(57)【要約】【課題】高温給湯時でも、熱交換器の出口側の冷媒温度を低下させることができ、冷却時における高効率化と高温給湯とを同時に両立させることが可能となり、省エネおよびランニングコストの低減を図ることができる冷凍機を提供する。【解決手段】少なくとも圧縮機１１および減圧電動弁１７を備えた圧縮機ユニット１０と、排熱利用側ガスクーラ２４ユニットとを備え、排熱利用側ガスクーラ２４ユニットは、給湯用の水が流れる給水配管が接続された排熱利用側インタークーラ２３および排熱利用側ガスクーラ２４と、冷却水が流れる冷却水配管４２が接続された補助冷却用ガスクーラ２５とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも圧縮機および減圧電動弁を備えた圧縮機ユニットと、排熱利用ガスクーラユニットとを備え、冷凍機器に接続される冷凍機において、
前記排熱利用ガスクーラユニットは、給湯用の水が流れる給水配管が接続された排熱利用側熱交換器と、冷却水が流れる冷却水配管が接続された補助冷却用熱交換器とを備えていることを特徴とする冷凍機。
【請求項２】
前記排熱利用側熱交換器は、排熱利用側インタークーラと、排熱利用側ガスクーラとから構成され、前記補助冷却用熱交換器は、補助冷却用ガスクーラから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
【請求項３】
前記給水配管は、前記排熱利用側インタークーラ、前記排熱利用側ガスクーラに順次直列に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の冷凍機。
【請求項４】
制御装置を備え、前記制御装置は、給湯モード時には、前記給水配管の出口側水温度と、給湯の設定温度とに基づいて給水配管を流れる水の流量を制御することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷凍機。
【請求項５】
前記制御装置は、冷却モード時には、前記補助冷却用熱交換器の冷却水入口側温度と、前記補助冷却用熱交換器の冷媒出口側温度とに基づいて冷却水の流量を制御することを特徴とする請求項４に記載の冷凍機。
【請求項６】
冷媒として二酸化炭素冷媒を用いることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍機に係り、特に、給湯により排熱回収を行うことのできる冷凍機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、スーパーマーケットなどの大型店舗においては、多くの冷凍ショーケースや冷蔵ショーケースが設置され、これらのショーケースを冷凍機で運転する冷凍装置が多く用いられている。
【０００３】
このような冷凍装置として、従来、例えば、二段圧縮機１１、１１と、一段目の吐出部に接続されたインタークーラ３８と、二段目の吐出部に接続されたガスクーラ４６と、を備え、高圧側が超臨界状態となる冷凍回路を備えた二段圧縮式冷凍装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
このような冷凍装置においては、インタークーラおよびガスクーラにおいて冷媒との熱交換を行う際の熱は、外部に排出されていた。
【０００４】
そのため、従来から、インタークーラ５では低段側圧縮機構２２からの吐出冷媒とインタークーラ側給湯流路９０Ａを流れる水との間で熱交換を行わせ、ガスクーラ６では容積比が低段側圧縮機構２２と一定の関係にある高段側圧縮機構２６からの吐出冷媒とガスクーラ側給湯流路９０Ｂを流れる水の間で熱交換を行わせることで、排熱を回収する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−０３１１８３号公報
【特許文献２】特開２０１２−０２１７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の技術においては、給湯により水を循環させて、排熱を回収している場合には問題はないが、給湯を行わない場合に、圧縮機から吐出された冷媒の熱交換を行うことができず、冷凍機における冷凍効率を確保することができない問題がある。
また、冷媒として二酸化炭素冷媒を用いる場合、極めて高温の給湯が可能となるが、高温で給湯を行うと、入口側水温度と出口側水温度との温度差を大きく確保する必要上、インタークーラやガスクーラに流す水の流量を少なくする必要がある。そのため、冷媒の放熱不足により、ガスクーラの出口側の冷媒温度が高くなり、冷却側の能力が不足するという問題があった。
【０００７】
本発明は、前記した点に鑑みてなされたものであり、高温給湯時でも、熱交換器の出口側の冷媒温度を低下させることができ、冷却時における高効率化と高温給湯とを同時に両立させることが可能となり、省エネおよびランニングコストの低減を図ることができる冷凍機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明は、少なくとも圧縮機および減圧電動弁を備えた圧縮機ユニットと、排熱利用ガスクーラユニットとを備え、冷凍機器に接続される冷凍機において、前記排熱利用ガスクーラユニットは、給湯用の水が流れる給水配管が接続された排熱利用側熱交換器と、冷却水が流れる冷却水配管が接続された補助冷却用熱交換器とを備えていることを特徴とする。
これにより、給湯を高温で行う場合、排熱利用側熱交換器において、冷媒の放熱が不足し、給水配管を流れる水と冷媒との十分な熱交換を行うことができなくなるおそれがあるが、補助冷却用熱交換器を設けているので、排熱利用側熱交換器を通った冷媒と冷却水配管を流れる冷却水と熱交換させることにより、補助冷却用熱交換器の出口側の冷媒温度を低下させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、給湯を高温で行う場合、排熱利用側熱交換器において、冷媒の放熱が不足し、給水配管を流れる水と冷媒との十分な熱交換を行うことができなくなるおそれがあるが、補助冷却用熱交換器を設けているので、排熱利用側熱交換器を通った冷媒と冷却水配管を流れる冷却水と熱交換させることにより、補助冷却用熱交換器の出口側の冷媒温度を低下させることができる。その結果、冷却時における高効率化と高温給湯とを同時に両立させることが可能となり、省エネおよびランニングコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態における冷凍機の冷媒回路図
【図２】本実施の形態における冷凍機の制御装置を示すブロック図
【図３】本実施の形態における給水温度、冷却水温度および冷媒温度の説明図
【図４】本実施の形態の給湯モードでの給湯制御動作を示すフローチャート
【図５】本実施の形態の冷凍モードでの給湯制御動作を示すフローチャート
【図６】本実施の形態の冷却水制御動作を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の発明は、少なくとも圧縮機および減圧電動弁を備えた圧縮機ユニットと、排熱利用ガスクーラユニットとを備え、冷凍機器に接続される冷凍機において、前記排熱利用ガスクーラユニットは、給湯用の水が流れる給水配管が接続された排熱利用側熱交換器と、冷却水が流れる冷却水配管が接続された補助冷却用熱交換器とを備えている。
これによれば、給湯を高温で行う場合、排熱利用側熱交換器において、冷媒の放熱が不足し、給水配管を流れる水と冷媒との十分な熱交換を行うことができなくなるおそれがあるが、補助冷却用熱交換器を設けているので、排熱利用側熱交換器を通った冷媒と冷却水配管を流れる冷却水と熱交換させることにより、補助冷却用熱交換器の出口側の冷媒温度を低下させることができる。その結果、冷却時における高効率化と高温給湯とを同時に両立させることが可能となり、省エネおよびランニングコストの低減を図ることができる。
【００１２】
第２の発明は、前記排熱利用側熱交換器は、排熱利用側インタークーラと、排熱利用側ガスクーラとから構成され、前記補助冷却用熱交換器は、補助冷却用ガスクーラから構成されている。
これによれば、高温給湯時に、補助冷却用ガスクーラを設けることで、排熱利用側ガスクーラを通った冷媒と冷却水配管を流れる冷却水と熱交換させることにより、補助冷却用ガスクーラの出口側の冷媒温度を低下させることができ、冷却時における高効率化と高温給湯とを同時に両立させることが可能となり、省エネおよびランニングコストの低減を図ることができる。
【００１３】
第３の発明は、前記給水配管は、前記排熱利用側インタークーラ、前記排熱利用側ガスクーラに順次直列に接続されている。
これによれば、給水配管を排熱利用側インタークーラおよび排熱利用側ガスクーラの順に直列に接続することで、給水配管を流れる水は、最初に排熱利用側インタークーラに流れ、その後、排熱利用側ガスクーラに流れる。そのため、排熱利用側インタークーラにおける冷媒の冷却を効率よく行うことができるので、圧縮機の第２吸込口に送られる中間圧の冷媒圧力を下げることができ、スプリット効果を高めて運転することができる。
【００１４】
第４の発明は、制御装置を備え、前記制御装置は、給湯モード時には、前記給水配管の出口側水温度と、給湯の設定温度とに基づいて給水配管を流れる水の流量を制御する。
これによれば、給湯モード時には、給水配管の出口側水温度と、給湯の設定温度とに基づいて給水配管を流れる水の流量を制御することで、給湯温度を適正に保持することができる。
【００１５】
第５の発明は、前記制御装置は、冷却モード時には、前記補助冷却用熱交換器の冷却水入口側温度と、前記補助冷却用熱交換器の冷媒出口側温度とに基づいて冷却水の流量を制御する。
これによれば、冷却モード時には、補助冷却用ガスクーラの冷却水入口側温度と、補助冷却用ガスクーラの冷媒出口側温度とに基づいて冷却水の流量を制御することで、補助冷却用ガスクーラにおける冷媒との熱交換、すなわち、冷媒の排熱量を適正に制御することができる。
【００１６】
第６の発明は、冷媒として二酸化炭素冷媒を用いる。
これによれば、超臨界冷媒である二酸化炭素冷媒の特性を活かして、高温給湯できる給湯モードと、冷凍機の効率を重視した冷凍モードを切り替えることで、より省エネおよび環境性を向上することができる。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る冷凍機の実施形態を示す冷凍サイクルの回路図である。
図１に示すように、冷凍機１には、冷凍機１から送られる冷媒により冷却される冷却機器（図示せず）に接続されるものであり、冷却機器は、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施設に設置され、陳列された冷蔵・冷凍商品を冷却するショーケースなどである。
また、本実施形態においては、冷凍機１は、高圧側の冷媒圧力（高圧圧力）がその臨界圧力以上（超臨界）となる二酸化炭素を冷媒として用いている。この二酸化炭素冷媒は、地球環境に優しく、可燃性および毒性などを考慮した自然冷媒である。
【００１８】
冷凍機１は、圧縮機ユニット１０と、排熱利用ガスクーラユニット２０とを備えている。
圧縮機ユニット１０は、並列に配置された２台の圧縮機１１を備えている。本実施形態において、圧縮機１１は、２段の圧縮機構を備えた内部中間圧型２段圧縮式ロータリ圧縮機である。
圧縮機１１には、１段目の圧縮機構における第１吸込口１２および第１吐出口１３が設けられており、２段目の圧縮機構における第２吸込口１４および第２吐出口１５が設けられている。
第１吸込口１２には、冷却機器に接続される低圧冷媒配管３０が接続されており、低圧冷媒配管３０を介して冷却機器から送られる低圧冷媒を第１吸込口１２から１段目の圧縮機構に送る。
【００１９】
圧縮機１１の１段目の圧縮機構は、第１吸込口１２から吸い込まれた低温低圧の冷媒を圧縮して中間圧まで昇圧して第１吐出口１３から吐出する。２段目の圧宿機構は、１段目の圧縮機構により圧縮された中間圧の冷媒を第２吸込口１４から吸い込んで、圧縮して高圧まで昇圧し、第２吐出口１５から吐出するように構成されている。
【００２０】
各圧縮機１１の第１吐出口１３には、中間圧吐出配管３１が接続されている。２つの圧縮機１１の中間圧吐出配管３１は、途中で合流して、排熱利用ガスクーラユニット２０に接続される。
排熱利用ガスクーラユニット２０は、排熱利用側熱交換器２１と、補助冷却用熱交換器２２とを備えている。排熱利用側熱交換器２１は、排熱利用側インタークーラ２３と、排熱利用側ガスクーラ２４とを備えている。補助冷却用熱交換器２２は、補助冷却用ガスクーラ２５を備えている。
各圧縮機１１に接続された中間圧吐出配管３１は、途中で合流して排熱利用側インタークーラ２３の一方の流路の入口側２３ａに接続されている。
排熱利用側インタークーラ２３の一方の流路の出口側２３ｂには、中間圧吸込配管３２が接続されており、中間圧吸込配管３２は、各圧縮機１１の第２吸込口１４に接続されている。
【００２１】
また、各圧縮機１１の第２吐出口１５には、高圧吐出配管３３が接続されており、高圧吐出配管３３は、途中で合流して排熱利用側ガスクーラ２４の一方の流路の入口側２４ａに接続されている。
高圧吐出配管３３の途中には、オイルセパレータ２６が設けられている。オイルセパレータ２６は、冷媒中のオイルを分離するものであり、オイルセパレータ２６は、オイル管２６ａを介して圧縮機１１の中間段に接続されている。オイル管２６ａの中途部には、三方弁からなるオイルサービスバルブ２７およびオイル調整電動弁２８が設けられている。
排熱利用側ガスクーラ２４の一方の流路の出口側２４ｂには、冷媒配管３４を介して補助冷却用ガスクーラ２５の一方の流路の入口側２５ａに接続されている。補助冷却用ガスクーラ２５の一方の流路の出口側２５ｂには、冷媒配管３４を介して中間冷却器１６が接続されている。
【００２２】
排熱利用側ガスクーラ２４および排熱利用側インタークーラ２３の他方の流路には、給水配管４０が接続されている。給水配管４０は、排熱利用側インタークーラ２３の他方の流路の入口側２３ｃに接続されており、排熱利用側インタークーラ２３の他方の流路の出口側２３ｄから排熱利用側ガスクーラ２４の他方の流路の入口側２４ｃに接続され、排熱利用側インタークーラ２３と排熱利用側ガスクーラ２４とを直列に接続するように構成されている。給水配管４０の水入口側には、給水用ポンプ４１が設けられている。
また、補助冷却用ガスクーラ２５の他方の流路の入口側２５ｃおよび出口側２５ｄには、冷却水配管４２が接続されており、冷却水配管４２は、例えば、冷却水を空冷で冷却するためのコンデンサ等の熱交換器４５に接続されている。冷却水配管４２の冷却水の入口側には、冷却水用ポンプ４３が設けられている。
【００２３】
また、補助冷却用ガスクーラ２５からの冷媒配管３４の途中には、補助冷却用ガスクーラ２５から送られる冷媒を減圧するための減圧電動弁１７が設けられている。
中間冷却器１６の出口側の冷媒配管３４には、スプリット熱交換器５０の入口側５０ａが接続されている。
スプリット熱交換器５０の出口側５０ｂの冷媒配管３４には、この冷媒配管３４から分岐する分岐配管５１が接続されており、分岐配管５１は、液戻し電動弁５２を介してスプリット熱交換器５０の他方の入口側５０ｃに接続されている。冷媒配管３４と分岐配管５１とは、冷媒の流れる方向が対向流となるように配置されるものであり、冷媒配管３４を流れる冷媒と分岐配管５１を流れる冷媒とを効率よく熱交換させることができるように構成されている。
中間冷却器１６には、ガス戻し電動弁５３を介して冷媒戻し配管５４が接続されており、冷媒戻し配管５４は、分岐配管５１に接続されている。
【００２４】
スプリット熱交換器５０の出口側５０ｂの冷媒配管３４は、冷却機器に接続されている。
スプリット熱交換器５０の出口側５０ｄの分岐配管５１は、排熱利用側インタークーラ２３の出口側に接続されている。
そして、液戻し電動弁５２は、スプリット熱交換器５０の出口側の高圧冷媒を減圧させて中間圧力レベルまで膨張させるものであり、スプリット熱交換器５０により冷媒配管３４を流れる高圧冷媒と分岐配管５１を流れる減圧された冷媒とを熱交換させて高圧冷媒を冷却するように構成されている。
スプリット熱交換器５０により熱交換した冷媒は、排熱利用側インタークーラ２３の出口側の冷媒と合流して第２吸込口１４から圧縮機１１に送られ、圧縮機１１から吐出される冷媒の温度の最適化を図るようになっている。
【００２５】
本実施の形態においては、給水配管４０を流れる水の入口側の温度を検出する水入口側温度センサ６０および出口側の水の温度を検出する水出口側温度センサ６１がそれぞれ設けられている。
また、冷却水配管４２を流れる冷却水の入口側の温度を検出する冷却水入口側温度センサ６２および出口側の冷却水の温度を検出する冷却水出口側温度センサ６３がそれぞれ設けられている。
さらに、補助冷却用ガスクーラ２５の高圧吐出配管３３を流れる冷媒の入口側の温度を検出する冷媒入口側温度センサ６４および冷媒の出口側温度を検出する冷媒出口側温度センサ６５がそれぞれ設けられている。
【００２６】
また、冷媒配管３４の入口側には、冷却機器から送られる冷媒温度を検出する冷凍機入口温度センサ６６が設けられ、冷媒配管３４の出口側には、冷却機器に送られる冷媒温度を検出する冷凍機出口温度センサ６７が設けられている。
圧縮機１１の吐出側には、冷媒の吐出温度を検出する吐出温度センサ６８が設けられ、スプリット熱交換器５０の出口側には、スプリット熱交換器５０の出口における冷媒温度を検出するスプリット出口温度センサ６９が設けられている。
【００２７】
次に、本実施形態の制御構成について説明する。
図２は、本実施形態における制御構成を示すブロック図である。
図２に示すように、本実施形態においては、冷凍機１は、各部を統括して制御する制御装置７０を備えている。
【００２８】
制御装置７０は、水入口側温度センサ６０、水出口側温度センサ６１、冷却水入口側温度センサ６２、冷却水出口側温度センサ６３、冷媒入口側温度センサ６４、冷媒出口側温度センサ６５、冷凍機入口温度センサ６６、冷凍機出口温度センサ６７、吐出温度センサ６８、およびスプリット出口温度センサ６９の検出値が入力されるように構成されている。
制御装置７０は、これら各センサ６０〜６９からの検出値に基づいて、給水用ポンプ４１および冷却水用ポンプ４３の駆動周波数や圧縮機１１の駆動周波数、減圧電動弁１７、液戻し電動弁５２、ガス戻し電動弁５３の開度を制御するように構成されている。また、制御装置７０は、モード識別信号に応じて、給湯モードまたは冷却モードによる制御を行う。給湯モードは、給湯を優先して制御を行うモードであり、冷却モードは、給湯より冷却を優先して制御するモードである。
なお、給湯モードで制御を行う場合、排熱利用側インタークーラおよび排熱利用側ガスクーラとの熱交換により得られた湯を、給湯として利用する制御または、温水暖房として利用する制御が行われる。
【００２９】
次に、本実施の形態の動作について説明する。
まず、圧縮機１１を動作させることにより、圧縮機１１の第１吸込口１２により冷却機器から送られる冷媒を吸込し、この冷媒は、１段目の圧縮機構により、中間圧力に圧縮されて第１吐出口１３から吐出される。
【００３０】
また、圧縮機１１の第１吐出口１３から吐出された冷媒は、中間圧吐出配管３１を介して排熱利用側インタークーラ２３に流入する。この排熱利用側インタークーラ２３で給水配管４０を流れる水と熱交換して冷却され、圧縮機１１の第２吸込口１４にそれぞれ戻される。
排熱利用側インタークーラ２３から戻された冷媒は、圧縮機１１で２段目の圧縮機構により必要な圧力に圧縮して第２吐出口１５から吐出され、オイルセパレータ２６を介して排熱利用側ガスクーラ２４に送られる。
【００３１】
圧縮機１１から送られた冷媒は、排熱利用側ガスクーラ２４で給水配管４０を流れる水と熱交換させた後、補助冷却用ガスクーラ２５で熱交換して、中間冷却器１６に送られる。
この中間冷却器１６で冷却された冷媒は、スプリット熱交換器５０で冷媒配管３４から分岐して液戻し電動弁５２を介して減圧された冷媒と熱交換して冷却されて冷却機器に送られる。
【００３２】
そして、冷却機器に送られた冷媒は、絞り手段により所定の圧力に減圧され、蒸発器において熱交換して、庫内を所定温度に冷却するようになっている。
蒸発器から流出した冷媒は、低圧冷媒配管３０を介して圧縮機１１に戻される。
【００３３】
ここで、本実施の形態においては、給水配管４０は、排熱利用側インタークーラ２３および排熱利用側ガスクーラ２４の順に直列に接続されている。
そのため、給水配管４０を流れる水は、最初に排熱利用側インタークーラ２３に流れ、その後、排熱利用側ガスクーラ２４に流れる。
これにより、排熱利用側インタークーラ２３における冷媒の冷却を効率よく行うことができるので、圧縮機１１の第２吸込口１４に送られる中間圧の冷媒圧力を下げることができ、スプリット効果を高めて運転することができる。
【００３４】
また、二酸化炭素冷媒を用いた場合、高温での給湯が可能であるが、給湯を高温で行う場合、給水配管４０の入口側の水温度と出口側の水温度との温度差を大きくする必要があり、排熱利用側インタークーラ２３および排熱利用側ガスクーラ２４に流す水の流量を少なくする必要がある。そのため、排熱利用側インタークーラ２３および排熱利用側ガスクーラ２４において、冷媒の放熱が不足し、給水配管４０を流れる水と冷媒との十分な熱交換を行うことができなくなるおそれがある。
しかしながら、本実施の形態においては、補助冷却用ガスクーラ２５を設けているので、排熱利用側ガスクーラ２４を通った冷媒と冷却水配管４２を流れる冷却水と熱交換させることにより、補助冷却用ガスクーラ２５の出口側の冷媒温度を低下させることができる。そして、高温給湯時において、補助冷却用ガスクーラ２５の後段の減圧電動弁１７の開度を絞り、高圧圧力を上げ，高段側の圧縮比を大きくすることで、冷却時における高効率化と高温給湯とを同時に両立させることが可能となる。
【００３５】
次に、本実施形態の制御動作について説明する。
図３は、本実施の形態における給水温度、冷却水温度および冷媒温度の説明図である。
図４および図５は、本実施形態の制御動作を示すフローチャートである。なお、図４および図５におけるＡ、Ｂの表記は、図４のＡが図５のＡに、図５のＢが図４のＢにそれぞれ接続されることを意味する。
まず、給水配管４０の流量制御について説明する。
図４に示すように、給水配管４０の流量制御を開始する場合は、制御装置７０は、給水配管４０を流れる水流量の初期値を設定し（ＳＴ１）、水出口側温度センサ６１により排熱利用側ガスクーラ２４の水出口温度Ｔｗ．ｏｕｔ１を取得する（ＳＴ２）。
続いて、制御装置７０は、給水用ポンプ４１の開度に基づいて給水配管４０を流れる水流量を取得し（ＳＴ３）、モード識別信号を取得する（ＳＴ４）。
【００３６】
制御装置７０は、モード識別信号が給湯モードであるか否か判断し（ＳＴ５）、給湯モードであると判断した場合は（ＳＴ５：ＹＥＳ）、水出口側温度センサ６１により、排熱利用側ガスクーラ２４の水出口温度の設定値Ｔｈ．ｗを取得する（ＳＴ６）。ここで、水出口温度の設定値Ｔｈ．ｗとしては、給湯のお湯を利用する制御の場合には，例えば、７０℃程度に設定され、給湯暖房として利用する場合には、例えば、４０℃程度に設定される。
そして、制御装置７０は、排熱利用側ガスクーラ２４の水出口温度Ｔｗ．ｏｕｔ１から水出口温度の設定値Ｔｈ．ｗを減算し、その温度差が温度Ｔ１より低いか否かを判断する（ＳＴ７）。ここで、Ｔ１は、例えば、２〜３℃程度に設定される。
【００３７】
このとき、温度差が温度Ｔ１より小さい場合は、水出口温度の設定値Ｔｈ．ｗに対して排熱利用側ガスクーラ２４の水出口温度Ｔｗ．ｏｕｔの方が高いことを示している。
また、温度差が温度Ｔ１より大きい場合は、水出口温度の設定値Ｔｈ．ｗに対して、排熱利用側ガスクーラ２４の水出口温度Ｔｗ．ｏｕｔが高すぎることを示している。
【００３８】
そして、制御装置７０は、その温度差が温度Ｔ１より小さいと判断した場合は（ＳＴ７：ＹＥＳ）、温度差が温度−Ｔ１以下であるか否かを判断する（ＳＴ８）。
この温度差が温度−Ｔ１以下である場合は、水出口温度の設定値Ｔｈ．ｗに対して排熱利用側ガスクーラ２４の水出口温度Ｔｗ．ｏｕｔの方が低いことを示している。そして、温度差が温度−Ｔ１より高い場合には、温度差が温度Ｔ１〜−Ｔ１、例えば、４〜６℃の範囲にあることになり、水出口温度の設定値Ｔｈ．ｗに対して利用側ガスクーラ２４の水出口温度Ｔｗ．ｏｕｔが適正範囲にあることを示している。
【００３９】
制御装置７０は、温度差が−Ｔ１以下であると判断した場合は（ＳＴ８：ＹＥＳ）、給水配管４０の水流量が下限か否か判断し（ＳＴ９）、水流量が下限であると判断した場合は（ＳＴ９：ＹＥＳ）、水流量は、そのままの状態で制御が続けられる。
一方、制御装置７０は、水流量が下限でないと判断した場合には（ＳＴ９：ＮＯ）、給水用ポンプ４１を制御して、水流量を減少させるように制御する（ＳＴ１１）。
これにより、水出口温度の設定値Ｔｈ．ｗに対して排熱利用側ガスクーラ２４の水出口温度Ｔｗ．ｏｕｔを高めるように制御することができる。
また、制御装置７０は、温度差が−Ｔ１以下でないと判断した場合は（ＳＴ８：ＮＯ）、水出口温度Ｔｗ．ｏｕｔが適正範囲にあると考えられるため、水流量は、そのままの状態で制御が続けられる。
【００４０】
また、制御装置７０は、温度差が温度Ｔ１より大きいと判断した場合は（ＳＴ７：ＮＯ）、給水配管４０の水流量が上限か否か判断し（ＳＴ１２）、水流量が上限であると判断した場合は（ＳＴ１２：ＹＥＳ）、水流量は、そのままの状態で制御が続けられる。
一方、制御装置７０は、水流量が上限でないと判断した場合には（ＳＴ１２：ＮＯ）、給水用ポンプ４１を制御して、水流量を増加させるように制御する（ＳＴ１３）。
これにより、水出口温度の設定値Ｔｈ．ｗに対して、排熱利用側ガスクーラ２４の水出口温度Ｔｗ．ｏｕｔを低下させるように制御することができる。
その後、水流量の制御の停止信号が送られるまで（ＳＴ１０）、前述の制御が繰り返し行われる。すなわち、給湯モードにおいては、水出口温度Ｔｗ．ｏｕｔを水出口温度の設定値Ｔｈ．ｗに近づけるように制御されるものである。
【００４１】
また、給湯モードの信号が出力されていない場合、すなわち、冷凍機１の効率を優先した冷凍モードとなっている場合は（ＳＴ５：ＮＯ）、図５に示すように、排熱利用側ガスクーラ２４の水入口側温度センサ６０により、排熱利用側ガスクーラ２４の水入口温度Ｔｗ．ｉｎを取得する（ＳＴ２１）。
そして、制御装置７０は、排熱利用側ガスクーラ２４の水出口温度Ｔｗ．ｏｕｔから水入口温度Ｔｗ．ｉｎを減算し、その温度差が温度Ｔ２より低いか否かを判断する（ＳＴ２２）。ここで、水出口温度Ｔｗ．ｏｕｔと水入口温度Ｔｗ．ｉｎとの温度差が温度Ｔ２より大きい場合は、水流量が少なく、排熱利用側インタークーラ２３および排熱利用側ガスクーラ２４における冷媒との熱交換量が多いと考えられる。
【００４２】
そして、制御装置７０は、排熱利用側ガスクーラ２４の水出口温度Ｔｗ．ｏｕｔと水入口温度Ｔｗ．ｉｎとの温度差が温度Ｔ２より低いと判断した場合は（ＳＴ２２：ＹＥＳ）、排熱利用側ガスクーラ２４の水出口温度Ｔｗ．ｏｕｔと水入口温度Ｔｗ．ｉｎとの温度差が温度Ｔ３以下であるか否かを判断する（ＳＴ２３）。
ここで、温度Ｔ３は、水出口温度Ｔｗ．ｏｕｔと水入口温度Ｔｗ．ｉｎとの温度差が適正と考えられる値であり、例えば、４℃に設定される。そして、温度Ｔ２は、温度Ｔ３よりも温度差がやや大きい値となり、例えば、６℃に設定される。また、水出口温度Ｔｗ．ｏｕｔと水入口温度Ｔｗ．ｉｎとの温度差が温度Ｔ３以下でない場合は、温度差は適正で、水流量も適正であると考えられ、温度差が温度Ｔ３以下である場合は、水流量が多く、排熱利用側インタークーラ２３および排熱利用側ガスクーラ２４における冷媒との熱交換量が少ないと考えられる。
【００４３】
制御装置７０は、排熱利用側ガスクーラ２４の水出口温度Ｔｗ．ｏｕｔと水入口温度Ｔｗ．ｉｎとの温度差が温度Ｔ３以下であると判断した場合は（ＳＴ２３：ＹＥＳ）、給水配管４０の水流量が下限か否か判断し（ＳＴ２４）、水流量が下限であると判断した場合は（ＳＴ２４：ＹＥＳ）、水流量は、そのままの状態で制御が続けられる。
一方、制御装置７０は、水流量が下限でないと判断した場合には（ＳＴ２３：ＮＯ）、給水用ポンプ４１を制御して、水流量を減少させるように制御する（ＳＴ２５）。
これにより、水入口温度Ｔｗ．ｉｎと水出口温度Ｔｗ．ｏｕｔとの温度差が大きくなるように制御することができ、排熱利用側インタークーラ２３および排熱利用側ガスクーラ２４における冷媒との熱交換量を高めることができる。
【００４４】
一方、制御装置７０は、排熱利用側ガスクーラ２４の水出口温度Ｔｗ．ｏｕｔと水入口温度Ｔｗ．ｉｎとの温度差が温度Ｔ３以下でないと判断した場合は（ＳＴ２３：ＮＯ）、水流量は適正であると考えられるため、水流量はそのままの状態で制御が続けられる。
また、制御装置７０は、排熱利用側ガスクーラ２４の水出口温度Ｔｗ．ｏｕｔと水入口温度Ｔｗ．ｉｎとの温度差が温度Ｔ２より大きいと判断した場合は（ＳＴ２２：ＮＯ）、給水配管４０の水流量が上限か否か判断し（ＳＴ２６）、水流量が上限であると判断した場合は（ＳＴ２６：ＹＥＳ）、水流量は、そのままの状態で制御が続けられる。
【００４５】
制御装置７０は、水流量が上限でないと判断した場合には（ＳＴ２６：ＮＯ）、給水用ポンプ４１を制御して、水流量を増加させるように制御する（ＳＴ２７）。
これにより、水入口温度Ｔｗ．ｉｎと水出口温度Ｔｗ．ｏｕｔとの温度差が小さくなるように制御することができ、排熱利用側インタークーラ２３および排熱利用側ガスクーラ２４における冷媒との熱交換量を減少させることができる。
なお、給湯流量の上限を設定するのは、上限を設定しないと、冷却水側で冷凍機１の排熱を奪ってしまい、排熱回収量が減少してしまうためである。
【００４６】
すなわち、冷凍モードでは、冷凍能力を確保するため、排熱利用側ガスクーラ２４および排熱利用側インタークーラ２３と、給水配管４０を流れる水との熱交換量を低減させるようにしている。そして、補助冷却用ガスクーラ２５の冷却水入口温度に応じて、減圧電動弁１７の開度を制御することで、冷凍機１の目標となる高圧制御を行うように構成されている。
【００４７】
次に、冷却水流量の制御について、図６に示すフローチャートを参照して説明する。
図６に示すように、冷却水流量の制御は、補助冷却用ガスクーラ２５の流量、すなわち冷却水配管４２を流れる冷却水の流量制御であり、冷却水流量の制御を開始する場合は、制御装置７０は、冷却水配管４２を流れる冷却水流量の初期値を設定する（ＳＴ３１）。続いて、冷却水入口側温度センサ６２により、補助冷却用ガスクーラ２５の冷却水の入口温度Ｔｗ．ｉｎ２を取得するとともに（ＳＴ３２）、冷媒入口側温度センサ６４により、補助冷却用ガスクーラ２５の冷媒の入口側温度ＴＲ．ｉｎ２を取得する（ＳＴ３３）。さらに、制御装置７０は、冷却水用ポンプ４３の開度に基づいて冷却水配管４２を流れる冷却水の流量を取得する（ＳＴ３４）。
【００４８】
そして、制御装置７０は、冷媒入口側温度ＴＲ．ｉｎ２から冷却水入口温度Ｔｗ．ｉｎを減算し、その温度差が温度Ｔ４以上か否かを判断する（ＳＴ３５）。
温度差が温度Ｔ４より低い場合は、冷媒入口側温度ＴＲ．ｉｎ２と冷却水入口温度Ｔｗ．ｉｎと温度差が少ないことからあまり冷却水による冷却が必要ないと考えられる。そのため、制御装置７０は、温度差が温度Ｔ４以上でないと判断した場合は（ＳＴ３５：ＮＯ）、冷却水配管４２の冷却水量を０にする（ＳＴ４４）。
【００４９】
また、制御装置７０は、温度差がＴ４以上であると判断した場合は（ＳＴ３５：ＹＥＳ）、冷媒出口側温度センサ６５により、補助冷却用ガスクーラ２５の冷媒の出口側温度ＴＲ．ｏｕｔ２を取得する（ＳＴ３６）。
そして、制御装置７０は、冷媒出口側温度ＴＲ．ｏｕｔ２と冷却水入口温度Ｔｗ．ｉｎ２との温度差が温度Ｔ５より小さいか否かを判断する（ＳＴ３７）。ここで、冷媒出口側温度ＴＲ．ｏｕｔ２と冷却水入口温度Ｔｗ．ｉｎ２との温度差が温度Ｔ５より大きい場合は、冷却水流量が少なく、補助冷却用ガスクーラ２５における冷媒との熱交換量が多いと考えられる。
【００５０】
制御装置７０は、温度差がＴ５より小さいと判断した場合は（ＳＴ３７：ＹＥＳ）、同様に、冷媒出口側温度ＴＲ．ｏｕｔ２と冷却水入口温度Ｔｗ．ｉｎ２との温度差がＴ６以下か否かを判断する（ＳＴ３８）。
ここで、温度Ｔ６は、冷媒出口側温度ＴＲ．ｏｕｔ２と冷却水入口温度Ｔｗ．ｉｎ２との温度差が適正と考えられる値である。温度Ｔ５は温度Ｔ６よりも温度差がやや大きい値である。また、冷媒出口側温度ＴＲ．ｏｕｔ２と冷却水入口温度Ｔｗ．ｉｎ２との温度差が温度Ｔ６以下でない場合は、温度差は適正で、冷却水流量も適正であると考えられ、温度差が温度Ｔ６以下である場合は、冷却水流量が多く、補助冷却用ガスクーラ２５における冷媒との熱交換量が少ないと考えられる。
【００５１】
制御装置７０は、冷媒出口側温度ＴＲ．ｏｕｔ２と冷却水入口温度Ｔｗ．ｉｎ２との温度差がＴ６以下であると判断した場合は（ＳＴ３８：ＹＥＳ）、冷却水の流量が下限であるか否かを判断し（ＳＴ３９）、下限であると判断した場合は（ＳＴ３９：ＹＥＳ）、給湯流量は、そのままの状態で制御が続けられる。
制御装置７０は、冷却水の流量が下限でないと判断した場合は（ＳＴ３９：ＮＯ）、冷却水の流量を減少させるように制御する（ＳＴ４１）。
このように制御することで、冷却水の流量を減少させ、冷媒の出口側温度ＴＲ．ｏｕｔ２を高めることができる。
【００５２】
また、制御装置７０は、冷媒出口側温度ＴＲ．ｏｕｔ２と冷却水入口温度Ｔｗ．ｉｎ２との温度差がＴ６以下でないと判断した場合は（ＳＴ３８：ＮＯ）、冷却水流量は、そのままの状態で制御が続けられる。
【００５３】
さらに、制御装置７０は、冷媒出口側温度ＴＲ．ｏｕｔ２と冷却水入口温度Ｔｗ．ｉｎ２との温度差がＴ５より大きいと判断した場合は（ＳＴ３７：ＮＯ）、冷却水の流量が上限であるか否かを判断し（ＳＴ４２）、上限であると判断した場合は（ＳＴ４２：ＹＥＳ）、給湯流量は、そのままの状態で制御が続けられる。
【００５４】
制御装置７０は、冷却水の流量が上限でないと判断した場合は（ＳＴ４２：ＮＯ）、冷却水の流量を増加させるように制御する（ＳＴ４３）。
このように制御することで、冷却水の流量を増加させ、冷媒の出口側温度ＴＲ．ｏｕｔ２を低減させることができる。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態によれば、少なくとも圧縮機１１および減圧電動弁１７を備えた圧縮機ユニット１０と、排熱利用側ガスクーラ２４ユニットとを備え、排熱利用側ガスクーラ２４ユニットは、給湯用の水が流れる給水配管４０が接続された排熱利用側インタークーラ２３および排熱利用側ガスクーラ２４と、冷却水が流れる冷却水配管４２が接続された補助冷却用ガスクーラ２５とを備えている。
これによれば、給湯を高温で行う場合、排熱利用側インタークーラ２３および排熱利用側ガスクーラ２４において、冷媒の放熱が不足し、給水配管４０を流れる水と冷媒との十分な熱交換を行うことができなくなるおそれがあるが、補助冷却用ガスクーラ２５を設けているので、排熱利用側ガスクーラ２４を通った冷媒と冷却水配管４２を流れる冷却水と熱交換させることにより、補助冷却用ガスクーラ２５の出口側の冷媒温度を低下させることができる。そして、高温給湯時において、補助冷却用ガスクーラ２５の後段の減圧電動弁１７の開度を絞り、高圧圧力を上げ、高段側の圧縮比を大きくすることで、冷却時における高効率化と高温給湯とを同時に両立させることが可能となり、省エネおよびランニングコストの低減を図ることができる。
【００５６】
また、本実施形態においては、給水配管４０は、排熱利用側インタークーラ２３、排熱利用側ガスクーラ２４に順次直列に接続されている。
これによれば、給水配管４０を排熱利用側インタークーラ２３および排熱利用側ガスクーラ２４の順に直列に接続することで、給水配管４０を流れる水は、最初に排熱利用側インタークーラ２３に流れ、その後、排熱利用側ガスクーラ２４に流れる。そのため、排熱利用側インタークーラ２３における冷媒の冷却を効率よく行うことができるので、圧縮機１１の第２吸込口１４に送られる中間圧の冷媒圧力を下げることができ、スプリット効果を高めて運転することができる。
【００５７】
また、本実施形態においては、制御装置７０を備え、制御装置７０は、給湯モード時には、給水配管４０の出口側水温度と、給湯の設定温度とに基づいて給水配管４０を流れる水の流量を制御する。
これによれば、給湯モード時には、給水配管４０の出口側水温度と、給湯の設定温度とに基づいて給水配管４０を流れる水の流量を制御することで、給湯温度を適正に保持することができる。
【００５８】
また、本実施形態においては、制御装置７０は、冷却モード時には、補助冷却用ガスクーラ２５（補助冷却用熱交換器２２）の冷却水入口側温度と、補助冷却用ガスクーラ２５の冷媒出口側温度とに基づいて冷却水の流量を制御する。
これによれば、冷却モード時には、補助冷却用ガスクーラ２５の冷却水入口側温度と、補助冷却用ガスクーラ２５の冷媒出口側温度とに基づいて冷却水の流量を制御することで、補助冷却用ガスクーラ２５における冷媒との熱交換、すなわち、冷媒の排熱量を適正に制御することができる。
【００５９】
また、本実施形態においては、冷媒として二酸化炭素冷媒を用いる。
これによれば、超臨界冷媒である二酸化炭素冷媒の特性を活かして、高温給湯できる給湯モードと、冷凍機１の効率を重視した冷凍モードを切り替えることで、より省エネおよび環境性を向上することができる。
【００６０】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように、本発明に係る冷凍機は、給湯を高温で行う場合でも、冷媒の放熱を適正に行うことができ、冷却時における高効率化と高温給湯とを同時に両立させることが可能となり、省エネおよびランニングコストの低減を図ることができる冷凍機に、好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１  冷凍機
１０  圧縮機ユニット
１１  圧縮機
１６  中間冷却器
１７  減圧電動弁
２０  排熱利用ガスクーラユニット
２１  排熱利用側熱交換器
２２  補助冷却用熱交換器
２３  排熱利用側インタークーラ
２４  排熱利用側ガスクーラ
２５  補助冷却用ガスクーラ
２６  オイルセパレータ
３１  中間圧吐出配管
３２  中間圧吸込配管
３３  高圧吐出配管
３４  冷媒配管
４０  給水配管
４１  給水用ポンプ
４２  冷却水配管
４３  冷却水用ポンプ
４５  熱交換器
６０  水入口側温度センサ
６１  水出口側温度センサ
６２  冷却水入口側温度センサ
６３  冷却水出口側温度センサ
６４  冷媒入口側温度センサ
６５  冷媒出口側温度センサ
７０  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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