(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024005797
(43)【公開日】2024-01-17
(54)【発明の名称】冷凍装置及び冷凍装置の制御方法
(51)【国際特許分類】
F25B 1/10 20060101AFI20240110BHJP
F25B 1/00 20060101ALI20240110BHJP
F25B 43/00 20060101ALI20240110BHJP
【ＦＩ】
F25B1/10 E
F25B1/00 311C
F25B1/00 396D
F25B1/00 304H
F25B43/00 R
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022106173
(22)【出願日】2022-06-30
(71)【出願人】
【識別番号】000148357
【氏名又は名称】株式会社前川製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110000785
【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】吉田 剛
(57)【要約】
【課題】二段圧縮を行うように構成された冷凍装置において高段圧縮機に吸入される冷媒の過熱度を効率的に抑制する。
【解決手段】本開示の少なくとも一実施形態に係る冷凍装置は、冷媒を圧縮するための低段圧縮機と、低段圧縮機で圧縮された後の冷媒を圧縮するための高段圧縮機と、高段圧縮機で圧縮された後の冷媒を受け入れることができるフラッシュタンクと、低段圧縮機で圧縮されて前記低段圧縮機から排出された後の冷媒にフラッシュタンク内の冷媒液を供給するための液インジェクション流路と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】本開示の少なくとも一実施形態に係る冷凍装置は、冷媒を圧縮するための低段圧縮機と、低段圧縮機で圧縮された後の冷媒を圧縮するための高段圧縮機と、高段圧縮機で圧縮された後の冷媒を受け入れることができるフラッシュタンクと、低段圧縮機で圧縮されて前記低段圧縮機から排出された後の冷媒にフラッシュタンク内の冷媒液を供給するための液インジェクション流路と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
冷媒を圧縮するための低段圧縮機と、
前記低段圧縮機で圧縮された後の前記冷媒を圧縮するための高段圧縮機と、
前記高段圧縮機で圧縮された後の前記冷媒を受け入れることができるフラッシュタンクと、
前記低段圧縮機で圧縮されて前記低段圧縮機から排出された後の前記冷媒に前記フラッシュタンク内の冷媒液を供給するための液インジェクション流路と、
を備える冷凍装置。
前記低段圧縮機で圧縮された後の前記冷媒を圧縮するための高段圧縮機と、
前記高段圧縮機で圧縮された後の前記冷媒を受け入れることができるフラッシュタンクと、
前記低段圧縮機で圧縮されて前記低段圧縮機から排出された後の前記冷媒に前記フラッシュタンク内の冷媒液を供給するための液インジェクション流路と、
を備える冷凍装置。
【請求項2】
前記液インジェクション流路は、前記フラッシュタンクの液相部と前記低段圧縮機で圧縮された後の前記冷媒が流通する流路とを連通するように設けられ、
前記液インジェクション流路の下流端は、前記流路に接続される、
請求項１に記載の冷凍装置。
前記液インジェクション流路の下流端は、前記流路に接続される、
請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項3】
前記液インジェクション流路に設けられる第１膨張弁、
を備える、
請求項１又は２に記載の冷凍装置。
を備える、
請求項１又は２に記載の冷凍装置。
【請求項4】
前記高段圧縮機で圧縮された後の前記冷媒を冷却するための凝縮器と、
前記凝縮器と前記フラッシュタンクとを接続する流路に設けられる第２膨張弁と、
を備える、
請求項１又は２に記載の冷凍装置。
前記凝縮器と前記フラッシュタンクとを接続する流路に設けられる第２膨張弁と、
を備える、
請求項１又は２に記載の冷凍装置。
【請求項5】
前記低段圧縮機で圧縮された後の前記冷媒が流通する流路に設けられた気液分離器、
を備え、
前記液インジェクション流路は、前記フラッシュタンクの液相部と前記流路とを連通するように設けられ、
前記液インジェクション流路の下流端は、前記流路の内、前記低段圧縮機と前記気液分離器との間の流路に接続される、
請求項１又は２に記載の冷凍装置。
を備え、
前記液インジェクション流路は、前記フラッシュタンクの液相部と前記流路とを連通するように設けられ、
前記液インジェクション流路の下流端は、前記流路の内、前記低段圧縮機と前記気液分離器との間の流路に接続される、
請求項１又は２に記載の冷凍装置。
【請求項6】
前記低段圧縮機で圧縮された後の前記冷媒に前記フラッシュタンク内の冷媒ガスを供給するためのフラッシュガス流路、
を備える、
請求項１又は２に記載の冷凍装置。
を備える、
請求項１又は２に記載の冷凍装置。
【請求項7】
前記低段圧縮機で圧縮された後の前記冷媒が流通する流路に設けられた気液分離器、
を備え、
前記フラッシュガス流路は、前記フラッシュタンクの気相部と前記流路とを連通するように設けられ、
前記フラッシュガス流路の下流端は、前記流路の内、前記低段圧縮機と前記気液分離器との間の流路に接続される、
請求項６に記載の冷凍装置。
を備え、
前記フラッシュガス流路は、前記フラッシュタンクの気相部と前記流路とを連通するように設けられ、
前記フラッシュガス流路の下流端は、前記流路の内、前記低段圧縮機と前記気液分離器との間の流路に接続される、
請求項６に記載の冷凍装置。
【請求項8】
前記冷媒は、ＣＯ２冷媒である、
請求項１又は２に記載の冷凍装置。
請求項１又は２に記載の冷凍装置。
【請求項9】
前記液インジェクション流路に設けられる第１膨張弁と、
前記高段圧縮機に吸入される前記冷媒の吸入温度を検出するための吸入温度センサと、
前記高段圧縮機に吸入される前記冷媒の吸入圧力を検出するための吸入圧力センサと、
前記第１膨張弁の開度を調節するための制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記吸入温度センサで検出された前記吸入温度と、前記吸入圧力センサで検出された前記吸入圧力とに基づいて、前記高段圧縮機に吸入される前記冷媒の吸入過熱度を算出し、算出された前記吸入過熱度が予め設定された目標値となるように前記第１膨張弁の開度を調節するように構成されている
請求項１又は２に記載の冷凍装置。
前記高段圧縮機に吸入される前記冷媒の吸入温度を検出するための吸入温度センサと、
前記高段圧縮機に吸入される前記冷媒の吸入圧力を検出するための吸入圧力センサと、
前記第１膨張弁の開度を調節するための制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記吸入温度センサで検出された前記吸入温度と、前記吸入圧力センサで検出された前記吸入圧力とに基づいて、前記高段圧縮機に吸入される前記冷媒の吸入過熱度を算出し、算出された前記吸入過熱度が予め設定された目標値となるように前記第１膨張弁の開度を調節するように構成されている
請求項１又は２に記載の冷凍装置。
【請求項10】
冷凍装置の制御方法であって、
前記冷凍装置は、
冷媒を圧縮するための低段圧縮機と、
前記低段圧縮機で圧縮された後の前記冷媒を圧縮するための高段圧縮機と、
前記高段圧縮機で圧縮された後の前記冷媒を受け入れることができるフラッシュタンクと、
前記低段圧縮機で圧縮された後の前記冷媒に前記フラッシュタンク内の冷媒液を供給するための液インジェクション流路と、
前記液インジェクション流路に設けられる第１膨張弁と、
を備え、
前記高段圧縮機に吸入される前記冷媒の吸入温度を検出する吸入温度検出ステップと、
前記高段圧縮機に吸入される前記冷媒の吸入圧力を検出する吸入圧力検出ステップと、
検出された前記吸入温度と、検出された前記吸入圧力とに基づいて、前記高段圧縮機に吸入される前記冷媒の吸入過熱度を算出する吸入過熱度算出ステップと、
算出された前記吸入過熱度が予め設定された目標値となるように前記第１膨張弁の開度を調節する開度調節ステップと、
を備える冷凍装置の制御方法。
前記冷凍装置は、
冷媒を圧縮するための低段圧縮機と、
前記低段圧縮機で圧縮された後の前記冷媒を圧縮するための高段圧縮機と、
前記高段圧縮機で圧縮された後の前記冷媒を受け入れることができるフラッシュタンクと、
前記低段圧縮機で圧縮された後の前記冷媒に前記フラッシュタンク内の冷媒液を供給するための液インジェクション流路と、
前記液インジェクション流路に設けられる第１膨張弁と、
を備え、
前記高段圧縮機に吸入される前記冷媒の吸入温度を検出する吸入温度検出ステップと、
前記高段圧縮機に吸入される前記冷媒の吸入圧力を検出する吸入圧力検出ステップと、
検出された前記吸入温度と、検出された前記吸入圧力とに基づいて、前記高段圧縮機に吸入される前記冷媒の吸入過熱度を算出する吸入過熱度算出ステップと、
算出された前記吸入過熱度が予め設定された目標値となるように前記第１膨張弁の開度を調節する開度調節ステップと、
を備える冷凍装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、冷凍装置及び冷凍装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
低段圧縮機と高段圧縮機とを備え、二段圧縮を行うように構成された冷凍装置が知られている。このような冷凍装置において、高段圧縮機の効率を上げるためには高段圧縮機に吸入される冷媒の過熱度を抑制する必要がある。そこで、高段圧縮機に吸入される冷媒の過熱度を抑制するために、低段圧縮機の吐出冷媒を冷却する中間冷却器を設けた構成が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００９‐１３３５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、このような中間冷却器を設ける場合、設置場所及び放熱スペースの確保やコスト増といった課題が生じ、特に空冷式の場合は騒音の課題も生じる。また外気温度が高い場合は低段圧縮機の吐出冷媒を十分に冷却出来ない虞もある。
【0005】
本開示の少なくとも一実施形態は、上述の事情に鑑みて、二段圧縮を行うように構成された冷凍装置において、高段圧縮機に吸入される冷媒の過熱度を効率的に抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
（１）本開示の少なくとも一実施形態に係る冷凍装置は、
冷媒を圧縮するための低段圧縮機と、
前記低段圧縮機で圧縮された後の前記冷媒を圧縮するための高段圧縮機と、
前記高段圧縮機で圧縮された後の前記冷媒を受け入れることができるフラッシュタンクと、
前記低段圧縮機で圧縮されて前記低段圧縮機から排出された後の前記冷媒に前記フラッシュタンク内の冷媒液を供給するための液インジェクション流路と、
を備える。
冷媒を圧縮するための低段圧縮機と、
前記低段圧縮機で圧縮された後の前記冷媒を圧縮するための高段圧縮機と、
前記高段圧縮機で圧縮された後の前記冷媒を受け入れることができるフラッシュタンクと、
前記低段圧縮機で圧縮されて前記低段圧縮機から排出された後の前記冷媒に前記フラッシュタンク内の冷媒液を供給するための液インジェクション流路と、
を備える。
【0007】
（２）本開示の少なくとも一実施形態に係る冷凍装置の制御方法は、
冷凍装置の制御方法であって、
前記冷凍装置は、
冷媒を圧縮するための低段圧縮機と、
前記低段圧縮機で圧縮された後の前記冷媒を圧縮するための高段圧縮機と、
前記高段圧縮機で圧縮された後の前記冷媒を受け入れることができるフラッシュタンクと、
前記低段圧縮機で圧縮された後の前記冷媒に前記フラッシュタンク内の冷媒液を供給するための液インジェクション流路と、
前記液インジェクション流路に設けられる第１膨張弁と、
を備え、
前記高段圧縮機に吸入される前記冷媒の吸入温度を検出する吸入温度検出ステップと、
前記高段圧縮機に吸入される前記冷媒の吸入圧力を検出する吸入圧力検出ステップと、
検出された前記吸入温度と、検出された前記吸入圧力とに基づいて、前記高段圧縮機に吸入される前記冷媒の吸入過熱度を算出する吸入過熱度算出ステップと、
算出された前記吸入過熱度が予め設定された目標値となるように前記第１膨張弁の開度を調節する開度調節ステップと、
を備える。
冷凍装置の制御方法であって、
前記冷凍装置は、
冷媒を圧縮するための低段圧縮機と、
前記低段圧縮機で圧縮された後の前記冷媒を圧縮するための高段圧縮機と、
前記高段圧縮機で圧縮された後の前記冷媒を受け入れることができるフラッシュタンクと、
前記低段圧縮機で圧縮された後の前記冷媒に前記フラッシュタンク内の冷媒液を供給するための液インジェクション流路と、
前記液インジェクション流路に設けられる第１膨張弁と、
を備え、
前記高段圧縮機に吸入される前記冷媒の吸入温度を検出する吸入温度検出ステップと、
前記高段圧縮機に吸入される前記冷媒の吸入圧力を検出する吸入圧力検出ステップと、
検出された前記吸入温度と、検出された前記吸入圧力とに基づいて、前記高段圧縮機に吸入される前記冷媒の吸入過熱度を算出する吸入過熱度算出ステップと、
算出された前記吸入過熱度が予め設定された目標値となるように前記第１膨張弁の開度を調節する開度調節ステップと、
を備える。
【発明の効果】
【0008】
本開示の少なくとも一実施形態によれば、二段圧縮を行うように構成された冷凍装置において高段圧縮機に吸入される冷媒の過熱度を効率的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】一実施形態に係る冷凍装置の系統図である。
【図2】ＣＯ２冷媒を使用する一実施形態に係る冷凍装置のモリエル線図の一例である。
【図3】第１膨張弁の開度の調節のために制御装置において実施される処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【0011】
図１は、一実施形態に係る冷凍装置の系統図である。一実施形態に係る冷凍装置１は、例えばＣＯ２冷媒を使用する二段圧縮二段膨張式の冷凍装置である。一実施形態に係る冷凍装置１は、冷媒循環路３０に、低段圧縮機１１と、高段圧縮機１２と、フラッシュタンク１３とが設けられている。一実施形態に係る冷凍装置１では、冷媒循環路３０に対して例えば２基の低段圧縮機１１が並列に設けられている。一実施形態に係る冷凍装置１では、冷媒循環路３０に対して例えば２基の高段圧縮機１２が並列に設けられている。
【0012】
一実施形態に係る冷凍装置１は、低段圧縮機１１の出口と高段圧縮機１２の入口とを接続する冷媒流路３１にアキュムレータ１４が設けられている。
一実施形態に係る冷凍装置１は、高段圧縮機１２の出口とフラッシュタンク１３の入口とを接続する冷媒流路３２にガスクーラとして作動する凝縮器１５が設けられている。一実施形態に係る冷凍装置１は、冷媒循環路３０に、フラッシュタンク１３の液相部と例えば冷却負荷としての蒸発器１６を経た冷媒とを熱交換するための熱交換器１７が設けられている。
一実施形態に係る冷凍装置１は、高段圧縮機１２の出口とフラッシュタンク１３の入口とを接続する冷媒流路３２にガスクーラとして作動する凝縮器１５が設けられている。一実施形態に係る冷凍装置１は、冷媒循環路３０に、フラッシュタンク１３の液相部と例えば冷却負荷としての蒸発器１６を経た冷媒とを熱交換するための熱交換器１７が設けられている。
【0013】
一実施形態に係る冷凍装置１は、フラッシュタンク１３の液相部と、低段圧縮機１１の出口と高段圧縮機１２の入口とを接続する冷媒流路３１の内、低段圧縮機１１の出口とアキュムレータ１４とを接続する冷媒流路３１ａとを接続する液インジェクション流路３５を備えている。
一実施形態に係る冷凍装置１は、フラッシュタンク１３の気相部と、低段圧縮機１１の出口とアキュムレータ１４とを接続する冷媒流路３１ａとを接続するフラッシュガス流路３６を備えている。
一実施形態に係る冷凍装置１は、フラッシュタンク１３の気相部と、低段圧縮機１１の出口とアキュムレータ１４とを接続する冷媒流路３１ａとを接続するフラッシュガス流路３６を備えている。
【0014】
一実施形態に係る冷凍装置１は、液インジェクション流路３５に第１膨張弁４１が設けられ、凝縮器１５とフラッシュタンク１３の入口とを接続する冷媒流路３２ｂに第２膨張弁（高段膨張弁）４２が設けられている。一実施形態に係る冷凍装置１は、フラッシュタンク１３内の冷媒液を蒸発器１６に供給するための冷媒流路３４の内、熱交換器１７と蒸発器１６とを接続する冷媒流路３４ｂに第３膨張弁（低段膨張弁）４３が設けられている。一実施形態に係る冷凍装置１は、フラッシュガス流路３６に第４膨張弁４４が設けられている。
【0015】
一実施形態に係る冷凍装置１は、高段圧縮機１２の出口と凝縮器１５とを接続する冷媒流路３２ａに冷媒ガスと冷凍機油とを分離するための油分離器２１が設けられている。一実施形態に係る冷凍装置１では、油分離器２１で分離された冷凍機油は、不図示の油タンクを介して低段圧縮機１１及び高段圧縮機１２に戻されるように構成されている。
【0016】
一実施形態に係る冷凍装置１は、冷凍装置１の各部を制御するための制御装置５０を備えている。制御装置５０は、各種演算処理を実行するプロセッサ５１と、プロセッサ５１によって処理される各種データを非一時的または一時的に記憶するメモリ５３とを備える。プロセッサ５１は、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＭＰＵ、ＤＳＰ、これら以外の各種演算装置、又はこれらの組み合わせなどによって実現される。メモリ５３は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラシュメモリ、またはこれらの組み合わせなどによって実現される。
以下の説明では、制御装置５０の制御内容について、主に第１膨張弁４１の開度の調節に関して説明する。なお、制御装置５０の制御内容については、後で詳述する。
一実施形態に係る冷凍装置１は、冷凍装置１の各部を制御するための各種のセンサを備えている。冷凍装置１の各部を制御するための各種のセンサには、例えば高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入温度Ｔｉを検出するための吸入温度センサ５５と、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入圧力Ｐｉを検出するため吸入圧力センサ５７とが含まれる。
以下の説明では、制御装置５０の制御内容について、主に第１膨張弁４１の開度の調節に関して説明する。なお、制御装置５０の制御内容については、後で詳述する。
一実施形態に係る冷凍装置１は、冷凍装置１の各部を制御するための各種のセンサを備えている。冷凍装置１の各部を制御するための各種のセンサには、例えば高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入温度Ｔｉを検出するための吸入温度センサ５５と、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入圧力Ｐｉを検出するため吸入圧力センサ５７とが含まれる。
【0017】
このように構成される一実施形態に係る冷凍装置１では、低段圧縮機１１及び高段圧縮機１２で圧縮された冷媒は、凝縮器１５で冷却される。凝縮器１５で冷却された冷媒は、第２膨張弁４２を通って減圧された後、フラッシュタンク１３に送られ気相と液相に分離される。
フラッシュタンク１３内の液相部を形成する冷媒液は、フラッシュタンク１３から出て、熱交換器１７で蒸発器１６から戻る冷媒と熱交換して該冷媒を加熱する。フラッシュタンク１３から熱交換器１７に送られた冷媒液は、熱交換器１７を出て第３膨張弁４３を経て減圧され、蒸発器１６及び熱交換器１７を経由して気化し、低段圧縮機１１に供給される。
フラッシュタンク１３内の液相部を形成する冷媒液は、フラッシュタンク１３から出て、熱交換器１７で蒸発器１６から戻る冷媒と熱交換して該冷媒を加熱する。フラッシュタンク１３から熱交換器１７に送られた冷媒液は、熱交換器１７を出て第３膨張弁４３を経て減圧され、蒸発器１６及び熱交換器１７を経由して気化し、低段圧縮機１１に供給される。
【0018】
一実施形態に係る冷凍装置１では、上述したように、低段圧縮機１１で圧縮されて低段圧縮機１１から排出された後の冷媒にフラッシュタンク１３内の冷媒液を供給するための液インジェクション流路３５を備えている。
高段圧縮機１２の効率を上げるためには、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の過熱度を抑制する必要がある。そこで、高段圧縮機１２に吸入される冷媒を冷却するための熱交換器を用いることが考えられる。しかし、このような熱交換器を設ける場合、設置場所の確保やコスト増といった課題が生じる。
発明者らが鋭意検討した結果、低段圧縮機１１で圧縮されて低段圧縮機１１から排出された後の冷媒にフラッシュタンク１３内の冷媒液を供給することで、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の過熱度を効率的に抑制できることが判明した。
一実施形態に係る冷凍装置１によれば、高段圧縮機１２に吸入される冷媒を冷却するための熱交換器を設ける設置場所や該熱交換器を設けるためのコストの負担がなく、また外気の温度条件に左右されず高段圧縮機１２に吸入される冷媒の過熱度を効率的に抑制できる。これにより、高段圧縮機１２の効率向上を低コストで実現できる。
高段圧縮機１２の効率を上げるためには、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の過熱度を抑制する必要がある。そこで、高段圧縮機１２に吸入される冷媒を冷却するための熱交換器を用いることが考えられる。しかし、このような熱交換器を設ける場合、設置場所の確保やコスト増といった課題が生じる。
発明者らが鋭意検討した結果、低段圧縮機１１で圧縮されて低段圧縮機１１から排出された後の冷媒にフラッシュタンク１３内の冷媒液を供給することで、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の過熱度を効率的に抑制できることが判明した。
一実施形態に係る冷凍装置１によれば、高段圧縮機１２に吸入される冷媒を冷却するための熱交換器を設ける設置場所や該熱交換器を設けるためのコストの負担がなく、また外気の温度条件に左右されず高段圧縮機１２に吸入される冷媒の過熱度を効率的に抑制できる。これにより、高段圧縮機１２の効率向上を低コストで実現できる。
【0019】
一実施形態に係る冷凍装置１では、液インジェクション流路３５は、フラッシュタンク１３の液相部と、低段圧縮機１１で圧縮された後の冷媒が流通する流路である低段圧縮機１１の出口と高段圧縮機１２の入口とを接続する冷媒流路３１と、を連通するように設けられるとよい。液インジェクション流路３５の下流端３５ｄは、上記冷媒流路３１に接続されるとよい。
これにより、単純な構成により低段圧縮機１１で圧縮された後の冷媒にフラッシュタンク１３内の冷媒液を供給できる。
なお、液インジェクション流路３５の上流端３５ｕは、図１に示すようにフラッシュタンク１３内の冷媒液を蒸発器１６に供給するための冷媒流路３４の内、フラッシュタンク１３と熱交換器１７とを接続する冷媒流路３４ａに接続されていてもよいし、フラッシュタンク１３に直接接続されていてもよい。
これにより、単純な構成により低段圧縮機１１で圧縮された後の冷媒にフラッシュタンク１３内の冷媒液を供給できる。
なお、液インジェクション流路３５の上流端３５ｕは、図１に示すようにフラッシュタンク１３内の冷媒液を蒸発器１６に供給するための冷媒流路３４の内、フラッシュタンク１３と熱交換器１７とを接続する冷媒流路３４ａに接続されていてもよいし、フラッシュタンク１３に直接接続されていてもよい。
【0020】
一実施形態に係る冷凍装置１では、液インジェクション流路３５に設けられる第１膨張弁４１を備えるとよい。
これにより、低段圧縮機１１で圧縮された後の冷媒にフラッシュタンク１３内の冷媒液を制御性良く供給できる。
これにより、低段圧縮機１１で圧縮された後の冷媒にフラッシュタンク１３内の冷媒液を制御性良く供給できる。
【0021】
一実施形態に係る冷凍装置１では、凝縮器１５とフラッシュタンク１３とを接続する流路である冷媒流路３２ｂに設けられる第２膨張弁４２を備えるとよい。
これにより、高段圧縮機１２の吐出圧力を調節できる。
また、一実施形態に係る冷凍装置１では、フラッシュタンク１３の気相部と、低段圧縮機１１の出口とアキュムレータ１４とを接続する冷媒流路３１ａとを接続するフラッシュガス流路３６に設けられる第４膨張弁４４を備えるとよい。
第４膨張弁４４によってフラッシュタンク１３内の圧力を調節することができるので、低段圧縮機１１で圧縮された後の冷媒に供給されるフラッシュタンク１３内の冷媒液の供給が安定する。これにより、高段圧縮機１２に供給される冷媒の過熱度を安定的に抑制できる。
これにより、高段圧縮機１２の吐出圧力を調節できる。
また、一実施形態に係る冷凍装置１では、フラッシュタンク１３の気相部と、低段圧縮機１１の出口とアキュムレータ１４とを接続する冷媒流路３１ａとを接続するフラッシュガス流路３６に設けられる第４膨張弁４４を備えるとよい。
第４膨張弁４４によってフラッシュタンク１３内の圧力を調節することができるので、低段圧縮機１１で圧縮された後の冷媒に供給されるフラッシュタンク１３内の冷媒液の供給が安定する。これにより、高段圧縮機１２に供給される冷媒の過熱度を安定的に抑制できる。
【0022】
一実施形態に係る冷凍装置１では、低段圧縮機１１で圧縮された後の冷媒が流通する流路である冷媒流路３１に設けられた気液分離器としてのアキュムレータ１４を備えているとよい。液インジェクション流路３５は、フラッシュタンク１３の液相部と上記冷媒流路３１とを連通するように設けられているとよい。液インジェクション流路３５の下流端３５ｄは、上記冷媒流路３１の内、低段圧縮機１１とアキュムレータ１４との間の冷媒流路３１ａに接続されるとよい。
これにより、フラッシュタンク内の冷媒液が液体のまま高段圧縮機に供給されることを防止できる。
これにより、フラッシュタンク内の冷媒液が液体のまま高段圧縮機に供給されることを防止できる。
【0023】
一実施形態に係る冷凍装置１では、低段圧縮機１１で圧縮された後の冷媒にフラッシュタンク１３内の気相部の冷媒ガスを供給するためのフラッシュガス流路３６を備えていてもよい。
これにより、フラッシュタンク１３内で発生した冷媒ガスを高段圧縮機１２に戻すことができる。
これにより、フラッシュタンク１３内で発生した冷媒ガスを高段圧縮機１２に戻すことができる。
【0024】
一実施形態に係る冷凍装置１では、フラッシュガス流路３６は、フラッシュタンク１３の気相部と上記冷媒流路３１とを連通するように設けられているとよい。フラッシュガス流路３６の下流端３６ｄは、上記冷媒流路３１の内、低段圧縮機１１とアキュムレータ１４との間の冷媒流路３１ａに接続されるとよい。
これにより、フラッシュガス流路３６を流れる冷媒に冷媒液が含まれたとしても、冷媒液が液体のまま高段圧縮機１２に供給されることを防止できる。
これにより、フラッシュガス流路３６を流れる冷媒に冷媒液が含まれたとしても、冷媒液が液体のまま高段圧縮機１２に供給されることを防止できる。
【0025】
一実施形態に係る冷凍装置１では、冷媒は、ＣＯ２冷媒であるとよい。その理由について、以下で説明する。
図２は、ＣＯ２冷媒を使用する一実施形態に係る冷凍装置１のモリエル線図の一例である。
ＣＯ２冷媒では、図２に示したモリエル線図において、ある一定の圧力において比エンタルピが大きくなるほど、図２において複数の細い実線で示した等エントロピ線Ｅｉの傾きは小さくなる。そのため、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入圧力が同じであり、高段圧縮機１２から吐出される冷媒の吐出圧力が同じであっても、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の比エンタルピと高段圧縮機１２から吐出される冷媒の比エンタルピとの差は、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の比エンタルピが小さくなるほど小さくなる。
低段圧縮機１１で圧縮された後の冷媒にフラッシュタンク１３内の冷媒液を供給することで、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入量が増えるが、上述したように高段圧縮機１２に吸入される冷媒の比エンタルピと高段圧縮機１２から吐出される冷媒の比エンタルピとの差が小さくなる。
発明者らが鋭意検討した結果、低段圧縮機１１で圧縮された後の冷媒にフラッシュタンク１３内の冷媒液を供給する場合と供給しない場合とでは、高段圧縮機１２の消費動力にほとんど差がないことが判明した。
これにより、高段圧縮機１２の消費動力の増加を抑制しつつ、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の過熱度を効率的に抑制できる。
図２は、ＣＯ２冷媒を使用する一実施形態に係る冷凍装置１のモリエル線図の一例である。
ＣＯ２冷媒では、図２に示したモリエル線図において、ある一定の圧力において比エンタルピが大きくなるほど、図２において複数の細い実線で示した等エントロピ線Ｅｉの傾きは小さくなる。そのため、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入圧力が同じであり、高段圧縮機１２から吐出される冷媒の吐出圧力が同じであっても、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の比エンタルピと高段圧縮機１２から吐出される冷媒の比エンタルピとの差は、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の比エンタルピが小さくなるほど小さくなる。
低段圧縮機１１で圧縮された後の冷媒にフラッシュタンク１３内の冷媒液を供給することで、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入量が増えるが、上述したように高段圧縮機１２に吸入される冷媒の比エンタルピと高段圧縮機１２から吐出される冷媒の比エンタルピとの差が小さくなる。
発明者らが鋭意検討した結果、低段圧縮機１１で圧縮された後の冷媒にフラッシュタンク１３内の冷媒液を供給する場合と供給しない場合とでは、高段圧縮機１２の消費動力にほとんど差がないことが判明した。
これにより、高段圧縮機１２の消費動力の増加を抑制しつつ、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の過熱度を効率的に抑制できる。
【0026】
なお、図２において、ｎ点はＣＯ２の臨界点であり、ｎ点より左側のラインＸは飽和液線であり、ｎ点より右側のラインＹは飽和蒸気線である。ａ点は低段圧縮機１１の入口における冷媒の状態量であり、ｂ点は低段圧縮機１１の出口における冷媒の状態量である。ｃ点は高段圧縮機１２の入口における冷媒の状態量であり、ｄ点は高段圧縮機１２の出口における冷媒の状態量である。ｅ点はガスクーラとしての凝縮器１５の出口における冷媒の状態量であり、ｆ点は第２膨張弁４２出口の気液混合状態の冷媒の状態量である。ｇ点はフラッシュタンク１３の液相部の状態量であり、ｈ点はフラッシュタンク１３で気液分離された後の気相部の状態量である。ｉ点はフラッシュタンク１３から出て熱交換器１７を通過した後の冷媒の状態量であり、ｊ点は第３膨張弁４３出口の冷媒の状態量であり、ｋ点は蒸発器１６出口の冷媒の状態量である。ｌ点は第４膨張弁４４出口の冷媒の状態量であり、ｍ点は第１膨張弁４１出口の冷媒の状態量である。
【0027】
一実施形態に係る冷凍装置１では、ｂ点、すなわち低段圧縮機１１とアキュムレータ１４との間の冷媒流路３１ａにおいて、液インジェクション流路３５及びフラッシュガス流路３６が合流しているので、ｃ点、すなわち高段圧縮機１２の入口における冷媒の比エンタルピｈは、ｂ点より下がる。
なお、理解の便宜のため、図１中の同一の場所にも符号ａ～ｍを付している。
なお、理解の便宜のため、図１中の同一の場所にも符号ａ～ｍを付している。
【0028】
（第１膨張弁４１の開度の調節について）
上述したように、一実施形態に係る制御装置５０は、冷凍装置１の各部を制御するための制御装置であり、第１膨張弁４１の開度の調節も行う。制御装置５０は、吸入温度センサ５５で検出された吸入温度と、吸入圧力センサ５７で検出された吸入圧力とに基づいて、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入過熱度を算出し、算出された吸入過熱度が予め設定された目標値となるように第１膨張弁４１の開度を調節するように構成されている。
これにより、後述するように、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入過熱度を安定して抑制できる。
上述したように、一実施形態に係る制御装置５０は、冷凍装置１の各部を制御するための制御装置であり、第１膨張弁４１の開度の調節も行う。制御装置５０は、吸入温度センサ５５で検出された吸入温度と、吸入圧力センサ５７で検出された吸入圧力とに基づいて、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入過熱度を算出し、算出された吸入過熱度が予め設定された目標値となるように第１膨張弁４１の開度を調節するように構成されている。
これにより、後述するように、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入過熱度を安定して抑制できる。
【0029】
図３は、第１膨張弁４１の開度の調節のために制御装置５０において実施される処理の流れを示すフローチャートである。図３のフローチャートに示す処理を実行するためのプログラムは、プロセッサ５１がメモリ５３から読み込んで実行する。
【0030】
一実施形態に係る冷凍装置１の制御方法は、吸入温度検出ステップＳ１０と、吸入圧力検出ステップＳ２０と、吸入過熱度算出ステップＳ３０と、開度調節ステップＳ４０と、を備える。
【0031】
吸入温度検出ステップＳ１０は、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入温度Ｔｉを検出するステップである。吸入温度検出ステップＳ１０では、プロセッサ５１は、吸入温度センサ５５で検出した冷媒の吸入温度Ｔｉを取得する。
吸入圧力検出ステップＳ２０は、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入圧力Ｐｉを検出するステップである。吸入圧力検出ステップＳ２０では、プロセッサ５１は、吸入圧力センサ５７で検出した冷媒の吸入圧力Ｐｉを取得する。
吸入圧力検出ステップＳ２０は、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入圧力Ｐｉを検出するステップである。吸入圧力検出ステップＳ２０では、プロセッサ５１は、吸入圧力センサ５７で検出した冷媒の吸入圧力Ｐｉを取得する。
【0032】
吸入過熱度算出ステップＳ３０は、検出された吸入温度Ｔｉと、検出された吸入圧力Ｐｉとに基づいて、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入過熱度を算出するステップである。吸入過熱度算出ステップＳ３０では、プロセッサ５１は、吸入温度検出ステップＳ１０で取得した冷媒の吸入温度Ｔｉと、吸入圧力検出ステップＳ２０で取得した冷媒の吸入圧力Ｐｉとに基づいて、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入過熱度を算出する。
【0033】
開度調節ステップＳ４０は、算出された吸入過熱度が予め設定された目標値となるように第１膨張弁４１の開度を調節するステップである。開度調節ステップＳ４０では、プロセッサ５１は、吸入過熱度算出ステップＳ３０で算出した冷媒の吸入過熱度が、予め設定されていてメモリ５３に記憶されている吸入過熱度の目標値となるように第１膨張弁４１の開度を算出し、算出した開度となるように第１膨張弁４１の不図示のアクチュエータを駆動するための制御信号を出力する。
第１膨張弁４１では、当該制御信号を受信することで不図示のアクチュエータが第１膨張弁４１における開度を調節する。これにより、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入過熱度が吸入過熱度の目標値となるように第１膨張弁４１における開度が調節される。
一実施形態に係る冷凍装置１の制御方法によれば、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入過熱度を安定して抑制できる。これにより、高段圧縮機１２の効率を安定して向上できる。
第１膨張弁４１では、当該制御信号を受信することで不図示のアクチュエータが第１膨張弁４１における開度を調節する。これにより、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入過熱度が吸入過熱度の目標値となるように第１膨張弁４１における開度が調節される。
一実施形態に係る冷凍装置１の制御方法によれば、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入過熱度を安定して抑制できる。これにより、高段圧縮機１２の効率を安定して向上できる。
【0034】
本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【0035】
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
（１）本開示の少なくとも一実施形態に係る冷凍装置１は、冷媒を圧縮するための低段圧縮機１１と、低段圧縮機１１で圧縮された後の冷媒を圧縮するための高段圧縮機１２と、高段圧縮機１２で圧縮された後の冷媒を受け入れることができるフラッシュタンク１３と、低段圧縮機１１で圧縮されて低段圧縮機１１から排出された後の冷媒にフラッシュタンク１３内の冷媒液を供給するための液インジェクション流路３５と、を備える。
（１）本開示の少なくとも一実施形態に係る冷凍装置１は、冷媒を圧縮するための低段圧縮機１１と、低段圧縮機１１で圧縮された後の冷媒を圧縮するための高段圧縮機１２と、高段圧縮機１２で圧縮された後の冷媒を受け入れることができるフラッシュタンク１３と、低段圧縮機１１で圧縮されて低段圧縮機１１から排出された後の冷媒にフラッシュタンク１３内の冷媒液を供給するための液インジェクション流路３５と、を備える。
【0036】
上記（１）の構成によれば、高段圧縮機１２に吸入される冷媒を冷却するための熱交換器を設ける設置場所や該熱交換器を設けるためのコストの負担がなく、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の過熱度を効率的に抑制できる。これにより、高段圧縮機１２の効率向上を低コストで実現できる。
【0037】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、液インジェクション流路３５は、フラッシュタンク１３の液相部と低段圧縮機１１で圧縮された後の冷媒が流通する流路（冷媒流路３１）とを連通するように設けられるとよい。液インジェクション流路３５の下流端３５ｄは、上記流路（冷媒流路３１）に接続されるとよい。
【0038】
上記（２）の構成によれば、単純な構成により低段圧縮機１１で圧縮された後の冷媒にフラッシュタンク１３内の冷媒液を供給できる。
【0039】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、液インジェクション流路３５に設けられる第１膨張弁４１を備えるとよい。
【0040】
上記（３）の構成によれば、低段圧縮機１１で圧縮された後の冷媒にフラッシュタンク１３内の冷媒液を安定的に供給できる。
【0041】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、高段圧縮機１２で圧縮された後の冷媒を冷却するための凝縮器と、凝縮器１５とフラッシュタンク１３とを接続する流路（冷媒流路３２ｂ）に設けられる第２膨張弁４２と、を備えるとよい。
【0042】
上記（４）の構成によれば、高段圧縮機１２の吐出圧力を調節できる。
【0043】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、低段圧縮機１１で圧縮された後の冷媒が流通する流路（冷媒流路３１）に設けられた気液分離器（アキュムレータ１４）を備えているとよい。液インジェクション流路３５は、フラッシュタンク１３の液相部と上記流路（冷媒流路３１）とを連通するように設けられているとよい。液インジェクション流路３５の下流端３５ｄは、上記流路（冷媒流路３１）の内、低段圧縮機１１と気液分離器（アキュムレータ１４）との間の流路（冷媒流路３１ａ）に接続されるとよい。
【0044】
上記（５）の構成によれば、フラッシュタンク１３内の冷媒液が液体のまま高段圧縮機１２に供給されることを防止できる。
【0045】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、低段圧縮機１１で圧縮された後の冷媒にフラッシュタンク１３内の冷媒ガスを供給するためのフラッシュガス流路３６を備えていてもよい。
【0046】
上記（６）の構成によれば、フラッシュタンク１３内で発生した冷媒ガスを高段圧縮機１２に戻すことができる。また、フラッシュタンク１３内で発生した冷媒ガスによって高段圧縮機１２に吸入される冷媒の過熱度を抑制できる。
【0047】
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、低段圧縮機１１で圧縮された後の冷媒が流通する流路（冷媒流路３１）に設けられた気液分離器（アキュムレータ１４）を備えているとよい。フラッシュガス流路３６は、フラッシュタンク１３の気相部と上記流路（冷媒流路３１）とを連通するように設けられているとよい。フラッシュガス流路３６の下流端３６ｄは、上記流路（冷媒流路３１）の内、低段圧縮機１１と気液分離器（アキュムレータ１４）との間の流路（冷媒流路３１ａ）に接続されるとよい。
【0048】
上記（７）の構成によれば、フラッシュガス流路３６を流れる冷媒に冷媒液が含まれたとしても、冷媒液が液体のまま高段圧縮機１２に供給されることを防止できる。
【0049】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、冷媒は、ＣＯ２冷媒であるとよい。
【0050】
上記（８）の構成によれば、高段圧縮機１２の消費動力の増加を抑制しつつ、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の過熱度を効率的に抑制できる。
【0051】
（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかの構成において、液インジェクション流路３５に設けられる第１膨張弁４１と、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入温度Ｔｉを検出するための吸入温度センサ５５と、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入圧力Ｐｉを検出するための吸入圧力センサ５７と、第１膨張弁４１の開度を調節するための制御装置５０と、を備えるとよい。制御装置５０は、吸入温度センサ５５で検出された吸入温度Ｔｉと、吸入圧力センサ５７で検出された吸入圧力Ｐｉとに基づいて、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入過熱度を算出し、算出された吸入過熱度が予め設定された目標値となるように第１膨張弁４１の開度を調節するように構成されているとよい。
【0052】
上記（９）の構成によれば、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入過熱度を安定して抑制できる。
【0053】
（１０）本開示の少なくとも一実施形態に係る冷凍装置１の制御方法は、冷凍装置１の制御方法である。冷凍装置１は、冷媒を圧縮するための低段圧縮機１１と、低段圧縮機１１で圧縮された後の冷媒を圧縮するための高段圧縮機１２と、高段圧縮機１２で圧縮された後の冷媒を受け入れることができるフラッシュタンク１３と、低段圧縮機１１で圧縮された後の冷媒にフラッシュタンク１３内の冷媒液を供給するための液インジェクション流路３５と、液インジェクション流路３５に設けられる第１膨張弁４１と、を備える。本開示の少なくとも一実施形態に係る冷凍装置１の制御方法は、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入温度Ｔｉを検出する吸入温度検出ステップＳ１０と、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入圧力Ｐｉを検出する吸入圧力検出ステップＳ２０と、検出された吸入温度Ｔｉと、検出された吸入圧力Ｐｉとに基づいて、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入過熱度を算出する吸入過熱度算出ステップＳ３０と、算出された吸入過熱度が予め設定された目標値となるように第１膨張弁４１の開度を調節する開度調節ステップＳ４０と、を備える。
【0054】
上記（１０）の方法によれば、高段圧縮機１２に吸入される冷媒の吸入過熱度を外気温度によらず安定して抑制できることにより、高段圧縮機１２の効率を安定して向上できる。
【符号の説明】
【0055】
１ 冷凍装置
１１ 低段圧縮機
１２ 高段圧縮機
１３ フラッシュタンク
１４ アキュムレータ
１５ 凝縮器
１６ 蒸発器
３５ 液インジェクション流路
３６ フラッシュガス流路
４１ 第１膨張弁
４２ 第２膨張弁（高段膨張弁）
４３ 第３膨張弁（低段膨張弁）
４４ 第４膨張弁
５０ 制御装置
５５ 吸入温度センサ
５７ 吸入温度センサ
１１ 低段圧縮機
１２ 高段圧縮機
１３ フラッシュタンク
１４ アキュムレータ
１５ 凝縮器
１６ 蒸発器
３５ 液インジェクション流路
３６ フラッシュガス流路
４１ 第１膨張弁
４２ 第２膨張弁（高段膨張弁）
４３ 第３膨張弁（低段膨張弁）
４４ 第４膨張弁
５０ 制御装置
５５ 吸入温度センサ
５７ 吸入温度センサ
【図1】
【図2】
【図3】