JPWO2015071967A1

JPWO2015071967A1 - 冷凍装置

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Publication number: JPWO2015071967A1
Application number: JP2015547314A
Authority: JP
Inventors: 杉本　猛; 猛杉本; 智隆石川; 池田　隆; 隆池田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2017-03-09
Also published as: EP3070417A4; EP3070417A1; WO2015071967A1

Abstract

漏洩した微燃性冷媒が着火することを防止する冷凍装置を提供する。冷凍装置は、Ｒ３２を含むＲ３２冷媒と二酸化炭素冷媒との間で熱交換を行うカスケードコンデンサ(5)を備えた冷媒回路と、冷媒回路の動作を制御する制御部(11)と、を有し、冷媒回路は、第１の圧縮機(31)、第１の熱交換器(32)、第１の膨張手段(33)及びカスケードコンデンサ(5)が配管接続され、Ｒ３２冷媒が流通し、第１の熱交換器に空気を送風する送風機(7)を備える第１の冷媒回路(3)と、第２の圧縮機(41)、カスケードコンデンサ(5)、第２の膨張手段(43)及び第２の熱交換器(44)が配管接続され、二酸化炭素冷媒が流通する第２の冷媒回路(4)と、を有し、制御部は、第２の熱交換器の出口側の温度が予め決められた温度以下である場合に、第１の圧縮機及び第２の圧縮機を停止し、且つ送風機を運転する送風機運転手段を有する。

Description

本発明は、複数の冷媒回路が多段構成された冷凍装置に関する。

従来より、例えば、高温側冷媒回路と、低温側冷媒回路とが多段構成された冷凍装置が提案されている。このような冷凍装置において、例えば二段構成された二元冷凍装置では、低温側冷媒回路における冷媒の凝縮による凝縮熱と、高温側冷媒回路における冷媒の蒸発による蒸発熱とが熱交換される。そして、冷却対象である冷蔵庫等を直接的に冷却する最終段となる低温側冷媒回路の蒸発器が、この冷却対象と熱交換を行うことによって、冷却対象が冷却される。このように、二元冷凍装置等のような多段構成された冷凍装置においては、連携した冷凍運転が行われている。これにより、低温側冷媒回路の蒸発器において、マイナス数十℃といった低温の蒸発熱が効率よく得られる。

このような二元冷凍装置として、特許文献１には、高温側冷媒回路を流通する冷媒がＲ２２（ＨＣＦＣ、ハイドロクロロフルオロカーボン）であり、低温側冷媒回路を通流する冷媒が二酸化炭素（ＣＯ_２）である冷凍装置が開示されている。

特開２００４−１９０９１７号公報（第６頁、図１）

しかしながら、特許文献１に開示されている冷凍装置は、冷媒としてＲ２２が使用されており、このＲ２２は、オゾン破壊係数がゼロではないフロン（類）である。このため、Ｒ２２は、使用が制限されている。一方、このＲ２２とは別の冷媒として、Ｒ４１０Ａ又はＲ４０４Ａ等のＨＦＣ冷媒が、空気調和装置等に使用されている。しかし、これらのＲ４１０Ａ及びＲ４０４Ａは、ＧＷＰ（ＧｌｏｂａｌＷａｒｍｉｎｇＰｏｔｅｎｔｉａｌ：地球温暖化係数）が夫々２０８８及び３９２２と高い。

そこで、近年、これらのＲ４１０Ａ及びＲ４０４Ａの代替冷媒として、ＧＷＰの値が６７５と小さいＲ３２等の微燃性冷媒が提案されており、空気調和装置又は冷凍装置等にＲ３２等を用いる検討が行われている。空気調和装置又は冷凍装置等において、ユニット内部、空気調和装置における室内機又は冷凍装置におけるユニットクーラに接続される冷媒配管（連絡配管）から、冷媒が外部に漏洩する場合がある。しかし、Ｒ３２等の微燃性冷媒は、着火に至るまでのエネルギーが極めて大きいため、通常の冷媒ガスの濃度では着火せず、ガス濃度が相当大きくならない限り着火しない。このように、微燃性冷媒は、室内、冷蔵庫内、冷凍庫内及び屋外等に漏洩しても、着火する可能性は極めて低い。

また、蒸発器のような熱交換器等にピンホールが発生し、このピンホールから微燃性冷媒が漏洩しても、ピンホールからの漏洩であれば、その漏洩は緩慢であるため、室内、冷蔵庫内、冷凍庫内及び屋外等に漏洩する速度が低い。このため、微燃性冷媒が、室内、冷蔵庫内、冷凍庫内等及び屋外等に漏洩しても、冷媒ガスの濃度は上昇せず、着火しない。更に、装置運転時においては、たとえ微燃性冷媒が漏洩しても、室内、冷蔵庫内、冷凍庫内等及び屋外等における気流が、熱交換器等に空気を送風する送風機によって撹拌されている。このため、気流速度が比較的大きく、従って、漏洩した微燃性冷媒が拡散し易い。よって、ガス濃度は上昇せず、着火に至らない。

しかしながら、装置停止時においては、冷蔵庫内及び冷凍庫内等における気流は、比較的安定した状態であるため、微燃性冷媒が漏洩した場合、その微燃性冷媒が拡散し難い。更に、Ｒ３２等のようなフッ素を含有する冷媒は、空気よりも比重が大きいため、床面の側で濃度が上昇し易い。よって、Ｒ３２等の微燃性冷媒が床面に溜まった場合、この床面の近傍に、予想以上の大きなエネルギーを瞬間的に発生する強力な着火源が存在する可能性があり、微燃性冷媒が着火することを（確実に）防止することが望まれている。

本発明は、上記のような課題を背景としてなされたもので、漏洩した微燃性冷媒が着火することを防止する冷凍装置を提供するものである。

本発明に係る冷凍装置は、Ｒ３２を含むＲ３２冷媒と二酸化炭素冷媒との間で熱交換を行うカスケードコンデンサを備えた冷媒回路と、冷媒回路の動作を制御する制御部と、を有し、冷媒回路は、第１の圧縮機、第１の熱交換器、第１の膨張手段及びカスケードコンデンサが配管接続され、Ｒ３２冷媒が流通し、第１の熱交換器に空気を送風する送風機を備える第１の冷媒回路と、第２の圧縮機、カスケードコンデンサ、第２の膨張手段及び第２の熱交換器が配管接続され、二酸化炭素冷媒が流通する第２の冷媒回路と、を有し、制御部は、第２の熱交換器の出口側の温度が予め決められた温度以下である場合に、第１の圧縮機及び第２の圧縮機を停止し、且つ送風機を運転する送風機運転手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、Ｒ３２冷媒が流通する第１の冷媒回路が、室外機として構成されているため、Ｒ３２冷媒が漏洩しても、その漏洩先は屋外である。このため、Ｒ３２冷媒は、屋外の気流によって拡散され、着火に至るほどの濃度まで上昇せず、従って、Ｒ３２冷媒が着火することを防止することができる。

実施の形態１に係る冷凍装置１を示す冷媒回路図である。実施の形態１に係る冷凍装置１のＰ−ｈ線図である。冷蔵温度域における各冷凍装置のＣＯＰを示すグラフ図である。冷凍温度域における各冷凍装置のＣＯＰを示すグラフ図である。冷蔵温度域における各冷凍装置のＴＥＷＩを示すグラフ図である。実施の形態２に係る冷凍装置１を示す冷媒回路図である。

以下、本発明に係る冷凍装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る冷凍装置１を示す冷媒回路図である。この図１に基づいて、冷凍装置１について説明する。冷凍装置１は、冷媒回路２が、高温側の第１の冷媒回路（以下、高温側冷媒回路）３と、低温側の第２の冷媒回路（以下、低温側冷媒回路）４とが、カスケードコンデンサ５で接続されて二段構成された二元冷凍装置である。そして、冷凍装置１は、制御部１１によって、冷凍装置１の全体的な動作の制御が行われている。なお、冷凍装置１は、二元冷凍装置に限らず、多段構成としてもよい。

高温側冷媒回路３には、Ｒ３２を含むＲ３２冷媒が流通している。そして、この高温側冷媒回路３は、第１の圧縮機（以下、高温側圧縮機）３１、凝縮器として作用する第１の熱交換器（以下、高温側凝縮器）３２、第１の膨張手段（以下、高温側膨張手段）３３及びカスケードコンデンサ５における高温側蒸発器３４が、冷媒配管で直列に接続されている。そして、この高温側冷媒回路３は、室外機６として構成されており、屋外に設置されている。なお、Ｒ３２冷媒は、Ｒ３２のみの単一冷媒としてもよいし、Ｒ３２を６５重量％以上含む混合冷媒としてもよい。また、高温側凝縮器３２の近傍に送風機を設置し、この送風機から高温側凝縮器３２に空気を供給するように構成することもできる。

一方、低温側冷媒回路４には、二酸化炭素冷媒（以下、ＣＯ_２冷媒）が流通している。このＣＯ_２は、ＧＷＰが１と小さく、地球温暖化への影響が小さい。そして、この低温側冷媒回路４は、第２の圧縮機（以下、低温側圧縮機）４１、低温側中間冷却器４５、カスケードコンデンサ５における低温側凝縮器４２、第２の膨張手段（以下、低温側膨張手段）４３及び蒸発器として作用する第２の熱交換器（以下、低温側蒸発器）４４が、冷媒配管で直列に接続されている。

低温側冷媒回路４において、低温側蒸発器４４は、その近傍に配置されたファン（図示せず）又はポンプ（図示せず）等から供給される空気又はブライン等と、ＣＯ_２冷媒との間で熱交換を行い、ＣＯ_２冷媒を蒸発ガス化させるものである。また、低温側蒸発器４４の近傍には、例えば冷蔵庫のような冷却対象（冷蔵又は冷凍対象）が設置されており、低温側蒸発器４４がＣＯ_２冷媒を蒸発させることによって、冷却対象が直接的又は間接的に冷却される。

また、低温側中間冷却器４５は、ガスクーラ又は凝縮器として構成されており、その近傍に配置されたファン（図示せず）から供給される空気と、ＣＯ_２冷媒との間で熱交換を行い、ＣＯ_２冷媒を冷却するものである。このように、低温側中間冷却器４５は、カスケードコンデンサ５における低温側凝縮器４２がＣＯ_２冷媒を凝縮液化することを補助する補助コンデンサである。なお、低温側中間冷却器４５は、必ずしもＣＯ_２冷媒を凝縮液化しなくともよく、少なくともＣＯ_２冷媒から熱（顕熱）を奪って所定の温度まで下げることができればよい。また、高温側凝縮器３２の近傍に送風機が設置されている場合、この送風機とファンとを共通化することもできる。

カスケードコンデンサ５は、前述の如く、高温側冷媒回路３と低温側冷媒回路４とを結合するものであり、高温側蒸発器３４と低温側凝縮器４２とで構成されている。このカスケードコンデンサ５は、例えばプレート熱交換器又は二重管熱交換器等からなり、高温側冷媒回路３を流通するＲ３２冷媒と、低温側冷媒回路４を流通するＣＯ_２冷媒との間で熱交換を行うものである。このように、カスケードコンデンサ５によって二段構成された冷凍装置１は、Ｒ３２冷媒とＣＯ_２冷媒との間で熱交換が行われ、これにより、夫々独立した高温側冷媒回路３及び低温側冷媒回路４を、連携して制御することが可能である。なお、カスケードコンデンサ５においては、Ｒ３２冷媒とＣＯ_２冷媒との間で行われる熱交換に係わる熱量が等しいものとする。

次に、本実施の形態１に係る冷凍装置１の動作について説明する。図２は、実施の形態１に係る冷凍装置１のＰ−ｈ線図である。図２に示すように、冷凍装置１は、高温側冷媒回路３における高温側冷凍サイクル３ａと、低温側冷媒回路４における低温側冷凍サイクル４ａとが交差している。

先ず、高温側冷凍サイクル３ａについて説明する。高温側圧縮機３１は、Ｒ３２冷媒を吸入し（図１、図２のａ）、そのＲ３２冷媒を圧縮して高温高圧の状態で吐出する（図１、図２のｂ）。この吐出されたＲ３２冷媒は、高温側凝縮器３２に流入し、高温側凝縮器３２は、送風機等から供給される空気との熱交換により、Ｒ３２冷媒を凝縮液化する（図１、図２のｃ）。この凝縮液化されたＲ３２冷媒は、高温側膨張手段３３に流入し、高温側膨張手段３３は、凝縮液化されたＲ３２冷媒を減圧する（図１、図２のｄ）。そして、減圧されたＲ３２冷媒は、カスケードコンデンサ５における高温側蒸発器３４に流入し、高温側蒸発器３４は、低温側冷媒回路４におけるＣＯ_２冷媒との熱交換により、Ｒ３２冷媒を蒸発ガス化する（図１、図２のａ）。そして、蒸発ガス化されたＲ３２冷媒は、高温側圧縮機３１に吸入される。

次に、低温側冷凍サイクル４ａについて説明する。低温側圧縮機４１は、ＣＯ_２冷媒を吸入し（図１、図２のｅ）、そのＣＯ_２冷媒を圧縮して高温高圧の状態で吐出する（図１、図２のｆ）。この吐出されたＣＯ_２冷媒は、低温側中間冷却器４５に流入し、低温側中間冷却器４５は、例えば送風機等から供給される空気との熱交換等により、ＣＯ_２冷媒を所定の温度まで下げる（図１、図２のｇ）。低温側中間冷却器４５により冷却されたＣＯ _２冷媒は、カスケードコンデンサ５における低温側凝縮器４２に流入し、低温側凝縮器４２は、高温側冷媒回路３におけるＲ３２冷媒との熱交換により、ＣＯ_２冷媒を凝縮液化する（図１、図２のｈ）。凝縮液化されたＣＯ_２冷媒は、低温側膨張手段４３に流入し、低温側膨張手段４３は、凝縮液化されたＣＯ_２冷媒を減圧する（図１、図２のｉ）この減圧されたＣＯ_２冷媒は、低温側蒸発器４４に流入し、低温側蒸発器４４は、冷却対象とＣＯ _２冷媒との間で熱交換を行い、ＣＯ_２冷媒を蒸発ガス化する（図１、図２のｅ）。この蒸発ガス化されたＣＯ_２冷媒は、低温側圧縮機４１に吸入される。

このように、本実施の形態１では、低温側中間冷却器４５によって、低温側凝縮器４２がＣＯ_２冷媒を凝縮液化させることを補助している。一般的に、カスケードコンデンサ５において、高温側蒸発器３４における蒸発温度と、低温側凝縮器４２における凝縮温度との差ΔＴ（図２参照）が大きくなると、効率、即ちＣＯＰ（ＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔＯｆＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ：成績係数）が低下する。本実施の形態１では、低温側中間冷却器４５がカスケードコンデンサ５の上流側に設置され、ＣＯ_２冷媒が所定の温度になるように冷却してエンタルピを下げている（図２のｆからｇ）。これにより、ΔＴを小さくして、ＣＯＰを向上させている。

次に、異なる冷媒が使用された各冷凍装置におけるＣＯＰの比較結果について説明する。先ず、冷蔵温度域、例えば低温側蒸発器の蒸発温度が−１０℃における比較結果について説明する。図３は、冷蔵温度域における各冷凍装置のＣＯＰを示すグラフ図である。冷凍装置としては、カスケードコンデンサで多段構成されておらず、圧縮機、凝縮器、膨張手段及び蒸発器が配管接続されて１個の冷媒回路が構成されている単段構成の一元冷凍装置と、二元冷凍装置とを比較対象としている。

このうち、一元冷凍装置においては、使用する冷媒として、業務用冷凍装置に現在一般的に使用されているＲ４０４Ａ（装置その１）、ＧＷＰが小さいＣＯ_２（装置その２）としている。また、二元冷凍装置においては、使用する冷媒の組み合わせとして、高温側：ＣＯ_２及び低温側：ＣＯ_２（装置その３）、高温側：Ｒ４０４Ａ及び低温側：ＣＯ_２（装置その４）、高温側：Ｒ４１０Ａ及び低温側：ＣＯ_２（装置その５）、高温側：Ｒ３２及び低温側：ＣＯ_２（装置その６）としている。このように、二元冷凍装置においては、冷媒の充填量が多い低温側冷媒回路の冷媒を、ＧＷＰが小さいＣＯ_２としている。なお、ＧＷＰは、ＣＯ_２が１、Ｒ４０４Ａが３９２２、Ｒ４１０Ａが２０８８、Ｒ３２が６７５である。また、比較する上での条件は、外気温度を３２℃、例えばショーケース等が設置される負荷側（低温側）における低温側蒸発器の蒸発温度を−１０℃（冷蔵温度域）、冷凍能力を約３０ｋＷとする。そして、一元冷凍装置における延長配管、及び二元冷凍装置の低温側冷媒回路における延長配管を約１００ｍとしている。

そして、装置その１におけるＣＯＰを１００％とすると、それ以外の装置その２、装置その３、装置その４、装置その５、装置その６の割合は、図３のようになる。図３に示すように、装置その２が、ＣＯＰが１００％以下で且つもっとも低く、装置その３が次に低い。これに対し、装置その４、装置その５、装置その６は、ＣＯＰが１００％以上で、且つその順に高い。以上より、高温側の冷媒をＲ３２、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０４Ａとした二元冷凍装置が、冷蔵温度域において高いＣＯＰを得られる。

次に、冷凍温度域、例えば低温側蒸発器の蒸発温度が−４０℃におけるＣＯＰの比較結果について説明する。図４は、冷凍温度域における各冷凍装置のＣＯＰを示すグラフ図である。比較対象は、冷蔵温度域における比較と同様の装置その１、装置その２、装置その３、装置その４、装置その５、装置その６とする。そして、比較する上での条件は、外気温度を３２℃、例えばショーケース等が設置される負荷側（低温側）における低温側蒸発器の蒸発温度を−４０℃（冷凍温度域）、冷凍能力を約１０ｋＷとする。そして、一元冷凍装置における延長配管、及び二元冷凍装置の低温側冷媒回路における延長配管を約１００ｍとしている。

そして、装置その１におけるＣＯＰを１００％とすると、それ以外の装置その２、装置その３、装置その４、装置その５、装置その６の割合は、図４のようになる。図４に示すように、装置その２が、ＣＯＰが１００％以下で且つもっとも低い。これに対し、装置その３、装置その４、装置その５、装置その６は、ＣＯＰが１００％以上で、且つその順に高い。以上より、高温側の冷媒をＲ３２、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０４Ａとした二元冷凍装置が、冷蔵温度域において高いＣＯＰを得られ、これは、冷蔵温度域における比較結果と同様である。

ここで、地球温暖化への影響を評価するパラメータとして、ＴＥＷＩ（ＴｏｔａｌＥｑｕｉｖａｌｅｎｔＷａｒｍｉｎｇＩｍｐａｃｔ：総合等価温暖化因子）がある。このＴＥＷＩ（ｋｇＣＯ_２）は、地球温暖化係数をＧＷＰ（ｋｇＣＯ_２／ｋｇ）、冷媒回路を流通する冷媒の充填量をｍ（ｋｇ）、年間冷媒漏れ率をＬ（％）、冷凍装置の運転年数をｎ（年）、冷凍装置の廃棄時における冷媒回収率をα（％）、年間消費電力をＷ（ｋＷｈ／年）、電力のＣＯ_２排出原単価をβ（０．４１ｋｇＣＯ_２／ｋＷｈ）とすると、下記式（１）から求められる。

［数１］
ＴＥＷＩ＝ＧＷＰ×ｍ×Ｌ×ｎ＋ＧＷＰ×ｍ×（１−α）＋ｎ×Ｗ×β・・・・（１）

次に、冷蔵温度域、例えば低温側蒸発器の蒸発温度が−１０℃において、異なる冷媒が使用された各冷凍装置におけるＴＥＷＩの比較結果について説明する。図５は、冷蔵温度域における各冷凍装置のＴＥＷＩを示すグラフ図である。比較対象は、ＣＯＰの比較と同様の装置その１、装置その２、装置その３、装置その４、装置その５、装置その６とする。そして、比較する上での条件は、外気温度を３２℃、例えばショーケース等が設置される負荷側（低温側）における低温側蒸発器の蒸発温度を−１０℃（冷蔵温度域）、冷凍能力を約３０ｋＷとする。そして、一元冷凍装置における延長配管、及び二元冷凍装置の低温側冷媒回路における延長配管を約１００ｍとしている。

そして、装置その１におけるＴＥＷＩを１００％とすると、それ以外の装置その２、装置その３、装置その４、装置その５、装置その６の割合は、図５のようになる。図５に示すように、装置その２、装置その３、装置その４、装置その５、装置その６は、いずれも装置その１と比較してＴＥＷＩが低く、夫々ほぼ同等であるが、そのなかでも、装置その６がもっとも低い。以上より、高温側の冷媒をＲ３２、低温側の冷媒をＣＯ_２とした本実施の形態１の冷凍装置１が、ＴＥＷＩをもっとも低くすることができる。なお、冷凍温度域、例えば低温側蒸発器の蒸発温度が−４０℃におけるＴＥＷＩについては図示しないが、ほぼ同等の結果である。

以上説明したように、本実施の形態１の冷凍装置１は、高温側の冷媒をＲ３２とし、低温側の冷媒をＣＯ_２としており、これにより、ＣＯＰが高く、ＴＥＷＩが低い冷凍装置１を実現できる。また、単段構成の一元冷凍装置、及び二元冷凍装置における低温側冷媒回路において、年間冷媒漏れ率Ｌは、現地での配管延長作業又は低温側蒸発器の交換等を考慮すると、例えば１６％である。また、二元冷凍装置における高温側冷媒回路において、年間冷媒漏れ率Ｌは、閉じた回路であり現地での配管作業がないことを考慮すると、例えば２％である。また、冷凍装置の運転年数ｎを、例えば１５年とし、冷凍装置の廃棄時における冷媒回収率αを、例えば３０％とする。そして、高温側冷媒回路を流通する高温側の冷媒の地球温暖化係数をＧＷＰ（Ｈ）（ｋｇＣＯ_２／ｋｇ）、高温側の冷媒の充填量をｍ１、高温側冷媒回路における年間消費電力をＷ１とする。また、低温側冷媒回路を流通する冷温側の冷媒をＣＯ_２としたとき、地球温暖化係数は１であり、低温側の冷媒の充填量をｍ２、低温側冷媒回路における年間消費電力をＷ２とする。この場合、二元冷凍装置のＴＥＷＩ（ｋｇＣＯ_２）は、上記式（１）から、下記式（２）となる。

［数２］
ＴＥＷＩ＝ＧＷＰ（Ｈ）×ｍ１×０．０２×１５＋１×ｍ２×０．１６×１５
＋ＧＷＰ（Ｈ）×ｍ１×（１―０．３）＋１×ｍ２×（１−０．３）
＋１５×Ｗ１×β＋１５×Ｗ２×β・・・・・・・・・・・・・・・・（２）

この式（２）をまとめると、下記式（３）となる。

［数３］
ＴＥＷＩ＝ＧＷＰ（Ｈ）×ｍ１＋ｍ２×３．１＋１５×β×（Ｗ１＋Ｗ２）・・（３）

次に、本実施の形態１に係る冷凍装置１の作用について説明する。本実施の形態１では、高温側の冷媒をＲ３２とし、低温側の冷媒をＣＯ_２としているため、前述の如く、ＣＯＰが高く、ＴＥＷＩが低い。このため、地球環境に及ぼす影響を低減することができる。なお、高温側の冷媒を、Ｒ３２を６５重量％以上含む混合冷媒とした場合でも、同様の効果を奏する。

ここで、Ｒ３２は微燃性冷媒であることから、着火に至る着火エネルギーが極めて大きいため、通常の冷媒ガスの濃度では着火せず、ガス濃度が相当大きくならない限り着火しない。また、冷凍装置１の運転時においては、たとえＲ３２が漏洩しても、冷却対象、室内又は屋外等における気流が、熱交換器等に空気を送風する送風機等によって撹拌されている。このため、気流速度が比較的大きく、従って、漏洩した微燃性冷媒が拡散し易い。よって、ガス濃度は上昇せず、着火に至らない。

しかしながら、冷凍装置１の停止時においては、冷却対象等における気流は、比較的安定した状態であるため、Ｒ３２が漏洩した場合、そのＲ３２が拡散し難い。更に、Ｒ３２のようなフッ素を含有する冷媒は、空気よりも比重が大きいため、床面の側で濃度が上昇し易い。よって、Ｒ３２が床面に溜まった場合、この床面の近傍に、予想以上の大きなエネルギーを瞬間的に発生する強力な着火源があると、微燃性冷媒が着火する可能性が僅かにある。

しかし、本実施の形態１においては、Ｒ３２が流通している高温側冷媒回路３が、室外機６として構成されており、屋外に設置されている。屋外は空間が広がっており、気流があるため、たとえＲ３２が漏洩しても、そのＲ３２は拡散される。このため、Ｒ３２の濃度は上昇せず、着火しない。このように、本実施の形態１では、Ｒ３２が漏洩しても、その漏洩先は屋外であり、Ｒ３２は屋外の気流によって拡散され、着火に至るほどの濃度まで上昇せず、従って、Ｒ３２が着火することを防止することができる。

なお、本実施の形態１では、高温側の冷媒をＲ３２としており、この場合、蒸発潜熱は２７０ｋＪ／ｋｇである。これは、Ｒ４０４Ａにおける蒸発潜熱：１４０ｋＪ／ｋｇ、Ｒ４１０Ａにおける蒸発潜熱：１７０ｋＪ／ｋｇよりも大きい。従って、高温側冷媒回路３の液配管の管径及びガス配管の管径を小さくすることができる。また、高温側凝縮器３２が、フィンと伝熱管とから構成されている場合、その伝熱管の管径を、例えば４ｍｍ〜８ｍｍと小さくすることができる。これにより、冷媒の充填量を更に低減し、従って、ＴＥＷＩを更に小さくすることができる。

また、本実施の形態１では、冷媒の充填量を低減することができるため、高温側冷媒回路３において、アキュームレータを設置する必要がなく、カスケードコンデンサ５及び高温側圧縮機３１、又は高温側圧縮機３１及び高温側凝縮器３２を直接配管接続することができる。更に、冷媒の充填量を低減することができるため、高温側冷媒回路３において、受液器を設置する必要がなく、高温側凝縮器３２及び高温側膨張手段３３、又は高温側膨張手段３３及びカスケードコンデンサ５を直接配管接続することができる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る冷凍装置１について説明する。図６は、実施の形態２に係る冷凍装置１を示す冷媒回路図である。本実施の形態２は、高温側凝縮器３２の近傍に送風機７が設置されており、また、制御部１１が送風機運転手段１２を有している点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態２では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

本実施の形態２では、図６に示すように、高温側冷媒回路３が、高温側凝縮器３２に空気を送風する送風機７を備えている。また、低温側蒸発器４４の近傍には温度検出部８が設置されており、この温度検出部８は、低温側蒸発器４４の出口側の温度を検出するものである。この温度検出部８は、例えば冷蔵庫のような冷却対象の内部に設置された庫内温度センサである。そして、温度検出部８で検出された温度が予め決められた温度以下である場合、冷却対象に設けられたサーモスタットにより各装置が停止され、これにより、冷却対象の過冷却を抑制している。

制御部１１は、送風機運転手段１２を備えており、この送風機運転手段１２は、温度検出部８で検出された温度が予め決められた温度以下である場合、高温側圧縮機３１及び低温側圧縮機４１を停止し、且つ送風機７を運転するものである。これにより、サーモスタットによって各装置が停止されても、送風機７は運転している。

次に、本実施の形態２に係る冷凍装置１の作用について説明する。温度検出部８で検出された温度が予め決められた温度以下である場合、送風機運転手段１２は、高温側圧縮機３１及び低温側圧縮機４１を停止し、且つ送風機７を運転する。冷凍装置１の停止時においては、冷却対象等における気流は、比較的安定した状態であるため、Ｒ３２が漏洩した場合、そのＲ３２が拡散し難い。本実施の形態１では、サーモスタットによって各装置が停止されても、送風機７は運転している。このため、Ｒ３２が漏洩しても、このＲ３２は送風機７によって撹拌される。このため、気流速度が大きくなり、従って、漏洩したＲ３２が拡散する。よって、ガス濃度は上昇せず、着火に至らない。このように、本実施の形態２では、Ｒ３２が漏洩しても、Ｒ３２は送風機７によって拡散され、着火に至るほどの濃度まで上昇せず、従って、Ｒ３２が着火することを防止することができる。

なお、送風機運転手段１２は、温度検出部８で検出された温度が予め決められた温度以下である場合、高温側圧縮機３１及び低温側圧縮機４１を停止し、且つ送風機７を間欠運転するものであってもよい。これにより、送風機７の消費電力を低減することができる。なお、間欠運転としては、例えば運転時間：３分、停止時間：３分を繰り返すことで行われる。

また、サーモスタットによる装置停止ではなく、冷凍装置１自体を停止する場合もある。このような装置運転待機時においても、送風機運転手段１２が送風機７を運転するように構成してもよい。これにより、冷凍装置１を長期間停止している間にＲ３２が漏洩しても、Ｒ３２は送風機７によって拡散され、着火に至るほどの濃度まで上昇せず、従って、Ｒ３２が着火することを防止することができる。

なお、実施の形態１に係る冷凍装置１と、実施の形態２に係る冷凍装置１とを組み合わせて使用することもできる。この場合、高温側冷媒回路３が室外機６として構成されると共に、制御部１１が送風機運転手段１２を備えている。これにより、ＣＯＰが高く、ＧＷＰ及びＴＥＷＩが低く、更に、安全性が極めて高い冷凍装置１を実現することができる。

１冷凍装置、２冷媒回路、３第１の冷媒回路（高温側冷媒回路）、３ａ高温側冷凍サイクル、４第２の冷媒回路（低温側冷媒回路）、４ａ低温側冷凍サイクル、５
カスケードコンデンサ、６室外機、７送風機、８温度検出部、１１制御部、１２送風機運転手段、３１第１の圧縮機（高温側圧縮機）、３２第１の熱交換器（高温側凝縮器）、３３第１の膨張手段（高温側膨張手段）、３４高温側蒸発器、４１第２の圧縮機（低温側圧縮機）、４２低温側凝縮器、４３第２の膨張手段（低温側膨張手段）、４４第２の熱交換器（低温側蒸発器）、４５低温側中間冷却器。

本発明に係る冷凍装置は、微燃性冷媒と二酸化炭素冷媒との間で熱交換を行うカスケードコンデンサを備えた冷媒回路と、冷媒回路の動作を制御する制御部と、を有し、冷媒回路は、第１の圧縮機、第１の熱交換器、第１の膨張手段及びカスケードコンデンサが配管接続され、微燃性冷媒が流通し、第１の熱交換器に空気を送風する送風機を備える第１の冷媒回路と、第２の圧縮機、カスケードコンデンサ、第２の膨張手段及び第２の熱交換器が配管接続され、二酸化炭素冷媒が流通する第２の冷媒回路と、を有し、制御部は、第２の熱交換器の出口側の温度が予め決められた温度以下である場合に、第１の圧縮機及び第２の圧縮機を停止し、且つ送風機を運転する送風機運転手段を有する。

Claims

Ｒ３２を含むＲ３２冷媒と二酸化炭素冷媒との間で熱交換を行うカスケードコンデンサを備えた冷媒回路と、
前記冷媒回路の動作を制御する制御部と、を有し、
前記冷媒回路は、
第１の圧縮機、第１の熱交換器、第１の膨張手段及び前記カスケードコンデンサが配管接続され、前記Ｒ３２冷媒が流通し、前記第１の熱交換器に空気を送風する送風機を備える第１の冷媒回路と、
第２の圧縮機、前記カスケードコンデンサ、第２の膨張手段及び第２の熱交換器が配管接続され、前記二酸化炭素冷媒が流通する第２の冷媒回路と、を有し、
前記制御部は、
前記第２の熱交換器の出口側の温度が予め決められた温度以下である場合に、前記第１の圧縮機及び前記第２の圧縮機を停止し、且つ前記送風機を運転する送風機運転手段を有する
ことを特徴とする冷凍装置。
前記送風機運転手段は、
前記第１の圧縮機及び前記第２の圧縮機の停止時に、前記送風機を間欠運転するものである
ことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
装置運転待機時において、
前記送風機運転手段は、
前記送風機を運転するものである
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の冷凍装置。
Ｒ３２を含むＲ３２冷媒と二酸化炭素冷媒との間で熱交換を行うカスケードコンデンサを備えた冷媒回路を有し、
前記冷媒回路は、
第１の圧縮機、第１の熱交換器、第１の膨張手段及び前記カスケードコンデンサが配管接続され、前記Ｒ３２冷媒が流通する第１の冷媒回路と、
第２の圧縮機、前記カスケードコンデンサ、第２の膨張手段及び第２の熱交換器が配管接続され、前記二酸化炭素冷媒が流通する第２の冷媒回路と、を有し、
前記第１の冷媒回路は、室外機として構成されている
ことを特徴とする冷凍装置。
前記第２の冷媒回路は、
前記圧縮機と前記カスケードコンデンサとの間に、前記二酸化炭素冷媒を冷却する中間冷却器を有する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍装置。
前記Ｒ３２冷媒は、前記Ｒ３２を６５重量％以上含む混合冷媒である
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷凍装置。
前記第１の熱交換器は、フィンと伝熱管とを有し、
前記伝熱管は、管径が４ｍｍ〜８ｍｍである
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷凍装置。