KR100738780B1 - 과냉각장치 - Google Patents

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사토루 사카에
이와오 시노하라
아즈마 곤도
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다이킨 고교 가부시키가이샤
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Abstract

과냉각유닛(200)은, 그 냉매통로(205)가 냉동장치(10)의 액측 연락배관(21, 22)에 접속된다. 과냉각용 압축기(221)를 운전시키면 과냉각용 냉매회로(220) 내에서 과냉각용 냉매가 순환하여 냉동주기가 실행되고, 냉매통로(205)를 흐르는 냉동장치(10)의 냉매가 냉각된다. 과냉각유닛(200)의 제어기(240)에는, 외기온도 센서(231)나 냉매온도 센서(236)의 검출값이 입력된다. 제어기(240)는, 이들 과냉각유닛(200) 내에서 얻어지는 정보만으로 과냉각용 압축기(221)의 운전을 제어한다.

Description

과냉각장치{SUBCOOLING APPARATUS}
본 발명은 냉동장치에 관한 것이며, 특히 2단 압축식의 냉동주기를 실행하는 냉매회로를 구비한 냉동장치의 능력 및 신뢰성의 향상대책에 관한 것이다.
종래, 예를 들어 일특개평 10-185333호 공보에 개시된 바와 같이, 냉각능력의 증대를 목적으로 냉동장치에 설치되어, 냉동장치에서 열원유닛으로부터 이용유닛으로 공급되는 냉매를 냉각하는 과냉각장치가 알려져 있다.
이 과냉각장치는, 실외유닛과 실내유닛을 구비한 공기조화기에 설치된다. 구체적으로 이 과냉각장치는, 실외유닛과 실내유닛을 접속하는 액측 연락배관의 중간에 설치됨과 더불어, 과냉각용 냉매회로를 구비한다. 이 과냉각장치는, 과냉각용 냉매회로에서 냉매를 순환시켜 냉동주기를 실행하며, 액측 연락배관으로부터 공급되는 공조기 냉매를 과냉각용 냉매회로의 증발기에서 냉각시킨다. 그리고 이 과냉각장치는, 공조기의 실외유닛으로부터 실내유닛으로 공급되는 액 냉매를 냉각시켜, 실내유닛으로 공급되는 액 냉매의 엔탈피를 저하시킴으로써 냉방능력을 증대시킨다.
그런데 상기 과냉각장치에서는, 과냉각장치의 제어부를 공기조화기의 제어부와 접속시켜 하나의 제어시스템을 구성한다. 이 과냉각장치의 제어부에는, 공기조 화기의 부하상태를 나타내는 신호가 공기조화기의 제어부로부터 입력된다. 그리고 이 과냉각장치에서는, 공기조화기의 제어부로부터 입력된 신호에 기초하여 운전제어가 이루어진다. 예를 들어 입력신호로부터, 냉방부하가 크다고 판단된 경우, 과냉각장치는 운전을 개시하여 공기조화기의 냉방능력을 증대시키며, 냉방부하가 작다고 판단된 경우, 과냉각장치는 운전을 정지시킨다. 즉 과냉각장치는, 공기조화기와의 신호 수수에 의해 냉방능력을 적절하게 조정한다.
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
그러나 전술한 종래의 과냉각장치에서는, 그 과냉각장치를 냉동장치에 설치할 때, 양자간에 송수신되는 신호를 전송하기 위한 배선공사가 필요하여, 과냉각장치의 설치작업이 번잡하다는 문제가 있다. 또 그 배선공사에서 배선 오류가 발생할 가능성도 있으며, 이와 같은 인적 작업오류에 기인하는 고장을 초래할 우려도 있다.
본 발명은 이러한 점에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 설치대상인 냉동장치와의 사이에서 신호수수를 하는 일없이 과냉각장치의 운전제어를 가능하게 하여, 과냉각장치의 설치작업을 간소화함과 더불어, 설치작업 시의 인적 작업오류를 미연에 방지하는 데 있다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명이 강구한 해결수단은 이하에 나타내는 것이다.
구체적으로 제 1 해결수단은, 연락배관으로 접속된 열원유닛(11)과 이용유닛(12, 13, 14) 사이에서 냉매를 순환시켜 증기압축식 냉동주기를 실행하는 냉동장치(10)에 설치되어, 열원유닛(11)으로부터 이용유닛(12, 13, 14)으로 공급되는 상기 냉동장치(10)의 냉매를 냉각시키는 과냉각장치를 전제로 한다. 그리고 상기 냉동장치(10)의 액측 연락배관(21, 22)에 접속되는 냉매통로(205)와, 상기 냉매통로(205)의 냉매를 냉각용 유체와 열교환시켜 냉각시키는 과냉각용 열교환기(210)를 구비하는 냉각용 유체회로(220)와, 상기 과냉각용 열교환기(210)에 있어서 냉매통로(205)의 냉매 냉각온도를 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건에 기초하여 조정하는 제어수단(240)을 구비한다.
상기 해결수단에서는, 과냉각장치가 설치되는 냉동장치(10)에서, 연락배관을 통해 열원유닛(11)과 이용유닛(12, 13, 14) 사이에서 냉매가 왕래한다. 이 과냉각장치(200)의 냉매통로(205)는 냉동장치(10)의 액측 연락배관(21, 22)에 접속되며, 그 내부를 냉동장치(10)의 냉매가 유통한다. 이 과냉각장치의 냉각용 유체회로(220)에서는 냉매나 물이나 공기 등의 냉각용 유체가 유통한다. 그리고 상기 과냉각용 열교환기(210)에서는, 냉매통로(205) 내를 흐르는 냉동장치(10)의 냉매가 냉각용 유체와 열교환 된다. 이 과냉각용 열교환기(210)에서는, 냉각용 유체가 냉동장치(10)의 냉매로부터 흡열하고 증발하여, 냉동장치(10)의 냉매가 냉각된다.
여기서, 본 해결수단의 과냉각장치에서는 제어수단(240)이 외기온도나 냉매유량 등 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건에 기초하여 냉매통로(205) 내를 흐르는 냉동장치(10) 냉매의 냉각온도를 조정한다. 예를 들어 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건을 외기온도로 할 경우, 외기온도가 높을 경우는 냉매의 냉각온도가 낮아지도록, 또 외기온도가 낮을 경우는 냉매의 냉각온도가 높아지도록 조정한다. 즉, 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건에 의해 냉동장치(10)의 부하상태를 알 수 있으므로, 그 주위조건에 따라 조정함으로써 부하상태에 적합한 운전제어가 이루어진다. 이로써, 부하상태 등에 관한 신호를 냉동장치(10)로부터 받는 일없이, 과냉각장치의 냉각능력 조정이 실행된다.
또 제 2 해결수단은 상기 제 1 해결수단에 있어서, 상기 제어수단(240)이, 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건에 따라 미리 설정된 과냉각용 열교환기(210)의 냉매통로(205) 냉매의 목표 냉각온도에 기초하여 과냉각용 열교환기(210)를 흐르는 냉각용 유체의 유량을 조절하는 제어부(242)를 구비한다.
상기 해결수단에서는, 외기온도 등 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건, 즉 부하상태에 따른 냉동장치 냉매의 목표 냉각온도가 미리 설정된다. 예를 들어 외기온도가 높을 경우는 목포 냉각온도가 약간 낮게 설정되며, 외기온도가 낮을 경우는 목포 냉각온도가 약간 높게 설정된다. 그리고 상기 제어부(242)에서 목표 냉각온도가 낮을 경우에는, 과냉각용 열교환기(210)의 냉매나 물 등 냉각용 유체가 흐르는 양을 증대시킨다. 이로써 과냉각용 열교환기(210)에서의 냉동장치(10) 냉매와 냉각용 유체의 열 교환량도 증대하므로, 냉동장치(10)의 냉매가 더욱 냉각된다. 또 상기 제어부(242)에서 목표 냉각온도가 높을 경우에는, 과냉각용 열교환기(210)에서의 냉매나 물 등 냉각용 유체의 유량(流量)을 감소시킨다. 이로써 과냉각용 열교환기(210)에서의 열 교환량도 감소하므로, 냉동장치(10)의 냉매가 그다지 냉각되지 않는다.
또한 제 3 해결수단은 상기 제 2 해결수단에 있어서, 상기 냉각용 유체회로가, 용량 가변의 과냉각용 압축기(221) 및 열원측 열교환기(222)를 구비하며, 냉각용 유체로서의 과냉각용 냉매가 순환하여 증기압축식 냉동주기를 실행하는 과냉각용 냉매회로(220)이다. 그리고 상기 제어수단(240)의 제어부(242)는, 목표 냉각온도에 기초하여 상기 과냉각용 압축기(221)의 운전주파수를 제어함으로써 상기 과냉각용 열교환기(210)를 흐르는 과냉각용 냉매의 유량을 조절한다.
상기 해결수단에서는 냉각용 유체회로가 과냉각용 냉매회로(220)를 구성하며, 이 과냉각용 냉매회로(220)에서, 과냉각용 압축기(221)의 토출냉매가 열원측 열교환기(222)에서, 예를 들어 공기와 열 교환되고, 그 후 과냉각용 열교환기(210)에서 냉매통로(205)의 냉매와 열 교환되어 다시 과냉각용 압축기(221)로 돌아오는 순환을 반복한다. 그리고 상기 제어부(242)에서, 목표 냉각온도가 낮을 경우에는, 과냉각용 압축기(221)의 운전주파수를 증대시켜 과냉각용 열교환기(210)를 흐르는 과냉각용 냉매의 유량을 증대시킨다. 또 상기 제어부(242)에서, 목표 냉각온도가 높을 경우에는, 과냉각용 압축기(221)의 운전주파수를 저하시켜 과냉각용 열교환기(210)를 흐르는 과냉각용 냉매의 유량을 감소시킨다.
또한 제 4 해결수단은 상기 제 2 해결수단에 있어서, 상기 냉각용 유체회로가, 용량 가변의 과냉각용 압축기(221) 및 열원측 열교환기(222)를 구비하며, 냉각용 유체로서의 과냉각용 냉매가 순환하여 증기압축식 냉동주기를 실행하는 과냉각용 냉매회로(220)이다. 그리고 상기 제어수단(240)의 제어부(242)는, 목표 냉각온도에 기초하여 상기 열원측 열교환기(222) 팬(230)의 운전주파수를 제어함으로써 상기 과냉각용 열교환기(210)를 흐르는 과냉각용 냉매의 유량을 조절한다.
상기 해결수단에서는, 과냉각용 냉매회로(220)에서 과냉각용 압축기(221)의 토출냉매가 열원측 열교환기(222)에서 팬(230)에 의해 도입된 공기와 열 교환되고, 그 후 과냉각용 열교환기(210)에서 냉매통로(205)의 냉매와 열 교환되어 다시 과냉각용 압축기(221)로 돌아오는 순환을 반복한다. 그리고 상기 제어부(242)에서, 목표 냉각온도가 낮을 경우에는, 열원측 열교환기(222) 팬(230)의 운전주파수를 저하시켜 과냉각용 열교환기(210)를 흐르는 과냉각용 냉매의 유량을 증대시킨다. 또 상기 제어부(242)에서, 목표 냉각온도가 높을 경우에는, 열원측 열교환기(222) 팬(230)의 운전주파수를 증대시켜 과냉각용 열교환기(210)를 흐르는 과냉각용 냉매의 유량을 감소시킨다.
또 제 5 해결수단은 상기 제 3 해결수단에 있어서, 상기 제어수단(240)의 제어부(242)는, 목표 냉각온도와, 과냉각용 열교환기(210)에서 냉각된 냉매통로(205) 냉매온도의 차에 기초하여 과냉각용 압축기(221)의 운전주파수를 제어한다.
상기 해결수단에서는, 냉각된 후 냉매통로(205)의 냉매온도가 목표 냉각온도보다 높을 경우, 과냉각용 압축기(221)의 운전주파수를 증대시켜 과냉각용 열교환기(210)의 냉매 냉각온도를 저하시킨다. 또 냉각된 후의 냉매통로(205) 의 냉매온도가 목표 냉각온도보다 낮을 경우에는, 과냉각용 압축기(221)의 운전주파수를 저하시켜 과냉각용 열교환기(210)의 냉매 냉각온도를 상승시킨다. 따라서 냉각된 실제의 냉매온도를 정보로서 얻음으로써, 확실한 냉각능력의 조정이 이루어진다. 또한 냉각된 후의 냉매온도는 과냉각장치에서 온도센서 등에 의해 얻어지는 정보이므로, 본 발명에서도 부하상태 등에 관한 신호를 냉동장치(10)로부터 받는 일없이, 과냉각장치의 냉각증력 조정이 확실하게 이루어진다.
또 제 6 해결수단은 상기 제 3 해결수단에 있어서, 상기 제어수단(240)의 제어부(242)는, 목표 냉각온도와, 과냉각용 냉매회로(220)의 과냉각용 냉매의 저압압력 상당 포화온도에 의해 정해진 설정온도와의 차에 기초하여 과냉각용 압축기(221)의 운전주파수를 제어한다.
상기 해결수단에서는, 과냉각용 냉매의 저압압력 상당 포화온도로부터, 과냉각용 열교환기(210)에서 냉각된 후의 냉매온도로 간주하는 설정온도가 정해진다. 따라서 냉동장치(10)로부터 부하상태 등에 관한 신호를 받지 않아도, 냉각된 실제의 냉매온도와 거의 동일한 정보를 얻게 되어, 확실하게 냉각능력이 조정된다.
또한 제 7 해결수단은 상기 제 3 해결수단에 있어서, 상기 제어수단(240)의 제어부(242)는, 목표 냉각온도와, 과냉각용 압축기(221)의 흡입온도에 의해 정해진 설정온도와의 차에 기초하여 과냉각용 압축기(221)의 운전주파수를 제어한다.
상기 해결수단에서는, 과냉각용 압축기(221)의 흡입온도로부터, 과냉각용 열교환기(210)에서 냉각된 후의 냉매온도로 간주하는 설정온도가 정해진다. 따라서 냉동장치(10)로부터 부하상태 등에 관한 신호를 받지 않아도, 냉각된 실제의 냉매온도와 거의 동일한 정보를 얻게 되어, 확실하게 냉각능력이 정된다.
또 제 8 해결수단은 상기 제 4 해결수단에 있어서, 상기 제어수단(240)의 제어부(242)는, 목표 냉각온도와, 과냉각용 열교환기(210)에서 냉각된 냉매통로(205)의 냉매온도와의 차에 기초하여 열원측 열교환기(222) 팬(230)의 운전주파수를 제어한다.
상기 해결수단에서는, 냉각된 후의 냉매통로(205) 냉매온도가 목표 냉각온도보다 높을 경우, 열원측 열교환기(222) 팬(230)의 운전주파수를 저하시켜 과냉각용 열교환기(210)의 냉매 냉각온도를 저하시킨다. 또 냉각된 후 냉매통로(205)의 냉매온도가 목표 냉각온도보다 낮을 경우에는, 열원측 열교환기(222) 팬(230)의 운전주파수를 증대시켜 과냉각용 열교환기(210)의 냉매 냉각온도를 상승시킨다. 따라서 냉각된 실제의 냉매온도를 정보로서 얻음으로써, 확실한 냉각능력의 조정이 이루어진다. 또 냉각된 후의 냉매온도는 과냉각장치에서 온도센서 등에 의해 얻어지는 정보이므로, 본 발명에서도 부하상태 등에 관한 신호를 냉동장치(10)로부터 받는 일없이, 과냉각장치의 냉각능력 조정이 확실하게 이루어진다.
또한 제 9 해결수단은 상기 제 4 해결수단에 있어서, 상기 제어수단(240)의 제어부(242)는, 목표 냉각온도와, 과냉각용 냉매회로(220)의 과냉각용 냉매의 저압압력 상당 포화온도에 의해 정해진 설정온도와의 차에 기초하여 열원측 열교환기(222) 팬(230)의 운전주파수를 제어한다.
상기 해결수단에서는, 과냉각용 냉매의 저압압력 상당 포화온도로부터, 과냉각용 열교환기(210)에서 냉각된 후의 냉매온도로 간주하는 설정온도가 정해진다. 따라서 냉동장치(10)로부터 부하상태 등에 관한 신호를 받지 않아도, 냉각된 실제의 냉매온도와 거의 동일한 정보를 얻게 되어, 확실하게 냉각능력이 조정된다.
또한 제 10 해결수단은 상기 제 4 해결수단에 있어서, 상기 제어수단(240)의 제어부(242)는, 목표 냉각온도와, 과냉각용 압축기(221)의 흡입온도에 의해 정해진 설정온도와의 차에 기초하여 열원측 열교환기(222) 팬(230)의 운전주파수를 제어한다.
상기 해결수단에서는, 과냉각용 압축기(221)의 흡입온도로부터, 과냉각용 열교환기(210)에서 냉각된 후의 냉매온도로 간주하는 설정온도가 정해진다. 따라서 냉동장치(10)로부터 부하상태 등에 관한 신호를 받지 않아도, 냉각된 실제의 냉매온도와 거의 동일한 정보를 얻게 되어, 확실하게 냉각능력이 조정된다.
또 제 11 해결수단은 상기 제 1 해결수단에 있어서, 상기 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건이 외기온도이다.
상기 해결수단에서는, 과냉각용 열교환기(210)에서의 냉매통로(205)의 냉매 냉각온도가 외기온도에 기초하여 조정된다. 예를 들어 외기온도가 높을 경우는 냉매의 냉각온도가 낮아지도록, 또는 외기온도가 낮을 경우는 냉매의 냉각온도가 높아지도록 조정한다. 즉 제어수단(240)은 외기온도에 기초하여 냉동장치(10)의 부하상태를 판단한다.
또한 제 12 해결수단은 상기 제 1 해결수단에 있어서, 상기 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건이 냉매통로(205)의 냉매 유량이다.
상기 해결수단에서는, 과냉각용 열교환기(210)에서의 냉매통로(205)의 냉매 냉각온도가 냉매통로(205)의 실제 냉매 유량에 기초하여 조정된다. 예를 들어 그 냉매 유량이 많을 경우는 냉매의 냉각온도가 낮아지도록, 또 냉매유량이 적을 경우는 냉매의 냉각온도가 높아지도록 조정한다. 즉 제어수단(240)은, 상기 냉매 유량에 기초하여 냉동장치(10)의 부하상태를 판단한다.
또 제 13 해결수단은 상기 제 1 해결수단에 있어서, 상기 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건이, 과냉각용 열교환기(210)에서 냉각되기 전의 냉매통로(205) 냉매온도, 또는 과냉각용 열교환기(210)에서 냉각된 후의 냉매통로(205) 냉매온도이다.
상기 해결수단에서는, 과냉각용 열교환기(210)에서의 냉매통로(205)의 냉매 냉각온도가 냉각되기 전 또는 냉각된 후의 실제 냉매온도에 기초하여 조정된다. 예를 들어 그 냉매온도가 높을 경우는 냉매의 냉각온도가 낮아지도록, 또 냉매온도가 낮을 경우는 냉매의 냉각온도가 높아지도록 조정한다. 즉 제어수단(240)은, 상기 냉매온도에 기초하여 냉동장치(10)의 부하상태를 판단한다.
또한 제 14 해결수단은 상기 제 1 해결수단에 있어서, 상기 냉각용 유체회로가 냉각용 유체로서의 과냉각용 냉매가 순환하여 증기압축식 냉동주기를 실행하는 과냉각용 냉매회로(220)이다. 그리고 상기 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건이 과냉각용 냉매회로(220)에서의 과냉각용 냉매의 저압압력 또는 고압압력이다.
상기 해결수단에서는, 과냉각용 열교환기(210)에서의 냉매통로(205)의 냉매 냉각온도가, 과냉각용 냉매회로(220)에서의 과냉각용 냉매의 실제 저압압력 또는 고압압력에 기초하여 조정된다. 여기서 이 과냉각용 냉매의 저압압력은 과냉각용 냉매회로(220) 압축기의 흡입압력으로 간주되며, 과냉각용 냉매의 고압압력은 과냉각용 냉매회로(220) 압축기의 토출압력으로 간주된다. 예를 들어, 이 저압압력 또는 고압압력이 높을 경우는 냉매의 냉각온도가 낮아지도록, 또 저압압력 또는 고압압력이 낮을 경우는 냉매의 냉각온도가 높아지도록 조정한다. 즉 제어수단(240)은, 과냉각용 냉매회로(220)의 증기압축식 냉동주기에서의 저압압력 또는 고압압력에 기초하여 냉동장치(10)의 부하상태를 판단한다.
또 제 15 해결수단은 상기 제 1 해결수단에 있어서, 상기 냉각용 유체회로가 냉각용 유체로서의 과냉각용 냉매가 순환하여 증기압축식 냉동주기를 실행하는 과냉각용 냉매회로(220)이다. 그리고 상기 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건이 과냉각용 열교환기(210)에서 냉매통로(205)의 냉매를 냉각시킨 후의 과냉각용 냉매 온도이다.
상기 해결수단에서는, 과냉각용 열교환기(210)에서의 냉매통로(205) 냉매의 냉각온도가, 냉각 후의 과냉각용 냉매의 실제 온도에 기초하여 조정된다. 여기서 이 과냉각용 냉매의 온도는, 과냉각용 냉매회로(220)의 압축기 흡입온도로 간주해도 된다. 예를 들어, 그 과냉각용 냉매의 온도가 높을 경우는 냉매의 냉각온도가 낮아지도록, 또 과냉각용 냉매의 온도가 낮을 경우는 냉매의 냉각온도가 높아지도록 조정된다. 즉 제어수단(240)은, 과냉각용 냉매회로(220)에서의 냉각 후의 과냉각용 냉매온도에 기초하여 냉동장치(10)의 부하상태를 판단한다.
-효과-
따라서 제 1 해결수단에 의하면, 장치 내에서 검출 가능한 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건에 기초하여 냉매통로(205)의 냉매 냉각온도를 조정하도록 하므로, 열원유닛(11)이나 이용유닛(12, 13, 14) 사이에서 신호를 주고받지 않아도, 이용유닛(12, 13, 14)의 부하상태에 따라 적절한 운전을 할 수 있다. 따라서 과냉각장치를 냉동장치(10)에 설치할 때에는, 냉동장치(10)의 연락배관에 과냉각장치의 냉매통로(205)를 접속하는 것만으로 되며, 냉동장치(10)와 과냉각장치 사이에 신호를 주고받기 위한 통신용 배선을 부설할 필요가 없어진다. 그 결과 과냉각장치를 냉동장치(10)에 설치할 때의 작업 공정수를 삭감할 수 있으며, 나아가 배선오류 등 설치작업 시의 인적 작업오류에 기인하는 문제를 미연에 방지할 수 있다.
또 제 2 해결수단에 의하면, 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건에 따라 정한 과냉각용 열교환기(210)의 냉동장치(10) 냉매의 목표 냉각온도에 기초하여 과냉각용 열교환기(210)를 흐르는 냉각용 유체의 유량을 조정하도록 하므로, 이것 또한 과냉각장치 내에서 얻어지는 정보만으로 더욱 적절한 냉각능력 조정을 실행할 수 있다.
또한 제 3 또는 제 4 해결수단에 의하면, 냉각용 유체회로를 과냉각용 냉매회로(220)로 구성하여, 과냉각용 압축기(221) 또는 열원측 열교환기(222) 팬(230)의 운전제어에 의해 과냉각용 열교환기(210)의 과냉각용 냉매 유량을 조정하도록 하므로, 확실하게 냉동장치(10)의 냉매 냉각온도를 조정할 수 있다.
그리고 제 5 또는 제 8 해결수단에 의하면, 과냉각용 열교환기(210)에서 냉각된 실제의 냉매온도와 목표 냉각온도와의 차에 기초하여, 또 제 6 또는 제 9 해결수단에 의하면, 과냉각용 냉매의 저압압력 상당 포화온도에 의해 정해진 설정온도와 목표 냉각온도와의 차에 기초하여, 또한 제 7 또는 제 10 해결수단에 의하면, 과냉각용 압축기(221)의 흡입온도에 의해 정해진 설정온도와 목표 냉각온도와의 차에 기초하여, 과냉각용 압축기(221)나 열원측 열교환기(222) 팬(230)의 운전제어를 실행하도록 하므로, 이 경우도 과냉각장치 내에서 얻어지는 정보만으로 더욱 부하상태에 적합한 냉각능력의 조정을 실행할 수 있다.
또 제 11～제 15 해결수단에 의하면, 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건으로서, 외기온도, 또는 냉동장치(10) 쪽 냉매의 상태량인 냉매의 유량이나 온도, 또는 과냉각용 냉매회로(220) 쪽 냉매의 상태량인 냉매의 압력이나 온도를 이용하도록 하므로, 과냉각장치 내에서 얻어지는 정보로서 확실하며 또 용이하게 입수할 수 있다. 그 결과, 신뢰성이 높은 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 과냉각유닛을 구비한 냉동시스템의 구성을 나타내는 배관계통도.
도 2는 냉동시스템의 냉방운전 시 동작을 나타내는 배관계통도.
도 3은 냉동시스템의 제 1 난방운전 시 동작을 나타내는 배관계통도.
도 4는 냉동시스템의 제 1 난방운전 시 동작을 나타내는 배관계통도.
도 5는 냉동시스템의 제 2 난방운전 시 동작을 나타내는 배관계통도.
도 6은 과냉각유닛에 있어서 제어기의 제어동작을 나타내는 흐름도.
도 7은 외기온도와 목표 냉각온도의 관계를 나타내는 그래프.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
발명의 실시형태
본 실시형태의 냉동시스템은, 편의점 등에 설치되어, 점포 내의 공기조화와 진열장 내의 냉각을 행하는 것이다. 이 냉동시스템은, 본 발명에 관한 과냉각장치로서의 과냉각유닛(200)과, 이 과냉각유닛(200)이 설치된 냉동장치(10)로 구성된 다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 상기 냉동시스템은, 실외유닛(11)과, 공조유닛(12)과, 냉장진열장(13)과, 냉동진열장(14)과, 부스터유닛(15)과, 과냉각유닛(200)을 구비한다. 그리고 실외유닛(11)과, 공조유닛(12)과, 냉장진열장(13)과, 냉동진열장(14)과, 부스터유닛(15)이 냉동장치(10)를 구성한다. 이 냉동시스템에서는, 실외유닛(11)과 과냉각유닛(200)이 옥외에 설치되며, 나머지 공조유닛(12) 등이 편의점 등의 점포 내에 설치된다.
상기 실외유닛(11)에는 실외회로(40)가, 공조유닛(12)에는 공조회로(100)가, 냉장진열장(13)에는 냉장회로(110)가, 냉동진열장(14)에는 냉동회로(130)가, 부스터유닛(15)에는 부스터회로(140)가 각각 구성된다. 또 상기 과냉각유닛(200)에는 냉매통로(205)가 배치된다. 이 냉동시스템에서는, 상술한 회로(40, 100, ...)나 과냉각유닛(200)의 냉매통로(205)를 배관으로 접속함으로써 냉매회로(20)가 구성된다.
또 상기 냉매회로(20)에는, 제 1 액측 연락배관(21)과, 제 2 액측 연락배관(22)과, 제 1 가스측 연락배관(23)과, 제 2 가스측 연락배관(24)이 배치된다.
상기 제 1 액측 연락배관(21)은, 과냉각유닛(200)의 냉매통로(205) 한끝이 실외회로(40)에 접속된다. 상기 제 2 액측 연락배관(22)의 한끝은 냉매통로(205)의 다른 끝에 접속된다. 상기 제 2 액측 연락배관(22)의 다른 끝은, 3개로 분기되어 공조회로(100)와 냉장회로(110)와 냉동회로(130)에 접속된다. 이 제 2 액측 연락배관(22) 중 냉동회로(130)에 접속되는 분기관에는, 액측 폐쇄밸브(25)가 설치된 다.
상기 제 1 가스측 연락배관(23)의 한끝은, 2개로 분기되어 냉장회로(110)와 부스터회로(140)에 접속된다. 이 제 1 가스측 연락배관(23) 중 부스터회로(140)에 접속되는 분기관에는, 가스측 폐쇄밸브(26)가 설치된다. 상기 제 1 가스측 연락배관(23)의 다른 끝은 실외회로(40)에 접속된다. 상기 제 2 가스측 연락배관(24)은 공조회로(100)를 실외회로(40)와 접속한다.
<실외유닛>
상기 실외유닛(11)은 냉동장치(10)의 열원유닛을 구성한다. 이 실외유닛(11)의 실외회로(40)에는, 가변용량 압축기(41)와, 제 1 고정용량 압축기(42)와, 제 2 고정용량 압축기(43)와, 실외 열교환기(44)와, 수액기(45)와, 실외 팽창밸브(46)가 설치된다. 또 이 실외회로(40)에는 3개의 흡입관(61, 62, 63)과, 2개의 토출관(64, 65)과, 4개의 액관(81, 82, 83, 84)과, 1개의 고압가스관(66)이 구성된다. 또한 이 실외회로(40)에는, 3개의 십자절환밸브(51, 52, 53)와, 1개의 액측 폐쇄밸브(54)와, 2개의 가스측 폐쇄밸브(55, 56)가 설치된다.
상기 실외회로(40)에서, 액측 폐쇄밸브(54)에는 제 1 액측 연락배관(21)이, 제 1 가스측 폐쇄밸브(55)에는 제 1 가스측 연락배관(23)이, 제 2 가스측 폐쇄밸브(56)에는 제 2 가스측 연락배관(24)이 각각 접속된다.
상기 가변용량 압축기(41), 제 1 고정용량 압축기(42), 및 제 2 고정용량 압축기(43)는 모두 전밀폐형이며 고압 돔형의 스크롤압축기이다. 상기 가변용량 압축기(41)에는 인버터를 통해 전력이 공급된다. 이 가변용량 압축기(41)는, 인버터 의 출력주파수를 변화시켜 압축기 모터의 회전속도를 변경함으로써, 그 용량이 변경 가능하게 구성된다. 한편, 상기 제 1, 제 2 고정용량 압축기(42, 43)는 압축기 모터가 항상 일정 회전속도로 운전되는 것으로, 그 용량이 변경 불가능하다.
상기 제 1 흡입관(61)은, 한끝이 제 1 가스측 폐쇄밸브(55)에 접속된다. 이 제 1 흡입관(61)은, 다른 끝 쪽에서 제 1 분기관(61a)과 제 2 분기관(61b)으로 분기되며, 제 1 분기관(61a)이 가변용량 압축기(41)의 흡입 쪽에, 제 2 분기관(61b)이 제 3 십자절환밸브(53)에 각각 접속된다. 상기 제 1 흡입관(61)의 제 2 분기관(61b)에는, 제 1 가스측 폐쇄밸브(55)로부터 제 3 십자절환밸브(53)로 향하는 냉매의 유통만을 허용하는 역지밸브(CV-1)가 설치된다.
상기 제 2 흡입관(62)은, 한끝이 제 3 십자절환밸브(53)에, 다른 끝이 제 1 고정용량 압축기(42)의 흡입측에 각각 접속된다.
상기 제 3 흡입관(63)은, 한끝이 제 2 십자절환밸브(52)에 접속된다. 이 제 3 흡입관(63)은, 다른 끝 쪽에서 제 1 분기관(63a)과 제 2 분기관(63b)으로 분기되며, 제 1 분기관(63a)이 제 2 고정용량 압축기(43)의 흡입 쪽에, 제 2 분기관(63b)이 제 3 십자절환밸브(53)에 각각 접속된다. 상기 제 3 흡입관(63)의 제 2 분기관(63b)에는, 제 2 십자절환밸브(52)로부터 제 3 십자절환밸브(53)로 향하는 냉매의 유통만을 허용하는 역지밸브(CV-2)가 설치된다.
상기 제 1 토출관(64)은, 한끝 쪽에서 제 1 분기관(64a)과 제 2 분기관(64b)으로 분기되며, 제 1 분기관(64a)이 가변용량 압축기(41)의 토출 쪽에, 제 2 분기관(64b)이 제 1 고정용량 압축기(42)의 토출 쪽에 각각 접속된다. 이 제 1 토출관 (64)의 다른 끝은 제 1 십자절환밸브(51)에 접속된다. 이 제 1 토출관(64)의 제 2 분기관(64b)에는, 제 1 고정용량 압축기(42)로부터 제 1 십자절환밸브(51)로 향하는 냉매의 유통만을 허용하는 역지밸브(CV-3)가 설치된다.
상기 제 2 토출관(65)은, 한끝이 제 2 고정용량 압축기(43)의 흡입 쪽에, 다른 끝이 제 1 토출관(64)의 제 1 십자절환밸브(51) 바로 앞에 각각 접속된다. 이 제 2 토출관(65)에는, 제 2 고정용량 압축기(43)로부터 제 1 십자절환밸브(51)로 향하는 냉매의 유통만을 허용하는 역지밸브(CV-4)가 설치된다.
상기 실외 열교환기(44)는 크로스핀식의 핀 튜브형 열교환기이다. 이 실외 열교환기(44)에서는 냉매와 실외공기 사이에서 열교환이 이루어진다. 실외 열교환기(44)의 한끝은 폐쇄밸브(57)를 개재하고 제 1 십자절환밸브(51)에 접속된다. 한편, 실외 열교환기(44)의 다른 끝은 제 1 액관(81)을 개재하고 수액기(45)의 정상부에 접속된다. 이 제 1 액관(81)에는, 실외 열교환기(44)로부터 수액기(45)로 향하는 냉매의 유통만을 허용하는 역지밸브(CV-5)가 설치된다.
상기 수액기(45)의 저부에는, 폐쇄밸브(58)를 개재하고 제 2 액관(82)의 한끝이 접속된다. 이 제 2 액관(82)의 다른 끝은 액측 폐쇄밸브(54)에 접속된다. 이 제 2 액관(82)에는, 수액기(45)로부터 액측 폐쇄밸브(54)로 향하는 냉매의 유통만을 허용하는 역지밸브(CV-6)가 설치된다.
상기 제 2 액관(82)의 역지밸브(CV-6)와 액측 폐쇄밸브(54) 사이에는, 제 3 액관(83)의 한끝이 접속된다. 이 제 3 액관(83)의 다른 끝은, 제 1 액관(81)을 개재하고 수액기(45)의 정상부에 접속된다. 또 제 3 액관(83)에는 그 한끝으로부터 다른 끝으로 향하는 냉매의 유통만을 허용하는 역지밸브(CV-7)가 설치된다.
상기 제 2 액관(82)의 폐쇄밸브(58)와 역지밸브(CV-6) 사이에는, 제 4 액관(84)의 한끝이 접속된다. 이 제 4 액관(84)의 다른 끝은, 제 1 액관(81)의 실외 열교환기(44)와 역지밸브(CV-5) 사이에 접속된다. 또 제 4 액관(84)에는 그 한끝으로부터 다른 끝을 향해 차례로, 역지밸브(CV-8)와 실외팽창밸브(46)가 설치된다. 이 역지밸브(CV-8)는 제 4 액관(84)의 한끝으로부터 다른 끝을 향하는 냉매의 유통만을 허용한다. 또 상기 실외팽창밸브(46)는 전자팽창밸브로 구성된다.
상기 고압가스관(66)은, 한끝이 제 1 토출관(64)의 제 1 십자절환밸브(51) 바로 앞에 접속된다. 이 고압가스관(66)은, 다른 끝 쪽에서 제 1 분기관(66a)과 제 2 분기관(66b)으로 분기되며, 제 1 분기관(66a)이 제 1 액관(81)의 역지밸브(CV-5) 하류 쪽에, 제 2 분기관(66b)이 제 3 십자절환밸브(53)에 각각 접속된다. 고압가스관(66)의 제 1 분기관(66a)에는 전자(電磁)밸브(SV-7)와 역지밸브(CV-9)가 설치된다. 이 역지밸브(CV-9)는 전자밸브(SV-7)의 하류 쪽에 배치되며, 전자밸브(SV-7)로부터 제 1 액관(81)으로 향하는 냉매의 유통만을 허용한다.
상기 제 1 십자절환밸브(51)는, 제 1 포트가 제 1 토출관(64)의 종단에, 제 2 포트가 제 2 십자절환밸브(52)에, 제 3 포트가 실외 열교환기(44)에, 제 4 포트가 제 2 가스측 폐쇄밸브(56)에 각각 접속된다. 이 제 1 십자절환밸브(51)는, 제 1 포트와 제 3 포트가 서로 연통되며 제 2 포트와 제 4 포트가 서로 연통되는 제 1 상태(도 1에 실선으로 나타내는 상태)와, 제 1 포트와 제 4 포트가 서로 연통되며 제 2 포트와 제 3 포트가 서로 연통되는 제 2 상태(도 1에 점선으로 나타내는 상 태)로 전환 가능하게 구성된다.
상기 제 2 십자절환밸브(52)는, 제 1 포트가 제 2 토출관(65)의 역지밸브(CV-4) 하류 쪽에, 제 2 포트가 제 2 흡입관(62)의 시작 단에, 제 4 포트가 제 1 십자절환밸브(51)의 제 2 포트에 각각 접속된다. 또 이 제 2 십자절환밸브(52)는 제 3 포트가 봉입된다. 이 제 2 십자절환밸브(52)는, 제 1 포트와 제 3 포트가 서로 연통되며 제 2 포트와 제 4 포트가 서로 연통되는 제 1 상태(도 1에 실선으로 나타내는 상태)와, 제 1 포트와 제 4 포트가 서로 연통되며 제 2 포트와 제 3 포트가 서로 연통되는 제 2 상태(도 1에 점선으로 나타내는 상태)로 전환 가능하게 구성된다.
상기 제 3 십자절환밸브(53)는, 제 1 포트가 고압가스관(66)의 제 2 분기관(66b) 종단에, 제 2 포트가 제 2 흡입관(62)의 시작 단에, 제 3 포트가 제 1 흡입관(61)의 제 2 분기관(61b) 종단에, 제 4 포트가 제 3 흡입관(63)의 제 2 분기관(63b) 종단에 각각 접속된다. 이 제 3 십자절환밸브(53)는, 제 1 포트와 제 3 포트가 서로 연통되며 제 2 포트와 제 4 포트가 서로 연통되는 제 1 상태(도 1에 실선으로 나타내는 상태)와, 제 1 포트와 제 4 포트가 서로 연통되며 제 2 포트와 제 3 포트가 서로 연통되는 제 2 상태(도 1에 점선으로 나타내는 상태)로 전환 가능하게 구성된다.
상기 실외회로(40)에는 또, 주입관(85), 연통관(87), 오일분리기(75), 및 오일회수관(76)이 구성된다. 그리고 이 실외회로(40)에는 4개의 균유관(71, 72, 73, 74)도 구성된다.
상기 주입관(85)은, 이른바 액 주입을 행하기 위한 것이다. 이 주입관(85)은, 그 한끝이 제 4 액관(84)의 역지밸브(CV-8)와 실외팽창밸브(46) 사이에, 다른 끝이 제 1 흡입관(61)에 각각 접속된다. 이 주입관(85)에는, 그 한끝으로부터 다른 끝을 향해 차례로, 폐쇄밸브(59)와 유량조절밸브(86)가 설치된다. 이 유량조절밸브(86)는 전자팽창밸브로 구성된다.
상기 연통관(87)은, 그 한끝이 주입관(85)의 폐쇄밸브(59)와 유량조절밸브(86) 사이에, 다른 끝이 고압가스관(66)의 제 1 분기관(66a)에서의 전자밸브(SV-7) 상류 쪽에 각각 접속된다. 이 연통관(87)에는, 그 한끝에서 다른 끝을 향하는 냉매의 유통만을 허용하는 역지밸브(CV-10)가 설치된다.
상기 오일분리기(75)는, 제 1 토출관(64) 중 제 2 토출관(65) 및 고압가스관(66)의 접속위치보다 상류 쪽에 배치된다. 이 오일분리기(75)는, 압축기(41, 42)의 토출가스로부터 냉동기유를 분리하기 위한 것이다.
상기 오일회수관(76)은, 그 한끝이 오일분리기(75)에 접속된다. 이 오일회수관(76)은, 다른 끝 쪽에서 제 1 분기관(76a)과 제 2 분기관(76b)으로 분기되며, 제 1 분기관(76a)이 주입관(85)의 유량조절밸브(86) 하류 쪽에, 제 2 분기관(76b)이 제 2 흡입관(62)에 각각 접속된다. 또 상기 오일회수관(76)의 제 1 분기관(76a)과 제 2 분기관(76b)에는, 전자밸브(SV-5, SV-6)가 1개씩 설치된다. 상기 제 1 분기관(76a)의 전자밸브(SV-5)를 열면, 오일분리기(75)에서 분리된 냉동기유가 주입관(85)을 통해 제 1 흡입관(61)으로 회송된다. 한편, 상기 제 2 분기관(76b)의 전자밸브(SV-6)를 열면, 오일분리기(75)에서 분리된 냉동기유가 제 2 흡입관 (62)으로 회송된다.
상기 제 1 균유관(71)은, 한끝이 가변용량 압축기(41)에 접속되며, 다른 끝이 제 2 흡입관(62)에 접속된다. 이 제 1 균유관(71)에는 전자밸브(SV-1)가 설치된다. 상기 제 2 균유관(72)은, 그 한끝이 제 1 고정용량 압축기(42)에 접속되며, 다른 끝이 제 3 흡입관(63)의 제 1 분기관(63a)에 접속된다. 이 제 2 균유관(72)에는 전자밸브(SV-2)가 설치된다. 상기 제 3 균유관(73)은, 한끝이 제 2 고정용량 압축기(43)에 접속되며, 다른 끝이 제 1 흡입관(61)의 제 1 분기관(61a)에 접속된다. 이 제 3 균유관(73)에는 전자밸브(SV-3)가 설치된다. 상기 제 4 균유관(72)은, 그 한끝이 제 2 균유관(72)의 전자밸브(SV-2) 상류 쪽에 접속되며, 다른 끝이 제 1 흡입관(61)의 제 1 분기관(61a)에 접속된다. 이 제 4 균유관(74)에는 전자밸브(SV-4)가 설치된다. 각 균유관(71～74)의 전자밸브(SV-1～SV-4)를 적절하게 개폐함으로써, 각 압축기(41, 42, 43)의 냉동기유 저류량이 평균화된다.
상기 실외회로(40)에는 각종 센서나 압력스위치가 설치된다. 구체적으로 제 1 흡입관(61)에는, 제 1 흡입온도센서(91)와 제 1 흡입압력센서(92)가 설치된다. 상기 제 2 흡입관(62)에는 제 2 흡입압력센서(93)가 설치된다. 상기 제 3 흡입관(63)에는, 제 3 흡입온도센서(94)와 제 3 흡입압력센서(95)가 설치된다. 상기 제 1 토출관(64)에는, 제 1 토출온도센서(97)와 제 1 토출압력센서(98)가 설치된다. 상기 제 1 토출관(64)의 각 분기관(64a, 64b)에는 고압압력스위치(96)가 1개씩 설치된다. 상기 제 2 토출관(65)에는 제 2 토출온도센서(99)와 고압압력스위치(96)가 설치된다.
또 상기 실외유닛(11)에는, 외기온도센서(90)와 실외 팬(48)이 설치된다. 상기 실외 열교환기(44)에는, 이 실외 팬(48)에 의해 실외공기가 보내진다.
<공조유닛>
상기 공조유닛(12)은 이용유닛을 구성한다. 이 공조유닛(12)의 공조회로(100)는, 액 쪽 끝이 제 2 액측 연락배관(22), 가스 쪽 끝이 제 2 가스측 연락배관(24)에 각각 접속된다.
상기 공조회로(100)에서는, 액 쪽 끝으로부터 가스 쪽 끝을 향해 차례로, 공조팽창밸브(102)와 공조 열교환기(101)가 설치된다. 이 공조 열교환기(101)는 크로스핀식의 핀 튜브형 열교환기이다. 이 공조 열교환기(101)에서는 냉매와 실내공기 사이에서 열교환이 이루어진다. 한편, 공조 팽창밸브(102)는 전자팽창밸브에 의해 구성된다.
상기 공조유닛(12)에는 열교환기 온도센서(103)와 냉매온도센서(104)가 설치된다. 이 열교환기 온도센서(103)는 공조 열교환기(101)의 전열관에 설치된다. 상기 냉매온도센서(104)는 공조회로(100)의 가스 쪽 끝 근방에 설치된다. 또 상기 공조유닛(12)에는 내기온도센서(106)와 공조 팬(105)이 설치된다. 상기 공조 열교환기(101)에는, 이 공조 팬(105)에 의해 점포 내의 실내공기가 보내진다.
<냉장진열장>
상기 냉장진열장(13)은 이용유닛을 구성한다. 이 냉장진열장(13)의 냉장회로(110)는, 액 쪽 끝이 제 2 액측 연락배관(22)에, 가스 쪽 끝이 제 1 가스측 연락배관(23)에 각각 접속된다.
상기 냉장회로(110)에서는, 그 액 쪽 끝으로부터 가스 쪽 끝을 향해 차례로, 냉장전자(電磁)밸브(114)와 냉장팽창밸브(112)와 냉장 열교환기(111)가 설치된다. 이 냉장 열교환기(101)는 크로스핀식의 핀 튜브형 열교환기이다. 이 냉장 열교환기(111)에서는 냉매와 냉장고내 공기 사이에서 열교환이 이루어진다. 상기 냉장팽창밸브(112)는 온도 자동팽창밸브에 의해 구성된다. 이 냉장팽창밸브(112)의 감온통(113)은 냉장 열교환기(111)의 출구 쪽 배관에 설치된다.
상기 냉장진열장(13)에는 냉장고내 온도센서(116)와 냉장고내 팬(115)이 설치된다. 상기 냉장 열교환기(111)에는, 이 냉장고내 팬(115)에 의해 냉장진열장(13)의 냉장고 내 공기가 보내진다.
<냉동진열장>
상기 냉동진열장(14)은 이용유닛을 구성한다. 이 냉동진열장(14)의 냉동회로(130)는, 액 쪽 끝이 제 2 액측 연락배관(22)에 접속된다. 또 이 냉동회로(130)의 가스 쪽 끝은, 배관을 개재하고 부스터유닛(15)에 접속된다.
상기 냉동회로(130)에서는, 액 쪽 끝으로부터 가스 쪽 끝을 향해 차례로, 냉동전자밸브(134)와 냉동팽창밸브(132)와 냉동 열교환기(131)가 설치된다. 이 냉동 열교환기(131)는 크로스핀식의 핀 튜브형 열교환기이다. 이 냉동 열교환기(131)에서는 냉매와 냉동고내 공기 사이에서 열교환이 이루어진다. 상기 냉동팽창밸브(132)는 온도 자동팽창밸브에 의해 구성된다. 이 냉동팽창밸브(132)의 감온통(133)은 냉동 열교환기(131)의 출구 쪽 배관에 설치된다.
상기 냉동진열장(14)에는 냉동고내 온도센서(136)와 냉동고내 팬(135)이 설 치된다. 상기 냉동 열교환기(131)에는, 냉동고내 팬(135)에 의해 냉동진열장(14)의 냉동고 내 공기가 보내진다.
<부스터유닛>
상기 부스터유닛(15)의 부스터회로(140)에는, 부스터압축기(141)와, 흡입관(143)과, 토출관(144)과, 바이패스관(150)이 구성된다.
상기 부스터압축기(141)는 전밀폐형이며 고압 돔형의 스크롤압축기이다. 이 부스터압축기(141)에는 인버터를 통해 전력이 공급된다. 이 부스터압축기(141)는 인버터의 출력주파수를 변화시켜 압축기 모터의 회전속도를 변경함으로써, 그 용량이 변경 가능하게 구성된다.
상기 흡입관(143)은, 종단이 부스터압축기(141)의 흡입측에 접속된다. 이 흡입관(143)의 시작 단은, 배관을 개재하고 냉동회로(130)의 가스측 끝에 접속된다.
상기 토출관(144)은, 시작 단이 부스터압축기(141)의 토출 쪽에, 종단이 제 1 가스 쪽 연락배관(23)에 각각 접속된다. 이 토출관(144)에는, 시작 단부터 종단을 향해 차례로, 고압압력 스위치(148)와, 오일분리기(145)와, 토출측 역지밸브(149)가 설치된다. 이 토출측 역지밸브(149)는, 토출관(144)의 시작 단부터 종단을 향하는 냉매의 유통만을 허용한다.
상기 오일분리기(145)는, 부스터압축기(141)의 토출가스로부터 냉동기유를 분리하기 위한 것이다. 이 오일분리기(145)에는 오일회수관(146)의 한끝이 접속된다. 오일회수관(146)의 다른 끝은 흡입관(143)에 접속된다. 상기 오일회수관 (146)에는 모세관(147)이 설치된다. 상기 오일분리기(145)에서 분리된 냉동기유는, 오일회수관(146)을 통해 부스터압축기(141)의 흡입측으로 회송된다.
상기 바이패스관(150)은, 시작 단이 흡입관(143)에, 종단이 토출관(64)의 오일분리기(145)와 토출측 역지밸브(149) 사이에 각각 접속된다. 이 바이패스관(150)에는, 시작 단부터 종단을 향하는 냉매의 유통만을 허용하는 바이패스 역지밸브(151)가 설치된다.
<과냉각유닛>
상기 과냉각유닛(200)은, 냉매통로(205)와 과냉각용 냉매회로(220)와 제어기(240)를 구비한다.
상기 냉매통로(205)는, 한끝이 제 1 액측 연락배관(21)에, 다른 끝이 제 2 액측 연락배관(22)에 각각 접속된다.
상기 과냉각용 냉매회로(220)는, 과냉각용 압축기(221)와, 과냉각용 실외 열교환기(222)와, 과냉각용 팽창밸브(223)와, 과냉각용 열교환기(210)를 차례로 배관 접속시켜 구성된 폐회로이다. 이 과냉각용 냉매회로(220)에서는, 충전된 냉각용 유체로서의 과냉각용 냉매가 순환되어 증기압축식 냉동주기를 실행하는 냉각용 유체회로를 구성한다.
상기 과냉각용 압축기(221)는, 전밀폐형이며 고압 돔형의 스크롤압축기이다. 이 과냉각용 압축기(221)에는 인버터를 통해 전력이 공급된다. 이 과냉각용 압축기(221)는 인버터의 출력주파수를 변화시켜 압축기 모터의 회전속도를 변경함으로써, 그 용량이 변경 가능하게 구성된다.
상기 과냉각용 실외 열교환기(222)는 크로스핀식의 핀 튜브형 열교환기이며, 열원측 열교환기를 구성한다. 이 과냉각용 실외 열교환기(222)에서는, 과냉각용 냉매와 실외공기 사이에서 열교환이 이루어진다. 상기 과냉각용 팽창밸브(223)는 전자팽창밸브로 구성된다.
상기 과냉각용 열교환기(210)는 이른바 플레이트식 열교환기이며, 이용측 열교환기를 구성한다. 이 과냉각용 열교환기(210)에는 제 1 유로(211)와 제 2 유로(212)가 복수개씩 형성된다. 이 제 1 유로(211)에는 과냉각용 냉매회로(220)가, 제 2 유로(212)에는 냉매통로(205)가 각각 접속된다. 그리고 이 과냉각용 열교환기(210)는, 제 1 유로(211)를 흐르는 과냉각용 냉매와, 제 2 유로(212)를 흐르는 냉동장치(10)의 냉매를 열교환 시킨다.
상기 과냉각유닛(200)에는 각종 센서나 압력스위치가 설치된다. 구체적으로, 상기 과냉각용 냉매회로(220)에서는 과냉각용 압축기(221)의 흡입측에 흡입온도센서(235)와 흡입압력센서(234)가 설치되며, 과냉각용 압축기(221)의 토출측에 토출온도센서(233)와 고압압력스위치(232)가 설치된다. 냉매통로(205)에서는, 과냉각용 열교환기(210)보다 다른 끝 쪽의 부분, 즉 제 2 액측 연락배관(22)에 접속되는 단부 쪽의 부분에 냉매온도센서(236)가 설치된다. 이 냉매온도센서(236)는 냉매온도 검출수단을 구성한다.
또 상기 과냉각유닛(200)에는 외기온도센서(231)와 실외 팬(230)이 설치된다. 상기 과냉각용 실외 열교환기(222)에는, 실외 팬(230)에 의해 실외공기가 보내진다.
상기 제어기(240)는 제어수단을 구성한다. 이 제어기(240)에는, 설정부(241)와 제어부(242)가 구성된다.
상기 설정부(241)에는, 외기온도센서(231)의 검출온도인 외기온도가 입력된다. 그리고 이 설정부(241)는, 입력된 외기온도에 기초하여 미리 설정된 과냉각용 열교환기(210)에서의 냉매통로(205) 냉매의 목표 냉각온도(Eom)를 설정하도록 구성된다. 예를 들어 외기온도가 높을 경우에는, 점포 내의 냉방부하가 커지므로, 냉매의 목표 냉각온도(Eom)를 낮은 온도로 설정한다. 역으로 외기온도가 낮을 경우에는, 점포 내의 냉방부하가 작아지므로, 냉매의 목표 냉각온도(Eom)를 약간 높은 온도로 설정한다. 즉 본 실시형태의 설정부(241)에서는, 외기온도가 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건으로서 이용된다.
상기 제어부(242)에는, 냉매온도센서(236)의 검출온도(Tout)와 흡입압력센서(234)의 검출압력(LP)이 입력된다. 그리고 이 제어부(242)는, 냉매온도센서(236)가 정상적으로 검출 가능할 경우, 냉매온도센서(236)의 검출온도(Tout)와 설정부(241)의 목표 냉각온도(Eom)와의 차에 기초하여 과냉각용 압축기(221)의 운전주파수를 제어하도록 구성된다.
그리고 상기 제어부(242)는, 냉매온도센서(236)가 이상 때문에 검출 불가능하게 됐을 경우, 흡입압력센서(234)의 검출압력(LP)에 상당하는 과냉각용 냉매의 포화온도(TG)에 의해 정해진 설정온도(Tout)와 목표냉각온도(Eom)의 차에 기초하여 과냉각용 압축기(221)의운전주파수를 제어하도록 구성된다. 즉 이 제어부(242)에서는, 과냉각용 냉매회로(220)의 과냉각용 냉매의 저압압력 상당 포화온도(TG)에 의해 정해진 설정온도(Tout)를 냉매온도센서(236)의 검출온도로 간주한다. 본 실시형태에서는, 예를 들어 설정온도(Tout)가 포화온도(TG)+α℃로 설정된다. 이 α는, 임의로 설정 가능하다.
여기서, 본 실시형태에서는 제어부(242)가 흡입압력센서(234)의 검출압력(LP)에 의해 정해진 설정온도를 냉매의 검출온도(Tout)로 간주하도록 하지만, 이 대신에 흡입온도센서(235)의 검출온도(Ti)인 흡입온도에 의해 정해진 설정온도(Tout)를 냉매의 검출온도(Tout)로 간주하도록 해도 된다. 이 경우 제어부(242)에는, 냉매온도센서(236)의 검출온도(Tout)와 흡입온도센서(235)의 검출온도(Ti)가 입력되게 된다. 그리고 이 제어부(242)는, 냉매온도센서(236)가 이상상태로 되어 검출 불가능해졌을 경우, 흡입온도센서(235)의 검출온도(Ti)로 정해진 설정온도(Tout)와 목표 냉각온도(Eom)와의 차에 기초하여 과냉각용 압축기(221)의 운전주파수를 제어하도록 구성된다. 이 경우, 설정온도(Tout)는, 예를 들어 검출온도(Ti)+β℃로 설정된다. 이 β는, 임의로 설정 가능하다.
상기 과냉각용 압축기(221)의 운전주파수를 증대시키면, 과냉각용 냉매회로(220)의 과냉각용 냉매 순환량이 증대하여, 과냉각용 열교환기(210)의 과냉각용 냉매와 냉동장치(10) 냉매와의 열 교환량이 증대하므로, 냉동장치(10)의 냉매 냉각온도가 저하되어, 공조유닛(12)의 냉방능력 등이 증대하게 된다. 또 상기 과냉각용 압축기(221)의 운전주파수를 저하시키면, 과냉각용 냉매회로(220)의 과냉각용 냉매 순환량이 감소되어, 과냉각용 열교환기(210)의 과냉각용 냉매와 냉동장치(10) 냉매와의 열교환량이 감소되므로, 냉동장치(10)의 냉매 냉각온도가 상승하여, 공조유닛 (12)의 냉방능력 등이 저하되게 된다. 즉 상기 제어기(240)는, 외기온도에 기초하여 과냉각용 압축기(221)를 용량 제어하고 과냉각용 열교환기(210)의 과냉각용 냉매 유량을 조정함으로써, 냉동장치(10)의 냉매 냉각온도를 조정하도록 구성된다.
이와 같이 제어기(240)에는, 실외유닛(11)이나 공조유닛(12) 등으로 구성된 냉동장치(10)로부터의 신호는 일체 입력되지 않는다. 즉 이 제어기(240)는, 과냉각유닛(200)에 설치된 센서의 검출값 등, 과냉각유닛(200)의 내부에서 얻어진 정보에만 기초하여 과냉각용 압축기(221)의 운전을 제어한다. 따라서 상기 과냉각유닛(200) 및 냉동장치(10) 양자간에 송수신되는 신호를 전송하기 위한 배선공사가 필요 없게 된다.
또 본 실시형태의 설정부(241)에서는, 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건으로서 외기온도에 기초하여 냉매의 목표 냉각온도(Eom)를 설정하도록 하지만, 그 외기온도 대신에 다음의 것(파라미터)을 이용하도록 해도 된다.
예를 들어 상기 설정부(241)는, 냉매통로(205)의 냉매유량, 즉 과냉각용 열교환기(210)에서의 냉동장치(10)의 냉매 유량을 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건으로 이용하도록 해도 된다. 이 경우, 냉매통로(205)의 과냉각용 열교환기(210) 상류에 냉매의 유량 검출수단이 구성되어, 이 유량 검출수단의 검출유량이 제어기(240)의 설정부(241)에 입력된다. 그리고 상기 설정부(241)는, 입력된 검출유량이 많을 경우에는, 점포 내의 냉방부하가 큰 것으로 판단하여, 냉매의 목표 냉각온도(Eom)를 낮은 온도로 설정하며, 역으로 검출유량이 적을 경우에는, 점포 내의 냉방부하가 작은 것으로 판단하여, 냉매의 목표 냉각온도(Eom)를 약간 높은 온도로 설 정한다.
또한 상기 설정부(241)는, 과냉각용 열교환기(210)에서 냉각되기 전 냉매통로(205)의 냉매온도, 또는 과냉각용 열교환기(210)에서 냉각된 후 냉매통로(205)의 냉매온도를 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건으로 이용하도록 해도 된다. 이 경우, 냉매통로(205)의 과냉각용 열교환기(210) 상류에 냉매의 온도검출수단이 구성되며, 이 유량 검출수단의 검출온도가 냉각되기 전의 냉매온도로서 제어기(240)의 설정부(241)에 입력된다. 또는 과냉각용 열교환기(210) 하류에 설치된 냉매온도센서(236)의 검출온도가 제어기(240)의 설정부(241)에 입력된다. 그리고 상기 설정부(241)는, 입력된 검출온도가 높을 경우에는, 점포 내의 냉방부하가 크다고 판단하여, 냉매의 목표 냉각온도(Eom)를 낮은 온도로 설정하며, 역으로 검출온도가 낮을 경우에는, 점포 내의 냉방부하가 작다고 판단하여, 냉매의 목표 냉각온도(Eom)를 약간 높은 온도로 설정한다.
또 상기 설정부(241)는, 과냉각용 냉매회로(220)의 과냉각용 냉매의 저압압력 또는 고압압력을 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건으로 이용하도록 해도 된다. 이 경우, 과냉각용 압축기(221)의 흡입측에 설치된 흡입압력센서(234)의 검출압력이 저압압력으로서 설정부(241)에 입력된다. 또는 상기 과냉각용 압축기(221)의 토출측에 냉매의 압력검출수단이 구성되어, 이 압력검출수단의 검출압력이 고압압력으로서 설정부(241)에 입력된다. 그리고 상기 설정부(241)는, 입력된 검출압력이 높을 경우에는, 점포 내의 냉방부하가 크다고 판단하여, 냉매의 목표 냉각온도(Eom)를 낮은 온도로 설정하며, 역으로 검출압력이 낮을 경우에는, 점포 내의 냉 방부하가 작다고 판단하여, 냉매의 목표 냉각온도(Eom)를 약간 높은 온도로 설정한다.
또한 상기 설정부(241)는, 과냉각용 열교환기(210)에서 냉각된 후의 과냉각용 냉매 온도를 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건으로 이용하도록 해도 된다. 이 경우, 과냉각용 열교환기(210)의 흡입온도센서(235) 검출온도가 설정부(241)에 입력된다. 또는 상기 과냉각용 냉매회로(220)에서의 과냉각용 열교환기(210)의 직하류에 냉매의 온도검출수단이 구성되며, 이 온도검출수단의 검출온도가 전술한 흡입온도센서(235)의 검출온도 대신에 설정부(241)에 입력된다. 그리고 상기 설정부(241)는, 입력된 검출온도가 높을 경우에는, 점포 내의 냉방부하가 크다고 판단하여, 냉매의 목표 냉각온도(Eom)를 낮은 온도로 설정하며, 역으로 검출온도가 낮을 경우에는, 점포 내의 냉방부하가 작다고 판단하여, 냉매의 목표 냉각온도(Eom)를 약간 높은 온도로 설정한다.
이상과 같이, 어느 파라미터도 과냉각유닛(200)의 내부에서 얻어지는 정보이므로, 냉동장치(10)와의 사이에 송수신이 불필요해진다.
-냉동시스템의 운전동작-
상기 냉동시스템이 실행하는 운전동작 중, 주요동작에 대해 설명한다.
<냉방운전>
이 냉방운전은, 냉장진열장(13) 및 냉동진열장(14)에서 냉장고 및 냉동고 내 공기를 냉각시키며, 공조유닛(12)에서 실내공기를 냉각시켜 점포 내를 냉방하는 운전이다.
도 2에 나타내는 바와 같이 냉방운전 중은, 제 1 십자절환밸브(51), 제 2 십자절환밸브(52), 및 제 3 십자절환밸브(53)가 각각 제 1 상태로 설정된다. 또 실외팽창밸브(46)가 전면 폐쇄되는 한편, 공조팽창밸브(102), 냉장팽창밸브(112) 및 냉동팽창밸브(132)의 개방도가 각각 적절하게 조절된다. 이 상태에서, 가변용량 압축기(41), 제 1 고정용량 압축기(42), 제 2 고정용량 압축기(43), 및 부스터압축기(141)가 운전된다. 이 냉방운전 중에는 과냉각유닛(200)이 운전상태로 된다. 과냉각유닛(200)의 운전동작에 대해서는 후술하기로 한다.
상기 가변용량 압축기(41), 제 1 고정용량 압축기(42), 및 제 2 고정용량 압축기(43)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자절환밸브(51)를 통과하여 실외 열교환기(44)로 보내진다. 실외 열교환기(44)에서는 냉매가 실외공기에 방열하여 응축된다. 이 실외 열교환기(44)에서 응축된 냉매는, 제 1 액관(81)과 수액기(45)와 제 2 액관(82)을 차례로 통과하여 제 1 액측 연락배관(21)으로 유입된다.
상기 제 1 액측 연락배관(21)으로 유입된 냉매는, 과냉각유닛(200)의 냉매통로(205)로 유입된다. 이 냉매통로(205)로 유입된 냉매는, 과냉각용 열교환기(210)의 제 2 유로(212)를 통과하는 사이에 냉각된다. 이 과냉각용 열교환기(210)에서 냉각된 과냉각상태의 액 냉매는, 제 2 액측 연락배관(22)을 통과하여 공조회로(100)와 냉장회로(110)와 냉동회로(130)로 분배된다.
상기 공조회로(100)로 유입된 냉매는, 공조팽창밸브(102)를 통과할 때에 감압된 후, 공조 열교환기(101)로 도입된다. 이 공조 열교환기(101)에서는 냉매가 실내공기로부터 흡열하여 증발한다. 이 때, 공조 열교환기(101)에서는 냉매의 증 발온도가 예를 들어 5℃ 정도로 설정된다. 공조유닛(12)에서는, 공조 열교환기(101)에서 냉각된 실내공기가 점포 내로 공급된다.
상기 공조 열교환기(101)에서 증발한 냉매는 제 2 가스측 연락배관(24)을 통과하여 실외회로(40)로 유입된 후, 제 1 십자절환밸브(51)와 제 2 십자절환밸브(52)를 차례로 통과하여 제 3 흡입관(63)으로 유입된다. 이 제 3 흡입관(63)으로 유입된 냉매는, 그 일부가 제 1 분기관(63a)을 통과하여 제 2 고정용량 압축기(43)로 흡입되고, 나머지가 제 2 분기관(63b)과 제 3 십자절환밸브(53)와 제 2 흡입관(62)을 차례로 통과하여 제 1 고정용량 압축기(42)로 흡입된다.
상기 냉장회로(110)로 유입된 냉매는, 냉장팽창밸브(112)를 통과할 때에 감압된 후, 냉장 열교환기(111)로 도입된다. 이 냉장 열교환기(111)에서는 냉매가 냉장고내 공기로부터 흡열하여 증발한다. 이 때, 냉장 열교환기(111)에서는 냉매의 증발온도가 예를 들어 -5℃ 정도로 설정된다. 이 냉장 열교환기(111)에서 증발한 냉매는, 제 1 가스측 연락배관(23)으로 유입된다. 상기 냉장진열장(13)에서는, 냉장 열교환기(111)에서 냉각된 냉장고내 공기가 냉장고 내로 공급되며, 냉장고내 온도가, 예를 들어 5℃ 정도로 유지된다.
상기 냉동회로(130)로 유입된 냉매는, 냉동팽창밸브(132)를 통과할 때에 감압된 후, 냉동 열교환기(131)로 도입된다. 이 냉동 열교환기(131)에서는, 냉매가 냉동고내 공기로부터 흡열하여 증발한다. 이 때, 이 냉동 열교환기(131)에서는 냉매의 증발온도가 예를 들어 -30℃ 정도로 설정된다. 상기 냉동진열장(14)에서는, 냉동 열교환기(131)에서 냉각된 냉동고내 공기가 냉동고 내로 공급되며, 냉동고내 온도가, 예를 들어 -20℃ 정도로 유지된다.
상기 냉동 열교환기(131)에서 증발한 냉매는, 부스터회로(140)로 유입되어 부스터압축기(141)로 흡입된다. 이 부스터압축기(141)에서 압축된 냉매는, 토출관(144)을 지나 제 1 가스측 연락배관(23)으로 유입된다.
상기 제 1 가스측 연락배관(23)에서는, 냉장회로(110)로부터 유입된 냉매와, 부스터회로(140)로부터 유입된 냉매가 합류한다. 그리고 이들 냉매는, 제 1 가스측 연락배관(23)을 통과하여 실외회로(40)의 제 1 흡입관(61)으로 유입된다. 제 1 흡입관(61)으로 유입된 냉매는, 제 1 분기관(61a)을 지나 가변용량 압축기(41)로 흡입된다.
<제 1 난방운전>
이 제 1 난방운전은, 냉장진열장(13) 및 냉동진열장(14)에서 냉장고 및 냉동고 내 공기를 냉각시키며, 공조유닛(12)에서 실내공기를 가열시켜 점포 내를 난방하는 운전이다.
도 3에 나타내는 바와 같이 실외회로(40)에서는, 제 1 십자절환밸브(51)가 제 2 상태로, 제 2 십자절환밸브(52)가 제 1 상태로, 제 3 십자절환밸브(53)가 제 1 상태로 각각 설정된다. 또 상기 실외팽창밸브(46)가 전면 폐쇄되는 한편, 공조팽창밸브(102), 냉장팽창밸브(112), 및 냉동팽창밸브(132)의 개방도가 적절하게 조절된다. 이 상태에서, 가변용량 압축기(41) 및 부스터압축기(141)가 운전되고, 제 1 고정용량 압축기(42) 및 제 2 고정용량 압축기(43)가 휴지상태로 된다. 또 상기 실외 열교환기(44)는, 냉매가 공급되지 않아 휴지상태로 된다. 이 제 1 난방운전 중에는, 과냉각유닛(200)이 정지상태로 된다.
상기 가변용량 압축기(41)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자절환밸브(51)와 제 2 가스측 연락배관(24)을 차례로 통과하여 공조회로(100)의 공조 열교환기(101)로 도입되며, 실내공기에 방열하여 응축된다. 상기 공조유닛(12)에서는, 공조 열교환기(101)에서 가열된 실내공기가 점포 내로 공급된다. 이 공조 열교환기(101)에서 응축된 냉매는, 제 2 액측 연락배관(22)을 통과하여 냉장회로(110)와 냉동회로(130)로 분배된다.
상기 냉장진열장(13) 및 냉동진열장(14)에서는, 상기 냉방운전 시와 마찬가지로 냉장고 및 냉동고 내 공기의 냉각이 이루어진다. 상기 냉장회로(110)로 유입된 냉매는, 냉장 열교환기(111)에서 증발한 후에 제 1 가스측 연락배관(23)으로 유입된다. 한편 상기 냉동회로(130)로 유입된 냉매는, 냉동 열교환기(131)에서 증발한 후에 부스터압축기(141)에서 압축된 후, 제 1 가스측 연락배관(23)으로 유입된다. 이 제 1 가스측 연락배관(23)으로 유입된 냉매는, 제 1 흡입관(61)을 통과한 후에 가변용량 압축기(41)로 흡입되어 압축된다.
이와 같이 제 1 난방운전에서는, 냉장 열교환기(111) 및 냉동 열교환기(131)에서 냉매가 흡열하며, 공조 열교환기(101)에서 냉매가 방열한다. 그리고 상기 냉장 열교환기(111) 및 냉동 열교환기(131)에서 냉매가 냉장고 및 냉동고 내 공기로부터의 흡열을 이용하여, 점포 내의 난방이 이루어진다.
또 제 1 난방운전 중에는, 도 4에 나타내는 바와 같이 제 1 고정용량 압축기(42)를 운전시켜도 된다. 제 1 고정용량 압축기(42)를 운전시킬지의 여부는, 냉장 진열장(13) 및 냉동진열장(14)의 냉각부하에 따라 결정된다. 이 경우에는 제 3 십자절환밸브(53)가 제 2 상태로 설정된다. 그리고 상기 제 1 흡입관(61)으로 유입된 냉매는, 일부가 제 1 분기관(61a)을 통과하여 가변용량 압축기(41)로 흡입되고, 나머지가 제 2 분기관(61b)과 제 3 십자절환밸브(53)와 제 2 흡입관(62)을 차례로 통과하여 제 1 고정용량 압축기(42)로 흡입된다.
<제 2 난방운전>
이 제 2 난방운전은, 상기 제 1 난방운전과 마찬가지로 점포 내의 난방을 실행하는 운전이다. 이 제 2 난방운전은, 상기 제 1 난방운전으로는 난방능력이 부족할 경우에 실행된다.
도 5에 나타내는 바와 같이 실외회로(40)에서는, 제 1 십자절환밸브(51)가 제 2 상태로, 제 2 십자절환밸브(52)가 제 1 상태로, 제 3 십자절환밸브(53)가 제 1 상태로 각각 설정된다. 또 상기 실외팽창밸브(46), 공조팽창밸브(102), 냉장팽창밸브(112), 및 냉동팽창밸브(132)의 개방도가 적절하게 조절된다. 이 상태에서, 가변용량 압축기(41), 제 2 고정용량 압축기(43) 및 부스터압축기(141)가 운전되며, 제 1 고정용량 압축기(42)가 휴지상태로 된다. 이 제 1 난방운전 중에는, 과냉각유닛(200)이 정지상태로 된다.
상기 가변용량 압축기(41) 및 제 2 고정용량 압축기(43)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자절환밸브와 제 2 가스측 연락배관(24)을 차례로 통과하여 공조회로(100)의 공조 열교환기(101)로 도입되고, 실내공기에 방열하여 응축된다. 상기 공조유닛(12)에서는, 공조 열교환기(101)에서 가열된 실내공기가 점포 내로 공급된 다. 이 공조 열교환기(101)에서 응축된 냉매는, 제 2 액측 연락배관(22)으로 유입된다. 이 제 2 액측 연락배관(22)으로 유입된 냉매는, 일부가 냉장회로(110)와 냉동회로(130)로 분배되고, 나머지가 과냉각유닛(200)의 냉매통로(205)로 도입된다.
상기 냉장진열장(13) 및 냉동진열장(14)에서는, 상기 냉방운전 시와 마찬가지로 냉장고 및 냉동고 내 공기의 냉각이 이루어진다. 상기 냉장회로(110)로 유입된 냉매는, 냉장 열교환기(111)에서 증발한 후에 제 1 가스측 연락배관(23)으로 유입된다. 한편 상기 냉동회로(130)로 유입된 냉매는, 냉동 열교환기(131)에서 증발한 후에 부스터압축기(141)에서 압축된 후, 제 1 가스측 연락배관(23)으로 유입된다. 그리고 제 1 가스측 연락배관(23)으로 유입된 냉매는, 제 1 흡입관(61)을 통과 후 가변용량 압축기(41)로 흡입되어 압축된다.
상기 과냉각유닛(200)의 냉매통로(205)로 유입된 냉매는, 제 1 액측 연락배관(21)과 제 3 액관(83)을 차례로 통과하여 수액기(45)로 유입된 후, 제 2 액관(82)을 통과하여 제 4 액관(84)으로 유입된다. 이 제 4 액관(84)으로 유입된 냉매는, 실외팽창밸브(46)를 통과할 때에 감압된 후, 실외 열교환기(44)로 도입되어, 실외공기로부터 흡열하여 증발한다. 이 실외 열교환기(44)에서 증발한 냉매는, 제 1 십자절환밸브(51)와 제 2 십자절환밸브(52)를 차례로 통과하여 제 2 흡입관(62)으로 유입되고, 제 2 고정용량 압축기(43)로 흡입되어 압축된다.
이와 같이 제 2 난방운전에서는, 냉장 열교환기(111), 냉동 열교환기(131), 및 실외 열교환기(44)에서 냉매가 흡열하며, 공조 열교환기(101)에서 냉매가 방열한다. 그리고 냉장 열교환기(111) 및 냉동 열교환기(131)에서 냉매가 냉장고 및 냉동고 내의 공기로부터 흡입한 열과, 실외 열교환기(44)에서 냉매가 실외공기로부터 흡입한 열을 이용하여, 점포 내의 난방이 이루어진다.
-과냉각유닛의 운전동작-
상기 과냉각유닛(200)의 운전동작에 대해 설명한다. 이 과냉각유닛(200)의 운전상태에서는, 과냉각용 압축기(221)가 운전됨과 더불어, 과냉각용 팽창밸브(223)의 개방도가 적절하게 조절된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 과냉각용 압축기(221)로부터 토출된 과냉각용 냉매는, 과냉각용 실외 열교환기(222)에서 실외공기에 방열하여 응축된다. 이 과냉각용 실외 열교환기(222)에서 응축된 과냉각용 냉매는, 과냉각용 팽창밸브(223)를 통과할 때에 감압된 후, 과냉각용 열교환기(210)의 제 1 유로(211)로 유입된다. 이 과냉각용 열교환기(210)의 제 1 유로(211)에서는, 과냉각용 냉매가 제 2 유로(212)의 냉매로부터 흡열하여 증발한다. 이 과냉각용 열교환기(210)에서 증발한 과냉각용 냉매는, 과냉각용 압축기(221)로 흡입되어 압축된다.
전술한 바와 같이 제어기(240)는, 입력된 외기온도에 기초하여, 과냉각용 압축기(221)의 용량을 제어한다. 여기서는 제어기(240)의 제어동작에 대해, 도 6을 참조하면서 설명한다. 이 제어기(240)의 제어동작은, 일정 시간간격(예를 들어 30초 간격)으로 반복 실행된다.
먼저 제어가 개시되면, 단계(ST1)에서, 냉매온도센서(236)의 검출온도(Tout)에서, 제어기(240)의 설정부(241)에서 설정한 목표 냉각온도(Eom)를 뺀 값이 산출된다. 본 실시형태에서는 도 7에 나타내는 바와 같이, 상기 목표 냉각온도(Eom)가 설정된다. 구체적으로, 외기온도가 25℃ 이하로 비교적 낮을 경우는 목표 냉각온도(Eom)가 25℃로 설정되며, 외기온도가 40℃ 이상으로 높을 경우는, 목표 냉각온도(Eom)가 0℃로 설정된다. 또 외기온도가 25℃에서 40℃의 범위에서는 목표 냉각온도(Eom)가 25℃에서 0℃로 비례적으로 저하되도록 설정된다. 여기서 상기 목표 냉각온도(Eom)의 설정값에 대해서는 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 단계(ST1)에서, 검출온도(Tout)와 목표 냉각온도(Eom)의 차가 "-1.0 미만"일 경우는 단계(ST2)로 진행하고, "+1.0 초과"일 경우는 단계(ST3)로 진행하며, "-1.0～+1.0"일 경우는 복귀하여 제어가 종료된다. 즉, 상기 냉동장치(10)의 냉매가 과잉 냉각되어 냉방능력 등이 과대해졌을 경우는 단계(ST2)로 진행하며, 냉동장치(10)의 냉매가 냉각부족으로 냉방능력 등이 부족할 경우는 단계(ST3)로 진행한다. 또 상기 "-1.0～+1.0"의 범위는 과냉각용 압축기(221)의 운전주파수를 변경하지 않는 무변화 영역이며, 이 설정 폭은, 예를 들어 "-1.5～+1.5"와 "-2.0～+2.0"으로 절환 가능하다. 이 경우, "-1.0 미만"이나 "+1.0 초과"의 설정값도 이에 따라 절환되게 된다.
상기 단계(ST2)에서는, 과냉각용 압축기(221)의 운전주파수가 최저주파수인지 여부를 판정하며, 최저주파수인 것으로 판정되면, 복귀하여 제어가 종료되고, 최저주파수가 아닌 것으로 판정되면, 단계(ST4)로 진행한다. 이 단계(ST4)에서는, 제어기(240)의 제어부(242)에 의해, 과냉각용 압축기(221)의 운전주파수가 1단계 내려진다. 이로써 냉동장치(10)의 냉매 냉각온도가 상승하므로, 과잉상태였던 냉방능력 등을 부하에 대응한 적절한 능력으로 저하시킬 수 있다.
상기 단계(ST3)에서는, 과냉각용 압축기(221)의 운전주파수가 최고주파수인지 여부를 판정하며, 최고주파수인 것으로 판정되면, 복귀하여 제어가 종료되고, 최고주파수가 아닌 것으로 판정되면, 단계(ST5)로 진행한다. 이 단계(ST5)에서는, 제어기(240)의 제어부(242)에 의해, 과냉각용 압축기(221)의 운전주파수가 1단계 올려진다. 이로써 냉동장치(10)의 냉매 냉각온도가 저하되므로, 부족상태였던 냉방능력 등을 부하에 대응한 적절한 능력으로 증대시킬 수 있다. 여기서, 본 실시형태에서는, 과냉각용 압축기(221)의 운전주파수가 20단계로 변경 가능하게 구성된다.
또 상기 냉매온도센서(236)의 고장 등으로 과냉각용 냉매의 검출온도가 정확하게 검출되지 않을 경우, 단계(ST1)에서는, 흡입압력센서(234)의 검출압력을 이용하여 정한 설정온도(Tout)에서 설정부(241)의 목표 냉각온도(Eom)를 뺀 값이 산출된다. 이후의 제어에 대해서는 전술한 제어내용과 마찬가지이다.
-실시형태의 효과-
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 과냉각유닛(200)에서, 이 과냉각유닛(200)에 설치된 센서의 검출값인 외기온도, 즉 과냉각유닛(200) 내에서 얻어지는 정보에 기초하여 과냉각용 압축기(221)의 운전을 제어하고 냉동장치(10)의 냉매 냉각온도를 조정하도록 하므로, 실외유닛(11)이나 공조유닛(12) 등 냉동장치(10)와의 사이에서 신호 수수 등을 하지 않아도, 공조유닛(12) 등의 부하상태에 따라 적절한 운전을 실행할 수 있다. 따라서 상기 과냉각유닛(200)을 냉동장치(10)에 설치할 때에는, 냉동장치(10)의 제 1, 제 2 액측 연락배관(21, 22)에 과냉각유 닛(200)의 냉매통로(205)를 접속하는 것만으로 충분하며, 냉동장치(10)와 과냉각유닛(200) 사이에 신호를 주고받기 위한 통신용 배선을 부설할 필요가 없어진다.
그 결과, 본 실시형태에 의하면, 과냉각유닛(200)을 냉동장치(10)에 설치할 때의 작업공정 수를 삭감할 수 있으며, 나아가 배선 오류 등 설치작업 시의 인적 작업오류에 기인하는 문제를 미연에 방지할 수 있다.
또 상기 제어기(240)는, 냉매의 검출온도(Tout)와 외기온도에 의해 정해진 목표 냉각온도(Eom)와의 차에 기초하여 과냉각용 압축기(221)의 운전제어를 실행하도록 하므로, 이 또한 과냉각유닛(200) 내에서 얻어지는 정보만으로 확실하게 냉각능력을 조정할 수 있다.
또 상기 냉매온도센서(236)가 이상상태로 되어 검출 불가능하게 될 경우에도, 과냉각유닛(200) 내에 설치된 흡입압력센서(234)의 검출압력(LP)에서의 과냉각용 냉매 포화온도(TG)에 의해 정해진 설정온도를 냉매의 검출온도로 간주하도록 하므로, 한층 확실하게 냉각능력을 조정할 수 있다.
여기서, 과냉각유닛(200)과 냉동장치(10) 사이에서 신호를 주고받기 위해서는, 과냉각유닛(200)만이 아닌 냉동장치(10)에도 통신 인터페이스가 필요하다. 때문에, 운전제어에 냉동장치(10)로부터의 신호입력이 필요한 과냉각유닛(200)에 대해서는, 적용 가능한 냉동장치(10)의 기종이 제한되게 되어, 과냉각유닛(200)의 사용이 불편하다는 문제도 있었다.
이에 반해 본 실시형태의 과냉각유닛(200)은, 냉동장치(10)와의 사이에서 신호 수수를 전혀 필요로 하지 않으며, 설치대상이 될 냉동장치(10)에 대해 제약을 받지 않아도 된다. 따라서 과냉각유닛(200)의 사용 간편성을 대폭으로 향상시킬 수 있다.
-실시형태의 제 1 변형예-
본 제 1 변형예는 과냉각용 압축기(221)의 제어 대신에, 과냉각용 실외 열교환기(222)의 실외 팬(230) 운전주파수를 제어함으로써, 과냉각용 열교환기(210)의 과냉각용 냉매 유량을 조정하도록 구성한 것이다. 즉, 본 변형예의 실외 팬(230)은, 팬 모터의 운전주파수를 변화시킴으로써 용량이 가변으로 된다.
구체적으로는, 상기 실외 팬(230)의 운전주파수를 저하시키면, 과냉각용 냉매회로(220)의 고압압력이 상승하여 과냉각용 냉매 순환량이 증대한다. 즉, 상기 과냉각용 열교환기(210)의 과냉각용 냉매 유량이 증대한다. 이로써, 과냉각용 열교환기(210)의 과냉각용 냉매와 냉동장치(10) 냉매와의 열 교환량이 증대하므로, 냉동장치(10)의 냉매 냉각온도가 저하되어, 공조유닛(12)의 냉방능력 등이 증대하게 된다. 역으로, 상기 실외 팬(230)의 운전주파수를 증대시키면, 과냉각용 냉매회로(220)의 고압압력이 저하되어 과냉각용 냉매 순환량이 감소된다. 즉, 상기 과냉각용 열교환기(210)의 과냉각용 냉매 유량이 감소된다. 이로써, 과냉각용 열교환기(210)의 과냉각용 냉매와 냉동장치(10) 냉매와의 열교환량이 감소되므로, 냉동장치(10)의 냉매 냉각온도가 상승하여, 공조유닛(12)의 냉방능력 등이 저하되게 된다.
본 변형예의 경우, 제어기(240)의 제어동작은 다음과 같이 된다. 도 6의 단계(ST2)에서는, 상기 실외 팬(230)의 운전주파수가 최고주파수인지 여부를 판정하 며, 최고주파수인 것으로 판정되면, 복귀하여 제어가 종료되고, 최고주파수가 아닌 것으로 판정되면 단계(ST4)로 진행한다. 이 단계(ST4)에서는, 제어기(240)의 제어부(242)에 의해, 실외 팬(230)의 운전주파수가 1단계 올려진다. 이로써 냉동장치(10)의 냉매 냉각온도가 상승하므로, 과잉상태였던 냉방능력 등을 부하에 대응한 적절한 능력으로 저하시킬 수 있다.
상기 단계(ST3)에서는, 실외 팬(230)의 운전주파수가 최저주파수인지 여부를 판정하며, 최저주파수인 것으로 판정되면, 복귀하여 제어가 종료되고, 최저주파수가 아닌 것으로 판정되면 단계(ST5)로 진행한다. 이 단계(ST5)에서는, 제어기(240)의 제어부(242)에 의해, 실외 팬(230)의 운전주파수가 1단계 내려진다. 이로써 냉동장치(10)의 냉매 냉각온도가 저하되므로, 부족상태였던 냉방능력 등을 부하에 대응한 적절한 능력으로 증대시킬 수 있다. 그 밖의 구성, 작용 및 효과는 실시형태와 마찬가지이다.
그리고 본 발명은, 과냉각용 압축기(221) 및 실외 팬(230) 양쪽을 제어함으로써 과냉각용 열교환기(210)의 과냉각용 냉매 유량을 조정하도록 해도 된다. 이 경우, 냉매 냉각온도의 제어성이 높아진다.
-실시형태의 제 2 변형예-
본 제 2 변형예는, 도시하지 않지만, 상기 실시형태의 냉각용 유체회로 구성을 변경한 것이다. 상기 실시형태에서는 냉각용 유체회로를 냉매회로로 구성했지만, 본 변형예에서는 냉각수가 흐르는 냉각수회로로 구성하도록 한다. 구체적으로, 이 냉각수회로는 과냉각용 열교환기(210) 및 펌프를 구비하며, 이 펌프에 의해 냉수탑(cooling tower)의 냉각수가 과냉각용 열교환기(210)와의 사이에서 순환하도록 구성된다. 그리고 상기 과냉각용 열교환기(210)에서, 냉각수가 냉매통로(205)의 냉매와 열교환 되어 이 냉매를 냉각시킨다. 즉 본 변형예의 냉각용 유체회로에서는, 냉각수가 냉각용 유체로서 흐른다.
이 변형예에 있어서, 예를 들어 외기온도가 높을 경우에는, 펌프의 운전주파수를 증대시켜 과냉각용 열교환기(210)의 냉각수 유량을 증대시킴으로써, 냉매의 냉각온도를 저하시켜 공조유닛(12)의 냉방능력 등을 높인다. 역으로, 외기온도가 낮을 경우에는, 펌프의 운전주파수를 감소시켜 과냉각용 열교환기(210)의 냉각수 유량을 감소시킴으로써, 냉매의 냉각온도를 상승시켜 공조유닛(12)의 냉방능력 등을 저하시킨다. 그 밖의 구성, 작용 및 효과는 실시형태와 마찬가지이다.
또 본 변형예에서 제어기(240)의 설정부(241)는, 외기온도 대신에, 과냉각용 열교환기(210)에서 냉각된 후의 냉각수 온도를 과냉각용 열교환기(212)의 주위조건으로 이용하도록 해도 된다.
그 밖의 실시형태
상기 실시형태에서는, 냉매온도센서(236)가 이상상태일 경우, 흡입압력센서(234)의 검출압력(LP) 및 흡입온도센서(235)의 검출온도(Ti) 중 어느 한쪽이 제어기(240)의 제어부(242)에 입력되도록 했지만, 양쪽 검출값이 입력되도록 해도 된다. 이 경우, 우선 냉매온도센서(236)에 이상이 있을 경우는 흡입압력센서(234)의 검출압력(LP)을 이용하며, 냉매온도센서(236) 및 흡입압력센서(234) 양쪽에 이상이 있을 경우는, 흡입온도센서(235)의 검출온도(Ti)를 이용하도록 한다.
또 상기 실시형태나 그 변형예에서, 냉매온도센서(236)의 검출온도(Tout)는 입력하지 않고, 흡입압력센서(234)의 검출압력(LP) 또는 흡입온도센서(235)의 검출온도(Ti)만을 제어부(242)에 입력하도록 해도 된다. 이 경우, 냉매온도센서(236)의 정상 및 이상에 상관없이, 그 검출압력(LP) 또는 검출온도(Ti)로 정한 설정온도(Tout)와 목표 냉각온도(Eom)와의 차가 기준으로 되어 과냉각용 압축기(221)나 실외 팬(230)이 제어된다.
또한 상기 실시형태의 과냉각용 냉매회로(220)에서, 십자절환밸브 등을 설치하여 냉매순환을 가역으로 구성하면, 냉매통로(205)를 제 1 가스측 연락배관(23)이나 제 2 가스측 연락배관(24)의 가스측 연락배관에 접속함으로써, 냉동장치(10)의 냉매를 가열시킬 수 있다. 따라서 실외유닛(11)의 각 압축기(41, ...)에의 이른바 액백을 방지할 수 있다. 이와 같이 본 발명에 관한 과냉각유닛(200)은, 과냉각용 냉매회로(220)의 냉매순환을 가역으로 구성함으로써, 필요에 따라 냉매의 냉각장치 또는 가열장치를 절환할 수 있다.
그리고 이상의 실시형태는 본질적으로 바람직한 예시이며, 본 발명, 그 적용물, 또는 그 용도 범위의 제한을 의도하는 것은 아니다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 냉동장치의 열원유닛으로부터 이용유닛으로 공급되는 냉매를 냉각하는 과냉각장치에 대해 유용하다.

Claims (15)

  1. 연락배관으로 접속된 열원유닛(11)과 이용유닛(12, 13, 14) 사이에서 냉매를 순환시켜 증기압축식 냉동주기를 실행하는 냉동장치(10)에 설치되어, 열원유닛(11)으로부터 이용유닛(12, 13, 14)으로 보내지는 상기 냉동장치(10)의 냉매를 냉각시키는 과냉각장치로서,
    상기 냉동장치(10)의 액측 연락배관(21, 22)에 접속되는 냉매통로(205)와,
    상기 냉매통로(205)의 냉매를 냉각용 유체와 열교환 시켜 냉각시키는 과냉각용 열교환기(210)를 구비하는 냉각용 유체회로(220)와,
    상기 과냉각용 열교환기(210)에 있어서 냉매통로(205)의 냉매 냉각온도를 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건에 기초하여 조정하는 제어수단(240)을 구비하는 것을 특징으로 하는 과냉각장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어수단(240)은, 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건에 따라 미리 설정된 과냉각용 열교환기(210)에서의 냉매통로(205) 냉매의 목표 냉각온도에 기초하여 과냉각용 열교환기(210)를 흐르는 냉각용 유체의 유량(流量)을 조절하는 제어부(242)를 구비하는 것을 특징으로 하는 과냉각장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각용 유체회로는, 용량 가변의 과냉각용 압축기(221) 및 열원측 열교환기(222)를 구비하며, 냉각용 유체로서의 과냉각용 냉매가 순환하여 증기압축식 냉동주기를 실행하는 과냉각용 냉매회로(220)이며,
    상기 제어수단(240)의 제어부(242)는, 목표 냉각온도에 기초하여 상기 과냉각용 압축기(221)의 운전주파수를 제어함으로써 상기 과냉각용 열교환기(210)를 흐르는 과냉각용 냉매의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 과냉각장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각용 유체회로는, 용량 가변의 과냉각용 압축기(221) 및 열원측 열교환기(222)를 구비하며, 냉각용 유체로서의 과냉각용 냉매가 순환하여 증기압축식 냉동주기를 실행하는 과냉각용 냉매회로(220)이며,
    상기 제어수단(240)의 제어부(242)는, 목표 냉각온도에 기초하여 상기 열원측 열교환기(222) 팬(230)의 운전주파수를 제어함으로써 상기 과냉각용 열교환기(210)를 흐르는 과냉각용 냉매의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 과냉각장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어수단(240)의 제어부(242)는, 목표 냉각온도와, 과냉각용 열교환기(210)에서 냉각된 냉매통로(205) 냉매온도와의 차에 기초하여 과냉각용 압축기(221)의 운전주파수를 제어하는 것을 특징으로 하는 과냉각장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어수단(240)의 제어부(242)는, 목표 냉각온도와, 과냉각용 냉매회로(220)의 과냉각용 냉매의 저압압력 상당 포화온도에 의해 정해진 설정온도와의 차에 기초하여 과냉각용 압축기(221)의 운전주파수를 제어하는 것을 특징으로 하는 과냉각장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어수단(240)의 제어부(242)는, 목표 냉각온도와, 과냉각용 압축기(221)의 흡입온도에 의해 정해진 설정온도와의 차에 기초하여 과냉각용 압축기(221)의 운전주파수를 제어하는 것을 특징으로 하는 과냉각장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어수단(240)의 제어부(242)는, 목표 냉각온도와, 과냉각용 열교환기(210)에서 냉각된 냉매통로(205) 냉매온도와의 차에 기초하여 열원측 열교환기(222) 팬(230)의 운전주파수를 제어하는 것을 특징으로 하는 과냉각장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어수단(240)의 제어부(242)는, 목표 냉각온도와, 과냉각용 냉매회로(220)의 과냉각용 냉매의 저압압력 상당 포화온도에 의해 정해진 설정온도와의 차에 기초하여 열원측 열교환기(222) 팬(230)의 운전주파수를 제어하는 것을 특징으로 하는 과냉각장치.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어수단(240)의 제어부(242)는, 목표 냉각온도와, 과냉각용 압축기(221)의 흡입온도에 의해 정해진 설정온도와의 차에 기초하여 열원측 열교환기(222) 팬(230)의 운전주파수를 제어하는 것을 특징으로 하는 과냉각장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건은, 외기온도인 것을 특징으로 하는 과냉각장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건은, 냉매통로(205)의 냉매 유량인 것을 특징으로 하는 과냉각장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건은, 과냉각용 열교환기(210)에서 냉각되기 전 냉매통로(205)의 냉매온도, 또는 과냉각용 열교환기(210)에서 냉각된 후 냉매통로(205)의 냉매온도인 것을 특징으로 하는 과냉각장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각용 유체회로는, 냉각용 유체로서의 과냉각용 냉매가 순환하여 증기압축식 냉동주기를 실행하는 과냉각용 냉매회로(220)로서,
    상기 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건은, 과냉각용 냉매회로(220)에서의 과냉각용 냉매의 저압압력 또는 고압압력인 것을 특징으로 하는 과냉각장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각용 유체회로는, 냉각용 유체로서의 과냉각용 냉매가 순환하여 증기압축식 냉동주기를 실행하는 과냉각용 냉매회로(220)로서,
    상기 과냉각용 열교환기(210)의 주위조건은, 과냉각용 열교환기(210)에서 냉매통로(205)의 냉매를 냉각시킨 후의 과냉각용 냉매 온도인 것을 특징으로 하는 과냉각장치.
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