KR20050001387A - 공기 조화기 - Google Patents

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KR20050001387A KR1020040047345A KR20040047345A KR20050001387A KR 20050001387 A KR20050001387 A KR 20050001387A KR 1020040047345 A KR1020040047345 A KR 1020040047345A KR 20040047345 A KR20040047345 A KR 20040047345A KR 20050001387 A KR20050001387 A KR 20050001387A
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Abstract

본 발명은 난방 운전시에 외기 온도가 낮을 때 실외 열 교환기의 냉매로부터 외기로의 방열을 억제하고, 난방 능력의 저하를 억제하는 공기 조화기를 제공하는 것을 과제로 한다.
압축기(13)로부터 토출된 고온의 냉매가 통과하고, 난방 운전시에 실내를 따뜻하게 하는 실내 열 교환기(17)와, 난방 운전시에 실내 열 교환기(17)를 통과한 냉매를 외기와 열 교환시켜 증발시키는 실외 열 교환기(14)와, 압축기(13)를 향하는 냉매를 가열원(11)으로부터의 매체와 열 교환시켜 증발시키는 증발용 열 교환기(67)를 가진다. 실외 열 교환기(14)의 상류측을 개폐 가능한 제1 개폐 밸브(71)와 실외 열 교환기(14)의 하류측을 개폐 가능한 제2 개폐 밸브(72)와 난방 운전시에 외기의 온도가 설정 온도 보다도 낮을 때 제1 개폐 밸브(71) 및 제2 개폐 밸브(72)를 폐쇄하는 제어 수단(75)을 구비한다.

Description

공기 조화기 {AIR CONDITIONER}
본 발명은 적어도 난방 운전을 행하는 공기 조화기에 관한 것이다. 본 발명은 예를 들어, 가스 엔진 등의 엔진으로 대표되는 구동부로 냉매 압축용의 압축기를 작동시키는 엔진 구동식 공기 조화기에 이용할 수 있다.
엔진 구동식 공기 조화기를 예로 들어 종래 기술을 설명한다. 엔진 구동식의 열 펌프 장치라고도 불리우는 공기 조화기는 일반적으로는 냉매를 압축하는 압축기와, 압축기를 구동시키는 엔진과, 난방 운전시에 압축기로부터 토출된 냉매가 통과하고 실내의 공기와 열 교환시켜 실내를 따뜻하게 하는 실내 열 교환기와, 난방 운전시에 실내 열 교환기를 통과한 냉매를 외기와 열 교환시켜 증발시키는 증발기로서 기능하는 실외 열 교환기와, 압축기, 실내 열 교환기, 실외 열 교환기를 연결하는 냉매 순환 통로와, 냉매 순환 통로를 흘러서 압축기를 향하는 냉매를 엔진 냉각수와 열 교환시켜 증발시키는 증발용 열 교환기를 구비한다. 여기서, 엔진 냉각수는 엔진의 폐열로 가열되고 있다.
그런데, 실외 열 교환기는 난방 운전시에는 열 교환에 의해 외기의 열을 얻어 냉매를 증발시키는 증발기로서 기능하기 때문에 외기의 온도가 실외 열 교환기의 냉매의 온도 보다도 높은 것이 전제로 된다. 따라서, 실내의 난방 운전시에 외기의 온도가 낮을 때에는 실외 열 교환기는 외기로부터의 열을 충분히 얻을 수 없고, 증발기로서의 기능을 목표한대로 달성할 수 없다. 반대로, 실외 열 교환기로부터 온도가 낮은 외기로 방열해 버리고, 공기 조화기의 난방 능력이 저하해 버릴 우려가 있다.
또한, 외기의 온도가 낮을 때에는 실내의 온도도 낮기 때문에 난방 능력을 높일 필요가 있다. 난방 능력을 높이는 기술로서 다음의 특허 문헌 1 내지 특허 문헌 3에 관한 기술이 알려져 있다. 특허 문헌 1에는 냉매를 순환시키는 압축기를 구동시키는 엔진을 가지고, 실외 온도, 실내 온도가 낮은 저온 난방시에는 냉매의 고압측 압력에 따라 엔진의 점화 시기, 밸브 타이밍, 연료 제어 밸브를 제어함으로써 엔진의 폐열량을 증가시키도록 제어하는 제어 수단이 설치되어 있는 엔진 구동식의 열 펌프 장치라고도 불리우는 공기 조화기가 개시되어 있다. 이에 의해, 실외 온도, 실내 온도가 낮은 저온 난방시에 실내 난방 능력을 높이고 있다.
특허 문헌 2에는 냉매를 순환시키는 압축기를 구동시키는 엔진을 가지고 실외 온도, 실내 온도가 낮은 저온 난방시에는 엔진을 냉각하는 냉각수의 온도에 따라 엔진의 점화 시기, 밸브 타이밍, 연료 제어 밸브를 제어함으로써 엔진의 폐열량을 증가시키도록 제어하는 제어 수단이 설치되어 있는 엔진 구동식의 열 펌프 장치라고도 불리우는 공기 조화기가 개시되어 있다. 이에 의해, 실외 온도, 실내 온도가 낮은 저온 난방시에 실내 난방 능력을 높이고 있다.
특허 문헌 3에는 보일러에서 생성된 온수 등의 유체를 흘려 넣고 냉매를 가열하여 증발기로서 기능시키는 실외 열 교환기를 가지는 동시에 실외 열 교환기에 흘려 넣는 온수 등의 유체의 양을 공조 부하에 따라 조정하는 공기 조화기가 개시되어 있다. 이에 따르면, 실외 열 교환기의 상류측에는 난방 운전시에 완전 개방이 되고, 냉방 운전시에 완전 폐쇄가 되는 난방용 개폐 밸브가 설치되어 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평08-049942호 공보
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평11-022551호 공보
[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 평9-217963호 공보
상기 특허 문헌 1, 특허 문헌 2에 관한 기술에 따르면, 엔진으로부터의 폐열량을 효율 좋게 증가시켰다고 해도 실내의 난방 운전시에 외기의 온도가 낮은 경우에는 증발기로서 기능하는 실외 열 교환기는 외기의 열을 충분히 얻을 수 없는 상태 그대로이다. 그 뿐만 아니라, 증대시킨 엔진의 폐열량에 의해 실외 열 교환기의 냉매의 온도가 외기의 온도 보다도 높아질 경우에는 실외 열 교환기에 있어서, 외기로 열을 방출해 버릴 우려가 있다. 이 경우, 증발기로서 본래 기능하는 실외 열 교환기가 응축기로서 기능하게 된다. 이 때문에 쓸데없이 엔진 폐열량을 증가시키게 될 우려가 있다.
외기의 온도가 낮을 경우에는 증발기로서 기능하는 실외 열 교환기에서 외기로 열을 방출할 때에 실외 열 교환기로의 팬 풍량을 저하시키거나 정지시키거나 해도 실외 열 교환기로부터의 자연 방열을 억제할 수 없다.
또한, 상기한 특허 문헌 3에 관한 기술에 따르면, 실외 열 교환기의 상류측에 설치되어 있는 난방용 개폐 밸브는 실내의 난방 운전시에 완전 개방이 된다고 기재되어 있지만 외기의 온도가 낮을 때에 폐쇄하는 조작에 대해서는 언급되어 있지 않다.
본 발명은 상기한 실정에 비추어 이루어진 것이며, 실내의 난방 운전시에 외기 온도가 낮을 때에 있어서, 실외 열 교환기의 냉매로부터 외기로의 방열을 억제하고, 증발기로서 본래 기능하는 실외 열 교환기가 응축기로서 기능하는 것을 억제하고, 외기 온도가 낮을 때에 있어서도 난방 능력의 저하를 억제할 수 있는 공기 조화기를 제공하는 것을 과제로 한다.
도1은 제1 실시예에 관한 가스 엔진 구동식 공기 조화기를 개략적으로 도시하는 개념도.
도2는 제1 실시예를 구체화한 제1 적용예에 관한 가스 엔진 구동식 공기 조화기의 배관을 개략적으로 도시하는 개념도.
도3은 엔진 냉각수가 흐르는 배관을 개략적으로 도시하는 개념도.
도4는 제2 실시예에 관한 가스 엔진 구동식 공기 조화기를 개략적으로 도시하는 개념도.
도5는 제2 실시예를 구체화한 제2 적용예에 관한 가스 엔진 구동식 공기 조화기의 배관을 개략적으로 도시하는 개념도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 냉매 순환 회로
11 : 가스 엔진(엔진, 가열원)
13 : 압축기
14 : 실외 열 교환기
17 : 실내 열 교환기
67 : 증발용 열 교환기
71 : 제1 개폐 밸브
72 : 제2 개폐 밸브
75 : 제어 수단
본 발명에 관한 공기 조화기는 냉매를 압축하는 압축기와,
실내에 설치되어 압축기로부터 토출된 고온의 냉매가 통과하고, 난방 운전시에 실내의 공기와 열 교환시켜 실내를 따뜻하게 하는 실내 열 교환기와,
실외에 설치되어 난방 운전시에 실내 열 교환기를 통과한 냉매를 외기와 열 교환시켜 증발시키는 실외 열 교환기와,
압축기, 실내 열 교환기, 실외 열 교환기를 연결하는 냉매 순환 통로와,
실외 열 교환기를 우회하도록 실외 열 교환기에 대하여 병렬로 마련되어 냉매 순환 통로에 연통하는 병렬 통로와,
병렬 통로 또는 냉매 순환 통로에 설치되어 병렬 통로 또는 냉매 순환 통로를 흘러서 상기 압축기를 향하는 냉매를 가열원으로부터 공급된 매체와 열 교환시켜 증발시키는 증발용 열 교환기를 구비하는 공기 조화기에 있어서,
난방 운전시에 실외 열 교환기의 상류측을 개폐 가능한 제1 개폐 밸브와,
난방 운전시에 실외 열 교환기의 하류측을 개폐 가능한 제2 개폐 밸브와,
난방 운전시에 외기의 온도가 설정 온도 보다도 낮을 때 제1 개폐 밸브 및 제2 개폐 밸브를 폐쇄하는 밸브 폐쇄 조작을 실행 가능한 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
난방 운전시에는 압축기가 구동해서 냉매가 압축된다. 압축되어 고온 고압이 된 냉매는 실내 열 교환기를 흐르고, 실내 열 교환기에 있어서 실내의 공기와 열 교환되어 실내로 방열하고, 실내를 따뜻하게 한다. 또한, 실내 열 교환기에서 열을 방출한 냉매는 실외 열 교환기로 흐르고, 실외 열 교환기에 있어서 외기와 열 교환하고, 외기로부터 열을 얻어 증발한다. 실내의 난방 운전시에는 이와 같이 하여 냉매가 냉매 순환 통로를 순환한다. 증발한 냉매는 압축기 또는 어큐뮬레이터로 귀환한다. 압축기에서의 압축성을 고려하면 압축기로 귀환하는 냉매로서는 충분히 가스화(증발)하고 있는 것이 바람직하다.
실내의 난방 운전시에 외기의 온도가 설정 온도 보다도 낮을 때에는 상술한 바와 같이 실외 열 교환기는 외기로부터 열을 충분히 얻을 수가 없다. 이 경우, 실외 열 교환기는 냉매를 증발시키는 증발기로서의 기능이 손상될 뿐만 아니라 실외 열 교환기의 냉매의 열이 외기로 빼앗기고, 결과로서 난방 능력이 저하될 우려가 있다. 그래서 실내의 난방 운전시에 외기의 온도가 설정 온도 보다도 낮을 때에는 제어 수단은 제1 개폐 밸브 및 제2 개폐 밸브를 폐쇄하는 밸브 폐쇄 조작을 실행한다. 이와 같이, 실외 열 교환기의 상류측의 제1 개폐 밸브가 폐쇄되기 때문에 실외 열 교환기의 상류측의 냉매가 실외 열 교환기로 유입되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 실외 열 교환기의 하류측의 제2 개폐 밸브가 폐쇄되기 때문에 실외 열 교환기의 하류측의 냉매가 실외 열 교환기에 역류되는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 실외 열 교환기의 냉매의 유량이 저감 또는 없어지고, 실외 열 교환기의 냉매의 열이 외기로 빼앗기는 것을 억제할 수 있고, 나아가서는 난방 능력의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 난방 운전시에 냉매가 실외 열 교환기로 유입되는 것을 억제할 수 있으면 냉매 순환 통로에 있어서의 냉매의 순환성이 손상될 우려가 있다. 이 점 본 발명에 따르면, 냉매 순환 통로에 연통하는 병렬 통로가 실외 열 교환기에 대하여 병렬로 마련되어 있다. 이 때문에, 실외 열 교환기로 유입할 수 없게 된 냉매는 실외 열 교환기를 우회하여 병렬 통로를 통과할 수 있고, 냉매 순환 통로에 있어서의 난방에 부여하는 냉매의 유량은 확보된다. 이런 의미에 있어서도 난방 능력의 저하를 억제할 수 있다.
(발명의 실시 형태)
제어 수단은 실내의 난방 운전시에 상기 밸브 폐쇄 조작을 실행할 때 상류측의 제1 개폐 밸브를 폐쇄한 후에 하류측의 제2 개폐 밸브를 폐쇄하는 형태를 예시할 수 있다. 이와 같이 하면, 밸브 폐쇄 조작을 실행한 후의 형태에 있어서 실외 열 교환기에 잔류하는 냉매를 적게하거나 혹은 없앨 할 수 있다. 이와 같이 실외 열 교환기에 잔류하는 냉매의 유량을 억제할 수 있기 때문에 냉매 순환 통로를 흐르는 난방에 부여하는 냉매의 유량이 감소하는 것을 억제할 수 있고, 난방 능력의저하를 억제할 수 있다.
또한, 제어 수단은 실내의 난방 운전시에 상기한 밸브 폐쇄 조작을 실행한 후에 외기 온도가 상승하면 제1 개폐 밸브 및 제2 개폐 밸브를 개방한다. 이 경우, 하류측의 제2 개폐 밸브를 개방한 후에 상류측의 제1 개폐 밸브를 개방하는 형태를 예시할 수 있다. 이와 같이 하면, 냉매를 실외 열 교환기에 용이하게 재유입시킬 수 있다.
또한, 병렬 통로에는 냉매를 팽창시키는 동시에 개방도가 조정 가능한 팽창 밸브가 설치되어 있는 형태를 예시할 수 있다. 이 경우, 제어 수단은 실내의 난방 운전시에 외기 온도가 낮을 경우 제1 개폐 밸브 및 제2 개폐 밸브를 폐쇄하는 밸브 폐쇄 조작을 실행하는 동시에 팽창 밸브의 개방도를 증가시키는 개방도 증가 조작을 실행할 수 있도록 설정되어 있는 형태를 예시할 수 있다. 이 경우, 상기한 바와 같이 난방 운전시에 제1 개폐 밸브 및 제2 개폐 밸브를 폐쇄하는 밸브 폐쇄 조작을 실행하면 냉매가 실외 열 교환기로 흐르는 것을 억제할 수 있기 때문에, 다른 쪽 유로인 병렬 통로로 냉매는 향하고 병렬 통로로 흐르는 냉매의 유량이 증가되게 된다. 이 때문에 병렬 통로로 흐르는 냉매의 유량의 증가에 대처하기 위해 병렬 통로에 설치되어 있는 팽창 밸브의 개방도를 증가시키는 것이 바람직하다.
또한, 증발용 열 교환기는 팽창 밸브와 함께 병렬 통로에 설치되어 있는 형태를 예시할 수 있다. 이 경우, 팽창 밸브의 개방도를 증가시키면 병렬 통로에 설치되어 있는 증발용 열 교환기를 흐르는 냉매의 유량이 증가하기 때문에, 증발용 열 교환기에 있어서의 열 교환량이 증가하고, 증발용 열 교환기의 매체(예를 들어,엔진 냉각수)의 온도가 낮아질 우려가 있다. 이 결과, 증발용 열 교환기에서의 증발력이 부족하고 증발용 열 교환기에 있어서의 냉매의 증발 유량이 저하될 우려가 있으며, 나아가서는 증발용 열 교환기의 증발기로서의 기능이 저하될 우려가 있다. 그래서 제어 수단은 팽창 밸브의 개방도를 증가시킬 때 가열원으로부터 증발용 열 교환기에 공급되는 단위 시간 당 열량을 증가시키는 열량 증가 조작을 실행할 수 있도록 설정되어 있는 형태를 예시할 수 있다. 상기한 열량 증가 조작을 실행하면 가열원으로부터 증발용 열 교환기에 공급되는 단위 시간 당 열량을 증가시킬 수 있고, 증발용 열 교환기에 있어서의 열 교환량이 증가했다고 해도 증발용 열 교환기에서의 냉매의 증발 유량을 확보할 수 있고, 나아가서는 증발용 열 교환기의 증발기로서의 기능이 확보된다.
압축기는 구동부로 구동된다. 구동부로서는 압축기를 구동시킬 수 있는 것이면 되고, 엔진, 모터 등을 예시할 수 있다. 상기한 가열원으로서는 엔진, 보일러, 연료 전지, 가스 터빈 중 어느 것을 예시할 수 있고, 또한 그 이외의 다른 열원을 채용할 수 있다. 요컨대, 가열원으로서는 증발용 열 교환기에 냉매의 가스화를 촉진시키는 열량을 부여할 수 있는 것이면 무엇이든 좋다. 상기한 엔진으로서는 연료 가스의 연소로 구동하는 가스 엔진, 액체 연료의 연소로 구동하는 엔진을 포함한다. 또한, 가열원으로부터 공급되는 매체는 가열원에서 가열된 물 등을 주요 성분으로 하는 액체 매체인 형태를 예시할 수 있다. 이 액체 매체로서는 물만으로도 좋고, 부동액 등을 포함하는 것이어도 좋다. 액체 매체로서는 엔진, 보일러, 연료 전지, 가스 터빈 등의 폐열로 가열되고 있는 형태를 예시할 수 있다.
[실시예]
(제1 실시예)
도1은 본 발명의 실시예의 개념을 도시한다. 본 실시예에 관한 공기 조화기는 가스 엔진 구동식 공기 조화기이다. 우선, 도1을 참조하면서 가스 엔진 구동식 공기 조화기에 관한 냉매 순환 통로(1)에 대하여 설명한다. 냉매 순환 통로(1)는 실내의 냉방 또는 난방을 행하는 것이며, 연료 가스의 연소에 의해 구동되는 구동부로서의 가스 엔진(엔진)(11)과, 가스상의 냉매와 액상의 냉매를 분리한 형태로 냉매를 수용하는 어큐뮬레이터(12)와, 가스 엔진(11)으로 구동되고 구동에 따라 어큐뮬레이터(12)로부터의 가스상의 냉매를 흡입하여 압축하는 압축기(13)와, 공조를 위해 냉매와 실내의 공기의 열 교환을 행하여 난방 운전시에 고온 고압의 냉매의 열을 실내로 방열하여 냉매를 응축시키는 응축기로서 기능할 수 있는 실내 열 교환기(17)와, 공조를 위해 냉매와 외기의 열 교환을 행하여 난방 운전시에 외기의 열을 얻어 냉매를 증발시키는 증발기로서 기능할 수 있는 실외 열 교환기(14)를 기본 요소로서 갖는다. 냉매 순환 통로(1)는 어큐뮬레이터(12), 압축기(13), 실내 열 교환기(17), 실외 열 교환기(14)를 연결한다.
도1에 도시한 바와 같이, 실외 열 교환기(14)에 대하여 병렬인 병렬 통로(19)가 설치되어 있다. 병렬 통로(19)는 냉매 순환 통로(1)와 분기하는 분기부(19s), 냉매 순환 통로(1)에 합류하는 합류부(19h)를 거쳐서, 냉매 순환 통로(1)에 통과하는 것이며, 실내 열 교환기(17)를 우회시켜 냉매를 흐르게 하는 것이다. 병렬 통로(19)에는 냉매를 팽창시켜 가스화시키는 기능을 가지는 팽창 밸브(18)가설치되어 있다. 냉매 순환 통로(1)에는 증발용 열 교환기(67)가 병렬 통로(19)의 하류에 위치하도록 설치되어 있다.
증발용 열 교환기(67)는 가열원으로서의 가스 엔진(11)의 폐열로 가열된 온수인 엔진 냉각수(매체)가 흐르는 수 통로와 병렬 통로(19) 및 냉매 순환 통로(1)를 흘러 어큐뮬레이터(12)를 향하는 냉매가 흐르는 냉매 통로를 가지고, 냉매 통로의 냉매와 수 통로의 엔진 냉각수(온수)를 열 교환하여 어큐뮬레이터(12)를 향하는 냉매를 엔진 냉각수의 열로 증발시키는 것이다.
증발용 열 교환기(67)는 어큐뮬레이터(12)의 전방측에 설치되어 있다. 그 이유로서는 압축기(13)에 공급되는 냉매는 압축기(13)에 의해 냉매를 압축하는 것을 고려하면 냉매는 액화되어 있는 것 보다도 가스화되어 있는 쪽이 바람직하기 때문에 어큐뮬레이터(12)로 귀환시키는 냉매를 증발용 열 교환기(67)에서 가스화시키기 때문이다.
본 실시예에 의하면, 이 증발용 열 교환기(67)는 냉매 순환 통로(1)에 연결되는 냉매 통로와 엔진 냉각수가 흐르는 수 통로가 2중관 구조로 된 2중관 열 교환기로 되어 있다. 도1에 도시한 바와 같이, 증발용 열 교환기(67) 및 실외 열 교환기(14)는 서로 직렬적 배치로 되어 있다. 또한, 병렬 통로(19)는 실외 열 교환기(14)에 대하여 병렬적 관계로 되어 있기 때문에 실외 열 교환기(14)를 우회하는 바이 패스 통로로서 기능한다. 냉매 순환 통로(1)에는 유로 절환 밸브로서 기능하는 사방 밸브(62)가 설치되어 있다. 사방 밸브(62)에 대해서는 난방 운전시에는 도1에 도시한 바와 같이, 포트(62d) 및 포트(62c)가 연통하는 동시에포트(62a) 및 포트(62b)가 연통한다. 또한, 냉방 운전시에는 사방 밸브(62)의 포트(62d) 및 포트(62a)가 연통하고, 포트(62c) 및 포트(62b)가 연통한다.
또한, 도1에 도시한 바와 같이, 실외 열 교환기(14)의 상류측(실내의 난방 운전시에 있어서의 상류측)을 개폐 가능한 제1 개폐 밸브(71)와 실외 열 교환기(14)의 하류측(실내의 난방 운전시에 있어서의 하류측)을 개폐 가능한 제2 개폐 밸브(72)가 설치되어 있다. 제1 개폐 밸브(71), 제2 개폐 밸브(72)를 제어하는 제어 수단(75)이 설치되어 있다.
다음에, 실내를 난방 운전할 때에 대하여 설명한다. 연료 가스에 의해 가스 엔진(11)이 구동되면 압축기(13)가 구동된다. 그리고, 어큐뮬레이터(12)로부터의 가스상의 냉매가 압축기(13)에 흡입되고, 압축기(13)로 압축된다. 압축되어 고온 고압이 된 냉매는 압축기(13)로부터 화살표 A1 방향으로 토출되고, 사방 밸브(62)의 포트(62d, 62c)를 통과하고, 화살표 A2 방향, 화살표 A3 방향으로 흘러서 실내 열 교환기(17)에 이른다. 또한, 고온 고압의 냉매는 실내 열 교환기(17)에서 실내의 공기와 열 교환되어 실내에 열을 방출하고, 실내를 가열한다.
실내 열 교환기(17)를 거친 냉매는 응축화, 즉 액화가 진행되고 있다. 실내 열 교환기(17)를 거친 냉매는 분기부(19s)에 의해 화살표 A4 방향과 화살표 A5 방향으로 나뉘어진다. 화살표 A4 방향으로 흐르는 냉매는 제1 개폐 밸브(71), 포트(14u)를 거쳐서 실외 열 교환기(14)에 이르고, 실외 열 교환기(14)로부터 외기의 열을 얻어 냉매의 가스화가 진행된다. 또한, 실외 열 교환기(14)에서 열 교환되어 가스화가 진행된 냉매는 포트(14d), 제2 개폐 밸브(72)를 거치고, 또한 사방밸브(62)의 포트(62a, 62b)를 통과하고, 화살표 A6 방향을 향하는 합류부(19h)를 거쳐서 증발용 열 교환기(67)를 향한다.
또한, 분기부(19a)에서 화살표 A5 방향으로 분기된 냉매는 팽창 밸브(18)에 이르고, 팽창 밸브(18)에서 팽창되어 가스화가 진행된다. 또한, 팽창 밸브(18)를 거친 냉매는 합류부(19h)에서 실외 열 교환기(14)를 거친 냉매와 합류한다. 합류한 냉매는 화살표 A6 방향으로 흐르고, 증발용 열 교환기(67)를 흐른다. 증발용 열 교환기(67)를 흐르는 냉매는 온수인 엔진 냉각수와의 열 교환에 의해 가열되어 가스화가 더욱 진행된다. 가스화가 진행된 냉매는 화살표 A7 방향으로 흘러서 어큐뮬레이터(12)로 귀환한다.
그런데, 실내의 난방 운전시에 외기의 온도가 설정 온도 보다도 낮을 때에는 실외 열 교환기(14)의 냉매는 외기로부터 열을 충분히 얻을 수 없다. 이 경우, 실외 열 교환기(14)는 증발기로서의 기능이 손상될 뿐만 아니라 실외 열 교환기(14)의 냉매의 열이 저온의 외기로 빼앗기고, 난방 능력이 저하될 우려가 있다. 그래서 본 실시예에 의하면, 실내의 난방 운전시에 있어서, 외기의 온도가 설정 온도 보다도 낮을 때에는 제어 수단(75)은 상류측의 제1 개폐 밸브(71) 및 하류측의 제2 개폐 밸브(72)의 쌍방을 폐쇄하는 밸브 폐쇄 조작을 실행한다. 이와 같이, 상류측의 제1 개폐 밸브(71)가 폐쇄되기 때문에 실외 열 교환기(14)의 상류측의 냉매가 포트(14u)로부터 실외 열 교환기(14) 내로 유입되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 하류측의 제2 개폐 밸브(72)가 폐쇄되기 때문에, 실외 열 교환기(14)의 하류측의 냉매가 포트(14d)로부터 실외 열 교환기(14)로 역류하는 것을 억제할수 있다. 이 때문에 실외 열 교환기(14)의 입구와 출구의 쌍방이 봉쇄되고, 실외 열 교환기(14)의 냉매를 감소시킬 수 있고, 이에 의해 외기의 온도가 낮을 때에 있어서 실외 열 교환기(14)의 냉매의 열이 저온의 외기로 빼앗기는 것을 억제할 수 있고, 나아가서는 난방 능력의 저하를 확실히 억제할 수 있다.
도1에 도시한 바와 같이, 외기의 온도를 검지하는 외기 온도 센서(200)와 증발용 열 교환기(67) 및 어큐뮬레이터(12) 사이의 배관에 설치된 그 배관의 냉매의 온도를 검지하는 온도 센서(202)가 설치되어 있다. 외기 온도 센서(200)의 검지 신호 및 온도 센서(202)의 검지 신호는 제어 수단(75)에 입력된다.
제1 개폐 밸브(71) 및 제2 개폐 밸브(72)의 쌍방을 폐쇄하는 밸브 폐쇄 조작을 실행하는 것은 외기 온도 센서(200)의 검지 신호 및 온도 센서(202)의 검지 신호를 기초로 하여 제어 수단(75)에 의해 결정된다. 이 경우, 난방 운전시에 있어서, 외기 온도가 낮고 외기 온도 센서(200)에서 검지된 외기 온도(T1)가 온도 센서(202)에서 검지된 가스상 냉매의 온도(T2) 보다도 낮을 때에는 실외 열 교환기(14)를 흐르고 있는 냉매가 외기에서 냉각되어 응축되어 버린다고 추정할 수 있기 때문에, 제1 개폐 밸브(71) 및 제2 개폐 밸브(72)의 쌍방을 폐쇄하는 밸브 폐쇄 조작을 실행하는 것이 바람직하다. 또한, 난방 운전시에 있어서, 온도 센서(202)에서 검지한 가스상 냉매의 온도(T2) 보다도 외기 온도 센서(200)에서 검지한 외기 온도(T1)가 높을 때에는 실외 열 교환기(14)는 외기의 열을 얻어 실외 열 교환기(14)의 냉매의 가스화를 진행시킬 수 있다고 추정되기 때문에, 제1 개폐 밸브(71) 및 제2 개폐 밸브(72)의 쌍방을 개방하여 실외 열 교환기(14)로 냉매를흘리는 밸브 개방 조작을 실행하는 것이 바람직하다.
또한, 경우에 따라서는 제1 개폐 밸브(71) 및 제2 개폐 밸브(72)의 쌍방을 폐쇄하는 밸브 폐쇄 조작을 실행하는 것은, 온도 센서(202)를 설치하는 일 없이 외기의 온도를 검지하는 외기 온도 센서(200)를 설치하고 외기 온도 센서(200)를 기초로 하여 제어 수단(75)에 의해 결정하게 해도 된다.
또한, 상기한 바와 같이, 제1 개폐 밸브(71)가 폐쇄되면, 실외 열 교환기(14)의 상류측의 냉매가 실외 열 교환기(14)로 유입되는 것을 억제할 수 있기 때문에, 난방에 부여하는 냉매의 유량이 제약될 우려가 있다. 이 점, 본 실시예에 의하면, 도1에 도시한 바와 같이 냉매 순환 통로(1)에 연통하는 병렬 통로(19)가 실외 열 교환기(14)에 대하여 병렬로 마련되어 있다. 이 때문에, 실외 열 교환기(14)로 유입할 수 없게 된 냉매는 병렬 통로(19)를 화살표 A5 방향으로 통과할 수 있기 때문에, 냉매 순환 통로(1)를 흐르는 난방에 부여할 수 있는 냉매의 유량이 확보된다. 이런 의미에 있어서도 난방 능력의 저하를 억제할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 난방 운전시에 외기의 온도가 낮아 제1 개폐 밸브(71) 및 제2 개폐 밸브(72)를 폐쇄하는 밸브 폐쇄 조작을 실행할 때, 제어 수단(75)은 상류측의 제1 개폐 밸브(71)를 폐쇄하고 나서 소정 시간 경과한 후에 하류측의 제2 개폐 밸브(72)를 폐쇄하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 제1 개폐 밸브(71)를 폐쇄했다고 해도 실외 열 교환기(14)의 냉매는 관성으로 하류를 향해 흐를 수 있다. 그 후에 제2 개폐 밸브(72)를 폐쇄하면 실외 열 교환기(14)에 잔류하는 냉매를 적게하거나 혹은 없게 할 수 있다. 이와 같이, 실외 열 교환기(14)에 잔류하는 냉매의 유량을 억제할 수 있고, 냉매 순환 통로(1)를 흐르는 난방에 부여하는 냉매의 유량이 감소되는 것을 억제할 수 있고, 난방 능력의 저하를 억제할 수 있다. 다만, 밸브 폐쇄 조작시에 있어서의 제1 개폐 밸브(71) 및 제2 개폐 밸브(72)를 폐쇄하는 순서는 상기에 한정되는 것이 아니라 경우에 따라서는 제어를 변경하기 위해 제1 개폐 밸브(71) 및 제2 개폐 밸브(72)를 동시에 폐쇄해도 된다.
또한, 본 실시예에 의하면, 외기의 온도가 따뜻해져서 상기 설정 온도 보다도 높아졌을 때 실외 열 교환기(114)에 증발기로서의 역할을 실행시키기 위해 제어 수단(75)은 폐쇄 상태의 제1 개폐 밸브(71) 및 제2 개폐 밸브(72)를 개방하는 밸브 개방 조작을 실행한다. 이 경우, 하류측의 제2 개폐 밸브(72)를 개방하고 나서 소정 시간 경과한 후에 상류측의 제1 개폐 밸브(71)를 개방하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 냉매를 실외 열 교환기(14)에 용이하게 재유입시킬 수 있다. 다만, 밸브 개방 조작시에 제1 개폐 밸브(71) 및 제2 개폐 밸브(72)를 개방하는 순서는 상기에 한정되는 것이 아니라 경우에 따라서는 제어를 변경하기 위해 제1 개폐 밸브(71) 및 제2 개폐 밸브(72)를 동시에 폐쇄해도 된다.
상기한 밸브 폐쇄 조작을 실행하면 냉매가 실외 열 교환기(14)로 흐르는 것을 억제할 수 있기 때문에, 다른 쪽 유로인 병렬 통로(19)로 흐르는 냉매의 유량이 증가된다. 이 점, 본 실시예에 의하면, 병렬 통로(19)에 설치되어 있는 팽창 밸브(18)는 개방도가 조정 가능하게 되어 있다. 그리고, 제어 수단(75)은 제1 개폐 밸브(71) 및 제2 개폐 밸브(72)를 폐쇄하는 밸브 폐쇄 조작을 실행할 때, 팽창 밸브(18)의 개방도를 증가시키는 개방도 증가 조작을 실행하는 것이 바람직하다.이와 같이, 팽창 밸브(18)의 개방도를 증가시키면 팽창 밸브(18)를 흐르는 단위 시간 당 냉매의 유량이 확보되고, 나아가서는 냉매 순환 통로(1)를 흐르는 난방에 부여하는 냉매의 유량이 감소하는 것을 억제할 수 있고, 난방 능력의 저하를 억제할 수 있다.
(제1 적용예)
도2는 제1 실시예를 적용한 제1 적용예를 도시한다. 제1 실시예와 공통하는 부위에는 공통의 부호를 붙인다. 본 적용예에 관한 공기 조화기는 가스 엔진 구동식 공기 조화기이다. 우선, 도2를 참조하면서 가스 엔진 구동식 공기 조화기에 관한 냉매 순환 통로(1)에 대하여 설명한다. 냉매 순환 통로(1)는 실내의 냉방 또는 난방을 행하는 것이며, 실외기(10)와 실내기(16)를 갖는다. 실외기(10)는 연료 가스의 연소에 의해 구동되는 구동부로서의 가스 엔진(엔진)(111)과, 가스상의 냉매와 액상의 냉매를 분리한 형태로 냉매를 수용하는 어큐뮬레이터(12)와, 가스 엔진(11)에서 구동되고 구동에 따라 어큐뮬레이터(12)의 가스상의 냉매를 흡입하여 압축하는 압축기(13)와, 공조를 위해 냉매의 열 교환을 행하는 열 교환기로서의 실외 열 교환기(14)와, 공조를 위해 냉매의 열 교환을 행하는 열 교환기로서의 복수의 실내 열 교환기(17)를 기본 요소로서 갖는다.
압축기(13)는 가스 엔진(11)에 의해 티이밍 벨트 등의 동력 전달 부재를 거쳐서 연동된다. 따라서, 가스 엔진(11)은 압축기(13)의 구동원으로서 기능한다. 압축기(13)는 어큐뮬레이터(12)의 냉매를 압축실에 흡입하는 흡입 포트(15)와, 압축실에서 압축된 고온 고압의 냉매를 토출시키는 토출 포트(20)를 갖는다.
다음에, 실내를 난방할 때에 있어서의 냉매 순환 통로(1)의 기본적 경로에 대하여 설명한다. 연료 가스에 의해 가스 엔진(11)이 구동되면 압축기(13)가 구동되고, 어큐뮬레이터(12)의 가스상의 냉매가 어큐뮬레이터(12)의 흡입 포트(12a)로부터 통로(1x)를 거쳐서 흡입되고, 압축기(13)의 압축실에서 압축된다. 압축되어 고온 고압이 된 냉매는 압축기(13)의 토출 포트(20)로부터 화살표 A1 방향으로 토출되고 통로(1a), 오일 분리기(61)에 이른다. 오일 분리기(61)에 있어서, 냉매로부터 오일이 분리된다. 그리고 오일이 분리된 냉매는 사방 밸브(62)의 포트(62d, 62c)를 통과하고, 화살표 A2 방향, 화살표 A3 방향(도2 참조)을 향하고, 통로(1f), 볼 밸브(65B), 통로(1e)를 거쳐서 실내 열 교환기(17)에 이르고, 실내 열 교환기(17)에서 실내의 공기와 열 교환되어 실내에 열을 방출하여 실내를 가열한다.
그리고, 실내 열 교환기(17)를 거친 냉매는 팽창 밸브(21)에서 팽창되고, 통로(1d), 볼 밸브(65A)를 거쳐서 분기부(19s)에 이르고, 분기부(19s)에서 화살표 A4 방향, 화살표 A5 방향으로 분기한다. 화살표 A4 방향으로 분기한 냉매는 통로(1c), 제1 개폐 밸브(71)(전자기 밸브)를 거쳐서 역지 밸브, 캐필러리(81)를 거쳐서 포트(14u)로부터 실외 열 교환기(14)에 이르고, 또한 실외 열 교환기(14)의 포트(14d)로부터 토출되고, 제2 개폐 밸브(72)(양 방향 밸브), 사방 밸브(62)의 포트(62a), 포트(62b)를 거쳐서 이중관 열 교환기인 증발용 열 교환기(67)를 향한다.
또한, 분기부(19s)에서 화살표 A5 방향으로 분기한 냉매는 병렬 통로(19)를 흘러서 팽창 밸브(18)에 이르고, 팽창 밸브(18)에서 팽창되어 가스화가 진행된다.또한, 팽창 밸브(18)를 거친 냉매는 병렬 통로(19)를 흘러서 합류부(19h)에서 실외 열 교환기(14)를 거친 냉매와 합류한다. 합류된 냉매는 화살표 A6 방향으로 흐르고, 증발용 열 교환기(67)를 흐른다. 증발용 열 교환기(67)를 흐르는 냉매는 온수인 엔진 냉각수의 열을 열 교환에 의해 얻고, 가스화가 더욱 진행된다. 가스화가 진행된 냉매는 화살표 A7 방향으로 흘러서 어큐뮬레이터(12)의 귀환 포트(12c)로 귀환한다. 귀환된 냉매는 어큐뮬레이터(12)에서 액상의 냉매와 가스상의 냉매로 분리된 상태로 수용된다. 상기한 바와 같이 실내의 난방이 행해진다.
다음에, 실내를 냉방할 때에 있어서의 냉매 순환 통로(1)의 기본적 경로에 대하여 설명한다. 즉, 연료 가스에 의해 가스 엔진(11)이 구동되면 압축기(13)가 구동되고, 어큐뮬레이터(12)의 가스상의 냉매가 어큐뮬레이터(12)의 흡입 포트(12a)로부터 통로(1x)를 거쳐서 흡입되고, 압축기(13)의 압축실에서 압축된다. 압축되어 고온 고압이 된 가스상의 냉매는 압축기(13)의 토출 포트(20)로부터 토출되고, 통로(1a), 오일 분리기(61)에 이른다. 오일 분리기(61)에 있어서 냉매로부터 오일이 분리된다. 그리고, 오일이 분리된 냉매는 유로 절환 밸브로서의 사방 밸브(62의 62d), 포트(62a)를 거쳐서 통로(1b)를 화살표 B1 방향으로 흐르고, 제2 개폐 밸브(72), 포트(14d)를 거쳐서 실외 열 교환기(14)에 이른다. 그리고, 고온 고압의 냉매는 실외 열 교환기(14)에서 실외의 공기와 냉각되어 열 교환되고, 응축, 즉 액화가 진행된다. 즉, 냉방 운전에서는 실외 열 교환기(14)는 응축기로서 기능한다. 액화가 진행된 냉매는 통로 1 m를 화살표 B2 방향으로 흐르고, 볼 밸브(65A)를 거쳐서 통로(1d)를 화살표 B3 방향으로 흐르고, 팽창 밸브(21)에 이르고, 팽창 밸브(21)에 있어서 팽창되어 저온이 된다.
저온이 된 냉매는 실내 열 교환기(17)에 이르고, 실내 열 교환기(17)에서 실내의 공기와 열 교환되어 실내를 냉각하고, 또한, 통로(1e)를 화살표 B4 방향으로 흐르고, 볼 밸브(65B)를 거쳐서 통로(1f)를 화살표 B5 방향으로 흐르고, 사방 밸브(62)의 포트(62c), 포트(62b)를 거쳐서 합류부(19h)에 이른다. 또한, 냉매는 화살표(A6) 방향으로 흐르고, 증발용 열 교환기(67)를 거쳐서 통로(1h)를 화살표 A7 방향으로 흐르고, 어큐뮬레이터(12)의 귀환 포트(12c)로 귀환한다. 어큐뮬레이터(12)로 귀환한 냉매는 어큐뮬레이터(12)에서 액상의 냉매와 가스상의 냉매로 분리된 상태로 수용된다.
도2에 도시하는 적용예에 있어서도, 제1 실시예와 마찬가지 작용 효과를 얻을 수 있다. 즉, 난방 운전시에 외기의 온도가 설정 온도 보다도 낮을 때에는 실외 열 교환기(14)는 외기로부터 열을 충분히 얻을 수 없으므로, 실외 열 교환기(14)는 증발기로서의 기능이 손상될 뿐만 아니라, 실외 열 교환기(14)의 냉매의 열이 외기로 빼앗기고, 난방 능력이 저하될 우려가 있다. 그래서, 실내의 난방 운전시에 외기의 온도가 설정 온도 보다도 낮을 때에는 제어 수단(75)은 제1 개폐 밸브(71) 및 제2 개폐 밸브(72)를 폐쇄하는 밸브 폐쇄 조작을 실행한다. 이와 같이 제1 개폐 밸브(71)가 폐쇄되기 때문에 실외 열 교환기(14)의 상류측의 냉매가 포트(14u)로부터 실외 열 교환기(14) 내로 유입되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제2 개폐 밸브(72)가 폐쇄되기 때문에 실외 열 교환기(14)의 하류측의 냉매가 포트(14d)로부터 실외 열 교환기(14) 내로 역류되는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 실외 열 교환기(14)의 냉매가 저감 또는 없어지고, 실외 열 교환기(14)의 냉매의 열이 외기로 빼앗기는 것을 억제할 수 있고, 나아가서는 난방 능력의 저하를 확실히 억제할 수 있다.
또한, 제1 개폐 밸브(71) 및 제2 개폐 밸브(72)의 폐쇄에 의해 냉매가 실외 열 교환기(14)로 유입되는 것이 억제되면 냉매 순환 통로(1)에 있어서의 난방에 부여할 수 있는 냉매의 유량이 손상될 우려가 있다. 이 점에 대해서는 냉매 순환 통로(1)에 연통하는 병렬 통로(19)가 실외 열 교환기(14)에 대하여 병렬로 마련되고, 실외 열 교환기(14)에 유입할 수 없게 된 냉매는 다른 쪽 유로인 병렬 통로(19)를 통과하기 때문에 난방에 부여할 수 있는 냉매의 유량이 확보된다. 이런 의미에 있어서도 난방 능력의 저하를 억제할 수 있다.
상기한 제1 개폐 밸브(71) 및 제2 개폐 밸브(72)를 폐쇄하는 밸브 폐쇄 조작을 실행할 때, 제어 수단(75)은 상류측의 제1 개폐 밸브(71)를 폐쇄하고 나서 소정 시간 경과한 후에 하류측의 제2 개폐 밸브(72)를 폐쇄하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 밸브 폐쇄 조작을 실행한 후의 상태에 있어서 실외 열 교환기(14)에 잔류하는 냉매를 적게 혹은 없게 할 수 있다. 이와 같이 실외 열 교환기(14)에 잔류하는 냉매의 유량을 억제할 수 있기 때문에 난방에 부여하는 냉매의 유량이 감소되는 것을 억제할 수 있고, 난방 능력의 저하를 억제할 수 있다. 다만, 밸브 폐쇄 조작시에 있어서의 제1 개폐 밸브(71) 및 제2 개폐 밸브(72)를 폐쇄하는 순서는 상기에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제어 수단(75)은 상기한 밸브 폐쇄 조작을 실행한 후에 제1 개폐밸브(71) 및 제2 개폐 밸브(72)를 개방하는 밸브 개방 조작을 실행할 때 하류측의 제2 개폐 밸브(72)를 개방하고 나서 소정 시간 경과한 후에 상류측의 제1 개폐 밸브(71)를 개방하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 냉매를 실외 열 교환기(14)에 용이하게 재유입시킬 수 있다. 다만, 밸브 개방 조작시에 제1 개폐 밸브(71) 및 제2 개폐 밸브(72)를 개방하는 순서는 상기에 한정되는 것은 아니다.
상기한 밸브 폐쇄 조작을 실행하면 냉매가 실외 열 교환기(14)로 흐르는 것을 억제할 수 있기 때문에 다른 쪽 통로인 병렬 통로(19)로 흐르는 냉매의 유량이 증가된다. 이 점에 대해서는 제어 수단(75)은 제1 개폐 밸브(71) 및 제2 개폐 밸브(72)를 폐쇄하는 밸브 폐쇄 조작을 실행할 때, 팽창 밸브(18)의 개방도를 증가시키는 개방도 증가 조작을 실행하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 팽창 밸브(18)의 개방도를 증가시키면 제1 개폐 밸브(71) 및 제2 개폐 밸브(72)를 폐쇄한 경우에 있어서도 냉매 순환 통로(1)를 흐르는 난방에 부여하는 냉매의 유량이 감소되는 것을 억제할 수 있고, 난방 능력의 저하를 억제할 수 있다.
도3은 냉매 순환 통로(1)에 설치되어 있는 증발용 열 교환기(67)를 흐르는 엔진 냉각수(100)의 경로를 도시한다. 도3에 도시한 바와 같이, 엔진 냉각수가 순환하는 냉각수 회로(100)는 제1 통수로(101)와 증발용 열 교환기(67)를 흐르는 제2 통수로(102)와, 라디에이터(107)를 흐르는 제3 통수로(103)와, 온도 조절 소자인 제1 서모 스탯(104)과, 온도 조절 소자인 제2 서모 스탯(105)과, 냉각수 반송부인 워터 펌프(106)를 가진다.
워터 펌프(106)가 구동되면 엔진 냉각수는 가스 엔진(11)으로 이송되고, 가스 엔진(11)을 냉각하기 위해 엔진 냉각수는 온수가 된다. 여기서 엔진 냉각수의 수온이 낮을 때에는 제1 통수로(101)로 흐르지만 제1 서모 스탯(104) 및 제2 서모 스탯(105)의 작용에 의해 제2 통수로(102) 및 제3 통수로(103)에는 흐르지 않도록 되어 있다. 이에 의해, 엔진 냉각수의 온도가 유지된다.
가스 엔진(11)의 회전수가 증가되어 엔진 냉각수의 수온이 상승하면 제1 서모 스탯(104) 및 제2 서모 스탯(105)의 작용에 의해 제2 통수로(102), 증발용 열 교환기(67)에도 흐르게 된다. 이 경우, 엔진 냉각수의 열은 증발용 열 교환기(67)에서도 빼앗기기 때문에 엔진 냉각수의 과잉 고온화가 억제된다. 가스 엔진(11)의 회전수가 더욱 증가해서 엔진 냉각수의 수온이 더욱 상승되면 제1 서모 스탯(104) 및 제2 서모 스탯(105)의 작용에 의해 엔진 냉각수는 제2 통수로(102) 및 제3 통수로(103)에도 흐르고, 증발용 열 교환기(67) 및 라디에이터(107)에도 흐르게 된다. 이 경우, 엔진 냉각수의 열은 증발용 열 교환기(67) 및 라디에이터(107)에서도 빼앗기기 때문에 엔진 냉각수의 과잉 고온화를 억제할 수 있다. 이와 같이 제1 서모 스탯(104) 및 제2 서모 스탯(105)의 작용에 의해 엔진 냉각수의 온도는 거의 일정한 온도 영역 내에 들어가도록 설정되어 있다.
이와 같이 증발용 열 교환기(67)의 수 통로에는 가열원으로서의 가스 엔진(11)의 폐열로 가열된 온수인 엔진 냉각수가 흐른다. 이 때문에 증발용 열 교환기(67)의 냉매 통로를 흐르는 냉매는 엔진 냉각수의 열을 열 교환에 의해 얻고, 엔진 냉각수의 열로 증발용 열 교환기(67)의 냉매의 가스화를 진행시킬 수 있다.
(제2 실시예)
도4는 본 발명의 제2 실시예의 개념을 도시한다. 제2 실시예는 제1 실시예와 기본적으로는 마찬가지 구성을 갖는다. 이하, 제1 실시예와 서로 다른 부분을 중심으로 하여 설명한다. 즉, 도4에 도시한 바와 같이, 실외 열 교환기(14)의 상류측(난방 운전시에 있어서의 상류측)을 개폐하는 제1 개폐 밸브(71)와 실외 열 교환기(14)의 하류측(난방 운전시에 있어서의 하류측)을 개폐하는 제2 개폐 밸브(72)가 설치되어 있다. 또한, 도4에 도시한 바와 같이, 실외 열 교환기(14)에 대하여 병렬로 병렬 통로(19)가 설치되어 있다. 병렬 통로(19)는 냉매 순환 통로(1)에 분지하는 분기부(19s), 냉매 순환 통로(1)에 합류하는 합류부(19h)를 거쳐서 냉매 순환 통로(1)에 연통하고 있으며, 실외 열 교환기(14)를 우회시켜 냉매를 흘리는 것이다.
병렬 통로(19)에는 냉매를 팽창시켜 가스화시키는 기능을 가지는 팽창 밸브(18)와 증발용 열 교환기(67)가 직렬로 설치되어 있다. 증발용 열 교환기(67)는 플레이트형 열 교환기이며, 가열원으로서의 가스 엔진의 폐열로 가열시킨 엔진 냉각수(매체)가 흐르는 수 통로와 병렬 통로(19)를 흘러 어큐뮬레이터(12)를 향하는 냉매가 흐르는 냉매 통로를 가진다. 그리고 냉매 통로의 냉매와 수 통로의 엔진 냉각수를 열 교환하여 어큐뮬레이터(12)를 향하는 냉매를 엔진 냉각수의 열로 증발시키는 것이다. 도4에 도시한 바와 같이, 실외 열 교환기(14) 및 증발용 열 교환기(677)는 서로 병렬적인 위치 관계로 되어 있다.
실내를 난방 운전할 때에 대하여 설명한다. 연료 가스에 의해 가스 엔진(11)이 구동되면 압축기(13)가 구동되고, 가스상의 냉매가 압축기(13)로 압축된다. 압축되어 고온 고압이 된 냉매는 압축기(13)로부터 화살표 A1 방향으로 토출되고, 사방 밸브(62)의 포트(62d, 62c)를 통과하고, 화살표 A2 방향, 화살표 A3 방향으로 흘러서 실내 열 교환기(17)에 이르고, 실내 열 교환기(17)에서 실내의 공기와 열 교환되어 실내에 열을 방출하고, 실내를 가열한다. 실내 열 교환기(17)를 거친 냉매는 응축화, 즉 액화가 진행되고 있다.
실내 열 교환기(17)를 거친 냉매는 분기부(19s)를 거쳐 화살표 A4 방향과 화살표 A5 방향으로 분기한다. 화살표 A4 방향으로 흐르는 냉매는 제1 개폐 밸브(71)를 거쳐서 포트(14u)로부터 실외 열 교환기(14)에 이른다. 그리고 실외 열 교환기(14)의 냉매는 외기의 열을 얻어 가스화가 진행된다. 또한 냉매는 실외 열 교환기(14)의 포트(14d)로부터 토출되고 제2 개폐 밸브(72)를 거쳐서 사방 밸브(62)의 포트(62a, 62b)를 통과하고 합류부(19h)를 향한다.
또한, 분기부(19s)로부터 화살표 A5 방향(도4 참조)으로 흐른 냉매는 병렬 통로(19)를 흘러 팽창 밸브(18)에 이르고, 팽창 밸브(18)에서 팽창되어 가스화가 진행된다. 또한, 팽창 밸브(18)를 거친 냉매는 증발용 열 교환기(67)를 흐른다. 이 증발용 열 교환기(67)는 플레이트 열 교환기에서 형성되어 있다. 증발용 열 교환기(67) 내의 냉매는 온수인 엔진 냉각수에 의해 열 교환되어 가스화가 진행된다. 또한, 증발용 열 교환기(67)를 거친 냉매는 합류부(19h)에서 실외 열 교환기(14)를 거친 냉매와 합류한다. 합류한 냉매는 화살표 A6, A7 방향으로 흐르고, 어큐뮬레이터(12)로 귀환한다.
제2 실시예는 기본적으로는 제1 실시예와 마찬가지 작용 효과를 갖는다.즉, 난방 운전시에 외기의 온도가 설정 온도 보다도 낮을 때에는 실외 열 교환기(14)는 외기로부터 열을 충분히 얻을 수 없다. 따라서, 실외 열 교환기(14)는 증발기로서의 기능이 손상될 뿐만 아니라, 실외 열 교환기(14)의 냉매의 열이 외기로 빼앗기고 난방 능력이 저하될 우려가 있다.
그래서, 본 실시예에 따르면, 난방 운전시에 외기의 온도가 설정 온도 보다도 낮을 때에는 제어 수단(75)은 상술한 바와 마찬가지로 제1 개폐 밸브(71) 및 제2 개폐 밸브(72)를 폐쇄하는 밸브 폐쇄 조작을 실행한다. 이와 같이 제1 개폐 밸브(71)가 폐쇄되기 때문에 실외 열 교환기(14)의 하류측의 냉매가 포트(14u)로부터 실외 열 교환기(14) 내로 유입되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제2 개폐 밸브(72)가 폐쇄되기 때문에 실외 열 교환기(14)의 하류측의 냉매가 포트(14d)로부터 실외 열 교환기(14)에 역류하는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에 실외 열 교환기(14)의 냉매가 감소 또는 없어지고, 실외 열 교환기(14)의 냉매의 열이 외기로 빼앗기는 일을 억제할 수 있고, 나아가서는 외기의 온도가 설정 온도 보다도 낮을 때에 있어서 난방 능력의 저하를 확실히 억제할 수 있다.
또한, 제2 개폐 밸브(72)의 폐쇄에 의해 실외 열 교환기(14)의 상류측의 냉매가 실외 열 교환기(14) 내로 유입되는 것이 억제되면 난방에 부여할 수 있는 냉매의 유량이 저하될 우려가 있다. 이 점 본 실시예에 따르면, 냉매 순환 통로(1)에 연통하는 병렬 통로(19)가 실외 열 교환기(14)에 대하여 병렬로 마련되어 있다. 그리고, 실외 열 교환기(14)에 유입할 수 없게 된 냉매는 병렬 통로(19)를 화살표 A5 방향으로 통과하기 때문에 난방에 부여할 수 있는 냉매의 유량이 확보된다. 이런 의미에 있어서도 난방 능력의 저하를 억제할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기한 밸브 폐쇄 조작을 실행한 후에 외기의 온도가 높아졌을 때, 실외 열 교환기(14)에 있어서의 냉매의 가스화를 확보하기 위해 제어 수단(75)은 제1 개폐 밸브(71) 및 제2 개폐 밸브(72)를 개방하는 밸브 개방 조작을 실행한다. 이 때, 하류측의 제2 개페 밸브(72)를 개방하고 나서 소정 시간 경과한 후에 상류측의 제1 개폐 밸브(71)를 개방할 수 있다. 이와 같이 하면, 냉매를 실외 열 교환기(14)에 용이하게 재유입시킬 수 있다. 다만, 밸브 개방 조작시에 제1 개폐 밸브(71) 및 제2 개폐 밸브(72)를 개방하는 순서는 상기에 한정되는 것은 아니다.
상기한 밸브 폐쇄 조작을 실행하면 냉매가 실외 열 교환기(14)로 흐르는 것을 억제할 수 있기 때문에 다른 쪽 유로인 병렬 통로(19)로 흐르는 냉매의 유량이 증가된다. 이 점 본 실시예에 따르면, 제어 수단(75)은 제1 개폐 밸브(71) 및 제2 개폐 밸브(72)를 폐쇄하는 밸브 폐쇄 조작을 실행할 때 팽창 밸브(18)의 개방도를 증가시키는 개방도 증가 조작을 실행하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 팽창 밸브(18)의 개방도를 증가시키면 난방에 부여할 수 있는 냉매의 유량이 감소하는 것을 억제할 수 있고, 난방 능력의 저하를 억제할 수 있다.
그런데, 상기한 바와 같이, 팽창 밸브(18)의 개방도를 증가시킬 때 병렬 통로(19)에 있어서, 증발용 열 교환기(67)가 팽창 밸브(18)와 직렬로 설치되어 있기 때문에 증발용 열 교환기(67)를 흐르는 냉매의 유량이 증가하게 된다. 이 경우, 증발용 열 교환기(67)에 있어서의 열 교환량이 증대되기 때문에, 냉매와 열 교환하는 증발용 열 교환기(67)의 온수인 엔진 냉각수의 온도가 목표 온도 보다도 낮게 될 우려가 있다. 이와 같이, 엔진 냉각수의 온도가 낮게 되면 증발용 열 교환기(67)에 있어서, 냉매가 증발되는 증발량이 저하될 우려가 있으며, 나아가서는 증발용 열 교환기(67)의 증발기로서의 기능이 저하될 우려가 있다. 그래서, 상기한 바와 같이 팽창 밸브(18)의 개방도를 증가시킬 때 제어 수단(75)은 가스 엔진(11)의 회전수를 증가시키고 가스 엔진(11)에서 발생하는 열량을 증가시킨다. 즉, 가스 엔진(11)으로부터 증발용 열 교환기(67)에 공급되는 단위 시간 당 엔진 냉각수의 열량을 증가시키는 열량 증가 조작이 실행된다. 이에 의해 가스 엔진(11)으로부터 증발용 열 교환기(67)에 단위 시간 당 공급되는 열량을 증가시킬 수 있고, 증발용 열 교환기(67)에 있어서 냉매가 증발하는 증발량을 확보할 수 있고, 나아가서는 증발용 열 교환기(67)의 증발기로서의 기능이 확보된다.
(제2 적용예)
도5는 제2 실시예를 적용한 제2 적용예를 도시한다. 제2 적용예는 제1 적용예와 공통의 구성을 갖는다. 제2 적용예와 공통하는 부위에는 공통의 부호를 붙인다. 도5에 도시한 바와 같이, 실외 열 교환기(14)의 상류측(난방 운전시에 있어서의 상류측)을 개폐하는 제1 개폐 밸브(71)와, 실외 열 교환기(14)의 하류측(난방 운전시에 있어서의 하류측)을 개폐하는 제2 개폐 밸브(72)가 설치되어 있다. 본 적용예에서는 도5에 도시한 바와 같이, 실외 열 교환기(14)는 복수개 병렬로 배치된 실외 열 교환기(14A, 14B)로 형성되어 있다. 이 때문에, 제2 개폐 밸브(72)는 한 쪽 실외 열 교환기(14A)의 유로를 제어하는 제2 개폐 밸브(72A)와 다른 쪽 실외열 교환기(14B)의 유로를 제어하는 제2 개폐 밸브(72B)로 형성되어 있다. 제1 개폐 밸브(71)는 복수개 병렬로 배치된 실외 열 교환기(14A, 14B)를 개폐 제어할 수 있다.
또한, 도5에 도시한 바와 같이, 실외 열 교환기(14)에 대하여 병렬인 병렬 통로(19)가 설치되어 있다. 병렬 통로(19)는 냉매 순환 통로(1)와 분기하는 분기부(19s), 냉매 순환 통로(1)에 합류하는 합류부(19h)를 거쳐서 냉매 순환 통로(1)에 연통하는 것이며, 실내 열 교환기(17)를 우회시켜 냉매를 흘리는 것이다. 병렬 통로(19)에는 냉매를 팽창시켜 가스화시키는 기능을 가지는 팽창 밸브(18)와 증발용 열 교환기(67)가 직렬로 설치되어 있다. 증발용 열 교환기(67)는 냉매와 엔진 냉각수를 열 교환하고, 어큐뮬레이터(12)를 향하는 냉매를 증발시키는 것이다. 증발용 열 교환기(67)는 2중관 열 교환기가 아니고 플레이트형 열 교환기로 되어 있다. 도5에 도시한 바와 같이, 실외 열 교환기(14) 및 증발용 열 교환기(67)는 병렬적인 위치 관계로 되어 있다.
본 실시예에 따르면, 난방 운전 및 냉방 운전은 기본적으로는 상기한 적용예 1의 경우와 마찬가지로 실행된다. 실내를 난방 운전할 때에 대하여 설명한다. 연료 가스에 의해 가스 엔진(11)이 구동되면 압축기(13)가 구동되고, 가스상의 냉매가 압축기(13)로 압축되고, 고온 고압이 된 냉매는 압축기(13)로부터 화살표 A1 방향으로 토출되고, 오일 분리기(61), 사방 밸브(62)의 포트(62d, 62c)를 통과하고, 화살표 A2 방향, 화살표 A3 방향으로 흘러서 실내 열 교환기(17)에 이르고, 실내 열 교환기(17)에서 실내의 공기와 열 교환되어 실내로 열을 방출하고, 실내를 가열한다.
실내 열 교환기(17)를 거친 냉매는 팽창 밸브(21), 볼 밸브(62A)에 이르고, 분기부(19s)에 의해 화살표 A4 방향과 화살표 A5 방향(도5 참조)으로 분지한다. 화살표 A4 방향으로 흐른 냉매는 제1 개폐 밸브(71), 역지 밸브(80), 캐필러리(81)를 거쳐서 포트(14u)로부터 실외 열 교환기(14)(14A, 14B)에 이른다. 그리고, 실외 열 교환기(14(14A, 14B))의 냉매는 외기의 열을 얻어 가스화가 진행된다. 또한, 냉매는 실외 열 교환기(14(14A, 14B))의 포트(14d)로부터 토출되고, 제2 개폐 밸브(72(72A, 72B))를 거쳐서 사방 밸브(62)의 포트(62a, 62b)를 통과하고, 합류부(19h)를 향한다.
또한, 분기부(19a)로부터 화살표 A5 방향으로 흐른 냉매는 병렬 통로(19)를 흘러 팽창 밸브(18)에 이르고, 팽창 밸브(18)에서 팽창되어 가스화가 진행되고, 또한, 팽창 밸브(18)를 거친 냉매는 증발용 열 교환기(67)를 흐른다. 증발용 열 교환기(67) 내의 냉매는 온수인 엔진 냉각수에 의해 열 교환되어 가스화가 진행된다. 또한, 증발용 열 교환기(67)를 거친 냉매는 합류부(19h)에서 실외 열 교환기(14(14A, 14B))를 거친 냉매와 합류된다. 합류된 냉매는 화살표 A6 방향, 화살표 A7 방향으로 흐르고, 어큐뮬레이터(12)의 귀환 포트(12c)로 귀환한다.
제2 실시예에 있어서도 기본적으로는 제1 실시예와 마찬가지 작용 효과가 얻어진다. 즉, 난방 운전시에 외기의 온도가 설정 온도 보다도 낮을 때에는 실외 열 교환기(14)는 외기로부터 열을 충분히 얻을 수 없으므로 실외 열 교환기(14)는 증발기로서의 기능이 손상될 뿐만 아니라, 실외 열 교환기(14)의 냉매의 열이 외기로빼앗기고, 난방 능력이 저하될 우려가 있다. 그래서, 본 실시예에 따르면, 난방 운전시에 있어서의 외기의 온도가 설정 온도 보다도 낮을 때에는 제어 수단(75)은 전술한 바와 마찬가지로 제1 개폐 밸브(71) 및 제2 개폐 밸브(72)를 폐쇄하는 밸브 폐쇄 조작을 실행한다. 이 때문에 실외 열 교환기(14)의 냉매가 감소 또는 없어지고, 실외 열 교환기(14)의 냉매의 열이 외기로 빼앗기는 일을 억제할 수 있고, 나아가서는 외기의 온도가 설정 온도 보다도 낮을 때에 있어서 난방 능력의 저하를 확실히 억제할 수 있다.
(그 외)
상기한 실시예 1, 실시예 2, 적용예 1, 적용예 2에 따르면, 증발용 열 교환기(67)의 냉매를 가열하는 가열원으로서는 연료 가스로 구동하는 가스 엔진(11)으로 되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 가솔린이나 경유 등의 액체 연료로 구동하는 엔진으로 해도 되고, 또한 다른 연료로 구동하는 엔진으로 해도 되고, 또한 보일러, 연료 전지, 가스 터빈을 채용하고 보일러, 연료 전지, 가스 터빈으로 생성되는 열로 가열된 온수에 의해 증발용 열 교환기(67)의 냉매를 가열할 수도 있다. 그 이외에, 본 발명은 상기한 실시예 만으로 한정되는 것이 아니라 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 적절히 변경하여 실시할 수 있는 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 난방 운전시에 외기의 온도가 설정 온도 보다도 낮을 때에는 전술한 바와 같이, 실외 열 교환기는 외기로부터 열을 충분히 얻을 수 없으므로 증발기로서의 기능이 손상될 뿐만 아니라 실외 열 교환기의 열이 외기로 빼앗기고, 난방 능력이 저하될 우려가 있다. 그래서, 외기의 온도가 설정 온도 보다도 낮을 때에는 제어 수단은 제1 개폐 밸브 및 제2 개폐 밸브를 폐쇄하는 밸브 폐쇄 조작을 실행한다. 이와 같이, 제1 개폐 밸브가 폐쇄되기 때문에 실외 열 교환기의 하류측의 냉매가 실외 열 교환기로 유입되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제2 개폐 밸브가 폐쇄되기 때문에 실외 열 교환기의 하류측의 냉매가 실외 열 교환기로 역류하는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에 실외 열 교환기의 냉매의 열이 외기로 빼앗기는 것을 억제할 수 있고, 나아가서는 난방 능력의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 실외 열 교환기의 하류측의 냉매가 실외 열 교환기로 유입되는 것이 억제되면 냉매의 순환성이 손상될 우려가 있지만, 이 점 본 발명에 따르면, 실외 열 교환기에 대하여 병렬로 마련되어 냉매 순환 통로에 연통하는 병렬 통로가 설치되어 있기 때문에 실외 열 교환기로 유입할 수 없게 된 냉매는 병렬 통로를 통과할 수 있기 때문에 냉매의 순환성은 확보되고, 이런 의미에 있어서도 난방 능력의 저하를 억제할 수 있다.

Claims (6)

  1. 냉매를 압축하는 압축기와,
    실내에 설치되어 압축기로부터 토출된 고온의 냉매가 통과하고, 난방 운전시에 실내의 공기와 열 교환시켜 실내를 따뜻하게 하는 실내 열 교환기와,
    실외에 설치되어 난방 운전시에 실내 열 교환기를 통과한 냉매를 외기와 열 교환시켜 증발시키는 실외 열 교환기와,
    상기 압축기, 상기 실내 열 교환기, 상기 실외 열 교환기를 연결하는 냉매 순환 통로와,
    상기 실외 열 교환기를 우회하도록 상기 실외 열 교환기에 대하여 병렬로 마련되어 상기 냉매 순환 통로에 연통하는 병렬 통로와,
    상기 병렬 통로 또는 상기 냉매 순환 통로에 설치되어 상기 병렬 통로 또는 상기 냉매 순환 통로를 흘러서 상기 압축기를 향하는 냉매를 가열원으로부터 공급된 매체와 열 교환시켜 증발시키는 증발용 열 교환기를 구비하는 공기 조화기에 있어서,
    난방 운전시에 상기 실외 열 교환기의 상류측을 개폐 가능한 제1 개폐 밸브와,
    난방 운전시에 상기 실외 열 교환기의 하류측을 개폐 가능한 제2 개폐 밸브와,
    난방 운전시에 외기의 온도가 설정 온도 보다도 낮을 때 상기 제1 개폐 밸브및 상기 제2 개폐 밸브를 폐쇄하는 밸브 폐쇄 조작을 실행 가능한 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 밸브 폐쇄 조작을 실행할 때 상기 제1 개폐 밸브를 폐쇄한 후에 상기 제2 개폐 밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 밸브 폐쇄 조작을 실행한 후에 개방할 때 상기 제2 개폐 밸브를 개방한 후에 상기 제1 개폐 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 병렬 통로에는 냉매를 팽창시키는 동시에 개방도가 조정 가능한 팽창 밸브가 설치되어 있으며,
    상기 제어 수단은 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 폐쇄하는 밸브 폐쇄 조작을 실행할 때 상기 팽창 밸브의 개방도를 증가시키는 개방도 증가 조작을 실행 가능하게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 증발용 열 교환기는 상기 팽창 밸브와 함꼐 상기 병렬 통로에 설치되어 있으며, 상기 제어 수단은 상기 팽창 밸브의 개방도를 증가시킬 때 상기 가열원으로부터 상기 증발용 열 교환기에 공급되는 단위 시간 당 열량을증가시키는 열량 증가 조작을 실행 가능하게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 가열원은 엔진, 보일러, 연료 전지, 가스 터빈 중 어느 것이며, 상기 가열원으로부터 공급되는 매체는 상기 가열원에서 가열되고 주요 성분이 물인 액체 매체인 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
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