特許 5982292 二元冷凍サイクル装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5982292

(24)【登録日】2016年8月5日

(45)【発行日】2016年8月31日

(54)【発明の名称】二元冷凍サイクル装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20160818BHJP

   F25B 7/00 20060101ALI20160818BHJP

【ＦＩ】

   F25B1/00 397B

   F25B7/00 D

   F25B1/00 387Z

【請求項の数】2

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2013-15337(P2013-15337)

(22)【出願日】2013年1月30日

(65)【公開番号】特開2014-145557(P2014-145557A)

(43)【公開日】2014年8月14日

【審査請求日】2015年8月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】505461072

【氏名又は名称】東芝キヤリア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100109830

【弁理士】

【氏名又は名称】福原 淑弘

(74)【代理人】

【識別番号】100088683

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100095441

【弁理士】

【氏名又は名称】白根 俊郎

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100119976

【弁理士】

【氏名又は名称】幸長 保次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140176

【弁理士】

【氏名又は名称】砂川 克

(74)【代理人】

【識別番号】100158805

【弁理士】

【氏名又は名称】井関 守三

(74)【代理人】

【識別番号】100172580

【弁理士】

【氏名又は名称】赤穂 隆雄

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100124394

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 立志

(74)【代理人】

【識別番号】100112807

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 貴志

(74)【代理人】

【識別番号】100111073

【弁理士】

【氏名又は名称】堀内 美保子

(74)【代理人】

【識別番号】100134290

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 将訓

(72)【発明者】

【氏名】里舘 康治

(72)【発明者】

【氏名】嶋田 善幸

【審査官】 横溝 顕範

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２１５３５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５９−０９８２４４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００４−０６９２７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０３−０１３０７１（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ２５Ｂ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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有し、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、
補助圧縮機と、四方切換え弁と、利用側熱交換器と、補助膨張装置と、熱源側熱交換器とを冷媒配管を介して連通した冷凍サイクルを構成する補助回路とを備え、
前記補助回路を構成する前記利用側熱交換器を、前記高温側冷凍サイクルを構成する前記高温側圧縮機および前記低温側冷凍サイクルを構成する前記低温側圧縮機の少なくとも一方と熱交換可能に設けたことを特徴とする二元冷凍サイクル装置。

【請求項2】

前記補助回路を構成する前記利用側熱交換器を、前記高温側冷凍サイクルを構成する前記高温側圧縮機と熱交換可能に設けられた第１の利用側熱交換器と、前記低温側冷凍サイクルを構成する前記低温側圧縮機と熱交換可能に設けられた第２の利用側熱交換器とで構成した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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−１９６９５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

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。

【0006】

したがって、それぞれの圧縮機の起動時には、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。

【0007】

また、長時間、安定運転状態を継続すると、それぞれの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、今度は各圧縮機を冷却して、モータ効率および信頼性の向上を図る必要がある。

【0008】

このような事情から、起動時は、各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、各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。

【課題を解決するための手段】

【0009】

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有し、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、補助圧縮機と、四方切換え弁と、利用側熱交換器と、補助膨張装置と、熱源側熱交換器とを冷媒配管を介して連通した冷凍サイクルを構成する補助回路とを備え、前記補助回路を構成する前記利用側熱交換器を、前記高温側冷凍サイクルを構成する前記高温側圧縮機および前記低温側冷凍サイクルを構成する前記低温側圧縮機の少なくとも一方と熱交換可能に設けた。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１の実施形態に係る、二元冷凍サイクル装置の冷凍サイクル構成図。

【図2】第２の実施形態に係る、二元冷凍サイクル装置の冷凍サイクル構成図。

【図3】第３の実施形態に係る、二元冷凍サイクル装置の冷凍サイクル構成図。

【図4】各実施形態に係る、各圧縮機の正面図。

【図5】各実施形態に係る、変形例の各圧縮機の縦断面図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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。

【0012】

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、補助回路Ｒｃと、温水配管Ｈおよび制御部Ｓから構成される。なお、高温側冷凍サイクルＲａ、低温側冷凍サイクルＲｂおよび補助回路Ｒｃは必ずしも同一筐体Ｋ内に搭載する必要はない。

【0013】

前記高温側冷凍サイクルＲａは、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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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に対向して送風機Ｆ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。

【0017】

補助回路Ｒｃを構成する補助圧縮機１０の圧縮能力は、高温側冷凍サイクルＲａを構成する高温側圧縮機１および低温側冷凍サイクルＲｂを構成する低温側圧縮機５の圧縮能力よりも小さいものが選択される。

【0018】

この補助圧縮機１０の吐出部ａと四方切換え弁１１の第１のポートｃが補助冷媒配管Ｐｃを介して接続され、四方切換え弁１１の第２のポートｄと後述する利用側熱交換器１２が補助冷媒配管Ｐｃを介して接続される。

【0019】

利用側熱交換器１２と補助膨張装置１３が補助冷媒配管Ｐｃを介して接続され、補助膨張装置１３と熱源側熱交換器である空気熱交換器１４が補助冷媒配管Ｐｃを介して接続される。

【0020】

空気熱交換器１４と四方切換え弁１１の第３のポートｅが補助冷媒配管Ｐｃを介して接続され、四方切換え弁１１の第４のポートｆと補助圧縮機１０の吸込み部ｂとが補助冷媒配管Ｐｃを介して接続されてなる。空気熱交換器１４と対向して送風機Ｆ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。

【0021】

このように補助回路Ｒｃは、補助圧縮機１０の吐出側に四方切換え弁１１を備えて、利用側熱交換器１２から補助膨張装置１３と空気熱交換器１４を介して再び補助圧縮機１０へ循環する、もしくは空気熱交換器１４から補助膨張装置１３と利用側熱交換器１２を介して再び補助圧縮機１０へ循環するよう切換えられる、可逆式の冷凍サイクルを構成する。

【0022】

ここで、補助回路Ｒｃを構成する利用側熱交換器１２の具体的な形状は、図４もしくは図５に示すようになる。
図４に示すように、高温側冷凍サイクルＲａを構成する高温側圧縮機１の密閉ケース２０外面下部に補助冷媒配管が巻装され、補助回路Ｒｃの利用側熱交換器１２を構成する。すなわち、利用側熱交換器１２は高温側圧縮機１と熱交換可能に設けられている。

【0023】

したがって、補助回路Ｒｃを構成する補助圧縮機１０の吐出部ａから四方切換え弁１１を介して導かれる高圧高温の補助冷媒が利用側熱交換器１２において高温側圧縮機１の密閉ケース２０と熱交換し、補助冷媒が凝縮して、その凝縮熱を密閉ケース２０へ伝達し、高温側圧縮機１を加熱する。

【0024】

もしくは、四方切換え弁１１を制御部Ｓが切換えることで、補助圧縮機１０の吐出部ａから四方切換え弁１１と空気熱交換器１４および補助膨張装置１３を介して導かれる補助冷媒が利用側熱交換器１２において蒸発し、蒸発潜熱を高温側圧縮機１の密閉ケース２０から奪い、高温側圧縮機１を冷却する。
結果的には、補助冷媒と高温側圧縮機１の密閉ケース２０を介して、内部に集溜する潤滑油が熱交換する。

【0025】

図５に示すように、高温側圧縮機１を構成する密閉ケース２０底部から内部に挿入される環状の補助冷媒配管を、利用側熱交換器１２とする。
密閉ケース２０内部には、電動機部２１と圧縮機構部２２からなる電動圧縮機本体２３が収容されるとともに、圧縮機構部２２は密閉ケース２０内底部に集溜する潤滑油に浸漬状態にある。

【0026】

この場合、利用側熱交換器１２は圧縮機構部２２には接触することなく、潤滑油に浸漬され、高温側圧縮機１と熱交換可能に設けられている。したがって、補助冷媒と高温側圧縮機１に集溜する潤滑油が熱交換する。

【0027】

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。
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。

【0028】

前記制御部Ｓは、高温側圧縮機１と低温側圧縮機５および補助圧縮機１０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。
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７，１４に設けられる温度センサからも検知信号を受ける。

【0029】

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と低温側圧縮機５および補助圧縮機１０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し、高温側膨張装置３と低温側膨張装置６および補助膨張装置１３の開閉と絞り量を制御する。
そして、補助回路Ｒｃを構成する四方切換え弁１１の切換え制御をなすとともに、後述する制御を行う。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

なお、給湯システムの起動時において、補助回路Ｒｃを構成する補助圧縮機１０も同時に駆動制御され、ここで圧縮され加熱された補助冷媒が図に実線矢印方向へ吐出され、四方切換え弁１１を介して利用側熱交換器１２に導かれ、凝縮熱を放出する。
図４に示す利用側熱交換器１２は、高温側圧縮機１を構成する密閉ケース２０の外面下部に巻装されるところから、補助冷媒の熱を密閉ケース２０に伝達する。この熱は密閉ケース２０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。

【0037】

図５に示す利用側熱交換器１２は、環状に形成されて高温側圧縮機１の密閉ケース２０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、補助冷媒の凝縮熱が潤滑油に直接伝達され、潤滑油温度を上昇させる。

【0038】

図４および図５のいずれの構成にしても、利用側熱交換器１２から放出される補助冷媒の凝縮熱によって、高温側圧縮機１の密閉ケース２０内底部に集溜する潤滑油の温度が速やかに上昇する。

【0039】

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。

【0040】

ところが、上述のように補助圧縮機１０から利用側熱交換器１２に導かれた補助冷媒の凝縮熱を、高温側圧縮機１に集溜する潤滑油へ放出する構成を採用することによって、起動時において圧縮・加熱された補助冷媒の凝縮熱が高温側圧縮機１に集溜する潤滑油へ伝達され、潤滑油温度を速やかに上昇させる。

【0041】

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。摺動部を潤滑するのに十分に高い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。

【0042】

なお、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２２を構成する各摺動部品が過熱状態となり、信頼性が低下する傾向にある。
そこで、これら温度を検知し、所定温度以上に到達したら、四方切換え弁１１を切換え制御する。今度は、補助圧縮機１０で圧縮された補助冷媒が、図に破線矢印で示すように切換えられた四方切換え弁１１と、空気熱交換器１４と、補助膨張装置１３を介して利用側熱交換器１２に導かれて蒸発する。

【0043】

利用側熱交換器１２で蒸発する補助冷媒は、高温側圧縮機１内に集溜する潤滑油から蒸発潜熱を奪って、これを冷却する。したがって、高温側圧縮機１を構成する各摺動部の過熱を抑制し、信頼性の向上を図れる。

【0044】

図２は、第２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Ｎａの冷凍サイクル構成図である。
同一筐体Ｋ内に、高温側冷凍サイクルＲａと、低温側冷凍サイクルＲｂと、補助回路Ｒｄと、温水配管Ｈおよび制御部Ｓが収容されてなる。

【0045】

前記補助回路Ｒｄを除いて、高温側冷凍サイクルＲａ、低温側冷凍サイクルＲｂ、制御部Ｓは、全て先に図１で説明したものと同一構成であるので、同図を適用して新たな説明は省略する。

【0046】

前記補助回路Ｒｄは、補助圧縮機１０と、四方切換え弁１１と、利用側熱交換器１２と、補助膨張装置１３と、空気熱交換器１４とを補助冷媒配管Ｐｃを介して連通し、四方切換え弁１１への切換え制御により可逆式の冷凍サイクルを構成することは、同様である。

【0047】

補助圧縮機１０の圧縮能力は、高温側冷凍サイクルＲａを構成する高温側圧縮機１および低温側冷凍サイクルＲｂを構成する低温側圧縮機５の圧縮能力よりも小さいものが選択されることも変りがない。

【0048】

ここでは、利用側熱交換器１２を、低温側冷凍サイクルＲｂを構成する低温側圧縮機５と熱交換可能に設ける。利用側熱交換器１２の具体的な構成は、先に図４もしくは図５に示したものと同一でよい。したがって、利用側熱交換器１２で凝縮し、もしくは蒸発する補助冷媒と低温側圧縮機５が熱交換する。そして、低温側圧縮機５から、ここに集溜される潤滑油に熱伝達される。

【0049】

低温側圧縮機５の起動前の潤滑油温度が低い状態では、潤滑油に低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、低温側圧縮機５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。結果的に、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。

【0050】

ところが、上述のように補助圧縮機１０から利用側熱交換器１２に導かれた補助冷媒の凝縮熱を、低温側圧縮機５に集溜する潤滑油へ放出する構成を採用することによって、起動時において圧縮・加熱された補助冷媒の凝縮熱が低温側圧縮機５に集溜する潤滑油へ伝達され、潤滑油温度を速やかに上昇させる。

【0051】

潤滑油は、低温側冷媒による希釈が早く解消して、粘度が高くなる。摺動部を潤滑するのに十分に高い粘度になった潤滑油が低温側圧縮機５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。

【0052】

なお、安定運転状態を長時間継続すると、低温側圧縮機５の圧縮機構部２２を構成する各摺動部品が過熱状態となり、信頼性が低下する傾向にある。
そこで、これら温度を検知し、所定温度以上に到達したら、四方切換え弁１１を切換え制御する。今度は、補助圧縮機１０で圧縮された補助冷媒が、切換えられた四方切換え弁１１と、空気熱交換器１４と、補助膨張装置１３を介して利用側熱交換器１２に導かれて蒸発する。

【0053】

利用側熱交換器１２で蒸発する補助冷媒は、低温側圧縮機５内に集溜する潤滑油から蒸発潜熱を奪って、これを冷却する。低温側圧縮機５を構成する各摺動部の過熱を抑制し、信頼性の向上を図れる。

【0054】

図３は、第３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Ｎｂの冷凍サイクル構成図である。
同一筐体Ｋ内に、高温側冷凍サイクルＲａと、低温側冷凍サイクルＲｂと、補助回路Ｒｄと、温水配管Ｈおよび制御部Ｓが収容されてなる。

【0055】

前記補助回路Ｒｄを除いて、高温側冷凍サイクルＲａ、低温側冷凍サイクルＲｂ、制御部Ｓは、全て先に図１で説明したものと同一構成であるので、同図を適用して新たな説明は省略する。

【0056】

前記補助回路Ｒｄは、補助圧縮機１０と、四方切換え弁１１と、第１の利用側熱交換器１２Ａと、第２の利用側熱交換器１２Ｂと、補助膨張装置１３と、空気熱交換器１４とを補助冷媒配管Ｐｃを介して連通し、四方切換え弁１１への切換え制御により可逆式の冷凍サイクルを構成することは、同様である。

【0057】

ここでは、利用側熱交換器を、高温側冷凍サイクルＲａを構成する高温側圧縮機１と熱交換可能に設けた第１の利用側熱交換器１２Ａと、低温側冷凍サイクルＲｂを構成する低温側圧縮機５と熱交換可能に設けた。第２の利用側熱交換器１２Ｂで構成している。

【0058】

第１、第２の利用側熱交換器１２Ａ，１２Ｂの具体的な構成は、先に図４もしくは図５に示したものと同一でよい。もしくは、第１の利用側熱交換器１２Ａを図４に示す構成とし、第２の利用側熱交換器１２Ｂを図５に示す構成とする。もしくは、図４と図５に示す構成を、互いに逆のものを採用しても良い。

【0059】

したがって、第１、第２の利用側熱交換器１２Ａ，１２Ｂで同時に凝縮し、もしくは同時に蒸発し、補助冷媒と高温側圧縮機１および低温側圧縮機５を熱交換する。そして、高温側圧縮機１および低温側圧縮機５から、それぞれに集溜される潤滑油に熱伝達される。

【0060】

高温側圧縮機１と低温側圧縮機５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と低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および低温側圧縮機５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。結果的に、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。

【0061】

ところが、上述のように補助圧縮機１０から第１の利用側熱交換器１２Ａと第２の利用側熱交換器１２Ｂに導かれた補助冷媒の凝縮熱を、高温側圧縮機１および低温側圧縮機５に集溜する潤滑油へ放出する構成を採用した。

【0062】

このことによって、起動時において圧縮・加熱された補助冷媒の凝縮熱が、高温側圧縮機１および低温側圧縮機５に集溜する潤滑油へ伝達され、潤滑油温度を速やかに上昇させる。

【0063】

潤滑油は、高温側冷媒と低温側冷媒による希釈が早く解消して、粘度が高くなる。摺動部を潤滑するのに十分に高い粘度になった潤滑油が高温側圧縮機１および低温側圧縮機５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。

【0064】

なお、安定運転状態を長時間継続すると、高温側圧縮機１および低温側圧縮機５の圧縮機構部２２を構成する各摺動部品が過熱状態となり、信頼性が低下する傾向にある。
そこで、これら温度を検知し、所定温度以上に到達したら、四方切換え弁１１を切換え制御する。今度は、補助圧縮機１０で圧縮された補助冷媒が、切換えられた四方切換え弁１１と、空気熱交換器１４と、補助膨張装置１３を介して第２の利用側熱交換器１２Ｂと第１の利用側熱交換器１２Ａに順次導かれて蒸発する。

【0065】

第２、第１の利用側熱交換器１２Ｂ、１２Ａで蒸発する補助冷媒は、低温側圧縮機５および高温側圧縮機１内に集溜する潤滑油から蒸発潜熱を奪って冷却する。低温側圧縮機５および高温側圧縮機１を構成する各摺動部の過熱を抑制し、信頼性の向上を図れる。

【0066】

また、運転条件によっては、安定運転状態時に、高温側圧縮機１のみが過熱状態となる場合がある。そのような場合は、補助膨張装置１３から出た補助冷媒を、第２の利用側熱交換器１２Ｂを通さずに第１の利用側熱交換器１２Ａに導く、バイパス通路を設けても良い。

【0067】

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。

【符号の説明】

【0068】

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、１０…補助圧縮機、１１…四方切換え弁、１２…利用側熱交換器、１３…補助膨張装置、１４…空気熱交換器（熱源側熱交換器）、Ｐｃ…補助冷媒配管、Ｒｃ、Ｒｄ，Ｒｅ…補助回路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】