(57)【要約】【課題】制御性が良く、耐久性がある上に、熱交換器の数を削減できて、小型、安価な冷凍装置を提供すること。【解決手段】第１主膨弁４からの冷媒は、低圧蒸発器５で低温側ブラインと熱交換して蒸発して、低圧側圧縮機１１の吸入口１１ａに吸引される一方、第２主膨張弁６からの冷媒は、中間圧蒸発器７で高温側ブラインと熱交換して蒸発して、低圧側圧縮機１１と高圧側圧縮機１２との間の中間通路１３に、インジェクション通路１５を介して注入される。したがって、上記中間通路１３の中間圧で、中間圧蒸発器７における冷媒の蒸発温度が制御されるので、中間圧蒸発器７における冷媒の蒸発温度と高温側ブラインの温度との温度差が過大になることがなくて、制御性が向上し、かつ、熱応力による中間圧蒸発器７の耐久性の低下、破損が防止される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された低圧側圧縮機（１１）及び高圧側圧縮機（１２）と、
上記高圧側圧縮機（１２）の吐出口（１２ｂ）に入口が接続された凝縮器（３）と、
上記凝縮器（３）の出口に一端が夫々接続された第１及び第２主膨張機構（４，６）と、
上記第１主膨張機構（４）の他端に入口が接続される一方、出口が上記低圧側圧縮機（１１）の吸入口（１１ａ）に接続された低圧蒸発器（５）と、
上記第２主膨張機構（６）の他端に入口が接続される一方、出口が上記低圧側圧縮機（１１）の吐出口（１１ｂ）と高圧側圧縮機（１２）の吸入口（１２ａ）との間にインジェクション通路（１５）を介して接続された中間圧蒸発器（７）と
を有する主冷媒回路を
備えることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷凍装置において、
上記凝縮器（３）の出口と、上記第１及び第２主膨張機構（４，６）の一端との間において、上記主冷媒回路に接続された過冷却熱交換器（４１）と、
上記凝縮器（３）の出口と、上記第１及び第２主膨張機構（４，６）の一端との間において上記主冷媒回路から分岐すると共に、上記過冷却熱交換器（４１）を通過して、上記インジェクション通路（１５）または上記低圧側圧縮機（１１）の吸入口（１１ａ）に通じる過冷却通路（４２，５２）と、
上記過冷却通路（４２，５２）において上記過冷却熱交換器（４１）の上流側に接続された過冷却用膨張機構（４３）と
を有する過冷却回路（４０，５０）を
備えることを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
請求項２に記載の冷凍装置において、
上記過冷却通路（４２）は、上記過冷却熱交換器（４１）を通過して上記インジェクション通路（１５）に通じていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の冷凍装置において、
上記インジェクション通路（１５）にインジェクション流量調整部（３０）を接続した
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項５】
請求項４に記載の冷凍装置において、
上記インジェクション流量調整部（３０）は、絞り（３２）と電磁弁（３１）とからなる
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項６】
請求項５に記載の冷凍装置において、
上記絞り（３２）は、キャピラリ（３２）である
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項７】
請求項４に記載の冷凍装置において、
上記インジェクション流量調整部（３０）は、電動弁からなる
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１つに記載の冷凍装置において、
上記高圧側圧縮機（１２）の吐出口（１２ｂ）と、上記インジェクション通路（１５）とを接続する第１バイパス通路（１６）と、
この第１バイパス通路（１６）に設けられた第１流量調整弁（１７）と
を備えたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つに記載の冷凍装置において、
上記凝縮器（３）の出口と、上記インジェクション通路（１５）とを接続する第２バイパス通路（２１）と、この第２バイパス通路（２１）に設けた第２流量調整弁（２２）と
を備えることを特徴とする冷凍装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１つに記載の冷凍装置において、
上記中間圧蒸発器（７）は、低温側ブラインと高温側ブラインとのうちの上記高温側ブラインと熱交換するプレート熱交換器（７）である
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項１１】
請求項２に記載の冷凍装置において、
上記過冷却通路（５２）は、上記過冷却熱交換器（４１）を介して上記低圧側圧縮機（１１）の吸入口（１１ａ）に通じ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】
この発明は、例えば、半導体装置の製造設備等に用いられる冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の冷凍装置としては、図１１に示すものが知られている。この冷凍装置は、圧縮機１と、この圧縮機１からの高温冷媒と冷却水との間で熱交換する凝縮器３と、この凝縮器３からの低温冷媒を受ける第１膨張弁４と、この第１膨張弁４からの低温冷媒と低温側ブラインとの間で熱交換する第１の低圧蒸発器５と、上記凝縮器３からの低温冷媒を受ける第２膨張弁６と、この第２膨張弁６からの低温冷媒と高温側ブラインとの間で熱交換する第２の低圧蒸発器５５とを備えている。
【０００３】
上記第１及び第２の低圧蒸発器５，５５の出口は、圧縮機１の同一の吸入口に接続されているため、第１及び第２の低圧蒸発器５，５５の蒸発圧力及び蒸発温度は、基本的には同一になる。
【０００４】
一方、このような半導体装置の製造設備に用いられる冷凍装置においては、冷媒の蒸発温度は、被冷却対象のブラインの設定温度のうちの最も低い設定温度を基準にして決めなければ、冷凍能力が不足する。例えば、高温側ブライン及び低温側ブラインの設定温度の幅が、１００℃〜−１０℃である場合、第１及び第２の低圧蒸発器５，５５における冷媒の蒸発温度は、−２０℃〜−３０℃にしなければ、−１０℃の低温側ブラインに対して十分に冷却能力を発揮できないが、この状態で、高温側ブラインの１００℃と、第２の低圧蒸発器５５の−２０℃〜−３０℃の冷媒の蒸発温度との温度差は、１２０℃〜１３０℃にもなってしまうため、制御性が悪くなる。
【０００５】
また、上記第１及び第２の低圧蒸発器５及び５５がプレ−ト熱交換器である場合、上述の大きな温度差（１２０℃〜１３０℃）による熱応力によって、耐久性がなくなって、プレ−ト熱交換器が破損してしまうという問題がある。
【０００６】
そのため、従来においては、特許第３６５１３７０号公報（特許文献１）の図１に記載の冷凍装置が提案されている。
【０００７】
この冷凍装置では、低温側ブライン用の第１の低圧蒸発器及び高温側ブライン用の第２の低圧蒸発器に、凝縮器を接続し、さらに、上記第２の低圧蒸発器に水熱交換器を接続して、高温側ブラインの冷却時において、第２の蒸発器に冷媒を流さないで、上記水熱交換器で高温側ブラインを冷却して、高温側ブラインの温度と冷媒の蒸発温度との温度差が過大になるということが生じないようにして、制御性及び耐久性を確保している。
【０００８】
しかしながら、上記従来の冷凍装置では、第１及び第２の蒸発器と、凝縮器とに加えて、水熱交換器が必要になって、熱交換器全体（凝縮器、蒸発器及び水熱交換器を含む）の数が多くなって、大型になり、また、コストが高くなるという問題がある。
【特許文献１】特許第３６５１３７０号公報の図１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、この発明の課題は、制御性が良く、耐久性がある上に、熱交換器の数を削減できて、小型、安価な冷凍装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、この発明の冷凍装置は、
直列に接続された低圧側圧縮機及び高圧側圧縮機と、
上記高圧側圧縮機の吐出口に入口が接続された凝縮器と、
上記凝縮器の出口に一端が夫々接続された第１及び第２主膨張機構と、
上記第１主膨張機構の他端に入口が接続される一方、出口が上記低圧側圧縮機の吸入口に接続された低圧蒸発器と、
上記第２主膨張機構の他端に入口が接続される一方、出口が上記低圧側圧縮機の吐出口と高圧側圧縮機の吸入口との間にインジェクション通路を介して接続された中間圧蒸発器と
を有する主冷媒回路を
備えることを特徴としている。
【００１１】
上記構成の冷凍装置によれば、上記第１主膨張機構からの冷媒は、低圧蒸発器で低温側ブラインと熱交換して蒸発して、上記低圧側圧縮機の吸入口に吸引される一方、上記第２主膨張機構からの冷媒は、中間圧蒸発器で高温側ブラインと熱交換して蒸発して、上記低圧側圧縮機の吐出口と高圧側圧縮機の吸入口との間に、インジェクション通路を介して注入されて、高圧側圧縮機の吸入口に吸引される。
【００１２】
したがって、上記低圧側圧縮機の吐出口と高圧側圧縮機の吸入口との間の中間圧で、中間圧蒸発器における冷媒の蒸発温度が制御されるので、上記中間圧蒸発器における冷媒の蒸発温度と高温側ブラインの温度との温度差が過大になることがなくて、制御性が向上し、かつ、熱応力による中間圧蒸発器の耐久性の低下、破損が防止される。
【００１３】
また、上記低圧蒸発器及び中間圧蒸発器の蒸発温度を別々に設定できるので、視点を変えると、ブラインの設定温度範囲を拡大することができる。
【００１４】
また、このように、上記中間圧蒸発器で高温側ブラインと熱交換して蒸発した冷媒は、上記低圧側圧縮機の吐出口と高圧側圧縮機の吸入口との間に、インジェクション通路を介して注入されるので、中間圧蒸発器での冷媒の蒸発温度を高温側ブライン温度に対して適切な蒸発温度とすることができる。
【００１５】
したがって、熱交換器の数を従来よりも削減できて、冷凍装置の小型化、コストダウンを達成できる。
【００１６】
さらに、上記中間圧蒸発器からの冷媒は、インジェクション通路を介して、上記低圧側圧縮機の吐出口と高圧側圧縮機の吸入口との間に注入されるから、この注入された冷媒の温度が、低圧側圧縮機内で圧縮されて高温になった高温冷媒の温度よりも低い場合には、この注入された冷媒で、上記高温冷媒を冷却できて、いわゆるインジェクション効果で、冷凍効率を向上できる。
【００１７】
また、上記低圧側圧縮機と高圧側圧縮機とを直列に接続しているので、冷媒ガスを高圧に圧縮できて、冷凍効率を向上できる。
【００１８】
さらに、上記低圧側圧縮機と高圧側圧縮機との２つの比較的小型の圧縮機を直列に接続しているので、１個の大型の圧縮機を用いる場合に比べて、汎用の安価な小型の圧縮機を用いることができて、冷凍装置が安価になる。
【００１９】
１実施の形態では、
上記凝縮器の出口と、上記第１及び第２主膨張機構の一端との間において、上記主冷媒回路に接続された過冷却熱交換器と、
上記凝縮器の出口と、上記第１及び第２主膨張機構の一端との間において上記主冷媒回路から分岐すると共に、上記過冷却熱交換器を通過して、上記インジェクション通路または上記低圧側圧縮機の吸入口に通じる過冷却通路と、
上記過冷却通路において上記過冷却熱交換器の上流側に接続された過冷却用膨張機構と
を有する過冷却回路を
備える。
【００２０】
上記実施の形態では、上記過冷却熱交換器と過冷却通路と過冷却用膨張機構とを有する過冷却回路を備えるから、上記過冷却熱交換器で過冷却された冷媒は、主冷媒回路の第１及び第２主膨張機構を介して低圧蒸発器及び中間圧蒸発器に供給されるから、過冷却分だけ、冷凍能力を向上することができる。
【００２１】
上記過冷却回路を流れる冷媒は、インジェクション通路を介して、上記高圧側圧縮機の吸入口、あるいは、上記低圧側圧縮機の吸入口に吸引される。
【００２２】
１実施の形態では、
上記過冷却通路は、上記過冷却熱交換器を介して上記インジェクション通路に通じている。
【００２３】
上記実施の形態によれば、上記過冷却熱交換器で過冷却された冷媒は、第１及び第２主膨張機構を経由して、低圧蒸発器及び中間圧蒸発器に供給されるから、過冷却分だけ、冷凍能力を向上できる。
【００２４】
さらに、上記過冷却回路の過冷却用膨張機構と過冷却熱交換器と過冷却通路とを経由した冷媒は、上記インジェクション通路を介して、低圧側圧縮機と高圧側圧縮機との間に注入されるから、この注入される冷媒で、低圧側圧縮機内で圧縮されて高温になった高温冷媒を冷却することができて、いわゆるインジェクション効果及びエコノマイザ効果で、冷凍能力及び冷凍効率を向上できる。
【００２５】
１実施の形態では、
上記インジェクション通路にインジェクション流量調整部を接続している。
【００２６】
上記実施の形態によれば、上記インジェクション流量調整部の開度を調整することによって、中間圧蒸発器における冷媒の蒸発圧力を調整することができる。
【００２７】
したがって、上記中間圧蒸発器の蒸発温度を、高温側ブラインの温度の高低に応じて、高低に調整して、制御を安定化でき、かつ、中間圧蒸発器の耐久性を向上できる。
【００２８】
１実施の形態では、
上記インジェクション流量調整部は、絞りと電磁弁とからなる。
【００２９】
上記実施の形態によれば、上記電磁弁を開閉することによって、簡単かつ安価に、上記インジェクション通路を流れる冷媒の量を調整できる。
【００３０】
したがって、簡単かつ安価に、上記中間圧蒸発器の蒸発温度を、高温側ブラインの温度の高低に応じて、高低に調整して、制御を安定化でき、かつ、中間圧蒸発器の耐久性を向上できる。
【００３１】
１実施の形態では、
上記絞りは、キャピラリである。
【００３２】
上記実施の形態によれば、上記絞りが、キャピラリであるから、構造が簡単で、安価になる。
【００３３】
１実施の形態では、
上記インジェクション流量調整部は、電動弁からなる。
【００３４】
上記実施の形態によれば、上記インジェクション流量調整部が電動弁からなるので、上記電動弁の開度を連続的に変化させて、上記中間蒸発器の蒸発温度を最適な温度にすることができる。
【００３５】
１実施の形態では、
上記高圧側圧縮機の吐出口と、上記インジェクション通路とを接続する第１バイパス通路と、
この第１バイパス通路に設けられた第１流量調整弁と
を備える。
【００３６】
上記実施の形態によれば、上記高圧側圧縮機の吐出口から吐出された冷媒の一部または全部は、上記第１バイパス通路と第１流量調整弁とを経て、上記低圧側圧縮機の吐出口と高圧側圧縮機の吸入口との間に戻すことができる。
【００３７】
したがって、上記第１流量調整弁の開度を制御することによって、冷凍能力の制御ができ、かつ、制御を安定化させることができる。
【００３８】
１実施の形態では、
上記凝縮器の出口と、上記インジェクション通路とを接続する第２バイパス通路と、
この第２バイパス通路に設けられた第２流量調整弁と
を備える。
【００３９】
上記実施の形態によれば、上記高圧側圧縮機の吐出口から、凝縮器、第２バイパス通路及び第２流量調整弁を経由して、上記低圧側圧縮機の吐出口と高圧側圧縮機の吸入口との間に帰る循環経路ができるから、第１及び第２主膨張機構が全閉されたときに、第２流量調整弁を開放して、冷媒を、上記循環経路をへて循環させることができる。したがって、制御を安定させることができる。
【００４０】
１実施の形態では、
上記中間蒸発器は、低温側ブラインと高温側ブラインとのうちの上記高温側ブラインと熱交換するプレート熱交換器である
上記実施の形態によれば、上記中間蒸発器が、高温側ブラインと熱交換するプレート熱交換器であっても、上記中間蒸発器の冷媒の蒸発温度と高温側ブラインの温度との温度差を適切にすることができるから、上記プレート熱交換器の熱応力による破損を防止できる。
【００４１】
１実施の形態では、
上記過冷却通路は、上記過冷却熱交換器を介して上記低圧側圧縮機の吸入口に通じている。
【００４２】
上記実施の形態によれば、上記過冷却熱交換器で過冷却された冷媒は、第１及び第２主膨張機構を経由して、低圧蒸発器及び中間圧蒸発器に供給されるから、過冷却分だけ、冷凍能力を向上することができる。
【００４３】
さらに、上記過冷却用膨張機構と過冷却熱交換器と過冷却通路とを経由した冷媒は、上記中間圧蒸発器からのインジェクション通路に供給されないで、つまり、上記低圧側圧縮機の吐出口と高圧側圧縮機の吸入口との間に供給されなくて、上記低圧側圧縮機の吸入口に供給される。
【００４４】
したがって、上記低圧側圧縮機の吐出口と上記高圧側圧縮機の吸入口との間には、過冷却通路からの冷媒が供給されなくて、インジェクション通路を介して、中間圧蒸発器からの冷媒のみが供給されることになって、中間圧蒸発器を通る冷媒量が増大し、この冷媒量の増大分だけ、中間圧蒸発器の冷凍能力が向上する。
【００４５】
したがって、中間圧蒸発器は、過冷却分に加えて、冷媒量の増大分、冷凍能力が増大する。
【００４６】
なお、上記低圧蒸発器から低圧側圧縮機の吸入口へ流れる冷媒の量は、上記過冷却通路から低圧側圧縮機の吸入口に流れる冷媒の量だけ、減少するため、低圧蒸発器の冷凍能力は減少することになるが、低圧蒸発器の冷凍能力と中間圧蒸発器の冷凍能力とを互いに近い値にすることができる。
【発明の効果】
【００４７】
この発明によれば、制御性が良く、耐久性がある上に、熱交換器の数を削減できて、小型、安価な冷凍装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４９】
（第１実施の形態）
図１に示すように、この冷凍装置は、低圧側圧縮機１１と高圧側圧縮機１２とを直列に接続している。すなわち、上記低圧側圧縮機１１の吐出口１１ｂと高圧側圧縮機１２の吸入口１２ａとを中間通路１３を介して接続している。
【００５０】
上記高圧側圧縮機１２の吐出口１２ｂに凝縮器３の入口を接続している。この凝縮器３は、高温冷媒と冷却水との間で、熱交換を行う。
【００５１】
上記凝縮器３の出口には、第１主膨張弁４の一端と第２主膨張弁６の一端とを夫々接続している。上記第１主膨張弁４は、第１主膨張機構の一例であり、第２主膨張弁６は、第２主膨張機構の一例である。
【００５２】
上記第１主膨張弁４の他端と第２主膨張弁６の他端とには、低圧蒸発器５の冷媒用の入口と中間圧蒸発器７の冷媒用の入口を夫々接続している。
【００５３】
上記低圧蒸発器５においては、低温冷媒と低温側ブラインとの間で熱交換が行われる一方、上記中間圧蒸発器７においては、低温冷媒と高温側ブラインとの間で熱交換が行われる。
【００５４】
上記低圧蒸発器５の冷媒用の出口は、上記低圧側圧縮機１１の吸入口１１ａに接続している。一方、上記中間圧蒸発器７の冷媒用の出口は、インジェクション通路１５を介して、低圧側圧縮機１１の吐出口１１ｂと高圧側圧縮機１２の吸入口１２ａとの間の中間通路１３に接続している。
【００５５】
上記低圧蒸発器５及び中間圧蒸発器７は、プレート熱交換器である。上記中間圧蒸発器７は、図３に示すように、カバープレート７１とカバープレート７２との間に、伝熱プレート７３，７３，・・・を積層して、伝熱プレート７３，７３，・・・の間に、冷媒通路７５，７５，・・・とブライン通路７６，７６，・・・とを形成している。上記カバープレート７１，７２には、上記冷媒通路７５に連通する入口７８、出口（図示せず）、及び、上記ブライン通路７６に連通する入口（図示せず）、出口（図示せず）を設けている。上記低圧蒸発器５も、図示しないが、上記中間圧蒸発器７と同様の構造を有している。
【００５６】
なお、プレート熱交換器の構造は、上述の例の限らず、例えば、特開２０００−２７４９８９号公報、特開２０００−２６６４７９号公報等に記載されているような公知の構造であってもよい。
【００５７】
上記低圧側圧縮機１１、中間通路１３、高圧側圧縮機１２、凝縮器３、第１及び第２主膨張弁４，６、低圧蒸発器５、中間圧蒸発器７及びインジェクション通路１５からなる経路は、主冷媒回路を構成している。
【００５８】
一方、上記高圧側圧縮機１２の吐出口１２ｂと、上記インジェクション通路１５とを第１バイパス通路１６により接続し、この第１バイパス通路１６に第１流量調整弁１７を設けている。
【００５９】
さらに、上記凝縮器３の出口と、上記インジェクション通路１５とを第２バイパス通路２１で接続し、この第２バイパス通路２１に第２流量調整弁２２を設けている。
【００６０】
図２のモリエル線図において、上記高圧側圧縮機１２の吐出口１２ｂでの冷媒ガスの状態は、点Ｑ１で表される。また、上記凝縮器３の出口の冷媒の状態は、点Ｑ２で表され、低圧蒸発器５の入口での冷媒の状態は、点Ｑ３で表され、低圧蒸発器５の出口での冷媒の状態は、点Ｑ４で表される。また、上記中間圧蒸発器７の入口での冷媒の状態は、点Ｑ５で表され、中間圧蒸発器７の出口での冷媒の状態は、点Ｑ６で表される。
【００６１】
上記構成の冷凍装置によれば、上記高圧側圧縮機１２の吐出口１２ｂから吐出された高温のガス冷媒は、凝縮器３で冷却水と熱交換されて冷却されて、低温冷媒となる。この凝縮器３からの低温冷媒の一部は、第１主膨張弁４を経由して、膨張して、さらに低温になって、低圧蒸発器５に供給されて、低温側ブラインを冷却する。そして、この低圧蒸発器５での熱交換で温度の上昇した冷媒ガスは、低圧側圧縮機１１の吸入口１１ａに吸引される。
【００６２】
また、上記凝縮器３からの低温冷媒の他の一部は、第２主膨張弁６を経由して、膨張して、さらに低温になって、中間圧蒸発器７に供給されて、高温側ブラインを冷却する。そして、この中間圧蒸発器５での熱交換で温度の上昇した冷媒ガスは、インジェクション通路１５を介して、低圧側圧縮機１１の吐出口１１ｂと高圧側圧縮機１２の吸入口１２ａとの間の中間通路１３に注入される。
【００６３】
このように、上記第１主膨張弁４からの低温冷媒は、低圧蒸発器５で低温側ブラインと熱交換して蒸発して、低圧側圧縮機１１の吸入口１１ａに吸引される一方、上記第２膨張弁６からの低温冷媒は、中間圧蒸発器７で高温側ブラインと熱交換して蒸発して、低圧側圧縮機１１の吐出口１１ｂと高圧側圧縮機１２の吸入口１２ａとの間の中間通路１３に、インジェクション通路１５を介して吸引される。
【００６４】
したがって、上記中間圧蒸発器７における冷媒の蒸発温度は、上記中間通路１３の中間圧で制御されることになって、上記中間圧蒸発器７における冷媒の蒸発温度と高温側ブラインの温度との温度差が過大になることがなくて、制御性が向上する。
【００６５】
図示しないが、もし、仮に、中間圧蒸発器の出口を低圧側圧縮機の吸入口に接続したとするならば、上記中間圧蒸発器における冷媒の蒸発温度は、低圧側圧縮機の吸入口の低圧で制御されることになって、上記中間圧蒸発器における冷媒の蒸発温度が、低圧蒸発器の蒸発温度と同様の低温となって、高温側ブラインの温度と、中間圧蒸発器における冷媒の蒸発温度との温度差が過大になってしまうのである。
【００６６】
また、上記中間圧蒸発器７が、熱応力に対して比較的に弱いプレート熱交換器であっても、上記中間圧蒸発器７における冷媒の蒸発温度と高温側ブラインの温度との温度差が過大になることがないので、熱応力による耐久性の低下、破損が防止される。
【００６７】
また、上記低圧蒸発器５及び中間圧蒸発器７の蒸発温度を別々に設定できるので、視点を変えると、ブラインの設定温度範囲を拡大することができる。
【００６８】
また、上記中間圧蒸発器７で高温側ブラインと熱交換して蒸発した冷媒は、インジェクション通路１５及び中間通路１３を介して、高圧側圧縮機１２の吸入口１２ｃに吸引されるので、中間圧蒸発器７での冷媒の蒸発温度を高温側ブライン温度に対して適切な蒸発温度とすることができる。したがって、熱交換器の数を従来よりも削減できて、冷凍装置の小型化、コストダウンを達成できる。
【００６９】
さらに、上記中間圧蒸発器７からの冷媒は、インジェクション通路１５を介して、中間通路１３に注入されるから、この注入される冷媒の温度が、低圧側圧縮機１１で圧縮されて高温になった冷媒の温度よりも低い場合には、上記中間通路１３内の冷媒を冷却できて、いわゆるインジェクション効果で、冷凍効率を向上できる。
【００７０】
また、上記低圧側圧縮機１１と高圧側圧縮機１２とを直列に接続しているので、冷媒ガスを高圧に圧縮できて、冷凍効率を向上できる。
【００７１】
さらに、上記低圧側圧縮機１１と高圧側圧縮機１２との２つの比較的小型の圧縮機を直列に接続しているので、１個の大型の圧縮機を用いる場合に比べて、汎用の安価な小型の圧縮機を用いることができて、冷凍装置が安価になる。
【００７２】
また、上記第１流量調整弁１７の開度を調整することによって、高圧側圧縮機１２の吐出口１２ｂから吐出された冷媒の一部または全部は、第１バイパス通路１６と第１流量調整弁１７とインジェクション通路１５を経て、上記中間通路１３に戻る。したがって、上記第１流量調整弁１７の開度を制御することによって、冷凍能力の制御ができ、かつ、制御を安定化させることができる。
【００７３】
また、上記第２流量調整弁２２を開放することによって、高圧側圧縮機１２の吐出口１２ｂから、凝縮器３、第２バイパス通路２１、第２流量調整弁２２及びインジェクション通路１５を経由して、中間通路１３に帰る循環経路ができるから、第１及び第２主膨張弁４及び６が全閉にされたときに、冷媒を、上記循環経路をへて循環させることができる。したがって、この冷凍装置の制御を安定させることができる。
【００７４】
（第２実施の形態）
図４は、第２実施の形態の冷凍装置の回路図である。図４において、図１に示す第１実施の形態の冷凍装置の構成部と同一構成部については、図１の構成部と同一参番号を付して、それらの構成及び作用の説明を省略し、異なる構成部のみについて、以下に説明する。
【００７５】
図４に示す冷凍装置においては、図１に示された第２バイパス通路２１及び第２流量調整弁２２を除去している。
【００７６】
また、図４に示すように、インジェクション通路１５にインジェクション流量調整部３０を接続している。このインジェクション流量調整部３０は、電磁弁３１と、絞りの一例としてのキャピラリ３２とからなり、この電磁弁３１とキャピラリ３２は並列に接続している。
【００７７】
第２実施の形態の冷凍装置によれば、上記インジェクション流量調整部３０の開度を調整し、すなわち、電磁弁３１を開閉することによって、中間圧蒸発器７における冷媒の蒸発圧力を調整することができる。
【００７８】
したがって、上記中間圧蒸発器７の蒸発温度を、高温側ブラインの温度の高低に応じて、高低に調整して、制御を安定化でき、かつ、中間圧蒸発器７の耐久性を向上できる。
【００７９】
第２実施の形態の冷凍装置では、インジェクション流量調整部３０が、並列接続された電磁弁３１とキャピラリ３２からなるので、簡単かつ安価に、上記インジェクション通路１５を流れる冷媒の量を調整できる。したがって、簡単かつ安価に、上記中間圧蒸発器７の蒸発温度を、高温側ブラインの温度の高低に応じて、高低に調整して、制御を安定化でき、かつ、中間圧蒸発器７の耐久性を向上できる。
【００８０】
第２実施の形態の冷凍装置では、絞りとして、キャピラリ３２を用いたので、構造が簡単で、安価になる。
【００８１】
尤も、絞りとして、キャピラリ以外に、オリフィス、チョーク等を用いてもよい。
【００８２】
また、図示しないが、インジェクション流量調整部を１つの電動弁から構成してもよい。
【００８３】
このように、上記インジェクション流量調整部を１つの電動弁から構成すると、上記電動弁の開度を連続的に変化させることができ、したがって、上記中間蒸発器の蒸発温度を連続的に変化させて容易に最適な温度にすることができる。
【００８４】
（第３実施の形態）
図５は、第３実施の形態の冷凍装置の回路図である。図５において、図１に示す第１実施の形態の冷凍装置の構成部と同一構成部については、図１の構成部と同一参番号を付して、それらの構成及び作用の説明を省略し、異なる構成部のみについて、以下に説明する。
【００８５】
図５に示す冷凍装置においては、図１に示された第２バイパス通路２１及び第２流量調整弁２２を除去している。
【００８６】
また、図５の冷凍装置は、過冷却回路４０を備えている。この過冷却回路４００は、過冷却熱交換器４１と、過冷却通路４２と、過冷却用膨張機構の一例としての過冷却用膨張弁４３とを有する。
【００８７】
上記過冷却熱交換器４１は、凝縮器３の出口と、第１及び第２主膨張弁４，６の一端との間の主冷媒回路に接続している。また、上記過冷却通路４２は、過冷却熱交換器４１と第２主膨張弁６の一端との間の主冷媒回路から分岐すると共に、上記過冷却熱交換器４１を介して上記インジェクション通路１５に連通している。また、上記過冷却用膨張弁４３は、過冷却通路４２において上記過冷却熱交換器４１の上流側に接続している。
【００８８】
図６のモリエル線図において、第３実施の形態の冷凍装置の高圧側圧縮機１２の吐出口１２ｂでの冷媒ガスの状態は、点Ｑ１で表される。また、上記凝縮器３の出口の冷媒の状態は、点Ｑ２で表される。また、上記過冷却熱交換器４１の出口の冷媒の状態は、点Ｑ７で表される。また、低圧蒸発器５の入口での冷媒の状態は、点Ｑ３で表され、低圧蒸発器５の出口での冷媒の状態は、点Ｑ４で表される。また、上記中間圧蒸発器７の入口での冷媒の状態は、点Ｑ５で表され、中間圧蒸発器７の出口での冷媒の状態は、点Ｑ６で表される。
【００８９】
第３実施の形態の冷凍装置では、上記過冷却熱交換器４１と過冷却通路４２と過冷却用膨張弁４３とを有する過冷却回路４０を備えるから、上記過冷却熱交換器４１で過冷却された冷媒（図６のモリエル線図において点Ｑ７で表される。）が、主冷媒回路の第１及び第２主膨張弁４，６を介して低圧蒸発器５及び中間圧蒸発器７に供給されるから、図６のモリエル線図から分かるように、過冷却分だけ、冷凍能力を向上することができる。
【００９０】
さらに、上記過冷却回路４０の過冷却用膨張弁４３と過冷却熱交換器４１と過冷却通路４２とを経由した冷媒は、上記インジェクション通路１５を介して、中間通路１３内に注入されるから、低圧側圧縮機１１で圧縮されて吐出口１１ｂから中間通路１３に吐出された高温冷媒を冷却できて、いわゆるインジェクション効果及びエコノマイザ効果で、冷凍能力及び冷凍効率を向上できる。
【００９１】
第３実施の形態の冷凍装置では、過冷却通路４２は、過冷却熱交換器４１よりも下流側の主冷媒回路から分岐したが、過冷却通路は、過冷却熱交換器４１よりも上流側の主冷媒回路から分岐してもよい。
【００９２】
また、第３実施の形態の冷凍装置では、過冷却用膨張機構として過冷却用膨張弁４３を用いたが、過冷却用キャピラリを用いてもよい。
【００９３】
（第４実施の形態）
図７は、第４実施の形態の冷凍装置の回路図である。図７において、図５に示す第３実施の形態の冷凍装置の構成部と同一構成部については、図５の構成部と同一参番号を付して、それらの構成及び作用の説明を省略し、異なる構成部のみについて、以下に説明する。
【００９４】
図７に示す第４実施の形態の冷凍装置は、図５に示す第３実施の形態の冷凍装置とは、図４に示す第２実施の形態のインジェクション流量調整部３０を備える点が異なる。
【００９５】
図７に示すように、上記インジェクション流量調整部３０をインジェクション通路１５に接続している。このインジェクション流量調整部３０は、電磁弁３１と、絞りの一例としてのキャピラリ３２とからなり、この電磁弁３１とキャピラリ３２は並列に接続している。
【００９６】
図８のモリエル線図において、第４実施の形態の冷凍装置の高圧側圧縮機１２の吐出口１２ｂでの冷媒ガスの状態は、点Ｑ１で表される。また、凝縮器３の出口の冷媒の状態は、点Ｑ２で表される。また、過冷却熱交換器４１の出口の冷媒の状態は、点Ｑ７で表される。また、低圧蒸発器５の入口での冷媒の状態は、点Ｑ３で表され、低圧蒸発器５の出口での冷媒の状態は、点Ｑ４で表される。また、中間圧蒸発器７の入口での冷媒の状態は、点Ｑ５で表され、中間圧蒸発器７の出口での冷媒の状態は、点Ｑ６で表される。また、上記インジェクション流量調整部３０の出側での冷媒の状態は、点Ｑ８で表される。
【００９７】
第４実施の形態の冷凍装置によれば、上記インジェクション流量調整部３０が、並列接続された電磁弁３１とキャピラリ３２からなるので、電磁弁３１を開閉することによって、中間圧蒸発器７における冷媒の蒸発圧力を調整することができる。
【００９８】
したがって、上記中間圧蒸発器７の蒸発温度を、高温側ブラインの温度の高低に応じて、高低に調整して、制御を安定化でき、かつ、中間圧蒸発器７の耐久性を向上できる。
【００９９】
第４実施の形態の冷凍装置では、絞りとして、キャピラリ３２を用いたが、オリフィス、チョーク等を用いてもよい。
【０１００】
また、図示しないが、インジェクション流量調整部を１つの電動弁から構成してもよい。
【０１０１】
このように、上記インジェクション流量調整部を１つの電動弁から構成すると、上記電動弁の開度を連続的に変化させることができ、したがって、上記中間蒸発器の蒸発温度を連続的に変化させて容易に最適な蒸発温度にすることができる。
【０１０２】
（第５実施の形態）
図９は、第５実施の形態の冷凍装置の回路図である。図９において、図５に示す第３実施の形態の冷凍装置の構成部と同一構成部については、図５の構成部と同一参番号を付して、それらの構成及び作用の説明を省略し、異なる構成部のみについて、以下に説明する。
【０１０３】
図５に示す第３実施の形態の冷凍装置では、過冷却回路４０の過冷却通路４２をインジェクション通路１５に接続しているのに対して、図９に示す第５実施の形態の冷凍装置では、過冷却回路５０の過冷却通路５２を低圧側圧縮機１１の吸入口１１ａに接続している。
【０１０４】
図９に示すように、第５実施の形態の冷凍装置の過冷却回路５０は、過冷却熱交換器４１と、過冷却通路５２と、過冷却用膨張機構の一例としての過冷却用膨張弁４３とを有する。
【０１０５】
上記過冷却熱交換器４１は、凝縮器３の出口と、第１及び第２主膨張弁４，６の一端との間の主冷媒回路に接続している。また、上記過冷却通路５２は、過冷却熱交換器４１と第２主膨張弁６の一端との間の主冷媒回路から分岐すると共に、上記過冷却熱交換器４１を介して低圧側圧縮機１１の吸入口１１ａに連通している。また、上記過冷却用膨張弁４３は、過冷却通路５２において上記過冷却熱交換器４１の上流側に接続している。
【０１０６】
図１０のモリエル線図において、第５実施の形態の冷凍装置の高圧側圧縮機１２の吐出口１２ｂでの冷媒ガスの状態は、点Ｑ１で表される。また、上記凝縮器３の出口の冷媒の状態は、点Ｑ２で表される。また、上記過冷却熱交換器４１の出口の冷媒の状態は、点Ｑ７で表される。また、低圧蒸発器５の入口での冷媒の状態は、点Ｑ３で表され、低圧蒸発器５の出口での冷媒の状態は、点Ｑ４で表される。また、上記中間圧蒸発器７の入口での冷媒の状態は、点Ｑ５で表され、中間圧蒸発器７の出口での冷媒の状態は、点Ｑ６で表される。
【０１０７】
第５実施の形態の冷凍装置では、上記過冷却熱交換器４１と過冷却通路５２と過冷却用膨張弁４３とを有する過冷却回路５０を備えるから、上記過冷却熱交換器４１で過冷却された冷媒（図１０のモリエル線図において点Ｑ７で表される。）が、主冷媒回路の第１及び第２主膨張弁４，６を介して低圧蒸発器５及び中間圧蒸発器７に供給されるから、図１０のモリエル線図から分かるように、過冷却分だけ、冷凍能力を向上することができる。
【０１０８】
さらに、上記過冷却回路５０の過冷却用膨張弁４３と過冷却熱交換器４１と過冷却通路５２とを経由した冷媒は、上記中間圧蒸発器７からのインジェクション通路１５に供給されないで、つまり、低圧側圧縮機１１の吐出口１１ｂと高圧側圧縮機１２の吸入口１２ｂとの間の中間通路１３に供給されないで、低圧側圧縮機１１の吸入口１１ａに供給される。したがって、第１バイパス通路１６の第１流量調整弁１７を閉鎖して状態では、低圧側圧縮機１１の吐出口１１ｂと高圧側圧縮機１２の吸入口１２ｂとの間の中間通路１３に供給される冷媒は、全て、中間圧蒸発器７を通ることになって、中間圧蒸発器７から上記中間通路１３への冷媒流量が第３及び第４実施の形態に比べて増大することになって、中間圧蒸発器７の高温側ブラインに対する冷凍能力が向上する。
【０１０９】
このように、この第５実施の形態の冷凍装置では、中間通路１３にインジェクションする冷媒を全て中間圧蒸発器７に流すことができるので、過冷却熱交換器４１による過冷却分に加えて、中間圧蒸発器７に流れる冷媒流量の増大分だけ、高温側ブラインに対する中間圧蒸発器７の冷凍能力が増大する。
【０１１０】
なお、上記低圧蒸発器７から低圧側圧縮機１１の吸入口１１ａへ流れる冷媒の量は、過冷却回路５０の過冷却通路５２から低圧側圧縮機１１の吸入口１１ａに流れる冷媒の量だけ、第３及び第４実施の形態に比べて、減少するため、低圧蒸発器７の冷凍能力は減少することになるが、低圧蒸発器７の冷凍能力と中間圧蒸発器７の冷凍能力とを互いに近い値にすることができる。
【０１１１】
第５実施の形態の冷凍装置では、上記過冷却通路５２は、過冷却熱交換器４１よりも下流側の主冷媒回路から分岐したが、過冷却通路は、図示しないが、過冷却熱交換器４１よりも上流側の主冷媒回路から分岐してもよい。
【０１１２】
また、第５実施の形態の冷凍装置では、過冷却用膨張機構として過冷却用膨張弁４３を用いたが、過冷却用キャピラリを用いてもよい。
【０１１３】
また、第５実施の形態の冷凍装置のインジェクション通路１５には、インジェクション流量調整部を設けていないが、図４及び７に記載のインジェクション流量調整部３０を設けてもよい。
【０１１４】
第１から第５実施の形態の冷凍装置では、低圧蒸発器及び中間圧蒸発器として、プレート熱交換器を用いたが、２重管式熱交換器等の他の形式の熱交換器を用いてもよい。
【０１１５】
また、第１から第５実施の形態の冷凍装置では、低圧蒸発器及び中間圧蒸発器は、夫々、１個であったが、これらの一方または両方が、複数個であってもよい。
【０１１６】
また、第１から第５実施の形態のうちの１つの実施の形態の冷凍装置の構成要素であって、他の実施の形態の冷凍装置に用いることができる構成要素は、その他の実施の形態の冷凍装置に用いてもよいことは勿論である。例えば、第１実施の形態の冷凍装置の第２バイパス通路２１及び第２流量調整弁２２を、第２から第５実施の形態の冷凍装置に付加してもよい。
【０１１７】
また、上記第１及び第２流量調整弁１７，２２は、開閉弁であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】図１は、この発明の第１実施の形態の冷凍装置の回路図である。
【図２】図２は、第１実施の形態の冷凍装置の冷媒の状態を表すモリエル線図である。
【図３】図３は、プレート熱交換器の要部の断面図である。
【図４】図４は、この発明の第２実施の形態の冷凍装置の回路図である。
【図５】図５は、この発明の第３実施の形態の冷凍装置の回路図である。
【図６】図６は、第３実施の形態の冷凍装置の冷媒の状態を表すモリエル線図である。
【図７】図７は、この発明の第４実施の形態の冷凍装置の回路図である。
【図８】図８は、第４実施の形態の冷凍装置の冷媒の状態を表すモリエル線図である。
【図９】図９は、この発明の第５実施の形態の冷凍装置の回路図である。
【図１０】図１０は、第５実施の形態の冷凍装置の冷媒の状態を表すモリエル線図である。
【図１１】図１１は、従来の冷凍装置の回路図である。
【符号の説明】
【０１１９】
３  凝縮器
４  第１主膨張弁
５，５５  低圧蒸発器
６  第２主膨張弁
７  中間圧蒸発器
１１  低圧側圧縮機
１１ａ，１２ａ  吸入口
１１ｂ，１２ｂ  吐出口
１２  高圧側圧縮機
１３  中間通路
１５  インジェクション通路
１６  第１バイパス通路
１７  第１流量調整弁
２１  第２バイパス通路
２２  第２流量調整弁
３０  インジェクション流量調整部
３１  電磁弁
３２  キャピラリ
４０，５０  過冷却回路
４１  過冷却熱交換器
４２，５２  過冷却通路
４３  過冷却用膨張弁
【図１】
2009198081.tif 000003
【図２】
2009198081.tif 000004
【図３】
2009198081.tif 000005
【図４】
2009198081.tif 000006
【図５】
2009198081.tif 000007
【図６】
2009198081.tif 000008
【図７】
2009198081.tif 000009
【図８】
2009198081.tif 000010
【図９】
2009198081.tif 000011
【図１０】
2009198081.tif 000012
【図１１】
2009198081.tif 000013