JP2014031982A - 二元冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば低元冷凍サイクルの除霜中の異常な圧力上昇を防ぎ、信頼性向上をはかることができる二元冷凍装置を得る。
【解決手段】高元側圧縮機２１、高元側凝縮器２２、高元側膨張弁２３及び高元側蒸発器２４を配管接続し、高元側冷媒回路を構成する高元冷凍サイクル２０と、低元側圧縮機１１、低元側凝縮器１２、低元側受液器１３、低元側膨張弁１４及び低元側蒸発器１５を配管接続し、低元側冷媒回路を構成する低元冷凍サイクル１０と、高元側蒸発器２４と低元側凝縮器１２とを有するカスケードコンデンサ３０と、低元側受液器１３を冷却する受液器熱交換部２５と、低元側冷媒の圧力に基づいて、低元側圧縮機１１が除霜中に低元側冷媒が超臨界状態になるものと推定すると、高元側圧縮機２１を起動させる制御を行う高元冷凍サイクルコントローラ３２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、二元冷凍装置に関するものである。特に低元冷凍サイクル装置の除霜に係る処理に関するものである。

従来、マイナス数十度の低温度帯の冷却を行うための装置として、高温側冷媒を循環するための冷凍サイクル装置である高元冷凍サイクルと、低温側冷媒を循環するための冷凍サイクル装置である低元冷凍サイクルとを有する二元冷凍装置が使用されている。例えば、二元冷凍装置では、低元冷凍サイクルにおける低元側凝縮器と高元冷凍サイクルにおける高元側蒸発器とを熱交換できるように構成したカスケードコンデンサによって低元冷凍サイクルと高元冷凍サイクルとを連結し、多段構成としている。

このような二元冷凍装置において、低元冷凍サイクルの低元側圧縮機が停止中に、高元冷凍サイクルの高元側圧縮機を駆動するようにしているものがある（例えば、特許文献１参照）。この二元冷凍装置では、除霜運転中、高元冷凍サイクルの蒸発器によるカスケード熱交換器の冷却により低元冷凍サイクルの低元側凝縮器を冷却して、低元冷凍サイクル内の圧力上昇を抑制する。

また、低元冷凍サイクルにおいて、カスケードコンデンサ（低元側凝縮器）と冷却器との間に設けた液溜器内に冷却管を通し、冷凍機と冷却管とが配管によって接続されているものもある（例えば、特許文献２参照）。この冷凍装置では、冷凍装置の運転を停止する際に、冷凍機を運転して冷却管を冷却して液溜器内の冷媒ガスを冷却して、低元冷凍サイクルを流れる冷媒のガス圧力を低下させている。

特開２００４−１９０９１７号公報 実開平２−４１６７号公報

例えば、上記の特許文献１のような従来の冷凍装置では、カスケード熱交換器で低元冷凍サイクル内の冷媒を冷却するようにしている。低元冷凍サイクルにおいて、例えば低元側圧縮機から吐出した高温の冷媒を低元側蒸発器に流入させて除霜を行うホットガス除霜では、流入させる前に冷媒が放熱してしまわないように、カスケードコンデンサ（低元側凝縮器）をバイパスさせる必要がある。バイパスさせると、低元冷凍サイクル内の冷媒は低元側凝縮器内部で流動しない。したがって、例えばある程度冷媒が凝縮し、カスケードコンデンサにおいて低元冷凍サイクルの低元側凝縮器内部が液冷媒で満たされてしまうと、十分に冷却できないという課題があった。

また、上記の特許文献２のような従来の冷凍装置では、液溜器を冷却するため、高元冷凍サイクル、低元冷凍サイクル以外にもう一つ冷凍機を備えなければならず、機器の大型化、冷凍装置が安価に製造できない等の課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、例えば低元冷凍サイクルの除霜中における冷媒（冷媒回路）の異常な圧力上昇を防ぎ、信頼性向上をはかることができる二元冷凍装置を得るものである。

本発明に係る二元冷凍装置は、第１圧縮機、第１凝縮器、第１絞り装置及び第１蒸発器を配管接続し、第１冷媒を循環させる第１冷媒回路を構成する第１冷凍サイクル装置と、第２圧縮機、第２凝縮器、受液器、第２絞り装置及び第２蒸発器を配管接続し、第２冷媒を循環させる第２冷媒回路を構成する第２冷凍サイクル装置と、第１蒸発器と第２凝縮器とを有し、第１蒸発器を流れる第１冷媒と第２凝縮器を流れる第２冷媒との熱交換を行わせるカスケードコンデンサと、第１冷媒回路において低圧となる第１冷媒が流れる部分との熱交換により受液器を冷却する受液器熱交換部と、第２蒸発器の除霜を行う除霜手段と、第２冷媒回路における第２冷媒の圧力を決定する第２冷媒回路圧力決定手段と、除霜手段による第２蒸発器の除霜中に、第２冷媒回路圧力決定手段の決定に係る第２冷媒の圧力に基づいて、第２冷媒が超臨界状態になるものと推定すると、第１圧縮機を起動させて受液器熱交換部に第１冷媒を流す制御を行う制御装置とを備えるものである。

本発明の二元冷凍装置では、第２冷凍サイクル装置内の第２冷媒が超臨界状態になると判断すると、第１圧縮機を起動させて、受液器熱交換部において第２冷媒を冷却するようにしたので、第２冷凍サイクル装置内における第２冷媒の圧力を、例えば臨界点圧力より低い圧力等、所定の飽和圧力より低く維持することができ、装置の信頼性を向上させることができる。

本発明の実施の形態１の二元冷凍装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１の二元冷凍装置の制御系の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１の低元側冷媒回路における圧力上昇を抑制する処理に係るフローチャートを示す図である。 本発明の実施の形態２の二元冷凍装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態２の二元冷凍装置の制御系の構成を示す図である。 本発明の実施の形態２の低元側冷媒回路における圧力上昇を抑制する処理に係るフローチャートを示す図である。 本発明の実施の形態３の二元冷凍装置の構成を示す図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る二元冷凍装置の構成を示す図である。図１において、本実施の形態の二元冷凍装置は、封入した冷媒の循環によりヒートポンプを行う冷凍サイクル装置である低元冷凍サイクル１０と高元冷凍サイクル２０とを有している。低元冷凍サイクル１０及び高元冷凍サイクル２０は、それぞれ独立して冷媒を循環させることができる。ここで、温度、圧力等を含む、高、低の表現等については、特に絶対的な値との関係で高低等が定まっているものではなく、システム、装置等における状態、動作等において相対的に定まるものとする。

低元冷凍サイクル１０に封入される冷媒（以下、低温側冷媒という）には、冷媒漏れを考慮し、地球温暖化に対する影響が小さい二酸化炭素（ＣＯ_２）を用いる。また、高元冷凍サイクル２０に封入される冷媒（以下、高温側冷媒という）として、例えばＲ４１０Ａ、Ｒ３２、Ｒ４０４Ａ、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ、プロパン、イソブタン、二酸化炭素、アンモニアなどを用いる。

また、二元冷凍装置は、低元冷凍サイクルコントローラ３１、高元冷凍サイクルコントローラ３２及び室内機コントローラ３３の３つの制御装置を有し、連携して装置の制御を行っている。ここで、低元冷凍サイクルコントローラ３１および室内機コントローラ３３は低元冷凍サイクル１０の運転制御を行う。また、高元冷凍サイクルコントローラ３２は高元冷凍サイクル２０の運転制御を行う。各コントローラの詳細については後述する。

低元冷凍サイクル１０は、低元側圧縮機１１と、低元側凝縮器１２と、低元側受液器１３と、受液器出口弁２９と、低元側膨張弁１４と、低元側蒸発器１５とを順に冷媒配管で環状に接続して構成する冷媒回路（以下、低元側冷媒回路という）を有している。各機器の詳細については後述する。また、低元側膨張弁１４と低元側冷媒の流れが並列となるようにし、低元側膨張弁１４を通過させずに低元側冷媒をバイパスさせるための第２バイパス弁１８が接続されている。また、低元側圧縮機１１と低元側凝縮器１２との間の配管と、受液器出口弁２９と低元側膨張弁１４との間の配管とを接続する配管であるバイパス回路１６を有する。そして、バイパス回路１６には第１バイパス弁１７が接続されている。

ここで、低元側冷媒回路は、本発明における「第２冷媒回路」に相当し、低元側冷媒は「第２冷媒」に相当する。また、低元側圧縮機１１は「第２圧縮機」に相当し、低元側凝縮器１２は「第２凝縮器」に相当し、低元側受液器１３は「受液器」に相当する。そして、低元側膨張弁１４は「第２絞り装置」に相当し、低元側蒸発器１５は「第２蒸発器」に相当し、受液器出口弁２９は「受液器出口開閉装置」に相当する。

一方、高元冷凍サイクル２０は、高元側圧縮機２１と、高元側凝縮器２２と、高元側膨張弁２３と、受液器熱交換部２５と、高元側蒸発器２４とを順に冷媒配管で環状に接続して構成する冷媒回路（以下、高元側冷媒回路という）を有している。各機器の詳細については後述する。

ここで、高元側冷媒回路は、本発明における「第１冷媒回路」に相当し、高元側冷媒は「第１冷媒」に相当する。また、高元側圧縮機２１は「第１圧縮機」に相当し、高元側凝縮器２２は「第１凝縮器」に相当し、高元側膨張弁２３は「第１絞り装置」に相当し、高元側蒸発器２４は「第１蒸発器」に相当する。そして、本発明に係る制御は高元冷凍サイクルコントローラ３２が行う。このため、高元冷凍サイクルコントローラ３２は「制御装置」に相当する。また、後述するように、高元冷凍サイクルコントローラ３２には圧力センサ６１、温度センサ６２、６３から検知に係る検知に係る圧力、温度が信号として送られる。これにより、第２冷媒回路内の第２冷媒の圧力の決定を行う第２冷媒回路圧力決定手段の一部となる決定手段、推定手段、推定演算手段等として機能することとなる。

また、低元側冷媒回路と高元側冷媒回路とを多段構成にするために、高元側蒸発器２４と低元側凝縮器１２とを、それぞれを通過する冷媒間での熱交換を可能に結合させて構成したカスケードコンデンサ（冷媒間熱交換器）３０を設けている。

ここで、本実施の形態では、高元冷凍サイクル２０を構成する機器並びに低元冷凍サイクル１０のうち、低元側圧縮機１１、低元側凝縮器１２（カスケードコンデンサ３０）、低元側受液器１３、バイパス回路１６、第１バイパス弁１７及び受液器出口弁２９を室外に設置する室外機（熱源ユニット）１に収容する。また、低元冷凍サイクルコントローラ３１、高元冷凍サイクルコントローラ３２及び高元側凝縮器ファン５２についても室外機１に収容する。一方、低元側膨張弁１４、低元側蒸発器１５、第２バイパス弁１８、低元側蒸発器ファン５１及び室内機コントローラ３３は、室内機（ユニットクーラ）２に収容する。

図２は本発明の実施の形態１に係る二元冷凍装置の制御系の構成を示す図である。前述したように、本実施の形態では二元冷凍装置は、低元冷凍サイクルコントローラ３１、高元冷凍サイクルコントローラ３２及び室内機コントローラ３３により運転制御を行っている。各コントローラは、例えばマイクロコンピュータ、記憶装置、周辺回路等を有する構成である。

ここで、低元冷凍サイクルコントローラ３１と高元冷凍サイクルコントローラ３２との間を例えば通信線で接続し、通信（例えばシリアル信号の送受）を行うことができる。また、低元冷凍サイクルコントローラ３１と室内機コントローラ３３との間も例えば通信線で接続して通信を行うことができる。本実施の形態では、室内機コントローラ３３から低元冷凍サイクルコントローラ３１に室内機２のオン・オフ信号、室内機２の除霜開始、終了の指示等が送信される。

低元冷凍サイクルコントローラ３１は、低元側インバータ回路１０１及び低元側弁駆動回路１０７に信号を出力する。また、高元冷凍サイクルコントローラ３２には、圧力センサ６１、温度センサ６２、６３から、それぞれ検知に係る信号が送られる。また、高元側インバータ回路１０４、高元側ファン駆動回路１０５及び高元側弁駆動回路１０６に信号を出力する。そして、室内機コントローラ３３には、温度センサ６４から検知に係る信号が送られる。また、低元側ファン駆動回路１０２及び室内側弁駆動回路１０３に信号を出力する。

低元側インバータ回路１０１は、低元冷凍サイクルコントローラ３１からの指令に応じて低元側圧縮機１１に交流電力（電圧）を出力し、交流電力に対応する運転周波数（回転数）で駆動させる回路である。また、高元側インバータ回路１０４についても、高元冷凍サイクルコントローラ３２からの指令に応じた運転周波数で高元側圧縮機２１を駆動させる回路である。

低元側ファン駆動回路１０２は、室内機コントローラ３３からの指令に応じて低元側蒸発器ファン５１に交流電力（電圧）を出力し、交流電力に対応する運転周波数で駆動させる回路である。また、高元側ファン駆動回路１０５についても、高元冷凍サイクルコントローラ３２からの指令に応じた運転周波数で高元側凝縮器ファン５２を駆動させる回路である。

室内側弁駆動回路１０３は、室内機コントローラ３３の指令に応じて低元側膨張弁１４の開度、第２バイパス弁１８の開閉を設定するものである。また、低元側弁駆動回路１０７は、低元冷凍サイクルコントローラ３１からの指令に応じて、第１バイパス弁１７の開閉、受液器出口弁２９の開閉を設定するものである。さらに、高元側弁駆動回路１０６は、高元冷凍サイクルコントローラ３２の指令に応じて、高元側膨張弁２３の開度を設定するものである。

低元側圧縮機１１は、低元側冷媒を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。この低元側圧縮機１１は、低元側インバータ回路１０１により回転数を制御し、冷媒の吐出量を調整できるタイプの圧縮機で構成する。

低元側凝縮器１２は、冷媒を凝縮させて液状の冷媒にする（凝縮液化させる）ものである。本実施の形態では、例えばカスケードコンデンサ３０において低元側冷媒回路を流れる冷媒が通過する伝熱管等により低元側凝縮器１２を構成し、高元側冷媒回路を流れる冷媒との熱交換が行われるものとする。低元側受液器１３は、低元側凝縮器１２の下流側に設けられ冷媒を貯留するものである。

例えば電子式膨張弁等の低元側膨張弁１４は、冷媒流量を調整することにより冷媒を減圧させる。ただし、毛細管（キャピラリ）、感温式膨張弁等の冷媒流量調整手段としてもよい。

低元側蒸発器１５は、例えば冷却対象との熱交換により低元冷媒回路を流れる冷媒を蒸発させて気体（ガス）状の冷媒にする（蒸発ガス化させる）ものである。冷媒との熱交換により、冷却対象は、直接又は間接に冷却されることになる。本実施の形態１では、冷却対象である空気と冷媒との熱交換を行うものとし、熱交換を促すための低元側蒸発器ファン５１を有しているものとする。

高元側圧縮機２１は、高元側冷媒を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。この高元側圧縮機２１は、高元側インバータ回路１０４により回転数を制御し、冷媒の吐出量を調整できるタイプの圧縮機で構成する。

高元側凝縮器２２は、例えば、空気、ブライン等と高元側冷媒回路を流れる冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮液化させるものである。本実施の形態では、外気と冷媒との熱交換を行うものとし、熱交換を促すための高元側凝縮器ファン５２を有しているものとする。高元側凝縮器ファン５２についても風量を調整できるタイプのファンで構成する。

例えば電子式膨張弁等の高元側膨張弁２３は、冷媒流量を調整することにより冷媒を減圧させる。ただし、毛細管（キャピラリ）、感温式膨張弁等の冷媒流量調整手段としてもよい。

高元側蒸発器２４は、熱交換により高元側冷媒回路を流れる冷媒を蒸発ガス化するものである。本実施の形態では、例えばカスケードコンデンサ３０において高元側冷媒回路を流れる冷媒が通過する伝熱管等により高元側蒸発器２４を構成し、低元側冷媒回路を流れる冷媒との熱交換が行われるものとする。

カスケードコンデンサ３０は、高元側蒸発器２４と低元側凝縮器１２とにより構成され、高元側蒸発器２４を流れる冷媒と低元側凝縮器１２を流れる冷媒とを熱交換可能にする冷媒間熱交換器である。カスケードコンデンサ３０を介して高元側冷媒回路と低元側冷媒回路とを多段構成にし、冷媒間の熱交換を行うようにすることで、独立した冷媒回路を連携させることができる。

また、本実施の形態１の二元冷凍装置は、高元側冷媒回路の低圧側で低元側冷媒回路の低元側受液器１３を冷却する受液器熱交換部２５を備える。受液器熱交換部２５において、内部では高元側冷媒回路を流れる冷媒が蒸発ガス化し、外部では低元側冷媒回路を流れる冷媒が凝縮液化するものである。受液器熱交換部２５は、例えば低元側受液器１３の容器内部に挿入された冷媒配管であり、配管内側に伝熱を促進するための溝や、配管外側に伝熱を促進するためのフィン等を設けてもよい。また、受液器熱交換部２５は、低元側受液器１３に挿入せずに、例えば低元側受液器１３の外側に巻きつけるように構成し、低元側受液器１３の外側と熱交換するようにしてもよい。

また、低元冷凍サイクル１０には、例えば電磁弁である第１バイパス弁１７、第２バイパス弁１８、受液器出口弁２９を備えており、冷媒を流したり、止めたりすることができる。

冷媒圧力検出手段である圧力センサ６１は、低元側冷媒回路の低元側圧縮機１１と低元側膨張弁１４の冷媒流入側との間の配管に設置され、低元側冷媒回路の高圧側における低元側冷媒の圧力を検知する。温度センサ６２は、例えば高元側凝縮器２２の空気吸込み側に設置され、外気温度を検知する。温度センサ６３は、例えば低元側受液器１３の表面に設置され、低元側冷媒回路の高圧側における液冷媒の温度を検知する。温度センサ６４は、例えば低元側蒸発器１５の空気吸込み側に設置され、冷却対象の空気温度を検知する。ただし、圧力センサ６１、温度センサ６２、温度センサ６３、温度センサ６４はそれぞれ高元側冷媒回路の高圧側の高元側冷媒の圧力、外気温度、低元側冷媒回路の高圧側の液冷媒の温度、冷却対象の空気の温度を検知できる位置に設置することができれば、位置は限定しない。ここで、圧力センサ６１は「圧力検知装置」に相当し、温度センサ６３は「液冷媒温度検知装置」に相当し、第２冷媒回路圧力決定手段の一部となる。

本実施の形態１では、低元冷凍サイクルコントローラ３１と高元冷凍サイクルコントローラ３２を別々に設置して、相互に各種制御指令などをシリアル信号にて通信するようにしている。本実施の形態１のような二元冷凍装置では、運転状態に応じて、低元側圧縮機１１、高元側圧縮機２１、高元側凝縮器ファン５２の回転数や、高元側膨張弁２３の開度など、個別に制御する機器が多くコントローラに負荷がかかるため、低元冷凍サイクル１０と高元冷凍サイクル２０で独立したコントローラを設置するのが望ましい。

また、室内機２は例えばスーパーマーケット等に設置されるショーケースなどの負荷装置である。ショーケースの吸込みセンサである温度センサ６４の検知する温度が上限値まで達すると、室内機２の運転がオンとなり、オン信号が室内機コントローラ３３から低元冷凍サイクルコントローラ３１に送信される。その後、低元冷凍サイクルコントローラ３１は、運転指令を高元冷凍サイクルコントローラ３２に送信する。

また、低元側蒸発器１５においては、空気中の水分や食品からの水分が霜となって付着する。例えば冷却対象を冷却する冷却運転（通常運転）を数時間行うと低元側蒸発器１５は霜で覆われ、通風抵抗が増加して風量が低下するとともに、冷媒と空気の間の熱抵抗が増加し冷凍能力が低下する。そこで、能力低下を防ぐため数時間に１回程度、低元側蒸発器１５の除霜を行う。このとき、室内機コントローラ３３は、除霜運転の開始・終了を低元冷凍サイクルコントローラ３１に送信する。

ここで、二元冷凍装置においては、低元冷凍サイクル１０の室内機２を、例えばスーパーマーケット等に設置されるショーケースなどの室内の負荷装置に配置することがある。例えば、ショーケースを配置換えなどして配管の接続変更などを行って冷媒回路が開放されると、冷媒漏れが発生する可能性が多くなる。このため、低温側冷媒には地球温暖化に対する影響が小さいもの（地球温暖化係数が低いもの）を用いる。一方、高元側冷媒回路は開放される頻度が少ないため、地球温暖化係数が高くても問題が生じる可能性が低い。このため、高温側冷媒は、運転効率を重視した選択を行うことができ、例えばＨＦＣ冷媒等を用いることができる。他にもＨＣ冷媒、アンモニア等を高温側冷媒として用いることができる。

（通常の冷却運転動作の概要）
以上のような構成の二元冷凍装置において、冷却対象である空気を冷却する通常の冷却運転における各構成機器の動作等を、各冷媒回路を循環する冷媒の流れに基づいて説明する。

（高元冷凍サイクル２０の動作）
まず、高元冷凍サイクル２０の動作について説明する。高元側圧縮機２１は、高元側冷媒を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。吐出した高元側冷媒は高元側凝縮器２２へ流入する。高元側凝縮器２２は、高元側凝縮器ファン５２の駆動により供給される外気と高元側冷媒との間で熱交換を行い、高元側冷媒を凝縮液化する。凝縮液化した冷媒は高元側膨張弁２３を通過する。高元側膨張弁２３は凝縮液化した冷媒を減圧する。減圧した冷媒は、受液器熱交換部２５、高元側蒸発器２４（カスケードコンデンサ３０）の順に流入する。受液器熱交換部２５は、低元側受液器１３の低元側冷媒との熱交換により高元側冷媒を蒸発する。高元側蒸発器２４は、低元側凝縮器１２を通過する低元側冷媒との熱交換により高元側冷媒を蒸発、ガス化する。蒸発ガス化した高元側冷媒を高元側圧縮機２１が吸入する。

ここで、高元冷凍サイクルコントローラ３２は、例えば高元側冷媒回路の低圧側飽和温度が所定の目標値になるように高元側圧縮機２１の回転数を制御する。また、例えば高元側冷媒回路の高圧側飽和温度が所定の目標値になるように高元側凝縮器ファン５２の回転数を制御する。そして、例えば高元側蒸発器２４の冷媒出口の過熱度が所定の目標値になるように高元側膨張弁２３の開度を制御する。

（低元冷凍サイクル１０の動作）
次に、低元冷凍サイクル１０の動作について説明する。低元側圧縮機１１は、低元側冷媒を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。吐出した低元側冷媒は低元側凝縮器１２（カスケードコンデンサ３０）へ流入する。低元側凝縮器１２は、高元側蒸発器２４を通過する高元側冷媒との熱交換により低元側冷媒を凝縮する。さらに、凝縮した冷媒は低元側受液器１３へ流入して、受液器熱交換部２５においてさらに凝縮する。このとき、受液器出口弁２９を開放しており、凝縮液化した低温側冷媒の一部は、低元側受液器１３に溜まらずに受液器出口弁２９を通過する。低元側膨張弁１４は凝縮液化した冷媒を減圧する。減圧した低元側冷媒は低元側蒸発器１５に流入する。低元側蒸発器１５は冷却対象との熱交換により低温側冷媒を蒸発ガス化する。蒸発ガス化した低元側冷媒を低元側圧縮機１１が吸入する。ここで、低元側受液器１３に凝縮液化した低温側冷媒を所定量貯留させておくようにするため、低元側冷媒回路の高圧側の運転時圧力（高圧側圧力）は、臨界点圧力未満とするのが望ましい。ここで、第１バイパス弁、第２バイパス弁については、低元側冷媒が通過しないように閉止する。

低元冷凍サイクルコントローラ３１は、例えば低元冷凍サイクル１０の低圧側飽和温度が所定の目標値になるように低元側圧縮機１１の回転数を制御する。また、室内機コントローラ３３は、例えば低元側蒸発器１５の冷媒出口の過熱度が所定の目標値になるように低元側膨張弁１４の開度を制御する。

（ホットガス除霜運転動作の概要）
本実施の形態１における二元冷凍装置は、低元側蒸発器１５の除霜を行う際に、低元側圧縮機１１を出た高温の冷媒を低元側蒸発器１５の入口に流入させるホットガス除霜を行うものとする。 ホットガス除霜運転を開始するとき、高元冷凍サイクル２０（高元側冷媒回路）は停止させる。低元冷凍サイクル１０においては、受液器出口弁２９を閉止し、第１バイパス弁１７及び第２バイパス弁１８を開放し、低元側膨張弁１４を全開にする。低元側圧縮機１１は駆動させるが、低元側蒸発器ファン５１は停止させる。

低元側圧縮機１１を出た高温の低元側冷媒は、バイパス回路１６を通り、第１バイパス弁１７、低元側膨張弁１４および第２バイパス弁１８を通過して、低元側蒸発器１５に流入する。低元側蒸発器１５では、低元側冷媒の熱で霜を融解させて冷媒の温度が低下し、再び低元側圧縮機１１に吸入される。

（低元冷凍サイクル１０がホットガス除霜時における高元冷凍サイクル２０の動作）
ここで、低元冷凍サイクル１０がホットガス除霜時の低元側冷媒回路の圧力上昇抑制の必要性について述べる。ホットガス除霜運転では、低元側凝縮器１２において冷媒が凝縮しないため、低元側冷媒回路はガスサイクルになる。このため、余剰冷媒が多くなり、低元側冷媒回路における圧力が高くなりやすい。さらに、低元側圧縮機１１から出た高温の低元側冷媒を低元側冷媒回路に流通させて低元側蒸発器１５に流入させるため、低元側冷媒回路の温度が高くなりやすく、例えば低温側冷媒により暖められた配管の熱伝導により液状の低元側冷媒が貯留されている低元側受液器１３などが加熱される可能性がある。また、受液器出口弁２９は閉じているものの、低元側圧縮機１１を出た高温の冷媒が、少量であるが低元側凝縮器１２を通って低元側受液器１３に流入して、低元側受液器１３に貯留された冷媒を加熱してしまう可能性がある。

本実施の形態の低元側冷媒としてＣＯ_２を使用しているが、ＣＯ_２は臨界点温度が約３１℃と他の冷媒に比べて低いため、温度上昇に伴い低元側冷媒回路内の圧力が高くなり、低元側冷媒が超臨界状態になる場合がある。ＣＯ_２の圧力が臨界点圧力以上となると、温度上昇に対して圧力上昇の度合いが高くなりやすい。このため、低元側冷媒回路の低元側冷媒が超臨界状態となることを許容すると、低元側冷媒回路内の著しい圧力上昇に対応して機器の耐圧設計をしなければならず、機器の設計圧が著しく高くなり、機器の大型化や経済性が損なわれる。

上述のような理由から、低元側蒸発器１５のホットガス除霜運転時に低元側冷媒回路の圧力上昇を抑制するために、低元側冷媒回路の圧力上昇を検知し、高元冷凍サイクル２０を運転させて低元側冷媒回路を冷却するのが望ましいと言える。

本実施の形態１における二元冷凍装置は、低元冷凍サイクル１０が停止中であっても、高元冷凍サイクル２０（高元側冷媒回路）を運転させて、高元側冷媒回路の低圧部で低元側受液器１３を冷却することで、低元側冷媒回路の温度上昇に伴う圧力上昇を抑制することができる。このような低元冷凍サイクル１０が停止時における高元冷凍サイクル２０の動作について説明する。

（低元側冷媒回路の圧力上昇抑制運転方法）
図３は本発明の実施の形態１の低元側冷媒回路の圧力調整処理に係るフローチャートを示す図である。ここでは、低元冷凍サイクル１０のホットガス除霜時において、圧力センサ６１の検知に係る低元側冷媒回路における低元側冷媒の圧力によって、高元冷凍サイクル２０を動作させる動作について、図３に沿って述べる。高元冷凍サイクルコントローラ３２は、低元冷凍サイクル１０（低元側冷媒回路）が除霜運転を開始すると本処理を開始し、低元側圧縮機１１の除霜を行っている間、継続して処理を行う。

高元冷凍サイクルコントローラ３２は、処理を開始して所定時間を経過したかどうかを判断し（ステップＳ１０１）、所定時間を経過したもの（Ｙｅｓ）と判断すると、圧力センサ６１の検知に係る低元側冷媒回路の高圧側圧力Ｐｈ＿Ｌを取り込む（決定する）（ステップＳ１０２）。ここで、所定時間としては、例えば１分程度の時間である。

また、高元冷凍サイクルコントローラ３２は、低元側冷媒回路の高圧側圧力Ｐｈ＿Ｌが、ＣＯ_２の臨界点圧力Ｐｃｒから閾値αを引いた値より大きいかどうかを判定する（ステップＳ１０３）。大きい（Ｙｅｓ）と判定するとステップＳ１０４以降に進む。一方、大きくない（Ｎｏ）と判定すると、ステップＳ１０１に戻って処理を続ける。ここで、ＣＯ_２の臨界点圧力Ｐｃｒは、約７．３８ＭＰａ（以下、圧力単位は絶対圧を示すものとする）であり、高元冷凍サイクルコントローラ３２は臨界点圧力Ｐｃｒの値を予め記憶しておく。

また、高元冷凍サイクルコントローラ３２は、高元側圧縮機２１を起動させる（より好ましくは高元側凝縮器ファン５２も起動させる）。これにより高元側冷媒回路の運転を行う（ステップＳ１０４）。

そして、高元冷凍サイクルコントローラ３２は、一定時間を経過したかどうかを判断し（ステップＳ１０５）、一定時間を経過したもの（Ｙｅｓ）と判断すると、再度、圧力センサ６１の検知に係る低元側冷媒回路の高圧側圧力Ｐｈ＿Ｌを取り込む（決定する）（ステップＳ１０６）。ここで、一定時間はおよそ１分程度が望ましい。

高元冷凍サイクルコントローラ３２は、低元側冷媒回路の高圧側圧力Ｐｈ＿Ｌが、ＣＯ_２の臨界点圧力Ｐｃｒから閾値βを引いた値より小さいかどうかを判定する（ステップＳ１０７）。小さい（Ｙｅｓ）と判定すると、高元側圧縮機２１、高元側凝縮器ファン５２を停止させて（ステップＳ１０８）、ステップＳ１０１に戻って処理を続ける。一方、小さくない（Ｎｏ）と判定すると、ステップＳ１０５に戻って処理を続ける。

以上のように本実施の形態１では、低元冷凍サイクル１０がホットガス除霜中に、低元側冷媒回路内の圧力が臨界点圧力以上になる（可能性があるもの）と推定すると、高元側圧縮機２１を起動して、受液器熱交換部２５により低元側冷媒回路（低元側冷媒）を冷却するようにした。このことにより、除霜運転における低元側冷媒回路内の低温側冷媒の圧力上昇を、同じ室外機１に収容された高元冷凍サイクル２０により冷却することで抑制することができる。よって、二元冷凍装置の信頼性を向上させることができる。また、臨界点温度が他の冷媒と比較して低いＣＯ_２を低温側冷媒として使用しても、過度に大きい受液器にする、機器の設計圧を高く設定する等の必要がなく、コスト低減の効果も期待できる。

また、本実施の形態１の二元冷凍装置では、高元冷凍サイクルコントローラ３２が、圧力センサ６１が検知する低元側冷媒回路の高圧側の冷媒圧力Ｐｈ＿Ｌを取り込んで低元側冷媒回路の圧力上昇抑制が必要かどうかを判断する。そして、必要であると判断すると、圧縮機２１を起動して、高元冷凍サイクル２０を運転することで、受液器熱交換部２５に低温の高元側冷媒を流すことにより低元側冷却器１３を冷却することで、低元側冷媒を冷却して低元側冷媒回路内の低元側冷媒の圧力上昇抑制を行う。このため、高元冷凍サイクルコントローラ３２が単独で処理を行うことができ、低元冷凍サイクルコントローラ３１、室内機コントローラ３３との通信を不要とすることができる。よって、コントローラ間の通信に不具合が発生する、低元冷凍サイクル１０の機器の一部が故障する等の場合でも、より確実に低元側冷媒回路の圧力上昇を抑制することができる。

また、ステップＳ１０３において、圧力上昇を抑制する運転を開始する条件である低元側冷媒回路の高圧側圧力Ｐｈ＿Ｌについて、ＣＯ_２の臨界点圧力Ｐｃｒに対して閾値αを設けているので、低元側冷媒回路の圧力上昇抑制運転が開始されてから実際に低元側受液器１３が冷却されるまでの間に、Ｐｈ＿ＬがＰｃｒより高くなってしまうことを抑制することができる。ここで、開始する高圧側圧力Ｐｈ＿Ｌの条件は、臨界点圧力より低い飽和圧力とする。次に、飽和圧力の算出方法について述べる。ＣＯ_２の臨界点温度である３１℃からおよそ３〜５℃程度の裕度を考慮して飽和温度を２６〜２８℃程度と設定する。そのときのＣＯ_２の飽和圧力は、換算により６．５８〜６．８９ＭＰａとなる。よって、臨界点圧力Ｐｃｒ（約７．３８ＭＰａ）との差である閾値αは、およそ０．５〜０．８ＭＰａ程度とすればよい。

また、ステップＳ１０７において、低元側受液器１３が冷却できたかを判定して、低元側冷媒回路の圧力上昇抑制運転を終了する条件となる、低元側冷媒回路の高圧側圧力Ｐｈ＿Ｌについて、ＣＯ_２の臨界点圧力Ｐｃｒに対して閾値βを設けているので、低元側冷媒回路の圧力上昇抑制運転が終了する際には、Ｐｈ＿ＬがＰｃｒより低くなり、飽和状態となるため低元側受液器１３に液冷媒を貯留することができる。ここで、αよりもβの値を大きくすることで、圧力上昇抑制運転を行う前よりＰｈ＿Ｌを低くすることができる。終了する条件は、開始する条件より飽和温度を低くする。飽和温度は、ＣＯ_２の臨界点温度である３１℃からおよそ１０〜１５℃程度低い１６〜２１℃程度として、そのときのＣＯ_２の飽和圧力は換算すると５．２１〜５．８６ＭＰａとなる。よって、臨界点圧力Ｐｃｒとの差である閾値βは、およそ１．５〜２．２ＭＰａ程度とすればよい。

例えば、受液器熱交換部２５における熱交換を可能とするためには、高い方の温度である低元側冷媒回路の凝縮温度と低い方の温度である高元側冷媒回路の蒸発温度とが所定温度差必要である。このとき、低元側冷媒回路の凝縮温度に対して高元側冷媒回路の蒸発温度が５〜１０℃低いことが望ましい。また、ステップＳ１０７において、低元側冷媒回路の圧力上昇抑制運転が終了する直前の、低元側冷媒回路の高圧側圧力Ｐｈ＿Ｌは、臨界点圧力Ｐｃｒからβを引いた値であり、低元側冷媒回路の凝縮温度は、高圧側圧力Ｐｈ＿Ｌに相当する飽和温度である。

以上より、高元側冷媒回路の目標低圧側飽和温度は、ステップＳ１０７で設定する低元側冷媒回路の飽和温度から設定することができる。例えば圧力上昇抑制運転を終了させるときの高圧側圧力Ｐｈ＿Ｌにおける低元側冷媒（ＣＯ_２）の飽和温度の換算値を臨界点温度３１℃から例えば１０℃低い２１℃に設定する。このとき、実際に運転が終了する直前の低元側冷媒の凝縮温度は２１℃となる。そのため、高元側冷媒の蒸発温度は受液器熱交換部２５の温度差を考慮して、低元側冷媒の凝縮温度から例えば５℃低くなるように、高元側冷媒回路の蒸発温度（高元側冷媒回路の目標低圧側飽和温度）を１６℃に設定することができる。

ここで、目標低圧側飽和温度が低すぎる場合には、高元冷凍サイクル２０において消費電力が大きくなるため、適切な目標低圧側飽和温度を設定することでより省エネルギーな運転を行うことができる。圧力上昇抑制運転行うときは、外気温度が高い状況であることが多いので、高元側凝縮器ファン５２の回転数が最大（全速）となるようにすることが望ましいがその限りではない。また、高元側膨張弁２３の開度は、通常の冷却運転と同様に、高元側蒸発器２４の冷媒出口過熱度が所定の目標値となるように調整することが望ましい。

また、本実施の形態１では、ステップＳ１０２およびステップＳ１０６において高圧側圧力Ｐｈ＿Ｌを直接検知しているが、例えば低元側受液器１３に設置した低元側冷媒回路の高圧側の液冷媒の温度Ｔｈ＿Ｌを検知する温度センサ６３を用いてもよい。ここで、高元冷凍サイクルコントローラ３２は、飽和圧力と飽和温度との関係から高圧側圧力Ｐｈ＿Ｌと高圧液冷媒温度Ｔｈ＿Ｌとの関係のデータを、テーブル形式で予め用意しておくようにする。そして、推定演算手段となる高元冷凍サイクルコントローラ３２は、高圧液冷媒温度Ｔｈ＿Ｌに基づいて推定演算し、低元側冷媒回路の低元側冷媒の圧力を決定する。

また、高圧側圧力Ｐｈ＿Ｌが臨界点圧力Ｐｃｒより大きい場合、飽和温度が存在しないが、その場合は擬似飽和温度として、臨界点温度以上の圧力と温度の関係を設定して使用してもよい。温度センサ６３を高元冷凍サイクルコントローラ３２に接続すれば、高元冷凍サイクルコントローラ３２のみで低元側冷媒回路の圧力上昇抑制運転を行うことができる。低元側受液器１３において、温度センサ６３を設置する位置は、液面と接するようにできるだけ底面に近い位置が望ましい。低元側受液器１３に温度センサ６３を差し込んで、直接高圧液冷媒の温度を検知するようにしてもよい。これにより、圧力センサ６１の代わりに、温度センサ６３の検知に係る低元側冷媒回路の高圧液冷媒の温度に基づいて低元側冷媒回路の高圧側圧力Ｐｈ＿Ｌを推定することができる。

また、本実施の形態１では、低元側受液器１３において低元側冷媒回路を冷却しているため、冷却によって生じた低元側液冷媒を低元側受液器１３に随時貯留することができる。よって、低元側冷媒回路をより効果的に冷却できる。また、低元側受液器１３は低元側冷媒を多く貯留しているため、低元側冷媒回路の圧力上昇を抑制するために低元側受液器１３を冷却することが有効である。

また、本実施の形態１では、高元側冷媒回路の高元側膨張弁２３と高元側蒸発器２４との間に受液器熱交換部２５を設けているが、例えば高元側蒸発器２４と高元側圧縮機２１との間に設けてもよい。

また、本実施の形態１では、低元冷凍サイクルコントローラ３１、高元冷凍サイクルコントローラ３２及び室内機コントローラ３３の３つのコントローラを設けているが、これは特に好適な例を示しているものである。場合によっては、コントローラを１つ又は２つとしてもよい。その場合であっても、例えば低元側冷媒回路の圧力上昇抑制運転の際に、高元冷凍サイクル２０のみで低元側受液器１３の冷却運転を行うことができるようにすれば、より確実に低元側受液器１３を冷却できる。

実施の形態２．
前述した実施の形態１では、通常の冷却運転と低元側冷媒回路の圧力上昇抑制運転との両方において、受液器熱交換部２５に高元側冷媒を流すようにした。次に低元側冷媒回路の圧力上昇抑制運転を行う場合に受液器熱交換部２５に高元側冷媒を流す実施の形態について説明する。ここで、例えば実施の形態１で説明した機器等については、実施の形態１で説明したことと同様の動作等を行う。

図４は本発明の実施の形態２に係る二元冷凍装置の構成を示す図である。本実施の形態の二元冷凍装置では、高元冷凍サイクル２０に受液器熱交換回路４０を備えている。受液器熱交換回路４０は、熱交換部入口弁２７、熱交換部バイパス弁２６、逆止弁２８及び熱交換部バイパス管４３を有している。例えば電磁弁等である熱交換部入口弁２７は、高元側冷媒の受液器熱交換部２５への通過を制御する弁である。また、熱交換部バイパス管４３は、一端を高元側膨張弁２３の出口配管４１と接続し、他端を高元側蒸発器２４の入口配管４２に接続する。例えば電磁弁等である熱交換部バイパス弁２６は高元側冷媒の熱交換部バイパス管４３への通過を制御する弁である。逆止弁２８は受液器熱交換部２５から入口配管４２の方向にのみ冷媒の流れを許容する弁である。ここで、本発明において熱交換部入口弁２７および逆止弁２８は「受液器熱交換部開閉装置」に相当し、熱交換部バイパス管４３は「熱交換部バイパス部」に相当し、熱交換部バイパス弁２６は「熱交換部バイパス開閉装置」に相当する。

図５は本発明の実施の形態２の二元冷凍装置の制御系の構成を示す図である。本実施の形態の高元側弁駆動回路１０６は、高元冷凍サイクルコントローラ３２の指令に応じて熱交換部バイパス弁２６、熱交換部入口弁２７の開閉を制御する。ここで、通常の冷却運転では、高元冷凍サイクルコントローラ３２は、熱交換部バイパス弁２６を開放させ、熱交換部入口弁２７を閉止させるように制御する。

（通常の冷却運転の高元冷凍サイクル２０の動作）
高元側膨張弁２３によって減圧された冷媒は、熱交換部バイパス弁２６を通過し、高元側蒸発器２４（カスケードコンデンサ３０）に流入する。このとき、熱交換部入口弁２７は閉止する。さらに、受液器熱交換部２５と高元側蒸発器２４の入口配管４２には逆止弁２８が設けられているので、通常の冷却運転時には、受液器熱交換部２５に高元側冷媒回路の冷媒は流入しない。よって、高元側冷媒は高元側蒸発器２４のみで蒸発、ガス化する。

（低元側冷媒回路の圧力上昇抑制運転方法）
図６は本発明の実施の形態２の低元側冷媒回路の圧力調整処理に係るフローチャートを示す図である。高元冷凍サイクルコントローラ３２は、低元側圧縮機１１が停止すると本処理を開始し、低元側圧縮機１１の停止中、継続して処理を行う。

高元冷凍サイクルコントローラ３２は、処理を開始して所定時間を経過したかどうかを判断し（ステップＳ２０１）、所定時間を経過したもの（Ｙｅｓ）と判断すると、圧力センサ６１の検知に係る低元側冷媒回路の高圧側圧力Ｐｈ＿Ｌを取り込む（決定する）（ステップＳ２０２）。所定時間については、実施の形態１と同様に、例えば１分程度の時間でよい。また、高元冷凍サイクルコントローラ３２は、低元側冷媒回路の高圧側圧力Ｐｈ＿Ｌが、ＣＯ_２の臨界点圧力Ｐｃｒから閾値αを引いた値より大きいかどうかを判定する（ステップＳ２０３）。大きくない（Ｎｏ）と判定すると、ステップＳ２０１に戻って処理を続ける。

一方、大きい（Ｙｅｓ）と判定すると高元冷凍サイクルコントローラ３２は、熱交換部入口弁２７を開放する（ステップＳ２０４）。また、熱交換部バイパス弁２６を閉止する（ステップＳ２０５）。

また、高元冷凍サイクルコントローラ３２は、高元側圧縮機２１、高元側凝縮器ファン５２を起動させる（ステップＳ２０６）。

そして、高元冷凍サイクルコントローラ３２は、一定時間を経過したかどうかを判断し（ステップＳ２０７）、一定時間を経過したもの（Ｙｅｓ）と判断すると、再度、圧力センサ６１の検知に係る低元側冷媒回路の高圧側圧力Ｐｈ＿Ｌを取り込む（決定する）（ステップＳ２０８）。実施の形態１と同様に、一定時間はおよそ１分程度が望ましい。

高元冷凍サイクルコントローラ３２は、低元側冷媒回路の高圧側圧力Ｐｈ＿Ｌが、ＣＯ_２の臨界点圧力Ｐｃｒから閾値βを引いた値より小さいかどうかを判定する（ステップＳ２０９）。小さい（Ｙｅｓ）と判定すると、高元側圧縮機２１、高元側凝縮器ファン５２を停止させる（ステップＳ２１０）。また、熱交換部入口弁２７を閉止し（ステップＳ２１１）、熱交換部バイパス弁２６を開放して（ステップＳ２１２）、ステップＳ２０１に戻って処理を続ける。一方、小さくない（Ｎｏ）と判定すると、ステップＳ２０７に戻って処理を続ける。

実施の形態２の二元冷凍装置では、高元側冷媒回路において、通常の冷却運転時は受液器熱交換部２５に高温側冷媒を流さずに熱交換部バイパス管４３にバイパスさせる。低元側冷媒回路の圧力上昇抑制運転時の場合に受液器熱交換部２５において低元側受液器１３において低元側冷媒を冷却させるようにしている。

例えば通常の冷却運転時において、低元側蒸発器１５の冷却負荷が小さい場合などに、受液器熱交換部２５で低元側受液器１３を冷却すると、低元側受液器１３で低元側冷媒回路の低元側冷媒が凝縮しすぎてしまい、液冷媒が多量に貯留されてしまう。このため、低元側冷媒回路の高圧側圧力が適正値まで上昇せず、二元冷凍装置のＣＯＰが低くなる可能性がある。そこで、低元側冷媒回路の圧力上昇抑制運転時のみ受液器熱交換部２５において低元側受液器１３の低元側冷媒を冷却する。これにより、通常の冷却運転時にはＣＯＰを低下させることなく、かつ、低元冷凍サイクル１０の停止時の信頼性を向上させることができる。

また、本実施の形態２では、受液器熱交換部２５の冷媒流入口側に熱交換部入口弁２７を設置し、冷媒流出口側に逆止弁２８を設置している。流入口側と流出口側の両方に弁を設けて流れを制御することで、例えば高元側冷媒回路の冷凍機油が受液器熱交換部２５に滞留したりすることを防ぐことができる。ただし、両側の設置に限定するものではなく、流入口側または流出口側の一方のみに開閉装置等、冷媒の流れを制御する装置を設けるようにしてもよい。

ここで、本実施の形態２では、熱交換部バイパス弁２６を設け、低元側冷媒回路の圧力上昇抑制運転を行う場合には、熱交換部バイパス弁２６を閉じて熱交換部バイパス管４３に高温側冷媒を通過させないようにした。このため、全高元側冷媒を受液器熱交換部２５に通過させることができ、低元側冷媒回路の冷媒を冷却する効果をより大きくすることができる。ただ、これに限定するものではなく、熱交換部バイパス弁２６を設けなくても、熱交換部入口弁２７を開放させるようにすれば、受液器熱交換部２５に高温側冷媒を流すことができ、低元側冷媒を冷却することができる。また、上述の処理では特に示していないが、例えば、ステップＳ２１０において、高元側圧縮機２１、高元側凝縮器ファン５２を停止させると、熱交換部入口弁２７を閉止し、熱交換部バイパス弁２６を開放するようにしてもよい（本処理で行わない場合でも、例えば通常運転になったときには熱交換部入口弁２７を閉止させ、熱交換部バイパス弁２６を開放させることになる）。

実施の形態３．
上述した実施の形態１および実施の形態２では、低元側圧縮機１１を出た高温の低元側冷媒を低元側蒸発器１５に流入させるホットガス除霜の際に、低元側冷媒回路の上昇を抑制するようにしたものであった。次に低元側蒸発器１５近傍に電気ヒータ等の加熱手段を備え、加熱手段による加熱で低元側蒸発器１５の霜を溶かすような場合の実施の形態を示す。

図７は本発明の実施の形態３の二元冷凍装置の構成を示す図である。図７において、図１等と同じ符号を付している機器等については、実施の形態１等で説明したことと同様の動作等を行う。本実施の形態３二元冷凍装置においては、低元側蒸発器１５の近傍に電気ヒータ１９が設けられている。本実施の形態３では、低元側蒸発器１５の除霜運転開始時は、低元側圧縮機１１および高元側圧縮機２１を停止させて、受液器出口弁２９を閉止する。その後、電気ヒータ１９に通電して発熱させ、低元側蒸発器１５の表面を加熱して霜を溶かす。

本実施の形態３では、電気ヒータ１９により低元側蒸発器１５を加熱しているため、低元側冷媒回路では低元側冷媒の温度上昇が生じる。よって、低元側蒸発器１５の加熱量が大きく、また室外機１や室内機２の周囲温度が高くなる場合は、低元側冷媒の圧力が高くなる可能性がある。低元側冷媒回路の高圧側圧力が臨界点圧力になるものと推定すると、高元冷凍サイクル２０を運転させて、高元側冷媒回路における低圧側の部分である受液器熱交換部２５により低元側受液器１３を冷却することで、低元側冷媒回路の温度上昇に伴う圧力上昇を抑制することができる。

本実施の形態３では、室内機２において電気ヒータ１９により低元側冷媒回路の低圧側を加熱しているのに対して、室外機１において低元側冷媒回路の高圧側で圧力上昇抑制のための冷却を行っている。前述のように、除霜中は低元側圧縮機１１を停止しているが、冷凍機に用いられる圧縮機には冷媒が吐出される方向にのみ流れが許容される逆止弁（図示せず）が設けられており、低元側冷媒回路の低圧側で圧力上昇が生じると、冷媒は高圧側に移動する。よって、本実施の形態３のように、低元側冷媒回路において高圧となる側における低温側冷媒の圧力上昇を検知して、上述した冷却運転を行う用にすればよい。また、受液器出口弁２９を閉止するようにすることで、除霜時に液冷媒が低元側冷媒回路の低圧側に流れ込むことがなく、かつ低元側受液器１３を冷却する際は、より効果的に低元側受液器１３に液冷媒を貯留することができる。

本発明の二元冷凍装置は、冷媒のノンフロン化やフロン冷媒の削減、機器の省エネルギー化が要求されるショーケースや業務用冷凍冷蔵庫、自動販売機等の冷蔵・冷凍機器にも広く適用できる。

１ 室外機、２ 室内機、１０ 低元冷凍サイクル、１１ 低元側圧縮機、１２ 低元側凝縮器、１３ 低元側受液器、１４ 低元側膨張弁、１５ 低元側蒸発器、１６ バイパス回路、１７ 第１バイパス弁、１８ 第２バイパス弁、１９ 電気ヒータ、２０ 高元冷凍サイクル、２１ 高元側圧縮機、２２ 高元側凝縮器、２３ 高元側膨張弁、２４ 高元側蒸発器、２５ 受液器熱交換部、２６ 熱交換部バイパス弁、２７ 熱交換部入口弁、２８ 逆止弁、２９ 受液器出口弁、３０ カスケードコンデンサ、３１ 低元冷凍サイクルコントローラ、３２ 高元冷凍サイクルコントローラ、３３ 室内機コントローラ、４０ 受液器熱交換回路、４１ 出口配管、４２ 入口配管、４３ 熱交換部バイパス管、５１ 低元側蒸発器ファン、５２ 高元側凝縮器ファン、６１ 圧力センサ、６２，６３，６４ 温度センサ、１０１ 低元側インバータ回路、１０２ 低元側ファン駆動回路、１０３ 室内側弁駆動回路、１０４ 高元側インバータ回路、１０５ 高元側ファン駆動回路、１０６ 高元側弁駆動回路、１０７ 低元側弁駆動回路。

Claims (8)

1. 第１圧縮機、第１凝縮器、第１絞り装置及び第１蒸発器を配管接続し、第１冷媒を循環させる第１冷媒回路を構成する第１冷凍サイクル装置と、
   第２圧縮機、第２凝縮器、受液器、第２絞り装置及び第２蒸発器を配管接続し、第２冷媒を循環させる第２冷媒回路を構成する第２冷凍サイクル装置と、
   前記第１蒸発器と前記第２凝縮器とを有し、前記第１蒸発器を流れる前記第１冷媒と前記第２凝縮器を流れる前記第２冷媒との熱交換を行わせるカスケードコンデンサと、
   前記第１冷媒回路において低圧となる前記第１冷媒が流れる部分との熱交換により前記受液器を冷却する受液器熱交換部と、
   前記第２蒸発器の除霜を行う除霜手段と、
   前記第２冷媒回路における前記第２冷媒の圧力を決定する第２冷媒回路圧力決定手段と、
   前記除霜手段による前記第２蒸発器の除霜中に、前記第２冷媒回路圧力決定手段の決定に係る前記第２冷媒の圧力に基づいて、前記第２冷媒が超臨界状態になるものと推定すると、前記第１圧縮機を起動させて前記受液器熱交換部に前記第１冷媒を流す制御を行う制御装置と
   を備えることを特徴とする二元冷凍装置。
2. 前記第１冷媒回路は、前記受液器熱交換部をバイパスさせる熱交換部バイパス部と、
   前記受液器熱交換部の冷媒通過を制御する受液器熱交換部開閉装置とをさらに備え、
   前記制御装置は、前記第２圧縮機が停止中に、前記第２冷媒が超臨界状態になるものと推定すると、前記受液器熱交換部開閉装置を開放させる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の二元冷凍装置。
3. 前記第２冷媒回路圧力決定手段は、
   前記第２冷媒回路の前記第２圧縮機の吐出側から前記第２絞り装置の冷媒流入側の間に設けられ、前記第２冷媒回路の高圧側における前記第２冷媒の圧力を検知する圧力検知装置を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の二元冷凍装置。
4. 前記第２冷媒回路圧力決定手段は、
   前記第２冷媒回路の高圧側における液状の冷媒の温度を検知する液冷媒温度検知装置と、
   該液冷媒温度検知装置の検知に係る温度に基づいて、第２冷媒の圧力を推定演算する演算手段と
   を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の二元冷凍装置。
5. 前記第２冷媒回路は、前記第２圧縮機と前記第２凝縮器との間の冷媒配管と、前記受液器と前記第２蒸発器との間の冷媒配管とを接続するバイパス回路をさらに有し、
   前記第２圧縮機の駆動により前記バイパス回路を通過して前記第２蒸発器に流入する低元側冷媒であるホットガスを、前記除霜手段とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の二元冷凍装置。
6. 前記除霜手段は、前記第２蒸発器に設けられた電気ヒータであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の二元冷凍装置。
7. 前記熱交換部バイパス部に、熱交換部バイパス開閉装置をさらに備え、
   前記制御装置は、前記受液器熱交換部において前記第２冷媒を冷却する際に、前記熱交換部バイパス開閉装置を閉止させることを特徴とする請求項２に記載の二元冷凍装置。
8. 前記第２冷媒は二酸化炭素であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の二元冷凍装置。

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