JP5830602B2 - 複合二元冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、二元冷凍サイクルを２系統並設した場合の複合二元冷凍サイクル装置に関する。

従来この種の二元冷凍サイクル装置としては、温水配管を流れる水または温水を加熱する高温側冷凍回路に、この高温側冷凍回路を循環する高温側冷媒を加熱する低温側冷凍回路をカスケード熱交換器を介して熱交換可能に接続することにより二元冷凍サイクルを構成し、１つの筐体に収容したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１９８６９３号公報

近年は、より高効率に温水を加温するために、２つの二元冷凍サイクル装置を温水配管に対して直列または並列に接続した複合二元冷凍サイクル装置が提供されようとしている。

この複合二元冷凍サイクル装置では、低温側冷凍回路に蒸発器として空気熱交換器が用いられており、ここに導かれた冷媒は外気と熱交換して蒸発する。そのため、外気温が極低温になると外気に含まれる水分が凍結して霜になり、そのまま付着する。

空気熱交換器が着霜すると熱交換効率が低下するので、除霜が必要となる。このための除霜方式としては、高温側冷媒回路および低温側冷凍回路のそれぞれの四方弁を切り換えて冷媒の循環方向を逆転させる逆サイクル除霜方式や、低温側冷凍回路の圧縮機の高温吐出冷媒を、カスケード熱交換器をバイパスさせて、直接蒸発器に導くホットガス除霜方式が考えられる。

しかし、逆サイクル除霜方式の場合には、利用側の温水を熱源とするために短時間で除霜を完了できるメリットはあるものの、温水出口温度を入口温度よりも低下させてしまうという不具合がある。また、ホットガス除霜方式の場合には、上術の逆サイクル除霜方式における不具合は生じないものの、除霜に必要な熱源に乏しいために除霜時間の増大を招き、結果として温水を加温できない時間が増加する不具合がある。

従って、本発明の目的は、上述の従来技術の課題を鑑み、２つの二元冷凍サイクルを備えていても、構成の簡素化を維持できると共に、温水配管を流れる水または温水の温度をできるだけ下げずに給湯し、しかも、短時間で除霜できる複合二元冷凍サイクル装置を提供することにある。

上記目的を達成するために提供される本発明の一実施態様である複合二元冷凍サイクル装置は、高温側圧縮機から吐出された冷媒を水と熱交換する水・冷媒熱交換器をそれぞれ有する二つの高温側冷凍回路と、送風ファンを有する空気熱交換器からなる蒸発器をそれぞれ有する二つの低温側冷凍回路とを同一筐体に搭載すると共に、上記それぞれの高温側冷凍回路がカスケード熱交換器により上記二つの低温側冷凍回路のそれぞれと熱交換可能に構成され、上記高温側冷凍回路の水・冷媒熱交換器の水側流路に水または温水を流通させる温水配管を備え、上記筐体内には装置の運転全体を制御する制御装置が設けられた、複合二元冷凍サイクル装置であって、上記二つの低温側冷凍回路は、上記制御装置に接続され、一方の低温側冷凍回路がその蒸発器の除霜運転を行うとき、他方の低温側冷凍回路を、上記カスケード熱交換器で放熱を行うように制御すると共に、他方の低温側冷凍回路の送風ファンの回転数を、両方の低温側冷凍回路を共に加熱運転するときの送風ファンの回転数よりも高い回転数に制御するように構成されていることを特徴とする。

また、上記複合二元冷凍サイクル装置において、上記各カスケード熱交換器は、高温側冷凍回路に連通する高温冷媒流路と、一方の低温側冷凍回路に連通する第１の低温冷媒流路と、他方の低温側冷凍回路に連通する第２の低温冷媒流路を備えると共に、前記第１の低温冷媒流路同士と、前記第２の冷媒流路同士をそれぞれ直列に接続し、上記高温冷媒流路の一面側に第１の低温冷媒流路を配置し、他面側に第２の低温冷媒流路を配置したプレート式熱交換器により構成するようにする事が好ましい。

上記特徴を有する本発明の実施例によれば、上述の従来技術の課題を解決すると共に、２つの二元冷凍サイクルを備えていても、構成の簡素化を維持できると共に、温水配管を流れる水または温水の温度をできるだけ下げずに給湯し、しかも、短時間で除霜できる複合二元冷凍サイクル装置を提供することができる。さらに詳細な効果については、本明細書末尾まとめて記載する。

本発明の一実施形態に係る複合二元冷凍サイクル装置の冷凍サイクル構成図。 図１で示すカスケード熱交換器の概略の構成図。 図１で示す複合二元冷凍サイクル装置の外観斜視図。 図３で示す複合二元冷凍サイクル装置の外観正面図。 図４で示す複合二元冷凍サイクル装置の外観側面図。 図３に示す隔壁部にオプション機器を収容した場合の複合二元冷凍サイクル装置の外観斜視図。 図６で示す複合二元冷凍サイクル装置の隔壁部の外蓋を外した状態を示す外観斜視図。 図７で示す複合二元冷凍サイクル装置の外観正面図。

以下、本実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。

図１は、例えば給湯システムとして用いられる一実施形態に係る複合二元冷凍サイクル装置の冷凍サイクル構成図である。

図１に示すように、複合二元冷凍サイクル装置は、１つの筐体Ｋ内に、熱媒体である水または温水を流通する温水配管Ｈ、冷媒として例えばＲ１３４ａを循環させる第１の高温側冷凍回路Ｒ１ａおよび第２の高温側冷凍回路Ｒ１ｂ、冷媒として例えばＲ４１０Ａを循環させる第１の低温側冷凍回路Ｒ２ａおよび第２の低温側冷凍回路Ｒ２ｂと、制御装置Ｃを収容する。

温水配管Ｈは、一端側を給水源、貯湯タンクなどに接続し、他端側は貯湯タンク、給湯栓などの出湯側に接続される。

温水配管Ｈにはポンプ１が接続されると共に、この下流側に所定間隔を置いて第１の高温側冷凍回路Ｒ１ａにおける第１の水・冷媒熱交換器２Ａの水側流路３ａと、第２の高温側冷凍回路Ｒ１ｂにおける第２の水・冷媒熱交換器２Ｂの水側流路３ｂとが接続される。

上記第１の高温側冷凍回路Ｒ１ａは、高温側圧縮機５の吐出部、上記第１の水・熱交換器２Ａにおける冷媒側流路６、高温側レシーバ７、高温側膨張装置８、第１のカスケード熱交換器９の高温冷媒流路１０および上記高温側圧縮機５の吸込み部を、冷媒管Ｐにより順次、接続している。

第２の高温側冷凍回路Ｒ１ｂは、高温側圧縮機１１の吐出部、上記第２の水・熱交換器２Ｂにおける冷媒側流路１２、高温側レシーバ１３、高温側膨張装置１４、第２のカスケード熱交換器１５の高温冷媒流路１６および上記高温側圧縮機１１の吸込み部を、冷媒管Ｐにより順次、接続している。

第１の低温側冷凍回路Ｒ２ａは、低温側圧縮機１８の吐出部を、四方弁１９の第１のポートＰ１に、冷媒管Ｐを介して接続している。四方弁１９は、その第２のポートＰ２を、第２のカスケード熱交換器１５の第１の低温冷媒流路３３に接続し、第３のポートＰ３を、第１の蒸発器である第１の空気熱交換器２１に、それぞれ冷媒管Ｐを介して接続している。

また、四方弁１９は、その第４のポートＰ４を、アキュームレータ２２を介して低温側圧縮機１８の吸込み部に直列に冷媒管Ｐにより接続している。

そして、第２のカスケード熱交換器１５における第１の低温冷媒流路３３は、第１のカスケード熱交換器９における第１の低温冷媒流路２０に、冷媒管Ｐにより直列に接続される。さらに、この第１のカスケード熱交換器９における第１の低温冷媒流路２０は、低温側レシーバ２３、低温側膨張装置２４および空気熱交換器２１に冷媒管Ｐにより順次接続される。この空気熱交換器２１には、第１の送風ファンＦＡが対向配置される。

第２の低温側冷凍回路Ｒ２ｂは、低温側圧縮機２５の吐出部を、四方弁２６の第１のポートＰ１に、冷媒管Ｐを介して接続している。四方弁２６は、その第２のポートＰ２を、第２のカスケード熱交換器１５における第２の低温冷媒流路２７に接続し、第３のポートＰ３を、第２の蒸発器である第２の空気熱交換器２８に、それぞれ冷媒管Ｐを介して接続している。

また、四方弁２６は、その第４のポートを、アキュームレータ２９を介して低温側圧縮機２５の吸込み部に直列に冷媒管Ｐにより接続している。

そして、上記第２のカスケード熱交換器１５における第２の低温冷媒流路２７は、第１のカスケード熱交換器９における第２の低温冷媒流路３４に、冷媒管Ｐにより直列に接続される。

さらに、この第１のカスケード熱交換器９における第２の低温冷媒流路３４は、第２の低温冷凍回路Ｒ２ｂにおける低温側レシーバ３０、低温側膨張装置３１および上記空気熱交換器２８に、冷媒管Ｐにより順次接続される。この空気熱交換器２８には、送風ファンＦＢが対向配置される。

図２は、上記第１のカスケード熱交換器９の構成を示す。この第１のカスケード熱交換器９の構成は、第２のカスケード熱交換器１５の構成と同じであるので、以下、後者の説明は省略する。

第１のカスケード熱交換器９は、その筐体４０の一側面に、高温冷媒導入口４０ａと高温冷媒導出口４０ｂが高さ方向で互いに離間した端部に設けられる。高温冷媒導入口４０ａには高温側膨張装置８に連通する冷媒管Ｐが接続され、高温冷媒導出口４０ｂには高温側圧縮機５の吸込み部に連通する冷媒管Ｐが接続される。

筐体４０は、その内部に、高温冷媒流路１０を収容している。この高温冷媒流路１０は、高温冷媒導入口４０ａと高温冷媒導出口４０ｂに接続され、互いに平行で対向端部が閉塞される図中上下一対の主流路４１ａ、４１ａと、これら主流路４１ａ、４１ａ間に亘って連通され、図中横方向に互いに所定間隔を置いて平行な複数の高温冷媒分岐流路４１ｂとを有する。

筐体４０は、その他側面に、第１の低温冷媒導入口４２ａと、第２の低温冷媒導入口４３ａとを、互いに隣接した位置に設けている。さらに、筐体４０の同じ側面で離間した位置には、第１の低温冷媒導出口４２ｂと、第２の低温冷媒導出口４３ｂとが、互いに隣接した位置に設けられる。

第１の低温冷媒導入口４２ａには、第２のカスケード熱交換器１５の第１の低温冷媒流路３３に連通する冷媒管Ｐが接続され、第１の低温冷媒導出口４２ｂには、第１の低温冷凍回路Ｒ２ａにおける低温側レシーバ２３と連通する冷媒管Ｐが接続される。

第２の低温冷媒導入口４３ａには、第２のカスケード熱交換器１５の第２の低温冷媒流路２７に連通する冷媒管Ｐが接続され、第２の低温冷媒導出口４３ｂには、第２の低温冷凍回路Ｒ２ｂにおける低温側レシーバ３０と連通する冷媒管Ｐが接続される。

筐体４０は、その内部に、第１の低温冷媒導入口４２ａと第１の低温冷媒導出口４２ｂに連通する、第１の低温冷媒流路２０を構成している。さらに、筐体４０内には、第２の低温冷媒導入口４３ａと第２の低温冷媒導出口４３ｂに連通する、第２の低温冷媒流路３４が構成される。

第１の低温冷媒流路２０は、第１の低温冷媒導入口４２ａと第１の低温冷媒導出口４２ｂに接続して互いに平行で対向端部が閉塞される図中上下一対の主流路４４ａ、４４ａと、これら一対の主流路４４ａ、４４ａ間に亘って連通され、互いに所定間隔を置いて平行な複数の第１の低温冷媒分岐流路４４ｂを有する。

第２の低温冷媒流路３４は、第２の低温冷媒導入口４３ａと第２の低温冷媒導出口４３ｂに接続して互いに平行で端部が閉塞される主流路４５ａと、これら主流路４５ａ間に亘って連通され、互いに所定間隔を置いて平行な複数の第２の低温冷媒分岐流路４５ｂとからなる。

すなわち、筐体４０内において、高温冷媒流路１０を構成する高温冷媒分岐流路４１ｂと、第１の低温冷媒流路２０を構成する第１の低温冷媒分岐流路４４ｂおよび第２の低温冷媒流路３４を構成する第２の低温冷媒分岐流路４５ｂは、互いに所定間隔を置いて平行に設けられる。

つまり、高温冷媒分岐流路４１ｂを挟んで、その一面側に第１の低温冷媒分岐流路４４ｂを設け、その他面側に第２の低温冷媒分岐流路４５ｂを設けることにより、第１、第２の低温冷媒分岐流路４４ｂ、４５ｂを高温冷媒分岐流路４１ｂに対して交互に配置している。このために、高温冷媒と低温冷媒の流れが対向流となり、熱伝達効果が向上する。しかも、高温冷媒の流路を筐体４０内の内側に設け、その外側に低温冷媒流路を形成しているので、高温冷媒の降温の低減を図ることができる。

また、第１のカスケード熱交換器９を構成する筐体４０と、各冷媒流路を仕切る仕切部材の素材は、熱伝導性に優れたものが用いられている。第１のカスケード熱交換器９の上記の流路構成と、構成素材の選択により、高温冷媒と第１の低温冷媒および第２の低温冷媒は効率良く熱交換し、熱交換効率の向上を図ることができる。

なお、高温冷媒導入口４０ａ、高温冷媒導出口４０ｂ、第１の低温冷媒導入口４２ａ、第２の低温冷媒導入口４３ａ、第１の低温冷媒導出口４２ｂおよび第２の低温冷媒導出口４３ｂは、上記構成に限らず、それぞれ筐体４０のいずれの側面に設けても良く、何等制限はない。

例えば、高温冷媒導入口４０ａ、高温冷媒導出口４０ｂ、第１の低温冷媒導入口４２ａ、第２の低温冷媒導入口４３ａ、第１の低温冷媒導出口４２ｂおよび第２の低温冷媒導出口４３ｂは、全て筐体４０の同一の側面に設けても良い。

図３〜図５は複合二元冷凍サイクル装置図を示し、図３は、本実施形態に係る複合二元冷凍サイクル装置の外観斜視図、図４は同正面図、図５は同側面図である。これら図３〜図５に示すように複合二元冷凍サイクル装置は、全体形状が側面視でほぼ鼓形の上記図１で示す筐体Ｋを有する。筐体Ｋは、側面形状がほぼ台形状の下部筐体Ｋａと、この下部筐体Ｋａ上に一体または一体的に配置されるほぼＶ字状の上部筐体Ｋｂとを具備している。

上部筐体Ｋｂは、複数（ここでは２組）の熱交換器モジュールＭ、Ｍと、同数の送風ファンＦＡ、ＦＢから構成される。１組の熱交換器モジュールＭは、一対（２個）の空気熱交換器２１ａと２１ｂ、２８ａと２８ｂをそれぞれ互いに対向させて配置し、これら空気熱交換器２１ａと２１ｂ、２８ａと２８ｂの各上端部相互間の空間部に送風ファンＦＡ、ＦＢを配置することにより構成されている。

各熱交換器モジュールＭは、その上端部に天板Ｍｃを設け、この天板Ｍｃの熱交換器モジュールＭ相互間に対向する位置に上記送風ファンＦＡ、ＦＢを取り付けている。天板Ｍｃから上方には円筒状の吹出口Ｍｄ、Ｍｄを突設し、これら吹出口Ｍｄ、Ｍｄの突出端面をファンガードＭｅ、Ｍｅによりそれぞれ覆っている。

上記熱交換器モジュールＭを構成する空気熱交換器２１ａと２１ｂ、及び２８ａと２８ｂは相互ともに上端部である天板Ｍｃ側が広く、下部筐体Ｋａ側が狭く近接するよう対向していて、側面視で略Ｖ字状になるよう互いに傾斜している。また、熱交換器モジュールＭ、Ｍの間には、隔壁部Ｍｇが設けられ、熱交換器モジュールＭ、Ｍ相互間で熱影響を及ぼさないようになっている。下部筐体Ｋａは機械室Ｍｆに構成されている。機械室Ｍｆは、その内部に、図１で示す第１、第２の高温側冷凍回路Ｒ１ａ、Ｒ１ｂおよび第１、第２の低温側冷凍回路Ｒ２ａ、Ｒ２ｂをそれぞれ構成する冷凍サイクル構成部品と、制御装置Ｃを収容している。

制御装置Ｃは、複合二元冷凍サイクル装置の運転全体を制御する機能を有する。例えば図示しない運転操作盤等の操作器から操作信号を受けて、冷凍サイクルの運転をＯＮ−ＯＦＦ制御するＯＮ−ＯＦＦ制御機能、その運転モード（加熱／除霜運転モード）の切換機能、第１、第２空気熱交換器２１、２８の着霜を検出する機能、高温側、低温側膨張装置８、１４、２４、３１の開度制御による冷媒循環流量を制御する機能、第１、第２の高温側圧縮機５、１１、第１、第２の低温側圧縮機１８、２５および第１、第２の送風ファンＦＡ、ＦＢの単位時間当りの回転数（以下、単に回転数という）の制御する機能等を具備している。なお、図示しないが、制御装置Ｃには、第１、第２の高温側圧縮機５、１１、第１、第２の低温側圧縮機１８、２５および第１、第２の送風ファンＦＡ、ＦＢの各々を駆動するためのインバータ基板（図示しない）が６枚収納されている。

このような機能を有する上記制御装置Ｃにより複合二元冷凍サイクル装置の加熱運転が開始されると、第１、第２の低温側冷凍回路Ｒ２ａ、Ｒ２ｂの各四方弁１９、２６が加熱運転モード側に切り換えられ、各膨張装置８、１４、２４、３１の開度が所定開度に制御される。さらに、各圧縮機５、１１、１８、２５、各送風ファンＦＡ、ＦＢが起動し、所要の回転数で運転される。

上述の運転動作に従い、第１の高温側冷凍回路Ｒ１ａ、第２の高温側冷凍回路Ｒ１ｂ、第１の低温側冷凍回路Ｒ２ａおよび第２の低温側冷凍回路Ｒ２ｂに冷媒が導かれ、順次循環する。

すなわち、上記第１の高温側冷凍回路Ｒ１ａでは、冷媒Ｒ１３４ａが、高温側圧縮機５−第１の水・冷媒熱交換器２Ａにおける冷媒側流路６−高温側レシーバ７−高温側膨張装置８−第１のカスケード熱交換器９における高温冷媒流路１０−高温側圧縮機５−の順に導かれ循環する。

第１の水・冷媒熱交換器２Ａにおける冷媒側流路６が凝縮器として作用し、第１のカスケード熱交換器９における高温冷媒流路１０が蒸発器として作用する。

第１の低温側冷凍回路Ｒ２ａでは、低温側圧縮機１８から吐出される冷媒Ｒ４１０Ａが、四方弁１９−第２のカスケード熱交換器１５における第１の低温冷媒流路３３−第１のカスケード熱交換器９における第１の低温冷媒流路２０−低温側レシーバ２３−低温側膨張装置２４−第１の空気熱交換器２１−四方弁１９−アキュームレータ２２−低温側圧縮機１８の順に導かれ循環する。

また、第２の高温側冷凍回路Ｒ１ｂでは、冷媒Ｒ１３４ａが、高温側圧縮機１１−第２の水・冷媒熱交換器２Ｂにおける冷媒側流路１２−高温側レシーバ１３−高温側膨張装置１４−第２のカスケード熱交換器１５における高温冷媒流路１６−高温側圧縮機１１の順に導かれ循環する。

第２の水・冷媒熱交換器２Ｂにおける冷媒側流路１２が凝縮器として作用し、第２のカスケード熱交換器１５における高温冷媒流路１６が蒸発器として作用する。

第２の低温側冷凍回路Ｒ２ｂでは、低温側圧縮機２５から吐出される冷媒Ｒ４１０Ａが、四方弁２６−第２のカスケード熱交換器１５における第２の低温冷媒流路２７−第１のカスケード熱交換器９における第２の低温冷媒流路３４−低温側レシーバ３０−低温側膨張装置３１−第２の空気熱交換器２８−四方弁２６−アキュームレータ２９−低温側圧縮機２５の順に導かれ循環する。

第１のカスケード熱交換器９においては、第１の低温冷媒流路２０と第２の低温冷媒流路３４が凝縮器として作用し、上述のように第１の高温側冷凍回路Ｒ１ａの高温冷媒流路１０が蒸発器として作用する。すなわち、第１、第２の低温冷媒流路２０、３４で冷媒が凝縮して凝縮熱を放出し、その凝縮熱を高温冷媒流路１０において冷媒が吸熱しながら蒸発する。

温水配管Ｈにポンプ１を介して導かれる水または温水は、第１の水・冷媒熱交換器２Ａの水側流路３ａにおいて、第１の高温側冷凍回路Ｒ１ａで凝縮作用をなす第１の水・冷媒熱交換器２Ａの冷媒側流路６から高温の凝縮熱を吸熱し、高温度に上昇する。第１の水・冷媒熱交換器２Ａの水側流路３ａにおいて高温化した温水は、第２の水・冷媒熱交換器２Ｂの水側流路３ｂに導かれる。

第２のカスケード熱交換器１５においては、第１の低温冷媒流路３３と第２の低温冷媒流路２７が凝縮器として作用し、上述のように第２の高温側冷凍回路Ｒ１ｂの高温冷媒流路１６が蒸発器として作用する。すなわち、第１、第２の低温冷媒流路３３、２７で冷媒が凝縮して凝縮熱を放出し、その凝縮熱を高温冷媒流路１６において冷媒が吸熱しながら蒸発する。

第１の水・冷媒熱交換器２Ａから第２の水・冷媒熱交換器２Ｂの水側流路３ｂに導かれる温水は、第２の高温側冷凍回路Ｒ１ｂで凝縮作用をなす第１の水・冷媒熱交換器２Ｂの冷媒側流路１２から高温の凝縮熱をさらに吸熱し、さらなる高温度に上昇する。すなわち、第２の水・冷媒熱交換器２Ｂの水側流路３ｂで、設定温度まで上昇する。

第２の水・冷媒熱交換器２Ｂから出た設定温度に上昇した温水は、貯湯タンク、給湯栓などの出湯側に導かれる。そして、再び第１、第２の水・冷媒熱交換器２Ａ、２Ｂに導かれ、加熱されて貯湯タンクに循環するか、もしくは、給湯栓に直接出湯される。

このような加熱運転中、外気温が極低温の場合は、第１の低温側冷凍回路Ｒ２ａと第２の低温側冷凍回路Ｒ２ｂの蒸発器である第１、第２の空気熱交換器２１、２８に霜が付着して熱交換効率が低下する。そこで、制御装置Ｃは、第１の低温側冷凍回路Ｒ２ｂの四方弁１９を除霜運転側に切り換えて、これら第１、第２の空気熱交換器２１、２８の除霜運転を行う必要がある。

しかし、第１、第２の空気熱交換器２１、２８の除霜運転を同時に行うのではなく、例えば、まず第１の低温側冷凍回路Ｒ２ａにおける第１の空気熱交換器２１の除霜運転を行い、この除霜運転終了後に、第２の低温側冷凍回路Ｒ２ｂにおける第２の空気熱交換器２８の除霜運転を行うようにする。

また、逆に、まず第２の空気熱交換器２８の除霜運転を行い、この除霜終了後に、第１の空気熱交換器２１の除霜運転を行うようにしてもよい。

次に、まず第１の低温側冷凍回路Ｒ２ａにおける第１の空気熱交換器２１の除霜運転を先に行う場合について説明する。この場合は、制御装置Ｃにより第１の低温側冷凍回路Ｒ２ａの四方弁１９が逆サイクルに切り換えられる。但し、第２の低温側冷凍回路Ｒ２ｂの四方弁２６は加熱運転のままで保持される。

次いで、制御装置Ｃにより第１の高温側冷凍回路Ｒ１ａの圧縮機５と、第２の高温側冷凍回路Ｒ１ｂの圧縮機１１の運転を停止させ、もしくは微速運転させる。加熱運転中の第２の低温側冷凍回路Ｒ２ｂの圧縮機２５の運転周波数は第１、第２の低温側冷凍回路Ｒ２ａ、Ｒ２ｂを共に加熱運転するときの各圧縮機１８、２５の運転周波数よりも高い運転周波数に上げて、圧縮能力の増大、すなわち、加熱能力の増加を図る。さらに、第２の送風ファンＦＢの回転数を最大回転数まで上げて、蒸発温度を上昇させ、第２の低温側冷凍回路Ｒ２ｂの冷凍サイクルの能力の増加を図る。

この状態では、温水は加熱されないためポンプ１は停止させる。ただし、利用側の要求等により温水を循環し続ける必要がある場合には、ポンプ１の運転を継続しても良い。

また、第１の低温側冷凍回路Ｒ２ａにおいては、低温側圧縮機１８から吐出される高温高圧の冷媒が、四方弁１９を介して直接、第１の空気熱交換器２１に導かれて凝縮し、凝縮熱を放出して付着している霜を溶融する。

このとき、第１のカスケード熱交換器９における第１の低温冷媒流路２０と、第２のカスケード熱交換器１５における第１の低温冷媒流路３３において冷媒が蒸発するが、第２の低温側冷凍回路Ｒ２ｂは加熱運転を継続しているため、これらの蒸発熱に相当する熱量を、第１のカスケード熱交換器９における第２の低温冷媒流路３４と、第２のカスケード熱交換器１５における第２の低温冷媒流路２７に対して、凝縮熱という形で熱を供給し続ける。

この状態で、第１の高温側冷凍回路Ｒ１ａの圧縮機５と、第２の高温側冷凍回路Ｒ１ｂの圧縮機１１の運転を除霜中に停止させた場合には、第１のカスケード熱交換器９における第１の低温冷媒流路２０と第２の低温冷媒流路３４は、隣接してはいないものの、熱交換器のプレートに形成された突起部同士が金属接触しているために、プレート金属の熱伝導により熱の授受が可能である。

なお、第２のカスケード熱交換器１５における、第１の低温冷媒流路３３と第２の低温冷媒流路２７についても同様に熱伝導が可能である。

また、第１の高温側冷凍回路Ｒ１ａの圧縮機５と、第２の高温側冷凍回路Ｒ１ｂの圧縮機１１とを、除霜中に、加熱運転で微速運転させた場合には、第１のカスケード熱交換器９における第１の低温冷媒流路２０と第２の低温冷媒流路３４の間にある第１の高温冷媒流路１０と、第２のカスケード熱交換器１５における第１の低温冷媒流路３３と第２の低温冷媒流路２７の間にある第２の高温冷媒流路１６とにそれぞれ流れが生じるため、高温冷媒流路１０および１６内の冷媒の相変化を伴う熱の授受も可能となる。

したがって、第１のカスケード熱交換器９と第２のカスケード熱交換器１５では、除霜中の第１の低温側冷凍回路Ｒ２ａにおける各第１の低温冷媒流路２０、３３が、加熱運転中の第２の低温側冷凍回路Ｒ２ｂにおける各第２の低温冷媒流路３４、２７から吸熱して除霜中の二元サイクルを構成する。しかも、加熱運転中の第２の低温冷媒回路Ｒ２ｂの圧縮機２５の能力が上昇し、第２の送風ファンＦＢが最大回転数で運転しているので、各第２の低温冷媒流路３４、２７での吸熱量を増加させることができる。

このように、熱の供給源が確保されているため、短時間で除霜を完了させることができる。また、温水を熱源としていないため、除霜中の温水配管Ｈにおける温水の極端な温度低下を防止できる。

また、ポンプ１の運転の停止が可能なため、加熱されない温水の流出を防止できる。ただし、利用側の要求等により温水を循環し続ける必要がある場合には、ポンプ１の運転を継続しても良い。第１の空気熱交換器２１の除霜が終了したら、第２の空気熱交換器２８の除霜に移る。すなわち、第１の低温側冷凍回路Ｒ２ａの四方弁１９を通常の加熱運転に切り換え、第２の低温側冷凍回路Ｒ２ｂの四方弁２６を逆サイクルに切り換える。

次いで、各冷凍回路Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ２ｂ、Ｒ２ａの圧縮機５、１１、１８、２５を上述と同様のモードにより駆動する。

上記駆動に基づき、第２の低温側冷凍回路Ｒ２ｂにおいては、低温側圧縮機２５から吐出される高温高圧の冷媒が、四方弁２６を介して直接、第２の空気熱交換器２８に導かれて凝縮し、凝縮熱を放出して付着している霜を溶融する。

第１のカスケード熱交換器９における第２の低温冷媒流路３４と、第２のカスケード熱交換器１５における第２の低温冷媒流路２７において冷媒が蒸発するが、第１の低温側冷凍回路Ｒ２ａは加熱運転しているため、これらの蒸発熱に相当する熱量を、第１のカスケード熱交換器９における第１の低温冷媒流路２０と、第２のカスケード熱交換器１５における第１の低温冷媒流路３３に対して、凝縮熱として供給し続ける。

尚、第１の高温側冷凍回路Ｒ１ａの圧縮機５と、第２の高温側冷凍回路Ｒ１ｂの圧縮機１１とを除霜中に停止させた場合、ならびに、加熱運転で微速運転させた場合の、熱の授受の形態については、先に説明した内容と同様であるので省略する。

したがって、第１のカスケード熱交換器９と第２のカスケード熱交換器１５では、除霜中の第２の低温側冷凍回路Ｒ２ｂにおける第２の低温冷媒流路３４と２７が、加熱運転中の第１の低温側冷凍回路Ｒ２ａにおける第１の低温冷媒流路２０と３３から吸熱して除霜中の２元サイクルを構成する。

このように熱の供給源が確保されているため、短時間での除霜完了を可能とする。また、温水を熱源としていないため、除霜中の温水配管Ｈにおける温水の極端な温度低下を防止できる。ポンプ１の停止が可能なため、加熱されない温水の流出を防止できる。ただし、利用側の要求等により温水を循環し続ける必要がある場合には、ポンプ１の運転を継続しても良い。

そして、第２の空気熱交換器２８の除霜運転が終了したら、第２の低温側冷凍回路Ｒ２ｂの四方弁２６を通常の加熱運転に切り換え、第１の高温側冷凍回路Ｒ１ａの圧縮機５と、第２の高温側冷凍回路Ｒ１ｂの圧縮機１１と、ポンプ１が停止中である場合には、ポンプ１を駆動すればよい。従って、第１、第２の高温側冷凍回路Ｒ１ａ、Ｒ１ｂにおいては四方弁とアキュームレータを不要として、構成の簡素化を図れる。

また、除霜時に熱の供給源が確保できるため、短時間で除霜を完了させることができる。また、圧縮機を必要以上に温度低下させることがないため、除霜後の加熱運転復帰時の能力立ち上がりが早い。さらに、温水を熱源としないため、除霜時にポンプを停止させることができ、設定温度以下の温水が流出することを防止できる。

さらにまた、第１、第２の低温側冷凍回路Ｒ２ａ、Ｒ２ｂの一方の除霜運転中に、加熱運転される他方の第１、第２低温側冷凍回路Ｒ２ａ、Ｒ２ｂの圧縮機１８、２５の運転周波数が第１、第２の低温側冷凍回路Ｒ２ａ、Ｒ２ｂを共に加熱運転するときの運転周波数よりも高く、第１、第２の送風ファンＦＡ、ＦＢが最大回転数で運転しているので、除霜時間の短縮を図ることができる。

また、第１、第２の空気熱交換器２１、２８（熱交換器モジュールＭ、Ｍ）が互いに隔壁部Ｍｇにより隔離されているので、第１、第２の低温側冷凍回路Ｒ２ａ、Ｒ２ｂの一方の除霜運転中に、他方の空気熱交換器２１、２８の熱影響を受けることがなく、除霜時間の短縮を図ることができる。

なお、この隔壁部Ｍｇは、その内部が空きスペースとして予め形成されている。

図６乃至図８に示すように、この空きスペースは、例えば後述する高調波低減装置６０等の所望のオプション機器を必要に応じて適宜収容し得るスペースである。

なお、図６乃至図８において、隔壁部Ｍｇは正面側と背面側で同様の構成であり、以下、正面側を図示して説明する。

隔壁部Ｍｇに高調波低減装置６０を収容する場合、隔壁部Ｍｇは、図６に示すように板金複数の通気孔５０ａが形成された外蓋５０によって閉じられる。

隔壁部Ｍｇの内部は、図７における左右中央で隔壁部Ｍｇ内部を左右に仕切る左右仕切板５１が設けられ、図８に示すように左右に仕切られた各室にそれぞれ２台の高調波低減装置６０が上下方向に並んで配置される。つまり隔壁部Ｍｇの内部には、計４台の高調波低減装置６０ａ〜６０ｄが収容されている。

この高調波低減装置６０ａ〜６０ｄは、例えば１８パルス整流器や１２パルス整流器であり、制御装置Ｃに収容された各圧縮機用インバータ基板に接続されて、高調波を低減できる。

高調波低減装置６０ａ〜６０ｄには、各々にその内部の熱を排出する排熱ファン６１ａ〜６１ｄが設けられ、側面には図示しない複数の通気孔が形成される。

そして、隔壁部Ｍｇの内部には、高調波低減装置５４ａ〜５４ｄを隠すように、内蓋５２ａ〜５２ｄが設けられる。これら内蓋５２ａ〜５２ｄと外蓋５０との間には隙間が設けられ、高調波低減装置６０ａ〜６０ｄから排出された空気を外蓋５０の通気孔５０ａから隔壁部Ｍｇ外部へ排出するための通風路５３ａ〜５３ｄが形成される。また、内蓋５２ａ〜５３ｄには、高調波低減装置６０ａ〜６０ｄが隔壁部Ｍｇ収容された状態で各排熱ファン６１ａ〜６１ｄに対向してファン用孔５４ａ〜５４ｄが設けられている。排熱ファン６１ａ〜６１ｄから排出された空気は、このファン用孔５４ａ〜５４ｄを介して各通風路５３ａ〜５３ｄに排出される。隣り合う通風路５３ａ、５３ｂ（背面側の５３ｃ、５３ｄ）は左右仕切板５１で仕切られている。つまり、４つの独立した通風路５３ａ〜５３ｄが形成されている。

図８において、左上段に配置される高調波低減装置６０ａは、低温側冷凍回路Ｒ２ａの低温側圧縮機１８用インバータ基板に接続され、右下段に配置される高調波低減装置６０ｂは高温側冷凍回路Ｒ１ａの高温側圧縮機５用インバータ基板に接続される。右上段に配置される高調波低減装置６０ｃは、低温側冷凍回路Ｒ２ｂの低温側圧縮機２５用インバータ基板に接続され、左下段に配置される高調波低減装置６０ｄは、高温側冷凍回路Ｒ１ｂの高温側圧縮機１１用のインバータ基板に接続される。

このように、４つの独立した通風路５３ａ〜５３ｄに対応して各高調波低減装置６０ａ〜６０ｄが配置されており、他の高調波低減装置の排熱の影響を受けないようになっている。

なお、高調波低減装置６０は、必要に応じて組み込まれるもので、最大で４台に組み込まれる場合もあれば、１台も組み込まれない場合もある。

すなわち、高調波低減装置６０は、必要に応じてインバータ基板に選択的に配設可能となっている。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、上述の実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、その要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２Ａ、２Ｂ…水・冷媒熱交換器、３…水流路、５、１１…高温側圧縮機、６ａ…第１の冷媒側流路、９…第１のカスケード熱交換器、１０、１６…高温冷媒流路、１２ａ…第２の冷媒側流路、１５…第２のカスケード熱交換器、２０、３３…第１の低温冷媒流路、２１…第１の空気熱交換器、２８…第２の空気熱交換器、３４、２７…第２の低温冷媒流路、Ｈ…温水配管、Ｋ…筐体、Ｒ１ａ…第１の高温側冷凍回路、Ｒ１ｂ…第２の高温側冷凍回路、Ｒ２ａ…第１の低温側冷凍回路、Ｒ２ｂ…第２の低温側冷凍回路、ＦＡ…第１の送風ファン、ＦＢ…第２の送風ファン。

Claims (2)

1. 高温側圧縮機から吐出された冷媒を水と熱交換する水・冷媒熱交換器をそれぞれ有する二つの高温側冷凍回路と、送風ファンを有する空気熱交換器からなる蒸発器をそれぞれ有する二つの低温側冷凍回路とを同一筐体に搭載すると共に、上記それぞれの高温側冷凍回路がカスケード熱交換器により上記二つの低温側冷凍回路のそれぞれと熱交換可能に構成され、上記高温側冷凍回路の水・冷媒熱交換器の水側流路に水または温水を流通させる温水配管を備え、上記筐体内には装置の運転全体を制御する制御装置が設けられた、複合二元冷凍サイクル装置であって、
   上記二つの低温側冷凍回路は、上記制御装置に接続され、一方の低温側冷凍回路がその蒸発器の除霜運転を行うとき、他方の低温側冷凍回路を、上記カスケード熱交換器で放熱を行うように制御すると共に、他方の低温側冷凍回路の送風ファンの回転数を、両方の低温側冷凍回路を共に加熱運転するときの送風ファンの回転数よりも高い回転数に制御するように構成されていることを特徴とする複合二元冷凍サイクル装置。
2. 上記各カスケード熱交換器は、高温側冷凍回路に連通する高温冷媒流路と、一方の低温側冷凍回路に連通する第１の低温冷媒流路と、他方の低温側冷凍回路に連通する第２の低温冷媒流路を備えると共に、前記第１の低温冷媒流路同士と、前記第２の冷媒流路同士をそれぞれ直列に接続し、上記高温冷媒流路の一面側に第１の低温冷媒流路を配置し、他面側に第２の低温冷媒流路を配置したプレート式熱交換器により構成されることを特徴とする請求項１記載の複合二元冷凍サイクル装置。

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