JP4244900B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍装置に関し、特に、固定容量の圧縮機を備えた冷凍装置の冷凍能力調整対策に係るものである。

従来より、複数の利用側熱交換器を有して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷凍装置が知られている。この種の冷凍装置としては、例えばコンビニエンスストア等に設けられ、店内の冷暖房を行う利用側熱交換器と庫内の食品等を冷却する利用側熱交換器とを備えた冷凍装置がある（例えば、特許文献１参照）。

この冷凍装置は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えている。この冷媒回路は、２台の圧縮機と室外熱交換器を有する熱源系統に、冷蔵および冷凍用の利用側熱交換器を有する第１系統と、空調用の利用側熱交換器を有する第２系統とが並列に接続されてなる。上記２台の圧縮機は、可変容量圧縮機と固定容量圧縮機である。そして、特に、冷房冷凍運転時の場合、上記可変容量圧縮機が第１系統の圧縮機構として機能し、上記固定容量圧縮機が第２系統の圧縮機構として機能する。
特開２００４−３７００６号公報

しかしながら、上述した従来の冷凍装置において、空調能力を段階的に調整することができないという問題があった。つまり、空調用の第２系統が固定容量圧縮機を用いているため、例えば外気温が大幅に変動した場合には、室内膨張弁の開度調整による流量調整だけでは及ばなくなり、空調用の利用側熱交換器における冷房能力を負荷に応じて調整できないという問題があった。

そこで、上述の問題を解決するために、固定容量圧縮機を可変容量のものに代えたり、もう１台固定容量の圧縮機を追加設置することが考えられるが、それではコストが懸かってしまうという問題が生じる。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、固定容量の圧縮機と複数の利用側熱交換器を有する冷凍装置において、固定容量の圧縮機における中間ポートへ冷媒を流出入させて圧縮機の吐出流量を調節することにより、対象外の利用側熱交換器の能力を変動させることなく、対象の利用側熱交換器における能力を数段階に調整することである。

具体的に、第１の発明は、可変容量圧縮機（41）、固定容量圧縮機（42）および熱源側熱交換器（44）を有する熱源系統に、利用側熱交換器（51,61）を有する第１利用系統と第２利用系統とが接続された冷媒回路（20）を備えている冷凍装置を前提としている。そして、本発明の冷凍装置は、上記可変容量圧縮機（41）及び上記固定容量圧縮機（42）から吐出された冷媒が上記熱源側熱交換器（44）で放熱し、上記第１利用系統の利用側熱交換器（51）で蒸発した冷媒が上記固定容量圧縮機（42）に吸入されて、上記第２利用系統の利用側熱交換器（61）で蒸発した冷媒が上記可変容量圧縮機（41）に吸入される運転において、上記固定容量圧縮機（42）の圧縮過程の圧縮室に開口する中間ポートから中間圧冷媒の一部が固定容量圧縮機（42）の吸入側に流れる第１状態と、上記両利用系統へ流れる液冷媒を該液冷媒の一部が分岐した分岐冷媒によって過冷却し、その過冷却後の分岐冷媒が固定容量圧縮機（42）の中間ポートへ流れる状態であって、上記第１利用系統の利用側熱交換器（51）における冷却能力が上記第１状態よりも高くなる第２状態と、固定容量圧縮機（42）の中間ポートから中間圧冷媒の一部が固定容量圧縮機（42）の吸入側に流れると共に、上記両利用系統へ流れる液冷媒を該液冷媒の一部が分岐した分岐冷媒によって過冷却し、その過冷却後の分岐冷媒が固定容量圧縮機（42）の吸入側に流れる状態であって、上記第１利用系統の利用側熱交換器（51）における冷却能力が上記第１状態よりも低くなる第３状態に冷媒回路（20）の冷媒流れを切り換える切換回路（70）を備えている。

上記の発明では、各利用系統の利用側熱交換器（51,61）が例えば室内の冷暖房を行う空調熱交換器や庫内の食品等を冷却する冷却熱交換器により構成される。そして、上記冷媒回路（20）において、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。この冷凍装置（10）では、例えば、外気温等の運転条件の変動に応じて各利用系統の膨張弁等が開度調整され、各利用側熱交換器における能力が調整される。

ここで、例えば冷房運転時に外気温が膨張弁等の開度調整では及ばない程度に大きく上昇した場合、切換回路（70）によって冷媒回路（20）の冷媒流れが第２状態に切り換えられる。なお、ここでは、主として第１利用系統の利用側熱交換器（51）の能力を調整すると仮定して説明する。この状態では、熱源側熱交換器（44）で凝縮した液冷媒の一部が分岐し、その分岐冷媒によって残りの液冷媒が過冷却される。その過冷却した分岐冷媒は、中間圧状態の冷媒となって固定容量圧縮機（42）の中間ポートへ流れる。この中間圧冷媒は、通常の吸入ポートへ吸入される低圧冷媒よりも比体積が小さい（質量流量が多い）ため、固定容量圧縮機（42）の吐出流量が増大することになる。一方、過冷却された残りの液冷媒は、各利用系統の膨張弁で減圧されて各利用側熱交換器（51,61）へ流れる。この各利用側熱交換器（51,61）では、上述した固定容量圧縮機（42）の吐出流量の増大によって冷媒流量が増大し、さらにその冷媒が過冷却されているので、能力が増大する。また、第２利用系統の膨張弁の開度を通常開度より小さくして冷媒の流通流量を減少させれば、その分第１利用系統の利用側熱交換器（51）へ流れる冷媒流量が増大するので、その利用側熱交換器（51）における能力が一層増大することになる。その際、第２利用系統の利用側熱交換器（61）においては、冷媒流量が減少するが、冷媒が過冷却されているため能力は殆ど変動しない。すなわち、この場合、液冷媒の過冷却に利用して固定容量圧縮機（42）の中間ポートへ流入させた冷媒流量だけ、第２利用系統に供給される冷媒流量を減少させている。

逆に、外気温が膨張弁等の開度調整では及ばない程度に大きく低下した場合、切換回路（70）によって冷媒回路（20）の冷媒流れが第１状態に切り換えられる。この状態では、固定容量圧縮機（42）の中間圧冷媒の一部が中間ポートから流出して再び固定容量圧縮機（42）の吸入ポートに吸入される。これにより、固定容量圧縮機（42）の吐出流量が減少し、各利用側熱交換器（51,61）における冷媒流量が減少するので、能力が低下する。また、上記の場合、第１利用系統の膨張弁の開度を通常開度より小さくして冷媒の流通流量を減少させれば、第２利用系統における冷媒流量は殆ど変動することなく、第１利用系統における冷媒流量が減少する。これにより、第２利用系統の能力を低下させることなく、第１利用系統の能力が低下する。

また、上記の発明では、上述した第１状態において、さらに外気温が低下した場合、切換回路（70）によって冷媒回路（20）の冷媒流れが第３状態に切り換えられる。この状態では、固定容量圧縮機（42）の中間圧冷媒の一部を中間ポートから吸入ポートに流れると共に、液冷媒の過冷却に利用した分岐冷媒もが固定容量圧縮機（42）の吸入側へ流れる。ここで、過冷却に利用した分岐冷媒は、低圧状態であるため、中間圧状態の冷媒に比べて比体積が大きい（質量流量が少ない）ことから、これによっては固定容量圧縮機（42）の吐出流量の変動はない。そして、第１利用系統の膨張弁の開度を第１状態の開度よりさらに小さくして冷媒の流通流量を減少させれば、一層第１利用系統の能力が低下する。すなわち、この場合、液冷媒の過冷却に利用して固定容量圧縮機（42）の中間ポートへ流入させた冷媒流量だけ、第２利用系統に供給される冷媒流量を減少させている。

また、第２の発明は、上記第１の発明において、上記運転では、上記第１利用系統の利用側熱交換器（51）が室内を冷房し、上記第２利用系統の利用側熱交換器（61）が庫内を冷却する。

したがって、第１の発明によれば、液冷媒の過冷却に利用した分岐冷媒を固定容量圧縮機（42）の中間ポートへ吸入させるようにしたので、インバータ制御等を行うことなく固定容量圧縮機（42）の吐出流量を増大させることができ、膨張弁等の流量調整を適宜行えば、対象とする利用側熱交換器（51,61）における冷媒循環量を増大させることができる。したがって、利用側熱交換器（51,61）における能力を増大させることができる。さらに、利用側熱交換器（51,61）へは、過冷却の液冷媒が流れるので、一層能力を増大させることができる。また、その他対象外の利用側熱交換器（51,61）においては、冷媒循環量が減少することになるが、過冷却された液冷媒が流れるので、能力が低下することは殆どない。

また、固定容量圧縮機（42）における中間圧冷媒の一部を中間ポートより流出させて再び固定容量圧縮機（42）に吸入させるようにしたので、インバータ制御等を行うことなく固定容量圧縮機（42）の吐出流量を減少させることができ、膨張弁等の流量調整を適宜行えば、対象とする利用側熱交換器（51,61）における冷媒循環量を減少させることができる。したがって、利用側熱交換器（51,61）における能力を低下させることができる。このように、対象としない利用側熱交換器（51,61）の能力を変化させることなく、対象とする利用側熱交換器（51,61）における能力の増大および低下を行うことができる。

さらに、第１の発明によれば、上述した固定容量圧縮機（42）から中間圧冷媒の一部を流出させて吸入側に直接戻すと共に、液冷媒の過冷却に利用した一部の分岐冷媒も固定容量圧縮機（42）の吸入側へ戻すようにしたので、膨張弁等の流量調整を適宜行えば、対象とする利用側熱交換器（51,61）における冷媒循環量を一層減少させることができる。したがって、上記利用側熱交換器（51,61）に能力を一層低下させることができる。この結果、別途インバータ制御等を行うことなく、より多段階に能力調整を行うことができる。

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》
本実施形態の冷凍装置（10）は、コンビニエンスストア等に設置されて、店内の空気調和とショーケース内の冷却とを行うものである。図１に示すように、この冷凍装置（10）は、室外ユニット（11）と、空調ユニット（12）と、冷蔵ショーケース（13）と、過冷却熱交換器（80）とを備えている。そして、この冷凍装置（10）では、上記室外ユニット（11）に空調ユニット（12）や冷蔵ショーケース（13）等が配管で接続されることによって冷媒回路（20）が構成されている。この冷媒回路（20）は、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行うように構成されている。

〈室外ユニット〉
上記室外ユニット（11）は、２台の圧縮機（41,42）と、熱源側熱交換器である室外熱交換器（44）と、レシーバ（45）と、膨張機構である室外膨張弁（46）とを備えている。そして、これら圧縮機（41,42）、室外熱交換器（44）、・・・、室外膨張弁（46）は、冷凍装置（10）の熱源系統を構成している。

上記２台の圧縮機（41,42）は、可変容量圧縮機（41）および固定容量圧縮機（42）であり、何れも全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。上記可変容量圧縮機（41）は、電動機がインバータ制御されて容量が段階的または連続的に可変となる圧縮機であり、主として冷蔵ショーケース（13）側を循環する冷媒の圧縮機構を構成している。一方、上記固定容量圧縮機（42）は、電動機が常に一定の回転数で駆動し、容量が変更不能な圧縮機であり、主として空調ユニット（12）側を循環する冷媒の圧縮機構を構成している。そして、上記２台の圧縮機（41,42）は、互いに並列に接続されている。また、上記固定容量圧縮機（42）は、図示しないが、通常の吸入ポートおよび吐出ポートの他に、圧縮過程の圧縮室に開口する中間ポートを有している。

上記可変容量圧縮機（41）および固定容量圧縮機（42）の吐出側には、それぞれ第１分岐管（21a）および第２分岐管（21b）を介して共通の吐出管（21）の一端が接続されている。この吐出管（21）の他端は、流路切換手段である第１四路切換弁（43）の第１ポートに接続されている。上記第２分岐管（21b）には、固定容量圧縮機（42）から吐出管（21）へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁（CV2）が設けられている。また、上記吐出管（21）には、油分離器（47）が設けられている。一方、上記可変容量圧縮機（41）および固定容量圧縮機（42）の吸入側には、それぞれ第１分岐管（27a）および第２分岐管（27b）を介して共通の第１吸入管（27）の一端が接続されている。この第１吸入管（27）の他端は、ガス側の閉鎖弁（40）を介して室外ユニット（11）の外部に配設された第２ガス側連絡配管（33）に接続されている。上記吸入側の第２分岐管（27b）には、第１吸入管（27）から固定容量圧縮機（42）へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁（CV1）が設けられている。

上記第１四路切換弁（43）の第３ポートには、第１室外ガス管（22）を介して室外熱交換器（44）の一端であるガス側端部が接続され、該室外熱交換器（44）の他端である液側端部が液ラインである室外液管（23）の一端に接続されている。この室外液管（23）の他端は、レシーバ（45）を経た後、液側の閉鎖弁（40）を介して室外ユニット（11）の外部に配設された液側連絡配管（29）に接続されている。上記室外液管（23）におけるレシーバ（45）の上流には、レシーバ（45）へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁（CV3）が設けられ、レシーバ（45）の下流には、レシーバ（45）から閉鎖弁（40）へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁（CV4）が設けられている。

上記室外液管（23）には、レシーバ（45）とその上流側の逆止弁（CV3）と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）には、室外膨張弁（46）が設けられている。さらに、上記室外液管（23）には、分岐液管（26）が接続されている。この分岐液管（26）は、一端がレシーバ（45）とその上流側の逆止弁（CV3）との間に接続され、他端が下流側の逆止弁（CV4）と閉鎖弁（40）との間に接続されている。この分岐液管（26）には、閉鎖弁（40）側からレシーバ（45）側へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁（CV5）が設けられている。

上記第１四路切換弁（43）の第２ポートには、第２吸入管（28）の一端が接続されている。この第２吸入管（28）の他端は、第２分岐管（27b）における逆止弁（CV1）と固定容量圧縮機（42）との間に接続されている。また、上記第１四路切換弁（43）の第４ポートには、第２室外ガス管（24）の一端が接続されている。この第２室外ガス管（24）の他端は、ガス側の閉鎖弁（40）を介して室外ユニット（11）の外部に配設された第１ガス側連絡配管（31）に接続されている。

上記室外熱交換器（44）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、室外ファン（48）および外気温センサ（49）が近接して配置されている。上記外気温センサ（49）は、室外ファン（48）によって取り込まれる室外空気の温度を検出する温度検出手段を構成している。そして、上記室外熱交換器（44）は、冷媒と室外空気とが熱交換するように構成されている。

上記第１四路切換弁（43）は、第１ポートと第３ポートとが連通し且つ第２ポートと第４ポートとが連通する第１状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポートと第４ポートとが連通し且つ第２ポートと第３ポートとが連通する第２状態（図１に破線で示す状態）とに切り換わるように構成されている。

〈空調ユニット〉
上記空調ユニット（12）は、店内を冷暖房して空気調和を行うように構成されている。この空調ユニット（12）は、利用側熱交換器である空調熱交換器（51）と、膨張機構である空調膨張弁（52）とを備えている。この空調膨張弁（52）には、電子膨張弁が用いられている。上記空調熱交換器（51）の一端である液側端部には、空調膨張弁（52）を介して液側連絡配管（29）が接続されている。一方、上記空調熱交換器（51）の他端であるガス側端部には、第１ガス側連絡配管（31）が接続されている。そして、上記空調ユニット（12）、液側連絡配管（29）および第１ガス側連絡配管（31）は、冷凍装置（10）の熱源系統に接続される第１利用系統を構成している。

上記空調熱交換器（51）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、空調ファン（55）および室温センサ（56）が近接して配置されている。この室温センサ（56）は、空調ファン（55）によって取り込まれた室内空気（店内空気）の温度を検出する温度検出手段を構成している。また、上記空調熱交換器（51）には、該空調熱交換器（51）における冷媒温度である蒸発温度または凝縮温度を検出する温度検出手段としての空調熱交換センサ（53）が設けられると共に、ガス側にガス冷媒の温度を検出する温度検出手段としてのガス温センサ（54）が設けられている。そして、上記空調熱交換器（51）は、冷媒と室内空気とが熱交換するように構成されている。つまり、上記空調熱交換器（51）は、冷房運転時に蒸発器として機能し、暖房運転時に凝縮器として機能する。

〈冷蔵ショーケース〉
上記冷蔵ショーケース（13）は、食品等を冷蔵（冷却）するように構成されている。この冷蔵ショーケース（13）は、利用側熱交換器である冷蔵熱交換器（61）と、膨張機構である冷蔵膨張弁（62）とを備えている。この冷蔵膨張弁（62）には、電子膨張弁が用いられている。上記冷蔵熱交換器（61）の一端である液側端部には、冷蔵膨張弁（62）を介して分岐液配管（32）の一端が接続されている。この分岐液配管（32）の他端は、液側連絡配管（29）の途中に接続されている。一方、上記冷蔵熱交換器（61）の他端であるガス側端部には、第２ガス側連絡配管（33）が接続されている。そして、上記冷蔵ショーケース（13）、分岐液配管（32）および第２ガス側連絡配管（33）は、冷凍装置（10）の熱源系統に上記第１利用系統と並列に接続される第２利用系統を構成している。

上記冷蔵熱交換器（61）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、冷蔵ファン（65）および冷蔵温度センサ（66）が近接して配置されている。上記冷蔵温度センサ（66）は、冷蔵ファン（65）によって取り込まれたショーケース内の空気（庫内空気）の温度を検出する温度検出手段を構成している。また、上記冷蔵熱交換器（61）には、該冷蔵熱交換器（61）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（63）が設けられると共に、ガス側にガス冷媒の温度を検出する温度検出手段としてのガス温センサ（64）が設けられている。そして、上記冷蔵熱交換器（61）は、冷媒とショーケース内の空気とが熱交換するように構成されている。つまり、この冷蔵熱交換器（61）は、常時蒸発器として機能する。

〈過冷却熱交換器〉
上記過冷却熱交換器（80）は、室外ユニット（11）と空調ユニット（12）とを繋ぐ液側連絡配管（29）に設けられている。この過冷却熱交換器（80）は、いわゆるプレート式熱交換器やカスケード熱交換器により構成され、内部に第１通路（81）と第２通路（82）とが形成されている。上記第１通路（81）には、液側連絡配管（29）が接続され、上記第２通路（82）には、過冷却配管（76）が接続されている。この過冷却配管（76）は、入口側である一端が液側連絡配管（29）における過冷却熱交換器（80）より室外ユニット（11）側に接続され、出口側である他端が室外ユニット（11）に接続されている。そして、上記過冷却配管（76）は、過冷却熱交換器（80）より入口側に膨張機構である過冷却用膨張弁（77）が設けられている。

上記過冷却熱交換器（80）は、液側連絡配管（29）から過冷却配管（76）を通じて第２通路（82）へ分岐した液冷媒の分岐冷媒が第１通路（81）の液冷媒と熱交換して蒸発し、第１通路（81）の液冷媒を過冷却するように構成されている。すなわち、上記過冷却熱交換器（80）は、第１利用系統および第２利用系統の液冷媒を過冷却する過冷却手段を構成している。

〈能力の切換回路〉
本実施形態の冷凍装置（10）は、本発明の特徴として、中間圧冷媒の切換回路（70）を備えている。この切換回路（70）は、室外ユニット（11）に設けられ、流路切換手段である第２四路切換弁（71）と、該第２四路切換弁（71）に接続される４つの接続管（72,73,74,75）とを備えている。

上記第１接続管（72）は、一端が固定容量圧縮機（42）の中間ポート（図示せず）に接続され、他端が第２四路切換弁（71）の第２ポートに接続されている。上記第２接続管（73）は、一端が第２吸入管（28）の途中に接続され、他端が第２四路切換弁（71）の第３ポートに接続されている。上記第３接続管（74）は、一端が第２四路切換弁（71）の第４ポートに接続され、他端がガス側の閉鎖弁（40）を介して過冷却配管（76）に接続されている。上記第４接続管（75）は、一端が第２四路切換弁（71）の第１ポートに接続され、他端が第２接続管（73）の途中に接続されている。また、上記第１接続管（72）および第４接続管（75）には、それぞれ開閉弁である電磁弁（SV1,SV2）が設けられている。

上記第２四路切換弁（71）は、第１ポートと第３ポートとが連通し且つ第２ポートと第４ポートとが連通する第１状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポートと第４ポートとが連通し且つ第２ポートと第３ポートとが連通する第２状態（図１に破線で示す状態）とに切り換わるように構成されている。

上記切換回路（70）は、第２四路切換弁（71）が第１状態に切り換わると、過冷却熱交換器（80）で蒸発したガス冷媒が中間圧状態で固定容量圧縮機（42）の中間ポートに吸入され、第２四路切換弁（71）が第２状態に切り換わると、固定容量圧縮機（42）の中間ポートから中間圧状態のガス冷媒が流出し、第２吸入管（28）を通って固定容量圧縮機（42）の吸入ポートに再び吸入されるように構成されている。つまり、上記切換回路（70）は、固定容量圧縮機（42）における中間ポートへの中間圧冷媒の流出入を切り換えることにより、固定容量圧縮機（42）における冷媒の吐出流量を増減させている。

また、上記冷凍装置（10）は、空調熱交換器（51）の冷暖切換、および冷房時における空調熱交換器（51）の冷房能力を数段階に切換制御するコントローラ（90）を備えている。このコントローラ（90）は、第１四路切換弁（43）を切り換えることにより、空調熱交換器（51）を冷暖を切り換えるように構成されている。さらに、上記コントローラ（80）は、冷房時において、主として切換回路（70）の第２四路切換弁（71）および各電磁弁（SV1,SV2）と、過冷却用膨張弁（77）と、空調膨張弁（52）および冷蔵膨張弁（62）とをそれぞれ切り換えることにより、空調熱交換器（51）を第２状態である高能力運転、通常運転、第１状態である第１低能力運転および第３状態である第２低能力運転とに切り換える。なお、上記各運転は、高能力運転から第２低能力運転にいくに従って冷房能力が低くなっている。

−運転動作−
次に、上述した冷凍装置（10）の運転動作について説明する。この冷凍装置（10）は、空調熱交換器（51）にて冷媒が凝縮し、室外熱交換器（44）および冷蔵熱交換器（61）にて冷媒が蒸発する暖房冷蔵運転と、室外熱交換器（44）にて冷媒が凝縮し、空調熱交換器（51）および冷蔵熱交換器（61）にて冷媒が蒸発する冷房冷蔵運転とに切換可能に構成されている。

〈暖房冷蔵運転〉
この暖房冷蔵運転は、空調ユニット（12）で室内空気の加熱を行って店内を暖房すると同時に、冷蔵ショーケース（13）において庫内空気の冷却を行うものである。

先ず、図２に示すように、上記コントローラ（90）により、第１四路切換弁（43）を第２状態に、室外膨張弁（46）および冷蔵膨張弁（62）を所定開度に、空調膨張弁（52）を全開状態にそれぞれ設定する。また、上記コントローラ（90）により、切換回路（70）の各電磁弁（SV1,SV2）および過冷却用膨張弁（77）を閉状態に設定する。この状態において、可変容量圧縮機（41）および固定容量圧縮機（42）を駆動すると、両圧縮機（41,42）から吐出されたガス冷媒は、吐出管（21）で合流し、第１四路切換弁（43）から第２室外ガス管（24）および第１ガス側連絡配管（31）を順次経て、空調熱交換器（51）へ流れる。

上記空調熱交換器（51）では、ガス冷媒が室内空気と熱交換して凝縮し、室内空気が加熱される。これにより、店内の暖房が行われる。そして、凝縮した液冷媒は、空調膨張弁（52）を介して液側連絡配管（29）に流れ、一部が分岐液配管（32）へ分流し、残りが過冷却熱交換器（80）を通過して室外ユニット（11）へ流れる。この室外ユニット（11）の液冷媒は、分岐液管（26）を通ってレシーバ（45）を経た後、補助液管（25）へ流れて室外膨張弁（46）で減圧される。この減圧された冷媒は、室外熱交換器（44）で室外空気と熱交換して蒸発した後、第１室外ガス管（22）、第１四路切換弁（43）および第２吸入管（28）を順次通って固定容量圧縮機（42）へ再び吸入される。一方、上記分岐液配管（32）へ流れた液冷媒は、冷蔵膨張弁（62）で減圧された後、冷蔵熱交換器（61）で庫内空気と熱交換して蒸発し、庫内空気が冷却される。これにより、庫内の冷蔵が行われる。そして、蒸発したガス冷媒は、第２ガス側連絡配管（33）を通って室外ユニット（11）へ流れ、第１吸入管（27）より可変容量圧縮機（41）へ再び吸入される。

〈冷房冷蔵運転〉
上記冷房冷蔵運転は、空調ユニット（12）で室内空気の冷却を行って店内を冷房すると同時に、冷蔵ショーケース（13）で庫内空気の冷却を行うものである。そして、この冷房冷蔵運転では、通常運転を基準として空調熱交換器（51）が高能力運転、第１低能力運転および第２低能力運転とに切換可能に構成されている。ここでは、最初に通常運転時の動作を説明した後に、その他の運転動作について説明する。

先ず、通常運転の場合、図３に示すように、上記コントローラ（90）により、第１四路切換弁（43）を第１状態に、室外膨張弁（46）を閉状態に、空調膨張弁（52）および冷蔵膨張弁（62）を通常の所定開度にそれぞれ設定する。また、上記コントローラ（90）により、切換回路（70）の各電磁弁（SV1,SV2）および過冷却用膨張弁（77）を閉状態に設定する。この状態において、可変容量圧縮機（41）および固定容量圧縮機（42）を駆動すると、両圧縮機（41,42）から吐出されたガス冷媒は、吐出管（21）で合流し、第１四路切換弁（43）から第１室外ガス管（22）を経て室外熱交換器（44）に流れ、室外空気と熱交換して凝縮する。この凝縮した液冷媒は、室外液管（23）を通ってレシーバ（45）を経た後、液側連絡配管（29）へ流れる。この液冷媒は、過冷却熱交換器（80）を通過した後、一部が分岐液配管（32）へ分流し、残りが空調膨張弁（52）で減圧されて空調熱交換器（51）へ流れる。

上記空調熱交換器（51）では、冷媒が室内空気と熱交換して蒸発し、室内空気が冷却される。これにより、店内の冷房が行われる。そして、蒸発したガス冷媒は、第１ガス側連絡配管（31）を通って室外ユニット（11）へ流れ、第２室外ガス管（24）、第１四路切換弁（43）および第２吸入管（28）を順次通って固定容量圧縮機（42）へ再び吸入される。一方、上記分岐液配管（32）へ流れた液冷媒は、冷蔵膨張弁（62）で減圧された後、冷蔵熱交換器（61）で庫内空気と熱交換して蒸発し、庫内空気が冷却される。これにより、庫内の冷蔵が行われる。そして、蒸発したガス冷媒は、第２ガス側連絡配管（33）を通って室外ユニット（11）へ流れ、第１吸入管（27）より可変容量圧縮機（41）へ再び吸入される。

次に、例えば外気温が高くなり、上記通常運転時より冷房能力をアップさせる場合、高能力運転に切り換えられる。この高能力運転は、図４に示すように、通常運転時の状態から、コントローラ（90）により、切換回路（70）の第２四路切換弁（71）を第１状態に、第１接続管（72）の電磁弁（SV1）を開状態に、第４接続管（75）の電磁弁（SV2）を閉状態にそれぞれ設定すると共に、過冷却用膨張弁（77）を所定開度に設定する。また、上記コントローラ（90）により、冷蔵膨張弁（62）を通常開度より小さい所定開度に設定する。

この運転では、液側連絡配管（29）から過冷却配管（76）へ分流した分岐冷媒が過冷却用膨張弁（77）で減圧された後、過冷却熱交換器（80）で第１通路（81）の液冷媒を過冷却して蒸発する。この蒸発したガス冷媒は、室外ユニット（11）へ流れ、第３接続管（74）、第２四路切換弁（71）および第１接続管（72）を順次経て固定容量圧縮機（42）の中間ポートへ吸入される。ここで、中間ポートへ吸入される冷媒は、中間圧状態であるため、吸入ポートへ吸入される低圧状態の冷媒に比べて比体積が小さくなり、質量流量が増大する。これにより、固定容量圧縮機（42）における冷媒の吐出流量が増大する。

上記過冷却熱交換器（80）で過冷却された第１通路（81）の液冷媒は、一部が分岐液配管（32）へ分流し、残りが空調膨張弁（52）で減圧された後に空調熱交換器（51）で蒸発する。ここで、空調膨張弁（52）は、開度が通常運転時のままであるが、固定容量圧縮機（42）の吐出流量が増大した分、冷媒の流通量が増大することになる。したがって、上記空調熱交換器（51）では、過冷却の液冷媒が流れることに加え、その冷媒流量が増大するので、冷房能力がアップする。一方、上記冷蔵熱交換器（61）において、冷蔵膨張弁（62）の開度が通常運転時より小さく設定されているため冷媒流量が減少するが、過冷却の液冷媒が流れるため、庫内の冷却能力は通常運転時と比べて殆ど変化しない。

すなわち、この高能力運転では、冷蔵熱交換器（61）へ供給する冷媒の一部を液冷媒の過冷却に利用し、その後固定容量圧縮機（42）の中間ポートへ吸入させることによって空調熱交換器（51）における冷媒流量を増大させている。これにより、冷蔵ショーケース（13）の冷却能力を殆ど変化させることなく、空調ユニット（12）の冷房能力を増大させることができる。なお、本実施形態では、冷蔵膨張弁（62）の開度を小さくしたが、通常開度のままでもよい。この場合、空調熱交換器（51）および冷蔵熱交換器（61）では、固定容量圧縮機（42）の吐出流量が増大した分の冷媒流量が流れ、加えてその冷媒が過冷却されているので、両熱交換器（51,61）において能力を増大させることができる。

次に、例えば外気温が低くなり、上記通常運転時より冷房能力をダウンさせる場合、第１低能力運転に切り換えられる。この第１低能力運転は、図５に示すように、通常運転時の状態から、コントローラ（90）により、切換回路（70）の第２四路切換弁（71）を第２状態に、第１接続管（72）の電磁弁（SV1）を開状態に、第４接続管（75）の電磁弁（SV2）を閉状態にそれぞれ設定すると共に、過冷却用膨張弁（77）を閉状態に設定する。また、上記コントローラ（90）により、空調膨張弁（52）を通常開度より小さい所定開度に設定する。

この運転では、固定容量圧縮機（42）における中間圧状態のガス冷媒が中間ポートから第１接続管（72）へ流れ、第２四路切換弁（71）および第２接続管（73）を通って第２吸入管（28）より再び固定容量圧縮機（42）へ吸入される。これにより、固定容量圧縮機（42）における冷媒の吐出流量が減少するので、空調熱交換器（51）の冷媒流量も減少する。したがって、上記空調ユニット（12）における冷房能力を通常運転時に比べて減少させることができる。

さらに、外気温が低くなり、上記第１低能力運転時より冷房能力をダウンさせる場合、第２低能力運転に切り換えられる。この第２低能力運転は、図６に示すように、第１低能力運転時の状態から、コントローラ（90）により、第４接続管（75）の電磁弁（SV2）を開状態に、過冷却用膨張弁（77）を開状態にそれぞれ設定する。また、上記コントローラ（90）により、空調膨張弁（52）を第１低能力運転時より小さい所定開度に設定する。

この運転では、過冷却熱交換器（80）で過冷却した分岐冷媒が第２四路切換弁（71）から第４接続管（75）を通って、第２接続管（73）にて固定容量圧縮機（42）の中間圧冷媒と合流した後、第２吸入管（28）より固定容量圧縮機（42）へ再び吸入される。これにより、固定容量圧縮機（42）における冷媒の吐出流量が一層減少するので、空調熱交換器（51）の冷媒流量も一層減少する。したがって、上記空調ユニット（12）における冷房能力を一層減少させることができる。

このように、固定容量圧縮機（42）の中間ポートを通じて冷媒を流入または流出させることにより、空調熱交換器（51）における冷媒循環量を増大または減少させることができる。したがって、上記空調熱交換器（51）の冷房能力を数段階に調節することができる。

−実施形態の効果−
以上説明したように、本実施形態によれば、冷房運転において、冷蔵熱交換器（61）へ供給する液冷媒の一部を残りの液冷媒の過冷却に利用し、過冷却した後のガス冷媒を固定容量圧縮機（42）の中間ポートへ吸入させるようにしたので、インバータ制御等を行うことなく固定容量圧縮機（42）の吐出流量を増大させることができ、空調熱交換器（51）における冷媒循環量を増大させることができる。したがって、上記空調熱交換器（51）における冷房能力を増大させることができる。さらに、上記空調熱交換器（51）へは、過冷却の液冷媒が流れるので、一層冷房能力を増大させることができる。その際、上記冷蔵熱交換器（61）においては、冷媒循環量が減少するが、空調熱交換器（51）と同様に過冷却の液冷媒が流れるので、冷蔵ショーケース（13）における冷却能力が低下することは殆どない。

また、冷房運転において、固定容量圧縮機（42）における中間圧冷媒の一部を中間ポートより流出させて再び固定容量圧縮機（42）に吸入させるようにしたので、インバータ制御等を行うことなく固定容量圧縮機（42）の吐出流量を減少させることができ、空調熱交換器（51）における冷媒循環量を減少させることができる。したがって、上記空調熱交換器（51）における冷房能力を低下させることができる。

さらに、上述した固定容量圧縮機（42）から中間圧冷媒の一部を流出させるのに加えて、空調熱交換器（51）へ供給する液冷媒の一部を残りの液冷媒の過冷却に利用し、過冷却した後のガス冷媒を固定容量圧縮機（42）に吸入させるようにしたので、空調熱交換器（51）における冷媒循環量を一層減少させることができる。したがって、上記空調熱交換器（51）の冷房能力を一層低下させることができる。

特に、上記固定容量圧縮機（42）における中間ポートへの冷媒の流出入の切換を、第２四路切換弁（71）や電磁弁（SV1,SV2）よりなる切換回路（70）で行うようにしたので、確実に且つ容易に固定容量圧縮機（42）の吐出流量を増減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。

例えば、上記実施形態では、第２利用系統として冷蔵ショーケース（13）により構成したが、これに代えて、庫内の食品等を冷凍する冷凍ショーケースにより構成するようにしてもよいし、空調熱交換器により構成するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、固定容量圧縮機（42）と空調熱交換器（51）とが対応するようにしたが、これに代えて、固定容量圧縮機（42）と冷蔵熱交換器（61）とが対応するようにしてもよい。その場合、冷蔵ショーケース（13）における冷却能力を数段階に調整することができる。

《参考例》
本発明の参考となる参考例として、可変容量圧縮機（41）を固定容量型のものに変更してもよいし、省略するようにしてもよい。すなわち、上記可変容量圧縮機（41）を省略する場合、１台の固定容量圧縮機（42）で空調熱交換器（51）および冷蔵熱交換器（61）へ冷媒を循環させることになる。

以上説明したように、本発明は、固定容量の圧縮機を有し、複数の利用側熱交換器が接続された冷凍装置として有用である。

実施形態に係る冷凍装置を示す冷媒回路図である。 暖房冷蔵運転時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。 通常の冷房冷蔵運転時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。 高能力の冷房冷蔵運転時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。 第１低能力の冷房冷蔵運転時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。 第２低能力の冷房冷蔵運転時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。

符号の説明

10 冷凍装置
20 冷媒回路
42 固定容量圧縮機
44 室外熱交換器（熱源側熱交換器）
51 空調熱交換器（利用側熱交換器）
61 冷蔵熱交換器（利用側熱交換器）
70 切換回路

Claims (2)

1. 可変容量圧縮機（41）、固定容量圧縮機（42）および熱源側熱交換器（44）を有する熱源系統に、利用側熱交換器（51,61）を有する第１利用系統と第２利用系統とが接続された冷媒回路（20）を備えている冷凍装置であって、
   上記可変容量圧縮機（41）及び上記固定容量圧縮機（42）から吐出された冷媒が上記熱源側熱交換器（44）で放熱し、上記第１利用系統の利用側熱交換器（51）で蒸発した冷媒が上記固定容量圧縮機（42）に吸入されて、上記第２利用系統の利用側熱交換器（61）で蒸発した冷媒が上記可変容量圧縮機（41）に吸入される運転において、上記固定容量圧縮機（42）の圧縮過程の圧縮室に開口する中間ポートから中間圧冷媒の一部が固定容量圧縮機（42）の吸入側に流れる第１状態と、上記両利用系統へ流れる液冷媒を該液冷媒の一部が分岐した分岐冷媒によって過冷却し、その過冷却後の分岐冷媒が固定容量圧縮機（42）の中間ポートへ流れる状態であって、上記第１利用系統の利用側熱交換器（51）における冷却能力が上記第１状態よりも高くなる第２状態と、固定容量圧縮機（42）の中間ポートから中間圧冷媒の一部が固定容量圧縮機（42）の吸入側に流れると共に、上記両利用系統へ流れる液冷媒を該液冷媒の一部が分岐した分岐冷媒によって過冷却し、その過冷却後の分岐冷媒が固定容量圧縮機（42）の吸入側に流れる状態であって、上記第１利用系統の利用側熱交換器（51）における冷却能力が上記第１状態よりも低くなる第３状態に冷媒回路（20）の冷媒流れを切り換える切換回路（70）を備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
2. 請求項１において、
   上記運転では、上記第１利用系統の利用側熱交換器（51）が室内を冷房し、上記第２利用系統の利用側熱交換器（61）が庫内を冷却する
   ことを特徴とする冷凍装置。

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