KR101044464B1 - 냉동장치 - Google Patents

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Abstract

열원측 회로(14)에, 팽창기(31)로부터 유입되는 냉매를 액냉매와 가스냉매로 분리하는 기액분리기(35)와, 냉각운전에 있어서 기액분리기(35)에서 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매를 냉각하는 냉각수단(36, 45, 53, 55)을 설치한다. 기액분리기(35)로부터 유출되는 냉매는 포화액 상태이므로, 냉각수단(36, 45, 53, 55)에 의하여 냉각시키면 반드시 과냉각상태로 된다.
Figure R1020087031583
팽창기, 이용측 회로, 냉각운전, 기액분리기, 냉각수단, 이용측 팽창밸브

Description

냉동장치{REFRIGERATION DEVICE}
본 발명은 열원측 열교환기가 응축기가 되며 이용측 열교환기가 증발기가 되도록 냉매회로에서 냉매를 순환시키는 냉각운전이 실행 가능한 냉동장치에 관한 것이다.
종래, 열원측 열교환기와 이용측 열교환기가 접속된 냉매회로에서, 열원측 열교환기가 응축기가 되며 이용측 열교환기가 증발기가 되도록 냉매를 순환시키는 냉각운전이 실행 가능한 냉동장치가 알려져 있다. 이러한 종류의 냉동장치는, 예를 들어 이용측 열교환기가 설치된 실내유닛에 의하여 실내의 공조를 행하는 공조기로서 이용되고 있다.
특허문헌 1(일본특허 공개 2006-71137호 공보)에는, 이러한 종류의 냉동장치 일례로서, 압축기와 팽창기와 모터가 하나의 구동축으로 연결된 공조기가 개시되어 있다. 이 공조기는 팽창기에서 냉매의 팽창에 의하여 얻어지는 동력을 회수하고, 회수한 동력을 압축기의 구동에 이용하도록 구성된다. 이 공조기의 냉매회로에서 팽창기 하류에는 냉매조정탱크가 설치된다. 실내열교환기가 증발기가 되어 냉동주기를 행하는 냉방운전에서는, 팽창기로부터 유출된 기액 2상상태의 냉매가 냉매조정탱크로 유입되어 액냉매와 가스냉매로 분리된다. 그리고 냉매조정탱크 내 액냉 매가 실내열교환기로 보내진다.
[발명의 개시]
[발명이 해결하고자 하는 과제]
그런데 종래의 냉동장치에서는, 냉각운전 시에 이용측 회로에 공급되는 액냉매는 냉매조정탱크에서 기액 분리된 것이므로 포화액 상태이다. 때문에 냉매조정탱크에서 유출된 냉매는, 배관에 의한 압력손실에 의하여 바로 기액 2상상태로 변화해버린다. 즉, 냉매를 액 단일상의 상태로 이용측회로로 보낼 수 없다.
그리고 이용측 회로에 이르는 사이에 냉매가 기액 2상상태로 변화하면 서서히 습윤도가 저하되어가, 냉매가 받는 압력손실이 서서히 커져간다. 또, 이용측 열교환기로 유입하는 냉매의 습윤도가 저하되므로, 이용측 열교환기의 냉각능력이 저하된다.
본 발명은 이러한 점에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 열원측 열교환기가 응축기가 되며 이용측 열교환기가 증발기가 되는 냉각운전을 실행 가능한 냉동장치에 있어서, 냉각운전 시에 이용측 회로로 액 단일상의 냉매를 공급 가능하게 구성하는 데 있다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
제 1 발명은, 압축기(30), 팽창기(31), 및 열원측 열교환기(44)가 설치된 열원측 회로(14)와, 이용측 열교환기(41)가 설치된 이용측 회로(11)가 접속되며, 냉매를 순환시켜 냉동주기를 행하는 냉매회로(10)를 구비하고, 상기 열원측 열교환기(44)가 응축기가 되며 상기 이용측 열교환기(41)가 증발기가 되는 냉각운전이 실행 가능한 냉동장치(20)를 대상으로 한다. 그리고 이 냉동장치(20)는, 상기 열원측 회로(14)에, 상기 팽창기(31)로부터 유입되는 냉매를 액냉매와 가스냉매로 분리하는 기액분리기(35)와, 상기 냉각운전에서 상기 기액분리기(35)에서 상기 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매를 냉각하는 냉각수단(36, 45, 53, 55)이 설치된다.
제 2 발명은, 제 1 발명에 있어서 상기 이용측 회로(11)에는, 상기 냉각운전 중의 상기 이용측 열교환기(41) 상류측에 개방도 가변의 이용측 팽창밸브(51)가 배치되는 한편, 상기 냉각수단(36, 45)이 상기 기액분리기(35) 내 가스냉매를 상기 압축기(30)로 보내기 위한 가스공급관(37)에 설치되며 이 가스공급관(37)의 냉매를 감압시키는 가스냉매용 감압기구(36)와, 상기 냉각운전에서 상기 기액분리기(35)에서 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매를 상기 가스냉매용 감압기구(36)에서 감압된 냉매와 열교환 시켜 냉각하는 냉각용 열교환기(45)를 구비한다.
제 3 발명은, 제 2 발명에 있어서 상기 냉각수단(36, 45, 53)은, 상기 기액분리기(35)에서 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매 일부를 상기 냉각용 열교환기(45)로 보내기 위한 액 공급관(52)에 설치되어 이 액 공급관(52)의 냉매를 감압시키는 액냉매용 감압기구(53)를 구비하며, 상기 냉각용 열교환기(45)에서는, 상기 냉각운전 시에 상기 기액분리기(35)에서 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매가, 상기 액냉매용 감압기구(53)에서 감압된 냉매와 열교환 가능하게 구성된다.
제 4 발명은, 제 2 또는 제 3 발명에 있어서, 상기 냉각수단(36, 45, 55)이, 상기 열원측 열교환기(44)에서 응축된 냉매의 일부를 상기 압축기(30)로 보내기 위한 주입관(42)에 설치되어 이 주입관(42)의 냉매를 감압시키는 회송냉매용 감압기구(55)를 구비하며, 상기 냉각용 열교환기(45)에서는, 상기 냉각운전 시에 상기 기액분리기(35)에서 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매가 상기 회송냉매용 감압기구(55)에서 감압된 냉매와 열교환 가능하게 구성된다.
제 5 발명은, 제 1 발명에 있어서 상기 냉각수단(36, 45)이, 상기 열원측 열교환기(44)에서 응축된 냉매의 일부를 상기 압축기(30)로 보내기 위한 주입관(42)에 설치되어 이 주입관(42)의 냉매를 감압시키는 회송냉매용 감압기구(55)와, 상기 냉각운전에서 상기 기액분리기(35)에서 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매를 상기 회송냉매용 감압기구(55)에서 감압된 냉매와 열교환 시켜 냉각하는 냉각용 열교환기(45)를 구비한다.
제 6 발명은, 압축기(30), 팽창기(31), 및 열원측 열교환기(44)가 설치된 열원측 회로(14)와, 이용측 열교환기(41)가 설치된 이용측 회로(11)가 접속되며, 냉매를 순환시켜 냉동주기를 행하는 냉매회로(10)를 구비하고, 상기 열원측 열교환기(44)가 응축기가 되며 상기 이용측 열교환기(41)가 증발기가 되는 냉각운전이 실행 가능한 냉동장치(20)를 대상으로 한다. 그리고 이 냉동장치(20)는, 상기 열원측 회로(14)에, 상기 냉각운전에서 상기 열원측 열교환기(44) 하류의 냉매 일부를 상기 압축기(30)로 보내기 위한 주입관(42)에 설치되어 이 주입관(42)의 냉매를 감압시키는 회송냉매용 감압기구(55)와, 상기 냉각운전에서 상기 팽창기(31)에서 이용측회로(11)를 향하는 냉매를 상기 회송냉매용 감압기구(55)에서 감압된 냉매와 열교환 시켜 과냉각상태로 되도록 냉각하는 과냉각용 열교환기(28)가 설치된다.
제 7 발명은, 제 1 내지 제 6 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 압축기(30)와 상기 팽창기(31)는 1개의 구동축으로 서로 연결된다.
제 8 발명은, 제 1 내지 제 7 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 이용측 회로(11)는 상기 냉매회로(10)에 복수 설치되며, 상기 열원측 회로(14)에 대하여 서로 병렬로 접속된다.
제 9 발명은, 제 1 내지 제 8 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 냉매회로(10)에서는 냉동주기의 고압이 냉매의 임계압력보다 높아지도록 냉매를 순환시킨다.
제 10 발명은, 제 9 발명에 있어서 상기 냉매회로(10)에는 이산화탄소가 냉매로서 충전된다.
-작용-
제 1 발명에서는, 냉각운전 시에, 팽창기(31)에서 유출된 냉매가 기액분리기(35)로 유입하여 액냉매와 가스냉매로 분리된다. 그리고 기액분리기(35)에서 유출된 액냉매가, 이용측 회로(11)를 향하는 도중에 냉각수단(36, 45, 53, 55)에 의하여 냉각된다. 기액분리기(35)에서 유출된 포화상태의 액냉매는 냉각수단(36, 45, 53, 55)에서 냉각됨으로써 과냉각상태로 된다.
제 2 발명에서는, 냉각운전 시에, 기액분리기(35) 내 가스냉매가 가스공급관(37)으로 유입하며, 가스냉매용 감압기구(36)에서 감압되어 그 온도가 저하된다. 그리고 냉각용 열교환기(45)에서는, 가스냉매용 감압기구(36)에서 감압되어 온도가 저하된 냉매와, 기액분리기(35)에서 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매가 열교환 한다. 그 결과, 기액분리기(35)에서 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매가 냉각되어 과냉각상태로 된다. 이 제 2 발명에서는 기액분리기(35)에서 이용측회로(11)를 향하는 액냉매를 냉각하기 위하여 기액분리기(35) 내 가스냉매가 이용된다.
제 3 발명에서는, 냉각운전 시에, 기액분리기(35)에서 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매의 일부가 액공급관(52)으로 유입하며, 액냉매용 감압기구(53)에서 감압되어 그 온도가 저하된다. 냉각용 열교환기(45)에서는, 기액분리기(35)에서 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매가, 가스냉매용 감압기구(36)에서 온도가 저하된 냉매만이 아니라, 액냉매용 감압기구(53)에서 온도가 저하된 액냉매와 열교환 하는 것도 가능하다.
제 4 발명에서는, 냉각운전 시에, 열원측 열교환기(44)에서 응축된 냉매의 일부가 주입관(42)으로 유입하며, 회송냉매용 감압기구(55)에서 감압되어 그 온도가 저하된다. 냉각용 열교환기(45)에서는, 기액분리기(35)에서 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매가, 가스냉매용 감압기구(36)에서 온도가 저하된 냉매만이 아니라, 회송냉매용 감압기구(55)에서 온도가 저하된 냉매와 열교환 하는 것도 가능하다.
제 5 발명에서는, 냉각운전 중에, 열원측 열교환기(44)에서 응축된 냉매의 일부가 주입관(42)으로 유입하며, 회송냉매용 감압기구(55)에서 감압되어 그 온도가 저하된다. 그리고 냉각용 열교환기(45)에서는, 회송냉매용 감압기구(55)에서 온도가 저하된 냉매와, 기액분리기(35)에서 이용측회로(11)를 향하는 액냉매가 열교환 한다. 그 결과, 기액분리기(35)에서 이용측회로(11)를 향하는 액냉매가 냉각되어 과냉각상태로 된다.
제 6 발명에서는, 냉각운전 시에, 열원측 열교환기(44) 하류의 냉매 일부가 주입관(42)으로 유입하며, 회송냉매용 감압기구(55)에서 감압되어 그 온도가 저하된다. 과냉각용 열교환기(28)에서는, 팽창기(31)에서 유출된 냉매가, 회송냉매용 감압기구(55)에서 온도가 저하된 냉매와 열교환 함으로써 냉각되어 과냉각상태로 된다.
제 7 발명에서는, 압축기(30)와 팽창기(31)를 하나의 구동축으로 서로 연결한다. 따라서 팽창기(31)에서 냉매의 팽창에 따라 회수되는 동력이 구동축을 통하여 압축기(30)로 전달된다.
제 8 발명에서는, 복수의 이용측회로(11)가 열원측 회로(14)에 대하여 서로 병렬로 접속된다. 냉각운전 시에는, 열원측회로(14)의 냉각수단(36, 45, 53, 55)에서 냉각되어 과냉각상태로 된 냉매가 각 이용측회로(11)로 보내진다.
제 9 발명에서는, 냉매회로(10)에서 행해지는 냉동주기의 고압이 이 냉매의 임계압력보다 높은 값으로 설정된다. 즉, 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 초임계상태이다.
제 10 발명에서는, 냉매회로(10)에 충전하는 냉매로서 이산화탄소가 이용된다. 냉매회로(10)에서 행해지는 냉동주기의 고압은 이산화탄소의 임계압력보다 높은 값으로 설정된다.
[발명의 효과]
본 발명에서는, 냉각운전 시에, 열원측 회로(14)에서 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매가 과냉각상태가 되도록 한다. 과냉각상태의 냉매는, 압력손실을 받아도 바로 기액 2상상태로 되지 않고 액상태로 머무른다. 따라서 이용측 회로(11)로, 단일상 상태인채 냉매를 공급할 수 있다. 이로써, 이용측회로(11)에 이르는 사이에 냉매가 기액 2상상태로 변화하는 경우에 비해, 냉매가 받는 압력손실이 감소된다. 또 이용측 열교환기(41)의 입구와 출구에서의 냉매 엔탈피 차가 증가함과 더불어, 이용측 열교환기(41)로 유입하는 액냉매의 비율이 증가하므로, 이 이용측 열교환기(41)에서의 단위 냉매유량당 냉각능력이 향상된다. 이로써, 냉동장치(20)의 운전효율을 향상시킬 수 있다.
또, 상기 제 2 발명에서는, 기액분리기(35)에서 이용측 회로(11)로 보내지는 액냉매를 냉각하기 위하여 기액분리기(35) 내 가스냉매를 이용한다. 기액분리기(35) 내는 가스냉매가 저류되어 가는 상태로 되지 않는다. 따라서 팽창기(31)로부터 유입하는 냉매가 기액분리기(35)에서 액냉매와 가스냉매로 분리하기 쉬워진다.
또한, 상기 제 3 발명에서는, 냉각운전 시에, 기액분리기(35)에서 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매가, 가스냉매용 감압기구(36)에서 온도가 저하된 냉매만이 아니라, 액냉매용 감압기구(53)에서 온도가 저하된 액냉매도 열교환 가능하게 구성된다. 따라서 냉각용 열교환기(45)에서는 기액분리기(35)에서 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매가 보다 많은 냉매와 열교환 할 수 있으므로, 기액분리기(35)에서 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매의 과냉각도를 높일 수 있다. 이로써, 이용측 회로(11)에 이르는 사이의 압력손실이 비교적 큰 경우라도, 확실하게 액냉매를 이용측 회로(11)로 공급할 수 있다.
또, 상기 제 4 발명에서는, 냉각운전 시에, 기액분리기(35)에서 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매가, 가스냉매용 감압기구(36)에서 온도가 저하된 냉매만이 아니라, 회송냉매용 감압기구(55)에서 온도가 저하된 냉매도 열교환 가능하게 구성된다. 따라서 냉각용 열교환기(45)에서는 기액분리기(35)에서 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매가 보다 많은 냉매와 열교환 할 수 있으므로, 기액분리기(35)에서 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매의 과냉각도를 높일 수 있다. 이로써, 이용측 회로(11)에 이르는 사이의 압력손실이 비교적 큰 경우라도, 확실하게 액냉매를 이용측 회로(11)로 공급할 수 있다.
또한, 상기 제 7 발명에서는, 압축기(30)와 팽창기(31)가 하나의 구동축으로 서로 연결되므로, 팽창기(31)에서 냉매의 팽창에 따라 회수되는 동력이 압축기(30)에 전달된다. 따라서 압축기(30)를 구동시키기 위한 동력을 삭감시킬 수 있으므로, 냉동장치(20)의 운전효율을 향상시킬 수 있다.
또, 상기 제 8 발명에서는, 냉각운전 시에, 열원측 회로(14)의 냉각수단(36, 45, 53, 55)에서 냉각되어 과냉각상태로 된 냉매가 각 이용측회로(11)로 보내진다. 전술한 바와 같이, 과냉각상태의 냉매는 압력손실을 받아도 바로 기액 2상상태로 되지 않고 액상태로 머무른다. 따라서 각 이용측회로(11)로 액 단일상 상태인채 냉매를 공급할 수 있다.
여기서, 종래, 열원측회로(14)로부터 각 이용측회로(11)로 보내는 냉매는 기액분리 후의 포화상태 액냉매이므로, 배관에 의한 압력손실에 의하여 바로 기액 2상상태로 변화해버린다. 기액 2상상태의 냉매에서, 액냉매와 가스냉매는 이동 시에 받는 중력이나 압력손실이 다르다. 때문에, 각 이용측회로(11)로 유입하는 냉매의 상태(액냉매와 가스냉매의 비율)에 치우침이 발생하는 경우가 있다. 특히, 복수의 이용측회로(11)를 서로 다른 높이로 설치할 경우, 하측 이용측회로(11)로는 액냉매가 유입하기 쉽지만, 상측 이용측회로(11)로는 액냉매가 유입하기 어려워 충분한 냉각능력을 발휘할 수 없는 경우가 있다. 이 제 8 발명에서는, 각 이용측회로(11)로 액 단일상인 채 냉매를 공급할 수 있으므로, 각 이용측회로(11)에서 냉매상태에 치우침이 발생하는 일이 없다. 따라서 이용측회로(11)의 배치에 상관없이, 냉각운전 시에 어느 한 이용측회로(11)에서 냉매량이 부족하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은, 제 1 실시형태에 관한 공조기의 개략 구성도이다.
도 2는, 제 1 실시형태에 관한 공조기에서의 냉방운전 중 냉동주기를 나타내는 몰리에르선도이다.
도 3은, 제 1 실시형태 변형예 1에 관한 공조기의 개략 구성도이다.
도 4는, 제 1 실시형태 변형예 2에 관한 공조기의 개략 구성도이다.
도 5는, 제 1 실시형태 변형예 3에 관한 공조기의 개략 구성도이다.
도 6은, 제 2 실시형태에 관한 공조기의 개략 구성도이다.
도 7은, 제 2 실시형태의 변형예에 관한 공조기의 개략 구성도이다.
도 8은, 기타 실시형태의 제 1 변형예에 관한 공조기의 개략 구성도이다.
도 9는, 기타 실시형태의 제 2 변형예에 관한 공조기의 개략 구성도이다.
도 10은, 기타 실시형태의 제 3 변형예에 관한 공조기의 개략 구성도이다.
도 11은, 기타 실시형태의 제 4 변형예에 관한 공조기의 개략 구성도이다.
도 12는, 기타 실시형태의 제 5 변형예에 관한 공조기의 개략 구성도이다.
도 13은, 기타 실시형태의 제 6 변형예에 관한 공조기의 개략 구성도이다.
[부호의 설명]
10 : 냉매회로 11 : 실내회로(이용측 회로)
14 : 실외회로(열원측 회로) 20 : 공조기(냉동장치)
28 : 내부열교환기(과냉각용 열교환기) 30 : 압축기
30a : 저단측 압축기구 30b : 고단측 압축기구
31 : 팽창기 35 : 기액분리기
36 : 가스냉매용 팽창밸브(냉각수단, 가스냉매용 감압기구)
37 : 가스공급관
41 : 실내열교환기(이용측 열교환기) 42 : 주입관
44 : 실외열교환기(열원측 열교환기)
45 : 내부열교환기(냉각수단, 냉각용 열교환기)
51 : 실내팽창밸브(이용측 팽창밸브) 52 : 액 공급관
53 : 액냉매용 팽창밸브(냉각수단, 액냉매용 감압기구)
55 : 회송냉매용 팽창밸브(냉각수단, 회송냉매용 감압기구)
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
<<제 1 실시형태>>
본 발명의 제 1 실시형태에 대하여 설명한다. 본 제 1 실시형태의 공조기(20)는 본 발명에 관한 냉동장치(20)에 의하여 구성된다. 공조기(20)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 1대의 실외유닛(64)과 3대의 실내유닛(61a, 61b, 61c)을 구비한다. 여기서 실내유닛(61a, 61b, 61c)의 대수는 단순한 예시이다.
3대의 실내유닛(61a, 61b, 61c)은, 제 1 실내유닛(61a), 제 2 실내유닛 (61b) 및 제 3 실내유닛(61c)으로 구성된다. 이들 실내유닛(61a, 61b, 61c)은 빌딩 내의 서로 다른 층에 설치되며, 제 1 실내유닛(61a), 제 2 실내유닛 (61b), 제 3 실내유닛(61c)이 위에서 아래를 향하여 차례로 설치된다. 실외유닛(64)은 빌딩의 가장 하층에 설치된다.
본 제 1 실시형태의 공조기(20)는, 냉매로서 이산화탄소(CO2)가 충전된 냉매회로(10)를 구비한다. 이 냉매회로(10)에서는 냉매(CO2)를 순환시켜 증기압축 냉동주기가 이루어진다. 이 냉동주기에서는, 냉동주기의 고압이 이산화탄소의 임계압력보다 높은 값으로 설정된다.
냉매회로(10)는, 이용측회로인 3개의 실내회로(11a, 11b, 11c)와, 열원측회로인 1개의 실외회로(14)를 구비한다. 이들 실내회로(11a, 11b, 11c)는, 제 1 연결관(15) 및 제 2 연결관(16)으로 실외회로(14)에 병렬로 접속된다. 구체적으로 제 1 연결관(15)은, 일단이 실외회로(14) 제 1 폐쇄밸브(17)에 접속되며, 타단이 3개로 분기되어 각 실내회로(11a, 11b, 11c)의 액측단에 접속된다. 제 2 연결 관(16)은, 일단이 실외회로(14) 제 2 폐쇄밸브(18)에 접속되며, 타단이 3개로 분기되어 각 실내회로(11a, 11b, 11c)의 가스측단에 접속된다.
실외회로(14)는 실외유닛(64)에 수용된다. 실외회로(14)에는, 압축·팽창유닛(26), 실외열교환기(44), 기액분리기(35), 가스냉매용 팽창밸브(36), 내부열교환기(45), 사방밸브(25) 및 브리지회로(24)가 설치된다. 냉각용 열교환기인 내부열교환기(45)와, 가스냉매용 감압기구인 가스냉매용 팽창밸브(36)는, 본 발명에 관한 냉각수단(36, 45)을 구성한다. 실외유닛(64)에는 실외열교환기(44)로 실외공기를 보내기 위한 실외 팬이 설치된다(도시 생략).
압축·팽창유닛(26)은 세로로 긴 원통형의 밀폐용기인 케이싱(21)을 구비한다. 케이싱(21) 내에는 압축기(30), 팽창기(31) 및 전동기(32)가 수용된다. 케이싱(21) 내에서는 압축기(30), 전동기(32) 및 팽창기(31)가 밑에서 위를 향하여 차례로 배치되며, 하나의 구동축으로 서로 연결된다.
압축기(30) 및 팽창기(31)는 모두 용적형의 유체기계(요동피스톤형의 회전유체기계, 롤링피스톤형의 회전유체기계, 스크롤 유체기계 등)로 구성된다. 압축기(30)는 흡입한 냉매(CO2)를 그 임계압력 이상으로 압축한다. 팽창기(31)는 유입된 냉매(CO2)를 팽창시켜 동력(팽창동력)을 회수한다. 압축기(30)는 팽창기(31)에서 회수된 동력과, 전동기(32)를 통전시켜 얻어지는 동력의 양쪽에 의하여 회전 구동된다. 전동기(32)에는, 도면 밖의 인버터로부터 소정주파수의 교류전력이 공급된다. 압축기(30)는, 전동기(32)에 공급되는 전력의 주파수를 변경함으로써, 그 용량이 가변으로 구성된다. 압축기(30)와 팽창기(31)는 항상 같은 회전속도로 회전한다.
열원측 열교환기인 실외열교환기(44)는 크로스핀식의 핀튜브형 열교환기로 구성된다. 실외열교환기(44)에는 실외 팬에 의하여 실외공기가 공급된다. 실외열교환기(44)에서는 실외공기와 냉매 사이에서 열교환이 이루어진다. 실외열교환기(44)는 일단이 사방밸브(25) 제 3 포트에 접속되며, 타단이 브리지회로(24)에 접속된다.
기액분리기(35)는 세로로 긴 원통형의 밀폐용기이다. 기액분리기(35)는 냉매회로(10)를 순환하는 냉매의 양을 조절하기 위한 것으로, 냉매배관을 개재하고 팽창기(31)의 유출측에 접속된다. 이 냉매배관은, 기액분리기(35) 내 가스공간에 개구되도록, 기액분리기(35) 내의 상측 위치에 개구된다. 기액분리기(35)의 바닥부에는, 브리지회로(24)에 접속되는 액배관(38)이 접속된다. 기액분리기(35) 정상부에는, 압축기(30) 흡입측에 접속되는 가스공급관(37)이 접속된다. 여기서 가스냉매용 팽창밸브(36)는 이 가스공급관(37)에 형성된다. 가스냉매용 팽창밸브(36)는 개방도 가변의 전자팽창밸브로 구성된다.
내부열교환기(45)는 가스공급관(37)과 액배관(38)에 걸쳐 설치된다. 내부열교환기(45)는, 액배관(38) 도중에 설치된 제 1 유로(46)와, 가스공급관(37) 도중에 설치된 제 2 유로(47)를 구비한다. 내부열교환기(45)에서는 제 1 유로(46)와 제 2 유로(47)가 서로 인접하는 상태에서 배치되며, 제 1 유로(46)의 냉매와 제 2 유로(47) 냉매가 열교환을 하도록 구성된다. 냉각운전인 냉방운전 시에, 내부열교환 기(45)에서는 기액분리기(35)의 바닥부로부터 유출하여 제 1 유로(46)를 흐르는 액냉매와, 기액분리기(35) 정상부로부터 유출하고 가스냉매용 팽창밸브(36)에서 감압되어 저온이 된 제 2 유로(47)를 흐르는 냉매와의 사이에서 열교환이 이루어진다.
브리지회로(24)는 4개의 체크밸브(CV-1∼CV-4)를 브리지형상으로 접속한 것이다. 이 브리지회로(24)의 제 1 체크밸브(CV-1) 및 제 4 체크밸브(CV-4)의 유입측에는 액배관(38)이 접속된다. 제 2 체크밸브(CV-2) 및 제 3 체크밸브(CV-3)의 유출측은 팽창기(31) 유입측에 접속된다. 제 1 체크밸브(CV-1) 유출측 및 제 2 체크밸브(CV-2)의 유입측은 제 1 폐쇄밸브(17)에 접속된다. 제 3 체크밸브(CV-3) 유입측 및 제 4 체크밸브(CV-4) 유출측은 실외열교환기(44)에 접속된다.
사방밸브(25)의 제 1 포트는 압축기(30) 흡입측에 접속된다. 제 2 포트는 제 2 폐쇄밸브(18)에 접속된다. 제 3 포트는 실외열교환기(44)에 접속된다. 제 4 포트는 압축기(30) 토출측에 접속된다. 사방밸브(25)는, 제 1 포트와 제 2 포트가 연통하며 제 3 포트와 제 4 포트가 연통하는 상태(도 1에 실선으로 나타내는 제 1 상태)와, 제 1 포트와 제 3 포트가 연통하며 제 2 포트와 제 4 포트가 연통하는 상태(도 1에 점선으로 나타내는 제 2 상태)가 전환 자유롭게 구성된다.
각 실내회로(11a, 11b, 11c)는 각 실내유닛(61a, 61b, 61c)에 1개씩 수용된다. 각 실내회로(11a, 11b, 11c)에는, 가스측단에서 액측단을 향하여 차례로, 이용측 열교환기인 실내열교환기(41a, 41b, 41c)와, 이용측 팽창밸브인 실내팽창밸브(51a, 51b, 51c)가 배치된다. 각 실내유닛(61a, 61b, 61c)에는 각 실내열교환기(41a, 41b, 41c)로 실내공기를 보내기 위한 실내 팬이 설치된다(도시 생략).
실내열교환기(41a, 41b, 41c)는 크로스핀식의 핀튜브형 열교환기로 구성된다. 실내열교환기(41a, 41b, 41c)에는 실내 팬에 의하여 실내공기가 공급된다. 실내열교환기(41a, 41b, 41c)에서는 실내공기와 냉매 사이에서 열교환이 이루어진다. 또, 실내팽창밸브(51a, 51b, 51c)는 개방도 가변의 전자팽창밸브로 구성된다.
-운전동작-
상기 공조기(20)의 운전동작에 대하여 설명한다. 이 공조기(20)는 냉방운전(냉각운전)과 난방운전이 실행 가능하게 구성되며, 사방밸브(25)에 의하여 운전이 전환된다.
<<난방운전>>
난방운전 시에는, 사방밸브(25)가 도 1에 점선으로 나타내는 제 2 상태로 설정된다. 각 실내팽창밸브(51a, 51b, 51c)는 개방도가 개별로 조절된다. 가스냉매용 팽창밸브(36)는 전개상태로 유지된다. 이 상태에서 압축기(30)를 구동시키면, 냉매회로(10)에서 냉매가 순환하여 냉동주기가 이루어진다. 이때, 실내열교환기(41a, 41b, 41c)가 응축기로서 기능하며, 실외열교환기(44)가 증발기로서 기능한다.
구체적으로는, 압축기(30)로부터 임계압력보다 고압이 된 냉매가 토출된다. 이 고압의 냉매는 제 2 연결관(16)을 지나 각 실내회로(11a, 11b, 11c)로 분배된다. 실내회로(11a, 11b, 11c)로 분배된 냉매는 실내열교환기(41a, 41b, 41c)에서 실내공기와 열교환 한다. 이 열교환에 의하여 냉매는 실내공기에 방열하여 응축되는 한편, 실내공기는 가열되어 실내로 공급된다. 실내열교환기(41a, 41b, 41c)에 서 응축된 냉매는 제 1 연결관(15)에서 합류하여 실외회로(14)로 유입한다.
실외회로(14)로 유입한 냉매는 팽창기(31)로 유입하여 감압된다. 팽창기(31)에서 감압된 냉매는 기액분리기(35)로 유입하여 액냉매와 가스냉매로 분리된다. 기액분리기(35) 내 액냉매는, 액배관(38)으로부터 유출되어 실외열교환기(44)로 유입한다. 실외열교환기(44)에서는, 유입된 냉매가 실외공기와 열교환 한다. 이 열교환에 의하여, 냉매가 실외공기로부터 흡열하여 증발한다. 실외열교환기(44)에서 증발한 냉매는 압축기(30)로 흡입되며, 다시 압축되고 토출된다.
<<냉방운전>>
냉방운전 시에는, 사방밸브(25)가 도 1에 실선으로 나타내는 제 1 상태로 설정된다. 각 실내팽창밸브(51a, 51b, 51c)는 개방도가 개별로 조절된다. 또, 가스냉매용 팽창밸브(36)는 개방도가 적절하게 조절된다. 이 상태에서 압축기(30)를 구동시키면, 냉매회로(10)에서 냉매가 순환하여 냉동주기가 이루어진다. 이때, 실외열교환기(44)가 응축기로서 기능하며, 실내열교환기(41a, 41b, 41c)가 증발기로서 기능한다.
구체적으로, 압축기(30)로부터는 임계압력보다 고압이 된 냉매가 토출된다. 이 고압의 냉매는 실외열교환기(44)로 유입하며, 실외공기에 방열하여 응축된다. 실외열교환기(44)에서 응축된 냉매는 팽창기(31)로 유입하여 감압된다. 팽창기(31)에서 감압된 냉매는 기액분리기(35)로 유입하고 액냉매와 가스냉매로 분리된다. 기액분리기(35) 내의 포화상태인 액냉매는, 액배관(38)으로부터 유출되어 내부열교환기(45)의 제 1 유로(46)로 유입한다. 한편, 기액분리기(35) 내의 포화상 태인 가스냉매는, 가스공급관(37)으로부터 유출되며, 가스냉매용 팽창밸브(36)에서 감압된 후 내부열교환기(45)의 제 2 유로(47)로 유입한다. 내부열교환기(45)에서는 제 1 유로(46) 냉매와 제 2 유로(47) 냉매 사이에서 열교환이 이루어진다.
여기서 기액분리기(35)의 액냉매와 가스냉매가 내부열교환기(45)에서 열교환 할때까지의 냉매상태 변화를 도 2를 이용하여 설명한다. 기액분리기(35)에는 점(A) 상태의 냉매가 유입한다. 기액분리기(35)에서는, 유입된 냉매가 점(B)의 포화액과 점(C)의 포화가스로 분리된다. 점(B)의 냉매는 내부열교환기(45)의 제 1 유로(46)로 유입한다. 점(C)의 냉매는, 가스냉매용 팽창밸브(36)에서 감압되어 점(D)의 상태(기액 2상상태)로 된 후, 내부열교환기(45)의 제 2 유로(47)로 유입한다. 내부열교환기(45)에서는 점(B) 상태의 냉매와, 점(D) 상태의 냉매 사이에서 열교환이 이루어진다. 제 1 유로(46)로 유입하는 냉매는 제 2 유로(47)로 유입하는 냉매보다 온도가 높다. 따라서 제 1 유로(46)의 냉매는 제 2 유로(47) 냉매에 의하여 냉각되므로, 점(E)으로 표시되는 과냉각상태로 된다. 한편, 제 2 유로(47)의 냉매는 제 1 유로(46)의 냉매에 의하여 가열되므로, 점(F)으로 표시되는 과열상태로 된다.
제 1 유로(46)를 통과한 액냉매는 제 1 연결관(15)을 지나 각 실내회로(11a, 11b, 11c)로 분배된다. 제 1 유로(46)를 통과한 액냉매는 과냉각상태이므로, 각 실내회로(11a, 11b, 11c)로 분배되는 사이에 냉매배관에 의한 압력손실에 의하여 압력이 강하되지만, 기액 2상상태로 되지 않는다. 따라서 아래층의 실내회로(11a, 11b, 11c)일수록 액냉매의 비율이 많아져, 위층의 실내회로(11a, 11b, 11c)일수록 가스냉매 비율이 많아지는 일은 없으며, 모든 실내회로(11a, 11b, 11c)에 실내팽창밸브(51a, 51b, 51c) 개방도에 따른 양의 액 단일상 상태의 냉매가 공급된다. 실내회로(11a, 11b, 11c)로 분배된 액냉매는, 실내팽창밸브(51a, 51b, 51c)에서 감압되고 실내열교환기(41a, 41b, 41c)로 유입한다.
실내열교환기(41a, 41b, 41c)로 유입한 저압의 냉매는 실내공기와 열교환 한다. 이 열교환에 의하여, 냉매는 실내공기로부터 흡열하여 증발하는 한편, 실내공기는 냉각되어 실내로 공급된다. 실내열교환기(41a, 41b, 41c)에서 증발한 냉매는 제 2 연결관(16)에서 합류하여 실외회로(14)로 유입한다.
실외회로(14)로 유입한 냉매는 제 2 유로(47)에서 압축기(30)를 향하는 냉매와 합류하며, 압축기(30)로 흡입된다. 압축기(30)로 흡입된 냉매는 다시 압축되어 토출된다.
그런데 본 제 1 실시형태의 공조기(20)에서는, 압축기(30)에서의 액압축을 방지하기 위하여, 압축기(30)가 흡입할 냉매를 과열상태로 조절한다. 가스공급관(37)으로부터 과열상태의 냉매가 유입하지 않을 경우, 각 실내유닛(61a, 61b, 61c)에서 실내열환기(41a, 41b, 41c) 출구에서의 냉매 과열도가 소정값(예를 들어 5도)이 되도록 실내팽창밸브(51a, 51b, 51c)의 개방도를 조절한다.
한편, 가스공급관으로부터 과열상태의 냉매(도 2의 점(F) 상태의 냉매)가 유입할 경우, 각 실내유닛(61a, 61b, 61c)으로부터 압축기(30)로 돌아오는 냉매의 과열도를 작게 해도, 가스공급관(37)으로부터의 냉매가 합류하면 압축기(30)로 흡입되는 냉매의 과열도가 증가한다. 이로써, 각 실내열교환기(41a, 41b, 41c) 출구에 서의 냉매 과열도를 상기 소정값(예를 들어 5도)보다 작은 값으로 할 수 있다. 따라서 각 실내열교환기(41a, 41b, 41c)에서 기액 2상상태의 냉매가 흐르는 유로가 길어지므로, 각 실내열교환기(41a, 41b, 41c)에서의 열교환량을 증가시킬 수 있다.
-제 1 실시형태의 효과-
이 제 1 실시형태에서는, 냉각운전 시에 실외회로(14)에서 실내회로(11)를 향하는 액냉매가 과냉각상태로 되도록 한다. 과냉각상태의 냉매는 압력손실을 받아도 바로 기액 2상상태로 되지 않고 액상태로 머무른다. 따라서 실내회로(11)로 액 단일상 상태인 채 냉매를 공급할 수 있다. 이로써, 실내회로(11)에 이르는 사이에 냉매가 기액 2상상태로 변화하는 경우에 비해, 냉매가 받는 압력손실이 감소된다. 또, 실외열교환기(41)의 입구와 출구에서의 냉매 엔탈피 차가 증가함과 더불어, 실내열교환기(41)로 유입하는 액냉매의 배율이 증가하므로, 이 실내열교환기(41)에 있어서 단위냉매유량당 냉각능력이 향상된다. 따라서 냉동장치(20)의 운전효율을 향상시킬 수 있다.
또, 이 제 1 실시형태에서는 냉각운전 시에 가스공급관(37)으로부터 과열상태의 냉매를 압축기(30)의 흡입측으로 공급함으로써, 각 실내열교환기(41) 출구에서의 냉매 과열도를 작은 값으로 설정할 수 있다. 따라서 각 실내열교환기(41)에서의 열교환량을 증가시킬 수 있으므로, 공조기(20)의 운전효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 이 제 1 실시형태에서는 기액분리기(35)로부터 실내회로(11)로 보내지는 액냉매를 냉각하기 위하여 기액분리기(35) 내 가스냉매를 이용하므로, 기액분리 기(35) 내는 가스냉매가 저류되어 가는 상태로 되지 않는다. 따라서 팽창기(31)로부터 유입하는 냉매가 기액분리기(35)에서 액냉매와 가스냉매로 분리하기 쉬워진다.
또, 이 제 1 실시형태에서는 압축기(30)와 팽창기(31)가 하나의 구동축으로 서로 연결되므로, 팽창기(31)에서 냉매의 팽창에 따라 회수되는 동력이 압축기(30)로 전달된다. 따라서 압축기(30)를 구동시키기 위한 동력을 삭감시킬 수 있으므로, 공조기(20)의 운전효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 이 제 1 실시형태에서는 냉각운전 시에, 실외회로(14)의 냉각수단(36, 45, 53, 55)에서 냉각되어 과냉각상태로 된 냉매가 각 실내회로(11)로 보내진다. 전술한 바와 같이 과냉각상태의 냉매는 압력손실을 받아도 바로 기액 2상상태로 되지 않으며, 액상태로 머무른다. 따라서 각 실내회로(11)로 액 단일상 상태인 채 냉매를 공급할 수 있으므로, 각 실내회로(11)에서 냉매 상태에 치우침이 생기는 일이 없다. 이로써, 실내회로(11)의 배치에 상관없이, 냉각운전 시에 어느 하나의 실내회로(11)에서 냉매량이 부족되는 것을 방지할 수 있다.
또, 이 제 1 실시형태에서는 이산화탄소를 냉매로서 이용하므로, 다른 냉매에 비해 냉동주기의 고저 차압을 크게 할 수 있다. 따라서 팽창기의 회수동력을 향상시켜, 냉동장치의 효율을 향상시킬 수 있다.
-제 1 실시형태의 변형예 1-
제 1 실시형태의 변형예 1에 대하여 설명하기로 한다. 이 변형예 1에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이 열원측회로(14)에 주입관(42)이 설치된다. 주입관(42) 은 일단이 브리지회로(24)와 팽창기(31) 유입측 사이에 접속되며, 타단이 압축기(30) 흡입측에 접속된다. 주입관(42)에는 회송냉매용 감압기구인 회송냉매용 팽창밸브(55)가 배치된다. 회송냉매용 팽창밸브(55)는 개방도 가변의 전자팽창밸브로 구성된다. 내부열교환기(45)는 액배관(38)과 주입관(42)에 걸쳐 설치된다. 제 2 유로(47)는 주입관(42)의 일부이다. 이 변형예 1에서는, 내부열교환기(45)와 회송냉매용 팽창밸브(55)가 본 발명에 관한 냉각수단(45, 55)을 구성한다.
냉방운전에서는 회송냉매용 팽창밸브(55)를 개(開) 상태로 한다. 회송냉매용 팽창밸브(55)를 개상태로 하면, 실외열교환기(44)에서 응축된 냉매의 일부가 주입관(42)으로 유입하며, 회송냉매용 팽창밸브(55)에서 감압되어 내부열교환기(45) 제 2 유로(47)로 유입한다. 내부열교환기(45)에서는, 기액분리기(35) 바닥부로부터 제 1 유로(46)로 유입한 액냉매와, 제 2 유로(47)로 유입한 냉매 사이에서 열교환이 이루어진다. 이로써, 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로, 제 1 유로(46)의 냉매는 제 2 유로(47) 냉매에 의하여 냉각되어 과냉각상태로 된다.
-제 1 실시형태의 변형예 2-
제 1 실시형태의 변형예 2에 대하여 설명한다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 이 변형예 2에서는 상기 변형예 1과 마찬가지로 열원측회로(14)에 주입관(42)이 설치된다. 주입관(42)은 일단이 브리지회로(24)와 팽창기(31) 유입측 사이에 접속되며, 타단이 가스공급관(37)에서의 내부열교환기(45) 하류에 접속된다. 주입관(42)에는 회송냉매용 감압기구인 회송냉매용 팽창밸브(55)가 배치된다. 회송냉매용 팽창밸브(55)는 개방도 가변의 전자팽창밸브로 구성된다.
내부열교환기(45)는 가스공급관(37)과 액배관(38)과 주입관(42)에 걸쳐 설치된다. 내부열교환기(45)는 제 1 유로(46), 제 2 유로(47) 및 제 3 유로(48)를 구비하며, 제 1 유로(46)의 냉매가 제 2 유로(47) 냉매와 제 3 유로(48) 냉매의 양쪽과 열교환을 하도록 구성된다. 제 3 유로(48)는 주입관(42)의 일부이다. 이 변형예 2에서는, 내부열교환기(45)와, 가스냉매용 팽창밸브(36), 및 회송냉매용 팽창밸브(55)가 본 발명에 관한 냉각수단(36, 45, 55)을 구성한다.
냉방운전에서는 가스냉매용 팽창밸브(36)와 회송냉매용 팽창밸브(55)의 양쪽 또는 한쪽을 개상태로 한다. 가스냉매용 팽창밸브(36)를 열면, 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로 가스냉매용 팽창밸브(36)에서 감압된 냉매가 제 2 유로(47)로 유입한다. 회송냉매용 팽창밸브(55)를 열면, 실외열교환기(44)에서 응축된 냉매의 일부가 주입관(42)으로 유입하며, 회송냉매용 팽창밸브(55)에서 감압되어 제 3 유로(48)로 유입한다.
이 변형예 2에서는, 냉각운전 시에 가스냉매용 팽창밸브(36)와 회송냉매용 팽창밸브(55)의 양쪽을 열면, 실내회로(11)를 향하는 제 1 유로(46)의 액냉매가, 가스냉매용 팽창밸브(36)에서 온도가 저하된 냉매만이 아닌, 회송냉매용 팽창밸브(55)에서 온도가 저하된 냉매와도 열교환 한다. 따라서 냉각용 열교환기(45)에서는 제 1 유로(46)의 액냉매가, 보다 많은 냉매와 열교환을 하므로, 실내회로(11)를 향하는 제 1 유로(46) 액냉매의 과냉각도를 높일 수 있다. 이로써, 실내회로(11)에 이르는 사이의 압력손실이 비교적 큰 경우라도, 확실하게 액냉매를 실내회로(11)로 공급할 수 있다.
또, 이 변형예 2에서는 압축기(30)와 팽창기(31)가 하나의 구동축으로 서로 연결되며, 압축기(30) 회전속도와 팽창기(31) 회전속도를 개별로 조절할 수 없다. 따라서 냉동주기의 동작상태(예를 들어 고압이나 저압)를 적절하게 설정하기 위해서는, 압축기(30) 통과냉매량과 팽창기(31) 통과냉매량과의 비율을 조절하는 수단이 필요하다. 적절한 운전상태 균형에 대하여, 압축기(30)를 통과할 수 있는 냉매량이 팽창기(31)를 통과할 수 있는 냉매량에 비하여 과소해질 경우, 회송냉매용 팽창밸브(55)를 열면, 팽창기(31)를 통과할 수 있는 냉매량이 감소된다. 이로써, 압축기(30) 통과냉매량과 팽창기(31) 통과냉매량과의 비율을 적절한 상태로 조절할 수 있다. 한편, 적절한 운전상태 균형에 대하여, 압축기(30)를 통과할 수 있는 냉매량이 팽창기(31)를 통과할 수 있는 냉매량에 비하여 과다해질 경우, 가스냉매용 팽창밸브(36)를 열면, 압축기(30)로 흡입되는 냉매의 밀도가 저하된다. 이로써, 압축기(30) 통과냉매량과 팽창기(31) 통과냉매량과의 비율을 적절한 상태로 조절할 수 있다.
여기서, 이 변형예 2에 대하여, 내부열교환기(45)의 제 2 유로(47)에, 가스냉매용 팽창밸브(36)에서 감압된 냉매와 회송냉매용 팽창밸브(55)에서 감압된 냉매가 유입하도록, 주입관(42) 타단을 내부열교환기(45) 상류에 접속하도록 해도 된다. 이 경우, 내부열교환기(45)는 가스공급관(37)과 액배관(38)의 2개 배관에 걸쳐 설치된다. 내부열교환기(45)는 제 3 유로(48)를 구비하지 않는다.
-제 1 실시형태의 변형예 3-
제 1 실시형태의 변형예 3에 대하여 설명한다. 이 변형예 3에서는, 도 5에 나타내는 바와 같이 액배관(38)과 가스공급관(37) 사이에 액공급관(52)이 배치된다. 액공급관(52)은, 일단이 액배관(38)에서의 내부열교환기(45) 하류에 접속되며, 타단이 가스공급관(37)에서의 가스냉매용 팽창밸브(36)와 내부열교환기(45) 사이에 접속된다. 액공급관(52)에는 액냉매용 감압기구인 액냉매용 팽창밸브(53)가 설치된다. 액냉매용 팽창밸브(53)는, 개방도 가변의 전자팽창밸브로 구성된다. 이 변형예 3에서는, 내부열교환기(45)와 가스냉매용 팽창밸브(36), 및 액냉매용 팽창밸브(53)가 본 발명에 관한 냉각수단(36, 45, 53)을 구성한다. 또, 액공급관(52) 일단은 액배관(38)에서의 내부열교환기(45) 상류에 접속되어도 된다.
냉방운전에서는 가스냉매용 팽창밸브(36)와 액냉매용 팽창밸브(53)의 양쪽 또는 한쪽을 개상태로 한다. 가스냉매용 팽창밸브(36)를 열면, 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로, 가스냉매용 팽창밸브(36)에서 감압된 냉매가 제 2 유로(47)로 유입한다. 액냉매용 팽창밸브(53)를 열면, 기액분리기(35)에서 실내회로(11)를 향하는 액냉매의 일부가 액공급관(52)으로 유입한다. 액공급관(52)에 유입된 액냉매는 액냉매용 팽창밸브(53)에서 감압되고 제 2 유로(47)로 유입한다.
이 변형예 3에서는, 냉각운전 시에, 가스냉매용 팽창밸브(36)와 액냉매용 팽창밸브(53)의 양쪽을 열면, 실내회로(11)를 향하는 제 1 유로(46)의 액냉매가, 가스냉매용 팽창밸브(36)에서 온도가 저하된 냉매만이 아니라, 액냉매용 팽창밸브(53)에서 온도가 저하된 냉매와도 열교환 한다. 따라서 냉각용 열교환기(45)에서는 제 1 유로(46)의 액냉매가 보다 많은 냉매와 열교환 하므로, 실내회로(11)를 향하는 제 1 유로(46) 액냉매의 과냉각도를 높일 수 있다. 이로써, 실내회로(11) 에 이르는 사이의 압력손실이 비교적 큰 경우라도, 확실하게 액냉매를 실내회로(11)로 공급할 수 있다.
또, 이 변형예 3에서는, 전술한 바와 같이, 압축기(30) 통과냉매량과 팽창기(31) 통과냉매량과의 비율을 조절할 필요가 있다. 적절한 운전상태의 균형에 대하여, 압축기(30)를 통과할 수 있는 냉매량이 팽창기(31)를 통과할 수 있는 냉매량에 비하여 과소해질 경우, 액냉매용 팽창밸브(53)를 열면, 압축기(30)로 흡입되는 냉매의 밀도가 증대된다. 이로써, 압축기(30) 통과냉매량과 팽창기(31) 통과냉매량과의 비율을 적절한 상태로 조절할 수 있다. 한편, 적절한 운전상태의 균형에 대하여, 압축기(30)를 통과할 수 있는 냉매량이 팽창기(31)를 통과할 수 있는 냉매량에 비하여 과다해질 경우, 가스냉매용 팽창밸브(36)를 열면, 압축기(30)로 흡입되는 냉매의 밀도가 저하된다. 이로써, 압축기(30) 통과냉매량과 팽창기(31) 통과냉매량과의 비율을 적절한 상태로 조절할 수 있다.
여기서, 이 변형예 3에 대하여, 액공급관(52) 타단을 내부열교환기(45) 하류에 접속하도록 해도 된다. 이 경우, 내부열교환기(45)는 가스공급관(37)과 액배관(38)과 액공급관(52)에 걸쳐 설치하도록 한다.
또, 액공급관(52)을 상기 변형예 2의 공조기(20)에 설치하도록 해도 된다. 이 경우, 내부열교환기(45), 가스냉매용 팽창밸브(36), 액냉매용 팽창밸브(53) 및 회송냉매용 팽창밸브(55)가 본 발명에 관한 냉각수단(36, 45, 53, 55)을 구성한다. 냉각운전 시에, 가스냉매용 팽창밸브(36), 액냉매용 팽창밸브(53) 및 회송냉매용 팽창밸브(55)를 모두 열면, 실내회로(11)를 향하는 제 1 유로(46)의 액냉매가, 가 스냉매용 팽창밸브(36)에서 온도가 저하된 냉매, 액냉매용 팽창밸브(53)에서 온도가 저하된 냉매, 및 회송냉매용 팽창밸브(55)에서 온도가 저하된 냉매와 열교환 한다.
<<제 2 실시형태>>
본 제 2 실시형태의 공조기(20)는, 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로 본 발명에 관한 냉동장치(20)로 구성된다. 이하, 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 상기 제 1 실시형태와 다른 점을 설명하기로 한다.
도 6에 나타내는 바와 같이 본 제 2 실시형태의 실외회로(14)에는 기액분리기(35)가 설치되지 않는다. 실외회로(14)에서 팽창기(31)의 유출측은, 과냉각 열교환기인 내부열교환기(28)를 통과하는 냉각용 배관(49)을 개재하고 브리지회로(24)에 접속된다.
냉각용배관(49)의 내부열교환기(28) 상류에는 주입관(42) 일단이 접속된다. 주입관(42) 타단은 압축기(30)의 흡입측에 접속된다. 주입관(42)에는 회송냉매용 감압기구인 회송냉매용 팽창밸브(55)가 설치된다. 회송냉매용 팽창밸브(55)는 개방도 가변의 전자팽창밸브로 구성된다.
내부열교환기(28)는 주입관(42)과 냉각용 배관(49)에 걸쳐 설치된다. 내부열교환기(28)는, 냉각용 배관(49)의 일부인 제 1 유로(46)와, 주입관(42)의 일부인 제 2 유로(47)를 구비한다. 내부열교환기(28)는 제 1 유로(46) 냉매와 제 2 유로(47) 냉매가 열교환을 함으로써, 제 1 유로(46)의 냉매가 과냉각상태로 되도록 구성된다.
냉방운전에서는 회송냉매용 팽창밸브(55)를 개상태로 한다. 회송냉매용 팽창밸브(55)를 열면, 팽창기(31)에서 실내회로(11)를 향하는 액냉매의 일부가 주입관(42)으로 유입한다. 주입관(42)에 유입한 액냉매는 회송냉매용 팽창밸브(55)에서 감압되고 제 2 유로(47)로 유입한다. 내부열교환기(28)에서는 팽창기(31)로부터 유출된 제 1 유로(46) 냉매와 제 2 유로(47) 냉매가 열교환 한다. 그 결과, 실내회로(11)를 향하는 제 1 유로(46)의 냉매가 과냉각상태로 된다.
-제 2 실시형태의 변형예-
제 2 실시형태의 변형예에 대하여 설명한다. 이 변형예에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 주입관(42) 일단이 브리지회로(24)와 팽창기(31) 유입측과의 사이에 접속된다.
<<그 밖의 실시형태>>
상기 실시형태는 이하의 변형예와 같이 구성해도 된다.
-제 1 변형예-
상기 실시형태에 대하여, 도 8에 나타내는 바와 같이 실외열교환기(44)와 브리지회로(24) 사이에 개방도 가변의 실외팽창밸브(43)를 설치해도 된다. 이 공조기(20)에서는, 냉방운전 시에, 실외팽창밸브(43)를 전개로 한다. 난방운전 시에는, 압축기(30)를 향하는 냉매의 과열도를 조절하기 위하여 실외팽창밸브(43)의 개방도를 조절한다.
-제 2 변형예-
상기 실시형태에 대하여, 도 9에 나타내는 바와 같이 체크밸브(CV-4) 대신 개방도 가변의 실외팽창밸브(43)를 설치해도 된다. 이 공조기(20)에서는, 냉방운전 시에 실외팽창밸브(43)를 전폐로 한다. 난방운전 시에는, 압축기(30)를 향하는 냉매의 과열도가 일정해지도록 실외팽창밸브(43)의 개방도를 조절한다.
-제 3 변형예-
상기 실시형태에 대하여, 도 10에 나타내는 바와 같이 팽창기(31)의 유출측을 브리지회로(24)의 제 1 체크밸브(CV-1) 및 제 4 체크밸브(CV-4)의 유입측에 접속하며, 기액분리기(35) 바닥부를 브리지회로(24)의 제 1 체크밸브(CV-1) 유출측 및 제 2 체크밸브(CV-2)의 유입측에 접속해도 된다. 이 경우, 액배관(38)을 제 1 폐쇄밸브(17)에 접속한다. 또 기액분리기(35)에는, 바닥면에 배플(baffle plate)을 세워 설치한다. 배플(39)은, 액배관(38)이 개구되는 위치와, 브리지회로(24)로부터의 냉매배관이 개구되는 위치 사이에 설치한다. 이로써, 냉방운전 시에 브리지회로(24)로부터 기액 2상상태의 냉매가 유입해도, 배플(39)이 있으므로, 액냉매에 섞여 가스냉매가 액배관(38)으로부터 유출되는 것을 저지할 수 있다.
-제 4 변형예-
상기 실시형태에 대하여, 도 11에 나타내는 바와 같이, 가스공급관(37)을 압축기(30)의 흡입관이 아닌, 압축행정 도중인 공간에 개구하도록 접속해도 된다. 또, 도시하지 않으나, 주입관(42)을 마찬가지로 접속해도 된다.
-제 5 변형예-
상기 실시형태에 대하여, 도 12에 나타내는 바와 같이, 압축기(30)를 저단측 압축기구(30a)와 고단측 압축기구(30b)로 구성해도 된다. 저단측 압축기구(30a)와 고단측 압축기구(30b)는 서로 직렬로 접속된다. 즉, 압축기(30)는 저단측 압축기구(30a)에서 압축된 냉매를 고단측 압축기구(30b)가 흡입하고 다시 압축하는 2단압축을 행하도록 구성된다. 이 경우, 가스공급관(37)을 고단측 압축기구(30b) 흡입측에 접속해도 된다. 그리고 도시하지 않으나, 주입관(42)을 마찬가지로 접속해도 된다.
-제 6 변형예-
상기 실시형태에 대하여, 도 13에 나타내는 바와 같이, 실내유닛(61)이 복수 대가 아니라 1대라도 된다.
-제 7 변형예-
상기 실시형태에 대하여, 실내유닛(61)에 실내팽창밸브(51)를 설치하지 않아도 된다. 이 제 7 변형예에 의하면, 실내열교환기(41)에 액 단일상의 냉매가 유입된다. 따라서 실내열교환기(41)가 복수의 경로에 배열된 전열관으로 구성된 경우에, 전열관의 위치에 따라 냉매상태에 치우침이 생기는 것을 방지할 수 있다.
그리고 이상의 실시형태는 본질적으로 바람직한 예시이며, 본 발명, 그 적용물, 또는 그 용도범위의 제한을 의도하는 것은 아니다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 열원측 열교환기가 응축기가 되며 이용측 열교환기가 증발기가 되도록 냉매회로에서 냉매를 순환시키는 냉각운전을 실행 가능한 냉동장치에 대하여 유용하다.

Claims (10)

  1. 압축기(30), 팽창기(31), 및 열원측 열교환기(44)가 설치된 열원측 회로(14)와, 이용측 열교환기(41)가 설치된 이용측 회로(11)가 접속되며, 냉매를 순환시켜 냉동주기를 행하는 냉매회로(10)를 구비하고,
    상기 열원측 열교환기(44)가 응축기가 되며 상기 이용측 열교환기(41)가 증발기가 되는 냉각운전이 실행 가능한 냉동장치에 있어서,
    상기 열원측 회로(14)에는, 상기 팽창기(31)로부터 유입되는 냉매를 액냉매와 가스냉매로 분리하는 기액분리기(35)와, 상기 냉각운전에 있어서 상기 기액분리기(35)로부터 상기 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매를 냉각하는 냉각수단(36, 45, 53, 55)이 설치되며,
    상기 이용측 회로(11)에는, 상기 냉각운전 중의 상기 이용측 열교환기(41) 상류측에 개방도 가변의 이용측 팽창밸브(51)가 설치되는 한편,
    상기 냉각수단(36, 45)은, 상기 기액분리기(35) 내의 가스냉매를 상기 압축기(30)의 흡입측으로 보내기 위한 가스공급관(37)에 설치되어 이 가스공급관(37)의 냉매를 감압시키는 가스냉매용 감압기구(36)와, 상기 냉각운전에 있어서 상기 기액분리기(35)로부터 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매를 상기 가스냉매용 감압기구(36)에서 감압된 냉매와 열교환시켜 냉각하는 냉각용 열교환기(45)를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각수단(36, 45, 53)은, 상기 기액분리기(35)로부터 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매 일부를 상기 냉각용 열교환기(45)로 보내기 위한 액 공급관(52)에 설치되어, 이 액 공급관(52)의 냉매를 감압시키는 액냉매용 감압기구(53)를 구비하며,
    상기 냉각용 열교환기(45)에서는, 상기 냉각운전 시에 상기 기액분리기(35)로부터 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매가, 상기 액냉매용 감압기구(53)에서 감압된 냉매와도 열교환 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  4. 청구항 1 또는 3에 있어서,
    상기 냉각수단(36, 45, 55)은, 상기 열원측 열교환기(44)에서 응축된 냉매의 일부를 상기 압축기(30)로 보내기 위한 주입관(42)에 설치되어, 상기 주입관(42)의 냉매를 감압시키는 회송냉매용 감압기구(55)를 구비하며,
    상기 냉각용 열교환기(45)에서는, 상기 냉각운전 시에 상기 기액분리기(35)로부터 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매가 상기 회송냉매용 감압기구(55)에서 감압된 냉매와도 열교환 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  5. 압축기(30), 팽창기(31), 및 열원측 열교환기(44)가 설치된 열원측 회로(14)와, 이용측 열교환기(41)가 설치된 이용측 회로(11)가 접속되며, 냉매를 순환시켜 냉동주기를 행하는 냉매회로(10)를 구비하고,
    상기 열원측 열교환기(44)가 응축기가 되며 상기 이용측 열교환기(41)가 증발기가 되는 냉각운전이 실행 가능한 냉동장치에 있어서,
    상기 열원측 회로(14)에는, 상기 팽창기(31)로부터 유입되는 냉매를 액냉매와 가스냉매로 분리하는 기액분리기(35)와, 상기 냉각운전에 있어서 상기 기액분리기(35)로부터 상기 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매를 냉각하는 냉각수단(36, 45, 53, 55)이 설치되며,
    상기 냉각수단(36, 45)은, 상기 열원측 열교환기(44)에서 응축된 냉매의 일부를 상기 압축기(30)로 보내기 위한 주입관(42)에 설치되어, 이 주입관(42)의 냉매를 감압시키는 회송냉매용 감압기구(55)와, 상기 냉각운전에 있어서 상기 기액분리기(35)로부터 이용측 회로(11)를 향하는 액냉매를 상기 회송냉매용 감압기구(55)에서 감압된 냉매와 열교환시켜 냉각하는 냉각용 열교환기(45)를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  6. 압축기(30), 팽창기(31), 및 열원측 열교환기(44)가 설치된 열원측 회로(14)와, 이용측 열교환기(41)가 설치된 이용측 회로(11)가 접속되며, 냉매를 순환시켜 냉동주기를 행하는 냉매회로(10)를 구비하고,
    상기 열원측 열교환기(44)가 응축기가 되며 상기 이용측 열교환기(41)가 증발기가 되는 냉각운전이 실행 가능한 냉동장치에 있어서,
    상기 열원측 회로(14)에는, 상기 냉각운전에서 상기 열원측 열교환기(44)의 하류 냉매의 일부를 상기 압축기(30)로 보내기 위한 주입관(42)에 설치되어 이 주입관(42)의 냉매를 감압시키는 회송냉매용 감압기구(55)와, 상기 냉각운전에 있어서 상기 팽창기(31)로부터 이용측 회로(11)를 향하는 냉매를 상기 회송냉매용 감압기구(55)에서 감압된 냉매와 열교환시켜 과냉각상태로 되도록 냉각하는 과냉각용 열교환기(28)가 설치되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  7. 청구항 1, 5 또는 6에 있어서,
    상기 압축기(30)와 상기 팽창기(31)는 1개의 구동축으로 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  8. 청구항 1, 5 또는 6에 있어서,
    상기 이용측 회로(11)는, 상기 냉매회로(10)에 복수 설치되며, 상기 열원측 회로(14)에 대하여 서로 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  9. 청구항 1, 5 또는 6에 있어서,
    상기 냉매회로(10)에서는, 냉동주기의 고압이 냉매의 임계압력보다 높아지도록 냉매를 순환시키는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 냉매회로(10)에는 이산화탄소가 냉매로서 충전되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
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