KR101666341B1 - 공기 조화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 R32를 사용하는 냉동 장치에 있어서, 중간 인젝션에서는 운전 효율이 악화되는 경우에 있어서도 토출 온도 억제를 위한 인젝션을 가능하게 한다. R32 냉매를 사용하는 공기 조화 장치(10)는 압축기(20), 실내 열교환기(50), 실외 팽창 밸브(41), 실외 열교환기(30), 중간 인젝션 유로(65), 흡입 인젝션 유로(67) 및 인젝션용 개폐 밸브(66, 68)를 구비한다. 중간 인젝션 유로(65)는 메인 냉매 유로(11a)를 흐르는 냉매의 일부를, 압축기(20)의 중간압의 냉매에 합류시킨다. 흡입 인젝션 유로(67)는 메인 냉매 유로(11a)의 냉매의 일부를 흡입 유로(27)로 유도한다.

Description

공기 조화 장치{AIR CONDITIONING APPARATUS}

본 발명은 공기 조화 장치, 특히 냉매로서 R32를 사용하는 공기 조화 장치에 관한 것이다.

종래부터, 공기 조화 장치 등의 냉동 장치이며, 냉매로서 R32를 사용한 것이 제안되고 있다. R32를 냉매로서 사용하는 경우에는, R410A나 R22를 냉매로서 사용하는 경우에 비하여, 압축기의 토출 온도가 높아지는 경향이 있다. 이 문제점을 인식하여, R32 냉매를 사용하면서 냉매 토출 온도의 저하를 도모한 공기 조화 장치가 특허문헌 1(일본 특허 공개 제2009-127902호 공보)에 기재되어 있다. 이 공기 조화 장치에서는, 고압 라인에 배치되는 기액 분리기를 나온 액냉매의 일부를, 압축기로 바이패스시키고, 그 바이패스 냉매를 내부 열교환기에 의해 플래시 가스의 상태로 변화시키고 있다. 그리고, 플래시 가스가 된 바이패스 냉매를 인젝션하여, 압축기의 중간압 상태의 냉매의 엔탈피를 내리고, 압축기의 냉매 토출 온도를 저하시키고 있다.

일본 특허 공개 제2009-127902호 공보

특허문헌 1(일본 특허 공개 제2009-127902호 공보)의 공기 조화 장치에서는, 플래시 가스가 된 바이패스 냉매를, 압축기 중의 중간압의 냉매에 대하여 인젝션 주입하여, 압축기의 토출 온도를 저하시켜서 운전 능력의 향상을 도모하고 있지만, 운전 조건에 따라서는 중간 인젝션에 의한 운전 능력 향상이 운전 효율을 악화시키는 경우가 있다. 그러한 경우에는, 중간 인젝션을 멈추는 것을 생각할 수 있지만, 그렇게 하면 이번에는 토출 온도가 높아져, 계속 운전하기 어려워지는 상황이 발생해버리는 경우가 있다.

본 발명의 과제는, 냉매로서 R32를 사용하는 냉동 장치이며, 중간 인젝션에서는 운전 효율이 악화되는 경우에 있어서도 토출 온도 억제를 위한 인젝션이 가능한 냉동 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제1 관점에 따른 냉동 장치는, 냉매로서 R32를 사용하는 냉동 장치이며, 압축기와, 응축기와, 팽창 기구와, 증발기와, 중간 인젝션 유로와, 흡입 인젝션 유로를 구비하고 있다. 압축기는 흡입 유로로부터 저압의 냉매를 흡입하고, 냉매의 압축을 행해서 고압의 냉매를 토출한다. 응축기는 압축기로부터 토출된 고압의 냉매를 응축시킨다. 팽창 기구는 응축기를 나온 고압 냉매를 팽창시킨다. 증발기는 팽창 기구에서 팽창된 냉매를 증발시킨다. 중간 인젝션 유로는 응축기로부터 증발기를 향해서 흐르는 냉매의 일부를 압축기로 유도하고, 압축기의 중간압의 냉매에 합류시킨다. 흡입 인젝션 유로는 응축기로부터 증발기를 향해서 흐르는 냉매의 일부를 흡입 유로로 유도하고, 압축기에 흡입되는 저압의 냉매에 합류시킨다.

본 발명에 따른 냉동 장치에서는, 응축기로부터 증발기를 향해서 흐르는 냉매의 일부를 중간 인젝션 유로를 사용해서 압축기의 중간압의 냉매에 합류시키는 것도, 흡입 인젝션 유로를 사용해서 흡입 유로에 있어서 압축기에 흡입되는 저압의 냉매에 합류시키는 것도 가능해진다. 이로 인해, 중간 인젝션 유로를 사용하면 운전 효율이 악화되는 경우에 있어서도, 흡입 인젝션 유로를 사용해서 압축기의 토출 온도를 저하시킬 수 있다.

본 발명의 제2 관점에 따른 냉동 장치는, 제1 관점에 따른 냉동 장치이며, 전환 기구를 더 구비하고 있다. 전환 기구는 중간 인젝션 유로에 냉매가 흐르는 중간 인젝션 상태와, 흡입 인젝션 유로에 냉매가 흐르는 흡입 인젝션 상태를 전환한다.

여기에서는, 중간 인젝션 상태일 때, 응축기로부터 증발기를 향해서 흐르는 냉매의 일부가 중간 인젝션 유로를 통해서 압축기의 중간압의 냉매에 합류한다. 한편, 흡입 인젝션 상태일 때에는, 응축기로부터 증발기를 향해서 흐르는 냉매의 일부가 흡입 인젝션 유로를 통해서 흡입 유로에 있어서 압축기에 흡입되는 저압의 냉매에 합류한다. 그리고, 이들 중간 인젝션 상태와 흡입 인젝션 상태를 전환 기구에 의해 전환할 수 있기 때문에, 중간 인젝션에서는 운전 효율이 악화되는 경우에도, 중간 인젝션 상태로부터 흡입 인젝션 상태로 전환해서 압축기의 토출 온도를 저하시킬 수 있다.

본 발명의 제3 관점에 따른 냉동 장치는, 제2 관점에 따른 냉동 장치이며, 분기 유로와, 개방도 조정 밸브와, 인젝션용 열교환기를 더 구비하고 있다. 분기 유로는 응축기와 증발기를 연결하는 메인 냉매 유로로부터 분기되는 유로이다. 개방도 조정 밸브는 분기 유로에 설치되어 있고, 개방도 조정이 가능하다. 인젝션용 열교환기는 메인 냉매 유로를 흐르는 냉매와, 분기 유로의 개방도 조정 밸브의 하류를 흐르는 냉매를 열교환시킨다. 그리고, 이 냉동 장치에서는 인젝션용 열교환기를 나와서 분기 유로를 흐르는 냉매가 중간 인젝션 유로 또는 흡입 인젝션 유로에 흐른다.

여기에서는, 중간 인젝션 유로 또는 흡입 인젝션 유로를 통해서 압축기에 흐르게 되는 냉매가, 분기 유로에 설치된 개방도 조정 밸브로 감압되어 인젝션용 열교환기에서 열교환된 냉매가 된다. 이로 인해, 개방도 조정 밸브의 개방도를 조정 제어함으로써, 압축기의 중간압의 냉매 또는 압축기에 흡입되는 저압의 냉매에 합류시키는 냉매를, 과열 가스로 하거나, 플래시 가스로 하는 것이 가능하다.

이에 의해, 예를 들어, 통상적으로는 과열된 냉매 가스로 인젝션을 행하고, 압축기의 토출 온도가 높아졌을 때 습한 기액2상의 플래시 가스로 냉각 중시의 인젝션을 행하는 것이 가능해진다.

본 발명의 제4 관점에 따른 냉동 장치는, 제2 관점 또는 제3 관점에 따른 냉동 장치이며, 압축기로부터 토출된 냉매의 온도를 검지하는 토출 온도 센서와, 제어부를 더 구비하고 있다. 제어부는 중간 인젝션 제어와, 흡입 인젝션 제어를 선택적으로 실행한다. 중간 인젝션 제어는 전환 기구를 중간 인젝션 상태로 해서 중간 인젝션 유로에 냉매를 흐르게 하는 제어이다. 흡입 인젝션 제어는 전환 기구를 흡입 인젝션 상태로 해서 흡입 인젝션 유로에 냉매를 흐르게 하는 제어이다. 또한, 제어부는 토출 온도 센서가 검지한 토출 온도가 온도 임계값보다 높고, 또한 압축기의 회전수가 회전수 임계값보다 낮을 때, 흡입 인젝션 제어를 행한다.

토출 온도 센서가 검지한 토출 온도가 온도 임계값보다 높아지면, 토출 온도가 온도 임계값을 하회하도록, 응축기로부터 증발기를 향해서 흐르는 냉매의 일부를 직접 또는 흡입 유로를 통해서 압축기에 인젝션하는 것이 바람직하다. 단, 외기온이 높을 때의 난방 운전 등, 열부하가 작고 압축기의 회전수를 내린 운전을 행하고 있을 때, 중간 인젝션 제어를 행하면, 능력이 올라가서 압축기가 토출하는 냉매의 압력(고압)이 올라가 버린다. 이로 인해, 본 발명의 제4 관점에 따른 냉동 장치에서는, 토출 온도 센서가 검지한 토출 온도가 온도 임계값보다 높고, 또한 압축기의 회전수가 회전수 임계값보다 낮을 때, 흡입 인젝션 제어를 행하고 있다. 이에 의해, 저부하의 경우에도 불필요한 능력 향상을 억제해서 운전 효율을 확보하면서, 흡입 인젝션 제어에 의해 토출 온도를 낮출 수 있다.

본 발명의 제5 관점에 따른 냉동 장치는, 제3 관점에 따른 냉동 장치이며, 제1 온도 센서와, 제2 온도 센서와, 제어부를 구비하고 있다. 제1 온도 센서는 압축기로부터 토출된 냉매의 온도를 검지한다. 제2 온도 센서는 인젝션용 열교환기를 나와서 분기 유로를 흐르는 냉매의 온도를 검지한다. 제어부는 중간 인젝션 제어와, 흡입 인젝션 제어를 선택적으로 실행한다. 중간 인젝션 제어는 전환 기구를 중간 인젝션 상태로 해서 중간 인젝션 유로에 냉매를 흐르게 하는 제어이다. 흡입 인젝션 제어는 전환 기구를 흡입 인젝션 상태로 해서 흡입 인젝션 유로에 냉매를 흐르게 하는 제어이다. 제어부는 중간 인젝션 제어에 있어서, 제1 온도 센서가 검지한 온도가 제1 임계값보다 낮을 때에는 제2 온도 센서의 검지 온도에 기초하여 개방도 조정 밸브의 개방도 조정을 행한다. 또한, 제어부는 중간 인젝션 제어에 있어서, 제1 온도 센서가 검지한 온도가 제1 임계값보다 높을 때에는 제1 온도 센서의 검지 온도에 기초하여 개방도 조정 밸브의 개방도 조정을 행한다.

중간 인젝션 제어를 함으로써, 능력 향상이나 효율 향상이 가능하지만, 계속 운전하기 곤란해지는 레벨까지 압축기의 토출 온도가 높아져 버리면, 압축기의 회전수를 강제적으로 내리는 등의 수하 제어를 행할 필요가 생긴다. 이것을 억제하기 위해서, 본 발명의 제5 관점에 따른 냉동 장치에서는, 압축기로부터 토출된 냉매의 온도를 검지하는 제1 온도 센서의 검지 온도가 제1 임계값보다 높을 때, 제2 온도 센서의 검지 온도가 아닌, 제1 온도 센서의 검지 온도에 기초하여 개방도 조정 밸브의 개방도 조정을 행하고 있다. 이로 인해, 압축기의 토출 냉매 온도인 제1 온도 센서의 검지 온도가 내려가도록, 예를 들어 개방도 조정 밸브의 개방도를 크게 해서 습기 냉매 가스를 압축기에 인젝션하여 냉각 효과를 높일 수 있게 된다. 한편, 제1 온도 센서가 검지한 온도가 제1 임계값보다 낮을 때에는, 인젝션용 열교환기를 나온 냉매의 온도를 검지하는 제2 온도 센서의 검지 온도에 기초한 개방도 조정이 행하여져, 운전 효율의 확보를 도모할 수 있다.

본 발명의 제6 관점에 따른 냉동 장치는, 제1 관점 또는 제2 관점에 따른 냉동 장치이며, 냉매 저류 탱크와, 바이패스 유로를 더 구비하고 있다. 냉매 저류 탱크는 응축기와 증발기를 연결하는 메인 냉매 유로에 설치되어 있다. 그리고 냉매 저류 탱크의 내부에 저류되는 냉매의 가스 성분이 중간 인젝션 유로 및 흡입 인젝션 유로로 유도된다.

여기에서는, 중간 인젝션 유로 또는 흡입 인젝션 유로를 통해서 압축기에 흐르게 되는 냉매가, 냉매 저류 탱크의 내부에 저류되는 냉매의 가스 성분이 된다. 즉, 냉매 저류 탱크 중 냉매의 포화 가스가 압축기에 흐르게 된다. 이러한 구성을 채용하는 경우에는, 이외에 인젝션용 액냉매를 플래시 가스나 과열 가스로 변환하기 위한 열교환기 등이 불필요해져, 냉동 장치의 제조 비용을 억제할 수 있다.

본 발명의 제7 관점에 따른 냉동 장치는, 제2 관점에 따른 냉동 장치이며, 전환 기구는 중간 인젝션 유로에 설치되는 제1 개폐 기구와, 흡입 인젝션 유로에 설치되는 제2 개폐 기구를 갖고 있다.

여기에서는 제1 개폐 기구에 의해 중간 인젝션 유로를 폐지하거나, 제2 개폐 기구에 의해 흡입 인젝션 유로를 폐지할 수 있기 때문에, 중간 인젝션 상태와 흡입 인젝션 상태의 전환의 효과를 확실하게 얻을 수 있다.

또한, 제1 개폐 기구 및 제2 개폐 기구는 별도의 2개의 개폐 밸브여도 좋고, 삼방 밸브와 같은 하나의 기구여도 좋다.

본 발명의 제8 관점에 따른 냉동 장치는, 제4 관점에 따른 냉동 장치이며, 전환 기구는 중간 인젝션 상태와, 흡입 인젝션 상태와, 비인젝션 상태를 전환하는 기구이다. 비인젝션 상태는 중간 인젝션 유로에도 흡입 인젝션 유로에도 냉매가 흐르지 않는 상태이다. 그리고, 제어부는 중간 인젝션 제어와, 흡입 인젝션 제어와, 비인젝션 제어를 선택적으로 실행하는 것이다. 비인젝션 제어란, 전환 기구를 비인젝션 상태로 해서 중간 인젝션 유로에도 흡입 인젝션 유로에도 냉매를 흐르게 하지 않는 제어이다. 또한, 제어부는 토출 온도 센서가 검지한 토출 온도가 온도 임계값보다 낮고 또한 압축기의 회전수가 회전수 임계값보다 낮을 때, 비인젝션 제어를 선택해서 행한다.

여기에서는, 토출 온도가 낮기 때문에 흡입 인젝션이나 중간 인젝션에 의해 압축기의 온도를 낮출 필요가 없고, 또한 저능력이 요구되고 있기 때문에 압축기의 회전수가 낮아졌을 경우에 비인젝션 제어를 선택·실행시키고 있다. 이에 의해, 흡입 인젝션 또는 중간 인젝션에 의한 능력 향상 및 운전 효율의 저하가 발생되어 버리는 것이 억제되어, 운전 효율을 확보하면서 저능력의 요구를 만족시킬 수 있다.

본 발명의 제9 관점에 따른 냉동 장치는, 제2 관점 또는 제7 관점에 따른 냉동 장치이며, 전환 기구는 중간 인젝션 상태와, 흡입 인젝션 상태와, 비인젝션 상태를 전환하는 기구이다. 비인젝션 상태는 중간 인젝션 유로에도 흡입 인젝션 유로에도 냉매가 흐르지 않는 상태이다.

여기에서는 토출 온도가 낮기 때문에 흡입 인젝션이나 중간 인젝션에 의해 압축기의 온도를 낮출 필요가 없고, 또한 저능력이 요구되고 있기 때문에 압축기의 회전수가 낮아졌을 경우에 비인젝션 상태로 전환하는 것이 가능해진다. 그렇게 전환하면, 흡입 인젝션 또는 중간 인젝션에 의한 능력 향상 및 운전 효율의 저하가 발생되어 버리는 것이 억제되어, 운전 효율을 확보하면서 저능력의 요구를 만족시킬 수 있다.

본 발명의 제1 관점에 따른 냉동 장치에 의하면, 중간 인젝션 유로를 사용하면 운전 효율이 악화되는 경우에 있어서도, 흡입 인젝션 유로를 사용해서 압축기의 토출 온도를 저하시킬 수 있다.

본 발명의 제2 관점에 따른 냉동 장치에 의하면, 중간 인젝션에서는 운전 효율이 악화되는 경우에 있어서도, 중간 인젝션 상태로부터 흡입 인젝션 상태로 전환해서 압축기의 토출 온도를 저하시킬 수 있다.

본 발명의 제3 관점에 따른 냉동 장치에 의하면, 개방도 조정 밸브의 개방도를 조정 제어함으로써, 압축기의 중간압의 냉매 또는 압축기에 흡입되는 저압의 냉매에 합류시키는 냉매를, 과열 가스로 하거나, 플래시 가스로 하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 제4 관점에 따른 냉동 장치에 의하면, 저부하인 경우에도 불필요한 능력 향상을 억제해서 운전 효율을 확보하면서, 흡입 인젝션 제어에 의해 온도 임계값보다 높아진 토출 온도를 낮출 수 있다.

본 발명의 제5 관점에 따른 냉동 장치에 의하면, 압축기로부터 토출된 냉매의 온도를 검지하는 제1 온도 센서의 검지 온도가 제1 임계값보다 높을 때, 제2 온도 센서의 검지 온도가 아닌, 제1 온도 센서의 검지 온도에 기초하여 개방도 조정 밸브의 개방도 조정을 행하고 있다. 이로 인해, 압축기의 토출 냉매 온도인 제1 온도 센서의 검지 온도가 내려가도록, 예를 들어 개방도 조정 밸브의 개방도를 크게 해서 습기 냉매 가스를 압축기에 인젝션하여 냉각 효과를 높일 수 있게 된다.

본 발명의 제6 관점에 따른 냉동 장치에 의하면, 냉매 저류 탱크 이외에, 인젝션용 액냉매를 플래시 가스나 과열 가스로 변환하기 위한 열교환기 등이 불필요해져, 냉동 장치의 제조 비용을 억제할 수 있다.

본 발명의 제7 관점에 따른 냉동 장치에 의하면, 중간 인젝션 유로의 폐지나 흡입 인젝션 유로의 폐지가 확실히 가능하게 되고, 중간 인젝션 상태와 흡입 인젝션 상태의 전환의 효과가 높아진다.

본 발명의 제8 관점이나 제9 관점에 따른 냉동 장치에 의하면, 소정 조건일 때 비인젝션 상태로 전환하면, 흡입 인젝션 또는 중간 인젝션에 의한 능력 향상 및 운전 효율의 저하가 발생되어 버리는 것이 억제되어, 운전 효율을 확보하면서 저능력 요구를 만족시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 공기 조화 장치의 냉매 배관 계통을 도시하는 도면.
도 2는 공기 조화 장치 제어부의 제어 블록도.
도 3은 인젝션 제어의 제어 플로우를 도시하는 도면.
도 4는 변형예 B에 따른 공기 조화 장치의 냉매 배관 계통을 도시하는 도면.
도 5는 제2 실시 형태에 따른 공기 조화 장치의 냉매 배관 계통을 도시하는 도면.
도 6a는 제2 실시 형태에 따른 공기 조화 장치의 인젝션 제어 플로우.
도 6b는 제2 실시 형태에 따른 공기 조화 장치의 인젝션 제어 플로우.
도 6c는 제2 실시 형태에 따른 공기 조화 장치의 인젝션 제어 플로우.
도 6d는 제2 실시 형태에 따른 공기 조화 장치의 인젝션 제어 플로우.

<제1 실시 형태>

(1) 공기 조화 장치의 전체 구성

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 냉동 장치인 공기 조화 장치(10)의 냉매 배관 계통을 도시하는 도면이다. 공기 조화 장치(10)는 냉매 배관 방식의 분산형 공기 조화 장치이며, 증기 압축식의 냉동 사이클 운전을 행함으로써 건물 내의 각 실을 냉난방한다. 공기 조화 장치(10)는 열원 유닛으로서의 실외 유닛(11)과, 다수의 이용 유닛으로서의 실내 유닛(12)과, 실외 유닛(11)과 실내 유닛(12)을 접속하는 냉매 연락관으로서의 액냉매 연락관(13) 및 가스 냉매 연락관(14)을 구비하고 있다. 즉, 도 1에 도시하는 공기 조화 장치(10)의 냉매 회로는, 실외 유닛(11)과, 실내 유닛(12)과, 냉매 연락관(13, 14)이 접속됨으로써 구성되어 있다.

그리고, 도 1에 도시하는 냉매 회로 내에는 냉매가 봉입되어 있고, 후술하는 바와 같이 냉매가 압축되고, 냉각·응축되고, 감압되고, 가열·증발된 후에, 다시 압축된다는 냉동 사이클 운전이 행해지게 되어 있다. 냉매로는 R32가 사용된다. R32는 온난화 계수가 작은 저GWP 냉매이며, HFC계 냉매의 1종이다. 또한, 냉동기유로서, R32에 대하여 어느 정도의 상용성을 갖는 에테르계 합성유가 사용된다.

(2) 공기 조화 장치의 상세 구성

(2-1) 실내 유닛

실내 유닛(12)은 각 실의 천장 또는 측벽에 설치되어 있고, 냉매 연락관(13, 14)을 통해서 실외 유닛(11)에 접속되어 있다. 실내 유닛(12)은 주로 감압기인 실내 팽창 밸브(42)와, 이용측 열교환기로서의 실내 열교환기(50)를 갖고 있다.

실내 팽창 밸브(42)는 냉매를 감압하기 위한 팽창 기구이며, 개방도 조정이 가능한 전동 밸브이다. 실내 팽창 밸브(42)는 그 일단부가 액냉매 연락관(13)에 접속되고, 그 타단이 실내 열교환기(50)에 접속되어 있다.

실내 열교환기(50)는 냉매의 증발기 또는 응축기로서 기능하는 열교환기이다. 실내 열교환기(50)는 그 일단부가 실내 팽창 밸브(42)에 접속되고, 그 타단이 가스 냉매 연락관(14)에 접속되어 있다.

실내 유닛(12)은 유닛 내에 실내 공기를 흡입하여, 다시 실내에 공급하기 위한 실내 팬(55)을 구비하고 있고, 실내 공기와 실내 열교환기(50)를 흐르는 냉매 사이에서 열교환을 시킨다.

또한, 실내 유닛(12)은 각종 센서나, 실내 유닛(12)을 구성하는 각 부의 동작을 제어하는 실내 제어부(92)를 갖고 있다. 실내 제어부(92)는 실내 유닛(12)의 제어를 행하기 위해서 설치된 마이크로 컴퓨터나 메모리 등을 갖고 있으며, 실내 유닛(12)을 개별로 조작하기 위한 리모콘(도시하지 않음)과의 사이에서 제어 신호 등의 주고받기를 행하거나, 후술하는 실외 유닛(11)의 실외 제어부(91) 사이에서 전송선(93)을 통해서 제어 신호 등의 주고받기를 행하거나 한다.

(2-2) 실외 유닛

실외 유닛(11)은 실내 유닛(12)이 배치되는 각 실이 존재하는 건물의 밖 또는 건물의 지하실 등에 설치되고, 냉매 연락관(13, 14)을 통해서 실내 유닛(12)에 접속되어 있다. 실외 유닛(11)은 주로 압축기(20)와, 사방 전환 밸브(15)와, 실외 열교환기(30)와, 실외 팽창 밸브(41)와, 브리지 회로(70)와, 고압 리시버(80)와, 인젝션용 전동 밸브(63)와, 인젝션용 열교환기(64)와, 중간 인젝션 개폐 밸브(66)와, 흡입 인젝션 개폐 밸브(68)와, 액측 폐쇄 밸브(17)와, 가스측 폐쇄 밸브(18)를 갖고 있다.

압축기(20)는 압축기용 모터에 의해 구동되는 밀폐식 압축기이다. 압축기(20)는 본 실시 형태에 있어서 1대뿐이지만, 이것에 한정되지 않고, 실내 유닛(12)의 접속 대수 등에 따라, 2대 이상의 압축기가 병렬로 접속되어 있어도 좋다. 압축기(20)는 압축기 부속 용기(28)를 통해서 흡입 유로(27)로부터 가스 냉매를 흡입한다. 압축기(20)의 토출측 냉매 배관(29)에는 토출 냉매 압력을 검출하는 토출 압력 센서와, 토출 냉매 온도를 검출하는 토출 온도 센서(95)가 장착되어 있다. 또한, 흡입 유로(27)에는 압축기(20)에 흡입되는 냉매의 온도를 검출하는 흡입 온도 센서가 장착되어 있다. 또한, 이 압축기(20)는 중간 인젝션 포트(23)를 구비하는 것이지만, 중간 인젝션 포트(23)에 대해서는 후술한다.

사방 전환 밸브(15)는 냉매 흐름의 방향을 전환하기 위한 기구이다. 냉방 운전 시에는 실외 열교환기(30)를 압축기(20)에 의해 압축되는 냉매의 응축기로서 기능시키고, 또한 실내 열교환기(50)를 실외 열교환기(30)에 있어서 냉각된 냉매의 증발기로서 기능시키기 위해서, 사방 전환 밸브(15)는 압축기(20)의 토출측 냉매 배관(29)과 실외 열교환기(30)의 일단부를 접속함과 함께, 압축기(20)의 흡입측의 흡입 유로(27)(압축기 부속 용기(28)를 포함)와 가스측 폐쇄 밸브(18)를 접속한다(도 1의 사방 전환 밸브(15)의 실선을 참조). 또한, 난방 운전 시에는 실내 열교환기(50)를 압축기(20)에 의해 압축되는 냉매의 응축기로서 기능시키고, 또한 실외 열교환기(30)를 실내 열교환기(50)에 있어서 냉각된 냉매의 증발기로서 기능시키기 위해서, 사방 전환 밸브(15)는 압축기(20) 토출측 냉매 배관(29)과 가스측 폐쇄 밸브(18)를 접속함과 함께, 흡입 유로(27)와 실외 열교환기(30)의 일단부를 접속한다(도 1의 사방 전환 밸브(15)의 파선을 참조). 본 실시 형태에 있어서, 사방 전환 밸브(15)는 흡입 유로(27), 압축기(20)의 토출측 냉매 배관(29), 실외 열교환기(30) 및 가스측 폐쇄 밸브(18)에 접속된 사방 밸브이다.

실외 열교환기(30)는 냉매의 응축기 또는 증발기로서 기능하는 열교환기이다. 실외 열교환기(30)는 그 일단부가 사방 전환 밸브(15)에 접속되어 있고, 그 타단이 실외 팽창 밸브(41)에 접속되어 있다.

실외 유닛(11)은 유닛 내에 실외 공기를 흡입하여, 다시 실외로 배출하기 위한 실외 팬(35)을 갖고 있다. 실외 팬(35)은 실외 공기와 실외 열교환기(30)를 흐르는 냉매 사이에서 열교환을 시키는 것으로, 실외 팬용 모터에 의해 회전 구동된다. 또한, 실외 열교환기(30)의 열원은 실외 공기에 한정되는 것이 아니라, 물 등의 다른 열매체여도 좋다.

실외 팽창 밸브(41)는 냉매를 감압하기 위한 팽창 기구이고, 개방도 조정이 가능한 전동 밸브이다. 실외 팽창 밸브(41)는 그 일단부가 실외 열교환기(30)에 접속되고, 그 타단이 브리지 회로(70)에 접속되어 있다.

브리지 회로(70)는 4개의 역지 밸브(71, 72, 73, 74)를 갖고 있다. 입구 역지 밸브(71)는 실외 열교환기(30)로부터 고압 리시버(80)를 향하는 냉매의 흐름만을 허용하는 역지 밸브이다. 출구 역지 밸브(72)는 고압 리시버(80)로부터 실내 열교환기(50)를 향하는 냉매의 흐름만을 허용하는 역지 밸브이다. 입구 역지 밸브(73)는 실내 열교환기(50)로부터 고압 리시버(80)를 향하는 냉매의 흐름만을 허용하는 역지 밸브이다. 출구 역지 밸브(74)는 고압 리시버(80)로부터 실외 팽창 밸브(41)를 거쳐서 실외 열교환기(30)를 향하는 냉매의 흐름만을 허용하는 역지 밸브이다. 즉, 입구 역지 밸브(71, 73)는, 실외 열교환기(30) 및 실내 열교환기(50)의 한쪽으로부터 고압 리시버(80)로 냉매를 흐르게 하는 기능을 하고, 출구 역지 밸브(72, 74)는 고압 리시버(80)로부터 실외 열교환기(30) 및 실내 열교환기(50)의 다른 쪽으로 냉매를 흐르게 하는 기능을 한다.

고압 리시버(80)는 냉매 저류 탱크로서 기능하는 용기이고, 실외 팽창 밸브(41)와 액측 폐쇄 밸브(17)의 사이에 설치되어 있다. 냉방 운전 시에도 난방 운전 시에도 고압의 냉매가 유입되는 고압 리시버(80)는 거기에 저류되는 잉여 냉매의 온도가 비교적 높게 유지되기 때문에, 냉동기유를 포함하는 잉여 냉매가 2층 분리되어 상부에 냉동기유가 모이게 된다는 문제가 발생하지 않는다.

고압 리시버(80)의 출구와 브리지 회로(70)의 출구 역지 밸브(72, 74)의 사이에는, 인젝션용 열교환기(64)가 설치되어 있다. 또한, 고압 리시버(80)의 출구와 인젝션용 열교환기(64)를 연결하는 메인 냉매 유로(11a)의 일부분으로부터는, 분기관(62)이 분기되어 있다. 메인 냉매 유로(11a)는 실외 열교환기(30)와 실내 열교환기(50)를 연결하는 액냉매의 주유로이다. 고압 리시버(80)는 메인 냉매 유로(11a) 중, 실외 팽창 밸브(41)와 액측 폐쇄 밸브(17)의 사이에 설치되어 있게 된다.

분기관(62)에는 개방도 조정 가능한 인젝션용 전동 밸브(63)가 설치되어 있다. 또한, 분기관(62)은 인젝션용 열교환기(64)의 제2 유로(64b)에 접속되어 있다. 즉, 인젝션용 전동 밸브(63)가 개방되어 있을 때, 메인 냉매 유로(11a)로부터 분기관(62)으로 분기된 냉매는, 인젝션용 전동 밸브(63)에서 감압되어, 인젝션용 열교환기(64)의 제2 유로(64b)에 흐른다. 또한, 인젝션용 열교환기(64)의 제2 유로(64b)는 분기관(62)의 일부를 구성하고 있다.

인젝션용 전동 밸브(63)에서 감압되어서 인젝션용 열교환기(64)의 제2 유로(64b)에 흘러간 냉매는, 인젝션용 열교환기(64)의 제1 유로(64a)를 흐르는 냉매와 열교환한다. 인젝션용 열교환기(64)의 제1 유로(64a)는 메인 냉매 유로(11a)의 일부를 구성하고 있다. 이 인젝션용 열교환기(64)에서의 열교환 후, 분기관(62)을 흘러가는 냉매는, 후술하는 중간 인젝션 유로(65) 또는 흡입 인젝션 유로(67)로 유입되게 된다. 또한, 분기관(62)의 인젝션용 열교환기(64)의 하류측에는 인젝션용 열교환기(64)에서의 열교환 후의 냉매의 온도를 검출하는 인젝션용 온도 센서(96)가 설치되어 있다.

인젝션용 열교환기(64)는 이중관 구조를 채용하는 내부 열교환기이고, 상술한 바와 같이, 주 유로인 메인 냉매 유로(11a)를 흐르는 냉매와, 인젝션을 위한 메인 냉매 유로(11a)로부터 분기된 분기관(62)을 흐르는 인젝션을 위한 냉매 사이에서 열교환을 행하게 한다. 인젝션용 열교환기(64)의 제1 유로(64a)의 일단부는 고압 리시버(80)의 출구에 접속되어 있고, 타단부는 브리지 회로(70)의 출구 역지 밸브(72, 74)에 접속되어 있다.

액측 폐쇄 밸브(17)는 실외 유닛(11)과 실내 유닛(12) 사이에서 냉매를 주고받기 위한 액냉매 연락관(13)이 접속되는 밸브이다. 가스측 폐쇄 밸브(18)는 실외 유닛(11)과 실내 유닛(12) 사이에서 냉매를 주고받기 위한 가스 냉매 연락관(14)이 접속되는 밸브이고, 사방 전환 밸브(15)에 접속되어 있다. 여기서, 액측 폐쇄 밸브(17) 및 가스측 폐쇄 밸브(18)는 서비스 포트를 구비한 삼방 밸브이다.

압축기 부속 용기(28)는 사방 전환 밸브(15)와 압축기(20) 사이의 흡입 유로(27)에 배치되어 있고, 과도하게 액 성분을 많이 포함하는 냉매가 유입되어 왔을 때, 압축기(20)에 액냉매가 흡입되는 것을 방지하는 역할을 한다. 여기에서는 압축기 부속 용기(28)를 설치하고 있지만, 이것에 더하여 압축기(20)로의 액 역류를 방지하기 위한 어큐뮬레이터를 흡입 유로(27)에 배치해도 좋다.

흡입 유로(27) 중, 압축기 부속 용기(28)와 압축기(20)를 연결하는 배관에는 흡입 인젝션 유로(67)가 접속되어 있다. 흡입 인젝션 유로(67)는 상술한 분기관(62)의 인젝션용 열교환기(64)의 하류측 부분과 흡입 유로(27)를 연결하는 배관이다. 이 흡입 인젝션 유로(67)에는 흡입 인젝션 개폐 밸브(68)가 설치되어 있다. 흡입 인젝션 개폐 밸브(68)는 개방 상태와 폐쇄 상태가 전환되는 전자기 밸브이다.

상술한 바와 같이, 압축기(20)에는 중간 인젝션 포트(23)가 설치되어 있다. 중간 인젝션 포트(23)는, 압축기(20)에 있어서의 압축 도중의 중간압의 냉매에 대하여 외부로부터 냉매를 유입하기 위한 냉매 도입용 포트이다. 이 중간 인젝션 포트(23)에는 중간 인젝션 유로(65)가 접속되어 있다. 중간 인젝션 유로(65)는 상술한 분기관(62)의 인젝션용 열교환기(64)의 하류측 부분과, 중간 인젝션 포트(23)를 연결하는 배관이다. 이 중간 인젝션 유로(65)에는, 중간 인젝션 개폐 밸브(66)가 설치되어 있다. 중간 인젝션 개폐 밸브(66)는 개방 상태와 폐쇄 상태가 전환되는 전자기 밸브이다. 또한, 압축기(20)를 2대의 압축기가 직렬로 배치된 것 대신에, 저단 압축기의 토출 포트와 고단 압축기의 흡입 포트를 연결하는 냉매 배관에 중간 인젝션 유로(65)를 접속하는 구성으로 하는 것도 가능하다.

도 1에 도시한 바와 같이, 인젝션용 열교환기(64)를 통해서 압축기(20)로 연장되는 분기관(62)의 선단은, 두 갈래 관을 통해서, 중간 인젝션 유로(65)와 흡입 인젝션 유로(67)로 연결된다. 중간 인젝션 개폐 밸브(66)가 개방 상태일 때에는, 인젝션용 열교환기(64)를 통해서 분기관(62)을 흘러나오는 냉매가 중간 인젝션 유로(65)로부터 중간 인젝션 포트(23)에 주입되고, 흡입 인젝션 개폐 밸브(68)가 개방 상태일 때에는, 분기관(62)을 흘러나오는 냉매가 흡입 인젝션 유로(67)로부터 흡입 유로(27)에 주입되어서 압축기(20)에 흡입된다.

또한, 실외 유닛(11)은 각종 센서나 실외 제어부(91)를 갖고 있다. 실외 제어부(91)는 실외 유닛(11)의 제어를 행하기 위해서 설치된 마이크로 컴퓨터나 메모리 등을 갖고 있으며, 실내 유닛(12)의 실내 제어부(92) 사이에서 전송선(93)을 통해서 제어 신호 등의 주고받기를 행한다. 각종 센서로는 상술한 토출 압력 센서, 토출 온도 센서(95), 흡입 온도 센서, 인젝션용 온도 센서(96) 등이 배치되어 있다.

(2-3) 냉매 연락관

냉매 연락관(13, 14)은 실외 유닛(11) 및 실내 유닛(12)을 설치 장소에 설치할 때, 현지에서 시공되는 냉매 배관이다.

(2-4) 제어부

공기 조화 장치(10)의 각종 운전 제어를 행하는 제어 수단으로서의 제어부(90)는 도 1에 도시한 바와 같이 전송선(93)을 통해서 연결되는 실외 제어부(91) 및 실내 제어부(92)에 의해 구성되어 있다. 제어부(90)는 도 2에 도시한 바와 같이, 상술한 각종 센서(95, 96, …)의 검출 신호를 받고, 이들 검출 신호 등에 기초하여 각종 기기(20, 35, 41, 55, 63, 66, 68, …)를 제어한다.

제어부(90)는 기능부로서, 실내 열교환기(50)를 증발기로서 사용하는 냉방 운전을 행하기 위한 냉방 운전 제어부(90a), 실내 열교환기(50)를 응축기로서 사용하는 난방 운전을 행하기 위한 난방 운전 제어부(90b), 냉방 운전이나 난방 운전에 있어서 인젝션 제어를 행하기 위한 인젝션 제어부(90c) 등을 구비하고 있다.

(3) 공기 조화 장치의 동작

이어서, 본 실시 형태에 따른 공기 조화 장치(10)의 동작에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 각종 운전에 있어서의 제어는, 운전 제어 수단으로서 기능하는 제어부(90)에 의해 행해진다.

(3-1) 냉방 운전의 기본 동작

냉방 운전 시에는, 사방 전환 밸브(15)가 도 1의 실선으로 표시되는 상태, 즉, 압축기(20)로부터의 토출 가스 냉매가 실외 열교환기(30)에 흐르고, 또한 흡입 유로(27)가 가스측 폐쇄 밸브(18)에 접속된 상태가 된다. 실외 팽창 밸브(41)는 완전 개방 상태로, 실내 팽창 밸브(42)는 개방도 조절되게 된다. 또한, 폐쇄 밸브(17, 18)는 개방 상태이다.

이 냉매 회로의 상태에 있어서, 압축기(20)로부터 토출된 고압의 가스 냉매는, 사방 전환 밸브(15)를 경유하고, 냉매의 응축기로서 기능하는 실외 열교환기(30)에 보내져, 실외 팬(35)에 의해 공급되는 실외 공기와 열교환을 행하여 냉각된다. 실외 열교환기(30)에서 냉각되어 액화된 고압의 냉매는, 인젝션용 열교환기(64)에서 과냉각 상태가 되고, 액냉매 연락관(13)을 경유해서 각 실내 유닛(12)에 보내진다. 각 실내 유닛(12)에 보내진 냉매는, 실내 팽창 밸브(42)에 의해 각각 감압되어 저압의 기액2상 상태의 냉매가 되고, 냉매의 증발기로서 기능하는 실내 열교환기(50)에서 실내 공기와 열교환을 하여, 증발해서 저압의 가스 냉매가 된다. 그리고, 실내 열교환기(50)에 있어서 가열된 저압의 가스 냉매는, 가스 냉매 연락관(14)을 경유해서 실외 유닛(11)으로 보내지고, 사방 전환 밸브(15)를 경유해서 다시 압축기(20)로 흡입된다. 이와 같이 하여, 실내의 냉방이 행해진다.

실내 유닛(12) 중 일부의 실내 유닛(12)만이 운전되고 있는 경우에는, 정지되어 있는 실내 유닛(12)에 대해서는, 그 실내 팽창 밸브(42)가 정지 개방도(예를 들어, 완전 폐쇄)가 된다. 이 경우, 운전 정지 중인 실내 유닛(12) 내를 냉매가 거의 통과하지 않게 되고, 운전 중인 실내 유닛(12)에 대해서만 냉방 운전이 행해지게 된다.

(3-2) 난방 운전의 기본 동작

난방 운전 시에는 사방 전환 밸브(15)가 도 1의 파선으로 표시되는 상태, 즉, 압축기(20)의 토출측 냉매 배관(29)이 가스측 폐쇄 밸브(18)에 접속되고, 또한 흡입 유로(27)가 실외 열교환기(30)에 접속된 상태가 된다. 실외 팽창 밸브(41) 및 실내 팽창 밸브(42)는 개방도 조절되도록 되어 있다. 또한, 폐쇄 밸브(17, 18)는 개방 상태이다.

이 냉매 회로의 상태에 있어서, 압축기(20)로부터 토출된 고압의 가스 냉매는, 사방 전환 밸브(15) 및 가스 냉매 연락관(14)을 경유하여, 각 실내 유닛(12)에 보내진다. 그리고, 각 실내 유닛(12)에 보내진 고압의 가스 냉매는, 냉매의 응축기로서 기능하는 실내 열교환기(50)에 있어서, 각각 실내 공기와 열교환을 행해서 냉각된 후, 실내 팽창 밸브(42)를 통과하고, 액냉매 연락관(13)을 경유해서 실외 유닛(11)에 보내진다. 냉매가 실내 공기와 열교환을 행해서 냉각될 때, 실내 공기는 가열된다. 실외 유닛(11)에 보내진 고압의 냉매는 인젝션용 열교환기(64)에서 과냉각 상태가 되고, 실외 팽창 밸브(41)에 의해 감압되어서 저압의 기액2상 상태의 냉매가 되어, 냉매의 증발기로서 기능하는 실외 열교환기(30)에 유입된다. 실외 열교환기(30)에 유입된 저압의 기액2상 상태의 냉매는, 실외 팬(35)에 의해 공급되는 실외 공기와 열교환을 행해서 가열되고, 증발해서 저압의 냉매가 된다. 실외 열교환기(30)를 나온 저압의 가스 냉매는, 사방 전환 밸브(15)를 경유해서 다시 압축기(20)에 흡입된다. 이와 같이 하여 실내의 난방이 이루어진다.

(3-3) 각 운전에 있어서의 인젝션 제어

제어부(90)의 기능부 중 하나인 인젝션 제어부(90c)는 냉방 운전이나 난방 운전 시, 운전 능력의 향상이나 압축기(20)의 토출 온도의 저하를 목적으로 하여, 원칙적으로 중간 인젝션 또는 흡입 인젝션을 행한다. 중간 인젝션이란, 응축기로부터 증발기를 향해서 메인 냉매 유로(11a)를 흐르는 냉매의 일부를 분기시키고, 냉매 가스를 중간 인젝션 유로(65)에 의해 압축기(20)의 중간 인젝션 포트(23)에 주입하는 것이다. 흡입 인젝션이란, 응축기로부터 증발기를 향해서 메인 냉매 유로(11a)를 흐르는 냉매의 일부를 분기시키고, 냉매 가스를 흡입 인젝션 유로(67)에 의해 흡입 유로(27)에 주입해서 압축기(20)에 흡입시키는 것이다. 중간 인젝션도 흡입 인젝션도 압축기(20)의 토출 온도를 낮추는 효과를 갖는다. 또한, 중간 인젝션은 운전 능력을 올리는 효과를 더 갖는다. 인젝션 제어부(90c)는 인버터 제어되는 압축기(20)의 회전수(또는 주파수)와, 압축기(20)로부터 토출되어서 토출 온도 센서(95)에 의해 검출되는 냉매의 토출 온도 Tdi에 따라, 중간 인젝션을 행하게 하는 중간 인젝션 제어, 또는 흡입 인젝션을 행하게 하는 흡입 인젝션 제어를 실행한다. 단, 어떤 인젝션 제어도 필요하지 않을 때에는, 이들 인젝션 제어를 멈춘다. 즉, 인젝션 제어부(90c)는 중간 인젝션 제어, 흡입 인젝션 제어 및 인젝션을 전혀 실시하지 않는 비인젝션 제어를 선택적으로 행한다.

도 3에 인젝션 제어부(90c)에 의한 인젝션 제어의 플로우를 도시한다. 먼저 스텝 S1에서는, 압축기(20)의 회전수가 소정의 임계값보다 큰지 작은지를 판단한다. 소정의 임계값은, 예를 들어 상당히 작은 회전수이며, 그것보다 작은 회전수로 설정할 수 없는 값, 또는 그것보다 회전수를 떨어뜨리면 압축기용 모터의 효율이 저하되어버리는 값으로 설정된다.

스텝 S1에 있어서 압축기(20)의 회전수가 임계값 이상이라고 판단되었을 때에는, 중간 인젝션 제어가 행해진다. 중간 인젝션 제어에서는 중간 인젝션 개폐 밸브(66)를 개방 상태로 하고, 흡입 인젝션 개폐 밸브(68)를 폐쇄 상태로 한다. 그리고, 중간 인젝션 제어에서는, 스텝 S2에 있어서, 토출 온도 센서(95)가 검출하고 있는 압축기(20)의 토출 냉매의 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 높은지 여부가 판단된다. 예를 들어, 제1 상한값은 95℃로 설정된다. 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 낮은 경우에는, 스텝 S3에 있어서, 인젝션용 온도 센서(96)가 검출되고 있는 인젝션용 열교환기(64) 하류측의 인젝션용 냉매의 온도 Tsh에 기초하여, 인젝션용 전동 밸브(63)의 개방도 조정이 이루어진다. 인젝션 제어부(90c)는 중간 인젝션되는 가스 냉매가 과열 가스가 되도록, 즉 수℃의 과열도가 설정된 가스 냉매가 중간 인젝션 유로(65)로 흘러가도록, 인젝션용 전동 밸브(63)의 개방도를 제어한다. 이에 의해, 적절한 능력 향상이 도모된다. 한편, 스텝 S2에서 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 높다고 판단된 경우에는, 스텝 S4에 있어서, 압축기(20)의 토출 냉매의 토출 온도 Tdi에 기초하여, 인젝션용 전동 밸브(63)의 개방도가 제어된다. 여기에서는 토출 온도 Tdi가 제1 상한값을 하회하도록, 중간 인젝션시키는 가스 냉매를 적실 수 있는 습기 제어가 행해진다. 즉, 인젝션 제어부(90c)는 중간 인젝션의 냉각 효과를 높이기 위해서, 중간 인젝션되는 가스 냉매가 기액2상의 플래시 가스가 되도록 인젝션용 전동 밸브(63)의 개방도를 제어한다.

스텝 S1에 있어서 압축기(20)의 회전수가 임계값을 하회하고 있을 때에는, 스텝 S5로 이행하고, 압축기(20)의 토출 냉매의 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 높은지 여부가 판단된다. 여기서, 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 낮은 경우에는, 압축기(20)를 냉각할 필요도 없고, 또한 압축기(20)의 회전수를 더욱 작게 하는 것의 장점도 없기 때문에, 중간 인젝션도 흡입 인젝션도 행하게 하지 않는다(도 3의 플로우에서는 설명을 생략). 즉, 중간 인젝션 개폐 밸브(66)도 흡입 인젝션 개폐 밸브(68)도 폐쇄 상태로 한다. 스텝 S5에서 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 높다고 판단된 경우에는, 흡입 인젝션 제어가 행해진다. 흡입 인젝션 제어에서는, 중간 인젝션 개폐 밸브(66)를 폐쇄 상태로 하고, 흡입 인젝션 개폐 밸브(68)를 개방 상태로 한다. 또한, 스텝 S6의 흡입 인젝션 제어에서는, 압축기(20)의 토출 냉매의 토출 온도 Tdi에 기초하여, 인젝션용 전동 밸브(63)의 개방도가 제어된다. 여기에서는, 토출 온도 Tdi가 제1 상한값을 하회하도록, 흡입 인젝션시키는 가스 냉매를 적실 수 있는 습기 제어가 행해진다. 즉, 인젝션 제어부(90c)는 흡입 인젝션의 냉각 효과를 높이기 위해서, 흡입 인젝션되는 가스 냉매가 기액2상의 플래시 가스가 되도록 인젝션용 전동 밸브(63)의 개방도를 제어한다.

또한, 토출 온도 센서(95)에서 검출되는 압축기(20)의 토출 냉매의 토출 온도 Tdi가, 제1 상한값보다 높은 제2 상한값을 상회하면, 압축기(20)의 수하 제어가 시작되어 회전수가 강제적으로 낮아지고, 또한 제2 상한값보다 높은 제3 상한값을 검출 온도 Tdi가 상회하면, 제어부(90)가 압축기(20)의 정지 명령을 내린다.

(4) 공기 조화 장치의 특징

(4-1)

본 실시 형태에 따른 공기 조화 장치(10)에서는, 중간 인젝션 유로(65)와, 흡입 인젝션 유로(67)를 설치함과 함께, 어느 것에 의해 인젝션을 행할지를 전환하는 전환 기구로서, 중간 인젝션 개폐 밸브(66) 및 흡입 인젝션 개폐 밸브(68)를 구비하고 있다. 그리고, 중간 인젝션 상태(중간 인젝션 개폐 밸브(66)가 개방 상태이고, 흡입 인젝션 개폐 밸브(68)가 폐쇄 상태)일 때 중간 인젝션이 이루어지고, 흡입 인젝션 상태(중간 인젝션 개폐 밸브(66)가 폐쇄 상태이고, 흡입 인젝션 개폐 밸브(68)가 개방 상태)일 때 흡입 인젝션이 이루어진다. 그리고, 제어부(90)의 인젝션 제어부(90c)가 외기온이 높을 때의 난방 운전 등, 저부하에서 압축기의 회전수를 억제하고 있을 때로서, 중간 인젝션 제어를 행하면 운전 효율이 악화되어 버리는 경우에, 도 3에 도시하는 스텝 S6과 같은 흡입 인젝션 제어를 행하게 하여, 압축기(20)의 토출 온도를 저하시키고 있다.

이와 같이, 공기 조화 장치(10)에서는, 중간 인젝션 제어와 흡입 인젝션 제어를 구분지어 사용하고 있기 때문에, 압축기(20)의 토출 온도를 저감해서 운전을 계속하게 하면서, 운전 효율의 확보가 가능하게 되어 있다.

(4-2)

본 실시 형태에 따른 공기 조화 장치(10)에서는, 중간 인젝션 유로(65) 또는 흡입 인젝션 유로(67)를 거쳐서 압축기(20)에 흐르게 되는 인젝션용 냉매가, 분기관(62)에 설치된 인젝션용 전동 밸브(63)에서 감압되어 인젝션용 열교환기(64)에서 열교환된 냉매가 된다. 이로 인해, 인젝션용 전동 밸브(63)의 개방도를 조정 제어함으로써, 압축기(20)의 중간압의 냉매 또는 압축기(20)에 흡입되는 저압의 냉매에 합류시키는 인젝션용 냉매를, 스텝 S3과 같이 과열 가스로 하거나, 스텝 S4나 스텝 S6과 같이 플래시 가스로 하는 것이 가능하게 되어 있다.

이에 의해, 통상적으로는 스텝 S3과 같이 과열된 냉매 가스로 중간 인젝션을 행하고, 압축기(20)의 토출 온도가 높아졌을 때 습한 기액2상의 플래시 가스로 냉각 중시의 중간 인젝션을 행하는(스텝 S4) 것이 가능하게 되어 있다.

(4-3)

본 실시 형태에 따른 공기 조화 장치(10)에서는, 토출 온도 센서(95)가 검지한 토출 온도 Tdi가 임계값인 제1 상한값보다 높아지면, 토출 온도 Tdi가 제1 상한값을 하회하도록, 분기관(62)을 흐르는 인젝션용 냉매로 압축기(20)의 온도를 낮추는 것이 바람직하다.

단, 외기온이 높을 때의 난방 운전 등, 열부하가 작고 압축기(20)의 회전수를 작게 내린 운전을 행하고 있을 때, 중간 인젝션을 행하면, 능력이 올라가서 압축기(20)가 토출하는 냉매의 압력(고압)이 올라가 버린다.

이것을 감안하여, 본 실시 형태에 따른 공기 조화 장치(10)에서는, 압축기(20)의 회전수가 임계값보다 낮고(스텝 S1의 "아니오"), 또한 토출 온도 센서(95)가 검지한 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 높을(스텝 S5의 "예") 때, 그때까지 중간 인젝션 제어를 행하고 있었다고 하더라도, 흡입 인젝션 제어로 전환되도록(스텝 S6) 하고 있다. 이에 의해, 저부하인 경우에도, 불필요한 능력 향상을 억제해서 운전 효율을 확보하면서, 흡입 인젝션 제어에 의해 토출 온도 Tdi를 내리는 것이 가능하게 되어 있다.

압축기(20)의 회전수가 임계값보다 낮은 경우에 중간 인젝션 제어를 행하지 않는 이유는, 예를 들어 중간 인젝션을 행하면 압축기(20)의 회전수를 떨어뜨릴 수 있지만, 이미 저회전으로 되어 있는 회전수를 더욱 떨어뜨려 버리면 압축기용 모터의 효율이 악화되어 버리기 때문이다. 또한, 그러한 경우에도, 압축기(20)의 토출 온도 Tdi가 제1 상한값을 초과해서 상승해 가면 압축기(20)의 수하 제어나 정지라는 사태에 빠져버리기 때문에, 흡입 인젝션을 행하고 있다. 또한, 흡입 인젝션은, 중간 인젝션과 마찬가지로 압축기(20)의 토출 온도를 낮춘 작용 효과를 발휘하는 한편, 중간 인젝션과 같이 능력을 올리는 작용은 거의 없기 때문에, 저부하 시에 있어서 불필요한 능력 향상을 행하지 않고 운전 효율을 확보할 수 있다. 특히, 본 실시 형태에 따른 공기 조화 장치(10)에서는 냉매로서 R32를 사용하고 있고, 고저차압이 커지면 고압과 저압의 엔탈피 차도 커져 버리기 때문에, 이러한 흡입 인젝션으로 전환하는 인젝션 제어가 유효하다.

(4-4)

본 실시 형태에 따른 공기 조화 장치(10)에서는, 중간 인젝션 제어를 함으로써, 능력 향상이나 효율 향상을 도모하고 있지만, 계속 운전하기 곤란해지는 레벨까지 압축기(20)의 토출 온도 Tdi가 올라가 버리면, 압축기(20)의 회전수를 강제적으로 내리는 수하 제어나 압축기(20)의 정지를 실시할 필요가 생긴다.

이것을 억제하기 위해서, 공기 조화 장치(10)에서는, 토출 온도 센서(95)의 검지 온도(토출 온도 Tdi)가 제1 상한값보다 높을 때, 인젝션용 온도 센서(96)의 검지 온도가 아닌, 토출 온도 센서(95)의 검지 온도에 기초하여 인젝션용 전동 밸브(63)의 개방도 조정을 행하고 있다(스텝 S4). 그리고, 스텝 S4에서는, 압축기(20)의 토출 온도가 내려가도록, 습기 냉매 가스를 압축기(20)에 중간 인젝션해서 냉각 효과를 높이고 있다. 한편, 토출 온도 센서(95)의 검지 온도(토출 온도 Tdi)가 제1 상한값보다 낮을 때에는, 인젝션용 열교환기(64) 하류측의 인젝션용 온도 센서(96)의 검지 온도에 기초한 인젝션용 전동 밸브(63)의 개방도 조정이 행해져(스텝 S3), 운전 효율의 확보가 도모되고 있다.

(5) 변형예

(5-1) 변형예 A

상기 실시 형태의 공기 조화 장치(10)에서는, 중간 인젝션과 흡입 인젝션을 전환하는 전환 기구로서, 중간 인젝션 개폐 밸브(66) 및 흡입 인젝션 개폐 밸브(68)의 2개의 전자기 밸브를 채용하고 있지만, 이들 대신에 분기관(62), 중간 인젝션 유로(65) 및 흡입 인젝션 유로(67)의 3개의 배관이 교차하는 장소에, 삼방 밸브를 배치해도 좋다.

(5-2) 변형예 B

상기 실시 형태의 공기 조화 장치(10)에서는, 중간 인젝션 유로(65)나 흡입 인젝션 유로(67)에, 메인 냉매 유로(11a)로부터 분기시킨 분기관(62)으로부터 인젝션용 냉매를 공급하는 구성을 취하고 있다. 이 대신에, 도 4에 도시한 바와 같이, 메인 냉매 유로(111a)에 설치된 고압 리시버(180)에 저류되는 냉매의 가스 성분을 바이패스 유로(182)에서 취출하고, 그 바이패스 유로(182)로부터 중간 인젝션 유로(65)나 흡입 인젝션 유로(67)에 인젝션용 냉매를 공급하는 구성을 취할 수도 있다.

변형예 B에 따른 공기 조화 장치(110)는 상기 실시 형태의 공기 조화 장치(10)의 실외 유닛(11)을 실외 유닛(111)으로 치환한 것이다. 실외 유닛(111)은 상기의 실외 유닛(11)으로부터 브리지 회로(70), 고압 리시버(80), 분기관(62), 인젝션용 전동 밸브(63) 및 인젝션용 열교환기(64)를 제거하고, 그 대신에 고압 리시버(180), 바이패스 유로(182) 및 인젝션용 바이패스 전동 밸브(184)를 장착한 것이다. 실외 유닛(111)에 있어서, 실외 유닛(11)과 동일한 부호를 부여한 기기에 대해서는, 상기 실시 형태의 기기와 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.

고압 리시버(180)는 실외 팽창 밸브(41)와 액측 폐쇄 밸브(17)를 연결하는 메인 냉매 유로(111a)의 일부에 설치된 용기이다. 메인 냉매 유로(111a)는 실외 열교환기(30)와 실내 열교환기(50)를 연결하는 액냉매의 주유로이다. 냉방 운전 시에도 난방 운전 시에도 고압의 냉매가 유입하는 고압 리시버(180)는 거기에 저류되는 잉여 냉매의 온도가 비교적 높게 유지되기 때문에, 냉동기유를 포함하는 잉여 냉매가 2층 분리되어 상부에 냉동기유가 모여버린다는 문제가 발생하지 않는다. 고압 리시버(180)의 내부 공간 중 하부에는 액냉매가, 상부에는 가스 냉매가 통상 존재하게 되지만, 그 내부 공간의 상부로부터 압축기(20)를 향해서 바이패스 유로(182)가 연장되어 있다. 바이패스 유로(182)는 고압 리시버(180)의 내부에 저류되는 냉매의 가스 성분을, 압축기(20)로 유도하는 역할을 하는 배관이다. 바이패스 유로(182)에는 개방도 조정이 가능한 인젝션용 바이패스 전동 밸브(184)가 설치되어 있다. 이 인젝션용 바이패스 전동 밸브(184)를 개방함으로써 중간 인젝션 상태(중간 인젝션 개폐 밸브(66)가 개방 상태이고, 흡입 인젝션 개폐 밸브(68)가 폐쇄 상태)일 때에 중간 인젝션이 이루어지고, 흡입 인젝션 상태(중간 인젝션 개폐 밸브(66)가 폐쇄 상태이고, 흡입 인젝션 개폐 밸브(68)가 개방 상태)일 때 흡입 인젝션이 이루어진다.

변형예 B에 따른 공기 조화 장치(110)에서는, 중간 인젝션 유로(65) 또는 흡입 인젝션 유로(67)를 거쳐서 압축기(20)에 흐르게 되는 냉매가, 고압 리시버(180)의 내부에 저류되는 냉매의 가스 성분이 된다. 즉, 고압 리시버(180) 중 냉매의 포화 가스가 압축기(20)에 흐르게 된다. 이 공기 조화 장치(110)에서는, 상기 실시 형태의 공기 조화 장치(10)와 마찬가지로, 중간 인젝션 제어와 흡입 인젝션 제어의 구분 사용이 가능한 것에 더하여, 상기 실시 형태의 인젝션용 열교환기(64)가 불필요해져, 공기 조화 장치(110)의 제조 비용이 작게 억제된다는 특징을 갖는다. 한편, 습기 가스를 인젝션시킬 수 없고, 기본적으로 포화 가스에 의한 인젝션이 되기 때문에, 인젝션의 냉각 효과를 높이는 제어(상기 실시 형태의 스텝 S4와 같은 제어)를 행할 수는 없다.

<제2 실시 형태>

상기의 제1 실시 형태의 공기 조화 장치(10)에서는, 중간 인젝션 유로(65)나 흡입 인젝션 유로(67)에, 메인 냉매 유로(11a)로부터 분기시킨 분기관(62)으로부터 인젝션용 냉매를 공급하는 구성을 취하고 있다. 또한, 제1 실시 형태의 변형예 B의 공기 조화 장치(110)에서는, 메인 냉매 유로(111a)에 설치된 고압 리시버(180)에 저류되는 냉매의 가스 성분을 바이패스 유로(182)에서 취출하고, 그 바이패스 유로(182)로부터 중간 인젝션 유로(65)나 흡입 인젝션 유로(67)에 인젝션용 냉매를 공급하는 구성을 채용하고 있다. 이들 구성 대신에, 분기관(262)에 의한 인젝션도 리시버(280)로부터 연장되는 바이패스 유로(282)에 의한 인젝션도 선택할 수 있도록, 공기 조화 장치를 구성하는 것도 가능하다.

(1) 공기 조화 장치의 구성

제2 실시 형태에 따른 공기 조화 장치는, 냉매로서 R32를 사용하는 상기 제1 실시 형태의 공기 조화 장치(10)의 실외 유닛(11)을 도 5에 도시하는 실외 유닛(211)으로 치환한 것이다. 이하, 제1 실시 형태의 실외 유닛(11)과 중복되는 일부의 부품에 대해서는 동일한 부호를 부여해서 설명을 생략하는 형태로 실외 유닛(211)을 설명한다.

실외 유닛(211)은, 주로 압축기(20)와, 사방 전환 밸브(15)와, 실외 열교환기(30)와, 실외 팽창 밸브(41)와, 브리지 회로(70)와, 고압 리시버(280)와, 제1 인젝션용 전동 밸브(263)와, 인젝션용 열교환기(264)와, 제2 인젝션용 전동 밸브(284)와, 중간 인젝션 개폐 밸브(266)와, 흡입 인젝션 개폐 밸브(268)와, 액측 폐쇄 밸브(17)와, 가스측 폐쇄 밸브(18)를 갖고 있다.

압축기(20), 압축기 부속 용기(28), 흡입 유로(27), 압축기(20)의 토출측 냉매 배관(29), 토출 온도 센서(95), 중간 인젝션 포트(23), 사방 전환 밸브(15), 액측 폐쇄 밸브(17), 가스측 폐쇄 밸브(18), 실외 열교환기(30), 실외 팽창 밸브(41), 실외 팬(35) 및 브리지 회로(70)에 대해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.

고압 리시버(280)는 냉매 저류 탱크로서 기능하는 용기이고, 실외 팽창 밸브(41)와 액측 폐쇄 밸브(17)의 사이에 설치되어 있다. 냉방 운전 시에도 난방 운전 시에도 고압의 냉매가 유입되는 고압 리시버(280)는 거기에 저류되는 잉여 냉매의 온도가 비교적 높게 유지되기 때문에, 냉동기유를 포함하는 잉여 냉매가 2층 분리되어 상부에 냉동기유가 모여 버린다는 문제가 발생하지 않는다. 고압 리시버(280)의 하부로부터 인젝션용 열교환기(264)로 연장되는 리시버 출구 배관에는, 리시버 출구 압력 센서(292)가 배치되어 있다. 리시버 출구 배관은, 후술하는 메인 냉매 유로(211a)의 일부분이다. 리시버 출구 압력 센서(292)는 고압의 액냉매의 압력값(고압값)을 검출하는 센서이다.

고압 리시버(280)의 내부 공간 중 하부에는 액냉매가, 상부에는 가스 냉매가 통상 존재하게 되지만, 그 내부 공간의 상부로부터 압축기(20)를 향해서 바이패스 유로(282)가 연장되어 있다. 바이패스 유로(282)는 고압 리시버(280)의 내부에 저류되는 냉매의 가스 성분을, 압축기(20)로 유도하는 역할을 하는 배관이다. 바이패스 유로(282)에는, 개방도 조정이 가능한 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284)가 설치되어 있다. 이 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284)를 개방하면, 인젝션 공통관(202)을 거쳐서, 후술하는 중간 인젝션 유로(265) 또는 흡입 인젝션 유로(267)로 가스 냉매가 흐른다.

고압 리시버(280)의 출구와 브리지 회로(70)의 출구 역지 밸브(72, 74)의 사이에는, 인젝션용 열교환기(264)가 설치되어 있다. 또한, 고압 리시버(280)의 출구와 인젝션용 열교환기(264)를 연결하는 메인 냉매 유로(211a)의 일부분으로부터는, 분기관(262)이 분기되어 있다. 메인 냉매 유로(211a)는 실외 열교환기(30)와 실내 열교환기(50)를 연결하는 액냉매의 주유로이다.

분기관(262)에는, 개방도 조정이 가능한 제1 인젝션용 전동 밸브(263)가 설치되어 있다. 또한, 분기관(262)은 인젝션용 열교환기(264)의 제2 유로(264b)에 접속되어 있다. 즉, 인젝션용 전동 밸브(263)가 개방되어 있을 때, 메인 냉매 유로(211a)로부터 분기관(262)으로 분기된 냉매는, 제1 인젝션용 전동 밸브(263)에서 감압되어, 인젝션용 열교환기(264)의 제2 유로(264b)에 흐른다.

제1 인젝션용 전동 밸브(263)에서 감압되어 인젝션용 열교환기(264)의 제2 유로(264b)에 흐른 냉매는, 인젝션용 열교환기(264)의 제1 유로(264a)를 흐르는 냉매와 열교환한다. 이 인젝션용 열교환기(264)에서의 열교환의 후, 분기관(262)을 흘러가는 냉매는, 인젝션 공통관(202)을 거쳐서, 후술하는 중간 인젝션 유로(265) 또는 흡입 인젝션 유로(267)에 유입하게 된다. 또한, 분기관(262)의 인젝션용 열교환기(264)의 하류측에는, 인젝션용 열교환기(264)에서의 열교환 후의 냉매의 온도를 검출하는 인젝션용 온도 센서(296)가 설치되어 있다.

인젝션용 열교환기(264)는 이중관 구조를 채용하는 내부 열교환기이고, 그 제1 유로(264a)의 일단부는 고압 리시버(280)의 출구에 접속되어 있으며, 제1 유로(264a)의 타단부는 브리지 회로(70)의 출구 역지 밸브(72, 74)에 접속되어 있다.

인젝션 공통관(202)은 고압 리시버(280)로부터 연장되는 바이패스 유로(282) 및 메인 냉매 유로(211a)로부터 인젝션용 열교환기(264)를 거쳐서 연장되는 분기관(262)의 각 선단과, 중간 인젝션 개폐 밸브(266) 및 흡입 인젝션 개폐 밸브(268)를 연결하는 배관이다. 제1 인젝션용 전동 밸브(263) 및 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284) 중 적어도 하나가 개방되고, 또한 중간 인젝션 개폐 밸브(266) 또는 흡입 인젝션 개폐 밸브(268)가 개방되면, 인젝션 공통관(202)에 냉매가 흐르게 되어, 중간 인젝션 또는 흡입 인젝션이 실시된다.

중간 인젝션 유로(265)는 인젝션 공통관(202)에 접속되어 있는 중간 인젝션 개폐 밸브(266)로부터, 압축기(20)로 연장되어 있다. 구체적으로는, 중간 인젝션 유로(265)의 일단부가 중간 인젝션 개폐 밸브(266)에 접속되고, 중간 인젝션 유로(265)의 타단부가, 압축기(20)의 중간 인젝션 포트(23)에 접속되어 있다.

흡입 인젝션 유로(267)는 인젝션 공통관(202)에 접속되어 있는 흡입 인젝션 개폐 밸브(268)로부터, 흡입 유로(27)로 연장되어 있다. 구체적으로는, 흡입 인젝션 유로(267)의 일단부가 흡입 인젝션 개폐 밸브(268)에 접속되고, 흡입 인젝션 유로(267)의 타단부가, 흡입 유로(27) 중 압축기 부속 용기(28)와 압축기(20)를 연결하는 배관에 접속되어 있다.

중간 인젝션 개폐 밸브(266) 및 흡입 인젝션 개폐 밸브(268)는 개방 상태와 폐쇄 상태가 전환되는 전자기 밸브이다.

(2) 공기 조화 장치의 동작

이어서, 제2 실시 형태에 따른 공기 조화 장치의 동작에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 각종 운전에 있어서의 제어는, 운전 제어 수단으로서 기능하는 실외 유닛(211)의 제어부에 의해 행해진다.

(2-1) 냉방 운전의 기본 동작

냉방 운전 시에는, 사방 전환 밸브(15)가 도 5의 실선으로 표시되는 상태, 즉, 압축기(20)로부터의 토출 가스 냉매가 실외 열교환기(30)에 흐르고, 또한 흡입 유로(27)가 가스측 폐쇄 밸브(18)에 접속된 상태가 된다. 실외 팽창 밸브(41)는 완전 개방 상태로, 실내 팽창 밸브(42)는 개방도 조절되게 된다. 또한, 폐쇄 밸브(17, 18)는 개방 상태이다.

이 냉매 회로의 상태에 있어서, 압축기(20)로부터 토출된 고압의 가스 냉매는, 사방 전환 밸브(15)를 경유하고, 냉매의 응축기로서 기능하는 실외 열교환기(30)에 보내져, 실외 팬(35)에 의해 공급되는 실외 공기와 열교환을 행해서 냉각된다. 실외 열교환기(30)에 있어서 냉각되어 액화된 고압의 냉매는, 인젝션용 열교환기(264)에서 과냉각 상태가 되어, 각 실내 유닛(12)에 보내진다. 각 실내 유닛(12)에서의 동작은, 상기의 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 각 실내 유닛(12)으로부터 실외 유닛(11)으로 되돌아오는 저압의 가스 냉매는, 사방 전환 밸브(15)를 경유해서 다시 압축기(20)로 흡입된다. 기본적으로는, 이와 같이 하여 실내의 냉방이 이루어진다.

(2-2) 난방 운전의 기본 동작

난방 운전 시에는, 사방 전환 밸브(15)가 도 5의 파선으로 표시되는 상태, 즉, 압축기(20)의 토출측 냉매 배관(29)이 가스측 폐쇄 밸브(18)에 접속되고, 또한 흡입 유로(27)가 실외 열교환기(30)에 접속된 상태가 된다. 실외 팽창 밸브(41) 및 실내 팽창 밸브(42)는 개방도 조절되도록 되어 있다. 또한, 폐쇄 밸브(17, 18)는 개방 상태이다.

이 냉매 회로의 상태에 있어서, 압축기(20)로부터 토출된 고압의 가스 냉매는, 사방 전환 밸브(15) 및 가스 냉매 연락관(14)을 경유하여, 각 실내 유닛(12)에 보내진다. 각 실내 유닛(12)에서의 동작은, 상기의 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 다시 실외 유닛(11)으로 되돌아온 고압의 냉매는, 고압 리시버(280)를 거쳐서, 인젝션용 열교환기(264)에서 과냉각 상태가 되고, 실외 팽창 밸브(41)에 흐른다. 실외 팽창 밸브(41)에서 감압되어 저압의 기액2상 상태가 된 냉매는, 증발기로서 기능하는 실외 열교환기(30)로 유입된다. 실외 열교환기(30)로 유입된 저압의 기액2상 상태의 냉매는, 실외 팬(35)에 의해 공급되는 실외 공기와 열교환을 행해서 가열되고, 증발해서 저압의 냉매가 된다. 실외 열교환기(30)를 나온 저압의 가스 냉매는, 사방 전환 밸브(15)를 경유해서 다시 압축기(20)에 흡입된다. 기본적으로는, 이와 같이 하여 실내의 난방이 행해진다.

(2-3) 각 운전에 있어서의 인젝션 제어

제어부는 냉방 운전이나 난방 운전 시, 운전 능력의 향상이나 압축기(20)의 토출 온도의 저하를 목적으로 하여, 원칙으로서 중간 인젝션 또는 흡입 인젝션을 행한다. 중간 인젝션이란, 인젝션용 열교환기(264) 및/또는 고압 리시버(280)로부터 인젝션 공통관(202)으로 흘러온 냉매를, 중간 인젝션 유로(265)에 의해 압축기(20)의 중간 인젝션 포트(23)에 주입하는 것이다. 흡입 인젝션이란, 인젝션용 열교환기(264) 및/또는 고압 리시버(280)로부터 인젝션 공통관(202)으로 흘러온 냉매를, 흡입 인젝션 유로(267)에 의해 흡입 유로(27)에 주입해서 압축기(20)에 흡입시키는 것이다. 중간 인젝션도 흡입 인젝션도 압축기(20)의 토출 온도를 낮추는 효과를 갖는다. 또한, 중간 인젝션은 운전 능력을 올리는 효과를 더 갖는다.

제어부는, 인버터 제어되는 압축기(20)의 회전수(또는 주파수), 압축기(20)로부터 토출되어서 토출 온도 센서(95)에 의해 검출되는 냉매의 토출 온도 Tdi, 인젝션용 열교환기(264) 하류측의 인젝션용 온도 센서(296)에 의해 검출되는 인젝션 냉매 온도 등에 기초하여, 인젝션 제어를 행한다. 구체적으로는, 중간 인젝션을 행하게 하는 중간 인젝션 제어, 또는 흡입 인젝션을 행하게 하는 흡입 인젝션 제어를 실행한다. 또한, 제어부는, 중간 인젝션도 흡입 인젝션도 행해서는 안되는 조건일 때에는, 어느 쪽 인젝션도 행하지 않는 비인젝션 상태에서 운전을 행한다. 다시 말해, 제어부는 중간 인젝션 제어, 흡입 인젝션 제어 및 인젝션을 전혀 실시하지 않는 비인젝션 제어를 선택적으로 행한다.

이어서, 제어부에 의한 인젝션 제어의 플로우를, 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 설명한다.

먼저, 스텝 S21에서는, 압축기(20)의 회전수가 소정의 임계값보다 큰지 작은지를 판단한다. 소정의 임계값은, 예를 들어 상당히 작은 회전수이며, 그것보다 작은 회전수로 설정할 수 없는 값, 또는 그것보다 회전수를 떨어뜨리면 압축기용 모터의 효율이 저하되어버리는 값으로 설정된다.

(2-3-1) 중간 인젝션 제어

스텝 S21에 있어서 압축기(20)의 회전수가 임계값 이상이라고 판단되면, 스텝 S22로 이행하고, 냉방 운전중인지 난방 운전중인지가 판단된다. 여기서 난방 운전중이라면, 주로 고압 리시버(280)로부터 취출한 가스 냉매를 중간 인젝션 유로(265)에 흐르게 하는 중간 인젝션이 실시된다.

(2-3-1-1) 난방시의 중간 인젝션 제어

스텝 S22에서 난방 운전중이라고 판단되면, 스텝 S23으로 이행하고, 토출 온도 센서(95)가 검출하고 있는 압축기(20)의 토출 냉매의 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 높은지 여부가 판단된다. 예를 들어, 제1 상한값은 95℃로 설정된다. 여기서 "아니오"라면, 스텝 S24로 이행하고, 중간 인젝션 개폐 밸브(266)가 개방 상태로 되고, 흡입 인젝션 개폐 밸브(268)가 폐쇄 상태로 된다. 그러한 상태로 이미 되어 있을 때에는, 그러한 상태가 유지된다. 또한, 스텝 S24에서는, 제1 인젝션용 전동 밸브(263) 및 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284) 각각의 개방도가 조정된다. 토출 온도 Tdi가 평상 범위에 있기 때문에, 제1 인젝션용 전동 밸브(263)는 기본적인 난방 운전의 제어에 따라, 고압 리시버(280)를 나와서 메인 냉매 유로(211a)를 흐르는 액냉매에 소정의 과냉각도가 설정되도록, 개방도 조정된다. 또한, 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284)는 고압 리시버(280)의 가스 냉매가 중간 인젝션 유로(265)에 흐르도록, 개방도 조정된다. 한편, 스텝 S23에 있어서, 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 높다고 판단되면, 스텝 S25로 이행한다. 여기에서는, 토출 온도 Tdi를 내릴 필요가 있기 때문에, 그 토출 온도 Tdi에 기초하여, 제1 인젝션용 전동 밸브(263) 및 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284) 각각의 개방도가 조정된다. 구체적으로는, 스텝 S25에서는 빨리 토출 온도 Tdi가 제1 상한값을 하회하도록, 중간 인젝션시키는 가스 냉매를 적실 수 있는 습기 제어가 행해진다. 즉, 중간 인젝션의 냉각 효과를 높이기 위해서, 중간 인젝션되는 가스 냉매가 기액2상의 플래시 가스가 되도록, 제1 인젝션용 전동 밸브(263) 등의 개방도가 조정된다.

(2-3-1-2) 냉방시의 중간 인젝션 제어

스텝 S22에서 냉방 운전중이라고 판단되면, 스텝 S26로 이행하고, 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 높은지 여부가 판단된다. 여기서 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 높으면, 스텝 S27로 이행하고, 중간 인젝션시키는 가스 냉매를 적실 수 있는 습기 제어를 행하기 때문에, 주로 인젝션용 열교환기(264)로부터 중간 인젝션 유로(265)로 냉매를 흐르게 한다. 구체적으로는, 스텝 S27에 있어서, 중간 인젝션 개폐 밸브(266)가 개방 상태로 되고, 흡입 인젝션 개폐 밸브(268)가 폐쇄 상태로 되며, 또한 제1 인젝션용 전동 밸브(263)의 개방도가 토출 온도 Tdi에 기초하여 제어된다. 또한, 스텝 S27에 있어서, 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284)는 필요에 따라서 개방된다. 이 스텝 S27에서는, 인젝션용 열교환기(264)로부터 기액2상의 습기 가스 냉매가 압축기(20)에 중간 인젝션 되기 때문에, 높아져 있는 토출 온도 Tdi가 급격하게 저하되는 것을 기대할 수 있다.

스텝 S26에서, 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 낮고, 토출 온도 Tdi를 내릴 필요가 없다고 판단되면, 고압 리시버(280)로부터의 냉매 및 인젝션용 열교환기(264)로부터의 냉매를 양쪽 모두 사용하여 중간 인젝션이 행해진다. 구체적으로는, 스텝 S28이나 스텝 S29를 거쳐서 스텝 S30으로 이행하고, 중간 인젝션 개폐 밸브(266)가 개방 상태로 되고, 흡입 인젝션 개폐 밸브(268)가 폐쇄 상태로 되며, 또한 제1 인젝션용 전동 밸브(263)의 개방도 및 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284)의 개방도가 조정된다. 스텝 S28에서는, 고압 리시버(280) 출구의 리시버 출구 압력 센서(292)가 검출하는 액냉매의 고압값이 임계값보다 낮은지 여부를 판단한다. 이 임계값은, 공기 조화 장치의 실외 유닛(211)과 실내 유닛(12)의 고저차(설치 장소의 높이 차) 등에 기초하여 초기 설정되어 있는 값이고, 이것보다 고압값이 낮으면 실내 유닛(12)의 실내 팽창 밸브(42)를 통과하기 전에 냉매가 플래시 가스의 상태가 되어 통과음이 커져버리는 값으로 설정되어 있다. 스텝 S28에서 고압값이 임계값보다 낮다고 판단되면, 고압값을 올릴 필요가 있기 때문에, 조금 죄고 있는 상태의 실외 팽창 밸브(41)의 개방도를 증가시키고, 실외 팽창 밸브(41)에서의 감압 정도를 느슨하게 한다. 이에 의해, 고압 리시버(280)의 냉매 가스 성분이 줄어들고, 인젝션 냉매량 전체에서 차지하는 고압 리시버(280)로부터의 가스 냉매량이 감소하여, 고압 리시버(280)로부터의 인젝션 비율이 작아진다. 한편, 스텝 S28에서 고압값이 임계값을 상회하고 있으면, 그대로의 인젝션 비율로 스텝 S30으로 이행한다. 스텝 S30에서는, 상술한 바와 같이 중간 인젝션 개폐 밸브(266)가 개방되고, 고압 리시버(280)로부터 흘러오는 냉매 및 인젝션용 열교환기(264)로부터 흘러오는 냉매의 양쪽이, 중간 인젝션 유로(265)로부터 압축기(20)의 중간 인젝션 포트(23)에 흐른다. 그리고, 스텝 S30에서는, 인젝션용 열교환기(264)의 하류측의 인젝션용 냉매의 온도 Tsh에 기초하여, 인젝션용 전동 밸브(263)의 개방도 조정이 이루어지고, 또한 인젝션 비율에 기초하여, 실외 팽창 밸브(41)의 개방도에 연동해서 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284)의 개방도 조정이 이루어진다.

(2-3-2) 저능력을 유지하기 위한 제어

상술한 스텝 S22 내지 스텝 S30까지는, 스텝 S21에 있어서 압축기(20)의 회전수가 임계값 이상이라고 판단되었을 때의 제어이지만, 아직 압축기(20)의 회전수를 떨어뜨려서 더욱 저능력으로 할 여지가 있기 때문에, 기본적으로는 인젝션에 의한 운전 능력의 향상을 도모한다. 따라서, 흡입 인젝션이 아닌 중간 인젝션이 선택되어 있다.

그러나, 스텝 S21에 있어서 압축기(20)의 회전수가 임계값보다 작아졌다고 판단되면, 그것은 이미 압축기(20)가 저능력으로 떨어진 것을 의미하고, 운전 능력을 올려버리는 것은 유저의 요구에 어긋나게 되기 때문에, 저능력 상태의 압축기(20)를 그대로의 능력으로 유지하는 제어가 행해진다.

(2-3-2-1) 흡입 인젝션 제어

스텝 S21에서 압축기(20)의 회전수가 임계값보다 작다고 판단되면, 스텝 S31로 이행하고, 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 높은지 여부가 판단된다. 여기서 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 높으면, 토출 온도 Tdi를 내릴 필요가 있으므로, 스텝 S33 또는 스텝 S34로 이행하고, 흡입 인젝션이 행해진다.

(2-3-2-1-1) 난방시의 흡입 인젝션 제어

스텝 S31에서 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 높다고 판단되고, 또한 스텝 S32에서 난방 운전중이라고 판단되면, 주로 고압 리시버(280)로부터의 냉매를 흡입 인젝션 유로(267)로부터 흡입 유로(27)에 흐르게 하는 흡입 인젝션이 실시된다. 구체적으로는, 스텝 S33에 있어서, 중간 인젝션 개폐 밸브(266)가 폐쇄 상태로 되고, 흡입 인젝션 개폐 밸브(268)가 개방 상태로 된다. 그리고, 토출 온도 Tdi에 기초하여, 난방 운전에서 고압 리시버(280)에 저류되는 가스 냉매가 많이 흡입 인젝션 유로(267)에 흐르도록 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284)의 개방도가 조정되고, 또한 인젝션용 열교환기(264)로부터 흡입 인젝션 유로(267)에 흐르는 냉매가 플래시 가스가 되도록, 제1 인젝션용 전동 밸브(263)의 개방도가 조정된다.

(2-3-2-1-2) 냉방시의 흡입 인젝션 제어

스텝 S31에서 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 높다고 판단되고, 또한 스텝 S32에서 냉방 운전중이라고 판단되면, 주로 인젝션용 열교환기(264)로부터의 냉매를 흡입 인젝션 유로(267)에 흐르게 하는 흡입 인젝션이 실시된다. 구체적으로는, 스텝 S34에 있어서, 중간 인젝션 개폐 밸브(266)가 폐쇄 상태로 되고, 흡입 인젝션 개폐 밸브(268)가 개방 상태로 된다. 그리고, 토출 온도 Tdi에 기초하여, 인젝션용 열교환기(264)로부터 흡입 인젝션 유로(267)에 흐르는 냉매가 플래시 가스가 되도록, 제1 인젝션용 전동 밸브(263)의 개방도가 조정된다. 또한, 스텝 S34에 있어서, 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284)는 필요에 따라서 개방된다.

(2-3-2-2) 비인젝션 제어

스텝 S31에서, 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 낮고, 토출 온도 Tdi를 내릴 필요가 없다고 판단되면, 비인젝션 상태를 채용하는 선택이 이루어진다. 즉, 토출 온도 Tdi를 저하시키기 위한 흡입 인젝션 및 중간 인젝션도, 운전 능력의 향상을 위한 중간 인젝션도 불필요하며, 그러한 인젝션을 멈추는 것이 바람직하기 때문에, 비인젝션 상태가 채용된다. 제어부는 스텝 S35에 있어서, 중간 인젝션 개폐 밸브(266) 및 흡입 인젝션 개폐 밸브(268)를 폐쇄 상태로 해서, 제1 인젝션용 전동 밸브(263)의 개방도 및 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284)의 개방도를 최소 개방도로 한다. 최소 개방도가 제로일 때에는, 제1 인젝션용 전동 밸브(263)의 개방도 및 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284)는 완전 폐쇄 상태가 된다.

이와 같이, 제2 실시 형태에 따른 공기 조화 장치에서는, 토출 온도 Tdi가 낮기 때문에 흡입 인젝션이나 중간 인젝션에 의해 압축기(20)의 온도를 낮출 필요가 없고, 또한 저능력이 요구되고 있기 때문에 압축기(20)의 회전수가 작아졌을 경우에, 비인젝션 제어를 선택·실행시키고 있다. 이에 의해, 흡입 인젝션 또는 중간 인젝션에 의한 능력 향상 및 운전 효율의 저하가 발생되어 버리는 것이 억제되어, 제2 실시 형태에 따른 공기 조화 장치에서는 운전 효율을 확보하면서 저능력의 요구를 만족시킬 수 있다.

10, 110: 공기 조화 장치(냉동 장치)
11a, 111a: 메인 냉매 유로
20: 압축기
27: 흡입 유로
30: 실외 열교환기(응축기, 증발기)
41: 실외 팽창 밸브(팽창 기구)
42: 실내 팽창 밸브(팽창 기구)
50: 실내 열교환기(증발기, 응축기)
62, 262: 분기관(분기 유로)
63, 263: 인젝션용 전동 밸브(개방도 조정 밸브)
64, 264: 인젝션용 열교환기
65, 265: 중간 인젝션 유로
66, 266: 중간 인젝션 개폐 밸브(전환 기구)
67, 267: 흡입 인젝션 유로
68, 268: 흡입 인젝션 개폐 밸브(전환 기구)
90: 제어부
95: 토출 온도 센서(제1 온도 센서)
96: 인젝션용 온도 센서(제2 온도 센서)
180, 280: 고압 리시버(냉매 저류 탱크)
182, 282: 바이패스 유로

Claims (6)

1. 냉매로서 R32를 사용하는 공기 조화 장치에 있어서,
   흡입 유로(27)로부터 저압의 냉매를 흡입하고, 냉매의 압축을 행해서 고압의 냉매를 토출하는 압축기(20)와,
   상기 압축기로부터 토출된 고압의 냉매를 응축시키는 응축기(30, 50)와,
   상기 응축기를 나온 고압 냉매를 팽창시키는 팽창 기구(42, 41)와,
   상기 팽창 기구에서 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기(50, 30)와,
   상기 응축기로부터 상기 증발기를 향해서 흐르는 냉매의 일부를 상기 압축기로 유도하고, 상기 압축기의 중간압의 냉매에 합류시키는 중간 인젝션 유로(265)와,
   상기 응축기로부터 상기 증발기를 향해서 흐르는 냉매의 일부를 상기 흡입 유로로 유도하고, 상기 압축기에 흡입되는 저압의 냉매에 합류시키는 흡입 인젝션 유로(267)와,
   상기 중간 인젝션 유로에 냉매가 흐르는 중간 인젝션 상태와, 상기 흡입 인젝션 유로에 냉매가 흐르는 흡입 인젝션 상태를 전환하는 전환 기구(266, 268)와,
   상기 응축기와 상기 증발기를 연결하는 메인 냉매 유로(211a)로부터 분기되고, 상기 중간 인젝션 유로(265) 및 상기 흡입 인젝션 유로로 유도하는 분기 유로(262)와,
   상기 분기 유로에 설치되며, 개방도 조정이 가능한 제1 인젝션 개방도 조정 밸브(263)와,
   상기 메인 냉매 유로를 흐르는 냉매와, 상기 제1 인젝션 개방도 조정 밸브의 하류를 흐르는 냉매를 열교환시키는 인젝션용 열교환기(264)와,
   상기 메인 냉매 유로(211a)에 설치된 냉매 저류 탱크(280)와,
   상기 냉매 저류 탱크의 내부에 저류되는 냉매의 가스 성분을 상기 중간 인젝션 유로(265) 및 상기 흡입 인젝션 유로(267)로 유도하는 바이패스 유로(282)와,
   상기 바이패스 유로에 설치되고, 개방도 조정이 가능한 제2 인젝션 개방도 조정 밸브(284)와,
   상기 전환 기구(266, 268), 상기 제1 인젝션 개방도 조정 밸브(263) 및 상기 제2 인젝션 개방도 조정 밸브(284)를 제어하는 제어부를 구비하고,
   상기 제어부는, 상기 압축기의 회전수가 임계값 이상인지 여부를 판단하고(S21), 상기 압축기의 회전수가 상기 임계값 이상인 경우와, 상기 압축기의 회전수가 상기 임계값보다 작은 경우에 상기 제1 인젝션 개방도 조정 밸브(263) 및 상기 제2 인젝션 개방도 조정 밸브(284)의 제어를 변경하는,
   공기 조화 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 압축기의 회전수가 상기 임계값 이상이고 또한 난방 운전(S22)을 행하고 있는 경우에, 상기 냉매 저류 탱크(280)로부터의 냉매가 중간 인젝션 유로(265)에 흐르는 상기 중간 인젝션 상태가 되도록 제어를 행하는,
   공기 조화 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 압축기로부터 토출된 냉매의 온도인 토출 온도를 검지하는 토출 온도 센서(95)를 더 구비하고,
   상기 제어부는, 상기 압축기의 회전수가 상기 임계값 이상이고 또한 냉방 운전(S22)을 행하고 있는 경우에, 상기 토출 온도가 소정의 상한값보다 높은지 여부(S26)에 의해, 상기 인젝션용 열교환기(264)로부터의 냉매가 상기 중간 인젝션 유로(265)에 흐르는 상기 중간 인젝션 상태가 되도록 제어를 행할지, 상기 인젝션용 열교환기(264) 및 상기 냉매 저류 탱크(280)의 양쪽으로부터의 냉매가 상기 중간 인젝션 유로(265)에 흐르는 상기 중간 인젝션 상태가 되도록 제어를 행할지를 결정하는,
   공기 조화 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 압축기의 회전수가 상기 임계값보다 작고 또한 난방 운전(S32)을 행하고 있는 경우에, 상기 냉매 저류 탱크(280)로부터의 냉매가 상기 흡입 인젝션 유로(267)에 흐르는 상기 흡입 인젝션 상태가 되도록 제어하는,
   공기 조화 장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 압축기의 회전수가 상기 임계값보다 작고 또한 냉방 운전(S32)을 행하고 있는 경우에, 상기 인젝션용 열교환기(264)로부터의 냉매가 상기 흡입 인젝션 유로(267)에 흐르는 상기 흡입 인젝션 상태가 되도록 제어하는,
   공기 조화 장치.
6. 제3항에 있어서,
   상기 메인 냉매 유로(211a)에서 상기 냉매 저류 탱크(280)의 출구에 설치되고, 냉매의 고압값을 검출하는 압력 센서(292)를 더 구비하고,
   상기 제어부는, 상기 압축기의 회전수가 상기 임계값 이상이고 또한 냉방 운전(S22)을 행하고 있는 경우에, 상기 토출 온도가 상기 상한값 이하이면 상기 인젝션용 열교환기(264) 및 상기 냉매 저류 탱크(280)의 양쪽으로부터의 냉매가 상기 중간 인젝션 유로(265)에 흐르는 상기 중간 인젝션 상태가 되도록 제어를 행하고, 상기 고압값이 소정의 압력 임계값(S28)보다 낮은 경우에는 상기 팽창 기구의 감압 정도를 느슨하게 하여 상기 중간 인젝션 유로(265)에 흐르는 냉매에서 상기 냉매 저류 탱크(280)로부터의 냉매가 차지하는 비율을 낮추는(S29),
   공기 조화 장치.

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