KR20100096181A - 냉동 장치 - Google Patents

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다이킨 고교 가부시키가이샤
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Abstract

공기 조화 장치(1)는, 이산화탄소를 냉매로서 사용하고 있고, 2단 압축식의 압축 기구(2)와, 열원 측 열교환기(4)와, 팽창 기구(5)와, 이용 측 열교환기(6)와, 전환 기구(3)와, 중간 냉각기(7)와, 바이패스 관(9)과, 인젝션 관(19)을 가지고 있다. 공기 조화 장치(1)는, 전환 기구(3)를 냉각 운전 상태로 전환하는 것으로 열원 측 열교환기(4)의 제상(除霜)을 행하는 역사이클 제상 운전을 행할 때에, 열원 측 열교환기(4), 중간 냉각기(7) 및 인젝션 관(19)에 냉매를 흐르게 하고, 중간 냉각기(7)의 제상이 완료한 것을 검지한 후에, 바이패스 관(9)을 이용하여, 중간 냉각기(7)에 냉매가 흐르지 않게 하는 것과 함께, 인젝션 관(19)의 인젝션 밸브(19a)의 개도(開度)가 커지도록 제어하는 것이다.

Description

냉동 장치{REFRIGERATION DEVICE}
본 발명은, 냉동 장치, 특히, 냉각 운전과 가열 운전을 전환 가능하게 구성된 냉매 회로를 가지고, 초임계역(超臨界域)에서 작동하는 냉매를 사용하여 다단 압축식 냉동 사이클을 행하는 냉동 장치에 관한 것이다.
종래부터, 냉각 운전과 가열 운전을 전환 가능하게 구성된 냉매 회로를 가지고, 초임계역에서 작동하는 냉매를 사용하여 다단 압축식 냉동 사이클을 행하는 냉동 장치의 하나로서, 특허 문헌 1에 나타나는 바와 같은, 냉방 운전과 난방 운전을 전환 가능하게 구성된 냉매 회로를 가지고, 이산화탄소를 냉매로서 사용하여 2단 압축식 냉동 사이클을 행하는 공기 조화 장치가 있다. 이 공기 조화 장치는, 주로, 직렬로 접속된 2개의 압축 요소를 가지는 압축기와, 냉방 운전과 난방 운전을 전환하기 위한 사방 전환 밸브와, 실외 열교환기와, 팽창 밸브와, 실내 열교환기를 가지고 있다.
일본국 공개특허공보 특개 2007－232263호
제1 발명에 관련되는 냉동 장치는, 초임계역에서 작동하는 냉매를 사용하는 냉동 장치이고, 압축 기구와, 냉매의 냉각기 또는 가열기로서 기능하는 열원 측 열교환기와, 냉매를 감압하는 팽창 기구와, 냉매의 가열기 또는 냉각기로서 기능하는 이용 측 열교환기와, 전환 기구와, 중간 냉각기와, 중간 냉각기 바이패스 관과, 후단 측 인젝션 관을 구비하고 있다. 압축 기구는, 복수의 압축 요소를 가지고 있고, 복수의 압축 요소 중 전단(前段) 측의 압축 요소로부터 토출된 냉매를 후단(後段) 측의 압축 요소로 순차 압축하도록 구성되어 있다. 여기서, 「압축 기구」란, 복수의 압축 요소가 일체로 짜 넣어진 압축기나, 단일의 압축 요소가 짜 넣어진 압축기 및/또는 복수의 압축 요소가 짜 넣어진 압축기를 복수 대 접속한 것을 포함하는 구성을 의미하고 있다. 또한, 「복수의 압축 요소 중 전단 측의 압축 요소로부터 토출된 냉매를 후단 측의 압축 요소로 순차 압축한다」란, 「전단 측의 압축 요소」 및 「후단 측의 압축 요소」라고 하는 직렬로 접속된 2개의 압축 요소를 포함하는 것만을 의미하고 있는 것이 아니라, 복수의 압축 요소가 직렬로 접속되어 있고, 각 압축 요소 간의 관계가, 상술의 「전단 측의 압축 요소」와 「후단 측의 압축 요소」의 관계를 가지는 것을 의미하고 있다. 전환 기구는, 압축 기구, 열원 측 열교환기, 팽창 기구, 이용 측 열교환기의 순으로 냉매를 순환시키는 냉각 운전 상태와, 압축 기구, 이용 측 열교환기, 팽창 기구, 열원 측 열교환기의 순으로 냉매를 순환시키는 가열 운전 상태를 전환하는 기구이다. 열원 측 열교환기는, 공기를 열원으로 하는 열교환기이다. 중간 냉각기는, 열원 측 열교환기와 일체화한 공기를 열원으로 하는 열교환기이고, 전단 측의 압축 요소로부터 토출된 냉매를 후단 측의 압축 요소로 흡입시키기 위한 중간 냉매관에 설치되고, 전단 측의 압축 요소로부터 토출되어 후단 측의 압축 요소로 흡입되는 냉매의 냉각기로서 기능한다. 중간 냉각기 바이패스 관은, 중간 냉각기를 바이패스하도록 중간 냉매관에 접속되어 있다. 후단 측 인젝션 관은, 개도(開度) 제어가 가능한 후단 측 인젝션 밸브를 가지고 있고, 열원 측 열교환기 또는 이용 측 열교환기에 있어서 냉각된 냉매를 분기(分岐)하여 후단 측의 압축 요소로 되돌리기 위한 냉매관이다. 그리고, 이 냉동 장치에서는, 전환 기구를 냉각 운전 상태로 전환하는 것으로 열원 측 열교환기의 제상(除霜, 서리를 제거하는 것)을 행하는 역사이클 제상 운전을 행할 때에, 열원 측 열교환기, 중간 냉각기 및 후단 측 인젝션 관에 냉매를 흐르게 하고, 중간 냉각기의 제상이 완료한 것을 검지한 후에, 중간 냉각기 바이패스 관을 이용하여, 중간 냉각기에 냉매가 흐르지 않게 하는 것과 함께, 후단 측 인젝션 밸브의 개도가 커지도록 제어하는 것이다.
종래의 공기 조화 장치에서는, 냉매로서 사용되는 이산화탄소의 임계 온도(약 31℃)가 냉매의 냉각기로서 기능하는 실외 열교환기나 실내 열교환기의 냉각원으로 되는 물이나 공기의 온도와 같은 정도이며, R22나 R410A 등의 냉매에 비하여 낮은 것으로부터, 이들의 열교환기에 있어서의 물이나 공기에 의한 냉매의 냉각이 가능하게 되도록, 냉동 사이클의 고압이 냉매의 임계 압력보다도 높은 상태에서 운전이 이루어지게 된다. 이것에 기인하여, 압축기의 후단 측의 압축 요소로부터 토출되는 냉매의 온도가 높아지기 때문에, 냉매의 냉각기로서 기능하는 실외 열교환기에 있어서, 냉각원으로서의 물이나 공기와 냉매의 사이의 온도 차가 커져 버려, 실외 열교환기에 있어서의 방열 로스(loss)가 커지는 것으로부터, 높은 운전 효율이 얻어지기 어렵다고 하는 문제가 있다.
이 문제에 대하여, 이 냉동 장치에서는, 전단 측의 압축 요소로부터 토출되어 후단 측의 압축 요소로 흡입되는 냉매의 냉각기로서 기능하는 중간 냉각기를 전단 측의 압축 요소로부터 토출된 냉매를 후단 측의 압축 요소로 흡입시키기 위한 중간 냉매관에 설치하는 것과 함께, 중간 냉각기를 바이패스하도록 중간 냉매관에 접속된 중간 냉각기 바이패스 관을 설치하고, 이 중간 냉각기 바이패스 관을 이용하여, 상술의 사방 전환 밸브에 대응하는 전환 기구를 냉방 운전에 대응하는 냉각 운전 상태로 하고 있을 때에 중간 냉각기를 냉각기로서 기능시키고, 전환 기구를 난방 운전에 대응하는 가열 운전 상태로 하고 있을 때에 중간 냉각기를 냉각기로서 기능시키지 않게 하는 것으로, 냉각 운전 시에 있어서는, 상술의 압축기에 대응하는 압축 기구로부터 토출되는 냉매의 온도를 낮게 억제하고, 가열 운전 시에 있어서는, 외부로의 방열을 억제하여, 운전 효율의 저하를 막도록 하고 있다.
그런데, 이 냉동 장치에 있어서, 중간 냉각기로서 공기를 열원으로 하는 열교환기를 채용하고, 또한, 중간 냉각기를 공기를 열원으로 하는 열원 측 열교환기와 일체화시키는 경우에는, 중간 냉각기에도 착상(着霜, 서리가 달라붙는 것)이 생길 우려가 있다. 이 때문에, 이 냉동 장치에서는, 제상 운전을 행할 때에, 열원 측 열교환기 및 중간 냉각기에 냉매를 흐르게 하도록 하고 있다.
그러나, 가열 운전 시, 중간 냉각기 바이패스 관에 의하여 중간 냉각기를 냉각기로서 기능시키지 않게 하고 있는 것만으로는, 중간 냉각기에 있어서의 착상량이 적어, 열원 측 열교환기에 비하여 빨리 중간 냉각기의 제상이 완료하여 버린다. 이 때문에, 중간 냉각기의 제상이 완료한 후에도 중간 냉각기에 냉매를 계속 흐르게 하면, 중간 냉각기로부터 외부로 방열이 행하여져, 후단 측의 압축 요소로 흡입되는 냉매의 온도가 저하하여 버리고, 그 결과, 압축 기구로부터 토출되는 냉매의 온도가 낮아져, 열원 측 열교환기의 제상 능력이 저하한다고 하는 문제가 생긴다.
이 문제에 대하여, 이 냉동 장치에서는, 중간 냉각기의 제상이 완료한 것을 검지한 후에, 중간 냉각기 바이패스 관을 이용하여, 중간 냉각기에 냉매가 흐르지 않게 하는 것으로, 후단 측의 압축 요소로 흡입되는 냉매의 온도가 낮아지는 것을 억제하고, 그 결과, 압축 기구로부터 토출되는 냉매의 온도가 낮아지는 것을 억제하여, 열원 측 열교환기의 제상 능력이 저하하는 것을 억제하도록 하고 있다.
그러나, 중간 냉각기의 제상이 완료한 것을 검지한 후에, 중간 냉각기 바이패스 관을 이용하여, 중간 냉각기에 냉매가 흐르지 않게 하면, 후단 측의 압축 요소로 흡입되는 냉매의 온도가 급격하게 상승하게 되기 때문에, 후단 측의 압축 요소로 흡입되는 냉매의 밀도가 작아져, 후단 측의 압축 요소로 흡입되는 냉매의 유량이 감소하는 경향이 된다. 이 때문에, 중간 냉각기로부터 외부로의 방열을 막는 것에 의한 제상 능력을 높이는 작용과, 열원 측 열교환기를 흐르는 냉매의 유량이 감소하는 것에 의한 제상 능력을 저하시키는 작용의 밸런스로, 열원 측 열교환기의 제상 능력이 저하하는 것을 억제하는 효과를 충분히 얻을 수 없을 우려가 있다.
그래서, 이 냉동 장치에서는, 중간 냉각기 바이패스 관을 이용하여, 중간 냉각기에 냉매가 흐르지 않게 할 뿐만 아니라, 나아가, 후단 측 인젝션 밸브의 개도가 커지도록 제어하는 것으로, 중간 냉각기로부터 외부로 방열을 막는 것과 함께, 열원 측 열교환기로부터 이용 측 열교환기로 보내지는 냉매를 후단 측의 압축 요소로 되돌리고, 열원 측 열교환기를 흐르는 냉매의 유량을 증가시켜, 열원 측 열교환기의 제상 능력의 저하를 억제하도록 하고 있다. 게다가, 이용 측 열교환기를 흐르는 냉매의 유량을 줄일 수 있다.
이것에 의하여, 이 냉동 장치에서는, 역사이클 제상 운전을 행할 때의 제상 능력의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 역사이클 제상 운전을 행할 때의 이용 측의 온도 저하를 억제할 수 있다.
제2 발명에 관련되는 냉동 장치는, 제1 발명에 관련되는 냉동 장치에 있어서, 후단 측 인젝션 관은, 전환 기구를 냉각 운전 상태로 하고 있을 때에 열원 측 열교환기와 팽창 기구의 사이로부터 냉매를 분기하도록 설치되어 있다.
이 냉동 장치에서는, 팽창 기구에 의하여 감압되기 전의 압력으로부터 후단 측의 압축 요소의 흡입 측의 압력까지의 차압을 이용할 수 있기 때문에, 후단 측의 압축 요소로 되돌리는 냉매의 유량을 늘리기 쉬워져, 이용 측 열교환기를 흐르는 냉매의 유량을 더 줄이면서, 열원 측 열교환기를 흐르는 냉매의 유량을 더 늘릴 수 있다.
제3 발명에 관련되는 냉동 장치는, 제1 또는 제2 발명에 관련되는 냉동 장치에 있어서, 전환 기구를 냉각 운전 상태로 하고 있을 때에 열원 측 열교환기로부터 팽창 기구로 보내지는 냉매와 후단 측 인젝션 관을 흐르는 냉매의 열교환을 행하는 이코노마이저(economizer) 열교환기를 더 구비하고 있다.
이 냉동 장치에서는, 후단 측 인젝션 관을 흐르는 냉매가 열원 측 열교환기로부터 팽창 기구로 보내지는 냉매와 열교환하는 것에 의하여 가열되기 때문에, 후단 측의 압축 요소로 흡입되는 냉매가 습윤 상태가 될 우려를 작게할 수 있다. 이것에 의하여, 후단 측의 압축 요소로 되돌리는 냉매의 유량을 늘리기 쉬워져, 이용 측 열교환기를 흐르는 냉매의 유량을 더 줄이면서, 열원 측 열교환기를 흐르는 냉매의 유량을 더 늘릴 수 있다.
제4 발명에 관련되는 냉동 장치는, 제1 내지 제3 발명 중 어느 하나에 관련되는 냉동 장치에 있어서, 초임계역에서 작동하는 냉매는 이산화탄소이다.
도 1은 본 발명에 관련되는 냉동 장치의 일 실시예로서의 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 냉방 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 압력 엔탈피 선도이다.
도 3은 냉방 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 온도 엔트로피 선도이다.
도 4는 난방 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 압력 엔탈피 선도이다.
도 5는 난방 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 온도 엔트로피 선도이다.
도 6은 제상 운전의 플로차트이다.
도 7은 제상 운전 개시 시에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 8은 중간 냉각기의 제상이 완료한 후에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 9는 변형예 1에 관련되는 제상 운전의 플로차트이다.
도 10은 변형예 1에 관련되는 제상 운전에 있어서, 중간 냉각기에 있어서 냉매가 응축한 경우에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 11은 변형예 2에 관련되는 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.
도 12는 변형예 2에 관련되는 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.
도 13은 변형예 3에 관련되는 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.
도 14는 변형예 3에 관련되는 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.
이하, 도면에 기초하여, 본 발명에 관련되는 냉동 장치의 실시예에 관하여 설명한다.
(1) 공기 조화 장치의 구성
도 1은, 본 발명에 관련되는 냉동 장치의 일 실시예로서의 공기 조화 장치(1)의 개략 구성도이다. 공기 조화 장치(1)는, 냉방 운전과 난방 운전을 전환 가능하게 구성된 냉매 회로(310)를 가지고, 초임계역에서 작동하는 냉매(여기에서는, 이산화탄소)를 사용하여 2단 압축식 냉동 사이클을 행하는 장치이다.
공기 조화 장치(1)의 냉매 회로(310)는, 주로, 압축 기구(2)와 전환 기구(3)와 열원 측 열교환기(4)와 브릿지 회로(17)와 리시버(18)와 리시버 입구 팽창 기구(5a)와 리시버 출구 팽창 기구(5b)와 후단 측 인젝션 관(19)과 이코노마이저 열교환기(20)와 이용 측 열교환기(6)와 중간 냉각기(7)를 가지고 있다.
압축 기구(2)는, 본 실시예에 있어서, 2개의 압축 요소로 냉매를 2단 압축하는 압축기(21)로 구성되어 있다. 압축기(21)는, 케이싱(21a) 내에, 압축기 구동 모터(21b)와, 구동 축(21c)과, 압축 요소(2c, 2d)가 수용된 밀폐식 구조로 되어 있다. 압축기 구동 모터(21b)는, 구동 축(21c)에 연결되어 있다. 그리고, 이 구동 축(21c)은, 2개의 압축 요소(2c, 2d)에 연결되어 있다. 즉, 압축기(21)는 2개의 압축 요소(2c, 2d)가 단일의 구동 축(21c)에 연결되어 있고, 2개의 압축 요소(2c, 2d)가 함께 압축기 구동 모터(21b)에 의하여 회전 구동되는, 이른바 1축 2단 압축 구조로 되어 있다. 압축 요소(2c, 2d)는, 본 실시예에 있어서, 로터리식이나 스크롤식 등의 용적식의 압축 요소이다. 그리고, 압축기(21)는, 흡입관(2a)으로부터 냉매를 흡입하고, 이 흡입된 냉매를 압축 요소(2c)에 의하여 압축한 후에 중간 냉매관(8)으로 토출하고, 중간 냉매관(8)으로 토출된 냉매를 압축 요소(2d)로 흡입시켜 냉매를 더 압축한 후에 토출관(2b)으로 토출하도록 구성되어 있다. 여기서, 중간 냉매관(8)은, 압축 요소(2d)의 전단 측에 접속된 압축 요소(2c)로부터 토출된 냉매를, 압축 요소(2c)의 후단 측에 접속된 압축 요소(2d)로 흡입시키기 위한 냉매관이다. 또한, 토출관(2b)은, 압축 기구(2)로부터 토출된 냉매를 전환 기구(3)로 보내기 위한 냉매관이며, 토출관(2b)에는, 오일 분리 기구(41)와 역지(逆止) 기구(42)가 설치되어 있다. 오일 분리 기구(41)는, 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매에 동반하는 냉동기유를 냉매로부터 분리하여 압축 기구(2)의 흡입 측으로 되돌리는 기구이며, 주로, 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매에 동반하는 냉동기유를 냉매로부터 분리하는 오일 분리기(41a)와, 오일 분리기(41a)에 접속되어 있고 냉매로부터 분리된 냉동기유를 압축 기구(2)의 흡입관(2a)으로 되돌리는 오일 되돌림 관(41b)을 가지고 있다. 오일 되돌림 관(41b)에는, 오일 되돌림 관(41b)을 흐르는 냉동기유를 감압하는 감압 기구(41c)가 설치되어 있다. 감압 기구(41c)는, 본 실시예에 있어서, 캐필러리 튜브가 사용되어 있다. 역지 기구(42)는, 압축 기구(2)의 토출 측으로부터 전환 기구(3)로의 냉매의 흐름을 허용하고, 또한, 전환 기구(3)로부터 압축 기구(2)의 토출 측으로의 냉매의 흐름을 차단하기 위한 기구이며, 본 실시예에 있어서, 역지 밸브가 사용되어 있다.
이와 같이, 압축 기구(2)는, 본 실시예에 있어서, 2개의 압축 요소(2c, 2d)를 가지고 있고, 이들 압축 요소(2c, 2d) 중 전단 측의 압축 요소로부터 토출된 냉매를 후단 측의 압축 요소로 순차 압축하도록 구성되어 있다.
전환 기구(3)는, 냉매 회로(310) 내에 있어서의 냉매의 흐름의 방향을 전환하기 위한 기구이며, 냉방 운전 시에는, 열원 측 열교환기(4)를 압축 기구(2)에 의하여 압축되는 냉매의 냉각기로서 또한, 이용 측 열교환기(6)를 열원 측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 냉매의 가열기로서 기능시키기 위하여, 압축 기구(2)의 토출 측과 열원 측 열교환기(4)의 일단(一端)을 접속하는 것과 함께 압축기(21)의 흡입 측과 이용 측 열교환기(6)를 접속하고(도 1의 전환 기구(3)의 실선을 참조, 이하, 이 전환 기구(3)의 상태를 「냉각 운전 상태」라고 한다), 난방 운전 시에는, 이용 측 열교환기(6)를 압축 기구(2)에 의하여 압축되는 냉매의 냉각기로서 또한, 열원 측 열교환기(4)를 이용 측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 냉매의 가열기로서 기능시키기 위하여, 압축 기구(2)의 토출 측과 이용 측 열교환기(6)를 접속하는 것과 함께 압축 기구(2)의 흡입 측과 열원 측 열교환기(4)의 일단을 접속하는 것이 가능하다(도 1의 전환 기구(3)의 파선을 참조, 이하, 이 전환 기구(3)의 상태를 「가열 운전 상태」라고 한다). 본 실시예에 있어서, 전환 기구(3)는, 압축 기구(2)의 흡입 측, 압축 기구(2)의 토출 측, 열원 측 열교환기(4) 및 이용 측 열교환기(6)에 접속된 사방 전환 밸브이다. 덧붙여, 전환 기구(3)는, 사방 전환 밸브에 한정되는 것이 아니고, 예를 들어, 복수의 전자 밸브를 조합하는 등에 의하여, 상술과 마찬가지의 냉매의 흐름의 방향을 전환하는 기능을 가지도록 구성한 것이어도 무방하다.
이와 같이, 전환 기구(3)는, 냉매 회로(310)를 구성하는 압축 기구(2), 열원 측 열교환기(4), 팽창 기구(5a, 5b), 및 이용 측 열교환기(6)에만 착목(着目)하면, 압축 기구(2), 열원 측 열교환기(4), 팽창 기구(5a, 5b), 이용 측 열교환기(6)의 순으로 냉매를 순환시키는 냉각 운전 상태와, 압축 기구(2), 이용 측 열교환기(6), 팽창 기구(5a, 5b), 열원 측 열교환기(4)의 순으로 냉매를 순환시키는 가열 운전 상태를 전환할 수 있도록 구성되어 있다.
열원 측 열교환기(4)는, 냉매의 냉각기 또는 가열기로서 기능하는 열교환기이다. 열원 측 열교환기(4)는, 그 일단이 전환 기구(3)에 접속되어 있고, 그 타단(他端)이 브릿지 회로(17) 및 이코노마이저 열교환기(20)를 통하여 리시버 입구 팽창 기구(5a)에 접속되어 있다. 열원 측 열교환기(4)는, 공기를 열원(즉, 냉각원 또는 가열원)으로 하는 열교환기이며, 본 실시예에 있어서, 핀 앤드 튜브형의 열교환기가 사용되어 있다. 그리고, 열원으로서의 공기는, 열원 측 팬(40)에 의하여 열원 측 열교환기(4)로 공급되게 되어 있다. 덧붙여, 열원 측 팬(40)은, 팬 구동 모터(40a)에 의하여 구동된다.
브릿지 회로(17)는, 열원 측 열교환기(4)와 이용 측 열교환기(6)의 사이에 설치되어 있고, 리시버(18)의 입구에 접속되는 리시버 입구관(18a), 및, 리시버(18)의 출구에 접속되는 리시버 출구관(18b)에 접속되어 있다. 브릿지 회로(17)는, 본 실시예에 있어서, 4개의 역지 밸브(17a, 17b, 17c, 17d)를 가지고 있다. 그리고, 역지 밸브(17a)는, 열원 측 열교환기(4)로부터 리시버 입구관(18a)으로의 냉매의 유통만을 허용하는 역지 밸브이다. 입구 역지 밸브(17b)는, 이용 측 열교환기(6)로부터 리시버 입구관(18a)으로의 냉매의 유통만을 허용하는 역지 밸브이다. 즉, 입구 역지 밸브(17a, 17b)는, 열원 측 열교환기(4) 및 이용 측 열교환기(6)의 일방(一方)으로부터 리시버 입구관(18a)으로 냉매를 유통시키는 기능을 가지고 있다. 출구 역지 밸브(17c)는, 리시버 출구관(18b)으로부터 이용 측 열교환기(6)로의 냉매의 유통만을 허용하는 역지 밸브이다. 출구 역지 밸브(17d)는, 리시버 출구관(18b)으로부터 열원 측 열교환기(4)로의 냉매의 유통만을 허용하는 역지 밸브이다. 즉, 출구 역지 밸브(17c, 17d)는, 리시버 출구관(18b)으로부터 열원 측 열교환기(4) 및 이용 측 열교환기(6)의 타방(他方)으로 냉매를 유통시키는 기능을 가지고 있다.
리시버 입구 팽창 기구(5a)는, 리시버 입구관(18a)에 설치된 냉매를 감압하는 기구이며, 본 실시예에 있어서, 전동 팽창 밸브가 사용되어 있다. 리시버 입구 팽창 기구(5a)는, 그 일단이 이코노마이저 열교환기(20) 및 브릿지 회로(17)를 통하여 열원 측 열교환기(4)에 접속되고, 그 타단이 리시버(18)에 접속되어 있다. 또한, 본 실시예에 있어서, 리시버 입구 팽창 기구(5a)는, 냉방 운전 시에는, 열원 측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 고압의 냉매를 이용 측 열교환기(6)로 보내기 전에 감압하고, 난방 운전 시에는, 이용 측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 고압의 냉매를 열원 측 열교환기(4)로 보내기 전에 감압한다.
리시버(18)는, 리시버 입구 팽창 기구(5a)로 감압된 후의 냉매를 일시적으로 모으기 위하여 설치된 용기이며, 그 입구가 리시버 입구관(18a)에 접속되어 있고, 그 출구가 리시버 출구관(18b)에 접속되어 있다. 또한, 리시버(18)에는, 리시버(18) 내로부터 냉매를 뽑아내어 압축 기구(2)의 흡입관(2a)(즉, 압축 기구(2)의 전단 측의 압축 요소(2c)의 흡입 측)으로 되돌리는 것이 가능한 흡입 되돌림 관(18c)이 접속되어 있다. 이 흡입 되돌림 관(18c)에는, 흡입 되돌림 개폐 밸브(18d)가 설치되어 있다. 흡입 되돌림 개폐 밸브(18d)는, 본 실시예에 있어서, 전자 밸브이다.
리시버 출구 팽창 기구(5b)는, 리시버 출구관(18b)에 설치된 냉매를 감압하는 기구이며, 본 실시예에 있어서, 전동 팽창 밸브가 사용되어 있다. 리시버 출구 팽창 기구(5b)는, 그 일단이 리시버(18)에 접속되고, 그 타단이 브릿지 회로(17)를 통하여 이용 측 열교환기(6)에 접속되어 있다. 또한, 본 실시예에 있어서, 리시버 출구 팽창 기구(5b)는, 냉방 운전 시에는, 리시버 입구 팽창 기구(5a)에 의하여 감압된 냉매를 이용 측 열교환기(6)로 보내기 전에 저압이 될 때까지 더 감압하고, 난방 운전 시에는, 리시버 입구 팽창 기구(5a)에 의하여 감압된 냉매를 열원 측 열교환기(4)로 보내기 전에 저압이 될 때까지 더 감압한다.
이용 측 열교환기(6)는, 냉매의 가열기 또는 냉각기로서 기능하는 열교환기이다. 이용 측 열교환기(6)는, 그 일단이 브릿지 회로(17)를 통하여 리시버 입구 팽창 기구(5a)에 접속되어 있고, 그 타단이 전환 기구(3)에 접속되어 있다. 덧붙여, 여기에서는 도시하지 않지만, 이용 측 열교환기(6)에는, 이용 측 열교환기(6)를 흐르는 냉매와 열교환을 행하는 가열원 또는 냉각원으로서의 물이나 공기가 공급되게 되어 있다.
이와 같이, 브릿지 회로(17), 리시버(18), 리시버 입구관(18a) 및 리시버 출구관(18b)에 의하여, 전환 기구(3)를 냉각 운전 상태로 하고 있을 때에는, 열원 측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 고압의 냉매를, 브릿지 회로(17)의 역지 밸브(17a), 리시버 입구관(18a)의 리시버 입구 팽창 기구(5a), 리시버(18), 리시버 출구관(18b)의 리시버 출구 팽창 기구(5b) 및 브릿지 회로(17)의 출구 역지 밸브(17c)를 통하여, 이용 측 열교환기(6)로 보낼 수 있게 되어 있다. 또한, 전환 기구(3)를 가열 운전 상태로 하고 있을 때에는, 이용 측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 고압의 냉매를, 브릿지 회로(17)의 입구 역지 밸브(17b), 리시버 입구관(18a)의 리시버 입구 팽창 기구(5a), 리시버(18), 리시버 출구관(18b)의 리시버 출구 팽창 기구(5b) 및 브릿지 회로(17)의 출구 역지 밸브(17d)를 통하여, 열원 측 열교환기(4)로 보낼 수 있게 되어 있다.
후단 측 인젝션 관(19)은, 열원 측 열교환기(4) 또는 이용 측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 냉매를 분기하여 압축 기구(2)의 후단 측의 압축 요소(2d)로 되돌리는 기능을 가지고 있다. 본 실시예에 있어서, 후단 측 인젝션 관(19)은, 리시버 입구관(18a)을 흐르는 냉매를 분기하여 후단 측의 압축 요소(2d)의 흡입 측으로 되돌리도록 설치되어 있다. 보다 구체적으로는, 후단 측 인젝션 관(19)은, 리시버 입구관(18a)의 리시버 입구 팽창 기구(5a)의 상류 측의 위치(즉, 전환 기구(3)를 냉각 운전 상태로 하고 있을 때에는, 열원 측 열교환기(4)와 리시버 입구 팽창 기구(5a)의 사이, 또한, 전환 기구(3)를 가열 운전 상태로 하고 있을 때에는, 이용 측 열교환기(6)와 리시버 입구 팽창 기구(5a)의 사이)로부터 냉매를 분기하여 중간 냉매관(8)의 중간 냉각기(7)의 하류 측의 위치로 되돌리도록 설치되어 있다. 이 후단 측 인젝션 관(19)에는, 개도 제어가 가능한 후단 측 인젝션 밸브(19a)가 설치되어 있다. 후단 측 인젝션 밸브(19a)는, 본 실시예에 있어서, 전동 팽창 밸브이다.
이코노마이저 열교환기(20)는, 열원 측 열교환기(4) 또는 이용 측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 냉매와 후단 측 인젝션 관(19)을 흐르는 냉매(보다 구체적으로는, 후단 측 인젝션 밸브(19a)에 있어서 중간압 부근까지 감압된 후의 냉매)의 열교환을 행하는 열교환기이다. 본 실시예에 있어서, 이코노마이저 열교환기(20)는, 리시버 입구관(18a)의 리시버 입구 팽창 기구(5a)의 상류 측의 위치(즉, 전환 기구(3)를 냉각 운전 상태로 하고 있을 때에는, 열원 측 열교환기(4)와 리시버 입구 팽창 기구(5a)의 사이, 또한, 전환 기구(3)를 가열 운전 상태로 하고 있을 때에는, 이용 측 열교환기(6)와 리시버 입구 팽창 기구(5a)의 사이)를 흐르는 냉매와 후단 측 인젝션 관(19)을 흐르는 냉매의 열교환을 행하도록 설치되어 있고, 또한, 양 냉매가 대향하도록 흐르는 유로를 가지고 있다. 또한, 본 실시예에 있어서, 이코노마이저 열교환기(20)는, 리시버 입구관(18a)의 후단 측 인젝션 관(19)의 상류 측에 설치되어 있다. 이 때문에, 열원 측 열교환기(4) 또는 이용 측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 냉매는, 리시버 입구관(18a)에 있어서, 이코노마이저 열교환기(20)에 있어서 열교환되기 전에 후단 측 인젝션 관(19)으로 분기되고, 그 후에, 이코노마이저 열교환기(20)에 있어서, 후단 측 인젝션 관(19)을 흐르는 냉매와 열교환을 행하는 것이 된다.
중간 냉각기(7)는, 중간 냉매관(8)에 설치되어 있고, 전단 측의 압축 요소(2c)로부터 토출되어 압축 요소(2d)로 흡입되는 냉매의 냉각기로서 기능하는 열교환기이다. 중간 냉각기(8)는, 공기를 열원(즉, 냉각원)으로 하는 열교환기이며, 본 실시예에 있어서, 핀 앤드 튜브형의 열교환기가 사용되어 있다. 그리고, 중간 냉각기(8)는, 열원 측 열교환기(4)와 일체화되어 있다. 보다 구체적으로는, 중간 냉각기(7)는, 열원 측 열교환기(4)와 전열핀을 공유하는 것에 의하여 일체화되어 있다. 또한, 열원으로서의 공기는, 본 실시예에 있어서, 열원 측 열교환기(4)로 공기를 공급하는 열원 측 팬(40)에 의하여 공급되게 되어 있다. 즉, 열원 측 팬(40)은, 열원 측 열교환기(4) 및 중간 냉각기(7)의 양방(兩方)에 열원으로서의 공기를 공급하도록 되어 있다.
또한, 중간 냉매관(8)에는, 중간 냉각기(7)를 바이패스하도록, 중간 냉각기 바이패스 관(9)이 접속되어 있다. 이 중간 냉각기 바이패스 관(9)은, 중간 냉각기(7)를 흐르는 냉매의 유량을 제한하는 냉매관이다. 그리고, 중간 냉각기 바이패스 관(9)에는, 중간 냉각기 바이패스 개폐 밸브(11)가 설치되어 있다. 중간 냉각기 바이패스 개폐 밸브(11)는, 본 실시예에 있어서, 전자 밸브이다. 이 중간 냉각기 바이패스 개폐 밸브(11)는, 후술의 제상 운전과 같은 일시적인 운전을 행하는 경우를 제외하고, 기본적으로는, 전환 기구(3)를 냉각 운전 상태로 하고 있을 때에 닫고, 전환 기구(3)를 가열 운전 상태로 하고 있을 때에 여는 제어가 이루어진다. 즉, 중간 냉각기 바이패스 개폐 밸브(11)는, 냉방 운전을 행할 때에 닫고, 난방 운전을 행할 때에 여는 제어가 이루어진다.
또한, 중간 냉매관(8)에는, 중간 냉각기 바이패스 관(9)과의 접속부로부터 중간 냉각기(7) 측의 위치(즉, 중간 냉각기(7)의 입구 측의 중간 냉각기 바이패스 관(9)과의 접속부로부터 중간 냉각기(7)의 출구 측의 접속부까지의 부분)에, 냉각기 개폐 밸브(12)가 설치되어 있다. 이 냉각기 개폐 밸브(12)는, 중간 냉각기(7)를 흐르는 냉매의 유량을 제한하는 기구이다. 냉각기 개폐 밸브(12)는, 본 실시예에 있어서, 전자 밸브이다. 이 냉각기 개폐 밸브(12)는, 후술의 제상 운전과 같은 일시적인 운전을 행하는 경우를 제외하고, 기본적으로는, 전환 기구(3)를 냉각 운전 상태로 하고 있을 때에 열고, 전환 기구(3)를 가열 운전 상태로 하고 있을 때에 닫는 제어가 이루어진다. 즉, 냉각기 개폐 밸브(12)는, 냉방 운전을 행할 때에 열고, 난방 운전을 행할 때에 닫는 제어가 이루어진다. 덧붙여, 냉각기 개폐 밸브(12)는, 본 실시예에 있어서, 중간 냉각기(7)의 입구 측의 위치에 설치되어 있지만, 중간 냉각기(7)의 출구 측의 위치에 설치되어 있어도 무방하다.
또한, 중간 냉매관(8)에는, 전단 측의 압축 요소(2c)의 토출 측으로부터 후단 측의 압축 요소(2d)의 흡입 측으로의 냉매의 흐름을 허용하고, 또한, 후단 측의 압축 요소(2d)의 토출 측으로부터 전단 측의 압축 요소(2c)로의 냉매의 흐름을 차단하기 위한 역지 기구(15)가 설치되어 있다. 역지 기구(15)는, 본 실시예에 있어서, 역지 밸브이다. 덧붙여, 역지 기구(15)는, 본 실시예에 있어서, 중간 냉매관(8)의 중간 냉각기(7)의 출구 측으로부터 중간 냉각기 바이패스 관(9)과의 접속부까지의 부분에 설치되어 있다.
나아가, 공기 조화 장치(1)에는, 각종 센서가 설치되어 있다. 구체적으로는, 열원 측 열교환기(4)에는, 열원 측 열교환기(4)를 흐르는 냉매의 온도를 검출하는 열원 측 열교 온도 센서(51)가 설치되어 있다. 중간 냉각기(7)의 출구에는, 중간 냉각기(7)의 출구에 있어서의 냉매의 온도를 검출하는 중간 냉각기 출구 온도 센서(52)가 설치되어 있다. 공기 조화 장치(1)에는, 열원 측 열교환기(4) 및 중간 냉각기(7)의 열원으로서의 공기의 온도를 검출하는 공기 온도 센서(53)가 설치되어 있다. 중간 냉매관(8) 또는 압축 기구(2)에는, 중간 냉매관(8)을 흐르는 냉매의 압력을 검출하는 중간 압력 센서(54)가 설치되어 있다. 이코노마이저 열교환기(20)의 후단 측 인젝션 관(19) 측의 출구에는, 이코노마이저 열교환기(20)의 후단 측 인젝션 관(19) 측의 출구에 있어서의 냉매의 온도를 검출하는 이코노마이저 출구 온도 센서(55)가 설치되어 있다. 또한, 공기 조화 장치(1)는, 여기에서는 도시하지 않지만, 압축 기구(2), 전환 기구(3), 팽창 기구(5a, 5b), 후단 측 인젝션 밸브(19a), 열원 측 팬(40), 중간 냉각기 바이패스 개폐 밸브(11), 냉각기 개폐 밸브(12) 등의 공기 조화 장치(1)를 구성하는 각 부의 동작을 제어하는 제어부를 가지고 있다.
(2) 공기 조화 장치의 동작
다음으로, 본 실시예의 공기 조화 장치(1)의 동작에 관하여, 도 1 ~ 도 8을 이용하여 설명한다. 여기서, 도 2는, 냉방 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 압력 엔탈피 선도이며, 도 3은, 냉방 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 온도 엔트로피 선도이고, 도 4는, 난방 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 압력 엔탈피 선도이며, 도 5는, 난방 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 온도 엔트로피 선도이고, 도 6은, 제상 운전의 플로차트이며, 도 7은, 제상 운전 개시 시에 있어서의 공기 조화 장치(1) 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이다. 도 8은, 중간 냉각기의 제상이 완료한 후에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이다. 덧붙여, 이하의 냉방 운전, 난방 운전 및 제상 운전에 있어서의 운전 제어는, 상술의 제어부(도시하지 않음)에 의하여 행하여진다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 「고압」이란, 냉동 사이클에 있어서의 고압(즉, 도 2, 3의 점 D, E, H에 있어서의 압력이나 도 4, 5의 점 D, F, H에 있어서의 압력)을 의미하고, 「저압」이란, 냉동 사이클에 있어서의 저압(즉, 도 2, 3의 점 A, F, F′에 있어서의 압력이나 도 4, 5의 점 A, E, E′에 있어서의 압력)을 의미하며, 「중간압」이란, 냉동 사이클에 있어서의 중간압(즉, 도 2 ~ 5의 점 B1, C1, G, J, K에 있어서의 압력)을 의미하고 있다.
＜냉방 운전＞
냉방 운전 시는, 전환 기구(3)가 도 1의 실선으로 도시되는 냉각 운전 상태로 된다. 리시버 입구 팽창 기구(5a) 및 리시버 출구 팽창 기구(5b)는, 개도 조절된다. 그리고, 전환 기구(3)가 냉각 운전 상태로 되기 위하여, 냉각기 개폐 밸브(12)가 열리고, 또한, 중간 냉각기 바이패스 관(9)의 중간 냉각기 바이패스 개폐 밸브(11)가 닫히는 것에 의하여, 중간 냉각기(7)가 냉각기로서 기능하는 상태로 된다. 나아가, 후단 측 인젝션 밸브(19a)도 개도 조절된다. 보다 구체적으로는, 본 실시예에 있어서, 후단 측 인젝션 밸브(19a)는, 이코노마이저 열교환기(20)의 후단 측 인젝션 관(19) 측의 출구에 있어서의 냉매의 과열도가 목표값이 되도록 개도 조절되는, 이른바 과열도 제어가 이루어지게 되어 있다. 본 실시예에 있어서, 이코노마이저 열교환기(20)의 후단 측 인젝션 관(19) 측의 출구에 있어서의 냉매의 과열도는, 중간 압력 센서(54)에 의하여 검출되는 중간압을 포화 온도로 환산하고, 이코노마이저 출구 온도 센서(55)에 의하여 검출되는 냉매 온도로부터 이 냉매의 포화 온도값을 빼는 것에 의하여 얻어진다. 덧붙여, 본 실시예에서는 채용하고 있지 않지만, 이코노마이저 열교환기(20)의 후단 측 인젝션 관(19) 측의 입구에 온도 센서를 설치하고, 이 온도 센서에 의하여 검출되는 냉매 온도를 이코노마이저 출구 온도 센서(55)에 의하여 검출되는 냉매 온도로부터 빼는 것에 의하여, 이코노마이저 열교환기(20)의 후단 측 인젝션 관(19) 측의 출구에 있어서의 냉매의 과열도를 얻도록 하여도 무방하다.
이 냉매 회로(310)의 상태에 있어서, 압축 기구(2)를 구동하면, 저압의 냉매(도 1 ~ 도 3의 점 A 참조)는, 흡입관(2a)으로부터 압축 기구(2)로 흡입되고, 우선, 압축 요소(2c)에 의하여 중간 압력까지 압축된 후에, 중간 냉매관(8)으로 토출된다(도 1 ~ 도 3의 점 B1 참조). 이 전단 측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매는, 중간 냉각기(7)에 있어서, 냉각원으로서의 공기와 열교환을 행하는 것으로 냉각된다(도 1 ~ 도 3의 점 C1 참조). 이 중간 냉각기(7)에 있어서 냉각된 냉매는, 후단 측 인젝션 관(19)으로부터 후단 측의 압축 기구(2d)로 되돌려지는 냉매(도 1 ~ 도 3의 점 K 참조)와 합류하는 것으로 더 냉각된다(도 1 ~ 도 3의 점 G 참조). 다음으로, 후단 측 인젝션 관(19)으로부터 되돌아오는 냉매와 합류한 중간압의 냉매는, 압축 요소(2c)의 후단 측에 접속된 압축 요소(2d)로 흡입되어 더 압축되어, 압축 기구(2)로부터 토출관(2b)으로 토출된다(도 1 ~ 도 3의 점 D 참조). 여기서, 압축 기구(2)로부터 토출된 고압의 냉매는, 압축 요소(2c, 2d)에 의한 2단 압축 동작에 의하여, 임계 압력(즉, 도 2에 도시되는 임계점 CP에 있어서의 임계 압력 Pcp)을 넘는 압력까지 압축되어 있다. 그리고, 이 압축 기구(2)로부터 토출된 고압의 냉매는, 전환 기구(3)를 경유하여, 냉매의 냉각기로서 기능하는 열원 측 열교환기(4)로 보내져, 냉각원으로서의 공기와 열교환을 행하여 냉각된다(도 1 ~ 도 3의 점 E 참조). 그리고, 열원 측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 고압의 냉매는, 브릿지 회로(17)의 역지 밸브(17a)를 통하여 리시버 입구관(18a)으로 유입하고, 그 일부가 후단 측 인젝션 관(19)으로 분기된다. 그리고, 후단 측 인젝션 관(19)을 흐르는 냉매는, 후단 측 인젝션 밸브(19a)에 있어서 중간압 부근까지 감압된 후에, 이코노마이저 열교환기(20)로 보내진다(도 1 ~ 도 3의 점 J 참조). 또한, 후단 측 인젝션 관(19)으로 분기된 후의 리시버 입구관(18a)을 흐르는 냉매는, 이코노마이저 열교환기(20)로 유입하고, 후단 측 인젝션 관(19)을 흐르는 냉매와 열교환을 행하여 냉각된다(도 1 ~ 도 3의 점 H 참조). 한편, 후단 측 인젝션 관(19)을 흐르는 냉매는, 리시버 입구관(18a)을 흐르는 냉매와 열교환을 행하여 가열되고(도 1 ~ 도 3의 점 K 참조), 상술과 같이, 중간 냉각기(7)에 있어서 냉각된 냉매에 합류하게 된다. 그리고, 이코노마이저 열교환기(20)에 있어서 냉각된 고압의 냉매는, 리시버 입구 팽창 기구(5a)에 의하여 포화 압력 부근까지 감압되어 리시버(18) 내에 일시적으로 모여진다(도 1 ~ 도 3의 점 I 참조). 그리고, 리시버(18) 내에 모여진 냉매는, 리시버 출구관(18b)으로 보내져, 리시버 출구 팽창 기구(5b)에 의하여 감압되어 저압의 기액이상 상태의 냉매가 되어, 브릿지 회로(17)의 출구 역지 밸브(17c)를 통하여 냉매의 가열기로서 기능하는 이용 측 열교환기(6)로 보내진다(도 1 ~ 도 3의 점 F 참조). 그리고, 이용 측 열교환기(6)로 보내진 저압의 기액이상 상태의 냉매는, 가열원으로서의 물 또는 공기와 열교환을 행하여 가열되어, 증발하게 된다(도 1 ~ 도 3의 점 A 참조). 그리고, 이 이용 측 열교환기(6)에 있어서 가열된 저압의 냉매는, 전환 기구(3)를 경유하여, 다시, 압축 기구(2)로 흡입된다. 이와 같이 하여, 냉방 운전이 행하여진다.
이와 같이, 공기 조화 장치(1)에서는, 압축 요소(2c)로부터 토출된 냉매를 압축 요소(2d)로 흡입시키기 위한 중간 냉매관(8)에 중간 냉각기(7)를 설치하는 것과 함께, 전환 기구(3)를 냉각 운전 상태로 한 냉방 운전에 있어서, 냉각기 개폐 밸브(12)를 열고, 또한, 중간 냉각기 바이패스 관(9)의 중간 냉각기 바이패스 개폐 밸브(11)를 닫는 것에 의하여, 중간 냉각기(7)를 냉각기로서 기능하는 상태로 하고 있기 때문에, 중간 냉각기(7)를 설치하지 않았던 경우에 비하여, 압축 요소(2c)의 후단 측의 압축 요소(2d)로 흡입되는 냉매의 온도가 저하하여(도 3의 점 B1, C1 참조), 압축 요소(2d)로부터 토출되는 냉매의 온도도 저하하게 된다. 이 때문에, 이 공기 조화 장치(1)에서는, 고압의 냉매의 냉각기로서 기능하는 열원 측 열교환기(4)에 있어서, 중간 냉각기(7)를 설치하지 않았던 경우에 비하여, 냉각원으로서의 물이나 공기와 냉매의 온도 차를 작게 하는 것이 가능하게 되어, 방열 로스를 작게 할 수 있는 것으로부터, 운전 효율을 향상시킬 수 있다.
게다가, 본 실시예의 구성에서는, 후단 측 인젝션 관(19)을 설치하여 열원 측 열교환기(4)로부터 팽창 기구(5a, 5b)로 보내지는 냉매를 분기하여 후단 측의 압축 요소(2d)로 되돌리도록 하고 있기 때문에, 중간 냉각기(7)와 같은 외부로의 방열을 행하는 것 없이, 후단 측의 압축 요소(2d)로 흡입되는 냉매의 온도를 더 낮게 억제할 수 있다(도 3의 점 C1, G 참조). 이것에 의하여, 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매의 온도가 더 낮게 억제되어, 후단 측 인젝션 관(19)을 설치하지 않은 경우에 비하여, 방열 로스를 더 작게 할 수 있는 것으로부터, 운전 효율을 한층 더 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예의 구성에서는, 열원 측 열교환기(4)로부터 팽창 기구(5a, 5b)로 보내지는 냉매와 후단 측 인젝션 관(19)을 흐르는 냉매의 열교환을 행하는 이코노마이저 열교환기(20)를 더 설치하고 있기 때문에, 후단 측 인젝션 관(19)을 흐르는 냉매에 의하여 열원 측 열교환기(4)로부터 팽창 기구(5a, 5b)로 보내지는 냉매를 냉각할 수 있어(도 2, 도 3의 점 E, 점 H 참조), 중간 냉각기(7), 후단 측 인젝션 관(19) 및 이코노마이저 열교환기(20)를 설치하지 않는 경우에 비하여, 이용 측 열교환기(6)에 있어서의 냉매의 단위 유량 당 냉각 능력을 높게 할 수 있다.
＜난방 운전＞
난방 운전 시는, 전환 기구(3)가 도 1의 파선으로 도시되는 가열 운전 상태로 된다. 리시버 입구 팽창 기구(5a) 및 리시버 출구 팽창 기구(5b)는, 개도 조절된다. 그리고, 전환 기구(3)가 가열 운전 상태로 되기 위하여, 냉각기 개폐 밸브(12)가 닫히고, 또한, 중간 냉각기 바이패스 관(9)의 중간 냉각기 바이패스 개폐 밸브(11)가 열리는 것에 의하여, 중간 냉각기(7)가 냉각기로서 기능하지 않는 상태로 된다. 나아가, 후단 측 인젝션 밸브(19a)도, 냉방 운전 시와 마찬가지의 과열도 제어에 의하여 개도 조절된다.
이 냉매 회로(310)의 상태에 있어서, 압축 기구(2)를 구동하면, 저압의 냉매(도 1, 도 4, 도 5의 점 A 참조)는, 흡입관(2a)으로부터 압축 기구(2)로 흡입되고, 우선, 압축 요소(2c)에 의하여 중간 압력까지 압축된 후에, 중간 냉매관(8)으로 토출된다(도 1, 도 4, 도 5의 점 B1 참조). 이 전단 측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매는, 냉방 운전 시와는 달리, 중간 냉각기(7)를 통과하지 않고(즉, 냉각되는 것 없이), 중간 냉각기 바이패스 관(9)을 통과하여(도 1, 도 4, 도 5의 점 C1 참조), 후단 측 인젝션 관(19)으로부터 후단 측의 압축 기구(2d)로 되돌려지는 냉매(도 1, 도 4, 도 5의 점 K 참조)와 합류하는 것으로 냉각된다(도 1, 도 4, 도 5의 점 G 참조). 다음으로, 후단 측 인젝션 관(19)으로부터 되돌아오는 냉매와 합류한 중간압의 냉매는, 압축 요소(2c)의 후단 측에 접속된 압축 요소(2d)로 흡입되어 더 압축되어, 압축 기구(2)로부터 토출관(2b)으로 토출된다(도 1, 도 4, 도 5의 점 D 참조). 여기서, 압축 기구(2)로부터 토출된 고압의 냉매는, 냉방 운전 시와 마찬가지로, 압축 요소(2c, 2d)에 의한 2단 압축 동작에 의하여, 임계 압력(즉, 도 4에 도시되는 임계점 CP에 있어서의 임계 압력 Pcp)을 넘는 압력까지 압축되어 있다. 그리고, 이 압축 기구(2)로부터 토출된 고압의 냉매는, 전환 기구(3)를 경유하여, 냉매의 냉각기로서 기능하는 이용 측 열교환기(6)로 보내져, 냉각원으로서의 물 또는 공기와 열교환을 행하여 냉각된다(도 1, 도 4, 도 5의 점 F 참조). 그리고, 이용 측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 고압의 냉매는, 브릿지 회로(17)의 입구 역지 밸브(17b)를 통하여 리시버 입구관(18a)으로 유입하고, 그 일부가 후단 측 인젝션 관(19)으로 분기된다. 그리고, 후단 측 인젝션 관(19)을 흐르는 냉매는, 후단 측 인젝션 밸브(19a)에 있어서 중간압 부근까지 감압된 후에, 이코노마이저 열교환기(20)로 보내진다(도 1, 도 4, 도 5의 점 J 참조). 또한, 후단 측 인젝션 관(19)으로 분기된 후의 리시버 입구관(18a)을 흐르는 냉매는, 이코노마이저 열교환기(20)로 유입하고, 후단 측 인젝션 관(19)을 흐르는 냉매와 열교환을 행하여 냉각된다(도 1, 도 4, 도 5의 점 H 참조). 한편, 후단 측 인젝션 관(19)을 흐르는 냉매는, 리시버 입구관(18a)을 흐르는 냉매와 열교환을 행하여 가열되고(도 1, 도 4, 도 5의 점 K 참조), 상술과 같이, 전단 측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매에 합류하게 된다. 그리고, 이코노마이저 열교환기(20)에 있어서 냉각된 고압의 냉매는, 리시버 입구 팽창 기구(5a)에 의하여 포화 압력 부근까지 감압되어 리시버(18) 내에 일시적으로 모여진다(도 1, 도 4, 도 5의 점 I 참조). 그리고, 리시버(18) 내에 모여진 냉매는, 리시버 출구관(18b)으로 보내져, 리시버 출구 팽창 기구(5b)에 의하여 감압되어 저압의 기액이상 상태의 냉매로 되어, 브릿지 회로(17)의 출구 역지 밸브(17d)를 통하여 냉매의 가열기로서 기능하는 열원 측 열교환기(4)로 보내진다(도 1, 도 4, 도 5의 점 E 참조). 그리고, 열원 측 열교환기(4)로 보내진 저압의 기액이상 상태의 냉매는, 가열원으로서의 공기와 열교환을 행하여 가열되어, 증발하게 된다(도 1, 도 4, 도 5의 점 A 참조). 그리고, 이 열원 측 열교환기(4)에 있어서 가열된 저압의 냉매는, 전환 기구(3)를 경유하여, 다시, 압축 기구(2)로 흡입된다. 이와 같이 하여, 난방 운전이 행하여진다.
이와 같이, 공기 조화 장치(1)에서는, 압축 요소(2c)로부터 토출된 냉매를 압축 요소(2d)로 흡입시키기 위한 중간 냉매관(8)에 중간 냉각기(7)를 설치하는 것과 함께, 전환 기구(3)를 가열 운전 상태로 한 난방 운전에 있어서, 냉각기 개폐 밸브(12)를 닫고, 또한, 중간 냉각기 바이패스 관(9)의 중간 냉각기 바이패스 개폐 밸브(11)를 여는 것에 의하여, 중간 냉각기(7)를 냉각기로서 기능하지 않는 상태로 하고 있기 때문에, 중간 냉각기(7)만을 설치한 경우나 상술의 냉방 운전과 마찬가지로 중간 냉각기(7)를 냉각기로서 기능시킨 경우에 비하여, 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매의 온도의 저하가 억제된다. 이 때문에, 이 공기 조화 장치(1)에서는, 중간 냉각기(7)만을 설치한 경우나 상술의 냉방 운전과 마찬가지로 중간 냉각기(7)를 냉각기로서 기능시킨 경우에 비하여, 외부로의 방열을 억제하고, 냉매의 냉각기로서 기능하는 이용 측 열교환기(6)로 공급되는 냉매의 온도의 저하를 억제하는 것이 가능하게 되어, 가열 능력의 저하를 억제하고, 운전 효율의 저하를 막을 수 있다.
게다가, 본 실시예의 구성에서는, 후단 측 인젝션 관(19)을 설치하여 이용 측 열교환기(6)로부터 팽창 기구(5a, 5b)로 보내지는 냉매를 분기하여 후단 측의 압축 요소(2d)로 되돌리도록 하고 있기 때문에, 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매의 온도가 낮아지고, 이것에 의하여, 이용 측 열교환기(6)에 있어서의 냉매의 단위 유량 당 가열 능력은 작아지지만, 후단 측의 압축 요소(2d)로부터 토출되는 냉매의 유량은 증가하기 때문에, 이용 측 열교환기(6)에 있어서의 가열 능력이 확보되어, 운전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예의 구성에서는, 이용 측 열교환기(6)로부터 팽창 기구(5a, 5b)로 보내지는 냉매와 후단 측 인젝션 관(19)을 흐르는 냉매의 열교환을 행하는 이코노마이저 열교환기(20)를 더 설치하고 있기 때문에, 이용 측 열교환기(6)로부터 팽창 기구(5a, 5b)로 보내지는 냉매에 의하여 후단 측 인젝션 관(19)을 흐르는 냉매를 가열할 수 있어(도 4, 도 5의 점 J, 점 K 참조), 후단 측 인젝션 관(19) 및 이코노마이저 열교환기(20)를 설치하지 않는 경우에 비하여, 후단 측의 압축 요소(2d)로부터 토출되는 냉매의 유량을 증가시킬 수 있다.
또한, 냉방 운전 및 난방 운전에 공통되는 이점으로서 본 실시예의 구성에서는, 이코노마이저 열교환기(20)로서 열원 측 열교환기(4) 또는 이용 측 열교환기(6)로부터 팽창 기구(5a, 5b)로 보내지는 냉매와 후단 측 인젝션 관(19)을 흐르는 냉매가 대향하도록 흐르는 유로를 가지는 열교환기를 채용하고 있기 때문에, 이코노마이저 열교환기(20)에 있어서의 열원 측 열교환기(4) 또는 이용 측 열교환기(6)로부터 팽창 기구(5a, 5b)로 보내지는 냉매와 후단 측 인젝션 관(19)을 흐르는 냉매의 온도 차를 작게 할 수 있어, 높은 열교환 효율을 얻을 수 있다. 또한, 본 실시예의 구성에서는, 열원 측 열교환기(4) 또는 이용 측 열교환기(6)로부터 팽창 기구(5a, 5b)로 보내지는 냉매가 이코노마이저 열교환기(20)에 있어서 열교환되기 전에 열원 측 열교환기(4) 또는 이용 측 열교환기(6)로부터 팽창 기구(5a, 5b)로 보내지는 냉매를 분기하도록 후단 측 인젝션 관(19)을 설치하고 있기 때문에, 이코노마이저 열교환기(20)에 있어서 후단 측 인젝션 관(19)을 흐르는 냉매와 열교환을 행하는 열원 측 열교환기(4) 또는 이용 측 열교환기(6)로부터 팽창 기구(5a, 5b)로 보내지는 냉매의 유량을 줄일 수 있어, 이코노마이저 열교환기(20)에 있어서의 교환 열량을 작게 할 수 있어, 이코노마이저 열교환기(20)의 사이즈를 작게 할 수 있다.
＜제상 운전＞
이 공기 조화 장치(1)에 있어서, 열원 측 열교환기(4)의 열원으로서의 공기의 온도가 낮은 조건에서 난방 운전을 행하면, 냉매의 가열기로서 기능하는 열원 측 열교환기(4)에 착상이 생기고, 이것에 의하여, 열원 측 열교환기(4)의 전열 성능이 저하할 우려가 있다. 이 때문에, 열원 측 열교환기(4)의 제상을 행할 필요가 있다.
이하, 본 실시예의 제상 운전에 관하여, 도 6 ~ 도 8을 이용하여 상세하게 설명한다.
우선, 스텝 S1에 있어서, 난방 운전 시에 열원 측 열교환기(4)에 착상이 생겼는지 여부를 판정한다. 이 판정은, 열원 측 열교 온도 센서(51)에 의하여 검출되는 열원 측 열교환기(4)를 흐르는 냉매의 온도나 난방 운전의 적산 시간에 기초하여 행하여진다. 예를 들어, 열원 측 열교 온도 센서(51)에 의하여 검출되는 열원 측 열교환기(4)에 있어서의 냉매의 온도가 착상이 생기는 조건에 상당하는 소정 온도 이하인 것이 검지된 경우, 또는, 난방 운전의 적산 시간이 소정 시간 이상 경과한 경우에는, 열원 측 열교환기(4)에 착상이 생겨 있는 것으로 판정하고, 이와 같은 온도 조건이나 시간 조건에 해당하지 않는 경우에는, 열원 측 열교환기(4)에 착상이 생겨 있지 않은 것으로 판정하는 것이다. 여기서, 소정 온도나 소정 시간에 관해서는, 열원으로서의 공기의 온도에 의존하기 때문에, 소정 온도나 소정 시간을 공기 온도 센서(53)에 의하여 검출되는 공기의 온도의 함수로서 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 열원 측 열교환기(4)의 입구나 출구에 온도 센서가 설치되어 있는 경우에는, 열원 측 열교 온도 센서(51)에 의하여 검출되는 냉매의 온도에 대신하여, 이들의 온도 센서에 의하여 검출되는 냉매의 온도를 온도 조건의 판정에 사용하여도 무방하다. 그리고, 스텝 S1에 있어서, 열원 측 열교환기(4)에 착상이 생겨 있는 것으로 판정된 경우에는, 스텝 S2의 처리로 이행한다.
다음으로, 스텝 S2에 있어서, 제상 운전을 개시한다. 이 제상 운전은, 전환 기구(3)를 가열 운전 상태(즉, 난방 운전)로부터 냉각 운전 상태로 전환하는 것으로 열원 측 열교환기(4)를 냉매의 냉각기로서 기능시키는 역사이클 제상 운전이다. 게다가, 본 실시예에서는, 중간 냉각기(7)로서 공기를 열원으로 하는 열교환기를 채용하고, 또한, 중간 냉각기(7)를 열원 측 열교환기(4)와 일체화시키고 있는 것으로부터, 중간 냉각기(7)에도 착상이 생길 우려가 있기 때문에, 열원 측 열교환기(4) 뿐만이 아니라 중간 냉각기(7)에도 냉매를 흐르게 하여 중간 냉각기(7)의 제상을 행할 필요가 있다. 그래서, 제상 운전의 개시 시에 있어서는, 상술의 냉방 운전과 마찬가지로, 전환 기구(3)를 가열 운전 상태(즉, 난방 운전)로부터 냉각 운전 상태(즉, 냉방 운전)로 전환하는 것으로 열원 측 열교환기(4)를 냉매의 냉각기로서 기능시키는 것과 함께, 냉각기 개폐 밸브(12)를 열고 또한, 중간 냉각기 바이패스 개폐 밸브(11)를 닫는 것에 의하여, 중간 냉각기(7)를 냉각기로서 기능시키는 운전을 행한다(도 7 중의 냉매의 흐름을 나타내는 화살표를 참조).
한편, 역사이클 제상 운전을 채용하면, 이용 측 열교환기(6)를 냉매의 냉각기로서 기능시키고 싶은데도 불구하고, 이용 측 열교환기(6)를 냉매의 가열기로서 기능시키게 되기 때문에, 이용 측의 온도 저하가 생긴다고 하는 문제가 있다. 또한, 역사이클 제상 운전은, 열원으로서의 공기의 온도가 낮은 조건에 있어서의 냉방 운전이기 때문에, 냉동 사이클의 저압이 낮아져, 전단 측의 압축 요소(2c)로부터 흡입되는 냉매의 유량이 감소해 버린다. 그러면, 냉매 회로(310)를 순환하는 냉매의 유량이 감소하여, 열원 측 열교환기(4)를 흐르는 냉매의 유량을 확보할 수 없게 되기 때문에, 열원 측 열교환기(4)의 제상에 시간이 걸린다고 하는 문제도 생긴다.
그래서, 본 실시예에서는, 냉각기 개폐 밸브(12)를 열고, 또한, 중간 냉각기 바이패스 개폐 밸브(11)를 닫는 것에 의하여, 중간 냉각기(7)를 냉각기로서 기능시키는 운전을 행하는 것과 함께, 후단 측 인젝션 관(19)을 이용하여, 열원 측 열교환기(4)로부터 이용 측 열교환기(6)로 보내지는 냉매를 후단 측의 압축 요소(2d)로 되돌리면서 역사이클 제상 운전을 행하도록 하고 있다(도 7 중의 냉매의 흐름을 나타내는 화살표를 참조). 게다가, 본 실시예에 있어서는, 후단 측 인젝션 밸브(19a)의 개도를, 역사이클 제상 운전을 행하기 직전의 난방 운전 시에 있어서의 후단 측 인젝션 밸브(19a)의 개도보다도 커지도록 개도 제어를 행하고 있다. 예를 들어, 후단 측 인젝션 밸브(19a)의 완전 닫힘 상태에 있어서의 개도를 0%, 또한, 완전 열림 상태에 있어서의 개도를 100%라 하고, 난방 운전 시에 후단 측 인젝션 밸브(19a)가 50% 이하의 개도 범위에서 제어되어 있는 경우에는, 이 스텝 S2에 있어서의 후단 측 인젝션 밸브(19a)는, 70% 정도까지 개도가 커지도록 제어되고, 스텝 S3에 있어서, 중간 냉각기(7)의 제상이 완료했다고 판정될 때까지, 그 개도로 고정된다.
이것에 의하여, 중간 냉각기(7)의 제상을 행하고, 그리고, 후단 측 인젝션 관(19)을 흐르는 냉매의 유량을 증가시켜 이용 측 열교환기(6)를 흐르는 냉매의 유량을 줄이는 것과 함께, 후단 측의 압축 요소(2d)에 있어서 처리하는 냉매의 유량을 증가시켜 열원 측 열교환기(4)를 흐르는 냉매의 유량을 확보 가능한 역사이클 제상 운전이 실현되게 된다. 게다가, 본 실시예에서는, 역사이클 제상 운전을 행하기 직전의 난방 운전에 있어서의 후단 측 인젝션 밸브(19a)의 개도보다도 커지도록 개도 제어를 행하고 있기 때문에, 이용 측 열교환기(6)를 흐르는 냉매의 유량을 더 줄이면서, 열원 측 열교환기(4)를 흐르는 냉매의 유량을 더 늘릴 수 있게 되어 있다.
다음으로, 스텝 S3에 있어서, 중간 냉각기(7)의 제상이 완료했는지 여부를 판정한다. 여기서, 중간 냉각기(7)의 제상이 완료했는지 여부를 판정하는 것은, 상술과 같이, 난방 운전 시, 중간 냉각기 바이패스 관(9)에 의하여 중간 냉각기(7)를 냉각기로서 기능시키지 않게 하고 있기 때문에, 중간 냉각기(7)에 있어서의 착상량이 적어, 열원 측 열교환기(4)에 비하여 빨리 중간 냉각기(7)의 제상이 완료하기 때문이다. 그리고, 이 판정은, 중간 냉각기(7)의 출구 냉매 온도에 기초하여 행하여진다. 예를 들어, 중간 냉각기 출구 온도 센서(52)에 의하여 검출되는 중간 냉각기(7)의 출구 냉매 온도가 소정 온도 이상인 것이 검지된 경우에는, 중간 냉각기(7)의 제상이 완료한 것으로 판정하고, 이와 같은 온도 조건에 해당하지 않는 경우에는, 중간 냉각기(7)의 제상이 완료하고 있지 않는 것으로 판정하는 것이다. 이와 같은 중간 냉각기(7)의 출구 냉매 온도에 기초하는 판정에 의하여, 중간 냉각기(7)의 제상이 완료한 것의 검지를 확실히 행할 수 있다. 그리고, 스텝 S3에 있어서, 중간 냉각기(7)의 제상이 완료한 것으로 판정된 경우에는, 스텝 S4의 처리로 이행한다.
다음으로, 스텝 S4에 있어서, 중간 냉각기(7) 및 열원 측 열교환기(4)를 제상하는 운전으로부터 열원 측 열교환기(4)만을 제상하는 운전으로 이행한다. 이와 같은 중간 냉각기(7)의 제상 완료 후의 운전 이행을 행하는 것은, 만일, 중간 냉각기(7)의 제상이 완료한 후에도 중간 냉각기(7)에 냉매를 계속 흐르게 하면, 중간 냉각기(7)로부터 외부로 방열이 행하여져, 후단 측의 압축 요소(2d)로 흡입되는 냉매의 온도가 저하하여 버리고, 그 결과, 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매의 온도가 낮아져, 열원 측 열교환기(4)의 제상 능력이 저하한다고 하는 문제가 생겨 버리는 것으로부터, 이와 같은 문제가 생기지 않도록 하기 위함이다. 그리고, 이 스텝 S4에 있어서의 운전 이행에 의하여, 역사이클 제상 운전에 의한 열원 측 열교환기(4)의 제상을 계속하면서, 냉각기 개폐 밸브(12)를 닫고, 또한, 중간 냉각기 바이패스 개폐 밸브(11)를 여는 것에 의하여, 중간 냉각기(7)를 냉각기로서 기능시키지 않게 한 운전이 행하여진다(도 8 중의 냉매의 흐름을 나타내는 화살표를 참조). 이것에 의하여, 중간 냉각기(7)로부터 외부로의 방열이 행하여지지 않게 되기 때문에, 후단 측의 압축 요소(2d)로 흡입되는 냉매의 온도가 낮아지는 것을 억제하고 그 결과, 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매의 온도가 낮아지는 것을 억제하여, 열원 측 열교환기(4)의 제상 능력이 저하하는 것을 억제할 수 있게 된다.
그러나, 중간 냉각기(7)의 제상이 완료한 것을 검지한 후에, 중간 냉각기 바이패스 관(9)을 이용하여(즉, 냉각기 개폐 밸브(12)를 닫고, 또한, 중간 냉각기 바이패스 개폐 밸브(11)를 열어), 중간 냉각기(7)에 냉매가 흐르지 않게 하면, 후단 측의 압축 요소(2d)로 흡입되는 냉매의 온도가 급격하게 상승하게 되기 때문에, 후단 측의 압축 요소(2d)로 흡입되는 냉매의 밀도가 작아져, 후단 측의 압축 요소(2d)로 흡입되는 냉매의 유량이 감소하는 경향이 된다. 이 때문에, 중간 냉각기(7)로부터 외부로의 방열을 막는 것에 의한 제상 능력을 높이는 작용과, 열원 측 열교환기(4)를 흐르는 냉매의 유량이 감소하는 것에 의한 제상 능력을 저하시키는 작용과의 밸런스로, 열원 측 열교환기(4)의 제상 능력이 저하하는 것을 억제하는 효과를 충분히 얻지 못할 우려가 있다.
그래서, 스텝 S4에서는, 중간 냉각기 바이패스 관(9)을 이용하여, 중간 냉각기(7)에 냉매가 흐르지 않게 하는 것과 함께, 후단 측 인젝션 밸브(19a)의 개도가 커지도록 제어하는 것으로, 중간 냉각기(7)로부터 외부로 방열을 막는 것과 함께, 열원 측 열교환기(4)로부터 이용 측 열교환기(6)로 보내지는 냉매를 후단 측의 압축 요소(2d)로 되돌려, 열원 측 열교환기(4)를 흐르는 냉매의 유량을 증가시키도록 하고 있다. 여기서, 후단 측 인젝션 밸브(19a)의 개도는, 스텝 S2에 있어서, 역사이클 제상 운전을 행하기 직전의 난방 운전 시에 있어서의 후단 측 인젝션 밸브(19a)의 개도보다도 큰 개도(여기에서는, 70% 정도)로 되어 있지만, 이 스텝 S4에 있어서, 더 큰 개도(예를 들어, 완전 열림 근처)까지 여는 제어가 행하여진다.
다음으로, 스텝 S5에 있어서, 열원 측 열교환기(4)의 제상이 완료했는지 여부를 판정한다. 이 판정은, 열원 측 열교 온도 센서(51)에 의하여 검출되는 열원 측 열교환기(4)를 흐르는 냉매의 온도나 제상 운전의 운전 시간에 기초하여 행하여진다. 예를 들어, 열원 측 열교 온도 센서(51)에 의하여 검출되는 열원 측 열교환기(4)에 있어서의 냉매의 온도가 착상이 없다고 간주하는 조건에 상당하는 온도 이상인 것이 검지된 경우, 또는, 제상 운전이 소정 시간 이상 경과한 경우에는, 열원 측 열교환기(4)의 제상이 완료한 것으로 판정하고, 이와 같은 온도 조건이나 시간 조건에 해당하지 않는 경우에는, 열원 측 열교환기(4)의 제상이 완료하고 있지 않은 것으로 판정하는 것이다. 여기서, 열원 측 열교환기(4)의 입구나 출구에 온도 센서가 설치되어 있는 경우에는, 열원 측 열교 온도 센서(51)에 의하여 검출되는 냉매의 온도에 대신하여, 이들의 온도 센서에 의하여 검출되는 냉매의 온도를 온도 조건의 판정에 사용하여도 무방하다. 그리고, 스텝 S5에 있어서, 열원 측 열교환기(4)의 제상이 완료한 것으로 판정된 경우에는, 스텝 S6의 처리로 이행하여, 제상 운전을 종료하고, 다시, 난방 운전을 재개시키는 처리가 행하여진다. 보다 구체적으로는, 전환 기구(3)를 냉각 운전 상태로부터 가열 운전 상태(즉, 난방 운전)로 전환하는 처리 등이 행하여진다.
이상과 같이, 공기 조화 장치(1)에서는, 열원 측 열교환기(4)를 냉매의 냉각기로서 기능시키는 것으로 열원 측 열교환기(4)의 제상을 행하는 제상 운전을 행할 때에, 열원 측 열교환기(4) 및 중간 냉각기(7)로 냉매를 흐르게 하고, 중간 냉각기(7)의 제상이 완료한 것을 검지한 후에, 중간 냉각기 바이패스 관(9)을 이용하여, 중간 냉각기(7)에 냉매가 흐르지 않게 하는 것이다. 이것에 의하여, 공기 조화 장치(1)에서는, 제상 운전을 행할 때에, 중간 냉각기(7)의 제상도 아울러 행하는 것과 함께, 중간 냉각기(7)로부터 외부로 방열이 행하여지는 것에 의하여 생기는 제상 능력의 저하를 억제할 수 있고, 또한, 제상 시간을 단축하는데 기여할 수 있다.
게다가, 본 실시예에서는, 전환 기구(3)를 냉각 운전 상태로 전환하는 것으로 열원 측 열교환기(4)의 제상을 행하는 역사이클 제상 운전을 행할 때에, 후단 측 인젝션 관(19)을 이용하여, 열원 측 열교환기(4)로부터 이용 측 열교환기(6)로 보내지는 냉매를 후단 측의 압축 요소(2d)로 되돌리도록 하고 있고, 중간 냉각기(7)의 제상이 완료한 것을 검지한 후에, 중간 냉각기 바이패스 관(9)을 이용하여, 중간 냉각기(7)에 냉매가 흐르지 않게 하는 것과 함께, 후단 측 인젝션 밸브(19a)의 개도가 커지도록 제어하는 것으로, 중간 냉각기(7)로부터 외부로 방열을 막고, 그리고, 열원 측 열교환기(4)로부터 이용 측 열교환기(6)로 보내지는 냉매를 후단 측의 압축 요소(2d)로 되돌려, 열원 측 열교환기(4)를 흐르는 냉매의 유량을 증가시켜, 열원 측 열교환기(4)의 제상 능력의 저하를 억제하도록 하고 있다. 게다가, 이용 측 열교환기(6)를 흐르는 냉매의 유량을 줄일 수 있게 되어 있다.
이것에 의하여, 본 실시예에서는, 역사이클 제상 운전을 행할 때의 제상 능력의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 역사이클 제상 운전을 행할 때의 이용 측의 온도 저하를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 후단 측 인젝션 관(19)이 전환 기구(3)를 냉각 운전 상태로 하고 있을 때에 열원 측 열교환기(4)와 팽창 기구(여기에서는, 열원 측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 고압의 냉매를 이용 측 열교환기(6)로 보내기 전에 감압하는 리시버 입구 팽창 기구(5a))의 사이로부터 냉매를 분기하도록 설치되어 있기 때문에, 팽창 기구에 의하여 감압되기 전의 압력으로부터 후단 측의 압축 요소(2d)의 흡입 측의 압력까지의 차압을 이용할 수 있기 때문에, 후단 측의 압축 요소(2d)로 되돌리는 냉매의 유량을 늘리기 쉬워져, 이용 측 열교환기(6)를 흐르는 냉매의 유량을 더 줄이면서, 열원 측 열교환기(4)를 흐르는 냉매의 유량을 더 늘릴 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 전환 기구(3)를 냉각 운전 상태로 하고 있을 때에 열원 측 열교환기(4)로부터 팽창 기구(여기에서는, 열원 측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 고압의 냉매를 이용 측 열교환기(6)로 보내기 전에 감압하는 리시버 입구 팽창 기구(5a))로 보내지는 냉매와 후단 측 인젝션 관(19)을 흐르는 냉매의 열교환을 행하는 이코노마이저 열교환기(20)를 더 가지고 있기 때문에, 후단 측 인젝션 관(19)을 흐르는 냉매가 열원 측 열교환기(4)로부터 팽창 기구로 보내지는 냉매와 열교환하는 것에 의하여 가열되어, 후단 측의 압축 요소(2d)로 흡입되는 냉매가 습윤 상태가 될 우려를 작게 할 수 있다. 이것에 의하여, 후단 측의 압축 요소(2d)로 되돌리는 냉매의 유량을 늘리기 쉬워져, 이용 측 열교환기(6)를 흐르는 냉매의 유량을 더 줄이면서, 열원 측 열교환기(4)를 흐르는 냉매의 유량을 더 늘릴 수 있다.
(3) 변형예 1
상술의 실시예에 있어서의 제상 운전에서는, 중간 냉각기(7)의 제상이 완료할 때까지의 동안에, 일시적이지만, 중간 냉각기(7)를 흐르는 냉매가 응축하여 버려, 후단 측의 압축 요소(2d)로 흡입되는 냉매가 습윤 상태로 되고, 이것에 의하여, 후단 측의 압축 요소(2d)에서 습식 압축(wet compression)이 생겨 압축 기구(2)가 과부하 상태가 될 우려가 있다.
그래서, 본 변형예에서는, 도 9에 도시되는 바와 같이, 스텝 S7에 있어서, 중간 냉각기(7)에 있어서 냉매가 응축한 것을 검지한 경우에, 스텝 S8에 있어서, 후단 측 인젝션 관(19)을 통하여 후단 측의 압축 요소(2d)로 되돌려지는 냉매의 유량을 줄이는 흡입 습윤 방지 제어를 행하도록 하고 있다.
여기서, 스텝 S7에 있어서의 중간 냉각기(7)에 있어서 냉매가 응축했는지 여부의 판정은, 중간 냉각기(7)의 출구에 있어서의 냉매의 과열도에 기초하여 행하여진다. 예를 들어, 중간 냉각기(7)의 출구에 있어서의 냉매의 과열도가 제로 이하(즉, 포화 상태)인 것이 검지된 경우에는, 중간 냉각기(7)에 있어서 냉매가 응축해 있는 것으로 판정하고, 이와 같은 과열도 조건에 해당하지 않는 경우에는, 중간 냉각기(7)에 있어서 냉매가 응축하고 있지 않는 것으로 판정하는 것이다. 덧붙여, 중간 냉각기(7)의 출구에 있어서의 냉매의 과열도는, 본 변형예에 있어서, 중간 냉각기 출구 온도 센서(52)에 의하여 검출되는 중간 냉각기(7)의 출구에 있어서의 냉매의 온도로부터, 중간 압력 센서(54)에 의하여 검출되는 중간 냉매관(8)을 흐르는 냉매의 압력을 환산하여 얻어지는 포화 온도를 빼는 것에 의하여 얻어진다. 또한, 스텝 S8에 있어서는, 후단 측 인젝션 밸브(19a)의 개도가 작게 되도록 제어하는 것으로, 후단 측 인젝션 관(19)을 통하여 후단 측의 압축 요소(2d)로 되돌려지는 냉매의 유량을 줄이는 것이지만, 본 변형예에서는, 중간 냉각기(7)에 있어서 냉매가 응축한 것을 검지하기 전의 개도(여기에서는, 70% 정도)보다도 작은 개도(예를 들어, 전폐 근처) 되도록 개도 제어가 행하여진다(도 10 중의 냉매의 흐름을 나타내는 화살표를 참조).
그리고, 본 변형예에서는, 상술의 실시예에 있어서의 효과에 더하여, 중간 냉각기(7)의 제상이 완료할 때까지의 동안에 중간 냉각기(7)를 흐르는 냉매가 응축한 경우여도, 후단 측 인젝션 관(19)을 통하여 후단 측의 압축 요소(2d)로 되돌려지는 냉매의 유량을 일시적으로 줄이는 것으로, 중간 냉각기(7)의 제상을 계속하면서, 후단 측의 압축 요소(2d)로 흡입되는 냉매의 습윤의 정도를 억제하여, 후단 측의 압축 요소(2d)에서 습식 압축이 생겨 압축 기구(2)가 과부하 상태가 되는 것을 억제할 수 있게 되어 있다.
(4) 변형예 2
상술의 실시예 및 그 변형예에서는, 1대의 1축 2단 압축 구조의 압축기(21)에 의하여, 2개의 압축 요소(2c, 2d) 중 전단 측의 압축 요소로부터 토출된 냉매를 후단 측의 압축 요소로 순차 압축하는 2단 압축식의 압축 기구(2)가 구성되어 있지만, 예를 들어, 도 11에 도시되는 바와 같이, 1개의 압축 요소가 1개의 압축기 구동 모터에 의하여 회전 구동되는 단단 압축 구조의 압축기를 2대 직렬로 접속하는 것에 의하여 2단 압축 구조의 압축 기구(2)가 구성되어 있어도 무방하다.
여기서, 압축 기구(2)는, 압축기(22)와 압축기(23)를 가지고 있다. 압축기(22)는, 케이싱(22a) 내에, 압축기 구동 모터(22b)와 구동 축(22c)과 압축 요소(2c)가 수용된 밀폐식 구조로 되어 있다. 그리고, 압축기 구동 모터(22b)는 구동 축(22c)에 연결되어 있고, 구동 축(22c)은 압축 요소(2c)에 연결되어 있다. 또한, 압축기(23)는, 케이싱(23a) 내에, 압축기 구동 모터(23b)와 구동 축(23c)과 압축 요소(2d)가 수용된 밀폐식 구조로 되어 있다. 그리고, 압축기 구동 모터(23b)는, 구동 축(23c)에 연결되어 있고, 구동 축(23c)은 압축 요소(2d)에 연결되어 있다. 그리고, 압축 기구(2)는, 상술의 실시예 및 그 변형예와 마찬가지로, 흡입관(2a)으로부터 냉매를 흡입하고, 이 흡입된 냉매를 압축 요소(2c)에 의하여 압축한 후에 중간 냉매관(8)으로 토출하고, 중간 냉매관(8)으로 토출된 냉매를 압축 요소(2d)로 흡입시켜 냉매를 더 압축한 후에 토출관(2b)으로 토출하도록 구성되어 있다.
또한, 2단 압축식의 압축 기구(2)에 대신하여, 예를 들어, 도 12에 도시되는 바와 같이, 2단 압축식의 압축 기구(203, 204)를 가지는 압축 기구(202)를 채용한 냉매 회로(410)로 하여도 무방하다.
제1 압축 기구(203)는, 본 변형예에 있어서, 2개의 압축 요소(203c, 203d)로 냉매를 2단 압축하는 압축기(29)로 구성되어 있고, 압축 기구(202)의 흡입 모관(母管)(202a)으로부터 분기된 제1 흡입 지관(枝管)(203a), 및, 압축 기구(202)의 토출 모관(202b)에 합류하는 제1 토출 지관(203b)에 접속되어 있다. 제2 압축 기구(204)는, 본 변형예에 있어서, 2개의 압축 요소(204c, 204d)로 냉매를 2단 압축하는 압축기(30)로 구성되어 있고, 압축 기구(202)의 흡입 모관(202a)으로부터 분기된 제2 흡입 지관(204a), 및, 압축 기구(202)의 토출 모관(202b)에 합류하는 제2 토출 지관(204b)에 접속되어 있다. 덧붙여, 압축기(29, 30)는, 상술의 실시예에 있어서의 압축기(21)와 마찬가지의 구성이기 때문에, 압축 요소(203c, 203d, 204c, 204d)를 제외하는 각 부를 도시하는 부호를 각각 29번대나 30번대로 바꿔놓는 것으로 하고, 여기에서는, 설명을 생략한다. 그리고, 압축기(29)는, 제1 흡입 지관(203a)으로부터 냉매를 흡입하고, 이 흡입된 냉매를 압축 요소(203c)에 의하여 압축한 후에 중간 냉매관(8)을 구성하는 제1 입구 측 중간 지관(81)으로 토출하고, 제1 입구 측 중간 지관(81)으로 토출된 냉매를 중간 냉매관(8)을 구성하는 중간 모관(82) 및 제1 출구 측 중간 지관(83)을 통하여 압축 요소(203d)로 흡입시켜 냉매를 더 압축한 후에 제1 토출 지관(203b)으로 토출하도록 구성되어 있다. 압축기(30)는, 제1 흡입 지관(204a)으로부터 냉매를 흡입하고, 이 흡입된 냉매를 압축 요소(204c)에 의하여 압축한 후에 중간 냉매관(8)을 구성하는 제2 입구 측 중간 지관(84)으로 토출하고, 제2 입구 측 중간 지관(84)으로 토출된 냉매를 중간 냉매관(8)을 구성하는 중간 모관(82) 및 제2 출구 측 중간 지관(85)을 통하여 압축 요소(204d)로 흡입시켜 냉매를 더 압축한 후에 제2 토출 지관(204b)으로 토출하도록 구성되어 있다. 중간 냉매관(8)은, 본 변형예에 있어서, 압축 요소(203d, 204d)의 전단 측에 접속된 압축 요소(203c, 204c)로부터 토출된 냉매를, 압축 요소(203c, 204c)의 후단 측에 접속된 압축 요소(203d, 204d)로 흡입시키기 위한 냉매관이며, 주로, 제1 압축 기구(203)의 전단 측의 압축 요소(203c)의 토출 측에 접속되는 제1 입구 측 중간 지관(81)과, 제2 압축 기구(204)의 전단 측의 압축 요소(204c)의 토출 측에 접속되는 제2 입구 측 중간 지관(84)과, 양 입구 측 중간 지관(81, 84)이 합류하는 중간 모관(82)과, 중간 모관(82)으로부터 분기되어 제1 압축 기구(203)의 후단 측의 압축 요소(203d)의 흡입 측에 접속되는 제1 출구 측 중간 지관(83)과, 중간 모관(82)으로부터 분기되어 제2 압축 기구(204)의 후단 측의 압축 요소(204d)의 흡입 측에 접속되는 제2 출구 측 중간 지관(85)을 가지고 있다. 또한, 토출 모관(202b)은, 압축 기구(202)로부터 토출된 냉매를 전환 기구(3)로 보내기 위한 냉매관이며, 토출 모관(202b)에 접속되는 제1 토출 지관(203b)에는, 제1 오일 분리 기구(241)와 제1 역지 기구(242)가 설치되어 있고, 토출 모관(202b)에 접속되는 제2 토출 지관(204b)에는, 제2 오일 분리 기구(243)와 제2 역지 기구(244)가 설치되어 있다. 제1 오일 분리 기구(241)는, 제1 압축 기구(203)로부터 토출되는 냉매에 동반하는 냉동기유를 냉매로부터 분리하여 압축 기구(202)의 흡입 측으로 되돌리는 기구이며, 주로, 제1 압축 기구(203)로부터 토출되는 냉매에 동반하는 냉동기유를 냉매로부터 분리하는 제1 오일 분리기(241a)와, 제1 오일 분리기(241a)에 접속되어 있고 냉매로부터 분리된 냉동기유를 압축 기구(202)의 흡입 측으로 되돌리는 제1 오일 되돌림 관(241b)을 가지고 있다. 제2 오일 분리 기구(243)는, 제2 압축 기구(204)로부터 토출되는 냉매에 동반하는 냉동기유를 냉매로부터 분리하여 압축 기구(202)의 흡입 측으로 되돌리는 기구이며, 주로, 제2 압축 기구(204)로부터 토출되는 냉매에 동반하는 냉동기유를 냉매로부터 분리하는 제2 오일 분리기(243a)와, 제2 오일 분리기(243a)에 접속되어 있고, 냉매로부터 분리된 냉동기유를 압축 기구(202)의 흡입 측으로 되돌리는 제2 오일 되돌림 관(243b)을 가지고 있다. 본 변형예에 있어서, 제1 오일 되돌림 관(241b)은, 제2 흡입 지관(204a)에 접속되어 있고, 제2 오일 되돌림 관(243c)은, 제1 흡입 지관(203a)에 접속되어 있다. 이 때문에, 제1 압축 기구(203) 내에 모인 냉동기유의 양과 제2 압축 기구(204) 내에 모인 냉동기유의 양의 사이에 치우침에 기인하여 제1 압축 기구(203)로부터 토출되는 냉매에 동반하는 냉동기유의 양과 제2 압축 기구(204)로부터 토출되는 냉매에 동반하는 냉동기유의 양의 사이에 치우침이 생긴 경우여도, 압축 기구(203, 204) 중 냉동기유의 양이 적은 쪽으로 냉동기유가 많이 되돌아오게 되어, 제1 압축 기구(203) 내에 모인 냉동기유의 양과 제2 압축 기구(204) 내에 모인 냉동기유의 양의 사이의 치우침이 해소되게 되어 있다. 또한, 본 변형예에 있어서, 제1 흡입 지관(203a)은, 제2 오일 되돌림 관(243b)과의 합류부로부터 흡입 모관(202a)과의 합류부까지의 사이의 부분이, 흡입 모관(202a)과의 합류부를 향하여 내려가는 구배(勾配)가 되도록 구성되어 있고, 제2 흡입 지관(204a)은, 제1 오일 되돌림 관(241b)과의 합류부로부터 흡입 모관(202a)과의 합류부까지의 사이의 부분이, 흡입 모관(202a)과의 합류부를 향하여 내려가는 구배가 되도록 구성되어 있다. 이 때문에, 압축 기구(203, 204)의 어느 일방(一方)이 정지 중이어도, 운전 중의 압축 기구에 대응하는 오일 되돌림 관으로부터 정지 중의 압축 기구에 대응하는 흡입 지관으로 되돌려지는 냉동기유는, 흡입 모관(202a)으로 되돌아가게 되어, 운전 중의 압축 기구의 오일 고갈이 생기기 어렵게 되어 있다. 오일 되돌림 관(241b, 243b)에는, 오일 되돌림 관(241b, 243b)을 흐르는 냉동기유를 감압하는 감압 기구(241c, 243c)가 설치되어 있다. 역지 기구(242, 244)는, 압축 기구(203, 204)의 토출 측으로부터 전환 기구(3)로의 냉매의 흐름을 허용하고, 또한, 전환 기구(3)로부터 압축 기구(203, 204)의 토출 측으로의 냉매의 흐름을 차단하기 위한 기구이다.
이와 같이, 압축 기구(202)는, 본 변형예에 있어서, 2개의 압축 요소(203c, 203d)를 가지는 것과 함께 이들 압축 요소(203c, 203d) 중 전단 측의 압축 요소로부터 토출된 냉매를 후단 측의 압축 요소로 순차 압축하도록 구성된 제1 압축 기구(203)와, 2개의 압축 요소(204c, 204d)를 가지는 것과 함께 이들 압축 요소(204c, 204d) 중 전단 측의 압축 요소로부터 토출된 냉매를 후단 측의 압축 요소로 순차 압축하도록 구성된 제2 압축 기구(204)를 병렬로 접속한 구성으로 되어 있다.
또한, 중간 냉매관(8)을 구성하는 제1 입구 측 중간 지관(81)에는, 제1 압축 기구(203)의 전단 측의 압축 요소(203c)의 토출 측으로부터 중간 모관(82) 측으로의 냉매의 흐름을 허용하고, 또한, 중간 모관(82) 측으로부터 전단 측의 압축 요소(203c)의 토출 측으로의 냉매의 흐름을 차단하기 위한 역지 기구(81a)가 설치되어 있고, 중간 냉매관(8)을 구성하는 제2 입구 측 중간 지관(84)에는, 제2 압축 기구(203)의 전단 측의 압축 요소(204c)의 토출 측으로부터 중간 모관(82) 측으로의 냉매의 흐름을 허용하고, 또한, 중간 모관(82) 측으로부터 전단 측의 압축 요소(204c)의 토출 측으로의 냉매의 흐름을 차단하기 위한 역지 기구(84a)가 설치되어 있다. 본 변형예에 있어서는, 역지 기구(81a, 84a)로서 역지 밸브가 사용되어 있다. 이 때문에, 압축 기구(203, 204) 중 어느 일방이 정지 중이어도, 운전 중의 압축 기구의 전단 측의 압축 요소로부터 토출된 냉매가 중간 냉매관(8)을 통하여, 정지 중의 압축 기구의 전단 측의 압축 요소의 토출 측에 달한다고 하는 것이 생기지 않기 때문에, 운전 중의 압축 기구의 전단 측의 압축 요소로부터 토출된 냉매가, 정지 중의 압축 기구의 전단 측의 압축 요소 내를 통하여 압축 기구(202)의 흡입 측으로 빠져 정지 중의 압축 기구의 냉동기유가 유출한다고 하는 것이 생기지 않게 되고, 이것에 의하여, 정지 중의 압축 기구를 기동할 때의 냉동기유의 부족이 생기기 어렵게 되어 있다. 덧붙여, 압축 기구(203, 204) 사이에 운전의 우선 순위를 마련하고 있는 경우(예를 들어, 제1 압축 기구(203)를 우선적으로 운전하는 압축 기구로 하는 경우)에는, 상술의 정지 중의 압축 기구에 해당하는 것이 있는 것은, 제2 압축 기구(204)에 한정되게 되기 때문에, 이 경우에는, 제2 압축 기구(204)에 대응하는 역지 기구(84a)만을 설치하도록 하여도 무방하다.
또한, 상술과 같이, 제1 압축 기구(203)를 우선적으로 운전하는 압축 기구로 하는 경우에 있어서는, 중간 냉매관(8)이 압축 기구(203, 204)에 공통으로 설치되어 있기 때문에, 운전 중의 제1 압축 기구(203)에 대응하는 전단 측의 압축 요소(203c)로부터 토출된 냉매가 중간 냉매관(8)의 제2 출구 측 중간 지관(85)을 통하여, 정지 중의 제2 압축 기구(204)의 후단 측의 압축 요소(204d)의 흡입 측에 달하고, 이것에 의하여, 운전 중의 제1 압축 기구(203)의 전단 측의 압축 요소(203c)로부터 토출된 냉매가, 정지 중의 제2 압축 기구(204)의 후단 측의 압축 요소(204d) 내를 통하여 압축 기구(202)의 토출 측으로 빠져 정지 중의 제2 압축 기구(204)의 냉동기유가 유출하여, 정지 중의 제2 압축 기구(204)를 기동할 때의 냉동기유의 부족이 생길 우려가 있다. 그래서, 본 변형예에서는, 제2 출구 측 중간 지관(85)에 개폐 밸브(85a)를 설치하고, 제2 압축 기구(204)가 정지 중의 경우에는, 이 개폐 밸브(85a)에 의하여 제2 출구 측 중간 지관(85) 내의 냉매의 흐름을 차단하도록 하고 있다. 이것에 의하여, 운전 중의 제1 압축 기구(203)의 전단 측의 압축 요소(203c)로부터 토출된 냉매가 중간 냉매관(8)의 제2 출구 측 중간 지관(85)을 통하여, 정지 중의 제2 압축 기구(204)의 후단 측의 압축 요소(204d)의 흡입 측에 달하는 것이 없어지기 때문에, 운전 중의 제1 압축 기구(203)의 전단 측의 압축 요소(203c)로부터 토출된 냉매가, 정지 중의 제2 압축 기구(204)의 후단 측의 압축 요소(204d) 내를 통하여 압축 기구(202)의 토출 측으로 빠져 정지 중의 제2 압축 기구(204)의 냉동기유가 유출한다고 하는 것이 생기지 않게 되고, 이것에 의하여, 정지 중의 제2 압축 기구(204)를 기동할 때의 냉동기유의 부족이 더 생기기 어렵게 되어 있다. 덧붙여, 본 변형예에 있어서는, 개폐 밸브(85a)로서 전자 밸브가 사용되어 있다.
또한, 제1 압축 기구(203)를 우선적으로 운전하는 압축 기구로 하는 경우에 있어서는, 제1 압축 기구(203)의 기동에 계속하여 제2 압축 기구(204)를 기동하는 것이 되지만, 이 때, 중간 냉매관(8)이 압축 기구(203, 204)에 공통으로 설치되어 있기 때문에, 제2 압축 기구(204)의 전단 측의 압축 요소(203c)의 토출 측의 압력 및 후단 측의 압축 요소(203d)의 흡입 측의 압력이, 전단 측의 압축 요소(203c)의 흡입 측의 압력 및 후단 측의 압축 요소(203d)의 토출 측의 압력보다도 높아진 상태로부터 기동하게 되어, 안정적으로 제2 압축 기구(204)를 기동하는 것이 어렵다. 그래서, 본 변형예에서는, 제2 압축 기구(204)의 전단 측의 압축 요소(204c)의 토출 측과 후단 측의 압축 요소(204d)의 흡입 측을 접속하는 기동 바이패스 관(86)을 설치하는 것과 함께, 이 기동 바이패스 관(86)에 개폐 밸브(86a)를 설치하고, 제2 압축 기구(204)가 정지 중의 경우에는, 이 개폐 밸브(86a)에 의하여 기동 바이패스 관(86) 내의 냉매의 흐름을 차단하고, 또한, 개폐 밸브(85a)에 의하여 제2 출구 측 중간 지관(85) 내의 냉매의 흐름을 차단하도록 하고, 제2 압축 기구(204)를 기동할 때에, 개폐 밸브(86a)에 의하여 기동 바이패스 관(86) 내에 냉매를 흐르게 할 수 있는 상태로 하는 것으로, 제2 압축 기구(204)의 전단 측의 압축 요소(204c)로부터 토출되는 냉매를 제1 압축 기구(203)의 전단 측의 압축 요소(204c)로부터 토출되는 냉매에 합류시키는 것 없이, 기동 바이패스 관(86)을 통하여 후단 측의 압축 요소(204d)로 흡입시키도록 하여, 압축 기구(202)의 운전 상태가 안정된 시점(예를 들어, 압축 기구(202)의 흡입 압력, 토출 압력 및 중간 압력이 안정된 시점)에서, 개폐 밸브(85a)에 의하여 제2 출구 측 중간 지관(85) 내에 냉매를 흐르게 할 수 있는 상태로 하고, 또한, 개폐 밸브(86a)에 의하여 기동 바이패스 관(86) 내의 냉매의 흐름을 차단하여, 통상의 냉방 운전으로 이행할 수 있게 되어 있다. 덧붙여, 본 변형예에 있어서, 기동 바이패스 관(86)은, 그 일단이 제2 출구 측 중간 지관(85)의 개폐 밸브(85a)와 제2 압축 기구(204)의 후단 측의 압축 요소(204d)의 흡입 측의 사이에 접속되고, 그 타단이 제2 압축 기구(204)의 전단 측의 압축 요소(204c)의 토출 측과 제2 입구 측 중간 지관(84)의 역지 기구(84a)의 사이에 접속되어 있으며, 제2 압축 기구(204)를 기동할 때에, 제1 압축 기구(203)의 중간압 부분의 영향을 받기 어려운 상태로 할 수 있게 되어 있다. 또한, 본 변형예에 있어서는, 개폐 밸브(86a)로서 전자 밸브가 사용되어 있다.
또한, 본 변형예의 공기 조화 장치(1)의 냉방 운전 시, 난방 운전 시 및 제상 운전 시의 동작은, 압축 기구(2)에 대신하여 설치된 압축 기구(202)에 의하여, 압축 기구(202) 주위의 회로 구성이 약간 복잡화한 것에 의한 변경점을 제외하고는, 상술의 실시예 및 그 변형예에 있어서의 동작(도 1 ~ 도 10 및 그 관련 기재)과 기본적으로 같기 때문에, 여기에서는, 설명을 생략한다.
그리고, 이 변형예 2의 구성에 있어서도, 상술의 실시예 및 그 변형예와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.
또한, 여기에서는, 자세한 설명을 생략하지만, 2단 압축식의 압축 기구(2)나 2단 압축식의 압축 기구(203, 204)에 대신하여, 3단 압축식 등과 같은 2단 압축식보다도 다단의 압축 기구를 채용하여도 무방하고, 또한, 다단 압축식의 압축 기구를 3계통 이상 병렬로 접속한 병렬 다단 압축식의 압축 기구를 채용하여도 무방하며, 이 경우에 있어서도, 본 변형예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 변형예의 공기 조화 장치(1)에서는, 리시버 입구 팽창 기구(5a), 리시버 출구 팽창 기구(5b), 리시버(18), 후단 측 인젝션 관(19), 또는, 이코노마이저 열교환기(20)에 대한 냉매의 흐름 방향을, 냉방 운전 및 난방 운전에 관계없이 일정하게 한다고 하는 관점으로부터, 브릿지 회로(17)를 아울러 채용하고 있지만, 예를 들어, 냉방 운전 시 또는 난방 운전 시의 어느 일방만 후단 측 인젝션 관(19)이나 이코노마이저 열교환기(20)를 사용하는 등과 같이, 리시버 입구 팽창 기구(5a), 리시버 출구 팽창 기구(5b), 리시버(18), 후단 측 인젝션 관(19), 또는, 이코노마이저 열교환기(20)에 대한 냉매의 흐름 방향을 냉방 운전 및 난방 운전에 관계없이 일정하게 할 필요가 없는 경우에는, 브릿지 회로(17)를 생략하여도 무방하다.
(5) 변형예 3
상술의 실시예 및 그 변형예에 있어서의 냉매 회로(310, 도 1 참조) 및 냉매 회로(410, 도 12 참조)에서는, 1개의 이용 측 열교환기(6)가 접속된 구성으로 되어 있지만, 복수의 이용 측 열교환기(6)를 접속하는 것과 함께, 이들의 이용 측 열교환기(6)를 개별적으로 발정(start/stop)시킬 수 있도록 구성하여도 무방하다.
예를 들어, 도 13에 도시되는 바와 같이, 2단 압축식의 압축 기구(2)가 채용된 냉매 회로(310, 도 1 참조)에 있어서, 2개의 이용 측 열교환기(6)가 접속되는 것과 함께, 각 이용 측 열교환기(6)의 브릿지 회로(17) 측 끝에 대응하여 이용 측 팽창 기구(5c)가 설치되고, 리시버 출구관(18b)에 설치되어 있던 리시버 출구 팽창 기구(5b)가 삭제되고, 나아가, 브릿지 회로(17)의 출구 역지 밸브(17d)에 대신하여, 브릿지 출구 팽창 기구(5d)가 설치된 냉매 회로(510)로 하거나, 또한, 도 14에 도시되는 바와 같이, 병렬 2단 압축식의 압축 기구(202)가 채용된 냉매 회로(410, 도 12 참조)에 있어서, 2개의 이용 측 열교환기(6)가 접속되는 것과 함께, 각 이용 측 열교환기(6)의 브릿지 회로(17) 측 끝에 대응하여 이용 측 팽창 기구(5c)가 설치되고, 리시버 출구관(18b)에 설치되어 있던 리시버 출구 팽창 기구(5b)가 삭제되고, 나아가, 브릿지 회로(17)의 출구 역지 밸브(17d)에 대신하여, 브릿지 출구 팽창 기구(5d)가 설치된 냉매 회로(610)로 하여도 무방하다.
그리고, 본 변형예의 구성에 있어서는, 냉방 운전 시에 있어서, 브릿지 출구 팽창 기구(5d)가 완전 닫힘 상태로 되는 점과, 상술의 실시예 및 그 변형예에 있어서의 리시버 출구 팽창 기구(5b) 대신에, 이용 측 팽창 기구(5c)가 리시버 입구 팽창 기구(5a)에 의하여 감압된 냉매를 이용 측 열교환기(6)로 보내기 전에 저압이 될 때까지 더 감압하는 동작을 행하는 점이, 상술의 실시예 및 그 변형예에 있어서의 냉방 운전 시나 제상 운전 시의 동작과 다르지만, 그 외의 동작에 관해서는, 상술의 실시예 및 그 변형예에 있어서의 냉방 운전 시나 제상 운전 시의 동작(도 1 ~ 도 3, 도 6 ~ 도 10 및 그 관련 기재)과 기본적으로 같다. 또한, 난방 운전 시에 있어서는, 각 이용 측 열교환기(6)를 흐르는 냉매의 유량을 제어하기 위하여 이용 측 팽창 기구(5c)의 개도 조절이 이루어지는 점과, 상술의 실시예 및 그 변형예에 있어서의 리시버 출구 팽창 기구(5b) 대신에, 브릿지 출구 팽창 기구(5d)가 리시버 입구 팽창 기구(5a)에 의하여 감압된 냉매를 열원 측 열교환기(4)로 보내기 전에 저압이 될 때까지 더 감압하는 동작을 행하는 점이, 상술의 실시예 및 그 변형예에 있어서의 난방 운전 시의 동작과 다르지만, 그 외의 동작에 관해서는, 상술의 실시예 및 그 변형예에 있어서의 난방 운전 시의 동작(도 1, 도 4, 도 5 및 그 관련 기재)과 기본적으로 같다.
그리고, 본 변형예의 구성에 있어서도, 상술의 변형예와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.
또한, 여기에서는, 자세한 설명을 생략하지만, 2단 압축식의 압축 기구(2, 203, 204)에 대신하여, 삼단 압축식 등과 같은 2단 압축식보다도 다단의 압축 기구를 채용하여도 무방하다.
(6) 다른 실시예
이상, 본 발명의 실시예 및 그 변형예에 관하여 도면에 기초하여 설명하였지만, 구체적인 구성은, 이들 실시예 및 그 변형예에 한정되는 것이 아니고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 변경 가능하다.
예를 들어, 상술의 실시예 및 그 변형예에 있어서, 이용 측 열교환기(6)를 흐르는 냉매와 열교환을 행하는 가열원 또는 냉각원으로서의 물이나 브라인(brine)을 사용하는 것과 함께, 이용 측 열교환기(6)에 있어서 열교환된 물이나 브라인과 실내 공기를 열교환시키는 2차 열교환기를 설치한, 이른바, 칠러(chiller)형의 공기 조화 장치에 본 발명을 적용하여도 무방하다.
또한, 상술의 칠러 타입의 공기 조화 장치의 다른 형식의 냉동 장치여도, 냉각 운전과 가열 운전을 전환 가능하게 구성된 냉매 회로를 가지고, 초임계역에서 작동하는 냉매를 냉매로서 사용하여 다단 압축식 냉동 사이클을 행하는 것이면, 본 발명을 적용 가능하다.
또한, 초임계역에서 작동하는 냉매로서는, 이산화탄소에 한정되지 않고, 에틸렌, 에탄이나 산화 질소 등을 사용하여도 무방하다.
본 발명을 이용하면, 냉각 운전과 가열 운전을 전환 가능하게 구성된 냉매 회로를 가지고, 초임계역에서 작동하는 냉매를 사용하여 다단 압축식 냉동 사이클을 행하는 냉동 장치에 있어서, 제상 능력의 저하를 막을 수 있게 된다.
1: 공기 조화 장치(냉동 장치)
2, 202: 압축 기구
3: 전환 기구
4: 열원 측 열교환기
5a, 5b, 5c, 5d: 팽창 기구
6: 이용 측 열교환기
7: 중간 냉각기
8: 중간 냉매관
9: 중간 냉각기 바이패스 관
19: 후단 측 인젝션 관
19a: 후단 측 인젝션 밸브
20: 이코노마이저 열교환기

Claims (4)

  1. 초임계역(超臨界域)에서 작동하는 냉매를 사용하는 냉동 장치이고,
    복수의 압축 요소를 가지고 있고, 상기 복수의 압축 요소 중 전단(前段) 측의 압축 요소로부터 토출된 냉매를 후단(後段) 측의 압축 요소로 순차 압축하도록 구성된 압축 기구(2, 202)와,
    공기를 열원으로 하는 열교환기이고, 냉매의 냉각기 또는 가열기로서 기능하는 열원 측 열교환기(4)와,
    냉매를 감압하는 팽창 기구(5a, 5b, 5c, 5d)와,
    냉매의 가열기 또는 냉각기로서 기능하는 이용 측 열교환기(6)와,
    상기 압축 기구, 상기 열원 측 열교환기, 상기 팽창 기구, 상기 이용 측 열교환기의 순으로 냉매를 순환시키는 냉각 운전 상태와, 상기 압축 기구, 상기 이용 측 열교환기, 상기 팽창 기구, 상기 열원 측 열교환기의 순으로 냉매를 순환시키는 가열 운전 상태를 전환하는 전환 기구(3)와,
    상기 열원 측 열교환기와 일체화한 공기를 열원으로 하는 열교환기이고, 상기 전단 측의 압축 요소로부터 토출된 냉매를 상기 후단 측의 압축 요소로 흡입시키기 위한 중간 냉매관(8)에 설치되고, 상기 전단 측의 압축 요소로부터 토출되어 상기 후단 측의 압축 요소로 흡입되는 냉매의 냉각기로서 기능하는 중간 냉각기(7)와,
    상기 중간 냉각기를 바이패스하도록 상기 중간 냉매관에 접속되어 있는 중간 냉각기 바이패스 관(9)과,
    개도(開度) 제어가 가능한 후단 측 인젝션 밸브(19a)를 가지고 있고, 상기 열원 측 열교환기 또는 상기 이용 측 열교환기에 있어서 냉각된 냉매를 분기(分岐)하여 상기 후단 측의 압축 요소로 되돌리기 위한 후단 측 인젝션 관(19)을 구비하고,
    상기 전환 기구를 상기 냉각 운전 상태로 전환하는 것으로 상기 열원 측 열교환기의 제상(除霜)을 행하는 역사이클 제상 운전을 행할 때에, 상기 열원 측 열교환기, 상기 중간 냉각기 및 상기 후단 측 인젝션 관에 냉매를 흐르게 하고, 상기 중간 냉각기의 제상이 완료한 것을 검지한 후에, 상기 중간 냉각기 바이패스 관을 이용하여, 상기 중간 냉각기에 냉매가 흐르지 않게 하는 것과 함께, 상기 후단 측 인젝션 밸브의 개도가 커지도록 제어하는,
    냉동 장치(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 후단 측 인젝션 관(19)은, 상기 전환 기구(3)를 상기 냉각 운전 상태로 하고 있을 때에 상기 열원 측 열교환기(4)와 상기 팽창 기구(5a, 5b, 5c, 5d)의 사이로부터 냉매를 분기하도록 설치되어 있는, 냉동 장치(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전환 기구(3)를 상기 냉각 운전 상태로 하고 있을 때에 상기 열원 측 열교환기(4)로부터 상기 팽창 기구(5a, 5b, 5c, 5d)로 보내지는 냉매와 상기 후단 측 인젝션 관(19)을 흐르는 냉매의 열교환을 행하는 이코노마이저(economizer) 열교환기(20)를 더 구비한, 냉동 장치(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초임계역에서 작동하는 냉매는 이산화탄소인, 냉동 장치(1).
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