KR20090071346A

KR20090071346A - 공기 조화 장치

Info

Publication number: KR20090071346A
Application number: KR1020080088005A
Authority: KR
Inventors: 사또루 가나자와; 시게루 요시이
Original assignee: 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 2007-12-26
Filing date: 2008-09-08
Publication date: 2009-07-01
Also published as: CN101469911B; EP2075518A2; JP5145026B2; JP2009156496A; EP2075518A3; KR100998139B1; CN101469911A

Abstract

본 발명의 과제는 냉매 압력을 운전 상태, 특히 난방 운전시의 운전 상태에 따라서 최적의 상태로 유지하는 것이다.

압축기(16), 사방 밸브(18), 실외 열교환기(19A, 19B) 및 실내 열교환기(21A, 21B, 21C)를 순차 접속한 냉매 회로(100)를 구비한 공기 조화 장치(10)에 있어서, 실외 열교환기(19A, 19B)에 병렬로 접속된 리시버 탱크(71)와, 난방 운전시에 리시버 탱크(71)를 통해 냉매의 일부를 실외 열교환기(19A, 19B)를 바이패스하여 압축기(16)의 흡입측으로 흐르게 하는 냉매 바이패스 회로로서의 리퀴드관(53), 입구 밸브(72), 출구 밸브(73)를 구비한다.

압축기, 열교환기, 사방 밸브, 리시버 탱크, 리퀴드관

Description

공기 조화 장치 {AIR CONDITIONER}

본 발명은 공기 조화 장치에 관한 것으로, 특히 난방 운전시의 냉매 압력을 최적의 상태로 유지하기 위한 기술에 관한 것이다.

종래, 에너지 절약형 공기 조화 장치가 요구되고 있고, 공기 조화 장치의 냉동 사이클의 성적 계수 COP(Coefficient Of Performance)를 향상시키기 위해, 냉동 사이클을 순환하여 응축된 액 냉매를 포화 온도 이하로 과냉각하고, 잔존 가스를 냉매 중에 포함하지 않도록 하여 냉매를 증발기로 순환시키는 것이 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).

이러한 종류의 공기 조화 장치에서는, 액 냉매를 과냉각하는 데 공기와 열교환하는 공기 열교환기를 이용한 것이 있지만, 공기 열교환기에서는 매우 큰 전열 면적이 필요해 비효율적이다. 이로 인해, 순환하는 액 냉매의 일부를 분류(分流)시키고, 분류한 액 냉매를 증발시켜 분류 전의 냉매와 열교환시킴으로써 분류 전의 액 냉매를 과냉각으로 하고, 증발기로의 냉매 순환 유량을 줄여 냉매의 냉매 배관에 의한 압력 손실을 줄이는 구성을 구비한 공기 조화 장치가 제안되어 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 평6-281270호 공보

그런데, 공기 조화 장치에 있어서는, 난방 운전시와 냉방 운전시에서는 동일한 공기 조화 장치에 있어서도 필요해지는 냉매 용량이 다르며, 난방 운전시에는 냉방 운전시보다도 필요해지는 냉매량이 적어도 되는 것으로 되어 있다.

이로 인해, 난방 운전시에 잉여로 되는 냉매를 흡수하기 위해, 종래에 있어서는 실내 열교환기와 실외 열교환기를 접속하는 냉매 배관 경로 중에, 잉여의 냉매를 수용하기 위한 리시버 탱크를 설치하는 것이 행해지고 있다.

공기 조화 장치의 운전 상태에 따른 냉매량으로 하는 것은, 효율적인 공기 조화 운전을 행하는 면에서 필요하지만, 한편 냉매 배관계로(配管系路) 중에 리시버 탱크를 항시 설치하는 구성을 채용하면, 적절한 냉매량을 유지할 수 있어 부하에 따른 최적의 냉매 압력에 대해 과도한 냉매 압력의 상승을 피할 수 있다고 하는 이점은 있지만, 압축기의 토출측의 압력을 높게 유지하는 것이 곤란해지고, 특히 난방 운전시에 있어서 효율이 떨어져 버린다고 하는 문제가 발생한다.

이것을 피하기 위해서는, 냉방 운전시에 리시버 탱크를 사용하지 않도록 냉매 회로로부터 분리하는 것이 고려되지만, 이 경우에는 리시버 탱크 내에 냉매가 잔존하여 유효하게 냉매를 이용할 수 없을 가능성이 있고, 또한 냉매 압력도 부하에 따른 최적의 압력보다도 상승하기 쉽게 되어 버릴 가능성이 발생한다.

그래서, 본 발명의 목적은 냉매 압력을 운전 상태, 특히 난방 운전시의 운전 상태에 따라서 최적의 상태로 유지할 수 있는 공기 조화 장치를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 압축기, 사방 밸브, 실외 열교환기 및 실내 열교환기를 순차 접속한 냉매 회로를 구비한 공기 조화 장치에 있어서, 상기 실외기에 병렬로 접속된 리시버 탱크와, 난방 운전시에 상기 리시버 탱크를 통해 냉매의 일부를 상기 실외 열교환기를 바이패스하여 상기 압축기의 흡입측으로 흐르게 하는 냉매 바이패스 회로를 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

상기 구성에 따르면, 리시버 탱크의 접속 상태, 즉 리시버 탱크의 동작 상태를 냉매 회로의 동작 상태에 따라서 절환함으로써, 부하 혹은 공기 조화 장치의 동작 상태(동작 조건)에 따른 보다 적합한 냉매 압력 상태를 유지할 수 있다.

이 경우에 있어서, 상기 냉매 바이패스 회로는 상기 냉매가 상기 리시버 탱크로 유입되는 제1 밸브와, 상기 냉매가 상기 리시버 탱크로부터 유출되는 제2 밸브와, 상기 난방 운전시에 상기 제1 밸브 혹은 상기 제2 밸브 중 적어도 한쪽을 개방 상태로 하는 밸브 제어부를 구비하도록 해도 좋다.

또한, 상기 밸브 제어부는 상기 난방 운전시 혹은 냉방 운전시에 상기 압축기의 토출 압력이 부하에 따른 소정 압력 범위보다 높은 경우에, 상기 제1 밸브를 개방 상태로 하고 상기 제2 밸브를 폐쇄 상태로 하도록 해도 좋다.

또한, 상기 밸브 제어부는 상기 난방 운전시에 상기 압축기의 토출 압력이 소정 압력 범위보다 낮은 경우에, 상기 제1 밸브를 폐쇄 상태로 하고 상기 제2 밸브를 개방 상태로 하도록 해도 좋다.

또한, 상기 리시버 탱크에 병렬로 접속된 리퀴드 밸브와, 상기 리시버 탱크 에 직렬로 접속되고, 상기 리퀴드 밸브 혹은 상기 리시버 탱크를 통해 유입된 상기 냉매를 증발시켜 상기 압축기의 흡입측으로 흐르게 하는 증발기를 구비하도록 해도 좋다.

또한, 상기 밸브 제어부는 상기 난방 운전시에 상기 압축기의 토출 압력이 상기 소정 압력 범위 혹은 상기 소정 압력 범위보다 높은 경우, 또한 상기 리퀴드 밸브에 있어서의 냉매 유량이 부족한 경우에, 상기 리퀴드 밸브를 폐쇄 상태로 하고 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브를 개방 상태로 하도록 해도 좋다.

또한, 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브는 전자기 밸브 혹은 전동 밸브로서 구성되어 있도록 해도 좋다.

본 발명에 따르면, 난방 운전시에 리시버 탱크를 통해 냉매의 일부를 실외 열교환기를 바이패스하여 압축기의 흡입측으로 흐르게 하는 냉매 바이패스 회로를 구비하므로, 냉매 바이패스 회로에 의해 리시버 탱크의 접속 상태, 즉 리시버 탱크의 동작 상태를 냉매 회로의 동작 상태에 따라서 절환하여, 부하 혹은 공기 조화 장치의 동작 상태(동작 조건)에 따른 보다 적합한 냉매 압력 상태를 유지할 수 있어, 보다 효율적으로 공조 운전을 행할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 설명한다.

도1은 본 실시 형태에 관한 공기 조화 장치를 도시하는 회로도이다.

공기 조화 장치(10)는 가스 히트 펌프식 공기 조화 장치로, 병렬 접속된 복 수의 실외 열교환기군(11A, 11B) 및 복수(본 실시 형태에서는, 3대)의 실내기(12A, 12B, 12C)를 갖고 있다.

실외 열교환기군(11A, 11B)에 접속되는 냉매 배관(14)과, 실내기(12A, 12B, 12C)에 접속되는 각 실내 냉매 배관(15A, 15B, 15C)은 연결되어 냉동 사이클(100)의 일부를 구성하고 있다.

실내기(12A, 12B, 12C)는 각각 실내에 설치되고, 각각 실내 냉매 배관(15A, 15B, 15C)에 실내 열교환기(21A, 21B, 21C)가 접속되어 있다. 이들 실내 열교환기(21A, 21B, 21C)의 근방에는 감압 장치로서의 실내 팽창 밸브(22A, 22B, 22C)가 각각 접속되어 있다. 또한, 실내 열교환기(21A, 21B, 21C)에는 이들 실내 열교환기(21A, 21B, 21C)로 송풍하는 실내 팬(23A, 23B, 23C)이 인접하여 배치되어 있다.

실외 열교환기군(11A, 11B)에 접속된 냉매 배관(14)에는 압축기(16)가 접속되는 동시에, 이 압축기(16)의 흡입측에 어큐뮬레이터(17)가, 토출측에 오일 세퍼레이터(26)를 통해 사방 밸브(18)가 각각 접속되어 있다.

압축기(16)는 도시하지 않은 동력 전달 벨트를 통해 가스 엔진(30)에 연결되어, 가스 엔진(30)에 의해 구동된다. 이 가스 엔진(30)은 엔진 냉각계(31)를 흐르는 냉각수에 의해 냉각된다. 이 엔진 냉각계(31)는 제1 냉각계 배관(35)에 가스 엔진(30), 냉각수 바이패스 밸브(38), 냉각수 삼방 밸브(32), 폐열 회수 열교환기(33), 리저브 탱크(39) 및 냉각수 펌프(34)가 접속되어 있다. 한편, 실외 열교환기(19)와 인접하여 설치된 방열기(라디에이터)(37)가 접속된 제2 냉각계 배관(36)의 일단부가 냉각수 삼방 밸브(32)에 접속되고, 그 타단부가 냉각수 펌 프(34)의 흡입측에 접속되어 있다.

이들 복수의 실외 열교환기(11A, 11B), 압축기(16), 후술하는 가스 엔진 등은 하나의 하우징에 수납되어 실외기(11)를 구성하고 있다.

냉각수 삼방 밸브(32)는 공기 조화 장치(10)의 냉방 운전시에 방열기(37)측으로 개방되고, 냉각수 펌프(34)의 가동에 의해 냉각수가 방열기(37)로 도입되고 방열되어 가스 엔진(30)이 냉각된다.

또한, 공기 조화 장치(10)의 난방 운전시에는 냉각수 삼방 밸브(32)가 폐열 회수 열교환기(서브 증발기)(33)측으로 개방된다. 이때, 냉각수 펌프(34)의 가동에 의해 냉각수가 폐열 회수 열교환기(33)로 도입되고, 후술하는 바와 같이 실외측의 냉매 배관(14)을 순환하는 액 냉매와의 열교환에 의해 실외측의 냉매 배관(14)을 흐르는 냉매를 가열하여 가스 냉매로서 압축기(16)의 흡입측으로 공급하는 것으로 된다.

가스 엔진(30)과 냉각수 삼방 밸브(32)의 사이에는 냉각수 바이패스 밸브(38)가 설치되어 있고, 이 냉각수 바이패스 밸브(38)는 냉각수 펌프(34)의 유입측에 접속되어 있다.

압축기(16)로부터 토출된 냉매가 유입되는 사방 밸브(18)에는 실외 열교환기(19A, 19B), 감압 장치로서의 실외 팽창 밸브(24A, 24B)가 순차 접속되고, 이들을 통해 과냉각 열교환기(서브 쿨러)(42)가 접속되어 있다.

이때, 실외 열교환기(19A, 19B)에는 이 실외 열교환기(19A, 19B)에 외기를 유통시키는 실외 팬(20A, 20B)이 각각 인접하여 배치되어 있다.

사방 밸브(18)가 절환됨으로써, 공기 조화 장치(10)는 냉방 운전 또는 난방 운전으로 설정된다. 즉, 사방 밸브(18)가 난방측으로 절환되었을 때에는 냉매가 실선 화살표 α로 나타내는 바와 같이 흘러, 실내 열교환기(21A, 21B, 21C)가 응축기로, 실외 열교환기(19)가 증발기로 되어 난방 운전 상태로 된다. 이에 의해, 각 실내 열교환기(21A, 21B, 21C)가 실내를 난방한다.

한편, 사방 밸브(18)가 냉방측으로 절환되었을 때에는 냉매가 파선 화살표 β에 나타내는 바와 같이 흘러, 실외 열교환기(19)가 응축기로, 실내 열교환기(21A, 21B, 21C)가 증발기로 되어 냉방 운전 상태로 된다. 이에 의해, 각 실내 열교환기(21A, 21B, 21C)가 실내를 냉방한다.

난방 운전시에는 실외 팽창 밸브(24) 및 실내 팽창 밸브(22A, 22B, 22C)의 각각의 밸브 개방도가 공조 부하에 따라서 조정된다.

또한, 냉방 운전시에는 실내 팽창 밸브(22A, 22B, 22C)의 각각의 밸브 개방도가 공조 부하에 따라서 조정되어, 실외 팽창 밸브(24)가 완전 개방 조작된다.

실외 열교환기군(11A, 11B)에 있어서는, 냉매 고압측[압축기(16)의 토출측]과 냉매 저압측[도시한 예에서는 어큐뮬레이터(17)의 전방] 사이에 바이패스관(51)이 접속되고, 이 바이패스관(51)에 바이패스 밸브(52)가 설치되어 있다.

또한, 이 실외 열교환기(11)에는 실외측의 냉매 배관(14)을 흐르는 액 냉매를 폐열 회수 열교환기(33)를 통해 압축기(16)의 흡입측에 설치된 어큐뮬레이터(17)의 전방으로 적절하게 공급하기 위한 리퀴드관(53)이 설치되고, 이 리퀴드관(53)에 리퀴드 밸브(54)가 설치되어 있다. 또한, 리퀴드 밸브(54)와, 폐열 회수 열교환기(33) 사이에는 과냉각 열교환기(42)가 설치되어 있다.

과냉각 열교환기(42)는 플레이트 핀식 열교환기이며, 이 과냉각 열교환기(42)는 리퀴드 밸브(54)에서 팽창하여 과냉각 열교환기(42)의 증발측을 흐르는 냉각측 냉매로서의 액 냉매와 실외 열교환기(19)에서 응축되어 과냉각 열교환기(42)의 응축측을 흐르는 피냉각측 냉매로서의 액 냉매가 열교환 가능하게 설치되어 있다. 이에 의해, 과냉각 열교환기(42)는 과냉각 열교환기(42)의 응축측을 흐르는 액 냉매를 냉각하여 과냉각하거나, 혹은 이미 과냉각 상태에서 응축측을 흐르는 액 냉매의 과냉각 정도를 크게 한다.

리퀴드 밸브(54)와 병렬, 나아가서는 실외 열교환기(19A, 19B)와 병렬로는 리시버 탱크(71)가 접속되고, 리시버 탱크(71)의 입구관(71U)측에는 냉매 배관(14)과의 사이에 입구 밸브(72)(= 제1 밸브)가 접속되고, 출구관(71D)측에는 리퀴드관(53)과의 사이에 출구 밸브(73)(= 제2 밸브)가 접속되어 있다. 이 경우에 있어서, 입구 밸브(72) 및 출구 밸브(73)는 전자 밸브로서 구성하고 있지만, 전동 밸브로서 구성하는 것도 가능하다. 이들 입구 밸브(72), 출구 밸브(73)의 동작에 대해서는 후술한다.

또한, 압축기(16)의 토출측에는 냉매의 토출측 압력(냉매 고압측 압력)을 검출하기 위한 토출측 압력 검출 센서(74)가 설치되고, 압축기(16)의 흡입측에는 냉매의 흡입측 압력(냉매 저압측 압력)을 검출하기 위한 흡입측 압력 검출 센서(78)가 설치되고, 토출측 압력 검출 센서(74)가 검출한 토출측 압력 및 흡입측 압력 검출 센서(78)가 검출한 흡입측 압력을 기초로 하여 입구 밸브(72), 출구 밸브(73), 나아가서는 리시버 탱크(71)의 동작을 제어하는 컨트롤러(75)가 설치되어 있다. 또한, 이 컨트롤러(75)는 실외 열교환기(11) 전체를 제어하고 있다.

어큐뮬레이터(17)는 과냉각 열교환기(42)의 증발측에서 증발한 후에 압축기(16)로 유입되는 가스 냉매를 기액 분리한다.

다음에, 본 실시 형태에 관한 공기 조화 장치의 동작을 설명한다.

우선, 본원 발명에 관한 난방 운전시의 개요 동작을 설명한다.

공기 조화 장치(10)의 난방 운전시에는, 상술한 바와 같이 사방 밸브(18)가 난방측으로 절환되어 가스 냉매가 실선 화살표 α로 나타내는 바와 같이 흐른다. 압축기(16)에서 압축된 가스 냉매는 실내 열교환기(21A, 21B, 21C)로 유입된다.

실내 열교환기(21A, 21B, 21C)로 유입된 가스 냉매는 실내 열교환기(21A, 21B, 21C)에서 실내 공기와 열교환하여 실내를 난방하는 동시에, 응축하여 액 냉매로 된다.

실내 열교환기(21A, 21B, 21C)로부터 유출된 액 냉매는, 실내 팽창 밸브(22A, 22B, 22C) 및 과냉각 열교환기(42)의 응축측을 유통하여 실외 열교환기(19A, 19B)로 유입된다.

이때, 실내 팽창 밸브(22A, 22B, 22C)를 유통한 액 냉매의 일부가 분류하여 과냉각 사이클(101)측으로 흐른다.

여기서, 분류 후의 액 냉매의 흐름 및 리시버 탱크(71)의 동작에 대해 상세하게 설명한다.

도2는 실시 형태의 리시버 탱크의 동작 모드를 변경하기 위한 난방 운전시에 있어서의 처리 흐름도이다.

우선 초기 상태에 있어서, 공기 조화 장치(10)는 정지 상태에 있는 것으로 하면, 공기 조화 장치의 컨트롤러(75)는 정지 상태(단계 S11)에 있어서 리시버 탱크의 동작 모드를, 리시버 탱크(71)에 접속된 입구 밸브(72)를 폐쇄 상태, 출구 밸브(73)를 개방 상태로 하여, 리시버 탱크(71)를 잉여 냉매를 수용하는 리시버 탱크로서는 기능시키지 않는 제2 모드로 하고 있다(단계 S12).

계속해서, 사용자에 의해 난방 운전의 개시가 지시되면(단계 S13), 압축기(16)가 운전 중인지 여부를 판별한다(단계 S14).

단계 S14의 판별에 있어서, 압축기(16)가 운전 정지 중인 경우에는(단계 S14 ; "아니오"), 대기 상태로 된다.

단계 S14의 판별에 있어서, 압축기(16)가 운전 중인 경우에는(단계 S14 ; "예"), 컨트롤러(75)는 토출측 압력 검출 센서(74)가 검출한 토출측 압력을 기초로 하여 압축기(16)의 토출측(냉매 고압측)의 냉매 압력 레벨이 부하에 적합한 냉매 압력 레벨 범위를 초과하여 지나치게 높은 상태인지 여부를 판별한다(단계 S15).

단계 S15의 판별에 있어서, 압축기(16)의 토출측의 냉매 압력 레벨이 부하에 적합한 냉매 압력 레벨 범위를 초과하여 지나치게 높은 경우에는(단계 S15 ; "예"), 냉매 압력 레벨을 부하에 적합한 냉매 압력 레벨 범위로 하기 위해, 냉매 압력을 낮추기 위한 처리로 이행한다. 즉, 냉매 압력을 낮추기 위해 컨트롤러(75)는 현재의 리시버 탱크(71)의 동작 모드가 제2 모드인지 여부를 판별한다(단계 S16).

단계 S16의 판별에 있어서, 현재의 리시버 탱크(71)의 동작 모드가 제2 모드 가 아닌 경우에는(단계 S16 ; "아니오"), 처리를 후술하는 단계 S24로 이행한다.

단계 S16의 판별에 있어서, 현재의 리시버 탱크(71)의 동작 모드가 제2 모드인 경우에는(단계 S16 ; "예"), 컨트롤러(75)는 입구측 압력 센서(76) 및 출구측 압력 센서(77)에 의해 각각 검출된 압력을 기초로 하여 리시버 탱크(71)에 접속되어 있는 입구 밸브(72) 및 출구 밸브(73)에 있어서의 압력차가, 입구 밸브(72) 및 출구 밸브(73)를 확실하게 동작시킬 수 있는 소정의 압력차로 되도록 조정하는 절환 예비 동작을 행한다(단계 S18).

절환 예비 동작에 의해 리시버 탱크(71)에 접속된 입구 밸브(72) 및 출구 밸브(73)에 있어서의 압력차가, 입구 밸브(72) 및 출구 밸브(73)를 확실하게 동작시킬 수 있는 소정의 압력차로 되면, 컨트롤러(75)는 리시버 탱크(71)에 접속된 입구 밸브(72)를 개방 상태, 출구 밸브(73)를 폐쇄 상태로 하여 리시버 탱크(71)를 냉매의 압력 변동을 흡수하는 버퍼 탱크로서 기능시키는 제1 모드로 한다(단계 S18).

이 제1 모드에 있어서는, 압축기(16)의 토출측 냉매 압력의 과도한 상승을 방지할 수 있고, 특히 난방 운전시에 있어서의 소용량 실내기 운전 혹은 높은 실내외 온도 운전시 등에 유효하다.

다음에, 컨트롤러(75)는 공기 조화 장치(10)의 운전의 정지가 사용자에 의해 지시되었는지 여부를 판별한다(단계 S19).

단계 S19의 판별에 있어서, 공기 조화 장치(10)의 운전의 정지가 지시된 경우에는(단계 S19 ; "예"), 처리를 단계 S11로 이행하여 공기 조화 장치의 운전을 정지한다.

단계 S19의 판별에 있어서, 공기 조화 장치(10)의 운전의 정지가 지시되어 있지 않은 경우에는(단계 S19 ; "아니오"), 처리를 단계 S14로 다시 이행하여 이하 동일한 처리를 행한다.

한편, 단계 S15의 판별에 있어서, 압축기(16)의 토출측의 냉매 압력 레벨이 부하에 적합한 냉매 압력 레벨 범위를 초과하고 있지 않은 경우에는(단계 S15 ; "아니오"), 압축기(16)의 토출측의 냉매 압력 레벨이 부하에 적합한 냉매 압력 레벨 범위를 초과하여 지나치게 낮은 상태인지 여부를 판별한다(단계 S20).

단계 S20의 판별에 있어서, 압축기(16)의 토출측의 냉매 압력 레벨이 부하에 적합한 냉매 압력 레벨 범위를 초과하여 지나치게 낮은 상태인 경우에는(단계 S20 ; "예"), 현재의 리시버 탱크(71)의 동작 모드가, 냉매의 압력 변동을 흡수하기 위한 버퍼 탱크로서 리시버 탱크(71)를 기능시키는 제1 모드로 되어 있는지 여부를 판별한다(단계 S21).

단계 S21의 판별에 있어서, 현재의 리시버 탱크(71)의 동작 모드가, 리시버 탱크(71)를 버퍼 탱크로서 기능시키는 제1 모드가 아닌 경우에는(단계 S21 ; "아니오"), 처리를 후술하는 단계 S24로 이행한다.

단계 S21의 판별에 있어서, 현재의 리시버 탱크(71)의 동작 모드가, 리시버 탱크(71)를 버퍼 탱크로서 기능시키는 제1 모드인 경우에는(단계 S21 ; "예"), 리시버 탱크(71)에 접속된 입구 밸브(72) 및 출구 밸브(73)에 있어서의 압력차가, 입구 밸브(72) 및 출구 밸브(73)를 확실하게 동작시킬 수 있는 소정의 압력차로 되도록 조정하는 절환 예비 동작을 행한다(단계 S22).

절환 예비 동작에 의해 리시버 탱크(71)에 접속된 입구 밸브(72) 및 출구 밸브(73)에 있어서의 압력차가, 입구 밸브(72) 및 출구 밸브(73)를 확실하게 동작시킬 수 있는 소정의 압력차로 되면, 컨트롤러(75)는 리시버 탱크(71)에 접속된 입구 밸브(72)를 폐쇄 상태, 출구 밸브(73)를 개방 상태로 하여 리시버 탱크(71)를 버퍼 탱크로서 기능시키는 제2 모드로 한다(단계 S23).

이 제2 모드에 있어서는, 압축기(16)의 토출측(냉매 고압측)의 압력을 높게 유지하는 운전이 가능해져, 난방 운전에 있어서 높은 COP 운전을 행할 수 있다.

계속해서 컨트롤러(75)는 처리를 단계 S19로 이행하여, 이하 동일한 처리를 행한다.

한편, 단계 S16의 판별에 있어서, 현재의 리시버 탱크(71)의 동작 모드가 제2 모드가 아닌 경우(단계 S16 ; "아니오")는, 컨트롤러는 현재의 리시버 탱크의 동작 모드가 제1 모드인지 여부를 판별한다(단계 S24).

단계 S24의 판별에 있어서, 현재의 리시버 탱크(71)의 동작 모드가 제1 모드가 아닌 경우에는 처리를 단계 S19로 이행하여, 이하 동일한 처리를 행한다.

단계 S24의 판별에 있어서, 현재의 리시버 탱크(71)의 동작 모드가 제1 모드인 경우에는(단계 S24 ; "예"), 컨트롤러(75)는 리퀴드 밸브(54)에 있어서 냉매 유량이 부족한지 여부를 판별한다(단계 S25).

단계 S25의 판별에 있어서, 리퀴드 밸브(54)에 있어서 냉매 유량이 부족하지 않은 경우, 즉 리퀴드 밸브(54)에 있어서 냉매 유량이 충분한 경우에는, 컨트롤러(75)는 처리를 단계 S19로 이행하여, 이하 동일한 처리를 행한다.

단계 S25의 판별에 있어서, 리퀴드 밸브(54)에 있어서 냉매 유량이 부족한 경우에는(단계 S25 ; "예"), 컨트롤러(75)는 입구 밸브(72) 및 출구 밸브(73)에 있어서의 압력차가, 입구 밸브(72) 및 출구 밸브(73)를 확실하게 동작시킬 수 있는 소정의 압력차로 되도록 조정하는 절환 예비 동작을 행한다(단계 S26).

계속해서 컨트롤러(75)는, 리시버 탱크(71)에 접속된 입구 밸브(72) 및 출구 밸브(73)를 개방 상태로 하여 리시버 탱크(71)를, 리퀴드 밸브(54)를 포함하는 리퀴드 회로의 일부로서 사용하고, 냉매를 흐르게 하는 제3 모드로 하고(단계 S27), 처리를 단계 S19로 이행하여, 이하 동일한 처리를 행한다. 이 제3 모드에 있어서는, 리퀴드 밸브(54)를 흘러 폐열 회수 열교환기(서브 증발기)(33)(도1 참조)에 유입되는 냉매의 부족을 보충하도록 하고 있다.

그리고 과냉각 사이클(101)에 흐른 액 냉매는, 과냉각 열교환기(42)의 증발측으로 흐른다. 이에 의해, 과냉각 열교환기(42)의 응축측을 흐르는 피냉각측 냉매로서의 액 냉매와, 과냉각 열교환기(42)의 증발측을 흘러 증발하는 냉각측 냉매로서의 가스 냉매 사이에서 열교환되고, 응축측을 흐르는 액 냉매가 냉각되어 과냉각 상태로 된다.

과냉각 열교환기(42)의 증발측을 흐른 냉매 및 제3 모드에 있어서, 리시버 탱크(71)를 흐른 냉매는 폐열 회수 열교환기(33)로 유입되는 것으로 된다.

이때, 상술한 바와 같이 가스 엔진(30)의 냉각수 삼방 밸브(32)가 폐열 회수 열교환기(33)측으로 개방되고, 가스 엔진(30)을 냉각하여 폐열을 회수한 냉각수가 폐열 회수 열교환기(33)로 도입되어 있다. 이에 의해, 액 냉매는 가스 엔진(30)의 폐열을 회수한 냉각수와 폐열 회수 열교환기(33)에서 열교환하여 가열되어 가스 냉매로 되고, 어큐뮬레이터(17)에서 기액 분리되어 압축기(16)로 흡입되는 것으로 된다.

한편, 과냉각 열교환기(42)에서 냉각된 액 냉매는, 실외 팽창 밸브(24A) 혹은 실외 팽창 밸브(24B)를 통과하여 각각 팽창하고, 실외 열교환기(19A) 혹은 실외 열교환기(19B)로 유입된다. 그리고 실외 열교환기(19A, 19B)로 유입된 액 냉매는, 실외 열교환기(19A, 19B)에서 외기와 열교환하여 증발함으로써 가스 냉매로 되고, 사방 밸브(18)를 통해 어큐뮬레이터(17)로 유입되어 어큐뮬레이터(17)에서 기액 분리되어 압축기(16)로 흡입된다.

이상의 설명과 같이, 본 실시 형태에 따르면 난방 운전시이며, 압축기(16)의 토출측 압력이 부하에 따른 소정 압력 범위보다 높은 경우에는, 리시버 탱크(71)에 접속된 입구 밸브(72)를 개방 상태로 하고 출구 밸브(73)를 폐쇄 상태로 하므로, 소용량 실내기 운전시나 높은 실내외 온도 운전시에 냉매 압력의 과도한 상승을 방지하는 것이 가능해진다.

또한, 난방 운전시이며, 압축기(16)의 토출측 압력이 부하에 따른 소정 압력 범위보다 낮은 경우에, 입구 밸브(72)를 폐쇄 상태로 하고 출구 밸브(73)를 개방 상태로 하므로, 종래의 리시버 탱크를 사용하는 경우에 비교하여, 엔진의 회전수를 낮게 해도 냉매 고압측의 압력을 높게 유지하여 운전을 행할 수 있고, 실내기의 정격 용량 운전시 혹은 낮은 실내 온도에서의 난방 작동 운전 등에 있어서 높은 COP 운전을 행하는 것이 가능해진다.

또한, 난방 운전시이며, 압축기(16)의 토출측 압력이 부하에 따른 소정 압력 범위 혹은 부하에 따른 소정 압력 범위보다 높은 경우, 또한 리퀴드 밸브(54)에 있어서의 냉매 유량이 부족한 경우에, 리퀴드 밸브(54)를 폐쇄 상태로 하고 입구 밸브(72) 및 출구 밸브(73)를 개방 상태로 하므로, 냉매 유량 부족을 보충하여 보다 적합한 운전 상태로 할 수 있다. 또한, 반드시 리퀴드 밸브(54)는 폐쇄되지 않아도 된다. 요컨대 리시버 탱크(71) 및 리퀴드 밸브(54)의 병렬 회로에 의해 폐열 회수 열교환기(33)로 유입되는 냉매량을 확보해도 좋다.

다음에, 냉방 운전시의 동작을 설명한다.

우선, 냉방 운전시의 개요 동작에 대해 설명한다.

공기 조화 장치(10)의 냉방 운전시에는, 상술한 바와 같이 사방 밸브(18)가 냉방측으로 절환되어 가스 냉매가 파선 화살표 β로 나타내는 바와 같이 흐른다. 압축기(16)에서 압축된 가스 냉매는 실외 열교환기(19)로 유입된다.

실외 열교환기(19)로 유입된 가스 냉매는, 실외 열교환기(19A, 19B)에서 외기와 열교환하여 냉각됨으로써 액 냉매로 된다.

실외 열교환기(19A, 19B)로부터 유출된 액 냉매는, 과냉각 열교환기(42)의 응축측을 유통하여 실내기(12A, 12B, 12C)로 유입된다. 이때, 과냉각 열교환기(42)의 응축측을 유통한 액 냉매의 일부가 분류하여 과냉각 사이클(101)로 흐른다. 과냉각 사이클(101)로 흐른 액 냉매는, 리퀴드 밸브(54)를 통해 과냉각 열교환기(42)의 증발측으로 흐른다. 이에 의해, 과냉각 열교환기(42)의 증발측을 흐르는 냉각측 냉매로서의 가스 냉매가 증발하는 동시에 응축측을 흐르는 피냉각측 냉 매로서의 액 냉매와 열교환하고, 응축측을 흐르는 액 냉매를 냉각하여 과냉각 상태로 한다.

과냉각 열교환기(42)에서 냉각되어 실내기(12A, 12B, 12C)로 유입된 액 냉매는, 실내 팽창 밸브(22A, 22B, 22C)에서 팽창하고, 실내 열교환기(21A, 21B, 21C)에서 실내 공기와 열교환하여 실내를 냉방하는 동시에 증발하여 가스 냉매로 된다.

실내 열교환기(21A, 21B, 21C)로부터 유출된 가스 냉매는, 사방 밸브(18)를 통해 어큐뮬레이터(17)로 유입되고, 어큐뮬레이터(17)에서 기액 분리되어 압축기(16)에 흡입된다.

도3은 실시 형태의 리시버 탱크의 동작 모드를 변경하기 위한 냉방 운전시에 있어서의 처리 흐름도이다.

우선, 초기 상태에 있어서 공기 조화 장치(10)는 정지 상태에 있는 것으로 하면, 공기 조화 장치의 컨트롤러(75)는 정지 상태(단계 S31)에 있어서 리시버 탱크의 동작 모드를, 리시버 탱크(71)에 접속된 입구 밸브(72)를 폐쇄 상태, 출구 밸브(73)를 개방 상태로 하여, 리시버 탱크(71)를 잉여 냉매를 수용하는 리시버 탱크로서는 기능시키지 않는 제2 모드로 하고 있다(단계 S32).

계속해서, 사용자에 의해 냉방 운전의 개시가 지시되면(단계 S33), 압축기(16)가 운전 중인지 여부를 판별한다(단계 S34).

단계 S34의 판별에 있어서, 압축기(16)가 운전 정지 중인 경우에는(단계 S34 ; "아니오"), 대기 상태로 된다.

단계 S14의 판별에 있어서, 압축기(16)가 운전 중인 경우에는(단계 S34 ; " 예"), 컨트롤러(75)는 토출측 압력 검출 센서(74)가 검출한 토출측 압력을 기초로 하여 압축기(16)의 토출측(냉매 고압측)의 냉매 압력 레벨이 부하에 적합한 냉매 압력 레벨 범위를 초과하여 지나치게 높은 상태인지 여부를 판별한다(단계 S35).

단계 S35의 판별에 있어서, 압축기(16)의 토출측(냉매 고압측)의 냉매 압력 레벨이 부하에 적합한 냉매 압력 레벨 범위를 초과하여 지나치게 높은 경우에는(단계 S35 ; "예"), 냉매 압력 레벨을 부하에 적합한 냉매 압력 레벨 범위로 하기 위해 냉매 압력을 낮추기 위한 처리로 이행한다. 즉, 냉매 압력을 낮추기 위해 컨트롤러(75)는 현재의 리시버 탱크(71)의 동작 모드가 제2 모드인지 여부를 판별한다(단계 S36).

단계 S36의 판별에 있어서, 현재의 리시버 탱크(71)의 동작 모드가 제2 모드가 아닌 경우에는(단계 S36 ; "아니오"), 처리를 후술하는 단계 S39로 이행한다.

단계 S36의 판별에 있어서, 현재의 리시버 탱크(71)의 동작 모드가 제2 모드인 경우에는(단계 S36 ; "예"), 컨트롤러(75)는 입구측 압력 센서(76) 및 출구측 압력 센서(77)에 의해 각각 검출된 압력을 기초로 하여 리시버 탱크(71)에 접속되어 있는 입구 밸브(72) 및 출구 밸브(73)에 있어서의 압력차가, 입구 밸브(72) 및 출구 밸브(73)를 확실하게 동작시킬 수 있는 소정의 압력차로 되도록 조정하는 절환 예비 동작을 행한다(단계 S37).

절환 예비 동작에 의해 리시버 탱크(71)에 접속된 입구 밸브(72) 및 출구 밸브(73)에 있어서의 압력차가, 입구 밸브(72) 및 출구 밸브(73)를 확실하게 동작시킬 수 있는 소정의 압력차로 되면, 컨트롤러(75)는 리시버 탱크(71)에 접속된 입구 밸브(72)를 개방 상태, 출구 밸브(73)를 폐쇄 상태로 하여, 리시버 탱크(71)를 냉매의 압력 변동을 흡수하는 버퍼 탱크로서 기능시키는 제1 모드로 한다(단계 S38).

이 제1 모드에 있어서는, 압축기(16)의 토출측 냉매 압력의 과도한 상승을 방지할 수 있다.

여기서, 냉방 운전시에 제1 모드로 운전하는 이유에 대해 설명한다.

냉방 운전에 있어서는, 압축기의 흡입측(저압측)의 냉매 압력 레벨에 따라서 능력을 제어할 필요가 있다. 즉, 흡입측 압력 검출 센서(78)에 의해 검출한 냉매 압력 레벨에 따라서 능력을 제어하는 것으로 되어, 압축기의 토출측(고압측)의 냉매 압력 레벨이 높아져, 엔진(30)의 부하(= 압축기의 구동 부하)가 큰 상태에서 운전하는 상태가 발생하는 것으로 된다.

이때, 이 제2 모드에 있어서는 리시버 탱크(71)가 버퍼 탱크로서 기능하므로, 압축기의 토출측(냉매 고압측)의 냉매 압력 레벨이 필요 이상으로 높아져 버리는 것을 억제할 수 있어, 엔진(30)의 부하를 경감시키면서 구동시킬 수 있는 것으로 된다.

다음에, 컨트롤러(75)는 공기 조화 장치(10)의 운전의 정지가 사용자에 의해 지시된 것인지 여부를 판별한다(단계 S39).

단계 S39의 판별에 있어서, 공기 조화 장치(10)의 운전의 정지가 지시된 경우에는(단계 S39 ; "예"), 처리를 단계 S31로 이행하여 공기 조화 장치의 운전을 정지한다.

단계 S39의 판별에 있어서, 공기 조화 장치(10)의 운전의 정지가 지시되어 있지 않은 경우에는(단계 S39 ; "아니오"), 처리를 단계 S34로 다시 이행하여 이하 동일한 처리를 행한다.

한편, 단계 S35의 판별에 있어서, 압축기(16)의 토출측의 냉매 압력 레벨이 부하에 적합한 냉매 압력 레벨 범위를 초과하고 있지 않은 경우에는(단계 S35 ; "아니오"), 냉매 능력 부족(냉매 부족)인지 여부를 판별한다(단계 S40).

단계 S40의 판별에 있어서, 냉매 능력 부족(냉매 부족)이 아닌 경우에는(단계 S40 ; "아니오"), 처리를 단계 S39로 이행하여 이하 동일한 처리를 행한다.

단계 S40의 판별에 있어서, 냉매 능력 부족(냉매 부족)인 경우에는(단계 S40 ; "예"), 현재의 리시버 탱크(71)의 동작 모드가, 냉매의 압력 변동을 흡수하기 위한 버퍼 탱크로서 리시버 탱크(71)를 기능시키는 제1 모드로 되어 있는지 여부를 판별한다(단계 S41).

단계 S41의 판별에 있어서, 현재의 리시버 탱크(71)의 동작 모드가, 리시버 탱크(71)를 버퍼 탱크로서 기능시키는 제1 모드가 아닌 경우에는(단계 S41 : "아니오"), 처리를 단계 S39로 이행하여 이하 동일한 처리를 행한다.

단계 S41의 판별에 있어서, 현재의 리시버 탱크(71)의 동작 모드가, 리시버 탱크(71)를 버퍼 탱크로서 기능시키는 제1 모드인 경우에는(단계 S41 ; "예"), 리시버 탱크(71)에 접속된 입구 밸브(72) 및 출구 밸브(73)에 있어서의 압력차가, 입구 밸브(72) 및 출구 밸브(73)를 확실하게 동작시킬 수 있는 소정의 압력차로 되도록 조정하는 절환 예비 동작을 행한다(단계 S42).

절환 예비 동작에 의해 리시버 탱크(71)에 접속된 입구 밸브(72) 및 출구 밸 브(73)에 있어서의 압력차가, 입구 밸브(72) 및 출구 밸브(73)를 확실하게 동작시킬 수 있는 소정의 압력차로 되면, 컨트롤러(75)는 리시버 탱크(71)에 접속된 입구 밸브(72)를 폐쇄 상태, 출구 밸브(73)를 개방 상태로 하여 리시버 탱크(71)를 버퍼 탱크로서 기능시키는 제2 모드로 한다(단계 S43).

계속해서, 컨트롤러(75)는 처리를 단계 S39로 이행하여, 이하 동일한 처리를 행한다.

한편, 단계 S36의 판별에 있어서, 현재의 리시버 탱크(71)의 동작 모드가 제2 모드가 아닌 경우(단계 S36 ; "아니오")는, 처리를 단계 S39로 이행하여 이하 동일한 처리를 행한다.

이상의 결과, 냉방 운전시에 있어서는 리시버 탱크(71) 내에 냉매가 잔존하고 있었다고 해도 냉매 회로의 상황에 따라서, 출구 밸브(73)를 통해 냉매 회로 내로 냉매를 도입할 수 있고, 리시버 탱크 내에 불필요하게 잔존하는 냉매를 삭감할 수 있어 효율적인 냉방 운전을 행할 수 있다.

또한, 압축기의 흡입측(저압측)의 냉매 압력 레벨에 따라서 능력을 제어하는 것에 기인하여, 압축기의 토출측(고압측)의 냉매 압력 레벨이 필요 이상으로 높아져 버리는 것을 억제할 수 있어, 엔진(30)의 부하를 경감시키면서 구동시킬 수 있다.

이상의 설명과 같이, 본 실시 형태에 따르면 운전 상태에 따라서 최적의 냉매량을 유지하고, 냉매 고압을 높은 COP 운전 가능한 상태로 유지할 수 있어 효율적인 공기 조화 운전을 행할 수 있다.

또한, 압축기의 구동원[본원에 있어서의 엔진(30)]의 부하가 필요 이상으로 커지는 것을 억제할 수 있다.

도1은 실시 형태에 관한 공기 조화 장치를 도시하는 냉매 회로도.

도2는 실시 형태의 리시버 탱크의 동작 모드를 변경하기 위한 난방 운전시에 있어서의 처리 흐름도.

도3은 실시 형태의 리시버 탱크의 동작 모드를 변경하기 위한 냉방 운전시에 있어서의 처리 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 공기 조화 장치, 11, 11A, 11B : 실외기, 12A, 12B, 12C : 실내기, 14 : 냉매 배관, 15A, 15B, 15C : 실내 냉매 배관, 16 압축기, 17 : 어큐뮬레이터, 18 : 사방 밸브, 19, 19A, 19B : 실외 열교환기, 20A : 실외 팬, 21A, 21B, 21C : 실내 열교환기, 22A, 22B, 22C : 실내 팽창 밸브, 23A, 23B, 23C : 실내 팬, 24, 24A, 24B : 실외 팽창 밸브, 26 : 오일 세퍼레이터, 30 : 가스 엔진, 31 : 엔진 냉각계, 32 : 냉각수 삼방 밸브, 33 : 폐열 회수 열교환기, 34 : 냉각수 펌프, 35 : 제1 냉각계 배관, 36 : 제2 냉각계 배관, 37 : 방열기, 38 : 냉각수 바이패스 밸브, 39 : 리저브 탱크, 42 : 과냉각 열교환기, 51 : 바이패스관, 52 : 바이패스 밸브, 53 : 리퀴드관(냉매 바이패스 회로), 54 : 리퀴드 밸브, 71 : 리시버 탱크, 71D : 출구관, 71U : 입구관, 72 : 입구 밸브(제1 밸브, 냉매 바이패스 회로), 73 : 출구 밸브(제2 밸브, 냉매 바이패스 회로), 74 : 토출측 압력 검출 센서, 75 : 컨트롤러(밸브 제어부), 76 : 입구측 압력 센서, 77 : 출구측 압력 센서, 78 : 흡입측 압력 검출 센서, 100 : 냉동 사이클, 101 : 과냉각 사이클

Claims

압축기, 사방 밸브, 실외 열교환기 및 실내 열교환기를 순차 접속한 냉매 회로를 구비한 공기 조화 장치에 있어서,

상기 실외기에 병렬로 접속된 리시버 탱크와,

난방 운전시에 상기 리시버 탱크를 통해 냉매의 일부를 상기 실외 열교환기를 바이패스하여 상기 압축기의 흡입측으로 흐르게 하는 냉매 바이패스 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
제1항에 있어서, 상기 냉매 바이패스 회로는 상기 냉매가 상기 리시버 탱크로 유입되는 제1 밸브와,

상기 냉매가 상기 리시버 탱크로부터 유출되는 제2 밸브와,

상기 난방 운전시에 상기 제1 밸브 혹은 상기 제2 밸브 중 적어도 한쪽을 개방 상태로 하는 밸브 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 밸브 제어부는 상기 난방 운전시 혹은 냉방 운전시에 상기 압축기의 토출 압력이 부하에 따른 소정 압력 범위보다 높은 경우에, 상기 제1 밸브를 개방 상태로 하고, 상기 제2 밸브를 폐쇄 상태로 하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 밸브 제어부는 상기 난방 운전시에 상기 압축기의 토출 압력이 소정 압력 범위보다 낮은 경우에, 상기 제1 밸브를 폐쇄 상태로 하고, 상기 제2 밸브를 개방 상태로 하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 리시버 탱크에 병렬로 접속된 리퀴드 밸브와,

상기 리시버 탱크에 직렬로 접속되고, 상기 리퀴드 밸브 혹은 상기 리시버 탱크를 통해 유입된 상기 냉매를 증발시켜 상기 압축기의 흡입측으로 흐르게 하는 증발기를 구비한 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
제5항에 있어서, 상기 밸브 제어부는 상기 난방 운전시에 상기 압축기의 토출 압력이 상기 소정 압력 범위 혹은 상기 소정 압력 범위보다 높은 경우, 또한 상기 리퀴드 밸브에 있어서의 냉매 유량이 부족한 경우에, 상기 리퀴드 밸브를 폐쇄 상태로 하고, 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브를 개방 상태로 하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브는 전자기 밸브 혹은 전동 밸브로서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.