JP7459907B2 - 二元冷凍サイクル装置及び二元冷凍サイクル装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明の実施の形態は、二元冷凍サイクル装置及び二元冷凍サイクル装置の制御方法に関する。

近年ＣＯ２排出量削減のため、これまでの燃焼型温水空調装置を、例えばヒートポンプに置き換えることが検討されている。ヒートポンプは、一般的に室内に設置される室内機と室外に設置される室外機とから構成され、これら室内機及び室外機を連結して構成される冷凍回路内を水等の冷媒が循環することによって室内の温度や湿度を調整している。

燃焼型温水空調装置からヒートポンプへの置き換えに当たっては、「高温での出湯」と「除霜運転時の快適性の確保」が課題になると考えられる。すなわち前者については、燃焼型温水空調装置に比べてヒートポンプの出湯温度は低くなる傾向にあるため、燃焼型温水空調装置と同等の暖房能力を得るためには、ヒートポンプにおいて出湯の温度を上げる構成が必要となる。

ヒートポンプを利用した場合に、より高温の出湯温度を確保する方法として、例えば、以下の特許文献１に開示されているような、低段側サイクルと高段側サイクルとをカスケードコンデンサでつないだヒートポンプシステムが提案されている。

当該カスケードコンデンサは、低段側サイクルにおいては凝縮器として働き、高段側サイクルにおいては蒸発器として働く。そして、このように多段に冷凍サイクルを組み合わせることによって、１つの段のみの冷凍サイクルの場合に比べてＣＯＰと向上させることができるため、より効率よく高温の湯が出湯できるとされる。

一方、後者の除霜運転に関しては通常空気調和機において暖房運転が行われる際、室外熱交換器には低温の冷媒が流れる。外気から吸熱する場合には、冷媒が外気より冷たい必要があるが、例えば、外気温が氷点下となるような状態の場合、外気の露点温度を下回ると、室外熱交換器に霜が付着して外気との間での熱交換がしにくくなる。そのため、暖房運転が行われている場合には、定期的に除霜運転を行う必要がある。

このように除霜運転は空気調和機の運転を行う上で必要な運転ではあるが、除霜運転が行われている間、暖房運転は止まる。除霜運転自体が燃焼型温水空調装置において不要な運転である上に、このように除霜運転が行われる間暖房運転が停止してしまうのでは、室内の温度は徐々に低下することになり、快適性を損ないかねない。

そこで以下の特許文献２においては、除霜運転中においても暖房運転を継続させることによって、暖房運転が一時的に停止することによる室内温度の低下を防止し、快適性の維持を図ることができる発明が開示されている。

特許文献２に開示されている発明においては、冷凍回路内に室内熱交換器とは別に蓄熱装置を配置し、除霜運転の際には蓄熱装置に蓄えられた熱を用いることで暖房運転自体の停止を回避している。

特開２０１３－１１３５３４号公報 国際公開２０１５／１２８９８０号

上述した特許文献１及び特許文献２からすれば、例えば、多段の冷凍回路を採用しつつ蓄熱装置を備えた冷凍サイクル回路を用いることができるものと考えられる。このような回路であれば、高温の湯を出湯させることで室内により暖かな空気を供給することができるとともに、除霜運転を行う場合であっても暖房運転を停止させる必要がなく、快適性を損なうことのない空気調和機を提供することができるものと考えられる。

しかしながら、多段の冷凍回路を採用しつつ蓄熱装置を備えた冷凍回路を用いる場合、次のような問題が生じかねない。すなわち、通常特許文献１に示されているような多段の冷凍回路の場合、ＣＯＰを向上させるために高段側の圧力差と低段側の圧力差とが適正になるように運転が行われる。

そしてこのような冷凍回路の場合において特許文献２に開示されているような蓄熱装置が備えられている場合、カスケードコンデンサと蓄熱装置には同じ温度の冷媒、つまり高温の冷媒が供給される。蓄熱装置では、圧縮機から流入した気相状態の冷媒が熱交換されて凝縮するが、このときに蓄熱装置の温度が冷媒の温度よりも低い状態にあればある程、蓄熱装置に滞留する液相状態の冷媒の量が増加する。

気相状態の冷媒は蓄熱装置で凝縮して液相状態になり、液相状態の冷媒の一部は、膨張弁へ流入するが、他の冷媒は蓄熱装置に留まる。蓄熱装置の温度が冷媒の温度に対して低いほど、冷媒は蓄熱装置内で過冷却され、蓄熱装置内に留まる冷媒の量が増加する。このような状態となると、冷凍回路内を循環する冷媒の量が徐々に少なくなってしまい、カスケードコンデンサに送られるはずの冷媒の量が減る。従ってカスケードコンデンサでの高段側サイクルと低段側サイクルとの間での熱交換の能力が低下し、結果としてヒートポンプの能力が低下する。

本発明はこのような多段の冷凍回路を採用しつつ蓄熱装置を備えた冷凍サイクル回路を採用して高温出湯、蓄熱装置で除霜運転時の暖房運転の維持するものであっても、運転中における冷凍サイクル回路内における冷媒量を十分に確保し、暖房能力の低下を抑制し快適性を損なうことがない二元冷凍サイクル装置及び二元冷凍サイクル装置の制御方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る二元冷凍サイクル装置は、高元側圧縮機と、高元側熱交換器と、第１の高元側減圧機構と、カスケード熱交換器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、第１の低元側減圧機構と、低元側熱交換器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、高元側圧縮機と、高元側熱交換器と、第２の高元側減圧機構と、カスケード熱交換器と並列に設けられ蓄熱材を備える蓄熱熱交換器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蓄熱回路と、低元側圧縮機と、蓄熱熱交換器と、第２の低元側減圧機構と、低元側熱交換器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蓄熱回路と、低元側圧縮機から吐出された低元側冷媒の飽和温度を測定または算出する冷媒温度検出部と、蓄熱熱交換器に設けられる蓄熱材の温度を測定する蓄熱温度センサと、高元側圧縮機、低元側圧縮機、第１の高元側減圧機構、第２の高元側減圧機構、第１の低元側減圧機構、及び、第２の低元側減圧機構のそれぞれを制御する制御部と、を備え、高元側冷媒と低元側冷媒は、カスケード熱交換器、または、蓄熱熱交換器において熱交換を行い、制御部は、暖房運転と蓄熱運転を並行して行う暖房・蓄熱運転を行うに当たって、飽和温度と蓄熱材の温度とを取得し、飽和温度と蓄熱材の温度との温度差が第１の所定値となるように低元側圧縮機を制御することを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る二元冷凍サイクル装置の制御方法は、高元側圧縮機と、高元側熱交換器と、第１の高元側減圧機構と、カスケード熱交換器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、第１の低元側減圧機構と、低元側熱交換器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、高元側圧縮機と、高元側熱交換器と、第２の高元側減圧機構と、カスケード熱交換器と並列に設けられ蓄熱材を備える蓄熱熱交換器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蓄熱回路と、低元側圧縮機と、蓄熱熱交換器と、第２の低元側減圧機構と、低元側熱交換器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蓄熱回路と、低元側圧縮機から吐出された低元側冷媒の飽和温度を測定又は算出する冷媒温度検出部と、蓄熱熱交換器に設けられる蓄熱材の温度を測定する蓄熱温度センサと、高元側圧縮機、低元側圧縮機、第１の高元側減圧機構、第２の高元側減圧機構、第１の低元側減圧機構、及び、第２の低元側減圧機構のそれぞれを制御する制御部と、を備え、暖房運転と蓄熱運転を並行して行う暖房・蓄熱運転を行うに当たって、制御部が、飽和温度と蓄熱材の温度を取得するステップと、飽和温度と蓄熱材の温度との温度差が第１の所定値となるように低元側圧縮機を制御するステップと、を備える。

本発明によれば、多段の冷凍回路を採用しつつ蓄熱装置を備えた冷凍サイクル回路を採用して高温出湯、蓄熱装置で除霜運転時の暖房運転の維持するものであっても、運転中における冷凍サイクル回路内における冷媒量を十分に確保し、暖房能力の低下を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る二元冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態に係る二元冷凍サイクル装置における制御部による暖房・蓄熱運転の制御方法の概念を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る二元冷凍サイクル装置が暖房・蓄熱運転を行う際の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態に係る二元冷凍サイクル装置が除霜運転を行う際の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態に係る二元冷凍サイクル装置において暖房・除霜運転を行う際の制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る二元冷凍サイクル装置において暖房・蓄熱運転を行う際の制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る二元冷凍サイクル装置において除霜運転を行う際の制御の流れを示すフローチャートである。

本発明の実施の形態に係る二元冷凍サイクル装置Ｓの構造を、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る二元冷凍サイクル装置Ｓの冷媒回路図である。二元冷凍サイクル装置Ｓは、後述する高元側熱交換器１２を蒸発器として利用する場合には冷房運転に用いられ、高元側熱交換器１２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サイクル装置である。

なお、以下、温水を作る運転と暖かな空気を室内空間へ提供する運転をまとめて「暖房運転」と表すことがある。そして本発明の実施の形態では、二元冷凍サイクル装置Ｓを暖房運転、後述する蓄熱熱交換器Ｈに蓄熱する蓄熱運転、低元側熱交換器２３に対する除霜運転に用いる場合について説明する。

図１に示されている本発明の実施の形態に係る二元冷凍サイクル装置Ｓは、高元側及び低元側のそれぞれに冷媒回路が設けられる二元冷凍サイクルを備えている。高元側には高元側冷媒回路１が設けられており、低元側には低元側冷媒回路２が設けられている。

高元側冷媒回路１は、高元側圧縮機１１と、高元側熱交換器１２と、第１の高元側減圧機構１３と、カスケード熱交換器Ｃとが冷媒配管Ｐで順次接続され、高元側冷媒が循環する。高元側熱交換器１２は、室内空間に設置される室内機の内部に配置され、高元側冷媒と図示しない水回路を循環する水との間で熱交換が行われることによって温水が作られる。或いは、高元側冷媒と室内機に流入する空気との間で熱交換が行われて室内空間に暖められた空気が供給される。さらに室内機内には、室内空間の室温を測定する室温センサが備えられている。

一方低元側冷媒回路２は、低元側圧縮機２１と、カスケード熱交換器Ｃと、第１の低元側減圧機構２２と、低元側熱交換器２３とが冷媒配管Ｐで順次接続され、低元側冷媒が循環する。低元側熱交換器２３では、低元側冷媒と外気との間で熱交換が行われる。

ここでカスケード熱交換器Ｃは、高元側冷媒と低元側冷媒とが熱交換する熱交換器である。例えば、二元冷凍サイクル装置Ｓが暖房運転を行う場合には、高元側冷媒に対して蒸発器として働く。

また、本発明の実施の形態に係る二元冷凍サイクル装置Ｓには、高元側及び低元側それぞれに、高元側蓄熱回路３、低元側蓄熱回路４が設けられている。

高元側蓄熱回路３は、高元側圧縮機１１と、高元側熱交換器１２と、第２の高元側減圧機構３１と、蓄熱熱交換器Ｈが冷媒配管Ｐで順次接続されて形成され、高元側冷媒が循環する。一方低元側蓄熱回路４は、低元側圧縮機２１と、蓄熱熱交換器Ｈと、第２の低元側減圧機構４１と、低元側熱交換器２３が冷媒配管Ｐで順次接続されて形成され、低元側冷媒が循環する。

蓄熱熱交換器Ｈは、内部に充填された蓄熱材と高元側冷媒または低元側冷媒とが熱交換を行う熱交換器である。蓄熱熱交換器Ｈは、その内部に蓄熱槽が設けられている。この蓄熱槽には、例えば、高元側冷媒が流れる流路が同一面上に蛇行して形成される高元側の熱交換器と、低元側冷媒が流れる流路が同一面上に蛇行して形成される低元側の熱交換器とが互いに面が対向する位置に配置されている。そして高元側の熱交換器には高元側冷媒が流入、流出し、低元側の熱交換器には低元側冷媒が流入、流出することで、蓄熱材と高元側冷媒または低元側冷媒との間で熱交換が行われる。

このように蓄熱熱交換器Ｈの蓄熱槽には、その内部にこれら高元側の熱交換器と低元側の熱交換器が配置され、その周囲を覆うように蓄熱材が充填されている。この蓄熱材には、蓄熱熱交換器Ｈに供給された熱が蓄えられ、蓄えられた熱は、後述するように高元側においては暖房運転に、低元側においては除霜運転に用いられる。また、後述する蓄熱温度センサＨＳが、蓄熱材の温度を測定することができる位置に設けられている。

さらに、当該蓄熱熱交換器Ｈは、図１に示されているように、カスケード熱交換器Ｃと並列となるように配置されて、上述した高元側蓄熱回路３と低元側蓄熱回路４が形成される。

高元側冷媒回路１において、高元側圧縮機１１の吐出側には、高元側圧縮機１１から吐出された高元側冷媒を高元側熱交換器１２の側に流すか、または、カスケード熱交換器Ｃ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。

同様に低元側冷媒回路２において、低元側圧縮機２１の吐出側には、低元側圧縮機２１から吐出された低元側冷媒をカスケード熱交換器Ｃの側に流すか、または、低元側熱交換器２３の側に流すかを切り換える低元側四方弁２４が接続されている。

二元冷凍サイクル装置Ｓには、低元側冷媒回路２や低元側蓄熱回路４を循環する低元側圧縮機２１から吐出された低元側冷媒の飽和温度を測定または算出する冷媒温度検出部５が設けられている。さらに低元側冷媒回路２には、低元側圧縮機２１から吐出された低元側冷媒の吐出圧力を測定する圧力センサ５１と、低元側冷媒の温度を測定する冷媒温度センサ５２とが設けられている。

冷媒温度検出部５は、これら圧力センサ５１で測定された圧力値を用いて、低元側冷媒の飽和温度を算出する。飽和温度、つまり、飽和蒸気の温度は冷媒種によって定められており、圧力センサ５１の検出値である高圧圧力から算出できる。また、低元側冷媒の飽和温度を算出するプログラムについては、冷媒温度検出部５内に記憶されていても、或いは、図示してはいないが別途設けられる記憶部等に記憶されていても良い。冷媒温度検出部５が算出した低元側冷媒の飽和温度の情報は、後述する制御部６に送信される。

また蓄熱熱交換器Ｈには、上述したように蓄熱温度センサＨＳが設けられており、蓄熱熱交換器Ｈに設けられる蓄熱材の温度を測定する。換言すれば蓄熱温度センサＨＳは、蓄熱熱交換器Ｈに蓄熱された蓄熱量を測定するセンサである。蓄熱温度センサＨＳにおいて測定された蓄熱材の温度に関する情報は、制御部６に送信される。

制御部６は、高元側圧縮機１１、第１の高元側減圧機構１３、第２の高元側減圧機構３１、低元側圧縮機２１、第１の低元側減圧機構２２、及び、第２の低元側減圧機構４１の開度を制御する。

特に制御部６が各減圧機構の開度を制御することによって、高元側冷媒回路１、低元側冷媒回路２、高元側蓄熱回路３、低元側蓄熱回路４を流れる高元側冷媒や低元側冷媒の流量を調整することができる。

また制御部６は、暖房運転と蓄熱運転を並行して行う暖房・蓄熱運転を行うに当たって、冷媒温度検出部５において算出された飽和温度の情報と蓄熱温度センサＨＳによって測定された蓄熱材の温度の情報とを用いて、低元側圧縮機２１を制御する。また、低元側熱交換器２３の除霜運転を行う際の制御についても制御部６が行う。

そこで次に、制御部６による制御内容について、さらに詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る二元冷凍サイクル装置Ｓにおける制御部６による暖房・蓄熱運転の運転開始直後の制御方法の概念を示す説明図である。なお、暖房・蓄熱運転とは、高元側熱交換器１２を凝縮器として利用する暖房運転を行いつつ、蓄熱熱交換器Ｈにおいて冷媒から蓄熱材へ放熱させることで蓄熱を行う運転である。

図２に示す説明図において、横軸は時間（ｔ）であり、縦軸は温度（Ｔ）を示している。まず、横向きに点線で示されているのが、室内における設定温度を示している。すなわち、点線は設定温度であることから、縦軸の温度（Ｔ）で見ると一定である。そのため横軸と平行となるように直線状に示されている。

また、時間の経過に従って左から右に向けて複数の温度を示す曲線が示されているが、そのうち実線で示されているのが、室温である。室温の測定は、上述したように、室内機に設けられる室温センサが行い、制御部６に測定結果が送信される。

二元冷凍サイクル装置Ｓは室温が当該設定温度になるように、或いは、当該設定温度を維持するように制御部６によって制御される。従って、実線で示される室温は、最初は急激に上昇する動きを見せる。これはいち早く設定温度に達するように二元冷凍サイクル装置Ｓが制御されるからである。

そして、室温が一旦設定温度まで達すると、その後は室温が設定温度を維持することができるように室内の暖房が行われる。そのため、図２に示すように、室温は設定温度に近い温度で設定温度を下回ったり上回ったりしながら徐々に室温と設定温度との差が小さくなる。

次に、室温を示す実線と概ねその最初の温度が同じところから破線で示されるのが蓄熱熱交換器Ｈにおける蓄熱材の温度を示している。当該蓄熱材の温度は、上述したように、蓄熱温度センサＨＳで測定される温度である。

蓄熱材の温度は、図２では徐々に温度が上がり、概ね時間（ｔ）を示す横軸の半分の時点で設定温度を超え、最後は室温や設定温度よりも高い温度となるような曲線で示されている。なお、図２に示す蓄熱材の温度変化はあくまでも例示であり、蓄熱材の種類や蓄熱熱交換器Ｈが置かれた種々の状況により異なり得るものである。

一方、始点が蓄熱材の温度を示す破線よりも若干高い温度であり、概ね蓄熱材の温度の上昇と同じような変化を見せるのが、低元側冷媒の第１の飽和温度であり、圧力センサ５１の検出値である高圧圧力から算出された値である。第１の飽和温度は、図２においては一点鎖線の曲線で示されている。そして当該低元側冷媒の第１の飽和温度は、最後に蓄熱材の温度と同等になるように示されている。これは、蓄熱材の温度が設定値に到達し、これ以上熱交換しないようにするためである。

ここで、設定温度を示す点線と交わり、縦軸と平行となるように直線状の破線が２本示されている。このうち温度（Ｔ）を示す縦軸に近い一方の直線状の破線は、設定温度を示す点線と室温を示す実線とが最初に交わる点を基点として下方に延びており、時間（ｔ）を示す横軸と交わっている。この一方の直線状の破線が時間（ｔ）の横軸と交わった時間を、以下「時刻ａ」と表す。

すなわち、二元冷凍サイクル装置Ｓによる暖房運転の開始から時刻ａまでの期間（時間）は、室温が設定温度に到達するまでの時間を示している。そして時刻ａ以降は、上述したように室温が設定温度を維持できるように二元冷凍サイクル装置Ｓの暖房・蓄熱運転を継続する。

また、温度（Ｔ）を示す縦軸から遠い他方の直線状の破線は、低元側冷媒の温度と蓄熱材の温度が同等になっている。このように、蓄熱材の温度が低元側冷媒の温度と同等になったということは、予め設定された蓄熱材の設定値に到達して蓄熱熱交換器Ｈに十分蓄熱がされた、ということを示している。当該設定値は、蓄熱熱交換器Ｈの蓄熱材に応じて適宜設定される。従って、当該他方の直線状の破線と時間（ｔ）が交わる点における時刻（以下、適宜「時刻ｂ」と表す）以降は、低元側冷媒の温度と蓄熱材の温度が同じ温度となるように維持されることでこれ以上の蓄熱が抑制される（以下、蓄熱運転停止と呼ぶ）。

最後に、一方の直線状の破線と一点鎖線の曲線で示される低元側冷媒の第１の飽和温度とが交わるところを始点として二点鎖線で示されているのが低元側冷媒の第２の飽和温度である。この低元側冷媒の第２の飽和温度は、低元側冷媒の第１の飽和温度よりもさらに高い温度を示しているが、上述した蓄熱運転が停止される時刻ｂにおいては、低元側冷媒の第１の飽和温度と同様、蓄熱材の温度を下回る。

なお、当該低元側冷媒の第１の飽和温度、及び、第２の飽和温度は、低元側冷媒の凝縮温度を示している。そして図２においてこれら２種類の低元側冷媒の飽和温度を示しているのは以下の理由からである。

上述したように、本発明の実施の形態における二元冷凍サイクル装置Ｓでは、カスケード熱交換器Ｃと蓄熱熱交換器Ｈとが並列に接続されている。従って、低元側圧縮機２１から吐出された低元側冷媒は、図１に示すように分流されて、カスケード熱交換器Ｃと蓄熱熱交換器Ｈのそれぞれに流入する。

例えば、蓄熱熱交換器Ｈにあまり熱が蓄えられておらず、蓄熱熱交換器Ｈにおける蓄熱材の温度が高くない場合に、低元側圧縮機２１からカスケード熱交換器Ｃに流入する低元側冷媒と同じ高い温度の低元側冷媒が蓄熱熱交換器Ｈに流入すると、蓄熱熱交換器Ｈに流入した気相状態の低元側冷媒は、蓄熱熱交換器Ｈで蓄熱材と熱交換されて凝縮してしまう。凝縮した液相状態の低減側冷媒の一部は、下流側の第２の低元側減圧機構４１へ流入するが、他の低減側冷媒は蓄熱熱交換器Ｈに留まる。蓄熱材の温度が低減側冷媒の温度に対して低いほど、低減側冷媒は蓄熱熱交換器Ｈ内で過冷却され、蓄熱熱交換器Ｈ内に留まる冷媒の量が増加する。

このような状態になると、上述したように、蓄熱熱交換器Ｈに液相状態になった低元側冷媒が多く分布することになり、相対的に循環する低元側冷媒の量が減少する。低元側冷媒の循環量が減少すると、カスケード熱交換器Ｃにおける高元側冷媒との間の熱交換の量も減少することにつながり、二元冷凍サイクル装置Ｓの暖房能力が低下することになりかねない。

蓄熱熱交換器Ｈにおいて低元側冷媒が液相状態で多く分布してしまうのは、蓄熱熱交換器Ｈに流入する低元側冷媒の飽和温度と蓄熱熱交換器Ｈを構成する蓄熱剤の温度との差が大きいからである。当該温度差が大きいほど低元側冷媒の過冷却度大きくなる。過冷却度が大きいほど蓄熱熱交換器Ｈ内の低元側冷媒の経路中の液単相領域が大きくなるため、液相冷媒の留まる量が増える。

そこで、制御部６では、低元側冷媒の飽和温度と蓄熱材の温度との差を大きくしないように低元側圧縮機２１の回転数を制御する。具体的には、低元側冷媒の飽和温度は、冷媒温度検出部５が、圧力センサ５１によって測定された低元側圧縮機２１から吐出された低元側冷媒の圧力の値と、冷媒温度センサ５２が測定する低元側冷媒の温度とを用いて算出する。

すなわち、圧力センサ５１と冷媒温度センサ５２からの測定結果は、冷媒温度検出部５に入力される。そして、入力された測定結果を用いて冷媒温度検出部５で算出された飽和温度の情報は、制御部６へと送信される。一方、蓄熱材の温度は、上述したように、蓄熱温度センサＨＳによって測定され、制御部６に入力される。

これにより、制御部６は、飽和温度の情報と蓄熱材の温度の情報を取得することができる。二元冷凍サイクル装置Ｓの運転状況に合わせて制御部６では、飽和温度と蓄熱材の温度との差を基に暖房・蓄熱運転の制御を行う。

そこでまず、二元冷凍サイクル装置Ｓが運転開始したばかりの状況における制御について説明する。この場合、室内空間を暖める必要がある。すなわち、暖房・蓄熱運転において、蓄熱運転よりも暖房運転を優先する必要がある。このとき、第２の低元側減圧機構４１は、第２の低元側減圧機構４１を通過する冷媒の流量が第１の低元側減圧機構２２を通過する冷媒の流量よりも少なくなる開度となるように制御される。具体的には微開状態となるように制御される。

そのため制御部６では、低元側冷媒の第１の飽和温度と蓄熱材の温度との差が予め定められた「第１の所定値Ｔ１」となるように暖房・蓄熱運転の制御を行う。当該第１の所定値Ｔ１については、例えば、試験等によって得られた両者の温度差として適切な値を基に予め定められるものであり、例えば、２℃から３℃といった値である。

制御部６では、設定した第１の所定値Ｔ１の値を維持するように、低元側圧縮機２１の回転数を制御する。すなわち、蓄熱材の温度に対して低元側冷媒の第１の飽和温度が高くなりすぎないように、換言すれば低元側冷媒の第１の飽和温度を蓄熱熱交換器Ｈにおける蓄熱材の温度に近づけるべく、低元側圧縮機２１の回転数を上げないように制御する。

このような制御が行われることで、低元側冷媒の第１の飽和温度が急激に上がり蓄熱材の温度との差が開くことで低元側圧縮機２１から吐出された低元側冷媒が蓄熱熱交換器Ｈに流入した際に凝縮されて液相状態の低元側冷媒となる可能性を低減することができる。

なお、制御部６の制御に必要な低元側冷媒の飽和温度と蓄熱材の温度については、随時冷媒温度検出部５と蓄熱温度センサＨＳから制御部６に入力される。或いは、一定時間ごとに低元側冷媒の飽和温度の情報と蓄熱材の温度の情報とが冷媒温度検出部５及び蓄熱温度センサＨＳから制御部６に送信されるようにされていても良い。

上述したように、暖房・蓄熱運転の開始時から時刻ａまでは、暖房運転と蓄熱運転のうち、より暖房運転を優先するように制御部６は二元冷凍サイクル装置Ｓを制御する。つまり低元側冷媒回路２において、蓄熱熱交換器Ｈよりもカスケード熱交換器Ｃに冷媒が多く流入するように第１の低元側減圧機構２２、及び、第２の低元側減圧機構４１の開度を制御する。これにより、室内空間を速やかに暖めることで快適性を提供することができる。

そして室温が設定温度に到達すると、室温と設定温度の関係では、今後は室温を設定温度となるように維持する暖房運転が求められる。すなわち、時刻ａから時刻ｂまでの間は、暖房・蓄熱運転開始時から時刻ａまでの間よりも二元冷凍サイクル装置Ｓにおける暖房運転時の負荷は小さくなり、二元冷凍サイクル装置Ｓの暖房能力の余力を蓄熱運転へと振り向けることができる。このとき、低元側冷媒回路２において、カスケード熱交換器Ｃよりも蓄熱熱交換器Ｈに冷媒が多く流入するように第１の低元側減圧機構２２、及び、第２の低元側減圧機構４１の開度を制御する。

そこで、時刻ａと時刻ｂとの間の期間（時間）は、暖房よりも蓄熱を優先するように制御部６は二元冷凍サイクル装置Ｓを制御する。但し、この期間であっても暖房運転を行わないのではなく、快適性を損なわないように暖房運転を行いつつ蓄熱運転も行うものである。

制御部６は室温が設定温度に到達したことを把握すると、制御部６は暖房運転を継続しつつも蓄熱運転を優先するべく、第２の所定値Ｔ２を設定する。これは、低元側冷媒の第２の飽和温度と蓄熱材の温度との差の目標値であり、第１の所定値Ｔ１以上の値となるように第２の所定値Ｔ２が予め定められる。

図２においては、当該第２の所定値Ｔ２は、低元側冷媒の第２の飽和温度を示す二点鎖線の曲線と蓄熱材の温度を示す破線の曲線との間に示されている両矢印で示される値である。

そしてＴ１≦Ｔ２となるように定められた第２の所定値Ｔ２を設定することで、低元側圧縮機２１の回転数をこれまでよりも上げて低元側冷媒の飽和温度を上昇させることによって、蓄熱熱交換器Ｈにより多くの蓄熱を行うことができる。すなわち、暖房運転よりも蓄熱運転に優先するよう、蓄熱熱交換器Ｈの蓄熱能力を上げる。その意味で、第１の所定値Ｔ１と第２の所定値Ｔ２を設定することは、蓄熱能力を調整するためであるといえる。

制御部６では、上述したように、蓄熱温度センサＨＳから蓄熱材の温度に関する情報を取得している。そして、予め設定した値よりも蓄熱材の温度が高くなった場合、すなわち、蓄熱材に十分な量蓄熱されたと制御部６が判定した場合、蓄熱運転が停止される。蓄熱運転の停止は、第２の低元側減圧機構４１の開度が微開となるように制御して蓄熱熱交換器Ｈへ流入する低元側冷媒の量を制限し、低元側冷媒の温度と蓄熱材の温度が同じ温度となるように維持されることにより行われる。

図２においては、時刻ｂにおいて、蓄熱材の温度が最大値を示しており、低元側冷媒の飽和温度よりも大きな値を示している。従って、この時刻ｂが示す時刻が蓄熱停止時刻に該当する。

なお、暖房・蓄熱運転において、上述した第１の所定値Ｔ１、第２の所定値Ｔ２がそれぞれ設定されてこれらの値を維持するように制御部６は低元側圧縮機２１の制御を行うが、各減圧機構については、以下の通り制御される。

すなわち制御部６は、暖房・蓄熱運転時には、第１の高元側減圧機構１３、第１の低元側減圧機構２２、及び、第２の低元側減圧機構４１を開き、第２の高元側減圧機構３１を閉じる制御を行う。このように第２の高元側減圧機構３１を閉とする制御を行うのは、蓄熱熱交換器Ｈに蓄えられた熱を、暖房・蓄熱運転時には使用しないようにするためである。

図３は、本発明の実施の形態に係る二元冷凍サイクル装置Ｓが暖房・蓄熱運転を行う際の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。上述したように、制御部６は第２の高元側減圧機構３１を閉とする制御を行っている。

そのため当該回路図においては、その一端が第２の高元側減圧機構３１と接続され、蓄熱熱交換器Ｈを間に挟み、他端がカスケード熱交換器Ｃと高元側四方弁１４との間に接続される冷媒配管Ｐには高元側冷媒が流れず、これを破線で示している。従って、高元側冷媒は高元側蓄熱回路３を循環しない。なお、低元側冷媒、高元側冷媒が流れる冷媒配管Ｐについては、実線で示している。

高元側において、制御部６は、第１の高元側減圧機構１３を開となるように制御する。従って暖房・蓄熱運転が行われる際には、図３の矢印に示すように、高元側冷媒回路１における高元側圧縮機１１から吐出された高元側冷媒は、高元側四方弁１４から高元側熱交換器１２へと入り、第１の高元側減圧機構１３、カスケード熱交換器Ｃを流れて、高元側圧縮機１１に吸入される。

一方、低元側の低元側冷媒回路２における低元側圧縮機２１から吐出された低元側冷媒は、低元側四方弁２４からカスケード熱交換器Ｃへと入り、第１の低元側減圧機構２２、低元側熱交換器２３を流れて、低元側圧縮機２１に吸入される。

この際、カスケード熱交換器Ｃにおいて、低元側冷媒と高元側冷媒との間で熱交換が行われる。そして当該カスケード熱交換器Ｃが高元側冷媒に対して蒸発器として機能することによって、高元側冷媒回路１において高元側熱交換器１２で高元側冷媒と空気や水とが熱交換する。これにより、室内空間に暖かな空気や温水を供給する。

また、制御部６は、第１の低元側減圧機構２２、第２の低元側減圧機構４１のいずれも開となるように制御する。すなわち、低元側圧縮機から吐出された低元側冷媒は、カスケード熱交換器Ｃのみならず、当該カスケード熱交換器Ｃと並列に設けられている蓄熱熱交換器Ｈにも流れる。

上述したように低元側蓄熱回路４は、一端が低元側四方弁２４とカスケード熱交換器Ｃとの間に接続され、他端が第１の低元側減圧機構２２と低元側熱交換器２３との間に接続されて構成されている。

二元冷凍サイクル装置Ｓにおいて暖房・蓄熱運転が行われる際には、図３の矢印に示すように、低元側冷媒回路２における低元側圧縮機２１から吐出された低元側冷媒は、低元側四方弁２４を出て低元側蓄熱回路４を通って蓄熱熱交換器Ｈへと入る。そして第２の低元側減圧機構４１を通過し、低元側熱交換器２３を流れて、低元側圧縮機２１に吸入される。

上述したように、制御部６は暖房運転開始時においては低元側冷媒の第１の飽和温度と蓄熱材の温度の差を第１の所定値Ｔ１と設定し、当該第１の所定値Ｔ１を維持するように低元側圧縮機２１の回転数を制御する。従って、低元側冷媒の第１の飽和温度と蓄熱材の温度の差が開くことのない状態で低元側冷媒が蓄熱熱交換器Ｈに流入する。

従って、蓄熱熱交換器Ｈにおいて液相状態の低元側冷媒で満たされる領域を少なくすることができる。そのため、蓄熱熱交換器Ｈに液相状態になった低元側冷媒が多く分布することを抑制できる。蓄熱熱交換器Ｈを流出した低元側冷媒は、第２の低元側減圧機構４１、低元側熱交換器２３を通って低元側圧縮機２１に吸入される。

一方高元側蓄熱回路３は、一端が高元側熱交換器１２と第１の高元側減圧機構１３との間に接続され、他端がカスケード熱交換器Ｃと高元側四方弁１４との間に接続されるが、上述したように第２の高元側減圧機構３１は制御部６によって閉状態となるように制御される。

従って、高元側冷媒が高元側蓄熱回路３を流れることはなく、蓄熱熱交換器Ｈにおいて低元側冷媒との間で熱交換されることもない。また、高元側熱交換器１２において高元側冷媒と空気、或いは、水との間で熱交換を行うに当たって、蓄熱熱交換器Ｈに蓄えられた熱は使用されない。

制御部６が第１の低元側減圧機構２２、第２の低元側減圧機構４１、及び、第１の高元側減圧機構１３を開き、第２の高元側減圧機構４３を閉じる制御をすることによって、二元冷凍サイクル装置Ｓは、暖房運転を行うことができるとともに、蓄熱熱交換器Ｈに対して蓄熱運転を行うことができる。

すなわち、カスケード熱交換器Ｃが高元側冷媒に対して蒸発器として機能し、カスケード熱交換器Ｃを介して低元側冷媒と高元側冷媒とが熱交換を行う。これに対して、蓄熱熱交換器Ｈには低元側冷媒は流入するものの、高元側冷媒は流入しない。従って、蓄熱熱交換器Ｈに蓄えられた熱が暖房運転において使用されることはなく、低元側冷媒の熱が蓄熱熱交換器Ｈの蓄熱材に蓄熱される。

以上が暖房・蓄熱運転における制御部６の制御方法である。また、高元側冷媒、低元側冷媒の流れを示す冷媒回路についても図３に示した通りである。そこで次に、二元冷凍サイクル装置Ｓにおいて、除霜運転が行われる場合について説明する。

上述したように、暖房運転が行われる場合、定期的に除霜運転を行う必要がある。そして除霜運転が行われる場合、低元側圧縮機２１から吐出される暖かな低元側冷媒を低元側熱交換器２３に供給するために低元側四方弁２４を暖房運転状態から冷房運転状態へと切り替えることになるため、除霜運転の間暖房運転は停止することになる。従って、除霜運転中は室内空間に暖かい空気や温水が提供されないことになり、快適性を損ないかねない。

そこで、本発明の実施の形態における二元冷凍サイクル装置Ｓにおいては、暖房運転を止めることなく除霜運転を行うことで、快適性の確保と二元冷凍サイクル装置Ｓの暖房能力の維持を図る。

図４は、本発明の実施の形態に係る二元冷凍サイクル装置Ｓが除霜運転を行う際の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。上述したように、除霜運転を行う際には、低元側熱交換器２３に対して暖かな低元側冷媒を供給する必要があることから、低元側四方弁２４を切り替えて低元側冷媒をカスケード熱交換器Ｃや蓄熱熱交換器Ｈではなく、低元側熱交換器２３へと供給する。

すなわち、低元側圧縮機２１から吐出された低元側冷媒は、低元側四方弁２４を通って、まず低元側熱交換器２３に流入する。そして流入した低元側冷媒により低元側熱交換器２３に付着した霜が溶融される。

そして除霜運転が行われる際には、制御部６が第１の低元側減圧機構２２を閉状態となるように、一方、第２の低元側減圧機構４１については開状態となるように制御する。このように第１の低元側減圧機構２２と第２の低元側減圧機構４１を制御することにより、低元側熱交換器２３を出た低元側冷媒は低元側冷媒回路２には流入せず、低元側蓄熱回路４に入る。

そのため、低元側熱交換器２３を出た低元側冷媒は第２の低元側減圧機構４１及び蓄熱熱交換器Ｈを通り、低元側圧縮機２１に吸入される。従って、除霜運転においては、低元側冷媒はカスケード熱交換器Ｃに流入しない。

一方、高元側においては、上述したように低元側冷媒がカスケード熱交換器Ｃに流入せず、そもそも低元側冷媒は低元側熱交換器２３の除霜のために低元側熱交換器２３において熱交換を行ってしまっているので、カスケード熱交換器Ｃにおける低元側冷媒と高元側冷媒との間での熱交換はできない。

そこで、制御部６では、第１の高元側減圧機構１３を閉状態とする制御を行う。但し、カスケード熱交換器Ｃでの熱交換ができないままでは、室内空間に暖かな空気を供給することができず、室温は徐々に下がってしまうため快適性を損ないかねない。

このような状況を避けるため、本発明の実施の形態における二元冷凍サイクル装置Ｓにおいては、蓄熱熱交換器Ｈに蓄えられている熱を用いて暖房運転を継続する制御を行う。すなわち、制御部６は第２の高元側減圧機構３１を開状態となるように制御し、高元側熱交換器１２を出た高元側冷媒を高元側蓄熱回路３に導く。

そして、高元側冷媒を蓄熱熱交換器Ｈに通過させる際に蓄熱熱交換器Ｈに蓄えられている熱を高元側冷媒に吸熱させ、改めて高元側圧縮機１１を介して高元側熱交換器１２に流入させることによって、室内空間に暖かな空気を提供することができる。

制御部６は上述したように第１の高元側減圧機構１３と第１の低元側減圧機構２２を閉状態とする制御を行って、図４において破線で示すように、高元側冷媒回路１と低元側冷媒回路２に高元側冷媒及び低元側冷媒を循環させないことによって、低元側熱交換器２３の除霜を行うとともに、蓄熱熱交換器Ｈに蓄えられている熱を利用して暖房運転を継続することとしている。

また、制御部６が第１の低元側減圧機構２２も第１の高元側減圧機構１３も閉となるように制御することで、カスケード熱交換器Ｃに低元側冷媒も高元側冷媒も流入せず、両者の間で熱交換は行われない。従って、低元側熱交換器２３の除霜に利用された低元側冷媒がカスケード熱交換器Ｃに流入しないので、高元側に低元側の冷熱が伝達されることを防ぐことができる。

［動作］
次に、上述した暖房・蓄熱運転、及び、除霜運転における制御部６による二元冷凍サイクル装置Ｓの制御の流れについて、図５ないし図７を用いて説明する。図５及び図６は、本発明の実施の形態に係る二元冷凍サイクル装置Ｓにおいて暖房・蓄熱運転を行う際の制御の流れを示すフローチャートである。また、図７は、本発明の実施の形態に係る二元冷凍サイクル装置Ｓにおいて除霜運転を行う際の制御の流れを示すフローチャートである。

まず暖房・蓄熱運転の流れから説明する。図５に示すように、二元冷凍サイクル装置Ｓにおいて暖房・蓄熱運転が開始されると（ＳＴ１）、制御部６は、低元側圧縮機２１から吐出された低元側冷媒がカスケード熱交換器Ｃ及び蓄熱熱交換器Ｈに流入するように、減圧機構の開度が予め定めた初期開度になるように調整する（ＳＴ２）。
ここで「減圧機構」とまとめて示しているが、当該減圧機構が示すのは、例えば、図３に示す第１の低元側減圧機構２２及び第２の低元側減圧機構４１である。初期開度は、起動時の信頼性を確保するために設定される。第１の低元側減圧機構２２は、吐出温度が過昇しないようにしつつ、低元側圧縮機２１への液バックを回避できる開度が設定される。第２の低元側減圧機構４１は、蓄熱熱交換器Ｈへの液だまりを回避しつつ、蓄熱熱交換器Ｈへ流れる冷媒の流量が過剰にならない開度が設定される。

また、高元側においては、制御部６は第１の高元側減圧機構１３の開度が予め定めた初期開度になるように、一方、第２の高元側減圧機構３１については閉状態となるように、それぞれの減圧機構の開度を調整する（ＳＴ３、ＳＴ４）。初期開度は、起動時の信頼性を確保するために設定される。第１の高元側減圧機構１３は、吐出温度が過昇しないようにしつつ、高元側圧縮機１１への液バックを回避できる開度が設定される。当該制御により、高元側冷媒は高元側冷媒回路１のみを循環し、高元側蓄熱回路３には流入しない。そのため蓄熱熱交換器Ｈに蓄えられた熱を暖房運転で使用することがないので、蓄熱運転を行いつつも、暖房運転を優先させた運転を行うことができ、室内空間を暖めることができる。

次に、圧力センサ５１及び冷媒温度センサ５２が測定した結果を用いて冷媒温度検出部５が低元側冷媒の飽和温度を算出する。また、蓄熱熱交換器Ｈに設けられている蓄熱温度センサＨＳによって蓄熱材の温度が測定される。算出された飽和温度の情報と蓄熱材の温度の情報は制御部６に入力される（ＳＴ５）。

制御部６では、第１の所定値Ｔ１を、例えば上述した図示しない記憶部から取得する（ＳＴ６）。そして、上述したような低元側冷媒の飽和温度と蓄熱材の温度との差が取得した当該第１の所定値Ｔ１を維持するように低元側圧縮機２１の回転数を制御する（ＳＴ７）。

なお、ステップＳＴ１の暖房・蓄熱運転開始後のステップＳＴ７までの制御部６の制御の順序については、説明の都合上、上述した順序で説明したが、その順序は説明した順序に限定されず、その順序を変更することも可能である。また、各減圧機構に対する制御を同時に行うといったことも可能である。

暖房・蓄熱運転が行われている間、室内機においては、室温は室温センサによって一定の周期で測定されている（ＳＴ８）。これは室温が設定温度に達したか、維持されているか、の確認を行う必要があるからである。

制御部６では、室温センサで測定された室温と設定温度とを比較し、室温が設定温度に達したか否かを判定する（ＳＴ９）。そしてまだ室温が設定温度に達していない場合には（ＳＴ９のＮＯ）、改めてステップＳＴ８に戻り、暖房・蓄熱運転が継続され、室温の測定も行われる。そして、新たに測定された室温と設定温度との比較が行われる。

一方、室温が設定温度に達した場合には（ＳＴ９のＹＥＳ）、制御部６は改めて算出された飽和温度の情報と蓄熱材の温度の情報を取得する（図６のＳＴ１０）。そして、制御部６は、例えば記憶部から試験等によって得られた飽和温度と蓄熱材の温度の温度差を基に予め定められている第２の所定値Ｔ２（例えば、５℃）を取得する（ＳＴ１１）。なお、第２の所定値Ｔ２は、第１の所定値Ｔ１と第２の所定値Ｔ２との関係がＴ１≦Ｔ２となるように設定されている。

そして制御部６は、当該第２の所定値Ｔ２が維持されるように低元側圧縮機２１の制御を行い、蓄熱運転を行う（ＳＴ１２）。また、制御部６では随時蓄熱温度センサＨＳから蓄熱材の温度に関する情報を取得する（ＳＴ１３）。

そして取得した蓄熱材の温度が設定値予め定められている設定値以上となったか否かを判定する（ＳＴ１４）。当該設定値は、蓄熱熱交換器Ｈの蓄熱材に応じて適宜設定することができる。

もし蓄熱材の温度が設定値に達していない場合には（ＳＴ１４のＮＯ）、ステップＳＴ１２に戻り、引き続き蓄熱運転が行われる。一方、蓄熱材の温度が設定値に達した場合には（ＳＴ１４のＹＥＳ）、蓄熱運転を停止する（ＳＴ１５）。蓄熱運転の停止は、第２の低元側減圧機構４１の開度が微開となるように制御して蓄熱熱交換器Ｈへ流入する低元側冷媒の量を制限し、低元側冷媒の温度と蓄熱材の温度が同じ温度となるように維持されることにより行われる。以上で、暖房・蓄熱運転は終了である。

次に、除霜運転における制御の流れについて図７を用いて説明する。除霜運転は、上述したように、暖房運転が行われている際に定期的に行われる。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２３の温度が－１５℃以下になった場合に除霜運転に切り替えるが、どのタイミングで暖房運転と除霜運転とを切り替えるかは任意に設定することができる。

除霜運転が開始されると（ＳＴ３１）、制御部６は、低元側熱交換器２３から流出した低元側冷媒がカスケード熱交換器Ｃに流入しないように、第１の低元側減圧機構２２を閉じるよう開度を調整する（ＳＴ３２）。さらに、高元側冷媒が高元側熱交換器１２からカスケード熱交換器Ｃに流入しないように、第１の高元側減圧機構１３を閉じるよう開度を調整する（ＳＴ３３）。

また制御部６は、低元側冷媒及び高元側冷媒がいずれも蓄熱熱交換器Ｈに流入するように、第２の低元側減圧機構４１、及び、第２の高元側減圧機構３１が開状態となるように開度を調整する（ＳＴ３４、ＳＴ３５）。なお、上述したように、制御部６による各減圧機構の制御の順序については、上述したようにどのような順序で制御されても、或いは、並列的に制御されても良い。

制御部６では、除霜運転を行いつつ、低元側熱交換器２３の除霜が完了したか否か、すなわち、除霜運転を終了するか否かについて判定する（ＳＴ３６）。例えば、除霜運転時間が所定時間を経過した、または、低元側熱交換器２３の温度が所定温度に到達した場合に除霜が完了したと判定する。未だ低元側熱交換器２３の除霜が完了していないと制御部６が判定した場合には（ＳＴ３６のＮＯ）、引き続き除霜運転を継続する。

一方制御部６は、低元側熱交換器２３の除霜が完了したと判定した場合には（ＳＴ３６のＹＥＳ）、除霜運転を停止する（ＳＴ３７）。

以上説明してきた冷媒回路を備える二元冷凍サイクル装置及び二元冷凍サイクル装置の制御方法であれば、多段の冷凍回路を採用しつつ蓄熱装置を備えた冷凍サイクル回路を採用した場合であっても、運転中における冷凍サイクル回路内における冷媒量を十分に確保し、暖房能力の低下を抑制し快適性を損なうことなく蓄熱能力も維持することができる。

なお、この発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、本発明の一例を示したものである。実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化でき、また、上記実施の形態には種々の変更又は改良を加えることが可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。

例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよく、その様な変更又は改良を加えた形態も本発明に含まれ得る。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１・・・高元側冷媒回路、２・・・低減側冷媒回路、３・・・高元側蓄熱回路、４・・・低減側蓄熱回路、５・・・冷媒温度検出部、１１・・・高元側圧縮機、１２・・・高元側熱交換器、１３・・・第１の高元側減圧機構、１４・・・高元側四方弁、２１・・・低減側圧縮機、２２・・・第１の低元側減圧機構、２３・・・低減側熱交換器、２４・・・低減側四方弁、３１・・・第２の高元側減圧機構、４１・・・第２の低元側減圧機構、５１・・・圧力センサ、５２・・・冷媒温度センサ、Ｃ・・・カスケード熱交換器、Ｈ・・・蓄熱熱交換器、ＨＳ・・・蓄熱温度センサ、Ｐ・・・冷媒配管、Ｓ・・・二元冷凍サイクル装置

Claims (12)

1. 高元側圧縮機と、高元側熱交換器と、第１の高元側減圧機構と、カスケード熱交換器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、前記カスケード熱交換器と、第１の低元側減圧機構と、低元側熱交換器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、
   前記高元側圧縮機と、前記高元側熱交換器と、第２の高元側減圧機構と、前記カスケード熱交換器と並列に設けられる蓄熱熱交換器が冷媒配管で順次接続され、前記高元側冷媒が循環する高元側蓄熱回路と、
   前記低元側圧縮機と、前記蓄熱熱交換器と、第２の低元側減圧機構と、前記低元側熱交換器が冷媒配管で順次接続され、前記低元側冷媒が循環する低元側蓄熱回路と、
   前記低元側圧縮機から吐出された前記低元側冷媒の飽和温度を測定または算出する冷媒温度検出部と、
   前記蓄熱熱交換器に設けられる蓄熱材の温度を測定する蓄熱温度センサと、
   前記高元側圧縮機、前記低元側圧縮機、前記第１の高元側減圧機構、前記第２の高元側減圧機構、前記第１の低元側減圧機構、及び、前記第２の低元側減圧機構の開度を制御する制御部と、を備え、
   前記高元側冷媒と前記低元側冷媒は、前記カスケード熱交換器、或いは、前記蓄熱熱交換器において熱交換を行い、
   前記制御部は、暖房運転と蓄熱運転を並行して行う暖房・蓄熱運転を行うに当たって、前記飽和温度の情報と前記蓄熱材の温度の情報とを取得し、前記飽和温度と前記蓄熱材の温度との温度差が第１の所定値となるように前記低元側圧縮機を制御することを特徴とする二元冷凍サイクル装置。
2. 室内空間には、前記高元側熱交換器と前記室内空間の室温を測定する室温センサとを有する室内機が設置され、前記室温が前記室内機において設定されている設定温度に達した場合に、前記制御部は、前記飽和温度と前記蓄熱材の温度との温度差が第２の所定値となるように前記低元側圧縮機を制御することを特徴とする請求項１に記載の二元冷凍サイクル装置。
3. 前記制御部は、前記第２の所定値を前記第１の所定値以上となるように設定することを特徴とする請求項２に記載の二元冷凍サイクル装置。
4. 前記制御部は、前記蓄熱材の温度の情報を取得し、前記蓄熱材の温度が予め定められた温度に達している場合には、前記蓄熱熱交換器への蓄熱を停止することを特徴とする請求項３に記載の二元冷凍サイクル装置。
5. 前記制御部は、前記第１の所定値、或いは、前記第２の所定値を用いた前記暖房・蓄熱運転時には、前記第１の高元側減圧機構、前記第１の低元側減圧機構、及び、前記第２の低元側減圧機構を開き、前記第２の高元側減圧機構を閉じる制御を行うことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の二元冷凍サイクル装置。
6. 前記制御部は、前記低元側熱交換器に対する除霜運転を行うに当たって、前記第１の低元側減圧機構、及び前記第１の高元側減圧機構を閉じる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の二元冷凍サイクル装置。
7. 高元側圧縮機と、高元側熱交換器と、第１の高元側減圧機構と、カスケード熱交換器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、前記カスケード熱交換器と、第１の低元側減圧機構と、低元側熱交換器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、
   前記高元側圧縮機と、前記高元側熱交換器と、第２の高元側減圧機構と、前記カスケード熱交換器と並列に設けられる蓄熱熱交換器が冷媒配管で順次接続され、前記高元側冷媒が循環する高元側蓄熱回路と、
   前記低元側圧縮機と、前記低元側熱交換器と、第２の低元側減圧機構と、前記蓄熱熱交換器と、前記低元側圧縮機が冷媒配管で順次接続され、前記低元側冷媒が循環する低元側蓄熱回路と、
   前記低元側圧縮機から吐出された前記低元側冷媒の飽和温度を測定又は算出する冷媒温度検出部と、
   前記蓄熱熱交換器に設けられる蓄熱材の温度を測定する蓄熱温度センサと、
   前記高元側圧縮機、前記低元側圧縮機、前記第１の高元側減圧機構、前記第２の高元側減圧機構、前記第１の低元側減圧機構、及び、前記第２の低元側減圧機構の開度を制御する制御部と、を備え、
   暖房運転と蓄熱運転を並行して行う暖房・蓄熱運転を行うに当たって、前記制御部が、前記飽和温度の情報と前記蓄熱材の温度の情報を取得するステップと、
   前記飽和温度と前記蓄熱材の温度との温度差が第１の所定値となるように前記低元側圧縮機を制御するステップと、
   を備えることを特徴とする二元冷凍サイクル装置の制御方法。
8. 室内空間には、前記高元側熱交換器と前記室内空間の室温を測定する室温センサとを有する室内機が設置され、前記室温が前記室内機において設定されている設定温度に達したか否かを判定するステップと、
   前記室温が前記設定温度に達したと判定された場合に、前記飽和温度の情報と前記蓄熱材の温度の情報を取得するステップと、
   前記飽和温度と前記蓄熱材の温度との温度差が第２の所定値となるように前記低元側圧縮機を制御するステップと、を特徴とする請求項７に記載の二元冷凍サイクル装置の制御方法。
9. 前記制御部は、前記第２の所定値を前記第１の所定値以上となるように設定することを特徴とする請求項８に記載の二元冷凍サイクル装置の制御方法。
10. 前記蓄熱材の温度の情報を取得するステップと、
    前記蓄熱材の温度が予め定められた温度に達しているか否かを判定するステップと、
    前記蓄熱材の温度が予め定められた温度に達していると判定された場合に、前記蓄熱熱交換器への蓄熱を停止するステップと、
    を備えることを特徴とする請求項８に記載の二元冷凍サイクル装置の制御方法。
11. 前記第１の所定値、或いは、前記第２の所定値を用いた前記暖房・蓄熱運転時に、前記第１の高元側減圧機構、前記第１の低元側減圧機構、及び、前記第２の低元側減圧機構を開くステップと、
    前記第２の高元側減圧機構を閉じるステップと、
    を備えることを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれかに記載の二元冷凍サイクル装置の制御方法。
12. 前記低元側熱交換器に対する除霜運転を行うに当たって、前記第１の低元側減圧機構、及び前記第１の高元側減圧機構を閉じるステップを備えていることを特徴とする請求項７に記載の二元冷凍サイクル装置の制御方法。

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