KR19990023142A - 냉동공조장치 및 냉동공조장치의 냉매조성을 구하는 방법 - Google Patents

냉동공조장치 및 냉동공조장치의 냉매조성을 구하는 방법 Download PDF

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다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시
미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

비공비혼합냉매를 사용한 냉동공조장치에 관한 것으로서, 3종류 이상의 냉매를 혼합해서 이루어지는 비공비혼합냉매의 순환조성을 저렴하고 또한 정밀도 좋게 검지하고, 사이클내의 순환조성이 변화해도 신뢰성이 높고 또한 효율좋게 운전을 실행하는 비공비혼합냉매를 사용한 냉동공조장치를 제공하기 위해, 압축기, 응축기, 감압장치, 증발기를 적어도 갖고, 3종류이상의 비공비혼합냉매를 포함한 냉매를 순환시키는 냉동공조장치에 있어서, 냉매의 온도와 압력을 검출해서 1개 또는 여러개의 비공비혼합냉매의 성분조성간의 간계를 얻음과 동시에 미리 설정된 비공비혼합냉매의 성분조성간의 관계를 이용해서 상기 냉동사이클을 순환하는 냉매의 순환조성을 결정하는 조성검지수단을 구비한 것으로 하였다.
이와 같이 하는 것에 의해, 냉동사이클내를 순환하는 냉매조성을 정밀도좋게 검출할 수 있고, 신뢰성이 높고 또한 효율좋게 운전을 실행할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

냉동공조장치 및 냉동공조장치의 냉매조성을 구하는 방법
본 발명은 비공비혼합냉매를 사용한 냉동공조장치에 관한 것으로서, 특히 3종류이상의 냉매를 혼합해서 이루어지는 비공비혼합냉매를 사용한 냉동사이클내를 순환하는 냉매조성을 정밀도좋게 검출하고, 신뢰성이 높고 또한 효율좋게 운전을 실행하는 냉동공조장치에 관한 것이다.
우선, 비공비혼합냉매를 사용한 냉동공조장치의 사이클내를 순환하는 냉매조성의 특징을 설명한다. 도 15는 2종류의 냉매를 혼합한 비공비혼합냉매의 특성을 도시한 기액(氣液)평형선도로서, 종축이 온도, 횡축이 순환조성(저비등점성분의 조성비)을 나타내고, 파라미터가 압력이다. 비공비 2종혼합냉매에서는 도 15와 같이 압력에 의해서 포화증기선, 포화액선이 결정된다. 포화증기선보다 상측은 과열증기상태를, 포화액선보다 하측은 과냉각상태를, 포화증기선과 포화액선으로 둘러싸인 영역은 기액2상 상태를 나타낸다. 도 15에 있어서, Z는 냉동사이클내의 순환조성을 나타내고, 점1은 압축기출구부, 점2는 응축기출구부, 점3은 증발기입구부, 점4는 압축기입구부를 나타낸다.
일반적으로, 비공비혼합냉매를 사용한 냉동사이클에서는 사이클내를 순환하는 냉매조성과 사이클에 충전된 냉매조성은 반드시 일치하는 것은 아니다. 이것은 도 15의 점A로 나타낸 냉동사이클의 기액2상부에서는 액조성(liquid composition)은 순환조성Z보다 작은 X로 되고, 기액조성은 순환조성보다 큰 Y로 되기 때문이다. 특히, 증발기출구와 압축기입구 사이의 배관에 어큐뮬레이터가 설치된 사이클에서는 이 어큐뮬레이터에 액냉매가 저장되면, 순환조성은 충전조성보다 저비등점성분이 증가하는 경향을 나타낸다. 이것은 충전조성보다 저비등점성분이 적은(고비등점성분이 많다) 액냉매가 어큐뮬레이터내에 저장되기 때문이다.
또, 냉동사이클의 냉매가 외부로 누설된 경우에도 사이클내의 순환조성은 변화한다. 예를 들면 도 15의 점A로 표시한 기액2상부에서의 액냉매누설이 발생되면, 순환조성보다 작은 조성X의 냉매가 누설되게 되고, 순환조성은 커지는 경향을 나타낸다. 한편, 기액2상부에서 증기냉매가 누설되면, 순환조성보다 큰 조성Y의 냉매가 누설되게 되고, 순환조성은 작아지는 경향을 나타낸다. 이와 같이, 비공비혼합냉매를 사용한 사이클에서는 사이클의 운전상황이나 냉매누설 등에 의해서 사이클내를 순환하는 냉매조성은 크게 변화한다.
사이클내의 순환조성이 변화하면 도 15에서도 알 수 있는 바와 같이 냉매의 압력과 포화온도의 관계가 변화함과 동시에, 냉각능력도 대폭으로 변화한다. 따라서, 사이클을 안정하고 또한 소정의 능력을 발휘할 수 있도록 하기 위해서는 사이클내의 순환조성을 정확하게 검출하고, 압축기의 회전수나 감압장치의 열림정도(開度) 등을 순환조성에 따라서 최적으로 제어할 필요가 있다.
도 16은 예를 들면 일본국 특허공고공보 평성5-24417호에 개시된 종래의 비공비혼합냉매를 사용한 냉동공조장치의 구성을 도시한 도면이다. 도면에 있어서, (1)은 압축기, (2)는 응축기, (33)은 리시버, (3)은 감압장치, (4)는 증발기이며, 이들은 배관에 의해 순차 접속되어 냉동사이클을 구성하고, 냉매로서 고비등점성분과 저비등점성분으로 이루어지는 비공비 2종 혼합냉매를 사용하고 있다. 또, 응축기(2) 출구의 리시버(33)에는 온도검출기(34)와 압력검출기(35)가 마련되어 있고, 이들 신호는 조성연산기(10)에 입력되고 있다.
상기와 같이 구성된 종래의 비공비혼합냉매를 사용한 냉동공조장치에서는 압축기(1)에서 압축된 고온고압의 비공비혼합냉매의 증기는 응축기(2)에 의해 응축액화하고, 리시버(33)에 유입된다. 이 액냉매는 감압장치(3)을 통해서 저온저압의 기액2상냉매로 되어 증발기(4)에 유입되고 증발해서 재차 압축기(1)로 되돌아간다. 사이클내의 순환조성은 조성연산기(10)내에서 온도검출기(34)와 압력검출기(35)에 의해서 검지된 리시버(33)에 유입된 액냉매의 온도와 압력정보에 의해서 검출된다. 즉, 충전한 비공비2종 혼합냉매의 종류와 압력검출기(35)에 의해서 검지된 압력PH에서 도 17에 도시한 바와 같은 기액평형선도가 얻어진다. 리시버(33)내의 냉매의 상태를 포화액으로 가정하면, 도 17과 같이 온도검출기(34)에 의해서 검지된 온도TH와 포화액선의 교점에서 사이클내의 순환조성Z를 검출할 수 있다.
이 순환조성 검지원리를 확장하면, 비공비2종 혼합냉매인 경우에는 냉매건조도X(=냉매증기질량유량/전체냉매유량)와 이 건조도X의 냉매의 온도와 압력을 알 수 있으면, 순환조성을 검출할 수 있다. 즉, 비공비2종 혼합냉매에 있어서는 압력P가 일정한 상태하에서는 건조도X=1로 되는 포화증기선 및 건조도X=0으로 되는 포화액선도 포함해서, 건조도X에 있어서의 냉매의 온도와 순환조성Z 사이에는 도 18의 종래의 2종 혼합냉매의 순환조성 검지원리를 도시한 도면의 1점쇄선으로 표시한 바와 같은 관계가 존재한다. 따라서, 이 관계를 이용하면, 포화증기 및 포화액도 포함한 기액2상 상태의 냉매의 압력, 온도, 건조도를 알 수 있으면, 사이클내의 순환조성은 검출할 수 있게 된다.
그러나, 이 방법은 2종류의 냉매를 혼합한 2종 혼합냉매에는 적용할 수 있지만, 3종류이상의 냉매를 혼합한 혼합냉매에는 적용할 수 없다. 2종 혼합냉매의 경우에는 제1 성분의 조성Z1을 알 수 있으면, 제2 성분의 조성Z2는 (1-Z1)로서 결정되는 것에 반해, 3종 혼합냉매인 경우에는 제1 성분의 조성Z1만을 알고 있어도 제2 성분의 조성Z2와 제3 성분의 조성Z3의 조합은 무한정 있고 이 때문에 전체의 조성을 결정할 수 없다.
이것을 도 19에 도시한 3종 혼합냉매의 기액평형선도에 따라 설명한다. 도 19는 압력P가 일정하고 온도T도 일정한 상태하에서의 3종 혼합냉매의 기액평형선도로서, 횡축은 제1 성분의 조성Z1, 종축은 제2 성분의 조성Z2를 나타낸다. 도면중의 2개의 실선은 포화증기선과 포화액선을 나타내고, 포화증기선보다 상측은 과열증기상태를, 포화액선보다 하측은 과냉각상태를, 포화증기선과 포화액선으로 둘러싸인 영역은 기액2상 상태를 나타낸다. 도면중의 1점쇄선은 기액2상 상태로서 건조도X가 일정한 상태를 나타내고 있다. 이 도면에서도 알 수 있는 바와 같이, 3종 혼합냉매인 경우에는 기액2상 상태의 냉매의 압력P, 온도T, 건조도X를 알고 있어도 순환조성은 도면중의 1점쇄선상에 존재하는 것을 알 수 있을 뿐이며, 순환조성을 결정하는 즉, 순환조성의 제1 성분, 제2성분의 조성을 결정하는 것은 불가능하다. 또한, 3종 혼합냉매인 경우에는 제1 성분의 조성Z1과 제2 성분의 조성Z2를 알 수 있으면, 나머지 제3 성분의 조성Z3은 (1-Z1-Z2)에서 일의적으로 결정된다.
이 비공비 3종 혼합냉매의 종래의 순환조성 검지법으로서는 예를 들면 일본국 특허공개공보 평성8-261576호에 개시된 방법이 있다. 도 20은 이 종래의 비공비3종 혼합냉매를 사용한 냉동공조장치의 구성도로서, 도면에 있어서 (1)은 압축기, (2)는 응축기, (3)은 감압장치, (4)는 증발기, (5)는 어큐뮬레이터이고, 이들은 배관에 의해 순차 접속되어 냉동사이클을 구성하고, 냉매로서 비등점이 다른 3종류의 냉매로 이루어지는 비공비3종 혼합냉매를 사용하고 있다. 또, (41)은 응축기(2)의 출구와 어큐뮬레이터(5) 사이의 바이패스배관이고, 이 배관의 도중에는 모세관(42)가 마련되어 있다. 또, 압축기(1)의 흡입배관에는 온도검출기(43)과 압력검출기(46)이 마련되어 있고, 또, 바이패스배관(41)의 모세관(42)의 전후에는 온도검출기(44), (45)가 마련되어 있다. 이들 3개의 온도검출기(43), (44), (45) 및 압력검출기(46)의 신호는 조성연산기(10)에 입력되어 있다.
상기와 같이 구성된 종래의 비공비 혼합냉매를 사용한 냉동공조장치의 순환조성 검지원리를 설명한다. 어큐뮬레이터(5)내는 압력P1에 있어서의 포화상태이고, 이 상부에는 조성y1/y2/y3의 3종 혼합냉매의 포화증기가 존재하고, 하부에는 조성x1/x2/x3의 포화액이 존재한다. 이 때의 사이클내의 순환조성은 y1/y2/y3과 동일하고, 이 순환조성을 3개의 온도검출기(43), (44), (45) 및 1개의 압력검출기(46)의 신호에 따라 연산한다. 우선, 온도검출기(43)과 압력검출기(46)에서 어큐뮬레이터(5)내의 온도T1과 압력P1을 검출한다. 이 온도T1, 압력P1의 포화 증기조성(vapor composition)은 도 21의 3종 혼합냉매의 기액평형선도의 실선으로 표시한 포화증기선상에 있고, 순환조성도 이 포화증기선상에 존재한다는 것을 알 수 있다.
다음에, 온도검출기(44), (45)에서 바이패스배관(41)의 모세관(42)의 입구온도T2와 출구온도T3을 검출한다. 모세관부에서는 등(等)엔탈피변화를 하므로, 모세관(42) 전후의 엔탈피는 동일하고, 모세관(42)의 입구온도T2에서 이 부분의 엔탈피를 알 수 있다. 따라서, 모세관(42)의 출구부의 기액2상냉매의 온도, 압력, 엔탈피는 그 양을 미리 알고 있는 것(이하, 단지 기지량(旣知量)이라 한다)으로 되어 냉매건조도X3을 구할 수 있다. 즉, 모세관출구부의 기액2상냉매의 온도T3, 압력P1, 건조도X3이 기지량으로 된다. 3종 혼합냉매의 기액평형선도인 도 22는 온도T3, 압력P1에 있어서의 건조도X3의 기액2상냉매의 조성을 점선으로 표시하고 있고, 순환조성도 이 점선상에 존재하는 것을 알 수 있다.
이상으로부터 순환조성은 도 21에 도시한 온도T1, 압력P1의 포화증기선상에 존재하고, 또한 3종 혼합냉매의 기액평형선도인 도 22에 도시한 온도T3, 압력P1에 있어서의 건조도X3이 일정선상에 존재하는 것을 알 수 있다. 따라서, 3종 혼합냉매의 순환조성 검지원리를 도시한 도면인 도 23에 도시한 바와 같이, 이 2개의 도면을 중첩하여 이 2개의 곡선의 교점으로서 순환조성의 제1 성분y1과 제2 성분y2를 결정할 수 있고, 제3 성분y3은 (1-y1-y2)로서 구해지고 순환조성y1/y2/y3을 결정할 수 있다.
그러나, 이와 같은 순환조성 검지법에서는 3개의 온도검출기와 1개의 압력검출기가 필요하고, 또한 도 23에서도 알 수 있는 바와 같이 온도T1, 압력P1의 포화증기선의 기울기와 온도T3, 압력P1에 있어서의 건조도X3의 일정선의 기울기의 차는 원리적으로 매우 작고, 순환조성을 이 2개의 곡선의 교점으로서 구하기 위해서는 2개의 곡선을 정확하게 동정(identify)하는 것이 필요하게 된다. 즉, 이 2개의 곡선을 정확하게 동정하기 위해서는 고정밀도인 3개의 온도검출기와 1개의 압력검출기가 필요하게 되어 장치가 고가인 것으로 된다는 결점을 갖고 있었다. 또, 통상의 냉동공조장치에서 사용되고 있는 정밀도의 온도검출기나 압력검출기를 사용한 경우에는 2개의 곡선의 오차가 크게 되고, 결과로서 이 교점으로서 구해지는 순환조성에도 큰 오차가 포함되어 냉동공조장치를 안정하고 또한 신뢰성이 높게 운전할 수 없다는 등의 문제점이 있었다.
상기와 같은 종래의 비공비혼합냉매를 사용한 냉동공조장치에서는 2종 혼합냉매의 순환조성은 검지할 수 있지만, 3종류이상의 혼합냉매의 순환조성은 검지할 수 없는 것이 대부분이었다. 또, 일부에는 3종 혼합냉매의 순환조성을 검지할 수 있는 것도 제안되고 있었지만, 필요로 하는 센서의 수가 많고, 또 그 센서에는 높은 정밀도가 요구되므로 장치가 고가인 것으로 된다는 결점을 갖고 있었다. 또, 통상의 냉동공조장치에서 사용되고 있는 정밀도의 온도검출기나 압력검출기를 사용한 경우에는 검지되는 순환조성에는 큰 오차가 포함되어 냉동공조장치를 안정하고 또한 신뢰성이 높게 운전할 수 없다는등의 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기의 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 3종류 이상의 냉매를 혼합해서 이루어지는 비공비혼합냉매의 순환조성을 저렴하고 또한 정밀도 좋게 검지하고, 사이클내의 순환조성이 변화해도 신뢰성이 높고 또한 효율좋게 운전을 실행하는 비공비혼합냉매를 사용한 냉동공조장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예를 도시한 냉매회로구성도,
도 2는 R32/R125/R134a의 순환조성변화를 도시한 도면,
도 3은 순환조성 검지수단의 동작을 도시한 도면,
도 4는 순환조성 검지원리를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 순환조성 검지흐름도,
도 6은 냉매액온도, 엔탈피 및 조성의 관계를 도시한 도면,
도 7은 엔탈피와 압력, 건조도 및 조성의 관계를 도시한 도면,
도 8은 2상냉매온도와 압력, 건조도 및 조성의 관계를 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 순환조성 검지흐름도,
도 10은 온도와 압력, 건조도 및 조성의 관계를 도시한 도면,
도 11은 R32/R125/R134a의 기액평형조성을 도시한 도면,
도 12는 R32/R125/R134a의 기액평형조성을 도시한 도면,
도 13은 기액평형조성에서 동정한 R32와 R125의 조성관계식을 도시한 도면,
도 14는 R32와 R125의 조성관계식의 비교도,
도 15는 종래의 비공비혼합냉매를 사용한 냉동공조장치의 동작을 도시한 도면,
도 16은 종래의 비공비2종 혼합냉매의 냉매회로구성도,
도 17은 종래의 2종 혼합냉매의 순환조성 검지원리를 도시한 도면,
도 18은 종래의 2종 혼합냉매의 순환조성 검지원리를 도시한 도면,
도 19는 3종 혼합냉매의 기액평형선도,
도 20은 종래의 비공비 3종 혼합냉매의 냉매회로구성도,
도 21은 3종 혼합냉매의 기액평형선도,
도 22는 3종 혼합냉매의 기액평형선도,
도 23은 종래의 3종 혼합냉매의 순환조성 검지원리를 도시한 도면.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 압축기 2 : 응축기
3 : 감압장치 4 : 증발기
20 : 조성검지수단
본 발명의 제1 발명에 관한 냉동공조장치는 압축기, 응축기, 감압장치, 증발기를 적어도 갖고, 3종류이상의 비공비혼합냉매를 포함한 냉매를 순환시키는 냉동공조장치에 있어서, 냉매의 온도와 압력을 검출해서 1개 또는 여러개의 비공비혼합냉매의 성분조성간의 간계를 얻음과 동시에 미리 설정된 비공비혼합냉매의 성분조성간의 관계를 이용해서 상기 냉동사이클을 순환하는 냉매의 순환조성을 결정하는 조성검지수단을 구비한 것이다.
본 발명의 제2 발명에 관한 냉동공조장치에 있어서의 미리 설정된 비공비혼합냉매의 조성비의 관계는 실험 또는 시뮬레이션에서 얻어지는 순환조성정보에서 구해진 것이다.
본 발명의 제3 발명에 관한 냉동공조장치에 있어서의 미리 설정된 비공비혼합냉매의 조성비의 관계는 충전조성 및 충전조성과 동일한 액조성과 평형을 이룬 증기조성, 충전조성과 동일한 증기조성과 평형을 이루는액조성 등 기액평형조성의 정보에서 구해진 것이다.
본 발명의 제4 발명에 관한 비공비혼합냉매를 사용한 냉동공조장치는 R32와 R125와 R134a의 3종류의 냉매로 이루어지는 비공비혼합냉매를 사용한 것이다.
본 발명의 제5 발명에 관한 냉동공조장치는 압축기, 응축기, 감압장치, 증발기를 적어도 갖고, N종류(N≥3)의 비공비혼합냉매를 포함한 냉매를 순환시키는 냉동공조장치에 있어서, 비공비혼합냉매의 제1 성분과 제j(2≤j≤N-1)성분간의 적어도 (N-2)개의 조성관계식을 사용해서 순환조성을 결정하는 것이다.
본 발명의 제6 발명에 관한 냉동공조장치는 실험 또는 시뮬레이션에서 얻어지는 순환조성정보에 따라 비공비혼합냉매의 제1 성분과 제j(2≤j≤N-1)성분간의 적어도 (N-2)개의 조성관계식을 사용해서 설정한 것이다.
본 발명의 제7 발명에 관한 냉동공조장치는 충전조성 및 충전조성과 동일한 액조성과 평형을 이루는 증기조성, 충전조성과 동일한 증기조성과 평형을 이루는 액조성등 기액평형조성의 정보에 따라 비공비혼합냉매의 제1 성분과 제j(2≤j≤N-1)성분간의 적어도 (N-2)개의 조성관계식을 설정한 것이다.
본 발명의 제8 발명에 관한 냉동공조장치의 냉매조성을 구하는 방법은 압축기, 응축기, 감압장치, 증발기를 적어도 갖고, 3종류이상의 비공비혼합냉매를 포함한 냉매를 순환시킴과 동시에 냉매의 순환조성을 검출하는 조성검지수단을 구비한 냉동공조장치에 있어서, 고압의 액냉매의 온도와 고압의 액냉매를 등엔탈피팽창시킨 저압의 기액2상냉매의 온도 및 압력을 입력하는 스텝, 비공비혼합냉매의 1개의 성분의 조성을 가정하는 스텝, 비공비혼합냉매의 조성을 가정한 성분과 다른 1개의 성분간의 조성의 관계를 이용해서 다른 순환조성을 가정하는 스텝, 순환조성의 가정값과 고압의 액냉매온도를 이용해서 고압액냉매의 엔탈피를 산출하는 스텝 및 기액2상냉매의 온도, 압력 및 고압액냉매엔탈피에 따라 순환조성을 연산하고 순환조성의 가정값과 비교하는 스텝을 구비한 것이다.
본 발명의 제9 발명에 관한 냉동공조장치의 냉매조성을 구하는 방법은 압축기, 응축기, 감압장치, 증발기를 적어도 갖고, 3종류이상의 비공비혼합냉매를 포함한 냉매를 순환시킴과 동시에 냉매의 순환조성을 검출하는 조성검지수단을 구비한 냉동공조장치에 있어서, 고압의 액냉매의 온도, 고압의 액냉매를 등엔탈피팽창시킨 저압의 기액2상냉매의 온도 및 압력을 입력하는 스텝, 고압의 액냉매온도를 이용해서 고압냉매의 엔탈피를 산출하는 스텝, 기액2상냉매의 온도, 압력 및 고압액냉매엔탈피에 따라 비공비혼합냉매의 1개의 성분의 조성을 산출하는 스텝 및 비공비혼합냉매의 조성을 산출한 성분과 다른 1개의 성분간의 조성의 관계를 이용해서 다른 성분의 조성을 구하는 스텝을 구비한 것이다.
실시예 1
도 1은 본 발명의 실시예의 1예를 도시한 냉매회로도로서, 종래장치와 마찬가지의 부분은 동일부호를 붙인다. 도면에 있어서, (1)은 압축기, (2)는 응축기, (3)은 감압장치, (4)는 증발기, (5)는 어큐뮬레이터이고, 이들은 배관에 의해 순차 접속되어 냉동사이클을 구성하고, 냉매로서 예를 들면 R32와 R125와 R134a로 이루어지는 비공비 3종 혼합냉매(충전조성은 R32가 23wt%, R125가 25wt%, R134a가 52wt%이다)를 사용하고 있다. 또, (20)은 조성검지수단으로서, 예를 들면 일본국특허공개공보 평성8-75280호에 기재된 방법을 사용하고 있다. (11)은 압축기(1)의 토출배관과 흡입배관을 우회하는 바이패스(bypass)배관으로서, 이 배관의 도중에는 모세관(12)가 마련되어 있다. (13)은 바이패스배관(11)의 고압측에서 모세관(12)로 유입하는 비공비혼합냉매를 냉각하는 열교환기로서, 바이패스배관(11)의 저압측과의 2중관 열교환기로 구성되어 있다. 또, 모세관(12)의 출구부에는 온도검출기(21)과 압력검출기(22)가, 모세관입구부에는 온도검출기(23)이 마련되어 있고, 이들의 신호는 마이크로컴퓨터를 사용한 조성연산기(10)에 입력되어 연산되어 있다.
다음에, 비공비 3종혼합냉매R32/R125/R134a가 조성23wt%/25wt%/52wt%로 충전된 냉동사이클의 순환조성의 실측결과의 1예를 순환조성변화를 도시한 도 2에 나타낸다. 도 2는 어큐뮬레이터(5)에 저장하는 액상냉매량을 변화시키거나 사이클에서 증기냉매나 액상냉매를 누설시켰을때의 순환조성을 색층분석(chromatograph)을 이용해서 측정한 결과의 1예를 도시한 도면으로서, 횡축이 R32의 순환조성을 나타내고, 종축이 R125(도면중 ○, △점) 및 R134a(도면중 ●, ▲점)의 순환조성을 나타낸다. 충전조성이 23wt%/25wt%/52wt%에 반해 순환조성은 11wt%/15wt%/74wt%에서 33wt%/33wt%/34wt%정도까지 크게 변화한다. 또, R32의 순환조성과 R125의 순환조성 사이에는 도면중 점선A로 표시한 일정한 관계가 거의 성립한다는 것을 알 수 있다. 즉, 이 점선A로 표시한 관계식을 사용하는 경우, R32의 순환조성Z1만을 검출하면, 점선A의 관계식에서 R125의 순환조성Z2를 결정할 수 있고, R134a의 순환조성Z3은 (1-Z1-Z2)에서 구해지는 것에 의해 R32/R125/R134a의 순환조성을 결정할 수 있다.
본 발명은 냉매의 온도와 압력을 검출해서 1종류의 냉매의 조성비 또는 여러 종류의 비공비혼합냉매의 냉매조성비의 관계를 얻음과 동시에, 도 2와 같이 비공비혼합냉매의 조성비의 관계는 실험 또는 시뮬레이션에서 얻어지는 순환조성정보에서 구해지고 미리 설정되므로, 이 데이타를 사용해서 2개의 곡선의 교점을 구하는 것만으로 냉동사이클을 순환하는 냉매의 순환조성을 결정할 수 있어 신뢰성이 높은 순환조성에 관한 데이타를 정밀도좋게 간단하고 또한 저렴하게 사용할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 의한 3종 혼합냉매R32/R125/R134a의 순환조성 검지원리를 설명한다. 도 1에 도시한 순환조성 검지수단의 동작을 도 3에 도시한 압력-에탈피선도를 사용해서 설명한다. 바이패스배관(11)에 유입된 압축기(1)의 토출냉매의 일부(도면중 A점)는 이중관 열교환기(13)에 의해 냉각되어 액화하고(도면중 B점), 모세관(12)에 의해 감압되어 저압의 기액2상냉매로 된다(도면중 C점). 이 2상냉매는 이중관 열교환기(13)에 의해 가열되고 증발해서 압축기(1)의 흡입배관에 합류한다(도면중 D점). B점의 모세관입구부의 냉매온도T2는 온도검출기(23)에 의해 검출되고, 이 온도에서 이 점의 엔탈피H2를 알 수 있다. 모세관부에서의 냉매의 변화는 등엔탈피변화이므로 C점의 모세관출구부의 엔탈피도 H2와 동일하다. C점의 모세관출구부의 압력P1은 압력검출기(22)에 의해 검출되고, 이 압력P1및 엔탈피H2에서 이 점의 건조도X1(=냉매증기질량유량/전체냉매질량유량)을 알 수 있다. 즉, 2개의 온도검출기(21), (23) 및 1개의 압력검출기(22)의 정보에서 모세관출구부의 기액2상냉매의 온도T1, 압력P1및 건조도X1을 검출할 수 있다.
도 4에는 순환조성 검지원리를 도시하고 있고, 온도T1, 압력P1에서의 R32/R125/R134a의 기액평형상태를 도시한 것으로서, 종축이 R125의 조성, 횡축이 R32의 조성이다. 도면중 2개의 실선은 각각 포화증기선 및 포화액선을 나타내고, 이 2개의 곡선 사이에 위치한 영역은 기액2상상태를 나타낸다. 또, 도면중의 일점쇄선은 건조도X1이 일정한 기액2상상태를 나타낸 곡선이다. 조성검지수단(20)에서 검출된 모세관(12) 출구부의 기액2상냉매의 온도T1, 압력P1및 건조도X1의 정보에서 사이클내의 순환조성은 도 4의 일점쇄선상에 존재하는 것을 알 수 있다. 또한, 상술한 연산은 검출된 온도나 압력에서 조성연산기(10)에 있어서 마이크로컴퓨터의 기억수단에 기억된 냉매의 물성에서 엔탈피 등을 구할 수 있다.
한편, 도 4중의 점선은 도 2에 도시한 R32/R125/R134a의 순환조성정보에서 얻어진 R32와 R125의 조성관계식을 나타낸 것으로서, 순환조성은 이 점선상에 존재하게 된다. 따라서, R32의 순환조성Z1과 R125의 순환조성Z2는 도 4에 도시한 일점쇄선과 점선의 교점으로서 결정되고, R134a의 순환조성Z3은 (1-Z1-Z2)에서 구해지고, E32/R125/R134a의 순환조성을 결정할 수 있다.
또한, 도 4는 3종류의 조성비에 따른 냉매의 물성값에서 정해지는 도면으로서, 예를 들면 종축, 횡축모두 0-1의 비로 나타내므로 즉 횡축은 R125만이 0이고, 종축은 R32만이 0이며, 우측상반부의 삼각형 영역에 파괴가 존재하지 않고 결과로서 좌측하반부의 영역의 도면으로 되어 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 온도T1, 압력P1에 있어서의 건조도X1의 일정선(도 4중 일점쇄선)과 R32와 R125의 조성관계식(도 4중 점선)은 그 곡선 기울기가 크게 다르고, 도 23에 도시한 종래의 방법에 비해 곡선의 교점을 정하는 것이 용이하다. 즉, 각 곡선을 결정하는데에 필요한 온도검출기나 압력검출기는 특별히 고정밀도인 것을 사용하지 않아도 정밀도좋게 순환조성을 결정할 수 있다. 또, 필요한 센서는 2개의 온도검출기와 1개의 압력검출기뿐이므로, 종래의 방법에 비해 센서의 수는 적어도 좋고 또 필요로 하는 정밀도도 높지 않으므로 장치가 저렴하게 된다는 이점이 있다.
또한, 본 실시예에서는 조성연산기의 마이크로컴퓨터내에 기억된 R32와 R125의 조성관계식을 사용해서 순환조성을 결정하는 방법을 설명했지만, R32와 R134a의 조성관계식 또는 R125와 R134a의 조성관계식을 사용해도 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다. 또, 이상의 설명은 특정 냉매를 예로 들어 설명했지만, 3종류 이상의 비공비혼합냉매의 조합을 포함한 혼합냉매이면 어떠한 냉매를 사용해도 좋은 것은 당연하다. 본 실시예에서는 3종 혼합냉매인 경우에 대해서 설명했지만, 4종 혼합냉매 등 3종류 이상의 냉매를 혼합해서 이루어지는 비공비 혼합냉매라도 조성관계식을 사용하는 것에 의해 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다. 예를 들면, 4종 혼합냉매인 경우에는 제1 성분과 제2 성분의 조성관계식 및 제1 성분과 제3 성분의 조성관계식을 사용하는 것에 의해, 2종 혼합냉매와 마찬가지의 취급에 의해 간단히 순환조성을 검출할 수 있다.
또, 본 실시예에서는 조성검지수단(20)내의 모세관(12) 출구부의 기액2상냉매의 온도와 압력, 건조도정보에서 순환조성을 결정하는 방법을 설명했지만 이것에 한정되는 것은 아니고, 포화증기상태나 포화액상태를 포함한 사이클내의 기액2상상태의 냉매의 온도와 압력, 건조도정보에서 순환조성이 존재하는 곡선을 구하고, 이 곡선과 조성관계식의 교점에서 순환조성을 결정하도록 해도 좋다. 상기 설명에서는 바이패스관에 모세관을 설치하고 이 전후의 온도와 압력에서 순환조성이 존재하는 곡선을 구하는 예를 설명했지만, 에를 들면 LEV인 감압장치(3)의 전후, 냉방과 난방에서 다르지만 상류측의 온도와 하류측의 온도 및 압력을 검출해도 좋다. 또는 하류측에 있어서의 응축기출구나 증발기출구의 온도, 압력을 이용해도 좋다.
일반적으로, 순환조성이 변화하면 열특성값이 변화한다. 예를 들면 액체가 어큐뮬레이터에 과다하게 저장되어 순환조성이 변화하면, 압력에 대한 포화온도가 변화하고 응축온도를 일정하게 제어할 수 없어 열교환기의 능력이 저하하고 난방운전의 능력이 저하한다.
특히, 실내기를 여러개 동시에 운전할 수 있는 멀티시스템을 제어하는 냉동사이클인 경우, 응축온도나 증발온도를 일정하게 제어하는 것이 중요하고, 또한 이것에 따라 과열(superheat)제어 등이 실행된다. 본 발명은 이와 같은 멀티구성에 있어서도 순환조성을 정밀도 좋게 검출할 수 있어 냉동장치의 소기의 성능을 안정하게 확보할 수 있고, 어떠한 모드의 운전을 실행하는 경우에도 신뢰성이 높은 운전을 실행할 수 있다. 또한, 상기의 설명에서는 R32/R125/R134a의 순환조성에 있어서 각 비공비 혼합냉매의 성분조성간의 관계에 대해서 기술했지만, 이것에 한정되지 않는 것은 당연하다. 예를 들면, 지구온난화로의 영향이나 냉동사이클, 특히 열교환기의 성능향상 등을 고려해서 여러가지의 냉매의 조합, R32/R134a/R290, R32/R134a/R600a, R32/R125/R134a/R290, R32/R125/R134a/R143a, R32/R125/R134a/R600a 등이 있을 수 있고, R32/R125/R134a의 순환조성으로서 충전조성23/25/52wt%의 설명에 대해 25/15/60wt%의 성분조성간 등의 관계도 있을 수 있다.
실시예 2
도 5는 본 발명의 실시예의 다른 예를 도시한 순환조성 검지흐름도이다. 조성연산기(10)의 동작이 개시되면, 우선 스텝S1에서는 조성검지수단(20)내의 온도검출기(21), (23) 및 압력검출기(22)에서 각각 모세관출구온도T1, 모세관입구온도T2 및 모세관출구압력P1을 조성연산기(10)에 페치한다. 다음에, 스텝S2에서는 R32/R125/R134a의 순환조성 중 R32의 순환조성Z1을 가정한다. 스텝S3에서는 도 2 또는 도 4에 도시한 R32와 R125의 조성관계식을 Z2=a·Z1+b(a, b는 정수)로 근사하고, 스텝S2에서 가정한 R32의 순환조성을 사용해서 R125의 순환조성Z2를 산출하고, 또 R134a의 순환조성Z3을 (1-Z1-Z2)에서 산출한다. 스텝S4에서는 입력된 모세관입구온도T2와 순환조성Z1/Z2/Z3에서 모세관(12)입구부의 냉매엔탈피를 산출한다. 즉, 액상냉매의 온도와 조성과 엔탈피에는 그의 관계를 도시한 도면인 도 6에 도시한 바와 같은 관계가 있으며 이 관계를 미리
H2=f1(T2, Z1, Z2, Z3)
로 해서 조성연산기(10)에 기억시켜 두면, 이 관계식을 사용해서 모세관입구부의 온도T2와 순환조성Z1/Z2/Z3에서 모세관입구부의 엔탈피H2를 산출할 수 있다. 스텝S5에서는 모세관(12)출구압력P1과 스텝S4에서 구한 엔탈피H2및 순환조성가정값Z1/Z2/Z3에서 모세관출구부의 냉매건조도X1을 산출한다. 즉, 비공비 혼합냉매의 압력과 엔탈피, 조성, 건조도에는 도 7에 도시한 바와 같은 관계가 있으며, 이 관계를 미리
X1=f2(P1, H2, Z1, Z2, Z3)
로 해서 조성연산기(10)에 기억시켜 두면, 이 관계식을 사용해서 모세관(12)출구부의 냉매건조도X1을 산출할 수 있다. 또, 스텝S6에서는 모세관(12)출구부의 온도T1과 압력P1및 건조도X1에서 R32의 순환조성Z1*을 산출한다. 즉, 기액2상상태의 비공비 혼합냉매에서는 압력과 온도, 건조도, 조성에는 도 8에 도시한 바와 같은 관계가 있으며, 이 관계를 미리
Z1*=f3(T1, P1, X1)
로 해서 조성연산기(10)에 기억시켜 두면, 이 관계식을 사용해서 모세관출구부의 온도T1, 압력P1, 건조도X1에서 R32의 순환조성Z1*을 산출할 수 있다. 스텝S7에서는 이 R32의 순환조성Z1*과 스텝S2에서 가정한 R32의 순환조성Z1을 비교하고 소정의 범위내에서 이들이 일치하면, 순환조성은 Z1/Z2/Z3으로 구해진다. 양자가 일치하지 않으면, 스텝S8에서 R32의 순환조성을 다시 가정하고 재차 스텝S3으로 되돌아가 상기 계산을 실행하고 양자가 소정의 범위내에서 일치할때까지 계산을 속행한다.
또한, S7에 있어서의 정밀도를 저하시키지 않고 계산의 반복을 적게 하는 범위인 소정의 범위내에서 이들이 일치하고 있으면 순환조성을 결정할 수 있지만, 만약 이 범위에서 벗어나 있으면, 예를 들면 R32의 순환조성Z1*과 스텝S2에서 가정한 R32의 순환조성Z1과의 평균값, 즉 양자를 더해서 2로 나눈 값을 새로운 Z1의 가정값으로서 계산을 속행하면 좋다. 도7, 도 8에 있어서의 P1', P1는 P1과의 대소관계를 나타낸 것이다. 본 발명에 의하면, R32와 R125의 조성관계식을 사용하는 것에 의해서 자유도가 2개 있는 3종 혼합냉매의 순환조성의 결정을 R32의 조성만으로 실행할 수 있고, 2종 혼합냉매와 마찬가지의 비교적 간단한 검지알고리듬에 의해 순환조성을 검지할 수 있다.
상기 연산은 검출한 입력신호와 마이크로컴퓨터내의 기억장치에 기억되어 설정된 데이타를 연산처리장치 등을 사용해서 연산하는 것에 의해 용이하게 구할 수 있다.
또한, 상기 설명에서는 R32과 R125의 조성관계식을 사용하는 것에 의해서 자유도가 2개 있는 3종 혼합냉매의 순환조성의 결정을 R32의 조성만으로 실행할 수 있고, 2종 혼합냉매와 마찬가지의 비교적 간단한 검지알고리듬에 의해 순환조성을 검지할 수 있다고 하였지만, 이것은 어떠한 냉매에 의해서도 좋으며, 또 상기 이외의 냉매에 의해서도 마찬가지이다.
실시예 3
도 9는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 순환조성 검지흐름도이다. 조성연산기(10)의 동작이 개시되면, 우선 스텝S11에서는 조성검지수단(20)내의 온도검출기(21), (23) 및 압력검출기(22)에서 각각 모세관출구온도T1, 모세관입구온도T2및 모세관출구압력P1을 조성연산기(10)에 페치한다. 다음에, 스텝S12에서는 입력된 모세관입구온도T2와 기지량(이미 알고 있는 양)인 충전조성Z10/Z20/Z30에서 모세관(12)입구부의 냉매엔탈피를 산출한다. 즉, 기지량인 충전조성에 있어서의 액상냉매의 온도와 엔탈피의 관계를 미리
H2=f1(T2, Z10, Z20, Z30)
로 해서 조성연산기(10)에 기억시켜 두면, 이 관계식을 사용해서 모세관입구부의 온도T2와 순환조성Z10/Z20/Z30에서 모세관입구부의 엔탈피H2를 산출할 수 있다. 스텝S13에서는 모세관(12)출구압력P1과 스텝S12에서 구한 엔탈피H2및 충전조성Z10/Z20/Z30에서 모세관출구부의 냉매건조도X1을 산출한다. 즉, 충전조성Z10/Z20/Z30에 있어서의 혼합냉매의 건조도와 압력, 엔탈피의 관계를 미리
X1=f2(P1, H2, Z10, Z20, Z30)
로 해서 조성연산기(10)에 기억시켜 두면, 이 관계식을 사용해서 모세관(12)출구부의 냉매건조도X1을 산출할 수 있다. 또, 스텝S14에서는 모세관(12)출구부의 온도T1과 압력P1및 건조도X1에서 R32의 순환조성Z1을 산출한다. 즉, 3종 혼합냉매R32/R125/R134a에 대해 도 2에 도시한 R32와 R125의 조성관계식을 사용하면, 조성의 자유도는 1개로 되고, 2종 혼합냉매와 마찬가지의 취급이 가능하게 된다. 2종 혼합냉매에서는 압력과 온도, 건조도, 조성에는 도 10에 도시한 바와 관계가 있으며, 이 관계를 미리
Z1=f3(T1, P1, X1)
로 해서 조성연산기(10)에 기억시켜 두면, 이 관계식을 이용해서 모세관출구부의 온도T1, 압력P1, 건조도X1에서 R32의 순환조성Z1을 산출할 수 있다. 스텝S15에서는 이 R32의 순환조성Z1에서 R32와 R125의 조성관계식을 Z2=a·Z1+b(a, b는 정수)로 근사해서 R125의 순환조성Z2를 산출하고, 또 R134a의 순환조성Z3을 (1-Z1-Z2)에서 산출하고, 순환조성Z1/Z2/Z3을 결정한다.
따라서, 본 발명에 의하면, R32와 R125의 조성관계식을 사용하고, 또한 냉매엔탈피나 냉매건조도 등의 물성값을 구할 때의 조성을 충전조성으로 한 것에 의해 도 5에 도시한 순환조성 검지 흐름에 비해서 가정한 순환조성의 수속(收束)을 판단하는 루프가 불필요하게 되어 순환조성검지에 필요로 하는 계산시간을 대폭으로 단출시킬 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는 간단화를 위해 냉매엔탈피나 냉매건조도 등의 물성값을 구할 때의 조성을 기지량인 충전조성으로 한 것에 의해 계산하는 방법에 대해서 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고 냉동사이클운전상, 빈번하게 발생하는 순환조성을 미리 구해 두고, 이 순환조성을 사용해서 냉매엔탈피나 냉매건조도 등의 물성값을 구해도 좋다. 또, 냉방이나 난방 등 운전모드에 따라서 냉매엔탈피나 냉매건조도 등의 물성값을 구할 때의 조성을 변경하도록 해도 좋다. 예를 들면, 냉매량의 변동이 적은 냉방시에는 간단히 알 수 있는 기지량인 충전조성을 Z10/Z20/Z30으로 하고, 난방시에는 리시버(액체저장부)의 잉여량에서 추정할 수 있는 조성비를 Z10/Z20/Z30으로 하는 것에 의해 보다 정밀도가 높은 계산결과가 얻어진다.
실시예 4
도 11, 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 R32와 R125의 조성관계식의 동정방법을 나타내기 위한 R32/R125/R134a의 기액평형조성을 도시한 도면이다. 비공비 혼합냉매의 임의의 조성의 포화액과 평형을 이루는 증기조성 또는 임의의 조성의 포화증기와 평형을 이루는 액조성()은 압력에 의해 일의적으로 결정된다. 도 11은 압력이 1000㎪로 일정한 상태하에서 우선 좌단의 도면에서 R32/R125/R134a의 충전조성인 23/25/52wt%의 포화액과 평형하는 증기조성을 구하고, 또 중앙의 도면에서 이 증기조성과 동일한 포화액과 평형을 이루는 증기조성을 다음에 우단의 도면에서 마찬가지로 순차 구한 것이다. 또, 도 12는 압력이 1000㎪로 일정한 상태하에서 우선 좌단의 도면에서 R32/R125/R134a의 충전조성인 23/25/52wt%의 포화증기와 평형을 이루는 액조성을 구하고, 또 중앙의 도면에서는 이 액조성과 동일한 포화증기와 평형을 이루는 액조성을 다음에 우단의 도면에서 마찬가지로 순차 구한 것이다. 도 11과 도 12의 좌단의 도면만으로도 도 13의 기액평형조성의 정보로부터의 조성비의 관계를 얻을 수 있지만, 냉동사이클의 운전범위나 이상시의 조성비의 영역에 있어서의 조성비의 관계의 영역을 얻기 위한 방법으로서 손쉽게 확실한 데이타가 도 11과 도 12에서 얻어진다. 도 13은 기액평형조성에서 동정한 R32와 R125의 조성관계식을 도시한 도면으로서, 압력500∼2500㎪의 범위에서 마찬가지의 계산을 실행하고, 이들 증기조성 및 액조성을 횡축을 R32의 조성, 종축을 R125의 조성으로 해서 도시한 것이다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 이들 평형조성에 있어서의 R32의 조성과 R125의 조성에는 일정관계가 존재한다. 도면중의 실선은 이 조성관계식을 최소자승법에 의해 구한 것이다.
도 14는 도 2에 도시한 실측 순환조성정보에서 구한 R32와 R125의 조성관계식(도 14중 점선)과 도 13에 도시한 기액평형조성에 있어서의 R32와 R125의 조성관계식(도 14중 실선)을 비교한 것이다. 이 2개의 조성관계식은 약 2%이내에서 일치하고 있다. 따라서, R32/R125/R134a의 순환조성을 검출할 때 시용하는 R32와 R125의 조성관계식으로서는 어느쪽의 식을 이용해도 실용상, 충분한 정밀도를 갖는다.
순환조성정보에서 R32와 R125의 조성관계식을 동정할 때에는 실험 등에 의한 실측정보가 필요하지만, 기액평형조성에서 조성관계식을 동정할 때에는 실험 등은 불필요하게 되고, 사용하는 혼합냉매의 구성냉매와 충전조성의 정보를 기억시키고, 즉 각 냉매의 물성값에서 마이크로컴퓨터의 연산수단에 의해 연산해서 효율적으로 구할 수도 있다. 이상과 같이 본 발명에 의하면, 예를 들면 냉매의 온도와 압력을 검출해서 1종류의 냉매의 조성비 또는 여러종류의 비공비 혼합냉매의 냉매조성비의 관계를 조성연산기의 연산수단에 의해 얻는 것과 비공비 혼합냉매의 조성비의 관계를 미리 조성연산기의 기억수단에 설정하는 것은 별개의 작업이고, 또한 후자는 사전에 실험이나 시뮬레이션에 의해 간단히 구하고 기억시켜 두고, 운전을 개시한 후에는 입력에 따라서 특정냉매의 성분조성을 연산수단에 의해 연산하고, 기억수단에 기억된 냉매의 성분조성간의 관계와 비교하고 모든 냉매의 순환조성을 구할 수 있다. 또, 후자는 냉매가 다수 존재해도 도 2와 같이 각각의 그의 2종류의 관계, 예를 들면 R32와 R125, R32와 R134a 또는 R125와 R134a의 2종류의 성분조성의 관계를 사전에 설정해 두면 다음의 4종류째인 예를 들면 R290의 냉매성분조성을 포함하여 본 발명의 방법에 의해 모든 냉매의 순환조성을 판별할 수 있으므로, 이와 같이 비공비 냉매가 4종류 이상이더라도 간단하게 냉동사이클을 순환하는 냉매의 순환조성을 결정할 수 있다. 즉, N종류(N≥3)의 비공비 혼합냉매를 포함한 냉매를 순환시키는 냉동공조장치에 있어서, 비공비 혼합냉매의 제1 성분과 제j(2≤j≤N-1)성분간의 적어도 (N-2)개의 조성관계식을 이용해서 순환조성을 결정하는 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 제1 발명에 관한 냉동공조장치는 압축기, 응축기, 감압장치, 증발기를 적어도 갖고, 3종류이상의 비공비혼합냉매를 포함한 냉매를 순환시키는 냉동공조장치에 있어서, 냉매의 온도와 압력을 검출해서 1개 또는 여러개의 비공비혼합냉매의 성분조성간의 관계를 얻음과 동시에 미리 설정된 비공비혼합냉매의 성분조성간의 관계를 이용해서 상기 냉동사이클을 순환하는 냉매의 순환조성을 결정하는 조성검지수단을 구비했으므로, 냉동사이클내를 순환하는 냉매조성을 정밀도좋게 검출할 수 있고, 신뢰성이 높고 또한 효율좋게 운전을 실행할 수 있다.
또, 제2 발명에 관한 냉동공조장치는 미리 설정된 비공비혼합냉매의 조성비의 관계는 실험 또는 시뮬레이션에서 얻어지는 순환조성정보에서 구해진 것이므로, 냉동사이클내를 순환하는 냉매조성을 저렴하고 또한 정밀도좋게 검출할 수 있어 신뢰성이 높고 또한 효율좋게 운전을 실행할 수 있다.
또, 제3 발명에 관한 냉동공조장치는 미리 설정된 비공비혼합냉매의 조성비의 관계는 충전조성 및 충전조성과 동일한 액조성과 평형을 이루는 증기조성, 충전조성과 동일한 증기조성과 평형을 이루는 액조성 등 기액평형조성의 정보에서 구해진 것이므로, 순환조성의 실측정보가 없어도 냉동사이클내를 순환하는 냉매조성을 저렴하고 또한 정밀도좋게 검출할 수 있다.
또, 제4 발명에 관한 냉동공조장치는 R32와 R125와 R134a의 3종류의 냉매로 이루어지는 비공비혼합냉매를 작동매체로 하고 있으므로, R22의 대체냉매기로서 신뢰성이 높고 또한 효율좋게 운전을 실행할 수 있다.
또, 제5 발명에 관한 냉동공조장치는 압축기, 응축기, 감압장치, 증발기 등으로 구성되고, N종류(N≥4)의 냉매로 이루어지는 비공비혼합냉매를 작동냉매로서 사용함과 동시에 비공비혼합냉매의 순환조성을 검출하는 조성검지수단을 마련한 냉동사이클에 있어서, 비공비혼합냉매의 제1 성분과 제j(2≤j≤N-1)성분간의 적어도 (N-2)개의 조성관계식을 사용해서 순환조성을 결정하고 있으므로, 냉동사이클내를 순환하는 냉매조성을 저렴하고 또한 정밀도좋게 검출할 수 있고, 신뢰성이 높고 또한 효율좋게 운전을 실행할 수 있다.
또, 제6 발명에 관한 냉동공조장치는 실험 또는 시뮬레이션에서 얻어지는 순환조성정보에 따라 비공비혼합냉매의 제1 성분과 제j(2≤j≤N-1)성분간의 적어도 (N-2)개의 조성관계식을 동정하고 있으므로, 냉동사이클내를 순환하는 냉매조성을 저렴하고 또한 정밀도좋게 검출할 수 있고, 신뢰성이 높고 또한 효율좋게 운전을 실행할 수 있다.
또, 제7 발명에 관한 냉동공조장치는 충전조성 및 충전조성과 동일한 액조성과 평형을 이루는 증기조성, 충전조성과 동일한 증기조성과 평형을 이루는 액조성등 기액평형조성의 정보에 따라 비공비혼합냉매의 제1 성분과 제j(2≤j≤N-1)성분간의 적어도 (N-2)개의 조성관계식을 동정하고 있으므로, 순환조성의 실측정보가 없어도 냉동사이클내를 순환하는 냉매조성을 저렴하고 또한 정밀도좋게 검출할 수 있다.
제8 발명에 관한 냉동공조장치의 냉매조성을 구하는 방법은 압축기, 응축기, 감압장치, 증발기를 적어도 갖고, 3종류이상의 비공비혼합냉매를 포함한 냉매를 순환시킴과 동시에 냉매의 순환조성을 검출하는 조성검지수단을 구비한 냉동공조장치에 있어서, 고압의 액냉매의 온도와 고압의 액냉매를 등엔탈피팽창시킨 저압의 기액2상냉매의 온도 및 압력을 입력하는 스텝, 비공비혼합냉매의 1개의 성분의 조성을 가정하는 스텝, 비공비혼합냉매의 조성을 가정한 성분과 다른 1개의 성분간의 조성의 관계를 이용해서 다른 순환조성을 가정하는 스텝, 순환조성의 가정값과 고압의 액냉매온도를 이용해서 고압액냉매의 엔탈피를 산출하는 스텝 및 기액2상냉매의 온도, 압력 및 고압액냉매엔탈피에 따라 순환조성을 연산하고 순환조성의 가정값과 비교하는 스텝을 구비한 것이므로, 어떠한 냉동사이클의 조합의 장치라도 효율놓은 운전이 가능하다.
제9 발명에 관한 냉동공조장치의 냉매조성을 구하는 방법은 압축기, 응축기, 감압장치, 증발기를 적어도 갖고, 3종류이상의 비공비혼합냉매를 포함한 냉매를 순환시킴과 동시에 냉매의 순환조성을 검출하는 조성검지수단을 구비한 냉동공조장치에 있어서, 고압의 액냉매의 온도, 고압의 액냉매를 등엔탈피팽창시킨 저압의 기액2상냉매의 온도 및 압력을 입력하는 스텝, 고압의 액냉매온도를 이용해서 고압액냉매의 엔탈피를 산출하는 스텝, 기액2상냉매의 온도, 압력 및 고압액냉매엔탈피에 따라 비공비혼합냉매의 1개의 성분의 조성을 산출하는 스텝 및 비공비혼합냉매의 조성을 산출한 성분과 다른 1개의 성분간의 조성의 관계를 이용해서 다른 성분의 조성을 구하는 스텝을 구비한 것이므로, 간단한 장치로 신뢰성이 높고 또한 효율좋은 운전을 실행할 수 있다.

Claims (9)

  1. 압축기, 응축기, 감압장치, 증발기를 적어도 갖고, 3종류이상의 비공비혼합냉매를 포함한 냉매를 순환시키는 냉동공조장치에 있어서,
    냉매의 온도와 압력을 검출해서 1개 또는 여러개의 비공비혼합냉매의 성분조성간의 간계를 얻음과 동시에 미리 설정된 비공비혼합냉매의 성분조성간의 관계를 이용해서 상기 냉동사이클을 순환하는 냉매의 순환조성을 결정하는 조성검지수단을 구비한 것을 특징으로 하는 냉동공조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    미리 설정된 비공비혼합냉매의 조성비의 관계는 실험 또는 시뮬레이션에서 얻어지는 순환조성정보에서 구해진 것을 특징으로 하는 냉동공조장치.
  3. 제1항에 있어서,
    미리 설정된 비공비혼합냉매의 조성비의 관계는 충전조성 및 충전조성과 동일한 액조성과 평형을 이루는 증기조성, 충전조성과 동일한 증기조성과 평형을 이루는 액조성 등 기액평형조성의 정보에서 구해진 것을 특징으로 하는 냉동공조장치.
  4. 제1항, 제2항, 제3항중의 어느 한항에 있어서,
    R32와 R125와 R134a의 3종류의 냉매로 이루어지는 비공비혼합냉매를 사용한 것을 특징으로 하는 냉동공조장치.
  5. 압축기, 응축기, 감압장치, 증발기를 적어도 갖고, N종류(N≥3)의 비공비혼합냉매를 포함한 냉매를 순환시키는 냉동공조장치에 있어서,
    상기 비공비혼합냉매의 제1 성분과 제j(2≤j≤N-1)성분간의 적어도 (N-2)개의 조성관계식을 사용해서 순환조성을 결정하는 것을 특징으로 하는 냉동공조장치.
  6. 제5항에 있어서,
    실험 또는 시뮬레이션에서 얻어지는 순환조성정보에 따라 비공비혼합냉매의 제1 성분과 제j(2≤j≤N-1)성분간의 적어도 (N-2)개의 조성관계식을 설정한 것을 특징으로 하는 냉동공조장치.
  7. 제5항에 있어서,
    충전조성 및 충전조성과 동일한 액조성과 평형을 이루는 증기조성, 충전조성과 동일한 증기조성과 평형을 이루는 액조성등 기액평형조성의 정보에 따라 비공비혼합냉매의 제1 성분과 제j(2≤j≤N-1)성분간의 적어도 (N-2)개의 조성관계식을 설정한 것을 특징으로 하는 냉동공조장치.
  8. 압축기, 응축기, 감압장치, 증발기를 적어도 갖고, 3종류이상의 비공비혼합냉매를 포함한 냉매를 순환시킴과 동시에 냉매의 순환조성을 검출하는 조성검지수단을 구비한 냉동공조장치에 있어서,
    고압의 액냉매의 온도와 상기 고압의 액냉매를 등엔탈피팽창시킨 저압의 기액2상냉매의 온도 및 압력을 입력하는 스텝,
    상기 비공비혼합냉매의 1개의 성분의 조성을 가정하는 스텝,
    상기 비공비혼합냉매의 조성을 가정한 성분과 다른 1개의 성분간의 조성의 관계를 이용해서 다른 순환조성을 가정하는 스텝,
    상기 순환조성의 가정값과 상기 고압의 액냉매온도를 이용해서 상기 고압액냉매의 엔탈피를 산출하는 스텝 및
    상기 기액2상냉매의 온도, 압력 및 상기 고압액냉매엔탈피에 따라 순환조성을 연산하고 순환조성의 가정값과 비교하는 스텝을 구비한 것을 특징으로 하는 냉동공조장치의 냉매조성을 구하는 방법.
  9. 압축기, 응축기, 감압장치, 증발기를 적어도 갖고, 3종류이상의 비공비혼합냉매를 포함한 냉매를 순환시킴과 동시에 냉매의 순환조성을 검출하는 조성검지수단을 구비한 냉동공조장치에 있어서,
    고압의 액냉매의 온도, 상기 고압의 액냉매를 등엔탈피팽창시킨 저압의 기액2상냉매의 온도 및 압력을 입력하는 스텝,
    상기 고압의 액냉매온도를 이용해서 상기 고압냉매의 엔탈피를 산출하는 스텝,
    상기 기액2상냉매의 온도, 압력 및 상기 고압액냉매엔탈피에 따라 상기 비공비혼합냉매의 1개의 성분의 조성을 산출하는 스텝 및
    상기 비공비혼합냉매의 조성을 산출한 성분과 다른 1개의 성분간의 조성의 관계를 이용해서 다른 성분의 조성을 구하는 스텝을 구비한 것을 특징으로 하는 냉동공조장치의 냉매조성을 구하는 방법.
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