＳＴ３において、制御部７は、ポンプダウン運転を開始する。ポンプダウン運転は、下流側膨張機構２６を少し開けた状態で、圧縮機２１及び庫外側ファン３６の運転を行うことによって開始される（図１０の冷媒の流れを示す矢印参照）。
【００７２】
ここで、下流側膨張機構２６の開度は、冷媒回路１０の高圧Ｐｄが所定の高圧値になる開度に、及び／又は、冷媒回路１０の低圧Ｐｓが所定の低圧値になる開度に設定される。ポンプダウン運転時は、ガスクーラ２２や中間圧レシーバ２７に溜め込む冷媒の量を増やすために、高圧Ｐｄを通常運転時における高圧値よりも高い圧力にすることが好ましい。また、ポンプダウン運転時は、蒸発器２４に残る冷媒の量を増やすために、低圧Ｐｓを通常運転時における低圧値よりも低い圧力にすることが好ましい。このため、ここでは、このような高圧Ｐｄや低圧Ｐｓが得られるように、通常運転時における下流側膨張機構２６の開度範囲よりも小さい開度に設定される。また、ここでは、庫内側ファン３７が停止された状態で、ポンプダウン運転を行うようにしている。
【００７３】
ポンプダウン運転が開始されると、低圧の冷媒（図１０及び図１１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１０及び図１１の点Ｂ参照）。
【００７４】
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１０及び図１１の点Ｃ参照）。ここでは、通常運転時とは異なり、中間圧インジェクション管４０には冷媒が流れないため、インタークーラ３８において放熱した中間圧の冷媒に、中間圧インジェクション管４０から中間冷媒管３３に戻される冷媒が合流することはない（図１０及び図１１の点Ｄ参照）。
【００７５】
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、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１０及び図１１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１１の圧力Ｐｃｐ参照）を超える圧力まで圧縮されている。ここでは、上記のように、下流側膨張機構２６を少し開けた状態にしているため、ポンプダウン運転時における高圧Ｐｄは、通常運転時における高圧よりも高い圧力になっている。
【００７６】
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。
【００７７】
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１０及び図１１の点Ｆ参照）。ここでは、通常運転時とは異なり、中間圧インジェクション管４０には冷媒が流れないため、ガスクーラ２２において放熱した高圧の冷媒は、エコノマイザ熱交換器３９において冷却されることはない（図１０及び図１１の点Ｇ参照）。
【００７８】
このエコノマイザ熱交換器３９を通過した高圧の冷媒は、上流側膨張機構２５において、減圧されることなく高圧のままで中間圧レシーバ２７に送られる（図１０及び図１１の点Ｈ参照）。
【００７９】
この上流側膨張機構２５を通過した高圧の冷媒は、中間圧レシーバ２７に流入して、通常運転時とは異なり、高圧（臨界圧力を超える圧力）の状態で中間圧レシーバ２７に貯留される。この中間圧レシーバ２７に貯留された高圧の冷媒は、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１０及び図１１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に貯留された高圧の冷媒の一部は、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１０及び図１１の点Ｊ参照）。ここでは、上記のように、下流側膨張機構２６を少し開けた状態にしているため、ポンプダウン運転時における低圧Ｐｓは、通常運転時における低圧よりも低い圧力になっている。
【００８０】
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に送られる。ここでは、通常運転時とは異なり、庫内ファン３７が停止しているため、蒸発器２４において、冷媒はほとんど蒸発することなく、吸入冷媒管３２に送られる（図１０及び図１１の点Ｋ参照）。
【００８１】
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１０及び図１１の点Ａ参照）。
【００８２】
次に、ステップＳＴ４において、制御部７は、ポンプダウン運転が所定時間行われたどうかを判定する。そして、ステップＳＴ４において、ポンプダウン運転が所定時間行われたものと判定された場合には、ステップＳＴ５の処理に移行して、ポンプダウ運転を終了する。ここで、ポンプダウン運転の終了後において、制御部７は、圧縮機２１及び庫外ファン３６を停止し、下流側膨張機構２６を全閉状態にする。これにより、冷媒回路１０は、蒸発器２４を含む低圧側の部分と、ガスクーラ２２及び中間圧レシーバ２７を含む高圧側の部分とに、圧力レベルによって分けられた状態になる。ここで、冷媒回路１０の低圧側の部分は、下流側膨張機構２６から圧縮機２１の低段側逆止機構３３ａまでの間の部分であり、冷媒回路１０の高圧側の部分は、圧縮機２１の高段側逆止機構３４ａから下流側膨張機構２６までの間の高圧側の部分である。これにより、通常運転の停止時において、冷媒回路１０の低圧側の部分の均圧圧力の上昇を抑えることができる。
【００８３】
その後、庫外温度Ｔａが高くなる等のように、冷媒回路１０が、再び、ステップＳＴ２の所定の圧力条件を満たす状態になった場合には、上記のステップＳＴ３〜ＳＴ５の処理を行い、再び、冷媒回路１０の低圧側の部分の均圧圧力の上昇を抑えることができる。
【００８４】
（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。
【００８５】
＜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。
【００８６】
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。
【００８７】
また、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おり、回収の必要がないため、ガスクーラ２２及び中間圧レシーバ２７に冷媒を溜め込むポンプダウン運転を行う必要がない。
【００８８】
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り、冷媒回路１０の低圧側の均圧圧力の上昇を抑えて、低圧側に設けられる蒸発器２４の設計圧力を低く抑えるという課題がある。
【００８９】
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、及び、ポンプダウン運転の要否について、冷媒回路１０の低圧側の均圧圧力の上昇を抑えて、低圧側に設けられる蒸発器２４の設計圧力を低く抑えるという観点も考慮して決定することが好ましい。ここで、低圧側に設けられる蒸発器２４の設計圧力の抑制の程度は、庫内の冷却を行う通常運転の停止時のガスクーラ２２及び中間圧レシーバ２７内に貯留される冷媒の量（すなわち、冷媒貯留量）とのバランスで決まる。また、冷媒として二酸化炭素を使用するため、ガスクーラ２２及び中間圧レシーバ２７内に貯留される冷媒は、超臨界状態で貯留されることになる。このため、ガスクーラ２２及び中間圧レシーバ２７内の冷媒貯留量は、冷媒の温度によって大きく異なるため、できるだけ低い温度で冷媒を貯留することが好ましい。
【００９０】
そこで、コンテナ用冷凍装置１では、まず、通常運転の停止時に、ガスクーラ２２及び中間圧レシーバ２７に冷媒を溜め込むポンプダウン運転を行うようにしている。これにより、冷媒回路１０内の冷媒が、超臨界状態ではあるものの、ガスクーラ２２及び中間圧レシーバ２７内に貯留されることになる。しかも、コンテナ用冷凍装置１では、過冷却熱交換器２８を中間圧レシーバ２７に設けている。これにより、ポンプダウン運転において、中間圧レシーバ２７内に貯留される冷媒の冷却が行われることになるため、中間圧レシーバ２７内に冷媒を低い温度で貯留することができるようになる。また、通常のポンプダウン運転は、冷媒回路１０の中間圧レシーバ２７の下流を閉塞させて冷媒を循環させない状態で行うところ、ここでは、中間圧レシーバ２７の下流に位置する下流側膨張機構２６を少し開けた状態で行うようにしている。すなわち、過冷却熱交換器２８の冷却源である蒸発器２４の出口から圧縮機２１の吸入に向かう冷媒の流れを確保した状態でポンプダウン運転を行うようにしている。このため、ポンプダウン運転において、中間圧レシーバ２７内に貯留される冷媒の冷却が促進されて、中間圧レシーバ２７内の冷媒貯留量を多くすることができる。これにより、冷媒回路１０の低圧側の均圧圧力の上昇が抑えられて、低圧側に設けられる蒸発器２４の設計圧力を低く抑えることができるようになる。
【００９１】
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とともに、通常運転の停止時に、下流側膨張機構２６を少し開けた状態でポンプダウン運転を行うようにしている。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り、冷媒回路１０の低圧側の均圧圧力の上昇を抑えて、低圧側に設けられる蒸発器２４の設計圧力を低く抑えることができる。
【００９２】
＜Ｂ＞
また、コンテナ用冷凍装置１では、ポンプダウン運転時に、冷媒回路１０の高圧Ｐｄや低圧Ｐｓに基づいて下流側膨張機構２６の開度を設定しているため、ポンプダウン運転時に、下流側膨張機構２６を少し開いた状態を維持することができる。これにより、コンテナ用冷凍装置１では、中間圧レシーバ２７内の冷媒を冷却しつつポンプダウン運転を行うことができる。
【００９３】
＜Ｃ＞
また、コンテナ用冷凍装置１では、ポンプダウン運転時に、庫内側ファン３７を停止するようにしているため、蒸発器２４における冷媒の加熱をできるだけ抑えることができる。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の冷却源である蒸発器２４の出口から圧縮機２１の吸入に向かう冷媒の温度をできるだけ低い温度に維持して、中間レシーバ２７内の冷媒をできるだけ低い温度まで冷却することができる。
【００９４】
＜Ｄ＞
また、コンテナ用冷凍装置１では、通常運転時に、中間レシーバ２７が冷凍サイクルの中間圧の冷媒を貯留するための中間圧レシーバとして機能し、ポンプダウン運転時に、中間圧レシーバ２７が冷凍サイクルの高圧の冷媒を貯留するための高圧レシーバとして機能することになる。このため、コンテナ用冷凍装置１では、通常運転時に、冷媒を中間圧レシーバ２７内に液状態で貯留することができる。これにより、コンテナ用冷凍装置１では、ポンプダウン運転時における中間圧レシーバ２７内の冷媒貯留量と、通常運転時における中間圧レシーバ２７内の冷媒貯留量との間の冷媒貯留量差が大きくなる傾向にある。
【００９５】
しかし、コンテナ用冷凍装置１では、上記のように、ポンプダウン運転時に、下流側膨張機構２６を少し開けた状態にして過冷却熱交換器２８による中間圧レシーバ２７内の冷媒の冷却を行うようにしているため、ポンプダウン運転時と通常運転時との間の冷媒貯留量差をできるだけ小さくすることができる。これにより、コンテナ用冷凍装置１では、通常運転時における中間圧レシーバ２７の冷媒貯留量に近い容積を有する中間圧レシーバ２７を選定することができるため、中間圧レシーバ２７によるコストアップを抑えることができる。
【００９６】
＜Ｅ＞
また、コンテナ用冷凍装置１では、庫外温度Ｔａが高い場合や冷媒回路１０の低圧側の圧力Ｐｓが高い場合等のように、冷媒回路１０の低圧側の均圧圧力の上昇が大きい場合（すなわち、冷媒回路１０が所定の圧力条件を満たす場合）だけに、ポンプダウン運転を行うことができる。これにより、コンテナ用冷凍装置１では、庫外温度Ｔａが低い場合や冷媒回路１０の低圧側の圧力Ｐｓが低い場合等のように、冷媒回路１０の低圧側の均圧圧力の上昇が小さい場合には、ポンプダウン運転を行わずに済ませることができる。
【００９７】
＜Ｆ＞
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、ポンプダウン運転時を含む通常運転の停止時に、中間圧レシーバ２７及び過冷却熱交換器２８の温度上昇をできるだけ抑えることができる。これにより、コンテナ用冷凍装置１では、ポンプダウン運転時には、中間圧レシーバ２７内に貯留された冷媒の温度をできるだけ低く維持することができ、また、過冷却熱交換器２８及び中間圧レシーバ２７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。
【００９８】
＜Ｇ＞
また、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、低圧側に設けられる蒸発器２４の設計圧力を低く抑えるという観点から、上記のような接続位置や冷却源を採用しているが、この構成は、通常運転時における中間圧レシーバ２７内の冷媒貯留量を容易に最適な状態に保つ効果も有している。
【００９９】
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。
【０１００】
これに対して、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）の変化が現れやすくなっている。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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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も発揮できるようになっている。また、コンテナ用冷凍装置１では、過熱度制御や低圧制御を行っているが、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、過熱度制御や低圧制御の収束性を向上させることにも寄与している。
【０１０３】
（４）変形例
上記実施形態のコンテナ用冷凍装置１では、膨張機構２３として、レシーバ２７の下流側の下流側膨張機構２６が設けられているだけでなく、ガスクーラ２２とレシーバ２７との間に上流側膨張機構２５がさらに設けられているが、図１２に示すように、上流側膨張機構２５を省略して、レシーバ２７を高圧レシーバとして機能させるようにしてもよい。
【０１０４】
ここでは、ポンプダウン運転時だけでなく、通常運転時もレシーバ２７が高圧レシーバとして機能することになるが、冷媒回路１０の低圧側の均圧圧力の上昇を抑えて、蒸発器２４の設計圧力を低く抑えるという課題については、上記実施形態と共通している。
【０１０５】
そして、本変形例の構成においても、上記実施形態と同様のポンプダウン運転を行うことによって、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り、冷媒回路１０の低圧側の均圧圧力の上昇を抑えて、蒸発器２４の設計圧力を低く抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
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】
【０１０７】
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２膨張機構）
２６          下流側膨張機構（第１膨張機構）
２７          中間圧レシーバ（レシーバ）
２８          過冷却熱交換器
３７          庫内側ファン
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０８】
【特許文献１】特開２０１１−１１２２７０号公報
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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