JP2021011985A - Two-stage refrigerator - Google Patents

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友和 力岡
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Abstract

To provide a two-stage refrigerator capable of suppressing an increase in pressure loss generated when a high-stage refrigerant is circulated in a route in which a low-stage refrigerant in a low-stage side cooling circuit is condensed by the high-stage refrigerant cooled by a heat exchanger in a high-stage side cooling circuit.SOLUTION: A two-stage refrigerator 100 includes: a first heat exchanger 4 evaporating a high-stage refrigerant expanded by a high-stage side expansion valve 33 and condensing a low-stage refrigerant caused to flow out from a low-stage side compressor 11; and a second heat exchanger 5 cooling the high-stage refrigerant caused to flow out from a high-stage side condenser 32 by using a low-stage refrigerant caused to flow out from a low-stage side evaporator 14. The high-stage side cooling circuit 3 includes a connection pipeline 34 directly connecting the high-stage side condenser 32 and the second heat exchanger 5 without interposing a valve.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、二元冷凍機に関し、特に、低元側冷却回路と、高元側冷却回路とを備える二元冷凍機に関する。 The present invention relates to a dual refrigerator, and more particularly to a dual refrigerator including a low source side cooling circuit and a high source side cooling circuit.

従来、低元側冷却回路と、高元側冷却回路とを備える二元冷凍機が知られている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, a dual refrigerator including a low-source side cooling circuit and a high-source side cooling circuit is known (see, for example, Patent Document 1).

上記特許文献1には、低元側回路(低元側冷却回路)と、高元側回路(高元側冷却回路)とを備える二元冷凍サイクル(二元冷凍機)が開示されている。高元側回路は、第1圧縮機と、凝縮器と、第1膨張弁とを含む。低元側回路は、第2圧縮機と、第2膨張弁と、蒸発器とを含む。 Patent Document 1 discloses a dual refrigeration cycle (dual refrigerating machine) including a low source side circuit (low source side cooling circuit) and a high source side circuit (high source side cooling circuit). The high-source side circuit includes a first compressor, a condenser, and a first expansion valve. The low source side circuit includes a second compressor, a second expansion valve, and an evaporator.

上記特許文献1の二元冷凍サイクルは、カスケード熱交換器と、熱交換器とを備えている。カスケード熱交換器は、低元側回路および高元側回路に跨って設けられている。カスケード熱交換器は、高元側回路の凝縮器から流出した冷媒と、低元側回路の第2圧縮機から流出した冷媒との熱交換を行うように構成されている。熱交換器は、低元側回路および高元側回路に跨って設けられている。熱交換器は、高元側回路の凝縮器から流出した冷媒と、低元側回路の蒸発器から流出した冷媒との熱交換を行うように構成されている。すなわち、熱交換器は、高元側回路の凝縮器から流出した冷媒を冷却した後の冷媒をカスケード熱交換器に供給するように構成されている。 The dual refrigeration cycle of Patent Document 1 includes a cascade heat exchanger and a heat exchanger. The cascade heat exchanger is provided across the low-source side circuit and the high-source side circuit. The cascade heat exchanger is configured to exchange heat between the refrigerant flowing out from the condenser of the high-source side circuit and the refrigerant flowing out from the second compressor of the low-source side circuit. The heat exchanger is provided across the low-source side circuit and the high-source side circuit. The heat exchanger is configured to exchange heat between the refrigerant flowing out of the condenser of the high-source side circuit and the refrigerant flowing out of the evaporator of the low-source side circuit. That is, the heat exchanger is configured to supply the refrigerant after cooling the refrigerant flowing out from the condenser of the high-source side circuit to the cascade heat exchanger.

上記特許文献1の高元側回路は、第1管路と、第2管路と、第1電磁弁と、第2電磁弁とを含んでいる。第1管路は、凝縮器と熱交換器とを接続している。第2管路は、凝縮器とカスケード熱交換器とを接続している。第1電磁弁および第2電磁弁は、それぞれ、第1管路および第2管路に配置されている The high-source side circuit of Patent Document 1 includes a first pipeline, a second pipeline, a first solenoid valve, and a second solenoid valve. The first pipeline connects the condenser and the heat exchanger. The second line connects the condenser and the cascade heat exchanger. The first solenoid valve and the second solenoid valve are arranged in the first pipeline and the second pipeline, respectively.

上記特許文献1の二元冷凍サイクルは、第1電磁弁および第2電磁弁の開閉状態を切り替えることにより、第1管路に冷媒を流して熱交換器を介してカスケード熱交換器に冷媒を供給するか、または、第2管路に冷媒を流して凝縮器から直接的に冷媒をカスケード熱交換器に供給するかを切り替えるように構成されている。 In the dual refrigeration cycle of Patent Document 1, the refrigerant flows through the first pipeline by switching the open / closed state of the first solenoid valve and the second solenoid valve, and the refrigerant is supplied to the cascade heat exchanger via the heat exchanger. It is configured to switch between supplying or flowing the refrigerant through the second pipeline and supplying the refrigerant directly from the condenser to the cascade heat exchanger.

国際公開第2018/008053号International Publication No. 2018/008053

しかしながら、上記特許文献1の二元冷凍サイクル(二元冷凍機)では、第1電磁弁を開状態にするとともに、第2電磁弁を閉状態に切り替えることにより第1管路に冷媒を流すので、第1管路に冷媒を流す際に第1電磁弁が設けられていることに起因して流路抵抗が増加するという不都合がある。このため、この二元冷凍サイクルでは、第1管路および第1電磁弁を含む高元側回路(高元側冷却回路)において、熱交換器により冷却した冷媒(高元用冷媒)によって低元側回路(低元側冷却回路)の冷媒(低元用冷媒)を凝縮させる経路に冷媒(高元用冷媒)を循環させる際に生じる圧力損失が増加するという問題点がある。 However, in the dual refrigeration cycle (dual refrigerating machine) of Patent Document 1, the refrigerant flows through the first pipeline by opening the first solenoid valve and switching the second solenoid valve to the closed state. There is a disadvantage that the flow path resistance increases due to the provision of the first solenoid valve when the refrigerant flows through the first pipeline. Therefore, in this dual refrigeration cycle, in the high-source side circuit (high-source side cooling circuit) including the first pipeline and the first electromagnetic valve, the low-source is reduced by the refrigerant cooled by the heat exchanger (high-source refrigerant). There is a problem that the pressure loss generated when the refrigerant (high source refrigerant) is circulated in the path for condensing the refrigerant (low source refrigerant) of the side circuit (low source side cooling circuit) increases.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、高元側冷却回路において、熱交換器により冷却した高元用冷媒によって低元側冷却回路の低元用冷媒を凝縮させる経路に高元用冷媒を循環させる際に生じる圧力損失の増加を抑制することが可能な二元冷凍機を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and one object of the present invention is to cool the low-source side by a high-source refrigerant cooled by a heat exchanger in the high-source side cooling circuit. It is an object of the present invention to provide a dual refrigerator capable of suppressing an increase in pressure loss generated when the high-source refrigerant is circulated in a path for condensing the low-source refrigerant in the circuit.

この発明の一の局面による二元冷凍機は、低元側圧縮機と、低元用冷媒を膨張させる低元側膨張弁と、低元用冷媒を蒸発させる低元側蒸発器とを含む低元側冷却回路と、高元側圧縮機と、低元用冷媒よりも圧力損失が大きい高元用冷媒を凝縮させる高元側凝縮器と、高元用冷媒を膨張させる高元側膨張弁とを含む高元側冷却回路と、高元側冷却回路と低元側冷却回路とに跨って設けられ、高元側膨張弁により膨張した高元用冷媒を蒸発させて、低元側圧縮機から流出した低元用冷媒を凝縮させる第1熱交換器と、高元側冷却回路と低元側冷却回路とに跨って設けられ、低元側蒸発器から流出した低元用冷媒により、高元側凝縮器から流出した高元用冷媒を冷却する第2熱交換器とを備え、高元側冷却回路は、高元側凝縮器および第2熱交換器を弁を介することなく直接的に接続する接続管路を含む。なお、高元側冷却回路とは、2つの冷却回路において一方の冷却回路の冷媒の蒸発に伴って他方の冷却回路の冷媒から熱を奪う冷却回路である。低元側冷却回路とは、2つの冷却回路において一方の冷却回路の冷媒の凝縮に伴って他方の冷却回路の冷媒に凝縮熱を廃熱する冷却回路である。 The dual refrigerator according to one aspect of the present invention includes a low source side compressor, a low source side expansion valve for expanding the low source side refrigerant, and a low source side evaporator for evaporating the low source side refrigerant. The main cooling circuit, the high source side compressor, the high source side condenser that condenses the high source side refrigerant that has a larger pressure loss than the low source side refrigerant, and the high source side expansion valve that expands the high source side refrigerant. The high-source side cooling circuit including the above, the high-source side cooling circuit, and the low-source side cooling circuit are provided, and the high-source side refrigerant expanded by the high-source side expansion valve is evaporated from the low-source side compressor. The first heat exchanger that condenses the spilled low-source refrigerant is provided across the high-source side cooling circuit and the low-source side cooling circuit, and the low-source refrigerant that flows out from the low-source side evaporator provides high yuan. It is equipped with a second heat exchanger that cools the high-source refrigerant flowing out of the side condenser, and the high-source side cooling circuit directly connects the high-source side condenser and the second heat exchanger without using a valve. Includes connecting pipelines. The high-source side cooling circuit is a cooling circuit that takes heat from the refrigerant of the other cooling circuit as the refrigerant of one cooling circuit evaporates in the two cooling circuits. The low-source side cooling circuit is a cooling circuit that wastes heat of condensation to the refrigerant of the other cooling circuit as the refrigerant of one cooling circuit condenses in the two cooling circuits.

この発明の一の局面による二元冷凍機では、上記のように、高元側冷却回路に、高元側凝縮器および第2熱交換器を弁を介することなく直接的に接続する接続管路を設ける。これにより、高元側凝縮器と第2熱交換器との間に弁を配置することに起因する流路抵抗の増加を抑制することができる。その結果、高元側冷却回路において、熱交換器により冷却した高元用冷媒によって低元側冷却回路の低元用冷媒を凝縮させる経路に高元用冷媒を循環させる際に生じる圧力損失の増加を抑制することができる。また、高元側凝縮器と第2熱交換器との間に弁を配置することに起因する流路抵抗の増加を抑制することができるので、高元側冷却回路に高元用冷媒を循環させる際のエネルギー効率を向上させることができる。また、高元側冷却回路に第2熱交換器を設けることにより、より低温の高元用冷媒により低元用冷媒を冷却して凝縮させることができる。その結果、低元用冷媒の過冷却度を向上させることができる。また、高元側冷却回路に第2熱交換器を設けるだけで低元用冷媒の過冷却度を向上させることができるので、高元側冷却回路の複雑化および大型化を抑制しつつ過冷却度を向上させることができる。 In the dual refrigerator according to one aspect of the present invention, as described above, the connection pipeline that directly connects the high source side condenser and the second heat exchanger to the high source side cooling circuit without using a valve. Is provided. As a result, it is possible to suppress an increase in flow path resistance due to the arrangement of the valve between the high source side condenser and the second heat exchanger. As a result, in the high-source side cooling circuit, the pressure loss generated when the high-source refrigerant is circulated in the path for condensing the low-source refrigerant in the low-source side cooling circuit by the high-source refrigerant cooled by the heat exchanger increases. Can be suppressed. Further, since it is possible to suppress an increase in flow path resistance due to the arrangement of the valve between the high source side condenser and the second heat exchanger, the high source side refrigerant is circulated in the high source side cooling circuit. It is possible to improve the energy efficiency when making it. Further, by providing the second heat exchanger in the cooling circuit on the high source side, the low source refrigerant can be cooled and condensed by the lower temperature high source refrigerant. As a result, the degree of supercooling of the low-source refrigerant can be improved. Further, since the degree of supercooling of the low-source refrigerant can be improved only by providing a second heat exchanger in the high-source side cooling circuit, supercooling can be suppressed while suppressing the complexity and size of the high-source side cooling circuit. The degree can be improved.

上記一の局面による二元冷凍機において、好ましくは、高元側冷却回路における高元用冷媒が流れる経路の長さは、低元側冷却回路における低元用冷媒が流れる経路の長さよりも短い。このように構成すれば、低元側冷却回路において生じる圧力損失を抑制することができるので、低元用冷媒を低元側冷却回路において効率よく循環させることができる。 In the dual refrigerator according to the above one aspect, preferably, the length of the path through which the high-source refrigerant flows in the high-source side cooling circuit is shorter than the length of the path through which the low-source refrigerant flows in the low-source side cooling circuit. .. With this configuration, the pressure loss that occurs in the low-source side cooling circuit can be suppressed, so that the low-source refrigerant can be efficiently circulated in the low-source side cooling circuit.

上記一の局面による二次元冷凍機において、好ましくは、高元用冷媒および低元用冷媒は、それぞれ、R1234yfおよび二酸化炭素を有する。このように構成すれば、R1234yfは成績係数が二酸化炭素よりも高いので、二酸化炭素の冷却を高効率に行うことができる。また、高元側冷却回路においてR1234yfは低元側冷却回路の二酸化炭素よりも圧力が低い状態で使用されるので、二酸化炭素よりもR1234yfの密度が小さくなることに起因して圧力損失が生じやすいが、上記のように圧力損失の増加を抑制した高元側冷却回路においてR1234yfを高元用冷媒として循環させることにより、R1234yfにより生じる圧力損失の増加を極力抑制することができる。したがって、R1234yfを循環させることに起因する高元側圧縮機の駆動力の増加を抑制することができる。これらの結果、二酸化炭素の冷却を高効率に行うことができるとともに、高元側圧縮機の駆動力の増加を抑制することにより、二元冷凍機の全体としての成績係数を向上させることができる。また、二酸化炭素の冷却を高効率に行うことができるので、二酸化炭素を臨界状態にすることなく二酸化炭素を過冷却状態にすることができる。なお、R1234yfは、ハイドロフルオロオレフィンに分類されるノンフロン系冷媒の1つである。また、成績係数とは、低温熱源から奪う熱と圧縮機の仕事との比を表した数値である。 In the two-dimensional refrigerator according to the above one aspect, preferably, the high-source refrigerant and the low-source refrigerant have R1234yf and carbon dioxide, respectively. With this configuration, R1234yf has a higher coefficient of performance than carbon dioxide, so that carbon dioxide can be cooled with high efficiency. Further, since R1234yf is used in the high source side cooling circuit in a state where the pressure is lower than the carbon dioxide in the low source side cooling circuit, pressure loss is likely to occur due to the density of R1234yf being smaller than that of carbon dioxide. However, by circulating R1234yf as the high-source refrigerant in the high-source side cooling circuit that suppresses the increase in pressure loss as described above, the increase in pressure loss caused by R1234yf can be suppressed as much as possible. Therefore, it is possible to suppress an increase in the driving force of the high-source side compressor due to the circulation of R1234yf. As a result, carbon dioxide can be cooled with high efficiency, and the coefficient of performance of the dual refrigerator as a whole can be improved by suppressing an increase in the driving force of the high-source compressor. .. Further, since the carbon dioxide can be cooled with high efficiency, the carbon dioxide can be supercooled without making the carbon dioxide a critical state. R1234yf is one of the non-fluorocarbon refrigerants classified as hydrofluoroolefins. The coefficient of performance is a numerical value representing the ratio of the heat taken from the low-temperature heat source to the work of the compressor.

この場合、好ましくは、低元側冷却回路とは別個に設けられ、低元側圧縮機から流出した低元用冷媒としての二酸化炭素を冷却する第3熱交換器を含む圧縮機用冷却回路をさらに備え、低元側圧縮機は、二酸化炭素を低圧から中間圧に圧縮する低段圧縮部と、二酸化炭素を中間圧から高圧に圧縮する高段圧縮部とを含み、低元側圧縮機は、低段圧縮部により中間圧に圧縮した二酸化炭素を第3熱交換器で冷却した後、高段圧縮部により冷却した二酸化炭素を圧縮するように構成されている。このように構成すれば、低元側圧縮機により二酸化炭素を圧縮して高温高圧にする際、低段圧縮部により中間圧に圧縮した二酸化炭素を第3熱交換器で冷却するので、低元側圧縮機による二酸化炭素の圧力上昇を飽和させないようにすることができる。その結果、二酸化炭素を効率よく所望の高温高圧の過熱蒸気にすることができる。 In this case, preferably, a compressor cooling circuit provided separately from the low-source side cooling circuit and including a third heat exchanger that cools carbon dioxide as the low-source side refrigerant flowing out of the low-source side compressor. Further, the low-source compressor includes a low-stage compressor that compresses carbon dioxide from low pressure to intermediate pressure and a high-stage compressor that compresses carbon dioxide from intermediate pressure to high pressure. The carbon dioxide compressed to an intermediate pressure by the low-stage compressor is cooled by the third heat exchanger, and then the carbon dioxide cooled by the high-stage compressor is compressed. With this configuration, when carbon dioxide is compressed by the low source side compressor to a high temperature and high pressure, the carbon dioxide compressed to the intermediate pressure by the low stage compressor is cooled by the third heat exchanger, so that the low source side is used. It is possible to prevent the pressure rise of carbon dioxide caused by the side compressor from being saturated. As a result, carbon dioxide can be efficiently converted into a desired high-temperature and high-pressure superheated steam.

上記一の局面による二次元冷凍機において、好ましくは、高元用冷媒は、成績係数が低元用冷媒よりも大きく、かつ、高元側冷却回路における第1熱交換器から流出した際の圧力が、低元側冷却回路における低元側蒸発器から流出した際の低元用冷媒の圧力よりも低く圧力損失が大きい冷媒により構成されている。このように構成すれば、高元側冷却回路において高元用冷媒は低元側冷却回路の低元用冷媒よりも圧力が低い状態で使用されるので、低元用冷媒よりも高元用冷媒の密度が小さくなることに起因して圧力損失が生じやすいが、上記のように圧力損失の増加を抑制した高元側冷却回路において高元用冷媒を循環させることにより、高元用冷媒により生じる圧力損失の増加を極力抑制することができる。したがって、高元用冷媒を循環させることに起因する高元側圧縮機の駆動力の増加を抑制することができる。また、高元用冷媒は成績係数が低元用冷媒よりも高いので、低元用冷媒の冷却を高効率に行うことができる。これらの結果、低元用冷媒の冷却を高効率に行うことができるとともに、高元側圧縮機の駆動力の増加を抑制することができるので、二元冷凍機の全体としての成績係数を向上させることができる。 In the two-dimensional refrigerator according to the above one aspect, preferably, the high-source refrigerant has a higher coefficient of performance than the low-source refrigerant, and the pressure when it flows out from the first heat exchanger in the high-source side cooling circuit. However, it is composed of a refrigerant having a pressure loss that is lower than the pressure of the low-source refrigerant when it flows out from the low-source side evaporator in the low-source side cooling circuit. With this configuration, the high-source refrigerant is used in the high-source side cooling circuit at a lower pressure than the low-source refrigerant in the low-source side cooling circuit, and therefore the high-source refrigerant is used rather than the low-source refrigerant. Pressure loss is likely to occur due to the decrease in the density of the refrigerant, but it is caused by the high-source refrigerant by circulating the high-source refrigerant in the high-source side cooling circuit that suppresses the increase in pressure loss as described above. The increase in pressure loss can be suppressed as much as possible. Therefore, it is possible to suppress an increase in the driving force of the high-source side compressor due to the circulation of the high-source refrigerant. Further, since the high-source refrigerant has a higher coefficient of performance than the low-source refrigerant, the low-source refrigerant can be cooled with high efficiency. As a result, the low-source refrigerant can be cooled with high efficiency, and the increase in the driving force of the high-source compressor can be suppressed, so that the coefficient of performance of the dual refrigerator as a whole is improved. Can be made to.

上記一の局面による二元冷凍機において、好ましくは、高元側冷却回路と低元側冷却回路とに跨って設けられ、第1熱交換器よりも上流側の高元用冷媒と第1熱交換器よりも下流側の低元用冷媒とを熱交換させる第4熱交換器をさらに備え、高元側冷却回路は、接続管路から分岐して第4熱交換器に接続される分岐管路と、分岐管路に設けられ、分岐管路を流れる高元用冷媒を膨張させる分岐側膨張弁とをさらに含む。このように構成すれば、第4熱交換器において分岐側膨張弁により膨張した低温低圧の高元用冷媒により第1熱交換器よりも下流側の低元用冷媒から熱を奪うことができる。その結果、第1熱交換器において凝縮した液相の低元用冷媒の過冷却度をより向上させることができる。 In the dual refrigerator according to the above one aspect, preferably, the high source side cooling circuit and the low source side cooling circuit are provided so as to be provided, and the high source refrigerant and the first heat on the upstream side of the first heat exchanger. A fourth heat exchanger that exchanges heat with the low-source refrigerant downstream of the exchanger is further provided, and the high-source side cooling circuit is a branch pipe that branches from the connection pipeline and is connected to the fourth heat exchanger. It further includes a path and a branch-side expansion valve provided in the branch pipeline to expand the high-source refrigerant flowing through the branch pipeline. With this configuration, heat can be taken from the low-source refrigerant on the downstream side of the first heat exchanger by the low-temperature low-pressure high-source refrigerant expanded by the branch-side expansion valve in the fourth heat exchanger. As a result, the degree of supercooling of the low-source refrigerant in the liquid phase condensed in the first heat exchanger can be further improved.

上記一の局面による二元冷凍機において、好ましくは、低元側蒸発器から低元側圧縮機に流れる低元用冷媒により、低元側圧縮機から低元側膨張弁に流れる低元用冷媒を冷却する第5熱交換器をさらに備える。このように構成すれば、熱交換器を高元側冷却回路に設ける場合と異なり、高元側冷却回路の経路を延ばすことなく、第5熱交換器により第1熱交換器において凝縮した液相の低元用冷媒の過冷却度をより向上させることができる。その結果、高元用冷媒により生じる圧力損失の増加を抑制することにより高元側圧縮機の駆動力の増加を抑制することができるとともに、低元用冷媒の過冷却度をより向上させることができるので、二元冷凍機の成績係数を向上させることができる。 In the dual refrigerator according to the above one aspect, preferably, the low-source refrigerant flowing from the low-source side compressor to the low-source side expansion valve is caused by the low-source side refrigerant flowing from the low-source side evaporator to the low-source side compressor. A fifth heat exchanger for cooling the air is further provided. With this configuration, unlike the case where the heat exchanger is provided in the high-source side cooling circuit, the liquid phase condensed in the first heat exchanger by the fifth heat exchanger without extending the path of the high-source side cooling circuit. It is possible to further improve the degree of supercooling of the low-source refrigerant. As a result, it is possible to suppress an increase in the driving force of the high-source side compressor by suppressing an increase in pressure loss caused by the high-source refrigerant, and to further improve the degree of supercooling of the low-source refrigerant. Therefore, the coefficient of performance of the dual refrigerator can be improved.

本発明によれば、上記のように、高元側冷却回路において、熱交換器により冷却した高元用冷媒によって低元側冷却回路の低元用冷媒を凝縮させる経路に高元用冷媒を循環させる際に生じる圧力損失の増加を抑制することができる。 According to the present invention, as described above, in the high-source side cooling circuit, the high-source refrigerant is circulated in the path for condensing the low-source refrigerant in the low-source side cooling circuit by the high-source refrigerant cooled by the heat exchanger. It is possible to suppress an increase in pressure loss that occurs when the refrigerant is generated.

第1実施形態による二元冷凍機の高元側冷却回路および低元側冷却回路を示した全体図である。It is an overall view which showed the high-source side cooling circuit and the low-source side cooling circuit of the dual refrigerator by 1st Embodiment. 第1実施形態による二元冷凍機の高元側冷却回路のモリエル線図である。It is a Moriel diagram of the high-source side cooling circuit of the dual refrigerator according to the first embodiment. 第1実施形態による二元冷凍機の低元側冷却回路のモリエル線図である。It is a Moriel diagram of the low-source side cooling circuit of the dual refrigerator according to the first embodiment. 第2実施形態による二元冷凍機の高元側冷却回路および低元側冷却回路を示した全体図である。It is an overall view which showed the high-source side cooling circuit and the low-source side cooling circuit of the dual refrigerator by 2nd Embodiment. 第1実施形態の第1変形例による二元冷凍機の高元側冷却回路および低元側冷却回路を示した全体図である。It is an overall view which showed the high-source side cooling circuit and the low-source side cooling circuit of the dual refrigerator by the 1st modification of 1st Embodiment. 第1実施形態の第2変形例による二元冷凍機の高元側冷却回路および低元側冷却回路を示した全体図である。It is an overall view which showed the high-source side cooling circuit and the low-source side cooling circuit of the dual refrigerator by the 2nd modification of 1st Embodiment. 第2実施形態の第3変形例による二元冷凍機の高元側冷却回路および低元側冷却回路を示した全体図である。It is an overall view which showed the high-source side cooling circuit and the low-source side cooling circuit of the dual refrigerator by the 3rd modification of 2nd Embodiment. 第2実施形態の第4変形例による二元冷凍機の高元側冷却回路および低元側冷却回路を示した全体図である。It is an overall view which showed the high-source side cooling circuit and the low-source side cooling circuit of the dual refrigerator by the 4th modification of 2nd Embodiment.

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1実施形態]
まず、図1〜図3を参照して、第1実施形態による二元冷凍機100の構成について説明する。二元冷凍機100は、ショーケース110内の生鮮食品などを冷却(冷凍・冷蔵)するための冷熱機器として構成されている。
[First Embodiment]
First, the configuration of the dual refrigerator 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. The dual refrigerator 100 is configured as a cooling device for cooling (freezing / refrigerating) fresh foods and the like in the showcase 110.

具体的には、図1に示すように、二元冷凍機100は、低元側冷却回路1と、圧縮機用冷却回路2と、高元側冷却回路3と、第1熱交換器4と、第2熱交換器5とを備えている。なお、低元側冷却回路1および高元側冷却回路3には、それぞれ、低元用冷媒および高元用冷媒が流れている。すなわち、高元用冷媒および低元用冷媒は、それぞれ、R1234yfおよび二酸化炭素(R744)を有している。 Specifically, as shown in FIG. 1, the dual refrigerator 100 includes a low source side cooling circuit 1, a compressor cooling circuit 2, a high source side cooling circuit 3, and a first heat exchanger 4. , A second heat exchanger 5 is provided. A low-source refrigerant and a high-source refrigerant flow through the low-source side cooling circuit 1 and the high-source side cooling circuit 3, respectively. That is, the high-source refrigerant and the low-source refrigerant have R1234yf and carbon dioxide (R744), respectively.

低元側冷却回路1は、ショーケース110内を冷却するための冷却回路を構成している。詳細には、低元側冷却回路1は、低元側圧縮機11と、低元側放熱器12と、低元側膨張弁13と、低元側蒸発器14とを含んでいる。 The low-source side cooling circuit 1 constitutes a cooling circuit for cooling the inside of the showcase 110. Specifically, the low-source side cooling circuit 1 includes a low-source side compressor 11, a low-source side radiator 12, a low-source side expansion valve 13, and a low-source side evaporator 14.

低元側圧縮機11は、低元用冷媒を圧縮するように構成されている。低元側圧縮機11は、インバータ(図示せず)により制御されている。これにより、低元側圧縮機11は、低元側圧縮機11から吐出される冷媒の流量を調整可能に構成されている。低元側放熱器12は、低元側圧縮機11から流出した高温高圧の低元用冷媒が第1熱交換器4に流す前に、予冷するように構成されている。低元側膨張弁13は、低元用冷媒を膨張させるように構成されている。低元側膨張弁13は、たとえば、ニードル弁から構成されている。低元側膨張弁13の開度は、低元側膨張弁13に取り付けられたステッピングモータ(図示せず)により調整される。低元側蒸発器14は、低元用冷媒を蒸発させるように構成されている。 The low-source side compressor 11 is configured to compress the low-source refrigerant. The low source side compressor 11 is controlled by an inverter (not shown). As a result, the low source side compressor 11 is configured so that the flow rate of the refrigerant discharged from the low source side compressor 11 can be adjusted. The low-source side radiator 12 is configured to pre-cool the high-temperature and high-pressure low-source refrigerant flowing out of the low-source side compressor 11 before flowing it to the first heat exchanger 4. The low source side expansion valve 13 is configured to expand the low source side refrigerant. The lower expansion valve 13 is composed of, for example, a needle valve. The opening degree of the low source side expansion valve 13 is adjusted by a stepping motor (not shown) attached to the low source side expansion valve 13. The low-source side evaporator 14 is configured to evaporate the low-source refrigerant.

圧縮機用冷却回路2は、低元側冷却回路1とは別個に設けられている。圧縮機用冷却回路2は、オイルセパレータ21と、第3熱交換器22とを含んでいる。オイルセパレータ21は、低元側圧縮機11から吐出された低元用冷媒の気相と液相の部分を分離するように構成されている。第3熱交換器22は、低元側圧縮機11から流出した低元用冷媒としての二酸化炭素を冷却するように構成されている。ここで、第3熱交換器22において、低元用冷媒はオイルセパレータ21において分離された液相の低元用冷媒に廃熱している。これにより、液相の低元用冷媒は、加熱される。そして、加熱された状態の低元用冷媒は、低元側圧縮機11に再度供給されて圧縮される。 The compressor cooling circuit 2 is provided separately from the low-source side cooling circuit 1. The compressor cooling circuit 2 includes an oil separator 21 and a third heat exchanger 22. The oil separator 21 is configured to separate the gas phase and the liquid phase portion of the low source refrigerant discharged from the low source side compressor 11. The third heat exchanger 22 is configured to cool carbon dioxide as a low-source refrigerant flowing out of the low-source side compressor 11. Here, in the third heat exchanger 22, the low-source refrigerant is wasted into the liquid-phase low-source refrigerant separated in the oil separator 21. As a result, the liquid-phase low-source refrigerant is heated. Then, the heated low-source refrigerant is resupplied to the low-source compressor 11 and compressed.

ここで、低元側圧縮機11は、低段圧縮部11aと、高段圧縮部11bとを有している。低段圧縮部11aおよび高段圧縮部11bは、互いの回転数比が一定となる態様で共通の駆動源により駆動されるものである。低段圧縮部11aは、吸入した低元用冷媒を圧縮して低圧から中間圧に圧縮するように構成されている。高段圧縮部11bは、中間圧に圧縮された低元用冷媒を圧縮して中間圧から高圧に圧縮するように構成されている。このように、低元側圧縮機11は、低段圧縮部11aにより中間圧に圧縮した二酸化炭素を第3熱交換器22で冷却した後、高段圧縮部11bにより冷却した二酸化炭素を圧縮するように構成されている Here, the low-source side compressor 11 has a low-stage compression unit 11a and a high-stage compression unit 11b. The low-stage compression unit 11a and the high-stage compression unit 11b are driven by a common drive source in such a manner that the rotation speed ratio of each is constant. The low-stage compression unit 11a is configured to compress the sucked low-source refrigerant from a low pressure to an intermediate pressure. The high-stage compression unit 11b is configured to compress the low-source refrigerant compressed to an intermediate pressure and compress it from an intermediate pressure to a high pressure. In this way, the low-end compressor 11 cools the carbon dioxide compressed to the intermediate pressure by the low-stage compressor 11a with the third heat exchanger 22, and then compresses the carbon dioxide cooled by the high-stage compressor 11b. Is configured to

(高元側冷却回路)
また、高元側冷却回路3は、低元側冷却回路1を流れる低元用冷媒を冷却することにより、ショーケース110内を冷却する低元側冷却回路1の冷却性能を向上させるように構成されている。詳細には、高元側圧縮機31と、高元側凝縮器32と、高元側膨張弁33とを含んでいる。
(High source side cooling circuit)
Further, the high-source side cooling circuit 3 is configured to improve the cooling performance of the low-source side cooling circuit 1 that cools the inside of the showcase 110 by cooling the low-source refrigerant flowing through the low-source side cooling circuit 1. Has been done. In detail, the high source side compressor 31, the high source side condenser 32, and the high source side expansion valve 33 are included.

高元側圧縮機31は、高元用冷媒を圧縮するように構成されている。高元側圧縮機31は、インバータ(図示せず)により制御されている。これにより、高元側圧縮機31は、高元側圧縮機31から吐出される高元用冷媒の流量を調整可能に構成されている。高元側凝縮器32は、高元用冷媒を凝縮させるように構成されている。高元側凝縮器32は、たとえば、コンデンサにより構成されている。高元側膨張弁33は、高元用冷媒を膨張させるように構成されている。高元側膨張弁33は、たとえば、ニードル弁から構成されている。高元側膨張弁33の開度は、高元側膨張弁33に取り付けられたステッピングモータ(図示せず)により調整される。 The high-source side compressor 31 is configured to compress the high-source refrigerant. The high source side compressor 31 is controlled by an inverter (not shown). As a result, the high-source side compressor 31 is configured so that the flow rate of the high-source refrigerant discharged from the high-source side compressor 31 can be adjusted. The high-source side condenser 32 is configured to condense the high-source refrigerant. The high source side condenser 32 is composed of, for example, a capacitor. The high-source side expansion valve 33 is configured to expand the high-source refrigerant. The high-source side expansion valve 33 is composed of, for example, a needle valve. The opening degree of the high source side expansion valve 33 is adjusted by a stepping motor (not shown) attached to the high source side expansion valve 33.

第1熱交換器4は、たとえば、プレート式熱交換器により構成されている。第1熱交換器4は、潜熱型の熱交換器により構成されている。第1熱交換器4は、高元側冷却回路3と低元側冷却回路1とに跨って設けられ、高元側膨張弁33により膨張した高元用冷媒を蒸発させて、低元側圧縮機11から流出した低元用冷媒を凝縮させるように構成されている。すなわち、第1熱交換器4では、高元用冷媒が液相から気相に変わっている。第1熱交換器4では、低元用冷媒が気相から液相に変わっている。このように、第1熱交換器4では、高元用冷媒および低元用冷媒が気液二層状態で内部を流れている。 The first heat exchanger 4 is composed of, for example, a plate heat exchanger. The first heat exchanger 4 is composed of a latent heat type heat exchanger. The first heat exchanger 4 is provided across the high-source side cooling circuit 3 and the low-source side cooling circuit 1, and evaporates the high-source refrigerant expanded by the high-source side expansion valve 33 to compress the low-source side. It is configured to condense the low-source refrigerant that has flowed out of the machine 11. That is, in the first heat exchanger 4, the high-source refrigerant has changed from the liquid phase to the gas phase. In the first heat exchanger 4, the low-source refrigerant is changed from the gas phase to the liquid phase. As described above, in the first heat exchanger 4, the high-source refrigerant and the low-source refrigerant flow inside in a gas-liquid two-layer state.

第2熱交換器5は、第1熱交換器4に流入する前の高元用冷媒を予冷するように構成されている。具体的には、第2熱交換器5は、高元側冷却回路3と低元側冷却回路1とに跨って設けられ、低元側蒸発器14から流出した低元用冷媒により、高元側凝縮器32から流出した高元用冷媒を冷却するように構成されている。すなわち、第2熱交換器5では、高元側凝縮器32から流出した液相の高元用冷媒が流入し、高元用冷媒が液相を維持して流出している。第2熱交換器5では、低元用蒸発器において蒸発した気相を含む低元用冷媒が流入し、低元用冷媒が高元用冷媒から熱を奪って流出している。 The second heat exchanger 5 is configured to precool the high-source refrigerant before flowing into the first heat exchanger 4. Specifically, the second heat exchanger 5 is provided straddling the high-source side cooling circuit 3 and the low-source side cooling circuit 1, and is generated by the low-source refrigerant flowing out from the low-source side evaporator 14. It is configured to cool the high-source refrigerant that has flowed out of the side condenser 32. That is, in the second heat exchanger 5, the liquid-phase high-source refrigerant flowing out from the high-source side condenser 32 flows in, and the high-source refrigerant flows out while maintaining the liquid phase. In the second heat exchanger 5, the low-source refrigerant containing the vapor phase evaporated in the low-source evaporator flows in, and the low-source refrigerant takes heat from the high-source refrigerant and flows out.

第1実施形態の高元側冷却回路3は、高元側凝縮器32および第2熱交換器5を弁を介することなく直接的に接続する接続管路34を含んでいる。すなわち、高元側冷却回路3では、高元側凝縮器32と第2熱交換器5とが接続管路34のみで接続されている。接続管路34は、高元用冷媒に対する流路抵抗を抑制可能な形状に形成されている。すなわち、接続管路34は、略直線状に形成されていることが好ましい。 The high-source side cooling circuit 3 of the first embodiment includes a connection line 34 that directly connects the high-source side condenser 32 and the second heat exchanger 5 without a valve. That is, in the high-source side cooling circuit 3, the high-source side condenser 32 and the second heat exchanger 5 are connected only by the connection pipe line 34. The connection pipeline 34 is formed in a shape capable of suppressing the flow path resistance with respect to the high-source refrigerant. That is, it is preferable that the connecting pipeline 34 is formed in a substantially linear shape.

高元側冷却回路3は、内部を流れる高元用冷媒に対する圧力損失を抑えるような構造を有している。すなわち、高元側冷却回路3における高元用冷媒が流れる経路の長さは、低元側冷却回路1における低元用冷媒が流れる経路の長さよりも短い。ここで、高元側冷却回路3のうち液相の高元用冷媒が流れる部分の経路の長さは、高元側冷却回路3のうち気相の高元用冷媒が流れる部分の経路の長さよりも小さい方が好ましい。高元側冷却回路3は、滑らかな角度で曲げられた曲げ部を有していることが好ましい。高元側冷却回路3のレイアウトは、上下方向よりも水平方向に大きいことが好ましい。 The high-source side cooling circuit 3 has a structure for suppressing a pressure loss with respect to the high-source refrigerant flowing inside. That is, the length of the path through which the high-source refrigerant flows in the high-source side cooling circuit 3 is shorter than the length of the path through which the low-source refrigerant flows in the low-source side cooling circuit 1. Here, the length of the path of the portion of the high source side cooling circuit 3 through which the high source refrigerant of the liquid phase flows is the length of the path of the portion of the high source side cooling circuit 3 through which the high source refrigerant of the gas phase flows. It is preferable that it is smaller than the size. The high-source side cooling circuit 3 preferably has a bent portion bent at a smooth angle. The layout of the high-source side cooling circuit 3 is preferably larger in the horizontal direction than in the vertical direction.

ここで、高元用冷媒は、低元用冷媒よりも高効率に熱を奪うことが可能な冷媒である。すなわち、高元用冷媒は、R410AおよびR404Aと同等の成績係数を有している。低元用冷媒は、高元用冷媒よりも熱を奪う効率は低いが、高元用冷媒よりも環境への負荷が小さい冷媒である。高元用冷媒は、R410AおよびR404Aよりも地球温暖化係数が小さい冷媒である。低元用冷媒は、高元用冷媒よりも地球温暖化係数が小さい冷媒である。なお、地球温暖化係数とは、温室効果の度合いを示す数値である。 Here, the high-source refrigerant is a refrigerant capable of removing heat with higher efficiency than the low-source refrigerant. That is, the high-source refrigerant has a coefficient of performance equivalent to that of R410A and R404A. The low-source refrigerant is a refrigerant that takes heat less efficiently than the high-source refrigerant, but has a smaller environmental load than the high-source refrigerant. The high-source refrigerant is a refrigerant having a smaller global warming potential than R410A and R404A. The low yuan refrigerant is a refrigerant having a smaller global warming potential than the high yuan refrigerant. The global warming potential is a numerical value indicating the degree of the greenhouse effect.

また、低圧高温の蒸気の状態において、低元用冷媒は、R410AおよびR404Aよりも冷媒が流れる経路の長さに対する圧力損失が小さい冷媒である。すなわち、低圧高温の蒸気の状態において、低元用冷媒は、R410AおよびR404Aよりも圧力(密度)が大きい冷媒である。低圧高温の蒸気の状態において、高元用冷媒は、R410AおよびR404Aよりも冷媒が流れる経路の長さに対する圧力損失が大きい冷媒である。すなわち、低圧高温の蒸気の状態において、高元用冷媒は、R410AおよびR404Aよりも圧力(密度)が小さい冷媒である。 Further, in the state of low-pressure and high-temperature steam, the low-source refrigerant is a refrigerant having a smaller pressure loss with respect to the length of the path through which the refrigerant flows than R410A and R404A. That is, in the state of low-pressure and high-temperature steam, the low-source refrigerant is a refrigerant having a higher pressure (density) than R410A and R404A. In the state of low-pressure and high-temperature steam, the high-source refrigerant is a refrigerant having a larger pressure loss with respect to the length of the path through which the refrigerant flows than R410A and R404A. That is, in the state of low-pressure and high-temperature steam, the high-source refrigerant is a refrigerant having a lower pressure (density) than R410A and R404A.

このように、図2および図3に示すように、高元用冷媒は、成績係数が低元用冷媒よりも大きく、かつ、高元側冷却回路3における第1熱交換器4から流出した際の圧力が、低元側冷却回路1における低元側蒸発器14から流出した際の低元用冷媒の圧力よりも低い性質を有する冷媒により構成されている。 As described above, as shown in FIGS. 2 and 3, when the high-source refrigerant has a higher coefficient of performance than the low-source refrigerant and flows out from the first heat exchanger 4 in the high-source side cooling circuit 3. The pressure of the refrigerant is lower than the pressure of the low-source refrigerant when it flows out from the low-source side evaporator 14 in the low-source side cooling circuit 1.

(高元側冷却回路の冷凍サイクルおよび低元側冷却回路の冷凍サイクル)
ここで、図2および図3を参照して、高元側冷却回路3の冷凍サイクルについて説明する。点線は、従来の高元側の冷凍サイクルを示す。なお、従来の高元側の冷凍サイクルとは、通常の二元冷凍サイクルの高元側の冷凍サイクルを示す。実線は、第1実施形態の高元側および低元側の冷凍サイクルを示す。一点鎖線は、飽和液線を示す。二点鎖線は、飽和蒸気線を示す。また、縦軸は、圧力を示し、横軸は、比エンタルピーを示す。
(Refrigeration cycle of high-source side cooling circuit and refrigeration cycle of low-source side cooling circuit)
Here, the refrigeration cycle of the high-source side cooling circuit 3 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. The dotted line indicates the conventional refrigeration cycle on the high source side. The conventional refrigeration cycle on the high source side refers to the refrigeration cycle on the high source side of the normal dual refrigeration cycle. The solid line shows the refrigeration cycle on the high-source side and the low-source side of the first embodiment. The alternate long and short dash line indicates the saturated liquid line. The alternate long and short dash line indicates the saturated steam line. The vertical axis represents pressure, and the horizontal axis represents specific enthalpy.

高元側圧縮機31は、サイクルA1において高元用冷媒の圧縮を行う。これにより、高元用冷媒は、高温高圧の気相の高元用冷媒になる。高元側凝縮器32は、サイクルA2において高元用冷媒の凝縮を行う。これにより、高元用冷媒は、低温高圧の液相の高元用冷媒になる。第2熱交換器5は、サイクルA2において高元側凝縮器32において凝縮された高元用冷媒を低元用冷媒によりさらに冷却する。これにより、低温高圧の高元用冷媒は、さらに低温の低温高圧の液相の高元用冷媒になる。高元側膨張弁33は、サイクルA3において高元用冷媒の膨張を行う。これにより、低温高圧の高元用冷媒は、低温低圧の気液二相の高元用冷媒になる。第1熱交換器4は、サイクルA4において高元用冷媒の蒸発を行う。これにより、高温低圧の気相の高元用冷媒になる。そして、サイクルA1に戻り、同じサイクルを繰り返す。 The high-source side compressor 31 compresses the high-source refrigerant in cycle A1. As a result, the high-source refrigerant becomes a high-temperature and high-pressure gas-phase high-source refrigerant. The high-source side condenser 32 condenses the high-source refrigerant in cycle A2. As a result, the high-source refrigerant becomes a low-temperature, high-pressure liquid-phase high-source refrigerant. The second heat exchanger 5 further cools the high-source refrigerant condensed in the high-source side condenser 32 in the cycle A2 with the low-source refrigerant. As a result, the low-temperature and high-pressure high-source refrigerant becomes a low-temperature and high-pressure liquid-phase high-source refrigerant. The high-source side expansion valve 33 expands the high-source refrigerant in cycle A3. As a result, the low-temperature and high-pressure high-source refrigerant becomes a low-temperature and low-pressure gas-liquid two-phase high-source refrigerant. The first heat exchanger 4 evaporates the high-source refrigerant in the cycle A4. As a result, it becomes a high-temperature and low-pressure gas-phase high-source refrigerant. Then, the cycle A1 is returned and the same cycle is repeated.

第1実施形態の高元側の冷凍サイクルの過冷却度は、第2熱交換器5により、従来の高元側の冷凍サイクルの過冷却度よりも過冷却度C1の分だけ大きくなっている。また、第1実施形態の高元側の冷凍サイクルは、従来の高元側の冷凍サイクルと比較して、過冷却度C1の分だけ低温の液相の高元用冷媒により、サイクルA4において低元用冷媒から奪う熱の量が増加している。このようにして、第1実施形態の高元側の冷凍サイクルは、従来の高元側の冷凍サイクルと比較して、成績係数を向上させている。 The degree of supercooling of the refrigeration cycle on the high source side of the first embodiment is larger by the degree of supercooling C1 than the degree of supercooling of the conventional refrigeration cycle on the high source side by the second heat exchanger 5. .. Further, the refrigeration cycle on the high source side of the first embodiment is lower in the cycle A4 due to the high source refrigerant having a liquid phase lower than that of the conventional refrigeration cycle on the high source side by the degree of supercooling C1. The amount of heat taken from the original refrigerant is increasing. In this way, the refrigeration cycle on the high source side of the first embodiment improves the coefficient of performance as compared with the conventional refrigeration cycle on the high source side.

低元側圧縮機11は、サイクルB1において低元用冷媒の圧縮を行う。これにより、低元用冷媒は、高温高圧の気相の低元用冷媒になる。第1熱交換器4は、サイクルB2において低元用冷媒の凝縮を行う。これにより、低元用冷媒は、低温高圧の液相の低元用冷媒になる。低元側膨張弁13は、サイクルB3において低元用冷媒の膨張を行う。これにより、低温高圧の低元用冷媒は、低温低圧の気液二相の低元用冷媒になる。低元側蒸発器14は、サイクルB4において高元用冷媒の蒸発を行う。これにより、高温低圧の気相の高元用冷媒になる。第2熱交換器5は、サイクルB4において低元側蒸発器14において蒸発された低元用冷媒を高元用冷媒によりさらに加熱する。これにより、高温低圧の高元用冷媒は、さらに高温の高温低圧の気相の高元用冷媒になる。そして、サイクルB1に戻り、同じサイクルを繰り返す。 The low-source side compressor 11 compresses the low-source refrigerant in cycle B1. As a result, the low-source refrigerant becomes a high-temperature, high-pressure gas-phase low-source refrigerant. The first heat exchanger 4 condenses the low-source refrigerant in cycle B2. As a result, the low-source refrigerant becomes a low-temperature, high-pressure liquid-phase low-source refrigerant. The low source side expansion valve 13 expands the low source side refrigerant in cycle B3. As a result, the low-temperature and high-pressure low-source refrigerant becomes a low-temperature and low-pressure gas-liquid two-phase low-source refrigerant. The low source side evaporator 14 evaporates the high source side refrigerant in cycle B4. As a result, it becomes a high-temperature and low-pressure gas-phase high-source refrigerant. The second heat exchanger 5 further heats the low-source refrigerant evaporated in the low-source side evaporator 14 in the cycle B4 with the high-source refrigerant. As a result, the high-temperature and low-pressure high-source refrigerant becomes a higher-temperature, high-temperature and low-pressure gas-phase high-source refrigerant. Then, it returns to cycle B1 and repeats the same cycle.

第1実施形態の低元側の冷凍サイクルの過冷却度は、第2熱交換器5により従来の高元側の冷凍サイクルの過冷却度よりも過冷却度C1の分だけ大きくなっていることによって、従来の高元側の冷凍サイクルの過冷却度よりも過冷却度C2の分だけ大きくなっている。これにより、第1実施形態の低元側の冷凍サイクルは、従来の低元側の冷凍サイクルと比較して、過冷却度C2の分だけ低温の液相の低元用冷媒により、サイクルB2において高元用冷媒に奪われる熱の量が増加している。また、第1実施形態の低元側の冷凍サイクルは、従来の低元側の冷凍サイクルと比較して、過冷却度C2の分だけ低温の液相の低元用冷媒により、サイクルB4においてショーケース110内の空気から奪う熱の量が増加している。このようにして、第1実施形態の低元側の冷凍サイクルは、従来の低元側の冷凍サイクルと比較して、成績係数を向上させている。 The supercooling degree of the refrigeration cycle on the low source side of the first embodiment is larger by the supercooling degree C1 than the supercooling degree of the conventional refrigeration cycle on the high source side by the second heat exchanger 5. As a result, the supercooling degree C2 is larger than the supercooling degree of the conventional refrigeration cycle on the high source side. As a result, the refrigeration cycle on the low source side of the first embodiment is performed in cycle B2 by the low source refrigerant having a liquid phase that is lower by the degree of supercooling C2 as compared with the conventional refrigeration cycle on the low source side. The amount of heat taken away by the high-temperature refrigerant is increasing. Further, the refrigeration cycle on the low source side of the first embodiment shows in cycle B4 by the low source refrigerant having a liquid phase lower by the degree of supercooling C2 as compared with the conventional refrigeration cycle on the low source side. The amount of heat taken from the air in the case 110 is increasing. In this way, the refrigeration cycle on the low source side of the first embodiment improves the coefficient of performance as compared with the conventional refrigeration cycle on the low source side.

このような高元側の冷凍サイクルは、1MPaの近傍の圧力領域で行われている。また、低元側の冷凍サイクルは、1MPaよりも高い圧力領域で行われている。高元側の冷凍サイクルは、低元側の冷凍サイクルよりも高い圧力領域で行われる冷凍サイクルである。すなわち、低元側のサイクルB4の圧力よりも低い圧力領域に高元側のサイクルB2は位置している。また、高元側のサイクルA4は、低元側のサイクルB4よりも低い圧力領域で行われている。 Such a refrigeration cycle on the high source side is performed in a pressure region near 1 MPa. Further, the refrigeration cycle on the low source side is performed in a pressure region higher than 1 MPa. The refrigeration cycle on the high source side is a refrigeration cycle performed in a pressure region higher than the refrigeration cycle on the low source side. That is, the cycle B2 on the high source side is located in a pressure region lower than the pressure of the cycle B4 on the low source side. Further, the cycle A4 on the high source side is performed in a pressure region lower than that of the cycle B4 on the low source side.

(第1実施形態の効果)
第1実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(Effect of the first embodiment)
In the first embodiment, the following effects can be obtained.

第1実施形態では、上記のように、高元側冷却回路3に、高元側凝縮器32および第2熱交換器5を弁を介することなく直接的に接続する接続管路34を設ける。これにより、高元側凝縮器32と第2熱交換器5との間に弁を配置することに起因する流路抵抗の増加を抑制することができる。この結果、高元側冷却回路3において、第2熱交換器5により冷却した高元用冷媒によって低元側冷却回路1の低元用冷媒を凝縮させる経路に高元用冷媒を循環させる際に生じる圧力損失の増加を抑制することができる。また、高元側凝縮器32と第2熱交換器5との間に弁を配置することに起因する流路抵抗の増加を抑制することができるので、高元側冷却回路3に高元用冷媒を循環させる際のエネルギー効率を向上させることができる。また、高元側冷却回路3に第2熱交換器5を設けることにより、より低温の高元用冷媒により低元用冷媒を冷却して凝縮させることができる。この結果、低元用冷媒の過冷却度を向上させることができる。また、高元側冷却回路3に第2熱交換器5を設けるだけで低元用冷媒の過冷却度を向上させることができるので、高元側冷却回路3の複雑化および大型化を抑制しつつ過冷却度を向上させることができる。 In the first embodiment, as described above, the high-source side cooling circuit 3 is provided with a connection line 34 for directly connecting the high-source side condenser 32 and the second heat exchanger 5 without using a valve. As a result, it is possible to suppress an increase in flow path resistance due to the arrangement of the valve between the high source side condenser 32 and the second heat exchanger 5. As a result, in the high-source side cooling circuit 3, when the high-source refrigerant is circulated in the path for condensing the low-source refrigerant in the low-source side cooling circuit 1 by the high-source refrigerant cooled by the second heat exchanger 5. The increase in pressure loss that occurs can be suppressed. Further, since it is possible to suppress an increase in flow path resistance due to the arrangement of the valve between the high source side condenser 32 and the second heat exchanger 5, the high source side cooling circuit 3 is used for high source. It is possible to improve the energy efficiency when circulating the refrigerant. Further, by providing the second heat exchanger 5 in the high source side cooling circuit 3, the low source refrigerant can be cooled and condensed by the lower temperature high source refrigerant. As a result, the degree of supercooling of the low-source refrigerant can be improved. Further, since the degree of supercooling of the low-source refrigerant can be improved only by providing the second heat exchanger 5 in the high-source side cooling circuit 3, it is possible to suppress the complexity and size of the high-source side cooling circuit 3. At the same time, the degree of supercooling can be improved.

また、第1実施形態では、上記のように、高元側冷却回路3における高元用冷媒が流れる経路の長さを、低元側冷却回路1における低元用冷媒が流れる経路の長さよりも短くする。これにより、低元側冷却回路1において生じる圧力損失を抑制することができるので、低元用冷媒を低元側冷却回路1において効率よく循環させることができる。 Further, in the first embodiment, as described above, the length of the path through which the high-source refrigerant flows in the high-source side cooling circuit 3 is larger than the length of the path through which the low-source refrigerant flows in the low-source side cooling circuit 1. shorten. As a result, the pressure loss that occurs in the low-source side cooling circuit 1 can be suppressed, so that the low-source refrigerant can be efficiently circulated in the low-source side cooling circuit 1.

また、第1実施形態では、上記のように、高元用冷媒および低元用冷媒を、それぞれ、R1234yfおよび二酸化炭素にする。これにより、R1234yfは成績係数が二酸化炭素よりも高いので、二酸化炭素の冷却を高効率に行うことができる。また、高元側冷却回路3においてR1234yfは低元側冷却回路1の二酸化炭素よりも圧力が低い状態で使用されるので、二酸化炭素よりもR1234yfの密度が小さくなることに起因して圧力損失が生じやすいが、上記のように圧力損失の増加を抑制した高元側冷却回路3においてR1234yfを高元用冷媒として循環させることにより、R1234yfにより生じる圧力損失の増加を極力抑制することができる。したがって、R1234yfを循環させることに起因する高元側圧縮機31の駆動力の増加を抑制することができる。これらの結果、二酸化炭素の冷却を高効率に行うことができるとともに、高元側圧縮機31の駆動力の増加を抑制することにより、二元冷凍機100の全体としての成績係数を向上させることができる。また、二酸化炭素の冷却を高効率に行うことができるので、二酸化炭素を臨界状態にすることなく二酸化炭素を過冷却状態にすることができる。 Further, in the first embodiment, as described above, the high-source refrigerant and the low-source refrigerant are R1234yf and carbon dioxide, respectively. As a result, R1234yf has a higher coefficient of performance than carbon dioxide, so that carbon dioxide can be cooled with high efficiency. Further, since R1234yf is used in the high source side cooling circuit 3 in a state where the pressure is lower than the carbon dioxide of the low source side cooling circuit 1, the pressure loss is caused by the density of R1234yf being smaller than that of carbon dioxide. Although it is likely to occur, the increase in pressure loss caused by R1234yf can be suppressed as much as possible by circulating R1234yf as the refrigerant for high source in the high source side cooling circuit 3 which suppresses the increase in pressure loss as described above. Therefore, it is possible to suppress an increase in the driving force of the high-source side compressor 31 due to the circulation of R1234yf. As a result, carbon dioxide can be cooled with high efficiency, and the coefficient of performance of the dual refrigerator 100 as a whole can be improved by suppressing an increase in the driving force of the high-source side compressor 31. Can be done. Further, since the carbon dioxide can be cooled with high efficiency, the carbon dioxide can be supercooled without making the carbon dioxide a critical state.

また、第1実施形態では、上記のように、低元側圧縮機11を、低段圧縮部11aにより中間圧に圧縮した二酸化炭素を第3熱交換器22で冷却した後、高段圧縮部11bにより冷却した二酸化炭素を圧縮するように構成する。これにより、低元側圧縮機11により二酸化炭素を圧縮して高温高圧にする際、低段圧縮部11aにより中間圧に圧縮した二酸化炭素を第3熱交換器22で冷却するので、低元側圧縮機11による二酸化炭素の圧力上昇を飽和させないようにすることができる。この結果、二酸化炭素を効率よく所望の高温高圧の過熱蒸気にすることができる。 Further, in the first embodiment, as described above, the low-stage compressor 11 is compressed to an intermediate pressure by the low-stage compression unit 11a, and then the carbon dioxide is cooled by the third heat exchanger 22, and then the high-stage compression unit is used. It is configured to compress the carbon dioxide cooled by 11b. As a result, when carbon dioxide is compressed by the low-source side compressor 11 to a high temperature and high pressure, the carbon dioxide compressed to the intermediate pressure by the low-stage compressor 11a is cooled by the third heat exchanger 22, so that the low-source side is cooled. It is possible to prevent the pressure rise of carbon dioxide caused by the compressor 11 from being saturated. As a result, carbon dioxide can be efficiently converted into a desired high-temperature and high-pressure superheated steam.

また、第1実施形態では、上記のように、高元用冷媒を、成績係数が低元用冷媒よりも大きく、かつ、高元側冷却回路3における第1熱交換器4から流出した際の圧力が、低元側冷却回路1における低元側蒸発器14から流出した際の低元用冷媒の圧力よりも低く低元用冷媒よりも圧力損失が大きい冷媒により構成する。これにより、高元側冷却回路3において高元用冷媒は低元側冷却回路1の低元用冷媒よりも圧力が低い状態で使用されるので、低元用冷媒よりも高元用冷媒の密度が小さくなることに起因して圧力損失が生じやすいが、上記のように圧力損失の増加を抑制した高元側冷却回路3において高元用冷媒を循環させることにより、高元用冷媒により生じる圧力損失の増加を極力抑制することができる。したがって、高元用冷媒を循環させることに起因する高元側圧縮機31の駆動力の増加を抑制することができる。また、高元用冷媒は成績係数が低元用冷媒よりも高いので、低元用冷媒の冷却を高効率に行うことができる。これらの結果、低元用冷媒の冷却を高効率に行うことができるとともに、高元側圧縮機31の駆動力の増加を抑制することができるので、二元冷凍機100の全体としての成績係数を向上させることができる。 Further, in the first embodiment, as described above, when the high-source refrigerant has a higher coefficient of performance than the low-source refrigerant and flows out from the first heat exchanger 4 in the high-source side cooling circuit 3. It is composed of a refrigerant whose pressure is lower than the pressure of the low-source refrigerant when it flows out from the low-source side evaporator 14 in the low-source side cooling circuit 1 and has a larger pressure loss than the low-source refrigerant. As a result, in the high-source side cooling circuit 3, the high-source refrigerant is used in a state where the pressure is lower than that of the low-source side cooling circuit 1, so that the density of the high-source refrigerant is higher than that of the low-source refrigerant. Pressure loss is likely to occur due to the decrease in pressure, but the pressure generated by the high-source refrigerant by circulating the high-source refrigerant in the high-source side cooling circuit 3 that suppresses the increase in pressure loss as described above. The increase in loss can be suppressed as much as possible. Therefore, it is possible to suppress an increase in the driving force of the high-source side compressor 31 due to the circulation of the high-source refrigerant. Further, since the high-source refrigerant has a higher coefficient of performance than the low-source refrigerant, the low-source refrigerant can be cooled with high efficiency. As a result, the low-source refrigerant can be cooled with high efficiency, and the increase in the driving force of the high-source side compressor 31 can be suppressed. Therefore, the coefficient of performance of the dual refrigerator 100 as a whole can be suppressed. Can be improved.

また、第1実施形態では、上記のように、第2熱交換器5において低元側蒸発器14から流出した気相または液相を含む低元用冷媒により、高元側凝縮器32から流出した高元用冷媒を冷却する際、高元用冷媒から顕熱だけでなく潜熱を奪うことが可能である。この結果、低元側蒸発器14の流入側の温度よりも低い温度まで高元用冷媒の温度を下げることが可能である。 Further, in the first embodiment, as described above, the low-source refrigerant containing the gas phase or the liquid phase that has flowed out from the low-source side evaporator 14 in the second heat exchanger 5 flows out from the high-source side condenser 32. When cooling the high-source refrigerant, it is possible to remove not only sensible heat but also latent heat from the high-source refrigerant. As a result, it is possible to lower the temperature of the high-source refrigerant to a temperature lower than the temperature on the inflow side of the low-source side evaporator 14.

[第2実施形態]
図4を参照して、第2実施形態の二元冷凍機200について説明する。この第2実施形態では、上記第1実施形態の二元冷凍機100とは異なり第4熱交換器206をさらに備える二元冷凍機200について説明する。なお、図中において上記第1実施形態と同様の構成には同じ符号を付して図示する。
[Second Embodiment]
The dual refrigerator 200 of the second embodiment will be described with reference to FIG. In this second embodiment, unlike the dual refrigerator 100 of the first embodiment, the dual refrigerator 200 further provided with the fourth heat exchanger 206 will be described. In the figure, the same configurations as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals.

図4に示すように、第2実施形態の二元冷凍機200は、低元側冷却回路1と、圧縮機用冷却回路2と、高元側冷却回路3と、第1熱交換器4と、第2熱交換器5とを備えている。ここで、圧縮機用冷却回路2は、第3熱交換器22を含んでいる。そして、第2実施形態の二元冷凍機200は、第4熱交換器206を備えている。 As shown in FIG. 4, the dual refrigerator 200 of the second embodiment includes a low source side cooling circuit 1, a compressor cooling circuit 2, a high source side cooling circuit 3, and a first heat exchanger 4. , A second heat exchanger 5 is provided. Here, the compressor cooling circuit 2 includes a third heat exchanger 22. The dual refrigerator 200 of the second embodiment includes a fourth heat exchanger 206.

なお、低元側冷却回路1および高元側冷却回路3には、それぞれ、低元用冷媒および高元用冷媒が流れている。すなわち、高元用冷媒および低元用冷媒は、それぞれ、R1234yfおよび二酸化炭素(R744)を有している。 A low-source refrigerant and a high-source refrigerant flow through the low-source side cooling circuit 1 and the high-source side cooling circuit 3, respectively. That is, the high-source refrigerant and the low-source refrigerant have R1234yf and carbon dioxide (R744), respectively.

(高元側冷却回路)
また、高元側冷却回路3は、高元側圧縮機31と、高元側凝縮器32と、高元側膨張弁33と、分岐側膨張弁235とを含んでいる。また、高元側冷却回路3は、接続管路34から分岐して第4熱交換器206に接続される分岐管路236を含んでいる。
(High source side cooling circuit)
Further, the high source side cooling circuit 3 includes a high source side compressor 31, a high source side condenser 32, a high source side expansion valve 33, and a branch side expansion valve 235. Further, the high source side cooling circuit 3 includes a branch line 236 that branches from the connection line 34 and is connected to the fourth heat exchanger 206.

分岐側膨張弁235は、分岐管路236に設けられている。分岐側膨張弁235は、高元用冷媒を膨張させるように構成されている。分岐側膨張弁235は、たとえば、ニードル弁から構成されている。分岐側膨張弁235の開度は、分岐側膨張弁235に取り付けられたステッピングモータ(図示せず)により調整される。 The branch side expansion valve 235 is provided in the branch line 236. The branch-side expansion valve 235 is configured to expand the high-source refrigerant. The branch side expansion valve 235 is composed of, for example, a needle valve. The opening degree of the branch side expansion valve 235 is adjusted by a stepping motor (not shown) attached to the branch side expansion valve 235.

第4熱交換器206は、第2熱交換器5と別個に設けられ、第1熱交換器4に流入する前の高元用冷媒を予冷するように構成されている。具体的には、第4熱交換器206は、高元側冷却回路3と低元側冷却回路1とに跨って設けられ、第1熱交換器4よりも上流側の高元用冷媒と第1熱交換器4よりも下流側の低元用冷媒とを熱交換させるように構成されている。なお、第2実施形態のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。 The fourth heat exchanger 206 is provided separately from the second heat exchanger 5 and is configured to precool the high-source refrigerant before flowing into the first heat exchanger 4. Specifically, the fourth heat exchanger 206 is provided so as to straddle the high-source side cooling circuit 3 and the low-source side cooling circuit 1, and is provided with the high-source refrigerant on the upstream side of the first heat exchanger 4 and the first 1 It is configured to exchange heat with the low-source refrigerant on the downstream side of the heat exchanger 4. The other configurations of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.

ここで、高元側冷却回路3における高元用冷媒の流れについて説明する。分岐管路236に流入した高元用冷媒の流れ以外の高元用冷媒の流れは、第1実施形態の二元冷凍機100の場合と同様であるので説明を省略する。 Here, the flow of the high-source refrigerant in the high-source side cooling circuit 3 will be described. Since the flow of the high-source refrigerant other than the flow of the high-source refrigerant that has flowed into the branch line 236 is the same as that of the dual refrigerator 100 of the first embodiment, the description thereof will be omitted.

分岐管路236には、高元側凝縮器32から第2熱交換器5に向かう低温高圧の液相の高元用冷媒が流入する。分岐管路236では、分岐側膨張弁235により膨張されることにより、低温高圧の液相の高元用冷媒が、低温低圧の液相の高元用冷媒になる。この低温低圧の液相の高元用冷媒が第4熱交換器206に流入する。第4熱交換器206では、分岐側膨張弁235から流出した液相の高元用冷媒が流入し、高元用冷媒が低元用冷媒から潜熱を奪って気化している。第4熱交換器206では、高温低圧の気相の高元用冷媒が流出する。そして、第1熱交換器4には、第2熱交換器5において冷却された低温低圧の液相の高元用冷媒と第4熱交換器206において加熱された高温低圧の気相の高元用冷媒とが流入する。 A low-temperature, high-pressure liquid-phase high-source refrigerant flowing from the high-source side condenser 32 toward the second heat exchanger 5 flows into the branch line 236. In the branch line 236, the high-temperature refrigerant for the low-temperature and high-pressure liquid phase becomes the high-source refrigerant for the low-temperature and low-pressure liquid phase by being expanded by the branch-side expansion valve 235. This low-temperature, low-pressure liquid-phase high-source refrigerant flows into the fourth heat exchanger 206. In the fourth heat exchanger 206, the liquid-phase high-source refrigerant flowing out from the branch-side expansion valve 235 flows in, and the high-source refrigerant takes latent heat from the low-source refrigerant and vaporizes it. In the fourth heat exchanger 206, the high-temperature and low-pressure gas-phase high-source refrigerant flows out. Then, in the first heat exchanger 4, the high-temperature and low-pressure liquid-phase high-source refrigerant cooled in the second heat exchanger 5 and the high-temperature and low-pressure gas-phase high-source heated in the fourth heat exchanger 206 are used. Refrigerant flows in.

(第2実施形態の効果)
第2実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(Effect of the second embodiment)
In the second embodiment, the following effects can be obtained.

第2実施形態では、上記のように、高元側冷却回路3に、高元側凝縮器32および第2熱交換器5を弁を介することなく直接的に接続する接続管路34を設ける。これにより、高元側凝縮器32と第2熱交換器5との間に弁を配置することに起因する流路抵抗の増加を抑制することができる。この結果、高元側冷却回路3において、第2熱交換器5により冷却した高元用冷媒によって低元側冷却回路1の低元用冷媒を凝縮させる経路に高元用冷媒を循環させる際に生じる圧力損失の増加を抑制することができる。 In the second embodiment, as described above, the high-source side cooling circuit 3 is provided with a connection line 34 for directly connecting the high-source side condenser 32 and the second heat exchanger 5 without using a valve. As a result, it is possible to suppress an increase in flow path resistance due to the arrangement of the valve between the high source side condenser 32 and the second heat exchanger 5. As a result, in the high-source side cooling circuit 3, when the high-source refrigerant is circulated in the path for condensing the low-source refrigerant in the low-source side cooling circuit 1 by the high-source refrigerant cooled by the second heat exchanger 5. The increase in pressure loss that occurs can be suppressed.

また、第2実施形態では、上記のように、二元冷凍機200に、高元側冷却回路3と低元側冷却回路1とに跨って設けられ、第1熱交換器4よりも上流側の高元用冷媒と第1熱交換器4よりも下流側の低元用冷媒とを熱交換させる第4熱交換器206を設ける。高元側冷却回路3に、接続管路34から分岐して第4熱交換器206に接続される分岐管路236と、分岐管路236に設けられ、分岐管路236を流れる高元用冷媒を膨張させる分岐側膨張弁235とを設ける。これにより、第4熱交換器206において分岐側膨張弁235により膨張した低温低圧の高元用冷媒により第1熱交換器4よりも下流側の低元用冷媒から熱を奪うことができる。この結果、第1熱交換器4において凝縮した液相の低元用冷媒の過冷却度をより向上させることができる。なお、第2実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。 Further, in the second embodiment, as described above, the dual refrigerator 200 is provided across the high-source side cooling circuit 3 and the low-source side cooling circuit 1, and is provided on the upstream side of the first heat exchanger 4. A fourth heat exchanger 206 is provided to exchange heat between the high-source refrigerant and the low-source refrigerant downstream of the first heat exchanger 4. The high source side cooling circuit 3 is provided with a branch line 236 that branches from the connection line 34 and is connected to the fourth heat exchanger 206, and a high source refrigerant that is provided in the branch line 236 and flows through the branch line 236. A branch-side expansion valve 235 is provided to expand the valve. As a result, heat can be taken from the low-temperature and low-pressure high-source refrigerant expanded by the branch-side expansion valve 235 in the fourth heat exchanger 206 from the low-source refrigerant on the downstream side of the first heat exchanger 4. As a result, the degree of supercooling of the low-source refrigerant in the liquid phase condensed in the first heat exchanger 4 can be further improved. The other effects of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.

[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
[Modification example]
It should be noted that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and are not considered to be restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the description of the above-described embodiment, and further includes all modifications (modifications) within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

たとえば、上記第1実施形態では、二元冷凍機100は、低元側冷却回路1と、圧縮機用冷却回路2と、高元側冷却回路3と、第1熱交換器4と、第2熱交換器5とを備えている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、二元冷凍機は、低元側内部熱交換器をさらに備えていてもよい。ここで、低元側内部熱交換器は、低元側蒸発器から低元側圧縮機に流れる低元用冷媒により、低元側圧縮機から低元側膨張弁に流れる低元用冷媒を冷却するように構成されている。たとえば、図5に示す第1実施形態の第1変形例のように、低元側内部熱交換器307は、低元側放熱器12から流出した低元用冷媒と、第2熱交換器5から流出した低元用冷媒とを熱交換させるように構成されていてもよい。これにより、熱交換器を高元側冷却回路3に設ける場合と異なり、高元側冷却回路3の経路を延ばすことなく、第1熱交換器4において凝縮した液相の低元用冷媒の低元側内部熱交換器307により過冷却度をより向上させることができる。この結果、高元用冷媒により生じる圧力損失の増加を抑制することにより高元側圧縮機31の駆動力の増加を抑制することができるとともに、低元用冷媒の過冷却度をより向上させることができるので、二元冷凍機100の成績係数を向上させることができる。なお、低元側内部熱交換器307は、特許請求の範囲の「第5熱交換器」の一例である。 For example, in the first embodiment, the dual refrigerator 100 includes a low source side cooling circuit 1, a compressor cooling circuit 2, a high source side cooling circuit 3, a first heat exchanger 4, and a second. Although an example including the heat exchanger 5 is shown, the present invention is not limited to this. In the present invention, the dual refrigerator may further include a low source side internal heat exchanger. Here, the low-source internal heat exchanger cools the low-source refrigerant flowing from the low-source side compressor to the low-source side expansion valve by the low-source refrigerant flowing from the low-source side evaporator to the low-source side compressor. It is configured to do. For example, as in the first modification of the first embodiment shown in FIG. 5, the low source side internal heat exchanger 307 includes the low source side refrigerant flowing out from the low source side radiator 12 and the second heat exchanger 5. It may be configured to exchange heat with the low-source refrigerant flowing out from. As a result, unlike the case where the heat exchanger is provided in the high source side cooling circuit 3, the low source refrigerant of the liquid phase condensed in the first heat exchanger 4 is low without extending the path of the high source side cooling circuit 3. The degree of supercooling can be further improved by the original internal heat exchanger 307. As a result, the increase in the driving force of the high-source side compressor 31 can be suppressed by suppressing the increase in the pressure loss caused by the high-source refrigerant, and the degree of supercooling of the low-source refrigerant can be further improved. Therefore, the coefficient of performance of the dual refrigerator 100 can be improved. The low source side internal heat exchanger 307 is an example of the "fifth heat exchanger" in the claims.

また、図6に示す第1実施形態の第2変形例のように、低元側内部熱交換器407は、第1熱交換器4から流出した低元用冷媒と、低元側蒸発器14から流出した低元用冷媒とを熱交換させるように構成されていてもよい。なお、低元側内部熱交換器407は、特許請求の範囲の「第5熱交換器」の一例である。 Further, as in the second modification of the first embodiment shown in FIG. 6, the low source side internal heat exchanger 407 includes the low source side refrigerant flowing out from the first heat exchanger 4 and the low source side evaporator 14. It may be configured to exchange heat with the low-source refrigerant flowing out from. The low source side internal heat exchanger 407 is an example of the "fifth heat exchanger" in the claims.

また、上記第2実施形態では、二元冷凍機200は、低元側冷却回路1と、圧縮機用冷却回路2と、高元側冷却回路3と、第1熱交換器4と、第2熱交換器5と、第3熱交換器22と、第4熱交換器206とを備えている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、二元冷凍機は、低元側内部熱交換器をさらに備えていてもよい。ここで、低元側内部熱交換器は、低元側蒸発器から低元側圧縮機に流れる低元用冷媒により、低元側圧縮機から低元側膨張弁に流れる低元用冷媒を冷却するように構成されている。たとえば、図7に示す第3変形例のように、低元側内部熱交換器507は、低元側放熱器12から流出した低元用冷媒と、第2熱交換器5から流出した低元用冷媒とを熱交換させるように構成されていてもよい。なお、低元側内部熱交換器507は、特許請求の範囲の「第5熱交換器」の一例である Further, in the second embodiment, the dual refrigerator 200 includes a low source side cooling circuit 1, a compressor cooling circuit 2, a high source side cooling circuit 3, a first heat exchanger 4, and a second. Although an example including the heat exchanger 5, the third heat exchanger 22, and the fourth heat exchanger 206 is shown, the present invention is not limited to this. In the present invention, the dual refrigerator may further include a low source side internal heat exchanger. Here, the low-source internal heat exchanger cools the low-source refrigerant flowing from the low-source side compressor to the low-source side expansion valve by the low-source refrigerant flowing from the low-source side evaporator to the low-source side compressor. It is configured to do. For example, as in the third modification shown in FIG. 7, the low source side internal heat exchanger 507 contains the low source refrigerant flowing out from the low source side radiator 12 and the low source side outflow from the second heat exchanger 5. It may be configured to exchange heat with the refrigerant for use. The low source side internal heat exchanger 507 is an example of the "fifth heat exchanger" in the claims.

また、図8に示す第4変形例のように、低元側内部熱交換器607は、第4熱交換器から流出した低元用冷媒と、低元側蒸発器14から流出した低元用冷媒とを熱交換させるように構成されていてもよい。なお、低元側内部熱交換器607は、特許請求の範囲の「第5熱交換器」の一例である。 Further, as in the fourth modification shown in FIG. 8, the low source side internal heat exchanger 607 is used for the low source refrigerant flowing out from the fourth heat exchanger and the low source side evaporator 14 flowing out. It may be configured to exchange heat with the refrigerant. The low source side internal heat exchanger 607 is an example of the "fifth heat exchanger" in the claims.

また、上記第1および2実施形態では、高元用冷媒および低元用冷媒は、それぞれ、R1234yfおよび二酸化炭素(R744)を有している例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、高元用冷媒および低元用冷媒は、それぞれ、成績係数、地球温暖化係数および圧力損失が所望の条件を満たすのであれば、R1234yfおよび二酸化炭素以外の冷媒であってもよい。 Further, in the first and second embodiments, the high-source refrigerant and the low-source refrigerant have R1234yf and carbon dioxide (R744), respectively, but the present invention is not limited to this. .. In the present invention, the high-source refrigerant and the low-source refrigerant may be refrigerants other than R1234yf and carbon dioxide, respectively, as long as the coefficient of performance, global warming potential, and pressure loss satisfy the desired conditions.

1 低元側冷却回路
2 圧縮機用冷却回路
3 高元側冷却回路
4 第1熱交換器
5 第2熱交換器
11 低元側圧縮機
11a 低段圧縮部
11b 高段圧縮部
13 低元側膨張弁
14 低元側蒸発器
22 第3熱交換器
31 高元側圧縮機
32 高元側凝縮器
33 高元側膨張弁
34 接続管路
100、200 二元冷凍機
206 第4熱交換器
235 分岐側膨張弁
236 分岐管路
307、407、507、607 低元側内部熱交換器(第5熱交換器)
1 Low-source side cooling circuit 2 Compressor cooling circuit 3 High-source side cooling circuit 4 First heat exchanger 5 Second heat exchanger 11 Low-source side compressor 11a Low-stage compressor 11b High-stage compression section 13 Low-source side Expansion valve 14 Low source side evaporator 22 Third heat exchanger 31 High source side compressor 32 High source side condenser 33 High source side expansion valve 34 Connection pipeline 100, 200 Dual refrigerator 206 No. 4 heat exchanger 235 Branch side expansion valve 236 Branch pipeline 307, 407, 507, 607 Low source side internal heat exchanger (fifth heat exchanger)

Claims (7)

低元側圧縮機と、低元用冷媒を膨張させる低元側膨張弁と、前記低元用冷媒を蒸発させる低元側蒸発器とを含む低元側冷却回路と、
高元側圧縮機と、前記低元用冷媒よりも圧力損失が大きい高元用冷媒を凝縮させる高元側凝縮器と、前記高元用冷媒を膨張させる高元側膨張弁とを含む高元側冷却回路と、
前記高元側冷却回路と前記低元側冷却回路とに跨って設けられ、前記高元側膨張弁により膨張した前記高元用冷媒を蒸発させて、前記低元側圧縮機から流出した前記低元用冷媒を凝縮させる第1熱交換器と、
前記高元側冷却回路と前記低元側冷却回路とに跨って設けられ、前記低元側蒸発器から流出した前記低元用冷媒により、前記高元側凝縮器から流出した前記高元用冷媒を冷却する第2熱交換器とを備え、
前記高元側冷却回路は、前記高元側凝縮器および前記第2熱交換器を弁を介することなく直接的に接続する接続管路を含む、二元冷凍機。
A low source side cooling circuit including a low source side compressor, a low source side expansion valve for expanding the low source side refrigerant, and a low source side evaporator for evaporating the low source side refrigerant.
A high source side compressor including a high source side compressor, a high source side condenser for condensing a high source side refrigerant having a larger pressure loss than the low source side refrigerant, and a high source side expansion valve for expanding the high source side refrigerant. Side cooling circuit and
The low source side cooling circuit and the low source side cooling circuit are provided so as to evaporate the high source side refrigerant expanded by the high source side expansion valve and flow out from the low source side compressor. The first heat exchanger that condenses the original refrigerant,
The high-source refrigerant that is provided across the high-source side cooling circuit and the low-source side cooling circuit and that flows out from the high-source side condenser due to the low-source refrigerant that flows out from the low-source side evaporator. Equipped with a second heat exchanger to cool the
The high-source side cooling circuit is a dual refrigerator including a connection line for directly connecting the high-source side condenser and the second heat exchanger without a valve.
前記高元側冷却回路における前記高元用冷媒が流れる経路の長さは、前記低元側冷却回路における前記低元用冷媒が流れる経路の長さよりも短い、請求項1に記載の二元冷凍機。 The dual refrigeration according to claim 1, wherein the length of the path through which the high-source refrigerant flows in the high-source side cooling circuit is shorter than the length of the path through which the low-source refrigerant flows in the low-source side cooling circuit. Machine. 前記高元用冷媒および前記低元用冷媒は、それぞれ、R1234yfおよび二酸化炭素を有する、請求項1または2に記載の二元冷凍機。 The dual refrigerator according to claim 1 or 2, wherein the high-source refrigerant and the low-source refrigerant have R1234yf and carbon dioxide, respectively. 前記低元側冷却回路とは別個に設けられ、前記低元側圧縮機から流出した前記低元用冷媒としての前記二酸化炭素を冷却する第3熱交換器を含む圧縮機用冷却回路をさらに備え、
前記低元側圧縮機は、
前記二酸化炭素を低圧から中間圧に圧縮する低段圧縮部と、
前記二酸化炭素を中間圧から高圧に圧縮する高段圧縮部とを含み、
前記低元側圧縮機は、前記低段圧縮部により中間圧に圧縮した前記二酸化炭素を前記第3熱交換器で冷却した後、前記高段圧縮部により冷却した前記二酸化炭素を圧縮するように構成されている、請求項3に記載の二元冷凍機。
A compressor cooling circuit that is provided separately from the low-source side cooling circuit and includes a third heat exchanger that cools the carbon dioxide as the low-source side refrigerant flowing out of the low-source side compressor is further provided. ,
The low source side compressor is
A low-stage compression unit that compresses carbon dioxide from low pressure to intermediate pressure,
It includes a high-stage compression unit that compresses the carbon dioxide from an intermediate pressure to a high pressure.
The low-source compressor is such that the carbon dioxide compressed to an intermediate pressure by the low-stage compressor is cooled by the third heat exchanger, and then the carbon dioxide cooled by the high-stage compressor is compressed. The dual refrigerator according to claim 3, which is configured.
前記高元用冷媒は、成績係数が前記低元用冷媒よりも大きく、かつ、前記高元側冷却回路における第1熱交換器から流出した際の圧力が、前記低元側冷却回路における前記低元側蒸発器から流出した際の前記低元用冷媒の圧力よりも低く前記低元用冷媒よりも圧力損失が大きい冷媒により構成されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の二元冷凍機。 The high-source refrigerant has a higher coefficient of performance than the low-source refrigerant, and the pressure when it flows out from the first heat exchanger in the high-source side cooling circuit is the low in the low-source side cooling circuit. The invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the refrigerant is composed of a refrigerant having a pressure lower than the pressure of the low-source refrigerant when flowing out from the main evaporator and a larger pressure loss than the low-source refrigerant. Dual refrigerator. 前記高元側冷却回路と前記低元側冷却回路とに跨って設けられ、前記第1熱交換器よりも上流側の前記高元用冷媒と前記第1熱交換器よりも下流側の前記低元用冷媒とを熱交換させる第4熱交換器をさらに備え、
前記高元側冷却回路は、
前記接続管路から分岐して前記第4熱交換器に接続される分岐管路と、
前記分岐管路に設けられ、前記分岐管路を流れる前記高元用冷媒を膨張させる分岐側膨張弁とをさらに含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の二元冷凍機。
The high-source side cooling circuit and the low-source side cooling circuit are provided so as to straddle the high-source side cooling circuit, the high-source refrigerant on the upstream side of the first heat exchanger, and the low on the downstream side of the first heat exchanger. Further equipped with a fourth heat exchanger that exchanges heat with the original refrigerant,
The high-source side cooling circuit
A branch line that branches off from the connection line and is connected to the fourth heat exchanger.
The dual refrigerator according to any one of claims 1 to 5, further comprising a branch-side expansion valve provided in the branch pipeline and expanding the high-source refrigerant flowing through the branch pipeline.
前記低元側蒸発器から前記低元側圧縮機に流れる前記低元用冷媒により、前記低元側圧縮機から前記低元側膨張弁に流れる前記低元用冷媒を冷却する第5熱交換器をさらに備える、請求項1〜6のいずれか1項に記載の二元冷凍機。 A fifth heat exchanger that cools the low-source refrigerant flowing from the low-source side compressor to the low-source side expansion valve by the low-source refrigerant flowing from the low-source side evaporator to the low-source side compressor. The dual refrigerator according to any one of claims 1 to 6, further comprising.
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