KR20140022919A - 복합 이원 냉동 사이클 장치 - Google Patents

Abstract

고온측 압축기(5, 11)로부터 토출된 냉매를 물과 열교환하는 물·냉매 열교환기(2A, 2B)를 가지는 2개의 고온측 냉동 회로(R1a, R1b)와, 공기 열교환기(21, 28)로 이뤄지는 증발기를 가지는 2개의 저온측 냉동 회로(R2a, R2b)를 동일 하우징(K)에 탑재하는 동시에, 각각의 고온측 냉동 회로(R1a, R1b)가 캐스케이드 열교환기(9, 15)에 의해 2개의 저온측 냉동 회로(R2a, R2b)의 양쪽과 열교환 가능하게 구성되고, 고온측 냉동 회로(R1a, R1b)의 물·냉매 열교환기(2A, 2B)에 물 또는 온수를 유통시키는 온수 배관을 구비한다. 또한, 2개의 저온측 냉동 회로(R2a, R2b)는, 저온측 냉동 회로(R2a)가 공기 열교환기로 이뤄지는 증발기의 제상 운전을 행할 때, 저온측 냉동 회로(R2b)는 캐스케이드 열교환기(15)에서 방열을 실시하도록 제어되고, 구성의 간소화를 얻는 것과 동시에, 온수 배관(H)을 흐르는 물 또는 온수의 온도를 가능한 낮추지 않고 제상한다.

Description

복합 이원 냉동 사이클 장치{COMBINED BINARY REFRIGERATION CYCLE APPARATUS}

본 발명의 실시형태는, 2개의 고온측 냉동 회로와, 2개의 저온측 냉동 회로를, 동일 하우징에 탑재한 복합 이원 냉동 사이클 장치에 관한 것이다.

이원 냉동 사이클 장치는, 하우징에, 고온측 압축기, 사방 절환 밸브, 물·냉매 열교환기의 냉매측 유로, 고온측 팽창 장치, 캐스케이드 열교환기의 고온 냉매 유로를, 냉매관을 거쳐서 연통하는 고온측 냉동 회로와, 저온측 압축기, 사방 절환 밸브, 캐스케이드 열교환기의 저온 냉매 유로, 저온측 팽창 장치, 공기 열교환기를, 냉매관을 거쳐서 연통하는 저온측 냉동 회로와, 물·냉매 열교환기의 물측 유로에 펌프를 구비한 온수 배관이 접속된다.

저온측 냉동 회로의 저온측 압축기로부터 토출된 냉매는, 캐스케이드 열교환기의 저온 냉매 유로에 이끌려 응축열을 발생한다. 이 응축열을 고온측 냉동 회로에 있어서의 캐스케이드 열교환기의 고온 냉매 유로로 흡열하고, 물·냉매 열교환기의 냉매측 유로로 방열해서, 이 물·냉매 열교환기의 물측 유로에 접속하는 온수 배관 내의 물 또는 온수를 가온한다.

일본 특허 공개 공보 제 2007-198693 호에는, 이원 냉동 사이클 장치가 기재되어 있다.　

최근은, 보다 고효율의 가온을 이룰 수 있도록, 2개의 이원 냉동 사이클 장치를 온수 배관에 대해서 직렬 또는 병렬로 접속한 복합 이원 냉동 사이클 장치가 제공되게 하고 있다.

이 복합 이원 냉동 사이클 장치에서는, 저온측 냉동 회로에 증발기로서 공기 열교환기가 이용되고 있고, 여기에 이끌린 냉매는 외기와 열교환해서 증발한다. 그 때문에, 외기온이 극저온으로 되면 외기에 포함되는 수분이 동결해서 서리가 되고, 그대로 부착한다.

당연히, 제상이 필요로 된다. 제상 방식으로서는, 고온측 냉매 회로 및 저온측 냉동 회로의 각각의 사방 절환 밸브를 전환해서 행하는 역 사이클 제상이나, 저온측 냉동 회로의 압축기의 토출 냉매를, 캐스케이드 열교환기를 바이패스시켜 증발기에 이끄는 핫 가스 제상이 고려된다.

그러나, 전자의 경우에는, 이용측의 온수를 열원으로 하기 때문에 단시간에 제상을 완료할 수 있는 메리트는 있지만, 온수 출구 온도를 입구 온도보다 저하시켜 버린다고 하는 문제점이 있다. 후자의 경우에는, 상기 문제점은 생기지 않게는 하지만, 제상에 필요한 열원이 부족하기 때문에 제상 시간의 증대를 초래하여, 결과로서 온수를 가온할 수 없는 시간이 증가하는 문제점이 있다.

이러한 사정으로부터, 2개의 이원 냉동 사이클을 구비하고 있어도, 구성의 간소화를 얻는 것과 동시에, 온수 배관을 흐르는 물 또는 온수의 온도를 가능한 한 낮추지 않고, 게다가 단시간에 제상할 수 있는 복합 이원 냉동 사이클 장치가 바람직하다.

본 실시형태에서는, 고온측 압축기로부터 토출된 냉매와 물을 열교환하는 물·냉매 열교환기를 각각 갖는 2개의 고온측 냉동 회로와, 공기 열교환기로 이뤄지는 증발기를 각각 갖는 2개의 저온측 냉동 회로를 동일 하우징에 탑재하는 동시에, 각각의 고온측 냉동 회로가 캐스케이드 열교환기에 의해 2개의 저온측 냉동 회로의 양쪽과 열교환 가능하게 구성되고, 고온측 냉동 회로의 물·냉매 열교환기에 물 또는 온수를 유통시키는 온수 배관을 구비한다.

게다가, 상기 2개의 저온측 냉동 회로는, 한쪽의 저온측 냉동 회로가 공기 열교환기로 이뤄지는 증발기의 제상 운전을 실시할 때, 다른쪽의 저온측 냉동 회로는 캐스케이드 열교환기로 방열을 실시하도록 제어된다.

도 1은 제 1 실시형태와 관련되는, 복합 이원 냉동 사이클 장치의 냉동 사이클 구성도이다.
도 2는 제 2 실시형태와 관련되는, 복합 이원 냉동 사이클 장치의 냉동 사이클 구성도이다.
도 3은 제 3 실시형태와 관련되는, 복합 이원 냉동 사이클 장치의 냉동 사이클 구성도이다.
도 4는 제 4 실시형태와 관련되는, 복합 이원 냉동 사이클 장치의 냉동 사이클 구성도이다.
도 5는 각 실시형태에 이용되는, 캐스케이드 열교환기의 개략의 구성도이다.
도 6은 제 3, 제 4 실시형태에 이용되는, 물·냉매 열교환기의 개략의 구성도이다.
도 7은 각 실시형태에 이용되는, 냉매의 응축 온도와, 증발 온도와, 캐스케이드 온도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 각 실시형태에 이용되는, 고온측 냉매와, 저온측 냉매의, 냉동기유에의 상용성을 나타내는 도면이다.

이하, 본 실시형태를 도면에 의거해 설명한다.

도 1은 제 1 실시형태에 있어서, 예를 들어 급탕 시스템으로서 이용되는 복합 이원 냉동 사이클 장치의 냉동 사이클 구성도이다.

복합 이원 냉동 사이클 장치는, 동일의 하우징(K) 내에 탑재되는, 열매체인 물 또는 온수를 유통하는 온수 배관(H)과, 제 1 고온측 냉동 회로(R1a)와, 제 2 고온측 냉동 회로(R1b)와, 제 1 저온측 냉동 회로(R2a)와, 제 2 저온측 냉동 회로(R2b) 및 도시하지 않는 제어부로 구성된다.

온수 배관(H)은, 일 단부를 급수원, 저탕 탱크 또한 복수측(복귀측) 버퍼 탱크의 흡입부에 접속하고, 타단측은 저탕 탱크, 급탕 마개 또는 왕수측(이용측) 버퍼 탱크 등의 제품 출탕측에 접속된다.

하우징(K)내에 있어서, 온수 배관(H)에는 펌프(1)가 접속되는 동시에, 이 하류측에 소정 간격을 두고서 제 1 고온측 냉동 회로(R1a)에 있어서의 제 1 물·냉매 열교환기(2A)의 물측 유로(3a)와, 제 2 고온측 냉동 회로(R1b)에 있어서의 제 2 물·냉매 열교환기(2B)의 물측 유로(3b)가 접속된다.

상기 제 1 고온측 냉동 회로(R1a)는, 고온측 압축기(5)의 토출부로부터, 상기 제 1 물·열교환기(2A)에 있어서의 냉매측 유로(6)와, 고온측 리시버(7)와, 고온측 팽창 장치(8)와, 제 1 캐스케이드 열교환기(9)의 고온 냉매 유로(10)와, 상기 고온측 압축기(5)의 흡입부에 냉매관(P)을 거쳐서 순차 접속된다.

제 2 고온측 냉동 회로(R1b)는, 고온측 압축기(11)의 토출부로부터, 상기 제 2 물·열교환기(2B)에 있어서의 냉매측 유로(12)와, 고온측 리시버(13)와, 고온측 팽창 장치(14)와, 제 2 캐스케이드 열교환기(15)의 고온 냉매 유로(16)와, 상기 고온측 압축기(11)의 흡입부에 냉매관(P)을 거쳐서 순차 접속된다.

제 1 저온측 냉동 회로(R2a)에 있어서, 저온측 압축기(18)의 토출부는 사방 절환 밸브(19)의 제 1 포트에 냉매관(P)을 거쳐서 접속된다. 사방 절환 밸브(19)의 제 2 포트는 제 1 캐스케이드 열교환기(9)에 있어서의 제 1 저온 냉매 유로(20)에, 제 3 포트는 제 1 증발기인 제 1 공기 열교환기(21)에, 각각 냉매관(P)을 거쳐서 접속된다.

사방 절환 밸브(19)의 제 4 포트는, 어큐물레이터(22)와 저온측 압축기(18)의 흡입부에 직렬로 냉매관(P)을 거쳐서 접속된다.

한편, 제 1 캐스케이드 열교환기(9)에 있어서의 제 1 저온 냉매 유로(20)는, 저온측 리시버(23)와 저온측 팽창 장치(24)를 직렬로 구비한 냉매관(P)을 거쳐서 상기 공기 열교환기(21)에 접속된다. 상기 공기 열교환기(21)에 대향해서, 송풍 팬(F)이 배치된다.

제 2 저온측 냉동 회로(R2b)에 있어서, 저온측 압축기(25)의 토출부는 사방 절환 밸브(26)의 제 1 포트에 냉매관(P)을 거쳐서 접속된다. 사방 절환 밸브(26)의 제 2 포트는 제 2 캐스케이드 열교환기(15)에 있어서의 제 2 저온 냉매 유로(27)에, 제 3 포트는 제 2 증발기인 제 2 공기 열교환기(28)에 각각 냉매관(P)을 거쳐서 접속된다.

사방 절환 밸브(26)의 제 4 포트는, 어큐물레이터(29)와 저온측 압축기(25)의 흡입부에 직렬로 냉매관(P)을 거쳐서 접속된다.

한편, 상기 제 2 캐스케이드 열교환기(15)에 있어서의 제 2 저온 냉매 유로(27)는, 저온측 리시버(30)와 저온측 팽창 장치(31)를 직렬로 구비한 냉매관(P)을 거쳐서 상기 공기 열교환기(28)에 접속된다. 상기 공기 열교환기(28)에 대향해서 송풍 팬(F)이 배치된다.

제 1 캐스케이드 열교환기(9)와 제 2 캐스케이드 열교환기(15)를 구비한 것으로부터, 제 1 저온측 냉동 회로(R2a)에 있어서, 사방 절환 밸브(19)와 제 1 캐스케이드 열교환기(9)에 있어서의 제 1 저온 냉매 유로(20)를 연통하는 냉매관(P)과, 상기 제 1 저온 냉매 유로(20)와 저온측 리시버(23)를 연통하는 냉매관(P)의 각각으로부터 분기된 분기 냉매관(Pa)이, 제 2 캐스케이드 열교환기(15)에 있어서의 제 1 저온 냉매 유로(33)에 접속한다.

또한, 제 2 저온측 냉동 회로(R2b)에 있어서의 사방 절환 밸브(26)와 제 2 캐스케이드 열교환기(15)에 있어서의 제 2 저온 냉매 유로(27)를 연통하는 냉매관(P)과, 상기 제 2 저온 냉매 유로(27)와 저온측 리시버(30)를 연통하는 냉매관(P)의 각각으로부터 분기한 분기 냉매관(Pb)이, 제 1 캐스케이드 열교환기(9)에 있어서의 제 2 저온 냉매 유로(34)에 접속한다.

이와 같이 해서 구성되는 이원 냉동 사이클 장치에 있어서, 냉동 사이클 운전(가열 운전 모드) 개시의 지시를 받은 제어부는 후술하는 바와 같이 제어하고, 제 1 고온측 냉동 회로(R1a)와, 제 2 고온측 냉동 회로(R1b)와, 제 1 저온측 냉동 회로(R2a) 및 제 2 저온측 냉동 회로(R2b)에 냉매를 이끌어 순환시킨다.

즉, 상기 제 1 고온측 냉동 회로(R1a)에서는, 냉매가, 고온측 압축기(5)-제 1 물·냉매 열교환기(2A)에 있어서의 냉매측 유로(6)-고온측 리시버(7)-고온측 팽창 장치(8)-제 1 캐스케이드 열교환기(9)에 있어서의 고온 냉매 유로(10)-고온측 압축기(5)-의 순서로 이끌려 순환한다.

제 1 물·냉매 열교환기(2A)에 있어서의 냉매측 유로(6)가 응축기로서 작용하고, 제 1 캐스케이드 열교환기(9)에 있어서의 고온 냉매 유로(10)가 증발기로서 작용한다.

제 1 저온측 냉동 회로(R2a)에서는, 저온측 압축기(18)로부터 토출되는 냉매가, -사방 절환 밸브(19)-제 1 캐스케이드 열교환기(9)에 있어서의 제 1 저온 냉매 유로(20)-저온측 리시버(23)-저온측 팽창 장치(24)-제 1 공기 열교환기(21)-사방 절환 밸브(19)-어큐물레이터(22)-저온측 압축기(18)-의 순서로 이끌려 순환한다.

또한, 제 2 고온측 냉동 회로(R1b)에서는, 냉매가, 고온측 압축기(11)-제 2 물·냉매 열교환기(2B)에 있어서의 냉매측 유로(12)-고온측 리시버(13)-고온측 팽창 장치(14)-제 2 캐스케이드 열교환기(15)에 있어서의 고온 냉매 유로(16)-고온측 압축기(11)-의 순서로 이끌려 순환한다.

제 2 물·냉매 열교환기(2B)에 있어서의 냉매측 유로(12)가 응축기로서 작용하고, 제 2 캐스케이드 열교환기(15)에 있어서의 고온 냉매 유로(16)가 증발기로서 작용한다.

제 2 저온측 냉동 회로(R2b)에서는, 저온측 압축기(25)로부터 토출되는 냉매가, -사방 절환 밸브(26)-제 2 캐스케이드 열교환기(15)에 있어서의 제 2 저온 냉매 유로(27)-저온측 리시버(30)-저온측 팽창 장치(31)-제 2 공기 열교환기(28)-사방 절환 밸브(26)-어큐물레이터(29)-저온측 압축기(25)-의 순서로 이끌려 순환한다.

또한, 제 1 저온측 냉동 회로(R2a)에서는, 사방 절환 밸브(19)로부터 앞에서 분기하는 분기 냉매관(Pa)에 냉매가 이끌리고, 제 2 저온측 냉동 회로(R2b)의, 제 2 캐스케이드 열교환기(15)에 있어서의 제 1 저온 냉매 유로(33)를 순환한다.

또한, 제 2 저온측 냉동 회로(R2b)에서는, 사방 절환 밸브(26)로부터 앞에서 분기하는 분기 냉매관(Pb)에 냉매가 이끌리고, 제 1 저온측 냉동 회로(R2a)의, 제 1 캐스케이드 열교환기(9)에 있어서의 제 2 저온 냉매 유로(34)를 순환한다.

제 1 캐스케이드 열교환기(9)에 있어서, 제 1 저온 냉매 유로(20)와 제 2 저온 냉매 유로(34)가 응축기로서 작용하고, 상술과 같이 제 1 고온측 냉동 회로(R1a)의 고온 냉매 유로(10)가 증발기로서 작용한다. 즉, 제 1, 제 2 저온 냉매 유로(20, 34)에서 냉매가 응축해서 응축열을 방출하고, 그 응축열을 고온 냉매 유로(10)에 있어서 냉매가 흡열하면서 증발한다.

온수 배관(H)에 펌프(1)를 거쳐서 이끌리는 물은, 제 1 물·냉매 열교환기(2A)의 물측 유로(3a)에 있어서, 제 1 고온측 냉동 회로(R1a)에서 응축 작용을 이루는 제 1 물·냉매 열교환기(2A)의 냉매측 유로(6)로부터 고온의 응축열을 흡열하고, 고온도로 상승한다. 제 1 물·냉매 열교환기(2A)의 물측 유로(3a)에 있어서 고온화한 온수는 제 2 물·냉매 열교환기(2B)의 물측 유로(3b)에 이끌린다.

제 2 캐스케이드 열교환기(15)에 있어서, 제 1 저온 냉매 유로(33)와 제 2 저온 냉매 유로(27)가 응축기로서 작용하고, 상술과 같이 제 2 고온측 냉동 회로(R1b)의 고온 냉매 유로(16)가 증발기로서 작용한다. 즉, 제 1, 제 2 저온 냉매 유로(33, 27)에서 냉매가 응축해서 응축열을 방출하고, 그 응축열을 고온 냉매 유로(16)에 있어서 냉매가 흡열하면서 증발한다.

제 1 물·냉매 열교환기(2A)로부터 제 2 물·냉매 열교환기(2B)의 물측 유로(3b)에 이끌리는 온수는, 제 2 고온측 냉동 회로(R1b)에서 응축 작용을 이루는 제 1 물·냉매 열교환기(2B)의 냉매측 유로(12)로부터 고온의 응축열을 흡열하고, 고온도로 상승한다. 즉, 제 2 물·냉매 열교환기(2B)의 물측 유로(3b)에서, 설정 온도까지 상승한다.

제 2 물·냉매 열교환기(2B)로부터 나온 설정 온도로 상승한 온수는, 저탕 탱크, 급탕 마개, 또는 왕수측의 버퍼 탱크 등의 제품 출탕측에 이끌린다. 그리고, 다시 제 1, 제 2 물·냉매 열교환기(2A, 2B)에 이끌리고, 가열되어 저탕 탱크 또는 왕수측의 버퍼 탱크에 순환한다. 또는, 급탕 마개에 직접 급탕된다.

외기온이 극히 저온의 경우는, 제 1 저온측 냉동 회로(R2a)와 제 2 저온측 냉동 회로(R2b)의 증발기인 제 1, 제 2 공기 열교환기(21, 28)에 서리가 부착해서 열교환 효율이 저하한다. 여기서, 이들 제 1, 제 2 공기 열교환기(21, 28)의 제상 운전을 실시한다.

이 때, 제 1, 제 2 공기 열교환기(21, 28)의 제상 운전을 동시에 실시하는 것이 아니라, 예를 들어 제 1 저온측 냉동 회로(R2a)에 있어서의 제 1 공기 열교환기(21)의 제상 운전을 실시하고, 이 제상 종료후에 제 2 저온측 냉동 회로(R2b)에 있어서의 제 2 공기 열교환기(28)의 제상 운전을 실시하도록 한다.

반대로, 제 2 공기 열교환기(28)의 제상 운전을 실시하고, 이 제상 종료후에 제 1 공기 열교환기(21)의 제상 운전을 실시하도록 해도 좋다.

제 1 저온측 냉동 회로(R2a)에 있어서의 제 1 공기 열교환기(21)의 제상 운전을 먼저 실시하는 경우는, 제 1 저온측 냉동 회로(R2a)의 사방 절환 밸브(19)를 역 사이클로 전환한다. 제 2 저온측 냉동 회로(R2b)의 사방 절환 밸브(26)는 가열 운전의 그대로 좋다.

제 1 고온측 냉동 회로(R1a)의 압축기(5)와, 제 2 고온측 냉동 회로(R1b)의 압축기(11)는 정지, 또는 미속 운전된다. 가열 운전중의 제 2 저온측 냉동 회로(R2b)의 압축기(25)는, 운전 주파수를 올려서, 가열 능력의 증가를 도모한다.

이 상태에서는, 온수는 가열되지 않기 때문에 펌프(1)는 정지시킨다. 다만, 이용측의 요구 등에 의해 온수를 순환 계속할 필요가 있는 경우에는, 펌프(1)의 운전을 계속해도 좋다.

제 1 저온측 냉동 회로(R2a)에 있어서는, 저온측 압축기(18)로부터 토출되는 고온 고압의 냉매가, 사방 절환 밸브(19)를 거쳐서 직접, 제 1 공기 열교환기(21)에 이끌려 응축하고, 응축열을 방출해서 부착하고 있는 서리를 용해한다.

제 1 캐스케이드 열교환기(9)에 있어서의 제 1 저온 냉매 유로(20)와, 제 2 캐스케이드 열교환기(15)에 있어서의 제 1 저온 냉매 유로(33)에 있어서 냉매가 증발하지만, 제 2 저온측 냉동 회로(R2b)는 가열 운전을 계속하고 있기 때문에, 이러한 증발열에 상당하는 열량을, 제 1 캐스케이드 열교환기(9)에 있어서의 제 2 저온 냉매 유로(34)와, 제 2 캐스케이드 열교환기(15)에 있어서의 제 2 저온 냉매 유로(27)에 대해서, 응축열로 하는 형태로 계속 공급한다.

여기서, 제 1 고온측 냉동 회로(R1a)의 압축기(5)와, 제 2 고온측 냉동 회로(R1b)의 압축기(11)를 제상중에 정지시켰을 경우에는, 제 1 캐스케이드 열교환기(9)에 있어서의 제 1 저온 냉매 유로(20)와 제 2 저온 냉매 유로(34)는 인접하고 있지는 않기는 하지만, 열교환기의 플레이트에 형성된 돌기부끼리가 금속 접촉하고 있기 때문에, 플레이트 금속의 열전도에 의해 열의 수수가 가능하다.

또한, 제 2 캐스케이드 열교환기(15)에 있어서의, 제 1 저온 냉매 유로(33)와 제 2 저온 냉매 유로(27)에 대해서도 마찬가지이다.

또한, 제 1 고온측 냉동 회로(R1a)의 압축기(5)와, 제 2 고온측 냉동 회로(R1b)의 압축기(11)를, 제상중에 가열 운전으로 미속 운전시킨 경우에는, 제 1 캐스케이드 열교환기(9)에 있어서의 제 1 저온 냉매 유로(20)와 제 2 저온 냉매 유로(34)의 사이에 있는 제 1 고온 냉매 유로(10), 및 제 2 캐스케이드 열교환기(15)에 있어서의 제 1 저온 냉매 유로(33)와 제 2 저온 냉매 유로(27)의 사이에 있는 제 2 고온 냉매 유로(16)에 흐름이 생기기 때문에, 고온 냉매 유로(10 및 16) 내의 냉매의 상변화를 수반한 열의 수수도 가능해진다.

따라서, 제 1 캐스케이드 열교환기(9)와 제 2 캐스케이드 열교환기(15)에서는, 제상중의 제 1 저온측 냉동 회로(R2a)에 있어서의 제 1 저온 냉매 유로(20, 33)가, 가열 운전중의 제 2 저온측 냉동 회로(R2b)에 있어서의 제 2 저온 냉매 유로(34, 27)로부터 흡열해서 제상중의 2원 사이클을 구축한다.

이와 같이, 열의 공급원이 확보되고 있기 때문에, 단시간에 제상을 완료시킬 수 있다. 온수를 열원으로 하고 있지 않기 때문에, 제상중의 온수 배관(H)에 있어서의 온수의 극단적인 온도 저하를 방지할 수 있다.

또한, 펌프(1)의 정지가 가능하기 때문에, 가열되지 않는 온수의 유출을 방지할 수 있다. 다만, 이용측의 요구 등에 의해 온수를 계속 순환할 필요가 있는 경우에는, 펌프(1)의 운전을 계속해도 좋다.

제 1 공기 열교환기(21)의 제상이 종료되면, 제 2 공기 열교환기(28)의 제상으로 옮긴다. 즉, 제 1 저온측 냉동 회로(R2a)의 사방 절환 밸브(19)를 통상의 가열 운전으로 전환하고, 제 2 저온측 냉동 회로(R2b)의 사방 절환 밸브(26)를 역 사이클로 전환한다.

그리고, 각 냉동 회로(R1a, R1b, R2b, R2a)의 압축기(5, 11, 18, 25)를 상술과 같이 구동한다.

제 2 저온측 냉동 회로(R2b)에 있어서는, 저온측 압축기(25)로부터 토출되는 고온 고압의 냉매가, 사방 절환 밸브(26)를 거쳐서 직접, 제 2 공기 열교환기(28)에 이끌려 응축하고, 응축열을 방출해서 부착하고 있는 서리를 용해한다.

제 1 캐스케이드 열교환기(9)에 있어서의 제 2 저온 냉매 유로(34)와, 제 2 캐스케이드 열교환기(15)에 있어서의 제 2 저온 냉매 유로(27)에 대해 냉매가 증발하지만, 제 1 저온측 냉동 회로(R2a)는 가열 운전하고 있기 때문에, 이러한 증발열에 상당하는 열량을, 제 1 캐스케이드 열교환기(9)에 있어서의 제 1 저온 냉매 유로(20)와, 제 2 캐스케이드 열교환기(15)에 있어서의 제 1 저온 냉매 유로(33)에 대해서, 응축열로 하는 형태로 계속 공급한다.

여기서, 제 1 고온측 냉동 회로(R1a)의 압축기(5)와, 제 2 고온측 냉동 회로(R1b)의 압축기(11)를 제상중에 정지시켰을 경우, 및 가열 운전에서 미속 운전시켰을 경우의, 열의 수수의 형태에 대해서는, 이전에 설명한 것과 동일하기 때문에 생략한다.

따라서, 제 1 캐스케이드 열교환기(9)와 제 2 캐스케이드 열교환기(15)에서는, 제상중의 제 2 저온측 냉동 회로(R2b)에 있어서의 제 2 저온 냉매 유로(34, 27)가, 가열 운전중의 제 1 저온측 냉동 회로(R2a)에 있어서의 제 1 저온 냉매 유로(20, 33)로부터 흡열해서 제상중의 2원 사이클을 구축한다.

열의 공급원이 확보되어 있기 때문에, 단시간에서의 제상 완료를 가능하게 한다. 온수를 열원으로 하고 있지 않기 때문에, 제상중의 온수 배관(H)에 있어서의 온수의 극단적인 온도 저하를 방지할 수 있다. 펌프(1)의 정지가 가능하기 때문에, 가열되지 않은 온수의 유출을 방지할 수 있다. 다만, 이용측의 요구 등에 의해 온수를 계속 순환할 필요가 있는 경우에는, 펌프(1)의 운전을 계속해도 좋다.

이와 같이 해서 제 2 공기 열교환기(28)의 제상 운전이 종료되면, 제 2 저온측 냉동 회로(R2b)에 있어서 사방 절환 밸브(26)를 통상의 가열 운전으로 전환하고, 제 1 고온측 냉동 회로(R1a)의 압축기(5)와, 제 2 고온측 냉동 회로(R1b)의 압축기(11)와, 펌프(1)가 정지중이었다면, 펌프(1)를 구동하면 좋다.

따라서, 제 1, 제 2 고온측 냉동 회로(R1a, R1b)에 있어서는 사방 절환 밸브와 어큐물레이터를 필요하지 않게 해서, 구성의 간소화를 도모할 수 있다.

제상시에 열의 공급원을 확보할 수 있기 때문에, 단시간에 제상을 완료시킬 수 있다. 압축기를 필요 이상으로 온도 저하시키는 일이 없기 때문에, 제상후의 가열 운전 복귀시의 시작 능력이 빠르다. 또한, 온수를 열원으로 하지 않기 때문에, 제상시에 펌프를 정지시킬 수 있고, 설정 온도 이하의 온수가 유출하는 것을 방지할 수 있다.

도 2는 제 2 실시형태에 있어서의 복합 이원 냉동 사이클 장치의 냉동 사이클 구성도이다.

여기에서는, 온수 배관(H)의 구성이 제 1 실시형태에 있어서의 복합 이원 냉동 사이클 장치와는 상이하다. 다른 구성 부품은 제 1 실시형태에 있어서의 복합 이원 냉동 사이클 장치와 동일하고, 동일한 구성 부품에 부여되는 동일한 도면부호를 갖는 새로운 설명을 생략한다.

온수 배관(H)은, 일 단부를 급수원, 저탕 탱크 또한 복수측(복귀측) 버퍼 탱크의 흡입부에 접속해서 하우징(K)내로 연장되고, 여기서 펌프(1)가 접속된다. 펌프(1)로부터 앞에서 온수 배관(H)은 2개의 분기 온수 배관(Ha, Hb)으로 분기된다.

그 중의 1개의 분기 온수 배관(Ha)에 제 1 물·냉매 열교환기(2A)의 물측 유로(3a)가 접속되고, 다른쪽의 분기 온수 배관(Hb)에 제 2 물·냉매 열교환기(2B)의 물측 유로(3b)가 접속된다.

제 1 물·냉매 열교환기(2A)의 물측 유로(3a)에는 냉매측 유로(6)가 열교환 가능하게 일체적으로 설치된다. 제 2 물·냉매 열교환기(2B)의 물측 유로(3b)에는 냉매측 유로(12)가 열교환 가능하게 일체적으로 설치된다.

각 분기 온수 배관(Ha, Hb)은 제 1, 제 2 물·냉매 열교환기(2A, 2B)의 물측 유로(3a, 3b)가 접속한 뒤, 1개의 온수 배관(H)에 결정되고, 저탕 탱크, 급탕 마개 또는 왕수측(이용측) 버퍼 탱크 등의 제품 출탕측에 접속된다.

제 1 물·냉매 열교환기(2A)의 냉매측 유로(6)로부터 앞은, 상술의 제 1 고온측 냉동 회로(R1a)를 거쳐서 제 1 저온측 냉동 회로(R2a)와 제 2 저온측 냉동 회로(R2b)가 접속된다. 또한, 제 2 물·냉매 열교환기(2B)의 냉매측 유로(12)로부터 앞은, 상술의 제 2 고온측 냉동 회로(R1b)를 거쳐서 제 1 저온측 냉동 회로(R2a)와 제 2 저온측 냉동 회로(R2b)가 접속된다.

따라서, 상술의 가열 운전과 제상 운전을 한다.

도 3은, 제 3 실시형태에 있어서의 복합 이원 냉동 사이클 장치의 냉동 사이클 구성도이다. 이 제 3 실시형태에 있어서의 복합 이원 냉동 사이클 장치는 2개의 고온측 냉동 회로의 물·냉매 열교환기를 일체로 형성한 것이다.

여기에서는, 온수 배관(H)에 접속되는 물·냉매 열교환기(2)의 구성이, 제 1, 제 2 실시형태에 있어서의 복합 이원 냉동 사이클 장치와는 상이하다. 다른 구성 부품은 제 1, 제 2 실시형태에 있어서의 복합 이원 냉동 사이클 장치와 동일하고, 동일한 구성 부품에 부여되는 동일한 도면부호를 갖는 새로운 설명을 생략한다.

즉, 제 1, 제 2 실시형태에서 설명한 제 1 물·냉매 열교환기(2A)와 제 2 물·냉매 열교환기(2B)는 각각 제 1 고온측 냉동 회로(R1a)와 제 2 고온측 냉동 회로(R2b)에 대응해서 구비한다.

이것에 대해서 제 3 실시형태에 있어서의 물·냉매 열교환기(2)는, 온수 배관(H)에 접속되는 물측 유로(3)의 일면측에 제 1 고압측 냉동 회로(R1a)의 냉매측 유로(6a)가 위치하고, 다른면측에 제 2 고압측 냉동 회로(R1b)의 냉매측 유로(12a)가 위치한다.

이와 같이, 1개의 물·냉매 열교환기(2)에 3개의 유체를 흘리는 것이 가능하고, 구성의 간소화를 이룰 수 있다.

또한, 외기온이 상승하거나 가열 부하가 저하하거나 해서, 요구 능력이 저하했을 때에는, 제 1, 제 2 고온측 냉동 회로(R1a, R1b)의 고온측 압축기(5, 11)와, 제 1, 제 2 저온측 냉동 회로(R2a, R2b)의 저온측 압축기(18, 25)의 운전 주파수를 감단(減段)해서, 가열 능력을 저하시키게 된다.

그렇지만, 각 압축기(5, 11, 18, 25)를 하한 주파수 이하로 감단하는 것은 곤란하다. 거기서, 한층 더 가열 능력을 저하시킬 필요가 있는 경우는, 제 1 저온측 냉동 회로(R2a)와 제 2 저온측 냉동 회로(R2b)의, 어느 한쪽의 저온측 압축기(18, 25)를 정지한다.

이것으로, 제 1, 제 2 고온측 냉동 회로(R1a, R1b)에 있어서의 캐스케이드 열교환기(9, 15) 내부의 냉매의 포화 증발 온도 및 포화 응축 온도를 동시에 저하시킨다. 제 1, 제 2 고온측 냉동 회로(R1a, R1b)에 있어서의 압축기(5, 11)가 흡입하는 냉매 밀도도 저하시킨다.

이것에 의해, 제 1, 제 2 고온측 냉동 회로의 냉매 순환 양을 저하시켜서, 가열 능력의 새로운 저감을 가능하게 한다. 이와 같이 해서, 저부하시의 최저 용량 단수의 저감을 도모하는 것이 가능하게 된다.

도 4는 제 4 실시형태에 있어서의 복합 이원 냉동 사이클 장치의 냉동 사이클 구성도이다.

상세하게는, 도 3에 나타내는 복합 이원 냉동 사이클 장치를, 온수 배관(H)에 대해서 2개 직렬로 접속해서 이뤄진다. 즉, 온수 배관(H)에 접속되는 물측 유로(3)의 일면측에 제 1 고온측 냉동 회로(R1a)의 냉매측 유로(6a)가 위치하고, 다른면측에 제 2 고온측 냉동 회로(R1b)의 냉매측 유로(12a)가 위치하는 물·냉매 열교환기(2)를, 서로 소정 간격을 두고서 2세트 장착한다.

또한, 제 1 고온측 냉동 회로(R1a)에는, 제 1 캐스케이드 열교환기(9)에 있어서의 고온 냉매 유로(10)가 접속되고, 이 일면측에 제 1 저온측 냉동 회로(R2a)에 있어서의 제 1 저온 냉매 유로(20)가, 다른면측에 제 2 저온측 냉동 회로(R2b)에 있어서의 제 2 저온 냉매 유로(34)가 설치되는 것은 변화가 없다.

제 2 고온측 냉동 회로(R1b)에는, 제 2 캐스케이드 열교환기(15)에 있어서의 고온 냉매 유로(16)가 접속되고, 이 일면측에 제 1 저온측 냉동 회로(R2a)에 있어서의 제 1 저온 냉매 유로(33)가, 다른면측에 제 2 저온측 냉동 회로(R2b)에 있어서의 제 2 저온 냉매 유로(27)가 설치되는 것도 동일하다.

이와 같이 완전히 동일한 구성의 것을 온수 배관(H)에 대해서 2세트 구비하고, 각각이 일제히 구동하는 것에 의해, 급수원, 저탕 탱크 또 복수측(복귀측) 버퍼 탱크의 흡입부로부터 온수 배관(H)으로 이끌린, 1세트의 경우의 2배에 상당하는 유량의 물 또는 온수를 고온의 온수로 해서, 저탕 탱크, 급탕 마개 또는 왕수측(이용측) 버퍼 탱크 등의 제품 출탕측으로 출탕한다.

제상 운전은, 합계(4)의 저온측 냉동 회로(R2a, R2b)의 공기 열교환기(21, 28)를 1개씩 개별로 실시한다. 이 때, 온수 가열에 기여할 수 있는 가열 운전 계속중의 저온측 냉동 회로가 2개 존재한다.

즉, 예를 들어 펌프(1)의 토출부에 가까운 측에 있어서, 제 1 저온측 냉동 회로(R2a) 또는 제 2 저온측 냉동 회로(R2b)의 제상 운전중은, 펌프(1)의 토출부에 가까운 측에 있어서, 제 1 고온측 냉동 회로(R1a)와 제 2 고온측 냉동 회로(R1b)가 정지, 또는 미속 운전중에 있고, 온수 가열에 기여할 수 없다.

그렇지만, 펌프(1)의 토출측으로부터 먼 측에 있어서 제 1, 제 2 저온측 냉동 회로(R2a, R2b)를 가열 운전으로 하고, 펌프(1)의 토출측으로부터 먼 측에 있어서 제 1, 제 2 고온측 냉동 회로(R1a, R1b)를 운전으로 하는 것에 의해, 온수 배관(H)에서는 연속해서 열량의 취출이 가능하다.

또한, 펌프(1)의 토출부에서 먼 측의, 제 1 저온측 냉동 회로(R2a) 또는 제 2 저온측 냉동 회로(R2b)의 제상 운전중은, 펌프(1)의 토출부에 먼 측에 있어서, 제 1 고온측 냉동 회로(R1a)와 제 2 고온측 냉동 회로(R1b)가 정지, 또는 미속 운전중에 있고, 온수 가열에 기여할 수 없다.

그렇지만, 펌프(1)의 토출측으로부터 가까운 측에 있어서 제 1, 제 2 저온측 냉동 회로(R2a, R2b)를 가열 운전, 펌프(1)의 토출측으로부터 가까운 측에 있어서 제 1, 제 2 고온측 냉동 회로(R1a, R1b)를 운전으로 하는 것에 의해, 온수 배관(H)에서는 연속해서 열량의 취출이 가능하게 된다.

상기 펌프(1)에 인버터 타입을 채용했을 경우에는, 제상 운전시에 수량을 줄이는 것에 의해, 출구 수온을 일정하게 유지하는 것도 가능하다.

또한, 여기서 이용되는 제 1, 제 2 캐스케이드 열교환기(9, 15)는 고온 냉매 유로(10, 16)와, 제 1 저온 냉매 유로(20, 33) 및 제 2 저온 냉매 유로(34, 27)의, 3개의 유로가, 복수의 칸막이(플레이트)로 나누어진 공간부에서 형성되는 플레이트식 열교환기이다.

제 1, 제 2 캐스케이드 열교환기(9, 15)는 서로 동일한 구성이므로, 이하 제 1 캐스케이드 열교환기(9)를 적용해서, 도 5에 의거해 설명한다.

제 1 캐스케이드 열교환기(9)를 구성하는 기체(40)의 일측면에, 고온 냉매 도입구(40a)와 고온 냉매 도출구(40b)가 서로 이간한 단부에 설치된다. 고온 냉매 도입구(40a)에는 고온측 팽창 장치(8)에 연통하는 냉매관(P)이 접속되고, 고온 냉매 도출구(40b)에는 고온측 압축기(5)의 흡입부에 연통하는 냉매관(P)이 접속된다.

기체(40)내에, 고온 냉매 유로(10)가 구성된다. 고온 냉매 유로(10)는 고온 냉매 도입구(40a)와 고온 냉매 도출구(40b)에 접속하고, 서로 평행으로 단부가 폐색되는 주 유로(41a)와, 이들 주 유로(41a) 사이에 걸쳐서 연통되고, 서로 소정 간격을 두고서 평행한 복수의 고온 냉매 분기 유로(41b)로 이뤄진다.

기체(40)의 타측면에는, 제 1 저온 냉매 도입구(42a)와, 제 2 저온 냉매 도입구(43a)가 서로 인접한 위치에 설치된다. 게다가, 기체(40)의 동일 측면에서 이간한 위치에 제 1 저온 냉매 도출구(42b)와, 제 2 저온 냉매 도출구(43b)가 서로 인접한 위치에 설치된다.

제 1 저온 냉매 도입구(42a)에는, 제 1 저온측 냉동 회로(R2a)에 있어서의 사방 절환 밸브(19)의 제 2 포트와 연통하는 냉매관(P)이 접속된다. 제 1 저온 냉매 도출구(42b)에는, 동일 냉동 회로(R2a)에 있어서의 저온측 리시버(23)와 연통하는 냉매관(P)이 접속된다.

제 2 저온 냉매 도입구(43a)에는, 제 2 저온측 냉동 회로(R2b)에 있어서의 사방 절환 밸브(26)의 제 2 포트와 연통하는 냉매관(P)이 접속된다. 제 2 저온 냉매 도출구(43b)에는, 동일 냉동 회로(R2b)에 있어서의 저온측 리시버(30)와 연통하는 냉매관(P)이 접속된다.

기체(40)내에 있어서, 제 1 저온 냉매 도입구(42a)와 제 1 저온 냉매 도출구(42b)에 연통하는, 제 1 저온 냉매 유로(20)가 구성된다. 게다가, 제 2 저온 냉매 도입구(43a)와 제 2 저온 냉매 도출구(43b)에 연통하는, 제 2 저온 냉매 유로(34)가 구성된다.

제 1 저온 냉매 유로(20)는, 제 1 저온 냉매 도입구(42a)와 제 1 저온 냉매 도출구(42b)에 접속해서 서로 평행으로 단부가 폐색되는 주 유로(44a)와, 이들 주 유로(44a) 사이에 걸쳐서 연통되고, 서로 소정 간격을 두고서 평행한 복수의 제 1 저온 냉매 분기 유로(44b)로 이뤄진다.

제 2 저온 냉매 유로(34)는, 제 2 저온 냉매 도입구(43a)와 제 2 저온 냉매 도출구(43b)에 접속해서 서로 평행으로 단부가 폐색되는 주 유로(45a)와, 이들 주 유로(45a) 사이에 걸쳐서 연통되고, 서로 소정 간격을 두고서 평행한 복수의 제 2 저온 냉매 분기 유로(45b)로 이뤄진다.

결국, 기체(40)내에 있어서, 고온 냉매 유로(10)를 구성하는 고온 냉매 분기 유로(41b)와, 제 1 저온 냉매 유로(20)를 구성하는 제 1 저온 냉매 분기 유로(44b) 및 제 2 저온 냉매 유로(34)를 구성하는 제 2 저온 냉매 분기 유로(45b)는 서로 소정 간격을 두고서 평행으로 설치된다.

환언하면, 고온 냉매 분기 유로(41b)를 협지해서, 일면측에 제 1 저온 냉매 분기 유로(44b)가, 다른면측에 제 2 저온 냉매 분기 유로(45b)가 설치되고, 제 1, 제 2 저온 냉매 분기 유로(44b, 45b)가 고온 냉매 분기 유로(41b)에 대해서 교대로 위치한다.

이와 같이 해서 구성되는 제 1 캐스케이드 열교환기(9)이며, 고온측 냉동 회로(R1a)에 있어서, 고온 냉매 도입구(40a)로부터 고온 냉매 유로(10)에 이끌린 고온 냉매는, 한쪽의 주 유로(41a)로부터 복수의 고온 냉매 분기 유로(41b)에 분류되고, 다시 다른쪽의 주 유로(41a)에 집류되어서 고온 냉매 도출구(40b)로부터 도출된다.

제 1 저온측 냉동 회로(R2a)에서는, 제 1 저온 냉매 도입구(42a)로부터 제 1 저온 냉매 유로(20)에 이끌린 저온 냉매는, 한쪽의 주 유로(44a)로부터 복수의 제 1 저온 냉매 분기 유로(44b)에 분류되고, 다시 다른쪽의 주 유로(44a)에 집류되어서 제 1 저온 냉매 도출구(42b)로부터 도출된다.

제 2 저온측 냉동 회로(R2b)로부터 분류한 냉매는, 제 2 저온 냉매 도입구(43a)로부터 제 2 저온 냉매 유로(34)를 구성하는, 한쪽의 주 유로(45a)로부터 복수의 제 2 저온 냉매 분기 유로(45b)에 분류되고, 다시 다른쪽의 주 유로(45a)에 집류되어서 제 2 저온 냉매 도출구(43b)로부터 도출된다.

즉, 제 1 캐스케이드 열교환기(9)에 있어서, 평행한 복수의 고온 냉매 분기 유로(41b)에 대해서, 제 1 저온 냉매 분기 유로(44b)와 제 2 저온 냉매 분기 유로(45b)가 교대로, 또한 서로 칸막이를 협지해서 설치되게 된다.

제 1 캐스케이드 열교환기(9)를 구성하는 기체(40)와, 각 유로를 분할하는 칸막이의 소재는 열전도성이 우수한 것이 이용되고 있다. 제 1 캐스케이드 열교환기(9)의 이상 설명한 유로 구성과, 구성 소재의 선택에 의해, 고온 냉매와 제 1 저온 냉매 및 제 2 저온 냉매는 효율 좋게 열교환하고, 열교환 효율의 향상을 얻을 수 있다.

또한, 고온 냉매 도입구(40a)와, 고온 냉매 도출구(40b)와, 제 1 저온 냉매 도입구(42a)와, 제 2 저온 냉매 도입구(43a)와, 제 1 저온 냉매 도출구(42b) 및 제 2 저온 냉매 도출구(43b)는, 각각 기체(40)의 어느 하나의 측면에 설치해도 좋고, 하등 제한은 없다.

예를 들면, 고온 냉매 도입구(40a)와, 고온 냉매 도출구(40b)와, 제 1 저온 냉매 도입구(42a)와, 제 2 저온 냉매 도입구(43a)와, 제 1 저온 냉매 도출구(42b) 및 제 2 저온 냉매 도출구(43b)를 모두 기체(40)의 동일한 측면에 설치해도 좋다.

도 6은 제 3, 제 4 실시형태에 이용되는 물·냉매 열교환기(2)의 개략 구성을 나타낸다. 즉, 물·냉매 열교환기(2)는 물측 유로(3)와, 제 1 냉매측 유로(6a) 및 제 2 냉매측 유로(12a)의 3개의 유로가 복수의 칸막이(플레이트)로 나누어진 공간부에서 형성되는 플레이트식 열교환기이다.

또한 설명하면, 물·냉매 열교환기(2)를 구성하는 기체(50)의 일측면에, 물 도입구(51a)와 물 도출구(51b)가 서로 이간한 단부에 설치된다. 물 도입구(51a)에는 펌프(1)에 연통하는 온수 배관(H)이 접속되고, 물 도출구(51b)에는 저탕 탱크, 급탕 마개 또는 왕수측(이용측) 버퍼 탱크 등의 제품 출탕측에 연통하는 온수 배관(H)이 접속된다.

기체(50)내에, 물측 유로(3)가 구성된다. 물측 유로(3)는, 물 도입구(51a)와 물 도출구(51b)에 접속하고, 서로 평행으로 단부가 폐색되는 주 유로(52a)와, 이들 주 유로(52a) 사이에 걸쳐서 연통되고, 서로 소정 간격을 두고서 평행한 복수의 물측 분기 유로(52b)로 이뤄진다.

기체(50)의 타측면에는, 제 1 고온 냉매 도입구(53a)와, 제 2 고온 냉매 도입구(54a)가, 서로 인접한 위치에 설치된다. 또한, 기체(50)의 동일 측면에서 이간한 위치에 제 1 고온 냉매 도출구(53b)와, 제 2 고온 냉매 도출구(54b)가, 서로 인접한 위치에 설치된다.

제 1 고온 냉매 도입구(53a)에는, 제 1 고온측 냉동 회로(R1a)에 있어서의 고온측 압축기(5)와 연통하는 냉매관(P)이 접속된다. 제 1 고온 냉매 도출구(53b)에는, 동일 냉동 회로(R1a)에 있어서의 리시버(7)와 연통하는 냉매관(P)이 접속된다.

제 2 고온 냉매 도입구(54a)에는, 제 2 고온측 냉동 회로(R1b)에 있어서의 고온측 압축기(11)와 연통하는 냉매관(P)이 접속된다. 제 2 고온 냉매 도출구(54b)에는, 동일 냉동 회로(R1b)에 있어서의 고온측 리시버(13)와 연통하는 냉매관(P)이 접속된다.

기체(50)내에 있어서, 제 1 고온 냉매 도입구(53a)와 제 1 고온 냉매 도출구(53b)에 연통하는, 제 1 냉매측 유로(6a)가 구성된다. 또한, 제 2 고온 냉매 도입구(54a)와 제 2 고온 냉매 도출구(54b)에 연통하는, 제 2 냉매측 유로(12a)가 구성된다.

제 1 냉매측 유로(6a)는, 제 1 고온 냉매 도입구(53a)와 제 1 고온 냉매 도출구(53b)에 접속해서 서로 평행으로 단부가 폐색되는 주 유로(55a)와, 이들 주 유로(55a) 사이에 걸쳐서 연통되고, 서로 소정 간격을 두고서 평행한 복수의 제 1 고온 냉매 분기 유로(55b)로 이뤄진다.

제 2 냉매측 유로(12a)는, 제 2 고온 냉매 도입구(54a)와 제 2 고온 냉매 도출구(54b)에 접속해서 서로 평행으로 단부가 폐색되는 주 유로(56a)와, 이들 주 유로(56a) 사이에 걸쳐서 연통되고, 서로 소정 간격을 두고서 평행한 복수의 제 2 고온 냉매 분기 유로(56b)로 이뤄진다.

결국, 기체(50)내에 있어서, 물측 유로(3)를 구성하는 물측 분기 유로(52b)와, 제 1 냉매측 유로(6a)를 구성하는 제 1 고온 냉매 분기 유로(55b) 및 제 2 냉매측 유로(12a)를 구성하는 제 2 고온 냉매 분기 유로(56b)는, 서로 소정 간격을 두고서 평행으로 설치된다.

환언하면, 물측 분기 유로(52b)를 협지해서, 일면측에 제 1 고온 냉매 분기 유로(55b)가, 다른면측에 제 2 고온 냉매 분기 유로(56b)가 설치되고, 제 1, 제 2 고온 냉매 분기 유로(55b, 56b)가 물측 분기 유로(52b)에 대해서 교대로 위치한다.

이와 같이 해서 구성되는 물·냉매 열교환기(2)이며, 온수 배관(H)으로부터 물측 유로(3)에 이끌린 물 또는 온수는, 한쪽의 주 유로(52a)로부터 복수의 물측 분기 유로(52b)에 분류되고, 다시 다른쪽의 주 유로(52a)에 집류되어서 수측 도출구(51b)로부터 도출된다.

제 1 고온측 냉동 회로(R1a)에서는, 제 1 고온 냉매 도입구(53a)로부터 고온 냉매 유로(6a)에 이끌린 고온 냉매는, 한쪽의 주 유로(55a)로부터 복수의 제 1 고온 냉매 분기 유로(55b)에 분류되고, 다시 다른쪽의 주 유로(55a)에 집류되어서 제 1 고온 냉매 도출구(53b)로부터 도출된다.

제 2 고온측 냉동 회로(R1b)에서는, 제 2 고온 냉매 도입구(54a)로부터 고온 냉매 유로(12a)에 이끌린 고온 냉매는, 한쪽의 주 유로(56a)로부터 복수의 제 2 고온 냉매 분기 유로(56b)에 분류되고, 다시 다른쪽의 주 유로(56a)에 집류되어서 제 2 고온 냉매 도출구(54b)로부터 도출된다.

즉, 물·냉매 열교환기(2)에 있어서, 평행한 복수의 물측 분기 유로(52b)에 대해서, 제 1 고온 냉매 분기 유로(55b)와 제 2 고온 냉매 분기 유로(56b)가 교대로, 또한 서로 칸막이를 협지해서 설치되게 된다.

물·냉매 열교환기(2)를 구성하는 기체(50)와, 각 유로를 분할하는 칸막이의 소재는 열전도성이 뛰어난 것이 이용되고 있다. 물·냉매 열교환기(2)의 이상 설명한 유로 구성과, 구성 소재의 선택에 의해, 물 또는 온수와 2개의 고온 냉매는 효율 좋게 열교환하고, 열교환 효율의 향상을 얻을 수 있다.

또한, 수측 도입구(51a)와, 수측 도출구(51b)와, 제 1 고온 냉매 도입구(53a)와, 제 2 고온 냉매 도입구(54a)와, 제 1 고온 냉매 도출구(53b) 및 제 2 고온 냉매 도출구(54b)는, 각각, 기체(50)의 어느 하나의 측면에 설치해도 좋고, 하등 제한은 없다.

예를 들면, 수측 도입구(51a)와, 수측 도출구(51b)와, 제 1 고온 냉매 도입구(53a)와, 제 2 고온 냉매 도입구(54a)와, 제 1 고온 냉매 도출구(53b) 및 제 2 고온 냉매 도출구(54b)를, 모두 기체(50)의 동일한 측면에 설치해도 좋다.

도 4의 복합 이원 냉동 사이클 장치에 있어서, 외기온이 상승하거나 가열 부하가 저하하거나 해서, 요구 능력이 저하했을 때에는, 각 고온측 냉동 회로(R1a, R1b)와, 각 저온측 냉동 회로(R2a, R2b)에 있어서의 압축기(5, 11, 18, 21)의 운전 주파수를 감단해서 가열 능력을 저하시키게 된다.

그렇지만, 각 압축기(5, 11, 18, 21)의 하한 주파수 이하로 감단하는 것은 곤란하다.

거기서, 한층 더 가열 능력을 저하시킬 필요가 있는 경우에는, 1스텝으로서 펌프(1)로부터 먼 쪽의, 제 1 저온측 냉동 회로(R2a)에 있어서의 저온측 압축기(18) 또는 제 2 저온측 냉동 회로(R2b)에 있어서의 저온측 압축기(25)의 어느 한쪽을 정지시킨다.

이것에 의해, 펌프(1)로부터 먼 쪽의, 제 1 고온측 냉동 회로(R2a)와 제 2 고온측 냉동 회로(R2b)에 있어서의 캐스케이드 열교환기(9, 15) 내부의 냉매의 포화 증발 온도 및 포화 응축 온도를 동시에 저하시킨다.

또한, 제 1, 제 2 고온측 냉동 회로(R1a, R1b)에 있어서의 압축기(5, 11)가 흡입하는 냉매 밀도를 저하시키게 되고, 제 1, 제 2 고온측 냉동 회로(R1a, R1b)의 냉매 순환 양을 저하하게 해서, 가열 능력의 새로운 저감을 가능하게 한다.

2스텝으로서 펌프(1)에 가까운 측의, 제 1 저온측 냉동 회로(R2a)에 있어서의 저온측 압축기(18) 또는 제 2 저온측 냉동 회로(R2b)에 있어서의 저온측 압축기(25)의 어느 한쪽을 정지시킨다.

이것에 의해, 펌프(1)에 가까운 측의 제 1 고온측 냉동 회로(R1a)와 제 2 고온측 냉동 회로(R1b)에 있어서의 캐스케이드 열교환기(9, 15) 내부의 냉매의 포화 증발 온도 및 포화 응축 온도를 동시에 저하시키고, 제 1, 제 2 고온측 냉동 회로(R1a, R1b)에 있어서의 압축기(5, 11)가 흡입하는 냉매 밀도를 저하시키는 것에 의해, 제 1, 제 2 고온측 냉동 회로의 냉매 순환 양을 저하하게 해서, 가열 능력의 새로운 저감을 가능하게 한다.

3스텝으로서 펌프(1)에 먼 측의 제 1, 제 2 고온측 냉동 회로(R1a, R1b)에 있어서의 고온측 압축기(5, 11)와, 운전을 계속하고 있던 제 1 저온측 냉동 회로(R2a)에 있어서의 저온측 압축기(18), 또는 제 2 저온측 냉동 회로(R2b)에 있어서의 저온측 압축기(25)를 정지시킨다(즉, 펌프(1)에 먼 측의 고온측과 저온측의 냉동 회로가 모두 정지된다). 또는, 펌프(1)에 가까운 측의 고온측과 저온측의 냉동 회로를 모두 정지시킨다.

이와 같이 해서, 가열 능력의 새로운 저감을 가능하게 했다. 즉, 저부하시의 최저 용량 단수의 저감을 도모할 수 있다.

또한, 도 7에 나타내듯이, 이원 냉동 사이클 장치에서는, 저온측 냉동 회로보다 고온측 냉동 회로에서의 냉매의 응축 온도가 높아진다. 그 때문에, 저온측 냉매로서 R410A를 이용했을 경우, 고온측 냉매에서는 이것보다 동등 온도에서 압력이 낮은 냉매인, 고비등점의 냉매를 선택할 필요가 있다.

그렇게 하는 것에 의해, 저온측 냉동 회로와 고온측 냉동 회로에서 응축 온도가 상이해도, 그 압력은 그만큼 상위는 없고, 동등 정도의 내압인 냉동 사이클 부품으로, 고온측·저온측 냉동 회로를 구성 할 수 있고, 코스트적으로도 유리하게 된다.

또한, 냉동기유에의 냉매의 용해도는, 냉동기유의 온도가 오르는 것으로 저하하지만, 압력이 오르는 것도 상승한다. 실제의 운전시에는, 응축 온도(압력)와 유온에는 상관 관계가 있고, 응축 온도와 함께 유온도 상승하기 때문에, 도 8에 나타내는 바와 같이 R410A 냉매와 에스테르유의 조합의 경우는, 냉매 용해도는 별로 변화하지 않는다.

그러나, R134a 냉매와 에스테르유의 조합의 경우는, 유온이 높은 것에 의한 오일(油) 자체의 동점도 저하가 있고, 냉동기유에의 상용성이 좋은 것에 의한 오일에의 냉매 용해도 대(大)에 의해, R410A 사이클에 대해서 R134a 사이클의 냉동기유의 동점도는 현저하게 낮다. 따라서, 상기의 결과에 의해 R134a 사이클은, 토유량이 증가하고, 또한 냉동기유의 동점도 저하에 의한 유막 형성의 부족에 의해 압축기의 윤활 부족을 일으키는 염려가 있다.

이것을 해결하기 위해서는, 고온측 압축기(5, 11)에서 사용하는 냉동기유의 동점도를 올리거나, 고온측 냉매의 고온측 냉동기유에의 상용성을 내리면 좋다. 동점도를 올리는 것에 의해, 냉매가 용해해도, 어느 정도의 동점도를 확보할 수 있고, 그 결과 토유량은 저하한다.

또한, 상용성을 내리는 것에 의해, 냉매 용해도를 줄일 수 있고, 실운전 상태에서의 동점도를 어느 정도 높게 유지할 수 있고, 결과적으로 토유량은 저하한다. 따라서, 오일 회수 운전과 같은 특수한 운전을 실시할 필요가 없어진다.

즉, 이러한 고온측 압축기(5, 11)와, 저온측 압축기(18, 25)에 봉입되는 냉 동기유의 40℃에 있어서의 동점도는, 고온측 압축기>저온측 압축기로 한다. 실사용 영역에서의 점도 저하를 억제하고, 성능 저하를 최소한으로 억제할 수 있다.

또한, 고온측 압축기(5, 11)와, 저온측 압축기(18, 25)에 봉입되는 냉동기유는, 각각의 냉매의 오일에의 용해도가, 동등의 온도와 압력에서, 고온측 압축기<저온측 압축기로 한다. 실사용 영역에서의 점도 저하·토유량의 증가를 억제하고, 성능 저하를 최소한으로 억제할 수 있다.

이상, 본 실시형태를 설명했지만, 상술의 실시형태는, 예로서 제시한 것이며, 실시형태의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이 신규한 실시형태는, 그 외의 여러가지 형태로 실시되는 것이 가능하고, 요지를 일탈하지 않는 범위로 여러 가지의 생략, 치환, 변경을 실시할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함되는 동시에, 특허 청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다.

Claims (4)

1. 고온측 압축기로부터 토출된 냉매를 물과 열교환하는 물·냉매 열교환기를 각각 갖는 2개의 고온측 냉동 회로와, 공기 열교환기로 이뤄지는 증발기를 각각 갖는 2개의 저온측 냉동 회로를 동일 하우징에 탑재하는 동시에, 상기 각각의 고온측 냉동 회로가 캐스케이드 열교환기에 의해 상기 2개의 저온측 냉동 회로의 양쪽과 열교환 가능하게 구성되고, 상기 고온측 냉동 회로의 물·냉매 열교환기의 물측 유로에 물 또는 온수를 유통시키는 온수 배관을 구비한 복합 이원 냉동 사이클 장치에 있어서,
   상기 2개의 저온측 냉동 회로는, 한쪽의 저온측 냉동 회로가 그 증발기의 제상 운전을 실시할 때, 다른쪽의 저온측 냉동 회로는 상기 캐스케이드 열교환기에서 방열을 실시하도록 제어되는 것을 특징으로 하는
   복합 이원 냉동 사이클 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 캐스케이드 열교환기는, 고온측 냉동 회로에 연통하는 고온 냉매 유로와, 한쪽의 저온측 냉동 회로에 연통하는 제 1 저온 냉매 유로와, 다른쪽의 저온측 냉동 회로에 연통하는 제 2 저온 냉매 유로를 구비하는 동시에, 상기 고온 냉매 유로의 일면측에 제 1 저온 냉매 유로를 배치하고, 타면측에 제 2 저온 냉매 유로를 배치한 플레이트식 열교환기에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는
   복합 이원 냉동 사이클 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 2개의 고온측 냉동 회로의 물·냉매 열교환기는 일체로 형성되는 동시에,
   상기 온수 배관에 접속하는 물측 유로와, 한쪽의 고온측 냉동 회로에 연통하는 제 1 냉매측 유로와, 다른쪽의 고압측 냉동 회로에 연통하는 제 2 냉매측 유로를 구비하고,
   상기 물측 유로의 일면측에 제 1 냉매측 유로를 배치하고, 다른면측에 제 2 냉매측 유로를 배치한 플레이트식 열교환기에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는
   복합 이원 냉동 사이클 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   외기온이 상승하거나 가열 부하가 저하하거나 해서, 요구 능력이 저하했을 때에, 제 1 저온측 냉동 회로 또는 제 2 저온측 냉동 회로에 있어서의 저온측 압축기의 어느 한쪽을 정지하는 것에 의해, 제 1 고온측 냉동 회로와 제 2 고온측 냉동 회로의 캐스케이드 열교환기 온도를 동시에 저하시키고, 가열 능력의 저하를 얻도록 제어되는 것을 특징으로 하는
   복합 이원 냉동 사이클 장치.

Images