(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１圧縮機、第１放熱器、過冷却器、第１絞り手段及び蒸発器を冷媒管で順次つないで成る主冷媒回路と、前記第１放熱器を出た冷媒の一部を分岐して、その分岐した冷媒を前記第１圧縮機の圧縮行程の途中に吸入させる補助冷媒回路と、前記補助冷媒回路上に設けられ、前記分岐された冷媒を前記圧縮機の吸入圧力より高く吐出圧力より低い中間圧力に減圧する補助絞り手段と、前記補助絞り手段により減圧された後の前記補助冷媒回路の冷媒と前記第１放熱器で冷却され前記過冷却器へと流入する前記主冷媒回路の冷媒との間で熱交換を行う補助熱交換器と、を備える第１の冷凍サイクル回路と、
第２圧縮機、第２放熱器、第２絞り手段及び前記過冷却器を冷媒管で順次つないで形成された第２の冷凍サイクル回路と、
前記第１放熱器へ熱源空気を供給するファンと、
前記第２放熱器に水配管を介して接続される貯湯タンクと、を備え、
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放熱器において前記第２の冷凍サイクル回路の冷媒の放熱作用により給湯水を加温する冷凍装置において、
前記第２圧縮機が運転中であり且つ前記貯湯タンクが満湯でない場合に、前記過冷却器で冷却された後の前記第１の冷凍サイクル回路の冷媒温度が所定の目標範囲内になるように前記補助絞り手段の開度を制御すると共に、
前記第２圧縮機が運転中であり、前記貯湯タンクが満湯でなく且つ前記補助絞り手段の開度が最小である場合に、前記過冷却器で冷却された後の前記第１の冷凍サイクル回路の冷媒温度が所定の目標範囲内になるように前記ファンの回転速度を制御する制御装置を設けたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記過冷却器で冷却された後の前記第１の冷凍サイクル回路の冷媒温度が所定の目標値より低い場合に、前記ファンの回転速度を低くすることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記第１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１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又は請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
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３何れか一項記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、食品等の冷凍や冷蔵に用いる冷凍装置に関する。更に詳しくは、冷却の際に発生する廃熱（以下、適宜「冷却廃熱」という。）を利用して給湯を行うことができる冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、スーパーマーケットやコンビニエンスストア等で食品等の冷凍や冷蔵を行うために蒸気圧縮式冷凍装置が利用されている。そして、この種の冷凍装置では、一般には、冷却時の廃熱が大気中に放出され有効に利用されていないことから、冷却時の廃熱を有効に利用して給湯を行い、省エネルギーを図ろうという試みがなされている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
係る従来技術の冷凍装置では、第１圧縮機、第１放熱器、過冷却器、第１減圧器及び蒸発器を冷媒管で順次つないで形成された第１の冷凍サイクル回路と、第２圧縮機、第２放熱器、第２減圧器及び前記過冷却器を冷媒管で順次つないで形成された第２の冷凍サイクル回路と、を備え、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放熱器において前記第２の冷凍サイクル回路の冷媒の放熱作用により給湯水を加温している。これにより、第１の冷凍サイクル回路の冷却廃熱を有効に利用して給湯を行うことができると共に、冷凍装置の冷却能力及び冷却効率（成績係数：ＣＯＰ）を向上させることができる。
【０００４】
また、特許文献１には、第１の冷凍サイクル回路として、第１放熱器を出た冷媒の一部を分岐して、その分岐した冷媒（補助回路側冷媒）を補助絞り手段により減圧して、前記分岐した後の他方の冷媒（主回路側冷媒）と熱交換させた後、第１圧縮機の圧縮行程の途中に吸入させる、所謂二段圧縮一段膨張サイクルを採用することが記載されている。これにより第１の冷凍サイクル回路の冷却能力と冷却効率を更に向上させることができる。
【０００５】
また更に、前記補助絞り手段の開度を、給湯タンクに貯えられた湯量が多いときは大きく、湯量が少ないときは小さくなるように制御することにより、給湯負荷の変動に応じた好適で高効率な運転を行うことが提案されている。即ち、給湯水の加温を必要としない状況では、前記補助絞り手段の開度を大きくして、主回路側冷媒を冷却する効果を大きくすることにより、冷却能力と冷凍効率の向上を図り、他方、給湯水の加温を必要とする場合には、補助絞り手段の開度を小さくして主回路側冷媒を冷却する効果を小さくすることにより、過冷却器に流入する冷媒の温度と比エンタルピを高く維持する。これにより過冷却器での交換熱量、即ち第２の冷凍サイクル回路の吸熱量が増大すると共に蒸発温度が上昇する。その結果、第２の冷凍サイクル回路の加熱能力と給湯効率を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
しかしながら、前述の冷凍装置では、例えば冬季の運転のように外気温度が低下して冷却負荷が減少する条件においては、第１の冷凍サイクル回路から有効に取り出せる冷却廃熱量が減少し、その結果、第２の冷凍サイクル回路の放熱量が減少し、給湯量が減少して
しまうという問題があった。即ち、外気温度が低下すると、第１の冷凍サイクル回路の放熱器（第１放熱器）において大気に対して放熱した後の冷媒、即ち過冷却器に流入する冷媒、の温度及び比エンタルピが低下し、また、冷却負荷が減少すると、第１の冷凍サイクル回路の冷媒循環量が減少するので、何れの場合も過冷却器において熱交換可能な熱量が減少してしまう。その結果、第２の冷凍サイクル回路の吸熱量及び放熱量が減少し、必要な給湯熱量が得られなくなってしまう。
【０００８】
また、前述のように冷却負荷が低下した状況において、第２の冷凍サイクル回路の放熱量、即ち給湯量、を確保すべく、第２圧縮機の回転速度を低下させずに維持した場合、過冷却器によって冷却された後の第１の冷凍サイクル回路の冷媒温度が著しく低下し、第１の冷凍サイクル回路の冷却能力が過大になり、第１圧縮機の発停が頻繁に起こり、また更に、第２の冷凍サイクル回路の蒸発圧力が低下するため、却って冷凍装置全体の効率が著しく低下することになる。また、過冷却器出口の第１の冷凍サイクル回路の冷媒、即ち第１減圧器に流入する冷媒、の温度が著しく低下することにより、第１減圧器の制御が不安定になり、被冷却スペースの温度が低下しすぎるという問題も発生する。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、低外気温度条件下や低冷却負荷条件下においても冷却廃熱を利用した給湯を安定的に行うことができる、高効率な冷凍装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１発明の冷凍装置は、第１圧縮機、第１放熱器、過冷却器、第１絞り手段及び蒸発器を冷媒管で順次つないで成る主冷媒回路と、前記第１放熱器を出た冷媒の一部を分岐して、その分岐した冷媒を前記第１圧縮機の圧縮行程の途中に吸入させる補助冷媒回路と、前記補助冷媒回路上に設けられ、前記分岐された冷媒を前記圧縮機の吸入圧力より高く吐出圧力より低い中間圧力に減圧する補助絞り手段と、前記補助絞り手段により減圧された後の前記補助冷媒回路の冷媒と前記第１放熱器で冷却され前記過冷却器へと流入する前記主冷媒回路の冷媒との間で熱交換を行う補助熱交換器と、を備える第１の冷凍サイクル回路と、第２圧縮機、第２放熱器、第２絞り手段及び前記過冷却器を冷媒管で順次つないで形成された第２の冷凍サイクル回路と、前記第１放熱器へ熱源空気を供給するファンと、前記第２放熱器に水配管を介して接続される貯湯タンクと、を備え、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放熱器において前記第２の冷凍サイクル回路の冷媒の放熱作用により給湯水を加温する冷凍装置において、前記第２圧縮機が運転中であり且つ前記貯湯タンクが満湯でない場合に、前記過冷却器で冷却された後の前記第１の冷凍サイクル回路の冷媒温度が所定の目標範囲内になるように前記補助絞り手段の開度を制御すると共に、前記第２圧縮機が運転中であり、前記貯湯タンクが満湯でなく且つ前記補助絞り手段の開度が最小である場合に、前記過冷却器で冷却された後の前記第１の冷凍サイクル回路の冷媒温度が所定の目標範囲内になるように前記ファンの回転速度を制御する制御装置を設けたことを特徴とする。
【００１４】
第２発明の冷凍装置は、第１発明の冷凍装置において、前記制御装置は、前記過冷却器で冷却された後の前記第１の冷凍サイクル回路の冷媒温度が所定の目標値より低い場合に、前記ファンの回転速度を低くすることを特徴とする。
第３発明の冷凍装置は、第１発明又は第２発明の冷凍装置において、前記第１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１放熱器はガスクーラとして作用することを特徴とする。
【００１５】
第４発明の冷凍装置は、第１発明乃至第３発明何れか一発明の冷凍装置において、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】
【００１９】
第１発明の冷凍装置によれば、前記第１放熱器を出た冷媒の一部を分岐して、その分岐した冷媒を前記第１圧縮機の圧縮行程の途中に吸入させる補助冷媒回路と、前記補助冷媒回路上に設けられ、前記分岐された冷媒を前記圧縮機の吸入圧力より高く吐出圧力より低い中間圧力に減圧する補助絞り手段と、前記補助絞り手段により減圧された後の前記補助冷媒回路の冷媒と前記第１放熱器で冷却され前記過冷却器へと流入する前記主冷媒回路の冷媒との間で熱交換を行う補助熱交換器と、を備えたので、冷凍装置の冷却能力と冷却効率
を更に向上させることができる。また、前記第２圧縮機が運転中であり且つ前記貯湯タンクが満湯でない場合に、前記過冷却器で冷却された後の前記第１の冷凍サイクル回路の冷媒温度が所定の目標範囲内になるように前記補助絞り手段の開度を制御すると共に、前記第２圧縮機が運転中であり、前記貯湯タンクが満湯でなく且つ前記補助絞り手段の開度が最小である場合に、前記過冷却器で冷却された後の前記第１の冷凍サイクル回路の冷媒温度が所定の目標範囲内になるように前記ファンの回転速度を制御する制御装置を設けたので、給湯水の加熱が必要な場合に、第１の冷凍サイクル回路から大気への放熱量を適切に制御して冷却効率を高く維持すると共に、必要な給湯量を安定的に確保することができる。
【００２０】
第２発明の冷凍装置によれば、第１発明の冷凍装置において、前記制御装置は、前記過冷却器で冷却された後の前記第１の冷凍サイクル回路の冷媒温度が所定の目標値より低い場合に、前記ファンの回転速度を低くするので、外気温度や冷却負荷が低下した場合であっても、第１の冷凍サイクル回路における冷やしすぎ等の不具合を回避し、第２の冷凍サイクル回路による給湯水の加熱を安定的に行うことができる。
【００２１】
第３発明及び第４発明の冷凍装置によれば、前記各発明において、冷凍サイクル回路の冷媒として二酸化炭素を用い、第１放熱器及び／又は第２放熱器はガスクーラとして作用するので、高効率な冷却廃熱給湯を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る冷凍装置の概略構成図である。
【図２】本発明の冷凍サイクルを示した圧力・比エンタルピ線図である。
【図３】本発明の実施形態に係る冷凍装置の制御ブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係る放熱量制御の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態に係る放熱量制御の他の例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の冷凍サイクルを説明するための圧力・比エンタルピ線図である。
【図７】本発明の冷凍サイクルを示した圧力・比エンタルピ線図である。
【図８】本発明の冷凍サイクルを示した圧力・比エンタルピ線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態に係る冷凍装置を図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る冷凍装置の概略構成図である。本実施形態に係る冷凍装置は、第１の冷凍サイクル回路９１、第２の冷凍サイクル回路９２及び給湯回路９３を備える。また、冷凍回路を構成する冷凍機器（要素部品）を収納してユニット化することにより、冷凍ユニット１０、ショーケース２０、過冷却給湯装置３０及び貯湯装置５０が構成されている。
［第１の冷凍サイクル回路９１の構成］
第１の冷凍サイクル回路９１は、主冷媒回路（主回路）として、第１圧縮機１の一段目圧縮要素１ａに吸入され圧縮された冷媒が、一段目吐出口から吐出され、中圧吐出配管１６、中間冷却器７、配管１７、第１圧縮機１の二段目吸入口へと順番に流れ、二段目圧縮要素１ｂで圧縮された後、高圧吐出配管１５、第１放熱器２、分岐点８１、配管２１ａ、補助熱交換器１４の主回路側流路１４ａ、過冷却器５の第１の冷凍サイクル回路側流路５ａ、内部熱交換器６の高圧側流路、ストレーナ９、第１絞り手段としての第１膨張弁３、蒸発器４、内部熱交換器６の低圧側流路、及びアキュームレータ８を順番に流通し、第１圧縮機１の一段目吸入口へと戻るように冷媒回路が構成されると共に、補助冷媒回路（補助回路）として、分岐点８１で分岐した冷媒が、配管２１ｂ、補助絞り手段としての補助膨張弁１３、補助熱交換器１４の補助回路側流路１４ｂ及び配管１７ｂを順番に流れ、合流点８２へと至る冷媒回路を構成する。
【００２４】
本実施形態に係る第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒としては、二酸化炭素（Ｒ７４４）を採用しているが、その他の冷媒、例えばＲ４０４ＡやＲ４０７Ｃ、Ｒ１３４ａ等のフルオロカーボン系冷媒やアンモニア（Ｒ７１７）等の自然冷媒を採用しうる。冷凍サイクルの高圧側で臨界圧力を超えることがある二酸化炭素冷媒では、外気温度の上昇により冷凍能力及び冷凍効率が著しく低下するので、本実施形態のように補助熱交換器１４を採用することによる冷却性能改善の効果が大きい。
【００２５】
第１圧縮機１は、一段目圧縮要素１ａと二段目圧縮要素１ｂを備えるロータリー式の二段圧縮式である。二段圧縮式とすることで、各段の圧縮要素の圧力比を小さくすることができ、高効率に冷媒を高圧力まで圧縮できるという利点を有する。また、第１圧縮機１には、一段目圧縮要素１ａで圧縮した後の冷媒を吐出する一段目吐出口と、二段目圧縮要素１ｂに冷媒を吸入する二段目吸入口が設けられている。これにより中間冷却器７を接続することが可能となり、その結果、冷凍装置の冷却効率を向上させることができる。尚、圧縮機１としては、他の公知の圧縮機、例えば、スクロール式や往復式、スクリュー式等の圧縮機を用いることができる。
【００２６】
本実施形態に係る第１圧縮機１はインバータ駆動方式である。インバータ駆動方式では、冷却負荷に応じて圧縮機の回転速度を変更することできるので、圧縮機の発停を繰り返す定速式圧縮機の台数制御に比べて高効率な運転が可能となる。また、第１圧縮機１は、２台以上設けることが可能で、そのことにより冷却負荷に応じた容量制御（台数制御）を行うことが可能となる。また、第１圧縮機１の二段目吐出配管１５には、第１圧縮機１から吐出される冷媒の温度を検出するための吐出冷媒温度センサＴ１、及び冷媒圧力を検出する圧力センサＰ１が設けられている。
【００２７】
第１放熱器２は、冷媒の熱を大気に放出するための熱交換器で、例えば、フィンアンドチューブ式の熱交換器を採用しうる。また、第１放熱器２は、冷媒と熱交換を行う空気を供給するためのファン２ｆを備える。また、第１放熱器２の出口側配管２１には、放熱器出口冷媒温度を検出するための冷媒温度センサＴ２が設けられている。
【００２８】
補助熱交換器１４は、第１放熱器２を出て過冷却器５へと流入する主回路側の冷媒と、
分岐点８１で分岐した後に補助膨張弁１３で減圧された補助回路側冷媒との間で熱交換を行い、主回路側冷媒を冷却し補助回路側冷媒を加熱するための熱交換器である。補助熱交換器１４は、主回路側流路１４ａと補助回路側流路１４ｂを備え、当該流路を流れる冷媒が熱交換可能に、且つ冷媒の流れ方向が対向するように構成されている。本実施形態に係る補助熱交換器１４は、プレート式熱交換器を用いているが、その他の形式、例えば、二重管式やチューブ接触式等の種々の熱交換器を採用しうる。尚、補助熱交換器１４の主回路側流路１４ａの出口には冷媒温度センサＴ３が、補助回路側流路１４ｂの入口には冷媒温度センサＴ５が、補助回路側流路１４ｂの出口には冷媒温度センサＴ６が各々設けられている。
【００２９】
補助絞り手段としての補助膨張弁１３は、高圧の冷媒を中間圧力の状態に絞り膨張させるためのものである。補助膨張弁１３は、電動式膨張弁であり、吐出冷媒温度センサＴ１で検出された第１圧縮機１の吐出冷媒温度が所定の値になるように、第１制御装置７１により、その開度が制御される。これにより、補助冷媒回路の冷媒流量が好適に調整され、高効率な冷却を行うことが可能となる。尚、補助膨張弁１３として、温度式膨張弁や定圧膨張弁、キャピラリーチューブ等、その他の形式の絞り装置を採用することもできる。
【００３０】
過冷却器５は、補助熱交換器１４で補助回路側冷媒によって冷却された第１の冷凍サイクル回路９１の主回路側冷媒を更に冷却するための熱交換器である。過冷却器５は、第１の冷凍サイクル回路側流路５ａと第２の冷凍サイクル回路側流路５ｂを備え、当該流路を流れる冷媒が熱交換可能に構成されている。前記各流路は、冷媒の流れ方向が対向するように構成されており、このことにより、熱交換の効率が向上し、第１の冷凍サイクル回路側の冷媒の過冷却度、即ち過冷却器５ａの出入口温度差、を大きくすることができる。また、過冷却器５出口側の第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒配管には、過冷却器５で冷却された後の第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒温度を検出するための過冷却温度センサＴ４が設けられている。
【００３１】
本実施形態に係る過冷却器５は、プレート式熱交換器を用いている。過冷却器５としては、プレート式の他、二重管式やチューブ接触式等の種々の熱交換器を採用しうる。プレート式熱交換器は、熱交換の効率が高く、熱交換器の占有スペースを小さくできるという点で優れており、二重管式やチューブ接触式は、製造加工が容易で、また、耐圧強度を容易に高くできる点で優れている。
【００３２】
内部熱交換器６は、過冷却器５を出た高圧冷媒と、蒸発器４から流出する低圧冷媒との間で熱交換を行い、高圧冷媒を冷却し低圧冷媒を加熱するための熱交換器である。内部熱交換器６は、高圧側流路と低圧側流路を備え、当該流路を流れる冷媒が熱交換可能に、且つ冷媒の流れ方向が対向するように構成されている。本実施形態に係る内部熱交換器６は、プレート式熱交換器を用いているが、その他の形式、例えば、二重管式やチューブ接触式等の種々の熱交換器を採用しうる。また、簡便な方法として、冷媒往き管２２と冷媒戻り管２３を接触させて施工することによって内部熱交換器６を構成するこもできる。
【００３３】
ストレーナ９は、冷媒回路中の異物を除去し、第１膨張弁３の詰まり等の不具合を防止するためのものであり、第１膨張弁３の上流側冷媒配管に設けられている。フルオロカーボン系冷媒を使用する場合には、冷媒回路中の水分を除去するドライヤを備えることもできる。
【００３４】
第１絞り手段としての第１膨張弁３は、冷媒往き管２２を通り流入する高圧低温の冷媒を絞り膨張により減圧して、低圧低温の冷媒（通常気液二相状態）にするためのもので、キャピラリーチューブ、温度式膨張弁、電動膨張弁等を採用しうる。本実施形態に係る冷凍装置では、電動膨張弁を用いている。そして、第３制御装置７３により、蒸発器４の出
口側冷媒の過熱度、即ち後述する蒸発器出口冷媒温度センサＴ８で検出された蒸発器４出口の冷媒温度と、後述する蒸発器入口冷媒温度センサＴ７で検出された蒸発器４入口の冷媒温度との差、が所定の値になるように第１膨張弁３の開度が制御されている。
【００３５】
蒸発器４は、冷媒の蒸発作用による吸熱により食品等を冷却するための熱交換器であり、フィンアンドチューブ式の熱交換器を採用している。蒸発器４の入口配管には、蒸発器４の入口における冷媒温度を検出するための蒸発器入口冷媒温度センサＴ７が設けられており、蒸発器４の出口配管には、蒸発器４の出口における冷媒温度を検出する蒸発器出口冷媒温度センサＴ８が設けられている。また、蒸発器４は、冷媒と熱交換を行い冷却される空気を供給するためのファン４ｆを備えている。蒸発器４において、ファン４ｆにより供給された空気は、冷媒の蒸発により冷却されて低温となり、その後、食品等の保冷スペースに供給される。 
【００３６】
アキュームレータ８は、第１圧縮機１に液冷媒が吸入されることを防止するためのものであり、内部で気液分離を行い、一時的に液冷媒を貯留する機能を有する。特に、起動時や、除霜運転時等で機能を発揮する。また、アキュームレータ８から圧縮機の吸入口へつながる配管１９上には、圧縮機吸入冷媒の圧力を検出するための圧力センサＰ２が取り付けられている。
【００３７】
中間冷却器７は、第１圧縮機１の一段目圧縮要素１ａから吐出された冷媒と大気との間で熱交換を行い、冷媒を冷却するための熱交換器である。これにより第１圧縮機１の圧縮動力を低減し、冷却効率を向上させることができる。中間冷却器７は、フィンアンドチューブ式の熱交換器であり、冷媒と熱交換を行う空気を供給するためのファンは、第１放熱器２のファン２ｆを利用している。また、中間冷却器７は、第１放熱器２と冷却フィンを共有し、一体的に構成されている。尚、中間冷却器７は必須の構成要素ではないので、中間冷却器７を設けないことも可能である。
［第２の冷凍サイクル回路９２の構成］
第２の冷凍サイクル回路９２は、第２圧縮機３１、第２放熱器３２の冷媒流路３２ａ、第２絞り手段としての第２膨張弁３３、過冷却器５の第２の冷凍サイクル回路側流路５ｂ、及びアキュームレータ３８を順番に冷媒が流通して第２圧縮機３１に戻る閉回路からなる。
【００３８】
本実施形態に係る冷凍装置では、第２の冷凍サイクル回路９２の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ので、水を高温度に且つ高効率に加熱できるという利点を有する。尚、第１の冷凍サイクル回路９１と同様に、その他の冷媒を採用することも可能である。
【００３９】
第２圧縮機３１は、低圧の冷媒を高圧の状態に圧縮するためのものである。本実施形態に係る冷凍装置では、冷媒として二酸化炭素を用いているので、第２圧縮機３１から吐出される冷媒の圧力は臨界圧力を超える圧力となる。第２圧縮機３１は、低圧側圧縮要素、即ち一段目圧縮要素と、高圧側圧縮要素、即ち二段目圧縮要素、を備える、ロータリー式の二段圧縮式である。二段圧縮式とすることで、各段の圧縮要素の圧力比を小さくすることができ、高効率に冷媒を高圧力まで圧縮できるという利点を有する。尚、第２圧縮機３１として、スクロール式やロータリー式の一段圧縮方式等、その他の形式の圧縮機を採用することも可能である。
【００４０】
また、第２圧縮機３１は、インバータにより駆動されており、運転中の回転速度を変更することが可能である。これにより冷凍負荷に応じて過冷却能力及び給湯能力を変更することができ、高効率な能力制御が可能となる。また、第２圧縮機３１の吐出配管３５には
、第２圧縮機３１から吐出された冷媒の温度を検出するための吐出冷媒温度センサＴ３１が設けられている。
【００４１】
第２放熱器３２は、冷媒と水との間で熱交換を行い、給湯水を加温してお湯を沸かすための熱交換器である。第２放熱器３２の冷媒流路３２ａと水流路３２ｂは、熱交換可能に、且つ流れ方向が対向するように構成されている。第２放熱器３２の冷媒流路３２ａ内部での冷媒圧力は臨界圧力を超えているので、第２放熱器３２はガスクーラとして作用する。即ち、第２放熱器３２の冷媒流路３２ａの内部で冷媒は凝縮せず、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、前述の通り、冷媒と水の流れが対向するように各流路を構成することにより、高温度の水を高効率に沸き上げることが可能となる。第２放熱器３２の冷媒流路３２ａは、高圧力に耐えうるように細円管を複数本用いている。水流路３２ｂは、２枚の板状部材を重ね合わせ、周囲を互いに接合することにより形成された、前記板部材で挟まれた空間である。該空間には、流れをガイドする仕切り部材が設けられており、また、水の入口部と出口部が形成されている。そして冷媒流路３２ａとなる細管が水流路３２ｂを形成する前記板部材の外面に熱交換可能に接合されている。尚、ガスクーラとしては、その他の形式、例えば二重管式やチューブ接合式等、の熱交換器を採用することも可能である。
【００４２】
第２絞り手段としての第２膨張弁３３は、高圧の冷媒を低圧の状態に絞り膨張させるためのものである。第２膨張弁３３は、電動式膨張弁であり、吐出冷媒温度センサＴ３１で検出された第２圧縮機３１の吐出冷媒温度が所定の値になるように、第２制御装置７２により、その開度が制御される。これにより、高効率に給湯を行うことが可能となる。尚、第２膨張弁３３として、温度式膨張弁や定圧膨張弁、キャピラリーチューブ等、その他の形式の絞り装置を採用することもできる。
【００４３】
前述の通り、過冷却器５は、第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒と第２の冷凍サイクル回路９２の冷媒との間で熱交換を行い、第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒を過冷却するための熱交換器である。過冷却器５の構成については、既に説明した通りである。第２の冷凍サイクル回路側流路５ｂは、第２の冷凍サイクル回路９２の蒸発器として機能し、その内部において冷媒は吸熱して蒸発する。尚、過冷却器５の第２の冷凍サイクル回路側流路５ｂの入口配管には、第２の冷凍サイクル回路９２の蒸発温度を検出する冷媒温度センサＴ３２が取り付けられている。
【００４４】
アキュームレータ３８は、第２圧縮機３１に液冷媒が吸入されることを防止するためのものであり、その機能は第１の冷凍サイクル回路９１のアキュームレータ８と同じである。
尚、第２の冷凍サイクル回路９２に、当該冷凍サイクル回路の冷媒から大気に対して放熱をするための手段を別途備えることも可能である。これにより、給湯水の加熱が不要である場合であっても、第２の冷凍サイクル回路９２の冷却廃熱を大気に放出することにより、第１の冷凍サイクル回路９１の過冷却を行うことができるようになる。
［給湯回路９３の構成］
給湯回路９３は、貯湯タンクとしての給湯タンク５１、循環ポンプ５２、及び第２放熱器３２の水流路３２ｂを順番に給湯水が流れ給湯タンク５１に戻るように配管が接続され構成されている。ここで、循環ポンプ５２の吸入側に接続される配管５９は、給湯タンク５１の下方に接続されており、これにより低温の水を第２放熱器３２に供給することが可能となる。また、第２放熱器３２の水流路３２ｂ出口に接続される配管６０は、給湯タンク５１の上部に接続されている。これにより、第２放熱器３２で加熱された高温の湯は、給湯タンク５１の上部に戻されることになり、給湯タンク５１内部に温度成層状にお湯を貯えることが可能となる。
【００４５】
給湯タンク５１の上部には逆止弁５６を介して給湯配管５８が接続されており、給湯タンク５１の下部には減圧弁５４と逆止弁５５を介して給水配管５７が接続されている。給湯配管５８は湯を必要とする給湯負荷設備に給湯タンク５１から湯を供給するための配管であり、給水配管５７は給湯タンク５１に市水を供給するためのものである。給湯負荷設備で給湯弁を開くと、給湯タンク５１の上部から給湯配管５８内を流通して高温の湯が供給され、それに伴い、給水配管５７内を流れて給湯タンク５１の下部に冷たい水が供給される。尚、給湯負荷設備に供給する湯を所定の温度にするために、混合弁を更に設け、給湯タンク５１の下部から取り出した低温の湯（水）と給湯タンク５１の上部から取り出した高温の湯とを混合することもできる。
【００４６】
給湯タンク５１の外表面には、該タンク内に貯えられた給湯水の温度を検出する温度センサＴ５１が、高さを変えて複数個取り付けられている。これにより給湯タンク５１内の温度分布を計測できるようになり、その温度分布を基に給湯タンク５１内部の高温の湯量を把握することができる。また、第２放熱器３２の水流路３２ｂ出口側の配管６０には、第２放熱器３２で加温された湯の温度を検出するための温度センサＴ５２が取り付けられている。
【００４７】
また、給湯回路９３は、低温配管５９と高温配管６０を接続するバイパス配管と、三方弁５３と、を備える。三方弁５３は、循環ポンプに流れる水を、給湯タンク５１につながる低温配管５９側から供給するか、前記のバイパス配管側から供給するかを切り替えるものである。通常、第２の冷凍サイクル回路９２によりお湯を沸き上げる運転を行う場合、三方弁５３は、給湯タンク５１につながる低温配管５９側から水を供給するように切り替えられている。三方弁５３を前記バイパス配管側からの水が流通するように切り替えることで、循環ポンプ５２で押出された水が第２放熱器３２の水流路３２ｂを流れ、三方弁５３を通り、循環ポンプ５２に戻る閉回路が形成される。このような閉回路を形成するのは、第２の冷凍サイクル回路９２による沸き上げ運転を開始した直後や運転停止後である。［ユニットの構成］
次に、各冷凍機器を収納したユニットの構成について説明する。冷凍ユニット１０は、冷媒を圧縮する第１圧縮機１、中間圧力の冷媒を冷却する中間冷却器７、第１圧縮機１で圧縮され高温高圧となった冷媒の熱を大気に放熱する第１放熱器２、補助回路の冷媒を中間圧力に減圧する補助膨張弁１３、補助回路冷媒と主回路冷媒との間で熱交換を行う補助熱交換器１４、及び第１圧縮機１への液冷媒の吸入を防止するためのアキュームレータ８を備える。前述の通り、第１圧縮機１の冷媒吐出配管１５は前記第１放熱器２に冷媒が流通可能に接続され、第１圧縮機１の冷媒吸入配管１９は前記アキュームレータ８に接続されている。また、冷凍ユニット１０は、第１制御装置７１、冷媒温度センサＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ６、圧力センサＰ１、Ｐ２、及びその他の図示しない温度センサや圧力センサ等を含む。そして、冷凍ユニット１０は、補助熱交換器１４の主回路側流路１４ａ出口につながる冷媒往き配管接続口と、アキュームレータ８につながる冷媒戻り配管接続口を備えている。
【００４８】
ショーケース２０は、高圧の冷媒を減圧する第１膨張弁３、冷媒の蒸発作用により食品等を冷却するための蒸発器４、及び冷媒回路中の異物を除去するストレーナ９を備える。また、ショーケース２０は、第３制御装置７３、蒸発器入口冷媒温度センサＴ７、蒸発器出口冷媒温度センサＴ８、及びその他の冷媒温度センサ類、並びに食品等を保存するためのスペースや展示棚等を備えている。そして、ショーケース２０は、ストレーナ９につながる冷媒入口配管接続口と、蒸発器４の出口側に接続される冷媒出口配管接続口を備えている。必要に応じてショーケース２０を複数台設けることが可能であり、各々のショーケース２０はショーケース２０の冷媒入口管接続口が冷媒往き管２２に接続され、冷媒出口管接続口が冷媒戻り管２３に接続される。尚、ショーケース２０は、必ずしも被冷却物を陳列展示するものに限らず、展示を目的としない保冷庫（クーリングコイル）とすること
もできる。
【００４９】
過冷却給湯装置３０は、過冷却器５を含む第２の冷凍サイクル回路９２を構成する冷凍機器、即ち、第２圧縮機３１、第２放熱器３２、第２膨張弁３３、過冷却器５、及びアキュームレータ３８を備える。また、過冷却給湯装置３０は、第２制御装置７２、吐出冷媒温度センサＴ３１、冷媒温度センサＴ３２、過冷却温度センサＴ４、及びその他の冷媒温度センサや圧力センサ類を備えている。更に、過冷却給湯装置３０は、過冷却される第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒が流入するための配管接続口と、過冷却後の冷媒が流出するための配管接続口、第２放熱器３２に流入する給湯水（冷水）配管の接続口、第２放熱器３２で加熱された後の給湯水（湯）が流出するための配管６０の接続口を備えている。
【００５０】
貯湯装置５０は、給湯タンク５１、三方弁５３、循環ポンプ５２を備える。また、貯湯装置５０は、第４制御装置７４、温度センサＴ５１、Ｔ５２、及びその他の温度センサ類、並びに減圧弁５４、逆止弁５５、逆止弁５６を含む。尚、給湯タンク５１は、貯湯すべき湯量に応じて、直列又は並列に複数個設けることも可能である。
【００５１】
このように本実施形態に係る冷凍装置は、各々ユニット化された、冷凍ユニット１０、過冷却給湯装置３０、ショーケース２０及び貯湯装置５０から構成されるので、設置工事を容易に行えるという利点を有する。即ち、施工現場において、冷凍ユニット１０、過冷却給湯装置３０、ショーケース２０及び貯湯装置５０を設置した後、第１の冷凍サイクル回路９１、第２の冷凍サイクル回路９２及び給湯回路９３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れば良い。この場合において、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、各々必要台数組み合わせることができる。これにより、冷却負荷や給湯負荷に適合した好適な冷凍装置を構築することができる。
【００５２】
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（冷凍ユニット１０に相当）とショーケース（ショーケース２０に相当）をそのまま利用して、過冷却給湯装置３０と貯湯装置５０を新規に追加設置し、既設の冷媒往き管（高圧冷媒管）の一部を切断し、過冷却給湯装置３０の冷媒配管接続口に接続することにより、本発明の冷凍装置を構成することができる。
［制御装置７０の構成］
図３は、本実施形態に係る冷凍装置の制御装置７０を示すブロック図である。本実施形態の制御装置７０は、冷凍ユニット１０に備えられた第１制御装置７１、過冷却給湯装置３０に備えられた第２制御装置７２、各ショーケース２０に内蔵されている第３制御装置７３、貯湯装置５０に内蔵される第４制御装置７４及び統合制御装置７５から構成される。
【００５３】
第１制御装置７１は、補助膨張弁１３や第１圧縮機１、ファン２ｆ等、基本的には、冷凍ユニット１０に備えられた操作手段を制御するためのものである。そして、第１制御装置７１は、各センサ類からの入力や設定入力手段７１ｇからの入力信号を処理する入力信号処理部７１ａと、制御演算を行う主演算処理部７１ｂと、演算結果を操作信号に変換して各制御操作手段に出力する操作信号出力部７１ｃと、統合制御装置７５や他の制御装置７２〜７４との通信を行うための通信処理部７１ｄと、を備える。また、第１制御装置７１は、制御設定データや運転指令を入力するための設定入力手段７１ｇ、及び制御データを表示するための表示器（図示せず）を備えている。
【００５４】
第２制御装置７２は、第２圧縮機３１、第２膨張弁３３等、過冷却給湯装置３０に備えられている制御手段を制御するものである。図示を省略するが、過冷却給湯装置３０の第２制御装置７２についても第１制御装置７１と同様の処理部を備えた構成からなる。また
、第２制御装置７２は、制御設定データや運転指令を入力するための設定入力手段７２ｇ、及び制御データを表示するための表示器（図示せず）を備えている。
【００５５】
第３制御装置７３は、第１膨張弁３やファン４ｆ等、基本的には、ショーケース２０に備えられた操作手段を制御するためのものである。図示を省略するが、ショーケース２０の第３制御装置７３についても第１制御装置７１と同様の処理部を備えた構成からなる。また、第３制御装置７３は、制御設定データや運転指令を入力するための設定入力手段７３ｇ、及び制御データを表示するための表示器（図示せず）を備えている。
【００５６】
第４制御装置７４は、循環ポンプ５２や三方弁５３等、基本的には、貯湯装置５０に備えられた操作手段を制御するためのものである。図示を省略するが、貯湯装置５０の第４制御装置７４についても第１制御装置７１と同様の処理部を備えた構成からなる。また、第４制御装置７４は、制御設定データや運転指令を入力するための設定入力手段７４ｇ、及び制御データを表示するための表示器（図示せず）を備えている。
【００５７】
統合制御装置７５は、冷凍ユニット１０の第１制御装置７１、過冷却給湯装置３０の第２制御装置７２、各ショーケース２０の第３制御装置７３、及び貯湯装置５０の第４制御装置７４と双方向に通信を行い、各センサ類による検出値や制御変数、制御指令等の情報を交換し、冷凍装置全体を統括的に制御するものである。統合制御装置７５を備えることにより、通常離れた場所に設置される冷凍ユニット１０、過冷却給湯装置３０、ショーケース２０及び貯湯装置５０とから構成される冷凍装置について、外気条件や負荷条件の変動に対応した適切な運転制御を行うことが可能となる。また、統合制御装置７５は、制御設定データや運転指令を入力するための設定入力手段７５ｇ、及び制御データを表示するための表示器手段７０ｈを備えている。更に、統合制御装置７５は、店舗の外から運転データを監視し、制御設定データを送受信するための遠隔通信機能も備えている。尚、本実施の形態では、第１制御装置７１と統合制御装置７５とを別個の手段として説明したが、それらの機能をひとつにまとめた制御装置としても本発明の目的・効果を達成できることはいうまでもない。
【００５８】
次に、第１制御装置７１を例として、各制御装置における制御信号の流れを説明する。各センサ類で検出された入力信号は、先ず入力信号処理部７１ａで所定の検出値（制御変数）に変換される。一方、通信処理部７１ｄで各制御装置７２乃至７５と通信を行い、制御設定データや運転指令、制御変数を送受信する。そして、主演算処理部７１ｂにおいて、入力信号処理部７１ａからの制御変数と通信処理部７１ｄからの制御データに基づき、制御動作が演算により決定される。そして、その演算結果が操作信号出力部７１ｃによって、補助膨張弁１３や第１圧縮機１、ファン２ｆ等の各操作手段に適合する信号に変換され出力される。その操作信号に基づき、各操作手段が作動し、冷凍装置の適切な運転制御が行われる。また、主演算処理部７１ｂにおける制御演算結果のうち必要な情報は、通信処理部７１ｄによって各制御装置７２乃至７５に送信される。他の制御装置７２乃至７５ついても前述の第１制御装置７１と略同様の流れで制御を行っている。
［第１の冷凍サイクル回路９１の動作］
次に、本発明の実施形態に係る冷凍装置の動作について説明する。
【００５９】
図２は、本発明に係る冷凍装置の冷凍サイクルを示す圧力−比エンタルピ線図である。図２において、符号１Ｃが第１の冷凍サイクル、２Ｃが第２の冷凍サイクルである。第１の冷凍サイクル回路９１では、図２において状態ａで示される低温の冷媒蒸気が第１圧縮機１の一段目吸入口から吸入され、一段目圧縮要素１ａにより圧縮され、高温中圧の冷媒蒸気となって吐出される。この状態での冷媒は、図２において状態ｂで示される。この冷媒は、中間冷却器７に入り、そこで大気と熱交換を行い冷却され、温度が低下して状態ｃになる。このように中間冷却器７によって、第１圧縮機１の一段目圧縮要素１ａから吐出
された冷媒が冷却されるので、第１圧縮機１の二段目圧縮要素１ｂから吐出される冷媒の温度を低く抑えることが可能となり、圧縮機等の異常高温による不具合を防止できる。また、中間冷却器７を採用することにより、第１圧縮機１の圧縮動力を低減することができるので、冷却効率を向上させることができる。
【００６０】
中間冷却器７を出た状態ｃで示される冷媒は、合流点８２において、補助回路側（配管１７ｂ側）から流れてきた状態ｎで示される低温の冷媒と合流する。合流後の冷媒は、状態ｄで示される。前記合流後の冷媒は、第１圧縮機１の二段目吸入口から吸入され、第１圧縮機１の二段目圧縮要素１ｂにより圧縮され、高温高圧の冷媒（状態ｅ）となって吐出される。本実施形態では第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒として二酸化炭素を用いているので、第１圧縮機１から吐出される冷媒の圧力は、図２状態ｅのごとく、臨界圧力を超える場合がある。
【００６１】
第１圧縮機１から吐出された冷媒は、第１放熱器２に流入し、大気と熱交換を行い冷却される。図２で示されるように、第１放熱器２における冷媒の圧力が臨界圧力を超えている場合には、そこで冷却された冷媒は、凝縮せずに、冷却されるに従ってその温度が低下する。第１放熱器２によって冷却された冷媒は、状態ｆで示される。
【００６２】
第１放熱器２を出た冷媒は、分岐点８１で分岐される。分岐点８１を通過した後の主回路側冷媒は、配管２１ａを流れ、補助熱交換器１４の主回路側流路１４aへと流れる。他
方、分岐点８１で分岐した補助回路側冷媒は、配管２１ｂを流れ、補助膨張弁１３を通過することによって絞り膨張（等エンタルピ膨張）して、第１圧縮機器１の一段目吸入圧力より高く二段目吐出圧力より低い中間圧力まで減圧される。補助膨張弁１３で減圧された後の冷媒は、状態ｇで表わされ、臨界圧力以下である場合には、気液二相状態である。そして、補助膨張弁１３で減圧された冷媒は、補助熱交換器１４の補助回路側流路１４ｂへと流れ込む。
【００６３】
補助熱交換器１４において、主回路側流路１４ａを流れる冷媒と補助回路側流路１４ｂを流れる冷媒は熱交換を行い、主回路側冷媒は冷やされ状態ｆから状態ｈに、補助回路側冷媒は加熱され状態ｇから状態ｎに、各々変化する。よって、交換熱量のバランスより、主回路側冷媒の流量に状態ｆと状態ｈとの比エンタルピ差を乗じた値と、補助回路側冷媒の流量に状態ｇと状態ｎとの比エンタルピ差を乗じた値は等しくなる。補助熱交換器１４において主回路側冷媒が冷やされることにより、状態ｆと状態ｈとの比エンタルピ差に相当する分、蒸発器４における冷凍効果が増大することになる。
【００６４】
補助熱交換器１４で熱交換を行った後の状態ｎで示される補助回路側冷媒は、前述の通り中間冷却器７で冷却された後の状態ｃの冷媒と合流点８２において合流して、状態ｄになる。そして、第１圧縮機１の二段目吸入口から吸入される。補助回路を流れる中間圧力の冷媒が圧縮行程の途中、即ち二段圧縮の二段目吸入部、に戻されるため、当該冷媒を一段目吸入部へ戻す場合に比べ、一段目圧縮要素１ａの圧縮動力を低減することができる。その結果、冷凍サイクルの冷凍効率を向上させることができる。
【００６５】
他方、補助熱交換器１４において冷却された状態ｈの主回路側冷媒は、過冷却器５の第１の冷凍サイクル回路側流路５ａへと流れ込み、そこで、第２の冷凍サイクル回路側流路５ｂを流れる第２の冷凍サイクル回路９２の冷媒の蒸発作用により過冷却される。この状態の冷媒は、状態ｉである。このことにより冷媒の比エンタルピが更に小さくなり、過冷却器５で過冷却されない場合に比して、状態ｈと状態ｉとの比エンタルピ差（図２において符号ｄｈ）に相当する分、冷凍効果が大きくなる。
【００６６】
過冷却器５から流出した高圧低温の状態ｉの液冷媒は、内部熱交換器６の高圧側流路を
流れ、そこで低圧側流路を流れる低圧低温の冷媒と熱交換を行い冷却される。即ち、主回路高圧側の冷媒は状態ｉから状態ｊに変化し、主回路低圧側の冷媒は状態ｍから状態ａに変化する。内部熱交換器６により、高圧冷媒が冷やされるので冷媒往き管２２内部でのフラッシュガス発生防止になり、低圧冷媒が加熱されるので第１圧縮機１の湿り圧縮を防止する効果がある。また、内部熱交換器６の採用により、蒸発器４の内部に熱伝達率が高い二相領域を多く確保できるので、蒸発器４の伝熱性能が向上し、冷凍サイクルの性能を向上させることができる。
【００６７】
内部熱交換器６の高圧側流路から流出した冷媒は、冷媒往き管２２を流通し、ストレーナ９を通過した後、第１膨張弁３により絞り膨張（等エンタルピ膨張）し、蒸発器４へと流れる。蒸発器４に流入する冷媒は、状態ｋで表わされ、低圧の気液二相状態である。蒸発器４において、冷媒は、ファン４ｆによって供給された被冷却空気と熱交換を行い、該空気を冷やし、液相部分が蒸発する。蒸発器４の出口において、冷媒は僅かに過熱した蒸気であり、状態ｍで表わされる。
【００６８】
蒸発器４から流れ出た冷媒は、冷媒戻り管２３を通り、内部熱交換器６の低圧側流路に流れ込み、そこで高圧側流路を流れる高圧冷媒と熱交換を行い、加熱される。この状態での冷媒は、状態ａである。そして、冷媒は、アキュームレータ８を通過し、そこで確実に気液分離された後、第１圧縮機１の一段目吸入口へと流れ、圧縮される。以上説明の通り、第１の冷凍サイクルが連続的に動作し、蒸発器４において冷凍能力が発揮される。そして、蒸発器４で冷却された空気が保冷スペースを循環し、食品等被冷却物の冷凍、冷蔵が行われる。
［第２の冷凍サイクル回路９２の動作］
図２において、符号２Cは、第２の冷凍サイクルを表わしている。第２の冷凍サイクル
回路９２においては、状態ｖで表わされる低温の冷媒蒸気が第２圧縮機３１に吸入され高温高圧に圧縮される。第２圧縮機３１の一段目圧縮要素で圧縮された中間圧力の冷媒は、引き続き二段目圧縮要素で高圧圧力まで圧縮される。この状態での冷媒は状態ｗで示される。第２の冷凍サイクル回路９２では、冷媒として二酸化炭素を用いているので、状態ｗでの冷媒の圧力は臨界圧力を超えている。第２圧縮機３１で圧縮された冷媒は、第２放熱器３２の冷媒流路３２ａへと流れ、そこで水流路３２ｂを流れる給湯水と熱交換を行い冷却される。第２放熱器３２において冷媒は、超臨界状態であるので凝縮せず、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。即ち、第２放熱器３２はガスクーラとして作用する。第２放熱器３２で冷却された後の冷媒は状態ｘで示される。前述のごとく、第２放熱器３２の冷媒流路３２ａと水流路３２ｂは、各々の流れが対向するように構成されているので、熱交換に伴う温度勾配が生ずる超臨界冷媒と、水との効率的な熱交換が可能となる。そして、高圧側熱交換器内において一定温度の下で凝縮するフルオロカーボン系冷媒を用いる場合に比べて、遷臨界サイクルとなる二酸化炭素冷媒を用いた本発明のサイクルは、高温の湯を高効率に沸かすことが可能であるという点で有利である。
【００６９】
第２放熱器３２で冷却された低温の超臨界冷媒は、第２膨張弁３３によって絞られ、等エンタルピ膨張した後、状態ｙとなって、過冷却器５の第２の冷凍サイクル回路側流路５ｂに流入する。過冷却器５に流入する状態ｙの冷媒は、通常、気液二相状態である。過冷却器５において、第２の冷凍サイクル回路９２の冷媒は、第１の冷凍サイクル回路側流路５ａを流れる第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒と熱交換を行い、液相部分が蒸発し状態ｖとなる。第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒は、第２の冷凍サイクル回路９２の冷媒の蒸発作用により過冷却されることとなる。よって、第１の冷凍サイクル回路９１の主冷媒回路の冷媒流量に状態ｈと状態ｉとの比エンタルピ差ｄｈを乗じた値と、第２の冷凍サイクル回路９２の冷媒流量に状態ｙと状態ｖとの比エンタルピ差を乗じた値は等しい。
【００７０】
過冷却器５の第２の冷凍サイクル回路側流路５ｂを流出した低温蒸気冷媒は、アキュー
ムレータ３８に流入し、そこで確実に気液分離された後、第２圧縮機３１の吸入口へと流れ込み再び圧縮される。以上説明の動作が連続して行われ、第２の冷凍サイクル回路９２による第１の冷凍サイクル回路９１の過冷却と、その冷却廃熱を用いた給湯水の加熱が可能となる。
［給湯回路９３の動作］
給湯回路９３においては、給湯タンク５１の下部より取り出された冷たい水が、低温配管５９を流通し、三方弁５３を通過し、循環ポンプ５２により押出されて、第２放熱器３２の水流路３２ｂへと流れ込む。前述のごとく、第２放熱器３２において、当該水は、第２の冷凍サイクル回路９２の高温高圧冷媒と熱交換をして加熱される。そして、高温に加熱された給湯水は、高温配管６０を流通し、給湯タンク５１の上部よりタンク内部に流入し、温度成層状に貯えられる。
【００７１】
以上説明のごとく、本発明の冷凍装置によれば、過冷却器５において第２の冷凍サイクル回路９２の冷媒の蒸発作用により第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒を過冷却するので、第１の冷凍サイクル回路９１の冷凍効果が増大し（図２のｄｈ相当分）、冷凍能力が増加する。そして、第１の冷凍サイクル回路９１より蒸発温度（蒸発圧力）が高い第２の冷凍サイクル回路９２により前記過冷却相当分の冷凍を行えるので、冷凍装置の冷却効率が向上する。そして更に、第２放熱器３２において第２の冷凍サイクル回路９２の冷媒の放熱作用により給湯水を加温するので、前述の過冷却相当分、即ち冷凍能力増大分、の冷却を行った廃熱を有効に利用して給湯を行うことができる。
［制御装置の動作］
第１圧縮機１の運転は、冷凍ユニット１０に内蔵された第１制御装置７１により制御されている。具体的には、吸入冷媒配管１９に設けられた吸入圧力センサＰ２により検出された低圧冷媒の圧力が所定の圧力範囲になるように第１圧縮機１の回転速度制御及び発停制御を行っている。前記所定の圧力範囲は、ショーケース２０に設けられた第３制御装置７３との通信によって被冷却空間の保冷設定温度を読み取り、好適な冷凍サイクルとなるように決定される。これにより、冷却負荷に対応した高効率な冷却が行われる。
【００７２】
第１膨張弁３の開度の開度は、蒸発器４出口における冷媒の過熱度、即ち蒸発器出口温度センサＴ８で検出された蒸発器４出口の冷媒温度と蒸発器入口冷媒温度センサＴ７で検出された蒸発器４入口の冷媒温度との差、が所定の値になるように、ショーケース２０の第３制御装置７３によって制御されている。
【００７３】
第２圧縮機３１の回転速度は、過冷却器５の第１の冷凍サイクル回路側流路５ａ出口に設けられた過冷却温度センサＴ４により検出された過冷却後の第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒温度が所定の値になるように、過冷却給湯装置３０の第２制御装置７２によって調整される。これにより冷却負荷に対応した適切な過冷却度を実現でき、高効率な冷却運転が可能となる。ここで、第２圧縮機３１の最低回転速度は、必要とされる給湯熱量を基に設定されている。これにより加熱熱量不足による湯切れを回避し、要求される湯量を確実に供給することができるようになる。
【００７４】
ここで、図６を参照して第２圧縮機３１の回転速度制御について更に詳しく説明する。図６は、例えば冬季運転のように外気温度が低くなった場合の第１の冷凍サイクルの変化を模式的に示している。図６において、符号１Ｃ０が外気温度が低くなった場合の第１の冷凍サイクルを示しており、括弧付き符号１Ｃで示した破線が通常（外気温度が高い場合）の第１の冷凍サイクルを示している。また、図６において、括弧で示した符号は、図２における同符号の冷媒の状態に対応するものである。外気温度が低くなると、第１放熱器２において外気に対して放熱をした後の冷媒の温度及び比エンタルピは、外気温度が高い場合に比べて低くなる。これを図６で見ると、第１放熱器２で冷却された後の冷媒、即ち補助熱交換器１４の主回路側流路１４ａへ流入する冷媒は、状態ｆから状態ｆ０へと変化
する。そうすると、補助熱交換器１４の主回路側流路１４ａ出口、即ち過冷却器５入口、における第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒の温度と比エンタルピも低下する傾向にある（状態ｈから状態ｈ０へと変化する）。
【００７５】
過冷却器５入口における第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒の温度が低くなると、過冷却器５出口における第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒の温度も低くなる傾向にある。しかし、過冷却器５出口における第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒の温度が低くなりすぎると、第１膨張弁３の制御が不安定になり、また、冷媒管の結露や霜付き、更には、冷却能力が過大になることによる被冷却空間の冷やしすぎ等問題が発生し、また、第２の冷凍サイクル回路９２の蒸発圧力が低下することにより冷却及び給湯効率が著しく低下することになる。
【００７６】
そこで、前述の通り、第２圧縮機３１の回転速度は、過冷却器５で冷却された後の第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒の温度が所定の目標範囲内になるように、過冷却給湯装置３０の第２制御装置７２によって制御されている。具体的には、過冷却器５で冷却された後の第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒温度が所定の範囲内の値より低くなると、第２制御装置７２は、第２圧縮機３１の回転速度を低くし、第２の冷凍サイクル回路９２の冷媒循環量を減らしている。その結果、外気温度が低下しても、過冷却器５で冷却された後の第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒温度は、適切な範囲に維持され（図６において、当該冷媒の状態はｉからｉ０へと変化するが、その温度及び比エンタルピは大きく変化しない）、高効率な冷却及び給湯運転が可能となる。
【００７７】
また、冷却負荷が小さくなった場合、第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒循環量が減少するので、前記と同様に、過冷却器５出口における冷やしすぎの問題が発生する。このような場合についても、前記と同様に第２制御装置７２によって第２圧縮機３１の回転速度を制御し、第２の冷凍サイクル回路９２の冷媒循環量を適切に維持することで、高効率で安定した冷却及び給湯運転を行うことができる。
【００７８】
また、過冷却給湯装置３０の第２制御装置７２は、冷凍ユニット１０に設けられた第１制御装置７１と通信を行い、第１の冷凍サイクル回路９１の第１圧縮機１の発停に連動して、第２圧縮機３１の発停を制御している。これにより第１圧縮機１が停止した場合の不必要な過冷却運転を防止できる。この発停制御に組み合わせて、過冷却給湯装置３０の第２制御装置７２は、貯湯装置５０の第４制御装置７４から給湯沸き上げの要否の信号を受け取り、該信号に基づき第２圧縮機３１の発停制御を行っている。これにより給湯が不要である場合の不必要な給湯運転を防止することができる。尚、第２の冷凍サイクル回路９２から大気に対して放熱する手段を備えている場合には、給湯が不要である場合であっても、第２の冷凍サイクル回路９２の冷却廃熱を大気に放出することにより、第１の冷凍サイクル回路９１の過冷却を行うことができる。
【００７９】
前述の給湯水の沸き上げが必要であるか否かの判断は、貯湯装置５０の第４制御装置７４によって、給湯タンク５１に設けられた温度センサＴ５１で検出された給湯タンク５１内の湯温度から給湯タンク５１内の湯量を求めることにより行われる。即ち、第４制御装置７４は、給湯タンク５１内の湯量が所定の湯量より少ない場合は給湯水の加温が必要であると判別し、所定の湯量より多い場合は加温が不要であると判断する。所定の湯量は、予め定めておくことも可能であるし、使用湯量を計測して第４制御装置７４の学習機能により設定することも可能である。
【００８０】
第２膨張弁３３の開度は、吐出配管３５に設けられた吐出冷媒温度センサＴ３１で検出した吐出冷媒温度が所定の値になるように、過冷却給湯装置３０の第２制御装置７２によって調整される。これによって、所定の温度に湯を沸き上げるための好適なサイクル条件
を維持することができ、第２の冷凍サイクル回路９２による高効率な過冷却と給湯を行うことができる。
【００８１】
補助膨張弁１３の開度は、配管１５に取り付けられた吐出冷媒温度センサＴ１で検出された第１圧縮機１から吐出される冷媒の温度が所定の値になるように、第１制御装置７１によって、制御されている。即ち、吐出冷媒温度が所定の目標値より高ければ補助膨張弁１３の開度を大きくし、吐出冷媒温度が所定の目標値より低ければ補助膨張弁１３の開度を小さくする制御を行う。このことにより補助冷媒回路を流れる冷媒の流量が適切に維持され、高効率な冷却運転が可能となる。
【００８２】
また、本実施形態に係る冷凍装置では、前述の吐出冷媒温度センサＴ１で検出された冷媒温度に基づく制御方法に組み合わせて、冷媒温度センサＴ３で検出された補助熱交換器１４の主回路側流路１４ａ出口の冷媒温度、又は過冷却温度センサＴ４で検出された過冷却器５の第１の冷凍サイクル回路側流路５ａ出口の冷媒温度、が所定の温度範囲になるように、補助膨張弁１３の開度を制御している。冷凍ユニット１０の第１制御装置７１は、過冷却給湯装置３０の第２制御装置７２及び／又は貯湯装置５０の第４制御装置７４と通信を行い、過冷却給湯装置３０の運転信号、即ち第２圧縮機３１が運転中であるか否かの信号、を受け取り、過冷却給湯装置３０が停止している時は、冷媒温度センサＴ３で検出された補助熱交換器１４出口の冷媒温度に基づき制御を行い、他方、過冷却給湯装置３０が運転中であれば、過冷却温度センサＴ４で検出された過冷却器５出口の冷媒温度に基づき補助膨張弁１３の開度を制御している。これによって、給湯負荷の変動に対応した高効率な冷却運転を行うことができる。
【００８３】
尚、補助膨張弁１３の開度を制御する方法としては、前述の制御方法の代わりに、若しくは前述の制御方法に組み合わせて、冷媒温度センサＴ５で検出された補助熱交換器１４の補助回路側流路１４ｂ入口における冷媒温度や、冷媒温度センサＴ６で検出された補助回路側流路１４ｂ出口の冷媒温度、第１圧縮機１の二段目吸入口の冷媒温度、又は第１圧縮機１の中間圧力（配管１６、１７、１７ｂ部等の圧力）等を基準に制御することもできる。
【００８４】
ここで、図６及び図７を参照して補助膨張弁１３の制御について更に詳しく説明する。既に説明した通り、図６は、外気温度が低下した場合の第１の冷凍サイクルの変化を模式的に示したものであり、外気温度が低下すると、第１放熱器２で冷却された後の冷媒、即ち補助熱交換器１４の主回路側流路１４ａ入口における冷媒は、状態ｆから状態ｆ０へと変化する。そうすると、補助熱交換器１４の出口における第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒、即ち過冷却器５に流入する冷媒、の温度と比エンタルピも低下する傾向にある（状態ｈから状態ｈ０へと変化する）。
【００８５】
そして、前述の通り、過冷却器５で冷却された後の第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒温度が所定の範囲になるように第２圧縮機３１の回転速度制御を行っているので、過冷却器５に流入する第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒温度が低下しても、過冷却器５出口における第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒温度は所定の範囲を外れて低くならない。即ち、図６において、過冷却器５で冷却された後の第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒の状態は、ｉからｉ０へと変化するが、その温度及び比エンタルピは大きく変化しない。その結果、外気温度が低下すると、過冷却器５の出入口における第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒の比エンタルピ差は小さくなる傾向にある（ｄｈからｄｈ０へと小さくなる）。
【００８６】
このように、外気温度の低下に伴い、過冷却器５においては、第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒の出入口比エンタルピ差は小さくなり（ｄｈからｄｈ０へと減少）、また、冷媒循環量が減少するので、交換熱量が少なくなる。その結果、第２の冷凍サイクル回路９
２の吸熱量及び放熱量が減少する。また、冷却負荷が小さくなり、第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒循環量が少なくなった状況においても、第２の冷凍サイクル回路９２の冷媒循環量が減少するので、第２の冷凍サイクル回路９２における吸熱用及び放熱量が減少してしまう。つまり、低外気温度条件や低冷却負荷条件においては、給湯能力が低下することになる。
【００８７】
そこで、前述の通り、本実施形態に係る冷凍装置では、過冷却温度センサＴ４で検出された過冷却器５の第１の冷凍サイクル回路側流路５ａ出口の冷媒温度が所定の温度範囲内になるように、補助膨張弁１３の開度を制御している。具体的には、過冷却器５で冷却された後の第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒温度が所定の範囲を外れて小さくなった場合には、補助膨張弁１３の開度を小さくしている。これにより補助冷媒回路を流れる冷媒量が少なくなり、補助熱交換器１４における交換熱量が小さくなり、補助熱交換器１４で冷却された後、即ち過冷却器５に流入する、第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒の温度及び比エンタルピが大きくなる。その結果、過冷却器５における第１の冷凍サイクル回路９１の出入口比エンタルピ差を大きくし、また、冷媒流量を増加させることができるので、過冷却器５における交換熱量を増大させることができる。
【００８８】
図７の符号１Ｃ１は、補助膨張弁１３の開度を小さく制御し、該開度がゼロ（全閉）になった状態の第１の冷凍サイクルを示している。図７において、括弧で示した符号は、図６における同符号の冷媒の状態に対応するものとする。補助熱交換器１４を通過した後の冷媒は、補助膨張弁１３を閉じることにより、状態ｈ０から状態ｈ１へと変化し、温度が上昇し、比エンタルピが大きくなる。そして、過冷却器５の入口と出口における第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒の比エンタルピ差は、ｄｈ０からｄｈ１へと増大する。また、補助膨張弁１３を閉じることにより、主回路側を流れる冷媒の流量は増大する。これにより、過冷却器５における交換熱量が増大し、有効に利用できる冷却廃熱量を確保できるので、第２の冷凍サイクル回路９２の吸熱量及び放熱量が大きくなり、給湯能力を増大させることができる。その結果、低外気温度条件や低冷却負荷条件においても、必要な給湯量を維持することができるようになる。
［第１放熱器２における放熱量制御］
本実施形態に係る冷凍装置では、前述の通り、補助膨張弁１３の開度を制御することにより第１の冷凍サイクル回路９１の冷却廃熱量を適正に維持し、要求される給湯量を確保することができる。しかし、要求される給湯量が更に多い場合には、前述の補助膨張弁１３の開度制御を行っても給湯量が不足してしまう場合もある。第２の圧縮機３１の最低運転速度は所定の給湯能力を発揮するように決められているので、第１の冷凍サイクル回路９１の冷却廃熱量が不十分である条件で冷凍装置が稼動すると、過冷却器５によって冷却された後の第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒温度が著しく低下し、第１の冷凍サイクル回路９１の冷却能力が過大になり、第１圧縮機１の発停が頻繁に起こり、また更に、第２の冷凍サイクル回路９２の蒸発圧力が低下するため、冷凍装置全体の効率が著しく低下することになる。また、過冷却器５出口の冷媒、即ち第１膨張弁３に流入する冷媒、の温度が著しく低下することにより、第１膨張弁３の制御が不安定になり、被冷却スペースの温度が低下しすぎるという問題も発生する。
【００８９】
図７の符号１Ｃ１は、補助膨張弁１３が全閉の状態まで制御され、過冷却器５における交換熱量を増大させた場合の第１の冷凍サイクルを示している。この状態において、過冷却器５の交換熱量、即ち給湯用として利用される冷却廃熱量、が要求される給湯負荷に対して十分でないと、前述の通り、第２圧縮機３１は、必要な給湯量を確保するように所定の最低運転速度で運転されるため、過冷却器５の出口における第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒温度（図７において状態ｉ１）が適正範囲を外れて低くなり、給湯量の不足や効率の低下を招く。
【００９０】
そこで、本実施形態に係る冷凍装置では、第１放熱器２における放熱量を制御することにより、給湯加熱に必要な冷却廃熱量を確保している。図８の符号１Ｃ２は、第１放熱器２における放熱量を制御し、給湯用冷却廃熱を多くした場合の第１の冷凍サイクルを示している。図８において、括弧で示した符号は、図７における同符号の冷媒の状態に対応するものである。第１放熱器２で冷却された後の冷媒は、状態ｆ２で示され、放熱量制御を行わない場合（状態ｆ１）に比べ、温度が高く、比エンタルピが大きくなる。補助膨張弁１３の開度は既に最小となっているので、補助熱交換器１４における交換熱量は最小であり、過冷却器５に流入する第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒は、第１放熱器２を出た冷媒（状態ｆ２）と略同じであり、状態ｈ２となる。よって、過冷却器５入口における第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒の温度及び比エンタルピは高くなる。その結果、過冷却器５における第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒について、出入口の比エンタルピ差を大きくすることができるので（ｄｈ１からｄｈ２へと増大する）、過冷却器５における交換熱量、即ち第２の冷凍サイクル回路９２の吸熱量、が増大し、給湯熱量を大きくすることができる。
【００９１】
次に、第２放熱器における放熱量制御の制御フローについて詳細に説明する。図４は、本実施形態に係る第１放熱器２の放熱量制御の一例を示すフローチャートである。冷凍ユニット１０の第１制御装置７１は、過冷却温度センサＴ４によって過冷却器５の第１の冷凍サイクル回路側流路５ａ出口の冷媒温度Ｔ４を検出し、圧力センサＰ１によって高圧側圧力Ｐ１（吐出圧力Ｐ１）を検出し、そして、他の各センサにより外気温度Ｔａや、その他各部の温度、圧力を検出する（ステップＳ１０）。次に、第１制御装置７１は、統合制御装置７０、第２制御装置７２、第３制御装置７３及び第４制御装置と通信を行い、制御信号値や制御設定値を送受信する（ステップＳ２０）。特に、第１放熱器２の放熱量制御では、過冷却給湯装置３０の運転信号と貯湯装置５０の残湯量、即ち給湯沸き上げの要否の信号、を受信して利用する。
【００９２】
次に、第１制御装置７１は、過冷却給湯装置３０が運転中であり（ステップＳ３０）、給湯沸き上げ運転が要求されており（ステップＳ４０）、且つ補助膨張弁１３の開度が最小に制御されている場合に（ステップＳ５０）、ステップＳ１１０へと進み、過冷却器５で冷却された後の第１の冷凍サイクル回路９１の冷媒温度Ｔ４に基づく放熱量制御を行う。他方、ステップＳ３０乃至Ｓ５０の条件判定の内、何れかが条件を満たさない場合には、ステップＳ６０へと進み、高圧側圧力Ｐ１に基づく放熱量制御を行う。
【００９３】
過冷却給湯装置３０が運転中であり（ステップＳ３０）、給湯沸き上げ運転が要求されており（ステップＳ４０）、且つ補助膨張弁１３の開度が最小に制御されている場合（ステップＳ５０）、過冷却温度センサＴ４によって検出された、過冷却器５で冷却された後の冷媒温度Ｔ４と、目標温度範囲（目標温度Ｔ４ｔ）を比較し（ステップＳ１１０、Ｓ１３０）、冷媒温度Ｔ４が目標温度Ｔ４ｔを超えて高い場合には、ファン２ｆの回転速度を所定数高くする制御を行う（ステップＳ１２０）。他方、冷媒温度Ｔ４が目標温度Ｔ４ｔの範囲を外れて低い場合には、ファン２ｆの回転速度を低くする制御を行う（ステップＳ１４０）。また、冷媒温度Ｔ４が、目標温度Ｔ４ｔの範囲内にあるときは、ファン２ｆの回転速度を変更しない。
【００９４】
ステップＳ３０乃至Ｓ５０の条件判定の内、何れかが条件を満たさない場合には、外気温度Ｔａを基準に目標とする高圧側圧力範囲（目標高圧Ｐｈ）を演算により求め（ステップＳ６０）、圧力センサＰ１で検出した高圧側圧力Ｐ１と比較する（Ｓ７０、Ｓ９０）。第１制御装置７１は、検出した高圧側圧力Ｐ１が目標高圧Ｐｈより高い場合は、ファン２ｆの回転速度を所定数高くする制御を行う。他方、高圧側圧力Ｐ１が目標高圧Ｐｈより低い場合は、ファン２ｆの回転速度を所定数低くする制御を行う。また、高圧側圧力Ｐ１が所定の目標高圧Ｐ１の範囲内にあるときは、ファン２ｆの回転速度を同一に維持する。
【００９５】
ステップ１５０では、冷凍装置の運転指令信号を基に冷凍装置の運転継続を判断し、継続して運転する場合は、ステップＳ１０へ戻り、第１放熱器２における放熱量制御を継続する。
以上説明の放熱量制御により、本発明に係る冷凍装置は、遷臨界サイクルにおける最適な高圧圧力を維持する高圧制御を基本として冷凍装置の冷却効率を向上させると共に、給湯量が不足する場合にのみ、該不足熱量に応じて、給湯利用可能な冷却廃熱量を増大させることができるので、低外気温度条件や低冷却負荷条件においても、高効率な冷却運転と、その冷却廃熱を利用した高効率な給湯を行うことができる。
【００９６】
図５は、本実施形態に係る第１放熱器２の放熱量制御の他の例を示すフローチャートである。本制御例では、第１の冷凍サイクル回路９１の高圧側圧力Ｐ１が目標高圧Ｐｈになるようにファン２ｆの回転速度を制御することを基本とし、給湯用に利用できる冷却廃熱量が不足する条件においてのみ、前記目標高圧Ｐｈを補正する方法を採用している。
【００９７】
冷凍ユニット１０の第１制御装置７１は、過冷却温度センサＴ４によって過冷却器５の第１の冷凍サイクル回路側流路５ａ出口の冷媒温度Ｔ４を検出し、圧力センサＰ１によって高圧側圧力Ｐ１を検出し、そして、他の各センサにより外気温度Ｔａや、その他各部の温度、圧力を検出する（ステップＳ２１０）。次に、第１制御装置７１は、統合制御装置７０、第２制御装置７２、第３制御装置７３及び第４制御装置と通信を行い、制御信号値や制御設定値を送受信する（ステップＳ２２０）。特に、第１放熱器２の放熱量制御では、過冷却給湯装置３０の運転信号と貯湯装置５０の残湯量、即ち給湯沸き上げの要否の信号、を受信して利用する。そして、外気温度Ｔａを基準に、目標とする高圧側圧力範囲（目標高圧Ｐｈ）を演算により求める（ステップＳ２３０）。
【００９８】
次に、第１制御装置７１は、過冷却給湯装置３０が運転中であり（ステップＳ２４０）、給湯沸き上げ運転が要求されており（ステップＳ２５０）、補助膨張弁１３の開度が最小に制御されており（ステップＳ２６０）、且つ過冷却器５で冷却された後の冷媒温度Ｔ４が目標温度Ｔ４ｔより低い場合に（ステップＳ２７０）、目標高圧Ｐｈに補正値Ｍを加えて補正する（ステップＳ２８０）。即ち、目標高圧Ｐｈは、前記補正により、ステップＳ２３０において演算により求められた値よりも補正値Ｍに相当する分だけ大きな値になる。他方、ステップＳ２４０乃至Ｓ２７０の条件判定の内、何れかが条件を満たさない場合には、ステップＳ２３０で求められた目標高圧Ｐｈを補正せずに、ステップ２９０へと進む。
【００９９】
次に、第１制御装置７１は、圧力センサＰ１で検出した高圧側圧力Ｐ１と目標高圧Ｐｈを比較し（ステップＳ２９０、Ｓ３１０）、検出した高圧側圧力Ｐ１が目標高圧Ｐｈより高い場合は、ファン２ｆの回転速度を所定数高くする制御を行う（ステップＳ３００）。他方、高圧側圧力Ｐ１が目標高圧Ｐｈより低い場合は、ファン２ｆの回転速度を所定数低くする制御を行う（ステップＳ３２０）。また、高圧側圧力Ｐ１が所定の目標高圧Ｐ１の範囲内にあるときは、ファン２ｆの回転速度を同一に維持する。
【０１００】
ステップ３３０では、冷凍装置の運転指令信号を基に冷凍装置の運転継続を判断し、継続して運転する場合は、ステップＳ２１０へ戻り、第１放熱器２における放熱量制御を継続する。
以上説明のごとく、本発明に係る冷凍装置は、遷臨界サイクルにおける最適な高圧側圧力を維持する高圧制御を基本として冷凍装置の冷却効率を向上させると共に、給湯量が不足する場合にのみ、第１放熱器２における放熱量を適切に制御することにより、該不足熱量に応じて、給湯利用可能な冷却廃熱量を増大させることができるので、低外気温度条件や低冷却負荷条件においても、高効率な冷却運転と、その冷却廃熱を利用した高効率な給
湯を行うことができる。
【０１０１】
尚、上述の実施形態は、本発明の一具体例を示したものであり、従って本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、種々の変更実施が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明の冷凍装置は、スーパーマーケット、コンビニエンスストア及び飲食店等において、食品等を冷凍、冷蔵するための冷凍装置として、また、冷却と給湯を必要とする他の用途においても利用することが可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１・・・第１圧縮機
２・・・第１放熱器
２ｆ・・・ファン
３・・・第１膨張弁（第１絞り手段）
４・・・蒸発器
５・・・過冷却器
１０・・・冷凍ユニット
１３・・・補助膨張弁（補助絞り手段）
１４・・・補助熱交換器
１７ｂ、２１ｂ・・・補助冷媒回路
２０・・・ショーケース
３０・・・過冷却給湯装置
３１・・・第２圧縮機
３２・・・第２放熱器
３３・・・第２膨張弁（第２絞り手段）
５０・・・貯湯装置
５１・・・給湯タンク（貯湯タンク）
７０・・・制御装置
９１・・・第１の冷凍サイクル回路
９２・・・第２の冷凍サイクル回路
【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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【図７】
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【図８】
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