JP7606121B1 - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる冷媒を用いた２つの冷媒回路を備える冷凍装置において、熱交換器における排水性の問題を解消する。
【解決手段】冷凍装置１０は、第１冷媒を循環させる第１冷媒回路と、第１冷媒とは異なる第２冷媒を循環させる第２冷媒回路と、第１冷媒と前記第２冷媒とを熱交換させる第３熱交換器と、を備え、第１冷媒回路が、円管状の伝熱管２６ｂを有する第１熱交換器２６を含み、第２冷媒回路２２が、扁平多穴管３６ｂを有する第２熱交換器３６を含み、第１熱交換器２６と第２熱交換器３６とが上下に並べて配置され、第２熱交換器３６が第１熱交換器２６の上側に配置されている。
【選択図】図３

Description

本開示は、冷凍装置に関する。

特許文献１には、低元冷凍サイクルと高元冷凍サイクルとを有する二元冷凍装置が開示されている。低元冷凍サイクルは、室内の負荷装置、例えばショーケースの温度を調整するために用いられる。そのため、低元冷凍サイクルは、ショーケースの配置換え等により冷媒回路が開放されることがあり、冷媒漏れが発生する可能性があるので、地球温暖化係数の低い二酸化炭素等の冷媒が用いられている。これに対して、高元冷凍サイクルは、低元冷凍サイクルの放熱器で冷却された冷媒をさらに冷却するために用いられる。高元冷凍サイクルの冷媒回路は、低元冷凍サイクルの冷媒回路とは異なり開放されることがないため、低元冷凍サイクルの冷媒よりも地球温暖化係数は高いが熱交換効率の高いＲ３２等の冷媒が用いられている。

国際公開第２０１４／１８１３９９号

高元冷凍サイクルで用いられるＲ３２等の冷媒は、燃焼性や毒性を有することがあるため、できるだけ使用量を少なくすることが望まれる。そのため、一般的な円管状の伝熱管を備えた熱交換器よりも少ない冷媒量で効率よく熱交換が行える扁平多穴管を備えた熱交換器を用いることが考えられる。しかしながら、この熱交換器は、扁平多穴管上に水が溜まりやすく排水性に問題がある。

本開示は、異なる冷媒を用いた２つの冷媒回路を備える冷凍装置において、熱交換器における排水性の問題の解消することを目的とする。

（１）本開示の冷凍装置は、第１冷媒を循環させる第１冷媒回路と、
前記第１冷媒とは異なる第２冷媒を循環させる第２冷媒回路と、
前記第１冷媒と前記第２冷媒とを熱交換させる第３熱交換器と、を備え、
前記第１冷媒回路が、円管状の伝熱管を有する第１熱交換器を含み、
前記第２冷媒回路が、扁平多穴管を有する第２熱交換器を含み、
前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とが上下に並べて配置され、
前記第２熱交換器が前記第１熱交換器の上側に配置されている。

この構成によれば、第２熱交換器が第１熱交換器の上側に配置されているので、第１熱交換器から第２熱交換器の扁平多穴管上に水が滴下することがない。そのため、扁平多穴管上で水が溜まったり凍結したりすることを抑制することができる。

（２）上記（１）の冷凍装置において、好ましくは、前記第２熱交換器は、上下方向に間隔をあけて配置された複数の前記扁平多穴管と、上下に隣接する前記扁平多穴管の間に配置される、蛇行するフィンと、を備える。

第２熱交換器において、フィンに水が入り込むと排出され難く、溜まった水が凍結することでフィンと扁平多穴管との接着部分を損傷させる恐れが生じる。上記構成の冷凍装置においては、第１熱交換器の上側に第２熱交換器が配置され、第１熱交換器で発生した水が第２熱交換器に滴下しないので、フィンに水が入り込む可能性が低くなり、当該水の凍結などの問題の発生を抑制することができる。

（３）上記（１）又は（２）の冷凍装置において、好ましくは、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との上下方向の間隔が１０ｍｍ以下である。

この構成によれば、第１熱交換器及び第２熱交換器の全体の大型化を抑制することができる。

（４）上記（１）～（３）のいずれかに記載の冷凍装置において、好ましくは、前記伝熱管が銅を主成分とする材料で形成され、前記扁平多穴管がアルミニウムを主成分とする材料で形成される。

銅は、アルミニウムよりも電位が高いので、銅で発生した水がアルミニウムに接触するとアルミニウムに電蝕が発生する可能性がある。上記構成によれば、第１熱交換器で発生した水が第２熱交換器に滴下することがないので、アルミニウムを主成分とする材料で形成された扁平多穴管の電蝕の発生を抑制することができる。

（５）上記（１）～（４）のいずれかに記載の冷凍装置は、好ましくは、前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器を収容するケーシングと、
前記第２熱交換器の上部に配置され、前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器を通過する空気流を生成するファンと、をさらに備える。

上記構成によれば、ファンを作動することによって、下側に配置された第１熱交換器を通過する空気流よりも上側に配置された第２熱交換器を通過する空気流の流速を高めることができ、第２熱交換器に付着した水を流速の高い空気流で取り除き易くすることができる。

（６）上記（１）～（５）のいずれかに記載の冷凍装置は、好ましくは、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とを連結する連結部材をさらに備える。

（７）上記（６）に記載の冷凍装置において、好ましくは、上面視において、前記第１熱交換器の長手方向の端部が、前記第２熱交換器の長手方向の端部の近傍に配置され、
前記連結部材が、前記第１熱交換器の前記端部と前記第２熱交換器の前記端部とを連結する第１連結部材を含む。

（８）上記（６）又は（７）に記載の冷凍装置において、好ましくは、前記連結部材が、上面視における前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器の長手方向の中途部同士を連結する第２連結部材を含む。

上記構成によれば、輸送等による振動が冷凍装置に伝わったとしても、第１熱交換器の長手方向の中途部と第２熱交換器の長手方向の中途部とが異なる方向に揺れることが少なくなり、両者がこすれたり衝突したりすることが抑制される。

本開示の第１実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路図である。 冷凍装置における室外機の内部を示す平面図である。 図２のＢ－Ｂ線矢視における室外機の内部を示す図である。 図２のＣ－Ｃ線矢視における室外機の内部を示す図である。 図２のＤ－Ｄ線矢視における室外機の内部を示す図である。 冷凍装置における第１室外熱交換器を概略的に示す説明図である。 冷凍装置における第２室外熱交換器を概略的に示す説明図である。 第２室外熱交換器の拡大断面図である。 第１室外熱交換器及び第２室外熱交換器の配置を概略的に示す説明図である。 図９のＡ－Ａ線断面図である。 冷房運転時における第１冷媒回路の冷凍サイクルを説明するためのモリエル線図である。 本開示の第２実施形態に係る冷凍装置における室外機の内部を示す側面図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本開示の実施形態を詳細に説明する。
［第１実施形態］
（冷凍装置の全体構成）
図１は、本開示の第１実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路図である。
図１に示すように、本実施形態の冷凍装置１０は、空調対象空間である室内の空気の温度を所定の目標温度に調整する空気調和機である。本実施形態の冷凍装置１０は、室内の冷房と暖房とを行う。ただし、冷凍装置１０は、冷房専用であってもよい。冷凍装置１０は、庫内の空気を冷却する冷蔵庫、冷凍庫などであってもよい。

冷凍装置１０は、室外機１１（熱源ユニット）と室内機１２（利用ユニット）とを有している。冷凍装置１０は、例えば、１台の室外機１１と、この室外機１１に接続される１台の室内機１２とを有している。ただし、冷凍装置１０は、室外機１１に並列に接続される複数の室内機１２を有していてもよい。冷凍装置１０は、複数の室外機１１を備えていてもよい。

冷凍装置１０は、第１冷媒回路２１と、第２冷媒回路２２とを有している。第１冷媒回路２１は、第１冷媒を循環させ、第２冷媒回路２２は、第２冷媒を循環させる。本実施形態では、第１冷媒として二酸化炭素が用いられている。本実施形態では、第２冷媒として、燃焼性又は毒性を有する冷媒、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が高い冷媒が用いられる。例えば第２冷媒としてＲ２９０（プロパン）が用いられる。冷凍装置１０は、さらに補助熱交換器２７と、制御装置５１とを有している。

（第１冷媒回路２１の構成）
第１冷媒回路２１は、室内機１２と室外機１１との間で第１冷媒を循環させる。第１冷媒回路２１は、第１圧縮機２４、四路切換弁２５、第１室外熱交換器（熱源熱交換器；第１熱交換器）２６、第１膨張弁２８、第１閉鎖弁２９、室内熱交換器（利用熱交換器）３０、第２閉鎖弁３１、第１アキュムレータ３２、及びこれらを接続する冷媒配管４０等を備える。

室外機１１は、第１冷媒回路２１を構成する第１圧縮機２４、四路切換弁２５、第１室外熱交換器２６、第１膨張弁２８、第１閉鎖弁２９、第２閉鎖弁３１、及び第１アキュムレータ３２を備えている。室内機１２は、第１冷媒回路２１を構成する室内熱交換器３０を備えている。室外機１１には、室外の空気を室外機１１内に取り込んで第１室外熱交換器２６に供給する室外ファン４１が設けられている。室内機１２には、室内の空気を室内機１２の内部に取り込んで室内熱交換器３０に供給する室内ファン４２が設けられている。

第１圧縮機２４は、低圧のガス状の第１冷媒を吸引し高圧のガス状の第１冷媒を吐出する。第１圧縮機２４は、インバータ制御によって運転回転数を調整可能なモータを備えている。第１圧縮機２４は、モータがインバータ制御されることによって容量（能力）を変更可能な可変容量型（能力可変型）である。ただし、第１圧縮機２４は一定容量型であってもよい。第１圧縮機２４は複数台設けられていてもよい。この場合、容量可変型の圧縮機と一定容量形の圧縮機とが混在していてもよい。

四路切換弁２５は、冷媒配管４０における第１冷媒の流れを反転させ、第１圧縮機２４から吐出される第１冷媒を第１室外熱交換器２６と室内熱交換器３０との一方に切り換えて供給する。これにより、冷凍装置１０は、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行うことができる。

第１室外熱交換器２６は、クロスフィンチューブ式の熱交換器である。第１室外熱交換器２６は、室外ファン４１によって取り込んだ室外の空気と第１冷媒とを熱交換し、第１冷媒を放熱又は蒸発させる。

第１膨張弁２８は、第１冷媒を減圧して膨張させる減圧器である。第１膨張弁２８は、冷媒流量の調節等を行うことが可能な電動弁により構成されている。第１膨張弁２８は、第１室外熱交換器２６及び後述する補助熱交換器２７において放熱された高圧のガス状の第１冷媒を減圧し膨張させることによって、低圧の気液二相冷媒にする。減圧器としては、第１膨張弁２８に代えてキャピラリチューブを用いてもよい。

第１閉鎖弁２９は、手動の開閉弁である。第１閉鎖弁２９は、閉じることによって冷媒配管４０における第１冷媒の流れを遮蔽し、開くことによって、冷媒配管４０における第１冷媒の流れを許容する。

室内熱交換器３０は、例えばクロスフィンチューブ式又はマイクロチャネル式の熱交換器である。室内熱交換器３０は、室内ファン４２によって取り込んだ室内の空気と第１冷媒とを熱交換し、第１冷媒を放熱又は蒸発させる。

第２閉鎖弁３１は、手動の開閉弁である。第２閉鎖弁３１は、閉じることによって冷媒配管４０における第１冷媒の流れを遮蔽し、開くことによって、冷媒配管４０における第１冷媒の流れを許容する。

第１アキュムレータ３２は、第１圧縮機２４の吸入配管に設けられている。第１アキュムレータ３２は、第１圧縮機２４に吸入される前の低圧の第１冷媒を一時的に貯留し、第１冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する。第１アキュムレータ３２で分離されたガス冷媒である第１冷媒は第１圧縮機２４に吸入される。

（第２冷媒回路２２の構成）
第２冷媒回路２２は、室外機１１の内部で冷媒を循環させる。第２冷媒回路２２は、第２冷媒としてＲ２９０（プロパン）を用いる。第２冷媒回路２２は、第２圧縮機３４、第２室外熱交換器（第２熱交換器）３６、第２膨張弁３８、第２アキュムレータ３９、及びこれらを接続する冷媒配管５０等を備える。

第２圧縮機３４は、低圧のガス状の第２冷媒を吸引し高圧のガス状の第２冷媒を吐出する。第２圧縮機３４は、インバータ制御によって運転回転数を調整可能なモータを備えている。第２圧縮機３４は、モータがインバータ制御されることによって容量（能力）を変更可能な可変容量型（能力可変型）である。ただし、第２圧縮機３４は一定容量型であってもよい。第２圧縮機３４は複数台設けられていてもよい。この場合、容量可変型の第２圧縮機と一定容量形の第２圧縮機とが混在していてもよい。

第２室外熱交換器３６は、マイクロチャネル式の熱交換器である。第２室外熱交換器３６は、室外ファン４１によって供給される室外の空気と冷媒とを熱交換し、冷媒を放熱（凝縮）させる。

第２膨張弁３８は、第２冷媒を減圧して膨張させる減圧器である。本実施形態の第２膨張弁３８は、冷媒流量の調節等を行うことが可能な電動弁により構成されている。第２膨張弁３８は、第２室外熱交換器３６において放熱された高圧の第２冷媒を減圧し膨張させることによって、低圧の気液二相冷媒にする。減圧器としては、第２膨張弁３８に代えてキャピラリチューブを用いてもよい。

第２アキュムレータ３９は、第２圧縮機３４に吸入される前の低圧の第２冷媒を一時的に貯留し、第２冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する。第２アキュムレータ３９は、第２圧縮機３４の吸入配管に設けられている。第２アキュムレータ３９で分離したガス冷媒である第２冷媒は、第２圧縮機３４に吸入される。

（補助熱交換器（第３熱交換器）２７の構成）
補助熱交換器２７は、第１室外熱交換器２６において放熱された第１冷媒をさらに放熱させる。補助熱交換器２７は、第２室外熱交換器３６において放熱され第２膨張弁３８で減圧された第２冷媒を蒸発させる。

具体的に、補助熱交換器２７は、第１伝熱管２７ａと第２伝熱管２７ｂとを有する。第１伝熱管２７ａの一端は、第１室外熱交換器２６まで延びる冷媒配管に接続されている。第１伝熱管２７ａの他端は、第１膨張弁２８まで延びる冷媒配管に接続されている。第２伝熱管２７ｂの一端は、第２膨張弁３８まで延びる冷媒配管に接続されている。第２伝熱管２７ｂの他端は、第２アキュムレータ３９まで延びる冷媒配管に接続されている。

補助熱交換器２７は、第１伝熱管２７ａを流れる第１冷媒と第２伝熱管２７ｂを流れる第２冷媒との間で熱交換させる。第１伝熱管２７ａには、第１室外熱交換器２６で放熱された第１冷媒（ガス状の冷媒）が流入する。第２伝熱管２７ｂには、第２膨張弁３８で減圧して膨張された第２冷媒（気液二相冷媒）が流入する。

したがって、補助熱交換器２７は、第１室外熱交換器２６を通過し第１伝熱管２７ａを流れる第１冷媒と、第２膨張弁（減圧器）３８を通過し第２伝熱管２７ｂを流れる第２冷媒との間で熱交換させる。補助熱交換器２７によって、第１伝熱管２７ａを流れる第１冷媒は放熱され、第２伝熱管２７ｂを流れる第２冷媒は蒸発される。

以上より、補助熱交換器２７は、第１冷媒回路２１及び第２冷媒回路２２に含まれている。したがって、補助熱交換器２７は、第１冷媒回路２１及び第２冷媒回路２２の構成要素ともいえる。

（制御装置５１の構成）
制御装置５１は、第１圧縮機２４、四路切換弁２５、第１膨張弁２８、室外ファン４１、室内ファン４２、第２圧縮機３４、第２膨張弁３８等の動作を制御する。制御装置５１は、プロセッサとメモリーとを含む。制御装置５１のプロセッサは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ゲートアレイ、又は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等により構成される。ＡＳＩＣ、又はゲートアレイ、ＦＰＧＡ等のプログラマブルロジックデバイスは、制御プログラムと同様の処理を実行可能に構成される。制御装置５１のメモリーは、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の揮発性メモリーや、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリーを含む。不揮発性メモリーには、コンピュータプログラムである制御プログラムや制御データが記憶される。

制御装置５１は、プロセッサが制御プログラムを実行することによっての各種機能を発揮する。具体的に、制御装置５１は、冷房運転と、暖房運転とを実行する。

（冷房運転）
冷凍装置１０が冷房運転を行う場合、制御装置５１は、第１冷媒回路２１と第２冷媒回路２２の双方を駆動する。四路切換弁２５は、図１において実線で示す状態に保持される。第１冷媒回路２１の第１圧縮機２４は、高温高圧のガス状の第１冷媒を吐出する。第１冷媒は、四路切換弁２５を経て第１室外熱交換器２６に流入する。本実施形態の第１冷媒は二酸化炭素であり、第１圧縮機２４によって臨界点を超える圧力まで昇圧される。第１冷媒は、室外ファン４１の作動により室外空気と熱交換して放熱する。さらに、第１冷媒は、補助熱交換器２７に流入する。

一方、第２冷媒回路２２の第２圧縮機３４は、高温高圧のガス状の第２冷媒を吐出する。第２冷媒は、第２室外熱交換器３６に流入し、室外ファン４１の作動により室外空気と熱交換して放熱（凝縮）する。さらに第２冷媒は、第２膨張弁３８に流入し、所定の低圧に減圧される。その後、第２冷媒は、補助熱交換器２７に流入する。

補助熱交換器２７において、第１冷媒回路２１の第１冷媒は、第２冷媒回路２２の第２冷媒と熱交換して放熱する。その後、第１冷媒は、第１膨張弁２８で減圧して膨張され、室内機１２の室内熱交換器３０に流入する。室内機１２において、第１冷媒は、室内熱交換器３０で室内空気と熱交換して蒸発する。第１冷媒の蒸発によって冷却された室内空気は、室内ファン４２によって室内に吹き出され、当該室内を冷房する。室内熱交換器３０で蒸発した第１冷媒は、冷媒配管４０を通って室外機１１に戻り、四路切換弁２５及び第１アキュムレータ３２を経て第１圧縮機２４に吸い込まれる。

補助熱交換器２７において、第２冷媒回路２２の第２冷媒は、第１冷媒回路２１の第１冷媒と熱交換して蒸発する。その後、第２冷媒は、第２アキュムレータ３９を経て第２圧縮機３４に吸い込まれる。

（暖房運転）
冷凍装置１０によって暖房運転を行う場合、制御装置５１は、第１冷媒回路２１を駆動し、第２冷媒回路２２を停止する。四路切換弁２５は、図１において破線で示す状態に保持される。第１圧縮機２４から吐出された高温高圧のガス状の第１冷媒は、四路切換弁２５を通過して室内機１２の室内熱交換器３０に流入する。室内熱交換器３０において、第１冷媒は室内空気と熱交換して放熱する。第１冷媒の放熱によって加熱された室内空気は、室内ファン４２によって室内に吹き出され、当該室内を暖房する。

その後、第１冷媒は、冷媒配管４０を通って室外機１１に戻り、第１膨張弁２８で所定の低圧に減圧され、補助熱交換器２７を通過して第１室外熱交換器２６に流入する。第２冷媒回路２２は駆動されていないので、補助熱交換器２７では第１冷媒と第２冷媒との熱交換は行われない。第１室外熱交換器２６に流入した第１冷媒は室外空気と熱交換して蒸発する。第１室外熱交換器２６で蒸発して気化した第１冷媒は、四路切換弁２５を経て第１圧縮機２４に吸い込まれる。

（デフロスト運転）
冷凍装置１０は、暖房運転で第１室外熱交換器２６に付着した霜を除去するためのデフロスト運転が可能である。デフロスト運転は、例えば上述の冷房運転と同様に、高温高圧の第１冷媒を第１室外熱交換器２６に流入させることによって行うことができる。

（冷房運転時における第１冷媒回路の冷凍サイクル）
図１１は、冷房運転時における第１冷媒回路の冷凍サイクルを説明するためのモリエル線図である。図１１において、Ｌは、例えば夏場の外気温度における等温線を示している。
第１冷媒回路２１に用いられる第１冷媒は二酸化炭素であり、第１圧縮機２４によって臨界点Ｐを超える圧力まで昇圧される。そのため、冷房運転の際に、第１室外熱交換器２６では第１冷媒が外気温度程度までしか放熱されず、図１１に示すエンタルピー差Δｈ１しか確保できない。本実施形態では、補助熱交換器２７において第１冷媒を外気温度よりも低温の第２冷媒と熱交換させることで、第１冷媒をさらに放熱し、さらなるエンタルピー差Δｈ２を確保することができる。そのため、二酸化炭素冷媒を用いた冷凍装置１０の冷凍能力Ｈを高めることができる。

第１冷媒回路２１は、例えば室内機１２の入れ替えによって冷媒配管４０が取り外されることがある。このとき、第１冷媒回路２１が開放されることになり、冷媒漏れの可能性がある。第１冷媒回路２１には、第１冷媒として二酸化炭素が用いられるので、漏洩による悪影響は小さい。これに対して、第２冷媒回路２２は、室外機１１の内部だけで第２冷媒を循環させるので開放されることはほとんどない。本実施形態では、第２冷媒として燃焼性を有するＲ２９０（プロパン）が用いられているが、第２冷媒回路２２は開放されることがほとんどないので、漏洩する可能性は低い。

図２は、冷凍装置における室外機の内部を示す平面図である。図３は、図２のＢ－Ｂ線矢視における室外機の内部を示す図である。図４は、図２のＣ－Ｃ線矢視における室外機の内部を示す図である。図５は、図２のＤ－Ｄ線矢視における室外機の内部を示す図である。
室外機１１は、ケーシング５５を備えている。ケーシング５５は、直方体形状に形成されている。ケーシング５５の内部は、図２に示すように、区画壁５６によって機械室Ｓ１と、熱交換室Ｓ２とに区画されている。熱交換室Ｓ２側に配置されたケーシング５５の２つの隣接する側壁５５ａ，５５ｂには、空気取入口５５ａ１，５５ｂ１が形成されている。空気取入口５５ｂ１が形成された一方の側壁５５ｂに隣接した他の側壁５５ｃには、空気吹出口５５ｃ１が形成されている。

ケーシング５５の機械室Ｓ１には、第１圧縮機２４、第２圧縮機３４、第１アキュムレータ３２、第２アキュムレータ３９、補助熱交換器２７等が収容されている。ケーシング５５の熱交換室Ｓ２には、第１室外熱交換器２６、第２室外熱交換器３６、室外ファン４１等が収容されている。室外ファン４１は、回転軸ｃまわりに回転する。室外ファン４１は、空気取入口５５ａ１，５５ｂ１からケーシング５５内に空気を取り入れ、空気吹出口５５ｃ１からケーシング５５外に空気を排出する。図２及び図３に示す矢印ａは、空気取入口５５ａ１，５５ｂ１からケーシング５５に取り入れられ第１、第２室外熱交換器２６，３６を通過する空気の流れの方向を示し、矢印ｂは、空気吹出口５５ｃ１からケーシング５５の外部に排出される空気の流れの方向を示す。

図２に示すように、第１室外熱交換器２６及び第２室外熱交換器３６は、上面視で略Ｌ字形状に形成されている。第１室外熱交換器２６及び第２室外熱交換器３６は、空気取入口５５ａ１，５５ｂ１が形成された２つの側壁５５ａ，５５ｂの間の角部ｄの付近で屈曲し、２つの側壁５５ａ，５５ｂに沿って配置されている。上面視において、第１室外熱交換器２６と第２室外熱交換器３６とは、略同一の形状に形成され、略同一の長さを有している。

図３～図５に示すように、第１室外熱交換器２６と第２室外熱交換器３６とは、上下方向に並べて配置されている。具体的に、第１室外熱交換器２６が下側に配置され、第２室外熱交換器３６が上側に配置されている。第１室外熱交換器２６及び第２室外熱交換器３６の双方には、共通の室外ファン４１によって空気が供給される。第１室外熱交換器２６の上下方向の高さは、第２室外熱交換器３６の上下方向の高さよりも大きい。したがって、第１室外熱交換器２６における空気の通過面積は、第２室外熱交換器３６における空気の通過面積よりも大きい。

図６は、冷凍装置における第１室外熱交換器を概略的に示す説明図である。
第１室外熱交換器２６は、多数のフィン２６ａと、伝熱管２６ｂとを有している。多数のフィン２６ａは、側面視で長方形の板状に形成され、互いに平行に並べて配置されている。多数のフィン２６ａは、板面が上下方向に沿って配置されている。

伝熱管２６ｂは、断面が円形状に形成された円筒管である。伝熱管２６ｂは、銅を主成分とする材料で形成されている。伝熱管２６ｂは、銅製又は銅合金製である。伝熱管２６ｂは、直線状に形成された複数の直管部２６ｂ１と、Ｕ字状に形成された曲管部２６ｂ２とを有している。直管部２６ｂ１は、多数のフィン２６ａが並ぶ方向に延び、当該フィン２６ａを貫通している。曲管部２６ｂ２は、上面視における第１室外熱交換器２６の両端部に配置され、隣接する２本の直管部２６ｂ１を互いに接続している。複数の直管部２６ｂ１は、図３に示すように上下方向及び空気流方向ａに千鳥状に配置されている。上面視における第１室外熱交換器２６の両端部には、管板２６ｃが設けられている。この管板２６ｃによって第１室外熱交換器２６の形状が保持されている。

図７は、冷凍装置における第２室外熱交換器を概略的に示す説明図である。図８は、第２室外熱交換器の拡大断面図である。
第２室外熱交換器３６は、多数のフィン３６ａと、複数の伝熱管３６ｂと、ヘッダ３６ｃ、３６ｄとを有している。伝熱管３６ｂは、アルミニウムを主成分とする材料で形成されている。伝熱管３６ｂは、アルミニウム製又はアルミニウム合金製である。複数の伝熱管３６ｂは、上下方向に並べて互いに平行に配置されている。各伝熱管３６ｂは略水平に配置されている。

ヘッダ３６ｃ、３６ｄは、各伝熱管３６ｂの長手方向の一端部と、他端部とにそれぞれ連結されている。ヘッダ３６ｃ、３６ｄは、液冷媒が流れる液ヘッダ３６ｃと、ガス冷媒が流れるガスヘッダ３６ｄとを含む。ヘッダ３６ｃ、３６ｄは、第２室外熱交換器３６の外部から流入した第２冷媒を各伝熱管３６ｂに分流したり、各伝熱管３６ｂから流入した第２冷媒を合流して第２室外熱交換器３６の外部へ流出させたりする。

本実施形態の伝熱管３６ｂは、図８に示すように、内部に複数の冷媒流路３６ｂ１を有する多穴管である。複数の冷媒流路３６ｂ１は、空気流方向ａに沿って一列に並べて形成されている。伝熱管３６ｂを長手方向に直交する方向に切断した横断面の形状は、複数の冷媒流路３６ｂ１が並ぶ方向である空気流方向ａに長手に形成されている。言い換えると、伝熱管３６ｂは、横断面において、上下方向の長さ（厚さ）Ｌ１よりも空気流方向ａ（水平方向）の長さＬ２が大きい扁平管である。以下、第２室外熱交換器３６の伝熱管３６ｂのことを「扁平多穴管」ともいう。扁平多穴管３６ｂの上面及び下面は略水平に配置されている。

扁平多穴管３６ｂの上下方向の長さＬ１は、例えば１ｍｍ～３ｍｍに設定されている。扁平多穴管３６ｂの空気流方向ａの長さＬ２は、例えば、１０ｍｍ～３０ｍｍに設定されている。これに対して、第１室外熱交換器２６における伝熱管２６ｂの外径は、例えば、５～１０ｍｍに設定されている。そのため、空気流方向ａからみて、扁平多穴管３６ｂのほうが伝熱管２６ｂよりも上下方向の長さが小さく、空気流に対する抵抗が小さくなっている。

第２室外熱交換器３６における扁平多穴管３６ｂの各冷媒流路３６ｂ１の面積は、第１室外熱交換器２６における伝熱管（円筒管）２６ｂの冷媒流路の面積よりも小さい。そのため、第２室外熱交換器３６は、第２冷媒が扁平多穴管３６ｂに触れる機会が多くなり、第１室外熱交換器２６よりも効率よく熱交換を行うことができる。これにより、第２冷媒の使用量を可及的に少なくすることが可能となる。本実施形態の第２冷媒は、燃焼性を有するＲ２９０（プロパン）が用いられているので、漏洩リスクを低減するために第２冷媒を少なくすることが極めて有効である。例えば、第２冷媒の使用量は、１０００ｇ以下とすることができる。好ましくは、第２冷媒の使用量は、１５０ｇ以下とすることができる。

第２室外熱交換器３６のフィン３６ａは、いわゆるコルゲートフィンである。フィン３６ａは、上下方向に隣接する扁平多穴管３６ｂの間に配置されている。フィン３６ａは、板材を波状に折り曲げることによって形成されている。したがって、フィン３６ａは、上下の扁平多穴管３６ｂの間で上下に蛇行しながら扁平多穴管３６ｂの長手方向に延びている。各フィン３６ａの上端と下端とは、それぞれ扁平多穴管３６ｂにろう付けによって接合されている。

図９は、第１室外熱交換器及び第２室外熱交換器の配置を概略的に示す説明図である。
第１室外熱交換器２６と第２室外熱交換器３６とは、上下方向に並べて配置されている。第１室外熱交換器２６と第２室外熱交換器３６との間には間隔ｔがあけられている。このような間隔ｔがあけられることによって、第１室外熱交換器２６と第２室外熱交換器３６との間の熱伝達を抑制することができる。なお、当該間隔ｔには断熱材が設けられていてもよい。これによって、第１室外熱交換器２６と第２室外熱交換器３６との間の熱伝達をより抑制することができる。

第１室外熱交換器２６と第２室外熱交換器３６との間隔ｔは、１０ｍｍ以下に設定されている。そのため、第１室外熱交換器２６及び第２室外熱交換器３６の全体が上下方向に大型化するのを抑制することができる。また、第１室外熱交換器２６と第２室外熱交換器３６との間隔ｔが大きいほど、当該間隔ｔを空気流が通り抜けやすくなり、第１室外熱交換器２６及び第２室外熱交換器３６を通過する空気の流量が低下し、熱交換効率が低下する。本実施形態では、間隔ｔが１０ｍｍ以下に設定されるので、第１、第２室外熱交換器２６、３６の熱交換効率の低下を抑制することができる。

一方、第１室外熱交換器２６と第２室外熱交換器３６とは、連結部材５８，５９によって連結されている。上面視において、第１室外熱交換器２６の長手方向の端部は、第２室外熱交換器３６の長手方向の端部の近傍に配置されている。本実施形態の連結部材は、上面視における第１室外熱交換器２６の端部と第２室外熱交換器３６の端部とを連結する第１連結部材５８を含む。第１連結部材５８は、例えば第１室外熱交換器２６の管板２６ｃと、第２室外熱交換器３６のヘッダ３６ｃ、３６ｄとを連結するものとすることができる。あるいは、第１連結部材５８は、第１室外熱交換器２６の管板２６ｃを上方に延長し、この管板２６ｃに第２室外熱交換器３６に連結することによって構成することができる。

本実施形態の連結部材は、上面視における第１室外熱交換器２６の長手方向の中途部と第２室外熱交換器３６の長手方向の中途部とを連結する第２連結部材５９を含む。本実施形態において、第１室外熱交換器２６と第２室外熱交換器３６とは、長手方向の複数箇所（例えば２箇所）で第２連結部材５９によって連結されている。

図１０は、図９のＡ－Ａ線断面図である。第２連結部材５９は、図１０に示すように、断面形状が略Ｈ字状に形成されている。第２連結部材５９は、第１室外熱交換器２６の上端部を嵌合させる下側嵌合部５９ａと、第２室外熱交換器３６の下端部を嵌合させる上側嵌合部５９ｂとを備えている。第２連結部材５９を備えることによって、第１室外熱交換器２６と第２室外熱交換器３６との水平方向（空気流方向ａ）又は上下方向の位置ずれを抑制することができる。

本実施形態の冷凍装置１０は、暖房運転を行う際に第１冷媒回路２１のみを運転させ、第２冷媒回路２２は停止させる。そのため、第２室外熱交換器３６は連結部材５８，５９を介して第１室外熱交換器２６から熱伝達で冷却される。仮に第２室外熱交換器３６が第１室外熱交換器２６の下側に配置されていると、第１室外熱交換器２６で発生した水が第２室外熱交換器３６に滴下し、第２室外熱交換器３６の扁平多穴管３６ｂ上に水が溜まり、凍結する恐れがある。本実施形態においては、第２室外熱交換器３６が第１室外熱交換器２６の上側に配置されているので、このような問題の発生を抑制することができる。

［第２実施形態］
図１２は、本開示の第２実施形態に係る冷凍装置における室外機の内部を示す側面図である。
本実施形態では、室外機１１における第１室外熱交換器２６及び第２室外熱交換器３６と、室外ファン４１との配置関係が第１実施形態と異なっている。本実施形態の室外機１１は、ケーシング５５の上部に室外ファン４１が設けられ、室外ファン４１は、上方へ向けて空気を吹き出す。そのため、室外機１１は、ケーシング５５の側面には、空気の取り入れ口５５ｄが形成され、ケーシング５５の上面には、空気に吹き出し口５５ｅが設けられている。第１室外熱交換器２６と第２室外熱交換器３６とは、ケーシング５５の３つ又は４つの側面に対向するように配置され、矢印ａで示すように、取り入れ口５５ｄから取り込んだ空気が通過するように配置されている。第１室外熱交換器２６及び第２室外熱交換器３６を通過した空気は、矢印ｂで示すように、ケーシング５５の吹き出し口５５ｅから上方へ排出される。

本実施形態では、室外ファン４１が、ケーシング５５の上部、言い換えると第２室外熱交換器３６の上部に配置される。そのため、第１室外熱交換器２６よりも第２室外熱交換器３６の方が室外ファン４１に近くなり、第１室外熱交換器２６を通過する空気の流速よりも第２室外熱交換器３６を通過する空気の流速の方が高くなる。そのため、第２室外熱交換器３６に水がかかり、扁平多穴管３６ｂ上やコルゲートフィン３６ａの内部に水が溜まったとしても、第２室外熱交換器３６を通過する空気流で水を排出しやすくすることができる。

［実施形態の作用効果］
（１）本実施形態の冷凍装置１０は、第１冷媒を循環させる第１冷媒回路２１と、第１冷媒とは異なる第２冷媒を循環させる第２冷媒回路２２と、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させる第３熱交換器（補助熱交換器）２７と、を備える。第１冷媒回路２１は、円管状の伝熱管２６ｂを有する第１熱交換器（第１室外熱交換器）２６を含み、第２冷媒回路２２は、扁平多穴管３６ｂを有する第２熱交換器（第２室外熱交換器）３６を含む。第１熱交換器２６と第２熱交換器３６とは上下に並べて配置され、第２熱交換器３６が第１熱交換器２６の上側に配置されている。

上記構成によれば、例えば、冬場などの外気温が低いときに暖房運転を行い、第１熱交換器２６を蒸発器として用いる場合、第１熱交換器２６に霜が付着することがある。そして、デフロスト運転等によって霜が溶けると、第１熱交換器２６から下方に水滴が落ちることがある。一方、第２熱交換器３６の扁平多穴管３６ｂは、横断面における空気流方向ａ（水平方向）の長さＬ２が上下方向の長さＬ１よりも大きいので、その上面に水が溜まりやすい（残りやすい）構造となっている。本実施形態の冷凍装置１０においては、第２熱交換器３６が第１熱交換器２６の上側に配置されているので、第１熱交換器２６から滴下した水が第２熱交換器３６の扁平多穴管３６ｂ上にかかることがない。そのため、扁平多穴管３６ｂ上で水が溜まったり凍結したりすることを抑制することができる。仮に第２熱交換器３６で水が発生し第１熱交換器２６に滴下したとしても、円管状の伝熱管２６ｂ上には水が溜まり難いので、当該水が凍結することを抑制することができる。

（２）本実施形態において、第２熱交換器３６は、上下方向に間隔をあけて配置された複数の扁平多穴管３６ｂと、上下に隣接する扁平多穴管３６ｂの間に配置される、蛇行するフィン３６ａと、を備える。
上下に隣接する扁平多穴管３６ｂの間にコルゲートフィン３６ａを有する第２熱交換器３６においては、コルゲートフィン３６ａに水が入り込むと排出され難く、溜まった水が凍結することでコルゲートフィン３６ａと扁平多穴管３６ｂとのろう付け部分（接着部分）を損傷させる恐れが生じる。本実施形態の冷凍装置１０においては、第１熱交換器２６の上側に第２熱交換器３６が配置され、第１熱交換器２６で発生した水が第２熱交換器３６に滴下しないので、コルゲートフィン３６ａに水が入り込む可能性が低くなり、当該水の凍結等を抑制することができる。

（３）本実施形態の冷凍装置１０において、第１熱交換器２６と第２熱交換器３６との上下方向の間隔ｔは１０ｍｍ以下である。
本実施形態の冷凍装置１０では、第１熱交換器２６の上側に第２熱交換器３６が配置され、第１熱交換器２６で発生した水が第２熱交換器３６に滴下して扁平多穴管３６ｂ上で凍結することがないので、第１熱交換器２６と第２熱交換器３６との間隔ｔを１０ｍｍ以下と小さくすることができ、第１、第２熱交換器全体（特に、上下方向の寸法）の大型化を抑制することができる。また、第１熱交換器２６と第２熱交換器３６との間隔が大きいと、当該間隔ｔを空気流が通り抜けやすくなり、第１熱交換器２６及び第２熱交換器３６の熱交換効率が低下する可能性があるが、当該間隔ｔを１０ｍｍ以下とすることで通り抜ける空気流を少なくし、第１、第２熱交換器２６、３６で効率よく熱交換を行うことができる。

（４）上記実施形態の冷凍装置において、伝熱管２６ｂが銅を主成分とする材料で形成され、扁平多穴管３６ｂがアルミニウムを主成分とする材料で形成される。

銅は、アルミニウムよりも電位が高いので、銅で発生した水がアルミニウムに接触するとアルミニウムに電蝕が発生する可能性がある。本実施形態では、上側に配置される第２熱交換器３６の扁平多穴管３６ｂがアルミニウムを主成分とする材料で形成され、下側に配置される第１熱交換器２６の伝熱管２６ｂが銅を主成分とする材料で形成されるので、第１熱交換器２６で発生した水が第２熱交換器３６に滴下することがなく、扁平多穴管３６ｂの電蝕の発生を抑制することができる。

（５）上記第２実施形態において、冷凍装置１０は、第１熱交換器２６及び第２熱交換器３６を収容するケーシング５５と、第２熱交換器３６の上部に配置され、前記第１熱交換器２６及び前記第２熱交換器３６を通過する空気流を生成するファン（室外ファン）４１と、をさらに備える。

この構成によれば、ファン４１を作動することによって、下側に配置された第１熱交換器２６を通過する空気の流速よりも上側に配置された第２熱交換器３６を通過する空気の流路を高めることができる。そのため、仮に第２熱交換器３６に雨水等が付着したとしても、高い流速の空気流で水滴を排出し易くすることができる。そのため、扁平多穴管３６ｂ上における水の凍結等を抑制することができる。

（６）上記実施形態の冷凍装置１０は、第１熱交換器２６と第２熱交換器３６とを連結する連結部材５８，５９をさらに備える。

第１熱交換器２６と第２熱交換器３６とが連結部材５８，５９で連結される場合、この連結部材５８，５９を介して第１熱交換器２６の熱が第２熱交換器３６に伝達される可能性がある。そのため、冬場など外気温が低いときに暖房運転を行い、第１熱交換器２６を蒸発器として用いると、連結部材５８，５９を介して第１熱交換器２６の熱が第２熱交換器３６に伝達され、第２熱交換器３６が冷却される。第２熱交換器３６には、第１熱交換器２６で発生した水が滴下しないので、扁平多穴管３６ｂ上に水が溜まることが抑制される。そのため、第２熱交換器３６が冷却されたとしても扁平多穴管３６ｂ上で水が凍結することを抑制することができる。

（７）上記実施形態の冷凍装置１０において、上面視において、第１熱交換器２６の長手方向の端部が、第２熱交換器３６の長手方向の端部の近傍に配置されているので、連結部材は、第１熱交換器２６の端部と第２熱交換器３６の端部とを連結する第１連結部材５８を含むことができる。

（８）上記実施形態において、冷凍装置１０の連結部材は、上面視における第１熱交換器２６及び第２熱交換器３６の長手方向の中途部同士を連結する第２連結部材５９を含む。

この構成によれば、輸送等による振動が冷凍装置１０に伝わったとしても、第１熱交換器２６の長手方向の中途部と第２熱交換器３６の長手方向の中途部とが異なる方向に揺れることが少なくなり、両者がこすれたり衝突したりすることが抑制される。

以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

例えば、上記実施形態では、第２冷媒回路２２で用いられる第２冷媒として、Ｒ２９０（プロパン）を例示しているが、これに限定されるものではない。第２冷媒としては、燃焼性、毒性を有する冷媒や、ＧＷＰ（地球温暖化係数）が比較的高い冷媒（例えば自然冷媒よりも高いＧＷＰ４以上６７５以下の冷媒）を用いることが可能である。燃焼性を有する冷媒としては、上述したＲ２９０（プロパン）の他、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ４７４ａ、Ｒ６００ａ（イソブタン）等を用いることができる。毒性を有する冷媒としては、ＮＨ_３（アンモニア）等を用いることができる。ＧＷＰの高い冷媒としては、Ｒ３２、Ｒ４５４Ｂ、Ｒ４５４Ｃ等を用いることができる。このうちＲ３２のＧＷＰが、最大の６７５となる。

第２室外熱交換器３６は、コルゲートフィン３６ａではなく、第１室外熱交換器２６のフィン２６ａと同様の、長方形の平板状のフィンを備えたものであってもよい。この場合、多数のフィンが上下方向に沿った状態で並べて配置され、扁平多穴管３６ｂが複数のフィンを貫通する形態とすることができる。

１０ ：冷凍装置
２１ ：第１冷媒回路
２２ ：第２冷媒回路
２６ ：第１室外熱交換器（第１熱交換器）
２７ ：補助熱交換器（第３熱交換器）
３６ ：第２室外熱交換器（第２熱交換器）
３６ａ ：コルゲートフィン
３６ｂ ：扁平多穴管
４１ ：室外ファン
５５ ：ケーシング
５８ ：第１連結部材
５９ ：第２連結部材

Claims (8)

1. 第１冷媒を循環させる第１冷媒回路（２１）と、
   前記第１冷媒とは異なる第２冷媒を循環させる第２冷媒回路（２２）と、
   前記第１冷媒と前記第２冷媒とを熱交換させる第３熱交換器（２７）と、
   空気流を生成するファン（４１）と、を備え、
   前記第１冷媒回路（２１）が、円管状の伝熱管（２６ｂ）を有する第１熱交換器（２６）を含み、
   前記第２冷媒回路（２２）が、扁平多穴管（３６ｂ）を有する第２熱交換器（３６）を含み、
   前記第１熱交換器（２６）と前記第２熱交換器（３６）とが上下に並べて配置され、
   前記第２熱交換器（３６）が前記第１熱交換器（２６）の上側に配置され、
   前記ファン（４１）が、前記第１熱交換器（２６）と前記第２熱交換器（３６）とが並ぶ上下方向に対して交差する方向に前記第１熱交換器（２６）及び前記第２熱交換器（３６）を通過する空気流を生成する、冷凍装置。
2. 前記第２熱交換器（３６）は、上下方向に間隔をあけて配置された複数の前記扁平多穴管（３６ｂ）と、上下に隣接する前記扁平多穴管（３６ｂ）の間に配置される、蛇行するフィンと、を備える、請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記第１熱交換器（２６）と前記第２熱交換器（３６）との上下方向の間隔が１０ｍｍ以下である、請求項１又は２に記載の冷凍装置。
4. 前記伝熱管（２６ｂ）が銅を主成分とする材料で形成され、前記扁平多穴管（３６ｂ）がアルミニウムを主成分とする材料で形成される、請求項１または２に記載の冷凍装置。
5. 前記第１熱交換器（２６）及び前記第２熱交換器（３６）を収容するケーシング（５５）と、
   前記第２熱交換器（３６）の上部に配置され、前記第１熱交換器（２６）及び前記第２熱交換器（３６）を通過する空気流を生成するファン（４１）と、をさらに備える、請求項１又は２に記載の冷凍装置。
6. 前記第１熱交換器（２６）と前記第２熱交換器（３６）とを連結する連結部材（５８，５９）をさらに備える、請求項１又は２に記載の冷凍装置。
7. 上面視において、前記第１熱交換器（２６）の長手方向の端部が、前記第２熱交換器（３６）の長手方向の端部の近傍に配置され、
   前記連結部材が、前記第１熱交換器（２６）の前記端部と前記第２熱交換器（３６）の前記端部とを連結する第１連結部材（５８）を含む、請求項６に記載の冷凍装置。
8. 前記連結部材が、上面視における前記第１熱交換器（２６）及び前記第２熱交換器（３６）の長手方向の中途部同士を連結する第２連結部材（５９）を含む、請求項６に記載の冷凍装置。
   

Images