JP2006258397A - 冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 多段圧縮機構の吐出圧力及び吸込圧力が変化しても常に成績係数を最大にすることができ、もって、不具合の発生のない冷凍装置を得る。
【解決手段】 直列に接続された圧縮機構１、２と凝縮器３と中間冷却器１１と冷却器用膨張手段４と冷却器５とを具備する冷媒が循環する主冷凍回路と、中間冷却器１１の下流において分岐された冷媒を中間冷却器用膨張手段１２および中間冷却器１１を経由して圧縮機構１、２の間の中間合流点６に合流させる中間冷却器回路と、圧縮機構１、２の吸込体積変更手段と、吸込圧力検出手段１００、１０１と吐出圧力検出手段１０２と、圧縮機構１、２の吸込圧力と吐出圧力との比である圧縮比が等しくなるように吸込体積変更手段を制御する制御手段とを有する。たとえば、現在の圧縮比が目標とする圧縮比より小さい（大きい）場合、前記吸込体積を維持または増加（減少）させる。
【選択図】 図１
【解決手段】 直列に接続された圧縮機構１、２と凝縮器３と中間冷却器１１と冷却器用膨張手段４と冷却器５とを具備する冷媒が循環する主冷凍回路と、中間冷却器１１の下流において分岐された冷媒を中間冷却器用膨張手段１２および中間冷却器１１を経由して圧縮機構１、２の間の中間合流点６に合流させる中間冷却器回路と、圧縮機構１、２の吸込体積変更手段と、吸込圧力検出手段１００、１０１と吐出圧力検出手段１０２と、圧縮機構１、２の吸込圧力と吐出圧力との比である圧縮比が等しくなるように吸込体積変更手段を制御する制御手段とを有する。たとえば、現在の圧縮比が目標とする圧縮比より小さい（大きい）場合、前記吸込体積を維持または増加（減少）させる。
【選択図】 図１
Description
この発明は、多段圧縮機構を有する冷凍装置に関するものである。
低温用途に使用される圧縮式冷凍装置では、圧縮比の増大による圧縮効率の低下の防止を目的として複数の圧縮機構を直列に接続して段階的に圧縮を行なう機構（以下、多段圧縮機構と称す。）を採用することが多い。多段圧縮機構は、各圧縮機構の圧縮比が等しくなるとき、多段圧縮機構の成績係数は大略最大値となることが知られ、多段圧縮を行なう場合に各圧縮機構の吸込体積比（以下、吸込体積比と称す。）を一定に保つことにより、各圧縮機構の圧縮比を一定にしようとする各種方式が提案されている。
たとえば、高段圧力検出手段による検出結果に基づいて低段側圧力手段の圧縮比と高段側圧力手段の圧縮比とを実質上等しく保つように制御する方式（例えば、特許文献１参照）、吸入バイパス通路に設置した開閉弁を制御することによって、低段圧縮要素と高段圧縮要素における圧縮入力を相殺する方式（例えば、特許文献２参照）、高段側圧縮機構のシリンダ容積を低段側圧縮機構のシリンダ容積に対して所定比率に設定する方式（例えば、特許文献３参照）、あるいは、２段スクリュー圧縮機を駆動する駆動モータに回転数を制御するインバータを設ける方式がある（例えば、特許文献４参照）。
たとえば、高段圧力検出手段による検出結果に基づいて低段側圧力手段の圧縮比と高段側圧力手段の圧縮比とを実質上等しく保つように制御する方式（例えば、特許文献１参照）、吸入バイパス通路に設置した開閉弁を制御することによって、低段圧縮要素と高段圧縮要素における圧縮入力を相殺する方式（例えば、特許文献２参照）、高段側圧縮機構のシリンダ容積を低段側圧縮機構のシリンダ容積に対して所定比率に設定する方式（例えば、特許文献３参照）、あるいは、２段スクリュー圧縮機を駆動する駆動モータに回転数を制御するインバータを設ける方式がある（例えば、特許文献４参照）。
しかしながら前記特許文献１〜４に開示された方式は、各圧縮機構の圧縮比が等しくなる吸込体積比（最適値）は、中間冷却器回路の影響を考慮すると、多段圧縮機構の吐出圧力と吸込圧力とによって変化することから、多段圧縮機構の吐出圧力及び吸込圧力が変動すると、吸込体積比の最適値が変化する。したがって、各圧縮機構の圧縮比が等しくする方式として、前記特許文献に開示された吸込体積比を一定にする方式では、多段圧縮機構の吐出圧力及び吸込圧力が設計条件からずれると、吸込体積比が最適値と異なることとなり、成績係数が最大にならないという問題があった。
また、多段圧縮機構全体の圧縮比が、設計条件より小さくなった場合、低段側の圧縮機構において過圧縮が発生する可能性があった。過圧縮が発生すると、高段側圧縮機構の吐出圧力と吸込圧力の差圧が減少して、高段側圧縮機構において軸受への給油不良及び吐出温度の異常上昇が発生する可能性があった。このように多段圧縮機構全体の圧縮比が設計条件より低下すると、種々の不具合が発生する可能性があるという問題があった。
特に、冷凍装置に多段圧縮機構が用いられた場合、運転状態により多段圧縮機構の吐出圧力及び吸込圧力が大きく変化するため、前述の２つの問題が顕著に現れていた。
特に、冷凍装置に多段圧縮機構が用いられた場合、運転状態により多段圧縮機構の吐出圧力及び吸込圧力が大きく変化するため、前述の２つの問題が顕著に現れていた。
この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、多段圧縮機構の吐出圧力及び吸込圧力が変化しても常に成績係数を最大にすることができ、もって、不具合の発生のない冷凍装置を得るものである。
この発明に係る冷凍装置は、直列に接続された複数の圧縮機構と、該複数の圧縮機構のうち最も下流側に位置する圧縮機構に接続された凝縮器と、該凝縮器に接続された中間冷却器と、該中間冷却器に接続された冷却器用膨張手段と、該冷却器用膨張手段４に接続され前記複数の圧縮機構のうち最も上流側に位置する圧縮機構に接続された冷却器と、を具備する冷媒が循環する主冷凍回路と、
前記中間冷却器の下流において分岐された冷媒を、中間冷却器用膨張手段および前記中間冷却器を経由して前記複数の圧縮機構の圧縮機構同士の間に合流させる中間冷却器回路と、
前記複数の圧縮機構のそれぞれが吸い込む冷媒の吸込体積を変更する吸込体積変更手段と、
前記複数の圧縮機構のそれぞれが吸い込む冷媒の吸込圧力を検出する吸込圧力検出手段と、
前記複数の圧縮機構のそれぞれが吐出する冷媒の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、
前記複数の圧縮機構のそれぞれに対して、前記複数の圧縮機構のそれぞれの吸込圧力検出手段の検出した吸込圧力と吐出圧力検出手段の検出した吐出圧力との圧縮比が等しくなるように、前記複数の圧縮機構の少なくとも１以上の吸込体積変更手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
前記中間冷却器の下流において分岐された冷媒を、中間冷却器用膨張手段および前記中間冷却器を経由して前記複数の圧縮機構の圧縮機構同士の間に合流させる中間冷却器回路と、
前記複数の圧縮機構のそれぞれが吸い込む冷媒の吸込体積を変更する吸込体積変更手段と、
前記複数の圧縮機構のそれぞれが吸い込む冷媒の吸込圧力を検出する吸込圧力検出手段と、
前記複数の圧縮機構のそれぞれが吐出する冷媒の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、
前記複数の圧縮機構のそれぞれに対して、前記複数の圧縮機構のそれぞれの吸込圧力検出手段の検出した吸込圧力と吐出圧力検出手段の検出した吐出圧力との圧縮比が等しくなるように、前記複数の圧縮機構の少なくとも１以上の吸込体積変更手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
この発明の冷凍装置は、各圧縮機機構の圧縮比が同一になるように構成したので、多段圧縮機構全体の圧縮比が変化しても常に成績係数を最大にできるという効果を有する。
また、この発明の冷凍装置は、各圧縮機構の圧縮比を検出して、各圧縮機構の吸込体積を制御するように構成したので、多段圧縮機構全体の圧縮比が小さくなっても過圧縮による不具合が発生しないという効果を有する。
また、この発明の冷凍装置は、各圧縮機構の圧縮比を検出して、各圧縮機構の吸込体積を制御するように構成したので、多段圧縮機構全体の圧縮比が小さくなっても過圧縮による不具合が発生しないという効果を有する。
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の構成を説明する構成図である。図１において、二段圧縮機構を有する冷凍装置１０００は、主冷凍回路（冷媒は図面中時計回りに循環する）と中間冷却器回路（冷媒は図面中反時計回りに流れる）とから構成されている。
図１は本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の構成を説明する構成図である。図１において、二段圧縮機構を有する冷凍装置１０００は、主冷凍回路（冷媒は図面中時計回りに循環する）と中間冷却器回路（冷媒は図面中反時計回りに流れる）とから構成されている。
（主冷凍回路）
主冷凍回路は、吸込体積を変更自在な低段側圧縮機構１と、低段側圧縮機構１に直列に接続された込体積を変更自在な高段側圧縮機構２と、高段側圧縮機構２の冷媒出口側（図中右側）に接続された凝縮器３と、凝縮器３の冷媒出口側（図中下側）に接続された中間冷却器１１と、中間冷却器１１の冷媒出口側（図中左側）に接続された冷却器用膨張手段４と、冷却器用膨張手段４の冷媒出口側（図中上側）に接続された冷却器５とから構成されている。
主冷凍回路は、吸込体積を変更自在な低段側圧縮機構１と、低段側圧縮機構１に直列に接続された込体積を変更自在な高段側圧縮機構２と、高段側圧縮機構２の冷媒出口側（図中右側）に接続された凝縮器３と、凝縮器３の冷媒出口側（図中下側）に接続された中間冷却器１１と、中間冷却器１１の冷媒出口側（図中左側）に接続された冷却器用膨張手段４と、冷却器用膨張手段４の冷媒出口側（図中上側）に接続された冷却器５とから構成されている。
そして、低段側圧縮機構１と高段側圧縮機構２とは第１主配管１００１によって、高段側圧縮機構２と凝縮器３とは第２主配管１００２によって、凝縮器３と中間冷却器１１の高圧冷媒入口１１ａとは第３主配管１００３によって、中間冷却器１１の高圧冷媒出口１１ｂと冷却器用膨張手段４とは第４主配管１００４によって、冷却器用膨張手段４と冷却器５とは第５主配管１００５によって、冷却器５と低段側圧縮機構１とは第６主配管１００６によって、それぞれ接続されている。
（中間冷却器回路）
中間冷却器回路は、中間冷却器用膨張手段１２と中間冷却器１１とから構成されている。そして、中間冷却器用膨張手段１２の冷媒入口は第４主配管１００４の途中に設けられた中間分岐点８に第１中間配管１０１１によって、中間冷却器用膨張手段１２の出口は中間冷却器１１の低圧冷媒入口１１ｃに第２中間配管１０１２によって、中間冷却器１１の低圧冷媒出口１１ｄは第１主配管の途中に設けられた中間合流点６に第３中間配管１０１３によって、それぞれ接続されている。
中間冷却器回路は、中間冷却器用膨張手段１２と中間冷却器１１とから構成されている。そして、中間冷却器用膨張手段１２の冷媒入口は第４主配管１００４の途中に設けられた中間分岐点８に第１中間配管１０１１によって、中間冷却器用膨張手段１２の出口は中間冷却器１１の低圧冷媒入口１１ｃに第２中間配管１０１２によって、中間冷却器１１の低圧冷媒出口１１ｄは第１主配管の途中に設けられた中間合流点６に第３中間配管１０１３によって、それぞれ接続されている。
（圧力検出手段）
第６主配管１００６には、低段側圧縮機構１の吸込口の圧力を「吸込圧力」として検出する吸込圧力検出手段１００が、第１主配管１００１には、中間合流点６の圧力を「中間圧」として検出する中間圧力検出手段１０１が、第２主配管１００２には、高段側圧縮機構２の吐出口の圧力を「吐出圧力」として検出する吐出圧力検出手段１０２が、それぞれ設置されている。そして、吸込圧力検出手段１００、中間圧力検出手段１０１、および吐出圧力検出手段１０２は制御器２００に接続されている。
第６主配管１００６には、低段側圧縮機構１の吸込口の圧力を「吸込圧力」として検出する吸込圧力検出手段１００が、第１主配管１００１には、中間合流点６の圧力を「中間圧」として検出する中間圧力検出手段１０１が、第２主配管１００２には、高段側圧縮機構２の吐出口の圧力を「吐出圧力」として検出する吐出圧力検出手段１０２が、それぞれ設置されている。そして、吸込圧力検出手段１００、中間圧力検出手段１０１、および吐出圧力検出手段１０２は制御器２００に接続されている。
（冷水出口温度検出手段）
また、冷却器５の冷水の出口温度を検出する冷水出口温度検出手段１１０が設置され、冷水出口温度検出手段１１０は制御器２００に接続されている。
また、冷却器５の冷水の出口温度を検出する冷水出口温度検出手段１１０が設置され、冷水出口温度検出手段１１０は制御器２００に接続されている。
（制御器）
制御器２００は、低段側圧縮機構１の圧縮比（中間圧／吸込圧力）、高段側圧縮機構２の圧縮比（吐出圧力／中間圧）を計算し、かつ、低段側圧縮機構１の圧縮比と高段側圧縮機構２の圧縮比とが同一になる「低段側圧縮機構１の吸込体積」、及び「高段側圧縮機構２の吸込体積」を算出する。さらに、現在の冷却能力と事前に設定された目標冷却能力を比較し、低段側圧縮機構１の吸込体積（以下「算出低段吸込体積」と称す）、及び高段側圧縮機構２の吸込体積（以下「算出高段吸込体積」と称す）」を算出する。
制御器２００は、低段側圧縮機構１の圧縮比（中間圧／吸込圧力）、高段側圧縮機構２の圧縮比（吐出圧力／中間圧）を計算し、かつ、低段側圧縮機構１の圧縮比と高段側圧縮機構２の圧縮比とが同一になる「低段側圧縮機構１の吸込体積」、及び「高段側圧縮機構２の吸込体積」を算出する。さらに、現在の冷却能力と事前に設定された目標冷却能力を比較し、低段側圧縮機構１の吸込体積（以下「算出低段吸込体積」と称す）、及び高段側圧縮機構２の吸込体積（以下「算出高段吸込体積」と称す）」を算出する。
そして、制御器２００は低段側圧縮機構１の吸込体積調整手段（図示しない）、及び高段側圧縮機構２の吸込体積調整手段（図示しない）に接続され、低段側圧縮機構１の吸込体積、及び高段側圧縮機構２の吸込体積を、それぞれ算出低段吸込体積および算出高段吸込体積になるように制御している。
なお、以下の説明において、現在の冷却能力を冷水出口温度検出手段１１０によって検出された冷水出口温度に基づいて演算する場合を例示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば冷水入口温度、冷水流量、室内空気温度、室内空気湿度、及びそれらの組合せ等に基づいてもよい。
なお、以下の説明において、現在の冷却能力を冷水出口温度検出手段１１０によって検出された冷水出口温度に基づいて演算する場合を例示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば冷水入口温度、冷水流量、室内空気温度、室内空気湿度、及びそれらの組合せ等に基づいてもよい。
（冷凍サイクルの動作）
次に冷凍サイクルの動作について説明する。まず、高段側圧縮機構２から吐出された冷媒は、凝縮器３で、冷却水、外気等と熱交換して、凝縮液化し高圧液冷媒となる。その後、中間冷却器１１の高圧冷媒入口１１ａより中間冷却器１１に入る。中間冷却器１１内で中間圧二相冷媒と熱交換した高圧液冷媒は、中間冷却器１１の高圧冷媒出口１１ｂより流出し、冷却器用冷媒と中間冷却器用冷媒に分岐される。
次に冷凍サイクルの動作について説明する。まず、高段側圧縮機構２から吐出された冷媒は、凝縮器３で、冷却水、外気等と熱交換して、凝縮液化し高圧液冷媒となる。その後、中間冷却器１１の高圧冷媒入口１１ａより中間冷却器１１に入る。中間冷却器１１内で中間圧二相冷媒と熱交換した高圧液冷媒は、中間冷却器１１の高圧冷媒出口１１ｂより流出し、冷却器用冷媒と中間冷却器用冷媒に分岐される。
冷却器用冷媒は、冷却器用膨張手段４において吸込圧力まで減圧された後、低圧二相冷媒となり冷却器５に流入する。低圧二相冷媒は冷却器５で、熱源より吸熱して蒸発し、低段側圧縮機構１に入り、圧縮吐出され高温ガスとなり、中間合流点６に至る。
一方、中間冷却器用冷媒は、中間冷却器用膨張手段１２において中間圧まで減圧された後、中間圧二相冷媒となり中間冷却器１１の低圧冷媒入口１１ｃより中間冷却器１１に流入する。中間圧二相冷媒は、中間冷却器１１内で高圧液冷媒と熱交換し、中間冷却器１１の低圧冷媒出口１１ｄから中間合流点６に至る。
そして、中間合流点６では、冷却器用冷媒と中間冷却器用冷媒が合流し、高段側圧縮機構２に吸入され圧縮される。
なお、本実施の形態は二段式の例を示しているが、三段式以上とすることも可能である。
一方、中間冷却器用冷媒は、中間冷却器用膨張手段１２において中間圧まで減圧された後、中間圧二相冷媒となり中間冷却器１１の低圧冷媒入口１１ｃより中間冷却器１１に流入する。中間圧二相冷媒は、中間冷却器１１内で高圧液冷媒と熱交換し、中間冷却器１１の低圧冷媒出口１１ｄから中間合流点６に至る。
そして、中間合流点６では、冷却器用冷媒と中間冷却器用冷媒が合流し、高段側圧縮機構２に吸入され圧縮される。
なお、本実施の形態は二段式の例を示しているが、三段式以上とすることも可能である。
（吸込体積制御）
図２〜５は本発明の実施の形態１に係る冷凍装置における吸込体積制御を説明するフロー図である。なお、図１と同じ部分または相当する部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図２において、まず最初に、吐出圧力検出手段１０２、中間圧力検出手段１０１および吸込圧力検出手段１００によってそれぞれ検出された吐出圧力、中間圧および吸込圧力を制御器２００に入力する（ステップ１、図中「Ｓ１」で示す）。
図２〜５は本発明の実施の形態１に係る冷凍装置における吸込体積制御を説明するフロー図である。なお、図１と同じ部分または相当する部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図２において、まず最初に、吐出圧力検出手段１０２、中間圧力検出手段１０１および吸込圧力検出手段１００によってそれぞれ検出された吐出圧力、中間圧および吸込圧力を制御器２００に入力する（ステップ１、図中「Ｓ１」で示す）。
そして、制御器２００において、
高段側圧縮比＝吐出圧力／中間圧、
低段側圧縮比＝中間圧／吸込圧力、
各段目標圧縮比＝（吐出圧力/吸込圧力）0.5 を算出する。
なを、各段目標圧縮比は、高段側圧縮機構２と低段側圧縮機構１との圧縮比が等しくなる圧縮比である（ステップ２、図中「Ｓ２」で示す）。
高段側圧縮比＝吐出圧力／中間圧、
低段側圧縮比＝中間圧／吸込圧力、
各段目標圧縮比＝（吐出圧力/吸込圧力）0.5 を算出する。
なを、各段目標圧縮比は、高段側圧縮機構２と低段側圧縮機構１との圧縮比が等しくなる圧縮比である（ステップ２、図中「Ｓ２」で示す）。
次に、現在の冷却能力と目標冷却能力（図中「必要量」と記載する）とを比較して、目標冷却能力より小さい場合には「小冷却能力モード１０」に、目標冷却能力に同じ場合には「等冷却能力モード２０」に、目標冷却能力より大きい場合には「大冷却能力モード３０」に、それぞれ振り分ける（ステップ３、図中「Ｓ３」で示す）。
なお、小冷却能力モード１０の場合は、低段側圧縮機構１及び高段側圧縮機構２の吸込体積をアップ、冷却能力を目標冷却能力に近づける。等冷却能力モード２０の場合は、目標冷却能力付近の冷却能力を維持しながら、低段圧縮比および高段圧縮比を目標圧縮比に近づける。さらに、大冷却能力モード３０の場合は、低段側圧縮機構１及び高段側圧縮機構２の吸込体積をダウンして、冷却能力を目標冷却能力に近づける。
（小冷却能力モード）
図３において、低段側圧縮比と各段目標圧縮比とを比較して、その大小関係によって以下のように振り分ける（小冷却能力モード１０のステップ１、図中「Ｓ１１」で示す）。
すなわち、低段側圧縮比が各段目標圧縮比より小さい場合は、低段側圧縮機構１の吸込体積をアップして、低段側圧縮比を各段目標圧縮比に近づける（小冷却能力モード１０のステップ２の１、図中「Ｓ１２の１」で示す）。
図３において、低段側圧縮比と各段目標圧縮比とを比較して、その大小関係によって以下のように振り分ける（小冷却能力モード１０のステップ１、図中「Ｓ１１」で示す）。
すなわち、低段側圧縮比が各段目標圧縮比より小さい場合は、低段側圧縮機構１の吸込体積をアップして、低段側圧縮比を各段目標圧縮比に近づける（小冷却能力モード１０のステップ２の１、図中「Ｓ１２の１」で示す）。
また、低段側圧縮比が各段目標圧縮比と同じ場合は、低段側圧縮機構１の吸込体積をアップして、冷却能力を目標冷却能力に近づける（小冷却能力モード１０のステップ２の２、図中「Ｓ１２の２」で示す）。
さらに、低段側圧縮比が各段目標圧縮比より大きい場合は、低段側圧縮機構１の吸込体積をそのままとする（小冷却能力モード１０のステップ２の３、図中「Ｓ１２の３」で示す）。
次に、高段側圧縮比と各段目標圧縮比とを比較して、その大小関係によって以下のように振り分ける（小冷却能力モード１０のステップ３、図中「Ｓ１３」で示す）。
すなわち、高段側圧縮比が各段目標圧縮比より小さい場合は、高段側圧縮機構２の吸込体積をアップして、高段側圧縮比を各段目標圧縮比に近づける（小冷却能力モード１０のステップ４の１、図中「Ｓ１４の１」で示す）。
すなわち、高段側圧縮比が各段目標圧縮比より小さい場合は、高段側圧縮機構２の吸込体積をアップして、高段側圧縮比を各段目標圧縮比に近づける（小冷却能力モード１０のステップ４の１、図中「Ｓ１４の１」で示す）。
また、高段側圧縮比が各段目標圧縮比と同じ場合は、高段側圧縮機構２の吸込体積をアップして、冷却能力を目標冷却能力に近づける（小冷却能力モード１０のステップ１４の２、図中「Ｓ１４の２」で示す）。高段側圧縮比が各段目標圧縮比より大きい場合は、高段側圧縮機構２の吸込体積をそのままとする（小冷却能力モード１０のステップ１４の３、図中「Ｓ１４の３」で示す）。
（等冷却能力モード）
図４において、低段側圧縮比と各段目標圧縮比とを比較して、その大小関係によって以下のように振り分ける（等冷却能力モード２０のステップ１、図中「Ｓ２１」で示す）。
すなわち、低段側圧縮比が各段目標圧縮比より小さい場合は、低段側圧縮機構１の吸込体積をアップして、低段側圧縮比を各段目標圧縮比に近づける（等冷却能力モード２０のステップ２の１、図中「Ｓ２２の１」で示す）。
図４において、低段側圧縮比と各段目標圧縮比とを比較して、その大小関係によって以下のように振り分ける（等冷却能力モード２０のステップ１、図中「Ｓ２１」で示す）。
すなわち、低段側圧縮比が各段目標圧縮比より小さい場合は、低段側圧縮機構１の吸込体積をアップして、低段側圧縮比を各段目標圧縮比に近づける（等冷却能力モード２０のステップ２の１、図中「Ｓ２２の１」で示す）。
また、低段側圧縮比が各段目標圧縮比と同じ場合は、低段側圧縮機構１の吸込体積をそのままとする（等冷却能力モード２０のステップ２の２、図中「Ｓ２２の２」で示す）。
さらに、低段側圧縮比が各段目標圧縮比より大きい場合は、低段側圧縮機構１の吸込体積をダウンして、低段側圧縮比を各段目標圧縮比に近づける（等冷却能力モード２０のステップ２の３、図中「Ｓ２２の３」で示す）。
次に、高段側圧縮比と各段目標圧縮比とを比較して、その大小関係によって以下のように振り分ける（等冷却能力モード２０のステップ３、図中「Ｓ２３」で示す）。
すなわち、高段側圧縮比が各段目標圧縮比より小さい場合は、高段側圧縮機構２の吸込体積をアップして、高段側圧縮比を各段目標圧縮比に近づける（等冷却能力モード２０のステップ４の１、図中「Ｓ２４の１」で示す）。
すなわち、高段側圧縮比が各段目標圧縮比より小さい場合は、高段側圧縮機構２の吸込体積をアップして、高段側圧縮比を各段目標圧縮比に近づける（等冷却能力モード２０のステップ４の１、図中「Ｓ２４の１」で示す）。
また、高段側圧縮比が各段目標圧縮比と同じ場合は、高段側圧縮機構２の吸込体積はそのままとする（等冷却能力モード２０のステップ４の２、図中「Ｓ２４の２」で示す）。
さらに、高段側圧縮比が各段目標圧縮比より大きい場合は、高段側圧縮機構２の吸込体積をダウンして、高段側圧縮比を各段目標圧縮比に近づける（等冷却能力モード２０のステップ４の３、図中「Ｓ２４の３」で示す）。
（大冷却能力モード）
図５において、低段側圧縮比と各段目標圧縮比とを比較して、その大小関係によって以下のように振り分ける（大冷却能力モード３０のステップ１、図中「Ｓ３１」で示す）。
すなわち、低段側圧縮比が各段目標圧縮比より小さい場合は、低段側圧縮機構１の吸込体積をそのままとする（大冷却能力モード３０のステップ２の１、図中「Ｓ３２の１」で示す）。
図５において、低段側圧縮比と各段目標圧縮比とを比較して、その大小関係によって以下のように振り分ける（大冷却能力モード３０のステップ１、図中「Ｓ３１」で示す）。
すなわち、低段側圧縮比が各段目標圧縮比より小さい場合は、低段側圧縮機構１の吸込体積をそのままとする（大冷却能力モード３０のステップ２の１、図中「Ｓ３２の１」で示す）。
また、低段側圧縮比が各段目標圧縮比と同じ場合は、低段側圧縮機構１の吸込体積をダウンして、冷却能力を目標冷却能力に近づける（大冷却能力モード３０のステップ２の２、図中「Ｓ３２の２」で示す）。
さらに、低段側圧縮比が各段目標圧縮比より大きい場合は、低段側圧縮機構１の吸込体積をダウンして、低段側圧縮比を各段目標圧縮比に近づける（大冷却能力モード３０のステップ２の３、図中「Ｓ３２の３」で示す）。
次に、高段側圧縮比と各段目標圧縮比とを比較して、その大小関係によって以下のように振り分ける（大冷却能力モード３０のステップ３、図中「Ｓ３３」で示す）。
すなわち、高段側圧縮比が各段目標圧縮比より小さい場合は、高段側圧縮機構２の吸込体積はそのままとする（大冷却能力モード３０のステップ４の１、図中「Ｓ３４の１」で示す）。
すなわち、高段側圧縮比が各段目標圧縮比より小さい場合は、高段側圧縮機構２の吸込体積はそのままとする（大冷却能力モード３０のステップ４の１、図中「Ｓ３４の１」で示す）。
また、高段側圧縮比が各段目標圧縮比と同じ場合は、高段側圧縮機構２の吸込体積をダウンして、冷却能力を目標冷却能力に近づける（大冷却能力モード３０のステップ４の２、図中「Ｓ３４の２」で示す）。
さらに、高段側圧縮比が各段目標圧縮比より大きい場合は、高段側圧縮機構２の吸込体積をダウンして、高段側圧縮比を各段目標圧縮比に近づける（大冷却能力モード３０のステップ４の３、図中「Ｓ３４の３」で示す）。
以上に説明した圧縮機構の圧縮比及び必要冷却能力と吸込体積制御の関係をまとめて、表１に示す。
なお、各圧縮機構の圧縮比を厳密に目標各段圧縮比と同じにしようとすると、運転状態が安定しない圧縮機起動時や負荷変動時に、制御が安定しないことがあるので、各圧縮機構の圧縮比が厳密には目標各段圧縮比と同一でなくても、ほぼ等しい値となった場合は、各圧縮機構の圧縮比が目標各段圧縮比と同一となったとして吸込体積の制御を行なっても良い。例えば、
１．２＞圧縮機構の圧縮比／目標各段圧縮比＞０．８ ・・・（式３）
なる式３が成立したとき、圧縮機構の圧縮比が目標各段圧縮比と同一と判定しても良い。
１．２＞圧縮機構の圧縮比／目標各段圧縮比＞０．８ ・・・（式３）
なる式３が成立したとき、圧縮機構の圧縮比が目標各段圧縮比と同一と判定しても良い。
以上のように、従来の吸込体積比を一定にする方式では、吐出圧力及び吸込圧力が変化した場合は、低段側圧縮比と高段側圧縮比を等しくすることができず、装置の成績係数を最大とすることができないのに比較して、実施の形態１の冷凍装置は、吐出圧力及び吸込圧力が変化した場合も、低段側圧縮比と高段側圧縮比を等しくすることができ、装置の成績係数を最大とすることができる。
なお、本発明は、スクリュー式、ターボ式、スクロール式等の各種圧縮方式を利用可能である。回転数制御や、スクリュー圧縮機で用いられるスライドバルブ式や、ターボ圧縮機で用いられるベーン式等、各種吸込体積可変方式を利用可能である。
本実施の形態は二段式の例を示しているが、三段式以上とすることは可能である。
本実施の形態は二段式の例を示しているが、三段式以上とすることは可能である。
［実施の形態２］
（ケーシング格納型）
図６は本発明の実施の形態２に係る冷凍装置の構成を説明する構成図である。なお、実施の形態１（図１）と同じ部分または相当する部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図６において、二段圧縮機構を有する冷凍装置２０００は、低段側圧縮機構１と高段側圧縮機構２とが一体化され（以下まとめた「圧縮機構」と称する場合がある）、同一のケーシング９に収められている。
（ケーシング格納型）
図６は本発明の実施の形態２に係る冷凍装置の構成を説明する構成図である。なお、実施の形態１（図１）と同じ部分または相当する部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図６において、二段圧縮機構を有する冷凍装置２０００は、低段側圧縮機構１と高段側圧縮機構２とが一体化され（以下まとめた「圧縮機構」と称する場合がある）、同一のケーシング９に収められている。
したがって、低段側圧縮機構１と高段側圧縮機構２を接続する第１主配管１００１等が、ケーシング９内に格納されるので、圧縮機接続配管数の削減、設置スペースの削減が可能になるという効果を奏する。
また、低段側圧縮機構１と高段側圧縮機構２とが別置の場合、圧縮機の潤滑油がそれぞれの圧縮機構に均一に保持されず、片寄りが生じるため、長時間の運転では潤滑油の枯渇により圧縮機の焼き付きが生じるおそれがあった。本発明では、低段側圧縮機構１と高段側圧縮機構２が同一のケーシング９に収められているので、潤滑油は片寄ることなく、いずれの圧縮機構にも過不足なく潤滑油を供給できるという効果を奏す。
また、低段側圧縮機構１と高段側圧縮機構２とが別置の場合、圧縮機の潤滑油がそれぞれの圧縮機構に均一に保持されず、片寄りが生じるため、長時間の運転では潤滑油の枯渇により圧縮機の焼き付きが生じるおそれがあった。本発明では、低段側圧縮機構１と高段側圧縮機構２が同一のケーシング９に収められているので、潤滑油は片寄ることなく、いずれの圧縮機構にも過不足なく潤滑油を供給できるという効果を奏す。
［実施の形態３］
（スライドバルブ式）
図７は本発明の実施の形態３に係る冷凍装置で使用する同軸駆動二段圧縮機の断面図である。なお、実施の形態２（図２）と同じ部分または相当する部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図７における冷凍装置で使用する同軸駆動二段圧縮機３００１は、圧縮機構としてスクリュー式を、吸込体積の可変方式としてスライドバルブ式を採用したものである。かかる方式を採用した点が、圧縮機の圧縮方式及び吸込体積の可変方式を特に指定していなかった実施の形態２と相違するだけで、実施の形態３における冷凍装置の基本的な構成及び動作は実施の形態２と同一である。
（スライドバルブ式）
図７は本発明の実施の形態３に係る冷凍装置で使用する同軸駆動二段圧縮機の断面図である。なお、実施の形態２（図２）と同じ部分または相当する部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図７における冷凍装置で使用する同軸駆動二段圧縮機３００１は、圧縮機構としてスクリュー式を、吸込体積の可変方式としてスライドバルブ式を採用したものである。かかる方式を採用した点が、圧縮機の圧縮方式及び吸込体積の可変方式を特に指定していなかった実施の形態２と相違するだけで、実施の形態３における冷凍装置の基本的な構成及び動作は実施の形態２と同一である。
同軸駆動二段圧縮機３００１の低段側圧縮機構１は、低段側スクリューロータ３００、低段側スライドバルブ３０１、低段側スライドバルブ駆動機構３０３などで構成される。また、高段側圧縮機構２は、高段側スクリューロータ３１０、高段側スライドバルブ３１１、高段側スライドバルブ駆動機構３１３などで構成される。そして、低段側圧縮機構１および高段側圧縮機構２の２台の圧縮機構を駆動する電動機３２０、スクリュ−シャフト３３０、及び圧縮機ケーシング３４０などが設置されている。
低段側スライドバルブ３０１、高段側スライドバルブ３１１は、制御器２００（図示しない）からの指令で駆動し、各圧縮機構の吸込体積を変更することにより、各圧縮機構の圧縮比を等しくさせる。
実施の形態３においては、吐出圧力及び吸込圧力が変化しても各圧縮機構の圧縮比を等しくさせることができるように、低段側スライドバルブ３０１、高段側スライドバルブ３１１は一定の吸込体積しか選択できない段階式でなく、連続的に吸込体積を変更できる方式（以下「連続容量制御」と称す）を採用する。連続容量制御としては、スライドバルブの停止位置を連続的に変化させる方式が知られている。
実施の形態３においては、吐出圧力及び吸込圧力が変化しても各圧縮機構の圧縮比を等しくさせることができるように、低段側スライドバルブ３０１、高段側スライドバルブ３１１は一定の吸込体積しか選択できない段階式でなく、連続的に吸込体積を変更できる方式（以下「連続容量制御」と称す）を採用する。連続容量制御としては、スライドバルブの停止位置を連続的に変化させる方式が知られている。
したがって、実施の形態３では、運転条件が設計条件と異なっても各圧縮機構の圧縮比が等しくなるように、スライドバルブにより吸込体積を調整するので、装置の成績係数は最大となり、省エネルギーを図れるという優れた効果がある。また、従来のスライドバルブ式二段スクリュー圧縮機に連続容量制御機構を追加するという比較的単純な方法で本実施の形態が実施可能であるのも利点の一つである。
なお、従来の制御方式では吐出圧力及び吸込圧力に関わらず、高段吸込体積と低段吸込体積との比が一定であったため、運転条件が設計条件と異なる場合は、各圧縮機構の圧縮比は等しくならず、装置の成績係数は必ずしも最大とはならなかった。
なお、従来の制御方式では吐出圧力及び吸込圧力に関わらず、高段吸込体積と低段吸込体積との比が一定であったため、運転条件が設計条件と異なる場合は、各圧縮機構の圧縮比は等しくならず、装置の成績係数は必ずしも最大とはならなかった。
［実施の形態４］
（回転数制御方式）
図８は本発明の実施の形態４に係る冷凍装置で使用する単段スクリュー圧縮機の断面図である。図８における冷凍装置で使用する単段スクリュー圧縮機４００１は、実施の形態２において、圧縮方式としてスクリュー式を、吸込体積の可変方式として回転数制御方式を採用したものであって、冷凍装置の基本的な構成及び動作は、実施の形態２と同一である。なお、実施の形態２（図２）と同じ部分または相当する部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
（回転数制御方式）
図８は本発明の実施の形態４に係る冷凍装置で使用する単段スクリュー圧縮機の断面図である。図８における冷凍装置で使用する単段スクリュー圧縮機４００１は、実施の形態２において、圧縮方式としてスクリュー式を、吸込体積の可変方式として回転数制御方式を採用したものであって、冷凍装置の基本的な構成及び動作は、実施の形態２と同一である。なお、実施の形態２（図２）と同じ部分または相当する部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
すなわち、回転数制御の単段スクリュー圧縮機４００１は、スクリューロータ４００などで構成される単段圧縮機構（図示しない）、圧縮機構を駆動する電動機４２０、スクリュ−シャフト４３０、及び圧縮機ケーシング４４０、電源周波数制御用インバータ４０５などから構成されている。
吸込体積の調整をスクリューシャフト４３０の回転数制御で行なうため、スライドバルブ及びスライドバルブ駆動装置が廃止されており、部品点数が少なく非常にシンプル構造である。このため、機械的な信頼性が高く、製造原価も安い。
吸込体積の調整をスクリューシャフト４３０の回転数制御で行なうため、スライドバルブ及びスライドバルブ駆動装置が廃止されており、部品点数が少なく非常にシンプル構造である。このため、機械的な信頼性が高く、製造原価も安い。
図９は本発明の実施の形態４に係る冷凍装置で使用する二軸二段スクリュー圧縮機の断面図である。二軸二段スクリュー圧縮機４００２は、回転数制御の単段式スクリュー圧縮機が２台が接続ケーシング５３０を介して直列に接続された構成になっている。
詳細には、二軸二段スクリュー圧縮機４００２の低段側圧縮機構１は、低段側スクリューロータ５００、低段側電動機５０２、低段側スクリュ−シャフト５０３、低段側ケーシング５０４、電源周波数制御用インバータ５０５などで構成される。また、高段側圧縮機構２は、高段側スクリューロータ５１０、高段側電動機５１２、高段側スクリュ−シャフト５１３、高段側ケーシング５１４、電源周波数制御用インバータ５１５などで構成されている。そして、低段側圧縮機構１と高段側圧縮機構２とが接続ケーシング５３０によって接続されている。
詳細には、二軸二段スクリュー圧縮機４００２の低段側圧縮機構１は、低段側スクリューロータ５００、低段側電動機５０２、低段側スクリュ−シャフト５０３、低段側ケーシング５０４、電源周波数制御用インバータ５０５などで構成される。また、高段側圧縮機構２は、高段側スクリューロータ５１０、高段側電動機５１２、高段側スクリュ−シャフト５１３、高段側ケーシング５１４、電源周波数制御用インバータ５１５などで構成されている。そして、低段側圧縮機構１と高段側圧縮機構２とが接続ケーシング５３０によって接続されている。
実施の形態４は実施の形態２と同様に動作するが、吸込体積の変更方式は、制御器２００より制御指令を受信した低段側圧縮機構１の電源周波数制御用インバータ５０５及び高段側圧縮機構２の電源周波数制御用インバータ５１５が、低段側電動機５０２、及び高段側電動機５１２の電源周波数を変更して、各圧縮機構の吸込体積を変更し、各圧縮機構の圧縮比を等しくさせるものである。
したがって、実施の形態４の効果は、
（ｉ）二つの圧縮機構を別の軸で駆動する本実施の形態の方式（以下「別軸方式」と称す）は、二つの圧縮機構を同軸で駆動する従来の方式（以下「同軸方式」と称す）と比べて、回転体であるスクリューシャフトの長さが短く、軸受にかかる荷重が小さくなる。このため、同軸方式と比べて、別軸方式は最大回転数を大きくすることが可能となり、同じ冷却性能の場合、同軸方式と比べて圧縮機外形寸法をコンパクトにできる。
（ｉ）二つの圧縮機構を別の軸で駆動する本実施の形態の方式（以下「別軸方式」と称す）は、二つの圧縮機構を同軸で駆動する従来の方式（以下「同軸方式」と称す）と比べて、回転体であるスクリューシャフトの長さが短く、軸受にかかる荷重が小さくなる。このため、同軸方式と比べて、別軸方式は最大回転数を大きくすることが可能となり、同じ冷却性能の場合、同軸方式と比べて圧縮機外形寸法をコンパクトにできる。
（ｉｉ）本実施の形態は二段式の場合を示すが、さらに単段圧縮機を直列に接続し、三段以上とすることも可能である。二段式の同軸方式圧縮機より、三段式以上の同軸方式圧縮機を製作する場合は、完全な新規設計となるため、必要となる労力は非常に大きい。これに対し、実施の形態４の二段式をベースにして、新たに必要な数量の単段圧縮機を直列に接続するだけで、新たな三段式以上の同軸方式圧縮機を殆ど労力を要しないで製作することができるという優れた効果も奏する。
（ｉｉｉ）スライドバルブの停止位置による吸込体積の調整（以下「スライドバルブ停止位置方式」と称す）は、スライドバルブが油圧によって駆動されており、スライドバルブの停止位置を精密に制御することが困難であるので、一定の限界がある。一方、回転数制御による吸込体積の調整（以下「回転数制御方式」と称す）は、インバータによる電源周波数制御が非常に精密（1％以下の精度）であるため、非常に精密な調整が可能である。このため各圧縮機構の圧縮比を等しくさせる制御を行なうには、スライドバルブ位置方式より周波数制御方式の方が容易であり、かつ精度が高い。
（ｉｖ）また、単段スクリュー圧縮機は、生産台数が多いため、その部品単価は二段圧縮機専用部品に比べて非常に安く、部品納期が短い。このため、殆どの部品を単段圧縮機用部品より流用することが可能な別軸方式は、同軸方式と比較して製造原価が低く、製作納期を短いという優れた効果を奏す。
［実施の形態５］
（エコノマイザ回路）
図１０は、本発明の実施の形態５に係る冷凍装置の構成を説明する構成図、および二軸二段スクリュー圧縮機（エコノマイザ回路を取付可能）の断面図である。
図１０において、二段圧縮機構を有する冷凍装置５０００は、実施の形態４における低段側圧縮機構１及び高段側圧縮機構２に、エコノマイザ回路を設けたものである。（本明細書では、主冷凍回路より分流した冷媒で主冷凍回路の冷媒を冷却し、発生したガス冷媒又は二相冷媒を圧縮機構の圧縮空間に注入する回路を「エコノマイザ回路」と称する）。なお、実施の形態４と同じ部分または相当する部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
（エコノマイザ回路）
図１０は、本発明の実施の形態５に係る冷凍装置の構成を説明する構成図、および二軸二段スクリュー圧縮機（エコノマイザ回路を取付可能）の断面図である。
図１０において、二段圧縮機構を有する冷凍装置５０００は、実施の形態４における低段側圧縮機構１及び高段側圧縮機構２に、エコノマイザ回路を設けたものである。（本明細書では、主冷凍回路より分流した冷媒で主冷凍回路の冷媒を冷却し、発生したガス冷媒又は二相冷媒を圧縮機構の圧縮空間に注入する回路を「エコノマイザ回路」と称する）。なお、実施の形態４と同じ部分または相当する部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
二段圧縮機構を有する冷凍装置５０００の主冷凍回路には、第３主配管１００３の途中（中間冷却器１１の上流）に高段エコノマイザ冷却器７１が、第４主配管１００４の途中（中間冷却器１１の下流）に低段エコノマイザ冷却器６１が、それぞれ設置されている。
すなわち、凝縮器３の冷媒出口側には高段エコノマイザ冷却器７１の高圧冷媒入口７１ａが接続され、高段エコノマイザ冷却器７１の高圧冷媒出口７１ｂは、中間冷却器１１の高圧冷媒入口１１ａ及び高段エコノマイザ冷却器用膨張手段７２に接続されている。
中間冷却器１１の高圧冷媒出口１１ｂは、低段エコノマイザ冷却器６１の高圧冷媒入口６１ａ及び中間冷却器用膨張手段１２に接続されている。
低段エコノマイザ冷却器６１の高圧冷媒出口６１ｂは、冷却器用膨張手段４及び低段エコノマイザ冷却器用膨張手段６２に接続されている。
すなわち、凝縮器３の冷媒出口側には高段エコノマイザ冷却器７１の高圧冷媒入口７１ａが接続され、高段エコノマイザ冷却器７１の高圧冷媒出口７１ｂは、中間冷却器１１の高圧冷媒入口１１ａ及び高段エコノマイザ冷却器用膨張手段７２に接続されている。
中間冷却器１１の高圧冷媒出口１１ｂは、低段エコノマイザ冷却器６１の高圧冷媒入口６１ａ及び中間冷却器用膨張手段１２に接続されている。
低段エコノマイザ冷却器６１の高圧冷媒出口６１ｂは、冷却器用膨張手段４及び低段エコノマイザ冷却器用膨張手段６２に接続されている。
（高段エコノマイザ回路）
高段エコノマイザ冷却器用膨張手段７２の冷媒出口側には高段エコノマイザ冷却器７１の低圧冷媒入口７１ｃが接続されている。高段エコノマイザ冷却器７１の低圧冷媒出口７１ｄは高段側圧縮機構２の高段エコノマイザ注入口２ａに接続されている。以上の構成によって高段エコノマイザ回路が構成されている。
高段エコノマイザ冷却器用膨張手段７２の冷媒出口側には高段エコノマイザ冷却器７１の低圧冷媒入口７１ｃが接続されている。高段エコノマイザ冷却器７１の低圧冷媒出口７１ｄは高段側圧縮機構２の高段エコノマイザ注入口２ａに接続されている。以上の構成によって高段エコノマイザ回路が構成されている。
（中間冷却回路）
中間冷却器用膨張手段１２の冷媒出口側には中間冷却器１１の低圧冷媒入口１１ｃが接続されている。中間冷却器１１の低圧冷媒出口１１ｄは低段側圧縮機構１と高段側圧縮機構２との中間合流点６に接続されている。以上の構成によって中間冷却器回路が構成されている。
中間冷却器用膨張手段１２の冷媒出口側には中間冷却器１１の低圧冷媒入口１１ｃが接続されている。中間冷却器１１の低圧冷媒出口１１ｄは低段側圧縮機構１と高段側圧縮機構２との中間合流点６に接続されている。以上の構成によって中間冷却器回路が構成されている。
（低段エコノマイザ回路）
低段エコノマイザ冷却器用膨張手段６２の冷媒出口側には低段エコノマイザ冷却器６１の低圧冷媒入口６１ｃが接続されている。低段エコノマイザ冷却器６１の低圧冷媒出口61ｄは低段側圧縮機構１の低段エコノマイザ注入口１ａに接続されている。以上の構成によって低段エコノマイザ回路が構成されている。
低段エコノマイザ冷却器用膨張手段６２の冷媒出口側には低段エコノマイザ冷却器６１の低圧冷媒入口６１ｃが接続されている。低段エコノマイザ冷却器６１の低圧冷媒出口61ｄは低段側圧縮機構１の低段エコノマイザ注入口１ａに接続されている。以上の構成によって低段エコノマイザ回路が構成されている。
（高段エコノマイザの動作）
次に冷凍サイクルの動作について説明する。
図１１および１２は本発明の実施の形態５に係る冷凍装置における吸込体積制御を説明するフロー図である。なお、図１０と同じ部分または相当する部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
まず、高段側圧縮機構２から吐出された冷媒は、凝縮器３で、冷却水、外気等と熱交換して、凝縮液化し高圧液冷媒となる。その後、高段エコノマイザ冷却器７１の高圧冷媒入口７１ａよりに高段エコノマイザ冷却器７１に入る。高段エコノマイザ冷却器７１において高段エコノマイザ用冷媒（高段エコノマイザ冷却器用膨張手段７２を経由して減圧されている）と熱交換した高圧液冷媒は、高段エコノマイザ冷却器７１の高圧冷媒出口７１ｂにおいて分岐される。すなわち、高圧液冷媒の一部は高段分岐配管１０７１を経由して高段エコノマイザ用冷媒に分流される。
次に冷凍サイクルの動作について説明する。
図１１および１２は本発明の実施の形態５に係る冷凍装置における吸込体積制御を説明するフロー図である。なお、図１０と同じ部分または相当する部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
まず、高段側圧縮機構２から吐出された冷媒は、凝縮器３で、冷却水、外気等と熱交換して、凝縮液化し高圧液冷媒となる。その後、高段エコノマイザ冷却器７１の高圧冷媒入口７１ａよりに高段エコノマイザ冷却器７１に入る。高段エコノマイザ冷却器７１において高段エコノマイザ用冷媒（高段エコノマイザ冷却器用膨張手段７２を経由して減圧されている）と熱交換した高圧液冷媒は、高段エコノマイザ冷却器７１の高圧冷媒出口７１ｂにおいて分岐される。すなわち、高圧液冷媒の一部は高段分岐配管１０７１を経由して高段エコノマイザ用冷媒に分流される。
そして、高段エコノマイザ用冷媒は、高段エコノマイザ冷却器用膨張手段７２で、減圧された後、高段エコノマイザ冷却器７１の低圧冷媒入口７１ｃより高段エコノマイザ冷却器７１に流入する。さらに、高段エコノマイザ冷却器７１内で高圧液冷媒と熱交換し、高段エコノマイザ冷却器７１の低圧冷媒出口７１ｄから高段側圧縮機構２の高段エコノマイザ注入口２ａに至る。したがって、高段エコノマイザ用冷媒は、高段側圧縮機構２内で中間合流点６から吸入された冷媒と合流して、その後圧縮される。
（中間冷却器の動作）
一方、高圧冷媒出口７１ｂにおいて分流した残りの高圧液冷媒は、中間冷却器１１の高圧冷媒入口１１ａよりに中間冷却器１１に入る。中間冷却器１１において中間冷却器用冷媒（中間冷却器用膨張手段１２を経由して減圧されている）と熱交換した高圧液冷媒は、中間冷却器１１の高圧冷媒出口１１ｂにおいて分岐される。すなわち、高圧液冷媒の一部は第１中間配管１０１１を経由して中間冷却器用冷媒に分流される。
一方、高圧冷媒出口７１ｂにおいて分流した残りの高圧液冷媒は、中間冷却器１１の高圧冷媒入口１１ａよりに中間冷却器１１に入る。中間冷却器１１において中間冷却器用冷媒（中間冷却器用膨張手段１２を経由して減圧されている）と熱交換した高圧液冷媒は、中間冷却器１１の高圧冷媒出口１１ｂにおいて分岐される。すなわち、高圧液冷媒の一部は第１中間配管１０１１を経由して中間冷却器用冷媒に分流される。
そして、中間冷却用冷媒は中間冷却器用膨張手段１２で、中間圧まで減圧された後、中間圧二相冷媒となり中間冷却器１１の低圧冷媒入口１１ｃより中間冷却器１１に流入する。さらに、中間冷却器１１内で高圧液冷媒と熱交換し、中間冷却器１１の低圧冷媒出口１１ｄから中間合流点６に至る。したがって、中間冷却器用冷媒は、中間合流点６において低段側圧縮機構１から吐出された冷媒と合流し、その後、高段側圧縮機構２に吸入される。
（低段エコノマイザの動作）
一方、高圧冷媒出口１１ｂにおいて分岐された残りの高圧液冷媒（二度目の分流後に主冷凍回路を流れている）は、低段エコノマイザ冷却器６１の高圧冷媒入口６１ａより低段エコノマイザ冷却器６１に入る。低段エコノマイザ冷却器６１において、低段エコノマイザ用冷媒（低段エコノマイザ冷却器用膨張手段６２を経由して減圧されている）と熱交換した高圧液冷媒は、低段エコノマイザ冷却器６１の高圧冷媒出口６１ｂにおいて分岐される。すなわち、高圧液冷媒の一部は低段分岐配管１０６１を経由して低段エコノマイザ用冷媒に分流される。
一方、高圧冷媒出口１１ｂにおいて分岐された残りの高圧液冷媒（二度目の分流後に主冷凍回路を流れている）は、低段エコノマイザ冷却器６１の高圧冷媒入口６１ａより低段エコノマイザ冷却器６１に入る。低段エコノマイザ冷却器６１において、低段エコノマイザ用冷媒（低段エコノマイザ冷却器用膨張手段６２を経由して減圧されている）と熱交換した高圧液冷媒は、低段エコノマイザ冷却器６１の高圧冷媒出口６１ｂにおいて分岐される。すなわち、高圧液冷媒の一部は低段分岐配管１０６１を経由して低段エコノマイザ用冷媒に分流される。
そして、低段エコノマイザ用冷媒は、低段エコノマイザ冷却器用膨張手段６２で、減圧された後、低段エコノマイザ冷却器６１の低圧冷媒入口６１ｃより低段エコノマイザ冷却器６１に流入する。さらに、低段エコノマイザ冷却器６１において高圧液冷媒と熱交換し、低段エコノマイザ冷却器６１の低圧冷媒出口６１ｄから低段側圧縮機構１の低段エコノマイザ注入口１ａに至る。よって、低段エコノマイザ冷媒は、低段側圧縮機構１内で冷却器用冷媒と合流し、その後圧縮される。
（冷却器の動作）
一方、高圧冷媒出口６１ｂにおいて分岐された残りの高圧液冷媒（三度目の分流後に主冷凍回路を流れている）は、冷却器用膨張手段４に流れ込み、吸込圧力まで減圧された後、低圧二相冷媒となり冷却器５に流入する。
そして、低圧二相冷媒は、冷却器５において熱源より吸熱して蒸発し、低段側圧縮機構１に入り、圧縮吐出され高温ガスとなり、中間合流点６に至る。以上が主冷凍回路の動作の解説である。
一方、高圧冷媒出口６１ｂにおいて分岐された残りの高圧液冷媒（三度目の分流後に主冷凍回路を流れている）は、冷却器用膨張手段４に流れ込み、吸込圧力まで減圧された後、低圧二相冷媒となり冷却器５に流入する。
そして、低圧二相冷媒は、冷却器５において熱源より吸熱して蒸発し、低段側圧縮機構１に入り、圧縮吐出され高温ガスとなり、中間合流点６に至る。以上が主冷凍回路の動作の解説である。
実施の形態５においては、エコノマイザ回路より各圧縮機に注入された冷媒分だけ各圧縮機構の冷媒の質量流量が増し、冷凍装置の冷却能力が向上する効果がある。また、エコノマイザ回路に注入された冷媒分だけ、圧縮機構の圧縮仕事が減り、冷凍装置の成績係数が向上するという効果がある。
なお、実施の形態５は、二段式について記述したが、三段式以上についても同様な効果が得られる。さらに、全ての圧縮機構についてエコノマイザ回路を設けた場合を例示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、エコノマイザ回路を設けない圧縮機構があってもよい。このとき、全ての圧縮機構にエコノマイザ回路を取り付ける場合より効果は小さいが、同様の効果が得られる。
なお、実施の形態５は、二段式について記述したが、三段式以上についても同様な効果が得られる。さらに、全ての圧縮機構についてエコノマイザ回路を設けた場合を例示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、エコノマイザ回路を設けない圧縮機構があってもよい。このとき、全ての圧縮機構にエコノマイザ回路を取り付ける場合より効果は小さいが、同様の効果が得られる。
［実施の形態６］
（ＤＣブラシレスモータ）
実施の形態６は、実施の形態４における低段側電動機５０２および高段側電動機５１２に、効率が良く発熱が小さいＤＣブラシレスモータを使用するものである。なお、実施の形態６の冷凍装置の構成及び動作は実施の形態４と同じであるため、これについての説明を省略する。
単段圧縮機は、電動機を吸込冷媒によって冷却をしている場合が多い。このような構造の場合、電動機の発熱が冷却能力の損失となる。実施の形態４のように単段圧縮機をそのまま連結した場合、電動機は吸込冷媒によって冷却されることになる。一方、吸込圧力が低くなるに従って冷媒密度が低下して、装置の冷却能力が小さくなるため、電動機の発熱損失の影響が相対的に大きくなる。
（ＤＣブラシレスモータ）
実施の形態６は、実施の形態４における低段側電動機５０２および高段側電動機５１２に、効率が良く発熱が小さいＤＣブラシレスモータを使用するものである。なお、実施の形態６の冷凍装置の構成及び動作は実施の形態４と同じであるため、これについての説明を省略する。
単段圧縮機は、電動機を吸込冷媒によって冷却をしている場合が多い。このような構造の場合、電動機の発熱が冷却能力の損失となる。実施の形態４のように単段圧縮機をそのまま連結した場合、電動機は吸込冷媒によって冷却されることになる。一方、吸込圧力が低くなるに従って冷媒密度が低下して、装置の冷却能力が小さくなるため、電動機の発熱損失の影響が相対的に大きくなる。
そこで、効率が良く電動機発熱が小さいＤＣブラシレスモータを誘導電動機の代わりに使用すると、電動機発熱損失が約半分になるという優れた効果を奏する。すなわち、吸込圧力が０ＭＰａにおける誘導電動機の場合、電動機発熱損失が冷却能力の７〜８％にも及ぶのに対し、DCブラシレスモータを使用した場合、吸込圧力が０ＭＰａにおける電動機発熱損失が冷却能力の３〜４％となり、誘導電動機を用いた場合より３〜４％冷却能力が向上する。よって、DCブラシレスモータは電動機発熱損失が小さいため、冷却能力が向上するという効果を奏する。
［実施の形態７］
（低段側圧縮機構の圧縮停止）
図１１は本発明の実施の形態７に係る冷凍装置における吸込体積制御を説明するフロー図であって、全圧縮比が低下した時に低段側圧縮機構が圧縮を停止する制御を組み込んだ吸込体積制御の制御フローである。なお、実施の形態１（図２）と同じ部分または相当する部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
（低段側圧縮機構の圧縮停止）
図１１は本発明の実施の形態７に係る冷凍装置における吸込体積制御を説明するフロー図であって、全圧縮比が低下した時に低段側圧縮機構が圧縮を停止する制御を組み込んだ吸込体積制御の制御フローである。なお、実施の形態１（図２）と同じ部分または相当する部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
まず、実施の形態７の動作を説明する。
吐出圧力の低下または、吸込圧力の上昇によって、二段圧縮装置全体の圧縮比（以下「全圧縮比」と称す）が小さくなると、吐出圧力と中間圧の差圧（以下「高段側差圧」と称す）が低下して、高段側圧縮機構２において潤滑不良等の不具合が発生する可能性がある。このような場合は、低段側圧縮機構１による圧縮を停止して、高段側差圧を不具合が発生する圧力以上に維持し、高段側圧縮機構２における不具合の発生を防止する。
吐出圧力の低下または、吸込圧力の上昇によって、二段圧縮装置全体の圧縮比（以下「全圧縮比」と称す）が小さくなると、吐出圧力と中間圧の差圧（以下「高段側差圧」と称す）が低下して、高段側圧縮機構２において潤滑不良等の不具合が発生する可能性がある。このような場合は、低段側圧縮機構１による圧縮を停止して、高段側差圧を不具合が発生する圧力以上に維持し、高段側圧縮機構２における不具合の発生を防止する。
なお、圧縮機構が圧縮を停止するとは、圧縮機構をバイパスした状態や、圧縮機構が停止している状態をいい、吸込圧力と吐出圧力が一致している。逆に圧縮機構が圧縮をするとは、圧縮機構が吸込冷媒を圧縮し、吐出圧力が吸込圧力より高い状態をいう。式１に低段側圧縮機構１を停止する判定の式の一例を示す。
不具合が発生する差圧＞高段側差圧 ・・・（式１）
このとき、判定は高段側圧縮比＝低段側圧縮比の場合に行なう。
不具合が発生する差圧＞高段側差圧 ・・・（式１）
このとき、判定は高段側圧縮比＝低段側圧縮比の場合に行なう。
また、低段側圧縮機構１が圧縮を停止中に、吐出圧力が上昇または、吸込圧力が低下して、低段側圧縮機構１が圧縮を再開しても、不具合が発生しないと想定される状態になると、低段側圧縮機構１の圧縮を再開する。式２に低段側圧縮機構１が圧縮を再開する判定の式の一例を示す。
不具合が発生する差圧＜（吐出圧力−吸込圧力）／２ ・・・（式２）
なお、低段側圧縮機構１が圧縮を停止中は、中間冷却器用膨張手段１２を全閉としてエコノマイザ回路を遮断し、冷却器５に冷媒が流れるようにする。
不具合が発生する差圧＜（吐出圧力−吸込圧力）／２ ・・・（式２）
なお、低段側圧縮機構１が圧縮を停止中は、中間冷却器用膨張手段１２を全閉としてエコノマイザ回路を遮断し、冷却器５に冷媒が流れるようにする。
図１１において、まず最初に、吐出圧力検出手段１０２、中間圧力検出手段１０１および吸込圧力検出手段１００によってそれぞれ検出された吐出圧力、中間圧および吸込圧力を制御器２００に入力する（ステップ１、図中「Ｓ１」で示す）。
そして、制御器２００において、
全圧縮比＝吐出圧力／吸込圧力
高段側圧縮比＝吐出圧力／中間圧、
低段側圧縮比＝中間圧／吸込圧力、
各段目標圧縮比＝（吐出圧力/吸込圧力）0.5 を算出する。
なお、各段目標圧縮比は、高段側圧縮機構２と低段側圧縮機構１との圧縮比が等しくなる圧縮比である（ステップ２、図中「Ｓ２」で示す）。
全圧縮比＝吐出圧力／吸込圧力
高段側圧縮比＝吐出圧力／中間圧、
低段側圧縮比＝中間圧／吸込圧力、
各段目標圧縮比＝（吐出圧力/吸込圧力）0.5 を算出する。
なお、各段目標圧縮比は、高段側圧縮機構２と低段側圧縮機構１との圧縮比が等しくなる圧縮比である（ステップ２、図中「Ｓ２」で示す）。
次に、低段側圧縮機構１が運転中か停止中かを判断する（ステップ４、図中「Ｓ４」で示す）。そして、停止中の場合、停止モード４０に進む。
一方、低段側圧縮機構１が運転中の場合、全圧縮比が小さく不具合を発生する可能性があるか否か判断する（ステップ５、図中「Ｓ５」で示す）。そして、可能性があると判断した場合、不具合モード５０に進む。
さらに、不具合を発生する可能性がないと判断した場合は、現在の冷却能力と目標冷却能力（図中「必要量」と記載する）とを比較して、目標冷却能力より小さい場合には「小冷却能力モード１０」に、目標冷却能力に同じ場合には「等冷却能力モード２０」に、目標冷却能力より大きい場合には「大冷却能力モード３０」に、それぞれ振り分ける（ステップ６、図中「Ｓ６」で示す）。なお、ステップ６は図２に示すステップ３に同じであるため、説明を省略する。
（停止モード）
停止モード４０において、まず、低段側圧縮機構１が圧縮を開始すると不具合の発生の可能性があるか否か判断する（停止モード４０のステップ１、図中「Ｓ４１」で示す）。そして、不具合の発生の可能性があると判断した場合は、不具合モード５０に進む。
一方、不具合の発生の可能性がないと判断した場合は、低段側圧縮機構１の圧縮を開始する（停止モード４０のステップ２、図中「Ｓ４２」で示す）。
次に、現在の冷却能力と目標冷却能力（図中「必要量」と記載する）とを比較する（停止モード４０のステップ３、図中「Ｓ４３」で示す）。
停止モード４０において、まず、低段側圧縮機構１が圧縮を開始すると不具合の発生の可能性があるか否か判断する（停止モード４０のステップ１、図中「Ｓ４１」で示す）。そして、不具合の発生の可能性があると判断した場合は、不具合モード５０に進む。
一方、不具合の発生の可能性がないと判断した場合は、低段側圧縮機構１の圧縮を開始する（停止モード４０のステップ２、図中「Ｓ４２」で示す）。
次に、現在の冷却能力と目標冷却能力（図中「必要量」と記載する）とを比較する（停止モード４０のステップ３、図中「Ｓ４３」で示す）。
そして、現在の冷却能力が目標冷却能力（必要量）より小さい場合は、高段側圧縮機構２の吸込み体積をアップし（停止モード４０のステップ４の１、図中「Ｓ４４の１」で示す）。現在の冷却能力が目標冷却能力（必要量）と同じ場合は、高段側圧縮機構２の吸込み体積をそのままにし（停止モード４０のステップ４の２、図中「Ｓ４４の２」で示す）。さらに、現在の冷却能力が目標冷却能力（必要量）より大きい場合は、高段側圧縮機構２の吸込み体積をダウンする（停止モード４０のステップ４の３、図中「Ｓ４４の３」で示す）。
（不具合モード）
不具合モード５０において、低段側圧縮機構１の圧縮を中止する。すなわち、吸込体積をゼロまたは、完全にバイパスする（実施の形態８参照）。そして、圧縮を中止した後は、ステップ４３に進む。
不具合モード５０において、低段側圧縮機構１の圧縮を中止する。すなわち、吸込体積をゼロまたは、完全にバイパスする（実施の形態８参照）。そして、圧縮を中止した後は、ステップ４３に進む。
以上のように、実施の形態７は、全圧縮比が低下した時に低段側圧縮機構１が圧縮を停止する制御を組み込んだ吸込体積制御が実行されるから、高段側差圧を不具合が発生する圧力以上に維持することが可能となる。よって、全圧縮比が小さな運転条件での運転が可能となるという効果を奏す。なお、従来の二段圧縮式冷凍装置においては、全圧縮比が小さい運転条件では、不具合が発生するため運転不能となることがあった。
なお、実施の形態７においては二段圧縮の例を示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、三段以上の圧縮を行なう場合も同様の効果が得られる。
なお、実施の形態７においては二段圧縮の例を示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、三段以上の圧縮を行なう場合も同様の効果が得られる。
［実施の形態８］
（バイパス回路）
図１３は本発明の実施の形態８に係る冷凍装置の構成を説明する構成図である。図１３において、二段圧縮機構を有する冷凍装置８０００は、低段側圧縮機構１を迂回する低圧バイパス配管１００７を設け、低圧バイパス配管１００７の途中に逆止弁５０を設置したものである（以下「低段バイパス回路」と称す）。すなわち、低圧バイパス配管１００７は、低段側圧縮機構１の吸込口7（上流側）と中間合流点６（第３中間配管１０１３に実質同じ）とに連結されている。
（バイパス回路）
図１３は本発明の実施の形態８に係る冷凍装置の構成を説明する構成図である。図１３において、二段圧縮機構を有する冷凍装置８０００は、低段側圧縮機構１を迂回する低圧バイパス配管１００７を設け、低圧バイパス配管１００７の途中に逆止弁５０を設置したものである（以下「低段バイパス回路」と称す）。すなわち、低圧バイパス配管１００７は、低段側圧縮機構１の吸込口7（上流側）と中間合流点６（第３中間配管１０１３に実質同じ）とに連結されている。
低段バイパス回路を設置する目的は、実施の形態７において、全圧縮比が小さくなり、低段側圧縮機構１の圧縮を停止をさせた場合、冷媒は低段側圧縮機構１を通ってから、高段側圧縮機構２は吸入されることになる。このとき低段側圧縮機構１を冷媒が通過する際に発生する圧力損失によって、高段側圧縮機構２の冷却能力が低下する。つまり、この低段側圧縮機構１を通過する際に発生する際生じる圧力損失を回避するために、実施の形態８においては低段バイパス回路を設けている。
（低段バイパス回路）
低段側圧縮機構１が圧縮停止中は、冷媒の大半は吸込口7から低段バイパス回路を通って中間合流点６に流れるため、低段側圧縮機構１を通過する際に発生する圧力損失は、大幅に減少する。また、低段側圧縮機構１が圧縮中は、低圧冷媒は低段側圧縮機構１で圧縮された後、高段側圧縮機構２へ吸入される。このとき中間圧は吸込圧力より大きい（中間圧＞吸込圧力）ため逆止弁５０が作動し、中間合流点６から吸込口７に向かって冷媒は流れない。以上のように低段バイパス回路を設けると、低段側圧縮機構１が圧縮を停止した際の高段側圧縮機構２の冷却性能が向上するという優れた効果を奏する。
低段側圧縮機構１が圧縮停止中は、冷媒の大半は吸込口7から低段バイパス回路を通って中間合流点６に流れるため、低段側圧縮機構１を通過する際に発生する圧力損失は、大幅に減少する。また、低段側圧縮機構１が圧縮中は、低圧冷媒は低段側圧縮機構１で圧縮された後、高段側圧縮機構２へ吸入される。このとき中間圧は吸込圧力より大きい（中間圧＞吸込圧力）ため逆止弁５０が作動し、中間合流点６から吸込口７に向かって冷媒は流れない。以上のように低段バイパス回路を設けると、低段側圧縮機構１が圧縮を停止した際の高段側圧縮機構２の冷却性能が向上するという優れた効果を奏する。
（高段バイパス回路）
以上は、低段側圧縮機構１について低段バイパス回路を設ける場合を例示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、高段側圧縮機構２について高段バイパス回路を設けてもよい。このとき、全圧縮比が小さい場合に、高段側圧縮機構２の圧縮を停止する場合は、高段バイパス回路によって冷媒が高段側圧縮機構２を通過する際に発生する圧力損失は大幅に減少するため、前記低段バイパス回路を設けた冷凍装置５０００と同様に冷却性能が向上するという優れた効果を奏する。
以上は、低段側圧縮機構１について低段バイパス回路を設ける場合を例示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、高段側圧縮機構２について高段バイパス回路を設けてもよい。このとき、全圧縮比が小さい場合に、高段側圧縮機構２の圧縮を停止する場合は、高段バイパス回路によって冷媒が高段側圧縮機構２を通過する際に発生する圧力損失は大幅に減少するため、前記低段バイパス回路を設けた冷凍装置５０００と同様に冷却性能が向上するという優れた効果を奏する。
なお、実施の形態８は二段圧縮の例を示すが、三段以上の圧縮を行なう場合も、全圧縮比の低下による不具合を回避するため停止する圧縮機構がある場合、その圧縮機構をバイパスする回路を設けると、同様の効果が得られ、冷凍装置の冷却性能を向上させるという優れた効果を奏する。さらに、実施の形態８は圧縮機構が別置の場合を示すが、実施の形態２のように圧縮機構を一体に収めた場合も、同様の効果を奏する。
以上より、本発明の冷凍装置は、成績係数が高く不具合の発生が防止されるから、各種冷凍装置として広く利用することができる。
１:低段側圧縮機構、１ａ:低段エコノマイザ注入口、２:高段側圧縮機構、２ａ:高段エコノマイザ注入口、３:凝縮器、４:冷却器用膨張手段、５:冷却器、６:中間合流点、７:吸込口、８:中間分岐点、９:ケーシング、１１:中間冷却器、１１ａ:高圧冷媒入口（中間冷却器）、１１ｂ:高圧冷媒出口（中間冷却器）、１１ｃ:低圧冷媒入口（中間冷却器）、１１ｄ:低圧冷媒出口（中間冷却器）、１２:中間冷却器用膨張手段、５０:逆止弁、６１:低段エコノマイザ冷却器、６１ａ:高圧冷媒入口（低段エコノマイザ冷却器）、６１ｂ:高圧冷媒出口（低段エコノマイザ冷却器）、６１ｃ:低圧冷媒入口（低段エコノマイザ冷却器）、６１ｄ:低圧冷媒出口（低段エコノマイザ冷却器）、６２:低段エコノマイザ冷却器用膨張手段、７１:高段エコノマイザ冷却器、７１ａ:高圧冷媒入口（高段エコノマイザ冷却器）、７１ｂ:高圧冷媒出口（高段エコノマイザ冷却器）、７１ｃ:低圧冷媒入口（高段エコノマイザ冷却器）、７１ｄ:低圧冷媒出口（高段エコノマイザ冷却器）、７２:高段エコノマイザ冷却器用膨張手段、１００:吸込圧力検出手段、１０１:中間圧力検出手段、１０２:吐出圧力検出手段、１１０:冷水出口温度検出手段、２００:制御器、３００:低段側スクリューロータ、３０１:低段側スライドバルブ、３０３:低段側スライドバルブ駆動機構、３１０:高段側スクリューロータ、３１１:高段側スライドバルブ、３２０:電動機、３３０:スクリューシャフト、３４０:圧縮機ケーシング、４００:スクリューロータ、４０５:電源周波数制御用インバータ、４２０:電動機、４３０:スクリューシャフト、４４０:圧縮機ケーシング、５００:低段側スクリューロータ、５０２:低段側電動機、５０３:低段側スクリューシャフト、５０４:低段側ケーシング、５０５:電源周波数制御用インバータ（低段側圧縮機構）、５１０:高段側スクリューロータ、５１２:高段側電動機、５１３:高段側スクリューシャフト、５１４:高段側ケーシング、５１５:電源周波数制御用インバータ（高段側圧縮機構）、５３０:接続ケーシング、１０００:冷凍装置、１００１:第１主配管、１００２:第２主配管、１００３:第３主配管、１００４:第４主配管、１００５:第５主配管、１００６:第６主配管、１００７:低圧バイパス配管、１０１１:第１中間配管、１０１２:第２中間配管、１０１３:第３中間配管、１０６２:低段分岐配管、１０７１:高段分岐配管、２０００:冷凍装置、３００１:同軸駆動二段圧縮機、４００１:単段スクリュー圧縮機、４００２:二軸二段スクリュー圧縮機、５０００:冷凍装置、８０００:冷凍装置。
Claims (9)
- 直列に接続された複数の圧縮機構と、該複数の圧縮機構のうち最も下流側に位置する圧縮機構に接続された凝縮器と、該凝縮器に接続された中間冷却器と、該中間冷却器に接続された冷却器用膨張手段と、該冷却器用膨張手段４に接続され前記複数の圧縮機構のうち最も上流側に位置する圧縮機構に接続された冷却器と、を具備する冷媒が循環する主冷凍回路と、
前記中間冷却器の下流において分岐された冷媒を、中間冷却器用膨張手段および前記中間冷却器を経由して前記複数の圧縮機構の圧縮機構同士の間に合流させる中間冷却器回路と、
前記複数の圧縮機構のそれぞれが吸い込む冷媒の吸込体積を変更する吸込体積変更手段と、
前記複数の圧縮機構のそれぞれが吸い込む冷媒の吸込圧力を検出する吸込圧力検出手段と、
前記複数の圧縮機構のそれぞれが吐出する冷媒の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、
前記複数の圧縮機構のそれぞれに対して、前記複数の圧縮機構のそれぞれの吸込圧力検出手段の検出した吸込圧力と吐出圧力検出手段の検出した吐出圧力との圧縮比が等しくなるように、前記複数の圧縮機構の少なくとも１以上の吸込体積変更手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする冷凍装置。 - 前記制御装置が、現在の冷却能力が必要冷却能力より小さい場合で、前記圧縮比が目標圧縮比より小さいときは前記吸込体積を増加させ、前記圧縮比が目標圧縮比に同じときは前記吸込体積を増加させ、前記圧縮比が目標圧縮比より大きいときは前記吸込体積をそのままに維持させるように、
現在の冷却能力が必要冷却能力に同じ場合で、前記圧縮比が目標圧縮比より小さいときは前記吸込体積を増加させ、前記圧縮比が目標圧縮比に同じときは前記吸込体積をそのままに維持させ、前記圧縮比が目標圧縮比より大きいときは前記吸込体積を減少させるように、
現在の冷却能力が必要冷却能力より大きい場合で、前記圧縮比が目標圧縮比より小さいときは前記吸込体積をそのままに維持させ、前記圧縮比が目標圧縮比に同じときは前記吸込体積を減少させ、前記圧縮比が目標圧縮比より大きいときは前記吸込体積を減少させるように、前記複数の圧縮機構のそれぞれに対してそれぞれの吸込体積変更手段を制御することを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。 - 前記複数の圧縮機構が、同一のケーシングに格納されていることを特徴とする請求項１または２記載の冷凍装置。
- 前記吸込体積変更手段が、スライドバルブの停止位置を連続的に変更可能とすることにより、吸込体積を変更自在なスクリュー圧縮機構であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の冷凍装置。
- 前記複数の圧縮機構が多段圧縮機構であって、インバータ駆動の単段圧縮機構を直列に接続して一体としてなることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の冷凍装置。
- 前記中間冷却器の上流または下流の一方または両方に１または２以上のエコノマイザ冷却器を設置し、該エコノマイザ冷却器の下流において分岐された冷媒を、エコノマイザ冷却器用膨張手段および前記エコノマイザ冷却器を経由して、前記複数の圧縮機構のうちの少なくとも１以上の圧縮機構の圧縮空間に注入することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の冷凍装置。
- 前記複数の圧縮機構を駆動する電動機が、ＤＣブラシレスモータであることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の冷凍装置。
- 前記複数の圧縮機構のうち何れかの圧縮機構において前記圧縮比が所定の値より小さくなった時、前記複数の圧縮機構のうちの少なくとも１台の圧縮機構の運転を停止することを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の冷凍装置。
- 前記複数の圧縮機構のうちの少なくとも１台の圧縮機構において、該圧縮機構の吸込口から逆止弁を経由して該圧縮機構の吐出口に至る冷媒バイパス回路が形成され、
該圧縮機構が運転を停止する際、該圧縮機構の冷媒バイパス回路に冷媒が流されることを特徴とする請求項８記載の冷凍装置。
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