KR101673105B1 - Binary refrigeration cycle device - Google Patents
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Abstract
2원 냉동 사이클 장치는, 고온측 압축기, 고온측 응축기, 고온측 팽창 장치, 캐스케이드 열교환기, 고온측 어큐뮬레이터를 고온측 냉매 배관을 통해서 연통하는 고온측 냉동 회로와, 저온측 압축기, 상기 캐스케이드 열교환기, 저온측 팽창 장치, 저온측 증발기, 저온측 어큐뮬레이터를 저온측 냉매 배관을 통해서 연통하는 저온측 냉동 회로와, 상기 고온측 압축기의 토출측과 상기 고온측 어큐뮬레이터의 입구측을 연락하는 고온측 바이패스 회로와, 상기 고온측 바이패스 회로에 설치된 고온측 바이패스 밸브와, 기동 시에, 외기 온도가 소정의 온도 이하인 경우, 상기 고온측 바이패스 밸브를 개방하는 제어 수단을 구비한다.The two-way refrigeration cycle apparatus includes a high-temperature side refrigerating circuit for communicating a high-temperature side compressor, a high-temperature side condenser, a high-temperature side expansion device, a cascade heat exchanger, and a high-temperature side accumulator through a high-temperature side refrigerant pipe, Temperature side refrigerant circuit communicating with the low-temperature side refrigerant pipe, a low-temperature side refrigerant circuit communicating with the low-temperature side refrigerant pipe, a low-temperature side refrigerant pipe, and a high-temperature side bypass circuit Side bypass valve provided in the high-temperature-side bypass circuit; and control means for opening the high-temperature-side bypass valve when the outside air temperature is equal to or lower than a predetermined temperature at the start-up time.
Description
본 발명의 실시 형태는 고온측 냉동 사이클과 저온측 냉동 사이클을 구비한 2원 냉동 사이클 장치에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to a two-way refrigeration cycle apparatus having a high temperature side refrigeration cycle and a low temperature side refrigeration cycle.
종래부터 공지된 2원 냉동 사이클 장치는, 고온측 냉동 사이클과 저온측 냉동 사이클을 구비하고, 고온측 냉동 사이클과 저온측 냉동 사이클이 1개의 캐스케이드 열교환기(중간 열교환기)를 공용하고, 고온측 냉동 사이클을 순환하는 냉매와 저온측 냉동 사이클을 순환하는 냉매를 캐스케이드 열교환기에서 열교환시키고, 고온측 냉동 사이클을 순환하는 고온측 냉매에 의해 물 또는 온수를 가열하여 온수를 생성하고 있다.A conventionally known two-way refrigeration cycle apparatus includes a high temperature side refrigeration cycle and a low temperature side refrigeration cycle, in which a high temperature side refrigeration cycle and a low temperature side refrigeration cycle share one cascade heat exchanger (intermediate heat exchanger) The refrigerant circulating in the refrigeration cycle and the refrigerant circulating in the low temperature side refrigeration cycle are heat exchanged in the cascade heat exchanger and the hot water is generated by heating the water or hot water by the high temperature side refrigerant circulating in the high temperature side refrigeration cycle.
일반적으로, 외기 온도가 낮을 때에 냉동 사이클을 기동하면, 냉동 사이클을 구성하는 압축기 내의 냉동기유의 온도가 저하된다. 그로 인해, 압축기의 기동에 의한 압력 상승과 함께 냉매의 냉동기유에 대한 용해가 진행되어, 냉동기유가 희석된다. 이 냉동기유의 희석이 진행되면, 냉매와 함께 압축기 외부로 토출되는 냉동기유의 토유량이 증가되어, 압축기 내의 유면이 저하되어서 압축 기구부의 윤활 부족이 발생하기 쉬워진다.Generally, when the refrigeration cycle is started when the outside air temperature is low, the temperature of the refrigerator oil in the compressor constituting the refrigeration cycle is lowered. As a result, the pressure rises due to the start of the compressor, and the refrigerant is dissolved in the refrigerating machine oil to dilute the refrigerating machine oil. When the dilution of the freezer oil is progressed, the amount of oil of the refrigerating machine discharged to the outside of the compressor together with the refrigerant is increased, and the oil level in the compressor is lowered, so that the lubricating operation of the compression mechanism is liable to occur.
특히, 고온수를 생성하는 2원 냉동 사이클 장치의 고온측 냉동 사이클에서는 응축 압력 상승이 빠르고, 응축 압력도 높기 때문에, 냉동기유의 희석이 촉진되기 쉬워, 냉동기유의 토유량이 증가된다고 하는 과제가 있다.In particular, in the high temperature side refrigeration cycle of the two-way refrigeration cycle apparatus that generates high temperature water, the condensation pressure rises quickly and the condensation pressure is high, so dilution of the refrigerator oil tends to be promoted, and there is a problem that the amount of oil in the refrigerator oil is increased.
전술한 종래 기술에 비추어 보아, 본 발명의 목적은 저외기온 시의 기동에서, 압축기 외부로 토출되는 냉동기유의 토유량을 억제할 수 있는 2원 냉동 사이클 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-described prior art, an object of the present invention is to provide a two-way refrigeration cycle device capable of suppressing the amount of oil discharged from the compressor to the outside of the compressor at the time of starting at low ambient temperature.
상기 과제를 해결하기 위해서 제공되는 본 발명의 실시 형태에 의한 2원 냉동 사이클 장치는, 고온측 압축기, 고온측 응축기, 고온측 팽창 장치, 캐스케이드 열교환기, 고온측 어큐뮬레이터를 고온측 냉매 배관을 통해서 연통하는 고온측 냉동 회로와, 저온측 압축기, 상기 캐스케이드 열교환기, 저온측 팽창 장치, 저온측 증발기, 저온측 어큐뮬레이터를 저온측 냉매 배관을 통해서 연통하는 저온측 냉동 회로와, 상기 고온측 압축기의 토출측과 상기 고온측 어큐뮬레이터의 입구측을 연락하는 고온측 바이패스 회로와, 상기 고온측 바이패스 회로에 설치된 고온측 바이패스 밸브와, 기동 시에, 외기 온도가 소정의 온도 이하인 경우, 상기 고온측 바이패스 밸브를 개방하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.In order to solve the above-described problems, a two-way refrigeration cycle apparatus according to an embodiment of the present invention includes a high temperature side compressor, a high temperature side condenser, a high temperature side expansion device, a cascade heat exchanger and a high temperature side accumulator, Side refrigerant circuit communicating with the low-temperature-side refrigerant pipe through a low-temperature-side refrigerant pipe, a low-temperature-side refrigerant circuit communicating with the low-temperature side refrigerant pipe, the cascade heat exchanger, the low-temperature side expansion device, Side bypass circuit provided in the high-temperature-side bypass circuit, and a high-temperature-side bypass valve provided in the high-temperature-side bypass circuit, when the outside air temperature is lower than a predetermined temperature, And a control means for opening the valve.
상기 특징을 갖는 2원 냉동 사이클 장치는 이하의 적합한 실시 형태를 더 갖는 것이 바람직하다.The two-way refrigeration cycle apparatus having the above-described characteristics preferably further has the following suitable embodiments.
상기 저온측 압축기의 토출측과 상기 저온측 어큐뮬레이터의 입구측을 연락하는 저온측 바이패스 회로와, 상기 저온측 바이패스 회로에 설치된 저온측 바이패스 밸브와, 기동 시에, 외기 온도가 소정값 이하인 경우, 상기 저온측 바이패스 밸브를 개방하는 제어 수단을 더 구비하는 것이 바람직하다.Side bypass circuit that connects the discharge side of the low-temperature side compressor and the inlet side of the low-temperature side accumulator, and a low-temperature side bypass valve provided in the low-temperature side bypass circuit. When the outdoor air temperature is lower than a predetermined value And a control means for opening the low temperature side bypass valve.
또한, 상기 제어 수단은, 상기 고온측 바이패스 밸브가 개방되어 있는 동안, 상기 고온측 압축기를 소정의 운전 주파수에서 구동시키는 것이 바람직하다.It is preferable that the control means drives the high temperature side compressor at a predetermined operating frequency while the high temperature side bypass valve is opened.
또한, 상기 제어부는 입수 온도와 외기 온도에 기초하여 저외기온 기동 모드를 실행할지 여부를 판정하는 저외기온 기동 모드 선택 수단과, 저외기온 기동 모드 실행 시, 외기 온도에 따라서 바이패스 회로를 개방하는 시간을 설정하는 바이패스 회로 개방 시간 설정 수단과, 저외기온 기동 모드 실행 시, 외기 온도에 따라서 고온측 바이패스 회로를 개방하는 고온측 바이패스 제어 수단과, 저외기온 기동 모드 실행 시, 외기 온도에 따라서 고온측 바이패스 회로 외에 저온측 바이패스 회로를 개방하는 저온측 바이패스 제어 수단을 구비한다.The control unit includes a low outside temperature startup mode selection unit that determines whether to execute the low outside temperature startup mode based on the intake temperature and the outside air temperature, a time when the bypass circuit is opened Temperature side bypass control means for opening the high temperature side bypass circuit in accordance with the outside air temperature when the low outside air temperature starting mode is executed; And a low-temperature side bypass control means for opening the low-temperature side bypass circuit in addition to the high-temperature side bypass circuit.
또한, 본 발명에 의한 2원 냉동 사이클 장치는, 적용처에 따라서 본 발명의 정신을 바꾸지 않는 한, 전술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.Further, the two-way refrigeration cycle apparatus according to the present invention is not limited to the above-described embodiments unless the spirit of the present invention is changed according to the application.
전술한 본 발명의 실시 형태에 의하면, 저외기온 시의 기동에서, 압축기 외부로 토출되는 냉동기유의 토유량을 억제할 수 있는 2원 냉동 사이클 장치를 제공할 수 있다.According to the above-described embodiment of the present invention, it is possible to provide a two-way refrigeration cycle apparatus capable of suppressing the amount of oil discharged from the compressor to the outside of the compressor at the time of starting at low ambient temperature.
또한, 본 실시 형태에서의 2원 냉동 사이클 장치는, 외기 온도가 낮고 냉동기유의 희석이 발생하기 쉬울 때에, 고온측 바이패스 회로를 개방한 상태에서 고온측 압축기의 운전을 개시함으로써, 압축기 내부에 고온의 가스 냉매를 유입시켜서 압축기 내의 냉동기유의 온도를 상승시킬 수 있다. 이에 의해 냉매의 냉동기유에 대한 용해를 억제하여, 희석에 의한 냉동기유의 압축기 외부로의 배출량을 억제할 수 있다.In the two-way refrigeration cycle apparatus in this embodiment, when the outside air temperature is low and dilution of the freezer oil is likely to occur, the operation of the high-temperature side compressor is started with the high-temperature side bypass circuit opened, The temperature of the refrigerator oil in the compressor can be increased. As a result, dissolution of the refrigerant in the refrigerating machine oil is suppressed, and the discharge amount of the refrigerating machine oil to the outside of the compressor by dilution can be suppressed.
본 발명의 실시 형태에 의한 또다른 효과, 이점은 첨부 도면을 참조하여 이루어진 이하의 기재로부터 보다 명확해질 것이다.Other effects and advantages according to the embodiments of the present invention will become more apparent from the following description made with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 2원 냉동 사이클 장치의 구성을 나타내는 냉동 사이클의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 2원 냉동 사이클 장치의 제어부(제어기)의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 2원 냉동 사이클 장치의 기동 시의 동작의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 2원 냉동 사이클 장치의 저외기온 기동 모드의 외기 온도와 동작의 관계를 나타내는 설명도(표)이다.1 is a configuration diagram of a refrigeration cycle showing the configuration of a two-way refrigeration cycle apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing a configuration of a control unit (controller) of a two-way refrigeration cycle apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart showing the flow of operation at the time of starting the two-way refrigeration cycle apparatus according to the embodiment of the present invention.
4 is an explanatory diagram (table) showing the relationship between the outdoor air temperature and the operation in the low ambient temperature start mode of the two-way refrigeration cycle apparatus according to the embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시 형태를 첨부 도면에 기초하여 설명한다.DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 2원 냉동 사이클 장치의 구성을 나타내는 냉동 사이클의 구성도이다. 고온수 생성 장치로서 사용되는 2원 냉동 사이클 장치 R은, 하우징 K에 탑재되는 고온측 냉동 사이클 Ra와, 저온측 냉동 사이클 Rb 및 제어부(20)를 포함한다.1 is a configuration diagram of a refrigeration cycle showing a configuration of a two-way refrigeration cycle apparatus according to an embodiment of the present invention. The two-way refrigerating cycle apparatus R used as the high temperature water producing apparatus includes a high temperature side refrigerating cycle Ra mounted on the housing K, a low temperature side refrigerating cycle Rb and a
고온측 냉동 사이클 Ra는, 냉매를 압축하는 고온측 압축기(1)와, 냉매를 응축하는 온수 열교환기(2)(고온측 응축기)와, 냉매를 감압하는 고온측 팽창 장치(3)와, 저온측 냉동 사이클 Rb의 냉매와 열교환하는 캐스케이드 열교환기(4)와, 냉매를 기액 분리하기 위한 고온측 어큐뮬레이터(5)를 갖고, 이들이 냉매 배관을 통해서 순차 연통된다.The high temperature side refrigeration cycle Ra includes a high temperature side compressor 1 for compressing the refrigerant, a hot water heat exchanger 2 (high temperature side condenser) for condensing the refrigerant, a high temperature
캐스케이드 열교환기(4)는, 고온측 냉동 사이클 Ra에서는, 고온측 냉매 유로(4a)를 흐르는 냉매를 증발시키는 증발기로서 기능한다. 온수 열교환기(2) 내에는, 고온측 냉동 사이클 Ra의 냉매가 흐르는 냉매측 유로(2a)와, 피가열 유체인 물이 흐르는 물측 유로(2b)가 설치되고, 이 물측 유로(2b)가 온수 배관 H와 연통된다. 온수 배관 H에는 송수 펌프(18)가 설치된다.The
고온측 압축기(1)의 토출측과 고온측 어큐뮬레이터(5)의 입구측은, 고온측 바이패스 회로(6)에 의해 연통된다. 고온측 바이패스 회로(6)에는, 개폐 밸브인 고온측 바이패스 밸브(7)가 설치된다.The discharge side of the high temperature side compressor (1) and the inlet side of the high temperature side accumulator (5) are communicated by the high temperature side bypass circuit (6). The high-temperature-side bypass circuit (6) is provided with a high-temperature-side bypass valve (7) as an opening / closing valve.
저온측 냉동 사이클 Rb는, 냉매를 압축하는 저온측 압축기(11)와, 가열 운전과 제상 운전으로 냉매가 흐르는 방향을 전환하는 사방 밸브(12)와, 캐스케이드 열교환기(4)와, 냉매를 감압하는 저온측 팽창 장치(13)와, 냉매를 증발시키는 공기 열교환기(저온측 증발기)(14)와, 저온측 어큐뮬레이터(15)를 갖고, 이들이 냉매 배관을 통해서 순차 연통된다.The low temperature side refrigeration cycle Rb includes a low
캐스케이드 열교환기(4)는, 저온측 냉동 사이클 Rb에서는 저온측 냉매 유로(4b)를 흐르는 냉매를 응축시키는 응축기로서 기능한다.The
공기 열교환기(14)에 대항하는 위치에는, 이 공기 열교환기(14)에 공기를 보내는 송풍기(19)가 설치된다.A blower (19) for blowing air to the air heat exchanger (14) is provided at a position opposed to the air heat exchanger (14).
저온측 압축기(11)의 토출측과 저온측 어큐뮬레이터(15)의 입구측은 저온측 바이패스 회로(16)에 의해 연통된다. 저온측 바이패스 회로(16)에는, 개폐 밸브인 저온측 바이패스 밸브(17)가 설치된다.The discharge side of the low temperature side compressor (11) and the inlet side of the low temperature side accumulator (15) are communicated by the low temperature side bypass circuit (16). The low-temperature
본 실시 형태에서는, 고온측 냉동 사이클 Ra에서는 R134a 냉매가 사용되고, 저온측 냉동 사이클 Rb에서는 R410A 냉매가 사용된다.In this embodiment, R134a refrigerant is used in the high temperature side refrigeration cycle Ra and R410A refrigerant is used in the low temperature side refrigeration cycle Rb.
고온측 냉동 사이클 Ra에 사용되는 R134a는, 저온측 냉동 사이클 Rb에 사용되는 R410A와 비교하여, 동일 온도에서 포화 가스 밀도, 포화 압력이 낮기 때문에, 고온수를 생성 가능한 2원 냉동 사이클 장치의 고온측 냉동 사이클 Ra에 사용하는 냉매로서 적합하다.Since R134a used in the high temperature side refrigeration cycle Ra is low in saturated gas density and saturated pressure at the same temperature as that of R410A used in the low temperature side refrigeration cycle Rb, the R134a used in the high temperature side It is suitable as a refrigerant used in the refrigeration cycle Ra.
또한, 냉동기유에 대해서는, 고온측 냉동 사이클 Ra의 고온측 압축기(1)에서는 PVE(폴리비닐 에테르)가 사용되고, 저온측 냉동 사이클 Rb의 저온측 압축기(11)에서는 POE(폴리올 에스테르)가 사용된다. 또한, 고온측 압축기(1)의 냉동기유로서 사용하는 PVE는, 고온 시에, POE보다도 압축 기구부의 마모가 적어 고온측 압축기의 냉동기유로서 적합하다. 그 반면, PVE는, POE에 비하여 R134a 냉매에 녹기 쉽다고 하는 성질을 갖고 있어, 저외기온 기동 시에 토유량이 증가된다고 하는 성질을 갖고 있다.In the refrigeration oil, PVE (polyvinyl ether) is used in the high temperature side compressor 1 of the high temperature side refrigeration cycle Ra and POE (polyol ester) is used in the low
이와 같이 구성된 2원 냉동 사이클 장치 R에서, 후술하는 제어부(제어 장치)(20)에 의해, 고온측 압축기(1)가 구동됨에 의한 고온측 냉동 사이클 Ra의 운전과, 저온측 압축기(11)가 구동됨에 의한 저온측 냉동 사이클 Rb의 운전이 행하여진다. 또한, 온수 배관 H의 송수 펌프(18)가 구동됨으로써 온수 열교환기(2)의 물측 유로(2b) 내를 물이 흐른다. 이 물은 냉매측 유로(2a)에서 고온측 냉매로부터 방열되는 열로 데워져 최고 90℃ 정도의 고온수로 된다. 이 온수는 온수 배관 H로부터 온수를 필요로 하는 개소에 공급된다.In the thus constituted two-way refrigeration cycle apparatus R, the operation of the high-temperature side refrigerating cycle Ra by driving the high-temperature side compressor 1 and the operation of the low-
또한, 제어부(20)와 각 구성 요소의 관계는 도 2에 나타낸다.The relationship between the
고온측 냉동 사이클 Ra와 저온측 냉동 사이클 Rb가 운전됨으로써, 고온측 냉매 유로(4a) 및 저온측 냉매 유로(4b)를 포함하는 열교환기(4)에서 열교환이 행하여져, 고온측 냉동 사이클 Ra의 고온측 냉매가 저온측 냉동 사이클 Rb의 저온측 냉매로부터 방열된 열로 데워진다. 이에 의해, 고온측 냉동 사이클 Ra에서는, 고온측 압축기(1)에 흡입되는 냉매의 온도가 높아지고, 고온측 압축기(1) 내의 온도와 압력은 저온측 압축기(11) 내의 온도와 압력에 비해서 높아지고, 온수 열교환기(2)의 냉매측 유로(2a)로부터 방열되는 열량이 많아져, 고온수의 생성이 가능해진다.The high temperature side refrigerating cycle Ra and the low temperature side refrigerating cycle Rb are operated to perform heat exchange in the
이어서, 본 발명의 실시 형태에 따른 2원 냉동 사이클 장치 R의 제어부(제어 장치)를 도 2의 블록도에 기초하여 설명한다.Next, a control unit (control device) of the two-way refrigeration cycle apparatus R according to the embodiment of the present invention will be described based on the block diagram of Fig.
상기 2원 냉동 사이클 장치 R은, 하우징 K의 내부에 CPU(Central Processing Unit)나 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory) 등을 포함하는 제어부(20)를 구비하고 있다.The two-way refrigeration cycle apparatus R includes a
이 제어부(20)에는, 고온측 압축기(1) 구동 제어용 인버터 회로(21), 저온측 압축기(11) 구동 제어용 인버터 회로(22), 송풍기(19) 구동 제어용 인버터 회로(23), 고온측 팽창 장치(3), 저온측 팽창 장치(13), 사방 밸브(12), 고온측 바이패스 밸브(7), 저온측 바이패스 밸브(17), 펌프(18)가 접속되어, 그 동작이 컨트롤된다.The
제어부(20)에는, 고온측 압축기(1) 및 저온측 압축기(11)의 토출측에 설치되는 온도 센서(31a, 31b) 및 압력 센서(32a, 32b)와, 흡입측에 설치되는 온도 센서(33a, 33b) 및 압력 센서(34a, 34b)와, 온수 열교환기(2)의 물측 유로(2b) 입구측에 설치되는 입구 수온 센서(35)와, 출구측에 설치되는 출구 수온 센서(36)와, 캐스케이드 열교환기(4)에 설치되는 온도 센서(도시 생략)와, 공기 열교환기(14)에 설치되는 온도 센서(도시 생략)와, 공기 열교환기(14)의 근방에 설치되는 외기 온도 센서(37)가 접속된다. 또한, 도 2에서는, 온도 센서(31a), 입구 수온 센서(35), 외기 온도 센서(37)가 제어부(20)에 접속된 상태를 나타내고 있다.The
고온측 압축기(1) 구동 제어용 인버터 회로(21)는 상용 교류 전원 등의 전원의 전압을 정류하고, 그것을 제어부(20)로부터의 명령에 따른 주파수의 전압으로 변환하고, 고온측 압축기(1)의 압축기 모터(1M)에 출력한다. 이 출력이 압축기 모터(1M)의 구동 전력으로 된다. 마찬가지로 저온측 압축기(11) 구동 제어용 인버터 회로(22)가 저온측 압축기(11)의 압축기 모터(11M)를 구동하고, 송풍기(19) 구동 제어용 인버터 회로(23)가 송풍기(19)의 팬 모터(19M)를 구동한다. 송수 펌프(18)에 대해서도 송수 펌프 구동 제어용 인버터(도시 생략)에 의해 구동된다.The high-temperature side compressor 1 drive
제어부(20)는, 터치 패널이나 리모트 컨트롤러 등의 조작부(모두 도시 생략)를 통해서 입력되는 운전 조건이나 각종 센서로부터의 검지 신호 등의 정보에 기초하여 각 부의 동작 조건을 결정하고, 압축기 모터(1M, 11M), 팬 모터(19M), 사방 밸브(12), 각 팽창 장치(3, 13) 및 각 바이패스 밸브(7, 17), 펌프(18) 등을 구동한다.The
상기 제어부(20)는 주요한 기능으로서 다음 (1) 내지 (4)의 수단을 갖는다.The
(1) 기동 시, 입구 수온 센서(35)의 검출 신호로부터 취득한 입수 온도 Twi와 외기 온도 센서(37)의 검출 신호로부터 취득한 외기 온도 To에 기초하여 저외기온 기동 모드를 실행할지 여부를 판정하는 저외기온 기동 모드 선택 수단(20a).(1) In the startup, based on the intake temperature Twi obtained from the detection signal of the inlet
(2) 저외기온 기동 모드 실행 시, 외기 온도 To에 따라서 바이패스 회로(6, 16)를 개방하는 시간을 설정하는 바이패스 회로 개방 시간 설정 수단(20b).(2) Bypass circuit open time setting means 20b for setting the time for opening the
(3) 저외기온 기동 모드 실행 시, 외기 온도 To에 따라서 고온측 바이패스 회로(6)를 개방하는 고온측 바이패스 제어 수단(20c).(3) High-temperature side bypass control means 20c for opening the high-temperature
(4) 저외기온 기동 모드 실행 시, 외기 온도 To에 따라서 고온측 바이패스 회로(6) 외에 저온측 바이패스 회로(16)를 개방하는 저온측 바이패스 제어 수단(20d).(4) Low-temperature side bypass control means 20d for opening the low-temperature
이하, 상기 2원 냉동 사이클 장치 R의 동작을 도 3, 도 4에 기초하여 설명한다.Hereinafter, the operation of the two-way refrigeration cycle apparatus R will be described with reference to Figs. 3 and 4. Fig.
도 3은 2원 냉동 사이클 장치 R의 제어부(20)가 실행하는 처리의 흐름도, 도 4는 저외기온 기동 모드의 외기 온도와 동작의 관계를 나타내는 설명도이다.Fig. 3 is a flowchart of a process executed by the
오퍼레이터가 온수 공급측에 설치된 조작부 또는 2원 냉동 사이클 장치 R에 설치된 조작부를 조작하거나, 혹은 어느 하나의 조작부에 설정된 운전 스케줄에 따라서 운전 개시가 지시되면, 우선 제어부(20)는 온수 열교환기(2)의 물측 유로(2b)의 입구측에 설치된 입구 수온 센서(35)에 의해 검지되는 입수 온도 Twi와, 외기 온도 센서(37)에 의해 검지되는 외기 온도 To를 취득한다.When the operator operates the operation unit provided on the hot water supply side or the operation unit provided on the two-way refrigeration cycle unit R or when the start of operation is instructed in accordance with the operation schedule set to any one of the operation units, the
그리고, 제어부(20)는 입수 온도 Twi가 제어부(20)에 미리 기억된 소정의 온도 Twis(예를 들어 40℃)보다 높고, 또한 외기 온도 To가 제어부(20)에 미리 기억된 소정의 온도 T1(예를 들어 20℃) 이하인지의 여부를 판단한다(스텝 S1).The
여기서, 냉동기유는 압축기 내의 냉동기유의 온도가 저하되고, 냉매의 압력 상승이 급격한 경우에 희석되기 쉽다. 입수 온도 Twi가 40℃ 이하일 때는, 고온측 냉동 사이클 Ra의 온수 열교환기(2)에서의 응축 압력이 높지 않기 때문에, 고온측 압축기(1)를 기동해도 압축기 내의 압력이 급격하게 상승하지 않는다. 그로 인해, 냉동기유의 온도가 낮은(외기 온도 To가 낮은) 경우이더라도 냉동기유의 희석은 발생하기 어렵다. 또한, 외기 온도 To가 20℃보다 높은 경우에는, 압축기 내의 냉동기유의 온도가 저하되지 않기 때문에, 고온측 냉동 사이클 Ra의 온수 열교환기(2)에서의 응축 압력이 높은(입수 온도 Twi가 높은) 경우이더라도 냉동기유의 희석은 발생하기 어렵다. 따라서, 제어부(20)는 입수 온도 Twi가 40℃ 이하 또는 외기 온도 To가 20℃보다 높은 경우(스텝 S1에서 "아니오"의 경우)에는 저외기온 기동 모드를 실행하지 않는다.Here, the refrigerator oil tends to be diluted when the temperature of the refrigerator oil in the compressor is lowered and the pressure rise of the refrigerant is abrupt. When the intake temperature Twi is 40 DEG C or lower, the condensation pressure in the hot
한편, 입수 온도 Twi가 40℃보다 높고, 또한 외기 온도 To가 20℃ 이하인 경우(스텝 S1에서 "예"의 경우)에는, 제어부(20)는 다음에서 설명하는 저외기온 기동 모드를 실행한다.On the other hand, when the intake temperature Twi is higher than 40 deg. C and the outside air temperature To is lower than or equal to 20 deg. C (YES in step S1), the
도 4에 나타내는 바와 같이, 제어부(20)는 외기 온도 To에 따라서 바이패스 회로의 개방 시간이나 바이패스 밸브의 개폐를 제어한다.As shown in Fig. 4, the
우선, 제어부(20)는 외기 온도 To에 따라서 바이패스 회로의 개방 시간(바이패스 회로 개방 설정 시간) Ts를 설정한다.First, the
제어부(20)는, 외기 온도 To가 소정값 T1 내지 T2의 범위(T2 <To≤T1)인지의 여부를 판단한다(스텝 S3). 여기서, T1은 예를 들어 20℃이고, T2는 -10℃이다. 외기 온도 To가 -10℃보다 높고 20℃ 이하라면(스텝 S3에서의 "예"의 경우), 제어부(20)는 스텝 S5로 진행하여 고온측 바이패스 회로(6)의 고온측 바이패스 밸브(7)의 개방 시간 ts를 소정 시간 t1(예를 들어 6분간)로 설정한다.The
제어부(20)는, 스텝 S3에서, 외기 온도 To가 -10℃ 이하인 경우(스텝 S3에서의 "아니오"의 경우)에는, 스텝 S4로 진행하여 외기 온도 To가 소정값 T2 내지 T3의 범위(T3<To≤T2)인지의 여부를 판단한다. 여기서, T3은 예를 들어 -15℃이다.If the outside air temperature To is less than -10 占 폚 (in the case of "No" in step S3), the
제어부(20)는, 외기 온도 To가 -15℃보다 높고 -10℃ 이하이면(스텝 S4의 "예"의 경우), 스텝 S6으로 진행하여 고온측 바이패스 회로(6)의 고온측 바이패스 밸브(7)의 개방 시간 ts를 소정 시간 t2(예를 들어 8분간)로 설정한다.If the outside air temperature To is higher than -15 캜 and equal to or lower than -10 캜 (YES in step S4), the
제어부(20)는, 외기 온도 To가 -15℃ 이하인 경우(스텝 S4의 "아니오"의 경우)에는, 스텝 S7로 진행하여 고온측 바이패스 회로(6) 및 저온측 바이패스 회로(16)의 각 바이패스 밸브(7, 17)의 개방 시간 ts를 소정 시간 t3(예를 들어 30분간)으로 설정한다.The
제어부(20)는, 고온측 바이패스 회로(6)의 고온측 바이패스 밸브(7)를 개방한 후, 고온측 압축기(1)의 운전을 개시한다(스텝 8). 또한 스텝 S9로 진행하여, 저온측 압축기(11)의 운전을 개시한다.The
고온측 냉동 사이클 Ra의 고온측 바이패스 밸브(7)가 개방되고, 고온측 압축기(1)가 운전됨으로써, 고온측 압축기(1)로부터 토출된 가스 냉매의 일부가, 고온측 바이패스 회로(6)를 통해서 고온측 어큐뮬레이터(5)에 유입된다. 고온측 어큐뮬레이터(5)에 유입된 가스 냉매는, 고온측 압축기(1)에 흡입되어, 압축기 내의 냉동기유를 데운다. 시간의 경과와 함께 고온측 압축기(1)로부터 토출되는 가스 냉매의 온도가 상승되어 가고, 냉동기유의 온도도 상승된다.The high temperature side bypass valve 7 of the high temperature side refrigeration cycle Ra is opened and part of the gas refrigerant discharged from the high temperature side compressor 1 is discharged to the high temperature
이 때, 제어부(20)는 온도 센서(31a)에 의해 검지되는 토출 가스 냉매의 온도 Td를 취득하고, 이 토출 가스 온도 Td가 소정의 온도를 초과하였는지의 여부를 판단한다(스텝 S12).At this time, the
본 실시 형태에서, 이 소정의 온도는 조작부에서 설정되는 출탕 설정 온도(목표 설정 온도) Twos(예를 들어 90℃)로부터 소정값 α(예를 들어 10℃)를 뺀 온도 80℃로 되어 있다.In the present embodiment, this predetermined temperature is 80 deg. C obtained by subtracting a predetermined value alpha (for example, 10 deg. C) from the hot water set point temperature Twos (e.g., 90 deg. C) set by the operation unit.
제어부(20)는, 스텝 12S에서, 토출 가스 냉매 온도 Td가 80℃(Twos-10℃)를 초과하면(스텝 S11에서 "아니오"의 경우), 압축기(1) 내의 냉동기유는 충분히 데워졌다고 판단하고 고온측 바이패스 밸브(7)를 폐쇄한다(스텝 S14).When the discharged gas refrigerant temperature Td exceeds 80 占 폚 (Twos-10 占 폚) ("No" in step S11) in step 12S, the
또한, 제어부(20)는 토출 가스 냉매 온도 Td가 80℃를 초과하지 않더라도(스텝 S11에서 "예"의 경우), 고압측 바이패스 회로(6)가 개방되고 나서의 경과 시간 t가 바이패스 회로 개방 설정 시간 ts(스텝 S5에서는 6분간, 스텝 S6에서는 8분간)를 경과하면(스텝 S13의 "예"의 경우), 압축기(1) 내의 냉동기유는 데워졌다고 판단하고, 고온측 바이패스 밸브(7)를 폐쇄한다(스텝 S14).Even if the discharge gas refrigerant temperature Td does not exceed 80 DEG C (in the case of "YES " in step S11), the
그리고, 제어부(20)는 고온측 바이패스 밸브(7)를 폐쇄한 후, 저외기온 기동 모드를 해제하고(스텝 S15), 통상 운전으로 이행한다.Then, the
저외기온 기동 모드 실행 시, 제어부(20)는 고온측 바이패스 밸브(7)가 개방되어 있는 동안, 고온측 압축기(1)를 통상 운전 시의 운전 주파수보다도 작은 운전 주파수(예를 들어 30Hz) 일정에서 구동한다. 냉동기유가 희석되기 쉬운 조건 하에서, 고온측 압축기(1)의 운전 주파수를 급격하게 상승시키거나, 높은 운전 주파수에서 구동해 버리면, 압축기 외부로 토출되는 냉동기유의 토유량이 증가되어 버린다. 그로 인해, 저외기온 기동 모드 실행 시는, 고온측 압축기(1)의 운전 주파수를 30Hz로 유지함으로써, 압축기 외부로 토출되는 냉동기유의 토유량을 억제할 수 있다.When the high temperature side bypass valve 7 is opened, the
한편, 저온측 압축기(11)는 고온측 압축기(1)와 비교하면 냉동기유의 희석은 발생하기 어렵기 때문에, 통상 운전과 동일한 운전 주파수에서 구동된다. 저온측 압축기(11)마저도 낮은 운전 주파수에서 구동하면, 저온측 냉동 사이클 Rb가 고온측 냉동 사이클 Ra에 부여하는 열이 부족하여, 고온측 냉동 사이클 Ra의 상승에 시간이 걸려 버린다. 따라서, 고온측 압축기(1)의 토출 가스 온도 Td를 빨리 상승시키기 위해서, 저온측 압축기(11)는 통상 운전과 마찬가지로 구동된다.On the other hand, as compared with the high-temperature side compressor 1, the low-
이어서, 외기 온도 To가 극히 낮은 경우의 저외기온 기동 모드의 동작에 대해서 설명한다.Next, the operation in the low outside temperature starting mode in the case where the outside air temperature To is extremely low will be described.
외기 온도 To가 -15℃(소정의 온도 T3) 이하와 같은 극히 저온인 경우, 고온측 냉매가 고온측 냉동 사이클 Ra 내에서 정체됨으로써 냉매 순환량이 저하되는 데다가, 전술한 바와 같이 고온측 바이패스 밸브(7)를 개방하고, 고온측 압축기(1)를 낮은 운전 주파수에서 구동하기 때문에, 저온측 냉동 사이클 Rb의 저온측 냉매가 캐스케이드 열교환기(4)에서 완전히 방열되지 않는다. 그로 인해, 저온측 냉동 사이클 Rb에서의 고압측 압력이 급격하게 상승하여, 고압 스위치 등의 보호 장치가 작용하여 2원 냉동 사이클 장치 R의 운전이 강제 정지되어 버린다. 이와 같이, 외기 온도 To가 극히 낮은 상황 하에 있을 때에는, 2원 냉동 사이클 장치 R을 운전할 수 없는 경우가 있다.In the case where the outside air temperature To is extremely low such as -15 ° C (predetermined temperature T3) or less, the refrigerant circulation amount decreases due to stagnation of the high temperature side refrigerant in the high temperature side refrigeration cycle Ra, Side refrigerant in the low-temperature-side refrigerant cycle Rb is not completely dissipated in the
이에, 외기 온도가 극히 낮은 상황 하에서도 2원 냉동 사이클 장치 R을 운전할 수 있도록 하기 위해서, 제어부(20)는 외기 온도 To가 -15℃보다도 낮은 경우(스텝 S4의 "아니오"의 경우)에는, 바이패스 회로 개방 설정 시간 ts를 30분간(t3)으로 설정(스텝 S7)한 후, 고온측 바이패스 밸브(7)를 개방함(스텝 S10)과 함께 저온측 바이패스 밸브(17)를 개방한다(스텝 S11).Therefore, when the outside air temperature To is lower than -15 占 폚 (in the case of "NO " in step S4), the
외기 온도가 극히 낮은 상황 하에서는, 고온측 압축기(1) 내의 냉동기유가 데워지기 어렵기 때문에, 바이패스 회로 개방 설정 시간 ts를 전술한 6분간(t1: 스텝 S5)이나 8분간(t2: 스텝 S6)보다 긴 30분간(t3)으로 설정하였다.(T1: step S5) or eight minutes (t2: step S6) because the refrigerating machine oil in the high-temperature side compressor 1 is unlikely to be warmed up under the situation where the outside air temperature is extremely low. (T3) for a longer period of 30 minutes.
바이패스 회로 개방 설정 시간 ts를 설정한 후, 제어부(20)로부터의 명령에 의해, 고온측 바이패스 회로(6)의 고온측 바이패스 밸브(7)를 개방해서 고온측 압축기(1)의 운전을 개시한다(스텝 S10). 또한 제어부(20)로부터의 명령에 의해, 저온측 바이패스 회로(16)의 저온측 바이패스 밸브(17)를 개방해서 저온측 압축기(11)의 운전을 개시한다(스텝 S11).After the bypass circuit opening set time ts is set, the high-temperature side bypass valve 7 of the high-temperature
이 때, 고온측 압축기(1)는 낮은 운전 주파수(30Hz 일정)로 구동되고, 저온측 압축기(11)는 통상 운전의 운전 주파수로 구동된다.At this time, the high-temperature side compressor (1) is driven at a low operating frequency (30 Hz constant) and the low temperature side compressor (11) is driven at the normal operating frequency.
저온측 바이패스 밸브(17)가 개방됨으로써, 저온측 압축기(11)로부터 토출된 가스 냉매의 일부가, 저온측 바이패스 회로(16)를 통해서 저온측 어큐뮬레이터(15)에 유입된다. 저온측 어큐뮬레이터(15)에 유입된 가스 냉매는, 저온측 압축기(11)에 흡입된다. 저온측 압축기(11)로부터 토출된 가스 냉매의 일부가 저온측 바이패스 회로(16)에 흐름으로써, 저온측 냉동 사이클 Rb의 고압측 압력의 급격한 상승을 억제할 수 있어, 저온측 냉동 사이클 Rb의 고압 이상에 의한 강제 정지를 피할 수 있다.The low temperature
제어부(20)는 고온측 압축기(1)의 토출 가스 냉매 온도 Td가 80℃(Twos-10℃)를 초과하면(스텝 S12의 "아니오"), 고온측 압축기(1) 내의 냉동기유는 충분히 데워졌다고 판단하고, 고온측 바이패스 밸브(6) 및 저온측 바이패스 밸브(16)를 폐쇄하도록 명령한다(스텝 S14).When the discharge gas refrigerant temperature Td of the high-temperature side compressor 1 exceeds 80 占 폚 (Twos-10 占 폚) ("NO" in step S12), the
또한, 제어부(20)는 토출 가스 냉매 온도 Td가 80℃(Twos-10℃)를 초과하지 않더라도(스텝 S12의 "예"), 고압측 바이패스 밸브(7) 및 저온측 바이패스 밸브(17)가 개방되고 나서부터의 경과 시간 t가 30분간(ts=t3)을 경과하면(스텝 S13의 "예"), 고온 압축기(1) 내의 냉동기유는 데워졌다고 판단하고, 그에 따라서 고온측 바이패스 밸브(7) 및 저온측 바이패스 밸브(17)를 폐쇄한다(스텝 S14).Even if the discharge gas refrigerant temperature Td does not exceed 80 占 폚 (Twos-10 占 폚) (YES in step S12), the
계속해서, 제어부(20)는 고온측 바이패스 밸브(7) 및 저온측 바이패스 밸브(17)를 폐쇄한 후, 저외기온 기동 모드를 해제(스텝 S15)하고, 통상 운전으로 이행한다.Subsequently, the
이상의 구성에 의해, 외기온도 To가 극히 낮은 상황 하에서도 2원 냉동 사이클 장치 R을 운전할 수 있다.With the above-described configuration, the two-way refrigeration cycle apparatus R can be operated even under the situation where the outside air temperature To is extremely low.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에서의 2원 냉동 사이클 장치 R은, 외기온도가 낮고 냉동기유의 희석이 발생하기 쉬울 때에, 고온측 바이패스 회로(6)를 개방한 상태에서 고온측 압축기(1)의 운전을 개시함으로써, 압축기 내부에 고온의 가스 냉매를 유입시켜서 압축기 내의 냉동기유의 온도를 상승시킬 수 있다. 이에 의해 냉매의 냉동기유에의 용해를 억제하여, 희석에 의한 냉동기유의 압축기 외부로의 배출량을 억제할 수 있다.As described above, in the two-way refrigerating cycle apparatus R of the present embodiment, when the outside air temperature is low and the dilution of the freezer oil is likely to occur, the high temperature
또한, 본 실시 형태에서의 2원 냉동 사이클 장치 R은, 외기 온도가 극히 낮은 상황 하에서는, 저온측 냉동 사이클 Rb의 바이패스 회로(16)도 개방함으로써, 저온측 사이클 Rb의 고압 이상을 방지할 수 있다.Further, in the two-way refrigeration cycle apparatus R in this embodiment, the
또한, 본 발명에 의한 2원 냉동 사이클 장치 R은, 온수 생성 장치에 한정되는 것은 아니며, 적용처에 따라서 구성되고, 전술한 실시 형태에 한정되지 않는다.Furthermore, the two-way refrigeration cycle apparatus R according to the present invention is not limited to the hot water generation apparatus, but is configured according to the application and is not limited to the above-described embodiments.
예를 들어, 저온측 냉동 사이클 Rb의 공기 열교환기(14) 대신에, 공장 등의 온배수로부터 열을 흡수하는 열교환기를 사용하면, 공기 열교환기(14)와 같이 열교환기 표면에 착상하는 일이 없기 때문에, 저온측 냉동 사이클 Rb를 역사이클로 하기 위한 사방 밸브(12)를 제거하는 것이 가능해진다.For example, if a heat exchanger that absorbs heat from the hot water of a factory or the like is used in place of the
또한, 고온측 냉동 사이클 Ra 및 저온측 냉동 사이클 Rb에서 사용되는 냉매는 R134a, R410A에 한정되지 않고, R32, R245fa, HFO-1234yf, HFO-1234ze 등의 냉매를 사용해도 좋다.The refrigerant used in the high temperature side refrigeration cycle Ra and the low temperature side refrigeration cycle Rb is not limited to R134a and R410A but may be a refrigerant such as R32, R245fa, HFO-1234yf and HFO-1234ze.
이상, 본 실시 형태를 설명했지만, 전술한 실시 형태는, 예로서 제시한 것이며, 실시 형태의 범위를 한정하는 것은 의도하지 않고 있다. 이 신규의 실시 형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허 청구 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다.Although the present embodiment has been described above, the above-described embodiment is presented as an example, and it is not intended to limit the scope of the embodiment. This new embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and alterations can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications fall within the scope and spirit of the invention, and are included in the scope of the invention as defined in the claims and their equivalents.
1: 고온측 압축기
2: 온수 열교환기
3: 고온측 팽창 장치
4: 캐스케이드 열교환기
5: 고온측 어큐뮬레이터
6: 고온측 바이패스 회로
7: 고온측 바이패스 밸브
Ra: 고온측 냉동 회로
11: 저온측 압축기
12: 사방 밸브
13: 저온측 팽창 장치
14: 공기 열교환기
15: 저온측 어큐뮬레이터
16: 저온측 바이패스 회로
17: 저온측 바이패스 밸브
18: 송수 펌프
Rb: 저온측 냉동 회로
K: 하우징
20: 제어부(제어 수단)
21, 22, 23: 인버터 장치1: High-temperature side compressor
2: Hot water heat exchanger
3: High-temperature side expansion device
4: Cascade heat exchanger
5: High-temperature side accumulator
6: High-temperature side bypass circuit
7: High temperature side bypass valve
Ra: High temperature side refrigeration circuit
11: Low-temperature side compressor
12: Four way valve
13: Low temperature side expansion device
14: Air heat exchanger
15: Low-temperature accumulator
16: Low-temperature side bypass circuit
17: Low temperature side bypass valve
18: water pump
Rb: Low temperature side freezing circuit
K: housing
20: control unit (control means)
21, 22, 23: inverter device
Claims (4)
고온측 압축기, 고온측 응축기, 고온측 팽창 장치, 캐스케이드 열교환기, 고온측 어큐뮬레이터를 고온측 냉매 배관을 통해서 연통하는 고온측 냉동 회로와,
저온측 압축기, 상기 캐스케이드 열교환기, 저온측 팽창 장치, 저온측 증발기, 저온측 어큐뮬레이터를 저온측 냉매 배관을 통해서 연통하는 저온측 냉동 회로와,
상기 고온측 압축기의 토출측과 상기 고온측 어큐뮬레이터의 입구측을 연락하는 고온측 바이패스 회로와,
상기 고온측 바이패스 회로에 설치된 고온측 바이패스 밸브와,
상기 저온측 압축기의 토출측과 상기 저온측 어큐뮬레이터의 입구측을 연락하는 저온측 바이패스 회로와,
상기 저온측 바이패스 회로에 설치된 저온측 바이패스 밸브와,
기동 시에, 외기 온도가 제1 온도 이하인 경우, 상기 고온측 바이패스 밸브를 개방하고, 외기 온도가 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도 이하인 경우, 또한 상기 저온측 바이패스 밸브를 개방하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 2원 냉동 사이클 장치.A two-way refrigeration cycle apparatus for producing high temperature water,
Temperature side refrigerant circuit for communicating the high-temperature side compressor, the high-temperature side condenser, the high-temperature side expansion device, the cascade heat exchanger, the high-temperature side accumulator,
A low-temperature-side refrigerant circuit communicating with the low-temperature-side refrigerant pipe through the low-temperature-side compressor, the cascade heat exchanger, the low-temperature-side expansion device,
A high temperature side bypass circuit for connecting the discharge side of the high temperature side compressor and the inlet side of the high temperature side accumulator,
A high temperature side bypass valve provided in the high temperature side bypass circuit,
A low-temperature side bypass circuit for connecting the discharge side of the low-temperature side compressor and the inlet side of the low-temperature side accumulator;
A low temperature side bypass valve provided in the low temperature side bypass circuit,
Wherein when the outside air temperature is equal to or lower than the first temperature, the control unit opens the high temperature side bypass valve and opens the low temperature side bypass valve when the outside air temperature is lower than the second temperature lower than the first temperature, And a second refrigerating cycle unit that is connected to the second refrigerating cycle unit.
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