KR20080047242A - 공기 조화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는 난방 운전시에 난방 능력을 손실시키는 일 없이, 급탕 이용을 가능하게 하는 공기 조화 장치를 제공하는 것이다.
가스 엔진을 냉각하는 회로(41)에는, 냉각수와 냉매를 열 교환시키는 배열 회수 열 교환기(48)에 병렬로, 이 냉각수와 열 교환시킴으로써 이용수를 승온시키기 위한 온수 열 교환기(52)를 설치하고, 난방 운전의 운전 상태를 기초로 하여 배열 회수 열 교환기(48)에 있어서의 냉매의 배열 회수가 충분한지 여부를 판별하는 판별 수단(62)을 구비하고, 이 배열 회수가 충분하다고 판별된 경우에는, 적어도 냉각수의 일부를 온수 열 교환기(52)로 흘리도록 제어된다.
Figure P1020070049097
회로, 열 교환기, 판별 수단, 공기 조화 장치, 압축기

Description

공기 조화 장치 {AIR CONDITIONING APPARATUS}
도1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 공기 조화 장치의 냉매 회로도.
도2는 외기 온도 및 실내외 운전 용량비에 대응하는 난방 잉여 능력 지수가 설정된 테이블 데이터를 나타내는 도면.
도3은 판별 동작을 나타내는 흐름도.
도4는 발전기를 구비하는 공기 조화 장치의 냉매 회로도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 100 : 공기 조화 장치
11 : 실외기
12, 12A, 12B : 실내기
13 : 제어 장치
16 : 압축기
19 : 실외 열 교환기(증발기)
30 : 가스 엔진
41 : 엔진 냉각 장치(냉각수 회로)
44 : 온수 취출용 삼방 밸브
48 : 배열 회수 열 교환기
52 : 온수 열 교환기
60 : 냉매 회로
61 : 불휘발성 메모리
62 : CPU(판별 수단, 제어 수단, 보정 수단)
91 : 발전기
[문헌 1] 일본 특허 출원 공개 제2004-36966호 공보
본 발명은, 엔진 구동식 공기 조화 장치에 있어서의 가스 엔진의 배열을 유효하게 이용하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 가스 엔진에 의해 구동되는 압축기, 응축기, 감압 장치 및 증발기를 갖고, 압축기로부터 토출된 냉매가 순환하는 냉매 회로와, 가스 엔진의 배열을 회수하고, 이 가스 엔진을 냉각하는 냉각수가 순환하는 냉각수 회로와, 이 냉각수 회로의 냉각수와 냉매 회로의 냉매를 열 교환시킴으로써, 냉각수를 통해 배열을 냉매에 회수시키는 배열 회수 열 교환기를 구비하는 공기 조화 장치가 알려져 있다(예를 들어, 문헌 1 참조).
이러한 종류의 공기 조화 장치에서는, 예를 들어 난방 운전시에, 배열 회수 열 교환기에 냉각수를 흘리고, 이 냉각수와 냉매를 열 교환시킴으로써 냉매 압력을 상승시켜 난방 능력의 증강을 도모하고 있다.
그런데, 이러한 종류의 공기 조화 장치에서는, 가스 엔진의 배열을 회수함으로써, 이용수를 승온시켜 급탕에 이용하는 것을 생각할 수 있다.
그러나, 난방 운전시에, 가스 엔진의 배열을 급탕에 이용한 경우, 난방 능력의 증강에 이용되는 배열이 상대적으로 감소하므로, 냉매 배관을 흐르는 냉매 압력이 저하함으로써, 실내의 분출 온도가 저하하여 난방의 쾌적성이 손실된다고 하는 문제가 있었다.
그래서, 본 발명의 목적은 난방 운전시에 난방의 쾌적성을 손실시키는 일 없이, 급탕 이용을 가능하게 하는 공기 조화 장치를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 가스 엔진에 의해 구동되는 압축기, 응축기, 감압 장치 및 증발기를 갖고, 상기 압축기로부터 토출된 냉매가 순환하는 냉매 회로와, 상기 가스 엔진의 배열을 회수하고, 상기 가스 엔진을 냉각하는 냉각수가 순환하는 냉각수 회로와, 이 냉각수 회로의 냉각수와 상기 냉매 회로의 냉매를 열 교환시킴으로써, 상기 냉각수를 통해 상기 배열을 상기 냉매에 회수시키는 배열 회수 열 교환기를 구비하는 공기 조화 장치에 있어서, 상기 냉각수 회로에는 배열 회수 열 교환기에 병렬로, 상기 냉각수와 열 교환시킴으로써 이용수를 승온시키기 위한 온수 열 교환기를 설치하고, 난방 운전의 운전 상태를 기초로 하여 상기 배열 회수 열 교환기에 있어서의 냉매의 배열 회수가 충분한지 여부를 판별하는 판 별 수단을 구비하고, 이 배열 회수가 충분하다고 판별된 경우에는 적어도 상기 냉각수의 일부를 상기 온수 열 교환기로 흘리도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 따르면, 난방 운전시에 있어서도 배열 회수 열 교환기에 있어서의 냉매의 배열 회수가 충분하다고 판별된 경우에는, 냉각수의 일부를 온수 열 교환기로 흘림으로써 이 온수 열 교환기에서 이용수를 가열하여 온수를 만들 수 있으므로 난방 능력을 저해하는 일 없이 급탕 이용을 행할 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 공기 조화 장치는 실외기와 실내기를 구비하고, 상기 판별 수단은 상기 실외기의 정격 용량에 대한 가동 중인 상기 실내기의 운전 용량을 나타내는 실내외 용량비와 외기 온도에 대응하는 난방 잉여 능력 지수를 설정하고, 이 난방 잉여 능력 지수가 소정의 임계치 이상인 경우에는, 상기 배열 회수 열 교환기에 있어서의 냉매의 상기 배열의 회수가 충분하다고 판별하는 구성으로 해도 좋다.
또한, 상기 판별 수단은 상기 증발기에 있어서 외기로부터 열 회수가 가능한 경우에는, 상기 배열 회수 열 교환기에 있어서의 냉매의 상기 배열의 회수가 충분하다고 판별하는 구성으로 해도 좋다. 또한, 상기 판별 수단은 상기 배열 회수 열 교환기 후의 냉각수 온도가 소정의 온도 이상인 경우에는, 상기 배열 회수 열 교환기에 있어서의 냉매의 상기 배열의 회수가 충분하다고 판별하는 구성으로 해도 좋다. 또한, 상기 가스 엔진에 의해 구동되는 발전기를 구비하고, 이 발전기의 발전량에 따라서 상기 난방 잉여 능력 지수를 보정하는 보정 수단을 구비하는 구성으로 해도 좋다.
이하, 본 발명의 실시 형태를, 도면을 기초로 하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
도1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 공기 조화 장치의 냉매 회로도이다.
이 도1에 도시한 바와 같이, 공기 조화 장치(10)는 실외기(11), 복수대(예를 들어, 2대)의 실내기(12A, 12B) 및 제어 장치(13)를 갖고 이루어지고, 실외기(11)의 실외 냉매 배관(14)과 실내기(12A, 12B)의 각 실내 냉매 배관(15A, 15B)이 연결되어 있다.
실외기(11)는 실외에 설치되고, 실외 냉매 배관(14)에는 압축기(16)가 배치되는 동시에, 이 압축기(16)의 흡입측에 어큐뮬레이터(17)가, 토출측에 사방 밸브(18)가 각각 배치되고, 이 사방 밸브(18)측에 실외 열 교환기(19), 실외 팽창 밸브(감압 장치)(24), 드라이 코어(25)가 차례로 배치되어 구성된다. 실외 열 교환기(19)에는, 이 실외 열 교환기(19)를 향해 송풍하는 실외 팬(20)이 인접하여 배치되어 있다. 또한, 압축기(16)는 전자(電磁) 클러치(27)를 통해 가스 엔진(30)에 연결되고, 이 가스 엔진(30)에 의해 구동된다. 또한, 실외 팽창 밸브(24)를 바이패스하여 냉매계 바이패스관(26)이 배치되어 있다.
한편, 실내기(12A, 12B)는 각각 실내에 설치되고, 실내 냉매 배관(15A, 15B)에는 각각 실내 열 교환기(21A, 21B) 및 실내 팽창 밸브(감압 장치)(22A, 22B)가 배치되어 있다. 실내 열 교환기(21A, 21B)에는, 이들 실내 열 교환기(21A, 21B)로 송풍하는 실내 팬(23A, 23B)이 인접하여 배치되어 있다. 또한, 도1 중의 부호 28은 스트레이너이고, 부호 29는 압축기(16)의 토출측의 냉매 압력을 압축기(16)의 흡입측으로 릴리프하는 안전 밸브이다. 본 실시 형태에서는, 실외 냉매 배관(14), 실내 냉매 배관(15A, 15B)이 각종 기기를 통해 폐 루프(closed loop)에 연결되어 냉매 회로(60)를 형성하고 있다.
또한, 제어 장치(13)는 실외기(11) 및 실내기(12A, 12B)의 운전을 제어하고, 구체적으로는 실외기(11)에 있어서의 가스 엔진(30)[즉, 압축기(16)], 사방 밸브(18), 실외 팬(20) 및 실외 팽창 밸브(24) 및 실내기(12A, 12B)에 있어서의 실내 팽창 밸브(22A, 22B) 및 실내 팬(23A, 23B)을 각각 제어한다. 또한, 제어 장치(13)는 후술하는 엔진 냉각 장치(41)의 순환 펌프(47), 온수 취출용 삼방 밸브(44), 냉각수 삼방 밸브(45) 및 외부 펌프(50) 등을 제어한다.
제어 장치(13)에 의해 사방 밸브(18)가 절환되고, 공기 조화 장치(10)가 냉방 운전 또는 난방 운전으로 설정된다. 즉, 제어 장치(13)가 사방 밸브(18)를 냉방측으로 절환하였을 때에는, 냉매가 실선 화살표와 같이 흘러 실외 열 교환기(19)가 응축기가 되고, 실내 열 교환기(21A, 21B)가 증발기가 되어 냉방 운전 상태가 되어, 각 실내 열 교환기(21A, 21B)가 실내를 냉방한다. 또한, 제어 장치(13)가 사방 밸브(18)를 난방측으로 절환하였을 때에는, 냉매가 파선 화살표와 같이 흘러 실내 열 교환기(21A, 21B)가 응축기가 되고, 실외 열 교환기(19)가 증발기가 되어 난방 운전 상태가 되어, 각 실내 열 교환기(21A, 21B)가 실내를 난방한다.
또한, 제어 장치(13)는 냉방 운전시에는 실내 팽창 밸브(22A, 22B)의 각각의 밸브 개방도를 공조(空調) 부하에 따라서 제어한다. 난방 운전시에는, 제어 장치(13)는 실외 팽창 밸브(24) 및 실내 팽창 밸브(22A, 22B)의 각각의 밸브 개방도 를 공조 부하에 따라서 제어한다.
한편, 압축기(16)를 구동하는 가스 엔진(30)의 연소실(도시하지 않음)에는, 엔진 연료 공급 장치(31)로부터 혼합기(混合氣)가 공급된다. 이 엔진 연료 공급 장치(31)는, 연료 공급 배관(32)에, 2개의 연료 차단 밸브(33), 제로 거버너(zero governor)(34), 연료 조정 밸브(35) 및 액츄에이터(36)가 차례로 배치되고, 이 연료 공급 배관(32)의 액츄에이터(36)의 측단부가 가스 엔진(30)의 상기 연소실에 접속되어 구성된다.
연료 차단 밸브(33)는 직렬로 2개 배치되어 2폐쇄형의 연료 차단 밸브 기구를 구성하고, 2개의 연료 차단 밸브(33)가 연동하여 완전 폐쇄 또는 완전 개방되고, 연료 가스의 누설이 없는 차단과 연통을 택일적으로 실시한다.
제로 거버너(34)는 연료 공급 배관(32) 내에 있어서의 상기 제로 거버너(34)의 전후의 1차측 연료 가스 압력[1차압(a)]과 2차측 연료 가스 압력[2차압(b)] 중, 1차압(a)의 변동에 치우쳐도 2차압(b)을 일정한 소정압으로 조정하여, 가스 엔진(30)의 운전을 안정화시킨다.
연료 조정 밸브(35)는 액츄에이터(36)의 상류측으로부터 공기가 도입됨으로써 생성되는 혼합기의 공연비를 최적으로 조정하는 것이다. 또한, 액츄에이터(36)는 가스 엔진(30)의 연소실에 공급되는 혼합기의 공급량을 조정하여, 가스 엔진(30)의 회전수를 제어한다.
가스 엔진(30)에는 엔진 오일 공급 장치(37)가 접속되어 있다. 이 엔진 오일 공급 장치(37)는, 오일 공급 배관(38)에 오일 차단 밸브(39) 및 오일 공급 펌 프(40) 등이 배치된 것이며, 가스 엔진(30)에 엔진 오일을 적절하게 공급한다.
상기 제어 장치(13)에 의한 가스 엔진(30)의 제어는, 구체적으로는 엔진 연료 공급 장치(31)의 연료 차단 밸브(33), 제로 거버너(34), 연료 조정 밸브(35) 및 액츄에이터(36), 및 엔진 오일 공급 장치(37)의 오일 차단 밸브(39) 및 오일 공급 펌프(40)를 제어 장치(13)가 제어함으로써 이루어진다.
가스 엔진(30)은 엔진 냉각 장치(냉각수 회로)(41) 내를 순환하는 엔진 냉각수에 의해 냉각된다. 이 엔진 냉각 장치(41)는 가스 엔진(30)에 부설된 배기 가스 열 교환기(도시 생략)에 폐 루프 형상으로 접속된 냉각수 배관(42)을 구비한다. 이 냉각수 배관(42)에는, 왁스 삼방 밸브(43), 온수 취출용 삼방 밸브(44), 냉각수 삼방 밸브(45), 라디에이터(46) 및 순환 펌프(47)가 차례로 배치되고, 상기 온수 취출용 삼방 밸브(44), 냉각수 삼방 밸브(45)에는 라디에이터(46)에 병렬로 배열 회수 열 교환기(48), 온수 열 교환기(52)가 각각 접속되어 있다. 이 온수 열 교환기(52)는 외부의 온수 공급계(49)를 갖고 구성된다.
왁스 삼방 밸브(43)는 가스 엔진(30)을 신속히 난기(暖機)시키기 위한 것이다. 이 왁스 삼방 밸브(43)는 입구(43A)가, 냉각수 배관(42)에 있어서의 가스 엔진(30)에 부설된 배기 가스 열 교환기측에, 저온측 출구(43B)가 냉각수 배관(42)에 있어서의 순환 펌프(47)의 흡입측에, 고온측 출구(43C)가 냉각수 배관(42)을 통해 온수 취출용 삼방 밸브(44)의 입구(44A)에 각각 접속되어 있다. 순환 펌프(47)는 가동시에 엔진 냉각수를 승압하여, 이 엔진 냉각수를 엔진 냉각 장치(41) 내에서 순환시키는 것이다.
엔진 냉각수는 순환 펌프(47)의 토출측으로부터 약 40 ℃로 가스 엔진(30)의 배기 가스 열 교환기에 유입되어, 가스 엔진(30)의 배열(배기 가스의 열)을 회수한 후에 가스 엔진(30) 내를 흘러 이 가스 엔진(30)을 냉각하고, 약 80 ℃로 가열된다. 가스 엔진(30)으로부터 왁스 삼방 밸브(43)에 유입된 엔진 냉각수는, 저온(예를 들어, 70 ℃ 이하)일 때에는 저온측 출구(43B)로부터 순환 펌프(47)로 복귀되어 가스 엔진(30)을 신속히 난기하고, 고온(예를 들어, 70 ℃ 이상)일 때에는 고온측 출구(43C)로부터 온수 취출용 삼방 밸브(44)로 흐른다.
이 온수 취출용 삼방 밸브(44)의 한쪽 출구(44B)는 냉각수 배관(42)에 있어서의 온수 열 교환기(52)측에, 다른 쪽 출구(44C)는 냉각수 배관(42)을 통해 냉각수 삼방 밸브(45)의 입구(45A)에 접속되어 있다. 이 온수 취출용 삼방 밸브(44)는 왁스 삼방 밸브(43)로부터 입구(44A)를 통해 유입된 엔진 냉각수를, 한쪽 출구(44B)를 통해 온수 열 교환기(52), 또는 다른 쪽 출구(44C)를 통해 냉각수 삼방 밸브(45)의 입구(45A)측의 어느 한쪽, 혹은 분류비를 변경하여 양방으로 도입하는 유량 조정식 삼방 밸브이다. 이 온수 취출용 삼방 밸브(44)는 모터(도시되지 않음)에 의해 구동되고, 이 모터가 제어 장치(13)에 의해 제어된다.
온수 열 교환기(52)는 외부 펌프(50)를 구비한 온수 공급계(49)의 외부 배관(51) 내를 흐르는 이용수로서의 온수와, 왁스 삼방 밸브(43)로부터 유입된 엔진 냉각수를 열 교환하여, 이 온수 공급계(49)의 온수를 가스 엔진(30)의 배열에 의해 가열하여 승온시키는 플레이트식 열 교환기이다. 온수 공급계(49)의 온수는, 예를 들어 약 60 ℃로 온수 열 교환기(52) 내에 유입되고, 이에 의해 약 70 ℃로 승온되 어 외부에 공급된다. 이와 같이 승온된 온수 공급계(49)의 온수는 급탕 등에 이용된다. 온수 열 교환기(52)에 의해 온수 공급계(49)의 온수와 열 교환된 엔진 냉각수는, 약 50 ℃까지 온도 저하(냉각)되고, 순환 펌프(47)의 흡입측을 통해 가스 엔진(30)의 배기 가스 열 교환기로 복귀되어, 가스 엔진(30)을 냉각한다.
한편, 냉각수 삼방 밸브(45)의 한쪽 출구(45B)는 냉각수 배관(42)에 있어서의 라디에이터(46)측에, 다른 쪽 출구(45C)는 냉각수 배관(42)에 있어서의 배열 회수 열 교환기(48)측에 접속되어 있다. 이 냉각수 삼방 밸브(45)는, 온수 취출용 삼방 밸브(44)로부터 입구(45A)를 통해 유입된 엔진 냉각수를, 한쪽 출구(45B)를 통해 라디에이터(46), 또는 다른 쪽 출구(45C)를 통해 배열 회수 열 교환기(48)의 어느 한쪽, 혹은 분류비를 변경하여 양방으로 도입하는 유량 조정식 삼방 밸브이다. 이 냉각수 삼방 밸브(45)는 모터(도시되지 않음)에 의해 구동되고, 이 모터가 제어 장치(13)에 의해 제어된다.
라디에이터(46)는 엔진 냉각수를 방열하여, 이 엔진 냉각수를 약 40 ℃로 냉각하는 것이다. 이 라디에이터(46)에서 냉각된 엔진 냉각수는, 순환 펌프(47)의 흡입측을 통해 가스 엔진(30)의 배기 가스 열 교환기로 복귀되어, 가스 엔진(30)을 냉각한다. 또한, 이 라디에이터(46)는 공기 조화 장치(10)의 실외 열 교환기(19)에 인접 배치된다.
또한, 배열 회수 열 교환기(48)는 압축기(16)의 입구측의 실외 냉매 배관(14)을 흐르는 가스 냉매와, 엔진 냉각수를 열 교환하여, 이 냉매를 가스 엔진(30)의 배열에 의해 가열하여 승온시키는 플레이트식 열 교환기이다. 이 배열 회수 열 교환기(48)는 냉매 회로(60)의 사방 밸브(18)와 어큐뮬레이터(17)와의 사이에 배치되고, 난방 운전시에 증발기[즉, 실외 열 교환기(19)]에서 증발한 냉매에 가스 엔진(30)의 배열을 회수시킴으로써, 난방 능력의 증강을 도모하기 위한 것이다. 특히, 외기 온도가 낮은(예를 들어, 0 ℃ 이하) 경우에는, 증발기에서 외기와 냉매와의 열 교환을 충분히 할 수 없는 일도 있으므로, 배열 회수 열 교환기(48)를 서브 증발기로서 기능시킴으로써, 난방 능력의 유지 또는 증강이 도모된다. 따라서, 이 배열 회수 열 교환기(48)는 주로 난방 운전시에만 이용된다.
배열 회수 열 교환기(48)에 의해 냉매 회로(60)를 흐르는 냉매와 열 교환된 엔진 냉각수는, 약 50 ℃까지 온도 저하(냉각)되고, 순환 펌프(47)의 흡입측을 통해 가스 엔진(30)의 배기 가스 열 교환기로 복귀되어, 가스 엔진(30)을 냉각한다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 공기 조화 장치(10)는 엔진 냉각수가 흐르는 엔진 냉각 장치(41)에 온수 열 교환기(52)를 구비하고, 이 온수 열 교환기(52)에 엔진 냉각수를 공급함으로써, 냉방 운전시, 난방 운전시의 어떠한 운전시에 있어서도, 이 엔진 냉각수로부터 엔진 배열을 회수하여, 급탕 이용을 항상 가능하게 구성되어 있다.
그런데, 공기 조화 장치(10)는 어디까지나 실내 공간의 냉방 혹은 난방을 행하는 것을 주목적으로 하는 기기이므로, 난방 운전시에 있어서의 엔진 배열은 주로 난방 능력의 증강에 이용되는 것이 바람직하다. 한편, 예를 들어 난방 부하가 작고 실외기(11)의 난방 능력에 여력이 있는 경우에는, 난방 운전시라도 엔진 배열을 적극적으로 급탕에 이용하여, 이 엔진 배열의 유효 이용을 도모하는 것이 바람직하 다.
이를 위해, 본 실시 형태에서는 공기 조화 장치(10)의 운전 상태를 기초로 하여 배열 회수 열 교환기(48)에 있어서의 냉매의 배열 회수가 충분한지 여부를 판별하는 판별 수단을 구비한다. 이 경우, 제어 장치(13)의 후술하는 CPU(62)가 판별 수단으로서 기능한다.
제어 장치(13)는 제어용 프로그램 및 제어용 데이터를 미리 기억하고 있는 불휘발성 메모리(61)(기억부)와, 이 불휘발성 메모리(61) 내의 제어용 프로그램 등을 기초로 하여 공기 조화 장치(10)의 전체를 제어하는 CPU(62)와, 각종 데이터를 일시적으로 저장하는 RAM(63)을 구비한다. 본 제1 실시 형태에서는 배열 회수 열 교환기(48)에 있어서의 냉매의 배열 회수가 충분한지 여부를 판별하는 데 있어서, 도2에 나타낸 바와 같이 외기 온도 및 실내외 운전 용량비에 대응하는 난방 잉여 능력 지수가 미리 설정되어 있는 테이블 데이터(70)를 이용한다. 이 테이블 데이터(70)는 제어 장치(13)의 불휘발성 메모리(61)에 기억되어 있다.
여기서, 실내외 운전 용량비라 함은, 실외기(11)의 정격 운전 용량(kw)에 대해 가동[써모 온(thermo-on)]하고 있는 각 실내기(12)의 총 운전 용량(kw)을 나타낸 것이다. 이 실내외 운전 용량비가 작을수록 실내기(12)의 운전 부하가 작은 것을 나타내고 있다. 또한, 난방 잉여 능력 지수는 외기 온도 및 실내외 운전 용량비에 대응하는 운전 상태에 있어서, 실외기(11)의 난방 능력에 어느 정도의 여력이 있는지를 수치로 나타낸 것이다. 이 난방 잉여 능력 지수가 클수록 난방 능력에 여력이 있는 것을 나타내고 있다. 이 테이블 데이터(70)에서는, 외기 온도가 높 고[30 (℃)], 실내외 운전 용량비가 작은[5 (％)] 경우에는, 난방 잉여 능력 지수가 높아져(100), 실외기(11)의 난방 능력에 충분한 여력이 있는 것을 나타내고 있다. 반대로, 외기 온도가 낮고[0 (℃)], 실내외 운전 용량비가 큰[125 (％)] 경우에는, 난방 잉여 능력 지수가 작아져(0), 실외기(1l)의 난방 능력에 여력이 없는 것을 나타내고 있다.
다음에, 도3을 참조하여 배열 회수가 충분한지 여부를 판별하는 동작에 대해 설명한다.
우선, 난방 운전시에, 제어 장치(13)의 CPU(62)는 실외기(11)에 배치되어 있는 온도 센서(도시하지 않음)로부터 외기 온도를 취득한다(단계 S1). 이어서, CPU(62)는 난방 운전하고 있는 실내기(12)의 총 운전 용량(운전 부하)을 구하고, 이 총 운전 용량으로부터 실내외 운전 용량비를 산출한다(단계 S2).
이어서, CPU(62)는 상기 외기 온도와 실내외 운전 용량비를 불휘발성 메모리(61)로부터 판독한 테이블 데이터(70)에 대조하고, 이 운전 상태에 대응하는 난방 잉여 능력 지수를 구한다(단계 S3). 이 경우, 예를 들어 외기 온도가 10(℃)이고 실내외 운전 용량비가 45(％)라 하면, 이 운전 상태에 대응하는 난방 잉여 능력 지수는 테이블 데이터(70)로부터 50이라 구해진다.
이어서, CPU(62)는 단계 S3에서 구한 난방 잉여 능력 지수가 소정의 임계치(P) 이상인지 여부를 판별한다(단계 S4). 이 임계치(P)는 임의로 설정된 수치이며, 본 실시 형태에서는 50으로 설정되어 있다. 또한, 이 임계치(P)는 불휘발성 메모리(61)에 재기록 가능하게 기억되어 있다.
이 판별에 있어서, 난방 잉여 능력 지수가 소정의 임계치(P) 이상인(단계 S4 ; "예") 경우에는, 실외기(11)의 난방 능력에는 여력이 있다고 추정되어, 배열 회수 열 교환기(48)에 있어서의 냉매의 배열 회수가 충분하다고 판별된다. 이로 인해, CPU(62)는 온수 취출 제어를 실행한다(단계 S5). 구체적으로는, 온수 공급계(49)의 외부 펌프(50)를 운전하는 동시에, 온수 취출용 삼방 밸브(44)의 한쪽 출구(44B)를 개방하고, 다른 쪽 출구(44C)를 폐쇄하도록 온수 취출용 삼방 밸브(44)를 제어한다. 또한, 제어 장치(13)는 다른 쪽 출구(44C)를 완전히 폐쇄해도 좋고, 또한 이 엔진 냉각수의 일부가 배열 회수 열 교환기(48)에 유입될 정도로 다른 쪽 출구(44C)의 개방도를 좁혀도 좋다.
이에 따르면, 엔진 냉각수는 온수 취출용 삼방 밸브(44)를 통해 온수 열 교환기(52)로 유입되고, 이 온수 열 교환기(52)에서 온수 공급계(49)의 온수와 열 교환함으로써 엔진 배열을 유효하게 이용하여 온수 취출을 실행할 수 있다.
이 경우, 배열 회수 열 교환기(48)에 있어서의 냉매의 배열 회수가 충분하다고 판별되므로, 엔진 냉각수(엔진 배열)를 배열 회수 열 교환기(48)에 공급하지 않아도, 실외기(11)는 그 능력의 범위 내에서 실내 공간을 충분히 난방할 수 있어, 실외기(11)의 난방 능력을 저해하는 원인이 되는 일은 없다.
한편, 상기 판별에 있어서 난방 잉여 능력 지수가 소정의 임계치(P) 이상이 아닌(단계 S4 ; "아니오") 경우에는, 실외기(11)의 난방 능력에는 여력이 적을(혹은 없을) 것이라 추정된다. 따라서, CPU(62)는 배열 회수 열 교환기(48)에 있어서의 냉매의 배열 회수가 충분하지 않다고 판별되어, 엔진 배열을 난방 능력의 증강 에 이용한다(단계 S6). 구체적으로는, CPU(62)는 냉매에 엔진 배열을 충분히 회수시키기 위해, 엔진 냉각수의 대략 전량이 배열 회수 열 교환기(48)로 유입되도록 온수 취출용 삼방 밸브(44) 및 냉각수 삼방 밸브(45)를 제어한다. 이에 따르면, 배열 회수 열 교환기(48)에서 냉매와 엔진 냉각수가 열 교환됨으로써, 이 냉매에 엔진 배열이 회수되므로, 이 냉매가 데워짐으로써 난방 능력의 증강이 이루어져, 난방 운전이 저해되는 일은 없다.
본 제1 실시 형태에 따르면, 미리 설정된 테이블 데이터(70)를 기초로 하여 실내외 용량비와 외기 온도에 대응하는 난방 잉여 능력 지수를 구하고, 이 난방 잉여 능력 지수에 따라서 상기 배열 회수 열 교환기에 있어서의 냉매의 상기 배열의 회수가 충분한지 여부를 판별하므로, 연산 처리를 가능한 한 적게 하여 이 판별을 용이하게 행할 수 있다. 그리고, 이 판별 결과를 기초로 하여 온수 취출용 삼방 밸브(44)를 제어함으로써, 난방 운전시에 난방 능력을 저해하는 일 없이 엔진 배열을 유효하게 이용하여 온수 취출을 할 수 있다.
본 제1 실시 형태에서는, 외기 온도와 실내외 운전 용량비에 대한 난방 잉여 능력 지수가 미리 테이블 데이터로서 설정되어 있는 구성에 대해 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로는, 난방 능력 지수를 외기 온도와 실내외 운전 용량비로부터 산출하는 구성으로 해도 좋다. 이 구성에 따르면, 테이블 데이터(70)를 불휘발성 메모리(61)에 기억시킬 필요가 없으므로, 제어 장치(13)의 구성이 간소화된다.
또한, 상기 단계 S4의 판별에 있어서, 난방 잉여 능력 지수가 소정의 임계 치(P) 이상인지 여부를 판별하고 있었지만, 이에 더하여 실내기(12)의 실내 취출(吹出) 온도(Ta)를 검출하고, 이 실내 취출 온도(Ta)가 소정 온도(예를 들어, 42 ℃)인지 여부에 대해 판별하는 구성으로 해도 좋다. 이 소정 온도는, 불휘발성 메모리(61)에 재기록 가능하게 기억되어 있다. 이 구성에 따르면, 난방 잉여 능력 지수에 더하여, 실제의 실내 분출 온도(Ta)도 판별의 기준이 되므로, 보다 정확한 판별 및 제어를 행할 수 있다. 실내기(12)가 복수대 있는 경우에는, 실내 분출 온도(Ta)는 각 실내기(12)의 실내 분출 온도의 평균치를 채용하면 된다.
또한, 외기 온도 혹은 실내외 운전 용량비의 어느 한쪽을 판별할 때의 판단치로 하는 구성으로 해도 좋다. 이 구성에 따르면, 간이적으로 상기 판별을 실시할 수 있어, 제어 장치(13)의 구성의 간소화를 도모할 수 있다.
(제2 실시 형태)
본 제2 실시 형태에서는 배열 회수 열 교환기(48)에 있어서의 냉매의 배열 회수가 충분한지 여부의 판별을 실외 열 교환기(19)에 서리 부착이 발생되는지 여부로 실시하고 있는 점이 상기 제1 실시 형태와 다르다. 본 제2 실시 형태에 있어서도 제어 장치(13)의 CPU(62)가 판별 수단으로서 기능한다.
처음부터, 난방 운전시에 실외 열 교환기(19)에서 외기로부터 열을 회수할 수 있는 경우에는, 이 회수한 열에 의해 냉동 사이클을 형성할 수 있으므로, 엔진 배열을 냉매의 가열에 이용하지 않아도 실외기(11)의 난방 능력이 저해되는 일은 없다. 또한, 난방 운전시에는, 실외 팽창 밸브(24)는 소요의 과열이 얻어지도록 교축량이 조정된다. 여기서, 소요의 과열을 얻기 위해서는 실외 열 교환기(19)에 서의 증발 온도가 외기 온도보다도 충분히 작을 필요가 있다. 이로 인해, 외기 온도는 낮은 경우에는, 그 교축도 작아져 실외 열 교환기(19)의 코일 온도(입구측)는 저하하고, 이 코일 온도가 빙점하인 상태를 계속하면, 실외 열 교환기(19)는 서리 부착·빙결되어, 머지않아 외기와의 열 교환이 불가능하게 되어 버린다.
이로 인해, 실외 열 교환기(19)에 서리 부착이 발생되어 있지 않은, 즉 외기로부터 열을 회수할 수 있는 경우에는, 배열 회수 열 교환기(48)에 있어서의 냉매의 배열 회수가 충분하다고 판별할 수 있다. 실외 열 교환기(19)에 서리 부착이 발생되어 있는지 여부는, 실외 열 교환기(19)의 액체측(난방 입구) 온도(Tb)를 계측하고, 이 온도(Tb)가 0 ℃ 이하[온도(Tb) ≤ 0 ℃]의 조건을 소정 시간(예를 들어, 60분) 계속하고 있는지로 판별할 수 있다. 이 소정 시간은, 불휘발성 메모리(61)에 재기록 가능하게 기억되어 있다.
따라서, 이 조건이 성립되지 않는 경우, 즉 외기로부터 열을 회수할 수 있는 경우에는, 제어 장치(13)의 CPU(62)는 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로 온수 공급계(49)의 외부 펌프(50)를 운전하는 동시에, 온수 취출용 삼방 밸브(44)의 한쪽 출구(44B)를 개방하고, 다른 쪽 출구(44C)를 폐쇄하도록 온수 취출용 삼방 밸브(44)를 제어한다. 이에 따르면, 엔진 냉각수는 온수 취출용 삼방 밸브(44)를 통해 온수 열 교환기(52)로 유입되고, 이 온수 열 교환기(52)에서 온수 공급계(49)의 온수와 열 교환함으로써 엔진 배열을 유효하게 이용하여 온수 취출을 실행할 수 있다.
한편, 상기한 조건이 성립된 경우에는, 실외 열 교환기(19)에 서리 부착됨으로써, 외기로부터 열을 회수할 수 없어 난방 운전이 저해된다. 이로 인해, CPU(62)는 엔진 냉각수가 배열 회수 열 교환기(48)로 유입되도록 온수 취출용 삼방 밸브(44) 및 냉각수 삼방 밸브(45)를 제어한다. 이 경우, 엔진 냉각수의 일부를 라디에이터(46)에 유입시키도록 냉각수 삼방 밸브(45)를 제어하는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 고온의 엔진 냉각수가 라디에이터(46)에 유입됨으로써, 이 라디에이터(46)에 인접하는 실외 열 교환기(19)가 서리 제거된다. 그리고, 실외 열 교환기(19)가 서리 제거되어 상기 조건이 성립되지 않게 되면, 다시 엔진 배열을 급탕에 이용하는 것이 가능해진다.
본 제2 실시 형태에 따르면, 제어 장치(13)는 난방 운전시에 실외 열 교환기(19)에서 외기로부터의 열 회수가 가능한 경우에는, 배열 회수 열 교환기(48)에 있어서의 냉매의 배열 회수가 충분하다고 판별하므로, 한랭기에 있어서도 난방 능력을 저해하는 일 없이 엔진 배열의 대부분을 이용하여 온수 취출을 행할 수 있다.
(제3 실시 형태)
본 제3 실시 형태에서는, 배열 회수 열 교환기(48)에 있어서의 냉매의 배열 회수가 충분한지 여부의 판별을 이 배열 회수 열 교환기(48)의 출구측의 엔진 냉각수 온도(Tc)를 기초로 하여 판별하는 점에서 상기 제1 또는 제2 실시 형태와 구성을 달리 하고 있다. 본 제3 실시 형태에 있어서도 제어 장치(13)의 CPU(62)가 판별 수단으로서 기능한다.
엔진 냉각 장치(41)는, 상술한 바와 같이 왁스 삼방 밸브(43)를 구비하고, 이 왁스 삼방 밸브(43)는 엔진 냉각수가 고온(70 ℃ 이상)으로 되지 않으면, 이 엔진 냉각수를 배열 회수 열 교환기(48)측으로 공급하지 않도록 되어 있다.
그리고, 배열 회수 열 교환기(48)에서는, 냉매와 열 교환함으로써 이 냉매를 가열하여 난방 능력의 증강이 이루어진다. 이 경우, 배열 회수 열 교환기(48)의 출구측에 있어서의 엔진 냉각수 온도(Tc)가 소정 온도(예를 들어, 60 ℃) 이상인 경우에는, 엔진 냉각수로부터 냉매로의 열 이동이 거의 없으므로, 배열 회수 열 교환기(48)에 있어서의 냉매의 배열 회수가 충분하다고 판별할 수 있어, 이 배열을 급탕에 이용하는 것이 가능해진다.
이 경우, 이 소정 온도에는 다소(예를 들어, 4 ℃ 정도)의 디퍼렌셜(differential)을 마련하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 소정 온도로서 설정된 60 ℃의 상하로 2 ℃씩의 디퍼렌셜을 마련하여, 엔진 냉각수 온도(Tc)가 62 ℃ 이상이 된 경우에, 배열 회수 열 교환기(48)에 있어서의 냉매의 배열 회수가 충분하다고 판별하고, 이 엔진 냉각수 온도(Tc)가 58 ℃ 이하가 된 경우에, 배열 회수 열 교환기(48)에 있어서의 냉매의 배열 회수가 충분하지 않다고 판별한다. 이에 따르면, 온수 취출 제어를 실행할 때, 소정 온도 부근에서의 헌팅이 방지되어, 안정된 운전이 가능해진다. 상기 소정 온도 및 디퍼렌셜은, 불휘발성 메모리(61)에 재기록 가능하게 기억되어 있다.
본 제3 실시 형태에 따르면, 제어 장치(13)는 배열 회수 열 교환기(48)의 출구측의 엔진 냉각수 온도(Tc)가 소정의 온도 이상인 경우에는, 상기 배열 회수 열 교환기(48)에 있어서의 냉매의 배열 회수가 충분하다고 판별되므로, 난방 운전시에 있어서의 난방 능력을 충분히 확보한 상태에서 잉여의 엔진 배열을 이용하여 온수 취출을 행할 수 있다.
또한, 엔진 냉각수의 온도가 상기 왁스 삼방 밸브(43)의 동작 온도(예를 들어, 70도) 이상이 된 경우에, 온수 취출을 실행해도 좋다. 즉, 엔진 배열의 이용이 가능해지면 바로 온수 취출을 실행함으로써, 신속하게 급탕 이용이 가능해진다.
이 경우, 배열 회수 열 교환기(48)에서의 배열 회수가 상대적으로 감소하므로, 난방 능력을 향상시키는 것을 일시적으로 할 수 없게 되지만, 엔진 냉각수는 엔진 냉각 장치(41)를 순환함으로써 결국 가열되므로, 난방 능력이 저해되는 일은 없다.
(제4 실시 형태)
도4는 제4 실시 형태에 관한 공기 조화 장치(100)의 구성을 도시하는 냉매 회로도이다.
이 공기 조화 장치(100)는 가스 엔진(30)에 의해 구동되는 발전기(91)를 갖는 점에서 상기 공기 조화 장치(10)와 구성을 달리 한다.
발전기(91)는 압축기(16)를 전자 클러치(27)에 의해 가스 엔진(30)으로부터 분리한 경우의 상기 가스 엔진(30)의 구동 능력에 대응하는 발전 능력을 갖고 있고, 중간기 등 공조를 행하지 않는 경우에 발전 시스템으로서 충분한 전력을 공급할 수 있도록 되어 있다.
이 발전기(91)에는 계통 연계 인버터(93)가 접속되고, 이 계통 연계 인버터(93)는 발전기(91)로부터의 3상(三相) 교류 전력을, AC/DC 컨버터를 통해 직류 전력으로 변환한 후, 200 V의 3상 교류의 전력으로 변환하고, 상용 계통(95)에 출력한다. 이 상용 계통(95)은 상용 전원(96)과, 브레이커(97)와, 수요자 부하(98) 를 포함하고, 계통 연계 인버터(93)는 브레이커(97)와, 수요자 부하(98)와의 사이에 접속되어 있다.
이 계통 연계 인버터(93)에는, 상용 전원(96) 및 브레이커(97)의 사이에 설치된 전력 검출기(99)가 접속되어 있다. 이 전력 검출기(99)는 상용 계통(95)에 공급되는 전력치를 실시간으로 취득하고, 이 취득한 전력치 데이터가, 계통 연계 인버터(93)에 입력되어 통신선을 통해 제어 장치(13)로 보내진다.
이와 같이 발전기(91)를 구비하는 공기 조화 장치(100)에서는, 가스 엔진(30)은 압축기(16) 및 발전기(91)를 구동시키므로, 예를 들어 공조 부하가 동일하였다고 해도, 상기 공기 조화 장치(10)에 비해 발전기(91)의 구동분만큼 가스 엔진(30)의 부하 및 엔진 배열이 증가한다. 이로 인해, 이 엔진 배열의 증가분을 고려하여 상기 엔진 배열을 유효하게 이용할 필요가 있다.
본 제4 실시 형태에서는, 테이블 데이터(70)를 이용하여 배열 회수가 충분한지 여부를 판별할 때에, 발전기(91)의 발전량에 따라서 테이블 데이터(70)에 설정되어 있는 난방 잉여 능력 지수를 보정하는 보정 수단을 구비한다. 이 보정 수단은, 발전량에 따라서 난방 잉여 능력 지수의 값을 변경하는 것이며, 제어 장치(13)의 CPU(62)가 보정 수단으로서 기능한다.
구체적으로는, CPU(62)는 계통 연계 인버터(93)로부터 송신된 발전량(전력치)에 따른 보정치를 불휘발성 메모리(61)로부터 판독하고, 이 보정치를 기초로 하여 테이블 데이터(70)의 난방 잉여 능력 지수를 변경한다. 예를 들어, 발전기(91)에서의 발전량이 2(kw)인 경우, CPU(62)는 이 발전량에 대응하는 보정치(본 구성에 서는 10)를 불휘발성 메모리(61)로부터 판독하여, 각 난방 잉여 능력 지수에 각각 가산한다.
이에 따르면, 발전량에 따라서 난방 잉여 능력 지수가 변경되므로, 발전에 의해 증가한 엔진 배열을 고려한 후, 배열 회수 열 교환기(48)에 있어서의 냉매의 배열 회수가 충분한지 여부를 용이하게 판별할 수 있어, 엔진 배열을 유효하게 이용할 수 있다.
또한, 제어 장치(13)의 CPU(62)는 계통 연계 인버터(93)에 의해 발전량을 알 수 있다. 이로 인해, 이 발전량으로부터 역산하면 발전에 의해 증가한 엔진 부하를 알 수 있고, 나아가 그 부하분의 엔진 배열을 추정하는 것이 가능하다. 예를 들어, 4(kw)의 발전을 행하고 있는 경우, 발전 효율이 40 ％라 하면 연비로서는 10(kw) 증가한다. 이 증가분 중, 25 ％를 온수로서 회수할 수 있다고 하면, 그 열량은 10(kw) × 25 ％ = 2.5(kw)로 산출된다.
한편, 온수 공급계(49)의 출입구[예를 들어, 온수 열 교환기(52)의 출입구]의 온도 및 온수 유량이 얻어지면, 취출하고 있는 열량을 구할 수 있으므로, 이 온수로서 취출한 열량과, 발전량에 대응하는 배열량이 균형이 잡히도록 상기 온수 취출용 삼방 밸브(44)를 제어함으로써, 발전 부하분의 열만을 취출할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 난방 운전시에 있어서도 배열 회수 열 교환기에 있어서의 냉매의 배열 회수가 충분히 판별된 경우에는, 냉각수의 일부를 온수 열 교환기로 흘림으로써, 이 온수 열 교환기에서 이용수를 가열하여 온수를 만들 수 있으므로 난방 능력을 저해하는 일 없이 급탕 이용을 행할 수 있다.

Claims (5)

  1. 가스 엔진에 의해 구동되는 압축기, 응축기, 감압 장치 및 증발기를 갖고, 상기 압축기로부터 토출된 냉매가 순환하는 냉매 회로와, 상기 가스 엔진의 배열을 회수하고, 상기 가스 엔진을 냉각하는 냉각수가 순환하는 냉각수 회로와, 이 냉각수 회로의 냉각수와 상기 냉매 회로의 냉매를 열 교환시킴으로써, 상기 냉각수를 통해 상기 배열을 상기 냉매에 회수시키는 배열 회수 열 교환기를 구비하는 공기 조화 장치에 있어서,
    상기 냉각수 회로에는, 배열 회수 열 교환기에 병렬로, 상기 냉각수와 열 교환시킴으로써 이용수를 승온시키기 위한 온수 열 교환기를 설치하고,
    난방 운전의 운전 상태를 기초로 하여, 상기 배열 회수 열 교환기에 있어서의 냉매의 배열 회수가 충분한지 여부를 판별하는 판별 수단을 구비하고, 이 배열 회수가 충분하다고 판별된 경우에는, 적어도 상기 냉각수의 일부를 상기 온수 열 교환기로 흘리도록 제어되는 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공기 조화 장치는, 실외기와 실내기를 구비하고,
    상기 판별 수단은, 상기 실외기의 정격 용량에 대한 가동 중인 상기 실내기의 운전 용량을 나타내는 실내외 용량비와 외기 온도에 대응하는 난방 잉여 능력 지수를 설정하고, 이 난방 잉여 능력 지수가 소정의 임계치 이상인 경우에는, 상기 배열 회수 열 교환기에 있어서의 냉매의 상기 배열의 회수가 충분하다고 판별하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 판별 수단은, 상기 증발기에 있어서 외기로부터 열 회수가 가능한 경우에는, 상기 배열 회수 열 교환기에 있어서의 냉매의 상기 배열의 회수가 충분하다고 판별하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 판별 수단은, 상기 배열 회수 열 교환기 후의 냉각수 온도가 소정의 온도 이상인 경우에는, 상기 배열 회수 열 교환기에 있어서의 냉매의 상기 배열의 회수가 충분하다고 판별하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 가스 엔진에 의해 구동되는 발전기를 구비하고, 이 발전기의 발전량에 따라서 상기 난방 잉여 능력 지수를 보정하는 보정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
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