(57)【要約】【課題】機器コストの低減及び省スペース化を図りつつ省エネを実現することができる冷凍装置を提供する。【解決手段】第１の凝縮器(14)から吐出された冷媒の一部を熱交換器(66)の流入口側に設けられた第３の膨張器(64)を介して熱交換器の蒸発側経路(66a)内で蒸発させると共に、第２の圧縮機(32)から吐出された冷媒を熱交換器の凝縮側経路(66b)内で凝縮させる冷凍装置(1)であって、熱交換器は、水を利用して凝縮側経路を流通する冷媒を凝縮させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の圧縮機、第１の凝縮器、第１の膨張器及び第１の蒸発器からなる第１の冷媒回路と、第２の圧縮機、第２の膨張器及び第２の蒸発器からなる第２の冷媒回路と、前記第１の冷媒回路の冷媒と前記第２の冷媒回路の冷媒との間で熱交換を行う熱交換器とを備え、前記第１の凝縮器から吐出された冷媒の一部を前記熱交換器の流入口側に設けられた第３の膨張器を介して前記熱交換器の蒸発側経路内で蒸発させると共に、前記第２の圧縮機から吐出された冷媒を前記熱交換器の凝縮側経路内で凝縮させる冷凍装置であって、
前記熱交換器は、水を利用して前記凝縮側経路を流通する冷媒を凝縮させることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記熱交換器は、前記蒸発側経路及び前記凝縮側経路が収容されると共に、前記水が貯蔵されるケースを備え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】
前記ケースは、前記水が供給される給水口、及び前記水が排出される排水口を有することを特徴とする請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記熱交換器は、前記ケース内を流通する水が前記凝縮側流路を流通する冷媒と対向流をなすべく構成されることを特徴とする請求項２または３に記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記給水口は前記ケースの下部に形成され、前記排水口は前記ケースの上部に形成されることを特徴とする請求項３または４の何れかに記載の冷凍装置。
【請求項６】
前記熱交換器は、前記ケース内の水を撹拌する撹拌手段を有することを特徴とする請求項２乃至５の何れかに記載の冷凍装置。
【請求項７】
前記熱交換器は、前記蒸発側経路を流通する冷媒と前記凝縮側流路を流通する冷媒とが対向流をなすべく構成されることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の冷凍装置。
【請求項８】
前記熱交換器は、前記蒸発側経路と前記凝縮側経路とが接触して配置されることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の冷凍装置。
【請求項９】
前記熱交換器は、前記蒸発側経路及び前記凝縮側経路が断面視略楕円状に形成されると共に、これら楕円状の扁平面が互いに対向して配置されることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の冷凍装置。
【請求項１０】
前記蒸発側経路の流入口を開閉する第１の開閉弁と、前記第１の開閉弁が電気的に接続される制御部とを更に含み、
前記制御部は、前記第１の冷媒回路の除霜運転時に前記第１の開閉弁を閉弁することを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の冷凍装置。
【請求項１１】
前記ケースは、前記凝縮側経路が収容される第１のケースと、前記蒸発側経路が収容される第２のケースとから構成され、前記第１のケースと前記第２のケースとはポンプを備えた水回路に介挿されることを特徴とする請求項２または３に記載の冷凍装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記第１の冷媒回路の熱負荷が所定値以上となるとき、前記第１の開閉弁を閉弁することを特徴とする請求項１０に記載の冷凍装置。
【請求項１３】
前記ケース内の水の温度を検出する水温度センサと、前記給水口または前記排水口を開閉する第２の開閉弁とを更に含み、
前記制御部は、前記水温度センサで検出される水の温度が前記給水口を流通する水の給水温度以上となるとき、前記第２の開閉弁を開弁することを特徴とする請求項１２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、冷凍装置に係り、詳しくは、コンビニエンスストア等の店舗内に設置される冷蔵及び冷凍ショーケースに用いられて好適な冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の冷凍装置は、例えば、コンビニエンスストア等の店舗内に設置される冷蔵及び冷凍ショーケースを冷却可能に構成され、冷蔵側の圧縮機、凝縮器、膨脹器及び蒸発器からなる冷蔵ショーケースの冷蔵側冷媒回路と、冷凍側の圧縮機、膨脹機及び蒸発器からなる冷凍ショーケースの冷凍側冷媒回路と、冷蔵側冷媒回路と冷凍側冷媒回路との間で熱交換を行うカスケードコンデンサとを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、上記冷凍側冷媒回路に凝縮器を新たに設置し、冷蔵側冷媒回路の熱負荷に応じて、冷凍側の凝縮器のみを使用するか、又は冷凍側の凝縮器及びカスケードコンデンサの両方を使用するかが選択され、冷蔵側冷媒回路の冷却能力を上げることなく、冷蔵側冷媒回路と冷凍側冷媒回路とを独立して稼働可能に構成することにより、上記特許文献１に比して省エネ化を促進することができる技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−９１０７３号公報
【特許文献２】特開２００５−２５７１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献２では、カスケードコンデンサに加え、冷凍側凝縮器を要することから、冷凍側冷媒回路、ひいては冷凍装置の機器コストが増大すると共に、その設置スペースを大きく確保する必要があり、これらの点につき依然として課題が残されている。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、機器コストの低減及び省スペース化を図りつつ省エネを実現することができる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】
【０００６】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の冷凍装置は、第１の圧縮機、第１の凝縮器、第１の膨張器及び第１の蒸発器からなる第１の冷媒回路と、第２の圧縮機、第２の膨張器及び第２の蒸発器からなる第２の冷媒回路と、第１の冷媒回路の冷媒と第２の冷媒回路の冷媒との間で熱交換を行う熱交換器とを備え、第１の凝縮器から吐出された冷媒の一部を熱交換器の流入口側に設けられた第３の膨張器を介して熱交換器の蒸発側経路内で蒸発させると共に、第２の圧縮機から吐出された冷媒を熱交換器の凝縮側経路内で凝縮させる冷凍装置であって、熱交換器は、水を利用して凝縮側経路を流通する冷媒を凝縮させることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２記載の発明では、請求項１において、熱交換器は、蒸発側経路及び凝縮側経路が収容されると共に、水が貯蔵されるケースを備えることを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、請求項２において、ケースは、水が供給される給水口、及び水が排出される排水口を有することを特徴としている。
更にまた、請求項４記載の発明では、請求項２または３において、熱交換器は、ケース内を流通する水が凝縮側流路を流通する冷媒と対向流をなすべく構成されることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項５記載の発明では、請求項３または４において、給水口はケースの下部に形成され、排水口はケースの上部に形成されることを特徴としている。
更に、請求項６記載の発明では、請求項２乃至５の何れかにおいて、熱交換器は、ケース内の水を撹拌する撹拌手段を有することを特徴としている。
更にまた、請求項７記載の発明では、請求項１乃至６の何れかにおいて、熱交換器は、蒸発側経路を流通する冷媒と凝縮側流路を流通する冷媒とが対向流をなすべく構成されることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項８記載の発明では、請求項１乃至７の何れかにおいて、熱交換器は、蒸発側経路と凝縮側経路とが接触して配置されることを特徴としている。
更に、請求項９記載の発明では、請求項１乃至８の何れかにおいて、熱交換器は、蒸発側経路及び凝縮側経路が断面視略楕円状に形成されると共に、これら楕円状の扁平面が互いに対向して配置されることを特徴としている。
【００１０】
更にまた、請求項１０記載の発明では、請求項１乃至９の何れかにおいて、蒸発側経路の流入口を開閉する第１の開閉弁と、第１の開閉弁が電気的に接続される制御部とを更に含み、制御部は、第１の冷媒回路の除霜運転時に第１の開閉弁を閉弁することを特徴としている。
また、請求項１１記載の発明では、請求項２または３において、ケースは、凝縮側経路が収容される第１のケースと、蒸発側経路が収容される第２のケースとから構成され、第１のケースと第２のケースとはポンプを備えた循環経路で連通されることを特徴としている。
【００１１】
更に、請求項１２記載の発明では、請求項１０において、制御部は、第１の冷媒回路の熱負荷が所定値以上となるとき、第１の開閉弁を閉弁することを特徴としている。
更にまた、請求項１３の発明では、請求項１２において、ケース内の水の温度を検出する水温度センサと、給水口または排水口を開閉する第２の開閉弁とを更に含み、制御部は、温度センサで検出される水の温度が給水口を流通する水の給水温度以上となるとき、第２の開閉弁を開弁することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の本発明の冷凍装置によれば、第１及び第２の冷媒回路の冷媒同士を熱交換させる熱交換器は、水を利用して第２の圧縮機から吐出された後に凝縮側経路を流通する冷媒を凝縮させる。これにより、第２の冷媒回路に凝縮器を別途設置しなくても、第１の冷媒回路と第２の冷媒回路とを独立して稼働させることができるため、第２の冷媒回路、ひいては冷凍装置の機器コストの低減及び省スペース化を図りつつ、冷凍装置の省エネ化を実現することができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、熱交換器は、蒸発側経路及び凝縮側経路が収容されると共に、水が貯蔵されるケースを備えている。これにより、蒸発側経路に水を接触させて第１の冷媒回路の余剰冷却能力を水に蓄冷することができ、また、一般的な空冷式の凝縮器に比して、凝縮側経路を流通する冷媒の冷却効率を向上することができるため、これらにより冷凍装置の省エネ化を更に促進することができる。
【００１４】
また、凝縮側経路における冷却効率が向上することから、熱交換器における単位伝熱面積あたりの熱交換量が増大するため、凝縮側経路、ひいては熱交換器を相対的に小型化することができ、ひいては冷凍装置の省スペース化を更に促進することができる。
請求項３記載の発明によれば、ケースは、水が供給される給水口、及び水が排出される排水口を有することにより、給水口及び排水口を開放すればケース内に水を流通させることができるため、冷凍装置をメンテナンスにより停止し、ケース内に貯蔵された水の水温が上昇したとしても、流水によって第２の冷媒回路の冷却能力を確保しつつ稼働させることができ、冷凍装置の信頼性を向上することができる。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、熱交換器は、ケース内を流通する水が凝縮側流路を流通する冷媒と対向流をなすべく構成される。これにより、ケース内を流通する水と凝縮側流路を流通する冷媒との熱交換効率が向上し、冷凍装置の省エネ化を更に促進することができる。
請求項５記載の発明によれば、給水口はケースの下部に形成され、排水口はケースの上部に形成されることにより、ケース内における空気溜まりの発生を確実に防止することができるため、ケース内を流通する水と蒸発側経路、ひいては凝縮側経路を流通する冷媒との熱交換効率を向上でき、冷凍装置の省エネ化を更に促進することができる。
【００１６】
請求項６記載の発明によれば、熱交換器は、ケース内の水を撹拌する撹拌手段を有することにより、蒸発側経路を流通する冷媒によって蓄冷された水の冷熱をケース内全体に行き渡らせることができる。従って、ケース内の水と蒸発側経路、ひいては凝縮側経路を流通する冷媒との熱交換効率を向上でき、冷凍装置の省エネ化を更に促進できる。
しかも、熱交換器における単位伝熱面積あたりの熱交換量が増大するため、ケースの容量を相対的に小さくすることができ、ひいては冷凍装置の省スペース化を更に促進することができる。
【００１７】
請求項７記載の発明によれば、熱交換器は、蒸発側経路を流通する冷媒と凝縮側流路を流通する冷媒とが対向流をなすべく構成されることにより、蒸発側経路と凝縮側流路とを流通する冷媒同士の熱交換効率が向上し、冷凍装置の省エネ化を更に促進することができる。
請求項８記載の発明によれば、熱交換器は、蒸発側経路と凝縮側経路とが接触して配置されることにより、蒸発側経路と凝縮側経路とを流通する冷媒同士の熱交換効率が向上し、冷凍装置の省エネ化を更に促進することができる。
【００１８】
請求項９記載の発明によれば、熱交換器は、蒸発側経路及び凝縮側経路が断面視略楕円状に形成されると共に、これら楕円状の扁平面が互いに対向して配置されることにより、蒸発側経路及び凝縮側経路の伝熱面積を大きくすることができるため、蒸発側経路と凝縮側経路とを流通する冷媒同士、また、これら冷媒とケース内の水との熱交換効率が向上し、冷凍装置の省エネ化を更に促進することができる。
【００１９】
請求項１０記載の発明によれば、制御部は、第１の冷媒回路の除霜運転時に蒸発側経路の流入口を開閉する第１の開閉弁を閉弁する。これにより、蒸発側経路には冷媒が流れないため、ケース内の水のみよって凝縮側経路を流通する冷媒の凝縮が行われることとなり、第１の冷媒回路の稼働を停止することができる。従って、第１の冷媒回路の除霜運転時において第２の冷媒回路を稼働させたいがためだけに第１の冷媒回路を稼働させるといった電力ロスが排除され、冷凍装置の省エネ化を更に促進することができる。
【００２０】
請求項１１記載の発明によれば、ケースは、凝縮側経路が収容される第１のケースと、蒸発側経路が収容される第２のケースとから構成され、第１のケースと第２のケースとはポンプを備えた循環経路で連通される。これによっても、第１の冷媒回路の余剰冷却能力を容易にして水に蓄冷することができると共に、ポンプにより流水を循環経路に循環させて第２の冷媒回路の冷却能力を確保しつつ稼働させることができ、冷凍装置の省エネ化を促進しつつその信頼性を向上することができる。
【００２１】
請求項１２記載の発明によれば、制御部は、第１の冷媒回路の熱負荷が所定値以上となるとき、第１の開閉弁を閉弁する。これにより、特に夏季の日中等における第１の冷媒回路のピーク熱負荷時には、蒸発側経路に冷媒が流れないため、蒸発側経路と凝縮側経路とを流通する冷媒同士の熱交換が遮断され、第１の冷媒回路の冷却能力を確実に確保することができ、冷凍装置の信頼性を向上することができる。
【００２２】
請求項１３記載の発明によれば、制御部は、水温度センサで検出される水の温度が給水口を流通する水の給水温度以上となるとき、給水口又は排水口を開閉する第２の開閉弁を開弁する。これにより、蓄冷された水の冷熱が凝縮側経路を流通する冷媒の凝縮にすべて使用されても、ケース内に水を流通させることにより、ケース内の水を少なくとも給水温度より小さい温度に自動的に保持できるため、冷凍装置の故障やメンテナンス等で水の蓄冷能力を超える長時間に亘り第１の冷媒回路を停止したとしても、第２の冷媒回路をその冷却能力を確保しつつ単独で稼働させることができ、冷凍装置の信頼性を更に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態を示す冷凍装置の概略構成図である。
【図２】図１のカスケードコンデンサを示した斜視図である。
【図３】図１の制御部で実施される冷蔵側冷媒制御の制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図４】図１の制御部で実施される通水制御の制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図５】カスケードコンデンサの変形例を示した斜視図である。
【図６】カスケードコンデンサの変形例を示した概略断面図である。
【図７】カスケードコンデンサの変形例を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の一実施形態に係る冷凍装置１について図面を参照して説明する。
図１は、冷凍装置１の概略構成を示している。この冷凍装置１は、例えばコンビニエンスストア等の店舗外に設置された室外ユニット１０と、店舗内に設置された冷蔵商品収納用の複数の冷蔵ショーケース２０と、店舗内に設置された冷凍商品収納用の冷凍ショーケース３０と、冷蔵ショーケース２０側の冷凍サイクルを構成するべく冷蔵側冷媒が流通する第１の冷媒回路４０と、冷凍ショーケース３０側の冷凍サイクルを構成するべく冷凍側冷媒が流通する第２の冷媒回路５０と、冷蔵側冷媒と冷凍側冷媒とを熱交換させる熱交換ユニット６０と、冷蔵ショーケース２０及び冷凍ショーケース３０の温度や除霜運転等の制御を行う制御部７０とから構成されている。
【００２５】
室外ユニット１０は、第１の冷媒回路４０に、冷蔵側冷媒の流れ方向からみて第１の圧縮機１２、第１の凝縮器１４が順次接続されて構成され、第１の凝縮器１４は冷蔵側冷媒と外気とを熱交換させる第１の凝縮器用ファン１６を備えている。
冷蔵ショーケース２０は、前面をガラス扉によって開閉するリーチインショーケース２０ａと、前面を開放した複数のオープンショーケース２０ｂとから構成されている。これらショーケース２０ａ，２０ｂの内部には、第１の冷媒回路４０に、冷蔵側冷媒の流れ方向からみて、それぞれ電磁弁２２ａ，２２ｂ、第１の膨張弁２４ａ，２４ｂ、第１の蒸発器２６ａ，２６ｂが順次接続されて配置されている。第１の蒸発器２６ａ，２６ｂは、それぞれ冷蔵側冷媒と冷蔵ショーケース２０内の空気とを熱交換させる第１の蒸発器用ファン２８ａ，２８ｂを備えている。
【００２６】
冷凍ショーケース３０は、前面をガラス扉によって開閉するクローズドショーケースであって、冷凍ショーケース３０の内部には、第２の冷媒回路５０に、冷凍側冷媒の流れ方向からみて、第２の圧縮機３２、第２の膨張弁３４、第２の蒸発器３６が順次接続されて配置されている。第２の蒸発器３６は冷凍側冷媒と冷凍ショーケース３０内の空気とを熱交換させる第２の蒸発器用ファン３８を備えている。
【００２７】
熱交換ユニット６０は、第１の冷媒回路４０に、冷蔵側冷媒の流れ方向からみて、電磁弁（第１の開閉弁）６２、第３の膨張弁６４、カスケードコンデンサ（熱交換器）６６が順次接続されて構成されている。
カスケードコンデンサ６６は、冷蔵側冷媒と冷凍側冷媒とを熱交換させる熱交換器であって、その内部には、第１の冷媒回路４０が接続される冷蔵側経路（蒸発側経路）６６ａと、第２の冷媒回路５０が接続される冷凍側経路（凝縮側経路）６６ｂとが配置されている。冷凍側経路６６ｂは、第２の冷媒回路５０において、第２の圧縮機３２と第２の膨張弁３４との間に配置され、これより図１に示されるように、冷蔵側冷媒と冷凍側冷媒とは対向流をなして熱交換が行われる。第１の冷媒回路４０は、室外ユニット１０、熱交換ユニット６０、リーチインショーケース２０ａ、各オープンショーケース２０ｂが順次並列に接続されて構成され、冷蔵側冷媒もこれらに並列に流通して各所で熱交換が行われる。
【００２８】
一方、第２の冷媒回路５０は、冷凍ショーケース３０に内蔵され、冷凍ショーケース３０内にて熱交換が行われる他、熱交換ユニット６０、即ちカスケードコンデンサ６６を介して冷蔵側冷媒と冷凍側冷媒との熱交換が行われる。
制御部７０は、マイクロコンピュータからなり、電磁弁２２ａ，２２ｂ，６２、及び第１の凝縮器用ファン１６、第１の蒸発器用ファン２８ａ，２８ｂ、第２の蒸発器用ファン３８に加え、図示は省略するが、冷蔵・冷凍ショーケース２０，３０内の空気の温度をそれぞれ検出する温度センサ７２，７４が電気的に接続されている。
【００２９】
ところで、カスケードコンデンサ６６は、熱交換ユニット６０を構成することにより、冷蔵側冷媒と冷凍側冷媒とを熱交換させて冷凍側冷媒を凝縮させる他、水を利用した冷蔵側冷媒からの蓄冷熱により、冷凍側冷媒を凝縮させている。
具体的には、図２に示されるカスケードコンデンサ６６の拡大斜視図を参照すると、冷蔵側経路６６ａはコの字形に屈曲され、その凸部が下側になるべく配置され、一方、冷凍側経路６６ｂもコの字形に屈曲され、その凸部が上側になる配置で冷蔵側経路６６ａの凸部に接触して固定されている。
【００３０】
ここで、これら凸部同士が接触する大部分は、冷蔵側経路６６ａ及び冷凍側経路６６ｂを囲繞するケース８２に気密に収容されている。
ケース８２は、所定の容量を有する直方体に形成され、直方体の下面８２ａ及び上面８２ｂには、それぞれ左面８２ｃ、右面８２ｄの近傍に給水管（給水口）８４、排水管（排水口）８６が接続されている。また、ケース８２は、これら各面８２ａ〜８２ｄを含む外面における結露を防止するために断熱処理が施されている。
【００３１】
給水管８４には市水が供給され、ケース８２内で市水の液位が上昇して満液になると、排水管８６から排出されて別途回収される。また、排水管８６には電磁弁（第２の開閉弁）８８が接続され、ケース内における水の流通を遮断可能に構成されている。なお、電磁弁８８は給水管８４に設置しても良い。
ケース内８２への水の貯蔵や流通は市水を供給するための図示しない水道蛇口や電磁弁８８を操作して行われる。なお、ケース８２に蓋で閉塞可能な給水口や排水口を設け、これら給水口に給水ホースを入れてケース８２内に水を供給しても良いし、また、給排水弁装置などによって手動、または自動でケース８２内に水を供給するようにしても良い。
【００３２】
このように、ケース８２内には給水管８４から排水管８６にかけて流通する水の水経路９０が形成され、冷凍側経路６６ｂを流れる冷凍側冷媒と水経路９０を流れる水とが対向流をなして熱交換が行われる。また、ケース内８２には、ケース内８２の水の温度を検出する図示しない水温度センサ９１が設置され、制御部７０に電気的に接続されている。
以下、冷凍装置１の冷蔵・冷凍ショーケース２０，３０における冷却運転について説明する。
【００３３】
第１の圧縮機１２から吐出された冷蔵側冷媒は、第１の凝縮器１４を流通した後、電磁弁２２ａ，２２ｂ、第１の膨張弁２４ａ，２４ｂ、第１の蒸発器２６ａ，２６ｂをそれぞれ流通する一方、冷蔵側経路６６ａを電磁弁６２、第３の膨張弁６４を介して流通し、第１の圧縮機１２に吸入される。
また、第２の圧縮機３２から吐出された冷凍側冷媒は、冷凍側経路６６ｂ、第２の膨張弁３４、第２の蒸発器３６を流通し、第２の圧縮機３２に吸入される。
【００３４】
このように第１及び第２の冷媒回路４０，５０を冷媒が循環することにより、カスケードコンデンサ６６では、冷蔵側経路６６ａにて冷蔵側冷媒が蒸発するとともに、冷凍側経路６６ｂにて冷凍側冷媒が凝縮し、これより第１の冷媒回路４０の冷媒と第２の冷媒回路５０の冷媒との熱交換が行われる。
ここで、電磁弁８８を閉弁することによりケース８２内に貯蔵された水によって、冷蔵側経路６６ａを流通する冷蔵側冷媒の蒸発には、この貯蔵された水の冷熱に加え、冷蔵側冷媒の蒸発によって吸熱された水が凍結して氷に相変化する際の水の潜熱も利用される。この氷は蓄冷剤としての役割を担うため、氷の形成によって第１の冷媒回路が停止しても冷凍側経路６６ｂを流通する冷凍側冷媒の凝縮が行われ、第２の冷媒回路を稼働させることができる。
【００３５】
具体的には、制御部７０では、冷蔵ショーケース２０の除霜運転時や、第１の冷媒回路の熱負荷の状態に応じて、電磁弁６２をオフして閉弁し、冷蔵側経路６６ａに冷媒を流さない冷蔵側冷媒制御を実施している。
以下、図３に示されるフローチャートを参照して、制御部７０にて実施される冷蔵側冷媒制御に係る制御ルーチンについて説明する。
【００３６】
先ず、本制御ルーチンがスタートすると、Ｓ１（Ｓはステップを表し、以下も同様とする）において、予め所定の周期で設定された除霜時間が到来しているか否かを判定する。判定結果が真（Ｙｅｓ）で除霜時間が到来していると判定された場合にはＳ２に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）で除霜時間は到来していないと判定された場合にはＳ３に移行する。
【００３７】
Ｓ２に移行した場合には、電磁弁２２ａ，２２ｂをオフして閉弁した後に、Ｓ４に移行する。
Ｓ４では、電磁弁６２をオフして閉弁した後に、Ｓ５に移行する。
Ｓ５では、除霜が終了したか否かを判定する。判定結果が真（Ｙｅｓ）で除霜が終了したと判定された場合にはＳ６に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）で除霜は終了していないと判定された場合には再びＳ５に移行する。
【００３８】
Ｓ６では、第１の冷媒回路のプルダウンを開始し、本制御ルーチンをリターンする。なお、プルダウンとは、除霜後に電磁弁２４ａ，２４ｂ，６２を開弁して閉弁するまでの過程、或いは、それに拘わらず事前に確保される除霜終了から所定の時間に、庫内温度を蒸発設定温度に短時間に戻すために、例えば蒸発器２６ａ，２６ｂの蒸発設定温度を若干下げる等の処理をいうものである。
【００３９】
一方、Ｓ３に移行した場合には、第１の冷媒回路がプルダウン中であるか否かを判定する。判定結果が真（Ｙｅｓ）で第１の冷媒回路がプルダウン中であると判定された場合には再びＳ３に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）で第１の冷媒回路がプルダウン中ではないと判定された場合にはＳ７に移行する。
Ｓ７に移行した場合には、温度センサ７２で検出された冷蔵ショーケース２０内の温度Ｔが予め設定された設定温度ＴＳより２℃以上高いか否かを判定する。判定結果が真（Ｙｅｓ）で冷蔵ショーケース２０内の温度が予め設定された設定温度より２℃以上高いと判定された場合にはＳ８に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）で冷蔵ショーケース２０内の温度が予め設定された設定温度より２℃以上高くない、即ち設定温度からの冷蔵ショーケース２０内の温度上昇が２℃未満であると判定された場合にはＳ９に移行する。
【００４０】
Ｓ８に移行した場合には、第１の圧縮機１２のインバータ最高回転数ＮＭが５分以上継続しているか否かを判定する。判定結果が真（Ｙｅｓ）で最高回転数ＮＭが５分以上継続していると判定された場合にはＳ１０に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）で最高回転数ＮＭが５分以上継続していない、即ち最高回転数ＮＭの継続が５分未満であると判定された場合にはＳ９に移行する。
【００４１】
Ｓ１０に移行した場合には、電磁弁６２をオフして閉弁した後に、本制御ルーチンをリターンする。
一方、Ｓ７またはＳ８にてＳ９に移行した場合には、温度センサ７２で検出された冷蔵ショーケース２０内の温度Ｔを予め設定された設定温度ＴＳにするべく、電磁弁６２を常時オンして開弁した状態で、電磁弁２２ａ，２２ｂをオンオフして開閉する通常運転を継続し、本制御ルーチンをリターンする。
【００４２】
こうして、第１の冷媒回路４０の除霜時間が到来したときには、電磁弁２２ａ，２２ｂ，６２を閉弁することにより、第１の冷媒回路４０が停止される一方、第１の冷媒回路４０の除霜時間ではないときには、第１の冷媒回路のピーク熱負荷が確認されると電磁弁６２のみを閉弁することにより、第１の冷媒回路における熱容量が確保される。
次に、制御部７０では、例えば、ケース８２内で形成された氷がすべて融解した場合であっても、ケース８２内に通水することにより、ケース８２内の水温が上昇するのを防止すべく、通水制御を実施している。
【００４３】
以下、図４に示されるフローチャートを参照して、制御部７０にて実施される通水制御に係る制御ルーチンについて説明する。
先ず、本制御ルーチンがスタートすると、Ｓ１１において、水温度センサ９１で検出されたケース８２内の水温ＴＷが１５℃以上であるか否かを判定する。判定結果が真（Ｙｅｓ）でケース８２内の水温が１５℃以上であると判定された場合にはＳ１２に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）でケース８２内の水温が１５℃未満であると判定された場合にはＳ１３に移行する。
【００４４】
Ｓ１２に移行した場合には、電磁弁８８をオンして開弁し、本制御ルーチンをリターンする。
一方、Ｓ１３に移行した場合には、電磁弁８８をオフして閉弁し、本制御ルーチンをリターンする。
こうして、ケース８２内の水温が１５℃以上である場合には、ケース８２内で形成された氷がすべて融解し、ケース８２内の水温が常温以上に上昇し始めていると判定され、この場合には、ケース８２内に単に通水することにより、ケース８２内における水温を一般に常温と考えられる給水温度未満に保持することができる。
【００４５】
このように、本実施形態の冷凍装置１によれば、冷蔵側経路６６ａ及び冷凍側経路６６ｂが収容されるケース８２に給水管８４を介して給水すると共に排水管８６を介して排水することにより、水の冷熱を利用して冷凍側経路６６ｂを流通する冷媒を凝縮させる。これにより、第２の冷媒回路５０に凝縮器を別途設置しなくても、第１の冷媒回路４０と第２の冷媒回路５０とを独立して稼働させることができるため、第２の冷媒回路５０、ひいては冷凍装置１の機器コストの低減及び省スペース化を図りつつ、冷凍装置１の省エネ化を実現することができる。
【００４６】
しかも、冷蔵側経路６６ａを水と接触させることにより、第１の冷媒回路４０の余剰冷却能力を水に蓄冷することができる。
また、カスケードコンデンサ６６を水冷式の凝縮器として利用することにより、一般的な空冷式の凝縮器に比して、冷凍側経路６６ｂを流通する冷媒の冷却効率を向上することができるため、これらにより冷凍装置１の省エネ化を更に促進することができる。
【００４７】
更には、冷凍側経路６６ｂにおける冷却効率が向上することから、カスケードコンデンサ６６における単位伝熱面積あたりの熱交換量が増大するため、冷凍側経路６６ｂ、ひいてはカスケードコンデンサ６６を相対的に小型化することができ、ひいては冷凍装置１の省スペース化を更に促進することができる。
また、電磁弁８８を閉弁することにより、ケース８２内に水を貯蔵させ、第１の冷媒回路の４０の余剰冷却能力を水に効果的に蓄冷することができる。
【００４８】
具体的には、ケース８２内を第１の冷媒回路４０の停止頻度及び停止時間に応じた所定の容量としてケース８２内における水の蓄冷能力を確保することにより、第１の冷媒回路４０の除霜のために第１の冷媒回路４０を停止したとしても、第１の冷媒回路４０の除霜運転時には、第２の冷媒回路５０をその冷却能力を確保しつつ単独で稼働させることができ、冷凍装置１の信頼性を向上することができる。
【００４９】
更に、カスケードコンデンサ６６は、ケース８２内を流通する水が冷凍側経路６６ｂを流通する冷媒と対向流をなすべく構成される。これにより、ケース８２内を流通する水と冷凍側経路６６ｂを流通する冷媒との熱交換効率が向上し、冷凍装置１の省エネ化を更に促進することができる。
また、給水管８４はケース８２の下部に形成され、排水管８６はケース８２の上部に形成されることにより、ケース８２内に水を容易に貯蔵できると共に、この際にケース８２内における空気溜まりの発生を確実に防止することができるため、ケース８２内を流通する水と冷蔵側経路６６ａ、ひいては冷凍側経路６６ｂを流通する冷媒との熱交換効率を向上でき、冷凍装置１の省エネ化を更に促進することができる。
【００５０】
更に、カスケードコンデンサ６６は、冷蔵側経路６６ａを流通する冷媒と冷凍側経路６６ｂを流通する冷媒とが対向流をなすべく構成されることにより、冷蔵側経路６６ａと冷凍側経路６６ｂとを流通する冷媒同士の熱交換効率が向上し、冷凍装置１の省エネ化を更に促進することができる。
更にまた、カスケードコンデンサ６６は、冷蔵側経路６６ａと冷凍側経路６６ｂとが接触して配置されることにより、冷蔵側経路６６ａと冷凍側経路６６ｂとを流通する冷媒同士の熱交換効率が向上し、冷凍装置１の省エネ化を更に促進することができる。
【００５１】
また、制御部７０にて冷蔵側冷媒制御が実施されることにより、第１の冷媒回路４０の除霜運転時には冷蔵側経路６６ａの流入口を開閉する電磁弁６２が閉弁される。これにより、冷蔵側経路６６ａには冷媒が流れないため、ケース８２内に形成される氷のみによって冷凍側経路６６ｂを流通する冷媒の凝縮を行うことができ、第１の冷媒回路４０の稼働を停止することができる。従って、第１の冷媒回路４０の除霜運転時に第１の冷媒回路４０を稼働するという電力ロスが排除され、冷凍装置１の省エネ化を更に促進することができる。
【００５２】
更に、冷蔵側冷媒制御では、第１の圧縮機１２のインバータ最高回転数ＮＭが５分以上継続し、第１の冷媒回路４０の熱負荷が過大となるときには、電磁弁６２が閉弁される。これにより、特に夏季の日中等における第１の冷媒回路４０のピーク熱負荷時には、冷蔵側経路６６ａに冷媒が流れないため、冷蔵側経路６６ａと冷凍側経路６６ｂとを流通する冷媒同士の熱交換が遮断され、第１の冷媒回路４０の冷却能力を確実に確保することができ、冷凍装置１の信頼性を向上することができる。
【００５３】
更にまた、制御部７０にて通水制御が実施されることにより、水温度センサ９１で検出される水の温度が１５℃以上、即ち常温以上、換言すると給水管８４を流通する水の給水温度以上となるとき、排水管８６を開閉する電磁弁８８が開弁される。これにより、ケース内に形成された氷が冷凍側経路６６ｂを流通する冷媒の凝縮にすべて使用されて融解したとしても、ケース８２内を流通する水が冷蔵側経路６６ａを流通する冷媒によって給水温度以上に加熱されるのを防止することができる。従って、ケース８２内の水を給水温度より小さい温度に自動的に保持できるため、冷凍側経路６６ｂを流通する冷媒を確実に凝縮させることができ、冷凍装置１の故障やメンテナンス等で第１の冷媒回路４０を長時間の間停止しても、第２の冷媒回路５０をその冷却能力を確保しつつ単独で稼働させることができ、冷凍装置１の信頼性を更に向上することができる。
【００５４】
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上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の変更ができるものである。
例えば、一変形例として図５のカスケードコンデンサ（熱交換器）９２の斜視図に示されるように、ケース８２内の水を循環させる循環経路９４及びポンプ９６を設けても良い（撹拌手段）。この場合には、電磁弁６２,８８を閉弁し、ポンプ９６を運転することにより、冷蔵側経路（蒸発側経路）９２ａを流通する冷媒によって蓄冷された水の冷熱をケース８２内全体に行き渡らせることができる。従って、ケース８２内を流通する水と冷凍側経路（凝縮側経路）９２ｂを流通する冷媒との熱交換効率を向上でき、冷凍装置１の省エネ化を更に促進できる。
【００５５】
しかも、カスケードコンデンサ９２における単位伝熱面積あたりの熱交換量が増大するため、ケース８２の容量を相対的に小さくすることができ、ひいては冷凍装置１の省スペース化を更に促進することができる。なお、循環経路９４及びポンプ９６の代わりにケース８２内の水を撹拌する図示しない撹拌ファンを設けても上記と同様の効果を得られる。
また、別の変形例として図６のカスケードコンデンサ（熱交換器）９８の概略断面図に示されるように、ケース８２内で冷蔵側経路（蒸発側経路）９８ａ及び冷凍側経路（凝縮側経路）９８ｂをジグザグ状に複数回屈曲させた上で離間して配置しても良い。これにより、電磁弁８８を閉弁してケース８２内に形成される氷と冷蔵側経路９８ａとの伝熱面積を大きくすることができるため、冷蔵側経路９８ａを流通する冷媒とケース８２内に形成される氷との熱交換効率が向上し、冷凍装置１の省エネ化を更に促進することができる。なお、この場合には、ポンプ９６は常時運転させるのが好ましい。
【００５６】
なお、図示は省略するものの、冷蔵側経路９８ａ及び冷凍側経路９８ｂを断面視略楕円状に形成し、これら楕円状の扁平面を互いに対向して配置することにより、冷凍側経路９８ｂを流通する冷媒とケース８２内に形成される氷のみならず、冷蔵側経路９８ａと冷凍側経路９８ｂとを流通する冷媒同士の熱交換効率をも向上することができる。
更に、別の変形例として図７のカスケードコンデンサ１００の模式図に示されるように、ケース（第１のケース）８２内には冷蔵側経路（蒸発側経路）１００ａのみを収容し、ケース８２の外部に冷凍側経路（凝縮側経路）１００ｂを流通する冷媒と熱交換される新たなケース（第２のケース）１０２を備えた水回路１０４を配設しても良い。このカスケードコンデンサ１００は、いわゆる水冷コンデンサとしての機能を特化させたものであるが、第１の冷媒回路４０の余剰冷却能力を水に蓄冷することにより、少なくとも、冷凍装置１の省エネ化を促進しながらその信頼性を確保することができる。なお、この場合にも、ポンプ９６は常時運転させるのが好ましい。
【００５７】
最後に、上記実施形態及び各変形例では、冷蔵ショーケース２０及び冷凍ショーケース３０を冷却する冷凍装置１を示したが、冷蔵ショーケース２０及び冷凍ショーケース３０に限らず冷蔵庫、冷凍庫または空調設備等の冷凍装置に用いても良い。
【符号の説明】
【００５８】
１      冷凍装置
１２    第１の圧縮機
１４    第１の凝縮器
２４ａ，２４ｂ    第１の膨張器
２６ａ，２６ｂ    第１の蒸発器
３２    第２の圧縮機
３４    第２の膨張器
３６    第２の蒸発器
４０    第１の冷媒回路
５０    第２の冷媒回路
６２    電磁弁（第１の開閉弁）
６４    第３の膨張器
６６，９２，９８，１００    カスケードコンデンサ（熱交換器）
６６ａ，９２ａ，９８ａ，１００ａ    冷蔵側経路（蒸発側経路）
６６ｂ，９２ｂ，９８ｂ，１００ｂ    冷凍側経路（凝縮側経路）
７０    制御部
８２    ケース（第１のケース）
８２ａ    下面（下部）
８２ｂ    上面（上部）
８４    給水管（給水口）
８６    排水管（排水口）
８８    電磁弁（第２の開閉弁）
９１    水温度センサ
１０２  ケース（第２のケース）
【図１】
2012093086.tif 000003
【図２】
2012093086.tif 000004
【図３】
2012093086.tif 000005
【図４】
2012093086.tif 000006
【図５】
2012093086.tif 000007
【図６】
2012093086.tif 000008
【図７】
2012093086.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月13日(2012.3.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の圧縮機、第１の凝縮器、第１の膨張器及び第１の蒸発器からなる第１の冷媒回路と、第２の圧縮機、第２の膨張器及び第２の蒸発器からなる第２の冷媒回路と、前記第１の冷媒回路の冷媒と前記第２の冷媒回路の冷媒との間で熱交換を行う熱交換器とを備え、前記第１の凝縮器から吐出された冷媒の一部を前記熱交換器の流入口側に設けられた第３の膨張器を介して前記熱交換器の蒸発側経路内で蒸発させると共に、前記第２の圧縮機から吐出された冷媒を前記熱交換器の凝縮側経路内で凝縮させる冷凍装置であって、
前記熱交換器は、水を利用して前記凝縮側経路を流通する冷媒を凝縮させ、
前記熱交換器は、前記蒸発側経路及び前記凝縮側経路が収容されると共に、前記水が貯蔵されるケースを備え、
前記ケースは、前記水が供給される給水口、及び前記水が排出される排水口を有し、
前記熱交換器は、前記蒸発側経路を流通する冷媒と前記凝縮側流路を流通する冷媒とが対向流をなすべく構成され、前記ケース内を流通する水が前記凝縮側流路を流通する冷媒と対向流をなすべく構成されることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記ケース内の水の温度を検出する水温度センサと、前記給水口または前記排水口を開閉する第２の開閉弁と、前記水温度センサ及び前記第２の開閉弁が電気的に接続される制御部とを更に含み、
前記制御部は、前記水温度センサで検出される水の温度が前記給水口を流通する水の給水温度以上となるとき、前記第２の開閉弁を開弁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】
前記制御部は、前記第２の開閉弁を閉弁することにより、前記ケース内に貯蔵された水を凍結させることを特徴とする請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記ケースは断熱処理されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の冷凍装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の冷凍装置は、第１の圧縮機、第１の凝縮器、第１の膨張器及び第１の蒸発器からなる第１の冷媒回路と、第２の圧縮機、第２の膨張器及び第２の蒸発器からなる第２の冷媒回路と、第１の冷媒回路の冷媒と第２の冷媒回路の冷媒との間で熱交換を行う熱交換器とを備え、第１の凝縮器から吐出された冷媒の一部を熱交換器の流入口側に設けられた第３の膨張器を介して熱交換器の蒸発側経路内で蒸発させると共に、第２の圧縮機から吐出された冷媒を熱交換器の凝縮側経路内で凝縮させる冷凍装置であって、熱交換器は、水を利用して凝縮側経路を流通する冷媒を凝縮させ、熱交換器は、蒸発側経路及び凝縮側経路が収容されると共に、水が貯蔵されるケースを備え、ケースは、水が供給される給水口、及び水が排出される排水口を有し、熱交換器は、蒸発側経路を流通する冷媒と凝縮側流路を流通する冷媒とが対向流をなすべく構成され、ケース内を流通する水が凝縮側流路を流通する冷媒と対向流をなすべく構成されることを特徴としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
また、請求項２記載の発明では、請求項１において、ケース内の水の温度を検出する水温度センサと、給水口または排水口を開閉する第２の開閉弁と、水温度センサ及び第２の開閉弁が電気的に接続される制御部とを更に含み、制御部は、水温度センサで検出される水の温度が給水口を流通する水の給水温度以上となるとき、第２の開閉弁を開弁することを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、請求項２において、制御部は、第２の開閉弁を閉弁することにより、ケース内に貯蔵された水を凍結させることを特徴としている。
更にまた、請求項４記載の発明では、請求項１乃至３の何れかにおいて、ケースは断熱処理されていることを特徴としている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
また、熱交換器は、蒸発側経路及び凝縮側経路が収容されると共に、水が貯蔵されるケースを備えている。これにより、蒸発側経路に水を接触させて第１の冷媒回路の余剰冷却能力を水に蓄冷することができ、また、一般的な空冷式の凝縮器に比して、凝縮側経路を流通する冷媒の冷却効率を向上することができるため、これらにより冷凍装置の省エネ化を更に促進することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
また、凝縮側経路における冷却効率が向上することから、熱交換器における単位伝熱面積あたりの熱交換量が増大するため、凝縮側経路、ひいては熱交換器を相対的に小型化することができ、ひいては冷凍装置の省スペース化を更に促進することができる。
また、ケースは、水が供給される給水口、及び水が排出される排水口を有することにより、給水口及び排水口を開放すればケース内に水を流通させることができるため、冷凍装置をメンテナンスにより停止し、ケース内に貯蔵された水の水温が上昇したとしても、流水によって第２の冷媒回路の冷却能力を確保しつつ稼働させることができ、冷凍装置の信頼性を向上することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、熱交換器は、蒸発側経路を流通する冷媒と凝縮側流路を流通する冷媒とが対向流をなすべく構成され、ケース内を流通する水が凝縮側流路を流通する冷媒と対向流をなすべく構成される。これにより、蒸発側経路と凝縮側流路とを流通する冷媒同士の熱交換効率が向上するとともに、ケース内を流通する水と凝縮側流路を流通する冷媒との熱交換効率が向上し、冷凍装置の省エネ化を更に促進することができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
請求項２記載の発明によれば、制御部は、水温度センサで検出される水の温度が給水口を流通する水の給水温度以上となるとき、給水口又は排水口を開閉する第２の開閉弁を開弁する。これにより、蓄冷された水の冷熱が凝縮側経路を流通する冷媒の凝縮にすべて使用されても、ケース内に水を流通させることにより、ケース内の水を少なくとも給水温度より小さい温度に自動的に保持できるため、冷凍装置の故障やメンテナンス等で水の蓄冷能力を超える長時間に亘り第１の冷媒回路を停止したとしても、第２の冷媒回路をその冷却能力を確保しつつ単独で稼働させることができ、冷凍装置の信頼性を更に向上することができる。
請求項３記載の発明によれば、制御部は、第２の開閉弁を閉弁することにより、ケース内に貯蔵された水を凍結させる。これにより、冷媒の蒸発に、貯蔵された水の冷熱に加え、冷蔵側冷媒の蒸発によって吸熱された水が凍結して氷に相変化する際の水の潜熱を利用することができる。また、この氷は蓄冷剤としての役割を担うため、ケース内に形成される氷のみによって冷媒の凝縮を行うことができ、第１の冷媒回路の稼働を停止することができる。従って、第１の冷媒回路の除霜運転時に第１の冷媒回路を稼働するという電力ロスが排除され、冷凍装置の省エネ化を更に促進することができる。
請求項４記載の発明によれば、ケースは断熱処理されていることにより、ケースの外面における結露を防止することができる。