(57)【要約】【課題】インジェクション管の減圧弁の最適な調節方法を提案することで、過冷却熱交換器の小型化、ＣＯＰの向上を図る。【解決手段】温度効率設定部（101）には、過冷却熱交換器（37）についての所望とする目標温度効率ηが設定される。目標液温度算出部（102）は、過冷却熱交換器（37）の流出側の液冷媒の目標温度ＴＬを、η＝（Ｔin-ＴＬ）／（Ｔin−Ｔｍ）の関係式に基づいて算出する。弁開度制御部（103）は、過冷却熱交換器（37）の流出側の液冷媒の温度が目標温度ＴＬに近づくように、過冷却用膨張弁（38）の開度を制御する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機構（31,32,33）と、熱源側熱交換器（34）と、膨張機構（72,82,92）と、利用側熱交換器（71,81,91）と、熱源側熱交換器（34）で放熱した液冷媒が流れる液管（52）から分岐して上記圧縮機構（31,32,33）の圧縮行程の途中に接続され且つ減圧弁（38）を有するインジェクション管（61）と、該インジェクション管（61）の減圧弁（38）によって中間圧まで減圧された冷媒と上記液管（52）における上記インジェクション管（61）の分岐前の液冷媒とを熱交換させる過冷却熱交換器（37）とを有して冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備えた冷凍装置であって、
上記過冷却熱交換器（37）の目標温度効率ηが設定される温度効率設定部（101）と、
上記液管（52）における過冷却熱交換器（37）の流入側の液冷媒の温度Ｔinを導出するための第１冷媒温度導出手段（117）と、
上記インジェクション管（61）の中間圧の冷媒の蒸発温度Ｔｍを導出するための第２冷媒温度導出手段（120,121）と、
上記液管（52）における過冷却熱交換器（37）の流出側の液冷媒の目標温度ＴＬを、
η＝（Ｔin-ＴＬ）／（Ｔin−Ｔｍ）の関係式に基づいて算出する目標液温度算出部（102）と、
上記液管（52）における過冷却熱交換器（37）の流出側の液冷媒の温度が、上記目標液温度ＴＬに近づくように、上記減圧弁（38）の開度を制御する弁開度制御部（103）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、
上記弁開度制御部（103）は、上記目標温度ＴＬが所定の下限温度より小さい場合には、上記液管（52）における過冷却熱交換器（37）の流出側の液冷媒の温度が、上記下限温度に近づくように減圧弁（38）の開度を制御することを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
請求項２において、
上記下限温度は、０℃以上に設定されることを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つにおいて、
上記第２冷媒温度導出手段は、上記圧縮機構（31,32,33）の吸入圧力を検出する吸入圧力センサ（120,121）を備え、該吸入圧力センサ（120,121）で検出した吸入圧力と、上記圧縮機構（31,32,33）の圧縮室における上記インジェクション管（61）の接続位置とに基づいて、上記中間圧の冷媒の蒸発温度Ｔmを導出することを特徴とする冷凍装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１つにおいて、
上記第１冷媒温度導出手段は、上記圧縮機構（31,32,33）の吐出圧力を検出する吐出圧力センサ（117）を備え、該吐出圧力センサ（117）で検出した冷媒の圧力に基づいて、上記液管（52）における過冷却熱交換器（37）の流入側の液冷媒の温度Ｔinを導出す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、液冷媒を過冷却する過冷却熱交換器を備えた冷凍装置に関し、特に液冷媒の一部を過冷却熱交換器を通じて圧縮機の圧縮途中にインジェクションさせる冷凍装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、庫内の冷却や室内の空調等を行う冷凍装置が広く知られている。この種の冷凍装置として、過冷却熱交換器が接続されて冷凍サイクルを行うものがある。
【０００３】
特許文献１の冷凍装置は、圧縮機構、室外熱交換器（熱源側熱交換器）、膨張機構、及び複数の庫内熱交換器（利用側熱交換器）が接続された冷媒回路を備えている。また、冷媒回路には、室外熱交換器で放熱した液冷媒が流れる液管から分岐して、インジェクション管が設けられている。インジェクション管には、冷媒を中間圧にまで減圧するための減圧弁が設けられている。また、インジェクション管の終端は、圧縮機構の圧縮室の圧縮行程途中（即ち、圧縮室における吸入圧と吐出圧との間の中間圧の箇所）に接続されている。更に、冷媒回路には、液管とインジェクション管との双方に跨って配設されて、両配管を流れる冷媒を熱交換させる過冷却熱交換器が設けられている。
【０００４】
特許文献１の冷凍装置の運転時には、圧縮機構で圧縮された冷媒が室外熱交換器で放熱した後、液管を流れる。液管を流れる冷媒は、過冷却熱交換器の第１の流路を流れる。一方、過冷却熱交換器の第２の流路には、液管からインジェクション管へ分流して減圧弁で減圧された中間圧の冷媒が流れている。このため、過冷却熱交換器では、第２の流路を流れる中間圧の冷媒が、第１の流路を流れる冷媒から吸熱して蒸発する。その結果、過冷却熱交換器では、第１の流路を流れる冷媒が冷却（過冷却）される。過冷却熱交換器で冷却された液冷媒は、複数の庫内熱交換器へ送られ、各庫内の冷却に利用される。各庫内熱交換器を流出した冷媒は、圧縮機構へ吸入されて再び圧縮される。
【０００５】
以上のように、特許文献１の冷凍装置では、過冷却熱交換器で液冷媒を冷却することで、各庫内熱交換器の冷却能力の向上を図るようにしている。同時に、インジェクション管から圧縮機構の圧縮途中へ冷媒を供給することで、圧縮機構の吐出温度（吐出過熱度）を調節するようにしている。
【特許文献１】特開２００７−１７８０５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述のような過冷却熱交換器を備えた冷凍装置では、インジェクション管の減圧弁の開度が調節可能となっている。ここで、上記の減圧弁の開度の調節方法としては、インジェクション管における過冷却熱交換器の流出側（圧縮機構の圧縮途中の吸込側）の冷媒に所定の過熱度を付けるように減圧弁の開度を調節する、過熱度制御（スーパーヒート制御）を行うことが考えられる。これにより、インジェクション管から圧縮機構へ吸入される冷媒が湿ってしまうのを確実に防止でき、圧縮機構での液圧縮を回避できる。
【０００７】
しかしながら、インジェクション管の減圧弁を過熱度制御する場合には、過冷却熱交換器の大型化を招いたり、過熱度が付き過ぎて圧縮機の仕事量が増大して成績係数（ＣＯＰ）の低下を招いたりすることがある。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、インジェクション管の減圧弁の最適な調節方法を提案することで、過冷却熱交換器の小型化、ＣＯＰの向上を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、圧縮機構（31,32,33）と、熱源側熱交換器（34）と、膨張機構（72,82,92）と、利用側熱交換器（71,81,91）と、熱源側熱交換器（34）で放熱した液冷媒が流れる液管（52）から分岐して上記圧縮機構（31,32,33）の圧縮行程の途中に接続され且つ減圧弁（38）を有するインジェクション管（61）と、該インジェクション管（61）の減圧弁（38）によって中間圧まで減圧された冷媒と上記液管（52）における上記インジェクション管（61）の分岐前の液冷媒とを熱交換させる過冷却熱交換器（37）とを有して冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備えた冷凍装置を対象とする。そして、この冷凍装置は、上記過冷却熱交換器（37）の温度効率ηが設定される温度効率設定部（101）と、上記液管（52）における過冷却熱交換器（37）の流入側の液冷媒の温度Ｔinを導出するための第１冷媒温度導出手段（117）と、上記インジェクション管（61）の中間圧の冷媒の蒸発温度Ｔｍを導出するための第２冷媒温度導出手段（120,121）と、上記液管（52）における過冷却熱交換器（37）の流出側の液冷媒の目標温度ＴＬを、η＝（Ｔin-ＴＬ）／（Ｔin−Ｔｍ）の関係式に基づいて算出する目標液温度算出部（102）と、上記液管（52）における過冷却熱交換器（37）の流出側の液冷媒の温度が、上記目標液温度ＴＬに近づくように、上記減圧弁（38）の開度を制御する弁開度制御部（103）とを備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
第１の発明の冷凍装置では、圧縮機構（31,32,33）で高圧にまで圧縮された冷媒が、熱源側熱交換器（34）で放熱した後に液管（52）を流れる。液管（52）を流れる高圧の冷媒は、過冷却熱交換器（37）を流れる際、インジェクション管（61）を流れる中間圧の冷媒と熱交換して冷却される。具体的には、液管（52）で過冷却熱交換器（37）を流出した冷媒は、その一部がインジェクション管（61）に分流し、減圧弁（38）によって中間圧まで減圧される。減圧弁（38）で減圧された冷媒は、過冷却熱交換器（37）を流れる。このため、過冷却熱交換器（37）では、インジェクション管（61）側の中間圧の冷媒が、液管（52）側の高圧の冷媒から吸熱して蒸発する。その結果、過冷却熱交換器（37）の液管（52）側の液冷媒は、所定温度まで過冷却されることになる。
【００１１】
以上のようにして、過冷却熱交換器（37）で冷却された液冷媒は、膨張機構（72,82,92）で減圧された後、利用側熱交換器（71,81,91）へ供給される。利用側熱交換器（71,81,91）では、冷媒が例えば庫内の空気から吸熱して蒸発することで、庫内等の空気が冷却される。利用側熱交換器（71,81,91）で蒸発した冷媒は、圧縮機構（31,32,33）に吸入されて圧縮される。また、インジェクション管（61）で過冷却熱交換器（37）を流出した冷媒は、圧縮機構（31,32,33）の圧縮行程の途中へ供給されて圧縮される。
【００１２】
本発明では、上述したインジェクション管（61）の減圧弁（38）の開度が、温度効率の関係式に基づいて制御される。まず、本発明では、温度効率設定部（101）に所定の温度効率ηが設定される。ここで、一般的に“温度効率”は、次の（１）式で表される。
【００１３】
温度効率ηh＝（Ｔh1−Ｔh2）/（Ｔh1-Ｔc1）…（１）
ここで、上記温度効率ηhの関係式は、熱交換器で熱交換する冷媒のうち高温側となる流体を基準としたものである。また、Ｔh1は、熱交換器に流入する高温側の流体の温度であり、Ｔh2は、熱交換器を流出する高温側の流体の温度である。つまり、上記（１）式の分子（Ｔh1-Ｔh2）は、熱交換器の高温側で実現し得る冷媒の温度下降の値を示すものである。また、Ｔc1は、熱交換器に流入する低温側の流体の温度である。つまり、上記（１）式の分母（Ｔh1-Ｔc1）は、熱交換器の低温側で理論的に達成し得る冷媒の温度上昇の値を示すものである。この（１）式を用いて算出される温度効率ηhは、所定の運転条件下における熱交換器の性能を示す指標となる。
【００１４】
本発明では、上記（１）式に示すような温度効率の関係式に基づいて、インジェクション管（61）における過冷却熱交換器（37）の流出側の冷媒（以下、低温側流出冷媒という）の状態を所望の状態に維持するように、減圧弁（38）の開度が制御される。
【００１５】
具体的には、上記のように温度効率設定部（101）には、過冷却熱交換器（37）の温度効率ηが設定される。ここで、この温度効率ηは、過冷却熱交換器（37）の仕様、冷凍装置の運転条件等に基づいて定められるものであり、上記低温側流出冷媒の状態を所望の状態（例えば乾き飽和状態）とするような値（例えば７０〜８０％）が設定される。そして、本発明の冷凍装置では、上記（１）式を利用することで、液管（52）における過冷却熱交換器（37）の流出側の液冷媒の目標温度ＴＬを算出するようにしている。
【００１６】
更に詳細には、まず、第１冷媒温度導出手段（117）は、液管（52）における過冷却熱交換器（37）の流入側の温度Ｔin（上記（１）式のＴh1に相当）を導出する。また、第２冷媒温度導出手段（120,121）は、インジェクション管（61）の中間圧の冷媒の蒸発温度Ｔｍを導出する。ここで、インジェクション管（61）側の冷媒は、過冷却熱交換器（37）の流入端から流出端に亘ってほぼ気液２相状態となるので、過冷却熱交換器（37）の流入／流出の前後でほとんど温度変化しない。従って、上記第２冷媒温度導出手段（120,121）で導出した中間圧の冷媒の蒸発温度Ｔｍは、過冷却熱交換器（37）に流入する低温側の流体の温度（即ち、上記（１）式のＴc1）に相当するものとなる。従って、上記（１）式は、上記のη、ＴＬ、Ｔin、及びＴｍに基づき、概ね以下のような（２）式に置き換えることができる。
【００１７】
η＝（Ｔin−ＴＬ）／（Ｔin−Ｔｍ）…（２）
目標液温度算出部（102）は、上記（２）式の関係式に基づき、温度効率設定部（101）に設定したη、及び各冷媒温度導出手段（117,120,121）で導出したＴin及びＴｍを用いて、上記の液冷媒の目標温度ＴＬを算出する。そして、弁開度制御部（103）は、液管（52）における過冷却熱交換器（37）の流出側の実際の液冷媒の温度が、上記目標温度ＴＬに近づくように、減圧弁（38）の開度を制御する。その結果、過冷却熱交換器（37）では、設定した温度効率ηを維持するように冷媒が熱交換することになる。ここで、温度効率ηは、上記の如く、低温側流出冷媒の状態を所望の状態（例えば乾き飽和状態）とするような値が設定されている。従って、従来例のように減圧弁を過熱度制御することなく、インジェクション管（61）における過冷却熱交換器（37）の流出側の冷媒（低温側流出冷媒）を最適な状態に維持することができる。即ち、本発明では、温度効率設定部（101）に設定する温度効率ηとして、低温側流出冷媒の状態が過熱状態とならない（理想的には乾き飽和状態となる）ような値を設定して上記の減圧弁（38）の制御を行うことで、低温側流出冷媒が過熱蒸気となってしまうことを回避しつつ、圧縮機構（31,32,33）の圧縮途中へ冷媒をインジェクションさせることが可能となる。
【００１８】
第２の発明は、第１の発明において、上記弁開度制御部（103）は、上記目標温度ＴＬが所定の下限温度より小さい場合には、上記液管（52）における過冷却熱交換器（37）の流出側の液冷媒の温度が、上記下限温度に近づくように減圧弁（38）の開度を制御することを特徴とするものである。
【００１９】
第２の発明では、上記のようにして目標液温度算出部（102）が算出した目標温度ＴＬが、所定の下限温度より小さい場合に、液管（52）における過冷却熱交換器（37）の流出側の液冷媒の温度が下限温度となるように減圧弁（38）が制御される。これにより、液冷媒の温度が低く成り過ぎることが防止される。
【００２０】
第３の発明は、第２の発明において、上記下限温度は、０℃以上に設定されることを特徴とするものである。
【００２１】
第３の発明では、目標液温度算出部（102）が算出した目標温度ＴＬが０℃より小さい場合に、液管（52）における過冷却熱交換器（37）の流出側の液冷媒の温度が０℃以上となるように減圧弁（38）が制御される。これにより、液冷媒が流れるの温度が０℃を下回って凍結してしまうことが防止される。
【００２２】
第４の発明は、第１乃至第３のいずれか１つの発明において、上記第２冷媒温度導出手段は、上記圧縮機構（31,32,33）の吸入圧力を検出する吸入圧力センサ（120,121）を備え、該吸入圧力センサ（120,121）で検出した吸入圧力と、圧縮機構（31,32,33）における上記インジェクション管（61）の接続位置とに基づいて、上記中間圧の冷媒の蒸発温度Ｔmを導出することを特徴とするものである。
【００２３】
第４の発明の第２冷媒温度導出手段は、まず、吸入圧力センサ（120,121）によって圧縮機構（31,32,33）の吸入圧力を検出する。そして、この吸入圧力、及び圧縮機構（31,32,33）の圧縮室におけるインジェクション管（61）の接続位置とに基づいて、インジェクション管（61）の冷媒の蒸発温度Ｔｍを導出する。即ち、圧縮機構（31,32,33）では、低圧側から吸入された冷媒が中間圧にまで圧縮されて、インジェクション管（61）から導入された冷媒と混合するので、インジェクション管（61）の接続位置は、圧縮機構（31,32,33）の吸入圧力と中間圧（インジェクション管（61）の圧力に相当）との比を示す指標となる。従って、吸入圧力センサ（120,121）で導出した吸入圧力と、インジェクション管（61）の接続位置との関係から、インジェクション管（61）の冷媒の圧力を推定することができる。このため、第２冷媒温度導出手段は、このようなインジェクション管（61）の中間圧の冷媒の圧力から、この冷媒の蒸発温度Ｔmを導出する。
【００２４】
第５の発明は、第１乃至第４のいずれか１つの発明において、上記第１冷媒温度導出手段（117）は、上記圧縮機構（31,32,33）の吐出圧力を検出する吐出圧力センサ（117）を備え、該吐出圧力センサ（117）で検出した吐出圧力に基づいて、上記液管（52）における過冷却熱交換器（37）の流入側の液冷媒の温度Ｔinを導出することを特徴とするものである。
【００２５】
第５の発明の第１冷媒温度導出手段は、吐出圧力センサ（117）によって圧縮機構（31,32,33）の吐出圧力を検出する。ここで、過冷却熱交換器（37）に流入する高圧の液冷媒の温度Ｔinは、熱源側熱交換器（34）の凝縮温度に相当する。このため、第１冷媒温度導出手段は、吐出圧力センサ（117）で検出した吐出圧力から凝縮温度、ひいては上記の冷媒の温度Ｔ１inを導出する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明では、温度効率設定部（101）に設定した温度効率ηと、第１冷媒温度導出手段（117）で導出した過冷却熱交換器（37）の流入側の液冷媒の温度Ｔinと、第２冷媒温度導出手段（120,121）で導出したインジェクション管（61）の中間圧の冷媒の蒸発温度Ｔｍとに基づいて、η＝Ｔin-ＴＬ／Ｔin−Ｔmの関係式より液冷媒の目標温度ＴＬを導出し、液管（52）の液冷媒の温度が目標温度ＴＬに近づくように、インジェクション管（61）の減圧弁（38）の開度を制御するようにしている。これにより、過冷却熱交換器（37）では、温度効率設定部（101）に設定した温度効率ηを維持するように熱交換を行うことができる。
【００２７】
このため、上記の温度効率ηとして、インジェクション管（61）における過冷却熱交換器（37）の流出側の冷媒（低温側流出冷媒）の状態を最適な状態（理想的には乾き飽和状態）とする値を設定することで、低温側流出冷媒をこのような状態に維持することができる。即ち、本発明によれば、従来例のような過熱度制御を行うことなく、減圧弁（38）を制御することができるので、過冷却熱交換器（37）の小型化を図ることができる。また、低温側流出冷媒の過熱度が付き過ぎることを防止でき、これにより、圧縮機の仕事量が増大して成績係数（ＣＯＰ）が低下してしまうことも防止できる。
【００２８】
また、上記第２の発明では、上記第１の発明によって算出した液冷媒の目標温度ＴＬが下限温度より小さい場合には、目標温度ＴＬを下限温度に保持して減圧弁（38）を制御するようにしている。従って、液管（52）から利用側熱交換器（71,81,91）へ送られる冷媒の温度を下限温度以上に維持することができる。その結果、液管（52）を流れる冷媒が、配管の周囲の空気から吸熱して熱ロスが生じてしまうことを確実に回避できる。特に、第３の発明によれば、液管（52）を流れる冷媒の温度が０℃以上に維持されるので、液管（52）から利用側熱交換器（71,81,91）に至るまでの配管が凍結してしまうことも防止できる。
【００２９】
上記第４の発明によれば、インジェクション管（61）に圧力センサや温度センサを設けることなく、インジェクション管（61）の中間圧の冷媒の蒸発温度Ｔｍを導出することができる。また、第５の発明によれば、過冷却熱交換器（37）の流入側に温度センサを設けることなく、過冷却熱交換器（37）に流入する高圧冷媒の温度Ｔinを導出することができる。従って、これらの発明によれば、冷凍装置の簡素化、低コスト化を図りながら、上述した第１の発明の作用効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
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。
【００３１】
〈全体構成〉
本実施形態の冷凍装置（10）は、コンビニエンスストア等に設けられ、冷蔵庫および冷凍庫の冷却と、室内の空調とを同時に行うものである。
【００３２】
図１に示すように、冷凍装置（10）は、室外ユニット（11）と、空調ユニット（12）と、冷蔵ショーケース（13）と、冷凍ショーケース（14）と、コントローラ（100）とを備えている。室外ユニット（11）には、熱源側回路を構成する室外回路（30）が設けられている。空調ユニット（12）には、第１利用側回路を構成する空調回路（70）が設けられている。冷蔵ショーケース（13）には、第２利用側回路を構成する冷蔵回路（80）が設けられている。冷凍ショーケース（14）には、第３利用側回路を構成する冷凍回路（90）が設けられている。そして、本実施形態では、空調回路（70）が第１利用系統を、冷蔵回路（80）および冷凍回路（90）が第２利用系統をそれぞれ構成している。
【００３３】
冷凍装置（10）では、室外回路（30）に対して複数の利用側回路（70,80,90）が並列に接続されることで、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）が構成されている。なお、本実施形態では、この冷媒回路（20）に高圧冷媒であるＲ４１０Ａが充填されている。
【００３４】
上記室外回路（30）と各利用側回路（70,80,90）は、第１液側連絡配管（25）、第２液側連絡配管（26）、第１ガス側連絡配管（27）、及び第２ガス側連絡配管（28）によって互いに接続されている。第１液側連絡配管（25）の一端は、室外回路（30）の第１液側閉鎖弁（21）に接続されている。第１液側連絡配管（25）の他端は、２つに分岐して、冷蔵回路（80）及び冷凍回路（90）にそれぞれ接続されている。第２液側連絡配管（26）は、一端が室外回路（30）の第２液側閉鎖弁（22）に接続され、他端が空調回路（70）に接続されている。第１ガス側連絡配管（27）は、一端が室外回路（30）の第１ガス側閉鎖弁（23）に接続され、他端が空調回路（70）に接続されている。第２ガス側連絡配管（28）は、一端が室外回路（30）の第２ガス側閉鎖弁（24）に接続され、他端が冷蔵回路（80）に接続されている。
【００３５】
〈室外ユニット〉
上記室外ユニット（11）の室外回路（30）には、第１から第３までの３台の圧縮機（31,32,33）と、室外熱交換器（34）と、レシーバ（35）と、室外膨張弁（36）と、過冷却熱交換器（37）と、過冷却用膨張弁（38）と、第１から第３までの３つの四路切換弁（41,42,43）とが設けられている。
【００３６】
上記各圧縮機（31,32,33）は、高圧ドーム式のスクロール型圧縮機で構成されている。第１圧縮機（31）は、可変容量型の圧縮機を構成している。つまり、第１圧縮機（31）は、インバータ制御によって回転速度が可変に構成されている。一方、第２圧縮機（32）および第３圧縮機（33）は、回転速度が一定の固定容量型の圧縮機を構成している。なお、第３圧縮機（33）は、可変容量式のものであってもよい。
【００３７】
また、上記各圧縮機（31,32,33）は、冷凍装置（10）の圧縮機構を構成し、該圧縮機構は、第１利用系統の圧縮機構と、第２利用系統の圧縮機構とから構成されている。具体的に、第１圧縮機（31）は、原則として、冷蔵・冷凍用の第２利用系統に固定的に用いられ、第３圧縮機（33）は、原則として、空調用の第１利用系統に固定的に用いられる。一方、第２圧縮機（32）は、第１利用系統と第２利用系統に切り換えて用いられ、第１利用系統および第２利用系統の応援用の圧縮機を構成している。
【００３８】
上記第１圧縮機（31）の吸入側は、第１吸入管（46）を介して上記第２ガス側閉鎖弁（24）に接続されている。第２圧縮機（32）の吸入側は、第２吸入管（47）を介して上記第３四路切換弁（43）に接続されている。第３圧縮機（33）の吸入側は、第３吸入管（48）を介して上記第２四路切換弁（42）に接続されている。
【００３９】
上記第１圧縮機（31）、第２圧縮機（32）、及び第３圧縮機（33）の吐出側には、それぞれ第１吐出管（45a）、第２吐出管（45b）および第３吐出管（45c）の一端が接続されている。これら各吐出管（45a,45b,45c）の他端は、合流して吐出合流管（45）の一端に接続されている。吐出合流管（45）の他端は、上記第１四路切換弁（41）に接続されている。また、各吐出管（45a,45b,45c）には、逆止弁（CV）がそれぞれ設けられている。この逆止弁（CV）は、図１に示す矢印方向の冷媒流れのみを許容するものである（なお、以下に記載する逆止弁（CV）についても同様である）。
【００４０】
圧縮機（31,32,33）は、冷媒を圧縮するための圧縮メカ部（85）を有している（図２を参照）。圧縮メカ部（85）は、いわゆる非対称渦巻き構造が採用されており、固定スクロール（85a）と可動スクロール（85b）とで巻数（渦巻きの長さ）が相違している。そして、圧縮メカ部（85）では、両スクロール（85a,85b）のラップの間に冷媒を圧縮するための圧縮室（86）が形成されている。
【００４１】
圧縮メカ部（85）には、吸入ポート（87）と吐出ポート（88）と中間ポート（89）とが形成されている。吸入ポート（87）は、固定スクロール（85a）の外縁部に形成され、吸入管（46,47,48）が接続されている。吐出ポート（88）は、可動スクロール（85b）の中心に形成され、吐出合流管（45）が接続されている。中間ポート（89）は、吐出ポート（88）よりも径方向外側で且つ吸入ポート（87）よりも径方向内側に形成され、詳細は後述するインジェクション管（61）の終端が接続されている。
【００４２】
上記室外熱交換器（34）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、熱源側熱交換器を構成している。室外熱交換器（34）の近傍には、室外ファン（40）が設けられている。この室外熱交換器（34）では、冷媒と室外ファン（40）によって送風される室外空気との間で熱交換が行われる。室外熱交換器（34）の一端は、第１四路切換弁（41）に接続されている。室外熱交換器（34）の他端は、第１液管（51）を介して上記レシーバ（35）の頂部に接続されている。レシーバ（35）の底部は、第２液管（52）を介して第１液側閉鎖弁（21）に接続されている。なお、第１液管（51）及び第２液管（52）には、逆止弁（CV）がそれぞれ設けられている。
【００４３】
上記第１液管（51）と第２液管（52）との間には、バイパス管（53）が設けられている。つまり、バイパス管（53）は、一端が第１液管（51）における逆止弁（CV）の上流側に接続され、他端は第２液管（52）における逆止弁（CV）の上流側に接続されている。バイパス管（53）の途中には、室外膨張弁（36）が設けられている。室外膨張弁（36）は、開度が調節可能な電子膨張弁で構成されている。
【００４４】
上記各四路切換弁（41,42,43）は、第１から第４までの４つのポートを備えている。第１四路切換弁（41）は、第１ポートが吐出合流管（45）に、第２ポートが第２四路切換弁（42）の第４ポートに、第３ポートが室外熱交換器（34）に、第４ポートが第１ガス側閉鎖弁（23）にそれぞれ接続されている。第２四路切換弁（42）は、第１ポートが吐出合流管（45）に、第２ポートが第３吸入管（48）にそれぞれ接続される一方、第３ポートが閉鎖されている。
【００４５】
第１四路切換弁（41）及び第２四路切換弁（42）は、第１ポートおよび第３ポートが互いに連通し且つ第２ポートおよび第４ポート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ポートおよび第４ポートが互いに連通し且つ第２ポートおよび第３ポート互いに連通する第２状態（図１に破線で示す状態）とにそれぞれ切換可能となっている。
【００４６】
上記第３四路切換弁（43）は、第１ポートが第１接続管（49a）を介して吐出合流管（45）に連通し、第２ポートが第２吸入管（47）に接続され、第３ポートが第２接続管（49b）を介して第３吸入管（48）に接続され、第４ポートが第３接続管（49c）を介して第１吸入管（46）に接続されている。また、第２接続管（49b）および第３接続管（49c）には、逆止弁（CV）がそれぞれ設けられている。つまり、第３四路切換弁（43）は、常時、第１ポートには各圧縮機（31,32,33）の吐出圧力が作用する一方、第２ポート、第３ポートおよび第４ポートには第２圧縮機（32）、第３圧縮機（33）および第１圧縮機（31）の吸入圧力がそれぞれ作用する。
【００４７】
第３四路切換弁（43）は、第１ポートおよび第３ポートが互いに連通し且つ第２ポートおよび第４ポート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ポートおよび第４ポートが互いに連通し且つ第２ポートおよび第３ポートが互いに連通する第２状態（図１に破線で示す状態）とに切換可能となっている。
【００４８】
上記第２液管（52）には、過冷却熱交換器（37）が設けられている。この過冷却熱交換器（37）は、高圧側流路（37a）と低圧側流路（37b）を備えている。過冷却熱交換器（37）は、高圧側流路（37a）および低圧側流路（37b）を流れる冷媒同士が熱交換して、高圧側流路（37a）の冷媒が過冷却されるように構成されている。例えば、この過冷却熱交換器（37）は、プレート熱交換器により構成されている。
【００４９】
高圧側流路（37a）は、第２液管（52）におけるバイパス管（53）の接続位置よりも上流側に接続されている。つまり、高圧側流路（37a）は、流入端がレシーバ（35）の底部に連通し、流出端が第１液側閉鎖弁（21）に連通している。一方、低圧側流路（37b）の流入端には、過冷却用通路としての第１分岐管（54）が接続されている。この第１分岐管（54）は、第２液管（52）における逆止弁（CV）の下流側から分岐している。第１分岐管（54）には、過冷却用膨張弁（38）が設けられている。この過冷却用膨張弁（38）は、開度が調節可能な電子膨張弁で構成されている。また、低圧側流路（37b）の流出端である他端には、後述するインジェクション管（61）の一端が接続されている。
【００５０】
また、第１液管（51）と第２液側閉鎖弁（22）との間には、第２分岐管（55）が設けられている。つまり、この第２分岐管（55）は、一端が第１液管（51）における逆止弁（CV）と過冷却熱交換器（37）との間に接続され、他端が第２液側閉鎖弁（22）に接続されている。第２分岐管（55）には、逆止弁（CV）が設けられている。更に、第１液管（51）と第２分岐管（55）との間には、第３分岐管（56）が設けられている。つまり、この第３分岐管（56）は、一端が第１液管（51）における逆止弁（CV）と過冷却熱交換器（37）との間に接続され、他端が第２分岐管（55）における逆止弁（CV）と第２液側閉鎖弁（22）との間に接続されている。第３分岐管（56）には、逆止弁（CV）が設けられている。
【００５１】
レシーバ（35）とインジェクション管（61）の間には、ガス抜き管（62）が接続されている。つまり、このガス抜き管（62）は、一端がレシーバ（35）の頂部に接続され、他端がインジェクション管（61）に接続されている。ガス抜き管（62）には、電磁弁（SV）が設けられている。
【００５２】
上記インジェクション管（61）の他端側（流出端側）は、３つの分岐インジェクション管（61a,61b,61c）に分岐している。これら３つの分岐インジェクション管（61a,61b,61c）は、それぞれ各圧縮機（31,32,33）の中間圧ポートに接続されている。各圧縮機（31,32,33）において、中間ポートは中間圧の圧縮室（以下、中間圧室という。）に連通している。つまり、これらインジェクション管（61,61a,61b,61c）は、過冷却熱交換器（37）から各圧縮機（31,32,33）の中間圧室へガス冷媒を注入するインジェクション回路を構成している。そして、これらの構成がいわゆるエコノマイザシステムとして構成されている。なお、各圧縮機（31,32,33）にそれぞれ接続される分岐インジェクション管（61a,61b,61c）には、圧縮機（31,32,33）側から順に逆止弁（CV）及び電磁弁（SV）がそれぞれ設けられている。
【００５３】
また、上記各吐出管（45a,45b,45c）には、それぞれ逆止弁（CV）の上流側に油分離器（39）が設けられている。油分離器（39）は、圧縮機（31,32,33）の吐出冷媒から冷凍機油を分離するためのものである。そして、各油分離器（39）には、それぞれ油戻し管（65a,65b,65c）が接続されている。これら３つの油戻し管（65a,65b,65c）は、油戻し合流管（65）の流入端側に接続されている。油戻し合流管（65）の流出端は、インジェクション管（61）の途中に接続されている。つまり、油戻し合流管（65）は、各圧縮機（31,32,33）における中間圧室に連通している。また、第１圧縮機（31）に対応する油戻し管（65a）には、キャピラリチューブ（CP）が設けられている。第２圧縮機（32）および第３圧縮機（33）に対応する各油戻し管（65b,65c）には、油分離器（39）側から順に逆止弁（CV）およびキャピラリチューブ（CP）が設けられている。
【００５４】
各油戻し管（65a,65b,65c）及び油戻し合流管（65）は、各油分離器（39）で分離された冷凍機油を各圧縮機（31,32,33）における中間圧室へ戻す油戻し通路を構成している。このように、油分離器（39）からの冷凍機油は、吸入管（46,47,48）ではなく中間圧室へ戻されるため、低圧冷媒によって冷却されて粘度が上昇することはない。
【００５５】
上記室外回路（30）には、各種センサや圧力スイッチが設けられている。具体的に、各吐出管（45a,45b,45c）における逆止弁（CV）の上流側には、それぞれ吐出温度センサ（111,112,113）と高圧圧力スイッチ（114,115,116）が設けられている。吐出温度センサ（111,112,113）は吐出管（45a,45b,45c）の温度を検出するものであり、高圧圧力スイッチ（114,115,116）は吐出圧力を検出して異常高圧時には冷凍装置（10）を緊急停止させるものである。各吐出管（45a,45b,45c）が合流する吐出合流管（45）には、圧縮機（31,32,33）の吐出圧力を検出するための吐出圧力センサ（117）が設けられている。第１吸入管（46）および第３吸入管（48）には、それぞれ吸入温度センサ（118,119）と吸入圧力センサ（120,121）が設けられている。吸入温度センサ（118,119）は吸入管（46,48）の温度を検出するものであり、吸入圧力センサ（120,121）は圧縮機（31,32,33）の吸入圧力を検出するものである。室外熱交換器（34）の近傍には、室外の外気温度を検出する室外温度センサ（122）が設けられている。
【００５６】
さらに、上記第２液管（52）において、過冷却熱交換器（37）と逆止弁（CV）との間には第１液温度センサ（123）が設けられている。第１液温度センサ（123）は、過冷却熱交換器（37）から第２液管（52）に流出した液冷媒の温度を検出するものである。
【００５７】
〈空調ユニット〉
上記空調ユニット（12）の空調回路（70）は、一端（液側端）が第２液側連絡配管（26）に接続され、他端（ガス側端）が第１ガス側連絡配管（27）に接続されている。空調回路（70）には、ガス側端から順に、室内熱交換器（71）および室内膨張弁（72）が設けられている。室内熱交換器（71）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、第１利用側熱交換器を構成している。室内熱交換器（71）の近傍には、室内ファン（73）が設けられている。この室内熱交換器（71）では、冷媒と室内ファン（73）が送風する室内空気との間で熱交換が行われる。室内膨張弁（72）は、開度が調節可能な電子膨張弁により構成されている。
【００５８】
上記空調回路（70）では、第１ガス側連絡配管（27）と室内熱交換器（71）の間の配管に第１冷媒温度センサ（131）が、室内熱交換器（71）の伝熱管に第２冷媒温度センサ（132）がそれぞれ設けられている。また、室内熱交換器（71）の近傍には、店内空気の温度を検出する室内温度センサ（133）が設けられている。
【００５９】
〈冷蔵ショーケース〉
上記冷蔵ショーケース（13）の冷蔵回路（80）は、一端（液側端）が第１液側連絡配管（25）の分岐端に接続され、他端（ガス側端）が第２ガス側連絡配管（28）の分岐端に接続されている。冷蔵回路（80）には、ガス側端から順に、冷蔵熱交換器（81）及び冷蔵膨張弁（82）が設けられている。冷蔵熱交換器（81）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、第２利用側熱交換器を構成している。冷蔵熱交換器（81）の近傍には、冷蔵ファン（83）が設けられている。この冷蔵熱交換器（81）では、冷媒と冷蔵ファン（83）が送風する庫内空気との間で熱交換が行われる。
【００６０】
上記冷蔵回路（80）では、冷蔵熱交換器（81）の流出側に出口冷媒温度センサ（134）が設けられている。冷蔵膨張弁（82）は、出口冷媒温度センサ（134）の検出温度に応じて開度が調節される感温式膨張弁で構成されている。冷蔵膨張弁（82）の上流側近傍には、開閉自在な電磁弁（SV）が設けられている。また、冷蔵熱交換器（81）の近傍には、冷蔵ショーケース（13）内の庫内空気の温度を検出する庫内温度センサ（135）が設けられている。
【００６１】
〈冷凍ショーケース〉
上記冷凍ショーケース（14）の冷凍回路（90）は、一端（液側端）が第１液側連絡配管（25）の分岐端に接続され、他端（ガス側端）が第２ガス側連絡配管（28）の分岐端に接続されている。冷凍回路（90）には、液側端から順に、冷凍膨張弁（92）、冷凍熱交換器（91）およびブースタ圧縮機（94）が設けられている。冷凍熱交換器（91）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、第３利用側熱交換器を構成している。冷凍熱交換器（91）の近傍には、冷凍ファン（93）が設けられている。この冷凍熱交換器（91）では、冷媒と冷凍ファン（93）が送風する庫内空気との間で熱交換が行われる。
【００６２】
上記冷凍回路（90）では、冷凍熱交換器（91）の流出側に出口冷媒温度センサ（136）が設けられている。冷凍膨張弁（92）は、出口冷媒温度センサ（136）の検出温度に応じて開度が調節される感温式膨張弁で構成されている。冷凍膨張弁（92）の上流側近傍には、開閉自在な電磁弁（SV）が設けられている。また、冷凍熱交換器（91）の近傍には、冷凍ショーケース（14）内の庫内空気の温度を検出する庫内温度センサ（137）が設けられている。
【００６３】
上記ブースタ圧縮機（94）は、高圧ドーム式のスクロール型圧縮機であって、可変容量式の圧縮機を構成している。ブースタ圧縮機（94）の吐出管（95）は第２ガス側連絡配管（28）に接続され、ブースタ圧縮機（94）の吸入管（96）は冷凍熱交換器（91）に接続されている。吐出管（95）には、ブースタ圧縮機（94）側から順に、高圧圧力スイッチ（138）、油分離器（97）および逆止弁（CV）が設けられている。吸入管（96）には、ブースタ圧縮機（94）の吸入圧力を検出するための吸入圧力センサ（139）が設けられている。油分離器（97）には、冷媒から分離した冷凍機油をブースタ圧縮機（94）の吸入側（吸入管（96））に戻すための油戻し管（98）が接続されている。この油戻し管（98）には、キャピラリチューブ（CP）が設けられている。
【００６４】
また、上記冷凍回路（90）には、吸入管（96）と吐出管（95）とを接続するバイパス管（99）も設けられている。バイパス管（99）には、逆止弁（CV）が設けられている。バイパス管（99）は、ブースタ圧縮機（94）の故障時等において、吸入管（96）を流れる冷媒がブースタ圧縮機（94）をバイパスして吐出管（95）へ流れるように構成されている。
【００６５】
そして、本実施形態の冷媒回路（20）は、空調回路（70）、冷蔵回路（80）および冷凍回路（90）における冷媒の蒸発温度が互いに異なっている。つまり、空調回路（70）と冷蔵回路（80）と冷凍回路（90）とは、互いに冷媒の蒸発圧力が異なっている。
【００６６】
〈コントローラ〉
上記コントローラ（100）は、上述した各種機器や弁の制御を行い冷凍装置（10）の運転を制御するもので、本発明に係る制御手段を構成している。また、コントローラ（100）には、上述した各種センサの検出値が入力される。
【００６７】
コントローラ（100）には、温度効率設定部（101）と目標液温度算出部（102）と弁開度制御部（103）とが設けられている。温度効率設定部（101）には、上記過冷却熱交換器（37）の目標温度効率ηが設定される。ここで、目標温度効率ηは、過冷却熱交換器（37）の仕様、冷凍装置（10）の運転条件等に基づいて予め決定されるものであり、例えば７０〜８０％に設定される。また、目標液温度算出部（102）は、温度効率設定部（101）に設定した温度効率ηと、過冷却熱交換器（37）の高圧側流路（37a）に流入する冷媒の温度Ｔinと、インジェクション管（61）を流れる中間圧の冷媒の蒸発温度Ｔｍとに基づいて、過冷却熱交換器（37）の高圧側流路（37a）の流出側の液冷媒の目標温度ＴＬを算出する。更に、弁開度制御部（103）は、上述した第１液温度センサ（123）で検出した液冷媒の温度が目標温度ＴＬに近づくように、過冷却用膨張弁（38）の開度を調節する。以上のような過冷却用膨張弁（38）を制御する動作の詳細は後述する。
【００６８】
−運転動作−
次に、上記冷凍装置（10）の運転動作について説明する。この冷凍装置（10）では、各ショーケース（13,14）の庫内を冷却しながら、空調ユニット（12）で室内を冷房する冷房運転と、各ショーケース（13,14）の庫内を冷却しながら、空調ユニット（12）で室内を暖房する暖房運転とが切換可能となっているが、ここでは、代表的な冷房運転の動作について説明した後に、その運転時におけるコントローラ（100）の制御動作について説明する。
【００６９】
この冷房運転は、第２圧縮機（32）が冷蔵・冷凍用の第２利用系統に用いられる「冷設応援モード」と、第２圧縮機（32）が空調用の第１利用系統に用いられる「空調応援モード」とに切換可能となっている。
【００７０】
〈冷設応援モードの冷房運転〉
図３に示すように、「冷設応援モード」の冷房運転では、全ての四路切換弁（41,42,43）が第１状態に設定される。また、室外膨張弁（36）が全閉状態となり、冷蔵回路（80）および冷凍回路（90）の各電磁弁（SV）が開放状態に設定される。さらに、室内膨張弁（72）、冷蔵膨張弁（82）および冷凍膨張弁（92）の開度がそれぞれ適宜調節される。また、各ファン（40,73,83,93）と３台の圧縮機（31,32,33）とブースタ圧縮機（94）とがそれぞれ運転状態となる。また、各分岐インジェクション管（61b,61c）の電磁弁（SV）が開放状態に設定される一方、後で詳述するが過冷却用膨張弁（38）の開度制御が行われる。
【００７１】
各圧縮機（31,32,33）で圧縮された冷媒は、吐出合流管（45）で合流した後、第１四路切換弁（41）を通過して室外熱交換器（34）へ流れる。室外熱交換器（34）では、冷媒が室外空気に放熱して凝縮する。室外熱交換器（34）で凝縮した液冷媒は、第１液管（51）及びレシーバ（35）を順に介して第２液管（52）へ流れる。第２液管（52）に流れた液冷媒は、第３分岐管（56）と過冷却熱交換器（37）の高圧側流路（37a）とへ分流する。
【００７２】
第３分岐管（56）を流れる冷媒は、第２液側連絡配管（26）を介して空調回路（70）に流入する。空調回路（70）に流入した冷媒は、室内膨張弁（72）で減圧された後、室内熱交換器（71）を流れる。室内熱交換器（71）では、冷媒が室内空気から吸熱して蒸発する。その結果、室内空気が冷却されて店内の冷房が行われる。室内熱交換器（71）で蒸発した冷媒は、第１ガス側連絡配管（27）、第１四路切換弁（41）および第２四路切換弁（42）を順に介した後、第３吸入管（48）から第３圧縮機（33）へ吸入される。
【００７３】
過冷却熱交換器（37）の高圧側流路（37a）を流出した冷媒の一部は、第２液管（52）から第１分岐管（54）へ分流する。分流した冷媒は、過冷却用膨張弁（38）で減圧された後、過冷却熱交換器（37）の低圧側流路（37b）へ流れる。そして、過冷却熱交換器（37）では、低圧側流路（37b）の冷媒が高圧側流路（37a）の液冷媒と熱交換して蒸発し、高圧側流路（37a）の液冷媒が過冷却される。過冷却熱交換器（37）で過冷却された液冷媒は、第２液管（52）から第１液側連絡配管（25）へ流れる。一方、過冷却熱交換器（37）で蒸発した冷媒は、インジェクション管（61）へ流れる。
【００７４】
第１液側連絡配管（25）へ流れた液冷媒は、冷蔵回路（80）と冷凍回路（90）とに分流する。冷蔵回路（80）に流入した冷媒は、冷蔵膨張弁（82）で減圧された後、冷蔵熱交換器（81）へ流れる。冷蔵熱交換器（81）では、冷媒が庫内空気から吸熱して蒸発する。その結果、冷蔵ショーケース（13）の庫内の冷却が行われる。この冷蔵ショーケース（13）では、例えば庫内温度が５℃に維持される。冷蔵熱交換器（81）で蒸発した冷媒は、第２ガス側連絡配管（28）へ流れる。
【００７５】
冷凍回路（90）に流入した冷媒は、冷凍膨張弁（92）で減圧された後、冷凍熱交換器（91）へ流れる。冷凍熱交換器（91）では、冷媒が庫内空気から吸熱して蒸発する。その結果、冷凍ショーケース（14）の庫内の冷却が行われる。この冷凍ショーケース（14）では、例えば庫内温度が−１０℃に維持される。冷凍熱交換器（91）で蒸発した冷媒は、ブースタ圧縮機（94）で圧縮された後、第２ガス側連絡配管（28）に流入して冷蔵回路（80）からの冷媒と合流する。合流した冷媒は、第１吸入管（46）へ流れて、一部が第１圧縮機（31）に吸入され、残りが第３接続管（49c）および第３四路切換弁（43）を介して第２吸入管（47）から第２圧縮機（32）に吸入される。
【００７６】
一方、インジェクション管（61）へ流れた冷媒は、各分岐インジェクション管（61a,61b,61c）を通じて各圧縮機（31,32,33）の中間圧室へインジェクションされる。これにより、各圧縮機（31,32,33）の吐出ガス温度が低減される。また、油分離器（39）で分離された冷凍機油は、油戻し合流管（65）を通ってインジェクション管（61）へ戻される。そして、冷凍機油は、冷媒と共に圧縮機（31,32,33）の中間圧室へインジェクションされる。
【００７７】
以上のように、この運転では、空調回路（70）で蒸発した冷媒が第３圧縮機（33）に吸入され、冷蔵回路（80）および冷凍回路（90）で蒸発した冷媒が第１圧縮機（31）および第２圧縮機（32）に吸入される。また、第２液管（52）の液冷媒の一部が第１分岐管（54）へ分岐して過冷却熱交換器（37）へ流れるため、その分岐した冷媒流量の分だけ空調回路（70）等へ供給される冷媒量が減少する。ところが、空調回路（70）等へ供給される液冷媒は、その熱量が過冷却された分だけ増大している。したがって、各回路（70,80,90）における冷房能力および冷却能力はそれ程低下しない。
【００７８】
〈空調応援モードの冷房運転〉
図４に示すように、この「空調応援モード」の冷房運転は、上記「冷設応援モード」の状態において、第３四路切換弁（43）が第２状態に切り換えられるのみで、それ以外は同じである。
【００７９】
このモードの冷房運転では、室内熱交換器（71）で蒸発した冷媒が第１ガス側連絡配管（27）から第１四路切換弁（41）および第２四路切換弁（42）を順に介して、第３吸入管（48）へ流れる。第３吸入管（48）へ流れた冷媒は、一部が第３圧縮機（33）へ吸入され、残りが第２接続管（49b）および第３四路切換弁（43）を介した後、第２吸入管（47）から第２圧縮機（32）へ吸入される。
【００８０】
また、冷蔵熱交換器（81）および冷凍熱交換器（91）でそれぞれ蒸発した冷媒は、上記「冷設応援モード」と同様に、第２ガス側連絡配管（28）で合流する。第２ガス側連絡配管（28）の冷媒は、第１吸入管（46）へ流れて第１圧縮機（31）のみに吸入される。
【００８１】
つまり、このモードの運転では、空調回路（70）における冷媒循環量が増大する一方、冷蔵回路（80）および冷凍回路（90）における冷媒循環量が減少する。したがって、上記「冷設応援モード」の運転に比べて、空調回路（70）の冷房能力は増大するが、冷蔵回路（80）および冷凍回路（90）の冷却能力は低下する。
【００８２】
この運転においても、過冷却熱交換器（37）で蒸発した冷媒がインジェクション管（61）へ流れて各圧縮機（31,32,33）の中間圧室へインジェクションされる。これにより、各圧縮機（31,32,33）の吐出ガス温度が低減される。また、油分離器（39）で分離された冷凍機油も、インジェクション管（61）へ戻されて冷媒と共に各圧縮機（31,32,33）の中間圧室へインジェクションされる。
【００８３】
〈コントローラの動作〉
上記のような運転時には、コントローラ（100）によって過冷却用膨張弁（38）の開度が調節され、過冷却熱交換器（37）の能力が調節される。この点について詳細に説明する。
【００８４】
上記運転時において、まず、圧縮機（31,32,33）の吸入圧力ＬＰ（即ち、冷媒回路（11）の低圧側の圧力）が検出される。具体的に、「冷設応援モード」の運転では、第１圧縮機（31）及び第２圧縮機（32）の吸入圧力ＬＰ１が吸入圧力センサ（120）によって、また第３圧縮機（33）の吸入圧力ＬＰ２が吸入圧力センサ（121）によってそれぞれ検出される。また、「空設応援モード」の運転では、第１圧縮機（31）の吸入圧力ＬＰ１が吸入圧力センサ（120）によって、第２圧縮機（32）及び第３圧縮機（33）の吸入圧力ＬＰ２が吸入圧力センサ（121）によってそれぞれ検出される。つまり、吸入圧力センサ（120）の検出圧力は冷蔵回路（80）における蒸発圧力に相当し、吸入圧力センサ（121）の検出圧力は空調回路（70）における蒸発圧力に相当する。
【００８５】
次いで、上記吸入圧力ＬＰに基づいて、インジェクション管（61）の冷媒の圧力（中間圧Ｍｐ）が算出される。ここで、各圧縮機（31,32,33）には、吸入圧力と中間圧力との圧縮比Ｖｒmがそれぞれ設定されている。具体的に、各圧縮機（31,32,33）では、インジェクション管（61）の終端が接続される中間ポート（89）の接続位置（開口位置）に応じて、圧縮比Ｖrmが設定されている。このため、吸入圧力センサ（120,121）で検出した吸入圧力ＬＰに、圧縮比Ｖｒm（中間圧力／吸入圧力）を乗ずることで、インジェクション管（61）の中間圧ＭＰを推定することができる。具体的に、コントローラ（100）では、以下のような式に基づいて、インジェクション管（61）の中間圧ＭＰが算出される。
【００８６】
ＭＰ＝MAX（ＬＰ１，ＬＰ２）×Ｖｒm＋ΔＰ１…（３）
ここで、上式のMAX(ＬＰ１，ＬＰ２）は、２つの吸入圧力ＬＰ１，ＬＰ２のうち高い方の吸入圧力を用いて中間圧ＭＰを求めることを意味する。また、上記（３）式に示すΔＰ１は、インジェクション管（61）の中間圧のラインにおける冷媒配管の圧力損失等の補正値である。この補正値ΔＰ１として、各圧縮機（31,32,33）の運転周波数に応じた所定の変数を用いるようにしても良い。
【００８７】
次いで、上記（３）式で求めた中間圧ＭＰからインジェクション管（61）の液冷媒の蒸発温度Ｔｍが算出される。即ち、インジェクション管（61）では、過冷却熱交換器（37）の流入／流出の前後に亘って冷媒が気液二相状態となるので、上記中間圧力ＭＰの圧力相当飽和温度により中間圧の冷媒の蒸発温度Ｔｍを求めることができる。以上のように、本実施形態では、上述した吸入圧力センサ（120,121）は、圧縮機構（31,32,33）におけるインジェクション管（61）の接続位置とに基づいて、インジェクション管（61）の中間圧の冷媒の蒸発温度Ｔｍが導出され、これらが第２冷媒温度導出手段を構成している。
【００８８】
また、上記運転時には、圧縮機（31,32,33）の吐出圧力ＨＰ（冷媒回路（11）の高圧側の圧力）が、吐出圧力センサ（117）によって検出される。そして、この吐出圧力ＨＰに基づいて、過冷却熱交換器（37）の高圧側流路（37a）へ流入する冷媒（以下、高温側流入冷媒という）の温度Ｔinが算出される。即ち、吐出圧力センサ（117）は、液管（52）における過冷却具体的には、高温側流入冷媒の温度Ｔinは、吐出圧力ＨＰの圧力相当飽和温度によって得ることができる。なお、高温側流入冷媒の温度Ｔinを算出する際には、上記の高圧圧力相当飽和温度に所定の補正を加えるようにしても良い。
【００８９】
更に、上記運転時には、第２液管（52）における過冷却熱交換器（37）の流出側の液冷媒（以下、高温側流出冷媒という）の温度Ｔoutが第１液温度センサ（123）によって検出される。
【００９０】
次いで、目標液温度算出部（102）は、上記蒸発温度Ｔｍと高温側流入冷媒温度Ｔinと目標温度効率ηとに基づいて、過冷却熱交換器（37）の流出側の液冷媒（上記高温側流出冷媒）の目標温度ＴＬを算出する。
【００９１】
具体的には、上述の如く温度効率設定部（101）には、過冷却熱交換器（37）の温度効率ηが設定される。ここで、温度効率ηは、過冷却熱交換器（37）の仕様（大きさ、伝熱性能等）、冷凍装置（10）の運転条件等に基づいて定められるものであり、過冷却熱交換器（37）の低圧側流路（37b）から流出する冷媒の状態が、ほぼ乾き飽和状態となるような値（例えば７０〜８０％）が設定される。ここで、過冷却熱交換器（37）においては、高温側流入冷媒の温度Ｔinと、高温側流出冷媒の目標温度ＴＬと、低温側流入冷媒の温度（即ち、中間圧の冷媒の蒸発温度Ｔｍに相当）と、温度効率ηとの間には、η＝（Ｔin−ＴＬ）／（Ｔin−Ｔｍ）の関係式が成立する。
【００９２】
目標液温度算出部（102）は、この関係式に基づき、温度効率設定部（101）に設定した目標温度効率η、及び検出したＴin及びＴｍを用いて、高温側流出冷媒の目標温度ＴＬを算出する。そして、弁開度制御部（103）は、第１液温度センサ（123）で検出した高温側流出冷媒の温度Ｔoutが、上記目標温度ＴＬに近づくように、過冷却用膨張弁（38）の開度を制御する。これにより、過冷却熱交換器（37）では、設定した温度効率ηを維持するように冷媒が熱交換することになる。
【００９３】
ここで、温度効率設定部（101）に設定した温度効率ηは、上記の如く、低温側流出冷媒の状態を乾き飽和状態（即ち、冷媒が湿りすぎとならず、且つ乾きすぎにもならない状態）とするような値が設定されている。従って、本実施形態では、過冷却用膨張弁（38）の開度を過熱度制御することなく、低温側流出冷媒を乾き状態として各圧縮機（31,32,33）へ送ることができる。
【００９４】
また、このような過冷却用膨張弁（38）の制御時において、上述のようにして算出した目標温度ＴＬが所定の下限温度よりも小さい場合には、目標温度ＴＬが下限温度に保持される。従って、上記運転時には、高温側流出冷媒の温度Ｔoutが下限温度を下回ることが防止される。この下限温度は、０℃以上であることが好ましく、本実施形態では３℃に設定されている。これにより、第２液管（52）を介して各利用側熱交換器（71,81,91）へ送られる液冷媒の温度が低く成りすぎることが回避される。従って、各液側連絡配管（25,26）を流れる液冷媒が、配管の周囲の空気から吸熱して熱ロスが生じてしまうことも回避される。また、高温側流出冷媒の温度が０℃以上に保たれるので、第２液管（52）や各液側連絡配管（25,26）の周囲が凍結してしまうことも回避される。
【００９５】
−実施形態の効果−
以上のように、本実施形態では、温度効率設定部（101）に設定した温度効率ηと、インジェクション管（61）の中間圧の冷媒の蒸発温度Ｔｍと、過冷却熱交換器（37）の高温側流入冷媒の温度Ｔinとに基づいて、η＝（Ｔin-ＴＬ）／（Ｔin−Ｔm）の関係式より液冷媒の目標温度ＴＬを導出し、高温側流出冷媒の温度が目標温度ＴＬに近づくように、インジェクション管（61）の過冷却用膨張弁（38）の開度を制御している。これにより、過冷却熱交換器（37）では、温度効率設定部（101）に設定した温度効率η（７０〜８０％）を維持するように熱交換を行うことができる。このため、過冷却熱交換器（37）の低圧側流路（37b）から流出する冷媒の状態を乾き飽和状態に維持することができる。従って、例えば過冷却用膨張弁（38）の開度を過熱度制御する場合には、過冷却熱交換器（37）の冷却能力を向上させるために熱交換器が大きくなってしまうのに対し、本実施形態では、必要最小限の熱交換器の大きさで、液冷媒を充分冷却することができる。また、低温側流出冷媒の過熱度が付き過ぎることを防止でき、これにより、圧縮機の仕事量が増大して成績係数（ＣＯＰ）が低下してしまうことも防止できる。
【００９６】
また、上記実施形態では、圧縮機（31,32,33）の吸入圧力ＬＰと、圧縮機（31,32,32）の圧縮比Ｖｒｍを用いて、インジェクション管（61）の中間圧ＭＰを算出するようにしている。従って、インジェクション管（61）に温度センサや圧力センサを設ける必要がないので、装置の簡素化を図ることができる。なお、インジェクション管（61）に温度センサや圧力センサを設けて、中間圧ＭＰを算出するようにしても良いのは勿論のことである。
【００９７】
《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。
【００９８】
上記実施形態では、空調ユニット（12）による冷房と各ショーケース（13,14）の冷却とを同時に行う運転について、本発明に係る過冷却用膨張弁（38）の制御方法を述べたが、他の運転において、同様の制御方法を採用できるのは勿論のことである。具体的には、例えば空調ユニット（12）で暖房と各ショーケース（13,14）の冷却とを同時に行う運転、あるいは空調ユニット（12）を停止状態として各ショーケース（13,14）の冷却を行う運転について、本発明に係る制御方法を採用することができる。
【００９９】
また、上記実施形態では、室外回路（30）において３台の圧縮機（31,32,33）を設けた場合について説明したが、圧縮機の台数は２台若しくは４台以上であっても同様の作用効果を得ることができる。
【０１００】
また、上記実施形態では、第１利用系統として空調回路（70）を、第２利用系統として冷蔵回路（80）および冷凍回路（90）を設けるようにしたが、本発明はこれに限るものではない。例えば、全ての利用系統を冷蔵回路または冷凍回路としてもよいし、若しくは空調回路としてもよい。
【０１０１】
なお、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】
【０１０２】
以上説明したように、液冷媒を過冷却する過冷却熱交換器を備え、液冷媒の一部を過冷却熱交換器を通じて圧縮機の圧縮途中にインジェクションさせる冷凍装置について有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本実施形態に係る冷凍装置の概略構成を示す配管系統図である。
【図２】本実施形態に係る冷凍装置の圧縮機の圧縮メカ部の横断面図である。
【図３】本実施形態に係る冷凍装置の概略構成を示す配管系統図であり、冷設応援モードでの冷房運転における冷媒の流れを付したものである。
【図４】本実施形態に係る冷凍装置の概略構成を示す配管系統図であり、空設応援モードでの冷房運転における冷媒の流れを付したものである。
【符号の説明】
【０１０４】
20         冷媒回路
31,32,33   圧縮機構
34         室外熱交換器（熱源側熱交換器）
37         過冷却熱交換器
38         過冷却用膨張弁（減圧弁）
52         第２液管
61         インジェクション管
101        温度効率設定部
102        目標液温度算出部
103        弁開度制御部
117        吐出圧力センサ（第１冷媒温度導出手段）
120,121    吸入圧力センサ（第２冷媒温度導出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009293887.tif 000005
【図４】
2009293887.tif 000006