KR100388408B1

KR100388408B1 - 공기 조화 장치

Info

Publication number: KR100388408B1
Application number: KR10-2000-0073565A
Authority: KR
Inventors: 고바야시겐지; 가에리야마하루유끼; 쯔즈라노나오끼; 니시노시게따까; 이또신이찌; 오가와다께시
Original assignee: 산요 덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2003-06-25
Also published as: SG88804A1; KR20010062143A; CN1144991C; US6434959B2; EP1106940A2; DE60033261D1; CN1312453A; US20010037654A1; EP1106940A3; EP1106940B1; DE60033261T2

Abstract

압축기, 사방 밸브, 실외 열교환기, 감압 기구, 실내 열교환기 및 어큐뮬레이터가 순차적으로 접속되어 루프 형상의 냉매 회로를 구성하고, 이 냉매 회로 내에 비공비(非共沸) 혼합 냉매를 충전시키고, 상기 사방 밸브의 동작에 의해서 냉방 운전시와 난방 운전시에 상기 비공비 혼합 냉매의 흐름을 반전시키도록 한 공기 조화 장치에 있어서, 실외 열교환기 및 실내 열교환기의 어느 한 쪽이 증발기로서 기능하는 경우에, 상기 증발기 내의 냉매 압력을 높이기 위해서 상기 비공비 혼합 냉매 중 비점이 높은 냉매를 상기 어큐뮬레이터 내에 축적시키고, 비점이 낮은 냉매를 상기 냉매 회로 내에서 순환시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치이다.

Description

공기 조화 장치{Air Conditioning Apparatus}

본 발명은 비점이 높은 냉매와 비점이 낮은 냉매로 이루어지는 비공비 혼합 냉매를 이용한 공기 조화 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 히트 펌프식 공기 조화 장치는 압축기, 사방 밸브, 실외 열교환기, 감압 기구, 실내 열교환기 및 어큐뮬레이터가 순차적으로 접속되어 루프 형상의 냉매 회로를 구성한다. 이 공기 조화 장치에서는 사방 밸브를 동작시킴으로써, 냉방 운전시에는 상술한 순서로 냉매가 순환되고, 실내 열교환기가 증발기(실외 열교환기가 응축기)로 되며, 난방 운전시에는 상술한 바와 반대의 순서로 냉매가 흐르고, 실내 열교환기가 응축기(실외 열교환기가 증발기)로 된다.

그런데, 최근 오존층의 파괴 방지의 관점으로부터 공기 조화 장치의 냉매로서, 비점이 높은 냉매와 비점이 낮은 냉매를 혼합한 R407C 등의 비공비 혼합 냉매가 채용되는 경향이 있다.

또한, 특별히 서구나 북미 지역에서는 컴퓨터실에 공기 조화 장치를 설치하거나, 열원기와 공기 조화 장치를 병설하는 경우가 많으므로, 실외 기온이 낮은 겨울철에 있어서도 냉방 운전이 실시된다.

상술한 바와 같은 비공비 혼합 냉매를 이용한 경우에는 R22 등의 단일 냉매인 경우에 비해 증발기 내에서 냉매가 증발하기 어렵고, 따라서 이 증발기 내에서의 냉매 압력이 저하되어 버린다. 이로 인해, 이러한 공기 조화 장치에서 예를 들어 외기 온도가 낮은 상태에서 냉방 운전을 실시하면, 실내 열교환기에 결빙이 발생하기 쉬워진다. 이 결빙이 성장하면 실내 열교환기가 고장나거나, 실내 열교환기에 있어서의 냉매의 증발이 불충분해지고 압축기에 액체의 역류가 발생하여 압축기가 고장날 우려가 있다. 그래서, 실외 기온이 낮은 상태에서의 냉방 운전시에는 실내 열교환기에 결빙이 발생하기 시작했을 때 압축기를 정지하여 상술한 문제점을 회피하고 있다. 그러나, 이러한 공기 조화 장치의 제어에서는 냉방 운전을 연속해서 실시할 수 없으므로, 안정된 냉방 효과를 달성할 수 없다.

또한, 이러한 공기 조화 장치에서 난방 운전을 실시하면, 일본 공업 표준 규격(JIS)의 난방 운전 표준 조건에 있어서도 증발기로서 기능하는 실외 열교환기에 성에 부착이 발생하기 쉬워진다. 난방 운전시에 실외 열교환기에 성에 부착이 발생하기 쉬워지면, 성에 제거를 위한 난방 운전 정지 시간이 길어지고, 난방 능력의 저하를 초래하게 된다.

본 발명의 목적은 상술한 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 비공비 혼합 냉매를 채용해도 실외 기온이 낮은 상태에서의 냉방 운전시에, 실내 열교환기에 있어서의 결빙의 발생을 억제하고 안정된 냉방 효과를 발휘할 수 있는 공기 조화 장치를 제공하는 데에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 비공비 혼합 냉매를 채용해도 난방 운전시에 실외 열교환기에의 성에 부착을 억제하고, 난방 능력을 향상시킬 수 있는 공기 조화 장치를 제공하는 데에 있다.

도1은 본 발명에 관한 공기 조화 장치의 제1 실시 형태에 있어서의 냉매 회로를 도시한 회로도.

도2는 도1의 공기 조화 장치에 있어서의 냉방 운전시의 저외기온(低外氣溫) 냉방 제어를 도시한 흐름도.

도3은 본 발명에 관한 공기 조화 장치의 제2 실시 형태에 있어서의 냉매 회로를 도시한 회로도.

도4는 도3의 공기 조화 장치에 있어서의 난방 운전시의 토출 냉매 온도 제어를 도시한 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

9 : 냉매 회로

10 : 공기 조화 장치

13 : 제어 장치

16 : 압축기

17 : 어큐뮬레이터

18 : 사방 밸브

22 : 팽창 밸브

24 : 실외 기온 센서

25 : 토출 냉매 온도 센서

26 : 실외 열교환기 온도 센서

27 : 실내 열교환기 온도 센서

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 형태에 따르면, 압축기, 사방 밸브, 실외 열교환기, 감압 기구, 실내 열교환기 및 어큐뮬레이터가 순차적으로 접속되어 루프 형상의 냉매 회로를 구성하고, 이 냉매 회로 내에 비공비 혼합 냉매를 충전시키고, 상기 사방 밸브의 동작에 의해서 냉방 운전시와 난방 운전시에 상기 비공비 혼합 냉매의 흐름을 반전시키도록 한 공기 조화 장치에 있어서, 실외 열교환기 및 실내 열교환기의 어느 한 쪽이 증발기로서 기능하는 경우에, 상기 증발기 내의 냉매 압력을 높이기 위해서 상기 비공비 혼합 냉매 중 비점이 높은 냉매를 상기 어큐뮬레이터 내에 축적시키고, 비점이 낮은 냉매를 상기 냉매 회로 내에서 순환시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 형태에 따르면, 압축기, 사방 밸브, 실외 열교환기, 감압 기구, 실내 열교환기 및 어큐뮬레이터가 순차적으로 접속되어 루프 형상의 냉매 회로를 구성하고, 이 냉매 회로 내에 비공비 혼합 냉매를 충전시키고, 상기 사방 밸브의 동작에 의해서 냉방 운전시와 난방 운전시에 상기 비공비 혼합 냉매의 흐름을 반전시키도록 한 공기 조화 장치에 있어서, 실외 기온이 낮은 상태에서의 냉방 운전시에, 상기 비공비 혼합 냉매 중 비점이 높은 냉매를상기 어큐뮬레이터 내에 축적시키고, 비점이 낮은 냉매를 상기 냉매 회로 내에서 순환시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 제2 형태에 따른 공기 조화 장치에 있어서, 상기 어큐뮬레이터에의 비점이 높은 냉매의 축적은 실내 열교환기의 내부를 흐르는 냉매의 온도가 제1 소정 온도 이하로 되었을 때, 감압 기구로서의 팽창 밸브의 밸브 개방도를 증대시킴으로써 실시되는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 제2 형태에 따른 공기 조화 장치에 있어서, 상기 실내 열교환기 내를 흐르는 냉매의 온도가 제1 소정 온도보다도 낮은 제2 소정 온도 이하로 되었을 때는 상기 실내 열교환기에 송풍하는 실내 팬의 회전수를 증대시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 제2 형태에 따른 공기 조화 장치에 있어서, 실외 기온에 따라서 상기 실외 열교환기에 송풍하는 실외 팬의 회전수를 복수 단계 중 하나의 레벨로 설정하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 상기 실시 형태에 따르면, 실외 기온이 낮은 상태에서의 냉방 운전시에, 비공비 혼합 냉매 중 비점이 높은 냉매가 어큐뮬레이터 내에 축적되고, 비점이 낮은 냉매가 냉매 회로 내를 순환하므로, 이 냉방 운전시에 증발기로서 기능하는 실내 열교환기 내에서 냉매가 증발하기 쉬워지고, 따라서 이 실내 열교환기 내에서의 냉매 압력이 상승하므로, 실외 기온이 낮은 상태에서의 냉방 운전시에 실내 열교환기에 있어서 결빙의 발생이 억제된다.

이에 따라, 결빙의 발생시에 실내 열교환기의 고장이나 액체의 역류에 따른압축기의 고장을 방지하기 위해서 이루어지는 압축기의 정지 빈도를 현저하게 저감할 수 있으므로, 비공비 혼합 냉매를 채용한 경우라도 실외 기온이 낮을 때 연속된 냉방 운전을 실현할 수 있다. 그 결과, 안정된 냉방 효과를 발휘할 수 있고, 양호한 쾌적성을 달성할 수 있다.

또한, 실외 기온이 낮은 상태에서의 냉방 운전을 행할 때, 어큐뮬레이터 내에 비점이 높은 냉매를 적극적으로 축적시키므로, 냉매 회로에 있어서 어큐뮬레이터에의 냉매 축적을 회피하기 위해서 설치되는 리시버 탱크가 불필요해지고, 아울러 이 리시버 탱크의 설치에 의해 필요해진 실외 열교환기 근방의 감압 기구도 폐지할 수 있다. 그 결과, 냉매 회로를 간소화할 수 있고, 비용을 저감할 수 있다.

그리고, 실내 열교환기에 송풍하는 실내 팬의 회전수가 증대되었을 때는 실내 열교환기 내를 흐르는 냉매가 증발하기 쉬워지고, 이 실내 열교환기의 냉매 압력이 상승하고 냉매 온도도 상승한다. 그 결과, 비공비 혼합 냉매 중 비점이 낮은 냉매를 순환시킴으로써 증발기로서의 실내 열교환기 내에서 냉매 압력을 상승시키고, 이로써 이 실내 열교환기에 있어서의 결빙의 발생을 억제하는 효과와 함께 이 실내 열교환기에 있어서의 결빙의 발생을 보다 확실하게 억제할 수 있다.

또한, 실외 열교환기에 송풍하는 실외 팬의 회전수를 실외 기온에 따라서 단계적으로 조절함으로써, 응축기로서 기능하는 실외 열교환기 내에서 냉매가 응축하기 어려워지고, 이 실외 열교환기 내에서의 냉매 압력이 상승하고 냉매 온도가 상승한다. 이에 따라, 증발기로서 기능하는 실내 열교환기 내에서의 냉매 압력이 상승하고 냉매 온도도 상승하여, 실내 열교환기에 결빙이 발생하는 것이 억제된다.

본 발명의 제3 실시 형태에 따르면, 압축기, 사방 밸브, 실외 열교환기, 감압 기구, 실내 열교환기 및 어큐뮬레이터가 순차적으로 접속되어 루프 형상의 냉매 회로를 구성하고, 이 냉매 회로 내에 비공비 혼합 냉매를 충전시키고, 상기 사방 밸브의 동작에 의해서 냉방 운전시와 난방 운전시에 상기 비공비 혼합 냉매의 흐름을 반전시키도록 한 공기 조화 장치에 있어서, 난방 운전시에 상기 비공비 혼합 냉매 중 비점이 높은 냉매를 상기 어큐뮬레이터 내에 축적시키고, 비점이 낮은 냉매를 상기 냉매 회로 내에서 순환시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 제3 실시 형태에 있어서, 상기 어큐뮬레이터에의 비점이 높은 냉매의 축적은 난방 운전의 개시시에는 실온를 기초로 하여, 상기 운전 개시로부터 소정 시간 경과후에는 목표 토출 냉매 온도에 기초하며, 감압 기구로서의 팽창 밸브의 밸브 개방도를 설정함으로써 실시되는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 제3 실시 형태에 있어서, 실온에 기초하는 상기 어큐뮬레이터에의 비점이 높은 냉매의 축적은 상기 팽창 밸브의 밸브 개방도를 소정의 고정 개방도로 설정함으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 제3 실시 형태에 있어서, 상기 어큐뮬레이터에의 비점이 높은 냉매의 축적은 상기 압축기로부터 토출되는 냉매의 실제 토출 냉매 온도와 소정 목표 토출 냉매 온도의 온도차를 기초로 하여, 상기 팽창 밸브의 밸브 개방도를 상기 온도차가 동일해지도록 조절함으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 것이다.

상술한 제3 실시 형태의 공기 조화 장치에 따르면, 난방 운전시에 비공비 혼합 냉매 중 비점이 높은 냉매가 어큐뮬레이터 내에 축적되고, 비점이 낮은 냉매가냉매 회로 내를 순환하므로, 난방 운전시에 증발기로서 기능하는 실외 열교환기 내에서 냉매가 증발하기 쉬워지고, 따라서 이 실외 열교환기 내에서의 냉매 압력이 상승하므로, 이 실외 열교환기에 있어서 성에 부착이 억제된다. 이에 따라, 난방 운전 시간에 대한 성에 제거 운전 시간의 비율이 작아진다. 또한, 난방 운전시에 비점이 낮은 냉매가 냉매 회로 내를 순환하므로, 응축기로서 기능하는 실내 열교환기 내에서의 냉매 압력이 상승하고, 이 실내 열교환기에 의한 난방 능력이 향상된다. 그 결과, 공기 조화 장치 전체적으로 난방 운전시에 있어서의 난방 능력을 향상시킬 수 있다.

또한, 난방 운전을 행할 때 어큐뮬레이터 내에 비점이 높은 냉매를 적극적으로 축적시키므로, 냉매 회로에 있어서 어큐뮬레이터에의 냉매 축적을 회피하기 위해서 설치되는 리시버 탱크가 불필요해지고, 아울러 이 리시버 탱크의 설치에 의해 필요해진 실외 열교환기 근방의 감압 기구도 폐지할 수 있다. 그 결과, 냉매 회로를 간소화할 수 있고, 비용을 저감할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 기초로 하여 설명한다.

도1은 본 발명에 관한 공기 조화 장치의 제1 실시 형태에 있어서의 냉매 회로를 도시한 회로도이다.

이 도1에 도시한 바와 같이, 히트 펌프식 공기 조화 장치(10)는 실외 기기(11), 실내 기기(12) 및 제어 장치(13)를 구비하여 이루어지고, 실외 기기(11)의 실외 냉매 배관(14)과 실내 기기(12)의 실내 냉매 배관(15)이 연결되어 있다.

실외 기기(11)는 실외에 설치되고, 실외 냉매 배관(14)에 압축기(16)가 배치되는 동시에, 이 압축기(16)의 흡입측에 어큐뮬레이터(17)가, 그리고 토출측에 사방 밸브(18)가 각각 배치되고, 이 사방 밸브(18)측에 실외 열교환기(19)가 배치되어 구성된다. 실외 열교환기(19)에는 이 실외 열교환기(19)를 향해서 송풍하는 실외 팬(20)이 인접하여 배치되어 있다.

한편, 실내 기기(12)는 실내에 설치되고, 실내 냉매 배관(15)에 실내 열교환기(21)가 배치되는 동시에, 실내 냉매 배관(15)에 있어서 실내 열교환기(21)의 근방에 감압 기구로서의 팽창 밸브(22)가 배치되어 구성된다. 상기 실내 열교환기(21)에는 이 실내 열교환기(21)에 송풍하는 실내 팬(23)이 인접하여 배치되어 있다.

실외 냉매 배관(14)과 실내 냉매 배관(15)이 접속됨으로써 어큐뮬레이터(17), 압축기(16), 사방 밸브(18), 실외 열교환기(19), 팽창 밸브(22) 및 실내 열교환기(21)가 순차적으로 접속되고, 이 실내 열교환기(21)에 사방 밸브(18)를 거쳐서 어큐뮬레이터(17)가 접속되고, 공기 조화 장치(10)는 루프 형상의 냉매 회로(9)를 구성한다.

또한, 상기 제어 장치(13)는 실외 기기(11) 및 실내 기기(12)의 운전을 제어하고, 구체적으로는 실외 기기(11)의 압축기(16), 사방 밸브(18) 및 실외 팬(20), 그리고 실내 기기(12)의 팽창 밸브(22) 및 실내 팬(23)을 각각 제어한다.

제어 장치(13)에 의해 사방 밸브(18)가 절환됨으로써, 공기 조화 장치(10)가 냉방 운전 또는 난방 운전으로 설정된다. 즉, 제어 장치(13)가 사방 밸브(18)를 냉방측으로 절환했을 때는 냉매가 실선 화살표와 같이 흐르고, 실외 열교환기(19)가 응축기로, 그리고 실내 열교환기(21)가 증발기로 되어 냉방 운전 상태가 되며, 실내 열교환기(21)가 실내를 냉방한다. 또한, 제어 장치(13)가 사방 밸브(18)를 난방측으로 절환했을 때는 냉매가 파선 화살표와 같이 흐르고, 실내 열교환기(21)가 응축기로, 그리고 실외 열교환기(19)가 증발기로 되어 난방 운전 상태가 되며, 실내 열교환기(21)가 실내를 난방한다.

또한, 제어 장치(13)는 냉방 운전시 및 난방 운전시에 팽창 밸브(22)의 밸브 개방도, 그리고 실외 팬(20) 및 실내 팬(23)의 회전수를 공기 조절 부하에 따라서 제어한다.

본 발명의 제1 실시예에 따르면, 제어 장치(13)는 냉방 운전시에 있어서는 팽창 밸브(22)의 개방도, 실외 팬(20) 및 실내 팬(23)의 회전수를 후술하는 바와 같이 조절하여 저외기온 냉방 제어를 실행한다. 여기서, 저외기온 냉방 제어라 함은 겨울철과 같이 실외 기온이 낮은 상태일 때 실시되는 냉방 운전 제어이다.

여기서, 상기 냉매는 비점이 다른 복수의 냉매가 혼합되어 구성된 비공비 혼합 냉매이다. 이 비공비 혼합 냉매로서의 예를 들어 R407C는 R134a를 52 Wt%, R125를 25 Wt%, R32를 23 Wt%로 혼합한 3종 혼합 냉매이다. 이들 각 냉매의 비점은 R134a가 -26 ℃, R125가 -48 ℃, R32가 -52 ℃이다. 따라서, R125 및 R32는 비교적 비점이 낮아서 증발하기 쉽고, R134a는 비점이 높아서 증발하기 어렵다.

본 실시예에서는 상기 제어 장치(13)는 냉방 운전시에 다음에 기술하는 저외기온 냉방 제어를 실행하고, 상술한 비공비 혼합 냉매 중 비점이 높은 냉매(R134a)를 어큐뮬레이터(17) 내에 축적시키고, 비점이 낮은 냉매(R125 및 R32)를 냉매 회로(9) 내에서 순환시켜, 이 냉매 회로(9) 내를 순환하는 냉매의 조성을 변화시킨다.

이 저외기온 냉방 제어를 실행하는 전제로서, 제어 장치(13)에는 실외 기온 센서(24)에 의해 검출된 실외 열교환기(19)에의 흡입 공기 온도(즉 실외 기온)가 입력된다. 또한, 실내 열교환기(21)에 있어서의 입구와 출구의 중간 위치를 흐르는 냉매의 온도(즉 실내 열교환기 냉매 온도)가 실내 열교환기 온도 센서(27)에 의해 검출되고, 이 실내 열교환기 냉매 온도가 제어 장치(13)에 입력된다.

제어 장치(13)는 냉방 운전시에 있어서 저외기온 냉방 제어로서 도2의 흐름도로 나타낸 바와 같이, 우선 냉방 운전 개시시에 실외 기온 센서(24)를 이용하여 실외 기온을 검출하고(S1), 실외 팬(20)의 회전수를 복수 단계(예를 들어 3단계) 중으로부터 상술한 바와 같이 검출된 실외 기온에 대응한 회전수로 결정한다(S2).

실외 팬(20)의 회전수는 큰 쪽부터 차례로 강풍, 중풍, 약풍으로 구분되어 있다. 제어 장치(13)는 실외 팬(20)의 회전수를 예를 들어 실외 기온이 25 ℃ 이상에서는 강풍으로, 실외 기온이 7 내지 25 ℃에서는 중풍으로, 그리고 실외 기온이 7 ℃ 이하에서는 약풍으로 각각 설정한다.

실외 기온이 낮은 경우에, 실외 팬(20)의 회전수를 감소시킴으로써 응축기로서 기능하는 실외 열교환기(19) 내에서 냉매가 응축하기 어려워지고, 이 실외 열교환기(19) 내에서의 냉매 압력이 상승하고 냉매 온도도 상승한다. 그 결과, 증발기로서 기능하는 실내 열교환기(21) 내에서의 냉매 압력이 상승하고 냉매 온도도 상승하여, 이 실내 열교환기(21)에 결빙이 발생하는 것이 억제된다.

다음에, 제어 장치(13)는 실내 열교환기 온도 센서(27)에 의해 검출된 실내 열교환기 냉매 온도가 제1 소정 온도로서 예를 들어 1 ℃ 이하로 되었는지의 여부를 판단하고(S3), 1 ℃ 이하로 된 경우에는 팽창 밸브(22)의 밸브 개방도를 통상 개방도보다도 증대시킨다(S4). 예를 들어, 팽창 밸브(22)의 밸브 개방도를 60 STEP/30 SEC로 설정한다.

이와 같이 팽창 밸브(22)의 밸브 개방도를 증대시킴으로써 냉매 회로(9) 내를 순환하는 냉매량이 증가하고, 비공비 혼합 냉매로서의 R407C 중 비점이 높아서 증발하기 어려운 냉매(R134a)가 어큐뮬레이터(17) 내에 축적된다. 따라서, 비점이 낮아서 증발하기 쉬운 냉매(R125 및 R32)가 냉매 회로(9) 내를 순환하게 되고, 냉매 회로(9) 내를 순환하는 냉매의 조성이 변화한다. 그 결과, 실내 열교환기(21) 내에서의 냉매의 증발이 촉진되고, 이 실내 열교환기(21) 내에 있어서의 냉매 압력이 상승하며, 이 실내 열교환기(21)에 있어서의 결빙의 발생이 억제된다.

또한, 이와 같이 팽창 밸브(22)의 밸브 개방도가 증대됨으로써, 이 팽창 밸브(22)에 의한 냉매의 감압 정도가 감소한다. 이 점으로부터도 실내 열교환기(21) 내에서의 냉매 압력이 상승하고 냉매 온도도 상승하여, 실내 열교환기(21)에 있어서의 결빙의 발생이 한층 더 억제된다.

또, 제어 장치(13)는 실내 열교환기 온도 센서(27)에 의해 검출된 실내 열교환기 냉매 온도가 상기 제1 소정 온도보다도 낮은 제2 소정 온도, 예를 들어 0 ℃ 이하로 되었는지의 여부를 판단한다(S5). 상기 실내 열교환기 냉매 온도가 0 ℃ 이하로 되었을 때, 제어 장치(13)는 실내 팬(23)의 회전수를 증대시키도록 제어한다(S6). 실내 팬(23)의 회전수가 큰 쪽부터 차례로 강풍, 중풍, 약풍으로 구분되어 있을 때는, 제어 장치(13)는 예를 들어 실내 팬(23)의 회전수를 약풍으로부터 중풍으로 설정한다.

실내 팬(23)의 회전수가 증대됨으로써 실내 열교환기(21) 내에서 냉매가 증발하기 쉬워지므로, 이 실내 열교환기(21) 내에서의 냉매 압력이 상승하고 냉매 온도가 상승하여, 이 실내 열교환기(21)에 있어서의 결빙의 발생이 억제된다. 이 결빙 억제 효과는 실내 열교환기(21) 내를 흐르는 냉매가 비점이 낮은 냉매(R125 및 R35)인 것에 따른 전술한 결빙 억제 효과를 더욱 촉진하는 것이 된다.

따라서, 상기 실시 형태에 따르면 다음의 효과 ① 내지 ③을 얻을 수 있다.

① 실외 기온이 낮은 상태에서의 냉방 운전시에, 비공비 혼합 냉매 중 비점이 높은 냉매가 어큐뮬레이터(17) 내에 축적되고, 비점이 낮은 냉매가 냉매 회로(9) 내를 순환하므로, 이 냉방 운전시에 증발기로서 기능하는 실내 열교환기(21) 내에서 냉매가 증발하기 쉬워지고, 따라서 이 실내 열교환기(21) 내에서의 냉매 압력이 상승하므로, 실외 기온이 낮은 상태에서의 냉방 운전시에 실내 열교환기(21)에 있어서 결빙의 발생이 억제된다. 이에 따라, 결빙의 발생시에 실내 열교환기(21)의 고장이나 액체의 역류에 따른 압축기(16)의 고장을 방지하기 위해서 이루어지는 압축기(16)의 정지 빈도를 현저하게 저감할 수 있으므로, 비공비 혼합 냉매를 채용한 경우라도 실외 기온이 낮을 때 연속된 냉방 운전을 실현할 수 있다. 그 결과, 안정된 냉방 효과를 발휘할 수 있고, 양호한 쾌적성을 달성할 수 있다.

② 실외 기온이 낮은 상태에서의 냉방 운전을 행할 때, 어큐뮬레이터(17) 내에 비점이 높은 냉매를 적극적으로 축적시키므로, 냉매 회로(9)에 있어서 어큐뮬레이터(17)에의 냉매 축적을 회피하기 위해서 설치되는 리시버 탱크가 불필요해지고, 아울러 이 리시버 탱크의 설치에 의해 필요해진 실외 열교환기(19) 근방의 팽창 밸브 등의 감압 기구도 폐지할 수 있다. 그 결과, 냉매 회로(9)를 간소화할 수 있고, 공기 조화 장치(10)의 비용을 저감할 수 있다.

③ 실내 열교환기(21)에 송풍하는 실내 팬(23)의 회전수가 증대되었을 때는 실내 열교환기(21) 내를 흐르는 냉매가 증발하기 쉬워지고, 이 실내 열교환기(21) 내의 냉매 압력이 상승하고 냉매 온도도 상승한다. 그 결과, 비공비 혼합 냉매 중 비점이 낮은 냉매를 순환시킴으로써 실내 열교환기(21) 내에서 냉매 압력을 상승시키고, 이로써 이 실내 열교환기(21)에 있어서의 결빙의 발생을 억제하는 상기 ①의 효과와 함께, 이 실내 열교환기(21)에 있어서의 결빙의 발생을 보다 확실하게 억제할 수 있다.

이상과 같이 본 실시예에 관한 공기 조화 장치에 따르면, 냉매 회로 내에 비공비 혼합 냉매가 순환하는 공기 조화 장치에 있어서, 실외 기온이 낮은 상태에서의 냉방 운전시에, 비공비 혼합 냉매 중 비점이 높은 냉매를 어큐뮬레이터에 축적시키고, 비점이 낮은 냉매를 냉매 회로 내에서 순환시키므로, 비공비 혼합 냉매를 채용해도 실외 기온이 낮은 상태에서의 냉방 운전시에 실내 열교환기에 있어서의 결빙의 발생을 억제하여 안정된 냉방 효과를 발휘할 수 있다.

도3은 본 발명에 관한 공기 조화 장치의 제2 실시예에 있어서의 냉매 회로를도시한 회로도이다. 도3은 실질적으로 제1 실시예의 냉매 회로와 동일한 구성이므로, 다른 부분만 설명하고 동일 부분에 대해서는 설명을 생략한다. 또, 동일 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 있다.

본 실시예에서는, 제어 장치(13)는 난방 운전시에 있어서는 팽창 밸브(22)의 개방도를 후술하는 바와 같이 조절하여 토출 냉매 온도 제어를 실행할 수 있다.

즉, 상기 제어 장치(13)는 난방 운전시에 다음에 기술하는 토출 냉매 온도 제어를 실행하고, 상술한 비공비 혼합 냉매 중 비점이 높은 냉매(R134a)를 어큐뮬레이터(17) 내에 축적시키고, 비점이 낮은 냉매(R125 및 R32)를 냉매 회로(9) 내에서 순환시켜, 이 냉매 회로(9) 내를 순환하는 냉매의 조성을 변화시킨다.

이 토출 냉매 온도 제어를 실행하는 전제로서, 제어 장치(13)에는 실온 센서(28)에 의해 검출된 실내 열교환기(21)에의 흡입 공기 온도(즉 실온)가 입력된다. 또한, 제어 장치(13)에는 토출 냉매 온도 센서(25)에 의해 검출된 압축기(16)로부터의 토출 냉매 온도(즉 실제 토출 냉매 온도)가 입력된다. 그리고, 실외 열교환기(19)에 있어서의 입구와 출구의 중간 위치를 흐르는 냉매의 온도(즉 실외 열교환기 냉매 온도)가 실외 열교환기 온도 센서(26)에 의해 검출되고, 이 실외 열교환기 냉매 온도가 제어 장치(13)에 입력된다. 또한, 실내 열교환기(21)에 있어서의 입구와 출구의 중간 위치를 흐르는 냉매의 온도(즉 실내 열교환기 냉매 온도)가 실내 열교환기 온도 센서(27)에 의해 검출되고, 이 실내 열교환기 냉매 온도가 제어 장치(13)에 입력된다.

제어 장치(13)는 난방 운전시에 있어서 토출 냉매 온도 제어로서 도4의 흐름도로 나타낸 바와 같이, 우선 난방 운전 개시후의 수분간 실온 센서(28)를 이용하여 실온을 검출하고(S1), 팽창 밸브(22)의 밸브 개방도를 실온 센서(28)에 의해 검출된 실온에 의해 결정되는 고정 개방도로 설정한다(S2).

이 고정 개방도는 비공비 혼합 냉매로서의 R407C 중, 비점이 높은 R134a를 어큐뮬레이터(17) 내에 축적시키도록 결정된 개방도이다. 그 결과, 비점이 높아서 증발하기 어려운 냉매(R134a)가 어큐뮬레이터(17) 내에 축적되고, 비점이 낮아서 증발하기 쉬운 냉매(R125 및 R32)가 냉매 회로(9) 내를 순환하게 되며, 냉매 회로(9) 내를 순환하는 냉매의 조성이 변화한다.

제어 장치(13)에 내장된 운전 타이머(도시 생략)가 난방 운전 개시후의 상기 수분간을 검출하면(S3), 제어 장치(13)는 다음에 토출 냉매 온도 센서(25)에 의해 압축기(16)로부터 토출되는 냉매의 온도를 검출하고, 이 검출된 실제 토출 냉매 온도와 목표 토출 냉매 온도를 비교한다(S4).

이 목표 토출 냉매 온도는 실외 열교환기 온도 센서(26), 실내 열교환기 온도 센서(27)에 의해 각각 검출된 실외 열교환기 냉매 온도, 실내 열교환기 냉매 온도를 매개 변수로 한 산출식에 의해 결정되는 것이다. 그리고, 이 목표 토출 냉매 온도는 어큐뮬레이터(17) 내에 R134a가 계속해서 축적되도록, 예를 들어 압축기(16)의 흡입 과열도(SH)를 -1 deg로 하도록 설정된다.

다음에, 제어 장치(13)는 단계(S4)에 있어서, 실제 토출 냉매 온도가 목표 토출 냉매 온도보다도 낮은 경우에는 팽창 밸브(22)의 밸브 개방도를 감소시켜 냉매 회로(9) 내를 순환하는 냉매량을 감소시키고(S5), 실제 토출 냉매 온도가 목표토출 냉매 온도보다도 높은 경우에는 팽창 밸브(22)의 밸브 개방도를 증대시켜 냉매 회로(9) 내를 흐르는 냉매량을 증가시킨다(S6). 이에 따라, 어큐뮬레이터(17) 내에 R134a가 축적되고, 냉매 회로(9) 내에는 R125 및 R32가 순환한다.

상술한 바와 같은 토출 냉매 온도 제어에 의해 냉매 회로(9) 내를 순환하는 냉매는 R125 및 R32로 되어 조성이 변화하고 있으므로, R134a를 포함한 R407C 전체의 경우, 즉 조성 변화전의 경우에 비해 증발기로서 기능하는 실외 열교환기(19)에 있어서 냉매가 증발하기 쉬워지고, 따라서 이 실외 열교환기(19) 내에서의 냉매 압력이 상승하며, 이 실외 열교환기(19)에 있어서의 성에 부착이 억제된다. 동시에, 상술한 조성 변화후의 냉매에 의해서 응축기로서 기능하는 실내 열교환기(21) 내에 있어서의 냉매 압력도 조성 변화전에 비해 상승하고, 이 실내 열교환기(21)에 의한 실내의 난방 능력이 향상된다.

따라서, 상기 실시예에 따르면 다음의 효과 ① 및 ②를 얻을 수 있다.

① 난방 운전시에, 비공비 혼합 냉매(R407C) 중 비점이 높은 냉매(R134a)가 어큐뮬레이터(17) 내에 축적되고, 비점이 낮은 냉매(R125 및 R32)가 냉매 회로(9) 내를 순환하므로, 난방 운전시에 증발기로서 기능하는 실외 열교환기(19) 내에서 냉매가 증발하기 쉬워지고, 따라서 이 실외 열교환기(19) 내에서의 냉매 압력이 상승하므로, 이 실외 열교환기(19)에 있어서 성에 부착이 억제된다. 이에 따라, 난방 운전 시간에 대한 성에 제거 운전 시간의 비율이 작아진다.

또한, 난방 운전시에 비점이 낮은 냉매가 냉매 회로(9) 내를 순환하므로, 응축기로서 기능하는 실내 열교환기(21) 내에서의 냉매 압력이 상승하고, 이 실내 열교환기(21)에 의한 난방 능력이 향상된다.

그 결과, 공기 조화 장치(10) 전체적으로 난방 운전시에 있어서의 난방 운전 능력을 향상시킬 수 있다.

② 난방 운전을 행할 때, 어큐뮬레이터(17) 내에 비점이 높은 냉매(R134a)를 적극적으로 축적시키므로, 냉매 회로(9)에 있어서 어큐뮬레이터(17)에의 냉매 축적을 회피하기 위해서 설치되는 리시버 탱크가 불필요해지고, 아울러 이 리시버 탱크의 설치에 의해 필요해진 실외 열교환기(19) 근방의 감압 기구, 예를 들어 팽창 밸브도 폐지할 수 있다. 그 결과, 냉매 회로(9)를 간소화할 수 있고, 공기 조화 장치(10)의 비용을 저감할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 제2 실시예에 관한 공기 조화 장치에 따르면, 냉매 회로 내에 비공비 혼합 냉매가 순환하는 공기 조화 장치에 있어서, 난방 운전시에, 비공비 혼합 냉매 중 비점이 높은 냉매를 어큐뮬레이터 내에 축적시키고, 비점이 낮은 냉매를 냉매 회로 내에서 순환시키도록 구성되므로, 비공비 혼합 냉매를 채용해도 난방 운전시에 실외 열교환기에의 성에 부착을 억제하고 난방 능력을 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명을 상기 실시 형태을 기초로 하여 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 상기 실시 형태에서는 비공비 혼합 냉매로서 R407C의 경우를 기술했지만, R410A 등 다른 종류의 비공비 혼합 냉매에도 본 발명을 적용할 수 있다.

본 발명의 공기 조화 장치에 따르면, 비공비 혼합 냉매를 채용해도 실외 기온이 낮은 상태에서의 냉방 운전시에, 실내 열교환기에 있어서의 결빙의 발생을 억제하고 안정된 냉방 효과를 발휘할 수 있다.

또한, 비공비 혼합 냉매를 채용해도 난방 운전시에 실외 열교환기에의 성에 부착을 억제하고, 난방 능력을 향상시킬 수 있다.

Claims

압축기, 사방 밸브, 실외 열교환기, 감압 기구, 실내 열교환기 및 어큐뮬레이터가 순차적으로 접속되어 루프 형상의 냉매 회로를 구성하고, 이 냉매 회로 내에 비공비 혼합 냉매를 충전시켜서, 상기 사방 밸브의 동작에 의해서 냉방 운전시와 난방 운전시에 상기 비공비 혼합 냉매의 흐름을 반전시키도록 한 공기 조화 장치에 있어서,

실외 열교환기 및 실내 열교환기의 어느 한 쪽이 증발기로서 기능하는 경우에, 상기 증발기 내의 냉매 압력을 높이기 위해서 상기 비공비 혼합 냉매 중 비점이 높은 냉매를 상기 어큐뮬레이터 내에 축적시키고, 비점이 낮은 냉매를 상기 냉매 회로 내에서 순환시키도록 구성되고,

냉방 운전시에 상기 어큐뮬레이터에의 비점이 높은 냉매의 축적은 실내 열교환기 내를 흐르는 냉매의 온도가 제1 소정 온도 이하로 되었을 때 감압 기구로서의 팽창 밸브의 밸브 개방도를 증대시킴으로써 실시되고, 상기 실내 열교환기 내를 흐르는 냉매의 온도가 제1 소정 온도보다도 낮은 제2 소정 온도 이하로 되었을 때는 상기 실내 열교환기에 송풍하는 실내 팬의 회전수를 증대시키고,

난방 운전시에 상기 어큐뮬레이터에의 비점이 높은 냉매의 축적은 난방 운전의 개시시에는 실온를 기초로 하여 상기 운전 개시로부터 소정 시간 경과후에는 소정의 목표 토출 냉매 온도에 기초하며 감압 기구로서의 팽창 밸브의 밸브 개방도를 설정함으로써 실시되고, 상기 압축기로부터 토출되는 냉매의 실제 토출 냉매 온도와 소정 목표 토출 냉매 온도의 온도차를 기초로 하여 상기 팽창 밸브의 밸브 개방도를 상기 온도차가 동일해지도록 조절하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
압축기, 사방 밸브, 실외 열교환기, 감압 기구, 실내 열교환기 및 어큐뮬레이터가 순차적으로 접속되어 루프 형상의 냉매 회로를 구성하고, 이 냉매 회로 내에 비공비 혼합 냉매를 충전시키고, 상기 사방 밸브의 동작에 의해서 냉방 운전시와 난방 운전시에 상기 비공비 혼합 냉매의 흐름을 반전시키도록 한 공기 조화 장치에 있어서,

실외 기온이 낮은 상태에서의 냉방 운전시에 상기 비공비 혼합 냉매 중 비점이 높은 냉매를 상기 어큐뮬레이터 내에 축적시키고, 비점이 낮은 냉매를 상기 냉매 회로 내에서 순환시키도록 구성되고,

상기 어큐뮬레이터에의 비점이 높은 냉매의 축적은 실내 열교환기 내를 흐르는 냉매의 온도가 제1 소정 온도 이하로 되었을 때, 감압 기구로서의 팽창 밸브의 밸브 개방도를 증대시킴으로써 실시되고,

상기 실내 열교환기 내를 흐르는 냉매의 온도가 제1 소정 온도보다도 낮은 제2 소정 온도 이하로 되었을 때는 상기 실내 열교환기에 송풍하는 실내 팬의 회전수를 증대시키는 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
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제2항에 있어서, 실외 기온에 따라서 상기 실외 열교환기에 송풍하는 실외 팬의 회전수를 복수 단계 중 하나의 레벨로 설정하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
압축기, 사방 밸브, 실외 열교환기, 감압 기구, 실내 열교환기 및 어큐뮬레이터가 순차적으로 접속되어 루프 형상의 냉매 회로를 구성하고, 이 냉매 회로 내에 비공비 혼합 냉매를 충전시키고, 상기 사방 밸브의 동작에 의해서 냉방 운전시와 난방 운전시에 상기 비공비 혼합 냉매의 흐름을 반전시키도록 한 공기 조화 장치에 있어서,

난방 운전시에 상기 비공비 혼합 냉매 중 비점이 높은 냉매를 상기 어큐뮬레이터 내에 축적시키고, 비점이 낮은 냉매를 상기 냉매 회로 내에서 순환시키도록 구성되고,

상기 어큐뮬레이터에의 비점이 높은 냉매의 축적은, 난방 운전의 개시시에는 실온를 기초로 하여 상기 운전 개시로부터 소정 시간 경과후에는 소정의 목표 토출 냉매 온도에 기초하며 감압 기구로서의 팽창 밸브의 밸브 개방도를 설정함으로써 실시되고, 상기 압축기로부터 토출되는 냉매의 실제 토출 냉매 온도와 소정 목표 토출 냉매 온도의 온도차를 기초로 하여 상기 팽창 밸브의 밸브 개방도를 상기 온도차가 동일해지도록 조절함으로써 실시되는 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
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제6항에 있어서, 실온에 기초하는 상기 어큐뮬레이터에의 비점이 높은 냉매의 축적은 상기 팽창 밸브의 밸브 개방도를 소정의 고정 개방도로 설정함으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
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