JP5982290B2 - Dual refrigeration cycle equipment - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、同一筐体内に、高温側冷凍サイクルと低温側冷凍サイクルを備えた二元冷凍サイクル装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to a dual refrigeration cycle apparatus including a high temperature side refrigeration cycle and a low temperature side refrigeration cycle in the same housing.
同一筐体内に、高温側冷凍サイクルと低温側冷凍サイクルを備え、高温側冷凍サイクルに循環する高温側冷媒と、低温側冷凍サイクルに循環する低温側冷媒とを、カスケード熱交換器で熱交換させることによって、高圧縮比を得る二元冷凍サイクル装置が多用される傾向にある。 A high-temperature side refrigeration cycle and a low-temperature side refrigeration cycle are provided in the same casing, and the high-temperature side refrigerant circulating in the high-temperature side refrigeration cycle and the low-temperature side refrigerant circulating in the low-temperature side refrigeration cycle are heat-exchanged by a cascade heat exchanger. Therefore, there is a tendency that a binary refrigeration cycle apparatus that obtains a high compression ratio is frequently used.
この二元冷凍サイクル装置を給湯システムとして用いる場合は、高温側冷凍サイクルを構成する高温側凝縮器を水・冷媒熱交換器として、ここに導かれる高温側冷媒と、温水配管から導かれる水もしくは温水とを熱交換して、温水配管に導かれる水または温水を高温化して供給する。 When this dual refrigeration cycle apparatus is used as a hot water supply system, the high temperature side condenser constituting the high temperature side refrigeration cycle is used as a water / refrigerant heat exchanger, and the high temperature side refrigerant led here and water led from the hot water pipe or Heat is exchanged with hot water, and the water or hot water led to the hot water pipe is heated and supplied.
ところで、高温側冷凍サイクルを構成する高温側圧縮機および低温側冷凍サイクルを構成する低温側圧縮機には、それぞれ潤滑油が集溜され圧縮機内部の各摺動部へ給油する。各圧縮機の停止中は低温となっており、潤滑油に冷媒が溶け込んだ状態でいる。そのため、潤滑油は冷媒によって希釈され、粘度が低くて潤滑性が悪い。 By the way, in the high temperature side compressor constituting the high temperature side refrigeration cycle and the low temperature side compressor constituting the low temperature side refrigeration cycle, lubricating oil is collected and supplied to each sliding portion inside the compressor. While each compressor is stopped, the temperature is low, and refrigerant is dissolved in the lubricating oil. Therefore, lubricating oil is diluted with a refrigerant | coolant, its viscosity is low and lubricity is bad.
給湯システムを構成する関係上、特に高温側冷凍サイクルは温水配管に導かれる水または温水の温度を早急に上昇させる必要がある。それには高温側圧縮機の起動時に、集溜する潤滑油の温度を速やかに上昇させ、ここに溶け込んでいる冷媒を分離して潤滑油の希釈を抑制し、粘度を高くして安定運転に移行することが望ましい。 In view of configuring the hot water supply system, in particular, in the high temperature side refrigeration cycle, it is necessary to quickly raise the temperature of water or hot water led to the hot water pipe. To that end, when the high temperature side compressor starts up, the temperature of the collected lubricating oil is quickly raised, the refrigerant dissolved in this is separated to suppress dilution of the lubricating oil, and the viscosity is increased to shift to stable operation. It is desirable to do.
また、長時間、安定運転状態を継続すると、高温側圧縮機の温度が必要以上に上昇して、摺動部が過熱し、モータ効率が低下する傾向にある。そこで、今度は高温側圧縮機を冷却して、モータ効率および信頼性の向上を図る必要がある。 Further, if the stable operation state is continued for a long time, the temperature of the high-temperature side compressor rises more than necessary, and the sliding portion is overheated, and the motor efficiency tends to decrease. Therefore, it is necessary to improve the motor efficiency and reliability by cooling the high temperature side compressor this time.
このような事情から、起動時は、高温側圧縮機に集溜する潤滑油の温度を速やかに上昇させて、冷媒による希釈を抑制し粘度を高くして信頼性の向上を図り、短時間で安定運転に移行でき、長時間安定運転が継続したら、高温側圧縮機を冷却して摺動部の過熱を抑制し、モータ効率の向上を図れる二元冷凍サイクル装置が求められている。 For this reason, at the time of start-up, the temperature of the lubricating oil collected in the high-temperature side compressor is quickly raised, the dilution with the refrigerant is suppressed, the viscosity is increased, and the reliability is improved. There is a need for a dual refrigeration cycle apparatus that can shift to stable operation and continue long-term stable operation to cool the high-temperature side compressor and suppress overheating of the sliding portion to improve motor efficiency.
本実施形態によれば、高温側圧縮機、高温側凝縮器、高温側膨張装置、カスケード熱交換器を、冷媒配管を介して連通する高温側冷凍サイクルと、低温側圧縮機、カスケード熱交換器、低温側膨張装置、低温側蒸発器を、冷媒配管を介して連通する低温側冷凍サイクルとを、同一筐体内に搭載するとともに、前記高温側冷凍サイクルに導かれる高温側冷媒と、前記低温側冷凍サイクルに導かれる低温側冷媒とを、前記カスケード熱交換器で熱交換させる二元冷凍サイクル装置であって、前記低温側冷凍サイクルの前記低温側圧縮機から前記カスケード熱交換器を介して前記低温側膨張装置に至る前記冷媒配管を低温側高圧部とし、前記低温側高圧部に、前記高温側冷凍サイクルを構成する前記高温側圧縮機へ延長して、低温側冷媒の熱と高温側圧縮機を熱交換させる熱交換手段を設けた。 According to the present embodiment, the high temperature side compressor, the high temperature side condenser, the high temperature side expansion device, and the cascade heat exchanger communicate with each other via the refrigerant pipe, the high temperature side refrigeration cycle, the low temperature side compressor, and the cascade heat exchanger. A low temperature side expansion device, a low temperature side evaporator, and a low temperature side refrigeration cycle communicating with each other via a refrigerant pipe in the same housing, and a high temperature side refrigerant guided to the high temperature side refrigeration cycle, and the low temperature side A low temperature side refrigerant led to a refrigeration cycle is a two-way refrigeration cycle device for exchanging heat with the cascade heat exchanger, wherein the low temperature side compressor of the low temperature side refrigeration cycle passes through the cascade heat exchanger The refrigerant pipe leading to the low temperature side expansion device is a low temperature side high pressure portion, and the low temperature side high pressure portion is extended to the high temperature side compressor constituting the high temperature side refrigeration cycle, so that the heat and high temperature of the low temperature side refrigerant are increased. The compressor is provided with heat exchange means for heat exchange.
以下、本実施の形態を図面にもとづいて説明する。
図１は、第１の実施形態における、たとえば給湯システムとして用いられる二元冷凍サイクル装置Ｎの冷凍サイクル構成図である。
Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a refrigeration cycle of a binary refrigeration cycle apparatus N used as, for example, a hot water supply system in the first embodiment.
二元冷凍サイクル装置Ｎは、同一の筐体Ｋに搭載される高温側冷凍サイクルＲａと、低温側冷凍サイクルＲｂと、温水配管Ｈおよび制御部Ｓとから構成される。
前記高温側冷凍サイクルＲａにおいて、高温側圧縮機１の吐出部ａと高温側凝縮器である水・冷媒熱交換器２の１次側流路２ａが高温側冷媒配管Ｐａを介して接続され、水・冷媒熱交換器２の１次側流路２ａと高温側膨張装置３が高温側冷媒配管Ｐａを介して接続される。
The dual refrigeration cycle apparatus N includes a high temperature side refrigeration cycle Ra, a low temperature side refrigeration cycle Rb, a hot water pipe H, and a control unit S mounted in the same housing K.
In the high temperature side refrigeration cycle Ra, the discharge section a of the high
高温側膨張装置３とカスケード熱交換器４の１次側流路４ａが高温側冷媒配管Ｐａを介して接続され、カスケード熱交換器４の１次側流路４ａと高温側圧縮機１の吸込み部ｂとが高温側冷媒配管Ｐａを介して接続されてなる。
The primary
低温側冷凍サイクルＲｂは、低温側圧縮機５の吐出部ａとカスケード熱交換器４の２次側流路４ｂが、後述するように構成される低温側冷媒配管Ｐｂを介して接続され、カスケード熱交換器４の２次側流路４ｂと低温側膨張装置６が低温側冷媒配管Ｐｂを介して接続される。
In the low temperature side refrigeration cycle Rb, the discharge part a of the low
低温側膨張装置６と低温側蒸発器である空気熱交換器７が低温側冷媒配管Ｐｂを介して接続され、空気熱交換器７と低温側圧縮機５の吸込み部ｂとが低温側冷媒配管Ｐｂを介して接続されてなる。なお、空気熱交換器７と対向して送風機が配置され、熱交換用の空気を送風できるようになっている。
The low temperature
ここで、低温側冷凍サイクルＲｂの低温側圧縮機５の吐出部ａからカスケード熱交換器４の２次側流路４ｂを介して低温側膨張装置６に至る低温側冷媒配管Ｐｂの系路（図に太線で示す）を、低温側高圧部８と呼ぶ。
Here, the system path of the low-temperature side refrigerant pipe Pb from the discharge part a of the low-
さらに、低温側高圧部８のうちの、特に、低温側圧縮機５の吐出部ａからカスケード熱交換器４に至る低温側冷媒配管Ｐｂの一部は、高温側冷凍サイクルＲａを構成する高温側圧縮機１へ延長され、低温側高圧部８の冷媒と高温側圧縮機１を熱交換させる熱交換部（熱交換手段）８ａを構成する。
Furthermore, a part of the low-temperature side refrigerant pipe Pb from the discharge part a of the low-
熱交換部８ａの具体的な形状は、図２もしくは図３に示すようになる。
図２に示すように、高温側圧縮機１を構成する密閉ケース１０の外面下部に低温側冷媒配管が巻装され、熱交換部８ａとする。
The specific shape of the
As shown in FIG. 2, the low temperature side refrigerant | coolant piping is wound by the outer surface lower part of the
したがって、低温側圧縮機５の吐出部ａから導かれる高圧高温の低温側冷媒が低温側高圧部８の熱交換部８ａにおいて高温側圧縮機１と熱交換して放熱し、低温側冷媒の熱を密閉ケース１０へ伝達するようになっている。
結果的には、低温側冷媒の熱を高温側圧縮機１の密閉ケース１０を介して、内部に集溜する潤滑油へ伝達することができる。
Therefore, the high-pressure and high-temperature low-temperature refrigerant guided from the discharge part a of the low-
As a result, the heat of the low-temperature side refrigerant can be transmitted to the lubricating oil collected inside through the sealed
図３に示すように、高温側圧縮機１を構成する密閉ケース１０底部から内部に挿入される環状の低温側冷媒配管を、熱交換部８ａとする。密閉ケース１０内部には、電動機部１１と圧縮機構部１２からなる電動圧縮機本体１３が収容されるとともに、圧縮機構部１２は密閉ケース１０内底部に集溜する潤滑油に浸漬状態にある。
As shown in FIG. 3, an annular low temperature side refrigerant pipe inserted into the inside from the bottom of the sealed
この場合、熱交換部８ａは圧縮機構部１２には接触することなく、潤滑油に浸漬される。したがって、低温側冷媒の熱と高温側圧縮機１に集溜する潤滑油とを熱交換して、低温側冷媒の熱を潤滑油へ直接、伝達するようになっている。
In this case, the
再び図１に示すように、前記温水配管Ｈは、一端部が給水源、貯湯タンクまたは復水側（戻り側）バッファタンクの吸込み部に接続され、他端部が貯湯タンク、給湯栓または往水側（利用側）バッファタンク（以上、いずれも図示しない）に接続される。 As shown in FIG. 1 again, one end of the hot water pipe H is connected to a water supply source, a hot water storage tank or a suction side of a condensate side (return side) buffer tank, and the other end is connected to a hot water storage tank, a hot water tap or an outlet. It is connected to a water side (use side) buffer tank (all not shown).
温水配管Ｈの中途部には、水搬送用のポンプ１５と、前記水・冷媒熱交換器２内に配管される２次側流路２ｂが設けられる。したがって、前記温水配管Ｈに導かれる水もしくは温水は、水・冷媒熱交換器の２次側流路２ｂにおいて１次側流路２ａに導かれる冷媒と熱交換することとなる。
In the middle part of the hot water pipe H, a
前記制御部Ｓは、高温側圧縮機１および低温側圧縮機５の吐出部ａ側に設けられる温度センサおよび圧力センサ（図示しない。以下、同）と、吸込み部ｂ側に設けられる温度センサおよび圧力センサからの検知信号を所定時間毎に受ける。
The control unit S includes a temperature sensor and a pressure sensor (not shown, the same applies hereinafter) provided on the discharge part a side of the high
さらに、温水配管Ｈにおける水・冷媒熱交換器２の２次側流路２ｂ入口側および出口側に設けられる水温センサおよび流量センサからの検知信号を所定時間毎に受ける。カスケード熱交換器４に設けられる温度センサと、空気熱交換器７に設けられる温度センサからも検知信号を受ける。
Further, the water /
さらに、リモートコントローラ（リモコン）からの運転／停止の指示信号を受け、高温側圧縮機１および低温側圧縮機５の運転周波数を設定制御する。前記センサ類とリモコンから受けた検知信号を演算し、記憶する基準値と比較するとともに、高温側膨張装置３および低温側膨張装置６の開閉と絞り量を制御する。そして、後述する制御をなす。
Further, upon receiving an operation / stop instruction signal from a remote controller (remote controller), the operating frequencies of the high
このようにして構成される二元冷凍サイクル装置Ｒであり、冷凍サイクル運転（加熱運転モード）開始の指示を受けた制御部Ｓは、高温側冷凍サイクルＲａの高温側圧縮機１と、低温側冷凍サイクルＲｂの低温側圧縮機５を駆動制御して、後述するように冷媒を循環させる。
The control unit S, which is the dual refrigeration cycle apparatus R configured as described above and receives an instruction to start the refrigeration cycle operation (heating operation mode), includes the high
前記高温側冷凍サイクルＲａにおいては、高温側圧縮機１で圧縮され吐出される冷媒を、 −水・冷媒熱交換器２の１次側流路２ａ−高温側膨張装置３−カスケード熱交換器４の１次側流路４ａ−高温側圧縮機１− の順に導き、循環させる。
したがって、水・冷媒熱交換器２の１次側流路２ａが高温側凝縮器として作用し、カスケード熱交換器４の１次側流路４ａが高温側蒸発器として作用する。
In the high temperature side refrigeration cycle Ra, the refrigerant compressed and discharged by the high
Therefore, the primary
前記低温側冷凍サイクルＲｂにおいては、低温側圧縮機５で圧縮され吐出される冷媒を、 −カスケード熱交換器４の２次側流路４ｂ−低温側膨張装置６−空気熱交換器７−低温側圧縮機５− の順に導き循環させる。
In the low-temperature side refrigeration cycle Rb, the refrigerant compressed and discharged by the low-
したがって、カスケード熱交換器４の２次側流路４ｂが低温側凝縮器として作用し、空気熱交換器７が低温側蒸発器として作用する。前記カスケード熱交換器４では、低温側冷凍サイクルＲｂ側の２次側流路４ｂで冷媒が凝縮して凝縮熱を放出し、高温側冷凍サイクルＲａ側の１次側流路４ａで冷媒が凝縮熱を吸熱しながら蒸発する。
Therefore, the secondary
二元冷凍サイクル装置Ｒ全体として空気熱交換器７での冷媒蒸発温度と、水・冷媒熱交換器２での冷媒凝縮温度との差が大となり、高圧縮比を得る。温水配管Ｈに導かれる水もしくは温水は、水・冷媒熱交換器２の２次側流路２ｂにおいて高温側冷凍サイクルＲａで凝縮作用をなす水・冷媒熱交換器２の１次側流路２ａから高温の凝縮熱を吸熱し、効率良く温度上昇する。
The difference between the refrigerant evaporating temperature in the air heat exchanger 7 and the refrigerant condensing temperature in the water /
水・冷媒熱交換器２の２次側流路２ｂにおいて、給水源、貯湯タンクまたは復水側（戻り側）バッファタンクから導かれた水もしくは温水は高温化した温水に変り、水・冷媒熱交換器２から貯湯タンクまたは往水側（利用側）のバッファタンクに導かれ循環する。もしくは、水・冷媒熱交換器２から給湯栓に直接給湯される。
In the secondary
つぎに、起動時の状態を、さらに詳細に説明する。
起動時において、低温側圧縮機５が駆動制御され、ここで圧縮され加熱された低温側冷媒が低温側高圧部８へ吐出されて、高温側圧縮機１に延長される熱交換部８ａに導かれる。
Next, the state at the time of activation will be described in more detail.
At the time of start-up, the low
図２に示す熱交換部８ａでは、高温側圧縮機１を構成する密閉ケース１０の外面下部に巻装されるところから、低温側冷媒の熱を密閉ケース１０に伝達する。この熱は密閉ケース１０内底部に集溜される潤滑油に伝わり、潤滑油温度を上昇させる。
In the
図３に示す熱交換部８ａは、高温側圧縮機１の密閉ケース１０内底部に置かれ、ここに集溜する潤滑油中に浸漬されるところから、低温側冷媒の熱が潤滑油に直接伝達され、潤滑油温度を上昇させる。
The
図２および図３のいずれの構成にしても、熱交換部８ａに導かれる低温側冷媒の熱によって、高温側圧縮機１の密閉ケース１０内底部に集溜する潤滑油の温度が速やかに上昇する。
2 and 3, the temperature of the lubricating oil collected at the bottom of the sealed
高温側圧縮機１の起動前の潤滑油温度が低い状態では、潤滑油に高温側冷媒が溶け込んで、潤滑油が希釈状態となり、粘度が低い。そのままでは、高温側圧縮機１の回転数を上げることができず、モータ効率の悪い状態が長く続く。水・冷媒熱交換器２で温水配管Ｈを導かれる水または温水の温度を、早急に所定温度まで上昇させることができず、効率の悪い状態となる。
In a state where the temperature of the lubricating oil before starting the high
ところが、上述のように低温側圧縮機５から低温側高圧部８に導かれた低温側冷媒を、熱交換部８ａに導く構成を採用することによって、起動時において圧縮・加熱された低温側冷媒の熱が熱交換部８ａを介して高温側圧縮機１の潤滑油に伝達され、潤滑油温度を速やかに上昇させる。
However, as described above, the low temperature side refrigerant compressed and heated at the time of start-up is adopted by adopting the configuration in which the low temperature side refrigerant guided from the low
潤滑油は、高温側冷媒による希釈が早く解消して、粘度が高くなる。十分な粘度になった潤滑油が高温側圧縮機１の各摺動部に供給され、速やかに回転数を上昇させることができ、信頼性を確保しながら短時間で安定運転に移行できる。
The lubricating oil is quickly diluted with the high-temperature side refrigerant and has a high viscosity. Lubricating oil having a sufficient viscosity is supplied to each sliding portion of the high-
特に、高温側圧縮機１を加熱するための専用部品を備えることなく、低温側高圧部８の一部を高温側圧縮機１まで延長しただけの簡素な構成の熱交換部８ａを採用することで、所期の効果が得られ、コストに与える影響も極く僅かですむ。
In particular, the
また、安定運転状態を長時間継続すると、高温側圧縮機１の圧縮機構部１２を構成する各摺動部品が過熱状態となり、モータ効率および信頼性が低下する傾向にある。一般に、安定運転時は、低温側高圧部８に導かれる低温側冷媒の温度が、高温側圧縮機１の潤滑油温度よりも低いことが知られている。
Further, if the stable operation state is continued for a long time, each sliding component constituting the
そこで、上述のように構成することにより、熱交換部８ａは高温側圧縮機１を冷却することとなり、モータ効率の向上を図り、摺動部の過熱を抑制して、モータ効率および信頼性の向上を図れる。
Therefore, by configuring as described above, the
なお、上述のように構成する二元冷凍サイクル装置Ｎにおいて、高温側圧縮機１と低温側圧縮機５を同時に起動しても良いが、ここでは、はじめに低温側圧縮機５を起動したあと、条件に応じて高温側圧縮機１の起動をするよう制御される。
In the two-stage refrigeration cycle apparatus N configured as described above, the high
実際には、低温側圧縮機５を起動し、この内部温度を計測する。高温側圧縮機１は、停止したまま内部温度を計測する。低温側高圧部８の熱交換部８ａを備えたことで、所定時間が経過すれば高温側圧縮機１の内部温度が所定温度を越える。このことを検知したら、始めて高温側圧縮機１を起動するよう、制御部Ｓは制御する。
Actually, the low
低温側高圧部８に熱交換部８ａを持たない通常構成の二元冷凍サイクル装置においては、低温側冷凍サイクルを構成する低温側圧縮機を先に起動した場合、カスケード熱交換器の１次側流路を導かれる高温側冷媒は、２次側流路を導かれる低温側冷媒の凝縮熱を吸収して蒸発する。
In the dual refrigeration cycle apparatus having a normal configuration in which the low temperature side
したがって、高温側冷凍サイクルを構成する高温側圧縮機を起動した状態で、液バック量は低減できる。ただし、高温側冷凍サイクルにおける起動時は、高温側冷媒の温度が上がらず、圧力のみ上昇することとなるので、高温側冷媒の潤滑油に溶け込む量が増加し、潤滑油粘度がより低下して希釈状態となる。 Therefore, the liquid back amount can be reduced in a state where the high temperature side compressor constituting the high temperature side refrigeration cycle is started. However, at the time of start-up in the high temperature side refrigeration cycle, the temperature of the high temperature side refrigerant does not rise and only the pressure rises, so the amount of the high temperature side refrigerant dissolved in the lubricating oil increases, and the lubricating oil viscosity decreases further. Diluted.
これに対して上述のように構成する二元冷凍サイクル装置Ｎにおいては、低温側冷凍サイクルＲｂを構成する低温側圧縮機５を先に起動することで、低温側高圧部８に導かれる低温側冷媒が熱交換部８ａで高温側圧縮機１の潤滑油に熱を伝達して、この温度を上昇させる。潤滑油の希釈が早く解消して粘度を高く保持できる一方で、液バック低減は支障なく行われる。
On the other hand, in the dual refrigeration cycle apparatus N configured as described above, the low temperature side led to the low temperature side
なお、このときの高温側圧縮機１の起動タイミングとしては、内部に集溜する潤滑油の油面が、電動機部１１より低下したことを、たとえばイメージセンサ等で確認してからとする。
すなわち、高温側圧縮機１に集溜する潤滑油に高温側冷媒が溶け込むので、潤滑油油面が、ステータとロータからなる電動機部１１まで上昇することがある。
It should be noted that the start timing of the high
That is, since the high-temperature side refrigerant is dissolved in the lubricating oil collected in the high-
上述のように低温側高圧部８の熱交換部８ａが高温側圧縮機１を加熱し、潤滑油の冷媒溶け込み量を低減する。潤滑油油面が低下し、電動機部１１下端部より低下して、これを浸漬しない状態を確認してから高温側圧縮機１を起動する。そのため、体積抵抗率が低い潤滑油を使用した場合においても、電動機部１１の電機絶縁性を確保できる。
As described above, the
なお、上述のように構成する二元冷凍サイクル装置Ｎにおいては、高温側冷凍サイクルＲａを構成する高温側圧縮機１に封入される潤滑油を、高温側冷媒に対して非相溶性もしくは難相溶性のものを採用するとよい。そして、高温側圧縮機１内の高温側冷媒を熱交換部８ａで蒸発させてから、高温側圧縮機１を起動する。
In the two-stage refrigeration cycle apparatus N configured as described above, the lubricating oil sealed in the high
すなわち、高温側冷凍サイクルＲａでは、凝縮圧力が高いことに加え、凝縮温度と潤滑油温度との差が小さくなる傾向にある。高温側冷媒と相溶性のある潤滑油を用いた場合は、潤滑油の希釈による粘度低下が生じて信頼性を悪化させる。 That is, in the high temperature side refrigeration cycle Ra, in addition to the high condensation pressure, the difference between the condensation temperature and the lubricating oil temperature tends to be small. When a lubricating oil that is compatible with the high-temperature side refrigerant is used, the viscosity is lowered due to dilution of the lubricating oil, and the reliability is deteriorated.
この対策として、非相溶性もしくは難相溶性の潤滑油を用いると良いが、この場合、寝込み起動時等においては液冷媒と潤滑油とが二相分離し、比重の重い液冷媒が密閉ケース１０下部に溜まってしまう。この状態のまま高温側圧縮機１を起動すると、圧縮機構部１２の下端部に設けられた給油ポンプによって摺動部に液冷媒が供給されてしまい、潤滑性が欠如して破損を招く虞れがある。
As a countermeasure, it is preferable to use an incompatible or hardly compatible lubricating oil. In this case, the liquid refrigerant and the lubricating oil are separated into two phases at the time of stagnation start-up, and the liquid refrigerant having a high specific gravity is sealed in the sealed
上述のように構成する二元冷凍サイクル装置Ｎであれば、低温側高圧部８の熱交換部８ａによって、高温側圧縮機１に溜まっている液冷媒を加熱し蒸発させていから、高温側圧縮機１を起動する。摺動部に液冷媒が供給されるのを防ぎ、潤滑油の粘度が高く保持されているので、信頼性の向上を図れる。
In the case of the two-stage refrigeration cycle apparatus N configured as described above, the liquid refrigerant accumulated in the high-
なお、上述のように構成する二元冷凍サイクル装置Ｎにおいて熱交換部８ａは、低温側圧縮機５とカスケード熱交換器４との間の、低温側冷媒配管Ｐｂに設けられる。換言すれば、カスケード熱交換器４と低温側膨張装置６との間の低温側高圧部８を構成する低温側冷媒配管Ｐｂには、熱交換部８ａを設けない。
In the two-stage refrigeration cycle apparatus N configured as described above, the
すなわち、低温側圧縮機５で圧縮され吐出される高温の低温側冷媒を直接熱交換部８ａに導いて、起動前の高温側圧縮機１に熱交換する。そのあと、低温側冷媒をカスケード熱交換器４に導いて熱交換する。カスケード熱交換器４で熱交換される前の、より高温の低温側冷媒で高温側圧縮機１の潤滑油を加熱するので、より加熱効果が高くなる。
That is, the high-temperature low-temperature side refrigerant compressed and discharged by the low-
また、安定運転が長時間継続すれば、熱交換部８ａにおいて低温側冷媒が高温側圧縮機１から熱を貰う。この状態でカスケード熱交換器４の２次側流路４ｂで熱交換するので、熱量が増大し能力の拡大を図れる。
Further, if the stable operation continues for a long time, the low-temperature side refrigerant draws heat from the high-
図４は、第２の実施形態に係る二元冷凍サイクル装置Ｎａの冷凍サイクル構成図である。後述する低温側高圧部８０を除いて、他の構成部品は先に図１で説明したものと同一であるので、同図を適用して新たな説明は省略する。
FIG. 4 is a configuration diagram of the refrigeration cycle of the binary refrigeration cycle apparatus Na according to the second embodiment. Except for a low-temperature side high-
低温側冷凍サイクルＲｂにおいて、低温側高圧部８０は、一部が前記高温側圧縮機１へ延長して前記熱交換部８ａとなる第１の配管路８Ｐａと、高温側圧縮機１へ延長せず低温側圧縮機５からカスケード熱交換器４の２次側流路４ｂに直接連通する第２の配管路８Ｐｂとを有する。
In the low temperature side refrigeration cycle Rb, the low temperature side
なお、第１の配管路８Ｐａにおいて、熱交換部８ａの入口側に切換え手段としての開閉弁２０を備え、熱交換部８ａの出口側に逆止弁２１を備える。開閉弁２０を閉成すれば、図に一点鎖線矢印に示すように、低温側圧縮機５から吐出される低温側冷媒は第１の配管路８Ｐａには浸入せず、第２の配管路８Ｐｂのみに導かれる。
In addition, in the 1st piping path 8Pa, the opening-closing
また、開閉弁２０を開放すれば、低温側冷媒のほとんどが、図に点線矢印で示すように、第１の配管路８Ｐａに導かれて熱交換部８ａで高温側圧縮機１へ熱交換し、一部の低温側冷媒は第２の配管路８Ｐｂに導かれる。
If the on-off
制御部Ｓは、起動時に開閉弁２０を開放制御して、第１の配管路８Ｐａに低温側冷媒のほとんど大部分を導く。熱交換部８ａにおいて高温側圧縮機１に熱伝達し、ここに集溜する潤滑油の粘度を上昇させ冷媒による希釈を防止する。このことから、早期に安定運転に移行できる。
The controller S controls the opening of the on-off
安定運転が継続した状態では、高温側冷凍サイクルＲａの高温側圧縮機１の温度よりも低温側冷凍サイクルＲｂの低温側高圧部８０の温度が低くなり、高温側圧縮機１は冷却される。
In the state where the stable operation is continued, the temperature of the low-temperature side high-
また、安定運転時に、高温側圧縮機１に集溜する潤滑油の温度が、高温側凝縮器を構成する水・冷媒熱交換器２の温度と一致し、もしくは潤滑油温度が凝縮温度よりも低くなる場合がある。この状態では、高温側圧縮機１の密閉ケース１０内の冷媒が凝縮液化して潤滑油に溶け込み、潤滑油が希釈されて粘度が低下し潤滑性が悪化してしまい、信頼性に欠ける。
Further, during stable operation, the temperature of the lubricating oil collected in the high
そこで、このことを検知した場合は、制御部Ｓは開閉弁２０を閉成して第２の配管路８Ｐｂに低温側冷媒を導く。低温側冷媒は熱交換部８ａに導かれず、全て第２の配管路８Ｐｂに導かれる。すなわち、低温側冷媒は低温側圧縮機５から第２の配管路８Ｐｂを介して直接、カスケード熱交換器４に導かれる。
Therefore, when this is detected, the controller S closes the on-off
低温側高圧部８０と高温側圧縮機１との熱交換がなくなり、高温側圧縮機１における潤滑油の温度低下を回避できる。そのため、安定運転時の潤滑油の希釈を抑制することが可能となり、潤滑油粘度を高く保持して信頼性の向上に繋げられる。
さらに、低温側冷凍サイクルＲｂにおいても、熱交換部８ａにおける熱損失がないから、冷凍サイクルの性能の向上が得られることとなる。
Heat exchange between the low-temperature side high-
Furthermore, in the low temperature side refrigeration cycle Rb, since there is no heat loss in the
図５は、第３の実施形態を説明する二元冷凍サイクル装置Ｎｂの冷凍サイクル構成図である。ここで図４の二元冷凍サイクル装置Ｎａと相違するのは、第１の配管路８Ｐａと第２の配管路８Ｐｂの分岐位置に切換え手段としての三方弁２２を設けたことである。
FIG. 5 is a configuration diagram of the refrigeration cycle of the binary refrigeration cycle apparatus Nb for explaining the third embodiment. Here, the difference from the two-way refrigeration cycle apparatus Na of FIG. 4 is that a three-
このような構成であれば、低温側高圧部８０を流れる低温側冷媒は、三方弁２２の切換えによって、完全に、図に破線矢印で示すように第１の配管路８Ｐａに導かれ、もしくは図に一点鎖線矢印で示すように第２の配管路８Ｐｂのいずれかに導かれる。
With such a configuration, the low-temperature side refrigerant flowing through the low-temperature side high-
そして、この二元冷凍サイクル装置Ｎｂでは、高温側冷凍サイクルＲａを構成する水・冷媒熱交換器（高温側凝縮器）２の温度ｔ１を検知する第１の温度センサ（第１の温度検知手段）２５を備えるとともに、高温側圧縮機１の内部に集溜する潤滑油の温度ｔ２を検知する第２の温度センサ（第２の温度検知手段）２６を備えている。
In this binary refrigeration cycle apparatus Nb, a first temperature sensor (first temperature detection means) that detects the temperature t1 of the water / refrigerant heat exchanger (high temperature side condenser) 2 constituting the high temperature side refrigeration cycle Ra. ) 25 and a second temperature sensor (second temperature detecting means) 26 for detecting the temperature t2 of the lubricating oil collected in the high
運転中に、それぞれの温度センサ２５，２６の検知温度信号は制御部Ｓに送られ、検知温度として比較演算される。
第１の温度センサ２５がｔ１を検知するとともに、第２の温度センサ２６がｔ２を検知し、制御部Ｓで比較演算した状態で、 ｔ１＋α＜ ｔ２ のとき、低温側冷凍サイクルＲｂに循環する低温側冷媒を第１の配管路８Ｐａに導くよう三方弁２２を切換え制御する。
During operation, the detected temperature signals of the
The
ここで、αは、高温側凝縮器２の温度ｔ１に対し高温側圧縮機１内の冷媒が凝縮液化しない余裕度であり、０〜１０℃から選択される。
したがって、高温側圧縮機１に集溜する潤滑油が冷却され、摺動部の過熱による信頼性低下、モータ効率の低下等を防ぐことができる。
Here, α is a margin that the refrigerant in the high
Therefore, the lubricating oil collected in the high
また、安定運転中に、 ｔ１＋α（α：０〜１０℃）＞ ｔ２ になったとき、低温側冷凍サイクルＲｂに循環する冷媒を第２の配管路８Ｐｂに導くよう三方弁２２を切換え制御する。したがって、高温側圧縮機１に集溜する潤滑油と、熱交換部８ａとの熱交換がなくなって、潤滑油の冷媒による希釈が抑制される。
Further, during the stable operation, when t1 + α (α: 0 to 10 ° C.)> T2, the three-
いずれも、第１、第２の温度センサ１６，１７の温度検知によって、制御部Ｓは第１、第２の配管路８Ｐａ，８Ｐｂの切換えタイミングを制御するため、上述の効果を安定して得られることとなる。 In either case, the control unit S controls the switching timing of the first and second piping paths 8Pa and 8Pb by detecting the temperature of the first and second temperature sensors 16 and 17, so that the above-described effects can be stably obtained. Will be.
なお、先に述べた第２の温度センサ２６は、図２に示すように、高温側圧縮機１を構成する密閉ケース１０外面下部に巻装する熱交換部（冷媒配管）８ａの出口部外面に取付けてもよい。
As shown in FIG. 2, the
たとえば、高温側圧縮機１の内部に第２の温度センサを取付けることと比較して、温度センサから信号線を取り出すための工数と、部品コストを削減できるとともに、リーク個所が減少して、安価で、信頼性の高い冷凍サイクルを提供できる。
For example, compared with mounting the second temperature sensor inside the high
以上のように構成される二元冷凍サイクル装置Ｎ、Ｎａ、Ｎｂにおいて、高温側冷凍サイクルＲａに用いられる高温側冷媒は、Ｃ３ Ｈｍ Ｆｎ （ただし、ｍおよびｎは１以上５以下の整数で、ｍ＋ｎ＝６の関係が成立する）で示され、かつ分子構造中に二重結合を１個有する冷媒からなる単一冷媒または該冷媒を含む混合冷媒を用いる。 In the binary refrigeration cycle apparatuses N, Na, and Nb configured as described above, the high temperature side refrigerant used in the high temperature side refrigeration cycle Ra is C 3 H m F n (where m and n are 1 or more and 5 or less. A single refrigerant composed of a refrigerant having an integer and a relationship of m + n = 6) and having one double bond in the molecular structure, or a mixed refrigerant containing the refrigerant is used.
該冷媒は、ＧＷＰ（地球温暖化係数）が低く、冷凍サイクルの冷媒として優れた特性を有するが、高温で分解し易い特性を有している。起動時から安定運転状態に移行し長時間継続しても、上述の構成を採用することにより高温側圧縮機１が冷却されるので、ここに用いられる高温側冷媒の高温分解を防止できる。
The refrigerant has a low GWP (global warming potential) and has excellent characteristics as a refrigerant for a refrigeration cycle, but has a characteristic of being easily decomposed at high temperatures. Even if it shifts to the stable operation state from the time of startup and continues for a long time, the high
単一冷媒の例としては、以下のものがある。
（１） ＨＦＯ−１２３４ｙｆ冷媒 （化学式は、ＣＦ３ −ＣＦ＝ＣＨ２ ）
（２） ＨＦＯ−１２３４ｚｅ冷媒 （化学式は、ＣＦ３ −ＣＨ＝ＣＨＦ）
また、混合冷媒の例としては、以下のものがある。
上記（１）または（２）と、下記冷媒とのいずれかの混合冷媒。
ＨＦＣ冷媒（たとえば、ＨＦＣ−３２、ＨＦＣ−１３４ａ）、メタン、エタン、プロパン、プロペン、ブタン、イソブタン、ペンタン、２−メチルブタン、シクロペンタン、ジメチルエーテル、二酸化炭素、ヘリウム。
Examples of single refrigerants include:
(1) HFO-1234yf refrigerant (chemical formula, CF 3 -CF = CH 2)
(2) HFO-1234ze refrigerant (chemical formula is CF 3 —CH═CHF)
Examples of the mixed refrigerant include the following.
A mixed refrigerant of any one of the above (1) or (2) and the following refrigerant.
HFC refrigerant (for example, HFC-32, HFC-134a), methane, ethane, propane, propene, butane, isobutane, pentane, 2-methylbutane, cyclopentane, dimethyl ether, carbon dioxide, helium.
また低温側冷媒の例としては、以下のものがある。
（１） 高温側冷媒と同一
（２） ＨＦＣ系冷媒（ＨＦＣ−４１０Ａ等）
（３） ＣＯ２
（４） ＨＣ系冷媒
なお、高温側冷媒は、上記Ｃ３ Ｈｍ Ｆｎ で示される冷媒に限定されるものではなない。例えば高温側冷媒にＨＦＣ系冷媒であるＨＦＣ−１３４ａ等を用い、低温側冷媒として、ＨＦＣ−４１０Ａ等を用いても良い。
Examples of the low-temperature side refrigerant include the following.
(1) Same as high temperature side refrigerant
(2) HFC refrigerant (HFC-410A etc.)
(3) CO 2
(4) HC refrigerant
Incidentally, the high-temperature side refrigerant, the C 3 H m F without such limited to the refrigerant represented by n. For example, HFC-134a, which is an HFC refrigerant, may be used as the high temperature side refrigerant, and HFC-410A, etc. may be used as the low temperature side refrigerant.
なお、図１および図４、図５の冷凍サイクル構成図は、必要最低限の部品しか示していないが、これに限る必要はなく、たとえば冷媒レシーバ、アキュームレータ、気液分離器、その他の配管等を追加しても良い。また除霜逆サイクルで運転する場合は、一次的に熱交換手段が低温側冷媒低圧部となるが、何らの支障も無い。 Note that the refrigeration cycle configuration diagrams of FIGS. 1, 4, and 5 show only the minimum necessary parts, but it is not necessary to be limited to this, for example, a refrigerant receiver, an accumulator, a gas-liquid separator, other piping, etc. May be added. Moreover, when operating by a defrost reverse cycle, although a heat exchange means becomes a low temperature side refrigerant | coolant low pressure part temporarily, there is no trouble.
以上、本実施形態を説明したが、上述の実施形態は、例として提示したものであり、実施形態の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As mentioned above, although this embodiment was described, the above-mentioned embodiment is shown as an example and does not intend limiting the range of embodiment. The novel embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
１…高温側圧縮機、２…水・冷媒熱交換器（高温側凝縮器）、３…高温側膨張装置、４…カスケード熱交換器、Ｐａ…高温側冷媒配管、Ｒａ…高温側冷凍サイクル、５…低温側圧縮機、６…低温側膨張装置、７…空気熱交換器（低温側蒸発器）、Ｐｂ…低温側冷媒配管、Ｒｂ…低温側冷凍サイクル、Ｋ…筐体、Ｎ，Ｎａ，Ｎｂ…二元冷凍サイクル装置、８，８０…低温側高圧部、８ａ…熱交換部（熱交換手段）、Ｓ…制御部、８Ｐａ…第１の配管路、８Ｐｂ…第２の配管路、２５…第１の温度センサ（第１の温度検知手段）、２６…第２の温度検知センサ（第２の温度検知手段）、２０…開閉弁（切換え手段）、２２…三方弁（切換え手段）。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記低温側冷凍サイクルの前記低温側圧縮機から前記カスケード熱交換器を介して前記低温側膨張装置に至る前記冷媒配管を低温側高圧部とし、
前記低温側高圧部に、前記高温側冷凍サイクルを構成する前記高温側圧縮機へ延長して、低温側高圧部の冷媒と高温側圧縮機を熱交換させる熱交換手段を設けた
ことを特徴とする二元冷凍サイクル装置。 High temperature side compressor, high temperature side condenser, high temperature side expansion device, cascade heat exchanger, high temperature side refrigeration cycle communicating with refrigerant piping, low temperature side compressor, cascade heat exchanger, low temperature side expansion device, low temperature A low-temperature side refrigeration cycle communicating with the side evaporator via a refrigerant pipe is mounted in the same housing, and the high-temperature side refrigerant led to the high-temperature side refrigeration cycle and the low-temperature side led to the low-temperature side refrigeration cycle A dual refrigeration cycle apparatus for exchanging heat with a refrigerant in the cascade heat exchanger,
The refrigerant pipe from the low temperature side compressor of the low temperature side refrigeration cycle to the low temperature side expansion device via the cascade heat exchanger is a low temperature side high pressure section,
The low temperature side high pressure part is provided with heat exchange means for extending heat to the high temperature side compressor extending to the high temperature side compressor constituting the high temperature side refrigeration cycle. Dual refrigeration cycle equipment.
ことを特徴とする請求項１記載の二元冷凍サイクル装置。 The dual refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein the high temperature side compressor of the high temperature side refrigeration cycle is controlled to start after the low temperature side compressor of the low temperature side refrigeration cycle is started. .
ことを特徴とする請求項１記載の二元冷凍サイクル装置。 The dual refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein the heat exchanging means of the low temperature side high pressure section is provided in the refrigerant pipe communicating the low temperature side compressor and the cascade heat exchanger.
ことを特徴とする請求項１記載の二元冷凍サイクル装置。 The low temperature side high pressure section extends from the low temperature side compressor to the cascade heat exchanger without extending to the first high temperature side compressor and the first piping line that becomes the heat exchange means and extends to the high temperature side compressor. The dual refrigeration cycle apparatus according to claim 1, further comprising a second pipe line that communicates directly.
ことを特徴とする請求項４記載の二元冷凍サイクル装置。 First temperature detection means for detecting the temperature t1 of the high temperature side condenser constituting the high temperature side refrigeration cycle, and second temperature detection for detecting the temperature t2 of the lubricating oil collected in the high temperature side compressor. And a refrigerant circulating in the low temperature side refrigeration cycle based on the temperature detected by the first temperature detecting means and the temperature detected by the second temperature detecting means. 5. The dual refrigeration cycle apparatus according to claim 4, further comprising switching means for switching so as to guide to the pipe line.
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５記載の二元冷凍サイクル装置。 The refrigerant used in the high temperature side refrigeration cycle is represented by C 3 H m F n (where m and n are integers of 1 or less and 5 and the relationship of m + n = 6 is established), and in the molecular structure 6. The dual refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein the dual refrigeration cycle apparatus is a single refrigerant or a mixed refrigerant composed of a refrigerant having one double bond.
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