特許 6972304 冷凍装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6972304

(24)【登録日】2021年11月5日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】冷凍装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20211111BHJP

   F25B 1/10 20060101ALI20211111BHJP

   F25B 49/02 20060101ALI20211111BHJP

【ＦＩ】

   F25B1/00 101E

   F25B1/00 331E

   F25B1/10 E

   F25B49/02 540

   F25B1/00 101J

   F25B1/00 396D

【請求項の数】13

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2020-510196(P2020-510196)

(86)(22)【出願日】2018年3月26日

(86)【国際出願番号】JP2018012136

(87)【国際公開番号】WO2019186647

(87)【国際公開日】20191003

【審査請求日】2020年7月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001461

【氏名又は名称】特許業務法人きさ特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】石原 寛也

(72)【発明者】

【氏名】有井 悠介

(72)【発明者】

【氏名】七種 哲二

【審査官】 佐々木 訓

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２２９０５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２７５３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１７６８６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−００５１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０５５３８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ １／００ー１／１０

Ｆ２５Ｂ ４０／００−４０／０６

Ｆ２５Ｂ ４３／００−４３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１圧縮装置と、前記第１圧縮装置に接続された第２圧縮装置とを有し、吸入された低圧の冷媒を、前記第１圧縮装置及び前記第２圧縮装置において高圧の前記冷媒に圧縮して吐出させる圧縮システムと、
前記圧縮システムの吐出側に接続された第１熱交換器と、
第１冷媒流路と第２冷媒流路とを有し、前記第１熱交換器の下流側に前記第１冷媒流路が接続された第２熱交換器と、
前記第２熱交換器の前記第１冷媒流路の下流側に接続された第１減圧装置と、
前記第１減圧装置の下流側と前記圧縮システムの吸入側との間に接続された第３熱交換器と
を有し、前記圧縮システムから吐出された前記冷媒を循環させる冷媒回路と、
前記第２熱交換器の前記第１冷媒流路の下流側と前記第２熱交換器の前記第２冷媒流路との間に接続された第２減圧装置を有し、前記第２熱交換器の前記第１冷媒流路の下流側と前記第１減圧装置の上流側とを接続する前記冷媒回路の冷媒配管から分岐して、前記第２減圧装置と前記第２熱交換器の前記第２冷媒流路とを介して、前記第１圧縮装置と前記第２圧縮装置との間の中圧部分に接続される中間インジェクション回路と、
第１開閉弁を有し、前記圧縮システムの吐出側と前記第１減圧装置の上流側との間に位置する前記冷媒回路の高圧側から分岐して前記圧縮システムの吸入側に接続される第１バイパス回路と、
第３開閉弁を有し、前記第２減圧装置の上流側から分岐して前記第２減圧装置の下流側に接続される第３バイパス回路と
を備え、
前記第１開閉弁は、
前記第１開閉弁の上流側の前記冷媒の圧力が第１圧力以下の場合は閉止状態にあり、前記第１開閉弁の上流側の前記冷媒の圧力が第１圧力を超える場合に開放され、
前記第３開閉弁は、
前記第３開閉弁の上流側の前記冷媒の圧力が第３圧力以下の場合は閉止状態にあり、前記第３開閉弁の上流側の前記冷媒の圧力が第３圧力を超える場合に開放される
冷凍装置。

【請求項2】

前記第１圧力は、前記冷媒回路の高圧側に配置された冷媒配管の設計圧力に基づいて決定される
請求項１に記載の冷凍装置。

【請求項3】

前記第１開閉弁は、圧力駆動型の弁である
請求項１又は２に記載の冷凍装置。

【請求項4】

前記圧縮システム、前記第１熱交換器、前記第２熱交換器、及び前記中間インジェクション回路が熱源ユニットに収容され、
前記第３熱交換器が冷却ユニットに収容され、
前記冷却ユニットが冷却室に収容された
請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷凍装置。

【請求項5】

第２開閉弁を有し、前記第１圧縮装置と前記第２圧縮装置との間の前記中圧部分から分岐して前記圧縮システムの吸入側に接続される第２バイパス回路と
をさらに備え、
前記第２開閉弁は、
前記中圧部分の圧力が第２圧力以下の場合は閉止状態にあり、前記中圧部分の前記冷媒の圧力が第２圧力を超える場合に開放される
請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷凍装置。

【請求項6】

前記第２圧力は、前記冷媒回路の高圧側に配置された冷媒配管の設計圧力に基づいて決定される
請求項５に記載の冷凍装置。

【請求項7】

前記第２開閉弁は、圧力駆動型の弁である
請求項５又は６に記載の冷凍装置。

【請求項8】

前記第１バイパス回路は、前記第２熱交換器の前記第１冷媒流路の下流側と前記第１減圧装置の上流側との間に位置する前記冷媒回路の高圧側の冷媒配管から分岐している
請求項１〜７のいずれか一項に記載の冷凍装置。

【請求項9】

前記冷媒回路は、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器の前記第１冷媒流路との間に接続される受液器を更に備え、
前記第１バイパス回路は、前記受液器から分岐して、前記受液器の内部の気相部分と連通している
請求項１〜７のいずれか一項に記載の冷凍装置。

【請求項10】

前記第３圧力は、前記冷媒回路の高圧側に配置された冷媒配管の設計圧力に基づいて決定される
請求項１〜９のいずれか一項に記載の冷凍装置。

【請求項11】

前記第３開閉弁は、圧力駆動型の弁である
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の冷凍装置。

【請求項12】

前記冷媒は、ＣＯ_２冷媒である
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の冷凍装置。

【請求項13】

前記冷媒回路は、前記第１圧縮装置と前記第２圧縮装置との間に接続された第４熱交換器を更に備える
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の冷凍装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の圧縮機構を有する冷凍装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来の複数の圧縮機構を有する冷凍装置の一例として、特許文献１には、低圧側の圧縮装置及び高圧側の圧縮装置を有する二段圧縮機と、膨張弁とを備える冷凍装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７−１２９３２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載のような二段圧縮機を備える冷凍装置では、二段圧縮機の停止時においては、二段圧縮機の吐出側と、膨張弁の冷媒流入口側との間に接続されている高圧側の冷媒配管に、液相冷媒が滞留する。高圧側の冷媒配管に液相冷媒が滞留し、かつ、外気温度が高い場合、高圧側の冷媒配管に滞留した液相冷媒の飽和圧力は、高圧側の冷媒配管の設計圧力を超えてしまう可能性がある。従来の冷凍装置では、滞留した液相冷媒の飽和圧力が、高圧側の冷媒配管の設計圧力を超えるのを回避するため、冷却装置等の補助熱源を高圧側の冷媒配管に設け、高圧側の冷媒配管を介して滞留した液相冷媒を冷却するように構成されている。しかしながら、補助熱源を設けた場合、高圧側の冷媒配管の安全性は確保できる一方、電力消費量の低減等といった消費エネルギーの低減化が図れない可能性があるという課題があった。

【0005】

本発明は、上述の課題を解決するためのものであり、高圧側の冷媒配管の安全性を確保するとともに、消費エネルギーの低減化を図ることができる冷凍装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る冷凍装置は、第１圧縮装置と、前記第１圧縮装置に接続された第２圧縮装置とを有し、吸入された低圧の冷媒を、前記第１圧縮装置及び前記第２圧縮装置において高圧の前記冷媒に圧縮して吐出させる圧縮システムと、前記圧縮システムの吐出側に接続された第１熱交換器と、第１冷媒流路と第２冷媒流路とを有し、前記第１熱交換器の下流側に前記第１冷媒流路が接続された第２熱交換器と、前記第２熱交換器の前記第１冷媒流路の下流側に接続された第１減圧装置と、前記第１減圧装置の下流側と前記圧縮システムの吸入側との間に接続された第３熱交換器とを有し、前記圧縮システムから吐出された前記冷媒を循環させる冷媒回路と、前記第２熱交換器の前記第１冷媒流路の下流側と前記第２熱交換器の前記第２冷媒流路との間に接続された第２減圧装置を有し、前記第２熱交換器の前記第１冷媒流路の下流側と前記第１減圧装置の上流側とを接続する前記冷媒回路の冷媒配管から分岐して、前記第２減圧装置と前記第２熱交換器の前記第２冷媒流路とを介して、前記第１圧縮装置と前記第２圧縮装置との間の中圧部分に接続される中間インジェクション回路と、第１開閉弁を有し、前記圧縮システムの吐出側と前記第１減圧装置の上流側との間に位置する前記冷媒回路の高圧側から分岐して前記圧縮システムの吸入側に接続される第１バイパス回路と、第３開閉弁を有し、前記第２減圧装置の上流側から分岐して前記第２減圧装置の下流側に接続される第３バイパス回路とを備え、前記第１開閉弁は、前記第１開閉弁の上流側の前記冷媒の圧力が第１圧力以下の場合は閉止状態にあり、前記第１開閉弁の上流側の前記冷媒の圧力が第１圧力を超える場合に開放され、前記第３開閉弁は、前記第３開閉弁の上流側の前記冷媒の圧力が第３圧力以下の場合は閉止状態にあり、前記第３開閉弁の上流側の前記冷媒の圧力が第３圧力を超える場合に開放される。

【発明の効果】

【0007】

本発明では、第１バイパス回路を設けることにより、冷媒回路の高圧側の圧力が、冷媒回路の高圧側の冷媒配管の設計圧力を超えないように冷凍装置を構成できる。また、冷媒回路の高圧側の冷媒配管の設計圧力を超えないように冷凍装置を構成できることにより、冷却装置等の補助熱源を冷媒回路の高圧側に設ける必要がなくなる。したがって、本発明では、高圧側の冷媒配管の安全性を確保するとともに、消費エネルギーの低減化を図ることができる冷凍装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の冷媒回路の一例を示す概略的な冷媒回路図である。

【図2】本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の動作態様の一例を示す概略的なモリエル線図である。

【図3】本発明の実施の形態１に係る冷凍装置で冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用した場合における、冷媒密度と冷媒温度と冷媒圧力との関係を示す図である。

【図4】本発明の実施の形態１の冷凍装置に係る、図１の冷媒回路の変形例を示す概略的な冷媒回路図である。

【図5】本発明の実施の形態１の冷凍装置に係る、図１の冷媒回路の別の変形例を示す概略的な冷媒回路図である。

【図6】本発明の実施の形態２に係る冷凍装置の冷媒回路の一例を示す概略的な冷媒回路図である。

【図7】本発明の実施の形態３に係る冷凍装置の冷媒回路の一例を示す概略的な冷媒回路図である。

【図8】本発明の実施の形態４に係る冷凍装置の冷媒回路の一例を示す概略的な冷媒回路図である。

【図9】本発明の実施の形態５に係る冷凍装置の冷媒回路の一例を示す概略的な冷媒回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る冷凍装置１００について説明する。図１は、本実施の形態１に係る冷凍装置１００の冷媒回路１０の一例を示す概略的な冷媒回路図である。

【0010】

なお、図１を含む以下の図面では各構成部材の寸法の関係及び形状が、実際のものとは異なる場合がある。また、以下の図面では、同一の又は類似する構成要素には、同一の符号を付している。

【0011】

また、以降の説明において用いられる「高圧」、「中間圧」、及び「低圧」との文言は、冷媒回路１０の内部における冷媒の相対的な圧力を示したものであり、冷媒の絶対的な圧力を示したものではない。

【0012】

図１に示すように、冷凍装置１００は、冷媒回路１０と、中間インジェクション回路６０と、第１バイパス回路７０と、第２バイパス回路８０とを備えている。

【0013】

本発明の実施の形態１に係る冷凍装置１００における、冷媒回路１０について説明する。

【0014】

冷媒回路１０は、圧縮システム１、第１熱交換器２、第２熱交換器３、第１減圧装置４、及び第３熱交換器５を有する冷媒回路１０を備える。冷媒回路１０は、圧縮システム１から吐出された高圧の冷媒を循環させるように構成されている。

【0015】

圧縮システム１は、圧縮システム１の吸入側から吸入された低圧の冷媒を圧縮して、高圧の冷媒として吐出する流体システムである。圧縮システム１は、圧縮システム１の吸入側に配置された第１圧縮装置１２と、圧縮システム１の吐出側に配置され、第１圧縮装置１２に直列に接続された第２圧縮装置１４とを備えている。すなわち、第１圧縮装置１２の吐出側は、第２圧縮装置１４の吸入側と接続されている。第１圧縮装置１２は、圧縮システム１の吸入側から低圧の冷媒を吸入して圧縮し、中圧の冷媒として吐出するように構成されている。第２圧縮装置１４は、第１圧縮装置１２から吐出された低圧の冷媒を吸入して圧縮し、高圧の冷媒として圧縮システム１から吐出するように構成されている。なお、第１圧縮装置１２は第２圧縮装置１４と同一のものである必要はなく、第１圧縮装置１２は第２圧縮装置１４と異なるものであってもよい。また、冷凍装置１００の形態によっては、第１圧縮装置１２は低段圧縮装置、第２圧縮装置１４は後段圧縮装置とも称される場合がある。

【0016】

圧縮システム１は、第１圧縮装置１２及び第２圧縮装置１４を別体の圧縮機として構成し、第１圧縮装置１２の吐出側と第２圧縮装置１４の吸入側とを配管接続した構成にできる。第１圧縮装置１２及び第２圧縮装置１４は、別体の圧縮機として構成する場合、冷凍装置１００の形態に応じて、レシプロ式圧縮機、スクロール式圧縮機、ロータリ式圧縮機、スクリュー式圧縮機、又は遠心式圧縮機等として構成できる。なお、第１圧縮装置１２及び第２圧縮装置１４を別体の圧縮機として構成する場合、第１圧縮装置１２及び第２圧縮装置１４は、同一圧縮形式の圧縮機である必要はなく、異なる圧縮形式の圧縮機であってもよい。また、圧縮システム１は、別体の圧縮装置を更に備える構成であってもよい。また、第１圧縮装置１２及び第２圧縮装置１４の少なくとも一方を、二段圧縮機又は多段圧縮機として構成してもよい。

【0017】

また、圧縮システム１は、第１圧縮装置１２と第２圧縮装置１４とを一体形成して二段圧縮機として構成することもできる。圧縮システム１を二段圧縮機として構成する場合、圧縮システム１は、冷凍装置１００の形態に応じて、レシプロ式二段圧縮機、スクロール式二段圧縮機、又はロータリ式二段圧縮機等として構成できる。また、圧縮システム１は、第１圧縮装置１２と第２圧縮装置１４とを一体形成する場合、別体の圧縮装置を更に備えた多段圧縮機として構成してもよい。

【0018】

第１熱交換器２は、圧縮システム１から吐出された高圧の気相冷媒を流入させ、高圧の液相冷媒として流出させる凝縮器である。なお、冷凍装置１００の形態に応じて、第１熱交換器２は、放熱器を称される場合もある。また、第１熱交換器２は、複数の熱交換器を有する熱交換装置として構成してもよい。

【0019】

第１熱交換器２は、例えば、図１に示すように、冷凍装置１００が第１送風機２ａを備える構成とすることにより、第１送風機２ａが誘引する気流と、第１熱交換器２の内部を通過する高圧冷媒との間で熱交換を行う空冷式熱交換器として構成することができる。第１熱交換器２は、空冷式熱交換式として構成する場合、冷凍装置１００の形態に応じて、フィンアンドチューブ式熱交換器、又はプレートフィン式熱交換器等として構成できる。なお、第１送風機２ａは、冷凍装置１００の形態に応じて、プロペラファン等の軸流送風機、シロッコファン若しくはターボファン等の遠心送風機、斜流送風機、又は横断流送風機等として構成できる。

【0020】

また、第１熱交換器２は、冷凍装置１００の形態に応じて、水又はブラインと、第１熱交換器２の内部を通過する高圧冷媒との間で熱交換を行う水冷式熱交換器として構成することもできる。第１熱交換器２を水冷式熱交換器として構成する場合、第１熱交換器２は、冷凍装置１００の形態に応じて、シェルアンドチューブ式熱交換器、プレート熱交換器、又は二重管式熱交換器として構成できる。

【0021】

第２熱交換器３は、第１熱交換器２から流出した液相冷媒を更に冷却して、冷凍装置１００の冷凍サイクルにおける、過冷却度を増加させる過冷却熱交換器である。なお、冷凍装置１００の形態に応じて、第２熱交換器３は、複数の熱交換器を有する熱交換装置として構成してもよい。

【0022】

第２熱交換器３は、第１冷媒流路３ａと第２冷媒流路３ｂとを有しており、第１冷媒流路３ａを通過する高圧の液相冷媒と第２冷媒流路３ｂを通過する中圧の液相冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器として構成される。第１冷媒流路３ａは、冷媒回路１０の一部を構成し、一端が第１熱交換器２の下流側に接続されており、他の一端が第１減圧装置４の上流側に接続されている。詳細は後述するが、第２冷媒流路３ｂは、中間インジェクション回路６０の一部を構成している。第２熱交換器３は、冷凍装置１００の形態に応じて、シェルアンドチューブ式熱交換器、プレート熱交換器、又は二重管式熱交換器等として構成できる。

【0023】

第１減圧装置４は、第２熱交換器３の下流側に接続され、第２熱交換器３の第１冷媒流路３ａから流出した高圧の液相冷媒を膨張及び減圧させて、第３熱交換器５に流入させるように構成されている。第１減圧装置４は、冷凍装置１００の形態に応じて、膨張機、温度式自動膨脹弁、リニア電子膨張弁、又はキャピラリーチューブ等として構成できる。膨張機は、受圧部にダイヤフラムを採用した機械式膨張弁である。温度式自動膨脹弁は、圧縮システム１の吸入側における気相冷媒の過熱度によって冷媒量を調整する膨脹装置である。リニア電子膨張弁は、多段階若しくは連続的に開度を調節可能な膨脹装置であり、ＬＥＶとも略称される。

【0024】

第３熱交換器５は、第１減圧装置４で膨張及び減圧された低圧の二相冷媒を流入させ、低圧の気相冷媒又は乾き度の高い二相冷媒として流出させる蒸発器である。なお、冷凍装置１００の形態に応じて、第３熱交換器５は、冷却器と称される場合もある。また、第３熱交換器５は、複数の熱交換器を有する熱交換装置として構成してもよい。

【0025】

第３熱交換器５は、例えば、図１に示すように、冷凍装置１００が第２送風機５ａを備える構成とすることにより、第２送風機５ａが誘引する気流と、第３熱交換器５の内部を通過する低圧の二相冷媒との間で熱交換を行う空冷式熱交換器として構成できる。第３熱交換器５は、空冷式熱交換式として構成する場合、冷凍装置１００の形態に応じて、フィンアンドチューブ式熱交換器、又はプレートフィン式熱交換器等として構成できる。なお、第２送風機５ａは、冷凍装置１００の形態に応じて、プロペラファン等の軸流送風機、シロッコファン若しくはターボファン等の遠心送風機、斜流送風機、又は横断流送風機等として構成できる。

【0026】

また、第３熱交換器５は、冷凍装置１００の形態に応じて、水又はブラインと、第３熱交換器５の内部を通過する低圧の二相冷媒との間で熱交換を行う水冷式熱交換器として構成することもできる。第３熱交換器５を水冷式熱交換器として構成する場合、第３熱交換器５は、冷凍装置１００の形態に応じて、シェルアンドチューブ式熱交換器、プレート熱交換器、又は二重管式熱交換器として構成できる。

【0027】

次に、冷媒回路１０の冷媒配管である、第１冷媒配管１０ａ、第２冷媒配管１０ｂ、第３冷媒配管１０ｃ、第４冷媒配管１０ｄ、及び第５冷媒配管１０ｅについて説明する。

【0028】

なお、冷媒回路１０は、冷凍装置１００の形態に応じて、アキュムレータ、又は油分離器等を有する構成にできる。

【0029】

第１冷媒配管１０ａは、圧縮システム１の吐出側と第１熱交換器２の上流側との間に接続される。第２冷媒配管１０ｂは、第１熱交換器２の下流側と第２熱交換器３の第１冷媒流路３ａの上流側との間に接続される。第３冷媒配管１０ｃは、第２熱交換器３の第１冷媒流路３ａの下流側と第１減圧装置４の上流側との間に接続される。第４冷媒配管１０ｄは、第１減圧装置４の下流側と第３熱交換器５の上流側との間に接続される。第５冷媒配管１０ｅは、第３熱交換器５の下流側と圧縮システム１の吸入側との間に接続される。すなわち、圧縮システム１、第１熱交換器２、第２熱交換器３、第１減圧装置４、及び第３熱交換器５は、冷媒回路１０は、第１冷媒配管１０ａ、第２冷媒配管１０ｂ、第３冷媒配管１０ｃ、第４冷媒配管１０ｄ、及び第５冷媒配管１０ｅで順次接続されている。

【0030】

本発明では、第１冷媒配管１０ａ、第１熱交換器２、第２冷媒配管１０ｂ、第２熱交換器３、第３冷媒配管１０ｃが接続された、圧縮システム１の吐出側から第１減圧装置４の上流側までの冷媒回路１０の一部を、冷媒回路１０の高圧側と称する。また、第４冷媒配管１０ｄ、第３熱交換器５、及び第５冷媒配管１０ｅが接続された、第３熱交換器５の下流側から圧縮システム１の吸入側までの冷媒回路１０の一部を、冷媒回路１０の低圧側と称する。また、圧縮システム１における、第１圧縮装置１２と第２圧縮装置１４との間の中圧部分を、冷媒回路１０の中圧側と称する。

【0031】

次に、冷凍装置１００を制御する制御用機器について説明する。

【0032】

冷凍装置１００は、冷凍装置１００の制御機器として、冷凍装置１００の運転状態を制御するための制御装置２０と、制御装置２０に有線接続又は無線接続されるセンサとを有する構成にできる。

【0033】

制御装置２０は、専用のハードウェア、又は中央演算装置、メモリ等を備えたマイクロコンピュータ又はマイクロプロセッシングユニットとして構成される。制御装置２０は、例えば埋込型の制御回路基板として構成し、電気品箱に収納して冷凍装置１００の内部に配置される。なお、図１を含む以下の図面においては、制御装置２０の内部構造については図示していない。

【0034】

制御装置２０が専用のハードウェアとして構成される場合、制御装置２０は、例えば、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又はこれらを組み合わせて構成できる。制御装置２０は、各々の制御処理を個々のハードウェアで実現できるように構成してもよいし、各々の制御処理を一つのハードウェアで行うように構成してもよい。なお、「ＡＳＩＣ」は特定用途向け集積回路の略称であり、「ＦＰＧＡ」はフィールドプログラマブルゲートアレイの略称である。

【0035】

制御装置２０がマイクロコンピュータ又はマイクロプロセッシングユニットとして構成される場合、制御装置２０が実行する制御処理は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア又はファームウェアは、制御プログラムとして記述される。メモリは、制御プログラムを格納する制御装置２０の記憶部として構成される。メモリは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性又は揮発性の半導体メモリとして構成できる。中央演算装置は、メモリに格納された制御プログラムを読み出して実行することにより、制御処理を実現する演算部として構成される。なお、中央演算装置は「ＣＰＵ」と略称される。また、中央演算装置は、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、又はプロセッサとも称される。

【0036】

また、制御装置２０は、制御処理の一部を専用のハードウェアで実現し、残余の制御処理をマイクロコンピュータ又はマイクロプロセッシングユニットで実現するように構成してもよい。

【0037】

なお、図１では、冷凍装置１００は、１つの制御装置２０を有する構成としているが、冷凍装置１００の形態に応じて、複数の制御装置２０を有する構成にできる。冷凍装置１００が複数の制御装置２０を有する場合、冷凍装置１００の形態に応じて、複数の制御装置２０の間で制御情報の送受信を行うように構成するようにしてもよい。

【0038】

冷凍装置１００は、制御装置２０に有線接続又は無線接続される１以上の圧力センサを有する構成にできる。圧力センサは、例えば、水晶圧電式圧力センサ、半導体センサ、又は圧力トランスデューサ等を含む構成にできる。冷凍装置１００が複数の圧力センサを有する場合、複数の圧力センサは、同一の構造を有する圧力センサであってもよいし、異なる構造を有する圧力センサであってもよい。なお、図１においては、制御装置２０と圧力センサとの間の接続線は図示していない。

【0039】

図１に示すように、冷凍装置１００は、圧力センサとして、第１圧力センサ３０ａ、第２圧力センサ３０ｂ、及び第３圧力センサ３０ｃを有する構成にできる。なお、冷凍装置１００は、冷凍装置１００の形態に応じて、一部の圧力センサを省略した構成としてもよいし、更なる圧力センサを追加した構成としてもよい。

【0040】

第１圧力センサ３０ａは、冷媒回路１０の低圧側の第５冷媒配管１０ｅに配置され、圧縮システム１の吸入側の低圧圧力を検知する低圧センサである。第２圧力センサ３０ｂは、冷媒回路１０の中圧側に配置され、圧縮システム１の中圧部分の圧力を検知する中圧センサである。図１に示すように、第２圧力センサ３０ｂは、第１圧縮装置１２と第２圧縮装置１４との間、例えば、第１圧縮装置１２の吐出側に配置される。第３圧力センサ３０ｃは、冷媒回路１０の高圧側の第１冷媒配管１０ａに配置され、圧縮システム１の吐出側の高圧圧力を検知する高圧センサである。

【0041】

また、冷凍装置１００は、制御装置２０に有線接続又は無線接続される１以上の温度センサを有する構成にできる。温度センサは、例えば、サーミスタ等の半導体材料、又は測温抵抗体等の金属材料等を含む構成にできる。冷凍装置１００が複数の温度センサを有する場合、複数の温度センサは、同一の構造を有する温度センサであってもよいし、異なる構造を有する温度センサであってもよい。なお、図１においては、制御装置２０と圧力センサとの間、及び制御装置２０と温度センサとの間の接続線は図示していない。

【0042】

図１に示すように、冷凍装置１００は、温度センサとして、第１温度センサ４０ａ、第２温度センサ４０ｂ、第３温度センサ４０ｃ、第４温度センサ４０ｄ、第５温度センサ４０ｅ、第６温度センサ４０ｆ、及び第７温度センサ４０ｇを有する構成にできる。なお、冷凍装置１００は、冷凍装置１００の形態に応じて、一部の温度センサを省略した構成としてもよいし、更なる温度センサを追加した構成としてもよい。

【0043】

第１温度センサ４０ａは、第１冷媒配管１０ａに配置され、第１熱交換器２の上流側を流れる冷媒の温度情報を、第１冷媒配管１０ａを介して検知する温度センサである。第２温度センサ４０ｂは、第２冷媒配管１０ｂに配置され、第１熱交換器２の下流側を流れる冷媒の温度情報を、第２冷媒配管１０ｂを介して検知する温度センサである。第３温度センサ４０ｃは、第３冷媒配管１０ｃに配置され、第２熱交換器３の第１冷媒流路３ａの下流側を流れる冷媒の温度情報を、第３冷媒配管１０ｃを介して検知する温度センサである。第４温度センサ４０ｄは、第４冷媒配管１０ｄに配置され、第３熱交換器５の上流側を流れる冷媒の温度情報を、第４冷媒配管１０ｄを介して検知する温度センサである。第５温度センサ４０ｅは、第５冷媒配管１０ｅに配置され、第３熱交換器５の下流側を流れる冷媒の温度情報を、第５冷媒配管１０ｅを介して検知する温度センサである。第６温度センサ４０ｆは、圧縮システム１における、第１圧縮装置１２と第２圧縮装置１４との間の中圧部分に配置され、圧縮システム１の中圧部分を流れる冷媒の温度情報を、配管等を介して検知する温度センサである。第７温度センサ４０ｇは、冷凍装置１００の周囲の任意の場所に配置され、外気温度を検知する外気温度センサである。

【0044】

なお、冷凍装置１００は、冷凍装置１００の形態に応じて、圧力センサ又は温度センサ以外のセンサ、例えば、冷媒漏洩検知センサ等を含むように構成してもよい。

【0045】

次に、冷凍装置１００における、中間インジェクション回路６０について説明する。

【0046】

図１に示すように、中間インジェクション回路６０は、第２熱交換器３の第１冷媒流路３ａの下流側に配置された第３冷媒配管１０ｃから分岐され、圧縮システム１における、第１圧縮装置１２と第２圧縮装置１４との間の中圧部分に接続されたバイパス回路である。中間インジェクション回路６０は、第２熱交換器３の下流側から分流した冷媒を、低温の中圧冷媒として圧縮システム１の中圧部分に注入するように構成されている。

【0047】

中間インジェクション回路６０は、第２熱交換器３と、第２減圧装置６と、第１中間インジェクション冷媒配管６０ａと、第２中間インジェクション冷媒配管６０ｂと、第３中間インジェクション冷媒配管６０ｃとにより構成される。なお、第２熱交換器３の詳細な構造については、冷媒回路１０の構成要素として既に説明したので省略する。

【0048】

第２減圧装置６は、第２熱交換器３の第１冷媒流路３ａの下流側から分流した高圧の液相冷媒を、膨張及び減圧させて、第２熱交換器３の第２冷媒流路３ｂに流入させるように構成されている。第２減圧装置６は、冷凍装置１００の形態に応じて、膨張機、温度式自動膨脹弁、リニア電子膨張弁、又はキャピラリーチューブ等として構成できる。膨張機は、受圧部にダイヤフラムを採用した機械式膨張弁である。温度式自動膨脹弁は、圧縮システム１の吸入側における気相冷媒の過熱度によって冷媒量を調整する膨脹装置である。リニア電子膨張弁は、多段階若しくは連続的に開度を調節可能な膨脹装置であり、ＬＥＶとも略称される。なお、第２減圧装置６の構造は、第１減圧装置４の構造と同一の構造としてもよいし、異なる構造としてもよい。

【0049】

第１中間インジェクション冷媒配管６０ａは、第３冷媒配管１０ｃと第２減圧装置６の上流側との間に接続される。第１中間インジェクション冷媒配管６０ａの冷媒流路は、第３冷媒配管１０ｃの冷媒流路から分岐するように接続される。第２中間インジェクション冷媒配管６０ｂは、第２減圧装置６の下流側と、第２熱交換器３の第２冷媒流路３ｂの上流側との間に接続される。第３中間インジェクション冷媒配管６０ｃは、第２熱交換器３の第２冷媒流路３ｂの下流側と、圧縮システム１における、第１圧縮装置１２と第２圧縮装置１４との間の中圧部分に接続される。第３中間インジェクション冷媒配管６０ｃの冷媒流路は、圧縮システム１における、第１圧縮装置１２と第２圧縮装置１４との間の中圧部分の冷媒流路と合流するように接続される。すなわち、中間インジェクション回路６０は、第２熱交換器３の第１冷媒流路３ａの下流側に配置された第３冷媒配管１０ｃから分岐するように構成されている。また、中間インジェクション回路６０は、第２減圧装置６と第２熱交換器３の第２冷媒流路３ｂとを介して、第１圧縮装置と第２圧縮装置との間の中圧部分に接続されるように構成されている。

【0050】

次に、冷凍装置１００における、第１バイパス回路７０について説明する。

【0051】

第１バイパス回路７０は、圧縮システム１の吐出側と第１減圧装置４の上流側との間に位置する冷媒回路１０の高圧側から分岐して、圧縮システム１の吸入側に接続されたバイパス回路である。例えば本実施の形態１では、図１に示すように、第１バイパス回路７０は、第２熱交換器３の下流側と第１減圧装置４の上流側との間に位置する冷媒回路１０の高圧側の冷媒配管である第３冷媒配管１０ｃから分岐している。また、第１バイパス回路７０は、圧縮システム１の吸入側に配置された第５冷媒配管１０ｅに接続されている。すなわち、第１バイパス回路７０は、冷媒回路１０の高圧側から冷媒回路１０の低圧側に冷媒を流入可能なバイパス経路を提供している。

【0052】

第１バイパス回路７０は、第１開閉弁７と、第１バイパス冷媒配管７０ａと、第２バイパス冷媒配管７０ｂとにより構成される。

【0053】

第１開閉弁７は、流体の流れを開放又は閉止するために内部の通路を開放又は閉止できる可動機構である。第１開閉弁７は、第１開閉弁７の上流側の冷媒の圧力Ｐｈが、第１開閉弁７の設定圧である第１圧力Ｐ１以下の場合は閉止状態にあるように構成される。また、第１開閉弁７は、第１開閉弁７の上流側の冷媒の圧力Ｐｈが第１圧力Ｐ１を超える場合に開放し、第１開閉弁７の下流側に冷媒を流すように構成される。すなわち、第１開閉弁７は、第１開閉弁７の設定圧が第１圧力Ｐ１となるように設計された自動弁である。

【0054】

第１開閉弁７の設定圧である第１圧力Ｐ１は、冷媒回路１０の高圧側に配置された冷媒配管の設計圧力、すなわち、第１冷媒配管１０ａ、第２冷媒配管１０ｂ、及び第３冷媒配管１０ｃの設計圧力に基づいて決定される。具体的には、冷凍装置１００では、冷媒回路１０の故障を防止するために設定された冷媒回路１０の高圧側の許容圧力が、冷媒回路１０の高圧側に配置された冷媒配管の設計圧力よりも低くなるように設定できる。冷媒回路１０の許容圧力が設定される場合、第１圧力Ｐ１は、例えば、冷凍装置１００の通常運転時に想定される冷媒回路１０の高圧側の圧力よりも高い圧力であり、冷媒回路１０の許容圧力よりも低い圧力に設定される。

【0055】

第１開閉弁７は、例えば、第１開閉弁７の上流側の冷媒の圧力Ｐｈに基づいて機械的に開閉する、圧力駆動型の弁として構成される。第１開閉弁７は、圧力駆動型の弁として構成する場合、冷凍装置１００の形態に応じて、例えば、密閉型の安全弁等として構成できる。第１開閉弁７は、密閉型の安全弁として構成する場合、例えば、弁体からの流体漏れが発生する可能性が少ないダイヤフラム式の安全弁として構成できる。

【0056】

第１バイパス冷媒配管７０ａは、第３冷媒配管１０ｃと第１開閉弁７の上流側との間に接続される。第１バイパス冷媒配管７０ａの冷媒流路は、第３冷媒配管１０ｃの冷媒流路から分岐するように接続される。第２バイパス冷媒配管７０ｂは、第１開閉弁７の下流側と第５冷媒配管１０ｅとの間に接続される。第２バイパス冷媒配管７０ｂの冷媒流路は、第５冷媒配管１０ｅの冷媒流路と合流するように接続される。

【0057】

次に、冷凍装置１００における、第２バイパス回路８０について説明する。

【0058】

第２バイパス回路８０は、圧縮システム１における、第１圧縮装置１２と第２圧縮装置１４との間の中圧部分から分岐して、圧縮システム１の吸入側に配置された第５冷媒配管１０ｅに接続されたバイパス回路である。すなわち、第２バイパス回路８０は、冷媒回路１０の中圧側から冷媒回路１０の低圧側に冷媒を流入可能なバイパス経路を提供している。

【0059】

第２バイパス回路８０は、第２開閉弁８と、第３バイパス冷媒配管８０ａと、第４バイパス冷媒配管８０ｂとにより構成される。

【0060】

第２開閉弁８は、流体の流れを開放又は閉止するために内部の通路を開放又は閉止できる可動機構である。第２開閉弁８は、第１圧縮装置１２と第２圧縮装置１４との間の中圧部分の冷媒の圧力Ｐｉが、第２開閉弁８の設定圧である第２圧力Ｐ２以下の場合は閉止状態にあるように構成される。また、第２開閉弁８は、第１圧縮装置１２と第２圧縮装置１４との間の中圧部分の冷媒の圧力Ｐｉが第２圧力Ｐ２を超える場合に開放し、圧縮システム１の吸入側に冷媒を流すように構成される。すなわち、第２開閉弁８は、第２開閉弁８の設定圧が第２圧力Ｐ２となるように設計された自動弁である。

【0061】

第２開閉弁８の設定圧である第２圧力Ｐ２は、冷媒回路１０の高圧側に配置された冷媒配管の設計圧力、すなわち、第１冷媒配管１０ａ、第２冷媒配管１０ｂ、及び第３冷媒配管１０ｃの設計圧力に基づいて決定される。例えば、第２圧力Ｐ２は、第１開閉弁７の設定圧である第１圧力Ｐ１よりも小さくなるように設定される。具体的には、冷凍装置１００では、冷媒回路１０の高圧側の故障を防止するために設定された冷媒回路１０の中圧側の許容圧力は、冷媒回路１０の高圧側に配置された冷媒配管の設計圧力から算出される、上限中圧値よりも低くなるように設定できる。冷媒回路１０の中圧側の許容圧力が設定される場合、第２圧力Ｐ２は、冷凍装置１００の通常運転時に想定される冷媒回路１０の中圧側の圧力よりも高い圧力であり、冷媒回路１０の中圧側の許容圧力よりも低い圧力に設定される。

【0062】

第２開閉弁８は、例えば、第１圧縮装置１２と第２圧縮装置１４との間の中圧部分の冷媒の圧力Ｐｉに基づいて機械的に開閉する、圧力駆動型の弁として構成される。第２開閉弁８は、圧力駆動型の弁として構成する場合、冷凍装置１００の形態に応じて、例えば、密閉型の安全弁等として構成できる。第２開閉弁８は、密閉型の安全弁として構成する場合、例えば、弁体からの流体漏れが発生する可能性が少ないダイヤフラム式の安全弁として構成できる。

【0063】

第３バイパス冷媒配管８０ａは、第１圧縮装置１２と第２圧縮装置１４との間の中圧部分と、第２開閉弁８の一端との間に接続される。第３バイパス冷媒配管８０ａの冷媒流路は、第１圧縮装置１２と第２圧縮装置１４との間の中圧部分の冷媒流路から分岐するように接続される。第４バイパス冷媒配管８０ｂは、第２開閉弁８の他端と第５冷媒配管１０ｅとの間に接続される。第４バイパス冷媒配管８０ｂの冷媒流路は、圧縮システム１の吸入側にある第５冷媒配管１０ｅの冷媒流路と合流するように接続される。

【0064】

次に、冷凍装置１００で循環される冷媒について説明する。

【0065】

冷凍装置１００における冷媒は、冷凍装置１００の用途に応じて、任意の種類の冷媒、又は任意の種類の冷媒のうち２種以上が混合された混合冷媒を選択することが可能である。冷凍装置１００における冷媒としては、例えば、単一冷媒、擬似共沸混合冷媒、非共沸混合冷媒、又は地球温暖化係数の低い冷媒が用いられる。単一冷媒としては、例えば、Ｒ２２、Ｒ１３４ａ、Ｒ３２、ＨＦＯ１２３４ｙｆ、ＨＦＯ１２３４ｚｅ、又はＨＦＯ１１２３等が用いられる。擬似共沸混合冷媒としては、例えば、Ｒ４１０Ａ、又はＲ４０４Ａ等が用いられる。非共沸混合冷媒としては、例えば、Ｒ４０７Ｃ等が用いられる。地球温暖化係数の低い冷媒としては、例えば、化学式内に二重結合を含むＣＦ_３ＣＦ＝ＣＨ_２等が用いられる。

【0066】

また、冷凍サイクル回路に循環させる冷媒としては、ＣＯ_２又はプロパン等の地球温暖化防止に対応可能な自然冷媒を用いることができる。ＣＯ_２冷媒は、地球温暖化防止に対応可能な自然冷媒であるが、高温高圧下で作動させることが必要という課題があった。しかしながら、本発明のような冷凍装置１００では、複数の圧縮装置を有することにより、高温高圧下で冷媒を循環させることが可能であるため、作動冷媒としてのＣＯ_２冷媒の使用に適している。

【0067】

次に、冷凍装置１００の動作について、図２を用いて説明する。

【0068】

図２は、本実施の形態１に係る冷凍装置１００の動作態様の一例を示す概略的なモリエル線図である。モリエル線図の縦軸は圧力を概略的に示し、モリエル線図の横軸はエンタルピを概略的に示している。また、モリエル線図における凸形状の曲線の左側は、飽和液線を示しており、モリエル線図における凸形状の曲線の右側は、飽和蒸気線を示している。また、モリエル線図上の白丸は、冷凍装置１００の運転状態における、冷媒の状態を説明するために設けられたものである。また、モリエル線図上の白丸同士を結ぶ線分は、冷凍装置１００の動作時における冷媒の変化を模式的に示したものである。

【0069】

図２では、高温かつ高圧の気相冷媒が圧縮システム１から吐出された段階が、白丸Ａによって示されている。

【0070】

圧縮システム１から吐出された高温かつ高圧の気相冷媒は、第１冷媒配管１０ａを介して第１熱交換器２に流入する。第１熱交換器２に流入した高温かつ高圧の気相冷媒は、第１熱交換器２の内部を通過し、第１送風機２ａが誘引する気流との間で熱交換され、高圧の液相冷媒として流出する。

【0071】

図２では、高圧の液相冷媒が第１熱交換器２から流出した段階が、白丸Ｂによって示されている。

【0072】

第１熱交換器２から流出した高圧の液相冷媒は、第２冷媒配管１０ｂを介して、第２熱交換器３の第１冷媒流路３ａに流入する。第２熱交換器３の第１冷媒流路３ａに流入した高圧の液相冷媒は、第２熱交換器３の第１冷媒流路３ａを通過し、第２熱交換器３の第２冷媒流路３ｂを通過する中圧の冷媒との熱交換により過冷却される。第２熱交換器３で過冷却された高圧の気相冷媒は、第２熱交換器３の第１冷媒流路３ａから流出する。

【0073】

図２では、過冷却された高圧の気相冷媒が第２熱交換器３の第１冷媒流路３ａから流出した段階が、白丸Ｃによって示されている。

【0074】

第２熱交換器３の第１冷媒流路３ａから流出した、過冷却された高圧の気相冷媒は、第３冷媒配管１０ｃに流入する。第３冷媒配管１０ｃにおいて、過冷却された高圧の気相冷媒の一部は分流して、中間インジェクション回路６０の第１中間インジェクション冷媒配管６０ａに流入する。

【0075】

過冷却された高圧の気相冷媒の他の一部は、第３冷媒配管１０ｃを介して、第１減圧装置４に流入する。第１減圧装置４に流入した、過冷却された高圧の気相冷媒は、第１減圧装置４で膨張及び減圧され、低温低圧の二相冷媒として第１減圧装置４から流出する。

【0076】

図２では、低温低圧の二相冷媒が第１減圧装置４から流出した段階が、白丸Ｄによって示されている。

【0077】

第１減圧装置４から流出した低温かつ低圧の二相冷媒は、第４冷媒配管１０ｄを介して、第３熱交換器５に流入する。第３熱交換器５に流入した低温かつ低圧の二相冷媒は、第３熱交換器５の内部を通過し、第２送風機５ａが誘引する気流との間で熱交換され、低圧の気相冷媒として流出する。なお、第３熱交換器５から流出する冷媒は、乾き度の高い二相冷媒となる場合もある。

【0078】

図２では、低圧の気相冷媒が第３熱交換器５から流出した段階が、白丸Ｅによって示されている。

【0079】

第３熱交換器５から流出した低圧の気相冷媒は、第５冷媒配管１０ｅを介して、圧縮システム１の吸入側から吸入される。圧縮システム１に吸入された低圧の気相冷媒は、第１圧縮装置１２によって圧縮され、中圧の気相冷媒として圧縮システム１の中圧部分に吐出される。

【0080】

図２では、中圧の気相冷媒が第１圧縮装置１２から吐出された段階が、白丸Ｆによって示されている。

【0081】

なお、冷凍装置１００は、第１圧縮装置１２から吐出された中圧の気相冷媒は、熱交換により冷却される構成としてもよい。詳細な構成については、実施の形態２で後述する。図２では、中圧の気相冷媒が第１圧縮装置１２から吐出され、熱交換により冷却された段階が、白丸Ｇによって示されている。

【0082】

一方、第３冷媒配管１０ｃから分流して、第１中間インジェクション冷媒配管６０ａに流入した、過冷却された高圧の気相冷媒は、第１中間インジェクション冷媒配管６０ａを介して、第２減圧装置６に流入する。第２減圧装置６に流入した、過冷却された高圧の気相冷媒は、第２減圧装置６で膨張及び減圧され、中圧の液相冷媒又は湿り度の高い中圧の二相冷媒として第２減圧装置６から流出する。

【0083】

図２では、中圧の液相冷媒又は湿り度の高い中圧の二相冷媒が第２減圧装置６から流出した段階が、白丸Ｈによって示されている。

【0084】

第２減圧装置６から流出した中圧の液相冷媒又は湿り度の高い中圧の二相冷媒は、第２中間インジェクション冷媒配管６０ｂを介して、第２熱交換器３の第２冷媒流路３ｂに流入する。第２熱交換器３の第２冷媒流路３ｂに流入した中圧の液相冷媒又は湿り度の高い中圧の二相冷媒は、第２熱交換器３の第２冷媒流路３ｂを通過し。第２熱交換器３の第１冷媒流路３ａを通過する高圧の液相冷媒との熱交換により加熱される。加熱された中圧の冷媒は、中圧の気相冷媒又は乾き度の高い中圧の二相冷媒として、第２熱交換器３の第１冷媒流路３ａから流出する。第２熱交換器３の第１冷媒流路３ａから流出した中圧の気相冷媒又は乾き度の高い中圧の二相冷媒は、第３中間インジェクション冷媒配管６０ｃを介して、圧縮システム１の中圧部分に流入する。

【0085】

図２では、中圧の気相冷媒又は乾き度の高い中圧の二相冷媒が圧縮システム１の中圧部分に流入した段階が、白丸Ｉによって示されている。

【0086】

第３中間インジェクション冷媒配管６０ｃを介して圧縮システム１の中圧部分に流入した中圧の気相冷媒又は乾き度の高い中圧の二相冷媒は、第１圧縮装置１２から吐出された中圧の気相冷媒と合流する。合流した気相冷媒は、第１圧縮装置１２から吐出された中圧の気相冷媒よりも過熱度の小さい中圧の気相冷媒となる。

【0087】

図２では、合流した中圧の気相冷媒が、第１圧縮装置１２から吐出された中圧の気相冷媒よりも過熱度の小さい中圧の気相冷媒となった段階が、白丸Ｊによって示されている。

【0088】

合流した中圧の気相冷媒は、第２圧縮装置１４で圧縮され、高温かつ高圧の気相冷媒として圧縮システム１から吐出される。冷凍装置１００においては、以上のサイクルが繰り返される。

【0089】

本実施の形態１の冷凍装置１００では、上述の構成を有することにより、冷凍能力の低下、圧縮機の吐出温度の過熱が抑制できる。したがって、冷凍性能の向上及びエネルギーの低減化が可能である。

【0090】

次に、本実施の形態１の冷凍装置１００の効果について説明する。

【0091】

本実施の形態１の冷凍装置１００は、第１開閉弁７を有し、圧縮システム１の吐出側と第１減圧装置４の上流側との間に位置する冷媒回路１０の高圧側から分岐して圧縮システム１の吸入側に接続される第１バイパス回路７０を備える。第１開閉弁７は、第１開閉弁７の上流側の冷媒の圧力が第１圧力Ｐ１以下の場合は閉止状態にあり、第１開閉弁７の上流側の冷媒の圧力が第１圧力Ｐ１を超える場合に開放されるように構成されている。

【0092】

また、本実施の形態１の冷凍装置１００は、第２開閉弁８を有し、第１圧縮装置１２と第２圧縮装置１４との間の中圧部分から分岐して圧縮システム１の吸入側に接続される第２バイパス回路８０とを備える。第２開閉弁８は、第１圧縮装置１２と第２圧縮装置１４との間の中圧部分の冷媒の圧力が第２圧力Ｐ２以下の場合は閉止状態にあるように構成されている。また、第２開閉弁８は、第１圧縮装置１２と第２圧縮装置１４との間の中圧部分の冷媒の圧力が第２圧力Ｐ２を超える場合に開放されるように構成されている。

【0093】

冷凍装置１００の運転時においては、制御装置２０は、冷媒回路１０の高圧側圧力が、冷媒回路１０の故障を防止するために設定された冷媒回路１０の高圧側の許容圧力を超えないように制御している。したがって、冷凍装置１００の運転時においては、第１開閉弁７の上流側の圧力Ｐｈは第１圧力Ｐ１を超えない。また、冷凍装置１００の運転時においては、第１圧縮装置１２と第２圧縮装置１４との間の中圧部分の圧力は第２圧力Ｐ２を超えない。よって、冷凍装置１００の運転時においては、第１開閉弁７及び第２開閉弁８は閉止状態のままであり、第１バイパス回路７０及び第２バイパス回路８０のいずれにも冷媒は流れない。

【0094】

以降では、冷凍装置１００が、運転状態から停止状態に切り替わった場合を考える。なお、本実施の形態１における、冷凍装置１００の停止状態は、通常の運転停止の他、停電による停止等の異常状態における運転停止も含む停止状態である。

【0095】

冷凍装置１００が、運転状態から停止状態に切り替わった場合、圧縮システム１における第１圧縮装置１２と第２圧縮装置１４は、共に停止状態となる。

【0096】

冷凍装置１００が運転状態から停止状態に切り替わった時点において、外気温度等の冷媒回路１０の周囲温度が、運転時における冷媒回路１０の高圧側及び中圧側の圧力の飽和温度よりも高い場合がある。冷媒回路１０の周囲温度が、運転時における冷媒回路１０の高圧側及び中圧側の圧力の飽和温度よりも高い状態において、冷凍装置１００が停止状態になると、冷媒回路１０の高圧側及び中圧側の圧力は周囲温度に相当する飽和圧力まで上昇することになる。

【0097】

図３は、本実施の形態１に係る冷凍装置１００で冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用した場合における、冷媒密度と冷媒温度と冷媒圧力との関係を示す図である。図３の横軸は、冷媒の温度を示し、単位は℃である。図３の縦軸は、冷媒の圧力を示し、単位はＭｐａである。冷媒密度は、冷媒量を容積で除算した数値であり、単位はｋｇ／ｍ^３である。なお、ＣＯ_２冷媒が冷凍装置１００の冷媒として用いられた場合、冷凍装置１００は、運転時における冷媒回路１０の高圧圧力側の飽和温度が、ＣＯ_２冷媒の臨界温度である３１．１℃未満となるように運転するように制御されていることを前提とする。

【0098】

また、図３における直線Ｌ１は、冷媒密度が１５０［ｋｇ／ｍ^３］のときの冷媒温度と圧力との関係を示している。また、図３における直線Ｌ２は、冷媒密度が２００［ｋｇ／ｍ^３］のときの冷媒温度と圧力との関係を示している。また、図３における直線Ｌ３は、冷媒密度が３００［ｋｇ／ｍ^３］のときの冷媒温度と圧力との関係を示している。また、図３における直線Ｌ４は、冷媒密度が４００［ｋｇ／ｍ^３］のときの冷媒温度と圧力との関係を示している。また、図３における直線Ｌ５は、冷媒密度が５００［ｋｇ／ｍ^３］のときの冷媒温度と圧力との関係を示している。

【0099】

図３に示すように、いずれの直線Ｌ１〜Ｌ５においても、冷媒温度が高くなるにつれて冷媒圧力が高くなっている。また、冷媒温度を一定として視た場合、冷媒密度が高くなるにつれて、冷媒圧力が高くなっている。

【0100】

例えば、ＣＯ_２冷媒の臨界温度である３１．１℃での冷媒圧力は、冷媒の密度が５００［ｋｇ／ｍ^３］の場合であっても、７．５［ＭＰａ］未満である。したがって、冷凍装置１００の高圧側の冷媒配管は、例えば設計圧力を７．７［ＭＰａ］として冷凍装置１００を設計することが可能である。

【0101】

冷凍装置１００を高温度環境下、例えば周囲温度が４５℃の環境で用いる場合を考える。周囲温度が４５［℃］の場合を考えると、冷凍装置１００の冷媒密度が３００［ｋｇ／ｍ^３］の場合であっても、冷媒圧力は８．６８［ＭＰａ］まで増加するため、冷凍装置１００の高圧側の冷媒配管の設計圧力を上回ることとなる。

【0102】

また、高圧側の冷媒配管の設計圧力を４．０［ＭＰａ］として冷凍装置１００を設計した場合、冷媒密度が一定以上の場合に、６．３℃で飽和圧力が４．０［ＭＰａ］となる場合がある。したがって、冷凍装置１００の周囲温度が６．３℃を超えた場合、高圧側の冷媒配管の冷媒圧力が、高圧側の冷媒配管の設計圧力を超えてしまう場合がある。

【0103】

また、ＣＯ_２冷媒を用いた冷凍装置１００では、冷凍性能は向上するが、圧縮システム１において二段階以上でＣＯ_２冷媒が圧縮されるため、圧縮システム１からの吐出圧力がＣＯ_２冷媒以外の冷媒を用いた場合と比較して大きくなる。したがって、高圧側の冷媒配管の冷媒圧力が、高圧側の冷媒配管の設計圧力以下の場合であっても、再起動時において、高圧側の冷媒配管の冷媒圧力が、高圧側の冷媒配管の設計圧力を超えてしまう場合がある。

【0104】

以上のことから、冷凍装置１００が停止している状態であっても、冷媒回路１０の周囲温度が上昇し、冷媒回路１０の高圧側及び中圧側の圧力が上昇した場合には、冷媒回路１０の高圧側及び中圧側の圧力が許容圧力以下となるように制御する必要がある。

【0105】

本実施の形態１の冷凍装置１００は、第１開閉弁７を有し、圧縮システム１の吐出側と第１減圧装置４の上流側との間に位置する冷媒回路１０の高圧側から分岐して圧縮システム１の吸入側に接続される第１バイパス回路７０を備える。第１開閉弁７は、第１開閉弁７の上流側の冷媒の圧力が第１圧力Ｐ１以下の場合は閉止状態にあり、第１開閉弁７の上流側の冷媒の圧力が第１圧力Ｐ１を超える場合に開放されるように構成されている。

【0106】

また、本実施の形態１の冷凍装置１００は、第２開閉弁８を有し、第１圧縮装置１２と第２圧縮装置１４との間の中圧部分から分岐して圧縮システム１の吸入側に接続される第２バイパス回路８０とを備える。第２開閉弁８は、第１圧縮装置１２と第２圧縮装置１４との間の中圧部分の冷媒の圧力が第２圧力Ｐ２以下の場合は閉止状態にあるように構成されている。また、第２開閉弁８は、第１圧縮装置１２と第２圧縮装置１４との間の中圧部分の冷媒の圧力が第２圧力Ｐ２を超える場合に開放されるように構成されている。

【0107】

また、本実施の形態１の冷凍装置１００において、第１バイパス回路７０は、第２熱交換器３の第１冷媒流路３ａの下流側と第１減圧装置４の上流側との間に位置する冷媒回路１０の高圧側の冷媒配管、すなわち第３冷媒配管１０ｃから分岐するように構成できる。

【0108】

上述の構成によれば、第１開閉弁７の上流側の冷媒の圧力、すなわち冷媒回路１０の高圧側の圧力が、許容圧力である第１圧力Ｐ１を超えた場合、第１開閉弁７が開放され、冷媒回路１０の高圧側の冷媒が、冷媒回路１０の低圧側に流入する。冷媒回路１０の高圧側の冷媒が、冷媒回路１０の低圧側に流入すると、冷媒回路１０の高圧側の圧力は低減し、第１圧力Ｐ１以下になると、第１開閉弁７が閉止される。したがって、本実施の形態１では、第１バイパス回路７０を設けることにより、冷媒回路１０の高圧側の圧力が、冷媒回路１０の高圧側の冷媒配管の設計圧力を超えないように冷凍装置１００を構成できるため、冷凍装置１００の安全性を確保できる。

【0109】

また、第１圧縮装置１２と第２圧縮装置１４との間の中圧部分の冷媒の圧力、すなわち冷媒回路１０の中圧側の圧力が、許容圧力である第２圧力Ｐ２を超えた場合、第２開閉弁８が開放され、冷媒回路１０の中圧側の冷媒が、冷媒回路１０の低圧側に流入する。冷媒回路１０の中圧側の冷媒が、冷媒回路１０の低圧側に流入すると、冷媒回路１０の中圧側の圧力は低減し、第２圧力Ｐ２以下になると、第２開閉弁８が閉止される。本実施の形態１では、第２バイパス回路８０を設けることにより、冷媒回路１０の中圧側の圧力が、冷媒回路１０の中圧側の許容圧力を超えないように冷凍装置１００を構成できる。冷媒回路１０の中圧側の圧力が、冷媒回路１０の中圧側の許容圧力を超えないように冷凍装置１００を構成することにより、冷凍装置１００の再起動時において、冷媒回路１０の高圧側の冷媒が冷媒回路１０の高圧側の冷媒配管の設計圧力を超えるのを回避できる。したがって、本実施の形態１では、第２バイパス回路８０を設けることにより、冷媒回路１０の高圧側の圧力が、冷媒回路１０の高圧側の冷媒配管の設計圧力を超えないように冷凍装置１００を構成できるため、冷凍装置１００の安全性を更に確保できる。

【0110】

また、本実施の形態１では、第１バイパス回路７０及び第２バイパス回路８０を設けることにより、冷却装置等の補助熱源を冷媒回路１０の高圧側に設ける必要がなくなるため、消費エネルギーの低減化と冷凍装置１００の小型化及び減量化とを図ることができる。

【0111】

また、本実施の形態１の冷凍装置１００においては、第１圧力Ｐ１及び第２圧力Ｐ２は、冷媒回路１０の高圧側に配置された冷媒配管の設計圧力に基づいて決定される。本構成によれば、冷媒回路１０の高圧側及び中圧側の圧力が必要以上に低減されるのを回避できるため、冷凍装置１００の信頼性を向上させることができる。

【0112】

また、本実施の形態１の冷凍装置１００においては、第１開閉弁７及び第２開閉弁８は、圧力駆動型の弁として構成できる。本構成によれば、冷凍装置１００の停電時においても、冷媒回路１０の高圧側の圧力が、冷媒回路１０の高圧側の冷媒配管の設計圧力を超えないように冷凍装置１００を構成できるため、冷凍装置１００の信頼性を更に向上させることができる。

【0113】

また、本実施の形態１の冷凍装置１００は、上述したとおり、作動冷媒をＣＯ_２冷媒としたときに特に有効に作用する。

【0114】

図４は、本実施の形態１の冷凍装置１００に係る、図１の冷媒回路１０の変形例を示す概略的な冷媒回路図である。図４は、第２バイパス回路８０を有しない点を除けば、図１の冷凍装置１００と同一の構造である。図４に示したような、第２バイパス回路８０を有しない構成であっても、図１の冷凍装置１００と同様の効果が得られることを以下に示す。

【0115】

図１の冷凍装置１００と同様に、第１開閉弁７は、第１開閉弁７の上流側の冷媒の圧力が第１圧力Ｐ１以下の場合は閉止状態にあり、第１開閉弁７の上流側の冷媒の圧力が第１圧力Ｐ１を超える場合に開放されるように構成されている。図４の冷凍装置１００では、第１開閉弁７は、制御装置２０で開閉制御を行う二方向電磁弁等の電磁弁として構成される。また、図１の冷凍装置１００では、制御装置２０が非通電、すなわち停電を検知するように構成できる。第１開閉弁７は、制御装置２０が停電を検知した場合、開放されるように構成される。

【0116】

また、図４の冷凍装置１００では、第２減圧装置６は、制御装置２０で開閉制御が可能な膨脹装置として構成される。具体的には、第２減圧装置６は、冷凍装置１００の形態に応じて、膨張機、温度式自動膨脹弁、又はリニア電子膨張弁等として構成できる。また、第２減圧装置６は、制御装置２０が停電を検知した場合、開放されるように構成される。

【0117】

上述の構成によれば、制御装置２０が停電を検知した場合、第２減圧装置６及び第１開閉弁７が開放されるため、冷媒回路１０の高圧側及び中圧側の冷媒が、冷媒回路１０の低圧側に流入する。したがって、冷凍装置１００がバックアップ電源を有しない構成であったとしても、冷媒回路１０の高圧側及び中圧側の圧力が、冷媒回路１０の高圧側の冷媒配管の設計圧力を超えないように冷凍装置１００を構成できるため、冷凍装置１００の安全性が確保される。

【0118】

なお、図４の冷凍装置１００は、制御装置２０以外の装置で停電が検知されるように構成してもよい。

【0119】

停電以外の状態、すなわち、通電状態で図４の冷凍装置１００が停止した場合の、第２減圧装置６及び第１開閉弁７の動作を説明する。

【0120】

図４の冷凍装置１００において、第３圧力センサ３０ｃで検知された高圧圧力が、第１圧力Ｐ１を超えた場合、制御装置２０は、第１開閉弁７を開放するように制御する。第１開閉弁７が開放されることにより、冷媒回路１０の高圧側の冷媒は、第１バイパス回路７０を介して、冷媒回路１０の低圧側に流入する。

【0121】

また、図４の冷凍装置１００において、第２圧力センサ３０ｂで検知された中圧圧力が、第２圧力Ｐ２を超えた場合、制御装置２０は、第２減圧装置６及び第１開閉弁７を開放するように制御する。第２減圧装置６及び第１開閉弁７が開放されることにより、冷媒回路１０の中圧側の冷媒は、中間インジェクション回路６０と第１バイパス回路７０とを介して、冷媒回路１０の低圧側に流入する。

【0122】

上述の構成によれば、冷凍装置１００の停止時の高圧圧力又は中圧圧力に応じて、冷媒回路１０の高圧側又は中圧側の冷媒を、冷媒回路１０の低圧側に流入させることができる。したがって、上述の構成によれば、冷媒回路１０の高圧側及び中圧側の圧力が、冷媒回路１０の高圧側の冷媒配管の設計圧力を超えないように冷凍装置１００を構成できるため、冷凍装置１００の安全性が確保される。また、冷媒回路１０の高圧側及び中圧側の圧力が必要以上に低減されるのを回避できるため、冷凍装置１００の信頼性を向上させることができる。

【0123】

また、本実施の形態１では、冷媒回路１０の高圧側及び中圧側から冷媒回路１０の低圧側に流れる冷媒を一時的に貯留する容量を確保できるように、第３熱交換器５を構成できる。また、冷凍装置１００では、冷凍装置１００の再起動時に、圧縮システム１の第１圧縮装置１２に液相冷媒が吸入され、第１圧縮装置１２で液圧縮が生じるのを回避するよう、第３熱交換器５の許容温度範囲が設定できる。第３熱交換器５の再起動時の温度が、第３熱交換器５の許容温度範囲にない場合は、圧縮システム１の起動前に、第３熱交換器５の温度が第３熱交換器５の許容温度範囲となるように制御される。例えば、冷凍装置１００が第２送風機５ａを有する構成である場合、制御装置２０が、第２送風機５ａの送風量を調整することにより、第３熱交換器５の内部の冷媒の温度が第３熱交換器５の許容温度範囲となるように制御できる。

【0124】

以下に、第３熱交換器５の内部の冷媒の温度が第３熱交換器５の許容温度範囲となるように制御する具体例を、図５を用いて説明する。

【0125】

図５は、本実施の形態１の冷凍装置１００に係る、図１の冷媒回路１０の別の変形例を示す概略的な冷媒回路図である。図５は、熱源ユニット２００及び冷却ユニット３００が設けられている点と、冷却ユニット３００が冷却室４００に収容されている点を除けば、図１の冷凍装置１００と同一の構造である。

【0126】

図５の冷凍装置１００は、圧縮システム１、第１熱交換器２、第２熱交換器３、及び中間インジェクション回路６０が、熱源ユニット２００に収容された構成となっている。また、図５の冷凍装置１００は、第３熱交換器５が、冷却ユニット３００に収容された構成となっている。図５では明示していないが、熱源ユニット２００は、第３冷媒配管１０ｃ及び第５冷媒配管１０ｅの一部を構成する２本の延長配管で接続された構成にできる。

【0127】

なお、図５では、第１バイパス回路７０及び第１減圧装置４が冷却ユニット３００に収容された構成となっているが、熱源ユニット２００に収容された構成としてもよい。また、図５の冷凍装置１００は、第１熱交換器２及び第３熱交換器５の構成に応じて、第１送風機２ａ及び第２送風機５ａを有しない構成にできる。また、上述したように、図５の冷凍装置１００は、第２バイパス回路８０を有しない構成であってもよい。また、温度センサ、圧力センサ、及び制御装置２０は、その使用目的に応じた位置に配置できる。

【0128】

図５の冷凍装置１００においては、冷却ユニット３００は冷却室４００に収容された構成となっている。冷却室４００の内部には、冷凍装置１００の運転により、冷気が充満されている。したがって、上述の構成によれば、冷凍装置１００が停止した時、冷却室４００の内部に充満された冷気により、冷媒回路１０の高圧側及び中圧側から第３熱交換器５に流入した冷媒の温度を低下させることができる。例えば、冷凍装置１００が第２送風機５ａを有する構成である場合、制御装置２０が、第２送風機５ａからの冷気の送風量を調整することにより、第３熱交換器５の内部の冷媒の温度が第３熱交換器５の許容温度範囲となるように制御できる。

【0129】

実施の形態２．
本発明の実施の形態２の冷凍装置１００を、図６を用いて説明する。図６は、本実施の形態２に係る冷凍装置１００の冷媒回路１０の一例を示す概略的な冷媒回路図である。

【0130】

図６に示すように、本実施の形態２の冷凍装置１００においては、冷媒回路１０が第４熱交換器１６を有するように構成されている。他の冷凍装置１００の構成については、上述の実施の形態１と同一であるため説明を省略する。

【0131】

第４熱交換器１６は、第１圧縮装置１２で圧縮された中圧の気相冷媒を流入させ、冷却する中間冷却器である。
図６に示すように、第４熱交換器１６は、冷媒回路１０の中圧部分に接続されている。具体的には、第４熱交換器１６は、第１圧縮装置１２と、第２圧縮装置１４との間に接続されている。また、第４熱交換器１６と第２圧縮装置１４との間には、中間インジェクション回路６０の第３中間インジェクション冷媒配管６０ｃが接続されている。第３中間インジェクション冷媒配管６０ｃの冷媒流路は、第４熱交換器１６と第２圧縮装置１４との間の冷媒流路と合流するように接続されている。また、第６温度センサ４０ｆは、第４熱交換器１６と第２圧縮装置１４との間の中圧部分に配置されている。なお、第４熱交換器１６は、冷凍装置１００の形態に応じて、圧縮システム１と一体化した構成としても良いし、第１圧縮装置１２と第２圧縮装置１４との間に配管により接続された圧縮システム１とは別体の構成としても良い。また、第４熱交換器１６は、複数の熱交換器を有する熱交換装置として構成してもよい。

【0132】

第４熱交換器１６は、例えば、図６に示すように、冷凍装置１００が第３送風機１６ａを備える構成とすることができる。第４熱交換器１６は、冷凍装置１００が第３送風機１６ａを備える構成とすることにより、第３送風機１６ａが誘引する気流と、第４熱交換器１６の内部を通過する中圧の気相冷媒との間で熱交換を行う空冷式熱交換器として構成できる。第４熱交換器１６は、空冷式熱交換式として構成する場合、冷凍装置１００の形態に応じて、フィンアンドチューブ式熱交換器、又はプレートフィン式熱交換器等として構成できる。なお、第３送風機１６ａは、冷凍装置１００の形態に応じて、プロペラファン等の軸流送風機、シロッコファン若しくはターボファン等の遠心送風機、斜流送風機、又は横断流送風機等として構成できる。

【0133】

また、第４熱交換器１６は、特に圧縮システム１とは別体の構成とした場合には、冷凍装置１００の形態に応じて、水又はブラインと、第４熱交換器１６の内部を通過する中圧の気相冷媒との間で熱交換を行う水冷式熱交換器として構成することもできる。第４熱交換器１６を水冷式熱交換器として構成する場合、第４熱交換器１６は、冷凍装置１００の形態に応じて、シェルアンドチューブ式熱交換器、プレート熱交換器、又は二重管式熱交換器として構成できる。

【0134】

本実施の形態２の冷凍装置１００では、冷媒回路１０が第４熱交換器１６を有する構成とすることにより、冷媒回路１０の中圧部分での過熱度を効率的に低減することができる。図２で示した冷凍装置１００の動作態様で説明すると、本実施の形態２の冷凍装置１００では、白丸Ｆから白丸Ｈへの冷却動作を効率的に行うことができる。したがって、本構成によれば、冷凍装置１００の性能を向上させることができる。

【0135】

また、本実施の形態２では、冷媒回路１０の高圧側から冷媒回路１０の中圧側に流れる冷媒を一時的に貯留する容量を確保できるように、第４熱交換器１６を構成できる。また、冷凍装置１００では、冷凍装置１００の再起動時に、圧縮システム１の第２圧縮装置１４に液相冷媒が吸入され、第２圧縮装置１４で液圧縮が生じるのを回避するよう、第４熱交換器１６の許容温度範囲が設定できる。第４熱交換器１６の再起動時の温度が、第４熱交換器１６の許容温度範囲にない場合は、圧縮システム１の起動前に、第４熱交換器１６の温度が第４熱交換器１６の許容温度範囲となるように制御される。例えば、冷凍装置１００が第３送風機１６ａを有する構成である場合、制御装置２０が、第３送風機１６ａの送風量を調整することにより、第４熱交換器１６の内部の冷媒の温度が第４熱交換器１６の許容温度範囲となるように制御できる。

【0136】

実施の形態３．
本発明の実施の形態３の冷凍装置１００を、図７を用いて説明する。図７は、本実施の形態３に係る冷凍装置１００の冷媒回路１０の一例を示す概略的な冷媒回路図である。

【0137】

本実施の形態３の冷凍装置１００は、第３バイパス回路９０を有するように構成されている。他の冷凍装置１００の構成については、上述の実施の形態１及び実施の形態２と同一であるため説明を省略する。

【0138】

冷凍装置１００における、第３バイパス回路９０について説明する。

【0139】

第３バイパス回路９０は、中間インジェクション回路６０において、第２減圧装置６の上流側に配置された第１中間インジェクション冷媒配管６０ａから分岐するバイパス回路である。第１中間インジェクション冷媒配管６０ａから分岐した第３バイパス回路９０は、第２減圧装置６の下流側にある第２中間インジェクション冷媒配管６０ｂに接続されている。すなわち、第３バイパス回路９０は、冷媒回路１０の高圧側から冷媒回路１０の中圧側に冷媒を流入可能なバイパス経路を提供している。

【0140】

第３バイパス回路９０は、第３開閉弁９と、第５バイパス冷媒配管９０ａと、第６バイパス冷媒配管９０ｂとにより構成される。

【0141】

第３開閉弁９は、流体の流れを開放又は閉止するために内部の通路を開放又は閉止できる可動機構である。第３開閉弁９は、第３開閉弁９の上流側の冷媒の圧力Ｐｈが、第３開閉弁９の設定圧である第３圧力Ｐ３以下の場合は閉止状態にあるように構成される。また、第３開閉弁９は、第３開閉弁９の上流側の冷媒の圧力Ｐｈが第３圧力Ｐ３を超える場合に開放し、第３開閉弁９の下流側に冷媒を流すように構成される。すなわち、第３開閉弁９は、第３開閉弁９の設定圧が第３圧力Ｐ３となるように設計された自動弁である。

【0142】

第３開閉弁９の設定圧である第３圧力Ｐ３は、上述の実施の形態１で説明したように、冷媒回路１０の高圧側に配置された冷媒配管の設計圧力、すなわち、第１冷媒配管１０ａ、第２冷媒配管１０ｂ、及び第３冷媒配管１０ｃの設計圧力に基づいて決定される。また、第３圧力Ｐ３は、第１開閉弁７の設定圧である第１圧力Ｐ１よりも小さく、第２開閉弁８の設定圧である第２圧力Ｐ２よりも大きくなるように設定される。

【0143】

第３開閉弁９は、例えば、第３開閉弁９の上流側の冷媒の圧力Ｐｈに基づいて機械的に開閉する、圧力駆動型の弁として構成される。第３開閉弁９は、圧力駆動型の弁として構成する場合、冷凍装置１００の形態に応じて、例えば、密閉型の安全弁等として構成できる。第３開閉弁９は、密閉型の安全弁として構成する場合、例えば、弁体からの流体漏れが発生する可能性が少ないダイヤフラム式の安全弁として構成できる。

【0144】

第５バイパス冷媒配管９０ａは、中間インジェクション回路６０の第１中間インジェクション冷媒配管６０ａと、第３開閉弁９の上流側との間に接続される。第５バイパス冷媒配管９０ａの冷媒流路は、第１中間インジェクション冷媒配管６０ａの冷媒流路から分岐するように接続される。第６バイパス冷媒配管９０ｂは、第３開閉弁９の下流側と中間インジェクション回路６０の第２中間インジェクション冷媒配管６０ｂとの間に接続される。第６バイパス冷媒配管９０ｂの冷媒流路は、第２中間インジェクション冷媒配管６０ｂの冷媒流路と合流するように接続される。

【0145】

以上に述べたように、本実施の形態３の冷凍装置１００は、第３開閉弁９を有し、第２減圧装置６の上流側から分岐して第２減圧装置６の下流側に接続される第３バイパス回路９０を更に備えている。本実施の形態３の冷凍装置１００において、第３開閉弁９は、第３開閉弁９の上流側の冷媒の圧力が第３圧力Ｐ３以下の場合は閉止状態にあり、第３開閉弁９の上流側の冷媒の圧力が第３圧力Ｐ３を超える場合に開放されるように構成される。

【0146】

上述の構成によれば、冷媒回路１０の高圧側から冷媒回路１０の中圧側に冷媒を流入させる経路が確保できるため、冷媒回路１０の高圧側の圧力が、冷媒回路１０の高圧側の冷媒配管の設計圧力を超えないように冷凍装置１００を構成できる。また、上述の構成によれば、冷媒回路１０の高圧側から冷媒回路１０の低圧側に冷媒を流入させる第１バイパス回路７０の他に、冷媒回路１０の高圧側の圧力を低減できる有効なバイパス経路を確保できる。したがって、上述の構成によれば、冷凍装置１００の安全性を更に向上させるとともに、冷凍装置１００の信頼性を向上させることができる。

【0147】

また、本実施の形態３の冷凍装置１００においては、第３圧力Ｐ３は、冷媒回路１０の高圧側に配置された冷媒配管の設計圧力に基づいて決定され、第３圧力Ｐ３は、第１圧力Ｐ１より小さく、第２圧力Ｐ２より大きくなるように構成できる。本構成によれば、冷媒回路１０の高圧側の圧力が許容圧力である第１圧力Ｐ１に達する前に、冷媒回路１０の高圧側の圧力を低減できる。また、本構成によれば、第１バイパス回路７０を介して、冷媒回路１０の高圧側から冷媒回路１０の低圧側へ冷媒が移動する前に、第３バイパス回路９０を介して、冷媒回路１０の中圧側へ冷媒を移動させることができる。したがって、低圧側への過剰な冷媒移動を抑制することでき、圧縮システム１の第１圧縮装置１２における再起動時の液圧縮を回避できる。したがって、本構成によれば、冷凍装置１００の安全性と信頼性とを更に向上させることができる。

【0148】

また、本実施の形態３の冷凍装置１００においては、第３開閉弁９は、圧力駆動型の弁として構成できる。本構成によれば、冷凍装置１００の停電時においても、冷媒回路１０の高圧側の圧力が、冷媒回路１０の高圧側の冷媒配管の設計圧力を超えないように冷凍装置１００を構成できるため、冷凍装置１００の信頼性を更に向上させることができる。

【0149】

なお、第４熱交換器１６は、本実施の形態３における必須の構成要素ではなく、冷凍装置１００の形態によっては、冷凍装置１００は第４熱交換器１６を有しない構成にできる。

【0150】

実施の形態４．
本発明の実施の形態４の冷凍装置１００を、図８を用いて説明する。図８は、本実施の形態４に係る冷凍装置１００の冷媒回路１０の一例を示す概略的な冷媒回路図である。

【0151】

本実施の形態４の冷凍装置１００は、冷媒回路１０の高圧側である第２冷媒配管１０ｂ上に受液器１０ｂ１を有するように構成されている。また、第１バイパス回路７０の第１バイパス配管は、受液器１０ｂ１の気相部分から分岐して、受液器１０ｂ１の内部の気相部分と連通している。他の冷凍装置１００の構成については、上述の実施の形態１及び実施の形態２と同一であるため説明を省略する。

【0152】

受液器１０ｂ１は、第１熱交換器２と第２熱交換器３の第１冷媒流路３ａとの間に配置された、気液分離機能とを有する貯留容器である。受液器１０ｂ１は、冷凍装置１００の運転時に、第１熱交換器２から流出した高圧の冷媒を流入させ、気相冷媒と液相冷媒とを分離して、高圧の液相冷媒のみを第２熱交換器３の第１冷媒流路３ａに流入させるように構成されている。

【0153】

本構成によれば、冷媒回路１０の高圧側の圧力が、許容圧力である第１圧力Ｐ１を超えた場合に、冷媒回路１０の高圧側の気相冷媒のみを、第１バイパス回路７０を介して冷媒回路１０の低圧側に流入させることができる。本構成によれば、第１バイパス回路７０を介して迅速に冷媒回路１０の高圧側の圧力を抑制することができる。また、気相冷媒のみが冷媒回路１０の低圧側に流入することにより、圧縮システム１の第１圧縮装置１２における再起動時の液圧縮を回避できる。したがって、本構成によれば、冷凍装置１００の安全性と信頼性とを更に向上させることができる。

【0154】

なお、第４熱交換器１６は、本実施の形態４における必須の構成要素ではなく、冷凍装置１００の形態によっては、冷凍装置１００は第４熱交換器１６を有しない構成にできる。

【0155】

実施の形態５．
本発明の実施の形態５の冷凍装置１００を、図９を用いて説明する。図９は、本実施の形態５に係る冷凍装置１００の冷媒回路１０の一例を示す概略的な冷媒回路図である。

【0156】

本実施の形態５は、上述の実施の形態４に、上述の実施の形態３の第３バイパス回路９０の構造を追加したものである。当該構成によれば、上述の実施の形態３及び上述の実施の形態４で述べた冷凍装置１００の安全性と信頼性とを更に向上させることができる。

【0157】

なお、第４熱交換器１６は、本実施の形態５における必須の構成要素ではなく、冷凍装置１００の形態によっては、冷凍装置１００は第４熱交換器１６を有しない構成にできる。

【0158】

その他の実施の形態．
本発明は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。例えば、冷凍装置１００がバックアップ電源を有する構成である場合、第１開閉弁７、第２開閉弁８、及び第３開閉弁９の一部及び全部は、制御装置２０で開閉制御を行う二方向電磁弁等の電磁弁として構成してもよい。電磁弁として二方向電磁弁を採用する場合、電磁弁は、例えば、寿命が長く冷媒漏洩の発生が少ないポペット式の電磁弁を採用できる。電磁弁を採用する場合、制御装置２０は、例えば、第２圧力センサ３０ｂで検知される中圧圧力の情報、及び第３圧力センサ３０ｃで検知される高圧圧力の情報に基づいて、電磁弁の開閉制御を行うように構成できる。

【0159】

また、本発明の冷凍装置１００は、主として業務用冷凍装置に適用可能であり、例えば、業務用のショーケース、冷蔵庫、冷凍機、自動販売機、又は冷凍庫等に適用可能である。

【符号の説明】

【0160】

１ 圧縮システム、２ 第１熱交換器、２ａ 第１送風機、３ 第２熱交換器、３ａ 第１冷媒流路、３ｂ 第２冷媒流路、４ 第１減圧装置、５ 第３熱交換器、５ａ 第２送風機、６ 第２減圧装置、７ 第１開閉弁、８ 第２開閉弁、９ 第３開閉弁、１０ 冷媒回路、１０ａ 第１冷媒配管、１０ｂ 第２冷媒配管、１０ｂ１ 受液器、１０ｃ 第３冷媒配管、１０ｄ 第４冷媒配管、１０ｅ 第５冷媒配管、１２ 第１圧縮装置、１４ 第２圧縮装置、１６ 第４熱交換器、１６ａ 第３送風機、２０ 制御装置、３０ａ
第１圧力センサ、３０ｂ 第２圧力センサ、３０ｃ 第３圧力センサ、４０ａ 第１温度センサ、４０ｂ 第２温度センサ、４０ｃ 第３温度センサ、４０ｄ 第４温度センサ、４０ｅ 第５温度センサ、４０ｆ 第６温度センサ、４０ｇ 第７温度センサ、６０ 中間インジェクション回路、６０ａ 第１中間インジェクション冷媒配管、６０ｂ 第２中間インジェクション冷媒配管、６０ｃ 第３中間インジェクション冷媒配管、７０ 第１バイパス回路、７０ａ 第１バイパス冷媒配管、７０ｂ 第２バイパス冷媒配管、８０
第２バイパス回路、８０ａ 第３バイパス冷媒配管、８０ｂ 第４バイパス冷媒配管、９０ 第３バイパス回路、９０ａ 第５バイパス冷媒配管、９０ｂ 第６バイパス冷媒配管、１００ 冷凍装置、２００ 熱源ユニット、３００ 冷却ユニット、４００、冷却室。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】