KR100569547B1 - 냉동 장치 - Google Patents

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다이킨 고교 가부시키가이샤
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Abstract

　본 발명은, 증기 압축식의 냉매 회로를 포함하는 냉동 장치에 있어서, 열원측 열 교환기에서 응축된 냉매를 감압하여 이용측 열 교환기로 보낼 때에, 이용측 열 교환기에서의 냉동 능력의 저하를 막는다. 공기 조화 장치(1)는, 기설(旣設) 장치의 냉매액 연락 배관(6) 및 냉매 가스 배관(7)과, 주 냉매 회로(10)와, 열원측 팽창 밸브(27)와, 냉각기(28)와, 제1 압력 검출 기구(31)를 구비하고 있다. 주 냉매 회로(10)는, 압축기(21)와 열원측 열 교환기(24)와 이용측 열 교환기(52)를 포함하고 있다. 열원측 팽창 밸브(27)는, 열원측 열 교환기(24)에서 응축되어 이용측 열 교환기(52)로 보내지는 냉매를 감압하기 위한 것이다. 냉각기(28)는, 열원측 열 교환기(24)에서 응축되어 이용측 열 교환기(52)로 보내지는 냉매를 냉각하기 위한 것이다. 제1 압력 검출 기구(31)는, 열원측 팽창 밸브(27)에 의하여 감압된 후의 냉매 압력을 검출하기 위한 것이다.
공기 조화 장치, 냉매액 연락 배관, 냉매 회로, 팽창 밸브, 냉각기

Description

냉동 장치{REFRIGERATION EQUIPMENT}
본 발명은, 냉동 장치, 특히, 증기 압축식의 냉매 회로를 구비한 냉동 장치에 관한 것이다.
종래의 증기 압축식의 냉매 회로를 구비한 냉동 장치의 하나로서, 빌딩 등의 공기 조화에 이용되는 공기 조화 장치가 있다. 이러한 공기 조화 장치는, 주로, 열원 유닛과, 복수의 이용 유닛과, 이들 유닛 간을 접속하기 위한 냉매 가스 연락 배관 및 냉매액 연락 배관을 구비하고 있다. 이 공기 조화 장치의 냉매 가스 연락 배관 및 냉매액 연락 배관은, 열원 유닛과 복수의 이용 유닛을 접속하도록 설치되어 있기 때문에, 배관이 길고, 도중에 많은 굴곡이나 분기(分岐)가 존재한 복잡한 배관 형상을 가지고 있다. 이 때문에, 공기 조화 장치를 갱신할 때에는, 열원 유닛 및 이용 유닛만을 갱신하여, 기설 장치의 냉매 가스 연락 배관 및 냉매액 연락 배관을 그대로 유용하는 일이 많다.
또한, 종래의 공기 조화 장치는, R22와 같은 HCFC계의 냉매를 사용하고 있는 것이 많다. 이러한 공기 조화 장치의 냉매 회로를 구성하는 배관, 기기 등에는, 작동 냉매의 상온에서의 포화 압력에 따른 강도를 가지는 것이 사용되고 있다. 그러나, 근년의 환경 문제를 배려하여, HCFC계 냉매를 HFC계 냉매 또는 HC계 냉매로 전환하는 노력이 진행되고 있다. 이 때문에, 빌딩 등의 공기 조화에 이용되는 공기 조화 장치에서는, R22를 작동 냉매로서 사용한 기설 장치의 열원 유닛 및 이용 유닛을 R22와 포화 압력 특성이 근사하는 HFC계 냉매의 R407C를 작동 냉매로서 사용한 장치로 갱신하여, 기설 장치의 냉매 가스 연락 배관 및 냉매액 연락 배관을 유용하고 있다.
한편, 상기의 공기 조화 장치에 있어서, 냉동 효율을 향상시켜 소비 전력을 저감하는 것이 요구되고 있다. 이러한 요구에 대응하기 위해서, R22나 R407C보다도 고압의 포화 압력 특성을 가지는 HFC계 냉매의 R410A나 R32 등을 사용하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, R410A나 R32 등의 냉매를 작동 냉매로서 사용하려고 하면, 열원 유닛 및 이용 유닛뿐만 아니라, 냉매 가스 연락 배관이나 냉매액 연락 배관에 대해서도, 이들 포화 압력 특성에 대응한 강도를 가지는 배관으로 갱신해야 하기 때문에, 설치 공사 등의 수고가 종래보다도 증가한다고 하는 문제가 생긴다.
이러한 문제를 해결하는 것이 가능한 공기 조화 장치로서, 일본 특허공개공보 2002－106984호 공보에 기재된 공기 조화 장치가 개시되어 있다. 이 공기 조화 장치는, 압축기, 열원측 열 교환기 및 이용측 열 교환기를 포함하는 냉매 회로와, 열원측 열 교환기에 병렬로 접속된 열원측 보조 열 교환기를 구비하고 있다. 그리고, 이 공기 조화 장치는, 냉방 운전시에 있어서, 압축기의 토출측의 냉매 압력이 상승하면, 열원측 보조 열 교환기에 압축기의 토출측 냉매를 도입하여 응축시켜, 냉매액 연락 배관을 포함하는 압축기의 토출측으로부터 이용측 열 교환기까지 간의 냉매 회로의 냉매 압력을 저하시키는 것이 가능하다. 이것에 의하여, R410A를 작 동 냉매로서 사용한 열원 유닛 및 이용 유닛으로 갱신함과 함께, R22 등의 작동 냉매를 이용한 기설 장치의 냉매액 연락 배관을 유용하는 것이 가능하게 된다.
그러나, 상기의 공기 조화 장치에서는, 압력 상승시에, 열원측 보조 열 교환기를 작동시키는 것에 의하여, 냉매의 응축 능력을 일시적으로 증가시켜 압축기의 토출 압력의 상승을 억제하기 때문에, 열원측 열 교환기나 열원측 보조 열 교환기에서의 냉매의 응축 온도를 충분히 낮게 할 수 없는 경우에는, 냉매액 연락 배관을 포함하는 열원측 열 교환기로부터 이용측 열 교환기까지 간의 냉매 회로를 흐르는 냉매 압력은 냉매액 연락 배관의 운전 허용 압력 이하로 감압되는데, 포화 상태 또는 기액 이상(二相) 상태까지 밖에 응축되지 않는 경우가 있다. 이 때문에, 각 이용 유닛에서의 냉방 능력이 저하할 우려가 있다.
또한, 상기와 같이, R22나 R407C 등을 사용한 기설의 공기 조화 장치의 냉매 가스 연락 배관이나 냉매액 연락 배관을 유용하면서, R22나 R407C보다도 고압의 포화 압력 특성을 가지는 R410A나 R32 등의 냉매를 작동 냉매로서 사용하는 열원 유닛 및 이용 유닛으로 갱신하는 경우뿐만 아니라, 신규로 공기 조화 장치를 설치하는 경우에 있어서도, R410A나 R32 등의 고압의 포화 압력 특성을 가지는 냉매 가스 연락 배관이나 냉매액 연락 배관을 준비하는 것이 불가능한 경우도 있다. 이러한 경우에도, 열원측 열 교환기에서 응축된 냉매를 감압하여 이용측 열 교환기로 보낼 때에, 각 이용 유닛에서의 냉방 능력의 저하를 막을 필요가 있다.
이 발명의 목적은, 증기 압축식의 냉매 회로를 포함하는 냉동 장치에 있어 서, 열원측 열 교환기에서 응축된 냉매를 감압하여 이용측 열 교환기로 보낼 때에, 이용측 열 교환기에서의 냉동 능력의 저하를 막는데 있다.
청구항 1에 기재된 냉동 장치는, 압축기와 열원측 열 교환기를 가지는 열원 유닛과, 이용측 열 교환기를 가지는 이용 유닛이, 열원 유닛을 구성하는 부품보다도 운전 허용 압력이 낮은 냉매액 연락 배관을 통하여 접속되어, 증기 압축식의 주 냉매 회로를 구성하는 냉동 장치에 있어서, 제1 팽창 기구와, 냉각기를 구비하고 있다. 제1 팽창 기구는, 열원측 열 교환기에서 응축되어 이용측 열 교환기로 보내지는 냉매를 냉매액 연락 배관의 운전 허용 압력보다 낮은 압력까지 감압하기 위한 것이다. 냉각기는, 열원측 열 교환기에서 응축되어 이용측 열 교환기로 보내지는 냉매를 냉각하기 위한 것이다.
이 냉동 장치에서는, 열원측 열 교환기에서 응축된 냉매를 제1 팽창 기구에 의한 감압 조작 및 냉각기에 의한 냉각 조작 후에, 이용측 열 교환기로 보내는 것이 가능하도록 이루어져 있다. 이 때문에, 이용측 열 교환기로 보내지는 냉매를 냉매액 연락 배관의 운전 허용 압력보다 낮은 압력까지 감압함과 함께, 과냉각 상태를 유지할 수 있다. 이것에 의하여, 열원측 열 교환기에서 응축된 냉매를 감압하여 이용측 열 교환기로 보낼 때에, 이용측 열 교환기에서의 냉동 능력의 저하를 막을 수 있다.
청구항 2에 기재된 냉동 장치는, 청구항 1에 있어서, 제1 팽창 기구에 의하여 감압된 후의 냉매 압력을 검출하기 위한 압력 검출 기구를 더 구비하고 있다.
이 냉동 장치에서는, 압력 검출 기구에 의하여, 제1 팽창 기구에서 감압된 후의 냉매 압력을 검출할 수 있기 때문에, 제1 팽창 기구와 이용측 열 교환기 간의 냉매 압력을 소정의 압력치로 조절할 수 있다. 이것에 의하여, 열원측 열 교환기에서 응축된 냉매를 감압하여 이용측 열 교환기로 보낼 때에, 냉매 압력을 안정적으로 제어함과 함께, 이용측 열 교환기에서의 냉동 능력의 저하를 막을 수 있다.
청구항 3에 기재의 냉동 장치는, 청구항 2에 있어서, 압력 검출 기구는 압력 센서이다.
이 냉동 장치에서는, 압력 검출 기구가 압력 센서이기 때문에, 냉동 장치의 운전중에 있어서, 제1 팽창 기구와 이용측 열 교환기 간의 냉매 압력을 상시 감시할 수 있다.
청구항 4에 기재된 냉동 장치는, 청구항 2에 있어서, 냉각기는, 제1 팽창 기구와 이용측 열 교환기 간에 설치되어 있다. 그리고, 압력 검출 기구는, 제1 팽창 기구와 냉각기 간에 설치된 서미스터(thermistor)이다.
이 냉동 장치에서는, 열원측 열 교환기에서 응축된 냉매는, 제1 팽창 기구에 의하여 감압되어 포화 상태의 냉매액 또는 이상류(二相流)의 냉매로 되어, 냉각기로 보내져 과냉각 상태까지 냉각된 후, 이용측 열 교환기로 보내진다. 여기서, 제1 팽창 기구와 냉각기 간에 설치된 서미스터로 이루어지는 압력 검출 기구는, 제1 팽창 기구에서 감압된 후의 냉매 온도를 측정하게 된다. 이 측정된 냉매 온도는, 포화 상태 또는 기액 이상(二相) 상태의 냉매 온도이기 때문에, 이 온도로부터 냉매의 포화 압력을 환산하여 알 수 있다. 즉, 서미스터로 이루어지는 압력 검출 기구에 의하여 제1 팽창 기구에서 감압된 후의 냉매 압력을 간접적으로 측정하게 된 다. 이것에 의하여, 제1 팽창 기구와 이용측 열 교환기 간의 냉매 압력을 안정적으로 제어할 수 있다.
청구항 5에 기재된 냉동 장치는, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 주 냉매 회로는, 열원측 열 교환기에서 응축된 냉매를 모은 후, 제1 팽창 기구에 냉매를 보내기 위한 리시버를 구비하고 있다.
이 냉동 장치에서는, 리시버에 의하여, 열원측 열 교환기에 응축된 냉매액을 도입하여 일시적으로 모으는 것이 가능하도록 되어 있다. 이것에 의하여, 열원측 열 교환기에서 응축된 냉매액이 열원측 열 교환기 내에 모인 채로 있지 않아, 배출을 촉진할 수 있다.
청구항 6에 기재된 냉동 장치는, 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 냉각기는, 주 냉매 회로 내를 흐르는 냉매를 냉각원으로 한 열 교환기이다.
이 냉동 장치에서는, 주 냉매 회로 내를 흐르는 냉매를 냉각원으로서 사용하고 있기 때문에, 다른 냉각원이 불필요하다.
청구항 7에 기재된 냉동 장치는, 청구항 6에 있어서, 주 냉매 회로는, 열원측 열 교환기에서 응축된 냉매의 일부를 감압하여 냉각기로 도입하고 주 냉매 회로측을 흐르는 냉매와 열 교환시킨 후, 열 교환된 냉매를 압축기의 흡입측으로 회수하기 위한 보조 냉매 회로를 구비하고 있다.
이 냉동 장치에서는, 열원측 열 교환기에서 응축된 냉매의 일부를 압축기의 흡입측으로 회수할 수 있는 냉매 압력까지 감압한 것을 냉각기의 냉각원으로서 사 용하고 있기 때문에, 주 냉매 회로측을 흐르는 냉매의 온도보다도 충분히 낮은 온도의 냉각원을 얻을 수 있다. 이것에 의하여, 주 냉매 회로측을 흐르는 냉매를 과냉각 상태까지 냉각할 수 있다.
청구항 8에 기재된 냉동 장치는, 청구항 7에 있어서, 보조 냉매 회로는, 열원측 열 교환기와 냉각기 간에 설치된 제2 팽창 기구와, 냉각기의 출구측에 설치된 서미스터로 이루어지는 온도 검출 기구를 구비하고 있다.
이 냉동 장치에서는, 제2 팽창 기구와 온도 검출 기구를 구비하고 있기 때문에, 냉각기의 출구에 설치된 온도 검출 기구에 의하여 측정되는 냉매 온도에 근거하여 제2 팽창 기구를 조절하여, 냉각기를 흐르는 냉매의 유량을 조절하는 것이 가능하다. 이것에 의하여, 주 냉매 회로측을 흐르는 냉매를 확실히 냉각함과 함께, 냉각기 출구의 냉매를 증발시킨 후, 압축기로 회수할 수 있다.
청구항 9에 기재된 냉동 장치는, 압축기와 열원측 열 교환기를 가지는 열원 유닛과, 이용측 열 교환기를 가지는 이용 유닛이, 열원 유닛을 구성하는 부품보다도 운전 허용 압력이 낮은 냉매액 연락 배관을 통하여 접속되어, 증기 압축식의 주 냉매 회로를 구성하는 냉동 장치에 있어서, 제1 팽창 기구와, 냉각기를 구비하고 있다. 제1 팽창 기구는, 열원측 열 교환기에서 응축되어 이용측 열 교환기로 보내지는 냉매를 냉매액 연락 배관의 운전 허용 압력보다 낮은 압력까지 감압하기 위한 것이다. 냉각기는, 열원측 열 교환기에서 응축되어 이용측 열 교환기로 보내지는 냉매를 냉각하기 위한 것이다. 또한, 주 냉매 회로를 흐르는 냉매는, R407C보다도 높은 포화 압력 특성을 가지고 있다.
이 냉동 장치에서는, 열원측 열 교환기에서 응축된 냉매액을 제1 팽창 기구에 의하여 감압하여 이용측 열 교환기로 보낼 수 있기 때문에, 제1 팽창 기구와 이용측 열 교환기 간의 회로를 구성하는 배관·기기 등의 운전 허용 압력이 R407C의 상온에서의 포화 압력 정도까지 밖에 사용할 수 없는 것을 포함하는 경우라도, R407C보다도 높은 포화 압력 특성을 가지는 냉매를 작동 냉매로서 사용하는 것이 가능하다. 이것에 의하여, 예를 들면, 작동 냉매로서 R22나 R407C를 사용한 기설 의 냉동 장치에 있어서, R407C보다도 고압의 포화 압력 특성을 가지는 냉매를 작동 냉매로서 사용하는 신설의 냉동 장치로 갱신하는 경우에도, 기설 장치의 열원측 열 교환기와 이용측 열 교환기 간의 냉매액 연락 배관을 유용할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 냉동 장치의 일례로서의 공기 조화 장치의 냉매 회로의 개략도이다.
도 2는, 냉방 운전시에서의 공기 조화 장치의 냉동 사이클의 모리엘선도이다.
도 3은, 난방 운전시에서의 공기 조화 장치의 냉동 사이클의 모리엘선도이다.
도 4는, 본 발명의 제1 변형예의 공기 조화 장치의 냉매 회로의 개략도이다.
도 5는, 본 발명의 제2 변형예의 공기 조화 장치의 냉매 회로의 개략도이다.
이하에, 본 발명의 냉동 장치의 일례로서의 공기 조화 장치에 대해서, 도면에 근거하여 설명한다.
(1) 공기 조화 장치의 전체 구성
도 1은, 본 발명의 냉동 장치의 일례로서의 공기 조화 장치(1)의 냉매 회로의 개략도이다. 공기 조화 장치(1)는, 1대의 열원 유닛(2)과, 그것에 병렬로 접속된 복수대 (본 실시예에서는, 2대)의 이용 유닛(5)과, 열원 유닛(2)과 이용 유닛(5)을 접속하기 위한 냉매액 연락 배관(6) 및 냉매 가스 연락 배관(7)을 구비하고 있고, 예를 들면, 빌딩 등의 냉난방에 사용되는 장치이다.
공기 조화 장치(1)는, 본 실시예에 있어서, R22나 R407C 등보다도 고압의 포화 압력 특성을 가지는 R410A를 작동 냉매로서 사용하고 있다. 또한, 작동 냉매의 종류는, R410A에 한정되지 않고, R32 등이어도 무방하다. 또한, 공기 조화 장치(1)는, 본 실시예에 있어서, 기설의 R22나 R407C 등을 사용한 공기 조화 장치의 열원 유닛 및 이용 유닛을 열원 유닛(2) 및 이용 유닛(5)으로 갱신하여 구성된 것이다. 즉, 냉매액 연락 배관(6) 및 냉매 가스 연락 배관(7)은, 기설의 냉매액 연락 배관 및 냉매 가스 연락 배관을 유용하고 있어, R22나 R407C 등의 포화 압력 특성 이하로밖에 운전할 수 없는 것이다. 이 때문에, R410A나 R32 등의 고압의 포화 압력 특성을 가지는 작동 냉매를 사용하는 경우에는, 냉매액 연락 배관(6) 및 냉매 가스 연락 배관(7)의 허용 운전 압력 이하로 운전할 필요가 있다. 구체적으로는, 냉매액 연락 배관(6) 및 냉매 가스 연락 배관(7)은, R22나 R407C의 상온에서의 포화 압력에 대응하는 약 3MPa의 운전 압력을 넘지 않는 범위에서 사용되어야 한다. 또한, 열원 유닛(2) 및 이용 유닛(5)을 구성하는 기기, 배관 등은, R410A의 상온에서의 포화 압력 (약 4MPa)에 대응할 수 있도록 설계되어 있다.
(2) 이용 유닛의 구성
이용 유닛(5)은, 주로, 이용측 팽창 밸브(51)와, 이용측 열 교환기(52)와, 이들을 접속하는 배관으로 구성되어 있다. 본 실시예에 있어서, 이용측 팽창 밸브(51)는, 냉매 압력의 조절이나 냉매 유량의 조절 등을 행하기 위해서, 이용측 열 교환기(52)의 액측에 접속된 전동 팽창 밸브이다. 본 실시예에 있어서, 이용측 열 교환기(52)는, 크로스 핀 튜브식의 열 교환기이고, 실내의 공기와 열 교환하기 위한 것이다. 본 실시예에 있어서, 이용 유닛(5)은, 유닛 내에 실내의 공기를 거두어들여, 내보내기 위한 팬 (도시하지 않음)을 구비하고 있고, 실내의 공기와 이용측 열 교환기(52)를 흐르는 냉매를 열 교환시키는 것이 가능하다.
(3) 열원 유닛의 구성
열원 유닛(2)은, 주로, 압축기(21)와, 오일 분리기(22)와, 사방 전환 밸브(23)와, 열원측 열 교환기(24)와, 브리지 회로(25)와, 리시버(26)와, 열원측 팽창 밸브(27)와, 냉각기(28)와, 제1 보조 냉매 회로(29)와, 액측 칸막이 밸브(30)와, 가스측 칸막이 밸브(41)와, 제2 보조 냉매 회로(42)와, 이들을 접속하는 배관으로 구성되어 있다.
압축기(21)는, 본 실시예에 있어서, 전동기 구동의 스크롤식의 압축기이고, 흡입한 냉매 가스를 압축하기 위한 것이다.
오일 분리기(22)는, 압축기(21)의 토출측에 설치되어, 압축·토출된 냉매 가스 중에 포함되는 오일을 기액 분리하기 위한 용기이다. 오일 분리기(22)에서 분리된 오일은, 오일 회수관(43)을 통하여, 압축기(21)의 흡입측으로 회수되도록 되어 있다.
사방 전환 밸브(23)는, 냉방 운전과 난방 운전과의 전환시에, 냉매 흐름 방향을 전환하기 위한 밸브이고, 냉방 운전시에는 오일 분리기(22)의 출구와 열원측 열 교환기(24)의 가스측을 접속함과 함께 압축기(21)의 흡입측과 냉매 가스 연락 배관(7)측을 접속하고 (도 1의 사방 전환 밸브의 실선을 참조), 난방 운전시에는 오일 분리기(22)의 출구와 냉매 가스 연락 배관(7)측을 접속함과 함께 압축기(21)의 흡입측과 열원측 열 교환기(24)의 가스측을 접속하는 것이 가능하다 (도 1의 사방 전환 밸브의 파선을 참조).
열원측 열 교환기(24)는, 본 실시예에 있어서, 크로스 핀 튜브식의 열 교환기이고, 공기를 열원으로서 냉매와 열 교환하기 위한 것이다. 본 실시예에 있어서, 열원 유닛(2)은, 유닛 내에 옥외의 공기를 거두어 들여, 내보내기 위한 팬 (도시하지 않음)을 구비하고 있고, 옥외의 공기와 열원측 열 교환기(24)를 흐르는 냉매를 열 교환시키는 것이 가능하다.
리시버(26)는, 열원측 열 교환기(24)와 이용측 열 교환기(52) 간을 흐르는 냉매를 일시적으로 모으기 위한 용기이다. 리시버(26)는, 용기 상부에 입구를 가지고 있고, 용기 하부에 출구를 가지고 있다. 리시버(26)의 입구 및 출구는, 각각, 브리지 회로(25)를 통하여 열원측 열 교환기(24)와 냉각기(28) 간의 냉매 회로에 접속되어 있다. 또한, 리시버(26)의 출구와 브리지 회로(25) 간에는, 열원측 팽창 밸브(27)가 접속되어 있다. 본 실시예에 있어서, 열원측 팽창 밸브(27)는, 열원측 열 교환기(24)와 이용측 열 교환기(52) 간의 냉매 압력의 조절이나 냉매 유량의 조절 등을 행하기 위한 전동 팽창 밸브이다.
브리지 회로(25)는, 열원측 열 교환기(24)와 냉각기(28) 간에 접속된 4개의 역지(逆止) 밸브(25a~25d)로 구성된 회로이고, 열원측 열 교환기(24)와 이용측 열 교환기(52) 간의 냉매 회로를 흐르는 냉매가 열원측 열 교환기(24)측으로부터 리시버(26)로 유입하는 경우 및 이용측 열 교환기(52)측으로부터 리시버(26)로 유입하 는 경우의 어느 경우에 있어서도, 리시버(26)의 입구측으로부터 리시버(26) 내로 냉매를 유입시키고, 또한, 리시버(26)의 출구로부터 열원측 열 교환기(24)와 이용측 열 교환기(52) 간의 냉매 회로에 냉매액을 회수하는 기능을 가지고 있다. 구체적으로는, 역지 밸브(25a)는, 이용측 열 교환기(52)측으로부터 열원측 열 교환기(24)를 향하여 흐르는 냉매를 리시버(26)의 입구로 이끌도록 접속되어 있다. 역지 밸브(25b)는, 열원측 열 교환기(24)측으로부터 이용측 열 교환기(52)를 향하여 흐르는 냉매를 리시버(26)의 입구로 이끌도록 접속되어 있다. 역지 밸브(25c)는, 리시버(26)의 출구로부터 열원측 팽창 밸브(27)를 통해서 흐르는 냉매를 이용측 열 교환기(52)측으로 회수하는 것이 가능하도록 접속되어 있다. 역지 밸브(25d)는, 리시버(26)의 출구로부터 열원측 팽창 밸브(27)를 통해서 흐르는 냉매를 열원측 열 교환기(24)측으로 회수하는 것이 가능하도록 접속되어 있다. 이것에 의하여, 열원측 열 교환기(24)와 이용측 열 교환기(52) 간의 냉매 회로로부터 리시버(26)로 유입하는 냉매는, 항상, 리시버(26)의 입구로부터 유입하고, 리시버(26)의 출구로부터 냉매가 열원측 열 교환기(24)와 이용측 열 교환기(52) 간의 냉매 회로로 회수되도록 이루어져 있다.
냉각기(28)는, 열원측 열 교환기(24)에서 응축되어 이용측 열 교환기(52)에 보내지는 냉매를 냉각하기 위한 열 교환기이다. 또한, 냉각기(28)의 이용측 열 교환기(52)측 (출구측)에는, 이용측 열 교환기(52)와 열원측 팽창 밸브(27) 간의 냉매 압력 (감압 후의 냉매 압력)을 검출하기 위한 제1 압력 검출 기구(31)가 설치되어 있다. 본 실시예에 있어서, 제1 압력 검출 기구(31)는 압력 센서이다. 열원측 팽창 밸브(27)는, 제1 압력 검출 기구(31)에서 측정되는 냉매 압력치가 소정의 압력치가 되도록 개도(開度) 조절된다.
액측 칸막이 밸브(30) 및 가스측 칸막이 밸브(41)는, 각각, 냉매액 연락 배관(6) 및 냉매 가스 연락 배관(7)에 접속되어 있다. 냉매액 연락 배관(6)은, 이용 유닛(5)의 이용측 열 교환기(52)의 액측과 열원 유닛(2)의 열원측 열 교환기(24)의 액측 간을 접속하고 있다. 냉매 가스 연락 배관(7)은, 이용 유닛(5)의 이용측 열 교환기(52)의 가스측과 열원 유닛(2)의 사방 전환 밸브(23) 간을 접속하고 있다. 여기서, 상기에 설명된 이용측 팽창 밸브(51), 이용측 열 교환기(52), 압축기(21), 오일 분리기(22), 사방 전환 밸브(23), 열원측 열 교환기(24), 브리지 회로(25), 리시버(26), 열원측 팽창 밸브(27), 냉각기(28), 액측 칸막이 밸브(30) 및 가스측 칸막이 밸브(41)가 순차 접속된 냉매 회로를 공기 조화 장치(1)의 주 냉매 회로(10)로 한다.
다음으로, 열원 유닛(2)에 설치된 제1 보조 냉매 회로(29) 및 제2 보조 냉매 회로(42)에 대해서 설명한다.
제1 보조 냉매 회로(29)는, 리시버(26) 출구의 냉매의 일부를 감압하여 냉각기(28)로 도입하고 이용측 열 교환기(52)를 향하여 흐르는 냉매와 열 교환시킨 후, 열 교환된 냉매를 압축기(21)의 흡입측으로 회수하기 위한 냉매 회로이다. 구체적으로는, 제1 보조 냉매 회로(29)는, 리시버(26)의 출구와 열원측 팽창 밸브(27)를 접속하는 회로로부터 분기되어 냉각기(28)를 향하는 제1 분기 회로(29a)와, 제1 분기 회로(29a)에 설치된 보조측 팽창 밸브(29b)와, 냉각기(28)의 출구로부터 압축기 (21)의 흡입측에 합류하는 제1 합류 회로(29c)와, 제1 합류 회로(29c)에 설치된 제1 온도 검출 기구(29d)를 구비하고 있다.
보조측 팽창 밸브(29b)는, 냉각기(28)로 흘리는 냉매 유량 조절을 행하기 위한 전동 팽창 밸브이다. 제1 온도 검출 기구(29d)는, 냉각기(28) 출구의 냉매 온도를 측정하기 위해서 설치된 서미스터이다. 그리고, 보조측 팽창 밸브(29b)의 개도는, 제1 온도 검출 기구(29d)로 측정되는 냉매 온도에 근거하여 조절된다. 구체적으로는, 제1 온도 검출 기구(29d)와 열원측 열 교환기(24) (도시하지 않음)의 냉매 온도와의 과열도 제어에 의하여 조절되어 있다. 이것에 의하여, 냉각기(28) 출구의 냉매는, 완전히 증발하여 압축기(21)의 흡입측으로 회수되도록 이루어져 있다.
제2 보조 냉매 회로(42)는, 주 냉매 회로(10)의 사방 전환 밸브(23)와 이용측 열 교환기(52) 간에 설치되어 있고, 압축기(21)에서 압축되어 이용측 열 교환기(52)로 보내지는 냉매의 일부를 응축시킨 후에 주 냉매 회로(10)로 회수하는 것이 가능한 냉매 회로이다. 제2 보조 냉매 회로(42)는, 주로, 압축기(21)에서 압축되어 이용측 열 교환기(52)로 보내지는 냉매의 일부를 주 냉매 회로(10)로부터 분기하기 위한 제 2 분기 회로(42a)와, 분기된 냉매를 응축시키는 것이 가능한 응축기(42b)와, 응축된 냉매를 주 냉매 회로(10)로 회수하는 것이 가능한 제2 합류 회로(42c)를 구비하고 있다. 본 실시예에 있어서, 응축기(42b)는, 공기를 열원으로서 냉매와 열 교환하는 열 교환기이다.
또한, 응축기(42b)의 제2 합류 회로(42c)측에는, 응축기(42b)로의 냉매 흐름 을 유통/차단하기 위한 응축기 개폐 밸브(42d)가 설치되어 있다. 응축기 개폐 밸브(42d)는, 응축기(42b)로 유입하는 냉매 유량의 조절이 가능한 전동 팽창 밸브이다.
또한, 제2 합류 회로(42c)에는, 응축기(42b)의 제2 합류 회로(42c)측 (출구측)의 냉매 압력을 검출하기 위한 제 2 압력 검출 기구(42e)가 설치되어 있다. 본 실시예에 있어서, 제2 압력 검출 기구(42e)는, 압력 센서이다. 응축기 개폐 밸브(42d)는, 제2 압력 검출 기구(42e)에 의하여 측정되는 냉매 압력치가 소정의 압력치 이하가 되도록 개도 조절된다.
나아가, 제2 보조 냉매 회로(42)는, 응축기(42b)를 바이패스 하여 압축기(21)로부터 이용측 열 교환기(52)를 향하는 냉매를 흘리는 것이 가능한 바이패스 회로(42f)를 더 구비하고 있다. 그리고, 주 냉매 회로(10)의 제2 분기 회로(42a)와의 접속부와 제2 합류 회로(42c)와의 접속부 간에는, 이용측 열 교환기(52)로부터 압축기(21)로의 흐름만을 허용하는 역지 기구(44)가 설치되어 있다. 본 실시예에 있어서, 역지 기구(44)는, 역지 밸브이다. 바이패스 회로(42f)에는, 응축기(42b)로 유입하는 냉매 유량을 응축기 개폐 밸브(42d)의 개도 조절에 의하여 확보할 수 있도록, 응축기 개폐 밸브(42d) 및 응축기(42b)의 압력 손실에 상당하는 모세관(42g)이 설치되어 있다.
(4) 공기 조화 장치의 동작
다음으로, 공기 조화 장치(1)의 동작에 대해서, 도 1 내지 도 3을 이용하여 설명한다. 여기서, 도 2는 공기 조화 장치(1)를 냉방 운전할 때의 냉동 사이클의 모리엘선도이고, 도 3은 공기 조화 장치(1)를 난방 운전할 때의 냉동 사이클의 모리엘선도이다.
① 냉방 운전
우선, 냉방 운전에 대해서 설명한다. 냉방 운전시는, 사방 전환 밸브(23)가 도 1의 실선으로 나타나는 상태, 즉, 압축기(21)의 토출측이 열원측 열 교환기(24)의 가스측에 접속되고, 또한, 압축기(21)의 흡입측이 이용측 열 교환기(52)의 가스측에 접속된 상태로 되어 있다. 또한, 액측 칸막이 밸브(30), 가스측 칸막이 밸브(41)는 개(開)로 되고, 이용측 팽창 밸브(51)는 냉매를 감압하도록 개도 조절되어 있다. 열원측 팽창 밸브(27)는, 제1 압력 검출 기구(31)에서의 냉매 압력을 소정의 압력치로 제어하기 위해서 개도 조절된 상태에 있다. 보조측 팽창 밸브(29b)는, 제1 온도 검출 기구(29d)와 열원측 열 교환기(24) (도시하지 않음)의 냉매 온도와의 과열도 제어에 의하여 개도 조절된 상태에 있다. 여기서, 제2 보조 냉매 회로(42)의 응축기 개폐 밸브(42d)는 폐지(閉止)되어 있다. 이것에 의하여, 이용측 열 교환기(52)로부터 압축기(21)로 흐르는 냉매는, 주로, 역지 기구(44)를 통해서 흐르도록 되어 있다.
이 주 냉매 회로(10) 및 보조 냉매 회로(29, 42)의 상태에서, 열원 유닛(2)의 팬 (도시하지 않음), 이용 유닛(5)의 팬 (도시하지 않음) 및 압축기(21)를 기동하면, 냉매 가스는, 압축기(21)로 흡입되어 압력(Ps1)으로부터 압력(Pd1)까지 압축된 후, 오일 분리기(22)로 보내져 오일과 냉매 가스로 기액 분리된다 (도 2의 점 A1, B1 참조). 그 후, 압축된 냉매 가스는, 사방 전환 밸브(23)를 경유하여 열원 측 열 교환기(24)로 보내지고, 바깥 공기와 열 교환하여 응축된다(도 2의 점 C1 참조). 이 응축한 냉매액은, 브리지 회로(25)의 역지 밸브(25b)를 통해서 리시버(26)로 흘러든다. 그리고, 냉매액은, 리시버(26)에 일시적으로 모여진 후, 열원측 팽창 밸브(27)에 있어서, 냉매액 연락 배관(6)의 운전 허용 압력(Pa1)보다도 고압의 압력(Pd1)으로부터 압력(Pa1)보다도 저압의 압력(Pe1)까지 감압된다 (도 2의 점 D1 참조). 이 때, 감압된 냉매는, 기액 이상(二相)의 상태로 되어 있다. 이 감압된 냉매는, 냉각기(28)에 있어서, 제1 보조 냉매 회로(29)측을 흐르는 냉매와 열 교환하여 냉각되어 과냉각액으로 되고 (도 2의 점 E1 참조), 액측 칸막이 밸브(30) 및 냉매액 연락 배관(6)을 경유하여 이용 유닛(5)측으로 보내진다. 그리고, 이용 유닛(5)으로 보내진 냉매액은, 이용측 팽창 밸브(51)에서 감압된 후 (도 2의 점 F1 참조), 이용측 열 교환기(52)에서 실내 공기와 열 교환하여 증발된다 (도 2의 점 A1 참조). 이 증발한 냉매 가스는, 냉매 가스 연락 배관(7), 가스측 칸막이 밸브(41), 역지 기구(44) 및 사방 전환 밸브(23)를 경유하여, 재차, 압축기(21)로 흡입된다. 여기서, 제1 압력 검출 기구(31)에서 측정되는 압력은, 열원측 팽창 밸브(27)의 개도 조절에 의하여 소정의 압력치 (즉, 압력(Pe1))로 제어되어 있다. 또한, 리시버(26)에 모여진 냉매액의 일부는, 제1 보조 냉매 회로(29)의 제1 분기 회로(29a)에 설치된 보조측 팽창 밸브(29b)에 의하여 압력(Ps1) 근처까지 감압된 후, 냉각기(28)로 도입되어, 주 냉매 회로(10)측을 흐르는 냉매와 열 교환되어 증발된다. 그리고, 증발된 냉매는, 제1 합류 회로(29c)를 통해서 압축기(21)의 흡입측으로 회수된다. 이와 같이 하여, 냉매 압력을 냉매액 연락 배관(6)의 운전 허용 압 력(Pa1)보다도 낮은 압력(Pe1)으로 감압 조절함과 함께, 냉매액을 충분히 과냉각 상태로 하여 이용측 열 교환기(52)로 공급하는 냉방 운전이 행해진다.
② 난방 운전
다음으로, 난방 운전에 대해서 설명한다. 난방 운전시는, 사방 전환 밸브(23)가 도 1의 파선으로 도시되는 상태, 즉, 압축기(21)의 토출측이 이용측 열 교환기(52)의 가스측에 접속되고, 또한, 압축기(21)의 흡입측이 열원측 열 교환기(24)의 가스측에 접속된 상태로 되어 있다. 또한, 액측 칸막이 밸브(30), 가스측 칸막이 밸브(41)는 개(開)로 되어, 이용측 팽창 밸브(51) 및 열원측 팽창 밸브(25)는 냉매를 감압하도록 개도 조절되어 있다. 여기서, 보조측 팽창 밸브(29b)는 폐지되어 있고, 제1 보조 냉매 회로를 사용하지 않는 상태로 되어 있다. 제2 보조 냉매 회로(42)의 응축기 개폐 밸브(42d)는, 제2 압력 검출 기구(42e)에서의 냉매 압력을 소정의 압력치로 제어하기 위해서 개도 조절된 상태에 있다.
이 주 냉매 회로(10) 및 보조 냉매 회로(29, 42)의 상태에서, 열원 유닛(2)의 팬 (도시하지 않음), 이용 유닛(5)의 팬 (도시하지 않음) 및 압축기(21)를 기동하면, 냉매 가스는, 압축기(21)로 흡입되어 압력(Ps2)으로부터 (Pd2)까지 압축된 후, 오일 분리기(22)로 보내져 오일과 냉매 가스로 기액 분리된다 (도 3의 점 A2, B2 참조). 그 후, 압축된 냉매 가스는, 사방 전환 밸브(23)를 경유하여 이용 유닛(5)측으로 보내진다. 여기서, 냉매 가스는, 사방 전환 밸브(23)와 가스측 칸막이 밸브(41) 간에 설치된 역지 기구(44)에 의하여 흐름이 차단되어, 제2 보조 냉매 회로(42)를 경유하여 이용 유닛(5)측으로 흐른다.
냉매 가스는, 제2 분기 회로(42a)에 흘러든 후, 제2 보조 냉매 회로(42)의 바이패스 회로(42f)를 통해서 제2 합류 회로(42c)로 회수되는 흐름과 응축기(42b) 및 응축기 개폐 밸브(42d)를 통해서 합류 회로(42c)로 회수되는 흐름으로 분기된다. 바이패스 회로(42f)를 흐르는 냉매 가스는, 모세관(42g)에 의하여 어느 정도 감압되어 제2 합류 회로(42c)로 회수된다 (도 3의 점 C2 참조). 한편, 응축기(42b)에는, 응축기 개폐 밸브(42d)의 개도에 따른 유량의 냉매 가스가 흘러들어, 외기(外氣)와 열 교환하여 응축되고 냉매액으로 되어 제2 합류 회로(42c)로 회수된다 (도 3의 점 H2, I2 참조). 제2 합류 회로(42c)로 회수되어 혼합된 냉매 가스는, 응축기(42b)에서의 냉매 가스의 응축에 수반하는 냉매 가스의 체적의 감소에 의한 감압 작용에 의하여, 제2 분기 회로(42a)를 흐르는 냉매 가스의 압력(Pd2)으로부터 냉매 가스 연락 배관(7)의 운전 허용 압력(Pa2)보다도 저압의 압력(Pe2)의 냉매 가스로 되어 주 냉매 회로(10)로 회수되고, 이용측 열 교환기(52)로 보내진다 (도 3의 점 D2 참조). 여기서, 응축기 개폐 밸브(42d)는, 제2 합류 회로(42c)에 설치된 제2 압력 검출 기구(42e)에 의하여 측정되는 냉매 압력에 의하여 압력(Pe2)이 되도록 개도 조절되어 있고, 응축기(42b)에서의 냉매 가스의 응축량, 즉, 이용측 열 교환기(52)로 보내지는 냉매 가스의 압력 제어를 실현하고 있다. 또한, 이 감압 제어에 의하여 감압된 후의 냉매 가스의 상태 (도 3의 점 D2)는, 압축기(21)에 의한 냉매의 압축 공정의 선상 (도 3의 점 A2와 점 B2를 연결하는 선상) 부근에 있다. 이것은, 이 감압 제어에 의하여, 압축기(21)에 의하여 압력(Pe2)까지 압축했을 때의 냉매 온도와 거의 같은 온도를 얻는 것이 가능한 것을 나타내고 있다. 이것에 의하여, 이용측 열 교환기(52)로 보내지는 냉매 가스는, 압축기(21)에 의하여, 압력(Pe2)까지 압축된 경우의 냉매 온도와 동등한 냉매 온도로 보내진다.
이용측 열 교환기(52)로 보내지는 냉매 가스는, 상기와 같이, 압력(Pe2)까지 감압된 후, 주 냉매 회로(10)로 회수되고, 가스측 칸막이 밸브(41) 및 냉매 가스 연락 배관(7)을 통해서, 이용 유닛(5)으로 보내진다. 그리고, 이용 유닛(5)으로 보내진 냉매 가스는, 이용측 열 교환기(52)에서 실내 공기와 열 교환하여 응축된다 (도 3의 점 E2 참조). 이 응축한 냉매액은, 이용측 팽창 밸브(51)에서 압력(Pf2)까지 감압된 후(도 3의 점 F2 참조), 냉매액 연락 배관(6)을 경유하여 열원 유닛(2)으로 보내진다. 그리고, 열원 유닛(2)으로 보내진 냉매액은, 열원측 팽창 밸브(25)에서 압력(Ps2)까지 감압된 후 (도 3의 점 G2 참조), 열원측 열 교환기(24)에서 외기와 열 교환하여 증발된다 (도 3의 점 A2 참조). 이 증발한 냉매 가스는, 사방 전환 밸브(23)를 경유하여, 재차, 압축기(21)로 흡입된다. 이와 같이 하여, 냉매 압력을 냉매 가스 연락 배관(7)의 운전 허용 압력(Pa2)보다도 낮은 압력(Pe2)으로 감압 조절함과 함께, 냉매 가스를 압축기(21)에 의하여 압축하여 얻어지는 냉매 온도와 동등한 냉매 온도로 조절하여 이용측 열 교환기(52)로 공급하는 난방 운전이 행해진다.
(5) 본 실시예의 공기 조화 장치의 특징
본 실시예의 공기 조화 장치(1)에는, 이하와 같은 특징이 있다.
① 냉방 운전시의 특징
본 실시예의 공기 조화 장치(1)에서는, 열원측 열 교환기(24)에서 응축된 냉 매를 열원측 팽창 밸브(27)에 의한 감압 조작 및 냉각기(28)에 의한 냉각 조작 후에, 이용측 열 교환기(52)로 보낼 수 있도록 이루어져 있다. 이 때문에, 이용측 열 교환기(52)로 보내지는 냉매를 감압함과 함께 과냉각 상태를 유지할 수 있다. 또한, 제1 압력 검출 기구(31)에 의하여, 열원측 팽창 밸브(27)로 감압된 후의 냉매 압력을 검출할 수 있기 때문에, 열원측 팽창 밸브(27)와 이용측 열 교환기(52)간의 냉매 압력을 소정의 압력치 (도 2의 압력(Pe1))로 조절할 수 있다. 이것에 의하여, 열원측 열 교환기(24)에서 응축된 냉매를 감압하여 이용측 열 교환기(52)로 보낼 때에, 냉매 압력을 안정적으로 제어함과 함께, 이용측 열 교환기(52)에서의 냉방 능력의 저하를 막을 수 있다. 본 실시예에 있어서는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 열원측 팽창 밸브(27)에 의한 감압전의 엔탈피차(hD1)보다도 감압 후의 엔탈피차(hE1) 쪽이 크기 때문에, 냉매 단위 유량 당 냉방 능력이 크게 되어 있다.
또한, 공기 조화 장치(1)에서는, 제1 압력 검출 기구(31)가 압력 센서이기 때문에, 냉방 운전중에 있어서, 열원측 팽창 밸브(27)와 이용측 열 교환기(52) 간의 냉매 압력을 상시 감시할 수 있어, 냉매 압력 제어의 신뢰성이 높다.
또한, 공기 조화 장치(1)에서는, 열원측 열 교환기(24)에서 응축된 냉매액을 열원측 팽창 밸브(27)에 의하여 냉매액 연락 배관(6)의 운전 허용 압력(Pa1)보다도 낮은 압력(Pe1)까지 감압하여 이용측 열 교환기(52)로 보낼 수 있기 때문에, 본 실시예와 같이, 열원측 팽창 밸브(27)와 이용측 열 교환기(52) 간의 회로를 구성하는 배관·기기 등의 운전 허용 압력이 R407C의 상온에서의 포화 압력 정도까지 밖에 사용할 수 없는 것을 포함하는 경우라도, R407C보다도 높은 포화 압력 특성을 가지 는 냉매를 작동 냉매로서 사용하는 것이 가능하다. 이것에 의하여, 본 실시예와 같이, 작동 냉매로서 R22나 R407C를 사용한 기설의 공기 조화 장치에 있어서, R407C보다도 고압의 포화 압력 특성을 가지는 냉매를 작동 냉매로서 사용하는 신설의 공기 조화 장치(1)로 갱신하는 경우에도, 기설 장치의 냉매액 연락 배관(6)을 유용할 수 있다.
또한, 공기 조화 장치(1)는, 열원측 열 교환기(24)에서 응축된 냉매를 모은 후, 열원측 팽창 밸브(27)로 냉매를 보내기 위한 리시버(26)를 구비하고 있기 때문에, 열원측 열 교환기(24)에서 응축된 냉매액이 열원측 열 교환기(24) 내에 모인 채로 있지 않아, 배출을 촉진할 수 있다. 이것에 의하여, 열원측 열 교환기(24)의 액몰(液沒) 부분을 감소시켜, 열 교환을 촉진할 수 있다.
또한, 공기 조화 장치(1)에서는, 냉매액을 과냉각 상태로 이용측 열 교환기(52)로 보낼 수 있기 때문에, 본 실시예와 같이 복수의 이용 유닛(5)으로의 분기가 생기는 경우나 열원 유닛(2)으로부터 이용 유닛(5)으로의 고저 차가 있는 경우라도, 냉매가 액상태로 유지되어 냉매의 편류를 생기기 어렵게 할 수 있다.
또한, 공기 조화 장치(1)에서는, 냉각기(28)는 주 냉매 회로(10) 내를 흐르는 냉매를 냉각원으로 한 열 교환기이기 때문에, 다른 냉각원이 불필요하다. 본 실시예에 있어서, 제1 보조 냉매 회로(29)에 의하여 냉각기(28)로 도입되는 냉매를 냉각원으로 하고 있다. 제1 보조 냉매 회로(29)는, 열원측 열 교환기(24)에서 응축된 냉매의 일부를 압축기(21)의 흡입측으로 회수할 수 있는 냉매 압력까지 감압한 것을 냉각기의 냉각원으로서 사용하고 있고, 주 냉매 회로(10)측을 흐르는 냉매 의 온도보다 충분히 낮은 온도의 냉각원을 얻을 수 있기 때문에, 주 냉매 회로(10)측을 흐르는 냉매를 과냉각 상태까지 냉각하는 것이 가능하다. 나아가, 제1 보조 냉매 회로(29)는, 보조측 팽창 밸브(29b)와 냉각기(28)의 출구에 설치된 제1 온도 검출 기구(29d)를 구비하고 있기 때문에, 제1 온도 검출 기구(29d)에 의하여 측정되는 냉매 온도에 근거하여 보조측 팽창 밸브(29b)의 개도 조절을 하고, 냉각기(28)를 흐르는 냉매의 유량을 조절하는 것이 가능하다. 이것에 의하여, 주 냉매 회로(10)측을 흐르는 냉매를 확실히 냉각함과 함께, 냉각기(28) 출구의 냉매를 증발시킨 후, 압축기(21)로 회수할 수 있다.
② 난방 운전시의 특징
본 실시예의 공기 조화 장치(1)에서는, 난방 운전시에, 제2 보조 냉매 회로(42)에 의하여, 압축기(21)에서 압축되어 이용측 열 교환기(52)로 보내지는 냉매의 일부를 응축시켜 이용측 열 교환기(52)로 보내지는 냉매의 압력을 저하시킬 수 있다. 이것에 의하여, 이용측 열 교환기(52)로 보내지는 냉매의 압력을 안정적으로 제어하는 것이 가능하게 된다. 본 실시예에 있어서, 제2 보조 냉매 회로(42)는, 응축기(42b)를 구비하고 있고, 이 응축기(42b)에 의하여 이용측 열 교환기(52)로 보내지는 냉매를 응축시켜, 냉매 가스의 체적을 감소시키는 것에 의하여 감압할 수 있기 때문에, 확실하게, 또한, 응답 좋게 냉매 압력을 저하시킬 수 있다. 또한, 제2 보조 냉매 회로(42)는, 응축기(42b)로의 냉매 흐름을 유통/차단할 수 있는 응축기 개폐 밸브(42d)를 구비하고 있기 때문에, 적시, 응축기(42b)로의 냉매 흐름을 유통/차단하는 것도 가능하다. 나아가, 제2 보조 냉매 회로(42)의 제2 합류 회로 (42c)에는, 응축기(42b)와 이용측 열 교환기(52) 간의 냉매 압력을 검출하기 위한 제 2 압력 검출 기구(42e)가 설치되어 있기 때문에, 이용측 열 교환기(52)로 보내지는 냉매 압력을 안정적으로 제어하는 것이 가능하다.
또한, 제2 보조 냉매 회로(42)에 의한 압력 제어에 의하면, 감압 제어 후의 상태 (도 3의 점 D2 참조)는, 압축기(21)에 의한 압축 공정의 선상 (도 3의 A2와 B2를 연결하는 선상) 부근에 있다. 이 감압 제어에 의하여, 이용측 열 교환기(52)로 보내는 냉매 가스의 온도를 압축기(21)에 의하여 압력(Pe2)까지 압축된 경우의 냉매 온도와 동등한 냉매 온도로 할 수 있기 때문에, 원하는 난방 부하를 확보하는 것이 용이하다.
또한, 공기 조화 장치(1)에서는, 제2 보조 냉매 회로(42)에 설치된 바이패스 회로(42f)와 주 냉매 회로(10)에 설치된 역지 기구(44)를 더 구비하고 있기 때문에, 압축기(21)로부터 이용측 열 교환기(52)로 냉매를 보낼 때에는 제2 보조 냉매 회로(42)를 통해서 냉매를 흘리고, 이용측 열 교환기(52)로부터 압축기(21)로 냉매를 보낼 때에는 주 냉매 회로(10)의 역지 기구(44)를 통해서 냉매를 흘릴 수 있다. 이것에 의하여, 냉방 운전시와 난방 운전시의 냉매 가스의 유로를 전환할 수 있다.
또한, 공기 조화 장치(1)에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 압축기(21)로부터 이용측 열 교환기(52)로 보내지는 냉매 가스의 일부를 제2 보조 냉매 회로(42)에 의하여 응축하는 것으로 이용측 열 교환기(52)로 보내는 냉매 가스를 냉매 가스 연락 배관(7)의 운전 허용 압력(Pa2)보다도 낮은 압력(Pe2)까지 감압할 수 있기 때문에, 본 실시예와 같이, 압축기(21)와 이용측 열 교환기(52) 간의 회로를 구 성하는 배관·기기 등의 운전 허용 압력이 R407C의 상온에서의 포화 압력 정도까지 밖에 사용할 수 없는 것을 포함하는 경우라도, R407C보다 높은 포화 압력 특성을 가지는 냉매를 작동 냉매로서 사용하는 것이 가능하다. 이것에 의하여, 본 실시예와 같이, 작동 냉매로서 R22나 R407C를 사용한 기설의 공기 조화 장치에 있어서, R407C보다도 고압의 포화 압력 특성을 가지는 냉매를 작동 냉매로서 사용하는 신설의 공기 조화 장치(1)로 갱신하는 경우라도, 기설 장치의 냉매 가스 연락 배관(7)을 유용할 수 있다.
(6) 제1 변형예
상기 실시예에서는, 공기 조화 장치(1)의 열원 유닛(2) 내의 냉각기(28)와 액측 칸막이 밸브(30) 간에 압력 센서로 이루어지는 제1 압력 검출 기구(31)가 설치되어 있지만, 도 4에 도시하는 바와 같이, 브리지 회로(25)와 냉각기(28) 간에 서미스터로 이루어지는 제1 압력 검출 기구(131)를 설치한 열원 유닛(102)을 포함하는 공기 조화 장치(101)로 하여도 무방하다. 또한, 공기 조화 장치(101)의 다른 구성은, 공기 조화 장치(1)와 같기 때문에, 설명을 생략한다.
공기 조화 장치(101)에서는, 열원측 열 교환기(24)에서 응축된 냉매는, 열원측 팽창 밸브(27)에 의하여 감압되어 포화 상태의 냉매액 또는 이상류(二相流)의 냉매로 되고, 냉각기(28)로 보내져 과냉각 상태까지 냉각된 후, 이용측 열 교환기(52)로 보내진다. 여기서, 열원측 팽창 밸브(27)와 냉각기(28) 간에 설치된 서미스터로 이루어지는 제1 압력 검출 기구(131)는, 열원측 팽창 밸브(27)에서 감압된 후의 냉매 온도를 측정하게 된다. 이 측정된 냉매 온도는, 포화 상태 또는 기액 이상(二相) 상태의 냉매의 온도이기 때문에, 이 온도로부터 냉매의 포화 압력을 환산하여 알 수 있다. 즉, 제1 압력 검출 기구(131)에 의하여 열원측 팽창 밸브(27)로 감압된 후의 냉매 압력을 간접적으로 측정하게 된다. 이것에 의하여, 상기 실시예와 같이, 열원측 팽창 밸브(27)와 이용측 열 교환기(52) 간의 냉매 압력을 안정적으로 제어할 수 있다.
(7) 제2 변형예
상기 실시예에서는, 공기 조화 장치(1)의 열원 유닛(2) 내의 제2 보조 냉매 회로(42)가 공랭식의 응축기(42b)를 구비하고 있지만, 도 5에 도시하는 바와 같이, 주 냉매 회로(210)를 흐르는 냉매를 냉각원으로 하는 응축기(242b)를 구비한 제2 보조 냉매 회로(242)가 설치된 열원 유닛(202)을 포함하는 공기 조화 장치(201)로 하여도 무방하다. 여기서, 응축기(242b)의 냉각원은, 냉각기(28)의 냉각원과 마찬가지로, 제1 보조 냉매 회로(229)의 보조측 팽창 밸브(229b)로 감압한 냉매이다.
제1 보조 냉매 회로(229)는, 주로, 리시버(26)의 출구와 열원측 팽창 밸브(27)를 접속하는 회로로부터 분기되어 냉각기(28) 및 응축기(242b)를 향하는 제1 분기 회로(229a)와, 냉각기(28)의 출구 및 응축기(242b)의 출구로부터 압축기(21)의 흡입측으로 합류하는 제1 합류 회로(229c)로 구성되어 있다. 제1 분기 회로(229a)는, 주 분기 회로(229m)와, 주 분기 회로(229m)에 설치된 보조측 팽창 밸브(229b)와, 보조측 팽창 밸브(229b)의 하류측에 설치되어 냉각기(28)의 입구에 접속되는 냉각기측 분기 회로(229n)와, 보조측 팽창 밸브(229b)의 하류측에 설치되어 응축기(242b)의 입구에 접속되는 응축기측 분기 회로(229e)를 구비하고 있다. 냉각기측 분기 회로(229n)는, 냉각기(28)로의 냉매 흐름을 유통/차단하기 위한 분기 개폐 밸브(229d)를 구비하고 있다. 또한, 응축기측 분기 회로(229e)는, 응축기(242b)로의 냉매 흐름을 유통/차단하기 위한 분기 개폐 밸브(229f)를 구비하고 있다. 제1 합류 회로(229c)는, 압축기(21)의 흡입측으로 합류하는 주 합류 회로(229i)와, 냉각기(28)의 출구로부터 주 합류 회로(229i)로 합류하는 냉각기측 합류 회로(229g)와, 응축기(242b)의 출구로부터 주 합류 회로(229i)로 합류하는 응축기측 합류 회로(229h)와, 주 합류 회로(229i)에 설치된 제1 온도 검출 기구(229j)를 구비하고 있다. 또한, 공기 조화 장치(201)의 다른 구성은, 공기 조화 장치(1)와 같기 때문에 설명을 생략한다.
공기 조화 장치(201)는, 냉각기(28)를 사용할 수 있도록 하기 위해서 분기 개폐 밸브(229d)를 개(開)로 하고, 응축기(242b)를 사용하지 않도록 하기 위해서 분기 개폐 밸브(229f)를 폐(閉)로 하는 조작을 행한 후에, 냉방 운전하는 것에 의하여, 공기 조화 장치(1)와 같은 냉방 운전을 행할 수 있다. 또한, 냉각기(28)를 사용하지 않도록 하기 위해서 분기 개폐 밸브(229d)를 폐로 하고, 응축기(242b)를 사용할 수 있도록 하기 위해서 분기 개폐 밸브(229f)를 개로 하는 조작을 행한 후에, 난방 운전하는 것에 의하여, 공기 조화 장치(1)와 같은 난방 운전을 행할 수 있다. 즉, 운전 모드에 따른 분기 개폐 밸브(229d, 229f)의 전환 조작에 의하여, 주 냉매 회로(210)의 압력 제어를 안정적으로 행할 수 있다.
(8) 다른 실시예
이상, 본 발명의 실시예에 대해서 도면에 근거하여 설명하였지만, 구체적인 구성은, 이들 실시예에 한정되는 것이 아니라, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 변경 가능하다.
① 상기 실시예에 있어서는, 공기 조화 장치의 열원 유닛으로서 외기를 열원으로 한 공랭식의 열원 유닛을 사용하였지만, 수냉식이나 빙축열식의 열원 유닛을 사용해도 무방하다.
② 상기 실시예에 있어서는, 제2 압력 검출 기구에 압력 센서를 사용하였지만, 압력 스위치라도 무방하다. 이것에 의하여, 제어 응답이 빨라진다. 또한, 응축기 개폐 밸브는, 전동 팽창 밸브가 아닌, 조임 기능이 없는 전자 밸브라도 무방하다. 이것에 의하여, 전동 팽창 밸브를 사용하는 경우에 비해 매끄러운 제어 응답은 얻을 수 없지만, 민첩한 제어 응답을 얻을 수 있다.
③ 상기 실시예에 있어서는, 바이패스 회로에 모세관을 설치하였지만, 압력 손실을 확보할 수 있으면 되기 때문에, 바이패스 회로 부분의 배관 직경을 작게 하는 것만으로도 무방하다.
④ 상기 실시예에 있어서는, 압축기의 토출 압력이 항상 냉매액 연락 배관이나 냉매 가스 연락 배관보다도 높은 압력인 경우의 운전에 대해서 설명하였지만, 압축기의 인버터 제어 등에 의한 용량 제어와 조합시킨 제어로 하여도 무방하다. 예를 들면, 통상은, 압축기의 용량 제어에 의하여, 압축기의 토출 압력 센서 등으로 측정되는 냉매 압력이 냉매액 연락 배관이나 냉매 가스 연락 배관의 허용 운전 압력보다 낮아지도록 제어하고 있고, 제1 및 제2 압력 검출 기구에서 검출되는 압력이 냉매액 연락 배관 및 냉매 가스 연락 배관의 허용 운전 압력에 가까워지는 경 우에만 열원측 팽창 밸브나 응축기 개폐 밸브를 열어 냉매 압력을 저하시키는 등의 운전이 가능하다.
⑤ 상기 실시예에 있어서는, 기설의 R22나 R407C 등을 사용한 공기 조화 장치의 열원 유닛 및 이용 유닛을 열원 유닛(2) 및 이용 유닛(5)으로 갱신하고, R22나 R407C등의 포화 압력 특성 이하밖에 운전할 수 없는 기설의 냉매액 연락 배관 및 냉매 가스 연락 배관을 유용한 구성에 대해서 설명하였지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 신규로 공기 조화 장치를 설치하는 경우에도, R410A나 R32등의 고압의 포화 압력 특성을 가지는 냉매 가스 연락 배관이나 냉매액 연락 배관을 준비할 수 없는 경우도 있기 때문에, 이러한 경우에도, 상기 실시예와 마찬가지로, 본 발명을 적용하는 것이 가능하다. 이것에 의하여, 현지에서 준비 가능한 냉매 가스 연락 배관이나 냉매액 연락 배관을 이용하여, R410A나 R32 등의 고압의 포화 압력 특성을 가지는 냉매를 작동 냉매로서 사용한 공기 조화 장치를 구성하는 것이 가능하게 된다.
본 발명을 이용하면, 열원측 열 교환기에서 응축된 냉매를 제1 팽창 기구에 의한 감압 조작 및 냉각기에 의한 냉각 조작 후에, 이용측 열 교환기로 보낼 수 있기 때문에, 열원측 열 교환기에서 응축된 냉매를 감압하여 이용측 열 교환기로 보낼 때에, 이용측 열 교환기에서의 냉동 능력의 저하를 막을 수 있다.

Claims (9)

  1. 압축기(21)와 열원측 열 교환기(24)를 가지는 열원 유닛(2, 102, 202)과, 이용측 열 교환기(52)를 가지는 이용 유닛(5)이, 상기 열원 유닛을 구성하는 부품보다도 운전 허용 압력이 낮은 냉매액 연락 배관(6)을 통하여 접속되어, 증기 압축식의 주 냉매 회로(10, 110, 210)를 구성하는 냉동 장치(1, 101, 201)에 있어서,
    상기 열원측 열 교환기에서 응축되어 상기 이용측 열 교환기로 보내지는 냉매를 상기 냉매액 연락 배관의 운전 허용 압력보다 낮은 압력까지 감압하기 위한 제1 팽창 기구(27)와,
    상기 열원측 열 교환기에서 응축되어 상기 이용측 열 교환기로 보내지는 냉매를 냉각하기 위한 냉각기(28)
    를 구비한 냉동 장치(1, 101, 201).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 팽창 기구에 의하여 감압된 후의 냉매 압력을 검출하기 위한 압력 검출 기구(31, 131)를 더 구비한 냉동 장치(1, 101, 201).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 압력 검출 기구(31)는, 압력 센서인, 냉동 장치(1, 201).
  4. 제2항에 있어서,
    상기 냉각기(28)는, 상기 제1 팽창 기구(27)와 상기 이용측 열 교환기(52)간에 설치되어 있고,
    상기 압력 검출 기구(131)는, 상기 제1 팽창 기구와 상기 냉각기 간에 설치된 서미스터인,
    냉동 장치(101).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주 냉매 회로(10, 110, 210)는, 상기 열원측 열 교환기(24)에서 응축된 냉매를 모은 후, 상기 제1 팽창 기구(27)로 냉매를 보내기 위한 리시버(26)를 구비하고 있는, 냉동 장치(1, 101, 201).
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각기(28)는, 상기 주 냉매 회로(10, 110, 210) 내를 흐르는 냉매를 냉각원으로 한 열 교환기인, 냉동 장치(1, 101, 201).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 주 냉매 회로(10, 110, 210)는, 상기 열원측 열 교환기(24)에서 응축된 냉매의 일부를 감압하여 상기 냉각기(28)로 도입하고 상기 주 냉매 회로측을 흐르는 냉매와 열 교환시킨 후, 열 교환된 냉매를 상기 압축기(21)의 흡입측으로 회수 하기 위한 보조 냉매 회로(29, 229)를 구비하고 있는, 냉동 장치(1, 101, 201).
  8. 제7항에 있어서,
    상기 보조 냉매 회로(29, 229)는, 상기 열원측 열 교환기(24)와 상기 냉각기(28) 간에 설치된 제2 팽창 기구(29b, 229b)와, 상기 냉각기의 출구측에 설치된 서미스터로 이루어지는 온도 검출 기구(29d, 229j)를 구비하고 있는, 냉동 장치(1, 101, 201).
  9. 압축기(21)와 열원측 열 교환기(24)를 가지는 열원 유닛(2, 102, 202)과, 이용측 열 교환기(52)를 가지는 이용 유닛(5)이, 상기 열원 유닛을 구성하는 부품보다도 운전 허용 압력이 낮은 냉매액 연락 배관(6)을 통하여 접속되어, 증기 압축식의 주 냉매 회로(10, 110, 210)를 구성하는 냉동 장치(1, 101, 201)에 있어서,
    상기 열원측 열 교환기에서 응축되어 상기 이용측 열 교환기로 보내지는 냉매를 상기 냉매액 연락 배관의 운전 허용 압력보다 낮은 압력까지 감압하기 위한 제1 팽창 기구(27)와,
    상기 열원측 열 교환기에서 응축되어 상기 이용측 열 교환기로 보내지는 냉매를 냉각하기 위한 냉각기(28)를 구비하고,
    상기 주 냉매 회로(10, 110, 210)를 흐르는 냉매는, R407C보다도 높은 포화 압력 특성을 가지고 있는, 냉동 장치(1, 101, 201).
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