JP7424425B1 - dual refrigeration equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】二元冷凍装置において、立ち上がり運転を速やかに行うことにより、立ち上がり運転の悪化による暖房能力の低下を抑制することができる二元冷凍装置を提供する。【解決手段】高元側冷媒が循環する高元側冷媒回路2と、カスケード熱交換器13で高元側冷媒と熱交換する第1循環路23、および、低元側熱交換器24で熱媒体と熱交換する第2循環路26とを備えて低元側冷媒が循環する低元側冷媒回路3と、高元側熱交換器11で高元側冷媒と熱交換し、低元側熱交換器24で低元側冷媒と熱交換する熱媒体が循環する熱媒体回路4とを備え、熱媒体回路4は、熱媒体が高元側熱交換器11と低元側熱交換器24を循環する第1熱媒体循環路35と、熱媒体が高元側熱交換器11を循環する第2熱媒体循環路36とを備えている。【選択図】図1AAn object of the present invention is to provide a binary refrigeration system that can suppress a decrease in heating capacity due to deterioration of the startup operation by quickly performing the startup operation. [Solution] A high-temperature side refrigerant circuit 2 in which high-temperature side refrigerant circulates, a first circulation path 23 in which heat is exchanged with the high-temperature side refrigerant in a cascade heat exchanger 13, and a low-temperature side heat exchanger 24 generate heat. The low source refrigerant circuit 3 includes a second circulation path 26 that exchanges heat with the medium and circulates the low source refrigerant, and the high source heat exchanger 11 exchanges heat with the high source refrigerant to generate low source heat. The heat medium circuit 4 includes a heat medium circuit 4 in which a heat medium that exchanges heat with a low source side refrigerant circulates in an exchanger 24, and a heat medium circuit 4 in which a heat medium circulates between a high source side heat exchanger 11 and a low source side heat exchanger 24. It includes a first heat medium circulation path 35 in which the heat medium circulates, and a second heat medium circulation path 36 in which the heat medium circulates through the high-side heat exchanger 11. [Selection diagram] Figure 1A
Description
本発明は、二元冷凍装置に関し、特に、暖房能力の低下を抑制することができる二元冷凍装置に関する。 The present invention relates to a binary refrigeration system, and particularly to a binary refrigeration system that can suppress a decrease in heating capacity.
従来の二元冷凍装置は、高元側冷媒回路と低元側冷媒回路を備え、高元側冷媒回路と低元側冷媒回路が、共用するカスケード熱交換器(中間熱交換器)を備え、高元側冷媒回路を循環する冷媒と低元側冷媒回路を循環する冷媒とを、カスケード熱交換器で熱交換させ、高元側冷媒回路を循環する高温側冷媒により水を加熱し、温水を生成している。 A conventional binary refrigeration system includes a high-base refrigerant circuit and a low-base refrigerant circuit, and a cascade heat exchanger (intermediate heat exchanger) that is shared by the high-base refrigerant circuit and the low-base refrigerant circuit. A cascade heat exchanger exchanges heat between the refrigerant circulating in the high-temperature refrigerant circuit and the refrigerant circulating in the low-temperature refrigerant circuit, and the water is heated by the high-temperature refrigerant circulating in the high-temperature refrigerant circuit, producing hot water. is being generated.
このような二元冷凍装置は、高元側冷凍回路と低元側冷凍回路で、冷媒特性の違いや起動時の温度条件などに起因して起動から定常状態になるまでの時間にアンバランスが生じて低元側冷媒回路の圧縮機が保護停止に至る恐れがある。そのため、特許文献1に開示された二元冷凍装置では、二元冷凍装置の起動から定常運転に移行するまでの間(以下、「立ち上がり運転」とする)における低元側冷凍回路での高圧過昇による保護停止を防止するため、立ち上がり運転における高元側冷凍回路の圧縮機の回転数の低元側冷凍回路の圧縮機の回転数に対する比を、定常運転における比よりも大きく設定している。 In such a binary refrigeration system, there is an imbalance in the time from startup to steady state due to differences in refrigerant characteristics and temperature conditions at startup between the high-power side refrigeration circuit and the low-side refrigeration circuit. This may cause the compressor in the low-source refrigerant circuit to come to a protective stop. Therefore, in the binary refrigeration system disclosed in Patent Document 1, high pressure overflow occurs in the low-side refrigeration circuit during the period from startup of the dual refrigeration system to transition to steady operation (hereinafter referred to as "start-up operation"). In order to prevent protection from stopping due to rising temperatures, the ratio of the rotation speed of the compressor in the high-power side refrigeration circuit to the speed of the compressor in the low-power side refrigeration circuit during start-up operation is set to be larger than the ratio in steady-state operation. .
しかし、特許文献1に開示された二元冷凍装置では、立ち上がり運転における高元側冷凍回路の圧縮機の回転数の低元側冷凍回路の圧縮機の回転数に対する比を、定常運転における比よりも大きく設定しているので、低元側冷凍回路の圧縮機の立ち上がり運転における回転数が制限されるため、立ち上がり運転において、十分な暖房能力を発揮するまでに時間がかかるという課題がある。 However, in the binary refrigeration system disclosed in Patent Document 1, the ratio of the rotation speed of the compressor of the high-power side refrigeration circuit to the rotation speed of the compressor of the low-power side refrigeration circuit during start-up operation is lower than the ratio during steady-state operation. Since the rotation speed of the compressor of the low-source side refrigeration circuit is set to be large, the number of rotations during start-up operation of the compressor of the low-source side refrigeration circuit is limited, so there is a problem that it takes time to demonstrate sufficient heating capacity during start-up operation.
上記課題に鑑み、本発明の目的は、二元冷凍装置において、立ち上がり運転を速やかに行うことによる暖房能力の低下を抑制することができる二元冷凍装置を提供するものである。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a binary refrigeration system that can suppress a decrease in heating capacity due to rapid start-up operation.
本発明の一態様は、高元側圧縮機と、高元側熱交換器と、高元側減圧機構と、カスケード熱交換器とが冷媒配管で順次接続され、高元側冷媒が循環する高元側冷媒回路と、低元側圧縮機と、カスケード熱交換器と、低元側第1減圧機構と、熱源側熱交換器とが冷媒配管で順次接続され、低元側冷媒が循環し、カスケード熱交換器で高元側冷媒と低元側冷媒とが熱交換する第1循環路と、第1循環路における、低元側圧縮機とカスケード熱交換器との間と、低元側第1減圧機構と熱源側熱交換器との間とを、低元側熱交換器および低元側第2減圧機構が設けられた冷媒配管で接続し、低元側圧縮機と、低元側熱交換器と、低元側第2減圧機構と、熱源側熱交換器とが冷媒配管で順次接続され、低元側冷媒が循環する第2循環路とを備える、低元側冷媒回路と、第1循環ポンプと、利用側熱交換器と、低元側熱交換器と、高元側熱交換器とが、配管で順次接続されて熱媒体が循環し、高元側熱交換器で高元側冷媒と熱媒体とが熱交換し、低元側熱交換器で低元側冷媒と熱媒体とが熱交換する第1熱媒体循環路と、第1熱媒体循環路における、利用側熱交換器と前記低元側熱交換器との間と、低元側熱交換器と高元側熱交換器との間とを接続する第1バイパス路を備え、第1循環ポンプと、利用側熱交換器と、第1バイパス路と、高元側熱交換器とが配管で順次接続され、熱媒体が循環する第2熱媒体循環路と、を備えた熱媒体回路と、カスケード熱交換器で前記高元側冷媒と前記低元側冷媒とが熱交換し、熱媒体回路において、熱媒体を第1熱媒体循環路に流すか、または、第2熱媒体循環路に流すかを切り換える第1切換手段と、高元側冷媒回路、低元側冷媒回路、熱媒体回路を制御する制御部と、を備えた二元冷凍装置である。 One aspect of the present invention is a high-temperature compressor, a high-temperature heat exchanger, a high-temperature decompression mechanism, and a cascade heat exchanger that are sequentially connected by refrigerant piping, and the high-temperature side refrigerant circulates. The source side refrigerant circuit, the low source side compressor, the cascade heat exchanger, the low source side first pressure reduction mechanism, and the heat source side heat exchanger are sequentially connected by refrigerant piping, and the low source side refrigerant circulates. A first circulation path in which the high-side refrigerant and the low-side refrigerant exchange heat in the cascade heat exchanger; 1. Connect the pressure reduction mechanism and the heat source side heat exchanger with refrigerant piping provided with the low source side heat exchanger and the low source side second pressure reducing mechanism, and connect the low source side compressor and the low source side heat exchanger. A low source side refrigerant circuit comprising a second circulation path in which the exchanger, the low source side second pressure reduction mechanism, and the heat source side heat exchanger are sequentially connected by refrigerant piping, and in which the low source side refrigerant circulates; 1 The circulation pump, the user side heat exchanger, the low source side heat exchanger, and the high source side heat exchanger are connected in sequence with piping to circulate the heat medium, and the high source side heat exchanger A first heat medium circulation path in which a side refrigerant and a heat medium exchange heat, and a low source side refrigerant and a heat medium exchange heat in a low source side heat exchanger, and a user side heat exchange in the first heat medium circulation path. a first bypass path connecting between the heat exchanger and the low-side heat exchanger, and between the low-side heat exchanger and the high-side heat exchanger; A heat medium circuit including an exchanger, a first bypass path, and a second heat medium circulation path in which the heat medium circulates, in which the heat exchanger is connected in sequence with piping, and a cascade heat exchanger. The high source side refrigerant and the low source side refrigerant exchange heat, and in the heat medium circuit, the first heat medium is switched to flow into the first heat medium circulation path or the second heat medium circulation path. This is a two-way refrigeration system that includes a switching means and a control unit that controls a high-base refrigerant circuit, a low-base refrigerant circuit, and a heat medium circuit.
本発明によれば、二元冷凍装置において、立ち上がり運転を速やかに行うことによる暖房能力の低下を抑制することができる二元冷凍装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a binary refrigeration system that can suppress a decrease in heating capacity due to rapid start-up operation.
以下に、本発明に係る二元冷凍装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, embodiment of the binary refrigeration apparatus based on this invention is described in detail based on drawing. Note that the present invention is not limited to this embodiment.
図1Aは、本実施形態の二元冷凍装置1の冷媒回路図である。図2は、本実施形態の二元冷凍装置1における制御ブロック図である。 FIG. 1A is a refrigerant circuit diagram of the binary refrigeration device 1 of this embodiment. FIG. 2 is a control block diagram in the binary refrigeration system 1 of this embodiment.
図1A~1Cを参照して、本実施形態である二元冷凍装置1について説明する。図1Aは、本実施形態の二元冷凍装置1の冷媒回路図である。二元冷凍装置1は、利用側熱交換器31を蒸発器として利用する場合には冷房運転に用いられ、利用側熱交換器31を凝縮器として利用する場合には、温水を作る運転、あるいは、暖房運転に用いられることができる冷凍装置である。以下、温水を作る運転と暖房運転をまとめて暖房運転と呼ぶことがある。本実施形態では、暖房運転に用いられる二元冷凍装置について説明する。二元冷凍装置1は、高元側冷媒回路2、低元側冷媒回路3、熱媒体回路4、制御部5を備える。制御部5は、目標温度等のデータ、制御用のソフトウェア等を記憶する記憶手段を含み、二元冷凍装置1を制御する。
A binary refrigeration system 1 according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 1A to 1C. FIG. 1A is a refrigerant circuit diagram of the binary refrigeration device 1 of this embodiment. The binary refrigeration system 1 is used for cooling operation when the user-
高元側冷媒回路2は、高元側圧縮機10と高元側熱交換器11と、高元側減圧機構としての高元側膨張弁12と、カスケード熱交換器13とが冷媒配管6で順次接続され、高元側冷媒が循環する。本実施形態では、高元側熱交換器11は、高元側冷媒と熱媒体回路4を流れる熱媒体とが熱交換する熱交換器である。カスケード熱交換器13は、高元側冷媒と低元側冷媒回路3を流れる低元側冷媒とが熱交換する熱交換器である。尚、高元側熱交換器11とカスケード熱交換器13は、液体同士を熱交換できる熱交換機であれば、例えば、プレート式熱交換器、二重管熱交換器で構わない。また、本実施形態では、高元側熱交換器11は、高元側冷媒と熱媒体回路4を流れる熱媒体とが熱交換する熱交換器であるが、例えば、図示しない送風機を介して熱媒体としての空気と熱交換する熱交換器であっても構わない。高元側冷媒回路2における矢印は暖房運転時の高元側冷媒の流れを示す。
The high end refrigerant circuit 2 includes a
高元側冷媒回路2において、高元側圧縮機10の吐出側には、高元側圧縮機10から吐出された高元側冷媒を高元側熱交換器11の側に流すか、または、カスケード熱交換器13の側に流すかを切り換える高元側四方弁14が接続されている。本実施形態では、高元側四方弁14によって、高元側圧縮機10から吐出された高元側冷媒が高元側熱交換器11の側へ流れる場合(暖房運転)について説明する。従って、高元側冷媒回路2においては、高元側圧縮機10から吐出された高元側冷媒は、高元側熱交換器11、高元側膨張弁12、カスケード熱交換器13を流れて、高元側圧縮機10に吸入される。
In the high-temperature side refrigerant circuit 2, on the discharge side of the high-
低元側冷媒回路3は、第1循環路23と第2循環路26を有している。第1循環路23は、低元側圧縮機20と、高元側冷媒回路2に接続されたカスケード熱交換器13と、低元側第1減圧機構としての低元側第1膨張弁21と、熱源側熱交換器22とが冷媒配管6で順次接続され、低元側冷媒が循環する。熱源側熱交換器22は、低元側冷媒と外気とが熱交換する熱交換器である。熱源側熱交換器22には、熱源側熱交換器22を流れる低元側冷媒の凝縮温度を測定する凝縮温度検出センサ22aが設けられている。また、カスケード熱交換器13は、低元側冷媒と高元側冷媒回路2を流れる高元側冷媒とが熱交換する熱交換器である。カスケード熱交換器13には、カスケード熱交換器13を流れる低元側冷媒の凝縮温度(冷媒凝縮温度)を測定する凝縮温度検出センサ13aと当該低元側冷媒の出口温度を測定する出口温度検出センサ13bとが設けられている。低元側冷媒回路3における矢印は低元側冷媒の流れを示す。
The low-end refrigerant circuit 3 has a
低元側冷媒回路3は、低元側圧縮機20とカスケード熱交換器13との間と、低元側第1膨張弁21と熱源側熱交換器22との間とを、低元側熱交換器24および低元側第2減圧機構としての低元側第2膨張弁25が設けられた冷媒配管で接続し、低元側圧縮機20と、低元側熱交換器24と、低元側第2膨張弁25と、熱源側熱交換器22とが冷媒配管で順次接続され、低元側冷媒が循環する第2循環路26を備えている。低元側熱交換器24は、蓄熱材を備えた第1蓄熱部を有し、低元側冷媒と熱媒体回路4を流れる熱媒体とが熱交換する熱交換器である。低元側熱交換器24には、低元側熱交換器24を流れる低元側冷媒の凝縮温度を測定する凝縮温度検出センサ24aと当該低元側冷媒の出口温度を測定する出口温度検出センサ24bとが設けられている。また、熱媒体回路4を流れる熱媒体が当該低元側熱交換器24に流入する際の温度である熱媒体戻り温度を測定する熱媒体戻り温度検出センサ24cも設けられている。尚、低元側熱交換器24は、液体同士を熱交換できる熱交換機であれば、例えば、プレート式熱交換器、二重管熱交換器で構わない。
The low source side refrigerant circuit 3 connects between the low
低元側冷媒回路3において、低元側圧縮機20の吐出側には、低元側圧縮機20から吐出される低元側冷媒を、カスケード熱交換器13の側および低元側熱交換器24の側に流すか、または、熱源側熱交換器22の側に流すかを切り換える低元側四方弁27が接続されている。本実施形態では、低元側四方弁27によって、低元側圧縮機20から吐出される低元側冷媒がカスケード熱交換器13の側および低元側熱交換器24の側へ流れる場合(暖房運転)について説明する。この場合、低元側冷媒回路3においては、低元側圧縮機20から吐出された低元側冷媒は、カスケード熱交換器13、低元側第1膨張弁21、熱源側熱交換器22を流れて、低元側圧縮機20に吸入され、また、低元側圧縮機20から吐出された低元側冷媒は、低元側熱交換器24、低元側第2膨張弁25、熱源側熱交換器22を流れて、低元側圧縮機20に吸入される。
In the low-base refrigerant circuit 3, the low-base refrigerant discharged from the low-
低元側冷媒回路3において、低元側圧縮機20、熱源側熱交換器22、低元側四方弁27は、第1循環路23および第2循環路26において共通に用いられる構成である。
In the low source side refrigerant circuit 3, the low
熱媒体回路4は、第1循環ポンプ30と、利用側熱交換器31と、低元側熱交換器24と、高元側熱交換器11とが配管32で順次接続され、熱冷媒としての水が循環する。なお、熱媒体として水の代わりに不凍液を利用しても良い。利用側熱交換器31は室内に設置された図示しない室内機に設けられており、図示しない送風ファンによって生成された気流により利用側熱交換器31に室内空気が流入する。利用側熱交換器31で、熱媒体としての水と室内機が設置された室内の空気とが熱交換し、熱媒体としての水と熱交換した空気は暖房に用いられる。高元側熱交換器11は、熱媒体としての水と高元側冷媒回路2を流れる高元側冷媒とが熱交換する熱交換器である。低元側熱交換器24は、熱媒体としての水と低元側冷媒回路3を流れる低元側冷媒とが熱交換する熱交換器である。熱媒体回路4における矢印は熱媒体としての水の流れを示す。
In the
また、熱媒体回路4は、一端が利用側熱交換器31と低元側熱交換器24との間の配管と接続され、他端が低元側熱交換器24と高元側熱交換器11との間の配管と接続される第1バイパス路33が設けられている。第1バイパス路33の一方には第1三方弁34(第1切換手段)が設けられ、第1三方弁34は、熱媒体としての水が、第1循環ポンプ30、利用側熱交換器31、低元側熱交換器24、高元側熱交換器11、第1循環ポンプ30と循環する第1熱媒体循環路35と、第1循環ポンプ30、利用側熱交換器31、第1バイパス路33、高元側熱交換器11、第1循環ポンプ30と循環する第2熱媒体循環路36とを切り換える。
In addition, one end of the
二元冷凍装置1は、熱媒体が第1熱媒体循環路35を流れる第1モード運転と、熱媒体が低元側熱交換器24を流れず第2熱媒体循環路36を流れる第2モード運転を有している。図1Bは、第1モード運転によって、熱媒体が第1熱媒体循環路35を循環する状態を示す。図1Cは、第2モード運転によって、熱媒体が第2熱媒体循環路36を循環する状態を示す。第1モード運転は、低元側冷媒回路3の熱源側熱交換器22によって外気から吸熱した熱を、高元側冷媒回路2の高元側熱交換器11と低元側冷媒回路3の低元側熱交換器24を介して室内の空気へ放熱する暖房運転である。第2モード運転は、利用側熱交換器31から流出し低元側熱交換器24に流入する熱媒体の温度である、熱媒体戻り温度検出センサ24cによって測定される熱媒体戻り温度が、凝縮温度検出センサ24aによって測定される低元側熱交換器24に流入する低元側冷媒の凝縮温度に近づいてきた場合に、熱媒体が低元側熱交換器24を流れず第2熱媒体循環路36を循環する運転である。
The binary refrigeration system 1 operates in a first mode in which the heat medium flows through the first heat
二元冷凍装置1は、高元側冷媒回路2における高元側冷媒の潜熱を利用し、低元側冷媒回路3における低元側冷媒の潜熱を利用し、熱媒体回路4における熱媒体(水)の顕熱を利用する冷凍装置である。尚、本実施形態では、高元側冷媒回路2における高元側冷媒と低元側冷媒回路3における低元側冷媒は同一の冷媒であるが、必ずしも同一である必要はなく、例えば、高元側冷媒よりも低沸点である低元側冷媒としても構わない。また、熱媒体回路に潜熱変化を利用できる冷媒を利用しても良い。その場合、熱媒体回路4の第1循環ポンプ30は圧縮機に置き換えられ、利用側熱交換器31と低元側熱交換器24の間の経路に減圧機構として膨張弁等が設けられる。
The binary refrigeration system 1 utilizes the latent heat of the high temperature side refrigerant in the high temperature side refrigerant circuit 2, the latent heat of the low temperature side refrigerant in the low temperature side refrigerant circuit 3, and the heat medium (water) in the heat medium circuit 4. ) is a refrigeration system that uses sensible heat. In this embodiment, the high-temperature side refrigerant in the high-temperature side refrigerant circuit 2 and the low-temperature side refrigerant in the low-temperature side refrigerant circuit 3 are the same refrigerant, but they do not necessarily have to be the same. It may be used as a low-source refrigerant that has a lower boiling point than the side refrigerant. Furthermore, a refrigerant that can utilize changes in latent heat may be used in the heat medium circuit. In that case, the
二元冷凍装置1では、低元側冷媒回路3の熱源側熱交換器22で外気から吸熱して低温低圧の気相冷媒となった低元側冷媒は低元側圧縮機20で圧縮されて高温高圧の気相冷媒にされ、カスケード熱交換器13を介して高元側冷媒回路2を循環する高元側冷媒に放熱することで高温高圧の液相冷媒になる。カスケード熱交換器13で低元側冷媒から吸熱した低圧の高元側冷媒は高元側圧縮機10で圧縮されて高温高圧の気相冷媒にされ、高元側熱交換器11を介して熱媒体回路4を循環する熱媒体である水に放熱して温水を作り出す。また、二元冷凍装置1では、低元側冷媒回路3の熱源側熱交換器22で外気から吸熱して低温低圧の気相冷媒となった低元側冷媒は低元側圧縮機20で圧縮されて高温高圧の気相冷媒にされ、低元側熱交換器24を介して熱媒体回路4を循環する熱媒体である水に放熱する。そのため、低元側冷媒回路3を循環する低元側冷媒を、熱媒体回路4を循環する熱媒体である水によって凝縮させることができる。
In the binary refrigeration system 1, the low source refrigerant, which absorbs heat from the outside air in the heat source
従来技術の二元冷凍装置では、立ち上がり運転における高元側冷凍回路の圧縮機の回転数(R1)の低元側冷凍回路の圧縮機の回転数(R2)に対する比(R1/R2)を、定常運転における比よりも高く設定することで、低元側冷凍回路において凝縮されず高圧過昇が生じて低元側冷媒回路の圧縮機が保護停止するのを抑制している。しかし、従来技術では低元側冷凍回路の圧縮機の立ち上がり運転における回転数が制限されるため、立ち上がり運転において、十分な暖房能力を発揮するまでに時間がかかっていた。一方、本実施形態における二元冷凍装置1は、高元側冷媒回路2と第1循環路23および第2循環路26を有する低元側冷媒回路3を備えて、第1モード運転においては、高元側冷媒回路2の高元側熱交換器11、および、低元側冷媒回路3の第2循環路26における低元側熱交換器24で、熱媒体回路4を循環する熱媒体と熱交換する。そのため、低元側冷媒回路3を循環する低元側冷媒と、熱媒体回路4を循環する熱媒体とを、直接、熱交換して凝縮させることができるため、低元側冷凍回路の圧縮機の保護停止を抑制しながら立ち上がり運転を速やかに行うことができる。
In the conventional dual refrigeration system, the ratio (R1/R2) of the rotation speed (R1) of the compressor of the high-side refrigeration circuit to the rotation speed (R2) of the compressor of the low-side refrigeration circuit during start-up operation is: By setting the ratio higher than the ratio in steady operation, it is possible to prevent the compressor of the low source side refrigerant circuit from stopping for protection due to high pressure overrise due to no condensation in the low source side refrigerant circuit. However, in the conventional technology, the rotational speed of the compressor in the low-source refrigeration circuit during start-up operation is limited, so it takes time to demonstrate sufficient heating capacity during start-up operation. On the other hand, the binary refrigeration system 1 in this embodiment includes a high-base refrigerant circuit 2 and a low-base refrigerant circuit 3 having a
一方、第1モード運転を継続していると、利用側熱交換器31で熱媒体と熱交換した空気が暖められてくるため、やがて、利用側熱交換器31から流出し低元側熱交換器24に流入する熱媒体の温度(熱媒体戻り温度)が低元側熱交換器24に流入する低元側冷媒の凝縮温度に近づいてくる。その状態においては、低元側熱交換器24で低元側冷媒が凝縮できなくなってしまう。本来、液相状態の低元側冷媒が多く分布する低元側熱交換器24において凝縮していない気相状態の冷媒が多く分布することで、代わりに低元側冷凍回路における他の経路(例えば、低元側圧縮機20の吸入側に設けられた図示しないアキュムレータ)に液相状態の低元側冷媒が過剰に溜まってしまう。そのため、低元側圧縮機20で液圧縮が生じる可能性がある。また、低元側熱交換器24で低元側冷媒が凝縮できるようにするため、低元側圧縮機20の回転数を上げると低元側圧縮機20の信頼性が低下するおそれがある。
On the other hand, if the first mode operation continues, the air that has exchanged heat with the heat medium in the user-
しかし、本実施形態における二元冷凍装置1は、熱媒体が低元側熱交換器24に流入しないで第2熱媒体循環路36を流れる第2モード運転を有している。第2モード運転は、熱媒体の熱媒体戻り温度が高温となり低元側冷媒の凝縮温度に近づいてきた場合に、熱媒体が低元側熱交換器24を流れず第2熱媒体循環路36を循環する運転である。第2モード運転を行うことにより、高温となった熱媒体が低元側熱交換器24への流入しなくなるため、低元側冷媒が低元側熱交換器24や冷媒配管6を介して周囲の空気と熱交換する。これにより、低元側熱交換器24に流入する低元側冷媒が凝縮できなくなることを抑制することができるので、低元側圧縮機20の回転数を上げずに低元側熱交換器24を凝縮器として利用できる。尚、本実施形態における二元冷凍装置1は、第2モード運転を有しているため、低元側熱交換器24は外周側流路と内周側流路を有する二重管熱交換器であって、外周側流路に低元側冷媒が流れ、内周側流路に熱媒体である水が流れる構造であることが好ましい。これにより低元側冷媒が放熱し易くなり凝縮が容易に行える。
However, the binary refrigeration system 1 in this embodiment has a second mode operation in which the heat medium does not flow into the low-
次に、図2を参照して、本実施形態の二元冷凍装置1における制御ブロックについて説明する。制御部5は、第1過冷却度算出手段45と第2過冷却度算出手段46と記憶手段47とを備えている。第1過冷却度算出手段45は、カスケード熱交換器13における低元側冷媒の過冷却度を算出する。第2過冷却度算出手段46は、低元側熱交換器24における低元側冷媒の過冷却度を算出する。また、記憶手段47には、例えば、目標温度等のデータ、制御用のソフトウェアや過冷却度を算出するプログラム等が記憶されている。第1過冷却度算出手段45には、凝縮温度検出センサ13aによって測定されるカスケード熱交換器13を流れる低元側冷媒の凝縮温度と出口温度検出センサ13bで測定されるカスケード熱交換器13を流れる低元側冷媒の出口温度とが入力される。第2過冷却度算出手段46には、凝縮温度検出センサ24aで測定される低元側熱交換器24を流れる低元側冷媒の凝縮温度と出口温度検出センサ24bによって測定される低元側熱交換器24を流れる低元側冷媒の出口温度とが入力される。また、制御部5には目標熱媒体温度が入力される。目標熱媒体温度は熱媒体回路4において、第1循環ポンプ30から流出する熱媒体としての水の目標温度である。目標熱媒体温度は、例えば、利用側熱交換器31を用いた暖房運転を行っているときの空調負荷(空調空間の室温と、使用者により定められた設定温度との差)に応じて変更され、空調負荷が大きいほど目標熱媒体温度は大きい値が設定される。
Next, with reference to FIG. 2, a control block in the binary refrigeration system 1 of this embodiment will be described. The
また、制御部5には熱媒体戻り温度検出センサ24cによって測定される熱媒体戻り温度、凝縮温度検出センサ22aによって測定される低元側熱交換器22の凝縮温度が入力される。制御部5に入力された熱媒体戻り温度、低元側熱交換器22の凝縮温度に基づき、第1三方弁34の制御を行う。
Further, the
制御部5は、目標熱媒体温度に基づき、高元側圧縮機10と低元側圧縮機20の回転数を決定する。また、第1過冷却度算出手段45により算出されたカスケード熱交換器13における低元側冷媒の過冷却度に基づいて低元側第1膨張弁21の制御を行う。また、第2過冷却度算出手段46により算出された低元側熱交換器24における低元側冷媒の過冷却度に基づいて低元側第2膨張弁25の制御を行う。
The
次に、図3に示す制御フロー図を参照して、本実施形態に係る二元冷凍装置1の制御について説明する。 Next, control of the binary refrigeration system 1 according to this embodiment will be described with reference to the control flow diagram shown in FIG. 3.
制御部は、まず、第1運転モードを開始する(ST1)。第1運転モードは第1三方弁34を熱媒体が第1熱媒体循環路35を流れるように切換える。次に第1循環ポンプ30を起動させる(ST2)。次に、立ち上がり運転を行う(ST3)。立ち上がり運転は、高元側圧縮機10、低元側圧縮機20を起動させ、高元側膨張弁12、低元側第1膨張弁21および低元側第2膨張弁25の開度を所定の初期開度に維持して、高元側冷媒回路2に高元側冷媒を循環させ、低元側冷媒回路3の第1循環路23および第2循環路26に低元側冷媒を循環させる。初期開度は、二元冷凍装置1が運転を開始してから、高元側冷媒回路2および低元側冷媒回路3が安定するまでの高元側膨張弁12、低元側第1膨張弁21および低元側第2膨張弁25の開度であり、高元側圧縮機10、低元側圧縮機20の性能によって決められ、予め設定される。
The control unit first starts the first operation mode (ST1). In the first operation mode, the first three-
次に、所定時間を経過したら、立ち上がり運転を終了する(ST4)。所定時間は例えば、10分である。所定時間は、二元冷凍装置1が負荷に応じて収束した安定な運転状態になるまで最低限必要な時間であり実験等により予め決定される。立ち上がり運転終了後、通常運転に切り換える(ST5)。通常運転は、カスケード熱交換器13の出口における低元側冷媒および低元側熱交換器24の出口における低元側冷媒が夫々所定の過冷却度(予め設定された固定値であって、各膨張弁に二相状態の低元側冷媒が流入しないように少なくとも1deg以上の値)になるよう低元側第1膨張弁21および低元側第2膨張弁25を制御する。また、高元側膨張弁12は高元側圧縮機10の吸入過熱度を目標値(予め設定された固定値であって、高元側圧縮機10に吸入される高元側冷媒が適切な冷媒状態となるように1deg以上の値)に制御する吸入過熱度制御を行う。尚、高元側膨張弁12は吸入過熱度制御ではなく目標吐出温度制御や過冷却度制御を行っても構わない。次に、利用側熱交換器31から流失した後の熱媒体戻り温度が所定値(第1所定温度)より低いかどうかを判断する(ST6)。所定値(第1所定温度)は変数であり、例えば、低元側冷媒の凝縮温度よりも2℃低い温度である。ST6の条件は、利用側熱交換器31から流出した後の熱媒体戻り温度と低元側冷媒回路3の凝縮温度検出センサ24aによって測定される低元側熱交換器24に流入する低元側冷媒の凝縮温度との差が、第2所定温度以上であるかどうかで判断してもよい。第2所定温度は、それを下回ると低元側熱交換器24において低元側冷媒が凝縮しなくなり、低元側圧縮機20で液圧縮が生じる可能性が有る値である。熱媒体戻り温度が所定値より低くない場合(ST6のNo)は、第2運転モードを開始する(ST7)。第2運転モードは熱媒体が第2熱媒体循環路36を流れるように第1三方弁34を切換える。熱媒体戻り温度が所定値より低くない場合は、低元側熱交換器24を通過する高温高圧の気相状態の低元側冷媒は放熱することができないが、第2運転モードを行うことにより高温の熱媒体が低元側熱交換器24への流入しなくなる。そのため、低元側熱交換器24に流入する低元側冷媒が低元側熱交換器24や冷媒配管6を介して周囲の空気と熱交換し放熱するので、低元側冷媒が凝縮できなくなることを抑制することができる。次に、低元側熱交換器24の出口における低元側冷媒の過冷却度が目標過冷却度となるように目標過冷却度制御を行う(ST8)。目標過冷却度制御を行うと、低元側第2膨張弁25は過冷却が取れるように閉じる方向に開度が制御され、最終的には閉じられる、もしくは、微開となる。目標過冷却度制御は第2過冷却度算出手段46を介して行う低元側第2膨張弁25の制御である。
Next, after a predetermined period of time has elapsed, the start-up operation is ended (ST4). The predetermined time is, for example, 10 minutes. The predetermined time is the minimum required time until the binary refrigeration system 1 reaches a stable operating state converged according to the load, and is determined in advance through experiments or the like. After the start-up operation is completed, the operation is switched to normal operation (ST5). In normal operation, the low-side refrigerant at the outlet of the
次に、除霜開始条件が成立したかどうかを判断する(ST9)。除霜開始条件は、例えば外気温が5℃以下で暖房運転を3時間継続させた場合や、熱源側熱交換器22の凝縮温度検出センサ22aによって検出された温度が-15℃以下になった場合である。除霜開始条件が成立した場合(ST9のYes)は、低元側四方弁27を、いわゆる冷房サイクル側に切換えて除霜運転を開始し(ST14)、所定時間経過後に除霜運転を終了する(ST15)。所定時間は、予め設定された時間であり、除霜運転によって熱源側熱交換器22に付着した霜を融解させるのに十分な時間(例えば10分)である。一方、除霜開始条件が成立してない場合(ST9のNo)は、熱媒体戻り温度が所定値より低いかどうかを判断する(ST10)。熱媒体戻り温度が所定値より低くない場合(ST10のNo)は、ST9の前に戻り目標過冷却度制御を継続する。熱媒体戻り温度が所定値より低い場合(ST10のYes)は、第1運転モードに切り換える(ST11)。第1運転モードは熱媒体が第1熱媒体循環路35を流れるように第1三方弁34を切換える。その結果、低元側第2膨張弁25は目標過冷却度制御によって閉若しくは微開状態から開く方向に開度が制御される(ST12)。第1運転モードに切り換えた後、目標過冷却度制御を行うと、低元側熱交換器24を通過する高温高圧の気相状態の低元側冷媒は放熱することができ、凝縮できるので、低元側熱交換器24を通過した後の低元側冷媒の過冷却度が目標過冷却度となるように低元側第2膨張弁25を開く方向に開度が制御される。目標過冷却度制御は第2過冷却度算出手段46を介して行う低元側第2膨張弁25の制御である。目標過冷却度制御を継続してST6の前に戻る。
Next, it is determined whether the defrosting start conditions are satisfied (ST9). Defrosting start conditions include, for example, when the outside temperature is 5° C. or lower and the heating operation is continued for 3 hours, or when the temperature detected by the condensing
熱媒体戻り温度が所定値より低い場合(ST6のYes)は、除霜開始条件が成立したかどうかを判断する(ST13)。除霜開始条件は、外気温や熱源側熱交換器22の凝縮温度検出センサ22aによって検出された温度に基づき判断する。除霜開始条件が成立した場合(ST13のYes)は、除霜運転を開始し(ST14)、所定時間経過後に除霜運転を終了する(ST15)。一方、除霜開始条件が成立してない場合(ST13のNo)は、ST6の前に戻り熱媒体戻り温度が所定値より低いかどうかを判断する(ST6)。
If the heat medium return temperature is lower than the predetermined value (Yes in ST6), it is determined whether the defrosting start condition is satisfied (ST13). The defrosting start condition is determined based on the outside air temperature and the temperature detected by the condensing
次に、図4A~4Cを参照して、他の実施形態である二元冷凍装置50について説明する。図4Aは、他の実施形態の二元冷凍装置50の冷媒回路図である。図4Bは、本発明の他の実施形態に係る二元冷凍装置50の第1モード運転の冷媒の流れを示す図である。また、図4Cは、本発明の他の実施形態に係る二元冷凍装置50の第2モード運転の冷媒の流れを示す図である。最初の実施形態の二元冷凍装置1と他の実施形態の二元冷凍装置50の相違は、一端が第1三方弁34と低元側熱交換器24との間の配管32に接続され、他端が低元側熱交換器24と第1バイパス路33の他端との間の配管32に接続される第2バイパス路37が設けられている点であり、他の構成は同一である、そのため、最初の実施形態の二元冷凍装置1の構成と同一の構成についての詳細な説明は省略する。また、同一の構成については同一の符号を用いる。
Next, a
二元冷凍装置50は、利用側熱交換器31を蒸発器として利用する場合には冷房運転に用いられ、利用側熱交換器31を凝縮器として利用する場合には、温水を作る運転、あるいは、暖房運転に用いられることができる冷凍装置である。以下、温水を作る運転と暖房運転をまとめて暖房運転と呼ぶことがある。本実施形態では、暖房運転に用いられる二元冷凍装置について説明する。
The
二元冷凍装置50は、高元側冷媒回路2、低元側冷媒回路3、熱媒体回路4、制御部5を備え、制御部5は二元冷凍装置50を制御する。熱媒体回路4は第1バイパス路33と第2バイパス路37を備えている。第1バイパス路33は、一端が利用側熱交換器31と低元側熱交換器24との間の配管32と接続され、他端が低元側熱交換器24と高元側熱交換器11との間の配管と接続される。第2バイパス路37は、一端が第1三方弁34と低元側熱交換器24との間の配管32に接続され、他端が低元側熱交換器24と第1バイパス路33の他端との間の配管32に接続される。
The
第2バイパス路37においては、第2バイパス路37の他端には第2切換手段である第2三方弁38が設けられ、第2バイパス路37の他端から一端に向けて、蓄熱材を有する蓄熱部39(第2蓄熱部に該当する)、第2循環ポンプ40、逆止弁41が設けられている。第2三方弁38は、熱媒体としての水が第1熱媒体循環路35を流れるのと第3熱媒体循環路42を流れるのとで切り換える。蓄熱部39は、低元側熱交換器24によって低元側冷媒から吸熱した熱を熱媒体としての水を介して蓄熱する。また、蓄熱部39には、蓄熱部39の温度を測定する温度検出センサ39aが設けられている。第2循環ポンプ40は熱媒体としての水を第2バイパス路37の他端から一端に向けて流す。逆止弁41は、熱媒体としての水が第2バイパス路37の他端から一端に向けて流れるが、一端から他端に向けては流れないようにする弁である。
In the
二元冷凍装置50は、熱媒体が第1熱媒体循環路35を流れる第1モード運転と、熱媒体が第2熱媒体循環路36および第3熱媒体循環路42を流れる第2モード運転を有している。第1モード運転は、低元側冷媒回路3の熱源側熱交換器22で外気から吸熱し、外気から吸熱した熱を高元側冷媒回路2の高元側熱交換器11および低元側冷媒回路3の低元側熱交換器24を介して熱媒体回路4の熱媒体に放熱し、吸熱した熱媒体回路4の熱媒体から室内の空気に放熱する運転である。第2モード運転は、低元側冷媒回路3の熱源側熱交換器22で外気から吸熱し、高元側冷媒回路2を介して熱媒体回路4の熱媒体から室内の空気に放熱する運転と、低元側冷媒回路3の熱源側熱交換器22で外気から吸熱し、外気から吸熱した熱を熱媒体回路4の蓄熱部39に蓄熱する運転とを行う。
The
第1熱媒体循環路35は、熱媒体が、第1循環ポンプ30、利用側熱交換器31、低元側熱交換器24、高元側熱交換器11、第1循環ポンプ30と循環する循環路である。第2熱媒体循環路36は、熱媒体が、第1循環ポンプ30、利用側熱交換器31、第1バイパス路33、高元側熱交換器11、第1循環ポンプ30と循環する循環路である。第3熱媒体循環路42は、熱媒体が、第2バイパス路37の第2循環ポンプ40、逆止弁41、低元側熱交換器24、第2循環ポンプ40と循環する循環路である。
In the first heat
次に、図5を参照して、本実施形態の二元冷凍装置50における制御ブロックについて説明する。制御部5は、第1過冷却度算出手段45と第2過冷却度算出手段46と記憶手段47とを備えている。第1過冷却度算出手段45は、カスケード熱交換器13における低元側冷媒の過冷却度を算出する。第2過冷却度算出手段46は、低元側熱交換器24における低元側冷媒の過冷却度を算出する。また、記憶手段47には、例えば、目標温度等のデータ、制御用のソフトウェアや過冷却度を算出するプログラム等が記憶されている。第1過冷却度算出手段45には、上述したように、凝縮温度検出センサ13aによって測定されるカスケード熱交換器13を流れる低元側冷媒の凝縮温度と出口温度検出センサ13bで測定されるカスケード熱交換器13を流れる低元側冷媒の出口温度とが入力される。第2過冷却度算出手段46には、凝縮温度検出センサ24aで測定される低元側熱交換器24を流れる低元側冷媒の凝縮温度と出口温度検出センサ24bで測定される低元側熱交換器24を流れる低元側冷媒の出口温度とが入力される。また、制御部5には目標熱媒体温度が入力される。目標熱媒体温度は熱媒体回路4において、第1循環ポンプ30から流出する熱媒体としての水の目標温度である。目標熱媒体温度は、例えば、利用側熱交換器31を用いた暖房運転行っているときの空調負荷(空調空間の室温と、使用者により定められた設定温度との差)に応じて変更され、空調負荷が大きいほど目標熱媒体温度は大きい値が設定される。
Next, with reference to FIG. 5, a control block in the
また、制御部5には熱媒体戻り温度検出センサ24cによって測定される熱媒体戻り温度、凝縮温度検出センサ22aによって測定される低元側熱交換器24の凝縮温度、温度検出センサ39aで測定される蓄熱部39の温度が入力される。制御部5に入力された熱媒体戻り温度、低元側熱交換器24の温度、蓄熱部39の温度に基づき、第1三方弁34、第2三方弁38、第2循環ポンプ40の制御を行う。すなわち、熱媒体戻り温度が低元側熱交換器24に流入する低元側冷媒の凝縮温度よりも高くなることを防止するため、熱媒体を蓄熱部39で放熱させる。
The
制御部5は、目標熱媒体温度に基づき、高元側圧縮機10と低元側圧縮機20の回転数を決定する。また、カスケード熱交換器13を流れる高元側冷媒の凝縮温度およびカスケード熱交換器13を流れる高元側冷媒の出口温度に基づき、第1過冷却度算出手段45を介して低元側第1膨張弁21の制御を行う。また、低元側熱交換器24を流れる低元側冷媒の凝縮温度および低元側熱交換器24を流れる低元側冷媒の出口温度に基づき、第2過冷却度算出手段46を介して低元側第2膨張弁25の制御を行う。
The
本実施形態の二元冷凍装置50では、第2モード運転において蓄熱部39に蓄熱された熱を、熱源側熱交換器22に着霜した霜を除霜するための除霜運転に用いる。除霜運転は次のように行われる。高元側冷媒回路2の高元側圧縮機10は停止させ、低元側冷媒回路3においては、低元側四方弁27を、いわゆる冷房サイクル側に切換える。すなわち、低元側圧縮機20から吐出される低元側冷媒を、熱源側熱交換器22の側に流れるように切り換え、熱源側熱交換器22を凝縮器として機能させ、カスケード熱交換器13の側および低元側熱交換器24を蒸発器として機能させる。低元側第1膨張弁21および低元側第2膨張弁25は全開に近い開度にする。低元側圧縮機20から吐出された低元側冷媒は熱源側熱交換器22に流入し霜を融かす。熱源側熱交換器22から流出した一部の低元側冷媒は低元側熱交換器24に流入し、蓄熱部39が設けられた第3熱媒体循環路42を循環する熱媒体から吸熱する。熱源側熱交換器22から流出した残りの低元側冷媒はカスケード熱交換器13に流入し、高元側圧縮機10が停止した高元側冷媒回路2に残った熱を吸熱する。吸熱した低元側冷媒は低元側圧縮機20を経由して、再度、熱源側熱交換器22に流入し霜を融かす。
In the
図6に示す制御フロー図を参照して、本実施形態に係る二元冷凍装置50の制御について説明する。
Control of the
制御部は、まず、第1運転モードを開始する(ST21)。第1運転モードは第1三方弁34を熱媒体が第1熱媒体循環路35を流れるように切換える。次に第1循環ポンプ30を起動させる(ST22)。次に、立ち上がり運転を行う(ST23)。立ち上がり運転は、高元側圧縮機10、低元側圧縮機20を起動させ、高元側膨張弁12、低元側第1膨張弁21および低元側第2膨張弁25の開度を所定の初期開度に維持して、高元側冷媒回路2に高元側冷媒を循環させ、低元側冷媒回路3の第1循環路23および第2循環路26に低元側冷媒を循環させる。初期開度は、二元冷凍装置1が運転を開始してから、高元側冷媒回路2および低元側冷媒回路3が安定するまでの高元側膨張弁12、低元側第1膨張弁21および低元側第2膨張弁25の開度であり、高元側圧縮機10、低元側圧縮機20の性能によって決められ、予め設定される。
The control unit first starts the first operation mode (ST21). In the first operation mode, the first three-
次に、所定時間を経過したら、立ち上がり運転を終了する(ST24)。所定時間は例えば、10分である。所定時間は、二元冷凍装置1が負荷に応じて収束した安定な運転状態になるまで最低限必要な時間であり実験等により予め決定される。立ち上がり運転終了後、通常運転に切り換える(ST25)。通常運転は、カスケード熱交換器13の出口における低元側冷媒および低元側熱交換器24の出口における低元側冷媒が所定の過冷却度(予め設定された固定値であって、各膨張弁に二相状態の低元側冷媒が流入しないように少なくとも1deg以上の値)になるよう低元側第1膨張弁21および低元側第2膨張弁25を制御する。また、高元側膨張弁12は高元側圧縮機10の吸入過熱度を目標値(予め設定された固定値であって、高元側圧縮機10に吸入される高元側冷媒が適切な冷媒状態となるように1deg以上の値)に制御する吸入過熱度制御を行う。尚、高元側膨張弁12は吸入過熱度制御ではなく目標吐出温度制御や過冷却度制御を行っても構わない。次に、利用側熱交換器31から流失した後の熱媒体戻り温度が所定値(第1所定温度)より低いかどうかを判断する(ST26)。所定値(第1所定温度)は変数であり、例えば、低元側冷媒の凝縮温度よりも2℃低い温度である。ST26の条件は、利用側熱交換器31から流出した後の熱媒体戻り温度と低元側冷媒回路3の凝縮温度検出センサ24aによって測定される低元側熱交換器24に流入する低元側冷媒の凝縮温度との差が、第2所定温度以上であるかどうかで判断してもよい。第2所定温度は、それを下回ると低元側熱交換器24において低元側冷媒が凝縮しなくなり、低元側圧縮機20で液圧縮が生じる可能性が有る値である。熱媒体戻り温度が所定値より低くない場合(ST26のNo)は、第2運転モードを開始する(ST27)。第2運転モードは熱媒体が第2熱媒体循環路36を流れるように第1三方弁34を切換え、外気から吸熱した熱を熱媒体回路4の蓄熱部39に蓄熱する運転である。第2運転モードを所定時間行って蓄熱部39への蓄熱を完了する(ST28)。次に、低元側熱交換器24の出口における低元側冷媒の過冷却度が目標過冷却度となるように目標過冷却度制御を行う(ST29)。目標過冷却度制御を行うと、低元側第2膨張弁25は過冷却が取れるように閉じる方向に開度が制御され、最終的には閉じられる、もしくは、微開となる。目標過冷却度制御は第2過冷却度算出手段46を介して行う低元側第2膨張弁25の制御である。
Next, after a predetermined period of time has elapsed, the start-up operation is ended (ST24). The predetermined time is, for example, 10 minutes. The predetermined time is the minimum required time until the binary refrigeration system 1 reaches a stable operating state converged according to the load, and is determined in advance through experiments or the like. After the start-up operation is completed, the operation is switched to normal operation (ST25). In normal operation, the low-side refrigerant at the outlet of the
次に、除霜開始条件が成立したかどうかを判断する(ST30)。除霜開始条件は、例えば、外気温が5℃以下で暖房運転を3時間継続させた場合や熱源側熱交換器22の凝縮温度検出センサ22aに基づき検出された温度が-15℃以下になった場合である。除霜開始条件が成立した場合(ST30のYes)は、低元側四方弁27を、いわゆる冷房サイクル側に切替えて除霜運転を開始し(ST35)、所定時間経過後に除霜運転を終了する(ST36)。所定時間は、予め設定された時間であり、除霜運転によって熱源側熱交換器22に付着した霜を融解させるのに十分な時間(例えば10分)である。一方、除霜開始条件が成立してない場合(ST30のNo)は、熱媒体戻り温度が所定値より低いかどうかを判断する(ST31)。熱媒体戻り温度が所定値より低くない場合(ST31のNo)は、ST30の前に戻り目標過冷却度制御を継続する。熱媒体戻り温度が所定値より低い場合(ST31のYes)は、第1運転モードに切り換える(ST32)。第1運転モードは熱媒体が第1熱媒体循環路35を流れるように第1三方弁34を切換える。その結果、低元側第2膨張弁25は目標過冷却度制御によって、閉若しくは微開状態から開く方向に開度が制御される(ST33)。第1運転モードに切り換えた後、目標過冷却度制御を行うと、低元側熱交換器24を通過する高温高圧の気相状態の低元側冷媒は放熱することができ、凝縮できるので、低元側熱交換器24を通過した後の低元側冷媒の過冷却度が目標過冷却度となるように低元側第2膨張弁25を開く方向に開度が制御される。目標過冷却度制御は第2過冷却度算出手段46を介して行う低元側第2膨張弁25の制御である。目標過冷却度制御を継続してST26の前に戻る。
Next, it is determined whether the defrosting start conditions are satisfied (ST30). Defrosting start conditions include, for example, when the outside temperature is 5°C or lower and the heating operation continues for 3 hours, or when the temperature detected by the condensing
熱媒体戻り温度が所定値より低い場合(ST26のYes)は、除霜開始条件が成立したかどうかを判断する(ST34)。除霜開始条件は、上述したような外気温や熱源側熱交換器22の凝縮温度検出センサ22aに基づき検出された温度に関する条件である。除霜開始条件が成立した場合(ST34のYes)は、蓄熱部39の蓄熱温度が所定値より高いかどうかを判断する(ST37)。所定値は、予め試験等により定められ、除霜運転に利用できる十分な蓄熱量が得られていると判断できる温度である。蓄熱部39の蓄熱温度が所定値より高い場合は(ST37のYes)、除霜運転を開始し(ST35)、所定時間経過後に除霜運転を終了する(ST36)。一方、蓄熱部39の蓄熱温度が所定値より高くない場合は(ST37のNo)、第2運転モードを開始する(ST38)。第2運転モードは熱媒体が第2熱媒体循環路を流れるように第1三方弁34を切換え、外気から吸熱した熱を熱媒体回路4の蓄熱部39に蓄熱する運転である。第2運転モードを所定時間行って蓄熱部39への蓄熱を完了する(ST39)。次に、除霜運転を開始し(ST35)、所定時間経過後に除霜運転を終了する(ST36)。
If the heat medium return temperature is lower than the predetermined value (Yes in ST26), it is determined whether the defrosting start condition is satisfied (ST34). The defrosting start conditions are conditions related to the outside air temperature and the temperature detected by the condensing
以上、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく実施形態の改変は、当業者にとって自明のことである。 Although the embodiments have been described above with reference to a limited number of embodiments, the scope of rights is not limited thereto, and modifications of the embodiments based on the above disclosure will be obvious to those skilled in the art.
1…二元冷凍装置、2…高元側冷媒回路、3…低元側冷媒回路、4…熱媒体回路、5…制御部、6…冷媒配管、10…高元側圧縮機、11…高元側熱交換器、12…高元側膨張弁、13…カスケード熱交換器、13a…凝縮温度検出センサ、13b…出口温度検出センサ、14…高元側四方弁、20…低元側圧縮機、21…低元側第1膨張弁、22…熱源側熱交換器、22a…凝縮温度検出センサ、23…第1循環路、24…低元側熱交換器、24a…凝縮温度検出センサ、24b…出口温度検出センサ、24c…熱媒体戻り温度検出センサ、25…低元側第2膨張弁、26…第2循環路、27…低元側四方弁、30…第1循環ポンプ、31…利用側熱交換器、32…配管、33…第1バイパス路、34…第1三方弁、35…第1熱媒体循環路、36…第2熱媒体循環路、37…第2バイパス路、38…第2三方弁、39…蓄熱部、39a…温度検出センサ、40…第2循環ポンプ、41…逆止弁、42…第3熱媒体循環路、45…第1過冷却度算出手段、46…第2過冷却度算出手段、47…記憶手段、50…二元冷凍装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Binary refrigeration device, 2... High source side refrigerant circuit, 3... Low source side refrigerant circuit, 4... Heat medium circuit, 5... Control part, 6... Refrigerant piping, 10... High source side compressor, 11... High source side Source side heat exchanger, 12... High source side expansion valve, 13... Cascade heat exchanger, 13a... Condensing temperature detection sensor, 13b... Outlet temperature detection sensor, 14... High source side four-way valve, 20... Low source side compressor , 21...Low source side first expansion valve, 22...Heat source side heat exchanger, 22a...Condensing temperature detection sensor, 23...First circulation path, 24...Low source side heat exchanger, 24a...Condensing temperature detection sensor, 24b ...Outlet temperature detection sensor, 24c...Heat medium return temperature detection sensor, 25...Low source side second expansion valve, 26...Second circulation path, 27...Low source side four-way valve, 30...First circulation pump, 31...Usage Side heat exchanger, 32... Piping, 33... First bypass path, 34... First three-way valve, 35... First heat medium circulation path, 36... Second heat medium circulation path, 37... Second bypass path, 38... Second three-way valve, 39... Heat storage unit, 39a... Temperature detection sensor, 40... Second circulation pump, 41... Check valve, 42... Third heat medium circulation path, 45... First supercooling degree calculation means, 46... Second supercooling degree calculation means, 47... Storage means, 50... Binary refrigeration device
Claims (9)
低元側圧縮機と、前記カスケード熱交換器と、低元側第1減圧機構と、熱源側熱交換器とが冷媒配管で順次接続され、低元側冷媒が循環する第1循環路と、
前記第1循環路における、前記低元側圧縮機と前記カスケード熱交換器との間と、前記低元側第1減圧機構と前記熱源側熱交換器との間とを、低元側熱交換器および低元側第2減圧機構が設けられた冷媒配管で接続し、前記低元側圧縮機と、前記低元側熱交換器と、前記低元側第2減圧機構と、前記熱源側熱交換器とが冷媒配管で順次接続され、前記低元側冷媒が循環する第2循環路とを備える、低元側冷媒回路と、
第1循環ポンプと、利用側熱交換器と、前記低元側熱交換器と、前記高元側熱交換器とが、配管で順次接続されて熱媒体が循環し、前記高元側熱交換器で前記高元側冷媒と前記熱媒体とが熱交換し、前記低元側熱交換器で前記低元側冷媒と前記熱媒体とが熱交換する第1熱媒体循環路と、
前記第1熱媒体循環路における、前記利用側熱交換器と前記低元側熱交換器との間と、前記低元側熱交換器と前記高元側熱交換器との間とを接続する第1バイパス路を備え、前記第1循環ポンプと、前記利用側熱交換器と、前記第1バイパス路と、前記高元側熱交換器とが配管で順次接続され、前記熱媒体が循環する第2熱媒体循環路と、を備えた熱媒体回路と、
前記カスケード熱交換器で前記高元側冷媒と前記低元側冷媒とが熱交換し、
前記熱媒体回路において、前記熱媒体を第1熱媒体循環路に流すか、または、前記第2熱媒体循環路に流すかを切り換える第1切換手段と、
前記高元側冷媒回路、前記低元側冷媒回路、前記熱媒体回路を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする二元冷凍装置。 a high-base refrigerant circuit in which a high-base compressor, a high-base heat exchanger, a high-base pressure reduction mechanism, and a cascade heat exchanger are sequentially connected by refrigerant piping, and the high-base refrigerant circulates;
a first circulation path in which a low source side compressor, the cascade heat exchanger, a first low pressure reducing mechanism, and a heat source side heat exchanger are sequentially connected by refrigerant piping, and in which the low source side refrigerant circulates;
A low source side heat exchange is performed between the low source side compressor and the cascade heat exchanger and between the low source side first pressure reduction mechanism and the heat source side heat exchanger in the first circulation path. The low source side compressor, the low source side heat exchanger, the low source second pressure reducing mechanism, and the heat source side heat a low-source refrigerant circuit, comprising a second circulation path in which the low-source refrigerant circulates, the exchanger being sequentially connected to the exchanger through refrigerant piping;
The first circulation pump, the utilization side heat exchanger, the low source side heat exchanger, and the high source side heat exchanger are sequentially connected by piping to circulate the heat medium, and the high source side heat exchanger a first heat medium circulation path in which the high-base refrigerant and the heat medium exchange heat in a heat exchanger, and the low-base refrigerant and the heat medium exchange heat in the low-base heat exchanger;
Connecting between the utilization side heat exchanger and the low source side heat exchanger and between the low source side heat exchanger and the high source side heat exchanger in the first heat medium circulation path. A first bypass path is provided, the first circulation pump, the usage side heat exchanger, the first bypass path, and the high source side heat exchanger are sequentially connected by piping, and the heat medium circulates. a heat medium circuit comprising a second heat medium circulation path;
The high-end refrigerant and the low-end refrigerant exchange heat in the cascade heat exchanger,
In the heat medium circuit, a first switching means for switching whether to flow the heat medium into the first heat medium circulation path or the second heat medium circulation path;
A binary refrigeration system comprising: a control section that controls the high-base refrigerant circuit, the low-base refrigerant circuit, and the heat medium circuit.
前記熱媒体回路において、前記熱媒体が第1熱媒体循環路を流れるか、または、前記第3熱媒体循環路を流れるかを切り換える第2切換手段と、
前記低元側冷媒回路において、前記低元側圧縮機の吐出側に接続され、前記低元側圧縮機から吐出する前記低元側冷媒を前記カスケード熱交換器側および前記低元側熱交換器側に流すか、または、前記熱源側熱交換器側に流すかを切り換える四方弁と、を備えていることを特徴とする請求項1に記載の二元冷凍装置。 In the heat medium circuit, a second bypass path provided with a check valve, a second circulation pump, and a second heat storage section including a heat storage material is connected in parallel with the first bypass path, and the second bypass path and the second circulation pump are connected in parallel to the first bypass path. , a third heat medium circulation path in which the check valve, the low-side heat exchanger, and the second heat storage section are sequentially connected by refrigerant piping, and the heat medium circulates;
In the heat medium circuit, a second switching means for switching whether the heat medium flows through the first heat medium circulation path or the third heat medium circulation path;
In the low-base refrigerant circuit, the low-base refrigerant circuit is connected to the discharge side of the low-base compressor, and transfers the low-base refrigerant discharged from the low-base compressor to the cascade heat exchanger side and the low-base heat exchanger. The two-way refrigeration system according to claim 1, further comprising a four-way valve for switching whether to flow to the side or to the heat source side heat exchanger side.
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