JP4221780B2 - 冷凍装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷凍装置に係る。特に、本発明は、例えばスーパマーケット等のように複数種類の温度環境が要求される施設に備えられる冷凍装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、スーパマーケット等に備えられる冷蔵ショーケースが知られている。この種のショーケースは、例えば特開昭６２−９４７８５号公報に開示されている。このショーケースは、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が冷媒配管によって接続されて成る冷媒回路を備えている。また、ショーケースは、食品の陳列空間及び冷気を生成するための空気通路を備えている。上記蒸発器は、この空気通路に配置されている。圧縮機から吐出して凝縮器で凝縮した冷媒が、膨張弁で減圧した後、蒸発器において空気通路の空気と熱交換を行って蒸発し該空気を冷却する。この冷却された空気は、空気通路から陳列空間に供給され、食品を所定の低温度に保つ。これにより、食品の鮮度が維持される。
【０００３】
また、本発明の発明者らは、複数のショーケース内での冷気の生成と、スーパマーケット店内等の一般空調とを１つの冷凍システムで実現することに鑑みた冷凍装置を提案している（特願平９−８９１６４号）。この冷凍装置は、１つの熱源側ユニットに、複数のショーケース及び一般空調用の空調機を並列に接続して構成されている。また、熱源側ユニットと各ショーケースとを２次冷媒システムで構成している。つまり、蒸気圧縮機式の冷凍サイクルで成る熱源側冷媒回路を備えさせ、各ショーケースに、この熱源側冷媒回路の冷媒と熱交換を行うカスケード型熱交換器を有する利用側冷媒回路を備えさせている。一方、一般空調室内には、上記熱源側冷媒回路の蒸発器を配置している。これにより、各ショーケースでは比較的低温度（例えば−２０℃）の冷熱が得られ、食品の鮮度が維持できる。一方、一般空調室では、上記ショーケースよりも温度の高い冷熱（例えば２５℃）が得られ、店内の冷房が行える。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の発明者らは、上述のような複数のショーケース内での冷気の生成を１つの冷凍システムで実現した冷凍装置の実用性を向上させることに鑑みた。そして、本発明の発明者らは、個々のショーケースが要求する運転動作として以下のものがあり、これら運転動作を１つの冷凍システムで賄うことについて考察した。
【０００５】
つまり、ショーケースに要求される運転動作としては、ショーケース内空気の冷却だけでなく、蒸発器に着霜が発生した場合に、この霜を融解するためのデフロスト動作がある。従来、ショーケースのデフロストは、蒸発器に電気ヒータを取り付けておき、この電気ヒータへの通電により霜を融解している。
【０００６】
しかし、省エネルギ性を鑑みた場合、この電気ヒータによる除霜よりも圧縮機からの吐出冷媒を蒸発器に供給するいわゆるホットガスデフロストを行うことが好ましい。
【０００７】
このように、個々のショーケースでは、冷熱を要求する場合と温熱を要求する場合とがある。そして、一部のショーケースが冷熱を要求し、他のショーケースが温熱を要求する場合、従来の回路構成では、これら要求を満足することができなかった。
【０００８】
また、一般空調機は、室内の冷房だけでなく暖房も要求される。つまり、ショーケースの運転状態に拘わりなく、夏期には冷房運転が要求され、冬期には暖房運転が要求される。
【０００９】
従来の回路構成では、ショーケースが冷熱を要求し一般空調機が温熱を要求する場合や、逆に、ショーケースが温熱を要求し一般空調機が冷熱を要求する場合にも、これら要求を満足することができなかった。
【００１０】
本発明は、上述のようないわゆる多元冷凍サイクルを行う冷凍装置に対し、複数の利用側が温熱及び冷熱を個別に要求する際に、これらの要求を１つの冷凍システムで応えることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の解決手段は、多元冷凍サイクルの熱源側冷媒と利用側冷媒とを熱交換させる複数のカスケード型熱交換器を備えた冷凍装置に対し、個々のカスケード型熱交換器に対して高圧ガス配管、低圧ガス配管、液配管を選択的に連通可能な構成とする。そして、これら配管の連通状態を選択することで、個々のカスケード型熱交換器での熱交換状態が個別に得られるようにした。
【００１２】
具体的には、図１に示すように、複数のカスケード型熱交換器(50,60)を有する熱源側冷媒回路(70)と、各カスケード型熱交換器(50,60)に対応した複数の利用側冷媒回路(11,21)とを備えさせる。上記熱源側冷媒回路(70)に、圧縮機(41,42)と、第１切換手段(43,44)により圧縮機(41,42)の吐出側に連通する状態と吸入側に連通する状態とが切り換えられる熱源側熱交換器(45,46)とを備えさせる。また、上記圧縮機(41,42)の吐出側と第１切換手段(43,44)との間に高圧ガス配管(LG-H)の一端を接続させ、圧縮機(41,42)の吸入側と第１切換手段(43,44)との間に低圧ガス配管(LG-L)の一端を接続させ、熱源側熱交換器(45,46)の液側に液配管(LL)の一端を接続させる。更に、各配管(LG-H),(LG-L),(LL)の他端側をそれぞれ分岐配管(LG-H1,LG-H2),(LG-L1,LG-L2),(LL1,LL2)に分岐する。上記各カスケード型熱交換器(50,60)のうちの１つの一端側に液配管(LL)の各分岐配管(LL1,LL2)のうちの１つを接続する一方、各カスケード型熱交換器(50,60)のうちの他の１つの一端側に液配管(LL)の各分岐配管(LL1,LL2)のうちの他の１つに接続する。各カスケード型熱交換器(50,60)のうちの１つの他端側が第２切換手段(52)により高圧ガス配管(LG-H)の各分岐配管(LG-H1,LG-H2)のうちの１つに連通する状態と低圧ガス配管(LG-L)の各分岐配管(LG-L1,LG-L2)のうちの１つに連通する状態とに切り換えられるようにする。そして、熱源側冷媒回路(70)を循環する熱源側冷媒と各利用側冷媒回路(11,21)を循環する利用側冷媒とが各カスケード型熱交換器(50,60)において熱交換する多元冷凍サイクルを行わせる。
【００１３】
この特定事項により、第１切換手段(43,44)及び第２切換手段(52,62)の切り換え動作により各カスケード型熱交換器(50,60)での熱交換状態を任意に変更できる。つまり、各利用側冷媒回路(11,21)に対し、冷熱を供給する状態と温熱を供給する状態とが個別に設定できる。例えば、第１切換手段(43,44)により圧縮機(41,42)の吸入側を熱源側熱交換器(45,46)に連通させた状態で、第２切換手段(52,62)により一部のカスケード型熱交換器(50,60)を高圧ガス配管(LG-H)の分岐配管(LG-H1,LG-H2)に、他のカスケード型熱交換器(50,60)を低圧ガス配管(LG-L)の分岐配管(LG-L1,LG-L2)に連通させる。圧縮機(41,42)から吐出したガス冷媒は、上記一部のカスケード型熱交換器(50,60)に供給され、利用側冷媒と熱交換を行って凝縮する。これにより、利用側冷媒回路(11,21)に温熱が与えられる。この凝縮した冷媒は、液配管(LL)の分岐配管(LL1,LL2)を経て上記他のカスケード型熱交換器(50,60)に供給され、利用側冷媒と熱交換を行って蒸発する。これにより、利用側冷媒回路(11,21)に冷熱が与えられる。この蒸発した冷媒は、低圧ガス配管(LG-L)及び熱源側熱交換器(45,46)を経て圧縮機(41,42)の吸入側に戻る。また、第１切換手段(43,44)により圧縮機(41,42)の吸入側を熱源側熱交換器(45,46)に連通させた状態で、第２切換手段(52,62)により各カスケード型熱交換器(50,60)を高圧ガス配管(LG-H)の分岐配管(LG-H1,LG-H2)に連通させれば、これら各カスケード型熱交換器(50,60)において利用側冷媒回路(11,21)に温熱が与えられることになる。逆に、第１切換手段(43,44)により圧縮機(41,42)の吐出側を熱源側熱交換器(45,46)に連通させた状態で、第２切換手段(52,62)により各カスケード型熱交換器(50,60)を低圧ガス配管(LG-L)の分岐配管(LG-L1,LG-L2)に連通させれば、これら各カスケード型熱交換器(50,60)において利用側冷媒回路(11,21)に冷熱が与えられることになる。このようにして、各利用側冷媒回路(11,21)に対し、冷熱を供給する状態と温熱を供給する状態とが個別に設定可能である。
【００１４】
第２の解決手段は、熱源側冷媒回路との間で多元冷凍サイクルを行う利用側冷媒回路における冷媒循環動作と、熱源側冷媒回路の利用側熱交換器での熱交換動作とを個別に調整できるようにしている。具体的には、図１に示すように、カスケード型熱交換器(50)を有する熱源側冷媒回路(70)と、利用側冷媒回路(11)とを備えさせる。上記熱源側冷媒回路(70)に、圧縮機(41,42)と、第１切換手段(43,44)により圧縮機(41,42)の吐出側に連通する状態と吸入側に連通する状態とが切り換えられる熱源側熱交換器(45,46)とを備えさせる。また、上記圧縮機(41,42)の吐出側と第１切換手段(43,44)との間に高圧ガス配管(LG-H)の一端を接続させ、圧縮機(41,42)の吸入側と第１切換手段(43,44)との間に低圧ガス配管(LG-L)の一端を接続させ、熱源側熱交換器(45,46)の液側に液配管(LL)の一端を接続させる。更に、各配管(LG-H),(LG-L),(LL)の他端側をそれぞれ分岐配管(LG-H1,LG-H3),(LG-L1,LG-L3),(LL1,LL3)に分岐する。上記カスケード型熱交換器(50)の一端側に液配管(LL)の各分岐配管(LL1,LL3)のうちの１つに接続する一方、カスケード型熱交換器(50)の他端側が、第２切換手段(52)により高圧ガス配管(LG-H)の各分岐配管(LG-H1,LG-H3)のうちの１つに連通する状態と低圧ガス配管(LG-L)の各分岐配管(LG-L1,LG-L3)のうちの１つに連通する状態とに切り換えられるようにする。そして、熱源側冷媒回路(70)を循環する熱源側冷媒と利用側冷媒回路(11)を循環する利用側冷媒とがカスケード型熱交換器(50)において熱交換する多元冷凍サイクルを行わせる。一方、一端側が液配管(LL)の各分岐配管(LL1,LL3)のうちの他の１つに接続する一方、他端側が第３切換手段(33)により高圧ガス配管(LG-H)の各分岐配管(LG-H1,LG-H3)のうちの他の１つに連通する状態と低圧ガス配管(LG-L)の各分岐配管(LG-L1,LG-H3)のうちの他の１つに連通する状態とに切り換えられる利用側熱交換器(31)を備えさせている。
【００１５】
この特定事項により、第１切換手段(43,44)、第２切換手段(52)及び第３切換手段(33)の切り換え動作によりカスケード型熱交換器(50)及び利用側熱交換器(31)での熱交換状態を任意に変更できる。つまり、利用側冷媒回路(11)に対し、冷熱を供給する状態と温熱を供給する状態、利用側熱交換器(31)が吸熱する状態と放熱する状態が個別に設定できる。例えば、第２切換手段(52)によりカスケード型熱交換器(50)を高圧ガス配管(LG-H)の分岐配管(LG-H1)に連通させ、第３切換手段(33)により利用側熱交換器(31)を低圧ガス配管(LG-L)の分岐配管(LG-L1)に連通させる。圧縮機(41,42)から吐出したガス冷媒は、上記カスケード型熱交換器(50)に供給され、利用側冷媒と熱交換を行って凝縮する。これにより、利用側冷媒回路(11)に温熱が与えられる。この凝縮した冷媒は、液配管(LL)の分岐配管(LL3)を経て利用側熱交換器(31)に供給されて蒸発する。これにより利用側熱交換器(31)の吸熱動作が行われる。この蒸発した冷媒は、低圧ガス配管(LG-L)を経て圧縮機(41,42)の吸入側に戻る。また、逆に、第２切換手段(52)によりカスケード型熱交換器(50)を低圧ガス配管(LG-L)の分岐配管(LG-L1)に連通させ、第３切換手段(33)により利用側熱交換器(31)を高圧ガス配管(LG-H)の分岐配管(LG-H3)に連通させた場合には、圧縮機(41,42)から吐出したガス冷媒は、上記利用側熱交換器(31)に供給されて凝縮する。これにより利用側熱交換器(31)の放熱動作が行われる。この凝縮した冷媒は、液配管(LL)の分岐配管(LL1)を経てカスケード型熱交換器(50)に供給され、利用側冷媒と熱交換を行って蒸発する。これにより、利用側冷媒回路(11)に冷熱が与えられる。この蒸発した冷媒は、低圧ガス配管(LG-L)を経て圧縮機(41,42)の吸入側に戻る。
【００１６】
また、第１切換手段(43,44)により圧縮機(41,42)の吐出側を熱源側熱交換器(45,46)に連通させた状態で、第２切換手段(52)によりカスケード型熱交換器(50)を高圧ガス配管(LG-H)の分岐配管(LG-H1)に連通させ、第３切換手段(33)により利用側熱交換器(31)も高圧ガス配管(LG-H)の分岐配管(LG-H3)に連通させた場合には、利用側冷媒回路(11)に温熱が与えられると共に、利用側熱交換器(31)の放熱動作が行われる。逆に、第１切換手段(43,44)により圧縮機(41,42)の吸入側を熱源側熱交換器(45,46)に連通させた状態で、第２切換手段(52)によりカスケード型熱交換器(50)を低圧ガス配管(LG-L)の分岐配管(LG-L1)に連通させ、第３切換手段(33)により利用側熱交換器(31)も低圧ガス配管(LG-L)の分岐配管(LG-L3)に連通させた場合には、利用側冷媒回路(11)に冷熱が与えられると共に、利用側熱交換器(31)の吸熱動作が行われる。このようにして、利用側冷媒回路(11)及び利用側熱交換器(31)に対し、冷熱を供給する状態と温熱を供給する状態とが個別に設定可能である。
【００１７】
第３及び第４の解決手段は、第２切換手段の構成を具体化したものである。つまり、第３の解決手段は、上記第１または第２の解決手段において、第２切換手段(52,62)を、高圧ガス配管(LG-H)の分岐配管(LG-H1,LG-H2)、低圧ガス配管(LG-L)の分岐配管(LG-L1,LG-L2)、カスケード型熱交換器(50,60)のガス側にそれぞれ接続した三方弁(52,62)としている。
【００１８】
第４の解決手段は、上記第２の解決手段において、第３切換手段(33)を、高圧ガス配管(LG-H)の分岐配管(LG-H3)、低圧ガス配管(LG-L)の分岐配管(LG-L3)、利用側熱交換器(31)のガス側にそれぞれ接続した三方弁(33)としている。
【００１９】
第５の解決手段は、本発明に係る冷凍装置の適用例を具体化したものである。つまり、上記第２の解決手段において、利用側冷媒回路(11)を、スーパマーケットに備えられた食品陳列用のショーケース(10)に備えられた蒸気圧縮式の冷凍サイクルとし、ショーケース熱交換器(15)で蒸発する冷媒によりショーケース内空間を冷却する。一方、利用側熱交換器(31)をスーパマーケットの室内空調用の熱交換器(31)としている。
【００２０】
第６の解決手段は、上記第５の解決手段において、第２切換手段(52)が、ショーケース熱交換器(15)の着霜を融解する際に、カスケード型熱交換器(50)の他端側を高圧ガス配管(LG-H)の分岐配管(LG-H1)に連通するようにしている。
【００２１】
これらの特定事項により、ショーケース(10)に対して、ショーケース内空間の冷却と着霜時の除霜とが任意に切り換え可能であり、且つ一般空調の冷暖房も任意に切り換え可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本形態では、本発明に係る冷凍装置をスーパマーケットに適用した場合について説明する。
【００２３】
−要求される温度環境の説明−
冷凍装置の説明の前に、先ず、スーパマーケット内の各領域（ショーケース内や店内売場等）において要求される温度環境について説明する。
【００２４】
このスーパマーケットの店内売場には、冷凍食品を陳列する冷凍ショーケース(10)、冷蔵食品を陳列する冷蔵ショーケース(20)が設置される。例えば、冷凍ショーケース(10)では−２０℃、冷蔵ショーケース(20)では０℃のケース内温度環境がそれぞれ要求される。
【００２５】
また、このスーパマーケット内には、店内や従業員事務所等のような一般空調室が存在し、この一般空調室には室内空調ユニット(30)が配置されている。この一般空調室では、例えば２５℃の温度環境が要求される。
【００２６】
その他、図示しないが、スーパマーケット内には、各食品を保管しておく保管庫（一般にバックヤードと呼ばれる）、従業員が食品のパック詰め等の作業を行う食品加工室が存在し、それぞれにおいても適切な温度環境が要求されている。これらショーケース(10,20)や室内空調ユニット(30)等が本発明でいう利用側ユニットである。
【００２７】
−冷凍装置の説明−
次に、本形態に係る冷凍装置について説明する。本装置は、熱源側ユニットとしての１台の室外ユニット(40)に対して、上記冷凍ショーケース(10)、冷蔵ショーケース(20)、室内空調ユニット(30)が複数の冷媒配管(LG-H,LG-L,LL)により接続している。具体的には、これら冷媒配管(LG-H,LG-L,LL)は、高圧ガス配管(LG-H)、低圧ガス配管(LG-L)、液配管(LL)である。室外ユニット(40)から延びるこれら冷媒配管(LG-H,LG-L,LL)は、それぞれ３本の分岐管(LG-H1〜LG-H3,LG-L1〜LG-L3,LL1〜LL3)に分岐し、各々が、冷凍ショーケース(10)、冷蔵ショーケース(20)、室内空調ユニット(30)に接続している。つまり、これら各ショーケース(10,20)及び室内空調ユニット(30)は互いに並列に接続している。
【００２８】
以下、各ユニット(30,40)及びショーケース(10,20)について説明する。
【００２９】
−室外ユニット(40)の説明−
室外ユニット(40)は、スーパマーケットの戸外に設置される。この室外ユニット(40)は、一対の室外圧縮機(41,42)を備えている。この一対の圧縮機(41,42)のうちの一方(42)は、インバータまたはアンローダによる容量可変型である。これら室外圧縮機(41,42)の吐出側は、合流した後、分岐して、各分岐管が第１切換手段としての一対の室外四路切換弁(43,44)の一つのポートにそれぞれ接続している。同様に、室外圧縮機(41,42)の吸入側も、合流した後、分岐して、各分岐管が一対の室外四路切換弁(43,44)の他の一つのポートにそれぞれ接続している。
【００３０】
また、この室外ユニット(40)は、熱源側熱交換器としての一対の室外熱交換器(45,46)と、この室外熱交換器(45,46)の液側に接続した室外膨張弁(47,48)とを備えている。各室外熱交換器(45,46)のガス側は上記室外四路切換弁(43,44)の他の一つのポートにそれぞれ接続している。更に、室外四路切換弁(43,44)の残りの一つのポートは、キャピラリチューブ(CP)及び逆止弁(CV)を介して室外熱交換器(45,46)のガス側に接続している。
【００３１】
この室外四路切換弁(43,44)の切り換え動作により、各室外熱交換器(45,46)の室外圧縮機(41,42)に対する連通状態が切り換わる。つまり、図中実線で示す切り換え状態では、各室外熱交換器(45,46)のガス側が室外圧縮機(41,42)の吐出側に連通する。一方、図中破線で示す切り換え状態では、各室外熱交換器(45,46)のガス側が室外圧縮機(41,42)の吸入側に連通する。
【００３２】
上記冷媒配管(LG-H,LG-L,LL)の室外ユニット(40)内での接続位置について説明すると、上記高圧ガス配管(LG-H)の一端は、各室外圧縮機(41,42)の吐出側に接続している。また、低圧ガス配管(LG-L)の一端は、各室外圧縮機(41,42)の吸入側に接続している。更に、液配管(LL)の一端は、室外ユニット(40)内で分岐し、それぞれが室外膨張弁(47,48)に接続している。
【００３３】
−冷凍ショーケース(10)及び冷蔵ショーケース(20)の説明−
次に、冷凍ショーケース(10)及び冷蔵ショーケース(20)について説明する。これら各ショーケース(10,20)の回路構成は略同様である。この冷凍ショーケース(10)及び冷蔵ショーケース(20)は、閉回路でなる利用側冷媒回路(11,21)を備えている。この利用側冷媒回路(11,21)と、上記室外ユニット(40)から冷媒配管(LG-H,LG-L,LL)を経て導入された冷媒との間で熱交換が行われるようになっている。具体的に、これらショーケース(10,20)は、利用側冷媒回路(11,21)の冷媒と上記室外ユニット(40)から導入された冷媒との間で熱交換を行うカスケード型の熱交換器(50,60)を備えている。このカスケード型熱交換器(50,60)のガス側には上記低圧ガス配管(LG-L)の分岐管(LG-L1,LG-L2)が、液側には液配管(LL)の分岐管(LL1,LL2)がそれぞれ接続している。また、この液配管(LL)の分岐管(LL1,LL2)には膨張弁(51,61)が設けられている。更に、低圧ガス配管(LG-L)の各分岐管(LG-L1,LG-L2)は第２切換手段としての三方弁(52,62)を備えている。上記高圧ガス配管(LG-H)の各分岐管(LG-H1,LG-H2)の一端は、この三方弁(52,62)に接続している。つまり、この三方弁(52,62)の切り換え動作により、カスケード型熱交換器(50,60)のガス側を、低圧ガス配管(LG-L)を介して室外圧縮機(41,42)の吸入側に接続する状態と、高圧ガス配管(LG-H)を介して室外圧縮機(41,42)の吐出側に接続する状態とが切り換え可能である。このような回路構成により、室外ユニット(40)とカスケード型熱交換器(50,60)とにより熱源側冷媒回路(70)が構成されている。
【００３４】
上記利用側冷媒回路(11,21)は、ショーケース圧縮機(12,22)、四路切換弁(13,23)、カスケード型熱交換器(50,60)、膨張弁(14,24)及びショーケース熱交換器(15,25)が冷媒配管によって接続されている。四路切換弁(13,23)は、ショーケース圧縮機(12,22)の吐出側をカスケード型熱交換器(50,60)に、吸入側をショーケース熱交換器(15,25)にそれぞれ連通させる状態と、ショーケース圧縮機(12,22)の吐出側をショーケース熱交換器(15,25)に、吸入側をカスケード型熱交換器(50,60)にそれぞれ連通させる状態とが切り換え可能である。
【００３５】
このようにして、上記熱源側冷媒回路(70)と各利用側冷媒回路(11,21)とにより所謂マルチ二元冷凍回路が構成されている。
【００３６】
−室内空調ユニット(30)の説明−
次に、室内空調ユニット(30)について説明する。この室内空調ユニット(30)は一般空調用熱交換器としての室内熱交換器(31)を備えている。この室内熱交換器(31)のガス側には上記低圧ガス配管(LG-L)の分岐管(LG-L3)が、液側には液配管(LL)の分岐管(LL3)がそれぞれ接続している。また、この液配管(LL)の分岐管(LL3)には膨張弁(32)が設けられている。更に、低圧ガス配管(LG-L)の分岐管(LG-L3)は第３切換手段としての三方弁(33)を備えている。上記高圧ガス配管(LG-H)の分岐管(LG-H3)の一端は、この三方弁(33)に接続している。つまり、この三方弁(33)の切り換え動作により、室内熱交換器(31)のガス側を、低圧ガス配管(LG-L)を介して室外圧縮機(41,42)の吸入側に接続する状態と、高圧ガス配管(LG-H)を介して室外圧縮機(41,42)の吐出側に接続する状態とが切り換え可能である。
【００３７】
このような回路構成により、上記室外ユニット(40)と、室内空調ユニット(30)との間では、室外ユニット(40)の室外圧縮機(41,42)及び室外熱交換器(45,46)と、室内空調ユニット(30)の膨張弁(32)及び室内熱交換器(31)とが接続されて成る単段冷凍サイクルを行う閉回路が構成されている。
【００３８】
上述した各室外四路切換弁(43,44)及び三方弁(52,62,33)により本発明でいう切換手段が構成されている。
【００３９】
更に、本冷凍装置には、図示しないコントローラが備えられている。このコントローラにより、各圧縮機(12,22,41,42)の運転動作や各弁(13,23,14,24,32,43,44,47,48,51,61,52,62)の開度制御が行われ、各ショーケース(10,20)及び室内において上述した温度環境が得られるようにしている。
【００４０】
尚、上記室外ユニット(40)内の容量可変型の圧縮機(42)の容量制御は以下の項目に基づいて行われる。つまり、各ショーケース(10,20)及び室内空調ユニット(30)の後述する運転モード、各ショーケース熱交換器(15,25)が着霜した際に行われる除霜運転の運転台数、回路(70)内の冷媒圧力等に基づいて圧縮機(42)の容量制御が行われる。
【００４１】
−運転動作の説明−
次に、本冷凍装置の運転動作について説明する。本装置の代表的な運転モードとしては以下に掲げる６つのモードがある。第１のモードは、夏期における通常の運転モードであって、各ショーケース(10,20)の冷却運転と室内の冷房運転とを行う。第２のモードは、冬期に各ショーケース(10,20)のショーケース熱交換器(15,25)に着霜が生じた際の運転モードであって、各ショーケース(10,20)のデフロスト運転と室内の暖房運転とを行う。第３のモードは、夏期に一方のショーケース(10)のショーケース熱交換器(15)に着霜が生じた際の運転モードであって、一方のショーケース(10)のデフロスト運転と他方のショーケース(20)の冷却運転と室内の冷房運転とを行う。第４のモードは、冬期に一方のショーケース(20)のショーケース熱交換器(25)に着霜が生じた際の運転モードであって、一方のショーケース(20)のデフロスト運転と他方のショーケース(10)の冷却運転と室内の暖房運転とを行う。第５のモードは、夏期に各ショーケース(10,20)のショーケース熱交換器(15,25)に着霜が生じた際の運転モードであって、各ショーケース(10,20)のデフロスト運転と室内の冷房運転とを行う。第６のモードは、冬期における通常の運転モードであって、各ショーケース(10,20)の冷却運転と室内の暖房運転とを行う。
【００４２】
（第１モードの運転動作）
第１モードの運転では、熱源側冷媒回路(70)での冷媒循環動作により、各室外熱交換器(45,46)で得た冷熱を各カスケード型熱交換器(50,60)及び室内熱交換器(31)に搬送する。更に各ショーケース(10,20)では、利用側冷媒回路(11,21)での冷媒循環動作により、カスケード型熱交換器(50,60)で得た冷熱をショーケース熱交換器(15,25)に搬送している。これにより、室内の冷房及び各ショーケース(10,20)の冷却を行う。以下、この第１モードの運転動作について詳述する。
【００４３】
この第１モードの運転では、室外ユニット(40)の各室外四路切換弁(43,44)が図中実線で示す状態になり、各ショーケース(10,20)の四路切換弁(13,23)も図中実線で示す状態になる。各ショーケース(10,20)の三方弁(52,62)は、カスケード型熱交換器(50,60)のガス側を、低圧ガス配管(LG-L)を介して室外圧縮機(41,42)の吸入側に連通する切り換え状態となる。また、室内空調ユニット(30)に繋がる三方弁(33)は、室内熱交換器(31)のガス側を、低圧ガス配管(LG-L)を介して室外圧縮機(41,42)の吸入側に連通する切り換え状態となる。更に、各膨張弁(14,24,32,47,48,51,61)は所定開度に調整される。
【００４４】
この状態で、各圧縮機(12,22,41,42)が駆動する。図２に矢印で示すように、熱源側冷媒回路(70)では、各室外圧縮機(41,42)から吐出した冷媒が室外四路切換弁(43,44)を経て室外熱交換器(45,46)に流入し、外気と熱交換を行って凝縮する。この凝縮した液冷媒は、液配管(LL)の各分岐管(LL1〜LL3)を経て各ショーケース(10,20)及び室内空調ユニット(30)に流入する。
【００４５】
室内空調ユニット(30)に流入した液冷媒は、膨張弁(32)で減圧し、室内熱交換器(31)で室内空気と熱交換を行って蒸発する。この際、室内空気に冷熱が与えられる。具体的には、室内空気が例えば２５℃まで冷却される。
【００４６】
一方、各ショーケース(10,20)に流入した液冷媒は、膨張弁(51,61)で減圧した後、カスケード型熱交換器(50,60)において利用側冷媒回路(11,21)の冷媒と熱交換を行って蒸発する。この際、利用側冷媒回路(11,21)の冷媒には冷熱が与えられる。このカスケード型熱交換器(50,60)で蒸発したガス冷媒は、三方弁(52,62)を経た後、上記室内熱交換器(31)で蒸発したガス冷媒と合流する。これら合流したガス冷媒は、低圧ガス配管(LG-L)を経て各室外圧縮機(41,42)に吸入される。このような冷媒循環動作が熱源側冷媒回路(70)で行われる。このようにして、室内空調ユニット(30)は、室外ユニット(40)との間で単段の冷凍サイクルを行うことで室内の冷房を行う。
【００４７】
各ショーケース(10,20)の利用側冷媒回路(11,21)では、図２に矢印で示すように、ショーケース圧縮機(12,22)から吐出した冷媒が四路切換弁(13,23)を経てカスケード型熱交換器(50,60)に流入し、熱源側冷媒回路(70)の冷媒と熱交換を行って凝縮する。この凝縮した液冷媒は、膨張弁(14,24)で減圧した後、ショーケース熱交換器(15,25)においてショーケース内空気と熱交換を行って蒸発する。この際、ショーケース内空気に冷熱が与えられる。具体的には、冷凍ショーケース(10)では空気が−２０℃まで冷却され、一方、冷蔵ショーケース(20)では空気が０℃まで冷却される。このショーケース熱交換器(15,25)で蒸発したガス冷媒は、四路切換弁(13,23)を経てショーケース圧縮機(12,22)に吸入される。このような冷媒循環動作が利用側冷媒回路(11,21)において行われる。このようにして、冷凍ショーケース(10)、冷蔵ショーケース(20)では、室外ユニット(40)との間で二元冷凍サイクルを行うことで比較的低温度の冷熱が得られる。以上が第１モードの運転動作である。
【００４８】
（第２モードの運転動作）
第２モードの運転では、熱源側冷媒回路(70)での冷媒循環動作により、各室外熱交換器(45,46)で得た温熱を各カスケード型熱交換器(50,60)及び室内熱交換器(31)に搬送する。更に各ショーケース(10,20)では、利用側冷媒回路(11,21)での冷媒循環動作により、カスケード型熱交換器(50,60)で得た温熱をショーケース熱交換器(15,25)に搬送している。これにより、室内の暖房及び各ショーケース(10,20)のショーケース熱交換器(15,25)の着霜を融解する。以下、この第２モードの運転動作について詳述する。
【００４９】
この第２モードの運転では、室外ユニット(40)の各室外四路切換弁(43,44)が図中破線で示す状態になり、各ショーケース(10,20)の四路切換弁(13,23)も図中破線で示す状態になる。各ショーケース(10,20)の三方弁(52,62)は、カスケード型熱交換器(50,60)のガス側を、高圧ガス配管(LG-H)を介して室外圧縮機(41,42)の吐出側に接続する切り換え状態となる。また、室内空調ユニット(30)に繋がる三方弁(33)は、室内熱交換器(31)のガス側を、高圧ガス配管(LG-H)を介して室外圧縮機(41,42)の吐出側に連通する切り換え状態となる。更に、各膨張弁(14,24,32,47,48,51,61)は所定開度に調整される。
【００５０】
この状態で、各圧縮機(12,22,41,42)が駆動する。図３に矢印で示すように、熱源側冷媒回路(70)では、各室外圧縮機(41,42)から吐出した冷媒が高圧ガス配管(LG-H)の各分岐管(LG-H1〜LG-H3)を経て各ショーケース(10,20)及び室内空調ユニット(30)に流入する。
【００５１】
室内空調ユニット(30)に流入したガス冷媒は、三方弁(33)を経て室内熱交換器(31)に流入し、該室内熱交換器(31)において室内空気と熱交換を行って凝縮する。この際、室内空気に温熱が与えられる。具体的には、室内空気が例えば２０℃まで加温される。
【００５２】
一方、各ショーケース(10,20)に流入した液冷媒は、三方弁(52,62)を経てカスケード型熱交換器(50,60)に流入し、該カスケード型熱交換器(50,60)において利用側冷媒回路(11,21)の冷媒と熱交換を行って凝縮する。この際、利用側冷媒回路(11,21)の冷媒には温熱が与えられる。これら室内熱交換器(31)及びカスケード型熱交換器(50,60)で凝縮した液冷媒は、液配管(LL)で合流し、室外ユニット(40)に戻る。この室外ユニット(40)に戻った液冷媒は各室外膨張弁(47,48)で減圧し、各室外熱交換器(45,46)で外気と熱交換を行って蒸発した後、室外四路切換弁(43,44)を経て各室外圧縮機(41,42)に吸入される。このような冷媒循環動作が熱源側冷媒回路(70)で行われる。このようにして、室内空調ユニット(30)は、室外ユニット(40)との間で単段の冷凍サイクルを行うことで室内の暖房を行う。
【００５３】
各ショーケース(10,20)の利用側冷媒回路(11,21)では、図３に矢印で示すように、ショーケース圧縮機(12,22)から吐出した冷媒が、室外四路切換弁(13,23)を経てショーケース熱交換器(15,25)に流入し、このショーケース熱交換器(15,25)の着霜を融解して凝縮する。この凝縮した冷媒は、膨張弁(14,24)で減圧した後、カスケード型熱交換器(50,60)に流入し、熱源側冷媒回路(70)の冷媒と熱交換を行って蒸発する。この蒸発したガス冷媒は、四路切換弁(13,23)を経てショーケース圧縮機(12,22)に吸入される。このような冷媒循環動作が利用側冷媒回路(11,21)において行われる。このようにして、冷凍ショーケース(10)、冷蔵ショーケース(20)では、室外ユニット(40)との間で二元冷凍サイクルを行うことでショーケース熱交換器(15,25)の着霜を融解する。
【００５４】
以上が第２モードの運転動作である。
【００５５】
（第３モードの運転動作）
第３モードの運転では、熱源側冷媒回路(70)での冷媒循環動作により、室外熱交換器(46)及び冷凍ショーケース(10)のカスケード型熱交換器(50)で得た冷熱を冷蔵ショーケース(20)のカスケード型熱交換器(60)及び室内熱交換器(31)に搬送する。これにより、室内の冷房を行う。更に、冷凍ショーケース(10)では、利用側冷媒回路(11)での冷媒循環動作により、カスケード型熱交換器(50)で得た温熱をショーケース熱交換器(15)に搬送して該ショーケース熱交換器(15)の着霜を融解する。また、冷蔵ショーケース(20)では、利用側冷媒回路(21)での冷媒循環動作により、カスケード型熱交換器(60)で得た冷熱をショーケース熱交換器(25)に搬送している。これにより、冷蔵ショーケース(20)の冷却を行う。以下、この第３モードの運転動作について詳述する。
【００５６】
この第３モードの運転では、室外ユニット(40)の一方（図４における下側）の室外四路切換弁(44)が図中実線で示す状態になる。冷凍ショーケース(10)の四路切換弁(13)は図中破線で示す状態になる。また、冷蔵ショーケース(20)の四路切換弁(23)は図中実線で示す状態になる。冷凍ショーケース(10)の三方弁(52)は、カスケード型熱交換器(50)のガス側を、高圧ガス配管(LG-H)を介して室外圧縮機(41,42)の吐出側に接続する切り換え状態となる。冷蔵ショーケース(20)の三方弁(62)は、カスケード型熱交換器(60)のガス側を、低圧ガス配管(LG-L)を介して室外圧縮機(41,42)の吸入側に接続する切り換え状態となる。また、室内空調ユニット(30)に繋がる三方弁(33)は、室内熱交換器(31)のガス側を、低圧ガス配管(LG-L)を介して室外圧縮機(41,42)の吸入側に連通する切り換え状態となる。更に、室外ユニット(40)の一方（図４における上側）の室外膨張弁(47)は閉鎖し、その他の膨張弁(14,24,32,48,51,61)は所定開度に調整される。
【００５７】
この状態で、各圧縮機(12,22,41,42)が駆動する。図４に矢印で示すように、熱源側冷媒回路(70)では、各室外圧縮機(41,42)から吐出した冷媒の一部が高圧ガス配管(LG-H)の分岐管(LG-H1)を経て冷凍ショーケース(10)に流入する。この冷凍ショーケース(10)に流入したガス冷媒は、三方弁(52)を経てカスケード型熱交換器(50)に流入し、該カスケード型熱交換器(50)において利用側冷媒回路(11)の冷媒と熱交換を行って凝縮する。この際、利用側冷媒回路(11)の冷媒には温熱が与えられる。この凝縮した液冷媒は、液配管(LL)に流出する。
【００５８】
一方、各室外圧縮機(41,42)から吐出した他の冷媒は、室外四路切換弁(44)を経て室外熱交換器(46)に流入し、外気と熱交換を行って凝縮し、液配管(LL)を流れる。
【００５９】
これらカスケード型熱交換器(50)及び室外熱交換器(46)で凝縮した液冷媒は、液配管(LL)において合流し、該液配管(LL)の各分岐管(LL2,LL3)を経て冷蔵ショーケース(20)及び室内空調ユニット(30)に流入する。
【００６０】
室内空調ユニット(30)に流入した液冷媒は、膨張弁(32)で減圧し、室内熱交換器(31)で室内空気と熱交換を行って蒸発する。この際、室内空気に冷熱が与えられる。具体的には、室内空気が例えば２５℃まで冷却される。
【００６１】
一方、冷蔵ショーケース(20)に流入した液冷媒は、膨張弁(61)で減圧した後、カスケード型熱交換器(60)において利用側冷媒回路(21)の冷媒と熱交換を行って蒸発する。この際、利用側冷媒回路(21)の冷媒には冷熱が与えられる。このカスケード型熱交換器(60)で蒸発したガス冷媒は、三方弁(62)を経た後、上記室内熱交換器(31)で蒸発したガス冷媒と合流する。これら合流したガス冷媒は、低圧ガス配管(LG-L)を経て各室外圧縮機(41,42)に吸入される。このような冷媒循環動作が熱源側冷媒回路(70)で行われる。このようにして、室内空調ユニット(30)は、室外ユニット(40)との間で単段の冷凍サイクルを行うことで室内の冷房を行う。
【００６２】
冷凍ショーケース(10)の利用側冷媒回路(11)では、図４に矢印で示すように、上述した第２モードの運転動作の場合と同様に冷媒が循環してショーケース熱交換器(15)の着霜を融解する。
【００６３】
冷蔵ショーケース(20)の利用側冷媒回路(21)では、図４に矢印で示すように、上述した第１モードの運転動作の場合と同様に冷媒が循環して比較的低温度の冷熱を得る。
【００６４】
以上が第３モードの運転動作である。本第３モードの運転動作では、冷凍ショーケース(10)で得た冷熱を、冷蔵ショーケース(20)での冷却や室内空調ユニット(30)での冷房に利用している。このため、利用側の各ユニット(10,20,30)と室外熱交換器(45,46)との間で全ての熱を授受させる必要はない。そのため、室外圧縮機(41,42)の容量を抑えることが可能である。具体的には、例えば容量可変型の一方の圧縮機(42)の運転周波数を最高周波数の半分程度に設定する。
【００６５】
（第４モードの運転動作）
第４モードの運転では、熱源側冷媒回路(70)での冷媒循環動作により、室外熱交換器(45)及び冷凍ショーケース(10)のカスケード型熱交換器(50)で得た温熱を冷蔵ショーケース(20)のカスケード型熱交換器(60)及び室内熱交換器(31)に搬送する。これにより、室内の暖房を行う。更に、冷凍ショーケース(10)では、利用側冷媒回路(11)での冷媒循環動作により、カスケード型熱交換器(50)で得た冷熱をショーケース熱交換器(15)に搬送している。これにより、冷凍ショーケース(10)の冷却を行う。また、冷蔵ショーケース(20)では、利用側冷媒回路(21)での冷媒循環動作により、カスケード型熱交換器(60)で得た温熱をショーケース熱交換器(25)に搬送して該ショーケース熱交換器(25)の着霜を融解する。以下、この第４モードの運転動作について詳述する。
【００６６】
この第４モードの運転では、室外ユニット(40)の一方（図４における上側）の室外四路切換弁(43)が図中破線で示す状態になる。冷凍ショーケース(10)の四路切換弁(13)は図中実線で示す状態になる。また、冷蔵ショーケース(20)の四路切換弁(23)は図中破線で示す状態になる。冷凍ショーケース(10)の三方弁(52)は、カスケード型熱交換器(50)のガス側を、低圧ガス配管(LG-L)を介して室外圧縮機(41,42)の吸入側に接続する切り換え状態となる。冷蔵ショーケース(20)の三方弁(62)は、カスケード型熱交換器(60)のガス側を、高圧ガス配管(LG-H)を介して室外圧縮機(41,42)の吐出側に接続する切り換え状態となる。また、室内空調ユニット(30)に繋がる三方弁(33)は、室内熱交換器(31)のガス側を、高圧ガス配管(LG-H)を介して室外圧縮機(41,42)の吐出側に連通する切り換え状態となる。更に、室外ユニット(40)の一方（図４における下側）の室外膨張弁(48)は閉鎖し、その他の膨張弁(14,24,32,47,51,61)は所定開度に調整される。
【００６７】
この状態で、各圧縮機(12,22,41,42)が駆動する。図５に矢印で示すように、熱源側冷媒回路(70)では、各室外圧縮機(41,42)から吐出した冷媒が高圧ガス配管(LG-H)の分岐管(LG-H2,LG-H3)を経て冷蔵ショーケース(10)及び室内空調ユニット(30)に流入する。冷蔵ショーケース(20)に流入したガス冷媒は、三方弁(62)を経てカスケード型熱交換器(60)に流入し、該カスケード型熱交換器(60)において利用側冷媒回路(21)の冷媒と熱交換を行って凝縮する。この際、利用側冷媒回路(21)の冷媒には温熱が与えられる。この凝縮した液冷媒は、液配管(LL)に流出する。
【００６８】
また、室内空調ユニット(30)に流入したガス冷媒は、三方弁(33)を経て室内熱交換器(31)に流入する。この室内熱交換器(31)に流入したガス冷媒は、室内空気と熱交換を行って凝縮する。この際、室内空気に温熱が与えられる。
【００６９】
これらカスケード型熱交換器(60)及び室内熱交換器(31)で凝縮した液冷媒は、液配管(LL)において合流し、その一部が冷凍ショーケース(10)に流入し、他が室外ユニット(40)に流入する。
【００７０】
冷凍ショーケース(10)に流入した液冷媒は、膨張弁(51)で減圧した後、カスケード型熱交換器(50)において利用側冷媒回路(11)の冷媒と熱交換を行って蒸発する。この際、利用側冷媒回路(11)の冷媒には冷熱が与えられる。このカスケード型熱交換器(50)で蒸発したガス冷媒は、三方弁(52)を経た後、室外ユニット(40)に戻る。
【００７１】
一方、室外ユニット(40)に流入した上記ガス冷媒は、室外膨張弁(47)で減圧した後、室外熱交換器(45)において外気と熱交換を行って蒸発する。この蒸発したガス冷媒は、室外四路切換弁(43)を経た後、上記カスケード型熱交換器(50)で蒸発したガス冷媒と合流して各室外圧縮機(41,42)に吸入される。このような冷媒循環動作が熱源側冷媒回路(70)で行われる。このようにして、室内空調ユニット(30)は、室外ユニット(40)との間で単段の冷凍サイクルを行うことで室内の暖房を行う。
【００７２】
冷蔵ショーケース(20)の利用側冷媒回路(21)では、図５に矢印で示すように、上述した第２モードの運転動作の場合と同様に冷媒が循環してショーケース熱交換器(25)の着霜を融解する。
【００７３】
冷凍ショーケース(10)の利用側冷媒回路(11)では、図４に矢印で示すように、上述した第１モードの運転動作の場合と同様に冷媒が循環して比較的低温度の冷熱を得る。
【００７４】
以上が第４モードの運転動作である。本第４モードの運転動作では、冷蔵ショーケース(20)及び室内空調ユニット(30)で得た冷熱を、冷凍ショーケース(10)での冷却に利用している。このため、利用側の各ユニット(10,20,30)と室外熱交換器(45,46)との間で全ての熱を授受させる必要はない。そのため、上述した第３モードの運転動作の場合と同様に、室外圧縮機(41,42)の容量を抑えることが可能である。
【００７５】
（第５モードの運転動作）
第５モードの運転では、熱源側冷媒回路(70)での冷媒循環動作により、各ショーケース(10,20)のカスケード型熱交換器(50,60)で得た冷熱を室内熱交換器(31)に搬送する。これにより、室内の冷房を行う。更に、各ショーケース(10,20)では、利用側冷媒回路(11,21)での冷媒循環動作により、カスケード型熱交換器(50,60)で得た温熱をショーケース熱交換器(15,25)に搬送して該ショーケース熱交換器(15,25)の着霜を融解する。以下、この第５モードの運転動作について詳述する。尚、本説明では、カスケード型熱交換器(50,60)で得た冷熱量と室内熱交換器(31)での吸熱量とが略等しい場合について説明する。つまり、このカスケード型熱交換器(50,60)と室内熱交換器(31)との間で熱の収支がバランスしている状態について説明する。このため、本動作では、室外熱交換器(45,46)は使用せず、また、一方の圧縮機(42)を停止した状態で行う。
【００７６】
この第５モードの運転では、各ショーケース(10,20)の四路切換弁(13,23)は図中破線で示す状態になる。各ショーケース(10,20)の三方弁(52,62)は、カスケード型熱交換器(50,60)のガス側を、高圧ガス配管(LG-H)を介して室外圧縮機(41,42)の吐出側に接続する切り換え状態となる。また、室内空調ユニット(30)に繋がる三方弁(33)は、室内熱交換器(31)のガス側を、低圧ガス配管(LG-L)を介して室外圧縮機(41,42)の吸入側に連通する切り換え状態となる。更に、室外ユニット(40)の各室外膨張弁(47,48)は共に閉鎖し、その他の膨張弁(14,24,32,51,61)は所定開度にされる。
【００７７】
この状態で、各圧縮機(12,22,41)が駆動する。図６に矢印で示すように、熱源側冷媒回路(70)では、各室外圧縮機(41)から吐出した冷媒が高圧ガス配管(LG-H)の分岐管(LG-H1,LG-H2)を経て各ショーケース(10,20)に流入する。この各ショーケース(10,20)に流入したガス冷媒は、三方弁(52,62)を経てカスケード型熱交換器(50,60)に流入し、該カスケード型熱交換器(50,60)において利用側冷媒回路(11,21)の冷媒と熱交換を行って凝縮する。この際、利用側冷媒回路(11,21)の冷媒には温熱が与えられる。これらカスケード型熱交換器(50,60)で凝縮した液冷媒は、液配管(LL)において合流し、該液配管(LL)の分岐管(LL3)を経て室内空調ユニット(30)に流入する。
【００７８】
室内空調ユニット(30)に流入した液冷媒は、膨張弁(32)で減圧し、室内熱交換器(31)で室内空気と熱交換を行って蒸発する。この際、室内空気に冷熱が与えられる。
【００７９】
このような冷媒循環動作が熱源側冷媒回路(70)で行われる。このようにして、室内空調ユニット(30)は、室外ユニット(40)との間で単段の冷凍サイクルを行うことで室内の冷房を行う。
【００８０】
各ショーケース(10,20)の利用側冷媒回路(11,21)では、図６に矢印で示すように、上述した第２モードの運転動作の場合と同様に冷媒が循環してショーケース熱交換器(15,25)の着霜を融解する。
【００８１】
以上が第５モードの運転動作である。本第５モードの運転動作では、カスケード型熱交換器(50,60)と室内熱交換器(31)との間で熱の収支がバランスしている。このため、一方の圧縮機(42)を停止した状態であっても室内の冷房及びショーケース熱交換器(15,25)の除霜が可能である。その結果、入力電力が低減でき、ランニングコストの削減が図れる。
【００８２】
（第６モードの運転動作）
第６モードの運転では、熱源側冷媒回路(70)での冷媒循環動作により、室内の冷房により室内熱交換器(31)で得た冷熱を各ショーケース(10,20)のカスケード型熱交換器(50,60)に搬送する。更に、各ショーケース(10,20)では、利用側冷媒回路(11,21)での冷媒循環動作により、カスケード型熱交換器(50,60)で得た冷熱をショーケース熱交換器(15,25)に搬送して該ショーケース熱交換器(15,25)の冷却を行う。以下、この第６モードの運転動作について詳述する。尚、本説明では、室内熱交換器(31)での放熱量とカスケード型熱交換器(50,60)での吸熱量とが略等しい場合について説明する。つまり、このカスケード型熱交換器(50,60)と室内熱交換器(31)との間で熱の収支がバランスしている状態について説明する。このため、本動作においても、室外熱交換器(45,46)は使用せず、また、一方の圧縮機(42)を停止した状態で行う。
【００８３】
この第６モードの運転では、各ショーケース(10,20)の四路切換弁(13,23)は図中実線で示す状態になる。各ショーケース(10,20)の三方弁(52,62)は、カスケード型熱交換器(50,60)のガス側を、低圧ガス配管(LG-L)を介して室外圧縮機(41,42)の吸入側に接続する切り換え状態となる。また、室内空調ユニット(30)に繋がる三方弁(33)は、室内熱交換器(31)のガス側を、高圧ガス配管(LG-H)を介して室外圧縮機(41,42)の吐出側に連通する切り換え状態となる。更に、室外ユニット(40)の各室外膨張弁(47,48)は共に閉鎖し、その他の膨張弁(14,24,32,51,61)は所定開度にされる。
【００８４】
この状態で、各圧縮機(12,22,41)が駆動する。図７に矢印で示すように、熱源側冷媒回路(70)では、各室外圧縮機(41)から吐出した冷媒が高圧ガス配管(LG-H)の分岐管(LG-H3)を経て室内空調ユニット(30)に流入する。この室内空調ユニット(30)に流入したガス冷媒は、室内熱交換器(31)に流入し、該室内熱交換器(31)で室内空気と熱交換を行って凝縮する。この際、室内空気に温熱が与えられる。
【００８５】
室内熱交換器(31)で凝縮した液冷媒は、液配管(LL)の各分岐管(LL1,LL2)を経て各ショーケース(10,20)に流入する。この各ショーケース(10,20)に流入した液冷媒は、膨張弁(51,61)で減圧した後、カスケード型熱交換器(50,60)において利用側冷媒回路(11,21)の冷媒と熱交換を行って蒸発する。この際、利用側冷媒回路(11,21)の冷媒には冷熱が与えられる。これらカスケード型熱交換器(50,60)で蒸発したガス冷媒は、三方弁(52,62)を経た後、合流する。この合流したガス冷媒は、低圧ガス配管(LG-L)を経て各室外圧縮機(41,42)に吸入される。このような冷媒循環動作が熱源側冷媒回路(70)で行われる。このようにして、室内空調ユニット(30)は、室外ユニット(40)との間で単段の冷凍サイクルを行うことで室内の暖房を行う。
【００８６】
各ショーケース(10,20)の利用側冷媒回路(11,21)では、図７に矢印で示すように、上述した第１モードの運転動作の場合と同様に冷媒が循環して比較的低温度の冷熱を得る。
【００８７】
以上が第６モードの運転動作である。本第６モードの運転動作においても、カスケード型熱交換器(50,60)と室内熱交換器(31)との間で熱の収支がバランスしている。このため、一方の圧縮機(42)を停止した状態であっても室内の冷房及びショーケース熱交換器(15,25)の除霜が可能である。その結果、入力電力が低減でき、ランニングコストの削減が図れる。
【００８８】
−実施形態の効果−
以上説明したように、本形態では、各ショーケース(10,20)の冷却動作及び除霜動作、一般空調室内の冷暖房動作を、個々のショーケース(10,20)及び室内空調ユニット(30)において個別に行うことが可能である。つまり、それぞれが個別に要求する冷熱及び温熱を、その要求に応じて供給することが可能である。従って、１つの冷凍システムで、各ショーケース(10,20)及び一般空調室の要求に応じた冷熱及び温熱を得ることができ、冷凍装置の実用性の向上を図ることができる。また、上述した第３〜第６モードの運転動作では、各ショーケース(10,20)のカスケード熱交換器(50,60)同士の間や、これらカスケード熱交換器(50,60)と室内熱交換器(31)との間で熱の授受を行っているため、廃熱を有効に利用することができる。その結果、圧縮機(41,42)の運転容量を抑えることができ、省エネルギ性の向上及びそれに伴うランニングコストの削減を図ることができる。
【００８９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、以下のような効果が発揮される。請求項１記載の発明では、多元冷凍サイクルの熱源側冷媒と利用側冷媒とを熱交換させる複数のカスケード型熱交換器(50,60)を備えた冷凍装置に対し、個々のカスケード型熱交換器(50,60)に対して、高圧ガス配管(LG-H)、低圧ガス配管(LG-L)、液配管(LL)を選択的に連通可能な構成とする。そして、これら配管(LG-H,LG-L,LL)の連通状態を選択することで、個々のカスケード型熱交換器(50,60)での熱交換状態が個別に得られるようにしている。また、請求項２記載の発明では、熱源側冷媒回路(70)との間で多元冷凍サイクルを行う利用側冷媒回路(11)における冷媒循環動作と、熱源側冷媒回路(70)の利用側熱交換器(31)での熱交換動作とを個別に調整できるようにしている。このため、１つの冷凍システムで、各利用側冷媒回路(11,21)や利用側熱交換器(31)の要求に応じた冷熱及び温熱を得ることができ、冷凍装置の実用性の向上を図ることができる。
【００９０】
また、各利用側ユニット(10,20,30)同士の間で熱の授受を行うようにした場合には、廃熱を有効に利用することができる。その結果、各利用側ユニット(10,20,30)に与えるための熱源側冷媒に必要な熱量を抑えることができ、省エネルギ性の向上及びそれに伴うランニングコストの削減を図ることができる。
【００９１】
また、配管(LG-H,LG-L,LL)の連通状態を切り換える切換手段(52,62,33)を三方弁で構成した場合には、比較的簡単な構成及び制御動作で各利用側冷媒回路(11,21)や利用側熱交換器(31)の要求に応じた冷熱及び温熱を得ることが可能になる。
【００９２】
更に、本発明に係る冷凍装置を、スーパマーケットに備えられた食品陳列用のショーケース(10,20)に適用すると共に室内空調用として使用した場合には、ショーケース(10,20)の冷却と除霜、室内の冷暖房を個別に行うことができ、食品の鮮度の維持、室内の快適性を１つの冷凍システムで確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態に係る冷凍装置の冷媒配管系統図である。
【図２】 第１モードの運転動作を説明するための図である。
【図３】 第２モードの運転動作を説明するための図である。
【図４】 第３モードの運転動作を説明するための図である。
【図５】 第４モードの運転動作を説明するための図である。
【図６】 第５モードの運転動作を説明するための図である。
【図７】 第６モードの運転動作を説明するための図である。
【符号の説明】
(10) 冷凍ショーケース
(20) 冷蔵ショーケース
(11,21) 利用側冷媒回路
(15,25) ショーケース熱交換器
(31) 室内熱交換器（一般空調用熱交換器）
(33) 三方弁（第３切換手段）
(41,42) 室外圧縮機
(43,44) 室外四路切換弁（第１切換手段）
(45,46) 室外熱交換器（熱源側熱交換器）
(50,60) カスケード型熱交換器
(52,62) 三方弁（第２切換手段）
(70) 熱源側冷媒回路
(LG-H) 高圧ガス配管
(LG-L) 低圧ガス配管
(LL) 液配管
(LG-H1〜LL3)分岐配管
【発明の属する技術分野】
本発明は冷凍装置に係る。特に、本発明は、例えばスーパマーケット等のように複数種類の温度環境が要求される施設に備えられる冷凍装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、スーパマーケット等に備えられる冷蔵ショーケースが知られている。この種のショーケースは、例えば特開昭６２−９４７８５号公報に開示されている。このショーケースは、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が冷媒配管によって接続されて成る冷媒回路を備えている。また、ショーケースは、食品の陳列空間及び冷気を生成するための空気通路を備えている。上記蒸発器は、この空気通路に配置されている。圧縮機から吐出して凝縮器で凝縮した冷媒が、膨張弁で減圧した後、蒸発器において空気通路の空気と熱交換を行って蒸発し該空気を冷却する。この冷却された空気は、空気通路から陳列空間に供給され、食品を所定の低温度に保つ。これにより、食品の鮮度が維持される。
【０００３】
また、本発明の発明者らは、複数のショーケース内での冷気の生成と、スーパマーケット店内等の一般空調とを１つの冷凍システムで実現することに鑑みた冷凍装置を提案している（特願平９−８９１６４号）。この冷凍装置は、１つの熱源側ユニットに、複数のショーケース及び一般空調用の空調機を並列に接続して構成されている。また、熱源側ユニットと各ショーケースとを２次冷媒システムで構成している。つまり、蒸気圧縮機式の冷凍サイクルで成る熱源側冷媒回路を備えさせ、各ショーケースに、この熱源側冷媒回路の冷媒と熱交換を行うカスケード型熱交換器を有する利用側冷媒回路を備えさせている。一方、一般空調室内には、上記熱源側冷媒回路の蒸発器を配置している。これにより、各ショーケースでは比較的低温度（例えば−２０℃）の冷熱が得られ、食品の鮮度が維持できる。一方、一般空調室では、上記ショーケースよりも温度の高い冷熱（例えば２５℃）が得られ、店内の冷房が行える。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の発明者らは、上述のような複数のショーケース内での冷気の生成を１つの冷凍システムで実現した冷凍装置の実用性を向上させることに鑑みた。そして、本発明の発明者らは、個々のショーケースが要求する運転動作として以下のものがあり、これら運転動作を１つの冷凍システムで賄うことについて考察した。
【０００５】
つまり、ショーケースに要求される運転動作としては、ショーケース内空気の冷却だけでなく、蒸発器に着霜が発生した場合に、この霜を融解するためのデフロスト動作がある。従来、ショーケースのデフロストは、蒸発器に電気ヒータを取り付けておき、この電気ヒータへの通電により霜を融解している。
【０００６】
しかし、省エネルギ性を鑑みた場合、この電気ヒータによる除霜よりも圧縮機からの吐出冷媒を蒸発器に供給するいわゆるホットガスデフロストを行うことが好ましい。
【０００７】
このように、個々のショーケースでは、冷熱を要求する場合と温熱を要求する場合とがある。そして、一部のショーケースが冷熱を要求し、他のショーケースが温熱を要求する場合、従来の回路構成では、これら要求を満足することができなかった。
【０００８】
また、一般空調機は、室内の冷房だけでなく暖房も要求される。つまり、ショーケースの運転状態に拘わりなく、夏期には冷房運転が要求され、冬期には暖房運転が要求される。
【０００９】
従来の回路構成では、ショーケースが冷熱を要求し一般空調機が温熱を要求する場合や、逆に、ショーケースが温熱を要求し一般空調機が冷熱を要求する場合にも、これら要求を満足することができなかった。
【００１０】
本発明は、上述のようないわゆる多元冷凍サイクルを行う冷凍装置に対し、複数の利用側が温熱及び冷熱を個別に要求する際に、これらの要求を１つの冷凍システムで応えることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の解決手段は、多元冷凍サイクルの熱源側冷媒と利用側冷媒とを熱交換させる複数のカスケード型熱交換器を備えた冷凍装置に対し、個々のカスケード型熱交換器に対して高圧ガス配管、低圧ガス配管、液配管を選択的に連通可能な構成とする。そして、これら配管の連通状態を選択することで、個々のカスケード型熱交換器での熱交換状態が個別に得られるようにした。
【００１２】
具体的には、図１に示すように、複数のカスケード型熱交換器(50,60)を有する熱源側冷媒回路(70)と、各カスケード型熱交換器(50,60)に対応した複数の利用側冷媒回路(11,21)とを備えさせる。上記熱源側冷媒回路(70)に、圧縮機(41,42)と、第１切換手段(43,44)により圧縮機(41,42)の吐出側に連通する状態と吸入側に連通する状態とが切り換えられる熱源側熱交換器(45,46)とを備えさせる。また、上記圧縮機(41,42)の吐出側と第１切換手段(43,44)との間に高圧ガス配管(LG-H)の一端を接続させ、圧縮機(41,42)の吸入側と第１切換手段(43,44)との間に低圧ガス配管(LG-L)の一端を接続させ、熱源側熱交換器(45,46)の液側に液配管(LL)の一端を接続させる。更に、各配管(LG-H),(LG-L),(LL)の他端側をそれぞれ分岐配管(LG-H1,LG-H2),(LG-L1,LG-L2),(LL1,LL2)に分岐する。上記各カスケード型熱交換器(50,60)のうちの１つの一端側に液配管(LL)の各分岐配管(LL1,LL2)のうちの１つを接続する一方、各カスケード型熱交換器(50,60)のうちの他の１つの一端側に液配管(LL)の各分岐配管(LL1,LL2)のうちの他の１つに接続する。各カスケード型熱交換器(50,60)のうちの１つの他端側が第２切換手段(52)により高圧ガス配管(LG-H)の各分岐配管(LG-H1,LG-H2)のうちの１つに連通する状態と低圧ガス配管(LG-L)の各分岐配管(LG-L1,LG-L2)のうちの１つに連通する状態とに切り換えられるようにする。そして、熱源側冷媒回路(70)を循環する熱源側冷媒と各利用側冷媒回路(11,21)を循環する利用側冷媒とが各カスケード型熱交換器(50,60)において熱交換する多元冷凍サイクルを行わせる。
【００１３】
この特定事項により、第１切換手段(43,44)及び第２切換手段(52,62)の切り換え動作により各カスケード型熱交換器(50,60)での熱交換状態を任意に変更できる。つまり、各利用側冷媒回路(11,21)に対し、冷熱を供給する状態と温熱を供給する状態とが個別に設定できる。例えば、第１切換手段(43,44)により圧縮機(41,42)の吸入側を熱源側熱交換器(45,46)に連通させた状態で、第２切換手段(52,62)により一部のカスケード型熱交換器(50,60)を高圧ガス配管(LG-H)の分岐配管(LG-H1,LG-H2)に、他のカスケード型熱交換器(50,60)を低圧ガス配管(LG-L)の分岐配管(LG-L1,LG-L2)に連通させる。圧縮機(41,42)から吐出したガス冷媒は、上記一部のカスケード型熱交換器(50,60)に供給され、利用側冷媒と熱交換を行って凝縮する。これにより、利用側冷媒回路(11,21)に温熱が与えられる。この凝縮した冷媒は、液配管(LL)の分岐配管(LL1,LL2)を経て上記他のカスケード型熱交換器(50,60)に供給され、利用側冷媒と熱交換を行って蒸発する。これにより、利用側冷媒回路(11,21)に冷熱が与えられる。この蒸発した冷媒は、低圧ガス配管(LG-L)及び熱源側熱交換器(45,46)を経て圧縮機(41,42)の吸入側に戻る。また、第１切換手段(43,44)により圧縮機(41,42)の吸入側を熱源側熱交換器(45,46)に連通させた状態で、第２切換手段(52,62)により各カスケード型熱交換器(50,60)を高圧ガス配管(LG-H)の分岐配管(LG-H1,LG-H2)に連通させれば、これら各カスケード型熱交換器(50,60)において利用側冷媒回路(11,21)に温熱が与えられることになる。逆に、第１切換手段(43,44)により圧縮機(41,42)の吐出側を熱源側熱交換器(45,46)に連通させた状態で、第２切換手段(52,62)により各カスケード型熱交換器(50,60)を低圧ガス配管(LG-L)の分岐配管(LG-L1,LG-L2)に連通させれば、これら各カスケード型熱交換器(50,60)において利用側冷媒回路(11,21)に冷熱が与えられることになる。このようにして、各利用側冷媒回路(11,21)に対し、冷熱を供給する状態と温熱を供給する状態とが個別に設定可能である。
【００１４】
第２の解決手段は、熱源側冷媒回路との間で多元冷凍サイクルを行う利用側冷媒回路における冷媒循環動作と、熱源側冷媒回路の利用側熱交換器での熱交換動作とを個別に調整できるようにしている。具体的には、図１に示すように、カスケード型熱交換器(50)を有する熱源側冷媒回路(70)と、利用側冷媒回路(11)とを備えさせる。上記熱源側冷媒回路(70)に、圧縮機(41,42)と、第１切換手段(43,44)により圧縮機(41,42)の吐出側に連通する状態と吸入側に連通する状態とが切り換えられる熱源側熱交換器(45,46)とを備えさせる。また、上記圧縮機(41,42)の吐出側と第１切換手段(43,44)との間に高圧ガス配管(LG-H)の一端を接続させ、圧縮機(41,42)の吸入側と第１切換手段(43,44)との間に低圧ガス配管(LG-L)の一端を接続させ、熱源側熱交換器(45,46)の液側に液配管(LL)の一端を接続させる。更に、各配管(LG-H),(LG-L),(LL)の他端側をそれぞれ分岐配管(LG-H1,LG-H3),(LG-L1,LG-L3),(LL1,LL3)に分岐する。上記カスケード型熱交換器(50)の一端側に液配管(LL)の各分岐配管(LL1,LL3)のうちの１つに接続する一方、カスケード型熱交換器(50)の他端側が、第２切換手段(52)により高圧ガス配管(LG-H)の各分岐配管(LG-H1,LG-H3)のうちの１つに連通する状態と低圧ガス配管(LG-L)の各分岐配管(LG-L1,LG-L3)のうちの１つに連通する状態とに切り換えられるようにする。そして、熱源側冷媒回路(70)を循環する熱源側冷媒と利用側冷媒回路(11)を循環する利用側冷媒とがカスケード型熱交換器(50)において熱交換する多元冷凍サイクルを行わせる。一方、一端側が液配管(LL)の各分岐配管(LL1,LL3)のうちの他の１つに接続する一方、他端側が第３切換手段(33)により高圧ガス配管(LG-H)の各分岐配管(LG-H1,LG-H3)のうちの他の１つに連通する状態と低圧ガス配管(LG-L)の各分岐配管(LG-L1,LG-H3)のうちの他の１つに連通する状態とに切り換えられる利用側熱交換器(31)を備えさせている。
【００１５】
この特定事項により、第１切換手段(43,44)、第２切換手段(52)及び第３切換手段(33)の切り換え動作によりカスケード型熱交換器(50)及び利用側熱交換器(31)での熱交換状態を任意に変更できる。つまり、利用側冷媒回路(11)に対し、冷熱を供給する状態と温熱を供給する状態、利用側熱交換器(31)が吸熱する状態と放熱する状態が個別に設定できる。例えば、第２切換手段(52)によりカスケード型熱交換器(50)を高圧ガス配管(LG-H)の分岐配管(LG-H1)に連通させ、第３切換手段(33)により利用側熱交換器(31)を低圧ガス配管(LG-L)の分岐配管(LG-L1)に連通させる。圧縮機(41,42)から吐出したガス冷媒は、上記カスケード型熱交換器(50)に供給され、利用側冷媒と熱交換を行って凝縮する。これにより、利用側冷媒回路(11)に温熱が与えられる。この凝縮した冷媒は、液配管(LL)の分岐配管(LL3)を経て利用側熱交換器(31)に供給されて蒸発する。これにより利用側熱交換器(31)の吸熱動作が行われる。この蒸発した冷媒は、低圧ガス配管(LG-L)を経て圧縮機(41,42)の吸入側に戻る。また、逆に、第２切換手段(52)によりカスケード型熱交換器(50)を低圧ガス配管(LG-L)の分岐配管(LG-L1)に連通させ、第３切換手段(33)により利用側熱交換器(31)を高圧ガス配管(LG-H)の分岐配管(LG-H3)に連通させた場合には、圧縮機(41,42)から吐出したガス冷媒は、上記利用側熱交換器(31)に供給されて凝縮する。これにより利用側熱交換器(31)の放熱動作が行われる。この凝縮した冷媒は、液配管(LL)の分岐配管(LL1)を経てカスケード型熱交換器(50)に供給され、利用側冷媒と熱交換を行って蒸発する。これにより、利用側冷媒回路(11)に冷熱が与えられる。この蒸発した冷媒は、低圧ガス配管(LG-L)を経て圧縮機(41,42)の吸入側に戻る。
【００１６】
また、第１切換手段(43,44)により圧縮機(41,42)の吐出側を熱源側熱交換器(45,46)に連通させた状態で、第２切換手段(52)によりカスケード型熱交換器(50)を高圧ガス配管(LG-H)の分岐配管(LG-H1)に連通させ、第３切換手段(33)により利用側熱交換器(31)も高圧ガス配管(LG-H)の分岐配管(LG-H3)に連通させた場合には、利用側冷媒回路(11)に温熱が与えられると共に、利用側熱交換器(31)の放熱動作が行われる。逆に、第１切換手段(43,44)により圧縮機(41,42)の吸入側を熱源側熱交換器(45,46)に連通させた状態で、第２切換手段(52)によりカスケード型熱交換器(50)を低圧ガス配管(LG-L)の分岐配管(LG-L1)に連通させ、第３切換手段(33)により利用側熱交換器(31)も低圧ガス配管(LG-L)の分岐配管(LG-L3)に連通させた場合には、利用側冷媒回路(11)に冷熱が与えられると共に、利用側熱交換器(31)の吸熱動作が行われる。このようにして、利用側冷媒回路(11)及び利用側熱交換器(31)に対し、冷熱を供給する状態と温熱を供給する状態とが個別に設定可能である。
【００１７】
第３及び第４の解決手段は、第２切換手段の構成を具体化したものである。つまり、第３の解決手段は、上記第１または第２の解決手段において、第２切換手段(52,62)を、高圧ガス配管(LG-H)の分岐配管(LG-H1,LG-H2)、低圧ガス配管(LG-L)の分岐配管(LG-L1,LG-L2)、カスケード型熱交換器(50,60)のガス側にそれぞれ接続した三方弁(52,62)としている。
【００１８】
第４の解決手段は、上記第２の解決手段において、第３切換手段(33)を、高圧ガス配管(LG-H)の分岐配管(LG-H3)、低圧ガス配管(LG-L)の分岐配管(LG-L3)、利用側熱交換器(31)のガス側にそれぞれ接続した三方弁(33)としている。
【００１９】
第５の解決手段は、本発明に係る冷凍装置の適用例を具体化したものである。つまり、上記第２の解決手段において、利用側冷媒回路(11)を、スーパマーケットに備えられた食品陳列用のショーケース(10)に備えられた蒸気圧縮式の冷凍サイクルとし、ショーケース熱交換器(15)で蒸発する冷媒によりショーケース内空間を冷却する。一方、利用側熱交換器(31)をスーパマーケットの室内空調用の熱交換器(31)としている。
【００２０】
第６の解決手段は、上記第５の解決手段において、第２切換手段(52)が、ショーケース熱交換器(15)の着霜を融解する際に、カスケード型熱交換器(50)の他端側を高圧ガス配管(LG-H)の分岐配管(LG-H1)に連通するようにしている。
【００２１】
これらの特定事項により、ショーケース(10)に対して、ショーケース内空間の冷却と着霜時の除霜とが任意に切り換え可能であり、且つ一般空調の冷暖房も任意に切り換え可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本形態では、本発明に係る冷凍装置をスーパマーケットに適用した場合について説明する。
【００２３】
−要求される温度環境の説明−
冷凍装置の説明の前に、先ず、スーパマーケット内の各領域（ショーケース内や店内売場等）において要求される温度環境について説明する。
【００２４】
このスーパマーケットの店内売場には、冷凍食品を陳列する冷凍ショーケース(10)、冷蔵食品を陳列する冷蔵ショーケース(20)が設置される。例えば、冷凍ショーケース(10)では−２０℃、冷蔵ショーケース(20)では０℃のケース内温度環境がそれぞれ要求される。
【００２５】
また、このスーパマーケット内には、店内や従業員事務所等のような一般空調室が存在し、この一般空調室には室内空調ユニット(30)が配置されている。この一般空調室では、例えば２５℃の温度環境が要求される。
【００２６】
その他、図示しないが、スーパマーケット内には、各食品を保管しておく保管庫（一般にバックヤードと呼ばれる）、従業員が食品のパック詰め等の作業を行う食品加工室が存在し、それぞれにおいても適切な温度環境が要求されている。これらショーケース(10,20)や室内空調ユニット(30)等が本発明でいう利用側ユニットである。
【００２７】
−冷凍装置の説明−
次に、本形態に係る冷凍装置について説明する。本装置は、熱源側ユニットとしての１台の室外ユニット(40)に対して、上記冷凍ショーケース(10)、冷蔵ショーケース(20)、室内空調ユニット(30)が複数の冷媒配管(LG-H,LG-L,LL)により接続している。具体的には、これら冷媒配管(LG-H,LG-L,LL)は、高圧ガス配管(LG-H)、低圧ガス配管(LG-L)、液配管(LL)である。室外ユニット(40)から延びるこれら冷媒配管(LG-H,LG-L,LL)は、それぞれ３本の分岐管(LG-H1〜LG-H3,LG-L1〜LG-L3,LL1〜LL3)に分岐し、各々が、冷凍ショーケース(10)、冷蔵ショーケース(20)、室内空調ユニット(30)に接続している。つまり、これら各ショーケース(10,20)及び室内空調ユニット(30)は互いに並列に接続している。
【００２８】
以下、各ユニット(30,40)及びショーケース(10,20)について説明する。
【００２９】
−室外ユニット(40)の説明−
室外ユニット(40)は、スーパマーケットの戸外に設置される。この室外ユニット(40)は、一対の室外圧縮機(41,42)を備えている。この一対の圧縮機(41,42)のうちの一方(42)は、インバータまたはアンローダによる容量可変型である。これら室外圧縮機(41,42)の吐出側は、合流した後、分岐して、各分岐管が第１切換手段としての一対の室外四路切換弁(43,44)の一つのポートにそれぞれ接続している。同様に、室外圧縮機(41,42)の吸入側も、合流した後、分岐して、各分岐管が一対の室外四路切換弁(43,44)の他の一つのポートにそれぞれ接続している。
【００３０】
また、この室外ユニット(40)は、熱源側熱交換器としての一対の室外熱交換器(45,46)と、この室外熱交換器(45,46)の液側に接続した室外膨張弁(47,48)とを備えている。各室外熱交換器(45,46)のガス側は上記室外四路切換弁(43,44)の他の一つのポートにそれぞれ接続している。更に、室外四路切換弁(43,44)の残りの一つのポートは、キャピラリチューブ(CP)及び逆止弁(CV)を介して室外熱交換器(45,46)のガス側に接続している。
【００３１】
この室外四路切換弁(43,44)の切り換え動作により、各室外熱交換器(45,46)の室外圧縮機(41,42)に対する連通状態が切り換わる。つまり、図中実線で示す切り換え状態では、各室外熱交換器(45,46)のガス側が室外圧縮機(41,42)の吐出側に連通する。一方、図中破線で示す切り換え状態では、各室外熱交換器(45,46)のガス側が室外圧縮機(41,42)の吸入側に連通する。
【００３２】
上記冷媒配管(LG-H,LG-L,LL)の室外ユニット(40)内での接続位置について説明すると、上記高圧ガス配管(LG-H)の一端は、各室外圧縮機(41,42)の吐出側に接続している。また、低圧ガス配管(LG-L)の一端は、各室外圧縮機(41,42)の吸入側に接続している。更に、液配管(LL)の一端は、室外ユニット(40)内で分岐し、それぞれが室外膨張弁(47,48)に接続している。
【００３３】
−冷凍ショーケース(10)及び冷蔵ショーケース(20)の説明−
次に、冷凍ショーケース(10)及び冷蔵ショーケース(20)について説明する。これら各ショーケース(10,20)の回路構成は略同様である。この冷凍ショーケース(10)及び冷蔵ショーケース(20)は、閉回路でなる利用側冷媒回路(11,21)を備えている。この利用側冷媒回路(11,21)と、上記室外ユニット(40)から冷媒配管(LG-H,LG-L,LL)を経て導入された冷媒との間で熱交換が行われるようになっている。具体的に、これらショーケース(10,20)は、利用側冷媒回路(11,21)の冷媒と上記室外ユニット(40)から導入された冷媒との間で熱交換を行うカスケード型の熱交換器(50,60)を備えている。このカスケード型熱交換器(50,60)のガス側には上記低圧ガス配管(LG-L)の分岐管(LG-L1,LG-L2)が、液側には液配管(LL)の分岐管(LL1,LL2)がそれぞれ接続している。また、この液配管(LL)の分岐管(LL1,LL2)には膨張弁(51,61)が設けられている。更に、低圧ガス配管(LG-L)の各分岐管(LG-L1,LG-L2)は第２切換手段としての三方弁(52,62)を備えている。上記高圧ガス配管(LG-H)の各分岐管(LG-H1,LG-H2)の一端は、この三方弁(52,62)に接続している。つまり、この三方弁(52,62)の切り換え動作により、カスケード型熱交換器(50,60)のガス側を、低圧ガス配管(LG-L)を介して室外圧縮機(41,42)の吸入側に接続する状態と、高圧ガス配管(LG-H)を介して室外圧縮機(41,42)の吐出側に接続する状態とが切り換え可能である。このような回路構成により、室外ユニット(40)とカスケード型熱交換器(50,60)とにより熱源側冷媒回路(70)が構成されている。
【００３４】
上記利用側冷媒回路(11,21)は、ショーケース圧縮機(12,22)、四路切換弁(13,23)、カスケード型熱交換器(50,60)、膨張弁(14,24)及びショーケース熱交換器(15,25)が冷媒配管によって接続されている。四路切換弁(13,23)は、ショーケース圧縮機(12,22)の吐出側をカスケード型熱交換器(50,60)に、吸入側をショーケース熱交換器(15,25)にそれぞれ連通させる状態と、ショーケース圧縮機(12,22)の吐出側をショーケース熱交換器(15,25)に、吸入側をカスケード型熱交換器(50,60)にそれぞれ連通させる状態とが切り換え可能である。
【００３５】
このようにして、上記熱源側冷媒回路(70)と各利用側冷媒回路(11,21)とにより所謂マルチ二元冷凍回路が構成されている。
【００３６】
−室内空調ユニット(30)の説明−
次に、室内空調ユニット(30)について説明する。この室内空調ユニット(30)は一般空調用熱交換器としての室内熱交換器(31)を備えている。この室内熱交換器(31)のガス側には上記低圧ガス配管(LG-L)の分岐管(LG-L3)が、液側には液配管(LL)の分岐管(LL3)がそれぞれ接続している。また、この液配管(LL)の分岐管(LL3)には膨張弁(32)が設けられている。更に、低圧ガス配管(LG-L)の分岐管(LG-L3)は第３切換手段としての三方弁(33)を備えている。上記高圧ガス配管(LG-H)の分岐管(LG-H3)の一端は、この三方弁(33)に接続している。つまり、この三方弁(33)の切り換え動作により、室内熱交換器(31)のガス側を、低圧ガス配管(LG-L)を介して室外圧縮機(41,42)の吸入側に接続する状態と、高圧ガス配管(LG-H)を介して室外圧縮機(41,42)の吐出側に接続する状態とが切り換え可能である。
【００３７】
このような回路構成により、上記室外ユニット(40)と、室内空調ユニット(30)との間では、室外ユニット(40)の室外圧縮機(41,42)及び室外熱交換器(45,46)と、室内空調ユニット(30)の膨張弁(32)及び室内熱交換器(31)とが接続されて成る単段冷凍サイクルを行う閉回路が構成されている。
【００３８】
上述した各室外四路切換弁(43,44)及び三方弁(52,62,33)により本発明でいう切換手段が構成されている。
【００３９】
更に、本冷凍装置には、図示しないコントローラが備えられている。このコントローラにより、各圧縮機(12,22,41,42)の運転動作や各弁(13,23,14,24,32,43,44,47,48,51,61,52,62)の開度制御が行われ、各ショーケース(10,20)及び室内において上述した温度環境が得られるようにしている。
【００４０】
尚、上記室外ユニット(40)内の容量可変型の圧縮機(42)の容量制御は以下の項目に基づいて行われる。つまり、各ショーケース(10,20)及び室内空調ユニット(30)の後述する運転モード、各ショーケース熱交換器(15,25)が着霜した際に行われる除霜運転の運転台数、回路(70)内の冷媒圧力等に基づいて圧縮機(42)の容量制御が行われる。
【００４１】
−運転動作の説明−
次に、本冷凍装置の運転動作について説明する。本装置の代表的な運転モードとしては以下に掲げる６つのモードがある。第１のモードは、夏期における通常の運転モードであって、各ショーケース(10,20)の冷却運転と室内の冷房運転とを行う。第２のモードは、冬期に各ショーケース(10,20)のショーケース熱交換器(15,25)に着霜が生じた際の運転モードであって、各ショーケース(10,20)のデフロスト運転と室内の暖房運転とを行う。第３のモードは、夏期に一方のショーケース(10)のショーケース熱交換器(15)に着霜が生じた際の運転モードであって、一方のショーケース(10)のデフロスト運転と他方のショーケース(20)の冷却運転と室内の冷房運転とを行う。第４のモードは、冬期に一方のショーケース(20)のショーケース熱交換器(25)に着霜が生じた際の運転モードであって、一方のショーケース(20)のデフロスト運転と他方のショーケース(10)の冷却運転と室内の暖房運転とを行う。第５のモードは、夏期に各ショーケース(10,20)のショーケース熱交換器(15,25)に着霜が生じた際の運転モードであって、各ショーケース(10,20)のデフロスト運転と室内の冷房運転とを行う。第６のモードは、冬期における通常の運転モードであって、各ショーケース(10,20)の冷却運転と室内の暖房運転とを行う。
【００４２】
（第１モードの運転動作）
第１モードの運転では、熱源側冷媒回路(70)での冷媒循環動作により、各室外熱交換器(45,46)で得た冷熱を各カスケード型熱交換器(50,60)及び室内熱交換器(31)に搬送する。更に各ショーケース(10,20)では、利用側冷媒回路(11,21)での冷媒循環動作により、カスケード型熱交換器(50,60)で得た冷熱をショーケース熱交換器(15,25)に搬送している。これにより、室内の冷房及び各ショーケース(10,20)の冷却を行う。以下、この第１モードの運転動作について詳述する。
【００４３】
この第１モードの運転では、室外ユニット(40)の各室外四路切換弁(43,44)が図中実線で示す状態になり、各ショーケース(10,20)の四路切換弁(13,23)も図中実線で示す状態になる。各ショーケース(10,20)の三方弁(52,62)は、カスケード型熱交換器(50,60)のガス側を、低圧ガス配管(LG-L)を介して室外圧縮機(41,42)の吸入側に連通する切り換え状態となる。また、室内空調ユニット(30)に繋がる三方弁(33)は、室内熱交換器(31)のガス側を、低圧ガス配管(LG-L)を介して室外圧縮機(41,42)の吸入側に連通する切り換え状態となる。更に、各膨張弁(14,24,32,47,48,51,61)は所定開度に調整される。
【００４４】
この状態で、各圧縮機(12,22,41,42)が駆動する。図２に矢印で示すように、熱源側冷媒回路(70)では、各室外圧縮機(41,42)から吐出した冷媒が室外四路切換弁(43,44)を経て室外熱交換器(45,46)に流入し、外気と熱交換を行って凝縮する。この凝縮した液冷媒は、液配管(LL)の各分岐管(LL1〜LL3)を経て各ショーケース(10,20)及び室内空調ユニット(30)に流入する。
【００４５】
室内空調ユニット(30)に流入した液冷媒は、膨張弁(32)で減圧し、室内熱交換器(31)で室内空気と熱交換を行って蒸発する。この際、室内空気に冷熱が与えられる。具体的には、室内空気が例えば２５℃まで冷却される。
【００４６】
一方、各ショーケース(10,20)に流入した液冷媒は、膨張弁(51,61)で減圧した後、カスケード型熱交換器(50,60)において利用側冷媒回路(11,21)の冷媒と熱交換を行って蒸発する。この際、利用側冷媒回路(11,21)の冷媒には冷熱が与えられる。このカスケード型熱交換器(50,60)で蒸発したガス冷媒は、三方弁(52,62)を経た後、上記室内熱交換器(31)で蒸発したガス冷媒と合流する。これら合流したガス冷媒は、低圧ガス配管(LG-L)を経て各室外圧縮機(41,42)に吸入される。このような冷媒循環動作が熱源側冷媒回路(70)で行われる。このようにして、室内空調ユニット(30)は、室外ユニット(40)との間で単段の冷凍サイクルを行うことで室内の冷房を行う。
【００４７】
各ショーケース(10,20)の利用側冷媒回路(11,21)では、図２に矢印で示すように、ショーケース圧縮機(12,22)から吐出した冷媒が四路切換弁(13,23)を経てカスケード型熱交換器(50,60)に流入し、熱源側冷媒回路(70)の冷媒と熱交換を行って凝縮する。この凝縮した液冷媒は、膨張弁(14,24)で減圧した後、ショーケース熱交換器(15,25)においてショーケース内空気と熱交換を行って蒸発する。この際、ショーケース内空気に冷熱が与えられる。具体的には、冷凍ショーケース(10)では空気が−２０℃まで冷却され、一方、冷蔵ショーケース(20)では空気が０℃まで冷却される。このショーケース熱交換器(15,25)で蒸発したガス冷媒は、四路切換弁(13,23)を経てショーケース圧縮機(12,22)に吸入される。このような冷媒循環動作が利用側冷媒回路(11,21)において行われる。このようにして、冷凍ショーケース(10)、冷蔵ショーケース(20)では、室外ユニット(40)との間で二元冷凍サイクルを行うことで比較的低温度の冷熱が得られる。以上が第１モードの運転動作である。
【００４８】
（第２モードの運転動作）
第２モードの運転では、熱源側冷媒回路(70)での冷媒循環動作により、各室外熱交換器(45,46)で得た温熱を各カスケード型熱交換器(50,60)及び室内熱交換器(31)に搬送する。更に各ショーケース(10,20)では、利用側冷媒回路(11,21)での冷媒循環動作により、カスケード型熱交換器(50,60)で得た温熱をショーケース熱交換器(15,25)に搬送している。これにより、室内の暖房及び各ショーケース(10,20)のショーケース熱交換器(15,25)の着霜を融解する。以下、この第２モードの運転動作について詳述する。
【００４９】
この第２モードの運転では、室外ユニット(40)の各室外四路切換弁(43,44)が図中破線で示す状態になり、各ショーケース(10,20)の四路切換弁(13,23)も図中破線で示す状態になる。各ショーケース(10,20)の三方弁(52,62)は、カスケード型熱交換器(50,60)のガス側を、高圧ガス配管(LG-H)を介して室外圧縮機(41,42)の吐出側に接続する切り換え状態となる。また、室内空調ユニット(30)に繋がる三方弁(33)は、室内熱交換器(31)のガス側を、高圧ガス配管(LG-H)を介して室外圧縮機(41,42)の吐出側に連通する切り換え状態となる。更に、各膨張弁(14,24,32,47,48,51,61)は所定開度に調整される。
【００５０】
この状態で、各圧縮機(12,22,41,42)が駆動する。図３に矢印で示すように、熱源側冷媒回路(70)では、各室外圧縮機(41,42)から吐出した冷媒が高圧ガス配管(LG-H)の各分岐管(LG-H1〜LG-H3)を経て各ショーケース(10,20)及び室内空調ユニット(30)に流入する。
【００５１】
室内空調ユニット(30)に流入したガス冷媒は、三方弁(33)を経て室内熱交換器(31)に流入し、該室内熱交換器(31)において室内空気と熱交換を行って凝縮する。この際、室内空気に温熱が与えられる。具体的には、室内空気が例えば２０℃まで加温される。
【００５２】
一方、各ショーケース(10,20)に流入した液冷媒は、三方弁(52,62)を経てカスケード型熱交換器(50,60)に流入し、該カスケード型熱交換器(50,60)において利用側冷媒回路(11,21)の冷媒と熱交換を行って凝縮する。この際、利用側冷媒回路(11,21)の冷媒には温熱が与えられる。これら室内熱交換器(31)及びカスケード型熱交換器(50,60)で凝縮した液冷媒は、液配管(LL)で合流し、室外ユニット(40)に戻る。この室外ユニット(40)に戻った液冷媒は各室外膨張弁(47,48)で減圧し、各室外熱交換器(45,46)で外気と熱交換を行って蒸発した後、室外四路切換弁(43,44)を経て各室外圧縮機(41,42)に吸入される。このような冷媒循環動作が熱源側冷媒回路(70)で行われる。このようにして、室内空調ユニット(30)は、室外ユニット(40)との間で単段の冷凍サイクルを行うことで室内の暖房を行う。
【００５３】
各ショーケース(10,20)の利用側冷媒回路(11,21)では、図３に矢印で示すように、ショーケース圧縮機(12,22)から吐出した冷媒が、室外四路切換弁(13,23)を経てショーケース熱交換器(15,25)に流入し、このショーケース熱交換器(15,25)の着霜を融解して凝縮する。この凝縮した冷媒は、膨張弁(14,24)で減圧した後、カスケード型熱交換器(50,60)に流入し、熱源側冷媒回路(70)の冷媒と熱交換を行って蒸発する。この蒸発したガス冷媒は、四路切換弁(13,23)を経てショーケース圧縮機(12,22)に吸入される。このような冷媒循環動作が利用側冷媒回路(11,21)において行われる。このようにして、冷凍ショーケース(10)、冷蔵ショーケース(20)では、室外ユニット(40)との間で二元冷凍サイクルを行うことでショーケース熱交換器(15,25)の着霜を融解する。
【００５４】
以上が第２モードの運転動作である。
【００５５】
（第３モードの運転動作）
第３モードの運転では、熱源側冷媒回路(70)での冷媒循環動作により、室外熱交換器(46)及び冷凍ショーケース(10)のカスケード型熱交換器(50)で得た冷熱を冷蔵ショーケース(20)のカスケード型熱交換器(60)及び室内熱交換器(31)に搬送する。これにより、室内の冷房を行う。更に、冷凍ショーケース(10)では、利用側冷媒回路(11)での冷媒循環動作により、カスケード型熱交換器(50)で得た温熱をショーケース熱交換器(15)に搬送して該ショーケース熱交換器(15)の着霜を融解する。また、冷蔵ショーケース(20)では、利用側冷媒回路(21)での冷媒循環動作により、カスケード型熱交換器(60)で得た冷熱をショーケース熱交換器(25)に搬送している。これにより、冷蔵ショーケース(20)の冷却を行う。以下、この第３モードの運転動作について詳述する。
【００５６】
この第３モードの運転では、室外ユニット(40)の一方（図４における下側）の室外四路切換弁(44)が図中実線で示す状態になる。冷凍ショーケース(10)の四路切換弁(13)は図中破線で示す状態になる。また、冷蔵ショーケース(20)の四路切換弁(23)は図中実線で示す状態になる。冷凍ショーケース(10)の三方弁(52)は、カスケード型熱交換器(50)のガス側を、高圧ガス配管(LG-H)を介して室外圧縮機(41,42)の吐出側に接続する切り換え状態となる。冷蔵ショーケース(20)の三方弁(62)は、カスケード型熱交換器(60)のガス側を、低圧ガス配管(LG-L)を介して室外圧縮機(41,42)の吸入側に接続する切り換え状態となる。また、室内空調ユニット(30)に繋がる三方弁(33)は、室内熱交換器(31)のガス側を、低圧ガス配管(LG-L)を介して室外圧縮機(41,42)の吸入側に連通する切り換え状態となる。更に、室外ユニット(40)の一方（図４における上側）の室外膨張弁(47)は閉鎖し、その他の膨張弁(14,24,32,48,51,61)は所定開度に調整される。
【００５７】
この状態で、各圧縮機(12,22,41,42)が駆動する。図４に矢印で示すように、熱源側冷媒回路(70)では、各室外圧縮機(41,42)から吐出した冷媒の一部が高圧ガス配管(LG-H)の分岐管(LG-H1)を経て冷凍ショーケース(10)に流入する。この冷凍ショーケース(10)に流入したガス冷媒は、三方弁(52)を経てカスケード型熱交換器(50)に流入し、該カスケード型熱交換器(50)において利用側冷媒回路(11)の冷媒と熱交換を行って凝縮する。この際、利用側冷媒回路(11)の冷媒には温熱が与えられる。この凝縮した液冷媒は、液配管(LL)に流出する。
【００５８】
一方、各室外圧縮機(41,42)から吐出した他の冷媒は、室外四路切換弁(44)を経て室外熱交換器(46)に流入し、外気と熱交換を行って凝縮し、液配管(LL)を流れる。
【００５９】
これらカスケード型熱交換器(50)及び室外熱交換器(46)で凝縮した液冷媒は、液配管(LL)において合流し、該液配管(LL)の各分岐管(LL2,LL3)を経て冷蔵ショーケース(20)及び室内空調ユニット(30)に流入する。
【００６０】
室内空調ユニット(30)に流入した液冷媒は、膨張弁(32)で減圧し、室内熱交換器(31)で室内空気と熱交換を行って蒸発する。この際、室内空気に冷熱が与えられる。具体的には、室内空気が例えば２５℃まで冷却される。
【００６１】
一方、冷蔵ショーケース(20)に流入した液冷媒は、膨張弁(61)で減圧した後、カスケード型熱交換器(60)において利用側冷媒回路(21)の冷媒と熱交換を行って蒸発する。この際、利用側冷媒回路(21)の冷媒には冷熱が与えられる。このカスケード型熱交換器(60)で蒸発したガス冷媒は、三方弁(62)を経た後、上記室内熱交換器(31)で蒸発したガス冷媒と合流する。これら合流したガス冷媒は、低圧ガス配管(LG-L)を経て各室外圧縮機(41,42)に吸入される。このような冷媒循環動作が熱源側冷媒回路(70)で行われる。このようにして、室内空調ユニット(30)は、室外ユニット(40)との間で単段の冷凍サイクルを行うことで室内の冷房を行う。
【００６２】
冷凍ショーケース(10)の利用側冷媒回路(11)では、図４に矢印で示すように、上述した第２モードの運転動作の場合と同様に冷媒が循環してショーケース熱交換器(15)の着霜を融解する。
【００６３】
冷蔵ショーケース(20)の利用側冷媒回路(21)では、図４に矢印で示すように、上述した第１モードの運転動作の場合と同様に冷媒が循環して比較的低温度の冷熱を得る。
【００６４】
以上が第３モードの運転動作である。本第３モードの運転動作では、冷凍ショーケース(10)で得た冷熱を、冷蔵ショーケース(20)での冷却や室内空調ユニット(30)での冷房に利用している。このため、利用側の各ユニット(10,20,30)と室外熱交換器(45,46)との間で全ての熱を授受させる必要はない。そのため、室外圧縮機(41,42)の容量を抑えることが可能である。具体的には、例えば容量可変型の一方の圧縮機(42)の運転周波数を最高周波数の半分程度に設定する。
【００６５】
（第４モードの運転動作）
第４モードの運転では、熱源側冷媒回路(70)での冷媒循環動作により、室外熱交換器(45)及び冷凍ショーケース(10)のカスケード型熱交換器(50)で得た温熱を冷蔵ショーケース(20)のカスケード型熱交換器(60)及び室内熱交換器(31)に搬送する。これにより、室内の暖房を行う。更に、冷凍ショーケース(10)では、利用側冷媒回路(11)での冷媒循環動作により、カスケード型熱交換器(50)で得た冷熱をショーケース熱交換器(15)に搬送している。これにより、冷凍ショーケース(10)の冷却を行う。また、冷蔵ショーケース(20)では、利用側冷媒回路(21)での冷媒循環動作により、カスケード型熱交換器(60)で得た温熱をショーケース熱交換器(25)に搬送して該ショーケース熱交換器(25)の着霜を融解する。以下、この第４モードの運転動作について詳述する。
【００６６】
この第４モードの運転では、室外ユニット(40)の一方（図４における上側）の室外四路切換弁(43)が図中破線で示す状態になる。冷凍ショーケース(10)の四路切換弁(13)は図中実線で示す状態になる。また、冷蔵ショーケース(20)の四路切換弁(23)は図中破線で示す状態になる。冷凍ショーケース(10)の三方弁(52)は、カスケード型熱交換器(50)のガス側を、低圧ガス配管(LG-L)を介して室外圧縮機(41,42)の吸入側に接続する切り換え状態となる。冷蔵ショーケース(20)の三方弁(62)は、カスケード型熱交換器(60)のガス側を、高圧ガス配管(LG-H)を介して室外圧縮機(41,42)の吐出側に接続する切り換え状態となる。また、室内空調ユニット(30)に繋がる三方弁(33)は、室内熱交換器(31)のガス側を、高圧ガス配管(LG-H)を介して室外圧縮機(41,42)の吐出側に連通する切り換え状態となる。更に、室外ユニット(40)の一方（図４における下側）の室外膨張弁(48)は閉鎖し、その他の膨張弁(14,24,32,47,51,61)は所定開度に調整される。
【００６７】
この状態で、各圧縮機(12,22,41,42)が駆動する。図５に矢印で示すように、熱源側冷媒回路(70)では、各室外圧縮機(41,42)から吐出した冷媒が高圧ガス配管(LG-H)の分岐管(LG-H2,LG-H3)を経て冷蔵ショーケース(10)及び室内空調ユニット(30)に流入する。冷蔵ショーケース(20)に流入したガス冷媒は、三方弁(62)を経てカスケード型熱交換器(60)に流入し、該カスケード型熱交換器(60)において利用側冷媒回路(21)の冷媒と熱交換を行って凝縮する。この際、利用側冷媒回路(21)の冷媒には温熱が与えられる。この凝縮した液冷媒は、液配管(LL)に流出する。
【００６８】
また、室内空調ユニット(30)に流入したガス冷媒は、三方弁(33)を経て室内熱交換器(31)に流入する。この室内熱交換器(31)に流入したガス冷媒は、室内空気と熱交換を行って凝縮する。この際、室内空気に温熱が与えられる。
【００６９】
これらカスケード型熱交換器(60)及び室内熱交換器(31)で凝縮した液冷媒は、液配管(LL)において合流し、その一部が冷凍ショーケース(10)に流入し、他が室外ユニット(40)に流入する。
【００７０】
冷凍ショーケース(10)に流入した液冷媒は、膨張弁(51)で減圧した後、カスケード型熱交換器(50)において利用側冷媒回路(11)の冷媒と熱交換を行って蒸発する。この際、利用側冷媒回路(11)の冷媒には冷熱が与えられる。このカスケード型熱交換器(50)で蒸発したガス冷媒は、三方弁(52)を経た後、室外ユニット(40)に戻る。
【００７１】
一方、室外ユニット(40)に流入した上記ガス冷媒は、室外膨張弁(47)で減圧した後、室外熱交換器(45)において外気と熱交換を行って蒸発する。この蒸発したガス冷媒は、室外四路切換弁(43)を経た後、上記カスケード型熱交換器(50)で蒸発したガス冷媒と合流して各室外圧縮機(41,42)に吸入される。このような冷媒循環動作が熱源側冷媒回路(70)で行われる。このようにして、室内空調ユニット(30)は、室外ユニット(40)との間で単段の冷凍サイクルを行うことで室内の暖房を行う。
【００７２】
冷蔵ショーケース(20)の利用側冷媒回路(21)では、図５に矢印で示すように、上述した第２モードの運転動作の場合と同様に冷媒が循環してショーケース熱交換器(25)の着霜を融解する。
【００７３】
冷凍ショーケース(10)の利用側冷媒回路(11)では、図４に矢印で示すように、上述した第１モードの運転動作の場合と同様に冷媒が循環して比較的低温度の冷熱を得る。
【００７４】
以上が第４モードの運転動作である。本第４モードの運転動作では、冷蔵ショーケース(20)及び室内空調ユニット(30)で得た冷熱を、冷凍ショーケース(10)での冷却に利用している。このため、利用側の各ユニット(10,20,30)と室外熱交換器(45,46)との間で全ての熱を授受させる必要はない。そのため、上述した第３モードの運転動作の場合と同様に、室外圧縮機(41,42)の容量を抑えることが可能である。
【００７５】
（第５モードの運転動作）
第５モードの運転では、熱源側冷媒回路(70)での冷媒循環動作により、各ショーケース(10,20)のカスケード型熱交換器(50,60)で得た冷熱を室内熱交換器(31)に搬送する。これにより、室内の冷房を行う。更に、各ショーケース(10,20)では、利用側冷媒回路(11,21)での冷媒循環動作により、カスケード型熱交換器(50,60)で得た温熱をショーケース熱交換器(15,25)に搬送して該ショーケース熱交換器(15,25)の着霜を融解する。以下、この第５モードの運転動作について詳述する。尚、本説明では、カスケード型熱交換器(50,60)で得た冷熱量と室内熱交換器(31)での吸熱量とが略等しい場合について説明する。つまり、このカスケード型熱交換器(50,60)と室内熱交換器(31)との間で熱の収支がバランスしている状態について説明する。このため、本動作では、室外熱交換器(45,46)は使用せず、また、一方の圧縮機(42)を停止した状態で行う。
【００７６】
この第５モードの運転では、各ショーケース(10,20)の四路切換弁(13,23)は図中破線で示す状態になる。各ショーケース(10,20)の三方弁(52,62)は、カスケード型熱交換器(50,60)のガス側を、高圧ガス配管(LG-H)を介して室外圧縮機(41,42)の吐出側に接続する切り換え状態となる。また、室内空調ユニット(30)に繋がる三方弁(33)は、室内熱交換器(31)のガス側を、低圧ガス配管(LG-L)を介して室外圧縮機(41,42)の吸入側に連通する切り換え状態となる。更に、室外ユニット(40)の各室外膨張弁(47,48)は共に閉鎖し、その他の膨張弁(14,24,32,51,61)は所定開度にされる。
【００７７】
この状態で、各圧縮機(12,22,41)が駆動する。図６に矢印で示すように、熱源側冷媒回路(70)では、各室外圧縮機(41)から吐出した冷媒が高圧ガス配管(LG-H)の分岐管(LG-H1,LG-H2)を経て各ショーケース(10,20)に流入する。この各ショーケース(10,20)に流入したガス冷媒は、三方弁(52,62)を経てカスケード型熱交換器(50,60)に流入し、該カスケード型熱交換器(50,60)において利用側冷媒回路(11,21)の冷媒と熱交換を行って凝縮する。この際、利用側冷媒回路(11,21)の冷媒には温熱が与えられる。これらカスケード型熱交換器(50,60)で凝縮した液冷媒は、液配管(LL)において合流し、該液配管(LL)の分岐管(LL3)を経て室内空調ユニット(30)に流入する。
【００７８】
室内空調ユニット(30)に流入した液冷媒は、膨張弁(32)で減圧し、室内熱交換器(31)で室内空気と熱交換を行って蒸発する。この際、室内空気に冷熱が与えられる。
【００７９】
このような冷媒循環動作が熱源側冷媒回路(70)で行われる。このようにして、室内空調ユニット(30)は、室外ユニット(40)との間で単段の冷凍サイクルを行うことで室内の冷房を行う。
【００８０】
各ショーケース(10,20)の利用側冷媒回路(11,21)では、図６に矢印で示すように、上述した第２モードの運転動作の場合と同様に冷媒が循環してショーケース熱交換器(15,25)の着霜を融解する。
【００８１】
以上が第５モードの運転動作である。本第５モードの運転動作では、カスケード型熱交換器(50,60)と室内熱交換器(31)との間で熱の収支がバランスしている。このため、一方の圧縮機(42)を停止した状態であっても室内の冷房及びショーケース熱交換器(15,25)の除霜が可能である。その結果、入力電力が低減でき、ランニングコストの削減が図れる。
【００８２】
（第６モードの運転動作）
第６モードの運転では、熱源側冷媒回路(70)での冷媒循環動作により、室内の冷房により室内熱交換器(31)で得た冷熱を各ショーケース(10,20)のカスケード型熱交換器(50,60)に搬送する。更に、各ショーケース(10,20)では、利用側冷媒回路(11,21)での冷媒循環動作により、カスケード型熱交換器(50,60)で得た冷熱をショーケース熱交換器(15,25)に搬送して該ショーケース熱交換器(15,25)の冷却を行う。以下、この第６モードの運転動作について詳述する。尚、本説明では、室内熱交換器(31)での放熱量とカスケード型熱交換器(50,60)での吸熱量とが略等しい場合について説明する。つまり、このカスケード型熱交換器(50,60)と室内熱交換器(31)との間で熱の収支がバランスしている状態について説明する。このため、本動作においても、室外熱交換器(45,46)は使用せず、また、一方の圧縮機(42)を停止した状態で行う。
【００８３】
この第６モードの運転では、各ショーケース(10,20)の四路切換弁(13,23)は図中実線で示す状態になる。各ショーケース(10,20)の三方弁(52,62)は、カスケード型熱交換器(50,60)のガス側を、低圧ガス配管(LG-L)を介して室外圧縮機(41,42)の吸入側に接続する切り換え状態となる。また、室内空調ユニット(30)に繋がる三方弁(33)は、室内熱交換器(31)のガス側を、高圧ガス配管(LG-H)を介して室外圧縮機(41,42)の吐出側に連通する切り換え状態となる。更に、室外ユニット(40)の各室外膨張弁(47,48)は共に閉鎖し、その他の膨張弁(14,24,32,51,61)は所定開度にされる。
【００８４】
この状態で、各圧縮機(12,22,41)が駆動する。図７に矢印で示すように、熱源側冷媒回路(70)では、各室外圧縮機(41)から吐出した冷媒が高圧ガス配管(LG-H)の分岐管(LG-H3)を経て室内空調ユニット(30)に流入する。この室内空調ユニット(30)に流入したガス冷媒は、室内熱交換器(31)に流入し、該室内熱交換器(31)で室内空気と熱交換を行って凝縮する。この際、室内空気に温熱が与えられる。
【００８５】
室内熱交換器(31)で凝縮した液冷媒は、液配管(LL)の各分岐管(LL1,LL2)を経て各ショーケース(10,20)に流入する。この各ショーケース(10,20)に流入した液冷媒は、膨張弁(51,61)で減圧した後、カスケード型熱交換器(50,60)において利用側冷媒回路(11,21)の冷媒と熱交換を行って蒸発する。この際、利用側冷媒回路(11,21)の冷媒には冷熱が与えられる。これらカスケード型熱交換器(50,60)で蒸発したガス冷媒は、三方弁(52,62)を経た後、合流する。この合流したガス冷媒は、低圧ガス配管(LG-L)を経て各室外圧縮機(41,42)に吸入される。このような冷媒循環動作が熱源側冷媒回路(70)で行われる。このようにして、室内空調ユニット(30)は、室外ユニット(40)との間で単段の冷凍サイクルを行うことで室内の暖房を行う。
【００８６】
各ショーケース(10,20)の利用側冷媒回路(11,21)では、図７に矢印で示すように、上述した第１モードの運転動作の場合と同様に冷媒が循環して比較的低温度の冷熱を得る。
【００８７】
以上が第６モードの運転動作である。本第６モードの運転動作においても、カスケード型熱交換器(50,60)と室内熱交換器(31)との間で熱の収支がバランスしている。このため、一方の圧縮機(42)を停止した状態であっても室内の冷房及びショーケース熱交換器(15,25)の除霜が可能である。その結果、入力電力が低減でき、ランニングコストの削減が図れる。
【００８８】
−実施形態の効果−
以上説明したように、本形態では、各ショーケース(10,20)の冷却動作及び除霜動作、一般空調室内の冷暖房動作を、個々のショーケース(10,20)及び室内空調ユニット(30)において個別に行うことが可能である。つまり、それぞれが個別に要求する冷熱及び温熱を、その要求に応じて供給することが可能である。従って、１つの冷凍システムで、各ショーケース(10,20)及び一般空調室の要求に応じた冷熱及び温熱を得ることができ、冷凍装置の実用性の向上を図ることができる。また、上述した第３〜第６モードの運転動作では、各ショーケース(10,20)のカスケード熱交換器(50,60)同士の間や、これらカスケード熱交換器(50,60)と室内熱交換器(31)との間で熱の授受を行っているため、廃熱を有効に利用することができる。その結果、圧縮機(41,42)の運転容量を抑えることができ、省エネルギ性の向上及びそれに伴うランニングコストの削減を図ることができる。
【００８９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、以下のような効果が発揮される。請求項１記載の発明では、多元冷凍サイクルの熱源側冷媒と利用側冷媒とを熱交換させる複数のカスケード型熱交換器(50,60)を備えた冷凍装置に対し、個々のカスケード型熱交換器(50,60)に対して、高圧ガス配管(LG-H)、低圧ガス配管(LG-L)、液配管(LL)を選択的に連通可能な構成とする。そして、これら配管(LG-H,LG-L,LL)の連通状態を選択することで、個々のカスケード型熱交換器(50,60)での熱交換状態が個別に得られるようにしている。また、請求項２記載の発明では、熱源側冷媒回路(70)との間で多元冷凍サイクルを行う利用側冷媒回路(11)における冷媒循環動作と、熱源側冷媒回路(70)の利用側熱交換器(31)での熱交換動作とを個別に調整できるようにしている。このため、１つの冷凍システムで、各利用側冷媒回路(11,21)や利用側熱交換器(31)の要求に応じた冷熱及び温熱を得ることができ、冷凍装置の実用性の向上を図ることができる。
【００９０】
また、各利用側ユニット(10,20,30)同士の間で熱の授受を行うようにした場合には、廃熱を有効に利用することができる。その結果、各利用側ユニット(10,20,30)に与えるための熱源側冷媒に必要な熱量を抑えることができ、省エネルギ性の向上及びそれに伴うランニングコストの削減を図ることができる。
【００９１】
また、配管(LG-H,LG-L,LL)の連通状態を切り換える切換手段(52,62,33)を三方弁で構成した場合には、比較的簡単な構成及び制御動作で各利用側冷媒回路(11,21)や利用側熱交換器(31)の要求に応じた冷熱及び温熱を得ることが可能になる。
【００９２】
更に、本発明に係る冷凍装置を、スーパマーケットに備えられた食品陳列用のショーケース(10,20)に適用すると共に室内空調用として使用した場合には、ショーケース(10,20)の冷却と除霜、室内の冷暖房を個別に行うことができ、食品の鮮度の維持、室内の快適性を１つの冷凍システムで確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態に係る冷凍装置の冷媒配管系統図である。
【図２】 第１モードの運転動作を説明するための図である。
【図３】 第２モードの運転動作を説明するための図である。
【図４】 第３モードの運転動作を説明するための図である。
【図５】 第４モードの運転動作を説明するための図である。
【図６】 第５モードの運転動作を説明するための図である。
【図７】 第６モードの運転動作を説明するための図である。
【符号の説明】
(10) 冷凍ショーケース
(20) 冷蔵ショーケース
(11,21) 利用側冷媒回路
(15,25) ショーケース熱交換器
(31) 室内熱交換器（一般空調用熱交換器）
(33) 三方弁（第３切換手段）
(41,42) 室外圧縮機
(43,44) 室外四路切換弁（第１切換手段）
(45,46) 室外熱交換器（熱源側熱交換器）
(50,60) カスケード型熱交換器
(52,62) 三方弁（第２切換手段）
(70) 熱源側冷媒回路
(LG-H) 高圧ガス配管
(LG-L) 低圧ガス配管
(LL) 液配管
(LG-H1〜LL3)分岐配管
Claims (6)
- 複数のカスケード型熱交換器(50,60)を有する熱源側冷媒回路(70)と、各カスケード型熱交換器(50,60)に対応した複数の利用側冷媒回路(11,21)とを備え、
上記熱源側冷媒回路(70)は、圧縮機(41,42)と、第１切換手段(43,44)により圧縮機(41,42)の吐出側に連通する状態と吸入側に連通する状態とが切り換えられる熱源側熱交換器(45,46)とを備え、
上記圧縮機(41,42)の吐出側と第１切換手段(43,44)との間には高圧ガス配管(LG-H)の一端が接続し、圧縮機(41,42)の吸入側と第１切換手段(43,44)との間には低圧ガス配管(LG-L)の一端が接続し、熱源側熱交換器(45,46)の液側には液配管(LL)の一端が接続しており、
上記各配管(LG-H),(LG-L),(LL)の他端側はそれぞれ分岐配管(LG-H1,LG-H2),(LG-L1,LG-L2),(LL1,LL2)に分岐していて、
上記各カスケード型熱交換器(50,60)のうちの１つは、一端側が液配管(LL)の各分岐配管(LL1,LL2)のうちの１つに接続し、各カスケード型熱交換器(50,60)のうちの他の１つは、一端側が液配管(LL)の各分岐配管(LL1,LL2)のうちの他の１つに接続している一方、
上記各カスケード型熱交換器(50,60)のうちの１つは、他端側が第２切換手段(52)により高圧ガス配管(LG-H)の各分岐配管(LG-H1,LG-H2)のうちの１つに連通する状態と低圧ガス配管(LG-L)の各分岐配管(LG-L1,LG-L2)のうちの１つに連通する状態とに切り換えられ、各カスケード型熱交換器(50,60)のうちの他の１つは、他端側が第２切換手段(62)により高圧ガス配管(LG-H)の各分岐配管(LG-H1,LG-H2)のうちの他の１つに連通する状態と低圧ガス配管(LG-L)の各分岐配管(LG-L1,LG-L2)のうちの他の１つに連通する状態とに切り換えられるようになっており、
上記熱源側冷媒回路(70)を循環する熱源側冷媒と各利用側冷媒回路(11,21)を循環する利用側冷媒とが各カスケード型熱交換器(50,60)において熱交換して多元冷凍サイクルを行うことを特徴とする冷凍装置。 - カスケード型熱交換器(50)を有する熱源側冷媒回路(70)と、利用側冷媒回路(11)とを備え、
上記熱源側冷媒回路(70)は、圧縮機(41,42)と、第１切換手段(43,44)により圧縮機(41,42)の吐出側に連通する状態と吸入側に連通する状態とが切り換えられる熱源側熱交換器(45,46)とを備え、
上記圧縮機(41,42)の吐出側と第１切換手段(43,44)との間には高圧ガス配管(LG-H)の一端が接続し、圧縮機(41,42)の吸入側と第１切換手段(43,44)との間には低圧ガス配管(LG-L)の一端が接続し、熱源側熱交換器(45,46)の液側には液配管(LL)の一端が接続しており、
上記各配管(LG-H),(LG-L),(LL)の他端側はそれぞれ分岐配管(LG-H1,LG-H3),(LG-L1,LG-L3),(LL1,LL3)に分岐していて、
上記カスケード型熱交換器(50)は、一端側が液配管(LL)の各分岐配管(LL1,LL3)のうちの１つに接続する一方、他端側が第２切換手段(52)により高圧ガス配管(LG-H)の各分岐配管(LG-H1,LG-H3)のうちの１つに連通する状態と低圧ガス配管(LG-L)の各分岐配管(LG-L1,LG-L3)のうちの１つに連通する状態とに切り換えられるようになっており、
上記熱源側冷媒回路(70)を循環する熱源側冷媒と利用側冷媒回路(11)を循環する利用側冷媒とがカスケード型熱交換器(50)において熱交換して多元冷凍サイクルを行う一方、
一端側が液配管(LL)の各分岐配管(LL1,LL3)のうちの他の１つに接続する一方、他端側が第３切換手段(33)により高圧ガス配管(LG-H)の各分岐配管(LG-H1,LG-H3)のうちの他の１つに連通する状態と低圧ガス配管(LG-L)の各分岐配管(LG-L1,LG-L3)のうちの他の１つに連通する状態とに切り換えられる利用側熱交換器(31)を備えていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項１または２記載の冷凍装置において、
第２切換手段(52,62)は、高圧ガス配管(LG-H)の分岐配管(LG-H1,LG-H2)、低圧ガス配管(LG-L)の分岐配管(LG-L1,LG-L2)、カスケード型熱交換器(50,60)のガス側にそれぞれ接続した三方弁(52,62)であることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項２記載の冷凍装置において、
第３切換手段(33)は、高圧ガス配管(LG-H)の分岐配管(LG-H3)、低圧ガス配管(LG-L)の分岐配管(LG-L3)、利用側熱交換器(31)のガス側にそれぞれ接続した三方弁(33)であることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項２記載の冷凍装置において、
利用側冷媒回路(11)は、スーパマーケットに備えられた食品陳列用のショーケース(10)に備えられた蒸気圧縮式の冷凍サイクルであり、ショーケース熱交換器(15)で蒸発する冷媒によりショーケース内空間を冷却するようになっており、
利用側熱交換器(31)はスーパマーケットの室内空調用の熱交換器(31)であることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項５記載の冷凍装置において、
第２切換手段(52)は、ショーケース熱交換器(15)の着霜を融解する際に、カスケード型熱交換器(50)の他端側を高圧ガス配管(LG-H)の分岐配管(LG-H1)に連通することを特徴とする冷凍装置。
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