KR20100135923A - 냉동 장치 - Google Patents

Abstract

공기 조화 장치(1)는, 이산화탄소를 냉매로서 사용하고 있으며, 2단 압축식의 압축 기구(2)와, 열원측 열교환기(4)와, 팽창 기구(5)와, 이용측 열교환기(6)와, 전환 기구(3)와, 제1 후단측 인젝션관(18c)을 구비하고 있다. 공기 조화 장치(1)에서는, 전환 기구(3)를 냉각 운전 상태로 전환함으로써 열원측 열교환기(4)의 제상을 행하는 역사이클 제상 운전의 적어도 초기에, 제1 후단측 인젝션관(18c)을 통과하여 후단측의 압축 요소(2d)로 냉매가 복귀되지 않도록 하는 것이다.

Description

냉동 장치{REFRIGERATION DEVICE}

본 발명은, 냉동 장치, 특히, 냉각 운전과 가열 운전을 전환 가능하게 구성된 냉매 회로를 갖고, 초임계 영역에서 작동하는 냉매를 사용하여 다단 압축식 냉동 사이클을 행하는 냉동 장치에 관한 것이다.

종래부터 냉각 운전과 가열 운전을 전환 가능하게 구성된 냉매 회로를 갖고, 초임계 영역에서 작동하는 냉매를 사용하여 다단 압축식 냉동 사이클을 행하는 냉동 장치의 하나로서, 특허문헌 1에 도시된 바와 같은, 냉방 운전과 난방 운전을 전환 가능하게 구성된 냉매 회로를 갖고, 이산화탄소를 냉매로서 사용하여 2단 압축식 냉동 사이클을 행하는 공기 조화 장치가 있다. 이 공기 조화 장치는, 주로 직렬로 접속된 2개의 압축 요소를 갖는 압축기와, 냉방 운전과 난방 운전을 전환하기 위한 4로 전환 밸브(4-way valve)와, 실외 열교환기와, 실내 열교환기를 갖고 있다. 또한, 이 공기 조화 장치에서는, 실외 열교환기와 실내 열교환기 사이를 흐르는 냉매를 기액 분리하는 기액 분리기와, 기액 분리기로부터 냉매를 후단측의 압축 요소로 복귀시키기 위한 후단측 인젝션관을 더 갖고 있다.

일본 특허 공개 제2007-232263호 공보

제1 발명에 관한 냉동 장치는, 압축 기구와, 냉매의 방열기 또는 증발기로서 기능하는 열원측 열교환기와, 냉매의 증발기 또는 방열기로서 기능하는 이용측 열교환기와, 전환 기구와, 후단측 인젝션관을 구비하고 있다. 압축 기구는, 복수의 압축 요소를 갖고 있으며, 복수의 압축 요소 중 전단측의 압축 요소로부터 토출된 냉매를 후단측의 압축 요소로 순차적으로 압축하도록 구성되어 있다. 여기서, 「압축 기구」란, 복수의 압축 요소가 일체로 포함된 압축기나, 단일의 압축 요소가 포함된 압축기 및／또는 복수의 압축 요소가 포함된 압축기를 복수대 접속한 것을 포함하는 구성을 의미하고 있다. 또한, 「복수의 압축 요소 중 전단측의 압축 요소로부터 토출된 냉매를 후단측의 압축 요소로 순차적으로 압축한다」란, 「전단측의 압축 요소」 및 「후단측의 압축 요소」라고 하는 직렬로 접속된 2개의 압축 요소를 포함하는 것만을 의미하고 있는 것이 아니고, 복수의 압축 요소가 직렬로 접속되어 있으며, 각 압축 요소간의 관계가, 상술한 「전단측의 압축 요소」와 「후단측의 압축 요소」의 관계를 갖는 것을 의미하고 있다. 전환 기구는, 압축 기구, 열원측 열교환기, 이용측 열교환기의 순으로 냉매를 순환시키는 냉각 운전 상태와, 압축 기구, 이용측 열교환기, 열원측 열교환기의 순으로 냉매를 순환시키는 가열 운전 상태를 전환하는 기구이다. 열원측 열교환기는, 공기를 열원으로 하는 열교환기이다. 후단측 인젝션관은, 열원측 열교환기 또는 이용측 열교환기에 있어서 방열된 냉매를 분기하여 후단측의 압축 요소로 복귀시키기 위한 냉매관이다. 그리고 이 냉동 장치는, 전환 기구를 냉각 운전 상태로 전환함으로써 열원측 열교환기의 제상을 행하는 역사이클 제상 운전의 적어도 초기에, 후단측 인젝션관을 통과하여 후단측의 압축 요소로 냉매가 복귀되지 않도록 하는 것이다.

종래의 공기 조화 장치에서는, 실외 열교환기로서 공기를 열원으로 하는 열교환기를 채용한 경우에는 열원으로서의 공기의 온도가 낮은 조건에서 난방 운전을 행했을 때에 냉매의 증발기로서 기능하는 실외 열교환기에 서리 부착(着霜)이 발생하기 때문에 실외 열교환기를 냉매의 방열기로서 기능시킴으로써 실외 열교환기의 제상을 행하는 제상 운전을 행할 필요가 있다. 그리고 이 제상 운전으로서, 전환 기구를 난방 운전 상태로부터 냉방 운전 상태로 전환함으로써 실외 열교환기를 냉매의 방열기로서 기능시키는 역사이클 제상 운전을 채용하는 경우에는 실내 열교환기를 냉매의 방열기로서 기능시키고 싶음에도 불구하고, 실내 열교환기를 냉매의 증발기로서 기능시키게 되어, 실내측의 온도 저하가 발생한다는 문제가 있는 점에서, 이러한 실내측의 온도 저하를 피하기 위하여 냉방 운전 시나 난방 운전 시와 마찬가지로, 역사이클 제상 운전을 행할 때에도 후단측 인젝션관을 사용하여, 실외 열교환기로부터 실내 열교환기로 보내어지는 냉매를 후단측의 압축 요소로 복귀시키게 함으로써, 실내 열교환기를 흐르는 냉매의 유량을 저감시키는 것을 생각할 수 있다.

그러나 상술한 바와 같이, 후단측 인젝션관을 사용하여 실내 열교환기를 흐르는 냉매의 유량을 저감시켜 버리면, 역사이클 제상 운전을 행하기 직전까지 행해지고 있던 난방 운전에 의해, 실내 열교환기와 4로 전환 밸브 사이의 냉매관 등이 압축기로부터 토출된 고온의 냉매에 의해 가열되어 축열되어 있어, 역사이클 제상 운전을 행할 때에 이 축열이 충분히 이용되지 못하게 되기 때문에, 제상 능력의 향상을 도모할 수 없게 된다. 특히, 초임계 영역에서 작동하는 냉매를 사용하는 공기 조화 장치에서는, 냉동 사이클에 있어서의 고압이 임계 압력을 초과하는 압력이 되어, 압축기로부터 토출된 냉매의 온도가 매우 높아지는 점에서, 이 축열을 충분히 이용하는 것이 바람직하다.

따라서, 제1 발명에 관한 냉동 장치에서는, 역사이클 제상 운전의 적어도 초기에, 후단측 인젝션관을 통과하여 후단측의 압축 요소로 냉매가 복귀되지 않도록 하고 있다. 이에 의해, 이 냉동 장치에서는, 냉매 회로에 있어서, 압축 기구로부터 토출된 냉매가 적극적으로 이용측 열교환기를 통과하여 압축 기구에 흡입되는 순환이 행해지게 된다. 이때, 역사이클 제상 운전을 행하기 직전까지 행해지고 있던 가열 운전에 의해 이용측 열교환기와 전환 기구 사이의 냉매관 등에 축적된 열이 충분히 이용되어, 압축 기구에 흡입되는 냉동 사이클에 있어서의 저압의 냉매의 온도가 상승하고, 또한, 후단측 인젝션관을 통과하여 후단측의 압축 요소로 냉매가 복귀되지 않도록 함으로써, 후단측의 압축 요소로 흡입되는 냉동 사이클에 있어서의 중간압의 냉매의 온도의 저하가 억제되기 때문에, 압축 기구로부터 토출되는 냉동 사이클에 있어서의 고압의 냉매의 온도를 대폭 상승시킬 수 있어, 역사이클 제상 운전을 행할 때의 냉매의 단위 유량당 제상 능력을 향상시킬 수 있다. 게다가, 후단측 인젝션관을 통과하여 후단측의 압축 요소로 냉매가 복귀되지 않은 상태로 하는 것은, 역사이클 제상 운전의 적어도 초기이며, 이용측 열교환기와 전환 기구 사이의 냉매관 등에 있어서의 축열량이 감소되어 제상 능력을 향상시키는 효과를 충분히 얻지 못하는 상태로 된 후에, 냉매 회로에 있어서, 이용측 열교환기를 통과하여 압축 기구에 흡입되는 순환이 과도하게 계속되는 것이 아니기 때문에, 이용측의 온도 저하를 억제할 수 있다.

이와 같이, 이 냉동 장치에서는, 역사이클 제상 운전을 행할 때에 이용측의 온도 저하를 억제하면서, 제상 능력의 향상을 도모할 수 있다.

제2 발명에 관한 냉동 장치는, 제1 발명에 관한 냉동 장치에 있어서, 역사이클 제상 운전의 적어도 초기란, 역사이클 제상 운전의 개시부터 이용측 열교환기와 전환 기구 사이의 냉매관의 배관 길이에 따라 설정되는 소정 시간이 경과할 때까지의 기간이다.

이 냉동 장치에서는, 역사이클 제상 운전의 적어도 초기를, 역사이클 제상 운전의 개시부터 이용측 열교환기와 전환 기구 사이의 냉매관의 배관 길이에 따라 설정되는 소정 시간이 경과할 때까지의 기간으로 하고 있기 때문에, 이용측 열교환기와 전환 기구 사이의 냉매관 등에 있어서의 축열량이 감소되어 제상 능력을 향상시키는 효과를 충분히 얻지 못하는 상태로 되는 시점을 이용측 열교환기와 전환 기구 사이의 냉매관의 배관 길이에 따라 판단할 수 있다.

제3 발명에 관한 냉동 장치는, 제1 발명에 관한 냉동 장치에 있어서, 역사이클 제상 운전의 적어도 초기란, 역사이클 제상 운전의 개시부터 이용측 열교환기에 있어서의 냉매의 온도가 소정 온도 이하로 저하될 때까지의 기간이다.

이 냉동 장치에서는, 역사이클 제상 운전의 적어도 초기를, 역사이클 제상 운전의 개시부터 이용측 열교환기에 있어서의 냉매의 온도가 소정 온도 이하로 저하될 때까지의 기간으로 하고 있기 때문에, 이용측 열교환기와 전환 기구 사이의 냉매관 등에 있어서의 축열량이 감소되어 제상 능력을 향상시키는 효과를 충분히 얻지 못하는 상태로 되어 있는지의 여부를 이용측의 온도 저하라는 관점으로 판단할 수 있다.

제4 발명에 관한 냉동 장치는, 제1 발명에 관한 냉동 장치에 있어서, 역사이클 제상 운전의 적어도 초기란, 역사이클 제상 운전의 개시부터 압축 기구의 흡입측에 있어서의 냉매의 압력이 소정 압력 이하로 저하될 때까지의 기간이다.

이 냉동 장치에서는, 역사이클 제상 운전의 적어도 초기를, 역사이클 제상 운전의 개시부터 압축 기구의 흡입측에 있어서의 냉매의 압력이 소정 압력 이하로 저하될 때까지의 기간으로 하고 있기 때문에, 이용측 열교환기와 전환 기구 사이의 냉매관 등에 있어서의 축열량이 감소되어 제상 능력을 향상시키는 효과를 충분히 얻지 못하는 상태로 되어 있는지의 여부를 이용측의 온도 저하와 함께 발생하는 압축 기구에 흡입되는 냉매의 유량의 저하라는 관점으로 판단할 수 있다.

제5 발명에 관한 냉동 장치는, 제1 내지 제4 발명 중 어느 하나에 관한 냉동 장치에 있어서, 초임계 영역에서 작동하는 냉매는, 이산화탄소이다.

도 1은 본 발명에 관한 냉동 장치의 일 실시 형태로서의 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 냉방 운전 시에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 3은 냉방 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이다.
도 4는 냉방 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이다.
도 5는 난방 운전 시에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 6은 제상 운전의 흐름도이다.
도 7은 제상 운전의 개시 시에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 8은 제상 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이다.
도 9는 제상 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이다.
도 10은 변형예 1에 관한 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.
도 11은 냉방 운전 시에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 12는 변형예 1에 관한 공기 조화 장치에 있어서의 냉방 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이다.
도 13은 변형예 1에 관한 공기 조화 장치에 있어서의 냉방 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이다.
도 14는 난방 운전 시에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 15는 제상 운전의 개시 시에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 16은 변형예 1에 관한 공기 조화 장치에 있어서의 제상 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이다.
도 17은 변형예 1에 관한 공기 조화 장치에 있어서의 제상 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이다.
도 18은 변형예 2에 관한 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.
도 19는 냉방 운전 시에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 20은 변형예 2에 관한 공기 조화 장치에 있어서의 냉방 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이다.
도 21은 변형예 2에 관한 공기 조화 장치에 있어서의 냉방 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이다.
도 22는 난방 운전 시에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 23은 제상 운전의 개시 시에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 24는 중간 열교환기의 제상이 완료된 후의 제상 운전에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 25는 중간 열교환기의 제상 및 축열의 이용이 완료된 후의 제상 운전에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 26은 변형예 2에 관한 공기 조화 장치에 있어서의 제상 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이다.
도 27은 변형예 2에 관한 공기 조화 장치에 있어서의 제상 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이다.
도 28은 변형예 3에 관한 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.
도 29는 냉방 운전 시에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 30은 변형예 3에 관한 공기 조화 장치에 있어서의 냉방 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이다.
도 31은 변형예 3에 관한 공기 조화 장치에 있어서의 냉방 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이다.
도 32는 난방 운전 시에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 33은 제상 운전의 개시 시에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 34는 중간 열교환기의 제상이 완료된 후의 제상 운전에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 35는 중간 열교환기의 제상 및 축열의 이용이 완료된 후의 제상 운전에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 36은 변형예 3에 관한 공기 조화 장치에 있어서의 제상 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이다.
도 37은 변형예 3에 관한 공기 조화 장치에 있어서의 제상 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이다.
도 38은 변형예 4에 관한 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.

이하, 도면에 기초하여, 본 발명에 관한 냉동 장치의 실시 형태에 대하여 설명한다.

(1) 공기 조화 장치의 구성

도 1은, 본 발명에 관한 냉동 장치의 일 실시 형태로서의 공기 조화 장치(1)의 개략 구성도이다. 공기 조화 장치(1)는, 냉방 운전과 난방 운전을 전환 가능하게 구성된 냉매 회로(10)를 갖고, 초임계 영역에서 작동하는 냉매(여기서는, 이산화탄소)를 사용하여 2단 압축식 냉동 사이클을 행하는 장치이다.

공기 조화 장치(1)의 냉매 회로(10)는, 주로 압축 기구(2)와, 전환 기구(3)와, 열원측 열교환기(4)와, 브리지 회로(17)와, 리시버(18)와, 제1 팽창 기구(5a)와, 제2 팽창 기구(5b)와, 제1 후단측 인젝션관(18c)과, 이용측 열교환기(6)를 갖고 있다.

압축 기구(2)는, 본 실시 형태에 있어서, 2개의 압축 요소에 의해 냉매를 2단 압축하는 압축기(21)로 구성되어 있다. 압축기(21)는, 케이싱(21a) 내에, 압축기 구동 모터(21b)와, 구동축(21c)과, 압축 요소(2c, 2d)가 수용된 밀폐식 구조로 되어 있다. 압축기 구동 모터(21b)는, 구동축(21c)에 연결되어 있다. 그리고 이 구동축(21c)은, 2개의 압축 요소(2c, 2d)에 연결되어 있다. 즉, 압축기(21)는, 2개의 압축 요소(2c, 2d)가 단일의 구동축(21c)에 연결되어 있고, 2개의 압축 요소(2c, 2d)가 모두 압축기 구동 모터(21b)에 의해 회전 구동되는, 소위 일축 2단 압축 구조로 되어 있다. 압축 요소(2c, 2d)는, 본 실시 형태에 있어서, 로터리식이나 스크롤식 등의 용적식의 압축 요소이다. 그리고 압축기(21)는, 흡입관(2a)으로부터 냉매를 흡입하고, 이 흡입된 냉매를 압축 요소(2c)에 의해 압축한 후에 중간 냉매관(8)에 토출하고, 중간 냉매관(8)에 토출된 냉동 사이클에 있어서의 중간압의 냉매를 압축 요소(2d)에 흡입시켜 냉매를 재차 압축한 후에 토출관(2b)에 토출하도록 구성되어 있다. 여기서, 중간 냉매관(8)은, 압축 요소(2c)의 전단측에 접속된 압축 요소(2c)로부터 토출된 냉동 사이클에 있어서의 중간압의 냉매를, 압축 요소(2c)의 후단측에 접속된 압축 요소(2d)에 흡입시키기 위한 냉매관이다. 또한, 토출관(2b)은, 압축 기구(2)로부터 토출된 냉매를 전환 기구(3)에 보내기 위한 냉매관이며, 토출관(2b)에는, 오일 분리 기구(41)와 역지 기구(42)가 설치되어 있다. 오일 분리 기구(41)는, 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매에 동반하는 냉동기유를 냉매로부터 분리하여 압축 기구(2)의 흡입측으로 복귀시키는 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 복귀시키는 오일 복귀관(41b)을 갖고 있다. 오일 복귀관(41b)에는, 오일 복귀관(41b)을 흐르는 냉동기유를 감압하는 감압 기구(41c)가 설치되어 있다. 감압 기구(41c)는, 본 실시 형태에 있어서, 모세관 튜브가 사용되고 있다. 역지 기구(42)는, 압축 기구(2)의 토출측으로부터 전환 기구(3)로의 냉매의 흐름을 허용하고, 또한 전환 기구(3)로부터 압축 기구(2)의 토출측으로의 냉매의 흐름을 차단하기 위한 기구이며, 본 실시 형태에 있어서, 역지 밸브가 사용되고 있다.

이와 같이, 압축 기구(2)는, 본 실시 형태에 있어서, 2개의 압축 요소(2c, 2d)를 갖고 있고, 이들 압축 요소(2c, 2d) 중 전단측의 압축 요소로부터 토출된 냉매를 후단측의 압축 요소로 순차적으로 압축하도록 구성되어 있다.

전환 기구(3)는, 냉매 회로(10) 내에 있어서의 냉매의 흐름의 방향을 전환하기 위한 기구이며, 냉방 운전 시에는 열원측 열교환기(4)를 압축 기구(2)에 의해 압축되는 냉매의 방열기로서, 또한, 이용측 열교환기(6)를 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 냉매의 증발기로서 기능시키기 위하여 압축 기구(2)의 토출측과 열원측 열교환기(4)의 일단부를 접속함과 함께 압축기(21)의 흡입측과 이용측 열교환기(6)를 접속하고(도 1의 전환 기구(3)의 실선을 참조, 이하, 이 전환 기구(3)의 상태를 「냉각 운전 상태」로 한다), 난방 운전 시에는 이용측 열교환기(6)를 압축 기구(2)에 의해 압축되는 냉매의 방열기로서, 또한 열원측 열교환기(4)를 이용측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 냉매의 증발기로서 기능시키기 위하여 압축 기구(2)의 토출측과 이용측 열교환기(6)를 접속함과 함께 압축 기구(2)의 흡입측과 열원측 열교환기(4)의 일단부를 접속하는 것이 가능하다(도 1의 전환 기구(3)의 파선을 참조, 이하, 이 전환 기구(3)의 상태를 「가열 운전 상태」로 한다). 본 실시 형태에 있어서, 전환 기구(3)는, 압축 기구(2)의 흡입측, 압축 기구(2)의 토출측, 열원측 열교환기(4) 및 이용측 열교환기(6)에 접속된 4로 전환 밸브이다. 또한, 전환 기구(3)는, 4로 전환 밸브에 한정되는 것이 아니라, 예를 들어, 복수의 전자 밸브를 조합하는 것 등에 의해, 상술한 바와 같은 냉매의 흐름의 방향을 전환하는 기능을 갖도록 구성한 것이어도 된다.

이와 같이, 전환 기구(3)는, 냉매 회로(10)를 구성하는 압축 기구(2), 열원측 열교환기(4) 및 이용측 열교환기(6)만을 착안하면, 압축 기구(2), 냉매의 방열기로서 기능하는 열원측 열교환기(4), 냉매의 증발기로서 기능하는 이용측 열교환기(6)의 순으로 냉매를 순환시키는 냉각 운전 상태와, 압축 기구(2), 냉매의 방열기로서 기능하는 이용측 열교환기(6), 냉매의 증발기로서 기능하는 열원측 열교환기(4)의 순으로 냉매를 순환시키는 가열 운전 상태를 전환할 수 있도록 구성되어 있다.

열원측 열교환기(4)는, 냉매의 방열기 또는 증발기로서 기능하는 열교환기이다. 열원측 열교환기(4)는, 그 일단부가 전환 기구(3)에 접속되어 있고, 그 타단부가 브리지 회로(17)를 통하여 제1 팽창 기구(5a)에 접속되어 있다. 열원측 열교환기(4)는, 공기를 열원(즉, 냉각원 또는 가열원)으로 하는 열교환기이며, 본 실시 형태에 있어서, 핀 앤드 튜브형의 열교환기가 사용되고 있다. 그리고 열원으로서의 공기는, 열원측 팬(40)에 의해 열원측 열교환기(4)에 공급되도록 되어 있다. 또한, 열원측 팬(40)은, 팬 구동 모터(40a)에 의해 구동된다.

브리지 회로(17)는, 열원측 열교환기(4)와 이용측 열교환기(6) 사이에 설치되어 있고, 리시버(18)의 입구에 접속되는 리시버 입구관(18a) 및 리시버(18)의 출구에 접속되는 리시버 출구관(18b)에 접속되어 있다. 브리지 회로(17)는, 본 실시 형태에 있어서, 4개의 역지 밸브(17a, 17b, 17c, 17d)를 갖고 있다. 그리고 입구 역지 밸브(17a)는, 열원측 열교환기(4)로부터 리시버 입구관(18a)으로의 냉매의 유통만을 허용하는 역지 밸브이다. 입구 역지 밸브(17b)는, 이용측 열교환기(6)로부터 리시버 입구관(18a)으로의 냉매의 유통만을 허용하는 역지 밸브이다. 즉, 입구 역지 밸브(17a, 17b)는, 열원측 열교환기(4) 및 이용측 열교환기(6)의 한쪽으로부터 리시버 입구관(18a)에 냉매를 유통시키는 기능을 갖고 있다. 출구 역지 밸브(17c)는, 리시버 출구관(18b)으로부터 이용측 열교환기(6)로의 냉매의 유통만을 허용하는 역지 밸브이다. 출구 역지 밸브(17d)는, 리시버 출구관(18b)으로부터 열원측 열교환기(4)로의 냉매의 유통만을 허용하는 역지 밸브이다. 즉, 출구 역지 밸브(17c, 17d)는, 리시버 출구관(18b)으로부터 열원측 열교환기(4) 및 이용측 열교환기(6)의 다른 쪽에 냉매를 유통시키는 기능을 갖고 있다.

제1 팽창 기구(5a)는, 리시버 입구관(18a)에 설치된 냉매를 감압하는 기구이며, 본 실시 형태에 있어서, 전동 팽창 밸브가 사용되고 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 제1 팽창 기구(5a)는, 냉방 운전 시에는 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 냉동 사이클에 있어서의 고압의 냉매를 리시버(18)를 통과하여 이용측 열교환기(6)에 보내기 전에 냉매의 포화 압력 부근까지 감압하고, 난방 운전 시에는 이용측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 냉동 사이클에 있어서의 고압의 냉매를 리시버(18)를 통과하여 열원측 열교환기(4)에 보내기 전에 냉매의 포화 압력 부근까지 감압한다.

리시버(18)는, 냉방 운전과 난방 운전 사이에서 냉매 회로(10)에 있어서의 냉매의 순환량이 상이한 것 등의 운전 상태에 따라 발생하는 잉여 냉매를 저류할 수 있도록, 제1 팽창 기구(5a)에 의해 감압된 후의 냉매를 일시적으로 저류하기 위하여 설치된 용기이며, 그 입구가 리시버 입구관(18a)에 접속되어 있고, 그 출구가 리시버 출구관(18b)에 접속되어 있다. 또한, 리시버(18)에는 제1 후단측 인젝션관(18c) 및 제1 흡입 복귀관(18f)이 접속되어 있다. 여기서, 제1 후단측 인젝션관(18c)과 제1 흡입 복귀관(18f)은 리시버(18)측의 부분이 일체로 되어 있다.

제1 후단측 인젝션관(18c)은, 리시버(18)로부터 냉매를 뽑아내어 압축 기구(2)의 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키는 중간압 인젝션을 행하는 것이 가능한 냉매관이며, 본 실시 형태에 있어서, 리시버(18)의 상부와 중간 냉매관(8)(즉, 압축 기구(2)의 후단측의 압축 요소(2d)의 흡입측)을 접속하도록 설치되어 있다. 이 제1 후단측 인젝션관(18c)에는 제1 후단측 인젝션 개폐 밸브(18d)와 제1 후단측 인젝션 역지 기구(18e)가 설치되어 있다. 제1 후단측 인젝션 개폐 밸브(18d)는, 개폐 동작이 가능한 밸브이며, 본 실시 형태에 있어서, 전자 밸브이다. 제1 후단측 인젝션 역지 기구(18e)는, 리시버(18)로부터 후단측의 압축 요소(2d)로의 냉매의 흐름을 허용하고, 또한, 후단측의 압축 요소(2d)로부터 리시버(18)로의 냉매의 흐름을 차단하기 위한 기구이며, 본 실시 형태에 있어서, 역지 밸브가 사용되고 있다.

제1 흡입 복귀관(18f)은, 리시버(18) 내로부터 냉매를 뽑아내어 압축 기구(2)의 흡입관(2a)(즉, 압축 기구(2)의 전단측의 압축 요소(2c)의 흡입측)으로 복귀시키는 것이 가능한 제1 흡입 복귀관(18f)이 접속되어 있다. 이 제1 흡입 복귀관(18f)에는 제1 흡입 복귀 개폐 밸브(18g)가 설치되어 있다. 제1 흡입 복귀 개폐 밸브(18g)는 본 실시 형태에 있어서, 전자 밸브이다.

이와 같이, 리시버(18)는, 제1 후단측 인젝션 개폐 밸브(18d)를 개방함으로써 제1 후단측 인젝션관(18c)을 사용하는 경우에는 열원측 열교환기(4)와 이용측 열교환기(6) 사이를 흐르는 냉매를, 제1 팽창 기구(5a)와 제2 팽창 기구(5b) 사이에 있어서, 기액 분리하는 기액 분리기로서 기능하고, 리시버(18)에 있어서 기액 분리된 가스 냉매를 리시버(18)의 상부로부터 압축 기구(2)의 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키는 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션을 행할 수 있게 되어 있다.

제2 팽창 기구(5b)는, 리시버 출구관(18b)에 설치된 냉매를 감압하는 기구이며, 본 실시 형태에 있어서, 전동 팽창 밸브가 사용되고 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 제2 팽창 기구(5b)는, 냉방 운전 시에는 제1 팽창 기구(5a)에 의해 감압된 냉매를 리시버(18)를 통과하여 이용측 열교환기(6)에 보내기 전에 냉동 사이클에 있어서의 저압이 될 때까지 재차 감압하고, 난방 운전 시에는 제1 팽창 기구(5a)에 의해 감압된 냉매를 리시버(18)를 통과하여 열원측 열교환기(4)에 보내기 전에 냉동 사이클에 있어서의 저압이 될 때까지 재차 감압한다.

이용측 열교환기(6)는, 냉매의 증발기 또는 방열기로서 기능하는 열교환기이다. 이용측 열교환기(6)는, 그 일단부가 브리지 회로(17)를 통하여 제1 팽창 기구(5a)에 접속되어 있고, 그 타단부가 전환 기구(3)에 접속되어 있다. 이용측 열교환기(6)는, 물이나 공기를 열원(즉, 냉각원 또는 가열원)으로 하는 열교환기이다.

또한, 공기 조화 장치(1)에는 각종 센서가 설치되어 있다. 구체적으로는, 열원측 열교환기(4)에는 열원측 열교환기(4)를 흐르는 냉매의 온도를 검출하는 열원측 열교환 온도 센서(51)가 설치되어 있다. 이용측 열교환기(6)에는 이용측 열교환기(6)를 흐르는 냉매의 온도를 검출하는 이용측 열교환 온도 센서(61)가 설치되어 있다. 흡입관(2a) 또는 압축 기구(2)에는 압축 기구(2)의 흡입측을 흐르는 냉매의 압력을 검출하는 흡입 압력 센서(60)가 설치되어 있다. 공기 조화 장치(1)에는 열원측 열교환기(4)의 열원으로서의 공기의 온도를 검출하는 공기 온도 센서(53)가 설치되어 있다. 또한, 공기 조화 장치(1)는, 여기에서는 도시하지 않았지만, 압축 기구(2), 전환 기구(3), 팽창 기구(5), 열원측 팬(40), 제1 후단측 인젝션 개폐 밸브(18d), 제1 흡입 복귀 개폐 밸브(18g) 등의 공기 조화 장치(1)를 구성하는 각 부의 동작을 제어하는 제어부를 갖고 있다.

(2) 공기 조화 장치의 동작

이어서, 본 실시 형태의 공기 조화 장치(1)의 동작에 대하여 도 1 내지 도 9를 사용하여 설명한다. 여기서, 도 2는, 냉방 운전 시에 있어서의 공기 조화 장치(1) 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이며, 도 3은, 냉방 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이며, 도 4는, 냉방 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이며, 도 5는, 난방 운전 시에 있어서의 공기 조화 장치(1) 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이며, 도 6은, 제상 운전의 흐름도이며, 도 7은, 제상 운전의 개시 시에 있어서의 공기 조화 장치(1) 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이며, 도 8은, 제상 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이며, 도 9는, 제상 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이다. 또한, 이하의 냉방 운전, 난방 운전 및 제상 운전에 있어서의 운전 제어는, 상술한 제어부(도시하지 않음)에 의해 행해진다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 「고압」이란, 냉동 사이클에 있어서의 고압(즉, 도 3, 4, 8, 9의 점 D, D', E에 있어서의 압력)을 의미하고, 「저압」이란, 냉동 사이클에 있어서의 저압(즉, 도 3, 4, 8, 9의 점 A, F, W에 있어서의 압력)을 의미하고, 「중간압」이란, 냉동 사이클에 있어서의 중간압(즉, 도 3, 4, 8, 9의 점 B, G, G', I, L, M에 있어서의 압력)을 의미하고 있다.

<냉방 운전>

냉방 운전 시에는 전환 기구(3)가 도 1 및 도 2의 실선으로 나타내는 냉각 운전 상태로 된다. 또한, 제1 팽창 기구(5a) 및 제2 팽창 기구(5b)는, 개방도가 조절된다. 또한, 제1 후단측 인젝션 개폐 밸브(18d)는, 개방 상태로 된다.

이 냉매 회로(10)의 상태에 있어서, 저압의 냉매(도 1 내지 도 4의 점 A 참조)는, 흡입관(2a)으로부터 압축 기구(2)에 흡입되어, 우선, 압축 요소(2c)에 의해 중간압까지 압축된 후에, 중간 냉매관(8)에 토출된다(도 1 내지 도 4의 점 A 참조). 이 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매는, 리시버(18)로부터 제1 후단측 인젝션관(18c)을 통과하여 후단측의 압축 기구(2d)로 복귀되는 냉매(도 1 내지 도 4의 점 M 참조)와 합류함으로써 냉각된다(도 1 내지 도 4의 점 G 참조). 이어서, 제1 후단측 인젝션관(18c)으로부터 복귀되는 냉매와 합류한(즉, 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션이 행해진) 중간압의 냉매는, 압축 요소(2c)의 후단측에 접속된 압축 요소(2d)에 흡입되어 재차 압축되고, 압축 기구(2)로부터 토출관(2b)으로 토출된다(도 1 내지 도 4의 점 D 참조). 여기서, 압축 기구(2)로부터 토출된 고압의 냉매는, 압축 요소(2c, 2d)에 의한 2단 압축 동작에 의해, 임계 압력(즉, 도 3에 도시되는 임계점(CP)에 있어서의 임계 압력(Pcp))을 초과하는 압력까지 압축되어 있다. 그리고 이 압축 기구(2)로부터 토출된 고압의 냉매는, 오일 분리 기구(41)를 구성하는 오일 분리기(41a)에 유입되어, 동반하는 냉동기유가 분리된다. 또한, 오일 분리기(41a)에 있어서 고압의 냉매로부터 분리된 냉동기유는, 오일 분리 기구(41)를 구성하는 오일 복귀관(41b)에 유입되어, 오일 복귀관(41b)에 설치된 감압 기구(41c)에 의해 감압된 후에 압축 기구(2)의 흡입관(2a)으로 복귀되어, 다시 압축 기구(2)에 흡입된다. 이어서, 오일 분리 기구(41)에 있어서 냉동기유가 분리된 후의 고압의 냉매는, 역지 기구(42) 및 전환 기구(3)를 통과하여 냉매의 방열기로서 기능하는 열원측 열교환기(4)로 보내어진다. 그리고 열원측 열교환기(4)로 보내어진 고압의 냉매는, 열원측 열교환기(4)에 있어서, 열원측 팬(40)에 의해 공급되는 냉각원으로서의 공기와 열교환을 행하여 냉각된다(도 1 내지 도 4의 점 E 참조). 그리고 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 고압의 냉매는, 브리지 회로(17)의 입구 역지 밸브(17a)를 통과하여 리시버 입구관(18a)에 유입되어, 제1 팽창 기구(5a)에 의해 포화 압력 부근까지 감압되어 리시버(18) 내에 일시적으로 저류된다(도 1 내지 도 4의 점 I 참조). 그리고 리시버(18) 내에 저류된 냉매는, 리시버 출구관(18b)에 보내어져, 제2 팽창 기구(5b)에 의해 감압되어 저압의 기액 2상 상태의 냉매로 되어, 브리지 회로(17)의 출구 역지 밸브(17c)를 통과하여 냉매의 증발기로서 기능하는 이용측 열교환기(6)로 보내어진다(도 1 내지 도 4의 점 F 참조). 그리고 이용측 열교환기(6)로 보내어진 저압의 기액 2상 상태의 냉매는, 가열원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행하여 가열되어, 증발하게 된다(도 1 내지 도 4의 점 W 참조). 그리고 이 이용측 열교환기(6)에 있어서 가열된 저압의 냉매는, 전환 기구(3)를 경유하여, 다시 압축 기구(2)에 흡입된다(도 1 내지 도 4의 점 A 참조). 이와 같이 하여, 냉방 운전이 행해진다.

이와 같이, 본 실시 형태의 공기 조화 장치(1)(냉동 장치)에서는, 제1 후단측 인젝션관(18c)을 설치하고, 열원측 열교환기(4)에 있어서 방열된 냉매를 분기하여 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키도록 하고 있기 때문에, 외부로의 방열을 행하지 않아, 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매의 온도를 더 낮게 억제할 수 있다(도 4의 점 B, G 참조). 이에 의해, 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매의 온도가 낮게 억제되어(도 4의 점 D, D' 참조), 제1 후단측 인젝션관(18c)을 설치하지 않은 경우에 비하여, 도 4의 점 B, D', D, G를 연결함으로써 둘러싸이는 면적에 상당하는 만큼의 방열 손실을 작게 할 수 있는 점에서, 압축 기구(2)의 소비 동력을 저감시켜, 운전 효율을 향상시킬 수 있다.

<난방 운전>

난방 운전 시에는 전환 기구(3)가 도 1 및 도 5의 파선으로 나타내는 가열 운전 상태로 된다. 또한, 제1 팽창 기구(5a) 및 제2 팽창 기구(5b)는, 개방도가 조절된다. 또한, 제1 후단측 인젝션 개폐 밸브(18d)는, 냉방 운전 시와 마찬가지로, 개방 상태로 된다.

이 냉매 회로(10)의 상태에 있어서, 저압의 냉매(도 1, 도 3 내지 도 5의 점 A 참조)는, 흡입관(2a)으로부터 압축 기구(2)에 흡입되어, 우선, 압축 요소(2c)에 의해 중간압까지 압축된 후에, 중간 냉매관(8)에 토출된다(도 1, 도 3 내지 도 5의 점 B 참조). 이 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매는, 리시버(18)로부터 제1 후단측 인젝션관(18c)을 통과하여 후단측의 압축 기구(2d)로 복귀되는 냉매(도 1, 도 3 내지 도 5의 점 M 참조)와 합류함으로써 냉각된다(도 1, 도 3 내지 도 5의 점 G 참조). 이어서, 제1 후단측 인젝션관(18c)으로부터 복귀되는 냉매와 합류한(즉, 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션이 행해진) 중간압의 냉매는, 압축 요소(2c)의 후단측에 접속된 압축 요소(2d)에 흡입되어 재차 압축되고, 압축 기구(2)로부터 토출관(2b)으로 토출된다(도 1, 도 3 내지 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 의해, 임계 압력(즉, 도 3에 도시되는 임계점(CP)에 있어서의 임계 압력(Pcp))을 초과하는 압력까지 압축되어 있다. 그리고 이 압축 기구(2)로부터 토출된 고압의 냉매는, 오일 분리 기구(41)를 구성하는 오일 분리기(41a)에 유입되어, 동반하는 냉동기유가 분리된다. 또한, 오일 분리기(41a)에 있어서 고압의 냉매로부터 분리된 냉동기유는, 오일 분리 기구(41)를 구성하는 오일 복귀관(41b)에 유입되어, 오일 복귀관(41b)에 설치된 감압 기구(41c)에 의해 감압된 후에 압축 기구(2)의 흡입관(2a)으로 복귀되어, 다시 압축 기구(2)에 흡입된다. 이어서, 오일 분리 기구(41)에 있어서 냉동기유가 분리된 후의 고압의 냉매는, 역지 기구(42) 및 전환 기구(3)를 통과하여 냉매의 방열기로서 기능하는 이용측 열교환기(6)에 보내어져, 냉각원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행하여 냉각된다(도 1, 도 5의 점 F 및 도 3, 도 4의 점 E를 점 F로 재판독하여 참조). 그리고 이용측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 고압의 냉매는, 브리지 회로(17)의 입구 역지 밸브(17b)를 통과하여 리시버 입구관(18a)에 유입되어, 제1 팽창 기구(5a)에 의해 포화 압력 부근까지 감압되어 리시버(18) 내에 일시적으로 저류된다(도 1, 도 3 내지 도 5의 점 I 참조). 그리고 리시버(18) 내에 저류된 냉매는, 리시버 출구관(18b)에 보내어져, 제2 팽창 기구(5b)에 의해 감압되어 저압의 기액 2상 상태의 냉매로 되어, 브리지 회로(17)의 출구 역지 밸브(17d)를 통과하여 냉매의 증발기로서 기능하는 열원측 열교환기(4)로 보내어진다(도 1, 도 5의 점 E 및 도 3, 도 4의 점 F를 점 E로 재판독하여 참조). 그리고 열원측 열교환기(4)로 보내어진 저압의 기액 2상 상태의 냉매는, 열원측 열교환기(4)에 있어서, 열원측 팬(40)에 의해 공급되는 가열원으로서의 공기와 열교환을 행하여 가열되어, 증발하게 된다(도 1, 도 3 내지 도 5의 점 A 참조). 그리고 이 열원측 열교환기(4)에 있어서 가열되어 증발한 저압의 냉매는, 전환 기구(3)를 경유하여, 다시 압축 기구(2)에 흡입된다. 이와 같이 하여, 난방 운전이 행해진다.

이와 같이, 본 실시 형태의 공기 조화 장치(1)(냉동 장치)에서는, 냉방 운전 시와 마찬가지로, 제1 후단측 인젝션관(18c)을 설치하고, 이용측 열교환기(6)에 있어서 방열된 냉매를 분기하여 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키도록 하고 있기 때문에, 외부로의 방열을 행하지 않아, 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매의 온도를 더 낮게 억제할 수 있다(도 4의 점 B, G 참조). 이에 의해, 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매의 온도가 낮게 억제되어(도 4의 점 D, D' 참조), 제1 후단측 인젝션관(18c)을 설치하지 않은 경우에 비하여, 도 4의 점 B, D', D, G를 연결함으로써 둘러싸이는 면적에 상당하는 만큼의 방열 손실을 작게 할 수 있는 점에서, 압축 기구(2)의 소비 동력을 저감시켜, 운전 효율을 향상시킬 수 있다.

<제상 운전>

우선, 스텝 S1에 있어서, 난방 운전 시에 열원측 열교환기(4)에 서리 부착이 발생했는지의 여부를 판정한다. 이 판정은, 열원측 열교환 온도 센서(51)에 의해 검출되는 열원측 열교환기(4)를 흐르는 냉매의 온도나 난방 운전의 적산 시간에 기초하여 행해진다. 예를 들어, 열원측 열교환 온도 센서(51)에 의해 검출되는 열원측 열교환기(4)에 있어서의 냉매의 온도가 서리 부착이 발생하는 조건에 상당하는 소정 온도 이하인 것이 검지된 경우, 또는, 난방 운전의 적산 시간이 소정 시간 이상 경과한 경우에는 열원측 열교환기(4)에 서리 부착이 발생하고 있는 것으로 판정하고, 이러한 온도 조건이나 시간 조건에 해당하지 않는 경우에는 열원측 열교환기(4)에 서리 부착이 발생하지 않고 있는 것으로 판정하는 것이다. 여기서, 소정 온도나 소정 시간에 대해서는, 열원으로서의 공기의 온도에 의존하기 때문에 소정 온도나 소정 시간을 공기 온도 센서(53)에 의해 검출되는 공기의 온도의 함수로서 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 열원측 열교환기(4)의 입구나 출구에 온도 센서가 설치되어 있는 경우에는 열원측 열교환 온도 센서(51)에 의해 검출되는 냉매의 온도 대신에, 이들 온도 센서에 의해 검출되는 냉매의 온도를 온도 조건의 판정에 사용해도 좋다. 그리고 스텝 S1에 있어서, 열원측 열교환기(4)에 서리 부착이 발생하고 있는 것으로 판정된 경우에는 스텝 S2의 처리로 이행한다.

이어서, 스텝 S2에 있어서, 제상 운전을 개시한다. 이 제상 운전은, 전환 기구(3)를 가열 운전 상태(즉, 난방 운전)로부터 냉각 운전 상태로 전환함으로써 열원측 열교환기(4)를 냉매의 방열기로서 기능시키는 역사이클 제상 운전이다.

그런데, 본 실시 형태에 있어서, 역사이클 제상 운전을 행할 때에는 이용측 열교환기(6)를 냉매의 증발기로서 기능시킴으로써 이용측의 온도 저하가 발생한다는 문제가 있는 점에서, 이러한 이용측의 온도 저하를 피하기 위하여 냉방 운전 시나 난방 운전 시와 마찬가지로, 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션을 사용하는 상태로 함으로써(즉, 제1 후단측 인젝션관(18c)을 통과하여 후단측의 압축 요소(2d)로 냉매가 복귀되도록 함으로써), 이용측 열교환기(6)를 흐르는 냉매의 유량을 저감시키는 것을 생각할 수 있다.

그러나 상술한 바와 같이, 제1 후단측 인젝션관(18c)을 사용하여 이용측 열교환기(6)를 흐르는 냉매의 유량을 저감시켜 버리면, 역사이클 제상 운전을 행하기 직전까지 행해지고 있던 난방 운전에 의해, 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(이하, 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3)를 접속하는 냉매관을 냉매관(1d)으로 한다) 등이 압축 기구(2)로부터 토출된 고온의 냉매에 의해 가열되어 축열되어 있어, 역사이클 제상 운전을 행할 때에 이 축열이 충분히 이용되지 못하게 되기 때문에, 제상 능력의 향상을 도모할 수 없게 된다. 특히, 본 실시 형태와 같은 초임계 영역에서 작동하는 냉매를 사용하는 공기 조화 장치(1)에서는, 냉동 사이클에 있어서의 고압이 임계 압력을 초과하는 압력이 되어, 압축 기구(2)로부터 토출된 냉매의 온도가 매우 높아져 축열량이 더욱 많아지는 점에서, 이 축열을 충분히 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 냉매 회로(10)가, 열원 유닛(주로, 압축 기구(2), 전환 기구(3), 열원측 열교환기(4), 팽창 기구(5a, 5b), 중간 냉매관(8), 브리지 회로(17), 리시버(18), 제1 후단측 인젝션관, 제1 흡입 복귀관(18f) 및 열원측 팬(40) 등을 갖고 있으며, 실외 등에 설치되는 유닛)과 이용 유닛(주로, 이용측 열교환기(6)를 갖고 있으며, 실내 등에 설치되는 유닛) 사이를 냉매 연락관에 의해 접속함으로써 구성된 것인 경우에는 냉매 연락관의 배관 길이가 매우 길어지는 경우도 있고, 이에 수반하여 냉매관(1d)의 배관 길이도 매우 길거나 축열량이 더욱 많아지는 점에서, 이 축열을 충분히 이용하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 스텝 S2(제상 운전의 개시 시)에 있어서, 우선, 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션을 사용하지 않은 상태로 함과 함께(즉, 제1 후단측 인젝션관(18c)을 통과하여 후단측의 압축 요소(2d)로 냉매가 복귀되지 않도록 하면서), 전환 기구(3)를 가열 운전 상태로부터 냉각 운전 상태로 전환하여, 역사이클 제상 운전을 행하도록 하고 있다(도 7 및 도 8, 도 9의 실선으로 나타낸 냉동 사이클 참조).

이에 의해, 냉매 회로(10)에 있어서, 압축 기구(2)로부터 토출된 냉매가 적극적으로 이용측 열교환기(6)를 통과하여 압축 기구(2)에 흡입되는 순환이 행해지게 되기 때문에 이용측 열교환기(6)에 있어서 가열되어 증발한 저압의 냉매(도 8, 도 9의 실선으로 나타낸 냉동 사이클을 나타내는 선에 있어서의 점 W 참조)는, 냉매관(1d) 등에 의해 가열된 후에, 전환 기구(3)를 경유하여, 압축 기구(2)에 흡입되게 된다(도 8, 도 9의 실선으로 나타낸 냉동 사이클을 나타내는 선에 있어서의 점 A 참조). 즉, 제상 운전을 행하기 직전까지 행해지고 있던 난방 운전에 의해 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등에 축적된 열이 충분히 이용되게 된다. 이에 의해, 압축 기구(2)에 흡입되는 냉동 사이클에 있어서의 저압의 냉매의 온도가 상승하고(도 9의 실선으로 나타낸 냉동 사이클을 나타내는 선에 있어서의 점 B 참조), 또한, 제1 후단측 인젝션관(18c)을 통과하여 후단측의 압축 요소(2d)로 냉매가 복귀되지 않도록 함으로써, 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉동 사이클에 있어서의 중간압의 냉매의 온도의 저하가 억제되기 때문에(도 9의 실선으로 나타낸 냉동 사이클을 나타내는 선에 있어서의 점 B, G 참조), 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉동 사이클에 있어서의 고압의 냉매의 온도를 대폭 상승시킬 수 있어(도 9의 실선으로 나타낸 냉동 사이클을 나타내는 선에 있어서의 점 D 참조), 역사이클 제상 운전을 행할 때의 냉매의 단위 유량당 제상 능력을 향상시킬 수 있게 되어 있다.

그러나 상술한 스텝 S2에 있어서의 역사이클 제상 운전을 계속하면, 후술하는 스텝 S6에 있어서, 열원측 열교환기(4)의 제상이 완료된 것으로 판정되기 전에, 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등에 있어서의 축열량이 서서히 감소되어 제상 능력을 향상시키는 효과를 충분히 얻지 못하는 상태로 되어 버릴 우려가 높고, 그리고 이러한 상태로 되면, 이용측 열교환기(6)에 있어서의 냉매의 온도가 낮아지거나(도 9의 실선으로 나타낸 냉동 사이클을 나타내는 선에 있어서의 점 F, W 및 도 9의 파선으로 나타낸 냉동 사이클을 나타내는 선에 있어서의 점 F, W 참조), 냉동 사이클에 있어서의 저압이 낮아져서 전단측의 압축 요소(2c)로부터 흡입되는 냉매의 유량이 감소되어 버리기 때문에(도 8의 실선으로 나타낸 냉동 사이클을 나타내는 선에 있어서의 점 A, F, W 및 도 8의 파선으로 나타낸 냉동 사이클을 나타내는 선에 있어서의 점 A, F, W 참조), 이용측의 온도 저하가 발생하거나, 냉매 회로(10)를 순환하는 냉매의 유량이 감소되어 제상 능력을 확보할 수 없다는 문제가 발생하게 된다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 스텝 S3에 있어서, 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등에 있어서의 축열의 이용이 완료되었는지의 여부를 판정하여, 축열의 이용이 완료된 것으로 판정된 경우에는 스텝 S5의 처리로 이행하여, 냉방 운전 시와 마찬가지로, 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션을 사용하는 상태로 함으로써(즉, 제1 후단측 인젝션관(18c)을 통과하여 후단측의 압축 요소(2d)로 냉매가 복귀되도록 함으로써), 이용측 열교환기(6)를 흐르는 냉매의 유량을 저감시키는 역사이클 제상 운전으로 전환하도록 하고 있다(도 2 및 도 8, 도 9의 파선으로 나타낸 냉동 사이클 참조).

여기서, 스텝 S5의 처리에 앞서 행해지는 스텝 S4의 처리는, 스텝 S3에 있어서의 판정을 반복하여 행하는 데 있어서, 스텝 S5의 처리가 이미 이루어진 후임에도 불구하고, 스텝 S5의 처리가 몇 번이나 반복하여 행해지는 것을 피하기 위한 처리이다. 또한, 상술한 스텝 S3에 있어서의 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등에 있어서의 축열의 이용이 완료되었는지의 여부의 판정은, 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d)의 배관 길이(공기 조화 장치(1) 가열원 유닛과 이용 유닛 사이를 냉매 연락관에 의해 접속함으로써 구성된 것인 경우에는 냉매 연락관의 배관 길이이어도 좋다)나, 이용측 열교환 온도 센서(61)에 의해 검출되는 이용측 열교환기(6)에 있어서의 냉매의 온도, 흡입 압력 센서(60)에 의해 검출되는 압축 기구(2)의 흡입측에 있어서의 냉매의 온도에 기초하여 행해진다. 예를 들어, 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d)의 배관 길이에 기초하는 판정으로서는, 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d)의 배관 길이에 따라, 스텝 S2의 역사이클 제상 운전의 개시부터 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등에 있어서의 축열량이 감소되어 제상 능력을 향상시키는 효과를 충분히 얻지 못하는 시점에 상당하는 소정 시간을 설정해 두어, 스텝 S2의 역사이클 제상 운전의 개시부터 이 소정 시간이 경과한 경우에는 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등에 있어서의 축열의 이용이 완료된 것으로 판정할 수 있다. 예를 들어, 배관 길이가 짧은 경우에는 소정 시간을 짧은 시간으로 설정하고(이 때문에, 배관 길이가 매우 짧은 경우, 실질적으로는 스텝 S2의 제상 운전이 행해지지 않게 된다), 배관 길이가 긴 경우에는 소정 시간을 오랜 시간으로 설정하는 것을 생각할 수 있다. 이와 같이, 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d)의 배관 길이에 기초하여 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등에 있어서의 축열의 이용이 완료되었는지의 여부를 판정하는 경우에는 냉매관(1d)(또는, 냉매 연락관)의 배관 길이에 따른 축열량의 대소라는 관점으로 판단할 수 있다. 또한, 이용측 열교환기(6)에 있어서의 냉매의 온도에 기초하는 판정으로서는, 스텝 S2의 역사이클 제상 운전의 개시부터 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등에 있어서의 축열량이 감소되어 제상 능력을 향상시키는 효과를 충분히 얻지 못하는 상태에 상당하는 이용측 열교환기(6)에 있어서의 냉매의 소정 온도를 설정해 두어, 이용측 열교환기(6)에 있어서의 냉매의 온도가 스텝 S2의 역사이클 제상 운전의 개시부터 이 소정 온도 이하로 저하된 경우에는 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등에 있어서의 축열의 이용이 완료된 것으로 판정할 수 있다. 이와 같이, 이용측 열교환기(6)에 있어서의 냉매의 온도에 기초하여 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등에 있어서의 축열의 이용이 완료되었는지의 여부를 판정하는 경우에는 이용측의 온도 저하라는 관점으로 판단할 수 있다. 또한, 압축 기구(2)의 흡입측에 있어서의 냉매의 압력에 기초하는 판정으로서는, 스텝 S2의 역사이클 제상 운전의 개시부터 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등에 있어서의 축열량이 감소되어 제상 능력을 향상시키는 효과를 충분히 얻지 못하는 상태에 상당하는 압축 기구(2)의 흡입측에 있어서의 냉매의 소정 압력을 설정해 두어, 압축 기구(2)의 흡입측에 있어서의 냉매의 압력이 스텝 S2의 역사이클 제상 운전의 개시부터 이 소정 압력 이하로 저하된 경우에는 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등에 있어서의 축열의 이용이 완료된 것으로 판정할 수 있다. 이와 같이, 압축 기구(2)의 흡입측에 있어서의 냉매의 압력에 기초하여 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등에 있어서의 축열의 이용이 완료되었는지의 여부를 판정하는 경우에는 이용측의 온도 저하와 함께 발생하는 압축 기구(2)에 흡입되는 냉매의 유량의 저하라는 관점으로 판단할 수 있다. 그리고 스텝 S3에 있어서의 판정은, 상술한 3개의 판정 방법 중 어느 하나를 사용해도 좋고, 상술한 3개의 판정 방법 중 2개 또는 3개를 조합하여 사용해도 좋다. 예를 들어, 이용측 열교환기(6)에 있어서의 냉매의 온도에 기초하는 판단 또는 압축 기구(2)의 흡입측에 있어서의 냉매의 압력에 기초하는 판단과 냉매관(1d)의 배관 길이에 따라 설정된 소정 시간에 기초하는 판단을 조합하면(이 경우, 냉매의 온도가 소정 온도 이하 또는 냉매의 압력이 소정 압력 이하가 되는지, 소정 시간이 경과되었는지에 따라 판단하게 된다), 이용측의 온도 저하라는 관점과 축열량의 관점이라는 2개의 관점으로부터 판단이 가능하게 되는 점에서, 보다 바람직한 것으로 사료된다.

이에 의해, 냉매 회로(10)에 있어서, 이용측 열교환기(6)를 통과하여 압축 기구(2)에 흡입되는 순환이 과도하게 계속되는 일이 없어지기 때문에, 이용측의 온도 저하를 억제할 수 있다. 게다가, 제1 후단측 인젝션관(18c)을 통과하여 후단측의 압축 요소(2d)로 냉매가 복귀되게 함으로써, 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉동 사이클에 있어서의 중간압의 냉매의 온도가 저하되어(도 9의 파선으로 나타낸 냉동 사이클을 나타내는 선에 있어서의 점 B, G 참조), 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매의 온도가 낮아지고(도 9의 파선으로 나타낸 냉동 사이클을 나타내는 선에 있어서의 점 D 참조), 이에 의해, 역사이클 제상 운전을 행할 때의 냉매의 단위 유량당 제상 능력은 작아지기는 하지만, 후단측의 압축 요소(2d)로부터 토출되는 냉매의 유량은 증가하고 있기 때문에, 제상 능력을 최대한 확보할 수 있게 되어 있다.

이어서, 스텝 S3 내지 S5의 처리에 의해, 축열의 이용이 완료되지 않은 것으로 판정되는 경우, 또는, 축열의 이용이 완료된 것으로 판정됨과 함께 제상 운전의 전환이 이루어지고 있는 경우에는 스텝 S6에 있어서, 열원측 열교환기(4)의 제상이 완료되었는지의 여부를 판정한다. 이 판정은, 열원측 열교환 온도 센서(51)에 의해 검출되는 열원측 열교환기(4)를 흐르는 냉매의 온도나 제상 운전의 운전 시간에 기초하여 행해진다. 예를 들어, 열원측 열교환 온도 센서(51)에 의해 검출되는 열원측 열교환기(4)에 있어서의 냉매의 온도가 서리 부착이 없다고 간주되는 조건에 상당하는 온도 이상인 것이 검지된 경우, 또는, 제상 운전이 소정 시간 이상 경과한 경우에는 열원측 열교환기(4)의 제상이 완료된 것으로 판정하고, 이러한 온도 조건이나 시간 조건에 해당하지 않은 경우에는 열원측 열교환기(4)의 제상이 완료되지 않은 것으로 판정하는 것이다. 여기서, 열원측 열교환기(4)의 입구나 출구에 온도 센서가 설치되어 있는 경우에는 열원측 열교환 온도 센서(51)에 의해 검출되는 냉매의 온도 대신에, 이들 온도 센서에 의해 검출되는 냉매의 온도를 온도 조건의 판정에 사용해도 좋다. 그리고 스텝 S6에 있어서, 열원측 열교환기(4)의 제상이 완료되지 않은 것으로 판정된 경우에는 다시 스텝 S3 내지 S5의 처리로 복귀되고, 열원측 열교환기(4)의 제상이 완료된 것으로 판정된 경우에는 스텝 S7의 처리로 이행하여, 제상 운전을 종료하고, 다시 난방 운전을 재개시키는 처리가 행해진다. 보다 구체적으로는, 전환 기구(3)를 냉각 운전 상태로부터 가열 운전 상태(즉, 난방 운전)로 전환하는 처리 등이 행해진다.

이와 같이, 본 실시 형태의 공기 조화 장치(1)(냉동 장치)에서는, 제상 운전의 개시부터 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등에 있어서의 축열량이 감소되어 제상 능력을 향상시키는 효과를 충분히 얻지 못하는 상태로 될 때까지의 역사이클 제상 운전의 적어도 초기에 대해서는, 제1 후단측 인젝션관(18c)을 통과하여 후단측의 압축 요소(2d)로 냉매가 복귀되지 않은 상태로 하고(스텝 S2, S3, S6 참조), 역사이클 제상 운전을 행하기 직전까지 행해지고 있던 난방 운전에 의해 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등에 축적된 열을 충분히 이용하여 역사이클 제상 운전을 행할 때의 냉매의 단위 유량당 제상 능력을 향상시키도록 하여, 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등에 있어서의 축열량이 감소되어 제상 능력을 향상시키는 효과를 충분히 얻지 못하는 상태로 된 후에는 냉방 운전 시와 마찬가지로, 제1 후단측 인젝션관(18c)을 통과하여 후단측의 압축 요소(2d)로 냉매가 복귀되는 상태로 하고(스텝 S3 내지 S6 참조), 냉매 회로(10)에 있어서, 이용측 열교환기(6)를 통과하여 압축 기구(2)에 흡입되는 순환이 과도하게 계속되지 않도록 함으로써 이용측의 온도 저하를 억제하면서, 후단측의 압축 요소(2d)로부터 토출되는 냉매의 유량을 증가시킴으로써 제상 능력을 최대한 확보하고 있다. 즉, 이 공기 조화 장치(1)에서는, 역사이클 제상 운전을 행할 때에 이용측의 온도 저하를 억제하면서, 제상 능력의 향상을 도모할 수 있게 되어 있다.

(3) 변형예 1

상술한 실시 형태에서는, 전환 기구(3)에 의해 냉방 운전과 난방 운전을 전환 가능하게 구성된 공기 조화 장치(1)에 있어서, 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션을 행하기 위한 제1 후단측 인젝션관(18c)을 설치하여, 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션을 행하도록 하고 있지만, 이 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션 대신에, 제2 후단측 인젝션관(19) 및 에코노마이저 열교환기(20)를 설치하여, 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션을 행하도록 하는 것을 생각할 수 있다.

예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이 상술한 실시 형태에 있어서, 제1 후단측 인젝션관(18c) 대신에, 제2 후단측 인젝션관(19) 및 에코노마이저 열교환기(20)가 설치된 냉매 회로(110)로 할 수 있다.

여기서, 제2 후단측 인젝션관(19)은, 열원측 열교환기(4) 또는 이용측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 냉매를 분기하여 압축 기구(2)의 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키는 기능을 갖고 있다. 본 변형예에 있어서, 제2 후단측 인젝션관(19)은, 리시버 입구관(18a)을 흐르는 냉매를 분기하여 후단측의 압축 요소(2d)의 흡입측으로 복귀시키도록 설치되어 있다. 보다 구체적으로는, 제2 후단측 인젝션관(19)은, 리시버 입구관(18a)의 제1 팽창 기구(5a)의 상류측의 위치(즉, 전환 기구(3)를 냉각 운전 상태로 하고 있을 때에는 열원측 열교환기(4)와 제1 팽창 기구(5a) 사이, 또한, 전환 기구(3)를 가열 운전 상태로 하고 있을 때에는 이용측 열교환기(6)와 제1 팽창 기구(5a) 사이)로부터 냉매를 분기하여 중간 냉매관(8)의 중간 냉각기(7)의 하류측의 위치로 복귀시키도록 설치되어 있다. 이 제2 후단측 인젝션관(19)에는, 개방도 제어가 가능한 제2 후단측 인젝션 밸브(19a)가 설치되어 있다. 제2 후단측 인젝션 밸브(19a)는, 본 변형예에 있어서, 전동 팽창 밸브이다.

또한, 에코노마이저 열교환기(20)는, 열원측 열교환기(4) 또는 이용측 열교환기(6)에 있어서 방열된 냉매와 제2 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매(보다 구체적으로는, 제2 후단측 인젝션 밸브(19a)에 있어서 중간압 부근까지 감압된 후의 냉매)의 열교환을 행하는 열교환기이다. 본 변형예에 있어서, 에코노마이저 열교환기(20)는, 리시버 입구관(18a)의 제1 팽창 기구(5a)의 상류측의 위치(즉, 전환 기구(3)를 냉각 운전 상태로 하고 있을 때에는 열원측 열교환기(4)와 제1 팽창 기구(5a) 사이, 또한 전환 기구(3)를 가열 운전 상태로 하고 있을 때에는 이용측 열교환기(6)와 제1 팽창 기구(5a) 사이)를 흐르는 냉매와 제2 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매의 열교환을 행하도록 설치되어 있고, 또한, 양 냉매가 대향하도록 흐르는 유로를 갖고 있다. 또한, 본 변형예에 있어서, 에코노마이저 열교환기(20)는, 리시버 입구관(18a)의 제2 후단측 인젝션관(19)의 상류측에 설치되어 있다. 이로 인해, 열원측 열교환기(4) 또는 이용측 열교환기(6)에 있어서 방열된 냉매는, 리시버 입구관(18a)에 있어서, 에코노마이저 열교환기(20)에 있어서 열교환되기 전에 제2 후단측 인젝션관(19)으로 분기되고, 그 후에, 에코노마이저 열교환기(20)에 있어서, 제2 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매와 열교환을 행하게 된다.

또한, 본 변형예의 공기 조화 장치(1)에는 각종 센서가 설치되어 있다. 구체적으로는, 중간 냉매관(8) 또는 압축 기구(2)에는 중간 냉매관(8)을 흐르는 냉매의 압력을 검출하는 중간 압력 센서(54)가 설치되어 있다. 에코노마이저 열교환기(20)의 제2 후단측 인젝션관(19)측의 출구에는 에코노마이저 열교환기(20)의 제2 후단측 인젝션관(19)측의 출구에 있어서의 냉매의 온도를 검출하는 에코노마이저 출구 온도 센서(55)가 설치되어 있다.

이어서, 본 변형예의 공기 조화 장치(1)의 동작에 대하여 도 6, 도 10 내지 도 17을 사용하여 설명한다. 여기서, 도 11은, 냉방 운전 시에 있어서의 공기 조화 장치(1) 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이며, 도 12는, 냉방 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이며, 도 13은, 냉방 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이며, 도 14는, 난방 운전 시에 있어서의 공기 조화 장치(1) 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이며, 도 15는, 제상 운전의 개시 시에 있어서의 공기 조화 장치(1) 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이며, 도 16은, 제상 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이며, 도 17은, 제상 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이다. 또한, 이하의 냉방 운전, 난방 운전 및 제상 운전에 있어서의 운전 제어는, 상술한 실시 형태에 있어서의 제어부(도시하지 않음)에 의해 행해진다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 「고압」이란, 냉동 사이클에 있어서의 고압(즉, 도 12, 13, 16, 17의 점 D, D', E, H에 있어서의 압력)을 의미하고, 「저압」이란, 냉동 사이클에 있어서의 저압(즉, 도 12, 13, 16, 17의 점 A, F, W에 있어서의 압력)을 의미하고, 「중간압」이란, 냉동 사이클에 있어서의 중간압(즉, 도 12, 13, 16, 17의 점 B, G, G', J, K에 있어서의 압력)을 의미하고 있다.

<냉방 운전>

냉방 운전 시에는 전환 기구(3)가 도 10 및 도 11의 실선으로 나타내는 냉각 운전 상태로 된다. 또한, 제1 팽창 기구(5a) 및 제2 팽창 기구(5b)는, 개방도가 조절된다. 또한, 제2 후단측 인젝션 밸브(19a)는, 개방도가 조절된다. 보다 구체적으로는, 본 변형예에 있어서, 제2 후단측 인젝션 밸브(19a)는, 에코노마이저 열교환기(20)의 제2 후단측 인젝션관(19)측의 출구에 있어서의 냉매의 과열도가 목표값이 되도록 개방도가 조절되는, 소위 과열도 제어가 이루어지도록 되어 있다. 본 변형예에 있어서, 에코노마이저 열교환기(20)의 제2 후단측 인젝션관(19)측의 출구에 있어서의 냉매의 과열도는, 중간 압력 센서(54)에 의해 검출되는 중간압을 포화 온도로 환산하고, 에코노마이저 출구 온도 센서(55)에 의해 검출되는 냉매 온도로부터 이 냉매의 포화 온도값을 차감함으로써 얻어진다. 또한, 본 변형예에서는 채용하고 있지 않지만, 에코노마이저 열교환기(20)의 제2 후단측 인젝션관(19)측의 입구에 온도 센서를 설치하고, 이 온도 센서에 의해 검출되는 냉매 온도를 에코노마이저 출구 온도 센서(55)에 의해 검출되는 냉매 온도로부터 차감함으로써, 에코노마이저 열교환기(20)의 제2 후단측 인젝션관(19)측의 출구에 있어서의 냉매의 과열도를 얻도록 해도 좋다. 또한, 제2 후단측 인젝션 밸브(19a)의 개방도 조절은, 과열도 제어에 한정되는 것이 아니고, 예를 들어, 냉매 회로(110)에 있어서의 냉매 순환량 등에 따라 소정 개방도만큼 개방하도록 하는 것이어도 된다.

이 냉매 회로(110)의 상태에 있어서, 저압의 냉매(도 10 내지 도 13의 점 A 참조)는, 흡입관(2a)으로부터 압축 기구(2)에 흡입되어, 우선, 압축 요소(2c)에 의해 중간압까지 압축된 후에, 중간 냉매관(8)에 토출된다(도 10 내지 도 13의 점 A 참조). 이 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매는, 제2 후단측 인젝션관(19)으로부터 후단측의 압축 기구(2d)로 복귀되는 냉매(도 10 내지 도 13의 점 K 참조)와 합류함으로써 냉각된다(도 10 내지 도 13의 점 G 참조). 이어서, 제2 후단측 인젝션관(19)으로부터 복귀되는 냉매와 합류한(즉, 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션이 행해진) 중간압의 냉매는, 압축 요소(2c)의 후단측에 접속된 압축 요소(2d)에 흡입되어 재차 압축되고, 압축 기구(2)로부터 토출관(2b)으로 토출된다(도 10 내지 도 13의 점 D 참조). 여기서, 압축 기구(2)로부터 토출된 고압의 냉매는, 압축 요소(2c, 2d)에 의한 2단 압축 동작에 의해, 임계 압력(즉, 도 12에 도시된 임계점(CP)에 있어서의 임계 압력(Pcp))을 초과하는 압력까지 압축되어 있다. 그리고 이 압축 기구(2)로부터 토출된 고압의 냉매는, 오일 분리 기구(41)를 구성하는 오일 분리기(41a)에 유입되어, 동반하는 냉동기유가 분리된다. 또한, 오일 분리기(41a)에 있어서 고압의 냉매로부터 분리된 냉동기유는, 오일 분리 기구(41)를 구성하는 오일 복귀관(41b)에 유입되어, 오일 복귀관(41b)에 설치된 감압 기구(41c)에 의해 감압된 후에 압축 기구(2)의 흡입관(2a)으로 복귀되어, 다시 압축 기구(2)에 흡입된다. 이어서, 오일 분리 기구(41)에 있어서 냉동기유가 분리된 후의 고압의 냉매는, 역지 기구(42) 및 전환 기구(3)를 통과하여 냉매의 방열기로서 기능하는 열원측 열교환기(4)로 보내어진다. 그리고 열원측 열교환기(4)로 보내어진 고압의 냉매는, 열원측 열교환기(4)에 있어서, 열원측 팬(40)에 의해 공급되는 냉각원으로서의 공기와 열교환을 행하여 냉각된다(도 10 내지 도 13의 점 E 참조). 그리고 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 고압의 냉매는, 브리지 회로(17)의 입구 역지 밸브(17a)를 통과하여 리시버 입구관(18a)에 유입되어, 그 일부가 제2 후단측 인젝션관(19)으로 분기된다. 그리고 제2 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매는, 제2 후단측 인젝션 밸브(19a)에 있어서 중간압 부근까지 감압된 후에, 에코노마이저 열교환기(20)로 보내어진다(도 10 내지 도 13의 점 J 참조). 또한, 제2 후단측 인젝션관(19)으로 분기된 후의 냉매는, 에코노마이저 열교환기(20)에 유입되어, 제2 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매와 열교환을 행하여 냉각된다(도 10 내지 도 13의 점 H 참조). 한편, 제2 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매는, 방열기로서의 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 고압의 냉매와 열교환을 행하여 가열되어(도 10 내지 도 13의 점 K 참조), 상술한 바와 같이, 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매에 합류하게 된다. 그리고 에코노마이저 열교환기(20)에 있어서 냉각된 고압의 냉매는, 제1 팽창 기구(5a)에 의해 포화 압력 부근까지 감압되어 리시버(18) 내에 일시적으로 저류된다(도 10 및 도 11의 점 I 참조). 그리고 리시버(18) 내에 저류된 냉매는, 리시버 출구관(18b)에 보내어져, 제2 팽창 기구(5b)에 의해 감압되어 저압의 기액 2상 상태의 냉매로 되어, 브리지 회로(17)의 출구 역지 밸브(17c)를 통과하여 냉매의 증발기로서 기능하는 이용측 열교환기(6)로 보내어진다(도 10 내지 도 13의 점 F 참조). 그리고 이용측 열교환기(6)로 보내어진 저압의 기액 2상 상태의 냉매는, 가열원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행하여 가열되어, 증발하게 된다(도 10 내지 도 13의 점 W 참조). 그리고 이 이용측 열교환기(6)에 있어서 가열된 저압의 냉매는, 전환 기구(3)를 경유하여, 다시 압축 기구(2)에 흡입된다(도 10 내지 도 13의 점 A 참조). 이와 같이 하여, 냉방 운전이 행해진다.

이와 같이, 본 변형예의 공기 조화 장치(1)에서는, 제2 후단측 인젝션관(19) 및 에코노마이저 열교환기(20)를 설치하여 열원측 열교환기(4)에 있어서 방열된 냉매를 분기하여 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키도록 하고 있기 때문에, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 외부로의 방열을 행하지 않아, 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매의 온도를 더 낮게 억제할 수 있다(도 13의 점 C, G 참조). 이에 의해, 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매의 온도가 낮게 억제되어(도 13의 점 D, D' 참조), 제2 후단측 인젝션관(19) 및 에코노마이저 열교환기(20)를 설치하지 않은 경우에 비하여, 도 13의 점 C, D', D, G를 연결함으로써 둘러싸이는 면적에 상당하는 만큼의 방열 손실을 더 작게 할 수 있는 점에서, 압축 기구(2)의 소비 동력을 더 저감시켜, 운전 효율을 한층 향상시킬 수 있다.

게다가, 본 변형예에 있어서 채용되어 있는 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션은, 방열기로서의 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 후에 열원측 팽창 기구로서의 제1 팽창 기구(5a) 이외에 대폭적인 감압 조작이 행해지지 않고, 냉동 사이클에 있어서의 고압으로부터 냉동 사이클의 중간압 부근까지의 압력차를 이용할 수 있는 냉매 회로 구성에 있어서는, 에코노마이저 열교환기(20)에 있어서의 교환 열량을 크게 하는 것이 가능하고, 이에 의해, 제2 후단측 인젝션관(19)을 통과하여 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키는 냉매의 유량을 증가시킬 수 있는 점에서, 상술한 실시 형태에 있어서 채용되어 있는 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션보다 유리하다. 특히, 본 변형예와 같이 초임계 영역에서 작동하는 냉매를 사용하는 경우에는 냉동 사이클에 있어서의 고압으로부터 냉동 사이클의 중간압 부근까지의 압력차가 매우 커지는 점에서, 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션이 매우 유리하다.

<난방 운전>

난방 운전 시에는 전환 기구(3)가 도 1 및 도 5의 파선으로 나타내는 가열 운전 상태로 된다. 또한, 제1 팽창 기구(5a) 및 제2 팽창 기구(5b)는, 개방도가 조절된다. 또한, 제2 후단측 인젝션 밸브(19a)는, 냉방 운전 시와 마찬가지의 개방도 조절이 이루어진다.

이 냉매 회로(110)의 상태에 있어서, 저압의 냉매(도 10, 도 12 내지 도 14의 점 A 참조)는, 흡입관(2a)으로부터 압축 기구(2)에 흡입되어, 우선 압축 요소(2c)에 의해 중간압까지 압축된 후에, 중간 냉매관(8)에 토출된다(도 10, 도 12 내지 도 14의 점 B 참조). 이 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매는, 제2 후단측 인젝션관(19)으로부터 후단측의 압축 기구(2d)로 복귀되는 냉매(도 10, 도 12 내지 도 14의 점 K 참조)와 합류함으로써 냉각된다(도 10, 도 12 내지 도 14의 점 G 참조). 이어서, 제2 후단측 인젝션관(19)으로부터 복귀되는 냉매와 합류한(즉, 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션이 행해진) 중간압의 냉매는, 압축 요소(2c)의 후단측에 접속된 압축 요소(2d)에 흡입되어 재차 압축되고, 압축 기구(2)로부터 토출관(2b)으로 토출된다(도 10, 도 12 내지 도 14의 점 D 참조). 여기서, 압축 기구(2)로부터 토출된 고압의 냉매는, 냉방 운전 시와 마찬가지로, 압축 요소(2c, 2d)에 의한 2단 압축 동작에 의해, 임계 압력(즉, 도 12에 도시된 임계점(CP)에 있어서의 임계 압력(Pcp))을 초과하는 압력까지 압축되어 있다. 그리고 이 압축 기구(2)로부터 토출된 고압의 냉매는, 오일 분리 기구(41)를 구성하는 오일 분리기(41a)에 유입되어, 동반하는 냉동기유가 분리된다. 또한, 오일 분리기(41a)에 있어서 고압의 냉매로부터 분리된 냉동기유는, 오일 분리 기구(41)를 구성하는 오일 복귀관(41b)에 유입되어, 오일 복귀관(41b)에 설치된 감압 기구(41c)에 의해 감압된 후에 압축 기구(2)의 흡입관(2a)으로 복귀되어, 다시 압축 기구(2)에 흡입된다. 이어서, 오일 분리 기구(41)에 있어서 냉동기유가 분리된 후의 고압의 냉매는, 역지 기구(42) 및 전환 기구(3)를 통과하여 냉매의 방열기로서 기능하는 이용측 열교환기(6)에 보내어져, 냉각원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행하여 냉각된다(도 10, 도 14의 점 F 및 도 12, 도 13의 점 E를 점 F로 재판독하여 참조). 그리고 이용측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 고압의 냉매는, 브리지 회로(17)의 입구 역지 밸브(17b)를 통과하여 리시버 입구관(18a)에 유입되어, 그 일부가 제2 후단측 인젝션관(19)으로 분기된다. 그리고 제2 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매는, 제2 후단측 인젝션 밸브(19a)에 있어서 중간압 부근까지 감압된 후에, 에코노마이저 열교환기(20)로 보내어진다(도 10, 도 12 내지 도 14의 점 J 참조). 또한, 제2 후단측 인젝션관(19)으로 분기된 후의 냉매는, 에코노마이저 열교환기(20)에 유입되어, 제2 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매와 열교환을 행하여 냉각된다(도 10, 도 12 내지 도 14의 점 H 참조). 한편, 제2 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매는, 방열기로서의 이용측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 고압의 냉매와 열교환을 행하여 가열되어(도 10, 도 12 내지 도 14의 점 K 참조), 상술한 바와 같이, 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매에 합류하게 된다. 그리고 에코노마이저 열교환기(20)에 있어서 냉각된 고압의 냉매는, 제1 팽창 기구(5a)에 의해 포화 압력 부근까지 감압되어 리시버(18) 내에 일시적으로 저류된다(도 10 및 도 14의 점 I 참조). 그리고 리시버(18) 내에 저류된 냉매는, 리시버 출구관(18b)에 보내어져, 제2 팽창 기구(5b)에 의해 감압되어 저압의 기액 2상 상태의 냉매로 되어, 브리지 회로(17)의 출구 역지 밸브(17d)를 통과하여 냉매의 증발기로서 기능하는 열원측 열교환기(4)로 보내어진다(도 10, 도 14의 점 E 및 도 12, 도 13의 점 F를 점 E로 재판독하여 참조). 그리고 열원측 열교환기(4)로 보내어진 저압의 기액 2상 상태의 냉매는, 열원측 열교환기(4)에 있어서, 열원측 팬(40)에 의해 공급되는 가열원으로서의 공기와 열교환을 행하여 가열되어, 증발하게 된다(도 10, 도 12 내지 도 14의 점 A 참조). 그리고 이 열원측 열교환기(4)에 있어서 가열되어 증발한 저압의 냉매는 전환 기구(3)를 경유하여, 다시 압축 기구(2)에 흡입된다. 이와 같이 하여, 난방 운전이 행해진다.

이와 같이, 본 변형예의 공기 조화 장치(1)에서는, 냉방 운전 시와 마찬가지로, 제2 후단측 인젝션관(19) 및 에코노마이저 열교환기(20)를 설치하여 이용측 열교환기(6)에 있어서 방열된 냉매를 분기하여 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키도록 하고 있기 때문에, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 외부로의 방열을 행하지 않아, 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매의 온도를 더 낮게 억제할 수 있다(도 13의 점 C, G 참조). 이에 의해, 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매의 온도가 낮게 억제되어(도 13의 점 D, D' 참조), 제2 후단측 인젝션관(19) 및 에코노마이저 열교환기(20)를 설치하지 않은 경우에 비하여, 도 13의 점 C, D', D, G를 연결함으로써 둘러싸이는 면적에 상당하는 만큼의 방열 손실을 더 작게 할 수 있는 점에서, 압축 기구(2)의 소비 동력을 더 저감시켜, 운전 효율을 한층 향상시킬 수 있다.

게다가, 본 변형예에 있어서 채용되어 있는 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션은, 방열기로서의 이용측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 후에 열원측 팽창 기구로서의 제1 팽창 기구(5a) 이외에 대폭적인 감압 조작이 행해지지 않고, 냉동 사이클에 있어서의 고압으로부터 냉동 사이클의 중간압 부근까지의 압력차를 이용할 수 있는 냉매 회로 구성에 있어서는, 에코노마이저 열교환기(20)에 있어서의 교환 열량을 크게 하는 것이 가능하고, 이에 의해, 제2 후단측 인젝션관(19)을 통과하여 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키는 냉매의 유량을 증가시킬 수 있는 점에서, 냉방 운전 시와 마찬가지로, 상술한 실시 형태에 있어서 채용되어 있는 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션보다 유리하다. 특히, 본 변형예와 같이 초임계 영역에서 작동하는 냉매를 사용하는 경우에는 냉동 사이클에 있어서의 고압으로부터 냉동 사이클의 중간압 부근까지의 압력차가 매우 커지는 점에서, 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션이 매우 유리하다.

<제상 운전>

본 변형예에서는, 제2 후단측 인젝션관(19) 및 에코노마이저 열교환기(20)를 설치하여, 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션을 채용하고 있는 점이, 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션을 채용하고 있는 상술한 실시 형태와 상이하지만, 역사이클 제상 운전을 행할 때에 있어서의 이용측의 온도 저하나 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등의 축열의 이용이라는 과제를 갖는 점은 동일하다.

따라서, 본 변형예에서는, 도 6에 도시된 스텝 S2에 있어서, 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션을 사용하지 않은 상태로 함과 함께(즉, 제2 후단측 인젝션관(19)을 통과하여 후단측의 압축 요소(2d)로 냉매가 복귀되지 않도록 하면서), 전환 기구(3)를 가열 운전 상태로부터 냉각 운전 상태로 전환하여, 역사이클 제상 운전을 행하도록 하고 있다(도 15 및 도 16, 도 17의 실선으로 나타낸 냉동 사이클 참조).

이에 의해, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 제상 운전의 개시부터 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등에 있어서의 축열량이 감소되어 제상 능력을 향상시키는 효과를 충분히 얻지 못하는 상태로 될 때까지의 역사이클 제상 운전의 적어도 초기에 대해서는, 냉매 회로(110)에 있어서, 압축 기구(2)로부터 토출된 냉매가 적극적으로 이용측 열교환기(6)를 통과하여 압축 기구(2)에 흡입되는 순환이 행해지게 되기 때문에 이용측 열교환기(6)에 있어서 가열되어 증발한 저압의 냉매(도 16, 도 17의 실선으로 나타낸 냉동 사이클을 나타내는 선에 있어서의 점 W 참조)는, 냉매관(1d) 등에 의해 가열된 후에, 전환 기구(3)를 경유하여, 압축 기구(2)에 흡입되게 된다(도 16, 도 17의 실선으로 나타낸 냉동 사이클을 나타내는 선에 있어서의 점 A 참조). 즉, 제상 운전을 행하기 직전까지 행해지고 있던 난방 운전에 의해 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등에 축적된 열이 충분히 이용되게 된다. 이에 의해, 압축 기구(2)에 흡입되는 냉동 사이클에 있어서의 저압의 냉매의 온도가 상승하고(도 17의 실선으로 나타낸 냉동 사이클을 나타내는 선에 있어서의 점 B 참조), 또한, 제2 후단측 인젝션관(19)을 통과하여 후단측의 압축 요소(2d)로 냉매가 복귀되지 않도록 함으로써, 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉동 사이클에 있어서의 중간압의 냉매의 온도의 저하가 억제되기 때문에(도 17의 실선으로 나타낸 냉동 사이클을 나타내는 선에 있어서의 점 B, G 참조), 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉동 사이클에 있어서의 고압의 냉매의 온도를 대폭 상승시킬 수 있어(도 17의 실선으로 나타낸 냉동 사이클을 나타내는 선에 있어서의 점 D 참조), 역사이클 제상 운전을 행할 때의 냉매의 단위 유량당 제상 능력을 향상시킬 수 있게 되어 있다.

또한, 본 변형예에서는, 도 6에 도시된 스텝 S5에 있어서, 냉방 운전 시와 마찬가지로, 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션을 사용하는 상태로 함으로써(즉, 제2 후단측 인젝션관(19)을 통과하여 후단측의 압축 요소(2d)로 냉매가 복귀되도록 함으로써), 이용측 열교환기(6)를 흐르는 냉매의 유량을 저감시키는 역사이클 제상 운전으로 전환하도록 하고 있다(도 11 및 도 16, 도 17의 파선으로 나타내는 냉동 사이클 참조). 여기서, 제2 후단측 인젝션 밸브(19a)의 개방도는, 냉방 운전 시나 난방 운전 시에 있어서의 제2 후단측 인젝션 밸브(19a)의 개방도보다 커지도록 개방도 제어를 행하고 있다. 예를 들어, 제2 후단측 인젝션 밸브(19a)의 완전 폐쇄 상태에 있어서의 개방도를 0%, 또한 완전 개방 상태에 있어서의 개방도를 100%로 하고 냉방 운전 시나 난방 운전 시에 제2 후단측 인젝션 밸브(19a)가 50% 이하의 개방도 범위에서 제어되어 있는 경우에는 이 스텝 S2에 있어서의 제2 후단측 인젝션 밸브(19a)는, 70% 정도까지 개방도가 커지도록 제어되고, 스텝 S3에 있어서, 열원측 열교환기(4)의 제상이 완료되었다고 판정될 때까지 그 개방도로 고정된다.

이에 의해, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등에 있어서의 축열량이 감소되어 제상 능력을 향상시키는 효과를 충분히 얻지 못하는 상태로 된 후에는 냉매 회로(110)에 있어서, 이용측 열교환기(6)를 통과하여 압축 기구(2)에 흡입되는 순환이 과도하게 계속되는 일이 없게 되기 때문에 이용측의 온도 저하를 억제할 수 있다. 게다가, 제2 후단측 인젝션관(19)을 통과하여 후단측의 압축 요소(2d)로 냉매가 복귀되게 함으로써, 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉동 사이클에 있어서의 중간압의 냉매의 온도가 저하되어(도 17의 파선으로 나타내는 냉동 사이클을 나타내는 선에 있어서의 점 B, G 참조), 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매의 온도가 낮아지고(도 17의 파선으로 나타낸 냉동 사이클을 나타내는 선에 있어서의 점 D 참조), 이에 의해, 역사이클 제상 운전을 행할 때의 냉매의 단위 유량당 제상 능력은 작아지기는 하지만, 후단측의 압축 요소(2d)로부터 토출되는 냉매의 유량은 증가하고 있기 때문에, 제상 능력을 최대한 확보할 수 있게 되어 있다. 또한, 본 변형예에서는, 제2 후단측 인젝션 밸브(19a)의 개방도 제어에 의해 제2 후단측 인젝션관(19)을 통과하여 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀되는 냉매의 유량을 제어하는 것이 가능한 점에서, 예를 들어, 상술한 바와 같이 냉방 운전 시나 난방 운전 시에 있어서의 제2 후단측 인젝션 밸브(19a)의 개방도보다 커지도록 개방도 제어를 행함으로써, 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키는 냉매의 유량을 대폭 증가시키고, 이에 의해, 이용측 열교환기(6)를 흐르는 냉매의 유량을 더 저감시키면서, 열원측 열교환기(4)를 흐르는 냉매의 유량을 더 늘릴 수 있게 되어 있다.

이와 같이, 본 변형예에서는, 상술한 실시 형태의 제상 운전과 마찬가지의 효과를 얻음과 함께, 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션을 채용하고 있기 때문에, 상술한 실시 형태에 있어서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션을 채용하는 경우에 비하여, 이용측의 온도 저하를 억제하는 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 본 변형예에 있어서의 제상 운전의 다른 스텝 S1, S3, S4, S6, S7은, 상술한 실시 형태에 있어서의 제상 운전과 마찬가지이기 때문에, 여기서는 설명을 생략한다.

(4) 변형예 2

상술한 실시 형태 및 변형예 1에 있어서의 냉매 회로(10, 110)(도 1, 도 10)에서는, 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션이나 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션을 행함으로써, 후단측의 압축 요소(2d)로부터 토출되는 냉매의 온도를 저하시킴과 함께, 압축 기구(2)의 소비 동력을 저감시켜, 운전 효율의 향상을 도모하도록 하고 있지만, 이 구성 외에 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 냉매를 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입시키기 위한 중간 냉매관(8)에 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출되어 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매의 냉각기로서 기능하는 중간 열교환기(7)를 더 설치하도록 해도 좋다.

예를 들어, 도 18에 도시된 바와 같이, 상술한 변형예 1의 냉매 회로(110)에 있어서, 중간 열교환기(7) 및 중간 열교환기 바이패스관(9)이 설치된 냉매 회로(210)로 할 수 있다.

여기서, 중간 열교환기(7)는, 중간 냉매관(8)에 설치되어 있고, 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출되어 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매의 냉각기로서 기능하는 열교환기이며, 본 변형예에 있어서, 핀 앤드 튜브형의 열교환기가 사용되고 있다. 그리고 중간 열교환기(7)는, 열원측 열교환기(4)와 일체화되어 있다. 보다 구체적으로는, 중간 열교환기(7)는, 열원측 열교환기(4)와 전열 핀을 공유함으로써 일체화되어 있다. 또한, 열원으로서의 공기는, 본 변형예에 있어서, 열원측 열교환기(4)에 공기를 공급하는 열원측 팬(40)에 의해 공급되도록 되어 있다. 즉, 열원측 팬(40)은, 열원측 열교환기(4) 및 중간 열교환기(7) 양쪽에 열원으로서의 공기를 공급하도록 되어 있다.

또한, 중간 냉매관(8)에는 중간 열교환기(7)를 바이패스하도록, 중간 열교환기 바이패스관(9)이 접속되어 있다. 이 중간 열교환기 바이패스관(9)은, 중간 열교환기(7)를 흐르는 냉매의 유량을 제한하는 냉매관이다. 그리고 중간 열교환기 바이패스관(9)에는 중간 열교환기 바이패스 개폐 밸브(11)가 설치되어 있다. 중간 열교환기 바이패스 개폐 밸브(11)는 본 변형예에 있어서, 전자 밸브이다. 이 중간 열교환기 바이패스 개폐 밸브(11)는 본 변형예에 있어서, 기본적으로는 전환 기구(3)를 냉각 운전 상태로 하고 있을 때에 폐쇄하고, 전환 기구(3)를 가열 운전 상태로 하고 있을 때에 개방하는 제어가 이루어진다. 즉, 중간 열교환기 바이패스 개폐 밸브(11)는, 후술하는 제상 운전과 같은 일시적인 운전을 행하는 경우를 제외하고, 기본적으로는 냉방 운전을 행할 때에 폐쇄하고, 난방 운전을 행할 때에 개방하는 제어가 이루어진다.

또한, 중간 냉매관(8)에는, 중간 열교환기 바이패스관(9)의 전단측의 압축 요소(2c) 측단부와의 접속부부터 중간 열교환기(7)의 전단측의 압축 요소(2c) 측단부까지의 부분에, 중간 열교환기 개폐 밸브(12)가 설치되어 있다. 이 중간 열교환기 개폐 밸브(12)는 중간 열교환기(7)를 흐르는 냉매의 유량을 제한하는 기구이다. 중간 열교환기 개폐 밸브(12)는, 본 변형예에 있어서 전자 밸브이다. 이 중간 열교환기 개폐 밸브(12)는, 본 변형예에 있어서, 후술하는 제상 운전과 같은 일시적인 운전을 행하는 경우를 제외하고, 기본적으로는 전환 기구(3)를 냉각 운전 상태로 하고 있을 때에 개방하고, 전환 기구(3)를 가열 운전 상태로 하고 있을 때에 폐쇄하는 제어가 이루어진다. 즉, 중간 열교환기 개폐 밸브(12)는, 냉방 운전을 행할 때에 개방하고, 난방 운전을 행할 때에 폐쇄하는 제어가 이루어진다.

또한, 중간 냉매관(8)에는 전단측의 압축 요소(2c)의 토출측으로부터 후단측의 압축 요소(2d)의 흡입측으로의 냉매의 흐름을 허용하고, 또한, 후단측의 압축 요소(2d)의 흡입측으로부터 전단측의 압축 요소(2c)의 토출측으로의 냉매의 흐름을 차단하기 위한 역지 기구(15)가 설치되어 있다. 역지 기구(15)는 본 변형예에 있어서, 역지 밸브이다. 또한, 역지 기구(15)는, 본 변형예에 있어서, 중간 냉매관(8)의 중간 열교환기(7)의 후단측의 압축 요소(2d) 측단부부터 중간 열교환기 바이패스관(9)의 후단측의 압축 요소(2d) 측단부와의 접속부까지의 부분에 설치되어 있다.

또한, 중간 열교환기(7)의 출구에는 중간 열교환기(7)의 출구에 있어서의 냉매의 온도를 검출하는 중간 열교환 출구 온도 센서(52)가 설치되어 있다.

이어서, 본 변형예의 공기 조화 장치(1)의 동작에 대하여 도 6, 도 12, 도 13, 도 16 내지 도 27을 사용하여 설명한다. 여기서, 도 19는, 냉방 운전 시에 있어서의 공기 조화 장치(1) 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이며, 도 20은, 냉방 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이며, 도 21은, 냉방 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이며, 도 22는, 난방 운전 시에 있어서의 공기 조화 장치(1) 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이며, 도 23은, 제상 운전의 개시 시에 있어서의 공기 조화 장치(1) 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이며, 도 24는, 중간 열교환기(7)의 제상이 완료된 후의 제상 운전에 있어서의 공기 조화 장치(1) 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이며, 도 25는, 중간 열교환기(7)의 제상 및 축열의 이용이 완료된 후의 제상 운전에 있어서의 공기 조화 장치(1) 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이며, 도 26은, 제상 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이며, 도 27은, 제상 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이다. 또한, 이하의 냉방 운전, 난방 운전 및 제상 운전에 있어서의 운전 제어는, 상술한 실시 형태에 있어서의 제어부(도시하지 않음)에 의해 행해진다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 「고압」이란, 냉동 사이클에 있어서의 고압(즉, 도 20, 21, 12, 13, 16, 17, 26, 27의 점 D, D', E, H에 있어서의 압력)을 의미하고, 「저압」이란, 냉동 사이클에 있어서의 저압(즉, 도 20, 21, 12, 13, 16, 17, 26, 27의 점 A, F, W에 있어서의 압력)을 의미하고, 「중간압」이란, 냉동 사이클에 있어서의 중간압(즉, 도 20, 21, 12, 13, 16, 17, 26, 27의 점 B, C, C', G, G', J, K에 있어서의 압력)을 의미하고 있다.

<냉방 운전>

냉방 운전 시에는 전환 기구(3)가 도 18 및 도 19의 실선으로 나타내는 냉각 운전 상태로 된다. 또한, 제1 팽창 기구(5a) 및 제2 팽창 기구(5b)는, 개방도가 조절된다. 그리고 전환 기구(3)가 냉각 운전 상태로 되기 때문에 중간 냉매관(8)의 중간 열교환기 개폐 밸브(12)가 개방되고, 그리고 중간 열교환기 바이패스관(9)의 중간 열교환기 바이패스 개폐 밸브(11)가 폐쇄됨으로써, 중간 열교환기(7)가 냉각기로서 기능하는 상태로 된다. 또한, 제2 후단측 인젝션 밸브(19a)는, 상술한 변형예 1과 마찬가지의 개방도 조절이 이루어진다.

이 냉매 회로(210)의 상태에 있어서, 저압의 냉매(도 18 내지 도 21의 점 A 참조)는, 흡입관(2a)으로부터 압축 기구(2)에 흡입되어, 우선, 압축 요소(2c)에 의해 중간압까지 압축된 후에, 중간 냉매관(8)에 토출된다(도 18 내지 도 21의 점 A 참조). 이 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매는, 중간 열교환기(7)에 있어서, 열원측 팬(40)에 의해 공급되는 냉각원으로서의 공기와 열교환을 행함으로써 냉각된다(도 18 내지 도 21의 점 C 참조). 이 중간 열교환기(7)에 있어서 냉각된 냉매는, 제2 후단측 인젝션관(19)으로부터 후단측의 압축 기구(2d)로 복귀되는 냉매(도 18 내지 도 21의 점 K 참조)와 합류함으로써 재차 냉각된다(도 18 내지 도 21의 점 G 참조). 이어서, 제2 후단측 인젝션관(19)으로부터 복귀되는 냉매와 합류한(즉, 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션이 행해진) 중간압의 냉매는, 압축 요소(2c)의 후단측에 접속된 압축 요소(2d)에 흡입되어 재차 압축되고, 압축 기구(2)로부터 토출관(2b)으로 토출된다(도 18 내지 도 21의 점 D 참조). 여기서, 압축 기구(2)로부터 토출된 고압의 냉매는, 압축 요소(2c, 2d)에 의한 2단 압축 동작에 의해, 임계 압력(즉, 도 20에 도시된 임계점(CP)에 있어서의 임계 압력(Pcp))을 초과하는 압력까지 압축되어 있다. 그리고 이 압축 기구(2)로부터 토출된 고압의 냉매는, 오일 분리 기구(41)를 구성하는 오일 분리기(41a)에 유입되어, 동반하는 냉동기유가 분리된다. 또한, 오일 분리기(41a)에 있어서 고압의 냉매로부터 분리된 냉동기유는, 오일 분리 기구(41)를 구성하는 오일 복귀관(41b)에 유입되어, 오일 복귀관(41b)에 설치된 감압 기구(41c)에 의해 감압된 후에 압축 기구(2)의 흡입관(2a)으로 복귀되어, 다시 압축 기구(2)에 흡입된다. 이어서, 오일 분리 기구(41)에 있어서 냉동기유가 분리된 후의 고압의 냉매는, 역지 기구(42) 및 전환 기구(3)를 통과하여 냉매의 방열기로서 기능하는 열원측 열교환기(4)로 보내어진다. 그리고 열원측 열교환기(4)로 보내어진 고압의 냉매는, 열원측 열교환기(4)에 있어서, 열원측 팬(40)에 의해 공급되는 냉각원으로서의 공기와 열교환을 행하여 냉각된다(도 18 내지 도 21의 점 E 참조). 그리고 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 고압의 냉매는, 브리지 회로(17)의 입구 역지 밸브(17a)를 통과하여 리시버 입구관(18a)에 유입되어, 그 일부가 제2 후단측 인젝션관(19)으로 분기된다. 그리고 제2 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매는, 제2 후단측 인젝션 밸브(19a)에 있어서 중간압 부근까지 감압된 후에, 에코노마이저 열교환기(20)로 보내어진다(도 18 내지 도 21의 점 J 참조). 또한, 제2 후단측 인젝션관(19)으로 분기된 후의 냉매는, 에코노마이저 열교환기(20)에 유입되어, 제2 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매와 열교환을 행하여 냉각된다(도 18 내지 도 21의 점 H 참조). 한편, 제2 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매는, 방열기로서의 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 고압의 냉매와 열교환을 행하여 가열되어(도 18 내지 도 21의 점 K 참조), 상술한 바와 같이, 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매에 합류하게 된다. 그리고 에코노마이저 열교환기(20)에 있어서 냉각된 고압의 냉매는, 제1 팽창 기구(5a)에 의해 포화 압력 부근까지 감압되어 리시버(18) 내에 일시적으로 저류된다(도 18 및 도 19의 점 I 참조). 그리고 리시버(18) 내에 저류된 냉매는, 리시버 출구관(18b)에 보내어져, 제2 팽창 기구(5b)에 의해 감압되어 저압의 기액 2상 상태의 냉매로 되어, 브리지 회로(17)의 출구 역지 밸브(17c)를 통과하여 냉매의 증발기로서 기능하는 이용측 열교환기(6)로 보내어진다(도 18 내지 도 21의 점 F 참조). 그리고 이용측 열교환기(6)로 보내어진 저압의 기액 2상 상태의 냉매는, 가열원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행하여 가열되어, 증발하게 된다(도 18 내지 도 21의 점 W 참조). 그리고 이 이용측 열교환기(6)에 있어서 가열된 저압의 냉매는, 전환 기구(3)를 경유하여, 다시 압축 기구(2)에 흡입된다(도 18 내지 도 21의 점 A 참조). 이와 같이 하여, 냉방 운전이 행해진다.

이와 같이, 본 변형예의 공기 조화 장치(1)에서는, 중간압 인젝션(여기서는, 제2 후단측 인젝션관(19) 및 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 것)의 구성 외에, 압축 요소(2c)로부터 토출된 냉매를 압축 요소(2d)로 흡입시키기 위한 중간 냉매관(8)에 중간 열교환기(7)를 설치함과 함께, 냉방 운전에 있어서, 중간 열교환기 개폐 밸브(12)를 개방하고, 또한, 중간 열교환기 바이패스관(9)의 중간 열교환기 바이패스 개폐 밸브(11)를 폐쇄함으로써, 중간 열교환기(7)를 냉각기로서 기능하는 상태로 하고 있기 때문에, 중간 열교환기(7)를 설치하지 않은 경우(이 경우에는 도 20, 도 21에 있어서, 점 A→점 B, C'→점 G'→점 D'→점 E→점 H→점 F의 순으로 냉동 사이클이 행해진다)에 비하여, 압축 요소(2c)의 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매의 온도가 저하되고(도 21의 점 G, G' 참조), 압축 요소(2d)로부터 토출되는 냉매의 온도도 저하되게 된다(도 21의 점 D, D' 참조). 이로 인해, 이 공기 조화 장치(1)에서는, 냉매의 방열기로서 기능하는 열원측 열교환기(4)에 있어서, 중간 열교환기(7)를 설치하지 않은 경우에 비하여, 냉각원으로서의 물이나 공기와 냉매의 온도차를 더 작게 하는 것이 가능하게 되어, 도 21의 점 G', D', D, G를 연결함으로써 둘러싸이는 면적에 상당하는 만큼의 방열 손실을 작게 할 수 있는 점에서, 운전 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

<난방 운전>

난방 운전 시에는 전환 기구(3)가 도 18 및 도 22의 파선으로 나타내는 가열 운전 상태로 된다. 또한, 제1 팽창 기구(5a) 및 제2 팽창 기구(5b)는, 개방도가 조절된다. 그리고 전환 기구(3)가 가열 운전 상태로 되기 때문에 중간 냉매관(8)의 중간 열교환기 개폐 밸브(12)가 폐쇄되고, 그리고 중간 열교환기 바이패스관(9)의 중간 열교환기 바이패스 개폐 밸브(11)가 개방됨으로써, 중간 열교환기(7)가 냉각기로서 기능하지 않는 상태로 된다. 또한, 제2 후단측 인젝션 밸브(19a)는, 냉방 운전 시와 마찬가지의 개방도 조절이 이루어진다.

이 냉매 회로(210)의 상태에 있어서, 저압의 냉매(도 18, 도 22, 도 12, 도 13의 점 A 참조)는, 흡입관(2a)으로부터 압축 기구(2)에 흡입되어, 우선, 압축 요소(2c)에 의해 중간압까지 압축된 후에, 중간 냉매관(8)에 토출된다(도 18, 도 22, 도 12, 도 13의 점 B 참조). 이 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매는, 냉방 운전 시와는 달리, 중간 열교환기(7)를 통과하지 않고(즉, 냉각되지 않고), 중간 열교환기 바이패스관(9)을 통과한다(도 18, 도 22의 점 C' 참조). 이 중간 열교환기(7)에 의해 냉각되지 않고 중간 열교환기 바이패스관(9)을 통과한 중간압의 냉매는, 제2 후단측 인젝션관(19)으로부터 후단측의 압축 기구(2d)로 복귀되는 냉매(도 18, 도 22, 도 12, 도 13의 점 K 참조)와 합류함으로써 재차 냉각된다(도 18, 도 22, 도 12, 도 13의 점 G 참조). 이어서, 제2 후단측 인젝션관(19)으로부터 복귀되는 냉매와 합류한(즉, 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션이 행해진) 중간압의 냉매는, 압축 요소(2c)의 후단측에 접속된 압축 요소(2d)에 흡입되어 재차 압축되고, 압축 기구(2)로부터 토출관(2b)으로 토출된다(도 18, 도 22, 도 12, 도 13의 점 D 참조). 여기서, 압축 기구(2)로부터 토출된 고압의 냉매는, 냉방 운전 시와 마찬가지로, 압축 요소(2c, 2d)에 의한 2단 압축 동작에 의해, 임계 압력(즉, 도 12에 도시된 임계점(CP)에 있어서의 임계 압력(Pcp))을 초과하는 압력까지 압축되어 있다. 그리고 이 압축 기구(2)로부터 토출된 고압의 냉매는, 오일 분리 기구(41)를 구성하는 오일 분리기(41a)에 유입되어, 동반하는 냉동기유가 분리된다. 또한, 오일 분리기(41a)에 있어서 고압의 냉매로부터 분리된 냉동기유는, 오일 분리 기구(41)를 구성하는 오일 복귀관(41b)에 유입되어, 오일 복귀관(41b)에 설치된 감압 기구(41c)에 의해 감압된 후에 압축 기구(2)의 흡입관(2a)으로 복귀되어, 다시 압축 기구(2)에 흡입된다. 이어서, 오일 분리 기구(41)에 있어서 냉동기유가 분리된 후의 고압의 냉매는, 역지 기구(42) 및 전환 기구(3)를 통과하여 냉매의 방열기로서 기능하는 이용측 열교환기(6)에 보내어져, 냉각원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행하여 냉각된다(도 18, 도 22의 점 F 및 도 12, 도 13의 점 E를 점 F로 재판독하여 참조). 그리고 이용측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 고압의 냉매는, 브리지 회로(17)의 입구 역지 밸브(17b)를 통과하여 리시버 입구관(18a)에 유입되어, 그 일부가 제2 후단측 인젝션관(19)으로 분기된다. 그리고 제2 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매는, 제2 후단측 인젝션 밸브(19a)에 있어서 중간압 부근까지 감압된 후에, 에코노마이저 열교환기(20)로 보내어진다(도 18, 도 22, 도 12, 도 13의 점 J 참조). 또한, 제2 후단측 인젝션관(19)으로 분기된 후의 냉매는, 에코노마이저 열교환기(20)에 유입되어, 제2 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매와 열교환을 행하여 냉각된다(도 18, 도 22, 도 12, 도 13의 점 H 참조). 한편, 제2 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매는, 방열기로서의 이용측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 고압의 냉매와 열교환을 행하여 가열되어(도 18, 도 22, 도 12, 도 13의 점 K 참조), 상술한 바와 같이, 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매에 합류하게 된다. 그리고 에코노마이저 열교환기(20)에 있어서 냉각된 고압의 냉매는, 제1 팽창 기구(5a)에 의해 포화 압력 부근까지 감압되어 리시버(18) 내에 일시적으로 저류된다(도 18 및 도 22의 점 I 참조). 그리고 리시버(18) 내에 저류된 냉매는, 리시버 출구관(18b)에 보내어져, 제2 팽창 기구(5b)에 의해 감압되어 저압의 기액 2상 상태의 냉매로 되어, 브리지 회로(17)의 출구 역지 밸브(17d)를 통과하여 냉매의 증발기로서 기능하는 열원측 열교환기(4)로 보내어진다(도 18, 도 22의 점 E 및 도 12, 도 13의 점 F를 점 E로 재판독하여 참조). 그리고 열원측 열교환기(4)로 보내어진 저압의 기액 2상 상태의 냉매는, 열원측 열교환기(4)에 있어서, 열원측 팬(40)에 의해 공급되는 가열원으로서의 공기와 열교환을 행하여 가열되어, 증발하게 된다(도 18, 도 22, 도 12, 도 13의 점 A 참조). 그리고 이 열원측 열교환기(4)에 있어서 가열되어 증발한 저압의 냉매는, 전환 기구(3)를 경유하여, 다시 압축 기구(2)에 흡입된다. 이와 같이 하여, 난방 운전이 행해진다.

이와 같이, 본 변형예의 공기 조화 장치(1)에서는, 중간압 인젝션(여기서는, 제2 후단측 인젝션관(19) 및 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 것)의 구성 외에, 압축 요소(2c)로부터 토출된 냉매를 압축 요소(2d)로 흡입시키기 위한 중간 냉매관(8)에 중간 열교환기(7)를 설치함과 함께, 난방 운전에 있어서, 중간 열교환기 개폐 밸브(12)를 폐쇄하고, 또한, 중간 열교환기 바이패스관(9)의 중간 열교환기 바이패스 개폐 밸브(11)를 개방함으로써, 중간 열교환기(7)를 냉각기로서 기능하지 않는 상태로 하고 있기 때문에, 상술한 냉방 운전과 마찬가지로 중간 열교환기(7)를 냉각기로서 기능시킨 경우에 비하여, 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매의 온도의 저하가 억제된다. 이로 인해, 이 공기 조화 장치(1)에서는, 상술한 냉방 운전과 마찬가지로 중간 열교환기(7)를 냉각기로서 기능시킨 경우에 비하여, 외부로의 방열을 억제하여, 냉매의 방열기로서 기능하는 이용측 열교환기(6)에 공급되는 냉매의 온도의 저하를 억제하는 것이 가능하게 되고, 이용측 열교환기(6)에 있어서의 가열 능력의 저하를 억제하여, 운전 효율의 저하를 방지할 수 있다.

<제상 운전>

본 변형예에서는, 압축 요소(2c)로부터 토출된 냉매를 압축 요소(2d)로 흡입시키기 위한 중간 냉매관(8)에 중간 열교환기(7)를 설치함과 함께, 이 중간 열교환기(7)로서 공기를 열원으로 하는 열교환기를 채용하고, 또한, 중간 열교환기(7)를 열원측 열교환기(4)와 일체화시키고 있는 점에서, 열원측 열교환기(4)에 비하여 서리 부착량은 많지는 않지만, 중간 열교환기(7)에도 서리 부착이 발생할 우려가 있기 때문에, 열원측 열교환기(4)뿐만 아니라 중간 열교환기(7)에도 냉매를 흘려서 중간 열교환기(7)의 제상을 행하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 변형예에서는, 도 6에 도시된 스텝 S2에 있어서, 중간압 인젝션을 사용하지 않은 상태로 함과 함께(여기에서는, 제2 후단측 인젝션관(19)을 통과하여 후단측의 압축 요소(2d)로 냉매가 복귀되지 않도록 하면서), 상술한 냉방 운전 시와 마찬가지로, 중간 열교환기 개폐 밸브(12)를 개방하고, 또한, 중간 열교환기 바이패스 개폐 밸브(11)를 폐쇄함으로써 중간 열교환기(7)를 냉각기로서 기능시키는 상태로 하고 전환 기구(3)를 가열 운전 상태로부터 냉각 운전 상태로 전환하여, 역사이클 제상 운전을 행하도록 하고 있다(도 23 및 도 26, 도 27의 실선으로 나타내는 냉동 사이클 참조).

이에 의해, 열원측 열교환기(4)의 제상과 함께, 중간 열교환기(7)의 제상이 행해진다. 여기서, 중간 열교환기(7)에 있어서의 서리 부착량은 적기 때문에, 도 6에 도시된 스텝 S3에 있어서, 열원측 열교환기(4)의 제상이 완료되기 전이며, 또한, 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등의 축열의 이용이 완료된 것으로 판정되기 전에, 중간 열교환기(7)의 제상이 완료되게 된다. 그러나 중간 열교환기(7)의 제상이 완료된 후에도 중간 열교환기(7)에 냉매를 계속하여 흘리면, 중간 열교환기(7)로부터 외부로 방열이 행해지고, 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매의 온도가 저하되어 버려, 그 결과, 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매의 온도가 낮아져, 열원측 열교환기(4)의 제상 능력이 저하된다는 문제가 발생하게 된다.

따라서, 본 변형예에서는, 도 6에 도시된 스텝 S6에 있어서, 중간 열교환기(7)의 제상이 완료되었는지의 여부를 판정하여, 중간 열교환기(7)의 제상이 완료된 것으로 판정된 경우에는 중간 열교환기 개폐 밸브(12)를 폐쇄하고, 또한, 중간 열교환기 바이패스 개폐 밸브(11)를 개방함으로써 중간 열교환기(7)를 냉각기로서 기능하지 않는 상태로 하고 나서, 도 6에 도시된 스텝 S3의 처리로 복귀시키도록 하고 있다. 여기서, 중간 열교환기(7)의 제상이 완료되었는지의 여부의 판정은, 중간 열교환기(7)의 출구에 있어서의 냉매의 온도에 기초하여 행해진다. 예를 들어, 중간 열교환 출구 온도 센서(52)에 의해 검출되는 중간 열교환기(7)의 출구에 있어서의 냉매의 온도가 소정 온도 이상인 것이 검지된 경우에는 중간 열교환기(7)의 제상이 완료된 것으로 판정하고, 이러한 온도 조건에 해당하지 않는 경우에는 중간 열교환기(7)의 제상이 완료되지 않은 것으로 판정하는 것이다.

이에 의해, 중간 열교환기(7)로부터 외부로의 방열이 행해지지 않게 되기 때문에 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매의 온도가 낮아지는 것을 억제하고, 그 결과, 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매의 온도가 낮아지는 것을 억제하여, 열원측 열교환기(4)의 제상 능력이 저하되는 것을 억제할 수 있게 된다(도 24 및 도 16, 도 17의 실선으로 나타내는 냉동 사이클 참조).

그리고 본 변형예에서는, 도 6에 도시된 스텝 S5에 있어서, 상술한 변형예 1과 마찬가지로, 중간압 인젝션을 사용하는 상태로 함으로써(여기에서는, 제2 후단측 인젝션관(19)을 통과하여 후단측의 압축 요소(2d)로 냉매가 복귀되도록 함으로써), 이용측 열교환기(6)를 흐르는 냉매의 유량을 저감시키는 역사이클 제상 운전으로 전환하도록 하고 있다(도 25 및 도 26, 도 27의 파선으로 나타내는 냉동 사이클 참조).

이에 의해, 상술한 변형예 1과 마찬가지로, 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등에 있어서의 축열량이 감소되어 제상 능력을 향상시키는 효과를 충분히 얻지 못하는 상태로 된 후에는 냉매 회로(210)에 있어서, 이용측 열교환기(6)를 통과하여 압축 기구(2)에 흡입되는 순환이 과도하게 계속되는 일이 없게 되기 때문에 이용측의 온도 저하를 억제할 수 있음과 함께, 후단측의 압축 요소(2d)로부터 토출되는 냉매의 유량이 증가하기 때문에 제상 능력을 최대한 확보할 수 있다.

이와 같이, 본 변형예에서는, 상술한 변형예 1의 제상 운전과 마찬가지의 효과를 얻음과 함께, 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등의 축열을 이용하여 중간 열교환기(7)의 제상을 효율적으로 행할 수 있고, 게다가, 중간 열교환기(7)의 제상이 완료된 후에는 중간 열교환기(7)에 냉매가 흐르지 않도록 바이패스함으로써, 외부로 불필요한 방열을 억제하여, 열원측 열교환기(4)의 제상 능력이 저하되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 본 변형예에 있어서의 제상 운전의 다른 스텝 S1, S3, S4, S7은, 상술한 변형예 1에 있어서의 제상 운전과 마찬가지이기 때문에, 여기서는 설명을 생략한다.

(5) 변형예 3

상술한 변형예 1, 2에 있어서의 냉매 회로(110, 210)(도 10, 도 18 참조)에 있어서는, 상술한 바와 같이, 전환 기구(3)를 냉각 운전 상태로 하는 냉방 운전 및 전환 기구(3)를 가열 운전 상태로 하는 난방 운전 중 어느 것에 있어서도, 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션을 행함으로써, 후단측의 압축 요소(2d)로부터 토출되는 냉매의 온도를 저하시킴과 함께, 압축 기구(2)의 소비 동력을 저감시켜, 운전 효율의 향상을 도모하도록 하고 있다. 그리고 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션은, 1개의 이용측 열교환기(6)를 갖고 있어 냉동 사이클에 있어서의 고압으로부터 냉동 사이클의 중간압 부근까지의 압력차를 이용할 수 있는 냉매 회로 구성에서는, 유리하다고 사료된다.

그러나 복수의 공조 공간의 공조 부하에 따른 냉방이나 난방을 행하는 것 등을 목적으로 하여, 서로 병렬로 접속된 복수의 이용측 열교환기(6)를 갖는 구성으로 함과 함께, 각 이용측 열교환기(6)를 흐르는 냉매의 유량을 제어하여 각 이용측 열교환기(6)에 있어서 필요하게 되는 냉동 부하를 얻을 수 있도록 하기 위하여 기액 분리기로서의 리시버(18)와 이용측 열교환기(6) 사이에 있어서 각 이용측 열교환기(6)에 대응하도록 이용측 팽창 기구(5c)를 설치하는 경우가 있다.

예를 들어, 상세한 것은 도시하지 않았지만, 상술한 변형예 1, 2에 있어서의 브리지 회로(17)를 갖는 냉매 회로(210)(도 18 참조)에 있어서, 서로가 병렬로 접속된 복수(여기서는, 2개)의 이용측 열교환기(6)를 설치함과 함께, 기액 분리기로서의 리시버(18)(보다 구체적으로는, 브리지 회로(17))와 이용측 열교환기(6) 사이에 있어서 각 이용측 열교환기(6)에 대응하도록 이용측 팽창 기구(5c)를 설치하고(도 28 참조), 리시버 출구관(18b)에 설치되어 있던 제2 팽창 기구(5b)를 삭제하고, 또한, 브리지 회로(17)의 출구 역지 밸브(17d) 대신에, 난방 운전 시에 냉동 사이클에 있어서의 저압까지 냉매를 감압하는 제3 팽창 기구(도시 생략)를 설치하는 것을 생각할 수 있다.

그리고 이와 같은 구성에 있어서도, 전환 기구(3)를 냉각 운전 상태로 하는 냉방 운전과 같이, 방열기로서의 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 후에 열원측 팽창 기구로서의 제1 팽창 기구(5a) 이외에 대폭적인 감압 조작이 행해지지 않고, 냉동 사이클에 있어서의 고압으로부터 냉동 사이클의 중간압 부근까지의 압력차를 이용할 수 있는 조건에 있어서는, 상술한 변형예 2와 마찬가지로, 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션이 유리하다.

그러나 전환 기구(3)를 가열 운전 상태로 하는 난방 운전과 같이, 각 이용측 팽창 기구(5c)가 방열기로서의 각 이용측 열교환기(6)에 있어서 필요하게 되는 냉동 부하가 얻어지도록 방열기로서의 각 이용측 열교환기(6)를 흐르는 냉매의 유량을 제어하고 있으며, 방열기로서의 각 이용측 열교환기(6)를 통과하는 냉매의 유량이, 방열기로서의 각 이용측 열교환기(6)의 하류측이고 또한 에코노마이저 열교환기(20)의 상류측에 설치된 이용측 팽창 기구(5c)의 개방도 제어에 의한 냉매의 감압 조작에 의해 대강 결정되는 조건에 있어서는, 각 이용측 팽창 기구(5c)의 개방도 제어에 의한 냉매의 감압의 정도가, 방열기로서의 각 이용측 열교환기(6)를 흐르는 냉매의 유량뿐만 아니라, 복수의 방열기로서의 이용측 열교환기(6) 사이의 유량 분배의 상태에 따라 변동하게 되어, 복수의 이용측 팽창 기구(5c) 사이에서 감압의 정도가 크게 상이한 상태가 발생하거나, 이용측 팽창 기구(5c)에 있어서의 감압의 정도가 비교적 커지거나 하는 경우가 있기 때문에, 에코노마이저 열교환기(20)의 입구에 있어서의 냉매의 압력이 낮아질 우려가 있으며, 이러한 경우에는 에코노마이저 열교환기(20)에 있어서의 교환 열량(즉, 제2 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매의 유량)이 작아져 버려 사용이 곤란해질 우려가 있다. 특히, 이러한 공기 조화 장치(1)를, 주로 압축 기구(2), 열원측 열교환기(4) 및 리시버(18)를 포함하는 열원 유닛과, 주로 이용측 열교환기(6)를 포함하는 이용 유닛이 연락 배관에 의해 접속된 세퍼레이트형의 공기 조화 장치로서 구성하는 경우에는 이용 유닛 및 열원 유닛의 배치에 따라서는, 이 연락 배관이 매우 길어질 수 있기 때문에 그 압력 손실에 의한 영향도 더해져, 에코노마이저 열교환기(20)의 입구에 있어서의 냉매의 압력이 더 저하하게 된다. 그리고 에코노마이저 열교환기(20)의 입구에 있어서의 냉매의 압력이 저하될 우려가 있는 경우에는 리시버(18)에 있어서의 압력과 냉동 사이클에 있어서의 중간압(여기서는, 중간 냉매관(8)을 흐르는 냉매의 압력)의 압력차가 작은 조건에서도 사용 가능한, 상술한 실시 형태에 있어서의 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션이 유리하다.

또한, 상술한 바와 같이, 복수의 공조 공간의 공조 부하에 따른 냉방이나 난방을 행하는 것 등을 목적으로 하여, 서로 병렬로 접속된 복수의 이용측 열교환기(6)를 갖는 구성으로 함과 함께, 각 이용측 열교환기(6)를 흐르는 냉매의 유량을 제어하여 각 이용측 열교환기(6)에 있어서 필요하게 되는 냉동 부하를 얻을 수 있도록 하기 위하여 리시버(18)와 이용측 열교환기(6) 사이에 있어서 각 이용측 열교환기(6)에 대응하도록 이용측 팽창 기구(5c)를 설치한 구성을 채용한 경우에는 냉방 운전 시에 있어서, 제1 팽창 기구(5a)에 의해 포화 압력 부근까지 감압되어 리시버(18) 내에 일시적으로 저류된 냉매(도 28의 점 L 참조)가, 각 이용측 팽창 기구(5c)에 분배되지만, 리시버(18)로부터 각 이용측 팽창 기구(5c)로 보내어지는 냉매가 기액 2상 상태이면, 각 이용측 팽창 기구(5c)에의 분배 시에 편류를 발생시킬 우려가 있기 때문에, 리시버(18)로부터 각 이용측 팽창 기구(5c)로 보내어지는 냉매를 가능한 한 과냉각 상태로 하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 변형예에서는, 도 28에 도시된 바와 같이, 상술한 변형예 2의 구성(도 18 참조)에 있어서, 리시버(18)를 기액 분리기로서 기능시켜 중간압 인젝션을 행할 수 있도록 하기 위하여 리시버(18)에 제1 후단측 인젝션관(18c)을 접속하도록 하여, 냉방 운전 시에는 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션을 행하고, 난방 운전 시에는 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션을 행하는 것을 가능하게 함과 함께, 리시버(18)와 이용측 팽창 기구(5c) 사이에, 냉각기로서의 과냉각 열교환기(96) 및 제2 흡입 복귀관(95)을 설치한 냉매 회로(310)로 하고 있다.

여기서, 제2 흡입 복귀관(95)은, 방열기로서의 열원측 열교환기(4)로부터 증발기로서의 이용측 열교환기(6)로 보내어지는 냉매를 분기하여 압축 기구(2)의 흡입측(즉, 흡입관(2a))으로 복귀시키는 냉매관이다. 본 변형예에 있어서, 제2 흡입 복귀관(95)은, 리시버(18)로부터 이용측 팽창 기구(5c)로 보내어지는 냉매를 분기하도록 설치되어 있다. 보다 구체적으로는, 제2 흡입 복귀관(95)은, 과냉각 열교환기(96)의 상류측의 위치(즉, 리시버(18)와 과냉각 열교환기(96) 사이)로부터 냉매를 분기하여 흡입관(2a)으로 복귀시키도록 설치되어 있다. 이 제2 흡입 복귀관(95)에는, 개방도 제어가 가능한 제2 흡입 복귀 밸브(95a)가 설치되어 있다. 제2 흡입 복귀 밸브(95a)는, 본 변형예에 있어서, 전동 팽창 밸브이다.

또한, 과냉각 열교환기(96)는, 방열기로서의 열원측 열교환기(4)로부터 증발기로서의 이용측 열교환기(6)로 보내어지는 냉매와 제2 흡입 복귀관(95)을 흐르는 냉매(보다 구체적으로는, 제2 흡입 복귀 밸브(95a)에 있어서 저압 부근까지 감압된 후의 냉매)의 열교환을 행하는 열교환기이다. 본 변형예에 있어서, 과냉각 열교환기(96)는, 이용측 팽창 기구(5c)의 상류측의 위치(즉, 제2 흡입 복귀관(95)이 분기되는 위치와 이용측 팽창 기구(5c) 사이)를 흐르는 냉매와 제2 흡입 복귀관(95)을 흐르는 냉매의 열교환을 행하도록 설치되어 있다. 또한, 본 변형예에 있어서, 과냉각 열교환기(96)는, 제2 흡입 복귀관(95)이 분기되는 위치보다 하류측에 설치되어 있다. 이로 인해, 방열기로서의 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 냉매는, 냉각기로서의 에코노마이저 열교환기(20)를 통과한 후에, 제2 흡입 복귀관(95)으로 분기되어, 과냉각 열교환기(96)에 있어서, 제2 흡입 복귀관(95)을 흐르는 냉매와 열교환을 행하게 된다.

또한, 제1 후단측 인젝션관(18c)과 제1 흡입 복귀관(18f)은, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 리시버(18)측의 부분이 일체로 되어 있다. 또한, 제1 후단측 인젝션관(18c)과 제2 후단측 인젝션관(19)은, 중간 냉매관(8)측의 부분이 일체로 되어 있다. 또한, 제1 흡입 복귀관(18f)과 제2 흡입 복귀관(95)은, 압축 기구(2)의 흡입측의 부분이 일체로 되어 있다. 또한, 본 변형예에 있어서, 이용측 팽창 기구(5c)는, 전동 팽창 밸브이다. 또한, 본 변형예에서는, 상술한 바와 같이, 제2 후단측 인젝션관(19) 및 에코노마이저 열교환기(20)를 냉방 운전 시에 사용하고, 제1 후단측 인젝션관(18c)을 난방 운전 시에 사용하도록 하고 있는 점에서, 에코노마이저 열교환기(20)에의 냉매의 유통 방향을 냉방 운전 및 난방 운전을 막론하고 일정하게 할 필요가 없기 때문에, 브리지 회로(17)를 생략하여, 냉매 회로(310)의 구성을 간단화하고 있다.

또한, 과냉각 열교환기(96)의 제2 흡입 복귀관(95)측의 출구에는 과냉각 열교환기(96)의 제2 흡입 복귀관(95)측의 출구에 있어서의 냉매의 온도를 검출하는 과냉각 열교환 출구 온도 센서(59)가 설치되어 있다.

이어서, 본 변형예의 공기 조화 장치(1)의 동작에 대하여 도 3, 도 4, 도 16, 도 17, 도 28 내지 도 37을 사용하여 설명한다. 여기서, 도 29는, 냉방 운전 시에 있어서의 공기 조화 장치(1) 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이며, 도 30은, 냉방 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이며, 도 31은, 냉방 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이며, 도 32는, 난방 운전 시에 있어서의 공기 조화 장치(1) 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이며, 도 33은, 제상 운전의 개시 시에 있어서의 공기 조화 장치(1) 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이며, 도 34는, 중간 열교환기(7)의 제상이 완료된 후의 제상 운전에 있어서의 공기 조화 장치(1) 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이며, 도 35는, 중간 열교환기(7)의 제상 및 축열의 이용이 완료된 후의 제상 운전에 있어서의 공기 조화 장치(1) 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이며, 도 36은, 제상 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이며, 도 37은, 제상 운전 시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이다. 또한, 이하의 냉방 운전, 난방 운전 및 제상 운전에 있어서의 운전 제어는, 상술한 실시 형태에 있어서의 제어부(도시하지 않음)에 의해 행해진다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 「고압」이란, 냉동 사이클에 있어서의 고압(즉, 도 30, 31, 16, 17, 36, 37의 점 D, D', E, H, I, R에 있어서의 압력이나 도 3, 4의 점 D, D', E에 있어서의 압력)을 의미하고, 「저압」이란, 냉동 사이클에 있어서의 저압(즉, 도 30, 31, 16, 17, 36, 37의 점 A, F, S, U, W에 있어서의 압력이나 도 3, 4의 점 A, F에 있어서의 압력)을 의미하고, 「중간압」이란, 냉동 사이클에 있어서의 중간압(즉, 도 30, 31, 16, 17, 36, 37의 점 B, C, C', G, G', J, K, 도 3, 4의 점 B, C, C', G, G', I, L, M에 있어서의 압력)을 의미하고 있다.

<냉방 운전>

냉방 운전 시에는 전환 기구(3)가 도 28 및 도 29의 실선으로 나타내는 냉각 운전 상태로 된다. 또한, 제1 팽창 기구(5a) 및 제2 팽창 기구(5b)는, 개방도가 조절된다. 그리고 전환 기구(3)가 냉각 운전 상태로 되기 때문에 중간 냉매관(8)의 중간 열교환기 개폐 밸브(12)가 개방되고, 그리고 중간 열교환기 바이패스관(9)의 중간 열교환기 바이패스 개폐 밸브(11)가 폐쇄됨으로써, 중간 열교환기(7)가 냉각기로서 기능하는 상태로 된다. 또한, 전환 기구(3)를 냉각 운전 상태로 하고 있을 때에는 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션을 행하지 않고, 제2 후단측 인젝션관(19)을 통과하여 에코노마이저 열교환기(20)에 있어서 가열된 냉매를 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키는 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션을 행하도록 하고 있다. 보다 구체적으로는, 제1 후단측 인젝션 개폐 밸브(18d)는 폐쇄 상태로 되고, 제2 후단측 인젝션 밸브(19a)는, 상술한 변형예 2와 마찬가지의 개방도 조절이 이루어진다. 또한, 전환 기구(3)를 냉각 운전 상태로 하고 있을 때에는 과냉각 열교환기(96)를 사용하기 위하여 제2 흡입 복귀 밸브(95a)에 대해서도, 개방도가 조절된다. 보다 구체적으로는, 본 변형예에 있어서, 제2 흡입 복귀 밸브(95a)는, 과냉각 열교환기(96)의 제2 흡입 복귀관(95)측의 출구에 있어서의 냉매의 과열도가 목표값이 되도록 개방도가 조절되는, 소위 과열도 제어가 이루어지도록 되어 있다. 본 변형예에 있어서, 과냉각 열교환기(96)의 제2 흡입 복귀관(95)측의 출구에 있어서의 냉매의 과열도는, 흡입 압력 센서(60)에 의해 검출되는 저압을 포화 온도로 환산하고, 과냉각 열교환 출구 온도 센서(59)에 의해 검출되는 냉매 온도로부터 이 냉매의 포화 온도값을 차감함으로써 얻어진다. 또한, 본 변형예에서는 채용하고 있지 않지만, 과냉각 열교환기(96)의 제2 흡입 복귀관(95)측의 입구에 온도 센서를 설치하고, 이 온도 센서에 의해 검출되는 냉매 온도를 과냉각 열교환 출구 온도 센서(59)에 의해 검출되는 냉매 온도로부터 차감함으로써, 과냉각 열교환기(96)의 제2 흡입 복귀관(95)측의 출구에 있어서의 냉매의 과열도를 얻도록 해도 좋다. 또한, 제2 흡입 복귀 밸브(95a)의 개방도 조절은, 과열도 제어에 한정되는 것이 아니고, 예를 들어, 냉매 회로(310)에 있어서의 냉매 순환량 등에 따라 소정 개방도만큼 개방하도록 하는 것이어도 된다.

이 냉매 회로(310)의 상태에 있어서, 저압의 냉매(도 28 내지 도 31의 점 A 참조)는, 흡입관(2a)으로부터 압축 기구(2)에 흡입되어, 우선, 압축 요소(2c)에 의해 중간압까지 압축된 후에, 중간 냉매관(8)에 토출된다(도 28 내지 도 31의 점 A 참조). 이 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매는, 중간 열교환기(7)에 있어서, 열원측 팬(40)에 의해 공급되는 냉각원으로서의 공기와 열교환을 행함으로써 냉각된다(도 28 내지 도 31의 점 C 참조). 이 중간 열교환기(7)에 있어서 냉각된 냉매는, 제2 후단측 인젝션관(19)으로부터 후단측의 압축 기구(2d)로 복귀되는 냉매(도 28 내지 도 31의 점 K 참조)와 합류함으로써 재차 냉각된다(도 28 내지 도 31의 점 G 참조). 이어서, 제2 후단측 인젝션관(19)으로부터 복귀되는 냉매와 합류한(즉, 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션이 행해진) 중간압의 냉매는, 압축 요소(2c)의 후단측에 접속된 압축 요소(2d)에 흡입되어 재차 압축되고, 압축 기구(2)로부터 토출관(2b)으로 토출된다(도 28 내지 도 31의 점 D 참조). 여기서, 압축 기구(2)로부터 토출된 고압의 냉매는, 압축 요소(2c, 2d)에 의한 2단 압축 동작에 의해, 임계 압력(즉, 도 30에 도시된 임계점(CP)에 있어서의 임계 압력(Pcp))을 초과하는 압력까지 압축되어 있다. 그리고 이 압축 기구(2)로부터 토출된 고압의 냉매는, 오일 분리 기구(41)를 구성하는 오일 분리기(41a)에 유입되어, 동반하는 냉동기유가 분리된다. 또한, 오일 분리기(41a)에 있어서 고압의 냉매로부터 분리된 냉동기유는, 오일 분리 기구(41)를 구성하는 오일 복귀관(41b)에 유입되어, 오일 복귀관(41b)에 설치된 감압 기구(41c)에 의해 감압된 후에 압축 기구(2)의 흡입관(2a)으로 복귀되어, 다시 압축 기구(2)에 흡입된다. 이어서, 오일 분리 기구(41)에 있어서 냉동기유가 분리된 후의 고압의 냉매는, 역지 기구(42) 및 전환 기구(3)를 통과하여 냉매의 방열기로서 기능하는 열원측 열교환기(4)로 보내어진다. 그리고 열원측 열교환기(4)로 보내어진 고압의 냉매는, 열원측 열교환기(4)에 있어서, 열원측 팬(40)에 의해 공급되는 냉각원으로서의 공기와 열교환을 행하여 냉각된다(도 28 내지 도 31의 점 E 참조). 그리고 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 고압의 냉매는, 그 일부가 제2 후단측 인젝션관(19)으로 분기된다. 그리고 제2 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매는, 제2 후단측 인젝션 밸브(19a)에 있어서 중간압 부근까지 감압된 후에, 에코노마이저 열교환기(20)로 보내어진다(도 28 내지 도 31의 점 J 참조). 또한, 제2 후단측 인젝션관(19)으로 분기된 후의 냉매는, 에코노마이저 열교환기(20)에 유입되어, 제2 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매와 열교환을 행하여 냉각된다(도 28 내지 도 31의 점 H 참조). 한편, 제2 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매는, 방열기로서의 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 고압의 냉매와 열교환을 행하여 가열되어(도 28 내지 도 31의 점 K 참조), 상술한 바와 같이, 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매에 합류하게 된다. 그리고 에코노마이저 열교환기(20)에 있어서 냉각된 고압의 냉매는, 제1 팽창 기구(5a)에 의해 포화 압력 부근까지 감압되어 리시버(18) 내에 일시적으로 저류된다(도 28 내지 도 31의 점 I 참조). 그리고 리시버(18) 내에 저류된 냉매는, 그 일부가 제2 흡입 복귀관(95)으로 분기된다. 그리고 제2 흡입 복귀관(95)을 흐르는 냉매는, 제2 흡입 복귀 밸브(95a)에 있어서 저압 부근까지 감압된 후에, 과냉각 열교환기(96)로 보내어진다(도 28 내지 도 31의 점 S 참조). 또한, 제2 흡입 복귀관(95)으로 분기된 후의 냉매는, 과냉각 열교환기(96)에 유입되어, 제2 흡입 복귀관(95)을 흐르는 냉매와 열교환을 행하여 재차 냉각된다(도 28 내지 도 31의 점 R 참조). 한편, 제2 흡입 복귀관(95)을 흐르는 냉매는, 에코노마이저 열교환기(20)에 있어서 냉각된 고압의 냉매와 열교환을 행하여 가열되어(도 28 내지 도 31의 점 U 참조), 압축 기구(2)의 흡입측(여기서는, 흡입관(2a))을 흐르는 냉매에 합류하게 된다. 이 과냉각 열교환기(96)에 있어서 냉각된 냉매는, 이용측 팽창 기구(5c)에 보내어져, 이용측 팽창 기구(5c)에 의해 감압되어 저압의 기액 2상 상태의 냉매가 되어, 냉매의 증발기로서 기능하는 이용측 열교환기(6)로 보내어진다(도 28 내지 도 31의 점 F 참조). 그리고 이용측 열교환기(6)로 보내어진 저압의 기액 2상 상태의 냉매는, 가열원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행하여 가열되어, 증발하게 된다(도 28 내지 도 31의 점 W 참조). 그리고 이 이용측 열교환기(6)에 있어서 가열된 저압의 냉매는, 전환 기구(3)를 경유하여, 다시 압축 기구(2)에 흡입된다(도 28 내지 도 31의 점 A 참조). 이와 같이 하여, 냉방 운전이 행해진다.

이와 같이, 본 변형예의 공기 조화 장치(1)에서는, 상술한 변형예 2에 있어서의 냉방 운전과 마찬가지로, 중간 열교환기(7)를 냉각기로서 기능시키는 것 외에, 제2 후단측 인젝션관(19) 및 에코노마이저 열교환기(20)를 설치하여 열원측 열교환기(4)에 있어서 방열된 냉매를 분기하여 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키도록 하고 있기 때문에, 상술한 변형예 2와 마찬가지로, 외부로의 방열을 행하지 않아, 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매의 온도를 더 낮게 억제할 수 있다. 이에 의해, 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매의 온도가 낮게 억제되어, 제2 후단측 인젝션관(19) 및 에코노마이저 열교환기(20)를 설치하지 않은 경우에 비하여, 방열 손실을 더 작게 할 수 있는 점에서, 압축 기구(2)의 소비 동력을 더 저감시켜, 운전 효율을 한층 향상시킬 수 있다.

게다가, 본 변형예에서는, 리시버(18)로부터 이용측 팽창 기구(5c)로 보내어지는 냉매(도 28 내지 도 31의 점 I 참조)를 과냉각 열교환기(96)에 의해 과냉각 상태까지 냉각할 수 있기 때문에(도 30, 도 31의 점 R 참조), 각 이용측 팽창 기구(5c)에의 분배 시에 편류를 발생시킬 우려를 적게 할 수 있다.

<난방 운전>

난방 운전 시에는 전환 기구(3)가 도 28 및 도 32의 파선으로 나타내는 가열 운전 상태로 된다. 또한, 제1 팽창 기구(5a) 및 제2 팽창 기구(5b)는, 개방도가 조절된다. 그리고 전환 기구(3)가 가열 운전 상태로 되기 때문에 중간 냉매관(8)의 중간 열교환기 개폐 밸브(12)가 폐쇄되고, 그리고 중간 열교환기 바이패스관(9)의 중간 열교환기 바이패스 개폐 밸브(11)가 개방됨으로써, 중간 열교환기(7)가 냉각기로서 기능하지 않는 상태로 된다. 또한, 전환 기구(3)를 가열 운전 상태로 하고 있을 때에는 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션을 행하지 않고, 제1 후단측 인젝션관(18c)을 통과하여 기액 분리기로서의 리시버(18)로부터 냉매를 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키는 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션을 행하도록 하고 있다. 보다 구체적으로는, 제1 후단측 인젝션 개폐 밸브(18d)가 개방 상태로 되고, 제2 후단측 인젝션 밸브(19a)가 완전 폐쇄 상태로 된다. 또한, 전환 기구(3)를 가열 운전 상태로 하고 있을 때에는 과냉각 열교환기(96)를 사용하지 않기 때문에, 제2 흡입 복귀 밸브(95a)에 대해서도 완전 폐쇄 상태로 된다.

이 냉매 회로(310)의 상태에 있어서, 저압의 냉매(도 28, 도 32, 도 3, 도 4의 점 A 참조)는, 흡입관(2a)으로부터 압축 기구(2)에 흡입되어, 우선, 압축 요소(2c)에 의해 중간압까지 압축된 후에, 중간 냉매관(8)에 토출된다(도 28, 도 32, 도 3, 도 4의 점 B 참조). 이 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매는, 상술한 변형예 2에 있어서의 난방 운전 시와 마찬가지로, 중간 열교환기(7)를 통과하지 않고(즉, 냉각되지 않고), 중간 열교환기 바이패스관(9)을 통과한다(도 28, 도 32의 점 C' 참조). 이 중간 열교환기(7)에 의해 냉각되지 않고 중간 열교환기 바이패스관(9)을 통과한 중간압의 냉매는, 냉방 운전 시와는 달리, 리시버(18)로부터 제1 후단측 인젝션관(18c)을 통과하여 후단측의 압축 기구(2d)로 복귀되는 냉매(도 28, 도 32, 도 3, 도 4의의 점 M 참조)와 합류함으로써 냉각된다(도 28, 도 32, 도 3, 도 4의 점 G 참조). 이어서, 제1 후단측 인젝션관(18c)으로부터 복귀되는 냉매와 합류한(즉, 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션이 행해진) 중간압의 냉매는, 압축 요소(2c)의 후단측에 접속된 압축 요소(2d)에 흡입되어 재차 압축되고, 압축 기구(2)로부터 토출관(2b)으로 토출된다(도 28, 도 32, 도 3, 도 4의 점 D 참조). 여기서, 압축 기구(2)로부터 토출된 고압의 냉매는, 냉방 운전 시와 마찬가지로, 압축 요소(2c, 2d)에 의한 2단 압축 동작에 의해, 임계 압력(즉, 도 3에 도시되는 임계점(CP)에 있어서의 임계 압력(Pcp))을 초과하는 압력까지 압축되어 있다. 그리고 이 압축 기구(2)로부터 토출된 고압의 냉매는, 오일 분리 기구(41)를 구성하는 오일 분리기(41a)에 유입되어, 동반하는 냉동기유가 분리된다. 또한, 오일 분리기(41a)에 있어서 고압의 냉매로부터 분리된 냉동기유는, 오일 분리 기구(41)를 구성하는 오일 복귀관(41b)에 유입되어, 오일 복귀관(41b)에 설치된 감압 기구(41c)에 의해 감압된 후에 압축 기구(2)의 흡입관(2a)으로 복귀되어, 다시 압축 기구(2)에 흡입된다. 이어서, 오일 분리 기구(41)에 있어서 냉동기유가 분리된 후의 고압의 냉매는, 역지 기구(42) 및 전환 기구(3)를 통과하여 냉매의 방열기로서 기능하는 이용측 열교환기(6)에 보내어져, 냉각원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행하여 냉각된다(도 28, 도 32의 점 F 및 도 3, 도 4의 점 E를 점 F로 재판독하여 참조). 그리고 이용측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 고압의 냉매는, 이용측 팽창 기구(5c)에 의해 중간압 부근까지 감압된 후에, 리시버(18) 내에 일시적으로 저류됨과 함께 기액 분리가 행해진다(도 28, 도 32, 도 3, 도 4의 점 I, L, M 참조). 그리고 리시버(18)에 있어서 기액 분리된 가스 냉매는, 제1 후단측 인젝션관(18c)에 의해 리시버(18)의 상부로부터 뽑아내어져, 상술한 바와 같이, 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매에 합류하게 된다. 그리고 리시버(18) 내에 저류된 액냉매는, 제1 팽창 기구(5a)에 의해 감압되어 저압의 기액 2상 상태의 냉매가 되어, 냉매의 증발기로서 기능하는 열원측 열교환기(4)로 보내어진다(도 28, 도 32의 점 E 및 도 3, 도 4의 점 F를 점 E로 재판독하여 참조). 그리고 열원측 열교환기(4)로 보내어진 저압의 기액 2상 상태의 냉매는, 열원측 열교환기(4)에 있어서, 열원측 팬(40)에 의해 공급되는 가열원으로서의 공기와 열교환을 행하여 가열되어, 증발하게 된다(도 28, 도 32, 도 3, 도 4의 점 A 참조). 그리고 이 열원측 열교환기(4)에 있어서 가열되어 증발한 저압의 냉매는, 전환 기구(3)를 경유하여, 다시 압축 기구(2)에 흡입된다. 이와 같이 하여, 난방 운전이 행해진다.

이와 같이, 본 변형예의 공기 조화 장치(1)에서는, 상술한 변형예 2에 있어서의 난방 운전과 마찬가지로, 중간 열교환기(7)를 냉각기로서 기능하지 않는 상태로 함과 함께, 상술한 실시 형태에 있어서의 난방 운전과 마찬가지로, 제1 후단측 인젝션관(18c)을 설치하여 이용측 열교환기(4)에 있어서 방열된 냉매를 분기하여 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키도록 하고 있기 때문에, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 외부로의 방열을 행하지 않아, 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매의 온도를 낮게 억제할 수 있다. 이에 의해, 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매의 온도가 낮아져 이용측 열교환기(6)에 있어서의 냉매의 단위 유량당 가열 능력은 작아지기는 하지만, 후단측의 압축 요소(2d)로부터 토출되는 냉매의 유량은 증가하는 점에서, 이용측 열교환기(6)에 있어서의 가열 능력의 저하가 억제되게 되고, 그 결과, 압축 기구(2)의 소비 동력을 저감시켜, 운전 효율을 향상시킬 수 있다.

<제상 운전>

본 변형예에서는, 제2 흡입 복귀관(95) 및 과냉각 열교환기(96)를 설치하고, 냉방 운전 시에 리시버(18)로부터 이용측 팽창 기구(5c)로 보내어지는 냉매를 과냉각 상태까지 냉각할 수 있도록 하고 있다. 이로 인해, 도 6에 도시된 스텝 S2에 있어서, 과냉각 열교환기(96)를 사용하는 상태로 하고 있으면, 리시버(18)로부터 이용측 열교환기(6)로 보내어지는 냉매의 일부가, 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등을 통과하지 않고, 제2 흡입 복귀관(95)을 통과하여 압축 기구(2)로 복귀되게 되어, 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등의 축열의 이용이라는 관점에서 바람직하지 않다.

따라서, 본 변형예에서는, 도 6에 도시된 스텝 S2에 있어서, 중간압 인젝션을 사용하지 않은 상태로 하여(여기에서는, 제1 후단측 인젝션관(18c) 및 제2 후단측 인젝션관(19)을 통과하여 후단측의 압축 요소(2d)로 냉매가 복귀되지 않도록 하면서), 상술한 냉방 운전 시와 마찬가지로, 중간 열교환기 개폐 밸브(12)를 개방하고, 또한, 중간 열교환기 바이패스 개폐 밸브(11)를 폐쇄함으로써 중간 열교환기(7)를 냉각기로서 기능시키는 상태로 하여 전환 기구(3)를 가열 운전 상태로부터 냉각 운전 상태로 전환함과 함께, 과냉각 열교환기(96)도 사용하지 않은 상태로 하도록 하여(즉, 제2 흡입 복귀 밸브(95a)를 폐지하고, 제2 흡입 복귀관(95)을 통과하여 후단측의 압축 요소(2d)로 냉매가 복귀되지 않도록 하여), 역사이클 제상 운전을 행하도록 하고 있다(도 33, 도 34 및 도 36, 도 37의 실선으로 나타낸 냉동 사이클 참조).

이에 의해, 냉매 회로(310)에 있어서, 제2 흡입 복귀관(95) 및 과냉각 열교환기(96)가, 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등에 축적된 열의 이용을 방해해 버리는 일이 없게 된다.

또한, 본 변형예에서는, 냉방 운전과 난방 운전에 있어서의 특질을 고려하여, 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션과 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션을 구분지어 사용하도록 하고 있다. 이로 인해, 도 6에 도시된 스텝 S5에 있어서, 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션과 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션 중 어느 하나를 사용하는 것도 가능하다.

따라서, 본 변형예에서는, 제2 후단측 인젝션 밸브(19a)의 개방도 제어가 가능한 것을 고려하여, 상술한 변형예 1, 2와 마찬가지로, 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션을 사용하는 상태로 하여(즉, 제2 후단측 인젝션관(19)을 통과하여 후단측의 압축 요소(2d)로 냉매가 복귀되도록 하여), 이용측 열교환기(6)를 흐르는 냉매의 유량을 더 저감시키면서, 열원측 열교환기(4)를 흐르는 냉매의 유량을 더 늘리도록 하고 있다(도 35 및 도 36, 도 37의 파선으로 나타내는 냉동 사이클 참조). 게다가, 본 변형예에서는, 상술한 바와 같이, 과냉각 열교환기(96)를 사용하는 상태로 함으로써, 리시버(18)로부터 이용측 열교환기(6)로 보내어지는 냉매의 일부를, 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등을 통과하지 않고, 제2 흡입 복귀관(95)을 통과하여 압축 기구(2)로 복귀시킬 수 있기 때문에 이것을 이용하여, 도 6에 도시된 스텝 S5에 있어서, 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션을 사용하는 상태로 함과 함께, 과냉각 열교환기(96)를 사용하는 상태로 하고 또한 이용측 열교환기(6)를 흐르는 냉매의 유량을 저감시켜, 이용측의 온도 저하를 더욱 억제하도록 하고 있다(도 35 및 도 36, 도 37의 파선으로 나타내는 냉동 사이클 참조).

이와 같이, 본 변형예에서는, 상술한 변형예 2의 제상 운전과 마찬가지의 효과를 얻음과 함께, 제2 흡입 복귀관(95) 및 과냉각 열교환기(96)의 사용 상태와 사용하지 않은 상태를 적절하게 절환함으로써, 이용측 열교환기(6)와 전환 기구(3) 사이의 냉매관(1d) 등의 축열의 이용을 촉진하거나, 이용측의 온도 저하를 억제할 수 있고, 또한, 제2 후단측 인젝션 밸브(19a)의 개방도 제어가 가능한 것을 고려하여, 중간압 인젝션을 사용하는 상태에서 역사이클 제상 운전을 행할 때에는 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션을 사용하는 상태로 하도록 하여, 이용측의 온도 저하를 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 본 변형예에 있어서의 제상 운전의 다른 스텝 S1, S3, S4, S6, S7은, 상술한 변형예 2에 있어서의 제상 운전과 마찬가지이기 때문에, 여기서는 설명을 생략한다.

(6) 변형예 4

상술한 실시 형태 및 그 변형예에서는, 1대의 일축 2단 압축 구조의 압축기(21)에 의해, 2개의 압축 요소(2c, 2d) 중 전단측의 압축 요소로부터 토출된 냉매를 후단측의 압축 요소로 순차적으로 압축하는 2단 압축식의 압축 기구(2)가 구성되어 있지만, 3단 압축식 등과 같은 2단 압축식보다 다단의 압축 기구를 채용해도 좋고, 또한, 단일 압축 요소가 포함된 압축기 및／또는 복수의 압축 요소가 포함된 압축기를 복수대 직렬로 접속함으로써 다단의 압축 기구를 구성해도 좋다. 또한, 이용측 열교환기(6)가 다수 접속되는 경우 등과 같이, 압축 기구의 능력을 크게 할 필요가 있는 경우에는 다단 압축식의 압축 기구를 2계통 이상 병렬로 접속한 병렬 다단 압축식의 압축 기구를 채용해도 좋다.

예를 들어, 도 38 나타낸 바와 같이, 상술한 변형예 3에 있어서의 냉매 회로(310)(도 28 참조)에 있어서, 2단 압축식의 압축 기구(2) 대신에, 2단 압축식의 압축 기구(103, 104)를 병렬로 접속한 압축 기구(102)를 채용한 냉매 회로(410)로 해도 좋다.

여기서, 제1 압축 기구(103)는, 본 변형예에 있어서, 2개의 압축 요소(103c, 103d)에 의해 냉매를 2단 압축하는 압축기(29)로 구성되어 있고, 압축 기구(102)의 흡입 모관(102a)으로부터 분기된 제1 흡입 지관(103a) 및 압축 기구(102)의 토출 모관(102b)에 합류하는 제1 토출 지관(103b)에 접속되어 있다. 제2 압축 기구(104)는, 본 변형예에 있어서, 2개의 압축 요소(104c, 104d)에 의해 냉매를 2단 압축하는 압축기(30)로 구성되어 있고, 압축 기구(102)의 흡입 모관(102a)으로부터 분기된 제2 흡입 지관(104a) 및 압축 기구(102)의 토출 모관(102b)에 합류하는 제2 토출 지관(104b)에 접속되어 있다. 또한, 압축기(29, 30)는, 상술한 실시 형태 및 그 변형예에 있어서의 압축기(21)와 마찬가지의 구성이기 때문에, 압축 요소(103c, 103d, 104c, 104d)를 제외한 각 부를 나타내는 부호를 각각 29번대나 30번대로 치환하기로 하고 여기에서는, 설명을 생략한다. 그리고 압축기(29)는, 제1 흡입 지관(103a)으로부터 냉매를 흡입하고, 이 흡입된 냉매를 압축 요소(103c)에 의해 압축한 후에 중간 냉매관(8)을 구성하는 제1 입구측 중간 지관(81)에 토출하고, 제1 입구측 중간 지관(81)에 토출된 냉매를 중간 냉매관(8)을 구성하는 중간 모관(82) 및 제1 출구측 중간 지관(83)을 통과하여 압축 요소(103d)에 흡입시켜 냉매를 재차 압축한 후에 제1 토출 지관(103b)에 토출하도록 구성되어 있다. 압축기(30)는, 제2 흡입 지관(104a)으로부터 냉매를 흡입하고, 이 흡입된 냉매를 압축 요소(104c)에 의해 압축한 후에 중간 냉매관(8)을 구성하는 제2 입구측 중간 지관(84)에 토출하고, 제2 입구측 중간 지관(84)에 토출된 냉매를 중간 냉매관(8)을 구성하는 중간 모관(82) 및 제2 출구측 중간 지관(85)을 통과하여 압축 요소(104d)에 흡입시켜 냉매를 재차 압축한 후에 제2 토출 지관(104b)에 토출하도록 구성되어 있다. 중간 냉매관(8)은, 본 변형예에 있어서, 압축 요소(103d, 104d)의 전단측에 접속된 압축 요소(103c, 104c)로부터 토출된 냉매를, 압축 요소(103c, 104c)의 후단측에 접속된 압축 요소(103d, 104d)에 흡입시키기 위한 냉매관이며, 주로 제1 압축 기구(103)의 전단측의 압축 요소(103c)의 토출측에 접속되는 제1 입구측 중간 지관(81)과, 제2 압축 기구(104)의 전단측의 압축 요소(104c)의 토출측에 접속되는 제2 입구측 중간 지관(84)과, 양 입구측 중간 지관(81, 84)이 합류하는 중간 모관(82)과, 중간 모관(82)으로부터 분기되어 제1 압축 기구(103)의 후단측의 압축 요소(103d)의 흡입측에 접속되는 제1 출구측 중간 지관(83)과, 중간 모관(82)으로부터 분기되어 제2 압축 기구(104)의 후단측의 압축 요소(104d)의 흡입측에 접속되는 제2 출구측 중간 지관(85)을 갖고 있다. 또한, 토출 모관(102b)은, 압축 기구(102)로부터 토출된 냉매를 전환 기구(3)에 보내기 위한 냉매관이며, 토출 모관(102b)에 접속되는 제1 토출 지관(103b)에는 제1 오일 분리 기구(141)와 제1 역지 기구(142)가 설치되어 있고, 토출 모관(102b)에 접속되는 제2 토출 지관(104b)에는 제2 오일 분리 기구(143)와 제2 역지 기구(144)가 설치되어 있다. 제1 오일 분리 기구(141)는, 제1 압축 기구(103)로부터 토출되는 냉매에 동반하는 냉동기유를 냉매로부터 분리하여 압축 기구(102)의 흡입측으로 복귀시키는 기구이며, 주로 제1 압축 기구(103)로부터 토출되는 냉매에 동반하는 냉동기유를 냉매로부터 분리하는 제1 오일 분리기(141a)와, 제1 오일 분리기(141a)에 접속되어 있고 냉매로부터 분리된 냉동기유를 압축 기구(102)의 흡입측으로 복귀시키는 제1 오일 복귀관(141b)을 갖고 있다. 제2 오일 분리 기구(143)는, 제2 압축 기구(104)로부터 토출되는 냉매에 동반하는 냉동기유를 냉매로부터 분리하여 압축 기구(102)의 흡입측으로 복귀시키는 기구이며, 주로 제2 압축 기구(104)로부터 토출되는 냉매에 동반하는 냉동기유를 냉매로부터 분리하는 제2 오일 분리기(143a)와, 제2 오일 분리기(143a)에 접속되어 있고 냉매로부터 분리된 냉동기유를 압축 기구(102)의 흡입측으로 복귀시키는 제2 오일 복귀관(143b)을 갖고 있다. 본 변형예에 있어서, 제1 오일 복귀관(141b)은, 제2 흡입 지관(104a)에 접속되어 있고, 제2 오일 복귀관(143c)은, 제1 흡입 지관(103a)에 접속되어 있다. 이로 인해, 제1 압축 기구(103) 내에 저류된 냉동기유의 양과 제2 압축 기구(104) 내에 저류된 냉동기유의 양 사이에 편중에 기인하여 제1 압축 기구(103)로부터 토출되는 냉매에 동반하는 냉동기유의 양과 제2 압축 기구(104)로부터 토출되는 냉매에 동반하는 냉동기유의 양 사이에 편중이 발생한 경우에도 압축 기구(103, 104) 중 냉동기유의 양이 적은 쪽으로 냉동기유가 많이 복귀되게 되어, 제1 압축 기구(103) 내에 저류된 냉동기유의 양과 제2 압축 기구(104) 내에 저류된 냉동기유의 양 사이의 편중이 해소되도록 되어 있다. 또한, 본 변형예에 있어서, 제1 흡입 지관(103a)은, 제2 오일 복귀관(143b)과의 합류부부터 흡입 모관(102a)과의 합류부까지 사이의 부분이, 흡입 모관(102a)와의 합류부를 향하여 내리막 구배가 되도록 구성되어 있고, 제2 흡입 지관(104a)은, 제1 오일 복귀관(141b)과의 합류부부터 흡입 모관(102a)과의 합류부까지 사이의 부분이, 흡입 모관(102a)과의 합류부를 향하여 내리막 구배가 되도록 구성되어 있다. 이로 인해, 압축 기구(103, 104) 중 어느 한쪽이 정지 중이어도, 운전 중인 압축 기구에 대응하는 오일 복귀관으로부터 정지 중인 압축 기구에 대응하는 흡입 지관으로 복귀되는 냉동기유는, 흡입 모관(102a)으로 복귀되게 되어, 운전 중인 압축 기구의 오일이 떨어지는 경우가 발생하기 어렵게 되어 있다. 오일 복귀관(141b, 143b)에는, 오일 복귀관(141b, 143b)을 흐르는 냉동기유를 감압하는 감압 기구(141c, 143c)가 설치되어 있다. 역지 기구(142, 144)는, 압축 기구(103, 104)의 토출측으로부터 전환 기구(3)로의 냉매의 흐름을 허용하고, 또한, 전환 기구(3)로부터 압축 기구(103, 104)의 토출측으로의 냉매의 흐름을 차단하기 위한 기구이다.

이와 같이, 압축 기구(102)는, 본 변형예에 있어서, 2개의 압축 요소(103c, 103d)를 가짐과 함께 이들의 압축 요소(103c, 103d) 중 전단측의 압축 요소로부터 토출된 냉매를 후단측의 압축 요소로 순차적으로 압축하도록 구성된 제1 압축 기구(103)와, 2개의 압축 요소(104c, 104d)를 가짐과 함께 이들의 압축 요소(104c, 104d) 중 전단측의 압축 요소로부터 토출된 냉매를 후단측의 압축 요소로 순차적으로 압축하도록 구성된 제2 압축 기구(104)를 병렬로 접속한 구성으로 되어 있다.

또한, 중간 열교환기(7)는, 본 변형예에 있어서, 중간 냉매관(8)을 구성하는 중간 모관(82)에 설치되어 있고, 냉방 운전 시에는 제1 압축 기구(103)의 전단측의 압축 요소(103c)로부터 토출된 냉매와 제2 압축 기구(104)의 전단측의 압축 요소(104c)로부터 토출된 냉매가 합류한 것을 냉각하는 열교환기이다. 즉, 중간 열교환기(7)는, 냉방 운전 시에는 2개의 압축 기구(103, 104)에 공통된 냉각기로서 기능하는 것으로 되어 있다. 이로 인해, 다단 압축식의 압축 기구(103, 104)를 복수 계통 병렬로 접속한 병렬 다단 압축식의 압축 기구(102)에 대하여 중간 열교환기(7)를 설치할 때의 압축 기구(102) 주위의 회로 구성의 간소화가 도모되고 있다.

또한, 중간 냉매관(8)을 구성하는 제1 입구측 중간 지관(81)에는, 제1 압축 기구(103)의 전단측의 압축 요소(103c)의 토출측으로부터 중간 모관(82)측으로의 냉매의 흐름을 허용하고, 또한, 중간 모관(82)측으로부터 전단측의 압축 요소(103c)의 토출측으로의 냉매의 흐름을 차단하기 위한 역지 기구(81a)가 설치되어 있고, 중간 냉매관(8)을 구성하는 제2 입구측 중간 지관(84)에는 제2 압축 기구(103)의 전단측의 압축 요소(104c)의 토출측으로부터 중간 모관(82)측으로의 냉매의 흐름을 허용하고, 또한, 중간 모관(82)측으로부터 전단측의 압축 요소(104c)의 토출측으로의 냉매의 흐름을 차단하기 위한 역지 기구(84a)가 설치되어 있다. 본 변형예에 있어서는, 역지 기구(81a, 84a)로서 역지 밸브가 사용되고 있다. 이로 인해, 압축 기구(103, 104) 중 어느 한쪽이 정지 중이어도, 운전 중인 압축 기구의 전단측의 압축 요소로부터 토출된 냉매가 중간 냉매관(8)을 통과하여 정지 중인 압축 기구의 전단측의 압축 요소의 토출측에 도달하는 일이 발생하지 않기 때문에, 운전 중인 압축 기구의 전단측의 압축 요소로부터 토출된 냉매가, 정지 중인 압축 기구의 전단측의 압축 요소 내를 통과하여 압축 기구(102)의 흡입측으로 빠져서 정지 중인 압축 기구의 냉동기유가 유출되는 일이 발생하지 않게 되고, 이에 의해, 정지 중인 압축 기구를 기동할 때의 냉동기유의 부족이 발생하기 어렵게 되어 있다. 또한, 압축 기구(103, 104) 사이에 운전의 우선 순위를 설정하고 있는 경우(예를 들어, 제1 압축 기구(103)를 우선적으로 운전하는 압축 기구로 하는 경우)에는 상술한 정지 중인 압축 기구에 해당하는 일이 있는 것은, 제2 압축 기구(104)에 한정되게 되기 때문에, 이 경우에는 제2 압축 기구(104)에 대응하는 역지 기구(84a)만을 설치하도록 해도 좋다.

또한, 상술한 바와 같이, 제1 압축 기구(103)를 우선적으로 운전하는 압축 기구로 하는 경우에 있어서는, 중간 냉매관(8)이 압축 기구(103, 104)에 공통으로 설치되어 있기 때문에 운전 중인 제1 압축 기구(103)에 대응하는 전단측의 압축 요소(103c)로부터 토출된 냉매가 중간 냉매관(8)의 제2 출구측 중간 지관(85)을 통과하여 정지 중인 제2 압축 기구(104)의 후단측의 압축 요소(104d)의 흡입측에 도달하고, 이에 의해, 운전 중인 제1 압축 기구(103)의 전단측의 압축 요소(103c)로부터 토출된 냉매가, 정지 중인 제2 압축 기구(104)의 후단측의 압축 요소(104d) 내를 통과하여 압축 기구(102)의 토출측으로 빠져서 정지 중인 제2 압축 기구(104)의 냉동기유가 유출되어, 정지 중인 제2 압축 기구(104)를 기동할 때의 냉동기유의 부족이 발생할 우려가 있다. 따라서, 본 변형예에서는, 제2 출구측 중간 지관(85)에 개폐 밸브(85a)를 설치하여, 제2 압축 기구(104)가 정지 중인 경우에는 이 개폐 밸브(85a)에 의해 제2 출구측 중간 지관(85) 내의 냉매의 흐름을 차단하도록 하고 있다. 이에 의해, 운전 중인 제1 압축 기구(103)의 전단측의 압축 요소(103c)로부터 토출된 냉매가 중간 냉매관(8)의 제2 출구측 중간 지관(85)을 통과하여 정지 중인 제2 압축 기구(104)의 후단측의 압축 요소(104d)의 흡입측에 도달하지 않게 되기 때문에 운전 중인 제1 압축 기구(103)의 전단측의 압축 요소(103c)로부터 토출된 냉매가, 정지 중인 제2 압축 기구(104)의 후단측의 압축 요소(104d) 내를 통과하여 압축 기구(102)의 토출측으로 빠져서 정지 중인 제2 압축 기구(104)의 냉동기유가 유출되는 일이 발생하지 않게 되고, 이에 의해, 정지 중인 제2 압축 기구(104)를 기동할 때의 냉동기유의 부족이 더 발생하기 어렵게 되어 있다. 또한, 본 변형예에 있어서는, 개폐 밸브(85a)로서 전자 밸브가 사용되고 있다.

또한, 제1 압축 기구(103)를 우선적으로 운전하는 압축 기구로 하는 경우에 있어서는, 제1 압축 기구(103)의 기동에 이어 제2 압축 기구(104)를 기동하게 되지만, 이때, 중간 냉매관(8)이 압축 기구(103, 104)에 공통으로 설치되어 있기 때문에 제2 압축 기구(104)의 전단측의 압축 요소(103c)의 토출측의 압력 및 후단측의 압축 요소(103d)의 흡입측의 압력이, 전단측의 압축 요소(103c)의 흡입측의 압력 및 후단측의 압축 요소(103d)의 토출측의 압력보다 높아진 상태로부터 기동하게 되어, 안정적으로 제2 압축 기구(104)를 기동하는 것이 어렵다. 따라서, 본 변형예에서는, 제2 압축 기구(104)의 전단측의 압축 요소(104c)의 토출측과 후단측의 압축 요소(104d)의 흡입측을 접속하는 기동 바이패스관(86)을 설치함과 함께, 이 기동 바이패스관(86)에 개폐 밸브(86a)를 설치하여, 제2 압축 기구(104)가 정지 중인 경우에는 이 개폐 밸브(86a)에 의해 기동 바이패스관(86) 내의 냉매의 흐름을 차단하고, 또한, 개폐 밸브(85a)에 의해 제2 출구측 중간 지관(85) 내의 냉매의 흐름을 차단하도록 하고, 제2 압축 기구(104)를 기동할 때에 개폐 밸브(86a)에 의해 기동 바이패스관(86) 내에 냉매를 흘릴 수 있는 상태로 함으로써, 제2 압축 기구(104)의 전단측의 압축 요소(104c)로부터 토출되는 냉매를 제1 압축 기구(103)의 전단측의 압축 요소(103c)로부터 토출되는 냉매에 합류시키지 않고, 기동 바이패스관(86)을 통과하여 후단측의 압축 요소(104d)에 흡입시키도록 하고, 압축 기구(102)의 운전 상태가 안정된 시점(예를 들어, 압축 기구(102)의 흡입 압력, 토출 압력 및 중간 압력이 안정된 시점)에서, 개폐 밸브(85a)에 의해 제2 출구측 중간 지관(85) 내에 냉매를 흘릴 수 있는 상태로 하고, 또한, 개폐 밸브(86a)에 의해 기동 바이패스관(86) 내의 냉매의 흐름을 차단하여, 통상의 냉방 운전이나 난방 운전으로 이행할 수 있게 되어 있다. 또한, 본 변형예에 있어서, 기동 바이패스관(86)은, 그 일단부가 제2 출구측 중간 지관(85)의 개폐 밸브(85a)와 제2 압축 기구(104)의 후단측의 압축 요소(104d)의 흡입측 사이에 접속되고, 그 타단부가 제2 압축 기구(104)의 전단측의 압축 요소(104c)의 토출측과 제2 입구측 중간 지관(84)의 역지 기구(84a) 사이에 접속되어 있으며, 제2 압축 기구(104)를 기동할 때에 제1 압축 기구(103)의 중간압 부분의 영향을 받기 어려운 상태로 할 수 있게 되어 있다. 또한, 본 변형예에 있어서는, 개폐 밸브(86a)로서 전자 밸브가 사용되고 있다.

또한, 본 변형예의 공기 조화 장치(1)의 냉방 운전이나 난방 운전, 제상 운전의 동작은, 압축 기구(2) 대신에 설치된 압축 기구(102)에 의해, 압축 기구(102) 주위의 회로 구성이 약간 복잡화된 것에 의한 변경점을 제외하고는, 상술한 변형예 3에 있어서의 동작(도 3, 도 4, 도 16, 도 17, 도 28 내지 도 37 및 그 관련 기재)과 기본적으로 동일하기 때문에, 여기서는, 설명을 생략한다.

그리고 본 변형예의 구성에 있어서도, 상술한 변형예 3과 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.

(7) 다른 실시 형태

이상, 본 발명의 실시 형태 및 그 변형예에 대하여 도면에 기초하여 설명했지만, 구체적인 구성은, 이들 실시 형태 및 그 변형예에 한정되는 것이 아니고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 변경 가능하다.

예를 들어, 상술한 실시 형태 및 그 변형예에 있어서, 이용측 열교환기(6)를 흐르는 냉매와 열교환을 행하는 가열원 또는 냉각원으로서의 물이나 브라인을 사용함과 함께, 이용측 열교환기(6)에 있어서 열교환된 물이나 브라인과 실내 공기를 열교환시키는 2차 열교환기를 설치한, 소위, 칠러형의 공기 조화 장치에 본 발명을 적용해도 좋다.

또한, 상술한 칠러 타입의 공기 조화 장치의 다른 형식의 냉동 장치라도, 초임계 영역에서 작동하는 냉매를 냉매로서 사용하여 다단 압축식 냉동 사이클을 행하는 것이면, 본 발명을 적용 가능하다.

또한, 초임계 영역에서 작동하는 냉매로서는, 이산화탄소에 한정되지 않고, 에틸렌, 에탄이나 산화질소 등을 사용해도 좋다.

<산업상의 이용 가능성>

본 발명을 이용하면, 냉각 운전과 가열 운전을 전환 가능하게 구성된 냉매 회로를 갖고, 초임계 영역에서 작동하는 냉매를 사용하여 다단 압축식 냉동 사이클을 행하는 냉동 장치에 있어서, 역사이클 제상 운전을 행할 때에 이용측의 온도 저하를 억제하면서, 제상 능력의 향상을 도모할 수 있다.

1 : 공기 조화 장치(냉동 장치)
2, 102 : 압축 기구
3 : 전환 기구
4 : 열원측 열교환기
6 : 이용측 열교환기
18c : 제1 후단측 인젝션관
19 : 제2 후단측 인젝션관

Claims (5)

1. 초임계 영역에서 작동하는 냉매를 사용하는 냉동 장치이며,
   복수의 압축 요소를 가지며, 상기 복수의 압축 요소 중 전단측의 압축 요소로부터 토출된 냉매를 후단측의 압축 요소로 순차적으로 압축하도록 구성된 압축 기구(2, 102)와,
   공기를 열원으로 하는 열교환기이고, 냉매의 방열기 또는 증발기로서 기능하는 열원측 열교환기(4)와,
   냉매의 증발기 또는 방열기로서 기능하는 이용측 열교환기(6)와,
   상기 압축 기구, 상기 열원측 열교환기, 상기 이용측 열교환기의 순으로 냉매를 순환시키는 냉각 운전 상태와, 상기 압축 기구, 상기 이용측 열교환기, 상기 열원측 열교환기의 순으로 냉매를 순환시키는 가열 운전 상태를 전환하는 전환 기구(3)와,
   상기 열원측 열교환기 또는 상기 이용측 열교환기에 있어서 방열된 냉매를 분기하여 상기 후단측의 압축 요소로 복귀시키기 위한 후단측 인젝션관(18c, 19)을 구비하고,
   상기 전환 기구를 상기 냉각 운전 상태로 전환함으로써 상기 열원측 열교환기의 제상(除霜)을 행하는 역사이클 제상 운전의 적어도 초기에, 상기 후단측 인젝션관을 통과하여 상기 후단측의 압축 요소로 냉매가 복귀되지 않도록 하는 냉동 장치(1).
2. 제1항에 있어서, 상기 역사이클 제상 운전의 적어도 초기란, 상기 역사이클 제상 운전의 개시부터 상기 이용측 열교환기(6)와 상기 전환 기구(3) 사이의 냉매관의 배관 길이에 따라 설정되는 소정 시간이 경과할 때까지의 기간인 냉동 장치(1).
3. 제1항에 있어서, 상기 역사이클 제상 운전의 적어도 초기란, 상기 역사이클 제상 운전의 개시부터 상기 이용측 열교환기(6)에 있어서의 냉매의 온도가 소정 온도 이하로 저하될 때까지의 기간인 냉동 장치(1).
4. 제1항에 있어서, 상기 역사이클 제상 운전의 적어도 초기란, 상기 역사이클 제상 운전의 개시부터 상기 압축 기구(2, 102)의 흡입측에 있어서의 냉매의 압력이 소정 압력 이하로 저하될 때까지의 기간인 냉동 장치(1).
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 초임계 영역에서 작동하는 냉매는 이산화탄소인 냉동 장치(1).

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