KR20070106043A - 냉동 장치 및 공기 조화 장치 - Google Patents

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도시히데 고우다
마사히로 스기하라
후미타케 우네자키
마사유키 가쿠타
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

유량 제어 밸브의 입구의 냉매를 냉각하는 냉매 냉각 수단을 포함하는 냉동 장치에서는, 냉매 냉각 수단에서의 냉각량이 지나치게 적은 경우도 지나치게 많은 경우도, 성적 계수가 낮게 되었다. 냉매를 압축하는 압축기(2)와, 냉매의 열을 방출시키는 방열기(3)와, 냉매를 냉각하는 냉매 냉각 수단(15)과, 냉매의 유량을 조정하는 유량 제어 밸브(4)와, 냉매를 증발시키는 증발기(5)와, 냉매 냉각 수단(15)에 있어서 열교환량을 제어하는 열교환량 제어 수단(16)을 구비하며, 압축기(2), 방열기(3), 냉매 냉각 수단(15), 유량 제어 밸브(4), 증발기(5)의 순서로 냉매를 순환시킨다.

Description

냉동 장치 및 공기 조화 장치{FREEZER AND AIR CONDITIONER}
본 발명은 냉동고, 냉장고, 제빙기, 수냉각 장치, 냉방을 할 수 있는 공기 조화 장치 등으로 사용되는 냉동 장치 및 냉방과 난방을 하는 공기 조화 장치에 관한 것이다.
종래 기술에 있어서의, 압축기, 방열기, 유량 제어 밸브, 증발기를 냉매 배관으로 접속하여 하이드로플루오로카본("HFC"라고 한다)계 냉매가 순환하도록 구성한 냉동 장치 및 냉방과 난방을 하는 공기 조화 장치에 있어서는, HFC계 냉매의 지구온난화 계수가 크고, HFC계 냉매가 지구온난화의 원인이 되는 폐해가 있다.
클로로플루오로카본보다도 지구온난화 계수가 작은 프로판 등의 하이드로카본("HC"라고 한다)계 냉매, 암모니아, 이산화탄소를 사용한 냉동 장치 및 냉방과 난방을 하는 공기 조화 장치가 개발되고 있다. HC계 냉매나 암모니아를 사용하는 경우에는, 이것들의 냉매가 가연성을 가지기 때문에 발화하지 않기 위한 대책이 필요하고, 법령에 의해 그 사용량이 제한되고 있다. 이산화탄소는 불연성이지만, 성적 계수(coefficient of performance : COP)(COP)가 낮게 된다고 하는 과제가 있다.
이산화탄소를 냉매로서 사용하는 냉동 장치의 예로서 공기 조화 장치의 경우에, 이산화탄소를 냉매로서 사용하면 성적 계수(COP)가 낮게 되는 이유를 설명한다. 공기 조화 장치에서는, 공기 온도를 규정한 냉방과 난방의 정격 조건이 있다. 냉방 운전에서는, 실외의 건구 온도(dry-bulb temperature)가 35℃에서, 실내에서는 건구 온도가 27℃, 습구 온도(wet-bulb temperature)가 19℃이다. 난방 운전에서는, 실외에서 건구 온도가 7℃, 습구 온도가 6℃이며, 실내의 건구 온도가 20℃이다. 냉매로서 이산화탄소를 사용하는 경우에는, 실외의 온도가 높은 냉방 정격 조건에서의 성적 계수(COP)가 특히 낮게 된다. 이것은, 실외의 건구 온도가 35℃이기 때문에, 실외에 있는 열교환기 출구에서의 냉매는 35℃ 이상으로 되기 때문이다. 이산화탄소는 초임계 상태로부터 팽창하는 경우에, 10 내지 60℃ 정도의 사이에 비열이 큰 영역이 있지만, 실외의 건구 온도가 35℃의 조건에서는, 비열이 큰 영역 전부를 사용할 수 없기 때문에, 에너지 소비 효율이 낮게 된다. 이것에 대하여, HFC계 냉매 또는 HC계 냉매에서는, 냉방 정격 조건으로 모든 냉매 증기를 냉매액으로 변화하게 하는 열교환이 가능하고, 이산화탄소보다도 성적 계수(COP)가 좋게 된다.
종래의 이산화탄소를 냉매로서 사용하는 공기 조화 장치에 있어서는, 물이나 얼음물이나 해수로 이루어지는 저온 열원을 이용하여 냉매를 냉각하는 냉각용 열교환기로 이루어지는 냉매 냉각 수단을 포함하고, 압축기, 방열기, 냉매 냉각 수단, 유량 제어 밸브, 증발기를 냉매 배관으로 순차로 접속하여 냉매를 순환시키는 것이 있다. 이것은, 냉매 냉각 수단을 이용하여 유량 제어 밸브의 입구에서의 냉매의 온도를 낮춰서, 성적 계수(COP)의 향상을 도모하는 것이다. (예컨대, 특허문헌 1 참조).
유량 제어 밸브의 입구의 냉매를 냉각하는 냉각 수단으로서, 동력을 필요로 하지 않는 물이나 해수 등을 이용할 수 없는 경우에는 냉각 수단에 동력이 필요하다. 이 동력은 냉각 수단에서의 냉각 능력에 대응하여 커진다. 따라서, 공기 조화 장치의 압축기에 필요한 동력과 냉각 수단에 필요한 동력의 총화를 고려한 경우에는, 냉각 수단으로 너무 냉각하면, 냉각 수단에 요하는 동력이 증가하여 결과적으로 성적 계수(COP)가 저하한다. 냉각이 충분하지 않은 경우에는, 공기 조화 장치의 압축기에 요하는 동력이 증가하여 결과적으로 성적 계수(COP)가 저하한다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제 1998-54617 호 공보
냉동 장치를 공기 조화 장치에 적용한 경우에 설명했지만, 냉동고, 냉장고, 제빙기, 수냉각 장치 등에서 사용하는 냉동 장치의 경우라도 마찬가지다.
본 발명은, 이산화탄소 등의 클로로플루오로카본보다도 지구온난화 계수가 작은 불연성의 냉매를 사용하고, 에너지를 이용하여 유량 제어 밸브의 입구의 냉매를 냉각하는 냉각 수단을 갖춘 냉동 장치 및 냉방과 난방을 하는 공기 조화 장치에 있어서, 성적 계수(COP)를 향상시키는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명에 따른 냉동 장치는, 제 1 냉매를 압축하는 제 1 압축기와, 제 1 냉매의 열을 방출시키는 제 1 방열기와, 제 1 냉매를 냉각하는 냉매 냉각 수단과, 제 1 냉매의 유량을 조정하는 제 1 유량 제어 밸브와, 제 1 냉매를 증발시키는 제 1 증발기와, 상기 냉매 냉각 수단에 있어서의 열교환량을 제어하는 열교환량 제어 수단을 구비하고, 상기 제 1 압축기, 상기 제 1 방열기, 상기 냉매 냉각 수단, 상기 제 1 유량 제어 밸브, 상기 제 1 증발기의 순서대로 제 1 냉매를 순환시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따른 공기 조화 장치는, 제 1 냉매를 압축하는 제 1 압축기와, 상기 압축기로부터 토출되는 제 1 냉매가 흐르는 방향을 전환하는 제 1 4방 밸브와, 제 1 냉매와 외기와의 사이에서 열교환을 하는 실외 열교환기와, 제 1 냉매를 냉각 또는 가열하는 냉매 냉각 가열 수단과, 제 1 냉매의 유량을 조정하는 제 1 유량 제 어 밸브와, 제 1 냉매와 실내의 공기와의 사이에서 열교환을 하는 실내 열교환기와, 상기 냉매 냉각 가열 수단에 있어서의 열교환량을 제어하는 열교환량 제어 수단을 구비하고, 냉방 운전시에, 상기 제 1 압축기, 상기 실외 열교환기, 상기 냉매 냉각 가열 수단, 상기 제 1 유량 제어 밸브, 상기 실내 열교환기의 순서대로 제 1 냉매를 순환시키고, 난방 운전시에, 상기 제 1 압축기, 상기 실내 열교환기, 상기 제 1 유량 제어 밸브, 상기 냉매 냉각 가열 수단, 상기 실외 열교환기의 순서대로 제 1 냉매를 순환시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따른 냉동 장치는, 제 1 냉매를 압축하는 제 1 압축기와, 제 1 냉매의 열을 방출시키는 제 1 방열기와, 제 1 냉매를 냉각하는 냉매 냉각 수단과, 제 1 냉매의 유량을 조정하는 제 1 유량 제어 밸브와, 제 1 냉매를 증발시키는 제 1 증발기와, 상기 냉매 냉각 수단에 있어서의 열교환량을 제어하는 열교환량 제어 수단을 구비하고, 상기 제 1 압축기, 상기 제 1 방열기, 상기 냉매 냉각 수단, 상기 제 1 유량 제어 밸브, 상기 제 1 증발기의 순서대로 제 1 냉매를 순환시키는 것을 특징으로 하는 것이기 때문에, 효율을 적절하게 향상할 수 있다.
본 발명에 따른 공기 조화 장치는, 제 1 냉매를 압축하는 제 1 압축기와, 상기 압축기로부터 토출되는 제 1 냉매가 흐르는 방향을 전환하는 제 1 4방 밸브와, 제 1 냉매와 외기와의 사이에서 열교환을 하는 실외 열교환기와, 제 1 냉매를 냉각 또는 가열하는 냉매 냉각 가열 수단과, 제 1 냉매의 유량을 조정하는 제 1 유량 제어 밸브와, 제 1 냉매와 실내의 공기와의 사이에서 열교환을 하는 실내 열교환기와, 상기 냉매 냉각 가열 수단에 있어서의 열교환량을 제어하는 열교환량 제어 수 단을 구비하고, 냉방 운전시에, 상기 제 1 압축기, 상기 실외 열교환기, 상기 냉매 냉각 가열 수단, 상기 제 1 유량 제어 밸브, 상기 실내 열교환기의 순서대로 제 1 냉매를 순환시키고, 난방 운전시에, 상기 제 1 압축기, 상기 실내 열교환기, 상기 제 1 유량 제어 밸브, 상기 냉매 냉각 가열 수단, 상기 실외 열교환기의 순서대로 제 1 냉매를 순환시키는 것을 특징으로 하는 것이기 때문에, 효율을 적절하게 향상할 수 있다.
본 발명의 냉동 장치 및 공기 조화 장치에 의하면 효율을 적절하게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
실시 형태 1
본 발명에 의한 실시 형태 1을 도 1 내지 도 5에 의해 설명한다. 도 1은 실시 형태 1에 있어서의, 냉방 전용의 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도이다. 도 2는 냉매의 상태 변화를 설명하는 압력 엔탈피 도면이다. 냉매의 상태와 대응하는 냉매 회로도에 있어서의 위치를 설명하는 도면을 도 3에 나타냈다. 도 4는 유량 제어 밸브(4)의 입구에서의 냉매 온도에 대한 냉방 정격 조건에서의 성적 계수(COP)의 향상 비율을 시뮬레이션으로 계산한 결과를 나타내는 도면이다. 도 5는 증발기(5)의 입구에서의 냉매의 건조도와 방열기(3)의 출구에서의 냉매를 증발 온도까지 감압한 경우의 건조도와의 비의 값인 건조도비에 대한 냉방 정격 조건에서의 성적 계수(COP)의 향상 비율을 시뮬레이션으로 계산한 결과를 나타내는 도면이다.
도 1에 있어서, 공기 조화 장치(1)는 냉매를 압축하는 제 1 압축기인 압축기(2), 냉매의 열을 방출시키는 제 1 방열기인 방열기(3), 냉매를 냉각하는 냉매 냉각 수단인 냉매 냉각부(15), 냉매의 유량을 조정하는 제 1 유량 제어 밸브인 유량 제어 밸브(4), 냉매를 증발시키는 제 1 증발기인 증발기(5)를 냉매 배관(6)으로 순차로 접속하여, 냉매로서 이산화탄소가 순환하도록 구성되어 있다. 도면에 있어서, 냉매의 흐름을 화살표에 의해 표현한다. 냉매 냉각부(15)에 있어서의 열교환량을 제어하는 열교환량 제어 수단인 열교환량 제어부(16)도 구비하고 있다. 압축기(2) 등으로 구성되는 증기 압축식 냉동 사이클을 순환하는 냉매를 제 1 냉매라고도 부른다.
냉매 냉각부(15)는 이산화탄소보다도 에너지 소비 효율이 좋은 제 2 냉매인프로판이 순환하는 증기 압축식 냉동 사이클로 동작하는 것이다. 냉매 냉각부(15)는 제 2 냉매를 압축하는 제 2 압축기(10), 제 2 냉매의 열을 방출시키는 응축기(11), 제 2 냉매의 유량을 조정하는 제 2 유량 제어 밸브(12), 냉매 순환로의 유량 제어 밸브(4) 입구에서의 냉매의 열에 의해 제 2 냉매를 증발시키는 제 2 증발기(13)를 제 2 냉매 배관(14)으로 순차로 접속하고 있다. 도면에 있어서, 제 2 냉매의 흐름도 화살표에 의해 표현한다.
제 2 냉매를 사용하는 냉동 사이클에 의한 냉매 냉각부(15)의 냉각 능력은, 제 1 냉매를 사용하는 냉동 사이클의 냉각 능력의 10분의 1 내지 5분의 1 정도로 한다.
증발기(5)가 공기를 냉각하는 대상의 실내에 설치되고, 그 밖의 장치는 옥외에 설치되고, 냉매 배관(6)이 기기의 사이에 냉매를 순환시키도록 배관된다. 또한, 역의 플랫폼 등의 옥외에 증발기(5)가 설치되는 경우도 있다. 방열기(3), 증발기(5) 및 응축기(11)는 공기와 열교환을 할 필요가 있는 장치 이외는, 열이 새어 효율이 내려가는 일이 없도록, 필요 충분한 단열을 실시한다.
다음에, 냉매(정확하게는 제 1 냉매)의 상태의 변화를 도 2에 의해서 설명한다. 도면에 있어서 점(C) 등의 궤적의 코너에 없는 냉매의 상태를 나타내는 점은 흑 원에 의해 점의 위치를 나타낸다. 우선, 압축기(2)의 흡입측의 냉매 배관(6)에서의 저온 저압의 냉매 증기는 도 2에 있어서의 점(A)의 위치에 있다. 압축기의 입구에서는 냉매는 전체가 증기일 필요가 있지만, 냉매 증기의 온도가 높으면 압축기에서 보다 많은 기계적 입력이 필요하게 되기 때문에, 점(A)에서의 과열도는 제로에 가까운 소정값으로 한다.
냉매가 압축기(2)에 의해서 압축되면, 점(B)에서 나타내는 고온 고압의 초임계 유체로 되어 토출된다. 냉매는 방열기(3)로 보내여지고, 거기에서 공기 등과 열교환하여 온도가 저하하여 점(C)에서 나타내는 고압의 초임계 유체의 상태가 된다.
냉매는 열교환량 제어부(16)에 의해 냉각 능력이 제어되는 냉매 냉각부(15)에 의해서 더욱 냉각되어 온도가 저하하여, 점(D)에서 나타내는 상태가 된다. 또한, 유량 제어 밸브(4)에 유입하여 감압되어, 점(E)에서 나타내는 저온 저압의 기액 2상 상태로 변화한다. 냉매는 증발기(5)에 보내여지고, 거기에서 공기 등과 열 교환하여 증발하여, 점(A)에서 나타내는 저온 저압의 냉매 증기가 되어, 압축기로 되돌아간다.
냉매 냉각부(15)가 냉매를 냉각하지 않는 경우에는, 도 2에 있어서 점(C)에서 나타내는 냉매가 유량 제어 밸브(4)에 유입하여 감압되어, 점(F)에서 나타내는 저온 저압의 기액 2상 상태로 변화한다. 냉매 냉각부(15)가 냉매를 냉각하지 않는 경우의 냉매의 궤적을 점선으로 나타낸다. 냉매 냉각부(15)가 냉매를 냉각하는 경우의 궤적 A-B-C-D-E-A와, 냉각하지 않는 경우의 궤적 A-B-C-F-A를 비교하면, 아래와 같이 된다. 압축기에서의 기계적 입력은 궤적 A-B에서의 엔탈피 차이(H1)이며, 어느 쪽의 경우라도 동일하다. 냉각 능력은 냉매 냉각부(15)가 냉매를 냉각하는 경우에는 궤적 E-A의 엔탈피 차이(H2A)이며, 냉각하지 않는 경우에는 궤적 F-A의 엔탈피 차이(H2B)이다. 도 2에 의해 보다 명확한 바와 같이 H2A>H2B이며, 냉매 냉각부(15)에서의 기계적 입력을 고려하지 않으면, 냉매를 냉각하는 만큼 성적 계수(COP)가 향상한다.
실제로는, 냉매 냉각부(15)에서도 기계적 입력을 필요로 하기 때문에, 냉매 냉각부(15)로 냉매를 냉각하는 것에 의한 냉각 능력의 향상분과 냉매 냉각부(15)에의 기계적 입력의 비의 값이, 성적 계수(COP)보다도 큰 범위에서는, 냉각할수록 성적 계수(COP)가 향상하고, 비의 값이 성적 계수(COP)보다도 작아지면 성적 계수(COP)가 저하한다. 이에 의해, 냉매 냉각부(15)에서의 열교환량, 즉 냉각량에는 성적 계수(COP)를 가장 좋게 하는 최적값이 존재하게 된다.
이것을 보다 정량적으로 설명한다. 도 4는 유량 제어 밸브(4)의 입구에서의 냉매 온도에 대한 냉방 정격 조건에서의 성적 계수(COP)의 향상 비율을 시뮬레이션으로 계산한 결과를 나타내는 도면이다. 도 5는 증발기(5)의 입구에서의 냉매의 건조도와 방열기(3)의 출구에서의 냉매를 증발 온도까지 감압한 경우의 건조도와의 비의 값인 건조도비를 횡축으로 해서, 냉방 정격 조건에서의 성적 계수(COP)의 향상 비율을 시뮬레이션으로 계산한 결과를 나타내는 도면이다. 건조도비의 분자는 도 2의 점(E)에서의 건조도이며, 분모는 도 2의 점(F)에서의 건조도이다. 또한, 건조도는 기액 2상 상태에서의 냉매의 냉매 증기의 비율이다. 냉매 증기만이라면 건조도는 1.0이며, 냉매 증기가 없다면 건조도는 0.0이다.
시뮬레이션의 상세한 조건은 이하와 같다. 냉방 정격 조건에 있어서, 냉매가 이산화탄소로, 압축기(2)의 효율이 70%, 압축기(2)의 흡입 증기 과열도가 0℃, 방열기(3)의 출구에 있어서의 냉매와 공기와의 온도 차이가 3℃, 냉매 냉각부(15)로 사용하는 제 2 냉매가 프로판, 제 2 압축기(10)의 효율이 70%, 응축기(11)에 있어서의 응축온도가 40℃이다.
도 4에서는, 압축기(2)에 의한 압축후의 냉매의 압력(Pd)을 Pd=9MPa, 10MPa, 11MPa중 어느 하나로 하여, 증발기(5)의 입구에서의 냉매의 온도(Te)를 Te=15℃, 10℃, 5℃, 0℃중 어느 하나로 하여, 유량 제어 밸브(4)의 입구에서의 냉매의 온도(Tf)를 변화시킨 경우의 성적 계수(COP)를, Te=0℃로 해서 냉매 냉각부(15)로 냉매를 냉각하지 않는 경우, 즉 Tf=38℃의 경우에서의 성적 계수(COP)로 나눈 값인 COP 개선비를 나타낸다.
도 5에서는, Pd, Te를 도 4와 같이 설정한 각 경우에 대하여, 건조도비(변 수(X)로 표현한다)를 변화시킨 경우 성적 계수(COP)를, Te=0℃로서 냉매 냉각부(15)로 냉매를 냉각하지 않는 경우, 즉 X=1.0의 경우에서의 성적 계수(COP)로 나눈 값인 COP 개선비를 나타낸다.
도 4와 도 5로부터, 유량 제어 밸브(4)의 입구에서의 냉매의 온도(Tf)를 적절하게 제어하면, 완전히 냉각하지 않는 경우에 대하여 성적 계수(COP)가 1.3 내지 1.4배 정도 개선되는 것을 알았다. 또한, 도 4로부터 Te=15℃ 또는 10℃의 경우에는, Pd=9MPa, 10MPa, 11MPa의 어떠한 경우에도 Tf=20℃ 내지 30℃의 범위로, 성적 계수(COP)는 최대치를 포함하고 변동의 폭은 0.1 미만이다. Te=5℃ 또는 0℃의 경우는, Pd=9MPa, 10MPa, 11MPa의 어떠한 경우라도 Tf=15℃ 내지 25℃의 범위로, 성적 계수(COP)는 최대치를 포함하고 변동의 폭은 0.1 미만이다. 도 5로부터는, Pd=11Pa, Te=15℃의 경우를 제외하고, 건조도비 X=0.2 내지 0.5의 범위로, 성적 계수(COP)는 최대치를 포함하고 변동의 폭은 0.1 미만이다. 이것을 알았다. Pd=11MPa, Te=15℃의 경우는, X≒0.1에서 성적 계수(COP)가 최대가 되지만, X=0.2 내지 0.5의 범위에서도 최대치와의 차이는 0.02 정도이다.
본 발명에 의한 실시 형태 1에서는, 성적 계수(COP)가 소정의 동작 조건에 있어서 성적 계수(COP)가 최대치로부터의 차이가 작은 소정의 범위내가 되도록, 냉매 냉각 수단에서의 열교환량을 열교환량 제어 수단에 의해 제어하고, 유량 제어 밸브(4)의 입구의 냉매 온도를 적절하게 제어하는 것이다. 열교환량 제어 수단이 있는 것에 의해, 냉매 냉각 수단에서의 열교환량이 충분하지 않거나 과잉으로 되어서 성적 계수(COP)를 악화시키는 것을 피할 수 있다. 즉, 확실하게 성적 계 수(COP)를 개선할 수 있다고 하는 효과가 있다. 또한, 개선한 성적 계수(COP)는, 제 2 냉매로서 사용한 프로판 등을 냉매로서 사용한 경우의 값에 가까운 값으로 할 수 있다. 제 2 냉매는 가연성이 있거나 지구온난화 계수가 제 1 냉매보다도 나쁜 냉매이다. 그와 같은 제 2 냉매의 사용량을 저감할 수 있다고 하는 효과도 있다. 또한, 제 2 냉매의 냉매 회로는 실외에서 폐 루프로 구성하고, 실내에의 제 2 냉매의 누설을 회피할 수 있다.
또한, 도 4와 도 5에서는, Pd와 Te를 일정하게 해서 그래프로 기록하고 있지만, 냉매 냉각 수단에서의 열교환량을 변화시키면, Pd나 Te가 약간 변화되는 경우도 있다. 그와 같은 경우에도, 냉매 냉각 수단에서의 열교환량의 변화에 대하여 성적 계수(COP)가 최대가 되는 냉매 냉각 수단에서의 열교환량은 존재하고 있어, 성적 계수(COP)가 최대치에 가까운 소정의 범위내가 되도록 냉매 냉각 수단에서의 열교환량을 제어해 주면, 확실하게 성적 계수(COP)를 향상시킬 수 있다.
이 실시 형태 1에서는, 제 1 냉매로서 이산화탄소를 사용했지만, 클로로플루오로카본보다 지구온난화 계수가 작게 불연성의 냉매라면, 이산화탄소 이외를 사용해도 된다. 제 2 냉매로서 프로판을 사용했지만, 제 1 냉매보다도 에너지 소비 효율이 좋은 냉매라면, 가연성이 있거나 지구온난화 계수가 제 1 냉매보다 크게 해도 좋다. 제 2 냉매로서는 HFC계 냉매, HC계 냉매, 암모니아 등을 사용하는 것이 고려된다.
냉매 냉각 수단으로서 제 2 냉매에 의한 증기 압축식 냉동 사이클을 사용했지만, 흡수식 냉동 사이클, 펠티에(Peltier) 효과 등을 이용하는 것이어도 된다. 물이나 얼음물이나 해수로 이루어지는 저온 열원이 이용 가능한 경우에는, 저온 열원을 이용하여 냉각한 후에 부족되는 냉각량을 에너지를 소비하는 수단에 의해 냉각하는 냉매 냉각 수단을 사용하는 것으로 해도 된다.
제 2 냉매에 의한 증기 압축식 냉동 사이클을 사용하지 않는 경우에는, 제 1 냉매로서 HFC계 냉매, HC계 냉매, 암모니아 등을 사용하는 경우에도, 냉매 냉각 수단에서의 열교환량을 열교환량 제어 수단에 의해 제어하고, 성적 계수(COP)를 확실하게 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 얻어진다.
압축기를 1대로 했지만, 2대 이상의 압축기를 사용하는 경우에도 적용할 수 있다. 제 2 압축기를 1대로 했지만, 2대 이상의 압축기를 사용하는 경우에도 적용할 수 있다.
냉방 전용의 공기 조화 장치에 냉동 장치를 사용하는 경우를 설명했지만, 냉방과 난방을 할 수 있는 공기 조화 장치, 냉동고, 냉장고, 제빙기, 수냉각 장치 등에 사용하도록 하여도 좋다. 또한, 불필요하지만, 냉동 장치 또는 냉동기는 저온을 만드는 기계 장치를 의미하고 있어, 식품 등을 동결시켜 저온으로 저장하는 기계 장치만을 의미하는 아니다. 또한, 냉방과 난방을 할 수 있는 공기 조화 장치도 냉방 운전시에는 냉동 장치에 포함된다.
이상의 것은 다른 실시 형태에도 적합하다.
실시 형태 2
도 6에 본 발명에 의한 실시 형태 2에 있어서의 냉방과 난방을 할 수 있는 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도를 도시한다. 도면에 있어서, 냉방 시의 냉매의 흐름을 실선의 화살표로 나타내고, 난방시의 냉매의 흐름을 점선의 화살표로 나타낸다.
냉방 전용의 경우인 실시 형태 1의 도 1과 상이한 점만을 설명한다. 냉방 운전과 난방 운전의 양쪽을 할 수 있도록, 압축기(2)로부터 토출하는 냉매가 흐르는 방향을 전환하는 제 1 4방 밸브인 4방 밸브(20)를 추가하고 있다. 방열기(3)와 증발기(5)는 난방 운전으로 냉방 운전의 경우와 서로 역할이 교체하여 운전하기 때문에, 방열기(3)는 냉매와 외기의 사이에서 열교환을 하는 실외 열교환기(21)로 대체되고, 증발기(5)는 냉매와 실내의 공기의 사이에서 열교환을 하는 실내 열교환기(22)로 대체되어 있다. 또한, 냉방 운전시에는 실외 열교환기(21)는 방열기(3)와 동일하게 동작하고, 실내 열교환기(22)는 증발기(5)와 동일하게 동작한다.
4방 밸브(20)에 의해, 냉방 운전시에는, 냉매가 압축기(2), 실외 열교환기(21), 냉매 냉각부(15), 유량 제어 밸브(4), 실내 열교환기(22)의 순서대로 순환한다. 난방 운전시에는, 압축기(2), 실내 열교환기(22), 유량 제어 밸브(4), 냉매 냉각부(15), 실외 열교환기(21)의 순서대로 냉매를 순환시킨다.
그 밖의 점에서는 실시 형태 1의 경우와 동일한 구성이다.
다음에 동작을 설명한다. 우선, 냉방 운전시의 동작은, 방열기(3)가 실외 열교환기(21)에 증발기(5)가 실내 열교환기(22)에 각각 대체되어 있지만, 실시 형태 1의 경우와 마찬가지다. 냉매의 상태 변화를 설명하는 압력 엔탈피 도면도 도 2와 같이 된다.
다음에, 난방 운전시의 동작을 설명한다. 우선, 압축기(2)의 흡입측의 냉매 배관(6)에서의 저온 저압의 냉매 증기는, 냉매가 전부 증기이며 과열도가 제로에 가까운 소정값이 되는 도 2에 있어서의 점(A)의 위치에 있다. 압축기(2)로 압축되어, 점(B)에서 나타내는 고온 고압의 초임계 유체로 되어 토출된다. 토출된 냉매는 4방 밸브(20)를 통해서 방열기로서의 실내 열교환기(22)에 보내여지고, 실내의 공기를 따뜻하게 하도록 열교환하여 온도가 저하하여 점(C)에서 나타내는 고압의 초임계 유체가 된다. 또한, 엄밀하게는, 난방 운전에서의 점(C)의 위치는 냉방 운전의 경우보다도 엔탈피가 작은 위치에 있다. 그 이유는, 난방 정격 운전의 실내온도는 20℃이며, 냉방 정격 운전의 실외 온도의 35℃보다도 낮기 때문이다.
냉매는 유량 제어 밸브(4)에 유입하여 감압되어, 점(F)에서 나타내는 저온 저압의 기액 2상 상태로 변화한다. 난방 운전시에는 냉매 냉각부(15)를 동작시키지 않기 때문에, 냉매 냉각부(15)의 제 2 증발기(13)를 통과해도, 냉매의 상태는 거의 변화하지 않는다. 엄밀하게는, 제 2 증발기(13)에 있어서 냉매와 제 2 냉매의 사이에서 열교환이 이루어질 가능성은 있지만, 그 열교환량은 무시할 수 있을 정도로 작다. 그 이유는, 제 2 압축기(10)가 정지하고 있어, 제 2 냉매가 순환하지 않고, 냉매 배관은 가늘기 때문에, 냉매 배관중인 가늘고 긴 냉매를 열량이 전해지기 어렵고, 냉매 냉각부(15) 전체가 단열되어 있고 열량을 발산 또는 수용하는 것이 없기 때문이다. 다른 열교환기에서도, 적어도 한쪽의 냉매가 흐르지 않는 경우에는, 열교환이 행하여지지 않는 것으로 한다.
냉매는 증발기로서의 실외 열교환기(21)에 보내여지고, 거기서 공기 등으로 열교환하여 증발하여, 점(A)에서 나타내는 저온 저압의 냉매 증기가 된다. 그리 고, 4방 밸브(20)를 통하여 압축기(1)에 되돌아간다. 이상을 정리하면, 난방 운전시에서의 냉매의 상태 변화의 궤적은 도 2에 있어서의 궤적 A-B-C-F-A가 된다.
난방 운전시에는 냉매 냉각부(15)가 정지하고 있기 때문에, 냉매 냉각부(15)가 없는 경우와 성적 계수(COP)가 동일하게 된다.
이 실시 형태 2의 구성에서도, 냉방 운전시에 열교환량 제어 수단에 의해 냉매 냉각 수단에서의 열교환량을 적절하게 제어하는 것에 의해, 성적 계수(COP)를 확실하게 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 있다. 가연성이 있지만 지구온난화 계수가 제 1 냉매보다도 나쁜 제 2 냉매의 사용량을 적게 하더라도, 제 2 냉매만의 경우와 동등인 성적 계수(COP)를 실현한다고 하는 효과도 있다. 또한, 제 2 냉매의 냉매 회로는 실외에서 폐 루프로 구성하고, 실내에의 제 2 냉매의 누설을 회피할 수 있다.
실시 형태 3
도 7은 실시 형태 3에 있어서의 공기 조화 장치의 구성을 나타내는 냉매 회로도이다. 실시 형태 3에서는, 실시 형태 2에 있어서의 냉매 냉각부(15)를, 냉매를 냉각 또는 가열하는 냉매 냉각 가열 수단인 냉매 냉각 가열부(25)로 변경하고 있다.
실시 형태 2와 상이한 점만을 설명한다. 냉매 냉각 가열부(25)에 있어서, 제 2 압축기로부터 토출하는 제 2 냉매가 흐르는 방향을 전환하는 제 2 4방 밸브(40)가 추가되어 있고, 응축기(11)가 제 2 냉매와 외기의 사이에서 열교환을 하는 제 1 열교환기(41)로 대체되고, 제 2 증발기(13)가 냉매를 냉각 또는 가열하도 록 제 2 냉매와의 사이에서 열교환을 하는 제 2 열교환기(42)로 대체되어 있다. 또한, 냉방 운전시에는, 제 1 열교환기(41)는 응축기(11)와 동일하게 동작하고, 제 2 열교환기(42)는 제 2 증발기(13)와 동일하게 동작한다.
제 2 4방 밸브에 의해, 냉방 운전시에는 냉매가 제 2 압축기(10), 제 1 열교환기(41), 제 2 유량 제어 밸브(12), 제 2 열교환기(42)의 순서대로 순환한다. 난방 운전시에는, 압축기(2), 제 2 열교환기(42), 제 2 유량 제어 밸브(12), 제 1 열교환기(41)의 순서대로 냉매를 순환시킨다.
상기 이외의 점은 실시 형태 2의 경우와 마찬가지다.
다음에 동작을 설명한다. 냉방 운전시의 동작은 실시 형태 1 및 실시 형태 2의 경우와 마찬가지다.
난방 운전시에, 실시 형태 2에서는 냉매 냉각부(15)가 정지했었지만, 이 실시 형태 3에서는 냉매 냉각 가열부(25)가 냉매를 가열하도록 동작한다. 본 발명의 실시 형태 3에서의 공기 조화 장치에 있어서의 난방 운전시의 냉매의 상태 변화를 설명하는 압력 엔탈피 도면을 도 8에 나타낸다. 실선이 이 실시 형태 3의 경우이며, 점선이 실시 형태 2의 경우이다.
난방 운전시의 동작은 아래와 같이 된다. 우선, 압축기(2)의 흡입측의 냉매 배관(6)에서의 저온 저압의 냉매 증기는, 냉매가 전부 증기이며 과열도가 제로에 가까운 소정값이 되는 도 8에 있어서의 점(A2)의 위치에 있다. 이유는 후에 설명하지만, 점(A2)은 실시 형태 2의 경우에서의 점(A)보다도 압력이 조금 높고 엔탈피는 조금 작다. 압축기(2)로 압축되어, 점(B2)으로 나타내는 고온 고압의 초임계 유체로 되어 토출된다. 점(B2)과 점(B)의 압력은 동일하고, 점(B2)의 엔탈피쪽이 점(B)보다도 작다.
토출된 냉매는, 4방 밸브(20)를 통해서 방열기로서의 실내 열교환기(22)에 보내여지고, 실내의 공기를 따뜻하게 하도록 열교환하여 온도가 저하하여 점(C)에서 나타내는 고압의 초임계 유체가 된다. 실내 열교환기(22)에 있어서 소정의 조건인 실내의 공기와 열교환하기 때문에, 점(C)은 실시 형태 2의 경우와 거의 같은 위치에 있다.
냉매는 유량 제어 밸브(4)에 유입하여 감압되어, 점(F2)으로 나타내는 저온 저압의 기액 2상 상태로 변화한다. 점(F2)도 점(A2)과 같은 압력이며, 점(F)보다도 조금 압력이 높다. 냉매 냉각 가열부(25)의 제 2 열교환기(41)에 의해 가열되어, 냉매 증기가 증가한 기액 2상 상태의 점(G)에서 나타내는 상태가 된다. 냉매가 증발기로서의 실외 열교환기(21)로 보내여지고, 거기서 공기 등으로 열교환하여 증발하여, 저온 저압의 냉매 증기가 되어, 4방 밸브(20)를 통해 압축기에 되돌아간다.
그런데, 냉매 냉각 가열부(25)의 제 2 열교환기(41)에 의해 냉매를 가열하는 것에 의해, 냉매를 가열하지 않는 경우보다도, 유량 제어 밸브(4)를 빠져나간 냉매의 압력이 높아지는 이유를 설명한다. 냉매를 가열하는 것에 의해 실외 열교환기(21)로 흡수해야 할 열량이 작아져, 상대적으로 실외 열교환기(21)의 능력이 커진 것으로 된다. 실외 열교환기(21)의 능력이 커지면, 소정의 외기 온도에 대하여 냉매 증기의 온도 차이가 작게, 즉 증발 온도가 높아진다. 증발 온도가 높아지면, 냉매 증기의 압력도 높아진다.
다음에, 냉매 냉각 가열부(25)의 제 2 열교환기(41)에 의해 냉매를 가열하는 것에 의해, 성적 계수(COP)가 향상하는 것을 설명한다. 냉매를 가열하지 않는 경우의 성적 계수를 COP1로 하고, 냉매를 가열하는 경우의 성적 계수를 COP2로 한다. 또한, 점(B)과 점(A)과의 사이의 엔탈피 차이를 ΔH1로 하고, 점(B2)과 점(A2)과의 사이의 엔탈피 차이를 ΔH2로 한다. 점(A)과 점(C) 사이의 엔탈피 차이를 ΔH3으로 하고, 점(A2)과 점(C)의 사이의 엔탈피 차이를 ΔH4로 한다. 여기서, ΔH1은 냉매 냉각 가열부(25)로 냉매를 가열하지 않는 경우의 압축기(2)의 기계적 입력이며, ΔH2는 냉매를 가열하는 경우의 압축기(2)의 기계적 입력이다. 또한, 실내 열교환기(22)에서의 효율을 100%로 한 경우에는, ΔH1+ΔH3이 냉매를 가열하지 않는 경우에 실내 열교환기(21)로 얻어지는 열량이 되고, ΔH2+ΔH4가 냉매를 가열하는 경우에 실내 열교환기(21)로 얻어지는 열량이 된다. 따라서, 변수의 정의로부터 이하가 성립한다.
COP1=(ΔH1+ΔH3)/ΔH1 (식 1)
COP2=(ΔH2+ΔH4)/ΔH2 (식 2)
COP2-COP1=(ΔH2+ΔH4)/ΔH2-(ΔH1+ΔH3)/ΔH1
=ΔH4/ΔH2-ΔH3/ΔH1 (식 3)
도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, ΔH3≒ΔH4이다. 이것을 식 3에 대입하여, 이하가 된다.
COP2-COP1≒(ΔH3×(ΔH1-ΔH2))/(ΔH1×ΔH2) (식 4)
도 8로부터 알 수 있는 바와 같이 ΔH1>ΔH2이기 때문에, 식 4의 우변은 반드시 정으로 되고, 냉매를 가열하는 것에 의해 성적 계수(COP)가 향상하는 것을 알 수 있다. ΔH1>ΔH2로 되는 이유를 설명한다. 우선, 점(A)을 압축하여 점(A2)과 동일 압력으로 된 점을 점(A3)으로 한다. ΔH1을 점(A)에서 점(A3)까지 압축하는데 요하는 기계적 입력(ΔH1A라고 한다)과 점(A3)으로부터 점(B)까지 압축하는데 요하는 기계적 입력(ΔH1B라고 한다)으로 분할한다. 변수의 정의로부터, ΔH1=ΔH1A+ΔH1B이다. 일반적으로, 압축 전후의 압력이 같더라도 압축전의 엔탈피가 클 수록, 냉매를 압축하는데 요하는 기계적 입력이 커진다. 여기서, 점(A3)에서의 엔탈피는 점(A2)보다도 크다. 따라서, ΔH1B>ΔH2이다. 또한, ΔH1A>0이므로, ΔH1>ΔH2이다.
외기와 냉매 증기의 온도 차이는 원래 수 ℃이며, 냉매 냉각 가열부(25)의 제 2 열교환기(41)에서의 가열량을 증가시키는 것에 의한 온도 차이를 감소시키는 효과에는 상한이 있다. 냉매 냉각 가열부(25)의 제 2 열교환기(41)에서의 가열량을 증가시키는데 필요한 기계적 입력은 가열량에 대하여 선형 이상의 관계로 증가한다. 그 때문에, 가열량을 크게 하면 성적 계수(COP)가 저하하게 된다. 난방의 경우에서의 성적 계수(COP)의 향상 효과는 냉방의 경우보다도 작다. 정량적인 데이터는 나타내지지 않지만, 제 2 냉매를 사용하는 냉동 사이클의 용량은 제 1 냉매의 냉동 사이클의 10분의 1 내지 5분의 1 정도이며, 제 2 냉매를 사용하는 냉동 사이클이 효율적으로 운전하는 동작 조건에서는 성적 계수(COP)가 최대치에 가까이 된다.
이 실시 형태 3의 구성에서도, 냉방 운전시에 열교환량 제어 수단에 의해 냉매 냉각 가열 수단에서의 열교환량을 적절하게 제어하는 것에 의해, 성적 계수(COP)를 확실하게 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 있다. 가연성이 있지만 지구온난화 계수가 제 1 냉매보다도 나쁜 제 2 냉매의 사용량을 적게 하더라도, 제 2 냉매만의 경우와 동등인 성적 계수(COP)가 실현한다고 하는 효과도 있다. 또한, 제 2 냉매의 냉매 회로는 실외에서 폐 루프로 구성하고, 실내에의 제 2 냉매의 누설을 회피할 수 있다.
또한, 난방 운전시에도 성적 계수(COP)를 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 있다.
실시 형태 4
도 9는 실시 형태 4에 있어서의 공기 조화 장치의 구성을 나타내는 냉매 회로도이다. 이 실시 형태 4는 증발기(5)에 유입하는 냉매 증기의 유량을 적게 하 도록 실시 형태 1을 변경한 것이다. 실시 형태 1의 경우에서의 도 1과 비교하여 상이한 점만을 설명한다.
도 9에 있어서, 유량 제어 밸브(4)로부터 증발기(5)에 도달하는 경로에 기액 분리기(45)와 제 3 유량 제어 밸브(46)를 구비하고, 기액 분리기(45)로 분리한 냉매 증기의 일부 또는 전부를 압축기(2)에 주입하기 위한 바이패스 배관(47)을 설치하고 있다. 압축기(2)는 압축 도중에 냉매를 흡입하는 중간압 흡입구(2A)를 갖는다.
그 밖의 점에서는, 실시 형태 1의 경우와 마찬가지인 구성이다.
다음에, 냉매의 흐름을 도 9에 의해서 설명한다. 유량 제어 밸브(4)로 감압된 기액 2상 상태의 냉매는 기액 분리기(45)로 냉매 증기의 일부 또는 전부가 분리되어, 바이패스 배관(47)으로 구성된 냉매 회로를 통해서, 압축기(2)의 중간압 흡입구(2A)에 흡입되어, 압축기(2)내의 냉매와 혼합된다. 그 밖의 냉매의 흐름에 관해서는 실시형태 1과 마찬가지다.
이 실시 형태 4의 구성에서도, 열교환량 제어 수단에 의해 냉매 냉각 수단에서의 열교환량을 적절하게 제어하는 것에 의해, 성적 계수(COP)를 확실하게 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 있다. 또한, 유량 제어 밸브 입구 온도나 건조도비 등의 변화에 대한 성적 계수(COP)의 변화는 그 경향은 동일하지만, 냉매 회로의 구성이 상이하기 때문에, 도 4 또는 도 5에 나타내는 것으로는 구체적인 수치는 서로 상이하다. 이것은 냉매 회로의 구성이 상이한 다른 실시 형태라도 적합하다.
가연성이 있지만 지구온난화 계수가 제 1 냉매보다도 나쁜 제 2 냉매의 사용량을 적게 하더라도, 제 2 냉매만의 경우와 동등인 성적 계수(COP)를 실현한다고 하는 효과도 있다. 또한, 제 2 냉매의 냉매 회로는 실외에서 폐 루프로 구성하고, 실내에의 제 2 냉매의 누설을 회피할 수 있다.
이 구성에 의하면, 압축기(2)의 내부의 냉매를 냉각할 수 있기 때문에, 압축에 요하는 동력을 저감할 수 있다. 또한, 증발기(5)에 흐르는 냉매 증기의 유량이 적기 때문에, 증발기에 있어서의 냉매의 압력 손실을 작게 할 수 있다. 이들에 의해, 제 1 냉매를 이용하는 공기 조화 장치에 있어서 더욱 효율을 향상시킬 수 있다.
중간압 흡입구(2A)를 갖는 압축기(2) 대신에 2대의 압축기를 직렬로 접속하여, 고압측의 압축기의 흡입구에 들어가는 냉매 배관(6)에 바이패스 배관(47)을 접속하도록 하여도 좋다.
또한, 이 실시 형태 4에서는, 실시 형태 1의 구성에 적용한 경우에 대해 설명했지만, 실시 형태 2 또는 실시 형태 3에 적용한 경우에 있어서도 마찬가지의 효과가 얻어진다.
실시 형태 5
도 10은 실시 형태 5에 있어서의 공기 조화 장치의 구성을 나타내는 냉매 회로도이다. 이 실시 형태 5는 열교환량 제어부(16)에 있어서 건조도비를 제어하는 구체적인 수단을 구비하도록 실시 형태 1을 변경한 것이다. 실시 형태 1의 경우인 도 1과 비교하여, 상이한 점만을 설명한다.
도 10에 있어서, 유량 제어 밸브(4)의 출구에 설치한 제 1 압력 계측 수단인 압력계(P1), 유량 제어 밸브(4)의 입구에 설치한 제 2 압력 계측 수단인 압력계(P2), 유량 제어 밸브(4)의 입구에 설치한 제 2 온도 계측 수단인 온도계(T2), 방열기(3)의 출구에 설치한 제 3 온도 계측 수단인 온도계(T3)가 추가되어 있다. 또한, 열교환량 제어부(16)는 소정의 센서로서, 압력계(P1), 압력계(P2), 온도계(T2) 및 온도계(T3)의 계측치를 입력으로서 건조도비를 추정하는 건조도비 추정 수단인 건조도비 추정부(16A), 건조도비를 변화시킨 중에서의 성적 계수(COP)의 최대치와의 차이가 소정의 범위가 되는 건조도비의 제어 범위를 구하는 건조도비 제어 범위 결정 수단인 건조도비 제어 범위 결정부(16B) 및 건조도비 제어 범위 결정 부(16B)에서 구한 제어 범위내에 건조도비가 들어가도록 냉매의 유량을 제어하는 제어 수단인 냉매 유량 제어부(16C)로 구성되어 있다. 냉매 유량 제어부(16C)는 제 2 압축기(10)의 운전 주파수와 제 2 유량 제어 밸브(12)에의 지령치를 제어 가능하게 한다.
그 밖의 구성은 실시 형태 1의 경우와 동일하다.
다음에 동작을 설명한다. 냉매의 흐름은 실시 형태 1의 경우와 동일하다. 여기서는, 열교환량 제어부(16)의 동작에 관해서 설명한다. 건조도비 추정부(16A)는 압력계(P1), 압력계(P2), 온도계(T2) 및 온도계(T3)의 각 계측치로부터 아래와같이 하여 건조도비를 추정한다. 건조도비를 추정하는 과정에서 사용하는 변수를 설명하는 도면을 도 11에 나타낸다.
이미 정의한 것도 포함시켜, 냉매의 상태를 설명하는 변수의 정의를 이하에 나타낸다.
(냉매의 상태를 설명하는 변수의 정의)
Pd : 방열 압력. 압력계(P2)에 의해 계측된다.
Td : 방열기(3)의 출구에서의 냉매 온도. 온도계(T3)에 의해 계측된다.
Tf : 유량 제어 밸브(4)의 입구에서의 냉매 온도. 온도계(T2)에 의해 계측된다.
Pe : 유량 제어 밸브(4)의 출구에서의 냉매의 압력. 압력계(P1)에 의해 계측된다.
Te : 증발 온도. Pe와 냉매의 포화 증기압 특성으로부터 구한다.
hd : 방열기(3)의 출구에서의 냉매의 엔탈피.
hf : 유량 제어 밸브(4)의 입구에서의 냉매의 엔탈피.
heL : 압력(Pe)에서의 냉매의 포화액 엔탈피.
heG : 압력(Pe)에서의 냉매의 포화 증기 엔탈피.
Xd : 방열기(3) 출구의 냉매를 Pe까지 감압한 경우의 건조도.
Xe : 유량 제어 밸브(4)의 출구에서의 냉매의 건조도.
X : 건조도비. X= Xe/Xd
건조도비를 추정하는 계산은 이하의 순서로 한다.
(건조도비를 추정하는 계산 순서)
(1) Pd와 Td에서 hd(방열기(3)의 출구에서의 냉매의 엔탈피)를 계산한다.
(2) Pd와 T1로부터 hf(유량 제어 밸브(4)의 입구에서의 냉매의 엔탈피)를 계산한다.
(3) Pe와 냉매의 포화 증기압 특성으로부터 heL(포화액 엔탈피), heG(포화 증기 엔탈피)를 구한다.
(4) 냉매를 단열 팽창시켜 감압해도 냉매의 엔탈피는 변화하지 않기 때문에, Xd(방열기(3) 출구의 냉매를 Pe까지 감압한 경우의 건조도), Xe(유량 제어 밸브(4)의 출구에서의 냉매의 건조도), 건조도비 X를 아래와 같이 계산한다. 또한, 건조도의 계산에 있어서, 마이너스가 되는 경우에는 0으로 하고, 1이상으로 되는 경우에는 1로 한다.
Xd=(hd-heL)/(heG-heL) (식 5)
Xe=(hf-heL)/(heG-heL) (식 6)
X=(hf-heL)/(hd-heL) (식 7)
건조도비 제어 범위 결정부(16B)는 공기 조화 장치가 동작할 가능성이 있는 방열 압력(Pd)과 증발 온도(Te)의 조건 범위내에서, Pd와 Te를 소정의 간격 폭으로 변화시킨 점에서의 성적 계수(COP)가 최대가 되는 건조도비의 데이터(최적 운전 건조도비 데이터라고 한다)를 가진다. 예를 들면, Pd=9~11MPa에서 간격 폭을 1MPa로 하고, Te=0~15℃에서 간격 폭을 5℃로 하면, 도 5에서 나타낸 COP가 최대가 되는 건조도비의 데이터가 최적 운전 건조도비 데이터로 된다. 아래와 같이 하여, 최적 운전 건조도비 데이터로부터 건조도비의 제어 범위를 결정한다.
(1) 현재의 운전 상태에서의 Pd와 Te의 값에 대하여, 최적 운전 건조도비 데이터를 보간하여 성적 계수(COP)가 최대가 되는 건조도비(최적 건조도비 Xmax라고 한다)를 구한다.
(2) 최적 건조도비(Xmax에서의 차이가 0.1이내 등의 소정의 범위를 제어 범위로 한다. 소정의 범위의 폭은 건조도비의 변화에 대하여 성적 계수(COP)가 그다지 변화하지 않는 폭으로 한다.
예컨대, Pd=10MPa, Te=10℃의 동작 상태이면, Xmax=0.29이며, 0.19~0.39가 건조도비의 제어 범위가 된다. 도 5b로부터 알 수 있는 바와 같이, 이 제어 범위이면, 성적 계수(COP)는 최대치로부터 0.02 미만의 변동이다.
냉매 유량 제어부(16C)는, 건조도비 추정부(16A)가 추정한 건조도비가 건조도비 제어 범위 결정부(16B)가 구한 제어 범위내에 있는지 어떤지를 체크하여, 제 어 범위내에 없는 경우에는 제어 범위에 들어가도록 제 2 압축기(10)의 운전 주파수 또는 제 2 유량 제어 밸브(12)에의 유량의 지령치중 어느 하나 또는 양쪽을 제어한다. 제어에 있어서는, 적절한 PID 제어를 하는 것으로 한다. 추정한 건조도비가 높은 경우에는 냉매 냉각부(15)에서의 냉각량을 증가시켜 건조도비를 낮추고, 추정한 건조도비가 낮은 경우에는 냉매 냉각부(15)에서의 냉각량을 감소시켜 건조도비를 높인다. 또한, 제 2 압축기(10)의 운전 주파수를 올리면 냉각량이 증대하고, 제 2 유량 제어 밸브(12)에의 유량의 지령치를 올리면 냉각량이 증대한다.
이 실시 형태 5의 구성에서도, 열교환량 제어 수단에 의해 냉매 냉각 수단에서의 열교환량을 적절하게 제어하는 것에 의해, 성적 계수(COP)를 확실하게 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 있다. 가연성이 있지만 지구온난화 계수가 제 1 냉매보다도 나쁜 제 2 냉매의 사용량을 적게 하더라도, 제 2 냉매만의 경우와 동등인 성적 계수(COP)를 실현한다고 하는 효과도 있다. 또한, 제 2 냉매의 냉매 회로는 실외에서 폐 루프로 구성하고, 실내에의 제 2 냉매의 누설을 회피할 수 있다.
또한, 건조도비 예측 수단을 갖춰 건조도비를 추정하여, 성적 계수(COP)가 최대치에 가까운 범위가 되는 건조도비로 되도록 냉매 냉각 수단에서의 열교환량을 제어하기 때문에, 확실하게 성적 계수(COP)를 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 있다.
이 실시 형태 5에서는, 제 1 압력 계측 수단인 압력계(P1)를 유량 제어 밸브(4)의 출구에 설치했지만, 유량 제어 밸브(4)의 출구로부터 증발기(5)의 입구까지의 사이에 어떠한 위치에 설치해도 된다. 단, 유량 제어 밸브(4)의 출구로부터 증발기(5)의 입구까지의 사이에 압축기나 별도의 유량 제어 밸브 등 냉매의 압력을 변화시키는 기기가 있는 경우에는 그 기기의 입구까지로 한다. 제 2 압력 계측 수단인 압력계(P2)는 압축기의 출구로부터 유량 제어 밸브(4)의 입구까지의 사이의 어느 곳이라도 좋다. 또한, 압축기가 2대 이상의 경우에는, 가장 고압측의 압축기를 대상으로 한다.
건조도비 추정부(16A)에서는, 유량 제어 밸브(4)의 출구에서의 압력(Pe)을 압력계(P1)로 계측하여 이용했지만, 유량 제어 밸브(4)의 출구에서의 온도(Te)를 계측하여 이용해도 된다. 그 이유는, 유량 제어 밸브(4)의 출구에서는 기액 2상 상태에 있고, 온도 또는 압력의 한쪽이 결정되면 다른쪽도 결정되기 때문이다. 또한, 건조도비 제어 범위 결정부(16B)에서 Pd와 Te를 고려하여 제어 범위를 구한다고 했지만, Te가 아니라 Pe를 고려하여 제어 범위를 구하도록 해도 된다.
건조도비 제어 범위 결정부(16B)에서는, Pd, Te를 조합시켜 성적 계수(COP)가 최대가 되는 건조도비의 데이터인 최적 운전 건조도비 데이터를 이용했지만, 성적 계수(COP)의 최대치와의 차이가 소정의 범위의 데이터를 갖게 하도록 해도 된다. Pd, Te에 대해서, 보간하여 최적 건조도비를 구했지만, 보간하지 않고 가장 가까운 점에서의 값을 이용하도록 해도 된다.
최적 건조도비로부터 제어 범위를 구하는 데에 있어서 범위의 폭을 고정으로 했지만, 성적 계수(COP)의 최대치와의 차이가 소정값 이내로 하는 등, 제어 범위의 폭을 가변으로 해도 좋다. 또한, 제어 범위는 반드시 최적 건조도비를 포함할 필요는 없고, 최적 건조도비보다도 큰 소정의 범위 등으로 해도 된다. Pd와 Te의 양 쪽을 변화시킨 최적 운전 건조도비 데이터를 준비했지만, Pd 또는 Te를 고정해도 좋다. Pd와 Te의 세트에 대하여 다른 제어 범위를 구하는 것은 아니고, Pd 또는 Te의 어느 하나만을 지정하여, 지정하지 않은 쪽이 상정하는 변화 범위내이면, 성적 계수(COP)를 최대치로부터의 차이가 소정값 이내로 하는 것 같은 건조도비의 제어 범위를 구하도록 해도 된다. 또한, Pd와 Te의 양쪽에 관해서 상정하는 변화 범위내이면, 성적 계수(COP)를 최대치로부터의 차이가 소정값 이내로 하는 것 같은 건조도비의 제어 범위를 미리 구하여 두고, 그것을 출력하는 것이라도 좋다.
건조도비 제어 범위 결정부(16B)는, 성적 계수(COP)의 최대치와의 차이가 소정의 범위내가 되는 건조도비의 제어 범위를 결정하는 것이면, 어떠한 것이라도 좋다.
냉매 유량 제어부(16C)는, 건조도비를 제어 범위내에 유지하는 것 같은 PID 제어를 한다고 했지만, 건조도비가 지정된 치가 되도록 냉매 냉각 수단에서의 냉각량을 제어하는 것이어도 된다. 제어 오차가 있기 때문에, 지정한 값으로 제어하려고 하여도, 결과적으로는 지정한 값에 가까운 소정의 범위로 제어되게 된다. 지정하는 값은 제어 오차의 크기를 고려하여, 제어 오차가 있더라도 건조도비가 제어 범위를 넘지 않도록 정하면 좋다. 반드시 성적 계수(COP)가 최대가 되는 건조도비를 지정할 필요는 없다. 제어 범위내에 제어하는 경우에도, PID 제어 이외의 제어를 하더라도 좋다.
또한, 이 실시 형태 5에서는, 실시 형태 1의 구성에 적용한 경우에 대해 설명했지만, 실시 형태 2 내지 실시 형태 4까지의 어느 하나의 구성, 및 이것들의 구 성의 특징을 동시에 가지는 어느 하나의 구성에 적용한 경우에 있어서도 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 냉매 냉각 수단이 제 2 냉매에 의한 증기 압축식 냉동 사이클을 사용하는 것이 아닌 경우에도, 건조도비를 추정하여 건조도비가 소정의 제어 범위가 되 도록 냉각량을 제어하도록 해도 마찬가지의 효과가 얻어진다.
건조도비에서가 아니라, 유량 제어 밸브(4)의 입구에서의 냉매 온도인 유량 제어 밸브 입구 온도를 지표로서 제어하도록 하여도 좋다.
이상의 점은 다른 실시 형태라도 적합하다.
실시 형태 6
도 12는 실시 형태 6에 있어서의 공기 조화 장치의 구성을 나타내는 냉매 회로도이다. 이 실시 형태 6은 건조도비를 추정하기 위해서 압력계를 사용하지 않도록 실시 형태 5를 변경한 것이다. 실시 형태 5의 경우에서의 도 10과 비교하여, 상이한 점만을 설명한다. 압력계(P1)와 압력계(P2)가 없고, 그 대신에 유량 제어 밸브(4)의 출구에 설치한 제 1 온도 계측 수단인 온도계(T1), 방열기(3)의 출구에 설치한 제 4 온도 계측 수단인 온도계(T4) 및 방열기(3)의 입구에 설치한 제 5 온도 계측 수단인 온도계(T5)가 있다. 건조도비 추정부(16A)는, 소정의 센서로서, 온도계(T1), 온도계(T2), 온도계(T3), 온도계(T4) 및 온도계(T5)의 계측치를 입력으로 한다.
그 밖의 구성은 실시 형태 5의 경우와 동일하다.
냉매의 흐름은 실시 형태 5의 경우와 동일하다. 열교환량 제어부(16)의 동 작도 실시 형태 5의 경우와 거의 동일하다. 건조도비 추정부(16A)에서의 건조도비의 추정의 순서가 실시 형태 5의 경우와는 다르다. 방열 압력(Pd)과 증발 압력(Pe)을 추정할 수 있으면, 실시 형태 5의 경우와 같이 하여 건조도비를 추정할 수 있기 때문에, 방열 압력(Pd)과 증발 압력(Pe)의 추정 방법을 설명한다. 그 때문에, 냉매의 상태를 나타내는 이하의 변수를 추가로 정의한다. 또한, Te는 온도계(T1)에 의해 직접 계측된다.
(냉매의 상태를 설명하는 변수의 정의)
Tc : 방열기(3)의 출구에서의 냉매 온도. 온도계(T4)에 의해 계측된다.
Tb : 방열기(3)의 입구에서의 냉매 온도. 온도계(T5)에 의해 계측된다.
Tx : 압축기(3)에 흡입되는 냉매의 과열도.
방열 압력(Pd)과 증발 압력(Pe)의 추정 방법은 아래와 같다.
(방열 압력(Pd)과 증발 압력(Pe)의 추정 방법)
(1) Te와 냉매의 포화 증기압 특성으로부터 Pe를 구한다.
(2) Tc와 Td에서 과열도(Tx)를 구한다.
(3) Pe와 Tx, 압축기의 효율, Tb에서, Pd를 계산한다.
이 실시 형태 6의 구성에서도, 열교환량 제어 수단에 의해 냉매 냉각 수단에서의 열교환량을 적절하게 제어하는 것에 의해, 성적 계수(COP)를 확실하게 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 있다. 가연성이 있지만 지구온난화 계수가 제 1 냉매보다도 나쁜 제 2 냉매의 사용량을 적게 하더라도, 제 2 냉매만의 경우와 동등인 성적 계수(COP)를 실현한다고 하는 효과도 있다. 또한, 제 2 냉매의 냉매 회로는 실 외에서 폐 루프로 구성하고, 실내에의 제 2 냉매의 누설을 회피할 수 있다. 건조도비 예측 수단을 갖춰 건조도비를 추정하면서 제어를 하기 때문에, 확실하게 성적 계수(COP)를 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 있다.
또한, 건조도비 예측 수단을 위해 저렴한 온도 센서(온도계)만으로 좋다고 하는 효과가 있다. 단, 압력을 실측하지 않기 때문에, 실시 형태 5의 경우보다도 정밀도가 낮게 될 가능성이 있다. 여기서는, 유량 제어 밸브(4)와 압축기(3)의 사이에서는 압력은 일정으로 했지만, 열교환기 등에서는 압력 손실이 발생하기 때문에, 보다 엄밀하게는 압력을 계측하는 개소를 늘릴 필요가 있다. 정밀도와 비용의 균형을 고려하여, 센서의 종류와 수를 결정한다. 이것은 다른 실시 형태라도 적합하다.
또한, 이 실시 형태 6에서는, 실시 형태 1의 구성에 적용한 경우에 대해 설명했지만, 실시 형태 2 내지 실시 형태 4까지의 어느 하나의 구성, 및 이것들의 구성의 특징을 동시에 가지는 어느 하나의 구성에 적용한 경우에 있어서도 마찬가지의 효과가 얻어진다.
실시 형태 7
도 13은 실시 형태 7에 있어서의 공기 조화 장치의 구성을 나타내는 냉매 회로도이다. 이 실시 형태 7은 건조도비가 아니라 유량 제어 밸브 입구 온도를 계측하고 제어하도록 실시 형태 1을 변경한 것이다. 실시 형태 1의 경우에서의 도 1과 비교하여, 상이한 점만을 설명한다.
도 13에서는, 유량 제어 밸브(4)의 입구에 설치한 제 2 온도 계측 수단인 온 도계(T2)가 추가되어 있다. 또한, 열교환량 제어부(16)는, 유량 제어 밸브 입구 온도를 변화시킨 중에서의 성적 계수(COP)의 최대치와의 차이가 소정의 범위가 되는 유량 제어 밸브 입구 온도의 범위를 구하는 유량 제어 밸브 입구 온도 제어 범위 결정 수단인 유량 제어 밸브 입구 온도 제어 범위 결정부(16D) 및 유량 제어 밸브 입구 온도 제어 범위 결정부(16D)에서 구한 제어 범위내에 유량 제어 밸브 입구 온도가 들어가도록 냉매의 유량을 제어하는 제어 수단인 냉매 유량 제어부(16C)로 구성되어 있다. 냉매 유량 제어부(16C)는 제 2 압축기(10)의 운전 주파수와 제 2 유량 제어 밸브(12)에의 지령치를 제어 가능하게 한다.
그 밖의 구성은 실시 형태 1의 경우와 동일하다.
다음에 동작을 설명한다. 냉매의 흐름은 실시 형태 1의 경우와 동일하다. 여기서는, 열교환량 제어부(16)의 동작에 관해서 설명한다. 또한, 유량 제어 밸브 입구 온도는 온도계(T2)로 계측되어 변수(Tf)로 표현된다.
유량 제어 밸브 입구 온도 제어 범위 결정부(16D)는, 미리 구한 유량 제어 밸브 입구 온도의 제어 범위를 출력하는 것이다. 여기서, 미리 구한 유량 제어 밸브 입구 온도의 제어 범위란, 방열 압력(Pd)과 증발 온도(Te)는 소정의 설계치로 동작하는 것으로 하고, Pd와 Te가 그 소정의 값에서의 성적 계수(COP)의 최대치와의 차이가 소정의 범위내가 되는 유량 제어 밸브 입구 온도의 범위(최적 범위라고 한다)이다. 예컨대, Pd=10MPa, Te=10℃에서, 도 4b에 있어서의 COP 비가 최대치 내지 0.05 이내의 범위라고 하면, 최적 범위는 Tf=15~27℃의 범위가 된다.
냉매 유량 제어부(16C)는, 온도계(T2)로 계측되는 유량 제어 밸브 입구 온도 가 유량 제어 밸브 입구 온도 제어 범위 결정부(16D)가 구한 최적 범위, 즉 제어 범위내에 있는지 어떤지를 체크하고, 제어 범위내에 없는 경우에는 제어 범위에 들어가도록 제 2 압축기(10)의 운전 주파수 또는 제 2 유량 제어 밸브(12)에의 유량의 지령치중 어느 하나 또는 양쪽을 제어한다. 제어에 있어서는, 적절한 PID 제어를 하는 것으로 한다. 추정한 계측된 유량 제어 밸브 입구 온도가 높은 경우에는 냉매 냉각부(15)에서의 냉각량을 증가시켜 유량 제어 밸브 입구 온도를 내리고, 추정한 유량 제어 밸브 입구 온도가 낮은 경우에는 냉매 냉각부(15)에서의 냉각량을 감소시켜 유량 제어 밸브 입구 온도를 올린다.
이 실시 형태 7의 구성에서도, 열교환량 제어 수단에 의해 냉매 냉각 수단에서의 열교환량을 적절하게 제어하는 것에 의해, 성적 계수(COP)를 확실하게 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 있다. 가연성이 있지만 지구온난화 계수가 제 1 냉매보다도 나쁜 제 2 냉매의 사용량을 적게 하더라도, 제 2 냉매만의 경우와 동등인 성적 계수(COP)를 실현한다고 하는 효과도 있다. 또한, 제 2 냉매의 냉매 회로는 실외에서 폐 루프로 구성하고, 실내에의 제 2 냉매의 누설을 회피할 수 있다.
또한, 유량 제어 밸브 입구 온도를 측정하여, 성적 계수(COP)가 최대치에 가까운 범위가 되는 유량 제어 밸브 입구 온도로 되도록 냉매 냉각 수단에서의 열교환량을 제어하기 때문에, 확실하게 성적 계수(COP)를 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 있다.
건조도비 제어 범위 결정부(16B)에 관해서 설명한 사항은, 건조도비를 유량 제어 밸브 입구 온도로 변경하는 것에 의해, 유량 제어 밸브 입구 온도 제어 범위 결정부(16D)에 관해서도 적합하다. 냉매 유량 제어부(16C)에 관해서도 마찬가지다. 이것은 유량 제어 밸브 입구 온도를 이용하여 제어하는 것 이외의 실시 형태라도 적합하다.
또한, 이 실시 형태 7에서는, 실시 형태 1의 구성에 적용한 경우에 대해 설명했지만, 실시 형태 2 내지 실시 형태 4중 어느 하나의 구성, 및 이것들의 구성의 특징을 동시에 가지는 어느 하나의 구성에 적용한 경우에 있어서도 마찬가지의 효과가 얻어진다.
실시 형태 8
도 14는 실시 형태 8에 있어서의 공기 조화 장치의 구성을 나타내는 냉매 회로도이다. 이 실시 형태 8은, 냉매 냉각부(15)의 입구에서의 냉매 온도를 계측하여, 냉매 냉각부(15)의 출구, 즉 유량 제어 밸브(4)의 입구에서의 냉매 온도(유량 제어 밸브 입구 온도)를 성적 계수(COP)가 최대치가 되도록 냉매 냉각부(15)에서의 열교환량을 제어하도록, 실시 형태 7을 변경한 것이다. 실시 형태 7의 경우에서의 도 13과 비교하여 상이한 점만을 설명한다.
도 14에서는, 온도계(T2) 대신에 방열기(3)의 출구에 설치한 제 3 온도 계측 수단인 온도계(T3)가 있다. 제 2 열교환기(13)의 출구로부터 유량 제어 밸브(4)의 입구까지의 사이에 설치한 제 2 압력 계측 수단인 압력계(P2)와, 유량 제어 밸브(4)의 출구에 설치한 제 1 온도 계측 수단인 온도계(T1)를 추가하고 있다. 유량 제어 밸브 입구 온도 제어 범위 결정부(16D)는 유량 제어 밸브 입구 온도 추정 수단이기도 하다.
그 밖의 구성은 실시 형태 7의 경우와 동일하다.
다음에 동작을 설명한다. 냉매의 흐름은 실시 형태 1의 경우와 동일하다. 여기서는, 열교환량 제어부(16)의 동작에 관해서 설명한다. 유량 제어 밸브 입구 온도 제어 범위 결정부(16D)는, 공기 조화 장치가 동작할 가능성이 있는 방열 압력(Pd)과 증발 온도(Te)의 조건 범위내에서, Pd와 Te를 소정의 간격 폭으로 변화시킨 점에서의 성적 계수(COP)가 최대로 되는 유량 제어 밸브 입구 온도의 데이터(최적 운전 유량 제어 밸브 입구 온도 데이터라고 한다)를 가진다. 예컨대, Pd=9~11MPa에서 간격 폭을 1MPa로 하고, Tc=0~15℃에서 간격 폭을 5℃라고 하면, 도 5에서 나타낸 성적 계수(COP)가 최대가 되는 유량 제어 밸브 입구 온도의 데이터가 최적 운전 유량 제어 밸브 입구 온도 데이터가 된다.
이 실시 형태 8에서는, 다음과 같이 하여 최적 운전 유량 제어 밸브 입구 온도 데이터로부터 유량 제어 밸브 입구 온도의 목표치를 결정한다. 현재의 운전 상태에서의 Pd와 Te의 값에 대하여, 가장 가까운 위치에 있는 최적 운전 유량 제어 밸브 입구 온도 데이터를 취득한다. Pd=10.2MPa, Te=8.5℃이면, Pd=10MPa, Te=10℃에서의 최적 운전 유량 제어 밸브 입구 온도 데이터를 취득한다. 취득한 유량 제어 밸브 입구 온도를 목표 유량 제어 밸브 입구 온도(Tfm)라고 한다. 또한, 가장 가까운 것이 복수 있는 경우에는, 유량 제어 밸브 입구 온도가 높은 것을 선택하는 등, 어떠한 기준으로 1개를 선택한다.
냉매 유량 제어부(16C)는 아래와 같이 하여 제 2 냉매의 유량을 정하고, 그 유량이 되도록 제 2 압축기(10)의 운전 주파수를 제어한다. 제어 오차 등이 있기 때문에, 반드시 성적 계수(COP)가 최대가 되는 운전 상태로 할 필요는 없지만, 성적 계수(COP)가 최대에 가까운 상태로 운전할 수 있는 것은 보증할 수 있다.
(1) Td와 Tfm으로부터 냉매 냉각부(15)에서의 열교환량을 결정한다.
(2) 열교환량으로부터 제 2 열교환기(13)의 효율, 제 2 열교환기(13)에 들어가는 제 2 냉매의 온도 등의 여러 가지 조건을 고려하여 제 2 냉매의 유량을 정한다.
(3) 제 2 압축기(10)의 특성, 제 2 유량 제어 밸브(12)의 상태 등을 고려하여, (2)에서 계산한 유량이 되는 것 같은 제 2 압축기(10)의 운전 주파수를 정하고, 제 2 압축기(10)가 그 운전 주파수가 되도록 제어한다.
이 실시 형태 8의 구성에서도, 열교환량 제어 수단에 의해 냉매 냉각 수단에서의 열교환량을 적절하게 제어하는 것에 의해, 성적 계수(COP)를 확실하게 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 있다. 가연성이 있지만 지구온난화 계수가 제 1 냉매보다도 나쁜 제 2 냉매의 사용량을 적게 하더라도, 제 2 냉매만의 경우와 동등인 성적 계수(COP)를 실현한다고 하는 효과도 있다. 또한, 제 2 냉매의 냉매 회로는 실외에서 폐 루프로 구성하고, 실내에의 제 2 냉매의 누설을 회피할 수 있다.
또한, 냉매 냉각 수단에 들어가는 냉매의 온도(Td), 방열 압력(Pd), 증발 온도(Te)를 계측하여, 계측한 조건으로 성적 계수(COP)가 최대치가 되는 목표 유량 제어 밸브 입구 온도를 구하여, 그 목표 유량 제어 밸브 입구 온도로 되도록 냉매 냉각 수단에서의 열교환량, 즉 제 2 냉매의 유량을 제어하기 때문에, 확실하게 성적 계수(COP)를 최대치에 가까운 값으로 할 수 있다고 하는 효과가 있다.
유량 제어 밸브 입구 온도 추정 수단을 유량 제어 밸브 입구 온도 제어 범위 결정부(16D)와는 별도로 구비하고, 유량 제어 밸브 입구 온도 제어 범위 결정부(16D)는 유량 제어 밸브 입구 온도 추정 수단으로 추정한 결과에 대하여 PID 제어 등을 행하도록 하더라도 좋다. PID 제어가 아니라, 별도의 제어 방식이라도 좋다.
또한, 이 실시 형태 8에서는, 실시 형태 1의 구성에 적용한 경우에 대해 설명했지만, 실시 형태 2 내지 실시 형태 4중 어느 하나의 구성, 및 이것들의 구성의 특징을 동시에 가지는 어느 하나의 구성에 적용한 경우에 있어서도 마찬가지의 효과가 얻어진다.
실시 형태 9
도 15에, 본 발명에 의한 실시 형태 9에 있어서의 냉방 전용의 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도를 나타낸다. 실시 형태 9는 압축기를 2대로 하여, 압축기의 사이에 냉매의 열을 방출시키는 방열기를 추가하도록, 실시 형태 1을 변경한 것이다. 실시 형태 1의 도 1과 상이한 점만을 설명한다. 압축기(2)로 압축된 냉매의 열을 방출시키는 제 3 방열기(50)와, 제 3 방열기(50)로부터 나가는 냉매를 더욱 압축하는 제 3 압축기(51)를 추가하여, 제 3 압축기(51)로부터 토출되는 냉매는 방열기(3)에 들어간다. 2대의 압축기로 실시 형태 1의 경우와 같은 압력까지 압축한다.
그 밖의 구성은 실시 형태 1과 동일하다.
다음에 동작을 설명한다. 본 발명의 실시 형태 9에서의 공기 조화 장치에 있어서의 냉매의 상태 변화를 설명하는 압력 엔탈피 도면을 도 16에 나타낸다. 실선이 이 실시 형태 9의 경우이며, 점선이 제 3 방열기(50)를 갖추지 않는 경우이다.
압축기(2)의 흡입측에서의 냉매는 도 16에 있어서의 점(A)에서 나타내는 저온 저압의 증기이다. 압축기(2)로부터 토출되는 냉매는 선분(AB)의 도중에 갖는 점(J)으로 표시되는 중간 압력 또한 중간 온도의 증기이다. 냉매는 제 3 방열기(50)에서 공기 등으로 열교환하여, 점(K)으로 나타내는 점(J)과 동일한 압력으로 보다 저온의 상태가 된다. 제 3 압축기(51)에 의해 더욱 압축되어, 점(M)에서 나타내는 고압의 초임계 유체의 상태가 된다. 점(M)에서의 냉매의 상태는 점(B)과 동일한 압력에서 온도는 낮다.
방열기(3)에 들어가고 나서, 냉매 냉각부(15)와 유량 제어 밸브(4)를 통해서 압축기(2)에 들어가기까지의 냉매의 상태 변화의 궤적은 실시 형태 1의 경우와 같은 궤적 M-C-D-E-A로 된다.
이 실시 형태 9의 구성에서도, 열교환량 제어 수단에 의해 냉매 냉각 수단에서의 열교환량을 적절하게 제어하는 것에 의해, 성적 계수(COP)를 확실하게 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 있다. 가연성이 있지만 지구온난화 계수가 제 1 냉매보다도 나쁜 제 2 냉매의 사용량을 적게 하더라도, 제 2 냉매만의 경우와 동등인 성적 계수(COP)를 실현한다고 하는 효과도 있다. 또한, 제 2 냉매의 냉매 회로는 실외에서 폐 루프로 구성하고, 실내에의 제 2 냉매의 누설을 회피할 수 있다.
또한, 제 3 방열기(50)를 갖추는 것에 의해, 제 3 방열기(50)가 없는 경우보 다도 성적 계수(COP)를 개선할 수 있다고 하는 효과가 있다. 그것을 이하에 설명한다. 제 3 방열기(50)의 유무에 상관없이 증발기(5)에서의 열교환량은 동일하다. 기계적 입력은 제 3 방열기(50)를 구비하는 경우의 쪽이 작아지기 때문에, 성적 계수(COP)가 향상하게 된다. 점(A), 점(B), 점(J), 점(K) 및 점(M)의 엔탈피를 각각 Ha, Hb, Hj, Hk, Hm으로 한다. 또한, 제 3 방열기(50)가 없는 경우의 기계적 입력을 W1로 하고, 제 3 방열기(50)가 있는 경우의 기계적 입력을 W2로 한다. W1, W2와 그 차이는 아래와 같이 된다.
W1=Hb-Ha (식 8)
W2=Hj-Ha+Hm-Hk (식 9)
W1-W2=Hb-Ha-(Hj-Ha+ Hm-Hk)
=(Hb-Hj)-(Hm-Hk) (식 10)
전에도 설명했지만, 압축 전후의 압력이 동일하더라도 압축전의 엔탈피가 클 수록 냉매를 압축하는데 요하는 기계적 입력이 커진다. 지금의 경우이면, 점(J)의 쪽이 점(K)보다도 엔탈피가 크기 때문에, 선분(JB)과 선분(KM)에서는, 선분(KM)의 엔탈피차의 쪽이 커져, 식 10은 반드시 정이 된다.
또한, 이 실시 형태 9에서는, 실시 형태 1의 구성에 적용한 경우에 대해 설명했지만, 실시 형태 4 내지 실시 형태 8까지중 어느 하나의 구성, 및 이것들의 구성의 특징을 동시에 가지는 어느 하나의 구성에 적용한 경우에 있어서도 마찬가지의 효과가 얻어진다.
실시 형태 10
도 17에, 본 발명에 의한 실시 형태 10에 있어서의 냉방과 난방을 할 수 있는 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도를 나타낸다. 실시 형태 10은 압축기를 2대로 하여, 압축기의 사이에 냉매의 열을 방출시키는 방열기를 추가하도록 실시 형태 3을 변경한 것이다. 실시 형태 3의 경우에서의 도 7과 상이한 점만을 설명한다.
압축기(2)로 압축된 냉매의 열을 방출시키는 제 3 방열기(50)와, 제 3 방열기(50)로부터 나가는 냉매를 더욱 압축하는 제 3 압축기(51)와, 난방 운전시에 냉매를 제 3 방열기(50)로 흐르게 하지 않고 바로 제 3 압축기(51)에 유입하는 유로 변경 수단인 유로 전환 밸브(52)를 추가하여, 제 3 압축기(51)로부터 토출되는 냉매는 4방 밸브(20)에 들어간다. 2대의 압축기로 실시 형태 3의 경우와 같은 압력까지 압축한다.
유로 전환 밸브(52)는 압축기(2)와 제 3 방열기(50)의 사이에 설치한다. 유로 전환 밸브(52)에서는, 제 3 방열기(50)에 들어가는 냉매 배관(6A)과, 제 3 방열기(50)와 제 3 압축기(51)를 연결하는 냉매 배관(6)에 접속되는 냉매 배관(6B)중 어느 하나에 냉매를 흐르게 할 수 있다.
그 밖의 구성은 실시 형태 3과 동일하다
다음에 동작을 설명한다. 냉방 운전시에는, 유로 전환 밸브(52)가 냉매 배관(6A), 즉 제 3 방열기(50)에 냉매를 흐르게 하는 실시 형태 9의 경우와 동일하게 동작한다.
난방 운전시에는, 유로 전환 밸브(52)가 냉매 배관(6B)에 냉매를 흐르게 하 고, 제 3 방열기(50)에 냉매를 흐르게 하지 않기 때문에, 실시 형태 3과 동일하게 동작한다. 실시 형태 3에서 1대의 압축기(2)로 냉매를 압축하고 있었지만, 압축기(2)와 제 3 압축기(51)로 압축하는 점만이 서로 상이하다.
이 실시 형태 10의 구성에서도, 냉방 운전시에 열교환량 제어 수단에 의해 냉매 냉각 가열 수단에서의 열교환량을 적절하게 제어하는 것에 의해, 성적 계수(COP)를 확실하게 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 있다. 가연성이 있지만 지구온난화 계수가 제 1 냉매보다도 나쁜 제 2 냉매의 사용량을 적게 하더라도, 제 2 냉매만의 경우와 동등인 성적 계수(COP)를 실현한다고 하는 효과도 있다. 또한, 제 2 냉매의 냉매 회로는 실외에서 폐 루프로 구성하고, 실내에의 제 2 냉매의 누설을 회피할 수 있다.
또한, 난방 운전시에도 성적 계수(COP)를 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 있다.
또한, 제 3 방열기(50)를 갖추는 것에 의해, 제 3 방열기(50)가 없는 경우보다도 성적 계수(COP)를 개선할 수 있다고 하는 효과가 있다.
유로 전환 밸브(52)는 제 3 방열기(50)와 제 3 압축기(51)의 사이에 설치하더라도 좋다. 또한, 제 3 방열기(50)의 양측에 유로 전환 밸브(52)를 설치하여도 좋다. 유로 전환 밸브(52)는 냉방 운전시에만 소정의 기기에 냉매를 흐르게 할 수 있는 것이면 어떠한 것이라도 좋다. 이들의 것은 유로 전환 밸브(52)를 갖는 다른 실시 형태라도 적합하다.
또한, 이 실시 형태 10에서는, 실시 형태 3의 구성에 적용한 경우에 대해 설 명했지만, 실시 형태 2, 실시 형태 4 내지 실시 형태 8까지의 구성의 특징을 부가한 실시 형태 2 또는 실시 형태 3중 어느 하나에 적용한 경우에 있어서도 마찬가지의 효과가 얻어진다.
실시 형태 11
도 18에, 본 발명에 의한 실시 형태 11에 있어서의 냉방 전용의 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도를 나타낸다. 실시 형태 11은 제 3 방열기(50)와 제 3 압축기(51)의 사이에, 제 2 냉매에 의해 냉매를 냉각하는 열교환기를 추가하도록 실시 형태 9를 변경한 것이다. 실시 형태 9의 도 16과 상이한 점만을 설명한다.
도 18에서는, 제 3 방열기(50)와 제 3 압축기(51)의 사이에, 제 2 열교환기(13)로부터의 제 2 냉매와 제 3 방열기(50)로부터의 냉매의 사이에서 열교환을 하는 제 3 열교환기(60)를 추가하고 있다. 제 3 열교환기(60)를 빠져나간 냉매는 제 3 압축기(51)에 들어가고, 제 3 열교환기(60)를 빠져나간 제 2 냉매는 제 2 압축기(10)에 들어간다.
그 밖의 구성은 실시 형태 9의 경우와 동일하다.
다음에 동작을 설명한다. 본 발명의 실시 형태 11에서의 공기 조화 장치에 있어서의 냉매의 상태 변화를 설명하는 압력 엔탈피 도면을 도 19에 나타낸다. 실선이 이 실시 형태 11의 경우이며, 점선이 제 3 열교환기(60)를 갖추지 않는 경우이다.
압축기(2)에 흡입되고 나서 제 3 열교환기(60)를 나가기까지의 냉매의 상태 의 궤적은 실시 형태 9의 경우와 도일한 궤적 A-J-K로 된다. 제 3 열교환기(60)에서 제 2 냉매에 의해 더욱 냉매가 냉각되고, 점(N)에서 나타내는 점(K)과 동일한 압력으로 보다 저온의 상태가 된다. 제 3 압축기(51)에 의해 더욱 압축되어, 점(O)에서 나타내는 고압의 초임계 유체의 상태가 된다. 점(O)에서의 냉매의 상태는 점(M)과 동일한 압력으로 온도는 낮다. 방열기(3)에 들어가고 나서 압축기(2)에 들어가기까지의 냉매의 상태 변화의 궤적은 실시 형태 1의 경우와 동일한 궤적 O-C-D-E-A로 된다.
이 실시 형태 11의 구성에서도, 열교환량 제어 수단에 의해 냉매 냉각 수단에서의 열교환량을 적절하게 제어하는 것에 의해, 성적 계수(COP)를 확실하게 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 있다. 가연성이 있지만 지구온난화 계수가 제 1 냉매보다도 나쁜 제 2 냉매의 사용량을 적게 하더라도, 제 2 냉매만의 경우와 동등인 성적 계수(COP)를 실현한다고 하는 효과도 있다. 또한, 제 2 냉매의 냉매 회로는 실외에서 폐 루프로 구성하고, 실내에의 제 2 냉매의 누설을 회피할 수 있다.
또한, 제 3 방열기(50)를 갖추는 것에 의해, 제 3 방열기(50)가 없는 경우보다도 성적 계수(COP)를 개선할 수 있다고 하는 효과가 있다. 또한, 제 3 열교환기(60)를 갖추는 것에 의해, 제 3 열교환기(60)가 없는 경우보다도 성적 계수(COP)를 개선할 수 있다고 하는 효과가 있다. 제 3 열교환기(60)를 갖추는 것에 의해 성적 계수(COP)가 개선되는 이유는, 제 3 방열기(50)를 갖추는 경우와 동일하게, 제 3 압축기(51)에 들어가는 냉매의 엔탈피를 내리면 제 3 압축기(51)에서의 기계적 입력이 적어지기 때문이다.
제 3 열교환기(60)를 흐르는 제 2 냉매는 제 2 열교환기(13)에서 냉매와 열교환하여 온도가 상승한 것이며, 제 3 열교환기(60)에서 열교환시키는 것에 의해, 제 2 냉매의 냉동 사이클의 기계적 입력은 거의 증가하지 않는다. 단, 제 2 열교환기(13)에서의 열교환량은 성적 계수(COP)를 향상시킬 수 있도록 제어하기 때문에, 제 3 열교환기(60)에서의 열교환량을 독립으로 정할 수 없다.
제 2 열교환기(13)와 제 3 열교환기(60)에서 제 2 냉매를 직렬로 흐르게 했지만, 병렬로 흐르게 하더라도 좋다. 압축기나 방열기를 추가하여 제 3 열교환기(60)를 흐르는 제 2 냉매의 냉매 회로와, 제 2 열교환기(13)를 흐르는 제 2 냉매의 냉매 회로를 분리해도 된다. 그 경우에는, 제 3 열교환기(60)를 흐르는 냉매를 제 2 냉매와는 다른 냉매로서도 좋다.
제 3 방열기(50)는 없더라도 좋다. 압축기(2)로부터 나가는 냉매의 온도가 외기보다도 높은 경우에는, 제 3 방열기(50)가 있는 쪽이 성적 계수(COP)를 보다 개선할 수 있다. 그 이유는, 외기로 냉각할 수 없는 부분만을 제 3 방열기(50)로 냉각하면 좋기 때문에, 제 3 방열기(50)에서의 열교환량이 작아져, 제 2 압축기(10)에서의 기계적 입력이 적어지기 때문이다.
또한, 이 실시 형태 11에서는, 실시 형태 9의 구성에 적용한 경우에 대해 설명했지만, 실시 형태 1, 실시 형태 2, 실시 형태 4 내지 실시 형태 8중 어느 하나의 구성, 및 이것들의 구성의 특징을 동시에 가지는 어느 하나의 구성에 적용한 경우에 있어서도 마찬가지의 효과가 얻어진다.
실시 형태 12
도 20에, 본 발명에 의한 실시 형태 12에 있어서의 냉방 전용의 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도를 나타낸다. 실시 형태 12는, 제 3 열교환기(60)와 제 2 열교환기(13)에 병렬로 냉매가 흐르도록 실시 형태 11을 변경한 것이다. 실시 형태 11의 도 18과 상이한 점만을 설명한다. 또한, 실시 형태 12도 실시 형태 9를 바탕으로 하고 있어, 실시 형태 11과는 상이하게 변경을 한 것이다.
도 20에서는, 제 3 열교환기(60)에 제 2 냉매를 흐르게 하는 제 2 바이패스 배관(70)과, 제 3 열교환기(60)에 흐르는 제 2 냉매의 유량을 조정하는 제 4 유량 제어 밸브(71)를 추가하고 있다. 제 4 유량 제어 밸브(71)와 제 2 유량 제어 밸브(12)는 어느 쪽도 응축기(11)로부터 나가는 냉매를 병렬로 흐르게 하도록 설치되어 있다. 제 4 유량 제어 밸브(71), 제 2 바이패스 배관(70), 제 3 열교환기(60), 제 2 압축기(10)의 순서대로 제 2 냉매가 흐른다.
그 밖의 구성은 실시 형태 11의 경우와 동일하다.
다음에 동작을 설명한다. 본 발명의 실시 형태 12에서의 공기 조화 장치에 있어서의 냉매의 상태 변화는 실시 형태 11의 경우와 동일한 도 19로 된다.
냉매의 상태 변화가 동일하기 때문에, 이 실시 형태 12에서도, 실시 형태 11의 경우와 동일한 효과가 있다. 또한, 제 4 유량 제어 밸브(71)가 있기 때문에, 제 3 열교환기(60)에 흐르는 제 2 냉매의 유량을, 제 2 열교환기(13)에 흐르는 제 2 냉매의 유량과는 독립으로 제어할 수 있고, 성적 계수(COP)가 최대가 되는 동작 조건을 실현하기 쉽다고 하는 효과가 있다.
또한, 이 실시 형태 12에서는, 실시 형태 9의 구성에 적용한 경우에 대해 설 명했지만, 실시 형태 1 내지 실시 형태 8, 실시 형태 10중 어느 하나의 구성, 및 이것들의 구성의 특징을 동시에 가지는 어느 하나의 구성에 적용한 경우에 있어서도 마찬가지의 효과가 얻어진다.
실시 형태 13
도 21에, 본 발명에 의한 실시 형태 13에 있어서의 냉방과 난방을 할 수 있는 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도를 나타낸다. 실시 형태 13은, 압축기를 2대로 하고, 압축기의 사이에 냉매와 제 2 냉매의 사이에서 열교환을 하는 제 3 열교환기(60)를 추가하도록 실시 형태 2를 변경한 것이다. 실시 형태 2의 경우에서의 도 6과 상이한 점만을 설명한다.
도 21에서는, 제 3 열교환기(60)와 제 3 압축기(51)를 압축기(2)와 4방 밸브(20)의 사이에 추가하고 있다. 압축기(2)를 빠져나간 냉매는 제 3 열교환기(60), 제 3 압축기(51)의 순서대로 흘러 4방 밸브(20)에 들어간다.
그 밖의 구성은 실시 형태 2의 경우와 동일하다.
다음에 동작을 설명한다. 본 발명의 실시 형태 12에서의 공기 조화 장치에 있어서의 냉방 운전시의 냉매의 상태 변화는, 실시 형태 9의 경우에서의 도 16과 거의 동일하게 되어 있다. 단, 궤적 J-K의 냉매의 상태 변화는 제 3 방열기(50)가 아니라 제 3 열교환기(60)에 의해 초래된다.
난방 운전시에는 실시 형태 2와 마찬가지로 냉매 냉각부(15)를 동작시키지 않기 때문에, 난방 운전시에서의 냉매의 상태 변화의 궤적은, 실시 형태 2의 경우와 동일한 도 2에 있어서의 궤적 A-B-C-F-A로 된다.
이 실시 형태 13의 구성에서도, 냉방 운전시에 열교환량 제어 수단에 의해 냉매 냉각 수단에서의 열교환량을 적절하게 제어하는 것에 의해, 성적 계수(COP)를 확실하게 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 있다. 가연성이 있지만 지구온난화 계수가 제 1 냉매보다도 나쁜 제 2 냉매의 사용량을 적게 하더라도, 제 2 냉매만의 경우와 동등인 성적 계수(COP)를 실현한다고 하는 효과도 있다. 또한, 제 2 냉매의 냉매 회로는 실외에서 폐 루프로 구성하고, 실내에의 제 2 냉매의 누설을 회피할 수 있다.
또한, 제 3 열교환기(60)를 갖추는 것에 의해, 제 3 열교환기(60)가 없는 경우보다도 냉방 운전시의 성적 계수(COP)를 개선할 수 있다고 하는 효과가 있다.
실시 형태 14
도 22에, 본 발명에 의한 실시 형태 14에 있어서의 냉방과 난방을 할 수 있는 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도를 나타낸다. 실시 형태 14는, 제 3 열교환기(60)와 제 2 열교환기(13)에 병렬로 냉매가 흐르도록 실시 형태 13을 변경한 것이다. 실시 형태 13의 도 21과 상이한 점만을 설명한다.
도 22에서는, 제 3 열교환기(60)에 제 2 냉매를 흐르게 하는 제 2 바이패스 배관(70)과, 제 3 열교환기(60)에 흐르는 제 2 냉매의 유량을 조정하는 제 4 유량 제어 밸브(71)를 추가하고 있다. 제 4 유량 제어 밸브(71)와 제 2 유량 제어 밸브(12)는 어느쪽도 응축기(11)로부터 나가는 냉매를 병렬로 흐르게 하도록 설치되어 있다. 제 4 유량 제어 밸브(71), 제 2 바이패스 배관(70), 제 3 열교환기(60), 제 2 압축기(10)의 순서대로 제 2 냉매가 흐른다.
그 밖의 구성은 실시 형태 13의 경우와 동일하다.
다음에 동작을 설명한다. 본 발명의 실시 형태 14에서의 공기 조화 장치에 있어서의 냉방 운전시의 냉매의 상태 변화는 실시 형태 13의 경우와 마찬가지이며, 실시 형태 9의 경우에서의 도 16과 거의 동일하게 된다. 궤적 J-K의 냉매의 상태 변화는 제 3 방열기(50)가 아니라 제 3 열교환기(60)에 의해 초래되는 점이 도 16과는 상이한 것도 실시 형태 13의 경우와 동일하다.
실시 형태 14에서의 냉매의 상태 변화는 실시 형태 13에서의 것과 동일하기 때문에, 이 실시 형태 14에서도 실시 형태 13의 경우와 동일한 효과가 있다.
또한, 제 4 유량 제어 밸브(71)가 있기 때문에, 제 3 열교환기(60)에 흐르는 제 2 냉매의 유량을, 제 2 열교환기(13)에 흐르는 제 2 냉매의 유량과는 독립으로 제어할 수 있고, 성적 계수(COP)가 최대가 되는 동작 조건을 실현하기 쉽다고 하는 효과가 있다.
실시 형태 15
도 23에, 본 발명에 의한 실시 형태 15에 있어서의 냉방과 난방을 할 수 있는 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도를 나타낸다. 실시 형태 15는, 압축기를 2대로 하여, 압축기의 사이에 냉매와 제 2 냉매의 사이에서 냉방 운전시에 열교환을 하는 제 3 열교환기(60)를 추가하도록 실시 형태 3을 변경한 것이다. 실시 형태 3의 경우에서의 도 7과 상이한 점만을 설명한다.
도 23에서는, 제 3 열교환기(60) 및 제 3 압축기(51)와, 난방 운전시에 냉매를 제 3 열교환기(60)에 흐르게 하지 않고 바로 제 3 압축기(51)에 들어가는 유로 변경 수단인 유로 전환 밸브(52)를, 압축기(2)와 4방 밸브(20)의 사이에 추가하고 있다. 압축기(2)를 빠져나간 냉매는 제 3 열교환기(60), 제 3 압축기(51)의 순서대로 흘러, 4방 밸브(20)에 들어간다. 2대의 압축기로 실시 형태 3의 경우와 동일한 압력까지 압축한다.
유로 전환 밸브(52)는 압축기(2)와 제 3 열교환기(60)의 사이에 설치한다. 유로 전환 밸브(52)에서는, 제 3 열교환기(60)에 들어가는 냉매 배관(6A)과, 제 3 열교환기(60)와 제 3 압축기(51)를 연결하는 냉매 배관(6)에 접속되는 냉매 배관(6B)의 어느 하나에 냉매를 흐르게 할 수 있다.
그 밖의 구성은 실시 형태 3의 경우와 동일하다.
다음에 동작을 설명한다. 냉방 운전시에는, 유로 전환 밸브(52)가 냉매 배관(6A), 즉 제 3 열교환기(60)에 냉매를 흐르게 하여, 실시 형태 13의 경우와 동일하게 동작한다.
난방 운전시에는, 유로 전환 밸브(52)가 냉매 배관(6B)에 냉매를 흐르게 하여, 제 3 열교환기(60)에 냉매를 흐르게 하지 않기 때문에, 실시 형태 3과 동일하게 동작한다. 난방 운전시에 제 3 열교환기(60)에 냉매를 흐르게 하지 않는 이유는 성적 계수(COP)를 저하시키지 않기 때문이다. 난방 운전시에 제 3 열교환기(60)에 냉매를 흐르게 하면 제 3 압축기(51)에 들어가는 냉매의 엔탈피가 증대하여, 제 3 압축기(51)에서의 기계적 입력이 증대한다. 실내 열교환기(22)로 방출하는 열량도 증가하지만, 증가하는 열량은 제 3 압축기(51)에서의 기계적 입력의 증가분과 거의 동일하게 되고, 증가분만을 보면 성적 계수(COP)는 1이다. 제 3 열교 환기(60)에 냉매를 흐르게 하지 않는 경우의 성적 계수(COP)는 1보다 크기 때문에, 증가분만의 성적 계수(COP)가 1에서는 성적 계수(COP)가 저하한다.
또한, 난방 운전시에 고온이 필요하고 압축기(2)에 흡입되는 냉매의 과열도를 소정의 값으로 할 필요가 있는 경우에는, 압축기(2)에 흡입되는 냉매의 과열도를 제로로 하고, 난방 운전시에 제 3 열교환기(60)에 냉매를 흐르게 하여 과열도분을 가열하도록 하면 성적 계수(COP)를 향상시킬 수 있다.
난방 운전시에 압축기(2)에 흡입되는 냉매의 과열도가 소정값으로 할 필요가 있는지 어떤지를 판단하여, 과열도를 소정값으로 할 필요가 있는 경우만, 난방 운전시에 제 3 열교환기(60)에 냉매를 흐르게 하도록 해도 된다.
이 실시 형태 15의 구성에서도, 냉방 운전시에 열교환량 제어 수단에 의해 냉매 냉각 가열 수단에서의 열교환량을 적절하게 제어하는 것에 의해, 성적 계수(COP)를 확실하게 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 있다. 가연성이 있지만 지구온난화 계수가 제 1 냉매보다도 나쁜 제 2 냉매의 사용량을 적게 하더라도, 제 2 냉매만의 경우와 동등인 성적 계수(COP)를 실현한다고 하는 효과도 있다. 또한, 제 2 냉매의 냉매 회로는 실외에서 폐 루프로 구성하고, 실내에의 제 2 냉매의 누설을 회피할 수 있다. 난방 운전시에도 성적 계수(COP)를 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 있다.
또한, 난방 운전시에도 성적 계수(COP)를 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 있다.
또한, 제 3 열교환기(60)를 갖추는 것에 의해, 제 3 열교환기(60)가 없는 경 우보다도 냉방 운전시의 성적 계수(COP)를 개선할 수 있다고 하는 효과가 있다.
제 3 방열기(50)를 구비하면, 실시 형태 11과 마찬가지로, 압축기(2)로부터 빠져나가는 냉매의 온도가 외기보다도 높은 경우에는, 제 3 방열기(50)가 있는 쪽이 성적 계수(COP)를 보다 개선할 수 있다고 하는 효과가 있다. 제 3 방열기(50)도 구비하는 경우에는, 난방 운전시에는 냉매가 제 3 방열기(50)에 흐르지 않도록, 제 3 열교환기(60)와 유로 전환 밸브(52)와의 사이에 추가한다.
실시 형태 16
도 24에, 본 발명에 의한 실시 형태 16에 있어서의 냉방과 난방을 할 수 있는 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도를 나타낸다. 실시 형태 16은 제 3 열교환기(60)와 제 2 열교환기(13)에 병렬로 냉매가 흐르도록 실시 형태 15를 변경한 것이다. 실시 형태 15의 도 23과 상이한 점만을 설명한다.
도 24에서는, 제 3 열교환기(60)에 제 2 냉매를 흐르게 하는 제 2 바이패스 배관(70)과, 제 3 열교환기(60)에 흐르는 제 2 냉매의 유량을 조정하는 제 4 유량 제어 밸브(71)를 추가하고 있다. 제 4 유량 제어 밸브(71)와 제 2 유량 제어 밸브(12)는 함께 응축기(11)로부터 빠져나가는 냉매를 병렬로 흐르게 하도록 설치되어 있다. 제 4 유량 제어 밸브(71), 제 2 바이패스 배관(70), 제 3 열교환기(60), 제 2 압축기(10)의 순서대로 제 2 냉매가 흐른다.
냉방 운전시에만 제 3 열교환기(60)에 냉매를 흐르게 하는 유로 전환 밸브(52)가 설치되지 않는다.
그 밖의 구성은 실시 형태 15의 경우와 동일하다.
다음에 동작을 설명한다. 본 발명의 실시 형태 16에서의 공기 조화 장치에 있어서의 냉방 운전시의 냉매의 상태 변화는 실시 형태 15의 경우와 동일하고, 실시 형태 9의 경우에서의 도 16과 거의 동일하게 된다.
난방 운전시에는, 제 4 유량 제어 밸브(71)가 제 3 열교환기(60)에 제 2 냉매를 흐르게 하지 않도록 제어되고, 제 2 유량 제어 밸브(12)는 실시 형태 3과 동일하게 제어된다. 난방 운전시의 냉매의 상태 변화는 실시 형태 15의 경우와 마찬가지로, 실시 형태 3의 경우에서의 도 8과 같게 된다.
냉매의 상태 변화가 동일하기 때문에, 이 실시 형태 16에서도 실시 형태 15와 동일한 효과가 있다.
또한, 제 4 유량 제어 밸브(71)가 있기 때문에, 제 3 열교환기(60)에 흐르는 제 2 냉매의 유량을, 제 2 열교환기(13)에 흐르는 제 2 냉매의 유량과는 독립으로 제어할 수 있고, 성적 계수(COP)가 최대가 되는 동작 조건을 실현하기 쉽다고 하는 효과가 있다. 또한, 제 4 유량 제어 밸브(71)에 의해 난방 운전시에 제 3 열교환기(60)에 제 2 냉매를 흐르게 하지 않는 것에 의해 제 3 열교환기(60)에서의 열교환량을 제로로 할 수 있기 때문에, 실시 형태 15의 경우에 필요한 유로 전환 밸브(52)가 불필요라고 하는 효과가 있다.
제 3 방열기(50)도 구비하면, 실시 형태 11과 마찬가지로, 압축기(2)로부터 빠져나가는 냉매의 온도가 외기보다도 높은 경우에는, 제 3 방열기(50)가 있는 쪽이 성적 계수(COP)를 보다 개선할 수 있다고 하는 효과가 있다. 제 3 방열기(50)도 구비하는 경우에는, 난방 운전시에는 냉매가 제 3 방열기(50)에 흐르지 않게 하 는 유로 전환 밸브(52)와 동시에 추가한다.
실시 형태 17
도 25에, 본 발명에 의한 실시 형태 17에 있어서의 냉방과 난방을 할 수 있는 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도를 나타낸다. 실시 형태 17은 제 3 방열기(50)를 구비하도록 실시 형태 16을 변경한 것이다. 실시 형태 16의 도(24)와 상이한 점만을 설명한다.
도 25에서는, 제 3 방열기(50)와, 난방 운전시에 냉매를 제 3 방열기(50)에 흐르게 하지 않는 제 3 열교환기(60)에 들어가는 유로 변경 수단인 유로 전환 밸브(52)를 추가하고 있다.
유로 전환 밸브(52)는 압축기(2)와 제 3 방열기(50)의 사이에 설치한다. 유로 전환 밸브(52)에서는, 제 3 방열기(50)에 들어가는 냉매 배관(6A)과, 제 3 방열기(50)와 제 3 열교환기(60)를 연결하는 냉매 배관(6)에 접속되는 냉매 배관(6B)중 어느 하나에 냉매를 흐르게 할 수 있다.
그 밖의 구성은 실시 형태 16의 경우와 동일하다.
다음에 동작을 설명한다. 본 발명의 실시 형태 17에서의 공기 조화 장치에 있어서의 냉방 운전시의 냉매의 상태 변화는, 실시 형태 11의 경우에서의 도 18과 동일하게 된다.
난방 운전시에는, 제 4 유량 제어 밸브(71)가 제 3 열교환기(60)에 제 2 냉매를 흐르게 하지 않도록 제어되고, 제 2 유량 제어 밸브(12)는 실시 형태 3과 마찬가지로 제어된다. 난방 운전시의 냉매의 상태 변화는, 실시 형태 16의 경우와 동일하며, 실시 형태 3의 경우에서의 도 8과 동일하게 된다.
이 실시 형태 17에서는, 실시 형태 16의 효과 외에, 제 3 방열기(50)를 갖추는 것에 의해, 제 3 방열기(50)가 없는 경우보다도 성적 계수(COP)를 개선할 수 있다고 하는 효과가 있다.
이 실시 형태 17에서는, 난방 운전시에 제 3 열교환기(60)에 냉매를 흐르게 했지만, 흐르게 하지 않도록 해도 같은 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에서의 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도,
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에서의 공기 조화 장치에 있어서의 냉매의 상태 변화를 설명하는 압력 엔탈피 도면,
도 3은 본 발명의 실시 형태 1에서의 공기 조화 장치에 있어서의 냉매의 상태와 대응하는 냉매 회로도에 있어서의 위치를 설명하는 도면,
도 4는 본 발명의 실시 형태 1에서의 공기 조화 장치에 있어서의 유량 제어 밸브의 입구에서의 냉매 온도에 대한 냉방 정격 조건에서의 성적 계수(COP)의 향상비율을 시뮬레이션으로 계산한 결과를 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 실시 형태 1에서의 공기 조화 장치에 있어서의 증발기의 입구에서의 냉매의 건조도와 방열기의 출구에서의 냉매를 증발 온도까지 감압한 경우의 건조도와의 비의 값인 건조도비에 대한 냉방 정격 조건에서의 성적 계수(COP)의 향상 비율을 시뮬레이션으로 계산한 결과를 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 실시 형태 2에서의 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도,
도 7은 본 발명의 실시 형태 3에서의 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도,
도 8은 본 발명의 실시 형태 3에서의 공기 조화 장치에 있어서의 난방 운전시의 냉매의 상태 변화를 설명하는 압력 엔탈피 도면,
도 9는 본 발명의 실시 형태 4에서의 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도,
도 10은 본 발명의 실시 형태 5에서의 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도,
도 11은 본 발명의 실시 형태 5에서의 건조도비를 추정하는 과정에서 사용하는 변수를 설명하는 도면,
도 12는 본 발명의 실시 형태 6에서의 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도,
도 13은 본 발명의 실시 형태 7에서의 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도,
도 14는 본 발명의 실시 형태 8에서의 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도,
도 15는 본 발명의 실시 형태 9에서의 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도,
도 16은 본 발명의 실시 형태 9에서의 공기 조화 장치의 구성에 의한 효율 향상을 설명하기 위한 압력 엔탈피 도면,
도 17은 본 발명의 실시 형태 10에서의 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도,
도 18은 본 발명의 실시 형태 11에서의 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도,
도 19는 본 발명의 실시 형태 11에서의 공기 조화 장치의 구성에 의한 효율 향상을 설명하기 위한 압력 엔탈피 도면,
도 20은 본 발명의 실시 형태 12에서의 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도,
도 21은 본 발명의 실시 형태 13에서의 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도,
도 22는 본 발명의 실시 형태 14에서의 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도,
도 23은 본 발명의 실시 형태 15에서의 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도,
도 24는 본 발명의 실시 형태 16에서의 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도,
도 25는 본 발명의 실시 형태 17에서의 공기 조화 장치의 구성을 설명하는 냉매 회로도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 공기 조화 장치 2 : 압축기
2A : 중간압 흡입구 3 : 방열기
4 : 유량 제어 밸브 5 : 증발기
6 : 냉매 배관 6A : 냉매 배관
6B : 냉매 배관 10 : 제 2 압축기
11 : 응축기 12 : 제 2 유량 제어 밸브
13 : 제 2 증발기 14 : 제 2 냉매 배관
15 : 냉매 냉각부(냉매 냉각 수단)
16 : 열교환량 제어부(열교환량 제어 수단)
16A : 건조도비 추정부(건조도비 추정 수단)
16B : 건조도비 제어 범위 결정부(건조도비 제어 범위 결정 수단)
16C : 냉매 유량 제어부(제어 수단)
16D : 유량 제어 밸브 입구 온도 제어 범위 결정부(유량 제어 밸브 입구 온도 추정 수단, 유량 제어 밸브 입구 온도 제어 범위 결정 수단)
20 : 4방 밸브 21 : 실외 열교환기
22 : 실내 열교환기
25 : 냉매 냉각 가열부(냉매 냉각 가열 수단)
41 : 제 1 열교환기 42 : 제 2 열교환기
45 : 기액 분리기 46 : 제 3 유량 제어 밸브
47 : 바이패스 배관 50 : 제 3 방열기
51 : 제 3 압축기 52 : 유로 전환 밸브(유로 변경 수단)
60 : 제 3 열교환기 70 : 제 2 바이패스 배관
71 : 제 4 유량 제어 밸브 P1 : 압력계(제 1 압력 계측 수단)
P2 : 압력계(제 2 압력 계측 수단) T1 : 온도계(제 1 온도 계측 수단)
T2 : 온도계(제 2 온도 계측 수단) T3 : 온도계(제 3 온도 계측 수단)
T4 : 온도계(제 4 온도 계측 수단) T5 : 온도계(제 5 온도 계측 수단)

Claims (14)

  1. 제 1 냉매를 압축하는 제 1 압축기와, 제 1 냉매의 열을 방출시키는 제 1 방열기와, 제 1 냉매를 냉각하는 냉매 냉각 수단과, 제 1 냉매의 유량을 조정하는 제 1 유량 제어 밸브와, 제 1 냉매를 증발시키는 제 1 증발기와, 성적 계수가 크게 되도록 상기 냉매 냉각 수단에 있어서의 열교환량을 제어하는 열교환량 제어 수단을 구비하고,
    상기 제 1 압축기, 상기 제 1 방열기, 상기 냉매 냉각 수단, 상기 제 1 유량 제어 밸브, 상기 제 1 증발기의 순서대로 제 1 냉매를 순환시키는 냉동 사이클을 구성하고, 상기 냉매 냉각 수단의 냉각 능력이 제 1 냉매를 순환시키는 상기 냉동 사이클의 10분 1 내지 5분의 1 정도인 것을 특징으로 하는
    냉동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    지구온난화 계수가 클로로플루오로카본보다도 작은 불연성의 제 1 냉매를 이용하고,
    상기 냉매 냉각 수단이 제 1 냉매보다도 에너지 소비 효율이 좋은 제 2 냉매를 압축하는 제 2 압축기와, 제 2 냉매의 열을 방출시키는 응축기와, 제 2 냉매의 유량을 조정하는 제 2 유량 제어 밸브와, 제 1 냉매의 열에 의해 제 2 냉매를 증발시키는 제 2 증발기를 구비하고,
    상기 제 2 압축기, 상기 응축기, 상기 제 2 유량 제어 밸브, 상기 제 2 증발기의 순서대로 제 2 냉매를 순환시키는 것을 특징으로 하는
    냉동 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 압축기가 압축 도중에 제 1 냉매를 흡입하는 중간압 흡입구를 구비하고,
    상기 제 1 유량 제어 밸브로부터 빠져나가는 제 1 냉매를 기체와 액체로 분리하는 기액 분리기와, 상기 기액 분리기에 의해 분리된 기체의 제 1 냉매의 일부 또는 전부를 상기 중간압 흡입구에 유입하는 바이패스 배관과, 상기 기액 분리기로부터 나와서 상기 제 1 증발기에 들어가는 제 1 냉매의 유량을 조정하는 제 3 유량 제어 밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는
    냉동 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 압축기에 의해 압축된 제 1 냉매를 압축하는 제 3 압축기와, 상기 제 1 유량 제어 밸브로부터 빠져나가는 제 1 냉매를 기체와 액체로 분리하는 기액 분리기와, 상기 기액 분리기에 의해 분리된 기체의 제 1 냉매의 일부 또는 전부를 상기 제 3 압축기에 유입하는 바이패스 배관과, 상기 기액 분리기로부터 나와서 상기 제 1 증발기에 들어가는 제 1 냉매의 유량을 조정하는 제 3 유량 제어 밸브를 더 구비하고,
    상기 제 3 압축기로부터 토출된 제 1 냉매가 상기 제 1 방열기에 들어가는 것을 특징으로 하는
    냉동 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 압축기로부터 토출되는 제 1 냉매의 열을 방출시키는 제 3 방열기와, 상기 제 3 방열기에 의해 열이 방출된 제 1 냉매를 압축하는 제 3 압축기를 더 구비하고,
    상기 제 1 압축기로부터 토출된 제 1 냉매가 상기 제 3 방열기, 상기 제 3 압축기, 상기 제 1 방열기의 순서대로 흐르는 것을 특징으로 하는
    냉동 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 압축기에 의해 압축된 제 1 냉매를 압축하는 제 3 압축기와, 제 1 냉매와 제 2 냉매와의 사이에서 열교환을 하는 제 3 열교환기를 더 구비하고,
    상기 제 1 압축기로부터 토출된 제 1 냉매가 상기 제 3 열교환기, 상기 제 3 압축기, 상기 제 1 방열기의 순서대로 흐르고, 상기 제 2 증발기를 빠져나간 제 2 냉매가 상기 제 3 열교환기, 상기 제 2 압축기의 순서대로 흐르는 것을 특징으로 하는
    냉동 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 방열기의 출구에 있어서의 제 1 냉매의 온도를 계측하는 제 3 온도 계측 수단을 더 포함하고,
    상기 열교환량 제어 수단이,
    상기 제 3 온도 계측 수단에 의해 계측한 온도와 상기 냉매 냉각 수단에서의 열교환량으로부터 상기 제 1 유량 제어 밸브의 입구에서의 제 1 냉매의 온도인 유량 제어 밸브 입구 온도를 추정하는 제 1 유량 제어 밸브 입구 온도 추정 수단과,
    소정의 동작 조건에 있어서 상기 제 1 유량 제어 밸브 입구 온도를 변화시킨 중에서의 최대치와의 차이가 소정의 범위내인 성적 계수가 얻어지는 상기 제 1 유량 제어 밸브 입구 온도의 제어 범위를 결정하는 제 1 유량 제어 밸브 입구 온도 제어 범위 결정 수단과,
    상기 제 1 유량 제어 밸브 입구 온도 추정 수단이 추정한 상기 제 1 유량 제어 밸브 입구 온도가 상기 제어 범위에 들어가도록 상기 냉매 냉각 수단에서의 열교환량을 제어하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는
    냉동 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 유량 제어 밸브의 출구로부터 상기 제 1 증발기의 입구까지의 사 이에서의 제 1 냉매의 압력을 계측하는 제 1 압력 계측 수단 또는 상기 제 1 유량 제어 밸브의 출구에 있어서의 제 1 냉매의 온도를 계측하는 제 1 온도 계측 수단중 적어도 어느 하나를 더 구비하고,
    상기 제 1 압력 계측 수단에 의해 계측한 제 1 냉매의 압력 또는 상기 제 1 온도 계측 수단에 의해 계측한 제 1 냉매의 온도를 이용하여 상기 제 1 유량 제어 밸브 입구 온도 제어 범위 결정 수단이 상기 제 1 유량 제어 밸브 입구 온도의 제어 범위를 결정하는 것을 특징으로 하는
    냉동 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 방열기의 출구로부터 상기 제 1 유량 제어 밸브의 입구까지의 사이에서의 제 1 냉매의 압력을 계측하는 제 2 압력 계측 수단을 더 포함하고,
    상기 제 2 압력 계측 수단에 의해 계측한 제 1 냉매의 압력을 이용하여 상기 제 1 유량 제어 밸브 입구 온도 제어 범위 결정 수단이 상기 제 1 유량 제어 밸브 입구 온도의 제어 범위를 결정하는 것을 특징으로 하는
    냉동 장치.
  10. 제 1 냉매를 압축하는 제 1 압축기와, 상기 제 1 압축기로부터 토출되는 제 1 냉매가 흐르는 방향을 전환하는 제 1 4방 밸브와, 제 1 냉매와 외기와의 사이에서 열교환을 하는 실외 열교환기와, 제 1 냉매를 냉각 또는 가열하는 냉매 냉각 가 열 수단과, 제 1 냉매의 유량을 조정하는 제 1 유량 제어 밸브와, 제 1 냉매와 실내의 공기와의 사이에서 열교환을 하는 실내 열교환기와, 성적 계수가 크게 되도록 상기 냉매 냉각 가열 수단에 있어서의 열교환량을 제어하는 열교환량 제어 수단을 구비하고,
    냉방 운전시에, 상기 제 1 압축기, 상기 실외 열교환기, 상기 냉매 냉각 가열 수단, 상기 제 1 유량 제어 밸브, 상기 실내 열교환기의 순서대로 제 1 냉매를 순환시키고,
    난방 운전시에, 상기 제 1 압축기, 상기 실내 열교환기, 상기 제 1 유량 제어 밸브, 상기 냉매 냉각 가열 수단, 상기 실외 열교환기의 순서대로 제 1 냉매를 순환시키는 냉동 사이클을 구성하고, 상기 냉매 냉각 가열 수단의 열교환 능력이 제 1 냉매를 순환시키는 상기 냉동 사이클의 열교환 능력의 10분 1 내지 5분의 1 정도인 것을 특징으로 하는
    공기 조화 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    지구온난화 계수가 클로로플루오로카본보다도 작은 불연성의 제 1 냉매를 이용하고,
    상기 냉매 냉각 가열 수단이, 제 1 냉매보다도 에너지 소비 효율이 좋은 제 2 냉매를 압축하는 제 2 압축기와, 상기 제 2 압축기로부터 토출되는 제 2 냉매가 흐르는 방향을 전환하는 제 2 4방 밸브와, 제 2 냉매와 외기의 사이에서 열교환을 하는 제 1 열교환기와, 제 2 냉매의 유량을 조정하는 제 2 유량 제어 밸브와, 제 1 냉매와 제 2 냉매의 사이에서 열교환을 하는 제 2 열교환기를 구비하고,
    냉방 운전시에, 상기 제 2 압축기, 상기 제 1 열교환기, 상기 제 2 유량 제어 밸브, 상기 제 2 열교환기의 순서대로 제 2 냉매를 순환시키고,
    난방 운전시에, 상기 제 2 압축기, 상기 제 2 열교환기, 상기 제 2 유량 제어 밸브, 상기 제 1 열교환기의 순서대로 제 2 냉매를 순환시키는 것을 특징으로 하는
    공기 조화 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 압축기가 압축 도중에 제 1 냉매를 흡입하는 중간압 흡입구를 구비하고,
    상기 실내 열교환기에 출입하는 제 1 냉매의 유량을 조정하는 제 3 유량 제어 밸브와,
    제 1 냉매를 기체와 액체로 분리하는 기액 분리기와,
    상기 기액 분리기에 의해 분리된 기체의 제 1 냉매의 일부 또는 전부를 상기 중간압 흡입구에 유입하는 바이패스 배관을 더 구비하고,
    냉방 운전시에, 상기 제 1 유량 제어 밸브, 상기 기액 분리기, 상기 제 3 유량 제어 밸브, 상기 실내 열교환기의 순서대로 제 1 냉매가 흐르고,
    난방 운전시에, 상기 실내 열교환기, 상기 제 3 유량 제어 밸브, 상기 기액 분리기, 상기 제 1 유량 제어 밸브의 순서대로 제 1 냉매가 흐르는 것을 특징으로 하는
    공기 조화 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 압축기에 의해 압축된 제 1 냉매를 압축하는 제 3 압축기와,
    상기 실내 열교환기에 출입하는 제 1 냉매의 유량을 조정하는 제 3 유량 제어 밸브와,
    제 1 냉매를 기체와 액체로 분리하는 기액 분리기와,
    상기 기액 분리기에 의해 분리된 기체의 제 1 냉매의 일부 또는 전부를 상기 제 3 압축기에 유입하는 바이패스 배관을 더 구비하고,
    상기 제 3 압축기로부터 토출된 제 1 냉매가 상기 제 1 4방 밸브에 들어가고,
    냉방 운전시에, 상기 제 1 유량 제어 밸브, 상기 기액 분리기, 상기 제 3 유량 제어 밸브, 상기 실내 열교환기의 순서대로 제 1 냉매가 흐르고,
    난방 운전시에 상기 실내 열교환기, 상기 제 3 유량 제어 밸브, 상기 기액 분리기, 상기 제 1 유량 제어 밸브의 순서대로 제 1 냉매가 흐르는 것을 특징으로 하는
    공기 조화 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 압축기에 의해 압축된 제 1 냉매를 압축하는 제 3 압축기와,
    제 1 냉매와 제 2 냉매의 사이에서 열교환을 하는 제 3 열교환기와,
    냉방 운전시에, 상기 제 1 압축기로부터 토출된 제 1 냉매가 상기 제 3 열교환기, 상기 제 3 압축기의 순서대로 흐르고, 난방 운전시에, 상기 제 1 압축기로부터 토출된 제 1 냉매를 상기 제 3 압축기에 흐르게 하는 유로 변경 수단을 더 구비하고,
    상기 제 3 압축기로부터 토출된 제 1 냉매가 상기 제 1 4방 밸브에 들어가고,
    상기 제 2 열교환기를 빠져나간 제 2 냉매가 상기 제 3 열교환기, 상기 제 2 압축기의 순서대로 흐르는 것을 특징으로 하는
    공기 조화 장치.
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