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公開番号2024020843
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-02-15
出願番号2022123335
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】高元側冷媒が循環する高元側冷媒回路2と、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、低元側熱交換器24で熱媒体と熱交換する第2循環路26とを備えて低元側冷媒が循環する低元側冷媒回路3と、高元側熱交換器11で高元側冷媒と熱交換し、低元側熱交換器24で低元側冷媒と熱交換する熱媒体が循環する熱媒体回路4とを備え、熱媒体回路4は、熱媒体が高元側熱交換器11と低元側熱交換器24を循環する第1熱媒体循環路35と、熱媒体が高元側熱交換器11を循環する第2熱媒体循環路36とを備えている。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
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、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循環路と、
前記第１循環路における、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、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循環路とを備える、低元側冷媒回路と、
第１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第１熱媒体循環路と、
前記第１熱媒体循環路における、前記利用側熱交換器と前記低元側熱交換器との間と、前記低元側熱交換器と前記高元側熱交換器との間とを接続する第１バイパス路を備え、前記第１循環ポンプと、前記利用側熱交換器と、前記第１バイパス路と、前記高元側熱交換器とが配管で順次接続され、前記熱媒体が循環する第２熱媒体循環路と、を備えた熱媒体回路と、
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、
前記熱媒体回路において、前記熱媒体を第１熱媒体循環路に流すか、または、前記第２熱媒体循環路に流すかを切り換える第１切換手段と、
前記高元側冷媒回路、前記低元側冷媒回路、前記熱媒体回路を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする二元冷凍装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記制御部は、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第１循環ポンプを起動させるとともに、前記熱媒体が第１熱媒体循環路を流れるように前記第１切換手段を切り換え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、前記利用側熱交換器を通過した熱媒体の温度が第１所定温度を越えた場合、または、前記利用側熱交換器を通過した熱媒体の温度と低元側冷媒回路の前記低元側熱交換器における冷媒凝縮温度との差が、第２所定温度未満の場合は、前記熱媒体が第２熱媒体循環路を流れるように前記第１切換手段を切り換える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４】
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四方弁が設けられてい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５】
前記低元側熱交換器は、蓄熱材を備えた第１蓄熱部を備えていることを特徴とする請求項４に記載の二元冷凍装置。
【請求項６】
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、前記四方弁を前記熱源側熱交換器側に切り換えて、前記蓄熱材に蓄熱された熱を用いて除霜運転を行う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】
前記熱媒体回路において、逆止弁、第２循環ポンプ、および蓄熱材を備えた第２蓄熱部を設けた第２バイパス路を前記第１バイパス路と並列に接続し、前記第２循環ポンプと、前記逆止弁と、前記低元側熱交換器と、前記第２蓄熱部とが冷媒配管で順次接続され、前記熱媒体が循環する第３熱媒体循環路と、
前記熱媒体回路において、前記熱媒体が第１熱媒体循環路を流れるか、または、前記第３熱媒体循環路を流れるかを切り換える第２切換手段と、
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四方弁と、を備えてい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８】
前記制御部は、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第１循環ポンプを起動させるとともに、前記熱媒体が第１熱媒体循環路を流れるように前記第１切換手段および前記第２切換手段を切り換えることを特徴とする請求項７に記載の二元冷凍装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記利用側熱交換器を通過した熱媒体の温度が第１所定温度を越えた場合、または、前記利用側熱交換器を通過した熱媒体の温度と低元側冷媒回路の前記低元側熱交換器における冷媒凝縮温度との差が、第２所定温度未満の場合は、前記熱媒体が第２熱媒体循環路を流れるように前記第１切換手段を切り換え、前記熱媒体が第３熱媒体循環路を流れるように前記第２切換手段を切り換え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、前記四方弁を前記熱源側熱交換器側に切り換えて、前記蓄熱材に蓄熱された熱を用いて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 2,200 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温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、高元側冷凍回路と低元側冷凍回路で、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。
【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、低元側冷媒が循環し、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する第１循環路と、第１循環路における、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循環路とを備える、低元側冷媒回路と、第１循環ポンプと、利用側熱交換器と、低元側熱交換器と、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、高元側熱交換器で高元側冷媒と熱媒体とが熱交換し、低元側熱交換器で低元側冷媒と熱媒体とが熱交換する第１熱媒体循環路と、第１熱媒体循環路における、利用側熱交換器と前記低元側熱交換器との間と、低元側熱交換器と高元側熱交換器との間とを接続する第１バイパス路を備え、第１循環ポンプと、利用側熱交換器と、第１バイパス路と、高元側熱交換器とが配管で順次接続され、熱媒体が循環する第２熱媒体循環路と、を備えた熱媒体回路と、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、熱媒体回路において、熱媒体を第１熱媒体循環路に流すか、または、第２熱媒体循環路に流すかを切り換える第１切換手段と、高元側冷媒回路、低元側冷媒回路、熱媒体回路を制御する制御部と、を備えた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第１モード運転の冷媒の流れを示す図である。
本発明の実施形態に係る二元冷凍装置の第２モード運転の冷媒の流れを示す図である。
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。
本発明の他の実施形態に係る二元冷凍装置の第１モード運転の冷媒の流れを示す図である。
本発明の他の実施形態に係る二元冷凍装置の第２モード運転の冷媒の流れを示す図である。
本発明の他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。
本発明の他の実施形態に係る二元冷凍装置の制御フロー図である。
【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装置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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