JP4434806B2 - 空調冷凍装置の室外ユニット - Google Patents

Description

本発明は、例えば、室内空調と冷却貯蔵設備の庫内冷却を行うための空調冷凍装置の室外ユニットに関する。

従来よりコンビニエンスストア等の店舗の店内（室内）は、空気調和機によって冷暖房空調されている。また、店内には商品を陳列販売する冷蔵或いは冷凍用のオープンショーケースや扉付きのショーケース（冷却貯蔵設備）が設置されており、これらは冷凍機によって庫内冷却が行われている。このような室内空調と冷却貯蔵設備の庫内冷却とを行うことが可能な空調冷凍装置が知られている（例えば、特許文献１）。
特開２００２−１７４４７０号公報

ところで、この種の空調冷凍装置においては、室外ユニットに空調用回路と冷却貯蔵設備の冷却用回路とが配置されており、各回路の熱交換器の熱交換量を十分に確保することや、それぞれの回路の組み立てやメンテナンスをし易くすることが重要である。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、空調用回路と冷却用回路における熱交換量を確保し易くし、かつ、各回路の組み立てやメンテナンスを容易に行うことができる空調冷凍装置の室外ユニットを提供することを目的としている。

上述課題を解決するため、本発明は、空調冷凍装置の室外ユニットにおいて、外装ケースの内部空間を上下に分割し、一方の空間に、室内機と配管接続されて空調用冷媒回路を構成する熱源側熱交換器を含む空調系統構成部品を配置し、前記外装ケースの他方の空間に、冷却貯蔵設備と配管接続されて冷却用冷媒回路を構成する凝縮器を含む冷却系統構成部品を配置し、前記空調系統構成部品のうち空調用の圧縮機、及び、前記冷却系統構成部品のうち冷却用の圧縮機を下側の空間の中央部に配置し、前記外装ケースの左右方向一方側に、前記空調系統構成部品のうち少なくともオイルセパレータ、四方弁、膨張弁、カスケード熱交換器、及びアキュムレータを集約して配置するとともに、前記外装ケースの左右方向他方側に、前記冷却系統構成部品のうち少なくとも四方弁及びオイルセパレータを集約して配置したことを特徴とする。この構成によれば、外装ケースの内部空間を上下に分割し、一方の空間に空調系統の各構成部品を配置し、他方の空間に冷却系統の各構成部品を配置するので、空調系統と冷却系統の組み立てやメンテナンスを容易にすることができる。また、熱源側熱交換器及び凝縮器の高さ寸法の調整によってそれぞれの熱交換量を容易に調整することができる。

上記構成において、前記外装ケースの前記一方の空間に、前記熱源側熱交換器に外気を通風する空調用送風機を配置すると共に、前記外装ケースの前記他方の空間に、前記凝縮器に外気を通風する冷却用送風機を配置し、前記外装ケースの前記一方の空間と前記他方の空間とを連通させて前記空調用送風機が前記凝縮器の通風を補うと共に、前記冷却用送風機が前記熱源側熱交換器の通風を補うように構成することにより、各送風機による負圧効果を有効利用して熱源側熱交換器及び凝縮器の通風量を増大させることができる。また、前記熱源側熱交換器は、前記外装ケースの前記一方の空間内で前記外装ケースの通風可能なパネル面に沿って配置されると共に、前記凝縮器は、前記外装ケースの前記他方の空間内で前記外装ケースの通風可能なパネル面に沿って配置され、前記熱源側熱交換器及び前記凝縮器は、必要とされる熱交換量に応じてそれぞれの高さ寸法が調整されることが好ましい。

また、前記熱源側熱交換器の一端側に、空調用冷媒を分流して前記熱源側熱交換器へ流通させる分流管と、前記熱源側熱交換器を流通した前記空調用冷媒を混合させるヘッダー管とを設け、前記凝縮器の一端側に、冷却用冷媒を分流して前記凝縮器へ流通させる分流管と、前記凝縮器を流通した前記冷却用冷媒を混合させるヘッダー管とを設けることが好ましい。

本発明の空調冷凍装置の室外ユニットは、外装ケースの内部空間を上下に分割し、一方の空間に空調系統の熱源側熱交換器を含む各構成部品を配置し、他方の空間に冷却系統の凝縮器を含む各構成部品を配置することにより、組み立てやメンテナンスを空調系統側と冷却系統側とで別々の位置で行うことが可能となり、また、熱源側熱交換器及び凝縮器の熱交換量を調整し易くすることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明の実施形態に係る空調冷凍装置１の冷媒回路を含むシステム構成を示す図である。この冷凍システム１は、例えばコンビニエンスストアの室内２（店内）の空調と、そこに設置されている冷却貯蔵設備としての冷蔵ケース３や冷凍ケース４の庫内冷却を実現するものである。なお、冷蔵ケース３及び冷凍ケース４は前面や上面が開口するオープンショーケースの他、透明ガラス扉にて開口が開閉自在に閉塞されたショーケースであり、冷蔵ケース３の庫内は冷蔵温度（＋３℃〜＋１０℃）に冷却され、飲料やサンドイッチ等の冷蔵食品などが陳列されると共に、冷凍ケース４の庫内は冷凍温度（−２０℃〜−１０℃）に冷却され、冷凍食品や冷菓などが陳列されるものである。

この空調冷凍装置１は、室内２の空調を行う空気調和機（空調系統部）６と、室内２の冷蔵ケース３や冷凍ケース４（冷却貯蔵設備）の庫内冷却を行う冷却装置（冷却系統部）８とを有し、空気調和機６は、室内２の天井等に設置された複数の室内機１１と店外に設置された室外ユニット１２との間に渡って空調用冷媒回路７が配管構成されて構成されている。

この空調用冷媒回路７は、室外ユニット１２に設置された二台の圧縮機（ロータリコンプレッサ）１３Ａ（インバータによる周波数制御運転）、１３Ｂ（定速運転）と、逆止弁５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄと、オイルセパレータ１０と、四方弁１４と、熱源側熱交換器１６と、膨張弁（電動膨張弁から成る減圧手段）１７、１８、１９と、カスケード熱交換器２１と、逆止弁２２、アキュムレータ２３等と、室内機１１側に設置された利用側熱交換器２７とから系統構成されている（空調系統）。

２６は温度や圧力に基づいて空気調和機６の室外ユニット１２側の機器を制御するための室外機コントローラ（空調系統側を制御する空調側コントローラであり、汎用のマイクロコンピュータにて構成される）であり、室外ユニット１２に設けられている。また、２４は熱源側熱交換器１６に外気を通風するための送風機であり、室外ユニット１２内の熱源側熱交換器１６に対応する位置に設けられている。２８は温度や圧力に基づいて空気調和機６の室内機１１側の機器を制御するための室内機コントローラ（運転制御手段を構成するコントローラであり、汎用のマイクロコンピュータで構成される）であり、室内機１１に設けられている。

ここで、室内２には、空気調和機６を操作するための遠隔操作装置（リモートコントロール（通称リモコン））２９が設置されている。この遠隔操作装置２９は、各種情報を表示する液晶パネルからなる表示部や各種操作子を備え、操作子の操作を介して使用者から室内２の設定温度などの指示を入力し、室内機コントローラ２８との間の通信により、使用者に入力された各種指示を室内機コントローラ２８に通知する共に、空気調和機６の動作情報（運転状態（冷房運転か暖房運転か等））等を表示部に表示する。また、１５は利用側熱交換器２７に室内２の空気（店内空気）を通風するための送風機であり、室内機１１内の利用側熱交換器２７に対応する位置に設けられている。

圧縮機１３Ａ及び１３Ｂは相互に並列接続されており、各圧縮機１３Ａ、１３Ｂの吐出側は逆止弁５Ａ、５Ｂをそれぞれ介して合流され、四方弁１４の一方の入口に接続されている（各逆止弁５Ａ、５Ｂは四方弁１４方向が順方向とされている）。また、四方弁１４の一方の出口は熱源側熱交換器１６の入口に接続されている。この熱源側熱交換器１６は多数の並列配管から成る流路抵抗の比較的小さい入口側１６Ａとこれらが少数の並列配管若しくは単数の配管に集約される出口側１６Ｂとで構成されている。そして、この熱源側熱交換器１６の出口側１６Ｂの出口は、並列接続された逆止弁５Ｃと膨張弁１７とを介して膨張弁（利用側熱交換器用減圧弁）１８の入口に接続され、膨張弁１８の出口は室内機１１に渡って分流し、利用側熱交換器２７の入口に接続されている。

利用側熱交換器２７の出口は室外ユニット１２に渡り、四方弁１４の他方の入口に接続され、四方弁１４の他方の出口は逆止弁５Ｄを介してアキュムレータ２３に接続されている。そして、このアキュムレータ２３の出口が圧縮機１３Ａ、１３Ｂの吸込側に接続されている。なお、逆止弁５Ｄはアキュムレータ２３側が順方向とされている。

また、膨張弁１７と１８の間の配管は膨張弁１９の入口に接続され、膨張弁１９の出口はカスケード熱交換器２１の空調側通路２１Ａの入口に接続されている。このカスケード熱交換器２１の空調側通路２１Ａの出口はアキュムレータ２３を介して圧縮機１３Ａ、１３Ｂの吸込側に接続されている。

一方、冷却装置８は室外ユニット１２と室内２（店内）に設置された冷蔵ケース３及び冷凍ケース４との間に渡って冷却用冷媒回路９が配管構成されている。この冷却用冷媒回路９は、室外ユニット１２内に設置された冷蔵用の圧縮機（スクロールコンプレッサ）３７と、凝縮器（熱交換器）３８と、四方弁３９、４１、４２（四方弁４２と冷凍機コントローラ３２によりバイパス経路形成手段が構成される。）と、オイルセパレータ３１と、レシーバータンク３６と、冷蔵ケース３の庫内を冷却する冷蔵用蒸発器４３、膨張弁（電動膨張弁）４４、電磁弁４６、４７と、冷凍ケース４の庫内を冷却する冷凍用蒸発器４９、膨張弁（電動膨張弁）５１、電磁弁５２、冷凍増幅用の圧縮機（ロータリコンプレッサ）５４、逆止弁３０、及びオイルセパレータ４５等から構成されている。

３２は温度や圧力に基づいて冷却装置８の室外ユニット１２側の機器を制御する冷凍機コントローラ（冷却系統側を制御する冷却側コントローラであり、汎用のマイクロコンピュータで構成される）であり、室外ユニット１２に設けられている。この冷凍機コントローラ３２は、圧縮機３７等の故障を検知する故障検知手段としても機能し、故障を検知した場合にその旨を後述する主コントローラ５６に通知する。

また、３５は凝縮器３８に外気を通風するための送風機であり、室外ユニット１２の凝縮器３８に対応する位置に設けられている。また、５０は温度や圧力に基づいて冷蔵ケース３側の機器を制御する冷蔵ケースコントローラ（汎用のマイクロコンピュータで構成される）であり、冷蔵ケース３に設けられている。さらに、５５は温度や圧力に基づいて冷凍ケース４側の機器を制御する冷凍ケースコントローラ（汎用のマイクロコンピュータで構成される）であり、冷凍ケース４に設けられている。

また、２０は冷蔵用蒸発器４３に冷蔵ケース３の庫内冷気を通風するための送風機であり、各冷蔵ケース３内の各冷蔵用蒸発器４３にそれぞれ対応する位置に設けられている。２５は冷凍用蒸発器４９に冷凍ケース４の庫内冷気を通風するための送風機であり、冷凍ケース４内の冷凍用蒸発器４９に対応する位置に設けられている。

圧縮機３７の吐出側はオイルセパレータ３１を介して四方弁３９の一方の入口に接続され、この四方弁３９の一方の出口が凝縮器３８の入口に接続されている。この凝縮器３８は多数の並列配管から成る流路抵抗の比較的小さい入口側３８Ａとこれらが少数の並列配管若しくは単数の配管に集約される出口側３８Ｂとで構成されている。そして、この凝縮器３８の出口側３８Ｂの出口はレシーバータンク３６の入口に接続され、このレシーバータンク３６の出口が四方弁４１の一方の入口に接続されている。すなわち、レシーバータンク３６は凝縮器３８の冷媒下流側に接続されている。

また、四方弁４１の一方の出口はカスケード熱交換器２１のケース側通路２１Ｂの入口に接続されている。なお、カスケード熱交換器２１は、内部に構成された空調側通路２１Ａとケース側通路２１Ｂをそれぞれ通過する冷媒を相互に熱交換させるものであり、これによって空調用冷媒回路７の低圧側と冷却用冷媒回路９の高圧側とは熱的に連結される。

カスケード熱交換器２１のケース側通路２１Ｂの出口は、四方弁３９の他方の入口に接続されており、この四方弁３９の他方の出口は四方弁４１の他方の入口に接続されている。そして、この四方弁４１の他方の出口は室外ユニット１２から出て室内２（店内）に入り分岐する。分岐した一方の配管は電磁弁４６及び膨張弁４４を介して冷蔵用蒸発器４３の入口に接続されている。他方は電磁弁５２及び膨張弁５１を介して冷凍用蒸発器４９の入口に接続されている。

冷凍用蒸発器４９の出口は、逆止弁３０を介して圧縮機５４の吸込側に接続されている（逆止弁３０は圧縮機５４側が順方向）。この圧縮機５４は圧縮機３７よりも出力の小さい圧縮機であり、その吐出側は四方弁４２の一方の入口に接続され、四方弁４２の一方の出口は冷蔵用蒸発器４３の出口側に接続された後、オイルセパレータ４５を介して圧縮機３７の吸込側に接続されている。すなわち、圧縮機５４と圧縮機３７とは、冷媒回路上、直列に接続される。

また、四方弁４２の他方の入口は圧縮機５４の入口側の管路に合流され、四方弁４２の他方の出口は逆止弁６１を介してカスケード熱交換器２１のケース側通路２１Ｂの入口側の管路に合流されている。なお、逆止弁６１はカスケード熱交換器２１側が順方向とされている。以下、この四方弁４２とカスケード熱交換器２１のケース側通路２１Ｂの入口側までの管路を管路７０と表記する。そして、冷媒回路７、９内には例えばＲ−４１０Ａ、Ｒ−４０４Ａ等の冷媒が所定量封入される。

ここで、本実施形態に係る空調冷凍装置１においては、冷蔵用の蒸発器４３、４９から出た冷媒（冷却用冷媒）を冷却装置８の圧縮機３７、５４のいずれか一方の圧縮機を経由せずに他方の圧縮機を経由してカスケード熱交換器２１の入口に導くバイパス経路を形成可能に構成されている。すなわち、四方弁４２を切り換えることにより、図２に示すように、蒸発器４３の出口と圧縮機５４との間の冷媒通路と冷凍用蒸発器４９の出口側とをつなぐ第１のバイパス経路７０と、圧縮機５４の吐出側の冷媒通路とカスケード熱交換器２１の入口側の冷媒通路とをつなぐ第２のバイパス経路８０とを形成するように構成されている。

このようにバイパス経路７０、８０を形成することにより、例えば、圧縮機３７が故障した場合は、蒸発器４３、４９から出た冷媒（冷却用冷媒）をバイパス経路７０で合流させた後、圧縮機５４等を経由してバイパス経路８０にて圧縮機３７を経由することなくカスケード熱交換器２１の入口に導くことができる（図２中矢印α参照）。また、例えば、圧縮機５４が故障した場合は、蒸発器４３、４９から出た冷媒（冷却用冷媒）をバイパス経路７０で合流させた後、圧縮機５４を経由することなく圧縮機３７等を経由してカスケード熱交換器２１の入口に導くことができる（図２中矢印β参照）。なお、バイパス経路８０には逆止弁６１が設けられ、これにより、四方弁４１を経てカスケード熱交換器２１に供給される冷媒のバイパス経路８０への逆流を防止するようになされている。

また、この空調冷凍装置１においては、冷却装置８の各構成部品のうち、冷凍増幅用の圧縮機５４を、その周辺構成部品と共に外装ケースで覆うことにより、室外ユニット１２とは別のユニット（冷凍増幅機という）９０として構成している。これにより、圧縮機５４周りの構成部品を、コンビニエンスストアの外壁や地面等の任意の位置に配置することを可能としている。

図３は室外ユニット１２の外観を示す斜視図である。室外ユニット１２は、外装ケース１２ＣＡ内に、室内機１１と配管接続された空調用冷媒回路７を構成する空調系統構成部品（圧縮機１３Ａ、１３Ｂ、アキュムレータ２３、オイルセパレータ１０、熱源側熱交換器１６、室外機コントローラ２６等）と、熱源側熱交換器１６に外気を通風する送風機２４と、冷蔵ケース３及び冷凍ケース４と配管接続されて冷却用冷媒回路９を構成する冷却系統構成部品（圧縮機３７、オイルセパレータ３１、レシーバータンク３６、凝縮器３８、冷凍機コントローラ３２等）と、凝縮器３８に外気を通風する送風機３５とが配置されるユニットである。

図３に示すように、この室外ユニット１２は、正面側から見て、正面中央パネル１２Ａ１の左右上側（正面左パネル１２Ａ２及び正面右パネル１２Ａ３の上側）に空調系統の送風機２４がそれぞれ配置され、中央パネル１２Ａ１の左右下側（正面左パネル１２Ａ２及び正面右パネル１２Ａ３の下側）に冷却系統の送風機３５がそれぞれ配置され、いわゆる前方吹き出しタイプに構成されている。

ここで、図４は、この室外ユニット１２における熱源側熱交換器１６と凝縮器３８の配置状態を示す図である。この熱源側熱交換器１６及び凝縮器３８は、背面パネル１２Ｃ及び両側の側面パネル１２Ｄの内側に沿って配置されるように略コの字形状に形成され、下側に凝縮器３８を配置し、上側に熱源側熱交換器１６を配置することで、凝縮器３８を送風機３５と略同じ高さに配置すると共に熱源側熱交換器１６を送風機２４と略同じ高さに配置している。また、背面パネル１２Ｃ及び側面パネル１２Ｄには、凝縮器３８及び熱源側熱交換器１６に対応する位置に樹脂製ネット等が設けられて外気を通風可能に形成され、これにより、送風機２４及び３５により熱源側熱交換器１６及び凝縮器３８に外気を通風できるように構成されている。

このように、凝縮器３８と熱源側熱交換器１６とを上下方向に配置することにより、凝縮器３８及び熱源側熱交換器１６の高さ寸法をそれぞれ調整することで、凝縮器３８及び熱源側熱交換器１６毎に必要とされる熱交換量（若しくは熱交換面積）を容易に満足させることが可能となる。これにより、室外ユニット１２の床面積を変更することなく、凝縮器３８及び熱源側熱交換器１６の熱交換量の設計変更等を行うことが可能となる。

また、図４に示すように、熱源側熱交換器１６には、その一端側に、冷媒（空調用冷媒）を分流してこの熱交換器１６へ流通させる分流管１６Ａと、この熱交換器１６を流通した冷媒を混合させるヘッダー管１６Ｂとが設けられる。同様に、凝縮器３８にも、その一端側に、冷媒（冷却用冷媒）を分流して凝縮器３８へ流通させる分流管３８Ａと、凝縮器３８を流通した冷媒を混合させるヘッダー管３８Ｂとが設けられる。このように、分流管１６Ａ及びヘッダー管１６Ｂと、分流管３８Ａ及びヘッダー管３８Ｂとを各熱交換器１６、３８の一端側に配置することにより、冷媒回路と配管接続し易くなり、配管を短くすることも可能となる。

さらに、この室外ユニット１２においては、送風機２４と熱源側熱交換器１６との間の空間に上記空調系統構成部品が配置され、送風機３５と凝縮器３８との間の空間に上記冷却系統構成部品が配置される。ここで、図５は室外ユニット１２の上方部分１２ＵＰの内部の一例を示す図であり、図６は室外ユニット１２の下方部分１２ＬＯの内部の一例を示す面である。このように、この室外ユニット１２の内部空間を上下に分割した場合の一方（上側）の空間に、空調系統の各構成部品を集約して配置し、他方（下側）の空間に、冷却系統の各構成部品を集約して配置することにより、空調系統と冷却系統の組み立てやメンテナンスを容易にすることができ、かつ、空調系統側の配管長や冷却系統側の配管長を短くすることも可能となる。

但し、空調系統構成部品のうち重量のある部品（圧縮機１３Ａ、１３Ｂ）については、部品安定性等の観点から、室外ユニット１２の台１２Ｅ（図４参照）の上に設置される。詳述すると、図６に示すように、この室外ユニット１２には、正面中央パネル１２Ａ１の内側に機械室９１（図６参照）が設けられ、この機械室９１内の台１２Ｅに圧縮機１３Ａ、１３Ｂ、３７が配置される。これにより、各圧縮機１３Ａ、１３Ｂ、３７を安定して設置でき、また、各圧縮機１３Ａ、１３Ｂ、３７の設置作業やメンテナンスも容易にすることができる。また、図示の例では、この機械室９１の上方に電装室９２が設けられ、この電装室９２に、室外機コントローラ２６及び冷凍機コントローラ３２が配置される。なお、空調系統構成部品を配置した上方部分１２ＵＰに室外機コントローラ２６を配置し、冷却系統構成部品を配置した下方部分１２ＬＯに冷凍機コントローラ３２を配置するようにしてもよい。

さらに、図５及び図６に示すように、この室外ユニット１２は、送風機２４と熱源側熱交換器１６との間の空間と、送風機３５と凝縮器３８との間の空間とが連通されている。このように、この室外ユニット１２の上下内部空間を連通させることによって、送風機２４により熱源側熱交換器１６を通風する空気の流れＹ１（図５参照）で生じる負圧が、送風機３５の吸い込み側に空気を引っ張る一方で、送風機３５により凝縮器３８を通風する空気の流れＹ２（図６参照）で生じる負圧が、送風機２４の吸い込み側に空気を引っ張ることとなり、各送風機２４、３５の吸い込み風量を増大させることが可能となる。これにより、各送風機２４、３５による負圧効果を有効利用して、熱源側熱交換器１６及び凝縮器３８の通風量を増大させることができ、熱交換効率を向上させることができる。

以上の構成の下、この空調冷凍装置１の動作を説明する。なお、上記圧縮機３７と１３Ａとはインバータ制御され、圧縮機１３Ｂと圧縮機５４とは定速で運転されるものとする。また、空調冷凍装置１全体の動作は汎用マイクロコンピュータから構成された主コントローラ（主制御手段）５６により制御される。ここで、主コントローラ５６には、主コントローラ５６に各種指示を与えるための遠隔操作装置（リモートコントロール（通称リモコン））５７が設置されており、この遠隔操作装置５７は、各種情報を表示する液晶パネルからなる表示部や各種操作子を備え、操作子の操作を介して使用者からの各種指示を入力可能に構成されている。

この主コントローラ５６は室外機コントローラ２６、室内機コントローラ２８、冷凍機コントローラ３２、冷蔵ケースコントローラ５０、及び、冷凍ケースコントローラ５５とデータ通信可能に接続されており、各コントローラから現在の運転状態に関するデータを受信して収集する。そして、受信データに基づき、後述するその時点での最適な運転パターンを決定し、この最適運転パターンに関するデータ及び各機器の運転データを室外機コントローラ２６、室内機コントローラ２８、冷凍機コントローラ３２、冷蔵ケースコントローラ５０、及び、冷凍ケースコントローラ５５に送信する。そして、室外機コントローラ２６、室内機コントローラ２８、冷凍機コントローラ３２、冷蔵ケースコントローラ５０、及び、冷凍ケースコントローラ５５は主コントローラ５６から受信した最適運転パターンに関するデータ及び各機器の運転データに基づいて後述する制御動作を実行する。

空気調和機６の冷房運転時について図１を用いて説明する。まず、夏場等に主コントローラ５６が空気調和機６の冷房運転が最適であると判断した場合、最適運転パターン１に関するデータが室外機コントローラ２６、室内機コントローラ２８、冷凍機コントローラ３２、冷蔵ケースコントローラ５０、及び、冷凍ケースコントローラ５５に送信される。

この主コントローラ５６からの送信データに基づき、室外機コントローラ２６は四方弁１４の前記一方の入口を一方の出口に、他方の入口を他方の出口に連通させる。また、膨張弁１７は全開とする。そして、圧縮機１３Ａ、１３Ｂを運転する。なお、室外機コントローラ２６は圧縮機１３Ａの運転周波数を調整して能力制御するものとする。

圧縮機１３Ａ、１３Ｂが運転されると、圧縮機１３Ａ、１３Ｂの吐出側から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁１４を経て熱源側熱交換器１６の入口側１６Ａに入る。この熱源側熱交換器１６には送風機２４により外気が通風されており、冷媒はここで放熱し、凝縮液化する。すなわち、この場合、熱源側熱交換器１６は凝縮器として機能する。この液冷媒は熱源側熱交換器１６の入口側１６Ａから出口側１６Ｂを経て当該出口側１６Ｂから出る。そして、膨張弁１７を通過した後、分岐する。分岐した一方は膨張弁１８に至り、そこで絞られて低圧とされた後（減圧）、利用側熱交換器２７に流入し、そこで蒸発する。

この利用側熱交換器２７には送風機１５により室内２（店内）の空気が通風されており、冷媒の蒸発による吸熱作用で室内２の空気は冷却される。これにより、室内２（店内）の冷房が行われる。利用側熱交換器２７を出た低温のガス冷媒は、四方弁１４、逆止弁２２、アキュムレータ２３を順次経て圧縮機１３Ａ、１３Ｂの吸込側に吸い込まれる循環を繰り返す。

室内機コントローラ２８は利用側熱交換器２７の温度やこれら利用側熱交換器２７に吸い込まれる空気温度に基づき、室内２（店内）の温度を予め設定された設定温度とするよう利用側熱交換器２７に通風する送風機１５を制御する。室内機コントローラ２８からの情報は主コントローラ５６に送信されており、室外機コントローラ２６はこの情報に基づいて圧縮機１３Ａ、１３Ｂの運転を制御する。

逆止弁５Ｃを通過して分岐した冷媒の他方は膨張弁１９に至り、そこで絞られて低圧とされた後（減圧）、カスケード熱交換器２１の空調側通路２１Ａに流入し、そこで蒸発する。係る空調用冷媒回路７の冷媒の蒸発による吸熱作用でカスケード熱交換器２１は冷却され、低温となる。カスケード熱交換器２１を出た低温のガス冷媒はアキュムレータ２３を経て圧縮機１３Ａ、１３Ｂの吸込側に吸い込まれる循環を繰り返す。

室外機コントローラ２６は、室内２（店内）の温度が遠隔操作装置２９を用いて使用者により設定された設定温度となるように、室温、利用側熱交換器２７の出入口の冷媒温度、或いは、利用側熱交換器２７の温度に基づいて圧縮機１３Ａの運転周波数や膨張弁１８の開度を調整する。また、室外機コントローラ２６は、カスケード熱交換器２１のケース側通路２１Ｂの入口温度ＴＣ１と出口温度ＴＣ２の差が予め設定された設定温度差（例えば２０℃）となるように、膨張弁１９の弁開度を調整して過冷却制御を行う。

また、室内機コントローラ２８は、利用側熱交換器２７の温度や利用側熱交換器２７に吸い込まれる空気温度に基づき、室内２（店内）の温度を予め設定された設定温度とするよう利用側熱交換器２７に通風する送風機１５を制御する。

一方、冷凍機コントローラ３２は、冷却装置８の冷却用冷媒回路９の四方弁３９の前記一方の入口を一方の出口に連通させ、他方の入口を他方の出口に連通させる。また、四方弁４１の前記一方の入口を一方の出口に連通させ、他方の入口を他方の出口に連通させる。そして、圧縮機３７及び圧縮機５４を運転する。圧縮機３７から吐出された高温高圧のガス冷媒は、オイルセパレータ３１にてオイルを分離された後、四方弁３９を経て凝縮器３８の入口側３８Ａに入る。この凝縮器３８にも送風機３５により外気が通風されており、凝縮器３８に流入した冷媒はそこで放熱し、凝縮していく。なお、電磁弁４７は全開とされる。

この凝縮器３８の入口側３８Ａを通過した冷媒は出口側３８Ｂに至り、そこから出ていく。凝縮器３８から出た冷媒はレシーバータンク３６の入口側から当該レシーバータンク３６内に入り、そこに一旦貯留されて気／液が分離される。分離された液冷媒はレシーバータンク３６の出口から出て四方弁４１を通過した後、カスケード熱交換器２１のケース側通路２１Ｂに入る。このケース側通路２１Ｂに入った冷却用冷媒回路９の冷媒は、前述の如き空調用冷媒回路７の冷媒の蒸発によって低温となっているカスケード熱交換器２１によって冷却され、さらに過冷却状態が増す。より具体的には、上記したように室外機コントローラ２６により予め定めた設定温度差（例えば２０℃）だけ冷却される。なお、前述の如く凝縮器３８の直後にレシーバータンク３６を配置しているので、過冷却時の熱損失を無くすことができるようになると共に、冷媒量の調整も行うことができる。

このカスケード熱交換器２１にて過冷却された冷媒は四方弁３９、四方弁４１を順次通過した後に分岐し、一方は電磁弁４６を通過して膨張弁４４に至り、そこで絞られた後（減圧）、冷蔵用蒸発器４３に流入し、そこで蒸発する。冷蔵用蒸発器４３には送風機２０により冷蔵ケース３の庫内空気がそれぞれ通風・循環されており、冷媒の蒸発による吸熱作用で庫内空気は冷却される。これにより、冷蔵ケース３の庫内冷却が行われる。冷蔵用蒸発器４３を出た低温のガス冷媒は合流した後、圧縮機５４のオイルセパレータ４５の出口側に至る。

カスケード熱交換器２１を出て分岐した冷媒の他方は電磁弁５２を通過して膨張弁５１に至り、そこで絞られた後（減圧）、冷凍用蒸発器４９に流入し、そこで蒸発する。この冷凍用蒸発器４９にも送風機２５により冷凍ケース４の庫内空気が通風・循環されており、冷媒の蒸発による吸熱作用で庫内空気は冷却され、冷凍ケース４の庫内冷却が行われる。

冷凍用蒸発器４９を出た低温のガス冷媒は逆止弁３０を経て圧縮機５４に至り、そこで、圧縮されて冷蔵用蒸発器４３の出口側の圧力まで昇圧された後、圧縮機５４から吐出され、オイルセパレータ４５でオイルを分離された後、冷蔵用蒸発器４３からの冷媒と合流する。この合流した冷媒は圧縮機３７の吸込側に吸い込まれる循環を繰り返す。

冷蔵ケースコントローラ５０は、冷蔵ケース３の庫内温度若しくは冷蔵用蒸発器４３を経た吐出冷気温度或いは冷蔵用蒸発器４３への吸込冷気温度と、冷蔵用蒸発器４３の出口側の冷媒温度、或いは、冷蔵用蒸発器４３の温度とに基づいて各膨張弁４４の弁開度をそれぞれ制御する。これにより、冷蔵ケース３の庫内を前述した冷蔵温度に冷却維持しながら、適正な過熱度（過熱度一定）とする。

また、冷凍ケースコントローラ５５は、冷凍ケース４の庫内温度若しくは冷凍用蒸発器４９を経た吐出冷気温度或いは冷凍用蒸発器４９への吸込冷気温度と、冷凍用蒸発器４９の出口側の冷媒温度、或いは、冷凍用蒸発器４９の温度とに基づいて膨張弁５１の弁開度を制御する。これにより、冷凍ケース４の庫内を前述した冷凍温度に冷却維持しながら、適正な過熱度（過熱度一定）とする。

圧縮機３７の運転周波数は吸込側の圧力（冷却用冷媒回路９の低圧圧力）に基づいて制御される。そして、各膨張弁４４、５１の全てが全閉となった場合には停止されると共に、何れかが開放されているときは運転される。

このように、カスケード熱交換器２１の空調側通路２１Ａを流れる空調用冷媒回路７の低圧側冷媒によって冷却用冷媒回路９の高圧側冷媒を過冷却することができるので、冷蔵ケース３や冷凍ケース４の蒸発器４３、４９における冷却能力と冷却用冷媒回路９の運転効率が改善される。なお、この場合、冷却用冷媒回路９の高圧側の冷媒は、凝縮器３８を介してカスケード熱交換器２１のケース側通路２１Ｂに流すので、空調用冷媒回路７の過熱度も適正範囲に維持できる。

また、冷却用冷媒回路９の冷凍用蒸発器４９から出た冷媒の圧力は、その蒸発温度が低くなることから冷蔵用蒸発器４３を出た冷媒より低くなるが、冷蔵用蒸発器４３から出た冷媒と合流させる以前に圧縮機５４により圧縮されて昇圧されるので、冷蔵ケース３と冷凍ケース４の庫内を各蒸発器４３、４９によりそれぞれ円滑に冷却しながら、冷却用冷媒回路９の圧縮機３７に吸い込まれる冷媒の圧力を調整して支障無く運転を行うことができるようになる。

なお、この空調冷凍装置１においては、主コントローラ５６が空気調和機６の暖房運転が最適であると判断した場合、空気調和機６の二個の四方弁３９、４１にて流路を切り換えることにより暖房運転を行う。また、暖房運転の場合でも、冷却装置８の運転は上述と略同様である。

以上説明したように、本実施形態の空調冷凍装置１は、室外ユニット１２の内部空間を上下に分割し、一方の空間に熱源側熱交換器１６及び送風機２４を含む空調系統の構成部品を配置し、他方の空間に凝縮器３８及び送風機３５を含む冷却系統の構成部品を配置することにより、空調系統と冷却系統の組み立てやメンテナンスを容易にすることができ、また、熱源側熱交換器１６及び凝縮器３８の高さ寸法の調整によって、室外ユニット１２の床面積を変更することなく各熱交換器１６、３８の熱交換量を変更することが可能となる。また、この空調冷凍装置１は、空調用冷媒回路７と冷却用冷媒回路９とがそれぞれ独立して形成されているので、空調系統と冷却系統のいずれか一方を運転した状態でも他方の系統のメンテナンスを行うことができる。

さらに、この室外ユニット１２の上下内部空間を連通させることによって、熱源側熱交換器１６を通風する送風機２４により凝縮器３８の通風を補うと共に、凝縮器３８を通風する送風機３５により熱源側熱交換器１６の通風を補うことができ、熱源側熱交換器１６及び凝縮器３８の通風量を増大させて熱交換効率を向上させることが可能となる。また、熱源側熱交換器１６の一端側に分流管１６Ａ及びヘッダー管１６Ｂを配置し、凝縮器３８の一端側に分流管３８Ａ及びヘッダー管３８Ｂとを配置したことにより、冷媒回路と配管接続し易くなり、かつ、配管を短くすることが可能となる。

なお、上記実施例ではコンビニエンスストアを例にあげて本発明を説明したが、それに限らず、室内の空調と冷却貯蔵設備の冷却を行う種々の空調冷凍装置に本発明は有効である。さらに、実施例で示した各設定値や配管構成はそれに限定されるものでは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。また、実施例では室外ユニット１２を前方吹き出しタイプにする場合について述べたが、送風機２４、３５を上面パネル１２Ｂ側に配置して、いわゆる上方吹き出しタイプに構成してもよく、要は、室外ユニット１２の上下の一方の空間に少なくとも熱源側熱交換器１６を含む空調系統の構成部品を配置し、他方の空間に少なくとも凝縮器３８を含む冷却系統の構成部品を配置すればよい。なお、上方吹き出しタイプの場合は、送風機２４、３５に近い上部側ほど流速が早く熱交換効率が大きくなるため、この点を考慮して熱源側熱交換器１６及び凝縮器３８の高さ寸法を調整することが好ましい。

空調冷凍装置の冷媒回路を含むシステム構成を説明する図である（空気調和機の冷房運転時）。 空調冷凍装置の空気調和機が冷房運転時に冷却装置の圧縮機が故障した場合の運転を説明する図である。 空調冷凍装置の室外ユニットの外観を示す斜視図である。 室外ユニットにおける熱源側熱交換器と凝縮器の配置状態を示す図である。 室外ユニットの上方部分の内部の一例を示す図である。 室外ユニットの下方部分の内部の一例を示す面である。

符号の説明

１ 空調冷凍装置
７ 空調用冷媒回路
９ 冷却用冷媒回路
１１ 室内機
１２ 室外ユニット
１２ＣＡ 外装ケース
１３Ａ、１３Ｂ、３７、５４ 圧縮機
１６ 熱源側熱交換器
１６Ａ、３５Ａ 分流管
１６Ｂ、３５Ｂ ヘッダー管
２１ カスケード熱交換器
２４、３５ 送風機
２６ 室外機コントローラ
２８ 利用側熱交換器
３２ 冷凍機コントローラ
３８ 凝縮器
４３ 冷蔵用蒸発器
４９ 冷凍用蒸発器
９１ 機械室
９２ 電装室

Claims (4)

1. 外装ケースの内部空間を上下に分割し、一方の空間に、室内機と配管接続されて空調用冷媒回路を構成する熱源側熱交換器を含む空調系統構成部品を配置し、
   前記外装ケースの他方の空間に、冷却貯蔵設備と配管接続されて冷却用冷媒回路を構成する凝縮器を含む冷却系統構成部品を配置し、
   前記空調系統構成部品のうち空調用の圧縮機、及び、前記冷却系統構成部品のうち冷却用の圧縮機を下側の空間の中央部に配置し、
   前記外装ケースの左右方向一方側に、前記空調系統構成部品のうち少なくともオイルセパレータ、四方弁、膨張弁、カスケード熱交換器、及びアキュムレータを集約して配置するとともに、前記外装ケースの左右方向他方側に、前記冷却系統構成部品のうち少なくとも四方弁及びオイルセパレータを集約して配置したことを特徴とする空調冷凍装置の室外ユニット。
2. 前記外装ケースの前記一方の空間に、前記熱源側熱交換器に外気を通風する空調用送風機を配置すると共に、前記外装ケースの前記他方の空間に、前記凝縮器に外気を通風する冷却用送風機を配置し、
   前記外装ケースの前記一方の空間と前記他方の空間とを連通させて前記空調用送風機が前記凝縮器の通風を補うと共に、前記冷却用送風機が前記熱源側熱交換器の通風を補うように構成したことを特徴とする請求項１に記載の室外ユニット。
3. 前記熱源側熱交換器は、前記外装ケースの前記一方の空間内で前記外装ケースの通風可能なパネル面に沿って配置されると共に、前記凝縮器は、前記外装ケースの前記他方の空間内で前記外装ケースの通風可能なパネル面に沿って配置され、前記熱源側熱交換器及び前記凝縮器は、必要とされる熱交換量に応じてそれぞれの高さ寸法が調整されることを特徴とする請求項１又は２に記載の室外ユニット。
4. 前記熱源側熱交換器の一端側に、空調用冷媒を分流して前記熱源側熱交換器へ流通させる分流管と、前記熱源側熱交換器を流通した前記空調用冷媒を混合させるヘッダー管とを設け、
   前記凝縮器の一端側に、冷却用冷媒を分流して前記凝縮器へ流通させる分流管と、前記凝縮器を流通した前記冷却用冷媒を混合させるヘッダー管とを設けることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の室外ユニット。

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