JP7435671B1 - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単元運転と二元運転との切り替えが可能な冷凍装置において、冷媒が流れず熱交換器として機能していない状態の熱交換器を介して利用側機器から冷媒回路側への熱漏洩を抑制することができる冷凍装置を提供する。【解決手段】熱媒体と熱交換する高元側熱媒体熱交換器１１、カスケード熱交換器１３が冷媒配管で順次接続される高元側冷媒回路２と、カスケード熱交換器１３、カスケード熱交換器１３と並列に接続して熱媒体と熱交換する低元側熱媒体熱交換器２４、低元側熱交換器２２が冷媒配管で順次接続される低元側冷媒回路３と、高元側冷媒回路２および低元側冷媒回路３を制御する制御部５とを備え、制御部５は、単元運転と二元運転との切り替えが可能であり、低元側熱媒体熱交換器２４には低元側遮断手段４０、４１が設けられ、高元側熱媒体熱交換器１１には高元側遮断手段４２、４３が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍装置に関し、特に、１つの冷媒回路で運転する単元運転と、カスケード熱交換器を用いて２つの冷媒回路で運転する二元運転との切り替えが可能な冷凍装置に関する。

従来の二元冷凍装置は、高温側冷媒回路と、低温側冷媒回路と、高温側冷媒回路と低温側冷媒回路とが共用するカスケード熱交換器（中間熱交換器）とを備え、高温側冷媒回路を循環する高温側冷媒に対しては蒸発器として動作し、低温側冷媒回路を循環する低温側冷媒に対しては凝縮器として動作するカスケード熱交換器で高温側冷媒と低温側冷媒を熱交換させ、低温側冷媒回路を循環する低元側冷媒によって冷却槽（被冷却対象を納める箱）内の冷却を行う。このように、二元冷凍装置は、カスケード熱交換器で高温側冷媒回路を循環する冷媒と低温側冷媒回路を循環する冷媒とを熱交換させるので、通常の単元運転を行う冷凍装置よりも、冷却槽内をより低温に冷却させて冷却能力を高めることができる。

このように二元冷凍装置は冷却能力を高めることができるが、一方で、高温側冷媒回路および低温側冷媒回路の２つ冷媒回路を運転させるので、エネルギーを多く消費してしまう。そのため、冷却能力がそれほど必要でない場合には、単元運転の方が適している場合がある。

そのため、特許文献１には、必要な能力や温度の変化に応じて、単元運転と二元運転とが切り替えられる冷却装置が開示されており、運転効率の向上が図られている。

特許文献１に開示された冷凍装置は、低温側凝縮器及び低温側蒸発器を有し、循環する低温側冷媒が低温側蒸発器で吸熱する低温側冷媒回路と、高温側凝縮器、高温側第１蒸発器及び高温側第２蒸発器を有し、循環する高温側冷媒が高温側第１蒸発器又は高温側第２蒸発器で吸熱する高温側冷媒回路とが設けられ、低温側凝縮器及び高温側第２蒸発器として動作するカスケード熱交換器が形成されており、高温側第１蒸発器に高温側冷媒を循環させて、高温側第１蒸発器において被冷却物を冷却する単元運転と、高温側第２蒸発器に高温側冷媒を循環させ、また、低温側冷媒回路に低温側冷媒を循環させ、カスケード熱交換器において高温側冷媒と低温側冷媒とを熱交換し、低温側蒸発器において被冷却物を冷却する二元運転との運転の切り替えが可能である。

特開２００９－２６１０号公報

しかし、特許文献１に開示された二元冷凍装置では、単元運転の場合は、運転が停止している低温側冷媒回路の低温側蒸発器を介して利用側機器としての冷却槽側が低温側冷媒回路側から吸熱してしまう。また、二元運転の場合も、冷媒が流れず蒸発器（熱交換器）として機能していない状態の高温側第１蒸発器を介して利用側機器としての冷却槽側が高温側冷媒回路側から吸熱してしまう。そのため、利用側機器における冷媒と被冷却物との熱交換量が不足するという課題を有している。

上記課題に鑑み、本発明の目的は、単元運転と二元運転との切り替えが可能な冷凍装置において、冷媒が流れず熱交換器として機能していない状態の熱交換器を介して利用側機器から冷媒回路側への熱漏洩を抑制することができる冷凍装置を提供するものである。

本発明の一態様は、高元側冷媒が循環し、高元側圧縮機と、高元側冷媒と熱媒体とが熱交換する高元側熱媒体熱交換器と、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る高元側冷媒回路と、低元側冷媒が循環し、低元側圧縮機と、カスケード熱交換器と、カスケード熱交換器と並列に接続され低元側冷媒と熱媒体とが熱交換する低元側熱媒体熱交換器と、低元側減圧機構と、低元側熱交換器とが冷媒配管で順次接続される低元側冷媒回路と、高元側冷媒回路および低元側冷媒回路を制御する制御部と、を備え、制御部は、高元側冷媒回路に高元側冷媒を循環させず、低元側冷媒回路に低元側冷媒を循環させて、低元側熱媒体熱交換器で熱媒体を加熱する単元運転と、高元側冷媒回路に高元側冷媒を循環させ、また、低元側冷媒回路に低元側冷媒を循環させて、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して高元側熱媒体熱交換器で熱媒体を加熱する二元運転と、の切り替えが可能であり、低元側冷媒回路には、低元側冷媒の低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する低元側遮断手段が設けられ、高元側冷媒回路には、高元側冷媒の高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する高元側遮断手段が設けられており、制御部は、二元運転において、熱媒体の加熱目標温度が所定値以上である場合に、低元側遮断手段により低元側冷媒の低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断し、二元運転において、熱媒体の加熱目標温度が所定値未満である場合に、二元運転から単元運転に切り換え、高元側遮断手段により高元側冷媒の前記高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断することを特徴とする冷凍装置である。
また、本発明の一態様は、高元側冷媒が循環し、高元側圧縮機と、高元側冷媒と熱媒体とが熱交換する高元側熱媒体熱交換器と、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る高元側冷媒回路と、低元側冷媒が循環し、低元側圧縮機と、カスケード熱交換器と、カスケード熱交換器と並列に接続され前記低元側冷媒と熱媒体とが熱交換する低元側熱媒体熱交換器と、低元側減圧機構と、低元側熱交換器とが冷媒配管で順次接続される低元側冷媒回路と、高元側冷媒回路および低元側冷媒回路を制御する制御部と、を備え、制御部は、高元側冷媒回路に高元側冷媒を循環させず、低元側冷媒回路に低元側冷媒を循環させて、低元側熱媒体熱交換器で熱媒体を加熱する単元運転と、高元側冷媒回路に高元側冷媒を循環させ、また、低元側冷媒回路に低元側冷媒を循環させて、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して高元側熱媒体熱交換器で熱媒体を加熱する二元運転と、の切り替えが可能であり、低元側冷媒回路には、低元側冷媒の低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する低元側遮断手段が設けられ、高元側冷媒回路には、高元側冷媒の高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する高元側遮断手段が設けられており、制御部は、単元運転において、高元側熱媒体熱交換器に流入する熱媒体の温度が高元側熱媒体熱交換器に流入する高元側冷媒の温度よりも高い場合に、高元側遮断手段により、高元側冷媒の高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断し、二元運転において、低元側熱媒体熱交換器に流入する熱媒体の温度が低元側熱媒体熱交換器に流入する低元側冷媒の温度よりも高い場合に、低元側遮断手段により、低元側冷媒の低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断することを特徴とする冷凍装置である。
さらに高元側冷媒が循環し、高元側圧縮機と、高元側冷媒と熱媒体とが熱交換する高元側熱媒体熱交換器と、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る高元側冷媒回路と、低元側冷媒が循環し、低元側圧縮機と、カスケード熱交換器と、カスケード熱交換器と並列に接続され低元側冷媒と熱媒体とが熱交換する低元側熱媒体熱交換器と、低元側減圧機構と、低元側熱交換器とが冷媒配管で順次接続される低元側冷媒回路と、高元側冷媒回路および低元側冷媒回路を制御する制御部と、を備え、制御部は、高元側冷媒回路に高元側冷媒を循環させず、低元側冷媒回路に低元側冷媒を循環させて、低元側熱媒体熱交換器で熱媒体を加熱する単元運転と、高元側冷媒回路に高元側冷媒を循環させ、また、低元側冷媒回路に低元側冷媒を循環させて、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して高元側熱媒体熱交換器で熱媒体を加熱する二元運転と、の切り替えが可能であり、低元側冷媒回路には、低元側冷媒の低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する低元側遮断手段が設けられ、高元側冷媒回路には、高元側冷媒の高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する高元側遮断手段が設けられており、低元側冷媒回路において、低元側圧縮機の吐出側に接続され、低元側圧縮機から吐出する低元側冷媒を、カスケード熱交換器の側および低元側熱媒体熱交換器の側に流すか、または、低元側熱交換器の側に流すかを切り換える低元側四方弁が設けられ、制御部は、所定の除霜開始条件になった場合に、低元側圧縮機から吐出する低元側冷媒を低元側熱交換器の側に流すように低元側四方弁を切り換え、低元側遮断手段により、低元側冷媒の低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断し、高元側遮断手段により、高元側冷媒の高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断することを特徴とする冷凍装置である。
また、高元側冷媒が循環し、高元側圧縮機と、高元側冷媒と熱媒体とが熱交換する高元側熱媒体熱交換器と、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る高元側冷媒回路と、低元側冷媒が循環し、低元側圧縮機と、カスケード熱交換器と、カスケード熱交換器と並列に接続され低元側冷媒と熱媒体とが熱交換する低元側熱媒体熱交換器と、低元側減圧機構と、低元側熱交換器とが冷媒配管で順次接続される低元側冷媒回路と、高元側冷媒回路および低元側冷媒回路を制御する制御部と、を備え、制御部は、高元側冷媒回路に高元側冷媒を循環させず、低元側冷媒回路に低元側冷媒を循環させて、低元側熱媒体熱交換器で熱媒体を加熱する単元運転と、高元側冷媒回路に高元側冷媒を循環させ、また、低元側冷媒回路に低元側冷媒を循環させて、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して高元側熱媒体熱交換器で熱媒体を加熱する二元運転と、の切り替えが可能であり、低元側冷媒回路には、低元側冷媒の低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する低元側遮断手段が設けられ、高元側冷媒回路には、高元側冷媒の高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する高元側遮断手段が設けられており、低元側冷媒もしくは高元側冷媒の少なくともいずれ一方のカスケード熱交換器への流入を遮断するカスケード熱交換器側遮断手段が、低元側冷媒回路もしくは高元側冷媒回路に設けられ、単元運転時にカスケード熱交換器側遮断手段によって冷媒の流入を遮断し、低元側冷媒回路において、低元側圧縮機の吐出側に接続され、低元側圧縮機から吐出する低元側冷媒を、カスケード熱交換器の側および低元側熱媒体熱交換器の側に流すか、または、低元側熱交換器の側に流すかを切り換える低元側四方弁が設けられ、制御部は、所定の除霜開始条件になった場合に、低元側圧縮機から吐出する低元側冷媒を低元側熱交換器の側に流すように低元側四方弁を切り換え、低元側遮断手段により、低元側冷媒の低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断し、高元側遮断手段により、高元側冷媒の高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断することを特徴とする冷凍装置である。
さらに、高元側圧縮機と、カスケード熱交換器と、高元側減圧機構と、熱媒体と熱交換する高元側熱媒体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、低元側熱交換器と、低元側減圧機構と、カスケード熱交換器と、カスケード熱交換器と並列に接続して熱媒体と熱交換する低元側熱媒体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低元側冷媒回路と、高元側冷媒回路および低元側冷媒回路を制御する制御部と、を備え、制御部は、高元側冷媒回路で高元側冷媒を循環させず、低元側冷媒回路で低元側冷媒を循環させて、低元側熱媒体熱交換器で熱媒体を冷却する単元運転と、高元側冷媒回路で高元側冷媒を循環させ、また、低元側冷媒回路で低元側冷媒を循環させて、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して高元側熱媒体熱交換器で熱媒体を冷却する二元運転と、の切り替えが可能であり、低元側冷媒回路には、低元側冷媒の低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する低元側遮断手段が設けられ、高元側冷媒回路には、高元側冷媒の高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する高元側遮断手段が設けられており、制御部は、単元運転において、高元側遮断手段により、高元側冷媒の高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断し、二元運転において、低元側遮断手段により、低元側冷媒の低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断することを特徴とする冷凍装置である。

本発明によれば、単元運転と二元運転との切り替えが可能な冷凍装置において、冷媒が流れず熱交換器として機能していない状態の熱交換器を介して利用側機器から冷媒回路側への熱漏洩を抑制することができる冷凍装置を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る二元冷凍装置の冷媒回路図である。 本発明の第１実施形態に係る二元冷凍装置の制御フロー図である。 本発明の第２実施形態に係る二元冷凍装置の冷媒回路図である。 本発明の第２実施形態に係る二元冷凍装置の制御フロー図である。 本発明の第３実施形態に係る二元冷凍装置の冷媒回路図である。

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。

図１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。

図１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１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、高元側熱媒体熱交換器１１を蒸発器として利用する場合には冷房運転に用いられ、高元側熱媒体熱交換器１１を凝縮器として利用する場合には、暖房運転に用いられることができる冷凍装置である。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、制御部５は二元冷凍装置１を制御する。

高元側冷媒回路２は、高元側圧縮機１０と、空気や水などの熱媒体と熱交換する高元側熱媒体熱交換器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、高元側熱媒体熱交換器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、本実施形態では、高元側熱媒体熱交換器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、図示しない送風機で送風される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。

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から吐出する高元側冷媒を高元側熱媒体熱交換器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から吐出する高元側冷媒が高元側熱媒体熱交換器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から吐出した高元側冷媒は、高元側熱媒体熱交換器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。

高元側冷媒回路２において、高元側熱媒体熱交換器１１の上流側（暖房時における冷媒流の上流側）には高元側第１遮断弁４２が設けられ、高元側熱媒体熱交換器１１の下流側（暖房時における冷媒流の下流側）には高元側第２遮断弁４３が設けられている。高元側第１遮断弁４２および高元側第２遮断弁４３は、本発明における高元側遮断手段である。高元側第１遮断弁４２は、高元側冷媒の高元側熱媒体熱交換器１１の上流側からの流入を遮断し、高元側第２遮断弁４３は高元側冷媒の高元側熱媒体熱交換器１１の下流側からの流入を遮断する。

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、低元側減圧機構としての低元側第１膨張弁２１と、外気から吸熱する低元側熱交換器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。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。低元側冷媒回路３における実線の矢印は低元側冷媒の流れを示す。

低元側冷媒回路３は、後述する低元側四方弁２７とカスケード熱交換器１３との間を接続する冷媒配管と、低元側第１膨張弁２１と低元側熱交換器２２との間を接続する冷媒配管を、熱媒体と熱交換する低元側熱媒体熱交換器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ている。つまり、暖房運転時において上流側に位置する低元側四方弁２７と下流側に位置する低元側熱交換器２２との間でカスケード熱交換器１３と低元側熱媒体熱交換器２４とが並列に接続されている。第２循環路２６は、低元側圧縮機２０と、低元側熱媒体熱交換器２４と、低元側第２膨張弁２５と、低元側熱交換器２２とが冷媒配管で順次接続され、低元側冷媒が循環する。

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媒体熱交換器２４の側に流すか、または、低元側熱交換器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媒体熱交換器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、低元側熱交換器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、低元側熱媒体熱交換器２４、低元側第２膨張弁２５、低元側熱交換器２２を流れて、低元側圧縮機２０に吸入される。

低元側冷媒回路３において、低元側熱媒体熱交換器２４の上流側（暖房時における冷媒流の上流側）には低元側第１遮断弁４０が設けられ、低元側熱媒体熱交換器２４の下流側（暖房時における冷媒流の下流側）には低元側第２遮断弁４１が設けられている。低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１は、本発明における低元側遮断手段である。低元側第１遮断弁４０は、低元側冷媒の低元側熱媒体熱交換器２４の上流側からの流入を遮断し、低元側第２遮断弁４１は低元側冷媒の低元側熱媒体熱交換器２４の下流側からの流入を遮断する。

低元側冷媒回路３において、低元側圧縮機２０、低元側熱交換器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。

熱媒体回路４は、循環ポンプ３０と、室内の空気と熱媒体とが熱交換する利用側熱交換器３１と、低元側熱媒体熱交換器２４と、高元側熱媒体熱交換器１１とが配管３２で順次接続され、熱媒体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で、熱媒体としての水と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。高元側熱媒体熱交換器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。低元側熱媒体熱交換器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。

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変化を利用し、低元側冷媒回路３における低元側冷媒の潜熱変化を利用し、熱媒体回路４における熱媒体（水）の顕熱変化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、熱媒体回路の循環ポンプ３０は圧縮機に置き換えられ、利用側熱交換器３１と低元側熱媒体熱交換器２４の間の経路に減圧機構として膨張弁等が設けられる。

また二元冷凍装置１は、熱媒体回路４における熱媒体が高元側熱媒体熱交換器１１に流入する際の温度を測定する高元側熱交熱媒体入口温度センサ４６と、高元側冷媒回路２において高元側圧縮機１０から吐出されて高元側熱媒体熱交換器１１に流入する高元側冷媒の温度を測定する高元側熱交冷媒入口温度センサ４７を備えている。

さらに二元冷凍装置１は、熱媒体回路４における熱媒体が低元側熱媒体熱交換器２４に流入する際の温度を測定する低元側熱交熱媒体入口温度センサ４８と、低元側冷媒回路３において低元側圧縮機２０から吐出されて低元側熱媒体熱交換器２４に流入する低元側冷媒の温度を測定する低元側熱交冷媒入口温度センサ４９を備えている。

このように二元冷凍装置１には、４カ所に温度センサが取り付けられているが、使用される温度センサの種類についてはどのような種類のセンサであっても良い。

二元冷凍装置１では、低元側冷媒回路３の低元側圧縮機２０で圧縮された高温高圧の気相冷媒となった低元側冷媒は、カスケード熱交換器１３で高元側冷媒に放熱して高温高圧の液相冷媒になり、低元側第１膨張弁２１で低温低圧の気液二相冷媒となる。低温低圧の気液二相冷媒となった低元側冷媒は、低元側熱交換器２２で外気から吸熱することで低温低圧の気相冷媒になる。低温低圧の気相冷媒になった低元側冷媒は、再び、低元側圧縮機２０で圧縮される。

高元側冷媒回路２においては、カスケード熱交換器１３で低元側冷媒から吸熱した低温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なる。高温高圧の気相冷媒となった高元側冷媒は、高元側熱媒体熱交換器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高温の温水を作り出す。高元側冷媒は高元側熱媒体熱交換器１１で水に放熱して高温高圧の液相冷媒となり、高温高圧の液相冷媒となった高元側冷媒は高元側膨張弁１２で低温低圧の気液二相冷媒となる。低温低圧の気液二相冷媒となった高元側冷媒は、カスケード熱交換器１３で低元側冷媒から吸熱して低温低圧の気相冷媒となり、再び、高元側圧縮機１０で圧縮される。また、二元冷凍装置１では、低元側冷媒回路３の低元側熱交換器２２で外気から吸熱した低温低圧の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なる。高温高圧の気相冷媒となった低元側冷媒は低元側熱媒体熱交換器２４で熱媒体回路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においては、低元側熱媒体熱交換器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して温水を作り出す。

制御部５は、単元運転と二元運転の切り替えを行う。単元運転は、高元側冷媒回路２において高元側圧縮機１０の運転を停止して高元側冷媒を循環させず、低元側冷媒回路３において低元側圧縮機２０の運転を行って低元側冷媒を循環させて、低元側熱媒体熱交換器２４で熱媒体を加熱する運転である。二元運転は、高元側冷媒回路２において高元側圧縮機１０の運転を行って高元側冷媒を循環させ、また、低元側冷媒回路３において低元側圧縮機２０の運転を行って低元側冷媒を循環させる。二元運転は、カスケード熱交換器１３で高元側冷媒と低元側冷媒とが熱交換し、高元側熱媒体熱交換器１１で高元側冷媒と熱媒体が熱交換して熱媒体を加熱する運転である。

制御部５は、単元運転の場合は、高元側第１遮断弁４２および高元側第２遮断弁４３を閉じて、高元側冷媒の高元側熱媒体熱交換器１１への流入を遮断する。二元運転の場合は、低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１を閉じて、低元側冷媒の低元側熱媒体熱交換器２４への流入を遮断する。

高元側第１遮断弁４２および高元側第２遮断弁４３と、低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１が設けられていない従来技術の二元冷凍装置で、単元運転および二元運転を行うと次のような問題があった。

単元運転の場合は、熱媒体回路４において、高元側冷媒は高元側圧縮機１０の運転を停止させたことで温度が低下していき、低元側冷媒の温度を下回る場合がある。その場合、低元側熱媒体熱交換器２４で低元側冷媒から吸熱して高温になった熱媒体が、高元側熱媒体熱交換器１１で高元側冷媒に放熱してしまう。つまり、熱媒体が高元側冷媒回路２の側から吸熱してしまう。そのため、運転効率向上の効果を十分に発揮できなかった。

二元運転の場合においては、熱媒体回路４の熱媒体の加熱目標温度が高温である場合には、低元側冷媒回路３の低元側熱媒体熱交換器２４を通過する低元側冷媒の温度が熱媒体の温度より低い場合がある。その場合、熱媒体回路４の利用側熱交換器３１を通過した熱媒体が、低元側熱媒体熱交換器２４で熱媒体より低温の低元側冷媒と熱交換してしまうことから、熱媒体が低元側冷媒回路３の側へ放熱（熱漏洩）してしまい、運転効率向上の効果を十分に発揮できなかった。

しかし、本実施形態では、制御部５は、単元運転の場合は、高元側第１遮断弁４２および高元側第２遮断弁４３を閉じて、高元側冷媒の高元側熱媒体熱交換器１１への流入を遮断する。そのため、低元側熱媒体熱交換器２４で低元側冷媒から吸熱して高温になった熱媒体が、運転しないことによって高温ではなくなった高元側冷媒の全てと熱交換するのではなく、高元側第１遮断弁４２と高元側第２遮断弁４３との間の低元側熱媒体熱交換器２４に溜まった高元側冷媒とだけ熱交換するので、熱媒体回路４側から高元側冷媒回路２の側へ熱漏洩を少なくすることができる。

また、本実施形態では、制御部５は、二元運転の場合は、低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１を閉じて、低元側冷媒の低元側熱媒体熱交換器２４への流入を遮断する。そのため、熱媒体回路４の利用側熱交換器３１を通過した熱媒体が、低元側冷媒回路３の熱媒体より低い温度の低元側冷媒の全てと熱交換するのではなく、低元側第１遮断弁４０と低元側第２遮断弁４１との間で低元側熱媒体熱交換器２４に溜まった低元側冷媒とだけの熱交換になるため、熱媒体回路４側から低元側冷媒回路３の側へ熱漏洩を少なくすることができる。

次に、除霜運転の場合について図１を用いて説明する。図１において、破線で示す矢印は、除霜運転における低元側冷媒の流れを示す。除霜運転は次のように行われる。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、低元側熱交換器２２の温度が－１５℃以下になった場合を除霜開始条件とし、除霜開始条件になると、制御部５は、低元側冷媒回路３において、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から吐出する低元側冷媒を、低元側熱交換器２２の側に流れるように切り換える。低元側第１膨張弁２１は全開にし、低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１は閉とする。高元側冷媒回路２において、高元側圧縮機１０の運転を停止し、高元側第１遮断弁４２および高元側第２遮断弁４３は閉とする。

除霜運転により、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２２に流入し低元側熱交換器２２に付着した霜を融かす。低元側熱交換器２２から流出した低元側冷媒はカスケード熱交換器１３に流入し、低元側四方弁２７を経由して、低元側圧縮機２０の吸入側に戻る。本実施形態の除霜運転では、低元側冷媒回路３において、低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１は閉じられている。そのため、除霜のために低元側熱交換器２２を通過して冷却された低元側冷媒は低元側熱媒体熱交換器２４に流れ込むことがないので、熱媒体回路４を流れる高温の熱媒体は冷却された低元側冷媒と熱交換しないため、熱媒体の温度変化を小さくすることができる。

また、本実施形態の除霜運転では、高元側冷媒回路２において、高元側第１遮断弁４２および高元側第２遮断弁４３は閉じられている。そのため、除霜のために低元側熱交換器２２を通過して冷却された低元側冷媒とカスケード熱交換器１３で熱交換した高元側冷媒が高元側熱媒体熱交換器１１に流れ込むことがないので、熱媒体回路４を流れる高温の熱媒体は高元側冷媒と熱交換しないため、熱媒体の温度変化を小さくすることができる。

次に、図２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における暖房運転中の制御について説明する。

制御部５は、二元冷凍装置１を起動する際に、まず、二元運転による起動制御を行う（ＳＴ１）。起動制御は、高元側圧縮機１０および低元側圧縮機２０を所定回転数（予め設定された固定値であって、機種別にそれぞれ定められる）まで段階的に上昇させる。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（予め設定された固定値であって、機種別にそれぞれ定められる）に維持する。低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１は閉とし、高元側第１遮断弁４２および高元側第２遮断弁４３は開とする。起動制御では、高元側冷媒回路２に高元側冷媒を循環させ、また、低元側冷媒回路３の第１循環路２３に低元側冷媒を循環させる。低元側冷媒回路３の第２循環路２６に低元側冷媒は循環させない。尚、図２のフロー図において、循環ポンプ３０を起動させる記載は省略されており、二元冷凍装置１の運転を開始させる時点で循環ポンプ３０が起動される。

次に、高元側圧縮機１０および低元側圧縮機２０が所定回転数まで達したかどうかを判断する（ＳＴ２）。高元側圧縮機１０および低元側圧縮機２０が所定回転数まで達した場合（ＳＴ２のＹＥＳ）は、通常暖房運転に移行する（ＳＴ３）。高元側圧縮機１０および低元側圧縮機２０が所定回転数まで達していない場合（ＳＴ２のＮＯ）は、起動制御を続行する。通常暖房運転（ＳＴ３）は、高元側圧縮機１０および低元側圧縮機２０を要求能力に応じた回転数に制御する。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は目標吐出温度制御で制御する。高元側膨張弁１２の目標吐出温度制御では、高元側圧縮機１０の吐出側の冷媒の温度を検出する図示しない吐出温度の検出値が、運転状態に応じて変化する算出値である目標吐出温度に近づくように高元側膨張弁１２の開度を制御する。低元側第１膨張弁２１の目標吐出温度制御では、低元側圧縮機２０の吐出側の冷媒の温度を検出する図示しない吐出温度の検出値が、運転状態に応じて変化する算出値である目標吐出温度に近づくように低元側第１膨張弁２１の開度を制御する。低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１は閉のままとし、高元側第１遮断弁４２および高元側第２遮断弁４３は開のままとする。

次に、熱媒体の加熱目標温度であり、使用者の設定値や空調負荷に応じて設定される熱媒体目標温度が所定値以上であるかどうかを判断する（ＳＴ４）。所定値は、単元運転において到達できない熱媒体温度の最小値が予め試験等により設定される。熱媒体目標温度が所定値以上の場合（ＳＴ４のＹＥＳ）は、低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１は閉のままとし、高元側第１遮断弁４２および高元側第２遮断弁４３は開のままとする（ＳＴ５）。すなわち、二元運転を継続する。熱媒体目標温度が所定値未満の場合（ＳＴ４のＮＯ）は、単元運転に切り換える。単元運転は、高元側圧縮機１０を停止し、高元側膨張弁１２を閉とし、低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１は開とし、高元側第１遮断弁４２および高元側第２遮断弁４３は閉とする（ＳＴ９）。

尚、本実施形態では、ＳＴ４では、熱媒体目標温度が所定値以上であるかどうかを判断したが、熱媒体目標温度が所定値以上であるかどうかを判断する代わりに、熱媒体の温度が高元側熱媒体熱交換器１１に流入する高元側冷媒の温度より高いかどうかを判断しても構わない。具体的には、高元側熱交熱媒体入口温度センサ４６で測定された熱媒体の温度が高元側熱交冷媒入口温度センサ４７で測定された高元側熱媒体熱交換器１１に流入する高元側冷媒の温度より高い場合はＳＴ５に移り、二元運転が継続される。一方、高元側熱交熱媒体入口温度センサ４６で測定された熱媒体の温度が高元側熱交冷媒入口温度センサ４７で測定された高元側熱媒体熱交換器１１に流入する高元側冷媒の温度以下の温度の場合はＳＴ９に移り単元運転に切り換わる。

二元運転（ＳＴ５）、または、単元運転（ＳＴ９）の処理を終えた後、除霜開始条件を満たすかどうかを判断する（ＳＴ６）。除霜開始条件を満たす場合（ＳＴ６のＹＥＳ）は、除霜運転を行う（ＳＴ７）。除霜開始条件を満たさない場合（ＳＴ６のＮｏ）は、ＳＴ３の前に戻り二元運転における通常暖房運転を続行する。除霜運転は、低元側四方弁２７を冷房サイクル側に切換える。すなわち、低元側圧縮機２０から吐出する低元側冷媒を、低元側熱交換器２２の側に流れるように切り換える。低元側圧縮機２０を所定回転数で動作させ、低元側第１膨張弁２１は全開にし、低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１は閉とする。高元側冷媒回路２において、高元側圧縮機１０の運転を停止し、高元側膨張弁１２は閉とし、高元側第１遮断弁４２および高元側第２遮断弁４３は閉にする。

除霜運転により、低元側圧縮機２０から吐出され高温となった低元側冷媒は低元側熱交換器２２に流入し低元側熱交換器２２に付着した霜を融かす。低元側熱交換器２２から流出した低元側冷媒はカスケード熱交換器１３に流入し、低元側四方弁２７を経由して、低元側圧縮機２０の吸入側に戻る。本実施形態の除霜運転では、低元側冷媒回路３において、低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１は閉じられているため、低元側冷媒は低元側熱媒体熱交換器２４を通過しない。

次に除霜が完了したかどうかを判断する（ＳＴ８）。除霜の完了は、例えば、除霜運転時間が所定時間を経過したかどうか、または、低元側熱交換器２２の温度が所定温度になったかどうかなどで判断する。除霜が完了した場合（ＳＴ８のＹＥＳ）は、ＳＴ３の前に戻り二元運転の通常暖房運転を実行する。除霜が完了していない場合（ＳＴ８のＮＯ）は、除霜運転を継続する。

次に、図３を用いて、第２実施形態に係る二元冷凍装置５０について説明する。図３は第２の実施形態に係る二元冷凍装置５０の冷媒回路図を示す。第１の実施形態に係る二元冷凍装置１と第２の実施形態に係る二元冷凍装置５０の相違点は、二元冷凍装置５０の低元側冷媒回路３におけるカスケード熱交換器１３に、カスケード熱交第１遮断弁４４およびカスケード熱交第２遮断弁４５が設けられている点であり、他の構成は同じである。図３において、第１の実施形態に係る二元冷凍装置１と同一の構成については同一の番号を付す。また、第１の実施形態に係る二元冷凍装置１と同一の構成についての説明は省略する。

低元側冷媒回路３において、カスケード熱交換器１３の上流側（暖房時における冷媒流の上流側）にはカスケード熱交第１遮断弁４４が設けられ、カスケード熱交換器１３の下流側（暖房時における冷媒流の下流側）にはカスケード熱交第２遮断弁４５が設けられている。カスケード熱交第１遮断弁４４およびカスケード熱交第２遮断弁４５は、本発明におけるカスケード熱交換器側遮断手段である。カスケード熱交第１遮断弁４４は、低元側冷媒のカスケード熱交換器１３への上流側からの流入を遮断し、カスケード熱交第２遮断弁４５は低元側冷媒のカスケード熱交換器１３への下流側からの流入を遮断する。

本実施形態では、単元運転の場合は、制御部５は、高元側圧縮機１０を停止し、高元側第１遮断弁４２および高元側第２遮断弁４３を閉じ、高元側冷媒の高元側熱媒体熱交換器１１への上流側および下流側からの流入を遮断する。また、カスケード熱交第１遮断弁４４およびカスケード熱交第２遮断弁４５を閉じて、低元側冷媒のカスケード熱交換器１３への上流側および下流側からの流入を遮断する。そのため、低元側圧縮機２０で圧縮されて高温になった低元側冷媒は、カスケード熱交第１遮断弁４４およびカスケード熱交第２遮断弁４５が閉じられているため、運転しないことによって高温ではなくなった高元側冷媒と熱交換することがなくなる。そのため、低元側冷媒回路３側から高元側冷媒回路２の側へ熱漏洩を少なくすることができる。なお、本実施形態では、高元側圧縮機１０の停止と同時に高元側第１遮断弁４２および高元側第２遮断弁４３を閉じているが、高元側圧縮機１０が一定時間（例えば５分）停止した後に高元側第１遮断弁４２および高元側第２遮断弁４３を閉じても良い。熱媒体目標温度が所定値未満となっても、高元側圧縮機１０が停止した直後は熱媒体の温度が高元側熱媒体熱交換器１１に流入する高元側冷媒の温度より低い場合がある。熱媒体は高元側冷媒から吸熱できるため、二元運転から単元運転に切り換わる際の暖房能力の急激な低下を抑制できる。

尚、本実施形態では、低元側冷媒回路３において、カスケード熱交換器１３の上流側（暖房時における冷媒流の上流側）にカスケード熱交第１遮断弁４４が設けられ、カスケード熱交換器１３の下流側（暖房時における冷媒流の下流側）にカスケード熱交第２遮断弁４５が設けられていたが、必ずしもこれに限定されない。低元側冷媒回路３において、カスケード熱交第１遮断弁４４およびカスケード熱交第２遮断弁４５は設けられず、高元側冷媒回路２において、カスケード熱交換器１３の上流側（暖房時における冷媒流の上流側）にカスケード熱交第１遮断弁が設けられ、カスケード熱交換器１３の下流側（暖房時における冷媒流の下流側）にカスケード熱交第２遮断弁が設けられても構わない。また、低元側冷媒回路３において、カスケード熱交第１遮断弁４４およびカスケード熱交第２遮断弁４５は設けられた上で、さらに、高元側冷媒回路２において、カスケード熱交換器１３の上流側（暖房時における冷媒流の上流側）にカスケード熱交第１遮断弁が設けられ、カスケード熱交換器１３の下流側（暖房時における冷媒流の下流側）にカスケード熱交第２遮断弁が設けられても良い。

次に、除霜運転の場合について図３を用いて説明する。図３において、破線で示す矢印は、除霜運転における低元側冷媒の流れを示す。除霜運転は次のように行われる。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、低元側熱交換器２２の温度が－１５℃以下になった場合を除霜開始条件とし、除霜開始条件になると、制御部５は、低元側冷媒回路３において、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から吐出する低元側冷媒を、低元側熱交換器２２の側に流れるように切り換える。低元側第１膨張弁２１は全開にし、低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１は閉とする。高元側冷媒回路２において、高元側圧縮機１０の運転を停止し、高元側第１遮断弁４２および高元側第２遮断弁４３は閉とし、カスケード熱交第１遮断弁４４およびカスケード熱交第２遮断弁４５は開とする。

除霜運転により、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２２に流入し低元側熱交換器２２に付着した霜を融かす。低元側熱交換器２２から流出した低元側冷媒はカスケード熱交換器１３に流入し、低元側四方弁２７を経由して、低元側圧縮機２０の吸入側に戻る。本実施形態の除霜運転では、低元側冷媒回路３において、低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１は閉じられている。そのため、除霜のために低元側熱交換器２２を通過して冷却された低元側冷媒は低元側熱媒体熱交換器２４に流れ込むことがないので、熱媒体回路４を流れる高温の熱媒体は冷却された低元側冷媒と熱交換しないため、熱媒体の温度変化を小さくすることができる。

また、本実施形態の除霜運転では、高元側冷媒回路２において、高元側第１遮断弁４２および高元側第２遮断弁４３は閉じられている。そのため、除霜のために低元側熱交換器２２を通過して冷却された低元側冷媒とカスケード熱交換器１３で熱交換した高元側冷媒が高元側熱媒体熱交換器１１に流れ込むことがないので、熱媒体回路４を流れる高温の熱媒体は高元側冷媒と熱交換しないため、熱媒体の温度変化を小さくすることができる。また、カスケード熱交第１遮断弁４４およびカスケード熱交第２遮断弁４５は開いている。そのため、付着した霜を融かすために低元側熱交換器２２を通過して低温となった低元側冷媒はカスケード熱交換器１３を通過する際に、まだ、低温になっていない高元側冷媒から熱を吸収して、低元側熱交換器２２を除霜に利用される。

次に、図４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における暖房運転中の制御について説明する。

制御部５は、二元冷凍装置５０を起動する際に、まず、二元運転による起動制御を行う（ＳＴ１０）。起動制御は、高元側圧縮機１０および低元側圧縮機２０を所定回転数（予め設定された固定値であって、機種別にそれぞれ定められる）まで段階的に上昇させる。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（予め設定された固定値であって、機種別にそれぞれ定められる）に維持する。低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１は閉とし、高元側第１遮断弁４２および高元側第２遮断弁４３は開とし、カスケード熱交第１遮断弁４４およびカスケード熱交第２遮断弁４５は開とする。起動制御では、高元側冷媒回路２に高元側冷媒を循環させ、また、低元側冷媒回路３の第１循環路２３に低元側冷媒を循環させる。低元側冷媒回路３の第２循環路２６に低元側冷媒は循環させない。尚、図４のフロー図において、循環ポンプ３０を起動させる記載は省略されており、二元冷凍装置５０の運転を開始させる時点で循環ポンプ３０が起動される。

次に、高元側圧縮機１０および低元側圧縮機２０が所定回転数まで達したかどうかを判断する（ＳＴ１１）。高元側圧縮機１０および低元側圧縮機２０が所定回転数まで達した場合（ＳＴ１１のＹＥＳ）は、通常暖房運転に移行する（ＳＴ１２）。高元側圧縮機１０および低元側圧縮機２０が所定回転数まで達していない場合（ＳＴ１１のＮＯ）は、起動制御を続行する。通常暖房運転（ＳＴ１２）は、高元側圧縮機１０および低元側圧縮機２０を要求能力に応じた回転数に制御する。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は目標吐出温度制御で制御する。高元側膨張弁１２の目標吐出温度制御では、高元側圧縮機１０の吐出側の冷媒の温度を検出する図示しない吐出温度の検出値が、運転状態に応じて変化する算出値である目標吐出温度に近づくように高元側膨張弁１２の開度を制御する。低元側第１膨張弁２１の目標吐出温度制御では、低元側圧縮機２０の吐出側の冷媒の温度を検出する図示しない吐出温度の検出値が、運転状態に応じて変化する算出値である目標吐出温度に近づくように低元側第１膨張弁２１の開度を制御する。低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１は閉のままとし、高元側第１遮断弁４２および高元側第２遮断弁４３は開のままとし、カスケード熱交第１遮断弁４４およびカスケード熱交第２遮断弁４５も開のままとする。

次に、熱媒体の加熱目標温度であり、使用者の設定値や空調負荷に応じて設定される熱媒体目標温度が所定値以上であるかどうかを判断する（ＳＴ１３）。所定値は、単元運転において到達できない熱媒体温度の最小値が予め試験等により設定される。熱媒体目標温度が所定値以上の場合（ＳＴ１３のＹＥＳ）は、低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１は閉のままとし、高元側第１遮断弁４２および高元側第２遮断弁４３は開のままとし、カスケード熱交第１遮断弁４４およびカスケード熱交第２遮断弁４５も開のままとする（ＳＴ１４）。すなわち、二元運転を継続する。熱媒体目標温度が所定値未満の場合（ＳＴ１３のＮＯ）は、単元運転に切り換える。単元運転は、高元側圧縮機１０を停止し、高元側膨張弁１２を閉とし、低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１は開とし、高元側第１遮断弁４２および高元側第２遮断弁４３は閉とし、カスケード熱交第１遮断弁４４およびカスケード熱交第２遮断弁４５を閉とする（ＳＴ１８）。

尚、本実施形態では、ＳＴ１３では、熱媒体目標温度が所定値以上であるかどうかを判断したが、熱媒体目標温度が所定値以上であるかどうかを判断する代わりに、熱媒体の温度が高元側熱媒体熱交換器１１に流入する高元側冷媒の温度より高いかどうかを判断しても構わない。高元側熱交熱媒体入口温度センサ４６で測定された熱媒体の温度が高元側熱交冷媒入口温度センサ４７で測定された高元側熱媒体熱交換器１１に流入する高元側冷媒の温度より高い場合はＳＴ１４に移り、二元運転が継続される。一方、高元側熱交熱媒体入口温度センサ４６で測定された熱媒体の温度が高元側熱交冷媒入口温度センサ４７で測定された高元側熱媒体熱交換器１１に流入する高元側冷媒の温度以下の温度の場合はＳＴ１８に移り単元運転に切り換わる。

二元運転（ＳＴ１４）、または、単元運転（ＳＴ１８）の処理を終えた後、除霜開始条件を満たすかどうかを判断する（ＳＴ１５）。除霜開始条件を満たす場合（ＳＴ１５のＹＥＳ）は、除霜運転を行う（ＳＴ１６）。除霜開始条件を満たさない場合（ＳＴ１５のＮｏ）は、ＳＴ１２の前に戻り二元運転における通常暖房運転を続行する。除霜運転は、低元側四方弁２７を冷房サイクル側に切換える。すなわち、低元側圧縮機２０から吐出する低元側冷媒を、低元側熱交換器２２の側に流れるように切り換える。低元側圧縮機２０を所定回転数で動作させ、低元側第１膨張弁２１は全開にし、低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１は閉とする。カスケード熱交第１遮断弁４４およびカスケード熱交第２遮断弁４５は開とする。高元側冷媒回路２において、高元側圧縮機１０の運転を停止し、高元側膨張弁１２は閉とし、高元側第１遮断弁４２および高元側第２遮断弁４３は閉にする。

除霜運転により、低元側圧縮機２０から吐出され高温となった低元側冷媒は低元側熱交換器２２に流入し低元側熱交換器２２に付着した霜を融かす。低元側熱交換器２２から流出した低元側冷媒はカスケード熱交換器１３に流入し、低元側四方弁２７を経由して、低元側圧縮機２０の吸入側に戻る。本実施形態の除霜運転では、低元側冷媒回路３において、低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１は閉じられている。そのため、除霜のために低元側熱交換器２２を通過して冷却された低元側冷媒は低元側熱媒体熱交換器２４に流れ込むことがないので、熱媒体回路４を流れる高温の熱媒体は冷却された低元側冷媒と熱交換しないため、熱媒体の温度変化を小さくすることができる。一方、カスケード熱交第１遮断弁４４およびカスケード熱交第２遮断弁４５は開いているので、付着した霜を融かすために低元側熱交換器２２を通過して低温となった低元側冷媒はカスケード熱交換器１３を通過する際に、まだ、低温になっていない高元側冷媒から熱を吸収して、低元側熱交換器２２を除霜に利用される。

次に除霜が完了したかどうかを判断する（ＳＴ１７）。除霜の完了は、例えば、除霜運転時間が所定時間を経過したかどうか、または、低元側熱交換器２２の温度が所定温度になったかどうかなどで判断する。除霜が完了した場合（ＳＴ１７のＹＥＳ）は、ＳＴ１２の前に戻り二元運転の通常暖房運転を実行する。除霜が完了していない場合（ＳＴ１７のＮＯ）は、除霜運転を継続する。

次に、図５を用いて、第３実施形態に係る二元冷凍装置６０について説明する。図５は第３の実施形態係る二元冷凍装置６０の冷媒回路図を示す。第１の実施形態に係る二元冷凍装置１と第３の実施形態に係る二元冷凍装置６０の相違点は、二元冷凍装置１は暖房運転に用いられる場合を示したが、二元冷凍装置６０は冷房運転に用いられる場合を示す点で二元冷凍装置１と相違する。図５において、第１の実施形態に係る二元冷凍装置１と同一の構成については同一の番号を付す。また、第１の実施形態に係る二元冷凍装置１と同一の構成についての説明は省略する。

高元側冷媒回路２は、高元側圧縮機１０と、カスケード熱交換器１３と、高元側減圧機構としての高元側膨張弁１２と、空気や水などの熱媒体と熱交換する高元側熱媒体熱交換器１１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、高元側熱媒体熱交換器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、本実施形態では、高元側熱媒体熱交換器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、図示しない送風機で送風される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における矢印は冷房運転時の高元側冷媒の流れを示す。

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から吐出する高元側冷媒を高元側熱媒体熱交換器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から吐出する高元側冷媒がカスケード熱交換器１３の側へ流れる場合（冷房運転）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から吐出した高元側冷媒は、カスケード熱交換器１３、高元側膨張弁１２、高元側熱媒体熱交換器１１を流れて、高元側圧縮機１０に吸入される。

高元側冷媒回路２において、高元側熱媒体熱交換器１１の上流側（冷房時における冷媒流の上流側）には高元側第２遮断弁４３が設けられ、高元側熱媒体熱交換器１１の下流側（冷房時における冷媒流の下流側）には高元側第１遮断弁４２が設けられている。高元側第１遮断弁４２および高元側第２遮断弁４３は、本発明における高元側遮断手段である。高元側第２遮断弁４３は、高元側冷媒の高元側熱媒体熱交換器１１の上流側からの流入を遮断し、高元側第１遮断弁４２は高元側冷媒の高元側熱媒体熱交換器１１の下流側からの流入を遮断する。

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、外気へ放熱する低元側熱交換器２２と、低元側減圧機構としての低元側第１膨張弁２１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とが冷媒配管６で順次接続され、低元側冷媒が循環する。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。低元側冷媒回路３における実線の矢印は低元側冷媒の流れを示す。

低元側冷媒回路３は、後述する低元側四方弁２７とカスケード熱交換器１３との間を接続する冷媒配管と、低元側第１膨張弁２１と低元側熱交換器２２との間を接続する冷媒配管を、熱媒体と熱交換する低元側熱媒体熱交換器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ている。つまり、暖房運転時において上流側に位置する低元側四方弁２７と下流側に位置する低元側熱交換器２２との間で、カスケード熱交換器１３と低元側熱媒体熱交換器２４とが並列に接続されている。第２循環路２６は、低元側圧縮機２０と、低元側熱交換器２２と、低元側第２膨張弁２５と、低元側熱媒体熱交換器２４とが冷媒配管で順次接続され、低元側冷媒が循環する。

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媒体熱交換器２４の側に流すか、または、低元側熱交換器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低元側熱交換器２２の側へ流れる場合（冷房運転）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、低元側熱交換器２２、低元側第１膨張弁２１、カスケード熱交換器１３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２２、低元側第２膨張弁２５、低元側熱媒体熱交換器２４を流れて、低元側圧縮機２０に吸入される。

低元側冷媒回路３において、低元側熱媒体熱交換器２４の上流側（冷房時における冷媒流の上流側）には低元側第２遮断弁４１が設けられ、低元側熱媒体熱交換器２４の下流側（冷房時における冷媒流の下流側）には低元側第１遮断弁４０が設けられている。低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１は、本発明における低元側遮断手段である。低元側第２遮断弁４１は、低元側冷媒の低元側熱媒体熱交換器２４の上流側からの流入を遮断し、低元側第１遮断弁４０は低元側冷媒の低元側熱媒体熱交換器２４の下流側からの流入を遮断する。

二元冷凍装置６０では、低元側冷媒回路３の低元側圧縮機２０で圧縮された高温高圧の気相冷媒となった低元側冷媒は、低元側熱交換器２２で外気に放熱して高温高圧の液相冷媒になり、低元側第１膨張弁２１で低温低圧の気液二相冷媒となる。低温低圧の気液二相冷媒となった低元側冷媒は、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から吸熱することで低温低圧の気相冷媒になる。高元側冷媒回路２の高元側圧縮機１０で圧縮された高温高圧の気相冷媒となった高元側冷媒は、カスケード熱交換器１３で低元側冷媒に放熱して高温高圧の液相冷媒になり、高元側膨張弁１２で低温低圧の気液二相冷媒となる。低温低圧の気液二相冷媒となった高元側冷媒は、高元側熱媒体熱交換器１１を介して熱媒体回路４を循環する熱媒体である水から吸熱して低温の冷水を作り出す。また、二元冷凍装置１では、低元側熱交換器２２で外気に放熱して高温高圧の液相冷媒となった低元側冷媒は、低元側第２膨張弁２５で低温低圧の気液二相冷媒となる。低温低圧の気液二相冷媒となった低元側冷媒は、低元側熱媒体熱交換器２４を介して熱媒体回路４を循環する熱媒体である水から吸熱して低温の冷水を作り出す。

制御部５は、単元運転と二元運転の切り替えを行う。単元運転は、高元側冷媒回路２において高元側圧縮機１０の運転を停止して高元側冷媒を循環させず、低元側冷媒回路３において低元側圧縮機２０の運転を行って低元側冷媒を循環させて、低元側熱媒体熱交換器２４で熱媒体を冷却する運転である。二元運転は、高元側冷媒回路２において高元側圧縮機１０の運転を行って高元側冷媒を循環させ、また、低元側冷媒回路３において低元側圧縮機２０の運転を行って低元側冷媒を循環させる。二元運転は、カスケード熱交換器１３で高元側冷媒と低元側冷媒とが熱交換し、高元側熱媒体熱交換器１１で高元側冷媒と熱媒体が熱交換して熱媒体を冷却する運転である。

制御部５は、単元運転の場合は、高元側第１遮断弁４２および高元側第２遮断弁４３を閉じて、高元側冷媒の高元側熱媒体熱交換器１１への流入を遮断する。二元運転の場合は、低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１を閉じて、低元側冷媒の低元側熱媒体熱交換器２４への流入を遮断する。

高元側第１遮断弁４２および高元側第２遮断弁４３と、低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１が設けられていない従来技術の二元冷凍装置で、単元運転および二元運転を行うと次のような問題があった。

単元運転の場合は、熱媒体回路４において、高元側冷媒は高元側圧縮機１０の運転を停止させたことで温度が上昇していき、低元側冷媒の温度を上回る場合がある。低元側熱媒体熱交換器２４で低元側冷媒に放熱して低温になった熱媒体が、高元側熱媒体熱交換器１１で高元側冷媒から吸熱してしまう。つまり、熱媒体が高元側冷媒回路２の側へ放熱（熱漏洩）してしまい、運転効率向上の効果を十分に発揮できなかった。

二元運転の場合においては、熱媒体回路４の熱媒体の冷却目標温度が低温である場合には、低元側冷媒回路３の低元側熱媒体熱交換器２４を通過する低元側冷媒の温度が熱媒体の温度より高い場合がある。その場合、熱媒体回路４の利用側熱交換器３１を通過した熱媒体が、低元側熱媒体熱交換器２４で熱媒体より高い温度の低元側冷媒と熱交換してしまうことから、熱媒体が低元側冷媒回路３の側から吸熱してしまい、運転効率向上の効果を十分に発揮できなかった。

しかし、本実施形態では、制御部５は、単元運転の場合は、高元側第１遮断弁４２および高元側第２遮断弁４３を閉じて、高元側冷媒の高元側熱媒体熱交換器１１への流入を遮断する。そのため、低元側熱媒体熱交換器２４で低元側冷媒へ放熱して低温になった熱媒体が、運転しないことによって低温ではなくなった高元側冷媒の全てと熱交換するのではなく、高元側第１遮断弁４２と高元側第２遮断弁４３との間に溜まった高元側冷媒とだけ熱交換するので、熱媒体が高元側冷媒回路２の側から吸熱する量を少なくすることができる。

また、本実施形態では、制御部５は、二元運転の場合は、低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１を閉じて、低元側冷媒の低元側熱媒体熱交換器２４への流入を遮断する。そのため、熱媒体回路４の利用側熱交換器３１を通過した熱媒体が、低元側冷媒回路３の熱媒体より高い温度の低元側冷媒の全てと熱交換するのではなく、低元側第１遮断弁４０と低元側第２遮断弁４１との間の低元側熱媒体熱交換器２４に溜まった低元側冷媒とだけの熱交換になるため、熱媒体が低元側冷媒回路３の側から吸熱する量を少なくすることができる。

上記した実施形態では、低元側熱媒体熱交換器２４には低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１が設けられていた。しかし、必ずしも、低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１を設ける必要はなく、低元側第１遮断弁４０または低元側第２遮断弁４１のいずれか一方を設ける場合でも構わない。ただし、低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１を設けることが望ましい。低元側第１遮断弁４０および低元側第２遮断弁４１を設けることで、低元側冷媒回路３側と熱媒体回路４との間の熱漏洩を少なくすることができる。高元側熱媒体熱交換器１１、カスケード熱交換器１３についても同様である。

また、上記した実施形態では、二元装置について説明したが、二元装置に限定されず三元以上の多元装置でも構わない。

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。

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…高元側熱媒体熱交換器、１２…高元側膨張弁、１３…カスケード熱交換器、１４…高元側四方弁、２０…低元側圧縮機、２１…低元側第１膨張弁、２２…低元側熱交換器、２３…第１循環路、２４…低元側熱媒体熱交換器、２５…低元側第２膨張弁、２６…第２循環路、２７…低元側四方弁、２８…低元側熱交換器、３０…循環ポンプ、３１…利用側熱交換器、３２…配管、４０…低元側第１遮断弁、４１…低元側第２遮断弁、４２…高元側第１遮断弁、４３…高元側第２遮断弁、４４…カスケード熱交第１遮断弁、４５…カスケード熱交第２遮断弁、５０…二元冷凍装置、６０…二元冷凍装置

Claims (7)

1. 高元側冷媒が循環し、高元側圧縮機と、前記高元側冷媒と熱媒体とが熱交換する高元側熱媒体熱交換器と、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る高元側冷媒回路と、
   低元側冷媒が循環し、低元側圧縮機と、前記カスケード熱交換器と、前記カスケード熱交換器と並列に接続され前記低元側冷媒と前記熱媒体とが熱交換する低元側熱媒体熱交換器と、低元側減圧機構と、低元側熱交換器とが冷媒配管で順次接続される低元側冷媒回路と、
   前記高元側冷媒回路および前記低元側冷媒回路を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記高元側冷媒回路に前記高元側冷媒を循環させず、前記低元側冷媒回路に前記低元側冷媒を循環させて、前記低元側熱媒体熱交換器で前記熱媒体を加熱する単元運転と、
   前記高元側冷媒回路に前記高元側冷媒を循環させ、また、前記低元側冷媒回路に前記低元側冷媒を循環させて、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て前記高元側熱媒体熱交換器で前記熱媒体を加熱する二元運転と、の切り替えが可能であり、
   前記低元側冷媒回路には、前記低元側冷媒の前記低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する低元側遮断手段が設けられ、
   前記高元側冷媒回路には、前記高元側冷媒の前記高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する高元側遮断手段が設けられており、
   前記制御部は、前記二元運転において、前記熱媒体の加熱目標温度が所定値以上である場合に、前記低元側遮断手段により前記低元側冷媒の前記低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断し、
   前記二元運転において、前記熱媒体の加熱目標温度が所定値未満である場合に、前記二元運転から前記単元運転に切り換え、前記高元側遮断手段により前記高元側冷媒の前記高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断することを特徴とする冷凍装置。
2. 高元側冷媒が循環し、高元側圧縮機と、前記高元側冷媒と熱媒体とが熱交換する高元側熱媒体熱交換器と、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る高元側冷媒回路と、
   低元側冷媒が循環し、低元側圧縮機と、前記カスケード熱交換器と、前記カスケード熱交換器と並列に接続され前記低元側冷媒と前記熱媒体とが熱交換する低元側熱媒体熱交換器と、低元側減圧機構と、低元側熱交換器とが冷媒配管で順次接続される低元側冷媒回路と、
   前記高元側冷媒回路および前記低元側冷媒回路を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記高元側冷媒回路に前記高元側冷媒を循環させず、前記低元側冷媒回路に前記低元側冷媒を循環させて、前記低元側熱媒体熱交換器で前記熱媒体を加熱する単元運転と、
   前記高元側冷媒回路に前記高元側冷媒を循環させ、また、前記低元側冷媒回路に前記低元側冷媒を循環させて、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て前記高元側熱媒体熱交換器で前記熱媒体を加熱する二元運転と、の切り替えが可能であり、
   前記低元側冷媒回路には、前記低元側冷媒の前記低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する低元側遮断手段が設けられ、
   前記高元側冷媒回路には、前記高元側冷媒の前記高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する高元側遮断手段が設けられており、
   前記制御部は、前記単元運転において、前記高元側熱媒体熱交換器に流入する前記熱媒体の温度が前記高元側熱媒体熱交換器に流入する前記高元側冷媒の温度よりも高い場合に、前記高元側遮断手段により、前記高元側冷媒の前記高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断し、
   前記二元運転において、前記低元側熱媒体熱交換器に流入する前記熱媒体の温度が前記低元側熱媒体熱交換器に流入する前記低元側冷媒の温度よりも高い場合に、前記低元側遮断手段により、前記低元側冷媒の前記低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断することを特徴とする冷凍装置。
3. 高元側冷媒が循環し、高元側圧縮機と、前記高元側冷媒と熱媒体とが熱交換する高元側熱媒体熱交換器と、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る高元側冷媒回路と、
   低元側冷媒が循環し、低元側圧縮機と、前記カスケード熱交換器と、前記カスケード熱交換器と並列に接続され前記低元側冷媒と前記熱媒体とが熱交換する低元側熱媒体熱交換器と、低元側減圧機構と、低元側熱交換器とが冷媒配管で順次接続される低元側冷媒回路と、
   前記高元側冷媒回路および前記低元側冷媒回路を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記高元側冷媒回路に前記高元側冷媒を循環させず、前記低元側冷媒回路に前記低元側冷媒を循環させて、前記低元側熱媒体熱交換器で前記熱媒体を加熱する単元運転と、
   前記高元側冷媒回路に前記高元側冷媒を循環させ、また、前記低元側冷媒回路に前記低元側冷媒を循環させて、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て前記高元側熱媒体熱交換器で前記熱媒体を加熱する二元運転と、の切り替えが可能であり、
   前記低元側冷媒回路には、前記低元側冷媒の前記低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する低元側遮断手段が設けられ、
   前記高元側冷媒回路には、前記高元側冷媒の前記高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する高元側遮断手段が設けられており、
   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の側および前記低元側熱媒体
   熱交換器の側に流すか、または、前記低元側熱交換器の側に流すかを切り換える低元側四方弁が設けられ、
   前記制御部は、所定の除霜開始条件になった場合に、前記低元側圧縮機から吐出する前記低元側冷媒を前記低元側熱交換器の側に流すように前記低元側四方弁を切り換え、
   前記低元側遮断手段により、前記低元側冷媒の前記低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断し、
   前記高元側遮断手段により、前記高元側冷媒の前記高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断することを特徴とする冷凍装置。
4. 高元側冷媒が循環し、高元側圧縮機と、前記高元側冷媒と熱媒体とが熱交換する高元側熱媒体熱交換器と、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る高元側冷媒回路と、
   低元側冷媒が循環し、低元側圧縮機と、前記カスケード熱交換器と、前記カスケード熱交換器と並列に接続され前記低元側冷媒と前記熱媒体とが熱交換する低元側熱媒体熱交換器と、低元側減圧機構と、低元側熱交換器とが冷媒配管で順次接続される低元側冷媒回路と、
   前記高元側冷媒回路および前記低元側冷媒回路を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記高元側冷媒回路に前記高元側冷媒を循環させず、前記低元側冷媒回路に前記低元側冷媒を循環させて、前記低元側熱媒体熱交換器で前記熱媒体を加熱する単元運転と、
   前記高元側冷媒回路に前記高元側冷媒を循環させ、また、前記低元側冷媒回路に前記低元側冷媒を循環させて、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て前記高元側熱媒体熱交換器で前記熱媒体を加熱する二元運転と、の切り替えが可能であり、
   前記低元側冷媒回路には、前記低元側冷媒の前記低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する低元側遮断手段が設けられ、
   前記高元側冷媒回路には、前記高元側冷媒の前記高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する高元側遮断手段が設けられており、
   前記低元側冷媒もしくは前記高元側冷媒の少なくともいずれ一方の前記カスケード熱交換器への流入を遮断するカスケード熱交換器側遮断手段が、前記低元側冷媒回路もしくは前記高元側冷媒回路に設けられ、前記単元運転時に前記カスケード熱交換器側遮断手段によって冷媒の流入を遮断し、
   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の側および前記低元側熱媒体
   熱交換器の側に流すか、または、前記低元側熱交換器の側に流すかを切り換える低元側四方弁が設けられ、
   前記制御部は、所定の除霜開始条件になった場合に、前記低元側圧縮機から吐出する前記低元側冷媒を前記低元側熱交換器の側に流すように前記低元側四方弁を切り換え、
   前記低元側遮断手段により、前記低元側冷媒の前記低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断し、
   前記高元側遮断手段により、前記高元側冷媒の前記高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断することを特徴とする冷凍装置。
5. 前記制御部は、前記高元側圧縮機が一定時間以上停止した場合に、前記高元側遮断手段により、前記高元側冷媒の前記高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断することを特徴とする請求項４に記載の冷凍装置。
6. 循環ポンプと、利用側熱交換器と、前記低元側熱媒体熱交換器と、前記高元側熱媒体熱交換器とが配管で順次接続されて前記熱媒体が循環する熱媒体回路を備え、
   前記制御部は、前記熱媒体回路を制御することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の冷凍装置。
7. 高元側圧縮機と、カスケード熱交換器と、高元側減圧機構と、熱媒体と熱交換する高元側熱媒体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、低元側熱交換器と、低元側減圧機構と、前記カスケード熱交換器と、前記カスケード熱交換器と並列に接続して前記熱媒体と熱交換する低元側熱媒体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低元側冷媒回路と、
   前記高元側冷媒回路および前記低元側冷媒回路を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記高元側冷媒回路で前記高元側冷媒を循環させず、前記低元側冷媒回路で前記低元側冷媒を循環させて、前記低元側熱媒体熱交換器で前記熱媒体を冷却する単元運転と、
   前記高元側冷媒回路で前記高元側冷媒を循環させ、また、前記低元側冷媒回路で前記低元側冷媒を循環させて、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て前記高元側熱媒体熱交換器で前記熱媒体を冷却する二元運転と、の切り替えが可能であり、
   前記低元側冷媒回路には、前記低元側冷媒の前記低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する低元側遮断手段が設けられ、
   前記高元側冷媒回路には、前記高元側冷媒の前記高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する高元側遮断手段が設けられており、
   前記制御部は、前記単元運転において、前記高元側遮断手段により、前記高元側冷媒の前記高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断し、
   前記二元運転において、前記低元側遮断手段により、前記低元側冷媒の前記低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断することを特徴とする冷凍装置。

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