JP4273470B2 - 冷凍装置および冷凍装置の能力増加方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エコノマイザ−により冷凍能力の制御を行う冷凍装置に関するものであり、特に、コンビニエンスストア、ス−パ−マ−ケット、小型店舗のような負荷量に対して負荷変動の小さい冷蔵ショーケース、冷蔵庫に使用される冷凍装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、特開昭６１−２９６４８に記載の従来の冷凍装置の概略構成を示しており、同図において、１は冷媒を圧縮する圧縮機、２は圧縮機１から吐出される高圧冷媒を冷却して凝縮する凝縮器、３は凝縮器２から供給される冷媒を膨張させる膨張弁、４は膨張弁３において膨張された冷媒を蒸発させることにより熱吸収を行う蒸発器であって、その出力側は圧縮機１に接続されている。２２は商用電源周波数を可変して出力するインバータ、２９は圧縮機１の低圧側における冷媒圧力を検出する圧力検出器５の出力信号レベルに応じてインバータの出力周波数を制御する制御部である。２３、２４は上記インバータ２２と圧縮機１を結ぶ電源ラインの途中に直列接続された電磁接触器と過電流継電器である。
【０００３】
次に、動作を説明する。上記冷凍装置において、電源スイッチ（図示せず）を投入すると、電磁接触器２３が閉じられてインバータ２２から出力される電力が圧縮機１を駆動する電動機に供給されるため、電動機がインバータ２２の出力周波数に応じた速度で圧縮機１を回転駆動する。
圧縮機１が駆動されると、圧縮冷媒が吐出されて冷凍サイクルを流れるために、これに伴って蒸発器４による冷却がおこなわれる。
ここで、冷却負荷が少なくなると、冷凍サイクルの低圧側における冷媒圧力が下がるために、これに応じて圧力検出器５から出力される出力信号レベルが低下する。
制御部２９においては、圧力検出器５の信号レベルと基準値との差に応じてインバータ２２の出力周波数を制御する。
つまり、圧力検出器５の出力信号レベルが基準値よりも低い場合には、制御部２９がインバータ２２を制御することによって出力周波数を下げる。電源周波数が下げられると、電動機の回転が下げられることから、圧縮機１の回転が低下して冷却能力が下がる。
このようにして冷却能力が下げられると、冷凍サイクルの低圧側における冷媒圧力が上昇して設定圧力に収束する。
また、冷却負荷が高い場合には、冷凍サイクルにおける低圧側の冷媒圧力が上昇する。この結果、制御部２９はインバータ２２をその出力周波数が上昇するように制御することにより、圧縮機１の回転数を上昇させて冷却能力を増加させる。
【０００４】
また、図１２は従来のエコノマイザー搭載冷凍装置の概略構成を示したもので、同図において１は冷媒を圧縮する圧縮機、２は圧縮機１から吐出された高圧冷媒を冷却して凝縮する凝縮器、３は後述の熱交換装置１１で過冷却された冷媒を膨張させる膨張弁、４は膨張弁３において膨張された冷媒を蒸発させることにより熱吸収を行う蒸発器であり、これら１、２、３、４等から第１の冷凍サイクルを構成する。８は冷媒を圧縮する圧縮機、９は圧縮機８から吐出された高圧冷媒を冷却して凝縮する凝縮器、１０は凝縮器９から供給される冷媒を膨張させる膨張弁、１１は熱交換装置で、膨張弁１０で膨張した冷媒と第１の冷凍サイクルの凝縮器２で凝縮した冷媒とが熱交換して、前記凝縮した冷媒が冷却されるとともに、前記膨張した冷媒は蒸発する。これら８、９、１０、１１等からエコノマイザ−である第２の冷凍サイクルを構成する。第２の冷凍サイクルにおいて、５は圧力を検知する圧力検出器、６は圧力検出器５の信号レベルに応じて圧縮機８を制御する制御部である。
【０００５】
次に、動作を説明する。圧縮機１が駆動されると、圧縮冷媒が吐出されて第１の冷凍サイクルを流れる。冷媒は凝縮器２で冷却されて液冷媒となる。凝縮器２で凝縮された液冷媒は、１１の熱交換装置で過冷却され、膨張弁３で急膨張した後、蒸発器４で熱吸収を行い冷蔵庫、ショーケース内の被冷却物を冷やす。
ここで、熱交換装置１１で過冷却された液冷媒の過冷却度が大きくなると、圧力検出器５の信号レベルが低下する。制御部６は、圧力検出器５の信号レベルと基準値の差に応じて圧縮機８の運転を中断する。
つまり、圧力検出器５の信号レベルが基準値よりも低い場合には、圧縮機８の運転を切る。
また、圧縮機８の運転が中断されると、低圧が徐々に上昇をはじめ圧力検出器５の信号レベルが基準値を超えると、圧縮機８は運転を再開する。圧縮機８の運転が再開されると、熱交換装置１１で凝縮器２を出た液冷媒を再度、過冷却する。また、エコノマイザ−は、通常室外に設置され、蒸発器４を内蔵するショ−ケ−ス、冷蔵庫が設置される室内とは最大３０ｍ程度の距離がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記インバータ冷凍装置のように圧縮機を可変制御するためのインバータ基板を製造するためには、多大なコストがかかる。特にコンビニエンスストアの冷蔵用冷凍機のように圧縮機の容量が大きいものは、インバータ装置の製造コストが大きい。
また、インバータはエネルギーロスが発生し、入力エネルギーが増えるといった問題点がある。
また、従来のエコノマイザーユニット搭載冷凍機では、エコノマイザー側の低圧を検知して圧縮機８を間欠制御するため、凝縮器を出た液冷媒の過冷却をとりすぎ、入力エネルギが増えるという問題点がある。また、メイン側の負荷変動に応じた、エコノマイザーユニット内の圧縮機制御の追従性が良くない。
さらに、従来のエコノマイザーユニット搭載冷凍機では、エコノマイザー側の圧縮機８の起動発停回数が多いため、エネルギーロスも多くなる。
また、エコノマイザーユニット搭載の冷凍機では、凝縮器２を出た液冷媒は過冷却されているため外気温度より約１０〜２０℃ほど低くなる。従って、この液冷媒はショーケース、冷蔵庫の膨張弁に流入するまでの間に、外気と熱交換しやすく、エコノマイザーユニットを搭載しない冷凍装置に比べて過冷却の効果が失われやすい。従って、冷凍機と室内側を連結している配管の断熱材を厚く巻く必要がある。
さらに、従来の冷凍装置でショ−ケ−スが増加するような負荷が増加する場合は、冷凍装置の能力アップのために冷媒流量が増加し、熱源機側ユニットと負荷側ユニットとを接続する配管も配管径の大きなものに交換する必要があった。そのため費用の増加が大きかった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、ショ−ケ−ス等の負荷変動に対応するのに、設備費用を低減した、省エネルギ−で、負荷変動への追従性のよい冷凍装置を得ることを目的とする。
また、過冷却後の液配管の断熱が簡易化できる冷凍装置を得ることを目的とする。
また、ショ−ケ−ス等が省スペ−ス化できる冷凍装置を得ることを目的とする。
また、凝縮器の改良により省エネルギ−を図った冷凍装置を得ることを目的とする。
また、電力の平準化、電力料金を低減できる冷凍装置を得ることを目的とする。
また、過冷却効率を向上し、省エネルギ−を図った冷凍装置を得ることを目的とする。
また、冷凍装置でショ−ケ−スが増加するような負荷が増加する場合にも、既設の配管を再利用等することにより、費用の増加を抑えて負荷増加に対応することを目的とする。
【０００８】
また、負荷量は大きいが、負荷変動量は比較的小さい、コンビニエントストア等の庫内温度が冷蔵温度であるショ−ケ−ス等を冷却するのに適した冷凍装置を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の冷凍装置は、
第１の圧縮機および第１の凝縮器を有した熱源機側ユニットと、第１の減圧装置および第１の蒸発器とを有した負荷側ユニットとが配管接続された第１の冷凍サイクルを備えた冷凍装置であって、
前記第１の圧縮機より容量が小さく前記冷凍装置の負荷変動量に見合った容量の第２の圧縮機と、第２の凝縮器と、第２の減圧装置と、前記第１の冷凍サイクルの前記第１の凝縮器と前記第１の減圧装置との間を流れる冷媒と熱交換を行う熱交換装置とが、配管接続されてエコノマイザーを構成している第２の冷凍サイクルを、前記第１の冷凍サイクルの前記第１の凝縮器と前記第１の減圧装置との間の既設配管を流れる液冷媒を冷却するように設け、
前記冷凍装置の負荷の増加に際し、前記第１の圧縮機の容量を増加させずに、前記第２の冷凍サイクルの運転により、前記熱交換装置で前記第１の冷凍サイクルの前記第１の凝縮器と前記第１の減圧装置間の液冷媒を冷却して冷却能力を増加させる冷凍装置において、
前記熱交換装置が蓄熱式熱交換装置であり、
前記第１の冷凍サイクルの低圧側の冷媒圧力を検出する圧力検出器と、
前記蓄熱式熱交換装置の前記第１の冷凍サイクルを構成する冷媒回路をバイパスするバイパス回路と、
前記バイパス回路と、前記蓄熱式熱交換装置の前記第１の冷凍サイクルを構成する冷媒回路とに、それぞれ設けられた流量制御装置とを備え、
前記圧力検出器の検出圧力および前記蓄熱式熱交換装置の蓄冷量により、前記流量制御装置を制御して、前記バイパス回路と前記蓄熱式熱交換装置の前記第１の冷凍サイクルを構成する冷媒回路とに流れる冷媒流量を制御可能としているものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１である冷凍装置の冷凍サイクルを示している。図１において、１は冷媒を圧縮する第１の圧縮機、２は第１の圧縮機から吐出された高圧冷媒を冷却して凝縮する第１の凝縮器、３は後述の熱交換装置１１で過冷却された液冷媒を膨張させる第1の膨張弁（第１の減圧装置）、４は第１の膨張弁３において膨張された冷媒を蒸発させることにより熱吸収を行う第１の蒸発器で、これを内蔵するショーケース、冷蔵庫内を冷却する。なお、図１においては、熱交換装置１１と第１の圧縮機１との間に、第１の膨張弁３と第１の蒸発器４とを直列に接続したものを１組設けているが、熱交換装置１１と第１の圧縮機１との間に、この組合せのものを複数並列に接続し、複数の第１の蒸発器で、それぞれ、ショ−ケ−スまたは冷蔵庫を冷却するのが一般的である。これら第１の圧縮機１、第１の凝縮器２、第1の膨張弁３、第１の蒸発器４等より第１の冷凍サイクルを構成する。また、８は冷媒を圧縮する第２の圧縮機で容量は第１の圧縮機１より小さく、例えば第１の圧縮機１の１／６程度である。９は第２の圧縮機８から吐出された高圧冷媒を冷却して凝縮する第２の凝縮器、１０は第２の凝縮器９から供給される冷媒を膨張させる第２の膨張弁（第２の減圧装置）、１１は熱交換装置で、第２の膨張弁１０で膨張した冷媒と第１の冷凍サイクルの第１の凝縮器２で凝縮した冷媒とが熱交換して、前記膨張した冷媒は蒸発し、前記凝縮した冷媒は過冷却される。これら第２の圧縮機８、第２の凝縮器９、第２の膨張弁１０、熱交換装置１１等で第２の冷凍サイクルを構成し、第２の冷凍サイクルからエコノマイザ−を構成する。１３は第１の冷凍サイクルの低圧側の冷媒圧力を検出する圧力検出器、１４は圧力検出器１３の検出圧力に応じて第２の圧縮機８を運転または停止するため電磁接触器７を開閉制御する制御装置である。
【００２２】
次に動作を説明する。第１の冷凍サイクルでは、冷媒は第１の圧縮機１で圧縮される。高温高圧となったガス冷媒は、第２の凝縮器２に送られる。第２の凝縮器２ではガス冷媒が外気との熱交換により凝縮・液化して高温高圧の液冷媒となる。第２の凝縮器２で凝縮された液冷媒は熱交換装置１１で第２の冷凍サイクルの冷媒と熱交換し、第２の冷凍サイクルの冷媒を蒸発させ、自身は過冷却され、液配管を通じて負荷側へと送られる。ここで、第１の冷凍サイクルの液冷媒の過冷却をとる熱交換装置１１としては、プレート熱交換器、二重管熱交換器等が使用される。
負荷側に送られた冷媒は第１の膨張弁３で膨張し、第１の蒸発器４で熱吸収を行い冷蔵庫、ショーケース内の被冷却物を冷やす。過冷却が増えると、第１の冷凍サイクルの冷凍能力が増える。
複数の第１の蒸発器４を設けた場合は、過冷却後の冷媒がそれぞれの第１の蒸発器４に分岐配管により流される。
【００２３】
ここで、冷却負荷が少なくなると、第１の冷凍サイクルの低圧側における冷媒圧力が下がる。これに応じて圧力検出器１３の信号レベルが低下すると、制御装置１４は圧力検出器１３の信号レベルと基準値との差に応じて第２の圧縮機８の運転を制御する。すなわち、圧力検出器１３の出力信号レベルが基準値よりも低い場合には電磁接触器７を切り第２の圧縮機８への通電が遮断される。
そこで、熱交換装置１１で熱交換する熱量が減少することにより、第１の凝縮器２で凝縮された冷媒の過冷却度も減少し、第１の冷凍サイクルの冷凍能力が下がる。このようにして、冷却能力が下げられると、第１の冷凍サイクルの低圧側における冷媒圧力が上昇して設定圧力に収束する。
【００２４】
また、冷却負荷が高い場合には、第１の冷凍サイクルにおける低圧側の冷媒圧力が上昇する。そこで、圧力検出器１３の出力信号レベルが基準値よりも高くなると、電磁接触器７が入り第２の圧縮機８に通電される。この結果、制御装置１４は上記のように第１の圧縮機８を連続運転させるように制御することによって、熱交換装置１１で熱交換される熱量を増大させる。そして、第１の凝縮器２で凝縮された冷媒の過冷却度を増加させることによって、第１の冷凍サイクルの第１の蒸発器４の冷凍能力を上げる。
第２の圧縮機８は上記のように制御装置１４により運転、停止が制御され、電磁接触器７を間欠的に作動することにより、間欠運転をする。従って、熱交換装置１１で熱交換する熱量が増減され、第１の冷凍サイクルの冷凍能力が増減される。
【００２５】
図２は、コンビニエントストア、小型店舗の庫内温度が冷蔵温度（例えば−５℃〜１０℃）であるショ−ケ−ス、冷蔵庫の一日の経時的な冷凍負荷及びそれに対応した冷凍装置の冷凍能力の例を示したものである。
図２（ａ）は、横軸に一日の時間をとり、縦軸にこれらのショ−ケ−ス、冷蔵庫の冷凍負荷をとっている。図２（ａ）に示すように、これらのショ−ケ−ス、冷蔵庫は、大きな冷凍負荷量とそれに比べて比較的小さな負荷変動量を有することに特徴がある。すなわち、図２（ａ）に示すように、大きな冷凍負荷量が大きなベ−ス部分と小さな変動部分から成っている。また、これらのショ−ケ−ス、冷蔵庫は、８時〜１６時の間に来客による店内温度の上昇、ショ−ケ−ス内の被冷却物を出し入れするために蓋の開閉などにより、負荷が大きくなる。
図２（ｂ）は、図２（ａ）の負荷変動に対して、エコノマイザ−（第２の冷凍サイクル）を間欠的に運転することにより、第１の冷凍サイクルの冷凍能力を変化させたものである。
冷蔵庫、ショーケースの負荷が大きくなると、上記で説明したように第２の冷凍サイクルの第２の圧縮機８の運転時間が長くなる。従って、第１の冷凍サイクルの液冷媒は熱交換装置１１で第２の冷凍サイクルの冷媒と熱交換し十分に過冷却される。従って、第１の冷凍サイクルの第１の蒸発器４の冷凍能力は図２（ｂ）に示すように、ショーケース、冷蔵庫の負荷に応じて、段階的に対応制御することが可能となる。
以上のように、ショ−ケ−ス等の負荷変動に対応するのに、容量の大きな第１の圧縮機１の容量を直接制御する必要はなく、エコノマイザ−の運転、停止により、ショ−ケ−ス等の負荷変動量に見合った小容量の第２の圧縮機８を制御することにより負荷対応が良好となり、また、省エネルギ−が図れる。
また、第１の冷凍サイクルの低圧側の圧力を検出することにより、エコノマイザ−の運転、停止を制御しているので、従来のエコノマイザ−搭載冷凍装置に比べて凝縮器をでた液冷媒の過冷却をとりすぎることがなく、ショ−ケ−ス等の負荷変動に迅速、適確に対応でき、入力エネルギ−が増加するのを防止できる。
さらに、制御を第２の圧縮機の間欠制御（ＯＮ−ＯＦＦ制御）としているので、インバータ装置を必要とせず、製品の製造コストも低減することができる。
そこで、この冷凍装置は、特に、コンビニエントストア、小型店舗のショ−ケ−スに設けられ、負荷が大きく、要求冷凍能力が大きいが、負荷変動の小さい、庫内温度が冷蔵温度であるショ−ケ−ス、冷蔵庫に使用すると性能が最適に発揮できる。
【００２６】
実施の形態２．
実施の形態１では、圧力検出器１３で検出された信号レベルにより制御装置１４が電磁接触器７を間欠的に制御していたが、図３の実施の形態２の冷凍装置の冷凍サイクルに示すように圧力検出器１３で検出された信号レベルにより制御装置１４がインバータ１２を制御し出力周波数を変化させ、第２の圧縮機８の回転を変速制御することにより、熱交換装置１１での熱量を制御することも可能である。その他の構成（前記の第１の膨張弁３と第１の蒸発器４とを複数接続する構成も併せて）は前記実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００２７】
第１の冷凍サイクルにおいて、冷却負荷が減少したとき、第１の冷凍サイクルの低圧側における冷媒圧力が下がるために、これに応じて圧力検出器１３の信号出力レベルが低下する。
圧力検出器１３の出力信号レベルが基準値より低くなると、制御装置１４がインバータ１２を制御することによって出力周波数を下げる。電源周波数が下げられると、第２の圧縮機８の電動機の回転が下げられ、第２の圧縮機８の容量が低下し熱交換器１１で熱交換される熱量が下がる。
熱交換器１１で熱交換される熱量が下がると第１の凝縮器２を出た液冷媒の過冷却度が下がり、第１の蒸発器４の冷却能力が下がる。
【００２８】
また、冷却負荷が高い場合には、第１の冷凍サイクルにおける低圧側の冷媒圧力が上昇する。この結果、制御装置１４はインバータ１２をその出力周波数が上昇するように制御することにより、第２の圧縮機８の電動機の回転数を上昇させて熱交換装置１１で熱交換する熱量を増加させる。
この結果、第１の凝縮器２を出た液冷媒の過冷却度が増加し、第１の蒸発器４の冷却能力が増加する。
このように、第２の圧縮機８の電動機回転数の制御をインバータを用いて行うことによって、第１の冷凍サイクルの液冷媒の過冷却を連続的に制御することができ、実施の形態1で示した間欠制御より、第１の冷凍サイクルの第１の蒸発器４の負荷変動に対する冷凍能力の追従性が良くなる。また、実施の形態1で示した間欠制御より、第２の冷凍サイクルの第２の圧縮機８の起動発停回数が少なくなり、冷凍装置の消費電力量が低減できる。さらに、第２の冷凍サイクルの第２の圧縮機８は第１の冷凍サイクルの第１の圧縮機１の１／６程度の容量であるため、第２の圧縮機８を制御するインバータ装置の製造コストは、従来のインバータ冷凍装置のインバータ装置の製造コストに比べて、低減することができる。また、容量制御する圧縮機の容量が従来のインバータ冷凍装置の圧縮機に比べて小さいため、インバータ部でのエネルギーロスも小さく、消費電力も低減することが出きる。
【００２９】
図４は上記実施の形態２に関し、図４（ａ）は、実施の形態１と同じショーケース、冷蔵庫の冷凍負荷を示し、図４（ｂ）は、この負荷に対応して冷凍装置を運転した時の冷凍能力を模式的に表したものである。
8時〜１６時にかけてショーケース、冷蔵庫の負荷が高くなると、上記で説明したように第２の冷凍サイクルの第２の圧縮機８の出力周波数が負荷量に応じて連続的に制御されて高くなる。従って、第１の冷凍サイクルの液冷媒は熱交換装置１１で第２の冷凍サイクルの冷媒と熱交換し、負荷量に対応良く過冷却される。従って、第１の冷凍サイクルの第１の蒸発器４の冷凍能力は図４（ｂ）に示すように、ショーケース、冷蔵庫の負荷に応じて、連続的に制御することが可能となる。そこで、冷凍能力は図２で示した間欠制御よりショ−ケ−ス冷凍負荷の変動に対する追従性が良くなる。
本実施の形態の冷凍装置も前記実施の形態１の冷凍装置と同様、コンビニエントストア、小型店舗のショ−ケ−スに設けられ、負荷が大きく、そこで要求冷凍能力が大きいが、負荷変動の小さい、庫内温度が冷蔵温度であるショ−ケ−ス、冷蔵庫に使用するのが最適である。
【００３０】
実施の形態３．
実施の形態３では、実施の形態１および実施の形態２の第１の凝縮器２と第２の凝縮器９を一体型の構造とし、図５に示すようにその熱交換器のフィンを共有した一体型凝縮器としたものである。また、図６は実施の形態３の冷凍サイクルを模式的に示したものである。なお、第２の圧縮機８を制御する圧力検出器１３、制御装置１４は記載を省略したが、実施の形態１、２と同様に制御する。
図において、２５は一体型凝縮器を表している。その他の構成（前記の第１の膨張弁３と第１の蒸発器４とを複数接続する構成も併せて）は前記の実施の形態１、２と同様であり、説明を省略する。
【００３１】
次に動作を説明する。第１の蒸発器４の冷凍負荷が小さいとき、冷凍サイクルの低圧側の圧力が下がり、第２の圧縮機８の運転を間欠制御するものでは、実施の形態１で説明したように第２の圧縮機８が停止する。第２の圧縮機８が停止すると第２の冷凍サイクルには冷媒が流れないため、第２の凝縮器９の配管にも冷媒が流れないので、熱交換の必要がなくなる。従って、第１の圧縮機１、第１の凝縮器２、第１の膨張弁３および第１の蒸発器４からなる第１の冷凍サイクルの第１の凝縮器２は、第２の凝縮器９が使用していたフィンも活用することができ、表面伝熱面積が増加する。
また、第２の圧縮機８の運転を変速制御するものでは、第２の圧縮機８の運転が全速でない（減速している）とき一体型凝縮器２５のフィンの表面伝熱面積に余剰部分が生じる。
従って、第１の凝縮器２の凝縮能力を向上することができ、高圧圧力が低くなるため、冷凍装置の消費電力を低減することができ、省エネルギーとなる。また、第２の圧縮機８の制御を間欠制御、連続制御に関係なく、第１の凝縮器２と第２の凝縮器９のフィンを共有化することにより、第１の凝縮器２と第２の凝縮器９を別々に設置するより、省スペース化が図れる。
【００３２】
実施の形態４．
図７は、実施の形態１および実施の形態２の冷凍サイクルの具体的な設置を示すものである。図において、１５は第１の冷凍サイクルの第１の圧縮機１、第１の凝縮器２を搭載した熱源機側ユニットであり、通常は室外または室内でも店舗外に設置される。また、１６は、第１の冷凍サイクルの第１の膨張弁３及び第１の蒸発器４を内蔵する負荷側ユニットであるショーケース、冷蔵庫であり、第２の冷凍サイクルであるエコノマイザ−を内蔵する。負荷側ユニット１６は室内または店舗内に設置される。熱源機側ユニット１５と第１のユニット１６を高圧配管（液配管）１８、低圧配管（ガス配管）１９とで接続する。
なお、図７では、負荷側ユニット１６を１台記載しているが、複数とするのが一般的である。その場合、エコノマイザ−は複数の負荷側ユニット１６（ショ−ケ−ス、冷蔵庫）のうちの１台内に設置される。
【００３３】
次に動作を説明する。第１の圧縮機１を吐出した高圧のガス冷媒は第１の凝縮器２で外気との熱交換により凝縮・液化して高温高圧の液冷媒となる。液冷媒は液配管１８を通じて負荷側ユニット１６へと送られる。負荷側ユニット１６に送られた液冷媒はショーケース、冷蔵庫内のエコノマイザ−内の熱交換装置１１で過冷却され、第１の膨張弁３で膨張し、第１の蒸発器４で蒸発し、ショ−ケ−ス、冷蔵庫内の被冷却物を冷却する。ショ−ケ−ス、冷蔵庫が複数ある場合は、熱交換装置１１で過冷却された冷媒が並列の分岐管により流される。従来のエコノマイザ−搭載冷凍機では、室外に設置されたエコノマイザ−で第１の凝縮器２を出た液冷媒を過冷却する。通常のコンビニエンスストア、小型店舗の場合、室外に設置したエコノマイザ−を設置した熱源機側ユニットと室内に設置したショーケースは３０ｍ程度の液配管、低圧配管によって接続されているため、室外で過冷却をとった液冷媒が室内のショーケースまで移送される際、外気との熱交換をおこし、過冷却の効果が減るため、これを防ぐために室外と室内のユニットをつなぐ液配管に断熱材を厚く巻く必要がある。しかし、この実施の形態による冷凍装置では、過冷却をとるエコノマイザ−が室内側の負荷側ユニット１６であるショ−ケ−スなどの内部に設置されているため、液冷媒の過冷却は室内側で行われる。このように、過冷却を室内側で行うことによって、過冷却をとった液冷媒と外気との熱交換を防ぐことができる。
従って、エコノマイザ−をショーケース、冷蔵庫１６内に配置することによって、液配管１８の冷媒温度はエコノマイザ−を搭載しない冷凍機と変わらないため、液配管１８にまく断熱材の量をエコノマイザーユニットを搭載しない冷凍機並みに抑えることができる。
【００３４】
実施の形態５．
実施の形態１および実施の形態２の冷凍サイクルの具体的な設置の別の例を図８に示す。図８において、１５は、冷媒を圧縮する第１の圧縮機１、第１の圧縮機１から吐出される高圧冷媒を冷却して凝縮する第１の凝縮器２を搭載した熱源機側ユニットである。この熱源機側ユニット１５内に第２の冷凍サイクルであるエコノマイザ−を搭載する。１６は第１の凝縮器２から供給される冷媒を膨張させる第１の膨張弁３、第１の膨張弁３において膨張された冷媒を蒸発させることにより熱吸収を行う第１の蒸発器４を内蔵する負荷側ユニットであるショ−ケ−ス、冷蔵庫であり、熱源機側ユニット１５と負荷側ユニットであるショ−ケ−ス、冷蔵庫１６を高圧配管（液配管）１８、低圧配管（ガス配管）１９で接続する。なお、図８では、負荷側ユニット（ショ−ケ−ス、冷蔵庫）１６を１台記載しているが、複数とするのが一般的である。
【００３５】
このように、エコノマイザ−を、室外または室内でも店舗外に設ける熱源機側ユニット１５内に配置することによって、室内に設ける負荷側ユニット１６であるショ−ケ−ス、冷蔵庫を省スペース化することができる。
【００３６】
本実施の形態は、次のように活用することができる。
例えば、今般の薬事法の改正により、コンビニエントストアなどで栄養ドリンクの販売が可能となった。これに伴い、これらを新規に陳列するショ−ケ−スが必要となり、コンビニエントストア等では、ショ−ケ−スの追加による冷凍装置の負荷能力が増加する傾向にある。
ショ−ケ−スが増加して冷凍装置の負荷が増大すれば、室外又は店舗外の熱源機側ユニットの能力も大きくし、冷凍装置の能力を大きくする必要があり、これに対して従来は、コンビニエントストア等の場合、室外又は店舗外の熱源機側ユニットの圧縮機能力を例えば、６馬力使用であれば、７．５馬力等に容量アップして対応していた。また、圧縮機の容量アップにより冷媒配管を流れる冷媒量が増えるため、配管の圧力損失が増えるのを防止するために、店舗内の負荷側ユニット１６であるショ−ケ−スと室外又は店舗外の熱源機側ユニット１５とを接続する低圧配管（ガス配管）１８を圧縮機容量６馬力時の配管径２５．４ｍｍから３１．７５ｍｍに太くする必要があり、配管も交換していた。
本実施の形態によれば、前記の能力アップに対しては、従来ある熱源機側ユニット１５に圧縮機容量が１馬力以下の第２の圧縮機８を持つエコノマイザ−を付加することによって、第１の凝縮器２を出た液冷媒の過冷却度を熱交換装置によってあげ、冷凍能力を上昇させることで対応できる。また、第１の冷凍サイクルの第１の圧縮機１の容量が変わらないので、冷媒配管を流れる冷媒流量も変化しない。このため、店舗内のショ−ケ−スと室外又は店舗外の熱源機側ユニット１５とを接続する客先配管（延長配管）である前記の低圧配管（ガス配管）の配管径を大きくする必要はない。従って、既存の客先配管（延長配管）をリサイクルして使用することができる。
なお、従来の客先配管（延長配管）を管径の大きな配管へ交換するのは、冷凍装置の要求負荷増加状態により変化し、例えば、第１の圧縮機１の容量を７．５馬力から１０馬力へ増加させる場合は、低圧側配管径は同径で、高圧側配管径を大きくする必要があり、また、第１の圧縮機１の容量を６馬力から１０馬力に増加させる場合は、両方の配管径を大きくする必要があった。
本実施の形態では、いずれの場合も、既存の客先配管（延長配管）を使用できる。さらに、本実施の形態では、エコノマイザ−で冷凍装置の能力アップを行うので、第１の冷凍サイクルの第１の圧縮機１、第１の凝縮器２及びこれらを接続する配管も再利用できる。
前記の通り、本実施の形態によれば、ショ−ケ−スの増加等による冷凍装置の能力アップに際して、第１の冷凍サイクル側は、客先配管（延長配管）や第１の圧縮機１、第１の凝縮器２、これらを接続する配管等は既存のものを使って、要求能力アップに見合った能力のエコノマイザ−を付加することにより、能力アップの工事費用をできるだけ低減して、要求能力アップが可能となる。
特に、コンビニエントストア等においては、店舗用のショ−ケ−スと室外又は店舗外の熱源機側ユニット１５とが離れていることが多く、これらを接続する客先配管（延長配管）が長くなるので、既設の配管が使えるメリットは大となる。
なお、冷凍装置の能力アップの要求に対応するのに、第１の冷凍サイクルの第１の圧縮機１、第１の凝縮器２、既設の客先配管（延長配管）等を変えずに、エコノマイザ−を付加して対応することは、前記の実施の形態４の場合にも適用でき、同様の効果が得られる。
【００３７】
実施の形態６．
図９はこの発明の実施の形態６である冷凍装置の冷凍サイクルを示している。この冷凍装置は図９に示すように、１は冷媒を圧縮する第１の圧縮機、２は圧縮機１から吐出された高圧冷媒を冷却して凝縮する第１の凝縮器、３は後述の蓄熱式熱交換装置２６で過冷却された液冷媒を膨張させる第１の膨張弁（第１の減圧装置）、４は第１の膨張弁３において膨張された冷媒を蒸発させることにより熱吸収を行う第１の蒸発器でコンビニエンスストア等のショーケース・冷蔵庫を冷却する。これら第１の圧縮機１、第１の凝縮器２、第1の膨張弁３、第１の蒸発器４等で第１の冷凍サイクルを構成する。また、８は冷媒を圧縮する第２の圧縮機で圧縮機の容量が第１の圧縮機１の容量の１／６程度のものである。９は第２の圧縮機８から吐出された高圧冷媒を冷却して凝縮する第２の凝縮器、１０は第２の凝縮器９から供給される冷媒を膨張させる第２の膨張弁（第２の減圧装置）、２６は第１の凝縮器２で凝縮された液冷媒を過冷却する蓄熱式熱交換装置で、通常の蓄冷剤が蓄熱槽となる容器内に収容され、第２の膨張弁１０で膨張した冷媒が蓄冷剤により蒸発し、蓄冷剤に冷熱を付与し、この蓄冷剤の冷熱で第１の凝縮器２で凝縮された冷媒を過冷却するものである。
これら第２の圧縮機８、第２の凝縮器９、第２の膨張弁１０、蓄熱式熱交換装置２６等で第２の冷凍サイクルを構成し、第２の冷凍サイクルでエコノマイザ−を構成する。また、１３は第１の冷凍サイクルの低圧側の冷媒圧力を検出する圧力検出器、１４は検出した圧力により後述の第１の電磁弁３０、第２の電磁弁３１を開閉する制御装置、２７は、第１の冷凍サイクルにおいて蓄熱式熱交換装置２６をバイパスするバイパス回路、３０はバイパス回路２７に設けられ、冷媒の流れを変更する第１の電磁弁、３１は第１の冷凍サイクルの冷媒が蓄熱式熱交換装置２６で熱交換する場合、熱交換しない場合により開閉される第２の電磁弁である。
なお、図９においては、蓄熱式熱交換装置２６と第１の圧縮機１との間に、第１の膨張弁３と第１の蒸発器４とを直列に接続したものを１組設けているが、蓄熱式熱交換装置２６と第１の圧縮機１との間に、この組合せのものを複数並列に接続し、複数の第１の蒸発器４で、それぞれのショ−ケ−スまたは冷蔵庫を冷却するのが一般的である。
【００３８】
次に動作を説明する。第１の冷凍サイクルでは、冷媒は第１の圧縮機１で圧縮される。高温高圧となったガス冷媒は、第１の凝縮器２に送られる。第１の凝縮器２ではガス冷媒が外気との熱交換により凝縮・液化して高温高圧の液冷媒となる。第１の凝縮器２で凝縮された液冷媒は蓄熱式熱交換装置２６で蓄冷剤と熱交換し過冷却され、液配管を通じて負荷側へと送られる。このように冷媒が過冷却されると、冷凍能力が増加する。
負荷側に送られた冷媒は第１の膨張弁３で膨張させ、第１の蒸発器４で熱吸収を行い冷蔵庫、ショーケース内の被冷却物を冷やす。
複数の第１の蒸発器４がある場合は、過冷却後の冷媒が分岐管により流され、それぞれのショ−ケ−ス等を冷却する。
【００３９】
また、第２の冷凍サイクルでは、冷媒は第２の圧縮機８で圧縮される。高温高圧となったガス冷媒は、第２の凝縮器９に送られる。第２の凝縮器９ではガス冷媒が外気との熱交換により凝縮・液化して高温高圧の液冷媒となる。高温高圧となった冷媒は第２の膨張弁１０で膨張され、蓄熱式熱交換装置２６で蓄冷剤と熱交換され、蒸発し、低温低圧のガス冷媒となる。
コンビニエンスストアなどでは、夜間ショーケース等扉の開閉が少なくなるため第１の冷凍サイクルの第１の蒸発器４の冷凍負荷が下がる。第１の冷凍サイクルの第１の蒸発器４の冷凍負荷が小さくなると、第１の冷凍サイクルの低圧が下がるため、これを検出した圧力検出器１３の信号レベルと基準値の差に応じて制御装置１４が電磁弁３０、電磁弁３１の開閉を制御する。すなわち、圧力検出器１３の出力信号レベルが基準値よりも低い場合には、電磁弁３１を閉じ、電磁弁３０を開く。電磁弁３１が閉じられると、第１の冷凍サイクルの冷媒は蓄熱式熱交換装置２６通過しなくなるため、蓄熱式熱交換装置２６では蓄冷剤と熱交換されなくなる。従って、第２の冷凍サイクルが常に運転し続けているため、第２の冷凍サイクルが蓄熱式熱交換装置２６で発生する熱量は、蓄熱式熱交換器２６内の蓄冷剤を冷やすことにより貯えられる。
【００４０】
ここで昼間ショーケースなどの扉開閉が頻繁になる時間帯になると、第１の冷凍サイクルの第１の蒸発器４の冷却負荷が高くなる。第１の冷凍サイクルの冷却負荷が高くなると、第１の冷凍サイクルの低圧圧力は上昇するため、これに応じて圧力検出器１３の信号レベルが上昇する。圧力検出器１３の信号レベルが上昇すると制御装置１４は、圧力検出器１３の信号レベルと基準値との差に応じて電磁弁３０、電磁弁３１の開閉を制御する。すなわち、圧力検出器１３の出力信号レベルが基準値より高い場合には、電磁弁３０を閉じ、電磁弁３１を開く。電磁弁３１が開かれると第１の冷凍サイクルの第１の凝縮器２を出た冷媒は蓄熱式熱交換装置２６で蓄冷剤と熱交換することにより、第１の冷凍サイクルの液冷媒が過冷却される。第１の冷凍サイクルの液冷媒が過冷却されると、前記のように第１の冷凍サイクルの第１の蒸発器４の冷却能力が増大する。
蓄熱式熱交換装置２６の蓄冷剤に蓄冷するのは、夜間に限定するものではなく、昼間も蓄冷することにより、第２の冷凍サイクルの第２の圧縮機の容量を小さくできる。
【００４１】
このように、実施の形態７に示す冷凍装置を用いることによって、夜間のショーケース負荷の小さい時間帯に蓄熱式熱交換装置２６に蓄冷し、昼間、電力量がピークとなる時間帯にその蓄冷熱量を利用することにより、電力の平準化が図れる。また昼間に比べて深夜電力料金は安価なため、夜間に蓄熱し、その熱量を昼間に利用する方が非蓄熱時に比べて電力料金は安くなる。
また、過冷却を付与する熱交換装置を蓄熱式熱交換装置２６としたので、第２の冷凍サイクル側（エコノマイザ−側）の第２の圧縮機の容量を、第１の冷凍サイクルの負荷変動に見合うように選択する融通性が増し（例えば、より小容量の圧縮機にできる）、また、蓄熱量を有効に使うことにより、省エネルギ−が図れるとともに、設備費用も低減できる。
さらに、電磁弁３０、３１を流量制御装置として、圧力検出器１３の検出圧力により、それぞれの流量を制御するようにしてもよい。このようにすることにより、ショ−ケ−スや冷蔵庫の負荷変動に精度良く対応できる。さらに、蓄熱式熱交換装置２６の蓄冷量を測定し、蓄冷量を加味して、それぞれの流量を制御することにより一層負荷変動への対応が良くなる。
【００４２】
実施の形態７．
また、上記実施の形態１〜実施の形態６において、第１の冷凍サイクルおよび第２の冷凍サイクルの冷媒にハイドロフルオロカーボンR404AまたはハイドロフルオロカーボンR507を用いる。
【００４３】
R４０４Aは組成上従来の冷凍装置に用いられていた冷媒R２２に比べて密度が高いため、 R４０４Aを冷媒に用いた場合、第１の冷凍サイクルに流れる冷媒循環量ＧはR２２に比べて1.4倍程度となる。この結果、Ｒ４０４ＡとＲ２２で同じ過冷却度をとった場合、過冷却効果は冷媒循環量の多いＲ４０４Ａの方が有利である。熱交換装置１１や蓄熱式熱交換装置２６で熱交換される熱量は過冷却効果の多いＲ４０４Ａの方が多くなるため、同じ冷却能力を発生するには圧縮機８の負荷を軽減することができる。このため、この発明の冷凍装置では装置の冷凍能力を上げることができ、消費電力を低減することができる。また、上記R５０７を冷媒として用いた場合も同様の効果を生じる。
【００４４】
冷媒として、Ｒ２２とＲ４０４Ａの比較を第１の冷凍サイクルの冷凍能力比較表と図１０の第１の冷凍サイクルのモリエル線図により説明する。
第１の冷凍サイクルの冷媒循環量Ｇは、吸入ガス比容積をｖ、第１の圧縮機１の押しのけ量をＶとして、Ｇ（Ｋｇ／ｈ）＝Ｖ（ ｍ3／ｈ）／ｖ（ ｍ3／Ｋｇ）で算出されるが、第１の冷凍サイクルの蒸発温度ＥＴを−５℃、第１の圧縮機１の吸入ガス温度１８℃、第１の圧縮機１の押しのけ量Ｖを２４．９ｍ3／ｈ（４．５ＫＷスクロ−ル圧縮機の例）とした場合の第１の冷凍サイクルの冷凍能力の比較を表１に、また、モリエル線図を図１０に示す。
表１に示すように、Ｒ２２とＲ４０４Ａの冷凍能力Ｑは、過冷却を５度と同じにした場合、それぞれ、６７４１９ＫＪ／ｈ、７７５２６ＫＪ／ｈとなり、Ｒ４０４Ａの方が大となる。
従って、同じ冷却能力を発生するには、Ｒ４０４Ａの方がエコノマイザ−の第２の圧縮機８の負荷を軽減できる。
【００４５】
【表１】
【００４６】
前記の各実施の形態に記載の冷凍装置は、全体の冷凍負荷量は大きいが、負荷変動量は比較的小さい負荷特性の被冷却物を冷却するのに特に、好ましく使われるものである。
第１の冷凍サイクルの大きな容量の第１の圧縮機で冷凍負荷の大きなベ−ス部分に対応し、比較的小さな負荷増分である変動部分は、第２の冷凍サイクルの小容量の第２の圧縮機で対応するものである。
このようにすることで、負荷変動部分に見合った容量の第２の圧縮機を選択することにより、負荷変動への良好な対応を図り、また、大容量の第１の圧縮機により負荷変動部分に対応することによるエネルギ−の無駄の発生や制御設備費用の増大を防止し、省エネルギ−及び設備費用の低減を図るものである。即ち、第１の冷凍サイクルとは別に、さらに第２の冷凍サイクルを設けても設備費用的にも充分採算がとれるものとなる。
本冷凍装置として好ましく使われる圧縮機の容量としては、第１の圧縮機の容量は、６馬力〜１０馬力程度であり、第１の圧縮機と第２の圧縮機との容量比は、６対１〜１０対１程度である。
本冷凍装置を使うのに最適な例が、前記の負荷特性を持ち、コンビニエントストア、小型店舗の庫内温度が冷蔵温度（例えば、−５℃〜１０℃）であるショ−ケ−ス、冷蔵庫用の冷凍装置である。
庫内温度が冷蔵温度であるショ−ケ−ス、冷蔵庫用の冷凍装置を選択するのは、コンビニエントストア、小型店舗においては、ショ−ケ−ス等は、庫内温度が冷蔵温度（例えば、−５℃〜１０℃）のものと冷凍温度（例えば、−５℃未満）のものとがあるが、被冷却物の取扱量は、冷蔵温度のものが圧倒的に多く、そこで冷蔵温度のショ−ケ−ス、冷蔵庫が多くなり、これらの冷凍装置としては冷凍能力の大きなものが要求されることと、被冷却物の出し入れ等により負荷変動はあるが、比較的小さいことによる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の第１の発明に係る冷凍装置によれば、第1の圧縮機、第1の凝縮器、それぞれ第1の減圧装置を有し、並列に接続された複数の第1の蒸発器等を配管接続した第１の冷凍サイクルと、第１の圧縮機より容量の小さな第２の圧縮機、第2の凝縮器、第2の減圧装置、熱交換装置等を配管接続し、エコノマイザ−を構成する第２の冷凍サイクルとを備え、第２の冷凍サイクルの運転により、熱交換装置で第１の冷凍サイクルの第１の凝縮器と第１の減圧装置間の冷媒を冷却する冷凍装置において、第２の冷凍サイクルの第２の圧縮機の運転速度を変速制御して第１の冷凍サイクルの冷凍能力を制御するので、ショ−ケ−ス等の負荷変動に対応するのに、容量の大きな第１の圧縮機を直接制御する必要はなく、エコノマイザ−により、小容量の第２の圧縮機を制御することにより、負荷対応が良好となり、かつ、省エネルギ−が図れるとともに、第２の圧縮機の運転速度を変速制御することによって、第１の冷凍サイクルの液冷媒の過冷却度を連続的に制御することができ、負荷変動に対する冷凍装置の冷凍能力の追従性が良くなる。また、第２の圧縮機を変速制御することで、起動発停回数が少なくなり、消費電力量が低減できる。さらに、第２の冷凍サイクルの第２の圧縮機は第１の冷凍サイクルの第１の圧縮機より低容量であるため、第２の圧縮機を制御する制御装置（例えば、インバ−タ装置）の費用が低減できる。
【００４８】
また、この発明の第２の発明に係る冷凍装置によれば、第1の圧縮機、第1の凝縮器、それぞれ第1の減圧装置を有し、並列に接続された複数の第1の蒸発器等を配管接続した第１の冷凍サイクルと、第１の圧縮機より容量の小さな第２の圧縮機、第2の凝縮器、第2の減圧装置、熱交換装置等を配管接続し、エコノマイザ−を構成する第２の冷凍サイクルとを備え、第２の冷凍サイクルの運転により、熱交換装置で第１の冷凍サイクルの第１の凝縮器と第１の減圧装置間の冷媒を冷却する冷凍装置において、第１の冷凍サイクルの低圧側の冷媒圧力を検出する圧力検出器を有し、この圧力検出器の検出圧力により、第２の冷凍サイクルの第２の圧縮機の運転を制御して第１の冷凍サイクルの冷凍能力を制御するので、ショ−ケ−ス等の負荷変動に対応するのに、容量の大きな第１の圧縮機１を直接制御する必要がなく、エコノマイザ−により、小容量の第２の圧縮機を制御することにより、負荷対応が良好となり、かつ、省エネルギ−が図れるとともに、第１の冷凍サイクルの低圧側の圧力を検出することにより、第２の圧縮機を制御しているので、従来のエコノマイザ−搭載冷凍装置に比べてショ−ケ−ス等の負荷変動に迅速、適確に対応できる。
【００４９】
また、この発明の第３の発明に係る冷凍装置によれば、第２の発明において、第２の圧縮機の運転制御が間欠制御であるので、第２の発明の効果に加えて、インバータ装置を必要とせず、製品の製造コストも低減することができる。
【００５０】
また、この発明の第４の発明に係る冷凍装置によれば、第２の発明において、第２の圧縮機の運転制御が変速制御であるので、第２の発明の効果に加えて、第１の冷凍サイクルの液冷媒の過冷却度を連続的に制御することができ、負荷変動に対する冷凍装置の冷凍能力の追従性が良くなる。また、第２の圧縮機を変速制御することで、起動発停回数が少なくなり、消費電力量が低減できる。さらに、第２の冷凍サイクルの第２の圧縮機は第１の冷凍サイクルの第１の圧縮機より低容量であるため、第２の圧縮機を制御する制御装置（例えば、インバ−タ装置）の費用が低減できる。
【００５１】
また、この発明の第５の発明に係る冷凍装置によれば、第１の発明乃至第４の発明において、エコノマイザ−をショ−ケ−スまたは冷蔵庫内に設けたので、第１の発明乃至第４の発明の効果に加えて、高圧配管（液配管）中の過冷却した液冷媒と外気との熱交換を防ぐのに必要な断熱材の量が減少できる。または、配管の断熱が簡易化できる。
【００５２】
また、この発明の第６の発明に係る冷凍装置によれば、第１の発明乃至第４の発明においおて、エコノマイザ−を熱源機側ユニットに設けたので、第１の発明乃至第４の発明の効果に加えて、第２の負荷側ユニットであるショ−ケ−ス、冷蔵庫を省スペ−ス化できる。
【００５３】
また、この発明の第７の発明に係る冷凍装置によれば、第１の発明乃至第４の発明において、第１の凝縮器と第２の凝縮器を一体型凝縮器とし、フィンを共通のフィンとしたので、第１の発明乃至第４の発明の効果に加えて、第２の圧縮機を運転していないとき、もしくは、第２の圧縮機の運転が全速でないとき一体型凝縮器のフィンの表面伝熱面積に余剰部分が生じる。そこで第１の凝縮器の凝縮能力が向上し、第１の冷凍サイクルの高圧圧力を下げることができる。従って、消費電力を低減することができ、省エネルギ−効果が得られる。
また、第２の圧縮機の制御を間欠制御、連続制御に関係なく、第１の凝縮器と第２の凝縮器のフィンを共有化することにより、第１の凝縮器と第２の凝縮器を別々に設置するより、省スペース化が図れる。
【００５４】
また、この発明の第８の発明に係る冷凍装置によれば、第1の圧縮機、第1の凝縮器、それぞれ第1の減圧装置を有し、並列に接続された複数の第1の蒸発器等を配管接続した第１の冷凍サイクルと、第１の圧縮機より容量の小さな第２の圧縮機、第2の凝縮器、第2の減圧装置、熱交換装置等を配管接続し、エコノマイザ−を構成する第２の冷凍サイクルとを備え、第２の冷凍サイクルの運転により、熱交換装置で第１の冷凍サイクルの第１の凝縮器と第１の減圧装置間の冷媒を冷却する冷凍装置において、熱交換装置を蓄熱式熱交換装置とし、第２の冷凍サイクルで蓄冷するとともに、この蓄冷熱で第１の冷凍サイクルの冷媒を冷却するので、ショ−ケ−ス等の負荷変動に対応するのに、容量の大きな第１の圧縮機を直接制御する必要はなく、エコノマイザ−により、小容量の第２の圧縮機を制御することにより負荷対応が良好となり、かつ、省エネルギ−が図れるとともに、また、夜間のショーケース負荷の小さい時間帯に蓄熱式熱交換装置に蓄冷し、昼間、電力量がピークとなる時間帯に、その蓄冷熱量を利用することにより、電力の平準化が図れる。また昼間に比べて深夜電力は料金が安価なため、夜間に蓄熱し、その熱量を昼間に利用する方が、昼間、冷凍機の出力を最大で運転させるよりも電力料金が安くなる。
【００５５】
また、この発明の第９の発明に係る冷凍装置によれば、第８の発明において、第１の冷凍サイクルの低圧側の冷媒圧力を検出する圧力検出器と、第１の冷凍サイクルに設け、蓄熱式熱交換装置をバイパスするバイパス回路とを備え、圧力検出器の検出圧力によりバイパス回路を流れる冷媒量を制御するので、第８の発明の効果に加えて、圧力検出器の検出圧力により、バイパス回路の流量を制御するので、第１の冷凍サイクルの負荷変動への追従性が一層良くなる。
【００５６】
また、この発明の第１０の発明に係る冷凍装置によれば、第１の発明乃至第９の発明において、使用冷媒をハイドロフルオロカ−ボンＲ４０４Ａまたはハイドロフルオロカ−ボンＲ５０７としたので、第１の発明乃至第９の発明の効果に加えて、冷媒にR22を用いるより過冷却効果が増大する。この結果、熱交換装置で熱交換される熱量が増え、第２の冷凍サイクルの第２の圧縮機の消費電力を低減することができ、冷凍装置全体の消費電力を低減できる。
【００５７】
また、この発明の第１１の発明に係る冷凍装置によれば、第１の発明乃至第１０の発明の冷凍装置を庫内温度が冷蔵温度であり、コンビニエントストア、ス−パ−マ−ケットまたは小型店舗に設置されるショ−ケ−スまたは冷蔵庫に使用されるので、庫内温度が冷蔵温度である、コンビニエントストア等のショ−ケ−スは、負荷量は大きが、負荷変動量は負荷量に比べて小さく、大きな負荷量のベ−ス部分を第１の圧縮機で対応し、小さな変動部分を容量の小さな第２の圧縮機で対応することができ、第１の発明乃至第１１の発明の冷凍装置を最も適切に利用することができ、それぞれの効果を確実に発揮できる。
【００５８】
また、この発明の第１２の発明に係る冷凍装置は、第1の圧縮機、第1の凝縮器、それぞれ第1の減圧装置を有し、並列に接続された複数の第1の蒸発器等を配管接続した第１の冷凍サイクルを備えた冷凍装置において、冷凍装置の能力増加に際し、第１の圧縮機の容量を増加させずに、第１の圧縮機より容量の小さな第２の圧縮機、第2の凝縮器、第2の減圧装置、熱交換装置等を配管接続し、エコノマイザ−を構成する第２の冷凍サイクルを追加し、かつ、熱源機側ユニットと負荷側ユニットとを接続する既設配管である高圧配管と低圧配管のうち、少なくとも一方を再利用し、第２の冷凍サイクルの運転により、熱交換装置で第１の冷凍サイクルの第１の凝縮器と第１の減圧装置間の液冷媒を冷却するので、既設配管の高圧配管と低圧配管を再利用し、設備費用の低減を図りながら冷凍装置の能力アップが可能となる。特に、熱源機側ユニットを店舗外に設置した場合は、熱源機側ユニットと負荷側ユニットを接続する配管が長くなり、本構成による効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る冷凍装置の冷凍サイクルを示す図。
【図２】 この発明の実施の形態１に係る冷凍装置の冷凍負荷及び冷凍能力の関係を示す図。
【図３】 この発明の実施の形態２に係る冷凍装置の冷凍サイクルを示す図。
【図４】 この発明の実施の形態２に係る冷凍装置の冷凍負荷及び冷凍能力の関係を示す図。
【図５】 この発明の実施の形態３に係る冷凍装置における一体型凝縮器を示す図。
【図６】 この発明の実施の形態３に係る冷凍装置の冷凍サイクルを示す図。
【図７】 この発明の実施の形態４に係る冷凍装置の配置状態を示す概略構成図。
【図８】 この発明の実施の形態５に係る冷凍装置の配置状態を示す概略構成図。
【図９】 この発明の実施の形態６に係る冷凍装置の冷凍サイクルを示す図。
【図１０】 この発明の実施の形態７に係る冷凍装置を説明するモリエル線図。
【図１１】 従来のインバータ冷凍装置の冷凍サイクルを示す図。
【図１２】 従来のエコノマイザーユニット搭載の冷凍装置の冷凍サイクルを示す図。
【符号の説明】
１ 第１の圧縮機、 ２ 第１の凝縮器、 ３ 第１の減圧装置、 ４ 第１の蒸発器、 ８ 第２の圧縮機、 ９ 第２の凝縮器、 １０ 第２の減圧装置、 １１ 熱交換装置、 １３ 圧力検出器、 １５ 熱源機側ユニット、 １６ 負荷側ユニット、 １８ 高圧配管（液配管）、 １９ 低圧配管（ガス配管）、 ２５ 一体型凝縮器、 ２６ 蓄熱式熱交換装置、 ２７ バイパス回路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、エコノマイザ−により冷凍能力の制御を行う冷凍装置に関するものであり、特に、コンビニエンスストア、ス−パ−マ−ケット、小型店舗のような負荷量に対して負荷変動の小さい冷蔵ショーケース、冷蔵庫に使用される冷凍装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、特開昭６１−２９６４８に記載の従来の冷凍装置の概略構成を示しており、同図において、１は冷媒を圧縮する圧縮機、２は圧縮機１から吐出される高圧冷媒を冷却して凝縮する凝縮器、３は凝縮器２から供給される冷媒を膨張させる膨張弁、４は膨張弁３において膨張された冷媒を蒸発させることにより熱吸収を行う蒸発器であって、その出力側は圧縮機１に接続されている。２２は商用電源周波数を可変して出力するインバータ、２９は圧縮機１の低圧側における冷媒圧力を検出する圧力検出器５の出力信号レベルに応じてインバータの出力周波数を制御する制御部である。２３、２４は上記インバータ２２と圧縮機１を結ぶ電源ラインの途中に直列接続された電磁接触器と過電流継電器である。
【０００３】
次に、動作を説明する。上記冷凍装置において、電源スイッチ（図示せず）を投入すると、電磁接触器２３が閉じられてインバータ２２から出力される電力が圧縮機１を駆動する電動機に供給されるため、電動機がインバータ２２の出力周波数に応じた速度で圧縮機１を回転駆動する。
圧縮機１が駆動されると、圧縮冷媒が吐出されて冷凍サイクルを流れるために、これに伴って蒸発器４による冷却がおこなわれる。
ここで、冷却負荷が少なくなると、冷凍サイクルの低圧側における冷媒圧力が下がるために、これに応じて圧力検出器５から出力される出力信号レベルが低下する。
制御部２９においては、圧力検出器５の信号レベルと基準値との差に応じてインバータ２２の出力周波数を制御する。
つまり、圧力検出器５の出力信号レベルが基準値よりも低い場合には、制御部２９がインバータ２２を制御することによって出力周波数を下げる。電源周波数が下げられると、電動機の回転が下げられることから、圧縮機１の回転が低下して冷却能力が下がる。
このようにして冷却能力が下げられると、冷凍サイクルの低圧側における冷媒圧力が上昇して設定圧力に収束する。
また、冷却負荷が高い場合には、冷凍サイクルにおける低圧側の冷媒圧力が上昇する。この結果、制御部２９はインバータ２２をその出力周波数が上昇するように制御することにより、圧縮機１の回転数を上昇させて冷却能力を増加させる。
【０００４】
また、図１２は従来のエコノマイザー搭載冷凍装置の概略構成を示したもので、同図において１は冷媒を圧縮する圧縮機、２は圧縮機１から吐出された高圧冷媒を冷却して凝縮する凝縮器、３は後述の熱交換装置１１で過冷却された冷媒を膨張させる膨張弁、４は膨張弁３において膨張された冷媒を蒸発させることにより熱吸収を行う蒸発器であり、これら１、２、３、４等から第１の冷凍サイクルを構成する。８は冷媒を圧縮する圧縮機、９は圧縮機８から吐出された高圧冷媒を冷却して凝縮する凝縮器、１０は凝縮器９から供給される冷媒を膨張させる膨張弁、１１は熱交換装置で、膨張弁１０で膨張した冷媒と第１の冷凍サイクルの凝縮器２で凝縮した冷媒とが熱交換して、前記凝縮した冷媒が冷却されるとともに、前記膨張した冷媒は蒸発する。これら８、９、１０、１１等からエコノマイザ−である第２の冷凍サイクルを構成する。第２の冷凍サイクルにおいて、５は圧力を検知する圧力検出器、６は圧力検出器５の信号レベルに応じて圧縮機８を制御する制御部である。
【０００５】
次に、動作を説明する。圧縮機１が駆動されると、圧縮冷媒が吐出されて第１の冷凍サイクルを流れる。冷媒は凝縮器２で冷却されて液冷媒となる。凝縮器２で凝縮された液冷媒は、１１の熱交換装置で過冷却され、膨張弁３で急膨張した後、蒸発器４で熱吸収を行い冷蔵庫、ショーケース内の被冷却物を冷やす。
ここで、熱交換装置１１で過冷却された液冷媒の過冷却度が大きくなると、圧力検出器５の信号レベルが低下する。制御部６は、圧力検出器５の信号レベルと基準値の差に応じて圧縮機８の運転を中断する。
つまり、圧力検出器５の信号レベルが基準値よりも低い場合には、圧縮機８の運転を切る。
また、圧縮機８の運転が中断されると、低圧が徐々に上昇をはじめ圧力検出器５の信号レベルが基準値を超えると、圧縮機８は運転を再開する。圧縮機８の運転が再開されると、熱交換装置１１で凝縮器２を出た液冷媒を再度、過冷却する。また、エコノマイザ−は、通常室外に設置され、蒸発器４を内蔵するショ−ケ−ス、冷蔵庫が設置される室内とは最大３０ｍ程度の距離がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記インバータ冷凍装置のように圧縮機を可変制御するためのインバータ基板を製造するためには、多大なコストがかかる。特にコンビニエンスストアの冷蔵用冷凍機のように圧縮機の容量が大きいものは、インバータ装置の製造コストが大きい。
また、インバータはエネルギーロスが発生し、入力エネルギーが増えるといった問題点がある。
また、従来のエコノマイザーユニット搭載冷凍機では、エコノマイザー側の低圧を検知して圧縮機８を間欠制御するため、凝縮器を出た液冷媒の過冷却をとりすぎ、入力エネルギが増えるという問題点がある。また、メイン側の負荷変動に応じた、エコノマイザーユニット内の圧縮機制御の追従性が良くない。
さらに、従来のエコノマイザーユニット搭載冷凍機では、エコノマイザー側の圧縮機８の起動発停回数が多いため、エネルギーロスも多くなる。
また、エコノマイザーユニット搭載の冷凍機では、凝縮器２を出た液冷媒は過冷却されているため外気温度より約１０〜２０℃ほど低くなる。従って、この液冷媒はショーケース、冷蔵庫の膨張弁に流入するまでの間に、外気と熱交換しやすく、エコノマイザーユニットを搭載しない冷凍装置に比べて過冷却の効果が失われやすい。従って、冷凍機と室内側を連結している配管の断熱材を厚く巻く必要がある。
さらに、従来の冷凍装置でショ−ケ−スが増加するような負荷が増加する場合は、冷凍装置の能力アップのために冷媒流量が増加し、熱源機側ユニットと負荷側ユニットとを接続する配管も配管径の大きなものに交換する必要があった。そのため費用の増加が大きかった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、ショ−ケ−ス等の負荷変動に対応するのに、設備費用を低減した、省エネルギ−で、負荷変動への追従性のよい冷凍装置を得ることを目的とする。
また、過冷却後の液配管の断熱が簡易化できる冷凍装置を得ることを目的とする。
また、ショ−ケ−ス等が省スペ−ス化できる冷凍装置を得ることを目的とする。
また、凝縮器の改良により省エネルギ−を図った冷凍装置を得ることを目的とする。
また、電力の平準化、電力料金を低減できる冷凍装置を得ることを目的とする。
また、過冷却効率を向上し、省エネルギ−を図った冷凍装置を得ることを目的とする。
また、冷凍装置でショ−ケ−スが増加するような負荷が増加する場合にも、既設の配管を再利用等することにより、費用の増加を抑えて負荷増加に対応することを目的とする。
【０００８】
また、負荷量は大きいが、負荷変動量は比較的小さい、コンビニエントストア等の庫内温度が冷蔵温度であるショ−ケ−ス等を冷却するのに適した冷凍装置を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の冷凍装置は、
第１の圧縮機および第１の凝縮器を有した熱源機側ユニットと、第１の減圧装置および第１の蒸発器とを有した負荷側ユニットとが配管接続された第１の冷凍サイクルを備えた冷凍装置であって、
前記第１の圧縮機より容量が小さく前記冷凍装置の負荷変動量に見合った容量の第２の圧縮機と、第２の凝縮器と、第２の減圧装置と、前記第１の冷凍サイクルの前記第１の凝縮器と前記第１の減圧装置との間を流れる冷媒と熱交換を行う熱交換装置とが、配管接続されてエコノマイザーを構成している第２の冷凍サイクルを、前記第１の冷凍サイクルの前記第１の凝縮器と前記第１の減圧装置との間の既設配管を流れる液冷媒を冷却するように設け、
前記冷凍装置の負荷の増加に際し、前記第１の圧縮機の容量を増加させずに、前記第２の冷凍サイクルの運転により、前記熱交換装置で前記第１の冷凍サイクルの前記第１の凝縮器と前記第１の減圧装置間の液冷媒を冷却して冷却能力を増加させる冷凍装置において、
前記熱交換装置が蓄熱式熱交換装置であり、
前記第１の冷凍サイクルの低圧側の冷媒圧力を検出する圧力検出器と、
前記蓄熱式熱交換装置の前記第１の冷凍サイクルを構成する冷媒回路をバイパスするバイパス回路と、
前記バイパス回路と、前記蓄熱式熱交換装置の前記第１の冷凍サイクルを構成する冷媒回路とに、それぞれ設けられた流量制御装置とを備え、
前記圧力検出器の検出圧力および前記蓄熱式熱交換装置の蓄冷量により、前記流量制御装置を制御して、前記バイパス回路と前記蓄熱式熱交換装置の前記第１の冷凍サイクルを構成する冷媒回路とに流れる冷媒流量を制御可能としているものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１である冷凍装置の冷凍サイクルを示している。図１において、１は冷媒を圧縮する第１の圧縮機、２は第１の圧縮機から吐出された高圧冷媒を冷却して凝縮する第１の凝縮器、３は後述の熱交換装置１１で過冷却された液冷媒を膨張させる第1の膨張弁（第１の減圧装置）、４は第１の膨張弁３において膨張された冷媒を蒸発させることにより熱吸収を行う第１の蒸発器で、これを内蔵するショーケース、冷蔵庫内を冷却する。なお、図１においては、熱交換装置１１と第１の圧縮機１との間に、第１の膨張弁３と第１の蒸発器４とを直列に接続したものを１組設けているが、熱交換装置１１と第１の圧縮機１との間に、この組合せのものを複数並列に接続し、複数の第１の蒸発器で、それぞれ、ショ−ケ−スまたは冷蔵庫を冷却するのが一般的である。これら第１の圧縮機１、第１の凝縮器２、第1の膨張弁３、第１の蒸発器４等より第１の冷凍サイクルを構成する。また、８は冷媒を圧縮する第２の圧縮機で容量は第１の圧縮機１より小さく、例えば第１の圧縮機１の１／６程度である。９は第２の圧縮機８から吐出された高圧冷媒を冷却して凝縮する第２の凝縮器、１０は第２の凝縮器９から供給される冷媒を膨張させる第２の膨張弁（第２の減圧装置）、１１は熱交換装置で、第２の膨張弁１０で膨張した冷媒と第１の冷凍サイクルの第１の凝縮器２で凝縮した冷媒とが熱交換して、前記膨張した冷媒は蒸発し、前記凝縮した冷媒は過冷却される。これら第２の圧縮機８、第２の凝縮器９、第２の膨張弁１０、熱交換装置１１等で第２の冷凍サイクルを構成し、第２の冷凍サイクルからエコノマイザ−を構成する。１３は第１の冷凍サイクルの低圧側の冷媒圧力を検出する圧力検出器、１４は圧力検出器１３の検出圧力に応じて第２の圧縮機８を運転または停止するため電磁接触器７を開閉制御する制御装置である。
【００２２】
次に動作を説明する。第１の冷凍サイクルでは、冷媒は第１の圧縮機１で圧縮される。高温高圧となったガス冷媒は、第２の凝縮器２に送られる。第２の凝縮器２ではガス冷媒が外気との熱交換により凝縮・液化して高温高圧の液冷媒となる。第２の凝縮器２で凝縮された液冷媒は熱交換装置１１で第２の冷凍サイクルの冷媒と熱交換し、第２の冷凍サイクルの冷媒を蒸発させ、自身は過冷却され、液配管を通じて負荷側へと送られる。ここで、第１の冷凍サイクルの液冷媒の過冷却をとる熱交換装置１１としては、プレート熱交換器、二重管熱交換器等が使用される。
負荷側に送られた冷媒は第１の膨張弁３で膨張し、第１の蒸発器４で熱吸収を行い冷蔵庫、ショーケース内の被冷却物を冷やす。過冷却が増えると、第１の冷凍サイクルの冷凍能力が増える。
複数の第１の蒸発器４を設けた場合は、過冷却後の冷媒がそれぞれの第１の蒸発器４に分岐配管により流される。
【００２３】
ここで、冷却負荷が少なくなると、第１の冷凍サイクルの低圧側における冷媒圧力が下がる。これに応じて圧力検出器１３の信号レベルが低下すると、制御装置１４は圧力検出器１３の信号レベルと基準値との差に応じて第２の圧縮機８の運転を制御する。すなわち、圧力検出器１３の出力信号レベルが基準値よりも低い場合には電磁接触器７を切り第２の圧縮機８への通電が遮断される。
そこで、熱交換装置１１で熱交換する熱量が減少することにより、第１の凝縮器２で凝縮された冷媒の過冷却度も減少し、第１の冷凍サイクルの冷凍能力が下がる。このようにして、冷却能力が下げられると、第１の冷凍サイクルの低圧側における冷媒圧力が上昇して設定圧力に収束する。
【００２４】
また、冷却負荷が高い場合には、第１の冷凍サイクルにおける低圧側の冷媒圧力が上昇する。そこで、圧力検出器１３の出力信号レベルが基準値よりも高くなると、電磁接触器７が入り第２の圧縮機８に通電される。この結果、制御装置１４は上記のように第１の圧縮機８を連続運転させるように制御することによって、熱交換装置１１で熱交換される熱量を増大させる。そして、第１の凝縮器２で凝縮された冷媒の過冷却度を増加させることによって、第１の冷凍サイクルの第１の蒸発器４の冷凍能力を上げる。
第２の圧縮機８は上記のように制御装置１４により運転、停止が制御され、電磁接触器７を間欠的に作動することにより、間欠運転をする。従って、熱交換装置１１で熱交換する熱量が増減され、第１の冷凍サイクルの冷凍能力が増減される。
【００２５】
図２は、コンビニエントストア、小型店舗の庫内温度が冷蔵温度（例えば−５℃〜１０℃）であるショ−ケ−ス、冷蔵庫の一日の経時的な冷凍負荷及びそれに対応した冷凍装置の冷凍能力の例を示したものである。
図２（ａ）は、横軸に一日の時間をとり、縦軸にこれらのショ−ケ−ス、冷蔵庫の冷凍負荷をとっている。図２（ａ）に示すように、これらのショ−ケ−ス、冷蔵庫は、大きな冷凍負荷量とそれに比べて比較的小さな負荷変動量を有することに特徴がある。すなわち、図２（ａ）に示すように、大きな冷凍負荷量が大きなベ−ス部分と小さな変動部分から成っている。また、これらのショ−ケ−ス、冷蔵庫は、８時〜１６時の間に来客による店内温度の上昇、ショ−ケ−ス内の被冷却物を出し入れするために蓋の開閉などにより、負荷が大きくなる。
図２（ｂ）は、図２（ａ）の負荷変動に対して、エコノマイザ−（第２の冷凍サイクル）を間欠的に運転することにより、第１の冷凍サイクルの冷凍能力を変化させたものである。
冷蔵庫、ショーケースの負荷が大きくなると、上記で説明したように第２の冷凍サイクルの第２の圧縮機８の運転時間が長くなる。従って、第１の冷凍サイクルの液冷媒は熱交換装置１１で第２の冷凍サイクルの冷媒と熱交換し十分に過冷却される。従って、第１の冷凍サイクルの第１の蒸発器４の冷凍能力は図２（ｂ）に示すように、ショーケース、冷蔵庫の負荷に応じて、段階的に対応制御することが可能となる。
以上のように、ショ−ケ−ス等の負荷変動に対応するのに、容量の大きな第１の圧縮機１の容量を直接制御する必要はなく、エコノマイザ−の運転、停止により、ショ−ケ−ス等の負荷変動量に見合った小容量の第２の圧縮機８を制御することにより負荷対応が良好となり、また、省エネルギ−が図れる。
また、第１の冷凍サイクルの低圧側の圧力を検出することにより、エコノマイザ−の運転、停止を制御しているので、従来のエコノマイザ−搭載冷凍装置に比べて凝縮器をでた液冷媒の過冷却をとりすぎることがなく、ショ−ケ−ス等の負荷変動に迅速、適確に対応でき、入力エネルギ−が増加するのを防止できる。
さらに、制御を第２の圧縮機の間欠制御（ＯＮ−ＯＦＦ制御）としているので、インバータ装置を必要とせず、製品の製造コストも低減することができる。
そこで、この冷凍装置は、特に、コンビニエントストア、小型店舗のショ−ケ−スに設けられ、負荷が大きく、要求冷凍能力が大きいが、負荷変動の小さい、庫内温度が冷蔵温度であるショ−ケ−ス、冷蔵庫に使用すると性能が最適に発揮できる。
【００２６】
実施の形態２．
実施の形態１では、圧力検出器１３で検出された信号レベルにより制御装置１４が電磁接触器７を間欠的に制御していたが、図３の実施の形態２の冷凍装置の冷凍サイクルに示すように圧力検出器１３で検出された信号レベルにより制御装置１４がインバータ１２を制御し出力周波数を変化させ、第２の圧縮機８の回転を変速制御することにより、熱交換装置１１での熱量を制御することも可能である。その他の構成（前記の第１の膨張弁３と第１の蒸発器４とを複数接続する構成も併せて）は前記実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００２７】
第１の冷凍サイクルにおいて、冷却負荷が減少したとき、第１の冷凍サイクルの低圧側における冷媒圧力が下がるために、これに応じて圧力検出器１３の信号出力レベルが低下する。
圧力検出器１３の出力信号レベルが基準値より低くなると、制御装置１４がインバータ１２を制御することによって出力周波数を下げる。電源周波数が下げられると、第２の圧縮機８の電動機の回転が下げられ、第２の圧縮機８の容量が低下し熱交換器１１で熱交換される熱量が下がる。
熱交換器１１で熱交換される熱量が下がると第１の凝縮器２を出た液冷媒の過冷却度が下がり、第１の蒸発器４の冷却能力が下がる。
【００２８】
また、冷却負荷が高い場合には、第１の冷凍サイクルにおける低圧側の冷媒圧力が上昇する。この結果、制御装置１４はインバータ１２をその出力周波数が上昇するように制御することにより、第２の圧縮機８の電動機の回転数を上昇させて熱交換装置１１で熱交換する熱量を増加させる。
この結果、第１の凝縮器２を出た液冷媒の過冷却度が増加し、第１の蒸発器４の冷却能力が増加する。
このように、第２の圧縮機８の電動機回転数の制御をインバータを用いて行うことによって、第１の冷凍サイクルの液冷媒の過冷却を連続的に制御することができ、実施の形態1で示した間欠制御より、第１の冷凍サイクルの第１の蒸発器４の負荷変動に対する冷凍能力の追従性が良くなる。また、実施の形態1で示した間欠制御より、第２の冷凍サイクルの第２の圧縮機８の起動発停回数が少なくなり、冷凍装置の消費電力量が低減できる。さらに、第２の冷凍サイクルの第２の圧縮機８は第１の冷凍サイクルの第１の圧縮機１の１／６程度の容量であるため、第２の圧縮機８を制御するインバータ装置の製造コストは、従来のインバータ冷凍装置のインバータ装置の製造コストに比べて、低減することができる。また、容量制御する圧縮機の容量が従来のインバータ冷凍装置の圧縮機に比べて小さいため、インバータ部でのエネルギーロスも小さく、消費電力も低減することが出きる。
【００２９】
図４は上記実施の形態２に関し、図４（ａ）は、実施の形態１と同じショーケース、冷蔵庫の冷凍負荷を示し、図４（ｂ）は、この負荷に対応して冷凍装置を運転した時の冷凍能力を模式的に表したものである。
8時〜１６時にかけてショーケース、冷蔵庫の負荷が高くなると、上記で説明したように第２の冷凍サイクルの第２の圧縮機８の出力周波数が負荷量に応じて連続的に制御されて高くなる。従って、第１の冷凍サイクルの液冷媒は熱交換装置１１で第２の冷凍サイクルの冷媒と熱交換し、負荷量に対応良く過冷却される。従って、第１の冷凍サイクルの第１の蒸発器４の冷凍能力は図４（ｂ）に示すように、ショーケース、冷蔵庫の負荷に応じて、連続的に制御することが可能となる。そこで、冷凍能力は図２で示した間欠制御よりショ−ケ−ス冷凍負荷の変動に対する追従性が良くなる。
本実施の形態の冷凍装置も前記実施の形態１の冷凍装置と同様、コンビニエントストア、小型店舗のショ−ケ−スに設けられ、負荷が大きく、そこで要求冷凍能力が大きいが、負荷変動の小さい、庫内温度が冷蔵温度であるショ−ケ−ス、冷蔵庫に使用するのが最適である。
【００３０】
実施の形態３．
実施の形態３では、実施の形態１および実施の形態２の第１の凝縮器２と第２の凝縮器９を一体型の構造とし、図５に示すようにその熱交換器のフィンを共有した一体型凝縮器としたものである。また、図６は実施の形態３の冷凍サイクルを模式的に示したものである。なお、第２の圧縮機８を制御する圧力検出器１３、制御装置１４は記載を省略したが、実施の形態１、２と同様に制御する。
図において、２５は一体型凝縮器を表している。その他の構成（前記の第１の膨張弁３と第１の蒸発器４とを複数接続する構成も併せて）は前記の実施の形態１、２と同様であり、説明を省略する。
【００３１】
次に動作を説明する。第１の蒸発器４の冷凍負荷が小さいとき、冷凍サイクルの低圧側の圧力が下がり、第２の圧縮機８の運転を間欠制御するものでは、実施の形態１で説明したように第２の圧縮機８が停止する。第２の圧縮機８が停止すると第２の冷凍サイクルには冷媒が流れないため、第２の凝縮器９の配管にも冷媒が流れないので、熱交換の必要がなくなる。従って、第１の圧縮機１、第１の凝縮器２、第１の膨張弁３および第１の蒸発器４からなる第１の冷凍サイクルの第１の凝縮器２は、第２の凝縮器９が使用していたフィンも活用することができ、表面伝熱面積が増加する。
また、第２の圧縮機８の運転を変速制御するものでは、第２の圧縮機８の運転が全速でない（減速している）とき一体型凝縮器２５のフィンの表面伝熱面積に余剰部分が生じる。
従って、第１の凝縮器２の凝縮能力を向上することができ、高圧圧力が低くなるため、冷凍装置の消費電力を低減することができ、省エネルギーとなる。また、第２の圧縮機８の制御を間欠制御、連続制御に関係なく、第１の凝縮器２と第２の凝縮器９のフィンを共有化することにより、第１の凝縮器２と第２の凝縮器９を別々に設置するより、省スペース化が図れる。
【００３２】
実施の形態４．
図７は、実施の形態１および実施の形態２の冷凍サイクルの具体的な設置を示すものである。図において、１５は第１の冷凍サイクルの第１の圧縮機１、第１の凝縮器２を搭載した熱源機側ユニットであり、通常は室外または室内でも店舗外に設置される。また、１６は、第１の冷凍サイクルの第１の膨張弁３及び第１の蒸発器４を内蔵する負荷側ユニットであるショーケース、冷蔵庫であり、第２の冷凍サイクルであるエコノマイザ−を内蔵する。負荷側ユニット１６は室内または店舗内に設置される。熱源機側ユニット１５と第１のユニット１６を高圧配管（液配管）１８、低圧配管（ガス配管）１９とで接続する。
なお、図７では、負荷側ユニット１６を１台記載しているが、複数とするのが一般的である。その場合、エコノマイザ−は複数の負荷側ユニット１６（ショ−ケ−ス、冷蔵庫）のうちの１台内に設置される。
【００３３】
次に動作を説明する。第１の圧縮機１を吐出した高圧のガス冷媒は第１の凝縮器２で外気との熱交換により凝縮・液化して高温高圧の液冷媒となる。液冷媒は液配管１８を通じて負荷側ユニット１６へと送られる。負荷側ユニット１６に送られた液冷媒はショーケース、冷蔵庫内のエコノマイザ−内の熱交換装置１１で過冷却され、第１の膨張弁３で膨張し、第１の蒸発器４で蒸発し、ショ−ケ−ス、冷蔵庫内の被冷却物を冷却する。ショ−ケ−ス、冷蔵庫が複数ある場合は、熱交換装置１１で過冷却された冷媒が並列の分岐管により流される。従来のエコノマイザ−搭載冷凍機では、室外に設置されたエコノマイザ−で第１の凝縮器２を出た液冷媒を過冷却する。通常のコンビニエンスストア、小型店舗の場合、室外に設置したエコノマイザ−を設置した熱源機側ユニットと室内に設置したショーケースは３０ｍ程度の液配管、低圧配管によって接続されているため、室外で過冷却をとった液冷媒が室内のショーケースまで移送される際、外気との熱交換をおこし、過冷却の効果が減るため、これを防ぐために室外と室内のユニットをつなぐ液配管に断熱材を厚く巻く必要がある。しかし、この実施の形態による冷凍装置では、過冷却をとるエコノマイザ−が室内側の負荷側ユニット１６であるショ−ケ−スなどの内部に設置されているため、液冷媒の過冷却は室内側で行われる。このように、過冷却を室内側で行うことによって、過冷却をとった液冷媒と外気との熱交換を防ぐことができる。
従って、エコノマイザ−をショーケース、冷蔵庫１６内に配置することによって、液配管１８の冷媒温度はエコノマイザ−を搭載しない冷凍機と変わらないため、液配管１８にまく断熱材の量をエコノマイザーユニットを搭載しない冷凍機並みに抑えることができる。
【００３４】
実施の形態５．
実施の形態１および実施の形態２の冷凍サイクルの具体的な設置の別の例を図８に示す。図８において、１５は、冷媒を圧縮する第１の圧縮機１、第１の圧縮機１から吐出される高圧冷媒を冷却して凝縮する第１の凝縮器２を搭載した熱源機側ユニットである。この熱源機側ユニット１５内に第２の冷凍サイクルであるエコノマイザ−を搭載する。１６は第１の凝縮器２から供給される冷媒を膨張させる第１の膨張弁３、第１の膨張弁３において膨張された冷媒を蒸発させることにより熱吸収を行う第１の蒸発器４を内蔵する負荷側ユニットであるショ−ケ−ス、冷蔵庫であり、熱源機側ユニット１５と負荷側ユニットであるショ−ケ−ス、冷蔵庫１６を高圧配管（液配管）１８、低圧配管（ガス配管）１９で接続する。なお、図８では、負荷側ユニット（ショ−ケ−ス、冷蔵庫）１６を１台記載しているが、複数とするのが一般的である。
【００３５】
このように、エコノマイザ−を、室外または室内でも店舗外に設ける熱源機側ユニット１５内に配置することによって、室内に設ける負荷側ユニット１６であるショ−ケ−ス、冷蔵庫を省スペース化することができる。
【００３６】
本実施の形態は、次のように活用することができる。
例えば、今般の薬事法の改正により、コンビニエントストアなどで栄養ドリンクの販売が可能となった。これに伴い、これらを新規に陳列するショ−ケ−スが必要となり、コンビニエントストア等では、ショ−ケ−スの追加による冷凍装置の負荷能力が増加する傾向にある。
ショ−ケ−スが増加して冷凍装置の負荷が増大すれば、室外又は店舗外の熱源機側ユニットの能力も大きくし、冷凍装置の能力を大きくする必要があり、これに対して従来は、コンビニエントストア等の場合、室外又は店舗外の熱源機側ユニットの圧縮機能力を例えば、６馬力使用であれば、７．５馬力等に容量アップして対応していた。また、圧縮機の容量アップにより冷媒配管を流れる冷媒量が増えるため、配管の圧力損失が増えるのを防止するために、店舗内の負荷側ユニット１６であるショ−ケ−スと室外又は店舗外の熱源機側ユニット１５とを接続する低圧配管（ガス配管）１８を圧縮機容量６馬力時の配管径２５．４ｍｍから３１．７５ｍｍに太くする必要があり、配管も交換していた。
本実施の形態によれば、前記の能力アップに対しては、従来ある熱源機側ユニット１５に圧縮機容量が１馬力以下の第２の圧縮機８を持つエコノマイザ−を付加することによって、第１の凝縮器２を出た液冷媒の過冷却度を熱交換装置によってあげ、冷凍能力を上昇させることで対応できる。また、第１の冷凍サイクルの第１の圧縮機１の容量が変わらないので、冷媒配管を流れる冷媒流量も変化しない。このため、店舗内のショ−ケ−スと室外又は店舗外の熱源機側ユニット１５とを接続する客先配管（延長配管）である前記の低圧配管（ガス配管）の配管径を大きくする必要はない。従って、既存の客先配管（延長配管）をリサイクルして使用することができる。
なお、従来の客先配管（延長配管）を管径の大きな配管へ交換するのは、冷凍装置の要求負荷増加状態により変化し、例えば、第１の圧縮機１の容量を７．５馬力から１０馬力へ増加させる場合は、低圧側配管径は同径で、高圧側配管径を大きくする必要があり、また、第１の圧縮機１の容量を６馬力から１０馬力に増加させる場合は、両方の配管径を大きくする必要があった。
本実施の形態では、いずれの場合も、既存の客先配管（延長配管）を使用できる。さらに、本実施の形態では、エコノマイザ−で冷凍装置の能力アップを行うので、第１の冷凍サイクルの第１の圧縮機１、第１の凝縮器２及びこれらを接続する配管も再利用できる。
前記の通り、本実施の形態によれば、ショ−ケ−スの増加等による冷凍装置の能力アップに際して、第１の冷凍サイクル側は、客先配管（延長配管）や第１の圧縮機１、第１の凝縮器２、これらを接続する配管等は既存のものを使って、要求能力アップに見合った能力のエコノマイザ−を付加することにより、能力アップの工事費用をできるだけ低減して、要求能力アップが可能となる。
特に、コンビニエントストア等においては、店舗用のショ−ケ−スと室外又は店舗外の熱源機側ユニット１５とが離れていることが多く、これらを接続する客先配管（延長配管）が長くなるので、既設の配管が使えるメリットは大となる。
なお、冷凍装置の能力アップの要求に対応するのに、第１の冷凍サイクルの第１の圧縮機１、第１の凝縮器２、既設の客先配管（延長配管）等を変えずに、エコノマイザ−を付加して対応することは、前記の実施の形態４の場合にも適用でき、同様の効果が得られる。
【００３７】
実施の形態６．
図９はこの発明の実施の形態６である冷凍装置の冷凍サイクルを示している。この冷凍装置は図９に示すように、１は冷媒を圧縮する第１の圧縮機、２は圧縮機１から吐出された高圧冷媒を冷却して凝縮する第１の凝縮器、３は後述の蓄熱式熱交換装置２６で過冷却された液冷媒を膨張させる第１の膨張弁（第１の減圧装置）、４は第１の膨張弁３において膨張された冷媒を蒸発させることにより熱吸収を行う第１の蒸発器でコンビニエンスストア等のショーケース・冷蔵庫を冷却する。これら第１の圧縮機１、第１の凝縮器２、第1の膨張弁３、第１の蒸発器４等で第１の冷凍サイクルを構成する。また、８は冷媒を圧縮する第２の圧縮機で圧縮機の容量が第１の圧縮機１の容量の１／６程度のものである。９は第２の圧縮機８から吐出された高圧冷媒を冷却して凝縮する第２の凝縮器、１０は第２の凝縮器９から供給される冷媒を膨張させる第２の膨張弁（第２の減圧装置）、２６は第１の凝縮器２で凝縮された液冷媒を過冷却する蓄熱式熱交換装置で、通常の蓄冷剤が蓄熱槽となる容器内に収容され、第２の膨張弁１０で膨張した冷媒が蓄冷剤により蒸発し、蓄冷剤に冷熱を付与し、この蓄冷剤の冷熱で第１の凝縮器２で凝縮された冷媒を過冷却するものである。
これら第２の圧縮機８、第２の凝縮器９、第２の膨張弁１０、蓄熱式熱交換装置２６等で第２の冷凍サイクルを構成し、第２の冷凍サイクルでエコノマイザ−を構成する。また、１３は第１の冷凍サイクルの低圧側の冷媒圧力を検出する圧力検出器、１４は検出した圧力により後述の第１の電磁弁３０、第２の電磁弁３１を開閉する制御装置、２７は、第１の冷凍サイクルにおいて蓄熱式熱交換装置２６をバイパスするバイパス回路、３０はバイパス回路２７に設けられ、冷媒の流れを変更する第１の電磁弁、３１は第１の冷凍サイクルの冷媒が蓄熱式熱交換装置２６で熱交換する場合、熱交換しない場合により開閉される第２の電磁弁である。
なお、図９においては、蓄熱式熱交換装置２６と第１の圧縮機１との間に、第１の膨張弁３と第１の蒸発器４とを直列に接続したものを１組設けているが、蓄熱式熱交換装置２６と第１の圧縮機１との間に、この組合せのものを複数並列に接続し、複数の第１の蒸発器４で、それぞれのショ−ケ−スまたは冷蔵庫を冷却するのが一般的である。
【００３８】
次に動作を説明する。第１の冷凍サイクルでは、冷媒は第１の圧縮機１で圧縮される。高温高圧となったガス冷媒は、第１の凝縮器２に送られる。第１の凝縮器２ではガス冷媒が外気との熱交換により凝縮・液化して高温高圧の液冷媒となる。第１の凝縮器２で凝縮された液冷媒は蓄熱式熱交換装置２６で蓄冷剤と熱交換し過冷却され、液配管を通じて負荷側へと送られる。このように冷媒が過冷却されると、冷凍能力が増加する。
負荷側に送られた冷媒は第１の膨張弁３で膨張させ、第１の蒸発器４で熱吸収を行い冷蔵庫、ショーケース内の被冷却物を冷やす。
複数の第１の蒸発器４がある場合は、過冷却後の冷媒が分岐管により流され、それぞれのショ−ケ−ス等を冷却する。
【００３９】
また、第２の冷凍サイクルでは、冷媒は第２の圧縮機８で圧縮される。高温高圧となったガス冷媒は、第２の凝縮器９に送られる。第２の凝縮器９ではガス冷媒が外気との熱交換により凝縮・液化して高温高圧の液冷媒となる。高温高圧となった冷媒は第２の膨張弁１０で膨張され、蓄熱式熱交換装置２６で蓄冷剤と熱交換され、蒸発し、低温低圧のガス冷媒となる。
コンビニエンスストアなどでは、夜間ショーケース等扉の開閉が少なくなるため第１の冷凍サイクルの第１の蒸発器４の冷凍負荷が下がる。第１の冷凍サイクルの第１の蒸発器４の冷凍負荷が小さくなると、第１の冷凍サイクルの低圧が下がるため、これを検出した圧力検出器１３の信号レベルと基準値の差に応じて制御装置１４が電磁弁３０、電磁弁３１の開閉を制御する。すなわち、圧力検出器１３の出力信号レベルが基準値よりも低い場合には、電磁弁３１を閉じ、電磁弁３０を開く。電磁弁３１が閉じられると、第１の冷凍サイクルの冷媒は蓄熱式熱交換装置２６通過しなくなるため、蓄熱式熱交換装置２６では蓄冷剤と熱交換されなくなる。従って、第２の冷凍サイクルが常に運転し続けているため、第２の冷凍サイクルが蓄熱式熱交換装置２６で発生する熱量は、蓄熱式熱交換器２６内の蓄冷剤を冷やすことにより貯えられる。
【００４０】
ここで昼間ショーケースなどの扉開閉が頻繁になる時間帯になると、第１の冷凍サイクルの第１の蒸発器４の冷却負荷が高くなる。第１の冷凍サイクルの冷却負荷が高くなると、第１の冷凍サイクルの低圧圧力は上昇するため、これに応じて圧力検出器１３の信号レベルが上昇する。圧力検出器１３の信号レベルが上昇すると制御装置１４は、圧力検出器１３の信号レベルと基準値との差に応じて電磁弁３０、電磁弁３１の開閉を制御する。すなわち、圧力検出器１３の出力信号レベルが基準値より高い場合には、電磁弁３０を閉じ、電磁弁３１を開く。電磁弁３１が開かれると第１の冷凍サイクルの第１の凝縮器２を出た冷媒は蓄熱式熱交換装置２６で蓄冷剤と熱交換することにより、第１の冷凍サイクルの液冷媒が過冷却される。第１の冷凍サイクルの液冷媒が過冷却されると、前記のように第１の冷凍サイクルの第１の蒸発器４の冷却能力が増大する。
蓄熱式熱交換装置２６の蓄冷剤に蓄冷するのは、夜間に限定するものではなく、昼間も蓄冷することにより、第２の冷凍サイクルの第２の圧縮機の容量を小さくできる。
【００４１】
このように、実施の形態７に示す冷凍装置を用いることによって、夜間のショーケース負荷の小さい時間帯に蓄熱式熱交換装置２６に蓄冷し、昼間、電力量がピークとなる時間帯にその蓄冷熱量を利用することにより、電力の平準化が図れる。また昼間に比べて深夜電力料金は安価なため、夜間に蓄熱し、その熱量を昼間に利用する方が非蓄熱時に比べて電力料金は安くなる。
また、過冷却を付与する熱交換装置を蓄熱式熱交換装置２６としたので、第２の冷凍サイクル側（エコノマイザ−側）の第２の圧縮機の容量を、第１の冷凍サイクルの負荷変動に見合うように選択する融通性が増し（例えば、より小容量の圧縮機にできる）、また、蓄熱量を有効に使うことにより、省エネルギ−が図れるとともに、設備費用も低減できる。
さらに、電磁弁３０、３１を流量制御装置として、圧力検出器１３の検出圧力により、それぞれの流量を制御するようにしてもよい。このようにすることにより、ショ−ケ−スや冷蔵庫の負荷変動に精度良く対応できる。さらに、蓄熱式熱交換装置２６の蓄冷量を測定し、蓄冷量を加味して、それぞれの流量を制御することにより一層負荷変動への対応が良くなる。
【００４２】
実施の形態７．
また、上記実施の形態１〜実施の形態６において、第１の冷凍サイクルおよび第２の冷凍サイクルの冷媒にハイドロフルオロカーボンR404AまたはハイドロフルオロカーボンR507を用いる。
【００４３】
R４０４Aは組成上従来の冷凍装置に用いられていた冷媒R２２に比べて密度が高いため、 R４０４Aを冷媒に用いた場合、第１の冷凍サイクルに流れる冷媒循環量ＧはR２２に比べて1.4倍程度となる。この結果、Ｒ４０４ＡとＲ２２で同じ過冷却度をとった場合、過冷却効果は冷媒循環量の多いＲ４０４Ａの方が有利である。熱交換装置１１や蓄熱式熱交換装置２６で熱交換される熱量は過冷却効果の多いＲ４０４Ａの方が多くなるため、同じ冷却能力を発生するには圧縮機８の負荷を軽減することができる。このため、この発明の冷凍装置では装置の冷凍能力を上げることができ、消費電力を低減することができる。また、上記R５０７を冷媒として用いた場合も同様の効果を生じる。
【００４４】
冷媒として、Ｒ２２とＲ４０４Ａの比較を第１の冷凍サイクルの冷凍能力比較表と図１０の第１の冷凍サイクルのモリエル線図により説明する。
第１の冷凍サイクルの冷媒循環量Ｇは、吸入ガス比容積をｖ、第１の圧縮機１の押しのけ量をＶとして、Ｇ（Ｋｇ／ｈ）＝Ｖ（ ｍ3／ｈ）／ｖ（ ｍ3／Ｋｇ）で算出されるが、第１の冷凍サイクルの蒸発温度ＥＴを−５℃、第１の圧縮機１の吸入ガス温度１８℃、第１の圧縮機１の押しのけ量Ｖを２４．９ｍ3／ｈ（４．５ＫＷスクロ−ル圧縮機の例）とした場合の第１の冷凍サイクルの冷凍能力の比較を表１に、また、モリエル線図を図１０に示す。
表１に示すように、Ｒ２２とＲ４０４Ａの冷凍能力Ｑは、過冷却を５度と同じにした場合、それぞれ、６７４１９ＫＪ／ｈ、７７５２６ＫＪ／ｈとなり、Ｒ４０４Ａの方が大となる。
従って、同じ冷却能力を発生するには、Ｒ４０４Ａの方がエコノマイザ−の第２の圧縮機８の負荷を軽減できる。
【００４５】
【表１】
前記の各実施の形態に記載の冷凍装置は、全体の冷凍負荷量は大きいが、負荷変動量は比較的小さい負荷特性の被冷却物を冷却するのに特に、好ましく使われるものである。
第１の冷凍サイクルの大きな容量の第１の圧縮機で冷凍負荷の大きなベ−ス部分に対応し、比較的小さな負荷増分である変動部分は、第２の冷凍サイクルの小容量の第２の圧縮機で対応するものである。
このようにすることで、負荷変動部分に見合った容量の第２の圧縮機を選択することにより、負荷変動への良好な対応を図り、また、大容量の第１の圧縮機により負荷変動部分に対応することによるエネルギ−の無駄の発生や制御設備費用の増大を防止し、省エネルギ−及び設備費用の低減を図るものである。即ち、第１の冷凍サイクルとは別に、さらに第２の冷凍サイクルを設けても設備費用的にも充分採算がとれるものとなる。
本冷凍装置として好ましく使われる圧縮機の容量としては、第１の圧縮機の容量は、６馬力〜１０馬力程度であり、第１の圧縮機と第２の圧縮機との容量比は、６対１〜１０対１程度である。
本冷凍装置を使うのに最適な例が、前記の負荷特性を持ち、コンビニエントストア、小型店舗の庫内温度が冷蔵温度（例えば、−５℃〜１０℃）であるショ−ケ−ス、冷蔵庫用の冷凍装置である。
庫内温度が冷蔵温度であるショ−ケ−ス、冷蔵庫用の冷凍装置を選択するのは、コンビニエントストア、小型店舗においては、ショ−ケ−ス等は、庫内温度が冷蔵温度（例えば、−５℃〜１０℃）のものと冷凍温度（例えば、−５℃未満）のものとがあるが、被冷却物の取扱量は、冷蔵温度のものが圧倒的に多く、そこで冷蔵温度のショ−ケ−ス、冷蔵庫が多くなり、これらの冷凍装置としては冷凍能力の大きなものが要求されることと、被冷却物の出し入れ等により負荷変動はあるが、比較的小さいことによる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の第１の発明に係る冷凍装置によれば、第1の圧縮機、第1の凝縮器、それぞれ第1の減圧装置を有し、並列に接続された複数の第1の蒸発器等を配管接続した第１の冷凍サイクルと、第１の圧縮機より容量の小さな第２の圧縮機、第2の凝縮器、第2の減圧装置、熱交換装置等を配管接続し、エコノマイザ−を構成する第２の冷凍サイクルとを備え、第２の冷凍サイクルの運転により、熱交換装置で第１の冷凍サイクルの第１の凝縮器と第１の減圧装置間の冷媒を冷却する冷凍装置において、第２の冷凍サイクルの第２の圧縮機の運転速度を変速制御して第１の冷凍サイクルの冷凍能力を制御するので、ショ−ケ−ス等の負荷変動に対応するのに、容量の大きな第１の圧縮機を直接制御する必要はなく、エコノマイザ−により、小容量の第２の圧縮機を制御することにより、負荷対応が良好となり、かつ、省エネルギ−が図れるとともに、第２の圧縮機の運転速度を変速制御することによって、第１の冷凍サイクルの液冷媒の過冷却度を連続的に制御することができ、負荷変動に対する冷凍装置の冷凍能力の追従性が良くなる。また、第２の圧縮機を変速制御することで、起動発停回数が少なくなり、消費電力量が低減できる。さらに、第２の冷凍サイクルの第２の圧縮機は第１の冷凍サイクルの第１の圧縮機より低容量であるため、第２の圧縮機を制御する制御装置（例えば、インバ−タ装置）の費用が低減できる。
【００４８】
また、この発明の第２の発明に係る冷凍装置によれば、第1の圧縮機、第1の凝縮器、それぞれ第1の減圧装置を有し、並列に接続された複数の第1の蒸発器等を配管接続した第１の冷凍サイクルと、第１の圧縮機より容量の小さな第２の圧縮機、第2の凝縮器、第2の減圧装置、熱交換装置等を配管接続し、エコノマイザ−を構成する第２の冷凍サイクルとを備え、第２の冷凍サイクルの運転により、熱交換装置で第１の冷凍サイクルの第１の凝縮器と第１の減圧装置間の冷媒を冷却する冷凍装置において、第１の冷凍サイクルの低圧側の冷媒圧力を検出する圧力検出器を有し、この圧力検出器の検出圧力により、第２の冷凍サイクルの第２の圧縮機の運転を制御して第１の冷凍サイクルの冷凍能力を制御するので、ショ−ケ−ス等の負荷変動に対応するのに、容量の大きな第１の圧縮機１を直接制御する必要がなく、エコノマイザ−により、小容量の第２の圧縮機を制御することにより、負荷対応が良好となり、かつ、省エネルギ−が図れるとともに、第１の冷凍サイクルの低圧側の圧力を検出することにより、第２の圧縮機を制御しているので、従来のエコノマイザ−搭載冷凍装置に比べてショ−ケ−ス等の負荷変動に迅速、適確に対応できる。
【００４９】
また、この発明の第３の発明に係る冷凍装置によれば、第２の発明において、第２の圧縮機の運転制御が間欠制御であるので、第２の発明の効果に加えて、インバータ装置を必要とせず、製品の製造コストも低減することができる。
【００５０】
また、この発明の第４の発明に係る冷凍装置によれば、第２の発明において、第２の圧縮機の運転制御が変速制御であるので、第２の発明の効果に加えて、第１の冷凍サイクルの液冷媒の過冷却度を連続的に制御することができ、負荷変動に対する冷凍装置の冷凍能力の追従性が良くなる。また、第２の圧縮機を変速制御することで、起動発停回数が少なくなり、消費電力量が低減できる。さらに、第２の冷凍サイクルの第２の圧縮機は第１の冷凍サイクルの第１の圧縮機より低容量であるため、第２の圧縮機を制御する制御装置（例えば、インバ−タ装置）の費用が低減できる。
【００５１】
また、この発明の第５の発明に係る冷凍装置によれば、第１の発明乃至第４の発明において、エコノマイザ−をショ−ケ−スまたは冷蔵庫内に設けたので、第１の発明乃至第４の発明の効果に加えて、高圧配管（液配管）中の過冷却した液冷媒と外気との熱交換を防ぐのに必要な断熱材の量が減少できる。または、配管の断熱が簡易化できる。
【００５２】
また、この発明の第６の発明に係る冷凍装置によれば、第１の発明乃至第４の発明においおて、エコノマイザ−を熱源機側ユニットに設けたので、第１の発明乃至第４の発明の効果に加えて、第２の負荷側ユニットであるショ−ケ−ス、冷蔵庫を省スペ−ス化できる。
【００５３】
また、この発明の第７の発明に係る冷凍装置によれば、第１の発明乃至第４の発明において、第１の凝縮器と第２の凝縮器を一体型凝縮器とし、フィンを共通のフィンとしたので、第１の発明乃至第４の発明の効果に加えて、第２の圧縮機を運転していないとき、もしくは、第２の圧縮機の運転が全速でないとき一体型凝縮器のフィンの表面伝熱面積に余剰部分が生じる。そこで第１の凝縮器の凝縮能力が向上し、第１の冷凍サイクルの高圧圧力を下げることができる。従って、消費電力を低減することができ、省エネルギ−効果が得られる。
また、第２の圧縮機の制御を間欠制御、連続制御に関係なく、第１の凝縮器と第２の凝縮器のフィンを共有化することにより、第１の凝縮器と第２の凝縮器を別々に設置するより、省スペース化が図れる。
【００５４】
また、この発明の第８の発明に係る冷凍装置によれば、第1の圧縮機、第1の凝縮器、それぞれ第1の減圧装置を有し、並列に接続された複数の第1の蒸発器等を配管接続した第１の冷凍サイクルと、第１の圧縮機より容量の小さな第２の圧縮機、第2の凝縮器、第2の減圧装置、熱交換装置等を配管接続し、エコノマイザ−を構成する第２の冷凍サイクルとを備え、第２の冷凍サイクルの運転により、熱交換装置で第１の冷凍サイクルの第１の凝縮器と第１の減圧装置間の冷媒を冷却する冷凍装置において、熱交換装置を蓄熱式熱交換装置とし、第２の冷凍サイクルで蓄冷するとともに、この蓄冷熱で第１の冷凍サイクルの冷媒を冷却するので、ショ−ケ−ス等の負荷変動に対応するのに、容量の大きな第１の圧縮機を直接制御する必要はなく、エコノマイザ−により、小容量の第２の圧縮機を制御することにより負荷対応が良好となり、かつ、省エネルギ−が図れるとともに、また、夜間のショーケース負荷の小さい時間帯に蓄熱式熱交換装置に蓄冷し、昼間、電力量がピークとなる時間帯に、その蓄冷熱量を利用することにより、電力の平準化が図れる。また昼間に比べて深夜電力は料金が安価なため、夜間に蓄熱し、その熱量を昼間に利用する方が、昼間、冷凍機の出力を最大で運転させるよりも電力料金が安くなる。
【００５５】
また、この発明の第９の発明に係る冷凍装置によれば、第８の発明において、第１の冷凍サイクルの低圧側の冷媒圧力を検出する圧力検出器と、第１の冷凍サイクルに設け、蓄熱式熱交換装置をバイパスするバイパス回路とを備え、圧力検出器の検出圧力によりバイパス回路を流れる冷媒量を制御するので、第８の発明の効果に加えて、圧力検出器の検出圧力により、バイパス回路の流量を制御するので、第１の冷凍サイクルの負荷変動への追従性が一層良くなる。
【００５６】
また、この発明の第１０の発明に係る冷凍装置によれば、第１の発明乃至第９の発明において、使用冷媒をハイドロフルオロカ−ボンＲ４０４Ａまたはハイドロフルオロカ−ボンＲ５０７としたので、第１の発明乃至第９の発明の効果に加えて、冷媒にR22を用いるより過冷却効果が増大する。この結果、熱交換装置で熱交換される熱量が増え、第２の冷凍サイクルの第２の圧縮機の消費電力を低減することができ、冷凍装置全体の消費電力を低減できる。
【００５７】
また、この発明の第１１の発明に係る冷凍装置によれば、第１の発明乃至第１０の発明の冷凍装置を庫内温度が冷蔵温度であり、コンビニエントストア、ス−パ−マ−ケットまたは小型店舗に設置されるショ−ケ−スまたは冷蔵庫に使用されるので、庫内温度が冷蔵温度である、コンビニエントストア等のショ−ケ−スは、負荷量は大きが、負荷変動量は負荷量に比べて小さく、大きな負荷量のベ−ス部分を第１の圧縮機で対応し、小さな変動部分を容量の小さな第２の圧縮機で対応することができ、第１の発明乃至第１１の発明の冷凍装置を最も適切に利用することができ、それぞれの効果を確実に発揮できる。
【００５８】
また、この発明の第１２の発明に係る冷凍装置は、第1の圧縮機、第1の凝縮器、それぞれ第1の減圧装置を有し、並列に接続された複数の第1の蒸発器等を配管接続した第１の冷凍サイクルを備えた冷凍装置において、冷凍装置の能力増加に際し、第１の圧縮機の容量を増加させずに、第１の圧縮機より容量の小さな第２の圧縮機、第2の凝縮器、第2の減圧装置、熱交換装置等を配管接続し、エコノマイザ−を構成する第２の冷凍サイクルを追加し、かつ、熱源機側ユニットと負荷側ユニットとを接続する既設配管である高圧配管と低圧配管のうち、少なくとも一方を再利用し、第２の冷凍サイクルの運転により、熱交換装置で第１の冷凍サイクルの第１の凝縮器と第１の減圧装置間の液冷媒を冷却するので、既設配管の高圧配管と低圧配管を再利用し、設備費用の低減を図りながら冷凍装置の能力アップが可能となる。特に、熱源機側ユニットを店舗外に設置した場合は、熱源機側ユニットと負荷側ユニットを接続する配管が長くなり、本構成による効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る冷凍装置の冷凍サイクルを示す図。
【図２】 この発明の実施の形態１に係る冷凍装置の冷凍負荷及び冷凍能力の関係を示す図。
【図３】 この発明の実施の形態２に係る冷凍装置の冷凍サイクルを示す図。
【図４】 この発明の実施の形態２に係る冷凍装置の冷凍負荷及び冷凍能力の関係を示す図。
【図５】 この発明の実施の形態３に係る冷凍装置における一体型凝縮器を示す図。
【図６】 この発明の実施の形態３に係る冷凍装置の冷凍サイクルを示す図。
【図７】 この発明の実施の形態４に係る冷凍装置の配置状態を示す概略構成図。
【図８】 この発明の実施の形態５に係る冷凍装置の配置状態を示す概略構成図。
【図９】 この発明の実施の形態６に係る冷凍装置の冷凍サイクルを示す図。
【図１０】 この発明の実施の形態７に係る冷凍装置を説明するモリエル線図。
【図１１】 従来のインバータ冷凍装置の冷凍サイクルを示す図。
【図１２】 従来のエコノマイザーユニット搭載の冷凍装置の冷凍サイクルを示す図。
【符号の説明】
１ 第１の圧縮機、 ２ 第１の凝縮器、 ３ 第１の減圧装置、 ４ 第１の蒸発器、 ８ 第２の圧縮機、 ９ 第２の凝縮器、 １０ 第２の減圧装置、 １１ 熱交換装置、 １３ 圧力検出器、 １５ 熱源機側ユニット、 １６ 負荷側ユニット、 １８ 高圧配管（液配管）、 １９ 低圧配管（ガス配管）、 ２５ 一体型凝縮器、 ２６ 蓄熱式熱交換装置、 ２７ バイパス回路。
Claims (6)
- 第１の圧縮機および第１の凝縮器を有した熱源機側ユニットと、第１の減圧装置および第１の蒸発器とを有した負荷側ユニットとが配管接続された第１の冷凍サイクルを備えた冷凍装置であって、
前記第１の圧縮機より容量が小さく前記冷凍装置の負荷変動量に見合った容量の第２の圧縮機と、第２の凝縮器と、第２の減圧装置と、前記第１の冷凍サイクルの前記第１の凝縮器と前記第１の減圧装置との間を流れる冷媒と熱交換を行う熱交換装置とが、配管接続されてエコノマイザーを構成している第２の冷凍サイクルを、前記第１の冷凍サイクルの前記第１の凝縮器と前記第１の減圧装置との間の既設配管を流れる液冷媒を冷却するように設け、
前記冷凍装置の負荷の増加に際し、前記第１の圧縮機の容量を増加させずに、前記第２の冷凍サイクルの運転により、前記熱交換装置で前記第１の冷凍サイクルの前記第１の凝縮器と前記第１の減圧装置間の液冷媒を冷却して冷却能力を増加させる冷凍装置において、
前記熱交換装置が蓄熱式熱交換装置であり、
前記第１の冷凍サイクルの低圧側の冷媒圧力を検出する圧力検出器と、
前記蓄熱式熱交換装置の前記第１の冷凍サイクルを構成する冷媒回路をバイパスするバイパス回路と、
前記バイパス回路と、前記蓄熱式熱交換装置の前記第１の冷凍サイクルを構成する冷媒回路とに、それぞれ設けられた流量制御装置とを備え、
前記圧力検出器の検出圧力および前記蓄熱式熱交換装置の蓄冷量により、前記流量制御装置を制御して、前記バイパス回路と前記蓄熱式熱交換装置の前記第１の冷凍サイクルを構成する冷媒回路とに流れる冷媒流量を制御可能としていることを特徴とする冷凍装置。 - 前記エコノマイザーを前記負荷側ユニットに設けたことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
- 前記エコノマイザーを前記熱源機側ユニットに設けたことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
- 前記第１の凝縮器と前記第２の凝縮器とを一体に構成し、さらにフィンを共通としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の冷凍装置。
- 使用冷媒をハイドロフルオロカ−ボンＲ４０４Ａまたはハイドロフルオロカ−ボンＲ５０７としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の冷凍装置。
- 第１の圧縮機および第１の凝縮器を有した熱源機側ユニットと、第１の減圧装置および第１の蒸発器とを有した負荷側ユニットとが配管接続された第１の冷凍サイクルを備えた冷凍装置であって、
前記熱源機側ユニットと前記負荷側ユニットとを接続する既設配管である高圧配管と低圧配管を再利用し、
前記第１の圧縮機より容量が小さく前記冷凍装置の負荷変動量に見合った容量の第２の圧縮機と、第２の凝縮器と、第２の減圧装置と、前記第１の冷凍サイクルの前記第１の凝縮器と前記第１の減圧装置との間を流れる冷媒と熱交換を行う熱交換装置とを、配管接続した第２の冷凍サイクルを追加し、
前記冷凍装置の負荷の増加に際し、前記第１の圧縮機の容量を増加させずに、前記第２の冷凍サイクルの運転により、前記熱交換装置で前記第１の冷凍サイクルの前記第１の凝縮器と前記第１の減圧装置との間の既設配管を流れる液冷媒を冷却して、冷却能力を増加させる冷凍装置の能力増加方法において、
前記熱交換装置を蓄熱式熱交換装置とし、
前記第１の冷凍サイクルの低圧側の冷媒圧力を検出する圧力検出器と、
前記蓄熱式熱交換装置の前記第１の冷凍サイクルを構成する冷媒回路をバイパスするバイパス回路と、
前記バイパス回路と、前記蓄熱式熱交換装置の前記第１の冷凍サイクルを構成する冷媒 回路とに、それぞれ設けられた流量制御装置とを備え、
前記圧力検出器の検出圧力および前記蓄熱式熱交換装置の蓄冷量により、前記流量制御装置を制御し、前記バイパス回路と前記蓄熱式熱交換装置の前記第１の冷凍サイクルを構成する冷媒回路とに流れる冷媒の流量を制御する、ことを特徴とする冷凍装置の能力増加方法。
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