特開 2023-54860 冷凍装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023054860

(43)【公開日】2023-04-17

(54)【発明の名称】冷凍装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 29/00 20060101AFI20230410BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20230410BHJP

   F25B 1/10 20060101ALI20230410BHJP

【ＦＩ】

F25B29/00 371Z

F25B1/00 399Y

F25B1/00 396D

F25B1/10 Z

F25B1/00 321M

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021163802

(22)【出願日】2021-10-05

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106116

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100131495

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 健児

(72)【発明者】

【氏名】山田 裕也

(72)【発明者】

【氏名】金城 賢治

(57)【要約】

【課題】本開示は、冷凍装置の冷却運転をしながら、給湯の需要に応じて、給湯を行う運転と、給湯を行わない運転との切替えが可能な冷凍装置を提供する。
【解決手段】本開示における冷凍装置は、冷媒と水との熱交換により冷媒を冷却する冷凍装置であって、低段圧縮機構と、低段圧縮機構から吐出された冷媒を冷却するインタークーラーと、インタークーラーを通過した冷媒を吸入する高段圧縮機構と、高段圧縮機構から吐出された冷媒を冷却するガスクーラーとが冷媒配管で接続されると共に、給水手段と、インタークーラーと、ガスクーラーと、外部放熱装置と、給湯手段と、送水機構とが水配管で接続され、ガスクーラーを通過後に給湯手段と外部放熱装置とに流入する水の流量を調整する第１流量調整機構を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷媒と水との熱交換により冷媒を冷却する冷凍装置であって、
低段圧縮機構と、前記低段圧縮機構から吐出された冷媒を冷却するインタークーラーと、前記インタークーラーを通過した冷媒を吸入する高段圧縮機構と、前記高段圧縮機構から吐出された冷媒を冷却するガスクーラーと、が冷媒配管で接続されると共に、
給水手段と、前記インタークーラーと、前記ガスクーラーと、外部放熱装置と、給湯手段と、送水機構と、が水配管で接続され、
前記ガスクーラーを通過後に前記給湯手段と前記外部放熱装置とに流入する水の流量を調整する第１流量調整機構を備える冷凍装置。

【請求項2】

前記水配管は、
前記給水手段と前記ガスクーラーとを接続する第１水配管と、
前記ガスクーラーと前記給湯手段とを接続する第２水配管と、
前記第１水配管から分岐し前記インタークーラーと接続する第３水配管と、
前記インタークーラーと前記外部放熱装置とを接続する第４水配管と、
前記外部放熱装置と前記給水手段とを接続する第５水配管と、
前記第２水配管から分岐し、前記第４配管に合流する第６水配管と、
を備える、
請求項１に記載の冷凍装置。

【請求項3】

前記冷凍装置を制御する制御部と、
前記第５水配管に設けられ、前記外部放熱装置を通過した水の温度を検出する外部放熱装置出口水温度センサーと、を備え、
前記制御部は、前記外部放熱装置出口水温度センサーによる検出値に基づいて前記送水機構を制御する、
請求項１または２に記載の冷凍装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記外部放熱装置出口水温度センサーによる検出値に基づいて前記第１流量調整機構を制御する、
請求項１～３のいずれか１項に記載の冷凍装置。

【請求項5】

前記第４水配管に凍結防止ヒーターを備え、
前記制御部は、前記外部放熱装置出口水温度センサーによる検出値に基づいて前記凍結防止ヒーターを制御する、
請求項１～４のいずれか１項に記載の冷凍装置。

【請求項6】

前記第１水配管に設けられ、前記インタークーラーと前記ガスクーラーに流入する水温を検出する入水温度センサーと、
前記インタークーラーを通過した冷媒の温度を検出するインタークーラー出口冷媒温度センサーと、を備え、
前記制御部は、前記入水温度センサーおよび前記インタークーラー出口冷媒温度センサーによる検出値に基づいて前記送水機構を制御する、
請求項１～５のいずれか１項に記載の冷凍装置。

【請求項7】

前記第１水配管通過後に前記ガスクーラーと前記インタークーラーとに流入する水の流量を調整する第２流量調整機構を備えると共に、
前記第２流量調整機構と前記ガスクーラーとの間に設けられ、前記ガスクーラー通過後の冷媒を冷却する補助ガスクーラーと、
前記補助ガスクーラーを通過した冷媒の温度を検出する補助ガスクーラー出口冷媒温度
センサーと、を備え、
前記制御部は、前記入水温度センサーおよび前記補助ガスクーラー出口冷媒温度センサーによる検出値に基づいて前記第２流量調整機構を制御する、
請求項１～６のいずれか１項に記載の冷凍装置。

【請求項8】

前記補助ガスクーラーと前記ガスクーラーとの間で分岐し、前記第４水配管に合流する第７水配管と、
前記補助ガスクーラー通過後に前記ガスクーラーと前記第７水配管に流入する水の流量を調整する第３流量調整機構と、
前記第２水配管に設けられ、給湯する水温を検出する給湯温度センサーと、を備え、
前記制御部は、前記給湯温度センサーによる検出値に基づいて前記第３流量調整機構を制御する、
請求項１～７のいずれか１項に記載の冷凍装置。

【請求項9】

前記冷媒として二酸化炭素を用いる、
請求項１～８のいずれか１項に記載の冷凍装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、冷蔵または冷凍ショーケースなどに接続される冷凍装置に係り、特に、冷凍装置の排熱により給湯を行うことのできる冷凍装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、冷凍装置の排熱によって加熱された水を給湯に利用する冷凍装置を開示する。この冷凍装置は、低段圧縮機構から吐出された冷媒を冷却するインタークーラーと、高段圧縮機構から吐出された冷媒を冷却するガスクーラーとを備え、インタークーラーとガスクーラーとが水配管で並列に接続され、インタークーラーおよびガスクーラーで加熱された水を給湯に利用している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４９４７１９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、冷凍装置の冷却運転をしながら、給湯の需要に応じて、給湯を行う運転と、給湯を行わない運転との切替えが可能な冷凍装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示における冷凍装置は、冷媒と水との熱交換により冷媒を冷却する冷凍装置であって、低段圧縮機構と、低段圧縮機構から吐出された冷媒を冷却するインタークーラーと、インタークーラーを通過した冷媒を吸入する高段圧縮機構と、高段圧縮機構から吐出された冷媒を冷却するガスクーラーとが冷媒配管で接続されると共に、給水手段と、インタークーラーと、ガスクーラーと、外部放熱装置と、給湯手段と、送水機構とが水配管で接続され、ガスクーラーを通過後に給湯手段と外部放熱装置とに流入する水の流量を調整する第１流量調整機構を備える。

【発明の効果】

【0006】

本開示における冷凍装置は、第１流量調整機構により、ガスクーラーで加熱された水を、給湯が必要な場合は給湯手段へ、給湯が不要な場合は外部放熱装置へ流すことができる。そのため、給湯を行う運転と、給湯を行わない運転との切替えが可能であり、給湯の需要によらず、冷凍装置の冷却運転を継続することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施の形態１における冷凍装置の概略構成図

【図2】実施の形態１における制御構成のブロック線図

【図3】実施の形態１における凍結防止制御のフローチャート

【図4】実施の形態１におけるインタークーラー水流量制御のフローチャート

【図5】実施の形態１における補助ガスクーラー水流量制御のフローチャート

【図6】実施の形態１における給湯温度制御のフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0008】

（本開示の基礎となった知見等）
冷凍装置の排熱を利用して給湯を行う冷凍装置は、一般的なヒートポンプ給湯機とは異なり、給湯の需要によらず、冷凍装置の冷却運転を継続して行わなければならない。そこ
で、発明者らは、外部放熱装置を備え、給湯が不要な場合は、外部放熱装置により冷凍装置の排熱で加熱された水の放熱を行い、これを循環させることで、冷凍装置の冷却運転を継続させることを考案した。しかしながら、給湯が必要な場合には、外部放熱装置内に水が滞留することになり、周囲温度が氷点下になると、外部放熱装置内の水が凍結するという課題を発見し、その課題を解決するために、本開示の主題を構成するに至った。

【0009】

本開示は、冷凍装置の冷却運転を継続しながら、給湯の需要に応じて、給湯を行う運転と、給湯を行わない運転との切替えが可能であると共に、水の凍結防止が可能な冷凍装置を提供する。

【0010】

以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。

【0011】

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

【0012】

（実施の形態１）
以下、図１～図６を用いて、実施の形態１を説明する。

【0013】

［１－１．構成］
図１において、冷凍装置１００は、低段圧縮機構１１０と高段圧縮機構１１１とを備える圧縮機１８０と、低段圧縮機構１１０から吐出された冷媒を冷却するインタークーラー１２０と、高段圧縮機構１１１から吐出された冷媒を冷却するガスクーラー１３０と、ガスクーラー１３０から出た冷媒をさらに冷却する補助ガスクーラー１３１とを備えている。

【0014】

さらに、冷凍装置１００は、冷凍装置１００から送り出された冷媒により冷却される冷却機器１７０に接続される。

【0015】

ここで、冷却機器１７０は、蒸発器１７１と、膨張機構１７２とが接続されて構成され、例えば、コンビニエンスストアやスーパーマーケットなどの店舗に設置され、冷蔵または冷凍商品を冷却しながら陳列するショーケースなどである。

【0016】

また、低段圧縮機構１１０は、低段吸込口１８１および低段吐出口１８２を備えている。

【0017】

さらに、高段圧縮機構１１１は、高段吸込口１８３および高段吐出口１８４を備えている。

【0018】

冷凍装置１００を構成する機器と冷却機器１７０を構成する機器とは、冷媒が流れる冷媒配管１３５で接続されている。

【0019】

冷媒配管１３５は、蒸発器１７１と低段吸込口１８１とを接続する低圧吸込配管１９０と、低段吐出口１８２とインタークーラー１２０とを接続する中間圧吐出配管１９２と、インタークーラー１２０と高段吸込口１８３とを接続する中間圧吸込配管１９１と、高段吐出口１８４とガスクーラー１３０とを接続する高圧吐出配管１９３と、ガスクーラー１３０と補助ガスクーラー１３１とを接続する高圧接続配管１９４と、補助ガスクーラー１３１と膨張機構１７２とを接続する出口配管１９５とから構成されている。

【0020】

なお、本実施の形態の冷凍装置１００には、冷媒として、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上（超臨界）となる二酸化炭素を用いている。この二酸化炭素冷媒は、環境負荷が小さく、可燃性および毒性がない自然冷媒である。

【0021】

次に、本実施の形態の冷凍装置１００は、水冷式であり、給水手段１４０としての給水タンクと、給湯手段１５０としての貯湯タンクと、外部放熱装置１６０としての空冷密閉式クーリングタワーとを備え、これらの機器と冷凍装置１００のインタークーラー１２０と、ガスクーラー１３０と、補助ガスクーラー１３１とは、水が流れる水配管２００で接続されている。

【0022】

水配管２００は、給水手段１４０とガスクーラー１３０とを補助ガスクーラー１３１を介して接続する第１水配管２０１と、ガスクーラー１３０と給湯手段１５０とを接続する第２水配管２０２と、第１水配管２０１から分岐し、インタークーラー１２０と接続する第３水配管２０３と、インタークーラー１２０と外部放熱装置１６０とを接続する第４水配管２０４と、外部放熱装置１６０と給水手段１４０とを接続する第５水配管２０５と、第２水配管２０２から分岐し、第４水配管２０４に合流する第６水配管２０６と、補助ガスクーラー１３１とガスクーラー１３０との間で分岐し、第４水配管２０４に合流する第７水配管２０７とから構成されている。

【0023】

ここで、第１水配管２０１および第３水配管２０３により、インタークーラー１２０と補助ガスクーラー１３１は並列に接続されている。また、第１水配管２０１により、補助ガスクーラー１３１とガスクーラー１３０は直列に接続されている。

【0024】

第１水配管２０１には、送水機構２１０としての送水ポンプが備えられている。

【0025】

第４水配管２０４には、凍結防止ヒーター２２０としてのプラグヒーターが備えられている。

【0026】

第２水配管２０２の第６水配管２０６へ分岐する分岐部には、第１流量調整機構２３０が備えられている。

【0027】

第１水配管２０１の第３水配管２０３へ分岐する分岐部には、第２流量調整機構２３１が備えられている。

【0028】

第１水配管２０１の第７水配管２０７へ分岐する分岐部には、第３流量調整機構２３２が備えられている。

【0029】

なお、本実施の形態においては、第１流量調整機構２３０、第２流量調整機構２３１および第３流量調整機構２３２は、三方流量調整弁が用いられている。

【0030】

第１水配管２０１の管表面には、インタークーラー１２０と補助ガスクーラー１３１に流入する水の温度を検出する入水温度センサー２４０が設けられている。

【0031】

中間圧吸込配管１９１の管表面には、インタークーラー１２０を通過した冷媒の温度を検出するインタークーラー出口冷媒温度センサー２４１が設けられている。

【0032】

出口配管１９５の管表面には、補助ガスクーラー１３１を通過した冷媒の温度を検出する補助ガスクーラー出口冷媒温度センサー２４２が設けられている。

【0033】

第５水配管２０５の管表面には、外部放熱装置１６０を通過した水の温度を検出する外部放熱装置出口水温度センサー２４３が設けられている。

【0034】

第２水配管２０２の管表面には、給湯する水温を検出する給湯温度センサー２４４が設けられている。

【0035】

また、冷凍装置１００は、各部を統括して制御する制御部２５０（図示せず）を備えている。

【0036】

制御部２５０は、図２に示すように、圧縮機１８０の駆動制御と、給湯の需要に応じた給湯運転切替と、外部放熱装置出口水温度センサー２４３による検出値に基づいた凍結防止制御と、入水温度センサー２４０およびインタークーラー出口冷媒温度センサー２４１による検出値に基づいたインタークーラー水流量制御と、入水温度センサー２４０および補助ガスクーラー出口冷媒温度センサー２４２による検出値に基づいた補助ガスクーラー水流量制御と、給湯温度センサー２４４による検出値に基づいた給湯温度制御を行う。

【0037】

［１―２．動作］
以上のように構成された冷凍装置１００について、以下その動作、作用を説明する。

【0038】

まず、冷媒の動作について説明する。

【0039】

圧縮機１８０を作動させることにより、蒸発器１７１から戻ってきた冷媒が低段吸込口１８１を介して低段圧縮機構１１０に吸い込まれる。

【0040】

低段圧縮機構１１０に吸い込まれた冷媒は、中間圧力まで圧縮されて低段吐出口１８２から吐出される。

【0041】

低段吐出口１８２から吐出された冷媒は、中間圧吐出配管１９２を介して、インタークーラー１２０に流入する。

【0042】

インタークーラー１２０に流入した冷媒は、水と熱交換して冷却され、中間圧吸込配管１９１、高段吸込口１８３を順次経由して高段圧縮機構１１１に吸い込まれる。

【0043】

高段圧縮機構１１１に吸い込まれた冷媒は、高圧圧力まで圧縮されて高段吐出口１８４から吐出される。

【0044】

高段吐出口１８３から吐出された冷媒は、高圧吐出配管１９３を介して、ガスクーラー１３０に流入する。

【0045】

ガスクーラー１３０に流入した冷媒は、水と熱交換して冷却された後、高圧接続配管１９４を経て補助ガスクーラー１３１に流入する。そして、補助ガスクーラー１３１で水と熱交換して、さらに冷却される。

【0046】

冷却された冷媒は、膨張機構１７２を介して、蒸発器１７１に送られ、例えばショーケース内の空気と熱交換して加熱され、再び、低段圧縮機構１１０に吸い込まれる。そして、圧縮機１１０が作動している間、これらの冷媒の動作が繰り返される。

【0047】

次に、水の動作について説明する。

【0048】

送水機構２１０を作動させることにより、給水手段１４０から水が供給され、第１水配
管２０１、送水機構２１０を順次経由して第２流量調整機構２３１に流入する。

【0049】

第２流量調整機構２３１に流入した水は、第２流量調整機構２３１により、第１水配管２０１を介して補助ガスクーラー１３１に流入する流路と、第３水配管２０３を介してインタークーラー１２０に流入する流路に、流量を調整して分配される。

【0050】

補助ガスクーラー１３１に流入した水は、冷媒と熱交換して加熱された後、第３流量調整機構２３２に流入する。そして、第３流量調整機構２３２に流入した水は、第３流量調整機構２３２により、第１水配管２０１を介してガスクーラー１３０に流入する流路と、第７水配管２０７を通過する流路に、さらに流量を調整して分配される。

【0051】

ガスクーラー１３０に流入した水は、冷媒と熱交換して、さらに加熱された後、第２水配管２０２を介して第１流量調整機構２３０に流入する。そして、第１流量調整機構２３０に流入した水は、第２水配管２０２を介して給湯手段１５０に流入する流路と、第６水配管２０６を通過する流路に、さらに流量を調整して分配される。

【0052】

インタークーラー１２０に流入した水は、冷媒と熱交換して加熱された後、第４水配管２０４に流入する。

【0053】

第７水配管２０７および第６水配管２０６を通過した水は、第４水配管２０４を通過した水と合流し、外部放熱装置１６０に流入する。

【0054】

外部放熱装置１６０に流入した水は、例えば屋外の空気と熱交換して冷却された後、給水手段１４０に流入する。そして、送水機構２１０が作動している間、これらの水の動作が繰り返される。

【0055】

次に、凍結防止制御について、図３を用いて説明する。

【0056】

凍結防止制御は、冷凍装置１００の起動スイッチ（図示せず）をオンにすることで入力される制御信号によって運転を開始する。

【0057】

制御部２５０は、まず、凍結危険温度Ｔ０を設定する（ＳＴ１）。凍結危険温度Ｔ０は、通常は、氷点に対して余裕を持った３～５℃程度を設定する。

【0058】

その後、制御部２５０は、外部放熱装置出口水温度センサー２４３によって、外部放熱装置出口水温度Ｔｏｕｔを取得する（ＳＴ２）。

【0059】

続いて、制御部２５０は、外部放熱装置出口水温度Ｔｏｕｔが、凍結危険温度Ｔ０よりも低いか否かを判断する（ＳＴ３）。

【0060】

そして、外部放熱装置出口水温度Ｔｏｕｔが、凍結危険温度Ｔ０よりも低いと判断した場合（ＳＴ３：ＹＥＳ）は、制御部２５０は、送水機構２１０の出力が最大であるか否かを判断する（ＳＴ４）。

【0061】

そして、送水機構２１０の出力が最大であると判断した場合（ＳＴ４：ＹＥＳ）は、制御部２５０は、第１流量調整機構２３０の給湯手段１５０側が全閉であるか否かを判断する（ＳＴ５）。

【0062】

そして、第１流量調整機構２３０の給湯手段１５０側が全閉であると判断した場合（ＳＴ５：ＹＥＳ）は、制御部２５０は、凍結防止ヒーター２２０の出力を増加させるように
制御する（ＳＴ６）。その後、制御信号が入力されている間（ＳＴ７：ＹＥＳ）、ＳＴ２からＳＴ７を繰り返す。

【0063】

第１流量調整機構２３０の給湯手段１５０側が全閉ではないと判断した場合（ＳＴ５：ＮＯ）は、制御部２５０は、第１流量調整機構２３０の給湯手段１５０側の流量を減少させるように制御する（ＳＴ８）。その後、制御信号が入力されている間（ＳＴ７：ＹＥＳ）、ＳＴ２からＳＴ７を繰り返す。

【0064】

送水機構２１０の出力が最大ではないと判断した場合（ＳＴ４：ＮＯ）は、制御部２５０は、水流量を増加させるように送水機構２１０を制御する（ＳＴ９）。その後、制御信号が入力されている間（ＳＴ７：ＹＥＳ）、ＳＴ２からＳＴ７を繰り返す。

【0065】

外部放熱装置出口水温度Ｔｏｕｔが、凍結危険温度Ｔ０よりも高いと判断した場合（ＳＴ３：ＮＯ）は、制御部２５０は、凍結防止ヒーター２２０の出力があるか否かを判断する（ＳＴ１０）。

【0066】

そして、凍結防止ヒーター２２０の出力があると判断した場合（ＳＴ１０：ＹＥＳ）は、制御部２５０は、凍結防止ヒーター２２０の出力を減少させるように制御する（ＳＴ１１）。その後、制御信号が入力されている間（ＳＴ７：ＹＥＳ）、ＳＴ２からＳＴ７を繰り返す。

【0067】

凍結防止ヒーター２２０の出力がないと判断した場合（ＳＴ１０：ＮＯ）は、
制御信号が入力されている間（ＳＴ７：ＹＥＳ）、ＳＴ２からＳＴ７を繰り返す。

【0068】

そして、冷凍装置１００の起動スイッチ（図示せず）がオフになり、制御信号の入力がなくなると（ＳＴ７：ＮＯ）、凍結防止制御を終了する。

【0069】

次に、インタークーラー水流量制御について、図４を用いて説明する。

【0070】

インタークーラー水流量制御は、圧縮機構１８０の起動によって入力される制御信号によって運転を開始する。

【0071】

制御部２５０は、まず、上限値ΔＴｉｃ＿ｕｐおよび下限値ΔＴｉｃ＿ｌｏｗを設定する（ＳＴ１２Ａ）。

【0072】

ここで、上限値ΔＴｉｃ＿ｕｐおよび下限値ΔＴｉｃ＿ｌｏｗは、インタークーラー出口冷媒温度Ｔｉｃを、どの程度まで入水温度Ｔｉｎに近付けるかを設定する値である。通常は、上限値ΔＴｉｃ＿ｕｐは、２～６Ｋ程度、下限値ΔＴｉｃ＿ｌｏｗは、０．５～４Ｋ程度に設定する。また、上限値ΔＴｉｃ＿ｕｐおよび下限値ΔＴｉｃ＿ｌｏｗは、入水温度Ｔｉｎによって変化させてもよい。例えば、入水温度Ｔｉｎが２５℃以上の場合は、上限値ΔＴｉｃ＿ｕｐを２Ｋ、下限値ΔＴｉｃ＿ｌｏｗを０．５Ｋに、入水温度Ｔｉｎが２０℃以上２５℃未満の場合は、上限値ΔＴｉｃ＿ｕｐを４Ｋ、下限値ΔＴｉｃ＿ｌｏｗを２Ｋに、入水温度Ｔｉｎが２０℃未満の場合は、上限値ΔＴｉｃ＿ｕｐを６Ｋ、下限値ΔＴｉｃ＿ｌｏｗを４Ｋに設定する。

【0073】

その後、制御部２５０は、入水温度センサー２４０によって、入水温度Ｔｉｎを、インタークーラー出口冷媒温度センサー２４１によって、インタークーラー出口冷媒温度Ｔｉｃを取得する（ＳＴ１３）。

【0074】

続いて、制御部２５０は、インタークーラー出口冷媒温度Ｔｉｃが、入水温度Ｔｉｎに
下限値ΔＴｉｃ＿ｌｏｗを加算した値よりも低いか否かを判断する（ＳＴ１４）。

【0075】

そして、インタークーラー出口冷媒温度Ｔｉｃが、入水温度Ｔｉｎに下限値ΔＴｉｃ＿ｌｏｗを加算した値よりも低いと判断した場合（ＳＴ１４：ＹＥＳ）は、制御部２５０は、水流量を減少させるように送水機構２１０を制御する（ＳＴ１５）。その後、制御信号が入力されている間（ＳＴ１６：ＹＥＳ）、ＳＴ１３からＳＴ１６を繰り返す。

【0076】

インタークーラー出口冷媒温度Ｔｉｃが、入水温度Ｔｉｎに下限値ΔＴｌｏｗを加算した値よりも高いと判断した場合（ＳＴ１４：ＮＯ）は、制御部２５０は、インタークーラー出口冷媒温度Ｔｉｃが、入水温度Ｔｉｎに上限値ΔＴｕｐを加算した値よりも高いか否かを判断する（ＳＴ１７）。

【0077】

そして、インタークーラー出口冷媒温度Ｔｉｃが、入水温度Ｔｉｎに上限値ΔＴｕｐを加算した値よりも高いと判断した場合（ＳＴ１７：ＹＥＳ）は、制御部２５０は、水流量を増加させるように送水機構２１０を制御する（ＳＴ１８）。その後、制御信号が入力されている間（ＳＴ１６：ＹＥＳ）、ＳＴ１３からＳＴ１６を繰り返す。

【0078】

インタークーラー出口冷媒温度Ｔｉｃが、入水温度Ｔｉｎに上限値ΔＴｕｐを加算した値よりも低いと判断した場合（ＳＴ１７：ＮＯ）は、制御信号が入力されている間（ＳＴ１６：ＹＥＳ）、ＳＴ１３からＳＴ１６を繰り返す。

【0079】

そして、圧縮機１８０が停止し、制御信号の入力がなくなると（ＳＴ１６：ＮＯ）、インタークーラー水流量制御を終了する。

【0080】

次に、補助ガスクーラー水流量制御について、図５を用いて説明する。

【0081】

補助ガスクーラー水流量制御は、圧縮機構１８０の起動によって入力される制御信号によって運転を開始する。

【0082】

制御部２５０は、まず、上限値ΔＴｇｃ＿ｕｐおよび下限値ΔＴｇｃ＿ｌｏｗを設定する（ＳＴ１２Ｂ）。

【0083】

ここで、上限値ΔＴｇｃ＿ｕｐおよび下限値ΔＴｇｃ＿ｌｏｗは、補助ガスクーラー出口冷媒温度Ｔｇｃを、どの程度まで入水温度Ｔｉｎに近付けるかを設定する値である。なお、本実施の形態においては、上限値ΔＴｇｃ＿ｕｐは上限値ΔＴｉｃ＿ｕｐと、下限値ΔＴｇｃ＿ｌｏｗは下限値ΔＴｉｃ＿ｌｏｗと、同様の値を設定するが、異なる値を設定するようにしてもよい。

【0084】

その後、制御部２５０は、入水温度センサー２４０によって、入水温度Ｔｉｎを、補助ガスクーラー出口冷媒温度センサー２４２によって、補助ガスクーラー出口冷媒温度Ｔｇｃを取得する（ＳＴ１９）。

【0085】

続いて、制御部２５０は、補助ガスクーラー出口冷媒温度Ｔｇｃが、入水温度Ｔｉｎに下限値ΔＴｇｃ＿ｌｏｗを加算した値よりも低いか否かを判断する（ＳＴ２０）。

【0086】

そして、補助ガスクーラー出口冷媒温度Ｔｇｃが、入水温度Ｔｉｎに下限値ΔＴｇｃ＿ｌｏｗを加算した値よりも低いと判断した場合（ＳＴ２０：ＹＥＳ）は、制御部２５０は、補助ガスクーラー１３１側の流量を減少させるように第２流量調整機構２３１を制御する（ＳＴ２１）。その後、制御信号が入力されている間（ＳＴ２２：ＹＥＳ）、ＳＴ１９からＳＴ２２を繰り返す。

【0087】

補助ガスクーラー出口冷媒温度Ｔｇｃが、入水温度Ｔｉｎに下限値ΔＴｇｃ＿ｌｏｗを加算した値よりも高いと判断した場合（ＳＴ２０：ＹＥＳ）は、制御部２５０は、補助ガスインタークーラー出口冷媒温度Ｔｇｃが、入水温度Ｔｉｎに上限値ΔＴｇｃ＿ｕｐを加算した値よりも高いか否かを判断する（ＳＴ２３）。

【0088】

そして、補助ガスクーラー出口冷媒温度Ｔｇｃが、入水温度Ｔｉｎに上限値ΔＴｇｃ＿ｕｐを加算した値よりも高いと判断した場合（ＳＴ２３：ＹＥＳ）は、制御部２５０は、補助ガスクーラー１３１側の流量を増加させるように第２流量調整機構２３１を制御する（ＳＴ２４）。その後、制御信号が入力されている間（ＳＴ２２：ＹＥＳ）、ＳＴ１９からＳＴ２２を繰り返す。

【0089】

補助ガスクーラー出口冷媒温度Ｔｇｃが、入水温度Ｔｉｎに上限値ΔＴｇｃ＿ｕｐを加算した値よりも低いと判断した場合（ＳＴ２３：ＮＯ）は、制御信号が入力されている間（ＳＴ２２：ＹＥＳ）、ＳＴ１９からＳＴ２２を繰り返す。

【0090】

そして、圧縮機１８０が停止し、制御信号の入力がなくなると（ＳＴ２２：ＮＯ）、補助ガスクーラー水流量制御を終了する。

【0091】

次に、給湯温度制御について、図６を用いて説明する。

【0092】

給湯温度制御は、給湯スイッチ（図示せず）をオンにすることで入力される制御信号によって運転を開始する。

【0093】

制御部２５０は、まず、給湯設定温度Ｔｓｅｔおよび応差ΔＴｄｉｆｆを設定する（ＳＴ２５）。

【0094】

ここで、給湯設定温度Ｔｓｅｔは、通常は、４０～９０℃程度を設定する。応差ΔＴｄｉｆｆは、給湯温度Ｔｋｙが不安定になることを防止するために設定する値であり、通常は、１～５℃程度を設定する。

【0095】

その後、制御部２５０は、給湯温度センサー２４４によって、給湯温度Ｔｋｙを取得する（ＳＴ２６）。

【0096】

続いて、制御部２５０は、給湯温度Ｔｋｙが、給湯設定温度Ｔｓｅｔに応差ΔＴｄｉｆｆを減算した値よりも低いか否かを判断する（ＳＴ２７）。

【0097】

そして、給湯温度Ｔｋｙが、給湯設定温度Ｔｓｅｔに応差ΔＴｄｉｆｆを減算した値よりも低いと判断した場合（ＳＴ２７：ＹＥＳ）は、制御部２５０は、ガスクーラー１３０側の流量を減少させるように第３流量調整機構２３２を制御する（ＳＴ２８）。その後、制御信号が入力されている間（ＳＴ２９：ＹＥＳ）、ＳＴ２６からＳＴ２９を繰り返す。

【0098】

給湯温度Ｔｋｙが、給湯設定温度Ｔｓｅｔに応差ΔＴｄｉｆｆを減算した値よりも高いと判断した場合（ＳＴ２７：ＹＥＳ）は、制御部２５０は、給湯温度Ｔｋｙが、給湯設定温度Ｔｓｅｔに応差ΔＴｄｉｆｆを加算した値よりも高いか否かを判断する（ＳＴ３０）。

【0099】

そして、給湯温度Ｔｋｙが、給湯設定温度Ｔｓｅｔに応差ΔＴｄｉｆｆを加算した値よりも高いと判断した場合（ＳＴ３０：ＹＥＳ）は、制御部２５０は、ガスクーラー１３０側の流量を増加させるように第３流量調整機構２３２を制御する（ＳＴ３１）。その後、
制御信号が入力されている間（ＳＴ２９：ＹＥＳ）、ＳＴ２６からＳＴ２９を繰り返す。

【0100】

給湯温度Ｔｋｙが、給湯設定温度Ｔｓｅｔに応差ΔＴｄｉｆｆを加算した値よりも低いと判断した場合（ＳＴ３０：ＮＯ）は、制御信号が入力されている間（ＳＴ２９：ＹＥＳ）、ＳＴ２６からＳＴ２９を繰り返す。

【0101】

そして、給湯スイッチ（図示せず）がオフになり、制御信号の入力がなくなると（ＳＴ２９：ＮＯ）、給湯温度制御を終了する。

【0102】

［１―３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、冷凍装置１００は、低段圧縮機構１１０と、低段圧縮機構１１０から吐出された冷媒を冷却するインタークーラー１２０と、インタークーラー１２０を通過した冷媒を吸入する高段圧縮機構１１１と、高段圧縮機構１１１から吐出された冷媒を冷却するガスクーラー１３０と、が冷媒配管１３５で接続されると共に、給水手段１４０と、インタークーラー１２０と、ガスクーラー１３０と、外部放熱装置１６０と、給湯手段１５０と、送水機構２１０と、が水配管２００で接続され、ガスクーラー１３０を通過後に給湯手段１５０と外部放熱装置１６０とに流入する水の流量を調整する第１流量調整機構２３０と、を備える。

【0103】

これにより、ガスクーラー１３０で加熱された水を、給湯が必要な場合は給湯手段１５０へ、給湯が不要な場合は外部放熱装置１６０へ流すことができる。そのため、給湯を行う運転と、給湯を行わない運転との切替えが可能であり、給湯の需要によらず、冷凍装置１００の冷却運転を継続することができる。

【0104】

本実施の形態のように、水配管２００は、給水手段１４０とガスクーラー１３０とを接続する第１水配管２０１と、ガスクーラー１３０と給湯手段１５０とを接続する第２水配管２０２と、第１水配管２０１から分岐しインタークーラー１２０と接続する第３水配管２０３と、インタークーラー１２０と外部放熱装置１６０とを接続する第４水配管２０４と、外部放熱装置１６０と給水手段１４０とを接続する第５水配管２０５と、第２水配管２０２から分岐し、第４配管２０４に合流する第６水配管２０６と、を備えるようにしてもよい。

【0105】

これにより、インタークーラー１２０で加熱された水は、常時外部放熱装置１６０へ流入させることができる。そのため、氷点下の周囲温度において、外部放熱装置１６０の凍結回避のための顕熱移流および限界流速を確保することができる。

【0106】

また、インタークーラー１２０とガスクーラー１３０に並列に入水させることにより、インタークーラー１２０を通過した冷媒の温度およびガスクーラー１３０を通過した冷媒の温度を、インタークーラー１２０とガスクーラー１３０に流入する水の温度付近まで冷却することができる。

【0107】

また、本実施の形態のように、冷凍装置１００は、冷凍装置１００を制御する制御部２５０と、第５水配管２０５に設けられ、外部放熱装置１６０を通過した水の温度を検出する外部放熱装置出口水温度センサー２４３と、を備え、制御部２５０は、外部放熱装置出口水温度センサー２４３による検出値に基づいて、送水機構２１０を制御するようにしてもよい。

【0108】

これにより、凍結の危険性がある場合は、外部放熱装置１６０を通過した水の温度が、所定の値を下回らないように水流量を増加させることができる。そのため、外部放熱装置１６０の周囲温度が極低温の場合においても、凍結回避のための限界流速を確保すること
ができる。

【0109】

また、本実施の形態のように、制御部２５０は、外部放熱装置出口水温度センサー２４３による検出値に基づいて、第１流量調整機構２３０を制御するようにしてもよい。

【0110】

これにより、凍結の危険性がある場合は、外部放熱装置１６０を通過した水の温度が、所定の値を下回らないように、ガスクーラー１３０で加熱された水の一部または全部を、外部放熱装置１６０へ流すことができる。そのため、送水機構２１０による強制循環のみでは凍結を回避できない場合においても、外部放熱装置１６０の凍結回避のための顕熱移流を得ることができる。

【0111】

また、本実施の形態のように、冷凍装置１００は、第４水配管２０４に凍結防止ヒーター２２０を備え、制御部２５０は、外部放熱装置出口水温度センサー２４３による検出値に基づいて、凍結防止ヒーター２２０を制御するようにしてもよい。

【0112】

これにより、凍結の危険性がある場合は、外部放熱装置１６０を通過した水の温度が、所定の値を下回らないように、外部放熱装置１６０に流れる水を加熱することができる。そのため、冷凍装置１００の冷却運転が停止していて排熱がない、あるいは冷却運転をしていても排熱が少ない場合においても、凍結回避のための顕熱移流を得ることができる。

【0113】

また、本実施の形態のように、冷凍装置１００は、第１水配管２０１に設けられ、インタークーラー１２０とガスクーラー１３０に流入する水温を検出する入水温度センサー２４０と、インタークーラー１２０を通過した冷媒の温度を検出するインタークーラー出口冷媒温度センサー２４１と、を備え、制御部２５０は、入水温度センサー２４０およびインタークーラー出口冷媒温度センサー２４１による検出値に基づいて、送水機構２１０を制御するようにしてもよい。

【0114】

これにより、インタークーラー１２０に流入する水の温度と、インタークーラー１２０を通過した冷媒との温度差を調整することができる。そのため、インタークーラー１２０での冷媒の冷却不足による高段圧縮機構１１１の吐出冷媒温度の上昇が発生しない最低限の水流量を確保しながら、いたずらに水流量が増加し送水機構２１０の入力エネルギーが増加することを抑制できる。

【0115】

また、本実施の形態のように、冷凍装置１００は、第１水配管２０１通過後にガスクーラー１３０とインタークーラー１２０とに流入する水の流量を調整する第２流量調整機構２３１を備えると共に、第２流量調整機構２３１とガスクーラー１３０との間に設けられ、ガスクーラー１３０通過後の冷媒を冷却する補助ガスクーラー１３１と、補助ガスクーラー１３１を通過した冷媒の温度を検出する補助ガスクーラー出口冷媒温度センサー２４２と、を備え、制御部２５０は、入水温度センサー２４０および補助ガスクーラー出口冷媒温度センサー２４２による検出値に基づいて、第２流量調整機構２３１を制御するようにしてもよい。

【0116】

これにより、補助ガスクーラー１３１に流入する水の温度と、補助ガスクーラー１３１を通過した冷媒との温度差を調整することができる。そのため、補助ガスクーラー１３１での冷媒の冷却不足による冷凍能力の減少が発生しない最低限の水流量を確保しながら、いたずらに水流量が増加し補助ガスクーラー１３１通過後の水の温度が低下することを抑制できる。補助ガスクーラー１３１通過後の水の温度を高くすることで、給湯水の温度をより高くすることができる。

【0117】

また、本実施の形態のように、冷凍装置１００は、補助ガスクーラー１３１とガスクー
ラー１３０との間で分岐し、第４水配管２０４に合流する第７水配管２０７と、補助ガスクーラー１３１通過後にガスクーラー１３０と第７水配管２０７に流入する水の流量を調整する第３流量調整機構２３２と、第２水配管２０２に設けられ、給湯する水温を検出する給湯温度センサー２４４と、を備え、制御部２５０は、給湯温度センサー２４４による検出値に基づいて、第３流量調整機構２３２を制御するようにしてもよい。

【0118】

これにより、ガスクーラー１３０に流す水流量を調整することができる。そのため、ガスクーラー１３０を出る水の温度、すなわち、給湯水の温度を任意に調整することができる。また、ガスクーラー１３０に流す水流量を減少させることにより、最大で高段圧縮機構１１１の吐出冷媒温度まで給湯する水の温度を高くすることができる。

【0119】

また、本実施の形態のように、冷凍装置１００は、冷媒として二酸化炭素を用いるようにしてもよい。

【0120】

これにより、高圧側の放熱過程で温度グライドが大きくなるため、対向流による熱交換効率を高くすることができる。そのため、より高効率に高温の給湯水を生成できる。

【0121】

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

【0122】

そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

【0123】

実施の形態１では、圧縮機１８０を低段圧縮機構１１０と、高段圧縮機構１１１との２段圧縮機構を備えた１台の圧縮機を用いたが、圧縮機２台を、それぞれ低段側圧縮機、高段側圧縮機として用いても同等の機能が得られる。

【0124】

また、給水手段１４０の一例として、給水タンクを説明したが、給水手段１４０は、第一水配管２０１に水を供給する手段であれば良く、水道や井戸から直接水を供給しても良い。したがって、給水手段１４０は、給水タンクに限定されない。

【0125】

また、給湯手段１５０の一例として、貯湯タンクを説明したが、給湯手段１５０は、第２水配管２０２から水を排出する手段であれば良い。したがって、給湯手段１５０は、貯湯タンクに限定されない。

【0126】

また、外部放熱装置１６０の一例として、空冷密閉式クーリングタワーを説明したが、外部放熱装置１６０は、冷凍装置１００の排熱で加熱された水を冷却できる手段であれば良い。したがって、外部放熱装置１６０は、空冷密閉式クーリングタワーに限定されない。

【0127】

また、凍結防止ヒーター２２０の一例として、プラグヒーターを説明したが、凍結防止ヒーター２２０は、外部放熱装置１６０に流入する水を加熱する手段であれば良い。したがって、凍結防止ヒーター２２０は、プラグヒーターに限定されない。

【0128】

また、第１流量調整機構２３０、第２流量調整機構２３１および第３流量調整機構２３２の一例として、三方流量調整弁を説明したが、第１流量調整機構２３０、第２流量調整機構２３１および第３流量調整機構２３２は、一方の水配管から入ってきた水を、二方向に分岐させ、その流量を調整できる手段であれば良い。したがって、第１流量調整機構２
３０、第２流量調整機構２３１および第３流量調整機構２３２は、三方流量調整弁に限定されない。

【0129】

また、使用する冷媒の一例として、二酸化炭素を説明したが、使用する冷媒は、冷凍サイクルにおいて、熱を移動させるための媒体であれば良い。したがって、使用する冷媒は、二酸化炭素に限定されない。

【0130】

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

【産業上の利用可能性】

【0131】

本開示は、冷凍装置の排熱によって加熱された水を有効利用する機器に適応可能である。具体的には、冷凍装置の排熱を利用した給湯、床暖房、温水ルームヒーター、暖房乾燥機などに、本開示は適応可能である。

【符号の説明】

【0132】

１００ 冷凍装置
１１０ 低段圧縮機構
１１１ 高段圧縮機構
１２０ インタークーラー
１３０ ガスクーラー
１３１ 補助ガスクーラー
１３５ 冷媒配管
１４０ 給水手段
１５０ 給湯手段
１６０ 外部放熱装置
１７０ 冷却機器
１７１ 蒸発器
１７２ 膨張機構
１８０ 圧縮機
１８１ 低段吸込口
１８２ 低段吐出口
１８３ 高段吸込口
１８４ 高段吐出口
１９０ 低圧吸込配管
１９１ 中間圧吸込配管
１９２ 中間圧吐出配管
１９３ 高圧吐出配管
１９４ 高圧接続配管
１９５ 出口配管
２００ 水配管
２０１ 第１水配管
２０２ 第２水配管
２０３ 第３水配管
２０４ 第４水配管
２０５ 第５水配管
２０６ 第６水配管
２０７ 第７水配管
２１０ 送水機構
２２０ 凍結防止ヒーター
２３０ 第１流量調整機構
２３１ 第２流量調整機構
２３２ 第３流量調整機構
２４０ 入水温度センサー
２４１ インタークーラー出口冷媒温度センサー
２４２ 補助ガスクーラー出口冷媒温度センサー
２４３ 外部放熱装置出口水温度センサー
２４４ 給湯温度センサー
２５０ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】