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公開番号2024020842
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-02-15
出願番号2022123334
出願日2022-08-02
発明の名称二元冷凍装置
出願人株式会社富士通ゼネラル
代理人個人,個人
主分類F25B 7/00 20060101AFI20240207BHJP(冷凍または冷却;加熱と冷凍との組み合わせシステム;ヒートポンプシステム;氷の製造または貯蔵;気体の液化または固体化)
要約【課題】二元冷凍装置において、立ち上がり運転を速やかに行うことにより、立ち上がり運転の悪化による暖房能力の低下を抑制することができる二元冷凍装置を提供する。
【解決手段】高元側圧縮機10、熱媒体と熱交換する高元側熱交換器11、カスケード熱交換器13を備え、高元側冷媒が循環する高元側冷媒回路2と、低元側圧縮機20、熱源側熱交換器22を備え、カスケード熱交換器13で高元側冷媒と熱交換する第1循環路23、および、熱媒体と熱交換する低元側熱交換器24を有する第2循環路26とを備え、低元側冷媒が循環する低元側冷媒回路3を備えている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
高元側圧縮機と、熱媒体と熱交換する高元側熱交換器と、高元側減圧機構と、カスケード熱交換器とが冷媒配管で順次接続され、高元側冷媒が循環する高元側冷媒回路と、
低元側圧縮機と、前記カスケード熱交換器と、低元側第１減圧機構と、熱源側熱交換器とが冷媒配管で順次接続され、低元側冷媒が循環する第１循環路を備える低元側冷媒回路と、
前記高元側冷媒回路、前記低元側冷媒回路を制御する制御部と、を備え、
前記カスケード熱交換器で前記高元側冷媒と前記低元側冷媒とが熱交換し、
前記低元側冷媒回路は、前記低元側圧縮機と前記カスケード熱交換器との間と、前記低元側第１減圧機構と前記熱源側熱交換器との間とを、前記熱媒体と熱交換する低元側熱交換器および低元側第２減圧機構が設けられた冷媒配管で接続し、前記低元側圧縮機と、前記低元側熱交換器と、前記低元側第２減圧機構と、前記熱源側熱交換器とが冷媒配管で順次接続され、前記低元側冷媒が循環する第２循環路を備えていることを特徴とする二元冷凍装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
循環ポンプと、利用側熱交換器と、前記低元側熱交換器と、前記高元側熱交換器とが、配管で順次接続されて熱媒体が循環し、前記高元側熱交換器で前記高元側冷媒と前記熱媒体とが熱交換し、前記低元側熱交換器で前記低元側冷媒と前記熱媒体とが熱交換する熱媒体回路を備え、
前記制御部は、前記熱媒体回路を制御することを特徴とする請求項１に記載の二元冷凍装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記二元冷凍装置を起動する際に、前記高元側圧縮機および前記低元側圧縮機を起動させ、前記低元側第１減圧機構および前記低元側第２減圧機構の開度を所定の開度に維持して、前記第１循環路および前記第２循環路に前記低元側冷媒を循環させる立ち上がり運転を行うことを特徴とする請求項１に記載の二元冷凍装置。
【請求項４】
前記制御部は、所定時間経過後、前記立ち上がり運転から前記カスケード熱交換器および低元側熱交換器の出口冷媒が所定の過冷却度になるよう前記低元側第１減圧機構および前記低元側第２減圧機構を制御する通常運転に切り換えて、前記第１循環路および前記第２循環路に前記低元側冷媒を循環させることを特徴とする請求項３に記載の二元冷凍装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記二元冷凍装置を起動する際に、前記高元側圧縮機、前記低元側圧縮機および前記循環ポンプを起動させ、前記低元側第１減圧機構および前記低元側第２減圧機構の開度を所定の開度に維持して、前記第１循環路および前記第２循環路に前記低元側冷媒を循環させる立ち上がり運転を行うことを特徴とする請求項２に記載の二元冷凍装置。
【請求項６】
前記制御部は、所定時間経過後、前記立ち上がり運転から前記カスケード熱交換器および低元側熱交換器の出口冷媒が所定の過冷却度になるよう前記低元側第１減圧機構および前記低元側第２減圧機構を制御する通常運転に切り換えて、前記第１循環路および前記第２循環路に前記低元側冷媒を循環させることを特徴とする請求項５に記載の二元冷凍装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記高元側熱交換器を通過した後の前記熱媒体の温度の目標値が所定温度以下の場合は、前記高元側圧縮機を停止することを特徴とする請求項６に記載の二元冷凍装置。
【請求項８】
前記低元側冷媒回路において、前記低元側圧縮機の吐出側に接続され、前記低元側圧縮機から吐出する前記低元側冷媒を前記カスケード熱交換器側および前記低元側熱交換器側に流すか、または、前記熱源側熱交換器側に流すかを切り換える低元側四方弁が設けられ、
前記高元側冷媒回路において、前記高元側圧縮機の吐出側に接続され、前記高元側圧縮機から吐出する前記高元側冷媒を前記高元側熱交換器側に流すか、または、前記カスケード熱交換器側に流すかを切り換える高元側四方弁が設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の二元冷凍装置。
【請求項９】
前記低元側熱交換器は蓄熱材を有していることを特徴とする請求項８に記載の二元冷凍装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記蓄熱材の温度が所定温度以上になった場合、前記低元側四方弁を前記熱源側熱交換器側に切り換える除霜運転を行うことを特徴とする請求項９に記載の二元冷凍装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、二元冷凍装置に関し、特に、暖房能力の低下を抑制することができる二元冷凍装置に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
従来の二元冷凍装置は、高元側冷媒回路と低元側冷媒回路を備え、高元側冷媒回路と低元側冷媒回路が、共用するカスケード熱交換器（中間熱交換器）を備え、高元側冷媒回路を循環する冷媒と低元側冷媒回路を循環する冷媒とを、カスケード熱交換器で熱交換させ、高元側冷媒回路を循環する高元側冷媒により水を加熱し、温水を生成している。
【０００３】
このような二元冷凍装置は、高元側冷媒回路と低元側冷媒回路で、冷媒特性の違いや起動時の温度条件などに起因して起動から定常状態になるまでの時間にアンバランスが生じて低元側冷媒回路の圧縮機が保護停止に至る恐れがある。そのため、特許文献１に開示された二元冷凍装置では、二元冷凍装置の起動から定常運転に移行するまでの間（以下、「立ち上がり運転」とする）における低元側冷凍回路での高圧過昇による保護停止を防止するため、立ち上がり運転における高元側冷媒回路の圧縮機の回転数の低元側冷凍回路の圧縮機の回転数に対する比を、定常運転における比よりも大きく設定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１３－２１３５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示された二元冷凍装置では、立ち上がり運転における高元側冷凍回路の圧縮機の回転数の低元側冷凍回路の圧縮機の回転数に対する比を、定常運転における比よりも大きく設定しているので、低元側冷凍回路の圧縮機の立ち上がり運転における回転数が制限されるため、立ち上がり運転において、十分な暖房能力を発揮するまでに時間がかかるという課題がある。
【０００６】
上記課題に鑑み、本発明の目的は、二元冷凍装置において、立ち上がり運転を速やかに行うことによる暖房能力の低下を抑制することができる二元冷凍装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、高元側圧縮機と、高元側熱交換器と、高元側減圧機構と、カスケード熱交換器とが冷媒配管で順次接続され、高元側冷媒が循環する高元側冷媒回路と、低元側圧縮機と、カスケード熱交換器と、低元側第１減圧機構と、熱源側熱交換器とが冷媒配管で順次接続され、低元側冷媒が循環する第１循環路を備える低元側冷媒回路と、高元側冷媒回路、低元側冷媒回路を制御する制御部と、を備え、カスケード熱交換器で高元側冷媒と低元側冷媒とが熱交換し、低元側冷媒回路は、低元側圧縮機とカスケード熱交換器との間と、低元側第１減圧機構と熱源側熱交換器との間とを、低元側熱交換器および低元側第２減圧機構が設けられた冷媒配管で接続し、低元側圧縮機と、低元側熱交換器と、低元側第２減圧機構と、熱源側熱交換器とが冷媒配管で順次接続され、低元側冷媒が循環する第２循環路を備えている二元冷凍装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、二元冷凍装置において、立ち上がり運転を速やかに行うことにより、立ち上がり運転の悪化による暖房能力の低下を抑制することができる二元冷凍装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の実施形態に係る二元冷凍装置の冷媒回路図である。
本発明の実施形態に係る二元冷凍装置の制御ブロック図である。
本発明の実施形態に係る二元冷凍装置の制御フロー図である。
本発明の他の実施形態に係る二元冷凍装置の冷媒回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明に係る二元冷凍増値の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
（【００１１】以降は省略されています）

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