(57)【要約】  冷凍装置は、熱源用熱媒体が流通し、圧縮機、熱源用熱交換器、膨張部、及び、熱源用熱媒体と負荷用熱媒体との間で熱交換を行うカスケード熱交換器が配管により接続された熱源熱媒体回路と、負荷用熱媒体が流通し、負荷用熱媒体を搬送するポンプ、負荷用熱交換器、及びカスケード熱交換器が配管により接続された負荷熱媒体回路と、を有し、熱源熱媒体回路は、熱源用熱媒体が流通する方向を切り替える熱源流路切替部を有し、負荷熱媒体回路は、負荷用熱媒体が流通する方向を切り替える負荷流路切替部を有する。
2015132951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源用熱媒体が流通し、圧縮機、熱源用熱交換器、膨張部、及び、前記熱源用熱媒体と負荷用熱媒体との間で熱交換を行うカスケード熱交換器が配管により接続された熱源熱媒体回路と、
前記負荷用熱媒体が流通し、前記負荷用熱媒体を搬送するポンプ、負荷用熱交換器、及び前記カスケード熱交換器が配管により接続された負荷熱媒体回路と、を有し、
前記熱源熱媒体回路は、
前記熱源用熱媒体が流通する方向を切り替える熱源流路切替部を有し、
前記負荷熱媒体回路は、
前記負荷用熱媒体が流通する方向を切り替える負荷流路切替部を有する
冷凍装置。
【請求項２】
前記熱源用熱媒体と前記負荷用熱媒体とは、
前記カスケード熱交換器における流通方向が対向流である
請求項１記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記負荷用熱交換器及び前記カスケード熱交換器のうち、蒸発器として作用する側の出口側に設けられ、前記負荷用熱媒体の温度を検出する温度検出部と、
前記ポンプの入口側又は出口側に設けられ、前記負荷熱媒体回路における配管圧力を検出する圧力検出部と、
前記ポンプを制御する制御部と、を更に有し、
前記制御部は、
前記温度検出部において検出された温度と、前記圧力検出部において検出された配管圧力とに基づいて、前記負荷用熱媒体の過熱度を算出する過熱度算出手段と、
前記過熱度算出手段において算出された過熱度に基づいて、前記ポンプを制御して、前記負荷用熱媒体の流通量を調整する流量調整手段を有する
請求項１又は２記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記負荷熱媒体回路は、
前記ポンプの入口側に設けられ、前記負荷熱媒体回路における配管圧力の変動を抑制する膨張タンクを有する
請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記負荷用熱媒体と、前記負荷用熱交換器において前記負荷用熱媒体と熱交換される熱媒体とは、
前記負荷用熱交換器における流通方向が対向流である
請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【請求項６】
前記負荷熱媒体回路は、
前記負荷用熱媒体が前記負荷用熱交換器を流通する方向を一定にする熱交換器流路切替部を有する
請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【請求項７】
前記負荷用熱媒体が、水である
請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【請求項８】
前記負荷用熱媒体が、不凍液である
請求項１〜７のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の熱媒体回路が多段構成された冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、熱源熱媒体回路と、負荷用熱媒体回路とが多段構成された冷凍装置が提案されている。このような多段構成の冷凍装置は、熱源熱媒体回路又は負荷用熱媒体回路における熱媒体として、例えば冷媒又は水等が使用されている。特許文献１には、熱源熱媒体回路である高温側循環回路に流通する熱媒体がＨＦＯ１２３４ｙｆであり、負荷用熱媒体回路である低温側循環回路に流通する熱媒体が二酸化炭素である冷凍サイクル装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−３６７０６号公報（第４頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されている冷凍サイクル装置は、冷房運転においては、カスケード熱交換器における熱媒体同士の流通方向が対向流となっている。しかし、例えばヒートポンプ運転等において、冷房運転から暖房運転に切り替えられると、この暖房運転においては、カスケード熱交換器における熱媒体同士の流通方向が対向流ではなく並行流となる。このため、温度差が広がり、その結果、カスケード熱交換器の熱交換性能が低下する虞がある。【０００５】
本発明は、上記のような課題を背景としてなされたもので、冷房運転と暖房運転とのいずれにおいても、カスケード熱交換器における熱媒体同士の流通方向が対向流とな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】
【０００６】
本発明に係る冷凍装置は、熱源用熱媒体が流通し、圧縮機、熱源用熱交換器、膨張部、及び、熱源用熱媒体と負荷用熱媒体との間で熱交換を行うカスケード熱交換器が配管により接続された熱源熱媒体回路と、負荷用熱媒体が流通し、負荷用熱媒体を搬送するポンプ、負荷用熱交換器、及びカスケード熱交換器が配管により接続された負荷熱媒体回路と、を有し、熱源熱媒体回路は、熱源用熱媒体が流通する方向を切り替える熱源流路切替部を有し、負荷熱媒体回路は、負荷用熱媒体が流通する方向を切り替える負荷流路切替部を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、冷房運転と暖房運転とのいずれにおいても、カスケード熱交換器における熱媒体同士の流通方向が対向流となるため、カスケード熱交換器における熱交換性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る冷凍装置１を示す熱媒体回路図である。
【図２】実施の形態１に係る冷凍装置１の作用を示すグラフである。
【図３】比較例１に係る冷凍装置の作用を示すグラフである。
【図４】実施の形態２に係る冷凍装置１００を示す熱媒体回路図である。
【図５】実施の形態３に係る冷凍装置２００を示す熱媒体回路図である。
【図６】実施の形態４に係る冷凍装置３００の作用を示すグラフである。
【図７】比較例２に係る冷凍装置の作用を示すグラフである。
【図８】実施の形態５に係る冷凍装置４００を示す熱媒体回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る冷凍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、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る冷凍装置１を示す熱媒体回路図である。この図１に基づいて、冷凍装置１について説明する。図１に示すように、冷凍装置１は、熱源側の熱源熱媒体回路２と、負荷側の負荷熱媒体回路３とを備えており、これらがカスケード熱交換器７で接続された二段構成の冷凍装置１である。なお、冷凍装置１は、二段構成されたものに限らず、多段構成としてもよい。
【００１１】
熱源熱媒体回路２は、熱源用熱媒体が流通し、圧縮機２１、熱源用熱交換器２２、膨張部２３、及びカスケード熱交換器７が配管により接続されたものである。そして、圧縮機２１は、この熱源用熱媒体を圧縮するものであり、熱源用熱交換器２２は、熱源用熱媒体と、例えば室外空気とを熱交換するものである。ここで、熱源熱媒体回路２には、熱源用送風機２２ａが設けられており、この熱源用送風機２２ａは、室外空気を熱源用熱交換器２２に送風するものである。また、膨張部２３は、熱源用熱媒体を膨張するものである。
【００１２】
負荷熱媒体回路３は、負荷用熱媒体が流通し、ポンプ３１、負荷用熱交換器３２、カスケード熱交換器７が配管により接続されたものである。そして、ポンプ３１は、負荷用熱媒体を搬送するものであり、負荷用熱交換器３２は、負荷用熱媒体と、例えば室内空気とを熱交換するものである。ここで、負荷熱媒体回路３には、負荷用送風機３２ａが設けられており、この負荷用送風機３２ａは、室内空気を負荷用熱交換器３２に送風するものである。
【００１３】
なお、熱源熱媒体回路２と、負荷熱媒体回路３におけるポンプ３１とは、室外空間４に設置されており、負荷熱媒体回路３における負荷用熱交換器３２は、室内空間５に設置されている。そして、ポンプ３１と負荷用熱交換器３２とは、第１の延長配管６ａで接続されている。また、熱源熱媒体回路２と負荷熱媒体回路３とを接続するカスケード熱交換器７と、負荷用熱交換器３２とは、第２の延長配管６ｂで接続されている。
【００１４】
カスケード熱交換器７は、前述の如く、熱源熱媒体回路２と負荷熱媒体回路３とを接続するものであり、例えばプレート熱交換器又は二重管熱交換器等で構成されている。そして、このカスケード熱交換器７は、熱源熱媒体回路２を流通する熱源用熱媒体と、負荷熱媒体回路３を流通する負荷用熱媒体との間で熱交換を行うものである。このように、カスケード熱交換器７によって二段構成された冷凍装置１は、熱源用熱媒体と負荷用熱媒体との間で熱交換が行われ、これにより、夫々独立した熱源熱媒体回路２及び負荷熱媒体回路３を、連携して制御することが可能である。
【００１５】
更に、本実施の形態１では、図１に示すように、熱源熱媒体回路２が四方弁２４を備えている。これにより、熱源熱媒体回路２における熱源用熱媒体が流通する方向を切り替え、冷房運転（図１の実線矢印）に加え、暖房運転（図１の破線矢印）を行うことも可能である。
【００１６】
また、負荷熱媒体回路３が、負荷流路切替部３３を備えており、この負荷流路切替部３３は、負荷用熱媒体が流通する方向を切り替えるものである。具体的に、負荷熱媒体回路３には、ポンプ３１の出口側ａとカスケード熱交換器７におけるポンプ３１側の一端ｂとをバイパスする第１のバイパス回路３１ａが設けられ、また、負荷用熱交換器３２におけるポンプ３１側の一端ｃとポンプ３１の入口側ｄとをバイパスする第２のバイパス回路３１ｂが設けられている。そして、第１のバイパス回路３１ａ、即ちａｂ間には、第１の流路切替弁３３ａｂが設けられ、第２のバイパス回路３１ｂ、即ちｃｄ間には、第２の流路切替弁３３ｃｄが設けられている。また、ｂｄ間には、第３の流路切替弁３３ｂｄが設けられ、また、ａｃ間には、第４の流路切替弁３３ａｃが設けられている。
【００１７】
これらのうち、第１の流路切替弁３３ａｂと第２の流路切替弁３３ｃｄとが対となっており、また、第３の流路切替弁３３ｂｄと第４の流路切替弁３３ａｃとが対となっている。第１の流路切替弁３３ａｂ及び第２の流路切替弁３３ｃｄが閉じられ、第３の流路切替弁３３ｂｄ及び第４の流路切替弁３３ａｃが開かれると、負荷熱媒体回路３における負荷用熱媒体の流通方向と、ポンプ３１が負荷用熱媒体を搬送する方向とが同一となる（図１の実線矢印）。一方、第１の流路切替弁３３ａｂ及び第２の流路切替弁３３ｃｄが開かれ、第３の流路切替弁３３ｂｄ及び第４の流路切替弁３３ａｃが閉じられると、負荷熱媒体回路３における負荷用熱媒体の流通方向と、ポンプ３１が負荷用熱媒体を搬送する方向とが逆となる（図１の破線矢印）。このように、本実施の形態１は、負荷熱媒体回路３が、負荷流路切替部３３を備えているため、負荷熱媒体回路３における負荷用熱媒体が流通する方向を切り替えることができる。
【００１８】
次に、本実施の形態１に係る冷凍装置１の動作について説明する。なお、本実施の形態１においては、冷房運転及び暖房運転の両方の動作について説明する。先ず、冷房運転における動作について説明する。
【００１９】
先ず、熱源熱媒体回路２における動作について説明する。圧縮機２１は、熱源用熱媒体を吸入し、この熱源用熱媒体を圧縮して高温高圧のガスの状態で吐出する。この吐出された熱源用熱媒体は、四方弁２４を通過して、熱源用熱交換器２２に流入し、熱源用熱交換器２２は、熱源用送風機２２ａから供給される室外空気との熱交換により、熱源用熱媒体を凝縮する。この凝縮された熱源用熱媒体は、膨張部２３に流入し、膨張部２３は、凝縮された熱源用熱媒体を減圧する。そして、減圧された熱源用熱媒体は、カスケード熱交換器７に流入し、カスケード熱交換器７は、負荷熱媒体回路３における負荷用熱媒体との熱交換により、熱源用熱媒体を蒸発する。そして、蒸発された熱源用熱媒体は、四方弁２４を通過して、圧縮機２１に吸入される（図１の実線矢印）。
【００２０】
次に、負荷熱媒体回路３における動作について説明する。冷房運転のとき、第１の流路切替弁３３ａｂ及び第２の流路切替弁３３ｃｄが閉じられ、第３の流路切替弁３３ｂｄ及び第４の流路切替弁３３ａｃが開かれることによって、負荷熱媒体回路３における負荷用熱媒体の流通方向と、ポンプ３１が負荷用熱媒体を搬送する方向とが同一となる。
【００２１】
ポンプ３１は、負荷用熱媒体を搬送し、搬送された負荷用熱媒体は、第４の流路切替弁３３ａｃを通過して、負荷用熱交換器３２に流入する。負荷用熱交換器３２は、負荷用送風機３２ａから供給される室内空気との熱交換により、負荷用熱媒体を蒸発する。この蒸発された負荷用熱媒体は、カスケード熱交換器７に流入し、カスケード熱交換器７は、熱源熱媒体回路２における熱源用熱媒体との熱交換により、負荷用熱媒体を凝縮する。そして凝縮液化された負荷用熱媒体は、第３の流路切替弁３３ｂｄを通過して、ポンプ３１に流入する（図１の実線矢印）。
【００２２】
このように、本実施の形態１において、冷房運転では、熱源用熱媒体と負荷用熱媒体とは、カスケード熱交換器７における流通方向が対向流である（図１の実線矢印）。
【００２３】
図２は、実施の形態１に係る冷凍装置１の作用を示すグラフであり、図３は、比較例１に係る冷凍装置の作用を示すグラフである。本実施の形態１に係る流通方向が対向流である冷凍装置１（図２）の作用を、カスケード熱交換器７における流通方向が並行流である比較例１（図３）と比較して説明する。
【００２４】
図２、図３において、横軸は熱媒体が流通する流れ方向を示し、縦軸は熱媒体の温度を示す。カスケード熱交換器７における流通方向が対向流である場合、図２に示すように、熱源用熱媒体の温度と負荷用熱媒体の温度との温度差ΔＴｆが、流れ方向において、均一である。従って、カスケード熱交換器７における熱交換性能が高い。これに対し、カスケード熱交換器７における流通方向が並行流である比較例１の場合、図３に示すように、熱源用熱媒体の温度と負荷用熱媒体の温度との温度差ΔＴｐが、流れ方向において、不均一である。このため、カスケード熱交換器７における熱交換性能が低い。
【００２５】
以上のとおり、本実施の形態１は、冷房運転において、熱源用熱媒体と負荷用熱媒体とは、カスケード熱交換器７における流通方向が対向流であるため、カスケード熱交換器７における熱交換性能が高い。このため、カスケード熱交換器７の小型化を図ることができる。
【００２６】
次に、暖房運転における動作について説明する。
【００２７】
先ず、熱源熱媒体回路２における動作について説明する。圧縮機２１は、熱源用熱媒体を吸入し、この熱源用熱媒体を圧縮して高温高圧のガスの状態で吐出する。この吐出された熱源用熱媒体は、四方弁２４を通過して、カスケード熱交換器７に流入し、カスケード熱交換器７は、負荷熱媒体回路３における負荷用熱媒体との熱交換により、熱源用熱媒体を凝縮する。この凝縮された熱源用熱媒体は、膨張部２３に流入し、膨張部２３は、凝縮された熱源用熱媒体を減圧する。そして、減圧された熱源用熱媒体は、熱源用熱交換器２２に流入し、熱源用熱交換器２２は、熱源用送風機２２ａから供給される室外空気との熱交換により、熱源用熱媒体を蒸発する。そして、蒸発された熱源用熱媒体は、四方弁２４を通過して、圧縮機２１に吸入される（図１の破線矢印）。
【００２８】
次に、負荷熱媒体回路３における動作について説明する。暖房運転のとき、第１の流路切替弁３３ａｂ及び第２の流路切替弁３３ｃｄが開かれ、第３の流路切替弁３３ｂｄ及び第４の流路切替弁３３ａｃが閉じられることによって、負荷熱媒体回路３における負荷用熱媒体の流通方向と、ポンプ３１が負荷用熱媒体を搬送する方向とが逆となる。
【００２９】
ポンプ３１は、負荷用熱媒体を搬送し、搬送された負荷用熱媒体は、第１のバイパス回路３１ａに流入し、第１の流路切替弁３３ａｂを通過して、カスケード熱交換器７に流入する。カスケード熱交換器７は、熱源熱媒体回路２における熱源用熱媒体との熱交換により、負荷用熱媒体を蒸発する。この蒸発された負荷用熱媒体は、負荷用熱交換器３２に流入し、負荷用熱交換器３２は、負荷用送風機３２ａから供給される室内空気との熱交換により、負荷用熱媒体を凝縮する。そして凝縮液化された負荷用熱媒体は、第２のバイパス回路３１ｂに流入し、第２の流路切替弁３３ｃｄを通過して、ポンプ３１に流入する（図１の破線矢印）。
【００３０】
このように、本実施の形態１においては、暖房運転でも、冷房運転と同様に、熱源用熱媒体と負荷用熱媒体とは、カスケード熱交換器７における流通方向が対向流である（図１の破線矢印）。
【００３１】
以上のとおり、本実施の形態１は、冷房運転と暖房運転とのいずれにおいても、熱源用熱媒体と負荷用熱媒体とは、カスケード熱交換器７における流通方向が対向流であるため、カスケード熱交換器７における熱交換性能が高い。このため、カスケード熱交換器７の小型化を図ることができる。また、負荷熱媒体回路３の側で対向流となるように流路を切り替えるため、特に、暖房運転のとき、熱源熱媒体回路２において、カスケード熱交換器７における熱源用熱媒体が凝縮する温度が過剰に上昇することを抑制することができる。このように、本実施の形態１は、温度上昇を避けた方が好ましい冷媒を、熱源熱媒体回路２に流通する熱源用熱媒体として使用した場合でも、冷房運転及び暖房運転のいずれにおいても、カスケード熱交換器７における熱源用熱媒体と負荷用熱媒体との流通方向を対向流とすることができる。
【００３２】
実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る冷凍装置１００について説明する。図４は、実施の形態２に係る冷凍装置１００を示す熱媒体回路図である。本実施の形態２は、負荷熱媒体回路１０３に、第１の温度検出部３４ａ、第２の温度検出部３４ｂ及び圧力検出部３５が設けられており、また、冷凍装置１００が制御部５０を備えている点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態２では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００３３】
本実施の形態２では、図４に示すように、負荷熱媒体回路１０３に、第１の温度検出部３４ａ、第２の温度検出部３４ｂ及び圧力検出部３５が設けられている。これらの第１の温度検出部３４ａ、第２の温度検出部３４ｂは、負荷用熱交換器３２及びカスケード熱交換器７のうち、蒸発器として作用する側の出口側に設けられている。即ち、第１の温度検出部３４ａは、負荷用熱交換器３２におけるカスケード熱交換器７側に設けられており、第２の温度検出部３４ｂは、カスケード熱交換器７における負荷用熱交換器３２側に設けられている。そして、これらの第１の温度検出部３４ａ及び第２の温度検出部３４ｂは、いずれも、負荷用熱媒体の温度、特に蒸発温度を検出するものである。即ち、冷房運転のときは、蒸発器として作用する負荷用熱交換器３２の蒸発温度が、第１の温度検出部３４ａによって検出される。一方、暖房運転のときは、蒸発器として作用するカスケード熱交換器７の蒸発温度が、第２の温度検出部３４ｂによって検出される。
【００３４】
そして、圧力検出部３５は、負荷熱媒体回路１０３における配管圧力を検出するものであり、ポンプ３１の出口側に設けられている。なお、この圧力検出部３５は、ポンプ３１の入口側に設けられてもよい。
【００３５】
また、冷凍装置１００は、制御部５０を備えており、この制御部５０は、ポンプ３１の回転数を制御するものである。制御部５０は、負荷に応じて、ポンプ３１の回転数を制御し、これにより、負荷熱媒体回路１０３における負荷用熱媒体の流通量を調整することができる。そして、この制御部５０は、過熱度算出手段５１と流量調整手段５２とを備えている。
【００３６】
過熱度算出手段５１は、第１の温度検出部３４ａ又は第２の温度検出部３４ｂにおいて検出された温度と、圧力検出部３５において検出された配管圧力とに基づいて、負荷用熱媒体の過熱度ΔＴを算出するものである。具体的には、冷房運転の場合、第１の温度検出部３４ａによって検出された温度と、配管圧力から演算した飽和温度との差から、過熱度ΔＴを算出する。また、暖房運転の場合、第２の温度検出部３４ｂによって検出された温度と、配管圧力から演算した飽和温度との差から、過熱度ΔＴを算出する。
【００３７】
流量調整手段５２は、過熱度算出手段５１で算出された過熱度ΔＴに基づいて、ポンプ３１を制御して、負荷用熱媒体の流通量を調整するものである。具体的には、過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｍより大きい場合、流量調整手段５２は、蒸発器の熱負荷が大きいものと判定し、ポンプ３１の回転数を上げて、負荷に適した流通量に上昇させる。一方、過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｍ以下である場合、流量調整手段５２は、蒸発器の熱負荷が正常であるものと判定し、ポンプ３１の回転数を下げて、流通量を減少させる。これにより、凝縮器におけるガスの領域も減少する。なお、目標過熱度ΔＴｍは、１〜３℃にすることが好ましい。これにより、負荷用熱媒体は、適正な循環量で、負荷熱媒体回路３０３を流通する。
【００３８】
このように、本実施の形態２は、実施の形態１で得られる効果に加え、蒸発器として作用する負荷用熱交換器３２又はカスケード熱交換器７によって蒸発された負荷用熱媒体の過熱度の過剰な上昇を抑制することができる。また、これにより、蒸発器内及び凝縮器内のガス領域が減少するため、熱伝達性が良好な液領域が増える。このため、熱伝達の低下を抑制することができ、その結果、負荷用熱交換器３２及びカスケード熱交換器７の性能低下を抑えることができる。
【００３９】
更に、これにより、冷房運転において、熱源熱媒体回路１０２の圧縮機２１における吸入圧力が上昇し、吐出温度の上昇を抑えることができる。また、暖房運転において、カスケード熱交換器７における熱源用熱媒体が凝縮する温度が過剰に上昇することを抑制することができる。
【００４０】
実施の形態３．
次に、実施の形態３に係る冷凍装置２００について説明する。図５は、実施の形態３に係る冷凍装置２００を示す熱媒体回路図である。本実施の形態３は、負荷熱媒体回路２０３が膨張タンク３６を備えている点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態３では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００４１】
図５に示すように、負荷熱媒体回路２０３が膨張タンク３６を備えており、この膨張タンク３６は、ポンプ３１の入口側に設けられ、負荷熱媒体回路２０３における配管圧力の変動を抑制するものである。これにより、仮に、負荷熱媒体回路２０３において、配管圧力が上昇しても、膨張タンク３６が負担する。従って、本実施の形態３は、配管圧力の急激な上昇を抑制することができるという効果を奏する。
【００４２】
実施の形態４．
次に、実施の形態４に係る冷凍装置３００について説明する。本実施の形態４は、熱源用熱媒体として、Ｒ４１０Ａよりも臨界温度が低い冷媒が使用されており、また、負荷用熱媒体として、水又は不凍液が使用されている点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態４では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００４３】
熱源用熱媒体として使用される冷媒は、Ｒ４１０Ａよりも臨界温度が低い。このため、暖房運転における負荷が大きいと、カスケード熱交換器７を流れるときに、臨界点近傍又は超臨界状態となる。従って、カスケード熱交換器７内の気液二相領域が減少し、液単相に近い状態となり、熱源用熱媒体の温度が、ほぼ直線的に低下する。
【００４４】
本実施の形態４では、実施の形態１と同様に、熱源用熱媒体と負荷用熱媒体とは、カスケード熱交換器７における流通方向が対向流である。図６は、実施の形態４に係る冷凍装置３００の作用を示すグラフであり、図７は、比較例２に係る冷凍装置の作用を示すグラフである。本実施の形態４に係る流通方向が対向流である冷凍装置３００（図６）の作用を、カスケード熱交換器７における流通方向が並行流である比較例２（図７）と比較して説明する。
【００４５】
図６、図７において、横軸は熱媒体が流通する流れ方向を示し、縦軸は熱媒体の温度を示す。カスケード熱交換器７における流通方向が対向流である場合、図６に示すように、熱源用熱媒体の温度と負荷用熱媒体の温度との温度差ΔＴｆが、流れ方向において、均一である。従って、カスケード熱交換器７における熱交換性能が高い。これに対し、カスケード熱交換器７における流通方向が並行流である比較例２の場合、図７に示すように、熱源用熱媒体の温度と負荷用熱媒体の温度との温度差ΔＴｐが、流れ方向において、不均一である。このため、カスケード熱交換器７における熱交換性能が低い。
【００４６】
以上のとおり、本実施の形態４は、熱源用熱媒体及び負荷用熱媒体のうち少なくとも一方が、Ｒ４１０Ａよりも臨界温度が低い冷媒であるため、エネルギ消費量を削減することができ、また、コスト低減を図ることができる。それに加え、熱源用熱媒体と負荷用熱媒体とは、カスケード熱交換器７における流通方向が対向流であるため、暖房負荷が高く、熱源熱媒体回路４０２において、熱源用熱媒体が臨界点近傍又は超臨界状態で運転されていても、カスケード熱交換器７における熱交換性能が高い。このため、カスケード熱交換器７の小型化を図ることができる。また、負荷用熱媒体として水又は不凍液が使用されているため、これらの水又は不凍液が室内環境に漏洩しても、安全である。
【００４７】
実施の形態５．
次に、実施の形態５に係る冷凍装置４００について説明する。図８は、実施の形態５に係る冷凍装置４００を示す熱媒体回路図である。本実施の形態５は、負荷熱媒体回路４０３が熱交換器流路切替部３７を備えている点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態５では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００４８】
本実施の形態５では、図８に示すように、負荷熱媒体回路４０３が熱交換器流路切替部３７を備えている。具体的に、負荷熱媒体回路４０３には、負荷用熱交換器３２におけるカスケード熱交換器７側の他端ｅとポンプ３１の出口側ｆとをバイパスする第３のバイパス回路３２ｂが設けられ、また、カスケード熱交換器７における負荷用熱交換器３２側の他端ｇと負荷用熱交換器３２におけるポンプ３１側の一端ｈとをバイパスする第４のバイパス回路３２ｃが設けられている。そして、第３のバイパス回路３２ｂ、即ち、ｅｆ間には、第５の流路切替弁３７ｅｆが設けられ、第４のバイパス回路３２ｃ、即ちｇｈ間には、第６の流路切替弁３７ｇｈが設けられている。また、ｆｈ間には、第７の流路切替弁３７ｆｈが設けられ、また、ｅｇ間には、第８の流路切替弁３７ｅｇが設けられている。
【００４９】
これらのうち、第５の流路切替弁３７ｅｆと第６の流路切替弁３７ｇｈとが対となっており、また、第７の流路切替弁３７ｆｈと第８の流路切替弁３７ｅｇとが対となっている。冷房運転（図８の実線矢印）の際、第５の流路切替弁３７ｅｆ及び第６の流路切替弁３７ｇｈが閉じられ、第７の流路切替弁３７ｆｈ及び第８の流路切替弁３７ｅｇが開かれる。これにより、負荷用熱媒体は、負荷用熱交換器３２を、図８の実線矢印のように流通する。一方、暖房運転（図８の破線矢印）の際、第５の流路切替弁３７ｅｆ及び第６の流路切替弁３７ｇｈが開かれ、第７の流路切替弁３７ｆｈ及び第８の流路切替弁３７ｅｇが閉じられる。これにより、負荷用熱媒体は、負荷用熱交換器３２を、図８の破線矢印のように流通する。このように、本実施の形態５は、負荷熱媒体回路４０３が熱交換器流路切替部３７を備えているため、負荷用熱媒体が負荷用熱交換器３２を流通する方向を一定にすることができる。
【００５０】
そして、本実施の形態５において、負荷用熱媒体と、負荷用熱交換器３２において負荷用熱媒体と熱交換される熱媒体、例えば室内空気とは、負荷用熱交換器３２における流通方向が対向流である。
【００５１】
以上説明したように、本実施の形態５は、負荷熱媒体回路４０３が熱交換器流路切替部３７を備えているため、冷房運転においても、暖房運転においても、負荷用熱媒体が負荷用熱交換器３２を流通する方向が一定である。本実施の形態５において、負荷用送風機３２ａから供給される室内空気の送風方向と、負荷用熱媒体が負荷用熱交換器３２を流通する方向とが対向流であるため、負荷用熱交換器３２の性能が向上し、室内空気と負荷用熱媒体との温度差を狭めることができる。
【００５２】
これにより、冷房運転においては、負荷用熱媒体の圧力が上昇して、熱源熱媒体回路４０２の圧力も上昇する。このため、熱源熱媒体回路４０２において、圧縮機２１から吐出される熱源用熱媒体の吐出温度が低減される。また、暖房運転においては、負荷用熱媒体の圧力が低下するため、熱源熱媒体回路４０２の圧力も低下する。
【符号の説明】
【００５３】
１  冷凍装置、２  熱源熱媒体回路、３  負荷熱媒体回路、４  室外空間、５  室内空間、６ａ  第１の延長配管、６ｂ  第２の延長配管、７  カスケード熱交換器、２１  圧縮機、２２  熱源用熱交換器、２２ａ  熱源用送風機、２３  膨張部、２４  四方弁、３１  ポンプ、３１ａ  第１のバイパス回路、３１ｂ  第２のバイパス回路、３２  負荷用熱交換器、３２ａ  負荷用送風機、３２ｂ  第３のバイパス回路、３２ｃ  第４のバイパス回路、３３  負荷流路切替部、３３ａｂ  第１の流路切替弁、３３ｃｄ  第２の流路切替弁、３３ｂｄ  第３の流路切替弁、３３ａｃ  第４の流路切替弁、３４ａ  第１の温度検出部、３４ｂ  第２の温度検出部、３５  圧力検出部、３６  膨張タンク、３７  熱交換器流路切替部、３７ｅｆ  第５の流路切替弁、３７ｇｈ  第６の流路切替弁、３７ｆｈ  第７の流路切替弁、３７ｅｇ  第８の流路切替弁、５０  制御部、５１  過熱度算出手段、５２  流量調整手段、１００  冷凍装置、１０２  熱源熱媒体回路、１０３  負荷熱媒体回路、２００  冷凍装置、２０２  熱源熱媒体回路、２０３  負荷熱媒体回路、３００  冷凍装置、３０２  熱源熱媒体回路、３０３  負荷熱媒体回路、４００  冷凍装置、４０２  熱源熱媒体回路、４０３  負荷熱媒体回路。
【図１】
2015132951.tif 000003
【図２】
2015132951.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015132951.tif 000009
【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年6月15日(2016.6.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明に係る冷凍装置は、熱源用熱媒体が流通し、圧縮機、熱源用熱交換器、膨張部、及び、熱源用熱媒体と負荷用熱媒体との間で熱交換を行うカスケード熱交換器が配管により接続された熱源熱媒体回路と、負荷用熱媒体が流通し、負荷用熱媒体を搬送するポンプ、負荷用熱交換器、及びカスケード熱交換器が配管により接続された負荷熱媒体回路と、ポンプを制御する制御部と、を有し、熱源熱媒体回路は、熱源用熱媒体が流通する方向を切り替える熱源流路切替部を有し、負荷熱媒体回路は、負荷用熱媒体が流通する方向を切り替える負荷流路切替部を有し、制御部は、負荷用熱媒体の過熱度に基づいて、ポンプを制御して、負荷用熱媒体の流通量を調整する流量調整手段を有する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源用熱媒体が流通し、圧縮機、熱源用熱交換器、膨張部、及び、前記熱源用熱媒体と負荷用熱媒体との間で熱交換を行うカスケード熱交換器が配管により接続された熱源熱媒体回路と、
前記負荷用熱媒体が流通し、前記負荷用熱媒体を搬送するポンプ、負荷用熱交換器、及び前記カスケード熱交換器が配管により接続された負荷熱媒体回路と、
前記ポンプを制御する制御部と、を有し、
前記熱源熱媒体回路は、
前記熱源用熱媒体が流通する方向を切り替える熱源流路切替部を有し、
前記負荷熱媒体回路は、
前記負荷用熱媒体が流通する方向を切り替える負荷流路切替部を有し、
前記制御部は、
前記負荷用熱媒体の過熱度に基づいて、前記ポンプを制御して、前記負荷用熱媒体の流通量を調整する流量調整手段を有する
冷凍装置。
【請求項２】
前記負荷用熱交換器及び前記カスケード熱交換器のうち、蒸発器として作用する側の出口側に設けられ、前記負荷用熱媒体の温度を検出する温度検出部と、
前記ポンプの入口側又は出口側に設けられ、前記負荷熱媒体回路における配管圧力を検出する圧力検出部と、を更に有し、
前記制御部は、
前記温度検出部において検出された温度と、前記圧力検出部において検出された配管圧力とに基づいて、前記負荷用熱媒体の過熱度を算出する過熱度算出手段を有し、
前記流量調整手段は、
前記過熱度算出手段において算出された過熱度に基づいて、前記ポンプを制御して、前記負荷用熱媒体の流通量を調整するものである
請求項１記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記熱源用熱媒体と前記負荷用熱媒体とは、
前記カスケード熱交換器における流通方向が対向流である
請求項１又は２記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記負荷熱媒体回路は、
前記ポンプの入口側に設けられ、前記負荷熱媒体回路における配管圧力の変動を抑制する膨張タンクを有する
請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記負荷用熱媒体と、前記負荷用熱交換器において前記負荷用熱媒体と熱交換される熱媒体とは、
前記負荷用熱交換器における流通方向が対向流である
請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【請求項６】
前記負荷熱媒体回路は、
前記負荷用熱媒体が前記負荷用熱交換器を流通する方向を一定にする熱交換器流路切替部を有する
請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【請求項７】
前記負荷用熱媒体が、水である
請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【請求項８】
前記負荷用熱媒体が、不凍液である
請求項１〜７のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【国際調査報告】
2015132951.tif 000011
2015132951.tif 000012