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JP2013113535A - Binary refrigerating device - Google Patents

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JP2013113535A
JP2013113535A JP2011261899A JP2011261899A JP2013113535A JP 2013113535 A JP2013113535 A JP 2013113535A JP 2011261899 A JP2011261899 A JP 2011261899A JP 2011261899 A JP2011261899 A JP 2011261899A JP 2013113535 A JP2013113535 A JP 2013113535A
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JP
Japan
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heat exchanger
temperature
low
refrigeration cycle
compressor
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Pending
Application number
JP2011261899A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsuki Aoyagi
篤貴 青柳
Koji Ito
浩二 伊藤
Tadashi Katsumi
忠士 勝見
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Global Life Solutions Inc
Original Assignee
Hitachi Appliances Inc
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Publication date
Application filed by Hitachi Appliances Inc filed Critical Hitachi Appliances Inc
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  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)

Abstract

【課題】低圧力比となる運転条件の場合でも単元運転に切り替える必要のない簡単な構成で、低元側冷凍サイクルの圧力比と高元側冷凍サイクルの圧力比を適正範囲に維持した運転が可能となる二元冷凍装置を得る。
【解決手段】二元冷凍装置は、低元側圧縮機2、カスケード熱交換器9、低元側膨張弁5、低元側熱交換器6を有する低元側冷凍サイクルと、高元側圧縮機11、高元側熱交換器13、高元側膨張弁14、前記カスケード熱交換器を有する高元側冷凍サイクルとが、前記カスケード熱交換器を介して熱的に接続されて構成されている。また、前記高元側熱交換器で熱交換される媒体の出口温度の設定値から前記カスケード熱交換器における目標中間温度を設定し、この目標中間温度になるように前記低元側圧縮機を制御する制御手段50を備える。
【選択図】図1
[PROBLEMS] To perform an operation in which the pressure ratio of a low-source side refrigeration cycle and the pressure ratio of a high-source side refrigeration cycle are maintained within an appropriate range with a simple configuration that does not require switching to unit operation even in the case of operating conditions that result in a low pressure ratio. Obtain a possible binary refrigeration system.
A binary refrigeration apparatus includes a low-source side compressor 2, a cascade heat exchanger 9, a low-side expansion valve 5, and a low-side heat exchanger 6, and a high-side compression. The high-end side heat exchanger 13, the high-end side expansion valve 14, and the high-end side refrigeration cycle having the cascade heat exchanger are thermally connected via the cascade heat exchanger. Yes. In addition, a target intermediate temperature in the cascade heat exchanger is set from a set value of an outlet temperature of a medium to be heat-exchanged in the high-source side heat exchanger, and the low-source side compressor is set so as to be the target intermediate temperature. Control means 50 for controlling is provided.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、低元側冷凍サイクルと高元側冷凍サイクルを有する二元冷凍装置に関する。   The present invention relates to a binary refrigeration apparatus having a low refrigeration cycle and a high refrigeration cycle.

従来の二元冷凍装置としては特開2000−274848号公報(特許文献1)に記載されているものなどがある。   As a conventional binary refrigeration apparatus, there is one described in JP 2000-274848 A (Patent Document 1).

この特許文献1のものには、1次側冷媒回路(低元側冷凍サイクル)と2次側冷媒回路(高元側冷凍サイクル)とが冷媒熱交換器(カスケード熱交換器)を介して接続された二元冷凍装置において、二元の冷凍サイクル動作と単元の冷凍サイクル動作とを切り換える切換手段を備えているものである。そして、この引用文献1のものでは、外気に応じて、低圧力比となる運転条件の場合には、単元運転へ切替えて運転することで省エネルギ性を高めるようにしている。   The thing of this patent document 1 connects a primary side refrigerant circuit (low original refrigeration cycle) and a secondary refrigerant circuit (high original refrigeration cycle) via a refrigerant heat exchanger (cascade heat exchanger). The binary refrigeration apparatus includes switching means for switching between a binary refrigeration cycle operation and a unit refrigeration cycle operation. And in the thing of this cited reference 1, in the case of the driving | running condition which becomes a low pressure ratio according to outside air, it switches to unit operation and it is trying to improve energy saving property.

特開2000−274848号公報JP 2000-274848 A

しかし、上記特許文献1のものでは、単元運転と二元運転を切替えることができるようにしているが、二元運転から単元運転に切替えた場合、一方の圧縮機を止めなければならず、その圧縮機の停止時には、冷凍サイクルの冷媒の挙動が大きく変化し、運転が乱れるという課題がある。   However, in the thing of the said patent document 1, although it enables it to switch between unit operation and two-way operation, when switching from two-way operation to unit operation, one compressor must be stopped, When the compressor is stopped, there is a problem that the behavior of the refrigerant in the refrigeration cycle changes greatly and operation is disturbed.

また、単元運転と二元運転を切替えるため、2次側冷媒回路は、二元運転時と単元運転時とでは、適正な冷媒量が異なり、単元運転時にのみ使用される冷媒配管や熱交換器に溜まる冷媒量の調節が必要となる。更に、2次側冷媒回路は、二元運転時用と単元運転時用の2系統の冷媒配管と熱交換器が必要となり、必要となる熱交換器全体の容積や冷媒配管長も大きくなり、大形化するという課題もある。   In addition, to switch between unit operation and unit operation, the secondary refrigerant circuit differs in the proper amount of refrigerant between the unit operation and unit operation, and refrigerant pipes and heat exchangers used only during unit operation It is necessary to adjust the amount of refrigerant accumulated in the tank. Furthermore, the secondary refrigerant circuit requires two refrigerant pipes and a heat exchanger for two-way operation and one-unit operation, and the required volume of the entire heat exchanger and the length of the refrigerant pipe increase. There is also a problem of increasing the size.

本発明の目的は、低圧力比となる運転条件の場合でも単元運転に切り替える必要のない簡単な構成で、低元側冷凍サイクルの圧力比と高元側冷凍サイクルの圧力比を適正範囲に維持した運転が可能となる二元冷凍装置を得ることにある。   The object of the present invention is to maintain the pressure ratio of the low-source side refrigeration cycle and the pressure ratio of the high-source side refrigeration cycle within an appropriate range with a simple configuration that does not require switching to unit operation even under operating conditions that result in a low pressure ratio. It is to obtain a binary refrigeration apparatus that can be operated.

上記目的を達成するため、本発明は、低元側圧縮機、カスケード熱交換器、低元側膨張弁、低元側熱交換器を有する低元側冷凍サイクルと、高元側圧縮機、高元側熱交換器、高元側膨張弁、前記カスケード熱交換器を有する高元側冷凍サイクルとが、前記カスケード熱交換器を介して熱的に接続されて構成されている二元冷凍装置において、前記高元側熱交換器で熱交換される媒体の出口温度の設定値から前記カスケード熱交換器における目標中間温度を設定し、この目標中間温度になるように前記低元側圧縮機を制御する制御手段を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a low-side compressor, a cascade heat exchanger, a low-side expansion valve, a low-side refrigeration cycle having a low-side heat exchanger, a high-side compressor, In the binary refrigeration apparatus configured to be connected to the high-side refrigeration cycle having the main-side heat exchanger, the high-side expansion valve, and the cascade heat exchanger through the cascade heat exchanger. The target intermediate temperature in the cascade heat exchanger is set from the set value of the outlet temperature of the medium that is heat-exchanged in the high-end heat exchanger, and the low-end compressor is controlled to be the target intermediate temperature. It is characterized by including a control means.

本発明の他の特徴は、低元側圧縮機、カスケード熱交換器、低元側膨張弁、低元側熱交換器を有する低元側冷凍サイクルと、高元側圧縮機、高元側熱交換器、高元側膨張弁、前記カスケード熱交換器を有する高元側冷凍サイクルとが、前記カスケード熱交換器を介して熱的に接続されて構成されている二元冷凍装置において、前記高元側熱交換器で熱交換される媒体の入口温度を検知する媒体入口温度検知器を設け、この媒体入口温度検知器で検知された媒体入口温度から前記カスケード熱交換器における目標中間温度を設定し、この目標中間温度になるように前記低元側圧縮機を制御する制御手段を備えることにある。   Other features of the present invention include a low-source side compressor, a cascade heat exchanger, a low-side expansion valve, a low-side refrigeration cycle having a low-side heat exchanger, a high-side compressor, and a high-side heat. In the binary refrigeration apparatus, wherein the high-side refrigeration cycle having the exchanger, the high-side expansion valve, and the cascade heat exchanger is thermally connected via the cascade heat exchanger, A medium inlet temperature detector that detects the inlet temperature of the medium to be heat exchanged by the original heat exchanger is provided, and the target intermediate temperature in the cascade heat exchanger is set from the medium inlet temperature detected by the medium inlet temperature detector. And providing a control means for controlling the low-source compressor so that the target intermediate temperature is reached.

本発明によれば、低圧力比となる運転条件の場合でも単元運転に切り替える必要のない簡単な構成で、低元側冷凍サイクルの圧力比と高元側冷凍サイクルの圧力比を適正範囲に維持した運転が可能となる二元冷凍装置を得ることができる。   According to the present invention, the pressure ratio of the low-source side refrigeration cycle and the pressure ratio of the high-source side refrigeration cycle are maintained within an appropriate range with a simple configuration that does not require switching to unit operation even in the case of operating conditions that result in a low pressure ratio. It is possible to obtain a binary refrigeration apparatus that can be operated.

本発明の二元冷凍装置の実施例1を示す冷凍サイクル構成図。The refrigeration cycle block diagram which shows Example 1 of the binary refrigeration apparatus of this invention. 実施例1における高元側圧縮機の制御を説明するフローチャート。3 is a flowchart for explaining control of a high-end compressor in the first embodiment. 実施例1における低元側圧縮機の制御を説明するフローチャート。3 is a flowchart for explaining control of a low-source compressor according to the first embodiment. 実施例1における高元側膨張弁の制御を説明するフローチャート。3 is a flowchart for explaining control of a high-side expansion valve in the first embodiment. 高元側熱交換器媒体出口温度の設定値と、目標中間温度設定値との適正な関係を示す線図。The diagram which shows the appropriate relationship between the setting value of the high-source side heat exchanger medium outlet temperature, and the target intermediate temperature setting value. 本発明の二元冷凍装置の実施例2を示す冷凍サイクル構成図。The refrigeration cycle block diagram which shows Example 2 of the binary refrigeration apparatus of this invention. 高元側熱交換器媒体入口温度と、目標中間温度設定値との適正な関係を示す線図。The diagram which shows the appropriate relationship between the high-source-side heat exchanger medium inlet temperature and the target intermediate temperature set value. 実施例2における低元側圧縮機の制御を説明するフローチャート。9 is a flowchart for explaining control of a low-source compressor in the second embodiment. 実施例2における高元側圧縮機の制御を説明するフローチャート。9 is a flowchart for explaining control of a high-end compressor in the second embodiment.

以下、本発明の二元冷凍装置の具体的実施例を図面に基づき説明する。各図において同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示している。   Hereinafter, specific examples of the binary refrigeration apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, the part which attached | subjected the same code | symbol has shown the part which is the same or it corresponds.

本発明の二元冷凍装置の実施例1を、図1〜図5により説明する。
図1は本発明の二元冷凍装置の実施例1を示す冷凍サイクル構成図である。二元冷凍装置は、低元側冷凍サイクル1と高元側冷凍サイクル10で構成されている。
A first embodiment of the binary refrigeration apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a configuration diagram of a refrigeration cycle showing a first embodiment of the binary refrigeration apparatus of the present invention. The two-way refrigeration apparatus includes a low-side refrigeration cycle 1 and a high-side refrigeration cycle 10.

前記低元側冷凍サイクル1は、低元側圧縮機2、低元側四方切替弁3、カスケード熱交換器9、レシーバ4、膨張弁5、低元側熱交換器6などの主構成要素で構成されている。また、前記高元側冷凍サイクル10は、高元側圧縮機11、高元側四方切替弁12、高元側熱交換器13、高元側膨張弁14、前記カスケード熱交換器9及びアキュムレータ15などの主構成要素で構成されている。
前記カスケード熱交換器9を介して、前記低元側冷凍サイクル1と前記高元側冷凍サイクル10とが熱的に接続されて、前記二元冷凍装置が構成されている。なお、前記低元側圧縮機2及び前記高元側圧縮機11は、その軸受などの摺動部に、潤滑油を差圧により供給する形式のもので構成されている。
The low-source side refrigeration cycle 1 is a main component such as a low-source side compressor 2, a low-source side four-way switching valve 3, a cascade heat exchanger 9, a receiver 4, an expansion valve 5, and a low-source side heat exchanger 6. It is configured. The high-source side refrigeration cycle 10 includes a high-side compressor 11, a high-side four-way switching valve 12, a high-side heat exchanger 13, a high-side expansion valve 14, the cascade heat exchanger 9, and an accumulator 15. It consists of main components such as.
The low refrigeration cycle 1 and the high refrigeration cycle 10 are thermally connected via the cascade heat exchanger 9 to constitute the binary refrigeration apparatus. Note that the low-end compressor 2 and the high-end compressor 11 are configured to supply lubricating oil to a sliding portion such as a bearing by differential pressure.

本実施例の二元冷凍装置は、加熱運転を目的とした冷凍装置であり、前記低元側冷凍サイクル1には、高圧冷媒であるR410Aを使用し、高元側冷凍サイクル10には低圧冷媒であるR134aを使用した例で説明する。なお、冷媒はこれらに限られるものではなく、用途に応じて種々の適切な冷媒を使用することができる。   The binary refrigeration apparatus of the present embodiment is a refrigeration apparatus intended for heating operation. The low-source side refrigeration cycle 1 uses R410A, which is a high-pressure refrigerant, and the high-source side refrigeration cycle 10 uses a low-pressure refrigerant. An example using R134a will be described. In addition, a refrigerant | coolant is not restricted to these, A various appropriate refrigerant | coolant can be used according to a use.

本実施例の加熱運転を目的とした二元冷凍装置においては、前記カスケード熱交換器9は、高元側冷凍サイクル10としては蒸発器として働き、低元側冷凍サイクル1としては凝縮器として働く。即ち、このカスケード熱交換器9では、前記低元側冷凍サイクル1からの高圧ガス冷媒と、前記高元側冷凍サイクル10からの低圧の気液二相冷媒が熱交換することで、高元側冷凍サイクル10の冷媒をガス化させ、低元側冷凍サイクル1の冷媒を凝縮させて液化させる。   In the binary refrigeration apparatus for the heating operation of the present embodiment, the cascade heat exchanger 9 functions as an evaporator as the high-source side refrigeration cycle 10 and functions as a condenser as the low-source side refrigeration cycle 1. . That is, in this cascade heat exchanger 9, the high pressure side gas refrigerant from the low-source side refrigeration cycle 1 and the low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant from the high-source side refrigeration cycle 10 exchange heat so that the high-source side The refrigerant of the refrigeration cycle 10 is gasified, and the refrigerant of the low-source side refrigeration cycle 1 is condensed and liquefied.

前記低元側冷凍サイクル1と前記高元側冷凍サイクル10の動作を更に詳しく説明する。
低元側冷凍サイクル1では、低元側圧縮機2で圧縮された冷媒は高圧ガスとなり、低元側四方切替弁(四方弁)3を通過後、カスケード熱交換器9に流入し、高元側冷凍サイクル10の二相冷媒と熱交換することで液化する。この液冷媒はレシーバ4を通過後、低元側膨張弁5で減圧されて気液二相の冷媒となり、低元側熱交換器(空気熱交換器)6においてファンにより取り込まれる空気と熱交換されて蒸発し、ガス化される。このガス冷媒は、再度前記四方弁3を通過した後、前記圧縮機2に吸入され、再度高圧ガスに圧縮され、以下同様のサイクルを繰り返す。なお、低元側冷凍サイクルの前記圧縮機2の吸入側にアキュームレータを設けるようにしても良い。
The operation of the low original refrigeration cycle 1 and the high original refrigeration cycle 10 will be described in more detail.
In the low-source side refrigeration cycle 1, the refrigerant compressed by the low-source side compressor 2 becomes high-pressure gas, passes through the low-source side four-way switching valve (four-way valve) 3, and then flows into the cascade heat exchanger 9. It liquefies by exchanging heat with the two-phase refrigerant of the side refrigeration cycle 10. After passing through the receiver 4, the liquid refrigerant is decompressed by the low-side expansion valve 5 to become a gas-liquid two-phase refrigerant, and exchanges heat with air taken in by the fan in the low-side heat exchanger (air heat exchanger) 6. It is evaporated and gasified. This gas refrigerant passes through the four-way valve 3 again, and then is sucked into the compressor 2 and compressed again into high-pressure gas, and the same cycle is repeated thereafter. An accumulator may be provided on the suction side of the compressor 2 in the low-source side refrigeration cycle.

高元側冷凍サイクル10では、高元側圧縮機11で圧縮された冷媒は高圧ガスとなり、高元側四方切替弁(四方弁)12を通過後、高元側熱交換器13において、入口配管35から供給される温水などの媒体と熱交換されて液化する。この液冷媒は高元側膨張弁14で減圧膨張されて気液二相の冷媒となり、前記カスケード熱交換器9に流入して、前記低元側冷凍サイクルのガス冷媒と熱交換してガス化される。このガス冷媒は、再度前記四方弁12を通過後、アキュームレータ15を通り、前記圧縮機11へ吸入されて、再度高圧ガスに圧縮され、以下同様のサイクルを繰り返す。前記温水などの媒体は、ポンプにより循環されることで、前記入口配管35から前記高元側熱交換器13に流入し、ここで加熱された後、出口配管36から需要先に供給されるようにして、温水などの供給が継続される。   In the high-side refrigeration cycle 10, the refrigerant compressed by the high-side compressor 11 becomes high-pressure gas, passes through the high-side four-way switching valve (four-way valve) 12, and then enters the inlet piping in the high-side heat exchanger 13. Heat exchange with a medium such as warm water supplied from 35 liquefies. This liquid refrigerant is decompressed and expanded by the high-side expansion valve 14 to become a gas-liquid two-phase refrigerant, flows into the cascade heat exchanger 9, and exchanges heat with the gas refrigerant in the low-side refrigeration cycle for gasification. Is done. After passing through the four-way valve 12 again, this gas refrigerant passes through the accumulator 15 and is sucked into the compressor 11 and compressed again into high-pressure gas, and the same cycle is repeated thereafter. The medium such as hot water is circulated by a pump so as to flow into the high-side heat exchanger 13 from the inlet pipe 35 and is heated here, and then supplied from the outlet pipe 36 to the customer. Thus, the supply of hot water and the like is continued.

なお、前記カスケード熱交換器9や前記高元側熱交換器13としては、プレート式熱交換器、二重管式熱交換器、或いはシェルアンドチューブ熱交換器などを使用すると良い。また、これらの熱交換器を使用する場合、熱交換される冷媒どうし、或いは冷媒と媒体とは、対向流とすることが好ましいが、並行流とすることもできる。また、前記低元側熱交換器6としては、熱源として外気を利用する場合には空冷式熱交換器などを使用し、熱源として水やブラインを使用する場合にはプレート式熱交換器や二重管式熱交換器を使用すると良い。   As the cascade heat exchanger 9 and the high-end heat exchanger 13, a plate heat exchanger, a double tube heat exchanger, a shell and tube heat exchanger, or the like may be used. Moreover, when using these heat exchangers, it is preferable that the heat exchanged refrigerants or the refrigerant and the medium are counterflows, but they can also be parallel flows. As the low-source heat exchanger 6, an air-cooled heat exchanger or the like is used when outside air is used as a heat source, and a plate heat exchanger or two-type heat exchanger 6 is used when water or brine is used as a heat source. It is better to use a heavy tube heat exchanger.

前記低元側冷凍サイクル1には、前記圧縮機2の吐出側の冷媒温度を検知するための温度検知器21と、前記カスケード熱交換器9の出口側の液冷媒温度(中間温度)を検知するための中間温度検知器22が設けられている。   The low-source side refrigeration cycle 1 detects a temperature detector 21 for detecting the refrigerant temperature on the discharge side of the compressor 2 and a liquid refrigerant temperature (intermediate temperature) on the outlet side of the cascade heat exchanger 9. An intermediate temperature detector 22 is provided.

前記高元側冷凍サイクル10には、前記圧縮機11の吐出圧力を検知するための圧力検知器41、前記圧縮機11への吸入ガス冷媒の温度を検知するための温度検知器31、前記圧縮機11の吸入圧力を検知するための圧力検知器42、前記高元側熱交換器13に接続された出口配管36から流出する温水(媒体)の温度、即ち温水出口温度を検知するための媒体出口温度検知器32が設けられている。   The high-side refrigeration cycle 10 includes a pressure detector 41 for detecting the discharge pressure of the compressor 11, a temperature detector 31 for detecting the temperature of the suction gas refrigerant to the compressor 11, and the compression A pressure detector 42 for detecting the suction pressure of the machine 11, a temperature of hot water (medium) flowing out from the outlet pipe 36 connected to the high-source side heat exchanger 13, that is, a medium for detecting the hot water outlet temperature An outlet temperature detector 32 is provided.

50は二元冷凍装置全体を制御するための制御装置で、この制御装置50には、前記温度検知器21,22,31,32で検出された温度情報、及び前記圧力検知器41,42で検出された圧力情報が取り込まれ、これらの情報に基づいて、前記圧縮機2,11や前記膨張弁5,14を制御するように構成されている。   Reference numeral 50 denotes a control device for controlling the entire binary refrigeration apparatus. The control device 50 includes temperature information detected by the temperature detectors 21, 22, 31 and 32, and pressure detectors 41 and 42. The detected pressure information is taken in, and the compressors 2 and 11 and the expansion valves 5 and 14 are controlled based on the information.

次に、図2〜図5を用いて、前記制御装置50による二元冷凍装置の制御について説明する。
図2に示すフローチャートにより、前記高元側圧縮機11の制御について説明する。まず、高元側冷凍サイクル10の高元側熱交換器(凝縮器)13から流出される温水などの媒体の目標温度、即ち高元側熱交換器媒体出口温度(高圧ガス冷媒と熱交換されて生成される媒体の目標温度)を設定する(ステップS11)。このとき、前記高元側熱交換器媒体出口温度の設定値に応じて、前記カスケード熱交換器9における低元側冷凍サイクル1の目標中間温度を設定する(ステップS12)。この目標中間温度設定値は、低元側冷凍サイクル1において圧力比が適正に確保されるように設定される。また、前記目標中間温度は、前記低元側冷凍サイクルの圧力比と前記高元側冷凍サイクルの圧力比のバランスが取れるように設定されることが好ましい。例えば、図5に示すように、前記高元側熱交換器媒体出口温度の設定値と、前記目標中間温度設定値との適正な関係を、前記制御装置50に線図化して記憶させておき、この線図に基づいて、前記目標中間温度を設定すれば良い。
Next, the control of the binary refrigeration apparatus by the control device 50 will be described with reference to FIGS.
The control of the high-end compressor 11 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, the target temperature of a medium such as hot water flowing out from the high-end side heat exchanger (condenser) 13 of the high-end side refrigeration cycle 10, that is, the high-end side heat exchanger medium outlet temperature (heat exchanged with the high-pressure gas refrigerant). The target temperature of the generated medium is set (step S11). At this time, the target intermediate temperature of the low-source side refrigeration cycle 1 in the cascade heat exchanger 9 is set according to the set value of the high-source side heat exchanger medium outlet temperature (step S12). This target intermediate temperature set value is set so that the pressure ratio is appropriately secured in the low-source side refrigeration cycle 1. The target intermediate temperature is preferably set so that the pressure ratio of the low-source side refrigeration cycle and the pressure ratio of the high-source side refrigeration cycle can be balanced. For example, as shown in FIG. 5, an appropriate relationship between the set value of the high-end side heat exchanger medium outlet temperature and the target intermediate temperature set value is stored in the controller 50 as a diagram. Based on this diagram, the target intermediate temperature may be set.

また、図2のステップS11で前記高元側熱交換器媒体出口温度が設定されると、ステップS13で、前記出口配管36に設けられている前記媒体出口温度検知器32で検知された媒体出口温度と、前記高元側熱交換器媒体出口温度の設定値(設定出口温度)とを比較する。この結果、検出された媒体出口温度が前記設定出口温度よりも低ければ、前記高元側圧縮機11の周波数(回転数)を上昇させる(ステップ14)。反対に、検出された媒体出口温度が前記設定出口温度よりも高ければ、前記高元側圧縮機11の周波数を下降させる(ステップ15)。その後、再び前記ステップS13に戻り、以下同様の制御が例えば10秒毎に繰り返される。   When the high-source-side heat exchanger medium outlet temperature is set in step S11 of FIG. 2, the medium outlet detected by the medium outlet temperature detector 32 provided in the outlet pipe 36 in step S13. The temperature is compared with a set value (set outlet temperature) of the high-side heat exchanger medium outlet temperature. As a result, if the detected medium outlet temperature is lower than the set outlet temperature, the frequency (rotational speed) of the high-end compressor 11 is increased (step 14). On the contrary, if the detected medium outlet temperature is higher than the set outlet temperature, the frequency of the high-end compressor 11 is lowered (step 15). Thereafter, the process returns to step S13 again, and the same control is repeated every 10 seconds, for example.

このように、前記高元側圧縮機11の運転容量の制御は、前記媒体出口温度検知器32で検知される温度が設定出口温度(目標設定温度)となるように、前記制御装置50により行なわれる。   As described above, the operation capacity of the high-end compressor 11 is controlled by the control device 50 so that the temperature detected by the medium outlet temperature detector 32 becomes the set outlet temperature (target set temperature). It is.

次に、図3に示すフローチャートにより、前記制御装置50における前記低元側圧縮機2の制御について説明する。この低元側圧縮機2の制御においては、図2のステップ12で設定された目標中間温度の設定値が使用される。また、前記カスケード熱交換器9の出口側の液冷媒温度を検知するための前記中間温度検知器22で検知された温度(中間温度)を使用する。即ち、ステップS16においては、前記中間温度検知器22で検知された中間温度と、前記目標中間温度とを比較する。その結果、検知された中間温度が、前記目標中間温度よりも低ければ、前記低元側圧縮機2の周波数(回転数)を上昇させる(ステップ17)。反対に、検知された中間温度が前記目標中間温度よりも高ければ、前記低元側圧縮機2の周波数を下降させる(ステップ18)。その後、再び前記ステップS16に戻り、以下同様の制御を、例えば3分毎に繰り返す。
このように、前記低元側圧縮機2の運転容量の制御は、前記中間温度検知器22で検知される温度が目標中間温度になるように、前記制御装置50により行われる。
Next, the control of the low-source compressor 2 in the control device 50 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In the control of the low-side compressor 2, the set value of the target intermediate temperature set in step 12 in FIG. 2 is used. Further, the temperature (intermediate temperature) detected by the intermediate temperature detector 22 for detecting the liquid refrigerant temperature on the outlet side of the cascade heat exchanger 9 is used. That is, in step S16, the intermediate temperature detected by the intermediate temperature detector 22 is compared with the target intermediate temperature. As a result, if the detected intermediate temperature is lower than the target intermediate temperature, the frequency (rotational speed) of the low-source compressor 2 is increased (step 17). On the contrary, if the detected intermediate temperature is higher than the target intermediate temperature, the frequency of the low-source side compressor 2 is lowered (step 18). Thereafter, the process returns to step S16 again, and the same control is repeated, for example, every 3 minutes.
Thus, the control of the operating capacity of the low-side compressor 2 is performed by the control device 50 so that the temperature detected by the intermediate temperature detector 22 becomes the target intermediate temperature.

次に、図4に示すフローチャートにより、前記制御装置50における前記高元側膨張弁14の制御について説明する。
まず、ステップS21で、前記高元側圧縮機11に吸入される吸入ガス(ガス冷媒)の温度を前記温度検知器31で検出する。更に、ステップS22では、前記圧力検知器41で検知される前記高元側圧縮機11の吐出ガス圧力と、前記圧力検知器42で検知される前記高元側圧縮機11の吸入ガス圧力を検知する。そして、これらの検知された吐出ガス圧力と、吸入ガス圧力とから、前記高元側圧縮機11前後の圧力比を求める。また、前記制御装置50には、高元側圧縮機11における圧力比の下限値が記憶されている。この圧力比の下限値は、高元側圧縮機11や低減側圧縮機2において、例えば軸受などの摺動部に潤滑油を供給できる差圧が確保できるように設定されている。
Next, the control of the high-side expansion valve 14 in the control device 50 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
First, in step S21, the temperature detector 31 detects the temperature of the suction gas (gas refrigerant) sucked into the high-end compressor 11. Further, in step S22, the discharge gas pressure of the high-end compressor 11 detected by the pressure detector 41 and the intake gas pressure of the high-end compressor 11 detected by the pressure detector 42 are detected. To do. Then, the pressure ratio before and after the high-side compressor 11 is obtained from the detected discharge gas pressure and intake gas pressure. Further, the control device 50 stores a lower limit value of the pressure ratio in the high-end compressor 11. The lower limit value of the pressure ratio is set so that, for example, in the high-side compressor 11 and the reduction-side compressor 2, a differential pressure that can supply lubricating oil to a sliding portion such as a bearing can be secured.

次に、ステップS23では、前記ステップS23で求めた圧力比が、制御装置50に記憶されている前記圧力比下限値まで近づいている否かを判断し、求めた圧力比が前記圧力比下限値近傍以下になっていると判断された場合には、前記高元側膨張弁14の開度を小さくして圧力比が大きくなる方向に制御する(ステップS24)。また、前記圧力比が適切に保たれている場合(圧力比下限値よりも十分大の場合)には、前記高元側膨張弁14は通常の制御が為される(ステップS25)。   Next, in step S23, it is determined whether or not the pressure ratio obtained in step S23 is approaching the pressure ratio lower limit value stored in the control device 50, and the obtained pressure ratio is the pressure ratio lower limit value. If it is determined that the pressure is below the vicinity, the opening of the high-side expansion valve 14 is reduced to control the pressure ratio to increase (step S24). When the pressure ratio is maintained appropriately (when it is sufficiently larger than the pressure ratio lower limit value), the high-side expansion valve 14 is normally controlled (step S25).

この高元側膨張弁14の通常制御は前記制御装置50により、次のように行なわれる。即ち、前記圧力検知器42から得られる圧力値から、冷媒の飽和温度を換算して求め、また前記温度検知器31から得られる吸入冷媒温度から、圧縮機吸入側の過熱度を算出する。そして、その算出した過熱度が大きい場合には前記高元側膨張弁14の開度を大きくするように制御し、前記過熱度が小さい場合には、圧縮機11に対して液戻り運転とならないように、前記高元側膨張弁14の開度を適切な開度に制御する。好ましくは、前記圧縮機吸入側の過熱度が一定となるように、前記高元側膨張弁14の開度を制御する。   The normal control of the high-side expansion valve 14 is performed by the control device 50 as follows. That is, the refrigerant saturation temperature is calculated from the pressure value obtained from the pressure detector 42, and the degree of superheat on the compressor suction side is calculated from the intake refrigerant temperature obtained from the temperature detector 31. When the calculated degree of superheat is large, control is performed to increase the opening degree of the high-side expansion valve 14, and when the degree of superheat is small, the liquid return operation is not performed for the compressor 11. Thus, the opening degree of the high-side expansion valve 14 is controlled to an appropriate opening degree. Preferably, the opening degree of the high-side expansion valve 14 is controlled so that the degree of superheat on the compressor suction side is constant.

低元側冷凍サイクル1の低元側膨張弁5の制御も前記制御装置50から行われる。この制御は、低元側圧縮機2の吐出配管に設けられた温度検知器21で検知される冷媒の吐出ガス温度が、前記カスケード熱交換器9における前記目標中間温度の設定値(図2参照)から決定される目標吐出ガス温度となるように、前記膨張弁5の開度が制御される。   The control of the low-side expansion valve 5 of the low-side refrigeration cycle 1 is also performed from the control device 50. In this control, the refrigerant discharge gas temperature detected by the temperature detector 21 provided in the discharge pipe of the low-side compressor 2 is set to the set value of the target intermediate temperature in the cascade heat exchanger 9 (see FIG. 2). ), The opening degree of the expansion valve 5 is controlled so that the target discharge gas temperature is determined.

なお、前記圧縮機2の吐出配管に圧力検知器を設け、この圧力検知器で検知された吐出圧力値と、前記温度検知器21により検知された吐出温度から過熱度を求め、この過熱度により、前記膨張弁5の開度を制御するようにしても良い。或いは、前記圧縮機2の吸入側に圧力検知器と温度検知器を設けて、これらの検出値から過熱度を求めて、前記膨張弁5の開度制御をしても良い。   A pressure detector is provided in the discharge pipe of the compressor 2, and the degree of superheat is obtained from the discharge pressure value detected by the pressure detector and the discharge temperature detected by the temperature detector 21. The opening degree of the expansion valve 5 may be controlled. Alternatively, a pressure detector and a temperature detector may be provided on the suction side of the compressor 2, and the degree of superheat from the detected values may be obtained to control the opening degree of the expansion valve 5.

上述した本実施例の二元冷凍装置において、前記中間温度検知器22で検知された中間温度は、低元側冷凍サイクルと高元側冷凍サイクルとの間のバランスを意味する指標でもあるため、前記検知された中間温度が、図3のステップS16に示す目標中間温度に対して所定温度、例えば−2℃以下となった場合には、圧縮機11の運転容量(運転周波数)を一時固定(維持)するようにしても良い。また、前記中間温度が、前記目標中間温度に対して、例えば、−5℃以下となった場合には、圧縮機11の運転容量(運転周波数)を落とし、前記中間温度を持ち上げるようにしても良い。   In the above-described binary refrigeration apparatus of the present embodiment, the intermediate temperature detected by the intermediate temperature detector 22 is also an index that means a balance between the low original refrigeration cycle and the high original refrigeration cycle. When the detected intermediate temperature becomes a predetermined temperature, for example −2 ° C. or less, with respect to the target intermediate temperature shown in step S16 of FIG. 3, the operating capacity (operating frequency) of the compressor 11 is temporarily fixed ( Maintenance). In addition, when the intermediate temperature is, for example, −5 ° C. or less with respect to the target intermediate temperature, the operating capacity (operating frequency) of the compressor 11 is decreased and the intermediate temperature is raised. good.

また、上記実施例において、前記低元側冷凍サイクル1の低圧圧力は、低元側熱交換器6に供給される室外空気の温度によってほぼ決定され、前記高元側冷凍サイクル10の高圧圧力は、高元側熱交換器13の温水(媒体)出口温度により決定される。   Moreover, in the said Example, the low pressure of the said low side refrigeration cycle 1 is substantially determined by the temperature of the outdoor air supplied to the low side heat exchanger 6, and the high pressure of the said high side refrigeration cycle 10 is , Determined by the hot water (medium) outlet temperature of the high-end heat exchanger 13.

ここで、高温水を取出したい場合には、前述した目標中間温度も高く設定されるため、低元側冷凍サイクル1及び高元側冷凍サイクル10の圧力比は確保し易い。外気温度が高い場合には、それに応じて前記低減側熱交換器6に室外空気を供給するファンの回転数を低下させることで熱交換量を減らし、低圧圧力を適切に保ちながら運転を継続できる。   Here, when it is desired to take out the high-temperature water, the target intermediate temperature described above is also set high, so that it is easy to ensure the pressure ratio between the low-side refrigeration cycle 1 and the high-side refrigeration cycle 10. When the outside air temperature is high, the number of heat exchanges can be reduced by reducing the rotational speed of the fan that supplies outdoor air to the reduction-side heat exchanger 6 accordingly, and the operation can be continued while keeping the low-pressure pressure appropriately. .

しかし、温水温度が30℃以下であるような温水を取出す場合には、最も厳しい条件となり、この場合の前記目標中間温度は、低元側冷凍サイクル1での圧力比が確保できる下限値に設定される。高元側冷凍サイクル10に関しては、取出し温度が低いために高圧圧力が低くなり、カスケード熱交換器9における中間温度で決まる高元側冷凍サイクル10の低圧圧力との差が小さくなる。このため、高元側冷凍サイクル10では圧力比が小さくなり、適切な圧力比を確保できない。そこで、高元側圧縮機11の軸受などの摺動部に給油可能な最小圧力比付近となった場合には、図4で説明したように、前記制御装置50により、高元側膨張弁14の開度を小さくして低圧圧力を下げるように制御する。これにより、高元側冷凍サイクル10での圧力比も確保でき、安定した運転を継続できる。   However, when hot water having a hot water temperature of 30 ° C. or less is taken out, the most severe condition is set. In this case, the target intermediate temperature is set to a lower limit value that can secure a pressure ratio in the low-side refrigeration cycle 1. Is done. Regarding the high-source side refrigeration cycle 10, since the take-out temperature is low, the high-pressure pressure is low, and the difference from the low-pressure pressure of the high-source side refrigeration cycle 10 determined by the intermediate temperature in the cascade heat exchanger 9 is small. For this reason, in the high-source side refrigeration cycle 10, the pressure ratio becomes small, and an appropriate pressure ratio cannot be ensured. Therefore, when the pressure becomes close to the minimum pressure ratio at which oil can be supplied to the sliding portion such as the bearing of the high-end compressor 11, the high-side expansion valve 14 is controlled by the control device 50 as described with reference to FIG. Is controlled so as to reduce the low pressure. Thereby, the pressure ratio in the high-source side refrigeration cycle 10 can be secured, and stable operation can be continued.

このように、本実施例によれば、負荷が小さく低圧力比となるような運転条件の場合であっても、単元運転へ切替える必要のない簡単な構成で、低元側及び高元側の各圧縮機2,11の摺動部に給油できるだけの適正な圧力比を維持した運転が可能となる。   Thus, according to the present embodiment, even in the case of operating conditions where the load is small and the pressure ratio is low, it is not necessary to switch to unit operation, with a simple configuration, The operation | movement which maintained the appropriate pressure ratio which can supply oil to the sliding part of each compressor 2 and 11 is attained.

また、取出し温水の設定温度に応じて目標中間温度を設定するので、低元側冷凍サイクル1と高元側冷凍サイクル10のバランスを保った安定した効率の良い運転が可能となる。更に、カスケード熱交換器9において、低元側冷凍サイクル1の高圧圧力及び高元側冷凍サイクル10の低圧圧力が決定されるから、低元側冷凍サイクルの圧力比及び高元側冷凍サイクルの圧力比を適正値に保ちながら運転が可能となる。また、低元側冷凍サイクル1では設定された目標中間温度となるように制御されるから、高元側冷凍サイクル10では外気に依存しない運転となり、安定した運転が可能となる。   In addition, since the target intermediate temperature is set according to the set temperature of the extracted hot water, a stable and efficient operation can be performed while maintaining a balance between the low-source side refrigeration cycle 1 and the high-source side refrigeration cycle 10. Furthermore, in the cascade heat exchanger 9, the high pressure of the low-source side refrigeration cycle 1 and the low pressure of the high-source side refrigeration cycle 10 are determined, so the pressure ratio of the low-source side refrigeration cycle and the pressure of the high-source side refrigeration cycle are determined. Operation is possible while maintaining the ratio at an appropriate value. In addition, since the low-source side refrigeration cycle 1 is controlled so as to reach the set target intermediate temperature, the high-source-side refrigeration cycle 10 is an operation that does not depend on the outside air, and a stable operation is possible.

更に、本実施例においては、単元運転に切替える必要のない簡単な構成であるため、冷媒配管全体の長さを短くでき、低元側熱交換器6の冷媒流路も1系統だけとなるから、熱交換器も小さくすることが可能となる。   Furthermore, in this embodiment, since it is a simple configuration that does not need to be switched to unit operation, the length of the entire refrigerant pipe can be shortened, and the refrigerant flow path of the low-source side heat exchanger 6 is only one system. The heat exchanger can also be made smaller.

本発明の二元冷凍装置の実施例2を図6〜図9を用いて説明する。これらの図において、図1〜図5と同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示しており、同一部分についての説明は省略する。   A second embodiment of the binary refrigeration apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. In these drawings, the portions denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 5 indicate the same or corresponding portions, and the description of the same portions is omitted.

図6は本発明の二元冷凍装置の実施例2を示す冷凍サイクル構成図である。この実施例2の二元冷凍装置が、上記実施例1の二元冷凍装置に対して異なるところを説明する。上記実施例1では、カスケード熱交換器9における低元側冷凍サイクル1の目標中間温度は、高元側冷凍サイクル10の高元側熱交換器13における媒体出口温度の設定値(温水取出し温度)に応じて設定するようにしている。これに対し、本実施例2では、高元側冷凍サイクル10の高元側熱交換器13における媒体(温水)の入口温度を検出するための媒体出口温度検知器33を設け、この媒体出口温度検知器33で検知された媒体の入口温度に応じて、カスケード熱交換器9における低元側冷凍サイクル1の目標中間温度を設定するようにしたものである。   FIG. 6 is a refrigeration cycle configuration diagram showing Embodiment 2 of the binary refrigeration apparatus of the present invention. The difference between the binary refrigeration apparatus of the second embodiment and the binary refrigeration apparatus of the first embodiment will be described. In the first embodiment, the target intermediate temperature of the low-source side refrigeration cycle 1 in the cascade heat exchanger 9 is set to the medium outlet temperature in the high-source side heat exchanger 13 of the high-source side refrigeration cycle 10 (warm water extraction temperature). It is set according to. On the other hand, in the second embodiment, a medium outlet temperature detector 33 for detecting the inlet temperature of the medium (hot water) in the high-side heat exchanger 13 of the high-side refrigeration cycle 10 is provided. According to the inlet temperature of the medium detected by the detector 33, the target intermediate temperature of the low-source side refrigeration cycle 1 in the cascade heat exchanger 9 is set.

例えば、図7に示すように、前記高元側熱交換器媒体入口温度と、前記目標中間温度設定値との適正な関係を、前記制御装置50に線図化して記憶させておき、この線図に基づいて、前記目標中間温度を設定すれば良い。   For example, as shown in FIG. 7, an appropriate relationship between the high-end side heat exchanger medium inlet temperature and the target intermediate temperature set value is stored in the control device 50 in a diagram form. The target intermediate temperature may be set based on the figure.

即ち、高元側熱交換器13への媒体入口温度が高い場合、目標となる中間温度設定値も高くすることで、高元側冷凍サイクル10における圧力比の増加を防ぐようにする。逆に、高元側熱交換器13への媒体入口温度が低い場合には、目標となる中間温度設定値も低くすることで、高元側冷凍サイクル10における圧力比が過小となるのを防ぐように、前記図7に示す線図は作成される。また、図7に示す線図において、目標となる中間温度設定値は、高元側熱交換器13への媒体入口温度に応じて、高元側冷凍サイクル10及び低元側冷凍サイクル1が共に、適正な圧力比が確保できるように、両サイクルの圧力比のバランスが取れる温度に設定されている。   That is, when the medium inlet temperature to the high-source side heat exchanger 13 is high, the target intermediate temperature set value is also increased to prevent an increase in the pressure ratio in the high-source side refrigeration cycle 10. Conversely, when the medium inlet temperature to the high-source side heat exchanger 13 is low, the target intermediate temperature set value is also lowered to prevent the pressure ratio in the high-source side refrigeration cycle 10 from becoming too low. Thus, the diagram shown in FIG. 7 is created. Further, in the diagram shown in FIG. 7, the target intermediate temperature set value is determined by both the high-side refrigeration cycle 10 and the low-side refrigeration cycle 1 according to the medium inlet temperature to the high-side heat exchanger 13. In order to ensure an appropriate pressure ratio, the temperature is set to a temperature at which the pressure ratio of both cycles can be balanced.

制御装置50には、上記図7に示すようなデータが記憶されており、また前記温度検知器33で検知された高元側熱交換器13への媒体入口温度の検知データも取り込まれる。前記制御装置50は、これらのデータに基づき、前記高元側熱交換器13への媒体入口温度に応じて、前記カスケード熱交換器9における低元側冷凍サイクル1の目標中間温度(カスケード熱交換器9の出口温度の目標値)が、例えばある一定時間毎に設定されるように構成されている。
高元側熱交換器13から流出する媒体(温水)の出口温度の設定も、前記制御装置50で為される。
Data as shown in FIG. 7 is stored in the control device 50, and detection data of the medium inlet temperature to the high-source side heat exchanger 13 detected by the temperature detector 33 is also taken in. Based on these data, the control device 50 determines the target intermediate temperature (cascade heat exchange) of the low-source side refrigeration cycle 1 in the cascade heat exchanger 9 according to the medium inlet temperature to the high-source side heat exchanger 13. The target value of the outlet temperature of the vessel 9) is set, for example, every certain time.
Setting of the outlet temperature of the medium (hot water) flowing out from the high-source side heat exchanger 13 is also performed by the control device 50.

次に、図8及び図9を用いて、本実施例における前記制御装置50による二元冷凍装置の制御を説明する。
図8に示すフローチャートにより、前記制御装置50における前記低元側圧縮機2の制御について説明する。この低元側圧縮機2の制御においては、まず、ステップS30で、前記高元側熱交換器13への媒体の入口温度を媒体入口温度検知器33で検知する。次に、ステップS31に移り、前記媒体入口温度検知器33で検知された媒体入口温度から、制御装置50に記憶されている図7に示すデータに基づいて、前記カスケード熱交換器9における低元側冷凍サイクル1の目標中間温度が設定される。ステップS16では、前記カスケード熱交換器9の出口側の液冷媒温度を検知するための前記中間温度検知器22で検知された中間温度と、前記目標中間温度とが比較される。その結果、検知された中間温度が、前記目標中間温度よりも低ければ、前記低元側圧縮機2の周波数を上昇させる(ステップ17)。反対に、検知された中間温度が前記目標中間温度よりも高ければ、前記低元側圧縮機2の周波数を下降させる(ステップ18)。その後、再び前記ステップS16に戻り、以下同様の制御を、例えば3分毎に繰り返す。
Next, the control of the dual refrigeration apparatus by the control apparatus 50 in the present embodiment will be described with reference to FIGS.
The control of the low-side compressor 2 in the control device 50 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In the control of the low-source side compressor 2, first, in step S <b> 30, the medium inlet temperature detector 33 detects the medium inlet temperature to the high-source side heat exchanger 13. Next, the process proceeds to step S31, where the low temperature in the cascade heat exchanger 9 is determined based on the data shown in FIG. 7 stored in the controller 50 from the medium inlet temperature detected by the medium inlet temperature detector 33. A target intermediate temperature of the side refrigeration cycle 1 is set. In step S16, the intermediate temperature detected by the intermediate temperature detector 22 for detecting the liquid refrigerant temperature on the outlet side of the cascade heat exchanger 9 is compared with the target intermediate temperature. As a result, if the detected intermediate temperature is lower than the target intermediate temperature, the frequency of the low-source compressor 2 is increased (step 17). On the contrary, if the detected intermediate temperature is higher than the target intermediate temperature, the frequency of the low-source side compressor 2 is lowered (step 18). Thereafter, the process returns to step S16 again, and the same control is repeated, for example, every 3 minutes.

このように、本実施例では、前記低元側圧縮機2の運転容量の制御は、前記中間温度検知器22で検知される温度が、高元側熱交換器13への媒体入口温度に応じて決められる目標中間温度になるように行われる。   Thus, in the present embodiment, the operation capacity of the low-side compressor 2 is controlled according to the temperature detected by the intermediate temperature detector 22 according to the medium inlet temperature to the high-side heat exchanger 13. To achieve the target intermediate temperature.

次に、図9に示すフローチャートにより、高元側圧縮機11の制御について説明する。まず、高元側冷凍サイクル10の高元側熱交換器13から流出される媒体の目標温度、即ち高元側熱交換器媒体出口温度を設定する(ステップS11)。この高元側熱交換器媒体出口温度が設定されると、ステップS13で、この高元側熱交換器媒体出口温度の設定値と、前記媒体出口温度検知器32で検知された媒体出口温度とが比較される。この結果、検出された媒体出口温度が前記設定出口温度よりも高ければ、ステップS15に移り、前記高元側圧縮機11の周波数を下降させるように制御する。逆に、検出された媒体出口温度が前記設定出口温度よりも低い場合には、本実施例では、ステップS32に移り、前記カスケード熱交換器9の出口側の液冷媒温度を検知するための前記中間温度検知器22で検知された中間温度と、図8のステップS31で設定された前記目標中間温度とを比較する。このステップS32では、検知された前記中間温度が、「目標中間温度−2℃」以上であれば、ステップS14に移り、前記高元側圧縮機11の周波数を上昇させる。逆に検知された前記中間温度が、「目標中間温度−2℃」未満であれば、ステップS33に移り、前記高元側圧縮機11の周波数を維持するように制御する。また、前記中間温度が、例えば、「目標中間温度−5℃」以下となった場合には、圧縮機11の運転容量(運転周波数)を落とし、前記中間温度を持ち上げるようにしても良い。   Next, the control of the high-end compressor 11 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, the target temperature of the medium flowing out from the high-source side heat exchanger 13 of the high-source side refrigeration cycle 10, that is, the high-source side heat exchanger medium outlet temperature is set (step S11). When the high-source side heat exchanger medium outlet temperature is set, the set value of the high-source side heat exchanger medium outlet temperature and the medium outlet temperature detected by the medium outlet temperature detector 32 are set in step S13. Are compared. As a result, if the detected medium outlet temperature is higher than the set outlet temperature, the process proceeds to step S15, and control is performed so as to lower the frequency of the high-side compressor 11. Conversely, when the detected medium outlet temperature is lower than the set outlet temperature, in this embodiment, the process proceeds to step S32, and the liquid refrigerant temperature on the outlet side of the cascade heat exchanger 9 is detected. The intermediate temperature detected by the intermediate temperature detector 22 is compared with the target intermediate temperature set in step S31 of FIG. In step S32, if the detected intermediate temperature is equal to or higher than “target intermediate temperature −2 ° C.”, the process proceeds to step S14, and the frequency of the high-end compressor 11 is increased. Conversely, if the detected intermediate temperature is less than “target intermediate temperature −2 ° C.”, the process proceeds to step S33, and control is performed to maintain the frequency of the high-end compressor 11. Further, when the intermediate temperature becomes, for example, “target intermediate temperature −5 ° C.” or less, the operating capacity (operating frequency) of the compressor 11 may be reduced to raise the intermediate temperature.

前記中間温度検知器22で検知された中間温度は、低元側冷凍サイクルと高元側冷凍サイクルとの間のバランスを意味する指標でもあるため、本実施例では、前記中間温度が前記目標中間温度に対して−2℃未満となった場合には、高元側圧縮機11の運転容量を一時固定するようにしている。   Since the intermediate temperature detected by the intermediate temperature detector 22 is also an index indicating a balance between the low-source side refrigeration cycle and the high-source side refrigeration cycle, in this embodiment, the intermediate temperature is the target intermediate When the temperature is less than −2 ° C., the operating capacity of the high-end compressor 11 is temporarily fixed.

その後、再び前記ステップS13に戻り、以下同様の制御が例えば10秒毎に繰り返される。   Thereafter, the process returns to step S13 again, and the same control is repeated every 10 seconds, for example.

このように、本実施例では、前記高元側圧縮機11の運転容量の制御は、前記媒体出口温度検知器32で検知される温度が設定出口温度(目標設定温度)となるように制御されるが、更にカスケード熱交換器9から出る低元側冷凍サイクルの中間温度も考慮して制御している。   Thus, in this embodiment, the operation capacity of the high-end compressor 11 is controlled so that the temperature detected by the medium outlet temperature detector 32 becomes the set outlet temperature (target set temperature). However, it is also controlled in consideration of the intermediate temperature of the low-side refrigeration cycle coming out of the cascade heat exchanger 9.

なお、高元側膨張弁14の制御及び低元側膨張弁5の制御については、上記実施例1と同様であるので、その説明を省略する。
また、二元冷凍装置においては、高元側冷凍サイクルの四方弁12と低元側冷凍サイクルの四方弁3とがアンマッチとならぬように制御される。
他の構成は上記実施例1と同様である。また、本実施例2においても、前記実施例1と同様の効果を得ることができるが、本実施例は、二元冷凍装置の起動時の制御に特に有効である。即ち、二元冷凍装置の起動時には、前記高元側熱交換器13から流出する媒体の出口温度は低く且つ安定していないが、媒体出口温度の設定値は定常状態と同じであるため、前記カスケード熱交換器9での目標中間温度は、必ずしもバランスの取れた状態にはなっていない。これに対し、本実施例2では起動時であっても、媒体入口温度検知器33で検知された温度に基づいて前記目標中間温度を設定するので、高元側と低元側とでバランスのとれた安定した運転が可能となる。
Note that the control of the high-side expansion valve 14 and the control of the low-side expansion valve 5 are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
Further, in the two-way refrigeration apparatus, the four-way valve 12 of the high-side refrigeration cycle and the four-way valve 3 of the low-side refrigeration cycle are controlled so as not to become unmatched.
Other configurations are the same as those of the first embodiment. Also in the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained, but this embodiment is particularly effective for the control at the time of starting the binary refrigeration apparatus. That is, at the time of starting the binary refrigeration apparatus, the outlet temperature of the medium flowing out from the high-side heat exchanger 13 is low and not stable, but the set value of the medium outlet temperature is the same as the steady state. The target intermediate temperature in the cascade heat exchanger 9 is not necessarily in a balanced state. On the other hand, in the second embodiment, the target intermediate temperature is set based on the temperature detected by the medium inlet temperature detector 33 even at the time of start-up, so that the balance between the high source side and the low source side is balanced. A stable operation is possible.

従って、前記実施例1と実施例2を組合せ、起動時には実施例2により、目標中間温度を設定して制御を実施し、定常時になったら実施例1により、目標中間温度を設定して制御を実施するようにすることも有効である。   Therefore, the first embodiment and the second embodiment are combined, and the control is performed by setting the target intermediate temperature according to the second embodiment at the time of start-up, and the control is performed by setting the target intermediate temperature according to the first embodiment when the steady state is reached. It is also effective to implement it.

なお、上記の各実施例の二元冷凍装置は、加熱運転を目的とした冷凍装置の例を説明したが、冷却運転を目的とした冷凍装置にも同様に実施できるものである。また、本発明は、前記低元側圧縮機2及び高元側圧縮機11として、潤滑油を差圧により給油する形式の圧縮機を使用して特に効果があるが、これに限られるものでもない。   In addition, although the binary refrigeration apparatus of each said Example demonstrated the example of the refrigeration apparatus aiming at heating operation, it can implement similarly to the refrigeration apparatus aiming at cooling operation. In addition, the present invention is particularly effective by using a compressor of a type that supplies lubricating oil by differential pressure as the low-end compressor 2 and the high-end compressor 11, but the present invention is not limited to this. Absent.

1:低元側冷凍サイクル
2:低元側圧縮機、3:低元側四方切替弁(四方弁)、
4:レシーバ、
5:低元側膨張弁、6:低元側熱交換器、
9:カスケード熱交換器、
10:高元側冷凍サイクル、
11:高元側圧縮機、12:高元側四方切替弁(四方弁)、
13:高元側熱交換器、14:高元側膨張弁、
15:アキュームレータ、
21,31:温度検知器、22:中間温度検知器、
32:媒体出口温度検知器、33:媒体入口温度検知器、
35:入口配管、36:出口配管、
41,42:圧力検知器、
50:制御装置(制御手段)。
1: Low source side refrigeration cycle 2: Low source side compressor 3: Low source side four-way switching valve (four-way valve),
4: Receiver,
5: Low original side expansion valve, 6: Low original side heat exchanger,
9: Cascade heat exchanger,
10: Higher-side refrigeration cycle,
11: High-source side compressor, 12: High-source side four-way switching valve (four-way valve),
13: High side heat exchanger, 14: High side expansion valve,
15: Accumulator,
21, 31: temperature detector, 22: intermediate temperature detector,
32: Medium outlet temperature detector, 33: Medium inlet temperature detector,
35: Inlet piping, 36: Outlet piping,
41, 42: pressure detector,
50: Control device (control means).

Claims (12)

低元側圧縮機、カスケード熱交換器、低元側膨張弁、低元側熱交換器を有する低元側冷凍サイクルと、高元側圧縮機、高元側熱交換器、高元側膨張弁、前記カスケード熱交換器を有する高元側冷凍サイクルとが、前記カスケード熱交換器を介して熱的に接続されて構成されている二元冷凍装置において、
前記高元側熱交換器で熱交換される媒体の出口温度の設定値から前記カスケード熱交換器における目標中間温度を設定し、この目標中間温度になるように前記低元側圧縮機を制御する制御手段を備えることを特徴とする二元冷凍装置。
Low original side compressor, cascade heat exchanger, low original side expansion valve, low original side refrigeration cycle with low original side heat exchanger, high original side compressor, high original side heat exchanger, high original side expansion valve In the binary refrigeration apparatus configured to be thermally connected to the high refrigeration cycle having the cascade heat exchanger via the cascade heat exchanger,
The target intermediate temperature in the cascade heat exchanger is set from the set value of the outlet temperature of the medium that is heat-exchanged in the high-source side heat exchanger, and the low-source side compressor is controlled so as to be the target intermediate temperature. A binary refrigeration apparatus comprising a control means.
低元側圧縮機、カスケード熱交換器、低元側膨張弁、低元側熱交換器を有する低元側冷凍サイクルと、高元側圧縮機、高元側熱交換器、高元側膨張弁、前記カスケード熱交換器を有する高元側冷凍サイクルとが、前記カスケード熱交換器を介して熱的に接続されて構成されている二元冷凍装置において、
前記高元側熱交換器で熱交換される媒体の入口温度を検知する媒体入口温度検知器を設け、この媒体入口温度検知器で検知された媒体入口温度から前記カスケード熱交換器における目標中間温度を設定し、この目標中間温度になるように前記低元側圧縮機を制御する制御手段を備えることを特徴とする二元冷凍装置。
Low original side compressor, cascade heat exchanger, low original side expansion valve, low original side refrigeration cycle with low original side heat exchanger, high original side compressor, high original side heat exchanger, high original side expansion valve In the binary refrigeration apparatus configured to be thermally connected to the high refrigeration cycle having the cascade heat exchanger via the cascade heat exchanger,
A medium inlet temperature detector for detecting an inlet temperature of a medium to be heat exchanged by the high-source side heat exchanger is provided, and a target intermediate temperature in the cascade heat exchanger is determined from the medium inlet temperature detected by the medium inlet temperature detector. And a control unit that controls the low-side compressor so as to reach the target intermediate temperature.
請求項1または2に記載の二元冷凍装置において、前記カスケード熱交換器の低元側冷媒の出口側温度を検知する中間温度検知器を備え、前記制御手段は、前記中間温度検知器で検知された温度が前記目標中間温度になるように前記低元側圧縮機の周波数を制御することを特徴とする二元冷凍装置。   3. The binary refrigeration apparatus according to claim 1, further comprising an intermediate temperature detector that detects an outlet side temperature of the low-side refrigerant of the cascade heat exchanger, wherein the control means is detected by the intermediate temperature detector. The binary refrigeration apparatus, wherein the frequency of the low-side compressor is controlled so that the obtained temperature becomes the target intermediate temperature. 請求項1〜3の何れかに記載の二元冷凍装置において、前記目標中間温度は、前記低元側冷凍サイクルの圧力比と前記高元側冷凍サイクルの圧力比のバランスが取れ、且つ前記低元側冷凍サイクルでの圧力比が適正に確保されるように設定されることを特徴とする二元冷凍装置。   The binary refrigeration apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the target intermediate temperature is balanced between a pressure ratio of the low-side refrigeration cycle and a pressure ratio of the high-side refrigeration cycle, and the low A binary refrigeration apparatus, characterized in that the pressure ratio in the original refrigeration cycle is set appropriately. 請求項1に記載の二元冷凍装置において、前記目標中間温度は、前記高元側冷凍サイクルの前記媒体出口温度の設定値により変動し、該媒体出口温度の設定値が高い場合には前記目標中間温度も高く設定することで、高元側冷凍サイクルの圧力比の増加を防ぎ、前記媒体出口温度の設定値が低い場合には前記目標中間温度も低く設定することで、高元側冷凍サイクルの圧力比が過小となるのを防ぐようにしたことを特徴とする二元冷凍装置。   The binary refrigeration apparatus according to claim 1, wherein the target intermediate temperature varies depending on a set value of the medium outlet temperature of the high-source side refrigeration cycle, and when the set value of the medium outlet temperature is high, the target intermediate temperature is changed. By setting the intermediate temperature also high, an increase in the pressure ratio of the high-source side refrigeration cycle is prevented, and when the set value of the medium outlet temperature is low, the target intermediate temperature is also set low so that the high-source side refrigeration cycle A two-stage refrigeration apparatus characterized in that the pressure ratio is prevented from becoming too small. 請求項2に記載の二元冷凍装置において、前記目標中間温度は、前記高元側冷凍サイクルの前記検知された媒体入口温度により変動し、この検知された媒体入口温度が高い場合には前記目標中間温度も高く設定することで、高元側冷凍サイクルの圧力比の増加を防ぎ、前記検知された媒体入口温度の設定値が低い場合には前記目標中間温度も低く設定することで、高元側冷凍サイクルの圧力比が過小となるのを防ぐようにしたことを特徴とする二元冷凍装置。   The binary refrigeration apparatus according to claim 2, wherein the target intermediate temperature varies depending on the detected medium inlet temperature of the high-source side refrigeration cycle, and the target medium temperature is high when the detected medium inlet temperature is high. By setting the intermediate temperature also high, an increase in the pressure ratio of the high-source side refrigeration cycle is prevented, and when the detected medium inlet temperature setting value is low, the target intermediate temperature is also set low, A binary refrigeration apparatus characterized in that the pressure ratio of the side refrigeration cycle is prevented from becoming excessively small. 請求項1〜6の何れかに記載の二元冷凍装置において、前記高元側熱交換器で熱交換される媒体の出口温度を検知する媒体出口温度検出器を設け、前記制御手段は、この媒体出口温度検出器で検知される値が前記媒体出口温度の設定値に近づくように前記高元側圧縮機の周波数を制御することを特徴とする二元冷凍装置。   The binary refrigeration apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein a medium outlet temperature detector that detects an outlet temperature of a medium that is heat-exchanged by the high-source side heat exchanger is provided, and the control means includes A binary refrigeration apparatus, wherein the frequency of the high-end compressor is controlled so that a value detected by a medium outlet temperature detector approaches a set value of the medium outlet temperature. 請求項1〜7の何れかに記載の二元冷凍装置において、前記高元側圧縮機の吐出側の圧力を検知する圧力検知器と、前記高元側圧縮機の吸入側の圧力を検知する圧力検知器とを備え、前記圧力検知器で検知された吐出ガス圧力と吸入ガス圧力から前記高元側圧縮機前後の圧力比を求め、更に前記制御手段には前記高元側圧縮機における圧力比の下限値を記憶させておき、この記憶されている圧力比下限値と前記求められた圧力比を比較して、求められた前記圧力比が、前記圧力比下限値近傍以下となっている場合には前記高元側膨張弁の開度を小さく制御することを特徴とする二元冷凍装置。   The binary refrigeration apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein a pressure detector that detects a pressure on a discharge side of the high-side compressor and a pressure on a suction side of the high-side compressor are detected. A pressure detector, and a pressure ratio before and after the high-side compressor is obtained from a discharge gas pressure and a suction gas pressure detected by the pressure detector, and the control means includes a pressure in the high-side compressor. The lower limit value of the ratio is stored, the stored pressure ratio lower limit value is compared with the determined pressure ratio, and the determined pressure ratio is equal to or lower than the vicinity of the pressure ratio lower limit value. In such a case, the two-stage refrigeration apparatus controls the opening degree of the high-side expansion valve to be small. 請求項8に記載の二元冷凍装置において、更に前記高元側圧縮機の吸入側の温度を検知する温度検知器を備え、前記求められた前記圧力比が、前記圧力比下限値近傍よりも大きい場合には、記高元側圧縮機の吸入側の温度検知器で検知された吸入冷媒温度と、前記高元側圧縮機の吸入側の圧力を検知する圧力検知器で検知された吸入ガス圧力とから、前記高元側圧縮機の吸入側の過熱度を算出し、この過熱度がほぼ一定となるように、前記高元側膨張弁の開度を制御することを特徴とする二元冷凍装置。   The binary refrigeration apparatus according to claim 8, further comprising a temperature detector that detects a temperature on the suction side of the high-side compressor, wherein the obtained pressure ratio is more than the vicinity of the pressure ratio lower limit value. If larger, the intake refrigerant temperature detected by the intake side temperature detector detected by the high side compressor and the intake gas detected by the pressure detector for detecting the suction side pressure of the high side compressor And calculating the degree of superheat on the suction side of the high-side compressor from the pressure, and controlling the opening degree of the high-side expansion valve so that the degree of superheat is substantially constant. Refrigeration equipment. 請求項1〜9の何れかに記載の二元冷凍装置において、前記低元側圧縮機の吐出側の温度を検知する温度検知器を備え、この温度検知器で検知される冷媒の吐出ガス温度が、前記カスケード熱交換器における前記目標中間温度の設定値から決定される目標吐出ガス温度となるように、前記低元側膨張弁の開度が制御されることを特徴とする二元冷凍装置。   The binary refrigeration apparatus according to any one of claims 1 to 9, further comprising a temperature detector that detects a temperature on a discharge side of the low-side compressor, and a discharge gas temperature of the refrigerant that is detected by the temperature detector. , Wherein the opening degree of the low-side expansion valve is controlled so as to be a target discharge gas temperature determined from a set value of the target intermediate temperature in the cascade heat exchanger . 請求項1〜10の何れかに記載の二元冷凍装置において、前記カスケード熱交換器及び前記高元側熱交換器の少なくとも何れかをプレート式熱交換器で、前記低元側熱交換器を空冷式熱交換器で構成したことを特徴とする二元冷凍装置。   The binary refrigeration apparatus according to any one of claims 1 to 10, wherein at least one of the cascade heat exchanger and the high-side heat exchanger is a plate heat exchanger, and the low-side heat exchanger is A binary refrigeration system comprising an air-cooled heat exchanger. 請求項1〜11の何れかに記載の二元冷凍装置において、前記低元側冷凍サイクルと前記高元側冷凍サイクルはそれぞれ四方切替弁を備えており、加熱運転及び冷却運転を切り換え可能に構成されていることを特徴とする二元冷凍装置。   The binary refrigeration apparatus according to any one of claims 1 to 11, wherein each of the low-side refrigeration cycle and the high-side refrigeration cycle includes a four-way switching valve, and is configured to be able to switch between a heating operation and a cooling operation. A two-stage refrigeration apparatus characterized by being made.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104792058A (en) * 2015-04-28 2015-07-22 广东美的暖通设备有限公司 Three-tube heating recycling air-conditioning system control method and air-conditioning system
JP2015215109A (en) * 2014-05-08 2015-12-03 三菱重工冷熱株式会社 Capacity control method for compressor of multi-source refrigeration system
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