JP7473857B1

JP7473857B1 - Refrigeration Cycle System

Info

Publication number: JP7473857B1
Application number: JP2023198839A
Authority: JP
Inventors: 悠太井吉; 喜記山野井
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2022-11-25
Filing date: 2023-11-24
Publication date: 2024-04-24
Anticipated expiration: 2043-11-24
Also published as: WO2024111663A1

Abstract

The present invention relates to a refrigeration cycle system that includes a cascade heat exchanger that performs heat exchange between a _CO2 refrigerant and a refrigerant other than _CO2 , and that implements a first refrigeration cycle using a _CO2 refrigerant and a second refrigeration cycle using a refrigerant other than _CO2 , and that reduces power consumption.
[Solution] When the pressure equivalent saturation temperature of the refrigerant discharged from the first compressor is T1°C and the pressure equivalent saturation temperature of the refrigerant suctioned into the second compressor is T2°C, the controller controls the first compressor and the second compressor so that the intermediate temperature Tm between the evaporation temperature of the first refrigerant and the condensation temperature of the second refrigerant in the cascade heat exchanger 150 satisfies T2 + (T1 - T2) x 0.1 <= TV <= T2 + (T1 - T2) x 0.4.
[Selected figure] Figure 4

Description

本開示は、第１冷媒回路を循環する第１冷媒と第２冷媒回路を循環するＣＯ_２冷媒である第２冷媒との熱交換を行うカスケード熱交換器を含む冷凍サイクルシステムに関する。 The present disclosure relates to a refrigeration cycle system including a cascade heat exchanger that performs heat exchange between a first refrigerant circulating through a first refrigerant circuit and a second refrigerant, which is a _CO2 refrigerant circulating through a second refrigerant circuit.

近年、社会全体での電力消費を抑制するため、空気調和機などについても消費電力を抑制することが求められている。例えば、特許文献１（特開２００２－１４７８１９号公報）には、電力ピークカットの要請による消費電力の削減を確実に行うことのできる冷凍装置である空気調和機が開示されている。特許文献１の冷凍装置の構成は、コントローラが、検出電流値が所定の設定値を超えない範囲となるように、圧縮機ユニットの容量を制御するものである。 In recent years, in order to reduce power consumption throughout society, there has been a demand to reduce power consumption in air conditioners and the like. For example, Patent Document 1 (JP Patent Publication No. 2002-147819) discloses an air conditioner, which is a refrigeration device, that can reliably reduce power consumption in response to requests for peak power cuts. The refrigeration device in Patent Document 1 is configured such that a controller controls the capacity of the compressor unit so that the detected current value does not exceed a predetermined set value.

特許文献１などに記載されている冷凍装置では、１種類の冷媒を循環させる際の消費電力の削減方法が提案されている。しかし、特許文献１に記載の方法は、異なる種類の冷媒を用いる複数の冷凍サイクルにより空気調和などを行う冷凍サイクルシステムにそのまま適用することは難しい。ＣＯ_２冷媒とＣＯ_２以外の冷媒との熱交換を行わせるカスケード熱交換器を含み、ＣＯ_２冷媒を用いた第１の冷凍サイクルとＣＯ_２以外の冷媒を用いた第２の冷凍サイクルを実施する冷凍サイクルシステムにおいて消費電力を削減するという課題がある。 In the refrigeration device described in Patent Document 1 and the like, a method for reducing power consumption when circulating one type of refrigerant has been proposed. However, it is difficult to directly apply the method described in Patent Document 1 to a refrigeration cycle system that performs air conditioning or _the like by using multiple refrigeration cycles using different types of refrigerants. There is a problem of reducing power consumption in a refrigeration cycle system that includes a cascade heat exchanger that performs heat exchange between a _CO2 refrigerant and a refrigerant other than _CO2 , and that performs a first refrigeration cycle using a _CO2 refrigerant and a second refrigeration cycle using a refrigerant other than CO2.

第１観点の冷凍サイクルシステムは、第１冷媒回路と第２冷媒回路とコントローラとを備える。第１冷媒回路は、０．５ＭＰａ以上４ＭＰａ以下の範囲の吐出冷媒圧力で第１冷媒を循環させる第１圧縮機と、ＣＯ_２冷媒である第２冷媒を第１冷媒によって冷却するカスケード熱交換器とを含み、第１冷媒による蒸気圧縮式の第１冷凍サイクルを実施する。第２冷媒回路は、５ＭＰａ以上１４ＭＰａ以下の範囲の吐出冷媒圧力で第２冷媒を循環させる第２圧縮機を含み、第２冷媒による蒸気圧縮式の第２冷凍サイクルを実施する。コントローラは、第１圧縮機及び第２圧縮機を制御する。コントローラは、第１圧縮機の吐出冷媒の圧力相当飽和温度をＴ１℃とし、第２圧縮機の吸入冷媒の圧力相当飽和温度をＴ２℃とした場合に、カスケード熱交換器における第１冷媒の蒸発温度と第２冷媒の凝縮温度の中間温度が、Ｔ２＋（Ｔ１－Ｔ２）×０．１≦ＴＶ≦Ｔ２＋（Ｔ１－Ｔ２）×０．４を満たすように、第１圧縮機及び第２圧縮機を制御する。 A refrigeration cycle system according to a first aspect includes a first refrigerant circuit, a second refrigerant circuit, and a controller. The first refrigerant circuit includes a first compressor that circulates a first refrigerant at a discharge refrigerant pressure in the range of 0.5 MPa to 4 MPa, and a cascade heat exchanger that cools a second refrigerant, which is a _CO2 refrigerant, with the first refrigerant, and performs a first refrigeration cycle of a vapor compression type using the first refrigerant. The second refrigerant circuit includes a second compressor that circulates a second refrigerant at a discharge refrigerant pressure in the range of 5 MPa to 14 MPa, and performs a second refrigeration cycle of a vapor compression type using the second refrigerant. The controller controls the first compressor and the second compressor. The controller controls the first compressor and the second compressor so that, when the pressure-equivalent saturation temperature of the refrigerant discharged from the first compressor is T1°C and the pressure-equivalent saturation temperature of the refrigerant sucked into the second compressor is T2°C, the intermediate temperature between the evaporation temperature of the first refrigerant and the condensation temperature of the second refrigerant in the cascade heat exchanger satisfies T2+(T1-T2)x0.1≦TV≦T2+(T1-T2)x0.4.

第１観点の冷凍サイクルシステムでは、第２圧縮機よりも効率の良い第１圧縮機を有する第１冷媒回路での熱量の運搬を多くすることで、全体としての消費電力を抑制することができる。 In the refrigeration cycle system of the first aspect, the overall power consumption can be reduced by increasing the heat transport in the first refrigerant circuit, which has a first compressor that is more efficient than the second compressor.

第２観点の冷凍サイクルシステムは、第１観点のシステムであって、第１冷媒は、Ｒ３２、Ｒ４５４Ｃ、プロパン、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅあるいはアンモニアまたはそれらのいずれかを含む冷媒である。 The refrigeration cycle system of the second aspect is the system of the first aspect, in which the first refrigerant is R32, R454C, propane, R1234yf, R1234ze, or ammonia, or a refrigerant containing any of these.

第３観点の冷凍サイクルシステムは、第１観点または第２観点のシステムであって、第２冷媒回路は、カスケード熱交換器で第２冷媒を凝縮させる。 The refrigeration cycle system of the third aspect is the system of the first or second aspect, in which the second refrigerant circuit condenses the second refrigerant in a cascade heat exchanger.

第４観点の冷凍サイクルシステムは、第３観点のシステムであって、第２冷媒回路は、室内空気と第２冷媒との熱交換を行わせる室内熱交換器を含む。 The refrigeration cycle system of the fourth aspect is the system of the third aspect, in which the second refrigerant circuit includes an indoor heat exchanger that performs heat exchange between the indoor air and the second refrigerant.

第５観点の冷凍サイクルシステムは、第４観点のシステムであって、第１冷媒回路は、外気と第１冷媒との熱交換を行わせる室外熱交換器を含む。 The refrigeration cycle system of the fifth aspect is the system of the fourth aspect, in which the first refrigerant circuit includes an outdoor heat exchanger that performs heat exchange between the outside air and the first refrigerant.

実施形態に係る冷凍サイクルシステムの概略構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a refrigeration cycle system according to an embodiment. 図１に冷房運転時の冷媒の流れ方向を書き加えた冷凍サイクルシステムの回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of the refrigeration cycle system in which the flow direction of the refrigerant during cooling operation is added to that of FIG. 1 . 図１に暖房運転時の冷媒の流れ方向を書き加えた冷凍サイクルシステムの回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of the refrigeration cycle system in which the flow direction of the refrigerant during heating operation is added to that of FIG. 1 . カスケード熱交換器での熱交換を説明するためのモリエル線図を用いた概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram using a Mollier diagram for explaining heat exchange in a cascade heat exchanger. カスケード熱交換器の中間温度と冷凍サイクルシステムの合計消費電力との関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between the intermediate temperature of a cascade heat exchanger and the total power consumption of the refrigeration cycle system. カスケード熱交換器の中間温度を正規化した値と中間温度との関係を説明するための図である。10 is a diagram for explaining the relationship between a normalized value of an intermediate temperature of a cascade heat exchanger and the intermediate temperature. FIG. 第１圧縮機と第２圧縮機の回転速度と圧縮機効率との関係を示すグラフである。4 is a graph showing a relationship between rotation speed and compressor efficiency of a first compressor and a second compressor.

（１）全体構成
実施形態に係る冷凍サイクルシステム１は、図１に示されている構成を有している。冷凍サイクルシステム１は、第１冷媒が循環する第１冷媒回路１００と二酸化炭素冷媒（ＣＯ_２冷媒）が循環する第２冷媒回路２００とを有している。冷凍サイクルシステム１は、熱搬送媒体である二酸化炭素冷媒と室内空気とを熱交換させて室内の空気調和を行う装置である。室内の空気調和には、例えば、冷房及び暖房がある。 (1) Overall Configuration The refrigeration cycle system 1 according to the embodiment has the configuration shown in Fig. 1. The refrigeration cycle system 1 has a first refrigerant circuit 100 in which a first refrigerant circulates and a second refrigerant circuit 200 in which a carbon dioxide refrigerant ( _CO2 refrigerant) circulates. The refrigeration cycle system 1 is a device that performs indoor air conditioning by exchanging heat between the carbon dioxide refrigerant, which is a heat transfer medium, and indoor air. Indoor air conditioning includes, for example, cooling and heating.

（１―１）第１冷媒回路１００
第１冷媒回路１００は、第１圧縮機１１０と、第１四方弁１２０と、室外空気熱交換器１３０と、カスケード熱交換器１５０とを有している。第１冷媒回路１００で用いられる第１冷媒には、例えば、Ｒ３２、Ｒ４５４Ｃ、プロパン、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅまたはアンモニアを用いることができる。あるいは、Ｒ３２、Ｒ４５４Ｃ、プロパン、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅまたはアンモニアのいずれかを含む冷媒を第１冷媒に用いることができる。室外空気熱交換器１３０は、室外熱交換器の例である。 (1-1) First refrigerant circuit 100
The first refrigerant circuit 100 includes a first compressor 110, a first four-way valve 120, an outdoor air heat exchanger 130, and a cascade heat exchanger 150. For example, R32, R454C, propane, R1234yf, R1234ze, or ammonia can be used as the first refrigerant used in the first refrigerant circuit 100. Alternatively, a refrigerant containing any of R32, R454C, propane, R1234yf, R1234ze, or ammonia can be used as the first refrigerant. The outdoor air heat exchanger 130 is an example of an outdoor heat exchanger.

第１圧縮機１１０は、ガス状の第１冷媒を圧縮する機器である。第１圧縮機１１０には、例えば、容積式圧縮機を用いることができる。容積式圧縮機には、例えば、ロータリ圧縮機またはスクロール圧縮機がある。第１圧縮機１１０は、例えばモータ１１５によって駆動される。モータ１１５は、例えば、インバータを備えており、回転速度を変更可能なモータである。モータ１１５の回転速度を変更することにより、第１圧縮機１１０は、吐出する容量を調整することができる。 The first compressor 110 is a device that compresses the first gaseous refrigerant. For example, a positive displacement compressor can be used as the first compressor 110. The positive displacement compressor can be, for example, a rotary compressor or a scroll compressor. The first compressor 110 is driven by, for example, a motor 115. The motor 115 is, for example, equipped with an inverter, and is a motor whose rotation speed can be changed. By changing the rotation speed of the motor 115, the first compressor 110 can adjust the discharge volume.

第１四方弁１２０は、第１冷媒回路１００の第１冷媒の流れを切り換えるための機器である。具体的には、第１四方弁１２０は、図１の第１四方弁１２０の実線で示された連通状態と、図１の第１四方弁１２０の破線で示された連通状態とを切り換える。第１四方弁１２０は、例えば、四方弁以外の複数の弁（例えば電磁弁または三方弁）を組み合わせることによって第１冷媒放熱状態及び第１冷媒蒸発状態の切り換えを行う機能を有する他の構成で代替することができる。 The first four-way valve 120 is a device for switching the flow of the first refrigerant in the first refrigerant circuit 100. Specifically, the first four-way valve 120 switches between the communication state shown by the solid line of the first four-way valve 120 in FIG. 1 and the communication state shown by the dashed line of the first four-way valve 120 in FIG. 1. The first four-way valve 120 can be replaced with another configuration having the function of switching the first refrigerant heat dissipation state and the first refrigerant evaporation state, for example, by combining multiple valves other than a four-way valve (e.g., solenoid valves or three-way valves).

第１四方弁１２０が実線で示された連通状態に切り換えられると、第１冷媒回路１００は、室外空気熱交換器１３０が第１冷媒の放熱器として機能し且つカスケード熱交換器１５０が第１冷媒の蒸発器として機能する第１冷媒放熱状態になる。第１冷媒放熱状態とは、外気（室外の空気）によって第１冷媒が冷却されている状態である。また、第１四方弁１２０が破線で示された連通状態に切り換えられると、第１冷媒回路１００は、室外空気熱交換器１３０が第１冷媒の蒸発器として機能し且つカスケード熱交換器１５０が第１冷媒の放熱器として機能する第１冷媒蒸発状態になる。第１冷媒蒸発状態とは、第１冷媒が外気によって加熱されている状態である。 When the first four-way valve 120 is switched to the communication state shown by the solid line, the first refrigerant circuit 100 is in a first refrigerant heat dissipation state in which the outdoor air heat exchanger 130 functions as a radiator for the first refrigerant and the cascade heat exchanger 150 functions as an evaporator for the first refrigerant. The first refrigerant heat dissipation state is a state in which the first refrigerant is cooled by outside air (outdoor air). When the first four-way valve 120 is switched to the communication state shown by the dashed line, the first refrigerant circuit 100 is in a first refrigerant evaporation state in which the outdoor air heat exchanger 130 functions as an evaporator for the first refrigerant and the cascade heat exchanger 150 functions as a radiator for the first refrigerant. The first refrigerant evaporation state is a state in which the first refrigerant is heated by outside air.

第１四方弁１２０は、第１冷媒放熱状態において、第１圧縮機１１０の吐出口と室外空気熱交換器１３０とが連通し、且つ第１圧縮機１１０の吸入口とカスケード熱交換器１５０とが連通する。第１四方弁１２０は、第１冷媒蒸発状態において、第１圧縮機１１０の吐出口とカスケード熱交換器１５０とが連通し、且つ第１圧縮機１１０の吸入口と室外空気熱交換器１３０とが連通する。 In the first refrigerant heat dissipation state, the first four-way valve 120 connects the discharge port of the first compressor 110 to the outdoor air heat exchanger 130, and connects the suction port of the first compressor 110 to the cascade heat exchanger 150. In the first refrigerant evaporation state, the first four-way valve 120 connects the discharge port of the first compressor 110 to the cascade heat exchanger 150, and connects the suction port of the first compressor 110 to the outdoor air heat exchanger 130.

室外空気熱交換器１３０は、第１冷媒と外気とを熱交換させる機器である。室外空気熱交換器１３０は、例えば、フィンアンドチューブ式の熱交換器である。室外空気熱交換器１３０は、第１四方弁１２０が第１冷媒放熱状態（実線の状態）に切り換えられた状態において、外気を冷却源とする第１冷媒の放熱器として機能する。第１四方弁１２０が第１冷媒蒸発状態（破線の状態）に切り換えられた状態において、室外空気熱交換器１３０は、外気を加熱源とする第１冷媒の蒸発器として機能する。室外空気熱交換器１３０は第１四方弁１２０及び第１膨張弁１４０と連通している。 The outdoor air heat exchanger 130 is a device that exchanges heat between the first refrigerant and outside air. The outdoor air heat exchanger 130 is, for example, a fin-and-tube type heat exchanger. When the first four-way valve 120 is switched to the first refrigerant heat dissipation state (solid line state), the outdoor air heat exchanger 130 functions as a radiator of the first refrigerant using outside air as a cooling source. When the first four-way valve 120 is switched to the first refrigerant evaporation state (broken line state), the outdoor air heat exchanger 130 functions as an evaporator of the first refrigerant using outside air as a heating source. The outdoor air heat exchanger 130 is in communication with the first four-way valve 120 and the first expansion valve 140.

また、第１冷媒回路１００は、第１膨張弁１４０を有している。第１膨張弁１４０は、第１冷媒を減圧する機器である。第１膨張弁１４０は、通過した第１冷媒の圧力を調整したり冷媒流量を調整したりするための機器である。第１膨張弁１４０は、例えば、電気信号に応じて開度を変更する電動膨張弁である。第１膨張弁１４０は、室外空気熱交換器１３０とカスケード熱交換器１５０の間に設けられている。第１膨張弁１４０は、室外空気熱交換器１３０とカスケード熱交換器１５０の間で流れる第１冷媒の圧力を調整する。第１膨張弁１４０は、第１四方弁１２０が第１冷媒放熱状態に切り換えられた状態において、室外空気熱交換器１３０で放熱した第１冷媒を減圧する。第１膨張弁１４０は、第１四方弁１２０が第１冷媒蒸発状態に切り換えられた状態において、カスケード熱交換器１５０で放熱した第１冷媒を減圧する。なお、第１膨張弁１４０は、電動膨張弁に限定されるものではない。第１膨張弁１４０には、例えば、電動膨張弁以外の種類の膨張弁またはキャピラリーチューブを用いてもよい。 The first refrigerant circuit 100 also has a first expansion valve 140. The first expansion valve 140 is a device that reduces the pressure of the first refrigerant. The first expansion valve 140 is a device for adjusting the pressure of the first refrigerant that has passed through it and for adjusting the refrigerant flow rate. The first expansion valve 140 is, for example, an electric expansion valve that changes its opening degree in response to an electric signal. The first expansion valve 140 is provided between the outdoor air heat exchanger 130 and the cascade heat exchanger 150. The first expansion valve 140 adjusts the pressure of the first refrigerant that flows between the outdoor air heat exchanger 130 and the cascade heat exchanger 150. The first expansion valve 140 reduces the pressure of the first refrigerant that has released heat in the outdoor air heat exchanger 130 when the first four-way valve 120 is switched to the first refrigerant heat release state. The first expansion valve 140 reduces the pressure of the first refrigerant that has dissipated heat in the cascade heat exchanger 150 when the first four-way valve 120 is switched to the first refrigerant evaporation state. Note that the first expansion valve 140 is not limited to an electric expansion valve. For example, the first expansion valve 140 may be an expansion valve of a type other than an electric expansion valve or a capillary tube.

カスケード熱交換器１５０は、第１冷媒と二酸化炭素冷媒とを熱交換させる機器である。カスケード熱交換器１５０には、例えば、プレート式熱交換器、二重管式熱交換器、またはシェルアンドチューブ式熱交換器を用いることができる。カスケード熱交換器１５０は、第１四方弁１２０が第１冷媒放熱状態に切り換えられた状態において、二酸化炭素冷媒を加熱源とする第１冷媒の蒸発器として機能する。カスケード熱交換器１５０は、第１四方弁１２０が第１冷媒蒸発状態に切り換えられた状態において、二酸化炭素冷媒を冷却源とする第１冷媒の放熱器として機能する。カスケード熱交換器１５０は、第１四方弁１２０に連通しており、また、第１膨張弁１４０を介してカスケード熱交換器１５０に連通している。 The cascade heat exchanger 150 is a device that exchanges heat between the first refrigerant and the carbon dioxide refrigerant. For example, a plate heat exchanger, a double-tube heat exchanger, or a shell-and-tube heat exchanger can be used for the cascade heat exchanger 150. When the first four-way valve 120 is switched to the first refrigerant heat dissipation state, the cascade heat exchanger 150 functions as an evaporator of the first refrigerant using the carbon dioxide refrigerant as a heating source. When the first four-way valve 120 is switched to the first refrigerant evaporation state, the cascade heat exchanger 150 functions as a radiator of the first refrigerant using the carbon dioxide refrigerant as a cooling source. The cascade heat exchanger 150 is in communication with the first four-way valve 120 and is also in communication with the cascade heat exchanger 150 via the first expansion valve 140.

（１―２）第２冷媒回路２００
第２冷媒回路２００は、第２圧縮機２１０と、カスケード熱交換器１５０と、第２四方弁２２０と、複数の室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３とを有している。室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３は、室内熱交換器の例である。第２冷媒回路２００では、熱搬送媒体として、二酸化炭素冷媒が循環する。ここでは、第２冷媒回路２００に、３つの室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３が含まれている場合が例に挙げられているが、室内空気熱交換器は、１つ、２つあるいは４つ以上であってもよい。カスケード熱交換器１５０は、第１冷媒回路１００と第２冷媒回路２００の２つの回路で共有されている。 (1-2) Second refrigerant circuit 200
The second refrigerant circuit 200 includes a second compressor 210, a cascade heat exchanger 150, a second four-way valve 220, and a plurality of indoor air heat exchangers 251, 252, and 253. The indoor air heat exchangers 251, 252, and 253 are examples of indoor heat exchangers. In the second refrigerant circuit 200, carbon dioxide refrigerant circulates as a heat carrying medium. Here, the case where the second refrigerant circuit 200 includes three indoor air heat exchangers 251, 252, and 253 is given as an example, but the number of indoor air heat exchangers may be one, two, or four or more. The cascade heat exchanger 150 is shared by the two circuits, the first refrigerant circuit 100 and the second refrigerant circuit 200.

第２圧縮機２１０は、ガス状の二酸化炭素冷媒を圧縮する機器である。第２圧縮機２１０には、例えば、容積式圧縮機を用いることができる。容積式圧縮機には、例えば、ロータリ圧縮機及びスクロール圧縮機がある。第２圧縮機２１０は、例えばモータ２１５によって駆動される。モータ２１５は、例えば、インバータを備えており、回転速度を変更可能なモータである。モータ２１５の回転速度を変更することにより、第２圧縮機２１０は、吐出する容量を調整することができる。 The second compressor 210 is a device that compresses the gaseous carbon dioxide refrigerant. For example, a positive displacement compressor can be used as the second compressor 210. Positive displacement compressors include, for example, rotary compressors and scroll compressors. The second compressor 210 is driven by, for example, a motor 215. The motor 215 is, for example, equipped with an inverter, and is a motor whose rotation speed can be changed. By changing the rotation speed of the motor 215, the second compressor 210 can adjust the discharge volume.

第２四方弁２２０は、第２冷媒回路２００の二酸化炭素冷媒の流れを切り換えるための機器である。具体的には、第２四方弁２２０は、図１の第２四方弁２２０の実線で示された連通状態と、図１の第２四方弁２２０の破線で示された連通状態とを切り換える。なお、第２四方弁２２０は、例えば、複数の弁（例えば電磁弁または三方弁）を組み合わせることによって上記のＣＯ_２放熱状態及びＣＯ_２蒸発状態の切り換えを行う機能を有する他の構成で代替することができる。 The second four-way valve 220 is a device for switching the flow of the carbon dioxide refrigerant in the second refrigerant circuit 200. Specifically, the second four-way valve 220 switches between a communication state indicated by a solid line of the second four-way valve 220 in Fig. 1 and a communication state indicated by a dashed line of the second four-way valve 220 in Fig. 1. The second four-way valve 220 can be replaced with another configuration having a function of switching the above-mentioned _CO2 heat release state and _CO2 evaporation state by combining, for example, a plurality of valves (e.g., solenoid valves or three-way valves).

第２四方弁２２０が実線で示された連通状態に切り換えられると、第２冷媒回路２００は、室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３が二酸化炭素冷媒の蒸発器として機能し且つカスケード熱交換器１５０が二酸化炭素冷媒の放熱器として機能するＣＯ_２蒸発状態になる。ＣＯ_２蒸発状態とは、二酸化炭素冷媒が蒸発して室内空気を冷却している状態である。また、第２四方弁２２０が破線で示された連通状態に切り換えられると、第２冷媒回路２００は、室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３が二酸化炭素冷媒の放熱器として機能し且つカスケード熱交換器１５０が二酸化炭素冷媒の蒸発器として機能するＣＯ_２放熱状態になる。ＣＯ_２放熱状態とは、室内空気に対して二酸化炭素冷媒が放熱している状態である。 When the second four-way valve 220 is switched to the communication state shown by the solid line, the second refrigerant circuit 200 is in a _CO2 evaporation state in which the indoor air heat exchangers 251, 252, and 253 function as evaporators of the carbon dioxide refrigerant and the cascade heat exchanger 150 functions as a radiator of the carbon dioxide refrigerant. The _CO2 evaporation state is a state in which the carbon dioxide refrigerant evaporates and cools the indoor air. Also, when the second four-way valve 220 is switched to the communication state shown by the dashed line, the second refrigerant circuit 200 is in a CO2 heat dissipation state in which the indoor air heat exchangers 251, 252, and 253 function as radiators of the carbon dioxide refrigerant and the cascade heat exchanger 150 functions as an evaporator of the carbon dioxide refrigerant. _The _CO2 heat dissipation state is a state in which the carbon dioxide refrigerant dissipates heat to the indoor air.

第２四方弁２２０は、ＣＯ_２放熱状態において、第２圧縮機２１０の吐出口と室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３とが連通し、且つ第２圧縮機２１０の吸入口とカスケード熱交換器１５０とが連通する。第２四方弁２２０は、ＣＯ_２蒸発状態において、第２圧縮機２１０の吐出口とカスケード熱交換器１５０とが連通し、且つ第２圧縮機２１０の吸入口と室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３とが連通する。 In a _CO2 heat dissipation state, the second four-way valve 220 communicates between the discharge port of the second compressor 210 and the indoor air heat exchangers 251, 252, and 253, and also communicates between the suction port of the second compressor 210 and the cascade heat exchanger 150. In a _CO2 evaporation state, the second four-way valve 220 communicates between the discharge port of the second compressor 210 and the cascade heat exchanger 150, and also communicates between the suction port of the second compressor 210 and the indoor air heat exchangers 251, 252, and 253.

室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３は、それぞれ、例えば対応する部屋の室内空気と二酸化炭素冷媒とを熱交換させる機器である。室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３は、例えば、フィンアンドチューブ式の熱交換器である。室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３は、第２四方弁２２０がＣＯ_２放熱状態に切り換えられた状態において、室内空気を加熱するため、二酸化炭素冷媒の放熱器として機能する。言い換えると、室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３は、ＣＯ_２放熱状態において、室内空気を冷却源とする二酸化炭素冷媒の放熱器として機能する。第２四方弁２２０がＣＯ_２蒸発状態に切り換えられた状態において、室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３は、室内空気を冷却するため、二酸化炭素冷媒の蒸発器として機能する。言い換えると、室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３は、ＣＯ_２蒸発状態において、室内空気を加熱源とする二酸化炭素冷媒の蒸発器として機能する。ＣＯ_２蒸発状態において、室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３は、第２四方弁２２０を介して第２圧縮機２１０の吸入口に連通するとともに、それぞれ、対応する第２膨張弁２６１，２６２，２６３及び第３膨張弁２３０を介してカスケード熱交換器１５０に連通している。 The indoor air heat exchangers 251, 252, and 253 are devices that exchange heat between, for example, the indoor air of the corresponding room and the carbon dioxide refrigerant. The indoor air heat exchangers 251, 252, and 253 are, for example, fin-and-tube type heat exchangers. When the second four-way valve 220 is switched to the _CO2 heat dissipation state, the indoor air heat exchangers 251, 252, and 253 function as radiators of the carbon dioxide refrigerant to heat the indoor air. In other words, when the second four-way valve 220 is switched to the _CO2 heat dissipation state, the indoor air heat exchangers 251, 252, and 253 function as radiators of the carbon dioxide refrigerant with the indoor air as a cooling source. When the second four-way valve 220 is switched to the _CO2 evaporation state, the indoor air heat exchangers 251, 252, and 253 function as evaporators of the carbon dioxide refrigerant to cool the indoor air. In other words, in the _CO2 evaporation state, the indoor air heat exchangers 251, 252, and 253 function as evaporators of the carbon dioxide refrigerant using the indoor air as a heat source. In the _CO2 evaporation state, the indoor air heat exchangers 251, 252, and 253 are connected to the suction port of the second compressor 210 via the second four-way valve 220, and are connected to the cascade heat exchanger 150 via the corresponding second expansion valves 261, 262, and 263 and the third expansion valve 230, respectively.

第２冷媒回路２００は、第２膨張弁２６１，２６２，２６３及び第３膨張弁２３０を有している。第２膨張弁２６１，２６２，２６３及び第３膨張弁２３０は、通過した二酸化炭素冷媒の圧力を調整したり二酸化炭素冷媒の流量を調整したりするための機器である。第２膨張弁２６１，２６２，２６３及び第３膨張弁２３０は、例えば、電気信号に応じて開度を変更する電動膨張弁である。第３膨張弁２３０は、カスケード熱交換器１５０に接続されている。第３膨張弁２３０は、全ての第２膨張弁２６１，２６２，２６３に接続されている。第２膨張弁２６１，２６２，２６３は、それぞれ、対応する室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３に接続されている。 The second refrigerant circuit 200 has second expansion valves 261, 262, 263 and a third expansion valve 230. The second expansion valves 261, 262, 263 and the third expansion valve 230 are devices for adjusting the pressure of the carbon dioxide refrigerant passing therethrough and adjusting the flow rate of the carbon dioxide refrigerant. The second expansion valves 261, 262, 263 and the third expansion valve 230 are, for example, electric expansion valves that change their opening degree in response to an electric signal. The third expansion valve 230 is connected to the cascade heat exchanger 150. The third expansion valve 230 is connected to all of the second expansion valves 261, 262, 263. The second expansion valves 261, 262, 263 are connected to the corresponding indoor air heat exchangers 251, 252, 253, respectively.

第２膨張弁２６１，２６２，２６３は、対応する室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３とカスケード熱交換器１５０の間に設けられている。第２膨張弁２６１，２６２，２６３は、対応する室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３を流れる二酸化炭素冷媒の圧力を調整する。第２膨張弁２６１，２６２，２６３は、第２四方弁２２０がＣＯ_２放熱状態に切り換えられた状態において、室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３で放熱した二酸化炭素冷媒を減圧する。第２膨張弁２６１，２６２，２６３は、第２四方弁２２０がＣＯ_２蒸発状態に切り換えられた状態において、室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３に送られる二酸化炭素冷媒を減圧する。 The second expansion valves 261, 262, 263 are provided between the corresponding indoor air heat exchangers 251, 252, 253 and the cascade heat exchanger 150. The second expansion valves 261, 262, 263 adjust the pressure of the carbon dioxide refrigerant flowing through the corresponding indoor air heat exchangers 251, 252, 253. The second expansion valves 261, 262, 263 reduce the pressure of the carbon dioxide refrigerant that has released heat in the indoor air heat exchangers 251, 252, 253 when the second four-way valve 220 is switched to the _CO2 heat release state. The second expansion valves 261, 262, 263 reduce the pressure of the carbon dioxide refrigerant sent to the indoor air heat exchangers 251, 252, 253 when the second four-way valve 220 is switched to the _CO2 evaporation state.

第３膨張弁２３０は、全ての室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３とカスケード熱交換器１５０の間に設けられている。第３膨張弁２３０は、室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３からカスケード熱交換器１５０に流れる二酸化炭素冷媒の圧力を調整する。第３膨張弁２３０は、第２四方弁２２０がＣＯ_２蒸発状態に切り換えられた状態では、全開状態にされてカスケード熱交換器１５０において放熱した二酸化炭素冷媒を極力減圧しないようにする。第３膨張弁２３０は、第２四方弁２２０がＣＯ_２放熱状態に切り換えられた状態において、室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３において放熱した二酸化炭素冷媒を減圧する。なお、第３膨張弁２３０は、電動膨張弁に限定されるものではない。第３膨張弁２３０には、例えば、電動膨張弁以外の種類の膨張弁またはキャピラリーチューブを用いてもよい。 The third expansion valve 230 is provided between all the indoor air heat exchangers 251, 252, 253 and the cascade heat exchanger 150. The third expansion valve 230 adjusts the pressure of the carbon dioxide refrigerant flowing from the indoor air heat exchangers 251, 252, 253 to the cascade heat exchanger 150. When the second four-way valve 220 is switched to the CO ₂ evaporation state, the third expansion valve 230 is fully opened to minimize the pressure reduction of the carbon dioxide refrigerant that has released heat in the cascade heat exchanger 150. When the second four-way valve 220 is switched to the CO ₂ heat release state, the third expansion valve 230 reduces the pressure of the carbon dioxide refrigerant that has released heat in the indoor air heat exchangers 251, 252, 253. Note that the third expansion valve 230 is not limited to an electric expansion valve. For example, a type of expansion valve other than an electric expansion valve or a capillary tube may be used for the third expansion valve 230.

カスケード熱交換器１５０は、第１四方弁１２０が第１冷媒放熱状態（実線の状態）に切り換えられ、且つ第２四方弁２２０がＣＯ_２蒸発状態（実線の状態）に切り換えられた状態において、第１冷媒を冷却源とする二酸化炭素冷媒の放熱器として機能する。また、カスケード熱交換器１５０は、第１四方弁１２０が第１冷媒蒸発状態（破線の状態）に切り換えられ、且つ第２四方弁２２０がＣＯ_２放熱状態（破線の状態）に切り換えられた状態において、第１冷媒を加熱源とする二酸化炭素冷媒の蒸発器として機能する。カスケード熱交換器１５０は、二酸化炭素冷媒を流すために、第２四方弁２２０に連通するとともに、第３膨張弁２３０及び第２膨張弁２６１，２６２，２６３を介して室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３に連通している。 The cascade heat exchanger 150 functions as a radiator of the carbon dioxide refrigerant with the first refrigerant as a cooling source when the first four-way valve 120 is switched to the first refrigerant heat dissipation state (solid line state) and the second four-way valve 220 is switched to the CO ₂ evaporation state (solid line state). The cascade heat exchanger 150 also functions as an evaporator of the carbon dioxide refrigerant with the first refrigerant as a heating source when the first four-way valve 120 is switched to the first refrigerant evaporation state (broken line state) and the second four-way valve 220 is switched to the CO ₂ heat dissipation state (broken line state). The cascade heat exchanger 150 communicates with the second four-way valve 220 and with the indoor air heat exchangers 251, 252, and 253 via the third expansion valve 230 and the second expansion valves 261, 262, and 263 to flow the carbon dioxide refrigerant.

上記の第１冷媒回路１００及び第２冷媒回路２００の構成機器は、熱搬送ユニット２と、複数の利用ユニット５ａ、５ｂ、５ｃとに設けられている。利用ユニット５ａ、５ｂ、５ｃはそれぞれ、室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３に対応して設けられている。 The components of the first refrigerant circuit 100 and the second refrigerant circuit 200 are provided in the heat transport unit 2 and multiple utilization units 5a, 5b, and 5c. The utilization units 5a, 5b, and 5c are provided corresponding to the indoor air heat exchangers 251, 252, and 253, respectively.

熱搬送ユニット２は、室外に配置されている。カスケード熱交換器１５０、第２圧縮機２１０、第３膨張弁２３０及び第２四方弁２２０が、熱搬送ユニット２に設けられている。また、熱搬送ユニット２には、室外空気熱交換器１３０に外気を供給する室外ファン１６０が設けられている。室外ファン１６０は、例えば、回転速度を変更できるモータ１６５により駆動される。室外ファン１６０は、例えばプロペラファンである。室外ファン１６０は、モータ１６５の回転速度を変更することにより、室外空気熱交換器１３０を通過する風量を変更することができる。 The heat transport unit 2 is disposed outdoors. The heat transport unit 2 is provided with a cascade heat exchanger 150, a second compressor 210, a third expansion valve 230, and a second four-way valve 220. The heat transport unit 2 is also provided with an outdoor fan 160 that supplies outside air to the outdoor air heat exchanger 130. The outdoor fan 160 is driven, for example, by a motor 165 that can change its rotation speed. The outdoor fan 160 is, for example, a propeller fan. The outdoor fan 160 can change the volume of air passing through the outdoor air heat exchanger 130 by changing the rotation speed of the motor 165.

利用ユニット５ａ、５ｂ、５ｃは、室内に配置されている。第２冷媒回路２００の室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３が、利用ユニット５ａ、５ｂ、５ｃの中に収容されている。また、第２冷媒回路２００の第２膨張弁２６１，２６２，２６３も、利用ユニット５ａ、５ｂ、５ｃの中に収容されている。また、利用ユニット５ａ、５ｂ、５ｃには、室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３に室内空気を供給する室内ファン２７１，２７２，２７３が収容されている。室内ファン２７１，２７２，２７３は、例えば、遠心ファンまたは多翼ファンである。室内ファン２７１，２７２，２７３は、それぞれモータ２７６，２７７，２７８で駆動される。モータ２７６，２７７，２７８は、例えば、インバータを備えており、回転速度を変更可能なモータである。モータ２７６，２７７，２７８の回転速度を変更することにより、室内ファン２７１，２７２，２７３は、室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３を通過する風量を変更することができる。 The utilization units 5a, 5b, and 5c are arranged indoors. The indoor air heat exchangers 251, 252, and 253 of the second refrigerant circuit 200 are housed in the utilization units 5a, 5b, and 5c. The second expansion valves 261, 262, and 263 of the second refrigerant circuit 200 are also housed in the utilization units 5a, 5b, and 5c. The utilization units 5a, 5b, and 5c also house indoor fans 271, 272, and 273 that supply indoor air to the indoor air heat exchangers 251, 252, and 253. The indoor fans 271, 272, and 273 are, for example, centrifugal fans or multi-blade fans. The indoor fans 271, 272, and 273 are driven by motors 276, 277, and 278, respectively. The motors 276, 277, and 278 are, for example, motors equipped with inverters and capable of changing the rotation speed. By changing the rotation speed of the motors 276, 277, and 278, the indoor fans 271, 272, and 273 can change the amount of air passing through the indoor air heat exchangers 251, 252, and 253.

熱搬送ユニット２と利用ユニット５ａ、５ｂ、５ｃとは、第２冷媒回路２００の一部を構成する連絡管６、７によって接続されている。連絡管６は、カスケード熱交換器１５０と第２膨張弁２６１，２６２，２６３の一端とを連通させるための配管である。連絡管７は、第２四方弁２２０と室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３とを連通させるための配管である。 The heat transport unit 2 and the utilization units 5a, 5b, and 5c are connected by communication pipes 6 and 7 that constitute part of the second refrigerant circuit 200. The communication pipe 6 is a pipe for connecting the cascade heat exchanger 150 to one end of the second expansion valves 261, 262, and 263. The communication pipe 7 is a pipe for connecting the second four-way valve 220 to the indoor air heat exchangers 251, 252, and 253.

熱搬送ユニット２及び利用ユニット５ａ、５ｂ、５ｃの構成機器は、コントローラ３００によって制御されるようになっている。コントローラ３００は、例えば熱搬送ユニット２及び利用ユニット５ａ、５ｂ、５ｃに設けられた制御基板（図示せず）が通信接続されることによって構成される。なお、図１においては、便宜上、熱搬送ユニット２及び利用ユニット５ａ、５ｂ、５ｃから離れた位置にコントローラ３００を図示している。コントローラ３００は、冷凍サイクルシステム１（ここでは、熱搬送ユニット２及び利用ユニット５ａ、５ｂ、５ｃ）の構成機器の制御を行う。言い換えると、コントローラ３００は、冷凍サイクルシステム１全体の運転制御を行うようになっている。 The components of the heat transport unit 2 and the utilization units 5a, 5b, and 5c are controlled by a controller 300. The controller 300 is configured, for example, by communication connection between a control board (not shown) provided in the heat transport unit 2 and the utilization units 5a, 5b, and 5c. For convenience, the controller 300 is illustrated in FIG. 1 at a position away from the heat transport unit 2 and the utilization units 5a, 5b, and 5c. The controller 300 controls the components of the refrigeration cycle system 1 (here, the heat transport unit 2 and the utilization units 5a, 5b, and 5c). In other words, the controller 300 controls the operation of the entire refrigeration cycle system 1.

コントローラ３００はコンピュータにより実現されるものである。コントローラ３００は、制御演算装置と記憶装置とを備える。制御演算装置には、ＣＰＵ又はＧＰＵといったプロセッサを使用できる。制御演算装置は、記憶装置に記憶されているプログラムを読み出し、このプログラムに従って所定の画像処理や演算処理を行う。さらに、制御演算装置は、プログラムに従って、演算結果を記憶装置に書き込んだり、記憶装置に記憶されている情報を読み出したりすることができる。 The controller 300 is realized by a computer. The controller 300 includes a control and arithmetic unit and a storage device. The control and arithmetic unit can be a processor such as a CPU or a GPU. The control and arithmetic unit reads a program stored in the storage device, and performs predetermined image processing and arithmetic processing according to the program. Furthermore, the control and arithmetic unit can write the results of calculations to the storage device and read information stored in the storage device according to the program.

冷凍サイクルシステム１は、熱搬送ユニット２と、互いが並列に接続される複数の利用ユニット５ａ、５ｂ、５ｃと、熱搬送ユニット２と利用ユニット５ａ、５ｂ、５ｃとを接続する連絡管６、７と、熱搬送ユニット２及び利用ユニット５ａ、５ｂ、５ｃの構成機器を制御するコントローラ３００を有している。 The refrigeration cycle system 1 has a heat transport unit 2, a plurality of utilization units 5a, 5b, 5c connected in parallel to each other, connecting pipes 6, 7 connecting the heat transport unit 2 and the utilization units 5a, 5b, 5c, and a controller 300 that controls the components of the heat transport unit 2 and the utilization units 5a, 5b, 5c.

（２）冷凍サイクルシステム１の動作
次に、冷凍サイクルシステム１の動作について、図１～図３を用いて説明する。ここで、図２には、冷凍サイクルシステム１の冷房運転における動作（第１冷媒及び二酸化炭素冷媒の流れ）が示されている。図３には、暖房運転における動作が示されている。冷凍サイクルシステム１は、室内の空気調和のために、室内空気を冷却する冷房運転及び室内空気を加熱する暖房運転を行うことが可能である。冷房運転及び暖房運転において、冷凍サイクルシステム１の動作は、コントローラ３００によって制御される。 (2) Operation of the refrigeration cycle system 1 Next, the operation of the refrigeration cycle system 1 will be described with reference to Fig. 1 to Fig. 3. Fig. 2 shows the operation of the refrigeration cycle system 1 in cooling operation (flow of the first refrigerant and carbon dioxide refrigerant). Fig. 3 shows the operation in heating operation. The refrigeration cycle system 1 is capable of performing a cooling operation for cooling indoor air and a heating operation for heating indoor air for air conditioning in the room. In the cooling operation and the heating operation, the operation of the refrigeration cycle system 1 is controlled by the controller 300.

（２―１）冷房運転
冷房運転の際、例えば、利用ユニット５ａ、５ｂ、５ｃのすべてが冷房運転を行うとすると、第１四方弁１２０が第１冷媒放熱状態（第１四方弁１２０が実線の状態）に切り換えられ、且つ第２四方弁２２０がＣＯ_２蒸発状態（第２四方弁２２０が実線の状態）に切り換えられる。 (2-1) Cooling Operation During cooling operation, for example, if all of the utilization units 5a, 5b, and 5c are performing cooling operation, the first four-way valve 120 is switched to the first refrigerant heat dissipation state (the first four-way valve 120 is in the state indicated by the solid line), and the second four-way valve 220 is switched to the _CO2 evaporation state (the second four-way valve 220 is in the state indicated by the solid line).

第１冷媒回路１００では、第１圧縮機１１０から吐出された第１冷媒は、第１四方弁１２０を通じて室外空気熱交換器１３０に送られる。室外空気熱交換器１３０に送られた第１冷媒は、室外ファン１６０によって供給される外気と熱交換を行って冷却されることによって凝縮する。室外空気熱交換器１３０において放熱した第１冷媒は、第１膨張弁１４０によって減圧された後に、カスケード熱交換器１５０に送られる。カスケード熱交換器１５０に送られた第１冷媒は、第１冷媒の蒸発器として機能するカスケード熱交換器１５０において、二酸化炭素冷媒と熱交換を行って加熱されて蒸発する。カスケード熱交換器１５０において蒸発した第１冷媒は、第１四方弁１２０を通じて第１圧縮機１１０に吸入されて、再び、第１圧縮機１１０から吐出される。 In the first refrigerant circuit 100, the first refrigerant discharged from the first compressor 110 is sent to the outdoor air heat exchanger 130 through the first four-way valve 120. The first refrigerant sent to the outdoor air heat exchanger 130 is cooled by heat exchange with the outside air supplied by the outdoor fan 160 and condenses. The first refrigerant that has released heat in the outdoor air heat exchanger 130 is decompressed by the first expansion valve 140 and then sent to the cascade heat exchanger 150. The first refrigerant sent to the cascade heat exchanger 150 is heated and evaporated by heat exchange with the carbon dioxide refrigerant in the cascade heat exchanger 150, which functions as an evaporator for the first refrigerant. The first refrigerant evaporated in the cascade heat exchanger 150 is sucked into the first compressor 110 through the first four-way valve 120 and is discharged from the first compressor 110 again.

第２冷媒回路２００では、第２圧縮機２１０から吐出された二酸化炭素冷媒は、第２四方弁２２０を通じてカスケード熱交換器１５０に送られる。カスケード熱交換器１５０に送られた二酸化炭素冷媒は、二酸化炭素冷媒の放熱器として機能するカスケード熱交換器１５０において、第１冷媒と熱交換を行って冷却される。カスケード熱交換器１５０において放熱した二酸化炭素冷媒は、全開状態の第３膨張弁２３０を通過した後に連絡管６に送られて分岐する。連絡管６で分岐した二酸化炭素冷媒は、第２膨張弁２６１，２６２，２６３によって減圧された後に、室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３に送られる。室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３に送られた二酸化炭素冷媒は、室内ファン２７１，２７２，２７３によって供給される室内空気と熱交換を行って加熱されることによって蒸発する。各利用ユニット５ａ、５ｂ、５ｃでは、室内空気を冷却する冷房運転が行われる。室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３において蒸発した二酸化炭素冷媒は、連絡管７で合流する。連絡管７で合流した二酸化炭素冷媒は、第２四方弁２２０を通じて第２圧縮機２１０に吸入されて、再び、第２圧縮機２１０から吐出される。 In the second refrigerant circuit 200, the carbon dioxide refrigerant discharged from the second compressor 210 is sent to the cascade heat exchanger 150 through the second four-way valve 220. The carbon dioxide refrigerant sent to the cascade heat exchanger 150 is cooled by heat exchange with the first refrigerant in the cascade heat exchanger 150, which functions as a radiator for the carbon dioxide refrigerant. The carbon dioxide refrigerant that has radiated heat in the cascade heat exchanger 150 passes through the third expansion valve 230, which is fully open, and is sent to the connecting pipe 6 to branch off. The carbon dioxide refrigerant branched in the connecting pipe 6 is decompressed by the second expansion valves 261, 262, and 263, and then sent to the indoor air heat exchangers 251, 252, and 253. The carbon dioxide refrigerant sent to the indoor air heat exchangers 251, 252, and 253 is heated by heat exchange with the indoor air supplied by the indoor fans 271, 272, and 273, and evaporates. In each of the utilization units 5a, 5b, and 5c, a cooling operation is performed to cool the indoor air. The carbon dioxide refrigerant evaporated in the indoor air heat exchangers 251, 252, and 253 joins in the connecting pipe 7. The carbon dioxide refrigerant joined in the connecting pipe 7 is sucked into the second compressor 210 through the second four-way valve 220 and discharged again from the second compressor 210.

冷房運転において、第１冷媒回路１００では、第１冷媒による蒸気圧縮式の第１冷凍サイクルが実施される。また、冷房運転において、第２冷媒回路２００では、第２冷媒である二酸化炭素冷媒による蒸気圧縮式の第２冷凍サイクルが実施される。 In cooling operation, the first refrigerant circuit 100 operates in a first refrigeration cycle of vapor compression type using the first refrigerant. In cooling operation, the second refrigerant circuit 200 operates in a second refrigeration cycle of vapor compression type using the second refrigerant, which is carbon dioxide refrigerant.

（２―１－１）冷房運転での制御
第１圧縮機１１０は、第１冷媒回路１００において、０．５［ＭＰａ］以上４［ＭＰａ］以下の範囲の吐出冷媒圧力で第１冷媒を循環させる。第２圧縮機２１０は、５［ＭＰａ］以上１４［ＭＰａ］以下の範囲の吐出冷媒圧力で二酸化炭素冷媒を循環させる。冷房運転において、二酸化炭素冷媒がカスケード熱交換器１５０で凝縮されるように、第２冷媒回路２００が動作する。 (2-1-1) Control during cooling operation The first compressor 110 circulates the first refrigerant at a discharge refrigerant pressure in the range of 0.5 MPa to 4 MPa in the first refrigerant circuit 100. The second compressor 210 circulates the carbon dioxide refrigerant at a discharge refrigerant pressure in the range of 5 MPa to 14 MPa inclusive. During cooling operation, the second refrigerant circuit 200 operates so that the carbon dioxide refrigerant is condensed in the cascade heat exchanger 150.

図４には、第１冷媒回路１００のモリエル線図Ｍ１００と、第２冷媒回路２００のモリエル線図Ｍ２００とが、縦軸が異なるグラフを重ねて示されている。図４では、カスケード熱交換器１５０での熱交換を説明するためにイメージが示され、従って詳細に描かれた図ではない。第１圧縮機１１０が吐出する第１冷媒の圧力（凝縮圧力ＰＨ１）が、０．５［ＭＰａ］≦ＰＨ１≦４［ＭＰａ］の条件を満たすように、第１冷媒回路１００は動作する。また、第２圧縮機２１０が吐出する二酸化炭素冷媒の圧力（蒸発圧力ＰＬ１）が、５［ＭＰａ］≦ＰＨ２≦１４［ＭＰａ］の条件を満たすように、第２冷媒回路２００は動作する。そして、図４の四角形の枠線で囲まれた部分は、カスケード熱交換器１５０において、高温高圧のガス状態の二酸化炭素冷媒と、低温低圧の液状態または気液二相状態の第１冷媒との熱交換が行われる箇所を示している。 In FIG. 4, the Mollier diagram M100 of the first refrigerant circuit 100 and the Mollier diagram M200 of the second refrigerant circuit 200 are shown superimposed on graphs with different vertical axes. In FIG. 4, an image is shown to explain the heat exchange in the cascade heat exchanger 150, and therefore it is not a detailed drawing. The first refrigerant circuit 100 operates so that the pressure (condensation pressure PH1) of the first refrigerant discharged by the first compressor 110 satisfies the condition of 0.5 [MPa] ≦ PH1 ≦ 4 [MPa]. In addition, the second refrigerant circuit 200 operates so that the pressure (evaporation pressure PL1) of the carbon dioxide refrigerant discharged by the second compressor 210 satisfies the condition of 5 [MPa] ≦ PH2 ≦ 14 [MPa]. The area enclosed by a rectangular frame in FIG. 4 indicates the location in the cascade heat exchanger 150 where heat exchange takes place between the high-temperature, high-pressure carbon dioxide refrigerant in a gaseous state and the first refrigerant in a low-temperature, low-pressure liquid state or in a two-phase gas-liquid state.

コントローラ３００は、第１圧縮機１１０の吐出冷媒の圧力相当飽和温度をＴ１［℃］とし、第２圧縮機２１０の吸入冷媒の圧力相当飽和温度をＴ２［℃］とした場合に、カスケード熱交換器１５０における第１冷媒の蒸発温度Ｔｅと二酸化炭素冷媒の凝縮温度Ｔｃの中間温度Ｔｍの目標値ＴＶ［℃］が、次式（１）を満たすように、第１圧縮機１１０及び第２圧縮機２１０を制御する。
Ｔ２＋（Ｔ１－Ｔ２）×０．１≦ＴＶ≦Ｔ２＋（Ｔ１－Ｔ２）×０．４・・・（１） The controller 300 controls the first compressor 110 and the second compressor 210 so that, when the pressure-equivalent saturation temperature of the refrigerant discharged from the first compressor 110 is T1 [°C] and the pressure-equivalent saturation temperature of the refrigerant sucked into the second compressor 210 is T2 [°C], the controller 300 controls the first compressor 110 and the second compressor 210 so that the target value TV [°C] of the intermediate temperature Tm between the evaporation temperature Te of the first refrigerant and the condensation temperature Tc of the carbon dioxide refrigerant in the cascade heat exchanger 150 satisfies the following equation (1).
T2+(T1-T2)×0.1≦T V≦T2+(T1-T2)×0.4 (1)

中間温度Ｔｍ［℃］を目標値ＴＶ［℃］に一致させるために、コントローラ３００は、例えば、第１圧縮機１１０及び第２圧縮機２１０の回転速度を調整する。中間温度Ｔｍは第１冷媒の蒸発温度Ｔｅと二酸化炭素冷媒の凝縮温度Ｔｃの中間にある温度である。中間温度Ｔｍは、例えば、第１冷媒の目標蒸発温度Ｔｅと二酸化炭素冷媒の凝縮温度Ｔｃから、Ｔｍ＝（Ｔｅ＋Ｔｃ）／２の式で与えられる。例えば、目標値ＴＶを｛Ｔ２＋（Ｔ１－Ｔ２）×０．５｝に設定する場合に比べて、｛Ｔ２＋（Ｔ１－Ｔ２）×０．３｝に設定する方が、他の条件が同じであれば第１圧縮機１１０の回転速度が大きくなる。言い換えると、ＴＶ＝Ｔ２＋（Ｔ１－Ｔ２）×０．５の場合に比べて、ＴＶ＝Ｔ２＋（Ｔ１－Ｔ２）×０．３とする方が、第１圧縮機１１０の負担が大きくなり第２圧縮機２１０の負担が小さくなる。 In order to make the intermediate temperature Tm [°C] match the target value TV [°C], the controller 300 adjusts, for example, the rotation speeds of the first compressor 110 and the second compressor 210. The intermediate temperature Tm is a temperature that is intermediate between the evaporation temperature Te of the first refrigerant and the condensation temperature Tc of the carbon dioxide refrigerant. The intermediate temperature Tm is given, for example, by the formula Tm = (Te + Tc) / 2 from the target evaporation temperature Te of the first refrigerant and the condensation temperature Tc of the carbon dioxide refrigerant. For example, the rotation speed of the first compressor 110 is higher when the target value TV is set to {T2 + (T1 - T2) x 0.3} compared to when the target value TV is set to {T2 + (T1 - T2) x 0.5}, assuming other conditions are the same. In other words, compared to when TV = T2 + (T1 - T2) x 0.5, when TV = T2 + (T1 - T2) x 0.3, the burden on the first compressor 110 is greater and the burden on the second compressor 210 is smaller.

ここでは、コントローラ３００は、中間温度Ｔｍが目標値ＴＶに一致するように制御する場合について説明している。しかし、中間温度Ｔｍが目標値ＴＶになるように第１圧縮機１１０及び第２圧縮機２１０を制御する方法は、このような方法には限られない。例えば、目標値ＴＶの所定範囲（例えば｛Ｔ２＋（Ｔ１－Ｔ２）×０．１｝以上｛Ｔ２＋（Ｔ１－Ｔ２）×０．４｝以下の範囲）から中間温度Ｔｍが外れないように、コントローラ３００が第１圧縮機１１０及び第２圧縮機２１０を制御するように構成することもできる。また、例えば、目標値ＴＶを複数準備しておき、状況（例えば外気温度）に応じて切り換えるようにしてもよい。 Here, the controller 300 is described as controlling the intermediate temperature Tm so that it coincides with the target value TV. However, the method of controlling the first compressor 110 and the second compressor 210 so that the intermediate temperature Tm becomes the target value TV is not limited to this method. For example, the controller 300 can be configured to control the first compressor 110 and the second compressor 210 so that the intermediate temperature Tm does not deviate from a predetermined range of the target value TV (for example, a range of {T2+(T1-T2)x0.1} or more and {T2+(T1-T2)x0.4} or less). Also, for example, multiple target values TV may be prepared and switched depending on the situation (for example, the outside air temperature).

冷凍サイクルシステム１では、カスケード熱交換器１５０における中間温度Ｔｍが目標値ＴＶになるように第１圧縮機１１０及び第２圧縮機２１０を制御すること以外の制御に関して、コントローラ３００は、従来と同様の制御を行う。 In the refrigeration cycle system 1, the controller 300 performs the same control as in the conventional case, except for controlling the first compressor 110 and the second compressor 210 so that the intermediate temperature Tm in the cascade heat exchanger 150 becomes the target value TV.

図５では、第１圧縮機１１０の吐出冷媒の圧力相当飽和温度Ｔ１が４５［℃］で、第２圧縮機２１０の吸入冷媒の圧力相当飽和温度Ｔ２が８［℃］の場合の中間温度Ｔｍが横軸に目盛られている。また、中間温度Ｔｍと冷凍サイクルシステム１の合計消費電力との関係が図５に示されている。ここで、冷凍サイクルシステム１の合計消費電力［ｋＷ］は、冷凍サイクルシステム１の消費電力であって、第１冷媒回路１００の消費電力［ｋＷ］と第２冷媒回路の消費電力［ｋＷ］とを合わせたものである。図５において、縦軸には、カスケード熱交換器１５０において所定の能力を得るのに必要な消費電力が目盛られている。図５から、第１冷媒回路１００の中間温度Ｔｍと冷凍サイクルシステム１の合計消費電力の関係を示すグラフが下に凸の形状になっていることが見て取れ、消費電力を抑制できる範囲が存在することが分かる。図５から、合計消費電力が９．５［ｋＷ］以下になる範囲に、中間温度Ｔｍの目標値ＴＶを設定するのが好ましいことが分かる。さらには、図５のような場合では、合計消費電力が９．４［ｋＷ］以下になる範囲に、中間温度Ｔｍの目標値ＴＶを設定するのが、より好ましい。図５に示された傾向は、０．５ＭＰａ以上４ＭＰａ以下の範囲の吐出冷媒圧力で第１冷媒を循環させる第１圧縮機と５ＭＰａ以上１４ＭＰａ以下の範囲の吐出冷媒圧力で第２冷媒を循環させる第２圧縮機を用いる場合に生じる。 In FIG. 5, the horizontal axis is scaled with the intermediate temperature Tm when the pressure-equivalent saturation temperature T1 of the discharge refrigerant of the first compressor 110 is 45°C, and the pressure-equivalent saturation temperature T2 of the intake refrigerant of the second compressor 210 is 8°C. FIG. 5 also shows the relationship between the intermediate temperature Tm and the total power consumption of the refrigeration cycle system 1. Here, the total power consumption [kW] of the refrigeration cycle system 1 is the power consumption of the refrigeration cycle system 1, which is the sum of the power consumption [kW] of the first refrigerant circuit 100 and the power consumption [kW] of the second refrigerant circuit. In FIG. 5, the vertical axis is scaled with the power consumption required to obtain a predetermined capacity in the cascade heat exchanger 150. From FIG. 5, it can be seen that the graph showing the relationship between the intermediate temperature Tm of the first refrigerant circuit 100 and the total power consumption of the refrigeration cycle system 1 has a downward convex shape, and it can be seen that there is a range in which the power consumption can be suppressed. From FIG. 5, it can be seen that it is preferable to set the target value TV of the intermediate temperature Tm in a range in which the total power consumption is 9.5 kW or less. Furthermore, in the case of FIG. 5, it is more preferable to set the target value TV of the intermediate temperature Tm in a range in which the total power consumption is 9.4 kW or less. The tendency shown in FIG. 5 occurs when using a first compressor that circulates the first refrigerant with a discharge refrigerant pressure in the range of 0.5 MPa to 4 MPa and a second compressor that circulates the second refrigerant with a discharge refrigerant pressure in the range of 5 MPa to 14 MPa.

図６には、中間温度Ｔｍを正規化した値と中間温度との関係が示されている。第２圧縮機２１０の吸入冷媒の圧力相当飽和温度８［℃］を「０」とし、第１圧縮機１１０の吐出冷媒の圧力相当飽和温度４５［℃］を「１」とした場合の中間温度について正規化した値が図６に示されている。この正規化した値が０．１以上０．４以下である範囲（目標値の範囲）を図５に矢印で示している。図５において、矢印で示された範囲の合計消費電力が低い値を示していることが分かる。言い換えると、０．５ＭＰａ以上４ＭＰａ以下の範囲の吐出冷媒圧力で第１冷媒を循環させる第１圧縮機１１０と、５ＭＰａ以上１４ＭＰａ以下の範囲の吐出冷媒圧力で第２冷媒を循環させる第２圧縮機２１０を用いる場合、目標値ＴＶがＴ２＋（Ｔ１－Ｔ２）×０．１≦ＴＶ≦Ｔ２＋（Ｔ１－Ｔ２）×０．４を満たすことで、合計消費電力が低い値を示す。この正規化した値が、ＴＶ＝Ｔ２＋（Ｔ１－Ｔ２）×ａと表したときの定数ａの適切な範囲になる。合計消費電力が９．４［ｋＷ］以下になる中間温度Ｔｍの範囲で目標値ＴＶに対応する正規化した値を設定する場合、正規化した値は、０．１５以上０．３５以下とするのが好ましい。言い換えると、前述のような第１圧縮機１１０と第２圧縮機２１０を用いている場合にさらに合計消費電力の低減を図りたいときには、目標値ＴＶが、Ｔ２＋（Ｔ１－Ｔ２）×０．１５≦ＴＶ≦Ｔ２＋（Ｔ１－Ｔ２）×０．３５を満たすことが好ましい。 Figure 6 shows the relationship between the normalized value of the intermediate temperature Tm and the intermediate temperature. The normalized value of the intermediate temperature when the pressure-equivalent saturation temperature 8 [°C] of the suction refrigerant of the second compressor 210 is set to "0" and the pressure-equivalent saturation temperature 45 [°C] of the discharge refrigerant of the first compressor 110 is set to "1" is shown in Figure 6. The range (target value range) in which this normalized value is 0.1 to 0.4 is shown by arrows in Figure 5. It can be seen that the total power consumption in the range shown by the arrows in Figure 5 is low. In other words, when using a first compressor 110 that circulates the first refrigerant with a discharge refrigerant pressure in the range of 0.5 MPa to 4 MPa and a second compressor 210 that circulates the second refrigerant with a discharge refrigerant pressure in the range of 5 MPa to 14 MPa, the target value TV satisfies T2 + (T1 - T2) x 0.1 ≦ TV ≦ T2 + (T1 - T2) x 0.4, and the total power consumption is low. This normalized value is the appropriate range for the constant a when expressed as TV = T2 + (T1 - T2) x a. When setting a normalized value corresponding to the target value TV in the range of intermediate temperatures Tm where the total power consumption is 9.4 kW or less, it is preferable that the normalized value be 0.15 or more and 0.35 or less. In other words, when using the first compressor 110 and second compressor 210 as described above and wanting to further reduce the total power consumption, it is preferable that the target value TV satisfy T2 + (T1 - T2) x 0.15 ≦ TV ≦ T2 + (T1 - T2) x 0.35.

また、コントローラ３００は、カスケード熱交換器１５０における中間温度Ｔｍが次式（２）を満たすように、第１圧縮機１１０及び第２圧縮機２１０を制御してもよい。
Ｔ２＋（Ｔ１－Ｔ２）×０．１≦Ｔｍ≦Ｔ２＋（Ｔ１－Ｔ２）×０．４・・・（２） Furthermore, the controller 300 may control the first compressor 110 and the second compressor 210 so that the intermediate temperature Tm in the cascade heat exchanger 150 satisfies the following formula (2).
T2+(T1-T2)×0.1≦Tm≦T2+(T1-T2)×0.4 ... (2)

中間温度Ｔｍが上記式（２）を満たすように、第１圧縮機１１０及び第２圧縮機２１０を制御する方法としては、例えば、カスケード熱交換器１５０における第１冷媒の蒸発温度Ｔｅと、二酸化炭素冷媒の凝縮温度Ｔｃとを制御する方法がある。
具体的には、カスケード熱交換器１５０における第１冷媒の蒸発温度Ｔｅの目標蒸発温度Ｔｍｅを設定し、目標蒸発温度Ｔｍｅとなるように第１圧縮機１１０を制御するとともに、二酸化炭素冷媒の凝縮温度Ｔｃの目標凝縮温度Ｔｍｃを設定し、目標凝縮温度Ｔｍｃとなるように第２圧縮機２１０を制御する。
目標凝縮温度Ｔｍｃと目標蒸発温度Ｔｍｅは、第１圧縮機１１０及び第２圧縮機２１０の運転中の冷凍サイクルシステム１の合計消費電力に基づいて、中間温度Ｔｍが上記式（２）を満たす範囲の値に設定される。 As a method for controlling the first compressor 110 and the second compressor 210 so that the intermediate temperature Tm satisfies the above formula (2), for example, there is a method of controlling the evaporation temperature Te of the first refrigerant and the condensation temperature Tc of the carbon dioxide refrigerant in the cascade heat exchanger 150.
Specifically, a target evaporation temperature Tme of the evaporation temperature Te of the first refrigerant in the cascade heat exchanger 150 is set, and the first compressor 110 is controlled so that the target evaporation temperature Tme is reached, and a target condensation temperature Tmc of the condensation temperature Tc of the carbon dioxide refrigerant is set, and the second compressor 210 is controlled so that the target condensation temperature Tmc is reached.
The target condensation temperature Tmc and the target evaporation temperature Tme are set to values within a range in which the intermediate temperature Tm satisfies the above formula (2) based on the total power consumption of the refrigeration cycle system 1 while the first compressor 110 and the second compressor 210 are operating.

図７には、第１圧縮機１１０と第２圧縮機２１０のそれぞれの回転速度と圧縮機効率との関係が示されている。図７に示される例では、第１圧縮機１１０と第２圧縮機２１０のいずれも回転速度がＲ付近において圧縮機効率が最高である。Ｒは、下限値Ｒminと上限値Ｒmaxの間の値である。第１圧縮機１１０と第２圧縮機２１０のいずれにおいても回転速度がＲ付近よりも小さくなるに従って圧縮機効率が次第に低下し、回転速度の下限値Ｒminでは最低となる。第１圧縮機１１０と第２圧縮機２１０のいずれにおいても回転速度がＲ付近よりも大きくなるに従って圧縮機効率が低下し、回転速度の上限値Ｒmaxでの圧縮機効率は回転速度Ｒ付近の圧縮機効率を下回る。そして、第１圧縮機１１０と第２圧縮機２１０の圧縮機効率を比較すると、冷凍サイクルシステム１で使用される回転速度の下限値Ｒminから回転速度の上限値Ｒmaxまでの全範囲において、第１圧縮機１１０よりも第２圧縮機２１０の圧縮機効率の方が数％程度低くなる。このような傾向になるのは、第２圧縮機２１０の吐出圧力が第１圧縮機１１０よりも高いことに起因する。 Figure 7 shows the relationship between the rotation speed and the compressor efficiency of each of the first compressor 110 and the second compressor 210. In the example shown in Figure 7, the compressor efficiency of both the first compressor 110 and the second compressor 210 is highest when the rotation speed is near R. R is a value between the lower limit value Rmin and the upper limit value Rmax. In both the first compressor 110 and the second compressor 210, the compressor efficiency gradually decreases as the rotation speed becomes smaller than near R, and is lowest at the lower limit value Rmin of the rotation speed. In both the first compressor 110 and the second compressor 210, the compressor efficiency decreases as the rotation speed becomes larger than near R, and the compressor efficiency at the upper limit value Rmax of the rotation speed is lower than the compressor efficiency near the rotation speed R. When comparing the compressor efficiency of the first compressor 110 and the second compressor 210, the compressor efficiency of the second compressor 210 is lower than that of the first compressor 110 by several percent over the entire range from the lower limit value Rmin of the rotation speed to the upper limit value Rmax of the rotation speed used in the refrigeration cycle system 1. This tendency is due to the discharge pressure of the second compressor 210 being higher than that of the first compressor 110.

コントローラ３００が中間温度Ｔｍを制御するために、冷凍サイクルシステム１は、第１圧縮機１１０の吐出冷媒の圧力相当飽和温度Ｔ１を検出するための高圧の圧力センサ４１０を第１圧縮機１１０の吐出側に備えている。冷凍サイクルシステム１は、第２圧縮機２１０の吸入冷媒の圧力相当飽和温度Ｔ２を検出するための低圧の圧力センサ４２０を第２圧縮機２１０の吸入側に備えている。また、カスケード熱交換器１５０の蒸発温度Ｔｅを検出するための低圧の圧力センサ４３０を、第１圧縮機１１０の吸入側に備えている。さらに、カスケード熱交換器１５０の凝縮温度Ｔｃを検出するための高圧の圧力センサ４４０を、第２圧縮機２１０の吐出側に備えている。なお、冷凍サイクルシステム１のコントローラ３００は、圧力センサ４１０，４２０、４３０，４４０以外の種々のセンサの検知結果を用いるが、従来と同様のセンサを用いればよいので、ここでは圧力センサ４１０，４２０、４３０，４４０以外のセンサの記載は省略する。 In order for the controller 300 to control the intermediate temperature Tm, the refrigeration cycle system 1 is provided with a high-pressure pressure sensor 410 on the discharge side of the first compressor 110 to detect the pressure-equivalent saturation temperature T1 of the discharge refrigerant of the first compressor 110. The refrigeration cycle system 1 is provided with a low-pressure pressure sensor 420 on the suction side of the second compressor 210 to detect the pressure-equivalent saturation temperature T2 of the suction refrigerant of the second compressor 210. In addition, a low-pressure pressure sensor 430 is provided on the suction side of the first compressor 110 to detect the evaporation temperature Te of the cascade heat exchanger 150. In addition, a high-pressure pressure sensor 440 is provided on the discharge side of the second compressor 210 to detect the condensation temperature Tc of the cascade heat exchanger 150. The controller 300 of the refrigeration cycle system 1 uses the detection results of various sensors other than the pressure sensors 410, 420, 430, and 440, but since it is sufficient to use sensors similar to those used in the past, the description of sensors other than the pressure sensors 410, 420, 430, and 440 will be omitted here.

（２―２）暖房運転
暖房運転の際、例えば、利用ユニット５ａ、５ｂ、５ｃのすべてが暖房運転を行うとすると、第１四方弁１２０が第１冷媒（第１四方弁１２０が破線の状態）に切り換えられ、且つ第２四方弁２２０がＣＯ_２放熱状態（第２四方弁２２０が破線の状態）に切り換えられる。 (2-2) Heating Operation During heating operation, for example, if all of the utilization units 5a, 5b, and 5c are performing heating operation, the first four-way valve 120 is switched to the first refrigerant (the first four-way valve 120 is in the dashed line state), and the second four-way valve 220 is switched to the _CO2 heat release state (the second four-way valve 220 is in the dashed line state).

第１冷媒回路１００では、第１圧縮機１１０から吐出された第１冷媒は、第１四方弁１２０を通じてカスケード熱交換器１５０に送られる。カスケード熱交換器１５０に送られた第１冷媒は、二酸化炭素冷媒と熱交換を行って冷却されることによって凝縮する。カスケード熱交換器１５０において放熱した第１冷媒は、第１膨張弁１４０によって減圧された後に、室外空気熱交換器１３０に送られる。室外空気熱交換器１３０に送られた第１冷媒は、室外空気熱交換器１３０において、室外ファン１６０によって供給される外気と熱交換を行って加熱されて蒸発する。室外空気熱交換器１３０において蒸発した第１冷媒は、第１四方弁１２０を通じて第１圧縮機１１０に吸入されて、再び、第１圧縮機１１０から吐出される。 In the first refrigerant circuit 100, the first refrigerant discharged from the first compressor 110 is sent to the cascade heat exchanger 150 through the first four-way valve 120. The first refrigerant sent to the cascade heat exchanger 150 is cooled by heat exchange with the carbon dioxide refrigerant and condensed. The first refrigerant that has released heat in the cascade heat exchanger 150 is decompressed by the first expansion valve 140 and then sent to the outdoor air heat exchanger 130. The first refrigerant sent to the outdoor air heat exchanger 130 is heated and evaporated in the outdoor air heat exchanger 130 by heat exchange with the outside air supplied by the outdoor fan 160. The first refrigerant evaporated in the outdoor air heat exchanger 130 is sucked into the first compressor 110 through the first four-way valve 120 and discharged from the first compressor 110 again.

第２冷媒回路２００では、第２圧縮機２１０から吐出された二酸化炭素冷媒は、第２四方弁２２０を通過した後に連絡管７で分岐する。連絡管７で分岐した二酸化炭素冷媒は、室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３に送られる。室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３に送られた二酸化炭素冷媒は、室内ファン２７１，２７２，２７３によって供給される室内空気と熱交換を行って冷却される。各利用ユニット５ａ、５ｂ、５ｃでは、室内空気を加熱する暖房運転が行われる。室内空気熱交換器２５１，２５２，２５３において放熱した二酸化炭素冷媒は、第２膨張弁２６１，２６２，２６３によって減圧された後に、連絡管で合流する。連絡管６で合流した二酸化炭素冷媒は、第３膨張弁２３０によってさらに減圧された後に、カスケード熱交換器１５０に送られる。カスケード熱交換器１５０に送られた二酸化炭素冷媒は、第１冷媒と熱交換を行って加熱される。カスケード熱交換器１５０を通過した二酸化炭素冷媒は、第２四方弁２２０を通じて第２圧縮機２１０に吸入されて、再び、第２圧縮機２１０から吐出される。 In the second refrigerant circuit 200, the carbon dioxide refrigerant discharged from the second compressor 210 passes through the second four-way valve 220 and then branches off at the connecting pipe 7. The carbon dioxide refrigerant branched off at the connecting pipe 7 is sent to the indoor air heat exchangers 251, 252, and 253. The carbon dioxide refrigerant sent to the indoor air heat exchangers 251, 252, and 253 is cooled by heat exchange with the indoor air supplied by the indoor fans 271, 272, and 273. In each of the utilization units 5a, 5b, and 5c, a heating operation is performed to heat the indoor air. The carbon dioxide refrigerant that has released heat in the indoor air heat exchangers 251, 252, and 253 is depressurized by the second expansion valves 261, 262, and 263 and then merges at the connecting pipe. The carbon dioxide refrigerant that has merged at the connecting pipe 6 is further depressurized by the third expansion valve 230 and then sent to the cascade heat exchanger 150. The carbon dioxide refrigerant sent to the cascade heat exchanger 150 is heated by heat exchange with the first refrigerant. The carbon dioxide refrigerant that passes through the cascade heat exchanger 150 is sucked into the second compressor 210 through the second four-way valve 220 and is discharged from the second compressor 210 again.

暖房運転において、第１冷媒回路１００では、第１冷媒による蒸気圧縮式の第１冷凍サイクルが実施される。また、暖房冷房運転において、第２冷媒回路２００では、第２冷媒である二酸化炭素冷媒による蒸気圧縮式の第２冷凍サイクルが実施される。 In heating operation, the first refrigerant circuit 100 operates in a first refrigeration cycle of vapor compression type using the first refrigerant. In heating/cooling operation, the second refrigerant circuit 200 operates in a second refrigeration cycle of vapor compression type using the second refrigerant, which is carbon dioxide refrigerant.

（３）特徴
上記実施形態の冷凍サイクルシステム１では、コントローラ３００は、カスケード熱交換器１５０における中間温度Ｔｍが、Ｔ２＋（Ｔ１－Ｔ２）×０．１≦ＴＶ≦Ｔ２＋（Ｔ１－Ｔ２）×０．４を満たす目標値ＴＶになるように、第１圧縮機１１０を制御する。ただし、上式において、Ｔ１［℃］が第１圧縮機１１０の吐出冷媒の圧力相当飽和温度であり、Ｔ２［℃］が第２圧縮機２１０の吸入冷媒の圧力相当飽和温度である。さらに消費電力を抑制するには、中間温度Ｔｍが、Ｔ２＋（Ｔ１－Ｔ２）×０．１５≦ＴＶ≦Ｔ２＋（Ｔ１－Ｔ２）×０．３５を満たすように、第１圧縮機１１０及び第２圧縮機２１０を制御するのが好ましい。 (3) Features In the refrigeration cycle system 1 of the above embodiment, the controller 300 controls the first compressor 110 so that the intermediate temperature Tm in the cascade heat exchanger 150 becomes a target value TV that satisfies T2+(T1-T2)×0.1≦TV≦T2+(T1-T2)×0.4. However, in the above formula, T1 [°C] is the pressure-equivalent saturation temperature of the discharged refrigerant of the first compressor 110, and T2 [°C] is the pressure-equivalent saturation temperature of the suctioned refrigerant of the second compressor 210. In order to further reduce power consumption, it is preferable to control the first compressor 110 and the second compressor 210 so that the intermediate temperature Tm satisfies T2+(T1-T2)×0.15≦TV≦T2+(T1-T2)×0.35.

このような制御をコントローラ３００が行うことで、効率の良い第１圧縮機１１０を有する第１冷媒回路１００での熱量の運搬を多くすることができ、冷凍サイクルシステム１全体としての消費電力を抑制することができる。 By performing this type of control by the controller 300, it is possible to increase the heat transport in the first refrigerant circuit 100 having the efficient first compressor 110, thereby reducing the power consumption of the entire refrigeration cycle system 1.

（４）変形例
（４－１）Ａ
上記実施形態では、圧力相当飽和温度、蒸発温度及び凝縮温度を検出するのに、圧力センサ４１０～４４０を用いる場合について説明したが、これらを検知するのに用いる検知装置は圧力センサには限られない。圧力センサ以外の検知装置としては、例えば、温度センサがある。 (4) Modification (4-1) A
In the above embodiment, the pressure sensors 410 to 440 are used to detect the pressure equivalent saturation temperature, evaporation temperature, and condensation temperature, but the detection devices used to detect these are not limited to pressure sensors. Examples of detection devices other than pressure sensors include temperature sensors.

（４－２）Ｂ
上記実施形態では、第１冷媒回路１００及び第２冷媒回路２００の構成機器が、熱搬送ユニット２と、複数の利用ユニット５ａ、５ｂ、５ｃとに設けられている場合について説明した。しかし、カスケード熱交換器１５０および第２冷媒回路２００の第２圧縮機２１０は、熱搬送ユニットおよび利用ユニットではなく、別体のカスケードユニットに設けられてもよい。 (4-2) B
In the above embodiment, the configuration devices of the first refrigerant circuit 100 and the second refrigerant circuit 200 are provided in the heat transport unit 2 and the multiple utilization units 5a, 5b, and 5c. However, the cascade heat exchanger 150 and the second compressor 210 of the second refrigerant circuit 200 may be provided in a separate cascade unit, instead of in the heat transport unit and the utilization unit.

以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。 Although the embodiments of the present disclosure have been described above, it will be understood that various changes in form and details are possible without departing from the spirit and scope of the present disclosure as set forth in the claims.

１冷凍サイクルシステム
１００第１冷媒回路
１１０第１圧縮機
１３０室外空気熱交換器（室外熱交換器の例）
１５０カスケード熱交換器
２００第２冷媒回路
２１０第２圧縮機
２５１，２５２，２５３室内空気熱交換器（室内熱交換器の例）
３００コントローラ 1 Refrigeration cycle system 100 First refrigerant circuit 110 First compressor 130 Outdoor air heat exchanger (example of outdoor heat exchanger)
150 Cascade heat exchanger 200 Second refrigerant circuit 210 Second compressor 251, 252, 253 Indoor air heat exchanger (example of indoor heat exchanger)
300 Controller

特開２００２－１４７８１９号公報JP 2002-147819 A

Claims

a first refrigerant circuit (100) including a first compressor (110) that circulates a first refrigerant at a discharge refrigerant pressure in the range of 0.5 MPa to 4 MPa, and a cascade heat exchanger (150) that cools a second refrigerant, which is a CO2 refrigerant, by the first refrigerant, and that implements a first refrigeration cycle of a vapor compression type using the first refrigerant;
a second refrigerant circuit (200) including a second compressor (210) that circulates the second refrigerant at a discharge refrigerant pressure in the range of 5 MPa to 14 MPa and that performs a second refrigeration cycle of a vapor compression type using the second refrigerant;
A controller (300) for controlling the first compressor and the second compressor;
Equipped with
When a pressure-equivalent saturation temperature of the discharge refrigerant of the first compressor is T1° C. and a pressure-equivalent saturation temperature of the suction refrigerant of the second compressor is T2° C., an intermediate temperature between an evaporation temperature of the first refrigerant and a condensation temperature of the second refrigerant in the cascade heat exchanger is:
T2+(T1-T2)x0.1≦T≦T2+(T1-T2) x0.35
The refrigeration cycle system (1) controls the first compressor and the second compressor so as to satisfy the above.

The first refrigerant is R32, R454C, propane, R1234yf, R1234ze, or ammonia, or a refrigerant containing any of them;
A refrigeration cycle system (1) as claimed in claim 1.

The second refrigerant circuit condenses the second refrigerant in the cascade heat exchanger.
A refrigeration cycle system (1) according to claim 1 or claim 2.

The second refrigerant circuit includes an indoor heat exchanger (251, 252, 253) that performs heat exchange between indoor air and the second refrigerant.
A refrigeration cycle system (1) according to claim 3.

The first refrigerant circuit includes an outdoor heat exchanger (130) that performs heat exchange between outside air and the first refrigerant.
Refrigeration cycle system (1) according to claim 4.