JP2014020673A

JP2014020673A - 冷凍装置

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Publication number: JP2014020673A
Application number: JP2012159820A
Authority: JP
Inventors: Makoto Saito; 信齊藤; Fumitake Unezaki; 史武畝崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-07-18
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2014-02-03
Anticipated expiration: 2032-07-18
Also published as: JP5436631B2

Abstract

【課題】二元運転と単元運転との双方で外気への十分な放熱能力を確保して運転効率を向上することが可能な冷凍装置を得る。
【解決手段】高元圧縮機５と、室外に設置される高元放熱器６と、高元膨張弁８と、カスケード熱交換器９の蒸発部９ａとが接続されて構成される高元冷凍サイクルと、低元圧縮機１０と、室外に設置される低元放熱器１２と、カスケード熱交換器９の凝縮部９ｂと、低元膨張弁１４と、冷却器１５とが接続されて構成される低元冷凍サイクルと、二元運転と単元運転とで、低元圧縮機１０から流出した冷媒の流通順を、低元放熱器１２からカスケード熱交換器９の凝縮部９ｂの順とその逆順とに切り替える流路切替弁１１と、単元運転時に高元冷凍サイクルにおいて高元圧縮機５をバイパスして高元放熱器６とカスケード熱交換器９の蒸発部９ａとに冷媒を自然循環させる自然循環サイクルとを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、二元冷凍サイクルで構成された冷凍装置に関するものである。

室外空気を熱源とし、冷凍庫などで冷却対象をマイナス数十℃まで冷やす際、蒸気圧縮サイクルを低元側と高元側に分割し、それらをカスケード熱交換器で接続した二元冷凍サイクルが採用されることがある。これは、高元と低元それぞれの蒸気圧縮サイクルで圧縮比を小さくすることで運転効率を向上させるという狙いがある。

しかし、冬季に発生する低外気条件では、低元冷凍サイクルの低元圧縮機と高元冷凍サイクルの高元圧縮機の両方を運転する二元運転を行うと、圧縮比が小さくなりすぎることによって運転効率が悪化することがある。このため、単元運転（低元圧縮機のみを運転し、高元圧縮機を停止する運転）と二元運転とを外気温度に応じて切り替えて運転する方法が提案されている。

この種の運転を行う冷凍装置として、例えば、高元冷凍サイクルの放熱器である室外熱交換器の一部を、低元冷凍サイクルの放熱器として分割利用することで、単元運転と二元運転とを切り替えられるようにした冷凍装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この冷凍装置では、単元運転時、低元冷凍サイクルは、室外熱交換器の分割部分を利用して外気放熱を行う。そして、二元運転時、低元冷凍サイクルは、室外熱交換器の前記分割部分への冷媒の流通を遮断してカスケード熱交換器側に冷媒を流し、カスケード熱交換器側にて放熱を行い、高元冷凍サイクルは、室外熱交換器の前記分割部分以外の部分により外気放熱するようにしている。

また、高元冷凍サイクルの放熱器をカスケード熱交換器よりも高い位置に配置することで、高元圧縮機を停止していても、重力により高元冷凍サイクルに冷媒が自然循環するようにし、単元運転時に高元冷凍サイクルを機能させるようにした冷凍装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−２７４８４８号公報（６頁、第１図）特開平８−１８９７１３号公報（５頁、第２図）

しかしながら、前記特許文献１に示されたような構成では、室外熱交換器のうち、低元冷凍サイクルの放熱器として分割利用される分割部分は、単元運転時専用として利用されることになり、二元運転ではその分割部分に冷媒が流されない。よって、二元運転では、室外放熱器において前記分割部分以外の部分しか利用できず、室外放熱器を最大限利用することができない。また、単元運転でも室外熱交換器を部分的にしか利用することができないため、外気への放熱性能が十分得られないという問題がある。

また、前記特許文献２に示されたように、単元運転時に、高元冷凍サイクルを冷媒自然循環とし、低元冷凍サイクルのみを蒸気圧縮運転する方法では、低元冷凍サイクルの放熱相手である高元冷媒（高元冷凍サイクルを循環する冷媒）の温度が外気温度よりも５〜１０℃程度高い温度となる。このため、高元冷媒と熱交換しても低元冷媒（低元冷凍サイクルを循環する冷媒）を外気温度に近い温度まで冷却することができず、外気への放熱能力が十分得られないという問題がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、二元運転と単元運転との双方で外気への十分な放熱能力を確保して運転効率を向上することが可能な冷凍装置を得ることを目的とする。

本発明に係る冷凍装置は、高元圧縮機と、第１の室外放熱器と、高元膨張弁と、カスケード熱交換器の蒸発部とが接続されて構成される高元冷凍サイクルと、低元圧縮機と、第２の室外放熱器と、カスケード熱交換器の凝縮部と、低元膨張弁と、冷却器とが接続されて構成される低元冷凍サイクルと、低元圧縮機と高元圧縮機の両方を運転する二元運転と、低元圧縮機を運転し、高元圧縮機を停止する単元運転とで、低元圧縮機から流出した冷媒の流通順を、第２の室外放熱器からカスケード熱交換器の凝縮部の順とその逆順とに切り替える流路切替弁と、単元運転時に高元冷凍サイクルにおいて高元圧縮機をバイパスして第１の室外放熱器とカスケード熱交換器の蒸発部とに冷媒を自然循環させる自然循環サイクルとを備えたものである。

本発明によれば、二元運転と単元運転との双方で、高元冷凍サイクルの第１の室外放熱器と低元冷凍サイクルの第２の室外放熱器とのそれぞれから外気放熱可能であるため、外気への十分な放熱能力を確保して運転効率を向上することが可能な冷凍装置を得ることができる。

本発明の一実施の形態における冷凍装置の一例を示す冷媒回路図である。図１の冷凍装置の高元放熱器及び低元放熱器の構成例を示す図である。図１の冷凍装置の二元運転時の冷媒の流れを示す図である。図３の冷凍装置の冷凍サイクル動作を現す圧力―比エンタルピ線図である。一般に使用される冷媒圧縮機の圧縮比に対する運転効率特性の一例を示す図である。図１の冷凍装置の単元運転時の冷媒の流れを示す図である。図６の冷凍装置の冷凍サイクル動作を現す圧力―比エンタルピ線図である。

図１は、本発明の一実施の形態における冷凍装置の一例を示す冷媒回路図である。まずは、図１に基づいて冷凍装置の構成等について説明する。
冷凍装置は、室外ユニット１と複数の冷却ユニット２とを備えている。冷却ユニット２は、冷却対象が置かれる冷凍倉庫に複数台設置されており、接続配管３、４によって室外ユニット１と接続されている。

室外ユニット１は、高元圧縮機５、第１の室外放熱器である高元放熱器６、高元膨張弁８及びカスケード熱交換器９を備えている。これら高元圧縮機５、高元放熱器６、高元膨張弁８及びカスケード熱交換器９の蒸発部９ａが配管で接続されて高元冷凍サイクルが構成されている。高元冷凍サイクルには、高元圧縮機５をバイパスするバイパス回路１７とバイパス回路１７を開閉するバイパス弁１７ａとが設けられ、後述の自然循環サイクルが構成されている。高元冷凍サイクルは更に、高元膨張弁８をバイパスするバイパス回路１８及びバイパス回路１８を開閉するバイパス弁１８ａを備えている。

また室外ユニット１は、低元圧縮機１０、流路切替弁１１、第２の室外放熱器である低元放熱器１２及びカスケード熱交換器９の凝縮部９ｂが配管で接続されて構成された、低元冷凍サイクルの放熱部分を備えている。また、室外ユニット１には、高元放熱器６と低元放熱器１２とのそれぞれに室外空気を送風して熱交換を促進及び調節するための室外送風機７と、外気温度を検出する外気温度センサ１９とが設けられている。

高元放熱器６及び低元放熱器１２は、例えば図２に示すように平板状の伝熱フィン２１に伝熱管２２を貫通してなるプレートフィンチューブ型熱交換器で一体型に構成されている。なお、伝熱フィン２１は、高元放熱器６となる部分と低元放熱器１２となる部分とで分割されていてもよいし分割されていなくてもよい。伝熱フィン２１を分割した構成とした場合には熱絶縁効果が大きくなるため、双方がより効率よく放熱可能となる。

また、高元放熱器６及び低元放熱器１２を一体型とした場合、極力ヘッド差を大きくして自然循環時の冷媒流量を増やすために、高元放熱器６を上部に配置し、低元放熱器１２側を下部に配置する。

また、図２において実線矢印は冷媒の流れ方向、白抜き矢印は外気の流れを示しており、図２に示したように、外気の流れ方向に対して下流側から上流側に折り返すようにして冷媒を流すことが好ましい。これにより、冷媒流れの後半の冷媒が、熱交換前の外気と熱交換することになるため、外気との温度差を十分に確保でき、安定して外気放熱を行うことができる。なお、高元放熱器６及び低元放熱器１２は、コンパクト化の観点からすると一体型の方が好ましいが、一体型に限定されるものではない。

図１の説明に戻る。冷却ユニット２は、低元冷凍サイクルの吸熱部分を備えている。低元冷凍サイクルの吸熱部分は、液電磁弁１３、低元膨張弁１４及び冷却器１５が配管で接続されて構成されている。そして、低元冷凍サイクルの吸熱部分は、低元冷凍サイクルの放熱部分と接続配管３、４によって接続されて冷媒が循環するように構成されている。冷却ユニット２には更に、冷却器１５に送風する冷却ファン１６が設けられている。

この冷凍装置の高元冷凍サイクルには、冷媒として例えば可燃性のＲ２９０が封入され、低元冷凍サイクルには冷媒として例えば二酸化炭素が封入されている。可燃性冷媒が封入された高元冷凍サイクルは、室外ユニット１内では閉じているため、据付工事や撤去工事の際に冷媒を出し入れする必要がなく、冷媒漏れによる爆発事故のリスクを低減することができる。また、現場で冷媒量を調節する必要が生じる低元冷凍サイクルは、冷媒が二酸化炭素であるため、冷媒が漏出しても大きな事故になることがなく、また、地球温暖化への影響も極めて小さい。

この冷凍装置は更に、冷凍装置全体を制御する制御装置２０を備えている。制御装置２０はマイクロコンピュータで構成され、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を備えている。制御装置２０は、外気温度センサ１９により検出された外気温度が所定温度よりも高い場合には、低元圧縮機１０と高元圧縮機５の両方を運転する二元運転を行い、外気温度が所定温度以下の低外気の場合には、低元圧縮機１０のみを運転し、高元圧縮機５を停止する単元運転を行う。

また、制御装置２０は、二元運転と単元運転とで流路切替弁１１を切り替えたり、バイパス弁１７ａ、１８ａを開閉したり等の制御を行う。なお、制御装置２０は、室外ユニット１に設けられていても良いし、冷却ユニット２に設けられていても良いし、また、各ユニットに分けて構成し、互いに連携処理を行う構成にしても良い。

次に、図３を参照して二元運転時の冷凍サイクル動作を説明する。

［二元運転］
図３は、図１の冷凍装置の二元運転時の冷媒の流れを示す図である。図３において実線矢印は低元冷凍サイクルにおける冷媒の流れ、点線は高元冷凍サイクルにおける冷媒の流れを示している。図４は、図３の冷凍装置の冷凍サイクル動作を現す圧力―比エンタルピ線図である。高元冷凍サイクルと低元冷凍サイクルとでは冷媒が異なるため、本来は飽和温度に対する圧力が異なるが、図４では、それぞれの冷媒が圧力に対して同じ飽和温度になるように補正し、横軸の比エンタルピでも同じ飽和線に対しているように補正して図示している。また、図４において３１は飽和曲線、３２は外気温度等温線、３３は低元冷凍サイクル、３４は高元冷凍サイクルを示している。図４におけるＡ〜Ｉは、図３のＡ〜Ｉに示す各配管位置における冷媒状態を示している。また、図４では、外気温度３５℃、冷却器目標温度−３０℃の場合の動作を、各状態それぞれの温度と共に示している。

（二元運転−低元冷凍サイクル）
二酸化炭素冷媒が封入された低元冷凍サイクルでは、外気温度によらず圧縮機運転が行われる。二元運転では、流路切替弁１１は、図３の実線側に切り替えられる。低元圧縮機１０は、低圧飽和温度が−３０℃となるように回転数が調整されている。この低元圧縮機１０の吸入冷媒（状態Ａ）は飽和温度１５℃相当の圧力まで昇圧されて高温冷媒（状態Ｂ）となる。この高温冷媒は流路切替弁１１を経由してまず低元放熱器１２へ導かれる。低元放熱器１２へ導かれた高温冷媒は９０℃程度であり、外気よりも十分高温であるため、外気に放熱を行うことで図４に示すように外気温度に近い温度（状態Ｃ）まで冷却される。

外気温度に近い温度まで冷却された低元冷凍サイクルの冷媒は、この後、カスケード熱交換器９の凝縮部９ｂに流入し、蒸発部９ａ側を通過する高元冷媒と熱交換して状態Ｄまで冷却され、接続配管３を経由して冷却ユニット２に流入する。冷却ユニット２に流入した冷媒は、開放された液電磁弁１３を通り、低元膨張弁１４によって飽和温度−３０℃まで減圧され（状態Ｅ）、冷却器１５に流入する。冷却器１５に流入した冷媒は、冷凍倉庫内の空気と熱交換して冷凍倉庫内を冷却し、ここで再び低圧ガス状態Ａとなる。そして、低圧ガス状態Ａの冷媒は、接続配管４を経由して再び低元圧縮機１０に吸入される。

（二元運転−高元冷凍サイクル）
Ｒ２９０が封入された高元冷凍サイクルでは、高元圧縮機５を流出した高温高圧の冷媒（状態Ｇ）が、高元放熱器６で３５℃の外気に対して放熱し、飽和温度５０℃まで低下し、更に外気温度に近い温度まで冷却されて高圧液冷媒（状態Ｈ）となる。そして、高圧液冷媒は、高元膨張弁８によって飽和温度１０℃程度まで減圧される（状態Ｉ）。なお、二元運転時、バイパス弁１７ａ、１８ａは閉じられている。

高元膨張弁８にて減圧された冷媒は、カスケード熱交換器９の蒸発部９ａで飽和温度１５℃の低元冷媒と熱交換し、蒸発して低圧ガス冷媒（状態Ｆ）となり、再び低元圧縮機１０に吸入される。このとき、高元圧縮機５は、その吸入圧力の飽和温度が１０℃程度となるように回転数が調整されており、また、その吸入ガス冷媒過熱度が５度程度となるように高元膨張弁８の開度が調整されている。

このように、放熱側の冷媒温度が５０℃、吸熱側の冷媒温度が−３０℃となるような運転条件では、例えばＲ２９０冷媒で仮に単元運転した場合、圧縮比が１０を超えることになる。図５は、一般に使用される冷媒圧縮機の圧縮比に対する運転効率特性の一例であるが、圧縮比が３から４程度で運転効率は極大となり、それ以上の圧縮比では効率が低下する。よって、圧縮比が１０を超えるような運転では、運転効率が大きく低下することとなる。したがって、上述したように冷凍サイクルを低元冷凍サイクルと高元冷凍サイクルに分けて二元運転することで、それぞれの圧縮比を３から４程度に小さくすることができ、運転効率を向上することができる。

［単元運転］
続いて、単元運転時の冷凍サイクル動作について説明する。外気温度が所定温度以下の低外気では、二元運転すると高元、低元とも圧縮比が低下してしまうので、この場合も運転効率が低下することとなる。これを回避するため、本実施の形態では、低外気時には低元圧縮機１０のみを運転し、高元圧縮機５を停止する単元運転を行う。なお、単元運転では、流路切替弁１１は、図１の点線側に切り替えられる。

このように単元運転では高元圧縮機５を停止するため、仮にカスケード熱交換器９の蒸発部９ａに冷媒が流れない構成とした場合、低元冷凍サイクルでは低元放熱器１２でしか放熱できなくなる。よって、放熱能力が大きく低下してしまう。そこで、本実施の形態では、冷媒自然循環により高元冷凍サイクルに冷媒が循環するようにし、低元冷凍サイクルの凝縮部９ｂを流れる冷媒の熱を、カスケード熱交換器９にて高元冷凍サイクル側に吸熱させ、高元放熱器６で外気に放熱することで、放熱能力の向上を図っている。以下、この単元運転について図６及び図７を参照して説明する。

図６は、図１の冷凍装置の単元運転時の冷媒の流れを示す図である。図６において実線矢印は低元冷凍サイクルにおける冷媒の流れ、点線は高元冷凍サイクルにおける冷媒の流れを示している。図７は、図６の冷凍装置の冷凍サイクル動作を現す圧力―比エンタルピ線図であり、図３と同様に、高元と低元で異種冷媒であることによる飽和温度と圧力のズレを同一冷媒での動作のように補正して図示している。また、図７において３１は飽和曲線、３２は外気温度等温線、３３は低元冷凍サイクル、３４は高元冷凍サイクルを示している。図７におけるＡ〜Ｅ、Ｊ〜Ｌは、図６のＡ〜Ｅ、Ｊ〜Ｌに示す各配管位置における冷媒状態を示している。また、図７では、外気温度０℃、冷却器目標温度−３０℃の場合の動作を、各状態それぞれの温度と共に示している。

（単元運転−低元冷凍サイクル）
低元冷凍サイクルでは高外気条件と同様、低元圧縮機１０は低圧飽和温度が−３０℃となるように回転数が調整されている。低元圧縮機１０の吸入冷媒（状態Ａ）は昇圧されて高温冷媒（状態Ｂ）となり、流路切替弁１１を経由してまずはカスケード熱交換器９の凝縮部９ｂに送られる。カスケード熱交換器９の凝縮部９ｂに流入した冷媒は、蒸発部９ａを通過する高元冷凍サイクル側の高元冷媒に放熱して１５℃で凝縮し、状態Ｃとなる。そして、状態Ｃの冷媒は、続いて低元放熱器１２に流入して０℃の外気と熱交換し、外気温度０℃に近い温度（ここでは２℃）（状態Ｄ）まで冷却される。

低元放熱器１２から流出した冷媒は、接続配管３を経由して冷却ユニット２に流入し、開放された液電磁弁１３を通り、低元膨張弁１４によって飽和温度−３０℃まで減圧される（状態Ｅ）。低元膨張弁１４によって減圧された冷媒は、冷却器１５に流入し、冷凍倉庫内の空気と熱交換して冷凍倉庫内を冷却する。冷凍倉庫内を冷却した冷媒は、再び低圧ガス状態Ａとなった後、接続配管４を経由して再び低元圧縮機１０に吸入される。

（単元運転−高元冷凍サイクル）
一方、高元冷凍サイクルでは、室外送風機７を稼働させた状態で高元圧縮機５を停止し、バイパス弁１７ａを開放する。また、高元膨張弁８を全開とするか又はバイパス弁１８ａを開放する。これにより、高元放熱器６とカスケード熱交換器９とが高元圧縮機５をバイパスして直接的に接続された循環サイクル（自然循環サイクル）が形成される。

高元側の冷媒Ｒ２９０は、高元放熱器６で０℃の外気温度に放熱して冷却され、その後、カスケード熱交換器９の蒸発部９ａに流入し、凝縮部９ｂ側を通過する低元圧縮機１０の吐出ガス冷媒によって加熱される。よって、高元放熱器６をカスケード熱交換器９よりも高い位置に設置していれば、高元放熱器６とカスケード熱交換器９の蒸発部９ａとで冷媒に温度差が生じることで、冷媒が自然循環サイクル内を自然循環する。この自然循環サイクルにおけるカスケード熱交換器９の蒸発部９ａでの高元冷媒の飽和温度は、外気温度０℃と低元冷凍サイクルの凝縮温度１５℃との中間程度の飽和温度（ここでは８℃）となる。

高元冷凍サイクルに設けた自然循環サイクルでは、高元圧縮機５をバイパスした冷媒が、高元放熱器６で８℃で凝縮して液冷媒（状態Ｋ）となり、その重さによってカスケード熱交換器９に向けて下降し、カスケード熱交換器９の蒸発部９ａに流入する。高元放熱器６で凝縮した液冷媒（状態Ｋ）は、それより下方にあるカスケード熱交換器９の蒸発部９ａの入口では液ヘッド分だけ高圧の液冷媒（状態Ｌ）となる。この液冷媒はカスケード熱交換器９の凝縮部９ｂを通過する１５℃の低元冷媒によって加熱されて８℃で蒸発し、ガス冷媒（状態Ｊ）となる。このガス冷媒は、カスケード熱交換器９の蒸発部９ａから押し出されて上昇し、バイパス弁１７ａを通過して上方にある高元放熱器６入口へ再び流入する。

このように、高元冷凍サイクルに設けた自然循環サイクルでは、高元圧縮機５を駆動しなくても室外送風機７の運転のみで高元冷媒が自然循環し、外気放熱が可能になるため、消費電力の少ない冷却運転となる。

自然循環を行わずに単に高元冷凍サイクルを停止しただけの単元運転では、外気への放熱が低元放熱器１２でのみ行われることになるため、放熱能力が不足する。しかし、本実施の形態では、高元放熱器６と低元放熱器１２との双方を利用した外気放熱が可能となるため、十分な放熱性能を確保できる。

また、流路切替弁１１の切り替えにより、単元運転時の低元冷凍サイクルにおける低元冷媒の流通順が、カスケード熱交換器９→低元放熱器１２の順となるようにしたため、低元冷媒温度を外気温度近くまで低下させることができる。また、二元運転では、外気温度がカスケード熱交換器９の凝縮部９ｂでの凝縮温度よりも高いため、低元冷凍サイクルにおいて低元冷媒をカスケード熱交換器９の前に低元放熱器１２に通過させることで外気放熱することができ、低元放熱器１２を有効に利用することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、二元運転と単元運転とを選択できるようにしたので、低外気条件で圧縮比が小さくなりすぎることによる運転効率の悪化を回避することができる。

また、低元冷凍サイクルの低元放熱器１２と高元冷凍サイクルの高元放熱器６とをそれぞれ外気放熱可能に構成すると共に、高元圧縮機５の停止時にも高元放熱器６に冷媒が自然循環により通過する構成としたため、以下の効果が得られる。すなわち、単元運転時に高元放熱器６と低元放熱器１２との双方を利用した外気放熱が可能となるため、十分な放熱性能を確保できる。つまり、室外熱交換器（高元放熱器６、低元放熱器１２）の放熱性能を最大限に利用することができ、低外気条件の際の運転効率を向上でき、省エネ性を向上することができる。

また、室外熱交換器の一部を単元運転時専用として利用した上記特許文献１では、二元運転時に室外熱交換器を最大限利用することができないのに対し、本実施の形態では、二元運転時に高元放熱器６と低元放熱器１２の双方で外気放熱できる。つまり室外熱交換器を最大限利用することができ、二元運転時においても、十分な放熱性能を確保でき、省エネ性を向上することができる。

また、低元冷凍サイクルにおいて、低元放熱器１２とカスケード熱交換器９の流通順を選択できるようにし、単元運転の際に、低元圧縮機１０から吐出した冷媒をまずカスケード熱交換器９に通過させ、その後、低元放熱器１２に通過させるようにしたので、以下の効果が得られる。すなわち、単元運転の際に、低元冷凍サイクルの高圧冷媒を外気温度近傍まで低下させることができる。また、高元冷凍サイクル側から見れば、カスケード熱交換器９の蒸発部９ａの出口冷媒を低元冷凍サイクルの吐出ガス温度近傍まで上昇させることで、高元放熱器６の外気放熱性能を向上させることができる。その結果、運転効率を高めることができる。

また、図１に示したように、二元運転では、カスケード熱交換器９において低元冷媒と高元冷媒とが並行流で熱交換する構成としたので、高元圧縮機５の吸入冷媒が異常過熱することを防止できる。

また、単元運転では、カスケード熱交換器９において低元冷媒と高元冷媒とが対向流で熱交換する。このため、高元側のカスケード熱交換器９の出口側の冷媒が低元圧縮機１０の吐出ガスと熱交換するので、自然循環サイクルのガス側で十分な過熱度を確保でき、外気放熱性能が向上する。

１室外ユニット、２冷却ユニット、３接続配管、４接続配管、５高元圧縮機、６高元放熱器、７室外送風機、８高元膨張弁、９カスケード熱交換器、９ａ蒸発部、９ｂ凝縮部、１０低元圧縮機、１１流路切替弁、１２低元放熱器、１３液電磁弁、１４低元膨張弁、１５冷却器、１６冷却ファン、１７バイパス回路、１７ａバイパス弁、１８バイパス回路、１８ａバイパス弁、１９外気温度センサ、２０制御装置、２１伝熱フィン、２２伝熱管。

Claims

高元圧縮機と、第１の室外放熱器と、高元膨張弁と、カスケード熱交換器の蒸発部とが接続されて構成される高元冷凍サイクルと、
低元圧縮機と、第２の室外放熱器と、カスケード熱交換器の凝縮部と、低元膨張弁と、冷却器とが接続されて構成される低元冷凍サイクルと、
前記低元圧縮機と前記高元圧縮機の両方を運転する二元運転と、前記低元圧縮機を運転し、前記高元圧縮機を停止する単元運転とで、前記低元圧縮機から流出した冷媒の流通順を、前記第２の室外放熱器から前記カスケード熱交換器の凝縮部の順とその逆順とに切り替える流路切替弁と、
前記単元運転時に前記高元冷凍サイクルにおいて前記高元圧縮機をバイパスして前記第１の室外放熱器と前記カスケード熱交換器の蒸発部とに冷媒を自然循環させる自然循環サイクルと
を備えたことを特徴とする冷凍装置。
外気温度を検出する外気温度センサと、
前記外気温度センサで検出された外気温度に基づいて前記二元運転と前記単元運転とを選択的に行う制御装置と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
前記制御装置は、外気温度が所定温度以下の場合に前記単元運転を選択し、外気温度が前記所定温度よりも高い場合に前記二元運転を選択することを特徴とする請求項２記載の冷凍装置。
前記自然循環サイクルは、前記高元冷凍サイクルにおいて前記高元圧縮機をバイパスするバイパス回路と、前記バイパス回路に設けられて前記単元運転時に開放されるバイパス弁とを備え、前記第１の室外放熱器が前記カスケード熱交換器の蒸発部よりも高い位置に配置されて前記第１の室外放熱器と前記カスケード熱交換器の蒸発部とに冷媒が循環するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の冷凍装置。
前記単元運転では、前記カスケード熱交換器において前記凝縮部を流れる冷媒と前記蒸発部を流れる冷媒とが対向流で熱交換し、前記二元運転では、前記カスケード熱交換器において前記凝縮部を流れる冷媒と前記蒸発部を流れる冷媒とが並行流で熱交換することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の冷凍装置。