JP7614521B2 - 二元冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

二元冷凍サイクル装置に関する。

環境保全の観点から、地球温暖化係数の小さな二酸化炭素（ＣＯ_２）を冷媒として利用する技術が注目されている。

ＣＯ_２を冷凍サイクル装置で冷媒として使用し、放熱器で熱源空気とＣＯ_２とを熱交換させる場合、ＣＯ_２の特性上、熱源空気の温度が高いと、放熱器で冷媒は相変化をせず、熱交換によるエンタルピ差が小さくなり効率が悪くなる。

そのため、例えば特許文献１（国際公開第２０１４／１８１３９９号）のように、冷媒としてＣＯ_２を利用するサイクルと、ＣＯ_２と熱交換する過冷却サイクルとを組み合わせることで、ＣＯ_２を利用するサイクルの過冷却域を広げ、効率を向上させた二元冷凍サイクル装置が知られている。

しかし、特許文献１（国際公開第２０１４／１８１３９９号）の二元冷凍サイクル装置では、過冷却サイクルの凝縮器が、ＣＯ_２を利用するサイクルの放熱器の風下側に配置されており、効率の観点からは改善の余地がある。

第１観点の二元冷凍サイクル装置は、送風機と、第１サイクルと、第２サイクルと、熱交換器と、を備える。第１サイクルでは、臨界点が４０℃以上の第１冷媒が循環する。第１サイクルは、送風機が供給する空気と第１冷媒とが熱交換する凝縮器を含む。第２サイクルでは、第２冷媒としての二酸化炭素が循環する。第２サイクルは、送風機が供給する空気と第２冷媒とが熱交換する放熱器を含む。熱交換器では、第１冷媒と第２冷媒とが熱交換する。凝縮器は、送風機が生成する気流の方向である第１方向において、放熱器の風上側に配置される。

第１観点の二元冷凍サイクル装置では、ＣＯ_２と熱交換して加熱された空気が第１サイクルの凝縮器を流れる第１冷媒と熱交換するのではなく、ＣＯ_２との熱交換前の空気が、第１サイクルの凝縮器を流れる第１冷媒と熱交換する。そのため、第１観点に係る二元冷凍サイクル装置では、凝縮器における熱交換効率を改善できる。

一方で、第１観点の二元冷凍サイクル装置では、低減サイクルの放熱器を流れるＣＯ_２は、少なくとも局所的に、第１冷媒と熱交換した空気と熱交換する。しかし、ＣＯ_２は熱交換の効率が比較的悪い冷媒であるため、第１冷媒と熱交換して加熱された空気が放熱器に供給されても、全体効率に与える影響は、ＣＯ_２と熱交換して加熱された空気が第１サイクルの凝縮器を流れる第１冷媒と熱交換する場合に比べて小さい。

第２観点の二元冷凍サイクル装置は、第１観点の二元冷凍サイクル装置であって、放熱器は、第１方向において凝縮器と重なる第１領域と、第１方向において凝縮器と重ならない第２領域と、を有する。

第２観点に係る二元冷凍サイクル装置では、放熱器が、空気の流れ方向において凝縮器と重なり合わない領域を有する。そのため、凝縮器の風下側に設置される放熱器であっても、凝縮器と重なり合わない領域では、比較的高い熱交換効率を実現できる。

第３観点の二元冷凍サイクル装置は、第１観点又は第２観点の二元冷凍サイクル装置であって、凝縮器は、第１冷媒が流入する第１入口部を有する。放熱器は、第２冷媒が流入する第２入口部を有する。第２入口部は、第１入口部の近傍に配置される。

凝縮器内を流れる第１冷媒の中で、最上流に位置する凝縮器の第１入口部を流れる第１冷媒の温度が最も高い。そのため、凝縮器の第１入口部を流れる第１冷媒と熱交換した空気の温度は比較的高温になりやすい。放熱器を流れる第２冷媒が、このような比較的高温の空気と熱交換する場合、比較的低温の空気と熱交換する場合に比べて、熱交換効率が低下しやすい。

第３観点に係る二元冷凍サイクル装置では、このような熱交換効率の低下を抑制するため、放熱器の入口部と凝縮器の入口部とを互いに近傍に配置している。放熱器内を流れる第２冷媒の中で、最上流に位置する放熱器の第２入口部では第２冷媒の温度が最も高いので、凝縮器の第１入口部付近を流れる第１冷媒と熱交換した空気が比較的高温でも、放熱器の熱交換効率の低下が抑制されやすい。

第４観点の二元冷凍サイクル装置は、第１観点から第３観点のいずれかの二元冷凍サイクル装置であって、送風機は羽根車を有する。羽根車の回転軸方向視において、凝縮器は、羽根車と少なくとも部分的に重なる。

第４観点に係る二元冷凍サイクル装置では、凝縮器を通過する風量が十分に確保されやすいため、凝縮器において、第１冷媒からの十分な放熱が図られやすい。

第５観点の二元冷凍サイクル装置は、第１観点から第４観点のいずれかの二元冷凍サイクル装置であって、凝縮器は、第１伝熱管を含む。放熱器は、第２伝熱管を含む。第１伝熱管及び第２伝熱管は、同一のフィンに挿入される。フィンでは、第１伝熱管の貫通部と第２伝熱管の貫通部との間に、スリットが形成されている。

第５観点に係る二元冷凍サイクル装置では、凝縮器と放熱器とが同一のフィンを利用しても、フィンを介した第１冷媒と第２冷媒との間の熱伝導が抑制されやすい。

第６観点の二元冷凍サイクル装置は、第５観点のいずれかの二元冷凍サイクル装置であって、凝縮器は、金属製の第１管板を更に含む。第１管板には、第１伝熱管が挿通され、第１伝熱管を支持する。放熱器は、金属製の第２管板を更に含む。第２管板には、第２伝熱管が挿通され、第２伝熱管を支持する。第１管板と第２管板とは別部材である。

第６観点に係る二元冷凍サイクル装置では、凝縮器と放熱器との間での熱伝導が抑制されやすい。

第７観点の二元冷凍サイクル装置は、第１観点、第２観点、第３観点、第５観点及び第６観点のいずれかの二元冷凍サイクル装置であって、送風機は、凝縮器及び放熱器の上方に配置される。送風機は、凝縮器は、放熱器の上部と少なくとも部分的に重なる位置に配置される。

上吹き型の熱源ユニットでは、送風機に近い上方側で風速が速くなる。第７観点に係る二元冷凍サイクル装置では、放熱器の上部と少なくとも部分的に重なる位置に凝縮器が配置されるため、凝縮器において第１冷媒を効率よく熱交換させることができる。

本開示の一実施形態に係る二元冷凍サイクル装置の概略構成図である。 図１の二元冷凍サイクル装置の熱源ユニットにおける、第１熱交換器、凝縮器、及び送風機の配置を概略的に示した、熱源ユニットの内部の平面図である。 図２ＡのＡ－Ａ矢視における第１熱交換器、凝縮器、及び送風機の側面図である。 図２Ａ及び図２Ｂの第１の実施例に係る第１熱交換器及び凝縮器を背面側から見た概略背面図である。 第２の実施例に係る第１熱交換器及び凝縮器を背面側から見た概略背面図である。 第２の実施例に係る第１熱交換器及び凝縮器を備えた熱源ユニットの、第１熱交換器、凝縮器、及び送風機の配置を概略的に示した、熱源ユニットの内部の平面図である。 第３の実施例に係る第１熱交換器及び凝縮器を背面側から見た概略背面図である。 第２の実施例に係る第１熱交換器及び凝縮器を備えた熱源ユニットの、第１熱交換器、凝縮器、及び送風機の配置を概略的に示した、熱源ユニットの内部の平面図である。 第４の実施例における、フィンを共有する第１熱交換器及び凝縮器（一体化熱交換器）の配置を概略的に示した、熱源ユニットの内部の平面図である。 第４の実施例に係る第１熱交換器及び凝縮器の管板の概略図である。 第４の実施例に係る第１熱交換器及び凝縮器の変形例に係る管板の概略図である。 第４の実施例に係る第１熱交換器及び凝縮器のフィンの概略図である。 変形例Ａに係る熱源ユニットの、第１熱交換器、凝縮器、及び送風機の配置の一例を概略的に示した、熱源ユニット内部の概略側面図である。 変形例Ａに係る熱源ユニットの、第１熱交換器、凝縮器、及び送風機の配置の他の例を概略的に示した、熱源ユニット内部の概略側面図である。 変形例Ａに係る熱源ユニットの、第１熱交換器、凝縮器、及び送風機の配置のさらに他の例を概略的に示した、熱源ユニット内部の概略側面図である。 変形例Ａに係る熱源ユニットの、第１熱交換器及び凝縮器の配置を概略的に示した、熱源ユニット内部の概略平面図である。 第２サイクルを単独で用いる場合の性能と、第１サイクルと第２サイクルとを組み合わせて用いる場合の性能とを説明するための概略的なモリエル線図である。 第２サイクルの効率に与える外気温の影響を説明するためのモリエル線図である。

本開示に係る二元冷凍サイクル装置の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

（１）全体概要
本開示の二元冷凍サイクル装置１の概要について、図１を参照しながら説明する。図１は、二元冷凍サイクル装置１の概略構成図である。

二元冷凍サイクル装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行い、温度調整対象の冷却や加熱を行う装置である。本実施形態では、二元冷凍サイクル装置１は、温度調整対象であるビル等の室内の空気を冷却したり、加熱したりすることで、ビル等の室内の冷暖房を行う。

本実施形態では、二元冷凍サイクル装置１の温度調整対象は空気であるが、本開示の二元冷凍サイクル装置は、温度調整対象である水や熱媒体等の冷却や加熱を行う装置であってもよい。また、本実施形態では、二元冷凍サイクル装置１はビル等の室内の冷暖房を行うが、二元冷凍サイクル装置は、冷房専用の装置でもよい。

二元冷凍サイクル装置１は、図１に示すように、蒸気圧縮式の第１サイクル１００と、蒸気圧縮式の第２サイクル１０と、送風機４０と、制御装置９０と、を主に有する。

第１サイクル１００は、第２サイクル１０で用いられる第２冷媒に比べて臨界点が高い第１冷媒が循環する冷媒回路である。

第１冷媒は、臨界点が４０℃以上の冷媒である。好ましくは、第１冷媒は、臨界点が５０℃以上の冷媒である。また、第１冷媒は、地球温暖化係数の比較的小さな冷媒であることが好ましい。冷媒の種類を限定するものではないが、第１冷媒は、例えば、Ｒ２９０（臨界点３７０℃）、Ｒ１２３４ｙｆ（臨界点９５℃）、Ｒ１２３４ｚｅ（臨界点１５４℃）、又は、Ｒ３２（臨界点７２℃）のいずれかの単一冷媒や、これらの冷媒を含む混合冷媒である。

第２サイクル１０は、第２冷媒として、二酸化炭素（ＣＯ_２）を含む冷媒が循環する冷媒回路である。ＣＯ_２の臨界点は、３１．１℃である。本実施形態では、第２サイクル１０を循環する冷媒は、ＣＯ_２の単一冷媒である。

第１サイクル１００と第２サイクル１０とは、カスケード熱交換器３０を介して、熱的に接続されている。カスケード熱交換器３０では、第１サイクル１００を循環する第１冷媒と、第２サイクル１０を循環する第２冷媒と、が熱交換する。

二元冷凍サイクル装置１は、以下の理由から、第２サイクル１０に加え、第１サイクル１００を有する。

現在、環境保全の観点から、ＣＯ_２の冷媒としての使用が注目されている。ＣＯ_２は、地球温暖化係数が小さいという優れた特徴を有する半面、臨界点が低いという特性を有する。そのため、冷凍サイクル装置において、ＣＯ_２を第２冷媒として用いる第２サイクルだけを冷凍サイクル装置に用いる場合に、熱源空気の温度が高い条件（熱源空気の温度がＣＯ２の臨界点を超えるような条件）で熱源側の熱交換器を放熱器として利用して冷房運転を行うと、ＣＯ_２は相変化しないため、そのサイクルは図１１に破線で示したようなサイクルとなる。このようなサイクルでは、熱交換によるエンタルピ差が小さくなるため、得られる冷却能力は、図１１中に破線の二重両矢印で示すように比較的小さくなり、効率が悪くなる。

これに対し、本開示の二元冷凍サイクル装置１では、ＣＯ_２を第２冷媒として用いる第２サイクルに加え、臨界点の比較的高い第１サイクルを第２冷媒の過冷却に用いるため、図１１のモリエル線図に一点鎖線で示すようにサイクルを改善し、得られる冷却能力を、図１１中に一点鎖線の二重両矢印で示されるように拡大することができる。

送風機４０は、第１サイクル１００の凝縮器１０４及び第２サイクル１０の第１熱交換器２６に熱源となる空気（熱源空気）を供給するため、気流を生成する装置である。

なお、二元冷凍サイクル装置１は、図１に示すように、熱源ユニット２０と、利用ユニット５０と、に分けられる。熱源ユニット２０と利用ユニット５０とは、第２サイクル１０を構成する連絡配管１２，１４を介して接続される。

熱源ユニット２０は、筐体２３を有する。筐体２３には、第１サイクル１００を構成する各種機器や、第２サイクル１０を構成する各種機器の一部や、送風機４０等が収容される。熱源ユニット２０は、設置場所を限定するものではないが、例えば、二元冷凍サイクル装置１が設置されるビル等の建物の屋上や、建物の壁沿い等に設置される。

利用ユニット５０は、筐体５１を有する。筐体５１には、第２サイクル１０の第２熱交換器５２や、第２熱交換器５２に空気を供給する図示しない送風機等が収容される。利用ユニット５０は、例えば、空調対象空間や、空調対象空間の近傍（例えば、空調対象空間の天井裏等）に設置される。なお、図１の例では、第２熱交換器５２を有する利用ユニット５０を１つだけしか描画していないが、二元冷凍サイクル装置１は、互いに並列に接続される、第２熱交換器５２を有する利用ユニット５０を複数有するものであってもよい。

制御装置９０は、第２サイクル１０を構成する各種機器や、第１サイクル１００を構成する各種機器や、送風機４０と電気的に接続され、電気的に接続されている機器の動作を制御する。

（２）詳細
第１サイクル１００、第２サイクル１０、送風機４０、制御装置９０、及び熱源ユニット２０について詳細を説明する。

（２－１）第１サイクル
第１サイクル（第１冷媒回路）１００では、第１冷媒が循環する。第１サイクル１００は、主に、冷房運転時に、第２サイクルを流れる第２冷媒の過冷却に用いられる。

第１サイクル１００は、配管により接続されている、圧縮機１０２と、凝縮器１０４と、膨張機構１０６と、カスケード熱交換器３０と、を主に含む。第１サイクル１００では、圧縮機１０２から吐出される第１冷媒は、凝縮器１０４、膨張機構１０６、及びカスケード熱交換器３０を、この順番に流れ、圧縮機１０２の吸入側へと戻る。

圧縮機１０２は、第１冷媒を圧縮する。例えば、圧縮機１０２は、インバータ制御式のモータを有する、運転容量可変の圧縮機である。ただし、圧縮機１０２は、運転容量一定の圧縮機であってもよい。圧縮機１０２は、例えばスクロール圧縮機やロータリ圧縮機である。ただし、圧縮機１０２のタイプは、例示のものに限定されず、適宜選択されればよい。

凝縮器１０４では、送風機４０が供給する空気（熱源空気）と第１冷媒とが熱交換する。凝縮器１０４では、第１冷媒は、熱源空気から冷熱を得る。凝縮器１０４は、例えば、多数の伝熱管及びフィンを有するフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。

膨張機構１０６は、第１冷媒を減圧する。膨張機構１０６は、例えば、開度可変の電子膨張弁である。ただし、これに限定されるものではなく、膨張機構１０６は、感温筒を有する温度自動膨張弁や、キャピラリチューブでもよい。

カスケード熱交換器３０は、第１冷媒と第２冷媒とを、互いに混合させることなく熱交換を行わせる。カスケード熱交換器３０は、例えば、プレート型熱交換器である。カスケード熱交換器３０は、第１サイクル１００の一部を構成する第１流路３２と、第２サイクル１０の一部を構成する第２流路３４と、を有する。カスケード熱交換器３０では、第１流路３２を流れる第１冷媒と第２流路３４を流れる第２流体とが熱交換を行い、第２流体が、第１流体により冷却される。第１流路３２は、一端が冷媒配管を介して膨張機構１０６に接続され、他端が冷媒配管を介して圧縮機１０２の吸入側に接続されている。

（２－２）第２サイクル
第２サイクル（第２冷媒回路）１０では、第２冷媒が循環する。第２サイクル１０を循環する第２冷媒は、温度調整対象の空間の空気の冷却や加熱に用いられる。

第２サイクル１０は、圧縮機２２と、切換機構２４と、第１熱交換器２６と、カスケード熱交換器３０と、膨張機構２８と、第２熱交換器５２と、を主に含む。

圧縮機２２は、第２冷媒を圧縮する。例えば、圧縮機２２は、インバータ制御式のモータを有する、運転容量可変の圧縮機である。ただし、圧縮機２２は、運転容量一定の圧縮機であってもよい。圧縮機２２は、例えばスクロール圧縮機やロータリ圧縮機である。ただし、圧縮機２２のタイプは、例示のものに限定されず、適宜選択されればよい。

切換機構２４は、第２サイクル１０の状態を、第１状態と、第２状態と、の間で切り換える機構である。第２サイクル１０が第１状態にある時には（図１の切換機構２４の実線を参照）、第１熱交換器２６は第２冷媒の放熱器として機能し、かつ、第２熱交換器５２は第２冷媒の蒸発器として機能する。第２サイクル１０が第２状態にある時には（図１の切換機構２４の破線を参照）、第１熱交換器２６は第２冷媒の蒸発器として機能し、かつ、第２熱交換器５２は第２冷媒の放熱器として機能する。

切換機構２４は、例えば、四路切換弁である。切換機構２４は、第２サイクル１０の状態を第１状態とするときには、吐出配管２１ｂと第１配管２１ｃとを接続し、かつ、吸入配管２１ａと第３配管２１ｅとを接続する。また、切換機構２４は、第２サイクル１０の状態を第２状態とするときには、吐出配管２１ｂと第３配管２１ｅとを接続し、かつ、吸入配管２１ａと第１配管２１ｃとを接続する。ここで、吐出配管２１ｂは、圧縮機２２の吐出側と切換機構２４とを接続する配管である。第１配管２１ｃは、切換機構２４と第１熱交換器２６とを接続する配管である。吸入配管２１ａは、圧縮機２２の吸入側と切換機構２４とを接続する配管である。第３配管２１ｅは、切換機構２４と連絡配管１４とを接続する配管である。

第１熱交換器２６では、送風機４０が供給する空気（熱源空気）と第２冷媒とが熱交換する。第２サイクル１０の状態が第１状態にある時には、第１熱交換器２６は放熱器として機能し、第２冷媒は、第１熱交換器２６において、熱源空気から冷熱を得る。第２サイクル１０の状態が第２状態にある時には、第１熱交換器２６は蒸発器として機能し、第２冷媒は、第１熱交換器２６において熱源空気から温熱を得る。第１熱交換器２６は、例えば、多数の伝熱管及びフィンを有するフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。

カスケード熱交換器３０は、前述のように、第１冷媒と第２冷媒とを、互いに混合させることなく熱交換を行わせる熱交換器であって、カスケード熱交換器３０の第２流路３４は、第２サイクル１０の一部を構成する。カスケード熱交換器３０は、第２配管２１ｄに配置される。第２配管２１ｄは、第２サイクル１０において、第１熱交換器２６と連絡配管１２を接続する配管である。

膨張機構２８は、第２冷媒を減圧する。膨張機構２８は、第２配管２１ｄ上であって、カスケード熱交換器３０と、第２配管２１ｄと連絡配管１２との接続部との間に配置される。膨張機構２８は、開度可変の電子膨張弁である。ただし、これに限定されるものではなく、膨張機構２８は、感温筒を有する温度自動膨張弁や、キャピラリチューブでもよい。

第２熱交換器５２では、第２冷媒と空調対象空間の空気とが熱交換する。第２熱交換器５２は、筐体５１内に収容されている。第２熱交換器５２には、筐体５１内に配置される図示しない送風機により、空調対象空間の空気が供給される。第２熱交換器５２では、送風機が供給する空調対象空間の空気と第２冷媒との熱交換が行われる。第２サイクル１０の状態が第１状態にある時には、第２熱交換器５２は蒸発器として機能し、第２熱交換器５２では、第２冷媒により空調対象空間の空気が冷却される。第２サイクル１０の状態が第２状態にある時には、第２熱交換器５２は放熱器として機能し、第２熱交換器５２では、第２冷媒により空調対象空間の空気を加熱される。第２熱交換器５２は、例えば、多数の伝熱管及びフィンを有するフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。

（２－３）送風機
送風機４０は、熱源ユニット２０の筐体２３内に収容される。送風機４０は、図示しないモータにより羽根車４２を回転軸Ｏ周りで回転させることで、熱源ユニット２０の筐体２３内に収容されている、第１サイクル１００の凝縮器１０４及び第２サイクル１０の第１熱交換器２６に熱源空気を供給し、第１冷媒及び第２冷媒と、熱源空気との熱交換を促進する。送風機のタイプを限定するものではないが、送風機４０は、軸流ファンである。特に、本実施形態では、送風機４０は、例えばプロペラファンである。

（２－４）制御装置
制御装置９０は、二元冷凍サイクル装置１の動作を制御する装置である。

制御装置９０は、第１サイクル１００の圧縮機１０２及び膨張機構１０６、第２サイクル１０の圧縮機２２、切換機構２４及び膨張機構２８、及び送風機４０と電気的に接続されている（図１の破線参照）。制御装置９０は、電気的に接続されているこれらの機器の動作を制御することで、二元冷凍サイクル装置１の動作を制御する。

本実施形態では、熱源ユニット２０に搭載されている図示を省略する電気回路や制御基板と、利用ユニット５０に搭載される図示を省略する電気回路や制御基板とが通信可能に接続され、これらが協働することで制御装置９０として機能する。なお、図１では、便宜上、熱源ユニット２０や利用ユニット５０等とは離れた位置に制御装置９０を図示している。

本実施形態では、制御装置９０は、制御演算装置と、記憶装置と、を含む。制御演算装置には、ＣＰＵ等のプロセッサを使用できる。制御演算装置は、記憶装置に記憶されているプログラムを読み出し、このプログラムに従い、二元冷凍サイクル装置１の動作を制御する。

具体的には、制御装置９０は、二元冷凍サイクル装置１に暖房運転を行わせる際には、切換機構２４の動作を制御して、第２サイクル１０の状態を第２状態とし、圧縮機２２を運転する。制御装置９０は、適宜の箇所に配置される図示しないセンサ（第２サイクル１０の適宜の箇所において第２冷媒の温度や圧力を計測するセンサや、熱源空気の温度を計測するセンサ、以後、第１センサと呼ぶ）の計測結果に基づいて、圧縮機２２のモータの運転容量を制御する。また、制御装置９０は、送風機４０や利用ユニット５０の送風機のモータを、所定の回転数で運転する。さらに、制御装置９０は、第１センサの計測結果に基づいて、膨張機構２８としての電子膨張弁の開度を制御する。

また、制御装置９０は、二元冷凍サイクル装置１に冷房運転を行わせる際には、切換機構２４の動作を制御して、第２サイクル１０の状態を第１状態とし、圧縮機２２を運転する。制御装置９０は、第１センサの計測結果に基づいて、圧縮機２２のモータの運転容量を制御する。また、制御装置９０は、送風機４０や利用ユニット５０の送風機のモータを、所定の回転数で運転する。さらに、制御装置９０は、第１センサの計測結果に基づいて、膨張機構２８としての電子膨張弁の開度を制御する。

さらに、制御装置９０は、二元冷凍サイクル装置１に冷房運転を行わせる際には、圧縮機１０２を運転する。制御装置９０は、二元冷凍サイクル装置１に冷房運転を行わせる際には常に圧縮機１０２を運転してもよい。または、制御装置９０は、例えば熱源空気（外気）の温度が所定温度より高い場合に圧縮機１０２を運転してもよい。制御装置９０は、適宜の箇所に配置される図示しないセンサ（第１サイクル１００の適宜の箇所において第１冷媒の温度や圧力を計測するセンサや、熱源空気の温度を計測するセンサ、以後、第２センサと呼ぶ）の計測結果に基づいて、圧縮機１０２のモータの運転容量を制御する。また、制御装置９０は、第２センサの計測結果に基づいて、膨張機構１０６としての電子膨張弁の開度を制御する。

（２－５）熱源ユニット
図１に加え、主に図２Ａ，図２Ｂ及び図３も参照しながら、熱源ユニット２０について説明する。図２Ａは、二元冷凍サイクル装置１の熱源ユニット２０における、第１熱交換器２６、凝縮器１０４、及び送風機４０の配置を概略的に示した、熱源ユニット２０の内部の平面図である。図２Ｂは、図２ＡのＡ－Ａ矢視における第１熱交換器２６、凝縮器１０４、及び送風機４０の側面図である。図３は、図２Ａ及び図２Ｂの第１の実施例に係る第１熱交換器２６及び凝縮器１０４を、背面側から見た概略背面図である。

以下の説明では、方向や位置を表すため、便宜上、「上」、「下」、「前（正面）」、「後（背面）」、「左」、「右」等の方向を示す表現を用いる。特記なき場合、「上」、「下」、「前（正面）」、「後（背面）」、「左」、「右」等の表現は、図面中の矢印の方向の向きに従う。なお、特記なき場合、これらの表現は、本願開示の内容を限定することを目的とするものではない。

熱源ユニット２０は、第１サイクル１００を構成する各種機器や、第２サイクル１０を構成する各種機器や、送風機４０等が収容される筐体２３を有する。筐体２３は、前述のように、二元冷凍サイクル装置１が設置されるビル等の建物の屋上や、建物の壁沿い等に設置される。

なお、ここでの熱源ユニット２０は、筐体２３の背面や左側面に設けられた開口（図示省略）から空気を取り込み、凝縮器１０４で第１冷媒と熱交換した空気や、第１熱交換器２６で第２冷媒と熱交換した空気を、筐体２３の正面に設けられた開口から吹き出す、横吹きタイプの熱源ユニットである。

筐体２３には、第１サイクル１００を構成する圧縮機１０２、凝縮器１０４、カスケード熱交換器３０、膨張機構１０６、及び、これらの機器を接続する、第１冷媒が流れる配管が収容される。また、筐体２３には、第２サイクル１０を構成する圧縮機２２、切換機構２４、第１熱交換器２６、カスケード熱交換器３０、膨張機構２８、及び、これらを接続する、第２冷媒が流れる配管２１ａ～２１ｅが収容される。また、筐体２３には、送風機４０が収容される。

なお、筐体２３の内部には、前後方向に延びる仕切板２３ａが配置されている（図２Ａでは、仕切板２３ａを二点鎖線で示している）。仕切板２３ａは、筐体２３の底板付近から、筐体２３の天板付近まで延びる。筐体２３の内部は、仕切板２３ａにより、機械室Ｓ１と、送風室Ｓ２とに区画されている。

機械室Ｓ１には、圧縮機１０２、カスケード熱交換器３０、膨張機構１０６、圧縮機２２、切換機構２４、膨張機構２８や、第１サイクル１００の配管の一部、第２サイクル１０の配管の一部が主に配置される（図２Ａでは、機械室Ｓ１内の機器の図示は省略）。送風室Ｓ２には、凝縮器１０４、第１熱交換器２６及び送風機４０が主に配置される。

以下では、送風室Ｓ２に配置される、凝縮器１０４、第１熱交換器２６及び送風機４０について主に説明する。なお、以下では、第１熱交換器２６における冷媒の流れについても言及するが、ここでは、二元冷凍サイクル装置１が冷房運転を行う際の（第１熱交換器２６が放熱器である場合の）冷媒の流れについて説明を行う。例えば、後述する第１熱交換器２６の入口部２６ｉや第１熱交換器２６の出口部２６ｏは、二元冷凍サイクル装置１が冷房運転を行う際の第２サイクル１０の第２冷媒の流れにおける、第１熱交換器２６への第２流体の入口部や、第１熱交換器２６からの第２流体の出口部を意味する。

図２Ａ及び図３に示す、第１の実施例に係る凝縮器１０４及び第１熱交換器２６は、別々の熱交換器である。ここで、凝縮器１０４及び第１熱交換器２６が別々の熱交換器であるとは、後述する図６の第４の実施例とは異なり、凝縮器１０４と第１熱交換器２６とが管板やフィン等の部品を共用していないことを意味する。

第１熱交換器２６は、上面視においてＬ字状に形成されている。第１熱交換器２６は、筐体２３の背面側の縁部付近を、機械室Ｓ１の近傍から筐体２３の左後方角部付近まで延び、筐体２３の左後方角部付近で方向を変えて、筐体２３の左前方角部近傍まで延びる。

凝縮器１０４は、上面視においてＩ字形状に形成されている。凝縮器１０４は、筐体２３の背面側の縁部付近を、機械室Ｓ１の近傍から送風室Ｓ２の左右方向における中間部分まで延びる。凝縮器１０４は、第１熱交換器２６の背部に配置される。

送風機４０は、送風室Ｓ２の左右方向における中央部であって、送風室Ｓ２の前側に配置される。送風室Ｓ２を囲む筐体２３の後方、左方、及び前方の側壁には図示しない開口が形成されている。送風機４０のモータが運転されて、送風機４０の羽根車４２が回転すると、筐体２３の後方及び左方の開口から空気が吸い込まれ、筐体２３の前方の開口から吹き出される。ここでは送風機４０が生成する気流であって、特に凝縮器１０４及び第１熱交換器２６を通過する際の気流の方向（以下では、気流方向Ｄと称する）を、気流方向として矢印Ｄで表す。

凝縮器１０４は、上下方向に多数並べられている伝熱管１０４ａと、伝熱管１０４ａに取り付けられる多数のフィン（図示省略）と、伝熱管１０４ａが取り付けられ、取り付けられた伝熱管１０４ａを支持する一対の管板１０４ｐを含む。

伝熱管１０４ａは、左右方向に直線的に延びる。なお、ここに例示する凝縮器１０４では、気流方向Ｄ（ここでは前後方向）において、伝熱管１０４ａが１列しか配置されていない。ただし、これに限定されるものではなく、凝縮器１０４では、後述する第１熱交換器２６のように、気流方向Ｄに伝熱管２６ａが複数列並べられてもよい。

凝縮器１０４の一対の管板１０４ｐは、金属製である。一対の管板１０４ｐは、伝熱管１０４ａの左右の端部近傍に配置される。機械室Ｓ１近傍に配置される管板１０４ｐ側の伝熱管１０４ａの端部の一部は、第１冷媒が流入する凝縮器１０４の入口部１０４ｉ（第１入口部）として機能する。また、機械室Ｓ１近傍に配置される管板１０４ｐ側の伝熱管１０４ａの端部の一部は、第１冷媒が流出する凝縮器１０４の出口部１０４ｏとして機能する。凝縮器１０４の入口部１０４ｉから流入した冷媒は、伝熱管１０４ａの端部に取り付けられているＵ字管（図示省略）や、伝熱管１０４ａの端部に取り付けられているヘッダ管（図示省略）で折返し（伝熱管１０４ａの左右の端部間を１回又は複数回折り返して）、最終的に凝縮器１０４の出口部１０４ｏから流出する。

なお、図示は省略するが、入口部１０４ｉの配置される凝縮器１０４の右端近傍には、圧縮機１０２から流れてくる冷媒を複数の入口部１０４ｉへと分留させるヘッダや分流器等が設けられる。また、図示は省略するが、出口部１０４ｏの配置される凝縮器１０４の右端近傍には、複数の出口部１０４ｏから流出する冷媒を合流させるヘッダや合流装置等が設けられる。

第１熱交換器２６は、上下方向に多数並べられている多数の伝熱管２６ａと、伝熱管２６ａに取り付けられる多数のフィン（図示省略）と、伝熱管２６ａが取り付けられ、取り付けられた伝熱管２６ａを支持する一対の管板２６ｐを含む。

伝熱管２６ａは、上方から見た時に、Ｌ字形状を有する。伝熱管２６ａは、機械室Ｓ１の近傍から、筐体２３の左後方角部近傍まで延び、筐体２３の左後方角部近傍で方向を変えて、筐体２３の左前方角部近傍まで前方に延びる。

また、第１熱交換器２６では、上下方向に並べて配置される伝熱管２６ａが、送風機４０が生成する気流方向Ｄに２列並べて配置されている。ただし、第１熱交換器２６では、気流方向Ｄに伝熱管２６ａが１列しか並べられていなくてもよく、気流方向Ｄに伝熱管２６ａが３列以上並べて配置されてもよい。

第１熱交換器２６の一対の管板２６ｐは、金属製である。一対の管板２６ｐは、伝熱管２６ａの端部近傍に配置される。機械室Ｓ１近傍に配置される管板２６ｐ側の伝熱管２６ａの端部の一部は、第２冷媒が流入する入口部２６ｉ（第２入口部）として機能する。また、機械室Ｓ１近傍に配置される管板２６ｐ側の伝熱管２６ａの端部の一部は、第２冷媒が流出する出口部２６ｏとして機能する。第１熱交換器２６の入口部２６ｉから流入した冷媒は、伝熱管２６ａの端部に取り付けられているＵ字管（図示省略）や、伝熱管２６ａの端部に取り付けられているヘッダ管（図示省略）で折返し（伝熱管２６ａの左右の端部間を１回又は複数回折り返して）、最終的に第１熱交換器２６の出口部２６ｏから流出する。なお、本実施形態の第１熱交換器２６では、前述のように、気流方向Ｄに２列の伝熱管２６ａが並べられており、ある列の伝熱管２６ａを流れた冷媒が、折返しの際に、他の列の伝熱管２６ａに流入してもよい。

なお、図示は省略するが、入口部２６ｉの配置される、機械室Ｓ１近傍の第１熱交換器２６の近傍には、第１配管２１ｃから流れてくる冷媒を複数の入口部２６ｉへと分留させるヘッダや分流器等が設けられる。また、図示は省略するが、出口部２６ｏの配置される、機械室Ｓ１近傍の凝縮器１０４の近傍には、複数の出口部２６ｏから流出する冷媒を合流させるヘッダや合流装置等が設けられる。

なお、第１熱交換器２６及び凝縮器１０４における冷媒のパス取りは（第１熱交換器２６の複数の伝熱管２６ａ及び凝縮器１０４の複数の伝熱管１０４ａにどのような経路で冷媒を流すか）は、適宜決定されればよい。

第１の実施例に係る第１熱交換器２６及び凝縮器１０４の位置関係や、第１熱交換器２６及び凝縮器１０４のサイズについて説明する。

凝縮器１０４は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、第１熱交換器２６の後方に配置される。言い換えると、凝縮器１０４は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、送風機４０が生成する気流方向Ｄにおいて、冷房時に放熱器として機能する第１熱交換器２６の風上側に配置される。

また、好ましくは、伝熱管１０４ａの延びる方向における凝縮器１０４の一方側の端部（機械室Ｓ１の近傍に配置される端部）は、伝熱管２６ａの延びる方向における第１熱交換器２６の一方側の端部（機械室Ｓ１の近傍に配置される端部）の近傍に配置される（図３参照）。より詳細には、伝熱管１０４ａの延びる方向における凝縮器１０４の一方側の端部は、前後方向及び左右方向において、伝熱管２６ａの延びる方向における第１熱交換器２６の一方側の端部（機械室Ｓ１の近傍に配置される端部）の近傍に配置される（図３参照）。

前述のように、凝縮器１０４の機械室Ｓ１の近傍に配置される端部には、入口部１０４ｉが設けられる。また、第１熱交換器２６の機械室Ｓ１の近傍に配置される端部には、入口部２６ｉが設けられる。

したがって、凝縮器１０４の第１冷媒が流入する入口部１０４ｉ（第１入口部）は、第１熱交換器２６の第２冷媒が流入する入口部２６ｉ（第２入口部）の近傍に配置される。特には、図２Ａの第１の実施例では、凝縮器１０４の第１冷媒が流入する入口部１０４ｉは、伝熱管２６ａ，伝熱管１０４ａの延びる方向において、また気流方向Ｄにおいて、第１熱交換器２６の第２冷媒が流入する入口部２６ｉの近傍に配置される。同様に、凝縮器１０４の第１冷媒が流出する出口部１０４ｏは、第１熱交換器２６の第２冷媒が流出する出口部２６ｏ（第２入口部）の近傍に配置される。

なお、凝縮器１０４の入口部１０４ｉ及び出口部１０４ｏの配置される位置（入口部１０４ｉ及び出口部１０４ｏが設けられる側の凝縮器１０４の端部の位置）は、第１熱交換器２６の入口部２６ｉ及び出口部２６ｏの配置される位置（入口部２６ｉ及び出口部２６ｏが設けられる側の第１熱交換器２６の端部）とは、離れていてもよい。例えば、図２Ａの第１の実施例において、凝縮器１０４の入口部１０４ｉ及び出口部１０４ｏの配置される位置（伝熱管１０４ａの端部の位置）は、第１熱交換器２６の入口部２６ｉ及び出口部２６ｏの配置される位置よりも左側に離れた位置であってもよい。

ただし、熱源ユニット２０の製造のしやすさの観点からは、凝縮器１０４の入口部１０４ｉ及び出口部１０４ｏの配置される位置と、第１熱交換器２６の入口部２６ｉ及び出口部２６ｏの配置される位置とは近づけて配置することが好ましい。

さらに、凝縮器１０４の入口部１０４ｉと第１熱交換器２６の入口部２６ｉとを近傍に配置することで以下のような効果が得られる。なお、特にこの場合には、凝縮器１０４の入口部１０４ｉ（第１入口部）は、気流方向Ｄにおいて、放熱器として機能する第１熱交換器２６の入口部２６ｉ（第２入口部）と重ねて配置されることが好ましい。

凝縮器１０４内を流れる第１冷媒の中で、最上流に位置する凝縮器１０４の入口部１０４ｉを流れる第１冷媒の温度が最も高い。そのため、凝縮器１０４の入口部１０４ｉを流れる第１冷媒と熱交換した空気の温度は比較的高温になりやすい。放熱器として機能する第１熱交換器２６を流れる第２冷媒が、このような比較的高温の空気と熱交換する場合、比較的低温の空気と熱交換する場合に比べて、熱交換効率が低下しやすい。

このような熱交換効率の低下を抑制するため、凝縮器１０４の入口部１０４ｉと第１熱交換器２６の入口部２６ｉとを近傍に配置することが好ましい。放熱器としての第１熱交換器２６内を流れる第２冷媒の中で、最上流に位置する第１熱交換器２６の入口部２６ｉでは第２冷媒の温度が最も高いので、凝縮器１０４の入口部１０４ｉを流れる第１冷媒と熱交換した空気が比較的高温でも、放熱器としての第１熱交換器２６の熱交換効率の低下が抑制されやすい。

本実施形態では、凝縮器１０４の左右方向の長さは、図２Ａに示すように、第１熱交換器２６の左右方向に延びる部分の長さに比べて短い。ただし、凝縮器１０４は、羽根車（プロペラ）４２の回転軸Ｏの軸方向視において、羽根車４２と少なくとも部分的に重なる。ただし、送風機４０の羽根車４２に正対した時に（送風機４０の羽根車４２を、送風機４０の羽根車４２が吹き出す気流の方向とは逆向きに（図２Ａの例でいれば正面側から）見た時に）、凝縮器１０４は、羽根車４２と少なくとも部分的に重なるように配置されることが好ましい。

例えば、凝縮器１０４が、機械室Ｓ１の近傍に配置される右側端部から左側に、ごく短い距離しか（羽根車４２の回転軸Ｏの軸方向視において、羽根車４２と重ならない位置までしか）存在しない場合には、凝縮器１０４を通過する風量が十分に確保されにくい。これに対し、本実施形態のように、送風機４０の羽根車４２に正対した時に、凝縮器１０４が羽根車４２と少なくとも部分的に重なるように配置されることで、凝縮器１０４を通過する風量が十分に確保されやすい。

また、本実施形態では、図２Ｂ及び図３に示すように、凝縮器１０４の上下方向の高さは、第１熱交換器２６の上下方向の高さよりも低い。ただし、これに限定されるものではなく、凝縮器１０４の上下方向の高さは、第１熱交換器２６の上下方向の高さと同じでもよい。

凝縮器１０４の左右方向の長さが第１熱交換器２６の左右方向に延びる部分の長さに比べて短く、及び／又は、凝縮器１０４の上下方向の高さが第１熱交換器２６の上下方向の高さよりも低いことで、気流方向Ｄの上流側から見た時に、凝縮器１０４は、第１熱交換器２６の一部だけを覆う。言い換えれば、気流方向Ｄにおいて、凝縮器１０４は、第１熱交換器２６の一部だけと重なる。

図３では、斜線のハッチングを付した部分は、背面視において、第１熱交換器２６と凝縮器１０４とが重ねて配置されている領域を示す。一方で、図３では、ドットのハッチングを付した部分は、背面視において、第１熱交換器２６と凝縮器１０４とが重なっていない部分を示す。言い換えれば、本実施形態では、気流方向Ｄの上流側から見た時に、凝縮器１０４の面積は、第１熱交換器２６の面積よりも小さい。そのため、二元冷凍サイクル装置１では、第１熱交換器２６は、気流方向Ｄにおいて凝縮器１０４と重なる第１領域Ｒ１と、気流方向Ｄにおいて凝縮器１０４と重ならない第２領域Ｒ２と、を有する、図３では、斜線のハッチングを付した部分が、第１熱交換器２６の第１領域Ｒ１に対応し、ドットのハッチングを付した部分が、第１熱交換器２６の第２領域Ｒ２に対応する。

本実施形態では、凝縮器１０４は、送風機４０が生成する気流方向Ｄにおいて、第１熱交換器２６の風上側に配置される。そのため、第１熱交換器２６と凝縮器１０４とが気流方向Ｄにおいて重ねて配置されている場合には、第１熱交換器２６では、凝縮器１０４において第１冷媒と熱交換した空気が、第２冷媒と熱交換することになる。そのため、第１熱交換器２６と凝縮器１０４とが気流方向Ｄにおいて重ねて配置されている部分では、第２冷媒が熱源空気（外気）と直接熱交換をする場合に比べて熱交換効率は悪くなる。しかし、本実施形態では、第２領域Ｒ２が存在するので、第１熱交換器２６の少なくとも一部の領域では、第２冷媒を第１冷媒と熱交換していない熱源空気（外気）と直接熱交換させることができ、全体として第１熱交換器２６の熱交換効率低下の低下を抑制できる。

なお、凝縮器１０４の形状、寸法や配置は、図２Ａ、図２Ｂ及び図３に描画したものに限定されない。例えば、凝縮器１０４には、以下のような形状、寸法、配置が採用されてもよい。

＜第２の実施例＞
図４Ａは、第２の実施例に係る第１熱交換器２６及び凝縮器１０４を、背面側から見た概略背面図である。図４Ｂは、第２の実施例に係る第１熱交換器２６及び凝縮器１０４を備えた熱源ユニット２０の、第１熱交換器２６、凝縮器１０４、及び送風機４０の配置を概略的に示した、熱源ユニット２０の内部の平面図である。なお、第２の実施例の第１熱交換器２６は、第１の実施例の第１熱交換器２６と同様であるので、ここでは第１熱交換器２６の説明は省略する。

図４Ａの第２の実施例の凝縮器１０４は、図２Ａの第１の実施例の凝縮器１０４と同様に、上下方向に多数並べている多数の伝熱管１０４ａと、伝熱管１０４ａに取り付けられる多数のフィン（図示省略）と、伝熱管１０４ａが取り付けられ、取り付けられた伝熱管１０４ａを支持する一対の管板１０４ｐを含む。

ただし、図４Ａの第２の実施例の凝縮器１０４は、図２Ａに描画される伝熱管２６ａと同様に、上方から見た時にＬ字形状を有する（図４Ｂ参照）。伝熱管１０４ａは、機械室Ｓ１の近傍から、筐体２３の左後方角部近傍まで延び、筐体２３の左後方角部近傍で方向を変えて前方へと延びる。なお、第１冷媒と熱源空気との間で十分な熱交換を図ることができれば、図４Ｂの第２の実施例の凝縮器１０４も、図２Ａの第１の実施例の凝縮器１０４と同様に、平面視においてＩ字形状に形成されてもよい。

図４Ａの凝縮器１０４は、図３に描画されている凝縮器１０４よりも高さが低く、第１熱交換器２６の下部においてだけ重なるように、第１熱交換器２６より気流方向Ｄの上流側に凝縮器１０４が配置される。ここでは、気流方向Ｄにおいて凝縮器１０４と重なる第１熱交換器２６の第１領域Ｒ１は、気流方向Ｄにおいて凝縮器１０４と重ならない第１熱交換器２６の第２領域Ｒ２の下方に形成される。

＜第３の実施例＞
図５Ａは、第３の実施例に係る第１熱交換器２６及び凝縮器１０４を、背面側から見た概略背面図である。図５Ｂは、第２の実施例に係る第１熱交換器２６及び凝縮器１０４を備えた熱源ユニット２０の、第１熱交換器２６、凝縮器１０４、及び送風機４０の配置を概略的に示した、熱源ユニット２０の内部の平面図である。なお、第３の実施例の第１熱交換器２６は、第１の実施例の第１熱交換器２６と同様であるので、ここでは第１熱交換器２６の説明は省略する。

図５Ａの第３の実施例の凝縮器１０４は、図４Ａの第２の実施例の凝縮器１０４と同様に、上下方向に多数並べている多数の伝熱管１０４ａと、伝熱管１０４ａに取り付けられる多数のフィン（図示省略）と、伝熱管１０４ａが取り付けられ、取り付けられた伝熱管１０４ａを支持する一対の管板１０４ｐを含む。また、図５Ａの第３の実施例の凝縮器１０４は、図２Ａに描画される伝熱管２６ａと同様に、上方から見た時にＬ字形状を有する（図５Ｂ参照）。伝熱管１０４ａは、機械室Ｓ１の近傍から、筐体２３の左後方角部近傍まで延び、筐体２３の左後方角部近傍で方向を変えて前方へと延びる。ただし、第１冷媒と熱源空気との間で十分な熱交換を図ることができれば、図５Ｂの第３の実施例の凝縮器１０４も、図２Ａの第１の実施例の凝縮器１０４と同様に、平面視においてＩ字形状に形成されてもよい。

図５Ａの凝縮器１０４では、第１熱交換器２６の上部においてだけ重なるように、第１熱交換器２６よりも気流方向Ｄの上流側に凝縮器１０４が配置される。ここでは、気流方向Ｄにおいて凝縮器１０４と重なる第１熱交換器２６の第１領域Ｒ１は、気流方向Ｄにおいて凝縮器１０４と重ならない第１熱交換器２６の第２領域Ｒ２の上方に形成される。

なお、図示や詳細な説明は省略するが、他の実施例として、上下方向において第１熱交換器２６の中央部分にだけ、第１熱交換器２６よりも気流方向Ｄの上流側に凝縮器１０４が配置されてもよい。

＜第４の実施例＞
第１の実施例～第３の実施例では、凝縮器１０４と第１熱交換器２６とは別々の（管板やフィン等の部品を共用していない）熱交換器であるが、これに限定されるものではない。凝縮器１０４と第１熱交換器２６とは、以下のように、フィン（伝熱フィン）を共有するものであってもよい。言い換えれば、凝縮器１０４の伝熱管１０４ａ（第１伝熱管）及び第１熱交換器２６の伝熱管２６ａ（第２伝熱管）は、同一のフィン２６ｂに挿入されるものであってもよい。

第４の実施例の凝縮器１０４及び第１熱交換器２６について、図６～図８を参照しながら説明する。図６は、第４の実施例における、フィンを共有する第１熱交換器２６及び凝縮器１０４（一体化熱交換器２００）の配置を概略的に示した、熱源ユニットの内部の平面図である。図７Ａは、第４の実施例に係る第１熱交換器２６の管板２６ｃ及び凝縮器１０４の管板１０４ｃの概略図である。図７Ｂは、第４の実施例の変形例に係る第１熱交換器２６及び凝縮器１０４の管板２６ｃ（共通管板）の概略図である。図８は、第４の実施例に係る第１熱交換器２６及び凝縮器１０４のフィン２６ｂの概略図である。

ここでは、共通のフィンを用いる凝縮器１０４と第１熱交換器２６とをまとめて一体化熱交換器２００と呼ぶ。なお、図７～図８は、説明のための図面であって、図７～図８中の一体化熱交換器２００が有する伝熱管の本数（丸で描画された伝熱管の数）や形状等を限定するものではない。

一体化熱交換器２００は、上下方向に多数並べられている多数の伝熱管と、伝熱管に取り付けられる多数のフィン２６ｂと、伝熱管が取り付けられ、取り付けられた伝熱管を支持する一対の管板と、を含む。

一体化熱交換器２００の伝熱管は、上方から見た時に、Ｌ字形状を有する。一体化熱交換器２００の伝熱管は、図６のように、機械室Ｓ１の近傍から、筐体２３の左後方角部近傍まで延び、筐体２３の左後方角部近傍で方向を変えて、筐体２３の左前方角部近傍まで前方に延びる。また、一体化熱交換器２００では、上下方向に並べて配置される伝熱管が、送風機４０が生成する気流方向Ｄに複数列並べて配置されている。例えば、図７及び図８に示す一体化熱交換器２００では、伝熱管が気流方向Ｄに４列並べられている。ただし、一体化熱交換器２００の伝熱管の列数は、２列、３列、又は、５列以上であってもよい。

一体化熱交換器２００では、一部の伝熱管（図６及び図７では、ハッチングが付されていない丸で描画される伝熱管）が、第１熱交換器２６の伝熱管２６ａとして利用され、残りの伝熱管（図７及び図８では、ハッチングが付されている丸で描画される伝熱管）が、凝縮器１０４の伝熱管１０４ａとして利用される。一体化熱交換器２００では、凝縮器１０４は、気流方向Ｄにおいて、冷房運転時に放熱器として機能する第１熱交換器２６の風上側に配置される。言い換えれば、一体化熱交換器２００では、気流方向Ｄにおいて、伝熱管１０４ａは伝熱管２６ａの上流側に配置され、伝熱管２６ａの下流側には伝熱管１０４ａは配置されない。

なお、図７～図８の例では、気流方向Ｄにおいて最上流に配置され、かつ、下部に配置される伝熱管が伝熱管１０４ａとして利用される。しかしながら、凝縮器１０４が第１熱交換器２６の風上側に配置されるような構造を実現できれば、一体化熱交換器２００のどの伝熱管を伝熱管１０４ａとして利用するかは適宜決定されればよい。

なお、一体化熱交換器２００では、凝縮器１０４と第１熱交換器２６との間で、フィン２６ｂは共通であるが、管板は共通ではないことが好ましい。なお、管板は、伝熱管が挿通される穴が形成されている金属製の板状部材である。図７Ａを参照しながら、一体化熱交換器２００の管板について説明する。

一体化熱交換器２００は、好ましくは、凝縮器１０４用の金属製の管板１０４ｃ（伝熱管１０４ａが挿通され、伝熱管１０４ａを支持する管板１０４ｃ）を含む。また、一体化熱交換器２００は、好ましくは、第１熱交換器２６用の金属製の管板２６ｃ（伝熱管２６ａが挿通され、伝熱管２６ａを支持する管板２６ｃ）を含む。管板１０４ｃと管板２６ｃとは別部材である。そして、管板１０４ｃと管板２６ｃとは互いに接触していない。このように構成されることで、伝熱管１０４ａを流れる第１冷媒と伝熱管２６ａを流れる第２冷媒との金属製の管板を介した熱伝導を抑制できる。

なお、凝縮器１０４及び第１熱交換器２６は、それぞれが、互いに別部材の管板を有することが好ましいが、凝縮器１０４及び第１熱交換器２６は、図７Ｂのように共通の管板２６ｃを有するものであってもよい。

次に、一体化熱交換器２００の、凝縮器１０４及び第１熱交換器２６に共通のフィン２６ｂについて、図８を参照しながら説明する。フィン２６ｂは、伝熱管が挿通される穴が形成されている金属製の板状部材である。フィン２６ｂは、凝縮器１０４及び一体化熱交換器２００の熱交換効率を向上させる目的で用いられる。フィン２６ｂは、上下方向及び気流方向Ｄに沿う方向に広がる板状の部材である。

フィン２６ｂを凝縮器１０４及び第１熱交換器２６とで共有することで（同一のフィン２６ｂに、凝縮器１０４の伝熱管１０４ａと、第１熱交換器２６の伝熱管２６ａとを挿入することで）、凝縮器１０４及び第１熱交換器２６の製造工程を単純化できる。しかし、フィン２６ｂを凝縮器１０４及び第１熱交換器２６とで共有することで、伝熱管１０４ａを流れる第１冷媒と伝熱管２６ａを流れる第２冷媒とが、フィン２６ｂを介して熱交換し、二元冷凍サイクル装置１の効率が低下するおそれがある。

このような効率低下を抑制するため、フィン２６ｂには、伝熱管１０４ａの貫通部２６ｂｂと、伝熱管２６ａの貫通部２６ｂａとの間に、スリット２６ｄが形成される。

なお、図８では、フィン２６ｂに、上下方向に延びるスリット２６ｄが形成されている。ただし、フィン２６ｂには、上下方向に延びる以外の形状のスリット２６ｄが形成されてもよい。例えば、フィン２６ｂには、上下方向に延びるスリット２６ｄに加えて、伝熱管１０４ａの貫通部２６ｂｂと伝熱管２６ａの貫通部２６ｂａとの間を気流方向Ｄに延びる、スリットが形成されてもよい。

（３）特徴
（３－１）
二元冷凍サイクル装置１は、送風機４０と、第１サイクル１００と、第２サイクル１０と、カスケード熱交換器３０と、を備える。第１サイクル１００では、臨界点が４０℃以上の第１冷媒が循環する。第１サイクル１００は、送風機４０が供給する空気と第１冷媒とが熱交換する凝縮器１０４を含む。第２サイクル１０では、第２冷媒としての二酸化炭素（ＣＯ_２）が循環する。第２サイクル１０は、送風機４０が供給する空気と第２冷媒とが熱交換する第１熱交換器２６を含む。特許請求の範囲における熱交換器の一例であるカスケード熱交換器３０では、第１冷媒と第２冷媒とが熱交換する。凝縮器１０４は、送風機４０が生成する気流の方向である第１方向（気流方向Ｄ）において、第１熱交換器２６の風上側に配置される。

二元冷凍サイクル装置１では、ＣＯ_２と熱交換して加熱された空気が第１サイクル１００の凝縮器１０４を流れる第１冷媒と熱交換するのではなく、ＣＯ_２との熱交換前の空気が、第１サイクル１００の凝縮器１０４を流れる第１冷媒と熱交換する。そのため、二元冷凍サイクル装置１では、凝縮器１０４における熱交換効率を改善できる。

一方で、二元冷凍サイクル装置１では、低減サイクルの第１熱交換器２６を流れるＣＯ_２は、少なくとも局所的に第１冷媒と熱交換した空気と熱交換する。しかし、ＣＯ_２は、図１２のモリエル線図に熱サイクルを描画したように、高外気条件になると熱交換の効率が悪くなる冷媒である（外気温度が、２０℃、３０℃、４０℃と変化した時の熱サイクルを参照）。図１２のように、高外気条件では、もとからＣＯ_２冷媒の効率が悪いため、第１冷媒と熱交換して加熱された空気が第１熱交換器２６に供給されても、全体効率に与える影響は、ＣＯ_２と熱交換して加熱された空気が第１サイクル１００の凝縮器１０４を流れる第１冷媒と熱交換する場合に比べて小さい。

なお、凝縮器１０４と第１熱交換器２６とを互いに重ならないように配置すれば効率は改善される。しかし、この場合には、凝縮器１０４及び第１熱交換器２６の設置スペースが増大する、凝縮器１０４及び第１熱交換器２６のそれぞれに別の送風機が必要となる等の、別の課題が発生する。これに対し、二元冷凍サイクル装置１では、設置スペースの増大や、必要な機器の増加は抑制しつつ効率改善を図ることができる。

好ましくは、二元冷凍サイクル装置１では、第１冷媒の臨界点は、５０℃以上である。

第１冷媒の臨界点が５０℃以上であることで、凝縮器１０４と熱交換する空気が高温となる環境でも、効率の良い二元冷凍サイクル装置１を実現できる。

（３－２）
二元冷凍サイクル装置１では、第１熱交換器２６は、気流方向Ｄにおいて凝縮器１０４と重なる第１領域Ｒ１と、気流方向Ｄにおいて凝縮器１０４と重ならない第２領域Ｒ２と、を有する。

二元冷凍サイクル装置１では、第１熱交換器２６が、気流方向Ｄにおいて凝縮器１０４と重なり合わない第２領域Ｒ２を有する。そのため、凝縮器１０４の風下側に設置される第１熱交換器２６であっても、凝縮器１０４と重なり合わない領域では、比較的高い熱交換効率を実現できる。

なお、第２領域Ｒ２の存在は、好ましいが必須ではなく、二元冷凍サイクル装置１の第１熱交換器２６は、第１領域Ｒ１だけを有してもよい。

（３－３）
二元冷凍サイクル装置１では、凝縮器１０４は、第１冷媒が流入する第１入口部の一例としての入口部１０４ｉを有する。第１熱交換器２６は、第２冷媒が流入する第２入口部の一例としての入口部２６ｉを有する。入口部２６ｉは、入口部１０４ｉの近傍に配置される。

凝縮器１０４内を流れる第１冷媒の中で、最上流に位置する凝縮器１０４の入口部１０４ｉを流れる第１冷媒の温度が最も高い。そのため、凝縮器１０４の入口部１０４ｉを流れる第１冷媒と熱交換した空気の温度は比較的高温になりやすい。放熱器として機能する第１熱交換器２６を流れる第２冷媒が、このような比較的高温の空気と熱交換する場合、比較的低温の空気と熱交換する場合に比べて、熱交換効率が低下しやすい。

このような熱交換効率の低下を抑制するため、凝縮器１０４の入口部１０４ｉと第１熱交換器２６の入口部２６ｉとを近傍に配置することが好ましい。放熱器としての第１熱交換器２６内を流れる第２冷媒の中で、最上流に位置する第１熱交換器２６の入口部２６ｉでは第２冷媒の温度が最も高いので、凝縮器１０４の入口部１０４ｉを流れる第1冷媒と熱交換した空気が比較的高温でも、放熱器としての第１熱交換器２６の熱交換効率の低下が抑制されやすい。

また、二元冷凍サイクル装置１では、凝縮器１０４の入口部１０４ｉと第１熱交換器２６の入口部２６ｉとが互いに近傍に配置されるため、第１サイクル１００及び第２サイクル１０の配管の設置等が容易である。

（３－４）
二元冷凍サイクル装置１では、送風機４０は羽根車４２を有する。羽根車４２の回転軸Ｏの軸方向視において、凝縮器１０４は、羽根車４２と少なくとも部分的に重なる。

二元冷凍サイクル装置１では、凝縮器１０４において、第１冷媒からの十分な放熱が図られやすい。

（３－５）
第４の実施例の第１熱交換器２６及び凝縮器１０４を有する二元冷凍サイクル装置１では、凝縮器１０４は第１伝熱管の一例としての伝熱管１０４ａを含み、第１熱交換器２６は第２伝熱管の一例としての伝熱管２６ａを含む。伝熱管１０４ａ及び伝熱管２６ａは、同一のフィン２６ｂに挿入される。フィン２６ｂでは、伝熱管１０４ａの貫通部２６ｂｂと伝熱管２６ａの貫通部２６ｂａとの間に、スリット２６ｄが形成されている。

二元冷凍サイクル装置１では、凝縮器１０４と第１熱交換器２６との間での、フィン２６ｂを介した熱伝導が抑制されやすい。

（３－６）
第１～第３の実施例の第１熱交換器２６及び凝縮器１０４を有する二元冷凍サイクル装置１では、凝縮器１０４は、第１管板の一例としての金属製の管板１０４ｐを含む。管板１０４ｐには、伝熱管１０４ａが挿通され、伝熱管１０４ａを支持する。第１熱交換器２６は、第２管板の一例としての金属製の管板２６ｐを含む。管板２６ｐには、伝熱管２６ａが挿通され、伝熱管２６ａを支持する。管板１０４ｐと管板２６ｐとは別部材である。

第４の実施例の第１熱交換器２６及び凝縮器１０４を有する二元冷凍サイクル装置１では、凝縮器１０４は、第１管板の一例としての金属製の管板１０４ｃを含む。管板１０４ｃには、伝熱管１０４ａが挿通され、伝熱管１０４ａを支持する。第１熱交換器２６は、第２管板の一例としての金属製の管板２６ｃを含む。管板２６ｃには、伝熱管２６ａが挿通され、伝熱管２６ａを支持する。管板１０４ｃと管板２６ｃとは別部材である。

そのため、二元冷凍サイクル装置１では、凝縮器１０４と第１熱交換器２６との間での熱伝導が抑制されやすい。

（４）変形例
（４－１）変形例Ａ
上記実施形態では、熱源ユニット２０は、筐体２３の背面や左側面に設けられた開口から空気を取り込み、凝縮器１０４で第１冷媒と熱交換した空気や、第１熱交換器２６で第２冷媒と熱交換した空気を、筐体２３の正面に設けられた開口から吹き出す、横吹きタイプの熱交換ユニットである。

ただし、熱源ユニット２０の種類は、横吹きタイプに限定されるものではない。

例えば、熱源ユニット２０は、図９Ａや図９Ｂのように、上吹きタイプの熱源ユニットであってもよい。図９Ａは、変形例Ａに係る熱源ユニット２０の、第１熱交換器２６、凝縮器１０４、及び送風機４０の配置の一例を概略的に示した、熱源ユニット２０内部の概略側面図であり、図９Ｂは、変形例Ａに係る熱源ユニット２０の、第１熱交換器２６、凝縮器１０４、及び送風機４０の配置の他の例を概略的に示した、熱源ユニット２０内部の概略側面図である。図９Ｃは、変形例Ａに係る熱源ユニット２０の、第１熱交換器２６、凝縮器１０４、及び送風機４０の配置の更に他の例を概略的に示した、熱源ユニット２０内部の概略側面図である。

変形例Ａの熱源ユニット２０では、図９Ａ～図９Ｃのように、第１熱交換器２６及び凝縮器１０４の上方に、送風機４０が配置される。変形例Ａの熱源ユニット２０では、第１熱交換器２６及び凝縮器１０４のそれぞれでは、水平方向に延びる伝熱管２６ａ，１０４ａが、上下方向に並べて配置されている。そして、図９Ａ及び図９Ｂの熱源ユニット２０では、熱源ユニット２０において送風機４０が運転されると、筐体２３の側面に設けられた開口から空気が取り込まれ、凝縮器１０４や第１熱交換器２６を通過する。凝縮器１０４で第１冷媒と熱交換した空気や、第１熱交換器２６で第２冷媒と熱交換した空気は、筐体２３の上面に設けられた開口から上方に吹き出す。

変形例Ａの熱源ユニット２０では、凝縮器１０４は、好ましくは、気流方向Ｄにおいて、第１熱交換器２６の上部と少なくとも部分的に重なる位置に配置される。ここで、第１熱交換器２６の上部とは、第１熱交換器２６の上端から下端までの全高Ｈに対し、第１熱交換器２６の上端から０．５Ｈ下方までの部分（要するに上半分）を意味する。また、ここでの気流方向Ｄは、概ね、水平方向であって、かつ、筐体２３の外部から内部へと向かう方向（例えば、筐体２３の正面側では前から後ろへと向かう方向）を意味する。

具体的には、変形例Ａの熱源ユニット２０では、例えば図９Ａのように、凝縮器１０４は、気流方向Ｄにおいて、第１熱交換器２６の下方側の一部を除く高さ位置で、第１熱交換器２６と重なるように配置される。上吹きタイプの熱源ユニットでは、送風機４０に近い上方側で風速が速くなる。そのため、図９Ａのような配置を凝縮器１０４において採用すれば、第１熱交換器２６に比べて凝縮器１０４の高さ方向の長さを小さくしても、十分な量の空気が凝縮器１０４に供給されやすい。

ただし、これに限定されるものではなく、例えば図９Ｂのように、凝縮器１０４は、気流方向Ｄにおいて、第１熱交換器２６の全体と重なるように配置されてもよい。また、図９Ｃのように、凝縮器１０４は、気流方向Ｄにおいて、第１熱交換器２６の上方側の一部を除く高さ位置で、第１熱交換器２６と重なるように配置されてもよい。なお、図９Ｃのような配置であっても、凝縮器１０４は、気流方向Ｄにおいて、第１熱交換器２６の上部と少なくとも部分的に重なる位置に配置されることが好ましい。また、図示等は省略するが、第１熱交換器２６の配置される高さ位置の一部分であって、図９Ａや図９Ｃに描画する位置とは異なる高さ位置に、凝縮器１０４が配置されてもよい。

変形例Ａの熱源ユニット２０では、図１０の熱源ユニット２０の概略平面図に示すように、第１熱交換器２６は、上面視においてＣ字状に形成されている。ただし、変形例Ａの熱源ユニット２０の第１熱交換器２６の形状は、上面視においてＣ字状に限定されるものではない。例えば、変形例Ａの熱源ユニット２０の第１熱交換器２６の形状は、上面視において四角形形状であってもよい。

変形例Ａの熱源ユニット２０では、図１０に示すように、凝縮器１０４は、上面視において第１熱交換器２６の一部に対応する位置であって、送風機４０が生成する気流方向Ｄにおいて冷房運転時に放熱器として機能する第１熱交換器２６の風上側に、配置される。ただし、これに限定されるものではなく、凝縮器１０４は、上面視において第１熱交換器２６の全体に対応する位置であって、送風機４０が生成する気流方向Ｄにおいて冷房運転時に放熱器として機能する第１熱交換器２６の風上側に、配置されてもよい。なお、上面視において、凝縮器１０４を、第１熱交換器２６とどの程度重なるように配置するかは、必要に応じて適宜決定されればよい。

なお、変形例Ａの熱源ユニット２０には、上記実施形態の第１の実施例の第１熱交換器２６及び凝縮器１０４の特徴が適用されてもよいし、上記実施形態の第２～第４の実施例の第１熱交換器２６及び凝縮器１０４の特徴が適用されてもよい。

変形例Ａの二元冷凍サイクル装置１の、上記実施形態の二元冷凍サイクル装置１以外の特徴について説明する。

二元冷凍サイクル装置１では、送風機４０は、凝縮器１０４及び第１熱交換器２６を通過した空気を上方に吹き出す。凝縮器１０４は、第１熱交換器２６の上部と少なくとも部分的に重なる位置に配置される。

上吹き型の熱源ユニット２０では、送風機４０に近い上方側で風速が速くなる。

変形例Ａの二元冷凍サイクル装置１では、第１熱交換器２６の上部と少なくとも部分的に重なる位置に凝縮器１０４が配置されるため、凝縮器１０４において第１冷媒を効率よく熱交換させることができる。

以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示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。

１ ：二元冷凍サイクル装置
１０ ：第２サイクル
２６ ：第１熱交換器（放熱器）
２６ａ ：伝熱管（第２伝熱管）
２６ｂ ：フィン
２６ｃ ：管板（第２管板）
２６ｄ ：スリット
２６ｉ ：入口部（第２入口部）
３０ ：カスケード熱交換器（熱交換器）
４０ ：送風機
４２ ：羽根車
１００ ：第１サイクル
１０４ ：凝縮器
１０４ａ ：伝熱管（第１伝熱管）
１０４ｃ ：管板（第１管板）
１０４ｉ ：入口部（第１入口部）
Ｄ ：気流方向（第１方向）
Ｒ１ ：第１領域
Ｒ２ ：第２領域

国際公開第２０１４／１８１３９９号

Claims (7)

1. 送風機（４０）と、
   臨界点が４０℃以上の第１冷媒が循環し、前記送風機が供給する空気と前記第１冷媒とが熱交換する凝縮器（１０４）を含む第１サイクル（１００）と、
   二酸化炭素が第２冷媒として循環し、前記送風機が供給する空気と前記第２冷媒とが熱交換する放熱器（２６）を含む第２サイクル（１０）と、
   前記第１冷媒と前記第２冷媒とが熱交換する熱交換器（３０）と、
   を備え、
   前記凝縮器は、前記送風機が生成する気流の方向である第１方向（Ｄ）において、前記放熱器の風上側に配置され、
   前記放熱器は、前記第１方向において前記凝縮器と重なる第１領域（Ｒ１）と、前記第１方向において前記凝縮器と重ならない第２領域（Ｒ２）と、を有する、
   二元冷凍サイクル装置（１）。
2. 前記凝縮器の第１伝熱管を支持する第１管板（１０４ｃ）と前記放熱器の第２伝熱管を支持する第２管板（２６ｃ）とは、別部材である、
   請求項１に記載の二元冷凍サイクル装置。
3. 前記凝縮器は、前記第１冷媒が流入する第１入口部（１０４ｉ）を有し、
   前記放熱器は、前記第２冷媒が流入する第２入口部（２６ｉ）を有し、
   前記第２入口部は、前記第１入口部の近傍に配置される、
   請求項１又は２に記載の二元冷凍サイクル装置。
4. 前記送風機は、羽根車（４２）を有し、
   前記羽根車の回転軸方向視において、前記凝縮器は、前記羽根車と少なくとも部分的に重なる、
   請求項１又は２に記載の二元冷凍サイクル装置。
5. 前記凝縮器は、第１伝熱管（１０４ａ）を含み、
   前記放熱器は、第２伝熱管（２６ａ）を含み、
   前記第１伝熱管及び前記第２伝熱管は、同一のフィン（２６ｂ）に挿入され、
   前記フィンでは、前記第１伝熱管の貫通部と前記第２伝熱管の貫通部との間に、スリット（２６ｄ）が形成されている、
   請求項１に記載の二元冷凍サイクル装置。
6. 前記凝縮器は、前記第１伝熱管が挿通され、前記第１伝熱管を支持する金属製の第１管板（１０４ｃ）を更に含み、
   前記放熱器は、前記第２伝熱管が挿通され、前記第２伝熱管を支持する金属製の第２管板（２６ｃ）を更に含み、
   前記第１管板と前記第２管板とは別部材である、
   請求項５に記載の二元冷凍サイクル装置。
7. 前記送風機は、前記凝縮器及び前記放熱器を通過した空気を上方に吹き出し、
   前記凝縮器は、前記放熱器の上部と少なくとも部分的に重なる位置に配置される、
   請求項１又は２に記載の二元冷凍サイクル装置。

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