JP5934916B2 - Refrigeration cycle apparatus and hot water generator provided with the same - Google Patents

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Description

本発明は、低温側冷媒回路と高温側冷媒回路とがカスケード熱交換器を介して接続される二元冷凍サイクルを備えた、冷凍サイクル装置に関するものである。   The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus including a dual refrigeration cycle in which a low temperature side refrigerant circuit and a high temperature side refrigerant circuit are connected via a cascade heat exchanger.

従来、この種の冷凍サイクル装置および温水生成装置は、高温の温風または温水を生成することを目的のひとつとして、二元冷凍サイクルが利用されている(例えば、特許文献1を参照)。   Conventionally, a refrigeration cycle apparatus and a hot water generator of this type use a dual refrigeration cycle for the purpose of generating high-temperature hot air or hot water (see, for example, Patent Document 1).

図5は、特許文献1に記載された従来の冷凍サイクル装置を示すものである。   FIG. 5 shows a conventional refrigeration cycle apparatus described in Patent Document 1. As shown in FIG.

図5に示すように、冷凍サイクル装置100は、低温側冷媒を循環させる低温側冷媒回路110と、高温側冷媒を循環させる高温側冷媒回路120と、温水を循環させる温水回路130とを備えている。低温側冷媒回路110は、低温側圧縮機111、低温側四方弁112、高温側冷媒と熱交換し凝縮器として機能するカスケード熱交換器113、低温側膨張弁114および蒸発器115が配管により環状に接続されて構成されている。   As shown in FIG. 5, the refrigeration cycle apparatus 100 includes a low temperature side refrigerant circuit 110 that circulates a low temperature side refrigerant, a high temperature side refrigerant circuit 120 that circulates a high temperature side refrigerant, and a hot water circuit 130 that circulates hot water. Yes. The low-temperature side refrigerant circuit 110 includes a low-temperature side compressor 111, a low-temperature side four-way valve 112, a cascade heat exchanger 113 that exchanges heat with the high-temperature side refrigerant and functions as a condenser, a low-temperature side expansion valve 114, and an evaporator 115 that are annular. Connected to and configured.

また、高温側冷媒回路120は、高温側圧縮機121、高温側四方弁122、温水と熱交換し凝縮器として機能する高温側熱交換器123、高温側膨張弁124、および低温側冷媒と熱交換し蒸発器として機能するカスケード熱交換器113が、配管により環状に接続されて構成されている。   The high temperature side refrigerant circuit 120 includes a high temperature side compressor 121, a high temperature side four-way valve 122, a high temperature side heat exchanger 123 that exchanges heat with hot water and functions as a condenser, a high temperature side expansion valve 124, and a low temperature side refrigerant and heat. A cascade heat exchanger 113 that exchanges and functions as an evaporator is configured to be connected annularly by piping.

一方、温水回路130は、循環ポンプ131、高温側冷媒と熱交換し温水を生成する高温側熱交換器123、および、例えば貯湯タンクやファンコンベクターのような放熱器132が配管により環状に接続されて構成されている。   On the other hand, in the hot water circuit 130, a circulation pump 131, a high temperature side heat exchanger 123 that generates heat by exchanging heat with a high temperature side refrigerant, and a radiator 132 such as a hot water storage tank or a fan convector are annularly connected by piping. Configured.

さらに、冷凍サイクル装置100は、圧縮機111から吐出される冷媒の圧力(圧縮機吐出圧力)Pdを検出する圧力センサ151と、低温側圧縮機111および高温側圧縮機121が停止した状態から起動する場合に、まず低温側圧縮機111を起動し、圧力センサ151で検出された吐出圧力Pdが所定の圧力以上となった後に、高温側圧縮機121を起動するように圧縮機を制御する、圧縮機制御部141とから構成されている。   Furthermore, the refrigeration cycle apparatus 100 is started from a state in which the pressure sensor 151 that detects the pressure of the refrigerant discharged from the compressor 111 (compressor discharge pressure) Pd, and the low temperature side compressor 111 and the high temperature side compressor 121 are stopped. When starting, the low temperature side compressor 111 is started first, and after the discharge pressure Pd detected by the pressure sensor 151 becomes equal to or higher than a predetermined pressure, the compressor is controlled to start the high temperature side compressor 121. And a compressor control unit 141.

特開2010−196951号公報JP 2010-196951 A

しかしながら、前記従来の構成では、長時間の運転停止状態の後、貯湯タンク等での蓄熱により高温側冷媒で加熱される温水の温度が高い状態において、高圧シェル型の圧縮機を起動する場合は、高温側熱交換器における凝縮温度が高く、かつ、低温側圧縮機の先行運転によりカスケード熱交換器における蒸発温度が高い状態であるため、高温側圧縮機の起動とともに高温側の吐出圧力が急激に上昇する。   However, in the conventional configuration, when the high-pressure shell type compressor is started in a state where the temperature of hot water heated by the high-temperature side refrigerant is high due to heat storage in a hot water storage tank or the like after a long-time shutdown state, Since the condensation temperature in the high temperature side heat exchanger is high and the evaporation temperature in the cascade heat exchanger is high due to the preceding operation of the low temperature side compressor, the discharge pressure on the high temperature side suddenly increases as the high temperature side compressor starts. To rise.

一方、高温側圧縮機のシェル温度は、長時間の停止により温度低下した状態から徐々に温度上昇する。その為、高温側圧縮機のシェル内部で吐出冷媒が凝縮して液冷媒となり、圧縮機シェル内部のオイルと混合された状態で圧縮機からシステム内に多量に吐出される
On the other hand, the shell temperature of the high-temperature side compressor gradually rises from a state where the temperature has dropped due to a long-term stoppage. Therefore, the discharged refrigerant condenses inside the shell of the high-temperature side compressor to become liquid refrigerant, and is discharged in large quantities from the compressor into the system in a state of being mixed with the oil inside the compressor shell.

その結果、圧縮機のオイル量不足が発生し、最悪の場合、圧縮機が損傷する可能性があり、機器の信頼性が確保できないという課題を有していた。   As a result, the amount of oil in the compressor is insufficient, and in the worst case, the compressor may be damaged, and the reliability of the equipment cannot be ensured.

また、圧縮機シェル内部での冷媒凝縮による起動時のオイル吐出を防止するために、停止中の圧縮機シェルをヒーターで加熱して、圧縮機シェル温度を予め高く維持する場合は、非常に大きな待機電力を消費することとなり、省エネルギー性が欠如するという課題を有していた。   In addition, in order to prevent oil discharge at the time of start-up due to refrigerant condensation inside the compressor shell, when the compressor shell being stopped is heated with a heater to keep the compressor shell temperature high in advance, it is very large. Standby power was consumed, and there was a problem of lack of energy saving.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、圧縮機を適切に起動することで、圧縮機のオイル量不足を防止し、省エネルギーでかつ信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above-described conventional problems, and to provide a refrigeration cycle apparatus that prevents energy shortage of the compressor and that is energy-saving and highly reliable by appropriately starting the compressor. And

前記従来の課題を解決するために、本発明の冷凍サイクル装置は、低温側冷媒を圧縮する低温側圧縮機、前記低温側冷媒の流路方向を切り替える低温側四方弁、前記低温側冷媒の凝縮器または蒸発器として機能するカスケード熱交換器、低温側膨張手段、前記低温側冷媒の蒸発器または凝縮器として機能する低温側熱交換器、を有する低温側冷媒回路と、高温側冷媒を圧縮する高温側圧縮機、前記高温側冷媒の流路方向を切り替える高温側四方弁、前記高温側冷媒の放熱器または蒸発器として機能する高温側熱交換器、高温側膨張手段、前記高温側冷媒の蒸発器または凝縮器として機能する前記カスケード熱交換器、を有する高温側冷媒回路と、前記高温側圧縮機の温度を検出する第1温度センサと、前記高温側熱交換器において前記高温側冷媒と熱交換される熱媒体の温度を検出する第2温度センサと、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記第2温度センサで検出される温度が前記第1温度センサで検出される温度より所定値以上高い場合、前記カスケード熱交換器が前記低温側冷媒の蒸発器かつ高温側冷媒の凝縮器として機能する状態で、前記低温側圧縮機および前記高温側圧縮機を起動して運転させた後に、前記カスケード熱交換器が前記低温側冷媒の凝縮器かつ前記高温側冷媒の蒸発器として機能する運転に切り替えることを特徴とするものである。   In order to solve the conventional problems, a refrigeration cycle apparatus according to the present invention includes a low temperature side compressor that compresses a low temperature side refrigerant, a low temperature side four-way valve that switches a flow direction of the low temperature side refrigerant, and condensation of the low temperature side refrigerant. A low-temperature side refrigerant circuit having a cascade heat exchanger functioning as an evaporator or an evaporator, a low-temperature side expansion means, a low-temperature side heat exchanger functioning as an evaporator or a condenser of the low-temperature side refrigerant, and compressing the high-temperature side refrigerant A high temperature side compressor, a high temperature side four-way valve for switching the flow direction of the high temperature side refrigerant, a high temperature side heat exchanger functioning as a radiator or evaporator of the high temperature side refrigerant, a high temperature side expansion means, and evaporation of the high temperature side refrigerant A high temperature side refrigerant circuit having the cascade heat exchanger functioning as a condenser or a condenser, a first temperature sensor for detecting a temperature of the high temperature side compressor, and the high temperature side in the high temperature side heat exchanger A second temperature sensor for detecting a temperature of the heat medium exchanged with the medium, and a control device, wherein the control device detects a temperature detected by the second temperature sensor by the first temperature sensor. When the temperature is higher than a predetermined value by a temperature, the cascade heat exchanger functions as an evaporator for the low-temperature side refrigerant and a condenser for the high-temperature side refrigerant, and starts up and operates the low-temperature side compressor and the high-temperature side compressor. Then, the cascade heat exchanger is switched to an operation that functions as a condenser for the low-temperature side refrigerant and an evaporator for the high-temperature side refrigerant.

これによって、カスケード熱交換器が低温側冷媒の蒸発器かつ高温側冷媒の凝縮器として機能する状態で、低温側圧縮機および高温側圧縮機を起動して運転した場合には、高温側冷凍サイクルの吐出冷媒が、低温側冷凍サイクルの低圧低温冷媒と熱交換して凝縮されるので、高温側冷凍サイクルの急激な吐出圧力上昇が抑制される。   Thus, when the cascade heat exchanger functions as a low-temperature side refrigerant evaporator and a high-temperature side refrigerant condenser and starts up and operates the low-temperature side compressor and the high-temperature side compressor, the high-temperature side refrigeration cycle Since the discharged refrigerant is condensed by exchanging heat with the low-pressure low-temperature refrigerant in the low-temperature side refrigeration cycle, a rapid increase in discharge pressure in the high-temperature side refrigeration cycle is suppressed.

したがって、その後に行われる、カスケード熱交換器が低温側冷媒の凝縮器かつ高温側冷媒の蒸発器として機能する運転開始時には、高温側圧縮機のシェル温度と高温側熱交換器の熱媒体温度との温度差が小さくなり、圧縮機シェル内部での吐出冷媒凝縮が抑制されることで、凝縮冷媒と混合してサイクル中へと流出するオイル量を低減することができる。   Therefore, at the start of operation in which the cascade heat exchanger that is performed thereafter functions as a condenser for the low-temperature side refrigerant and an evaporator for the high-temperature side refrigerant, the shell temperature of the high-temperature side compressor and the heat medium temperature of the high-temperature side heat exchanger are The temperature difference between the refrigerant and the refrigerant is reduced, and the condensation of the discharged refrigerant inside the compressor shell is suppressed, so that the amount of oil mixed with the condensed refrigerant and flowing out into the cycle can be reduced.

本発明によれば、圧縮機を適切に起動することで、圧縮機のオイル量不足を防止し、省エネルギーでかつ信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, by starting a compressor appropriately, the shortage of the oil quantity of a compressor can be prevented, and an energy saving and highly reliable refrigeration cycle apparatus can be provided.

本発明の実施の形態1における冷凍サイクル装置の概略構成図Schematic configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 従来の冷凍サイクル装置の運転開始時の冷凍サイクルの経時変化を示すグラフA graph showing the change over time of the refrigeration cycle at the start of operation of the conventional refrigeration cycle apparatus 本発明の実施の形態1における冷凍サイクル装置の運転時の冷凍サイクルの経時変化を示すグラフThe graph which shows the time-dependent change of the refrigerating cycle at the time of the driving | operation of the refrigerating-cycle apparatus in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における冷凍サイクル装置の運転制御のフローチャートFlowchart of operation control of the refrigeration cycle apparatus in Embodiment 1 of the present invention. 従来の冷凍サイクル装置の概略構成図Schematic configuration diagram of a conventional refrigeration cycle apparatus

第1の発明は、低温側冷媒を圧縮する低温側圧縮機、前記低温側冷媒の流路方向を切り替える低温側四方弁、前記低温側冷媒の凝縮器または蒸発器として機能するカスケード熱交換器、低温側膨張手段、前記低温側冷媒の蒸発器または凝縮器として機能する低温側熱交換器、を有する低温側冷媒回路と、高温側冷媒を圧縮する高温側圧縮機、前記高温側冷媒の流路方向を切り替える高温側四方弁、前記高温側冷媒の放熱器または蒸発器として機能する高温側熱交換器、高温側膨張手段、前記高温側冷媒の蒸発器または凝縮器として機能する前記カスケード熱交換器、を有する高温側冷媒回路と、前記高温側圧縮機の温度を検出する第1温度センサと、前記高温側熱交換器において前記高温側冷媒と熱交換される熱媒体の温度を検出する第2温度センサと、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記第2温度センサで検出される温度が前記第1温度センサで検出される温度より所定値以上高い場合、前記カスケード熱交換器が前記低温側冷媒の蒸発器かつ高温側冷媒の凝縮器として機能する状態で、前記低温側圧縮機および前記高温側圧縮機を起動して運転させた後に、前記カスケード熱交換器が前記低温側冷媒の凝縮器かつ前記高温側冷媒の蒸発器として機能する運転に切り替えることを特徴とする、冷凍サイクル装置である。   A first invention includes a low temperature side compressor that compresses a low temperature side refrigerant, a low temperature side four-way valve that switches a flow direction of the low temperature side refrigerant, a cascade heat exchanger that functions as a condenser or an evaporator of the low temperature side refrigerant, A low temperature side refrigerant circuit having a low temperature side expansion means, a low temperature side heat exchanger functioning as an evaporator or a condenser of the low temperature side refrigerant, a high temperature side compressor that compresses the high temperature side refrigerant, and a flow path of the high temperature side refrigerant High-temperature side four-way valve for switching the direction, high-temperature side heat exchanger functioning as a radiator or evaporator for the high-temperature side refrigerant, high-temperature side expansion means, and the cascade heat exchanger functioning as an evaporator or condenser for the high-temperature side refrigerant , A first temperature sensor that detects the temperature of the high-temperature side compressor, and a second temperature that detects the temperature of the heat medium that exchanges heat with the high-temperature side refrigerant in the high-temperature side heat exchanger. Warm When the temperature detected by the second temperature sensor is higher than the temperature detected by the first temperature sensor by a predetermined value or more, the control device includes the sensor and the control device. The cascade heat exchanger condenses the low temperature side refrigerant after the low temperature side compressor and the high temperature side compressor are started and operated in a state of functioning as a side refrigerant evaporator and a high temperature side refrigerant condenser. And a refrigeration cycle apparatus that switches to an operation that functions as an evaporator for the high-temperature refrigerant.

これにより、カスケード熱交換器が低温側冷媒の蒸発器かつ高温側冷媒の凝縮器として機能する状態で、低温側圧縮機および高温側圧縮機を起動して運転した場合には、高温側冷凍サイクルの吐出冷媒が、高温側熱交換器における熱媒体(例えば水媒体)より十分低温となる低温側冷凍サイクルの低圧低温冷媒と熱交換して凝縮されるので、高温側冷凍サイクルの吐出圧力上昇が抑制される。   Thus, in the state where the cascade heat exchanger functions as a low temperature side refrigerant evaporator and a high temperature side refrigerant condenser, when the low temperature side compressor and the high temperature side compressor are started and operated, the high temperature side refrigeration cycle Since the discharged refrigerant is condensed by exchanging heat with the low-pressure and low-temperature refrigerant in the low-temperature refrigeration cycle that is sufficiently lower than the heat medium (for example, aqueous medium) in the high-temperature side heat exchanger, It is suppressed.

よって、高温側圧縮機のシェル温度は短時間で吐出圧力飽和温度以上となるので、圧縮機シェル内部での吐出冷媒凝縮によるオイル吐出を抑制しながら、圧縮機シェル温度を十分に上昇させることができる。   Therefore, since the shell temperature of the high-temperature side compressor becomes equal to or higher than the discharge pressure saturation temperature in a short time, the compressor shell temperature can be sufficiently increased while suppressing oil discharge due to condensation of the discharge refrigerant inside the compressor shell. it can.

したがって、その後に行われるカスケード熱交換器を低温側冷媒の凝縮器かつ高温側冷媒の蒸発器として機能する運転時には、高温側圧縮機のシェル温度と高温側熱交換器の熱媒体温度との温度差が小さくなり、圧縮機シェル内部での吐出冷媒凝縮が抑制されることで、凝縮冷媒と混合してサイクル中へと流出するオイル量が低減される。   Therefore, during the subsequent operation in which the cascade heat exchanger functions as a low-temperature refrigerant condenser and a high-temperature refrigerant evaporator, the temperature between the shell temperature of the high-temperature side compressor and the heat medium temperature of the high-temperature side heat exchanger. By reducing the difference and condensing the discharged refrigerant inside the compressor shell, the amount of oil mixed with the condensed refrigerant and flowing out into the cycle is reduced.

その結果、圧縮機内のオイル量低下による圧縮機の損傷を防止することが可能となり、停止圧縮機のシェルをヒーターなどで加温する待機電力消費を抑制しながら、機器の信頼性を向上することができる。   As a result, it is possible to prevent the compressor from being damaged due to a decrease in the amount of oil in the compressor, and to improve the reliability of the equipment while suppressing standby power consumption to heat the shell of the stopped compressor with a heater etc. Can do.

第2の発明は、特に第1の発明において、前記カスケード熱交換器が前記低温側冷媒の蒸発器かつ高温側冷媒の凝縮器として機能する状態の運転において、前記第2温度センサで検出される温度と前記第1温度センサで検出される温度との温度差が、所定の温度差未満となった時に、前記運転を切り替えることを特徴とするものである。   In a second aspect of the invention, particularly in the first aspect of the invention, the cascade heat exchanger is detected by the second temperature sensor in an operation in a state where the cascade heat exchanger functions as an evaporator of the low-temperature side refrigerant and a condenser of the high-temperature side refrigerant. The operation is switched when the temperature difference between the temperature and the temperature detected by the first temperature sensor becomes less than a predetermined temperature difference.

これにより、高温側圧縮機のシェル温度が、圧縮機シェル内部での吐出冷媒凝縮が発生しない温度まで上昇したことを判断したうえで、運転切り替えを行うことができるので、高温側圧縮機からのオイル吐出量をより確実に低減することができる。   As a result, since it is determined that the shell temperature of the high-temperature side compressor has increased to a temperature at which the refrigerant condensation inside the compressor shell does not occur, operation switching can be performed. The oil discharge amount can be reduced more reliably.

第3の発明は、特に第1または第2の発明において、前記高温側冷媒回路は、前記高温側圧縮機から吐出される冷媒の圧力を検出する圧力検出手段を備え、前記カスケード熱交換器が前記低温側冷媒の蒸発器かつ高温側冷媒の凝縮器として機能する状態の運転において、前記圧力検出手段で検出される圧力が、所定の圧力となるように運転することを特徴とするものである。   In a third aspect of the invention, particularly in the first or second aspect of the invention, the high temperature side refrigerant circuit includes pressure detection means for detecting the pressure of the refrigerant discharged from the high temperature side compressor, and the cascade heat exchanger includes In the operation in a state of functioning as the evaporator of the low-temperature side refrigerant and the condenser of the high-temperature side refrigerant, the operation is performed so that the pressure detected by the pressure detecting means becomes a predetermined pressure. .

これにより、カスケード熱交換器における高温側冷凍サイクルの凝縮温度が安定状態となるので、高温側冷媒から吸熱する低温側冷凍サイクルの吸入圧力が安定状態となり、高温側および低温側の冷凍サイクルにおける運転圧力の過剰な上昇や低下が抑制される。   As a result, the condensation temperature of the high temperature side refrigeration cycle in the cascade heat exchanger becomes stable, so the suction pressure of the low temperature side refrigeration cycle that absorbs heat from the high temperature side refrigerant becomes stable, and the operation in the high temperature side and low temperature side refrigeration cycles An excessive increase or decrease in pressure is suppressed.

したがって、上記第1または第2の発明の効果に加え、高温側および低温側の冷凍サイクルにおける運転圧力が、圧縮機の圧力使用範囲を逸脱することを防止するので、圧縮機の信頼性をより向上させることができる。また、配管長が長い場合などの多様な設置条件においても信頼性を向上させることができる。   Therefore, in addition to the effects of the first or second invention, the operating pressure in the refrigeration cycle on the high temperature side and the low temperature side is prevented from deviating from the pressure usage range of the compressor. Can be improved. Further, the reliability can be improved even in various installation conditions such as when the pipe length is long.

第4の発明は、特に第1〜3のいずれか1つの発明の冷凍サイクル装置を備える温水生成装置において、前記熱媒体は、水、または、不凍液であり、前記高温側熱交換器により加温された前記熱媒体を、給湯と暖房の少なくとも一方に利用することを特徴とするものである。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a hot water generating apparatus including the refrigeration cycle apparatus according to any one of the first to third aspects of the invention, wherein the heat medium is water or an antifreeze liquid, and is heated by the high temperature side heat exchanger. The heat medium is used for at least one of hot water supply and heating.

これにより、放熱器は、水−空気熱交換器や不凍液−水熱交換器など、種類を限定する必要がない。   Thereby, there is no need to limit a kind of radiator, such as a water-air heat exchanger or an antifreeze-water heat exchanger.

したがって、高温側熱交換器により加温された熱媒体を、暖房機器(温風機、ラジエータ、床暖房パネル等)や給湯機器などに幅広く使用することができる。   Therefore, the heat medium heated by the high temperature side heat exchanger can be widely used for heating equipment (hot air machines, radiators, floor heating panels, etc.), hot water supply equipment, and the like.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における冷凍サイクル装置および温水生成装置の概略構成図を示すものである。図1において、冷凍サイクル装置1Aは、低温側冷媒を循環させる低温側冷媒回路2と、高温側冷媒を循環させる高温側冷媒回路3とを備えている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus and a hot water generator in a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the refrigeration cycle apparatus 1 </ b> A includes a low temperature side refrigerant circuit 2 that circulates a low temperature side refrigerant and a high temperature side refrigerant circuit 3 that circulates a high temperature side refrigerant.

ここで、冷媒としては、例えば、R407C等の非共沸混合冷媒、R410A等の擬似共沸混合冷媒、またはR134a等の単一冷媒等を用いることができる。   Here, as the refrigerant, for example, a non-azeotropic mixed refrigerant such as R407C, a pseudo-azeotropic mixed refrigerant such as R410A, or a single refrigerant such as R134a can be used.

低温側冷媒回路2は、高圧シェル型の低温側圧縮機21、低温側四方弁25、高温側冷媒と熱交換して凝縮器または蒸発器として機能するカスケード熱交換器22、低温側膨張弁(低温側膨張手段)23および蒸発器または凝縮器として機能する低温側熱交換器24が配管により環状に接続されて構成されている。   The low-temperature side refrigerant circuit 2 includes a high-pressure shell-type low-temperature side compressor 21, a low-temperature side four-way valve 25, a cascade heat exchanger 22 that exchanges heat with the high-temperature side refrigerant and functions as a condenser or an evaporator, A low temperature side expansion means) 23 and a low temperature side heat exchanger 24 functioning as an evaporator or a condenser are connected in a ring shape by piping.

高温側冷媒回路3は、高圧シェル型の高温側圧縮機31、高温側四方弁35、凝縮器または蒸発器として機能する高温側熱交換器32、高温側膨張弁(高温側膨張手段)33および低温側冷媒と熱交換して蒸発器または凝縮器として機能するカスケード熱交換器22が配管により環状に接続されて構成されている。   The high temperature side refrigerant circuit 3 includes a high pressure shell type high temperature side compressor 31, a high temperature side four-way valve 35, a high temperature side heat exchanger 32 functioning as a condenser or an evaporator, a high temperature side expansion valve (high temperature side expansion means) 33, and A cascade heat exchanger 22 that functions as an evaporator or a condenser by exchanging heat with the low-temperature side refrigerant is connected in a ring shape by piping.

本実施の形態では、冷凍サイクル装置1Aが、加熱手段により生成した温水を給湯や暖房に利用する温水生成装置の加熱手段を構成しており、高温側熱交換器32が、高温側冷媒と水との間で熱交換を行わせて水を加熱する熱交換器となっている。   In the present embodiment, the refrigeration cycle apparatus 1A constitutes a heating means of a hot water generating apparatus that uses hot water generated by the heating means for hot water supply or heating, and the high temperature side heat exchanger 32 includes a high temperature side refrigerant and water. It is a heat exchanger that heats water by exchanging heat with the water.

具体的には、高温側熱交換器32と、水ポンプ71と、例えば貯湯タンクやファンコンベクター等の放熱器72とが配管により環状に接続されている温水回路7が備えられており、高温側熱交換器32で加熱された温水が放熱器72で放熱され、蓄熱や暖房が行われる。   Specifically, there is provided a hot water circuit 7 in which a high temperature side heat exchanger 32, a water pump 71, and a radiator 72 such as a hot water storage tank or a fan convector are annularly connected by piping, and the high temperature side The hot water heated by the heat exchanger 32 is radiated by the radiator 72, and heat storage and heating are performed.

カスケード熱交換器22を低温側冷媒の凝縮器かつ高温側冷媒の蒸発器として使用する通常運転では、低温側冷媒回路2は、低温側圧縮機21から吐出された冷媒が低温側四方弁25を介してカスケード熱交換器22に送られ、高温側冷媒回路3は、高温側圧縮機31から吐出された冷媒が高温側四方弁35を介して高温側熱交換器32に送られる。   In a normal operation in which the cascade heat exchanger 22 is used as a low temperature side refrigerant condenser and a high temperature side refrigerant evaporator, the low temperature side refrigerant circuit 2 causes the refrigerant discharged from the low temperature side compressor 21 to pass through the low temperature side four-way valve 25. In the high temperature side refrigerant circuit 3, the refrigerant discharged from the high temperature side compressor 31 is sent to the high temperature side heat exchanger 32 via the high temperature side four-way valve 35.

一方、デフロスト運転では、低温側冷媒回路2は、低温側圧縮機21から吐出された冷媒が低温側四方弁25を介して低温側熱交換器24に送られ、高温側冷媒回路3は、高温側圧縮機31から吐出された冷媒が、高温側四方弁35を介してカスケード熱交換器22に送られる。図1では、通常運転時の冷媒の流れ方向を矢印で示している。   On the other hand, in the defrost operation, in the low temperature side refrigerant circuit 2, the refrigerant discharged from the low temperature side compressor 21 is sent to the low temperature side heat exchanger 24 via the low temperature side four-way valve 25. The refrigerant discharged from the side compressor 31 is sent to the cascade heat exchanger 22 via the high temperature side four-way valve 35. In FIG. 1, the direction of refrigerant flow during normal operation is indicated by arrows.

以下、通常運転における冷媒の状態変化を説明する。   Hereinafter, the state change of the refrigerant in the normal operation will be described.

低温側冷媒回路2において、低温側圧縮機21から吐出された高圧の低温側冷媒は、カスケード熱交換器22に流入し、高温側冷媒回路3を循環する冷凍サイクルにおける、低圧の高温側冷媒と熱交換して放熱する。カスケード熱交換器22から流出した高圧の低温側冷媒は、低温側膨張弁23によって減圧されて膨張した後に、低温側熱交換器24に流入する。低温側熱交換器24に流入した低圧の低温側冷媒は、ここで空気から吸熱し蒸発する。低温側熱交換器24において蒸発した低圧の低温側冷媒は、再度、低温側圧縮機21に吸入される。   In the low temperature side refrigerant circuit 2, the high pressure low temperature side refrigerant discharged from the low temperature side compressor 21 flows into the cascade heat exchanger 22, and the low pressure high temperature side refrigerant in the refrigeration cycle circulating in the high temperature side refrigerant circuit 3 Heat exchange to dissipate heat. The high-pressure low-temperature side refrigerant that has flowed out of the cascade heat exchanger 22 is decompressed and expanded by the low-temperature side expansion valve 23, and then flows into the low-temperature side heat exchanger 24. The low-pressure low-temperature side refrigerant flowing into the low-temperature side heat exchanger 24 absorbs heat from the air and evaporates. The low-pressure low-temperature side refrigerant evaporated in the low-temperature side heat exchanger 24 is sucked into the low-temperature side compressor 21 again.

一方、高温側冷媒回路3においては、カスケード熱交換器22における低温側冷媒の放熱によって、高温側冷媒回路3を循環する冷凍サイクルにおける、低圧の高温側冷媒が加熱されて蒸発する。カスケード熱交換器22において蒸発した低圧の高温側冷媒は、高温側圧縮機31に吸入し、冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮された後に、吐出される。   On the other hand, in the high temperature side refrigerant circuit 3, the low temperature high temperature side refrigerant in the refrigeration cycle circulating in the high temperature side refrigerant circuit 3 is heated and evaporated by the heat radiation of the low temperature side refrigerant in the cascade heat exchanger 22. The low-pressure high-temperature side refrigerant evaporated in the cascade heat exchanger 22 is sucked into the high-temperature side compressor 31 and compressed after being compressed to a high pressure in the refrigeration cycle, and then discharged.

高温側圧縮機31から吐出された高圧の高温側冷媒は、高温側熱交換器32に流入し、循環ポンプ71によって温水回路7を循環する水媒体と熱交換して放熱する。高温側熱交換器32から流出した高圧の高温側冷媒は、高温側膨張弁33によって減圧されて膨張した後に、再び、カスケード熱交換器22に流入する。   The high-pressure high-temperature side refrigerant discharged from the high-temperature side compressor 31 flows into the high-temperature side heat exchanger 32 and exchanges heat with the aqueous medium circulating in the hot water circuit 7 by the circulation pump 71 to radiate heat. The high-pressure high-temperature side refrigerant that has flowed out of the high-temperature side heat exchanger 32 is decompressed by the high-temperature side expansion valve 33 and expanded, and then flows into the cascade heat exchanger 22 again.

本実施の形態の冷凍サイクル装置1Aの構成は、上述のように、高温側冷媒回路3を循環する低圧の高温側冷媒が、低温側冷媒回路2を循環する高圧の低温側冷媒の放熱によって加熱されるようになっているので、高温側冷媒回路3における冷凍サイクルの凝縮温度は、低温側冷媒回路2における冷凍サイクルの凝縮温度よりも高温にすることができる。   In the configuration of the refrigeration cycle apparatus 1A of the present embodiment, as described above, the low-pressure high-temperature side refrigerant circulating in the high-temperature side refrigerant circuit 3 is heated by the heat radiation of the high-pressure low-temperature side refrigerant circulating in the low-temperature side refrigerant circuit 2. Thus, the condensation temperature of the refrigeration cycle in the high temperature side refrigerant circuit 3 can be higher than the condensation temperature of the refrigeration cycle in the low temperature side refrigerant circuit 2.

したがって、高温側熱交換器32における高温側冷媒の放熱によって、高温の水媒体を得ることができるようになっている。   Therefore, a high temperature aqueous medium can be obtained by the heat radiation of the high temperature side refrigerant in the high temperature side heat exchanger 32.

しかしながら、水媒体温度が高温側圧縮機31のシェル温度より高く、温度差が大きい状態(例えば、冷凍サイクル装置1Aにより、水媒体が高温状態となる加熱運転が実施され、サーモオフなどにより停止された後、高温側圧縮機31のシェル温度が周囲温度付近まで低下した状態)で、加熱運転が開始された場合、高温側圧縮機31内のオイルが多量に吐出されて、圧縮機内部の給油不良により、圧縮機が損傷するといった問題もある。   However, the temperature of the aqueous medium is higher than the shell temperature of the high-temperature compressor 31 and the temperature difference is large (for example, the refrigeration cycle apparatus 1A performs a heating operation in which the aqueous medium becomes a high temperature state, and is stopped by thermo-off or the like. After that, when the heating operation is started in a state where the shell temperature of the high temperature side compressor 31 is lowered to the vicinity of the ambient temperature), a large amount of oil in the high temperature side compressor 31 is discharged, resulting in poor lubrication inside the compressor. As a result, there is a problem that the compressor is damaged.

これは、上述した環境条件において、加熱運転開始により低温側圧縮機21と高温側圧縮機31を運転すると、高温側熱交換器32において、放熱する水媒体の温度が高温であることと、カスケード熱交換器22において、低温側冷媒回路2を循環する高圧の低温側冷媒により十分に吸熱源が供給されていることにより、高温側圧縮機31の吐出圧力が急激に上昇するためである。   This is because, when the low temperature side compressor 21 and the high temperature side compressor 31 are operated by starting the heating operation in the above-described environmental conditions, the high temperature side heat exchanger 32 has a high temperature of the radiating aqueous medium, and cascade. This is because, in the heat exchanger 22, the discharge pressure of the high-temperature side compressor 31 rapidly increases because the heat absorption source is sufficiently supplied by the high-pressure low-temperature side refrigerant circulating in the low-temperature side refrigerant circuit 2.

つまり、高温側圧縮機31のシェル温度は、運転により加熱されていくが、圧縮機自体の熱容量により、周囲温度付近から徐々に温度上昇していく。そのため、図2中a−b区間のように、高温側圧縮機31のシェル温度が、吐出圧力の飽和温度を下回る状態となり、高温側圧縮機31の内部において、吐出された高温側冷媒が、高温側圧縮機31のシェルと熱交換することによって凝縮される。   That is, the shell temperature of the high-temperature side compressor 31 is heated by the operation, but gradually increases from around the ambient temperature due to the heat capacity of the compressor itself. Therefore, as in the section ab in FIG. 2, the shell temperature of the high temperature side compressor 31 becomes lower than the saturation temperature of the discharge pressure, and the discharged high temperature side refrigerant is inside the high temperature side compressor 31. It is condensed by exchanging heat with the shell of the high temperature side compressor 31.

そして、凝縮により液冷媒となった高温側冷媒は、高温側圧縮機31内のオイルと混合し、シェル内部のオイルを希釈しながら、液面(オイル+液冷媒)の上昇によって圧縮機から多量に吐出される。その後、図2中b以降のように、高温側圧縮機31のシェル温度が、吐出圧力飽和温度より高くなると、希釈されたオイル中の冷媒成分が蒸発するために、液面は一気に低下し、給油可能な液面高さを下回ることとなる。   And the high temperature side refrigerant | coolant which became the liquid refrigerant by condensation is mixed with the oil in the high temperature side compressor 31, and a large amount from a compressor by the rise of a liquid level (oil + liquid refrigerant), diluting the oil inside a shell. Discharged. Thereafter, as shown in FIG. 2b and thereafter, when the shell temperature of the high-temperature side compressor 31 becomes higher than the discharge pressure saturation temperature, the refrigerant component in the diluted oil evaporates, so the liquid level drops at a stretch. It will be below the liquid level that can be refueled.

また、上述した環境条件において、高温側圧縮機31内のオイルが多量に吐出されることを防止するために、ヒーター等の加熱源を用いて、停止中の圧縮機シェルを加熱する場合は、待機電力が大きくなり、省エネルギー性を損なうことになる。   Further, in the above-described environmental conditions, in order to prevent a large amount of oil in the high temperature side compressor 31 from being discharged, a heating source such as a heater is used to heat the stopped compressor shell. The standby power is increased and the energy saving performance is impaired.

よって、高温の水媒体を生成し、幅広い用途や環境条件で活用し、省エネルギー性と機器の信頼性を確保するためには、この起動時のオイル吐出を抑制することが重要である。   Therefore, in order to generate a high-temperature aqueous medium and use it in a wide range of applications and environmental conditions to ensure energy saving and device reliability, it is important to suppress oil discharge at the time of startup.

本実施の形態では、詳しくは後述するが、制御装置4は、水媒体の温度が高温側圧縮機31のシェル温度より、所定の温度差以上高い状態において、加熱運転を開始する場合に、まず、予備運転として、カスケード熱交換器22が低温側冷媒の蒸発器かつ高温側冷媒の凝縮器として機能する状態になるように、低温側四方弁25および高温側四方弁35の流路を設定し、低温側圧縮機21および高温側圧縮機31を起動させた後、高温側冷凍サイクルの吐出圧力が所定の圧力となるように低温側圧縮機21の回転数を調整し、運転させる。   In the present embodiment, as will be described in detail later, the control device 4 first starts the heating operation in a state where the temperature of the aqueous medium is higher than the shell temperature of the high temperature side compressor 31 by a predetermined temperature difference or more. As a preliminary operation, the flow paths of the low temperature side four-way valve 25 and the high temperature side four way valve 35 are set so that the cascade heat exchanger 22 functions as a low temperature side refrigerant evaporator and a high temperature side refrigerant condenser. After starting the low temperature side compressor 21 and the high temperature side compressor 31, the rotational speed of the low temperature side compressor 21 is adjusted and operated so that the discharge pressure of the high temperature side refrigeration cycle becomes a predetermined pressure.

そして、水媒体の温度と高温側圧縮機31のシェル温度との温度差が、所定の温度差未満になると、予備運転を終了し、カスケード熱交換器22が低温側冷媒の凝縮器かつ高温側冷媒の蒸発器として機能する状態になるように、低温側四方弁25および高温側四方弁35の流路を設定し、通常運転に切り替えて運転させる。   When the temperature difference between the temperature of the aqueous medium and the shell temperature of the high temperature side compressor 31 becomes less than the predetermined temperature difference, the preliminary operation is terminated, and the cascade heat exchanger 22 is connected to the low temperature side refrigerant condenser and the high temperature side. The flow paths of the low-temperature side four-way valve 25 and the high-temperature side four-way valve 35 are set so as to function as a refrigerant evaporator, and the operation is switched to the normal operation.

これにより、図3中a−b区間のように、予備運転時は、高温側冷凍サイクルの吐出冷媒が、高温側熱交換器32における水媒体温度より十分低温である低温側冷凍サイクルの低圧低温冷媒と熱交換して凝縮されるので、高温側冷凍サイクルの吐出圧力上昇が抑制される。   Thus, as in the section ab in FIG. 3, during the preliminary operation, the low-pressure low-temperature of the low-temperature side refrigeration cycle in which the refrigerant discharged from the high-temperature side refrigeration cycle is sufficiently lower than the aqueous medium temperature in the high-temperature side heat exchanger 32. Since it is condensed by exchanging heat with the refrigerant, an increase in discharge pressure of the high temperature side refrigeration cycle is suppressed.

よって、高温側圧縮機31のシェル温度は短時間で吐出圧力飽和温度以上となるので、圧縮機シェル内部での吐出冷媒凝縮によるオイル吐出を抑制した状態で、圧縮機シェル温度を十分に上昇させておくことができる。   Therefore, since the shell temperature of the high-temperature side compressor 31 becomes equal to or higher than the discharge pressure saturation temperature in a short time, the compressor shell temperature is sufficiently increased in a state where oil discharge due to discharge refrigerant condensation inside the compressor shell is suppressed. I can keep it.

したがって、通常運転開始時は、図3中cのように、高温側熱交換器32の水媒体温度と高温側圧縮機31のシェル温度との温度差が小さくなり、圧縮機シェル内部での吐出冷媒凝縮が抑制されることで、凝縮冷媒と混合してサイクル中へ流出するオイル量が低減さ
れる。
Therefore, at the start of normal operation, as shown in FIG. 3c, the temperature difference between the aqueous medium temperature of the high temperature side heat exchanger 32 and the shell temperature of the high temperature side compressor 31 becomes small, and the discharge inside the compressor shell By suppressing the refrigerant condensation, the amount of oil mixed with the condensed refrigerant and flowing out into the cycle is reduced.

また、予備運転中は、カスケード熱交換器22における高温側冷凍サイクルの凝縮温度が安定状態となるので、高温側冷媒から吸熱する低温側冷凍サイクルの吸入圧力が安定状態となり、高温側および低温側の冷凍サイクルにおける運転時の圧力の過剰な上昇や低下が抑制される。   Further, during the preliminary operation, the condensation temperature of the high temperature side refrigeration cycle in the cascade heat exchanger 22 becomes stable, so that the suction pressure of the low temperature side refrigeration cycle that absorbs heat from the high temperature side refrigerant becomes stable, and the high temperature side and low temperature side An excessive increase or decrease in pressure during operation in the refrigeration cycle is suppressed.

さらに、2つの温度センサの測定値から、高温側圧縮機31のシェル温度が、通常運転開始時に圧縮機シェル内部での吐出冷媒凝縮が発生しない温度まで上昇したことが判断できるので、必要最小限の予備運転で、通常運転開始時のオイル吐出量が確実に低減される。   Further, it can be determined from the measured values of the two temperature sensors that the shell temperature of the high-temperature side compressor 31 has risen to a temperature at which the refrigerant condensation inside the compressor shell does not occur at the start of normal operation. In this preliminary operation, the oil discharge amount at the start of normal operation is reliably reduced.

したがって、圧縮機シェルの加熱用ヒーターなどを使用することなく、起動時の圧縮機内のオイル量が保持されるので、冷凍サイクル装置1Aの省エネルギー性と信頼性を向上させることができる。   Therefore, since the amount of oil in the compressor at the time of start-up is maintained without using a heater for heating the compressor shell, energy saving and reliability of the refrigeration cycle apparatus 1A can be improved.

以下、運転制御の動作について説明する。高温側冷媒回路3には、高温側圧縮機31のシェル温度(シェル温度)Tdを検出する第1温度センサ51と、高温側圧縮機31から吐出される冷媒の圧力(高温側吐出圧力)Pdを検出する圧力センサ61とが設けられている。一方、温水回路7には、高温側熱交換器32に流入する水媒体の温度(温水温度)Twを検出する第2温度センサ52が設けられている。   Hereinafter, the operation control operation will be described. The high temperature side refrigerant circuit 3 includes a first temperature sensor 51 that detects a shell temperature (shell temperature) Td of the high temperature side compressor 31, and a pressure of refrigerant discharged from the high temperature side compressor 31 (high temperature side discharge pressure) Pd. And a pressure sensor 61 for detecting. On the other hand, the hot water circuit 7 is provided with a second temperature sensor 52 that detects the temperature (warm water temperature) Tw of the aqueous medium flowing into the high temperature side heat exchanger 32.

制御装置4は、第1温度センサ51、第2温度センサ52および圧力センサ61の各種のセンサで検出される検出値等に基づいて、低温側圧縮機21および高温側圧縮機31の回転数、低温側四方弁25および高温側四方弁35の切り換え、ならびに低温側膨張弁23および高温側膨張弁33の開度を動作させる。   Based on detection values detected by various sensors such as the first temperature sensor 51, the second temperature sensor 52, and the pressure sensor 61, the control device 4 rotates the rotational speeds of the low temperature side compressor 21 and the high temperature side compressor 31, The switching of the low temperature side four-way valve 25 and the high temperature side four way valve 35 and the opening degree of the low temperature side expansion valve 23 and the high temperature side expansion valve 33 are operated.

本実施の形態では、制御装置4は、温水温度Twがシェル温度Tdより、所定の温度差ΔTx以上高い場合に、カスケード熱交換器22が低温側冷媒の蒸発器かつ高温側冷媒の凝縮器として機能する状態(冷却回路)になるように、低温側四方弁25および高温側四方弁35の流路を設定し、低温側圧縮機21および高温側圧縮機31を起動させ、予備運転を開始する。   In the present embodiment, when the hot water temperature Tw is higher than the shell temperature Td by a predetermined temperature difference ΔTx or more, the control device 4 uses the cascade heat exchanger 22 as a low temperature side refrigerant evaporator and a high temperature side refrigerant condenser. The flow paths of the low-temperature side four-way valve 25 and the high-temperature side four-way valve 35 are set so as to function (cooling circuit), the low-temperature side compressor 21 and the high-temperature side compressor 31 are started, and the preliminary operation is started. .

また、制御装置4は、予備運転中に高温側吐出圧力Pdが、所定の圧力Pdtとなるように低温側圧縮機21の回転数を調整し、運転させる。   Further, the controller 4 adjusts the rotation speed of the low temperature side compressor 21 so that the high temperature side discharge pressure Pd becomes a predetermined pressure Pdt during the preliminary operation.

また、制御装置4は、温水温度Twとシェル温度Tdの温度差ΔTaが、所定の温度Tdt未満となった後に、予備運転を終了し、カスケード熱交換器22が低温側冷媒の凝縮器かつ高温側冷媒の蒸発器として機能する状態(加熱回路)になるように、低温側四方弁25および高温側四方弁35の流路を設定し、通常運転に切り替えて運転させる。   Further, after the temperature difference ΔTa between the hot water temperature Tw and the shell temperature Td becomes less than the predetermined temperature Tdt, the control device 4 ends the preliminary operation, and the cascade heat exchanger 22 is a low-temperature refrigerant condenser and a high temperature. The flow paths of the low-temperature side four-way valve 25 and the high-temperature side four-way valve 35 are set so as to function as a side refrigerant evaporator (heating circuit), and the operation is switched to the normal operation.

次に、制御装置4の運転開始時における起動制御を図4に示すフローチャートを参照して詳細に説明する。   Next, startup control at the start of operation of the control device 4 will be described in detail with reference to a flowchart shown in FIG.

まず、制御装置4は、リモコン等により入力される暖房運転開始指示を受信し(ステップS1)、温水ポンプ71を運転する(ステップS2)。次に、第2温度センサ52で温水温度Twを検出するとともに、第1温度センサ51でシェル温度Tdを検出して(ステップS3)、温水温度Twとシェル温度Tdとの温度差ΔTaを、ΔTa=Tw−Tdにより算出する(ステップS4)。   First, the control device 4 receives a heating operation start instruction input from a remote controller or the like (step S1), and operates the hot water pump 71 (step S2). Next, the hot water temperature Tw is detected by the second temperature sensor 52, and the shell temperature Td is detected by the first temperature sensor 51 (step S3), and the temperature difference ΔTa between the hot water temperature Tw and the shell temperature Td is set to ΔTa = Tw-Td (Step S4).

ついで、制御装置4は、温度差ΔTaと所定の温度差ΔTxを比較し、ΔTaがΔTx以上か否かを判断する(ステップS5)。温度差ΔTaが所定の温度差ΔTx未満の場合には(ステップS5でNO)、高温側圧縮機31のシェル内部において、高温側の吐出冷媒が凝縮されにくいと判断し、本起動制御を終了する。すなわち、予備運転を行うことなく、通常運転へと移行する。   Next, the control device 4 compares the temperature difference ΔTa with a predetermined temperature difference ΔTx and determines whether ΔTa is equal to or greater than ΔTx (step S5). If the temperature difference ΔTa is less than the predetermined temperature difference ΔTx (NO in step S5), it is determined that the high-temperature-side discharged refrigerant is unlikely to be condensed inside the shell of the high-temperature-side compressor 31, and the activation control ends. . That is, it shifts to normal operation without performing preliminary operation.

一方、温度差ΔTaが所定の温度差ΔTx以上の場合には(ステップS5でYES)、高温側圧縮機31のシェル内部において、高温側の吐出冷媒が凝縮されやすいと判断し、低温側四方弁25および高温側四方弁35を冷却回路側に設定し(ステップS6)、低温側圧縮機21および高温側圧縮機31を起動させ、予備運転を開始する(ステップS7)。   On the other hand, if the temperature difference ΔTa is greater than or equal to the predetermined temperature difference ΔTx (YES in step S5), it is determined that the high-temperature side discharged refrigerant is likely to condense inside the shell of the high-temperature side compressor 31, and the low-temperature side four-way valve 25 and the high temperature side four-way valve 35 are set to the cooling circuit side (step S6), the low temperature side compressor 21 and the high temperature side compressor 31 are started, and the preliminary operation is started (step S7).

その後、制御装置4は、圧力センサ61で高温側吐出圧力Pdを検出し(ステップS8)、高温側吐出圧力Pdが所定の圧力Pdtと等しくなるように低温側圧縮機21の回転数を調整する(ステップS9)。   Thereafter, the control device 4 detects the high temperature side discharge pressure Pd with the pressure sensor 61 (step S8), and adjusts the rotation speed of the low temperature side compressor 21 so that the high temperature side discharge pressure Pd becomes equal to the predetermined pressure Pdt. (Step S9).

次に、制御装置4は、第1温度センサ51でシェル温度Tdを、第2温度センサ52で温水温度Twを再度検出して(ステップS10)、温水温度Twとシェル温度Tdとの温度差ΔTaを、ステップS4と同様に算出する(ステップS11)。   Next, the control device 4 detects the shell temperature Td with the first temperature sensor 51 and the hot water temperature Tw with the second temperature sensor 52 again (step S10), and the temperature difference ΔTa between the hot water temperature Tw and the shell temperature Td. Is calculated in the same manner as in step S4 (step S11).

ついで、制御装置4は、温度差ΔTaと所定の温度差ΔTxを比較し、ΔTaがΔTx未満か否かを判断する(ステップS12)。温度差ΔTaが所定の温度差ΔTx以上の場合には(ステップS12でNO)、通常運転に移行すると、高温側圧縮機31シェル内部での冷媒凝縮が発生する可能性があると判断し、ステップS8に戻り、予備運転を継続する。   Next, the control device 4 compares the temperature difference ΔTa with a predetermined temperature difference ΔTx and determines whether ΔTa is less than ΔTx (step S12). If the temperature difference ΔTa is equal to or greater than the predetermined temperature difference ΔTx (NO in step S12), it is determined that there is a possibility that refrigerant condensation inside the high-temperature compressor 31 shell may occur when shifting to normal operation. Returning to S8, the preliminary operation is continued.

一方、温度差ΔTaが所定の温度差ΔTx未満の場合には(ステップS12でYES)、通常運転に移行しても、高温側圧縮機31シェル内部での冷媒凝縮が発生しないと判断し、予備運転を終了する。そして、低温側四方弁25および高温側四方弁35を加熱回路側に設定し(ステップS13)、本起動制御を終了する。   On the other hand, if the temperature difference ΔTa is less than the predetermined temperature difference ΔTx (YES in step S12), it is determined that refrigerant condensation does not occur inside the high-temperature side compressor 31 shell even when the normal operation is started. End driving. And the low temperature side four-way valve 25 and the high temperature side four way valve 35 are set to the heating circuit side (step S13), and this starting control is complete | finished.

以上のように、本実施の形態の冷凍サイクル装置および温水生成装置は、制御装置4、高温側冷媒回路3において、シェル温度Tdを検出する第1温度センサ51と、高温側吐出圧力Pdを検出する圧力センサ61とを備え、温水回路7において、温水温度Twを検出する第2温度センサ52を備えた構成であり、制御装置4は、第2温度センサ52で検出される温度が第1温度センサ51で検出される温度より、所定値以上高くなる運転開始時に、冷却回路側になるように低温側四方弁25および高温側四方弁35の流路を設定し、低温側圧縮機21および高温側圧縮機31を起動させ、予備運転を行う。   As described above, the refrigeration cycle apparatus and the hot water generator of the present embodiment detect the first temperature sensor 51 for detecting the shell temperature Td and the high temperature side discharge pressure Pd in the control device 4 and the high temperature side refrigerant circuit 3. And the second temperature sensor 52 for detecting the hot water temperature Tw in the hot water circuit 7. The control device 4 is configured such that the temperature detected by the second temperature sensor 52 is the first temperature. The flow path of the low-temperature side four-way valve 25 and the high-temperature side four-way valve 35 is set so as to be on the cooling circuit side at the start of operation that is higher than a temperature detected by the sensor 51 by a predetermined value or more. The side compressor 31 is started and a preliminary operation is performed.

これによって、予備運転時に圧縮機シェル内部での吐出冷媒凝縮によるオイル吐出を抑制した状態で、シェル温度Tdを十分に上昇させておくことができるので、通常運転開始時における圧縮機シェル内部での吐出冷媒凝縮が抑制され、サイクル中へ流出するオイル量が低減される。   As a result, the shell temperature Td can be sufficiently increased in a state in which oil discharge caused by condensation of the discharged refrigerant inside the compressor shell during the preliminary operation is suppressed, so that the internal temperature of the compressor shell at the start of normal operation can be increased. Condensation of the discharged refrigerant is suppressed, and the amount of oil flowing out into the cycle is reduced.

したがって、圧縮機内のオイル量低下による圧縮機の損傷を防止することが可能となり、停止圧縮機のシェルをヒーターで加温する待機電力消費を抑制しながら、機器の信頼性が確保できる。   Therefore, it is possible to prevent the compressor from being damaged due to a decrease in the amount of oil in the compressor, and it is possible to ensure the reliability of the device while suppressing standby power consumption for heating the shell of the stopped compressor with a heater.

また、制御装置4は、予備運転中は、圧力センサ61で検出される高温側吐出圧力Pdが、所定の圧力Pdtとなるように低温側圧縮機21の回転数を調整し、制御する。   Further, during the preliminary operation, the control device 4 adjusts and controls the rotation speed of the low temperature side compressor 21 so that the high temperature side discharge pressure Pd detected by the pressure sensor 61 becomes a predetermined pressure Pdt.

これによって、カスケード熱交換器22における高温側冷凍サイクルの凝縮温度が安定状態となるので、高温側冷媒から吸熱する低温側冷凍サイクルの吸入圧力が安定状態となり、高温側および低温側の冷凍サイクルにおける運転時の圧力の過剰な上昇や低下が抑制される。   As a result, the condensation temperature of the high temperature side refrigeration cycle in the cascade heat exchanger 22 becomes stable, so that the suction pressure of the low temperature side refrigeration cycle that absorbs heat from the high temperature side refrigerant becomes stable, and in the high temperature side and low temperature side refrigeration cycles. An excessive increase or decrease in pressure during operation is suppressed.

したがって、高温側および低温側の冷凍サイクルにおける運転時の圧力が、圧縮機の圧力使用範囲を逸脱することを防止するので、圧縮機の信頼性がさらに向上する。また、配管長が長い場合などの多様な設置条件においても信頼性が確保できる。   Therefore, the operating pressure in the high temperature side and low temperature side refrigeration cycles is prevented from deviating from the pressure usage range of the compressor, so that the reliability of the compressor is further improved. Further, reliability can be ensured even in various installation conditions such as when the pipe length is long.

また、制御装置4は、第2温度センサ52で検出される温水温度Twと第1温度センサで検出されるシェル温度Tdとの温度差ΔTaが、所定の温度差ΔTx未満となった後に、予備運転を終了し、加熱回路側になるように、低温側四方弁25および高温側四方弁35の流路を設定し、通常運転に切り替えて運転させる。   Further, the control device 4 sets the standby temperature after the temperature difference ΔTa between the hot water temperature Tw detected by the second temperature sensor 52 and the shell temperature Td detected by the first temperature sensor becomes less than the predetermined temperature difference ΔTx. The operation is terminated and the flow paths of the low temperature side four-way valve 25 and the high temperature side four way valve 35 are set so as to be on the heating circuit side, and the operation is switched to the normal operation.

これによって、シェル温度Tdが、通常運転開始時に圧縮機シェル内部での吐出冷媒凝縮が発生しない温度まで上昇したことが判断できるので、必要最小限の予備運転で、通常運転開始時のオイル吐出量が確実に低減される。   As a result, it can be determined that the shell temperature Td has risen to a temperature at which the refrigerant condensation inside the compressor shell does not occur at the start of normal operation, so the amount of oil discharged at the start of normal operation is the minimum necessary preliminary operation. Is reliably reduced.

したがって、通常運転の立ち上げ時間が短縮できて、快適性が向上する。   Therefore, the startup time of normal operation can be shortened, and comfort is improved.

なお、図1では、第1温度センサ51が高温側圧縮機31のシェルに設けられているが、第1温度センサ51は、高温側圧縮機31と高温側四方弁35の間の吐出冷媒が流れる配管上であればどの位置に設けられていてもよい。   In FIG. 1, the first temperature sensor 51 is provided in the shell of the high temperature side compressor 31, but the first temperature sensor 51 is configured to discharge refrigerant between the high temperature side compressor 31 and the high temperature side four-way valve 35. As long as it is on the flowing pipe, it may be provided at any position.

また、図1では、第2温度センサが温水回路7における高温側熱交換器32の入り口側に設けられているが、第2温度センサは、温水回路7のどの位置に設けられていてもよい。   Moreover, in FIG. 1, although the 2nd temperature sensor is provided in the entrance side of the high temperature side heat exchanger 32 in the hot water circuit 7, the 2nd temperature sensor may be provided in any position of the hot water circuit 7. .

さらに、本発明の実施の形態では、高温側冷媒回路3における冷凍サイクルによって、水媒体が加熱されるが、加熱される媒体は、ブラインであってもよいし、放熱器72は、ラジエータやファンコンベクター、床暖房パネル、貯湯タンクであってもよい。   Furthermore, in the embodiment of the present invention, the aqueous medium is heated by the refrigeration cycle in the high temperature side refrigerant circuit 3, but the medium to be heated may be brine, and the radiator 72 may be a radiator or a fan controller. It may be a vector, a floor heating panel, or a hot water storage tank.

本発明は、圧縮機を適切に起動することで、圧縮機シェル内部での吐出冷媒凝縮を抑制して、圧縮機停止時の待機電力消費を抑制しながら、機器の信頼性を向上することができるので、温水生成、給湯、空調調和などの用途に用いられる冷凍サイクル装置として適用することができる。   According to the present invention, by appropriately starting the compressor, it is possible to improve the reliability of the equipment while suppressing the condensing refrigerant discharged inside the compressor shell and suppressing standby power consumption when the compressor is stopped. Therefore, it can be applied as a refrigeration cycle apparatus used for applications such as hot water generation, hot water supply, and air conditioning harmony.

1A 冷凍サイクル装置
2 低温側冷媒回路
3 高温側冷媒回路
4 制御装置
21 低温側圧縮機
22 カスケード熱交換器
23 低温側膨張弁(低温側膨張手段)
24 低温側熱交換器
25 低温側四方弁
31 高温側圧縮機
32 高温側熱交換器
33 高温側膨張弁(高温側膨張手段)
35 高温側四方弁
51 第1温度センサ
52 第2温度センサ
61 圧力センサ
1A Refrigeration cycle apparatus 2 Low temperature side refrigerant circuit 3 High temperature side refrigerant circuit 4 Controller 21 Low temperature side compressor 22 Cascade heat exchanger 23 Low temperature side expansion valve (low temperature side expansion means)
24 Low temperature side heat exchanger 25 Low temperature side four-way valve 31 High temperature side compressor 32 High temperature side heat exchanger 33 High temperature side expansion valve (high temperature side expansion means)
35 High-temperature side four-way valve 51 First temperature sensor 52 Second temperature sensor 61 Pressure sensor

Claims (4)

低温側冷媒を圧縮する低温側圧縮機、前記低温側冷媒の流路方向を切り替える低温側四方弁、前記低温側冷媒の凝縮器または蒸発器として機能するカスケード熱交換器、低温側膨張手段、前記低温側冷媒の蒸発器または凝縮器として機能する低温側熱交換器、を有する低温側冷媒回路と、
高温側冷媒を圧縮する高温側圧縮機、前記高温側冷媒の流路方向を切り替える高温側四方弁、前記高温側冷媒の放熱器または蒸発器として機能する高温側熱交換器、高温側膨張手段、前記高温側冷媒の蒸発器または凝縮器として機能する前記カスケード熱交換器、を有する高温側冷媒回路と、
前記高温側圧縮機の温度を検出する第1温度センサと、前記高温側熱交換器において前記高温側冷媒と熱交換される熱媒体の温度を検出する第2温度センサと、制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記第2温度センサで検出される温度が前記第1温度センサで検出される温度より所定値以上高い場合、
前記カスケード熱交換器が前記低温側冷媒の蒸発器かつ高温側冷媒の凝縮器として機能する状態で、前記低温側圧縮機および前記高温側圧縮機を起動して運転させた後に、前記カスケード熱交換器が前記低温側冷媒の凝縮器かつ前記高温側冷媒の蒸発器として機能する運転に切り替えることを特徴とする、冷凍サイクル装置。
A low temperature side compressor that compresses a low temperature side refrigerant, a low temperature side four-way valve that switches a flow direction of the low temperature side refrigerant, a cascade heat exchanger that functions as a condenser or an evaporator of the low temperature side refrigerant, a low temperature side expansion means, A low-temperature side refrigerant circuit having a low-temperature side heat exchanger that functions as an evaporator or a condenser for the low-temperature side refrigerant; and
A high temperature side compressor that compresses the high temperature side refrigerant, a high temperature side four-way valve that switches a flow direction of the high temperature side refrigerant, a high temperature side heat exchanger that functions as a radiator or an evaporator of the high temperature side refrigerant, a high temperature side expansion means, The high temperature side refrigerant circuit having the cascade heat exchanger functioning as an evaporator or condenser of the high temperature side refrigerant;
A first temperature sensor for detecting a temperature of the high temperature side compressor; a second temperature sensor for detecting a temperature of a heat medium exchanging heat with the high temperature side refrigerant in the high temperature side heat exchanger; and a control device. ,
When the temperature detected by the second temperature sensor is higher than the temperature detected by the first temperature sensor by a predetermined value or more,
After the cascade heat exchanger functions as an evaporator for the low-temperature side refrigerant and a condenser for the high-temperature side refrigerant, the cascade heat exchange is performed after the low-temperature side compressor and the high-temperature side compressor are started and operated. The refrigeration cycle apparatus is characterized in that the apparatus switches to an operation that functions as a condenser for the low-temperature side refrigerant and an evaporator for the high-temperature side refrigerant.
前記カスケード熱交換器が前記低温側冷媒の蒸発器かつ高温側冷媒の凝縮器として機能する状態の運転において、前記第2温度センサで検出される温度と前記第1温度センサで検出される温度との温度差が、所定の温度差未満となった時に、前記運転を切り替えることを特徴とする、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 In an operation in which the cascade heat exchanger functions as an evaporator for the low-temperature side refrigerant and a condenser for the high-temperature side refrigerant, the temperature detected by the second temperature sensor and the temperature detected by the first temperature sensor The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein the operation is switched when the temperature difference becomes less than a predetermined temperature difference. 前記高温側冷媒回路は、前記高温側圧縮機から吐出される冷媒の圧力を検出する圧力検出手段を備え、前記カスケード熱交換器が前記低温側冷媒の蒸発器かつ高温側冷媒の凝縮器として機能する状態の運転において、前記圧力検出手段で検出される圧力が、所定の圧力となるように運転することを特徴とする、請求項1または2に記載の冷凍サイクル装置。 The high temperature side refrigerant circuit includes pressure detection means for detecting the pressure of the refrigerant discharged from the high temperature side compressor, and the cascade heat exchanger functions as an evaporator for the low temperature side refrigerant and a condenser for the high temperature side refrigerant. 3. The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein the refrigeration cycle apparatus is operated so that a pressure detected by the pressure detection unit becomes a predetermined pressure in the operation in a state of being performed. 前記熱媒体は、水、または、不凍液であり、前記高温側熱交換器により加温された前記熱媒体を、給湯と暖房の少なくとも一方に利用することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置を備える、温水生成装置。 The heat medium is water or an antifreeze, and the heat medium heated by the high temperature side heat exchanger is used for at least one of hot water supply and heating. A hot water generator comprising the refrigeration cycle apparatus according to any one of the preceding claims.
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