JP7411929B2

JP7411929B2 - 冷凍装置

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Publication number: JP7411929B2
Application number: JP2020029841A
Authority: JP
Inventors: 優一村嶋; 修小須田; 豊明木屋; 一彦三原; 賢治金城; 利幸生沼
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2024-01-12
Anticipated expiration: 2040-02-25
Also published as: JP2021134953A; EP3872412A1

Description

本発明は、冷凍装置に係り、特に、給湯により排熱回収を行うことのできる冷凍装置に関するものである。

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。

このような冷凍装置として、従来、例えば、インタークーラー、ガスクーラーに水配管が並列に接続され、それぞれに供給された冷却水で、インタークーラーでは低段側圧縮機構からの吐出冷媒との間で熱交換を行い、ガスクーラーでは高段側圧縮機構からの吐出冷媒との間で熱交換を行う技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４９４７１９７号公報

しかしながら、前記従来の技術においては、給湯温度を高くするためには、インタークーラーおよびガスクーラーの水配管を流れる水の流量を減らす必要があった。そのため、水の流量を減らすことにより熱交換性能が低下し、インタークーラーおよびガスクーラーで冷媒の放熱不足が発生し、ガスクーラーの出口側の冷媒温度が高くなり、その結果、冷凍装置の冷凍能力が不足してしまうという課題があった。

本発明は、前記した点に鑑みてなされたものであり、給湯温度を高くする場合でも、冷凍能力不足が発生せず、冷却機器を効率よく冷却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ものである。

前記目的を達成するため、本発明は、低段圧縮機構と、高段圧縮機構と、膨張機構と、前記低段圧縮機構からの吐出冷媒を冷却するインタークーラーと、前記高段圧縮機構からの吐出冷媒を冷却する主ガスクーラーと、前記主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、を備え、冷媒と水との熱交換により冷媒を冷却し、冷媒を冷却する水の水流路が水配管で接続された冷凍装置であって、前記水配管は、第１水配管と、前記第１水配管の途中で分岐する第１分岐部と、第１合流部と、前記第１分岐部と前記第１合流部とを前記補助ガスクーラーを経由して接続する第２水配管と、前記第２水配管と合流することなく前記第１分岐部と前記第１合流部とを前記インタークーラーを経由して接続する第３水配管と、前記第１合流部と前記主ガスクーラーとを接続する第４水配管と、前記主ガスクーラーと給湯利用先とを接続する給湯配管と、から構成され、制御部と、前記水配管の中途部に設けられ流量を制御する送水機構と、前記第１水配管に設けられ、前記補助ガスクーラーと前記インタークーラーに入水する水温を検出する入口側水温センサーと、前記給湯配管に設けられた前記主ガスクーラーの出口側水温を検出する出口側水温センサーと、前記補助ガスクーラーを通過した冷媒の温度を測定する冷媒温度センサーと、前記第４水配管に設けられた排水配管と、前記主ガスクーラーと前記排水配管に流れる水流量を調整する第１流量調整機構と、を備え、前記制御部は、前記入口側水温センサーの検出値および前記冷媒温度センサーの検出値に基づいて前記送水機構を制御し、前記出口側水温センサーの検出値に基づいて前記第１流量調整機構を制御することを特徴とする。

これによれば、補助ガスクーラーとインタークーラーに並列入水することで、補助ガスクーラー出口冷媒およびインタークーラー出口冷媒の温度を入水温度付近まで冷却することができる。

本発明によれば、補助ガスクーラーとインタークーラーに並列入水することで、補助ガスクーラー出口冷媒およびインタークーラー出口冷媒の温度を入水温度付近まで冷却することができる。その結果、主ガスクーラーと補助ガスクーラーとがあるため、少ない水の流量でも冷媒を十分冷却することが可能となる。

本発明の第１実施の形態における冷凍装置の冷媒回路図第１実施の形態の制御構成を示すブロック図第１実施の形態の動作を示すフローチャート第２実施の形態の冷凍装置の冷媒回路図

第１の発明は、低段圧縮機構と、高段圧縮機構と、膨張機構と、前記低段圧縮機構からの吐出冷媒を冷却するインタークーラーと、前記高段圧縮機構からの吐出冷媒を冷却する主ガスクーラーと、前記主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、を備え、冷媒と水との熱交換により冷媒を冷却し、冷媒を冷却する水の水流路が水配管で接続された冷凍装置であって、前記水配管は、第１水配管と、前記第１水配管の途中で分岐する第１分岐部と、第１合流部と、前記第１分岐部と前記第１合流部とを前記補助ガスクーラーを経由して接続する第２水配管と、前記第２水配管と合流することなく前記第１分岐部と前記第１合流部とを前記インタークーラーを経由して接続する第３水配管と、前記第１合流部と前記主ガスクーラーとを接続する第４水配管と、前記主ガスクーラーと給湯利用先とを接続する給湯配管と、から構成され、前記水配管の中途部に送水機構を備えている。
これによれば、補助ガスクーラーとインタークーラーに並列入水することで、補助ガスクーラー出口冷媒およびインタークーラー出口冷媒の温度を入水温度付近まで冷却することができる。主ガスクーラーと補助ガスクーラーとがあるため、少ない水の流量でも冷媒を十分冷却することが可能となる。

第２の発明は、前記水配管の流量を制御する送水機構と、前記送水機構を制御する制御部と、前記給湯配管に設けられた前記主ガスクーラーの出口側水温を検出する出口側水温センサーと、を備え、前記制御部は、前記出口側水温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。
これによれば、送水機構により水配管を流れる水の流量を調整することができるので、所定温度の給湯を行いながら、冷凍能力を担保することができる。

第３の発明は、前記第１水配管に設けられ、前記補助ガスクーラーと前記インタークーラーに入水する水温を検出する水入口温度センサーと、前記補助ガスクーラーを通過した冷媒の温度を測定する冷媒温度センサーと、前記第４水配管に設けられた排水配管と、前記主ガスクーラーと前記排水配管に流れる水流量を調整する第１流量調整機構と、を備え、前記制御部は、前記第１流量調整機構を制御する。
これによれば、第１流量調整機構を用いることで、不要な水を排水することができるので、主ガスクーラーに流入する水流量を減らしながら、補助ガスクーラーおよびインタークーラーに流入する水流量を確保できる。これにより、冷凍能力を担保しながら、高段圧縮機構から吐出される冷媒温度まで水を加熱して給湯することが可能となる。

第４の発明は、前記送水機構が、前記第４水配管の前記第１合流部と前記第１流量調整機構との間に設けられている。
これにより、送水機構を第４水配管に設けているので、送水機構の排熱を給湯に利用することができ、より効率のよい給湯を行うことができる。また、補助ガスクーラーおよびインタークーラーに送られる水が送水機構で加熱されることがなく、補助ガスクーラーおよびインタークーラーに入水する水温度の低下を図ることができる。これにより、圧縮機構の効率が良くなり、冷凍能力を増加させることができる。

第５の発明は、前記排水配管と接続される外部放熱装置と、前記第１水配管上に設けられた第２合流部と、前記外部放熱装置と前記第２合流部とを接続する第５水配管と、を備えている。
これによれば、排水配管に流れる水を外部放熱装置において冷却することができ、冷却された水が水配管を介して補助ガスクーラーおよびインタークーラーに送られることにより、水を廃棄することなく再利用することができ、使用する水を低減させて冷凍装置を運転することが可能となる。

第６の発明は、前記補助ガスクーラーと前記膨張機構との間に設けられた内部熱交換器と、前記内部熱交換器を通過後に設けられた冷媒分岐部と、前記高段圧縮機構の吸入側に設けられた冷媒合流部と、前記内部熱交換器を経由して前記冷媒分岐部と前記冷媒合流部を接続する冷媒戻し配管と、前記冷媒戻し配管上で前記内部熱交換器に流入前に設けられた第２膨張機構と、を備えている。
これによれば、内部熱交換器により、補助ガスクーラーから送られる冷媒と、冷媒戻し配管を介して第２膨張機構により膨張した冷媒を熱交換することにより、蒸発器に送られる冷媒温度を低下させることができ、冷凍能力を高めることができる。また、本発明では、インタークーラーの出口冷媒の温度が並列入水により入水温度付近まで下がることで、高段圧縮機構の吸込冷媒圧力、つまり第２膨張機構通過後の冷媒戻し配管内の冷媒圧力が低下し、内部熱交換器で冷却する側の冷媒温度をより低くすることができる。これにより、冷凍能力をさらに増加させることができる。

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、本発明に係る冷凍装置の第１実施の形態を示す冷媒回路図である。
図１に示すように、冷凍装置１は、冷凍装置１から送られる冷媒により冷却される冷却機器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、本実施の形態においては、冷凍装置１は、高圧側の冷媒圧力（高圧圧力）が臨界圧力以上（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。

冷凍装置１は、圧縮機１０を備えている。本実施の形態において、圧縮機１０は、低段圧縮機構１１と、高段圧縮機構１２との２段の圧縮機構を備えている。
なお、本実施の形態においては、圧縮機１０に低段圧縮機構１１と、高段圧縮機構１２との２段圧縮機構を備えたが、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。
低段圧縮機構１１には、低段吸込口１３および低段吐出口１４が設けられており、高段圧縮機構１２には、高段吸込口１５および高段吐出口１６が設けられている。
低段吸込口１３には、冷却機器の蒸発器４０に接続される低圧冷媒配管１７が接続されており、低圧冷媒配管１７を介して冷却機器の蒸発器４０から送られる低圧冷媒を低段吸込口１３から低段圧縮機構１１に送る。

低段圧縮機構１１は、低段吸込口１３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低段吐出口１４から吐出する。低段圧縮機構１１により圧縮された中間圧の冷媒は、中間圧吐出配管１８、インタークーラー３０、中間圧吸込配管１９をそれぞれ介して高段吸込口１５から吸い込まれ、高段圧縮機構１２により圧縮して高圧まで昇圧し、高段吐出口１６から吐出するように構成されている。

低段圧縮機構１１に接続された中間圧吐出配管１８は、インタークーラー３０の一方の流路の入口側３０ａに接続されている。
インタークーラー３０の一方の流路の出口側３０ｂには、中間圧吸込配管１９が接続されており、中間圧吸込配管１９は、高段圧縮機構１２の高段吸込口１５に接続されている。

また、高段圧縮機構１２の高段吐出口１６には、高圧吐出配管２０が接続されており、高圧吐出配管２０は、主ガスクーラー３１の一方の流路の入口側３１ａに接続されている。
主ガスクーラー３１の一方の流路の出口側３１ｂには、冷媒配管２１を介して補助ガスクーラー３２の一方の流路の入口側３２ａに接続されている。補助ガスクーラー３２の一方の流路の出口側３２ｂは、冷媒配管２２を介して冷却機器の膨張機構４１に接続されている。膨張機構４１には、蒸発器４０が接続されており、蒸発器４０には、低段圧縮機構１１が接続されている。

補助ガスクーラー３２、主ガスクーラー３１およびインタークーラー３０の他方の流路には、水配管５０が接続されている。
水配管５０は、第１水配管５１と、第１水配管５１の途中で分岐する第１分岐部５２と、第１合流部５３と、第１分岐部５２と第１合流部５３とを補助ガスクーラー３２の入口側３２ｃおよび出口側３２ｄを経由して接続する第２水配管５４と、第２水配管５４と合流することなく第１分岐部５２と前記第１合流部５３とをインタークーラー３０の入口側３０ｃおよび出口側３０ｄを経由して接続する第３水配管５５と、第１合流部５３と主ガスクーラー３１の入口側３１ｃとを接続する第４水配管５６と、主ガスクーラー３１の出口側３１ｄと給湯利用先とを接続する給湯配管５７と、から構成されている。

このように本実施の形態においては、水配管５０は、第２水配管５４、第３水配管５５により補助ガスクーラー３２およびインタークーラー３０に並列に接続されており、補助ガスクーラー３２およびインタークーラー３０に接続された第２水配管５４、第３水配管５５は、第４水配管５６により主ガスクーラー３１と直列に接続するように構成されている。

水配管５０の第１水配管５１には、例えば、送水ポンプなどの送水機構６０が設けられている。
補助ガスクーラー３２およびインタークーラー３０の出口側に接続されて合流した第４水配管５６の中途部には、第１流量調整機構としての第１流量調整弁６１が設けられている。水配管５０に接続されていない箇所には、排水配管５８が接続されている。
なお、本実施の形態においては、第１流量調整弁６１に三方弁を備えたが、２つの二方弁を第１流量調整弁６１として用いても同等の機能が得られる。

冷媒配管２２には、補助ガスクーラー３２の出口側の冷媒温度を検出する冷媒温度センサー７１が設けられている。第１水配管５１には、補助ガスクーラー３２およびインタークーラー３０に入水する水の温度を検出する入口側水温センサー７２が設けられており、主ガスクーラー３１の出口側の給湯配管５７には、出口側水温センサー７３が設けられている。

図２は、本実施の形態の制御構成を示すブロック図である。
図２に示すように、本実施の形態においては、冷凍装置１は、各部を統括して制御する制御部７０を備えている。この制御部７０は、圧縮機１０の駆動制御や膨張機構４１の開度制御を行う。また、制御部７０は、冷媒温度センサー７１、入口側水温センサー７２および出口側水温センサー７３による検出値に基づいて、送水機構６０および第１流量調整弁６１の駆動を制御するように構成されている。

次に、第１実施の形態の動作について説明する。
まず、圧縮機１０を動作させることにより、低段圧縮機構１１の低段吸込口１３により冷却機器の蒸発器４０から送られる冷媒を吸込み、吸い込まれた冷媒は、低段圧縮機構１１により、中間圧力に圧縮されて低段吐出口１４から吐出される。

また、低段圧縮機構１１の低段吐出口１４から吐出された冷媒は、中間圧吐出配管１８を介してインタークーラー３０に流入する。流入した冷媒は、このインタークーラー３０で水と熱交換して冷却され、高段圧縮機構１２の高段吸込口１５に送られる。
インタークーラー３０から送られた冷媒は、高段圧縮機構１２により圧縮して高段吐出口１６から吐出され、主ガスクーラー３１に送られる。

高段圧縮機構１２から送られた冷媒は、主ガスクーラー３１で水と熱交換した後、補助ガスクーラー３２で熱交換して、膨張機構４１を介して蒸発器４０に送られる。

ここで、本実施の形態においては、水配管５０は、補助ガスクーラー３２およびインタークーラー３０に並列に接続された後、主ガスクーラー３１に直列に接続されている。
そのため、水配管５０を流れる水は、補助ガスクーラー３２およびインタークーラー３０に同時に流れ、その後、主ガスクーラー３１に流れる。
これにより、補助ガスクーラー３２とインタークーラー３０に並列入水することで、補助ガスクーラー３２出口冷媒およびインタークーラー３０出口冷媒の温度を入水温度付近まで冷却することができる。
主ガスクーラー３１と補助ガスクーラー３２とがあるため、少ない水の流量でも冷媒を十分冷却することが可能となる。

また、送水機構６０によって水配管５０を流れる水の流量を調整することができるので、所定温度の給湯を行いながら、冷凍能力を担保することができる。
第１流量調整弁６１を用いることで、所定温度の給湯を行うために不要な量の水を主ガスクーラー３１に流入する手前で排水することができるので、主ガスクーラー３１に流入する水流量を減らしながら、補助ガスクーラー３２およびインタークーラー３０に流入する水流量を確保できる。これにより、冷凍能力を担保しながら、高段圧縮機構１２から吐出される冷媒温度まで水を加熱して給湯することが可能となる。

次に、第１実施の形態の制御動作について説明する。
図３は、第１実施の形態の動作を示すフローチャートである。
図３に示すように、給水（給湯）の流量制御を行う場合は、制御部７０は、まず、初期の流量となるように設定し、運転を開始する（ＳＴ１）。
その後、制御部７０は、目標給湯温度設定値Ｔｇ、出口側水温センサー７３による現在の出口側水温度Ｔｏｕｔ、入口側水温センサー７２による入口側水温Ｔｉｎ、冷媒温度センサー７１による冷媒出口温度Ｔｒｅｆを取得する（ＳＴ２）。

制御部７０は、冷媒出口温度Ｔｒｅｆが入口側水温Ｔｉｎ＋Δｔｉｎ１より高いか否かを判断する（ＳＴ３）。
冷媒出口温度Ｔｒｅｆが入口側水温Ｔｉｎ＋Δｔｉｎ１より高いと判断した場合は（ＳＴ３：ＹＥＳ）、送水機構６０によって流量を増加するように制御する。（ＳＴ４）。
そして、流量制御の終了信号が入力されるまで（ＳＴ５：ＮＯ）、前述の制御を継続する。

一方、冷媒出口温度Ｔｒｅｆが入口側水温Ｔｉｎ＋Δｔｉｎ１より低いと判断した場合は（ＳＴ３：ＮＯ）、制御部７０は、冷媒出口温度Ｔｒｅｆが入口側水温Ｔｉｎ＋Δｔｉｎ２より低いか否かを判断する（ＳＴ６）。
冷媒出口温度Ｔｒｅｆが入口側水温Ｔｉｎ＋Δｔｉｎ２より低いと判断した場合は（ＳＴ６：ＹＥＳ）、制御部７０は、送水機構６０によって流量を減少するように制御する（ＳＴ７）。その後は、流量制御の終了信号が入力されるまで（ＳＴ５：ＮＯ）、前述の制御を継続する。

冷媒出口温度Ｔｒｅｆが入口側水温Ｔｉｎ＋Δｔｉｎ２より高いと判断した場合は（ＳＴ６：ＮＯ）、制御部７０は、出口側水温Ｔｏｕｔが目標給湯温度設定値Ｔｇ＋Δｔｇより高いか否かを判断する（ＳＴ８）。
そして、出口側水温Ｔｏｕｔが目標給湯温度設定値Ｔｇ＋Δｔｇより高いと判断した場合は（ＳＴ８：ＹＥＳ）、制御部７０は、第１流量調整弁６１の出湯側の流量を増加するように制御する（ＳＴ９）。その後は、流量制御の終了信号が入力されるまで（ＳＴ５：ＮＯ）、前述の制御を継続する。

そして、出口側水温Ｔｏｕｔが目標給湯温度設定値Ｔｇ＋Δｔｇより低いと判断した場合は（ＳＴ８：ＮＯ）、制御部７０は、出口側水温Ｔｏｕｔが目標給湯温度設定値Ｔｇ－Δｔｇより低いか否かを判断する（ＳＴ１０）。
出口側水温Ｔｏｕｔが目標給湯温度設定値Ｔｇ－Δｔｇより低いと判断した場合は（ＳＴ１０：ＹＥＳ）、制御部７０は、第１流量調整弁６１の出湯側の流量を減少するように制御する（ＳＴ１１）。

出口側水温Ｔｏｕｔが目標給湯温度設定値Ｔｇ－Δｔｇより高いと判断した場合は（ＳＴ１０：ＮＯ）、流量制御の終了信号が入力されるまで（ＳＴ５：ＮＯ）、前述の制御を継続する。
その後、流量制御の終了信号が入力されたら（ＳＴ５：ＹＥＳ）、流量制御を終了する。

以上説明したように、第１実施の形態によれば、低段圧縮機構１１からの吐出冷媒を冷却するインタークーラー３０と、高段圧縮機構１２からの吐出冷媒を冷却する主ガスクーラー３１と、主ガスクーラー３１通過後の冷媒を冷却する補助ガスクーラー３２と、を備え、水配管５０は、第１水配管５１と、第１水配管５１の途中で分岐する第１分岐部５２と、第１合流部５３と、第１分岐部５２と第１合流部５３とを補助ガスクーラー３２を経由して接続する第２水配管５４と、第２水配管５４と合流することなく第１分岐部５２と第１合流部５３とをインタークーラー３０を経由して接続する第３水配管５５と、第１合流部５３と主ガスクーラー３１とを接続する第４水配管５６と、主ガスクーラー３１と給湯利用先とを接続する給湯配管５７と、から構成され、水配管５０の中途部に送水機構６０を備えている。
これによれば、補助ガスクーラー３２とインタークーラー３０に並列入水することで、補助ガスクーラー３２出口冷媒およびインタークーラー３０出口冷媒の温度を入水温度付近まで冷却することができる。また、主ガスクーラー３１と補助ガスクーラー３２とがあるため、少ない水の流量でも冷媒を十分冷却することが可能となる。

また、本実施の形態においては、水配管５０の流量を制御する送水機構６０と、送水機構６０を制御する制御部７０と、主ガスクーラー３１の給湯配管５７の出口側水温を検出する出口側水温センサー７３と、を備え、制御部７０は、出口側水温センサー７３による検出値に基づいて送水機構６０を制御する。
これによれば、送水機構６０により水配管５０を流れる流量の調整ができ、所定温度の給湯を行いながら、冷凍能力を担保することができる。

また、本実施の形態においては、第１水配管５１に設けられ、補助ガスクーラー３２とインタークーラー３０に入水する水温を検出する水入口温度センサーと、補助ガスクーラー３２を通過した冷媒の温度を測定する冷媒温度センサー７１と、第４水配管５６に設けられた排水配管５８と、主ガスクーラー３１と排水配管５８に流れる水流量を調整する第１流量調整弁６１と、を備え、制御部７０は、第１流量調整弁６１を制御する。
これによれば、第１流量調整弁６１を用いることで、所定温度の給湯を行うために不要な量の水を排水することができるので、主ガスクーラー３１に流入する水流量を減らしながら、補助ガスクーラー３２およびインタークーラー３０に流入する水流量を確保できる。これにより、冷凍能力を担保しながら、高段圧縮機構１２から吐出される冷媒温度まで水を加熱して給湯することが可能となる。

次に、本発明の第２実施の形態について説明する。
図４は、本発明の第２実施の形態を示す冷凍装置の冷媒回路図である。
図４に示すように、本実施の形態においては、送水機構６０は、第４水配管５６の第１合流部５３と第１流量調整弁６１との間に設けられている。
また、排水配管５８には、外部放熱装置８０が接続されており、外部放熱装置８０は、第５水配管８１を介して第１水配管５１上に設けられた第２合流部８２に合流している。

また、補助ガスクーラー３２と膨張機構４１との間には、内部熱交換器８３が設けられている。内部熱交換器８３の下流側には冷媒分岐部８４が設けられ、高段圧縮機構１２の吸入側には冷媒合流部８５が設けられている。冷媒分岐部８４、内部熱交換器８３および冷媒合流部８５を接続する冷媒戻し配管８６ａ，８６ｂが設けられており、冷媒戻し配管８６ａの内部熱交換器８３への流入前には、第２膨張機構８７が設けられている。
その他の構成は、第１実施の形態と同様であるため、同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
また、送水機構６０、第１流量調整弁６１の制御についても、第１実施の形態と同様であるため、その説明を省略する。

本実施の形態においては、送水機構６０を第４水配管５６に設けるようにしているので、送水機構６０の排熱を給湯に利用することができ、より効率のよい給湯を行うことができる。
また、補助ガスクーラー３２およびインタークーラー３０に送られる水が送水機構６０で加熱されることがなく、補助ガスクーラー３２およびインタークーラー３０に入水する水温度の低下を図ることができる。これにより、圧縮機構の効率が良くなり、冷凍能力を増加させることができる。さらに、送水機構６０で放熱される熱量の一部を使用して主ガスクーラー３１に入水する水温度を上げることができるので、効率的に所定の給湯温度まで上げることができる。

また、本実施の形態においては、第４水配管５６から第１流量調整弁６１を介して排水配管５８に流れる水は、外部放熱装置８０に送られ、外部放熱装置８０において冷却される。
この冷却された水は、第５水配管８１、第１水配管５１、第２水配管５４および第３水配管５５をそれぞれ介して補助ガスクーラー３２およびインタークーラー３０に送られる。これにより、水を廃棄することなく再利用することができ、使用する水を低減させて冷凍装置１を運転することが可能となる。

また、内部熱交換器８３により、補助ガスクーラー３２から送られる冷媒と、冷媒戻し配管８６ａを介して第２膨張機構８７により膨張した冷媒を熱交換することにより、蒸発器４０に送られる冷媒温度を低下させることができ、冷凍能力を高めることができる。
さらに、本実施の形態では、インタークーラー３０の出口冷媒の温度が並列入水により入水温度付近まで下がることで、高段圧縮機構１２の吸込冷媒圧力、つまり第２膨張機構８７通過後の冷媒戻し配管８６ａ、８６ｂ内の冷媒圧力が低下し、内部熱交換器８３で冷却する側の冷媒温度をより低くすることができる。これにより、冷凍能力をさらに高めることができる。

以上述べたように、本実施の形態においては、送水機構６０は、第４水配管５６の第１合流部５３と第１流量調整弁６１との間に設けられている。
これによれば、送水機構６０を第４水配管５６に設けるようにしているので、送水機構６０の排熱を給湯に利用することができ、より効率のよい給湯を行うことができる。
また、補助ガスクーラー３２およびインタークーラー３０に送られる水が送水機構６０で加熱されることがなく、補助ガスクーラー３２およびインタークーラー３０に入水する水温度の低下を図ることができる。これにより、圧縮機１０の効率が良くなり、冷凍能力を増加させることができる。

また、本実施の形態においては、排水配管５８と接続される外部放熱装置８０と、第１水配管５１上に設けられた第２合流部８２と、外部放熱装置８０と第２合流部８２とを接続する第５水配管８１と、を備えている。
これによれば、外部放熱装置８０を設けることにより、外部放熱装置８０で冷却された水を補助ガスクーラー３２およびインタークーラー３０に送ることができ、水を廃棄することなく再利用することができ、使用する水を低減させて冷凍装置１を運転することが可能となる。

また、本実施の形態においては、補助ガスクーラー３２と膨張機構４１との間に設けられた内部熱交換器８３と、内部熱交換器８３を通過後に設けられた冷媒分岐部８４と、高段圧縮機構１２の吸入側に設けられた冷媒合流部８５と、内部熱交換器８３を経由して冷媒分岐部８４と冷媒合流部８５を接続する冷媒戻し配管８６ａ，８６ｂと、冷媒戻し配管８６ａ上で前記内部熱交換器８３に流入前に設けられた第２膨張機構８７と、を備えている。
これによれば、内部熱交換器８３で熱交換させることにより、蒸発器４０に送られる冷媒温度を低下させることができ、冷凍能力を高めることができる。また、インタークーラー３０の出口冷媒の温度が並列入水により入水温度付近まで下がることで、高段圧縮機構１２の吸込冷媒圧力、つまり第２膨張機構８７通過後の冷媒戻し配管８６ａ、８６ｂ内の冷媒圧力が低下し、内部熱交換器８３で冷却する側の冷媒温度を低くすることができる。これにより、冷凍能力をさらに高めることができる。

なお、本発明は前記実施の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。

以上のように、本発明に係る冷凍装置は、給湯温度を高くする場合でも、冷凍能力を維持することができる冷凍装置に、好適に利用可能である。さらに、本発明に係る冷凍装置は、冷媒と水との間で熱交換を行い、熱交換により発生したお湯を用いた給湯、温水暖房などの用途に用いる給湯、温水暖房機器にも好適に利用可能である。

１冷凍装置
１０圧縮機
１１低段圧縮機構
１２高段圧縮機構
１３低段吸込口
１４低段吐出口
１５高段吸込口
１６高段吐出口
１７低圧冷媒配管
１８中間圧吐出配管
１９中間圧吸込配管
２０高圧吐出配管
２１冷媒配管
２２冷媒配管
３０インタークーラー
３１主ガスクーラー
３２補助ガスクーラー
４０蒸発器
４１膨張機構
５０水配管
５１第１水配管
５２第１分岐部
５３第１合流部
５４第２水配管
５５第３水配管
５６第４水配管
５７給湯配管
５８排水配管
６０送水機構
６１第１流量調整弁
７０制御部
７１冷媒温度センサー
７２入口側水温センサー
７３出口側水温センサー
８０外部放熱装置
８１第５水配管
８２第２合流部
８３内部熱交換器
８４冷媒分岐部
８５冷媒合流部
８６ａ，８６ｂ冷媒戻し配管
８７第２膨張機構

Claims

低段圧縮機構と、高段圧縮機構と、膨張機構と、前記低段圧縮機構からの吐出冷媒を冷却するインタークーラーと、前記高段圧縮機構からの吐出冷媒を冷却する主ガスクーラーと、前記主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、を備え、冷媒と水との熱交換により冷媒を冷却し、冷媒を冷却する水の水流路が水配管で接続された冷凍装置であって、
前記水配管は、
第１水配管と、
前記第１水配管の途中で分岐する第１分岐部と、
第１合流部と、
前記第１分岐部と前記第１合流部とを前記補助ガスクーラーを経由して接続する第２水配管と、
前記第２水配管と合流することなく前記第１分岐部と前記第１合流部とを前記インタークーラーを経由して接続する第３水配管と、
前記第１合流部と前記主ガスクーラーとを接続する第４水配管と、
前記主ガスクーラーと給湯利用先とを接続する給湯配管と、から構成され、
制御部と、
前記水配管の中途部に設けられ流量を制御する送水機構と、
前記第１水配管に設けられ、前記補助ガスクーラーと前記インタークーラーに入水する水温を検出する入口側水温センサーと、
前記給湯配管に設けられた前記主ガスクーラーの出口側水温を検出する出口側水温センサーと、
前記補助ガスクーラーを通過した冷媒の温度を測定する冷媒温度センサーと、
前記第４水配管に設けられた排水配管と、
前記主ガスクーラーと前記排水配管に流れる水流量を調整する第１流量調整機構と、を備え、
前記制御部は、前記入口側水温センサーの検出値および前記冷媒温度センサーの検出値に基づいて前記送水機構を制御し、前記出口側水温センサーの検出値に基づいて前記第１流量調整機構を制御することを特徴とする冷凍装置。
前記送水機構は、前記第４水配管の前記第１合流部と前記第１流量調整機構との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
前記排水配管と接続される外部放熱装置と、
前記第１水配管上に設けられた第２合流部と、
前記外部放熱装置と前記第２合流部とを接続する第５水配管と、を備えていることを特徴とする請求項２に記載の冷凍装置。
前記補助ガスクーラーと前記膨張機構との間に設けられた内部熱交換器と、
前記内部熱交換器を通過後に設けられた冷媒分岐部と、
前記高段圧縮機構の吸入側に設けられた冷媒合流部と、
前記内部熱交換器を経由して前記冷媒分岐部と前記冷媒合流部を接続する冷媒戻し配管と、
前記冷媒戻し配管上で前記内部熱交換器に流入前に設けられた第２膨張機構と、を備えていることを特徴とする請求項３に記載の冷凍装置。