特許 5940294 冷凍装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5940294

(24)【登録日】2016年5月27日

(45)【発行日】2016年6月29日

(54)【発明の名称】冷凍装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 7/00 20060101AFI20160616BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20160616BHJP

   F24H 1/00 20060101ALI20160616BHJP

【ＦＩ】

   F25B7/00 E

   F25B1/00 397A

   F25B1/00 361A

   F25B1/00 371B

   F25B1/00 396D

   F24H1/00 611R

   F24H1/00 611N

   F24H1/00 611P

【請求項の数】10

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2011-281114(P2011-281114)

(22)【出願日】2011年12月22日

(65)【公開番号】特開2013-130349(P2013-130349A)

(43)【公開日】2013年7月4日

【審査請求日】2014年12月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000213297

【氏名又は名称】中部電力株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000001889

【氏名又は名称】三洋電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001081

【氏名又は名称】特許業務法人クシブチ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤田 美和子

(72)【発明者】

【氏名】對比地 亮佑

(72)【発明者】

【氏名】向山 洋

(72)【発明者】

【氏名】大竹 雅久

(72)【発明者】

【氏名】黒澤 美暁

(72)【発明者】

【氏名】石井 武

【審査官】 ▲高▼藤 啓

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２７６２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０２４９９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１３９３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２４３１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１２１７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２３２２２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２０７９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０１２５６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ ７／００

Ｆ２４Ｈ １／００

Ｆ２５Ｂ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の圧縮機、第１の放熱器、過冷却器、第１の減圧器及び蒸発器を順次配管接続して成る第１の冷凍サイクル回路と、第２の圧縮機、第２の放熱器、第２の減圧器及び前記過冷却器を順次配管接続して成る第２の冷凍サイクル回路とを設け、前記過冷却器において前記第２の冷凍サイクル回路の冷媒の蒸発作用により前記第１の冷凍サイクル回路の冷媒を過冷却すると共に、前記第２の放熱器からの放熱作用により給湯水を加熱する冷凍装置において、
前記第２の圧縮機を制御する制御手段と、
前記第２の放熱器に水配管を介して接続された貯湯タンクと、水配管に給湯水を循環させる水ポンプと、第３の放熱器と、前記水ポンプにより循環される給湯水を前記貯湯タンクに流すか、前記第３の放熱器に流すかを制御する流路切替手段とを有する給湯装置を備え、
該制御手段は、前記過冷却器を出た前記第１の冷凍サイクル回路の冷媒温度である過冷却器出口温度Ｔ２が所定の過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔとなるよう前記第２の圧縮機の回転数を制御すると共に、
前記第１の放熱器を出た冷媒温度である放熱器出口温度Ｔ１に基づき、前記過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔを変更し、
前記第２の放熱器を出た前記水配管の給湯水の温度である出湯温度Ｔ５が所定の目標出湯温度Ｈｗとなるよう前記水ポンプの回転数を制御すると共に、
前記貯湯タンク内の給湯水を加熱する必要が無い場合、前記流路切替手段により給湯水を前記第３の放熱器に循環させて大気への放熱を行わせ、該第３の放熱器に給湯水を流す場合には、前記出湯温度Ｔ５に関わらず前記水ポンプの回転数を最大値とすることを特徴とする冷凍装置。

【請求項2】

第１の圧縮機、第１の放熱器、過冷却器、第１の膨張弁及び蒸発器を順次配管接続して成る第１の冷凍サイクル回路と、第２の圧縮機、第２の放熱器、第２の膨張弁及び前記過冷却器を順次配管接続して成る第２の冷凍サイクル回路と、前記第２の放熱器に水配管を介して接続された貯湯タンクを有する給湯装置とを設け、前記過冷却器において前記第２の冷凍サイクル回路の冷媒の蒸発作用により前記第１の冷凍サイクル回路の冷媒を過冷却すると共に、前記第２の放熱器からの放熱作用により前記貯湯タンク内の給湯水を加熱する冷凍装置において、
前記第２の膨張弁を制御する制御手段と、
前記第２の放熱器に水配管を介して接続された貯湯タンクと、水配管に給湯水を循環させる水ポンプと、第３の放熱器と、前記水ポンプにより循環される給湯水を前記貯湯タンクに流すか、前記第３の放熱器に流すかを制御する流路切替手段とを有する給湯装置を備え、
該制御手段は、前記第２の圧縮機の吐出温度Ｔ４が所定の目標吐出温度Ｔｄｉｓとなるよう前記第２の膨張弁の弁開度を制御すると共に、
前記第２の放熱器を出た給湯水の温度である出湯温度Ｔ５の目標出湯温度Ｈｗに基づいて前記目標吐出温度Ｔｄｉｓを変更し、
前記第２の放熱器を出た前記水配管の給湯水の温度である出湯温度Ｔ５が所定の目標出湯温度Ｈｗとなるよう前記水ポンプの回転数を制御すると共に、
前記貯湯タンク内の給湯水を加熱する必要が無い場合、前記流路切替手段により給湯水を前記第３の放熱器に循環させて大気への放熱を行わせ、該第３の放熱器に給湯水を流す場合には、前記出湯温度Ｔ５に関わらず前記水ポンプの回転数を最大値とすることを特徴とする冷凍装置。

【請求項3】

第１の圧縮機、第１の放熱器、過冷却器、第１の膨張弁及び蒸発器を順次配管接続して成る第１の冷凍サイクル回路と、第２の圧縮機、第２の放熱器、第２の膨張弁及び前記過冷却器を順次配管接続して成る第２の冷凍サイクル回路と、前記第２の放熱器に水配管を介して接続された貯湯タンクを有する給湯装置とを設け、前記過冷却器において前記第２の冷凍サイクル回路の冷媒の蒸発作用により前記第１の冷凍サイクル回路の冷媒を過冷却すると共に、前記第２の放熱器からの放熱作用により前記貯湯タンク内の給湯水を加熱する冷凍装置において、
前記第２の圧縮機及び第２の膨張弁を制御する制御手段と、
前記第２の放熱器に水配管を介して接続された貯湯タンクと、水配管に給湯水を循環させる水ポンプと、第３の放熱器と、前記水ポンプにより循環される給湯水を前記貯湯タンクに流すか、前記第３の放熱器に流すかを制御する流路切替手段とを有する給湯装置を備え、
該制御手段は、前記過冷却器を出た前記第１の冷凍サイクル回路の冷媒温度である過冷却器出口温度Ｔ２が所定の過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔとなるよう前記第２の圧縮機の回転数を制御し、前記第１の放熱器を出た冷媒温度である放熱器出口温度Ｔ１に基づき、前記過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔを変更すると共に、
前記第２の圧縮機の吐出温度Ｔ４が所定の目標吐出温度Ｔｄｉｓとなるよう前記第２の膨張弁の弁開度を制御し、前記第２の放熱器を出た給湯水の温度である出湯温度Ｔ５の目標出湯温度Ｈｗに基づいて前記目標吐出温度Ｔｄｉｓを変更し、
前記第２の放熱器を出た前記水配管の給湯水の温度である出湯温度Ｔ５が所定の目標出湯温度Ｈｗとなるよう前記水ポンプの回転数を制御すると共に、
前記貯湯タンク内の給湯水を加熱する必要が無い場合、前記流路切替手段により給湯水を前記第３の放熱器に循環させて大気への放熱を行わせ、該第３の放熱器に給湯水を流す場合には、前記出湯温度Ｔ５に関わらず前記水ポンプの回転数を最大値とすることを特徴とする冷凍装置。

【請求項4】

前記制御手段は、前記過冷却器出口温度Ｔ２が前記過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔよりも高い場合、前記第２の圧縮機の回転数を上昇させると共に、前記過冷却器出口温度Ｔ２が前記過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔよりも低い場合、前記第２の圧縮機の回転数を低下させることを特徴とする請求項１、又は、請求項３に記載の冷凍装置。

【請求項5】

前記制御手段は、前記放熱器出口温度Ｔ１が高い程、前記過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔを高くする方向で当該過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔを変更することを特徴とする請求項１、請求項３、又は、請求項４に記載の冷凍装置。

【請求項6】

前記制御手段は、前記吐出温度Ｔ４が前記目標吐出温度Ｔｄｉｓよりも高い場合、前記第２の膨張弁の弁開度を拡張させると共に、前記吐出温度Ｔ４が前記目標吐出温度Ｔｄｉｓよりも低い場合、前記第２の膨張弁の弁開度を縮小させることを特徴とする請求項２、又は、請求項３に記載の冷凍装置。

【請求項7】

前記制御手段は、前記目標出湯温度Ｈｗが高い程、前記目標吐出温度Ｔｄｉｓを高くする方向で当該目標吐出温度Ｔｄｉｓを変更することを特徴とする請求項２、請求項３、又は、請求項６に記載の冷凍装置。

【請求項8】

前記制御手段は、前記第２の放熱器に入る給湯水の温度である入水温度Ｔ３に基づき、前記目標吐出温度Ｔｄｉｓを補正することを特徴とする請求項２、請求項３、請求項６、又は、請求項７に記載の冷凍装置。

【請求項9】

前記制御手段は、前記入水温度Ｔ３が高い程、前記目標吐出温度Ｔｄｉｓを高くする方向で当該目標吐出温度Ｔｄｉｓを補正することを特徴とする請求項８に記載の冷凍装置。

【請求項10】

前記第２の冷凍サイクル回路に封入される冷媒が二酸化炭素であって、前記第２の放熱器はガスクーラとして作用することを特徴とする請求項１乃至請求項９のうちの何れかに記載の冷凍装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、第１の冷凍サイクル回路と、第１の冷凍サイクル回路の冷媒を過冷却する第２の冷凍サイクル回路と、第２の冷凍サイクル回路の放熱器からの放熱作用により給湯水を加熱して給湯する冷凍装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、大型店舗やコンビニエンスストアなどでは、低温ショーケースや店内空調を行う空気調和機を構成する第１の冷凍サイクル回路からの冷却排熱を有効利用すべく、第１の冷凍サイクル回路の冷媒を過冷却する第２の冷凍サイクル回路を設け、当該第２の冷凍サイクル回路の放熱器からの放熱作用によって店舗内において利用される給湯水の加熱を行う冷凍装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

この場合、第１の圧縮機、第１の放熱器、過冷却器、第１の減圧器及び蒸発器とを順次配管接続して第１の冷凍サイクル回路を構成し、当該蒸発器によって、低温ショーケースの庫内や、店内の冷却を行う。係る第１の冷凍サイクル回路の冷凍能力は、第１の放熱器によって放熱される冷媒温度を低下させることで向上させることができる。通常、過冷却器が設けられていない冷凍装置では、第１の放熱器によって大気に放熱される冷媒の温度は、当該放熱器が設けられる周囲温度が下限となる。

【0004】

これに対し、第２の圧縮機、第２の放熱器、第２の減圧器及び過冷却器を順次配管接続して第２の冷凍サイクル回路を構成し、過冷却器において、第１の冷凍サイクル回路の第１の放熱器を経た冷媒と、第２の冷凍サイクル回路の第２の減圧器において減圧された後の冷媒とを熱交換させることで、第１の冷凍サイクル回路内の冷媒温度を大きく低下させることができる。

【0005】

ここで、図１１乃至図１３を参照して説明する。図１１において、Ｍｍａｉｎは、第１の冷凍サイクル回路のみで運転した場合のモリエル線図、Ｍｓｑは、第２の冷凍サイクル回路のモリエル線図、Ｍは装置全体、即ち、過冷却器で第１の冷凍サイクル回路の冷媒を過冷却させた場合のモリエル線図を示している。第１の冷凍サイクル回路の高温ガス冷媒は、第１の圧縮機１１で圧縮され（Ｅ点−Ｆ点）、第１の放熱器に流入する。第１の放熱器に流入した高温ガス冷媒は、大気と熱交換して冷却されることによって液冷媒となる（Ｆ点−Ｇ点）。第１の放熱器から流出した液冷媒は、第１の膨張弁で減圧されて（Ｇ点−Ｈ点）、蒸発器に流入して蒸発作用を発揮すると共に蒸発してガス冷媒となる（Ｈ点−Ｅ点）。

【0006】

他方、第２の冷凍サイクル回路の高温ガス冷媒は、第２の圧縮機２１で圧縮され（Ｉ点−Ｊ点）、第２の放熱器に流入する。第２の放熱器に流入した高温ガス冷媒は、給湯水の加熱に用いられることにより温度が低下する（Ｊ点−Ｋ点）。第２の放熱器から流出した冷媒は、第２の膨張弁で減圧されて（Ｋ点−Ｌ点）、過冷却器に流入して蒸発作用を発揮する（Ｌ点−Ｉ点）。このとき、当該冷凍装置では、過冷却器において、第１の冷凍サイクル回路の第１の放熱器から流出した冷媒と、第２の冷凍サイクル回路の冷媒が熱交換を行うことによって、第１の冷凍サイクル回路の冷媒が過冷却される。これによって、図１１に示すように、過冷却器による過冷却を行わない場合の第１の冷凍サイクル回路の冷却能力Ｑｃ（元の冷却能力）に過冷却されたことによる冷却能力Ｑｓｑが付加されて、第１の冷凍サイクル回路の冷却能力が向上される（Ｑ＝Ｑｃ＋Ｑｓｑ）。

【0007】

ここで、冷凍装置全体の成績係数ＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）について図１２を参照して説明する。第２の冷凍サイクル回路が運転されない場合の第１の冷凍サイクル回路のＣＯＰｍａｉｎ、及び、第２の冷凍サイクル回路のＣＯＰｓｑを、図１２の（１）に示す。ここで、Ｗｍａｉｎは第１の冷凍サイクル回路の電力、Ｗｓｑは第２の冷凍サイクル回路の電力である。第２の冷凍サイクル回路がされた場合の冷凍装置全体のＣＯＰは、入力される電力がＷｍａｉｎ＋Ｗｓｑであり、出力される冷却能力は、Ｑｃ＋Ｑｓｑであるため、図１２の（２）となる。係る（２）式から図１２の（３）式が導き出される。

【0008】

これによると、図１２に示すように、冷凍装置全体のＣＯＰは、ＣＯＰｍａｉｎとＣＯＰｓｑを１／Ｗｍａｉｎ：１／Ｗｓｑに内分する値となるため、ＣＯＰｍａｉｎ＜ＣＯＰｓｑとなる条件で運転されることにより、冷凍装置全体のＣＯＰは、第１の冷凍サイクル回路単独で運転された場合のＣＯＰｍａｉｎよりも大きいこととなる。

【0009】

従って、図１３に示すように、第１の冷凍サイクル回路に冷媒としてＲ４０４Ａを用いた場合の蒸発温度に対するＣＯＰｍａｉｎと、第２の冷凍サイクル回路に冷媒として二酸化炭素を用いた場合の蒸発温度に対するＣＯＰｓｑとを比較すると、外気温度＋３２℃の条件下では、第１の冷凍サイクル回路の蒸発温度を−１０℃に設定した場合、第２の冷凍サイクル回路の蒸発温度は、−５℃以上で、ＣＯＰｍａｉｎ＜ＣＯＰｓｑの条件を満たし、第１の冷凍サイクル回路を単独で運転するよりも冷凍装置全体のＣＯＰが向上することとなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２０１０−２７６２３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

ところで、上述した如き冷凍装置では、第１の冷凍サイクル回路の蒸発温度に応じて第２の冷凍サイクル回路の蒸発温度を決定し、第１の冷凍サイクル回路の過冷却器出口側の冷媒温度が所定の値となるように第２の冷凍サイクル回路の第２の圧縮機の回転数を制御していた。しかしながら、外気温度の変動等によって第１の冷凍サイクル回路の過冷却器内に流入する冷媒温度が変動すると、第２の冷凍サイクル回路のＣＯＰｓｑが低下してしまう。当該第２の冷凍サイクル回路のＣＯＰｓｑの低下は冷凍装置全体のＣＯＰの低下につながる。

【0012】

また、従来の冷凍装置では、第２の圧縮機の吐出冷媒温度が所定温度となるように、第２の膨張弁の開度制御を行っていた。しかしながら、第２の熱交換器に流入する給湯水の温度（入水温度）や流出する給湯水の温度（出湯温度）は、貯湯タンク内の湯の温度によって異なり、給湯水の効率的な加熱を行うことができないという問題があった。

【0013】

本発明は、従来の技術的課題を解決するためになされたものであり、第２の冷凍サイクル回路のＣＯＰの向上、及び、給湯水の効率的な加熱を実現し、運転効率の高い冷凍装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明の冷凍装置は、第１の圧縮機、第１の放熱器、過冷却器、第１の減圧器及び蒸発器を順次配管接続して成る第１の冷凍サイクル回路と、第２の圧縮機、第２の放熱器、第２の減圧器及び過冷却器を順次配管接続して成る第２の冷凍サイクル回路とを設け、過冷却器において第２の冷凍サイクル回路の冷媒の蒸発作用により第１の冷凍サイクル回路の冷媒を過冷却すると共に、第２の放熱器からの放熱作用により給湯水を加熱するものであって、第２の圧縮機を制御する制御手段と、第２の放熱器に水配管を介して接続された貯湯タンクと、水配管に給湯水を循環させる水ポンプと、第３の放熱器と、水ポンプにより循環される給湯水を貯湯タンクに流すか、第３の放熱器に流すかを制御する流路切替手段とを有する給湯装置を備え、制御手段は、過冷却器を出た第１の冷凍サイクル回路の冷媒温度である過冷却器出口温度Ｔ２が所定の過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔとなるよう第２の圧縮機の回転数を制御すると共に、第１の放熱器を出た冷媒温度である放熱器出口温度Ｔ１に基づき、過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔを変更し、第２の放熱器を出た水配管の給湯水の温度である出湯温度Ｔ５が所定の目標出湯温度Ｈｗとなるよう水ポンプの回転数を制御すると共に、貯湯タンク内の給湯水を加熱する必要が無い場合、流路切替手段により給湯水を第３の放熱器に循環させて大気への放熱を行わせ、該第３の放熱器に給湯水を流す場合には、出湯温度Ｔ５に関わらず水ポンプの回転数を最大値とすることを特徴とする。

【0015】

請求項２の発明の冷凍装置は、第１の圧縮機、第１の放熱器、過冷却器、第１の膨張弁及び蒸発器を順次配管接続して成る第１の冷凍サイクル回路と、第２の圧縮機、第２の放熱器、第２の膨張弁及び過冷却器を順次配管接続して成る第２の冷凍サイクル回路と、第２の放熱器に水配管を介して接続された貯湯タンクを有する給湯装置とを設け、過冷却器において第２の冷凍サイクル回路の冷媒の蒸発作用により第１の冷凍サイクル回路の冷媒を過冷却すると共に、第２の放熱器からの放熱作用により貯湯タンク内の給湯水を加熱するものであって、第２の膨張弁を制御する制御手段と、第２の放熱器に水配管を介して接続された貯湯タンクと、水配管に給湯水を循環させる水ポンプと、第３の放熱器と、水ポンプにより循環される給湯水を貯湯タンクに流すか、第３の放熱器に流すかを制御する流路切替手段とを有する給湯装置を備え、制御手段は、第２の圧縮機の吐出温度Ｔ４が所定の目標吐出温度Ｔｄｉｓとなるよう第２の膨張弁の弁開度を制御すると共に、第２の放熱器を出た給湯水の温度である出湯温度Ｔ５の目標出湯温度Ｈｗに基づいて目標吐出温度Ｔｄｉｓを変更し、第２の放熱器を出た水配管の給湯水の温度である出湯温度Ｔ５が所定の目標出湯温度Ｈｗとなるよう水ポンプの回転数を制御すると共に、貯湯タンク内の給湯水を加熱する必要が無い場合、流路切替手段により給湯水を第３の放熱器に循環させて大気への放熱を行わせ、該第３の放熱器に給湯水を流す場合には、出湯温度Ｔ５に関わらず水ポンプの回転数を最大値とすることを特徴とする。

【0016】

請求項３の発明の冷凍装置は、第１の圧縮機、第１の放熱器、過冷却器、第１の膨張弁及び蒸発器を順次配管接続して成る第１の冷凍サイクル回路と、第２の圧縮機、第２の放熱器、第２の膨張弁及び過冷却器を順次配管接続して成る第２の冷凍サイクル回路と、第２の放熱器に水配管を介して接続された貯湯タンクを有する給湯装置とを設け、過冷却器において第２の冷凍サイクル回路の冷媒の蒸発作用により第１の冷凍サイクル回路の冷媒を過冷却すると共に、第２の放熱器からの放熱作用により貯湯タンク内の給湯水を加熱するものであって、第２の圧縮機及び第２の膨張弁を制御する制御手段と、第２の放熱器に水配管を介して接続された貯湯タンクと、水配管に給湯水を循環させる水ポンプと、第３の放熱器と、水ポンプにより循環される給湯水を貯湯タンクに流すか、第３の放熱器に流すかを制御する流路切替手段とを有する給湯装置を備え、制御手段は、過冷却器を出た第１の冷凍サイクル回路の冷媒温度である過冷却器出口温度Ｔ２が所定の過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔとなるよう第２の圧縮機の回転数を制御し、第１の放熱器を出た冷媒温度である放熱器出口温度Ｔ１に基づき、過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔを変更すると共に、第２の圧縮機の吐出温度Ｔ４が所定の目標吐出温度Ｔｄｉｓとなるよう第２の膨張弁の弁開度を制御し、第２の放熱器を出た給湯水の温度である出湯温度Ｔ５の目標出湯温度Ｈｗに基づいて目標吐出温度Ｔｄｉｓを変更し、第２の放熱器を出た水配管の給湯水の温度である出湯温度Ｔ５が所定の目標出湯温度Ｈｗとなるよう水ポンプの回転数を制御すると共に、貯湯タンク内の給湯水を加熱する必要が無い場合、流路切替手段により給湯水を第３の放熱器に循環させて大気への放熱を行わせ、該第３の放熱器に給湯水を流す場合には、出湯温度Ｔ５に関わらず水ポンプの回転数を最大値とすることを特徴とする。

【0017】

請求項４の発明は、上記請求項１又は請求項３の発明において、制御手段は、過冷却器出口温度Ｔ２が過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔよりも高い場合、第２の圧縮機の回転数を上昇させると共に、過冷却器出口温度Ｔ２が過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔよりも低い場合、第２の圧縮機の回転数を低下させることを特徴とする。

【0018】

請求項５の発明は、上記請求項１、請求項３又は請求項４の発明において、制御手段は、放熱器出口温度Ｔ１が高い程、過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔを高くする方向で当該過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔを変更することを特徴とする。

【0019】

請求項６の発明は、上記請求項２又は請求項３の発明において、制御手段は、吐出温度Ｔ４が目標吐出温度Ｔｄｉｓよりも高い場合、第２の膨張弁の弁開度を拡張させると共に、吐出温度Ｔ４が目標吐出温度Ｔｄｉｓよりも低い場合、第２の膨張弁の弁開度を縮小させることを特徴とする。

【0020】

請求項７の発明は、上記請求項２、請求項３又は請求項６の発明において、制御手段は、目標出湯温度Ｈｗが高い程、目標吐出温度Ｔｄｉｓを高くする方向で当該目標吐出温度Ｔｄｉｓを変更することを特徴とする。

【0021】

請求項８の発明は、上記請求項２、請求項６又は請求項７の発明において、制御手段は、第２の放熱器に入る給湯水の温度である入水温度Ｔ３に基づき、目標吐出温度Ｔｄｉｓを補正することを特徴とする。

【0022】

請求項９の発明は、上記発明において、制御手段は、入水温度Ｔ３が高い程、目標吐出温度Ｔｄｉｓを高くする方向で当該目標吐出温度Ｔｄｉｓを補正することを特徴とする。

【0024】

第１０の発明は、上記各発明において、第２の冷凍サイクル回路に封入される冷媒が二酸化炭素であって、第２の放熱器はガスクーラとして作用することを特徴とする。

【発明の効果】

【0025】

請求項１又は請求項３の発明によれば、第１の圧縮機、第１の放熱器、過冷却器、第１の減圧器及び蒸発器を順次配管接続して成る第１の冷凍サイクル回路と、第２の圧縮機、第２の放熱器、第２の減圧器及び過冷却器を順次配管接続して成る第２の冷凍サイクル回路とを設け、過冷却器において第２の冷凍サイクル回路の冷媒の蒸発作用により第１の冷凍サイクル回路の冷媒を過冷却すると共に、第２の放熱器からの放熱作用により給湯水を加熱する冷凍装置において、第２の圧縮機を制御する制御手段を備え、制御手段は、過冷却器を出た第１の冷凍サイクル回路の冷媒温度である過冷却器出口温度Ｔ２が所定の過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔとなるよう第２の圧縮機の回転数を制御すると共に、第１の放熱器を出た冷媒温度である放熱器出口温度Ｔ１に基づき、過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔを、請求項５の発明の如く、放熱器出口温度Ｔ１が高い程、過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔを高くする方向で当該過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔを変更することにより、過冷却器出口温度Ｔ２を放熱器出口温度Ｔ１毎に最適な第２の冷凍サイクル回路のＣＯＰを実現できる温度に制御することができる。これによって、装置全体のＣＯＰを向上させることができる。

【0026】

特に、請求項４の如く制御手段は、過冷却器出口温度Ｔ２が過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔよりも高い場合、第２の圧縮機の回転数を上昇させると共に、過冷却器出口温度Ｔ２が過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔよりも低い場合、第２の圧縮機の回転数を低下させる第２の圧縮機の回転数の制御を行うことにより、適切に過冷却器における冷媒の蒸発温度を制御することができ、第２の冷凍サイクル回路のＣＯＰｓｑの向上を実現することができる。

【0027】

請求項２又は請求項３の発明によれば、第１の圧縮機、第１の放熱器、過冷却器、第１の膨張弁及び蒸発器を順次配管接続して成る第１の冷凍サイクル回路と、第２の圧縮機、第２の放熱器、第２の膨張弁及び過冷却器を順次配管接続して成る第２の冷凍サイクル回路と、第２の放熱器に水配管を介して接続された貯湯タンクを有する給湯装置とを設け、過冷却器において第２の冷凍サイクル回路の冷媒の蒸発作用により第１の冷凍サイクル回路の冷媒を過冷却すると共に、第２の放熱器からの放熱作用により貯湯タンク内の給湯水を加熱する冷凍装置において、第２の膨張弁を制御する制御手段を備え、該制御手段は、第２の圧縮機の吐出温度Ｔ４が所定の目標吐出温度Ｔｄｉｓとなるよう第２の膨張弁の弁開度を制御すると共に、第２の放熱器を出た給湯水の温度である出湯温度Ｔ５の目標出湯温度Ｈｗに基づいて、請求項７の如く、目標出湯温度Ｈｗが高い程、目標吐出温度Ｔｄｉｓを高くする方向で当該目標吐出温度Ｔｄｉｓを変更することにより、第２の放熱器において加熱される給湯水の温度を目標出湯温度Ｈｗに制御することができる。これにより、効率的な第１の冷凍サイクル回路の冷媒の過冷却と、貯湯タンク内の給湯水の加熱を実現することができる。

【0028】

特に、制御手段は、請求項６の如く吐出温度Ｔ４が目標吐出温度Ｔｄｉｓよりも高い場合、第２の膨張弁の弁開度を拡張させると共に、吐出温度Ｔ４が目標吐出温度Ｔｄｉｓよりも低い場合、第２の膨張弁の弁開度を縮小させる第２の膨張弁の弁開度の制御を行うことにより、第２の圧縮機の吐出温度Ｔ４に応じた適正な弁開度を実現することができる。

【0029】

請求項８の発明によれば、上記請求項２、請求項６又は請求項７の発明において、制御手段は、第２の放熱器に入る給湯水の温度である入水温度Ｔ３に基づき、請求項９の如く、入水温度Ｔ３が高い程、目標吐出温度Ｔｄｉｓを高くする方向で当該目標吐出温度Ｔｄｉｓを補正することにより、入水温度Ｔ３を考慮した目標吐出温度Ｔｄｉｓを設定することができ、より適切な制御を実現することができる。

【0030】

請求項１０の発明によれば、上記各発明に加えて、第２の放熱器に水配管を介して接続された貯湯タンクと、水配管に給湯水を循環させる水ポンプと、第３の放熱器と、水ポンプにより循環される給湯水を貯湯タンクに流すか、第３の放熱器に流すかを制御する流路切替手段とを有する給湯装置を備え、制御手段は、第２の放熱器を出た水配管の給湯水の温度である出湯温度Ｔ５が所定の目標出湯温度Ｈｗとなるよう水ポンプの回転数を制御することにより、第２の放熱器における加熱効率を考慮した水ポンプの運転を実現することができ、適切に第２の放熱器から流出する給湯水の温度を制御することができる。

【0031】

また、制御手段は、貯湯タンク内の給湯水を加熱する必要が無い場合、流路切替手段により給湯水を第３の放熱器に循環させて大気への放熱を行わせ、該第３の放熱器に給湯水を流す場合には、出湯温度Ｔ５に関わらず水ポンプの回転数を高くすることにより、第３の放熱器における熱交換効率を向上させることができ、第２の冷凍サイクル回路の過冷却器における冷却効果を確保することができる。これによって、第１の冷凍サイクル回路の冷媒の過冷却効果を確保することができ、装置全体のＣＯＰが低下してしまう不都合を抑制することができる。

【0032】

請求項１１の発明によれば、上記各発明に加えて、第２の冷凍サイクル回路に封入される冷媒が二酸化炭素であって、第２の放熱器はガスクーラとして作用することにより、高温の湯を高効率で沸き上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】本発明を適用した冷凍装置の配管構成を説明する図である。

【図2】図１の冷凍装置の制御ブロック図である。

【図3】過冷却給湯器の運転制御のフローチャートである。

【図4】給湯用制御のフローチャートである。

【図5】空冷用制御のフローチャートである。

【図6】第２の圧縮機の制御の過冷却量制御である。

【図7】蒸発温度に対する第２の冷凍サイクル回路のＣＯＰを示す図である。

【図8】目標出湯温度Ｈｗ６５℃の場合の制御テーブルを示す図である。

【図9】第２の膨張弁の開度制御のフローチャートである。

【図10】循環用水ポンプの流量制御による出湯温度制御のフローチャートである。

【図11】冷凍装置のモリエル線図である。

【図12】ＣＯＰ、ＣＯＰｍａｉｎ、ＣＯＰｓｑの関係を示す図である。

【図13】蒸発温度に対する各ＣＯＰｍａｉｎ、ＣＯＰｓｑを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明を適用する冷凍装置Ｒの冷媒回路図、図２は冷凍装置Ｒの制御ブロック図である。本実施例の冷凍装置Ｒは、例えば、スーパーマーケットやコンビニエンスストアの店舗等の冷却設備と給湯設備の両者を備えた施設に設置されるものであり、店舗内に設置される各ショーケース２を冷却する第１の冷凍サイクル回路１０と、当該第１の冷凍サイクル回路１０の冷媒を過冷却して当該第１の冷凍サイクル回路１０の冷凍能力を向上させる第２の冷凍サイクル回路２０と、該第２の冷凍サイクル回路２０からの排熱を利用して給湯水を加熱する給湯回路３０とを備えている。

【0035】

第１の冷凍サイクル回路１０は、第１の圧縮機１１、第１の放熱器１２、過冷却器１３、第１の減圧器としての膨張弁１４、蒸発器１５及びアキュムレータ１８を順次配管接続して構成されている。本実施例では、第１の圧縮機１１と、第１の放熱器１２と、過冷却器１３と、アキュムレータ１８が冷凍機３に設けられ、膨張弁１４及び蒸発器１５がショーケース２に設けられている。第１の放熱器１２の近傍には、第１の放熱器用送風機１６が設けられている。

【0036】

過冷却器１３は、第１の放熱器１２で大気に放熱することにより冷却された第１の冷凍サイクル回路１０の冷媒を更に冷却するための熱交換器である。過冷却器１３は、第１の冷凍サイクル回路側流路（第１の流路）１３ａと第２の冷凍サイクル回路側流路（第２の流路）１３ｂとを備え、当該流路を流れる冷媒が熱交換可能に構成される。各流路１３ａ、１３ｂは、冷媒の流れる方向が対向するように構成され、熱交換効率の向上を図ることができる。

【0037】

また、当該第１の冷凍サイクル回路１０には、冷媒としてＲ４０４Ａが採用されているが、その他の冷媒、例えばＲ４０７ＣやＲ１３４ａ等のフルオロカーボン系冷媒や、二酸化炭素（Ｒ７４４）やアンモニア（Ｒ７１７）等の自然冷媒を採用してもよい。

【0038】

一方、第２の冷凍サイクル回路２０は、第２の圧縮機２１、第２の放熱器２２、第２の減圧器としての膨張弁２３と、上記過冷却器１３とを順次配管接続して構成されている。第２の冷凍サイクル回路２０の第２の圧縮機２１と、第２の放熱器２２と、膨張弁２３と、過冷却器１３は、同一のユニット内に収納され、過冷却給湯器４を構成している。

【0039】

第２の放熱器２２は、第２の冷凍サイクル回路２０を流れる冷媒と給湯回路３０内を流れる水との間で熱交換を行い、給湯水を加熱して湯を沸かすための熱交換器である。第２の放熱器２２は、冷媒流路２２ａと水流路２２ｂとを備え、当該流路を流れる冷媒と水が熱交換可能に構成される。各流路２２ａ、２２ｂは、流れる方向が対向するように構成されており、これによって、熱交換効率が向上する。

【0040】

ここで、本実施例では、当該第２の冷凍サイクル回路２０に、冷媒として二酸化炭素が封入されている。二酸化炭素冷媒を用いた冷凍サイクルでは、高圧側が冷媒の臨界圧力を超える遷臨界サイクルとなるため、第２の放熱器２２の冷媒流路２２ａを流れる冷媒圧力は臨界圧力を超えており、第２の放熱器２２は、ガスクーラとして作用する。これにより、第２の放熱器２２の冷媒流路２２ａを流れる冷媒は凝縮せず、水流路２２ｂを対向して流れる水に熱を与えて冷却されるに従ってその温度が低下する。従って、水流路２２ｂを流れる水を高温度に且つ高効率に加熱できる。

【0041】

次に、給湯回路３０は、貯湯タンク３１と、循環用水ポンプ３５と、第３の放熱器３３と、第２の放熱器２２の水流路２２ｂとを順次水配管３２により環状に接続して構成されている。貯湯タンク３１の下方に接続された水配管３２ａには、循環用水ポンプ３５の吸入側が接続されており、当該ポンプを介して、貯湯タンク３１内の低温の水を第２の放熱器２２に供給可能とされている。尚、当該水配管３２ａには、貯湯タンク３１側において、給湯用水ポンプ３８が設けられている。

【0042】

そして、第２の放熱器２２の水流路２２ｂの出口側に接続された水配管３２ｂには、流路切替手段としての水流路切替弁３６が設けられ、一方には、貯湯タンク３１の上部に接続される水配管３２ｃが接続され、他方には、貯湯タンク３１をバイパスするバイパス水配管３２ｄが接続される。これにより、水流路切替弁３６を制御することにより、第２の放熱器２２にて加熱された後の給湯水が貯湯タンク３１に流すか、第３の放熱器３３に流すかが制御される。そのため、水流路切替弁３６により貯湯タンク３１側に切り替えられた場合、第２の放熱器２２で加熱された高温の湯は、貯湯タンク３１の上部に戻される。これにより、貯湯タンク３１内部で温度成層上に湯を蓄えることが可能となる。

【0043】

そして、貯湯タンク３１の上部には、給湯弁が介設された図示しない給湯配管が接続されており、貯湯タンク３１の下部には、図示しない給水配管が接続されている。給湯配管は湯を必要とする例えば、当該冷凍装置Ｒが設置される店舗等の同一施設の給湯負荷設備に給湯タンク３１からの湯を供給するための配管である。給水配管は、貯湯タンク３１に市水を供給するためのものである。これにより、給湯負荷設備にて給湯弁が開放されると、貯湯タンク３１の上部から給湯配管内を流通して高温の湯が供給され、それに伴い、給水配管内を流れて貯湯タンク３１の下部に冷水が供給される。

【0044】

上記第３の放熱器３３の近傍には、第３の放熱器用送風機３７が設けられている。これら貯湯タンク３１と、循環用水ポンプ３５、第３の放熱器３３、第３の放熱器用送風機３７及び水流路切替弁３６により給湯装置５が構成される。

【0045】

次に、本実施例における冷凍装置Ｒの制御装置（制御手段）６について説明する。制御装置６は、汎用のマイクロコンピュータにより構成されており、入力側には、第１の放熱器出口温度センサ４０と、過冷却温度センサ４６と、冷媒吐出温度センサ４５と、入湯温度センサ４４と、出湯温度センサ４７と、蒸発器出口冷媒温度センサ４１と、蒸発器入口冷媒温度センサ４２と、循環用水ポンプの流量センサ４８と、給湯用水ポンプの流量センサ４９と、貯湯タンク３１の湯量センサ５０が接続されている。

【0046】

第１の放熱器出口温度センサ４０は、第１の放熱器１２を出た冷媒温度である放熱器出口温度Ｔ１を検出する。過冷却温度センサ４６は、過冷却器１３の第１の冷凍サイクル回路側流路１３ａの出口側の（第１の冷凍サイクル回路１０の）冷媒温度である過冷却器出口温度Ｔ２を検出する。冷媒吐出温度センサ４５は、第２の圧縮機２１から吐出された冷媒温度（吐出温度）Ｔ４を検出する。入湯温度センサ４４は、第２の放熱器２２の水流路２２ｂの入口側の給湯水温度（第２の放熱器に入る給湯水の温度）である入水温度Ｔ３を、出湯温度センサ４７は、第２の放熱器２２の水流路２２ｂの出口側の給湯水温度（第２の放熱器を出た給湯水の温度）である出湯温度Ｔ５を検出する。また、蒸発器出口冷媒温度センサ４１は、蒸発器１５の出口側の冷媒温度を検出し、蒸発器入口冷媒温度センサ４２は、蒸発器１５の入口側の冷媒温度を検出する。

【0047】

湯量センサ５０は、貯湯タンク３１の外表面に高さを変えて設けられた複数個の温度センサにて構成されている。各温度センサにて検出される温度より、貯湯タンク３１内の温度分布を計測することができ、当該温度分布に基づき貯湯タンク３１内部の高温の湯量を把握することが可能とされている。

【0048】

そして、制御装置６の出力側には、第１の冷凍サイクル回路１０の第１の圧縮機１１と、膨張弁１４と、第１の放熱器用送風機１６と、第２の冷凍サイクル回路２０の第２の圧縮機２１と、膨張弁２３と、給湯装置５の循環用水ポンプ３５と、給湯用水ポンプ３８と、水流路切替弁３６と、第３の放熱器用送風機３７が接続されている。

【0049】

少なくとも、本実施例における第２の圧縮機２１は、インバータ装置を介して接続されており、これによって、圧縮機の運転周波数を任意に変更可能とされている。また、少なくとも本実施例における第２の減圧装置としての膨張弁２３は、所謂電子膨張弁であり、制御装置６により発生する駆動パルスに基づき、ステッピングモータによって弁開度が駆動制御される。

【0050】

また、上記制御装置６には、コントロールパネル（入出力手段）５１が接続されており、当該コントロールパネルを操作することにより、任意に貯湯タンク３１の目標出湯温度Ｈｗを設定可能とする。

【0051】

以下に、本実施例における冷凍装置Ｒの基本動作について説明する。各制御の動作については図３乃至図７のフローチャートを参照する。第１の冷凍サイクル回路１０において、第１の圧縮機１１が運転されると、第１の圧縮機１１から吐出された高温冷媒は、第１の放熱器１２内に流入し、大気と熱交換して冷却される。第１の放熱器１２で空冷された冷媒は、過冷却器１３の第１の流路１３ａに流入し、そこで、第２の流路１３ｂを流れる第２の冷凍サイクル回路２０の冷媒の蒸発作用により過冷却される。これにより、第１の冷凍サイクル回路１０側の冷媒の過冷却度、即ち、過冷却器１３ａの出入口温度差を大きくすることができる。このように、冷媒の比エンタルピが更に小さくされることで、過冷却器１３で過冷却されない場合に比して、冷凍効果が大きくなる。

【0052】

過冷却器１３から流出した高圧低温の液冷媒は、膨張弁１４で減圧された後、蒸発器１５内に流入して、蒸発作用を発揮する。この際、蒸発器１５の各温度センサ４１と４２にて検出される出口側冷媒温度と入口側冷媒温度との差（過熱度）が所定の値となるように、膨張弁１４の開度を制御する。これにより、ショーケース２の庫内は所定の温度に冷却される。そして、ショーケース２の蒸発器１５から流出した冷媒は、第１の圧縮機１１に帰還する。このように、第１の冷凍サイクル回路１０が連続的に動作することで、蒸発器１５において冷凍能力が発揮される。係る運転により、ショーケース２の庫内温度が所定の下限温度にまで低下すると、第１の圧縮機１１の運転を停止し、庫内温度が所定の上限温度に達すると、第１の圧縮機１１を起動するＯＮ−ＯＦＦ制御を行う。これにより、冷却負荷に対応した高効率な冷却運転が行われる。

【0053】

（１）過冷却給湯器の運転制御
ここで、過冷却給湯器４の運転制御について図３を参照して説明する。制御装置６は、まずはじめに、過冷却給湯器４の初期化を行い（ステップＳ１）、第１の冷凍サイクル回路１０が運転中であるか否か、即ち、第１の圧縮機１１が運転中であるか否かを判断する（ステップＳ２）。

【0054】

第１の冷凍サイクル回路１０が運転中でない場合には、即ち、第１の圧縮機１１が運転されていない場合には、制御装置６は、ステップＳ３に進み、過冷却給湯器４の運転を停止する。即ち、第２の圧縮機２１の運転を停止する。このように、第１の圧縮機１１のＯＮ−ＯＦＦに連動して、過冷却給湯器４の第２の圧縮機２１をＯＮ−ＯＦＦ制御することにより、装置全体の運転効率が低下してしまう不都合を回避することができる。

【0055】

他方、ステップＳ２において、第１の冷凍サイクル回路１０が運転中である場合には、ステップＳ４に進み、貯湯タンク３１の温度を検出し、ステップＳ５において、給湯運転が必要であるか否かについて判断する。即ち、制御装置６は、湯量センサ５０に基づく貯湯タンク３１内の温度分布により高温の湯量を検出し、当該湯量が下限量に達した場合、貯湯要求ありと判断し、当該下限量を上回る場合には、貯湯要求なしと判断する。

【0056】

貯湯要求がある場合には、貯湯運転が必要であるため、ステップＳ６に進み、目標出湯温度Ｈｗを入力する。当該目標出湯温度Ｈｗは、予め、コントロールパネル５１によって使用者により例えば＋６５℃乃至＋８５℃の範囲で設定可能とされる。尚、当該目標出湯温度Ｈｗは、上記第２の放熱器２２の水流路２２ｂの出口側の給湯水温度である出湯温度の制御目標温度である。そして、ステップＳ７に進み、給湯用制御を選択し、以下給湯用制御Ａを実行する。他方、貯湯要求がない場合には、貯湯運転が不要であるため、ステップＳ８に進み、空冷用制御を選択し、以下空冷用制御Ｂを実行する。

【0057】

（２）給湯用制御
次に、給湯用制御Ａについて図４を参照して説明する。制御装置６は、給湯用制御Ａにおいて、まずはじめに、ステップＳ１０において、第３の放熱器用送風機３７の運転を停止し、当該第３の放熱器における給湯水の積極的な放熱を停止する。そして、ステップＳ１１において、給湯回路３０に設けられた水流路切替弁３６を給湯側、即ち、循環用水ポンプ３５により循環される給湯水を貯湯タンク３１に流す方に切り替える。そして、ステップＳ１２において、循環用水ポンプ３５及び給湯用水ポンプ３８を駆動させる。その後、ステップＳ１３において、過冷却給湯器４の、即ち、第２の冷凍サイクル回路２０の第２の圧縮機２１の運転を開始する。

【0058】

その後、制御装置６は、第２の圧縮機２１の制御による過冷却量制御（ステップＳ１４）、第２の膨張弁２３による吐出温度制御（ステップＳ１５）、循環用水ポンプ３５の流量制御による出湯温度制御を実行する。各制御の詳細については後述する。その後、ステップＳ２に戻り、係る制御を繰り返す。

【0059】

係る給湯用制御Ａにおいて、第２の圧縮機２１が運転されると、第２の圧縮機２１から吐出された高温冷媒は、第２の放熱器２２の冷媒流路２２ａ内に流入し、水流路２２ｂを流れる給湯水と熱交換することで冷却される。第２の放熱器２２において、二酸化炭素冷媒は超臨界状態であるので、凝縮せずに水との熱交換により冷却されるに従ってその温度が低下する。ここで、冷媒流路２２ａと水流路２２ｂとは対向流となるように設けられているため、熱交換に伴う温度勾配をもつ超臨界冷媒と、水との効率的な熱交換が可能となる。これにより高温の湯を高効率で沸かすことが可能となる。

【0060】

そして、第２の放熱器２２において冷却された冷媒は、膨張弁２３にて減圧された後、過冷却器１３の第２の流路１３ｂに流入する。過冷却器１３において、第２の冷凍サイクル回路２０の冷媒は、第１の冷凍サイクル回路１０の冷媒と熱交換を行い、第１の冷凍サイクル回路１０の冷媒は、第２の冷凍サイクル回路２０の冷媒の蒸発作用により過冷却される。

【0061】

過冷却器１３の第２の流路１３ｂを流出した冷媒は、第２の圧縮機２１に帰還する。このように、第２の冷凍サイクル回路２０が連続的に動作することで、第２の冷凍サイクル回路２０による第１の冷凍サイクル回路１０の冷媒の過冷却と、当該排熱を用いた給湯水の加熱が可能となる。

【0062】

給湯回路３０においては、給湯タンク３１の下部より取り出された低温の水が給湯用水ポンプ３８、循環用水ポンプ３５の運転により水配管３２ａを介して第３の放熱器３３に流入する。この際、ステップＳ１０において、第３の放熱器用送風機３７の運転が停止されている。その後、貯湯タンク３１からの低温の水は、第２の放熱器２２の水流路２２ｂに流入する。これにより、第２の放熱器２２において、貯湯タンク３１から流出した当該水は、第２の冷凍サイクル回路２０の高温冷媒と熱交換して加熱される。そして、高温に加熱された給湯水は、水配管３２ｂを介して水流路切替弁３６に至り、給湯タンク３１側に接続される水配管３２ｃを介して貯湯タンク３１の上部よりタンク内部に流入する。

【0063】

貯湯タンク３１に沸き上げられる給湯水の温度は、上述したように、予め第２の放熱器２２の水流路２２ｂの出口側の給湯水温度である出湯温度Ｔ５が目標出湯温度Ｈｗとなるように設定されている。そのため、当該給湯用制御Ａにおいて、貯湯タンク３１の貯湯量が所定量に達したことを湯量センサ５０により検出した場合に、制御装置６は、上記ステップＳ５において、貯湯運転が不要であると判断され、空冷用制御Ｂに移行する。

【0064】

（３）空冷用制御Ｂ
次に、空冷用制御Ｂについて図５を参照して説明する。制御装置６は、空冷用制御Ｂにおいて、給湯回路３０に設けられた水流路切替弁３６を空冷側、即ち、循環用水ポンプ３５により循環される給湯水を第３の放熱器３３に流す方に切り替える（ステップＳ２０）。その後、ステップＳ２１において、循環用水ポンプ３５を駆動させる。この際、循環用水ポンプ３５の回転数は高く（例えば最大値に）設定する。そして、ステップＳ２２において、第３の放熱器用送風機３７の運転を開始し、ステップＳ２３において、過冷却給湯器４の、即ち、第２の冷凍サイクル回路２０の第２の圧縮機２１の運転を開始する。

【0065】

その後、制御装置６は、第２の圧縮機２１の制御による過冷却量制御（ステップＳ２４）、第２の膨張弁２３による吐出温度制御（ステップＳ２５）を実行する。その後、ステップＳ２に戻り、係る制御を繰り返す。

【0066】

係る空冷用制御Ｂにおいて、第２の圧縮機２１が運転されると、上記給湯用制御Ａと同様に、第２の圧縮機２１から吐出された高温冷媒は、第２の放熱器２２において、給湯水と熱交換することにより冷却され、膨張弁２３にて減圧された後、過冷却器１３において、蒸発作用を発揮して第１の冷凍サイクル回路１０の冷媒の過冷却を行う。

【0067】

給湯回路３０においては、給湯用水ポンプ３８が停止して、循環用水ポンプ３５が運転されることにより、第２の放熱器２２において、第２の冷凍サイクル回路２０の高温冷媒と熱交換して加熱された回路内の給湯水は、水配管３２ｂを介して水流路切替弁３６に至り、給湯タンク３１をバイパスするバイパス水配管３２ｄを介して循環用水ポンプ３５及び第３の放熱器３３側に流入する。当該第３の放熱器３３の近傍に設けられた送風機３７が運転しているため、係る第３の放熱器において、給湯回路３０内の給湯水の放熱が行われる。

【0068】

このように、貯湯タンク３１内の給湯水を加熱する必要がない場合には、係る空冷用制御Ｂを実行することにより、給湯回路３０内の給湯水を媒介して第２の冷凍サイクル回路２０の第２の放熱器２２における冷媒の熱を第３の放熱器３３において効率的に大気に放熱させることができる。これにより、必要以上に給湯タンク３１内の湯が第２の放熱器２２内に流入してしまい、却って第２の放熱器における熱交換効率が低下してしまう不都合を回避することができる。

【0069】

特に、本実施例では、当該空冷用制御ＢのステップＳ２１において、出湯温度Ｔ５に関わらず循環用水ポンプ３５の回転数を高くすることにより、第３の放熱器３３における熱交換効率を向上させることができ、第２の冷凍サイクル回路２０の過冷却器１３における冷却効果を確保することができる。これによって、第１の冷凍サイクル回路１０の冷媒の過冷却効果を確保することができ、装置Ｒ全体のＣＯＰが低下してしまう不都合を抑制することができる。尚、本実施例では、循環用水ポンプ３５の回転数を高くすることによって、第３の放熱器３３における熱交換効率を増大させているが、これに限定されるものではなく、例えば、ブースタポンプを増設して当該増設ポンプをＯＮ−ＯＦＦ制御することによって、第３の放熱器３３に流入する給湯水の循環量を増大させて第３の放熱器３３における熱交換効率を増大させてもよい。また、これ以外にも、流量制御弁で給湯水の流量を制御する機器を採用している場合には、当該流量制御弁を調整（開放）することにより第３の放熱器３３に流入する給湯水の循環量を増大させて第３の放熱器３３における熱交換効率を増大させてもよい。

【0070】

（４）第２の圧縮機の制御による過冷却量制御
次に、第２の圧縮機２１の制御による過冷却量制御について図６を参照して説明する。当該制御において、制御装置６は、ステップＳ３０において、第１の冷凍サイクル回路１０の第１の放熱器１２から流出する冷媒の温度、即ち、放熱器出口温度Ｔ１を第１の放熱器出口温度センサ４０により検出する。次に、ステップＳ３１に進み、放熱器出口温度Ｔ１に基づいた第１の冷凍サイクル回路１０の冷媒温度である過冷却器出口温度Ｔ２の過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔを決定する。

【0071】

予め制御装置６のメモリには、上記給湯用制御Ａの場合と、空冷用制御Ｂの場合とに分けて、放熱器出口温度Ｔ１に応じた過冷却器１３の蒸発温度、第２の圧縮機２１の吐出温度Ｔ４、過冷却器出口温度Ｔ２、給湯水循環量の各最適値のテーブルが設けられている。ここで、図７には、放熱器出口温度Ｔ１毎に、過冷却器１３における第２の冷凍サイクル回路２０の冷媒の蒸発温度に対する第２の冷凍サイクル回路２０のＣＯＰｓｑを示し、図８には、放熱器出口温度Ｔ１毎のテーブルを示している。尚、図７の測定条件としては、第２の放熱器２２への入水温度Ｔ３を＋１６℃、当該放熱器２２からの出湯温度Ｔ５を＋６５℃とする給湯用制御Ａにおけるものとし、放熱器出口温度Ｔ１を＋２０℃、＋３０℃、＋４７℃、＋５８℃の場合についてそれぞれ示している。また、図８では、出湯温度Ｔ５を＋６５℃とした給湯用制御Ａの場合について示しているが、メモリには、他の温度（例えば＋６５℃〜＋８５℃の範囲で）についても別途テーブルが設けられている。

【0072】

これによると、いずれの放熱器出口温度Ｔ１の場合であっても、第２の冷凍サイクル回路２０の蒸発温度を変化させると、第２の冷凍サイクル回路２０のＣＯＰｓｑにはピークポイントがあることが分かる。詳細は上述したように、装置Ｒ全体のＣＯＰを上昇させるためには、第２の冷凍サイクル回路２０のＣＯＰｓｑを最適値に制御することが望ましい。図７からも分かるように、係る第２の冷凍サイクル回路２０のＣＯＰｓｑが最大となる蒸発温度特性は、放熱器出口温度Ｔ１と共に上昇傾向にある。第２の冷凍サイクル回路２０の過冷却器１３における蒸発温度の特性は、当該過冷却器１３の第２の冷凍サイクル回路側流路１３ｂを流れる冷媒と熱交換する過冷却器１３の第１の冷凍サイクル回路側流路１３ａを流出する冷媒の温度、即ち、過冷却出口温度Ｔ２の温度特性と同様であるため、該過冷却器出口温度Ｔ２も放熱器出口温度Ｔ１と共に上昇傾向であることが分かる。従って、放熱器出口温度Ｔ１に応じた過冷却器出口温度Ｔ２の最適値のテーブルは、図８に示すように、放熱器出口温度Ｔ１が高い程、過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔを高くする方向に設定されている。即ち、入水温度Ｔ３を＋１６℃に固定してみると、放熱器出口温度Ｔ１が２０℃では、過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔは、６℃、３０℃では１５℃、４７℃では３０℃、５８℃では３８℃に設定されている。尚、図８におけるテーブルの値は何れも一例であり、これに限定されない。

【0073】

そして、制御装置６は、ステップＳ３２に進み、現在の過冷却器１３を出た第１の冷凍サイクル回路１０の冷媒温度である過冷却器出口温度Ｔ２を過冷却温度センサ４６により検出する。ステップＳ３３において当該検出された現在の過冷却器出口温度Ｔ２が放熱器出口温度Ｔ１に基づいて前記図８のテーブルから抽出された各最適な過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔと比較し、過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔよりも過冷却器出口温度Ｔ２が高い場合には、放熱器出口温度Ｔ１に対する過冷却器１３における冷媒の蒸発温度を低下させるべくステップＳ３４において、第２の圧縮機２１の回転数を所定ステップ上昇させる。

【0074】

他方、ステップＳ３３において、現在の過冷却器出口温度Ｔ２が過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔ以下である場合には、ステップＳ３５において、現在の過冷却器出口温度Ｔ２が過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔより低いかを判断し、低い場合には、放熱器出口温度Ｔ１に対する過冷却器１３における冷媒の蒸発温度を上昇させるべく、ステップＳ３６において、第２の圧縮機２１の回転数を所定ステップ低下させる。また、現在の過冷却器出口温度Ｔ２が過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔと同じである場合には、現在の第２の圧縮機２１の回転数を維持する（ステップＳ３７）。

【0075】

このように、制御装置６は、過冷却器出口温度Ｔ２が、放熱器出口温度Ｔ１に基づく過冷却器出口目標温度ＳＱｏｕｔとなるように、第２の圧縮機２１の回転数を制御することにより、過冷却器出口温度Ｔ２を放熱器出口温度Ｔ１毎に最適な第２の冷凍サイクル回路のＣＯＰｓｑを実現できる温度に制御することができる。そのため、第２の冷凍サイクル回路２０のＣＯＰｓｑの向上によって、装置Ｒ全体のＣＯＰを向上させることができる

【0076】

特に、本実施例では、過冷却器出口温度Ｔ２の温度制御を、第２の圧縮機２１の回転数の制御することにより実現するため、適切に過冷却器１３における冷媒の蒸発温度を制御することができ、第２の冷凍サイクル回路２０のＣＯＰｓｑの向上を実現することができる。

【0077】

（５）第２の膨張弁による吐出温度制御
次に、第２の膨張弁２３の開度制御について図９を参照して説明する。当該制御において、制御装置６は、ステップＳ４０において、第２の放熱器２２の水流路２２ｂの入口側の給湯水温度（第２の放熱器に入る給湯水の温度）である入水温度Ｔ３を入水温度センサ４４により検出する。そして、ステップＳ４１において、入水温度Ｔ３、及び、第２の放熱器２２を出た給湯水の温度である出湯温度Ｔ５の目標出湯温度Ｈｗに基づいた第２の圧縮機２１の目標吐出温度Ｔｄｉｓを決定する。このとき制御装置６は、上述した如き図８に示す各最適値のテーブルを参照して決定する。

【0078】

この際、図８では、目標出湯温度Ｈｗが＋６５℃の場合についてのみ示しているが、目標出湯温度Ｈｗが高い程、前記目標吐出温度Ｔｄｉｓを高くする方向に設定されている。また、同一の目標出湯温度Ｈｗでは、入水温度Ｔ３が高いほど、目標吐出温度Ｔｄｉｓを高くする方向に補正されている。即ち、放熱器出口温度Ｔ１が＋２０℃の場合に比較してみると、入水温度Ｔ３が５℃では、吐出温度Ｔ４は９５℃、１０℃では９８℃、１６℃では１００℃に補正されている。

【0079】

そして、制御装置６は、ステップＳ４２に進み、現在の第２の圧縮機２１の吐出温度Ｔ４を冷媒吐出温度センサ４５により検出する。ステップＳ４３において目標出湯温度Ｈｗ毎に存在する各テーブルから予め設定された目標出湯温度Ｈｗに応じたテーブルを選択する。そして、当該テーブルの中から放熱器出口温度Ｔ１に応じたテーブルを選択する。その後、当該検出された現在の吐出温度Ｔ４が係る場合における入水温度Ｔ３に基づいて前記図８のテーブルから抽出された各最適な目標吐出温度Ｔｄｉｓと比較し、目標吐出温度Ｔｄｉｓよりも吐出温度Ｔ４が高い場合には、過冷却器１３における冷媒が乾いている可能性があるとして、過冷却器１３への冷媒流量を増やすべくステップＳ４４において、第２の膨張弁２３の開度を所定ステップ拡張させる。

【0080】

他方、ステップＳ４３において、現在の吐出温度Ｔ４が目標吐出温度Ｔｄｉｓ以下である場合には、ステップＳ４５において、現在の吐出温度Ｔ４が目標吐出温度Ｔｄｉｓより低いかを判断し、低い場合には、過冷却器１３への冷媒流量を減らすべく、ステップＳ４６において、第２の膨張弁２３の開度を所定ステップ縮小させる。また、現在の吐出温度Ｔ４が目標吐出温度Ｔｄｉｓと同じである場合には、現在の第２の膨張弁２３の開度を維持する（ステップＳ４７）。

【0081】

このように、制御装置６は、第２の圧縮機の吐出温度Ｔ４が、出湯温度Ｔ５の目標出湯温度Ｈｗに基づいて所定の目標吐出温度Ｔｄｉｓとなるよう、第２の膨張弁２３の弁開度を制御することにより、第２の放熱器２２において加熱される給湯水の温度を目標出湯温度Ｈｗに制御することができる。これにより、効率的な第１の冷凍サイクル回路１０の冷媒の過冷却と、貯湯タンク３１内の給湯水の加熱を実現することができる。

【0082】

特に、本実施例では、吐出温度Ｔ４の温度制御を、第２の膨張弁２３の開度の制御により実現するため、第２の圧縮機２１の吐出温度Ｔ４に応じた適正な弁開度を実現することができる。

【0083】

更にまた、本実施例では、第２の放熱器２２に入る給湯水の温度である入水温度Ｔ３に基づき目標吐出温度Ｔｄｉｓを補正しているため、入水温度Ｔ３を考慮した目標吐出温度Ｔｄｉｓを設定することができ、より適切な制御を実現することができる。

【0084】

（６）循環用水ポンプの流量制御による出湯温度制御
次に、循環用水ポンプ３５による出湯温度制御について図１０を参照して説明する。当該制御において、制御装置６は、ステップＳ５０において、第２の放熱器２２を出た給湯水の温度である出湯温度Ｔ５を出湯温度センサ４７により検出する。そして、ステップＳ５１において当該検出された現在の出湯温度Ｔ５が予め設定された目標出湯温度Ｈｗと比較し、目標出湯温度Ｈｗよりも出湯温度Ｔ５が高い場合には、第２の放熱器２２における熱交換効率を下げるべくステップＳ５２において、循環用水ポンプ３５の回転数を上げて、水流量を増加させる。

【0085】

他方、ステップＳ５１において、現在の出湯温度Ｔ５が目標出湯温度Ｈｗ以下である場合には、ステップＳ５３において、現在の出湯温度Ｔ５が目標出湯温度Ｈｗより低いかを判断し、低い場合には、第２の放熱器２２における熱交換効率を上げるべくステップＳ５４において、循環用水ポンプ３５の回転数を下げて、水流量を減少させる。また、現在の出湯温度Ｔ５が目標出湯温度Ｈｗと同じである場合には、現在の循環用水ポンプ３５の回転数を維持し、水流量を維持させる（ステップＳ５５）。

【0086】

このように、制御装置６は、出湯温度Ｔ５が所定の目標出湯温度Ｈｗとなるよう循環用水ポンプ５３の回転数を制御することにより、第２の放熱器２２における加熱効率を考慮した循環用水ポンプ３５の運転を実現することができ、適切に第２の放熱器２２から流出する給湯水の温度を制御することができる。

【0087】

尚、詳細は上述したように、本実施例の冷凍装置Ｒは、第２の冷凍サイクル回路２０の第２の圧縮機２１と、第２の放熱器２２と、膨張弁２３と、過冷却器１３を有する過冷却給湯器４がユニット化され、貯湯タンク３１と、循環用水ポンプ３５、第３の放熱器３３、第３の放熱器用送風機３７及び水流路切替弁３６を有する給湯装置５がユニット化されているため、設置工事を容易に行うことができる。即ち、施工現場において、上記ショーケース２と、過冷却給湯器４及び給湯装置５を設置した後、第１の冷凍サイクル回路１０と、第２の冷凍サイクル回路２０及び給湯回路３０を構成するようにユニット化された各装置の配管接続口を配管により接続することで構成することができる。この場合、設置現場で要求される冷却負荷や給湯負荷に応じて、各ユニット化された装置の設置台数を選定して、それぞれ必要台数を組み合わせることで、冷却負荷や給湯負荷に適合し、冷却性能が優れ、且つ冷却排熱を利用した給湯を行うことができる冷凍装置を容易に構築することができる。

【0088】

また、既設の設備を改造して本実施形態の冷凍装置を構築することも容易に行うことができる。例えば、既設の冷凍機とショーケース２をそのまま利用して、過冷却給湯器４と給湯装置５を新規に追加設置することにより、既設設備の冷凍能力と冷凍効率を向上させ、且つ、冷却排熱を有効に利用した給湯が可能となる。また、本実施例では、ショーケース２を一台とした例を示しているが、これに限定されるものではなく、複数台、並列に接続しても同様の効果を奏することができる。

【符号の説明】

【0089】

Ｒ 冷凍装置
２ ショーケース
３ 冷凍機
４ 過冷却給湯器
５ 給湯装置
６ 制御装置（制御手段）
１０ 第１の冷凍サイクル回路
１１ 第１の圧縮機
１２ 第１の放熱器
１３ 過冷却器
１３ａ 第１の冷凍サイクル回路側流路（第１の流路）
１３ｂ 第２の冷凍サイクル回路側流路（第２の流路）
１４ 膨張弁（第１の減圧器）
１５ 蒸発器
１６ 第１の放熱器用送風機
２０ 第２の冷凍サイクル回路
２１ 第２の圧縮機
２２ 第２の放熱器
２３ 第２の減圧器（膨張弁）
３０ 給湯回路
３１ 貯湯タンク
３３ 第３の放熱器
３５ 循環用水ポンプ
３６ 水流路切替弁（流路切替手段）
３７ 第３の放熱器用送風機
３８ 給湯用水ポンプ
４０ 第１の放熱器出口温度センサ（Ｔ１）
４４ 入湯温度センサ（Ｔ３）
４５ 冷媒吐出温度センサ（Ｔ４）
４６ 過冷却温度センサ（Ｔ２）
４７ 出湯温度センサ（Ｔ５）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】