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公開番号2024030870
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-07
出願番号2022134069
出願日2022-08-25
発明の名称冷凍装置
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 20060101AFI20240229BHJP(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】単元運転と二元運転との切り替えが可能な冷凍装置において、冷媒が流れず熱交換器として機能していない状態の熱交換器を介して利用側機器から冷媒回路側への熱漏洩を抑制することができる冷凍装置を提供する。
【解決手段】熱媒体と熱交換する高元側熱媒体熱交換器11、カスケード熱交換器13が冷媒配管で順次接続される高元側冷媒回路2と、カスケード熱交換器13、カスケード熱交換器13と並列に接続して熱媒体と熱交換する低元側熱媒体熱交換器24、低元側熱交換器22が冷媒配管で順次接続される低元側冷媒回路3と、高元側冷媒回路2および低元側冷媒回路3を制御する制御部5とを備え、制御部5は、単元運転と二元運転との切り替えが可能であり、低元側熱媒体熱交換器24には低元側遮断手段40、41が設けられ、高元側熱媒体熱交換器11には高元側遮断手段42、43が設けられている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
高元側冷媒が循環し、高元側圧縮機と、前記高元側冷媒と熱媒体とが熱交換する高元側熱媒体熱交換器と、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る高元側冷媒回路と、
低元側冷媒が循環し、低元側圧縮機と、前記カスケード熱交換器と、前記カスケード熱交換器と並列に接続され前記低元側冷媒と前記熱媒体とが熱交換する低元側熱媒体熱交換器と、低元側減圧機構と、低元側熱交換器とが冷媒配管で順次接続される低元側冷媒回路と、
前記高元側冷媒回路および前記低元側冷媒回路を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記高元側冷媒回路に前記高元側冷媒を循環させず、前記低元側冷媒回路に前記低元側冷媒を循環させて、前記低元側熱媒体熱交換器で前記熱媒体を加熱する単元運転と、
前記高元側冷媒回路に前記高元側冷媒を循環させ、また、前記低元側冷媒回路に前記低元側冷媒を循環させて、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て前記高元側熱媒体熱交換器で前記熱媒体を加熱する二元運転と、の切り替えが可能であり、
前記低元側冷媒回路には、前記低元側冷媒の前記低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する低元側遮断手段が設けられ、
前記高元側冷媒回路には、前記高元側冷媒の前記高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する高元側遮断手段が設けられていることを特徴とする冷凍装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
循環ポンプと、利用側熱交換器と、前記低元側熱媒体熱交換器と、前記高元側熱媒体熱交換器とが配管で順次接続されて前記熱媒体が循環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に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記二元運転において、前記熱媒体の加熱目標温度が所定値以上である場合に、前記低元側遮断手段により前記低元側冷媒の前記低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断し、
前記二元運転において、前記熱媒体の加熱目標温度が所定値未満である場合に、前記二元運転から前記単元運転に切り換え、前記高元側遮断手段により前記高元側冷媒の前記高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断することを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記単元運転において、前記高元側熱媒体熱交換器に流入する前記熱媒体の温度が前記高元側熱媒体熱交換器に流入する前記高元側冷媒の温度よりも高い場合に、前記高元側遮断手段により、前記高元側冷媒の前記高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断し、
前記二元運転において、前記低元側熱媒体熱交換器に流入する前記熱媒体の温度が前記低元側熱媒体熱交換器に流入する前記低元側冷媒の温度よりも高い場合に、前記低元側遮断手段により、前記低元側冷媒の前記低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断することを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記高元側圧縮機が一定時間以上停止した場合に、前記高元側遮断手段により、前記高元側冷媒の前記高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断することを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍装置。
【請求項６】
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の側および前記低元側熱媒体熱交換器の側に流すか、または、前記低元側熱交換器の側に流すかを切り換える低元側四方弁が設けられ、
前記制御部は、所定の除霜開始条件になった場合に、前記低元側圧縮機から吐出する前記低元側冷媒を前記低元側熱交換器の側に流すように前記低元側四方弁を切り換え、
前記低元側遮断手段により、前記低元側冷媒の前記低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断し、
前記高元側遮断手段により、前記高元側冷媒の前記高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断することを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍装置。
【請求項７】
前記低元側冷媒もしくは前記高元側冷媒の少なくともいずれ一方の前記カスケード熱交換器への流入を遮断するカスケード熱交換器側遮断手段が、前記低元側冷媒回路もしくは前記高元側冷媒回路に設けられ、前記単元運転時に前記カスケード熱交換器側遮断手段によって冷媒の流入を遮断することを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍装置。
【請求項８】
高元側圧縮機と、カスケード熱交換器と、高元側減圧機構と、熱媒体と熱交換する高元側熱媒体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、低元側熱交換器と、低元側減圧機構と、前記カスケード熱交換器と、前記カスケード熱交換器と並列に接続して前記熱媒体と熱交換する低元側熱媒体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低元側冷媒回路と、
前記高元側冷媒回路および前記低元側冷媒回路を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記高元側冷媒回路で前記高元側冷媒を循環させず、前記低元側冷媒回路で前記低元側冷媒を循環させて、前記低元側熱媒体熱交換器で前記熱媒体を冷却する単元運転と、
前記高元側冷媒回路で前記高元側冷媒を循環させ、また、前記低元側冷媒回路で前記低元側冷媒を循環させて、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て前記高元側熱媒体熱交換器で前記熱媒体を冷却する二元運転と、の切り替えが可能であり、
前記低元側冷媒回路には、前記低元側冷媒の前記低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する低元側遮断手段が設けられ、
前記高元側冷媒回路には、前記高元側冷媒の前記高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する高元側遮断手段が設けられていることを特徴とする冷凍装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍装置に関し、特に、１つの冷媒回路で運転する単元運転と、カスケード熱交換器を用いて２つの冷媒回路で運転する二元運転との切り替えが可能な冷凍装置に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
従来の二元冷凍装置は、高温側冷媒回路と、低温側冷媒回路と、高温側冷媒回路と低温側冷媒回路とが共用するカスケード熱交換器（中間熱交換器）とを備え、高温側冷媒回路を循環する高温側冷媒に対しては蒸発器として動作し、低温側冷媒回路を循環する低温側冷媒に対しては凝縮器として動作するカスケード熱交換器で高温側冷媒と低温側冷媒を熱交換させ、低温側冷媒回路を循環する低元側冷媒によって冷却槽（被冷却対象を納める箱）内の冷却を行う。このように、二元冷凍装置は、カスケード熱交換器で高温側冷媒回路を循環する冷媒と低温側冷媒回路を循環する冷媒とを熱交換させるので、通常の単元運転を行う冷凍装置よりも、冷却槽内をより低温に冷却させて冷却能力を高めることができる。
【０００３】
このように二元冷凍装置は冷却能力を高めることができるが、一方で、高温側冷媒回路および低温側冷媒回路の２つ冷媒回路を運転させるので、エネルギーを多く消費してしまう。そのため、冷却能力がそれほど必要でない場合には、単元運転の方が適している場合がある。
【０００４】
そのため、特許文献１には、必要な能力や温度の変化に応じて、単元運転と二元運転とが切り替えられる冷却装置が開示されており、運転効率の向上が図られている。
【０００５】
特許文献１に開示された冷凍装置は、低温側凝縮器及び低温側蒸発器を有し、循環する低温側冷媒が低温側蒸発器で吸熱する低温側冷媒回路と、高温側凝縮器、高温側第１蒸発器及び高温側第２蒸発器を有し、循環する高温側冷媒が高温側第１蒸発器又は高温側第２蒸発器で吸熱する高温側冷媒回路とが設けられ、低温側凝縮器及び高温側第２蒸発器として動作するカスケード熱交換器が形成されており、高温側第１蒸発器に高温側冷媒を循環させて、高温側第１蒸発器において被冷却物を冷却する単元運転と、高温側第２蒸発器に高温側冷媒を循環させ、また、低温側冷媒回路に低温側冷媒を循環させ、カスケード熱交換器において高温側冷媒と低温側冷媒とを熱交換し、低温側蒸発器において被冷却物を冷却する二元運転との運転の切り替えが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２００９－２６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に開示された二元冷凍装置では、単元運転の場合は、運転が停止している低温側冷媒回路の低温側蒸発器を介して利用側機器としての冷却槽側が低温側冷媒回路側から吸熱してしまう。また、二元運転の場合も、冷媒が流れず蒸発器（熱交換器）として機能していない状態の高温側第１蒸発器を介して利用側機器としての冷却槽側が高温側冷媒回路側から吸熱してしまう。そのため、利用側機器における冷媒と被冷却物との熱交換量が不足するという課題を有している。
【０００８】
上記課題に鑑み、本発明の目的は、単元運転と二元運転との切り替えが可能な冷凍装置において、冷媒が流れず熱交換器として機能していない状態の熱交換器を介して利用側機器から冷媒回路側への熱漏洩を抑制することができる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】
【０００９】
本発明の一態様は、高元側圧縮機と、熱媒体と熱交換する高元側熱媒体熱交換器と、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、カスケード熱交換器と並列に接続して熱媒体と熱交換する低元側熱媒体熱交換器と、低元側減圧機構と、低元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低元側冷媒回路と、高元側冷媒回路および低元側冷媒回路を制御する制御部と、を備え、制御部は、高元側冷媒回路に高元側冷媒を循環させず、低元側冷媒回路に低元側冷媒を循環させて、低元側熱媒体熱交換器で熱媒体を加熱する単元運転と、高元側冷媒回路に高元側冷媒を循環させ、低元側冷媒回路に低元側冷媒を循環させて、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て高元側熱媒体熱交換器で熱媒体を加熱する二元運転と、の切り替えが可能であり、低元側冷媒回路には、低元側冷媒の低元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する低元側遮断手段が設けられ、高元側冷媒回路には、高元側冷媒の高元側熱媒体熱交換器への流入を遮断する高元側遮断手段が設けられている冷凍装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、単元運転と二元運転との切り替えが可能な冷凍装置において、冷媒が流れず熱交換器として機能していない状態の熱交換器を介して利用側機器から冷媒回路側への熱漏洩を抑制することができる冷凍装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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