KR100591419B1 - 냉동 장치 및 냉동 장치의 냉매량 검출 방법 - Google Patents

냉동 장치 및 냉동 장치의 냉매량 검출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 압축기 및 리시버를 포함하는 냉매 회로를 구비한 냉동 장치에 있어서, 리시버의 소정 위치까지 액냉매가 모여 있는지 여부를 판정하는 액면(液面) 검출 회로의 판정 정밀도를 높인다. 공기 조화 장치(1)는, 주 냉매 회로(10)와, 액면 검출 회로(30)를 구비하고 있다. 주 냉매 회로(10)는, 가스 냉매를 압축하는 압축기(21)와, 열원측 열교환기(24)와, 액냉매를 모으는 리시버(26)와, 이용측 열교환기(52)를 포함하고 있다. 액면 검출 회로(30)는, 리시버(26)의 제1 소정 위치(L1)로부터 리시버(26) 내의 냉매의 일부를 뽑아내어, 감압 및 가열을 행하고, 냉매 온도를 측정한 후에, 압축기(21)의 흡입측으로 회수할 수 있도록 설치되어, 리시버(26) 내의 액면이 제1 소정 위치(L1)가 된 것을 검출한다.
주 냉매 회로, 액면 검출 회로, 압축기, 리시버, 열교환기

Description

냉동 장치 및 냉동 장치의 냉매량 검출 방법{REFRIGERATION SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING QUANTITY OF REFRIGERANT OF REFRIGERATION SYSTEM}
본 발명은, 냉동 장치 및 냉동 장치의 냉매량 검출 방법, 특히, 가스 냉매를 압축하는 압축기와 액냉매를 모으는 리시버를 포함하는 냉매 회로를 구비한 냉동 장치 및 냉동 장치의 냉매량 검출 방법에 관한 것이다.
종래의 증기 압축식의 냉매 회로를 구비한 냉동 장치의 하나로서, 빌딩 등의 공기 조화에 이용되는 공기 조화 장치가 있다. 이와 같은 공기 조화 장치는, 주로, 압축기 및 열원측 열교환기를 가지는 열원 유닛과, 이용측 열교환기를 가지는 복수의 이용 유닛과, 이들 유닛 간을 접속하는 가스 냉매 연락 배관 및 액냉매 연락 배관을 구비하고 있다.
이 공기 조화 장치에서는, 현지에 있어서, 각 유닛 및 배관을 설치한 후, 시운전시에 냉매 연락 배관의 길이에 따라 필요한 양의 냉매를 충전하도록 하고 있다. 이 때, 냉매 연락 배관의 길이는, 공기 조화 장치의 설치 장소에 따라 다양하기 때문에, 필요량의 냉매가 충전되어 있는지 여부의 판정은, 현지에서의 충전 작업시의 판단에 맡겨져 있다. 이 때문에, 냉매의 충전량이 충전 작업의 작업 레벨에 의존하지 않을 수 없게 되어 있다.
이것을 해결하는 것이 가능한 공기 조화 장치로서, 냉매 회로에 설치된 리시버 내에 모인 액냉매가 소정의 액면(液面)에 도달한 것을 검출하는 것이 가능한 구성을 가지고, 냉매 충전시에 필요 냉매량이 충전된 것을 검출할 수 있는 장치가 있다. 이하, 이 리시버의 액면 검출을 행하는 것이 가능한 구성을 구비한 공기 조화 장치(901)에 대해서, 도 10에 기초하여 설명한다.
공기 조화 장치(901)는, 1대의 열원 유닛(902)과, 그것에 병렬로 접속된 복수대 (여기에서는, 2대)의 이용 유닛(5)과, 열원 유닛(902)과 이용 유닛(5)을 접속하기 위한 액냉매 연락 배관(6) 및 가스 냉매 연락 배관(7)을 구비하고 있다.
이용 유닛(5)은, 주로, 이용측 팽창 밸브(51)와, 이용측 열교환기(52)를 가지고 있다. 이용측 팽창 밸브(51)는, 냉매 압력의 조절이나 냉매 유량의 조절을 행하기 위하여, 이용측 열교환기(52)의 액측에 접속된 전동 팽창 밸브이다. 이용측 열교환기(52)는, 크로스핀식의 열교환기이고, 실내의 공기와 열교환을 행하기 위한 기기이다. 본 실시예에 있어서, 이용 유닛(5)은, 유닛 내에 실내의 공기를 거두어들여, 내보내기 위한 팬(fan, 도시하지 않음)을 구비하고 있고, 실내의 공기와 이용측 열교환기(52)를 흐르는 냉매와의 열교환을 행하게 하는 것이 가능하다.
열원 유닛(902)은, 주로, 압축기(21)와, 오일 분리기(22)와, 사방 전환 밸브(23)와, 열원측 열교환기(24)와, 열원측 팽창 밸브(25a)를 포함하는 브리지 회로(25)와, 리시버(26)와, 액측 칸막이 밸브(27)와, 가스측 칸막이 밸브(28)를 가지고 있다. 압축기(21)는 흡입한 냉매 가스를 압축하기 위한 기기이다. 오일 분리기(22)는 압축기(21)의 토출측에 설치되어, 압축·토출된 냉매 가스 중에 포함되는 오일을 기액(氣液) 분리하기 위한 용기이다. 오일 분리기(22)에서 분리된 오일은 오일 회수관(22a)을 통하여 압축기(21)의 흡입측으로 회수되도록 되어 있다. 사방 전환 밸브(23)는 냉방 운전과 난방 운전 간의 전환시에, 냉매 흐름의 방향을 전환하기 위한 밸브이고, 냉방 운전시에는 오일 분리기(22)의 출구와 열원측 열교환기(24)의 가스측을 접속함과 함께 압축기(21)의 흡입측과 가스 냉매 연락 배관(7)측을 접속하고, 난방 운전시에는 오일 분리기(22)의 출구와 가스 냉매 연락 배관(7)측을 접속함과 함께 압축기(21)의 흡입측과 열원측 열교환기(24)의 가스측을 접속하는 것이 가능하다. 열원측 열교환기(24)는 크로스핀식의 열교환기이고, 공기를 열원으로서 냉매와 열교환을 행하기 위한 기기이다. 열원 유닛(902)은 유닛 내에 옥외의 공기를 거두어들여, 내보내기 위한 팬 (도시하지 않음)을 구비하고 있고, 옥외의 공기와 열원측 열교환기(24)를 흐르는 냉매와의 열교환을 행하게 하는 것이 가능하다.
리시버(26)는, 예를 들면, 도 11에 도시하는 바와 같은 종형(縱型) 원통 형상의 용기이고, 주 냉매 회로(10)를 흐르는 냉매액을 일시적으로 모으기 위한 용기이다. 리시버(26)는 용기 상부에 입구를 가지고 있고, 용기 하부에 출구를 가지고 있다. 브리지 회로(25)는 열원측 팽창 밸브(25a)와, 3개의 역지 밸브(25b, 25c, 25d)로 구성되어 있고, 주 냉매 회로(10)를 흐르는 냉매가 열원측 열교환기(24)측으로부터 유입하는 경우 및 이용측 열교환기(52)측으로부터 유입하는 경우 중 어느 쪽의 경우에 있어서도, 리시버(26) 내에, 리시버(26)의 입구로부터 냉매를 유입시키고 또한 리시버(26)의 출구로부터 액냉매를 유출시킬 수 있도록 하기 위한 회로 이다. 열원측 팽창 밸브(25a)는 냉매 압력의 조절이나 냉매 유량의 조절을 행하기 위하여, 열원측 열교환기(24)의 액측에 접속된 전동 팽창 밸브이다. 액측 칸막이 밸브(27) 및 가스측 칸막이 밸브(28)는, 각각, 액냉매 연락 배관(6) 및 가스 냉매 연락 배관(7)에 접속되어 있다. 이들 기기, 배관, 밸브류에 의하여 공기 조화 장치(901)의 주 냉매 회로(10)가 구성되어 있다.
나아가, 공기 조화 장치(901)는, 리시버(26)의 소정 위치에 접속된 액면 검출 회로(930)를 구비하고 있다. 액면 검출 회로(930)는, 리시버(26)의 소정 위치와 압축기(21)의 흡입측 간에 접속된 회로이고, 리시버(26)의 소정 위치로부터 냉매를 뽑아내고, 감압하여 압축기(21)의 흡입측으로 회수할 수 있도록 되어 있다. 여기서, 액면 검출 회로(930)가 접속되는 리시버(26)의 소정 위치라는 것은, 주 냉매 회로(10)에 필요량의 냉매가 충전되었을 때에, 리시버(26)에 모이는 액냉매의 양에 상당하는 제1 소정 위치(L1, 도 11 참조)이다. 액면 검출 회로(930)는, 전자 밸브로 이루어지는 개폐 기구(931a)와 개폐 기구(931a)의 하류측에 설치된 냉매를 감압하기 위한 모세관으로 이루어지는 감압 기구(931b)를 포함하는 바이패스 회로(931)와, 감압 기구(931b)의 하류측의 위치에 설치된 서미스터(thermistor)로 이루어지는 온도 검출 기구(932)를 가지고 있다.
이와 같은 리시버(26) 및 액면 검출 회로(930)를 구비한 공기 조화 장치(901)의 구성에 있어서, 주 냉매 회로(10)에 냉매 (예를 들면, R407C)를 충전할 때의 동작에 대해서 설명한다.
우선, 주 냉매 회로(10)를 냉방 운전의 회로 구성으로 한다. 냉방 운전시는, 사방 전환 밸브(23)가 도 10의 실선으로 도시되는 상태, 즉, 압축기(21)의 토출측이 열원측 열교환기(24)의 가스측에 접속되고 또한 압축기(21)의 흡입측이 이용측 열교환기(52)의 가스측에 접속된 상태로 되어 있다. 또한 액측 칸막이 밸브(27), 가스측 칸막이 밸브(28) 및 열원측 팽창 밸브(25a)는 개방되고, 이용측 팽창 밸브(51)는 냉매를 감압하도록 개도(開度) 조절되어 있다.
이 주 냉매 회로(10)의 상태로, 주 냉매 회로(10)에 외부로부터 냉매를 충전하면서 냉방 운전을 행한다. 구체적으로는, 열원 유닛(902)의 팬, 이용 유닛(5)의 팬 및 압축기(21)를 기동하면, 압력(Ps, 약 0.6MPa)의 가스 냉매 (도 12의 점(A) 참조)는, 압축기(21)로 흡입되어 압력(Pd, 약 2.0MPa, 열원측 열교환기(24)에서의 냉매의 응축 온도는, 50℃에 상당한다)까지 압축된 후, 오일 분리기(22)로 보내지는 오일과 가스 냉매 간에 기액 분리된다 (도 12의 점(B) 참조). 그 후, 압축된 가스 냉매는, 사방 전환 밸브(23)를 경유하여 열원측 열교환기(24)로 보내지고, 외기(外氣)와 열교환을 행하여 응축된다 (도 12의 점(C) 참조). 이 응축한 액냉매는, 브리지 회로(25) 및 액냉매 연락 배관(6)을 경유하여 이용 유닛(5)측으로 보내진다. 그리고 이용 유닛(5)으로 보내진 액냉매는, 이용측 팽창 밸브(51)로 감압된 후 (도 12의 점(D) 참조), 이용측 열교환기(52)에서 실내 공기와 열교환을 행하여 증발된다 (도 12의 점(A) 참조). 이 증발한 가스 냉매는, 가스 냉매 연락 배관(7), 사방 전환 밸브(23)를 경유하여, 재차, 압축기(21)로 흡입된다. 이와 같이 하여 냉방 운전과 같은 운전이 행해진다.
이와 같은 운전을 계속하면서, 주 냉매 회로(10)에 냉매를 충전한다. 여기서, 각 유닛(5, 902)의 팬의 풍량 제어 등에 의하여, 이용측 열교환기(52)에서의 냉매의 증발량과 열원측 열교환기(24)에서의 냉매의 응축량이 균형을 이루고 있기 때문에, 외부로부터 충전되는 냉매량 분만큼, 리시버(26)에 액냉매가 서서히 모인다.
다음으로, 상기의 냉매 충전 운전을 행하면서, 액면 검출 회로(930)의 개폐 기구(931a)를 열어, 리시버(26)의 제1 소정 위치(L1)로부터 냉매의 일부를 뽑아내어, 감압 기구(931b)에 의하여 감압하고, 온도 검출 기구(932)에 의하여 감압 후의 냉매 온도를 측정한 후에, 압축기(21)의 흡입측으로 회수하도록 하는 운전을 행한다.
리시버(26)에 모여 있는 액냉매의 양이 적고, 액냉매의 액면이 리시버(26)의 제1 소정 위치(L1)까지 도달하고 있지 않은 경우, 액면 검출 회로(930)에는, 포화 상태의 가스 냉매 (도 13의 점(E) 참조)가 유입한다. 이 가스 냉매는, 감압 기구(931b)에 의하여 압력(Ps)까지 감압되어, 냉매 온도가 약 57℃로부터 약 20℃까지 저하 (온도 저하는, 약 37℃)한다 (도 13의 점(F) 참조).
그 후, 리시버(26)의 제1 소정 위치(L1)까지 액냉매의 액면이 도달하고, 액면 검출 회로(930)에 포화 상태의 액냉매 (도 13의 점(H) 참조)가 유입하게 되면, 이 액냉매는, 감압 기구(931b)에 의해 압력(Ps)까지 감압되는 것으로, 플래시 증발 을 일으켜, 냉매 온도가 약 50℃로부터 약 3℃까지 급격하게 저하 (온도 저하는, 약 47℃)한다 (도 13의 점(I) 참조).
이와 같이, 이 공기 조화 장치(901)에서는, 리시버(26)의 제1 소정 위치(L1)로부터 냉매의 일부를 뽑아내어, 감압하고, 냉매 온도를 측정한 후에 압축기(21)의 흡입측으로 회수하는 액면 검출 회로(930)를 설치하고 있고, 그리고 리시버(26)로부터 뽑아낸 냉매가 가스 상태인 경우는 액면 검출 회로(930)에서 감압될 때의 온도 저하가 작고 (도 13의 점(E)으로부터 점(F)까지), 액상태인 경우는 플래시 증발에 의하여 감압될 때의 온도 저하가 커지는 (도 13의 점(H)으로부터 점(I)까지) 것을 이용하여, 이 온도 저하가 큰 경우에는 리시버(26) 내의 액냉매가 제1 소정 위치(L1)까지 모여 있는 것으로 판정하고, 온도 저하가 작은 경우에는 리시버(26) 내의 액냉매가 제1 소정 위치(L1)까지 모여 있지 않은 것으로 판정하는 것으로 주 냉매 회로(10)에 필요한 냉매량이 충전된 것을 검출하도록 하고 있다 (예를 들면, 일본국 특허공개 2002－350014호 공보 참조.).
그러나 상기 종래의 공기 조화 장치(901)에 있어서, 열원측 열교환기(24)의 외기 등의 열원의 온도가 높고, 압축기(21)의 토출측의 냉매 압력이 높은 조건에서 운전하지 않으면 안되는 경우가 있다. 또한 작동 냉매를 R407C로부터 R407C나 R22보다도 고압의 포화 압력 (즉, 저비점) 특성을 가지는 R410A 등으로 변경하는 경우가 있다.
예를 들면, 작동 냉매를 R410A로 변경한 경우, 도 14에 도시하는 바와 같이, R410A가 R407C에 비해 비점이 낮기 때문에, 냉방 운전할 때의 냉매의 열원측 열교환기(24)에서의 응축 온도를, R407C를 사용하는 경우와 같은 50℃로 하면, 그 열원측 열교환기(24)에서의 응축 압력, 즉, 압축기(21)의 토출 압력(Pd＇)이 약 3.0MPa로 된다. 이 조건에 있어서, 냉방 운전시의 냉동 사이클을 도 14에 그리면, 점(A＇, B＇, C＇) 및 (D＇)를 연결하는 선으로 된다. 여기서, 주목해야 할 점은, 선분(B＇C＇)과 기상선이 교차하는 점(E＇)에서의 기상선의 기울기이다. 도 12 및 도 13에 도시하는 바와 같이, 작동 냉매로서 R407C를 사용하는 경우에는, 선분(BC)과 기상선이 교차하는 점(E)에서의 기상선의 기울기는, 도면의 가로축에 대해서 거의 수직 또는 오른쪽이 높은 기울기이지만, R410A를 사용하는 경우에는, 도 14에 도시하는 바와 같이, 선분(B＇C＇)과 기상선이 교차하는 점(E＇)에서의 기상선의 기울기는, 왼쪽이 높은 기울기이다. 이 때문에, 액면 검출 회로(930)에 의하여, 리시버(26) 내에 모인 냉매가 소정 위치까지 도달하고 있는지 여부를 검출하려고 하면, R407C의 경우에는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 포화 상태의 가스 냉매를 감압한 경우의 온도 저하 (도 13의 점(E)으로부터 점(F)까지)는 포화 상태의 액냉매를 감압한 경우의 온도 저하 (도 13의 점(H)으로부터 점(I)까지)에 비해 온도 저하의 정도가 작지만, R410A의 경우에는, 도 15에 도시하는 바와 같이, 포화 상태의 가스 냉매를 감압한 경우에 기액 이상(二相) 상태로 되기 때문에 (도 15의 점(E＇)으로부터 점(F＇)까지), 포화 상태의 액냉매를 감압한 경우의 플래시 증발이 생기는 경우 (도 15의 점(H＇)로부터 점(I＇)까지)와 같은 온도 저하가 생기게 된다 ( 어느 경우도, 50℃로부터 3℃까지의 약 47℃의 온도 저하가 생긴다).
이 때문에, 리시버(26)의 제1 소정 위치(L1)에 액냉매의 액면이 도달하고 있지 않아도, 리시버(26)의 제1 소정 위치(L1)로부터 뽑아내지는 냉매의 급격한 온도 저하를 검출해 버려, 리시버(26)의 제1 소정 위치(L1)까지 액냉매가 모여 있는 것으로 판정을 잘못해 버리는 일이 있다.
또한 이러한 현상은, 작동 냉매를 R410A로 한 경우에만 한정되지 않고, R407C를 사용하고 있는 경우에도, 외기 온도가 높고 열원측 열교환기(24)에서의 냉매의 응축 온도가 높은 조건에서 운전하는 경우에는, 도 12 및 도 13에서의 점(E)의 위치가 상방으로 어긋나, 기상선의 기울기가 왼쪽이 높게 되어 버리기 때문에, R410A를 사용한 경우와 같은 현상이 생기는 일이 있다.
본 발명의 과제는, 압축기 및 리시버를 포함하는 냉매 회로를 구비한 냉동 장치에 있어서, 리시버의 소정 위치까지 액냉매가 모여 있는지 여부를 판정하는 액면 검출 회로의 판정 정밀도를 높이는데 있다.
청구항 1에 기재된 냉동 장치는, 주 냉매 회로와, 액면 검출 회로를 구비하고 있다. 주 냉매 회로는, 가스 냉매를 압축하는 압축기와, 열원측 열교환기와, 액냉매를 모으는 리시버와, 이용측 열교환기를 포함하고 있다. 액면 검출 회로는, 리시버의 소정 위치로부터 리시버 내의 냉매의 일부를 뽑아내어, 감압 및 가열을 행하고, 냉매 온도를 측정한 후에, 압축기의 흡입측으로 회수할 수 있도록 설치되 어, 리시버 내의 액면이 소정 위치가 된 것을 검출한다.
이 냉동 장치에서는, 감압 및 가열한 후에, 리시버의 소정 위치로부터 뽑아내어진 냉매의 온도를 측정하는 것이 가능한 액면 검출 회로를 구비하고 있다. 이와 같이 하면, 리시버 내로부터 뽑아내어진 냉매가 가스 상태인 경우는 가열에 의한 온도 상승이 커지고, 액상태인 경우는 가열에 의한 열에너지가 증발 잠열로서 소비되어 가열에 의한 온도 상승이 작아지기 때문에, 이 온도 상승이 큰 경우에는 리시버의 소정 위치까지 액냉매가 모여 있지 않은 것으로 판정하고, 온도 상승이 작은 경우에는 리시버의 소정 위치까지 액냉매가 모여 있는 것으로 판정할 수 있다. 이것에 의하여, 리시버 내로부터 뽑아내어진 냉매가, 포화 가스 상태이고 또한 감압시에 기액 이상 상태가 생기게 하는 조건이더라도, 리시버의 소정 위치까지 액냉매가 모여 있는지 여부를 판정할 수 있기 때문에, 종래와 같은 감압시의 온도 저하의 대소에 의하여 리시버의 소정 위치까지 냉매가 모여 있는지 여부를 판정하는 액면 검출 회로를 사용하는 경우에 비해, 판정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
청구항 2에 기재된 냉동 장치는, 청구항 1에 있어서, 리시버의 소정 위치는, 리시버 내에 모인 냉매량이 변화한 경우에, 가스 냉매 또는 액냉매가 존재할 수 있는 위치이다.
청구항 3에 기재된 냉동 장치는, 청구항 1 또는 2에 있어서, 액면 검출 회로는, 바이패스 회로와, 온도 검출 기구를 가지고 있다. 바이패스 회로는, 개폐 기구와 감압 기구와 가열 기구를 포함하고, 리시버와 상기 압축기의 흡입측을 접속한다. 온도 검출 기구는, 가열 기구에 의하여 가열된 후의 냉매 온도를 검출한다.
청구항 4에 기재된 냉동 장치는, 청구항 3에 있어서, 가열 기구는 주 냉매 회로 내를 흐르는 냉매를 가열원으로 한 열교환기이다.
이 냉동 장치에서는, 주 냉매 회로 내를 흐르는 냉매를 가열원으로 하는 가열 기구를 사용하고 있기 때문에, 예를 들면, 전기 히터 등의 다른 외부로부터의 가열원이 불필요하다.
청구항 5에 기재된 냉동 장치는, 청구항 4에 있어서, 가열 기구의 가열원은, 주 냉매 회로에 있어서, 열원측 열교환기와 이용측 열교환기 간을 흐르는 액냉매이다. 가열 기구는, 바이패스 회로에 있어서, 감압 기구보다도 냉매 흐름의 하류측에 설치되어 있다.
이 냉동 장치에서는, 주 냉매 회로 내를 흐르는 냉매액을 가열원으로 하는 가열 기구를 사용하고 있기 때문에, 열교환에 사용되어도 냉매 온도의 변화가 적고, 비교적 안정되어 있다. 이 때문에, 액면 검출 회로를 흐르는 냉매를 안정적으로 가열하는 것이 가능하다.
청구항 6에 기재된 냉동 장치는, 청구항 1 내지 5에 있어서, 액면 검출 회로와 같은 구성을 가지고, 리시버 내에 모인 냉매량이 변화한 경우에서도, 항상, 액냉매로 채워지는 리시버의 참조 위치로부터 리시버 내의 냉매의 일부를 뽑아내도록 설치된 보조 액면 검출 회로를 더 구비하고 있다.
이 냉동 장치에서는, 리시버 내에 있어서, 항상 액냉매가 모인 참조 위치에 액면 검출 회로와 같은 구성을 가지는 보조 액면 검출 회로를 설치하는 것에 의하여, 2개의 액면 검출 회로의 각 온도 검출 기구에 의하여 냉매의 온도를 검출하고, 보조 액면 검출 회로측의 온도 검출 기구에 의하여 검출된 냉매의 온도를 기준으로 하여, 액면 검출 회로측의 온도 검출 기구에 의하여 검출된 냉매의 온도를 비교하는 것으로 액면을 검출하는 것이 가능하게 된다. 이것에 의하여, 액면의 유무 판정이 용이하게 되는 것과 함께, 측정 정밀도를 한층 높일 수 있다.
청구항 7에 기재된 냉동 장치는, 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서, 주 냉매 회로, 액면 검출 회로를 흐르는 냉매는, R32를 50wt% 이상 포함하고 있다.
R32를 50wt% 이상 포함하는 냉매를 작동 냉매로서 사용하면, 냉방 운전이나 냉매 충전 운전 중의 열원측 열교환기에서의 냉매의 응축 온도 (50℃ 부근)에서의 압력 엔탈피 선도의 기상선의 기울기가 왼쪽이 높게 되기 때문에, 종래의 액면 검출 회로에서는 정밀도 높은 액면의 유무를 판정할 수 없는 경우가 있지만, 이 냉동 장치에서는, 액면 검출 회로에 가열 기구를 설치하고 있기 때문에, 이와 같은 작동 냉매를 사용하는 경우에도, 리시버의 소정 위치에서의 액면의 유무를 정밀도 높게 판정하는 것이 가능하다.
청구항 8에 기재된 냉동 장치의 냉매량 검출 방법은, 가스 냉매를 압축하는 압축기와, 열원측 열교환기와, 액냉매를 모으는 리시버를 포함하는 냉매 회로를 구비한 냉동 장치의 냉매량 검출 방법에 있어서, 압축기 운전 스텝과, 액면 검출 스텝을 구비하고 있다. 압축기 운전 스텝은, 냉매 회로 내를 흐르는 냉매를 열원측 열교환기에서 응축시키는 것이 가능한 압력까지 승압한다. 액면 검출 스텝은, 압축기 운전 스텝 중에, 리시버의 소정 위치로부터 리시버 내의 냉매의 일부를 뽑아내어, 감압 및 가열을 행한 후, 냉매 온도를 측정하고, 측정된 냉매 온도에 근거하 여 리시버 내의 액면이 소정 위치에 있는지 여부를 판정한다.
이 냉동 장치의 액면 검출 방법에서는, 압축기를 운전하여 냉매 회로 내를 흐르는 냉매의 압력을 열원측 열교환기에서 응축시키는 것이 가능한 압력까지 승압시켜 운전할 때에, 리시버 내의 냉매를 리시버의 소정 위치로부터 뽑아내어, 감압 및 가열한 후에, 냉매의 온도를 측정하도록 하고 있다. 이와 같이 하면, 리시버 내로부터 뽑아내어진 냉매가 가스 상태인 경우는 가열에 의한 온도 상승이 크고, 액상태인 경우는 가열에 의한 열에너지가 증발 잠열로서 소비되어 가열에 의한 온도 상승이 작아지기 때문에, 이 온도 상승이 큰 경우에는 리시버 내의 액면이 소정 위치까지 액냉매가 모여 있지 않은 것으로 판정하고, 온도 상승이 작은 경우에는 리시버 내의 액면이 소정 위치까지 액냉매가 모여 있는 것으로 판정할 수 있다. 이것에 의하여, 리시버 내로부터 뽑아내어진 냉매가, 포화 가스 상태이고 또한 감압시에 기액 이상 상태가 생기게 하는 조건이더라도, 리시버의 소정 위치까지 액냉매가 모여 있는지 여부를 판정할 수 있기 때문에, 종래와 같은 감압시의 온도 저하의 대소에 의하여 리시버의 소정 위치까지 냉매가 모여 있는지 여부를 판정하는 경우에 비해, 판정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시예의 공기 조화 장치의 냉매 회로의 개략도이다.
도 2는, 도 14의 확대도이고, 제1 및 제2 실시예의 액면 검출 회로의 동작을 도시하는 도면이다.
도 3은, 도 12의 확대도이고, 제1 실시예의 액면 검출 회로의 동작을 도시하 는 도면이다.
도 4는, 제1 실시예의 변형예 1의 액면 검출 회로를 구비한 공기 조화 장치의 냉매 회로의 개략도이다.
도 5는, 제1 실시예의 변형예 2의 액면 검출 회로를 구비한 공기 조화 장치의 냉매 회로의 개략도이다.
도 6은, 제1 실시예의 변형예 3의 액면 검출 회로를 구비한 공기 조화 장치의 냉매 회로의 개략도이다.
도 7은, 제1 실시예의 변형예 4의 액면 검출 회로를 구비한 공기 조화 장치의 냉매 회로의 개략도이다.
도 8은, 본 발명의 제2 실시예의 공기 조화 장치의 냉매 회로의 개략도이다.
도 9는, 제2 실시예의 공기 조화 장치의 리시버를 도시하는 도면이다.
도 10은, 종래의 공기 조화 장치의 냉매 회로의 개략도이다.
도 11은, 종래 및 제1 실시예의 공기 조화 장치의 리시버를 도시하는 도면이다.
도 12는, R407C의 압력 엔탈피 선도이고, 종래의 공기 조화 장치의 냉방 운전시 또는 냉매 충전 운전시의 냉동 사이클을 도시하는 도면이다.
도 13은, 도 12의 확대도이고, 종래의 액면 검출 회로의 동작을 도시하는 도면이다.
도 14는, R410A의 압력 엔탈피 선도이고, 종래의 공기 조화 장치의 냉방 운전시 또는 냉매 충전 운전시의 냉동 사이클을 도시하는 도면이다.
도 15는, 도 14의 확대도이고, 종래의 액면 검출 회로의 동작을 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 냉동 장치의 실시예에 대해서, 도면에 기초하여 설명한다.
［제1 실시예］
(1) 공기 조화 장치의 전체 구성
도 1은, 본 발명의 냉동 장치의 일례로서의 제1 실시예의 공기 조화 장치(1)의 냉매 회로의 개략도이다. 공기 조화 장치(1)는, 종래의 공기 조화 장치(901)와 마찬가지로, 1대의 열원 유닛(2)과, 그것에 병렬로 접속된 복수대 (여기에서는, 2대)의 이용 유닛(5)과, 열원 유닛(2)과 이용 유닛(5)을 접속하기 위한 액냉매 연락 배관(6) 및 가스 냉매 연락 배관(7)을 구비하고 있다. 여기서, 이용 유닛(5) 및 액면 검출 회로(30)를 제외한 열원 유닛(2)의 구성, 즉, 주 냉매 회로(10)의 구성은, 종래의 공기 조화 장치(901)와 같기 때문에, 설명을 생략하고 액면 검출 회로(30)의 구성에 대해서만 설명한다.
공기 조화 장치(1)의 액면 검출 회로(30)는, 종래의 액면 검출 회로(930)와 마찬가지로, 리시버(26)의 제1 소정 위치(L1)와 압축기(21)의 흡입측 간에 접속된 회로이고, 리시버(26)의 소정 위치로부터 냉매를 뽑아내어, 감압 및 가열을 행한 후, 압축기(21)의 흡입측으로 회수할 수 있도록 되어 있다.
액면 검출 회로(30)는, 전자 밸브로 이루어지는 개폐 기구(31a)와 개폐 기구 (31a)의 하류측에 설치된 냉매를 감압하기 위한 모세관으로 이루어지는 감압 기구(31b)와 감압된 냉매를 가열하는 열교환기로 이루어지는 가열 기구(31c)를 포함하는 바이패스 회로(31)와, 가열 기구(31c)의 하류측의 위치에 설치된 서미스터로 이루어지는 온도 검출 기구(32)를 가지고 있다. 가열 기구(31c)는, 열원측 열교환기(24)와 이용측 열교환기(52) 간을 흐르는 액냉매를 열원으로 한 열교환기 (구체적으로는, 브리지 회로(25)와 액측 칸막이 밸브(27) 간)이고, 예를 들면, 이중관식의 열교환기 등이 사용된다.
(2) 공기 조화 장치의 동작
다음으로, 공기 조화 장치(1)의 동작에 대해서, 도 1, 도 2 및 도 14 (작동 냉매로서 R410A를 사용하는 경우)를 이용하여 설명한다. 여기서, 도 2는 도 14의 확대도이고, 액면 검출 회로(30)의 동작을 도시하고 있다.
(A) 냉방 운전
우선, 냉방 운전에 대해서 설명한다. 냉방 운전시는, 사방 전환 밸브(23)가 도 1의 실선으로 도시되는 상태, 즉, 압축기(21)의 토출측이 열원측 열교환기(24)의 가스측에 접속되고 또한 압축기(21)의 흡입측이 이용측 열교환기(52)의 가스측에 접속된 상태로 되어 있다. 또한 액측 칸막이 밸브(27), 가스측 칸막이 밸브(28) 및 열원측 팽창 밸브(25a)는 개방되고, 이용측 팽창 밸브(51)는 냉매를 감압하도록 개도 조절되어 있다.
이 주 냉매 회로(10)의 상태에서, 열원 유닛(2)의 팬, 이용 유닛(5)의 팬 및 압축기(21)를 기동하면, 압력(Ps＇, 약 0.9MPa)의 가스 냉매 (도 14의 점(A＇) 참 조)는, 압축기(21)로 흡입되어 압력(Pd＇, 약 3.0MPa)까지 압축된 후, 오일 분리기(22)로 보내져 오일과 냉매 가스 간에 기액 분리된다 (도 14의 점(B＇) 참조). 그 후, 압축된 가스 냉매는, 사방 전환 밸브(23)를 경유하여 열원측 열교환기(24)로 보내지고, 외기와 열교환을 행하여 응축된다 (도 14의 점(C＇) 참조). 이 응축한 액냉매는, 브리지 회로(25) 및 액냉매 연락 배관(6)을 경유하여 이용 유닛(5)측으로 보내진다. 그리고 이용 유닛(5)으로 보내진 액냉매는, 이용측 팽창 밸브(51)로 감압된 후 (도 14의 점(D＇) 참조), 이용측 열교환기(52)에서 실내 공기와 열교환을 행하여 증발된다 (도 14의 점(A＇) 참조). 이 증발한 가스 냉매는, 가스 냉매 연락 배관(7), 사방 전환 밸브(23)를 경유하여, 재차, 압축기(21)로 흡입된다. 이와 같이 하여, 냉방 운전이 행해진다.
(B) 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 열교환기(52)의 가스측에 접속되고 또한 압축기(21)의 흡입측이 열원측 열교환기(24)의 가스측에 접속된 상태로 되어 있다. 또한 액측 칸막이 밸브(27), 가스측 칸막이 밸브(28) 및 이용측 팽창 밸브(51)는 개방되고, 열원측 팽창 밸브(25a)는 냉매를 감압하도록 개도 조절되어 있다.
이 주 냉매 회로(10)의 상태로, 열원 유닛(2)의 팬, 이용 유닛(5)의 팬 및 압축기(21)를 기동하면, 가스 냉매는, 압축기(21)로 흡입되어 압축된 후, 오일 분리기(22)로 보내져 오일과 냉매 가스 간에 기액 분리된다. 그 후, 압축된 가스 냉 매는, 사방 전환 밸브(23) 및 가스 냉매 연락 배관(7)을 경유하여 이용 유닛(5)으로 보내진다. 그리고 이용 유닛(5)으로 보내진 가스 냉매는, 이용측 열교환기(52)에서 실내 공기와 열교환을 행하여 응축된다. 이 응축한 액냉매는, 이용측 팽창 밸브(51) 및 액냉매 연락 배관(6)을 경유하여 열원 유닛(2)으로 보내진다. 그리고 열원 유닛(2)으로 보내진 액냉매는, 브리지 회로(25)의 열원측 팽창 밸브(25a)로 감압된 후, 열원측 열교환기(24)에서 외기와 열교환을 행하여 증발된다. 이 증발한 가스 냉매는, 사방 전환 밸브(23)를 경유하여, 재차, 압축기(21)로 흡입된다. 즉, 난방 운전시에 있어서, 냉매는, 냉방 운전시와는 반대로, 도 14에서의 점(A＇), 점(D＇), 점(C＇), 점(B＇), 점(A＇)의 순으로 상태 변화가 일어난다. 이와 같이 하여, 난방 운전이 행해진다.
(C) 냉매 충전 운전
다음으로, 주 냉매 회로(10)에 냉매 충전을 행할 때의 동작에 대해서, 도 2 및 도 14를 이용하여 설명한다.
우선, 주 냉매 회로(10)를 상기의 냉방 운전시와 같은 회로 구성으로 한다. 그리고 이 주 냉매 회로(10)의 상태에서, 종래의 공기 조화 장치(901)와 마찬가지로, 주 냉매 회로(10)에 외부로부터 냉매를 충전하면서, 상기의 냉방 운전과 같은 운전을 행한다.
그리고 상기의 냉매 충전 운전을 행하면서, 액면 검출 회로(30)의 개폐 기구(31a)를 여는 것에 의하여, 리시버(26)의 소정 위치로부터 냉매의 일부를 뽑아내어, 감압 기구(31b)에서 감압하고, 나아가 가열 기구(31c)에서 가열하여, 가열 후 의 냉매 온도를 측정한 후에, 압축기(21)의 흡입측으로 회수하도록 하는 운전을 행한다.
리시버(26)에 모여 있는 액냉매의 양이 적어, 제1 소정 위치(L1)에 액면이 도달하고 있지 않은 경우, 액면 검출 회로(30)에는, 포화 상태의 가스 냉매 (도 2의 점(E＇) 참조)가 유입한다. 이 가스 냉매는, 감압 기구(31b)에 의하여 압력(Ps＇)까지 감압되어, 기액 이상 상태가 되고, 냉매 온도가 약 50℃로부터 약 3℃까지 저하 (온도 저하는, 약 47℃)한다 (도 2의 점(F＇) 참조). 이 기액 이상 상태의 냉매는 가열 기구(31c)에 의하여, 주 냉매 회로(10, 구체적으로는, 브리지 회로(25)와 액측 칸막이 밸브(27) 간)를 흐르는 액냉매와 열교환을 행하여 가열된다 (도 2의 점(G＇) 참조). 이것에 의하여, 기액 이상 상태의 냉매는, 약 3℃로부터 약 15℃ (온도 상승은 약 12℃)의 과열 가스 상태가 된다.
그 후, 리시버(26)의 제1 소정 위치(L1)에 액냉매의 액면이 도달하여, 액면 검출 회로(30)에 포화 상태의 액냉매 (도 2의 점(H＇) 참조)가 유입하게 되면, 이 가스 냉매는, 감압 기구(31b)에 의해 압력(Ps＇)까지 감압되는 것으로, 플래시 증발을 일으키기 때문에, 냉매 온도가 약 50℃로부터 약 3℃까지 급격하게 저하 (온도 저하는, 약 47℃)한다 (도 2의 점(I＇) 참조). 이 기액 이상 상태의 냉매는, 가열 기구(31c)에 의하여 가열된다 (도 2의 점(J＇) 참조). 이것에 의하여, 기액 이상 상태의 냉매는, 증발 잠열을 빼앗겨 더 증발하지만, 완전히 증발하는 데까지는 도달하지 않고, 냉매 온도는 약 3℃인 채이다.
그리고 리시버(26) 내에 모인 냉매가 가스 상태인 경우는 액면 검출 회로(30)에서 가열시의 온도 상승이 크고, 액상태인 경우는 가열시의 온도 상승이 작아지는 것을 이용하여, 이 온도 상승이 큰 경우에는 리시버(26) 내의 액냉매가 제1 소정 위치(L1)까지 모여 있지 않은 것으로 판정하고, 온도 상승이 작은 경우에는 리시버(26) 내의 액냉매가 제1 소정 위치(L1)까지 모여 있는 것으로 판정하는 것으로 필요한 냉매량이 충전된 것을 검출하고, 그 후, 냉매 충전 운전을 종료한다.
(3) 공기 조화 장치의 특징
본 실시예의 공기 조화 장치(1), 특히, 액면 검출 회로(30)에는, 이하와 같은 특징이 있다.
(A) 이 공기 조화 장치(1)에서는, 감압 및 가열한 후에, 리시버(26)의 제1 소정 위치(L1)로부터 뽑아내어진 냉매의 온도를 측정하는 것이 가능한 액면 검출 회로(30)가 설치되어 있다. 이와 같이 하면, 리시버(26) 내로부터 뽑아내어진 냉매가 가스 상태인 경우는 가열에 의한 온도 상승이 크고, 액상태인 경우는 가열에 의한 열에너지가 증발 잠열로서 소비되어 가열에 의한 온도 상승이 작아지기 때문에, 이 온도 상승이 큰 경우에는 리시버(26)의 제1 소정 위치(L1)까지 액냉매가 모여 있지 않은 것으로 판정하고, 온도 상승이 작은 경우에는 리시버(26)의 제1 소정 위치(L1)까지 액냉매가 모여 있는 것으로 판정할 수 있다. 이것에 의하여, 리시버(26) 내로부터 뽑아내어진 냉매가, 포화 가스 상태이고 또한 감압시에 기액 이상 상태를 일으키도록 하는 조건 (도 2의 점(E＇)로부터 점(F＇)) 이더라도, 리시버(26)의 제1 소정 위치(L1)까지 액냉매가 모여 있는지 여부를 판정할 수 있기 때문에, 감압시의 온도 저하의 대소에 의하여 리시버(26)의 제1 소정 위치(L1)까지 냉매가 모여 있는지 여부를 판정하는 종래의 액면 검출 회로(930)를 사용하는 경우에 비해, 판정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
(B) 특히, 상기에 설명한 R410A와 같은 R32를 50wt% 이상 포함한 냉매를 작동 냉매로서 사용하는 경우에는, 냉방 운전이나 냉매 충전 운전 중의 열원측 열교환기(24)에서의 냉매의 응축 온도 (50℃ 부근)에서의 압력 엔탈피 선도의 기상선의 기울기가 왼쪽이 높기 때문에, 종래의 액면 검출 회로(930)에서는 정밀도 높은 액면의 유무를 판정할 수 없는 경우가 있지만, 이 액면 검출 회로(30)에서는, 가열 기구(31c)를 설치하고 있기 때문에, 이와 같은 작동 냉매를 사용하는 경우에도, 리시버(26)의 제1 소정 위치(L1)에서의 액면의 유무를 정밀도 높게 판정하는 것이 가능하다.
(C) 또한 R407C나 R22를 사용하는 경우에도, 외기 온도가 높고 열원측 열교환기(24)에서의 냉매의 응축 온도가 높은 조건 (예를 들면, 60℃)에서 운전하는 경우에는, 도 3의 점(E)과 같이, 도 13 및 도 14에서의 점(E)의 위치가 상방으로 이동하여, 점(E) 부근에서의 기상선의 기울기가 왼쪽이 높아져 버리기 때문에, R410A를 사용한 경우와 같은 현상이 일어나, 종래의 액면 검출 회로(930)에서는 약간 판정 정밀도가 나빠지는 경향이 있다. 그러나 이와 같은 경우에도, 도 3에 도시하는 바와 같이, 액면 검출 회로(30)의 가열 기구(31c)에 의하여, 포화 가스 냉매의 가열 후의 온도 상승 (도 3의 점(F)으로부터 점(G)까지)은, 약 12℃의 온도 상승 (약 17℃로부터 약 29℃까지 상승)이고, 포화 액냉매의 가열 후의 온도 상승 (도 3의 점(I)으로부터 점(J)까지)은, 약 1℃의 온도 상승 (3℃에서 4℃까지 상승)이기 때문에, R410A를 사용하는 경우와 마찬가지로, 리시버(26)의 제1 소정 위치(L1)에서의 액면의 유무를 정밀도 높게 판정하는 것이 가능하다.
(D) 나아가, 가열 기구(31c)는, 온도가 비교적 안정된 주 냉매 회로(10) 내를 흐르는 액냉매를 가열원으로서 사용하는 열교환기이기 때문에, 안정적인 냉매의 가열이 가능하다.
(4) 변형예 1
액면 검출 회로(30)에는, 개폐 기구(31a)의 하류측에 감압 기구(31b)가 설치되어 있지만, 도 4에 도시하는 바와 같이, 개폐 기구(31a)에 감압 기구로서의 기능을 겸용시킨 개폐 기구(131a)를 포함하는 바이패스 회로(131)를 가지는 액면 검출 회로(130)로 하여도 무방하다. 이 경우에도, 액면 검출 회로(30)를 설치한 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다.
(5) 변형예 2
액면 검출 회로(30)에는, 액냉매를 열원으로 한 열교환기로 이루어지는 가열 기구(31c)가 설치되어 있지만, 도 5에 도시하는 바와 같이, 전기 히터 등의 외부 열원에 의하여 냉매를 가열하는 타입의 가열 기구(231c)를 포함하는 바이패스 회로 (231)를 가지는 액면 검출 회로(230)로 하여도 무방하다. 이 경우에도, 액면 검출 회로(30)를 설치한 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다.
(6) 변형예 3
액면 검출 회로(30)에는, 액냉매를 열원으로 한 열교환기로 이루어지는 가열 기구(31c)가 설치되어 있지만, 도 6에 도시하는 바와 같이, 압축기(21)가 엔진 구동의 압축기의 경우에는, 엔진의 배출열을 이용한 가열 기구(331c)를 포함하는 바이패스 회로(331)를 가지는 액면 검출 회로(330)로 하여도 무방하다. 이 경우에도, 액면 검출 회로(30)를 설치한 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다.
(7) 변형예 4
액면 검출 회로(30)에는, 액냉매를 열원으로 한 열교환기로 이루어지는 가열 기구(31c)가 설치되어 있지만, 도 7에 도시하는 바와 같이, 압축기(21)의 토출 가스 냉매를 열원으로 한 열교환기로 이루어지는 가열 기구(431c)를 포함하는 바이패스 회로(431)를 가지는 액면 검출 회로(430)로 하여도 무방하다. 이 경우에 있어서는, 가열원으로 되는 압축기(21)의 토출 가스 냉매의 온도 변화가 크고, 안정적인 가열이라고 하는 관점에서는, 액냉매를 가열원으로 하는 액면 검출 회로(30)의 가열 기구(31c)에 비해 약간 뒤떨어지지만, 감압 기구(31b)와 가열 기구(431c)와의 접속 순서가 한정되지 않고, 회로 구성을 간단하게 하는 것이 가능하게 된다.
［제2 실시예］
제1 실시예의 공기 조화 장치(1)에 있어서는, 액면 검출 회로(30)를 냉매 충 전시의 필요 냉매량에 상당하는 리시버(26)의 제1 소정 위치(L1)에만 설치하고 있지만, 리시버(26)에 액이 가득 차 있지 않는지 여부를 판정하기 위해서, 리시버(26)의 정부(頂部)의 제2 소정 위치(L2)에 액면 검출 회로(30)와 같은 구성을 가지는 액면 검출 회로를 설치하여도 무방하다.
나아가 리시버(26)의 저부의 항상 액냉매가 모인 참조 위치(LR)에 액면 검출 회로(30)와 같은 구성을 가지는 보조 액면 검출 회로를 설치하여도 무방하다.
구체적으로는, 본 실시예의 공기 조화 장치(501)의 주 냉매 회로(10) 및 액면 검출 회로(30)의 구성은, 도 8에 도시하는 바와 같이, 제1 실시예의 공기 조화 장치(1)와 같지만, 리시버(26)의 정부(頂部)에 액면 검출 회로(30)와 같은 구성의 액면 검출 회로(630)를 가지고 있는 점과, 리시버(26)의 저부(底部)에 액면 검출 회로(30)와 같은 구성의 보조 액면 검출 회로(530)를 가지고 있는 점이 다르다.
이 액면 검출 회로(630)는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 리시버(26)의 정부의 제2 소정 위치(L2)와 압축기(21)의 흡입측 간에 접속된 회로이고, 액면 검출 회로(30)와 마찬가지로, 리시버(26)로부터 냉매를 뽑아내어, 감압 및 가열을 행한 후, 압축기(21)의 흡입측으로 회수할 수 있도록 되어 있다. 여기서, 액면 검출 회로(630)가 접속되는 리시버(26)의 제2 소정 위치(L2)는, 상기와 같이, 제1 소정 위치(L1)보다도 상측의 리시버(26)에 액이 가득 찬 상태를 검출할 수 있는 위치 (도 9 참조)이다. 액면 검출 회로(630)는, 액면 검출 회로(30)와 마찬가지로, 개폐 기구 (631a)와 감압 기구(631b)와 가열 기구(631c)를 포함하는 바이패스 회로(631)와, 온도 검출 기구(632)를 가지고 있다.
이 보조 액면 검출 회로(530)는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 리시버(26)의 저부의 참조 위치(LR)와 압축기(21)의 흡입측 간에 접속된 회로이고, 액면 검출 회로(30)와 마찬가지로, 리시버(26)로부터 냉매를 뽑아내어, 감압 및 가열을 행한 후, 압축기(21)의 흡입측으로 회수할 수 있도록 되어 있다. 여기서, 보조 액면 검출 회로(530)가 접속되는 리시버(26)의 참조 위치(LR)는, 리시버(26)의 저부에 운전 중에 상시, 액냉매가 모여 있는 위치 (도 9 참조)이다. 또한 보조 액면 검출 회로(530)는, 후술과 같이 액면 검출 회로(30)와 동시에 사용되기 때문에, 도 9에 도시하는 바와 같이, 보조 액면 검출 회로(530)의 바이패스 회로(531)가 압축기(21)의 흡입측으로 회수되는 배관 부분의 공통화가 이루어지는 것과 함께, 이 공통화된 배관 부분에 개폐 기구(31a)가 설치되어 있어, 액면 검출 회로(30)의 개폐 기구(31a)나 배관의 일부가 겸용으로 되어 있다. 즉, 보조 액면 검출 회로(530)는, 감압 기구(531b)와 가열 기구(531c)를 포함하는 바이패스 회로(531, 단, 개폐 기구(31a) 및 배관의 일부는, 바이패스 회로(31)와 겸용)와 온도 검출 기구(532)를 가지고 있다.
다음으로, 공기 조화 장치(501)의 액면 검출 회로(30, 630) 및 보조 액면 검출 회로(530)의 냉매 충전 운전시의 동작에 대해서, 도 2 (작동 냉매로서 R410A를 사용하는 경우)를 이용하여 설명한다.
액면 검출 회로(30)의 개폐 기구(31a)를 여는 것에 의하여, 리시버(26)의 제 1 소정 위치(L1) 및 참조 위치(LR)로부터 냉매의 일부를 각각 뽑아내어, 감압 기구(31b, 531b)에서 감압하고, 나아가 가열 기구(31c, 531c)에서 가열한 후, 가열 후의 냉매 온도를 온도 검출 기구(32, 532)에 의하여 측정한 후에, 압축기(21)의 흡입측으로 회수하도록 하는 운전을 행한다.
리시버(26)에 모여 있는 액냉매의 양이 적고, 제1 소정 위치(L1)에 액냉매의 액면이 도달하고 있지 않은 경우, 액면 검출 회로(30)에는, 포화 상태의 가스 냉매 (도 2의 점(E＇) 참조)가 유입한다. 이 가스 냉매는, 감압 기구(31b)에 의하여 압력(Ps＇)까지 감압되어, 기액 이상 상태로 되고, 냉매 온도가 약 50℃로부터 약 3℃까지 저하 (온도 저하는, 약 47℃)한다 (도 2의 점(F＇) 참조). 이 기액 이상 상태의 냉매는 가열 기구(31c)에 의하여 가열된다 (도 2의 점(G＇) 참조). 이것에 의하여, 기액 이상 상태의 냉매는, 약 3℃로부터 약 15℃ (온도 상승은, 약 12℃)의 과열 가스 상태가 된다. 한편, 보조 액면 검출 회로(530)에는, 포화 상태의 액냉매 (도 2의 점(H＇) 참조)가 유입한다. 이 액냉매는, 감압 기구(531b)에 의하여 압력(Ps＇)까지 감압되는 것으로, 플래시 증발을 일으키기 때문에, 냉매 온도가 약 50℃로부터 약 3℃까지 급격하게 저하 (온도 저하는, 약 47℃)한다 (도 2의 점(I＇) 참조). 이 기액 이상 상태의 냉매는, 가열 기구(531c)에 의하여, 주 냉매 회로(10)를 흐르는 액냉매와 열교환을 행하여 가열된다 (도 2의 점(J＇) 참조). 이것에 의하여, 기액 이상 상태의 냉매는, 증발 잠열을 빼앗겨 더 증발하지만, 완전하게 증발하는데 까지는 도달하지 않고, 냉매 온도는 약 3℃인 채이다. 즉, 리시버(26)의 제1 소정 위치(L1)로부터 뽑아내어진 냉매의 온도는, 리시버(26)의 참조 위치(LR)로부터 뽑아내어진 냉매의 온도보다도 높은 상태가 되어 있고, 이것에 의하여, 리시버(26) 내의 액면은, 제1 소정 위치(L1)까지 도달하고 있지 않다고 판정된다.
그 후, 리시버(26)의 제1 소정 위치(L1)에 액냉매의 액면이 도달하여, 액면 검출 회로(30)에도 포화 상태의 액냉매 (도 2의 점(H＇) 참조)가 유입하게 되면, 보조 액면 검출 회로(530)와 마찬가지로, 이 액냉매는, 감압 기구(31b)에 의하여 압력(Ps＇)까지 감압되는 것으로, 플래시 증발을 일으키기 때문에, 냉매 온도가 약 50℃로부터 약 3℃까지 급격하게 저하 (온도 저하는, 약 47℃)한다 (도 2의 점(I＇) 참조). 이 기액 이상 상태의 냉매는 가열 기구(31c)에 의하여 가열된다 (도 2의 점(J＇) 참조). 이것에 의하여, 기액 이상 상태의 냉매는, 증발 잠열을 빼앗겨 더 증발하지만, 완전하게 증발하는데 까지는 도달하지 않고, 냉매 온도는 약 3℃인 채이다. 즉, 리시버(26)의 제1 소정 위치(L1)로부터 뽑아내어진 냉매의 온도는, 리시버(26)의 참조 위치(LR)로부터 뽑아내어진 냉매의 온도와 같은 온도가 되고, 이것에 의하여, 리시버(26) 내의 액면은, 제1 소정 위치(L1)까지 도달하고 있는 것으로 판정된다.
이상과 같이, 이 공기 조화 장치(501)에서는, 리시버(26) 내에 있어서, 항상 액냉매가 모인 참조 위치(LR)에 액면 검출 회로(30)와 같은 구성을 가지는 보조 액 면 검출 회로(530)를 설치하는 것에 의하여, 2개의 액면 검출 회로(30, 530)의 각 온도 검출 기구(32, 532)에 의하여 냉매의 온도를 검출하고, 보조 액면 검출 회로(530)측의 온도 검출 기구(532)에 의하여 검출된 냉매의 온도를 기준으로 하여, 액면 검출 회로(30)측의 온도 검출 기구(32)에 의하여 검출된 냉매의 온도를 비교하는 것으로 액면을 검출하는 것이 가능하게 된다. 이것에 의하여, 액면의 유무의 판정이 용이하게 되는 것과 함께, 측정 정밀도를 한층 높일 수 있다.
또한 상기의 동작과 함께, 적절히 액면 검출 회로(630)의 개폐 기구(631a)를 열어, 리시버(26)의 제2 소정 위치(L2)에서의 액면의 유무를 판정하고, 리시버(26)가 과충전으로 되어 있지 않은지 여부를 검출하도록 해 두는 것으로, 냉매 충전 작업의 신뢰성을 향상시키는 것도 가능하다.
［다른 실시예］
이상, 본 발명의 실시예에 대해서 도면에 기초하여 설명하였지만, 구체적인 구성은, 이들 실시예에 한정되는 것이 아니라, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 변경 가능하다.
(1) 상기 실시예에 있어서는, 본 발명을 공기 조화 장치에 적용한 것이 개시되어 있지만, 다른 증기 압축식의 냉매 회로를 구비한 냉동 장치에 적용하여도 무방하다.
(2) 상기 실시예에 있어서는, 본 발명을 이른바 공랭식의 열원 유닛을 채용한 공기 조화 장치에 적용한 것이 개시되어 있지만, 수랭식이나 빙축열식의 열원 유닛을 채용한 공기 조화 장치에 적용하여도 무방하다.
(3) 상기 실시예에서는, 액면 검출 회로가 리시버의 제1 소정 위치로부터 뽑아내어진 냉매를 감압 기구로 감압한 후, 가열 기구로 가열하도록 하는 회로 구성으로 되어 있지만, 가열 기구로 가열한 후, 감압 기구로 감압하는 회로 구성이어도 무방하다. 이와 같은 경우에서도, 리시버의 제1 소정 위치로부터 뽑아내어진 냉매가 가스 냉매의 경우는 가열 기구에 의한 온도 상승이 크고, 액냉매의 경우는 가열 기구에 의한 온도 상승이 작기 때문에, 상기 실시예와 마찬가지로, 액면 판정을 행할 수 있다.
(4) 제2 실시예에서는, 리시버의 정부(頂部)에 액면 검출 회로를 새로 설치하도록 하고 있지만, 종래부터 리시버의 정부에 설치되어 있는 가스 배출용의 회로를 이용한 구성이어도 무방하다. 이 경우, 가스 배출용의 회로에 가열 기구를 설치하는 것만으로, 제2 실시예와 같은 회로를 구성할 수 있다.
(5) 제2 실시예에서는, 리시버의 참조 위치에 보조 액면 검출 회로를 설치하는 것과 함께, 리시버의 정부에 액면 검출 회로를 설치한 구성으로 하고 있지만, 보조 액면 검출 회로를 삭제한 구성이어도 무방하다. 이 경우, 제1 실시예와 같은 검출 방법으로 액면의 유무를 검출하게 된다.
본 발명을 이용하면, 압축기 및 리시버를 포함하는 냉매 회로를 구비한 냉동 장치에 있어서, 리시버의 소정 위치까지 액냉매가 모여 있는지 여부를 판정하는 액면 검출 회로의 판정 정밀도를 높일 수 있다.

Claims (8)

  1. 가스 냉매를 압축하는 압축기(21)와, 열원측 열교환기(24)와, 액냉매를 모으는 리시버(26)와, 이용측 열교환기(52)를 포함하는 주 냉매 회로(10)와,
    상기 리시버의 소정 위치(L1, L2)로부터 상기 리시버 내의 냉매의 일부를 뽑아내어, 감압 및 가열을 행하고, 냉매 온도를 측정한 후에, 상기 압축기의 흡입측으로 회수할 수 있도록 설치되어, 상기 리시버 내의 액면(液面)이 소정 위치가 된 것을 검출하는 액면 검출 회로(30, 630)
    를 구비한 냉동 장치(1, 501).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리시버(26)의 소정 위치(L1, L2)는, 상기 리시버 내에 모인 냉매량이 변화한 경우에, 가스 냉매 또는 액냉매가 존재할 수 있는 위치인, 냉동 장치(1, 501).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 액면 검출 회로(30, 130, 230, 330, 430, 630)는, 개폐 기구(31a, 131a)와 감압 기구(31b)와 가열 기구(31c, 231c, 331c, 431c)를 포함하고 상기 리시버(26)와 상기 압축기(21)의 흡입측을 접속하는 바이패스 회로(31, 131, 231, 331, 431)와, 상기 가열 기구에 의하여 가열된 후의 냉매 온도를 검출하는 온도 검출 기구(32)를 가지고 있는, 냉동 장치(1, 501).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가열 기구(31c, 331c)는, 상기 주 냉매 회로(10) 내를 흐르는 냉매를 가열원으로 한 열교환기인, 냉동 장치(1, 501).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가열 기구(31c)의 가열원은, 상기 주 냉매 회로(10)에 있어서, 상기 열원측 열교환기(24)와 상기 이용측 열교환기(52) 간을 흐르는 액냉매이고,
    상기 가열 기구는, 상기 바이패스 회로(31, 131)에 있어서, 상기 감압 기구(31b, 131a)보다도 냉매 흐름의 하류측에 설치되어 있는,
    냉동 장치(1, 501).
  6. 제1항에 있어서,
    상기 액면 검출 회로(30, 630)와 같은 구성을 가지고, 상기 리시버(26) 내에 모인 냉매량이 변화한 경우에도, 항상, 액냉매로 채워지는 상기 리시버의 참조 위치(LR)로부터 상기 리시버 내의 냉매의 일부를 뽑아내도록 설치된 보조 액면 검출 회로(530)를 더 구비하고 있는, 냉동 장치(501).
  7. 제1항, 제2항 또는 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주 냉매 회로(10), 상기 액면 검출 회로(30, 130, 230, 330, 530, 630)를 흐르는 냉매는, R32를 50wt% 이상 포함하고 있는, 냉동 장치(1, 501).
  8. 가스 냉매를 압축하는 압축기(21)와, 열원측 열교환기(24)와, 액냉매를 모으는 리시버(26)를 포함하는 냉매 회로(10)를 구비한 냉동 장치(1, 501)의 냉매량 검출 방법에 있어서,
    상기 압축기를 운전하는 것에 의하여, 상기 냉매 회로 내를 흐르는 냉매를 상기 열원측 열교환기에서 응축하는 것이 가능한 압력까지 승압시키는 압축기 운전 스텝과,
    상기 압축기 운전 스텝 중에, 상기 리시버의 소정 위치(L1, L2)로부터 상기 리시버 내의 냉매의 일부를 뽑아내어, 감압 및 가열을 행한 후, 냉매 온도를 측정하고, 측정된 냉매 온도에 근거하여 상기 리시버 내의 액면이 소정 위치에 있는지 여부를 판정하는 액면 검출 스텝
    을 구비한 냉동 장치(1, 501)의 냉매량 검출 방법.
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