JP2022159195A - Refrigeration cycle device - Google Patents
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Abstract
Description
従来より、地球環境を考慮し、地球温暖化係数(GWP:GlobalWarming Potential)の低い冷媒を用いた冷凍サイクル装置が提案されている。 Refrigerating cycle apparatuses using a refrigerant with a low global warming potential (GWP) have been proposed in consideration of the global environment.
例えば、特許文献1(特開2015-197254号公報)に記載の冷凍サイクル装置では、冷媒回路において、GWPが所定値以下の作動流体を充填させたものを提案している。 For example, in the refrigeration cycle device described in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-197254), it is proposed that the refrigerant circuit is filled with a working fluid whose GWP is equal to or less than a predetermined value.
上述のGWPの低い冷媒の中には、比較的低い冷媒圧力で用いられる低圧冷媒がある。このような低圧冷媒は、熱搬送能力が低く、暖房運転時に冷媒の循環量を十分に確保することができず、暖房運転が困難になってしまうか、暖房運転時のCOP(CoefficientOf Performance)が低くなってしまう傾向がある。 Among the low GWP refrigerants mentioned above are low-pressure refrigerants that are used at relatively low refrigerant pressures. Such a low-pressure refrigerant has a low heat transfer ability, and cannot secure a sufficient circulation amount of the refrigerant during heating operation. tends to be lower.
これに対して、熱源側の冷媒としてGWPの低い高圧冷媒である二酸化炭素冷媒を用い、利用側の冷媒として低圧冷媒を用いた二元冷凍サイクルを用いることで、暖房運転時の能力を確保することが考えられる。しかし、この場合であっても、冷房運転時には熱源側の二酸化炭素冷媒の臨界圧力を超えてしまい、冷房運転時のCOPが低くなってしまう。 On the other hand, using a carbon dioxide refrigerant, which is a high-pressure refrigerant with a low GWP, as the refrigerant on the heat source side and using a low-pressure refrigerant as the refrigerant on the user side, a dual refrigeration cycle is used to ensure the capacity during heating operation. can be considered. However, even in this case, the critical pressure of the carbon dioxide refrigerant on the heat source side is exceeded during cooling operation, and the COP during cooling operation becomes low.
以上より、高圧冷媒と低圧冷媒を用いた場合において冷房運転および暖房運転を効率良く行うことが可能な冷凍サイクル装置が望まれる。 As described above, there is a demand for a refrigeration cycle apparatus capable of efficiently performing cooling operation and heating operation when using a high-pressure refrigerant and a low-pressure refrigerant.
第1観点に係る冷凍サイクル装置は、第1冷媒を用いた利用側の冷凍サイクルと、第2冷媒を用いた熱源側の冷凍サイクルと、を含む二元冷凍サイクルを行うことで暖房運転を行う。第1冷媒は、30℃で1MPa以下である。第2冷媒は、30℃で1.5MPa以上である。冷凍サイクル装置は、第1冷媒を用いた単元冷凍サイクルを行うことで冷房運転を行う。 A refrigeration cycle apparatus according to a first aspect performs a heating operation by performing a dual refrigeration cycle including a user-side refrigeration cycle using a first refrigerant and a heat source-side refrigeration cycle using a second refrigerant. . The first refrigerant is 1 MPa or less at 30°C. The second refrigerant is 1.5 MPa or more at 30°C. The refrigeration cycle device performs cooling operation by performing a unit refrigeration cycle using the first refrigerant.
この冷凍サイクル装置では、暖房運転時に、30℃で1MPa以下の低圧冷媒である第1冷媒を用いた利用側の冷凍サイクルと、30℃で1.5MPa以上の高圧冷媒である第2冷媒を用いた熱源側の冷凍サイクルと、を含む二元冷凍サイクルを行うため、COPを良好にしつつ暖房能力を確保しやすい。また、この冷凍サイクルでは、冷房運転時に、30℃で1MPa以下の低圧冷媒である第1冷媒を用いた単元冷凍サイクルを行うため、第2冷媒を熱源側の冷凍サイクルで用いた二元冷凍サイクルとする場合に第2冷媒が臨界圧力を超えることによるCOPの低下を避けることができる。これにより、高圧冷媒と低圧冷媒を用いた場合において冷房運転および暖房運転を効率良く行うことが可能である。 In this refrigeration cycle device, during heating operation, a user-side refrigeration cycle using a first refrigerant that is a low-pressure refrigerant of 1 MPa or less at 30° C. and a second refrigerant that is a high-pressure refrigerant of 1.5 MPa or more at 30° C. are used. Since the dual refrigerating cycle including the refrigerating cycle on the heat source side is performed, it is easy to secure the heating capacity while improving the COP. Further, in this refrigerating cycle, since a unit refrigerating cycle using the first refrigerant, which is a low-pressure refrigerant of 1 MPa or less at 30° C., is performed during cooling operation, a dual refrigerating cycle using the second refrigerant in the refrigerating cycle on the heat source side. , it is possible to avoid a decrease in COP due to the second refrigerant exceeding the critical pressure. As a result, it is possible to efficiently perform the cooling operation and the heating operation when using the high-pressure refrigerant and the low-pressure refrigerant.
第2観点に係る冷凍サイクル装置は、第1観点に係る冷凍サイクル装置において、室外熱交換器を備える。室外熱交換器は、暖房運転時に第2冷媒の蒸発器として機能し、冷房運転時に第1冷媒の放熱器として機能する。 A refrigerating cycle device according to a second aspect is the refrigerating cycle device according to the first aspect, including an outdoor heat exchanger. The outdoor heat exchanger functions as an evaporator for the second refrigerant during heating operation, and functions as a radiator for the first refrigerant during cooling operation.
なお、室外熱交換器は、特に限定されないが、例えば、室外熱交換器を流れる冷媒は、空気と熱交換されてもよい。 Although the outdoor heat exchanger is not particularly limited, for example, the refrigerant flowing through the outdoor heat exchanger may be heat-exchanged with the air.
この冷凍サイクル装置では、室外の熱源を用いて暖房運転および冷房運転を効率的に行うことが可能である。 This refrigeration cycle apparatus can efficiently perform heating operation and cooling operation using an outdoor heat source.
第3観点に係る冷凍サイクル装置は、第2観点に係る冷凍サイクル装置において、カスケード熱交換器を備える。カスケード熱交換器は、暖房運転時に第1冷媒を流すための第1カスケード流路と、第1カスケード流路とは独立しており、暖房運転時に第2冷媒を流すための第2カスケード流路と、を有する。カスケード熱交換器は、第1冷媒と第2冷媒とを熱交換させる。 A refrigeration cycle device according to a third aspect is the refrigeration cycle device according to the second aspect, including a cascade heat exchanger. The cascade heat exchanger is independent of the first cascade flow path through which the first refrigerant flows during heating operation and the first cascade flow path, and the second cascade flow path through which the second refrigerant flows during heating operation. and have A cascade heat exchanger allows heat exchange between the first refrigerant and the second refrigerant.
この冷凍サイクル装置では、熱源側の冷凍サイクルを流れる冷媒と利用側の冷凍サイクルを流れる冷媒との熱交換効率を高めることができる。 In this refrigerating cycle device, the heat exchange efficiency between the refrigerant flowing through the refrigerating cycle on the heat source side and the refrigerant flowing through the refrigerating cycle on the user side can be enhanced.
第4観点に係る冷凍サイクル装置は、第3観点に係る冷凍サイクル装置において、利用熱交換器を備える。利用熱交換器では、暖房運転時に第1冷媒が放熱する。暖房運転時は、第1冷媒が第1カスケード流路を通過する時に蒸発し、第2冷媒が第2カスケード流路を通過する時に放熱する。 A refrigerating cycle device according to a fourth aspect is the refrigerating cycle device according to the third aspect, including a utilization heat exchanger. In the utilization heat exchanger, the first refrigerant releases heat during heating operation. During heating operation, the first refrigerant evaporates when passing through the first cascade flow path, and heat is released when the second refrigerant passes through the second cascade flow path.
この冷凍サイクル装置では、室外の熱源を用いて暖房運転を効率的に行うことが可能である。 In this refrigeration cycle apparatus, it is possible to efficiently perform a heating operation using an outdoor heat source.
第5観点に係る冷凍サイクル装置は、第4観点に係る冷凍サイクル装置において、冷房運転時に第1冷媒が利用熱交換器で蒸発する。 A refrigerating cycle device according to a fifth aspect is the refrigerating cycle device according to the fourth aspect, in which the first refrigerant evaporates in the utilization heat exchanger during cooling operation.
この冷凍サイクル装置では、室外の熱源を用いて冷房運転を効率的に行うことが可能である。 In this refrigeration cycle device, it is possible to efficiently perform a cooling operation using an outdoor heat source.
第6観点に係る冷凍サイクル装置は、第2観点から第5観点のいずれかに係る冷凍サイクル装置において、室外熱交換器以外の第1領域に第1冷媒を集めることが可能である。また、この冷凍サイクル装置は、室外熱交換器以外で且つ第1領域以外の第2領域に第2冷媒を集めることが可能である。 A refrigeration cycle device according to a sixth aspect is the refrigeration cycle device according to any one of the second aspect to the fifth aspect, in which the first refrigerant can be collected in a first region other than the outdoor heat exchanger. In addition, this refrigeration cycle device can collect the second refrigerant in a second area other than the first area and outside the outdoor heat exchanger.
この冷凍サイクル装置では、第1領域に第1冷媒を集めることまたは第2領域に第2冷媒を集めることにより、室外熱交換器に流す冷媒を第1冷媒と第2冷媒とで切り換えることが可能になる。 In this refrigeration cycle device, by collecting the first refrigerant in the first area or collecting the second refrigerant in the second area, it is possible to switch between the first refrigerant and the second refrigerant flowing through the outdoor heat exchanger. become.
第7観点に係る冷凍サイクル装置は、第1冷媒を用いた利用側の冷凍サイクルと、第2冷媒を用いた熱源側の冷凍サイクルと、を含む二元冷凍サイクルを行うことで暖房運転を行う。第1冷媒は、30℃で1MPa以下である。第2冷媒は、30℃で1.5MPa以上である。冷凍サイクル装置は、第2冷媒を用いた利用側の冷凍サイクルと、第1冷媒を用いた熱源側の冷凍サイクルと、を含む二元冷凍サイクルを行うことで冷房運転を行う。 A refrigeration cycle device according to a seventh aspect performs a heating operation by performing a dual refrigeration cycle including a user-side refrigeration cycle using a first refrigerant and a heat source-side refrigeration cycle using a second refrigerant. . The first refrigerant is 1 MPa or less at 30°C. The second refrigerant is 1.5 MPa or more at 30°C. The refrigeration cycle device performs cooling operation by performing a dual refrigeration cycle including a user-side refrigeration cycle using the second refrigerant and a heat source-side refrigeration cycle using the first refrigerant.
この冷凍サイクル装置では、暖房運転時に、30℃で1MPa以下の低圧冷媒である第1冷媒を用いた利用側の冷凍サイクルと、30℃で1.5MPa以上の高圧冷媒である第2冷媒を用いた熱源側の冷凍サイクルと、を含む二元冷凍サイクルを行うため、COPを良好にしつつ暖房能力を確保しやすい。また、この冷凍サイクルでは、冷房運転時に、30℃で1.5MPa以上の高圧冷媒である第2冷媒を用いた利用側の冷凍サイクルと、30℃で1MPa以下の低圧冷媒である第1冷媒を用いた熱源側の冷凍サイクルと、を含む二元冷凍サイクルを行うため、第2冷媒を熱源側の冷凍サイクルで用いた二元冷凍サイクルとする場合に第2冷媒が臨界圧力を超えることによるCOPの低下を避けることができる。これにより、高圧冷媒と低圧冷媒を用いた場合において冷房運転および暖房運転を効率良く行うことが可能である。 In this refrigeration cycle device, during heating operation, a user-side refrigeration cycle using a first refrigerant that is a low-pressure refrigerant of 1 MPa or less at 30° C. and a second refrigerant that is a high-pressure refrigerant of 1.5 MPa or more at 30° C. are used. Since the dual refrigerating cycle including the refrigerating cycle on the heat source side is performed, it is easy to secure the heating capacity while improving the COP. In addition, in this refrigeration cycle, during cooling operation, a user-side refrigeration cycle using a second refrigerant that is a high-pressure refrigerant of 1.5 MPa or more at 30° C. and a first refrigerant that is a low-pressure refrigerant of 1 MPa or less at 30° C. In order to perform a binary refrigeration cycle including the refrigeration cycle on the heat source side used, COP due to the second refrigerant exceeding the critical pressure when the second refrigerant is the binary refrigeration cycle used in the refrigeration cycle on the heat source side can be avoided. As a result, it is possible to efficiently perform the cooling operation and the heating operation when using the high-pressure refrigerant and the low-pressure refrigerant.
第8観点に係る冷凍サイクル装置は、第7観点に係る冷凍サイクル装置において、暖房運転と冷房運転との間に、熱源側の冷凍サイクルで用いられる冷媒と、利用側の冷凍サイクルで用いられる冷媒と、が入れ換わる。 A refrigerating cycle device according to an eighth aspect is the refrigerating cycle device according to the seventh aspect, wherein between the heating operation and the cooling operation, the refrigerant used in the refrigeration cycle on the heat source side and the refrigerant used in the refrigeration cycle on the user side and are replaced.
この冷凍サイクル装置では、冷房運転時に第1冷媒が流れる箇所または第2冷媒が流れる箇所の少なくとも一部を、暖房運転時に第2冷媒が流れる箇所または第1冷媒が流れる箇所の少なくとも一部として共用することが可能になる。 In this refrigeration cycle device, at least a portion of the location through which the first refrigerant flows or the location through which the second refrigerant flows during cooling operation is shared as at least a portion of the location through which the second refrigerant flows or the location through which the first refrigerant flows during heating operation. it becomes possible to
第9観点に係る冷凍サイクル装置は、第8観点に係る冷凍サイクル装置において、冷媒タンクを備える。冷媒タンクは、冷媒の入れ換え時に、第1冷媒または第2冷媒のいずれかを一時的に貯留する。 A refrigeration cycle device according to a ninth aspect is the refrigeration cycle device according to the eighth aspect, including a refrigerant tank. The coolant tank temporarily stores either the first coolant or the second coolant when replacing the coolant.
この冷凍サイクル装置では、第1冷媒と第2冷媒の混ざり合いを抑制しながら、冷媒の入れ替えを行うことが可能になる。 In this refrigeration cycle device, it is possible to replace the refrigerant while suppressing mixing of the first refrigerant and the second refrigerant.
第10観点に係る冷凍サイクル装置は、第7観点から第9観点のいずれかに係る冷凍サイクル装置において、カスケード熱交換器を備える。カスケード熱交換器は、暖房運転時に第1冷媒が蒸発する第1カスケード流路と、第1カスケード流路とは独立しており、暖房運転時に第2冷媒が放熱する第2カスケード流路と、を有する。カスケード熱交換器は、第1冷媒と第2冷媒とを熱交換させる。 A refrigeration cycle apparatus according to a tenth aspect is the refrigeration cycle apparatus according to any one of the seventh to ninth aspects, including a cascade heat exchanger. The cascade heat exchanger includes a first cascade flow path in which a first refrigerant evaporates during heating operation, a second cascade flow path independent of the first cascade flow path, and a second cascade flow path in which heat is released from the second refrigerant during heating operation; have A cascade heat exchanger allows heat exchange between the first refrigerant and the second refrigerant.
この冷凍サイクル装置では、熱源側の冷凍サイクルを流れる冷媒と利用側の冷凍サイクルを流れる冷媒との熱交換効率を高めることができる。 In this refrigerating cycle device, the heat exchange efficiency between the refrigerant flowing through the refrigerating cycle on the heat source side and the refrigerant flowing through the refrigerating cycle on the user side can be enhanced.
第11観点に係る冷凍サイクル装置は、第7観点から第10観点のいずれかに係る冷凍サイクル装置において、利用熱交換器を備える。利用熱交換器は、暖房運転時に第1冷媒の放熱器として機能し、冷房運転時に第2冷媒の蒸発器として機能する。 A refrigerating cycle apparatus according to an eleventh aspect is the refrigerating cycle apparatus according to any one of the seventh to tenth aspects, including a utilization heat exchanger. The utilization heat exchanger functions as a radiator for the first refrigerant during heating operation, and functions as an evaporator for the second refrigerant during cooling operation.
なお、利用熱交換器は、熱負荷を処理する熱交換器であることが好ましく、利用熱交換器を流れる冷媒は、空気と熱交換されてもよいし、ブラインや水などの流体と熱交換されてもよい。 The utilization heat exchanger is preferably a heat exchanger that processes a heat load, and the refrigerant flowing through the utilization heat exchanger may exchange heat with air, or may exchange heat with a fluid such as brine or water. may be
この冷凍サイクル装置では、利用熱交換器において、第1冷媒を用いた熱負荷処理と、第2冷媒を用いた熱負荷処理が可能になる。 In this refrigeration cycle apparatus, heat load processing using the first refrigerant and heat load processing using the second refrigerant are possible in the utilization heat exchanger.
第12観点に係る冷凍サイクル装置は、第7観点から第11観点のいずれかに係る冷凍サイクル装置において、室外熱交換器を備える。室外熱交換器は、暖房運転時に第2冷媒の蒸発器として機能し、冷房運転時に第1冷媒の凝縮器として機能する。 A refrigeration cycle apparatus according to a twelfth aspect is the refrigeration cycle apparatus according to any one of the seventh to eleventh aspects, including an outdoor heat exchanger. The outdoor heat exchanger functions as an evaporator for the second refrigerant during heating operation, and functions as a condenser for the first refrigerant during cooling operation.
なお、室外熱交換器は、特に限定されないが、例えば、室外熱交換器を流れる冷媒は、空気と熱交換されてもよい。 Although the outdoor heat exchanger is not particularly limited, for example, the refrigerant flowing through the outdoor heat exchanger may be heat-exchanged with the air.
この冷凍サイクル装置では、室外の熱源を用いて冷房運転および暖房運転を効率的に行うことが可能である。 This refrigeration cycle apparatus can efficiently perform cooling operation and heating operation using an outdoor heat source.
第13観点に係る冷凍サイクル装置は、第1観点から第12観点のいずれかに係る冷凍サイクル装置において、第1冷媒と第2冷媒の混合状態を検知する。 A refrigeration cycle device according to a thirteenth aspect is the refrigeration cycle device according to any one of the first aspect to the twelfth aspect, and detects a mixed state of the first refrigerant and the second refrigerant.
なお、検知する第1冷媒と第2冷媒の混合状態は、特に限定されず、例えば、流体中の第1冷媒の重量割合が90%以下になったこと、または、95%以下になったことを検知してもよいし、流体中の第2冷媒の重量割合が90%以下になったこと、または、95%以下になったことを検知してもよい。 The mixed state of the first refrigerant and the second refrigerant to be detected is not particularly limited. For example, the weight ratio of the first refrigerant in the fluid is 90% or less, or 95% or less may be detected, or that the weight ratio of the second refrigerant in the fluid has become 90% or less, or that it has become 95% or less.
検知の具体的方法も特に限定されず、例えば、混合割合が増大することにより蒸発器として機能する熱交換器を流れる冷媒の温度が変化する程度が増大することに基づいて検知してもよい。 The specific method of detection is not particularly limited, either. For example, detection may be based on an increase in the degree of change in the temperature of refrigerant flowing through a heat exchanger that functions as an evaporator due to an increase in the mixing ratio.
なお、冷凍サイクル装置は、検知結果を報知するようにしてもよい。 Note that the refrigeration cycle device may notify the detection result.
この冷凍サイクル装置では、第1冷媒と第2冷媒の混合により運転効率が低下した状態を把握することが可能になる。 In this refrigeration cycle device, it is possible to grasp the state in which the operating efficiency is lowered due to the mixing of the first refrigerant and the second refrigerant.
第14観点に係る冷凍サイクル装置は、第1観点から第13観点のいずれかに係る冷凍サイクル装置において、第1冷媒と第2冷媒とを分離させる。 A refrigeration cycle device according to a fourteenth aspect is the refrigeration cycle device according to any one of the first to thirteenth aspects, in which the first refrigerant and the second refrigerant are separated.
第1冷媒と第2冷媒とを分離させる方法は、特に限定されず、公知の分離方法を用いることができる。例えば、第1冷媒と第2冷媒とで吸着程度が異なる吸着剤を用いて、吸着効率が高い方の冷媒を分離するようにしてもよい。また、気液二層状態となっている箇所において、気相冷媒と液相冷媒のうち、純度が高い方の相の冷媒を分離すること、および、この操作を繰り返すことにより、分離を行ってもよい。また、これらの分離は、冷凍サイクル装置の運転として行われてもよい。 A method for separating the first refrigerant and the second refrigerant is not particularly limited, and a known separation method can be used. For example, adsorbents having different degrees of adsorption may be used for the first refrigerant and the second refrigerant, and the refrigerant with the higher adsorption efficiency may be separated. In addition, at the location where the gas-liquid two-layer state is formed, the refrigerant with the higher purity is separated from the gas-phase refrigerant and the liquid-phase refrigerant, and the separation is performed by repeating this operation. good too. Moreover, these separations may be performed as the operation of the refrigeration cycle apparatus.
この冷凍サイクル装置では、第1冷媒と前記第2冷媒とを分離させることで、第1冷媒と第2冷媒の混合により低下した運転効率を回復させることが可能になる。 In this refrigeration cycle device, by separating the first refrigerant and the second refrigerant, it is possible to recover the operating efficiency that has decreased due to the mixing of the first refrigerant and the second refrigerant.
第15観点に係る冷凍サイクル装置は、第1観点から第14観点のいずれかに係る冷凍サイクル装置において、第1冷媒は、R1234yfおよびR1234zeの少なくともいずれかを含む。 A refrigeration cycle device according to a fifteenth aspect is the refrigeration cycle device according to any one of the first to fourteenth aspects, wherein the first refrigerant includes at least one of R1234yf and R1234ze.
なお、第1冷媒は、R1234yfのみから構成されていてもよいし、R1234zeのみから構成されていてもよい。 In addition, the first refrigerant may consist of only R1234yf, or may consist of only R1234ze.
この冷凍サイクル装置では、地球温暖化係数(GWP)が十分に低い冷媒を用いて運転を行うことが可能である。 This refrigeration cycle device can be operated using a refrigerant with a sufficiently low global warming potential (GWP).
第16観点に係る冷凍サイクル装置は、第1観点から第15観点のいずれかに係る冷凍サイクル装置において、第2冷媒は、二酸化炭素を含む。 A refrigeration cycle device according to a sixteenth aspect is the refrigeration cycle device according to any one of the first to fifteenth aspects, wherein the second refrigerant contains carbon dioxide.
なお、第2冷媒は、二酸化炭素のみから構成されていてもよい。 In addition, the second refrigerant may be composed only of carbon dioxide.
この冷凍サイクル装置では、オゾン層破壊係数(ODP:Ozone Depletion Potential)および地球温暖化係数(GWP)が十分に低い冷媒を用いて運転を行うことが可能である。 This refrigeration cycle apparatus can be operated using a refrigerant having a sufficiently low ozone depletion potential (ODP) and a sufficiently low global warming potential (GWP).
(1)第1実施形態
図1に、第1実施形態に係る冷凍サイクル装置1の概略構成図を示す。図2に、第1実施形態に係る冷凍サイクル装置1の機能ブロック構成図を示す。
(1) 1st Embodiment In FIG. 1, the schematic block diagram of the refrigerating-
冷凍サイクル装置1は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、熱負荷を処理するために使用される装置である。冷凍サイクル装置1は、熱負荷回路90と、冷媒回路10と、室外ファン9と、コントローラ7と、を有している。
The refrigerating
冷凍サイクル装置1が処理する熱負荷としては、特に限定されず、空気や水やブライン等の流体を対象として熱交換を行うものであってもよいが、本実施形態の冷凍サイクル装置1では、熱負荷回路90を流れる水を熱負荷熱交換器91に供給し、熱負荷熱交換器91における熱負荷を処理する。熱負荷回路90は、内部を熱媒体としての水が循環する回路であり、熱負荷熱交換器91と、ポンプ92と、冷媒回路10と共有される利用熱交換器13と、を有している。ポンプ92は後述するコントローラ7によって駆動制御されることで、熱負荷回路90に水を循環させる。熱負荷回路90では、利用熱交換器13が有する熱負荷流路13bを水が流れる。利用熱交換器13は、後述のように、冷媒回路10を流れる第1冷媒が通過する第1利用流路13aを有している。利用熱交換器13の熱負荷流路13bを流れる水は、第1利用流路13aを流れる第1冷媒と熱交換することにより、冷房運転時には冷却され、暖房運転時には暖められる。
The heat load processed by the
冷媒回路10は、第1圧縮機11と、第2圧縮機21と、第1切換機構12と、熱負荷回路90と共有される利用熱交換器13と、第1膨張弁15と、第2膨張弁16と、第3膨張弁14と、カスケード熱交換器17と、室外熱交換器18と、第1開閉弁41と、第2開閉弁42と、を有している。
The
冷媒回路10には、冷媒として、低圧冷媒である第1冷媒と、高圧冷媒である第2冷媒とが、実質的に分離された状態で充填されている。第1冷媒は、30℃で1MPa以下の冷媒であり、例えば、R1234yfとR1234zeとの少なくともいずれかを含む冷媒であり、R1234yfのみから構成されていてもよいし、R1234zeのみから構成されていてもよい。第2冷媒は、30℃で1.5MPa以上の冷媒であり、例えば、二酸化炭素を含んでいてもよいし、二酸化炭素のみから構成されていてもよい。
The
第1圧縮機11は、圧縮機用モータによって駆動される容積式圧縮機である。圧縮機用モータは、インバータ装置を介して電力の供給を受けて駆動される。第1圧縮機11は、圧縮機用モータにおける回転数である駆動周波数を可変することによって、運転容量を変えることができる。第1圧縮機11の吐出側は、第1切換機構12が有する第1ポートに接続されている。第1圧縮機11の吸入側は、第1切換機構12が有する第2ポートと、カスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aのガス冷媒側と、に接続されている。
The
第1切換機構12は、第1圧縮機11の吐出側を利用熱交換器13の第1利用流路13aのガス冷媒側に接続し、第1圧縮機11の吸入側を第1開閉弁41およびカスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aのガス冷媒側に接続する状態と、第1圧縮機11の吐出側を第1開閉弁41に接続し、第1圧縮機11の吸入側を利用熱交換器13の第1利用流路13aのガス冷媒側およびカスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aのガス冷媒側に接続する状態と、を切り換える。本実施形態では、第1切換機構12は、第1ポート、第2ポート、第3ポート、第4ポートからなる4つのポートを有する四路切換弁で構成されている。第1ポートには、第1圧縮機11の吐出側が接続されている。第2ポートには、第1圧縮機11の吸入側とカスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aのガス冷媒側が接続されている。第3ポートには、利用熱交換器13の第1利用流路13aのガス冷媒側が接続されている。第4ポートには、第1開閉弁41が接続されている。
The
利用熱交換器13のうち冷媒回路10を流れる第1冷媒が通過する第1利用流路13aは、ガス冷媒側が第1切換機構12に接続されている。また、第1利用流路13aの液冷媒側は、冷媒回路10が有する分岐点Aに接続されている。
A gas refrigerant side of the first
分岐点Aでは、第1利用流路13aの液冷媒側から延びる流路と、第1膨張弁15のうちカスケード熱交換器17側とは反対側に延びる流路と、第3膨張弁14から延びる流路と、が接続されている。
At the branch point A, a channel extending from the liquid refrigerant side of the
第1膨張弁15は、弁開度を調節可能な電子膨張弁によって構成されている。第1膨張弁15は、冷媒回路10において、分岐点Aと、カスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aの液冷媒側と、の間に設けられている。
The
第3膨張弁14は、弁開度を調節可能な電子膨張弁によって構成されている。第3膨張弁14は、冷媒回路10において、分岐点Aと、分岐点Bと、を接続する流路の途中に設けられている。
The
分岐点Bでは、第3膨張弁14から延びる流路と、第2膨張弁16から延びる流路と、室外熱交換器18の液冷媒側から延びる流路と、が接続されている。
At the branch point B, the flow path extending from the
第2膨張弁16は、弁開度を調節可能な電子膨張弁によって構成されている。第2膨張弁16は、冷媒回路10において、分岐点Bと、カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bの液冷媒側と、の間に設けられている。
The
カスケード熱交換器17は、第1冷媒と第2冷媒とのいずれか一方が通過する第1カスケード流路17aと、第1冷媒と第2冷媒とのいずれか他方が通過する第2カスケード流路17bと、を有しており、第1冷媒と第2冷媒との間で熱交換を行わせるカスケード熱交換器である。カスケード熱交換器17において、第1カスケード流路17aと第2カスケード流路17bとは互いに独立しており、カスケード熱交換器17内において第1冷媒と第2冷媒が混ざり合うことはない。第1カスケード流路17aのガス冷媒側は、第1圧縮機11の吸入側に接続されている。第1カスケード流路17aの液冷媒側は、第1膨張弁15から延びる流路に接続されている。第2カスケード流路17bのガス冷媒側は、第2圧縮機21の吐出側に接続されている。第2カスケード流路17bの液冷媒側は、第2膨張弁16から延びる流路に接続されている。
The
室外熱交換器18は、複数の伝熱管と、複数の伝熱管に接合された複数のフィンと、を有して構成される。本実施形態では、室外熱交換器18は、屋外に配置されている。室外熱交換器18を流れる冷媒は、室外熱交換器18に送られる空気と熱交換を行う。
The
室外ファン9は、室外熱交換器18を通過する屋外空気による空気流れを生じさせる。
The
分岐点Cは、室外熱交換器18のガス冷媒側から延びる流路と、第1開閉弁41から延びる流路と、第2開閉弁42から延びる流路と、が接続されている。
At the branch point C, a channel extending from the gas refrigerant side of the
第1開閉弁41は、分岐点Cと第1切換機構12の第4ポートとを接続する流路の途中に設けられている。
The first on-off
第2開閉弁42は、分岐点Cと第2圧縮機21の吸入側とを接続する流路の途中に設けられている。
The second on-off
第2圧縮機21は、圧縮機用モータによって駆動される容積式圧縮機である。圧縮機用モータは、インバータ装置を介して電力の供給を受けて駆動される。第2圧縮機21は、圧縮機用モータにおける回転数である駆動周波数を可変することによって、運転容量を変えることができる。第2圧縮機21の吐出側は、カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bのガス冷媒側に接続されている。第2圧縮機21の吸入側は、第2開閉弁42から延びる流路が接続されている。
The
コントローラ7は、熱負荷回路90と冷媒回路10を構成する各機器の動作を制御する。具体的には、コントローラ7は、制御を行うために設けられたCPUとしてのプロセッサとメモリ等を有している。
The
以上の冷凍サイクル装置1において、コントローラ7が各機器を制御して冷凍サイクルを実行させることで、熱負荷熱交換器91における冷房負荷を処理する冷房運転と、熱負荷熱交換器91における暖房負荷を処理する暖房運転と、冷房暖房移行運転と、暖房冷房移行運転と、が行われる。
In the
(1-1)冷房運転
冷房運転時は、図3に示すように、第2開閉弁42から、第2圧縮機21とカスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bを介して、第2膨張弁16までの流路(点線で示す流路)に第2冷媒を閉じ込め、第1冷媒を第1圧縮機11と室外熱交換器18と第3膨張弁14と利用熱交換器13に循環させることで、単元冷凍サイクルを行う。ここで、利用熱交換器13を第1冷媒の蒸発器として機能させ、室外熱交換器18を第1冷媒の凝縮器として機能させることで、第1冷媒を用いた単元冷凍サイクルを行う。なお、図3では、一重の矢印は第1冷媒が流れる流路を示している。
(1-1) Cooling Operation During cooling operation, as shown in FIG. The second refrigerant is confined in the flow path (the flow path indicated by the dotted line) up to the
具体的には、第2開閉弁42と第2膨張弁16を全閉状態に制御し、第2開閉弁42から第2膨張弁16までの流路に第2冷媒を閉じ込める。また、第1切換機構12の接続状態を図3の実線で示す接続状態に切り換え、ポンプ92、第1圧縮機11、室外ファン9を駆動させ、第1開閉弁41を開状態に制御し、第1膨張弁15を全閉状態に制御し、第2圧縮機21を停止させる。さらに、第3膨張弁14の弁開度を、第1圧縮機11の吸入する第1冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御する。
Specifically, the second on-off
これにより、第1圧縮機11から吐出された第1冷媒は、第1切換機構12および第1開閉弁41を介して室外熱交換器18に送られる。室外熱交換器18に送られた第1冷媒は、室外ファン9により供給される屋外空気と熱交換を行うことで凝縮する。室外熱交換器18を通過した第1冷媒は、分岐点Bを通過した後、第3膨張弁14において減圧され、分岐点Aを通過して、利用熱交換器13の第1利用流路13aに送られる。利用熱交換器13の第1利用流路13aを流れる第1冷媒は、熱負荷回路90が有する利用熱交換器13の熱負荷流路13bを流れる水と熱交換を行うことで、蒸発する。この熱交換により冷却された水は、熱負荷回路90における熱負荷熱交換器91まで送られることで冷房負荷を処理する。利用熱交換器13の第1利用流路13aで蒸発した第1冷媒は、第1切換機構12を介して第1圧縮機11に吸入される。
Thereby, the first refrigerant discharged from the
(1-2)冷房暖房移行運転
冷凍サイクル装置1は、冷房運転を行うサイクル状態から、暖房運転を行うサイクル状態に移行させるための冷房暖房移行運転が行われる。
(1-2) Cooling/Heating Transition Operation The
冷房暖房移行運転では、まず、冷房運転が行われていた状態から、第3膨張弁14を全閉状態に制御し、第1切換機構12の接続状態を第1圧縮機11の吐出側が利用熱交換器13の第1利用流路13aのガス冷媒側に接続されて第1圧縮機11の吸入側が第1開閉弁41およびカスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aのガス冷媒側に接続された状態に切り換えて、第2開閉弁42を閉じて第1膨張弁15と第2膨張弁16を全閉状態に制御したままで、第1圧縮機11を運転させる。この運転状態をしばらく維持した後、第1開閉弁41を閉じることにより、第1開閉弁41から、第1圧縮機11と利用熱交換器13を介して、第3膨張弁14までの流路に第1冷媒を集めることができる。
In the cooling/heating shift operation, first, the
次に、第3膨張弁14を全閉状態に維持させて第1開閉弁41も閉状態に維持させたまま、第1膨張弁15を開けることにより、第1圧縮機11と利用熱交換器13と第1膨張弁15とカスケード熱交換器17を、第1冷媒が循環可能な状態となる。また、第2膨張弁16を開けて、第2開閉弁42を開けることにより、第2圧縮機21とカスケード熱交換器17と第2膨張弁16と室外熱交換器18を、第2冷媒が循環可能な状態となる。
Next, by opening the
以上により、冷房暖房移行運転を終える。 Thus, the cooling/heating shift operation is completed.
(1-3)暖房運転
暖房運転時は、図4に示すように、第2冷媒を熱源側冷凍サイクルで用い、第1冷媒を利用側冷凍サイクルで用いた二元冷凍サイクルを行う。なお、図4では、一重の矢印は第1冷媒が流れる流路を示しており、二重の矢印は第2冷媒が流れる流路を示している。この二元冷凍サイクルでは、利用熱交換器13を第1冷媒の凝縮器として機能させ、カスケード熱交換器17を第1冷媒の蒸発器として機能させ、カスケード熱交換器17を第2冷媒の放熱器として機能させ、室外熱交換器18を第2冷媒の蒸発器として機能させる。
(1-3) Heating Operation During heating operation, as shown in FIG. 4, a dual refrigerating cycle is performed in which the second refrigerant is used in the heat source side refrigerating cycle and the first refrigerant is used in the user side refrigerating cycle. In FIG. 4, the single arrow indicates the channel through which the first coolant flows, and the double arrow indicates the channel through which the second coolant flows. In this binary refrigerating cycle, the
具体的には、この二元冷凍サイクルでは、第3膨張弁14を全閉状態に制御し、第1開閉弁41を閉状態に制御することで、第1冷媒と第2冷媒との混ざり合いを防ぎ、第1切換機構12の接続状態を図4の破線で示す接続状態に切り換え、ポンプ92、第1圧縮機11、第2圧縮機21、室外ファン9を駆動させ、第2開閉弁42を開状態に制御する。さらに、第1膨張弁15の弁開度を、第1圧縮機11の吸入する第1冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御し、第2膨張弁16の弁開度を第2圧縮機21の吸入する第2冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御する。
Specifically, in this binary refrigeration cycle, the
これにより、第2圧縮機21から吐出された第2冷媒は、カスケード熱交換器17に送られ、第2カスケード流路17bを流れる際に、第1カスケード流路17aを流れる第1冷媒と熱交換することで、放熱する。カスケード熱交換器17で放熱した第2冷媒は、第2膨張弁16において減圧された後、室外熱交換器18において室外ファン9により供給される屋外空気と熱交換を行うこと蒸発し、第2圧縮機21に吸入される。第1圧縮機11から吐出された第1冷媒は、第1切換機構12を介して利用熱交換器13の第1利用流路13aに送られる。利用熱交換器13の第1利用流路13aを流れる第1冷媒は、熱負荷回路90が有する利用熱交換器13の熱負荷流路13bを流れる水と熱交換を行うことで、凝縮する。この熱交換により暖められた水は、熱負荷回路90における熱負荷熱交換器91まで送られることで暖房負荷を処理する。利用熱交換器13の第1利用流路13aで凝縮した第1冷媒は、分岐点Aを通過した後、第1膨張弁15において減圧される。第1膨張弁15で減圧された冷媒は、カスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aを通過する際に、第2カスケード流路17bを流れる第2冷媒と熱交換することで蒸発する。カスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aで蒸発した第1冷媒は、第1切換機構12を介して第1圧縮機11に吸入される。
As a result, the second refrigerant discharged from the
(1-4)暖房冷房移行運転
冷凍サイクル装置1は、暖房運転を行うサイクル状態から、冷房運転を行うサイクル状態に移行させるための暖房冷房移行運転が行われる。
(1-4) Heating/Cooling Transition Operation The
暖房冷房移行運転では、まず、暖房運転が行われていた状態から、第2膨張弁16を全閉状態に制御し、第3膨張弁14も全閉状態に維持させたままで、第2圧縮機21を駆動させる。この運転状態をしばらく維持した後、第2開閉弁42を閉じることにより、第2開閉弁42から、第2圧縮機21とカスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bを介して、第2膨張弁16までの流路に第2冷媒を集めることができる。
In the heating/cooling shift operation, first, the
次に、第1膨張弁15を全閉状態に制御し、第3膨張弁14と第1開閉弁41を開けて、第1切換機構12を第1圧縮機11の吐出側が第1開閉弁41に接続され、第1圧縮機11の吸入側が利用熱交換器13の第1利用流路13aのガス冷媒側およびカスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aのガス冷媒側に接続された状態にする。これにより、第1冷媒を用いた単元冷凍サイクルによる冷房運転が可能な状態となる。
Next, the
以上により、暖房冷房移行運転を終える。 Thus, the heating/cooling shift operation is completed.
(1-5)第1実施形態の特徴
第1実施形態の冷凍サイクル装置1では、冷媒回路10において、地球温暖化係数(GWP)が十分に低い第1冷媒と、オゾン層破壊係数(ODP)および地球温暖化係数(GWP)が十分に低い第2冷媒と、が用いられている。このため、地球環境の悪化を抑制することができる。
(1-5) Features of the First Embodiment In the
また、冷媒回路10において地球温暖化係数(GWP)が十分に低い第1冷媒を用いた場合であっても、暖房運転として、高圧冷媒である第2冷媒を熱源側冷凍サイクルで用い、低圧冷媒である第1冷媒を利用側冷凍サイクルで用いた二元冷凍サイクルを行う。これにより、低圧冷媒である第1冷媒を用いた単元冷凍サイクルを行う場合と比較して、暖房運転時の能力を確保し易い。
Further, even when the first refrigerant having a sufficiently low global warming potential (GWP) is used in the
さらに、冷媒回路10では第2冷媒として二酸化炭素が用いられている。しかし、冷房運転時には、第2冷媒を用いた単元冷凍サイクルは行わず、第2冷媒を熱源側冷凍サイクルで用いて第1冷媒を利用側冷凍サイクルで用いた二元冷凍サイクルも行わず、第1冷媒を用いた単元冷凍サイクルを行う。これにより、高圧冷媒である二酸化炭素冷媒を用いて単元冷凍サイクルを行う場合や高圧冷媒である二酸化炭素を熱源側サイクルで用いる二元冷凍サイクルを行う場合のように二酸化炭素冷媒の圧力が臨界圧力を超えてCOPが低くなってしまうことを避けて、冷房運転を行うことができる。また、高圧冷媒である二酸化炭素が用いられる冷媒回路10の要素部品として求められる耐圧強度の基準を低めのものとすることが可能になる。
Furthermore, carbon dioxide is used as the second refrigerant in the
(2)第2実施形態
図5に、第2実施形態に係る冷凍サイクル装置1aの概略構成図を示す。図6に、第2実施形態に係る冷凍サイクル装置1aの機能ブロック構成図を示す。
(2) 2nd Embodiment In FIG. 5, the schematic block diagram of the refrigerating-
冷凍サイクル装置1aは、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、熱負荷を処理するために使用される装置である。冷凍サイクル装置1aは、熱負荷回路90と、冷媒回路10と、室外ファン9と、コントローラ7と、を有している。
The refrigerating
冷凍サイクル装置1aが処理する熱負荷や熱負荷回路90については、第1実施形態と同様である。
The heat load and the
なお、本実施形態では、利用熱交換器13は、後述のように、冷媒回路10を流れる第1冷媒または第2冷媒が通過する第1利用流路13aを有している。利用熱交換器13の熱負荷流路13bを流れる水は、第1利用流路13aを流れる第1冷媒または第2冷媒と熱交換することにより、冷房運転時には冷却され、暖房運転時には暖められる。
In this embodiment, the
冷媒回路10は、第1圧縮機11と、第2圧縮機21と、第1切換機構12と、第2切換機構22と、熱負荷回路90と共有される利用熱交換器13と、第1膨張弁15と、第2膨張弁16と、カスケード熱交換器17と、室外熱交換器18と、冷媒容器19と、第3開閉弁43と、第4開閉弁44と、第5開閉弁45と、第6開閉弁46と、第7開閉弁47と、第8開閉弁48と、第9開閉弁49と、を有している。
The
冷媒回路10には、冷媒として、低圧冷媒である第1冷媒と、高圧冷媒である第2冷媒とが、実質的に分離された状態で充填されている。第1冷媒は、30℃で1MPa以下の冷媒であり、例えば、R1234yfとR1234zeとの少なくともいずれかを含む冷媒であり、R1234yfのみから構成されていてもよいし、R1234zeのみから構成されていてもよい。第2冷媒は、30℃で1.5MPa以上の冷媒であり、例えば、二酸化炭素を含んでいてもよいし、二酸化炭素のみから構成されていてもよい。
The
第1圧縮機11自体の具体的構成は第1実施形態のものと同様である。第1圧縮機11の吐出側は、第1切換機構12の切換弁12aが有する第1ポートに接続されている。第1圧縮機11の吸入側は、分岐点D1に接続されている。
The specific configuration of the
分岐点D1は、第1切換機構12の切換弁12aが有する第2ポートと、第1切換機構12の切換弁12bが有する第2ポートと、第8開閉弁48から延びる流路と、が接続されている。
At the branch point D1, the second port of the switching valve 12a of the
第1切換機構12は、切換弁12aと、切換弁12bと、を有している。
The
本実施形態では、切換弁12aは、切換弁12aの第1ポート、第2ポート、第3ポート、第4ポートからなる4つのポートを有する四路切換弁で構成されている。切換弁12aの第1ポートには、第1圧縮機11の吐出側が接続されている。切換弁12aの第2ポートには、第1圧縮機11の吸入側が接続されている。切換弁12aの第3ポートには、分岐点E2から延びる流路が接続されている。切換弁12aの第4ポートには、切換弁12bの第1ポートが接続されている。
In this embodiment, the switching valve 12a is composed of a four-way switching valve having four ports consisting of a first port, a second port, a third port, and a fourth port of the switching valve 12a. A discharge side of the
本実施形態では、切換弁12bは、切換弁12bの第1ポート、第2ポート、第3ポート、第4ポートからなる4つのポートを有する四路切換弁で構成されている。切換弁12bの第1ポートには、切換弁12aの第4ポートが接続されている。切換弁12bの第2ポートは、第1圧縮機11の吸入側と接続されている。切換弁12bの第3ポートには、利用熱交換器13の第1利用流路13aのガス冷媒側が接続されている。切換弁12bの第4ポートには、カスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aのガス冷媒側が接続されている。
In this embodiment, the switching valve 12b is composed of a four-way switching valve having four ports consisting of a first port, a second port, a third port, and a fourth port of the switching valve 12b. A fourth port of the switching valve 12a is connected to a first port of the switching valve 12b. A second port of the switching valve 12 b is connected to the suction side of the
切換弁12aは、第1圧縮機11の吐出側を切換弁12bの第1ポートに接続し、第1圧縮機11の吸入側を分岐点E2に接続する状態と、第1圧縮機11の吐出側を分岐点E2に接続し、第1圧縮機11の吸入側を切換弁12bの第1ポートに接続する状態と、を切り換える。
The switching valve 12a connects the discharge side of the
切換弁12bは、切換弁12aの第4ポートをカスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aのガス冷媒側に接続し、第1圧縮機11の吸入側を利用熱交換器13の第1利用流路13aのガス冷媒側に接続する状態と、切換弁12aの第4ポートを利用熱交換器13の第1利用流路13aのガス冷媒側に接続し、第1圧縮機11の吸入側をカスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aのガス冷媒側に接続する状態と、を切り換える。
The switching valve 12 b connects the fourth port of the switching valve 12 a to the gas refrigerant side of the first
利用熱交換器13のうち冷媒回路10を流れる冷媒が通過する第1利用流路13aは、ガス冷媒側が第1切換機構12の切換弁12bに接続されている。また、第1利用流路13aの液冷媒側は、冷媒回路10が有する分岐点Aに接続されている。
A gas refrigerant side of the first
分岐点Aでは、第1利用流路13aの液冷媒側から延びる流路と、第1膨張弁15のうちカスケード熱交換器17側とは反対側に延びる流路と、分岐点Jから延びる流路と、が接続されている。
At the branch point A, a flow path extending from the liquid refrigerant side of the first
第1膨張弁15は、弁開度を調節可能な電子膨張弁によって構成されている。第1膨張弁15は、冷媒回路10において、分岐点Aと分岐点Fを繋ぐ流路の途中に設けられている。
The
分岐点Fは、第1膨張弁15から延びる流路と、分岐点H1から延びる流路と、カスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aにおける液冷媒側から延びる流路と、を接続している。
The branch point F connects the flow path extending from the
カスケード熱交換器17は、第1冷媒と第2冷媒とのいずれか一方が通過する第1カスケード流路17aと、第1冷媒と第2冷媒とのいずれか他方が通過する第2カスケード流路17bと、を有しており、第1冷媒と第2冷媒との間で熱交換を行わせるカスケード熱交換器である。カスケード熱交換器17において、第1カスケード流路17aと第2カスケード流路17bとは互いに独立しており、カスケード熱交換器17内において第1冷媒と第2冷媒が混ざり合うことはない。第1カスケード流路17aのガス冷媒側は、第1切換機構12の切換弁12bに接続されている。第1カスケード流路17aの液冷媒側は、分岐点Fから延びる流路に接続されている。第2カスケード流路17bのガス冷媒側は、第2切換機構22の切換弁22bに接続されている。第2カスケード流路17bの液冷媒側は、分岐点Gから延びる流路に接続されている。
The
第2圧縮機21自体の具体的構成は第1実施形態のものと同様である。第2圧縮機21の吐出側は、第2切換機構22の切換弁22aの第1ポートに接続されている。第2圧縮機21の吸入側は、分岐点E1に接続されている。
The specific configuration of the
分岐点E1は、第2切換機構22の切換弁22aの第2ポートと、第2切換機構22の切換弁22bの第2ポートと、第7開閉弁47から延びる流路が接続されている。
The second port of the switching
第2切換機構22は、切換弁22aと、切換弁22bと、を有している。
The
本実施形態では、切換弁22aは、切換弁22aの第1ポート、第2ポート、第3ポート、第4ポートからなる4つのポートを有する四路切換弁で構成されている。切換弁22aの第1ポートには、第2圧縮機21の吐出側が接続されている。切換弁22aの第2ポートには、第2圧縮機21の吸入側が接続されている。切換弁22aの第3ポートには、分岐点D2から延びる流路が接続されている。切換弁22aの第4ポートには、切換弁22bの第1ポートが接続されている。
In this embodiment, the switching
本実施形態では、切換弁22bは、切換弁22bの第1ポート、第2ポート、第3ポート、第4ポートからなる4つのポートを有する四路切換弁で構成されている。切換弁22bの第1ポートには、切換弁22aの第4ポートが接続されている。切換弁22bの第2ポートは、第2圧縮機21の吸入側と接続されている。切換弁22bの第3ポートには、カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bのガス冷媒側が接続されている。切換弁22bの第4ポートには、室外熱交換器18のガス冷媒側が接続されている。
In this embodiment, the switching
切換弁22aは、第2圧縮機21の吐出側を切換弁22bの第1ポートに接続し、第2圧縮機21の吸入側を分岐点D2に接続する状態と、第2圧縮機21の吐出側を分岐点D2に接続し、第2圧縮機21の吸入側を切換弁22bの第1ポートに接続する状態と、を切り換える。
The switching
切換弁22bは、切換弁22aの第4ポートを室外熱交換器18のガス冷媒側に接続し、第2圧縮機21の吸入側をカスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bのガス冷媒側に接続する状態と、切換弁22aの第4ポートをカスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bのガス冷媒側に接続し、第2圧縮機21の吸入側を室外熱交換器18のガス冷媒側に接続する状態と、を切り換える。
The switching
分岐点Gは、カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bの液冷媒側から延びる流路と、第2膨張弁16から延びる流路と、分岐点H2から延びる流路と、が接続されている。
At the branch point G, a flow path extending from the liquid refrigerant side of the second
第2膨張弁16は、弁開度を調節可能な電子膨張弁によって構成されている。第2膨張弁16は、分岐点Gと、室外熱交換器18の液冷媒側と、の間に設けられている。
The
室外熱交換器18は、複数の伝熱管と、複数の伝熱管に接合された複数のフィンと、を有して構成される。本実施形態では、室外熱交換器18は、屋外に配置されている。室外熱交換器18を流れる冷媒は、室外熱交換器18に送られる空気と熱交換を行う。
The
室外ファン9は、室外熱交換器18を通過する屋外空気による空気流れを生じさせる。
The
分岐点Jは、分岐点Aから延びる流路と、第6開閉弁46から延びる流路と、分岐点K1から延びる流路と、が接続されている。分岐点K1は、分岐点Jから延びる流路と、冷媒容器19の上端部から延びる流路と、第9開閉弁49から延びる流路と、を接続している。第9開閉弁49は、分岐点D2と分岐点K1とを接続する流路の途中に設けられている。分岐点D2は、第9開閉弁49から延びる流路と、第8開閉弁48から延びる流路と、第2切換機構22の切換弁22aの第3ポートから延びる流路と、を接続している。第8開閉弁48は、分岐点D2と分岐点D1とを接続する流路の途中に設けられている。第6開閉弁46は、分岐点Jと分岐点E2とを接続する流路の途中に設けられている。分岐点E2は、第7開閉弁47から延びる流路と、第6開閉弁46から延びる流路と、第1切換機構12の切換弁12aの第3ポートから延びる流路と、を接続している。第7開閉弁47は、分岐点E1と分岐点E2とを接続する流路の途中に設けられている。
At the branch point J, the flow path extending from the branch point A, the flow path extending from the sixth on-off
分岐点K2は、冷媒容器19の下端部から延びる流路と、第4開閉弁44から延びる流路と、第5開閉弁45から延びる流路と、を接続している。第4開閉弁44は、分岐点K2と分岐点H1とを接続する流路の途中に設けられている。第5開閉弁45は、分岐点K2と分岐点H2とを接続する流路の途中に設けられている。分岐点H1は、第3開閉弁43から延びる流路と、第4開閉弁44から延びる流路と、分岐点Fから延びる流路と、を接続している。分岐点H2は、第3開閉弁43から延びる流路と、第5開閉弁45から延びる流路と、分岐点Gから延びる流路と、を接続している。第3開閉弁43は、分岐点H1と分岐点H2とを接続する流路の途中に設けられている。
The branch point K<b>2 connects the flow path extending from the lower end of the
なお、第3開閉弁43と、第4開閉弁44と、第5開閉弁45と、第6開閉弁46と、第7開閉弁47と、第8開閉弁48と、第9開閉弁49とは、いずれも開状態と閉状態とに切り換え制御可能な電磁弁である。
The third on-off
冷媒容器19は、第1冷媒または第2冷媒を内部に保持することが可能な容器である。冷媒容器19は、第1冷媒を溜めた状態で第2冷媒を冷媒回路10内で移動させるか、第2冷媒を溜めた状態で第1冷媒を冷媒回路10内で移動させるために用いることができ、当該第1冷媒の貯留と第2冷媒の貯留が可能な程度の容積を有している。なお、本実施形態では、第2冷媒を溜めた状態で第1冷媒を冷媒回路10内で移動させるために用いられる冷媒容器19を例として説明する。
The
コントローラ7は、熱負荷回路90と冷媒回路10を構成する各機器の動作を制御する。具体的には、コントローラ7は、制御を行うために設けられたCPUとしてのプロセッサとメモリ等を有している。
The
以上の冷凍サイクル装置1aにおいて、コントローラ7が各機器を制御して冷凍サイクルを実行させることで、熱負荷熱交換器91における冷房負荷を処理する冷房運転と、熱負荷熱交換器91における暖房負荷を処理する暖房運転と、冷房暖房移行運転と、暖房冷房移行運転と、が行われる。
In the
(2-1)冷房運転
冷房運転時は、図7に示すように、第1冷媒を熱源側冷凍サイクルで用い、第2冷媒を利用側冷凍サイクルで用いた二元冷凍サイクル運転を行う。なお、図7では、一重の矢印は第1冷媒が流れる流路を示しており、二重の矢印は第2冷媒が流れる流路を示している。この二元冷凍サイクルでは、利用熱交換器13を第2冷媒の蒸発器として機能させ、カスケード熱交換器17を第2冷媒の放熱器として機能させ、カスケード熱交換器17を第1冷媒の蒸発器として機能させ、室外熱交換器18を第1冷媒の凝縮器として機能させる。
(2-1) Cooling Operation During cooling operation, as shown in FIG. 7, the first refrigerant is used in the heat source side refrigerating cycle and the second refrigerant is used in the user side refrigerating cycle. In FIG. 7, the single arrow indicates the channel through which the first coolant flows, and the double arrow indicates the channel through which the second coolant flows. In this binary refrigeration cycle, the
具体的には、この二元冷凍サイクルでは、第3開閉弁43と第4開閉弁44と第5開閉弁45と第6開閉弁46と第7開閉弁47と第8開閉弁48と第9開閉弁49の全てを閉状態に制御することで、第1冷媒と第2冷媒の混ざり合いを防いでいる。そして、第1切換機構12の接続状態を図7の実線で示す接続状態に切り換え、第2切換機構22の接続状態を図7の実線で示す接続状態に切り換え、ポンプ92、第1圧縮機11、第2圧縮機21、室外ファン9を駆動させる。さらに、第1膨張弁15の弁開度を、第1圧縮機11の吸入する第2冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御し、第2膨張弁16の弁開度を第2圧縮機21の吸入する第1冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御する。
Specifically, in this binary refrigeration cycle, the third on-off
これにより、第2圧縮機21から吐出された第1冷媒は、第2切換機構22の切換弁22aと切換弁22bを介して、室外熱交換器18に送られる。室外熱交換器18を流れる第1冷媒は、室外ファン9により供給される屋外空気と熱交換を行うことで凝縮する。室外熱交換器18で凝縮した第1冷媒は、第2膨張弁16において減圧され、分岐点Gを通過して、カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bに送られる。第1冷媒は、カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bを流れる際に、第1カスケード流路17aを流れる第2冷媒と熱交換することで、蒸発する。カスケード熱交換器17で蒸発した第1冷媒は、第2切換機構22の切換弁22bを介して、第2圧縮機21に吸入される。第1圧縮機11から吐出された第2冷媒は、第1切換機構12の切換弁12aと切換弁12bを介して、カスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aに送られる。第2冷媒は、カスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aを流れる際に、第2カスケード流路17bを流れる第1冷媒と熱交換することで放熱する。カスケード熱交換器17で放熱した第2冷媒は、分岐点Fを通過して、第1膨張弁15において減圧され、分岐点Aを通過して、利用熱交換器13の第1利用流路13aに送られる。利用熱交換器13の第1利用流路13aを流れる第2冷媒は、熱負荷回路90が有する利用熱交換器13の熱負荷流路13bを流れる水と熱交換を行うことで、蒸発する。この熱交換により冷やされた水は、熱負荷回路90における熱負荷熱交換器91まで送られることで冷房負荷を処理する。利用熱交換器13の第1利用流路13aで蒸発した第2冷媒は、第1切換機構12の切換弁12bを介して第1圧縮機11に吸入される。
Thereby, the first refrigerant discharged from the
(2-2)冷房暖房移行運転
冷凍サイクル装置1aは、冷房運転を行うサイクル状態から、暖房運転を行うサイクル状態に移行させるために、以下の(a1)~(f1)の順からなる冷房暖房移行運転が行われる。
(2-2) Cooling/heating transition operation The refrigerating
(a1)まず、冷房運転が行われていた状態から、第1膨張弁15を全閉状態に制御し、第4開閉弁44を開けた状態で、第1圧縮機11を運転させる。ここで、第1冷媒を用いた冷房運転時の冷凍サイクルが行われるように、第2圧縮機21等を運転させる。これにより、冷媒容器19の下方から冷媒容器19内に第2冷媒を回収する運転を行う。この際、第6開閉弁46を所定時間間隔で開状態と閉状態とを切り換える制御を行うことで、冷媒容器19の上端から第6開閉弁46に至るまでの流路のガス状態の第2冷媒を第1圧縮機11に吸入させる。これにより、冷媒容器19への第2冷媒の回収を効率的に行うことができる。この運転は、冷媒容器19に所定の十分な量の第2冷媒が回収された状態になるまで、例えば、所定時間継続される。
(a1) First, the
(b1)次に、冷媒容器19への第2冷媒の回収が所定量以上に進んだ状態で、第4開閉弁44を閉じる。その後、切換弁12aを、第1圧縮機11の吐出側を分岐点E2に接続し、第1圧縮機11の吸入側を切換弁12bの第1ポートに接続する状態に切り換え、切換弁12bを、切換弁12aの第4ポートを利用熱交換器13の第1利用流路13aのガス冷媒側に接続し、第1圧縮機11の吸入側をカスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aのガス冷媒側に接続する状態に切り換える。さらに、切換弁22aを、第2圧縮機21の吐出側を切換弁22bの第1ポートに接続し、第2圧縮機21の吸入側を分岐点D2に接続する状態に切り換え、切換弁22bを、切換弁22aの第4ポートをカスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bのガス冷媒側に接続し、第2圧縮機21の吸入側を室外熱交換器18のガス冷媒側に接続する状態に切り換える。この状態で、第6開閉弁46を開状態に制御し、第1圧縮機11と第2圧縮機21を運転させることで、カスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aに残る第2冷媒を、第1冷媒の熱によって加熱して追い出し、第1圧縮機11、分岐点E2、第6開閉弁46、分岐点J、分岐点K1を介して、冷媒容器19に第2冷媒を集める。そして、この運転を所定時間継続させた後、第6開閉弁46を閉状態に制御し、第2冷媒の冷媒容器19への回収を終える。
(b1) Next, the fourth on-off
(c1)次に、切換弁12aを、第1圧縮機11の吐出側を切換弁12bの第1ポートに接続し、第1圧縮機11の吸入側を分岐点E2に接続する状態に切り換え、切換弁12bを、切換弁12aの第4ポートを利用熱交換器13の第1利用流路13aのガス冷媒側に接続し、第1圧縮機11の吸入側をカスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aのガス冷媒側に接続する状態とする。この状態で、第2膨張弁16を全閉状態に制御し、第4開閉弁44と第5開閉弁45は閉状態に維持しつつ、第3開閉弁43を開き、第1圧縮機11と第2圧縮機21を運転させる。これにより、第2膨張弁16から第2圧縮機21の吸入側までに存在していた第1冷媒が、第2切換機構22、カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17b、分岐点G、分岐点H2、第3開閉弁43、分岐点H1、分岐点Fを介して、カスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aに送られる。さらに、第1冷媒は、第1切換機構12の切換弁12bを介して第1圧縮機11に吸入される。そして、第1圧縮機11から吐出された第1冷媒は、第1切換機構12の切換弁12aを介して利用熱交換器13に送られる。
(c1) Next, the switching valve 12a is switched to a state in which the discharge side of the
(d1)次に、第3開閉弁43を閉じ、第8開閉弁48を開けて、切換弁22aを、第2圧縮機21の吐出側を分岐点D2に接続し、第2圧縮機21の吸入側を切換弁22bの第1ポートに接続する状態に切り換え、切換弁22bを、切換弁22aの第4ポートを室外熱交換器18のガス冷媒側に接続し、第2圧縮機21の吸入側をカスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bのガス冷媒側に接続する状態に切り換える。この状態で第1圧縮機11と第2圧縮機21を運転させることで、第3開閉弁43から第2圧縮機21の吸入側までに存在する第1冷媒を、第2圧縮機21から吐出させ、分岐点D2、第8開閉弁48、分岐点D1を介して、第1圧縮機11に吸入させる。
(d1) Next, the third on-off
(e1)次に、第8開閉弁48を閉じ、第1膨張弁15を開きつつ開度制御し、切換弁12aを、第1圧縮機11の吐出側を切換弁12bの第1ポートに接続し、第1圧縮機11の吸入側を分岐点E2に接続する状態に切り換え、切換弁12bを、切換弁12aの第4ポートをカスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aのガス冷媒側に接続し、第1圧縮機11の吸入側を利用熱交換器13の第1利用流路13aのガス冷媒側に接続する状態に切り換える。また、第2膨張弁16を全閉状態に維持させつつ、第5開閉弁45を開けて、切換弁22aを、第2圧縮機21の吐出側を切換弁22bの第1ポートに接続し、第2圧縮機21の吸入側を分岐点D2に接続する状態に切り換え、切換弁22bを、切換弁22aの第4ポートを室外熱交換器18のガス冷媒側に接続し、第2圧縮機21の吸入側をカスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bのガス冷媒側に接続する状態に切り換える。この状態で第1圧縮機11および第2圧縮機21を運転する。これにより、冷媒容器19に貯留されていた第2冷媒を、分岐点K2、第5開閉弁45、分岐点H2、分岐点Gを介して、カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bに引き込む。この際、カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bを流れる第2冷媒は、カスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aを流れる第1冷媒と熱交換を行うことで加熱される。その後、加熱された第2冷媒は、切換弁22bを介して第2圧縮機21に送られる。第2冷媒は、さらに、第2圧縮機21により吐出され、切換弁22aと切換弁22bを通過した後、室外熱交換器18に溜められる。
(e1) Next, the eighth on-off
(f1)最後に、第2切換機構22の接続状態を維持させたまま、第2膨張弁16を全閉状態に維持しつつ、第5開閉弁45を閉じ、第9開閉弁49を開ける。なお、切換弁12bは、切換弁12aの第4ポートを利用熱交換器13の第1利用流路13aのガス冷媒側に接続し、第1圧縮機11の吸入側をカスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aのガス冷媒側に接続する状態に切り換える。この状態で、第2圧縮機21を運転させ、第1圧縮機11は運転または停止させる。これにより、冷媒容器19の上方に残るガス状態の第2冷媒を、分岐点K1、第9開閉弁49、分岐点D2、切換弁22aを介して、第2圧縮機21に吸入させることができる。この運転により冷媒容器19を空にした後、第9開閉弁49を閉じる。
(f1) Finally, while maintaining the connected state of the
以上により、冷房暖房移行運転を終える。 Thus, the cooling/heating shift operation is completed.
(2-3)暖房運転
暖房運転時は、図8に示すように、第2冷媒を熱源側冷凍サイクルで用い、第1冷媒を利用側冷凍サイクルで用いた二元冷凍サイクルを行う。なお、図8では、一重の矢印は第1冷媒が流れる流路を示しており、二重の矢印は第2冷媒が流れる流路を示している。この二元冷凍サイクルでは、利用熱交換器13を第1冷媒の凝縮器として機能させ、カスケード熱交換器17を第1冷媒の蒸発器として機能させ、カスケード熱交換器17を第2冷媒の放熱器として機能させ、室外熱交換器18を第2冷媒の蒸発器として機能させる。
(2-3) Heating Operation During heating operation, as shown in FIG. 8, a dual refrigerating cycle is performed in which the second refrigerant is used in the heat source side refrigerating cycle and the first refrigerant is used in the user side refrigerating cycle. In FIG. 8, the single arrow indicates the channel through which the first coolant flows, and the double arrow indicates the channel through which the second coolant flows. In this binary refrigerating cycle, the
具体的には、この二元冷凍サイクルでは、第3開閉弁43と第4開閉弁44と第5開閉弁45と第6開閉弁46と第7開閉弁47と第8開閉弁48と第9開閉弁49の全てを閉状態に制御することで、第1冷媒と第2冷媒の混ざり合いを防いでいる。そして、第1切換機構12の切換弁12aの接続状態を図8に実線で示す状態とし、第1切換機構12の切換弁12bの接続状態を図8に破線で示す状態とし、第2切換機構22の切換弁22aの接続状態を図8に実線で示す状態とし、第2切換機構22の切換弁22bの接続状態を図8に破線で示す接続状態に切り換え、ポンプ92、第1圧縮機11、第2圧縮機21、室外ファン9を駆動させる。さらに、第1膨張弁15の弁開度を、第1圧縮機11の吸入する第1冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御し、第2膨張弁16の弁開度を第2圧縮機21の吸入する第2冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御する。
Specifically, in this binary refrigeration cycle, the third on-off
これにより、第2圧縮機21から吐出された第2冷媒は、カスケード熱交換器17に送られ、第2カスケード流路17bを流れる際に、第1カスケード流路17aを流れる第1冷媒と熱交換することで、放熱する。カスケード熱交換器17で放熱した第2冷媒は、第2膨張弁16において減圧された後、室外熱交換器18において室外ファン9により供給される屋外空気と熱交換を行うこと蒸発し、第2圧縮機21に吸入される。第1圧縮機11から吐出された第1冷媒は、第1切換機構12を介して利用熱交換器13の第1利用流路13aに送られる。利用熱交換器13の第1利用流路13aを流れる第1冷媒は、熱負荷回路90が有する利用熱交換器13の熱負荷流路13bを流れる水と熱交換を行うことで、凝縮する。この熱交換により暖められた水は、熱負荷回路90における熱負荷熱交換器91まで送られることで暖房負荷を処理する。利用熱交換器13の第1利用流路13aで凝縮した第1冷媒は、分岐点Aを通過した後、第1膨張弁15において減圧される。第1膨張弁15で減圧された第1冷媒は、カスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aを通過する際に、第2カスケード流路17bを流れる第2冷媒と熱交換することで蒸発する。カスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aで蒸発した第1冷媒は、第1切換機構12を介して第1圧縮機11に吸入される。
As a result, the second refrigerant discharged from the
(2-4)暖房冷房移行運転
冷凍サイクル装置1aは、暖房運転を行うサイクル状態から、冷房運転を行うサイクル状態に移行させるために、以下の(a2)~(f2)の順からなる暖房冷房移行運転が行われる。
(2-4) Heating/cooling shift operation The refrigerating
(a2)まず、暖房運転が行われていた状態から、第2膨張弁16を全閉状態に制御し、第5開閉弁45を開状態に制御し、第2圧縮機21を運転させる。ここで、第1冷媒を用いた暖房運転時の利用側の冷凍サイクルが維持されるように第1圧縮機11等を運転させる。これにより、冷媒容器19の下方から冷媒容器19内に第2冷媒を回収する運転を行う。この際、第9開閉弁49を所定時間間隔で開状態と閉状態とを切り換える制御を行うことで、冷媒容器19の上端から第9開閉弁49に至るまでの流路のガス状態の第2冷媒を第2圧縮機21に吸入させる。これにより、冷媒容器19への第2冷媒の回収を効率的に行うことができる。この運転は、冷媒容器19に所定の十分な量の第2冷媒が回収された状態になるまで、例えば、所定時間継続される。
(a2) First, the
(b2)次に、冷媒容器19への第2冷媒の回収が所定量以上に進んだ状態で、第5開閉弁45を閉じる。その後、切換弁12aを、第1圧縮機11の吐出側を切換弁12bの第1ポートに接続し、第1圧縮機11の吸入側を分岐点E2に接続する状態に切り換え、切換弁12bを、切換弁12aの第4ポートをカスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aのガス冷媒側に接続し、第1圧縮機11の吸入側を利用熱交換器13の第1利用流路13aのガス冷媒側に接続する状態に切り換える。さらに、切換弁22aを、第2圧縮機21の吐出側を分岐点D2に接続し、第2圧縮機21の吸入側を切換弁22bの第1ポートに接続する状態に切り換え、切換弁22bを、切換弁22aの第4ポートを室外熱交換器18のガス冷媒側に接続し、第2圧縮機21の吸入側をカスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bのガス冷媒側に接続する状態に切り換える。この状態で、第9開閉弁49を開けて、第1圧縮機11と第2圧縮機21を運転させることで、カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bに残る第2冷媒を、第1冷媒の熱によって加熱して追い出し、第2圧縮機21、分岐点D2、第9開閉弁49、分岐点K1を介して、冷媒容器19に第2冷媒を集める。そして、この運転を所定時間継続させた後、第9開閉弁49を閉状態に制御し、第2冷媒の冷媒容器19への回収を終える。
(b2) Next, the fifth on-off
(c2)次に、切換弁22aを、第2圧縮機21の吐出側を切換弁22bの第1ポートに接続し、第2圧縮機21の吸入側を分岐点D2に接続する状態に切り換え、切換弁22bを、切換弁22aの第4ポートを室外熱交換器18のガス冷媒側に接続し、第2圧縮機21の吸入側をカスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bのガス冷媒側に接続する状態とする。この状態で、第1膨張弁15を全閉状態に制御し、第4開閉弁44と第5開閉弁45は閉状態に維持しつつ、第3開閉弁43を開き、第1圧縮機11と第2圧縮機21を運転させる。これにより、第1膨張弁15から第1圧縮機11の吸入側までに存在していた第1冷媒が、第1切換機構12、カスケード熱交換器17の第1カスケード流路17a、分岐点F、分岐点H1、第3開閉弁43、分岐点H2、分岐点Gを介して、カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bに送られる。さらに、第1冷媒は、第2切換機構22の切換弁22bを介して第2圧縮機21に吸入される。そして、第2圧縮機21から吐出された第1冷媒は、第2切換機構22の切換弁22aを介して室外熱交換器18に送られる。
(c2) Next, the switching
(d2)次に、第3開閉弁43を閉じ、第7開閉弁47を開けて、切換弁12aを、第1圧縮機11の吐出側を分岐点E2に接続し、第1圧縮機11の吸入側を切換弁12bの第1ポートに接続する状態に切り換え、切換弁12bを、切換弁12aの第4ポートを利用熱交換器13の第1利用流路13aのガス冷媒側に接続し、第1圧縮機11の吸入側をカスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aのガス冷媒側に接続する状態に切り換える。この状態で第1圧縮機11と第2圧縮機21を運転させることで、第3開閉弁43から第1圧縮機11の吸入側までに存在する第1冷媒を、第1圧縮機11から吐出させ、分岐点E2、第7開閉弁47、分岐点E1を介して、第2圧縮機21に吸入させる。
(d2) Next, the third on-off
(e2)次に、第7開閉弁47を閉じ、第2膨張弁16を開きつつ開度制御し、切換弁22aを、第2圧縮機21の吐出側を切換弁22bの第1ポートに接続し、第2圧縮機21の吸入側を分岐点D2に接続する状態に切り換え、切換弁22bを、切換弁22aの第4ポートをカスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bのガス冷媒側に接続し、第2圧縮機21の吸入側を室外熱交換器18のガス冷媒側に接続する状態に切り換える。また、第1膨張弁15を全閉状態に維持させつつ、第4開閉弁44を開けて、切換弁12aを、第1圧縮機11の吐出側を切換弁12bの第1ポートに接続し、第1圧縮機11の吸入側を分岐点E2に接続する状態に切り換え、切換弁12bを、切換弁12aの第4ポートを利用熱交換器13の第1利用流路13aのガス冷媒側に接続し、第1圧縮機11の吸入側をカスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aのガス冷媒側に接続する状態に切り換える。この状態で第1圧縮機11および第2圧縮機21を運転する。これにより、冷媒容器19に貯留されていた第2冷媒を、分岐点K2、第4開閉弁44、分岐点H1、分岐点Fを介して、カスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aに引き込む。この際、カスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aを流れる第2冷媒は、カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bを流れる第1冷媒と熱交換を行うことで加熱される。その後、加熱された第2冷媒は、切換弁12bを介して第1圧縮機11に送られる。第2冷媒は、さらに、第1圧縮機11により吐出され、切換弁12aと切換弁12bを通過した後、利用熱交換器13に溜められる。
(e2) Next, the seventh on-off
(f2)最後に、第1切換機構12の接続状態を維持させたまま、第1膨張弁15を全閉状態に維持しつつ、第4開閉弁44を閉じ、第6開閉弁46を開ける。この状態で第1圧縮機11を運転させ、第2圧縮機21は運転または停止させる。これにより、冷媒容器19の上方に残るガス状態の第2冷媒を、分岐点K1、分岐点J、第6開閉弁46、分岐点E2、切換弁12aを介して、第1圧縮機11に吸入させることができる。この運転により冷媒容器19を空にした後、第6開閉弁46を閉じる。
(f2) Finally, while maintaining the connected state of the
以上により、暖房冷房移行運転を終える。 Thus, the heating/cooling shift operation is completed.
(2-5)第2実施形態の特徴
第2実施形態の冷凍サイクル装置1aでは、冷媒回路10において、地球温暖化係数(GWP)が十分に低い第1冷媒と、オゾン層破壊係数(ODP)および地球温暖化係数(GWP)が十分に低い第2冷媒と、が用いられている。このため、地球環境の悪化を抑制することができる。
(2-5) Features of Second Embodiment In the
また、冷媒回路10において地球温暖化係数(GWP)が十分に低い第1冷媒を用いた場合であっても、暖房運転として、高圧冷媒である第2冷媒を熱源側冷凍サイクルで用い、低圧冷媒である第1冷媒を利用側冷凍サイクルで用いた二元冷凍サイクルを行う。これにより、低圧冷媒である第1冷媒を用いた単元冷凍サイクルを行う場合と比較して、暖房運転時の能力を確保し易い。
Further, even when the first refrigerant having a sufficiently low global warming potential (GWP) is used in the
さらに、冷媒回路10では第2冷媒として二酸化炭素が用いられている。しかし、冷房運転時には、第2冷媒を用いた単元冷凍サイクルは行わず、第2冷媒を熱源側冷凍サイクルで用いて第1冷媒を利用側冷凍サイクルで用いた二元冷凍サイクルも行わず、低圧冷媒である第1冷媒を熱源側冷凍サイクルで用い、高圧冷媒である第2冷媒を利用側冷凍サイクルで用いた二元冷凍サイクルを行う。これにより、高圧冷媒である二酸化炭素冷媒を用いて単元冷凍サイクルを行う場合や高圧冷媒である二酸化炭素を熱源側サイクルで用いる二元冷凍サイクルを行う場合のように二酸化炭素冷媒の圧力が臨界圧力を超えてCOPが低くなってしまうことを避けて、冷房運転を行うことができる。また、高圧冷媒である二酸化炭素が用いられる冷媒回路10の要素部品として求められる耐圧強度の基準を低めのものとすることが可能になる。
Furthermore, carbon dioxide is used as the second refrigerant in the
(3)第3実施形態
図9に、第3実施形態に係る冷凍サイクル装置1bの概略構成図を示す。図10に、第2実施形態に係る冷凍サイクル装置1bの機能ブロック構成図を示す。
(3) 3rd Embodiment In FIG. 9, the schematic block diagram of the refrigerating-
冷凍サイクル装置1bは、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、熱負荷を処理するために使用される装置である。冷凍サイクル装置1bは、熱負荷回路90と、冷媒回路10と、室外ファン9と、コントローラ7と、を有している。
The refrigerating
冷凍サイクル装置1bが処理する熱負荷や熱負荷回路90については、第1実施形態と同様である。
The heat load and the
なお、本実施形態では、利用熱交換器13は、後述のように、冷媒回路10を流れる第1冷媒または第2冷媒が通過する第1利用流路13aを有している。利用熱交換器13の熱負荷流路13bを流れる水は、第1利用流路13aを流れる第1冷媒または第2冷媒と熱交換することにより、冷房運転時には冷却され、暖房運転時には暖められる。
In this embodiment, the
冷媒回路10は、第1圧縮機11と、第2圧縮機21と、第1切換機構12と、第2切換機構22と、熱負荷回路90と共有される利用熱交換器13と、第1膨張弁15と、第2膨張弁16と、第3膨張弁33と、第4膨張弁34と、第5膨張弁35と、第6膨張弁36と、カスケード熱交換器17と、室外熱交換器18と、第1レシーバ19aと、第2レシーバ19bと、第10開閉弁50と、第11開閉弁51と、第12開閉弁52と、第13開閉弁53と、を有している。
The
冷媒回路10には、冷媒として、低圧冷媒である第1冷媒と、高圧冷媒である第2冷媒とが、実質的に分離された状態で充填されている。第1冷媒は、30℃で1MPa以下の冷媒であり、例えば、R1234yfとR1234zeとの少なくともいずれかを含む冷媒であり、R1234yfのみから構成されていてもよいし、R1234zeのみから構成されていてもよい。第2冷媒は、30℃で1.5MPa以上の冷媒であり、例えば、二酸化炭素を含んでいてもよいし、二酸化炭素のみから構成されていてもよい。
The
第1圧縮機11自体の具体的構成は第1実施形態のものと同様である。第1圧縮機11の吐出側は、第1切換機構12が有する第1ポートに接続されている。第1圧縮機11の吸入側は、第1切換機構12が有する第2ポートに接続されている。
The specific configuration of the
第1切換機構12は、本実施形態では、第1ポート、第2ポート、第3ポート、第4ポートからなる4つのポートを有する四路切換弁で構成されている。第1切換機構12の第1ポートには、分岐点Pが接続されている。分岐点Pは、第1圧縮機11の吐出側から延びる流路と、カスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aのガス冷媒側から延びる流路と、第1切換機構12の第1ポートから延びる流路と、が接続されている。第1切換機構12の第2ポートには、第1圧縮機11の吸入側が接続されている。第1切換機構12の第3ポートには、第11開閉弁51から延びる流路が接続されている。第1切換機構12の第4ポートには、第10開閉弁50から延びる流路が接続されている。
In this embodiment, the
第1切換機構12は、分岐点Pを第11開閉弁51に接続し、第1圧縮機11の吸入側を第10開閉弁50に接続する状態と、分岐点Pを第10開閉弁50に接続し、第1圧縮機11の吸入側を第11開閉弁51に接続する状態と、を切り換える。
The
第10開閉弁50は、開状態と閉状態とに切り換え制御可能な電磁弁である。第10開閉弁50は、第1切換機構12の第4ポートと分岐点Mとを繋ぐ流路の途中に設けられている。
The tenth on-off
分岐点Mには、第10開閉弁50から延びる流路と、第13開閉弁53から延びる流路と、利用熱交換器13の第1利用流路13aのガス冷媒側から延びる流路と、が接続されている。
At the branch point M, a flow path extending from the tenth on-off
利用熱交換器13のうち冷媒回路10を流れる冷媒が通過する第1利用流路13aは、ガス冷媒側が分岐点Mから延びる流路に接続されている。また、第1利用流路13aの液冷媒側は、分岐点Aから延びる流路に接続されている。
The
分岐点Aでは、第1利用流路13aの液冷媒側から延びる流路と、第1膨張弁15のうち分岐点F側とは反対側に延びる流路と、第6膨張弁36から延びる流路と、が接続されている。
At the branch point A, a flow path extending from the liquid refrigerant side of the first
第1膨張弁15は、弁開度を調節可能な電子膨張弁によって構成されている。第1膨張弁15は、冷媒回路10において、分岐点Aと分岐点Fを繋ぐ流路の途中に設けられている。
The
分岐点Fは、第1膨張弁15から延びる流路と、第5膨張弁35から延びる流路と、第1レシーバ19aの上端から延びる流路と、を接続している。
The branch point F connects the flow path extending from the
第1レシーバ19aは、内部に冷媒を貯留する冷媒容器である。第1レシーバ19aは、分岐点Fと第3膨張弁33とを繋ぐ流路の途中に設けられている。なお、本実施形態では、第1レシーバ19aは、第2冷媒を貯留する。
The
第3膨張弁33は、弁開度を調節可能な電子膨張弁によって構成されている。第3膨張弁33は、第1レシーバ19aの下端とカスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aの液冷媒側とを繋ぐ流路の途中に設けられている。
The
カスケード熱交換器17は、第1冷媒と第2冷媒とのいずれか一方が通過する第1カスケード流路17aと、第1冷媒と第2冷媒とのいずれか他方が通過する第2カスケード流路17bと、を有しており、第1冷媒と第2冷媒との間で熱交換を行わせるカスケード熱交換器である。カスケード熱交換器17において、第1カスケード流路17aと第2カスケード流路17bとは互いに独立しており、カスケード熱交換器17内において第1冷媒と第2冷媒が混ざり合うことはない。第1カスケード流路17aのガス冷媒側は、分岐点Pから延びる流路に接続されている。第1カスケード流路17aの液冷媒側は、第3膨張弁33から延びる流路に接続されている。第2カスケード流路17bのガス冷媒側は、第2切換機構22の第2ポートから延びる流路および第2圧縮機21の吸入側から延びる流路に接続されている。第2カスケード流路17bの液冷媒側は、第4膨張弁34から延びる流路に接続されている。
The
第2圧縮機21自体の具体的構成は第1実施形態のものと同様である。第2圧縮機21の吐出側は、第2切換機構22の第1ポートに接続されている。第2圧縮機21の吸入側は、第2切換機構22の第2ポートおよびカスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bのガス冷媒側に接続されている。
The specific configuration of the
第2切換機構22は、本実施形態では、第1ポート、第2ポート、第3ポート、第4ポートからなる4つのポートを有する四路切換弁で構成されている。第2切換機構22の第1ポートには、第2圧縮機21の吐出側が接続されている。第2切換機構22の第2ポートには、第2圧縮機21の吸入側およびカスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bのガス冷媒側が接続されている。第2切換機構22の第3ポートには、第13開閉弁53から延びる流路が接続されている。第2切換機構22の第4ポートには、第12開閉弁52から延びる流路が接続されている。
In this embodiment, the
第2切換機構22は、第2圧縮機21の吐出側を第12開閉弁52に接続し、第2圧縮機21の吸入側およびカスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bのガス冷媒側を第13開閉弁53に接続する状態と、第2圧縮機21の吐出側を第13開閉弁53に接続し、第2圧縮機21の吸入側およびカスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bのガス冷媒側を第12開閉弁52に接続する状態と、を切り換える。
The
カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bの液冷媒側は、第4膨張弁34から延びる流路が接続されている。
A flow path extending from the
第4膨張弁34は、弁開度を調節可能な電子膨張弁によって構成されている。第4膨張弁34は、カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bの液冷媒側と、第2レシーバ19bの上端と、の間に設けられている。
The
第2レシーバ19bは、内部に冷媒を貯留する冷媒容器である。第2レシーバ19bは、分岐点Gと第4膨張弁34とを繋ぐ流路の途中に設けられている。なお、本実施形態では、第2レシーバ19bは、第1冷媒を貯留する。
The
分岐点Gは、第2レシーバ19bの下端から延びる流路と、第6膨張弁36から延びる流路と、第2膨張弁16から延びる流路と、が接続されている。
At the branch point G, the flow path extending from the lower end of the
第2膨張弁16は、弁開度を調節可能な電子膨張弁によって構成されている。第2膨張弁16は、分岐点Gと、分岐点Bと、の間に設けられている。
The
分岐点Bは、第2膨張弁16から延びる流路と、室外熱交換器18の液冷媒側から延びる流路と、第5膨張弁35から延びる流路と、が接続されている。
At the branch point B, the flow path extending from the
室外熱交換器18は、複数の伝熱管と、複数の伝熱管に接合された複数のフィンと、を有して構成される。本実施形態では、室外熱交換器18は、屋外に配置されている。室外熱交換器18を流れる冷媒は、室外熱交換器18に送られる空気と熱交換を行う。室外熱交換器18は、分岐点Bと分岐点Nとを繋ぐ流路の途中に設けられている。
The
室外ファン9は、室外熱交換器18を通過する屋外空気による空気流れを生じさせる。
The
分岐点Nは、室外熱交換器18のガス冷媒側から延びる流路と、第12開閉弁52から延びる流路と、第11開閉弁51から延びる流路と、が接続されている。
At the branch point N, the flow path extending from the gas refrigerant side of the
第11開閉弁51は、開状態と閉状態とに切り換え制御可能な電磁弁である。第11開閉弁51は、第1切換機構12の第3ポートと分岐点Nとを繋ぐ流路の途中に設けられている。
The eleventh on-off
第12開閉弁52は、開状態と閉状態とに切り換え制御可能な電磁弁である。第12開閉弁52は、第2切換機構22の第4ポートと分岐点Nとを繋ぐ流路の途中に設けられている。
The twelfth on-off
第13開閉弁53は、開状態と閉状態とに切り換え制御可能な電磁弁である。第13開閉弁53は、第2切換機構22の第3ポートと分岐点Mとを繋ぐ流路の途中に設けられている。
The thirteenth on-off
第5膨張弁35は、弁開度を調節可能な電子膨張弁によって構成されている。第5膨張弁35は、分岐点Fと分岐点Bとを繋ぐ流路の途中に設けられている。
The
第6膨張弁36は、弁開度を調節可能な電子膨張弁によって構成されている。第6膨張弁36は、分岐点Aと分岐点Gとを繋ぐ流路の途中に設けられている。
The
コントローラ7は、熱負荷回路90と冷媒回路10を構成する各機器の動作を制御する。具体的には、コントローラ7は、制御を行うために設けられたCPUとしてのプロセッサとメモリ等を有している。
The
以上の冷凍サイクル装置1bにおいて、コントローラ7が各機器を制御して冷凍サイクルを実行させることで、熱負荷熱交換器91における冷房負荷を処理する冷房運転と、熱負荷熱交換器91における暖房負荷を処理する暖房運転と、冷房暖房移行運転と、暖房冷房移行運転と、が行われる。
In the
(3-1)冷房運転
冷房運転時は、図11に示すように、第1冷媒を熱源側冷凍サイクルで用い、第2冷媒を利用側冷凍サイクルで用いた二元冷凍サイクル運転を行う。なお、図11では、一重の矢印は第1冷媒が流れる流路を示しており、二重の矢印は第2冷媒が流れる流路を示している。この二元冷凍サイクルでは、利用熱交換器13を第2冷媒の蒸発器として機能させ、カスケード熱交換器17を第2冷媒の放熱器として機能させ、カスケード熱交換器17を第1冷媒の蒸発器として機能させ、室外熱交換器18を第1冷媒の凝縮器として機能させる。
(3-1) Cooling Operation During cooling operation, as shown in FIG. 11, a dual refrigerating cycle operation is performed using the first refrigerant in the heat source side refrigerating cycle and the second refrigerant in the user side refrigerating cycle. In FIG. 11 , single arrows indicate channels through which the first coolant flows, and double arrows indicate channels through which the second coolant flows. In this binary refrigeration cycle, the
具体的には、この二元冷凍サイクルでは、第11開閉弁51と第13開閉弁53の全てを閉状態に制御し、第5膨張弁35および第6膨張弁36を全閉状態に制御することで、第1冷媒と第2冷媒の混ざり合いを防いでいる。第10開閉弁50および第12開閉弁52は、開状態に制御される。そして、第1切換機構12の接続状態を図11の実線で示す接続状態に切り換え、第2切換機構22の接続状態を図11の実線で示す接続状態に切り換え、ポンプ92、第1圧縮機11、第2圧縮機21、室外ファン9を駆動させる。さらに、第1膨張弁15の弁開度を、第1圧縮機11の吸入する第2冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御し、第4膨張弁34の弁開度を第2圧縮機21の吸入する第1冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御する。
Specifically, in this binary refrigerating cycle, all of the eleventh on-off
これにより、第2圧縮機21から吐出された第1冷媒は、第2切換機構22と第12開閉弁52を介して、室外熱交換器18に送られる。室外熱交換器18を流れる第1冷媒は、室外ファン9により供給される屋外空気と熱交換を行うことで凝縮する。室外熱交換器18で凝縮した第1冷媒は、全開状態に制御された第2膨張弁16を通過した後、分岐点Gを通過して、第2レシーバ19bに流入する。第2レシーバ19bから流出した冷媒は、第4膨張弁34において減圧され、カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bに送られる。第1冷媒は、カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bを流れる際に、第1カスケード流路17aを流れる第2冷媒と熱交換することで、蒸発する。カスケード熱交換器17で蒸発した第1冷媒は、第2圧縮機21に吸入される。第1圧縮機11から吐出された第2冷媒は、分岐点Pを通過し、カスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aに送られる。第2冷媒は、カスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aを流れる際に、第2カスケード流路17bを流れる第1冷媒と熱交換することで放熱する。カスケード熱交換器17で放熱した第2冷媒は、全開状態に制御された第3膨張弁33を通過して、第1レシーバ19aに流入する。第1レシーバ19aから流出した第2冷媒は、第1膨張弁15において減圧され、分岐点Aを通過して、利用熱交換器13の第1利用流路13aに送られる。利用熱交換器13の第1利用流路13aを流れる第2冷媒は、熱負荷回路90が有する利用熱交換器13の熱負荷流路13bを流れる水と熱交換を行うことで、蒸発する。この熱交換により冷やされた水は、熱負荷回路90における熱負荷熱交換器91まで送られることで冷房負荷を処理する。利用熱交換器13の第1利用流路13aで蒸発した第2冷媒は、第10開閉弁50と第1切換機構12を介して第1圧縮機11に吸入される。
Thereby, the first refrigerant discharged from the
(3-2)冷房暖房移行運転
冷凍サイクル装置1bは、冷房運転を行うサイクル状態から、暖房運転を行うサイクル状態に移行させるために、以下の(a3)~(b3)の順からなる冷房暖房移行運転が行われる。
(3-2) Cooling/heating shift operation The
(a3)まず、冷房運転が行われていた状態から、第1膨張弁15を全閉状態に制御した状態で、第1圧縮機11を運転させる。ここで、第1冷媒を用いた冷房運転時の冷凍サイクルが行われるように、第2圧縮機21等を運転させる。これにより、第1レシーバ19aの下方から第1レシーバ19a内に第2冷媒を回収する運転を行う。この運転は、第1レシーバ19aに所定の十分な量の第2冷媒が回収された状態になるまで、例えば、所定時間継続される。
(a3) First, the
(b3)次に、第1レシーバ19aへの第2冷媒の回収が所定量以上に進んだ状態で、第10開閉弁50を閉じ、第1圧縮機11を停止させる。その後、第2切換機構22について、第2圧縮機21の吐出側を第13開閉弁53に接続し、第2圧縮機21の吸入側を第12開閉弁52およびカスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bのガス冷媒側に接続する状態に切り換える。さらに、第12開閉弁52と第13開閉弁53を開状態に制御し、第2膨張弁16および第4膨張弁34を全閉状態に制御し、第6膨張弁36を開状態に制御する。この状態で、第2圧縮機21を運転させることで、室外熱交換器18に残る第1冷媒を、室外ファン9から得られる空気の熱により加熱して追い出し、第12開閉弁52、第2切換機構22を介して、第2圧縮機21に吸入させる。また、カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bに残る第1冷媒も、第2圧縮機21に吸入される。第2圧縮機21から吐出された第1冷媒は、第2切換機構22、第13開閉弁53、分岐点Mを介して、利用熱交換器13の第1利用流路13aに送られる。さらに、第1冷媒は、利用熱交換器13の第1利用流路13aを流れる際に凝縮し、分岐点Aおよび第6膨張弁36を介して、第2レシーバ19bに流入する。そして、この運転を所定時間継続させた後、第12開閉弁52を閉状態に制御し、第4膨張弁34を開状態に制御する。
(b3) Next, the tenth on-off
以上により、冷房暖房移行運転を終える。 Thus, the cooling/heating shift operation is completed.
(3-3)暖房運転
暖房運転時は、図12に示すように、第2冷媒を熱源側冷凍サイクルで用い、第1冷媒を利用側冷凍サイクルで用いた二元冷凍サイクルを行う。なお、図12では、一重の矢印は第1冷媒が流れる流路を示しており、二重の矢印は第2冷媒が流れる流路を示している。この二元冷凍サイクルでは、利用熱交換器13を第1冷媒の凝縮器として機能させ、カスケード熱交換器17を第1冷媒の蒸発器として機能させ、カスケード熱交換器17を第2冷媒の放熱器として機能させ、室外熱交換器18を第2冷媒の蒸発器として機能させる。
(3-3) Heating Operation During heating operation, as shown in FIG. 12, a dual refrigerating cycle is performed in which the second refrigerant is used in the heat source side refrigerating cycle and the first refrigerant is used in the user side refrigerating cycle. In FIG. 12 , single arrows indicate channels through which the first coolant flows, and double arrows indicate channels through which the second coolant flows. In this binary refrigerating cycle, the
具体的には、この二元冷凍サイクルでは、第10開閉弁50と第12開閉弁52を閉状態に制御し、第1膨張弁15および第2膨張弁16を全閉状態に制御することで、第1冷媒と第2冷媒の混ざり合いを防いでいる。そして、第1切換機構12の接続状態を図12に破線で示す状態とし、第2切換機構22の接続状態を図12に破線で示す接続状態に切り換え、ポンプ92、第1圧縮機11、第2圧縮機21、室外ファン9を駆動させる。さらに、第5膨張弁35の弁開度を、第1圧縮機11の吸入する第2冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御し、第4膨張弁34の弁開度を第2圧縮機21の吸入する第1冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御する。
Specifically, in this binary refrigeration cycle, the tenth on-off
これにより、第1圧縮機11から吐出された第2冷媒は、カスケード熱交換器17に送られ、第1カスケード流路17aを流れる際に、第2カスケード流路17bを流れる第1冷媒と熱交換することで、放熱する。カスケード熱交換器17で放熱した第2冷媒は、第3膨張弁33、第1レシーバ19a、分岐点Fを介して、第5膨張弁35において減圧される。第5膨張弁35において減圧された第2冷媒は、分岐点Bを介して、室外熱交換器18に送られる。第2冷媒は、室外熱交換器18において室外ファン9により供給される屋外空気と熱交換を行うこと蒸発し、分岐点N、第11開閉弁51、第1切換機構12を介して、第1圧縮機11に吸入される。第2圧縮機21から吐出された第1冷媒は、第2切換機構22、第13開閉弁53、分岐点Mを介して利用熱交換器13の第1利用流路13aに送られる。利用熱交換器13の第1利用流路13aを流れる第1冷媒は、熱負荷回路90が有する利用熱交換器13の熱負荷流路13bを流れる水と熱交換を行うことで、凝縮する。この熱交換により暖められた水は、熱負荷回路90における熱負荷熱交換器91まで送られることで暖房負荷を処理する。利用熱交換器13の第1利用流路13aで凝縮した第1冷媒は、分岐点Aを通過した後、第6膨張弁36を通過し、第2レシーバ19bに流入する。第2レシーバ19bから流出した第1冷媒は、第4膨張弁34において減圧される。第4膨張弁34で減圧された第1冷媒は、カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bを通過する際に、第1カスケード流路17aを流れる第2冷媒と熱交換することで蒸発する。カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bで蒸発した第1冷媒は、第2圧縮機21に吸入される。
As a result, the second refrigerant discharged from the
(3-4)暖房冷房移行運転
冷凍サイクル装置1bは、暖房運転を行うサイクル状態から、冷房運転を行うサイクル状態に移行させるために、以下の(a4)~(c4)の順からなる暖房冷房移行運転が行われる。
(3-4) Heating/cooling shift operation The refrigerating
(a4)まず、暖房運転が行われていた状態から、第5膨張弁35を全閉状態に制御し、第1圧縮機11を運転させる。ここで、第1冷媒を用いた暖房運転時の利用側の冷凍サイクルが維持されるように第2圧縮機21等を運転させる。これにより、室外熱交換器18の第2冷媒を第2圧縮機21に吸入させつつ、第2圧縮機21から吐出される第2冷媒を、カスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aにおいて放熱させ、第1レシーバ19aに流入させ、第1レシーバ19a内に第2冷媒を回収する運転を行う。この運転は、第1レシーバ19aに所定の十分な量の第2冷媒が回収された状態になるまで、例えば、所定時間継続される。
(a4) First, the
(b4)次に、冷媒容器19への第2冷媒の回収が所定量以上に進んだ状態で、第11開閉弁51を閉じ、第1圧縮機11を停止させる。その後、第2切換機構22について、第2圧縮機21の吐出側を第12開閉弁52に接続し、第2圧縮機21の吸入側を第13開閉弁53およびカスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bのガス冷媒側に接続する状態に切り換える。そして、第6膨張弁36および第4膨張弁34を全閉状態に制御し、第2膨張弁16を全開状態に制御する。この状態で第2圧縮機21を運転させることで、利用熱交換器13の第1利用流路13aおよびその周囲に残る第1冷媒を、第2圧縮機21に吸入させ、第2圧縮機21から吐出させることで、室外熱交換器18において凝縮させる。室外熱交換器18において凝縮した第1冷媒は、第2レシーバ19bに溜まり始める。そして、この運転を所定時間継続させる。
(b4) Next, the eleventh on-off
(c4)次に、第2レシーバ19bに第1冷媒が所定量以上溜まった段階で、第13開閉弁53を閉状態に制御する。そして、第1切換機構12について、第1圧縮機11の吐出側を第11開閉弁51に接続し、第1圧縮機11の吸入側を第10開閉弁50に接続する状態に切り換え、第10開閉弁50を開状態に制御し、第1膨張弁15を所定の弁開度に制御する。
(c4) Next, the thirteenth on-off
以上により、暖房冷房移行運転を終える。 Thus, the heating/cooling shift operation is completed.
(3-5)第3実施形態の特徴
第3実施形態の冷凍サイクル装置1bでは、冷媒回路10において、地球温暖化係数(GWP)が十分に低い第1冷媒と、オゾン層破壊係数(ODP)および地球温暖化係数(GWP)が十分に低い第2冷媒と、が用いられている。このため、地球環境の悪化を抑制することができる。
(3-5) Features of Third Embodiment In the
また、冷媒回路10において地球温暖化係数(GWP)が十分に低い第1冷媒を用いた場合であっても、暖房運転として、高圧冷媒である第2冷媒を熱源側冷凍サイクルで用い、低圧冷媒である第1冷媒を利用側冷凍サイクルで用いた二元冷凍サイクルを行う。これにより、低圧冷媒である第1冷媒を用いた単元冷凍サイクルを行う場合と比較して、暖房運転時の能力を確保し易い。
Further, even when the first refrigerant having a sufficiently low global warming potential (GWP) is used in the
さらに、冷媒回路10では第2冷媒として二酸化炭素が用いられている。しかし、冷房運転時には、第2冷媒を用いた単元冷凍サイクルは行わず、第2冷媒を熱源側冷凍サイクルで用いて第1冷媒を利用側冷凍サイクルで用いた二元冷凍サイクルも行わず、低圧冷媒である第1冷媒を熱源側冷凍サイクルで用い、高圧冷媒である第2冷媒を利用側冷凍サイクルで用いた二元冷凍サイクルを行う。これにより、高圧冷媒である二酸化炭素冷媒を用いて単元冷凍サイクルを行う場合や高圧冷媒である二酸化炭素を熱源側サイクルで用いる二元冷凍サイクルを行う場合のように二酸化炭素冷媒の圧力が臨界圧力を超えてCOPが低くなってしまうことを避けて、冷房運転を行うことができる。また、高圧冷媒である二酸化炭素が用いられる冷媒回路10の要素部品として求められる耐圧強度の基準を低めのものとすることが可能になる。
Furthermore, carbon dioxide is used as the second refrigerant in the
また、第3実施形態の冷凍サイクル装置1bでは、熱源側の冷凍サイクルや利用側の冷凍サイクルにおいて用いられている第1レシーバ19aと第2レシーバ19bを利用して、第1冷媒や第2冷媒を集めることができている。このため、第2実施形態に記載されている熱源側の冷凍サイクルや利用側の冷凍サイクルで用いられない冷媒容器19を別途確保する必要がない。
Further, in the refrigerating
(4)第4実施形態
図9に、第4実施形態に係る冷凍サイクル装置1cの概略構成図を示す。図10に、第2実施形態に係る冷凍サイクル装置1cの機能ブロック構成図を示す。
(4) Fourth Embodiment FIG. 9 shows a schematic configuration diagram of a
冷凍サイクル装置1cは、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、熱負荷を処理するために使用される装置である。冷凍サイクル装置1cは、熱負荷回路90と、冷媒回路10と、室外ファン9と、コントローラ7と、を有している。
The refrigerating
冷凍サイクル装置1cが処理する熱負荷や熱負荷回路90については、第1実施形態と同様である。
The heat load and the
なお、本実施形態では、利用熱交換器13は、後述のように、冷媒回路10を流れる第1冷媒または第2冷媒が通過する第1利用流路13aを有している。利用熱交換器13の熱負荷流路13bを流れる水は、第1利用流路13aを流れる第1冷媒または第2冷媒と熱交換することにより、冷房運転時には冷却され、暖房運転時には暖められる。
In this embodiment, the
冷媒回路10は、第1圧縮機11と、第2圧縮機21と、第1切換機構12と、第2切換機構22と、熱負荷回路90と共有される利用熱交換器13と、第1膨張弁15と、第2膨張弁16と、第3膨張弁33と、第4膨張弁34と、第5膨張弁35と、第6膨張弁36と、カスケード熱交換器17と、室外熱交換器18と、第1レシーバ19aと、第2レシーバ19bと、第14開閉弁54と、第15開閉弁55と、第16開閉弁56と、第17開閉弁57と、を有している。
The
冷媒回路10には、冷媒として、低圧冷媒である第1冷媒と、高圧冷媒である第2冷媒とが、実質的に分離された状態で充填されている。第1冷媒は、30℃で1MPa以下の冷媒であり、例えば、R1234yfとR1234zeとの少なくともいずれかを含む冷媒であり、R1234yfのみから構成されていてもよいし、R1234zeのみから構成されていてもよい。第2冷媒は、30℃で1.5MPa以上の冷媒であり、例えば、二酸化炭素を含んでいてもよいし、二酸化炭素のみから構成されていてもよい。
The
第1圧縮機11自体の具体的構成は第1実施形態のものと同様である。第1圧縮機11の吐出側は、第1切換機構12の切換弁12c、切換弁12d、切換弁12eに接続されている。第1圧縮機11の吸入側は、第1切換機構12の切換弁12c、切換弁12d、切換弁12eが有する別異のポートに接続されている。
The specific configuration of the
第1切換機構12は、第1圧縮機11の吐出側に互いに並列に設けられた切換弁12c、切換弁12d、切換弁12eを有している。本実施形態では、切換弁12c、切換弁12d、切換弁12eは、それぞれ3方弁で構成されている。切換弁12cは、第1圧縮機11の吐出側を第14開閉弁54に接続する状態と、第1圧縮機11の吸入側を第14開閉弁54に接続する状態と、を切り換える。切換弁12dは、第1圧縮機11の吐出側をカスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aのガス冷媒側に接続する状態と、第1圧縮機11の吸入側をカスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aのガス冷媒側に接続する状態と、を切り換える。切換弁12eは、第1圧縮機11の吐出側を第16開閉弁56に接続する状態と、第1圧縮機11の吸入側を第16開閉弁56に接続する状態と、を切り換える。
The
第14開閉弁54は、開状態と閉状態とに切り換え制御可能な電磁弁である。第14開閉弁54は、第1切換機構12の切換弁12cと分岐点Mとを繋ぐ流路の途中に設けられている。
The fourteenth on-off
分岐点Mには、第14開閉弁54から延びる流路と、第15開閉弁55から延びる流路と、利用熱交換器13の第1利用流路13aのガス冷媒側から延びる流路と、が接続されている。
At the branch point M, a flow path extending from the 14th on-off
利用熱交換器13のうち冷媒回路10を流れる冷媒が通過する第1利用流路13aは、ガス冷媒側が分岐点Mから延びる流路に接続されている。また、第1利用流路13aの液冷媒側は、分岐点Aから延びる流路に接続されている。
The
分岐点Aでは、第1利用流路13aの液冷媒側から延びる流路と、第1膨張弁15のうち分岐点F側とは反対側に延びる流路と、第6膨張弁36から延びる流路と、が接続されている。
At the branch point A, a flow path extending from the liquid refrigerant side of the first
第1膨張弁15は、弁開度を調節可能な電子膨張弁によって構成されている。第1膨張弁15は、冷媒回路10において、分岐点Aと分岐点Fを繋ぐ流路の途中に設けられている。
The
分岐点Fは、第1膨張弁15から延びる流路と、第5膨張弁35から延びる流路と、第1レシーバ19aの上端から延びる流路と、を接続している。
The branch point F connects the flow path extending from the
第1レシーバ19aは、内部に冷媒を貯留する冷媒容器である。第1レシーバ19aは、分岐点Fと第3膨張弁33とを繋ぐ流路の途中に設けられている。なお、本実施形態では、第1レシーバ19aは、第2冷媒を貯留する。
The
第3膨張弁33は、弁開度を調節可能な電子膨張弁によって構成されている。第3膨張弁33は、第1レシーバ19aの下端とカスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aの液冷媒側とを繋ぐ流路の途中に設けられている。
The
カスケード熱交換器17は、第1冷媒と第2冷媒とのいずれか一方が通過する第1カスケード流路17aと、第1冷媒と第2冷媒とのいずれか他方が通過する第2カスケード流路17bと、を有しており、第1冷媒と第2冷媒との間で熱交換を行わせるカスケード熱交換器である。カスケード熱交換器17において、第1カスケード流路17aと第2カスケード流路17bとは互いに独立しており、カスケード熱交換器17内において第1冷媒と第2冷媒が混ざり合うことはない。第1カスケード流路17aのガス冷媒側は、第1切換機構12の切換弁12dから延びる流路に接続されている。第1カスケード流路17aの液冷媒側は、第3膨張弁33から延びる流路に接続されている。第2カスケード流路17bのガス冷媒側は、第2切換機構22の切換弁22dから延びる流路に接続されている。第2カスケード流路17bの液冷媒側は、第4膨張弁34から延びる流路に接続されている。
The
第2圧縮機21自体の具体的構成は第1実施形態のものと同様である。第2圧縮機21の吐出側は、第2切換機構22の切換弁22c、切換弁22d、切換弁22eに接続されている。第2圧縮機21の吸入側は、第2切換機構22の切換弁22c、切換弁22d、切換弁22eが有する別異のポートに接続されている。
The specific configuration of the
第2切換機構22は、第2圧縮機21の吐出側に互いに並列に設けられた切換弁22c、切換弁22d、切換弁22eを有している。本実施形態では、切換弁22c、切換弁22d、切換弁22eは、それぞれ3方弁で構成されている。切換弁22cは、第2圧縮機21の吐出側を第15開閉弁55に接続する状態と、第2圧縮機21の吸入側を第15開閉弁55に接続する状態と、を切り換える。切換弁22dは、第2圧縮機21の吐出側をカスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bのガス冷媒側に接続する状態と、第2圧縮機21の吸入側をカスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bのガス冷媒側に接続する状態と、を切り換える。切換弁22eは、第2圧縮機21の吐出側を第17開閉弁57に接続する状態と、第2圧縮機21の吸入側を第17開閉弁57に接続する状態と、を切り換える。
The
カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bの液冷媒側は、第4膨張弁34から延びる流路が接続されている。
A flow path extending from the
第4膨張弁34は、弁開度を調節可能な電子膨張弁によって構成されている。第4膨張弁34は、カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bの液冷媒側と、第2レシーバ19bの上端と、の間に設けられている。
The
第2レシーバ19bは、内部に冷媒を貯留する冷媒容器である。第2レシーバ19bは、分岐点Gと第4膨張弁34とを繋ぐ流路の途中に設けられている。なお、本実施形態では、第2レシーバ19bは、第1冷媒を貯留する。
The
分岐点Gは、第2レシーバ19bの下端から延びる流路と、第6膨張弁36から延びる流路と、第2膨張弁16から延びる流路と、が接続されている。
At the branch point G, the flow path extending from the lower end of the
第2膨張弁16は、弁開度を調節可能な電子膨張弁によって構成されている。第2膨張弁16は、分岐点Gと、分岐点Bと、の間に設けられている。
The
分岐点Bは、第2膨張弁16から延びる流路と、室外熱交換器18の液冷媒側から延びる流路と、第5膨張弁35から延びる流路と、が接続されている。
At the branch point B, the flow path extending from the
室外熱交換器18は、複数の伝熱管と、複数の伝熱管に接合された複数のフィンと、を有して構成される。本実施形態では、室外熱交換器18は、屋外に配置されている。室外熱交換器18を流れる冷媒は、室外熱交換器18に送られる空気と熱交換を行う。室外熱交換器18は、分岐点Bと分岐点Nとを繋ぐ流路の途中に設けられている。
The
室外ファン9は、室外熱交換器18を通過する屋外空気による空気流れを生じさせる。
The
分岐点Nは、室外熱交換器18のガス冷媒側から延びる流路と、第16開閉弁56から延びる流路と、第17開閉弁57から延びる流路と、が接続されている。
At the branch point N, a flow path extending from the gas refrigerant side of the
第15開閉弁55は、開状態と閉状態とに切り換え制御可能な電磁弁である。第15開閉弁55は、第2切換機構22の切換弁22cと分岐点Mとを繋ぐ流路の途中に設けられている。
The fifteenth on-off
第16開閉弁56は、開状態と閉状態とに切り換え制御可能な電磁弁である。第16開閉弁56は、第1切換機構12の切換弁12eと分岐点Nとを繋ぐ流路の途中に設けられている。
The 16th on-off
第17開閉弁57は、開状態と閉状態とに切り換え制御可能な電磁弁である。第17開閉弁57は、第2切換機構22の切換弁22eと分岐点Nとを繋ぐ流路の途中に設けられている。
The seventeenth on-off
第5膨張弁35は、弁開度を調節可能な電子膨張弁によって構成されている。第5膨張弁35は、分岐点Fと分岐点Bとを繋ぐ流路の途中に設けられている。
The
第6膨張弁36は、弁開度を調節可能な電子膨張弁によって構成されている。第6膨張弁36は、分岐点Aと分岐点Gとを繋ぐ流路の途中に設けられている。
The
コントローラ7は、熱負荷回路90と冷媒回路10を構成する各機器の動作を制御する。具体的には、コントローラ7は、制御を行うために設けられたCPUとしてのプロセッサとメモリ等を有している。
The
以上の冷凍サイクル装置1cにおいて、コントローラ7が各機器を制御して冷凍サイクルを実行させることで、熱負荷熱交換器91における冷房負荷を処理する冷房運転と、熱負荷熱交換器91における暖房負荷を処理する暖房運転と、冷房暖房移行運転と、暖房冷房移行運転と、が行われる。
In the
(4-1)冷房運転
冷房運転時は、図15に示すように、第1冷媒を熱源側冷凍サイクルで用い、第2冷媒を利用側冷凍サイクルで用いた二元冷凍サイクル運転を行う。なお、図11では、一重の矢印は第1冷媒が流れる流路を示しており、二重の矢印は第2冷媒が流れる流路を示している。この二元冷凍サイクルでは、利用熱交換器13を第2冷媒の蒸発器として機能させ、カスケード熱交換器17を第2冷媒の放熱器として機能させ、カスケード熱交換器17を第1冷媒の蒸発器として機能させ、室外熱交換器18を第1冷媒の凝縮器として機能させる。
(4-1) Cooling Operation During the cooling operation, as shown in FIG. 15, the first refrigerant is used in the heat source side refrigerating cycle and the second refrigerant is used in the user side refrigerating cycle. In FIG. 11 , single arrows indicate channels through which the first coolant flows, and double arrows indicate channels through which the second coolant flows. In this binary refrigeration cycle, the
具体的には、この二元冷凍サイクルでは、第15開閉弁55と第16開閉弁56の全てを閉状態に制御し、第5膨張弁35および第6膨張弁36を全閉状態に制御することで、第1冷媒と第2冷媒の混ざり合いを防いでいる。第14開閉弁54および第17開閉弁57は、開状態に制御される。そして、第1切換機構12の接続状態を図15の実線で示す接続状態に切り換え、第2切換機構22の接続状態を図15の実線で示す接続状態に切り換え、ポンプ92、第1圧縮機11、第2圧縮機21、室外ファン9を駆動させる。さらに、第1膨張弁15の弁開度を、第1圧縮機11の吸入する第2冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御し、第4膨張弁34の弁開度を第2圧縮機21の吸入する第1冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御する。
Specifically, in this binary refrigerating cycle, the fifteenth on-off
これにより、第2圧縮機21から吐出された第1冷媒は、第2切換機構22の切換弁22eと第17開閉弁57と分岐点Nを介して、室外熱交換器18に送られる。室外熱交換器18を流れる第1冷媒は、室外ファン9により供給される屋外空気と熱交換を行うことで凝縮する。室外熱交換器18で凝縮した第1冷媒は、全開状態に制御された第2膨張弁16を通過した後、分岐点Gを通過して、第2レシーバ19bに流入する。第2レシーバ19bから流出した冷媒は、第4膨張弁34において減圧され、カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bに送られる。第1冷媒は、カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bを流れる際に、第1カスケード流路17aを流れる第2冷媒と熱交換することで、蒸発する。カスケード熱交換器17で蒸発した第1冷媒は、第2切換機構22の切換弁22dを介して、第2圧縮機21に吸入される。第1圧縮機11から吐出された第2冷媒は、第1切換機構12の切換弁12dを介して、カスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aに送られる。第2冷媒は、カスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aを流れる際に、第2カスケード流路17bを流れる第1冷媒と熱交換することで放熱する。カスケード熱交換器17で放熱した第2冷媒は、全開状態に制御された第3膨張弁33を通過して、第1レシーバ19aに流入する。第1レシーバ19aから流出した第2冷媒は、第1膨張弁15において減圧され、分岐点Aを通過して、利用熱交換器13の第1利用流路13aに送られる。利用熱交換器13の第1利用流路13aを流れる第2冷媒は、熱負荷回路90が有する利用熱交換器13の熱負荷流路13bを流れる水と熱交換を行うことで、蒸発する。この熱交換により冷やされた水は、熱負荷回路90における熱負荷熱交換器91まで送られることで冷房負荷を処理する。利用熱交換器13の第1利用流路13aで蒸発した第2冷媒は、第14開閉弁54と第1切換機構12の切換弁12cを介して第1圧縮機11に吸入される。
Thereby, the first refrigerant discharged from the
(4-2)冷房暖房移行運転
冷凍サイクル装置1cは、冷房運転を行うサイクル状態から、暖房運転を行うサイクル状態に移行させるために、以下の(a5)~(b5)の順からなる冷房暖房移行運転が行われる。
(4-2) Cooling/heating shift operation The
(a5)まず、冷房運転が行われていた状態から、第1膨張弁15を全閉状態に制御した状態で、第1圧縮機11を運転させる。ここで、第1冷媒を用いた冷房運転時の冷凍サイクルが行われるように、第2圧縮機21等を運転させる。これにより、第1レシーバ19aの下方から第1レシーバ19a内に第2冷媒を回収する運転を行う。この運転は、第1レシーバ19aに所定の十分な量の第2冷媒が回収された状態になるまで、例えば、所定時間継続される。
(a5) First, the
(b5)次に、第1レシーバ19aへの第2冷媒の回収が所定量以上に進んだ状態で、第14開閉弁54を閉じ、第1圧縮機11を停止させる。その後、第2切換機構22の切換弁22cについて、第2圧縮機21の吐出側を第15開閉弁55に接続した状態に切り換え、第2切換機構22の切換弁22eについて、第2圧縮機21の吸入側を第17開閉弁57に接続した状態に切り換え、第2切換機構22の切換弁22dは、第2圧縮機21の吸入側がカスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bのガス冷媒側に接続された状態に維持する。さらに、第15開閉弁55を開状態に制御し、第2膨張弁16および第4膨張弁34を全閉状態に制御し、第6膨張弁36を開状態に制御する。この状態で、第2圧縮機21を運転させることで、室外熱交換器18に残る第1冷媒を、室外ファン9から得られる空気の熱により加熱して追い出し、第17開閉弁57、第2切換機構22の切換弁22eを介して、第2圧縮機21に吸入させる。また、カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bに残る第1冷媒も、第2切換機構22の切換弁22dを介して第2圧縮機21に吸入される。第2圧縮機21から吐出された第1冷媒は、第2切換機構22の切換弁22c、第15開閉弁55、分岐点Mを介して、利用熱交換器13の第1利用流路13aに送られる。さらに、第1冷媒は、利用熱交換器13の第1利用流路13aを流れる際に凝縮し、分岐点Aおよび第6膨張弁36を介して、第2レシーバ19bに流入する。そして、この運転を所定時間継続させた後、第17開閉弁57を閉状態に制御し、第4膨張弁34を開状態に制御する。
(b5) Next, the fourteenth on-off
以上により、冷房暖房移行運転を終える。 Thus, the cooling/heating shift operation is completed.
(4-3)暖房運転
暖房運転時は、図16に示すように、第2冷媒を熱源側冷凍サイクルで用い、第1冷媒を利用側冷凍サイクルで用いた二元冷凍サイクルを行う。なお、図16では、一重の矢印は第1冷媒が流れる流路を示しており、二重の矢印は第2冷媒が流れる流路を示している。この二元冷凍サイクルでは、利用熱交換器13を第1冷媒の凝縮器として機能させ、カスケード熱交換器17を第1冷媒の蒸発器として機能させ、カスケード熱交換器17を第2冷媒の放熱器として機能させ、室外熱交換器18を第2冷媒の蒸発器として機能させる。
(4-3) Heating Operation During heating operation, as shown in FIG. 16, a dual refrigerating cycle is performed in which the second refrigerant is used in the heat source side refrigerating cycle and the first refrigerant is used in the user side refrigerating cycle. In FIG. 16 , single arrows indicate channels through which the first coolant flows, and double arrows indicate channels through which the second coolant flows. In this binary refrigerating cycle, the
具体的には、この二元冷凍サイクルでは、第14開閉弁54と第17開閉弁57を閉状態に制御し、第1膨張弁15および第2膨張弁16を全閉状態に制御することで、第1冷媒と第2冷媒の混ざり合いを防いでいる。そして、第1切換機構12の切換弁12dと切換弁12cの接続状態を図16に実線で示す状態とし、第1切換機構12の切換弁12eの接続状態を図16に破線で示す状態とし、第2切換機構22の切換弁22dと切換弁22eの接続状態を図16に実線で示す接続状態とし、第2切換機構22の切換弁22cの接続状態を図16に破線で示す接続状態に切り換え、ポンプ92、第1圧縮機11、第2圧縮機21、室外ファン9を駆動させる。さらに、第5膨張弁35の弁開度を、第1圧縮機11の吸入する第2冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御し、第4膨張弁34の弁開度を第2圧縮機21の吸入する第1冷媒の過熱度が所定条件を満たすように制御する。
Specifically, in this binary refrigeration cycle, the 14th on-off
これにより、第1圧縮機11から吐出された第2冷媒は、第1切換機構12の切換弁12dを介してカスケード熱交換器17に送られ、第1カスケード流路17aを流れる際に、第2カスケード流路17bを流れる第1冷媒と熱交換することで、放熱する。カスケード熱交換器17で放熱した第2冷媒は、第3膨張弁33、第1レシーバ19a、分岐点Fを介して、第5膨張弁35において減圧される。第5膨張弁35において減圧された第2冷媒は、分岐点Bを介して、室外熱交換器18に送られる。第2冷媒は、室外熱交換器18において室外ファン9により供給される屋外空気と熱交換を行うこと蒸発し、分岐点N、第16開閉弁56、第1切換機構12の切換弁12cを介して、第1圧縮機11に吸入される。第2圧縮機21から吐出された第1冷媒は、第2切換機構22の切換弁22c、第15開閉弁55、分岐点Mを介して利用熱交換器13の第1利用流路13aに送られる。利用熱交換器13の第1利用流路13aを流れる第1冷媒は、熱負荷回路90が有する利用熱交換器13の熱負荷流路13bを流れる水と熱交換を行うことで、凝縮する。この熱交換により暖められた水は、熱負荷回路90における熱負荷熱交換器91まで送られることで暖房負荷を処理する。利用熱交換器13の第1利用流路13aで凝縮した第1冷媒は、分岐点Aを通過した後、第6膨張弁36を通過し、第2レシーバ19bに流入する。第2レシーバ19bから流出した第1冷媒は、第4膨張弁34において減圧される。第4膨張弁34で減圧された第1冷媒は、カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bを通過する際に、第1カスケード流路17aを流れる第2冷媒と熱交換することで蒸発する。カスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bで蒸発した第1冷媒は、第2切換機構22の切換弁22dを介して第2圧縮機21に吸入される。
As a result, the second refrigerant discharged from the
(4-4)暖房冷房移行運転
冷凍サイクル装置1cは、暖房運転を行うサイクル状態から、冷房運転を行うサイクル状態に移行させるために、以下の(a6)~(c6)の順からなる暖房冷房移行運転が行われる。
(4-4) Heating/cooling shift operation The refrigerating
(a6)まず、暖房運転が行われていた状態から、第5膨張弁35を全閉状態に制御し、第1圧縮機11を運転させる。ここで、第1冷媒を用いた暖房運転時の利用側の冷凍サイクルが維持されるように第2圧縮機21等を運転させる。これにより、室外熱交換器18の第2冷媒を第2圧縮機21に吸入させつつ、第2圧縮機21から吐出される第2冷媒を、カスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aにおいて放熱させ、第1レシーバ19aに流入させ、第1レシーバ19a内に第2冷媒を回収する運転を行う。この運転は、第1レシーバ19aに所定の十分な量の第2冷媒が回収された状態になるまで、例えば、所定時間継続される。
(a6) First, the
(b6)次に、冷媒容器19への第2冷媒の回収が所定量以上に進んだ状態で、第16開閉弁56を閉じ、第1圧縮機11を停止させる。その後、第2切換機構22の切換弁22cについて、第2圧縮機21の吸入側が第15開閉弁55に接続された状態に切り換え、第2切換機構22の切換弁22eについて、第2圧縮機21の吐出側が第17開閉弁57に接続された状態に切り換え、第2切換機構22の切換弁22dについては、第2圧縮機21の吸入側がカスケード熱交換器17の第2カスケード流路17bのガス冷媒側に接続された状態を維持する。そして、第4膨張弁34および第6膨張弁36を全閉状態に制御し、第2膨張弁16を全開状態に制御し、第17開閉弁57を開状態に制御する。この状態で第2圧縮機21を運転させることで、利用熱交換器13の第1利用流路13aおよびその周囲に残る第1冷媒を、分岐点M、第15開閉弁55、第2切換機構22の切換弁22cを介して第2圧縮機21に吸入させる。そして、第2圧縮機21から吐出された第1冷媒を、第2切換機構22の切換弁22e、第17開閉弁57、分岐点Nを介して、室外熱交換器18に送る。室外ファン9により送られる空気と室外熱交換器18において熱交換した第1冷媒は、凝縮し、分岐点B、第2膨張弁16、分岐点Gを通過して、第2レシーバ19bに溜まり始める。そして、この運転を所定時間継続させる。
(b6) Next, after the collection of the second refrigerant into the
(c6)次に、第2レシーバ19bに第1冷媒が所定量以上溜まった段階で、第15開閉弁55を閉状態に制御する。また、第14開閉弁54を開状態に制御し、第1膨張弁15を所定の弁開度に制御する。そして、第1切換機構12の切換弁12cについて、第1圧縮機11の吸入側と第14開閉弁54が接続された状態に切り換え、第1切換機構12の切換弁12dについて、第1切換機構12の切換弁12eについて、第1圧縮機11の吐出側と第16開閉弁56が接続された状態とし、第1圧縮機11の吐出側とカスケード熱交換器17の第1カスケード流路17aのガス冷媒側が接続された状態を維持する。
(c6) Next, when the first refrigerant is accumulated in the
以上により、暖房冷房移行運転を終える。 Thus, the heating/cooling shift operation is completed.
(4-5)第4実施形態の特徴
第4実施形態の冷凍サイクル装置1cでは、冷媒回路10において、地球温暖化係数(GWP)が十分に低い第1冷媒と、オゾン層破壊係数(ODP)および地球温暖化係数(GWP)が十分に低い第2冷媒と、が用いられている。このため、地球環境の悪化を抑制することができる。
(4-5) Features of the Fourth Embodiment In the
また、冷媒回路10において地球温暖化係数(GWP)が十分に低い第1冷媒を用いた場合であっても、暖房運転として、高圧冷媒である第2冷媒を熱源側冷凍サイクルで用い、低圧冷媒である第1冷媒を利用側冷凍サイクルで用いた二元冷凍サイクルを行う。これにより、低圧冷媒である第1冷媒を用いた単元冷凍サイクルを行う場合と比較して、暖房運転時の能力を確保し易い。
Further, even when the first refrigerant having a sufficiently low global warming potential (GWP) is used in the
さらに、冷媒回路10では第2冷媒として二酸化炭素が用いられている。しかし、冷房運転時には、第2冷媒を用いた単元冷凍サイクルは行わず、第2冷媒を熱源側冷凍サイクルで用いて第1冷媒を利用側冷凍サイクルで用いた二元冷凍サイクルも行わず、低圧冷媒である第1冷媒を熱源側冷凍サイクルで用い、高圧冷媒である第2冷媒を利用側冷凍サイクルで用いた二元冷凍サイクルを行う。これにより、高圧冷媒である二酸化炭素冷媒を用いて単元冷凍サイクルを行う場合や高圧冷媒である二酸化炭素を熱源側サイクルで用いる二元冷凍サイクルを行う場合のように二酸化炭素冷媒の圧力が臨界圧力を超えてCOPが低くなってしまうことを避けて、冷房運転を行うことができる。また、高圧冷媒である二酸化炭素が用いられる冷媒回路10の要素部品として求められる耐圧強度の基準を低めのものとすることが可能になる。
Furthermore, carbon dioxide is used as the second refrigerant in the
また、第4実施形態の冷凍サイクル装置1cでは、熱源側の冷凍サイクルや利用側の冷凍サイクルにおいて用いられている第1レシーバ19aと第2レシーバ19bを利用して、第1冷媒や第2冷媒を集めることができている。このため、第2実施形態に記載されている熱源側の冷凍サイクルや利用側の冷凍サイクルで用いられない冷媒容器19を別途確保する必要がない。
Further, in the refrigerating
(5)他の実施形態
(5-1)他の実施形態A
上記実施形態では、基本的には第1冷媒と第2冷媒とが互いに混ざり合うことを抑制させながら、各冷媒を循環させている。しかし、冷媒回路10において各種運転が行われることで、第1冷媒が流れていた箇所に第2冷媒が流れることがあり、第2冷媒が流れていた箇所に第1冷媒が流れることがある。このため、第1冷媒と第2冷媒が僅かに混ざり合う場合も考えられる。
(5) Other Embodiments (5-1) Other Embodiment A
In the above embodiment, each refrigerant is basically circulated while preventing the first refrigerant and the second refrigerant from being mixed with each other. However, as various operations are performed in the
ここで、第1冷媒と第2冷媒とは互いに異なる冷媒種を用いているが、これらの冷媒が混ざり合った場合には、非共沸混合冷媒が流れることになる。この非共沸混合冷媒は、蒸発器として機能する熱交換器においては、蒸発を始める際の上流側の冷媒温度と蒸発を終える下流側の冷媒温度が異なるという温度勾配が生じる。また、この非共沸混合冷媒は、凝縮器として機能する熱交換器においては、凝縮を始める際の上流側の冷媒温度と凝縮を終える下流側の冷媒温度が異なるという温度勾配が生じる。 Here, different refrigerant species are used for the first refrigerant and the second refrigerant, but when these refrigerants are mixed, a non-azeotropic mixed refrigerant flows. In the heat exchanger functioning as an evaporator, this non-azeotropic mixed refrigerant produces a temperature gradient in which the refrigerant temperature on the upstream side when evaporation starts differs from the refrigerant temperature on the downstream side when evaporation ends. In addition, in the heat exchanger functioning as a condenser, this non-azeotropic mixed refrigerant produces a temperature gradient in which the refrigerant temperature on the upstream side when condensation starts differs from the refrigerant temperature on the downstream side when condensation ends.
したがって、コントローラ7は、蒸発器として機能する熱交換器において所定の上流側の位置における冷媒の蒸発温度と、所定の下流側の位置における冷媒の蒸発温度と、の差異が所定値以上である場合に、第1冷媒と第2冷媒が混合していると評価してもよい。また、コントローラ7は、凝縮器として機能する熱交換器において所定の上流側の位置における冷媒の凝縮温度と、所定の下流側の位置における冷媒の凝縮温度と、の差異が所定値以上である場合に、第1冷媒と第2冷媒が混合していると評価してもよい。これらの各温度の検知は、特に限定されず、熱交換器における所定の上流および下流の箇所に温度センサを設けておくことで検知できる。なお、第1冷媒と第2冷媒が混合していると評価する場合としては、いずれかの冷媒の濃度が90重量%以下になった場合であってもよく、95重量%以下になった場合であってもよいし、98重量%以下になった場合であってもよい。 Therefore, when the difference between the refrigerant evaporation temperature at a predetermined upstream position and the refrigerant evaporation temperature at a predetermined downstream position in the heat exchanger functioning as an evaporator is equal to or greater than a predetermined value, Alternatively, it may be evaluated that the first refrigerant and the second refrigerant are mixed. Further, in the heat exchanger functioning as a condenser, if the difference between the condensation temperature of the refrigerant at a predetermined upstream position and the condensation temperature of the refrigerant at a predetermined downstream position is equal to or greater than a predetermined value, Alternatively, it may be evaluated that the first refrigerant and the second refrigerant are mixed. Detection of each of these temperatures is not particularly limited, and can be detected by providing temperature sensors at predetermined upstream and downstream locations in the heat exchanger. In addition, when evaluating that the first refrigerant and the second refrigerant are mixed, the concentration of one of the refrigerants may be 90% by weight or less, or 95% by weight or less. or 98% by weight or less.
さらに、コントローラ7は、第1冷媒と第2冷媒が混合していると評価した場合には、当該評価結果を、図示しないディスプレイに表示出力する等により報知してもよい。
Furthermore, when the
(5-2)他の実施形態B
上述の他の実施形態Aに記載の通り、第1冷媒と第2冷媒とは互いに混ざり合う場合がある。
(5-2) Other embodiment B
As described in other embodiment A above, the first refrigerant and the second refrigerant may intermix.
このため、冷凍サイクル装置としては、上記他の実施形態Aに記載のように第1冷媒と第2冷媒が混ざり合っていると評価された場合、冷房運転と暖房運転の切り換えが行われた場合、または、冷房運転と暖房運転の切り換えが所低回数行われた場合に、第1冷媒と第2冷媒とを分離させる分離処理を行えるものであってもよい。 Therefore, in the refrigeration cycle device, when it is evaluated that the first refrigerant and the second refrigerant are mixed as described in the other embodiment A, when switching between the cooling operation and the heating operation is performed Alternatively, a separation process for separating the first refrigerant and the second refrigerant may be performed when switching between the cooling operation and the heating operation is performed a certain number of times.
分離処理は、特に限定されず、例えば、冷媒容器19、第1レシーバ19a、第2レシーバ19bにおいて、第1冷媒または第2冷媒を選択的に吸着する吸着剤を設けておいてもよい。吸着剤としては、特に限定されないが、例えば、金属有機構造体(MOF:metal-organic framework)を用いてもよい。
The separation process is not particularly limited, and for example, an adsorbent that selectively adsorbs the first refrigerant or the second refrigerant may be provided in the
また、冷凍サイクル装置としては、第1冷媒について蒸溜する運転が可能なものであってもよいし、第2冷媒について蒸溜する運転が可能なものであってもよい。 Further, the refrigerating cycle device may be capable of distilling the first refrigerant, or may be capable of distilling the second refrigerant.
(付記)
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
(Appendix)
Although embodiments of the present disclosure have been described above, it will be appreciated that various changes in form and detail may be made without departing from the spirit and scope of the present disclosure as set forth in the appended claims. .
1、1a、1b、1c :冷凍サイクル装置
12 :第1切換機構
12x :第1切換機構
13 :利用熱交換器
13a :第1利用流路
13b :熱負荷流路
14 :第3利用膨張弁
15 :第1膨張弁
16 :第2膨張弁
17 :カスケード熱交換器
17a :第1カスケード流路
17b :第2カスケード流路
18 :室外熱交換器
19 :冷媒容器(第2領域)
19a :第1レシーバ(第2領域)
19b :第2レシーバ(第1領域)
21 :第2圧縮機
33-36 :第3-第6膨張弁
41-49 :第1-第9開閉弁
50-57 :第10-第17開閉弁
90 :熱負荷回路
91 :熱負荷熱交換器
92 :ポンプ
19a: first receiver (second area)
19b: second receiver (first area)
21: Second compressor 33-36: Third to sixth expansion valves 41-49: First to ninth on-off valves 50-57: Tenth to seventeenth on-off valves 90: Heat load circuit 91: Heat load heat exchange Device 92: pump
Claims (16)
前記第1冷媒を用いた単元冷凍サイクルを行うことで冷房運転を行う、
冷凍サイクル装置(1)。 By performing a dual refrigeration cycle including a user side refrigeration cycle using a first refrigerant of 1 MPa or less at 30° C. and a heat source side refrigeration cycle using a second refrigerant of 1.5 MPa or more at 30° C. heating operation,
Cooling operation is performed by performing a unit refrigeration cycle using the first refrigerant,
A refrigeration cycle device (1).
請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 An outdoor heat exchanger (18) that functions as an evaporator for the second refrigerant during the heating operation and functions as a radiator for the first refrigerant during the cooling operation,
The refrigeration cycle apparatus according to claim 1.
請求項2に記載の冷凍サイクル装置。 A first cascade flow path (17a) for flowing the first refrigerant during the heating operation and a second cascade flow path for flowing the second refrigerant during the heating operation are independent of the first cascade flow path (17a). a cascade heat exchanger (17) having a flow path (17b) for exchanging heat between the first refrigerant and the second refrigerant;
The refrigeration cycle apparatus according to claim 2.
前記暖房運転時は、前記第1冷媒が前記第1カスケード流路(17a)を通過する時に蒸発し、前記第2冷媒が前記第2カスケード流路(17b)を通過する時に放熱する、
請求項3に記載の冷凍サイクル装置。 A utilization heat exchanger (13) in which the first refrigerant releases heat during the heating operation,
During the heating operation, the first refrigerant evaporates when passing through the first cascade flow path (17a), and heat is released when the second refrigerant passes through the second cascade flow path (17b).
The refrigeration cycle device according to claim 3.
請求項4に記載の冷凍サイクル装置。 The first refrigerant evaporates in the utilization heat exchanger (13) during the cooling operation,
The refrigeration cycle apparatus according to claim 4.
請求項2から5のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 The first refrigerant can be collected in a first region (19b) other than the outdoor heat exchanger, and the second region (19, 19a) other than the outdoor heat exchanger and other than the first region capable of collecting a second refrigerant,
The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 2 to 5.
前記第2冷媒を用いた利用側の冷凍サイクルと、前記第1冷媒を用いた熱源側の冷凍サイクルと、を含む二元冷凍サイクルを行うことで冷房運転を行う、
冷凍サイクル装置(1a、1b、1c)。 By performing a dual refrigeration cycle including a user side refrigeration cycle using a first refrigerant of 1 MPa or less at 30° C. and a heat source side refrigeration cycle using a second refrigerant of 1.5 MPa or more at 30° C. heating operation,
Cooling operation is performed by performing a dual refrigeration cycle including a user-side refrigeration cycle using the second refrigerant and a heat source-side refrigeration cycle using the first refrigerant,
A refrigeration cycle device (1a, 1b, 1c).
請求項7に記載の冷凍サイクル装置。 Between the heating operation and the cooling operation, the refrigerant used in the refrigeration cycle on the heat source side and the refrigerant used in the refrigeration cycle on the user side are replaced.
The refrigeration cycle apparatus according to claim 7.
請求項8に記載の冷凍サイクル装置。 A refrigerant tank (19, 19a, 19b) that temporarily stores either the first refrigerant or the second refrigerant when the refrigerant is replaced,
The refrigeration cycle apparatus according to claim 8.
請求項7から9のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 A first cascade flow path (17a) in which the first refrigerant evaporates during the heating operation is independent of the first cascade flow path (17a), and a second cascade flow path in which the second refrigerant releases heat during the heating operation. (17b), comprising a cascade heat exchanger (17) for exchanging heat between the first refrigerant and the second refrigerant;
The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 7 to 9.
請求項7から10のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 a utilization heat exchanger (13) that functions as a radiator for the first refrigerant during the heating operation and functions as an evaporator for the second refrigerant during the cooling operation;
The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 7 to 10.
請求項7から11のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 an outdoor heat exchanger (18) that functions as an evaporator for the second refrigerant during the heating operation and functions as a condenser for the first refrigerant during the cooling operation;
The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 7 to 11.
請求項1から12のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 detecting a mixed state of the first refrigerant and the second refrigerant;
The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 12.
請求項1から13のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 separating the first refrigerant and the second refrigerant;
The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 13.
請求項1から14のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 The first refrigerant contains at least one of R1234yf and R1234ze,
The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 14.
請求項1から15のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 The second refrigerant contains carbon dioxide,
The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 15.
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---|---|---|---|---|
JP2000320914A (en) * | 1999-05-14 | 2000-11-24 | Daikin Ind Ltd | Refrigerating machine |
JP2022058411A (en) * | 2011-03-15 | 2022-04-12 | マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー | Multiplex detection by reporter which is encoded by isotope |
WO2017221382A1 (en) * | 2016-06-23 | 2017-12-28 | 三菱電機株式会社 | Binary refrigeration device |
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