JP4544220B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍装置に関し、特に、電力制限時の運転対策に係るものである。

例えば、特許文献１に開示されているように、コンビニエンスストア等に設置され、店内の空調と食品等が貯蔵されるショーケースなどの冷却とを行う冷凍装置が知られている。この冷凍装置の冷媒回路には、空調専用の圧縮機と、ショーケース専用の圧縮機と、応援用の圧縮機の３台の圧縮機が設けられている。そして、この冷凍装置では、例えば店内の冷房とショーケースの冷却とを行う場合、店内の冷房能力が不足すると、応援用の圧縮機が空調用として運転され、ショーケースの冷却能力が不足すると、応援用の圧縮機がショーケース用として運転されるように切り換えられる。

また、近年では、オフィスビル等の商工業施設に設置される空調機等の冷凍装置において、電力ピークカットの要請から、消費電力を所定以下に下げる運転制御が求められている。例えば、特許文献２に開示されている冷凍装置では、圧縮機の消費電力を算出する手段が設けられ、その消費電力が所定値以下となるように圧縮機の容量を制御することにより、装置全体の消費電力を削減している。
特開２００４−４４９２１号公報 特開２００２−１４７８１９号公報

ここで、上記特許文献１の冷凍装置において、例えば夏場の電力ピークカット時に、上記特許文献２の圧縮機の容量制御を行うと、当然ながら、店内の冷房能力およびショーケースの冷却能力が不足する。そうすると、特許文献１の冷凍装置では、応援用の圧縮機が空調用とショーケース用とに頻繁に運転が切り換えられる。その結果、店内およびショーケースの双方の冷却能力が不十分になり、店内の温度およびショーケース内の温度がそれぞれの設定温度より次第に高くなってしまう。

そこで、ショーケースの冷却を優先して、応援用の圧縮機をショーケース用として運転させることが考えられる。しかし、コンビニエンスストア等では、ショーケース内の食品だけでなく、チョコレートや飴等のようにショーケース以外の陳列棚に置かれたものに対してもある程度冷やす必要がある。したがって、電力ピークカット時において、店内およびショーケースの双方において冷却能力をバランスよく確保する必要がある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、店内の冷房用とショーケースの冷却用とに切り換えて運転される応援用の圧縮機を備えた冷凍装置において、電力ピークカット時に、応援用の圧縮機を所定のタイミングで切り換えることにより、店内およびショーケース内の双方をバランスよく冷却することである。

第１の発明は、圧縮機構を有する熱源側回路に、利用側熱交換器（71,81）を有する第１利用側回路および第２利用側回路が互いに並列に接続されて蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備え、上記圧縮機構は、第１利用側回路の専用の圧縮機（43）と、第２利用側回路の専用の圧縮機（41）と、第１利用側回路用と第２利用側回路用とに切り換えて運転される応援用の圧縮機（42）とが互いに並列に接続されている冷凍装置を前提としている。そして、本発明は、上記圧縮機構を含む電気機器の総使用電力が予め設定された設定電力値を超えると、第１利用側回路および第２利用側回路の何れを優先させるかを決定する優先度決定手段（103）と、上記圧縮機構を含む電気機器の総使用電力が予め設定された設定電力値を超えると、上記応援用の圧縮機（42）を優先度決定手段（103）で優先した利用側回路用に運転させる時間が他方の利用側回路用に運転させる時間より長くなるように第１利用側回路用と第２利用側回路用とに交互に切り換える切換制御手段（102）とを備えているものである。

上記の発明では、通常の場合、即ち冷凍装置の総使用電力が設定電力値を超えない場合、応援用の圧縮機（42）は、能力不足となっている方の利用側回路を応援するように切り換えられる。また、例えば、夏場に冷凍装置の総使用電力が設定電力値を超えると、圧縮機構の容量が制限される。ここで、例えば、第１利用側回路の第１利用側熱交換器（71）がコンビニエンスストアの店内の空調を行うもので、第２利用側回路の第２利用側熱交換器（81）が店内に配置された冷蔵ショーケースや冷凍ショーケースの冷却を行うものである場合、圧縮機構の容量が制限されることによって、店内の空調能力（冷房能力）およびショーケースの冷却能力が不足する。この場合、何ら対策を講じないと、応援用の圧縮機（42）が第１利用側回路と第２利用側回路とに頻繁に運転が切り換えられ、その結果、双方の利用側回路において能力が不十分になる。

ところが、本発明は、何れの利用側回路を優先させるかに基づいて応援用の圧縮機（42）が第１利用側回路と第２利用側回路とに交互に切り換えられる。つまり、優先度に基づいて応援用の圧縮機（42）の切換タイミングが図られる。

具体的に、上記の発明では、優先した利用側回路から優先されていない利用側回路への切換タイミングを遅らす。つまり、例えば第１利用側回路が優先されている場合、応援用の圧縮機（42）を第１利用側回路用から第２利用側回路用へ切り換える時間間隔が、第２利用側回路用から第１利用側回路用へ切り換える時間間隔より長くなる。したがって、優先した利用側回路の能力を十分に確保できると共に、優先されていない利用側回路の能力をそれ程不足させることもない。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記第１利用側回路の第１利用側熱交換器は、室内の空調を行うものである一方、第２利用側回路の第２利用側熱交換器は、ショーケースの冷却を行うものである。そして、上記優先度決定手段（103）は、室温に応じて第１利用側回路および第２利用側回路の何れを優先させるかを決定するものである。

上記の発明では、室内（店内）の温度が高い場合、第１利用側回路が、即ち店内の空調が優先され、室内（店内）の温度が低い場合、第２利用側回路が、即ちショーケースの冷却が優先される。店内の空調が優先される場合、応援用の圧縮機（42）が空調を応援する時間が長くなり、店内の冷房能力がある程度確保される。また、ショーケースを応援する時間は短いが、店内の冷却された空気によってショーケース内がある程度冷却される。一方、ショーケースの冷却が優先される場合、応援用の圧縮機（42）がショーケースを応援する時間が長くなり、ショーケースの冷却能力がある程度確保される。また、店内の空調を応援する時間は短いが、ショーケースから漏れる冷風によって店内がある程度冷却される。したがって、何れの場合も、優先した利用側回路において能力がほぼ確保され、優先されていない利用側回路において極端に能力が不足することはない。

本発明によれば、圧縮機構の容量制限が行われると、優先した利用側回路用に運転させる時間が他方の利用側回路用に運転させる時間より長くなるように応援用の圧縮機（42）の切換タイミングを調整するようにしたので、単に能力が不足していることのみをもって応援用の圧縮機（42）が切り換わらない。これにより、応援用の圧縮機（42）が各利用側回路を応援する運転時間が長くなり、双方の利用側回路においてある程度の冷却能力を確保することができる。したがって、電力制限時において、双方の利用側回路の能力を極端に低下させずにすむ。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

本実施形態に係る冷凍装置（10）は、コンビニエンスストア等に設けられ、冷蔵庫および冷凍庫の冷却と、室内の空調とを同時に行うものである。

図１に示すように、冷凍装置（10）は、室外ユニット（11）と、空調ユニット（12）と、冷蔵ショーケース（13）と、冷凍ショーケース（14）とを備えている。室外ユニット（11）には、熱源側回路を構成する室外回路（40）が設けられている。空調ユニット（12）には、第１利用側回路を構成する空調回路（70）が設けられている。冷蔵ショーケース（13）には、第２利用側回路を構成する冷蔵回路（80）が設けられている。冷凍ショーケース（14）には、第３利用側回路を構成する冷凍回路（90）が設けられている。この冷凍装置（1）では、室外回路（40）に対して複数の利用側回路（70,80,90）が並列に接続されることで、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）が構成されている。そして、本実施形態では、空調回路（70）が第１利用系統を、冷蔵回路（80）および冷凍回路（90）が第２利用系統をそれぞれ構成している。

上記室外回路（40）と各利用側回路（70,80,90）は、液側連絡配管（31）と第１ガス側連絡配管（32）と第２ガス側連絡配管（33）とによって互いに接続されている。液側連絡配管（31）の一端は、室外回路（40）の液側閉鎖弁（21）に接続されている。液側連絡配管（31）の他端は、第１液分岐管（31a）、第２液分岐管（31b）および第３液分岐管（31c）の３つに分岐しており、第１液分岐管（31a）が空調回路（70）に、第２液分岐管（31b）が冷蔵回路（80）に、第３液分岐管（31c）が冷凍回路（90）にそれぞれ接続されている。第１ガス側連絡配管（32）は、一端が室外回路（40）の第１ガス側閉鎖弁（22）に接続され、他端が空調回路（70）に接続されている。第２ガス側連絡配管（33）の一端は、室外回路（40）の第２ガス側閉鎖弁（23）に接続されている。第２ガス側連絡配管（33）の他端は、第１ガス分岐管（33a）および第２ガス分岐管（33b）の２つに分岐しており、第１ガス分岐管（33a）が冷蔵回路（80）に、第２ガス分岐管（33b）が冷凍回路（90）にそれぞれ接続されている。

〈室外ユニット〉
上記室外ユニット（11）の室外回路（40）には、第１から第３までの３台の圧縮機（41,42,43）と、室外熱交換器（44）と、レシーバ（45）と、室外膨張弁（46）と、第１から第３までの３つの四路切換弁（47,48,49）とが設けられている。

上記各圧縮機（41,42,43）は、高圧ドーム式のスクロール型圧縮機で構成されている。第１圧縮機（41）は、可変容量式の圧縮機を構成している。つまり、第１圧縮機（41）は、インバータ制御によって回転速度が可変に構成されている。一方、第２圧縮機（42）および第３圧縮機（43）は、回転速度が一定の固定容量式の圧縮機を構成している。

上記各圧縮機（41,42,43）は、冷凍装置（10）の圧縮機構を構成し、該圧縮機構は、第１利用系統の圧縮機構と、第２利用系統の圧縮機構とから構成されている。具体的に、第１圧縮機（41）は、冷蔵・冷凍用の第２利用系統に固定的に用いられ、第３圧縮機（43）は、空調用の第１利用系統に固定的に用いられる。一方、第２圧縮機（42）は、第１利用系統と第２利用系統に切り換えて用いられ、第１利用系統および第２利用系統の応援用の圧縮機を構成している。

上記第１圧縮機（41）の吸入側には、第１吸入管（51）の一端が接続されている。第１吸入管（51）の他端は、上記第２ガス側閉鎖弁（23）に接続されている。第２圧縮機（42）の吸入側には、第２吸入管（52）の一端が接続されている。第２吸入管（52）の他端は、上記第３四路切換弁（49）に接続されている。第３圧縮機（43）の吸入側には、第３吸入管（53）の一端が接続されている。第３吸入管（53）の他端は、上記第２四路切換弁（48）に接続されている。

上記第１圧縮機（41）の吐出側には、第１吐出管（54）が接続されている。第１吐出管（54）の他端は、吐出配管（57）を介して上記第１四路切換弁（47）に接続されている。第２圧縮機（42）の吐出側には、第２吐出管（55）が接続されている。第２吐出管（55）の他端は、吐出配管（57）に接続されている。第３圧縮機（43）の吐出側には、第３吐出管（56）が接続されている。第３吐出管（56）の他端は、吐出配管（57）の途中に接続されている。

上記室外熱交換器（44）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であって、熱源側熱交換器を構成している。室外熱交換器（44）の近傍には、室外ファン（50）が設けられている。この室外熱交換器（44）では、室外ファン（50）が送風する室外空気と冷媒との間で熱交換が行われる。室外熱交換器（44）の一端は、第１四路切換弁（47）に接続されている。室外熱交換器（44）の他端は、第１液管（58）を介して上記レシーバ（45）の頂部に接続されている。レシーバ（45）の底部は、第２液管（59）を介して液側閉鎖弁（21）に接続されている。

上記第１液管（58）の途中には、第１バイパス管（60）および第２バイパス管（61）の一端がそれぞれ接続されている。第１バイパス管（60）および第２バイパス管（62）の他端は、第２液管（59）にそれぞれ接続されている。第１バイパス管（60）には、室外膨張弁（46）が設けられている。室外膨張弁（46）は、開度が調節可能な電子膨張弁で構成されている。第２バイパス管（61）の途中には、液インジェクション管（62）の一端が接続されている。液インジェクション管（62）の他端は、上記第１吸入管（51）の途中に接続されている。また、液インジェクション管（62）には、開度が調節可能な流量調整弁（63）が設けられている。

上記各四路切換弁（47,48,49）は、第１から第４までのポートを備えている。第１四路切換弁（47）では、第１ポートが吐出配管（57）に、第２ポートが第２四路切換弁（48）の第４ポートに、第３ポートが室外熱交換器（44）に、第４ポートが第１ガス側閉鎖弁（22）にそれぞれ接続されている。第２四路切換弁（48）では、第１ポートが第３吐出管（56）に、第２ポートが第３吸入管（53）にそれぞれ接続される一方、第３ポートは閉鎖されている。第３四路切換弁（49）では、第１ポートが閉鎖される一方、第２ポートが第２吸入管（52）に、第３ポートが第３吸入管（53）に、第４ポートが第１吸入管（51）にそれぞれ接続されている。

上記各四路切換弁（47,48,49）は、第１ポートと第３ポートが互いに連通し且つ第２ポートと第４ポートが互いに連通する第１状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポートと第４ポートが互いに連通し且つ第２ポートと第３ポートが互いに連通する第２状態（図１に破線で示す状態）とにそれぞれ切り換え可能となっている。

上記室外回路（40）には、各種センサや圧力スイッチも設けられている。具体的に、第１吸入管（51）には第１吸入温度センサ（111）および第１吸入圧力センサ（112）が、第３吸入管（53）には第２吸入温度センサ（113）および第２吸入圧力センサ（114）がそれぞれ設けられている。第１吐出管（54）には第１高圧圧力スイッチ（115）が、第２吐出管（55）には第２高圧圧力スイッチ（116）が、第３吐出管（56）には第３高圧圧力スイッチ（117）がそれぞれ設けられている。吐出配管（57）には、第１吐出温度センサ（118）および第１吐出圧力センサ（119）が、第３吐出管（56）には第２吐出温度センサ（120）がそれぞれ設けられている。室外熱交換器（44）には、その伝熱管に室外側冷媒温度センサ（121）が設けられている。また、室外熱交換器（44）の近傍には、室外温度センサ（122）が設けられている。

また、上記室外回路（40）には、一方向の冷媒の流通を許容しつつ、この方向とは逆の冷媒の流通を禁止する複数の逆止弁も設けられている。具体的に、第１吸入管（51）と第２吸入管（52）の間の配管には逆止弁（CV-1）が、第２吸入管（52）と第３吸入管（53）の間の配管には逆止弁（CV-2）がそれぞれ設けられている。また、第２吐出管（55）には逆止弁（CV-3）が、第３吐出管（56）には第４逆止弁（CV-4）が設けられている。第１液管（58）には逆止弁（CV-5）が、第２液管（59）には逆止弁（CV-6）が、第２バイパス管（61）には逆止弁（CV-7）がそれぞれ設けられている。なお、これらの逆止弁（CV-1,CV-2,…）は、図１の逆止弁を示す記号に付した矢印の方向への冷媒の流通だけを許容するように構成されている。

〈空調ユニット〉
上記空調ユニット（12）の空調回路（70）には、室内熱交換器（71）および室内膨張弁（72）が設けられている。室内熱交換器（71）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であって、第１利用側熱交換器を構成している。室内熱交換器（71）の近傍には、室内ファン（73）が設けられている。この室内熱交換器（71）では、室内ファン（73）が送風する室内空気と冷媒との間で熱交換が行われる。上記室内膨張弁（72）は、パルスモータによって開度が調節可能な電子膨張弁により構成されている。

上記空調回路（70）では、第１ガス側連絡配管（32）と室内熱交換器（71）の間の配管に第１冷媒温度センサ（123）が、室内熱交換器（71）の伝熱管に第２冷媒温度センサ（124）がそれぞれ設けられている。また、室内熱交換器（71）の近傍には、室内温度センサ（125）が設けられている。

〈冷蔵ショーケース〉
上記冷蔵ショーケース（13）の冷蔵回路（80）には、冷蔵熱交換器（81）および冷蔵膨張弁（82）が設けられている。冷蔵熱交換器（81）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であって、第２利用側熱交換器を構成している。冷蔵熱交換器（81）の近傍には、冷蔵ファン（83）が設けられている。この冷蔵熱交換器（81）では、冷蔵ファン（83）が送風する庫内空気と冷媒との間で熱交換が行われる。

上記冷蔵回路（80）では、冷蔵熱交換器（81）の流出側に第１出口冷媒温度センサ（126）が設けられている。冷蔵膨張弁（82）は、第１出口冷媒温度センサ（126）の検出温度に応じて開度が調節される感温式膨張弁で構成されている。冷蔵膨張弁（82）の上流側近傍には、開閉自在な第１電磁弁（SV-1）が設けられている。また、冷蔵熱交換器（81）の近傍には、冷蔵ショーケース（13）内の庫内空気の温度を検出する第１庫内温度センサ（127）が設けられている。

〈冷凍ショーケース〉
上記冷凍ショーケース（14）の冷凍回路（90）には、冷凍熱交換器（91）と、冷凍膨張弁（92）と、ブースタ圧縮機（94）とが設けられている。冷凍熱交換器（91）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であって、第３利用側熱交換器を構成している。冷凍熱交換器（91）の近傍には、冷凍ファン（93）が設けられている。この冷凍熱交換器（91）では、冷凍ファン（93）が送風する庫内空気と冷媒との間で熱交換が行われる。

上記冷凍回路（90）では、冷凍熱交換器（91）の流出側に第２出口冷媒温度センサ（128）が設けられている。上記冷凍膨張弁（92）は、第２出口冷媒温度センサ（128）の検出温度に応じて開度が調節される感温式膨張弁で構成されている。冷凍膨張弁（92）の上流側近傍には、開閉自在な第２電磁弁（SV-2）が設けられている。また、冷凍熱交換器（91）の近傍には、冷凍ショーケース（14）内の庫内空気の温度を検出する第２庫内温度センサ（129）が設けられている。

上記ブースタ圧縮機（94）は、高圧ドーム式のスクロール型圧縮機であって、可変容量式の圧縮機を構成している。ブースタ圧縮機（94）の吸入側には第４吸入管（96）が、吐出側には第４吐出管（95）が接続されている。第４吐出管（95）には、第４高圧圧力スイッチ（130）と、オイルセパレータ（97）と、逆止弁（CV-8）とが設けられている。オイルセパレータ（97）には、冷媒から分離した冷凍機油をブースタ圧縮機（94）の吸入側に戻すための油戻し管（98）が接続されている。この油戻し管（98）には、キャピラリーチューブ（98a）が設けられている。

また、上記冷凍回路（90）には、第４吸入管（96）と第４吐出管（95）とを接続する第３バイパス管（99）も設けられている。第３バイパス管（99）には、逆止弁（CV-9）が設けられている。第３バイパス管（99）は、ブースタ圧縮機（94）の故障時等において、第４吸入管（96）を流れる冷媒をブースタ圧縮機（94）をバイパスさせて第４吐出管（95）へ送るように構成されている。

〈コントローラ〉
上記冷凍装置（10）には、冷媒回路（20）に設けられた各機器の運転制御を行うためのコントローラ（100）が設けられている。このコントローラ（100）は、冷媒回路（20）に設けられた各種センサの信号が入力されるように構成されている。

また、上記コントローラ（100）には、本発明の特徴として、電力制限部（101）、モード切換部（102）、優先度決定部（103）および優先時間決定部（104）が設けられている。

上記電力制限部（101）は、冷凍装置（10）の主電源に接続され、該主電源の使用電力が予め定められた設定電力値を超えると、デマンド信号を出力するように構成されている。なお、設定電力値は、電力会社との契約電力量、またはその契約電力量から所定量低い値に設定される。

上記優先度決定部（103）は、冷房運転において、電力制限部（101）がデマンド信号を出力した場合、店内の冷房を優先する「空調優先」か、冷蔵庫・冷凍庫の冷却を優先する「冷設優先」かを決定する。具体的に、優先度決定部（103）は、デマンド信号の出力時における室温（即ち、店内の温度）と、店舗の構造や商品の配置等に基づいて「空調優先」か「冷設優先」かを決定するように構成されている。つまり、優先度決定部（103）は、空調優先で店内の冷房を優先して行い、その冷却した店内の空気を庫内の冷却に利用した方が全体としての運転効率がよいのか、それとも、冷設優先で庫内の冷却を優先して行い、その庫内から漏れる冷風を利用して店内を冷却する方が全体として運転効率がよくなるのかという観点に基づいて決定する。例えば、室温が２７℃以上の場合には「空調優先」が決定され、２５℃未満の場合には「冷設優先」が決定される。

上記モード切換部（102）は、冷房運転において、図５に示す各「条件１〜８」の成立状態に応じて、第２圧縮機（42）を第１利用系統に用いる「空調応援モード」と、第２圧縮機（42）を第２利用系統に用いる「冷設応援モード」とに切り換えるように構成されている。図５において、条件１〜４が「冷設応援モード」への切換条件であり、条件５〜８が「空調応援モード」への切換条件である。そして、モード切換部（102）は、デマンド信号が出力されていない場合、条件１，３，５，６を対象の条件とし、デマンド信号が出力された場合、条件１〜８の全ての条件を対象として運転モードを切り換える。この詳細については、後述する。

ここで、図５に示す各条件の内容について説明する。先ず、「Ｔｒ」は、室内温度センサ（125）が検出した室温（即ち、店内の温度）を示し、「Ｓｅｔ」は、その室温の設定温度を示し、「Ｔａ」は、ＴｒとＳｅｔとの温度差の所定値（例えば、３℃）を示す。また、「ＬＰ１」は、第１吸入圧力センサ（112）が検出した圧力（即ち、冷設の低圧圧力）を示し、「Ｌｐｍ」は、その低圧圧力の目標圧力を示す。また、「冷蔵・冷凍能力ＵＰ条件成立」は、ＬＰ１がＬｐｍより高くなると満足し、「空調能力ＤＯＷＮ条件成立」とは、ＴｒがＳｅｔより低くなると満足し、「空調能力ＵＰ条件成立」とは、ＴｒがＳｅｔより高くなると満足する。また、「高外気フラグ＝０」とは、外気温度が高くないことを示し、「高外気フラグ＝１」とは、外気温度が高いことを示す。また、第１圧縮機（41）の最大Ｈｚとは、デマンド信号が出力されていない場合において、第１圧縮機（41）が発揮し得る最大の運転周波数を意味し、デマンド信号が出力されている場合において、電力制限部（101）による制限範囲内で最大の運転周波数を意味する。

上記優先時間決定部（104）は、図５に示す「条件２」および「条件４」における連続時間ｔ１（以下、優先時間ｔ１という。）と、「条件７」における連続時間ｔ２（以下、優先時間ｔ２という。）と、「条件８」における連続時間ｔ３（以下、優先時間ｔ３という。）を決定する。具体的に、優先時間決定部（104）は、優先度決定部（103）が「空調優先」と決定した場合、優先時間ｔ１の値を優先時間ｔ２およびｔ３の値よりも大きく設定する。また、優先度決定部（103）が「冷設優先」と決定した場合、優先時間ｔ１の値は優先時間ｔ２およびｔ３の値より小さく設定される。

−運転動作−
次に、本実施形態に係る冷凍装置（10）の運転動作について説明する。この冷凍装置（10）では、各ショーケース（13,14）の庫内を冷却しながら、空調ユニット（12）で室内を暖房する暖房運転と、各ショーケース（13,14）の庫内を冷却しながら、空調ユニット（12）で室内を冷房する冷房運転とが切換可能となっている。

〈暖房運転〉
ここでは、代表的な暖房運転について図２を参照しながら説明する。この暖房運転では、第１四路切換弁（47）および第２四路切換弁（48）が第２状態に設定され、第３四路切換弁（49）が第１状態に設定される。また、室外膨張弁（46）および流量調整弁（63）が全閉状態となり、第１電磁弁（SV-1）および第２電磁弁（SV-2）が開放状態となる。さらに、室内膨張弁（72）と冷蔵膨張弁（82）と冷凍膨張弁（92）との開度がそれぞれ適宜調節される。また、各ファン（50,73,83,93）と第１圧縮機（41）と第２圧縮機（42）とブースタ圧縮機（94）とがそれぞれ運転状態となる。

第１圧縮機（41）および第２圧縮機（42）でそれぞれ圧縮された冷媒は、吐出配管（57）で合流した後、再び２手に分流する。一部の冷媒は、第２四路切換弁（48）を通過して室外熱交換器（44）を流れる凝縮し、第１液管（58）、レシーバ（45）および第２液管（59）を順に流れて液側連絡配管（31）に流入する。残りの冷媒は、第１四路切換弁（47）を通過して室内熱交換器（71）へ流れる。室内熱交換器（71）では、冷媒が室内空気へ放熱して凝縮する。その結果、室内の暖房が行われる。室内熱交換器（71）で凝縮した冷媒は、室内膨張弁（72）で減圧された後、第１液分岐管（31a）に流入する。液側連絡配管（31）で合流した冷媒は、再び第２液分岐管（31b）と第３液分岐管（31c）とに分流する。

第２液分岐管（31b）に流入した冷媒は、冷蔵膨張弁（82）で減圧された後、冷蔵熱交換器（81）へ流れる。冷蔵熱交換器（81）では、冷媒が庫内空気から吸熱して蒸発する。その結果、冷蔵ショーケース（13）の庫内の冷却が行われる。この冷蔵ショーケース（13）では、例えば庫内温度が５℃に維持される。冷蔵熱交換器（81）で蒸発した冷媒は、第１ガス分岐管（33a）に流入する。

第３液分岐管（31c）に流入した冷媒は、冷凍膨張弁（92）で減圧された後、冷凍熱交換器（91）へ流れる。冷凍熱交換器（91）では、冷媒が庫内空気から吸熱して蒸発する。その結果、冷凍ショーケース（14）の庫内の冷却が行われる。この冷凍ショーケース（14）では、例えば庫内温度が−１０℃に維持される。冷凍熱交換器（91）で蒸発した冷媒は、ブースタ圧縮機（94）で圧縮された後、第２ガス分岐管（33b）に流入する。各ショーケース（13,14）の庫内の冷却に利用された冷媒は、第２ガス側連絡配管（33）で合流した後、第１圧縮機（41）および第２圧縮機（42）にそれぞれ吸入される。

〈冷房運転〉
ここでは、代表的な冷房運転について図３および図４を参照しながら説明する。この冷房運転は、第２圧縮機（42）が空調用の第１利用系統に用いられる「空調応援モード」と、第２圧縮機（42）が冷蔵・冷凍用の第２利用系統に用いられる「冷設応援モード」とに切換可能になっている。

−空調応援モード−
この「空調応援モード」の冷房運転では、図３に示すように、第１四路切換弁（47）と第２四路切換弁（48）が第１状態に、第３四路切換弁（49）が第２状態にそれぞれ設定される。また、室外膨張弁（46）および流量調整弁（63）が全閉状態となり、第１電磁弁（SV-1）および第２電磁弁（SV-2）が開放状態となる。さらに、室内膨張弁（72）と冷蔵膨張弁（82）と冷凍膨張弁（92）との開度がそれぞれ適宜調節される。また、各ファン（50,73,83,93）と３台の圧縮機（41,42,43）とブースタ圧縮機（94）とがそれぞれ運転状態となる。

各圧縮機（41,42,43）で圧縮された冷媒は、吐出配管（57）で合流した後、第１四路切換弁（47）を通過して室外熱交換器（44）へ流れる。室外熱交換器（44）では、冷媒が室外空気に放熱して凝縮する。室外熱交換器（44）で凝縮した冷媒は、第１液管（58）、レシーバ（45）および第２液管（59）を順に流れて液側連絡配管（31）に流入する。液側連絡配管（31）に流入した冷媒は、第１液分岐管（31a）と第２液分岐管（31b）と第３液分岐管（31c）とに分流する。

第１液分岐管（31a）に流入した冷媒は、室内膨張弁（72）で減圧された後、室内熱交換器（71）へ流れる。室内熱交換器（71）では、冷媒が室内空気から吸熱して蒸発する。その結果、店内の冷房が行われる。室内熱交換器（71）で蒸発した冷媒は、第１ガス側連絡配管（32）、第１四路切換弁（47）および第２四路切換弁（48）を順に介した後、第２吸入管（52）と第３吸入管（53）とに分流して第２圧縮機（42）および第３圧縮機（43）に吸入される。

第２液分岐管（31b）に流入した冷媒は、冷蔵膨張弁（82）で減圧された後、冷蔵熱交換器（81）へ流れる。冷蔵熱交換器（81）では、冷媒が庫内空気から吸熱して蒸発する。その結果、冷蔵ショーケース（13）の庫内の冷却が行われる。この冷蔵ショーケース（13）では、例えば庫内温度が５℃に維持される。冷蔵熱交換器（81）で蒸発した冷媒は、第１ガス分岐管（33a）を通って第２ガス側連絡配管（33）に流入する。

第３液分岐管（31c）に流入した冷媒は、冷凍膨張弁（92）で減圧された後、冷凍熱交換器（91）へ流れる。冷凍熱交換器（91）では、冷媒が庫内空気から吸熱して蒸発する。その結果、冷凍ショーケース（14）の庫内の冷却が行われる。この冷凍ショーケース（14）では、例えば庫内温度が−１０℃に維持される。冷凍熱交換器（91）で蒸発した冷媒は、ブースタ圧縮機（94）で圧縮された後、第２ガス分岐管（33b）を通って第２ガス側連絡配管（33）に流入する。第２ガス側連絡配管（33）で合流した冷媒は、第１吸入管（51）から第１圧縮機（41）に吸入される。

−冷設応援モード−
この「冷設応援モード」の冷房運転では、図４に示すように、上記の「空調応援モード」の状態において、第３四路切換弁（49）が第２状態に切り換えられ、それ以外はそのままである。つまり、冷房運転において、「空調応援モード」と「冷設応援モード」の切換は、第３四路切換弁（49）の切換によって行われる。

各圧縮機（41,42,43）で圧縮された冷媒は、上記の空調応援モードと同様に、吐出配管（57）で合流した後、室外熱交換器（44）で凝縮する。この凝縮した冷媒は、液側連絡配管（31）を通って第１液分岐管（31a）と第２液分岐管（31b）と第３液分岐管（31c）とに分流する。

第１液分岐管（31a）の冷媒は、室内熱交換器（71）で蒸発し、店内の冷房が行われる。室内熱交換器（71）で蒸発した冷媒は、第１ガス側連絡配管（32）、第１四路切換弁（47）、第２四路切換弁（48）を順に通って、第３吸入管（53）から第３圧縮機（43）へ吸入される。

第２液分岐管（31b）の冷媒は、冷蔵熱交換器（81）で蒸発し、冷蔵ショーケース（13）の庫内の冷却が行われる。冷蔵熱交換器（81）で蒸発した冷媒は、第１ガス分岐管（33a）に流入する。第３液分岐管（31c）の冷媒は、冷凍熱交換器（91）で蒸発し、冷凍ショーケース（14）の庫内の冷却が行われる。冷凍熱交換器（91）で蒸発した冷媒は、ブースタ圧縮機（94）で圧縮された後、第２ガス分岐管（33b）に流入する。第２ガス側連絡配管（33）で合流した冷媒は、第１吸入管（51）と第２吸入管（52）とに分流した後、第１圧縮機（41）および第２圧縮機（42）にそれぞれ吸入される。

〈コントローラの制御動作〉
コントローラ（100）は、上述したように、各四路切換弁（47,48,49）や各膨張弁（46,72,82,92）などを制御して暖房運転と冷房運転を切り換える。また、コントローラ（100）は、冷房運転において、デマンド信号の有無によって、その切換タイミングを変更する。

−デマンド信号なしの場合−
電力制限部（101）からデマンド信号が出力されていない場合、コントローラ（100）は、図６に示すように、「空調応援モード」と「冷設応援モード」とを切り換える。

現在の運転モードが「空調応援モード」である場合、ステップＳＴ１において、モード切換部（102）により「条件１」または「条件３」が成立しているか否かが判定される。そして、何れかの条件が成立していると、第３四路切換弁（49）が第２状態に設定されて「冷設応援モード」に切り換えられる。また、ステップＳＴ１において、何れの条件も成立していない場合は、「空調応援モード」のまま運転が継続される。

具体的に、室温Ｔｒ−設定温度Ｓｅｔ＜所定値Ｔａ（＝３℃）の状態が所定時間ｔ０（例えば、５分）以上継続し、且つ、低圧圧力ＬＰ１−目標圧力Ｌｐｍ＞０．１５であると、「条件１」が成立する。つまり、「条件１」の前者の要件を満足すると、空調能力が十分であると判断され、後者の要件を満足すると、冷設能力が不足していると判断される。また、第１圧縮機（41）が最大Ｈｚで運転され、且つ、空調能力ＤＯＷＮ条件を満足すると、「条件３」が成立する。つまり、「条件３」の前者の要件を満足すると、冷設能力が不足していると判断され、後者の要件を満足すると、空調能力が十分であると判断される。このように、「条件１」か「条件３」が成立することで、冷設能力が不足していると判断され、「冷設応援モード」に切り換えられる。

一方、現在の運転モードが「冷設応援モード」である場合、ステップＳＴ２において、モード切換部（102）により「条件５」および「条件６」の双方が成立しているか否かが判定される。そして、双方の条件が成立していると、「空調応援モード」に切り換えられ、少なくとも一方の条件が成立していないと、「冷設応援モード」のまま運転が継続される。

具体的に、空調能力ＵＰ条件を満足すると、「条件５」が成立する。つまり、「条件５」を満足すると、空調能力が不足していると判断される。また、低圧圧力ＬＰ１−目標圧力Ｌｐｍ＜０．１５であり、且つ、高外気フラグ＝０であると、「条件６」が成立する。つまり、「条件６」を満足すると、冷設能力が十分であると判断される。このように、「条件５」および「条件６」の双方が成立することで、空調能力が不足していると判断され、「空調応援モード」に切り換えられる。

以上のように、デマンド信号なしの場合、使用電力が制限されていないため、能力が不足している利用系統に第２圧縮機（42）を用いるようにモード切換が行われる。したがって、第２圧縮機（42）の切換が頻繁に起こることもなく、店内および庫内の温度をそれぞれの設定温度からそれ程ずれることなく運転することができる。

−デマンド信号ありの場合−
電力制限部（101）からデマンド信号が出力された場合、コントローラ（100）は、図７に示すように、「空調応援モード」と「冷設応援モード」とを切り換える。

先ず、ステップＳＴ１１において、優先度決定部（103）により「空調優先」か「冷設優先」かが決定される。続いて、ステップＳＴ１２に移行し、優先時間決定部（104）が優先時間ｔ１、ｔ２、ｔ３の値を決定する。つまり、優先度決定部（103）が「空調優先」と決定した場合、優先時間ｔ１が大の値（例えば、１０分）に、優先時間ｔ２および優先時間ｔ３が優先時間ｔ１よりも小の値（例えば、５分）にそれぞれ設定される。また、優先度決定部（103）が「冷設優先」と決定した場合、優先時間ｔ１が小の値（例えば、５分）に、優先時間ｔ２および優先時間ｔ３が優先時間ｔ１よりも大の値（例えば、１０分）にそれぞれ設定される。

ステップＳＴ１２で各優先時間が決定されると、現在の運転モードが「空調応援モード」である場合はステップＳＴ１３へ移行し、「冷設応援モード」である場合はステップＳＴ１４へ移行する。

ステップＳＴ１３では、モード切換部（102）により「条件１」から「条件４」の何れか１が成立しているか否かが判定される。そして、何れか１の条件が成立していると、「冷設応援モード」に切り換えられ、何れの条件も成立していないと、そのまま「空調応援モード」で運転が継続される。

具体的に、「条件２」は、第１圧縮機（41）が最大Ｈｚで運転され（要件１）、且つ、冷蔵・冷凍能力ＵＰ条件を満足し（要件２）、さらに空調応援モードでの運転が優先時間ｔ１（空調優先の場合は１０分、冷設優先の場合は５分）以上継続されると（要件３）、成立する。つまり、「条件２」では、要件１および２をもって冷設能力が不足していると判断された上で、空調応援モードでの運転が所定時間行われることが必要である。

また、「条件４」は、低圧圧力ＬＰ１−目標圧力Ｌｐｍ＞０．１５であり（要件１）、且つ、第１圧縮機（41）が最大Ｈｚで運転され（要件２）、且つ、空調応援モードでの運転が優先時間ｔ１（条件２の場合と同様）以上継続され（要件３）、さらに要件４として、低圧圧力ＬＰ１−目標圧力Ｌｐｍ＞０．１５の状態が１０分以上継続されるか、低圧圧力ＬＰ１−目標圧力Ｌｐｍ＞０．３の状態が１分以上継続されるか、低圧圧力ＬＰ１−目標圧力Ｌｐｍ＞０．５であると、成立する。つまり、「条件４」では、要件１，２および４をもって冷設能力が不足していると判断された上で、空調応援モードでの運転が所定時間行われることが必要である。

このように、「条件２」および「条件４」によれば、単に冷設能力が不足している状態だけでは、冷設応援モードに切り換わらず、空調応援モードでの運転が優先時間ｔ１行われて始めて冷設応援モードに切り換わる。つまり、空調能力の過不足状態ではなく、優先時間ｔ１の経過をもって空調応援モードから冷設応援モードへの切換タイミングが図られている。したがって、冷設能力が不足しているからといって直ぐに冷設応援モードに切り換わらないため、従来のように頻繁に運転モードが切り換わらない。

ステップＳＴ１４では、「条件５」が成立し、且つ「条件６」から「条件８」の何れか１が成立しているか否かが判定される。そして、成立していると、「空調応援モード」に切り換えられ、成立していないと、そのまま「冷設応援モード」で運転が継続される。

具体的に、「条件７」は、低圧圧力ＬＰ１−目標圧力Ｌｐｍ＜０．１５で（要件１）、且つ、高外気フラグ＝１で（要件２）、さらに低圧圧力ＬＰ１＜２．５の状態が優先時間ｔ２（空調優先の場合は１０分、冷設優先の場合は５分）以上連続すると（要件３）、成立する。つまり、「条件７」では、要件１および２をもって外気温が高いにも拘わらず冷設能力が十分であると判断された上で、低圧圧力が所定値以下で所定時間維持されることが必要である。

また、「条件８」は、最大室温Ｔｒ＞２５℃で（要件１）、且つ、冷設応援モードでの運転が優先時間ｔ３（条件７の場合と同様）以上継続されると（要件２）、成立する。つまり、「条件８」は、要件１をもって室温が高いと判断された上で、冷設応援モードでの運転が所定時間行われることが必要である。

このように、「条件７」および「条件８」によれば、単に空調能力が不足している状態だけでは、空調応援モードに切り換わらない。また、「条件７」によれば、空調能力が不足状態で且つ冷設能力が十分な状態でも、外気温が高いため、直ぐには空調応援モードに切り換わらない。これは、冷設能力が十分だからといって直ぐに空調応援モードに切り換えると、外気温が高いことから直ぐに庫内温度が設定温度より高くなってしまうためである。つまり、これらの条件によれば、冷設能力の過不足状態ではなく、優先時間ｔ２または優先時間ｔ３の経過をもって冷設応援モードから空調応援モードへの切換タイミングが図られている。

以上のように、デマンド信号が出力された状態では、空調能力および冷設能力の過不足状態だけで、運転モードが切り換えられるのではなく、優先時間ｔ１、ｔ２、ｔ３の経過をもって運転モードが切り換えられる。つまり、デマンド信号が出力された状態では、空調能力および冷設能力の双方が不足するのが通常であり、その不足状態をもって運転モードを切り換えると、そのモード切換が頻繁に行われることになる。そうすると、図８に示すように、室温（店内の温度）および庫内温度の何れもが設定温度（ＳＥＴ温度）より次第に高くなってしまう。その結果、冷蔵・冷凍食品や店内のチョコレート等の品質保持ができなくなる。

ところが、本実施形態のように、運転モードの切換タイミングを優先時間の経過を条件として行うことにより、店内または庫内をある程度冷却した後で運転モードを切り換えることができる。さらに、その優先時間は、室温や店舗の構造等を考慮した優先度に応じて設定される。したがって、単に運転モードの切換タイミングを遅らせるだけではなく、同じ運転時間であっても店内および庫内の双方を効率よく冷却することができる。例えば、冷設優先の場合、冷設応援モードの運転時間が長くなり、図９に示すように、庫内温度がほぼＳＥＴ温度に近い状態で推移し、室温がＳＥＴ温度から徐々に高くなるがそれ程ずれることはない。また、空調優先の場合、空調応援モードの運転時間が長くなり、図１０に示すように、室温および庫内温度の何れもＳＥＴ温度より高くなるが、それ程ずれることはない。これにより、店内および庫内の双方においてバランスよく冷却することができる。つまり、店内温度および庫内温度が極端に上昇するのを抑制させることができる。

以上説明したように、本発明は、店内の冷房用とショーケースの冷却用とに切り換えて運転される応援用の圧縮機を備えた冷凍装置として有用である。

実施形態に係る冷凍装置の構成を示す配管系統図である。 暖房運転における冷媒の流れを示す配管系統図である。 冷設応援モードの冷房運転における冷媒の流れを示す配管系統図である。 空調応援モードの冷房運転における冷媒の流れを示す配管系統図である。 冷房運転におけるモード切換の条件を示す表である。 デマンド信号なしの場合の制御動作を示すフローチャートである。 デマンド信号ありの場合の制御動作を示すフローチャートである。 通常時の外気温度と室温および冷設温度との関係を示すグラフである。 冷設優先時の外気温度と室温および冷設温度との関係を示すグラフである。 空調優先時の外気温度と室温および冷設温度との関係を示すグラフである。

10 冷凍装置
20 冷媒回路
41 第１圧縮機（圧縮機構）
42 第２圧縮機（圧縮機構）
43 第３圧縮機（圧縮機構）
71 室内熱交換器（第１利用側熱交換器）
81 冷蔵熱交換器（第２利用側熱交換器）
102 モード切換部（切換制御手段）
103 優先度決定部（優先度決定手段）

Claims (2)

1. 圧縮機構を有する熱源側回路に、利用側熱交換器（71,81）を有する第１利用側回路および第２利用側回路が互いに並列に接続されて蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備え、
   上記圧縮機構は、第１利用側回路の専用の圧縮機（43）と、第２利用側回路の専用の圧縮機（41）と、第１利用側回路用と第２利用側回路用とに切り換えて運転される応援用の圧縮機（42）とが互いに並列に接続されている冷凍装置であって、
   上記圧縮機構を含む電気機器の総使用電力が予め設定された設定電力値を超えると、第１利用側回路および第２利用側回路の何れを優先させるかを決定する優先度決定手段（103）と、
   上記圧縮機構を含む電気機器の総使用電力が予め設定された設定電力値を超えると、上記応援用の圧縮機（42）を優先度決定手段（103）で優先した利用側回路用に運転させる時間が他方の利用側回路用に運転させる時間より長くなるように第１利用側回路用と第２利用側回路用とに交互に切り換える切換制御手段（102）とを備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
2. 請求項１において、
   上記第１利用側回路の第１利用側熱交換器は、室内の空調を行うものである一方、第２利用側回路の第２利用側熱交換器は、ショーケースの冷却を行うものであり、
   上記優先度決定手段（103）は、室温に応じて第１利用側回路および第２利用側回路の何れを優先させるかを決定する
   ことを特徴とする冷凍装置。

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