KR20070046974A - 냉동장치 - Google Patents

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다이킨 고교 가부시키가이샤
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Abstract

팽창기(12)로 유입되는 냉매의 온도 조절이 가능한 내부 열교환기(23)를 설치하며, 운전조건이 바뀌었을 때 냉매의 온도를 조절함으로써 냉매의 비용적 내지 유량을 조절하여, 압축기(11)와 팽창기(12)의 유량 불균형을 해소한다. 또 난방운전 시에 비해 냉매의 순환량이 증가하는 냉방운전 시에는, 내부 열교환기(23)의 냉각성능을 난방운전 시보다 높여, 냉매의 일부가 팽창기(12)를 우회하지 않아도 팽창기(12)의 냉매유량이 늘어나도록 한다. 이로써 냉동장치의 COP가 저하되지 않도록 한다.
COP, 우회, 전열성능, 비용적, 냉매밀도, 질량유량, 균형, 압축기, 팽창기

Description

냉동장치{REFRIGERATING DEVICE}
본 발명은 증기압축식 냉동주기를 행하는 냉매회로를 구비한 냉동장치에 관한 것이며, 특히 냉매회로의 팽창기구를 구성하는 팽창기가 압축기에 기계적으로 연결된 냉동장치에 관한 것이다.
종래, 폐(閉)회로인 냉매회로에서 냉매를 순환시켜 냉동주기를 행하는 냉동장치가 알려져 있으며, 공조기 등으로 널리 이용되고 있다. 이러한 종류의 냉동장치로는, 예를 들어 특허문헌 1(일특개 2001-107881호 공보)에 개시된 바와 같이, 냉동주기의 고압압력을 냉매의 임계압력보다도 높게 설정한 것이 알려져 있다. 이 냉동장치는, 스크롤형 유체기계로 구성된 팽창기를 냉매의 팽창기구로서 구비한다. 그리고 이 팽창기와 압축기를 축으로 기계적으로 연결시켜, 팽창기에서 얻어진 동력을 압축기의 구동에 이용하여 COP(성적계수)의 향상을 도모한다.
특허문헌 1의 냉동장치에서, 팽창기를 통과하는 냉매의 질량유량(流量)과, 압축기를 통과하는 냉매의 질량유량은 항상 동등하다. 이는 냉매회로가 폐회로이기 때문이다. 한편, 팽창기나 압축기의 입구에서의 냉매 밀도는, 냉동장치의 운전조건에 따라 변화한다. 이에 대해 특허문헌 1의 냉동장치에서는, 팽창기와 압축기가 서로 연결되므로, 팽창기와 압축기의 배제용적 비(displacement volume ratio) 를 변화시킬 수 없다. 때문에 운전조건이 변화하면 냉동장치의 운전을 안정되게 계속할 수 없게 된다는 문제가 있다.
예를 들어, 이러한 종류의 냉동장치를 냉난방운전이 가능한 구성으로 하면, 냉방운전 시와 난방운전 시에 냉매 순환량이 변화하므로, 압축기와 팽창기의 유량이 불균형해진다. 구체적으로는, 난방운전 시에 팽창기와 압축기의 유량이 균형을 이루도록 냉동주기를 설계하면, 압축기의 흡입가스가 고온이 되는 냉방운전 시에는 냉매 순환량이 증가하므로, 이 냉매 순환량에 대해 팽창기의 유량(배제량)이 부족해진다.
이상의 점을, 말을 바꾸어 설명한다.
특허문헌 1의 냉동장치에서는, 냉매회로가 폐회로인 점, 및 팽창기와 압축기의 회전수가 동일 회전수로 되는 점등의 이유 때문에, 압축기의 동력회수 효율이 저하되어, 높은 COP의 냉동주기를 달성하기가 어려워진다.
폐회로인 냉매회로에서는, 팽창기를 통과하는 냉매의 질량유량(Me)과 압축기를 통과하는 냉매의 질량유량(Mc)은 동등하다. 여기서 Me＝Ve×de(Ve:팽창기를 통과하는 냉매의 체적 순환량, de:팽창기의 유입 냉매밀도), Mc＝Vc×dc(Vc:압축기를 통과하는 냉매의 체적 순환량, dc:압축기의 흡입 냉매밀도)의 관계식이 성립한다. 또 체적 순환량(Vc, Ve)은, 각 유체기계의 실린더 용적×각 유체기계의 회전수에 의해 정해진다.
팽창기의 질량유량(Me)과 압축기의 질량유량(Mc)은 동등하므로, 상기 식으로부터, Ve/Vc＝de/dc의 관계가 성립한다. 여기서 Ve/Vc는, 팽창기와 압축기의 회전 수가 동일하므로, 설계된 실린더 용적에 의해 정해지는 고정값이 된다. 따라서 이 냉동장치에서는 밀도 비(de/dc)를 일정하게 함으로써, 팽창기와 압축기의 냉매 질량유량(Me, Mc)을 균형있게 할 수 있다.
그런데 이러한 종류의 냉동장치를 공조기 등에 이용하는 경우에는, 그 사용조건에 따라 상기 밀도 비(de/dc)를 일정하게 유지하기가 어려운 경우가 있다. 구체적으로, 예를 들어 냉방운전(냉각운전)과 난방운전(가열운전)을 전환하여 행하는 공조기에 있어서, 냉방운전은, 난방운전에 비해 이용측 열교환기(증발기)에서의 냉매 증발압력이 높아지므로, 압축기의 흡입냉매 밀도(dc)가 상승한다. 그 결과, 압축기를 통과하는 냉매의 질량유량(Mc)에 대해, 팽창기를 통과하는 냉매의 질량유량(Me)이 작아져, 팽창기와 압축기의 냉매 질량유량(Me, Mc)이 불균형해진다.
이 문제에 대해서는, 특허문헌 2(일특개 2001-116371호 공보)에 개시된 바와 같이, 냉매회로에, 팽창기를 우회하는 바이패스 배관을 설치한다는 대책이 제안되었다. 즉, 팽창기의 배제량이 부족한 경우에는, 방열 후의 냉매 일부를 바이패스관으로 유입시킴으로써, 팽창기로 보내는 냉매량을 제한하여, 냉동주기를 안정되게 계속시키도록 한다. 바꾸어 말하면, 팽창기를 통과하는 냉매의 질량유량(Me)이, 압축기를 통과하는 냉매의 질량유량(Mc)에 대해 작을 경우에는, 방열 후의 냉매 일부를 바이패스관으로 도입함으로써 팽창기를 우회시키도록 하여, 냉매회로 전체로서의 질량유량 균형을 취하도록 한다.
[발명의 개시]
[발명이 해결하고자 하는 과제]
그러나 특허문헌 2의 장치에서는, 운전조건이 바뀌었을 때에 냉매의 일부를 바이패스관으로 유입시키면, 팽창기에서 얻어지는 동력이 감소해버려, 냉동장치의 성적계수(COP)가 저하된다는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점에 감안하여 창안된 것으로, 그 목적은, 운전조건이 변화한 경우의 압축기와 팽창기 유량의 불균형을 해소함(압축기를 통과하는 냉매의 질량유량과, 팽창기를 통과하는 냉매 질량유량과의 균형을 취함)과 더불어, 냉동장치의 COP가 저하되는 것도 방지하는 데 있다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
제 1에서 제 8 발명은, 운전조건이 바뀌었을 때, 팽창기로 유입되는 냉매의 온도를 조절함으로써 냉매의 비용적을 조절하고, 이로써 압축기와 팽창기의 유량 불균형을 해소함과 더불어, 냉동장치의 COP가 저하되는 것을 억제하도록 하는 것이다.
구체적으로 제 1 발명은, 압축기(11)와 열원측 열교환기(21)와 팽창기구(12)와 이용측 열교환기(22)가 접속되어 증기압축식 냉동주기를 행하는 냉매회로(10)를 구비하며, 상기 팽창기구(12)가 냉매의 팽창에 의해 동력을 발생하는 팽창기(12)로 구성되고, 이 팽창기(12)와 압축기(11)가 기계적으로 연결된 냉동장치를 전제로 한다.
그리고 이 냉동장치는, 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 온도 조절이 가능한 온도조절수단(23)이 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 제 1 발명에서는, 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 온도를 온도조정수단으로 조정함으로써, 냉매의 비용적을 조정할 수 있다. 구체적으로는, 냉매를 저온으로 함에 따라 비용적이 작아져 팽창기로의 냉매유량이 많아지며, 냉매를 고온으로 함에 따라 비용적이 커져 팽창기로의 냉매유량이 적어진다. 따라서 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 온도를 조정하면, 운전조건이 바뀌어도 압축기(11)와 팽창기(12)의 유량을 균형있게 하기가 가능해진다. 또 이 발명에서는, 팽창기(12)로 유입되는 냉매를 우회시키지 않아도 되므로, 팽창기(12)에서 얻어지는 동력도 저하되지 않다.
제 2 발명은 제 1 발명의 냉동장치에 있어서, 냉매회로(10)는, 이용측 열교환기(22)를 흐르는 냉매가 방열하는 가열운전과, 이 이용측 열교환기(22)를 흐르는 냉매가 흡열하는 냉각운전이 가능하게 구성되며, 온도조절수단(23)은, 가열운전 시보다 냉각운전 시 쪽이, 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 냉각성능이 높아지도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 제 2 발명에서는, 온도조절수단(23)의 냉각성능이 가열 운전 시보다 냉각운전 시에 높아지므로, 가열운전 시에 팽창기(12)와 압축기(11)의 유량이 균형을 이루도록 냉동주기를 설계한 경우에, 냉각운전 시에 냉매순환량이 증가해도, 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 유량을 늘릴 수 있다. 이로써 냉각운전 시에 팽창기(12)의 유량이 부족해지는 것을 방지할 수 있다. 따라서 팽창기(12)와 압축기(11)의 유량을 냉각운전 시와 가열운전 시에 균형있게 하는 것이 가능해지며, 또 바이패스가 필요 없으므로 팽창기(12)의 회수동력도 저하되지 않다.
제 3 발명은 제 2 발명의 냉동장치에 있어서, 온도조절수단(23)은, 냉각운전 시에, 방열기가 되는 열원측 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매가, 증발기가 되는 이용측 열교환기(22)를 통과하기 전 또는 통과한 후의 냉매와 열 교환하여 냉각되는 내부 열교환기(23)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 제 3 발명에서는, 냉각운전 시에, 방열기가 되는 열원측 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매가, 증발기가 되는 이용측 열교환기(22)를 통과하기 전 또는 통과한 후의 냉매와 내부 열교환기(23)에서 열 교환하여 냉각된다. 이로써 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 비용적 내지 유량이 조정되므로, 압축기(11)와 팽창기(12)의 유량을 가열운전 시와 냉각운전 시에 균형있게 할 수 있다.
제 4 발명은 제 3 발명의 냉동장치에 있어서, 내부 열교환기(23)는, 냉각운전 시에는, 증발기가 되는 이용측 열교환기(22)를 통과하기 전 또는 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉매유로(25)의 전열(傳熱)성능이, 방열기가 되는 열원측 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉매유로(24)의 전열성능보다도 높아지며, 가열운전 시에는, 증발기가 되는 열원측 열교환기(21)를 통과하기 전 또는 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉매유로(24)의 전열성능이, 방열기가 되는 이용측 열교환기(22)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉매유로(25)의 전열성능보다 낮아지도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 제 4 발명에서는, 증발기를 통과하기 전 또는 통과한 후의 저압냉매의 열 전달률에 비해, 방열기를 통과한 후의 냉매의 열 전달률이 높아지는데 대해, 내부 열교환기(23)를, 냉각운전 시에는, 증발기가 되는 이용측 열교환기(22)를 통과하기 전 또는 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉매유로(25)의 전열성능이, 방열기가 되는 열원측 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉매유로(24)의 전열성능보다 높아지도록 하며, 가열운전 시에는, 증발기가 되는 열원측 열교환기(21)를 통과하기 전 또는 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉매유로(24)의 전열성능이, 방열기가 되는 이용측 열교환기(22)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉매유로(25)의 전열성능보다도 낮아지도록 하므로, 냉각운전 시의 열 교환량이 가열운전 시의 열 교환량보다 커진다. 따라서 냉각운전 시에는, 팽창기(12)로 유입되는 냉매가 가열운전 시보다도 냉각되므로, 냉각운전 시에 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 유량을 늘림으로써, 압축기(11)와 팽창기(12)의 유량을 가열운전 시와 냉각운전 시에 균형있게 하기가 가능해진다.
제 5 발명은 제 4 발명의 냉동장치에 있어서, 내부 열교환기(23)에는, 냉각운전 시에 증발기가 되는 이용측 열교환기(22)를 통과하기 전 또는 통과한 후의 냉매가 흐르며 가열운전 시에 방열기가 되는 이용측 열교환기(22)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉매유로(25)에, 전열 핀(26)이 설치되는 것을 특징으로 한다.
이 제 5 발명에서는, 내부 열교환기(23)의 소정의 냉매유로(25)에 전열 핀(26)을 설치함으로써, 냉각운전 시의 내부 열교환기(23)에서의 열 교환량이 가열운전 시보다도 커진다. 이렇게 함으로써 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 비용적 내지 유량을 조정할 수 있으므로, 압축기(11)와 팽창기(12)의 유량을 가열운전 시와 냉각운전 시에 균형있게 하기가 가능해진다.
제 6 발명은 제 3 발명의 냉동장치에 있어서, 내부 열교환기(23)는, 냉각운전 시에는, 증발기가 되는 이용측 열교환기(22)를 통과하기 전 또는 통과한 후의 냉매와, 방열기가 되는 열원측 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매가 서로 역방향을 향해 흐르며, 가열운전 시에는, 증발기가 되는 열원측 열교환기(21)를 통과하기 전 또는 통과한 후의 냉매와, 방열기가 되는 이용측 열교환기(22)를 통과한 후의 냉매가 서로 동일방향을 향해 흐르도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 제 6 발명에서는, 내부 열교환기(23)에 있어서 냉각운전 시의 열교환 효율이 가열운전 시의 열 교환율보다 높아진다. 따라서 내부 열교환기(23)는, 팽창기(12)를 통과한 후 냉매의 냉각성능이 가열운전 시보다 냉각운전 시에 높아지므로, 압축기(11)와 팽창기(12)의 유량을 냉각운전 시와 가열운전 시에 균형있게 하기가 가능해진다.
제 7 발명은, 제 3 발명의 냉동장치에 있어서, 내부 열교환기(23)는, 내측 유로(24)와 외측 유로(25)가 인접하여 배치된 2중관 열교환기로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 제 7 발명에서는 냉각운전 시에, 2중관 열교환기를 이용하여, 증발기가 되는 이용측 열교환기(22)를 통과하기 전 또는 통과한 후의 냉매와, 방열기가 되는 열원측 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매를 열 교환함으로써, 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 비용적 내지 유량을 조정하여, 압축기(11)와 팽창기(12)의 유량을 냉각운전 시와 가열운전 시에 균형있게 할 수 있다.
제 8 발명은, 제 3 발명의 냉동장치에 있어서, 내부 열교환기(23)는, 내측 유로(24)와, 이 내측 유로(24)의 바깥쪽에 인접하여 배치된 제 1 외측 유로(25A)와 제 2 외측 유로(25B)를 갖는 3층식 플레이트 열교환기로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 제 8 발명에서는 냉각운전 시에, 3층식 플레이트 열교환기를 이용하여, 증발기가 되는 이용측 열교환기(22)를 통과하기 전 또는 통과한 후의 냉매와, 방열기가 되는 열원측 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매를 열 교환함으로써, 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 비용적 내지 유량을 조정하여, 압축기(11)와 팽창기(12)의 유량을 냉각운전 시와 가열운전 시에 균형있게 할 수 있다.
제 9에서 제 17 발명은, 팽창기(12)로 유입되는 냉매를 냉각운전 시에만 냉각하는 한편, 가열운전 시에는 그 기능이 정지되는 온도조절수단(23)을 구성하도록 한 것이다.
구체적으로 제 9 발명은, 압축기(11)와 열원측 열교환기(21)와 팽창기구(12)와 이용측 열교환기(22)가 접속되어 증기압축식 냉동주기를 행하는 냉매회로(10)를 구비하며, 상기 냉매회로(10)가, 이용측 열교환기(22)를 흐르는 냉매가 흡열하는 냉각운전과, 이 이용측 열교환기(22)를 흐르는 냉매가 방열하는 가열운전이 가능하게 구성되고, 상기 팽창기구(12)가 냉매의 팽창에 의해 동력을 발생하는 팽창기(12)로 구성되며, 이 팽창기(12)와 압축기(11)가 기계적으로 연결된 냉동장치를 전제로 한다.
그리고 이 냉동장치는, 상기 팽창기(12)로 유입되는 고압냉매의 온도 조절이 가능한 온도조절수단(23)을 구비하며, 상기 온도조절수단(23)이 상기 고압냉매를 냉각운전 시에만 냉각하는 한편, 가열운전 시에는 이 고압냉매의 냉각을 정지하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 제 9 발명에서는, 팽창기(12)로 유입되는 고압냉매를 냉각운전 시에만 냉각하며 가열운전 시에는 냉각하지 않도록 하므로, 냉각운전 시에 팽창기(12)의 유입 냉매밀도(de)를 크게 할 수 있다. 따라서 냉각운전 시에, 압축기(11)를 통과하는 냉매의 질량유량(Mc)이 가열운전 시보다 커졌을 경우에도, 이에 추종시켜 팽창기(12)로 흡입되는 냉매를 냉각함으로써, 팽창기(12)를 통과하는 냉매의 질량유량(Me)을 크게 하여, 양자의 냉매 질량유량(Mc, Me)을 균형있게 할 수 있다. 또 이 발명에서는, 팽창기(12)로 유입되는 냉매를 우회시키지 않아도 되므로, 팽창기(12)에서 얻어지는 동력도 저하되지 않다.
제 10 발명은, 제 9 발명의 냉동장치에 있어서, 온도조절수단(23)이, 냉각운전 시에 고압냉매가 저압냉매와 열 교환하여 냉각되는 내부 열교환기(23)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 제 10 발명에서는, 냉각운전 시에 내부 열교환기(23)에서 고압냉매가 저압냉매와 열 교환하여 냉각된다. 이로써 압축기(11)의 흡입온도가 상승하고 냉매밀도가 저하되는 동시에, 팽창기(12)의 유입온도가 저하되어 냉매밀도가 상승한다. 이로써 냉각운전 시에, 팽창기(12)를 통과하는 냉매의 질량유량(Me)을 크게 하여, 압축기(11)를 통과하는 냉매의 질량유량(Mc)과 균형있게 할 수 있다.
제 11 발명은, 제 10 발명의 냉동장치에 있어서, 내부 열교환기(23)가, 제 1 유로(27)와 제 2 유로(28)를 가짐과 더불어, 이 제 1 유로(27)를 흐르는 냉매와 제 2 유로(28)를 흐르는 냉매가 열 교환 가능하게 구성되며, 상기 내부 열교환기(23)가, 냉각운전 시에는 제 1 유로(27)를 고압냉매가 유통하는 한편 제 2 유로(28)를 저압냉매가 유통하고, 가열운전 시에는 양 유로(24, 25)를 고압냉매가 유통하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 제 11 발명에서는, 가열운전 시에는, 내부 열교환기(23)의 양 유로(24, 25)를 고압냉매가 흐르므로, 고압냉매는 온도가 변화하지 않고 팽창기(12)로 유입된다. 한편 냉각운전 시에는, 내부 열교환기(23)에서 제 1 유로(27)를 흐르는 고압냉매가 제 2 유로(28)를 흐르는 저압냉매와 열 교환하여 냉각된다. 이로써, 냉각운전 시에, 팽창기(12)를 통과하는 냉매의 질량유량(Me)을 크게 하여, 압축기(11)를 통과하는 냉매의 질량유량(Mc)과 균형을 취할 수 있다.
제 12 발명은, 제 10 발명의 냉동장치에 있어서, 내부 열교환기(23)가 제 1 유로(27)와 제 2 유로(28)를 가짐과 더불어, 이 제 1 유로(27)를 흐르는 냉매와 제 2 유로(28)를 흐르는 냉매가 열 교환 가능하게 구성되며, 상기 내부 열교환기(23)가, 냉각운전 시에는 제 1 유로(27)를 고압냉매가 유통하는 한편 제 2 유로(28)를 저압냉매가 유통하도록 구성되고, 가열운전 시에는 고압냉매가 내부 열교환기(23)를 우회하는 바이패스통로(45)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 제 12 발명에서는, 가열운전 시는 고압냉매가 내부 열교환기(23)를 우회하므로, 고압냉매는 온도가 변화하지 않고 팽창기(12)로 유입된다. 한편 냉각운전 시에는, 내부 열교환기(23)에서 제 1 유로(27)를 흐르는 고압냉매가 제 2 유로(28)를 흐르는 저압냉매와 열 교환하여 냉각된다. 이로써, 냉각운전 시에 팽창기(12)를 통과하는 냉매의 질량유량(Me)을 크게 하여, 압축기(11)를 통과하는 냉매의 질량유량(Mc)과 균형을 취할 수 있다.
제 13 발명은, 제 10 발명의 냉동장치에 있어서, 내부 열교환기(23)가, 제 1 유로(27)와 제 2 유로(28)를 가짐과 더불어, 이 제 1 유로(27)를 흐르는 냉매와 제 2 유로(28)를 흐르는 냉매가 열 교환 가능하게 구성되며, 상기 내부 열교환기(23)가, 냉각운전 시에는 제 1 유로(27)를 고압냉매가 유통하는 한편 제 2 유로(28)를 저압냉매가 유통하도록 구성되고, 가열운전 시에 저압냉매가 내부 열교환기(23)를 우회하는 바이패스통로(46)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 제 13 발명에서는, 가열운전 시는 저압냉매가 내부 열교환기(23)를 우회하므로, 고압냉매는 온도가 변화하지 않고 팽창기(12)로 유입된다. 한편 냉각운전 시에는, 내부 열교환기(23)에서 제 1 유로(27)를 흐르는 고압냉매가 제 2 유로(28)를 흐르는 저압냉매와 열 교환하여 냉각된다. 이로써, 냉각운전 시에 팽창기(12)를 통과하는 냉매의 질량유량(Me)을 크게 하여, 압축기(11)를 통과하는 냉매의 질량유량(Mc)과 균형을 취할 수 있다.
제 14 발명은, 제 10 발명의 냉동장치에 있어서, 내부 열교환기(23)는, 냉각운전 시에 열원측 열교환기(21)를 통과한 후의 고압냉매가, 이용측 열교환기(22)를 통과하기 전의 저압냉매와 열 교환하여 냉각되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 제 14 발명에서는, 냉각운전 시에 열원측 열교환기(21)를 통과한 후의 고압냉매가, 이용측 열교환기(22)를 통과하기 전의 저압냉매와 열 교환하여 냉각되며, 온도가 저하되어 밀도가 상승한 상태에서 팽창기(12)로 유입된다. 이로써, 냉각운전 시에 팽창기(12)를 통과하는 냉매의 질량유량(Me)을 크게 하여, 압축기(11)를 통과하는 냉매의 질량유량(Mc)과 균형을 취할 수 있다.
제 15 발명은, 제 10 발명의 냉동장치에 있어서 내부 열교환기(23)는, 냉각운전 시에, 열원측 열교환기(21)를 통과한 후의 고압냉매가, 이용측 열교환기(22)를 통과한 후의 저압냉매와 열 교환하여 냉각되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 제 15 발명에서는, 냉각운전 시에 열원측 열교환기(21)를 통과한 후의 고압냉매가, 이용측 열교환기(22)를 통과한 후의 저압냉매와 열 교환하여 냉각되며, 온도가 저하되어 밀도가 상승한 상태에서 팽창기(12)로 유입된다. 이로써, 냉각운전 시에 팽창기(12)를 통과하는 냉매의 질량유량(Me)을 크게 하여, 압축기(11)를 통과하는 냉매의 질량유량(Mc)과 균형을 취할 수 있다.
제 16 발명은, 제 10 발명의 냉동장치에 있어서, 내부 열교환기(23)는, 냉각운전 시에 고압냉매와 저압냉매가 서로 역방향을 향해 흐르도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 제 16 발명에서는, 냉각운전 시에 고압냉매와 저압냉매가 내부 열교환기(23)를 서로 역방향을 향해 흐름으로써, 고압냉매가 효율적으로 냉각된다. 따라서 상기와 마찬가지로, 냉각운전 시에 팽창기(12)를 통과하는 냉매의 질량유량(Me)을 크게 하여, 압축기(11)를 통과하는 냉매의 질량유량(Mc)과 균형을 취할 수 있다.
제 17 발명은, 제 9 발명의 냉동장치에 있어서, 냉매회로(10)의 냉매가 이산화탄소인 것을 특징으로 한다.
이 제 17 발명에서는 냉매로서 이산화탄소를 이용함으로써, 다른 냉매에 비해 냉동주기의 고저차압을 크게 할 수 있으므로, 팽창기(12)에서 얻어지는 냉매의 팽창동력을 증대시킬 수 있다.
제 18에서 제 29의 발명은, 팽창기에서 팽창된 냉매와 팽창기로 흡입되는 냉매를 열 교환시키는 내부 열교환기를 갖는 기액 분리기를 이용하도록 한 것이다.
구체적으로 제 18 발명은, 압축기(11)와, 열원측 열교환기(21)와, 팽창기(12), 및 이용측 열교환기(22)가 접속되어 냉동주기를 행하는 냉매회로(10)를 구비하며, 상기 압축기(11)와 팽창기(12)가 기계적으로 연결되어 이 팽창기(12)의 팽창동력을 회수하는 냉동장치를 전제로 한다. 그리고 이 냉동장치는, 팽창기(12)에서 팽창된 냉매를 액냉매와 가스냉매로 분리하여 일시적으로 저류하는 기액 분리기(51)를 구비하며, 상기 기액 분리기(51)가, 이 기액 분리기(51)에서 분리된 액 냉매와, 팽창기(12)로 흡입되는 냉매를 열 교환시키는 내부 열교환부(50)를 구비하는 것이다.
상기 제 18 발명에서는 냉매회로(10)에 기액 분리기(51)가 설치된다. 기액 분리기(51)는, 팽창기(12)에서 팽창된 후의 기액 2상상태의 냉매를, 가스냉매와 액냉매로 분리한다. 또 기액 분리기(51)에는 내부 열교환부(50)가 설치된다. 내부 열교환부(50)는, 팽창기(12)로 흡입되는 냉매와, 기액 분리기(51)에 저류된 액냉매를 열 교환시킨다.
여기서, 팽창기(12)로 흡입되는 냉매는, 팽창기(12)에서 팽창된 후의 액 냉매보다 고온이므로, 내부 열교환부(50)에서는 팽창기(12)로 흡입되는 냉매가 냉각된다. 이로써 팽창기(12)의 흡입 냉매밀도(de)를 크게 할 수 있다. 따라서, 예를 들어 냉방운전 시에, 압축기(11)를 통과하는 냉매의 질량유량(Mc)이 커졌을 경우에도, 이에 추종시켜 팽창기(12)로 흡입되는 냉매를 냉각함으로써, 팽창기(12)를 통과하는 냉매의 질량유량(Me)을 크게 하여, 양자의 냉매 질량유량(Mc과 Me)을 균형있게 할 수 있다.
제 19 발명은 제 18 발명의 냉동장치에 있어서, 운전조건에 따라 내부 열교환부(50)에서의 냉매 열 교환량을 변경하는 열교환량 조정기구(60)를 구비하는 것이다. 여기서 "열교환량 조정기구"는, 운전조건에 따라 열 교환량을 미조정할 수 있다는 의미에 더불어, 열 교환량을 실질적으로 제로로 할지 소정값으로 할지의 2단계 조정(ON/OFF 제어)이 가능하다는 의미를 포함하는 것이다.
상기 제 19 발명에서는, 팽창기(12)로 흡입되는 냉매와, 기액 분리기(51)에서 분리된 액냉매의 열 교환량이, 운전조건에 따라 열교환량 조정기구(60)에 의해 변경된다. 이로써, 운전조건의 변화에 의해 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)이 압축기(11)의 냉매 질량유량(Mc)보다 커졌을 경우에, 내부 열교환부(50)에서의 열 교환량을 조정함으로써, 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)과 압축기(11)의 냉매 질량유량(Mc)을 등량으로 할 수 있다.
제 20 발명은, 제 19 발명의 냉동장치에 있어서 기액 분리기(51)가, 분리된 액 냉매가 저류되는 액 저류부(52)와, 이 액 저류부(52)에 인접함과 더불어, 팽창기(12)로 흡입되는 냉매가 유통하는 전열관(50)을 구비하며, 상기 전열관(50)이, 상기 액 저류부(52) 내의 액 냉매와, 이 전열관(50) 내의 냉매를 열 교환시키는 내부 열교환부를 구성하는 것이다.
상기 제 20 발명에서는 기액 분리기(51)에 내부 열교환부로서의 전열관(50)이 배치된다. 이 전열관(50)은 액 저류부(52)와 인접하도록 배치된다. 이로써, 팽창기(12)로 흡입되는 냉매는 전열관(50)을 유통할 때, 전열관(50)의 외표면에 저류된 액냉매에 의해 냉각된다. 따라서 팽창기(12)의 흡입 냉매밀도(de)를 확실하게 증대시킬 수 있다.
제 21 발명은, 제 20 발명의 냉동장치에 있어서, 냉매회로(10)의 냉매 순환방향을 바꾸어 냉방운전과 난방운전을 전환시키기 위한 냉매전환기구(31, 33)를 구비하며, 열교환량 조정기구(60)는 냉각운전 시에만 내부 열교환부(50)에서 냉매를 열 교환시킨다.
상기 제 21 발명에서는 냉매회로(10)에 냉매전환기구(31, 33)가 구성된다. 이 냉매전환기구(31, 33)는 냉매의 순환방향을 전환함으로써, 이용측 열교환기(22)가 증발기가 되는 냉방운전과, 이용측 열교환기(22)가 방열기가 되는 난방운전으로 전환된다.
여기서 열교환량 조정기구(60)는, 냉방운전 시에만 내부 열교환부(50)에서 냉매를 열 교환시킨다. 이로써, 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)이 압축기(11)의 냉매 질량유량(Mc)보다 작아지기 쉬운 냉방운전 시에, 팽창기(12)의 흡입 냉매밀도(de)를 증대시켜, 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)과 압축기(11)의 냉매 질량유량(Mc)을 등량으로 할 수 있다.
한편, 난방운전 시에는 팽창기(12)의 흡입 냉매밀도(de)와 압축기(11) 흡입 냉매밀도(dc)의 밀도 비에 따라, 팽창기(12) 및 압축기(11)의 실린더용적 비를 설계함으로써, 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)과 압축기(11)의 냉매 질량유량(Mc)을 등량으로 할 수 있다. 따라서 열교환량 조정기구(60)에 의해 내부 열교환부(50)에서의 냉매 열교환을 할 필요는 없다.
제 22 발명은, 제 21 발명의 냉동장치에 있어서, 열교환량 조정기구(60)는, 전열관(50)을 우회시켜 냉매를 팽창기(12)로 흡입시키는 바이패스관(57)과, 전열관(50)을 유통하는 냉매유량을 조정하는 제 1 전동밸브(36)와, 상기 바이패스관(57)의 냉매유량을 조정하는 제 2 전동밸브(37)로 구성되는 것이다.
상기 제 22 발명에서는, 제 1, 제 2 전동밸브(36, 37)의 개방도 조정에 의해 전열관(50)에서의 냉매 열 교환량이 조정된다. 구체적으로, 예를 들어 제 1 전동밸브(36)가 전(全)개방 되고 제 2 전동밸브(37)가 전폐쇄 되면 전열관(50)을 흐르는 냉매유량이 최대로 되며, 전열관(50)에서의 냉매 열 교환량도 최대로 조정된다. 한편, 예를 들어 제 1 전동밸브(36)가 전폐쇄 되고 제 2 전동밸브(37)가 전개방 되면 전열관(50)을 흐르는 냉매유량이 실질적으로 제로로 되며, 전열관(50)에서의 냉매 열 교환량도 제로로 된다. 이상과 같이 제 1, 제 2 전동밸브(36, 37)의 개방도를 소정 개방도로 조정함으로써, 전열관(50)에서의 열 교환량을 제로에서 최대값까지 사이에서 조정할 수 있다. 따라서 운전조건에 따른 냉매의 열 교환을 행할 수 있으므로, 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)과 압축기(11)의 냉매 질량유량(Mc)을 등량으로 할 수 있다.
제 23 발명은, 제 21 발명의 냉동장치에 있어서, 열교환량 조정기구(60)는 십자전환밸브(32)로 구성된 것이다.
상기 제 23 발명에서는, 열교환량 조정기구(60)로서의 십자전환밸브(32)의 전환에 의해 냉매 흐름이 변경된다. 이로써, 예를 들어 냉방운전 시에는 전열관(50)으로 냉매를 보내도록 십자전환밸브(32)를 전환하는 한편, 난방운전 시에는 전열관(50)으로 냉매를 보내지 않도록 십자전환밸브(32)를 전환함으로써, 양 운전 시에 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)과 압축기(11)의 냉매 질량유량(Mc)을 등량으로 할 수 있다.
제 24 발명은, 제 21 발명의 냉동장치에 있어서, 열교환량 조정기구(60)가, 전열관(50)을 우회시켜 냉매를 팽창기(12)로 흡입시키는 바이패스관(57)과, 전열관(50)의 냉매 유통을 허용 또는 금지하는 제 1 전자(電磁)개폐밸브(34)와, 상기 바이패스관(57)의 냉매 유통을 허용 또는 금지하는 제 2 전자개폐밸브(35)로 구성된 것이다.
상기 제 24 발명에서는, 제 1, 제 2 전자개폐밸브(34, 35)의 개폐에 의해 전열관(50)에서의 냉매 흐름이 변경된다. 구체적으로, 예를 들어 냉방운전 시에는 제 1 전자개폐밸브(34)를 개방상태로 하고 제 2 전자개폐밸브(35)를 폐쇄상태로 함으로써 전열관(50)으로 냉매를 유통시켜, 이 전열관(50)에서 냉매 열교환을 시킬 수 있다. 한편, 예를 들어 난방운전 시에는 제 1 전자개폐밸브(34)를 폐쇄상태로 하고 제 2 전자개폐밸브(35)를 개방상태로 함으로써 냉매를 바이패스관(57)으로 유통시키는 한편, 전열관(50)으로 냉매를 유통시키지 않도록 할 수 있다. 즉, 이 상태에서는 전열관(50)에서 냉매가 열 교환되지 않도록 할 수 있다. 따라서 양 운전 시에, 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)과 압축기(11)의 냉매 질량유량(Mc)을 등량으로 할 수 있다.
제 25 발명은, 제 21 발명의 냉동장치에 있어서, 열교환량 조정기구(60)는 배관과 역지밸브(81, 82, 83, 84)의 조합으로 구성된 것이다.
상기 제 25 발명에서는, 열교환량 조정기구(60)로서 소정의 배관경로와 역지밸브(81, 82, 83, 84)가 구성된다. 이로써, 예를 들어 냉방운전 시에는 전열관(50)을 냉매가 흐르도록 하며, 난방운전 시에는 전열관(50)에 냉매를 보내지 않도록 역지밸브(81, 82, 83, 84) 및 배관경로를 설치함으로써, 양 운전 시에 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)과 압축기(11)의 냉매 질량유량(Mc)을 등량으로 할 수 있다.
제 26 발명은, 제 18 발명의 냉동장치에 있어서, 냉매회로(10)에는, 기액 분리기(51)의 가스냉매를 압축기(11)의 흡입측으로 보내는 제 1 주입배관(55)과, 이 제 1 주입배관(55)의 냉매유량을 조정하는 가스제어밸브(38)를 구비한 것이다.
상기 제 26 발명에서는, 기액 분리기(51)에서 분리된 가스냉매를 제 1 주입배관(55)을 거쳐 압축기(11)의 흡입측으로 보낼 수 있다. 따라서 필요에 따라, 이른바 가스주입을 행할 수 있으며, 또 그 가스주입량을 가스제어밸브(38)의 개방도 변경에 의해 조정할 수 있다.
제 27 발명은, 제 18 발명의 냉동장치에 있어서, 냉매회로(10)에는, 기액 분리기(51)의 액냉매를 압축기(11)의 흡입측으로 보내는 제 2 주입배관(59)과, 이 제 2 주입배관(59)의 냉매유량을 조정하는 액 제어밸브(39)를 구비한 것이다.
상기 제 27 발명에서는, 기액 분리기(51)에서 분리된 액냉매를 제 2 주입배관(59)을 거쳐 압축기(11)의 흡입측으로 보낼 수 있다. 따라서 필요에 따라, 이른바 액 주입을 실시할 수 있으며, 또 그 액 주입량을 액 제어밸브(39)의 개방도 변경에 의해 조정할 수 있다.
제 28 발명은, 제 18 발명의 냉동장치에 있어서, 냉매회로(10)에는, 복수의 이용측 열교환기(22a, 22b, 22c)가 병렬로 접속되며, 상기 각 이용측 열교환기(22a, 22b, 22c)로 유입되는 냉매유량을 각각 조정하는 복수의 유량조정밸브(61a, 61b, 61c)를 구비한 것이다.
상기 제 28 발명은, 냉매회로(10)에 복수의 이용측 열교환기(22a, 22b, 22c)가 설치된다. 즉 이 냉동장치에서는, 복수의 이용측 열교환기(22a, 22b, 22c)에서 동시에 냉각(냉방) 혹은 가열(난방)을 행하는 것이 가능해진다. 또 각 이용측 열교환기(22a, 22b, 22c)에 대응하는 복수 유량조정밸브(61a, 61b, 61c)의 개방도를 조정함으로써, 이용측 열교환기(22a, 22b, 22c)로 유입되는 냉매유량을 별개로 조정할 수 있다.
제 29 발명은, 제 18 발명의 냉동장치에 있어서, 냉매회로(10)의 냉매로서 이산화탄소가 이용된 것이다.
상기 제 29 발명에서는, 냉매회로(10)에 냉매로서 이산화탄소가 충전된다. 이 이산화탄소는 다른 냉매에 비해 냉동주기의 고저차압을 크게 할 수 있으므로, 팽창기(12)에서 얻어지는 냉매의 팽창동력을 증대시킬 수 있다.
[발명의 효과]
상기 제 1 발명에 의하면, 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 온도 조절이 가능한 온도조절수단(23)을 설치함으로써, 냉매의 비용적 내지 유량을 조정할 수 있도록 한다. 따라서 운전조건이 바뀌어도 압축기(11)와 팽창기(12)의 유량을 균형있게 하는 것이 가능해진다. 또 이 발명에서는, 팽창기(12)의 유량이 부족한 경우라도 냉매의 일부를 우회시킬 필요가 없으므로, 팽창기(12)에서 얻어지는 동력도 감소하지 않다. 따라서 COP가 저하되는 것도 방지할 수 있다.
상기 제 2 발명에 의하면, 온도조절수단(23)을, 가열 운전 시보다 냉각운전 시 쪽이, 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 냉각성능이 높아지도록 구성된다. 따라서 가열운전 시에 팽창기(12)와 압축기(11)의 유량이 균형을 이루도록 냉동주기를 설계한 경우에, 냉각운전 시에 팽창기(12)를 우회시키지 않아도 팽창기(12)의 유량이 부족해지는 것을 방지할 수 있으므로, 팽창기(12)와 압축기(11)의 유량을 냉각운전 시와 가열운전 시에 균형있게 하는 것이 가능해진다. 따라서 COP의 저하를 방지할 수 있다.
상기 제 3 발명에 의하면, 냉매회로(10)에 내부 열교환기(23)를 설치하고, 냉각운전 시에, 방열기가 되는 열원측 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매를, 증발기가 되는 이용측 열교환기(22)를 통과하기 전 또는 통과한 후의 냉매와 열 교환시켜 냉각함으로써, 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 비용적 내지 유량을 조정하여, 압축기(11)와 팽창기(12)의 유량을 균형있게 할 수 있다. 따라서 COP의 저하를 방지할 수 있다.
상기 제 4 발명에 의하면, 내부 열교환기(23)를, 냉각운전 시에는, 증발기가 되는 이용측 열교환기(22)를 통과하기 전 또는 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉매유로(25)의 전열성능이, 방열기가 되는 열원측 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉매유로(24)의 전열성능보다 높아지도록 하며, 가열운전 시에는, 증발기가 되는 열원측 열교환기(21)를 통과하기 전 또는 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉매유로(24)의 전열성능이, 방열기가 되는 이용측 열교환기(22)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉매유로(25)의 전열성능보다 낮아지도록 구성함으로써, 제 3 발명과 마찬가지로, 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 비용적 내지 유량을 조정하여 압축기(11)와 팽창기(12)의 유량을 균형있게 할 수 있다. 따라서 COP의 저하를 방지할 수 있다.
상기 제 5 발명에 의하면, 내부 열교환기(23)의 소정 냉매유로(25)에 전열 핀(26)을 설치하여, 냉각운전 시 내부 열교환기(23)에서의 열 교환량을 가열운전 시보다 크게 되도록 함으로써, 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 비용적 내지 유량을 조정할 수 있다. 따라서 압축기(11)와 팽창기(12)의 유량을 가열운전 시와 냉각운전 시에 균형있게 하여, COP의 저하를 방지할 수 있다.
상기 제 6 발명에 의하면, 내부 열교환기(23)를 흐르는 냉매의 방향을 냉각운전 시와 열운전 시에 역전시킴으로써, 냉각운전 시의 냉각성능이 가열운전 시보다 높아지도록 하므로, 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 비용적 내지 유량을 조정할 수 있다. 따라서 압축기(11)와 팽창기(12)의 유량을 냉각운전 시와 가열운전 시에 균형있게 하여, COP의 저하를 방지할 수 있다.
상기 제 7 발명에 의하면, 냉각운전 시에 2중관 열교환기를 이용하여, 증발기가 되는 이용측 열교환기(22)를 통과하기 전 또는 통과한 후의 냉매와, 방열기가 되는 열원측 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매를 열 교환함으로써, 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 비용적 내지 유량을 조정할 수 있다. 따라서 압축기(11)와 팽창기(12)의 유량을 냉각운전 시와 가열운전 시에 균형있게 할 수 있다.
상기 제 8 발명에 의하면, 냉각운전 시에 3층식 플레이트 열교환기를 이용하여, 증발기가 되는 이용측 열교환기(22)를 통과하기 전 또는 통과한 후의 냉매와, 방열기가 되는 열원측 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매를 열 교환함으로써, 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 비용적 내지 유량을 조정할 수 있다. 따라서 압축기(11)와 팽창기(12)의 유량을 냉각운전 시와 가열운전 시에 균형있게 할 수 있다.
상기 제 9 발명에 의하면, 온도조절수단(23)에 의해, 팽창기(12)로 유입되는 고압 냉매를 냉각운전 시에만 냉각하는 한편, 가열운전 시에는 이 고압냉매의 냉각을 정지하도록 하므로, 냉각운전 시에 팽창기(12)의 유입 냉매밀도(de)를 크게 할 수 있다. 따라서 냉각운전 시에, 압축기(11)를 통과하는 냉매의 질량유량(Mc)이 가열운전 시보다 커졌을 경우에도, 이에 추종시켜 팽창기(12)로 흡입되는 냉매를 냉각함으로써, 팽창기(12)를 통과하는 냉매의 질량유량(Me)을 크게 하여, 양자의 냉매 질량유량(Mc, Me)을 균형있게 할 수 있으므로, 냉각운전 시와 가열운전 시 모두, 고효율 운전상태가 되도록 팽창기(12)와 압축기(11)를 설계할 수 있다. 또 이 발명에서는, 팽창기(12)로 유입되는 냉매를 우회시키지 않아도 되므로, 팽창기(12)에서 얻어지는 동력도 저하되지 않다.
상기 제 10 발명에 의하면, 내부 열교환기(23)를 이용함으로써 냉각운전 시에 고압냉매를 저압냉매와 열 교환시켜 냉각하도록 한다. 이로써, 팽창기(12)로 유입되는 고압냉매를 냉각운전 시에만 냉각함으로써, 팽창기(12)를 통과하는 냉매의 질량유량(Me)을 크게 하여, 압축기(11)를 통과하는 냉매의 질량유량(Mc)과 균형을 취할 수 있으므로, 냉각운전 시와 가열운전 시 모두, 고효율 운전이 가능해진다.
상기 제 11 발명에 의하면, 내부 열교환기(23)를, 가열운전 시에는 양 유로(24, 25)에 고압냉매를 보냄으로써 열 교환을 행하지 않으며, 냉각운전 시에는 고압냉매와 저압냉매 양쪽을 유통시켜 열 교환을 행하도록 구성한다. 이로써, 팽창기(12)로 유입되는 고압냉매를 냉각운전 시에만 냉각함으로써, 팽창기(12)를 통과하는 냉매의 질량유량(Me)을 크게 하여, 압축기(11)를 통과하는 냉매의 질량유량(Mc)과 균형있게 할 수 있으므로, 냉각운전 시와 가열운전 시 모두, 고효율 운전이 가능해진다.
상기 제 12 발명에 의하면, 가열운전 시에는 고압냉매가 내부 열교환기(23)를 우회하며, 또 냉각운전 시에는 내부 열교환기(23)에 고압냉매와 저압냉매의 양쪽을 유통시켜 열 교환을 행하도록 구성한다. 이로써, 팽창기(12)로 유입되는 고압 냉매를 냉각운전시에만 냉각시킴으로써, 팽창기(12)를 통과하는 냉매의 질량유량(Me)을 크게 하여, 압축기(11)를 통과하는 냉매의 질량유량(Mc)과 균형있게 할 수 있으므로, 냉각운전 시와 가열운전 시 모두, 고효율 운전이 가능해진다.
상기 제 13 발명에 의하면, 가열운전 시에는 저압냉매가 내부 열교환기(23)를 우회하며, 또 냉각운전 시에는 내부 열교환기(23)에 고압냉매와 저압냉매의 양쪽을 유통시켜 열 교환을 행하도록 구성한다. 이로써, 팽창기(12)로 유입되는 고압냉매를 냉각운전 시에만 냉각함으로써, 팽창기(12)를 통과하는 냉매의 질량유량(Me)을 크게 하여, 압축기(11)를 통과하는 냉매의 질량유량(Mc)과 균형있게 할 수 있으므로, 냉각운전 시와 가열운전 시 모두, 고효율 운전이 가능해진다.
상기 제 14 발명에 의하면, 냉각운전 시에는, 내부 열교환기(23)에서, 열원측 열교환기(21)를 통과한 후의 고압냉매를, 이용측 열교환기(22)를 통과하기 전의 저압냉매와 열 교환시켜 냉각하도록 한다. 이로써, 팽창기(12)로 유입되는 고압냉매를 냉각운전 시에만 냉각함으로써, 팽창기(12)를 통과하는 냉매의 질량유량(Me)을 크게 하여, 압축기(11)를 통과하는 냉매의 질량유량(Mc)과 균형있게 할 수 있으므로, 냉각운전 시와 가열운전 시 모두, 고효율 운전이 가능해진다.
상기 제 15 발명에 의하면, 냉각운전 시에는 내부 열교환기(23)에서, 열원측 열교환기(21)를 통과한 후의 고압냉매를, 이용측 열교환기(22)를 통과하기 전의 저압냉매와 열 교환시켜 냉각하도록 한다. 이로써, 팽창기(12)로 유입되는 고압냉매를 냉각운전 시에만 냉각함으로써, 팽창기(12)를 통과하는 냉매의 질량유량(Me)을 크게 하여, 압축기(11)를 통과하는 냉매의 질량유량(Mc)과 균형있게 할 수 있으므로, 냉각운전 시와 가열운전 시 모두, 고효율 운전이 가능해진다.
상기 제 16 발명에 의하면, 냉각운전 시에, 고압냉매와 저압냉매가 서로 역방향을 향해 내부 열교환기(23)를 흐르도록 하므로, 고압냉매를 효율적으로 냉각할 수 있다. 따라서 냉각운전 시에, 팽창기(12)를 통과하는 냉매의 질량유량(Me)을 크게 하여, 압축기(11)를 통과하는 냉매의 질량유량(Mc)과 균형있게 할 수 있다.
상기 제 17 발명에 의하면, 냉매회로(10)의 냉매로서 이산화탄소를 이용함으로써, 다른 냉매에 비해 냉동주기의 고저차압을 크게 할 수 있다. 따라서 압축기(11)의 회수동력을 향상시킬 수 있어, 냉동장치의 COP를 한층 향상시킬 수 있다.
상기 제 18 발명에 의하면, 기액 분리기(51)에서 분리된 액 냉매와, 팽창기(12)로 흡입되는 냉매를 내부 열교환부(50)에서 열 교환시킴으로써, 팽창기(12)의 흡입 냉매밀도(de), 즉 질량유량(Me)을 증대할 수 있도록 한다. 따라서, 내부 열교환부(50)에서 소정의 열 교환량으로 냉매를 열 교환함으로써, 압축기(11)와 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Mc과 Me)을 균형있게 할 수 있어, 이 냉동장치에서 원하는 냉동주기를 행할 수 있다.
여기서 본 발명은, 특허문헌 2와 같이, 냉매의 일부를 팽창기에서 우회시키는 일없이, 냉매 질량유량(Mc과 Me)을 균형있게 할 수 있다. 즉, 특허문헌 2의 냉동장치에서는 팽창기의 팽창동력이 저하되어 COP도 저하되어버리지만, 본 발명에서는 모든 냉매를 팽창기(12)로 도입할 수 있으므로, 이와 같은 COP의 저하를 회피할 수 있다.
또 본 발명에서는, 기액 분리기(51)에서 분리된 액냉매와 팽창기(12)로 흡입되는 냉매를 열 교환시킨다. 여기서, 같은 종류의 냉매에 있어서, 액상태의 냉매는, 2상상태의 냉매, 또는 가스상태의 냉매에 비해 열 통과율이 높으므로, 내부 열교환부(50)에서의 열 교환율을 향상시킬 수 있다. 따라서 팽창기(12)로 흡입되는 냉매를 효과적으로 냉각할 수 있고, 그 결과, 내부 열교환부(50) 및 기액 분리기(51)를 소형으로 설계할 수 있다.
또한 본 발명에서는 기액 분리기(51)가 내부 열교환부(50)를 겸용하므로, 기액 분리기(51)와 내부 열교환부(50)를 별개로 설치하는 경우에 비해, 냉동장치의 소형화를 도모할 수 있다.
또 본 발명에서는, 기액 분리기(51)에서 분리된 액냉매를 소정의 배관이나 열 교환기로 반송할 수 있다. 이로써, 예를 들어 2상상태의 냉매가 배관이나 열 교환기를 유통하는 경우에 비해, 배관 중의 압력손실을 저감할 수 있다. 또한 2상상태의 냉매가 배관이나 열 교환기를 유통하면 냉매 통과음이 소음이 되기 쉽지만, 본 발명에서는 이를 방지할 수 있다.
상기 제 19 발명에 의하면, 열교환량 조정기구(60)를 구성함으로써, 운전조건에 따라 내부 열교환부(50)의 열 교환량을 조정할 수 있도록 한다. 따라서 이 냉동장치에서, 운전조건의 변화에 추종하여, 압축기(11)와 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me와 Mc)을 균형있게 할 수 있다.
상기 제 20 발명에 의하면, 기액 분리기(51)의 액 저류부(52)에 전열관(50)을 배치함으로써, 전열관(50) 내를 유통하는 팽창기(12)의 흡입냉매와, 기액 분리기(51)에서 분리된 액냉매를 확실하게 열 교환할 수 있도록 한다. 이로써, 팽창기(12)의 흡입 냉매밀도를 확실하게 증가시켜, 압축기(11)와 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me와 Mc)을 균형있게 할 수 있다.
상기 제 21 발명에 의하면, 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)이 압축기(11)의 질량유량(Mc)보다 작아지기 쉬운 냉방운전 시에만, 내부 열교환부(50)에서의 냉매 열교환을 행하도록 한다. 따라서 냉방운전 시에, 확실하게 압축기(11)와 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me과 Mc)을 균형있게 할 수 있다.
한편, 난방운전 시에는 팽창기(12)의 흡입 냉매밀도(de)와 압축기(11) 흡입 냉매밀도(dc)의 밀도 비에 따라, 팽창기(12) 및 압축기(11)의 실린더용적 비를 설계함으로써, 압축기(11)와 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me과 Mc)을 균형있게 할 수 있다.
상기 제 22 발명에 의하면, 열교환량 조정기구(60)로서 제 1, 제 2 전동밸브(36, 37) 및 바이패스관(57)을 설치한다. 그리고 제 1, 제 2 전동밸브(36, 37)의 개방도를 소정 개방도로 조정함으로써, 전열관(50)에서의 냉매 열교환량을 조정할 수 있도록 한다. 따라서 운전조건에 따라 압축기(11)와 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me과 Mc)을 고 정밀도로 균형있게 할 수 있다.
또 제 1 전동밸브(36)를 전개방 상태로 하는 동시에 제 2 전동밸브(37)를 전폐쇄 상태로 함으로써, 냉방운전 시만 냉매를 전열관(50)으로 유통시켜, 냉매의 열 교환을 할 수 있다. 따라서 제 21 발명의 작용효과를 얻을 수 있다.
상기 제 23 발명에 의하면, 열교환량 조정기구(60)로서 십자전환밸브(32)를 설치한다. 그리고 십자전환밸브(32)의 전환에 의해, 전열관(50)으로 냉매를 보내는 상태와, 냉매를 보내지 않는 상태로 냉매흐름을 변경할 수 있도록 한다. 이로써, 십자전환밸브(32)의 전환에 의해, 냉방운전 시만 냉매를 전열관(50)으로 보내, 냉매의 열 교환을 행할 수 있다. 따라서 제 21 발명의 작용효과를 용이하게 얻을 수 있다.
상기 제 24 발명에 의하면, 열교환량 조정기구(60)로서 제 1, 제 2 전자개폐밸브(34, 35) 및 바이패스관(57)을 설치한다. 그리고 제 1 전자개폐밸브(34)를 개방상태로 하는 동시에 제 2 전자개폐밸브를 폐쇄상태로 함으로써, 냉방운전 시만 냉매를 전열관(50)으로 보내, 냉매의 열 교환을 행할 수 있다. 따라서 제 21 발명의 작용효과를 용이하게 얻을 수 있다.
상기 제 25 발명에 의하면, 열교환량 조정기구(60)로서 소정의 배관 경로와 역지밸브(81, 82, 83, 84)를 설치한다. 이로써, 이들 배관경로와 역지밸브(81, 82, 83, 84)의 조합에 의해, 냉방운전 시에만 전열관(50)으로 냉매를 보내는 한편, 난방운전 시에는 전열관(50)에 냉매를 보내지 않도록 할 수 있다. 따라서 냉매전환수단(31)에 의한 냉매 순환방향의 전환제어만으로 제 21 발명을 실현할 수 있다.
상기 제 26 발명에 의하면, 기액 분리기(51)에서 분리된 가스냉매를 압축기(11)의 흡입측으로 보내, 가스주입을 행할 수 있다. 따라서 압축기(11)의 흡입냉매 과열도를 조정하여, 이 냉동장치에서 최적의 냉동주기 제어를 행할 수 있다.
상기 제 27 발명에 의하면, 기액 분리기(51)에서 분리된 액냉매를 압축기(11)의 흡입측으로 보내, 액 주입을 행할 수 있다. 따라서 제 26 발명과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또 제 26 발명의 가스주입과 본 발명의 액주입을 조합함으로써, 한층 치밀한 냉동주기 제어를 행할 수 있다.
또 본 발명에 의하면, 팽창기(12)로부터 유출된 냉매에 포함되는 냉동기유를, 기액 분리기(51)에서 분리된 액냉매와 함께 압축기(11)의 흡입측으로 회송할 수 있다.
상기 제 28 발명에 의하면, 복수의 이용측 열교환기(22a, 22b, 22c)를 설치함으로써, 이 냉동장치를, 이른바 다기능형 공조기 등에 이용할 수 있다. 또 각 이용측 열교환기(22a, 22b, 22c)로 유입되는 냉매유량을 각 유량조정밸브(61a, 61b, 61c)에서 조정할 수 있으므로, 각 이용측 열교환기(22a, 22b, 22c)의 냉각(냉방)능력 등을 별개로 조정할 수 있다.
여기서, 각 이용측 열교환기(22a, 22b, 22c)로는 기액 분리기(51)에서 분리된 액냉매를 보낼 수 있으므로, 예를 들어 2상상태의 냉매에 비해 상기 유량조정밸브(61a, 61b, 61c)에서의 유량조정을 용이하게 행할 수 있다. 이와 동시에, 비교적 길어지는 배관에서의 냉매 압력손실이나 냉매 통과음에 의한 소음을 저감할 수 있다.
상기 제 29 발명에 의하면, 냉매회로(10)에 냉매로서 이산화탄소를 이용함으로써, 다른 냉매에 비해 냉동주기의 고저차압을 크게 할 수 있다. 따라서 팽창기(12)의 회수동력을 향상시킬 수 있어, 이 냉동장치의 COP를 한층 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 공조기의 냉매회로도.
도 2는 내부 열교환기의 개략 구성도.
도 3은 제 2 실시형태에 관한 공조기의 냉매회로도.
도 4는 제 3 실시형태에 관한 공조기의 냉매회로도.
도 5는 제 4 실시형태에 관한 공조기의 냉매회로도.
도 6은 제 5 실시형태에 관한 공조기의 냉매회로도.
도 7은 제 6 실시형태에 관한 공조기의 냉매회로도.
도 8은 제 7 실시형태에 관한 공조기의 냉매회로도.
도 9는 제 8 실시형태에 관한 공조기의 냉매회로도.
도 10은 제 9 실시형태에 관한 공조기의 냉매회로도.
도 11은 제 9 실시형태 제 1 변형예에 관한 공조기의 냉매회로도.
도 12는 제 9 실시형태 제 2 변형예에 관한 공조기의 냉매회로도.
도 13은 제 10 실시형태에 관한 공조기의 냉매회로도.
도 14는 제 10 실시형태 제 1 변형예에 관한 공조기의 냉매회로도.
도 15는 제 10 실시형태 제 2 변형예에 관한 공조기의 냉매회로도.
도 16은 제 10 실시형태 제 3 변형예에 관한 공조기의 냉매회로도.
도 17은 제 10 실시형태 제 4 변형예에 관한 공조기의 냉매회로도.
도 18은 제 11 실시형태에 관한 공조기의 냉매회로도.
도 19는 제 12 실시형태에 관한 공조기의 냉매회로도.
도 20은 제 12 실시형태의 냉방운전 시 냉매흐름을 나타낸 냉매회로도.
도 21은 제 12 실시형태의 난방운전 시 냉매흐름을 나타낸 냉매회로도.
도 22는 제 12 실시형태의 변형예에 관한 공조기의 냉매회로도.
도 23은 제 13 실시형태에 관한 공조기의 냉매회로도.
도 24는 제 13 실시형태의 냉방운전 시 냉매흐름을 나타낸 냉매회로도.
도 25는 제 13 실시형태의 난방운전 시 냉매흐름을 나타낸 냉매회로도.
도 26은 제 13 실시형태의 변형예에 관한 공조기의 냉매회로도.
도 27은 제 14 실시형태에 관한 공조기의 냉매회로도.
도 28은 제 14 실시형태의 냉방운전 시 냉매흐름을 나타낸 냉매회로도.
도 29는 제 14 실시형태의 난방운전 시 냉매흐름을 나타낸 냉매회로도.
도 30은 제 14 실시형태의 변형예에 관한 공조기의 냉매회로도.
[부호의 설명]
1 : 공조기(냉동장치) 10 : 냉매회로
11 : 압축기 12 : 팽창기(팽창기구)
13 : 모터
21 : 실외 열교환기(열원측 열교환기)
22 : 실내 열교환기(이용측 열교환기)
23 : 내부 열교환기(온도조절수단)
24 : 내측 유로 25 : 외측 유로
26 : 전열(傳熱) 핀 27 : 제 1 유로
28 : 제 2 유로
31 : 제 1 십자전환밸브(냉매 전환기구)
32 : 제 2 십자전환밸브(열교환량 조정기구)
33 : 제 3 십자전환밸브(냉매 전환기구)
32a : 브리지회로 34 : 제 1 전자개폐밸브
35 : 제 2 전자개폐밸브 36 : 제 1 전동밸브
37 : 제 2 전동밸브 38 : 가스제어밸브
39 : 액 제어밸브 45, 46 : 바이패스통로
50 : 전열관(傳熱管)(내부 열교환부) 51 : 기액 분리기
52 : 액 저류부 53 : 가스 저류부
55 : 분리가스관(제 1 주입배관) 57 : 바이패스관
59 : 액주입배관(제 2 주입배관) 60 : 열교환량 조정기구
61 : 유량조정밸브(61a, 61b, 61c) 81∼84 : 역지밸브
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
[제 1 실시형태]
제 1 실시형태는 본 발명에 관한 냉동장치로 구성된 공조기(1)에 관한 것이다. 이 공조기(1)는, 도 1에 나타낸 바와 같이 냉매회로(10)를 구비한다. 그리고 본 제 1 실시형태의 공조기(1)는, 냉매회로(10)에서 냉매를 순환시켜, 냉방운전(냉각운전)과 난방운전(가열운전)을 전환하도록 구성된다.
상기 냉매회로(10)에는 이산화탄소(CO2)가 냉매로서 충전된다. 또 냉매회로(10)에는, 압축기(11), 팽창기(12), 실외 열교환기(열원측 열교환기)(21), 실내 열교환기(이용측 열교환기)(22), 내부 열교환기(23), 제 1 십자전환밸브(31), 및 제 2 십자전환밸브(32)가 설치된다.
상기 압축기(11)는, 예를 들어 회전피스톤형 유체기계로 구성된다. 즉 이 압축기(11)는, 배제용적(displacement volume)이 일정한 용적형 유체기계로 구성된다.
상기 팽창기(12)는, 예를 들어 회전피스톤형 유체기계로 구성된다. 즉 이 팽창기(12)는, 배제용적이 일정한 용적형 유체기계로 구성된다.
여기서, 상기 압축기(11)나 팽창기(12)에 대해, 이들을 구성하는 유체기계는 회전피스톤형에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 스크롤형의 용적형 유체기계를 압축기(11)나 팽창기(12)로서 이용해도 된다.
또 상기 압축기(11)는 모터(13)를 개재하고 팽창기(12)와 기계적으로 연결된다. 이 압축기(11)는, 팽창기(12)에서의 냉매 팽창에 의해 얻어진 동력과, 모터(13)를 통전시켜 얻어진 동력의 양쪽에 의해 회전 구동된다. 압축기(11)와 팽창기(12)는 1개의 구동축으로 연결되며, 각각의 회전속도가 항상 동등하다. 따라서 압축기(11)의 배제량과 팽창기(12) 배제량의 비는 일정하게 된다.
상기 실외 열교환기(21)는, 이른바 크로스핀식 핀튜브형 열교환기로 구성된다. 이 실외 열교환기(21)에는, 도면 밖의 팬에 의해 실외공기가 공급된다. 이 실외 열교환기(21)에서는, 공급된 실외공기와 냉매회로(10) 냉매의 열 교환이 이루어진다.
상기 실내 열교환기(22)는, 이른바 크로스핀식 핀튜브형 열교환기로 구성된다. 이 실내 열교환기(22)에는, 도면 밖의 팬에 의해 실내공기가 공급된다. 이 실내 열교환기(22)에서는, 공급된 실내공기와 냉매회로(10) 냉매의 열 교환이 이루어진다.
상기 내부 열교환기(23)는, 도 2의 (A)와, 그 B-B선 단면도인 도 2의 (B)에 나타낸 바와 같이, 내측 유로(24)와 외측 유로(25)가 인접하여 배치된 2중관 열교환기로 구성된다. 내부 열교환기(23)는 냉방운전 시에, 방열기가 되는 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매가, 증발기가 되는 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 냉매와 열 교환하여 냉각되도록 구성된다.
이 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24)는, 냉방운전 시에는, 방열기가 되는 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 유로가 되며, 난방운전 시에는, 증발기가 되는 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 유로가 된다. 또 외측 유로(25)는, 냉방운전 시에는, 증발기가 되는 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 유로가 되며, 난방운전 시에는 방열기가 되는 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 유로가 된다.
상기 외측 유로(25)에는 전열 핀(26)이 설치된다. 이 전열 핀(26)을 설치함으로써 내부 열교환기(23)는, 냉방운전 시에는, 증발기가 되는 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉매유로(외측 유로(25))의 전열성능이, 방열기가 되는 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉매유로(내측 유로(24))의 전열성능보다 높아지며, 난방운전 시에는, 증발기가 되는 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉매유로(내측 유로(24))의 전열성능이, 방열기가 되는 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉매유로(외측 유로(25))의 전열성능보다 낮아지도록 구성된다. 따라서 내부 열교환기(23)는, 난방운전 시보다 냉방운전 시 쪽이 열교환량이 커지며, 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 냉각성능이 높아지도록 구성된다.
상기 냉매회로(10)에서, 압축기(11)의 토출측은 제 1 십자전환밸브(31)의 제 1 포트(P1)에 접속되며, 제 1 십자전환밸브(31)의 제 2 포트(P2)는 실외 열교환기(21)의 제 1 끝단에 접속된다. 실외 열교환기(21)의 제 2 끝단은 내부 열교환기 (23)의 내측 유로(24)를 개재하고 제 2 십자전환밸브(32)의 제 1 포트(P1)에 접속되며, 제 2 십자전환밸브(32)의 제 2 포트(P2)는 팽창기(12)의 유입측에 접속된다. 팽창기(12)의 유출측은 제 1 십자전환밸브(31)의 제 3 포트(P3)에 접속되며, 제 1 십자전환밸브(31)의 제 4 포트(P4)는 실내 열교환기(22)의 제 1 끝단에 접속된다. 실내 열교환기(22)의 제 2 끝단은 내부 열교환기(23)의 외측 유로(25)를 개재하고 제 2 십자전환밸브(32)의 제 3 포트(P3)에 접속되며, 제 2 십자전환밸브(32)의 제 4포트(P4)는 압축기(11)의 흡입측에 접속된다.
상기 제 1 십자전환밸브(31)는, 제 1 포트(P1)가 제 2 포트(P2)와 연통되며 제 3 포트(P3)가 제 4 포트(P4)와 연통되는 상태(도 1에 실선으로 나타낸 상태)와, 제 1 포트(P1)가 제 4 포트(P4)와 연통되며 제 2 포트(P2)가 제 3 포트(P3)와 연통되는 상태(도 1에 점선으로 나타낸 상태)로 전환된다.
또 상기 제 2 십자전환밸브(32)는, 제 1 포트(P1)가 제 2 포트(P2)와 연통되며 제 3 포트(P3)가 제 4 포트(P4)와 연통되는 상태(도 1에 실선으로 나타낸 상태)와, 제 1 포트(P1)가 제 4 포트(P4)와 연통되며 제 2 포트(P2)가 제 3 포트(P3)와 연통되는 상태(도 1에 점선으로 나타낸 상태)로 전환된다.
-운전동작-
다음으로, 이 공조기(1)의 냉방운전 시 및 난방운전 시 동작에 대해 설명한다.
(냉방운전)
냉방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31) 및 제 2 십자전환밸브(32)는, 도 1에 실선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 모터(13)를 통전시키면, 냉매회로(10)에서 냉매가 순환되어 냉동주기가 이루어진다. 이때, 실외 열교환기(21)가 방열기가 되며, 실내 열교환기(22)가 증발기가 된다. 또 냉동주기의 고압압력은, 냉매인 이산화탄소의 임계압력보다 높게 설정된다.
압축기(11)로부터는 초임계상태의 고압냉매가 토출된다. 이 고압냉매는, 제 1 십자전환밸브(31)를 통해 실외 열교환기(21)로 유입된다. 실외 열교환기(21)에서 고압냉매는, 실외공기에 방열하여 온도가 저하된다.
실외 열교환기(21)로부터 유출된 고압냉매는, 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24)를 통과하며, 이때, 외측 유로(25)를 흐르는, 증발기를 통과한 후의 냉매와 열 교환하여 냉각된다. 이 냉매는 제 2 십자전환밸브(32)를 통해 팽창기(12)로 유입된다. 팽창기(12)에서는, 도입된 고압냉매가 팽창되며, 이 고압냉매의 내부 에너지가 회전동력으로 변환된다. 팽창기(12)에서의 팽창에 의해, 고압냉매는 압력이 저하되어, 초임계상태에서 기액 2상상태로 변화한다.
팽창기(12)로부터 유출된 저압냉매는, 제 1 십자전환밸브(31)를 통해 실내 열교환기(22)로 유입된다. 실내 열교환기(22)에서 저압냉매는, 실내공기로부터 흡열하여 증발한다. 또 실내 열교환기(22)에서는 실내공기가 저압냉매에 의해 냉각되며, 이 냉각된 실내공기가 실내로 회송된다.
실내 열교환기(22)로부터 유출된 저압냉매는, 내부 열교환기(23)의 외측 유로(25)를 통과하며, 이때, 내측 유로(24)를 흐르는, 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매와 열 교환하여 가열된다. 이 냉매는 제 2 십자전환밸브(32)를 통해 압 축기(11)로 흡입된다. 압축기(11)로 흡입된 냉매는, 소정의 압력에까지 압축되어, 압축기(11)로부터 토출된다.
여기서 상기 내부 열교환기(23)에서는, 증발기가 되는 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 외측 유로(25)에 전열 핀(26)이 설치되며, 방열기가 되는 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 내측 유로(24)에는 전열 핀(26)이 설치되지 않는다. 또 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 저압 가스냉매의 열 전달률은 비교적 낮으며, 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 초임계상태 냉매의 열 전달률은 비교적 높다. 따라서 이 냉방운전 시는, 내부 열교환기(23)에서, 열 전달률이 비교적 낮은 저압 가스냉매가 흐르는 외측 유로(25)의 전열성능이 높여지므로, 상기 외측 유로(25)를 흐르는 저압 가스냉매와, 내측 유로(24)를 흐르는 초임계상태의 냉매가 비교적 효율적으로 열 교환하게 되며, 내부 열교환기(23)에서 냉각되어, 비용적이 작아짐으로써 팽창기(12)로의 냉매 유입량이 많아진다.
(난방운전)
난방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31) 및 제 2 십자전환밸브(32)는 도 1에 점선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 모터(13)를 통전시키면, 냉매회로(10)에서 냉매가 순환되어 냉동주기가 이루어진다. 이때, 실내 열교환기(22)가 방열기가 되며, 실외 열교환기(21)가 증발기가 된다. 또 냉동주기의 고압압력은 냉방운전 시와 마찬가지로, 냉매인 이산화탄소의 임계압력보다 높게 설정된다.
압축기(11)로부터는 초임계상태의 고압냉매가 토출된다. 이 고압냉매는, 제 1 십자전환밸브(31)를 통해 실내 열교환기(22)로 유입된다. 실내 열교환기(22)에 서, 고압냉매는 실내공기에 방열하여 온도가 저하된다. 또 실내 열교환기(22)에서는 실내공기가 고압냉매에 의해 가열되며, 이 가열된 실내공기가 실내로 회송된다.
실내 열교환기(22)로부터 유출된 고압냉매는, 내부 열교환기(23)의 외측 유로(25)를 통과한 후, 제 2 십자전환밸브(32)를 통해 팽창기(12)로 유입된다. 팽창기(12)에서는 도입된 고압냉매가 팽창되며, 이 고압냉매의 내부 에너지가 회전동력으로 변환된다. 팽창기(12)에서의 팽창에 의해 고압냉매는 압력이 저하되어, 초임계상태에서 기액 2상상태로 변화한다.
팽창기(12)로부터 유출된 저압냉매는, 제 1 십자전환밸브(31)를 통해 실외 열교환기(21)로 유입된다. 실외 열교환기(21)에서 저압냉매는, 실외공기로부터 흡열하여 증발한다.
실외 열교환기(21)로부터 유출된 저압냉매는, 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24)를 통과한 후, 제 2 십자전환밸브(32)를 통해 압축기(11)로 흡입된다. 압축기(11)로 흡입된 냉매는 소정의 압력에까지 압축되어, 압축기(11)로부터 토출된다.
여기서 상기 내부 열교환기(23)에서는, 방열기가 되는 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 외측 유로(25)에 전열 핀(26)이 설치되며, 증발기가 되는 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 내측 유로(24)에는 전열 핀(26)이 설치되지 않는다. 또 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 저압 가스냉매의 열 전달률은 비교적 낮으며, 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 초임계상태 냉매의 열 전달률은 비교적 높다. 따라서 이 난방운전 시는 내부 열교환기(23)에서, 열 전달률이 비교적 낮은 저압 가스냉매가 흐르는 내측 유로(24)의 전열성능이 낮으므 로, 상기 외측 유로(25)를 흐르는 초임계상태의 냉매와, 내측 유로(24)를 흐르는 저압의 가스냉매는, 거의 열 교환되지 않는다.
-제 1 실시형태의 효과-
이 제 1 실시형태에서는 내부 열교환기(23)에서, 냉방운전 시에는, 증발기가 되는 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 냉매가 외측 유로(25)를 흐르며, 방열기가 되는 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매가 내측 유로(24)를 흐른다. 또 난방운전 시에는, 방열기가 되는 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 냉매가 외측 유로(25)를 흐르며, 증발기가 되는 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매가 내측 유로(24)를 흐른다. 그리고 외측 유로(25)에 전열 핀(26)이 설치된다.
이에 따라, 냉방운전 시에는, 증발기를 통과한 후의 가스냉매가 외측 유로(25)를 흐르므로, 외측 유로(25)의 냉매와 내측 유로(24)의 냉매가 비교적 효율적으로 열 교환되며, 초임계상태의 냉매는 온도가 저하되어 팽창기(12)로 유입된다. 한편, 난방운전 시에는, 증발기를 통과한 후의 가스냉매가 내측 유로(24)를 흐르므로, 외측 유로(25)의 냉매와 내측 유로(24)의 냉매가 거의 열 교환되지 않으며, 초임계상태의 냉매는 온도가 거의 변화하는 일없이 팽창기(12)로 유입된다.
따라서 냉방운전 시에는, 내부 열교환기(23)에서, 팽창기(12)로 유입되는 냉매가 난방운전 시보다 냉각됨으로써, 그 비용적이 작아져 팽창기(12)의 유량은 많아진다. 이로써, 본 실시형태에서는 냉방운전 시에 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 비용적 내지 유량을 조정함으로써, 압축기(11)와 팽창기(12)의 유량을 균형있게 할 수 있다.
또 난방운전 시에 비해 냉매의 순환량이 많아지는 냉방운전 시에, 냉매가 팽창기(12)를 우회하도록 하지 않아도 되므로, 팽창기(12)의 회수동력이 저하되지 않으며, 따라서 COP의 저하를 방지하는 것이 가능해진다.
[제 2 실시형태]
제 2 실시형태는 제 1 실시형태의 냉매회로(10)에서, 팽창기(12)와 제 1 십자전환밸브(31) 사이에 수액기(41)를 설치한 것이다. 즉 이 제 2 실시형태는, 팽창기(12)의 출구측에 수액기(41)를 설치한 것이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 팽창기(12)의 유출측은 수액기(41)의 유입구에 접속되며, 수액기(41)의 유출구는 제 1 십자전환밸브(31)의 제 3 포트(P3)에 접속된다. 또 압축기(11)의 흡입측에는, 수액기(41)의 하단에 접속된 액 주입관(42)과, 수액기(41)의 상단에 접속된 가스배출관(43)이 접속된다. 액 주입관(42)에는 제 1 전동밸브(EV1)가, 가스배출관(43)에는 제 2 전동밸브(EV2)가 설치되며, 각각 냉매의 유량조정이 가능하게 구성된다. 그 밖의 구성은 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
-운전동작-
냉방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31) 및 제 2 십자전환밸브(32)는 도 3에 실선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실외 열교환기(21), 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24), 제 2 십자전환밸브(32), 팽창기(12), 수액기(41), 제 1 십자전환밸브(31), 실내 열교환기(22), 내부 열교환기(23)의 외측 유로(25), 제 2 십자전환밸브(32)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 초임계상태 냉매가 내측 유로(24)를 흐르며, 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 저압 가스냉매가 외측 유로(25)를 흐르므로, 내측 유로(24)를 흐르는 냉매와 외측 유로(25)를 흐르는 냉매가 열 교환된다. 이로써 초임계상태의 냉매는 상기 내부 열교환기(23)에서 냉각되어, 비용적이 작아진 상태에서 팽창기(12)로 유입되게 된다.
또 이 냉방운전 시, 액 주입관(42)의 전동밸브 개방도를 조정함으로써, 압축기(11)의 흡입과열도 제어와 오일회수운전이 가능하다. 또한 가스배출관(43)의 전동밸브 개방도를 조정함으로써, 수액기(41)의 가스를 배출할 수도 있다. 또 액 주입관(42)의 제 1 전동밸브(EV1)와 가스배출관(43)의 제 2 전동밸브(EV2)의 개방도를 조정하면, 운전 시에 압축기(11)에 용량부족이 발생했을 때, 용량 부족을 보완할 수도 있다.
난방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31) 및 제 2 십자전환밸브(32)는 도 3에 점선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실내 열교환기(22), 내부 열교환기(23)의 외측 유로(25), 제 2 십자전환밸브(32), 팽창기(12), 수액기(41), 제 1 십자전환밸브(31), 실외 열교환기(21), 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24), 제 2 십자전환밸브(32)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 초임계상태 냉매가 외측 유로(25)를 흐르며, 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 저압 가스냉 매가 내측 유로(24)를 흐르므로, 내측 유로(24)를 흐르는 냉매와 외측 유로(25)를 흐르는 냉매는 거의 열 교환되지 않는다. 이로써 초임계상태의 냉매는, 내부 열교환기(23)를 통과해도 거의 온도가 변화하는 일없이 팽창기(12)로 유입되게 된다.
-제 2 실시형태의 효과-
이 제 2 실시형태에서도, 냉방운전 시에는, 증발기가 되는 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 냉매가 외측 유로(25)를 흐르므로, 외측 유로(25)의 냉매와 내측 유로(24)의 냉매가 비교적 효율적으로 열 교환되며, 초임계상태의 냉매는 온도가 저하되고 비용적이 작아진 상태에서 팽창기(12)로 유입된다. 한편, 난방운전 시에는, 증발기가 되는 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 가스냉매가 내측 유로(24)를 흐르므로, 외측 유로(25)의 냉매와 내측 유로(24)의 냉매가 거의 열 교환되지 않으며, 초임계상태의 냉매는 온도 가 거의 변화하는 일없이 팽창기(12)로 유입된다.
이상과 같이, 냉방운전 시에 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 온도를 조정함으로써 그 비용적 내지 유량을 조정할 수 있으므로, 압축기(11)와 팽창기(12)의 유량을 균형있게 하여, COP의 저하를 방지하는 것이 가능해진다.
[제 3 실시형태]
제 3 실시형태는 제 1 실시형태의 냉매회로(10)에서, 수액기(41)를 제 2 실시형태와 다른 위치에 설치한 것이다. 이 제 3 실시형태에서는, 방열기로부터 유출된 초임계상태의 냉매가 내부 열교환기(23)로 유입되는 한편, 증발기로부터 유출된 저압 냉매가 수액기(41)를 통과한 후 내부 열교환기(23)로 유입되도록 구성된 다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 실내 열교환기(22)의 제 2 끝단과 내부 열교환기(23)의 외측 유로(25)를 연결하는 배관은, 이 실내 열교환기(22)와 내부 열교환기(23) 사이에 제 1 전자밸브(SV1)가 설치됨과 더불어, 이 제 1 전자밸브(SV1)의 직전에서 분기되어, 제 3 전자밸브(SV3)를 개재하고 수액기(41)에 접속된다. 또 실외 열교환기(21)의 제 2 끝단과 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24)를 연결하는 배관은, 이 실외 열교환기(21)와 내부 열교환기(23) 사이에 제 2 전자밸브(SV2)가 설치됨과 더불어, 이 제 2 전자밸브(SV2)의 직전에서 분기되어, 제 4 전자밸브(SV4)를 개재하고 수액기(41)에 접속된다.
수액기(41)는, 전동밸브(EV)가 설치된 액 주입관(42)이 압축기(11)의 흡입측에 접속된다. 또 수액기(41)의 가스배출관(43)은 2개로 분기되며, 제 1 분기관(43a)은, 수액기(41)로 향하는 냉매흐름을 금지하는 제 1 역지밸브(CV1)를 개재하고 내부 열교환기(23)의 외측 유로(25)에 접속되고, 제 2 분기관(43b)은, 수액기(41)로 향하는 냉매흐름을 금지하는 제 2 역지밸브(CV2)를 개재하고 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24)에 접속된다.
그 밖의 구성은 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
-운전동작-
냉방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31) 및 제 2 십자전환밸브(32)는 도 4에 실선으로 나타낸 상태로 전환된다. 또 이 냉방운전 시는, 제 1 전자밸브(SV1)와 제 4 전자밸브(SV4)가 "폐쇄"가 되며, 제 2 전자밸브(SV2)와 제 3 전자밸브(SV3)가 " 개방"이 된다.
이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실외 열교환기(21), 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24), 제 2 십자전환밸브(32), 팽창기(12), 제 1 십자전환밸브(31), 실내 열교환기(22), 수액기(41), 내부 열교환기(23)의 외측 유로(25), 제 2 십자전환밸브(32)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 초임계상태 냉매가 내측 유로(24)를 흐르며, 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 저압 가스냉매가 외측 유로(25)를 흐르므로, 내측 유로(24)를 흐르는 냉매와 외측 유로(25)를 흐르는 냉매가 열 교환된다. 이로써 초임계상태의 냉매는, 상기 내부 열교환기(23)에서 냉각되어 비용적이 작아진 상태에서 팽창기(12)로 유입되게 된다.
난방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31) 및 제 2 십자전환밸브(32)는 도 4에 점선으로 나타낸 상태로 전환된다. 또 이 냉방운전 시는, 제 1 전자밸브(SV1)와 제 4 전자밸브(SV4)가 "개방"이 되며, 제 2 전자밸브(SV2)와 제 3 전자밸브(SV3)가 "폐쇄"가 된다.
이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실내 열교환기(22), 내부 열교환기(23)의 외측 유로(25), 제 2 십자전환밸브(32), 팽창기(12), 제 1 십자전환밸브(31), 실외 열교환기(21), 수액기(41), 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24), 제 2 십자전환밸브(32)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 초임계상태 냉매가 외측 유로(25)를 흐르며, 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 저압 가스냉매가 내측 유로(24)를 흐르므로, 내측 유로(24)를 흐르는 냉매와 외측 유로(25)를 흐르는 냉매는 거의 열 교환되지 않는다. 이로써 초임계상태의 냉매는, 내부 열교환기(23)를 통과해도 거의 온도가 변화하는 일없이 팽창기(12)로 유입되게 된다.
-제 3 실시형태의 효과-
이 제 3 실시형태에서도 냉방운전 시에는, 증발기가 되는 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 가스냉매가 외측 유로(25)를 흐르므로, 외측 유로(25)의 냉매와 내측 유로(24)의 냉매가 비교적 효율적으로 열 교환되며, 초임계상태의 냉매는 온도가 저하되어 비용적이 작아진 상태에서 팽창기(12)로 유입된다. 한편, 난방운전 시에는, 증발기가 되는 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 가스냉매가 내측 유로(24)를 흐르므로, 외측 유로(25)의 냉매와 내측 유로(24)의 냉매가 거의 열 교환되지 않으며, 초임계상태의 냉매는 거의 온도가 변화하는 일없이 팽창기(12)로 유입된다.
이상과 같이, 냉방운전 시에 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 온도를 조정함으로써, 그 비용적 내지 유량을 조정할 수 있으므로, 압축기(11)와 팽창기(12)의 유량을 균형있게 하여, COP의 저하를 방지하는 것이 가능해진다.
[제 4 실시형태]
제 4 실시형태는, 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24)와 외측 유로(25)에 있어서 냉매의 흐름방향이, 냉방운전 시에는 서로 역방향(대향류(counterflow))이 되 며, 난방운전 시에는 서로 동일방향(병행류(parallel flow))이 되도록 한 예이다.
도 5에 나타낸 바와 같이 이 제 4 실시형태에서는, 실외 열교환기(21)와 내부 열교환기(23) 사이에 제 3 십자전환밸브(33)를 설치하여, 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24) 흐름방향이 냉방운전 시와 난방운전 시에 역전되도록 한다. 이를 위해 실외 열교환기(21)의 제 2 끝단이 제 3 십자전환밸브(33)의 제 1 포트(P1)에 접속되며, 제 3 십자전환밸브(33)의 제 2 포트(P2)가 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24)를 개재하고 이 제 3 십자전환밸브(33)의 제 3 포트(P3)에 접속되고, 또 제 3 십자전환밸브(33)의 제 4 포트(P4)가 제 2 십자전환밸브(32)의 제 1 포트(P1)에 접속된다.
상기 제 3 십자전환밸브(33)는, 제 1 포트(P1)가 제 2 포트(P2)와 연통되며 제 3 포트(P3)가 제 4 포트(P4)와 연통되는 상태(도 1에 실선으로 나타낸 상태)와, 제 1 포트(P1)가 제 3 포트(P3)와 연통되며 제 2 포트(P2)가 제 4 포트(P4)와 연통되는 상태(도 1에 점선으로 나타낸 상태)로 전환된다.
그 밖의 구성은 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
-운전동작-
냉방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31), 제 2 십자전환밸브(32), 및 제 3 십자전환밸브(33)는 도 5에 실선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실외 열교환기(21), 제 3 십자전환밸브(33), 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24), 제 3 십자전환밸브(33), 제 2 십자전환밸브(32), 팽창기(12), 제 1 십자전환밸브(31), 실내 열교환기(22), 내부 열교환기(23)의 외측 유로(25), 제 2 십자전환밸브(32)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 실외 열교환기(21)를 통과한 후에 내측 유로(24)를 통과하는 냉매와, 실내 열교환기(22)를 통과한 후에 외측 유로(25)를 통과하는 냉매가 서로 역방향을 향해 흐르는 동시에, 내측 유로(24)를 초임계상태의 냉매가 흐르며, 외측 유로(25)를 가스냉매가 흐르므로, 내측 유로(24)를 흐르는 냉매와 외측 유로(25)를 흐르는 냉매가 효율적으로 열 교환된다. 이로써 초임계상태의 냉매는, 상기 내부 열교환기(23)에서 냉각되며, 비용적이 작아진 상태에서 팽창기(12)로 유입되게 된다.
난방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31), 제 2 십자전환밸브(32), 및 제 3 십자전환밸브(33)는 도 5에 점선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실내 열교환기(22), 내부 열교환기(23)의 외측 유로(25), 제 2 십자전환밸브(32), 팽창기(12), 제 1 십자전환밸브(31), 실외 열교환기(21), 제 3 십자전환밸브(33), 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24), 제 3 십자전환밸브(33), 제 2 십자전환밸브(32)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 실내 열교환기(22)를 통과한 후에 외측 유로(25)를 통과하는 냉매와, 실외 열교환기(21)를 통과한 후에 내측 유로(24)를 통과하는 냉매가 서로 동일방향을 향해 흐르는 동시에, 외측 유로(25)를 초임계상태의 냉매가 흐르며, 내측 유로(24)를 가스냉매가 흐르므로, 내측 유로(24)를 흐르는 냉 매와 외측 유로(25)를 흐르는 냉매는 거의 열 교환되지 않는다. 이로써, 초임계상태의 냉매는 내부 열교환기(23)를 통과해도 거의 온도가 변화하는 일없이 팽창기(12)로 유입되게 된다.
구체적으로는, 대향류의 열교환 효율이 0.8, 병행류의 열교환 효율이 0.3, 냉방운전 시의 열 통과율이, 외측 유로(25)와 내측 유로(24)의 전열면적 차에 의해 난방운전 시의 2.34배인 것으로 하면, 냉방 시의 전열성능은 난방 시와 비교하여,
2.34×0.8/0.3＝6.24배로 된다.
-제 4 실시형태의 효과-
이 제 4 실시형태에서는, 냉방운전 시에는, 증발기가 되는 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 가스냉매가 외측 유로(25)를 흐름과 더불어, 외측 유로(25)의 냉매와 내측 유로(24)의 냉매가 서로 역방향을 향해 흐르도록 하므로, 외측 유로(25)의 냉매와 내측 유로(24)의 냉매가 비교적 효율적으로 열 교환되며, 초임계상태의 냉매는 온도가 저하되어 비용적이 작아진 상태에서 팽창기(12)로 유입된다. 한편, 난방운전 시에는, 증발기가 되는 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 가스냉매가 내측 유로(24)를 흐르며, 이때 외측 유로(25)의 냉매와 내측 유로(24)의 냉매가 서로 동일방향을 향해 흐르므로, 외측 유로(25)의 냉매와 내측 유로(24)의 냉매가 거의 열 교환되지 않으며, 초임계상태의 냉매는 온도가 거의 변화하는 일없이 팽창기(12)로 유입된다.
이상과 같이, 냉방운전 시에 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 온도를 조정함으로써 그 비용적 내지 유량을 조정할 수 있으므로, 압축기(11)와 팽창기(12)의 유량 을 균형있게 하여, COP의 저하를 방지하는 것이 가능해진다.
[제 5 실시형태]
제 5 실시형태는, 제 1 실시형태에서 내부 열교환기(23)로서 2중관 열교환기 대신, 3층식 플레이트 열교환기를 이용한 것이다. 이 내부 열교환기(23)는, 중앙에 위치하는 내측 유로(24)와, 이 내측 유로(24)의 바깥쪽에 인접하여 배치된 제 1 외측 유로(25A)와 제 2 외측 유로(25B)를 구비한다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24)는, 냉방운전 시에는, 방열기가 되는 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 유로가 되며, 난방운전 시에는, 증발기가 되는 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 유로가 된다. 또 제 2 외측 유로(25B)는, 냉방운전 시에는, 증발기가 되는 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 유로가 되며, 난방운전 시에는, 방열기가 되는 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 유로가 된다. 제 1 외측 유로(25A)는, 냉방운전 시는 제 2 외측 유로(25B)를, 난방운전 시는 내측 통로(24)를 각각 통과한 후의 저압 냉매가 흐르는 유로가 된다.
이 내부 열교환기(23)의 제 1 외측 유로(25A)에는, 내측 유로(24) 쪽 측면에 전열 핀(26)이 설치된다. 이 전열 핀(26)을 설치함으로써 내부 열교환기(23)는, 냉방운전 시에는, 증발기가 되는 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉매유로(제 1 외측 유로(25A))의 전열성능이, 방열기가 되는 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉매유로(내측 유로(24))의 전열성능보다 높아지며, 난방운전 시에는, 증발기가 되는 실외열교환기(21)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉 매유로(내측 유로(24))의 전열성능이, 방열기가 되는 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉매유로(제 1 외측 유로(25A))의 전열성능보다 낮아지도록 구성된다. 따라서 내부 열교환기(23)는, 난방운전 시보다 냉방운전 시 쪽이, 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 냉각성능이 높아지도록 구성된다.
이 실시형태의 냉매회로(10)에서 실외 열교환기(21)의 제 2 끝단은, 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24)를 개재하고 제 2 십자전환밸브(32)의 제 1 포트(P1)에 접속되며, 제 2 십자전환밸브(32)의 제 2 포트(P2)는 팽창기(12)의 유입측에 접속된다. 또 실내 열교환기(22)의 제 2 끝단은, 내부 열교환기(23)의 제 2 외측 유로(25B)를 개재하고 제 2 십자전환밸브(32)의 제 3 포트(P3)에 접속되며, 제 2 십자전환밸브(32)의 제 4 포트(P4)는 내부 열교환기(23)의 제 1 외측 유로(25A)를 개재하고 압축기(11)의 흡입측에 접속된다.
그 밖의 구성은 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
-운전동작-
냉방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31) 및 제 2 십자전환밸브(32)는 도 6에 실선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실외 열교환기(21), 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24), 제 2 십자전환밸브(32), 팽창기(12), 제 1 십자전환밸브(31), 실내 열교환기(22), 내부 열교환기(23)의 제 2 외측 유로(25B), 제 2 십자전환밸브(32), 내부 열교환기(23)의 제 1 외측 유로(25A)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서, 실외 열교환기(21)를 통과하기 전에 내측 유로 (24)를 통과하는 초임계상태의 냉매와, 실내 열교환기(22)를 통과한 후에 제 2 외측 유로(25B)를 통과하는 가스냉매는, 온도차는 크지만 병행류이므로 열 교환량은 비교적 작다. 한편, 내측 유로(24)를 통과하는 초임계상태의 냉매와, 제 2 외측 유로(25B)를 통과한 후 제 1 외측 유로(25A)를 통과하는 가스냉매는, 온도차가 큼과 더불어 대향류이며, 더욱이 제 1 외측 유로(25A)를 가스냉매가 흐르므로 효율적으로 열 교환된다. 이로써 초임계상태의 냉매는 상기 내부 열교환기(23)에서 냉각되어, 비용적이 작아진 상태에서 팽창기(12)로 유입되게 된다.
난방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31) 및 제 2 십자전환밸브(32)는 도 6에 점선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실내 열교환기(22), 내부 열교환기(23)의 제 2 외측 유로(25B), 제 2 십자전환밸브(32), 팽창기(12), 제 1 십자전환밸브(31), 실외 열교환기(21), 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24), 제 2 십자전환밸브(32), 내부 열교환기(23)의 제 1 외측 유로(25A)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서, 실내 열교환기(22)를 통과한 후에 제 1 외측 유로(25B)를 통과하는 초임계상태의 냉매와, 실외 열교환기(21)를 통과한 후에 내측 유로(24)를 통과하는 저압의 가스냉매는, 온도차는 크지만 병행류이므로 열 교환량은 비교적 작다. 또 내측 유로(24)를 통과하는 가스 냉매와, 그 후에 제 1 외측 유로(25A)를 통과하는 가스냉매는 온도차가 없으므로, 열 교환량은 거의 제로로 된다. 이로써, 초임계상태의 냉매는 내부 열교환기(23)를 통과해도 온도가 거의 변화하는 일없이 팽창기(12)로 유입되게 된다.
-제 5 실시형태의 효과-
이 제 5 실시형태에서도 냉방운전 시에는, 증발기가 되는 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 가스냉매가 외측 유로(25)(제 1 외측 유로(25A))를 흐름과 더불어, 제 1 외측 유로(25A)의 냉매와 내측 유로(24)의 냉매가 서로 역방향을 향해 흐르도록 하므로, 제 1 외측 유로(25A)의 냉매와 내측 유로(24)의 냉매가 비교적 효율적으로 열 교환되며, 초임계상태의 냉매는 온도가 저하되어 비용적이 작아진 상태에서 팽창기(12)로 유입된다. 한편 난방운전 시에는, 증발기가 되는 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 가스냉매가 내측 유로(24)와 제 1 외측 유로(25A)를 흐르며, 이때 제 2 외측 유로(25B)의 초임계상태 냉매와 거의 열 교환되지 않으므로, 초임계상태의 냉매는 온도가 거의 변화하는 일없이 팽창기(12)로 유입된다.
이상과 같이 냉방운전 시에 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 온도를 조정함으로써, 그 비용적 내지 유량을 조정할 수 있으므로, 압축기(11)와 팽창기(12)의 유량을 균형있게 하여, COP의 저하를 방지하는 것이 가능해진다.
[제 6 실시형태]
제 6 실시형태는 냉방운전 시에, 방열기를 통과한 후의 냉매와 증발기로 유입되기 전의 냉매가 내부 열교환기(23)(2중관 열교환기)에서 열 교환되도록 구성한 예이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 압축기(11)의 토출측은 제 1 십자전환밸브(31)의 제 1 포트(P1)에 접속되며, 제 1 십자전환밸브(31)의 제 2 포트(P2)는 실외 열교환기(21)의 제 1 끝단에 접속된다. 실외 열교환기(21)의 제 2 끝단은 내부 열교환기 (23)의 내측 유로(24)를 개재하고 제 2 십자전환밸브(32)의 제 1 포트(P1)에 접속되며, 제 2 십자전환밸브(32)의 제 2 포트(P2)가 팽창기(12)의 유입측에 접속된다. 팽창기(12)의 유출측은 제 2 십자전환밸브(32)의 제 3 포트(P3)에 접속되며, 제 2 십자전환밸브(32)의 제 4 포트(P4)는 내부 열교환기(23)의 외측 유로(25)를 개재하고 실내 열교환기(22)의 제 1 끝단에 접속된다. 실내 열교환기(22)의 제 2 끝단은 제 1 십자전환밸브(31)의 제 3 포트(P3)에 접속되며, 제 1 십자전환밸브(31)의 제 4 포트(P4)는 압축기(11)의 흡입측에 접속된다.
-운전동작-
냉방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31) 및 제 2 십자전환밸브(32)는 도 7에 실선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실외 열교환기(21), 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24), 제 2 십자전환밸브(32), 팽창기(12), 제 2 십자전환밸브(32), 내부 열교환기(23)의 외측 유로(25), 실내 열교환기(22), 제 1 십자전환밸브(31)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 초임계상태의 냉매가 내측 유로(24)를 흐르며, 실내 열교환기(22)를 통과하기 전의 저압 냉매가 외측 유로(25)를 흐르므로, 내측 유로(24)를 흐르는 냉매와 외측 유로(25)를 흐르는 냉매가 열 교환된다. 이로써 초임계상태의 냉매는 상기 내부 열교환기(23)에서 냉각되어, 비용적이 작아진 상태에서 팽창기(12)로 유입되게 된다.
난방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31) 및 제 2 십자전환밸브(32)는 도 7에 점 선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실내 열교환기(22), 내부 열교환기(23)의 외측 유로(25), 제 2 십자전환밸브(32), 팽창기(12), 제 2 십자전환밸브(32), 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24), 실외 열교환기(21), 제 1 십자전환밸브(31)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 초임계상태의 냉매가 외측 유로(25)를 흐르며, 실외 열교환기(21)를 통과하기 전의 저압 냉매가 내측 유로(24)를 흐르므로, 내측 유로(24)를 흐르는 냉매와 외측 유로(25)를 흐르는 냉매는 거의 열 교환되지 않는다. 이로써 초임계상태의 냉매는 내부 열교환기(23)를 통과해도 온도가 거의 변화하는 일없이, 팽창기(12)로 유입되게 된다.
-제 6 실시형태의 효과-
이 제 6 실시형태에서는, 냉방운전 시에는, 증발기가 되는 실내 열교환기(22)를 통과하기 전의 냉매가 외측 유로(25)를 흐르므로, 외측 유로(25)의 냉매와 내측 유로(24)의 냉매가 비교적 효율적으로 열 교환되며, 초임계상태의 냉매는 온도가 저하되어 비용적이 작아진 상태에서 팽창기(12)로 유입된다. 한편 난방운전 시에는, 증발기가 되는 실외 열교환기(21)를 통과하기 전의 냉매가 내측 유로(24)를 흐르므로, 외측 유로(25)의 냉매와 내측 유로(24)의 냉매가 거의 열 교환되지 않으며, 초임계상태의 냉매는 거의 온도가 변화하는 일없이 팽창기(12)로 유입된다.
이상과 같이, 냉방운전 시에 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 온도를 조정함으 로써 그 비용적 내지 유량을 조정할 수 있으므로, 압축기(11)와 팽창기(12)의 유량을 균형있게 하여, COP의 저하를 방지하는 것이 가능해진다.
[제 7 실시형태]
제 7 실시형태는, 제 6 실시형태의 냉매회로(10)에서 제 2 십자전환밸브(32) 대신에 브리지회로(32a)를 이용한 것이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 상기 브리지회로(32a)는 4개의 관로를 브리지형으로 접속하여 구성되며 4개의 포트(P1, P2, P3, P4)를 갖는다. 상기 4개의 관로에는 각각 역지밸브(CV)가 설치된다. 상기 역지밸브(CV)는, 제 1 포트(P1)에서 제 2 포트(P2)를 향하는 냉매흐름과, 제 3 포트(P3)에서 제 4 포트(P4)를 향하는 냉매흐름과, 제 3 포트(P3)에서 제 1 포트(P1)를 향하는 냉매흐름과, 제 4 포트(P4)에서 제 2 포트(P2)를 향하는 냉매흐름을 허용하도록, 각 관로에 설치된다.
상기 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24)는, 브리지회로(32a)의 제 1 포트(P1)에 접속된다. 이 브리지회로(32a)의 제 2 포트(P2)는 팽창기(12)의 유입측에 접속된다. 팽창기(12)의 유출측은 상기 브리지회로(32a)의 제 3 포트(P3)에 접속된다. 이 브리지회로(32a)의 제 4 포트(P4)는 내부 열교환기(23)의 외측 유로(25)에 접속된다.
그 밖의 구성은 제 6 실시형태와 마찬가지이다.
-운전동작-
냉방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31)는 도 8에 실선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실 외 열교환기(21), 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24), 브리지회로(32a), 팽창기(12), 브리지회로(32a), 내부 열교환기(23)의 외측 유로(25), 실내 열교환기(22), 제 1 십자전환밸브(31)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 초임계상태의 냉매가 내측 유로(24)를 흐르며, 실내 열교환기(22)를 통과하기 전의 저압 냉매가 외측 유로(25)를 흐르므로, 내측 유로(24)를 흐르는 냉매와 외측 유로(25)를 흐르는 냉매가 열 교환된다. 이로써 초임계상태의 냉매는 상기 내부 열교환기(23)에서 냉각되어, 비용적이 작아진 상태에서 팽창기(12)로 유입되게 된다.
난방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31)는 도 8에 점선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실내 열교환기(22), 내부 열교환기(23)의 외측 유로(25), 브리지회로(32a), 팽창기(12), 브리지회로(32a), 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24), 실외 열교환기(21), 제 1 십자전환밸브(31)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 초임계상태의 냉매가 외측 유로(25)를 흐르며, 실외 열교환기(21)를 통과하기 전의 저압 냉매가 내측 유로(24)를 흐르므로, 내측 유로(24)를 흐르는 냉매와 외측 유로(25)를 흐르는 냉매는 거의 열 교환되지 않는다. 이로써 초임계상태의 냉매는 내부 열교환기(23)를 통과해도 거의 온도가 변화하는 일없이 팽창기(12)로 유입되게 된다.
-제 7 실시형태의 효과-
이 제 7 실시형태에서는, 냉방운전 시에는, 증발기가 되는 실내 열교환기 (22)를 통과하기 전의 냉매가 외측 유로(25)를 흐르므로, 외측 유로(25)의 냉매와 내측 유로(24)의 냉매가 비교적 효율적으로 열 교환되며, 초임계상태의 냉매는 온도가 저하되어 비용적이 작아진 상태에서 팽창기(12)로 유입된다. 한편 난방운전 시에는, 증발기가 되는 실외 열교환기(21)를 통과하기 전의 냉매가 내측 유로(24)를 흐르므로, 외측 유로(25)의 냉매와 내측 유로(24)의 냉매가 거의 열 교환되지 않으며, 초임계상태의 냉매는 거의 온도가 변화하는 일없이 팽창기(12)로 유입된다.
이상과 같이, 냉방운전 시에 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 온도를 조정함으로써 그 비용적 내지 유량을 조정할 수 있으므로, 압축기(11)와 팽창기(12)의 유량을 균형있게 하여, COP의 저하를 방지하는 것이 가능해진다.
[제 8 실시형태]
제 8 실시형태는, 제 6 실시형태에 있어서 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24)와 외측 유로(25)에서 냉매흐름 방향이, 냉방운전 시에는 서로 역방향이 되며, 난방운전 시에는 서로 동일방향이 되도록 한 예이다.
도 9에 나타낸 바와 같이 이 제 8 실시예에서는, 제 6 실시형태의 냉매회로(10)에서 실외 열교환기(21)와 내부 열교환기(23) 사이에 제 3 십자전환밸브(33)를 설치하여, 냉방운전 시와 난방운전 시에서 내부 열교환기(23)의 외측 유로(25) 흐름방향이 역전되어도, 내측 유로(24)의 흐름방향은 역전되지 않도록 한다. 이를 위해 실외 열교환기(21)의 제 2 끝단이 제 3 십자전환밸브(33)의 제 1 포트(P1)에 접속되며, 제 3 십자전환밸브(33)의 제 2 포트(P2)가 내부 열교환기(23)의 내측 유 로(24)를 개재하고 이 제 3 십자전환밸브(33)의 제 3 포트(P3)에 접속되고, 또 제 3 십자전환밸브(33)의 제 4 포트(P4)가 제 2 십자전환밸브(32)의 제 1 포트(P1)에 접속된다.
상기 제 3 십자전환밸브(33)는, 제 1 포트(P1)가 제 2 포트(P2)와 연통되며 제 3 포트(P3)가 제 4 포트(P4)와 연통되는 상태(도 1에 실선으로 나타낸 상태)와, 제 1 포트(P1)가 제 3 포트(P3)와 연통되며 제 2 포트(P2)가 제 4 포트(P4)와 연통되는 상태(도 1에 점선으로 나타낸 상태)로 전환된다.
그 밖의 구성은 제 6 실시형태와 마찬가지이다.
-운전동작-
냉방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31), 제 2 십자전환밸브(32), 및 제 3 십자전환밸브(33)는 도 9에 실선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실외 열교환기(21), 제 3 십자전환밸브(33), 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24), 제 3 십자전환밸브(33), 제 2 십자전환밸브(32), 팽창기(12), 제 2 십자전환밸브(32), 내부 열교환기(23)의 외측 유로(25), 실내 열교환기(22), 제 1 십자전환밸브(31)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 실외 열교환기(21)를 통과한 후에 내측 유로(24)를 통과하는 냉매와, 실내 열교환기(22)를 통과하기 전에 외측 유로(25)를 통과하는 냉매가 서로 역방향을 향해 흐름과 더불어, 내측 유로(24)를 초임계상태의 냉매가 흐르며, 외측 유로(25)를 저압냉매가 흐르므로, 내측 유로(24)를 흐르는 냉 매와 외측 유로(25)를 흐르는 냉매가 효율적으로 열 교환된다. 이로써 초임계상태의 냉매는, 상기 내부 열교환기(23)에서 냉각되어 비용적이 작아진 상태에서 팽창기(12)로 유입되게 된다.
난방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31), 제 2 십자전환밸브(32), 및 제 3 십자전환밸브(33)는 도 9에 점선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실내 열교환기(22), 내부 열교환기(23)의 외측 유로(25), 제 2 십자전환밸브(32), 팽창기(12), 제 2 십자전환밸브(32), 제 3 십자전환밸브(33), 내부 열교환기(23)의 내측 유로(24), 제 3 십자전환밸브(33), 실외 열교환기(21), 제 1 십자전환밸브(31)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 실내 열교환기(22)를 통과한 후에 외측 유로(25)를 통과하는 냉매와, 실외 열교환기(21)를 통과한 후에 내측 유로(24)를 통과하는 냉매가 서로 동일방향을 향해 흐름과 더불어, 외측 유로(25)를 초임계상태의 냉매가 흐르며, 내측 유로(24)를 저압냉매가 흐르므로, 내측 유로(24)를 흐르는 냉매와 외측 유로(25)를 흐르는 냉매는 거의 열 교환되지 않는다. 이로써, 초임계상태의 냉매는 내부 열교환기(23)를 통과해도 거의 온도가 변화하는 일없이 팽창기(12)로 유입되게 된다.
-제 8 실시형태의 효과-
이 제 8 실시형태에서는, 냉방운전 시에는, 증발기가 되는 실내 열교환기(22)를 통과하기 전의 저압냉매가 외측 유로(25)를 흐름과 더불어, 외측 유로(25) 의 냉매와 내측 유로(24)의 냉매가 서로 역방향을 향해 흐르도록 하므로, 외측 유로(25)의 냉매와 내측 유로(24)의 냉매가 비교적 효율적으로 열 교환되며, 초임계상태의 냉매는 온도가 저하되어 비용적이 작아진 상태에서 팽창기(12)로 유입된다. 한편 난방운전 시에는, 증발기가 되는 실외 열교환기(21)를 통과하기 전의 저압냉매가 내측 유로(24)를 흐르며, 이때 외측 유로(25)의 냉매와 내측 유로(24)의 냉매가 서로 동일방향을 향해 흐르므로, 외측 유로(25)의 냉매와 내측 유로(24)의 냉매가 거의 열 교환되지 않으며, 초임계상태의 냉매는 거의 온도가 변화하는 일없이 팽창기(12)로 유입된다.
이상과 같이, 냉방운전 시에 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 온도를 조정함으로써 그 비용적 내지 유량을 조정할 수 있으므로, 압축기(11)와 팽창기(12)의 유량을 균형있게 하여, COP의 저하를 방지하는 것이 가능해진다.
[제 9 실시형태]
제 9 실시형태는 본 발명에 관한 냉동장치로 구성된 공조기(1)에 관한 것이다. 이 공조기(1)는, 도 10에 나타낸 바와 같이 냉매회로(10)를 구비한다. 이 냉매회로(10)는, 냉매를 초임계상태로 압축하여 증기압축식 냉동주기를 실행하는 것이다. 그리고 본 제 9실시형태의 공조기(1)는, 냉매회로(10)에서 냉매를 순환시켜, 냉방운전(냉각운전)과 난방운전(가열운전)을 전환하여 실행하도록 구성된다.
상기 냉매회로(10)에는 이산화탄소(CO2)가 냉매로서 충전된다. 또 냉매회로(10)에는, 압축기(11), 팽창기(12), 실외 열교환기(열원측 열교환기)(21), 실내 열 교환기(이용측 열교환기)(22), 내부 열교환기(23), 제 1 십자전환밸브(31), 및 제 2 십자전환밸브(32)가 설치된다.
압축기(11) 및 팽창기(12)는, 각각 고유의 실린더 용적을 갖는 회전피스톤형 유체기계로 구성된다. 상기 압축기(11)와 팽창기(12)는 모터(13)의 회전축으로 서로 연결된다. 압축기(11)는, 팽창기(12)에서의 냉매 팽창에 의해 얻어진 동력(팽창동력)과, 모터(13)를 통전시켜 얻어지는 동력의 양쪽에 의해 회전 구동된다.
상기 압축기(11)와 팽창기(12)는 서로 회전축과 연결되므로, 각각의 회전속도가 항상 동등하다. 따라서 냉매회로(10)에서, 팽창기(12)를 통과하는 냉매의 체적 순환량(Ve)과, 압축기(11)를 통과하는 냉매의 체적 순환량(Vc)과의 비율(Ve/Vc)은, 각 유체기계(11, 12)의 실린더 용적 비에 의해 정해지는 고정값이 된다. 이 실린더 용적 비는, 상기 Ve/Vc의 비와, 이 공조기(1)의 난방 시에 있어서 팽창기(12)의 유입 냉매밀도(de)와 압축기(11)의 흡입 냉매밀도(dc)와의 밀도 비(de/dc)가 등량(等量)이 되도록, 즉 팽창기(12)를 통과하는 냉매의 질량유량(Me)과 압축기(11)를 통과하는 냉매의 질량유량(Mc)이 등량이 되도록 설계된다.
여기서, 상기 압축기(11)나 팽창기(12)에 대해, 이들을 구성하는 유체기계는 회전피스톤형에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 스크롤형의 용적형 유체기계를 압축기(11)나 팽창기(12)로서 이용해도 된다.
상기 실외 열교환기(21)는, 이른바 크로스핀식 핀튜브형 열교환기로 구성된다. 이 실외 열교환기(21)에는, 도면 밖의 팬에 의해 실외공기가 공급된다. 이 실외 열교환기(21)에서는, 공급된 실외공기와 냉매회로(10) 냉매의 열 교환이 이루 어진다.
상기 실내 열교환기(22)는, 이른바 크로스핀식 핀튜브형 열교환기로 구성된다. 이 실내 열교환기(22)에는, 도면 밖의 팬에 의해 실내공기가 공급된다. 이 실내 열교환기(22)에서는, 공급된 실내공기와 냉매회로(10) 냉매의 열교환이 이루어진다.
상기 내부 열교환기(23)는, 서로 인접하여 배치된 제 1 유로(27) 및 제 2 유로(28)를 구비하며, 제 1 유로(27)를 흐르는 냉매와 제 2 유로(28)를 흐르는 냉매가 열 교환 가능하게 구성된다. 이 내부 열교환기(23)는, 냉방운전 시에, 고압냉매가 저압냉매와 열 교환하여 냉각되도록 구성된다.
이 내부 열교환기(23)는, 냉방운전 시에는, 제 1 유로(27)를 고압냉매가 유통하는 한편, 제 2 유로(28)를 저압냉매가 고압냉매와 역방향을 향해 유통하는 대향류가 되며, 난방운전 시에는, 양 유로(24, 25)를 고압냉매가 동일방향을 향해 유통하는 병행류가 되도록 구성된다. 그리고 냉방운전 시는, 방열기가 되는 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 고압냉매가, 증발기가 되는 실내 열교환기(22)를 통과하기 전의 저압냉매와 열 교환하여 냉각된다. 한편 난방운전 시는, 방열기가 되는 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 고압냉매가 제 2 유로(28)와 제 1 유로(27)를 차례로 흐르며, 고압냉매의 냉각은 행해지지 않는다.
상기 냉매회로(10)에서, 압축기(11)의 토출측은 제 1 십자전환밸브(31)의 제 1 포트(P1)에 접속되며, 제 1 십자전환밸브(31)의 제 2 포트(P2)는 실외 열교환기(21)의 제 1 끝단에 접속된다. 실외 열교환기(21)의 제 2 끝단은 제 2 십자전환밸 브(32)의 제 1 포트(P1)에 접속되며, 제 2 십자전환밸브(32)의 제 2 포트(P2)는 내부 열교환기(23)의 제 1 유로(27)를 개재하고 팽창기(12)의 유입측에 접속된다. 팽창기(12)의 유출측은 제 2 십자전환밸브(32)의 제 3 포트(P3)에 접속되며, 제 2 십자전환밸브(32)의 제 4 포트(P4)는 내부 열교환기(23)의 제 2 유로(28)를 개재하고 실내 열교환기(22)의 제 1 끝단에 접속된다. 실내 열교환기(22)의 제 2 끝단은 제 1 십자전환밸브(31)의 제 3 포트(P3)에 접속되며, 제 1 십자전환밸브(31)의 제 4포트(P4)는 압축기(11)의 흡입측에 접속된다.
상기 제 1 십자전환밸브(31)는, 제 1 포트(P1)가 제 2 포트(P2)와 연통되며 제 3 포트(P3)가 제 4 포트(P4)와 연통되는 상태(도 10에 실선으로 나타낸 상태)와, 제 1 포트(P1)가 제 3 포트(P3)와 연통되며 제 2 포트(P2)가 제 4 포트(P4)와 연통되는 상태(도 10에 점선으로 나타낸 상태)로 전환된다.
또 상기 제 2 십자전환밸브(32)는, 제 1 포트(P1)가 제 2 포트(P2)와 연통되며 제 3 포트(P3)가 제 4 포트(P4)와 연통되는 상태(도 10에 실선으로 나타낸 상태)와, 제 1 포트(P1)가 제 3 포트(P3)와 연통되며 제 2 포트(P2)가 제 4 포트(P4)와 연통되는 상태(도 10에 점선으로 나타낸 상태)로 전환된다.
-운전동작-
다음으로, 이 공조기(1)의 냉방운전 시 및 난방운전 시 동작에 대해 설명한다.
(냉방운전)
냉방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31) 및 제 2 십자전환밸브(32)는, 도 10에 실선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 모터(13)를 통전시키면, 냉매회로(10)에서 냉매가 순환되어 냉동주기가 이루어진다. 이때, 실외 열교환기(21)가 방열기가 되며, 실내 열교환기(22)가 증발기가 된다. 또 냉동주기의 고압압력은, 냉매인 이산화탄소의 임계압력보다 높게 설정된다.
압축기(11)로부터는 초임계상태의 고압냉매가 토출된다. 이 고압냉매는, 실선의 화살표로 나타낸 바와 같이 제 1 십자전환밸브(31)를 통해 실외 열교환기(21)로 유입된다. 실외 열교환기(21)에서, 고압냉매는 실외공기에 방열하여 온도가 저하된다.
실외 열교환기(21)로부터 유출된 고압냉매는, 제 2 십자전환밸브(32)를 거쳐 내부 열교환기(23)의 제 1 유로(27)를 통과한다. 이 고압냉매는, 내부 열교환기(23)에서, 제 2 유로(28)를 흐르는 저압냉매와 열 교환하여 냉각된다. 이 고압냉매는 팽창기(12)로 유입되며, 팽창기(12)에서는, 도입된 고압냉매가 팽창되어 이 고압냉매의 내부 에너지가 회전동력으로 변환된다. 팽창기(12)에서의 팽창에 의해, 고압냉매는 압력이 저하되어 초임계상태에서 기액 2상상태로 변화한다.
팽창기(12)로부터 유출된 저압냉매는, 제 2 십자전환밸브(32)를 통해 실내 열교환기(22)의 제 2 유로(28)를 통과하며, 이때, 제 1 유로(27)를 흐르는 고압냉매와 열 교환하여 가열된다. 이 저압냉매는 실내 열교환기(22)로 유입되며, 실내 열교환기(22)에서 실내공기로부터 흡열하여 증발한다. 또 실내 열교환기(22)에서는 실내공기가 저압냉매에 의해 냉각되며, 이 냉각된 실내공기가 실내로 회송된다.
실내 열교환기(22)로부터 유출된 저압냉매는, 제 1 십자전환밸브(31)를 통해 압축기(11)로 흡입된다. 압축기(11)에 흡입된 냉매는, 소정의 압력에까지 압축되어, 압축기(11)로부터 토출된다.
(난방운전)
난방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31) 및 제 2 십자전환밸브(32)는 도 10에 점선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 모터(13)를 통전시키면, 냉매회로(10)에서 냉매가 순환되어 냉동주기가 이루어진다. 이때, 실내 열교환기(22)가 방열기가 되며, 실외 열교환기(21)가 증발기가 된다. 또 냉동주기의 고압압력은 냉방운전 시와 마찬가지로, 냉매인 이산화탄소의 임계압력보다 높게 설정된다.
압축기(11)로부터는 초임계상태의 고압냉매가 토출된다. 이 고압냉매는, 점선의 화살표로 나타낸 바와 같이, 제 1 십자전환밸브(31)를 통해 실내 열교환기(22)로 유입된다. 실내 열교환기(22)에서 고압냉매는, 실내공기에 방열하여 온도가 저하된다. 또 실내 열교환기(22)에서는 실내공기가 고압냉매에 의해 가열되며, 이 가열된 실내공기가 실내로 회송된다.
실내 열교환기(22)로부터 유출된 고압냉매는, 내부 열교환기(23)의 제 2 유로(28)를 통과한 후, 제 2 십자전환밸브(32)를 통해 내부 열교환기(23)의 제 1 유로(27)를 통과한다. 이때, 내부 열교환기(23)에서는, 실내 열교환기(22)로부터 유출된 고압냉매가 제 2 유로(28)와 제 1 유로(27)를 차례로 흐르므로, 온도의 변화는 발생하지 않는다.
내부 열교환기(23)의 제 1 통로(24)로부터 유출된 고압냉매는, 팽창기(12)로 유입된다. 팽창기(12)에서는, 도입된 고압냉매가 팽창되며, 이 고압냉매의 내부 에너지가 회전동력으로 변환된다. 팽창기(12)에서의 팽창에 의해 고압냉매는 압력이 저하되어, 초임계상태에서 기액 2상상태로 변화한다.
팽창기(12)로부터 유출된 저압냉매는, 제 2 십자전환밸브(32)를 통해 실외 열교환기(21)로 유입된다. 실외 열교환기(21)에서 저압냉매는, 실외공기로부터 흡열하여 증발한다. 실외 열교환기(21)로부터 유출된 저압냉매는, 제 1 십자전환밸브(31)를 통해 압축기(11)로 흡입된다. 압축기(11)로 흡입된 냉매는, 소정의 압력에까지 압축되어 압축기(11)로부터 토출된다.
-제 9 실시형태의 효과-
이 제 9 실시형태에서는 내부 열교환기(23)에서, 냉방운전 시에는, 방열기가 되는 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 고압냉매가 제 1 유로(27)를 흐르며, 증발기가 되는 실내 열교환기(22)를 통과하기 전의 저압냉매가 제 2 유로(28)를 흐르므로, 고압냉매가 냉각된다. 한편, 난방운전 시에는, 방열기가 되는 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 고압냉매가 제 2 유로(28)와 제 1 유로(27)를 차례로 흐르므로, 고압냉매의 온도는 변화하지 않는다.
이상과 같이 내부 열교환기(23)가 냉방운전 시에만 기능하므로, 냉방운전 시에는 팽창기(12)로 흡입되는 고압냉매를 냉각할 수 있어, 팽창기(12)의 유입 냉매밀도(de)를 증대시킬 수 있다. 그 결과, 종래의 냉동장치 냉방운전 시에는, 전술한 이유 때문에, 압축기(11)의 냉매 질량유량(Mc)이 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)보다 커져버리는데 반해, 이 제 9 실시형태에서는 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)을 크게 할 수 있으므로, 양자의 냉매 질량유량(Mc, Me)을 균형있게 할 수 있 다.
또 본 제 9 실시형태에서는, 냉매의 일부를 팽창기(12)를 우회시키는 일없이, 냉매 질량유량(Mc, Me)을 균형있게 한다. 이로써, 냉매의 일부를 팽창기(12)에서 우회시키면 팽창기(12)의 팽창동력이 저하되어 COP도 저하되어버리는데 반해, 본 실시형태에서는 모든 냉매를 팽창기(12)로 도입할 수 있으므로, COP의 저하를 회피할 수 있다.
그리고 이 제 9 실시형태에서는, 냉방운전 시에 고압냉매와 저압냉매가 내부 열교환기(23)를 역방향으로 흐르도록 함으로써 열 교환 효율을 높이도록 하지만, 저압냉매가 증발하기 전의 액 냉매이며 열 전달률이 높으므로, 고압냉매와 저압냉매가 내부 열교환기(23)를 동일방향으로 흐르도록 해도 된다. 이 경우에도 고압냉매를 냉각하는 것은 가능하다.
-제 9 실시형태의 변형예-
(제 1 변형예)
제 9 실시형태의 제 1 변형예는, 제 9 실시형태의 냉매회로(10)에서 팽창기(12)와 제 2 십자전환밸브(32) 사이에 수액기(41)를 설치한 것이다. 즉, 이 제 1 변형예는 팽창기(12)의 출구 쪽에 수액기(41)를 설치한 것이다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 팽창기(12)의 유출측은 수액기(41)의 유입구에 접속되며, 수액기(41)의 유출구는 제 2 십자전환밸브(32)의 제 3 포트(P3)에 접속된다. 또 압축기(11)의 흡입측에는, 수액기(41)의 하단부에 접속된 액 주입관(42)과, 수액기(41)의 상부에 접속된 가스배출관(43)이 접속된다. 액 주입관(42)에는 제 1 전동밸브(EV1)가, 가스배출관(43)에는 제 2 전동밸브(EV2)가 설치되며, 각각 냉매의 유량 조정이 가능하게 구성된다.
그 밖의 구성은 도 10의 제 9 실시형태와 마찬가지이다.
냉방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31), 제 2 십자전환밸브(32)는 도 11에 실선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실외 열교환기(21), 제 2 십자전환밸브(32), 내부 열교환기(23)의 제 1 유로(27), 팽창기(12), 수액기(41), 제 2 십자전환밸브(32), 내부 열교환기(23)의 제 2 유로(28), 실내 열교환기(22), 제 1 십자전환밸브(31)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 고압냉매가 제 1 유로(27)를 흐르며, 실내 열교환기(22)를 통과하기 전의 저압냉매가 제 2 유로(28)를 흐르므로, 이들 고압냉매와 저압냉매가 열 교환된다. 이로써 고압냉매는, 상기 내부 열교환기(23)에서 냉각되고 나서 팽창기(12)로 유입되게 된다.
여기서, 이 냉방운전 시, 액 주입관(42)의 제 1 전동밸브(EV1) 개방도를 조정함으로써, 압축기(11)의 흡입과열도 제어와 오일회수운전이 가능하다. 또 가스배출관(43)의 제 2 전동밸브(EV2) 개방도를 조정함으로써, 수액기(41)의 가스배출을 행할 수도 있다. 또한 액 주입관(42)의 제 1 전동밸브(EV1)와 가스배출관(43)의 제 2 전동밸브(EV2) 개방도를 조정하면, 운전 시에 압축기(11)에 용량부족이 발생했을 때, 용량부족을 보완할 수 있다.
난방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31), 제 2 십자전환밸브(32)는 도 11에 점 선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실내 열교환기(22), 내부 열교환기(23)의 제 2 유로(28), 제 2 십자전환밸브(32), 내부 열교환기(23)의 제 1유로(27), 팽창기(12), 수액기(41), 제 2 십자전환밸브(32), 실외 열교환기(21), 제 1 십자전환밸브(31)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 방열기가 되는 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 고압냉매가 제 2 유로(28)와 제 1 유로(27)를 차례로 흐르므로, 고압냉매의 온도는 변화하지 않다. 이로써, 고압냉매는 냉각되지 않고 팽창기(12)로 유입되게 된다.
이 변형예에서도, 내부 열교환기(23)가 냉방운전 시에만 기능하므로, 냉방운전 시에는, 팽창기(12)로 흡입되는 고압냉매를 냉각할 수 있어, 팽창기(12)의 유입 냉매밀도(de)를 증대시킬 수 있다. 그 결과, 종래의 냉동장치 냉방운전 시에는, 전술한 이유 때문에 압축기(11)의 냉매 질량유량(Mc)이 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)보다 커져버리는데 반해, 이 제 9 실시형태의 제 1 변형예에서는, 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)을 크게 할 수 있으므로, 양자의 냉매 질량유량(Mc, Me)을 균형있게 할 수 있다.
또 상기 제 9 실시형태와 마찬가지로, 냉매의 일부를 팽창기(12)를 우회시키는 일없이, 냉매 질량유량(Mc, Me)을 균형있게 하므로, 모든 냉매를 팽창기(12)로 도입함으로써 COP의 저하를 회피하는 것도 가능하다.
(제 2 변형예)
제 9 실시형태의 제 2 변형예는, 제 9 실시형태의 냉매회로(10)에서 제 2 십자전환밸브(32) 대신, 브리지회로(32a)를 이용한 것이다.
도 12에 나타낸 바와 같이 상기 브리지회로(32a)는, 4개의 관로가 브리지형으로 접속되어 구성되며, 4개의 포트(P1, P2, P3, P4)를 갖는다. 상기 4개의 관로에는 각각 역지밸브(CV)가 설치된다. 상기 역지밸브(CV)는, 제 1 포트(P1)에서 제 2 포트(P2)를 향하는 냉매흐름과, 제 3 포트(P3)에서 제 4 포트(P4)를 향하는 냉매흐름과, 제 3 포트(P3)에서 제 1 포트(P1)를 향하는 냉매흐름과, 제 4 포트(P4)에서 제 2 포트(P2)를 향하는 냉매흐름을 허용하도록, 각 관로에 설치된다.
상기 실외 열교환기(21)의 제 2 끝단은, 브리지회로(32a)의 제 1 포트(P1)에 접속된다. 이 브리지회로(32a)의 제 2 포트(P2)는, 내부 열교환기(23)의 제 1 유로(27)를 개재하고 팽창기(12)의 유입측에 접속된다. 팽창기(12)의 유출측은, 상기 브리지회로(32a)의 제 3 포트(P3)에 접속된다. 이 브리지회로(32a)의 제 4 포트(P4)는, 내부 열교환기(23)의 제 2 유로(28)를 개재하고 실내 열교환기(22)의 제 1 끝단에 접속된다.
그 밖의 구성은 도 10의 제 9 실시형태와 마찬가지이다.
냉방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31)는 도 12에 실선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실외 열교환기(21), 브리지회로(32a), 내부 열교환기(23)의 제 1 유로(27), 팽창기(12), 브리지회로(32a), 내부 열교환기(23)의 제 2 유로(28), 실내 열교환기(22), 제 1 십자전환밸브(31)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 고압냉매가 제 1 유로(27)를 흐르며, 실내 열교환기(22)를 통과하기 전의 저압냉매가 제 2 유로(28)를 흐르므로, 이들 고압냉매와 저압냉매가 열 교환된다. 이로써 고압냉매는 상기 내부 열교환기(23)에서 냉각되고 나서 팽창기(12)로 유입되게 된다.
난방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31)는 도 12에 점선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실내 열교환기(22), 내부 열교환기(23)의 제 2 유로(28), 브리지회로(32a), 내부 열교환기(23)의 제 1 유로(27), 팽창기(12), 브리지회로(32a), 실외 열교환기(21), 제 1 십자전환밸브(31)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 방열기가 되는 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 고압냉매가 제 2 유로(28)와 제 1 유로(27)를 차례로 흐르므로, 고압냉매의 온도는 변화하지 않다. 이로써, 고압냉매는 냉각되지 않고 팽창기(12)로 유입되게 된다.
이 변형예에서도 내부 열교환기(23)가 냉방운전 시에만 기능하므로, 냉방운전 시에는 팽창기(12)로 흡입되는 고압냉매를 냉각할 수 있어, 팽창기(12)의 유입 냉매밀도(de)를 증대시킬 수 있다. 그 결과, 종래의 냉동장치 냉방운전 시에는, 전술한 이유 때문에 압축기(11)의 냉매 질량유량(Mc)이 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)보다 커져버리는데 반해, 이 제 9 실시형태의 제 2 변형예에서는, 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)을 크게 할 수 있으므로, 양자의 냉매 질량유량(Mc, Me)을 균형있게 할 수 있다.
또 상기 제 9 실시형태와 마찬가지로, 냉매의 일부를 팽창기(12)를 우회시키는 일없이, 냉매 질량유량(Mc, Me)을 균형있게 하므로, 모든 냉매를 팽창기(12)로 도입함으로써 COP의 저하를 회피하는 것도 가능하다.
[제 10 실시형태]
제 10 실시형태는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 제 9 실시형태와는 냉매회로(10)의 구성이 다르다. 이 예에서는, 제 9 실시형태와는 내부 열교환기(23)의 위치가 다름과 더불어, 난방운전 시에 고압냉매가 내부 열교환기(23)를 우회하기 위한 바이패스통로(45)가 설치된다.
이 냉매회로(10)에서, 압축기(11)의 토출측은 제 1 십자전환밸브(31)의 제 1 포트(P1)에 접속되며, 제 1 십자전환밸브(31)의 제 2 포트(P2)는 실외 열교환기(21)의 제 1 끝단에 접속된다. 실외 열교환기(21)의 제 2 끝단은 제 2 십자전환밸브(32)의 제 1 포트(P1)에 접속되며, 제 2 십자전환밸브(32)의 제 2 포트(P2)는 내부 열교환기(23)의 제 1 유로(27)를 개재하고 팽창기(12)의 유입측에 접속된다.
제 2 십자전환밸브(32)의 제 2 포트(P2)와 내부 열교환기(23)의 제 1 유로(27) 사이에는 제 1 개폐밸브(SV1)가 설치된다. 제 2 십자전환밸브(32)의 제 2 포트(P2)와 제 1 개폐밸브(SV1) 사이의 배관에는, 제 2 개폐밸브(SV2)를 갖는 바이패스통로(45)의 한끝이 접속된다. 이 바이패스통로(45)의 다른 끝은, 내부 열교환기(23)의 제 1 유로(27)와 팽창기(12)의 유입측을 접속하는 배관에 합류한다.
팽창기(12)의 유출측은 제 2 십자전환밸브(32)의 제 3 포트(P3)에 접속되며, 제 2 십자전환밸브(32)의 제 4 포트(P4)는 실내 열교환기(22)의 제 1 끝단에 접속 된다. 실내 열교환기(22)의 제 2 끝단은 제 1 십자전환밸브(31)의 제 3 포트(P3)에 접속되며, 제 1 십자전환밸브(31)의 제 4 포트(P4)는 내부 열교환기(23)의 제 2 유로(28)를 개재하고 압축기(11)의 흡입측에 접속된다.
이상의 구성에 의해 상기 내부 열교환기(23)는, 냉방운전 시에는 제 1 유로(27)를 고압냉매가 유통하는 한편, 제 2 유로(28)를 저압냉매가 유통하도록 구성된다. 그리고 냉방운전 시에, 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 고압냉매가, 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 저압냉매와 열 교환하여 냉각되도록 구성된다.
여기서, 이 구성에서 제 1 개폐밸브(SV1) 및 제 2 개폐밸브(SV2)로는, 전자개폐밸브나 전동밸브를 이용할 수 있다. 또 제 1 개폐밸브(SV1)는, 내부 열교환기(23)의 전후 어느 쪽에 설치해도 된다.
-운전동작-
냉방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31) 및 제 2 십자전환밸브(32)는 도 13에 실선으로 나타낸 상태로 전환된다. 또 제 1 개폐밸브(SV1)는 개방되며 제 2 개폐밸브(SV2)는 폐쇄된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실외 열교환기(21), 제 2 십자전환밸브(32), 내부 열교환기(23)의 제 1 유로(27), 팽창기(12), 제 2 십자전환밸브(32), 실내 열교환기(22), 제 1 십자전환밸브(31), 내부 열교환기(23)의 제 2 유로(28)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 고압냉매가 제 1 유로(27)를 흐르며, 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 저압냉매가 제 2 유 로(28)를 흐르므로, 이들 고압냉매와 저압냉매가 열 교환된다. 이로써 고압냉매는 상기 내부 열교환기(23)에서 냉각되고 나서 팽창기(12)로 유입되게 된다.
난방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31) 및 제 2 십자전환밸브(32)는 도 13에 점선으로 나타낸 상태로 전환된다. 또 제 1 개폐밸브(SV1)는 폐쇄되며 제 2 개폐밸브(SV2)는 개방된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실내 열교환기(22), 제 2 십자전환밸브(32), 바이패스통로(45), 팽창기(12), 제 2 십자전환밸브(32), 실외 열교환기(21), 제 1 십자전환밸브(31), 내부 열교환기(23)의 제 2 유로(28)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 고압냉매가 흐르지 않으며, 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 저압냉매만이 제 2 유로(28)를 흐르므로, 고압냉매의 온도는 변화하지 않다. 이로써, 고압냉매는 냉각되지 않고 팽창기(12)로 유입되게 된다.
-제 10 실시형태의 효과-
이 제 10 실시형태에서도 내부 열교환기(23)가 냉방운전 시에만 기능하므로, 냉방운전 시에는 팽창기(12)로 흡입되는 고압냉매를 냉각할 수 있어, 팽창기(12)의 유입 냉매밀도(de)를 증대시킬 수 있다. 그 결과, 종래의 냉동장치 냉방운전 시에는 압축기(11)의 냉매 질량유량(Mc)이 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)보다 커져버리는데 반해, 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)을 크게 할 수 있으므로, 양자의 냉매 질량유량(Mc, Me)을 균형있게 할 수 있다.
또 상기 제 9 실시형태와 마찬가지로, 냉매의 일부를 팽창기(12)를 우회시키 는 일없이, 냉매 질량유량(Mc, Me)을 균형있게 하므로, 모든 냉매를 팽창기(12)로 도입함으로써 COP의 저하를 회피하는 것도 가능하다.
-제 10 실시형태의 변형예-
(제 1 변형예)
제 10 실시형태의 제 1 변형예는, 도 13에 나타낸 제 10 실시형태의 냉매회로(10)에서 증발기의 출구측과 내부 열교환기(23)의 저압측 사이에 수액기(41)를 설치한 것이다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 제 1 십자전환밸브(31)의 제 4 포트(P4)는 수액기(41)의 유입구에 접속되며, 수액기(41)의 유출구는 내부 열교환기(23)의 제 2 유로(28)를 개재하고 압축기(11)의 흡입측에 접속된다. 또 압축기(11)의 흡입측에는, 수액기(41)의 하단부에 접속된 액 주입관(42)이 접속된다. 액 주입관(42)에는 제 1 전동밸브(EV1)가 설치되어, 냉매의 유량 조정이 가능하게 구성된다.
여기서, 이 예에서는 수액기(41)의 출구측이 포화가스 상태가 되므로, 내부 열교환기(23)는 냉방운전 시에 고압냉매와 저압냉매가 서로 역방향으로 흐르도록 구성된다.
그 밖의 구성은 도 13의 제 10 실시형태와 마찬가지이다.
냉방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31), 제 2 십자전환밸브(32)는 도 14에 실선으로 나타낸 상태로 전환된다. 또 제 1 개폐밸브(SV1)는 개방되며 제 2 개폐밸브(SV2)는 폐쇄된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실외 열교환기(21), 제 2 십자전환밸브(32), 내부 열교환기(23)의 제 1 유로(27), 팽창기(12), 제 2 십자전환밸브(32), 실내 열교환기(22), 제 1 십자전환밸브(31), 수액기(41), 내부 열교환기(23)의 제 2 유로(28)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 고압냉매가 제 1 유로(27)를 흐르며, 실내 열교환기(22) 및 수액기(41)를 통과한 후의 저압냉매가 제 2 유로(28)를 흐르므로, 이들 고압냉매와 저압냉매가 열 교환된다. 이로써 고압냉매는, 상기 내부 열교환기(23)에서 냉각된 후 팽창기(12)로 유입되게 된다.
난방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31), 제 2 십자전환밸브(32)는 도 14에 점선으로 나타낸 상태로 전환된다. 또 제 1 개폐밸브(SV1)는 폐쇄되며 제 2 개폐밸브(SV2)는 개방된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실내 열교환기(22), 제 2 십자전환밸브(32), 바이패스통로(45), 팽창기(12), 제 2 십자전환밸브(32), 실외 열교환기(21), 제 1 십자전환밸브(31), 수액기(41), 내부 열교환기(23)의 제 2 유로(28)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 고압냉매가 흐르지 않으며, 실외 열교환기(21) 및 수액기(41)를 통과한 후의 저압냉매만이 제 2 유로(28)를 흐르므로, 상기 고압냉매의 온도는 변화하지 않다. 이로써, 고압냉매는 냉각되지 않고 팽창기(12)로 유입되게 된다.
이 변형예에서도, 내부 열교환기(23)가 냉방운전 시에만 기능하므로, 냉방운 전 시에는, 팽창기(12)로 흡입되는 고압냉매를 냉각할 수 있어, 팽창기(12)의 유입 냉매밀도(de)를 증대시킬 수 있다. 그 결과, 종래의 냉동장치 냉방운전 시에는, 압축기(11)의 냉매 질량유량(Mc)이 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)보다 커져버리는데 반해, 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)을 크게 할 수 있으므로, 양자의 냉매 질량유량(Mc, Me)을 균형있게 할 수 있다.
또 상기 제 9 실시형태와 마찬가지로, 냉매의 일부를 팽창기(12)를 우회시키는 일없이, 냉매 질량유량(Mc, Me)을 균형있게 하므로, 모든 냉매를 팽창기(12)로 도입함으로써 COP의 저하를 회피하는 것도 가능하다.
(제 2 변형예)
제 10 실시형태의 제 2 변형예는, 도 13에 나타낸 제 10 실시형태의 냉매회로(10)에서 냉매가 내부 열교환기(23)를 우회하는 구성을 변경한 예이다.
도 15에 나타낸 바와 같이 이 냉매회로(10)에서, 제 2 십자전환밸브(32)와 내부 열교환기(23) 제 1 유로(27) 사이에 제 1 개폐밸브(SV1)는 설치되지 않으며, 난방운전 시에 냉매를 이 제 1 유로(27)를 우회시키기 위한 도 13의 바이패스통로(고압측 바이패스통로)(45)도 설치되지 않는다.
상기 제 1 개폐밸브(SV1)는, 제 1 십자전환밸브(31)의 제 4 포트(P4)와 내부 열교환기(23)의 제 2 유로(28) 사이에 설치된다. 또 제 1 십자전환밸브(31)의 제 4 포트(P4)와 제 1 개폐밸브(SV1) 사이의 배관에는, 제 2 개폐밸브(SV2)를 갖는 바이패스통로(저압측 바이패스통로)(46)의 한끝이 접속된다. 이 바이패스통로(46)의 다른 끝은, 내부 열교환기(23)의 제 2 유로(28)와 압축기(11)의 흡입측을 접속하는 배관에 합류한다.
그 밖의 구성은 도 13의 제 10 실시형태와 마찬가지이다.
냉방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31) 및 제 2 십자전환밸브(32)는 도 15에 실선으로 나타낸 상태로 전환된다. 또 제 1 개폐밸브(SV1)는 개방되며 제 2 개폐밸브(SV2)는 폐쇄된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실외 열교환기(21), 제 2 십자전환밸브(32), 내부 열교환기(23)의 제 1 유로(27), 팽창기(12), 제 2 십자전환밸브(32), 실내 열교환기(22), 제 1 십자전환밸브(31), 내부 열교환기(23)의 제 2 유로(28)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 고압냉매가 제 1 유로(27)를 흐르며, 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 저압냉매가 제 2 유로(28)를 흐르므로, 이들 고압냉매와 저압냉매가 열 교환된다. 이로써 고압냉매는 상기 내부 열교환기(23)에서 냉각되고 나서 팽창기(12)로 유입되게 된다.
난방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31) 및 제 2 십자전환밸브(32)는 도 15에 점선으로 나타낸 상태로 전환된다. 또 제 1 개폐밸브(SV1)는 폐쇄되며, 제 2 개폐밸브(SV2)는 개방된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실내 열교환기(22), 제 2 십자전환밸브(32), 내부 열교환기(23)의 제 1 유로(27), 팽창기(12), 제 2 십자전환밸브(32), 실외 열교환기(21), 제 1 십자전환밸브(31), 바이패스통로(46)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 고압냉매 는 제 1 유로(27)를 흐르지만, 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 저압냉매가 흐르지 않으므로, 고압냉매의 온도는 변화하지 않다. 이로써, 고압냉매는 냉각되지 않고 팽창기(12)로 유입되게 된다.
이 제 10 실시형태의 제 2 변형예에서도, 내부 열교환기(23)가 냉방운전 시에만 기능하므로, 냉방운전 시에는, 팽창기(12)로 흡입되는 고압냉매를 냉각할 수 있어, 팽창기(12)의 유입 냉매밀도(de)를 증대시킬 수 있다. 그 결과, 종래의 냉동장치 냉방운전 시에는, 압축기(11)의 냉매 질량유량(Mc)이 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)보다 커져버리는데 반해, 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)을 크게 할 수 있으므로, 양자의 냉매 질량유량(Mc, Me)을 균형있게 할 수 있다.
또 상기 제 9 실시형태와 마찬가지로, 냉매의 일부를 팽창기(12)를 우회시키는 일없이, 냉매 질량유량(Mc, Me)을 균형있게 하므로, 모든 냉매를 팽창기(12)로 도입함으로써 COP의 저하를 회피하는 것도 가능하다.
(제 3 변형예)
제 10 실시형태의 제 3 변형예는, 도 13에 나타낸 제 10 실시형태의 냉매회로에서, 제 2 십자전환밸브(32)를 사용하지 않는 구성으로 한 예이다.
도 16에 나타낸 바와 같이, 이 냉매회로(10)에서 실외 열교환기(21)의 제 2 끝단은, 제 3 역지밸브(CV3)와 내부 열교환기(23)의 제 1 유로(27)를 개재하고 팽창기(12)의 유입측에 접속된다. 팽창기(12)의 유출측은 2개로 분기되어, 한쪽이 제 1 역지밸브(CV1)를 개재하고 실외 열교환기(21)와 제 3 역지밸브(CV3) 사이의 배관에 접속되며, 다른 쪽이 제 2 역지밸브(CV2)를 개재하고 실내 열교환기(22)의 제 1 끝단에 접속된다. 또 제 2 역지밸브(CV2)와 실내 열교환기(22) 사이의 배관에는, 제 4 역지밸브(CV4)를 갖는 바이패스통로(45)의 한끝이 접속되며, 바이패스통로(45)의 다른 끝은, 내부 열교환기(23)의 제 1 유로(27)와 팽창기(12)의 유입측을 접속하는 배관에 합류한다.
여기서, 제 1 역지밸브(CV1)와 제 2 역지밸브(CV2)는, 팽창기(12)로부터의 냉매 유출을 허용하는 밸브이며, 이 대신에 전자개폐밸브 등을 이용하여 냉방운전 시와 난방운전 시에 개폐상태를 전환하도록 해도 된다. 제 3 역지밸브(CV3)와 제 4 역지밸브(CV4)는, 팽창기(12)로부터의 냉매 유출을 허용하는 밸브이며, 제 1 역지밸브(CV1) 및 제 2 역지밸브(CV2)와 마찬가지로 전자개폐밸브 등으로 대용해도 된다.
그 밖의 구성은 도 13에 나타낸 제 10 실시형태와 마찬가지이다.
-운전동작-
냉방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31)는 도 16에 실선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실외 열교환기(21), 제 3 역지밸브(CV3), 내부 열교환기(23)의 제 1 유로(27), 팽창기(12), 제 2 역지밸브(CV2), 실내 열교환기(22), 제 1 십자전환밸브(31), 내부 열교환기(23)의 제 2 유로(28)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 고압냉매가 제 1 유로(27)를 흐르며, 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 저압냉매가 제 2 유로(28)를 흐르므로, 이들 고압냉매와 저압냉매가 열 교환된다. 이로써 고압냉매는 상기 내부 열교환기(23)에서 냉각되고 나서 팽창기(12)로 유입되게 된다.
난방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31)는 도 16에 점선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실내 열교환기(22), 바이패스통로(45)(제 4 역지밸브(CV4)), 팽창기(12), 제 1 역지밸브(CV1), 실외 열교환기(21), 제 1 십자전환밸브(31), 내부 열교환기(23)의 제 2 유로(28)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 고압냉매가 흐르지 않으며, 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 저압냉매만이 제 2 유로(28)를 흐르므로, 고압냉매의 온도는 변화하지 않다. 이로써, 고압냉매는 냉각되지 않고 팽창기(12)로 유입되게 된다.
이 변형예에서도, 내부 열교환기(23)가 냉방운전 시에만 기능하므로, 냉방운전 시에는 팽창기(12)로 흡입되는 고압냉매를 냉각할 수 있어, 팽창기(12)의 유입 냉매밀도(de)를 증대시킬 수 있다. 그 결과, 종래의 냉동장치 냉방운전 시에는, 압축기(11)의 냉매 질량유량(Mc)이 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)보다 커져버리는데 반해, 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)을 크게 할 수 있으므로, 양자의 냉매 질량유량(Mc, Me)을 균형있게 할 수 있다.
또 상기 제 9 실시형태와 마찬가지로, 냉매의 일부를 팽창기(12)를 우회시키는 일없이, 냉매 질량유량(Mc, Me)을 균형있게 하므로, 모든 냉매를 팽창기(12)로 도입함으로써 COP의 저하를 회피하는 것도 가능하다.
(제 4 변형예)
제 10 실시형태의 제 4 변형예는, 도 13에 나타낸 제 10 실시형태의 냉매회로에서, 냉방운전 시에, 내부 열교환기(23)를 고압냉매가 저압냉매와는 역방향으로 흐르도록 한 예이다.
도 17에 나타낸 바와 같이 제 2 십자전환밸브(32)의 제 2 포트(P2)는, 도 13의 예와는 반대로, 내부 열교환기(23)의 제 1 유로(27)에 있어서 도면상 오른쪽 단부에 접속된다. 또 내부 열교환기(23)의 제 1 유로(27)에 있어서 도면상 왼쪽 단부는, 제 1 개폐밸브(SV1)를 개재하고 팽창기(12)의 유입측에 접속된다. 그리고 제 2 개폐밸브(SV2)를 갖는 바이패스통로(45)는, 제 2 십자전환밸브(32)의 제 2 포트(P2)와 내부 열교환기(23) 사이의 배관과, 제 1 개폐밸브(SV1)와 팽창기(12) 사이의 배관에 접속된다.
그 밖의 구성은 도 13에 나타낸 제 10 실시형태와 마찬가지이다.
이 변형예에서는, 도 13의 제 10 실시형태와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있음과 더불어, 냉방운전 시에 내부 열교환기(23)에서 고압냉매와 저압냉매가 서로 역방향으로 흐르므로, 고압냉매를 보다 효과적으로 냉각하는 것이 가능해진다.
[제 11 실시형태]
제 11 실시형태는 도 18에 나타낸 바와 같이, 제 9, 제 10 실시형태와는 냉매회로(10)의 구성이 다른 것이다.
이 냉매회로(10)에서, 압축기(11)의 토출측은 제 1 십자전환밸브(31)의 제 1 포트(P1)에 접속되며, 제 1 십자전환밸브(31)의 제 2 포트(P2)는 실외 열교환기(21)의 제 1 끝단에 접속된다. 실외 열교환기(21)의 제 2 끝단은 제 2 십자전환밸 브(32)의 제 1 포트(P1)에 접속되며, 제 2 십자전환밸브(32)의 제 2 포트(P2)는 내부 열교환기(23)의 제 1 유로(27)를 개재하고 팽창기(12)의 유입측에 접속된다.
팽창기(12)의 유출측은 제 1 십자전환밸브(31)의 제 3 포트(P3)에 접속되며, 제 1 십자전환밸브(31)의 제 4 포트(P4)는 실내 열교환기(22)의 제 1 끝단에 접속된다. 실내 열교환기(22)의 제 2 끝단은 제 2 십자전환밸브(32)의 제 3 포트(P3)에 접속되며, 제 2 십자전환밸브(32)의 제 4 포트(P4)는 내부 열교환기(23)의 제 2 유로(28)를 개재하고 압축기(11)의 흡입측에 접속된다.
내부 열교환기(23)의 제 2 유로(28)와 압축기(11) 흡입측 사이에는 제 1 개폐밸브(SV1)가 설치된다. 또 제 2 십자전환밸브(32)의 제 4 포트(P4)와 내부 열교환기(23) 제 2 유로(28) 사이의 배관과, 제 1 개폐밸브(SV1)와 압축기(11) 흡입측 사이의 배관에, 제 2 개폐밸브(SV2)를 갖는 바이패스통로(46)가 접속된다.
이상의 구성에 의해 상기 내부 열교환기(23)는, 냉방운전 시에는 제 1 유로(27)를 고압냉매가 유통하는 한편, 제 2 유로(28)를 저압냉매가 유통하도록 구성된다. 그리고 냉방운전 시에, 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 고압냉매가, 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 저압냉매와 열 교환하여 냉각되도록 구성된다.
상기 제 1 십자전환밸브(31) 및 제 2 십자전환밸브(32)는 각각, 제 1 포트(P1)가 제 2 포트(P2)와 연통되며 제 3 포트(P3)가 제 4 포트(P4)와 연통되는 상태(도 18에 실선으로 나타낸 상태)와, 제 1 포트(P1)가 제 4 포트(P4)와 연통되며 제 2 포트(P2)가 제 3 포트(P3)와 연통되는 상태(도 18에 점선으로 나타낸 상태)로 전환된다.
그리고 이 제 11 실시형태에서도, 팽창기(12)의 출구측이나, 증발기와 내부 열교환기(23) 저압측 사이에 수액기를 설치해도 되며, 저압측 바이패스통로(46) 대신에 고압측 바이패스통로(45)를 설치해도 되고, 내부 열교환기(23)에서 냉방운전 시의 고압냉매와 저압냉매 흐름이 대향류가 되도록 해도 된다.
-운전동작-
냉방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31) 및 제 2 십자전환밸브(32)는 도 18에 실선으로 나타낸 상태로 전환된다. 또 제 1 개폐밸브(SV1)는 개방되며 제 2 개폐밸브(SV2)는 폐쇄된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실외 열교환기(21), 제 2 십자전환밸브(32), 내부 열교환기(23)의 제 1 유로(27), 팽창기(12), 제 1 십자전환밸브(31), 실내 열교환기(22), 제 2 십자전환밸브(32), 내부 열교환기(23)의 제 2 유로(28)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 고압냉매가 제 1 유로(27)를 흐르며, 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 저압냉매가 제 2 유로(28)를 흐르므로, 이들 고압냉매와 저압냉매가 열 교환된다. 이로써 고압냉매는 상기 내부 열교환기(23)에서 냉각되고 나서 팽창기(12)로 유입되게 된다.
난방운전 시, 제 1 십자전환밸브(31) 및 제 2 십자전환밸브(32)는 도 18에 점선으로 나타낸 상태로 전환된다. 또 제 1 개폐밸브(SV1)는 폐쇄되며, 제 2 개폐밸브(SV2)는 개방된다. 이 상태에서 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 제 1 십자전환밸브(31), 실내 열교환기(22), 제 2 십자전환밸브(32), 내부 열교환기(23)의 제 1 유로(27), 팽창기(12), 제 1 십자전환밸브(31), 실외 열교환기(21), 제 2 십자전환밸브(32), 바이패스통로(46)를 차례로 흐르며, 다시 압축기(11)로 흡입된다.
상기 내부 열교환기(23)에서는, 실내 열교환기(22)를 통과한 후의 고압냉매가 제 1 유로(27)를 흐르지만, 실외 열교환기(21)를 통과한 후의 저압냉매는 제 2 유로(28)를 흐르지 않으므로, 고압냉매의 온도는 변화하지 않다. 이로써, 고압냉매는 냉각되지 않고 팽창기(12)로 유입되게 된다.
-제 11 실시형태의 효과-
이 제 11 실시형태에서도 내부 열교환기(23)가 냉방운전 시에만 기능하므로, 냉방운전 시에는 팽창기(12)로 흡입되는 고압냉매를 냉각할 수 있어, 팽창기(12)의 유입 냉매밀도(de)를 증대시킬 수 있다. 그 결과, 종래의 냉동장치 냉방운전 시에는, 압축기(11)의 냉매 질량유량(Mc)이 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)보다 커져버리는데 반해, 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)을 크게 할 수 있으므로, 양자의 냉매 질량유량(Mc, Me)을 균형있게 할 수 있다.
또 상기 제 9 실시형태와 마찬가지로, 냉매의 일부를 팽창기(12)를 우회시키는 일없이, 냉매 질량유량(Mc, Me)을 균형있게 하므로, 모든 냉매를 팽창기(12)로 도입함으로써 COP의 저하를 회피하는 것도 가능하다.
[제 12 실시형태]
제 12 실시형태의 냉동장치는, 공조기(1)에 적용되는 것이다. 이 공조기(1)는, 실내의 냉방운전과 난방운전을 전환하여 행하도록 구성된다.
도 19에 나타낸 바와 같이, 공조기(1)는 냉매회로(10)를 구비한다. 냉매회 로(10)에서는, 냉매가 순환함으로써 증기압축식의 냉동주기가 이루어진다. 이 냉매회로(10)에는 냉매로서 이산화탄소(CO2)가 충전된다.
또 냉매회로(10)에는, 압축기(11), 팽창기(12), 실외 열교환기(21), 실내 열교환기(22), 기액 분리기(51), 제 1 십자전환밸브(31), 및 제 2 십자전환밸브(32)가 접속된다.
압축기(11) 및 팽창기(12)는, 각각 고유의 실린더 용적을 갖는 회전피스톤형 유체기계로 구성된다. 상기 압축기(11)와 팽창기(12)는 모터(13)의 회전축으로 서로 연결된다. 압축기(11)는 팽창기(12)에서의 냉매 팽창에 의해 얻어진 동력(팽창동력)과, 모터(13)를 통전시켜 얻어지는 동력의 양쪽에 의해 회전 구동된다. 이때, 상기 압축기(11) 및 팽창기(12)는 서로 회전축과 연결되므로, 각각의 회전속도가 항상 동등하다. 따라서 냉매회로(10)에서, 팽창기(12)를 통과하는 냉매의 체적 순환량(Ve)과, 압축기(11)를 통과하는 냉매의 체적 순환량(Vc)과의 비율(Ve/Vc)은, 각 유체기계(11, 12)의 실린더 용적비에 의해 정해지는 고정값이 된다. 이 실린더 용적비는, 상기 Ve/Vc의 비와, 이 공조기(1)의 난방 시에 있어서 팽창기(12)의 흡입 냉매밀도(de)와 압축기(11) 흡입 냉매밀도(dc)의 밀도 비(de/dc)가 등량이 되는, 즉 팽창기(12)를 통과하는 냉매의 질량유량(Me)과 압축기(11)를 통과하는 냉매의 질량유량(Mc)이 등량이 되도록 설계된다.
실외 열교환기(21) 및 실내 열교환기(22)는, 이른바 크로스핀식 핀튜브형 열교환기로 구성된다. 상기 실외 열교환기(21)에는, 도면 밖의 팬에 의해 실외공기 가 보내진다. 이 실외 열교환기(21)에서는, 실외공기와 냉매사이에서 열교환이 이루어진다. 한편, 실내 열교환기(22)에는, 도면 밖의 팬에 의해 실내공기가 보내진다. 이 실내 열교환기(22)에서는, 실내공기와 냉매 사이에서 열 교환이 이루어진다.
팽창기(12)의 토출측에는 기액 분리기(51)가 접속된다. 상기 기액 분리기(51)는, 팽창기(12)에서 팽창된 2상상태의 냉매를, 액냉매와 가스냉매로 분리하는 밀폐용기이다. 기액 분리기(51)의 내부에는, 분리된 액냉매가 저류되는 액 저류부(52)가 하부 공간에 형성되며, 분리된 가스냉매가 저류되는 가스 저류부(53)가 상부 공간에 형성된다.
기액 분리기(51)의 액 저류부(52)에는, 분리액관(54)이 접속되는 한편, 기액 가스 저류부(53)에는 분리가스관(55)이 접속된다. 상기 분리액관(54)은, 기액 분리기(51)에서 분리된 액냉매를 제 2 십자전환밸브(32)로 보내는 배관이다. 상기 분리가스관(55)은, 기액 분리기(51)에서 분리된 가스냉매를 압축기(11)의 흡입측에 보내는, 이른바 가스주입배관(제 1 주입배관)이다. 이 분리가스관(55)에는, 압축기(11)의 흡입측에 보내는 가스냉매의 유량을 조정하는 가스제어밸브(38)가 설치된다.
또 기액 분리기(51)에는, 액 저류부(52)와 인접하도록 하여 이 기액 분리기(51)의 내부를 관통하는 전열관(50)이 설치된다. 이 전열관(50)의 한끝은 실외 열교환기(21)의 한끝과 접속되며, 다른 끝은 제 2 십자전환밸브(32)와 접속된다. 그리고 전열관(50)은, 액 저류부(52) 내의 액냉매와, 이 전열관 내 냉매를 열 교환시 키는 내부 열교환부를 구성한다.
제 1 십자전환밸브(31) 및 제 2 십자전환밸브(32)는 각각 제 1에서 제 4까지의 포트를 구비한다. 제 1 십자전환밸브(31)는, 제 1 포트(P1)가 압축기(11)의 토출측과 접속되며, 제 2 포트(P2)가 실외 열교환기(21)의 다른 끝과 접속되고, 제 3 포트(P3)가 압축기(11)의 흡입측과 접속되며, 제 4 포트(P4)가 실내 열교환기(22)의 한끝과 접속된다. 한편, 제 2 십자전환밸브(32)는, 제 1 포트(P1)가 분리액관(54)을 개재하고 기액 분리기(51)의 액 저류부(52)와 접속되며, 제 2 포트(P2)가 기액 분리기(51)의 전열관(50)과 접속되고, 제 3 포트(P3)가 팽창기(12)의 흡입측과 접속되며, 제 4 포트(P4)가 실내 열교환기(22)의 다른 끝과 접속된다.
상기 제 1, 제 2 십자전환밸브(31, 32)는, 제 1 포트(P1)와 제 2 포트(P2)를 연통시킴과 동시에 제 3 포트(P3)와 제 4 포트(P4)를 연통시키는 제 1 상태(도 19의 실선으로 나타낸 상태)와, 제 1 포트(P1)와 제 4 포트(P4)를 연통시킴과 동시에 제 2 포트(P2)와 제 3 포트(P3)를 연통시키는 제 2 상태(도 19의 점선으로 나타낸 상태)로 전환 가능하게 구성된다.
그리고 제 1 십자전환밸브(31)는, 냉방운전과 난방운전을 전환시키기 위해 냉매의 순환방향을 전환하는 냉매전환기구를 구성한다. 한편 제 2 십자전환밸브(32)는, 내부 열교환부(50)에서의 냉매 교환량을 변경하는 열교환량 조정기구(60)를 구성하며, 공조기(1)의 냉방운전 시만 전열관(50)에서 냉매를 열 교환시킨다.
-운전동작-
다음으로, 제 12 실시형태 공조기(1)의 냉방운전 시 및 난방운전 시의 동작 에 대해 설명한다.
(냉방운전)
도 20에 나타낸 바와 같이, 냉방운전 시에는, 제 1 십자전환밸브(31)가 제 1 상태로, 제 2 십자전환밸브(32)가 제 2 상태로 전환된다. 이 상태에서 모터(13)를 통전시키면, 냉매회로(10)에서 냉매가 순환되어 냉동주기가 이루어진다. 이때, 실외 열교환기(21)가 방열기가 되며, 실내 열교환기(22)가 증발기가 된다. 또 냉동주기의 고압압력은, 냉매인 이산화탄소의 임계압력보다 높게 설정된다.
압축기(11)로부터는 초임계상태의 고압냉매가 토출된다. 이 고압냉매는 제 1 십자전환밸브(31)를 통해 실외 열교환기(21)로 유입된다. 실외 열교환기(21)에서는 고압냉매가 실외공기에 방열한다.
실외 열교환기(21)에서 방열한 고압냉매는, 기액 분리기(51)의 전열관(50)을 유통한다. 이때, 고압냉매는, 기액 분리기(51)의 액 저류부(52)에 저류된 액냉매와 열 교환하여 냉각된다. 전열관(50)으로부터 유출된 고압냉매는, 제 2 십자전환밸브(32)를 통해 팽창기(12)로 유입된다. 팽창기(12)에서는 고압냉매가 팽창되며, 이 고압냉매의 내부 에너지가 회전동력으로 변환된다. 팽창기(12)에서의 팽창에 의해, 고압냉매는 압력이 저하되어 초임계상태에서 기액 2상상태로 변화한다.
팽창기(12)에서 감압된 저압냉매는, 기액 분리기(51)의 용기 내로 유입된다. 기액 분리기(51)에서는, 기액 2상상태의 저압냉매가 액냉매와 가스냉매로 분리된다. 액 저류부(52)에 저류된 저압 액냉매는, 전열관(50)을 유통하는 고압냉매와 열 교환하여 가열된다. 한편, 가스 저류부(53)에 저류된 저압 가스냉매는, 가스제 어밸브(38)가 소정 개방도로 적절하게 개방됨으로써, 분리가스관(55)을 거쳐 압축기(11)의 흡입측으로 회송된다.
액 저류부(52)의 저압 액냉매는, 분리액관(54), 제 2 십자전환밸브(32)를 통과한 후, 실내 열교환기(22)로 유입된다. 실내 열교환기(22)에서는, 저압냉매가 실내공기로부터 흡열하여 증발한다. 이때, 저압냉매로 냉각된 실내공기가 실내에 공급된다. 실내 열교환기(22)에서 증발한 저압냉매는, 제 1 십자전환밸브(31)를 통과하여 압축기(11)로 흡입된다.
(난방운전)
도 21에 나타낸 바와 같이, 난방운전 시에는, 제 1 십자전환밸브(31)가 제 2 상태로, 제 2 십자전환밸브(32)가 제 1 상태로 전환된다. 이 상태에서 모터(13)를 통전시키면, 냉매회로(10)에서 냉매가 순환되어 냉동주기가 이루어진다. 이때, 실내 열교환기(22)가 방열기가 되며, 실외 열교환기(21)가 증발기가 된다. 또 냉동주기의 고압압력은 냉방운전 시와 마찬가지로, 냉매인 이산화탄소의 임계압력보다 높게 설정된다.
압축기(11)로부터는 초임계상태의 고압냉매가 토출된다. 이 고압냉매는, 제 1 십자전환밸브(31)를 지나 실내 열교환기(22)로 유입된다. 실내 열교환기(22)에서는 고압냉매가 실내공기에 방열한다. 이때, 고압냉매로 가열된 실내공기가 실내에 공급된다.
실내 열교환기(22)에서 방열한 고압냉매는, 제 2 십자전환밸브(32)를 지나 팽창기(12)로 유입된다. 팽창기(12)에서는 고압냉매가 팽창되며, 이 고압냉매의 내부 에너지가 회전동력으로 변환된다. 팽창기(12)에서의 팽창에 의해, 고압냉매는 압력이 저하되어 초임계상태에서 기액 2상상태로 변화한다.
팽창기(12)에서 감압된 저압냉매는, 기액 분리기(51)의 용기 내로 유입된다. 기액 분리기(51)에서는, 기액 2상상태의 저압냉매가 액냉매와 가스냉매로 분리된다. 액 저류부(52)에 저류된 저압 액냉매는, 분리액관(54) 및 제 2 십자전환밸브(32)를 통과한 후, 전열관(50)을 유통한다. 이때, 액 저류부(52)의 액냉매와 전열관(50) 내 액냉매는 실질적으로 등온이 되므로, 거의 열 교환되지 않는다.
전열관(50)으로부터 유출된 저압냉매는, 실외 열교환기(21)로 유입된다. 실외 열교환기(21)에서는, 저압냉매가 실외공기로부터 흡열하여 증발한다. 실내 열교환기(22)에서 증발한 저압냉매는, 제 1 십자전환밸브(31)를 통과하여 압축기(11)로 흡입된다.
-제 12 실시형태의 효과-
상기 제 12 실시형태에 의하면, 기액 분리기(51)에 내부 열교환부로서 전열관(50)을 설치한다. 그리고 제 2 십자전환밸브(32)의 전환에 의해, 전열관(50)을 유통하여 팽창기(12)로 흡입되는 냉매와, 기액 분리기(51)에서 분리된 액냉매를 냉방운전 시만 열 교환시키도록 구성된다. 이로써 냉방운전 시에, 팽창기(12)로 흡입되는 냉매를 냉각할 수 있어, 팽창기(12)의 흡입 냉매밀도(de)를 증대시킬 수 있다. 그 결과, 종래의 냉동장치 냉방운전 시에는, 전술한 이유 때문에 압축기(11)의 냉매 질량유량(Mc)이 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)보다 커져버리는데 반해, 본 실시형태에서는 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me)을 크게 할 수 있으므로, 양자 (Mc, Me)를 균형있게 할 수 있다. 따라서 이 냉동장치에서 원하는 냉동주기를 실행할 수 있다.
여기서, 본 실시형태에서는 특허문헌 2와 같이, 냉매의 일부를 팽창기에서 우회시키는 일없이, 냉매 질량유량(Mc, Me)을 균형있게 한다. 이로써, 특허문헌 2의 냉동장치에서는 팽창기의 팽창동력이 저하되어 COP도 저하되어버리는데 반해, 본 실시형태에서는 모든 냉매를 팽창기(12)로 도입할 수 있으므로, 이와 같은 COP의 저하를 회피할 수 있다.
또 상기 실시형태에서는, 기액 분리기(51)에서 분리된 액냉매와 팽창기(12)로 흡입되는 냉매를 열 교환시킨다. 여기서, 같은 종류의 냉매에 있어서 액 상태의 냉매는, 2상상태의 냉매, 또는 가스상태의 냉매에 비해 열 통과율이 높으므로, 내부 열교환부(50)에서의 열 교환율을 향상시킬 수 있다. 따라서 팽창기(12)로 흡입되는 냉매를 효과적으로 냉각할 수 있고, 그 결과, 내부 열교환부(50)를 소형으로 설계할 수 있다.
또한 상기 실시형태에서는, 기액 분리기(51)가 내부 열교환부(50)를 겸용하므로, 기액 분리기(51)와 내부 열교환부(50)를 별개로 설치하는 경우에 비해, 냉동장치의 소형화를 도모할 수 있다.
또 상기 실시형태에서는, 기액 분리기(51)에서 분리된 가스냉매를 압축기(11)의 흡입측으로 공급하는, 이른바 가스주입을 행할 수 있도록 구성된다. 따라서 압축기(11)의 흡입냉매 과열도를 조정하여, 이 냉동장치에 있어서 최적의 냉동주기 제어를 행할 수 있다.
<제 12 실시형태의 변형예>
다음에 제 12 실시형태 변형예의 냉동장치에 대해 설명한다. 이 변형예의 냉동장치는, 공조기(1)의 이용측 열교환기인 실내 열교환기가 복수 설치된다. 즉 이 변형예의 냉동장치는 다기능형 공조기에 적용되는 것이다. 이하, 제 12 실시형태와 다른 점에 대해 설명한다.
이 변형예의 냉매회로(10)에는, 제 1에서 제 3까지의 실내 열교환기(22a,22b, 22c)가 병렬로 접속된다. 각 실내 열교환기(22a,22b, 22c)에는 도시하지 않는 팬이 각각 설치되며, 각 실내 열교환기(22a,22b, 22c)에는, 대응하는 팬에 의해 실내공기가 각각 보내진다. 또 냉매회로(10)에는, 각 실내 열교환기(22a,22b, 22c)에 대응하는 제 1에서 제 3까지의 유량조정밸브(61a, 61b, 61c)가 설치된다. 각 유량조정밸브(61a, 61b, 61c)는, 각 실내 열교환기(22a,22b, 22c)로 분기되어 유입하는 냉매유량의 조정이 각각 가능하게 구성된다. 여기서 이 변형예의 운전동작은, 각 냉매가 복수의 실내 열교환기(22a,22b, 22c)로 분기되어 유입하고 다시 합류하는 것 이외는, 제 12 실시형태와 마찬가지로 구성된다.
이 변형예에서도, 냉방운전 시에 전열관(50)에서 냉매를 열 교환함으로써, 팽창기(12)로 흡입되는 냉매를 냉각하여, 팽창기(12)의 흡입 냉매밀도(de)를 증대시킬 수 있다. 따라서 압축기(11)와 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Mc, Me)을 균형있게 할 수 있으므로, 냉매회로(10)에서 원하는 냉동주기를 행할 수 있다.
또 이 변형예에서는 복수의 실내 열교환기(22a,22b, 22c)를 설치함으로써, 이 냉동장치를, 이른바 다기능형 공조기(1)에 적용할 수 있다. 또한 각 실내 열교 환기(22a,22b, 22c)로 유입되는 냉매유량을 각 유량조정밸브(61a, 61b, 61c)로 조정할 수 있으므로, 각 실내 열교환기(22a,22b, 22c)의 냉방능력이나 난방능력을 별개로 조정할 수 있다. 여기서, 각 실내 열교환기(22a,22b, 22c)에는, 기액 분리기(51)에서 분리된 액냉매를 보낼 수 있으므로, 예를 들어 2상상태, 또는 가스상태의 냉매에 비해, 상기 유량조정밸브(61a, 61b, 61c)의 유량조정을 용이하게 행할 수 있다.
또한 이 다기능형에서는, 실내 열교환기(22a,22b, 22c)와 실외 열교환기(21) 사이의 연락배관이 길어지기 쉬우므로, 가령 2상상태의 냉매가 연락배관을 흐르면, 냉매의 압력손실이 증대하기 쉬우며, 이때 발생하는 냉매 통과음이 소음이 되기 쉽다. 한편, 본 실시형태에서는 기액 분리기(51)에서 분리된 액냉매를 연락배관으로 유통시킬 수 있으므로, 전술한 바와 같은 압력손실이나 소음을 효과적으로 저감할 수 있다.
[제 13 실시형태]
다음으로, 제 13 실시형태의 냉동장치에 대해 설명한다. 제 13 실시형태의 냉동장치는, 제 12 실시형태의 냉동장치와 냉매회로(10)의 구성이 다르다. 이하, 제 12 실시형태와 다른 점에 대해 설명한다.
도 23에 나타낸 바와 같이 냉매회로(10)에는, 제 12 실시형태와 마찬가지로 압축기(11), 팽창기(12), 실외 열교환기(21), 실내 열교환기(22), 기액 분리기(51), 제 1 십자전환밸브(31), 및 제 2 십자전환밸브(33)가 접속된다.
제 12 실시형태와는 달리 제 13 실시형태의 기액 분리기(51)에서는, 전열관 (50)의 한끝이 팽창기(12)의 흡입측과 접속되며, 다른 끝이 액 유입관(56)을 개재하고 제 2 십자전환밸브(33)와 접속된다. 이 액 유입관(56)에는, 전열관(50)을 유통하는 냉매의 유통을 허용 또는 금지하는 제 1 전자개폐밸브(34)가 설치된다. 또 액 유입관(56)에서, 제 1 전자개폐밸브(34)와 제 2 십자전환밸브(33) 사이에는 바이패스관(57)의 한끝이 접속된다. 바이패스관(57)의 다른 끝은 팽창기(12)의 흡입측과 접속된다. 즉 바이패스관(57)은, 전열관(50)을 우회시켜 냉매를 팽창기(12)로 흡입시키는 것이다. 또 바이패스관(57)에는, 이 바이패스관(57)의 냉매 유통을 허용 또는 금지하는 제 2 전자개폐밸브(35)가 설치된다. 이상과 같은 구성에서 바이패스관(57) 및 제 1, 제 2 전자개폐밸브(34, 35)는, 전열관(50)에서의 냉매 열 교환량을 변경하는 열교환량 조정기구(60)를 구성하며, 공조기(1)의 냉방운전 시만 전열관(50)에서 냉매를 열 교환시킨다.
또 제 12 실시형태와 달리 제 1 십자전환밸브(31)는, 제 1 포트(P1)가 압축기(11)의 토출측과 접속되며, 제 2 포트(P2)가 실외 열교환기(21)의 한끝과 접속되고, 제 3 포트(P3)가 압축기(11)의 흡입측과 접속되며, 제 4 포트(P4)가 실내 열교환기(22)의 한끝과 접속된다. 한편, 제 2 십자전환밸브(33)는, 제 1 포트(P1)가 분리액관(54)을 개재하고 기액 분리기(51)의 액 저류부(52)와 접속되며, 제 2 포트(P2)가 실외 열교환기(21)의 다른 끝과 접속되고, 제 3 포트(P3)가 액 유입관(56)을 개재하고 기액 분리기(51)의 전열단(50)과 접속되며, 제 4 포트(P4)가 실내 열교환기(22)의 다른 끝과 접속된다.
이들 제 1, 제 2 십자전환밸브(31, 33)는 제 12 실시형태와 마찬가지로, 제 1 상태와 제 2 상태로 전환 가능하게 구성된다. 그리고 제 1, 제 2 십자전환밸브(31, 33)는, 냉방운전과 난방운전을 전환시키기 위해 냉매의 순환방향을 전환하는 냉매전환기구를 구성한다.
-운전동작-
다음에, 제 13 실시형태 공조기(1)의 냉방운전 시 및 난방운전 시 동작에 대해 설명한다.
(냉방운전)
도 24에 나타낸 바와 같이, 냉방운전 시에는, 제 1 십자전환밸브(31)가 제 1 상태로, 제 2 십자전환밸브(33)가 제 2 상태로 설정된다. 또 제 1 전자개폐밸브(34)가 개방상태로 되며, 제 2 전자개폐밸브(35)가 폐쇄상태로 된다. 이 상태에서 모터(13)를 통전시키면, 냉매회로(10)에서 냉매가 순환되어 냉동주기가 이루어진다. 이때, 실외 열교환기(21)가 방열기가 되며, 실내 열교환기(22)가 증발기가 된다. 또 냉동주기의 고압압력은, 냉매인 이산화탄소의 임계압력보다 높게 설정된다.
압축기(11)로부터는 초임계상태의 고압냉매가 토출된다. 이 고압냉매는 제 1 십자전환밸브(31)를 통해 실외 열교환기(21)로 유입된다. 실외 열교환기(21)에서는 고압냉매가 실외공기에 방열한다.
실외 열교환기(21)에서 방열한 고압냉매는, 제 2 십자전환밸브(33), 액 유입관(56)을 통과한 후, 전열관(50)을 유통한다. 이때, 고압냉매는, 기액 분리기(51)의 액 저류부(52)에 저류된 액냉매와 열 교환하여 냉각된다. 전열관(50)으로부터 유출된 고압냉매는, 팽창기(12)로 유입된다. 팽창기(12)에서는 고압냉매가 팽창되며, 이 고압냉매의 내부 에너지가 압축기(11)의 회전동력으로 변환된다. 팽창기(12)에서의 팽창에 의해, 고압냉매는 압력이 저하되어 초임계상태에서 기액 2상상태로 변화한다.
팽창기(12)에서 감압된 저압냉매는 기액 분리기(51)의 용기 내로 유입된다. 기액 분리기(51)에서는, 기액 2상상태의 저압냉매가 액냉매와 가스냉매로 분리된다. 액 저류부(52)에 저류된 저압 액냉매는, 전열관(50)을 유통하는 고압냉매와 열 교환하여 가열된다. 한편, 가스 저류부(53)에 저류된 저압 가스냉매는, 가스제어밸브(38)가 소정 개방도로 적절하게 개방됨으로써, 분리가스관(55)을 거쳐 압축기(11)의 흡입측으로 회송된다.
액 저류부(52)의 저압 액냉매는, 분리액관(54), 제 2 십자전환밸브(33)를 통과한 후, 실내 열교환기(22)로 유입된다. 실내 열교환기(22)에서는, 저압냉매가 실내공기로부터 흡열하여 증발한다. 이때, 저압냉매로 냉각된 실내공기가 실내에 공급된다. 실내 열교환기(22)에서 증발한 저압냉매는, 제 1 십자전환밸브(31)를 통과하여 압축기(11)로 흡입된다.
(난방운전)
도 25에 나타낸 바와 같이, 난방운전 시에는, 제 1 십자전환밸브(31)가 제 2 상태로, 제 2 십자전환밸브(33)가 제 1 상태로 설정된다. 또 제 1 전자개폐밸브(34)가 폐쇄상태로 되며, 제 2 전자개폐밸브(35)가 개방상태로 된다. 이 상태에서 모터(13)를 통전시키면, 냉매회로(10)에서 냉매가 순환되어 냉동주기가 이루어진 다. 이때, 실내 열교환기(22)가 방열기가 되며, 실외 열교환기(21)가 증발기가 된다. 또 냉동주기의 고압압력은 냉방운전 시와 마찬가지로, 냉매인 이산화탄소의 임계압력보다 높게 설정된다.
압축기(11)로부터는 초임계상태의 고압냉매가 토출된다. 이 고압냉매는 제 1 십자전환밸브(31)를 통해 실내 열교환기(22)로 유입된다. 실내 열교환기(22)에서는 고압냉매가 실내공기에 방열한다. 이때, 고압냉매로 가열된 실내공기가 실내에 공급된다.
실내 열교환기(22)에서 방열한 고압냉매는, 제 2 십자전환밸브(33), 바이패스관(57)을 통해 팽창기(12)로 유입된다. 팽창기(12)에서는 고압냉매가 팽창되며, 이 고압냉매의 내부 에너지가 압축기(11)의 회전동력으로 변환된다. 팽창기(12)에서의 팽창에 의해 고압냉매는, 압력이 저하되어 초임계상태에서 기액 2상상태로 변화한다.
팽창기(12)에서 감압된 저압냉매는, 기액 분리기(51)의 용기 내로 유입된다. 기액 분리기(51)에서는, 기액 2상상태의 저압냉매가 액냉매와 가스냉매로 분리된다. 이때, 전열관(50)에는 냉매가 유통하지 않으므로, 액 저류부(52)의 액냉매는 열 교환되지 않는다.
액 저류부(52)의 저압 액냉매는, 분리액관(54), 제 2 십자전환밸브(33)를 통과한 후, 실외 교환기(21)로 유입된다. 실외 열교환기(21)에서는, 저압냉매가 실외공기로부터 흡열하여 증발한다. 실외 열교환기(21)에서 증발한 저압냉매는, 제 1 십자전환밸브(31)를 통과하여 압축기(11)로 흡입된다.
-제 13 실시형태의 효과-
상기 제 13 실시형태에 의하면, 제 1, 제 2 전자개폐밸브(34, 35)의 상태를 전환함으로써, 냉방운전 시에만 전열관(50)에서 냉매를 열 교환하도록 구성된다. 그리고 냉방운전 시에, 팽창기(12)의 흡입 냉매밀도(de)를 증대시키도록 한다. 따라서 압축기(11)와 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Mc, Me)을 균형있게 할 수 있으므로, 냉매회로(10)에서 원하는 냉동주기를 행할 수 있다.
<제 13 실시형태의 변형예>
다음으로, 제 13 실시형태 변형예의 냉동장치에 대해 설명한다. 이 제 1 변형예의 냉동장치는, 제 13 실시형태의 제 1, 제 2 전자개폐밸브(34, 35) 대신에 제 1, 제 2 전동밸브(36, 37)를 설치하도록 한 것이다. 이하, 제 13 실시형태와 다른 점에 대해 설명한다.
도 26에 나타낸 바와 같이 이 변형예의 냉매회로(10)에서, 액 유입관(56)에는 개방도 가변의 제 1 전동밸브(36)가 설치된다. 이 제 1 전동밸브(36)는, 전열관(50)을 유통하는 냉매유량 조정이 가능하게 구성된다. 또 바이패스관(57)에는 개방도 가변의 제 2 전동밸브(37)가 설치된다. 이 제 2 전동밸브(37)는, 바이패스관(57)의 냉매유량이 조정 가능하게 구성된다. 그리고 바이패스관(57) 및 제 1, 제 2 전동밸브(36, 37)는, 전열관(50)에서의 냉매 열 교환량을 변경하는 열교환량 조정기구(60)를 구성한다.
이 변형예에서는 제 1, 제 2 전동밸브(36, 37)의 개방도를 조정함으로써, 전열관(50)을 흐르는 냉매의 유량을 조정하여, 전열관(50)에서의 냉매 열 교환량을 조정할 수 있다. 따라서 운전조건에 대응하여 압축기(11)와 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Me와 Mc)을 높은 정밀도로 균형있게 할 수 있다.
또 제 1 전동밸브(36)를 전개방 상태로 함과 동시에 제 2 전동밸브(37)를 전폐쇄 상태로 함으로써, 냉방운전 시에만 냉매를 전열관(50)으로 유통시켜, 냉매의 열교환을 행할 수 있다.
[제 14 실시형태]
다음으로, 제 14 실시형태의 냉동장치에 대해 설명한다. 제 14 실시형태의 냉동장치는, 제 12 실시형태의 냉동장치와 냉매회로(10)의 구성이 다르다. 이하, 제 12 실시형태와 다른 점에 대해 설명한다.
제 14 실시형태의 냉매회로(10)에는, 도 27에 나타낸 바와 같이, 제 12 실시형태의 제 1 십자전환밸브와 마찬가지로, 십자전환밸브(31)가 설치되는 한편, 제 12 실시형태의 제 2 십자전환밸브(32)는 설치되지 않다. 십자전환밸브(31)는, 냉방운전과 난방운전을 전환시키기 위해 냉매의 순환방향을 전환하는 냉매전환기구를 구성한다.
한편 본 실시형태에서는, 실외 열교환기(21)와 실내 열교환기(22)가 제 1 배관(71)에 의해 접속된다. 제 1 배관(71)에는, 실외 열교환기(21) 쪽에 제 1 역지밸브(81)가, 실내 열교환기(22) 쪽에 제 2 역지밸브(82)가 설치된다. 제 1 배관(71)에서 실외 열교환기(21)와 제 1 역지밸브(81) 사이에는 액 유입관(56)의 한끝이 접속된다. 이 액 유입관(56)의 다른 끝은 전열관(50)의 한끝과 접속된다. 전열관(50)의 다른 끝은 팽창기(12)의 흡입측과 접속된다. 또 액 유입관(56)에는 제 3 역지밸브(83)가 설치된다.
본 실시형태의 분리액관(54)은, 한끝이 기액 분리기(51)의 액 저류부(52)에 접속되며, 다른 끝은 제 1 배관(71)의 제 1 역지밸브(81)와 제 2 역지밸브(82) 사이에 접속된다. 또 제 1 배관(71)에서, 제 2 역지밸브(82)와 실내 열교환기(22) 사이에는 제 2 배관(72)의 한끝이 접속된다. 제 2 배관(72)의 다른 끝은, 팽창기(12)의 흡입측과 기액 분리기(51) 사이의 배관에 접속된다. 이 제 2 배관(72)에는 제 4 역지밸브(84)가 설치된다.
상기 제 1 역지밸브(81)는, 제 1 배관(71)에 있어서 분리액관(54)의 접속부에서 액 유입관(56)의 접속부를 향하는 냉매의 유통만을 허용한다. 상기 제 2 역지밸브(82)는, 제 1 배관(71)에 있어서 분리액관(54)의 접속부에서 제 2 배관(72)의 접속부를 향하는 냉매의 유통만을 허용한다. 상기 제 3 역지밸브(83)는, 제 1 배관(71)에서 전열관(50)을 향하는 냉매의 유통만을 허용한다. 상기 제 4 역지밸브(84)는, 제 1 배관(71)에서 팽창기(12)의 흡입측을 향하는 냉매의 유통만을 허용한다.
이상과 같이, 제 1 배관(71), 제 2 배관(72), 액 유입관(56), 및 전열관(50)을 연결시키고, 이 회로에 역지밸브(81, 82, 83, 84)를 설치함으로써, 본 실시형태의 냉매회로(10)에서는, 이른바 브리지회로와 유사한 회로가 구성된다. 그리고 이 회로는 전열관(50)에서의 냉매 열교환량을 변경하는 열교환량 조정기구(60)를 구성하며, 공조기(1)의 냉방운전 시만 전열관(50)에서 냉매 열교환을 시킨다.
-운전동작-
다음에, 제 14 실시형태 공조기(1)의 냉방운전 시 및 난방운전 시 동작에 대해 설명하기로 한다.
(냉방운전)
도 28에 나타낸 바와 같이, 냉방운전 시에는, 십자전환밸브(31)가 제 1 상태로 설정된다. 이 상태에서 모터(13)를 통전시키면, 냉매회로(10)에서 냉매가 순환되어 냉동주기가 이루어진다. 이때, 실외 열교환기(21)가 방열기가 되며, 실내 열교환기(22)가 증발기가 된다. 또 냉동주기의 고압압력은, 냉매인 이산화탄소의 임계압력보다 높게 설정된다.
압축기(11)로부터는 초임계상태의 고압냉매가 토출된다. 이 고압냉매는, 십자전환밸브(31)를 통해 실외 열교환기(21)로 유입된다. 실외 열교환기(21)에서는 고압냉매가 실외공기에 방열한다.
실외 열교환기(21)에서 방열한 고압냉매는, 액 유입관(56)의 제 3 역지밸브(83)를 통과하여 전열관(50)을 유통한다. 이때, 고압냉매는, 기액 분리기(51)의 액 저류부(52)에 저류된 액냉매와 열 교환하여 냉각된다. 전열관(50)으로부터 유출된 고압냉매는, 팽창기(12)로 유입된다. 팽창기(12)에서는 고압냉매가 팽창되며, 이 고압냉매의 내부 에너지가 압축기(11)의 회전동력으로 변환된다. 팽창기(12)에서의 팽창에 의해, 고압냉매는 압력이 저하되어 초임계상태에서 기액 2상상태로 변화한다.
팽창기(12)에서 감압된 저압냉매는, 기액 분리기(51)의 용기 내로 유입된다. 이때, 기액 2상상태의 저압냉매는 액냉매와 가스냉매로 분리된다. 액 저류부(52) 에 저류된 저압 액냉매는, 전열관(50)을 유통하는 고압냉매와 열 교환하여 가열된다. 한편, 가스 저류부(53)에 저류된 저압 가스냉매는, 가스제어밸브(38)가 소정 개방도로 적절하게 개방됨으로써, 분리가스관(55)을 거쳐 압축기(11)의 흡입측으로 회송된다.
액 저류부(52)의 저압 액냉매는, 분리액관(54)을 거쳐 제 1 배관(71)의 제 2 역지밸브(82)를 통과하여, 실내 열교환기(22)로 유입된다. 실내 열교환기(22)에서는, 저압냉매가 실내공기로부터 흡열하여 증발한다. 이때, 저압냉매로 냉각된 실내공기가 실내로 공급된다. 실내 열교환기(22)에서 증발한 저압냉매는, 십자전환밸브(31)를 통과하여 압축기(11)로 흡입된다.
(난방운전)
도 29에 나타낸 바와 같이, 난방운전 시에는, 십자전환밸브(31)가 제 2 상태로 설정된다. 이 상태에서 모터(13)를 통전시키면, 냉매회로(10)에서 냉매가 순환되어 냉동주기가 이루어진다. 이때, 실내 열교환기(22)가 방열기가 되며, 실외 열교환기(21)가 증발기가 된다. 또 냉동주기의 고압압력은 냉매운전 시와 마찬가지로, 냉매인 이산화탄소의 임계압력보다 높게 설정된다.
압축기(11)로부터는 초임계상태의 고압냉매가 토출된다. 이 고압냉매는 십자전환밸브(31)를 통해 실내 열교환기(22)로 유입된다. 실내 열교환기(22)에서는 고압냉매가 실외공기에 방열한다. 이때, 고압냉매로 가열된 실내공기가 실내로 공급된다.
실내 열교환기(22)에서 방열한 고압냉매는, 제 1 배관(71)을 거쳐 제 2 배관 (72)의 제 4 역지밸브(84)를 통과하여, 팽창기(12)로 유입된다. 팽창기(12)에서는 고압냉매가 팽창되며, 이 고압냉매의 내부 에너지가 압축기(11)의 회전동력으로 변환된다. 팽창기(12)에서의 팽창에 의해, 고압냉매는 압력이 저하되어, 초임계상태에서 기액 2상상태로 변화한다.
팽창기(12)에서 감압된 저압냉매는, 기액 분리기(51)의 용기 내로 유입된다. 이때, 기액 2상상태의 저압냉매는 액냉매와 가스냉매로 분리된다. 이때, 전열관(50)에는 냉매가 유통하지 않으므로, 액 저류부(52)의 액냉매는 거의 열 교환되지 않다.
액 저류부(52)의 저압 액냉매는, 분리액관(54)을 거쳐 제 1 배관(71)의 제 1 역지밸브(81)를 통과하여, 실외 열교환기(21)로 유입된다. 실외 열교환기(21)에서는, 저압냉매가 실외공기로부터 흡열하여 증발한다. 실외 열교환기(21)에서 증발한 저압냉매는, 십자전환밸브(31)를 통과하여 압축기(11)로 흡입된다.
-제 14 실시형태의 효과-
상기 제 14 실시형태에서는, 소정의 배관경로와 역지밸브(81, 82, 83, 84)의 조합에 의해, 냉방운전 시에만 전열관(50)에서 냉매를 열 교환하도록 구성된다. 그리고 냉방운전 시에 팽창기(12)의 흡입 냉매밀도(de)를 증대시키도록 한다. 따라서 압축기(11)와 팽창기(12)의 냉매 질량유량(Mc와 Me)을 균형있게 할 수 있으며, 냉매회로(10)에서 원하는 냉동주기를 행할 수 있다.
여기서 본 실시형태에서는, 십자전환밸브(31)의 전환제어만으로, 냉방운전과 난방운전의 전환에 따라 전열관(50)에서의 냉매 열교환 유무를 바꿀 수 있다. 이 로써, 냉매회로(10)에서의 제어동작을 용이하게 행할 수 있다.
[그 밖의 실시형태]
본 발명은 상기 실시형태에 대해 다음과 같은 구성으로 해도 된다.
예를 들어 상기 제 1∼제 11의 각 실시형태에서는, 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 온도 조절이 가능한 온도조절수단으로서 내부 열교환기(23)를 설치한 예에 대해 설명했지만, 온도조절수단은 내부 열교환기(23) 이외에 냉매의 온도를 조정하는 것을 이용해도 된다.
또 온도조절수단은, 냉방운전 시와 난방운전 시에 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 냉각성능이 바뀌는 것에 한정되지 않으며, 냉매회로(10)의 운전조건이 변화했을 때 냉매 온도를 조정하는 것이라면 된다.
상기 제 12∼제 14 실시형태에서는, 기액 분리기(51)에서 분리된 가스냉매를 분리가스관(55)을 거쳐 압축기(11)의 흡입측으로 보내도록 했다. 그러나 이 대신, 혹은 이에 더불어, 기액 분리기(51)에서 분리된 액냉매를 압축기(11)의 흡입측으로 보내는 액주입배관을 설치하도록 해도 된다.
도 30은 제 13 실시형태의 냉동장치에, 상기 액주입배관(제 2 주입배관)(59)을 설치한 일례이다. 이 액주입배관(59)은 한끝이 액 저류부(52)와 제 2 십자전환밸브(33) 사이의 배관에 접속되며, 다른 끝이 압축기(11)의 흡입배관과 접속된다. 또 액주입배관(59)에는, 이 액주입배관(59)의 냉매유량을 조정하는 액 제어밸브(39)가 설치된다.
이상의 구성으로써, 기액 분리기(51)에서 분리된 액냉매를 액주입배관(59)을 거쳐 압축기(11)의 흡입측으로 보내는, 이른바 액주입을 행할 수 있다. 이때, 액 제어밸브(39)에 의해 액주입량을 조정함으로써, 압축기(11)의 흡입냉매 과열도를 조정할 수 있다. 따라서 이 냉동장치에서 최적의 냉동주기 제어를 행할 수 있다. 또 가스주입배관(55)에 의한 가스주입과 액주입배관(59)에 의한 액주입을 조합함으로써, 한층 치밀한 냉동주기 제어를 행할 수 있다. 또한 상기 액주입배관(59)은, 팽창기(12)로부터 유출된 냉매에 포함된 냉동기유를, 기액 분리기(51)에서 분리된 액냉매와 함께 압축기(11)의 흡입측으로 회송하는, 이른바 오일회수배관으로도 이용할 수 있다.
또 상기 실시형태에서는 압축기(11) 및 팽창기(12)를 회전피스톤형 유체기계로 구성했지만 이에 한정되지 않으며, 예를 들어 스크롤형, 스윙형, 멀티베인(multi-vane)형 등의 용적식 유체기계 등으로 구성해도 되고, 이들 용적식 유체기계(회전피스톤형도 포함함)를 조합하여 구성해도 된다.
또한 상기 실시형태에서는 냉매로서 이산화탄소를 이용했지만 이에 한정되지 않으며, HFC계 냉매, HC계 냉매, 물, 공기, 암모니아 등의 자연냉매 등을 이용해도 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 증기압축식 냉동주기를 행하는 냉매회로를 구비하며, 냉매회로의 팽창기구를 구성하는 팽창기가 압축기에 기계적으로 연결된 냉동장치에 대해 유용하다.

Claims (29)

  1. 압축기(11)와 열원측 열교환기(21)와 팽창기구(12)와 이용측 열교환기(22)가 접속되어, 증기압축식 냉동주기를 행하는 냉매회로(10)를 구비하며,
    상기 팽창기구(12)가 냉매의 팽창에 의해 동력을 발생하는 팽창기(12)로 구성되고, 이 팽창기(12)와 압축기(11)가 기계적으로 연결된 냉동장치로서,
    팽창기(12)로 유입되는 냉매의 온도 조절이 가능한 온도조절수단(23)이 구성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    냉매회로(10)는, 이용측 열교환기(22)를 흐르는 냉매가 방열하는 가열운전과, 이 이용측 열교환기(22)를 흐르는 냉매가 흡열하는 냉각운전이 가능하게 구성되며,
    온도조절수단(23)은, 가열운전 시보다 냉각운전 시 쪽이, 팽창기(12)로 유입되는 냉매의 냉각성능이 높아지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    온도조절수단(23)은, 냉각운전 시에, 방열기가 되는 열원측 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매가, 증발기가 되는 이용측 열교환기(22)를 통과하기 전 또는 통과한 후의 냉매와 열 교환하여 냉각되는 내부 열교환기(23)로 구성되는 것을 특징으 로 하는 냉동장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    내부 열교환기(23)는, 냉각운전 시에는, 증발기가 되는 이용측 열교환기(22)를 통과하기 전 또는 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉매유로(25)의 전열(傳熱)성능이, 방열기가 되는 열원측 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉매유로(24)의 전열성능보다 높아지며, 가열운전 시에는, 증발기가 되는 열원측 열교환기(21)를 통과하기 전 또는 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉매유로(24)의 전열성능이, 방열기가 되는 이용측 열교환기(22)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉매유로(25)의 전열성능보다 낮아지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    내부 열교환기(23)에는, 냉각운전 시에 증발기가 되는 이용측 열교환기(22)를 통과하기 전 또는 통과한 후의 냉매가 흐르며, 가열운전 시에 방열기가 되는 이용측 열교환기(22)를 통과한 후의 냉매가 흐르는 냉매유로(25)에, 전열 핀(26)이 설치되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    내부 열교환기(23)는, 냉각운전 시에는, 증발기가 되는 이용측 열교환기(22)를 통과하기 전 또는 통과한 후의 냉매와, 방열기가 되는 열원측 열교환기(21)를 통과한 후의 냉매가 서로 역방향을 향해 흐르며, 가열운전 시에는, 증발기가 되는 열원측 열교환기(21)를 통과하기 전 또는 통과한 후의 냉매와, 방열기가 되는 이용측 열교환기(22)를 통과한 후의 냉매가 서로 동일방향을 향해 흐르도록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  7. 청구항 3에 있어서,
    내부 열교환기(23)는, 내측 유로(24)와 외측 유로(25)가 인접하여 배치된 2중관 열교환기로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  8. 청구항 3에 있어서,
    내부 열교환기(23)는, 내측 유로(24)와, 이 내측 유로(24)의 바깥쪽에 인접하여 배치된 제 1 외측 유로(25A)와 제 2 외측 유로(25B)를 갖는 3층식 플레이트 열교환기로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  9. 압축기(11)와 열원측 열교환기(21)와 팽창기구(12)와 이용측 열교환기(22)가 접속되어 증기압축식 냉동주기를 행하는 냉매회로(10)를 구비하며,
    상기 냉매회로(10)는, 이용측 열교환기(22)를 흐르는 냉매가 흡열하는 냉각운전과, 이 이용측 열교환기(22)를 흐르는 냉매가 방열하는 가열운전이 가능하게 구성되고,
    상기 팽창기구(12)가 냉매의 팽창에 의해 동력을 발생하는 팽창기(12)로 구 성되며, 이 팽창기(12)와 압축기(11)가 기계적으로 연결된 냉동장치로서,
    상기 팽창기(12)로 유입되는 고압냉매의 온도 조절이 가능한 온도조절수단(23)을 구비하며,
    상기 온도조절수단(23)은, 상기 고압냉매를 냉각운전 시에만 냉각하는 한편, 가열운전 시에는 이 고압냉매의 냉각을 정지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    온도조절수단(23)은, 냉각운전 시에 고압냉매가 저압냉매와 열 교환하여 냉각되는 내부 열교환기(23)로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    내부 열교환기(23)는, 제 1 유로(27)와 제 2 유로(28)를 가짐과 더불어, 이 제 1 유로(27)를 흐르는 냉매와 제 2 유로(28)를 흐르는 냉매가 열교환 가능하게 구성되며,
    상기 내부 열교환기(23)는, 냉각운전 시에는 제 1 유로(27)를 고압냉매가 유통하는 한편, 제 2 유로(28)를 저압냉매가 유통하고, 가열운전 시에는 양 유로(24, 25)를 고압냉매가 유통하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    내부 열교환기(23)는, 제 1 유로(27)와 제 2 유로(28)를 가짐과 더불어, 이 제 1 유로(27)를 흐르는 냉매와 제 2 유로(28)를 흐르는 냉매가 열교환 가능하게 구성되며,
    상기 내부 열교환기(23)는, 냉각운전 시에는 제 1 유로(27)를 고압냉매가 유통하는 한편, 제 2 유로(28)를 저압냉매가 유통하도록 구성되고,
    가열운전 시에 고압냉매가 내부 열교환기(23)를 우회하는 바이패스통로(45)를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  13. 청구항 10에 있어서,
    내부 열교환기(23)는, 제 1 유로(27)와 제 2 유로(28)를 가짐과 더불어, 이 제 1 유로(27)를 흐르는 냉매와 제 2 유로(28)를 흐르는 냉매가 열교환 가능하게 구성되며,
    상기 내부 열교환기(23)는, 냉각운전 시에는 제 1 유로(27)를 고압냉매가 유통하는 한편, 제 2 유로(28)를 저압냉매가 유통하도록 구성되고,
    가열운전 시에 저압냉매가 내부 열교환기(23)를 우회하는 바이패스통로(46)를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  14. 청구항 10에 있어서,
    내부 열교환기(23)는, 냉각운전 시, 열원측 열교환기(21)를 통과한 후의 고압냉매가, 이용측 열교환기(22)를 통과하기 전의 저압냉매와 열 교환하여 냉각되도 록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  15. 청구항 10에 있어서,
    내부 열교환기(23)는, 냉각운전 시, 열원측 열교환기(21)를 통과한 후의 고압냉매가, 이용측 열교환기(22)를 통과한 후의 저압냉매와 열 교환하여 냉각되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  16. 청구항 10에 있어서,
    내부 열교환기(23)는, 냉각운전 시에, 고압냉매와 저압냉매가 서로 역방향을 향해 흐르도록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  17. 청구항 9에 있어서,
    냉매회로(10)의 냉매가 이산화탄소인 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  18. 압축기(11)와, 열원측 열교환기(21)와, 팽창기(12), 및 이용측 열교환기(22)가 접속되어 냉동주기를 행하는 냉매회로(10)를 구비하며, 상기 압축기(11)와 팽창기(12)가 기계적으로 연결되어 이 팽창기(12)의 팽창동력을 회수하는 냉동장치로서,
    팽창기(12)에서 팽창된 냉매를 액 냉매와 가스 냉매로 분리하여 일시적으로 저류하는 기액 분리기(51)를 구비하고,
    상기 기액 분리기(51)는, 이 기액 분리기(51)에서 분리된 액 냉매와, 팽창기(12)로 흡입되는 냉매를 열 교환시키는 내부 열교환부(50)를 구비하는 냉동장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    운전조건에 따라, 내부 열교환부(50)에서의 냉매 열 교환량을 변경하는 열교환량 조정기구(60)를 구비하는 냉동장치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    기액 분리기(51)는, 분리된 액 냉매가 저류되는 액 저류부(52)와, 이 액 저류부(52)에 인접함과 더불어, 팽창기(12)로 흡입되는 냉매가 유통하는 전열관(50)을 구비하며,
    상기 전열관(50)이, 상기 액 저류부(52) 내의 액 냉매와, 이 전열관(50) 내의 냉매를 열 교환시키는 내부 열교환부를 구성하는 냉동장치.
  21. 청구항 20에 있어서,
    냉매회로(10)의 냉매 순환방향을 바꾸어 냉방운전과 난방운전을 전환시키기 위한 냉매 전환기구(31, 33)를 구비하며,
    열교환량 조정기구(60)는, 냉각운전 시에만 내부 열교환부(50)에서의 냉매 열교환을 시키는 냉동장치.
  22. 청구항 21에 있어서,
    열교환량 조정기구(60)는, 전열관(50)을 우회시켜 냉매를 팽창기(12)로 흡입시키는 바이패스관(57)과, 전열관(50)을 유통하는 냉매유량을 조정하는 제 1 전동밸브(36)와, 상기 바이패스관(57)의 냉매유량을 조정하는 제 2 전동밸브(37)로 구성되는, 냉동장치.
  23. 청구항 21에 있어서,
    열교환량 조정기구(60)는 십자전환밸브(32)로 구성되는 냉동장치.
  24. 청구항 21에 있어서,
    열교환량 조정기구(60)는, 전열관(50)을 우회시켜 냉매를 팽창기(12)로 흡입시키는 바이패스관(57)과, 전열관(50)의 냉매 유통을 허용 또는 금지하는 제 1 전자(電磁)개폐밸브(34)와, 상기 바이패스관(57)의 냉매 유통을 허용 또는 금지하는 제 2 전자개폐밸브(35)로 구성되는, 냉동장치.
  25. 청구항 21에 있어서,
    열교환량 조정기구(60)는 배관과 역지밸브(81, 82, 83, 84)의 조합으로 구성되는, 냉동장치.
  26. 청구항 18에 있어서,
    냉매회로(10)에는, 기액 분리기(51)의 가스냉매를 압축기(11)의 흡입측으로 보내는 제 1 주입배관(55)과, 이 제 1 주입배관(55)의 냉매유량을 조정하는 가스제어밸브(38)를 구비하는, 냉동장치.
  27. 청구항 18에 있어서,
    냉매회로(10)에는, 기액 분리기(51)의 액 냉매를 압축기(11)의 흡입측으로 보내는 제 2 주입배관(59)과, 이 제 2 주입배관(59)의 냉매유량을 조정하는 액 제어밸브(39)를 구비하는, 냉동장치.
  28. 청구항 18에 있어서,
    냉매회로(10)에는, 복수의 이용측 열교환기(22a, 22b, 22c)가 병렬로 접속되며,
    상기 각 이용측 열교환기(22a, 22b, 22c)로 유입되는 냉매유량을 각각 조정하는 복수의 유량조정밸브(61a, 61b, 61c)를 구비하는, 냉동장치.
  29. 청구항 18에 있어서,
    냉매회로(10)의 냉매로서 이산화탄소가 이용되는 냉동장치.
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