JP4123255B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍装置に関し、特に、空調系統と冷却系統とを有する冷媒回路を備えた冷凍装置において、各系統の能力を向上させる対策に係るものである。

従来より、冷凍サイクルを行う冷凍装置はよく知られている。この冷凍装置は、特許文献１に開示されているように、室内を冷暖房する空調機、又は食品等を貯蔵する冷蔵庫や冷凍庫、ショーケース等の冷却機として広く利用されている。この冷凍装置には、冷蔵および冷凍を行うもの、或いは、これに加えて空調をも行うもの等がある。

上記冷凍装置は、例えばコンビニエンスストア等に設置される。この冷凍装置には、圧縮機と凝縮器とショーケース内の蒸発器とが接続されてなる空調用、冷蔵用および冷凍用のそれぞれの冷媒回路が形成されている。これらの冷媒回路で蒸気圧縮式冷凍サイクルを行うことによって、室内を冷暖房する一方、冷蔵用および冷凍用のショーケース内を冷却している。
特開２０００−４６４１９号公報

ところで、室内を空調する空調系統と、庫内を冷却する冷却系統とが接続された冷媒回路を備えた冷凍装置においては、例えば空調系統の低圧が冷却系統の低圧よりも高いので、空調運転時に空調用圧縮機が冷却系統の冷媒を吸入することはできない。このため、例えば庫内の冷却系統の負荷が増大して、その負荷の増大に応じて冷却系統の冷却能力の不足を空調系統の冷凍能力により補おうとしても、それができないという問題があった。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので、その目的は、空調系統の圧縮機構と冷却系統の圧縮機構とを用いて空調および冷却の両方を行う冷凍装置において、冷媒回路の構成を改良することで、一方の系統の圧縮機構により他方の系統の冷凍能力を支援できるようにすることにある。

具体的には、第１の発明では、冷却用圧縮機構(2A)、空調用圧縮機構(2B)および熱源側熱交換器(4)を有する熱源系統に、室内を空調する室内熱交換器(41)を有する空調系統と、庫内を冷却する冷却熱交換器(45)を有する冷却系統とが接続された冷媒回路(1D)を備えている。

更に、第１の発明では、上記冷却用圧縮機構(2A)と空調用圧縮機構(2B)の吐出側が合流した高圧ガス管(8)は、熱源側熱交換器(4)と室内熱交換器(41)のガス側とに切換自在に接続され、上記冷却用圧縮機構(2A)の吸入側は、該冷却用圧縮機構(2A)の吸入側が冷却熱交換器(45)のガス側に接続された状態と、冷却用圧縮機構(2A)の吸入側が冷却熱交換器(45)のガス側と空調用圧縮機構(2B)の吸入側との双方に接続された状態とに切り換わり、上記空調用圧縮機構(2B)の吸入側は、熱源側熱交換器(4)と室内熱交換器(41)のガス側とに切換自在に接続され、上記熱源側熱交換器(4)と室内熱交換器(41)と冷却熱交換器(45)の液側は、液管(10)に接続された冷凍装置が対象である。

そして、上記空調系統および冷却系統の液管(10)の液冷媒が流れる１次側、および上記液管(10)の液冷媒が分岐して流れる２次側を有していて、上記１次側の液冷媒を２次側の分岐冷媒の蒸発により過冷却する過冷却熱交換器(81)と、この過冷却熱交換器(81)の分岐冷媒を上記空調用圧縮機構(2B)の吸入側に供給する過冷却通路(82)とを設け、上記冷却系統の負荷が所定よりも増大したときに、上記過冷却通路(82)を開くように構成する。

この構成により、冷却系統の負荷が所定よりも大きいときに、過冷却通路(82)が開いて、過冷却熱交換器(81)の１次側を流れる空調系統および冷却系統の液管(10)の液冷媒が、液管(10)から分岐して２次側を流れる分岐冷媒の蒸発により過冷却され、この過冷却熱交換器(81)の２次側を出た分岐冷媒は過冷却通路(82)を経て空調用圧縮機構(2B)に吸入される。こうして、空調用圧縮機構(2B)が分岐冷媒を吸入することで、空調系統の冷媒循環量が低下して、その冷凍能力が減るが、冷却系統の冷却熱交換器(45)に流れる液冷媒が過冷却熱交換器(81)により過冷却された分だけ、その冷却系統の冷凍能力が増大する。よって空調用圧縮機構(2B)により冷却系統の冷凍能力が支援される。

第２の発明では、冷却用圧縮機構(2A)、空調用圧縮機構(2B)および熱源側熱交換器(4)を有する熱源系統に、室内を空調する室内熱交換器(41)を有する空調系統と、庫内を冷却する冷却熱交換器(45)を有する冷却系統とが接続された冷媒回路(1D)を備えている。

更に、第２の発明では、上記冷却用圧縮機構(2A)と空調用圧縮機構(2B)の吐出側が合流した高圧ガス管(8)は、熱源側熱交換器(4)と室内熱交換器(41)のガス側とに切換自在に接続され、上記冷却用圧縮機構(2A)の吸入側は、該冷却用圧縮機構(2A)の吸入側が冷却熱交換器(45)のガス側に接続された状態と、冷却用圧縮機構(2A)の吸入側が冷却熱交換器(45)のガス側と空調用圧縮機構(2B)の吸入側との双方に接続された状態とに切り換わり、上記空調用圧縮機構(2B)の吸入側は、熱源側熱交換器(4)と室内熱交換器(41)のガス側とに切換自在に接続され、上記熱源側熱交換器(4)と室内熱交換器(41)と冷却熱交換器(45)の液側は、液管(10)に接続された冷凍装置が対象である。

そして、上記空調系統および冷却系統の液管(10)の液冷媒が流れる１次側、および上記液管(10)の液冷媒が分岐して流れる２次側を有していて、上記１次側の液冷媒を２次側の分岐冷媒の蒸発により過冷却する過冷却熱交換器(81)と、この過冷却熱交換器(81)の分岐冷媒を上記空調用圧縮機構(2B)の吸入側に供給する過冷却通路(82)と、上記冷却用圧縮機構(2A)が空調用圧縮機構(2B)への吸入冷媒を吸入する状態又は吸入しない状態に切換可能な切換手段(3C)とを設け、上記空調系統の負荷が所定よりも増大したときに、上記過冷却通路(82)を閉じ、かつ上記切換手段(3C)を冷却用圧縮機構(2A)が空調用圧縮機構(2B)の吸入冷媒を吸入するように切り換える構成とする。

この構成により、空調系統の負荷が所定よりも大きいときに、過冷却通路(82)が閉じられて過冷却熱交換器(81)による過冷却の機能が停止する。そして、冷却用圧縮機構(2A)に空調用圧縮機構(2B)への吸入冷媒を吸入させることにより、空調系統の冷媒循環量が増大してその空調系統の冷凍能力が増大する。よって冷却用圧縮機構(2A)により空調系統の冷凍能力が支援される。

第３の発明では、上記第１の発明において、上記冷却用圧縮機構(2A)が空調用圧縮機構(2B)への吸入冷媒を吸入する状態又は吸入しない状態に切換可能な切換手段(3C)をさらに設け、上記空調系統の負荷が所定よりも増大したときに、上記過冷却通路(82)を閉じ、かつ上記切換手段(3C)を冷却用圧縮機構(2A)が空調用圧縮機構(2B)の吸入冷媒を吸入するように切り換える構成とする。

この発明によると、空調系統の負荷が所定よりも大きくなると、過冷却通路(82)が閉じられて上記過冷却熱交換器(81)による液冷媒の過冷却が停止されるとともに、切換手段(3C)が切り換えられて冷却用圧縮機構(2A)に空調用圧縮機構(2B)への吸入冷媒が吸入される。このことで、冷却系統の冷媒循環量が減ってその冷凍能力が減るが、空調系統の冷媒循環量は増えてその冷凍能力が増大するようになり、よって冷却用圧縮機構(2A)により空調系統の冷凍能力が支援される。

第４の発明では、上記第１または第３の発明において、上記過冷却通路(82)の開閉可能な流量調整手段(84)と、上記冷却系統の負荷が所定よりも増大したときに、上記流量調整手段(84)を開くように制御する制御手段(70)とを設ける。

この構成により、冷却系統の負荷が所定よりも大きいときに、制御手段(70)により流量調整手段(84)が開いて、過冷却熱交換器(81)の１次側を流れる空調系統および冷却系統の液冷媒が２次側の分岐冷媒により過冷却され、この過冷却熱交換器(81)の２次側を出た分岐冷媒は過冷却通路(82)を経て空調用圧縮機構(2B)に吸入される。よって、この発明でも空調用圧縮機構(2B)により冷却系統の冷凍能力が支援される。

以上説明したように、第１または第４の発明によれば、空調系統および冷却系統の共通の液管に、その液管を流れる液冷媒を同じ液管から分岐した分岐冷媒の蒸発により過冷却する過冷却熱交換器を設け、冷却系統の負荷が所定よりも大きくなったときに過冷却熱交換器により液冷媒を過冷却し、分岐冷媒を空調用圧縮機構に吸入させるようにしたことにより、冷却系統の冷却熱交換器に流れる液冷媒の過冷却分だけ、その冷却系統の冷凍能力を増大させることができ、よって、空調用圧縮機構および冷却用圧縮機構が専用に設けられた冷媒回路であっても、空調用圧縮機構により冷却系統の冷凍能力を支援することができる。

また、第２または第３の発明によると、空調系統の負荷が所定よりも大きいときに過冷却熱交換器による過冷却の機能を停止するとともに、冷却用圧縮機構に空調用圧縮機構への吸入冷媒を吸入させるようにしたことにより、空調系統の冷媒循環量の増大させてその冷凍能力を増大させることができ、よって冷却用圧縮機構により空調系統の冷凍能力を支援することができる。

以下、本発明の最良の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

図１〜図３に示すように、本実施形態に係る冷凍装置(1)は、コンビニエンスストアに設けられ、ショーケース（庫内）の冷却と店内（室内）の冷暖房とを行うためのものである。

上記冷凍装置(1)は、熱源側である室外ユニット(1A)と、利用側である室内ユニット(1B)および冷蔵ユニット(1C)とを有し、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路(1D)を備えている。この冷媒回路(1D)は、室外ユニット(1A)の熱源系統に冷蔵用の冷却系統が接続されて成る第１系統側回路と、室外ユニット(1A)の熱源系統に空調用の空調系統が接続されて成る第２系統側回路とを備えている。また、上記冷媒回路(1D)は、冷房サイクルと暖房サイクルとに切り換わるように構成されている。

上記室内ユニット(1B)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、例えば売場等に設置される。また、上記冷蔵ユニット(1C)は、冷蔵用のショーケースに設置されて該ショーケースの庫内空気を冷却する。

（室外ユニット）
上記室外ユニット(1A)は、冷却用圧縮機構としてのインバータ圧縮機(2A)と、空調用圧縮機構としてのノンインバータ圧縮機(2B)とを備えるとともに、第１四路切換弁(3A)、第２四路切換弁(3B)および第３四路切換弁(3C)と、熱源側熱交換器である室外熱交換器(4)とを備え、これらは熱源系統を構成している。

上記各圧縮機(2A,2B)は、例えば密閉型の高圧ドーム型スクロール圧縮機で構成されている。上記インバータ圧縮機(2A)は、電動機がインバータ制御されて容量が段階的又は連続的に可変となる可変容量圧縮機である。ノンインバータ圧縮機(2B)は、電動機が常に一定回転数で駆動する定容量圧縮機である。

上記インバータ圧縮機(2A)は、この冷凍装置(1)の上記第１系統の圧縮機構を、またノンインバータ圧縮機(2B)は第２系統の圧縮機構をそれぞれ構成し、インバータ圧縮機(2A)が冷蔵用の第１系統側回路に、ノンインバータ圧縮機(2B)が空調用の第２系統側回路に固定的に用いられるようになっている。

上記インバータ圧縮機(2A)およびノンインバータ圧縮機(2B)の各吐出管(5a,5b)は、１つの高圧ガス管(8)（吐出配管）に接続され、この高圧ガス管(8)が上記第１四路切換弁(3A)の１つのポートに接続されている。上記ノンインバータ圧縮機(2B)の吐出管(5b)には逆止弁(7)が設けられている。

上記室外熱交換器(4)のガス側端部は、室外ガス管(9)を介して第１四路切換弁(3A)の１つのポートに接続されている。上記室外熱交換器(4)の液側端部には、液ラインである高圧液管(10)の一端が接続されている。この高圧液管(10)の途中にはレシーバ(14)が設けられ、高圧液管(10)の他端は、液管である第１連絡液管(11)および第２連絡液管(12)に分岐されている。

尚、上記室外熱交換器(4)は、例えば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って、熱源ファンである室外ファン(4F)が近接して配置されている。

上記第１四路切換弁(3A)の１つのポートには連絡ガス管(17)が接続されている。この第１四路切換弁(3A)の１つのポートは、上記第２四路切換弁(3B)の１つのポートに接続管(18)によって接続されている。この第２四路切換弁(3B)の１つのポートは、補助ガス管(19)によって高圧ガス管(8)に接続されている。また、第２四路切換弁(3B)の１つのポートは、ノンインバータ圧縮機(2B)の吸入管(6b)が接続されている。尚、上記第２四路切換弁(3B)の１つのポートは、閉塞された閉鎖ポートに構成されている。つまり、上記第２四路切換弁(3B)は三路切換弁であってもよい。

上記第１四路切換弁(3A)は、高圧ガス管(8)と室外ガス管(9)とが連通しかつ接続管(18)と連絡ガス管(17)とが連通する第１状態（各図実線参照）と、高圧ガス管(8)と連絡ガス管(17)とが連通しかつ接続管(18)と室外ガス管(9)とが連通する第２状態（各図破線参照）とに切り換わるように構成されている。

また、上記第２四路切換弁(3B)は、補助ガス管(19)と閉鎖ポートとが連通しかつ接続管(18)とノンインバータ圧縮機(2B)の吸入管(6b)とが連通する第１状態（各図実線参照）と、補助ガス管(19)と接続管(18)とが連通しかつ吸入管(6b)と閉塞ポートとが連通する第２状態（各図破線参照）とに切り換わるように構成されている。

上記インバータ圧縮機(2A)の吸入管(6a)は、第１系統側回路の低圧ガス管(15)に接続されている。上記ノンインバータ圧縮機(2B)の吸入管(6b)は、第１および第２の四路切換弁(3A,3B)を介して第２系統側回路の連絡ガス管(17)および室外ガス管(9)に接続されている。また、このノンインバータ圧縮機(2B)の吸入管(6b)は、第３四路切換弁(3C)を介してインバータ圧縮機(2A)の吸入管(6a)に接続されている。

具体的に、上記インバータ圧縮機(2A)の吸入管(6a)には分岐管(6d)が接続され、ノンインバータ圧縮機(2B)の吸入管(6b)には分岐管(6e)が接続されている。そして、上記インバータ圧縮機(2A)の吸入管(6a)の分岐管(6d)は、第３四路切換弁(3C)の第１ポート(P1)に接続されているとともに、逆止弁(7)を有する分岐管(6c)を介してノンインバータ圧縮機(2B)の吸入管(6b)に接続されている。また、ノンインバータ圧縮機(2B)の吸入管(6b)の分岐管(6e)は逆止弁(7)を介して第３四路切換弁(3C)の第２ポート(P2)に接続されている。第３四路切換弁(3C)の第３ポート(P3)には高圧導入管(28)によって高圧ガス管(8)が接続され、第４ポート(P4)は閉鎖されて閉塞ポートとされている。上記分岐管(6e)に設けられている逆止弁(7)は、第３四路切換弁(3C)へ向かう冷媒の流れのみを、また分岐管(6c)の逆止弁(7)は、インバータ圧縮機(2A)の吸入管(6a)の分岐管(6d)からノンインバータ圧縮機(2B)の吸入管(6b)へ向かう冷媒の流れのみをそれぞれ許容するものである。

上記第３四路切換弁(3C)は、第１ポート(P1)と第４ポート(P4)が連通しかつ第２ポート(P2)と第３ポート(P3)が連通する第１状態（図１および図２の実線、図３の破線参照）と、第１ポート(P1)と第２ポート(P2)が連通しかつ第３ポート(P3)と第４ポート(P4)が連通する第２状態（図３の実線、図１および図２の破線参照）とに切換可能とされている。すなわち、この第３四路切換弁(3C)は、本発明でいう切換手段を構成するもので、ノンインバータ圧縮機(2B)（空調用圧縮機構）の吸入側をインバータ圧縮機(2A)（冷却用圧縮機構）の吸入側に対し分岐管(6d,6e)によって接続又は接続遮断することで、インバータ圧縮機(2A)がノンインバータ圧縮機(2B)への吸入冷媒を吸入する状態又は吸入しない状態に切り換わり、上記第２状態では、ノンインバータ圧縮機(2B)の吸入側をインバータ圧縮機(2A)の吸入側に接続する一方、第１状態では、ノンインバータ圧縮機(2B)の吸入側をインバータ圧縮機(2A)の吸入側に接続遮断するようになっている。

上記各吐出管(5a,5b)と高圧ガス管(8)と室外ガス管(9)とが冷房運転時の高圧ガスラインを構成している。また、上記各吐出管(5a,5b)と高圧ガス管(8)と連絡ガス管(17)とが暖房運転時の高圧ガスラインを構成している。一方、上記低圧ガス管(15)とインバータ圧縮機(2A)およびノンインバータ圧縮機(2B)の各吸入管(6a,6b)とが低圧ガスラインを構成している。また、上記連絡ガス管(17)とノンインバータ圧縮機(2B)の吸入管(6b)とが冷房運転時の低圧ガスラインを構成し、室外ガス管(9)と吸入管(6b)とが暖房運転時の低圧ガスラインを構成している。

上記高圧液管(10)と連絡ガス管(17)と低圧ガス管(15)とは室外ユニット(1A)から外部に延長され、室外ユニット(1A)内には、これらに対応して閉鎖弁(20)が設けられている。さらに、上記高圧液管(10)において閉鎖弁(20)とレシーバ(14)との間には逆止弁(7)が設けられて、レシーバ(14)から閉鎖弁(20)に向かって冷媒が流れるように構成されている。

上記高圧液管(10)には、レシーバ(14)をバイパスする補助液管(25)が接続されている。この補助液管(25)は、主として暖房時に冷媒が流れ、膨張機構である室外膨張弁(26)が設けられている。上記補助液管(25)への接続部とレシーバ(14)との間の高圧液管(10)には、レシーバ(14)に向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁(7)が設けられている。

上記高圧液管(10)には、該高圧液管(10)の逆止弁(7)とレシーバ(14)との間に分岐液管(36)の一端が分岐接続され、この分岐液管(36)の他端は閉鎖弁(20)と逆止弁(7)との間の高圧液管(10)に接続され、分岐液管(36)には、閉鎖弁(20)と逆止弁(7)との間の高圧液管(10)から逆止弁(7)とレシーバ(14)との間の高圧液管(10)へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁(7)が設けられている。上記高圧ガス管(8)にはオイルセパレータ(30)が設けられている。

（室内ユニット）
上記室内ユニット(1B)は、利用側熱交換器である室内熱交換器(41)と、膨張機構としての電子膨張弁からなる室内膨張弁(42)とを備えている。上記室内熱交換器(41)のガス側端部には連絡ガス管(17)が接続されている一方、室内熱交換器(41)の液側端部には、室内膨張弁(42)を介して第２連絡液管(12)が接続されている。尚、上記室内熱交換器(41)は、例えば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って、利用側ファンである室内ファン(41F)が近接して配置されている。また、上記室内ユニット(1B)、第２連絡液管(12)および連絡ガス管(17)は空調系統を構成している。

（冷蔵ユニット）
上記冷蔵ユニット(1C)は、冷却熱交換器である冷蔵熱交換器(45)と、膨張機構としての電子膨張弁からなる冷蔵膨張弁(46)とを備えている。上記冷蔵熱交換器(45)の液側端部には、冷蔵膨張弁(46)を介して第１連絡液管(11)が接続されている一方、冷蔵熱交換器(45)のガス側端部には低圧ガス管(15)が接続されている。尚、上記冷蔵熱交換器(45)は、例えば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って、冷却ファンである冷蔵ファン(45F)が近接して配置されている。また、上記冷蔵ユニット(1C)、第１連絡液管(11)および低圧ガス管(15)は冷却系統を構成している。

上記冷蔵熱交換器(45)は、第１系統の圧縮機構であるインバータ圧縮機(2A)の吸込側に連通する一方、上記室内熱交換器(41)は、冷房運転時にノンインバータ圧縮機(2B)の吸込側に連通している。上記冷蔵熱交換器(45)の冷媒圧力（蒸発圧力）は室内熱交換器(41)の冷媒圧力（蒸発圧力）より低くなる。この結果、上記冷蔵熱交換器(45)の冷媒蒸発温度は例えば−１０℃となり、室内熱交換器(41)の冷媒蒸発温度は例えば＋５℃となって、冷媒回路(1D)が異温度蒸発の回路を構成している。

（制御系統）
上記冷媒回路(1D)には、各種センサおよび各種スイッチが設けられている。上記室外ユニット(1A)の高圧ガス管(8)には、高圧冷媒圧力を検出する圧力検出手段である高圧圧力センサ(51)と、高圧冷媒温度を検出する温度検出手段である吐出温度センサ(52)とが設けられている。また、上記インバータ圧縮機(2A)およびノンインバータ圧縮機(2B)の各吐出管(5a,5b)にはそれぞれ高圧冷媒圧力が所定値になると開く圧力スイッチ（図示せず）が設けられている。

上記低圧ガス管(15)とノンインバータ圧縮機(2B)の吸入管(6b)とには、それぞれ低圧冷媒圧力を検出する圧力検出手段である低圧圧力センサ(55,56)が設けられている。また、上記インバータ圧縮機(2A)およびノンインバータ圧縮機(2B)の各吸入管(6a,6b)には、それぞれ低圧冷媒温度を検出する温度検出手段である吸入温度センサ(57,58)が設けられている。

また、上記室外ユニット(1A)には、室外空気温度を検出する温度検出手段である外気温センサ(60)が設けられている。

上記室内熱交換器(41)には、室内熱交換器(41)における冷媒温度である凝縮温度又は蒸発温度を検出する温度検出手段としての室内熱交換センサ(61)が設けられるとともに、ガス側にガス冷媒温度を検出する温度検出手段であるガス温センサ(62)が設けられている。また、上記室内ユニット(1B)には、室内空気温度を検出する温度検出手段である室温センサ(63)が設けられている。

上記冷蔵ユニット(1C)には、冷蔵用のショーケース内の庫内温度を検出する温度検出手段である冷蔵温度センサ(64)が設けられている。また、上記冷蔵熱交換器(45)には、冷蔵熱交換器(45)における冷媒温度である蒸発温度を検出する温度検出手段としての冷蔵熱交換センサ(66)が設けられるとともに、ガス側にガス温センサ(67)が設けられている。

上記各種センサおよび各種スイッチの出力信号はコントローラ(70)に入力される。このコントローラ(70)は、上記出力信号に基づいて冷媒回路(1D)の運転を制御し、各種運転モードを切り換えて制御するように構成されている。

（過冷却手段）
上記閉鎖弁(20)と逆止弁(7)との間の高圧液管(10)には、空調系統および冷却系統の液冷媒を過冷却する過冷却手段(80)が設けられている。この過冷却手段(80)は、過冷却熱交換器(81)および過冷却通路(82)を備えている。

具体的に、上記過冷却熱交換器(81)は１次側通路(81a)および２次側通路(81b)を備え、１次側通路(81a)は高圧液管(10)に直列に接続されている一方、２次側通路(81b)は上記過冷却通路(82)に接続されている。この過冷却通路(82)は、過冷却熱交換器(81)と逆止弁(7)との間の高圧液管(10)から分岐して過冷却熱交換器(81)の２次側通路(81b)の一端に接続された上流側通路(82a)と、一端が２次側通路(81b)の他端に接続された下流側通路(82b)とを備え、この下流側通路(82b)の他端は上記ノンインバータ圧縮機(2B)の吸入管(6b)に接続されている。

また、上記上流側通路(82a)には、本発明の流量調整手段を構成する膨張機構としての電子膨張弁からなる過冷却膨張弁(84)が接続されている。つまり、この過冷却膨張弁(84)は、全閉状態から全開状態まで開度調整して冷媒流量を調整する。そして、過冷却熱交換器(81)において、高圧液管(10)が接続された１次側通路(81a)に高圧液管(10)の液冷媒を流す一方、高圧液管(10)に過冷却通路(82)を介して接続された２次側通路(81b)に、高圧液管(10)から分岐しかつ過冷却膨張弁(84)で膨張した分岐液冷媒を流して、その分岐液冷媒を２次側通路(81b)で蒸発させることで、１次側通路(81a)の液冷媒を２次側通路(81b)の分岐冷媒で過冷却するとともに、この過冷却により蒸発した２次側通路(81b)の分岐冷媒を過冷却通路(82)の下流側通路(82b)を経てノンインバータ圧縮機(2B)の吸入側に供給するようにしている。

つまり、上記冷媒回路(1D)は、空調系統および冷却系統の共通の高圧液管(10)に該液管(10)を流れる液冷媒を過冷却する過冷却手段(80)を備え、この過冷却手段(80)で過冷却して蒸発した冷媒が、空調系統のノンインバータ圧縮機(2B)の吸入側に流れるように構成されている。

そして、冷房冷凍運転時に、上記コントローラ(70)において、上記低圧ガス管(15)の低圧圧力センサ(55)および室内ユニット(1B)の室温センサ(63)の各検出値に基づいて冷却系統の冷却負荷および空調系統の冷房負荷のそれぞれの状態を判断し、過冷却膨張弁(84)および第３四路切換弁(3C)を制御する。

具体的に、コントローラ（70）は、室内空気温度が設定値以下でかつ低圧ガス管(15)の低圧冷媒圧力が設定値以下であり、冷却負荷と冷房負荷とがいずれも所定以下であるときには、図１に示すように、過冷却膨張弁(84)を閉じるとともに、第３四路切換弁(3C)を第１状態にする。

また、コントローラ（70）は、室内空気温度が設定値以下でかつ低圧ガス管(15)の低圧冷媒圧力が設定値よりも高くて、冷却負荷が所定よりも増大し、冷房負荷が所定よりも減少したときには、図２に示すように、第３四路切換弁(3C)を第１状態にしたままで過冷却膨張弁(84)を開く。

逆に、コントローラ（70）は、室内空気温度が設定値よりも高くかつ低圧ガス管(15)の低圧冷媒圧力が設定値以下で、冷却負荷が所定よりも減少し、冷房負荷が所定よりも増大したときには、図３に示すように、上記過冷却膨張弁(84)を閉じかつ第３四路切換弁(3C)を第２状態にして、空調用圧縮機構としてのノンインバータ圧縮機(2B)の吸入側が冷却用圧縮機構としてのインバータ圧縮機(2A)の吸入側に接続されるように制御する。

尚、コントローラ（70）は、室内空気温度に代えて、ノンインバータ圧縮機（2B）に吸入される冷媒の低圧圧力に基づいて冷房負荷状態を判断するようにしてもよい。すなわち、ノンインバータ圧縮機（2B）の吸入管（6b）の低圧圧力センサ(56)の検出値が設定値以下の場合は冷房負荷が所定以下であると判断され、その検出値が設定値より高い場合は冷房負荷が所定より増大したと判断される。

（運転動作）
次に、上記冷凍装置(1)の運転動作について説明する。この冷凍装置(1)は、室外熱交換器(4)が凝縮器として、また室内熱交換器(41)および冷蔵熱交換器(45)が蒸発器としてそれぞれ機能する第１運転、つまり室内ユニット(1B)の冷房と冷蔵ユニット(1C)の冷却とを同時に行う冷房冷凍運転と、室内熱交換器(41)が凝縮器として、また室外熱交換器(4)および冷蔵熱交換器(45)が蒸発器としてそれぞれ機能する第２運転、つまり室内ユニット(1B)の暖房と冷蔵ユニット(1C)の冷却とを同時に行う暖房冷凍運転とが可能に構成されている。以下、それぞれの運転動作について具体的に説明する。

（冷房冷凍運転）
この冷房冷凍運転は、室内ユニット(1B)の冷房と冷蔵ユニット(1C)の冷却とを同時に行う運転である。この冷房冷凍運転時は、図１に示すように、インバータ圧縮機(2A)が第１系統の圧縮機構を構成し、ノンインバータ圧縮機(2B)が第２系統の圧縮機構を構成する。そして、上記インバータ圧縮機(2A)およびノンインバータ圧縮機(2B)が駆動される。また、上記第１四路切換弁(3A)および第２四路切換弁(3B)は、図１の実線で示すようにそれぞれ第１状態に切り換わる。さらに、上記室内膨張弁(42)および冷蔵膨張弁(46)が所定開度に開口される一方、室外膨張弁(26)は閉鎖している。

（１）通常運転
そして、室温センサ(63)により検出された室内空気温度が設定値以下で、かつ低圧圧力センサ(55)により検出された低圧ガス管(15)の低圧冷媒圧力が設定値以下であり、冷却系統および空調系統の各負荷がいずれも所定以下であるときには、上記過冷却膨張弁(84)は閉じ、上記第３四路切換弁(3C)は、図１の実線で示す第１状態に切り換わる。

この状態において、インバータ圧縮機(2A)とノンインバータ圧縮機(2B)から吐出した冷媒は、高圧ガス管(8)で合流し、第１四路切換弁(3A)から室外ガス管(9)を経て室外熱交換器(4)に流れて凝縮する。この凝縮した液冷媒は、高圧液管(10)を流れ、レシーバ(14)および過冷却熱交換器(81)の１次側通路(81a)を経て第１連絡液管(11)と第２連絡液管(12)とに分かれて流れる。

上記第１連絡液管(11)の液冷媒は、第１連絡液管(11)から冷蔵膨張弁(46)を経て冷蔵熱交換器(45)に流れて蒸発する。この冷蔵熱交換器(45)で蒸発したガス冷媒は、低圧ガス管(15)に流入した後、吸入管(6a)を経てインバータ圧縮機(2A)に戻る。

一方、第２連絡液管(12)の液冷媒は、第２連絡液管(12)から室内膨張弁(42)を経て室内熱交換器(41)に流れて蒸発する。この蒸発したガス冷媒は、連絡ガス管(17)から第１四路切換弁(3A)および第２四路切換弁(3B)を経て吸入管(6b)を流れてノンインバータ圧縮機(2B)に戻る。

以上の冷媒循環を繰り返し、店内を冷房すると同時に、冷蔵用ショーケースの庫内を冷却する。このように、冷媒回路(1D)の冷媒は、第１系統の圧縮機構と第２系統の圧縮機構によって異温度蒸発する。

（２）冷蔵優先運転
上記室内空気温度が設定値以下であるが、低圧ガス管(15)の低圧冷媒圧力が設定値よりも高くなったときには、冷却系統の冷却負荷が所定よりも増大して、その冷凍能力が空調系統よりも優先する状態と判定される。図２に示すように、上記第３四路切換弁(3C)は第１状態のままに保たれるが、上記過冷却膨張弁(84)が所定開度に開く。この過冷却膨張弁(84)の開弁に伴い、上記高圧液管(10)を流れる液冷媒の一部は、過冷却通路(82)の上流側通路(82a)に分流して過冷却膨張弁(84)で減圧された後、過冷却熱交換器(81)の２次側通路(81b)に流れて１次側通路(81a)の液冷媒を過冷却し蒸発する。この蒸発したガス冷媒は、下流側通路(82b)および吸入管(6b)を経て、空調系統のノンインバータ圧縮機(2B)に吸入される。

この場合、過冷却膨張弁(84)で蒸発したガス冷媒が空調系統のノンインバータ圧縮機(2B)に吸入される分だけ、空調系統の冷媒循環量が減ってその冷凍能力が減るが、冷却系統の冷蔵熱交換器(45)に流れる液冷媒は過冷却手段(80)により過冷却されているので、過冷却をしない場合よりも、冷蔵熱交換器(45)における冷媒の熱量が大きくなり、その分、冷却系統の高い冷却能力が発揮される。

したがって、冷却負荷の増大量が多くなるに従って過冷却膨張弁(84)の開度を大きくすれば、２次側通路(81b)の冷媒流量が増えて過冷却能力が増大し、逆に冷却負荷の増大量が少なくなるに従って過冷却膨張弁(84)の開度を小さくすれば、２次側通路(81b)の冷媒流量が減少して過冷却能力が低下する。つまり、過冷却膨張弁(84)の開度制御により、冷却負荷の増大量に応じて冷却能力を調整することができ、効率のよい運転を行うことができる。

（３）冷房優先運転
逆に、上記低圧ガス管(15)の低圧冷媒圧力が設定値以下であるが、室内空気温度が設定値よりも高くなったときには、空調系統の冷房負荷が所定よりも増大して、その冷凍能力が冷却系統よりも優先する状態と判定される。図３に示すように、上記過冷却膨張弁(84)が全閉状態になり、上記過冷却手段(80)の機能が停止して液冷媒の過冷却が行われなくなる。それに代えて、上記第３四路切換弁(3C)が第１状態から第２状態に切り換わる。この第３四路切換弁(3C)の切換えに伴い、ノンインバータ圧縮機(2B)の吸入側がインバータ圧縮機(2A)の吸入側に接続され、そのインバータ圧縮機(2A)により空調系統の冷媒が吸入される。

この場合、冷却系統の冷媒循環量が減ってその冷凍能力が減るが、空調系統の冷媒循環量が増えてその冷凍能力が増大する。

尚、低圧ガス管(15)の低圧冷媒圧力および室内空気温度がいずれも設定値よりも高くなったときには、上記（３）の冷房優先運転よりも（２）の冷蔵優先運転を優先する。

（暖房冷凍運転）
上記暖房冷凍運転は、室内ユニット(1B)の暖房と冷蔵ユニット(1C)の冷却を同時に行う運転である。この暖房冷凍運転は、インバータ圧縮機(2A)とノンインバータ圧縮機(2B)とが第１系統の圧縮機構を構成し、これらインバータ圧縮機(2A)およびノンインバータ圧縮機(2B)が駆動される。

また、第１四路切換弁(3A)は第２状態に切り換わり、第２四路切換弁(3B)および第３四路切換弁(3C)は第１状態に切り換わる。さらに、上記室外膨張弁(26)および冷蔵膨張弁(46)が所定開度に開口する一方、室内膨張弁(42)は全開となる。また、過冷却膨張弁(84)は全閉となる。

この状態において、インバータ圧縮機(2A)とノンインバータ圧縮機(2B)から吐出した冷媒は、高圧ガス管(8)で合流し、第１四路切換弁(3A)から連絡ガス管(17)を経て室内熱交換器(41)に流れて凝縮する。この凝縮した液冷媒は第２連絡液管(12)に流れる。

上記第２連絡液管(12)を流れた液冷媒の一部は、高圧液管(10)に流れ、補助液管(25)から室外膨張弁(26)を経て室外熱交換器(4)に流れて蒸発する。この蒸発したガス冷媒は、室外ガス管(9)から第１四路切換弁(3A)および第２四路切換弁(3B)を経て吸入管(6b)を流れてノンインバータ圧縮機(2B)に戻る。

一方、第２連絡液管(12)を流れた液冷媒の残りは、第１連絡液管(11)に流れる。この第１連絡液管(11)に流れた液冷媒は、上述した冷房冷凍運転時と同様に、第１連絡液管(11)から冷蔵膨張弁(46)を経て冷蔵熱交換器(45)に流れて蒸発する。この冷蔵熱交換器(45)で蒸発したガス冷媒は、低圧ガス管(15)に流れた後、インバータ圧縮機(2A)に戻る。この循環を繰り返し、店内を暖房すると同時に、冷蔵用ショーケースの庫内を冷却する。

尚、この運転状態では、室内の暖房負荷や冷蔵ユニット(1C)の冷却負荷に応じて、ノンインバータ圧縮機(2B)の起動と停止や、室外膨張弁(26)の開度等が制御される。

（実施形態の効果）
したがって、この実施形態においては、冷却系統の冷凍負荷が所定よりも大きいときに、空調系統および冷却系統の液冷媒を過冷却熱交換器(81)により過冷却し、この過冷却熱交換器(81)の２次側通路(81b)を出た分岐冷媒をノンインバータ圧縮機(2B)に吸入させるので、空調系統の冷媒循環量の減少によりその冷凍能力を下げるとともに、冷却系統の冷蔵熱交換器(45)に流れる液冷媒が過冷却された分だけ、その冷却系統の冷凍能力が増大し、よって空調用圧縮機構としてのノンインバータ圧縮機(2B)により冷却系統の冷凍能力を支援することができる。

また、上記空調系統の冷凍負荷が所定よりも大きいときには、上記過冷却熱交換器(81)による過冷却を停止し、第３四路切換弁(3C)の第２状態への切換えにより、ノンインバータ圧縮機(2B)の吸入側がインバータ圧縮機(2A)の吸入側に接続されて、インバータ圧縮機(2A)により空調系統の冷媒が吸入されるので、冷却系統の冷媒循環量が減ってその冷凍能力が減る一方、空調系統の冷媒循環量が増えてその冷凍能力が増大するようになり、よってインバータ圧縮機(2A)により空調系統の冷凍能力を支援することができる。

（実施形態の変形例）
本変形例は、コントローラ（70）が低圧ガス管(15)の低圧冷媒圧力および室内空気温度に代えて別のパラメータに基づいて冷却負荷および冷房負荷の状態を判断するようにした例である。

例えば、コントローラ（70）は、冷媒の蒸発温度に基づいて冷却負荷および冷房負荷を判断してもよい。つまり、冷蔵熱交換センサ（66）により検出した冷却側の冷媒蒸発温度と室内熱交換センサ（61）により検出した空調側の冷媒蒸発温度との何れもが設定値以下の場合、冷却負荷および冷房負荷の何れもが所定以下と判断し、上記通常運転が行われる。また、冷却側の冷媒蒸発温度が設定値より高く、空調側の冷媒蒸発温度が設定値以下の場合、冷却負荷が所定より増大し、冷房負荷が所定以下と判断し、上記冷蔵優先運転が行われる。また、冷却側の冷媒蒸発温度が設定値以下で、空調側の冷媒蒸発温度が設定値より高い場合、冷却負荷が所定以下で冷房負荷が所定より増大したと判断し、上記冷房優先運転が行われる。

また、コントローラ（70）は、室内ユニット（1B）および冷蔵ユニット（1C）に取り込まれた空気温度に基づいて冷却負荷および冷房負荷を判断してもよい。つまり、冷蔵ファン(45F)により吸い込まれた冷却側の空気温度と室内ファン(41F)により吸い込まれた空調側の空気温度との何れもが設定値以下の場合、冷却負荷および冷房負荷の何れもが所定以下と判断し、上記通常運転が行われる。また、冷却側の空気温度が設定値より高く、空調側の空気温度が設定値以下の場合、冷却負荷が所定より増大したと判断し、上記冷蔵優先運転が行われる。また、冷却側の空気温度が設定値以下で、空調側の空気温度が設定値より高い場合、冷房負荷が所定より増大したと判断し、上記冷房優先運転が行われる。

また、上記実施形態において室内ユニット（1B）および冷蔵ユニット（1C）が複数台設けられる場合、コントローラ（70）は、室内ユニット（1B）および冷蔵ユニット（1C）の運転台数に基づいて冷却負荷および冷房負荷を判断してもよい。つまり、冷蔵ユニット（1C）の運転台数と室内ユニット（1B）の運転台数との何れもが設定値以下の場合、冷却負荷および冷房負荷の何れもが所定以下と判断し、上記通常運転が行われる。また、冷蔵ユニット（1C）の運転台数が設定値より高く、室内ユニット（1B）運転台数が設定値以下の場合、冷却負荷が所定より増大したと判断し、上記冷蔵優先運転が行われる。また、冷蔵ユニット（1C）の運転台数が設定値以下で、室内ユニット（1B）の運転台数が設定値より高い場合、冷房負荷が所定より増大したと判断し、上記冷房優先運転が行われる。尚、この変形例では、各ユニット(1B,1C)の運転台数の代わりに、設置総台数に対する運転台数の割合を用いるようにしてもよい。

また、コントローラ（70）は、圧縮機（2A,2B）の運転台数に基づいて冷却負荷および冷房負荷を判断してもよい。具体的に、インバータ圧縮機（2A）およびノンインバータ圧縮機（2B）のうち一方が停止している場合、コントローラ（70）は冷却負荷および冷房負荷の何れもが所定以下と判断し、上記通常運転と同様に過冷却膨張弁(84)を全閉状態にして第３四路切換弁(3C)を第１状態に設定する。これにより、例えば、ノンインバータ圧縮機(2B)が停止している場合、冷蔵ユニット(1C)の冷却能力が発揮される冷蔵運転だけが行われる。つまり、コントローラ（70）は、設置された圧縮機（2A,2B）のうち１台でも停止していれば、冷却能力および冷房能力が足りていると判断する。

（他の実施形態）
尚、上記実施形態では、冷却系統を冷蔵ユニット(1C)で構成しているが、この冷蔵ユニット(1C)に冷凍ユニットを加えたもので、冷却系統を構成するようにしてもよい。また、冷蔵ユニット(1C)等を複数台設けるようにしてもよい。さらに、圧縮機の数は３台以上に増加させて圧縮機構を構成することができる。

また、上記実施形態において、過冷却通路(82)の下流側通路(82b)をノンインバータ圧縮機(2B)の吸入管(6b)に接続するようにしたが、インバータ圧縮機(2A)の吸入管(6a)に接続するようにしてもよい。ここで、空調系統の負荷が所定より増大した場合、第３四路切換弁(3C)を第１状態に設定し、過冷却膨張弁(84)を所定開度で開くと、過冷却熱交換器(81)で１次側通路(81a)の液冷媒を過冷却した２次側通路(81b)のガス冷媒がインバータ圧縮機(2A)に吸入される。これにより、冷却系統の冷媒循環量は減るが、室内熱交換器(41)を流れる冷媒の熱量が過冷却によって大きくなるので、高い冷房能力が発揮される。

本発明は、室内を空調する空調系統と、庫内を冷却する冷却系統とが接続された冷媒回路を備えた冷凍装置に対し、空調系統の圧縮機構により冷却系統の冷凍能力を支援できるので、極めて有用で産業上の利用可能性は高い。

実施形態に係る冷凍装置の通常運転の動作を示す冷媒回路図である。 実施形態に係る冷凍装置の冷蔵優先運転の動作を示す冷媒回路図である。 実施形態に係る冷凍装置の冷房優先運転の動作を示す冷媒回路図である。

符号の説明

(1) 冷凍装置
(1A) 室外ユニット
(1B) 室内ユニット
(1C) 冷蔵ユニット
(1D) 冷媒回路
(2A) インバータ圧縮機（冷却用圧縮機構）
(2B) ノンインバータ圧縮機（空調用圧縮機構）
(3A) 第１四路切換弁
(3B) 第２四路切換弁
(3C) 第３四路切換弁（切換手段）
(4) 室外熱交換器（熱源側熱交換器）
(8) 高圧ガス管
(10) 高圧液管
(15) 低圧ガス管
(26) 室外膨張弁
(41) 室内熱交換器
(42) 室内膨張弁
(45) 冷蔵熱交換器（冷却熱交換器）
(46) 冷蔵膨張弁
(55) 低圧圧力センサ
(63) 室温センサ
(70) コントローラ（制御手段）
(80) 過冷却手段
(81) 過冷却熱交換器
(81a) １次側通路
(81b) ２次側通路
(82) 過冷却通路
(82a) 上流側通路
(82b) 下流側通路
(84) 過冷却膨張弁（開閉手段）

Claims (4)

1. 冷却用圧縮機構(2A)、空調用圧縮機構(2B)および熱源側熱交換器(4)を有する熱源系統に、室内を空調する室内熱交換器(41)を有する空調系統と、庫内を冷却する冷却熱交換器(45)を有する冷却系統とが接続された冷媒回路(1D)を備え、
   上記冷却用圧縮機構(2A)と空調用圧縮機構(2B)の吐出側が合流した高圧ガス管(8)は、熱源側熱交換器(4)と室内熱交換器(41)のガス側とに切換自在に接続され、
   上記冷却用圧縮機構(2A)の吸入側は、該冷却用圧縮機構(2A)の吸入側が冷却熱交換器(45)のガス側に接続された状態と、冷却用圧縮機構(2A)の吸入側が冷却熱交換器(45)のガス側と空調用圧縮機構(2B)の吸入側との双方に接続された状態とに切り換わり、
   上記空調用圧縮機構(2B)の吸入側は、熱源側熱交換器(4)と室内熱交換器(41)のガス側とに切換自在に接続され、
   上記熱源側熱交換器(4)と室内熱交換器(41)と冷却熱交換器(45)の液側は、液管(10)に接続された冷凍装置であって、
   上記空調系統および冷却系統の液管(10)の液冷媒が流れる１次側と、該液管(10)の液冷媒が分岐して流れる２次側とを有していて、上記１次側の液冷媒を２次側の分岐冷媒の蒸発により過冷却する過冷却熱交換器(81)と、
   上記過冷却熱交換器(81)の分岐冷媒を上記空調用圧縮機構(2B)の吸入側に供給する過冷却通路(82)とを備えてなり、
   上記冷却系統の負荷が所定よりも増大したときに、上記過冷却通路(82)を開くように構成されていることを特徴とする冷凍装置。
2. 冷却用圧縮機構(2A)、空調用圧縮機構(2B)および熱源側熱交換器(4)を有する熱源系統に、室内を空調する室内熱交換器(41)を有する空調系統と、庫内を冷却する冷却熱交換器(45)を有する冷却系統とが接続された冷媒回路(1D)を備え、
   上記冷却用圧縮機構(2A)と空調用圧縮機構(2B)の吐出側が合流した高圧ガス管(8)は、熱源側熱交換器(4)と室内熱交換器(41)のガス側とに切換自在に接続され、
   上記冷却用圧縮機構(2A)の吸入側は、該冷却用圧縮機構(2A)の吸入側が冷却熱交換器(45)のガス側に接続された状態と、冷却用圧縮機構(2A)の吸入側が冷却熱交換器(45)のガス側と空調用圧縮機構(2B)の吸入側との双方に接続された状態とに切り換わり、
   上記空調用圧縮機構(2B)の吸入側は、熱源側熱交換器(4)と室内熱交換器(41)のガス側とに切換自在に接続され、
   上記熱源側熱交換器(4)と室内熱交換器(41)と冷却熱交換器(45)の液側は、液管(10)に接続された冷凍装置であって、
   上記空調系統および冷却系統の液管(10)の液冷媒が流れる１次側と、該液管(10)の液冷媒が分岐して流れる２次側とを有していて、上記１次側の液冷媒を２次側の分岐冷媒の蒸発により過冷却する過冷却熱交換器(81)と、
   上記過冷却熱交換器(81)の分岐冷媒を上記空調用圧縮機構(2B)の吸入側に供給する過冷却通路(82)と、
   上記冷却用圧縮機構(2A)が空調用圧縮機構(2B)への吸入冷媒を吸入する状態又は吸入しない状態に切換可能な切換手段(3C)とを備えてなり、
   上記空調系統の負荷が所定よりも増大したときに、上記過冷却通路(82)を閉じ、かつ上記切換手段(3C)を冷却用圧縮機構(2A)が空調用圧縮機構(2B)の吸入冷媒を吸入するように切り換える構成とされていることを特徴とする冷凍装置。
3. 請求項１において、
   冷却用圧縮機構(2A)が空調用圧縮機構(2B)への吸入冷媒を吸入する状態又は吸入しない状態に切換可能な切換手段(3C)を備え、
   空調系統の負荷が所定よりも増大したときに、上記過冷却通路(82)を閉じ、かつ上記切換手段(3C)を冷却用圧縮機構(2A)が空調用圧縮機構(2B)の吸入冷媒を吸入するように切り換える構成とされていることを特徴とする冷凍装置。
4. 請求項１または３において、
   過冷却通路(82)の開閉可能な流量調整手段(84)と、
   冷却系統の負荷が所定よりも増大したときに、上記流量調整手段(84)を開くように制御する制御手段(70)とを備えていることを特徴とする冷凍装置。

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