WO2015121992A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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WO2015121992A1
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refrigerant
expansion valve
compressor
condenser
degree
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PCT/JP2014/053557
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悟 梁池
加藤 央平
大林 誠善
仁隆 門脇
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration cycle apparatus having a refrigerant circuit in which a refrigerant circulates and a heat medium passage through which a heat medium flows, and heat exchange between the refrigerant and the heat medium.
  • a high pressure switch that stops protection of the compressor
  • a high pressure sensor that detects the high pressure of the refrigerant circuit or its pressure saturation temperature
  • High pressure control means for performing high pressure protection control.
  • the high pressure control means which calculates
  • the refrigerant circuit In a refrigeration cycle apparatus in which heat exchange between the heat medium (for example, water) flowing through the heat medium flow path and the refrigerant flowing through the condenser of the refrigerant circuit is performed, the refrigerant circuit The condensation temperature is controlled.
  • the set temperature of the heat medium is high, there is a problem that the pressure (high pressure) of the refrigerant discharged from the compressor of the refrigerant circuit increases as the condensation temperature increases.
  • the coefficient of performance (COP: Coefficient Of Performance) is lowered due to an increase in the condensation temperature and an increase in the high pressure.
  • Patent Document 1 calculates an average of a plurality of detected pressures by a high-pressure sensor in order to suppress frequent stoppage in high-pressure protection, and high-pressure protection control works when the average value exceeds a threshold value. I am doing so. However, since the high pressure protection is entered when the average pressure reaches a predetermined value, high pressure suppression is not fundamentally achieved.
  • the present invention has been made against the background of the above problems, and provides a refrigeration cycle apparatus capable of suppressing an increase in the pressure of the refrigerant accompanying an increase in the set temperature of the heat medium.
  • a refrigeration cycle apparatus includes a first refrigerant circuit in which a first compressor, a first condenser, a first expansion valve, and a first evaporator are connected by piping, and a refrigerant circulates; a second compressor;
  • the second condenser, the second expansion valve, and the second evaporator are connected by piping, and include a second refrigerant circuit through which the refrigerant circulates, and a heat medium flow path through which the heat medium flows
  • the first refrigerant circuit includes A first internal heat exchanger provided between the first condenser and the first expansion valve and a flow path between the first internal heat exchanger and the first expansion valve, Provided between the first bypass pipe that joins the suction side of the first compressor, the third expansion valve provided in the first bypass pipe, and the first evaporator and the first compressor.
  • a first gas-liquid separator wherein the first internal heat exchanger includes the refrigerant that has flowed out of the first condenser, and the first bypass pipe.
  • the second refrigerant circuit is provided between the second condenser and the second expansion valve, and exchanges heat with the refrigerant that has flowed in and expanded by the third expansion valve, and the second refrigerant circuit is provided between the second condenser and the second expansion valve.
  • a second bypass pipe that branches the flow path between the second internal heat exchanger and the second expansion valve and joins to the suction side of the second compressor, and the second bypass pipe.
  • a fourth expansion valve, and a second gas-liquid separator provided between the second evaporator and the second compressor, and the second internal heat exchanger includes the second condenser Heat exchange between the refrigerant flowing out from the refrigerant and the refrigerant flowing into the second bypass pipe and expanded by the fourth expansion valve, the first condenser and the second condenser are the heat medium and the It is configured by a heat exchanger that performs heat exchange with the refrigerant, and is connected in series along the flow of the heat medium in the heat medium flow path. Than is.
  • the first condenser and the second condenser are connected in series along the flow of the heat medium in the heat medium flow path. For this reason, the rise in the pressure of the refrigerant accompanying the rise in the set temperature of the heat medium can be suppressed.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 3 is a ph diagram of the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1 in a first operation mode.
  • FIG. 5 is a ph diagram of the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1 in a second operation mode.
  • 3 is a configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 2.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 3.
  • FIG. ⁇ Configuration> 1 is a configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 for example, water (antifreeze), brine, or other fluid (hereinafter referred to as water) that serves as a heat transfer medium (heat medium) in air conditioning or the like is supplied with load (cooling and heating). Target).
  • water antioxidant, brine, or other fluid
  • load cooling and heating
  • Target heat transfer medium
  • description will be made assuming that water is heated.
  • the refrigeration cycle apparatus includes a first refrigerant circuit 30a located on the downstream side with respect to the flow of water in the water flow path 20, and an upstream side from the first refrigerant circuit 30a.
  • the second refrigerant circuit 30b has two refrigerant circuits.
  • the water channel 20 is constituted by piping or the like, and becomes a channel through which water flows.
  • water may be circulated by connecting the pipe of the water channel 20 in a ring shape.
  • the water flow path 20 is provided with a pump 8 that delivers water.
  • the water channel 20 corresponds to the “heat medium channel” in the present invention.
  • the first refrigerant circuit 30a includes a first internal heat exchanger 3a, a first bypass pipe 7a, a third expansion valve 6a, a first gas-liquid separator 9a, and a pressure sensor 10a. .
  • the second refrigerant circuit 30b includes a second internal heat exchanger 3b, a second bypass pipe 7b, a fourth expansion valve 6b, a second gas-liquid separator 9b, and a pressure sensor 10b. .
  • the first compressor 1a and the second compressor 1b apply pressure to the sucked refrigerant and discharge it.
  • the first compressor 1 a and the second compressor 1 b can arbitrarily change the drive frequency based on a command signal sent from the control device 100.
  • the 1st condenser 2a and the 2nd condenser 2b are comprised by the heat exchanger which heat-exchanges a refrigerant
  • the first condenser 2a and the second condenser 2b are, for example, plate heat exchangers.
  • the 1st condenser 2a and the 2nd condenser 2b condense the refrigerant
  • the first condenser 2 a and the second condenser 2 b are connected in series along the flow of water in the water flow path 20.
  • the 1st condenser 2a is connected to the downstream of the 2nd condenser 2b with respect to the flow of water. That is, the water flowing through the water flow path 20 flows into the second condenser 2b, flows in from the second condenser 2b, and then flows into the first condenser 2a.
  • the first expansion valve 4a and the second expansion valve 4b are valves that depressurize the refrigerant.
  • the first expansion valve 4 a and the second expansion valve 4 b are electronic expansion valves whose opening degree can be adjusted based on a command signal from the control device 100, for example.
  • the first evaporator 5a and the second evaporator 5b perform heat exchange between air and a refrigerant, for example, to evaporate the refrigerant and bring it into a gas phase state.
  • the first internal heat exchanger 3a is provided between the first condenser 2a and the first expansion valve 4a.
  • the first bypass pipe 7a branches the refrigerant flow path between the first internal heat exchanger 3a and the first expansion valve 4a, and joins the suction side of the first compressor 1a.
  • the third expansion valve 6a is provided in the first bypass pipe 7a. The first internal heat exchanger 3a exchanges heat between the refrigerant flowing out of the first condenser 2a and the refrigerant flowing into the first bypass pipe 7a and expanded by the third expansion valve 6a.
  • the first gas-liquid separator 9a is provided between the first evaporator 5a and the first compressor 1a, and separates the refrigerant flowing from the first evaporator 5a into a gas phase and a liquid phase, and is in a gas phase state.
  • the refrigerant flows out to the first compressor 1a.
  • the pressure sensor 10a detects the pressure (discharge pressure) of the refrigerant discharged from the first compressor 1a.
  • the first bypass pipe 7a may be configured to join in the middle (intermediate pressure) of the compression unit of the first compressor 1a.
  • the second internal heat exchanger 3b is provided between the second condenser 2b and the second expansion valve 4b.
  • the second bypass pipe 7b branches the refrigerant flow path between the second internal heat exchanger 3b and the second expansion valve 4b and joins the suction side of the second compressor 1b.
  • the fourth expansion valve 6b is provided in the second bypass pipe 7b.
  • the second internal heat exchanger 3b exchanges heat between the refrigerant flowing out of the second condenser 2b and the refrigerant flowing into the second bypass pipe 7b and expanded by the fourth expansion valve 6b.
  • the second gas-liquid separator 9b is provided between the second evaporator 5b and the second compressor 1b, and separates the refrigerant flowing from the second evaporator 5b into a gas phase and a liquid phase, and is in a gas phase state.
  • the refrigerant flows out to the second compressor 1b.
  • the pressure sensor 10b detects the pressure (discharge pressure) of the refrigerant discharged from the second compressor 1b.
  • the second bypass pipe 7b may be configured to join in the middle (intermediate pressure) of the compression unit of the second compressor 1b.
  • the control device 100 is composed of, for example, a microcomputer and includes a CPU, a RAM, a ROM, and the like, and a control program and the like are stored in the ROM.
  • the control device 100 receives detection values from various sensors that detect the pressure and temperature of the refrigerant in the first refrigerant circuit 30a and the second refrigerant circuit 30b, the temperature of water in the water flow path 20, and the like.
  • the control device 100 controls each component of the refrigeration cycle apparatus based on the detection value from each sensor.
  • the high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the first compressor 1a flows into the first condenser 2a, and is condensed by exchanging heat with water flowing through the water flow path 20 by the first condenser 2a.
  • This is a refrigerant in a gas-liquid two-phase state.
  • the gas-liquid two-phase refrigerant flowing out of the first condenser 2a flows through the first internal heat exchanger 3a, exchanges heat with the refrigerant flowing through the first bypass pipe 7a, and becomes a liquid-phase refrigerant.
  • Part of the liquid-phase refrigerant that has flowed out of the first internal heat exchanger 3a branches to the first bypass pipe 7a, and the other part flows into the first expansion valve 4a.
  • the liquid-phase refrigerant flowing into the first bypass pipe 7a is decompressed by the third expansion valve 6a, and the pressure and temperature are reduced.
  • the refrigerant flowing out of the third expansion valve 6a exchanges heat with the gas-liquid two-phase refrigerant flowing out of the first condenser 2a when flowing through the first internal heat exchanger 3a, and flows out of the first condenser 2a.
  • the gas-liquid two-phase refrigerant thus condensed is condensed into a liquid phase.
  • the refrigerant that has passed through the first internal heat exchanger 3a from the first bypass pipe 7a becomes a low-temperature and low-pressure gas refrigerant and merges with the suction side of the first compressor 1a.
  • the liquid-phase refrigerant that has flowed into the first expansion valve 4a is decompressed by the first expansion valve 4a to become a low-temperature and low-pressure refrigerant.
  • the low-temperature and low-pressure refrigerant flows into the first evaporator 5a, and is evaporated by exchanging heat with air, for example, by the first evaporator 5a to become a high-temperature and low-pressure refrigerant.
  • the high-temperature and low-pressure refrigerant is sucked into the first compressor 1a.
  • the control device 100 executes either the first operation mode or the second operation mode.
  • the first operation mode is an operation mainly aimed at improving COP.
  • the second operation mode is an operation mainly aimed at suppressing the discharge pressure (high pressure). For example, the control device 100 executes the first operation mode when the discharge pressure is equal to or less than a preset value, and executes the second operation mode when the discharge pressure exceeds a preset value.
  • the control device 100 performs the following controls (1) to (4) in parallel in the first operation mode.
  • the control device 100 controls the rotation speed of the first compressor 1a so that the temperature of the water flowing out from the first condenser 2a becomes the set temperature.
  • the set temperature is a temperature arbitrarily set by a user or the like.
  • the control device 100 acquires a detection value from a temperature sensor that detects the temperature of water flowing out of the first condenser 2a, and when the temperature of the water is lower than the set temperature, the rotation of the first compressor 1a is performed. Increase the number and increase the circulating amount of refrigerant.
  • the rotational speed of the first compressor 1a is decreased, and the circulation amount of the refrigerant is decreased.
  • the control device 100 controls the rotation speed of the second compressor 1b to the same frequency as the rotation speed of the first compressor 1a. Thereby, the circulation amount of the refrigerant
  • the opening degree of the first expansion valve 4a is controlled so that the degree of superheat of the refrigerant sucked into the first compressor 1a becomes a preset value.
  • the opening degree of the second expansion valve 4b is controlled so that the degree of superheat of the refrigerant sucked into the second compressor 1b becomes a preset value.
  • the preset superheat value is an arbitrary value larger than zero.
  • the control device 100 calculates the difference between the refrigerant evaporation temperature in the first evaporator 5a and the refrigerant temperature sucked into the first compressor 1a to obtain the degree of superheat.
  • the opening degree of the first expansion valve 4a When the degree of superheat is smaller than a preset value, the opening degree of the first expansion valve 4a is controlled to be small. On the other hand, when the degree of superheat is larger than a preset value, the opening degree of the first expansion valve 4a is largely controlled.
  • the control of the opening degree of the second expansion valve 4b controls the configuration corresponding to the second refrigerant circuit 30b, similarly to the control of the first expansion valve 4a in the first refrigerant circuit 30a described above.
  • the opening degree of the first expansion valve 4a and the second expansion valve 4b may be controlled so that the refrigerant discharge temperature or the discharge superheat degree of the first compressor 1a and the second compressor 1b becomes a predetermined value. .
  • the opening degree of the third expansion valve 6a is controlled so that the degree of supercooling of the refrigerant flowing into the first expansion valve 4a becomes a preset value.
  • the opening degree of the fourth expansion valve 6b is controlled so that the degree of supercooling of the refrigerant flowing into the second expansion valve 4b becomes a preset value.
  • the preset value of the degree of supercooling is an arbitrary value larger than zero.
  • the control device 100 obtains the saturated liquid temperature by converting the detected value of the high pressure, calculates the temperature difference between the refrigerant temperature at the outlet of the first internal heat exchanger 3a and the saturated liquid temperature, and determines the degree of supercooling. Ask for.
  • the opening degree of the third expansion valve 6a is controlled to be large.
  • the opening degree of the first expansion valve 4a is controlled to be small.
  • the control of the opening degree of the fourth expansion valve 6b controls the configuration corresponding to the second refrigerant circuit 30b, similarly to the control of the third expansion valve 6a in the first refrigerant circuit 30a described above.
  • control device 100 performs the following controls (1) to (4) in parallel.
  • the controls (1) and (4) are the same as the first operation mode, and the controls (2) and (3) are different from the first operation mode.
  • the control device 100 controls the rotation speed of the first compressor 1a so that the temperature of the water flowing out from the first condenser 2a becomes the set temperature.
  • the details are the same as (1) in the first operation mode.
  • the control device 100 controls the rotational speed of the second compressor 1b to a frequency higher than the rotational speed of the first compressor 1a.
  • the control device 100 also changes the rotational speed of the second compressor 1b.
  • the control device 100 controls the rotational speed of the second compressor 1b to be higher by a predetermined value than the rotational speed of the first compressor 1a.
  • coolant of the 2nd refrigerant circuit 30b becomes larger than the 1st refrigerant circuit 30a. That is, the heating capacity of the second refrigerant circuit 30b is higher than that of the first refrigerant circuit 30a.
  • the control device 100 controls the opening degree of the first expansion valve 4a so that the pressure (discharge pressure) of the refrigerant discharged from the first compressor 1a is not more than a preset value. Further, the opening degree of the second expansion valve 4b is controlled so that the pressure (discharge pressure) of the refrigerant discharged from the second compressor 1b is not more than a preset value.
  • the preset pressure value is, for example, a value equal to or lower than the high-pressure protection pressure.
  • the control device 100 largely controls the opening degree of the first expansion valve 4a. Thereby, the dryness of the 1st evaporator 5a exit is raised.
  • the control of the opening degree of the second expansion valve 4b controls the configuration corresponding to the second refrigerant circuit 30b, similarly to the control of the first expansion valve 4a in the first refrigerant circuit 30a described above.
  • the opening degree of the third expansion valve 6a is controlled so that the degree of supercooling of the refrigerant flowing into the first expansion valve 4a becomes a preset value. Further, the opening degree of the fourth expansion valve 6b is controlled so that the degree of supercooling of the refrigerant flowing into the second expansion valve 4b becomes a preset value.
  • the details are the same as (4) in the first operation mode.
  • the first refrigerant circuit 30 a and the second refrigerant circuit 30 b are provided, and the first condenser 2 a and the second condenser 2 b follow the flow of water in the water flow path 20. Connected in series. For this reason, the average temperature of the condensation temperature of the 1st condenser 2a and the condensation temperature of the 2nd condenser 2b falls compared with the condensation temperature in the case of one refrigerant circuit. Therefore, even when the set temperature of water is high, an increase in the condensation temperature can be suppressed, and an increase in the high pressure can be suppressed. Therefore, the COP of the refrigeration cycle apparatus is improved. Moreover, compared with the case where there is one refrigerant circuit, the flow rate of water in the water channel 20 can be increased, and the heat transfer coefficient can be improved.
  • coolant which flowed out from the 1st condenser 2a is cooled with the 1st internal heat exchanger 3a. Further, the refrigerant flowing out of the second condenser 2b is cooled by the second internal heat exchanger 3b. For this reason, the refrigerant
  • FIG. 2 is a ph diagram of the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1 in the first operation mode. 2 correspond to the state of the refrigerant at the positions indicated by a to f in FIG. As shown in FIG. 2, when the first operation mode for the purpose of improving COP is executed, the refrigerant (c) at the outlets of the first condenser 2a and the second condenser 2b is brought into a supercooled state. Thus, the COP can be improved by optimizing the refrigeration cycle.
  • FIG. 3 is a ph diagram of the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1 in the second operation mode. 3 correspond to the state of the refrigerant at the positions indicated by a to f in FIG.
  • the refrigerant (c) at the outlets of the first condenser 2a and the second condenser 2b is in a gas-liquid two-phase state.
  • the condensation heat transfer coefficient is increased.
  • the condensation temperature can be lowered, and the discharge pressure can be lowered.
  • the refrigerant (c) at the outlet of the first condenser 2a and the second condenser 2b is in a gas-liquid two-phase state.
  • the excess refrigerant is stored in the first gas-liquid separator 9a, and the amount of refrigerant circulating through the first refrigerant circuit 30a and the second refrigerant circuit 30b can be reduced.
  • the water temperature of the 1st condenser 2a exit located in the downstream of the flow direction of water becomes higher than the 2nd condenser 2b exit of an upstream, it is 2nd by performing the said 2nd operation mode. Since the heating capacity of the refrigerant circuit 30b is made larger than that of the first refrigerant circuit 30a, the exchange heat amount of the first condenser 2a can be lowered, and the increase of the high pressure is suppressed.
  • the amount of refrigerant sealed in the first refrigerant circuit 30a may be smaller than the amount of refrigerant sealed in the second refrigerant circuit 30b. Therefore, the high pressure of the first refrigerant circuit 30a with a small amount of refrigerant can be further prevented from increasing.
  • the amount of the refrigerant sealed in the first refrigerant circuit 30a may be an amount of the sealed refrigerant that flows out of the first condenser 2a in a two-phase state at the assumed set temperature (or temperature range) of water.
  • the amount of the refrigerant sealed in the second refrigerant circuit 30b is the amount of the sealed refrigerant that flows out of the second condenser 2b into a gas-liquid two-phase state at the assumed set temperature (or temperature range) of water. Also good.
  • the condensation heat transfer coefficient in the first condenser 2a and the second condenser 2b is improved by making the refrigerant flowing out from the first condenser 2a and the second condenser 2b into a gas-liquid two-phase state. Can do. Therefore, an increase in the condensation temperature can be suppressed, and an increase in the high pressure can be suppressed. Therefore, the COP of the refrigeration cycle apparatus is improved.
  • R32 as a refrigerant
  • coolants such as R410A or R407C
  • a latent heat becomes large and it can make it easy to enlarge the heating capability of the 2nd refrigerant circuit 30b. Therefore, the condensation temperature of the first refrigerant circuit 30a can be reduced, and an increase in the high pressure can be further suppressed.
  • coolants such as HFO1234yf or R134a with a low operating pressure, as a refrigerant
  • the heating capacity of the second refrigerant circuit 30b can be increased. Therefore, the condensation temperature of the first refrigerant circuit 30a can be reduced, and an increase in the high pressure can be further suppressed.
  • the high pressure of the 2nd refrigerant circuit 30b rises by capacity increase, since an operating pressure is low as a refrigerant
  • Embodiment 2 the difference from the first embodiment will be mainly described, and the same components as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of the refrigeration cycle apparatus according to the second embodiment.
  • the refrigeration cycle apparatus according to the second embodiment includes a second water passage 21 through which water as the second heat medium flows, and a pump 8b that sends out water.
  • the second heat medium flowing through the second water flow path 21 is not limited to water, and may be a fluid such as an antifreeze or brine.
  • the second water passage 21 corresponds to the “second heat medium passage” in the present invention.
  • the 1st evaporator 5a and the 2nd evaporator 5b are comprised by the heat exchanger which heat-exchanges a refrigerant
  • the first evaporator 5a and the second evaporator 5b are, for example, plate heat exchangers.
  • the 1st evaporator 5a and the 2nd evaporator 5b evaporate the refrigerant
  • the first evaporator 5 a and the second evaporator 5 b are connected in series along the flow of water in the second water flow path 21.
  • the upstream side of the first condenser 2a and the second condenser 2b in the direction of water flow matches the upstream side of the first evaporator 5a and the second evaporator 5b in the direction of water flow. That is, the first evaporator 5a is preferably connected to the downstream side of the second evaporator 5b with respect to the flow of water.
  • the water flowing through the second water passage 21 flows into the second evaporator 5b and is cooled by exchanging heat with the refrigerant.
  • the water flowing in from the second evaporator 5b flows into the first evaporator 5a and is further cooled by exchanging heat with the refrigerant.
  • control operation in the second embodiment is the same as that in the first embodiment.
  • the first evaporator 5a and the second evaporator 5b are connected in series along the flow of water in the second water passage 21.
  • the average temperature of the evaporation temperature of the first evaporator 5a and the evaporation temperature of the second evaporator 5b is increased as compared with the evaporation temperature in the case of one refrigerant circuit. Therefore, the COP of the refrigeration cycle apparatus is improved.
  • the flow rate of water in the second water passage 21 can be increased.
  • the evaporation temperature of the 2nd evaporator 5b is set. Since it is higher than the 1st evaporator 5a, it is easy to enlarge the capability of the 1st refrigerant circuit 30a.
  • Embodiment 3 In the first and second embodiments, the configuration in which the first refrigerant circuit 30a and the second refrigerant circuit 30b are provided and connected in series to the water flow path 20 has been described, but in the third embodiment, the refrigerant circuit 30 has 1 One case will be described.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 3. As shown in FIG. 5, the refrigeration cycle apparatus of the third embodiment is configured to include only one of the first refrigerant circuit 30a and the second refrigerant circuit 30b described in the first embodiment.
  • control operation in the third embodiment is the same as that in the first embodiment.
  • the refrigerant at the outlet of the condenser 2 is brought into a supercooled state so that the refrigeration cycle is in an optimal state.
  • COP can be improved.
  • coolant of the condenser 2 exit is made into a gas-liquid two-phase state, and a condensation heat transfer rate is made high. As a result, the condensation temperature can be lowered, and the discharge pressure can be lowered.
  • gas-liquid separator 9 is provided, even if the refrigerant at the outlet of the condenser 2 is in a gas-liquid two-phase state, excess refrigerant is stored in the gas-liquid separator 9 and circulates through the refrigerant circuit 30. The amount can be reduced.

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Abstract

 本発明に係る冷凍サイクル装置は、第1凝縮器2a及び第2凝縮器2bは、水と冷媒との熱交換を行う熱交換器によって構成され、水流路20の水の流れに沿って直列に接続され、第1凝縮器2aは、水の流れに対して第2凝縮器2bの下流側に接続され、制御装置100は、第1凝縮器2aから流出する水の温度が、設定温度となるように、第1圧縮機1aの回転数を制御する。

Description

冷凍サイクル装置
 本発明は、冷媒が循環する冷媒回路と熱媒体が流れる熱媒体流路とを有し、冷媒と熱媒体とが熱交換する冷凍サイクル装置に関する。
 従来の冷凍サイクル装置においては、冷媒回路の高圧圧力が設定圧力以上となったとき、圧縮機を保護停止する高圧スイッチと、冷媒回路の高圧圧力もしくはその圧力飽和温度を検出する高圧圧力センサーと、高圧保護制御を行う高圧制御手段とを備えている。そして、高圧制御手段は、高圧圧力センサーでの複数回の検知圧力の平均を求め、平均値が閾値を超えた場合に高圧保護制御を行うものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2011-252621号公報(要約)
 熱媒体流路を流れる熱媒体(例えば水)と、冷媒回路の凝縮器を流れる冷媒とが熱交換する冷凍サイクル装置においては、熱媒体の温度が任意の設定温度となるように、冷媒回路の凝縮温度を制御している。しかし、熱媒体の設定温度が高い場合には、凝縮温度の上昇に伴い、冷媒回路の圧縮機から吐出される冷媒の圧力(高圧圧力)が上昇してしまう、という課題があった。また、凝縮温度の上昇及び高圧圧力の上昇により、成績係数(COP:Coefficient Of Performance)が低下してしまう、という課題があった。
 特許文献1に記載の技術は、高圧保護での頻繁な停止を抑制するため、高圧圧力センサーでの複数回の検知圧力の平均を求め、平均値が閾値を超えた場合に高圧保護制御が働くようにしている。しかし、平均圧力が所定値に達すれば高圧保護に入るので、根本的に高圧抑制はできていない。
 本発明は、上記のような課題を背景になされたもので、熱媒体の設定温度の上昇に伴う冷媒の圧力の上昇を抑制することができる冷凍サイクル装置を得るものである。
 本発明に係る冷凍サイクル装置は、第1圧縮機、第1凝縮器、第1膨張弁、及び第1蒸発器が配管で接続され、冷媒が循環する第1冷媒回路と、第2圧縮機、第2凝縮器、第2膨張弁、及び第2蒸発器が配管で接続され、冷媒が循環する第2冷媒回路と、熱媒体が流れる熱媒体流路と、を備え、前記第1冷媒回路は、前記第1凝縮器と前記第1膨張弁との間に設けられた第1内部熱交換器と、前記第1内部熱交換器と前記第1膨張弁との間の流路を分岐し、前記第1圧縮機の吸入側に合流する第1バイパス配管と、前記第1バイパス配管に設けられた第3膨張弁と、前記第1蒸発器と前記第1圧縮機との間に設けられた第1気液分離器と、を備え、前記第1内部熱交換器は、前記第1凝縮器から流出した前記冷媒と、前記第1バイパス配管に流入し前記第3膨張弁で膨張された前記冷媒とを熱交換し、前記第2冷媒回路は、前記第2凝縮器と前記第2膨張弁との間に設けられた第2内部熱交換器と、前記第2内部熱交換器と前記第2膨張弁との間の流路を分岐し、前記第2圧縮機の吸入側に合流する第2バイパス配管と、前記第2バイパス配管に設けられた第4膨張弁と、前記第2蒸発器と前記第2圧縮機との間に設けられた第2気液分離器と、を備え、前記第2内部熱交換器は、前記第2凝縮器から流出した前記冷媒と、前記第2バイパス配管に流入し前記第4膨張弁で膨張された前記冷媒とを熱交換し、前記第1凝縮器及び前記第2凝縮器は、前記熱媒体と前記冷媒との熱交換を行う熱交換器によって構成され、前記熱媒体流路の前記熱媒体の流れに沿って直列に接続されたものである。
 本発明は、第1凝縮器及び第2凝縮器を、熱媒体流路の熱媒体の流れに沿って直列に接続した。このため、熱媒体の設定温度の上昇に伴う冷媒の圧力の上昇を抑制することができる。
実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の構成図である。 実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の、第1運転モード時のp-h線図である。 実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の、第2運転モード時のp-h線図である。 実施の形態2に係る冷凍サイクル装置の構成図である。 実施の形態3に係る冷凍サイクル装置の構成図である。
 以下、本発明に係る冷凍サイクル装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下に説明する温度、圧力の高低、上下関係等については、特に絶対的な値との関係で定まっているものではなく、動作等において相対的に定まるものとする。
実施の形態1.
<構成>
 図1は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の構成図である。
 図1の冷凍サイクル装置においては、例えば空気調和等において熱の搬送媒体(熱媒体)となる水、不凍液、ブライン等の流体(以下、代表して水とする)が負荷(冷熱、温熱の供給対象)となるものとする。
 本実施の形態1の冷凍サイクル装置では、水を加熱するものとして説明する。
 図1に示すように、本実施の形態における冷凍サイクル装置は、水流路20における水の流れに対して下流側に位置する第1冷媒回路30aと、この第1冷媒回路30aより上流側に位置する第2冷媒回路30bの2つの冷媒回路を有している。
 水流路20は、配管等で構成され、水が流れる流路となる。例えば水流路20の配管を環状に接続して水が循環するようにしてもよい。水流路20には、水を送出するポンプ8が設けられている。
 なお、水流路20は、本発明における「熱媒体流路」に相当する。
 第1冷媒回路30aは、第1圧縮機1a、第1凝縮器2a、第1膨張弁4a、第1蒸発器5aが、配管接続によって環状に接続されている。
 また、第1冷媒回路30aは、第1内部熱交換器3aと、第1バイパス配管7aと、第3膨張弁6aと、第1気液分離器9aと、圧力センサー10aと、を備えている。
 第2冷媒回路30bは、第2圧縮機1b、第2凝縮器2b、第2膨張弁4b、第2蒸発器5bが、配管接続によって環状に接続されている。
 また、第2冷媒回路30bは、第2内部熱交換器3bと、第2バイパス配管7bと、第4膨張弁6bと、第2気液分離器9bと、圧力センサー10bと、を備えている。
 第1圧縮機1a及び第2圧縮機1bは、吸入した冷媒に圧力を加えて吐出する。第1圧縮機1a及び第2圧縮機1bは、制御装置100から送られた指令の信号に基づいて駆動周波数を任意に変化することができる。
 第1凝縮器2a及び第2凝縮器2bは、冷媒と水とを熱交換させる熱交換器によって構成されている。第1凝縮器2a及び第2凝縮器2bは、例えばプレート熱交換器である。
 第1凝縮器2a及び第2凝縮器2bは、冷媒流路を通過する冷媒を凝縮させ、気液二相状態又は液状態にする。また、水流路20を通過する水が加熱される。
 第1凝縮器2a及び第2凝縮器2bは、水流路20における水の流れに沿って直列に接続されている。また、第1凝縮器2aは、水の流れに対して第2凝縮器2bの下流側に接続されている。
 即ち、水流路20を流通する水は、第2凝縮器2bへ流入し、第2凝縮器2bから流入したあと、第1凝縮器2aに流入する。
 第1膨張弁4a及び第2膨張弁4bは、冷媒を減圧させる弁である。第1膨張弁4a及び第2膨張弁4bは、例えば、制御装置100からの指令の信号に基づいて開度を調整することができる電子膨張弁である。
 第1蒸発器5a及び第2蒸発器5bは、例えば空気と冷媒との熱交換を行い、冷媒を蒸発させ、気相状態にさせる。
 第1内部熱交換器3aは、第1凝縮器2aと第1膨張弁4aとの間に設けられている。
 第1バイパス配管7aは、第1内部熱交換器3aと第1膨張弁4aとの間の冷媒流路を分岐し、第1圧縮機1aの吸入側に合流する。
 第3膨張弁6aは、第1バイパス配管7aに設けられている。
 第1内部熱交換器3aは、第1凝縮器2aから流出した冷媒と、第1バイパス配管7aに流入し第3膨張弁6aで膨張された冷媒とを熱交換する。
 第1気液分離器9aは、第1蒸発器5aと第1圧縮機1aとの間に設けられ、第1蒸発器5aから流入した冷媒を気相と液相とに分離し、気相状態の冷媒を第1圧縮機1aへ流出する。
 圧力センサー10aは、第1圧縮機1aから吐出された冷媒の圧力(吐出圧力)を検知する。
 なお、第1バイパス配管7aは、第1圧縮機1aの圧縮部の途中(中間圧)に合流する構成でも良い。
 第2内部熱交換器3bは、第2凝縮器2bと第2膨張弁4bとの間に設けられている。
 第2バイパス配管7bは、第2内部熱交換器3bと第2膨張弁4bとの間の冷媒流路を分岐し、第2圧縮機1bの吸入側に合流する。
 第4膨張弁6bは、第2バイパス配管7bに設けられている。
 第2内部熱交換器3bは、第2凝縮器2bから流出した冷媒と、第2バイパス配管7bに流入し第4膨張弁6bで膨張された冷媒とを熱交換する。
 第2気液分離器9bは、第2蒸発器5bと第2圧縮機1bとの間に設けられ、第2蒸発器5bから流入した冷媒を気相と液相とに分離し、気相状態の冷媒を第2圧縮機1bへ流出する。
 圧力センサー10bは、第2圧縮機1bから吐出された冷媒の圧力(吐出圧力)を検知する。
 なお、第2バイパス配管7bは、第2圧縮機1bの圧縮部の途中(中間圧)に合流する構成でも良い。
 制御装置100は、例えばマイクロコンピュータで構成され、CPU、RAM及びROM等を備えており、ROMには制御プログラム等が記憶されている。制御装置100は、第1冷媒回路30a及び第2冷媒回路30bにおける冷媒の圧力及び温度等、並びに水流路20の水の温度等を検出する各種のセンサーから検出値が入力される。制御装置100は、各センサーからの検出値に基づいて、冷凍サイクル装置の各構成部を制御する。
<冷媒の動作>
 冷凍サイクル装置の運転時における冷媒の流れを説明する。
 なお、第1冷媒回路30aと第2冷媒回路30bの冷媒動作は同様であるため、ここでは第1冷媒回路30aについて説明する。
 第1圧縮機1aから吐出された高温高圧の冷媒は、第1凝縮器2aに流通し、この第1凝縮器2aによって、水流路20内を流通する水と熱交換して凝縮され、低温高圧の気液二相状態の冷媒となる。
 第1凝縮器2aを流出した気液二相状態の冷媒は、第1内部熱交換器3aを流通し、第1バイパス配管7aを流通する冷媒と熱交換し、液相状態の冷媒となる。
 第1内部熱交換器3aから流出した液相状態の冷媒は、一部が第1バイパス配管7aへ分岐し、他の一部が第1膨張弁4aへ流入する。
 第1バイパス配管7aへ流入した液相状態の冷媒は、第3膨張弁6aによって減圧され圧力及び温度が低下する。
 第3膨張弁6aを流出した冷媒は、第1内部熱交換器3aを流通する際、第1凝縮器2aを流出した気液二相状態の冷媒と熱交換し、第1凝縮器2aを流出した気液二相状態の冷媒を凝縮させ液相状態にさせる。
 第1バイパス配管7aから第1内部熱交換器3aを通過した冷媒は、低温低圧のガス冷媒となり、第1圧縮機1aの吸入側に合流する。
 一方、第1膨張弁4aへ流入した液相状態の冷媒は、第1膨張弁4aによって、減圧され、低温低圧の冷媒となる。この低温低圧の冷媒は、第1蒸発器5aに流通し、この第1蒸発器5aによって、例えば空気と熱交換して蒸発され、高温低圧の冷媒となる。そして、この高温低圧の冷媒が、第1圧縮機1aに吸入される。
<制御動作>
 次に、制御装置100の制御動作について説明する。
 制御装置100は、第1運転モード又は第2運転モードの何れかの運転モードを実行する。
 第1運転モードは、COPの向上を主目的とした運転である。
 第2運転モードは、吐出圧力(高圧圧力)の抑制を主目的とした運転である。
 制御装置100は、例えば、吐出圧力が予め設定した値以下の場合は、第1運転モードを実行し、吐出圧力が予め設定した値を超えた場合には、第2運転モードを実行する。
(第1運転モード)
 制御装置100は、第1運転モードにおいて、以下の(1)~(4)の制御を並行して実施する。
(1)制御装置100は、第1凝縮器2aから流出する水の温度が、設定温度となるように、第1圧縮機1aの回転数を制御する。
 ここで、設定温度は、使用者などによって任意に設定される温度である。
 制御装置100は、例えば第1凝縮器2aから流出する水の温度を検出する温度センサーからの検出値を取得し、水の温度が設定温度よりも低い場合には、第1圧縮機1aの回転数を増加させ、冷媒の循環量を増加させる。一方、水の温度が設定温度よりも高い場合には、第1圧縮機1aの回転数を減少させ、冷媒の循環量を減少させる。
(2)制御装置100は、第2圧縮機1bの回転数を、第1圧縮機1aの回転数と同じ周波数に制御する。これにより、第2冷媒回路30bの冷媒の循環量が、第1冷媒回路30aと同じとなる。つまり、第1冷媒回路30aと第2冷媒回路30bの加熱能力が同じとなる。
(3)第1圧縮機1aに吸入される冷媒の過熱度が、予め設定した値となるように、第1膨張弁4aの開度を制御する。また、第2圧縮機1bに吸入される冷媒の過熱度が、予め設定した値となるように、第2膨張弁4bの開度を制御する。
 ここで、予め設定した過熱度の値は、ゼロよりも大きい任意の値である。
 制御装置100は、例えば、第1蒸発器5aにおける冷媒の蒸発温度と、第1圧縮機1aに吸入される冷媒の温度との差を算出して過熱度を求める。そして、過熱度が予め設定した値よりも小さい場合には、第1膨張弁4aの開度を小さく制御する。一方、過熱度が予め設定した値よりも大きい場合には、第1膨張弁4aの開度を大きく制御する。
 なお、第2膨張弁4bの開度の制御は、上述した第1冷媒回路30aにおける第1膨張弁4aの制御と同様に、第2冷媒回路30bに対応する構成を制御する。
 また、第1膨張弁4a、第2膨張弁4bの開度は、第1圧縮機1a、第2圧縮機1bの冷媒の吐出温度又は吐出過熱度が所定値となるように制御しても良い。
(4)第1膨張弁4aへ流入する冷媒の過冷却度が、予め設定した値となるように、第3膨張弁6aの開度を制御する。また、第2膨張弁4bへ流入する冷媒の過冷却度が、予め設定した値となるように、第4膨張弁6bの開度を制御する。
 ここで、予め設定した過冷却度の値は、ゼロよりも大きい任意の値である。
 制御装置100は、例えば、高圧圧力の検出値を換算することで飽和液温度を求め、第1内部熱交換器3a出口の冷媒の温度と飽和液温度との温度差を算出し、過冷却度を求める。そして、過冷却度が予め設定した値よりも小さい場合には、第3膨張弁6aの開度を大きく制御する。一方、過冷却度が予め設定した値よりも大きい場合には、第1膨張弁4aの開度を小さく制御する。
 なお、第4膨張弁6bの開度の制御は、上述した第1冷媒回路30aにおける第3膨張弁6aの制御と同様に、第2冷媒回路30bに対応する構成を制御する。
(第2運転モード)
 制御装置100は、第2運転モードにおいて、以下の(1)~(4)の制御を並行して実施する。なお、(1)、(4)の制御は第1運転モードと同じであり、(2)、(3)の制御が第1運転モードとは異なる。
(1)制御装置100は、第1凝縮器2aから流出する水の温度が、設定温度となるように、第1圧縮機1aの回転数を制御する。
 詳細は上記第1運転モードの(1)と同様である。
(2)制御装置100は、第2圧縮機1bの回転数を、第1圧縮機1aの回転数よりも高い周波数に制御する。
 制御装置100は、第1圧縮機1aの回転数を変更した際には、第2圧縮機1bの回転数も変更する。
 制御装置100は、例えば、第2圧縮機1bの回転数を、第1圧縮機1aの回転数よりも所定値だけ高く制御する。
 これにより、第2冷媒回路30bの冷媒の循環量が、第1冷媒回路30aよりも多くなる。つまり、第2冷媒回路30bの加熱能力が、第1冷媒回路30aよりも高くなる。
(3)制御装置100は、第1圧縮機1aから吐出される冷媒の圧力(吐出圧力)が、予め設定した値以下となるように、第1膨張弁4aの開度を制御する。また、第2圧縮機1bから吐出される冷媒の圧力(吐出圧力)が、予め設定した値以下となるように、第2膨張弁4bの開度を制御する。
 ここで、予め設定した圧力の値は、例えば高圧保護圧力以下の値である。
 制御装置100は、例えば、吐出圧力が予め設定した値よりも大きい場合には、第1膨張弁4aの開度を大きく制御する。これにより、第1蒸発器5a出口の乾き度が上昇させる。
 なお、第2膨張弁4bの開度の制御は、上述した第1冷媒回路30aにおける第1膨張弁4aの制御と同様に、第2冷媒回路30bに対応する構成を制御する。
(4)第1膨張弁4aへ流入する冷媒の過冷却度が、予め設定した値となるように、第3膨張弁6aの開度を制御する。また、第2膨張弁4bへ流入する冷媒の過冷却度が、予め設定した値となるように、第4膨張弁6bの開度を制御する。
 詳細は上記第1運転モードの(4)と同様である。
<効果>
 以上のように本実施の形態においては、第1冷媒回路30aと第2冷媒回路30bとを備え、第1凝縮器2aと第2凝縮器2bとが、水流路20の水の流れに沿って直列に接続されている。
 このため、冷媒回路が1つの場合における凝縮温度と比較して、第1凝縮器2aの凝縮温度と第2凝縮器2bの凝縮温度との平均温度が低下する。よって、水の設定温度が高い場合であっても、凝縮温度の上昇を抑制でき、高圧圧力の上昇を抑制できる。したがって、冷凍サイクル装置のCOPが向上する。
 また、冷媒回路が1つの場合と比較して、水流路20の水の流速を速くすることが可能となり、熱伝達率の向上が可能である。
 また本実施の形態においては、第1凝縮器2aから流出した冷媒を第1内部熱交換器3aにより冷却する。また、第2凝縮器2bから流出した冷媒を第2内部熱交換器3bにより冷却する。
 このため、第1膨張弁4a及び第2膨張弁4bに流入する冷媒を液相状態にすることができる。よって、第1膨張弁4a及び第2膨張弁4bに流入する冷媒が気液二相状態である場合と比較して、冷媒の流動抵抗を小さくすることができる。したがって、第1膨張弁4a及び第2膨張弁4bのサイズ(口径等)を小型化することができる。
 さらに、本実施の形態1においては、以下の効果がある。図2、図3を参照して説明する。
 図2は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の、第1運転モード時のp-h線図である。なお、図2におけるa~fの符号は、図1におけるa~fで示す位置での冷媒の状態に対応する。
 図2に示すように、COPの向上を主目的とした第1運転モードを実行する場合には、第1凝縮器2a及び第2凝縮器2b出口の冷媒(c)を過冷却状態とすることで、冷凍サイクルを最適な状態として、COPの向上が可能となる。
 図3は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の、第2運転モード時のp-h線図である。なお、図3におけるa~fの符号は、図1におけるa~fで示す位置での冷媒の状態に対応する。
 図3に示すように、吐出圧力の抑制を主目的とした第2運転モードを実行する場合には、第1凝縮器2a及び第2凝縮器2b出口の冷媒(c)を気液二相状態として、凝縮熱伝達率を高くする。これにより、凝縮温度を低下させることが可能となり、吐出圧力を下げることができる。
 また、第1気液分離器9a及び第2気液分離器9bを設けているため、第1凝縮器2a及び第2凝縮器2b出口の冷媒(c)が気液二相状態であっても、余剰冷媒が第1気液分離器9a内に貯留され、第1冷媒回路30a及び第2冷媒回路30bを循環する冷媒量を減少させることができる。
 また、水の流れ方向の下流側に位置する第1凝縮器2a出口の水温が、上流側の第2凝縮器2b出口よりも高くなるが、上記第2運転モードを実行することによって、第2冷媒回路30bの加熱能力を第1冷媒回路30aよりも大きくするので、第1凝縮器2aの交換熱量を下げることができ、高圧圧力の上昇が抑制される。
 なお、本実施の形態1の冷凍サイクル装置において、第1冷媒回路30a内に封入された冷媒の量を、第2冷媒回路30b内に封入された冷媒の量よりも少なくしても良い。
 これにより、冷媒の量が少ない第1冷媒回路30aの高圧圧力を更に上昇しにくくすることができる。
 なお、第1冷媒回路30aに封入される冷媒の量は、想定される水の設定温度(又は温度範囲)において、第1凝縮器2aから流出する冷媒が二相状態となる封入量としても良い。また、第2冷媒回路30bに封入される冷媒の量は、想定される水の設定温度(又は温度範囲)において、第2凝縮器2bから流出する冷媒が気液二相状態となる封入量としても良い。
 このように、第1凝縮器2a及び第2凝縮器2bから流出する冷媒を気液二相状態にすることで、第1凝縮器2a及び第2凝縮器2bにおける凝縮熱伝達率を向上することができる。よって、凝縮温度の上昇を抑制でき、高圧圧力の上昇を抑制できる。したがって、冷凍サイクル装置のCOPが向上する。
 なお、第2冷媒回路30b内に封入する冷媒としてR32を使用しても良い。これにより、R410A又はR407Cなどの冷媒と比較して、潜熱が大きくなり、第2冷媒回路30bの加熱能力を大きくし易くすることができる。よって、第1冷媒回路30aの凝縮温度を低減でき、高圧圧力の上昇を更に抑制できる。
 また、第2冷媒回路30b内に封入する冷媒として、動作圧力の低いHFO1234yf又はR134aなどの冷媒を使用しても良い。これにより、第2冷媒回路30bの耐圧に余裕ができるため、第2冷媒回路30bの加熱能力を増やすことができる。よって、第1冷媒回路30aの凝縮温度を低減でき、高圧圧力の上昇を更に抑制できる。なお、能力増加によって第2冷媒回路30bの高圧圧力が上昇するが、上記冷媒の冷媒特性として動作圧力が低いので、耐圧を向上させる必要がない。
実施の形態2.
 本実施の形態2では実施の形態1との相違点を中心に説明し、実施の形態1と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
<構成>
 図4は、実施の形態2に係る冷凍サイクル装置の構成図である。
 図4に示すように、本実施の形態2における冷凍サイクル装置は、上記実施の形態1に加え、第2熱媒体としての水が流れる第2水流路21と、水を送出するポンプ8bとを、更に備えている。なお、第2水流路21を流れる第2熱媒体は、水に限らず、不凍液、ブライン等の流体でも良い。
 なお、第2水流路21は、本発明における「第2熱媒体流路」に相当する。
 第1蒸発器5a及び第2蒸発器5bは、冷媒と水とを熱交換させる熱交換器によって構成されている。第1蒸発器5a及び第2蒸発器5bは、例えばプレート熱交換器である。
 第1蒸発器5a及び第2蒸発器5bは、冷媒流路を通過する冷媒を蒸発させ、気相状態にする。また、第2水流路21を通過する水が冷却される。
 第1蒸発器5a及び第2蒸発器5bは、第2水流路21における水の流れに沿って直列に接続されている。
 なお、第1凝縮器2a及び第2凝縮器2bの水の流れ方向の上流側と、第1蒸発器5a及び第2蒸発器5bの水の流れる方向の上流側とを一致させるのが望ましい。つまり、第1蒸発器5aは、水の流れに対して第2蒸発器5bの下流側に接続されるのが望ましい。
 このような構成により、第2水流路21を流通する水は、第2蒸発器5bへ流入し、冷媒と熱交換することで冷却される。第2蒸発器5bから流入した水は第1蒸発器5aへ流入し、冷媒と熱交換することで更に冷却される。
 なお、本実施の形態2における制御動作は上記実施の形態1と同様である。
<効果>
 以上のように本実施の形態においては、第1蒸発器5aと第2蒸発器5bとが、第2水流路21の水の流れに沿って直列に接続されている。
 このため、上記実施の形態1の効果に加えて以下の効果がある。即ち、冷媒回路が1つの場合における蒸発温度と比較して、第1蒸発器5aの蒸発温度と第2蒸発器5bの蒸発温度との平均温度が上昇する。したがって、冷凍サイクル装置のCOPが向上する。
 また、冷媒回路が1つの場合と比較して、第2水流路21の水の流速を速くすることが可能となる。
 また、上記実施の形態1で説明した制御動作を行うことによって、第2冷媒回路30bの加熱能力を第1冷媒回路30aよりも大きくする場合であっても、第2蒸発器5bの蒸発温度が第1蒸発器5aよりも高いため、第1冷媒回路30aの能力を大きくしやすい。
実施の形態3.
 上記実施の形態1、2では、第1冷媒回路30aと第2冷媒回路30bと備え、水流路20に直列に接続される構成について説明したが、本実施の形態3では、冷媒回路30が1つの場合について説明する。
 図5は、実施の形態3に係る冷凍サイクル装置の構成図である。
 図5に示すように、本実施の形態3の冷凍サイクル装置は、上記実施の形態1で説明した第1冷媒回路30a又は第2冷媒回路30bの何れか一方のみを備える構成である。
 なお、本実施の形態3における制御動作は上記実施の形態1と同様である。
<効果>
 本実施の形態3においては、COPの向上を主目的とした第1運転モードを実行する場合には、凝縮器2出口の冷媒を過冷却状態とすることで、冷凍サイクルを最適な状態として、COPの向上が可能となる。
 また、吐出圧力の抑制を主目的とした第2運転モードを実行する場合には、凝縮器2出口の冷媒を気液二相状態として、凝縮熱伝達率を高くする。これにより、凝縮温度を低下させることが可能となり、吐出圧力を下げることができる。
 また、気液分離器9を設けているため、凝縮器2出口の冷媒が気液二相状態であっても、余剰冷媒が気液分離器9内に貯留され、冷媒回路30を循環する冷媒量を減少させることができる。
 1a 第1圧縮機、1b 第2圧縮機、2 凝縮器、2a 第1凝縮器、2b 第2凝縮器、3a 第1内部熱交換器、3b 第2内部熱交換器、4a 第1膨張弁、4b 第2膨張弁、5a 第1蒸発器、5b 第2蒸発器、6a 第3膨張弁、6b 第4膨張弁、7a 第1バイパス配管、7b 第2バイパス配管、8 ポンプ、8b ポンプ、9 気液分離器、9a 第1気液分離器、9b 第2気液分離器、10a 圧力センサー、10b 圧力センサー、20 水流路、21 第2水流路、30 冷媒回路、30a 第1冷媒回路、30b 第2冷媒回路、100 制御装置。

Claims (6)

  1.  第1圧縮機、第1凝縮器、第1膨張弁、及び第1蒸発器が配管で接続され、冷媒が循環する第1冷媒回路と、
     第2圧縮機、第2凝縮器、第2膨張弁、及び第2蒸発器が配管で接続され、冷媒が循環する第2冷媒回路と、
     熱媒体が流れる熱媒体流路と、
    を備え、
     前記第1冷媒回路は、
     前記第1凝縮器と前記第1膨張弁との間に設けられた第1内部熱交換器と、
     前記第1内部熱交換器と前記第1膨張弁との間の流路を分岐し、前記第1圧縮機の吸入側に合流する第1バイパス配管と、
     前記第1バイパス配管に設けられた第3膨張弁と、
     前記第1蒸発器と前記第1圧縮機との間に設けられた第1気液分離器と、を備え、
     前記第1内部熱交換器は、
     前記第1凝縮器から流出した前記冷媒と、前記第1バイパス配管に流入し前記第3膨張弁で膨張された前記冷媒とを熱交換し、
     前記第2冷媒回路は、
     前記第2凝縮器と前記第2膨張弁との間に設けられた第2内部熱交換器と、
     前記第2内部熱交換器と前記第2膨張弁との間の流路を分岐し、前記第2圧縮機の吸入側に合流する第2バイパス配管と、
     前記第2バイパス配管に設けられた第4膨張弁と、
     前記第2蒸発器と前記第2圧縮機との間に設けられた第2気液分離器と、を備え、
     前記第2内部熱交換器は、
     前記第2凝縮器から流出した前記冷媒と、前記第2バイパス配管に流入し前記第4膨張弁で膨張された前記冷媒とを熱交換し、
     前記第1凝縮器及び前記第2凝縮器は、前記熱媒体と前記冷媒との熱交換を行う熱交換器によって構成され、前記熱媒体流路の前記熱媒体の流れに沿って直列に接続された
    ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
  2.  前記第1圧縮機を少なくとも制御する制御装置を更に備え、
     前記第1凝縮器は、前記熱媒体の流れに対して前記第2凝縮器の下流側に接続され、
     前記制御装置は、
     前記第1凝縮器から流出する前記熱媒体の温度が、設定温度となるように、前記第1圧縮機の回転数を制御する
    ことを特徴とする請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
  3.  前記制御装置は、
     第1運転モード又は第2運転モードの何れかの運転モードを実行し、
     前記第1運転モードにおいて、
     前記第2圧縮機の回転数を前記第1圧縮機の回転数と同じ周波数に制御し、
     前記第1圧縮機に吸入される前記冷媒の過熱度が、予め設定した値となるように、前記第1膨張弁の開度を制御し、
     前記第2圧縮機に吸入される前記冷媒の過熱度が、予め設定した値となるように、前記第2膨張弁の開度を制御し、
     前記第1膨張弁へ流入する前記冷媒の過冷却度が、予め設定した値となるように、前記第3膨張弁の開度を制御し、
     前記第2膨張弁へ流入する前記冷媒の過冷却度が、予め設定した値となるように、前記第4膨張弁の開度を制御し、
     前記第2運転モードにおいて、
     前記第2圧縮機の回転数を前記第1圧縮機の回転数よりも高い周波数に制御し、
     前記第1圧縮機から吐出される前記冷媒の圧力が、予め設定した値以下となるように、前記第1膨張弁の開度を制御し、
     前記第2圧縮機から吐出される前記冷媒の圧力が、予め設定した値以下となるように、前記第2膨張弁の開度を制御し、
     前記第1膨張弁へ流入する前記冷媒の過冷却度が、予め設定した値となるように、前記第3膨張弁の開度を制御し、
     前記第2膨張弁へ流入する前記冷媒の過冷却度が、予め設定した値となるように、前記第4膨張弁の開度を制御する
    ことを特徴とする請求項2に記載の冷凍サイクル装置。
  4.  第2熱媒体が流れる第2熱媒体流路を更に備え、
     前記第1蒸発器及び前記第2蒸発器は、
     前記第2熱媒体と前記冷媒との熱交換を行う熱交換器によって構成され、前記第2熱媒体流路の前記第2熱媒体の流れに沿って直列に接続された
    ことを特徴とする請求項1~3の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
  5.  前記第1蒸発器は、前記熱媒体の流れに対して前記第2蒸発器の下流側に接続された
    ことを特徴とする請求項4に記載の冷凍サイクル装置。
  6.  前記第1冷媒回路内に封入された前記冷媒の量が、前記第2冷媒回路内に封入された前記冷媒の量よりも少ない
    ことを特徴とする請求項1~5の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019095079A (ja) * 2017-11-17 2019-06-20 大陽日酸株式会社 高温超電導電力機器用冷却システム及びその運転方法
WO2021192074A1 (ja) * 2020-03-25 2021-09-30 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 空気調和機

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112019006968T5 (de) * 2019-03-06 2021-11-11 Mitsubishi Electric Corporation Kältemittelkreislaufvorrichtung

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54110844U (ja) * 1978-01-25 1979-08-04
JPH11325642A (ja) * 1998-05-20 1999-11-26 Fujitsu General Ltd 空気調和機
JP2001263871A (ja) * 2000-03-16 2001-09-26 Mitsubishi Electric Corp 冷凍装置
JP2007183077A (ja) * 2006-01-10 2007-07-19 Ebara Corp 冷凍装置
JP2007225264A (ja) * 2006-02-27 2007-09-06 Mitsubishi Electric Corp 空気調和装置
JP2010181146A (ja) * 2010-04-01 2010-08-19 Mitsubishi Electric Corp 冷凍空調装置
JP2011252637A (ja) * 2010-06-01 2011-12-15 Panasonic Corp 冷凍サイクル装置及びその制御方法
JP2014006042A (ja) * 2012-05-28 2014-01-16 Daikin Ind Ltd 冷凍装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6136256U (ja) * 1984-07-31 1986-03-06 ダイキン工業株式会社 給湯機
JP2004053118A (ja) * 2002-07-19 2004-02-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd ヒートポンプ風呂給湯機
JP4465986B2 (ja) * 2003-06-06 2010-05-26 株式会社デンソー ヒートポンプ式給湯装置
JP2005098530A (ja) * 2003-09-22 2005-04-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd ヒートポンプ給湯装置
JP2009052880A (ja) * 2004-03-29 2009-03-12 Mitsubishi Electric Corp ヒートポンプ給湯機
JP2006266592A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Hitachi Home & Life Solutions Inc ヒートポンプ給湯装置
JP4807367B2 (ja) * 2008-03-13 2011-11-02 三菱電機株式会社 ヒートポンプ式給湯機
JP4740984B2 (ja) * 2008-06-19 2011-08-03 三菱電機株式会社 冷凍空調装置
JP2011214736A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Sanyo Electric Co Ltd ヒートポンプ式給湯装置、および、ヒートポンプ式給湯装置の制御方法
JP5734031B2 (ja) * 2011-03-09 2015-06-10 三菱電機株式会社 冷凍空調装置
JP5197820B2 (ja) * 2011-09-12 2013-05-15 三菱電機株式会社 冷凍サイクル装置
JP6051401B2 (ja) * 2012-06-12 2016-12-27 パナソニックIpマネジメント株式会社 ヒートポンプ式冷暖房給湯装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54110844U (ja) * 1978-01-25 1979-08-04
JPH11325642A (ja) * 1998-05-20 1999-11-26 Fujitsu General Ltd 空気調和機
JP2001263871A (ja) * 2000-03-16 2001-09-26 Mitsubishi Electric Corp 冷凍装置
JP2007183077A (ja) * 2006-01-10 2007-07-19 Ebara Corp 冷凍装置
JP2007225264A (ja) * 2006-02-27 2007-09-06 Mitsubishi Electric Corp 空気調和装置
JP2010181146A (ja) * 2010-04-01 2010-08-19 Mitsubishi Electric Corp 冷凍空調装置
JP2011252637A (ja) * 2010-06-01 2011-12-15 Panasonic Corp 冷凍サイクル装置及びその制御方法
JP2014006042A (ja) * 2012-05-28 2014-01-16 Daikin Ind Ltd 冷凍装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019095079A (ja) * 2017-11-17 2019-06-20 大陽日酸株式会社 高温超電導電力機器用冷却システム及びその運転方法
WO2021192074A1 (ja) * 2020-03-25 2021-09-30 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 空気調和機

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