KR20070065417A - 냉동 공조장치, 냉동 공조장치의 운전 제어 방법, 냉동공조장치의 냉매량 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 초임계 영역에서 사용하는 CO2 등의 냉매를 이용한 냉동 공조장치에 있어서, 장치의 효율에 기여하는 방열기 내의 냉매량을 안정하며 신속하게 조정하여 효율이 좋은 냉동 공조장치를 제공한다. 온열이용 운전에서, 증발기(5) 출구의 과열도를 증발기(5)의 상류측에 마련한 팽창밸브(6)의 개방도 제어에 의해 소정치로 제어함과 함께, 고압측의 접속배관의 냉매 상태가 초임계상태가 되도록 팽창밸브(9)를 제어한다. 이 상태에서 유량 제어 밸브(13)를 제어하여 냉매 저장용기(12)에 저장하는 냉매의 밀도를 변화시키고, 방열기(10) 내에 존재하는 냉매량을 조정한다. 또한, 고압 목표치와 방열기 출구 온도 목표치를 설정하고, 이 목표치가 되도록 압축기(3)를 용량 제어함과 함께 냉매량 조정 회로(20)로 방열기(10)에 존재하는 냉매량을 조정한다.

Description

냉동 공조장치, 냉동 공조장치의 운전 제어 방법, 냉동 공조장치의 냉매량 제어 방법{REFRIGERATING AIR CONDITIONER, OPERATION CONTROL METHOD OF REFRIGERATING AIR CONDITIONER, AND REFRIGERANT QUANTITY CONTROL METHOD OF REFRIGERATING AIR CONDITIONER}
본 발명은, 냉동 공조장치에 관한 것으로, 특히, 예를 들면 이산화탄소(CO2) 등의 초임계 영역에서 사용하는 냉매를 이용하는 냉동 공조장치에 관한 것이다.
종래의 냉동 공조장치에, 냉매로서 CO2를 이용함과 함께, 증발기 출구, 또는 감압장치의 입구에 냉매를 저장하는 리시버를 마련하고, 이 리시버 내의 냉매량을 제어함으로써, 장치의 운전 고압을 제어하고, 소정의 냉각 능력을 가져오도록 한 것이 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 일본 특공평7-18602호 공보(제 1 내지 5페이지, 도 2, 도 3)
종래의 냉동 공조장치에서는, 리시버 내의 냉매량을 제어하기 위해 감압장치를 제어하여 증발기의 운전 상태를 변경하도록 하고 있기 때문에, 이하와 같은 문제가 있다. 우선 증발기 내의 상태 변화가 리시버 내의 냉매량 변화를 발생시키고, 그 변화가 고압측의 냉매량 변화를 발생시키도록 되기 때문에, 증발기 내의 상태 변화를 일으키고 나서 운전이 안정되는데 시간을 필요로 하여, 운전 제어가 불안정하게 되기 쉽다는 문제가 있다.
특히 복수의 증발기로 이루어지는 실내측 열교환기를 구비한 멀티형의 냉동 공조장치인 경우, 실외기와 실내기의 연장 배관의 거리가 길기 때문에, 운전이 안정되기 위해 더욱 긴 시간이 필요하게 되어, 운전 제어가 불안정하게 되기 쉽다. 또한 멀티형의 냉동 공조장치인 경우, 각 실내기가 설치되어 있는 부하 상황에 응하여 운전 제어가 이루어지도록 일반적으로 각 실내기의 증발기에 대응한 감압장치가 마련되고, 이 감압장치의 제어로 부하에 걸맞은 능력이 발휘되도록 운전된다.
그래서, 증발기의 상태 변화를 일으키게 하여 냉매량 제어를 하는 경우, 복수 있는 감압장치 중에서 어느 감압장치에 냉매량 조정 작용을 기능 시키는지를 결정하여야 하여 제어가 번잡하여진다는 문제가 있다. 또한, 실내기 내에 감압장치이 마련되어 있는 경우, 냉매량 조정의 판단 제어가 실외기에서 이루어지고, 그 판단을 실내기에 통신하여 감압장치의 제어를 실시하게 되어, 보다 제어가 번잡해진다는 문제가 있다.
본 발명은 이상의 과제를 감안하여, 냉동 공조장치의 냉매량 분포의 제어를 간이하며 신속하게 행하여, 운전 제어를 안정하게 실시할 수 있는 냉동 공조장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
또한, 예를 들면 CO2 등의 초임계 영역에서 사용하는 냉매를 이용한 냉동 사이클에서는, 운전 상태에 응하여 운전 효율(COP)이 최대가 되는 고압치가 존재하는 것이 알려져 있고, 냉매량 분포의 제어에 의해 고압치를 COP 최대가 되는 고압치 부근이 되도록 하여, 효율이 좋은 운전을 실현하는 냉동 공조장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기한 바와 같은 냉동 공조장치의 운전 제어 방법을 얻는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기한 바와 같은 냉동 공조장치의 냉매량 제어 방법을 얻는 것을 목적으로 한다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
본 발명에 관한 냉동 공조장치는, 압축기, 이용측 열교환기, 이용측 감압장치, 열원측 감압장치, 열원측 열교환기에 냉매를 순환하여 구성되고 고압치를 상기 냉매의 임계압력보다 높은 압력으로 하고 저압치를 상기 임계압력보다 낮은 압력으로 운전하는 냉동 사이클과, 상기 냉동 사이클에 존재하는 냉매량을 증감 가능한 냉매량 조정 회로와, 상기 이용측 열교환기로 온열을 공급하는 온열이용 운전시에 상기 열원측 열교환기 출구의 과열도가 소정치가 되도록 상기 열원측 감압장치를 제어하는 과열도 제어 수단과, 상기 온열이용 운전시에 상기 냉매량 조정 회로에 의해 상기 이용측 열교환기에 존재하는 냉매량을 조정하여 상기 냉동 사이클을 순환하는 상기 냉매의 온도 또는 압력이 소정의 상태가 되도록 제어하는 냉매량 제어 수단을 구비하는 것이다.
또한, 본 발명에 관한 냉동 공조장치의 제어 방법은, 압축기, 방열기, 감압장치, 증발기에 냉매를 순환시켜서 냉동 사이클을 구성하고, 상기 압축기 토출측부터 상기 감압장치 입구까지의 고압측을 임계압력 이상, 상기 감압장치 출구로부터 상기 압축기 입구까지의 저압측을 임계압력보다 낮은 압력으로 운전하여 상기 증발기 또는 상기 방열기로 냉동공조를 행하는 냉동공조 스텝과, 상기 증발기 출구의 과열도를 소정치가 되도록 제어하는 과열도 제어 스텝과, 상기 냉동 사이클에 접속 분리 가능한 냉매 저장 수단에 잉여의 냉매를 저장함으로써 상기 방열기에 존재하는 냉매량을 조정하는 냉매량 제어 스텝을 구비하는 것이다.
또한, 본 발명에 관한 냉동 공조장치의 냉매량 제어 수단은, 압축기, 방열기, 감압장치, 증발기에 냉매를 순환시켜서 상기 증발기 또는 상기 방열기로 냉동공조를 행할 때에, 상기 압축기의 토출구로부터 상기 방열기 입구까지의 냉매 배관에 흐르는 고압고온 냉매를 냉매 저장용기로 유입시켜서 상기 고압고온 냉매를 상기 냉매 저장용기에 저장하는 고압고온 냉매 저장 스텝과, 상기 방열기 출구로부터 상기 감압장치 입구까지의 냉매 배관에 흐르는 고압저온 냉매를 상기 냉매 저장용기로 유입시켜서 상기 고압저온 냉매를 상기 냉매 저장용기에 저장하는 고압저온 냉매 저장 스텝과, 상기 냉매 저장용기에 저장한 고압 냉매를 상기 압축기의 흡입측으로 유출시키는 저압저온 냉매 저장 스텝을 구비하고, 상기 냉매 저장용기에 밀도가 다른 냉매를 저장함으로써 순환하는 상기 냉매의 량을 조정하는 것을 특징으로 하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 냉동 공조장치의 냉매 회로도.
도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 고압 변동시의 냉동 공조장치의 운전 상황을 도시한 PH선도.
도 3은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 고압과 운전 효율(COP)의 상관을 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 냉방 운전에서의 제어 장치의 구성을 도시하는 설명도.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 냉방 운전에서의 제어 동작을 도시하는 플로우 차트.
도 6은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 고압과 방열기 열교환량의 상관을 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 방열기 열교환량 일정 조건하에서의 고압과 방열기 출구 온도의 상관을 도시하는 그래프(도 7의 (a)) 및 방열기 열교환량 일정 조건하에서의 고압과 운전 효율(COP)의 상관을 도시하는 그래프(도 7의 (b)).
도 8은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 난방 운전에서의 제어 장치의 구성을 도시하는 설명도.
도 9는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 난방 운전에서의 제어 동작을 도시하는 플로우 차트.
도 10은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 냉동 공조장치의 냉매 회로도.
도 11은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 온도 조절용 열교환부를 도시하는 냉매 회로도.
도 12는 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 냉방 시운전에서의 냉매량 조정 동작을 도시하는 플로우 차트.
(부호의 설명)
1 : 실외기 2a, 2b : 실내기
3 : 압축기 4 : 유로 전환 밸브
5 : 열원측 열교환기 6 : 열원측 감압장치
7 : 온도 조절용 열교환부 9a, 9b : 이용측 감압장치
10a, 10b : 이용측 열교환기 12 : 냉매 저장용기
13a, 13b, 13c : 유량 제어 밸브
14 : 유량 제어 밸브 15a, 15b, 15c : 압력 센서
16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h, 16i, 16j, 16k, 16l : 온도 센서
17 : 계측 제어 장치 18 : 접속배관
20 : 냉매량 조정 회로 31 : 압축기 제어 수단
32 : 과열도 제어 수단 33 : 감압장치 제어 수단
34 : 목표치 설정 수단 35 : 냉매량 제어 수단
(실시의 형태 1)
이하, 본 발명의 실시의 형태 1에 관해 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 냉동 공조장치를 도시하는 냉매 회로도이고, 실외기(1) 내에는 압축기(3), 유로 전환 밸브인 4방향 밸브(4), 열원측 열교환기인 실외측 열교환기(5), 실외측 감압장치인 실외측 팽창밸브(6), 고저압 열교환기(7), 냉매 저장용기(12), 냉매 저장용기(12)와 냉방 운전시에 실외측 열교환기(5) 출구가 되는 부분을 접속하는 접속배관(18a)에 마련된 유량 제어 밸브(13a), 냉매 저장용기(12)와 압축기(3) 토출측을 접속하는 접속배관(18b)에 마련된 유량 제어 밸브(13b), 냉매 저장용기(12)와 압축기(3) 흡입측을 접속하는 접속배관(18c)에 마련된 유량 제어 밸브(13c), 고저압 열교환기(7) 저압측에 바이패스되는 유로에 마련된 유량 제어 밸브(14)가 탑재되어 있다. 이 냉매 저장용기(12), 유량 제어 밸브(13a, 13b, 13c), 접속배관(18a, 18b, 18c)으로, 냉매량 조정 회로(20)를 구성하고 있다.
압축기(1)는 인버터에 의해 회전수가 제어되어 용량 제어어 타입이고, 실외측 팽창밸브(6), 실내측 팽창밸브(9a, 9b)는 개방도가 가변으로 제어된 전자 팽창밸브이다.
또한, 이용측에서는 복수대로서 예를 들면 2대의 실내기(2a, 2b)를 가지며, 실내기(2a, 2b) 내에는 실내측 감압장치인 실내측 팽창밸브(9a, 9b)와 이용측 열교환기인 실내측 열교환기(10a, 10b)가 탑재되어 있다. 액관(8) 및 가스관(11)은 실외기(1)와 실내기(2a, 2b)를 접속하는 접속배관이다. 이 냉동 공조장치의 냉매로서 는, 예를 들면 CO2가 사용된다.
실외기(1) 내에는 압력 센서(15a)가 압축기(3) 토출측, 압력 센서(15b)가 압축기(3) 흡입측, 압력 센서(15c)가 실외측 팽창밸브(6)와 액배관(8) 사이에 마련되어 있고, 각각 설치 장소의 냉매 압력을 계측한다. 또한 온도 센서(16a)가 압축기(3) 토출측, 온도 센서(16b)가 실외측 열교환기(5)와 실외측 팽창밸브(6) 사이, 온도 센서(16c)가 실외 팽창밸브(6)와 고저압 열교환기(7) 사이, 온도 센서(16d)가 고저압 열교환기(7)와 액관(8) 사이, 온도 센서(16e)가 고저압 열교환기(7) 저압 출구 측, 온도 센서(16f)가 압축기(3) 흡입측에 마련되어 있고, 각각 설치 장소의 냉매 온도를 계측한다. 또한 온도 센서(16g)는 실외기(1) 주위의 외기 온도를 계측하고, 온도 센서(16l)는 냉매 저장용기(12)에 마련되고, 냉매 저장용기(12) 내에 저장되는 냉매의 온도를 계측한다.
실내기(2a, 2b) 내에는 온도 센서(16h, 16j)가 실내측 열교환기(10a, 10b)와 실내측 팽창밸브(9a, 9b) 사이에, 온도 센서(16i, 16k)가 실내측 열교환기(10a, 10b)와 가스관(11) 사이에 마련되어 있고, 각각 설치 장소의 냉매 온도를 계측한다.
또한, 실외기(1) 내에는 예를 들면 마이크로 컴퓨터로 구성된 계측 제어 장치(17)가 마련되어 있고, 압력 센서(15)나 온도 센서(16) 등에 의한 계측 정보나, 냉동 공조장치 사용자로부터 지시되는 운전 내용에 의거하여, 압축기(3)의 운전 방법, 4방향 밸브(4)의 유로 전환, 실외측 열교환기(5)의 열교환량, 실외측 팽창밸 브(6)의 개방도, 유량 제어 밸브(13, 14)의 개방도 등을 제어한다.
여기서, 냉동 공조장치 전체로 본 경우나, 설치 장소를 실내 또는 실외로 한정하지 않는 경우에는, 그 작용으로부터 압축기(3)가 격납되어 있는 실외기(1)를 열원측, 실내기(2)를 이용측이라고 칭한다. 이 때문에, 실외측 열교환기(5)는 열원측 열교환기, 실외측 팽창밸브(6)는 열원측 감압장치, 실내측 열교환기(10)는 이용측 열교환기, 실내측 팽창밸브(9)는 이용측 감압장치가 된다.
다음에 이 냉동 공조장치에서의 운전 동작에 관해 설명한다. 우선 냉열운전 이용 모드인 냉방 운전시의 동작에 관해 설명한다. 냉방 운전시에는, 4방향 밸브(4)의 유로는 도 1의 실선 방향으로 설정되고, 냉매는 실선 화살표 방향으로 흐른다. 그리고 압축기(3)로부터 토출된 고온고압의 가스 냉매는, 4방향 밸브(4)를 경유하여 실외측 열교환기(5)로 유입하고, 방열기가 되는 실외측 열교환기(5)에서 방열하면서 온도 저하한다.
이 실시의 형태에서는 고압치가 냉매의 임계압력 이상으로 운전하기 때문에, 냉매는 초임계 상태인채로 온도 저하되고 방열한다. 여기서 고압치가 임계압력보다 낮아진 경우에는, 냉매는 액화하면서 방열한다. 실외측 열교환기(5)를 나온 고압저온의 냉매는 실외측 팽창밸브(6)에서 약간 감압된 후, 고저압 열교환기(7)에서 고저압 열교환기(7) 출구에서 분기되어 저압으로 된 냉매와 열교환하고, 보다 냉각되어 저온으로 된다. 그 후 냉매는 액관(8)을 경유하여, 실내기(2a, 2b)로 유입한다.
그리고 실내측 팽창밸브(9a, 9b)에서 저압 2상(相)의 상태로 감압된 후에, 증발기가 되는 실내측 열교환기(10a, 10b)로 유입하고, 그곳에서 흡열하고, 증발 가스화하면서 실내기측의 공기나 물 등의 부하측 매체에 냉열을 공급한다. 실내측 열교환기(10a, 10b)를 나온 저압 가스 냉매는 실내기(2a, 2b)를 나와서, 가스관(11)을 경유하여 실외기(1)로 유입하고, 4방향 밸브(4)를 경유하여 압축기(3)에 흡입된다.
또한 고저압 열교환기(7) 출구에서 분기된 일부의 냉매는 유량 제어 밸브(14)에서 감압되고, 저압 2상의 상태로 된 후에, 고저압 열교환기(7)로 유입하고, 고압측의 냉매에 의해 가열되어 증발하고, 저압의 가스 냉매로 된 후, 가스관(11)을 경유하여 실내기(2a, 2b)로부터 유입하는 냉매와 합류하고, 압축기(3)에 흡입된다.
다음에 온열이용 운전 모드인 난방 운전시의 동작에 관해 설명한다. 난방 운전시에는, 4방향 밸브(4)의 유로는 도 1의 점선 방향으로 설정되고, 냉매는 점선 화살표 방향으로 흐른다. 그리고 압축기(3)로부터 토출된 고온고압의 가스 냉매는 4방향 밸브(4)를 경유하여 실외기(1)를 유출하고 가스관(11)을 경유하여 실내기(2a, 2b)로 유입한다. 그리고 실내측 열교환기(10a, 10b)로 유입하고, 방열기가 되는 실내측 열교환기(10a, 10b)에서 방열하면서 온도 저하된다.
이 실시의 형태에서는 고압치가 냉매의 임계압력 이상으로 운전하기 때문에, 냉매는 초임계상태인채로 온도 저하되고 방열한다. 여기서 고압치가 임계압력보다 낮아진 경우에는, 냉매는 액화하면서 방열한다. 냉매로부터 방열된 열을 부하측의 공기나 물 등의 부하측 매체에 줌으로써 난방을 행한다.
실내측 열교환기(10a, 10b)를 나온 고압저온의 냉매는 실내측 팽창밸브(9a, 9b)에서 약간 감압된 후, 액관(8)을 경유하여, 실외기(1)로 유입한 후에, 고저압 열교환기(7)에서 고저압 열교환기(7) 입구에서 분기되어 저압으로 된 냉매와 열교환하고, 보다 냉각되어 저온으로 된다. 그리고 실외측 팽창밸브(6)에서 저압 2상의 상태로 감압된 후에, 증발기가 되는 실외측 열교환기(5)로 유입하고, 그곳에서 흡열하고, 증발 가스화된다. 실외측 열교환기(5)를 나온 저압 가스 냉매는 4방향 밸브(4)를 경유하여 압축기(3)에 흡입된다. 또한 고저압 열교환기(7) 입구에서 분기된 일부의 냉매는 유량 제어 밸브(14)에서 감압되고, 저압 2상의 상태로 된 후에, 고저압 열교환기(7)로 유입하고, 고압측의 냉매에 의해 가열되어 증발하고, 저압의 가스 냉매로 된 후, 4방향 밸브(4)를 경유하여 압축기(3)에 흡입되는 냉매와 합류하고, 압축기(3)에 흡입된다.
다음에 이 냉동 공조장치에서의 운전 제어 동작에 관해 설명한다. 냉매가 CO2인 경우 등과 같이 고압측이 초임계상태로 운전되는 냉동 사이클에서는, 잘 알려져 있는 바와 같이, 운전 효율이 최대가 되는 고압치가 존재한다. 도 2는 방열기 출구 온도가 동일한 때에 고압치를 변화시킨 때의 냉동 사이클을 PH선도에 도시한 것이다.
도 2에서 고압치가 P1, P2, P3으로 상승하면 증발기에서의 엔탈피 차(△He)가 확대해, 그 만큼 냉동 능력이 증가한다. 한편 고압치가 상승하면 압축기 입력에 상당하는 압축기에서의 엔탈피 차(△Hc)도 증대한다. 이 때의 △He, △Hc의 고압치에 의한 변화의 경향을 도시하면 도 3과 같이 된다. 도 3은 횡축에 고압치, 종축에 엔탈피 및 COP를 도시하는 그래프이다. 도 2의 PI, P2, P3에 대응하여, 점선으로 △He 및 △Hc를 나타내고, 실선으로 COP를 나타낸다.
도 3에서 도시하는 바와 같이, 고압 상승에 수반하는 능력에 상당하는 △He의 증가 비율이 입력에 상당하는 △Hc의 증가 비율보다 상회하는 영역에서는, △He/△Hc로 표시되는 냉동 사이클의 효율(COP)이 상승한다. 역으로 능력에 상당하는 △Hc의 증가 비율이 입력에 상당하는 △Hc의 증가 비율보다 하회하는 영역에서는, COP가 저하한다. 따라서 COP가 최대가 되는 고압치가 존재하고, 도 3의 경우에는 P2가 해당한다. 또한, 이 COP가 최대가 되는 고압치는, 방열기 열교환량 및 방열기 출구 온도에 의해 변화하는 값이다.
냉동 공조장치에서의 고압치는, 방열기 내에 존재하는 냉매량에 의해 결정된다. 냉매 상태가 초임계상태인 때, 냉매의 밀도는 압력에 응하여 증가하기 때문에, 도 2의 고압치(P3)로 운전될 때의 방열기 내의 냉매량은, 고압치(P1)로 운전될 때의 방열기 내의 냉매량보다 많아진다. 역으로 방열기 내에 존재하는 냉매량이 많아지도록 운전하면, 고압치는 상승하고, 방열기 내에 존재하는 냉매량이 적어지도록 운전하면 고압치는 저하한다. 그래서 이 실시의 형태에서는, 방열기 내에 존재하는 냉매량을 제어함으로써, 고압치를 COP 최대가 되는 압력의 부근이 되도록 제어한다.
이하, 냉방 운전시의 계측 제어 장치(17)에 의해 행하여지는 제어 동작에 관해, 도 4, 도 5에 의거하여 설명한다. 도 4는 냉방 운전에서의 제어 장치(17)의 구성을 도시하고, 도 5는 냉방 운전에서의 제어 장치(17)의 제어 동작을 도시하는 플 로우 차트이다. 냉방 운전에서는, 실내측 열교환기(10a, 10b)가 증발기로 되기 때문에, 여기서 소정의 열교환량이 발휘되도록, 증발 온도(증발기의 2상 냉매 온도)가 설정되고, 이 증발 온도를 실현하는 저압치를 저압 목표치로서 설정한다.
그리고 압축기 제어 수단(31)에서 인버터에 의한 회전수 제어를 행한다. 압축기(3)의 운전 용량은 압력 센서(15b)로 계측되는 저압치가 정해진 목표치, 예를 들면 포화 온도 10℃에 상당하는 저압이 되도록 제어된다. 또한 과열도 제어 수단(32)에 의해, 실내측 팽창밸브(9a)는 온도 센서(16i)의 온도 - 온도 센서(16h)의 온도로 연산되는 실내측 열교환기(10a) 출구의 냉매 과열도가 목표치가 되도록 개방도 제어한다.
또한 마찬가지로 과열도 제어 수단(32)에 의해, 실내측 팽창밸브(9b)는 온도 센서(16k)의 온도 - 온도 센서(16j)의 온도로 연산되는 실내측 열교환기(10b) 출구의 냉매 과열도가 목표치가 되도록 개방도 제어한다. 이 날 표치로서는, 미리 정해진 목표치, 예를 들면 5℃를 이용한다. 또한 실외측 팽창밸브(6)는 감압장치 제어 수단(33)에 의해 미리 정해진 초기 개방도, 예를 들면 전개 또는 전개에 가까운 소정 개방도로 제어된다. 또한 열전달 매체인 공기나 물을 반송하는 팬 회전수나 펌프 유량 등을 실외측 열교환기(5)의 열교환량이나 실내측 열교환기(10a, 10b)의 열교환량으로부터 미리 정해진 상태로 운전한다.
유량 제어 밸브(14)는, 온도 센서(16c)의 온도 - 압력 센서(15b)로 계측되는 저압으로부터 환산되는 냉매 포화 온도로 연산되는 고저압 열교환기(7) 저압측 출구의 냉매 과열도가 목표치가 되도록 개방도 제어된다. 이 목표치로서는, 미리 정 해진 목표치, 예를 들면 5℃를 이용한다. 실외측 팽창밸브(6)의 개방도가 전개 또는 전개에 가까운 소정 개방도이기 때문에, 실외측 열교환기(5)를 나온 냉매가 실외측 팽창밸브(6)에서 거의 압되지 않도록 제어된다. 이 때 실내측 팽창밸브(9a, 9b) 입구보다 상류 부분에서는 초임계상태로 운전되는 것이 바람직하고, 압력 센서(15c)로 계측되는 압력이 임계압력 이상이 되도록 실외측 팽창밸브(6)의 개방도를 제어하고, 압력 센서(15c)로 계측된 압력이 임계압력 이하인 경우는 실외측 팽창밸브(6)의 개방도를 개방하는 제어를 실시한다. 지금까지의 제어 공정이 도 5의 스텝 1에 도시되어 있다.
이 상태로 운전한 때의 고압치를 압력 센서(15a)로 검지한다(스텝 2). 그리고 온도 센서(16b)로 계측되는 방열기가 되는 실외측 열교환기(5)의 출구 온도, 온도 센서(16g)로 검지되는 외기 온도, 압축기(3)의 운전 용량 등의 운전 상태로부터 미리 정해진 연산식에 의해 COP 최대가 되는 최적 고압치를 연산한다. 그리고 목표치 설정 수단(34)에 의해 최적 고압치에 의거하여 냉동 사이클의 고압 목표치를 설정한다(스텝 3).
여기서 목표치 설정 수단(34)에서 설정한 고압 목표치는 COP 최대가 되는 최적 고압치의 부근이 되는 압력 범위를 설정한다. 그리고 이 고압 목표치라고 계측된 고압을 비교한다(스텝 4). 비교한 결과, 고압 목표치의 범위에 들어가지 않은 경우에는, 냉매량 제어 수단(35)에 의해, 스텝 5, 스텝 6에 도시하는 바와 같이 냉매량 조정 회로(20)를 제어하여 실외측 열교환기(5) 내에 존재하는 냉매의 량을 조정한다. 구체적으로는, 현재의 고압치가 고압 목표치보다 낮으면, 스텝 5에서 방열 기인 실외측 열교환기(5) 내의 냉매량이 많아지는 방열기 냉매량 증가 운전을 실시한다.
역으로 현재의 고압치가 고압 목표치보다 높으면, 스텝 6에서 실외측 열교환기(5) 내의 냉매량이 적어지는 방열기 냉매량 감소 운전을 실시한다. 스텝 4의 비교에서 고압치가 고압 목표치를 만족하고 있는 경우에는, 스텝 1로 되돌아온다.
이하, 냉매량 제어 수단(35)에 있어서 스텝 5, 스텝 6에 도시한 실외측 열교환기(5) 내의 냉매량의 제어 방법을 더욱 상세하게 설명한다. 냉매 저장용기(12) 내에 저장하는 냉매의 밀도를 변화시킴으로써, 실외측 열교환기(5) 내에 존재하는 냉매량을 조정한다. 이 실시의 형태에서는, 유량 제어 밸브(13a, 13b, 13c)로서, 예를 들면 개폐만을 행할 수 있는 개폐 밸브를 이용하여 개폐 제어하고, 유량 제어 밸브(13a)가 접속하는 냉매 배관을 흐르는 냉매(고압저온), 유량 제어 밸브(13b)가 접속하는 냉매 배관을 흐르는 냉매(고압고온), 유량 제어 밸브(13c)가 접속하는 냉매 배관을 흐르는 냉매(저압저온)의 어느 하나의 냉매를 냉매 저장용기(12) 내에 저장한다.
유량 제어 밸브(13a)를 개방, 13b, 13c를 폐쇄로 하면, 실외측 열교환기(5)를 나온 고압저온 냉매가 접속배관(18a)를 통과하여 냉매 저장용기(12) 내로 유입하기 때문에, 고압저온의 초임계상태의 냉매가 냉매 저장용기(12) 내에 체류한다. 유량 제어 밸브(13b)를 개방, 13a, 13c를 폐쇄로 하면, 압축기(3)로부터 토출된 고압고온 냉매가 접속배관(18b)을 통과하여 냉매 저장용기(12) 내로 유입하기 때문에, 고압고온의 초임계상태의 냉매가 체류한다. 유량 제어 밸브(13c)를 개방, 13a, 13b를 폐쇄로 하면, 냉매 저장용기(12) 내에 고압의 냉매가 저장되어 있는 경우에는 접속배관(18c)을 통과하여 압축기(3)의 흡입측으로 유출되고, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매 상태는 압축기(3)에 흡입되는 냉매 상태와 같게 되고, 저압저온의 가스 냉매가 체류한다.
냉매 밀도는,
고압저온의 초임계상태 냉매 > 고압고온의 초임계상태 냉매 > 저압저온의 가스 냉매
이기 때문에, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량은,
유량 제어 밸브(13a)를 개방으로 한 경우 > 유량 제어 밸브(13b)를 개방으로 한 경우 > 유량 제어 밸브(13c)를 개방으로 한 경우로 된다.
냉동 공조장치에서 실외측 열교환기(5), 냉매 저장용기(12) 이외에, 용적이 크고 많은 냉매가 체류할 가능성이 있는 개소는, 액관(8), 실내측 열교환기(10a, 10b), 가스관(11)이지만, 액관(8)에 관해서는, 실외측 팽창밸브(6)의 개방도가 거의 전개로 제어되고, 항상 고압저온의 초임계상태 냉매가 체류하도록 제어되기 때문에 큰 냉매량의 변동은 생기지 않는다. 실내측 열교환기(10a, 10b)는, 실내측 팽창밸브(9a, 9b)의 제어 및 압축기(3)의 제어에 의해, 열교환기 출구 과열도 및 저압이 같아지도록 제어되기 때문에, 이쪽도 큰 냉매량의 변동은 생기지 않는다.
또한 가스관(11)도 마찬가지의 제어에 의해, 저압저온의 가스 상태로 제어되기 때문에, 큰 냉매량의 변동은 생기지 않는다. 냉동 공조장치에 충전되어 있는 냉매량은 일정하기 때문에, 냉매 저장용기(12) 내에 냉매량의 변동이 생긴 경우에는, 그 영향은 실외측 열교환기(5) 내의 냉매량에 나타난다. 즉, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량이 증가하면, 실외측 열교환기(5) 내의 냉매량은 감소하고, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량이 감소하면, 실외측 열교환기(5) 내의 냉매량은 증가한다.
그래서, 큰 COP를 얻을 수 있는 고압 목표치보다 현재의 고압치가 낮으면, 방열기인 실외측 열교환기(5) 내에 존재하는 냉매량이 많아지도록 제어하면 좋다. 이를 위해, 유량 제어 밸브(13a)가 개방인 경우는, 유량 제어 밸브(13a)를 폐쇄, 13b를 개방으로 제어하고, 유량 제어 밸브(13b)가 개방인 경우는, 유량 제어 밸브(13b)를 폐쇄, 13c를 개방으로 제어한다. 또한, 유량 제어 밸브(13c)가 개방인 경우에는 냉매 충전량이 필요량보다 적은 것으로 되기 때문에, 냉매를 추가 충전하거나, 냉매 저장용기(12)의 용량을 작게 하는 등의 대응이 필요해진다.
실제의 유량 제어 밸브(13)의 동작으로서는, 유량 제어 밸브(13a)가 개방인 경우는, 유량 제어 밸브(13a)를 폐쇄, 유량 제어 밸브(13c)를 개방으로 함으로써, 냉매 저장용기(12) 내에 저장하고 있던 고압저온의 냉매가 유량 제어 밸브(13c), 접속배관(18c)을 통과하여 저압측으로 유출된다. 다음에 유량 제어 밸브(13c)를 폐쇄, 유량 제어 밸브(13b)를 개방으로 함으로써, 유량 제어 밸브(13b), 접속배관(18b)을 통과하여 고압고온의 냉매가 유입하여 냉매 저장용기(12) 내에 저장한다.
또한, 유량 제어 밸브(13b)가 개방인 경우는, 유량 제어 밸브(13b)를 폐쇄, 유량 제어 밸브(13c)를 개방으로 함으로써, 냉매 저장용기(12) 내에 저장하고 있던 고압고온의 냉매가 유량 제어 밸브(13c), 접속배관(18c)을 통과하여 저압측으로 유 출되고, 냉매 저장용기(12) 내에 저장하는 냉매는 저압저온이 된다. 고압고온 냉매를 고압저온 냉매로 바꿔넣을 때의 유량 제어 밸브(13b, 13c)의 개폐의 타이밍은, 온도 센서(16l)로 냉매 저장용기(12)의 온도를 검지하여 제어하여도 좋고, 미리 소정의 시간에 개폐하도록 설정하여 두어도 좋다.
역으로, 큰 COP를 얻을 수 있는 고압 목표치보다 현재의 고압치가 높으면, 방열기인 실외측 열교환기(5) 내에 존재하는 냉매량이 적어지도록 제어하면 좋다. 이를 위해, 유량 제어 밸브(13c)가 개방인 경우는, 유량 제어 밸브(13c)를 폐쇄, 유량 제어 밸브(13b)를 개방으로 함으로써, 유량 제어 밸브(13b)를 통과하여 고압고온의 냉매가 유입하여 냉매 저장용기(12) 내에 저장한다.
또한, 유량 제어 밸브(13b)가 개방인 경우는, 유량 제어 밸브(13b)를 폐쇄, 13a를 개방으로 제어함으로써, 유량 제어 밸브(13a)를 통과하여 고압저온의 냉매가 유입하여 냉매 저장용기(12) 내에 저장한다. 또한, 유량 제어 밸브(13a)가 개방인 경우에는 냉매 충전량이 필요량보다 많은 것으로 되기 때문에, 냉매를 장치로부터 방출 회수하거나, 냉매 저장용기(12)의 용량을 늘리는 등의 대응이 필요해진다.
실제의 유량 제어 밸브(13)의 동작으로서는, 유량 제어 밸브(13c)가 개방인 경우는, 유량 제어 밸브(13b)를 개방으로 함으로써, 고압고온의 냉매가 유량 제어 밸브(13b), 접속배관(18b)을 통과하여 냉매 저장용기(12) 내에 저장한다. 또한, 유량 제어 밸브(13b)가 개방인 경우는, 유량 제어 밸브(13b)를 폐쇄, 유량 제어 밸브(13c)를 개방으로 함으로써, 냉매 저장용기(12) 내에 저장하고 있던 고압고온의 냉매가 유량 제어 밸브(13c), 접속배관(18c)을 통과하여 저압측으로 유출된다.
다음에 유량 제어 밸브(13c)를 폐쇄, 유량 제어 밸브(13a)를 개방으로 함으로써, 유량 제어 밸브(13a), 접속배관(18a)을 통과하여 고압저온의 냉매가 유입하여 냉매 저장용기(12) 내에 저장한다. 이 경우에도, 고압저온 냉매를 고압고온 냉매에 바꿔넣을 때의 유량 제어 밸브(13a, 13c)의 개폐의 타이밍은, 온도 센서(16l)로 냉매 저장용기(12)의 온도를 검지하여 제어하여도 좋고, 미리 소정의 시간에 개폐하도록 설정하여 두어도 좋다.
이와 같이 하여, 냉방 운전에 있어서, 증발기가 되는 열교환기 출구의 과열도를 소정치로 제어함에 의해, 증발기가 되는 열교환기에 존재하는 냉매량을 대강 일정한 상태로 운전할 수 있다. 이 상태에서 냉매량 조정 회로(20)에 의해 냉매량 조정을 행함으로써, 고압측에 존재하는 냉매량을 안정하며 신속하게 조정하여 운전 제어할 수 있다. 또한, 고압 목표치를 설정하여, 고압측으로 순환시키는 냉매량에 의해 고압치를 운전 효율 최대가 되는 상태로 제어함으로써, 효율이 좋은 운전을 실현할 수 있고, 고신뢰성이면서 고효율의 냉동 공조장치의 운전을 실현할 수 있다.
특히 유량 제어 밸브(13a, 13b, 13c)의 개폐를 제어함으로써, 방열기 내의 냉매량을 증감하여 고압치를 COP가 최대가 되는 고압치 부근의 값이 되도록 제어할 수 있고, 효율이 좋은 냉동 공조장치의 운전을 실현할 수 있다.
상기에서는, 종래 장치과1 같이 증발기 내에 상태 변화를 일으켜서 냉매량을 제어하는 것이 아니라, 냉매량의 이동을 실외측 열교환기(5)와 냉매 저장용기(12) 사이에서 직접 영향이 나타나도록 실시할 수 있기 때문에, 단시간에 안정적으로 냉 매량 제어를 실시할 수가 있어서, 보다 효율이 좋은 냉동 공조장치의 운전을 안정적으로 실현할 수 있다.
또한, 도 1에 도시한 냉매 회로에서는, 실내측 팽창밸브(9)와 실외측 팽창밸브(6)를 접속하는 배관 내를 흐르는 냉매의 온도를 조절하는 온도 조절용 열교환부로서 고저압 열교환기(7)를 마련하고, 액관(8)에 흐르는 냉매의 온도가 소정의 온도가 되도록 제어하고 있다.이 때문에, 액관(8)에 존재하는 냉매량을 보다 정확하게 제어할 수 있어서, 안정된 운전을 실현할 수 있다.
또한, 감압장치 제어 수단(33)에 의해 실외측 팽창밸브(6)와 실내측 팽창밸브(9a, 9b)를 접속하는 배관 내의 냉매 상태가 초임계상태가 되도록 실외측 팽창밸브(6)를 제어하도록 구성하고 있기 때문에, 안정된 냉매 상태로 운전 할 수 있는 냉동 공조장치를 얻을 수 있다.
또한, 압축기(3)를 가변용량 압축기로 하고, 압축기 제어 수단(31)에서 냉동 사이클의 저압치가 소정치가 되도록 용량 제어하도록 구성하였다. 이 저압치는 실내측 열교환기(10a, 10b)에서 필요하게 되는 냉열량에 의거하여, 그 냉열량을 얻을 수 있도록 설정하고 있기 때문에,확실하게 필요 능력을 발휘할 수 있는 냉동 공조장치를 얻을 수 있다.
여기서, 압축기(3)의 용량 제어 방법으로서는 이하와 같은 방법을 취하여도 좋다. 실내측 열교환기(10a, 10b)에서 소정의 열교환량이 발휘되도록 저압 목표치를 결정하여, 용량 제어를 실시하였지만, 부하측의 냉각 상황에 응하여 용량 제어 방법을 변경하여도 좋다. 예를 들면 부하측이 실내 공간이고, 장치 사용자가 설정 하는 설정 공기 온도보다 실내 공간의 공기 온도가 높은 경우에는, 현시점보다 보다 큰 열교환량이 필요하게 되기 때문에, 저압 목표치를 낮게 변경한다. 역으로 설정 공기 온도보다 실내 공간의 공기 온도가 낮은 경우에는, 열교환량 과잉이기 때문에, 현시점보다 열교환량이 적어지도록, 저압 목표치를 높게 변경한다.
또한 압축기(3)의 용량 제어 방법으로서, 저압을 통하지 않고, 설정 공기 온도와 실내 공간의 공기 온도의 편차 등, 부하측의 냉각 상황을 기초로 직접 압축기(3)의 용량 제어를 행하여도 좋다. 예를 들면 설정 공기 온도에 대해 실내 공간의 공기 온도가 높은 경우에는, 압축기(3)의 용량을 증가시키고, 설정 공기 온도에 대해 실내 공간의 공기 온도가 낮은 경우에는, 압축기(3)의 용량을 감소시킨다.
이와 같이 압축기(3)를 가변용량 압축기로 하고, 압축기 제어 수단(31)에 의해, 실내측 열교환기(10a, 10b)에서 필요하게 되는 냉열량을 얻을 수 있도록 압축기(3)를 용량 제어하여도, 확실하게 필요 능력을 발휘할 수 있는 냉동 공조장치를 얻을 수 있다.
또한, 상기에서는 냉매량 제어 수단(35)에 의해 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량 조정을 행할 때에, 고압 목표치를 설정하여 냉매량을 조정 제어하였지만, 방열기 출구 냉매 온도를 이용하여도 좋다. 즉 실외측 열교환기(5)의 출구 냉매 온도 목표치를 설정하고, 실외측 열교환기(5)의 출구 냉매 온도가 이 목표치가 되도록 냉매량을 조정 제어한다. 예를 들면, 효율이 최대가 되는 고압치와 방열기 출구 냉매 온도의 상관을 미리 구하여 두고, 압력 센서(15a)로 검지된 고압치를 이용하여 상기 상관으로부터 효율이 최대가 되는 방열기 출구 냉매 온도를 결정하고, 이에 의거하여 실외 열교환기(5)의 출구 냉매 온도 목표치로 한다.
그리고, 온도 센서(16b)로 검지되는 실외 열교환기(5)의 출구 냉매 온도와, 그 목표치를 비교한다. 실외 열교환기(5)의 출구 냉매 온도 목표치에 대해, 실제의 냉매 온도가 낮은 경우에는, 실외측 열교환기(5)에 존재하는 냉매량이 너무 많기 때문에, 실외측 열교환기(5)에 존재하는 냉매량이 적어지도록 도 5의 스텝 6에 도시하는 바와 같은 제어 동작을 행하여, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량을 증가시킨다.
역으로 실외 열교환기(5)의 출구 냉매 온도 목표치에 대해, 실제의 냉매 온도가 높은 경우에는, 실외측 열교환기(5)에 존재하는 냉매량이 적기 때문에, 실외측 열교환기(5)에 존재하는 냉매량이 많아지도록 도 5의 스텝 5에 도시하는 바와 같은 제어 동작을 행하여, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량을 감소시킨다. 이와 같이 방열기 출구 냉매 온도 목표치를 설정하여 고압측에 존재하는 냉매량을 제어하여도, 고효율로 고신뢰성의 냉동 공조장치를 얻을 수 있다.
다음에, 난방 운전시의 계측 제어 장치(17)에 의해 행하여지는 제어 동작에 관해 설명한다. 난방 운전에서는, 실내측 열교환기(10a, 10b)가 방열기로 되기 때문에, 냉동 사이클의 효율에 크게 영향을 주는 고압치가, 실내측 열교환기(10)의 열교환량에도 영향을 준다. 그래서 운전으로서는, 단순히 효율 중시(重視)로 고압치를 제어할 뿐만 아니라, 우선 실내측 열교환기(10)의 열교환량이 요구량 이상이 되는 운전을 실현하고, 뒤이어 효율이 좋은 운전이 되도록 제어한다.
방열기의 열교환량은, 대강 냉동 사이클의 고압치와 방열기 출구 온도에 지 배된다. 도 6는 다른 방열기 출구 온도인 경우의 고압치와 방열기 열교환량의 관계를 도시하는 그래프이고, 횡축에 고압치, 종축에 방열기 열교환량을 나타낸다.
도 6의 3개의 곡선으로 도시되는 바와 같이, 방열기 출구 온도의 고저에 응하여 거의 평행에 변화하고, 고압치가 높을수록, 또한 방열기 출구 온도가 높을수록, 방열기 내 평균 냉매 온도는 높아지고 열교환량은 증가한다. 열교환량 일정하다고 보면, 방열기 출구 온도가 낮을수록 고압치는 높아진다. 방열기 열교환량을 일정하게 한 때의, 고압치에 대한 방열기 출구 온도를 도 7의 (a)에 도시하고 고압치에 대한 COP를 도 7의 (b)에 도시한다. 도 7의 (a)에 도시되는 바와 같이 열교환량 일정 조건하에서의 고압치와 방열기 출구 온도의 상관을 얻을 수 있다. 이 상관상에서 냉동 사이클의 효율을 구하면, 도 7의 (b)에 도시되는 바와 같이 효율(COP)이 최대가 되는 고압치(PK)가 존재한다.
도 8은 난방 운전에서의 제어 장치(17)의 구성을 도시하고, 도 9는 난방 운전에서의 제어 장치(17)의 제어 동작을 도시하는 플로우 차트이다. 소정의 열교환량이 결정되면(스텝 11), 그 열교환량을 실현함과 함께 효율 최대가 되는 고압 목표치(PK)와 최적 방열기 출구 온도의 조합을 목표치 설정 수단(34)에서 설정한다(스텝 12). 그리고 이 값을 제어 목표치로 하여 운전 제어를 행한다. 이 제어 목표치는 최적치의 부근에서, 어느 정도의 폭을 갖도록 설정한다.
압축기 제어 수단(31)에서 인버터에 의한 회전수 제어를 행한다. 압축기(3)의 운전 용량은 압력 센서(15a)로 계측되는 고압치가 전술한 바와 같이 설정된 고압 목표치(PK), 예를 들면 10MPa의 부근이 되도록 제어된다.
또한 감압장치 제어 수단(33)은 실내측 팽창밸브(9a, 9b) 각각의 개방도를, 실내기(2a, 2b) 각각의 소정 열교환량에 의거한 소정 용량에 응하여 결정되는 유동 저항이 되도록 조정한다. 이 개방도는 고정 개방도로 한다. 실내기(2)의 소정 용량이 큰 경우에는 고정 개방도는 크고, 실내기(2)의 소정 용량이 작은 경우에는 고정 개방도는 작게 설정된다. 또한, 실내측 팽창밸브(9a, 9b)의 고정 개방도의 각각은, 실내측 팽창밸브(9a, 9b) 출구의 냉매가 크게 감압되어 임계압력 이하로 되지 않도록, 예를 들면 차압이 0.5MPa 정도가 되도록 결정된다. 따라서, 냉동 사이클의 고압 배관 내의 냉매, 즉 실내측 팽창밸브(9a, 9b)와 실외측 팽창밸브(6) 사이의 냉매 배관을 흐르는 냉매는 초임계상태가 된다.
또한 과열도 제어 수단(32)에 의해, 실외측 팽창밸브(6)는, 온도 센서(16f)의 온도 - 압력 센서(15b)로 계측되는 저압치로부터 환산되는 냉매 포화 온도로 연산되는 압축기(3) 흡입의 냉매 과열도가 목표치가 되도록 개방도 제어된다. 이 목표치로서는, 미리 정해진 목표치, 예를 들면 2℃를 이용한다. 또한 실외측 열교환기(5)의 열교환량, 실내측 열교환기(9a, 9b)의 열교환량은 열전달 매체인 공기나 물을 반송하는 팬 회전수나 폰부 유량 등을 미리 정해진 상태로 운전한다. 유량 제어 밸브(14)는, 온도 센서(16e)의 온도 - 압력 센서(15b)로 계측되는 저압으로부터 환산되는 냉매 포화 온도로 연산되는 고저압 열교환기(7)의 저압측 출구의 냉매 과열도가 목표치가 되도록 개방도 제어된다. 이 목표치로서는, 미리 정해진 목표치, 예를 들면 5℃를 이용한다. 이 제어 공정이 도 9의 스텝 13에 도시되어 있다.
이 상태로 운전한 때의 고저압 열교환기(7) 입구의 온도를 온도 센서(16d)로 계측한다(스텝 14). 이 온도는 방열기인 각 실내측 열교환기(10) 출구의 냉매가 합류한 때의 온도를 나타내기 때문에, 방열기 출구 온도의 대표 온도로 간주할 수 있다. 이 방열기 출구 온도의 값과 전술한 방법으로 설정된 방열기 출구 온도 목표치를 비교한다(스텝 15). 여기서 방열기 출구 온도와 냉매량의 상관을 보면, 방열기 출구 온도가 높아지면, 방열기 전체의 평균 냉매 온도도 높고, 역으로 낮아지면, 방열기 전체의 평균 냉매 온도도 낮아지는 한편, 냉매 밀도는 온도가 일반적으로 낮을수록 높아지기 때문에, 방열기 출구 온도가 높으면, 방열기에 존재하는 냉매량은 적고, 방열기 출구 온도가 낮으면, 방열기에 존재하는 냉매량은 많아진다.
따라서 냉매량 제어 수단(35)에서는, 계측되는 방열기 출구 온도의 대표 온도가 방열기 출구 온도 목표치에 비하여 높은 경우는 방열기의 냉매량이 필요량에 부족한 것으로 되기 때문에, 방열기인 실내측 열교환기(10) 내의 냉매량이 많아지도록 제어한다(스텝 16). 역으로 계측되는 방열기 출구 온도의 대표 온도가 목표치에 비하여 낮은 경우는 방열기에 필요량 이상의 냉매량이 있는 것으로 되기 때문에, 방열기인 실내측 열교환기(10) 내의 냉매량이 적어지도록 제어한다(스텝 17). 스텝 15의 비교에서 계측되는 방열기 출구 온도의 대표 온도가 목표치를 만족하고 있는 경우에는, 스텝 11로 되돌아온다.
냉매량 제어 수단(35)에서의 실내측 열교환기(10) 내의 냉매량 제어는, 냉방 운전인 경우와 마찬가지로 실시한다. 계측되는 방열기 출구 온도의 대표 온도가 목표치에 비하여 높으면, 방열기인 실내측 열교환기(10) 내의 냉매량이 많아지도록 제어하기 위해, 냉매 저장용기(12)에 저장하는 냉매의 밀도를 작게 한다. 이를 위 해, 스텝 16에 도시하는 바와 같이, 유량 제어 밸브(13a)가 개방인 경우는, 유량 제어 밸브(13a)를 폐쇄, 13b를 개방으로 제어하고, 유량 제어 밸브(13b)가 개방인 경우는, 유량 제어 밸브(13b)를 폐쇄, 13c를 개방으로 제어한다. 또한, 유량 제어 밸브(13c)가 개방인 경우에는 냉매 충전량이 필요량보다 적은 것으로 되기 때문에, 냉매를 추가 충전하거나, 냉매 저장용기(12)의 용량을 작게 하는 등의 대응이 필요해진다.
실제의 유량 제어 밸브(13)의 동작으로서는, 유량 제어 밸브(13a)가 개방인 경우는, 유량 제어 밸브(13a)를 폐쇄, 유량 제어 밸브(13c)를 개방으로 함으로써, 냉매 저장용기(12) 내에 저장하고 있던 고압저온의 냉매가 유량 제어 밸브(13c), 접속배관(18c)을 통과하여 저압측으로 유출된다. 다음에 유량 제어 밸브(13c)를 폐쇄, 유량 제어 밸브(13b)를 개방으로 함으로써, 유량 제어 밸브(13b), 접속배관(18b)을 통과하여 고온고압의 냉매가 유입하여 냉매 저장용기(12) 내에 저장한다. 또한, 유량 제어 밸브(13b)가 개방인 경우는, 유량 제어 밸브(13b)를 폐쇄, 유량 제어 밸브(13c)를 개방으로 함으로써, 냉매 저장용기(12) 내에 저장하고 있던 고압고온의 냉매가 유량 제어 밸브(13c), 접속배관(18c)을 통과하여 저압측으로 유출되고, 냉매 저장용기(12) 내에 저장하는 냉매는 저압저온이 된다. 고압고온 냉매를 고압저온 냉매로 바꾸어넣을 때의 유량 제어 밸브(13b, 13c)의 개폐의 타이밍은, 온도 센서(16l)로 냉매 저장용기(12)의 온도를 검지하여 제어하여도 좋고, 미리 소정의 시간에 개폐하도록 설정하여 두어도 좋다.
역으로, 계측되는 방열기 출구 온도의 대표 온도가 목표치에 비하여 낮으면, 방열기인 실내측 열교환기(10) 내의 냉매량이 적어지도록 제어하기 위해, 냉매 저장용기(12)에 저장하는 냉매의 밀도를 크게 한다. 이를 위해, 스텝 17에 도시하는 바와 같이, 유량 제어 밸브(13c)가 개방인 경우는, 유량 제어 밸브(13c)를 폐쇄, 13b를 개방으로 제어하고, 유량 제어 밸브(13b)가 개방인 경우는, 유량 제어 밸브(13b)를 폐쇄, 13a를 개방으로 제어한다. 또한, 유량 제어 밸브(13a)가 개방인 경우에는 냉매 충전량이 필요량보다 많은 것으로 되기 때문에, 냉매를 장치으로부터 방출 회수하거나, 냉매 저장용기(12)의 용량을 늘리는 등의 대응이 필요해진다.
실제의 유량 제어 밸브(13)의 동작으로서는, 유량 제어 밸브(13c)가 개방인 경우는, 유량 제어 밸브(13c)를 폐쇄, 유량 제어 밸브(13b)를 개방으로 함으로써, 고압고온의 냉매가 유량 제어 밸브(13b), 접속배관(18b)을 통과하여 냉매 저장용기(12) 내에 저장한다. 또한, 유량 제어 밸브(13b)가 개방인 경우는, 유량 제어 밸브(13b)를 폐쇄, 유량 제어 밸브(13c)를 개방으로 함으로써, 냉매 저장용기(12) 내에 저장하고 있던 고압고온의 냉매가 유량 제어 밸브(13c), 접속배관(18c)을 통과하여 저압측으로 유출된다. 다음에 유량 제어 밸브(13c)를 폐쇄, 유량 제어 밸브(13a)를 개방으로 함으로써, 유량 제어 밸브(13a), 접속배관(18a)를 통과하여 고압저온의 냉매가 유입하여 냉매 저장용기(12) 내에 저장한다. 이 경우에도, 고압저온 냉매를 고압고온 냉매에 바꾸어 넣을 때의 유량 제어 밸브(13a, 13c)의 개폐의 타이밍은, 온도 센서(16l)로 냉매 저장용기(12)의 온도를 검지하여 제어하여도 좋고, 미리 소정의 시간에 개폐하도록 설정하여 두어도 좋다
이와 같이 하여, 난방 운전에서, 증발기가 되는 열교환기 출구의 과열도를 소정치로 제어함에 의해, 증발기가 되는 열교환기에 존재하는 냉매량을 대강 일정한 상태로 운전할 수 있다. 이 상태에서 냉매량 조정 회로(20)에 의해 냉매량 조정을 행함으로써, 고압측에 존재하는 냉매량을 안정하며 신속하게 조정하여 운전 제어할 수 있다.
또한, 고압 목표치와 방열기 출구 온도 목표치의 각각 목표치를 설정하여 압축기의 용량 제어와 냉매량 제어를 행함으로써, 필요하게 되는 열교환량을 실내측 열교환기(10)로부터 공급할 수 있다. 또한, 고압 목표치를 설정하여 운전 효율 최대가 되는 상태로 제어함으로써, 효율이 좋은 운전을 실현할 수 있고, 고신뢰성이면서 고효율의 냉동 공조장치의 운전을 실현할 수 있다.
또한, 유량 제어 밸브(13a, 13b, 13c)의 개폐를 제어함으로써, 방열기 내의 냉매량을 증감하여 방열기 출구 온도를 목표치로 하여, 방열기에서 필요한 열교환량을 확실하게 공급하도록 운전할 수 있다.
또한, 과열도 제어 수단(32)에 의해 실외측 팽창밸브(6)의 개방도를 제어함으로써, 실외측 열교환기(5) 출구의 냉매 과열도와 거의 동등한 압축기(3) 흡입의 과열도가 거의 일정하게 되도록 제어되기 때문에, 실외측 열교환기(5)의 냉매량이 변화하지 않도록 운전 제어된다. 또한 액관(8)에 관해서는, 감압장치 제어 수단(33)에서 행하는 실내측 팽창밸브(9a, 9b) 및 실외측 팽창밸브(6)의 개방도 제어에 의해, 항상 고압저온의 초임계상태 냉매가 체류하도록 제어되기 때문에, 큰 냉매량의 변동은 생기지 않는다. 가스관(11)도 항상 고압고온의 초임계상태의 냉매가 존재하게 되기 때문에, 큰 냉매량의 변동은 생기지 않는다. 냉동 공조장치에 충전 되어 있는 냉매량은 일정하기 때문에, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량 변동이 생긴 경우에는, 그 영향은 주로 실내측 열교환기(10) 내의 냉매량으로 나타나게 된다. 즉, 종래 장치와 같이 증발기 내에 상태 변화를 일으켜서 냉매량을 제어하는 것이 아니라, 냉매량의 이동을 실내측 열교환기(10)와 냉매 저장용기(12) 사이에서 직접 영향이 나타나도록 실시할 수 있기 때문에, 단시간에 안정적으로 냉매량 제어를 실시할 수 있고, 보다 효율이 좋은 냉동 공조장치의 운전을 안정적으로 실현할 수 있다.
상기에서는 난방 운전시의 냉매량 조정에 이용한 방열기 출구 온도의 대표치를 온도 센서(16d)로 검지되는 온도로 하고 있지만, 방열기가 되는 각 실내측 열교환기(10a, 10b) 출구의 냉매 온도(16h, 16j)를 기초로 대표 냉매 온도를 결정하여도 좋다. 이 때, 각 실내측 열교환기(10a, 10b)를 흐르는 냉매 유량비에 응하여 가중평균(加重平均)을 취하여 대표 냉매 온도를 구하는 것이 바람직하고, 냉매 유량비에 상당하는 실내측 팽창밸브(9a, 9b)의 개방도비나 실내기(2a, 2b)의 설정 용량비 등에 의거하여 가중평균을 구한다.
복수의 방열기 출구 온도가 전부 같은 온도라고는 한할 수 없기 때문에, 운전중에 복수의 방열기에 대해 평균적인 방열기 출구 온도라고 간주할 수 있는 온도를 계측 또는 연산함으로써 방열기 출구 온도의 대표치로 하면 좋다. 이 방열기 출구 온도의 대표치를 목표 방열기 출구 온도가 되도록 냉매량을 조정하면, 필요한 열교환량을 공급할 수 있음과 함께 효율적으로 냉동 사이클을 운전할 수 있다.
또한, 상기에서는 냉매량 제어 수단(35)에 의해 냉매 저장용기(12) 내의 냉 매량 조정을 행할 때에 방열기 출구 온도가 목표치가 되도록 제어하였지만, 고압치의 목표치를 설정하여 이 고압 목표치가 되도록 냉매량 조정을 행하여도 좋다.
예를 들면, 온도 센서(16d)로 검지되는 방열기 출구 온도의 대표치가, 실내측 열교환기(10)에서 필요하게 되는 열교환량으로부터 결정되는 방열기 출구 온도 목표치가 되도록 압축기(3)의 용량 제어를 행한다. 그리고 압력 센서(15a)로 검지되는 고압치가, 도 9의 스텝 12에서의 방열기 출구 온도 목표치와 함께 설정되는 고압 목표치가 되도록 냉매량 조정을 행한다. 이 경우에는, 검지한 고압치가 고압 목표치보다 높은 경우에는, 실내측 열교환기(10)에 존재하는 냉매량이 너무 많기 때문에, 실내측 열교환기(10)에 존재하는 냉매량이 적어지도록 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량을 증가시킨다. 역으로 검지한 고압치가 고압 목표치보다 낮은 경우에는, 실내측 열교환기(10)에 존재하는 냉매량이 적기 때문에, 실내측 열교환기(10)에 존재하는 냉매량이 많아지도록 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량을 감소시킨다. 이와 같이 고압측에 존재하는 냉매량을 제어하여도, 고효율로 고신뢰성의 냉동 공조장치를 얻을 수 있다.
난방 운전에서도 냉방 운전과 마찬가지로 압축기(3)의 용량 제어 방법으로서, 부하측의 가열 상황에 응하여 용량 제어 방법을 변경하여도 좋다. 예를 들면 부하측이 실내 공간이고, 장치 사용자가 설정하는 설정 공기 온도보다 실내 공간의 공기 온도가 낮은 경우에는, 현시점보다 보다 큰 열교환량이 필요하게 되기 때문에, 실내측 열교환기(10)의 소정 열교환량을 보다 큰 값으로 변경하고, 이 변경에 응하여, 고압 목표치 및 방열기 출구 온도 목표치를 수정한다. 역으로 설정 공기 온도보다 실내 공간의 공기 온도가 높은 경우에는, 현시점에서 열교환량 과잉이기 때문에, 실내측 열교환기(10)의 소정 열교환량을 보다 작은 값으로 변경하고, 이 변경에 응하여, 고압 목표치 및 방열기 출구 온도 목표치를 수정한다. 이와 같은 제어를 행하여도, 필요한 온열량을 확실하게 얻을 수 있, 또한 고효율로 운전된 냉동 공조장치를 얻을 수 있다.
또한 압축기(3)의 용량 제어 방법으로서, 고압 등 실내측 열교환기(10)의 소정 열교환량을 통하지 않고, 설정 공기 온도와 실내 공간의 공기 온도의 편차 등, 부하측의 가열 상황을 기초로 직접 압축기(3)의 용량 제어를 행하여도 좋다. 예를 들면 설정 공기 온도에 대해 실내 공간의 공기 온도가 낮은 경우에는, 압축기(3)의 용량을 증가시키고, 설정 공기 온도에 대해 실내 공간의 공기 온도가 높은 경우에는, 압축기(3)의 용량을 감소시킨다. 이와 같은 난방 운전을 행한 경우, 고압과 방열기 출구 온도의 상관으로부터, 방열기 내의 냉매량의 다소를 판단하여 냉매량 조정을 행한다. 예를 들면 고압 및 압축기(3)의 용량으로부터 효율 최대가 되는 방열기 출구 온도의 상관을 미리 구하여 두고, 이 상관으로부터 얻어지는 방열기 출구 온도를 목표치로 하여, 방열기 출구 온도가 이 목표치가 되도록 방열기 내의 냉매량 조정을 행한다. 이와 같은 제어를 행하여도, 상기한 바와 마찬가지에서 필요한 온열량을 확실하게 얻을 수 있고, 또한 고효율로 운전되는 냉동 공조장치를 얻을 수 있다.
실내측 팽창밸브(9a, 9b)의 개방도에 관해서는, 실내측 팽창밸브(9a, 9b)와 실외측 팽창밸브(6)를 접속하는 배관 내의 냉매 상태가 초임계상태가 되도록 제어 하는 것이 바람직하다. 실내측 팽창밸브(9a, 9b)와 실외측 팽창밸브(6)를 접속하는 배관 내의 냉매 상태를 임계 상태로 유지함으로써, 액관(8) 내에 존재하는 냉매량을 일정량으로 하여 운전할 수 있다. 이 때문에, 이 상태에서 방열기(10) 내의 냉매량의 조정을 행함으로써, 단시간에 안정적으로 냉매량 제어를 실시할 수 있고, 보다 확실하게 효과를 얻을 수 있다.
상기에서는, 실내측 팽창밸브(9a, 9b)의 각각은, 실내측 팽창밸브(9a, 9b)와 실외측 팽창밸브(6)를 접속하는 배관 내의 냉매 상태가 초임계상태로 되는 개방도의 범위로 설정되고, 또한 실내기(2a, 2b)의 소정 열교환량에 의거한 소정 용량비로부터 결정되는 고정 개방도가 되도록 유동 저항을 설정하고 있다. 이 때문에, 운전이 간단하고, 어느 정도 실내측 열교환기(10a, 10b)의 열교환량에 응하여 냉매를 분배하여 순환시킬 수 있다.
또한 실내측 팽창밸브(9a, 9b)의 개방도를 고정 개방도로 하지 않고, 운전 상태에 응하여 적절히 변경하여도 좋다. 실내측 팽창밸브(9a, 9b)와 실외측 팽창밸브(6)를 접속하는 배관 내의 냉매 상태가 초임계상태가 되도록 제어하는 것이 바람직하지만, 실외기(1)의 운전 상태에 의해서는 실내측 팽창밸브(9a, 9b)와 실외측 팽창밸브(6)를 접속하는 배관 내의 냉매 상태가 초임계상태가 되지 않는 경우도 있다. 그래서 압력 센서(15c)로 계측되는 압력이 임계압력 이상이 되도록 감압장치 제어 수단(33)에 의해 실내측 팽창밸브(9a, 9b) 및 실외측 팽창밸브(6)의 개방도를 제어한다. 예를 들면, 압력 센서(15c)로 계측되는 압력이 임계압력 이하인 경우는 팽창밸브 개방도를 개방하는 제어를 실시한다. 이와 같이 실내측 팽창밸브(9a, 9b) 의 각각의 개방도 즉 유동 저항을 변경하여, 액관(8)을 흐르는 냉매의 상태를 초임계상태가 되는 개방도로 제어하면, 안정하게 운전할 수 있다.
또한 실내측 팽창밸브(9a, 9b)의 개방도를 운전 상태에 응하여 적절히 변경하는 구성에서, 실내측 팽창밸브(9a, 9b)의 각각을, 실내측 팽창밸브(9a, 9b)와 실외측 팽창밸브(6)를 접속하는 배관 내의 냉매 상태가 초임계상태가 되는 개방도의 범위로 설정하고, 또한 이하와 같이 보정하여도 좋다.
예를 들면, 온도 센서(16h, 16j)로 계측되는 각 실내측 열교환기(10a, 10b) 출구의 냉매 온도와, 온도 센서(16d)로 계측되는 고저압 열교환기(7) 입구의 온도, 즉 방열기 출구 대표 온도를 비교하고, 비교 결과에 의거하여 개방도 보정한다. 각 실내측 열교환기(10a, 10b)의 출구 온도와 방열기 출구 대표 온도와의 편차가 크지 않은 경우, 예를 들면 5℃ 정도 이하인 경우에는, 실내측 팽창밸브(9a, 9b)의 개방도를 변경할 필요가 없다.
한편, 온도 편차가 크고 예를 들면 5℃보다 큰 경우에는 소정 온도차, 예를 들면 5℃ 이내가 되도록, 각 실내측 팽창밸브(9a, 9b)의 개방도를 제어한다. 예를 들면 실내측 열교환기(10a) 출구의 냉매 온도가 방열기 출구 대표 온도에 대해 소정 온도 이상 높고, 실내측 열교환기(10b) 출구의 냉매 온도가 방열기 출구 대표 온도에 대해 소정 온도 이상 낮게 되언 있는 경우에는, 실내측 열교환기(10a)의 평균 냉매 온도가 높고, 열교환량이 소정치보다 많고, 실내측 열교환기(10b)의 평균 냉매 온도가 낮고, 열교환량이 소정치보다 적게 되어 있다.
이와 같은 경우에는, 실내측 열교환기(10b)의 능력 부족이 발생하고 있고, 개방도 변경이 필요해진다. 실내측 열교환기(10a)를 흐르는 냉매 유량이 많고, 실내측 열교환기(10b)를 흐르는 냉매 유량이 적게 되어 있기 때문에, 실내측 팽창밸브(9a)의 개방도를 작게, 실내측 팽창밸브(9b)의 개방도를 크게 제어한다. 일반적인 제어 수법으로 기재하면, 방열기 출구 대표 온도에 대해, 실내측 열교환기(10) 출구의 냉매 온도가 소정 온도 이상 높은 경우에는, 실내측 팽창밸브(9)의 개방도를 작게 변경하고, 방열기 출구 대표 온도에 대해, 실내측 열교환기(10) 출구의 냉매 온도가 소정 온도 이상 낮은 경우에는, 실내측 팽창밸브(9)의 개방도를 크게 변경한다.
이와 같은 복수의 실내기(2)를 구비한 구성에서, 실내 팽창밸브(9a, 9b) 각각의 개방도 제어를 행함으로써, 소정량에 대한 실내측 열교환기(10)의 열교환량의 과부족을 해소할 수 있고, 복수의 실내측 열교환기(10)의 각각에 밸런스 좋고 적절한 열교환량을 공급할 수 있는 냉동 공조장치를 얻을 수 있다.
이상의 냉매량 제어 방법은, 냉동 공조장치의 구성이 특히 복수대의 실내기(2)가 접속되는 멀티형의 냉동 공조장치에서 이하의 점에서 유효하게 된다. 일반적으로 멀티형의 장치인 경우, 실외기(1)와 실내기(2) 사이를 접속하는 배관(8, 11)이 길어지기 때문에, 장치에 충전되는 냉매량이 많아진다.
한편으로는, 각 실내기(2) 각각에서 운전 정지가 발생하기 때문에, 운전 조건에 의한 냉매량 변동이 커지고, 운전이 불안정하게 됨과 함께, 최적 냉매량으로의 운전을 행하기 어렵고, 운전 효율이 저하되기 쉽다. 특히 접속배관의 상태가 기액(氣液) 2상 상태가 되면, 거기에 존재한 액량의 변동에 의해 큰 냉매량 변동이 생기기 쉬워진다. 배관 길이가 길다란 멀티형의 장치에서는 보다 큰 냉매량 변동이 생기게 된다.
이 실시의 형태에서는, 이와 같은 조건하에서도, 증발기 출구의 과열도를 소정치로 함과 함께, 접속배관의 냉매 상태를 초임계상태로 하도록 제어한다. 즉, 냉매량 변동이 적어지도록 제어할 수 있기 때문에, 운전이 안정되기 쉬워지고, 최적 냉매량으로의 운전을 용이하게 실현할 수 있고, 고효율의 운전을 행할 수가 있다.
또한, 이 실시의 형태에 의한 제어에서의 실내기측 팽창밸브(9)의 제어는, 실내기(2)의 용량이나 형태에 의하지 않고 범용적으로 탑재 가능하다. 동시에 실외기(1) 측의 압축기(3), 팽창밸브(6), 냉매량 제어도 실내기(2)의 용량이나 형태에 의하지 않고 범용적으로 실시할 수 있다. 따라서, 멀티형의 장치를 상정한 실외기(1)에 불특정한 실내기(2)가 접속되는 경우에도 제어 변경을 행하지 않아도 좋고, 자유로운 장치 구성을 용이하게 실현할 수 있어서, 보다 범용적으로 된다.
이 실시의 형태에서는, 4방향 밸브(4)의 유로 전환에 의해 냉난방 운전을 실현하고 있고, 실외측 팽창밸브(6), 실내측 팽창밸브(9)의 개방도 제어에 의해, 냉난 어느쪽의 운전에서도 냉매 저장용기(12)에 초임계상태인 저온 냉매의 공급을 가능하게 하고 있다. 따라서 냉난 어느쪽의 운전에서도 같은 제어로 냉매량 조정을 행할 수가 있고, 고효율 운전을 실현함과 함께, 제어의 간소화를 가능하게 하고 있다.
특히 냉방과 난방의 양쪽을 행하는 냉동 공조장치에서는, 냉방 운전과 난방 운전에서 필요해지는 냉매의 량이 다르다. 이와 같은 경우에는 과잉한 냉매를 저장 하고, 부족한 냉매를 보충할 것이 필요하게 되어, 이 실시의 형태에서 냉매 저장 회로(20)의 작용 효과는 큰 것이다.
이 실시의 형태에서는, 고압고온 냉매, 고압저온 냉매, 저압저온 냉매의 냉매 밀도의 차에 의해 냉매량을 조정하기 때문에, 조정할 수 있는 냉매량의 폭을 크게 할 수 있다. 특히 냉매 저장용기(12)에 밀도가 큰 저온 냉매를 저장할 수 있기 때문에, 다량의 냉매를 저장할 수 있고, 역으로 말하면 작은 냉매 저장용기(12)로 냉매량 조정이 가능하게 되어 있다. 따라서 냉매 저장용기(12)의 소형화 및 이에 수반하여 저비용화를 도모할 수 있다.
이 실시의 형태에서 마련한 냉매 저장용기(12)의 용량은, 충전 냉매량이 20㎏ 정도인 경우에는 약 10리터 정도로 하고 있다. 냉매가 CO2인 경우에는, 예를 들면 고압저온의 냉매의 밀도가 700㎏/㎥ 정도, 고압고온의 냉매의 밀도가 150㎏/㎥ 정도, 저압저온의 냉매의 밀도가 100㎏/㎥ 정도이고, 냉매 저장용기(12)에 저장할 수 있는 냉매량은, 7㎏, 1.5㎏, 1㎏과 같이, 단계적으로 조정할 수 있다.
이와 같이, 냉매량 조정 회로(20)로서, 냉매 저장용기(12)를 갖음과 함께, 실외측 팽창밸브(6)와 실내 팽창밸브(9) 사이의 냉매 배관과 냉매 저장용기(12)를 접속 및 분리 가능한 고압저온 냉매 접속배관(18a)과, 냉매 저장용기(12)와 압축기(3) 흡인측을 접속 및 분리 가능한 저압저온 냉매 접속배관(18c)을 구비함으로써, 밀도가 다른 냉매를 냉매 저장용기(12)에 저장할 수 있는 구성이다. 특히 고압저온 냉매를 저장함으로써, 다량의 냉매를 저장할 수 있고, 저압저온 냉매를 저장 함으로써, 소량의 냉매를 저장할 수 있어서, 저장 냉매량의 범위를 넓게 할 수가 있다.
또한, 냉매량 조정 회로(20)에 또한 냉매 저장용기(12)와 압축기(3) 토출측을 접속 및 분리 가능한 고압고온 냉매 접속배관(18b)을 구비함으로써, 냉매 저장용기(12)에 3단계의 냉매량을 저장할 수 있고, 방열기에 존재하는 냉매의 량을 3단계로 제어할 수 있다.
또한 냉매량 제어 수단(35)은, 방열기가 되는 열교환기에 존재하는 냉매량이 적은 경우에 냉매 저장용기(12)에 밀도가 작은 냉매가 격납되도록 고압저온 냉매 접속배관(18a)를 분리하여 고압고온 냉매 접속배관(18b) 또는 저압저온 냉매 접속배관(18c)을 접속하고, 방열기가 되는 열교환기에 존재하는 냉매량이 많은 경우에 냉매 저장용기(12)에 밀도가 큰 냉매가 격납되도록 고압저온 냉매 접속배관(18a) 또는 고압고온 냉매 접속배관(18b)을 접속하고 저압저온 냉매 접속배관(18c)을 분리함으로써, 신속하게 방열기에 존재하는 냉매량을 제어할 수 있다.
또한, 도 5, 도 9의 운전 제어 순서에 도시한 바와 같이, 압축기, 방열기, 감압장치, 증발기에 냉매를 순환시켜서 냉동 사이클을 구성하고, 압축기 토출측부터 감압장치 입구까지의 고압측을 임계압력 이상, 감압장치 출구로부터 압축기 입구까지의 저압측을 임계압력보다 낮은 압력으로 운전하여 증발기 또는 방열기로 냉동공조를 행하는 냉동공조 스텝과, 증발기 출구의 과열도를 소정치가 되도록 제어하는 과열도 제어 스텝(스텝 1, 스텝 13)과, 냉동 사이클에 접속 분리 가능한 냉매 저장 수단 12에 잉여의 냉매를 저장함으로써 방열기에 존재하는 냉매량을 조정하는 냉매량 제어 스텝(스텝 5, 6, 16, 17)을 구비함에 의해, 초임계 영역에서 사용하는 CO2 등의 냉매를 이용한 냉동 공조장치에 있어서, 장치의 효율에 기여하는 방열기 내의 냉매량을 안정하며 신속하게 조정하여 효율적으로 운전할 수 있는 냉동 공조장치의 운전 제어 방법을 얻을 수 있다.
또한, 도 9에 도시하는 바와 같이, 방열기에서 필요로 하는 온열량을 얻을 수 있도록 고압 목표치 및 방열기 출구 냉매 온도 목표치를 설정하는 목표 설정 스텝(스텝 12)과, 순환하는 냉매의 고압치가 상기 고압 목표치가 되도록 상기 압축기를 용량 제어하는 압축기 제어 스텝(스텝 13)을 구비하고, 상기 냉매량 제어 스텝(스텝 16, 17)은, 순환하는 상기 냉매의 방열기 출구 냉매 온도가 상기 방열기 출구 냉매 온도 목표치가 되도록 냉매량을 조정하여 상기 방열기로 온열을 공급 이용함으로써, 장치의 효율에 기여하는 방열기 내의 냉매량을 안정하며 신속하게 조정하여 효율적으로 온열이용 운전할 수 있음과 함께, 필요한 온열량을 얻을 수 있는 냉동 공조장치의 운전 제어 방법을 얻을 수 있다
또한, 도 5에 도시하는 바와 같이, 고압 목표치를 설정하는 목표 설정 스텝(스텝 3)을 구비하고, 냉매량 제어 스텝(스텝 5, 6)은, 순환하는 냉매의 고압치가 상기 고압 목표치가 되도록 냉매량을 조정하여 상기 증발기로 냉열을 공급 이용함으로써, 장치의 효율에 기여하는 방열기 내의 냉매량을 안정하며 신속하게 조정하여 효율적으로 냉열이용 운전할 수 있는 냉동 공조장치의 운전 제어 방법을 얻을 수 있다.
또한, 순환하는 냉매의 저압치가 소정치가 되도록 압축기를 용량 제어하는 압축기 제어 스텝(스텝 1)을 구비함으로써, 이용측 열교환기에서 필요한 냉열량을 확실하게 확보할 수 있는 냉동 공조장치의 운전 제어 방법을 얻을 수 있다.
또한, 증발기에서 필요로 하는 냉열량을 얻을 수 있도록 상기 압축기를 용량 제어하는 압축기 제어 스텝을 구비함으로써, 이용측 열교환기에서 필요한 냉열량을 확실하게 확보할 수 있는 냉동 공조장치의 운전 제어 방법을 얻을 수 있다.
또한, 냉방 운전시에 실내측 열교환기(10)의 출구 과열도를 제어하는 실내측 팽창밸브(9)의 제어, 및 난방 운전시에 압축기(3)의 흡입 과열도를 제어하는 실외측 팽창밸브(6)의 제어에 관해서는, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량 제어를 조정하는 제어 간격보다는 짧은 제어 간격으로 실시하는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이 이들의 과열도 제어는 증발기가 되는 열교환기의 냉매량이 변동하지 않도록 하는 기능을 갖는다.
따라서, 과열도 제어를 일정 회수 이상 실시하고, 어느 정도 과열도가 안정되고 나서, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량 제어를 조정하는 편이, 그 시점에서 방열기가 되는 열교환기에 존재하는 냉매량도 안정되고, 그 냉매량에 응한 고압치나 방열기 출구 온도로 되기 때문에, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량 제어를 보다 적절하게 실시하기 쉽다. 따라서 보다 안정된 장치의 운전을 실현할 수 있다.
또한, 압축기(3)의 용량 제어를 행하는 경우도 증발기가 되는 열교환기의 과열도가 변동하고 냉매량이 변동하기 때문에, 압축기(3)의 용량 제어를 행하는 시간 간격도 냉매량 제어를 행하는 시간 간격보다 짧은 간격으로 실시하고, 증발기가 되 는 열교환기의 냉매량을 안정시키고 나서 냉매량 제어를 행함으로써, 보다 안정된 장치의 운전을 실현할 수 있다.
예를 들면, 각 팽창밸브에 의한 과열도 제어 및 압축기의 용량 제어의 시간 간격은 30초 내지 1분 정도로 설정하고, 냉매량 제어를 행하는 시간 간격은 3분 내지 5분 정도와 같이 상기한 시간 간격보다 긴 시간을 설정하면 좋다.
이와 같이, 압축기 제어 스텝에서 행하는 압축기의 용량 제어의 시간 간격을, 상기 냉매량 제어 스텝에서 행하는 냉매량 조정 제어의 시간 간격보다 짧은 시간 간격으로 함으로써, 안정하게 운전할 수 있는 냉동 공조장치의 운전 제어 방법을 얻을 수 있다.
또한, 과열도 제어 스텝에서 행하는 증발기 출구의 과열도 제어의 시간 간격을, 냉매량 제어 스텝에서 행하는 냉매량 조정 제어의 시간 간격보다 짧은 시간 간격으로 함으로써, 안정하게 운전할 수 있는 냉동 공조장치의 운전 제어 방법을 얻을 수 있다.
또한, 실내측 팽창밸브(9)와 실외측 팽창밸브(6)를 접속하는 배관 내를 흐르는 냉매의 온도를 조절하기 위한 온도 조절용 열교환부는, 도 1에서는, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매를 유량 제어 밸브(13c)를 통하여 압축기(3) 흡입측으로 방출하는 회로 구성으로 하고 있지만, 도 10에 도시하는 바와 같이, 고저압 열교환기(7)의 저압측 입구로 방출하는 구성으로 하여도 좋다. 냉매 저장용기(12) 내에 체류하고 있는 냉매가 초임계상태라도 저온 냉매인 경우, 압축기(3) 흡입측으로 그대로 방출하면 저압으로 감압한 때에 기액 2상 상태로 되어, 압축기(3)로 액이 되돌아오 는 운전으로 되고, 압축기(3) 운전의 신뢰성상 문제가 된다. 고저압 열교환기(7) 저압 측 입구에 냉매 저장용기(12) 내의 냉매가 방출하도록 하면, 고저압 열교환기(7)로 열교환하고, 저압 냉매가 가열되고, 액냉매가 증발하기 때문에, 압축기(3)로 액이 되돌아오는 운전을 회피할 수 있어서, 압축기(3) 운전의 신뢰성을 높일 수 있다.
(실시의 형태 2)
이하, 본 발명의 실시의 형태 2에 관해 설명한다. 실시의 형태 2의 회로 구성, 냉열 이용, 온열 이용에서의 압축기(3), 4방향 밸브(4), 실외측 팽창밸브(6), 실내측 팽창밸브(9), 유량 제어 밸브(14)의 제어는 실시의 형태 1과 마찬가지이고, 여기서는 냉매량 조정 회로의 다른 구성 및 작용, 즉 냉매량 저장용기(12)의 냉매량 조정에서의 다른 실시의 형태에 관해 설명한다.
여기서도 실시의 형태 1과 마찬가지로 냉매 저장용기(12)를 갖음과 함께, 열원측 감압장치(6)와 이용측 감압장치(9) 사이의 냉매 배관과 냉매 저장용기(12)를 접속 및 분리 가능한 고압저온 냉매 접속배관으로서 유량 제어 밸브(13a)를 구비한 접속배관(18a)과, 냉매 저장용기(12)와 압축기(3) 토출측을 접속 및 분리 가능한 고압고온 냉매 접속배관으로서 유량 제어 밸브(13b)를 구비한 접속배관(18b)과, 냉매 저장용기(12)와 압축기(3) 흡입측을 접속 및 분리 가능한 저압저온 냉매 접속배관으로서 유량 제어 밸브(13c)를 구비한 접속배관(18c)을 마련하여 냉매량 조정 회로를 구성하고 있다.
실시의 형태 1에 나타낸 바와 같이 방열기 내의 냉매량을 조정하기 위해, 냉 매 저장용기(12) 내의 냉매량을 조정한다. 실시의 형태 1에서는 냉매 저장용기(12) 내에 저장하는 냉매를 고압저온 냉매, 고압고온 냉매, 저압저온 냉매의 3개의 상태의 냉매를 저장하여, 방열기에 존재하는 냉매량을 3단계로 조정 가능하게 하였다. 이 실시의 형태에서는, 더욱 많은 상태의 냉매를 냉매 저장용기(12) 내에 저장 가능하게 함으로써, 방열기에 존재하는 냉매량을 다단계 나아가서는 연속하여 변화시키도록 구성하였다.
유량 제어 밸브(13a, 13b, 13c)중 적어도 고압 냉매를 통과시키는 유량 제어 밸브(13a, 13b)를 예를 들면 전자 밸브와 같은 개방도 가변인 밸브로 하고, 각 유량 제어 밸브(13a, 13b, 13c)를 통과하여 냉매 저장용기(12) 내로 유입하는 냉매량을 임의로 변화시킨다. 이로써 냉매 저장용기(12) 내에 저장하는 냉매량을 연속적으로 제어할 수 있다. 예를 들면, 유량 제어 밸브(13a, 13b, 13c)의 전부를 개방으로 하면, 유량 제어 밸브(13a)를 통하여 고압저온의 냉매가 냉매 저장용기(12) 내로 유입함과 함께, 유량 제어 밸브(13b)를 통하여 고압고온의 냉매가 냉매 저장용기(12) 내로 유입한다.
그리고, 이들의 냉매가 혼합되어 냉매 저장용기(12) 내를 채우고, 냉매 저장용기(12)가 고압 냉매로 채워진 후, 압력차에 의해 유량 제어 밸브(13c)를 통하여 압축기 흡입측으로 고압 냉매가 유출되게 된다. 이 때의 냉매 저장용기(12) 내의 냉매 온도는 유입하는 고온과 저온의 냉매 유량비(流量比)로 정해진다. 냉매 저장용기(12) 내의 냉매 온도가 낮아질수록 냉매 밀도가 높아저서 보다 많은 냉매를 저장할 수 있다. 이 때문에, 냉매 저장용기(12) 내에 존재하는 냉매량이 많아지도록 제어하는 경우는, 유량 제어 밸브(13b)에 대해 유량 제어 밸브(13a)의 개방도의 비(比)가 커지도록 제어하면, 냉매 저장용기(12) 내로 많은 저온 냉매가 유입하고, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매 온도는 낮아진다. 역으로 냉매 저장용기(12) 내에 존재하는 냉매량이 적어지도록 제어하는 경우는, 유량 제어 밸브(13a)에 대해 유량 제어 밸브(13b)의 개방도의 비가 커지도록 제어하면, 냉매 저장용기(12) 내에 많은 고온 냉매가 유입하고, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매 온도는 높아진다.
이와 같은 운전을 실시하면, 유량 제어 밸브(13a, 13b)의 개방도의 비로, 냉매 저장용기(12) 내의 온도를 연속적으로 제어할 수 있고, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량도 연속적으로 제어할 수 있기 때문에, 방열기 내의 냉매량 조정을 보다 세밀하게 실시할 수 있다.
또한, 냉매 저장용기(12) 내에 저압저온 냉매를 저장하고 있는 상태에서, 유량 제어 밸브(13b와 13c)를 각각 적당한 개방도로 하면, 고압고온의 냉매가 유량 제어 밸브(13b)를 통과하여 유입한다. 즉 냉매 저장용기(12) 내에 저장하는 냉매 상태를, 저압저온 냉매부터 고압고온 냉매 사이에서 다단계 또는 연속적으로 변화시킬 수 있다.
냉매 저장용기(12) 내에 저장되어 있는 냉매의 온도는 온도 센서(16l)로 계측할 수 있기 때문에, 이 계측치에 의거하여 유량 제어 밸브(13a, 13b, 13c)의 개방도의 비율을 제어하면 좋다.
또한, 유량 제어 밸브(13a, 13b) 모두가 개방도 가변일 필요는 없고, 어느 한쪽이 개방도 가변, 어느 한쪽이 개방도 고정이라도, 개방도 가변쪽의 밸브 개방 도를 제어함으로써, 유량 제어 밸브(13a, 13b)의 개방도의 비를 연속적으로 제어하는 것이 가능해진다.
유량 제어 밸브(13c)에 관해서는, 개폐 가능하여도 좋고, 또는 고정 개방도로 유지하도록 하여도 좋다. 예를 들면 냉동 사이클을 순환하는 냉매가 냉매 저장용기(12) 내를 통과하여 저압측으로 바이패스하지 않는 개방도로 유지하고, 항상 유량 제어 밸브(13c)를 통과하여 냉매의 약 1% 정도가 흐르도록 하여도 좋다. 이 경우에도, 유량 제어 밸브(13a, 13b)를 함께 폐쇄로 하면, 냉매 저장용기(12) 내에는 유량 제어 밸브(13c)를 통과하여 저압저온의 밀도가 낮은 냉매가 저장되게 된다.
또한, 다시 유량 제어 밸브(13c)도 예를 들면 전자 밸브와 같은 개방도 가변인 밸브로 하고, 각 유량 제어 밸브(13a, 13b, 13c)를 통과하여 냉매 저장용기(12) 내로 유입하는 냉매량을 임의로 변화시키면 더욱 세밀하게 냉매량을 조정할 수 있다. 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량을 조정하는 다른 방법으로서, 냉매 저장용기(12)에 압력 센서를 마련하고, 냉매 저장용기(12) 내의 압력을 계측하여 이 압력을 제어하여도 좋다.
유량 제어 밸브(13a, 13b, 13c)가 개방인 경우, 냉매 저장용기(12) 내의 압력은 유입측의 제어 밸브인 13a, 13b와 유출측의 제어 밸브인 13c의 개방도의 비로 결정된다. 유량 제어 밸브(13a, 13b)의 개방도가 유량 제어 밸브(13c)의 개방도보다 큰 경우는 냉매 저장용기(12) 내의 압력은 보다 고압에 가깝게, 높아진다. 역으로 유량 제어 밸브(13c)의 개방도가 유량 제어 밸브(13a, 13b)의 개방도보다 큰 경 우는 냉매 저장용기(12) 내의 압력은 보다 저압에 가깝게 낮아진다. 냉매 압력이 높을수록 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량이 많아지기 때문에, 냉매 저장용기(12) 내에 존재하는 냉매량이 많아지도록 제어하는 경우는, 유량 제어 밸브(13c)에 대한 유량 제어 밸브(13a, 13b)의 개방도의 비가 커지도록 제어하고, 냉매 저장용기(12) 내의 압력을 높게 한다.
역으로 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량이 적어지도록 제어하는 경우는, 유량 제어 밸브(13a, 13b)에 대한 유량 제어 밸브(13c)의 개방도의 비가 커지도록 제어하고, 냉매 저장용기(12) 내의 압력을 낮게 한다. 이와 같은 운전을 실시하면, 13b, 13c의 개방도의 비로, 냉매 저장용기(12) 내의 압력을 연속적으로 제어할 수 있고, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량도 연속적으로 제어할 수 있기 때문에, 보다 세밀하게 냉매량 조정을 실시할 수 있다.
예를 들면 실시의 형태 1와 같은 구성인 경우, 즉 냉매 저장용기(12)의 용량이 약 10리터 정도이고, 냉매가 CO2인 경우에는, 예를 들면 고압저온의 냉매의 밀도가 700㎏/㎥ 정도, 고압고온의 냉매의 밀도가 150㎏/㎥ 정도, 저압저온의 냉매의 밀도가 100㎏/㎥ 정도이고, 냉매 저장용기(12)에 저장할 수 있는 냉매량은, 7㎏ 내지 1㎏ 사이에서 연속적으로 세밀하게 조정할 수 있다.
예를 들면 난방 운전에서는, 압축기(3), 방열기가 되는 실내측 열교환기(2), 실외측 감압장치(6), 증발기가 되는 실외측 열교환기(5)에 냉매를 순환시켜서 실내측 열교환기(10)로 냉동공조를 행할 때에, 압축기(3)의 토출구로부터 실내측 열교 환기(10) 입구까지의 냉매 배관에 흐르는 고압고온 냉매를 냉매 저장용기(12)로 유입시켜서 고압고온 냉매를 냉매 저장용기(12)에 저장하는 고압고온 냉매 저장 스텝과, 실내측 열교환기(10) 출구부터 실외측 감압장치(6) 입구까지의 냉매 배관에 흐르는 고압저온 냉매를 냉매 저장용기(12)로 유입시켜서 고압저온 냉매를 냉매 저장용기(12)에 저장하는 고압저온 냉매 저장 스텝과, 냉매 저장용기(12)에 저장한 고압 냉매를 압축기(3)의 흡입측으로 유출시키는 저압저온 냉매 저장 스텝을 구비하고, 냉매 저장용기(12)에 밀도가 다른 냉매를 저장함으로써 순환시키는 냉매량을 제어한다.
냉방 운전에서는, 압축기(3), 방열기가 되는 실외측 열교환기(5), 실내측 감압장치(9), 증발기가 되는 실외측 열교환기(5)에 냉매를 순환시켜서 실내측 열교환기(2)로 냉동공조를 행할 때에, 압축기(3)의 토출구로부터 실외측 열교환기(5) 입구까지의 냉매 배관에 흐르는 고압고온 냉매를 냉매 저장용기(12)에 유입시켜서 고압고온 냉매를 냉매 저장용기(12)에 저장하는 고압고온 냉매 저장 스텝과, 실내측 열교환기(10) 출구부터 실외측 감압장치(6) 입구까지의 냉매 배관에 흐르는 고압저온 냉매를 냉매 저장용기(12)로 유입시켜서 고압저온 냉매를 냉매 저장용기(12)에 저장하는 고압저온 냉매 저장 스텝과, 냉매 저장용기(12)에 저장한 고압 냉매를 압축기(3)의 흡입측으로 유출시키는 저압저온 냉매 저장 스텝을 구비하고, 냉매 저장용기(12)에 다단계의 밀도의 냉매를 저장함으로써 순환시키는 냉매량을 제어한다. 이로써, 방열기에 존재하는 냉매량을 신속하게 증감하여 고효율의 상태로 운전할 수 있다.
물론 이와 같은 냉매량 제어는, 냉열 이용하는 냉방 운전에서도 마찬가지이다.
또한 이와 같은 냉매량 제어를 행함에 있어서, 순환하는 냉매의 고압측을 임계압력 영역으로 하는 스텝을 구비하면, 고압고온 상태의 냉매와 저압저온 상태의 냉매로, 냉매의 밀도의 범위를 넓게할 수가 있어서, 초임계상태의 냉매를 저장한 때에 다량의 냉매를 저장할 수 있다. 이것으로부터, 작은 냉매 저장용기(12)로도 다량의 냉매를 저장할 수 있고, 환언하면 냉매 저장용기(12)를 작게 할 수도 잇다.
또한 유량 제어 밸브(13a)와 유량 제어 밸브(13b)의 개방도를 조절하여, 고압고온 냉매 저장 스텝에서 냉매 저장용기(12)에 저장하는 고압고온 냉매량과, 고압저온 냉매 저장 스텝에서 냉매 저장용기(12)에 저장하는 고압저온 냉매량의 비율을 변화시킴으로써, 냉매 저장용기(12)에 저장하는 냉매의 밀도를 연속적으로 변화시키면, 냉동 공조장치의 운전 상황에 응하여 추수성(追隨性) 좋게 세밀하게 제어할 수 있고, 효율이 좋은 운전을 실현할 수 있다.
또한, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량을 조정하는 다른 방법으로서, 유량 제어 밸브(13a)를 통하여 유입하는 고압저온 냉매의 온도를 제어함으로써, 냉매 저장용기(12) 내의 온도 제어를 행하는 실시예에 관해, 이하에 설명한다.
고저압 열교환기(7)는, 예를 들면 난방 운전에서, 유량 제어 밸브(13a)를 마련한 고압저온 냉매 접속배관(18a)과 냉동 사이클의 냉매 배관의 접속부보다도 상류측에 배설되어 있고, 그 접속부를 흐르는 냉매의 온도를 조절하는 온도 조절용 열교환부로서 작용한다. 난방 운전시에서 유량 제어 밸브(13a) 개방인 경우에는, 고저압 열교환기(7)에서 열교환하고 냉각된 후의 냉매가 냉매 저장용기(12) 내로 유입한다.
따라서, 고저압 열교환기(7)의 열교환량을 제어함으로써, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매 온도를 제어할 수 있다. 고저압 열교환기(7)의 열교환량은 유량 제어 밸브(14)를 통하여 바이패스되는 냉매 유량에 의해 결정되고, 바이패스되는 냉매 유량이 적으면 열교환량은 적고, 바이패스되는 냉매 유량이 많으면 열교환량은 많아진다. 그래서, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량이 많아지도록 제어하는 경우는, 유량 제어 밸브(14)의 개방도를 크게 하여, 바이패스되는 냉매 유량을 증가시키고, 고저압 열교환기(7)에서의 열교환량을 증가시킨다.
그러면 고저압 열교환기(7) 출구의 냉매 온도는 저하되고, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매 온도도 저하되고, 냉매 저장용기(12) 내에 저장되는 냉매량은 증가한다. 역으로, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량이 적어지도록 제어하는 경우는, 유량 제어 밸브(14)의 개방도를 작게 하여, 바이패스되는 냉매 유량을 감소시키고, 고저압 열교환기(7)에서의 열교환량을 감소시킨다. 이로써 고저압 열교환기(7) 출구의 냉매 온도는 상승하고, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매 온도도 상승하고, 냉매 저장용기(12) 내에 저장되는 냉매량은 감소한다.
또한, 이 경우에는 저압측의 유량 제어 밸브(13c)는 냉매 저장용기(12) 내의 냉매를 유입 유출시킬 때에 필요하게 되지만, 고압고온측의 유량 제어 밸브(13b)는 반드시 마련하지 않아도 좋다.
냉매 저장용기(12) 내로 유입하는 냉매 온도는 온도 센서(16c)로 계측되기 때문에, 목표가 되는 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량을 결정하고, 이 냉매량으로부터 결정되는 냉매 온도를 목표치로 하여 온도 센서(16c)로 계측되는 온도가 목표가 되도록, 유량 제어 밸브(14)의 개방도 제어를 행하여도 좋다.
여기서는, 실내측 팽창밸브(9)와 실외측 팽창밸브(6)를 접속하는 배관 내를 흐르는 냉매의 온도를 조절하기 위한 수단인 온도 조절용 열교환부인 고저압 열교환기(7)를, 냉매 저장용기(12)에의 접속부보다 상류측을 흐르는 냉매와 그 냉매의 일부를 분기하여 감압한 저온 냉매를 열교환함으로써 냉매 저장용기(12)로 유입하는 냉매의 온도를 조절하도록 구성하였다. 이 때문에, 간단한 회로로 냉매 저장용기(12)로 유입하는 냉매의 온도를 연속적으로 세밀하게 조절할 수 있고, 안정된 운전 제어를 할 수 있음과 함께, 높은 운전 효율로 운전 가능한 냉동 공조장치를 얻을 수 있다.
이 실시의 형태에서도 도 10에 도시하는 바와 같이, 냉매 저장용기(12) 내에 저장하고 있는 냉매를 고저압 열교환기(7)의 저압측 입구로 방출하는 구성으로 하여도 좋다. 냉매 저장용기(12) 내로부터 유출하는 냉매를 고저압 열교환기(7)에서 열교환하고, 저압 2상 냉매를 가열함으로써 압축기(3)로 액이 되돌아오는 운전을 회피할 수 있고, 압축기(3) 운전의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한 냉매 저장용기(12)로 유입하는 냉매 온도를 조정하기 위한 수단으로서, 도 1에서는 고저압 열교환기(7)의 고압측은 실외측 팽창밸브(6)와 실내측 팽창밸브(9) 사이의 냉매 배관으로 하고, 저압측은 이 고압측의 일부를 분기하여 감압한 냉매 배관으로 하였지만, 다른 구성이라도 좋고, 또한 고저압 열교환기(7) 이외의 수단을 이용하여도 좋다. 예를 들면 내부 열교환기를 마련하여 열교환량을 제어하여도 좋고, 공기 등의 다른 열원과 열교환하는 열교환기를 마련하고, 열교환량을 제어하여도 좋다.
내부 열교환기로서는, 예를 들면, 도 11에 도시하는 것이라도 좋다. 도 11은 냉동 사이클중의 내부 열교환기의 부분을 도시하는 냉매 회로도이다.
실외측 팽창밸브(6)와 실내측 팽창밸브(9) 사이의 냉매 배관의 일부를 분기하여 고압측으로 하고, 저압측은 압축기(3) 흡입측의 냉매 배관으로 하여, 고저압 열교환기(7)를 구성한다. 고압저온 냉매의 일부는 분기되어 저압저온 냉매와 열교환하여 저온이 되고, 재차고압저온 냉매와 합류시킨다.
유량 제어 밸브(17)의 개방도를 제어하여 고저압 열교환기(7)로 유입시키는 냉매량을 증감함에 의해, 냉방시에는 실내측 팽창밸브(9)를 통과하는 냉매의 온도, 난방시에는 냉매 저장용기(12)에 저장하는 냉매의 온도를 제어할 수 있다. 또한, 냉매 저장용기(12)로부터 유량 제어 밸브(13c)를 통과하여 유출되는 냉매의 접속부를, 저압측의 고저압 열교환기(7)의 상류측에 접속하면, 냉매 저장용기(12)로부터 기액 2상 냉매가 저압측으로 유출되었다고 하여도 고저압 열교환기(7)에서 가열되어 냉매 가스로 되기 때문에, 압축기(3)로의 액의 되돌아옴을 방지할 수 있다.
일반적으로 실외측 열교환기(5), 실내측 열교환기(10) 모두 공냉인 경우에는, 실외측 열교환기(5)의 내용적 > 실내측 열교환기(10)의 내용적이기 때문에, 냉난 운전에서 비교하면, 필요 냉매량은 고압이 되는 부분의 용적이 큰 냉방 운전의 쪽이 많이, 난방 운전의 쪽이 적어진다. 이 때문에, 난방 운전시에, 냉매 저장용 기(12) 내에 많은 냉매를 수용할 것이 요구된다.
냉매 저장용기(12) 내에 체류하는 냉매량은 저온이면 저온일수록 많아지기 때문에, 고저압 열교환기(7)와, 고압저온의 냉매를 공급하는 유량 제어 밸브(13a)에의 분기부와의 유로 위치에서는, 도 1에 도시되는 바와 같이, 난방 운전시에 고저압 열교환기(7)의 쪽이 상류가 되도록 설치되어, 냉매 저장용기(12) 내에 많은 냉매가 수용 가능해지는 것이 바람직하다. 또한, 실외측 열교환기(5)가 수냉 열교환기 등으로, 공냉시에 비하여 내용적이 작아지고, 실내측 열교환기(10)의 내용적보다 작아지는 경우에는, 필요 냉매량은 냉방 운전시의 쪽이 적어지기 때문에, 냉방 운전시에 고저압 열교환기(7)의 쪽이 유량 제어 밸브(13a)에의 분기부의 상류가 되도록 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 이상의 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량 조정을 행할 때에, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매 온도를 계측하는 온도 센서(16l), 또는 압력을 계측하는 압력 센서를 설치하고, 이들의 온도, 압력이 냉매 저장용기(12) 내의 필요 냉매량으로부터 결정되는 목표치가 되도록, 유량 제어 밸브(13a, 13b, 13c, 14)의 개방도 제어를 행하여도 좋다.
예를 들면, 장치 기동시의 초기 상태나, 실내기 운전 대수가 변화하는 등 운전 조건이 크고 변화하여 불안정한 경우에는, 미리 냉매 저장용기(12) 내에 보존하고 싶은 냉매량을 결정하여 두고, 이 냉매량을 실현하도록 목표 온도 또는 목표 압력을 설정하여 유량 제어 밸브(13)의 개방도 제어를 실시한다. 이와 같이 제어를 행하면, 운전 불안정하고, 고압치나 방열기 출구 온도에 의한 피드백 제어가 충분 히 행하여지지 않는 상황에서도 냉매량 조정을 적절하게 실시할 수 있고, 냉동 공조장치의 운전을 안정시킬 수 있고 고신뢰성의 장치를 얻을 수 있다.
(실시의 형태 3)
장치 설치시 등에 행하는 시운전시에, 실시의 형태 1 또는 실시의 형태 2에서 기술한 냉동 공조장치의 냉매량 제어 방법을 이용하여 장치에 충전되는 냉매량의 조정을 행하여도 좋다. 이 실시의 형태에서는 냉동 공조장치의 시운전시의 작업에 관해 설명한다. 이 실시의 형태에 관한 냉동 공조장치의 냉매 회로도는 도 1 또는 도 10과 같아서, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
시운전시에 냉방 및 난방의 어느 한쪽의 운전을 행한다. 예를 들면, 냉방 운전을 행하는 경우에 관해 설명한다. 도 12는 냉방 운전을 행하는 경우의 냉동 공조장치의 시운전시의 냉매량 조정 방법의 순서를 도시하는 플로우 차트이다. 우선, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량이 가장 적어지도록, 유량 제어 밸브(13a, 13b)를 폐쇄, 13c를 개방으로 하고(스텝 21), 냉동 사이클을 순환하고 있는 냉매량이 가장 많은 상태에서 냉방 시운전을 행하고, 충전 냉매량 부족을 판정한다. 스텝 1 내지 스텝 4의 운전 순서는, 도 5에 도시한 동작과 마찬가지이다. 스텝 4의 비교에서, 현재의 고압치가 고압 목표치보다 낮은 경우에는, 냉동 사이클을 순환하고 있는 냉매량이 가장 많은 상태이면서, 냉매량 부족 상태이기 때문에, 충전 냉매량이 부족이라고 판단하고(충전 냉매량 부족 판정 스텝), 냉매의 추가 충전을 행한다(스텝 22). 그리고, 현재의 고압치가 고압 목표치보다 높아질 때까지, 냉매의 추가 충전을 행한다.
현재의 고압치가 고압 목표치보다 높아지면, 충전 냉매량 부족 판정을 종료하고, 충전 냉매량 과잉 판정으로 이행한다. 여기서는, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량이 가장 많아지도록, 유량 제어 밸브(13a)를 개방, 13b, 13c를 폐쇄로 하여(스텝 23), 냉동 사이클을 순환하고 있는 냉매량이 가장 적은 상태로 냉방 시운전을 행하고, 충전 냉매량 과잉을 판정한다. 스텝 31 내지 스텝 34는 스텝 1 내지 스텝 4의 운전과 같은 동작이다. 스텝 34의 비교에서, 현재의 고압치가 고압 목표치보다 높은 경우에는, 냉동 사이클을 순환하고 있는 냉매량이 가장 적은 상태이면서, 냉매량 과잉 상태이기 때문에, 충전 냉매량이 과잉하다고 판단하고, 냉매의 방출 회수를 행한다(스텝 24). 그리고, 스텝 1로 되돌아와 재차 냉매량 부족 판정부터의 순서를 반복한다.
스텝 34의 판정에서, 현재의 고압치가 고압 목표치보다 낮은 또는 목표치인 경우에는, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량 조정에 의해, 고압치를 고압 목표치로 제어할 수 있는 상태이고, 즉 이 상태가 냉동 공조장치에 충전되는 냉매량이 최적인 상태라고 하게 된다.
이와 같이 냉방 시운전시에 냉매량의 과부족의 판단을 행하고, 장치에 충전되는 냉매량을 최적으로 조정함으로써, 장치가 통상으로 운전될 때에도, 방열기가 되는 열교환기에 존재하는 냉매량을 최적으로 제어할 수 있고, 고효율의 운전을 행할 수가 있다.
또한, 이 순서와는 역으로, 먼저 유량 제어 밸브(13a)를 개방, 13b, 13c를 폐쇄로 하여 냉방 시운전을 행하여, 충전 냉매량 과잉을 판정하고, 그 후 유량 제 어 밸브(13a, 13b)를 폐쇄, 13c를 개방으로 하여 냉방 시운전을 행하여, 충전 냉매량 부족을 판정하여도 좋다. 이 경우도 마찬가지로 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량 조정에 의해, 고압치를 고압 목표치로 제어할 수 있는 상태에 할 수 있고, 통상 운전시에 방열기가 되는 열교환기에 존재하는 냉매량을 최적으로 제어함으로써 고효율의 운전을 행할 수가 있다.
상기에서는 냉방 운전에 의해 냉동 공조장치의 시운전을 행하였지만, 난방 운전에서의 시운전도 마찬가지로 행할 수 있다. 이 경우에도 우선, 유량 제어 밸브(13a, 13b)를 폐쇄, 13c를 개방으로 하고, 난방 시운전을 행하여, 충전 냉매량 부족을 판정한다. 방열기 출구 온도의 대표치가 방열기 출구 온도 목표치에 비하여 높으면, 충전 냉매량이 부족이기 때문에, 방열기 출구 온도의 대표치가 목표치보다 낮아질 때까지, 냉매의 추가 충전을 행한다.
방열기 출구 온도의 대표치가 목표치보다 낮아지면, 다음에 유량 제어 밸브(13a)를 개방, 13b, 13c를 폐쇄로 하여, 난방 시운전을 행하고, 충전 냉매량 과잉 판정으로 이행한다. 이 때의 방열기 출구 온도의 대표치가 목표치에 비하여 낮으면, 충전 냉매량이 과잉이기 때문에, 냉매의 장치로부터의 방출 회수를 행하고, 재차 냉매량 부족 판정으로부터의 순서를 반복한다. 방열기 출구 온도의 대표치가 목표치보다 높은 또는 목표치인 경우에는, 냉매 저장용기(12) 내의 냉매량 조정에 의해, 방열기 출구 온도의 대표 온도를 목표치로 제어할 수 있는 상태이고, 즉 이 상태가 냉동 공조장치에 충전되는 냉매량이 최적인 상태라고 하게 된다.
이와 같이 난방 시운전시에 냉매량의 과부족의 판단을 행하고, 장치에 충전 되는 냉매량을 최적으로 조정함으로써, 장치이 통상으로 운전될 때도, 방열기가 되는 열교환기에 존재하는 냉매량을 최적으로 제어할 수 있고, 고효율의 운전을 행할 수가 있다.
또한 난방 운전에서도, 냉매량 과잉 판정을 먼저 행한 후에 냉매량 부족 판정을 행하여도 좋고, 이 경우도 같은 효과를 얻을 수 있다.
이와 같이 냉동 공조장치의 시운전시에, 고압저온 냉매를 냉매 저장용기(12)에 저장하는 고압저온 냉매 저장 스텝으로 운전을 행하고, 순환하는 냉매의 고압치와 고압 목표치의 비교, 또는 방열기 출구 냉매 온도와 방열기 출구 냉매 온도 목표치의 비교를 행하여, 충전 냉매량 부족을 판정하는 충전 냉매량 부족 판정 스텝(스텝 4)과, 저압저온 냉매를 냉매 저장용기(12)에 저장하는 저압저온 냉매 저장 스텝으로 운전을 행하고, 순환하는 냉매의 고압치와 고압 목표치의 비교, 또는 방열기 출구 냉매 온도와 방열기 출구 냉매 온도 목표치의 비교를 행하여, 충전 냉매량 과잉을 판정한 충전 냉매량 과잉 판정 스텝(스텝 34)을 구비함으로써, 냉동 공조장치에 충전되는 냉매량을 최적으로 조정할 수 있다.
또한, 냉매량의 과부족의 판단을 행하는 장치의 운전 상태는 전술한 것으로 한정하는 것이 아니라, 실시의 형태 1에서 기술한 바와 같이, 냉방 운전시에 방열기 출구 온도를 이용하여 판정하여도 좋고, 난방 운전시에 고압을 이용하여 판정하여도 좋다.
또한 냉동 공조장치에서는 일반적으로 실외측 열교환기(5)의 내용적이 실내측 열교환기(10) 전체의 내용적보다 크다. 따라서 실외측 열교환기(5)가 방열기가 되는 냉방 운전시의 쪽이 보다 많은 냉매량을 필요로 한다. 그래서, 충전 냉매량이 부족인지의 여부를 판단할 때는 냉방 운전을 행하여 판정하고, 충전 냉매량이 과잉인지의 여부를 판단할 때는 난방 운전을 행하여 판정하면, 보다 최적의 범위로 냉매량 조정을 행할 수가 있다.
또한, 이와 같은 냉동 공조장치의 냉매량 조정 방법은, 시운전시로 한정하는 것이 아니고, 보수 점검에서 냉매량을 조정할 때에 이용할 수도 있다.
또한, 실시의 형태 1, 2, 3에 나타내는 구성은, 냉동 장치로서 냉열만을 공급하는 장치, 예를 들면 실외기로서 컨덴싱 유닛, 실내기로서 쇼우 케이스를 이용한 장치 구성에서도 적용 가능하다. 이 경우, 전술한 냉방 운전의 제어를 행하는 것으로 되기 때문에, 4방향 밸브(4), 실외측 팽창밸브(6)는 없어도 좋다.
또한, 도 1, 도 10에서는 실외기(1)와 실내기(2)로 냉동 사이클을 구성하고 있는 냉동 공조장치에 관해 설명하였지만, 이것으로 한정하는 것이 아니다. 실외기(1)와 실내기(2)로 분리되어 있는 냉동 공조장치에서는, 실외기(1)와 실내기(2) 사이의 냉매 배관이 길어지고, 그 만큼 충전하는 냉매량도 많아진다. 그래서 실시의 형태 1, 2, 3에서 설명한 바와 같이 방열기가 되는 열교환기에 존재하는 냉매량을 효율의 점에서 바람직한 량으로 제어함에 의해 얻어지는 효과는 크다. 단, 실내기와 실외기로 분리되어 있지 않은 일체형의 냉동 공조장치에 적용하여도, 방열기에 존재하는 냉매량을 제어하여 고효율의 운전을 안정하게 운전할 수 있는 효과가 있다.
또한, 실내기(2)를 2대 구비한 장치에 관해 설명하였지만, 실내기가 1대, 또 는 실내기가 3대 이상의 대수라도, 마찬가지의 제어를 실시함에 의해, 같은 효과를 얻을 수 있다. 단 특히 실시의 형태 1에서 설명한 바와 같이, 실내기(2)가 복수 접속되는 냉동 공조장치에 대해서는, 실내기의 각각이 각각의 이용 상황에 응하여 운전·정지하기 때문에, 운전이 불안정하게 되기 쉽고, 냉동 사이클에서 필요한 냉매량이 대폭적으로 변동하는 냉동 공조장치에 대해, 냉매 조정 회로(20)에 의해 방열기가 되는 열교환기에 존재하는 냉매량을 신속하게 적당한 량으로 할가 수 있어서, 효율의 향상을 도모할 수 있다.
또한 실시의 형태 1, 2, 3에서, 실내기(2)나 실내측 열교환기(10)의 형태, 및 냉매와 열교환하는 부하측 열교환 매체가 공기, 물 등과 같은 것이라도 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 압축기(3)에 관해서는, 스크롤, 로터리, 레시프로 등과 같은 종류의 것이라도 좋고, 용량 제어 방법으로서도 인버터에 의한 회전수 제어뿐만 아니라, 복수대 압축기가 있는 경우의 대수 제어나, 인젝션 고저압 사이의 냉매 바이패스, 스트로크 볼륨 가변 타입이라면 스트로크 볼륨을 변경하는 등 각종 방법을 취하여도 좋다.
또한, 실시의 형태 1, 2, 3에서, 냉매를 CO2로 하여 설명하였다. CO2를 이용함으로써, 지구 온난화 효과나 오존층 파괴의 점에서 문제가 없는, 자연 냉매를 이용하여 냉동공조를 행할 수가 있고, 고압 영역에서 상(相) 변화가 없는 초임계상태를 이용하여 운전의 안정화를 실현하고 있다. 단, 냉매로서 CO2로 한정하는 것이 아 니고, 에틸렌, 에탄, 산화질소 등의 초임계 영역에서 사용한 다른 냉매를 이용한 것에 적용할 수 있다.
이상과 같이, 압축기, 실외측 열교환기, 실외측 감압장치, 냉매량 조정 회로를 구비하는 실외기와, 실내측 열교환기와 실내측 감압장치를 구비하는 복수대의 실내기로 이루어지는 냉동 공조장치에 있어서, 압축기, 실내측 열교환기, 실내측 감압장치, 실외측 감압장치, 실외측 열교환기가 고리형상으로 접속되고, 고압이 임계압력보다 높은 상태, 저압이 임계압력보다 낮은 상태로 운전됨과 함께 각 실내측 열교환기가 방열기, 실외측 열교환기가 증발기가 되고 실내측 열교환기로부터 온열을 공급하는 운전 모드로, 실외측 열교환기 출구의 과열도가 소정치가 되도록 실외측 감압장치를 제어함과 함께, 냉매량 조정 회로에 의해 실내측 열교환기에 존재하는 냉매량을 조정하여 냉동 공조장치의 운전 상태가 소정의 상태가 되도록 제어하는 제어 장치를 구비함에 의해, 고압측에 존재하는 냉매량을 조정할 수 있고, 안정되고 효율의 높은 상태로 운전할 수 있는 냉동 공조장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 압축기가 가변용량 압축기이고, 온열이 공급되는 부하측의 상황에 의거하여 고압 목표치 및 방열기 출구 온도의 목표치를 결정함과 함께, 고압 목표치에 의거하여 압축기 용량 제어를 행함과 함께, 방열기 출구 온도 목표치에 의거하여 냉매량 조정 제어를 행함에 의해, 온열을 공급하는 운전에서 필요 능력을 발휘하면서 고효율로 운전할 수 있는 냉동 공조장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 실외측 감압장치와 실내측 감압장치를 접속하는 실외기·실내기 사이 의 접속배관의 상태가 초임계상태가 되도록 실외측 감압장치 및 각 실내측 감압장치를 제어함에 의해, 냉매 상태를 안정에 운전할 수 있는 냉동 공조장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 실외측 감압장치에 의한 실외측 열교환기 출구의 과열도 제어를 냉매량 조정 회로에 의해 실내측 열교환기에 존재하는 냉매량의 조정 제어보다 짧은 시간 간격으로 실시함에 의해, 안정하게 운전 제어할 수 있는 냉동 공조장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 압축기의 용량 제어를 냉매량 조정 회로에 의해 실내측 열교환기에 존재하는 냉매량의 조정 제어보다 짧은 시간 간격으로 실시함에 의해, 안정하게 운전 제어할 수 있는 냉동 공조장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 각 실내측 감압장치의 유동 저항이 각 실내기의 소정 용량에 응하여 결정됨에 의해, 확실하게 필요 능력을 발휘할 수 있는 냉동 공조장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 각 실내측 열교환기 출구의 냉매 온도가 실외기의 운전 상태에 의해 결정되는 목표 온도가 되도록 각 실내측 감압장치를 제어함에 의해, 확실하게 필요 능력을 발휘할 수 있는 냉동 공조장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 각 실내측 열교환기 출로의 온도가 실외측 감압장치입로의 냉매 온도로부터 소정 온도차 이내가 되도록 각 실내측 감압장치를 제어함에 의해, 복수의 실내측 열교환기에서의 열교환량에 밸런스 좋게 냉매를 공급하고, 확실하게 필요 능력을 발휘할 수 있는 냉동 공조장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 압축기, 실외측 열교환기, 실외측 감압장치, 냉매량 조정 회로를 구비하는 실외기와, 실내측 열교환기와 실내측 감압장치를 구비하는 복수대의 실내기로 이루어지는 냉동 공조장치에 있어서, 압축기, 실외측 열교환기, 실외측 감압장치, 실내측 감압장치, 실내측 열교환기가 고리형상으로 접속되고, 고압이 임계압력보다 높은 상태, 저압이 임계압력보다 낮은 상태로 운전됨과 함께 실외측 열교환기가 방열기, 각 실내측 열교환기가 증발기가 되고 실내측 열교환기로부터 냉열을 공급하는 운전 모드로, 각 실내측 열교환기 출구의 과열도가 소정치가 되도록 각 실내측 감압장치를 개별적으로 제어함과 함께, 냉매량 조정 회로에 의해 실외측 열교환기에 존재하는 냉매량을 조정하여 냉동 공조장치의 운전 상태가 소정의 상태가 되도록 제어하는 제어 장치를 구비함에 의해, 냉열을 공급하는 운전에서 필요 능력을 발휘하면서 고효율로 운전할 수 있는 냉동 공조장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 실외측 감압장치와 실내측 감압장치를 접속하는 실외기·실내기 사이의 접속배관의 상태가 초임계상태가 되도록 실외측 감압장치를 제어함에 의해, 냉매 상태를 안정에 운전할 수 있는 냉동 공조장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 고압 또는 실외측 열교환기 출구의 냉매 온도가 소정의 상태가 되도록 냉매량 조정 회로에 의해 실외측 열교환기에 존재하는 냉매량의 조정 제어를 실시함에 의해, 냉매 상태를 안정에 운전할 수 있는 냉동 공조장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 압축기가 가변용량 압축기이고, 저압이 소정의 상태가 되도록 압축기의 용량 제어를 실시함에 의해, 확실하게 필요 능력을 발휘할 수 있는 냉동 공조장 치를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 압축기가 가변용량 압축기이고, 냉열이 공급되는 부하측의 냉각 상황에 응하여 압축기의 용량 제어를 실시함에 의해, 확실하게 필요 능력을 발휘할 수 있는 냉동 공조장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 실내측 감압장치에 의한 각 실내측 열교환기 출구의 과열도 제어를 냉매량 조정 회로에 의해 실외측 열교환기에 존재하는 냉매량의 조정 제어보다 짧은 시간 간격으로 실시함에 의해, 안정하게 운전 제어할 수 있는 냉동 공조장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 압축기의 용량 제어를 냉매량 조정 회로에 의해 실외측 열교환기에 존재하는 냉매량의 조정 제어보다 짧은 시간 간격으로 실시함에 의해, 안정하게 운전 제어할 수 있는 냉동 공조장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 압축기, 4방향 밸브, 실외측 열교환기, 실외측 감압장치, 냉매량 조정 회로를 구비하는 실외기와, 실내측 열교환기와 실내측 감압장치를 구비하는 복수대의 실내기로 이루어지는 냉동 공조장치에 있어서, 4방향 밸브에 의한 유로 전환에 의해, 압축기, 실외측 열교환기, 실외측 감압장치, 실내측 감압장치, 실내측 열교환기가 고리형상으로 접속되고, 고압이 임계압력보다 높은 상태, 저압이 임계압력보다 낮은 상태로 운전됨과 함께 실외측 열교환기가 방열기, 각 실내측 열교환기가 증발기가 되어 실내측 열교환기로부터 냉열을 공급한 운전 모드와,
압축기, 실내측 열교환기, 실내측 감압장치, 실외측 감압장치, 실외측 열교환기가 고리형상으로 접속되고, 고압이 임계압력보다 높은 상태, 저압이 임계압력 보다 낮은 상태로 운전됨과 함께 각 실내측 열교환기가 방열기, 실외측 열교환기가 증발기가 되어 실내측 열교환기로부터 온열을 공급하는 운전 모드를 실현함과 함께, 양 운전 모드에서, 실외측 감압장치, 실내측 감압장치에 의해, 양 감압장치 사이의 냉매 상태를 초임계상태로 하며,
또한 증발기가 되는 열교환기 출구의 과열도를 소정치가 되도록 제어함과 함께, 냉매량 조정 회로로서, 냉매 저장용기 및 냉매 저장용기와 실외측 감압장치와 실내측 감압장치 사이의 냉매 유로를 접속하는 접속 회로와, 압축기 토출측 또는 압축기 흡입측중 적어도 1개소와 접속하는 접속 회로를 구비함에 의해, 실내측 열교환기로부터 온열을 공급하는 운전 모드와 냉열을 공급하는 운전 모드의 양 운전 모드로 운전할 수 있어서, 복수의 실내기를 갖고 있어도, 안정되고 효율이 높은 상태로 운전할 수 있는 냉동 공조장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 냉매로서 이산화탄소를 이용함에 의해, 초임계상태를 통하는 냉동 사이클로, 고효율로 운전할 수 있는 냉동 공조장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.
본 발명은, 증발기가 되는 열교환기 출구의 과열도를 소정치로 제어함에 의해, 증발기가 되는 열교환기에 존재하는 냉매량을 대강 일정한 상태로 운전할 수 있다. 이 상태에서 냉매량 조정 회로에 의해 냉매량 조정을 행함으로써, 방열기에 존재하는 냉매량을 안정하며 신속하게 조정하여 운전할 수 있다. 또한, 고압측으로 순환시키는 냉매량을 조정하여 고압치가 고압 목표치가 되도록 제어함으로써, 높은 효율로 운전할 수 있는 냉동 공조장치를 얻을 수 있다.
또한 방열기에 존재하는 냉매량을 신속하게 조정하고, 고압치를 운전 효율이 높은 상태로 운전하도록 제어할 수 있는 냉동 공조장치의 제어 방법을 얻을 수 있다.
또한, 밀도가 다른 냉매를 냉매 저장용기에 저장함으로써, 냉매 저장용기에 저장하는 냉매량을 변화시키고, 방열기에 존재하는 냉매량을 폭넓게 증감할 수 있는 냉동 공조장치의 냉매량 제어 방법을 얻을 수 있다.

Claims (33)

  1. 압축기, 이용측 열교환기, 이용측 감압장치, 열원측 감압장치, 열원측 열교환기에 냉매를 순환하여 구성되고 고압치를 상기 냉매의 임계압력보다 높은 압력으로 하고 저압치를 상기 임계압력보다 낮은 압력으로 운전하는 냉동 사이클과, 상기 냉동 사이클에 존재하는 냉매량을 증감 가능한 냉매량 조정 회로와,
    상기 이용측 열교환기로 온열을 공급하는 온열이용 운전시에 상기 열원측 열교환기 출구의 과열도가 소정치가 되도록 상기 열원측 감압장치를 제어하는 과열도 제어 수단과,
    상기 온열이용 운전시에 상기 냉매량 조정 회로에 의해 상기 이용측 열교환기에 존재하는 냉매량을 조정하여 상기 냉동 사이클을 순환하는 상기 냉매의 온도 또는 압력이 소정의 상태가 되도록 제어하는 냉매량 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압축기를 용량 제어하는 압축기 제어 수단과, 상기 이용측 열교환기에서 필요로 하는 온열량을 얻을 수 있도록 고압 목표치 및 상기 이용측 열교환기의 출구 냉매 온도 목표치를 설정하는 목표 설정 수단을 구비하고,
    상기 냉매량 제어 수단과 상기 압축기 제어 수단에 의해 상기 냉동 사이클의 고압치가 상기 고압 목표치가 되도록 제어함과 함께 상기 이용측 열교환기의 출구 냉매 온도가 상기 출구 냉매 온도 목표치가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 압축기 제어 수단은 상기 냉동 사이클의 고압치가 상기 고압 목표치가 되도록 상기 압축기를 용량 제어하고, 상기 냉매량 제어 수단은 상기 이용측 열교환기의 출구 냉매 온도가 상기 출구 냉매 온도 목표치가 되도록 상기 냉매량 조정 회로를 제어하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열원측 감압장치와 상기 이용측 감압장치를 접속하는 배관 내의 냉매 상태가 초임계상태가 되도록, 상기 열원측 감압장치와 상기 이용측 감압장치의 각각을 제어하는 감압장치 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이용측 열교환기와 상기 이용측 감압장치를 갖는 실내기를 복수 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 감압장치 제어 수단은, 상기 이용측 열교환기 각각의 소정 용량에 응하 여 상기 이용측 감압장치 각각의 유동 저항을 조정하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 감압장치 제어 수단은, 상기 이용측 열교환기 각각의 출구의 냉매 온도 또는 그들의 냉매 온도를 대표하는 대표 냉매 온도가, 상기 냉동 사이클의 운전 상태에 의해 결정되는 출구 온도 목표치가 되도록 상기 이용측 감압장치 각각의 유동 저항을 조정하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 감압장치 제어 수단은, 상기 이용측 열교환기 각각의 출구의 냉매 온도가, 상기 열원측 감압장치의 입구의 냉매 온도와 소정 온도차 이내가 되도록 상기 이용측 감압장치 각각의 유동 저항을 조정하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치.
  9. 압축기, 열원측 열교환기, 열원측 감압장치, 이용측 감압장치, 이용측 열교환기에 냉매를 순환하여 구성되고 고압치를 상기 냉매의 임계압력보다 높은 압력으로 하고 저압치를 상기 임계압력보다 낮은 압력으로 운전하는 냉동 사이클과, 상기 냉동 사이클에 존재하는 냉매량을 증감 가능한 냉매량 조정 회로와,
    상기 이용측 열교환기로 냉열을 공급하는 냉열이용 운전시에 상기 이용측 열교환기 출구의 과열도가 소정치가 되도록 상기 이용측 감압장치를 제어하는 과열도 제어 수단과,
    상기 냉열이용 운전시에 상기 냉매량 조정 회로에 의해 상기 열원측 열교환기에 존재하는 냉매량을 조정하여 상기 냉동 사이클을 순환하는 냉매의 온도 또는 압력이 소정의 상태가 되도록 제어하는 냉매량 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 열원측 감압장치와 상기 이용측 감압장치를 접속하는 배관 내의 냉매 상태가 초임계상태가 되도록 상기 열원측 감압장치를 제어하는 감압장치 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    고압 목표치 또는 상기 열원측 열교환기의 출구 냉매 온도 목표치를 설정하는 목표치 설정 수단을 구비하고, 상기 냉매량 제어 수단은, 상기 목표치의 적어도 어느 한족을 만족하도록 상기 냉매량 조정 회로를 제어하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치.
  12. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축기를 가변용량 압축기로 하고, 상기 냉동 사이클의 저압치가 소정치가 되도록 상기 압축기를 용량 제어하는 압축기 제어 수단을 구비한 것을 특징으 로 하는 냉동 공조장치.
  13. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축기를 가변용량 압축기로 하고, 상기 이용측 열교환기에서 필요하게 되는 냉열량을 얻을 수 있도록 상기 압축기를 용량 제어하는 압축기 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치.
  14. 압축기, 열원측 열교환기, 열원측 감압장치, 이용측 감압장치, 이용측 열교환기를 냉매 배관으로 접속하여 냉매를 순환하고, 고압치를 상기 냉매의 임계압력보다 높은 압력으로 하고 저압치를 상기 임계압력보다 낮은 압력으로 운전하는 냉동 사이클과,
    상기 냉동 사이클에 존재하는 냉매량을 증감 가능한 냉매량 조정 회로를 구비함과 함께, 상기 압축기, 상기 이용측 열교환기, 상기 이용측 감압장치, 상기 열원측 감압장치, 상기 열원측 열교환기에 차례로 상기 냉매를 순환하여 상기 이용측 열교환기를 방열기로 하고 상기 열원측 열교환기를 증발기로 하여 운전하는 온열이용 운전 모드와, 상기 압축기, 상기 열원측 열교환기, 상기 열원측 감압장치, 상기 이용측 감압장치, 상기 이용측 열교환기에 차례로 상기 냉매를 순환하여 상기 이용측 열교환기를 증발기로 하고 상기 열원측 열교환기를 방열기로 하여 운전하는 냉열이용 운전 모드를 가지며,
    상기 온열이용 운전 모드와 상기 냉열이용 운전 모드의 상기 냉매의 흐름을 전환하는 유로 전환 밸브와, 상기 온열이용 운전 모드 및 냉열이용 운전 모드로 운전할 때에 증발기가 되는 열교환기의 출구의 과열도가 소정치가 되도록 상기 증발기가 되는 열교환기의 상류측에 배설되어 있는 감압장치를 제어하는 감압장치 제어 수단과,
    상기 냉매량 조정 회로에 의해 상기 방열기가 되는 열교환기에 존재하는 냉매량을 조정하여 상기 냉동 사이클에 존재하는 냉매의 온도 또는 압력이 소정의 상태가 되도록 제어하는 냉매량 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치.
  15. 제 9항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이용측 열교환기와 상기 이용측 감압장치를 갖는 실내기를 복수 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매량 조정 회로는 냉매 저장용기를 갖음과 함께, 상기 열원측 감압장치와 상기 이용측 감압장치 사이의 냉매 배관과 상기 냉매 저장용기를 접속 및 분리 가능한 고압저온 냉매 접속배관과, 상기 냉매 저장용기와 상기 압축기 흡입측을 접속 및 분리 가능한 저압저온 냉매 접속배관을 구비한 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치.
  17. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이용측 감압장치와 상기 열원측 감압장치를 접속하는 배관 내를 흐르는 냉매의 온도를 조절하는 온도 조절용 열교환부를 마련한 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 온도 조절용 열교환부는, 상기 냉동 사이클의 냉매 배관과 상기 냉매량 조정 회로의 접속부보다 상류측에 마련되고, 상기 접속부보다 상류측을 흐르는 냉매와 그 냉매의 일부를 분기하여 감압한 저온 냉매를 열교환함으로써 상기 접속부를 흐르는 냉매의 온도를 조절하도록 구성한 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치
  19. 제 16항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매량 조정 회로는, 상기 냉매 저장용기와 상기 압축기 토출측을 접속 및 분리 가능한 고압고온 냉매 접속배관을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 냉매량 제어 수단은, 상기 방열기가 되는 열교환기에 존재하는 냉매량이 적은 경우에 상기 냉매 저장용기에 밀도가 작은 냉매가 격납되도록 상기 고압저온 냉매 접속배관을 분리하여 상기 고압고온 냉매 접속배관 또는 상기 저압저온 냉 매 접속배관을 접속하고,
    상기 방열기가 되는 열교환기에 존재하는 냉매량이 많은 경우에 상기 냉매 저장용기에 밀도가 큰 냉매가 격납되도록 상기 고압저온 냉매 접속배관 또는 상기 고압고온 냉매 접속배관을 접속하고 상기 저압저온 냉매 접속배관을 분리하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치.
  21. 제 1항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축기, 상기 열원측 감압장치, 상기 열원측 열교환기, 상기 냉매 저장용기를 실외기에 격납하고, 상기 이용측 열교환기와 상기 이용측 감압장치를 실내기에 격납하고, 상기 실내기와 상기 실외기 사이를 냉매 배관으로 접속한 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치.
  22. 제 1항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉매로서 이산화탄소를 이용하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치.
  23. 압축기, 방열기, 감압장치, 증발기에 냉매를 순환시켜서 냉동 사이클을 구성하고, 상기 압축기 토출측부터 상기 감압장치 입구까지의 고압측을 임계압력 이상, 상기 감압장치 출구부터 상기 압축기 입구까지의 저압측을 임계압력보다 낮은 압력으로 운전하여 상기 증발기 또는 상기 방열기로 냉동공조를 행하는 냉동공조 스텝과,
    상기 증발기 출구의 과열도를 소정치가 되도록 제어하는 과열도 제어 스텝과, 상기 냉동 사이클에 접속 분리 가능한 냉매 저장 수단에 잉여의 냉매를 저장함으로써 상기 방열기에 존재하는 냉매량을 조정하는 냉매량 제어 스텝을 구비한 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치의 운전 제어 방법.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 과열도 제어 스텝에서 행하는 상기 증발기 출구의 과열도 제어의 시간 간격을, 상기 냉매량 제어 스텝에서 행하는 냉매량 조정 제어의 시간 간격보다 짧은 시간 간격으로 하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치의 운전 제어 방법.
  25. 제 23항 또는 제 24항에 있어서,
    상기 방열기에서 필요로 하는 온열량을 얻을 수 있도록 고압 목표치 및 방열기 출구 냉매 온도 목표치를 설정하는 목표 설정 스텝과, 순환하는 냉매의 고압치가 상기 고압 목표치가 되도록 상기 압축기를 용량 제어하는 압축기 제어 스텝을 구비하고, 상기 냉매량 제어 스텝은, 순환하는 상기 냉매의 방열기 출구 냉매 온도가 상기 방열기 출구 냉매 온도 목표치가 되도록 냉매량을 조정하여 상기 방열기에서 온열을 공급 이용하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치의 운전 제어 방법.
  26. 제 23항 또는 제 24항에 있어서,
    고압 목표치를 설정하는 목표 설정 스텝을 구비하고, 상기 냉매량 제어 스텝 은, 순환하는 냉매의 고압치가 상기 고압 목표치가 되도록 냉매량을 조정하여 상기 증발기에서 냉열을 공급 이용하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치의 운전 제어 방법.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 순환하는 냉매의 저압치가 소정치가 되도록 상기 압축기를 용량 제어하는 압축기 제어 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치의 운전 제어 방법.
  28. 제 26항에 있어서,
    상기 증발기에서 필요로 하는 냉열량을 얻을 수 있도록 상기 압축기를 용량 제어하는 압축기 제어 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치의 운전 제어 방법.
  29. 제 25항 또는 제 27항 또는 제 28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축기 제어 스텝에서 행하는 압축기의 용량 제어의 시간 간격을, 상기 냉매량 제어 스텝에서 행하는 냉매량 조정 제어의 시간 간격보다 짧은 시간 간격으로 하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치의 운전 제어 방법.
  30. 압축기, 방열기, 감압장치, 증발기에 냉매를 순환시켜서 상기 증발기 또는 상기 방열기로 냉동공조를 행할 때에, 상기 압축기의 토출구로부터 상기 방열기 입구까지의 냉매 배관에 흐르는 고압고온 냉매를 냉매 저장용기로 유입시켜서 상기 고압고온 냉매를 상기 냉매 저장용기에 저장하는 고압고온 냉매 저장 스텝과,
    상기 방열기 출구부터 상기 감압장치 입구까지의 냉매 배관에 흐르는 고압저온 냉매를 상기 냉매 저장용기로 유입시켜서 상기 고압저온 냉매를 상기 냉매 저장용기에 저장하는 고압저온 냉매 저장 스텝과, 상기 냉매 저장용기에 저장한 고압 냉매를 상기 압축기의 흡입측으로 유출시키는 저압저온 냉매 저장 스텝을 구비하고, 상기 냉매 저장용기에 밀도가 다른 냉매를 저장함으로써 순환하는 상기 냉매의 량을 조정하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치의 냉매량 제어 방법.
  31. 제 30항에 있어서,
    순환하는 상기 냉매의 고압측을 임계압력 영역으로 하는 스텝을 구비한 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치의 냉매량 제어 방법.
  32. 제 30항 또는 제 31항에 있어서,
    상기 고압고온 냉매 저장 스텝에서 상기 냉매 저장용기에 저장하는 고압고온 냉매량과, 상기 고압저온 냉매 저장 스텝에서 상기 냉매 저장용기에 저장하는 고압저온 냉매량의 비율을 변화시킴으로써, 상기 냉매 저장용기에 저장하는 냉매의 밀도를 연속적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치의 냉매량 제어 방법.
  33. 제 30항 내지 제 32항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉동 공조장치의 시운전시에, 고압저온 냉매를 상기 냉매 저장용기에 저장하는 상기 고압저온 냉매 저장 스텝으로 운전을 행하고, 순환하는 냉매의 고압치와 고압 목표치의 비교, 또는 방열기 출구 냉매 온도와 방열기 출구 냉매 온도 목표치의 비교를 행하고, 충전 냉매량 부족을 판정하는 충전 냉매량 부족 판정 스텝과,
    저압저온 냉매를 상기 냉매 저장용기에 저장하는 상기 저압저온 냉매 저장 스텝으로 운전을 행하고, 순환하는 냉매의 고압치와 고압 목표치의 비교, 또는 방열기 출구 냉매 온도와 방열기 출구 냉매 온도 목표치의 비교를 행하고, 충전 냉매량 과잉을 판정하는 충전 냉매량 과잉 판정 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치의 냉매량 제어 방법.
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