KR100563277B1 - 냉동장치 - Google Patents

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Abstract

열원측 열교환기(4)에 복수 대의 이용측 열교환기(41, 45, 51)가 접속된 냉동장치에 있어서, 냉매회로(1E)에서의 복수계통 액라인이 1개의 액측연락배관(11)을 공용하여 배관 수를 줄임과 동시에, 이 액측연락배관(11)을 적어도 1계통의 가스라인의 저압가스측 연락배관(15)과 접촉상태로 병설하여, 저압가스냉매로 액냉매를 과냉각시킬 수 있도록 함으로써, 배관접속의 작업성을 높임과 동시에, 연락배관(11, 15, 17)의 배관 길이가 길어졌을 경우에도 냉동능력이 저하되지 않도록 한다.

Description

냉동장치{REFRIGERATION EQUIPMENT}
본 발명은 냉동장치에 관한 것이며, 특히 냉장 냉동용이나 공조용으로서 복수 계통의 이용측 열교환기를 구비하는 냉동장치에 관한 것이다.
종래, 냉동주기를 행하는 냉동장치가 알려져 있다. 이 냉동장치는 실내를 냉난방하는 공조기나, 식품 등을 저장하는 냉장고 등 냉각기로서 널리 이용되고 있다. 이 냉동장치에는, 예를 들어 일본국 특개 2001-280749호 공보에 개시된 바와 같이, 공조와 냉장 냉동의 양쪽을 행하는 것이 있다.
일반적으로 이러한 종류의 냉동장치는 예를 들어 냉장 냉동용 진열장이나 공조용의 실내기 등 이용측 유닛에 배치된 이용측 열교환기가, 실외에 설치되는 열원측 유닛의 열원측 열교환기에 대해 병렬로, 각각 액측 및 가스측 연락배관으로 접속된다. 이 냉동장치는 예를 들어, 편의점 등에 설치되어, 1개의 냉동장치를 설치하는 것만으로 매장 내 공조와 진열장 등의 냉각을 실행할 수 있다.
-해결과제-
상기 냉동장치에서, 연락배관은 냉매순환량이나 배관 길이에 따른 굵기의 배관이 선정된다. 그러나 배관 길이가 매우 긴 경우 등은 냉매의 압력손실이 큰 점에서 냉동능력이 저하되기 쉬운 문제가 있다.
또한, 상기 냉동장치에서는 냉매회로가 냉장 냉동계통과 공조계통의 2계통을 갖는 회로에 구성되며, 액라인과 가스라인의 연락배관이 모두 2개씩 이용되어 배관 수가 많으므로, 그 접속작업이 번잡하여 접속오류가 발생할 우려도 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점에 감안하여 창안된 것으로, 그 목적으로 하는 바는 압축기구 및 열원측 열교환기에 복수 대의 이용측 열교환기가 접속된 냉동장치에 있어서, 배관접속의 작업성을 높임과 동시에 배관 길이가 길어진 경우에도 냉동능력의 저하를 방지할 수 있도록 하는 데 있다.
본 발명은 복수의 액라인을 1개의 액측 연락배관으로 종합함과 동시에, 이 액측 연락배관과 가스라인의 저압가스측 연락배관을 나열시켜 접촉시킴으로써 액냉매와 가스냉매의 열교환을 가능하게 하며, 흡입측의 가스냉매에 의해 액냉매를 과냉각시키도록 하는 것이다.
구체적으로, 제1 발명은 압축기구(2D, 2E)와 열원측 열교환기(4)와 팽창기구(26, 42, 46, 52)와 이용측 열교환기(41, 45, 51)가 접속된 냉매회로(1E)를 구비하며, 압축기구(2D, 2E) 및 열원측 열교환기(4)에 복수계통의 이용측 열교환기(41, 45, 51)가 병렬로 접속된 냉동장치를 전제로 한다.
그리고, 이 냉동장치는 냉매회로(1E)에서 복수계통의 액라인이 1개의 액측 연락배관(11)을 공용함과 동시에, 이 액측 연락배관(11)이 적어도 1계통의 가스라인의 저압가스측 연락배관(15)과 접촉상태로 병설되는 것을 특징으로 한다.
이 제1 발명에서 냉매는 냉매회로(1E) 내를 복수계통으로 나뉘어 순환하는 한편, 액라인에서는 1개의 액측 연락배관(11)을 흐를 때 복수계통으로부터 1개로 합류된다. 이 액측 연락배관(11)이 적어도 1계통의 가스라인의 저압가스측 연락배관(15)과 접촉상태로 병설되므로, 상기 액측 연락배관(11)을 흐르는 액냉매는 저압가스측 연락배관(15)을 흐르는 냉매와 열교환하여 과냉각되게 된다.
또한, 제2 발명은 압축기구(2D, 2E)와 열원측 열교환기(4)와 팽창기구(26, 42, 46, 52)와 이용측 열교환기(41, 45, 51)가 접속된 냉매회로(1E)를 구비하며, 압축기구(2D, 2E) 및 열원측 열교환기(4)에 냉장 냉동계통의 이용측 열교환기(45, 51)와 공조계통의 이용측 열교환기(41)가 병렬로 접속됨과 동시에, 복수 대의 압축기(2A, 2B, 2C)를 냉장 냉동계통 및 공조계통으로 절환 가능하도록, 압축기구(2D, 2E)가 구성된 냉동장치를 전제로 한다.
그리고 이 냉동장치는 양 계통의 액라인이 1개의 액측 연락배관(11)을 공용함과 동시에, 이 액측 연락배관(11)이 냉장 냉동계통에서 가스라인의 저압가스측 연락배관(15)과 접촉상태로 병설되는 것을 특징으로 한다.
이 제2 발명에서 냉매는 냉매회로(1E) 내를 냉장 냉동계통과 공조계통으로 나뉘어 순환하는 한편, 액라인에서는 1개의 액측 연락배관(11)을 흐를 때 합류된다. 이 액측 연락배관(11)이 냉장 냉동계통에서 가스라인의 저압가스측 연락배관(15)과 접촉상태로 병설되므로, 이 액측 연락배관(11)을 흐르는 액냉매는 냉장 냉동계통의 저압가스측 연락배관(15)을 흐르는 냉매와 열교환하여 과냉각되게 된다.
또한, 제3 발명은 제1 또는 제2 발명의 냉동장치에 있어서, 냉매회로(1E)를 순환하는 액냉매의 일부를 압축기구(2D, 2E)의 흡입측에 공급하는 액체주입(liquid injection)관(27)을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 제3 발명에서는 액냉매가 흡입측 가스냉매로 과냉각될 때는 이 가스냉매가 과열되는 데 반해, 과열도가 큰 가스냉매가 압축기구(2D, 2E)로 흡입될 경우에도, 액체주입을 함으로써 과열도가 과대해지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제4 발명은 제1 또는 제2 발명의 냉동장치에 있어서, 병설된 액측 연락배관(11)과 저압가스측 연락배관(15) 주위가 전열재(12)로 포위되는 것을 특징으로 한다.
또한, 제5 발명은 제4 발명의 냉동장치에 있어서, 액측 연락배관(11)과 저압가스측 연락배관(15) 주위에, 전열재로서 알루미늄 테이프재(12)가 감기는 것을 특징으로 한다.
상기 제4, 제5 발명에서는 예를 들어 알루미늄 테이프재 등의 전열재(12)를 통해 액냉매가 흡입측 가스냉매에 의해 효율적으로 과냉각된다.
-효과-
제1 발명에 의하면, 냉매회로(1E)의 복수계통 액라인에서 1개의 액측 연락배관(11)을 공용화함과 동시에, 이 액측 연락배관(11)을 적어도 1계통의 가스라인 저압가스측 연락배관(15)과 접촉상태로 병설하여, 액냉매를 가스냉매로 과냉각시키도록 하므로, 보다 엔탈피가 낮은 냉매를 이용측 열교환기(41, 45, 51)에 공급할 수 있다. 때문에, 이용측 열교환기(41, 45, 51) 출입구에서 냉매의 엔탈피 차가 커져, 배관 길이가 긴 경우 등에도 냉동능력의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 복수계통의 액라인을 1개의 액측 연락배관(11)으로 종합함으로써, 연락배관의 합계개수가 적어지므로, 배관의 접속작업이 용이해짐과 동시에 접속오류의 우려도 적어진다. 즉 배관의 작업성이 향상된다.
또한, 제2 발명에 의하면, 냉장 냉동계통과 공조계통을 갖는 냉매회로(1E)에서, 양 계통으로부터 합류된 액냉매가, 냉장 냉동계통의 흡입가스냉매에 의해 과냉각된다. 이 경우도, 능력 저하를 방지할 수 있으면서, 배관 작업성을 높일 수 있다. 또한, 이와 같이 냉장 냉동계통과 공조계통을 나눈 장치일 경우, 냉장 냉동계통에서는 냉매의 순환방향이 일정하여 가스라인의 토출측과 흡입측을 절환하지 않으므로, 이 냉장 냉동계통의 저압가스측 연락배관(15)과, 양 계통이 합류된 액측 연락배관(11)을 병설하기가 용이하다. 한편, 공조계통의 가스라인 연락배관(17)은 상기 액측 연락배관(11)에 병설되지 않으므로, 냉매의 순환방향을 절환함으로써 냉난방을 실행하는 구성으로 하기가 가능해진다.
또한, 제3 발명에 의하면, 냉매회로(1E)를 순환하는 액냉매의 일부를 압축기구(2D, 2E)의 흡입측에 공급하는 액체주입관(27)을 배치함으로써, 액냉매가 흡입측 가스냉매로 과냉각될 때, 이 가스냉매의 과열도가 커졌을 경우에도 액체주입 함으로써, 압축행정에 있어서의 과열도가 과대해지는 것을 방지할 수 있다. 이로써 제1, 제2 발명의 구성에 의해 능력저하를 방지하면서 작업성 저하를 억제한 냉동장치를 확실하게 실용화할 수 있다.
또한, 제4 발명에 의하면, 액측 연락배관(11)과 저압가스측 연락배관(15) 주위를 전열재(12)로 포위하므로, 이 전열재(12)를 통해 액냉매를 가스냉매로 확실하 게 과냉각시킬 수 있다. 또한, 액냉매의 과냉각 전용 열교환기 등은 필요 없어 구성이 복잡해지는 일은 없다.
그리고 제5 발명에 의하면, 액측 연락배관(11)과 저압가스측 연락배관(15) 주위에, 전열재로서 알루미늄 테이프재(12)를 감으므로, 저압가스냉매에 의한 액냉매의 과냉각을 매우 간단한 구성으로 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 냉동장치의 냉매회로도.
도 2는 냉방운전 동작을 나타내는 냉매회로도.
도 3은 냉동운전 동작을 나타내는 냉매회로도.
도 4는 제1 냉방냉동운전 동작을 나타내는 냉매회로도.
도 5는 제1 냉방냉동운전 시의 냉매동작을 나타내는 몰리에르 선도.
도 6은 제2 냉방냉동운전 동작을 나타내는 냉매회로도.
도 7은 난방운전 동작을 나타내는 냉매회로도.
도 8은 제1 난방냉동운전 동작을 나타내는 냉매회로도.
도 9는 제2 난방냉동운전 동작을 나타내는 냉매회로도.
도 10은 제2 난방냉동운전 시의 냉매동작을 나타내는 몰리에르 선도.
도 11은 제3 난방냉동운전 동작을 나타내는 냉매회로도.
도 12는 제3 난방냉동운전 시의 냉매동작을 나타내는 몰리에르 선도.
이하 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관한 냉동장치(1)는 편의점에 설치되어, 냉장진열장 및 냉동진열장의 냉각과 매장 내의 냉난방을 실행하기 위한 것이다.
상기 냉동장치(1)는 실외유닛(1A)과 실내유닛(1B)과 냉장유닛(1C) 그리고 냉동유닛(1D)을 구비하며, 증기압축식 냉동주기를 실행하는 냉매회로(1E)를 구비한다. 이 냉매회로(1E)는 냉장 냉동용의 제1 계통측 회로와, 공조용의 제2 계통측 회로를 구비한다. 상기 냉매회로(1E)는 냉방주기와 난방주기로 절환되도록 구성된다.
상기 실내유닛(1B)은 냉방운전과 난방운전을 절환하여 실행하도록 구성되며, 예를 들어 매장 등에 설치된다. 또한, 상기 냉장유닛(1C)은 냉장용 진열장에 설치되며 이 진열장의 저장고 내 공기를 냉각시킨다. 상기 냉동유닛(1D)은 냉동용 진열장에 설치되며 이 진열장의 저장고 내 공기를 냉각시킨다. 실내유닛(1B)과 냉장유닛(1C)과 냉동유닛(1D)은 도면에서는 1대씩만 표시하지만, 이 실시형태에서는 실내유닛(1B)이 2대, 냉장유닛(1C)이 8대 정도, 그리고 냉동유닛(1D)이 1대 접속된 것으로 한다.
<실외유닛>
상기 실외유닛(1A)은 제1 압축기로서의 인버터 압축기(2A)와, 제2 압축기로서의 제1 비인버터 압축기(2B)와, 제3 압축기로서의 제2 비인버터 압축기(2C)를 구비함과 동시에, 제1 십자절환밸브(3A), 제2 십자절환밸브(3B) 및 제3 십자절환밸브(3C)와, 열원측 열교환기인 실외 열교환기(4)를 구비한다.
상기 각 압축기(2A, 2B, 2C)는 예를 들어 밀폐형의 고압 돔형 스크롤 압축기로 구성된다. 상기 인버터 압축기(2A)는 전동기가 인버터로 제어되어 용량이 단계적 또는 연속적으로 가변되는 가변용량 압축기이다. 상기 제1 비인버터 압축기(2B) 및 제2 비인버터 압축기(2C)는 전동기가 항상 일정 회전수로 구동하는 일정용량 압축기이다.
상기 인버터 압축기(2A)와 제1 비인버터 압축기(2B) 및 제2 비인버터 압축기(2C)는 이 냉동장치(1)의 압축기구(2D, 2E)를 구성하며, 이 압축기구(2D, 2E)는 제1 계통의 압축기구(2D)와 제2 계통의 압축기구(2E)로 구성된다. 구체적으로, 압축기구(2D, 2E)는 운전 시에, 상기 인버터 압축기(2A)와 제1 비인버터 압축기(2B)가 제1 계통의 압축기구(2D)를 구성하고, 제2 비인버터 압축기(2C)가 제2 계통의 압축기구(2E)를 구성하는 경우와, 상기 인버터 압축기(2A)가 제1 계통의 압축기구(2D)를 구성하고, 제1 비인버터 압축기(2B)와 제2 비인버터 압축기(2C)가 제2 계통의 압축기구(2E)를 구성하는 경우가 있다. 즉 인버터 압축기(2A)가 냉장 냉동용의 제1 계통측 회로에, 제2 비인버터 압축기(2C)가 공조용의 제2 계통측 회로에 고정적으로 이용되는 한편, 제1 비인버터 압축기(2B)는 제1 계통측 회로와 제2 계통측 회로로 절환시켜 이용할 수 있도록 구성된다.
상기 인버터 압축기(2A)와 제1 비인버터 압축기(2B) 및 제2 비인버터 압축기(2C)의 각 토출관(5a, 5b, 5c)은 1개의 고압가스관(토출배관)(8)에 접속되며, 이 고압가스관(8)이 제1 십자절환밸브(3A)의 1개 포트에 접속된다. 상기 제1 비인버터 압축기(2B)의 토출관(5b), 및 제2 비인버터 압축기(2C)의 토출관(5c)에 는, 각각 역지밸브(7)가 설치된다.
상기 실외열교환기(4)의 가스측 단부는 실외가스관(9)에 의해 제1 십자절환밸브(3A)의 1개 포트에 접속된다. 상기 실외열교환기(4)의 액측 단부에는, 액라인인 액관(10)의 한끝이 접속된다. 이 액관(10)의 도중에는, 수액기(14)가 배치되며, 액관(10)의 다른 끝은 연락액관(액측 연락액관)(11)에 접속된다.
또한, 상기 실외열교환기(4)는 예를 들어 크로스 핀 방식의 핀 튜브(fin-tube)형 열교환기이며, 열원 팬인 실외팬(4F)이 근접 배치된다.
상기 제1 십자절환밸브(3A)의 1개 포트에는, 연락가스관(17)이 접속된다. 상기 제1 십자절환밸브(3A)의 1개 포트는 접속관(18)에 의해 제2 십자절환밸브(3B)의 1개 포트에 접속된다. 이 제2 십자절환밸브(3B)의 1개 포트는 보조가스관(19)에 의해 제2 비인버터 압축기(2C)의 토출관(5c)에 접속된다. 또한, 제2 십자절환밸브(3B)의 1개 포트에는, 제2 비인버터 압축기(2C)의 흡입관(6c)이 접속된다. 그리고 상기 제2 십자절환밸브(3B)의 1개 포트는 폐색된 폐쇄포트로 구성된다. 즉 상기 제2 십자절환밸브(3B)는 3 방향 절환밸브라도 된다.
상기 제1 십자절환밸브(3A)는 고압가스관(8)과 실외가스관(9)이 연통되면서 접속관(18)과 연락가스관(17)이 연통되는 제1 상태(도 1 실선 참조)와, 고압가스관(8)과 연락가스관(17)이 연통되면서 접속관(18)과 실외가스관(9)이 연통되는 제2 상태(도 1 점선 참조)로 절환되도록 구성된다.
또한, 상기 제2 십자절환밸브(3B)는 보조가스관(19)과 폐쇄포트가 연통되면서 접속관(18)과 제2 비인버터 압축기(2C)의 흡입관(6c)이 연통되는 제1 상태(도 1 실선 참조)와, 보조가스관(19)과 접속관(18)이 연통되면서 흡입관(6c)과 폐쇄포트가 연통되는 제2 상태(도 1 점선 참조)로 절환되도록 구성된다.
상기 인버터 압축기(2A)의 흡입관(6a)은 제1 계통측 회로의 저압가스관(저압가스측 연락배관)(15)에 접속된다. 제2 비인버터 압축기(2C)의 흡입관(6c)은 제1, 제2 십자절환밸브(3A, 3B)를 개재하고 제2 계통측 회로의 저압가스관(연락가스관(17) 또는 실외가스관(9))에 접속된다. 또한, 제1 비인버터 압축기(2B)의 흡입관(6b)은 후술하는 제3 십자절환밸브(3C)를 개재하고 인버터 압축기(2A)의 흡입관(6a) 및 제2 비인버터 압축기(2C)의 흡입관(6c)에 접속된다.
구체적으로는 인버터 압축기(2A)의 흡입관(6a)에는, 분기관(6d)이 접속되고, 제2 비인버터 압축기(2C)의 흡입관(6c)에는, 분기관(6e)이 접속된다. 그리고 인버터 압축기(2A) 흡입관(6a)의 분기관(6d)이 역지밸브(7)를 개재하고 제3 십자절환밸브(3C)의 제1 포트(P1)에 접속되며, 제1 비인버터 압축기(2B)의 흡입관(6b)이 제3 십자절환밸브(3C)의 제2 포트(P2)에 접속되고, 제2 비인버터 압축기(2C) 흡입관(6c)의 분기관(6e)이 역지밸브(7)를 개재하고 제3 십자절환밸브(3C)의 제3 포트(P3)에 접속된다. 또한, 제3 십자절환밸브(3C)의 제4 포트(P4)에는, 후술하는 수액기(14)로부터의 가스배출관(28) 분기관(28a)이 접속된다. 상기 분기관(6d, 6e)에 설치된 역지밸브는 제3 십자절환밸브(3C)를 향하는 냉매흐름만을 허용하는 것이다.
상기 제3 십자절환밸브(3C)는 제1 포트(P1)와 제2 포트(P2)가 연통하며 제3 포트(P3)와 제4 포트(P4)가 연통하는 제1 상태(도 1의 실선 참조)와, 제1 포트(P1) 와 제4 포트(P4)가 연통하며 제2 포트(P2)와 제3 포트(P3)가 연통하는 제2 상태(도 1의 점선 참조)로 절환 가능하게 구성된다.
상기 각 토출관(5a, 5b, 5c)과 고압가스관(8)과 실외가스관(9)이 냉방운전 시의 고압가스라인(1L)을 구성한다. 또한,, 상기 각 토출관(5a, 5b, 5c)과 고압가스관(8)과 연락가스관(17)이 난방운전 시의 고압가스라인(1N)을 구성한다. 한편, 상기 저압가스관(15)과 제1 계통 압축기구(2D)의 각 흡입관(6a, 6b)이 제1 저압가스라인(1M)을 구성한다. 또한, 상기 연락가스관(17)과 제2 계통 압축기구(2E)의 흡입관(6c)이 냉방운전 시의 저압가스라인(1N)을 구성하며, 실외가스관(9)과 이 흡입관(6c)이 난방운전 시의 저압가스라인(1L)을 구성한다. 이와 같이, 연락가스관(17)은 운전상태에 따라 고압가스라인과 저압가스라인으로 절환된다. 또한, 저압가스관(15)은 운전상태와 상관없이 냉매가 흐를 때는 항상 저압가스라인이 된다.
상기 연락액관(11)과 연락가스관(17)과 저압가스관(15)은 실외유닛(1A)으로부터 외부로 연장되며, 실외유닛(1A) 내에는, 이들에 대응하여 폐쇄밸브(20)가 설치된다.
상기 액관(10)에는, 수액기(14)를 우회하는 보조액관(25)이 접속된다. 이 보조액관(25)은 주로 난방 시에 냉매가 흐르며, 팽창기구인 실외팽창밸브(26)가 설치된다. 상기 액관(10)에서의 실외열교환기(4)와 수액기(14) 사이에는, 수액기(14)로 향하는 냉매흐름만을 허용하는 역지밸브(7)가 설치된다. 이 역지밸브(7)는 액관(10)에서 보조액관(25)의 접속부와 수액기(14) 사이에 위치한다.
상기 액관(10)은 이 역지밸브(7)와 수액기(14) 사이에서 분기하며(분기액관(36)이라 함), 이 분기액관(36)이 상기 액관(10)의 폐쇄밸브(20)와 후술하는 역지밸브(7) 사이에 접속된다. 이 분기액관(36)에는, 액관(10)과의 접속점으로부터 수액기(14)로 향하는 냉매흐름을 허용하는 역지밸브(7)가 설치된다.
상기 액관(10)에는, 보조액관(25)과의 접속점과 폐쇄밸브(20) 사이에 역지밸브(7)가 설치된다. 이 역지밸브(7)는 수액기(14)로부터 폐쇄밸브(20)로 향하는 냉매흐름만을 허용하는 것이다.
상기 보조액관(25)과 저압가스관(15) 사이에는, 액체주입(liquid injection)관(27)이 접속된다. 이 액체주입관(27)에는, 전자(電子)팽창밸브(29)가 배설된다. 또한, 상기 수액기(14) 상부와 인버터 압축기(2A)의 토출관(5a) 사이에는, 가스배출관(28)이 접속된다. 이 가스배출관(28)에는, 수액기(14)로부터 토출관(5a)을 향하는 냉매의 흐름만을 허용하는 역지밸브(7)가 배설된다. 또한, 상술한 바와 같이 이 가스배출관(28)의 분기관(28a)은 상기 제3 십자절환밸브(3C)의 제4 포트(P4)에 접속된다.
상기 고압가스관(8)에는, 오일분리기(30)가 배설된다. 이 오일분리기(30)에는, 오일회수관(31)의 한끝이 접속된다. 이 오일회수관(31)은 다른 끝이 제1 오일회수관(31a)과 제2 오일회수관(31b)으로 분기된다. 제1 오일회수관(31a)에는, 전자(電磁)밸브(SV0)가 배설되며, 액체주입관(27)을 개재하고 인버터 압축기(2A)의 흡입관(6a)에 접속된다. 또한, 제2 오일회수관(31b)은 전자밸브(SV4)가 배설되며, 제2 비인버터 압축기(2C) 흡입관(6c)에 접속된다.
상기 인버터 압축기(2A)의 돔(오일저류부)과 제1 비인버터 압축기(2B)의 흡입관(6b) 사이에는, 제1 균유관(32)이 접속된다. 상기 제1 비인버터 압축기(2B)의 돔과 제2 비인버터 압축기(2C)의 흡입관(6c) 사이에는, 제2 균유관(33)이 접속된다. 상기 제2 비인버터 압축기(2C)의 돔과 인버터 압축기(2A)의 흡입관(6a) 사이에는, 제3 균유관(34)이 접속된다. 제1 균유관(32), 제2 균유관(33) 및 제3 균유관(34)에는, 각각 개폐기구로서의 전자밸브(SV1, SV2, SV3)가 배설된다. 또한, 제2 균유관(33)은 제1 비인버터 압축기(2B)의 돔과 전자밸브(SV2) 사이에서 제4 균유관(35)으로 분기된다. 제4 균유관(35)은 전자밸브(SV5)가 배설되며, 인버터 압축기(2A)의 흡입관(6a)에 합류된다.
<실내유닛>
상기 실내유닛(1B)은 이용측 열교환기인 실내 열교환기(공조 열교환기)(41)와 팽창기구인 실내 팽창밸브(42)를 구비한다. 상기 실내 열교환기(41)의 가스측은 연락가스관(17)이 접속된다. 한편, 상기 실내 열교환기(41)의 액측은 실내 팽창밸브(42)를 개재하고 연락액관(11)의 제2 분기관(11b)이 접속된다. 여기서 상기 실내 열교환기(41)는 예를 들어 크로스 핀 식의 핀-튜브형 열교환기이며, 이용측 팬인 실내 팬(fan)(43)이 근접 배치된다. 또한, 실내 팽창밸브(42)는 전동팽창밸브로 구성된다.
<냉장유닛>
상기 냉장유닛(1C)은 냉각 열교환기(증발기)인 냉장 열교환기(45)와 팽창기 구인 냉장 팽창밸브(46)를 구비한다. 상기 냉장 열교환기(45)의 액측은 전자밸브(7a) 및 냉장 팽창밸브(46)를 개재하고 연락액관(11)의 제1 분기관(11a)이 접속된다. 즉 냉장 열교환기(45)의 상류 쪽에는, 냉장 팽창밸브(46)와 함께 개폐밸브로서의 전자밸브(7a)가 배설된다. 이 전자밸브(7a)는 공조일시정지운전 시에 냉매의 흐름을 막기 위해 이용되는 것이다. 한편, 상기 냉장 열교환기(45)의 가스측에는, 저압가스관(15)이 접속된다.
상기 냉장 열교환기(45)는 제1 계통 압축기구(2D)의 흡입측으로 연통되는 한편, 상기 실내 열교환기(41)는 냉방운전 시에 제2 비인버터 압축기(2C)의 흡입측으로 연통된다. 상기 냉장 열교환기(45)의 냉매압력(증발압력)은 실내 열교환기(41)의 냉매압력(증발압력)보다 낮아진다. 그 결과 상기 냉장 열교환기(45)의 냉매 증발온도는 예를 들어 -10℃이며, 실내 열교환기(41)의 냉매 증발온도는 예를 들어 +5℃로, 냉매회로(1E)가 상이 온도증발 회로를 구성한다.
여기서 상기 냉장 팽창밸브(46)는 감온식 팽창밸브이며, 감온통이 냉장 열교환기(45)의 가스측에 설치된다. 따라서 냉장 팽창밸브(46)는 냉장 열교환기(45)의 출구 쪽 냉매온도에 기초하여 개구도가 조정된다. 상기 냉장 열교환기(45)는 예를 들어 크로스 핀 식의 핀-튜브형 열교환기이며, 냉각 팬인 냉장 팬(47)이 근접 배치된다.
<냉동유닛>
상기 냉동유닛(1D)은 냉각 열교환기인 냉동 열교환기(51)와, 팽창기구인 냉동 팽창밸브(52)와 냉동압축기인 부스터 압축기(53)를 구비한다. 상기 냉동 열교 환기(51)의 액측에는, 연락액관(11)의 제1 분기관(11a)에서 분기된 분기액관(13)이 전자밸브(7b) 및 냉동팽창밸브(52)를 개재하고 접속된다.
상기 냉동 열교환기(51)의 가스측과 부스터 압축기(53)의 흡입측은 접속가스관(54)에 의해 접속된다. 이 부스터 압축기(53)의 토출측에는, 저압가스관(15)으로부터 분기된 분기가스관(16)이 접속된다. 이 분기가스관(16)에는, 역지밸브(7)와 오일분리기(55)가 배설된다. 이 오일분리기(55)와 접속가스관(54) 사이에는, 모세관(capillary tube)(56)을 갖는 오일회수관(57)이 접속된다.
상기 부스터 압축기(53)는 냉동 열교환기(51)의 냉매증발온도가 냉장 열교환기(45)의 냉매증발온도보다 낮아지도록 제1 계통의 압축기구(2D)와의 사이에서 냉매를 2단 압축시킨다. 상기 냉동 열교환기(51)의 냉매증발온도는 예를 들어 -35℃로 설정된다.
여기서 상기 냉동 팽창밸브(52)는 감온식 팽창밸브이며, 감온통이 냉동 열교환기(51)의 가스측에 설치된다. 상기 냉동 열교환기(51)는 예를 들어 크로스핀 식의 핀-튜브형 열교환기이며, 냉각 팬인 냉동 팬(58)이 근접 배치된다.
또한, 상기 부스터 압축기(53)의 흡입측인 접속가스관(54)과 부스터 압축기(53)의 토출측인 분기가스관(16)의 역지밸브(7) 하류쪽 사이에는, 역지밸브(7)를 갖는 바이패스관(59)이 접속된다. 이 바이패스관(59)은 부스터 압축기(53)가 고장 등으로 정지했을 때, 냉매가 이 부스터 압축기(53)를 우회하여 흐르도록 구성된다.
<제어계통>
상기 냉매회로(1E)에는, 각종 센서 및 각종 스위치가 배설된다. 상기 실외유닛(1A)의 고압가스관(8)에는, 고압냉매압력을 검출하는 압력검출수단인 고압압력센서(61)와, 고압냉매온도를 검출하는 온도검출수단인 토출온도센서(62)가 배설된다. 상기 제2 비인버터 압축기(2C)의 토출관(5c)에는, 고압냉매온도를 검출하는 온도검출수단인 토출온도센서(63)가 배설된다. 또한, 상기 인버터 압축기(2A), 제1 비인버터 압축기(2B) 및 제2 비인버터 압축기(2C)의 각 토출관(5a, 5b, 5c)에는, 각각, 고압냉매압력이 소정 값으로 되면 동작하는 압력스위치(64)가 배설된다.
상기 인버터 압축기(2A) 및 제2 비인버터 압축기(2C)의 각 흡입관(6a, 6c)에는, 저압냉매압력을 검출하는 압력검출수단인 저압압력센서(65, 66)와, 저압냉매온도를 검출하는 온도검출수단인 흡입온도센서(67, 68)가 배설된다.
상기 실외 열교환기(4)에는, 실외 열교환기(4)의 냉매온도인 증발온도 또는 응축온도를 검출하는 온도검출수단인 실외 열교환센서(69)가 배설된다. 또한, 상기 실외유닛(1A)에는, 실외공기온도를 검출하는 온도검출수단인 외기 온도센서(70)가 배설된다.
상기 실내 열교환기(41)에는, 실내 열교환기(41)의 냉매온도인 응축온도 또는 증발온도를 검출하는 온도검출수단인 실내 열교환센서(71)가 배설됨과 동시에, 가스측에 가스냉매온도를 검출하는 온도검출수단인 가스 온도센서(72)가 배설된다. 또한, 상기 실내유닛(1B)에는, 실내공기온도를 검출하는 온도검출수단인 실온센서(73)가 배설된다.
상기 냉장유닛(1C)에는, 냉장용 진열장 내의 저장고 내 온도를 검출하는 온 도검출수단인 냉장 온도센서(74)가 배설된다. 상기 냉동유닛(1D)에는, 냉동용 진열장 내의 저장고 내 온도를 검출하는 온도검출수단인 냉동 온도센서(75)가 배설된다. 또한, 부스터 압축기(53)의 토출측에는, 토출 냉매압력이 소정 값으로 되면 동작하는 압력스위치(64)가 배설된다.
상기 각종 센서 및 각종 스위치의 출력신호는 제어기(80)로 입력된다. 이 제어기(80)는 냉매회로(1E)의 운전을 제어하며, 후술하는 8 종류의 운전모드를 절환시켜 제어하도록 구성된다. 그리고 이 제어기(80)는 운전 시에, 인버터 압축기(2A)의 기동, 정지 및 용량제어나, 제1 비인버터 압축기(2B) 및 제2 비인버터 압축기(2C)의 기동 및 정지, 그리고 실외팽창밸브(26) 및 실내팽창밸브(42)의 개구도조절 등에 관해 제어를 실행함과 함께, 각 십자절환밸브(3A, 3B, 3C)의 절환이나, 오일회수관(31a, 31b) 및 균유관(32, 33, 34, 35)의 전자밸브(SV0, SV1, SV2, SV3, SV4, SV5)에 대한 개폐조작이나 액체주입관(27)의 전자팽창밸브(29)의 개구도 제어 등도 실행한다.
-연락배관-
연락액관(11)은 실외유닛(1A)으로부터 나왔을 때는 1개이며, 냉장 냉동용의 제1 계통측 회로와 공조용 제2 계통측 회로의 2개의 액라인이, 이 1개의 연락액관(11)에 의해 하나로 종합된다. 이 연락액관(11)은 이용측의 각 유닛(1B, 1C, 1D) 근방에서 각 계통의 분기관(11a, 11b)으로 분기된다.
상기 연락액관(11)은 냉장 냉동용의 제1 계통측 회로의 흡입가스라인인 저압가스관(15)과 접촉상태로 병설된다. 그리고 연락액관(11)과 저압가스관(15) 주위 에는, 전열재로서의 알루미늄 테이프재(12)가 감기며, 이들 2개의 연락배관(11, 15)이 전열재(12)로 포위된다. 이로써 양 연락배관(11, 15)의 접촉된 부분이, 액냉매와 저압가스냉매가 열교환을 이루는 열교환기를 구성한다.
이 냉동장치(1)는 실외유닛(1A), 실내유닛(1B), 냉장유닛(1C), 및 냉동유닛(1D)을 각각 설치한 후, 각 유닛(1A, 1B, 1C, 1D)을 3개의 연락배관(11, 15, 17)으로 접속하고또한, 폐쇄밸브(20)를 개방함으로써, 냉매회로(1E)에서 냉매가 순환 가능한 상태가 된다. 이 냉동장치(1)에서는 냉매회로(1E)가 냉장냉동의 제1 계통과 공조의 제2 계통을 갖지만, 연락액관(11)은 1개로 공통화되며, 각 계통의 연락액관을 개별 배관으로 하는 것보다 배관 접속작업을 용이하게 실시할 수 있다.
-운전동작-
다음으로, 상기 냉동장치(1)가 실행하는 운전동작에 대해 각 운전 별로 설명한다. 본 실시형태에서는 예를 들어 8 종류의 운전모드를 설정할 수 있도록 구성된다. 구체적으로는 ①실내유닛(1B)의 냉방만을 실행하는 냉방운전, ②냉장유닛(1C)과 냉동유닛(1D)의 냉각만을 실행하는 냉동운전, ③실내유닛(1B)의 냉방과 냉장유닛(1C) 및 냉동유닛(1D)의 냉각을 동시에 실행하는 제1 냉방냉동운전, ④제1 냉방냉동운전 시, 실내유닛(1B)의 냉방능력이 부족할 경우의 운전인 제2 냉방냉동운전, ⑤실내유닛(1B)의 난방만을 실행하는 난방운전, ⑥실내유닛(1B)의 난방과 냉장유닛(1C) 및 냉동유닛(1D)의 냉각을 실외열교환기(4)를 이용하지 않고 열 회수운전으로 실행하는 제1 난방냉동운전, ⑦제1 난방냉동운전 시에 실내유닛(1B)의 난방능력이 과한 난방의 능력과잉운전인 제2 난방냉동운전, 그리고 ⑧제1 난방냉동운전 시에 실내유닛(1B)의 난방능력이 부족한 난방의 능력부족운전인 제3 난방냉동운전이 가능하게 구성된다.
이하, 개개의 운전 동작에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
<냉방운전>
이 냉방운전은 실내유닛(1B)의 냉방만을 행하는 운전이다. 이 냉방운전 시는 도 2에 나타내는 바와 같이 인버터 압축기(2A)가 제1 계통의 압축기구(2D)를 구성하고, 제1 비인버터 압축기(2B)와 제2 비인버터 압축기(2C)가 제2 계통의 압축기구(2E)를 구성한다. 그리고 상기 제2 계통의 압축기구(2E)인 제1 비인버터 압축기(2B) 및 제2 비인버터 압축기(2C)만을 구동시킨다.
또한, 도 2의 실선으로 나타내는 바와 같이, 제1 십자절환밸브(3A) 및 제2 십자절환밸브(3B)는 각각 제1 상태로 절환되며, 제3 십자절환밸브(3C)는 제2 상태로 절환된다. 또한, 실외팽창밸브(26), 액체주입관(27)의 전자팽창밸브(29), 냉장유닛(1C)의 전자밸브(7a) 및 냉동유닛(1D)의 전자밸브(7b)는 폐쇄된다.
이 상태에서, 제1 비인버터 압축기(2B)와 제2 비인버터 압축기(2C)로부터 토출된 냉매는 제1 십자절환밸브(3A)로부터 실외가스관(9)을 거쳐 실외 열교환기(4)로 흘러 응축된다. 응축된 액냉매는 액관(10)을 지나, 수액기(14)를 거쳐 연락액관(11)을 흐르고또한, 제2 분기관(11b)을 지나 실내팽창밸브(42)로부터 실내 열교환기(41)로 흘러가 증발한다. 증발된 가스냉매는 연락가스관(17)으로부터 제1 십자절환밸브(3A) 및 제2 십자절환밸브(3B)를 거쳐 제2 비인버터 압축기(2C)의 흡입 관(6c)을 흐른다. 이 저압 가스냉매의 일부는 제2 비인버터 압축기(2C)로 돌아오고, 나머지 가스냉매는 제2 비인버터 압축기(2C)의 흡입관(6c)으로부터 분기관(6e)으로 분리되어 흘러, 제3 십자절환밸브(3C)를 통해 제1 비인버터 압축기(2B)로 돌아온다. 냉매가 이상의 순환을 반복함으로써, 매장 내 냉방이 실행된다.
그리고 이 운전상태에서는 실내의 냉방부하에 따라 제1 비인버터 압축기(2B) 및 제2 비인버터 압축기(2C)의 기동과 정지, 그리고 실내팽창밸브(42)의 개구도 등이 제어된다. 압축기(2B, 2C)는 1대만을 운전시킬 수도 있다.
<냉동운전>
냉동운전은 냉장유닛(1C)과 냉동유닛(1D)의 냉각만을 행하는 운전이다. 이 냉동운전 시는 도 3에 나타낸 바와 같이 인버터 압축기(2A)와 제1 비인버터 압축기(2B)가 제1 계통의 압축기구(2D)를 구성하고, 제2 비인버터 압축기(2C)가 제2 계통의 압축기구(2E)를 구성한다. 그리고 상기 제1 계통의 압축기구(2D)인 인버터 압축기(2A) 및 제1 비인버터 압축기(2B)를 구동시킴과 동시에 부스터 압축기(53)도 구동시키는 한편, 제2 비인버터 압축기(2C)는 정지시킨다.
또한, 도 3의 실선으로 나타낸 바와 같이, 제1 십자절환밸브(3A) 및 제2 십자절환밸브(3B)는 제1 상태로 절환되며, 제3 십자절환밸브(3C)도 제1 상태로 절환된다. 그리고 냉장유닛(1C)의 전자밸브(7a) 및 냉동유닛(1D)의 전자밸브(7b)가 개구되는 한편, 실외팽창밸브(26) 및 실내팽창밸브(42)는 폐쇄된다. 또한, 액체주입관(27)의 전자팽창밸브(29)는 소정 유량의 액냉매를 흘려보내도록 소정 개구도로 설정된다.
이 상태에서, 인버터 압축기(2A) 및 제1 비인버터 압축기(2B)로부터 토출된 냉매는 제1 십자절환밸브(3A)로부터 실외가스관(9)을 거쳐 실외 열교환기(4)로 흘러 응축된다. 응축된 액냉매는 액관(10)을 흘러 수액기(14)를 거쳐 연락액관(11)으로부터 제1 분기관(11a)을 흐르고, 일부가 냉장팽창밸브(46)를 거쳐 냉장 열교환기(45)로 흘러가 증발한다.
한편, 연락액관(11)을 흐르는 다른 액냉매는 분기액관(13)을 흘러, 냉동팽창밸브(52)를 거쳐 냉동 열교환기(51)로 흘러가 증발한다. 이 냉동 열교환기(51)에서 증발된 가스냉매는 부스터 압축기(53)로 흡인되어 압축되고 분기가스관(16)으로 토출된다.
상기 냉장 열교환기(45)에서 증발된 가스냉매와 부스터 압축기(53)로부터 토출된 가스냉매는 저압가스관(15)에서 합류하여, 인버터 압축기(2A) 및 제1 비인버터 압축기(2B)로 돌아온다. 냉매가 이상의 순환을 되풀이함으로써 냉장용 진열장과 냉동용 진열장의 저장고 내가 냉각된다.
상기 냉동 열교환기(51)에서의 냉매압력은 부스터 압축기(53)에서 흡인되므로, 냉장 열교환기(45)의 냉매압력보다 저압이다. 그 결과 예를 들어 상기 냉동 열교환기(51)의 냉매온도(증발온도)가 -35℃이며, 상기 냉장 열교환기(45)의 냉매온도(증발온도)는 -10℃가 된다.
이 냉동운전 시에는, 예를 들어, 저압압력센서(65)가 검출하는 저압냉매압력(LP)에 기초하여, 제1 비인버터 압축기(2B)의 기동과 정지나 인버터 압축기(2A)의 기동, 정지 또는 용량제어를 실행하여, 냉동부하에 따른 운전을 실행 한다.
예를 들어 압축기구(2D)의 용량을 증대시키는 제어는 우선 제1 비인버터 압축기(2B)가 정지한 상태에서 인버터 압축기(2A)를 구동시킨다. 인버터 압축기(2A)가 최대용량으로 상승한 후에 더욱 부하가 증대하면, 제1 비인버터 압축기(2B)를 구동시킴과 동시에 인버터 압축기(2A)를 최저용량으로 감소시킨다. 그 후 더더욱 부하가 증가하면 제1 비인버터 압축기(2B)를 기동시킨 채로 인버터 압축기(2A)의 용량을 상승시킨다. 압축기용량의 감소제어에서는 이 증대제어와 역의 동작이 실행된다.
또한, 상기 냉장팽창밸브(46) 및 냉동팽창밸브(52)의 개구도는 감온통에 의한 과열도 제어가 실행된다. 이 점은 이하 각 운전에서도 마찬가지이다.
그리고 이 운전 중에 냉매가 냉매회로(1E)를 순환할 때, 연락액관(11)을 흐르는 액냉매는 저압가스관(15)을 흐르는 저압가스냉매와 열교환하여, 과냉각된다. 이로써 과냉각을 하지 않는 경우보다, 냉장열교환기(45) 및 냉동열교환기(51)에서 냉매의 엔탈피 차가 커져, 높은 냉동능력이 발휘된다.
한편, 흡입측의 가스냉매는 액냉매와의 열교환으로 과열도가 커지지만, 이 가스냉매에는, 액체주입관(27)으로부터 액냉매가 혼합되므로, 압축기구(2D)에서 과열도가 지나치게 커지는 것을 방지할 수 있다.
<제1 냉방냉동운전>
이 제1 냉방냉동운전은 실내유닛(1B)의 냉방과 냉장유닛(1C) 및 냉동유닛(1D)의 냉각을 동시에 행하는 운전이다. 이 제1 냉방냉동운전 시는 도 4 에 나타낸 바와 같이 인버터 압축기(2A)와 제1 비인버터 압축기(2B)가 제1 계통의 압축기구(2D)를 구성하고, 제2 비인버터 압축기(2C)가 제2 계통의 압축기구(2E)를 구성한다. 그리고 상기 인버터 압축기(2A)와 제1 비인버터 압축기(2B) 및 제2 비인버터 압축기(2C)를 구동시킴과 동시에 부스터 압축기(53)도 구동시킨다.
또한, 제1 십자절환밸브(3A)와 제2 십자절환밸브(3B) 및 제3 십자절환밸브(3C)는 도 4에 실선으로 나타낸 바와 같이 각각 제1 상태로 절환된다. 그리고 냉장유닛(1C)의 전자밸브(7a) 및 냉동유닛(1D)의 전자밸브(7b)는 개구되는 한편, 실외팽창밸브(26)는 폐쇄된다. 또한, 액체주입관(27)의 전자팽창밸브(29)는 압축기구(2D)의 흡입측으로 소정 유량의 액냉매를 공급하도록 개구도가 제어된다.
이 상태에서, 인버터 압축기(2A)와 제1 비인버터 압축기(2B) 및 제2 비인버터 압축기(2C)로부터 토출된 냉매는 고압가스관(8)에서 합류하여, 제1 십자절환밸브(3A)로부터 실외가스관(9)을 거쳐 실외 열교환기(4)로 흘러가 응축된다. 응축된 액냉매는 액관(10)을 흐르고 수액기(14)를 거쳐 연락액관(11)으로 흐른다.
상기 연락액관(11)을 흐르는 액냉매는 일부가 제2 분기관(11b)으로 분기되어 실내팽창밸브(42)를 거쳐 실내 열교환기(41)로 흘러가 증발한다. 증발된 가스냉매는 연락가스관(17)으로부터 제1 십자절환밸브(3A) 및 제2 십자절환밸브(3B)를 거치고 흡입관(6c)을 흘러 제2 비인버터 압축기(2C)로 돌아온다.
한편, 상기 연락액관(11)을 흐르는 액냉매는 일부가 제1 분기관(11a)으로 분기된다. 이 냉매는 일부가 냉장팽창밸브(46)를 거쳐 냉장 열교환기(45)로 흘러가 증발한다. 또한, 상기 제1 분기관(11a)을 흐르는 다른 액냉매는 다시 분기액관(13)으로 분기되어, 냉동팽창밸브(52)를 거쳐 냉동 열교환기(51)로 흘러가 증발한다. 이 냉동 열교환기(51)에서 증발된 가스냉매는 부스터 압축기(53)로 흡인되고 압축되어 분기가스관(16)으로 토출된다.
상기 냉장 열교환기(45)에서 증발된 가스냉매와 부스터 압축기(53)에서 토출된 가스냉매는 저압가스관(15)에서 합류하여, 인버터 압축기(2A) 및 제1 비인버터 압축기(2B)로 돌아온다.
냉매가 이상과 같이 순환을 반복함으로써, 매장 내가 냉방됨과 동시에 냉장용 진열장 및 냉동용 진열장의 저장고 내가 냉각된다.
이 제1 냉방냉동운전 시의 냉매동작을 도 5의 몰리에르 선도에 기초하여 설명한다.
우선, 상기 제2 비인버터 압축기(2C)에 의해 냉매가 A점까지 압축된다. 또한, 상기 인버터 압축기(2A) 및 제1 비인버터 압축기(2B)에 의해 냉매가 B점까지 압축된다. A점의 냉매와 B점의 냉매는 합류하고, 응축되어 C1점의 냉매가 된다. C1점의 냉매는 인버터 압축기(2A) 및 제1 비인버터 압축기(2B)로의 흡입가스냉매와 열교환함으로써, 과냉각 상태(C2점)가 된다.
C2점 냉매의 일부는 실내팽창밸브(42)로 D점까지 감압되고, 예를 들어 +5℃에서 증발하여, E점에서 제2 비인버터 압축기(2C)로 흡인된다.
또한, 상기 C2점 냉매의 일부는 냉장팽창밸브(46)로 F점까지 감압되며, 예를 들어 -10℃에서 증발하여, G점으로 상태변화 한다.
상기 C2점 냉매의 일부는 부스터 압축기(53)에서 흡인되므로, 냉동팽창밸브(52)로 H점까지 감압되고, 예를 들어 -35℃에서 증발하여, I점에서 부스터 압축기(53)로 흡인된다. 부스터 압축기(53)에서 J점까지 압축된 냉매는 냉장열교환기(45)로부터의 냉매와 합류하여 G점으로 상태변화 한다.
G점의 가스냉매는 C1점의 액냉매와 열교환하여 K점까지 과열되고, 액냉매는 C2점까지 과냉각된다. 이 가스냉매는 C1점 액냉매의 일부를 전자팽창밸브(29)로 L점까지 감압시킨 냉매와 혼합함(liquid injection)으로써 M점으로 상태변화 한 후, 인버터 압축기(2A) 및 제1 비인버터 압축기(2B)로 흡인된다.
이와 같이, 냉매회로(1E)의 냉매는 제1 계통의 압축기구(2D)와 제2 계통의 압축기구(2E)에 의해 상이 온도 증발하며또한, 부스터 압축기(53)에 의한 2단 압축에 의해 3종류의 증발온도가 된다.
또한, 이 운전 중에 냉매가 순환할 때, 연락액관(11)을 흐르는 액냉매는 저압가스관(15)을 흐르는 저압가스냉매와 열교환하여 과냉각된다. 이로써 과냉각을 하지 않는 경우보다, 공조열교환기(41), 냉장열교환기(45) 및 냉동열교환기(51)의 냉매 엔탈피 차가 커져, 높은 냉동능력이 발휘된다.
또한, 액체주입을 함으로써 흡입측 가스냉매에 액냉매가 혼합되므로, 압축행정에서 냉매의 과열도가 지나치게 커지는 일은 없다.
<제2 냉방냉동운전>
제2 냉방냉동운전은 상기 제1 냉방냉동운전 시 실내유닛(1B)의 냉방능력이 부족한 경우의 운전이며, 제1 비인버터 압축기(2B)를 공조측으로 절환시킨 운전이다. 이 제2 냉방냉동운전 시의 설정은 도 6에 나타내는 바와 같이, 기본적으로 제1 냉방냉동운전과 마찬가지이지만, 제3 십자절환밸브(3C)가 제2 상태로 절환되는 점이 제1 냉방냉동운전과 다르다.
따라서 이 제2 냉방냉동운전 시에는, 제1 냉방냉동운전과 마찬가지로, 인버터 압축기(2A)와 제1 비인버터 압축기(2B) 및 제2 비인버터 압축기(2C)로부터 토출된 냉매는 실외 열교환기(4)에서 응축되고, 실내 열교환기(41)와 냉장 열교환기(45)와 냉동 열교환기(51)에서 증발한다.
그리고 상기 실내 열교환기(41)에서 증발한 냉매는 제1 비인버터 압축기(2B) 및 제2 비인버터 압축기(2C)로 돌아오며, 냉장 열교환기(45) 및 냉동 열교환기(51)에서 증발한 냉매는 인버터 압축기(2A)로 돌아오게 된다. 공조측에 2대의 압축기(2B, 2C)를 사용함으로써 냉방능력의 부족이 보충된다.
여기서, 제1 냉방냉동운전과 제2 냉방냉동운전의 구체적인 절환제어에 대해서는 생략한다.
이 제2 냉방냉동운전에 있어서도, 액냉매의 과냉각에 의한 능력향상을 도모할 수 있다.
<난방운전>
이 난방운전은 실내유닛(1B)의 난방만을 행하는 운전이다. 이 난방운전 시는 도 7에 나타내는 바와 같이, 인버터 압축기(2A)가 제1 계통의 압축기구(2D)를 구성하고, 제1 비인버터 압축기(2B)와 제2 비인버터 압축기(2C)가 제2 계통의 압축기구(2E)를 구성한다. 그리고 상기 제2 계통의 압축기구(2E)인 제1 비인버터 압축기(2B) 및 제2 비인버터 압축기(2C)만을 구동시킨다.
또한, 도 7의 실선으로 나타낸 바와 같이, 제1 십자절환밸브(3A)는 제2 상태로 절환되며, 제2 십자절환밸브(3B)는 제1 상태로 절환되고, 제3 십자절환밸브(3C)는 제2 상태로 절환된다. 한편, 액체주입관(27)의 전자팽창밸브(29), 냉장유닛(1C)의 전자밸브(7a) 및 냉동유닛(1D)의 전자밸브(7b)는 폐쇄된다. 그리고 상기 실외팽창밸브(26) 및 실내팽창밸브(42)는 소정 개구도로 제어된다.
이 상태에서 제1 비인버터 압축기(2B) 및 제2 비인버터 압축기(2C)로부터 토출된 냉매는 제1 십자절환밸브(3A)로부터 연락가스관(17)을 거쳐 실내 열교환기(41)로 흘러가 응축된다. 응축된 액냉매는 연락액관(11)을 흘러, 분기액관(36)으로부터 수액기(14)로 유입된다. 그 후 상기 액냉매는 보조액관(25)의 실외팽창밸브(26)를 거쳐 실외 열교환기(4)로 흘러 증발한다. 증발된 가스냉매는 실외가스관(9)으로부터 제1 십자절환밸브(3A) 및 제2 십자절환밸브(3B)를 거쳐 제2 비인버터 압축기(2C)의 흡입관(6c)을 흘러, 제1 비인버터 압축기(2B) 및 제2 비인버터 압축기(2C)로 돌아온다. 이 순환을 반복하여 실내가 난방된다.
또한, 냉방운전과 마찬가지로, 압축기(2B, 2C)는 1대로 운전할 수도 있다.
<제1 난방냉동운전>
이 제1 난방냉동운전은 실외 열교환기(4)를 이용하지 않고, 실내유닛(1B)의 난방과 냉장유닛(1C) 및 냉동유닛(1D)의 냉각을 실행하는 열 회수운전이다. 이 제1 난방냉동운전은 도 8에 나타낸 바와 같이, 인버터 압축기(2A)와 제1 비인버터 압축기(2B)가 제1 계통의 압축기구(2D)를 구성하고, 제2 비인버터 압축기(2C)가 제2 계통의 압축기구(2E)를 구성한다. 그리고 상기 인버터 압축기(2A) 및 제1 비 인버터 압축기(2B)를 구동시킴과 동시에, 부스터 압축기(53)도 구동시킨다. 상기 제2 비인버터 압축기(2C)는 운전을 정지한다.
또한, 도 8의 실선으로 나타낸 바와 같이, 제1 십자절환밸브(3A)는 제2 상태로 절환되며, 제2 십자절환밸브(3B) 및 제3 십자절환밸브(3C)는 제1 상태로 절환된다. 그리고 냉장유닛(1C)의 전자밸브(7a) 및 냉동유닛(1D)의 전자밸브(7b)는 개구되는 한편, 실외팽창밸브(26)가 폐쇄된다. 액체주입관(27)의 전자팽창밸브(29)는 소정 개구도로 제어되어 냉매유량을 조정한다.
이 상태에서, 인버터 압축기(2A)와 제1 비인버터 압축기(2B)로부터 토출된 냉매는 제1 십자절환밸브(3A)로부터 연락가스관(17)을 거쳐 실내 열교환기(41)로 흘러 응축된다. 응축된 액냉매는 제2 분기관(11b)으로부터 연락액관(11) 앞에서 제1 분기관(11a)으로 흐른다.
이 제1 분기관(11a)을 흐르는 액냉매의 일부는 냉장팽창밸브(46)를 거쳐 냉장 열교환기(45)로 흘러 증발한다. 또한, 상기 제1 분기관(11a)을 흐르는 다른 액냉매는 분기액관(13)을 흘러, 냉동팽창밸브(52)를 거쳐 냉동 열교환기(51)로 흘러가 증발한다. 이 냉동 열교환기(51)에서 증발한 가스냉매는 부스터 압축기(53)로 흡인되어 압축되고, 분기가스관(16)으로 토출된다.
상기 냉장 열교환기(45)에서 증발한 가스냉매와, 부스터 압축기(53)로부터 토출된 가스냉매는 저압가스관(15)에서 합류하여, 인버터 압축기(2A) 및 제1 비인버터 압축기(2B)로 돌아온다. 이 순환을 반복하여 매장 내를 난방함과 동시에, 냉장용 진열장과 냉동용 진열장의 저장고 내를 냉각한다. 이 제1 난방냉동운전 중에 는, 냉장유닛(1C)과 냉동유닛(1D)의 냉각능력(증발열량)과, 실내유닛(1B)의 난방능력(응축열량)이 균형을 이루어, 100%의 열 회수가 이루어진다.
그리고 상기 제2 분기관(11b)에서 제1 분기관(11a)으로 흐르는 액냉매의 양이 부족하거나 할 경우, 수액기(14)로부터 연락액관(11)을 통해 제1 분기관(11a)으로 액냉매가 흡인된다. 이 액냉매는 연락액관(11)이 저압가스관(15)과 병설된 부분에서 저압가스냉매에 의해 과냉각되어 냉장열교환기(45) 및 냉동열교환기(51)로 흐른다. 따라서 제2 분기관(11b)에서 제1 분기관(11a)을 향하는 액냉매의 일부가 플래시되는 경우라도, 플래시 가스는 응축되어 액체로 된 후 각 열교환기(45, 51)로 공급된다.
<제2 난방냉동운전>
이 제2 난방냉동운전은 상기 제1 난방냉동운전 시에 실내유닛(1B)의 난방능력이 과한 난방의 능력과잉운전이다. 이 제2 난방냉동운전 시는 도 9에 나타낸 바와 같이, 인버터 압축기(2A)와 제1 비인버터 압축기(2B)가 제1 계통의 압축기구(2D)를 구성하고, 제2 비인버터 압축기(2C)가 제2 계통의 압축기구(2E)를 구성한다. 그리고 상기 인버터 압축기(2A) 및 제1 비인버터 압축기(2B)를 구동시킴과 동시에, 부스터 압축기(53)도 구동시킨다. 상기 제2 비인버터 압축기(2C)는 정지된다.
이 제2 난방냉동운전은 상기 제1 난방냉동운전 시에 있어서 난방능력이 과한 경우의 운전이며, 제2 십자절환밸브(3B)가 도 9의 실선으로 나타내는 바와 같이 제2 상태로 절환된 것 외에는, 상기 제1 난방냉동운전과 마찬가지이다.
따라서 인버터 압축기(2A)와 제1 비인버터 압축기(2B)로부터 토출된 냉매의 일부는 상기 제1 난방냉동운전과 마찬가지로 실내 열교환기(41)로 흘러가 응축된다. 응축된 액냉매는 제2 분기관(11b)으로부터 연락액관(11) 앞에서 제1 분기관(11a)으로 흘러간다.
한편 상기 인버터 압축기(2A)와 제1 비인버터 압축기(2B)로부터 토출된 다른 냉매는 보조가스관(19)으로부터 제2 십자절환밸브(3B) 및 제1 십자절환밸브(3A)를 거쳐 실외가스관(9)을 흘러, 실외 열교환기(4)에서 응축된다. 이 응축된 액냉매는 액관(10)을 흐를 때 수액기(14)를 지나며, 연락액관(11)을 거쳐 제1 분기관(11a)으로 흘러가 제2 분기관(11b)으로부터의 냉매와 합류한다.
그 후, 상기 제1 분기관(11a)을 흐르는 액냉매의 일부가 냉장 열교환기(45)로 흘러가 증발한다. 또한, 이 제1 분기관(11a)을 흐르는 다른 액냉매는 냉동 열교환기(51)로 흘러 증발하고, 부스터 압축기(53)로 흡입된다. 상기 냉장 열교환기(45)에서 증발된 가스냉매와 부스터 압축기(53)로부터 토출된 가스냉매는 저압가스관(15)에서 합류하여, 인버터 압축기(2A) 및 제1 비인버터 압축기(2B)로 돌아온다.
이 흡입측의 가스냉매가, 저압가스관(15)을 흐를 때 연락액관(11)을 흐르는 액냉매와 열교환하여, 연락액관(11)을 흐르는 액냉매가 과냉각된다. 이 액냉매는 제2 분기관(11b)으로부터의 액냉매와 합류하여, 냉장 열교환기(45) 및 냉동 열교환기(51)로 흘러간다. 따라서 냉매를 과냉각하지 않는 경우보다, 냉장 열교환기(45) 및 냉동 열교환기(51)의 냉매 엔탈피 차가 커져 높은 냉동능력이 발휘된다. 한편 가스냉매는 액냉매와의 열교환에 의해 과열되지만, 액체주입에 의해 액냉매와 혼합되므로, 압축행정에서 과열도가 지나치게 커지는 일은 방지할 수 있다.
이 제2 냉방냉동운전 시의 냉매동작을 도 10의 몰리에르 선도에 기초하여 설명한다.
상기 인버터 압축기(2A)와 제1 비인버터 압축기(2B)에 의해 냉매가 A점까지 압축된다. A점의 냉매는 일부가 실내열교환기(41)에서 응축되어 C1점의 냉매로 된다. 또한, A점의 냉매는 다른 일부가 실외열교환기(4)에서 응축되어 C1점의 냉매로 된 후, 연락액관(11)을 흐를 때 인버터 압축기(2A) 및 제1 비인버터 압축기(2B)로의 흡입가스냉매(G점의 냉매)와 열교환을 함으로써, C2점까지 과냉각된다.
C1점의 냉매와 C2점의 냉매는 합류되어 C3점으로 변화된다. C3점 냉매의 일부는 냉장팽창밸브(46)에서 F점까지 감압되며, 예를 들어 -10에서 증발하여 G점으로 상태 변화를 한다.
또한, 상기 C3점 냉매의 일부는 부스터 압축기(53)에서 흡인되므로, 냉동팽창밸브(52)로 H점까지 감압되고, 예를 들어 -35℃에서 증발하여 I점에서 부스터 압축기(53)로 흡인된다. 이 부스터 압축기(53)에서 J점까지 압축된 냉매는 냉장열교환기(45)로부터의 냉매와 합류하여 G점으로 상태 변화한다.
G점의 가스냉매는 C1점의 액냉매와 열교환하여 K점까지 과열되며, 액냉매는 C2점까지 과냉각된다. 이 가스냉매는 C1점의 액냉매 일부를 전자팽창밸브(29)로 L점까지 감압시킨 냉매와 혼합함(liquid injection)으로써 M점으로 상태 변화한 후, 인버터 압축기(2A)와 제1 비인버터 압축기(2B)로 흡인된다.
이 제2 난방냉동운전 시에는, 이상의 순환을 반복하여 매장 내를 난방함과 동시에, 냉장용 진열장과 냉동용 진열장의 저장고 내를 냉각시킨다. 이 때 냉장유닛(1C)과 냉동유닛(1D)의 냉각능력(증발열량)과, 실내유닛(1B)의 난방능력(응축열량)이 균형을 이루지 않고, 여분의 응축열을 실외열교환기(4)에서 실외로 방출한다.
<제3 난방냉동운전>
이 제3 난방냉동운전은 상기 제1 난방냉동운전 시에 실내유닛(1B)의 난방능력이 부족한 난방의 능력부족운전이다. 이 제3 난방냉동운전은 도 11에 나타낸 바와 같이, 인버터 압축기(2A)와 제1 비인버터 압축기(2B)가 제1 계통의 압축기구(2D)를 구성하고, 제2 비인버터 압축기(2C)가 제2 계통의 압축기구(2E)를 구성한다. 그리고 상기 인버터 압축기(2A), 제1 비인버터 압축기(2B)및 제2 비인버터 압축기(2C)를 구동시킴과 동시에, 부스터 압축기(53)도 구동시킨다.
이 제3 난방냉동운전은 상기 제1 난방냉동운전 시에 있어서 난방능력이 부족한 경우의 운전, 즉 증발열량이 부족한 경우이며, 실외팽창밸브(26)의 개구도가 제어되어, 제2 비인버터 압축기(2C)가 구동되는 점 외에는, 상기 제1 난방냉동운전과 마찬가지이다.
따라서 인버터 압축기(2A)와 제1 비인버터 압축기(2B)와 제2 비인버터 압축기(2C)로부터 토출된 냉매는 상기 제1 난방냉동운전과 마찬가지로 연락가스관(17)을 거쳐 실내 열교환기(41)로 흘러가 응축된다. 응축된 액냉매는 제2 분기관(11b)으로부터 제1 분기관(11a)과 연락액관(11)으로 분리되어 흐른다.
제1 분기관(11a)을 흐르는 액냉매는 일부가 냉장 열교환기(45)로 흘러 증발한다. 또한, 상기 제1 분기관(11a)을 흐르는 다른 액냉매는 냉동 열교환기(51)로 흘러 증발하여, 부스터 압축기(53)로 흡입된다. 상기 냉장 열교환기(45)에서 증발한 가스냉매와 부스터 압축기(53)로부터 토출된 가스냉매는 저압가스관(15)에서 합류하여, 인버터 압축기(2A) 및 제1 비인버터 압축기(2B)로 돌아온다.
한편, 실내열교환기(41)에서 응축된 후, 연락액관(11)을 흐르는 액냉매는 분기액관(36)으로부터 수액기(14)를 지나, 실외팽창밸브(26)를 거쳐 실외 열교환기(4)로 흘러 증발한다. 증발된 가스냉매는 실외가스관(9)을 흐르고, 제1 십자절환밸브(3A) 및 제2 십자절환밸브(3B)를 거쳐 제2 비인버터 압축기(2C)의 흡입관(6c)을 흘러 이 제2 비인버터 압축기(2C)로 돌아온다.
이 제3 냉방냉동운전 시의 냉매동작을 도 12의 몰리에르 선도에 기초하여 설명한다.
상기 제2 비인버터 압축기(2C)에 의해 냉매가 A점까지 압축된다. 또한, 상기 인버터 압축기(2A)와 제1 비인버터 압축기(2B)에 의해 냉매가 B점까지 압축된다. A점의 냉매와 B점의 냉매는 합류되며, 실내열교환기(41)에서 응축되어 C1점의 냉매로 된다.
C1점 냉매의 일부는 냉장팽창밸브(46)로 F점까지 감압되며, 예를 들어 -10℃에서 증발하여 G점으로 상태 변화한다. 또한, 상기 C1점 냉매의 일부는 부스터 압축기(53)에서 흡인되므로, 냉동팽창밸브(52)로 H점까지 감압되며, 예를 들어 -35℃에서 증발하여 I점에서 부스터 압축기(53)로 흡인된다. 이 부스터 압축기(53)에서 J점까지 압축된 냉매는 냉장열교환기(45)로부터의 냉매와 합류하여 G점으로 상태 변화한다.
이 G점의 가스냉매는 상기 실내열교환기(41)로부터 연락액관(11)을 흐르는 C1점의 액냉매와 열교환한다. 이로써 연락액관(11)을 흐르는 액냉매가 C2점까지 과냉각되어, 저압가스관(15)을 흐르는 가스냉매는 K점까지 과열된다.
C2점의 냉매는 실외팽창밸브(26)로 D점까지 감압되며, 예를 들어 -5℃에서 증발하여 E점에서 제2 비인버터 압축기(2C)로 흡인된다.
또한, K점의 가스냉매는 C2점의 액냉매를 전자팽창밸브(29)로 L점까지 감압시킨 후에 혼합됨으로써 M점으로 변화한다. 그리고 이 M점의 냉매가 인버터 압축기(2A) 및 제1 비인버터 압축기(2B)로 흡인된다.
이 순환을 반복하여 매장 내를 난방함과 동시에, 냉장용 진열장과 냉동용 진열장의 저장고 내를 냉각한다. 즉 냉장유닛(1C)과 냉동유닛(1D)의 냉각능력(증발열량)과, 실내유닛(1B)의 난방능력(응축열량)이 균형을 이루지 않고, 부족한 증발열을 실외열교환기(4)로부터 얻는다.
-실시형태의 효과-
본 실시형태에 의하면, 냉장 냉동계통과 공조계통의 액라인으로 1개의 연락액관(11)을 공용함과 동시에, 이 연락액관(11)을 냉장 냉동계통의 가스라인의 저압가스관(15)과 접촉상태로 병설함으로써, 액냉매를 저압가스냉매에 의해 과냉각시키도록 하므로, 보다 엔탈피가 낮은 냉매를 이용측 열교환기(41, 45, 51)로 공급할 수 있다. 이로써 이용측 열교환기(41, 45, 51)의 출입구에서의 냉매 엔탈피 차가 커져, 배관 길이가 길 경우 등에도 냉동능력의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 복수계통의 액라인을 1개의 연락액관(11)으로 종합함으로써, 연락배관의 합계 수가 적어지므로, 배관의 접속작업이 용이해짐과 동시에 접속오류의 우려도 적어진다.
또한, 냉매회로(1E)를 순환하는 액냉매의 일부를 압축기구(2D, 2E)의 흡입측에 공급하는 액체주입관(27)을 구성시키므로, 액냉매가 흡입측 가스냉매로 과냉각될 때 가스냉매의 과열도가 커졌을 경우에도, 액체주입을 함으로써, 압축행정에서의 냉매 과열도가 과대해지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 연락액관(11)과 저압가스관(15) 주위에 전열재로서 알루미늄 테이프재(12)를 감아, 양 배관(11, 15) 주위를 전열재(12)로 포위하므로, 이 전열재(12)를 통해 액냉매를 가스냉매로 확실하게 과냉각시킬 수 있다. 이 구성에 의하면, 액냉매의 과냉각 전용 열교환기 등이 필요 없어 구성이 복잡해지는 일도 없다.
-그 밖의 실시형태-
본 발명은 상기 실시형태에 대해 이하와 같은 구성으로 해도 된다.
예를 들어 상기 실시형태에서는 냉장 냉동계통과 함께 냉난방 가능한 공조계통을 갖는 냉동장치(1)에 대해 설명했지만, 본 발명은 냉장 냉동계통과 냉방 전용 공조계통을 갖는 장치나, 냉장 냉동을 복수계통 갖는 장치에 적용해도 된다. 이와 같은 경우 양 계통 모두 가스라인의 저압측과 고압측이 바뀌지 않으므로, 액라인과 함께 가스라인도 하나로 하기가 가능해진다.
또한, 그밖에, 이용측의 구체적인 구성이나, 열원측의 구체적 구성을 적절히 변경해도 되며, 요컨대 본 발명은 액측 연락배관의 액냉매를 저압가스측 연락배관의 저압가스냉매로 과냉각 가능한 구성이면 된다.
이상과 같이 본 발명은 냉동장치에 대해 유용하다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 압축기구(2D, 2E)와 열원측 열교환기(4)와 팽창기구(26, 42, 46, 52)와 이용측 열교환기(41, 45, 51)가 접속된 냉매회로(1E)를 구비하며, 압축기구(2D, 2E) 및 열원측 열교환기(4)에 냉장 냉동계통의 이용측 열교환기(45, 51)와 공조계통의 이용측 열교환기(41)가 병렬로 접속됨과 동시에, 복수 대의 압축기(2A, 2B, 2C)를 냉장 냉동계통 및 공조계통으로 절환 가능하도록, 압축기구(2D, 2E)가 구성된 냉동장치에 있어서,
    양 계통의 액라인이 1개의 액측 연락배관(11)을 공용하고, 양 계통의 가스라인 연락배관(15, 17)은 별도로 설치되어 있으며, 상기 액측 연락배관(11)이 냉장 냉동계통에서 가스라인의 저압가스측 연락배관(15)과 접촉상태로 병설되어 있고, 공조계통의 가스라인 연락배관(17)과는 비접촉상태로 병설되어 있는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  3. 제2항에 있어서,
    냉매회로(1E)를 순환하는 액냉매의 일부를 압축기구(2D, 2E)의 흡입측에 공급하는 액체주입(liquid injection)관(27)을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  4. 제2항에 있어서,
    병설된 액측 연락배관(11)과 저압가스측 연락배관(15) 주위가 전열재(12)로 포위되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  5. 제4항에 있어서,
    액측 연락배관(11)과 저압가스측 연락배관(15) 주위에는, 전열재로서 알루미늄 테이프재(12)가 감기는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
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