KR101901540B1 - 공기 조화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 냉방 운전시에 실내 열교환기의 전열 성능을 종래보다도 향상시키는 것이 가능한 공기 조화 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.←일어본에 없음
공기 조화 장치(100)는, 실외 열교환기(3)와 팽창 장치(4) 사이의 냉매 배관을 흐르는 냉매와, 팽창 장치(4)와 실내 열교환기(5) 사이의 냉매 배관을 흐르는 냉매를 열교환시키는 내부 열교환기(20)와, 압력 검출 장치(31)와, 냉방 운전시에 팽창 장치(4)에 유입하는 냉매의 온도를 검출하는 제1 온도 검출 장치(32)와, 냉방 운전시, 압력 검출 장치(31) 및 제1 온도 검출 장치(32)의 검출 결과에 의거하여 팽창 장치(4)의 개방도를 제어하는 구성으로 되어 있는 제어부(51)를 구비한 것이다.

Description

공기 조화 장치{AIR CONDITIONING DEVICE}
본 발명은, 공기 조화 장치에 관한 것으로, 특히, 적어도 냉방 운전 가능한 공기 조화 장치에 관한 것이다.
종래, 실내 열교환기 등의 이용측 열교환기를 증발기로서 기능시키고, 적어도 냉방 운전 가능한 공기 조화 장치가, 여러가지 제안되어 있다. 이와 같은 종래의 공기 조화 장치로서는, 예를 들면 복수의 실내 열교환기를 구비하고, 이들 실내 열교환기를 병렬 접속한 다실형(多室型) 공기 조화 장치도 제안되어 있다(특허 문헌 1 참조). 이 다실형 공기 조화 장치는, 실내 열교환기의 각각에 대응하여 팽창 밸브가 마련되어 있다. 보다 상세하게는, 실외 열교환기와 실내 열교환기를 접속하는 냉매 배관은, 실내 열교환기측이 복수의 분기배관으로 분기(分岐)되어 있다. 또한, 분기배관의 각각에 실내 열교환기가 접속됨에 의해, 실내 열교환기는 병렬 접속되어 있다. 그리고, 실내 열교환기의 각각에 대응하여, 분기배관의 각각에 팽창 밸브가 마련되어 있다.
여기서, 이와 같이 구성된 종래의 다실형 공기 조화 장치는, 실내 열교환기마다 담당하는 공조 부하가 다르다. 즉, 종래의 다실형 공기 조화 장치는, 실내 열교환기마다 내부를 흐르는 냉매의 유량을 다르게 할 필요가 있다. 이 때문에, 종래의 다실형 공기 조화 장치는, 실내 열교환기가 증발기로서 기능하는 냉방 운전시, 각 실내 열교환기를 흐르는 냉매의 과열도(過熱度)가 규정의 범위가 되도록, 각 실내 열교환기에 대응하여 마련된 각 팽창 밸브의 개방도(開度)를 제어하고 있다.
특허 문헌 1 : 일본국 특개소 61-153356호 공보(특허청구의 범위, 제1 도)
상술한 바와 같이, 종래의 다실형 공기 조화 장치는, 냉방 운전시, 과열도를 이용하여 각 실내 열교환기를 흐르는 냉매의 유량을 조정하고 있다. 이 때문에, 냉방 운전시, 종래의 다실형 공기 조화 장치에서는, 각 실내 열교환기의 출구 부근을 흐르는 냉매는, 기액 2상 상태의 냉매와 비교하여 열전달률이 나쁜 가스상의 냉매(과열 가스)가 된다. 따라서 종래의 다실형 공기 조화 장치는, 냉방 운전시, 각 실내 열교환기의 전열(傳熱) 성능이 저하되어 버린다는 과제가 있다.
본 발명은, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 냉방 운전시에 실내 열교환기의 전열 성능을 종래보다도 향상시키는 것이 가능한 공기 조화 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 공기 조화 장치는, 압축기, 제1 열교환기, 팽창 장치, 및 제2 열교환기가 순차적으로 접속되고, 그 속을 냉매가 순환하는 냉동 사이클 회로와, 상기 제1 열교환기와 상기 팽창 장치 사이의 냉매 배관을 흐르는 냉매와, 상기 팽창 장치와 상기 제2 열교환기 사이의 냉매 배관을 흐르는 냉매를 열교환시키는 제3 열교환기와, 상기 제1 열교환기 및 상기 제2 열교환기 중, 응축기로서 기능하는 열교환기를 흐르는 냉매의 온도 및 압력 중의 적어도 하나를 검출하는 검출 장치와, 상기 팽창 장치에 유입하는 냉매의 온도를 검출하는 제1 온도 검출 장치와, 상기 검출 장치 및 상기 제1 온도 검출 장치의 검출 결과에 의거하여 상기 팽창 장치의 개방도를 제어하는 구성으로 되어 있는 제어부를 구비한 것이다.
본 발명에 관한 공기 조화 장치는, 제1 열교환기와 팽창 장치 사이의 냉매 배관을 흐르는 냉매와, 팽창 장치와 제2 열교환기 사이의 냉매 배관을 흐르는 냉매를 열교환시키는 제3 열교환기를 구비하고 있다. 이 때문에, 본 발명에 관한 공기 조화 장치는, 이용측 열교환기로서 복수의 제2 열교환기를 구비한 경우에도, 냉방 운전시, 검출 장치 및 제1 온도 검출 장치의 검출 결과에 의거하여 팽창 장치의 개방도를 제어함에 의해, 제2 열교환기마다 냉방 부하에 걸맞은 양의 냉매를 흘릴 수 있다. 즉, 본 발명에 관한 공기 조화 장치는, 이용측 열교환기로서 복수의 제2 열교환기를 구비한 경우에도, 냉방 운전시, 각 실내 열교환기의 출구 부근을 흐르는 냉매를 가스상(狀)의 냉매로 할 필요가 없다. 따라서 본 발명에 관한 공기 조화 장치는, 냉방 운전시, 실내 열교환기의 전열 성능을 종래보다도 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 공기 조화 장치는, 복수의 제2 열교환기를 구비한 것으로 한정되는 것은 아니고, 1대의 제2 열교환기만을 구비하고 있어도 물론 좋다. 냉방 운전시, 검출 장치 및 제1 온도 검출 장치의 검출 결과에 의거하여 팽창 장치의 개방도를 제어함에 의해, 실내 열교환기의 출구 부근을 흐르는 냉매를 가스상의 냉매로 할 필요가 없어지기 때문에, 실내 열교환기의 전열 성능을 종래보다도 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치의 한 예를 도시하는 구성도.
도 2는 본 발명의 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치의 동작 상태를 설명하기 위한 p-h선도(냉매 압력(p)과 비(比)엔탈피(h)와의 관계도).
도 3은 본 발명의 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치의 다른 한 예를 도시하는 구성도.
실시의 형태.
도 1은, 본 발명의 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치의 한 예를 도시하는 구성도이다.
본 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치(100)는, 압축기(2), 열원측 열교환기인 실외 열교환기(3), 복수의 팽창 장치(4), 및, 이용측 열교환기인 복수의 실내 열교환기(5)가 순차적으로 냉매 배관으로 접속된 냉동 사이클 회로(1)를 구비하고 있다. 즉, 공기 조화 장치(100)는, 실내 열교환기(5)가 증발기로서 기능하고, 실외 열교환기(3)가 응축기로서 기능하는 냉방 운전을 행할 수가 있는 냉동 사이클 회로(1)를 구비하고 있다.
여기서, 실외 열교환기(3)가, 본 발명의 제1 열교환기에 상당한다. 또한, 실내 열교환기(5)가, 본 발명의 제2 열교환기에 상당한다.
압축기(2)는, 냉매를 흡입하고, 그 냉매를 압축하여 고온 고압의 상태로 하는 것이다. 압축기(2)의 종류는 특히 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 레시프로, 로터리, 스크롤 또는 스크류 등의 각종 타입의 압축 기구를 이용하여 압축기(2)를 구성할 수 있다. 압축기(2)는, 인버터에 의해 회전수가 가변으로 제어 가능한 타입의 것으로 구성하면 좋다. 이 압축기(2)의 토출구에는, 실외 열교환기(3)가 접속되어 있다.
실외 열교환기(3)는, 내부를 흐르는 냉매와 실외 공기를 열교환시키는 공기식 열교환기이다. 제1 열교환기로서 공기식 열교환기의 실외 열교환기(3)를 이용하는 경우, 실외 열교환기(3)의 주변에, 열교환 대상인 실외 공기를 실외 열교환기(3)에 공급하는 실외 송풍기(13)을 마련하면 좋다. 이 실외 열교환기(3)는, 복수의 팽창 장치(4)를 통하여, 복수의 실내 열교환기(5)와 접속되어 있다. 또한, 제1 열교환기는, 공기식 열교환기의 실외 열교환기(3)로 한정되는 것이 아니다. 제1 열교환기의 종류는 냉매의 열교환 대상에 응하여 적절히 선택하면 좋고, 물 또는 브라인이 열교환 대상인 경우라면, 수(水) 열교환기로 제1 열교환기를 구성하여도 좋다.
실내 열교환기(5)는, 내부를 흐르는 냉매와 실내 공기를 열교환시키는 공기식 열교환기이다. 제2 열교환기로서 공기식 열교환기의 실내 열교환기(5)를 이용하는 경우, 실내 열교환기(5)의 주변에, 열교환 대상인 실내 공기를 실내 열교환기(5)에 공급하는 실내 송풍기(15)를 마련하면 좋다. 실내 열교환기(5)는, 압축기(2)의 흡입구에 접속되어 있다. 또한, 제2 열교환기는, 공기식 열교환기의 실내 열교환기(5)로 한정되는 것이 아니다. 제2 열교환기의 종류는 냉매의 열교환 대상에 응하여 적절히 선택하면 좋고, 물 또는 브라인이 열교환 대상인 경우라면, 수 열교환기로 제2 열교환기를 구성하여도 좋다. 즉, 제2 열교환기로 냉매와 열교환한 물 또는 브라인을 실내에 공급하여, 실내에 공급하는 물 또는 브라인으로 냉방 등을 행하여도 좋다.
상술한 바와 같이, 본 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치(100)는, 복수의 실내 열교환기(5)를 구비하고 있다. 도 1에서는, 2개의 실내 열교환기(5a, 5b)를 구비하고, 이들 실내 열교환기(5a, 5b) 주변에 실내 송풍기(15a, 15b)를 마련한 예를 나타내고 있다. 상세하게는, 실외 열교환기(3)와 실내 열교환기(5)를 접속하는 냉매 배관은, 실내 열교환기(5)측이 복수(실내 열교환기(5)와 동수)의 분기배관(41)으로 분기되어 있다. 도 1에서는, 실내 열교환기(5a, 5b)에 대응하여, 2개의 분기배관(41a, 41b)으로 분기되어 있다. 그리고, 분기배관(41)의 각각에 실내 열교환기(5)가 접속됨에 의해, 각 실내 열교환기(5)는 병렬 접속되어 있다.
팽창 장치(4)는, 예를 들면 팽창 밸브이고, 냉매를 감압하여 팽창시키는 것이다. 팽창 장치(4)는, 실내 열교환기(5)의 각각에 대응하여 마련되어 있다. 즉, 공기 조화 장치(100)에는, 실내 열교환기(5)와 동수의 팽창 장치(4)가 마련되어 있다. 상세하게는, 팽창 장치(4)는, 실내 열교환기(5)의 각각에 대응하여, 상기한 각 분기배관(41)에 마련되어 있다. 도 1의 경우, 분기배관(41a)에 팽창 장치(4a)가 마련되고, 분기배관(41b)에 팽창 장치(4b)가 마련되어 있다.
또한, 본 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치(100)에는, 실내 열교환기(5)가 응축기로서 기능하고, 실외 열교환기(3)가 증발기로서 기능하는 난방 운전을 실현 가능하게 하기 위해, 예를 들면 4방 밸브인 유로 전환 장치(6)가 냉동 사이클 회로(1)에 마련되어 있다. 이 유로 전환 장치(6)는, 압축기(2)의 토출구의 접속처를 실외 열교환기(3) 또는 실내 열교환기(5)의 일방으로 전환하고, 압축기(2)의 흡입구를 실외 열교환기(3) 또는 실내 열교환기(5)의 타방으로 전환하는 것이다. 압축기(2)의 토출구를 실내 열교환기(5)와 접속시키고, 압축기(2)의 흡입구를 실외 열교환기(3)와 접속시킴에 의해, 냉동 사이클 회로(1)는, 압축기(2), 실내 열교환기(5), 팽창 장치(4) 및 실외 열교환기(3)가 순차적으로 냉매 배관으로 접속된 구성으로 된다. 이에 의해, 공기 조화 장치(100)는, 냉방 운전만이 아니라, 난방 운전을 행하는 것도 가능해진다.
또한, 본 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치(100)는, 실외 열교환기(3)와 팽창 장치(4) 사이의 냉매 배관을 흐르는 냉매와, 팽창 장치(4)와 실내 열교환기(5) 사이의 냉매 배관을 흐르는 냉매를 열교환시키는 내부 열교환기(20)를 구비하고 있다. 내부 열교환기(20)는, 팽창 장치(4)와 마찬가지로, 실내 열교환기(5)의 각각에 대응하여 마련되어 있다. 즉, 공기 조화 장치(100)에는, 실내 열교환기(5)와 동수의 내부 열교환기(20)가 마련되어 있다. 상세하게는, 내부 열교환기(20)는, 실내 열교환기(5)의 각각에 대응하여, 상기한 각 분기배관(41)에 마련되어 있다. 도 1의 경우, 분기배관(41a)에 내부 열교환기(20a)가 마련되고, 분기배관(41b)에 내부 열교환기(20b)가 마련되어 있다.
여기서, 내부 열교환기(20)가, 본 발명의 제3 열교환기에 상당한다.
상술한 바와 같이 구성된 공기 조화 장치(100)에는, 팽창 장치(4a, 4b)의 개방도를 제어하는 제어 장치(50), 및, 그 제어 장치(50)의 팽창 장치(4a, 4b)의 개방도 제어에 이용하는 냉매 온도를 검출하기 위한 각종 검출 장치도 마련되어 있다.
상세하게는, 압축기(2)의 배출측의 배관에는, 압축기(2)로부터 토출된 냉매의 압력(압축기(2)의 토출구로부터 팽창 장치(4)까지의 고압 부분의 압력)을 검출하는 압력 검출 장치(31)가 마련되어 있다. 실외 열교환기(3)와 팽창 장치(4) 사이의 냉매 배관 중, 내부 열교환기(20)와 팽창 장치(4)와의 사이가 되는 냉매 배관에는, 냉방 운전시에 팽창 장치(4)에 유입하는 냉매의 온도를 검출하는 제1 온도 검출 장치(32)가 마련되어 있다. 또한, 팽창 장치(4)와 실내 열교환기(5) 사이의 냉매 배관 중, 팽창 장치(4)와 내부 열교환기(20)와의 사이가 되는 냉매 배관에는, 난방 운전시에 팽창 장치(4)에 유입하는 냉매의 온도를 검출하는 제2 온도 검출 장치(33)가 마련되어 있다.
제1 온도 검출 장치(32) 및 제2 온도 검출 장치(33)는, 팽창 장치(4) 및 내부 열교환기(20)와 마찬가지로, 실내 열교환기(5)의 각각에 대응하여 마련되어 있다. 즉, 공기 조화 장치(100)에는, 실내 열교환기(5)와 동수의 제1 온도 검출 장치(32) 및 제2 온도 검출 장치(33)가 마련되어 있다. 상세하게는, 제1 온도 검출 장치(32) 및 제2 온도 검출 장치(33)는, 실내 열교환기(5)의 각각에 대응하여, 상기한 각 분기배관(41)에 마련되어 있다. 도 1의 경우, 분기배관(41a)에 제1 온도 검출 장치(32a) 및 제2 온도 검출 장치(33a)가 마련되고, 분기배관(41b)에 제1 온도 검출 장치(32b) 및 제2 온도 검출 장치(33b)가 마련되어 있다.
제어 장치(50)는, 제어부(51) 및 연산부(52)를 구비하고 있다.
연산부(52)는, 압력 검출 장치(31)가 검출한 압력치를, 응축기를 흐르는 냉매의 응축 온도로 환산하는 것이다. 또한, 연산부(52)는, 냉방 운전시, 응축 온도와 제1 온도 검출 장치(32)의 검출 온도와의 차(과냉각도)를 산출하는 것이다. 또한, 연산부(52)는, 난방 운전시, 응축 온도와 제2 온도 검출 장치(33)의 검출 온도와의 차(과냉각도)를 산출하는 것이다.
여기서, 압력 검출 장치(31)가, 본 발명의 검출 장치에 상당한다.
제어부(51)는, 냉방 운전시, 압력 검출 장치(31) 및 제1 온도 검출 장치(32)의 검출 결과에 의거하여 각 팽창 장치(4)의 개방도를 제어하고, 난방 운전시, 압력 검출 장치(31) 및 제2 온도 검출 장치(33)의 검출 결과에 의거하여 각 팽창 장치(4)의 개방도를 제어하는 것이다. 상세하게는, 제어부(51)는, 냉방 운전시 및 난방 운전시의 쌍방에서, 과냉각도가 규정의 온도 범위(제어 목표 범위)가 되도록, 각 팽창 장치(4)의 개방도를 제어하는 것이다. 예를 들면, 냉방 운전시, 제어부(51)는, 응축 온도와 제1 온도 검출 장치(32a)의 검출 온도와의 차가 규정의 온도 범위가 되도록 팽창 장치(4a)의 개방도를 제어하고, 응축 온도와 제1 온도 검출 장치(32b)의 검출 온도와의 차가 규정의 온도 범위가 되도록 팽창 장치(4b)의 개방도를 제어한다. 또한, 본 실시의 형태에서는, 제어부(51)는, 압축기(2), 실외 송풍기(13) 및 실내 송풍기(15)의 회전수도 제어하는 구성으로 되어 있다.
또한, 공기 조화 장치(100)가 난방 운전을 행하지 않는 경우, 제2 온도 검출 장치(33)를 마련할 필요는 없다.
이와 같이 구성된 공기 조화 장치(100)에서는, 냉동 사이클 회로(1)를 순환하는 냉매로서, 예를 들면, R32(디플루오로메탄), HFO1234yf(2,3,3,3-테트라플루오로프로펜), HFO1234ze(1,3,3,3-테트라플루오로프로펜), HFO1123(1,1,2-트리플루오로에틸렌) 및 탄화수소 중의 적어도 하나를 포함하는 냉매가 사용된다.
계속해서, 본 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치(100)의 동작에 관해 설명한다.
도 2는, 본 발명의 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치의 동작 상태를 설명하기 위한 p-h선도(냉매 압력(p)과 비(比)엔탈피(h)와의 관계도)이다. 이 도 2에 도시하는 A점∼F점은, 도 1에 도시하는 A점∼F점에서의 냉매의 상태를 나타내고 있다. 또한, 도 2에 도시하는 파선은, 냉방 운전시, 과열도 제어로 각 실내 열교환기에 흐르는 냉매량을 제어하는 종래의 다실형 공기 조화 장치의 냉매 상태를 나타내고 있다. 이하, 도 1 및 도 2를 이용하여, 본 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치(100)의 동작을 설명한다.
[냉방 운전]
(기동시)
냉방 운전에서는, 유로 전환 장치(6) 내의 유로는, 도 1에 실선으로 도시하는 유로가 된다. 이 때문에, 압축기(2)가 기동하면, 냉동 사이클 회로(1) 내의 냉매는, 도 1에 실선 화살표로 도시하는 방향으로 흐르게 된다. 상세하게는, 압축기(2)가 기동하면, 압축기(2)의 흡입구로부터 냉매가 흡입된다. 그리고, 이 냉매는, 고온 고압의 가스상 냉매가 되어, 압축기(2)의 토출구로부터 토출된다(도 2의 A점). 압축기(2)로부터 토출된 고온 고압의 가스상 냉매는, 실외 열교환기(3)에 유입하여 실외 공기에 방열(放熱)하고, 실외 열교환기(3)로부터 유출한다.
실외 열교환기(3)로부터 유출한 냉매는, 내부 열교환기(20a, 20b)에 유입하고, 팽창 장치(4a, 4b)에서 감압되어 저온의 기액 2상 상태가 된 냉매로 냉각된다. 이 때문에, 실외 열교환기(3)로부터 내부 열교환기(20a, 20b)에 유입한 냉매는, 액상 냉매로 되고 내부 열교환기(20a, 20b)로부터 유출되고(도 2의 C점), 팽창 장치(4a, 4b)에 유입한다.
여기서, 공기 조화 장치(100)의 기동시, 냉매가 실외 열교환기(3) 등에 잠들어 있기 때문에(액상 냉매가 되어 고여 있기 때문에), 냉동 사이클 회로(1) 내를 순환하는 냉매량이 적은 상태로 되어 있다. 이와 같은 상태에서는, 실외 열교환기(3)로부터 유출하는 냉매는, 기액 2상 상태가 되기 쉽다(도 2의 B점). 이 때문에, 내부 열교환기(20)를 구비하지 않은 종래의 다실형 공기 조화 장치에서는, 기액 2상 상태의 냉매가 팽창 장치에 유입하게 된다. 따라서 종래의 다실형 공기 조화 장치는, 기동시, 팽창 장치를 흐르는 냉매의 양이 불안정하게 되고, 냉동 사이클의 고압 및 저압이 불안정하게 되어 버린다는 과제가 있다. 또한, 종래의 다실형 공기 조화 장치는, 기동시, 팽창 장치를 흐르는 냉매의 양이 불안정하게 되어, 팽창 장치로부터 소음이 발생하여 버린다는 과제가 있다.
그렇지만, 본 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치(100)는, 실외 열교환기(3)로부터 기액 2상 상태의 냉매가 유출한 경우라도, 이 냉매는 내부 열교환기(20a, 20b)에서 냉각되어, 액상(液狀) 냉매가 되어 팽창 장치(4a, 4b)에 유입한다. 이 때문에, 본 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치(100)는, 기동시, 냉동 사이클의 고압 및 저압이 불안정하게 되어 버리는 것을 방지할 수 있고, 팽창 장치(4a, 4b)로부터 소음이 발생하여 버리는 것을 방지할 수 있다.
팽창 장치(4a, 4b)에 유입한 액상 냉매는, 팽창 장치(4a, 4b)에서 감압되어 저온의 기액 2상 상태가 되고(도 2의 D점), 팽창 장치(4a, 4b)로부터 유출한다. 또한, 팽창 장치(4a, 4b)에서의 냉매의 감압량, 즉, 팽창 장치(4a, 4b)의 개방도는, 상술한 바와 같이, 응축 온도와 제1 온도 검출 장치(32a, 32b)의 검출 온도와의 차가 규정의 온도 범위가 되도록 제어부(51)에 의해 제어된다.
팽창 장치(4a, 4b)로부터 유출한 저온이며 기액 2상 상태의 냉매는, 내부 열교환기(20a, 20b)에 유입한다. 그리고, 이 냉매는, 실외 열교환기(3)로부터 내부 열교환기(20a, 20b)에 유입한 냉매를 냉각한 후(도 2의 E점), 실내 열교환기(5a, 5b)에 유입한다. 실내 열교환기(5a, 5b)에 유입한 냉매는, 실내 공기를 냉각한 후, 실내 열교환기(5a, 5b)로부터 유출한다(도 2의 F점). 실내 열교환기(5a, 5b)로부터 유출한 냉매는, 압축기(2)의 흡입구로부터 흡입되어, 재차 압축기(2)에서 고온 고압의 가스상 냉매로 압축된다.
(안정 운전시)
기동 직후의 과도기가 경과하면, 공기 조화 장치(100)의 냉동 사이클 회로(1)는, 실외 열교환기(3) 등에 잠들어 있던 냉매도 순환하기 시작하여, 안정 상태가 된다. 이 안정 운전시, 본 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치(100)는, 내부 열교환기(20)를 구비하지 않은 종래의 다실형 공기 조화 장치에 대해, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.
하나의 실내 열교환기를 갖는 냉동 사이클 회로에서, 냉방 운전시, 실내 열교환기에 흐르는 냉매의 양을 냉방 부하에 걸맞은 양으로 제어하는 방법으로서는, 과열도 제어에 의해 팽창 장치의 개방도를 제어하는 방법과, 과냉각도 제어에 의해 팽창 장치의 개방도를 제어하는 방법이 생각된다. 과열도 제어란, 증발기로서 기능하는 실내 열교환기를 흐르는 냉매의 과열도(증발 온도-실내 열교환기 출구에서의 냉매 온도)가 규정의 온도 범위가 되도록, 팽창 장치의 개방도를 제어하는 방법이다. 과냉각도 제어란, 응축기로서 기능하는 실외 열교환기를 흐르는 냉매의 과냉각도(응축 온도-실외 열교환기 출구로의 냉매 온도), 즉 팽창 장치에 유입하는 냉매의 과냉각도가 규정의 온도 범위가 되도록, 팽창 장치의 개방도를 제어하는 방법이다.
그렇지만, 다실형 공기 조화 장치의 경우, 실내 열교환기마다 담당하는 공조(空調) 부하(負荷)가 다르다. 즉, 다실형 공기 조화 장치는, 실내 열교환기마다 내부를 흐르는 냉매의 유량을 다르게 하기 때문에, 각 실내 열교환기에 대응하여 마련된 팽창 장치마다 개방도를 제어할 필요가 있다. 이 때, 종래의 다실형 공기 조화 장치는, 과냉각도 제어에 의해 각 팽창 장치의 개방도를 제어하려고 한 경우, 팽창 장치마다 개방도를 다르게 할 수가 없게 된다. 환언하면, 종래의 다실형 공기 조화 장치는, 과냉각도 제어에 의해 각 팽창 장치의 개방도를 제어하려고 한 경우, 각 실내 열교환기의 냉매 유량을 다르게 할 수가 없게 된다. 공통의 과냉각도에 의거하여, 각 팽창 장치의 개방도를 제어하는 것으로 되기 때문이다. 따라서 종래의 다실형 공기 조화 장치는, 과열도 제어에 의해 각 실내 열교환기의 냉매 유량을 제어하고 있다. 그렇지만, 과열도 제어에 의해 각 실내 열교환기의 냉매 유량을 제어하는 경우, 각 실내 열교환기의 출구 부근을 흐르는 냉매는, 기액 2상 상태의 냉매에 비하여 열전달률이 나쁜 가스상의 냉매(과열 가스)가 된다(도 2의 G, H점 참조). 따라서 종래의 다실형 공기 조화 장치는, 냉방 운전시, 각 실내 열교환기의 전열 성능이 저하되어 버린다는 과제가 있다.
한편, 본 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치(100)는, 팽창 장치(4a, 4b)의 각각에 대응하여, 내부 열교환기(20a, 20b)가 마련되어 있다. 이 때문에, 본 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치(100)는, 팽창 장치(4a, 4b)에 유입하는 냉매의 과냉각도를, 팽창 장치(4a, 4b)마다 다르게 할 수 있다. 따라서 본 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치(100)는, 과냉각도 제어에 의해, 팽창 장치(4a, 4b)의 개방도를 독립하여 제어할 수 있다. 과냉각도 제어에 의해 팽창 장치(4a, 4b)의 개방도를 제어하는 경우, 냉동 사이클 회로(1) 내에 충전되어 있는 냉매량을 알고 있으면, 과냉각도의 제어 목표 범위(상술한 규정의 온도 범위)의 설정 범위에 의해, 증발기로서 기능하는 실내 열교환기(5a, 5b)의 출구 부근을 흐르는 냉매의 상태를 임의의 상태로 변경할 수 있다. 따라서 본 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치(100)에서는, 실내 열교환기(5a, 5b)의 출구 부근을 흐르는 냉매를 가스상의 냉매로 할 필요가 없다. 본 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치(100)에서는, 실내 열교환기(5a, 5b)의 출구 부근을 흐르는 냉매(도 2의 F점)를, 예를 들면 포화 증기 상태, 또는, 액(液) 백 하여도 압축기(2)에 지장이 없을 정도의 건조도(예를 들면 건조도 0.9 이상)의 기액 2상 냉매로 하고 있다. 따라서 본 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치(100)는, 실내 열교환기(5a, 5b)의 전열 성능을 종래보다도 향상시킬 수 있다. 즉, 본 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치(100)는, 종래의 다실형 공기 조화 장치보다도, 에너지 절약성이 향상한다.
또한, 이 전열 성능의 향상 효과는, 기동시에서도 얻어지는 것이다.
또한, 종래의 다실형 공기 조화 장치는, 실외 열교환기의 출구로부터 팽창 장치까지의 냉매 배관에, 액상 냉매를 흘리고 있다. 상술한 바와 같이, 기액 2상 상태의 냉매가 팽창 장치에 유입하면, 냉동 사이클의 고압 및 저압이 불안정하게 되어 버린다는 과제, 및, 팽창 장치로부터 소음이 발생해 버린다는 과제가 발생하기 때문이다. 이에 대해, 본 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치(100)는, 내부 열교환기(20)를 구비하고 있기 때문에, 실외 열교환기(3)의 출구로부터 내부 열교환기(20)까지의 냉매 배관에, 액상 냉매를 흘릴 수도 있고, 기액 2상 상태의 냉매를 흘릴 수도 있다.
실외 열교환기(3)의 출구로부터 내부 열교환기(20)까지의 냉매 배관에 액상 냉매를 흘린 상태란, 도 2에서의 B점이 포화액선보다도 좌측(과냉각 액측)으로 빗나간 상태이다. 즉, 실외 열교환기(3)로부터 내부 열교환기(20a, 20b)에 유입한 냉매를 냉각하기 위해 필요한 에너지(도 2의 D점부터 E점)가, 실외 열교환기(3)의 출구로부터 내부 열교환기(20)까지의 냉매 배관에 기액 2상 상태의 냉매가 흐르는 경우와 비교하여, 작아진다. 환언하면, 도 2에서의 E점이 D점에 근접한 상태가 된다. 이 때문에, 본 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치(100)는, 실외 열교환기(3)의 출구로부터 내부 열교환기(20)까지의 냉매 배관에 액상 냉매를 흘림에 의해, 실외 열교환기(3)의 출구로부터 내부 열교환기(20)까지의 냉매 배관에 기액 2상 상태의 냉매가 흐르는 경우와 비교하여, 실내 열교환기(5a, 5b)의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 공기 조화 장치(100)에서, 실외 열교환기(3)의 출구로부터 내부 열교환기(20)까지의 냉매 배관에 기액 2상 상태의 냉매를 흘린 경우, 실외 열교환기의 출구로부터 팽창 장치까지의 냉매 배관에 액상 냉매가 흐르는 종래의 다실형 공기 조화 장치와 비교하여, 냉동 사이클 회로(1)에 충전하는 냉매의 양을 삭감할 수 있다. R32, HFO1234yf, HFO1234ze, HFO1123 및 탄화수소는, 가연성의 냉매이다. 이 때문에, 이들의 냉매를 사용하는 경우에는, 실내에 누설되어 체류하고, 실내에서의 냉매의 체적 농도가 가연(可燃) 농도역에 달하는 것을 방지하고 싶다. 본 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치(100)에서는, 실외 열교환기(3)의 출구로부터 내부 열교환기(20)까지의 냉매 배관에 기액 2상 상태의 냉매를 흘리는 구성으로 함에 의해, 냉동 사이클 회로(1) 내의 냉매의 양을 삭감할 수 있기 때문에, 실내에서의 냉매의 체적 농도가 가연 농도역에 달하는 것을 종래보다도 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 공기 조화 장치(100)에서, 실외 열교환기(3)의 출구로부터 내부 열교환기(20)까지의 냉매 배관에 기액 2상 상태의 냉매를 흘린 경우, 난방 운전시에 필요한 냉매량과 냉방 운전시에 필요한 냉매량과의 차를 작게 할 수 있다. 상세하게는, 다실형 공기 조화 장치의 경우, 일반적으로, 냉동 사이클 회로의 구성 요소 중, 압축기, 유로 전환 장치 및 실외 열교환기가 실내기에 수납된다. 또한, 실내 열교환기 및 팽창 장치가 실내기에 수납된다. 이 때문에, 실외기와 실내기는, 실외 열교환기와 팽창 장치 사이의 냉매 배관, 및, 실내 열교환기와 유로 전환 장치 사이의 냉매 배관에 의해 접속되게 된다.
난방 운전시에 필요한 냉매량과 냉방 운전시에 필요한 냉매량과의 차는, 난방 운전시 및 냉방 운전시에 이들의 냉매 배관에 흐르는 냉매 상태가 다름에 의해 생긴다. 난방 운전의 경우, 실외 열교환기와 팽창 장치 사이의 냉매 배관, 및, 실내 열교환기와 유로 전환 장치 사이의 냉매 배관에는, 가스상 냉매가 흐른다. 냉방 운전의 경우, 종래의 다실형 공기 조화 장치에서는, 실외 열교환기와 팽창 장치 사이의 냉매 배관에는 액상 냉매가 흐르고, 실내 열교환기와 유로 전환 장치 사이의 냉매 배관에는 가스상 냉매가 흐른다. 따라서 종래의 다실형 공기 조화 장치에서는, 난방 운전시에 필요한 냉매량과 냉방 운전시에 필요한 냉매량과의 차가 커지기 때문에, 난방 운전시에 냉매를 저류(貯留)하기 위해, 냉동 사이클 회로에 어큐뮬레이터 또는 리시버를 설치할 필요가 있다. 한편, 냉방 운전의 경우, 본 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치(100)에서는, 실외 열교환기(3)와 팽창 장치(4)(상세하게는 내부 열교환기(20)) 사이의 냉매 배관에 기액 2상 상태의 냉매를 흘릴 수 있고, 실내 열교환기(5)와 유로 전환 장치(6) 사이의 냉매 배관에는 가스상 냉매 또는 기액 2상 상태의 냉매가 흐른다. 즉, 본 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치(100)에서는, 실외 열교환기(3)와 팽창 장치(4)(상세하게는 내부 열교환기(20)) 사이의 냉매 배관에 흐르는 냉매의 일부가 가스상 냉매가 된다. 이 때문에, 본 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치(100)에서는, 난방 운전시에 필요한 냉매량과 냉방 운전시에 필요한 냉매량과의 차를 작게 할 수 있다. 따라서 본 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치(100)에서는, 종래의 다실형 공기 조화 장치에 마련되어 있던 어큐뮬레이터 또는 리시버를 삭제할 수 있다. 즉, 공기 조화 장치(100)를 종래보다도 컴팩트한 공기 조화 장치로 할 수 있다.
[난방 운전]
난방 운전에서는, 유로 전환 장치(6) 내의 유로는, 도 1에 파선으로 도시하는 유로가 된다. 이 때문에, 압축기(2)가 기동하면, 냉동 사이클 회로(1) 내의 냉매는, 도 1에 파선 화살표로 나타내는 방향으로 흐르게 된다. 상세하게는, 압축기(2)가 기동하면, 압축기(2)의 흡입구로부터 냉매가 흡입된다. 그리고, 이 냉매는, 고온 고압의 가스상 냉매가 되어, 압축기(2)의 토출구로부터 토출된다. 압축기(2)로부터 토출된 고온 고압의 가스상 냉매는, 실내 열교환기(5a, 5b)에 유입하여 실내 공기를 가열하고, 기액 2상 상태 또는 액상태의 냉매가 되어 실내 열교환기(5a, 5b)로부터 유출한다.
실내 열교환기(5a, 5b)로부터 유출한 냉매는, 내부 열교환기(20a, 20b)에 유입하고, 팽창 장치(4a, 4b)에서 감압되어 저온의 기액 2상 상태가 된 냉매로 냉각된다. 이 때문에, 실내 열교환기(5a, 5b)로부터 내부 열교환기(20a, 20b)에 유입한 냉매는, 액상 냉매가 되어 내부 열교환기(20a, 20b)로부터 유출하고, 팽창 장치(4a, 4b)에 유입한다.
팽창 장치(4a, 4b)에 유입한 액상 냉매는, 팽창 장치(4a, 4b)에서 감압되어 저온의 기액 2상 상태가 되어, 팽창 장치(4a, 4b)로부터 유출한다. 또한, 팽창 장치(4a, 4b)에서의 냉매의 감압량, 즉, 팽창 장치(4a, 4b)의 개방도는, 상술한 바와 같이, 응축 온도와 제2 온도 검출 장치(33a, 33b)의 검출 온도와의 차가 규정의 온도 범위가 되도록 제어부(51)에 의해 제어된다.
팽창 장치(4a, 4b)로부터 유출한 저온이며 기액 2상 상태는, 내부 열교환기(20a, 20b)에 유입한다. 그리고, 이 냉매는, 실내 열교환기(5a, 5b)로부터 내부 열교환기(20a, 20b)에 유입한 냉매를 냉각한 후, 실외 열교환기(3)에 유입한다. 실외 열교환기(3)에 유입한 냉매는, 실외 공기로부터 흡열하여 증발한 후, 실외 열교환기(3)로부터 유출한다. 실외 열교환기(3)로부터 유출한 냉매는, 압축기(2)의 흡입구로부터 흡입되어, 재차 압축기(2)에서 고온 고압의 가스상 냉매로 압축된다.
또한, 상술한 공기 조화 장치(100)는, 어디까지나 한 예이다. 예를 들면 도 3과 같이, 공기 조화 장치(100)를 구성하여도 좋다.
도 3은, 본 발명의 실시의 형태에 관한 공기 조화 장치의 다른 한 예를 도시하는 구성도이다.
도 1에 도시한 공기 조화 장치(100)에서는, 압력 검출 장치(31)로 본 발명의 검출 장치를 구성하였다. 도 3에 도시하는 공기 조화 장치(100)에서는, 제3 온도 검출 장치(34) 및 제4 온도 검출 장치(35)로 검출 장치를 구성하고 있다. 상세하게는, 제3 온도 검출 장치(34)는, 실외 열교환기(3)의 예를 들면 중앙부에 마련되고, 냉방 운전시에 실외 열교환기(3)를 흐르는 냉매의 응축 온도를 검출한다. 즉, 제3 온도 검출 장치(34)는, 냉방 운전시의 검출 장치로 되어 있다. 또한, 제4 온도 검출 장치(35)는, 실내 열교환기(5)의 예를 들면 중앙부에 마련되고, 난방 운전시에 실내 열교환기(5)를 흐르는 냉매의 응축 온도를 검출한다. 즉, 제4 온도 검출 장치(35)는, 난방 운전시의 검출 장치로 되어 있다. 도 3에서는, 실내 열교환기(5a, 5b)에 대응하여, 2개의 제4 온도 검출 장치(35a, 35b)가 마련되어 있다. 또한, 검출 장치로서, 압력 검출 장치(31)와 제3 온도 검출 장치(34) 및 제4 온도 검출 장치(35)의 쌍방을 마련하여도 물론 좋다.
또한, 도 1 및 도 3에서는, 2개의 실내 열교환기(5)를 갖는 공기 조화 장치(100)에 관해 설명하였지만, 공기 조화 장치(100)에 3개 이상의 실내 열교환기(5)를 마련하여도 물론 좋다. 이와 같이 공기 조화 장치(100)를 구성하여도, 상술한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 1 및 도 3에서는, 공기 조화 장치(100)의 예로서 다실형 공기 조화 장치를 설명하였지만, 공기 조화 장치(100)는, 적어도 하나의 실내 열교환기(5)를 구비하고 있으면 된다. 하나의 실내 열교환기(5)만을 구비한 공기 조화 장치(100)에서도, 과열도 제어로 팽창 장치의 개방도를 제어하는 종래의 공기 조화 장치와 비교하여, 실내 열교환기(5)의 전열 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 1개의 실내 열교환기(5)만을 구비한 공기 조화 장치(100)에서도, 기동시, 냉동 사이클의 고압 및 저압이 불안정하게 되어 버리는 것을 방지할 수 있고, 팽창 장치(4a, 4b)로부터 소음이 발생하여 버리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 하나의 실내 열교환기(5)만을 구비한 공기 조화 장치(100)에서도, 난방 운전시에 필요한 냉매량과 냉방 운전시에 필요한 냉매량과의 차를 작게 할 수가 있어서, 어큐뮬레이터 또는 리시버를 삭제할 수 있다.
1 : 냉동 사이클 회로
2 : 압축기
3 : 실외 열교환기(제1 열교환기)
4(4a, 4b) : 팽창 장치
5(5a, 5b) : 실내 열교환기(제2 열교환기)
6 : 유로 전환 장치
13 : 실외 송풍기
15(15a, 15b) : 실내 송풍기
20(20a, 20b) : 내부 열교환기(제3 열교환기)
31 : 압력 검출 장치
32(32a, 32b) : 제1 온도 검출 장치
33(33a, 33b) : 제2 온도 검출 장치
34 : 제3 온도 검출 장치
35(35a, 35b) : 제4 온도 검출 장치
41(41a, 41b) : 분기배관
50 : 제어 장치
51 : 제어부
52 : 연산부
100 : 공기 조화 장치

Claims (5)

  1. 압축기, 제1 열교환기, 팽창 장치, 및 제2 열교환기가 순차적으로 접속되고, 그 속을 냉매가 순환하는 냉동 사이클 회로와,
    상기 제1 열교환기와 상기 팽창 장치 사이의 냉매 배관을 흐르는 냉매와, 상기 팽창 장치와 상기 제2 열교환기 사이의 냉매 배관을 흐르는 냉매를 열교환시키는 제3 열교환기와,
    상기 제1 열교환기 및 상기 제2 열교환기 중, 응축기로서 기능하는 열교환기를 흐르는 냉매의 온도 및 압력 중의 적어도 하나를 검출하는 검출 장치와,
    상기 팽창 장치에 유입하는 냉매의 온도를 검출하는 제1 온도 검출 장치와,
    상기 검출 장치 및 상기 제1 온도 검출 장치의 검출 결과에 의거하여 상기 팽창 장치의 개방도를 제어하는 구성으로 되어 있는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 검출 장치의 검출치로부터 구해진 상기 응축기를 흐르는 냉매의 응축 온도와, 상기 제1 온도 검출 장치의 검출 온도와의 차가 규정의 온도 범위가 되도록, 상기 팽창 장치의 개방도를 제어하는 구성인 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 열교환기를 복수 구비하고,
    이들 상기 제2 열교환기는, 상기 제1 열교환기와 상기 압축기 사이에 병설 접속되고,
    상기 팽창 장치 및 상기 제3 열교환기는, 상기 제2 열교환기의 각각에 대응하여 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 열교환기가 증발기로서 기능하는 냉방 운전시,
    상기 제1 열교환기로부터 기액 2상 상태의 냉매가 유출하고,
    그 기액 2상 상태의 냉매는, 상기 제3 열교환기에서 냉각되어, 액상태의 냉매가 되어 상기 팽창 장치에 유입하는 구성인 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 압축기의 토출구의 접속처를 상기 제1 열교환기 또는 상기 제2 열교환기의 일방으로 전환하고, 상기 압축기의 흡입구를 상기 제1 열교환기 또는 상기 제2 열교환기의 타방으로 전환하는 유로 전환 장치와,
    상기 팽창 장치와 상기 제2 열교환기 사이의 냉매 배관 중, 상기 팽창 장치와 상기 제3 열교환기와의 사이가 되는 냉매 배관을 흐르는 냉매의 온도를 검출하는 제2 온도 검출 장치를 구비하고,
    상기 제2 열교환기가 응축기로서 기능하는 난방 운전시,
    상기 제어부는, 상기 검출 장치 및 상기 제2 온도 검출 장치의 검출 결과에 의거하여 상기 팽창 장치의 개방도를 제어하는 구성인 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉동 사이클 회로를 순환하는 냉매는, R32, HFO1234yf, HFO1234ze, HFO1123 및 탄화수소 중의 적어도 하나를 포함하는 냉매인 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
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