JP2017020675A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でエネルギー消費量を低減することができる冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】冷凍サイクル装置１０は、冷房運転と暖房運転との切り替えが可能な空気調和装置３０と共に用いられる。冷凍サイクル装置１０は、空気調和装置３０の室内機３と同一の室内５に配置され、対象物と冷媒との熱交換を行う利用側熱交換器１４と、利用側熱交換器１４と接続され、冷媒を流通させる冷媒回路を構成する圧縮機１１および減圧装置１３とを備えている。冷媒回路には、室内の第１の熱源との熱交換を行う第１の熱源側熱交換器１２と、第２の熱源との熱交換を行う第２の熱源側熱交換器２２とが並列に接続されている。【選択図】図１

Description

この発明は、冷凍サイクル装置に関する。

スーパーマーケット等の店舗内で用いられるショーケースには、冷凍機を内蔵した内蔵型のショーケースと、冷凍機を室外に配置した別置型のショーケースとがある。

一方、店舗には、室内の空調を行う空調装置（空気調和装置）が設けられている。空調装置は、例えば、夏季には冷房運転を行い、冬季には暖房運転を行う。

特許文献１には、店舗とバックヤードとの仕切位置に内蔵型のショーケースを配置し、ショーケースからバックヤードに排出した温熱を、空調装置の暖房運転時にはダクトを介して空調装置の吸気口に供給し、空調装置の冷房運転時（または停止時）には室外に排出する技術が提案されている。

この技術によれば、ショーケースの排熱を空調装置の暖房運転に利用できるため、エネルギー消費量が低減される。また、バックヤードが負圧にならないように換気制御を行うことにより、室内への埃等の侵入が防止される。

また、特許文献２には、店舗内の冷暖房を行う空調用ヒートポンプサイクルと、ショーケースを冷却する冷凍サイクルとを備え、空調用ヒートポンプサイクルと冷凍サイクルとで熱交換を行う熱交換システムが提案されている。

この熱交換システムでは、冷凍サイクルの圧縮機と凝縮器との間の冷媒管路と並列に、排熱器を有するバイパス管路を設け、切り替え弁により管路の切り替えを行っている。また、空調用ヒートポンプサイクルには、上記バイパス管路の排熱器からの排熱との熱交換を行う第１の室外熱交換器と、屋外空気との熱交換を行う第２の室外熱交換器とを設け、第１、第２の室外熱交換器への冷媒流通を電磁弁で制御している。

特開平７−０１２４４６号公報（例えば、段落０００９〜００１３及び図１参照） 実公平６−２９６５３号公報（例えば、第４欄４０行目〜第５欄２１行目および第１図参照）

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、ショーケースからバックヤードに温熱を排出するため、ショーケースの配置が制約される。また、バックヤードの温熱を空調装置に供給するためのダクトおよびダンパーを設置する必要があるため、店舗の構成が複雑化して設備コストが増加する。また、バックヤード内を負圧にしないように換気制御を行う必要があるため、空調装置の制御系の設計負担が増加する。

また、特許文献２に開示された技術では、冷凍サイクルに冷媒管路とバイパス管路と並列に設け、さらに空調用ヒートポンプサイクルに第１および第２の室外熱交換器を並列に設ける必要があるため、冷凍サイクル装置および空調用ヒートポンプサイクルの構成が複雑化し、設備コストが増加する。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、簡単な構成で、設備コストを増加させずにエネルギー消費量を低減することができる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明の冷凍サイクル装置は、冷房運転と暖房運転との切り替えが可能な空気調和装置と共に用いられる冷凍サイクル装置であって、空気調和装置の室内機と同一の室内に配置され、対象物と冷媒との熱交換を行う利用側熱交換器と、利用側熱交換器と接続され、冷媒を流通させる冷媒回路を構成する圧縮機および減圧装置と、冷媒回路に接続され、室内の第１の熱源との熱交換を行う第１の熱源側熱交換器と、冷媒回路に第１の熱源側熱交換器と並列に接続され、第２の熱源との熱交換を行う第２の熱源側熱交換器とを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、空気調和装置の暖房運転時には第１の熱源側熱交換器で熱交換を行い、冷房運転時には第２の熱源側熱交換器で熱交換を行うという運転が可能になる。これにより、空気調和装置の暖房運転時には、第１の熱源側熱交換器の排熱を暖房に利用することができ、また、冷房運転時には、第２の熱源側熱交換器を利用することで、第１の熱源側熱交換器による室内の排熱を生じさせないようにすることができる。その結果、エネルギー消費量を低減することができる。また、ダクトの増設および特別な換気制御が不要であるため、システム全体の構成が簡単になり、設備コストを低減することができる。

この発明の実施の形態１の冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１の冷凍サイクル装置の使用態様を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態１の第１の変形例の冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１の第２の変形例の冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１の第３の変形例の冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１の第４の変形例の冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態２の冷凍サイクル装置の構成を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
＜冷凍サイクル装置の構成＞
図１は、この発明の実施の形態１の冷凍サイクル装置１０の構成を示す図である。図２は、冷凍サイクル装置１０の使用態様を説明するための模式図である。冷凍サイクル装置１０は、後述する空調装置（空気調和装置）３０と共に用いられる。図１および図２に示すように、スーパーマーケットまたはコンビニエンスストア等の店舗の室内５には、冷凍機内蔵型のショーケース１が設置されている。ショーケース１の内部の陳列室１ｃ（図２）には、冷凍食品やチルド食品等の商品が陳列されている。店舗の室外６には、ショーケース室外機２が設置されている。ショーケース１とショーケース室外機２とは、冷媒配管によって接続されている。なお、ショーケース１とショーケース室外機２とを接続する冷媒配管は、一般的な別置型ショーケースと冷凍機とを接続する冷媒配管と同じものを用いることができる。また、ショーケース１は、オープン型であっても、クローズド型であってもよい。

図１に示すように、ショーケース１に内蔵されている冷凍機は、圧縮機１１と、第１の熱源側熱交換器としての内部凝縮器１２と、減圧装置としての膨張弁１３と、利用側熱交換器としての蒸発器１４とを備えている。これら圧縮機１１、内部凝縮器１２、膨張弁１３および蒸発器１４は、冷媒配管１００によって接続され、冷凍サイクルを構成している。冷媒配管１００は、蒸発器１４、圧縮機１１および内部凝縮器１２を接続するガス配管１０１と、内部凝縮器１２、膨張弁１３および蒸発器１４を接続する液配管１０２とを有している。

ショーケース室外機２には、第２の熱源側熱交換器としての外部凝縮器２２が設けられている。外部凝縮器２２とは、圧縮機１１、膨張弁１３および蒸発器１４が接続された冷媒回路に対して、内部凝縮器１２と並列に接続されている。

より具体的には、圧縮機１１の出口側でガス配管１０１が２つの分岐配管１０３，１０４に分岐し、分岐配管１０３には内部凝縮器１２が接続され、分岐配管１０４には外部凝縮器２２が接続されている。また、内部凝縮器１２の出口側には分岐配管１０５が接続され、外部凝縮器２２の出口側には分岐配管１０６が接続されている。これら分岐配管１０５，１０６は、膨張弁１３の入口側で液配管１０２に合流している。

冷媒の流路の切り替えを行うため、内部凝縮器１２の出口側の分岐配管１０５には、電磁弁１５が設けられている。また、外部凝縮器２２の出口側の分岐配管１０６には、電磁弁１６が設けられている。電磁弁１５および電磁弁１６は、冷凍サイクル装置１０の制御装置９によって開閉制御される。なお、電磁弁１６が閉状態にあるときには、電磁弁１６と内部凝縮器１２との間が液冷媒で満たされるため、電磁弁１６はショーケース１内（内部凝縮器１２に近い位置）に配置することが望ましい。

流路切替部としての電磁弁１５，１６は、開閉されることにより、冷媒を流通または遮断する。電磁弁１５が開状態にあり、なお且つ、電磁弁１６が閉状態にあるときには、圧縮機１１から送り出された冷媒は、分岐配管１０３を通って内部凝縮器１２に流れる。この場合、冷媒は、圧縮機１１、内部凝縮器１２、膨張弁１３および蒸発器１４の順に循環する。一方、電磁弁１５が閉状態にあり、なお且つ、電磁弁１６が開状態にあるときには、圧縮機１１から送り出された冷媒は、分岐配管１０４を通って外部凝縮器２２に流れる。この場合、冷媒は、圧縮機１１、外部凝縮器２２、膨張弁１３および蒸発器１４の順に循環する。

すなわち、この実施の形態１では、電磁弁１５および電磁弁１６の開閉操作によって、並列に配置された内部凝縮器１２および外部凝縮器２２のうちの一方を選択する。

圧縮機１１は、低温・低圧のガス冷媒を圧縮し、高温・高圧のガス冷媒として送り出す。圧縮機１１は、インバータによって回転数が制御される。圧縮機１１の回転数を制御することにより、圧縮機１１が単位時間当たりに送り出す冷媒の量（すなわち、圧縮機１１の容量）が制御される。

内部凝縮器１２は、電磁弁１５が開状態にあるときに、圧縮機１１から送られてきたガス冷媒と、室内５の空気（第１の熱源）との熱交換を行い、ガス冷媒を凝縮して液化させる。

外部凝縮器２２は、電磁弁１６が開状態にあるときに、圧縮機１１から送られてきたガス冷媒と、室外６の空気（第２の熱源）との熱交換を行い、ガス冷媒を凝縮して液化させる。

膨張弁１３は、内部凝縮器１２または外部凝縮器２２から送られてきた液冷媒の圧力を低下させ、低温・低圧の液冷媒として蒸発器１４に送り出す。

蒸発器１４は、膨張弁１３から送られてきた液冷媒と、ショーケース１内の空気との熱交換を行い、液冷媒を蒸発（気化）させる。これにより、ショーケース１内の熱が奪われ、冷却される。蒸発器１４で蒸発した冷媒は、上述した圧縮機１１に送られる。

ショーケース１の内部凝縮器１２および蒸発器１４には、ファン１７，１８がそれぞれ対向配置されている。ファン１７は、内部凝縮器１２で加熱された空気（温風）を室内５に排出する。ファン１８は、蒸発器１４で吸熱された空気（冷風）をショーケース１内に供給する。また、ショーケース室外機２の外部凝縮器２２には、ファン２３が対向配置されている。ファン２３は、外部凝縮器２２で加熱された空気を室外６に排出する。

蒸発器１４による冷却能力は、単位時間当たりに圧縮機１１が送り出す冷媒の量によって変化する。そのため、冷凍サイクル装置１０の制御装置９は、ショーケース１内の温度がユーザの設定した設定温度となるよう、インバータにより圧縮機１１を制御する。例えば、制御装置９は、ショーケース１の陳列室１ｃに設けた温度センサ１ｄ（図２）で検出した温度に基づいて、圧縮機１１を制御する。

＜空調装置の構成＞
店舗には、冷房運転と暖房運転との切り替えが可能な空調装置（空気調和装置）３０が設けられている。空調装置３０は、室内５に配置された室内機３と、室外６に配置された室外機４とを備えている。ここでは、空調装置３０は、冷凍サイクル装置１０と共に、上述した制御装置９によって制御されている。

空調装置３０は、圧縮機４１と、四方弁４２と、室外熱交換器４３と、膨張弁４４と、室内熱交換器３３とを備えている。これら圧縮機４１、四方弁４２、室外熱交換器４３、膨張弁４４および室内熱交換器３３は、冷媒配管３１によって接続されている。また、圧縮機４１、四方弁４２、室外熱交換器４３および膨張弁４４は、室外機４に設けられている。室内熱交換器３３は、室内機３に設けられている。

圧縮機４１は、低温・低圧のガス冷媒を圧縮し、高温・高圧のガス冷媒として送り出す。この圧縮機４１は、冷凍サイクル装置１０の圧縮機１１と同様、インバータによって回転数が制御される。

四方弁４２は、制御装置９の制御により冷媒の流れを切り替える四路切替弁である。この四方弁４２は、空調装置３０の暖房運転時には、圧縮機４１から送り出された冷媒が室内熱交換器３３に流れるように流路を切り替える。また、冷房運転時には、圧縮機４１から送り出された冷媒が室外熱交換器４３に流れるように流路を切り替える。

膨張弁４４は、暖房運転時には、室内熱交換器３３から送られてきた液冷媒の圧力を低下させ、低温・低圧の液冷媒として、室外熱交換器４３に送り出す。また、冷房運転時には、室外熱交換器４３から送られてきた液冷媒の圧力を低下させ、低温・低圧の液冷媒として、室内熱交換器３３に送り出す。

室外熱交換器４３は、暖房運転時には蒸発器として作動する。すなわち、膨張弁４４を経て流入した低温・低圧の液冷媒と、室外６の空気との熱交換を行い、液冷媒を蒸発させる。室外熱交換器４３は、冷房運転時には凝縮器として作動する。すなわち、圧縮機４１で圧縮されて四方弁４２を経て流入した高温・高圧のガス冷媒と、室外６の空気との熱交換を行い、ガス冷媒を凝縮して液化させる。

室内熱交換器３３は、暖房運転時には凝縮器として作動する。すなわち、圧縮機４１で圧縮されて四方弁４２を経て流入した高温・高圧のガス冷媒と、室内５の空気との熱交換を行って、ガス冷媒を凝縮して液化させる。室内熱交換器３３は、冷房運転時には蒸発器として作動する。すなわち、膨張弁４４を経て流入した低温・低圧の液冷媒と、室内５の空気との熱交換を行って、液冷媒を蒸発させる。

空調装置３０の室内熱交換器３３および室外熱交換器４３には、ファン３２，４５がそれぞれ対向配置されている。ファン３２は、室内熱交換器３３で加熱または吸熱された空気を、室内５に排出する。ファン４５は、室外熱交換器４３で加熱または吸熱された空気を、室外６に排出する。

＜冷凍サイクル装置および空調装置の動作＞
次に、この実施の形態１における冷凍サイクル装置１０および空調装置３０の動作について、図１を参照して説明する。この実施の形態１では、制御装置９が、空調装置３０の運転モード（暖房運転か、冷房運転か）に基づいて、冷凍サイクル装置１０の内部凝縮器１２と外部凝縮器２２との切り替えを行う。

まず、空調装置３０の暖房運転について説明する。暖房運転時には、空調装置３０において、冷媒が、圧縮機４１、四方弁４２、室内熱交換器３３、膨張弁４４および室外熱交換器４３の順に循環する。圧縮機４１で圧縮されたガス冷媒は、四方弁４２を経て室内熱交換器３３に流入する。室内熱交換器３３は、凝縮器として作動し、ガス冷媒と室内５の空気との熱交換を行い、ガス冷媒を凝縮して液化させる。室内熱交換器３３の周囲の空気は加熱され、ファン３２によって室内５に排出される。すなわち、室内５が暖房される。

室内熱交換器３３で液化した液冷媒は、膨張弁４４を経て室外熱交換器４３に流入する。室外熱交換器４３は、蒸発器として作動し、液冷媒と室外６の空気との熱交換を行い、液冷媒を蒸発させる。

このように空調装置３０が暖房運転を行っている場合には、制御装置９は、冷凍サイクル装置１０の電磁弁１５を開放し、電磁弁１６を閉鎖して、内部凝縮器１２と外部凝縮器２２のうち、内部凝縮器１２に冷媒が流れるようにする。

すなわち、冷凍サイクル装置１０では、冷媒が、圧縮機１１、内部凝縮器１２、膨張弁１３および蒸発器１４の順に循環する。圧縮機１１で圧縮されたガス冷媒は、内部凝縮器１２に流入する。内部凝縮器１２は、ガス冷媒と室内５の空気との熱交換を行い、ガス冷媒を凝縮して液化させる。内部凝縮器１２の周囲の空気は加熱され、ファン１７によって室内５に排出される。

内部凝縮器１２で液化した液冷媒は、膨張弁１３を経て蒸発器１４に流入する。蒸発器１４は、液冷媒とショーケース１内の空気との熱交換を行い、液冷媒を蒸発させる。蒸発器１４の周囲の空気は吸熱（冷却）され、ファン１８によってショーケース１内に供給される。すなわち、ショーケース１内が冷却される。

このように、空調装置３０の暖房運転中は、冷凍サイクル装置１０のショーケース１から室内５に熱が排出される。すなわち、ショーケース１から室内５に排出される熱を、空調装置３０の暖房に利用することができる。そのため、空調装置３０の消費電力を低減することができる。

次に、空調装置３０の冷房運転について説明する。冷房運転時には、空調装置３０において、冷媒が、圧縮機４１、四方弁４２、室外熱交換器４３、膨張弁４４および室内熱交換器３３の順に循環する。圧縮機４１で圧縮されたガス冷媒は、四方弁４２を経て室外熱交換器４３に流入する。室外熱交換器４３は、凝縮器として作動し、ガス冷媒と室外６の空気との熱交換を行い、ガス冷媒を凝縮して液化させる。

室外熱交換器４３で液化した液冷媒は、膨張弁４４を経て低温・低圧の液冷媒となり、室内熱交換器３３に流入する。室内熱交換器３３は、蒸発器として作動し、液冷媒と室内５の空気との熱交換を行って液冷媒を蒸発させる。室内熱交換器３３の周囲の空気は吸熱（冷却）され、ファン３２によって室内５に供給される。すなわち、室内５が冷房される。

このように空調装置３０が冷房運転を行っている場合には、制御装置９は、冷凍サイクル装置１０の電磁弁１５を閉鎖し、電磁弁１６を開放して、内部凝縮器１２と外部凝縮器２２のうち、外部凝縮器２２に冷媒が流れるようにする。

すなわち、冷凍サイクル装置１０では、冷媒が、圧縮機１１、外部凝縮器２２、膨張弁１３および蒸発器１４の順に循環する。圧縮機１１で圧縮されたガス冷媒は、外部凝縮器２２に流入する。外部凝縮器２２は、ガス冷媒と室外６の空気との熱交換を行い、ガス冷媒を凝縮して液化させる。外部凝縮器２２の周囲の空気は加熱され、ファン２３によって室外６に排出される。

外部凝縮器２２で液化した液冷媒は、膨張弁１３を経て低温・低圧の液冷媒となり、蒸発器１４に流入する。蒸発器１４は、液冷媒とショーケース１内の空気との熱交換を行い、液冷媒を蒸発させる。蒸発器１４の周囲の空気は吸熱（冷却）され、ファン１８によってショーケース１内に供給される。

このように、空調装置３０の冷房運転中は、冷凍サイクル装置１０のショーケース室外機２から室外６に熱が排出される。そのため、室内５では排熱が生じず、空調装置３０が排熱を処理する必要が無い。従って、空調装置３０の負荷を低減し、消費電力を低減することができる。

上記の動作において、冷凍サイクル装置１０の内部凝縮器１２および外部凝縮器２２の一方は、蒸発器１４の冷却能力を得るために必要な凝縮熱交換量（必要熱交換量と称する）に相当する熱交換を行う。すなわち、内部凝縮器１２が熱交換を行う場合には、内部凝縮器１２によって必要熱交換量の１００％を得る。逆に、外部凝縮器２２が熱交換を行う場合には、外部凝縮器２２によって必要熱交換量の１００％を得る。

なお、内部凝縮器１２および外部凝縮器２２によって必要熱交換量を分担する構成も可能であるが、これについては、後述する変形例（図４）で説明する。

＜実施の形態の効果＞
この実施の形態１では、空調装置３０の暖房運転時には、冷凍サイクル装置１０のショーケース１から室内５に熱を排出し、冷房運転時には、ショーケース室外機２から室外６に熱を排出する。そのため、暖房運転時にはショーケース１の排熱を空調装置３０の暖房に利用することができる一方、冷房運転時には排熱を空調装置３０で処理する必要がない。そのため、暖房運転時、冷房運転時のいずれにおいても、空調装置３０の消費電力を低減し、エネルギー消費量を低減することができる。

また、ショーケース１の内部凝縮器１２と並列に外部凝縮器２２を設け、さらに両凝縮器１２，２２を切り替える機構（例えば電磁弁１５，１６）を設けることによって冷凍サイクル装置１０を実現することができるため、構成が簡単である。

すなわち、特許文献１に記載されているようなダクトの増設およびバックヤードの改造が不要であるため、設備コストを削減し、冷凍サイクル装置１０および空調装置３０を含むシステム全体のコストを低減することができる。

また、内部凝縮器１２によって熱交換を行う場合には、室内５の空気を吸引して室内５に排気し、外部凝縮器２２によって熱交換を行う場合には、室外６の空気を吸引して室外６に排気するため、室内５の空気量は変化せず、負圧が生じない。そのため、室内５を負圧にしないようにする特別な換気制御を行う必要がない。従って、空調装置３０の制御系の設計負荷が増加することがなく、システム全体のコストをさらに低減することができる。

また、内部凝縮器１２と外部凝縮器２２との切り替えを、空調装置３０の運転モード（暖房運転／冷房運転）に基づいて行うため、室内５に排熱した方が有利な場合と、室外６に排熱した方が有利な場合とで、内部凝縮器１２と外部凝縮器２２とを使い分けることができる。

なお、内部凝縮器１２と外部凝縮器２２との切り替えを、室外６の温度（外気温度）に基づいて行うことも考えられる。しかしながら、室内５に発熱体がある場合、またはショーケース１からの冷気漏れがある場合など、外気温度と空調装置３０の運転モードとが対応しない場合がある。例えば、室内５に発熱体がある場合には、外気温度が高くなくても空調装置３０が冷房運転を行う場合がある。そのため、空調装置３０の運転モードに基づいて内部凝縮器１２と外部凝縮器２２との切り替えを行う方法が最も確実である。あるいは、空調装置３０の設定温度と室内５の温度とを比較して、内部凝縮器１２と外部凝縮器２２との切り替えを行ってもよい。

また、この実施の形態１では、内部凝縮器１２と外部凝縮器２２とを並列に接続し、電磁弁１５，１６によって切り替えを行っているため、内部凝縮器１２と外部凝縮器２２とを切り替える構成が簡単になり、制御も容易である。

また、電磁弁１５，１６は冷媒の流れに対して圧力損失となるが、冷媒が液化している内部凝縮器１２および外部凝縮器２２の出口側に電磁弁１５，１６をそれぞれ配置しているため、圧力損失を小さく抑えることができる。

この実施の形態１は、冷凍サイクル装置１０の運転効率が低いほど、ショーケース１（内部凝縮器１２）からの排熱量が増加するため、空調装置３０による暖房効率を向上する効果は高くなる。特に、ショーケース１で使用する冷媒がＣＯ_２、またはＣＯ_２を含む混合冷媒である場合には、フロン冷媒を用いる場合よりも運転効率が４０〜５０％低下する。そのような場合には、この実施の形態１を適用することによって、より高い暖房効率の向上効果が得られる。

第１の変形例．
実施の形態１の冷凍サイクル装置１０では、内部凝縮器１２および外部凝縮器２２の熱源を空気としたが、水またはブラインを用いてもよい。図３には、ショーケース室外機２の外部凝縮器２２に水配管２４を設けた変形例を示す。図３に示す変形例では、外部凝縮器２２が、冷媒と水配管２４を流れる水との間で熱交換を行う。この場合、外部凝縮器２２で暖められた水を給湯に利用することができる。ショーケース１の排熱を給湯に利用することで、エネルギー消費量を低減することができる。

また、ショーケース１の内部凝縮器１２に水配管を設け、冷媒と水との間で熱交換を行うように構成してもよい。この場合、内部凝縮器１２で吸熱された水（冷水）を利用することで、エネルギー消費量を低減することができる。

第２の変形例．
実施の形態１の冷凍サイクル装置１０では、電磁弁１５，１６によって冷媒の流れを切り替えた。しかしながら、電磁弁１５，１６に代えて、流量調整弁５１，５２を用いてもよい。図４は、流量調整弁５１，５２を用いて、内部凝縮器１２および外部凝縮器２２に流れる冷媒の流量の割合を調整可能にした変形例を示す。なお、ここでは、内部凝縮器１２および外部凝縮器２２の両方に流量調整弁５１，５２を設けるが、内部凝縮器１２および外部凝縮器２２の一方のみに流量調整弁を設けてもよい。

図４に示す変形例では、制御装置９が、内部凝縮器１２に流れる冷媒の流量と、外部凝縮器２２に流れる冷媒の流量とが、任意の割合となるように制御することができる。言い換えると、内部凝縮器１２と外部凝縮器２２との熱交換量の割合を制御することができる。例えば、蒸発器１４で所望の冷却能力を得るために必要な凝縮熱交換量（必要熱交換量）の５０％を内部凝縮器１２で発生し、残りの５０％を外部凝縮器２２で発生する、といった運転が可能になる。

この場合、例えば、ユーザが設定した空調装置３０の設定温度に室内５の温度が近づくように、必要熱交換量に対する内部凝縮器１２の熱交換量比率を制御してもよい。これにより、ショーケース１から室内５への排熱を、室内５の温度に応じて変化させることができる。

例えば、空調装置３０の暖房運転時において、ユーザによる設定温度と室内５の温度との温度差が閾値以上の場合には、必要熱交換量に対する内部凝縮器１２の熱交換量比率を１００％としてショーケース１から室内５への排熱量を多くし、温度差が閾値未満になった場合には、必要熱交換量に対する内部凝縮器１２の熱交換量比率を１００％未満（例えば５０％、８０％等）に低下させてショーケース１から室内５への排熱量を少なくする、といった柔軟な制御が可能となる。これにより、空調装置３０の負荷を低減し、エネルギー消費量を低減することができる。また、蒸発器１４からの冷熱を、冷房促進に利用してもよい。

第３の変形例．
実施の形態１の冷凍サイクル装置１０では、ショーケース室外機２の１つの外部凝縮器２２に対してショーケース１の１つの内部凝縮器１２を接続したが、１つの外部凝縮器２２に対して複数の内部凝縮器１２を並列に接続してもよい。

図５は、ショーケース室外機２の１つの外部凝縮器２２に対して、複数のショーケース１ａ，１ｂ・・・の内部凝縮器１２を並列に接続した変形例を示す図である。図５に示した変形例では、ショーケース１ａ，１ｂ・・・のそれぞれにおいて、圧縮機１１と、内部凝縮器１２と、膨張弁１３と、蒸発器１４とが、冷媒配管１００で接続されて冷媒回路を構成している。

ショーケース１ａ，１ｂ・・・の冷媒配管１００は、共通の冷媒配管２５に並列に接続されている。この冷媒配管２５は、ショーケース室外機２の外部凝縮器２２に接続されている。また、ショーケース１ａ，１ｂ・・・のそれぞれには、実施の形態１で説明した電磁弁１５，１６が設けられ、さらに内部凝縮器１２の入口側に電磁弁１９が設けられている。電磁弁１９を設けたのは、各ショーケース（例えばショーケース１ａ）の圧縮機１１から送り出した冷媒が、他のショーケース（例えばショーケース１ｂ）に流入することを防止するためである。

空調装置３０が暖房運転を行っている場合には、制御装置９は、ショーケース１ａ，１ｂ・・・の電磁弁１５，１９を開放し、電磁弁１６を閉鎖することにより、圧縮機１１から送り出した冷媒が内部凝縮器１２に流れるようにする。 空調装置３０が冷房運転を行っている場合には、制御装置９は、ショーケース１ａ，１ｂ・・・の電磁弁１５，１９を閉鎖し、電磁弁１６を開放することにより、圧縮機１１から送り出した冷媒が外部凝縮器２２に流れるようにする。

店舗には複数のショーケース１が設置されるのが一般的であるが、それぞれのショーケース１の内部凝縮器１２毎に外部凝縮器２２を設けたのでは、外部凝縮器２２の数が増加するため、設置面積が増加し、設備コストも増加する。

図５に示したように、１つの外部凝縮器２２に複数のショーケース１ａ，１ｂ・・・の内部凝縮器１２を並列に接続すれば、大容量の外部凝縮器２２を少ない台数で用いることができる。大容量の外部凝縮器２２を用いることにより、小容量の外部凝縮器を用いた場合と比較して低い温度で同じ放熱量を得ることができる。そのため、冷媒の凝縮圧力を低くすることができ、圧縮機１１の圧縮比を小さくすることができる。その結果、エネルギー消費量を低減することができる。

第４の変形例．
実施の形態１の冷凍サイクル装置１０では、ショーケース１の１つの内部凝縮器１２に対して、ショーケース室外機２の１つの外部凝縮器２２を接続したが、１つの内部凝縮器１２に対して、複数の外部凝縮器２２を並列に接続してもよい。

図６は、ショーケース１の１つの内部凝縮器１２に対して、複数のショーケース室外機２ａ，２ｂ・・・の外部凝縮器２２を並列に接続した変形例を示す図である。図６に示した変形襟では、複数のショーケース室外機２ａ，２ｂ・・・のそれぞれの冷媒配管２６が、共通の冷媒配管２７に並列に接続されている。

ショーケース１の構成は実施の形態１で説明したとおりであるが、圧縮機１１と、内部凝縮器１２と、膨張弁１３と、蒸発器１４とを接続する冷媒配管１００は、上記の冷媒配管２７に接続されている。

この変形例によれば、複数のショーケース室外機２ａ，２ｂ・・・の外部凝縮器２２の１つ当たりの容量を自由に選択することができる。そのため、例えば凝縮能力が１．０ｋＷの凝縮器が既にあり、さらに凝縮能力が５．０ｋＷの外部凝縮器が必要な場合には、１．０ｋＷの凝縮能力の外部凝縮器２２を５台設置することで５．０ｋＷの凝縮能力を得ることができる。そのため、新たに５．０ｋＷの凝縮能力の外部凝縮器を製造する場合よりも、設備コストを低減することができる。

なお、本発明の実施の形態１では、室内５におけるショーケース１の配置に制限がなく、またダクトの増設および室内５の換気制御の必要がないため、図５および図６に示した変形例のような接続が可能となる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。図７は、この発明の実施の形態２の冷凍サイクル装置の構成を示す図である。この実施の形態２では、店舗の室内５に、複数のショーケース１ａ，１ｂ・・・と、複数の別置型ショーケース８ａ，８ｂ・・・とが設けられている。店舗の室外６には、別置型ショーケース８ａ，８ｂ・・・のための別置冷凍機７が設けられている。別置冷凍機７と別置型ショーケース８ａ，８ｂ・・・とは、冷媒配管７４によって接続されている。

＜冷凍サイクル装置の構成＞
別置型ショーケース８ａ，８ｂ・・・は、互いに共通の構成を有するため、以下では別置型ショーケース８と総称する。別置型ショーケース８は、膨張弁８１（減圧装置）と、蒸発器８２と、これらを接続する冷媒配管８５とを有している。各別置型ショーケース８の冷媒配管８５は、上記の冷媒配管７４に並列に接続されている。また、別置冷凍機７は、圧縮機７１と、凝縮器７２（第２の熱源側熱交換器）とを有している。

別置冷凍機７の圧縮機７１は、低温・低圧のガス冷媒を圧縮し、高温・高圧のガス冷媒として送り出すものであり、インバータによって回転数が制御される。凝縮器７２は、圧縮機７１から送られてきたガス冷媒と、室内５の空気（第１の熱源）との熱交換を行い、ガス冷媒を凝縮して液化させる。別置冷凍機７の凝縮器７２には、ファン７３が対向配置されている。ファン７３は、凝縮器７２で加熱された空気を室外６に排出する。

別置型ショーケース８の膨張弁８１は、凝縮器７２から送られてきた液冷媒の圧力を低下させ、低温・低圧の液冷媒として蒸発器８２に送り出す。蒸発器８２は、膨張弁８１から送られてきた液冷媒と、別置型ショーケース８内の空気との熱交換を行い、液冷媒を蒸発させる。蒸発器８２で蒸発したガス冷媒は、上述した圧縮機７１に送られる。また、別置型ショーケース８の蒸発器８２には、ファン８３が対向配置されている。ファン８３は、蒸発器８２で吸熱（冷却）された空気を、別置型ショーケース８内に供給する。

各別置型ショーケース８の冷媒配管８５には、流路切替部としての電磁弁８４が設けられている。電磁弁８４は、別置冷凍機７の冷媒配管７４から各別置型ショーケース８の冷媒配管８５に冷媒を流入させ、または遮断する。なお、ここでは、電磁弁８４は常に開放されているものとする。

ショーケース１ａ，１ｂ・・・は、共通の構成を有するため、以下ではショーケース１と総称する。また、別置型ショーケース８と区別するため、内蔵型ショーケース１と称する。内蔵型ショーケース１は、実施の形態１で説明したショーケース１（図１）と同様の構成を有している。但し、この実施の形態２の内蔵型ショーケース１は、上記の冷媒配管７４から分岐した冷媒配管７５に対して並列に接続されている。

また、店舗には、室内５の空調のため、実施の形態１と同様の空調装置３０（すなわち室内機３および室外機４）が設けられている。

＜冷凍サイクル装置の動作＞
次に、この実施の形態２における冷凍サイクル装置の動作について説明する。なお、空調装置３０の運転動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

空調装置３０が暖房運転を行っている場合には、制御装置９は、各内蔵型ショーケース１（内蔵型ショーケース１ａ，１ｂ・・・）の電磁弁１５，１９を開放し、電磁弁１６を閉鎖する。これにより、各内蔵型ショーケース１では、冷媒が、圧縮機１１、内部凝縮器１２、膨張弁１３および蒸発器１４の順に流れる。

すなわち、各内蔵型ショーケース１では、圧縮機１１で圧縮されたガス冷媒が内部凝縮器１２に流入し、室内５の空気との熱交換により凝縮して液化する。内部凝縮器１２の周囲の空気は加熱され、ファン１７によって室内５に排出される。すなわち、各内蔵型ショーケース１から室内５に熱が排出される。

内部凝縮器１２で液化した液冷媒は、膨張弁１３を経て蒸発器１４に流入し、内蔵型ショーケース１内の空気との熱交換により蒸発する。蒸発器１４の周囲の空気は吸熱され、ファン１８によって内蔵型ショーケース１内に供給される。すなわち、内蔵型ショーケース１内が冷却される。

このように、空調装置３０の暖房運転中は、各内蔵型ショーケース１から室内５に熱が排出されるため、その熱を空調装置３０の暖房に利用することができる。そのため、空調装置３０の消費電力を低減することができる。

また、空調装置３０が冷房運転を行っている場合には、制御装置９は、各内蔵型ショーケース１（内蔵型ショーケース１ａ，１ｂ・・・）の電磁弁１５，１９を閉鎖し、電磁弁１６を開放する。この場合、各内蔵型ショーケース１の圧縮機１１で中間圧力に圧縮されたガス冷媒は、冷媒配管７５および冷媒配管７４を経由して別置冷凍機７に流れ、圧縮機７１でさらに高圧に圧縮される。そして、凝縮器７２に流入し、室外６の空気との熱交換により凝縮して液化する。凝縮器７２の周囲の空気は加熱され、ファン７３によって室外６に排出される。すなわち、別置冷凍機７の凝縮器７２から室外６に熱が排出される。

凝縮器７２で液化した液冷媒は、冷媒配管７４および冷媒配管７５を経由して内蔵型ショーケース１に戻る。そして、膨張弁１３を経て蒸発器１４に流入し、内蔵型ショーケース１内の空気との熱交換により蒸発する。蒸発器１４の周囲の空気は吸熱され、ファン１８によって内蔵型ショーケース１内に供給される。すなわち、内蔵型ショーケース１内が冷却される。

このように、空調装置３０の冷房運転中は、別置冷凍機７から室外６に熱が排出される。そのため、室内５では排熱が生じず、空調装置３０が排熱を処理する必要が無い。従って、空調装置３０の負荷を低減し、消費電力を低減することができる。

なお、空調装置３０の暖房運転中および冷房運転中のいずれの場合も、別置型ショーケース８（別置型ショーケース８ａ，８ｂ・・・）は、別置冷凍機７によって冷却される。すなわち、別置冷凍機７の圧縮機７１で圧縮されたガス冷媒は、冷媒配管７４を経由して各別置型ショーケース８に流れ、膨張弁８１を経て蒸発器８２に流入し、別置型ショーケース８内の空気との熱交換により蒸発する。蒸発器８２の周囲の空気は吸熱され、ファン８３によって室内５に供給される。すなわち、別置型ショーケース８内が冷却される。蒸発器８２で蒸発したガス冷媒は、冷媒配管７４を経由して別置冷凍機７の圧縮機７１に流れる。

＜実施の形態の効果＞
この実施の形態２では、空調装置３０の暖房運転時には、内蔵型ショーケース１から室内５に熱を排出し、冷房運転時には、別置冷凍機７から室外６に熱を排出する。そのため、暖房運転時にはショーケース１の排熱を空調装置３０の暖房に利用することができる一方、冷房運転時には排熱を空調装置３０で処理する必要がない。そのため、実施の形態１と同様、空調装置３０の消費電力を低減し、エネルギー消費量を低減することができる。

また、この実施の形態２では、内蔵型ショーケース１が別置冷凍機７を利用して室外６に熱を排出するため、既に店舗に備えられている別置冷凍機７と別置型ショーケース８との冷媒配管７４に、内蔵型ショーケース１を接続するという簡単な構成で、エネルギー消費量の低減効果を達成することができる。そのため、システム全体のコストがさらに低減する。

なお、ここでは、内蔵型ショーケース１（１ａ，１ｂ・・・）および別置型ショーケース８（８ａ，８ｂ・・・）をそれぞれ複数設けたが、内蔵型ショーケース１を一つだけ設けてもよく、また別置型ショーケース８を一つだけ設けてもよい。

また、実施の形態１の第１の変形例（図３）で説明したように、熱源として水を用いてもよく、第２の変形例（図４）で説明したように、電磁弁１５，１６の代わりに流量調整弁５１，５２を用いてもよい。実施の形態１の第４の変形例（図６）で説明したように、複数の別置冷凍機７を並列に設けてもよい。

上述した実施の形態１，２および各変形例では、利用側熱交換器としての蒸発器１４の熱交換の対象物をショーケース１としたが、対象物はショーケース１に限定されるものではなく、例えば冷凍装置であってもよい。

また、利用側熱交換器は、蒸発器に限定されるものでなく、凝縮器であってもよい。利用側熱交換器が凝縮器である場合には、利用側熱交換器における熱交換の対象物は、例えば給湯装置である。この場合、第１の熱源側熱交換器は、例えば室内蒸発器であり、第２の熱源側熱交換器は、例えば室外蒸発器である。これにより、空調装置の冷房運転時には、第１の熱源側熱交換器（室内蒸発器）から冷風を室内に供給し、空調装置の暖房運転時には、第２の熱源側熱交換器（室外蒸発器）から冷風を室外に排出するという運転が可能になる。これにより、空調装置の負荷を軽減し、エネルギー消費量を低減することができる。

上述した実施の形態１，２および各変形例では、第１の熱源を室内５の空気とし、第２の熱源を室外６の空気としたが、本発明は、このような例に限定されるものではない。すなわち、第１の熱源側熱交換器が第１の熱源と冷媒との熱交換を行い、第２の熱源側熱交換器が第２の熱源と冷媒との熱交換を行うものであればよい。

本発明は、ショーケース、冷凍装置および給湯装置などが設置される店舗（コンビニエンスストア、スーパーマーケット等）に適用することで、特に大きい効果が得られる。ショーケース等を備えた食品店舗は多数存在するため、各店舗で本発明を採用することにより、エネルギー消費量の低減による大きなＣＯ_２削減効果が得られ、その結果、環境問題の改善に大きく資することができる。

１，１ａ，１ｂ ショーケース（対象物）、 ２，２ａ，２ｂ ショーケース室外機、 ３ 空調装置の室内機、 ４ 空調装置の室外機、 ５ 室内、 ６ 室外、 ７ 別置冷凍機、 ８，８ａ，８ｂ 別置型ショーケース、 ９ 制御装置、 １０ 冷凍サイクル装置、 １１ 圧縮機、 １２ 内部凝縮器（第１の熱源側熱交換器）、 １３ 膨張弁（減圧装置）、 １４ 蒸発器、 １５，１６ 電磁弁（流路切替部）、 １７，１８ ファン、 ２２ 外部凝縮器（第２の熱源側熱交換器）、 ２３ ファン、 ２４ 水配管、 ２５，２６，２７，１００ 冷媒配管、 ５１，５２ 流量調整弁（流量調整部）、 ３０ 空調装置（空気調和装置）、 ３２ ファン、 ３３ 室内熱交換器、 ４１ 圧縮機、 ４２ 四方弁、 ４３ 室外熱交換器、 ４４ 膨張弁。

Claims (15)

1. 冷房運転と暖房運転との切り替えが可能な空気調和装置と共に用いられる冷凍サイクル装置であって、
   前記空気調和装置の室内機と同一の室内に配置され、対象物と冷媒との熱交換を行う利用側熱交換器と、
   前記利用側熱交換器と接続され、前記冷媒を流通させる冷媒回路を構成する圧縮機および減圧装置と、
   前記冷媒回路に接続され、前記室内の第１の熱源との熱交換を行う第１の熱源側熱交換器と、
   前記冷媒回路に前記第１の熱源側熱交換器と並列に接続され、第２の熱源との熱交換を行う第２の熱源側熱交換器と
   を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記第１の熱源は、前記室内の空気であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記対象物は、前記室内に配置された冷凍機内蔵型ショーケースの内部であることを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記利用側熱交換器および前記第１の熱源側熱交換器は、前記冷凍機内蔵型ショーケースに設けられ、
   前記第２の熱源側熱交換器は、前記冷凍機内蔵型ショーケースに配管で接続された室外機に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記利用側熱交換器および前記第１の熱源側熱交換器は、前記冷凍機内蔵型ショーケースに設けられ、
   前記第２の熱源側熱交換器は、前記冷凍機内蔵型ショーケースとは別の、別置型ショーケースに配管で接続された別置冷凍機に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記第１の熱源側熱交換器は、前記室内の空気と前記冷媒との熱交換を行い、熱交換後の空気を前記室内に戻すことを特徴とする請求項２から５までのいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記第２の熱源は、水であることを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記冷媒として、ＣＯ_２、またはＣＯ_２を含む混合冷媒を用いることを特徴とする請求項１から７までのいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記圧縮機、前記第１の熱源側熱交換器、前記減圧装置および前記利用側熱交換器を含む冷凍サイクルを複数備え、
   前記第２の熱源側熱交換器に対して、複数の前記冷凍サイクルのそれぞれの前記第１の熱源側熱交換器が並列に接続されていること
   を特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
10. 複数の前記第２の熱源側熱交換器を備え、
    前記第１の熱源側熱交換器に対して、複数の前記第２の熱源側熱交換器が並列に接続されていること
    を特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記第１の熱源側熱交換器と前記第２の熱源側熱交換器との切り替えを行う切り替え弁をさらに備えることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
12. 前記第１の熱源側熱交換器と前記第２の熱源側熱交換器とに流れる冷媒の流量を調整する流量調節弁をさらに備えることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
13. 前記空気調和装置が暖房運転を行っている場合には、前記第１の熱源側熱交換器および前記第２の熱源側熱交換器のうち、前記第１の熱源側熱交換器に冷媒を流すことを特徴とする請求項１から１２までのいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
14. 前記空気調和装置が冷房運転を行っている場合には、前記第１の熱源側熱交換器および前記第２の熱源側熱交換器のうち、前記第２の熱源側熱交換器に冷媒を流すことを特徴とする請求項１から１３までのいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
15. 制御装置をさらに備え、
    前記制御装置は、前記対象物の温度が目標温度に近づくように、前記第１の熱源側熱交換器と前記第２の熱源側熱交換器とに流れる冷媒の量の比を制御することを特徴とする請求項１から１２までのいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
    
    
    

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