JP2006057869A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 二元冷凍サイクルを行う冷凍装置において、空調を行う空調用熱交換器と庫内の冷却を行う冷却用熱交換器との温度制御を容易に行えるようにする。
【解決手段】 室内の冷房と暖房とを切り換えて行う空調用熱交換器（45）を高段側冷媒回路（8）のみに設ける一方、庫内の冷却を行う冷却用熱交換器（47a,47b,49）を低段側冷媒回路（9）のみを設けるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、高段側冷媒回路と低段側冷媒回路とがカスケード熱交換器を介して接続されて二元冷凍サイクルを行う冷凍装置に関するものである。

従来より、例えばコンビニエンスストアなどに適用されて、室内の冷暖房、冷蔵庫や冷凍庫内の冷却を同時に行う冷凍装置が知られている。このような冷凍装置として、高段側冷媒回路と低段側冷媒回路とがカスケード熱交換器を介して接続されて二元冷凍サイクルを行うものがある。

例えば特許文献１に開示されている冷凍装置は、室内の空調を行う空調用熱交換器と、庫内の冷却を行う冷却用熱交換器とを備えている。なお、冷却用熱交換器は、庫内の冷蔵を行う冷蔵用熱交換器と、庫内の冷凍を行う冷凍用熱交換器とで構成されている。

この冷凍装置の高段側冷媒回路には、空調用回路と、冷蔵用回路とが並列に接続されている。上記空調用回路には、室内の冷房及び暖房を切り換えて行う上記空調用熱交換器が備えられている。一方、上記冷蔵用回路には、冷蔵庫内の冷却を行う複数の冷蔵用熱交換器が備えられている。また、高段側冷媒回路には、高段側圧縮機、室外熱交換器、上記カスケード熱交換器の第１熱交換部、及び膨張弁が接続されている。一方、上記低段側冷媒回路には、冷凍庫内の冷凍を行う冷凍用熱交換器、低段側圧縮機、カスケード熱交換器の第２熱交換部、及び膨張弁が接続されている。

以上のような構成の冷凍装置において、例えば室内の暖房運転時には、空調用熱交換器が凝縮器となって室内空気を加熱する一方、冷蔵用熱交換器及び冷凍用熱交換器が蒸発器となって、冷蔵庫内及び冷凍庫内の空気を冷却する。ここで、この冷凍装置は、上記冷凍用熱交換器が吸熱した熱をカスケード熱交換器を介して高段側冷媒回路に移動させ、この熱を空調用熱交換器の暖房に用いている。すなわち、この冷凍装置では、カスケード熱交換器によって低段側冷媒回路側の熱を高段側冷媒回路側で回収し、この熱を暖房運転に利用するようにしている。
特開２００２−１８１４０６号公報

上述のように、特許文献１の冷凍装置は、空調用熱交換器、冷蔵用熱交換器、及び冷凍用熱交換器を利用側として、室内の空調、及び庫内の冷却（冷蔵／冷凍）を同時に行えるようにしている。ところで、例えば冷房運転時における空調用熱交換器の冷房温度は、例えば約２０℃から３０℃までの範囲であるのに対し、冷蔵用熱交換器によって行われる庫内の冷蔵温度は、例えば０℃から１０℃までの範囲であり、それぞれの利用温度範囲が大きく異なっている。一方、このように利用温度範囲が大きく異なる上記空調用熱交換器と上記冷蔵用熱交換器とは互いに同じ冷媒が流通する閉回路である高段側冷媒回路に接続されている。このため、空調用熱交換器と冷蔵用熱交換器とにおいては、同一の冷媒を異なる温度で蒸発させる必要があった。その結果、各熱交換器における冷媒の温度制御が複雑になってしまうという問題があった。

この問題は、利用温度範囲が一層大きく異なる空調用熱交換器と冷凍用熱交換器とを高段側冷媒回路に接続した場合、さらに顕著となる。以上のように、互いに利用温度範囲の異なる空調用熱交換器と冷凍／冷蔵用熱交換器（冷却用熱交換器）との温度制御を容易に行うことができる冷凍装置が望まれる。

本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、二元冷凍サイクルを行う冷凍装置において、空調を行う空調用熱交換器と庫内の冷却を行う冷却用熱交換器との温度制御を容易に行えるようにすることである。

本発明は、空調用熱交換器を高段側冷媒回路のみに設ける一方、冷却用熱交換器を低段側冷媒回路のみを設けるようにしたものである。

より具体的に、第１の発明は、高段側冷媒回路（8）と低段側冷媒回路（9）とがカスケード熱交換器（40）を介して接続されて二元冷凍サイクルを行うとともに、室内の冷房と暖房とを切り換えて行う空調用熱交換器（45）と、庫内を冷却する冷却用熱交換器（47a,47b,49）とを有する冷凍装置を前提としている。そして、この冷凍装置は、上記空調用熱交換器（45）が、上記高段側冷媒回路（8）のみに設けられている一方、上記冷却用熱交換器（47a,47b,49）は、上記低段側冷媒回路（9）のみに設けられているものである。

上記第１の発明では、閉回路となる高段側冷媒回路（8）で冷凍サイクルが行われると同時に、閉回路となる低段側冷媒回路（9）で別の冷凍サイクルが行われ、いわゆる二元冷凍サイクルが行われる。

具体的に、冷却用熱交換器（47a,47b,49）では、冷媒が庫内の空気から吸熱して蒸発する。すなわち、冷却用熱交換器（47a,47b,49）は、蒸発器として機能する。一方、空調用熱交換器（45）では、冷房時において、冷媒が室内の空気から吸熱して蒸発する。すなわち、冷房時には、空調用熱交換器（45）が蒸発器として機能する。また、空調用熱交換器（45）では、暖房時において、冷媒が室内の空気に放熱して凝縮する。すなわち、暖房時には、空調用熱交換器（45）が凝縮器として機能する。ここで、暖房時において、カスケード熱交換器（40）では、庫内の空気から吸熱した低段側冷媒回路（9）の冷媒の熱が高段側冷媒回路（8）の冷媒に回収される。そして、高段側冷媒回路（8）では、以上のようにして回収された熱が室内の暖房に利用される。

ここで、本発明では、室内の冷暖房を行う空調用熱交換器（45）を高段側冷媒回路（8）のみに設ける一方、冷蔵庫や冷凍庫などの庫内を冷却する冷却用熱交換器（47a,47b,49）を低段側冷媒回路（9）のみに設けている。よって、空調用熱交換器（45）と冷却用熱交換器（47a,47b,49）とをそれぞれ異なる閉回路に設けることができる。

このように、空調用熱交換器（45）と冷却用熱交換器（47a,47b,49）とを異なる閉回路に設けるようにすると、それぞれの熱交換器に異なる冷媒を流すことができる。よって、空調用熱交換器（45）による室内の空調に適した冷媒を上記高段側冷媒回路（8）内で循環させて冷凍サイクルを行うと同時に、この冷媒と異なり冷却用熱交換器（47a,47b,49）による庫内の冷却に適した冷媒を上記低段側冷媒回路（9）内で循環させて冷凍サイクルを行うことができる。すなわち、利用温度の異なる空調用熱交換器（45）と冷却用熱交換器（47a,47b,49）とにおいて、それぞれの利用温度に適した別々の冷媒を用いることができる。したがって、各熱交換器における冷媒の温度制御を容易に行うことができる。

第２の発明は、第１の発明の冷凍装置において、冷却用熱交換器（47a,47b,49）が、冷蔵庫内を冷却する冷蔵用熱交換器（47a,47b）と、冷凍庫内を冷却する冷凍用熱交換器（49）とで構成され、低段側冷媒回路（9）では、上記冷蔵用熱交換器（47a,47b）を備えた冷蔵用回路（3,4）と、上記冷凍用熱交換器（49）を備えた冷凍用回路（7）とが並列に接続されているものである。

上記第２の発明では、低段側冷媒回路（9）のみに設けられる冷却用熱交換器（47a,47b,49）として、冷蔵庫内を冷却する冷蔵用熱交換器（47a,47b）と、冷凍庫内を冷却する冷凍用熱交換器（49）とが用いられる。よって、この冷凍装置によって、室内の空調、冷蔵庫内の冷蔵、及び冷凍庫内の冷凍を同時に行うことができる。

第３の発明は、第２の発明の冷凍装置において、冷凍用回路（7）が、冷凍用熱交換器（49）から吸入した冷媒を圧縮し、圧縮した冷媒を低段側冷媒回路（9）に設けられた低段側圧縮機（39）の吸入側へ吐出する補助圧縮機（50）を備えているものである。

上記第３の発明では、低段側冷媒回路（9）に低段側圧縮機（39）と補助圧縮機（50）とが設けられる。そして、低段側冷媒回路（9）では、冷凍用熱交換器（49）で蒸発した冷媒が補助圧縮機（50）によって圧縮され、この冷媒が低段側圧縮機（39）で更に圧縮される。すなわち、低段側冷媒回路（9）において、いわゆる二段圧縮式の冷凍サイクルが行われる。

第４の発明は、第３の発明の冷凍装置において、低段側冷媒回路（9）は、低段側圧縮機（39）の吸入側と、該低段側圧縮機（39）の吐出側とを連通可能とするための第１のバイパス配管（67）を備えているものである。

上記第４の発明では、低段側圧縮機（39）の吸入側の冷媒を第１バイパス配管（67）を介して低段側圧縮機（39）の吐出側にバイパスさせることができる。よって、例えば低段側圧縮機（39）が故障などにより運転できない場合でも、補助圧縮機（50）を運転することで、冷媒を低段側冷媒回路（9）内で循環させて冷却用熱交換器（47a,47b,49）で蒸発させることができる。

第５の発明は、第４の発明の冷凍装置において、低段側冷媒回路（9）が、冷蔵用熱交換器（47b）の出口側と、補助圧縮機（50）の吸入側とを連通可能にするための第２のバイパス配管（68）を備えているものである。

上記第５の発明では、冷蔵用熱交換器（47b）の出口側の冷媒を第２バイパス配管（68）を介して補助圧縮機（50）の吸入側にバイパスさせることができる。よって、例えば低段側圧縮機（39）が故障などにより運転できなくり、補助圧縮機（50）を運転させて冷媒を循環させる場合に、冷蔵用熱交換器（47b）に流通させた冷媒を第２バイパス配管（68）より補助圧縮機（50）の吸入側に導くことができる。したがって、補助圧縮機（50）のみの運転時においても、冷蔵用熱交換器（47b）に冷媒を循環させ、冷蔵庫内の冷却を行うことができる。

第６の発明は、第５の発明の冷凍装置において、冷蔵用熱交換器（47b）の下流端から第２バイパス配管（68）の下流端までの間に、冷蔵用熱交換器（47b）の蒸発圧力を調整する圧力調整機構（48）が設けられているものである。

上記第６の発明では、低段側圧縮機（39）の故障時などにおいて、冷蔵用熱交換器（47b）の出口側の冷媒を第２バイパス配管（68）を介して補助圧縮機（50）の吸入側に導入する際、冷蔵用熱交換器（47b）の蒸発圧力が、冷凍用熱交換器（49）の蒸発圧力まで下がらないように圧力調整機構（48）が設けられる。

より具体的に説明すると、例えば第５の発明で上述したように、低段側圧縮機（39）が故障などで停止した場合に、補助圧縮機（50）のみを運転させることで、低段側冷媒回路（9）における冷媒の循環が行われる。ここで、補助圧縮機（50）の運転時においては、補助圧縮機（50）の吸入側と接続する冷凍用熱交換器（49）と、第２バイパス配管（68）を介して該補助圧縮機（50）の吸入側と接続する冷蔵用熱交換器（47b）とに冷媒を循環させ、各熱交換器（47b,49）を蒸発器として機能させることができる。ここで、両熱交換器（47b,49）を蒸発器とした場合、その利用温度の相違により、冷凍用熱交換器（49）内の冷媒の蒸発圧力よりも冷蔵用熱交換器（47b）内の冷媒の蒸発圧力を高くする必要がある。ところが、上記冷蔵用熱交換器（47b）と冷凍用熱交換器（49）とが第２バイパス配管（68）を介して連通する状態となると、冷蔵用熱交換器（47b）内の冷媒の蒸発圧力が、冷凍用熱交換器（49）内の冷媒の蒸発圧力まで低下してしまう恐れがある。

これに対し、本発明では、冷蔵用熱交換器（47b）の下流端から第２バイパス配管（68）の下流端までの間に圧力調整機構（48）を設けている。よって、この圧力調整機構（48）を所定開度に絞ることで、冷蔵用熱交換器（47b）内の冷媒の蒸発圧力が冷凍用熱交換器（49）内の冷媒の蒸発圧力まで低下してしまうことを回避できる。

第７の発明は、第３から第６のいずれか１の発明の冷凍装置において、低段側冷媒回路（9）が、補助圧縮機（50）の吸入側と、該補助圧縮機（50）の吐出側とを連通可能とするための第３のバイパス配管（69）を備えているものである。

上記第７の発明では、補助圧縮機（50）の吸入側の冷媒を第３バイパス配管（69）を介して補助圧縮機（50）の吐出側にバイパスさせることができる。よって、例えば補助圧縮機（50）が故障などにより停止した場合に、低段側圧縮機（39）を運転させることで、冷媒を補助圧縮機（50）に流通させることなく、低段側冷媒回路（9）内で循環させることができる。

第８の発明は、第１から第７のいずれか１に記載の冷凍装置において、低段側冷媒回路（9）では、冷媒から室外空気への放熱を行う低段側室外熱交換器（60）がカスケード熱交換器（40）と直列に接続されているものである。

上記第８の発明では、低段側冷媒回路（9）に低段側室外熱交換器（60）が設けられる。よって、例えば冷却用熱交換器（47a,47b,49）の冷媒で吸熱した熱量が所定熱量よりも大きくなる場合には、この熱を低段側室外熱交換器（60）を介して室外に放出することができる。

第９の発明は、第８の発明の冷凍装置において、カスケード熱交換器（40）が、低段側冷媒回路（9）における低段側室外熱交換器（60）の下流側に設けられているものである。

上記第９の発明では、低段側室外熱交換器（60）で放熱・凝縮した冷媒が、カスケード熱交換器（40）に流入する。ここで、カスケード熱交換器（40）において、低段側室外熱交換器（60）で凝縮した冷媒の熱を、高段側冷媒回路（8）の冷媒が回収することで、低段側冷媒回路（9）側の冷媒を冷却することができる。よって、低段側冷媒回路（9）側の冷媒を過冷却することができる。

上記第１の発明によれば、高段側冷媒回路（8）と低段側冷媒回路（9）とをカスケード熱交換器（40）を介して接続し、二元冷凍サイクルを行うことで、低段側冷媒回路（9）の熱を高段側冷媒回路（8）における空調用熱交換器（45）の暖房に利用できるようにしている。

ここで、本発明では、空調用熱交換器（45）を高段側冷媒回路（8）のみに設け、冷却用熱交換器（47a,47b,49）を低段側冷媒回路（9）のみに設けるようにしている。よって、空調用熱交換器（45）と冷却用熱交換器（47a,47b,49）とで異なる冷媒を用いることができる。このため、それぞれの熱交換器の利用温度に適した冷媒を用いて、各々冷凍サイクルを行うことができ、それぞれの熱交換器における温度制御を容易に行うことができる。

上記第２の発明によれば、冷却用熱交換器（47a,47b,49）として冷蔵庫内を冷却する冷蔵用熱交換器（47a,47b）と、冷凍庫内を冷却する冷凍用熱交換器（49）とを設けるようにしている。よって、室内の空調、冷蔵庫内の冷却、冷凍庫内の冷却を同時に行うことができる。

上記第３の発明によれば、低段側冷媒回路（9）において、二段圧縮式の冷凍サイクルを行うようにしている。よって、冷蔵用熱交換器（47a,47b）の蒸発圧力に対して冷凍用熱交換器（49）の蒸発圧力を確実に低くすることができ、該冷凍用熱交換器（49）で冷凍庫内を確実に冷却することができる。

上記第４の発明によれば、第１バイパス配管（67）を設けることで、低段側圧縮機（39）の吸入側の冷媒を該低段側圧縮機（39）の吐出側にバイパスできるようにしている。したがって、低段側圧縮機（39）の故障時においても、補助圧縮機（50）を運転することで、低段側冷媒回路（9）の冷媒を循環させることができ、冷却用熱交換器（47b,49）を蒸発器として機能させることができる。

上記第５の発明によれば、第２バイパス配管（68）を設けることで、冷蔵用熱交換器（47b）の出口側の冷媒を補助圧縮機（50）の吸入側にバイパスできるようにしている。したがって、低段側圧縮機（39）の故障時においても、補助圧縮機（50）を運転することで、冷媒を冷蔵用熱交換器（47b）に循環させることができ、上記冷蔵用熱交換器（47b）を蒸発器として機能させることができる。

上記第６の発明によれば、低段側圧縮機（39）の故障時において、冷蔵用熱交換器（47b）の出口側の冷媒を第２バイパス配管（68）を介して補助圧縮機（50）の吸入側に導入する際、圧力調整機構（48）を所定開度に絞ることで、冷蔵用熱交換器（47b）の蒸発圧力が、冷凍用熱交換器（49）の蒸発圧力まで低下してしまうことを回避できる。よって、低段側圧縮機（39）の故障時においても、冷蔵用熱交換器（47b）と冷凍用熱交換器（49）とで冷媒の蒸発温度を異なった温度に設定できる。

上記第７の発明によれば、第３バイパス配管（69）を設けることで、補助圧縮機（50）の吸入側の冷媒を該補助圧縮機（50）の吐出側にバイパスできるようにしている。したがって、補助圧縮機（50）の故障時においても、低段側圧縮機（39）を運転することで、低段側冷媒回路（9）の冷媒を循環させることができ、冷却用熱交換器（47a,47b,49）を蒸発器として機能させることができる。

上記第８の発明によれば、低段側冷媒回路（9）に低段側室外熱交換器（60）を設けている。よって、低段側冷媒回路（9）において、冷却用熱交換器（47a,47b,49）より吸熱された熱量が所定熱量より高い場合に、この熱を低段側室外熱交換器（60）より室外に放出することができる。したがって、各冷却用熱交換器（47a,47b,49）の冷却能力を向上させることができる。

上記第９の発明によれば、低段側室外熱交換器（60）で凝縮した冷媒をカスケード熱交換器（40）の高段側冷媒回路（8）側の冷媒で冷却することで、低段側冷媒回路（9）で過冷却を行うことができる。よって、各冷却用熱交換器（47a,47b,49）の冷却能力を一層向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《発明の実施形態１》
実施形態１に係る冷凍装置（10）は、コンビニエンスストア等に設置されて、店内の空調とショーケース内の冷却とを同時に行うものである。この冷凍装置（10）は、高段側冷媒回路（8）と低段側冷媒回路（9）とを備え、２元式の冷凍サイクルを行うものである。

図１に示すように、冷凍装置（10）は、室外ユニット（11）、空調ユニット（12）、第１と第２の冷蔵ユニット（13,14）、冷凍ユニット（15）、及びブースタユニット（16）を備えている。室外ユニット（11）は、屋外に設置されている。一方、他のユニット（12,13,…）は、何れもコンビニエンスストア等の店内に設置されている。

室外ユニット（11）には、高段側室外回路（1a）と低段側室外回路（1b）とが設けられている。空調ユニット（12）には、空調用回路（2）が設けられている。第１，第２冷蔵ユニット13,14）には、それぞれ第１と第２の冷蔵用回路（3,4）が設けられている。冷凍ユニット（15）には、冷凍庫内回路（5）が設けられている。ブースタユニット（16）には、ブースタ回路（6）が設けられている。なお、上記冷凍庫内回路（5）とブースタ回路（6）とは、互いに直列に接続されることで冷凍用回路（7）を構成している。

そして、冷凍装置（10）は、室外ユニット（11）の高段側室外回路（1a）と空調用回路（2）とが配管で接続されることで、閉回路である上記高段側冷媒回路（8）が構成される一方、室外ユニット（11）の低段側室外回路（1b）、第１，第２冷蔵用回路（3,4）、及び冷凍用回路（6）が配管で接続されることで、閉回路である上記低段側冷媒回路（9）が構成されている。上記高段側冷媒回路（8）と上記低段側冷媒回路（9）とは詳細は後述するカスケード熱交換器（40）を介して互いに接続されている。

高段側冷媒回路（8）では、高段側室外回路（1a）と空調用回路（2）とが２本の連絡配管（第１，第２連絡配管）（21,22）を介して互いに接続されている。上記空調用回路（2）は、高段側室外回路（1a）に対して直列に接続されている。

低段側冷媒回路（9）では、低段側室外回路（1b）と、第１，第２冷蔵用回路（3,4）、及び冷凍用回路（7）とが２本の連絡配管（第３，第４連絡配管）（23,24）を介して互いに接続されている。上記冷蔵用回路（3,4）及び冷凍用回路（7）は、低段側室外回路（1b）に対してそれぞれ並列に接続されている。

《室外ユニットの構成》
室外ユニット（11）は、上述のように、空調用回路（2）と接続されて高段側冷媒回路（8）を構成する高段側室外回路（1a）と、第１，第２冷蔵用回路（3,4）及び冷凍用回路（7）と接続されて低段側冷媒回路（9）を構成する低段側室外回路（1b）とを備えている。そして、上述したカスケード熱交換器（40）の第１熱交換部（41）が高段側室外回路（1a）に接続されている一方、カスケード熱交換器（40）の第２熱交換部（42）が低段側室外回路（1b）に接続されている。

−高段側室外回路の構成−
高段側室外回路（1a）は、第１と第２の高段側圧縮機（31,32）、室外熱交換器（33）、第１と第２の高段側膨張弁（34,35）、高段側レシーバ（36）、及びカスケード熱交換器（40）の第１熱交換部（41）を備えている。また、高段側室外回路（1a）は、それぞれが第１から第４までのポートを有する第１と第２の四路切換弁（37,38）、及び第１から第３までの閉鎖弁（51,52,53）を備えている。

第１高段側圧縮機（31）及び第２高段側圧縮機（32）は、何れも全密閉型の高圧ドーム式のスクロール圧縮機で構成されている。第１高段側圧縮機（31）には、インバータを介して電力が供給される。この第１高段側圧縮機（31）は、インバータの出力周波数を変化させて圧縮機モータの回転速度を変更することによって、その容量が変更可能となる、いわゆる可変容量圧縮機で構成されている。一方、第２高段側圧縮機（32）は、圧縮機モータが常に一定の回転速度で運転させるものであって、その容量が変更不能となる、いわゆる固定容量圧縮機で構成されている。

第１高段側圧縮機（31）の吸入側には、第１吸入管（31a）の一端が接続されている。一方、第２高段側圧縮機（32）の吸入側には、第２吸入管（32a）の一端が接続されている。第１吸入管（31a）及び第２吸入管（32a）の他端は主吸入管（61）と接続している。この主吸入管（61）は、２方に分岐している。そして、主吸入管（61）の一方の分岐配管がカスケード熱交換器（40）の第１熱交換部（41）と接続しており、他方の分岐配管が第２四路切換弁（38）の第２ポートと接続している。

第１高段側圧縮機（31）の吐出側には、第１吐出管（31b）の一端が接続されている。一方、第２高段側圧縮機（32）の吐出側には、第２吐出管（32b）の一端が接続されている。第１吐出管（31b）及び第２吐出管（32b）の他端は主吐出管（62）と接続している。なお、上記第２吐出管（32b）には、第２高段側圧縮機（32）から主吐出管（62）へ向かう冷媒の流通のみを許容する第１逆止弁（71）が設けられている。また、主吐出管（62）は、２方に分岐している。そして、主吐出管（62）の一方の分岐配管が第１四路切換弁（37）の第１ポートと接続しており、他方の分岐配管が第２四路切換弁（38）の第１ポートと接続している。

上記第１四路切換弁（37）は、その第２ポートが、上記第２四路切換部（38）の第３ポートと接続しており、その第３ポートが、第１閉鎖弁（51）を介して第１連絡配管（21）と接続しており、その第４ポートが、第５閉鎖弁（55）を介して室外熱交換器（33）の一端と接続している。この第１四路切換弁（37）は、第１ポートと第４ポートとが連通すると同時に第２ポートと第３ポートとが連通する第１状態（図１の実線で示す状態）と、第１ポートと第３ポートとが連通すると同時に第２ポートと第４ポートとが連通する第２状態（図１の破線で示す状態）とに切換自在に構成されている。

上記第２四路切換弁（38）の第４ポートは、封止されており、配管が接続されてない状態となっている。この第２四路切換弁（38）は、第１ポートと第４ポートとが連通すると同時に第２ポートと第３ポートとが連通する第１状態（図１の実線で示す状態）と、第１ポートと第３ポートとが連通すると同時に第２ポートと第４ポートとが連通する第２状態（図１の破線で示す状態）とに切換自在に構成されている。

室外熱交換器（33）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、高段側冷媒回路（8）における熱源側熱交換器を構成している。この室外熱交換器（33）では、冷媒と室外空気の間で熱交換が行われる。この室外熱交換器（33）の他端は、第１高段側配管（63）の一端と第２高段側配管（64）の一端との双方に接続している。

上記第１高段側配管（63）の他端は、第２逆止弁（72）、第３逆止弁（73）、第２閉鎖弁（52）を介して第２連絡配管（22）と接続している。一方、第２高段側配管（64）の他端は、第１高段側膨張弁（34）、第４逆止弁（74）、第２高段側膨張弁（35）を介してカスケード熱交換器（40）の第１熱交換部（41）と接続している。上記第１，第２高段側膨張弁（34,35）は、電子膨張弁で構成されている。

第１高段側配管（63）における第２逆止弁（72）と第３逆止弁（73）との間の部位には、高段側レシーバ（36）を有する第１液管（65）の一端が接続されている。この第１液管（65）の他端は、第２高段側配管（64）における第４逆止弁（74）寄りに接続されている。また、第１高段側配管（63）における第３逆止弁（73）と第２閉鎖弁（52）との間の部位には、第５逆止弁（75）を有する第２液管（66）の一端が接続されている。この第２液管（66）の他端は、第２高段側配管（64）における第２高段側膨張弁（35）寄りに接続されている。

上記第２逆止弁（72）は、第１高段側配管（63）において、室外熱交換器（33）及び第１高段側膨張弁（34）側から高段側レシーバ（36）へ向かう冷媒の流通のみを許容する。上記第３逆止弁（73）は、第１高段側配管（63）において、第２液管（66）の接続部から第１液管（65）の接続部へ向かう冷媒の流通のみを許容する。上記第４逆止弁（74）は、第２高段側配管（64）において、第１液管（65）の接続部から第１高段側膨張弁（34）へ向かう冷媒の流通のみを許容する。上記第５逆止弁（75）は、第２液管（66）において、第２高段側配管（64）側から第１高段側配管（63）側へ向かう冷媒の流通のみを許容する。

高段側室外回路（1a）には、各種のセンサ、圧力スイッチ、フィルタなどの機能部品が設けられている。具体的に、主吸入管（61）における合流部には、第１吸入圧力センサ（81）、第１吸入温度センサ（82）、及び第１フィルタ（83）が設けられている。一方、主吐出管（62）における合流部には、第１吐出温度センサ（84）及び油分離器（85）が設けられている。上記油分離器（85）は、両圧縮機（31,32）の吐出ガスから冷凍機油を分離するものである。なお、油分離器（85）によって分離された冷凍機油は、図示しない油戻し管を介して両圧縮機（31,32）の吸入側に返送される。

また、第１吐出管（31b）には、第１高圧圧力スイッチ（86）及び第１吐出圧力センサ（87）が設けられている。一方、第２吐出管（32b）には、第２高圧圧力スイッチ（88）が設けられている。上記第１液管（65）には、ドライヤーフィルタ（89）が設けられている。上記室外熱交換器（33）には、外気温センサ（90）と室外ファン（91）とが設けられている。この室外ファン（91）は、室外熱交換器（33）に室外空気を送風する。

−低段側室外回路の構成−
低段側室外回路（1b）は、低段側圧縮機（39）、上記カスケード熱交換器（40）の第２熱交換部（42）、及び低段側レシーバ（43）を備えている。また、低段側室外回路（1b）は、第４と第５の閉鎖弁（54,55）を備えている。

上記低段側圧縮機（39）は、インバータを介して電力が供給される。この低段側圧縮機（39）は、インバータの出力周波数を変化させて圧縮機モータの回転速度を変更することによって、その容量が変更可能となる、いわゆる可変容量圧縮機で構成されている。

低段側圧縮機（39）の吸入側は、第５閉鎖弁（55）を介して第４連絡配管（24）と接続している。一方、低段側主縮機（39）の吐出側は、第６逆止弁（76）を介して第２熱交換部（42）の一端と接続している。この第６逆止弁（76）は、低段側圧縮機（39）から第２熱交換部（42）へ向かう冷媒の流通のみを許容する。また、第２熱交換部（42）の他端は、低段側レシーバ（43）の一端と接続している。この低段側レシーバ（43）の他端は、第４閉鎖弁（54）を介して第３連絡配管（23）と接続している。

また、低段側冷媒回路（9）には、低段側圧縮機（39）の吸入側と、該低段側圧縮機（39）の吐出側とを連通可能とするための第１バイパス配管（67）が設けられている。具体的に、第１バイパス配管（67）の一端（流入端）は、第５閉鎖弁（55）と低段側圧縮機（39）との間の配管に接続され、第１バイパス配管（67）の他端（流出端）は、低段側圧縮機（39）とカスケード熱交換器（40）との間の配管に接続されている。この第１バイパス配管（67）には、第７逆止弁（77）が設けられている。この第７逆止弁（77）は、第１バイパス配管（67）の流入端から流出端へ向かう冷媒の流通のみを許容する。

以上のようにして、第１バイパス配管（67）は、低段側圧縮機（39）の故障時などにおいて、上記低段側圧縮機（39）の吸入側の冷媒を該低段側圧縮機（39）の吐出側にバイパスさせるように構成されている。

低段側室外回路（1b）には、各種のセンサ、圧力スイッチ、フィルタなどの機能部品が設けられている。具体的に、第５閉鎖弁（55）から低段側圧縮機（39）までの間の配管には、第２フィルタ（92）及び第２吸入温度センサ（93）が設けられている。また、低段側圧縮機（39）から第２熱交換部（42）までの間の配管には、第３高圧圧力スイッチ（94）、第２吐出温度センサ（95）、第２吐出圧力センサ（96）が設けられている。さらに、上記第１バイパス配管（67）には、バイパス用圧力センサ（97）が設けられている。

《空調ユニットの構成》
空調ユニット（12）は、上述のように、室外ユニット（11）の高段側室外回路（1a）と接続されて高段側冷媒回路（8）を構成する空調用回路（2）を備えている。この空調用回路（2）は、第２連絡配管（22）との接続部より順に、第３フィルタ（98）、空調側膨張弁（44）、及び空調用熱交換器（45）を備えている。

上記空調側膨張弁（44）は、電子膨張弁で構成されている。一方、上記空調用熱交換器（45）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成されている。この空調用熱交換器（45）では、冷媒と室内空気との間で熱交換が行われる。

また、空調用熱交換器（45）には、第１空調用温度センサ（99）が設けられている。さらに、空調用回路（2）において、第１連絡配管（22）の接続部と空調用熱交換器（45）との間の配管には、第２空調用温度センサ（100）が設けられている。

また、空調用熱交換器（45）には、内気温センサ（101）と室内ファン（102）とが設けられている。室内ファン（102）は、空調用熱交換器（45）に室内空気を送風する。

以上のような、空調ユニット（12）の構成において、空調用熱交換器（45）は、店内の冷房と暖房とを切り換えて行うように構成されている。

《冷蔵ユニットの構成》
冷蔵ユニット（13,14）は、上述のように、上記室外ユニット（11）の低段側室外回路（1b）、及び冷凍用回路（7）（冷凍庫内回路（5）及びブースタ回路（6））と接続されて低段側冷媒回路（9）を構成する冷蔵用回路（3,4）を備えている。

第１冷蔵用回路（3）は、一端が第３連絡配管（23）と接続され、他端が第４連絡配管（24）と接続されている。この第１冷蔵用回路（3）は、第３連絡配管（23）との接続部より順に（冷媒の流れ方向より順に）、第４フィルタ（103）、第１電磁開閉弁（56a）、第１冷蔵側膨張弁（46a）、第１冷蔵用熱交換器（47a）、及び第１冷蔵側圧力センサ（57a）を備えている。

上記第１冷蔵側膨張弁（46a）は、電子膨張弁で構成されている。この第１冷蔵側膨張弁（46a）は、上記第１冷蔵側圧力センサ（57a）の検出圧力に応じて開度調整可能となっている。一方、上記第１冷蔵用熱交換器（47a）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成されている。この第１冷蔵用熱交換器（47a）では、冷媒と冷蔵庫内空気との間で熱交換が行われる。また、第１冷蔵用熱交換器（47a）には、第１冷蔵庫内温度センサ（104）と第１冷蔵庫内ファン（105）とが設けられている。第１冷蔵庫内ファン（105）は、第１冷蔵用熱交換器（47a）に冷蔵庫内空気を送風する。

第２冷蔵用回路（4）の一端は、第３連絡配管（23）より分岐された第１分岐配管（25）と接続している。一方、第２冷蔵用回路（4）の他端は、第４連絡配管（24）より分岐された第２分岐配管（26）と接続している。この第２冷蔵用回路（4）は、第１分岐配管（25）との接続部より順に（冷媒の流れ方向より順に）、第５フィルタ（106）、第２電磁開閉弁（56b）、第２冷蔵側膨張弁（46b）、第２冷蔵用熱交換器（47b）、第２冷蔵側圧力センサ（57b）、詳細は後述する圧力調整弁（48）、及び第８逆止弁（78）を備えている。

上記第２冷蔵側膨張弁（46b）は、電子膨張弁で構成されている。この第２冷蔵側膨張弁（46b）は、上記第２冷蔵側圧力センサ（57b）の検出圧力に応じて開度調整可能となっている。一方、上記第２冷蔵用熱交換器（47b）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成されている。この第２冷蔵用熱交換器（47b）では、冷媒と冷蔵庫内空気との間で熱交換が行われる。また、第２冷蔵用熱交換器（47b）には、第２冷蔵庫内温度センサ（107）と第２冷蔵庫内ファン（108）とが設けられている。第１冷蔵庫内ファン（108）は、第２冷蔵用熱交換器（47b）に冷蔵庫内空気を送風する。また、上記第８逆止弁（78）は、第２冷蔵用熱交換器（47b）から第２分岐配管（26）へ向かう冷媒の流通のみを許容する。さらに、第２冷蔵用回路（4）には、詳細は後述する第２バイパス配管（68）の一端が接続されている。

以上のような、冷蔵ユニット（13,14）の構成において、両冷蔵用熱交換器（47a,47b）は、ショーケースの冷蔵庫内を冷却する冷却用熱交換器として構成されている。

《冷凍ユニットの構成》
冷凍ユニット（15）は、上述のように、冷凍庫内回路（5）を備えている。冷凍庫内回路（5）は、一端が第１分岐配管（25）より更に分岐された第３分岐配管（27）と接続され、他端が上記ブースタ回路（6）の一端と接続されている。この冷凍庫内回路（5）は、第３分岐配管（25）との接続部より順に（冷媒の流れ方向より順に）、第６フィルタ（109）、第３電磁開閉弁（56c）、冷凍側膨張弁（46c）、冷凍用熱交換器（49）、及び冷凍側圧力センサ（57c）を備えている。

上記冷凍側膨張弁（46c）は、電子膨張弁で構成されている。この冷凍側膨張弁（46c）は、上記冷凍側圧力センサ（57c）の検出圧力に応じて開度調整可能となっている。一方、上記冷凍用熱交換器（49）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成されている。この冷凍用熱交換器（49）では、冷媒と冷凍庫内空気との間で熱交換が行われる。また、冷凍用熱交換器（49）には、冷凍庫内温度センサ（110）と冷凍庫内ファン（111）とが設けられている。冷凍庫内ファン（111）は、冷凍用熱交換器（49）に冷凍庫内空気を送風する。また、冷凍用回路（49）には、詳細は後述する第２バイパス配管（68）の他端が接続されている。

以上のような、冷凍ユニット（15）の構成において、冷凍用熱交換器（49）は、ショーケースの冷凍庫内を冷却する冷却用熱交換器として構成されている。

《ブースタユニットの構成》
ブースタユニット（16）は、上述のように、ブースタ回路（6）を備えている。このブースタ回路（6）は、一端が上記冷凍庫内回路（5）と接続され、他端が第２分岐配管（26）と接続されている。このブースタ回路（6）は、冷凍庫内回路（6）との接続部より順に（冷媒の流れ方向より順に）、第７フィルタ（112）、ブースタ圧縮機（補助圧縮機）（50）、及び第９逆止弁（79）が備えられている。

上記ブースタ圧縮機（50）は、インバータを介して電力が供給される。このブースタ圧縮機（50）は、インバータの出力周波数を変化させて圧縮機モータの回転速度を変更することによって、その容量が変更可能となる、いわゆる可変容量圧縮機で構成されている。そして、ブースタ圧縮機（50）は、冷凍庫内回路（6）から吸入した冷媒を圧縮し、圧縮した冷媒を上述した低段側圧縮機（39）の吸入側に吐出することで、この低段側圧縮機（39）とで、いわゆる２段圧縮を行うように構成されている。

上記第９逆止弁（79）は、ブースタ圧縮機（50）の吐出側から第２分岐配管（26）へ向かう冷媒の流通のみを許容する。さらに、ブースタ圧縮機（50）と第９逆止弁（79）との間の配管には、第４高圧圧力スイッチ（113）が設けられている。

また、ブースタ回路（6）には、ブースタ圧縮機（50）の吸入側と、該ブースタ圧縮機（50）の吐出側とを連通可能とするための第３バイパス配管（69）が設けられている。具体的に、第３バイパス配管（69）の一端（流入端）は、第７フィルタ（112）とブースタ圧縮機（50）との間の配管に接続され、第３バイパス配管（69）の他端（流出端）は、第４高圧圧力スイッチ（113）と第２分岐配管（26）の接続部との間の配管に接続されている。この第３バイパス配管（69）には、第１０逆止弁（80）が設けられている。この第１０逆止弁（80）は、第３バイパス配管（69）の流入端から流出端へ向かう冷媒の流通のみを許容する。

以上のようにして、第３バイパス配管（69）は、ブースタ圧縮機（50）の故障時などにおいて、上記ブースタ圧縮機（50）の吸入側の冷媒を該ブースタ圧縮機（50）の吐出側にバイパスさせるように構成されている。

《第２バイパス配管の構成》
上述のように、第２バイパス配管（68）は、その一端が第２冷蔵用回路（4）に接続され、その他端が冷蔵庫内回路（5）に接続されている。具体的に、第２バイパス配管（68）の一端は、第２冷蔵用回路（4）において、圧力調整弁（48）と第８逆止弁（78）との間の配管に接続されている。一方、第２バイパス配管（68）の他端は、冷凍庫内回路（5）において、冷凍側圧力センサ（57c）とブースタ回路（6）の接続部との間の配管に接続されている。このようにして、第２バイパス配管（68）は、第２冷蔵用熱交換器（47b）の出口側と、ブースタ圧縮機（補助圧縮機）（50）の吸入側とを連通可能としている。

また、第２バイパス配管（68）には、バイパス用電磁開閉弁（56d）が設けられている。そして、バイパス用電磁開閉弁（56d）は、上述した低段側圧縮機（39）の故障時に開状態となる一方、通常運転時には閉状態となるように構成されている。よって、低段側圧縮機（39）の故障時において、ブースタ圧縮機（50）のみを運転することで、冷媒を第２冷蔵用熱交換器（47b）に循環させるとともに、この第２冷蔵用熱交換器（47b）を流出した冷媒を、第２バイパス配管（68）を介してブースタ圧縮機（50）の吸入側に戻すことができる。ここで、第２冷蔵用回路（4）に設けられた圧力調整弁（48）は、第２冷蔵用熱交換器（47b）の蒸発圧力を所定圧力に調整するように構成されている（詳細は後述するものとする）。

《コントローラの構成》
本実施形態の冷凍装置（10）は、コントローラ（200）を備えている。このコントローラ（200）は、上述した温度センサや圧力センサなどの検出値に基づいて、各膨張弁の開度調整や可変容量圧縮機の容量変更を行う。また、コントローラ（200）は、冷凍装置（10）の運転条件に応じて、上記第１四路切換弁（37）及び第２四路切換弁（38）を図１の実線の状態と破線の状態とに切り換える。さらに、コントローラ（200）は、運転条件に応じて各電磁開閉弁を開閉する。

以上のようにして、本実施形態に係る冷凍装置（10）は、室内の冷房と暖房とを切り換えて行う空調用熱交換器（45）を高段側冷媒回路（8）のみに設けている一方、冷蔵庫内を冷却する冷蔵用熱交換器（47a,47b）及び冷凍庫内を冷却する冷凍用熱交換器（49）を冷却用熱交換器として低段側冷媒回路（9）のみに設けている。ここで、高段側冷媒回路（8）と低段側冷媒回路（9）には、それぞれ異なる種の冷媒が充填されている。

−運転動作−
次に、本実施形態に係る冷凍装置（10）の運転動作について説明する。この冷凍装置（10）は、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行うように構成されている。

《冷房運転》
冷房運転は、空調ユニット（12）において店内の冷房が行われると同時に、冷蔵ユニット（13,14）及び冷凍ユニット（15）において庫内空気の冷却を行うものである。

図２に示すように、高段側冷媒回路（8）では、第１四路切換弁（37）及び第２四路切換弁（38）がそれぞれ第１状態に設定される。また、第１高段側膨張弁（34）が全閉される一方、第２高段側膨張弁（35）及び空調側膨張弁（44）の開度が適宜調整される。

第１、第２高段側圧縮機（31,32）が運転されると、両高段側圧縮機（31,32）から吐出された冷媒は、第１四路切換弁（37）を通過して、室外熱交換器（33）に流入する。室外熱交換器（33）では、冷媒が室外空気へ放熱して凝縮する。室外熱交換器（33）で凝縮した冷媒は、高段側レシーバ（36）を通過して第２高段側配管（64）を流通する。そして、この冷媒は、一部の冷媒が第２高段側配管（64）をそのまま流通する一方、残りの冷媒が第２液管（66）に分流する。

第２高段側配管（64）をそのまま流通する冷媒は、第２高段側膨張弁（35）を通過する際に減圧されてからカスケード熱交換器（40）の第１熱交換部（41）に流入する。カスケード熱交換器（40）では、第１熱交換部（41）を流れる冷媒が、後述する第２熱交換部（42）を流れる冷媒から吸熱して蒸発する。カスケード熱交換器（40）で蒸発した冷媒は、主吸入管（61）を通過して第１，第２高段側圧縮機（31,32）に吸入される。

第２液管（66）に分岐された冷媒は、第２連絡配管（22）を通過して空調用回路（2）に導入される。空調用回路（2）に導入された冷媒は、空調側膨張弁（44）を通過する際に減圧されてから空調用熱交換器（45）に流入する。空調用熱交換器（45）では、冷媒が室内空気から吸熱して蒸発する。よって、空調ユニット（12）では、空調用熱交換器（45）で冷却された空気が店内へ供給される。

空調用熱交換器（45）で蒸発した冷媒は、第１連絡配管（21）を通過して高段側室外回路（1a）に返送される。この冷媒は、第１四路切換弁（37）、第２四路切換弁（38）、及び主吸入管（61）を通過して第１，第２高段側圧縮機（31,32）に吸入される。

一方、低段側冷媒回路（9）では、第１，第２，第３電磁開閉弁（56a,56b,56c）が開状態となり、バイパス用電磁開閉弁（56d）が閉状態となる。また、第１，第２冷蔵側膨張弁（46a,46b）、及び冷凍側膨張弁（46c）の開度が適宜調整される。

低段側圧縮機（39）及びブースタ圧縮機（50）が運転されると、低段側圧縮機（39）から吐出された冷媒は、カスケード熱交換器（40）の第２熱交換部（42）に流入する。カスケード熱交換器（40）では、第２熱交換部（42）を流れる冷媒が、上述した第１熱交換部（41）を流れる冷媒へ放熱して凝縮する。カスケード熱交換器（40）の第２熱交換部（42）で凝縮した冷媒は、低段側レシーバ（43）を通過する。そして、この冷媒は、第３連絡配管（23）を通過した後、第１冷蔵用回路（3）、第２冷蔵用回路（4）、及び冷凍庫内回路（5）へ分流する。

第１冷蔵用回路（3）に分流した冷媒は、第１冷蔵側膨張弁（46a）を通過する際に減圧されてから第１冷蔵用熱交換器（47a）に流入する。第１冷蔵用熱交換器（47a）では、冷媒が冷蔵庫内空気から吸熱して蒸発する。よって、第１冷蔵ユニット（13）では、第１冷蔵用熱交換器（47a）で冷却された空気が冷蔵庫内へ供給される。第１冷蔵用熱交換器（47a）で蒸発した冷媒は、第４連絡配管（24）に流入する。

第２冷蔵用回路（4）に分流した冷媒は、第２冷蔵側膨張弁（46b）を通過する際に減圧されてから第２冷蔵用熱交換器（47b）に流入する。第２冷蔵用熱交換器（47b）では、冷媒が冷蔵庫内空気から吸熱して蒸発する。よって、第２冷蔵ユニット（14）では、第２冷蔵用熱交換器（47b）で冷却された空気が冷蔵庫内へ供給される。第２冷蔵用熱交換器（47b）で蒸発した冷媒は、第２分岐配管（26）を通過した後、第４連絡配管（24）に流入する。

冷凍庫内回路（5）に分流した冷媒は、冷凍側膨張弁（46c）を通過する際に減圧されてから冷凍用熱交換器（49）に流入する。冷凍用熱交換器（49）では、冷媒が冷凍庫内空気から吸熱して蒸発する。よって、冷凍ユニット（15）では、冷凍用熱交換器（49）で冷却された空気が冷凍庫内へ供給される。冷凍用熱交換器（49）で蒸発した冷媒は、ブースタ回路（6）に流入する。

ブースタ回路（6）に流入した冷媒は、ブースタ圧縮機（50）に吸入されて圧縮される。ブースタ圧縮機（50）で圧縮された冷媒は、第２分岐配管（26）を通過した後、第４連絡配管（24）に流入する。以上のようにして、冷蔵用回路（3,4）、及び冷凍用回路（7）を循環した後、第４連絡配管（24）で再び合流した冷媒は、低段側圧縮機（39）に吸入される。

《暖房運転》
暖房運転は、空調ユニット（12）において店内の暖房が行われると同時に、冷蔵ユニット（13,14）及び冷凍ユニット（15）において庫内空気の冷却を行うものである。なお、この暖房運転では、カスケード熱交換器（40）において、第２熱交換部（42）を流れる冷媒の熱を第１熱交換部（41）を流れる冷媒が回収することによって、低段側冷媒回路（9）の冷媒の熱を空調用熱交換器（45）の暖房に利用するようにしている。また、この冷凍装置（10）は、店内の暖房負荷やカスケード熱交換器（40）による熱回収効率などに応じて、以下の３パターンの暖房運転を行う。

<暖房運転１>
この運転は、カスケード熱交換器（40）で回収した熱を用いて空調用熱交換器（45）の暖房を丁度行うことができる場合の暖房運転である。なお、この暖房運転における低段側冷媒回路（9）の冷媒の流れは、上述した冷房運転と同様となっている。

図３に示すように、高段側冷媒回路（8）では、第１四路切換弁（37）が第２状態に設定される一方、第２四路切換弁（38）が第１状態に設定される。また、第１高段側膨張弁（34）が全閉される一方、第２高段側膨張弁（35）の開度が適宜調整され、空調側膨張弁（44）が全開状態となる。なお、この暖房運転１では、室外熱交換器（33）に冷媒が流れず、この室外熱交換器（33）が停止状態となる。

第１、第２高段側圧縮機（31,32）が運転されると、両高段側圧縮機（31,32）から吐出された冷媒は、第１四路切換弁（37）及び第１連絡配管（21）を通過して、空調用回路（2）に導入される。空調用回路（2）に導入された冷媒は、空調用熱交換器（45）に流入する。空調用熱交換器（45）では、冷媒が室内空気に放熱して凝縮する。よって、空調ユニット（12）では、空調用熱交換器（45）で加熱された空気が店内へ供給される。

空調用熱交換器（45）で凝縮した冷媒は、第２連絡配管（22）を通過して高段側室外回路（1a）に返送される。この冷媒は、第１高段側配管（63）より第１液管（65）に流入し、高段側レシーバ（36）を通過する。その後、冷媒は、第２高段側膨張弁（35）を通過する際に減圧されてからカスケード熱交換器（40）の第１熱交換部（41）に流入する。カスケード熱交換器（40）では、第１熱交換部（41）を流れる冷媒が、第２熱交換部（42）を流れる冷媒から吸熱することで、低段側冷媒回路（9）から高段側冷媒回路（8）への熱回収が行われるとともにこの冷媒が蒸発する。カスケード熱交換器（40）で熱を回収して蒸発した冷媒は、主吸入管（61）を通過して第１，第２高段側圧縮機（31,32）に吸入される。

<暖房運転２>
この運転は、上記暖房運転１では暖房能力が過剰となる場合に行われる暖房運転である。なお、この暖房運転における低段側冷媒回路（9）の冷媒の流れは、上述した冷房運転と同様となっている。

図４に示すように、高段側冷媒回路（8）では、第１四路切換弁（37）及び第２四路切換弁（38）が第２状態に設定される。また、第１高段側膨張弁が全閉される一方、第２高段側膨張弁（35）の開度が適宜調整され、空調側膨張弁（44）が全開状態となる。

第１、第２高段側圧縮機（31,32）が運転されると、両高段側圧縮機（31,32）から吐出された冷媒は、主吐出管（62）より第１四路切換弁（37）側と第２四路切換弁（38）側とに分流する。

第１四路切換弁（37）側に分流した冷媒は、第１連絡配管（21）を通過して、空調用回路（2）に導入される。空調用回路（2）に導入された冷媒は、空調用熱交換器（45）に流入する。空調用熱交換器（45）では、冷媒が室内空気に放熱して凝縮する。よって、空調ユニット（12）では、空調用熱交換器（45）で加熱された空気が店内へ供給される。空調用熱交換器（45）で凝縮した冷媒は、第２連絡配管（22）を通過して高段側室外回路（1a）の第１高段側配管（63）に流入する。

一方、第２四路切換弁（38）側に分流した冷媒は、室外熱交換器（33）に流入する。室外熱交換器（33）では、冷媒が室外空気へ放熱して凝縮する。室外熱交換器（33）で凝縮した冷媒は、第１高段側配管（63）に流入する。

第１高段側配管（63）において合流した冷媒は、第１液管（65）に流入し、高段側レシーバ（36）を通過して第２高段側配管（64）を流通する。この冷媒は、第２高段側膨張弁（35）を通過する際に減圧されてからカスケード熱交換器（40）の第１熱交換部（41）に流入する。カスケード熱交換器（40）では、第１熱交換部（41）を流れる冷媒が、第２熱交換部（42）を流れる冷媒から吸熱することで、低段側冷媒回路（9）から高段側冷媒回路（8）への熱回収が行われるとともにこの冷媒が蒸発する。カスケード熱交換器（40）で熱を回収して蒸発した冷媒は、主吸入管（61）を通過して第１，第２高段側圧縮機（31,32）に吸入される。

<暖房運転３>
この運転は、上記暖房運転１では暖房能力が不足する場合に行われる暖房運転である。なお、この暖房運転における低段側冷媒回路（9）の冷媒の流れは、上述した冷房運転と同様となっている。

図５に示すように、高段側冷媒回路（8）では、第１四路切換弁（37）が第２状態に設定される一方、第２四路切換弁（38）が第１状態に設定される。また、第１高段側膨張弁（34）及び第２高段側膨張弁（35）の開度が適宜調整され、空調側膨張弁（44）が全開状態となる。

第１、第２高段側圧縮機（31,32）が運転されると、両高段側圧縮機（31,32）から吐出された冷媒は、第１四路切換弁（37）及び第１連絡配管（21）を通過して、空調用回路（2）に導入される。空調用回路（2）に導入された冷媒は、空調用熱交換器（45）に流入する。空調用熱交換器（45）では、冷媒が室内空気に放熱して凝縮する。よって、空調ユニット（12）では、室内用熱交換器（45）で加熱された空気が店内へ供給される。

空調用熱交換器（45）で凝縮した冷媒は、第２連絡配管（22）を通過して高段側室外回路（1a）に返送される。この冷媒は、第１高段側配管（63）より第１液管（65）に流入し、高段側レシーバ（36）を通過する。高段側レシーバ（36）を通過した冷媒は、第２高段側配管（64）においてカスケード熱交換器（40）側と室外熱交換器（33）側とに分流する。

カスケード熱交換器（40）側に分流した冷媒は、第２高段側膨張弁（35）を通過する際に減圧されてからカスケード熱交換器（40）の第１熱交換部（41）に流入する。カスケード熱交換器（40）では、第１熱交換部（41）を流れる冷媒が、第２熱交換部（42）を流れる冷媒から吸熱することで、低段側冷媒回路（9）から高段側冷媒回路（8）への熱回収が行われるとともにこの冷媒が蒸発する。カスケード熱交換器（40）で熱を回収して蒸発した冷媒は、主吸入管（61）を通過して第１，第２高段側圧縮機（31,32）に吸入される。

一方、室外熱交換器（33）側に分流した冷媒は、第１高段側膨張弁（34）を通過する際に減圧されてから室外熱交換器（33）に流入する。室外熱交換器（33）では、冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器（33）で蒸発した冷媒は、第１四路切換弁（37）、第２四路切換弁（38）、及び主吸入管（61）を通解して第１，第２高段側圧縮機（31,32）に吸入される。

−低段側圧縮機の故障時における運転動作−
次に、低段側冷媒回路（9）において、低段側圧縮機（39）が故障した場合の運転動作について説明する。なお、この説明において、高段側冷媒回路（8）の冷媒の流れについては省略するものとする。

図６に示すように、低段側冷媒回路（9）の低段側圧縮機（39）が故障した場合には、第１電磁開閉弁（56a）が閉状態となり、第２，第３電磁開閉弁（56b,56c）及びバイパス用電磁開閉弁（56d）が開状態となる。また、第２冷蔵側膨張弁（46a,46b）、冷凍側膨張弁（46c）、圧力調整弁（48）の開度が適宜調整される。なお、この運転動作では、第１冷蔵用熱交換器（47a）には冷媒が流れず、この第１冷蔵用熱交換器（47a）が停止状態となる。

ここで、ブースタ圧縮機（50）が運転されると、ブースタ圧縮機（50）より吐出された冷媒が、第２分岐配管（26）、第４連絡配管（54）を通過した後、低段側圧縮機（39）の吸入側を流通する。ここで、低段側圧縮機（39）は停止状態となっているため、この冷媒は、第１バイパス配管（67）を流通した後、カスケード熱交換器（40）の第２熱交換部（42）に流入する。カスケード熱交換器（40）では、第２熱交換部（42）を流れる冷媒が、第１熱交換部（41）を流れる冷媒へ放熱して凝縮する。カスケード熱交換器（40）の第２熱交換部（42）で凝縮した冷媒は、低段側レシーバ（43）を通過する。そして、この冷媒は、第３連絡配管（23）を通過した後、第２冷蔵用回路（4）及び冷凍庫内回路（5）へ分流する。

冷凍庫内回路（5）に分流した冷媒は、冷凍側膨張弁（46c）を通過する際に減圧されてから冷凍用熱交換器（49）に流入する。冷凍用熱交換器（49）では、冷媒が冷凍内空気から吸熱して蒸発する。よって、冷凍ユニット（15）では、冷凍用熱交換器（49）で冷却された空気が冷凍庫内へ供給される。

一方、第２冷蔵用回路（4）に分流した冷媒は、第２冷蔵側膨張弁（46b）を通過する際に減圧されてから第２冷蔵用熱交換器（47b）に流入する。第２冷蔵用熱交換器（47b）では、冷媒が冷蔵庫内空気から吸熱して蒸発する。よって、第２冷蔵ユニット（14）では、第２冷蔵用熱交換器（47b）で冷却された空気が冷蔵庫内へ供給される。

第２冷蔵用熱交換器（47b）で蒸発した冷媒は、第２バイパス配管（68）を通過して、冷凍庫内回路（5）における冷凍用熱交換器（49）の出口側に流入する。

ところで、以上のように第２冷蔵用熱交換器（47b）と冷蔵用熱交換器（49）とを蒸発器として用いる場合には、各熱交換器の利用温度の相違により、冷凍用熱交換器（49）内の冷媒の蒸発圧力よりも冷蔵用熱交換器（47b）内の冷媒の蒸発圧力を高くする必要がある。しかしながら、この運転動作では、冷蔵用熱交換器（47b）と冷凍用熱交換器（49）とは第２バイパス配管（68）を介して連通する状態となるため、何の対策も講じなければ、冷蔵用熱交換器（47b）内の冷媒の蒸発圧力が、冷凍用熱交換器（49）内の冷媒の蒸発圧力まで低下してしまうことになる。

そこで、この運転動作時には、第２冷蔵用熱交換器（47b）の出口側近傍に配置された圧力調整機構（48）を所定開度に絞ることで、第２冷蔵用熱交換器（47b）内の冷媒の蒸発圧力が冷凍用熱交換器（49）内の冷媒の蒸発圧力まで低下してしまうことを回避するようにしている。

冷凍庫内回路（5）において合流した冷媒は、ブースタ回路（6）に流入する。そして、この冷媒がブースタ圧縮機（50）に吸入される。

−実施形態１の効果−
上記実施形態１によれば、以下の効果が発揮される。

本実施形態によれば、高段側冷媒回路（8）と低段側冷媒回路（9）とをカスケード熱交換器（40）を介して接続し、二元冷凍サイクルを行うことで、低段側冷媒回路（9）の熱を高段側冷媒回路（8）における空調用熱交換器（45）の暖房に利用できるようにしている。

特に、本発明によれば、空調用熱交換器（45）を高段側冷媒回路（8）のみに設け、冷却用熱交換器（47a,47b,49）を低段側冷媒回路（9）のみに設けるようにしている。よって、空調用熱交換器（45）と冷却用熱交換器（47a,47b,49）とで異なる冷媒を用いることができる。このため、それぞれの熱交換器の利用温度に適した冷媒を用いて、各々冷凍サイクルを行うことができ、それぞれの熱交換器における温度制御を容易に行うことができる。

また、本実施形態によれば、第１バイパス配管（67）を設けることで、低段側圧縮機（39）の吸入側の冷媒を該低段側圧縮機（39）の吐出側にバイパスできるようにしている。したがって、低段側圧縮機（39）の故障時においても、ブースタ圧縮機（50）を運転することで、低段側冷媒回路（9）の冷媒を循環させることができる。

ここで、第２冷蔵用熱交換器（47b）の出口側には、ブースタ圧縮機（50）の吸入側と連通可能な第２バイパス配管（68）を設けている。したがって、低段側圧縮機（39）の故障時においても、ブースタ圧縮機（50）を運転することで、冷媒を第２冷蔵用熱交換器（47b）に循環させることができ、上記第２冷蔵用熱交換器（47b）を蒸発器として機能させることができる。

さらに、第２冷蔵用熱交換器（47b）の出口側には、圧力調整弁（48）を設けている。したがって、低段側圧縮機（39）の故障時において、第２冷蔵用熱交換器（47b）の出口側の冷媒を第２バイパス配管（68）を介して補助圧縮機（50）の吸入側に導入する際、圧力調整弁（48）を所定開度に絞ることで、第２冷蔵用熱交換器（47b）の蒸発圧力が、冷凍用熱交換器（49）の蒸発圧力まで低下してしまうことを回避できる。よって、低段側圧縮機（39）の故障時においても、第２冷蔵用熱交換器（47b）と冷凍用熱交換器（49）とで庫内を所定温度に冷却することができる。

《発明の実施形態２》
実施形態２に係る冷凍装置（10）は、上述した実施形態１に係る冷凍装置と冷媒回路の構成が異なるものである。以下に、上記実施形態１と異なる点のみについて説明する。

図７に示すように、室外ユニット（11）の高段側室外回路（1a）においては、一つの四路切換弁（37）のみが設けられている。四路切換弁（37）は、その第１ポートが主吐出管（62）と接続し、その第２ポートが主吸入管（61）と接続し、その第３ポートが第１閉鎖弁（51）を介して第１連絡配管（21）と接続し、第４ポートがカスケード熱交換器（40）の第１熱交換部（41）の一端と接続している。このカスケード熱交換器（40）の他端は、室外熱交換器（33）の一端と接続している。この室外熱交換器（33）の他端は、高段側膨張弁（34）の一端と接続している。この高段側膨張弁（34）の他端は、第２閉鎖弁（52）を介して第２連絡配管（52）と接続している。

一方、室外ユニット（11）の低段側室外回路（1b）においては、実施形態１と異なり、低段側室外熱交換器（60）が設けられている。この低段側室外熱交換器（60）は、カスケード熱交換器（40）の第２熱交換部（42）と直列に接続されている。

具体的に、低段側室外熱交換器（60）の一端は、上記第２熱交換部（42）、低段側圧縮機（39）、第４閉鎖弁（54）を介して第４連絡配管（24）と接続している。一方、低段側室外熱交換器（60）の他端は、低段側レシーバ（43）及び第３閉鎖弁（53）を介して第３連絡配管（23）と接続している。また、低段側室外熱交換器（60）には、低段側外気温センサ（114）と低段側室外ファン（115）とが設けられている。低段側室外ファン（114）は、低段側熱交換器（60）に室外空気を送風する。そして、低段側熱交換器（60）は、冷媒から室外空気への放熱を行うように構成されている。

以上のようにして、実施形態２に係る冷凍装置（10）は、実施形態１と同様、室内の冷房と暖房とを切り換えて行う空調用熱交換器（45）を高段側冷媒回路（8）のみに設けている一方、冷蔵庫内を冷却する冷蔵用熱交換器（47a,47b）及び冷凍庫内を冷却する冷凍用熱交換器（49）を冷却用熱交換器として低段側冷媒回路（9）のみに設けている。ここで、高段側冷媒回路（8）と低段側冷媒回路（9）には、それぞれ異なる種の冷媒が充填されている。

−運転動作−
次に、本実施形態に係る冷凍装置（10）の運転動作について説明する。この冷凍装置（10）は、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行うように構成されている。

《冷房運転》
冷房運転は、空調ユニット（12）において店内の冷房が行われると同時に、冷蔵ユニット（13,14）及び冷凍ユニット（15）において庫内空気の冷却を行うものである。

図８に示すように、高段側冷媒回路（8）では、四路切換弁（37）が第１状態に設定される。また、高段側膨張弁（34）が全開される一方、空調側膨張弁（44）の開度が適宜調整される。

第１、第２高段側圧縮機（31,32）が運転されると、両高段側圧縮機（31,32）から吐出された冷媒は、四路切換弁（37）を通過して、カスケード熱交換器（40）の第１熱交換部（41）に流入する。なお、カスケード熱交換器（40）では、第１熱交換部（41）を流れる冷媒と第２熱交換部（42）を流れる冷媒とがほとんど熱交換されない。

カスケード熱交換器（40）を通過した冷媒は、室外熱交換器（33）に流入する。室外熱交換器（33）では、冷媒が室外空気へ放熱して凝縮する。室外熱交換器（33）で凝縮した冷媒は、第２連絡配管（22）を通過して空調用回路（2）に導入される。

空調用回路（2）に導入された冷媒は、空調側膨張弁（44）を通過する際に減圧されてから空調用熱交換器（45）に流入する。空調用熱交換器（45）では、冷媒が室内空気から吸熱して蒸発する。よって、空調ユニット（12）では、室内用熱交換器（45）で冷却された空気が店内へ供給される。

空調用熱交換器（45）で蒸発した冷媒は、第１連絡配管（21）を通過して高段側室外回路（1a）に返送される。この冷媒は、四路切換弁（37）及び主吸入管（61）を通過して第１，第２高段側圧縮機（31,32）に吸入される。

一方、低段側冷媒回路（9）において、低段側圧縮機（39）及びブースタ圧縮機（50）が運転されると、低段側圧縮機（39）から吐出された冷媒は、カスケード熱交換器（40）の第２熱交換部（42）に流入する。ここで、低段側圧縮機（39）の吐出冷媒温度は、高段側圧縮機（31,32）からの吐出冷媒温度とほぼ同じとなるため、カスケード熱交換器（40）では、第２熱交換部（42）を流れる冷媒と第１熱交換部（41）を流れる冷媒とがほとんど熱交換しない。

カスケード熱交換器（40）を通過した冷媒は、低段側室外熱交換器（60）に流入する。低段側室外熱交換器（60）では、冷媒が室外空気に放熱して凝縮する。第２熱交換部（42）で凝縮した冷媒は、低段側レシーバ（43）、第３連絡配管（23）を通過した後、
上述した第１熱交換部（41）を流れる冷媒へ放熱して凝縮する。カスケード熱交換器（40）の第２熱交換部（42）で凝縮した冷媒は、低段側レシーバ（43）、第３連絡配管（23）を通過した後、第１冷蔵用回路（3）、第２冷蔵用回路（4）、及び冷凍庫内回路（5）へ分流する。これ以降の低段側冷媒回路（9）の冷媒の流れは、上記実施形態１の冷房運転と同様となる。

《暖房運転》
以下に、実施形態２の冷凍装置（10）の暖房運転の一例として、空調ユニット（12）において店内の暖房が行われると同時に、冷蔵ユニット（13,14）及び冷凍ユニット（15）において庫内空気の冷却を行う暖房運転（暖房運転１）と、空調ユニット（12）において店内の暖房が行われる一方、冷蔵ユニット（13,14）及び冷凍ユニット（15）が停止状態となる暖房運転（暖房運転２）とについて説明する。

<暖房運転１>
図９に示すように、高段側冷媒回路（8）では、四路切換弁（37）が第２状態に設定される。また、空調側膨張弁（44）が全開される一方、高段側膨張弁（34）の開度が適宜調整される。なお、この暖房運転１では、室外熱交換器（33）の室外ファン（91）及び低段側室外熱交換器（60）の低段側室外ファン（115）が停止状態となる。

第１、第２高段側圧縮機（31,32）が運転されると、両高段側圧縮機（31,32）から吐出された冷媒は、四路切換弁（37）及び第１連絡配管（21）を通過して、空調用回路（2）に導入される。空調用回路（2）に導入された冷媒は、空調用熱交換器（45）に流入する。空調用熱交換器（45）では、冷媒が室内空気に放熱して凝縮する。よって、空調ユニット（12）では、空調用熱交換器（45）で加熱された空気が店内へ供給される。

空調用熱交換器（45）で凝縮した冷媒は、第２連絡配管（22）を通過して高段側室外回路（1a）に返送される。そして、この冷媒は、高段側膨張弁（34）を通過する際に減圧されてから室外熱交換器（33）に流入する。ここで、室外熱交換器（33）の室外ファン（91）は、停止しているため、室外熱交換器（33）では、冷媒の積極的な吸熱（蒸発）がなされない。

室外熱交換器（33）を流通した冷媒は、カスケード熱交換器（40）の第１熱交換部（41）に流入する。カスケード熱交換器（40）では、第１熱交換部（41）を流れる冷媒が、第２熱交換部（42）を流れる冷媒から吸熱することで、低段側冷媒回路（9）から高段側冷媒回路（8）への熱回収が行われるとともにこの冷媒が蒸発する。カスケード熱交換器（40）で熱を回収して蒸発した冷媒は、四路切換弁（37）及び主吸入管（61）を通過して第１，第２高段側圧縮機（31,32）に吸入される。

一方、低段側冷媒回路（9）において、低段側圧縮機（39）及びブースタ圧縮機（50）が運転されると、低段側圧縮機（39）から吐出された冷媒は、カスケード熱交換器（40）の第２熱交換部（42）に流入する。カスケード熱交換器（40）では、第２熱交換部（42）を流れる冷媒が、上述した第１熱交換部（41）を流れる冷媒へ放熱して凝縮する。カスケード熱交換器（40）を通過した冷媒は、低段側室外熱交換器（60）に流入する。ここで、低段側室外熱交換器（60）の低段側室外ファン（115）は、停止しているため、低段側室外熱交換器（60）では、冷媒の積極的な放熱がなされない。第２熱交換部（42）を通過した冷媒は、低段側レシーバ（43）、第３連絡配管（23）を通過した後、第１冷蔵用回路（3）、第２冷蔵用回路（4）、及び冷凍庫内回路（5）へ分流する。これ以降の低段側冷媒回路（9）の冷媒の流れは、上記実施形態１の冷房運転と同様となる。

<暖房運転２>
図１０に示すように、高段側冷媒回路（8）では、四路切換弁（37）が第２状態に設定される。また、空調側膨張弁（44）が全開状態となる一方、高段側膨張弁（34）の開度が適宜調整される。なお、この暖房運転２では、上記実施形態２の暖房運転１と異なり、室外ファン（91）及び低段側室外ファン（115）が運転される。また、低段側冷媒回路（9）における低段側圧縮機（39）及びブースタ圧縮機（50）が停止され、低段側冷媒回路（9）の冷媒は循環せず、庫内の冷却は行われない。

第１、第２高段側圧縮機（31,32）が運転されると、両高段側圧縮機（31,32）から吐出された冷媒は、四路切換弁（37）及び第１連絡配管（21）を通過して、空調用回路（2）に導入される。空調用回路（2）に導入された冷媒は、空調用熱交換器（45）に流入する。空調用熱交換器（45）では、冷媒が室内空気に放熱して凝縮する。よって、空調ユニット（12）では、空調用熱交換器（45）で加熱された空気が店内へ供給される。

空調用熱交換器（45）で凝縮した冷媒は、第２連絡配管（22）を通過して高段側室外回路（1a）に返送される。そして、この冷媒は、高段側膨張弁（34）を通過する際に減圧されてから室外熱交換器（33）に流入する。室外熱交換器（33）では、冷媒が室外空気へ放熱して凝縮する。室外熱交換器（33）で凝縮した冷媒は、カスケード熱交換器（40）の第１熱交換部（41）に流入する。ここで、カスケード熱交換器（40）では、第１熱交換部（41）を流れる冷媒と第２熱交換部（42）を流れる冷媒との熱交換が行われない。カスケード熱交換器（40）を通過した冷媒は、四路切換弁（37）及び主吸入管（61）を通過して第１，第２高段側圧縮機（31,32）に吸入される。

−実施形態２の効果−
実施形態２に係る冷凍装置（10）によれば、実施形態１と同様に、空調用熱交換器（45）を高段側冷媒回路（8）のみに設け、冷却用熱交換器（47a,47b,49）を低段側冷媒回路（9）のみに設けるようにしている。よって、空調用熱交換器（45）と冷却用熱交換器（47a,47b,49）とで異なる冷媒を用いることができる。このため、それぞれの熱交換器の利用温度に適した冷媒を用いて、各々冷凍サイクルを行うことができ、それぞれの熱交換器における温度制御を容易に行うことができる。

また、上記実施形態２では、低段側冷媒回路（9）に低段側室外熱交換器（60）を設けている。よって、低段側冷媒回路（9）において、冷却用熱交換器（47a,47b,49）より吸熱された熱量が所定熱量より高い場合に、この熱を低段側室外熱交換器（60）より室外に放出することができる。したがって、各冷却用熱交換器（47a,47b,49）の冷却能力を向上させることができる。

《発明の実施形態３》
実施形態３に係る冷凍装置（10）は、上述した実施形態１に係る冷凍装置と冷媒回路の構成が異なるものである。以下に、上記実施形態３と異なる点のみについて説明する。

図１１に示すように、室外ユニット（11）の低段側室外回路（1b）においては、実施形態１と異なり、低段側室外熱交換器（60）が設けられている。この低段側室外熱交換器（60）は、カスケード熱交換器（40）の第２熱交換部（42）と直列に接続されている。また、カスケード熱交換器（40）の第２熱交換部（42）は、上記実施形態２と異なり、上記低段側室外熱交換器（60）の下流側に設けられている。

具体的に、低段側室外熱交換器（60）の一端は、低段側圧縮機（39）、第５閉鎖弁（55）を介して第４連絡配管（24）と接続している。一方、低段側室外熱交換器（60）の他端は、第２熱交換部（42）、低段側レシーバ（43）、及び第４閉鎖弁（54）を介して第３連絡配管（23）と接続している。また、低段側室外熱交換器（60）には、低段側外気温センサ（114）と低段側室外ファン（115）とが設けられている。低段側室外ファン（114）は、低段側熱交換器（60）に室外空気を送風する。そして、低段側熱交換器（60）は、冷媒から室外空気への放熱を行うように構成されている。

以上のようにして、実施形態３に係る冷凍装置は、実施形態１と同様、室内の冷房と暖房とを切り換えて行う空調用熱交換器（45）を高段側冷媒回路（8）のみに設けている一方、冷蔵庫内を冷却する冷蔵用熱交換器（47a,47b）及び冷凍庫内を冷却する冷凍用熱交換器（49）を冷却用熱交換器として低段側冷媒回路（9）のみに設けている。ここで、高段側冷媒回路（8）と低段側冷媒回路（9）には、それぞれ異なる種の冷媒が充填されている。

−運転動作−
次に、本実施形態に係る冷凍装置（10）の運転動作について説明する。この冷凍装置（10）は、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行うように構成されている。ここでは、冷凍装置（10）の代表的な冷房運転及び暖房運転について説明する。

《冷房運転》
図１２に示すように、高段側冷媒回路（8）では、実施形態１の冷房運転と同様の動作が行われる。

一方、低段側冷媒回路（9）では、低段側圧縮機（39）及びブースタ圧縮機（50）が運転されると、低段側圧縮機（39）から吐出された冷媒は、低段側室外熱交換器（60）に流入する。低段側室外熱交換器（60）では、冷媒が室外空気に放熱して凝縮する。

低段側室外熱交換器（60）で凝縮された冷媒は、カスケード熱交換器（40）の第２熱交換部（42）に流入する。カスケード熱交換器（40）では、第２熱交換部（42）を流れる冷媒が、第１熱交換部（41）を流れる冷媒へ放熱して一層凝縮する。すなわち、カスケード熱交換器（40）では、冷媒の過冷却が行われる。

第２熱交換部（42）で過冷却された冷媒は、低段側レシーバ（43）、第３連絡配管（23）を通過した後、第１冷蔵用回路（3）、第２冷蔵用回路（4）、及び冷凍庫内回路（5）へ分流する。これ以降の低段側冷媒回路（9）の冷媒の流れは、上記実施形態１の冷房運転と同様となる。

《暖房運転》
この運転は、カスケード熱交換器（40）で回収した熱を用いて空調用熱交換器（45）の暖房を丁度行うことができる場合の暖房運転である。

図１３に示すように、高段側冷媒回路（8）では、実施形態１の暖房運転１と同様の動作が行われる。また、この暖房運転では、低段側室外熱交換器（60）の低段側室外ファン（115）が停止状態となる。

低段側冷媒回路（9）では、低段側圧縮機（39）及びブースタ圧縮機（50）が運転されると、低段側圧縮機（39）から吐出された冷媒は、低段側室外熱交換器（60）に流入する。ここで、低段側室外熱交換器（60）の低段側室外ファン（115）は停止しているため、低段側室外熱交換器（60）では、冷媒の積極的な放熱がなされない。

低段側室外熱交換器（60）を通過した冷媒は、カスケード熱交換器（40）の第２熱交換部（42）に流入する。カスケード熱交換器（40）では、第２熱交換部（42）を流れる冷媒が、第１熱交換部（41）を流れる冷媒へ放熱して凝縮する。

第２熱交換部（42）で凝縮した冷媒は、低段側レシーバ（43）、第３連絡配管（23）を通過した後、第１冷蔵用回路（3）、第２冷蔵用回路（4）、及び冷凍庫内回路（5）へ分流する。これ以降の低段側冷媒回路（9）の冷媒の流れは、上記実施形態１の冷房運転と同様となる。

−実施形態３の効果−
実施形態３に係る冷凍装置（10）によれば、実施形態１と同様に、空調用熱交換器（45）を高段側冷媒回路（8）のみに設け、冷却用熱交換器（47a,47b,49）を低段側冷媒回路（9）のみに設けるようにしている。よって、空調用熱交換器（45）と冷却用熱交換器（47a,47b,49）とで異なる冷媒を用いることができる。このため、それぞれの熱交換器の利用温度に適した冷媒を用いて、各々冷凍サイクルを行うことができ、それぞれの熱交換器における温度制御を容易に行うことができる。

また、実施形態３では、低段側室外熱交換器（60）の下流側にカスケード熱交換器（40）を設けている。よって、低段側室外熱交換器（60）で凝縮した冷媒をカスケード熱交換器（40）の高段側冷媒回路（8）側の冷媒で冷却することで、低段側冷媒回路（9）で過冷却を行うことができる。したがって、各冷却用熱交換器（47a,47b,49）の冷却能力を効果的に向上させることができる。

《その他の実施形態》
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

上記実施形態１では、低段側圧縮機（39）の故障時における運転動作のみについて説明したが、ブースタ圧縮機（50）が故障した場合には、図１に示す低段側圧縮機（39）のみを運転させることで、第３バイパス配管（68）を介して低段側冷媒回路（9）内で冷媒を循環させることができる。この場合には、第１，第２冷蔵用熱交換器（47a,47b）及び冷凍用熱交換器（49）内に冷媒を循環させることができ、各熱交換器（47a,47b,49）を蒸発器として庫内の冷却を行うことができる。

また、上記実施形態２の暖房運転１においては、低段側室外熱交換器（60）の低段側室外ファン（115）を停止させているが、冷却用熱交換器（47a,47b,49）より吸熱される熱量が所定熱量より大きくなる場合には、上記低段側室外ファン（115）を運転して、積極的な放熱を行うようにしてもよい。

さらに、上記実施形態３の暖房運転では、カスケード熱交換器（40）で回収した熱を用いて空調用熱交換器（45）の暖房を丁度行うことができる場合の暖房運転についてのみ説明したが、暖房能力が過剰となる場合には、高段側冷媒回路（8）において、実施形態１の暖房運転２と同様の運転を行うこともできる。また、暖房能力が不足する場合には、高段側冷媒回路（8）において、実施形態１の暖房運転３と同様の運転を行うこともできる。

以上説明したように、本発明は、高段側冷媒回路と低段側冷媒回路とがカスケード熱交換器を介して接続されて二元冷凍サイクルを行う冷凍装置について有用である。

実施形態１に係る冷凍装置の概略構成図である。 実施形態１に係る冷凍装置の冷房運転における冷媒の流れを示す概略構成図である。 実施形態１に係る冷凍装置の暖房運転１における冷媒の流れを示す概略構成図である。 実施形態１に係る冷凍装置の暖房運転２における冷媒の流れを示す概略構成図である。 実施形態１に係る冷凍装置の暖房運転３における冷媒の流れを示す概略構成図である。 実施形態１に係る冷凍装置の低段側圧縮機故障時における冷媒の流れを示す概略構成図である。 実施形態２に係る冷凍装置の概略構成図である。 実施形態２に係る冷凍装置の冷房運転における冷媒の流れを示す概略構成図である。 実施形態２に係る冷凍装置の暖房運転１における冷媒の流れを示す概略構成図である。 実施形態２に係る冷凍装置の暖房運転２における冷媒の流れを示す概略構成図である。 実施形態３に係る冷凍装置の概略構成図である。 実施形態３に係る冷凍装置の冷房運転における冷媒の流れを示す概略構成図である。 実施形態３に係る冷凍装置の暖房運転における冷媒の流れを示す概略構成図である。

符号の説明

(2) 空調用回路
(3,4) 冷蔵用回路
(7) 冷凍用回路（冷凍庫内回路（5），ブースタ回路（6））
(8) 高段側冷媒回路
(9) 低段側冷媒回路
(10) 冷凍装置
(11) 室内ユニット
(12) 空調ユニット
(13,14） 冷蔵用ユニット
(15） 冷凍ユニット
(16) ブースタユニット
(31,32) 高段側圧縮機
(39) 低段側圧縮機
(40) カスケード熱交換器
(45) 空調用熱交換器
(47a,47b) 冷蔵用熱交換器
(48) 圧力調整弁
(49) 冷凍用熱交換器
(50) 補助圧縮機（ブースタ圧縮機））
(67) 第１バイパス配管
(68) 第２バイパス配管
(69) 第３バイパス配管

Claims (9)

1. 高段側冷媒回路（8）と低段側冷媒回路（9）とがカスケード熱交換器（40）を介して接続されて二元冷凍サイクルを行うとともに、室内の冷房と暖房とを切り換えて行う空調用熱交換器（45）と、庫内を冷却する冷却用熱交換器（47a,47b,49）とを有する冷凍装置であって、
   上記空調用熱交換器（45）は、上記高段側冷媒回路（8）のみに設けられている一方、
   上記冷却用熱交換器（47a,47b,49）は、上記低段側冷媒回路（9）のみに設けられている冷凍装置。
2. 請求項１に記載の冷凍装置において、
   冷却用熱交換器（47a,47b,49）は、冷蔵庫内を冷却する冷蔵用熱交換器（47a,47b）と、冷凍庫内を冷却する冷凍用熱交換器（49）とで構成され、
   低段側冷媒回路（9）では、上記冷蔵用熱交換器（47a,47b）を備えた冷蔵用回路（3,4）と、上記冷凍用熱交換器（49）を備えた冷凍用回路（7）とが並列に接続されている冷凍装置。
3. 請求項２に記載の冷凍装置において、
   冷凍用回路（7）は、冷凍用熱交換器（49）から吸入した冷媒を圧縮し、圧縮した冷媒を低段側冷媒回路（9）に設けられた低段側圧縮機（39）の吸入側へ吐出する補助圧縮機（50）を備えている冷凍装置。
4. 請求項３に記載の冷凍装置において、
   低段側冷媒回路（9）は、低段側圧縮機（39）の吸入側と、該低段側圧縮機（39）の吐出側とを連通可能とするための第１のバイパス配管（67）を備えている冷凍装置。
5. 請求項４に記載の冷凍装置において、
   低段側冷媒回路（9）は、冷蔵用熱交換器（47b）の出口側と、補助圧縮機（50）の吸入側とを連通可能にするための第２のバイパス配管（68）を備えている冷凍装置。
6. 請求項５に記載の冷凍装置において、
   冷蔵用熱交換器（47b）の下流端から第２バイパス配管（68）の下流端までの間には、冷蔵用熱交換器（47b）の蒸発圧力を調整する圧力調整機構（48）が設けられている冷凍装置。
7. 請求項３から６のいずれか１に記載の冷凍装置において、
   低段側冷媒回路（9）は、補助圧縮機（50）の吸入側と、該補助圧縮機（50）の吐出側とを連通可能とするための第３のバイパス配管（69）を備えている冷凍装置。
8. 請求項１から７のいずれか１に記載の冷凍装置において、
   低段側冷媒回路（9）では、冷媒から室外空気への放熱を行う低段側室外熱交換器（60）がカスケード熱交換器（40）と直列に接続されている冷凍装置。
9. 請求項８に記載の冷凍装置において、
   カスケード熱交換器（40）は、低段側冷媒回路（9）における低段側室外熱交換器（60）の下流側に設けられている冷凍装置。

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