JP7229057B2

JP7229057B2 - 冷却装置

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Publication number: JP7229057B2
Application number: JP2019055738A
Authority: JP
Inventors: 彌永田
Original assignee: Sanden Retail Systems Corp
Current assignee: Sanden Retail Systems Corp
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2023-02-27
Anticipated expiration: 2039-03-22
Also published as: JP2020153651A

Description

本発明は、例えば、冷凍ショーケースに適用される冷却装置に関するものである。

従来、この種の冷却装置としては、低段側圧縮部及び高段側圧縮部を有する圧縮機、放熱器、低圧膨張弁、蒸発器が順に接続された主冷媒流路と、主冷媒流路における放熱器と低圧膨張弁との間から分岐して高段側圧縮部の冷媒吸入側に接続される中圧冷媒流路と、主冷媒流路における放熱器と低圧膨張弁との間を流通する冷媒と中圧冷媒流路を流通する冷媒とを熱交換する過冷却熱交換器と、中圧冷媒流路における過冷却熱交換器よりも冷媒流通方向上流側に設けられた中圧膨張弁と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

前記冷却装置は、高段側圧縮部から吐出される冷媒の温度の上昇を抑制するため、高段側圧縮部に吸入される冷媒の過熱度が目標として設定された目標過熱度となるように、中圧膨張弁の弁開度を制御している。また、前記冷却装置は、低段側圧縮部における液圧縮及び低段側圧縮部から吐出される冷媒の温度の上昇を抑制するため、低段側圧縮部に吸入される冷媒の過熱度が目標として設定された目標過熱度となるように、低圧膨張弁の弁開度を制御している。

特開２００９－１９２１６４号公報

前記冷却装置は、圧縮機を停止している状態から起動した後しばらくの間、冷媒回路における冷媒の温度や圧力等の冷媒の状態が不安定となる。冷媒回路における冷媒の状態が不安定な場合には、中圧膨張弁の弁開度及び低圧膨張弁の弁開度を同時に制御すると、主冷媒流路の低圧側及び中圧冷媒流路の一方の冷媒流量が多くなり、他方の冷媒流量が少なくなる状態が生じ得る。この場合に、冷却装置は、異常な状態での運転と判断して安全装置によって運転が停止される可能性がある。

本発明の目的とするところは、圧縮機の起動時、外乱変動時または外気や負荷変動など外乱の影響下において冷凍サイクル及び冷凍能力の安定化を図ることのできる冷却装置を提供することにある。

本発明の冷却装置は、前記目的を達成するために、低段側圧縮部及び高段側圧縮部を有する圧縮機、放熱器、低圧膨張弁、蒸発器が順に接続された主冷媒流路と、前記主冷媒流路における前記放熱器と前記低圧膨張弁との間から分岐して前記高段側圧縮部の冷媒吸入側に接続される中圧冷媒流路と、前記主冷媒流路における前記放熱器と前記低圧膨張弁との間を流通する冷媒と前記中圧冷媒流路を流通する冷媒とを熱交換する過冷却熱交換器と、前記中圧冷媒流路における前記過冷却熱交換器よりも冷媒流通方向の上流側に設けられ、前記中圧冷媒流路における冷媒の流量を制御する流量制御部と、前記主冷媒流路における高圧側の圧力を検出する圧力検出部と、前記放熱器の冷媒流出側の冷媒の温度を検出する放熱器出口温度検出部と、前記圧力検出部の検出圧力及び前記放熱器出口温度検出部の検出温度に基づいて冷媒の状態を取得し、取得した冷媒の状態が臨界圧力未満において液冷媒でない場合または臨界圧力以上における所定の密度以下となる場合に前記流量制御部によって前記中圧冷媒流路における冷媒の流れを遮断し、取得した冷媒の状態が臨界圧力未満における液冷媒となる場合または臨界圧力以上における前記所定の密度よりも大きい場合に前記流量制御部により前記中圧冷媒流路における冷媒の流れを調節する中圧冷媒流路開閉制御部と、を備えている。

本発明によれば、冷媒回路を流通する冷媒の状態が不安定な場合に、中圧冷媒流路への冷媒の流通を規制して主冷媒流路の低圧側に冷媒を流通させることによって、冷媒回路における冷媒の不安定な状態を解消することができる。

本発明の一実施形態を示す冷却装置の概略構成図である。制御系を示すブロック図である。低圧膨張弁開度調整処理を示すフローチャートである。中圧冷媒流量調整処理を示すフローチャートである。電磁弁の開閉の条件を示すｐ－ｈ線図である。

図１乃至図５は、本発明の一実施形態を示すものである。

本発明の冷却装置１は、例えば、コンビニエンスストアの店舗内に設置される冷凍ショーケースに適用されるものである。この冷却装置１は、図１に示すように、所謂二段圧縮一段膨張サイクルを構成する冷媒回路１０を備え、後述する蒸発器によってショーケースの商品収納部を冷却するものである。

冷媒回路１０は、圧縮機１１、放熱器１２、過冷却熱交換器１３、低圧膨張弁１４、蒸発器１５、流量制御部としての中圧膨張弁１６、流量制御部としての電磁弁１７をステンレス管や銅管によって接続することで構成されている。冷媒回路１０を流通する冷媒としては、高圧側が超臨界状態となる冷媒が用いられる。本実施形態で用いられる冷媒は、例えば、二酸化炭素である。

圧縮機１１は、低段側圧縮部１１ａ及び高段側圧縮部１１ｂを有する二段圧縮機である。圧縮機１１は、吸入した冷媒を低段側圧縮部１１ａにおいて圧縮して吐出し、低段側圧縮部１１ａから吐出された冷媒を高段側圧縮部１１ｂにおいて圧縮して吐出する。

放熱器１２は、一対の冷媒流路が設けられた、例えば、フィンチューブ式の熱交換器である。放熱器１２は、圧縮機１１の低段側圧縮部１１ａから吐出された中圧冷媒が流通する中圧冷媒流路と、高段側圧縮部１１ｂから吐出された高圧冷媒が流通する高圧冷媒流路と、を有している。また、放熱器１２の近傍には、放熱器を流通する冷媒と熱交換する空気を流通させるための放熱器用送風機１２ａが設けられている。

蒸発器１５は、ショーケースの商品収納部に供給する空気が流通する空気流通路に設けられている。蒸発器１５の近傍には、蒸発器１５を流通する冷媒と熱交換する空気を流通させるための蒸発器用送風機１５ａが設けられている。

冷媒回路１０の回路構成を具体的に説明すると、圧縮機１１の低段側圧縮部１１ａの冷媒吐出側には、放熱器１２の中圧冷媒流路の冷媒流入側を接続することにより冷媒流通路１０ａが形成されている。放熱器１２の中圧冷媒流路の冷媒流出側には、圧縮機１１の高段側圧縮部１１ｂの冷媒吸入側を接続することにより冷媒流通路１０ｂが接続されている。圧縮機１１の高段側圧縮部１１ｂの冷媒吐出側には、放熱器１２の高圧冷媒流路の冷媒流入側を接続することにより冷媒流通路１０ｃが形成されている。放熱器１２の高圧冷媒流路の冷媒流出側には、過冷却熱交換器１３の高圧冷媒流路の冷媒流入側を接続することにより冷媒流通路１０ｄが形成されている。過冷却熱交換器１３の高圧冷媒流路の冷媒流出側には、蒸発器１５の冷媒流入側を接続することにより冷媒流通路１０ｅが形成されている。冷媒流通路１０ｅには、低圧膨張弁１４が設けられている。蒸発器１５の冷媒流出側には、圧縮機１１の低段側圧縮部１１ａの冷媒吸入側を接続することにより冷媒流通路１０ｆが形成されている。冷媒回路１０においては、冷媒流通路１０ａ，１０ｂ，１０ｃ、１０ｄ，１０ｅ，１０ｆによって、圧縮機１１、放熱器１２、過冷却熱交換器１３の高圧冷媒流路、低圧膨張弁１４及び蒸発器１５を接続することによって主冷媒流路が構成される。

また、放熱器１２の高圧冷媒流路の冷媒流出側には、冷媒流通路１０ｄから分岐して過冷却熱交換器１３の中圧冷媒流路の冷媒流入側を接続することにより冷媒流通路１０ｇが形成されている。冷媒流通路１０ｇには、冷媒流通路１０ｄ側から順に、中圧膨張弁１６、流路開閉弁としての電磁弁１７が向けられている。過冷却熱交換器１３の中圧冷媒流路の冷媒流出側には、圧縮機１１の高段側圧縮部１１ｂの冷媒吸入側を接続することにより冷媒流通路１０ｈが形成されている。冷媒回路１０においては、冷媒流通路１０ｇ，１０ｈによって、中圧膨張弁１６、電磁弁１７、過冷却熱交換器１３を接続することによって中圧冷媒流路が構成される。

また、冷却装置１は、冷媒回路１０の動作を制御するためのコントローラ２０を備えている。

コントローラ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ，ＲＡＭを有している。コントローラ２０は、入力側に接続された装置からの入力信号を受信すると、ＣＰＵが、入力信号に基づいてＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出すとともに、入力信号によって検出された状態をＲＡＭに記憶したり、出力側に接続された装置に出力信号を送信したりする。

コントローラ２０の入力側には、図２に示すように、圧縮機１１と、放熱器１２の高圧冷媒流路の冷媒吐出側の圧力を検出するための圧力検出部としての圧力センサ２１と、高段側圧縮部１１ｂの冷媒吐出側の冷媒温度を検出するための吐出温度検出部としての第１温度センサ２２と、放熱器１２の高圧冷媒流路の冷媒吐出側の冷媒温度を検出するための放熱器出口温度検出部としての第２温度センサ２３と、過冷却熱交換器１３の高圧冷媒流路の冷媒流出側の冷媒温度を検出するための第３温度センサ２４と、蒸発器１５の冷媒流入側の冷媒温度を検出するための第４温度センサ２５と、蒸発器１５の冷媒流出側の冷媒温度を検出するための第５温度センサ２６と、過冷却熱交換器１３の中圧冷媒流路の冷媒流入側の温度を検出するための第６温度センサ２７と、高段側圧縮部１１ｂに吸入される冷媒の温度を検出するための第７温度センサ２８と、が接続されている。

また、コントローラ２０の出力側には、圧縮機１１、低圧膨張弁１４、中圧膨張弁１６及び電磁弁１７が接続されている。

以上のように構成された冷却装置１の冷媒回路１０において、圧縮機１１の低段側圧縮部１１ａから吐出された冷媒は、放熱器１２の中圧冷媒流路、高段側圧縮部１１ｂ、放熱器１２の高圧冷媒流路、の順に流通する。放熱器１２の高圧冷媒流路から流出した冷媒の一部は、過冷却熱交換器１３の高圧冷媒流路、低圧膨張弁１４、蒸発器１５、の順に流通して圧縮機１１の低段側圧縮部１１ａに吸入される。また、放熱器１２の高圧冷媒流路から流出したその他の冷媒は、中圧膨張弁１６、過冷却熱交換器１３の中圧冷媒流路、の順に流通して圧縮機１１の高段側圧縮部１１ｂに吸入される。

これにより、放熱器１２の高圧冷媒流路から流出した冷媒の一部は、過冷却熱交換器１３において放熱し、低圧膨張弁１４において減圧されて蒸発器１５において吸熱する。また、放熱器１２の高圧冷媒流路から流出したその他の冷媒は、中圧膨張弁１６において減圧されて過冷却熱交換器１３において吸熱する。

また、蒸発器１５では、冷媒が吸熱することによって、空気が冷媒と熱交換して冷却される。ショーケースの商品収納部内は、蒸発器１５において冷却された空気によって冷却される。

さらに、冷媒回路１０では、低圧膨張弁１４の弁開度を調整することによって、圧縮機１１の低段側圧縮部１１ａに吸入される冷媒の過熱度を制御することで、圧縮機１１の低段側圧縮部１１ａにおける液圧縮や低段側圧縮部１１ａから吐出される冷媒の温度の異常な温度の上昇を抑制している。

また、冷媒回路１０では、中圧膨張弁１６の弁開度を調整することによって、過冷却熱交換器１３の高圧冷媒流路から流出する冷媒の過冷却度を制御し、冷却装置１の成績係数の向上を図っている。さらに、冷媒回路１０では、中圧膨張弁１６の弁開度を調整することによって、圧縮機１１の高段側圧縮部１１ｂに吸入される冷媒の過熱度を制御し、高段側圧縮部１１ｂにおける液圧縮や高段側圧縮部１１ｂから吐出される冷媒の温度の異常な温度の上昇を抑制している。

コントローラ２０は、低圧膨張弁開度制御部として、低段側圧縮部１１ａに吸入される冷媒の過熱度を制御するとともに、高段側圧縮部１１ｂから吐出される冷媒の異常な温度の上昇を抑制するために、低圧膨張弁１４の弁開度を調整する低圧膨張弁開度調整処理を行う。このときのコントローラ２０の動作を図３のフローチャートを用いて説明する。

（ステップＳ１）
ステップＳ１においてＣＰＵは、圧縮機１１が起動されたか否かを判定する。圧縮機１１が起動されたと判定した場合にはステップＳ２に処理を移し、圧縮機１１が起動されたと判定しなかった場合にはステップＳ１の処理を繰り返す。

（ステップＳ２）
ステップＳ１において圧縮機１１が起動されたと判定した場合に、ステップＳ２においてＣＰＵは、圧縮機１１の低段側圧縮部１１ａに吸入される冷媒の過熱度を制御する低段側過熱度制御を実行し、ステップＳ３に処理を移す。

ここで、低段側過熱度制御は、第４温度センサ２５の検出温度Ｔ４及び第５温度センサ２６の検出温度Ｔ５に基づいて低圧膨張弁１４の弁開度を調整する。具体的には、第４温度センサ２５の検出温度Ｔ４と第５温度センサ２６の検出温度Ｔ５との温度差（Ｔ５－Ｔ４）が所定温度差となるように、低圧膨張弁１４の弁開度を調整する。

（ステップＳ３）
ステップＳ３においてＣＰＵは、圧力センサ２１の検出圧力ＰｓＨが所定の圧力Ｐｓ１以上か否かを判定する。圧力センサ２１の検出圧力ＰｓＨが所定の圧力Ｐｓ１以上と判定した場合にはステップＳ４に処理を移し、圧力センサ２１の検出圧力ＰｓＨが所定の圧力Ｐｓ１以上と判定しなかった場合にはステップＳ２に処理を移す。

（ステップＳ４）
ステップＳ４においてＣＰＵは、低圧膨張弁１４の弁開度を所定開度開いて固定し、ステップＳ５に処理を移す。

（ステップＳ５）
ステップＳ５においてＣＰＵは、低圧膨張弁１４の弁開度を維持し、ステップＳ６に処理を移す。

（ステップＳ６）
ステップＳ５において低圧膨張弁１４の弁開度を維持した後、ステップＳ６においてＣＰＵは、圧力センサ２１の検出圧力ＰｓＨが所定の圧力Ｐｓ２（Ｐｓ２＜Ｐｓ１）以下か否かを判定する。圧力センサ２１の検出圧力ＰｓＨが所定の圧力Ｐｓ２以下と判定した場合にはステップＳ２に処理を移し、圧力センサ２１の検出圧力ＰｓＨが所定の圧力Ｐｓ２以下と判定しなかった場合にはステップＳ５に処理を移す。

また、コントローラ２０は、中圧冷媒流路開閉制御部及び中圧膨張弁開度制御部として、圧縮機１１の起動時における冷媒の不安定さを回避するために中圧冷媒流路の開閉を切り替える制御、過冷却熱交換器１３の高圧冷媒流路の冷媒吐出側の冷媒の過冷却度の制御、及び、圧縮機１１の高段側圧縮部１１ｂに吸入される冷媒の過熱度の制御、を切り替えて実行する中圧冷媒流量調整処理を行う。このときのコントローラ２０の動作を図４のフローチャートを用いて説明する。

（ステップＳ１１）
ステップＳ１１においてＣＰＵは、圧縮機１１が起動されたか否かを判定する。圧縮機１１が起動されたと判定した場合にはステップＳ１２に処理を移し、圧縮機１１が起動されたと判定しなかった場合にはステップＳ１１の処理を繰り返す。

（ステップＳ１２）
ステップＳ１２においてＣＰＵは、電磁弁１７を閉鎖し、ステップＳ１３に処理を移す。

（ステップＳ１３）
ステップＳ１３においてＣＰＵは、電磁弁１７を開放するための条件が成立したか否かを判定する。電磁弁１７を開放するための条件が成立したと判定した場合にはステップＳ１４に処理を移し、電磁弁１７を開放するための条件が成立したと判定しなかった場合にはステップＳ１２に処理を移す。

ここで、電磁弁１７を開放するための条件とは、圧力センサ２１の検出圧力ＰｓＨ及び第２温度センサ２３の検出温度Ｔ２から取得される放熱器１２の高圧冷媒流路の冷媒吐出側における冷媒の状態が、所定の状態となって所定時間継続した場合である。具体的に説明すると、コントローラ２０は、図５に示すように、記憶領域に二酸化炭素のｐ－ｈ線図（圧力－比エンタルピ線図）に関するテーブルを備えており、入力された圧力及び温度のデータに対応する冷媒の状態に関するデータを出力する。図５のｐ－ｈ線図における符号ａは、等温線を示す。また、図５のｐ－ｈ線図における符号ｂは、それぞれ、等密度線であり、右側から順に、３００ｋｇ／ｍ^３、４００ｋｇ／ｍ^３、４８０ｋｇ／ｍ^３、７３０ｋｇ／ｍ^３の等密度線を示す。電磁弁１７を開放するための条件の一つである冷媒の所定の状態とは、臨界圧力未満における液冷媒となる場合または臨界圧力以上における所定の密度よりも大きい場合である（図５における線Ｌよりも左側）。ここで、所定の密度は、３００ｋｇ／ｍ^３以上７３０ｋｇ／ｍ^３以下の範囲内であることが好ましく、４００ｋｇ／ｍ^３以上４８０ｋｇ／ｍ^３以下の範囲内であることがより好ましい。

（ステップＳ１４）
ステップＳ１３において電磁弁１７を開放するための条件が成立したと判定した場合に、ステップＳ１４においてＣＰＵは、電磁弁１７を開放してステップＳ１５に処理を移す。

（ステップＳ１５）
ステップＳ１５においてＣＰＵは、過冷却熱交換器１３の高圧冷媒流路の冷媒吐出側の冷媒の過冷却度を制御する過冷却度制御を実行し、ステップＳ１６に処理を移す。

ここで、過冷却度制御は、第２温度センサ２３の検出温度Ｔ２及び第３温度センサ２４の検出温度Ｔ３に基づいて中圧膨張弁１６の弁開度を制御する。具体的には、第２温度センサ２３の検出温度Ｔ２と第３温度センサの検出温度Ｔ３との温度差（Ｔ３－Ｔ２）が目標として設定された温度差となるように、中圧膨張弁１６の弁開度を調整する。

（ステップＳ１６）
ステップＳ１６においてＣＰＵは、電磁弁１７を閉鎖するための条件が成立したか否かを判定する。電磁弁１７を閉鎖するための条件が成立したと判定した場合にはステップＳ１２に処理を移し、電磁弁１７を開放するための条件が成立したと判定しなかった場合にはステップＳ１７に処理を移す。

ここで、電磁弁１７を閉鎖するための条件とは、圧力センサ２１の検出圧力ＰｓＨ及び第２温度センサ２３の検出温度Ｔ２から取得される放熱器１２の高圧冷媒流路の冷媒吐出側における冷媒の状態が、所定の状態となって所定時間継続した場合である。電磁弁１７を閉鎖するための条件の一つである冷媒の所定の状態とは、臨界圧力未満において液冷媒でない場合または臨界圧力以上における所定の密度（３００ｋｇ／ｍ^３以上７３０ｋｇ／ｍ^３以下の範囲内、より好ましくは、４００ｋｇ／ｍ^３以上４８０ｋｇ／ｍ^３以下の範囲内）以下となる場合である（図５における線Ｌを含む右側）。

（ステップＳ１７）
ステップＳ１６において電磁弁１７を開放するための条件が成立したと判定しなかった場合に、ステップＳ１７においてＣＰＵは、第１温度センサ２２の検出温度Ｔ１が第１所定温度Ｔｓ１以上であるか否かを判定する。第１温度センサ２２の検出温度Ｔ１が第１所定温度Ｔｓ１以上であると判定した場合にはステップＳ１８に処理を移し、第１温度センサ２２の検出温度Ｔ１が第１所定温度Ｔｓ１以上であると判定しなかった場合にはステップＳ１５に処理を移す。

ここで、第１温度センサ２２の検出温度Ｔ１が第１所定温度Ｔｓ１以上である状態は、ステップＳ１５において過冷却度制御を行った結果、過冷却熱交換器１３の中圧冷媒流路を流通する冷媒の吸熱量が増加し、高段側圧縮部１１ｂに吸入される冷媒の過熱度が高くなった状態である。

（ステップＳ１８）
ステップＳ１８においてＣＰＵは、圧縮機１１の高段側圧縮部１１ｂに吸入される冷媒の過熱度を制御する高段側過熱度制御を実行し、ステップＳ１９に処理を移す。

ここで、高段側過熱度制御は、第６温度センサ２７の検出温度Ｔ６及び第７温度センサ２８の検出温度Ｔ７に基づいて中圧膨張弁１６の弁開度を調整する。具体的には、第６温度センサ２７の検出温度Ｔ６と第７温度センサ２８の検出温度Ｔ７との温度差（Ｔ６－Ｔ７）が目標として設定された温度差となるように、中圧膨張弁１６の弁開度を調整する。

（ステップＳ１９）
ステップＳ１９においてＣＰＵは、第１温度センサ２２の検出温度Ｔ１が第２所定温度Ｔｓ２（Ｔｓ２＜Ｔｓ１）未満であるか否かを判定する。第１温度センサ２２の検出温度Ｔ１が第２所定温度Ｔｓ２未満であると判定した場合にはステップＳ１５に処理を移し、第１温度センサ２２の検出温度Ｔ１が第２所定温度Ｔｓ２未満であると判定しなかった場合にはステップＳ１８に処理を移す。

ここで、第１温度センサ２２の検出温度Ｔ１が第２所定温度Ｔｓ２未満である状態は、高段側過熱度制御によって、高段側圧縮部１１ｂに吸入される冷媒の過熱度が適正な過熱度となった状態である。

このように、本実施形態の冷却装置１によれば、コントローラ２０は、圧力センサ２１の検出圧力ＰｓＨ及び第２温度センサ２３の検出温度Ｔ２に基づいて冷媒の状態を取得し、取得した冷媒の状態が臨界圧力未満において液冷媒でない場合または臨界圧力以上における所定の密度以下となる場合に電磁弁１７を閉鎖して中圧冷媒流路における冷媒の流通を遮断し、取得した冷媒の状態が臨界圧力未満における液冷媒となる場合または臨界圧力以上における所定の密度よりも大きい場合に電磁弁１７を開放して中圧冷媒流路における冷媒の流通を調節する。

これにより、冷媒回路１０を流通する冷媒の状態が不安定な場合に、中圧冷媒流路への冷媒の流通を規制して主冷媒流路の低圧側に冷媒を流通させることによって、冷媒回路１０における冷媒の不安定な状態を解消することができる。よって、冷凍サイクルの冷凍能力が急激に低下するような状態を解消することができる。

また、冷媒回路１０を流通する冷媒は、二酸化炭素であり、臨界圧力以上における所定の密度は、３００ｋｇ／ｍ^３以上７３０ｋｇ／ｍ３以下の範囲内、より好ましくは、４００ｋｇ／ｍ３以上４８０ｋｇ／ｍ３以下の範囲内である。

これにより、臨界圧力以上における３００ｋｇ／ｍ^３以上７３０ｋｇ／ｍ３以下の範囲内、より好ましくは、４００ｋｇ／ｍ３以上４８０ｋｇ／ｍ３以下の範囲内の冷媒の密度を基準として電磁弁１７の開閉を切り替えることによって、冷媒回路１０を流通する冷媒の状態が不安定となる状態を確実に抑制することが可能となる。

また、コントローラ２０は、電磁弁１７を開放した状態において、過冷却熱交換器１３の高圧冷媒流路の冷媒流出側の冷媒の過冷却度が目標として設定した目標過冷却度となるように前記中圧膨張弁１６の弁開度を制御する。

これにより、過冷却熱交換器１３の高圧冷媒流路の冷媒流出側の冷媒の過冷却度を目標過冷却度とすることによって、成績係数（ＣＯＰ）の高い運転を行って運転効率の向上を図ることが可能となる。

また、コントローラ２０は、過冷却熱交換器１３の高圧冷媒流路の冷媒流出側の冷媒の過冷却度が目標過冷却度となるように中圧膨張弁１６の弁開度を制御している状態で、第１温度センサ２２によって第１所定温度Ｔｓ１以上の温度が検出されると、過冷却熱交換器１３の中圧冷媒流路の冷媒流出側の冷媒の過熱度が目標として設定された目標過熱度となるように中圧膨張弁１６の弁開度を制御する。

これにより、過冷却熱交換器１３の中圧冷媒流路の冷媒流出側の冷媒の過熱度を目標過熱度とすることによって、圧縮機１１の高段側圧縮部１１ｂから吐出される冷媒の温度の上昇を抑制することが可能となる。

また、コントローラ２０は、過冷却熱交換器１３の中圧冷媒流路の冷媒流出側の冷媒の過熱度が目標過熱度となるように前記中圧膨張弁の弁開度を制御している状態で、第１温度センサ２２によって第２所定温度Ｔｓ２未満の温度が検出されると、過冷却熱交換器１３の高圧冷媒流路の冷媒流出側の冷媒の過冷却度が目標過冷却度となるように中圧膨張弁１６の弁開度を制御する。

これにより、圧縮機１１の高段側圧縮部１１ｂから吐出される冷媒の温度の上昇を抑制することによって圧縮機１１における異常な温度上昇を回避しながら、高効率な運転を継続することが可能となる。

また、コントローラ２０は、圧力センサ２１によって所定より大きい圧力Ｐｓ１が検出されると、低圧膨張弁１４の弁開度を全開とする。

これにより、圧縮機１１の低段側圧縮部１１ａに吸入される冷媒の過熱度を低下させることが可能となり、圧縮機１１における異常な温度上昇を回避することが可能となる。

尚、前記実施形態では、冷却装置１としてショーケースの商品収納部を冷却するものを示したが、これに限られるものではない。本発明の冷却装置は、ショーケース以外の冷凍庫や冷蔵庫に適用可能である。

また、前記実施形態では、電磁弁１７の開閉によって中圧冷媒流路の開閉を切り替えるようにしたものを示したが、これに限られるものではない。例えば、全閉と全開との間で開度の調整が可能なパイロット電磁弁を中圧膨張弁として用いることによって、電磁弁１７を用いることなく中圧冷媒流路の開閉を切り替えることが可能となる。

１…冷却装置、１０…冷媒回路、１１…圧縮機、１１ａ…低段側圧縮部、１１ｂ…高段側圧縮部、１２…放熱器、１３…過冷却熱交換器、１４…低圧膨張弁、１５…蒸発器、１６…中圧膨張弁、１７…電磁弁、２０…コントローラ、２１…圧力センサ、２２…第１温度センサ、２３…第２温度センサ、２４…第３温度センサ、２５…第４温度センサ、２６…第５温度センサ、２７…第６温度センサ、２８…第７温度センサ。

Claims

低段側圧縮部及び高段側圧縮部を有する圧縮機、放熱器、低圧膨張弁、蒸発器が順に接続された主冷媒流路と、
前記主冷媒流路における前記放熱器と前記低圧膨張弁との間から分岐して前記高段側圧縮部の冷媒吸入側に接続される中圧冷媒流路と、
前記主冷媒流路における前記放熱器と前記低圧膨張弁との間を流通する冷媒と前記中圧冷媒流路を流通する冷媒とを熱交換する過冷却熱交換器と、
前記中圧冷媒流路における前記過冷却熱交換器よりも冷媒流通方向の上流側に設けられ、前記中圧冷媒流路における冷媒の流量を制御する流量制御部と、
前記主冷媒流路における高圧側の圧力を検出する圧力検出部と、
前記放熱器の冷媒流出側の冷媒の温度を検出する放熱器出口温度検出部と、
前記圧力検出部の検出圧力及び前記放熱器出口温度検出部の検出温度に基づいて冷媒の状態を取得し、取得した冷媒の状態が臨界圧力未満において液冷媒でない場合または臨界圧力以上における所定の密度以下となる場合に前記流量制御部によって前記中圧冷媒流路における冷媒の流れを遮断し、取得した冷媒の状態が臨界圧力未満における液冷媒となる場合または臨界圧力以上における前記所定の密度よりも大きい場合に前記流量制御部により前記中圧冷媒流路における冷媒の流れを調節する中圧冷媒流路開閉制御部と、を備えた
冷却装置。
前記主冷媒流路及び前記中圧冷媒流路を流通する冷媒は、二酸化炭素であり、
前記所定の密度は、３００ｋｇ／ｍ^３以上７３０ｋｇ／ｍ^３以下の範囲内である
請求項１に記載の冷却装置。
前記中圧冷媒流路開閉制御部は、前記中圧冷媒流路における冷媒の流れを許容する状態において、前記主冷媒流路における前記過冷却熱交換器の冷媒流出側の冷媒の過冷却度が目標として設定した目標過冷却度となるように前記流量制御部によって前記中圧冷媒流路における冷媒の流量を制御する
請求項１または２に記載の冷却装置。
前記高段側圧縮部の吐出側の冷媒の温度を検出する吐出温度検出部を備え、
前記中圧冷媒流路開閉制御部は、前記過冷却度が目標過冷却度となるように前記流量制御部によって前記中圧冷媒流路における冷媒の流量を制御している状態で、前記吐出温度検出部によって第１所定温度以上の温度が検出されると、前記中圧冷媒流路における前記過冷却熱交換器の冷媒流出側の冷媒の過熱度が目標として設定された目標過熱度となるように前記流量制御部によって前記中圧冷媒流路における冷媒の流量を制御する
請求項３に記載の冷却装置。
前記中圧冷媒流路開閉制御部は、前記過熱度が目標過熱度となるように前記流量制御部によって前記中圧冷媒流路における冷媒の流量を制御している状態で、前記吐出温度検出部によって第２所定温度未満の温度が検出されると、前記過冷却度が目標過冷却度となるように前記流量制御部によって前記中圧冷媒流路における冷媒の流量を制御する
請求項４に記載の冷却装置。
前記蒸発器の冷媒流出側における冷媒の過熱度を制御するために前記低圧膨張弁の弁開度を調整している状態で、前記圧力検出部によって第１所定圧力以上の圧力が検出されると、前記低圧膨張弁の弁開度を所定開度まで開放する低圧膨張弁開度制御部を備えた
請求項１乃至５のいずれかに記載の冷却装置。
前記低圧膨張弁開度制御部は、前記圧力検出部によって第２所定圧力以下の圧力が検出されると、前記蒸発器の冷媒流出側における冷媒の過熱度を制御するために前記低圧膨張弁の弁開度を調整する
請求項６に記載の冷却装置。