KR20110015582A

KR20110015582A - 냉동 장치

Info

Publication number: KR20110015582A
Application number: KR1020107027031A
Authority: KR
Inventors: 슈지 후지모또; 아쯔시 요시미; 다까히로 야마구찌; 도오루 이나즈까; 가즈히로 후루쇼; 미쯔하루 우찌다; 히데히꼬 가따오까
Original assignee: 다이킨 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2008-05-02
Filing date: 2009-04-28
Publication date: 2011-02-16
Also published as: AU2009240983B2; CN102016449A; ES2869938T3; JP2009270747A; CN102016449B; WO2009133868A1; JP5181813B2; AU2009240983A1; EP2309209A1; EP2309209A4; KR101213257B1; EP2309209B1; US20110036110A1

Abstract

압축 효율을 향상시키면서 급탕용 물의 가열을 효율화시키는 것이 가능한 냉동 장치를 제공한다. 외부로부터 공급되는 물을 물 분기점(W)까지 유도하는 입수 배관(901)과, 물 분기점(W)으로부터 연장되는 열원수 배관(902, 903) 및 중간수 배관(904, 905)과, 열원수 배관(902, 903)과 중간수 배관(904, 905)이 합류하는 합류점(Z)으로부터 외부까지 유도하는 출수 배관(906)을 갖는 수 회로(910)의 물을 취급하는 급탕 장치(1)이며, 중간 냉각기(7)는, 저단측으로부터 고단측을 향하는 중간 냉매관(22)을 통과하는 냉매와, 중간수 배관(904, 905)을 흐르는 물 사이에서 열교환을 행하게 한다. 열원측 열교환기(4)는, 고단측 압축 요소(2d)의 토출측과 팽창 기구(5)를 접속하는 접속 배관(72)을 통과하는 냉매를, 입수 배관(901)을 흐르는 물과의 사이에서 열교환시키지 않고, 열원수 배관(902, 903)을 흐르는 물과의 사이에서 열교환을 행하게 한다.

Description

냉동 장치{REFRIGERATION UNIT}

본 발명은, 냉동 장치, 특히, 초임계 상태의 과정을 포함하여 작동하는 냉매를 사용하여 다단 압축식 냉동 사이클을 행하는 냉동 장치에 관한 것이다.

종래부터, 초임계 영역에서 작동하는 냉매를 사용하여 다단 압축식 냉동 사이클을 행하는 냉동 장치의 하나로서, 특허문헌 1(일본 특허 공개 제2007-232263호 공보)에 나타내어진 바와 같은, 이산화탄소를 냉매로서 사용하여 2단 압축식 냉동 사이클을 행하는 공기 조화 장치가 있다.

또한, 이와 같은 2단 압축식 냉동 사이클을 급탕기로서 이용한 것으로서, 예를 들어 특허문헌 2(일본 특허 공개 제2002-106988호 공보)에 나타낸 바와 같은 급탕기가 있다. 이 급탕기에서는, 저단 압축 요소로부터 고단 압축 요소를 향하는 냉매를 중간 냉각기에 의해 냉각시킴으로써 압축 효율을 향상시키는 종래의 기술을 이용하고 있다. 그리고, 가스 쿨러로 급탕용 물을 가열할 뿐만 아니라, 이 가열된 물의 일부를 분기시켜 한쪽을 계속해서 가스 쿨러에, 다른 쪽을 중간 냉각기에, 각각 유도하여 가열하고, 급탕용 온수를 얻고 있다. 이와 같이, 중간 냉각기를, 온수의 가열기로서 이용하면서, 고단 압축 요소에 흡입되는 냉매의 냉각기로서도 이용할 수 있어, 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

일본 특허 공개 제2007-232263호 공보 일본 특허 공개 제2002-106988호 공보

상술한 급탕기에서는, 중간 냉각기에 유입하는 물은 가스 쿨러를 통과할 때에 이미 가열되어 어느 정도 고온의 온수로 되어 있다. 이로 인해, 예를 들어 중간 냉각기를 통과하는 냉매 온도보다도, 가스 쿨러를 통과하여 가열된 온수 쪽이 온도가 높게 되어 있는 경우도 있을 수 있다. 이와 같은 경우에는, 중간 냉각기에 있어서 물을 가열할 수 없을 뿐만 아니라, 고단 압축 요소에 흡입되는 냉매를 냉각할 수 없게 되므로, 압축 효율을 향상시킬 수 없게 된다.

본 발명의 과제는, 초임계 상태의 과정을 포함하여 작동하는 냉매를 사용한 냉동 장치에 있어서, 보다 확실하게, 압축 효율을 향상시키면서 급탕용 물의 가열을 효율화시키는 것이 가능한 냉동 장치를 제공하는 것에 있다.

제1 발명의 냉동 장치는, 외부로부터 공급되는 물을 물 분기점까지 유도하는 입수 배관과, 물 분기점으로부터 연장되는 제1 분기 물 배관 및 제2 분기 물 배관과, 제1 분기 물 배관과 제2 분기 물 배관이 합류하는 합류점으로부터 외부까지 유도하는 출수 배관을 갖는 물 배관계를 대상으로 하여 열교환을 행하고, 냉동 사이클의 적어도 일부에서 작동 냉매가 초임계 상태로 되는 냉동 장치이며, 주 팽창 기구, 증발기, 제1 압축 요소, 제2 압축 요소, 제1 냉매 배관, 제1 열교환기, 제2 냉매 배관, 및 제2 열교환기를 구비하고 있다. 주 팽창 기구는 냉매를 감압시킨다. 증발기는 주 팽창 기구와 접속되고, 냉매를 증발시킨다. 제1 압축 요소는 증발기를 통과한 냉매를 흡입하여 압축시켜 토출한다. 제2 압축 요소는 제1 압축 요소로부터 토출된 냉매를 흡입하여 더 압축시켜 토출한다. 제1 냉매 배관은 제1 압축 요소로부터 토출한 냉매를 제2 압축 요소에 흡입시키도록 유도한다. 제1 열교환기는 제1 냉매 배관을 통과하는 냉매와 제1 분기 물 배관을 흐르는 물 사이에서 열교환을 행하게 한다. 제2 냉매 배관은 제2 압축 요소의 토출측과 주 팽창 기구를 접속한다. 제2 열교환기는 제2 냉매 배관을 통과하는 냉매를, 입수 배관을 흐르는 물과의 사이에서 열교환시키지 않고, 제2 분기 물 배관을 흐르는 물과의 사이에서 열교환을 행하게 한다. 여기서는, 제1 압축 요소와 제2 압축 요소는, 동일한 케이싱 등에 수용되어 함께 제어되는 것이어도 되고, 따로따로 배치되어 각각 독립되어 제어되는 것이어도 된다.

여기서는, 예를 들어 냉매 온도가 제2 열교환기보다도 낮은 제1 열교환기에 있어서 물 배관계를 통과하는 물을 따뜻하게 하고자 해도, 제1 열교환기에 유입하기 전에 이미 물이 따뜻해짐으로써 제1 열교환기를 흐르는 냉매의 온도보다도 높은 온도로 되어 있는 경우가 있다. 이 경우에는, 제1 열교환기에 있어서의 열교환에서는 냉매를 차갑게 할 수 없어, 물의 열이 냉매에 빼앗겨 버릴 우려가 있다.

이에 대해, 이 냉동 장치에서는, 제2 열교환기는, 제2 냉매 배관을 통과하는 냉매를, 입수 배관을 흐르는 물과의 사이에서 열교환시키지 않는다. 이로 인해, 제2 열교환기에 유입하는 물뿐만 아니라 제1 열교환기에 유입하는 물에 대해서도, 아직 냉매와의 열교환에 의해 따뜻해져 있지 않은, 온도가 낮은 상태에서 유입시킬 수 있다.

이에 의해, 제1 압축 요소로부터 제2 압축 요소를 향하는 냉매를 냉각하여 압축 효율을 확실하게 향상시키면서, 물의 온도를 높일 수 있는 열교환을 제1 열교환기 및 제2 열교환기의 양쪽에서 확실하게 행할 수 있고, 냉동 장치의 성적 계수를 향상시키는 것이 가능해진다.

제2 발명의 냉동 장치는, 제1 발명의 냉동 장치에 있어서, 제1 분기 물 배관을 흐르는 수량과 제2 분기 물 배관을 흐르는 수량의 비를 조절 가능한 유량비 조절 기구를 더 구비하고 있다.

이 냉동 장치에서는, 제1 열교환기에 흐르는 수량과 제2 열교환기에 흐르는 수량의 유량비를 조절하는 것이 가능해지므로, 물의 가열을 효율적으로 행하는 것이 가능해진다.

제3 발명의 냉동 장치는, 제2 발명의 냉동 장치에 있어서, 가열 능력 검출부 및 물 분배량 제어부를 더 구비하고 있다. 가열 능력 검출부는, 제1 열교환기를 통과하는 냉매에 의한 물의 가열 능력과, 제2 열교환기를 통과하는 냉매에 의한 물의 가열 능력을 검출할 수 있다. 물 분배량 제어부는, 가열 능력 검출부가 검출한 제1 열교환기와 제2 열교환기의 가열 능력의 비에 따라서, 유량 조절 기구를 제어함으로써 제1 분기 물 배관을 흐르는 수량과 제2 분기 물 배관을 흐르는 수량의 비를 조절한다. 여기서의 물 분배량 제어부에 의한 제어로서는, 예를 들어 제2 압축 요소의 흡입 냉매의 비엔탈피로부터 제1 압축 요소의 토출 냉매의 비엔탈피를 빼서 얻어지는 제1 비엔탈피와, 제2 압축 요소의 토출 냉매의 비엔탈피로부터 제2 압축 요소의 흡입 냉매의 비엔탈피를 빼서 얻어지는 제2 비엔탈피의 비에 동등해지도록, 혹은 이 비에 근접해 갈 수 있도록, 제1 분기 물 배관을 흐르는 수량과 제2 분기 물 배관을 흐르는 수량의 비를 조절하도록 해도 된다. 또한, 물 분배량 제어부에 의한 제어로서는, 이 밖에도, 예를 들어 제1 분기 물 배관 중 제1 열교환기의 출구의 수온과, 제2 분기 물 배관 중 제2 열교환기의 출구의 수온이 대략 동등해지도록, 제1 분기 물 배관을 흐르는 수량과 제2 분기 물 배관을 흐르는 수량의 비를 조절하도록 해도 된다.

이 냉동 장치에서는, 냉매를 냉각하면서 물을 가열시키는 열교환을 제1 열교환기 및 제2 열교환기의 양쪽에서 행하면서 냉동 장치의 성적 계수를 향상시키는 유량 제어를 자동적으로 행하는 것이 가능해진다.

제4 발명의 냉동 장치는, 제1 발명 내지 제3 발명 중 어느 하나의 냉동 장치에 있어서, 제2 냉매 배관은, 제2 열교환기와 주 팽창 기구를 접속하는 제3 냉매 배관을 갖고 있다. 그리고, 증발기와 제1 압축 요소의 흡입측을 접속하는 제4 냉매 배관, 제3 냉매 배관을 흐르는 냉매와 상기 제4 냉매 배관을 흐르는 냉매 사이에서 열교환을 행하게 하는 제3 열교환기, 제3 냉매 배관 중 제3 열교환기를 통과하는 부분의 일단부측과 타단부측을 접속하는 제3 열교환 바이패스 배관, 제3 냉매 배관 중 제3 열교환기를 통과하는 부분에 냉매를 흐르게 하는 상태와, 제3 열교환 바이패스 배관에 냉매를 흐르게 하는 상태를 전환 가능한 열교환기 전환 기구를 더 구비하고 있다.

이 냉동 장치에서는, 제3 열교환기에 있어서의 열교환에 의해, 주 팽창 기구를 향하는 냉매의 과냉각도를 높임으로써 성적 계수를 향상시킬 수 있다. 또한, 제3 열교환기에 있어서의 열교환에 의해, 제1 압축 요소의 흡입 냉매에 적당한 과열을 가할 수 있고, 제1 압축 요소에서의 액 압축의 발생을 억제함과 함께 토출 온도를 높여 얻게 되는 수온을 높게 유지하는 것이 가능해진다.

제5 발명의 냉동 장치는, 제4 발명의 냉동 장치에 있어서, 온도 검지부와 열교환량 제어부를 더 구비하고 있다. 온도 검지부는, 제1 압축 요소 및 제2 압축 요소 중 적어도 어느 한쪽의 토출 냉매 온도와, 증발기 주변의 공기 온도 중 적어도 어느 한쪽을 검지한다. 열교환량 제어부는, 온도 검지부에 의해 검지되는 값이 공기 온도인 경우에는 공기 온도가 소정 고온 공기 온도보다 높은 것, 온도 검지부에 의해 검지되는 값이 냉매 온도인 경우에는 냉매 온도가 소정 저온 냉매 온도보다도 낮은 것이라는 조건을 만족한 경우에, 열교환기 전환 기구를 제어하여 제3 냉매 배관 중 제3 열교환기를 통과하는 부분을 흐르는 냉매량을 증대시킨다.

이 냉동 장치에서는, 증발기 주변의 공기 온도가 높아지거나, 혹은 압축 요소로부터의 토출 냉매 온도가 낮아지는 상황이 될 것 같은 경우에도, 제3 냉매 배관 중 제3 열교환기를 통과하는 부분을 흐르는 냉매량을 증대시킬 수 있다.

이에 의해, 주 팽창 기구를 향하는 냉매의 과냉각도를 높일 수 있고, 성적 계수를 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 제1 압축 요소의 흡입 냉매에 적당한 과열도를 가할 수 있으므로, 제1 압축 요소에 있어서 액 압축을 발생하기 어렵게 할 수 있다.

또한, 제1 압축 요소의 흡입 냉매의 과열도를 높일 수 있으므로, 방열기에서 요구되는 온도가 높은 경우에 대응하는 것이 가능해진다.

제6 발명의 냉동 장치는, 제1 발명 내지 제3 발명 중 어느 하나의 냉동 장치에 있어서, 제2 냉매 배관은, 제2 열교환기와 주 팽창 기구를 접속하는 제3 냉매 배관을 갖고 있다. 그리고, 분기 팽창 기구, 제5 냉매 배관, 제6 냉매 배관, 및 제4 열교환기를 더 구비하고 있다. 분기 팽창 기구는 냉매를 감압시킨다. 제5 냉매 배관은 제3 냉매 배관으로부터 분기하여, 분기 팽창 기구까지 연장되어 있다. 제6 냉매 배관은 분기 팽창 기구로부터 제1 냉매 배관까지 연장되어 있다. 제4 열교환기는, 제3 냉매 배관을 흐르는 냉매와 제6 냉매 배관을 흐르는 냉매 사이에서 열교환을 행하게 한다.

이 냉동 장치에서는, 분기 팽창 기구를 향하는 냉매의 과냉각도를 높임으로써 성적 계수를 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 제1 냉매 배관을 흐르는 냉매의 온도보다도, 제6 냉매 배관으로부터 합류하는 냉매 온도 쪽이 낮은 경우에는, 제2 압축 요소의 토출 냉매 온도의 과잉의 상승을 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 제2 열교환기를 통과하는 냉매량을 증대시킬 수 있다.

제7 발명의 냉동 장치는, 제6 발명의 냉동 장치에 있어서, 온도 검지부와 분기량 제어부를 더 구비하고 있다. 온도 검지부는, 증발기 주변의 공기 온도와, 제1 압축 요소 및 제2 압축 요소 중 적어도 어느 한쪽의 토출 냉매 온도, 중 적어도 어느 한쪽을 검지한다. 분기량 제어부는, 온도 검지부에 의해 검지되는 값이 공기 온도인 경우에는 공기 온도가 소정 저온 공기 온도보다 낮은 것, 온도 검지부에 의해 검지되는 값이 냉매 온도인 경우에는 냉매 온도가 소정 고온 냉매 온도보다도 높은 것이라는 조건을 만족한 경우에, 분기 팽창 기구를 제어하여 통과하는 냉매량을 증량시킨다. 또한, 여기서의 분기량 제어부에 의한 분기 팽창 기구의 통과 냉매량을 증량시키는 제어에는, 예를 들어 유량이 0인 상황(흐르고 있지 않은 상황)으로부터 흐름을 발생시키는 제어도 포함된다.

이 냉동 장치에서는, 제1 압축 요소 혹은 제2 압축 요소로부터의 토출 냉매 온도가 높아질 것 같은 경우 혹은 증발기 주변의 공기 온도가 낮아지는 경우라도, 분기 팽창 기구를 통과하는 냉매량을 증대시킴으로써 제2 압축 요소의 토출 냉매 온도의 과잉의 상승을 억제할 수 있고, 제1 압축 요소 혹은 제2 압축 요소의 신뢰성을 향상시키는 것이 가능해진다.

제8 발명의 냉동 장치는, 제6 발명 또는 제7 발명의 냉동 장치에 있어서, 물 온도 검지부, 제1 냉매 온도 검지부, 및 냉매 분배량 제어부를 더 구비하고 있다. 물 온도 검지부는 물 배관계 중의 어느 위치를 흐르는 수온을 검지한다. 제1 냉매 온도 검지부는, 제1 냉매 배관을 통과하는 냉매 온도를 검지한다. 그리고, 냉매 분배량 제어부는, 물 온도 검지부에 의한 검지 온도와 제1 냉매 온도 검지부의 검지 온도와의 차가 소정값 미만이 된 경우에, 분기 팽창 기구를 제어하여 통과하는 냉매량을 증량시킨다.

이 냉동 장치에서는, 제1 냉매 배관을 흐르는 냉매에 대한 물에 의한 냉각 효과를 충분히 얻을 수 없는 경우라도, 제6 냉매 배관을 합류시킴으로써 제1 냉매 배관을 통과하는 냉매 온도를 낮춤으로써, 냉동 사이클의 성적 계수를 향상시키는 것이 가능해진다.

제9 발명의 냉동 장치는, 제1 발명 내지 제3 발명 중 어느 하나의 냉동 장치에 있어서, 제2 냉매 배관은, 제2 열교환기와 주 팽창 기구를 접속하는 제3 냉매 배관을 갖고 있다. 그리고, 분기 팽창 기구, 제4 냉매 배관, 제3 열교환기, 제5 냉매 배관, 제6 냉매 배관, 및 제4 열교환기를 더 구비하고 있다. 분기 팽창 기구는 냉매를 감압시킨다. 제4 냉매 배관은 증발기와 제1 압축 요소의 흡입측을 접속하고 있다. 제3 열교환기는 제3 냉매 배관을 흐르는 냉매와 제4 냉매 배관을 흐르는 냉매 사이에서 열교환을 행하게 한다. 제5 냉매 배관은 제3 냉매 배관으로부터 분기하여 분기 팽창 기구까지 연장되어 있다. 제6 냉매 배관은 분기 팽창 기구와 제1 냉매 배관을 접속하고 있다. 제4 열교환기는 제3 냉매 배관을 흐르는 냉매와 제6 냉매 배관을 흐르는 냉매 사이에서 열교환을 행하게 한다.

이 냉동 장치에서는, 분기 팽창 기구를 향하는 냉매의 과냉각도를 높여 성적 계수를 향상시키면서, 제1 압축 요소의 흡입 냉매에 적당한 가열을 가하여 제1 압축 요소에서의 액 압축을 방지 및/또는 제3 냉매 배관을 흐르는 냉매를 냉각시키는 것이 가능해진다.

제10 발명의 냉동 장치는, 제9 발명의 냉동 장치에 있어서, 온도 검지부 및 분기 열량 제어부를 더 구비하고 있다. 온도 검지부는, 증발기 주변의 공기 온도와, 제1 압축 요소 및 제2 압축 요소 중 적어도 어느 한쪽의 토출 냉매 온도, 중 적어도 어느 한쪽을 검지한다. 분기 열량 제어부는, 온도 검지부에 의해 검지되는 값이 공기 온도인 경우에는 공기 온도가 소정 저온 공기 온도보다 낮은 것, 온도 검지부에 의해 검지되는 값이 냉매 온도인 경우에는 냉매 온도가 소정 고온 냉매 온도보다도 높은 것이라는 조건을 만족한 경우에, 분기 팽창 기구를 제어하여 통과하는 냉매량을 증량시킨다. 또한, 여기서의 분기량 제어부에 의한 분기 팽창 기구의 통과 냉매량을 증량시키는 제어에는, 예를 들어 유량이 0인 상황(흐르고 있지 않은 상황)으로부터 흐름을 발생시키는 제어도 포함된다.

이 냉동 장치에서는, 압축 요소로부터의 토출 냉매 온도가 높아질 것 같은 경우 혹은 증발기 주변의 공기 온도가 낮아진 경우라도, 분기 팽창 기구를 통과하는 냉매량을 증대시킴으로써 제2 압축 요소의 토출 냉매 온도의 과잉의 상승을 억제할 수 있고, 제2 압축 요소의 신뢰성을 향상시키는 것이 가능해진다.

제11 발명의 냉동 장치는, 제9 발명 또는 제10 발명의 냉동 장치에 있어서, 제1 열교환 바이패스 배관 및 바이패스 전환 기구를 더 구비하고 있다. 제1 열교환 바이패스 배관은, 제1 냉매 배관 중 제1 열교환기를 통과하는 부분의 일단부측과 타단부측을 접속하고 있다. 바이패스 전환 기구는, 제1 냉매 배관 중 제1 열교환기를 통과하는 부분에 냉매를 흐르게 하는 상태와, 제1 열교환 바이패스 배관에 냉매를 흐르게 하는 상태를 전환할 수 있다.

이 냉동 장치에서는, 제1 열교환기에 대해서는 바이패스 전환 기구의 전환에 의해, 열교환 바이패스 배관에 있어서의 냉매의 통과를 허용하는 상태와 허용하지 않는 상태로 전환하는 것이 가능해져, 사용 상황을 조절하는 것이 가능해진다.

제12 발명의 냉동 장치는, 제11 발명의 냉동 장치에 있어서, 온도 검지부 및 바이패스 제어부를 더 구비하고 있다. 온도 검지부는, 증발기 주변의 공기 온도와, 제1 압축 요소 및 제2 압축 요소 중 적어도 어느 한쪽의 토출 냉매 온도, 중 적어도 어느 한쪽을 검지한다. 그리고, 바이패스 제어부는, 온도 검지부에 의해 검지되는 값이 공기 온도인 경우에는 공기 온도가 소정 고온 공기 온도보다 높은 것, 온도 검지부에 의해 검지되는 값이 냉매 온도인 경우에는 냉매 온도가 소정 저온 냉매 온도보다도 낮은 것이라는 조건을 만족한 경우에, 바이패스 전환 기구를 제어하여 제1 냉매 배관 중 제1 열교환기를 통과하는 부분을 흐르는 냉매량을 증대시킨다. 또한, 여기서의 분기량 제어부에 의한 분기 팽창 기구의 통과 냉매량을 증량시키는 제어에는, 예를 들어 유량이 0인 상황(흐르고 있지 않은 상황)으로부터 흐름을 발생시키는 제어도 포함된다.

이 냉동 장치에서는, 압축 요소로부터의 토출 냉매 온도가 낮아질 것 같은 경우 혹은 증발기 주변의 공기 온도가 높아진 경우라도, 제1 냉매 배관 중 제1 열교환기를 통과하는 부분을 흐르는 냉매량을 감소시킴으로써 제2 압축 요소의 흡입 냉매의 과열도를 높일 수 있고, 방열기에서 요구되는 온도가 높은 경우에 대응하는 것이 가능해진다.

제13 발명의 냉동 장치는, 제9 발명 내지 제12 발명 중 어느 하나의 냉동 장치에 있어서, 물 온도 검지부, 제1 냉매 온도 검지부, 및 물 대응 냉매량 제어부를 더 구비하고 있다. 수온 검지부는, 물 배관계 중 어느 위치를 흐르는 수온을 검지한다. 제1 냉매 온도 검지부는, 제1 냉매 배관을 통과하는 냉매 온도를 검지한다. 그리고, 물 대응 냉매량 제어부는, 물 온도 검지부에 의한 검지 온도와 제1 냉매 온도 검지부의 검지 온도의 차이가 소정값 미만이 된 경우에, 분기 팽창 기구를 제어하여 통과하는 냉매량을 증량시킨다.

이 냉동 장치에서는, 제1 냉매 배관을 흐르는 냉매에 대한 물에 의한 냉각 효과를 충분히 얻을 수 없는 경우라도, 제6 냉매 배관을 통과하는 냉매가 합류함으로써 제1 냉매 배관을 흐르는 냉매 온도를 낮춤으로써, 냉동 사이클의 성적 계수를 향상시키는 것이 가능해진다.

제14 발명의 냉동 장치는, 제1 발명 내지 제13 발명 중 어느 하나의 냉동 장치에 있어서, 제1 압축 요소를 구동시키는 제1 구동부와, 제2 압축 요소를 제1 압축 요소와는 독립하여 구동시키는 제2 구동부를 더 구비하고 있다.

이 냉동 장치에서는, 제1 압축 요소의 능력과 제2 압축 요소의 능력을 상이하게 조절할 수 있으므로, 제1 분기 물 배관을 흐르는 물과 제2 분기 물 배관을 흐르는 물이 합류하여 출수 배관을 흐르는 수온을 목표 온도로 하고자 하는 제어에 있어서, 제1 압축 요소측의 능력과 제2 압축 요소측의 능력을 별개로 조절함으로써, 성적 계수를 양호하게 하면서 압축일을 작게 억제하는 효과를 한층 더 높일 수 있게 된다.

제15 발명의 냉동 장치는, 제1 발명 내지 제13 발명 중 어느 하나의 냉동 장치에 있어서, 제1 압축 요소, 및 제2 압축 요소는, 각각 회전 구동함으로써 압축일을 행하기 위한 공통인 회전축을 갖고 있다.

이 냉동 장치에서는, 원심력을 서로 상쇄시키면서 구동함으로써, 진동의 발생이나 토크 부하의 변동을 억제하는 것이 가능해진다.

제16 발명의 냉동 장치는, 제1 발명 내지 제15 발명 중 어느 하나의 냉동 장치에 있어서, 작동 냉매는 이산화탄소이다.

이 냉동 장치에서는, 임계점 근방의 초임계 상태의 이산화탄소는, 냉매 압력을 조금 바꾸는 것만으로 냉매의 밀도를 극적으로 변화시킬 수 있다. 이로 인해, 적은 압축일에 의해, 냉동 장치의 효율을 향상시킬 수 있다.

이상의 설명에 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.

제1 발명에서는, 제1 압축 요소로부터 제2 압축 요소를 향하는 냉매를 냉각하여 압축 효율을 확실하게 향상시키면서, 물의 온도를 높일 수 있는 열교환을 제1 열교환기 및 제2 열교환기의 양쪽에서 확실하게 행할 수 있고, 냉동 장치의 성적 계수를 향상시키는 것이 가능해진다.

제2 발명에서는, 물의 가열을 효율적으로 행하는 것이 가능해진다.

제3 발명에서는, 냉동 장치의 성적 계수를 향상시킨다는 유량 제어를 자동적으로 행하는 것이 가능해진다.

제4 발명에서는, 성적 계수를 향상시키면서, 제1 압축 요소에서의 액 압축의 발생을 억제함과 함께 토출 온도를 높여 얻어지는 수온을 높게 유지하는 것이 가능해진다.

제5 발명에서는, 주 팽창 기구를 향하는 냉매의 과냉각도를 높일 수 있고, 성적 계수를 향상시키는 것이 가능해진다.

제6 발명에서는, 분기 팽창 기구를 향하는 냉매의 과냉각도를 높임으로써 성적 계수를 향상시키는 것이 가능해진다.

제7 발명에서는, 제1 압축 요소 혹은 제2 압축 요소의 신뢰성을 향상시키는 것이 가능해진다.

제8 발명에서는, 제1 냉매 배관을 흐르는 냉매에 대한 물에 의한 냉각 효과를 충분히 얻을 수 없는 경우라도, 냉동 사이클의 성적 계수를 향상시키는 것이 가능해진다.

제9 발명에서는, 성적 계수를 향상시키면서, 제1 압축 요소에서의 액 압축을 방지 및/또는 제3 냉매 배관을 흐르는 냉매를 냉각시키는 것이 가능해진다.

제10 발명에서는, 압축 요소로부터의 토출 냉매 온도가 높아질 것 같은 경우 혹은 증발기 주변의 공기 온도가 낮아진 경우라도, 제2 압축 요소의 신뢰성을 향상시키는 것이 가능해진다.

제11 발명에서는, 열교환 바이패스 배관에 있어서의 냉매의 통과를 허용하는 상태와 허용하지 않는 상태로 전환하는 것이 가능해지고, 사용 상황을 조절하는 것이 가능해진다.

제12 발명에서는, 압축 요소로부터의 토출 냉매 온도가 낮아질 것 같은 경우 혹은 증발기 주변의 공기 온도가 높아진 경우라도, 방열기에서 요구되는 온도가 높은 경우에 대응하는 것이 가능해진다.

제13 발명에서는, 제1 냉매 배관을 흐르는 냉매에 대한 물에 의한 냉각 효과를 충분히 얻을 수 없는 경우라도, 냉동 사이클의 성적 계수를 향상시키는 것이 가능해진다.

제14 발명에서는, 성적 계수를 양호하게 하면서 압축일을 작게 억제하는 효과를 한층 더 높일 수 있게 된다.

제15 발명에서는, 원심력을 서로 상쇄시키면서 구동함으로써, 진동의 발생이나 토크 부하의 변동을 억제하는 것이 가능해진다.

제16 발명에서는, 적은 압축일에 의해 냉동 장치의 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 냉동 장치의 일 실시 형태로서의 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 공기 조화 장치의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 관한 공기 조화 장치의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이다.
도 4는 제1 실시 형태의 변형예 1에 관한 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.
도 5는 제1 실시 형태의 변형예 2에 관한 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.
도 6은 제1 실시 형태의 변형예 3에 관한 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.
도 7은 제1 실시 형태의 변형예 7에 관한 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 냉동 장치의 일 실시 형태로서의 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.
도 9는 제2 실시 형태에 관한 공기 조화 장치의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이다.
도 10은 제2 실시 형태에 관한 공기 조화 장치의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이다.
도 11은 제2 실시 형태의 변형예 1에 관한 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.
도 12는 제2 실시 형태의 변형예 5에 관한 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 냉동 장치의 일 실시 형태로서의 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.
도 14는 제3 실시 형태에 관한 공기 조화 장치의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이다.
도 15는 제3 실시 형태에 관한 공기 조화 장치의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이다.
도 16은 제3 실시 형태의 변형예 1에 관한 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.
도 17은 제3 실시 형태의 변형예 4에 관한 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.
도 18은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 냉동 장치의 일 실시 형태로서의 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.
도 19는 제4 실시 형태에 관한 공기 조화 장치의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이다.
도 20은 제4 실시 형태에 관한 공기 조화 장치의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이다.
도 21은 제4 실시 형태의 변형예 1에 관한 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.
도 22는 제4 실시 형태의 변형예 2에 관한 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.
도 23은 제4 실시 형태의 변형예 3에 관한 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.
도 24는 제4 실시 형태의 변형예 4에 관한 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.
도 25는 제4 실시 형태의 변형예 8에 관한 공기 조화 장치의 개략 구성도이다.

<1> 제1 실시 형태

<1-1> 공기 조화 장치의 구성

도 1은, 본 발명에 관한 냉동 장치의 일 실시 형태로서의 급탕 장치(1)의 개략 구성도이다. 급탕 장치(1)는 초임계 영역에서 작동하는 냉매(여기서는, 이산화탄소)를 사용하여 2단 압축식 냉동 사이클을 행함으로써, 온수를 만들어내는 장치이다.

급탕 장치(1)는 수 회로(910)와, 냉매 회로(10)를 갖고 있다.

(수 회로)

수 회로(910)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 외부로부터 공급되는 물을 물 분기점(W)까지 유도하는 입수 배관(901)과, 분기점(W)으로부터 연장되는 열원수 배관(902, 903) 및 중간수 배관(904, 905)과, 열원수 배관(902, 903)과 중간수 배관(904, 905)이 합류하는 합류점(Z)으로부터 외부까지 유도하는 출수 배관(906)을 갖고 있다.

이 입수 배관(901)에는 통과하는 수량을 조절 가능한 펌프(921)가 설치되어 있다. 이 펌프(921)는 모터(921m)가 설치되어 있고, 제어부(99)에 의해 회전수가 조절되어 펌프의 유량이 조절된다. 또한, 수 회로(910)에는 입수 배관(901)을 통과하는 수온을 검지하는 수온 센서(910T)가 설치되어 있다. 제어부(99)는 이 수온 센서(910T)에 의해 급수된 물의 온도를 파악할 수 있고, 유저에 의해 요구된 출탕 온도와의 차를 파악하여, 냉매 회로(10)의 냉동 사이클이 조절된다.

열원수 배관(902)은 분기점(W)으로부터 후술하는 냉매 회로(10)의 열원측 열교환기(4)까지 연장되어 있다. 또한, 열원수 배관(903)은 열원측 열교환기(4)를 흘러나온 물을 합류점(Z)까지 유도하도록 연장되어 있다. 이와 같이, 열원수 배관(902, 903)을 흐르는 물은, 열원측 열교환기(4)에 있어서, 냉매 회로(10)를 흐르는 냉매와 열교환함으로써 따뜻해져 온수가 만들어진다. 또한, 중간 냉각기(7)에 있어서의 냉매의 흐름과 물의 흐름은 대향류가 되도록 배관 구성이 되어 있어, 열교환 효율을 향상시키고 있다.

중간수 배관(904)은 분기점(W)으로부터 후술하는 냉매 회로(10)의 중간 냉각기(7)까지 연장되어 있다. 중간수 배관(905)은 중간 냉각기(7)를 흘러나온 물을 합류점(Z)까지 유도하도록 연장되어 있다. 이와 같이, 중간수 배관(904, 905)을 흐르는 물은, 중간 냉각기(7)에 있어서, 냉매 회로(10)를 흐르는 냉매와 열교환함으로써 따뜻해져 온수가 만들어진다. 또한, 열원측 열교환기(4)에 있어서의 냉매의 흐름과 물의 흐름은, 대향류가 되도록 배관 구성이 되어 있어, 열교환 효율을 향상시키고 있다. 또한, 중간수 배관(904, 905)에 있어서는, 열교환하는 대상이 되는 냉매 온도가 열원측 열교환기(4)에 있어서의 냉매 온도보다도 낮기 때문에, 물의 가열을 주로 열원측 열교환기(4)에서 행하므로, 이 중간수 배관(904, 905)은 열원수 배관(902, 903)의 관 직경보다도 작게 설계되어 있다.

그리고, 열원수 배관(902, 903) 및 중간수 배관(904, 905)에 있어서 각각 따뜻해지고, 합류점(Z)에서 합류한 온수는 출수 배관(906)을 통하여 유저에게 공급된다.

(냉매 회로)

냉매 회로(10)는 주로 저단측 압축 요소(2c)와, 고단측 압축 요소(2d)와, 열원측 열교환기(4)와, 팽창 기구(5)와, 이용측 열교환기(6)와, 중간 냉매관(22)과, 중간 냉각기(7)와, 이들을 접속하는 접속 배관(71, 72, 76) 등과, 이용측 온도 센서(6T)를 갖고 있다.

본 실시 형태에 있어서, 저단측 압축 요소(2c)와 고단측 압축 요소(2d)는, 냉매를 순차 2단계로 압축한다.

저단측 압축 요소(2c)는, 케이싱(21a) 내에, 압축기 구동 모터(21b)와, 구동축(21c)이 수용된 밀폐식 구조로 되어 있다. 압축기 구동 모터(21b)는 구동축(21c)에 연결되어 있다. 그리고, 이 구동축(21c)은 압축 요소(2c)에 연결되어 있다. 압축 요소(2c)는, 본 실시 형태에 있어서, 로터리식이나 스크롤식 등의 용적식 압축 요소이다. 그리고, 저단측 압축 요소(2c)는 흡입관(2a)으로부터 냉매를 흡입하고, 이 흡입된 냉매를 압축시켜 중간 냉매관(22)을 향하여 토출한다. 중간 냉매관(22)은 저단측 압축 요소(2c)의 토출측과 고단측 압축 요소(2d)의 흡입측을, 중간 냉각기(7)를 통하여 접속한다. 또한, 토출관(2b)은, 저단측 압축 요소(2c)로부터 토출된 냉매를 중간 냉각기(7)를 통하여 고단측 압축 요소(2d)로 보내기 위한 냉매관이며, 토출관(2b)에는 저단측 압축 요소(2c)로부터 토출되는 냉매에 동반하는 냉동기유를 냉매로부터 분리하여 저단측 압축 요소(2c)의 흡입측으로 복귀시키는 기구와, 역지 기구(42c)가 설치되어 있다. 냉동기유를 복귀시키는 기구는, 주로, 저단측 압축 요소(2c)로부터 토출되는 냉매에 동반하는 냉동기유를 냉매로부터 분리하는 오일 분리기(41a)와, 오일 분리기(41a)에 접속되어 있고 냉매로부터 분리된 냉동기유를 저단측 압축 요소(2c)의 흡입관(2a)에 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, 모세관이 사용되고 있다. 역지 기구(42c)는, 저단측 압축 요소(2c)의 토출측으로부터 중간 냉각기(7)로의 냉매 흐름을 허용하고, 또한 중간 냉각기(7)로부터 저단측 압축 요소(2c)의 토출측을 향하는 냉매의 흐름을 차단하기 위한 기구이며, 본 실시 형태에 있어서, 역지 밸브가 사용되고 있다.

고단측 압축 요소(2d)는 저단측 압축 요소(2c)와 마찬가지이며, 케이싱(21d) 내에 압축기 구동 모터(21e)와, 구동축(21f)이 수용된 밀폐식 구조로 되어 있다. 압축기 구동 모터(21e)는 구동축(21f)에 연결되어 있다. 그리고, 이 구동축(21f)은 압축 요소(2d)에 연결되어 있다. 압축 요소(2d)는, 본 실시 형태에 있어서, 로터리식이나 스크롤식 등의 용적식 압축 요소이다. 그리고, 고단측 압축 요소(2d)는, 중간 냉매관(22)으로부터 냉매를 흡입하고, 이 흡입된 냉매를 압축시켜 토출관(2e)을 향하여 토출한다. 토출관(2e)은 고단측 압축 요소(2d)의 토출측과 열원측 열교환기(4)를 접속한다. 또한, 토출관(2e)에는, 고단측 압축 요소(2d)로부터 토출되는 냉매에 동반하는 냉동기유를 냉매로부터 분리하여 고단측 압축 요소(2d)의 흡입측으로 복귀시키는 기구와, 역지 기구(42d)가 설치되어 있다. 냉동기유를 복귀시키는 기구는, 주로, 고단측 압축 요소(2d)로부터 토출되는 냉매에 동반하는 냉동기유를 냉매로부터 분리하는 오일 분리기(41d)와, 오일 분리기(41d)에 접속되어 있고 냉매로부터 분리된 냉동기유를 고단측 압축 요소(2d)의 흡입측인 중간 냉매관(22)으로 복귀시키는 오일 복귀관(41e)을 갖고 있다. 오일 복귀관(41e)에는, 오일 복귀관(41e)을 흐르는 냉동기유를 감압하는 감압 기구(41f)가 설치되어 있다. 감압 기구(41f)는, 본 실시 형태에 있어서, 모세관이 사용되고 있다. 역지 기구(42d)는 고단측 압축 요소(2d)의 토출측으로부터 열원측 열교환기(4)로의 냉매 흐름을 허용하고, 또한 열원측 열교환기(4)로부터 고단측 압축 요소(2d)의 토출측을 향하는 냉매의 흐름을 차단하기 위한 기구이며, 본 실시 형태에 있어서, 역지 밸브가 사용되고 있다.

즉, 2개의 압축 요소(2c, 2d)는, 서로 직렬로 접속되면서, 각각 개별의 구동축(21c, 21f)에 연결되어 있고, 2개의 압축 요소(2c, 2d)가 각각 따로따로 압축기 구동 모터(21b, 21e)에 의해 회전 구동되는, 2단 압축 구조로 되어 있다.

중간 냉각기(7)는, 중간수 배관(904, 905)을 흐르는 물을, 중간 냉매관(22)을 통과하는 냉매의 열에 의해 따뜻하게 하면서, 중간 냉매관(22)을 흐르는 냉매를, 중간수 배관(904, 905)을 흐르는 물에 의해 냉각시킨다. 이에 의해, 고단측 압축 요소(2d)의 흡입 냉매의 과열도를 작게 할 수 있고, 고단측 압축 요소(2d)의 토출 냉매 온도가 지나치게 높아지는 일이 없도록 하고 있다. 또한, 이와 같이 중간 냉매관(22)을 흐르는 냉매 온도를 낮춤으로써, 고단측 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매 밀도가 상승하므로, 냉동 능력을 향상시킬 수 있도록 되어 있다.

열원측 열교환기(4)는, 공기를 열원으로 하여 냉매의 방열기로서 기능하는 열교환기이다. 열원측 열교환기(4)는 그 일단부가 접속 배관(71) 및 역지 기구(42)를 통하여 고단측 압축 요소(2d)의 토출측에 접속되어 있고, 그 타단부가 접속 배관(72)을 통하여 팽창 기구(5)에 접속되어 있다. 이 열원측 열교환기(4)는, 열원수 배관(902, 903)을 흐르는 물을 접속 배관(71)으로부터 접속 배관(72)을 향하는 냉매에 의해 따뜻하게 하면서, 접속 배관(71)으로부터 접속 배관(72)을 향하는 냉매는 열원수 배관(902, 903)을 흐르는 물에 의해 냉각된다.

팽창 기구(5)는 일단부가 접속 배관(72)에 접속되어 있고, 타단부가 접속 배관(76)을 통하여 이용측 열교환기(6)에 접속되어 있다. 이 팽창 기구(5)는 냉매를 감압하는 기구이며, 본 실시 형태에 있어서, 전동 팽창 밸브가 사용되고 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 팽창 기구(5)는 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 고압의 냉매를 이용측 열교환기(6)에 보내기 전에 냉매의 포화 압력 부근까지 감압한다.

이용측 열교환기(6)는 냉매의 증발기로서 기능하는 열교환기이다. 이용측 열교환기(6)는, 그 일단부가 접속 배관(76)을 통하여 팽창 기구(5)에 접속되어 있고, 그 타단부가 흡입관(2a)을 통하여 저단측 압축 요소(2c)의 흡입측에 접속되어 있다. 또한, 여기서는 도시하지 않지만, 이용측 열교환기(6)에는, 이용측 열교환기(6)를 흐르는 냉매와 열교환을 행하는 가열원으로서의 물이나 공기가 공급되도록 되어 있다.

이용측 온도 센서(6T)는, 상술한 이용측 열교환기(6)를 흐르는 냉매와 열교환을 행하게 하기 위하여 가열원으로서 공급되는 물이나 공기의 온도를 검지한다.

또한, 상술한 바와 같이, 급탕 장치(1)는 이용측 온도 센서(6T)의 검지 온도를 파악하거나, 저단측 압축 요소(2c), 고단측 압축 요소(2d), 팽창 기구(5), 펌프(921) 등의 급탕 장치(1)를 구성하는 각 부의 동작을 제어하는 제어부(99)가 설치되어 있다.

<1-2> 공기 조화 장치의 동작

다음에, 본 실시 형태의 급탕 장치(1)의 동작에 대하여, 도 1, 도 2 및 도 3을 사용하여 설명한다.

여기서, 도 2는, 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이며, 도 3은, 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이다.

여기서는, 도 1의 냉매 회로(10) 상에 있어서 A, B, C, D, K, M으로 나타내는 점에 있어서의 냉매의 상태를, 도 2에 도시하는 압력-엔탈피 선도 및 도 3에 도시하는 온도-엔트로피 선도로 각각 대응시켜 나타내고 있다.

이 냉동 사이클에서는, 중간 냉매관(22)을 흐르는 냉매가 중간 냉각기(7)를 통과할 때에 수 회로(910)의 중간수 배관(904, 905)을 흐르는 냉매에 의해 냉각되고 있다(도 2, 도 3의 점 B→점 C 참조).

(목표 능력 출력 제어)

이와 같은 냉동 사이클에 있어서, 제어부(99)는 이하와 같은 목표 능력 출력 제어를 행한다.

우선, 제어부(99)는, 도시하지 않은 컨트롤러 등을 통한 유저로부터의 출탕 온도의 입력값 및 필요 출탕량의 입력값을 접수한다. 제어부(99)는, 필요 출탕량의 입력값에 기초하여, 펌프(921)의 모터(921m)의 회전수를 제어함으로써, 물의 유량을 제어한다.

그리고, 제어부(99)는, 수온 센서(910T)에 의해 검지되는 수온, 및 펌프(921)의 모터(921m)에 의해 제어되는 유량을 파악하고, 열원측 열교환기(4)에 공급되는 냉매에 필요해지는 방출 열량을 산출한다. 그리고, 제어부(99)는, 이 필요해지는 방출 열량에 기초하여, 고단측 압축 요소(2d)의 토출 냉매 압력에 대하여 목표 토출 압력을 산출한다.

또한, 여기서는, 목표 능력 출력 제어에 있어서의 목표값을 목표 토출 압력으로 하는 경우를 예로 들어 설명하지만, 이 목표 토출 압력 이외에도, 예를 들어 토출 냉매 압력에 토출 냉매 온도를 곱한 값이 소정 범위 내가 되도록 토출 냉매 압력 및 토출 냉매 온도의 목표값을 각각 정하도록 해도 된다. 여기서는, 부하가 바뀐 경우에 있어서, 흡입 냉매의 과열도가 높은 경우에는 토출 냉매의 밀도가 낮아지게 되므로, 가령, 고단측 압축 요소(2d)로부터의 토출 냉매 온도를 유지할 수 있었다고 해도, 열원측 열교환기(4)에 있어서 요구되는 방출 열량을 확보할 수 없게 되는 경우가 있기 때문이다.

다음에, 제어부(99)는 이용측 온도 센서(6T)가 검출하는 온도에 기초하여, 목표 증발 온도 및 목표 증발 압력(임계 압력 이하의 압력)을 정한다. 이 목표 증발 압력의 설정은, 이용측 온도 센서(6T)가 검출하는 온도가 변화할 때마다 행해진다.

또한, 제어부(99)는 이 목표 증발 온도의 값에 기초하여, 저단측 압축 요소(2c)가 흡입하는 냉매의 과열도가 5℃ 이하인 목표의 값 x(과열도 목표값)가 되도록 과열도 제어를 행한다.

그리고, 제어부(99)는, 이와 같이 하여 정해진 과열도에 있어서의 엔트로피의 값을 유지시키는 등엔트로피 변화를 시키면서, 냉매 압력 및 냉매 온도를 높이게 하도록 저단측 압축 요소(2c)를 제어하고, 중간 냉매관(22)에 냉매를 토출시킨다. 중간 냉매관(22)에 설치된 중간 냉각기(7)에 있어서는, 물과 냉매가 서로 대향류의 관계에서 흐르면서 열교환을 행하고, 중간수 배관(904, 905)을 흐르는 물에 의해 냉각되면서, 중간수 배관(904, 905)을 흐르는 물은 가열된다. 이와 같이, 중간 냉매관(22)을 흐르는 냉매는 중간 냉각기(7)에 있어서 냉각되어, 고단측 압축 요소(2d)에 흡입된다. 고단측 압축 요소(2d)에서는, 회전수 제어에 의해 운전 용량이 제어됨으로써 임계 압력을 초과하는 압력으로 되어 토출된다. 이와 같이 고단측 압축 요소(2d)에 의해 더 압축됨으로써 온도 상승한 냉매는, 열원측 열교환기(4)에 보내진다. 이 열원측 열교환기(4)에서는, 고온 고압에서 초임계 상태의 냉매와 물이 서로 대향류의 관계에서 흐르면서 열교환을 행하여, 목적으로 하는 출탕 온도의 물이 얻어지도록 되어 있다.

여기서, 열원측 열교환기(4)에서의 방열 공정에서는, 냉매가 초임계 상태이므로, 목표 토출 압력으로 유지되면서 등압 변화를 행하면서 냉매 온도가 연속적으로 저하되어 가게 된다. 그리고, 열원측 열교환기(4)를 흐르는 냉매는, 가열 대상으로서 열원수 배관(902, 903)을 통하여 공급되는 물의 온도 이상이며, 이 가열 대상으로서 공급되는 물에 가까운 값 y까지 냉각된다. 여기서는, 펌프(921)의 모터(921m)에 의한 공급량 제어에 의해 y의 값이 변화하게 된다.

또한, 이와 같이 하여 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 냉매는, 팽창 기구(5)에 의해, 목표 증발 압력(임계 압력 이하의 압력)이 될 때까지 감압되어, 이용측 열교환기(6)에 유입한다.

이용측 열교환기(6)를 흐르는 냉매는, 가열원으로서 공급되는 물이나 공기로부터의 열을 흡수함으로써, 목표 증발 온도 및 목표 증발 압력을 유지한 상태에서 등온 등압 변화를 행하면서, 냉매의 건조도를 향상시켜 간다. 그리고, 제어부(99)는, 과열도가 과열도 목표값이 되도록, 도시하지 않은 가열원의 공급 장치(물의 경우에는 펌프, 공기의 경우에는 팬 등)에 의한 공급량을 제어한다.

이와 같이 하여 제어를 행할 때에, 제어부(99)는, 냉동 사이클에 있어서의 성적 계수(COP)가 가장 높아지도록, x의 값 및 y의 값을 산출하고, 상기 목표 능력 출력 제어를 행한다. 여기서, 성적 계수가 가장 양호해지는 x의 값 및 y의 값의 산출에 있어서는, 작동 냉매로서의 이산화탄소의 물성(몰리에르 선도 등)에 기초하여, 제어부(99)가 산출을 행한다. 또한, 성적 계수를 어느 정도 양호하게 유지할 수 있는 조건을 정해 놓고, 이 조건 내이면, 압축일이 보다 작은 값이 되도록 x의 값 및 y의 값을 구하도록 해도 된다. 또한, 압축일이 소정값 이하로 억제하는 것을 전제 조건으로 하여, 이 전제 조건을 만족하는 가운데 성적 계수가 가장 양호해지는 x의 값 및 y의 값을 구하도록 해도 된다.

여기서, 제어부(99)에 의한 냉매 회로(10)의 열원측 열교환기(4)나 중간 냉매관(22)에 있어서 확보되는 방열량 제어와 펌프(921)의 유량 제어의 관계는, 예를 들어 열원측 열교환기(4)나 중간 냉매관(22)에서의 방열량이 많아지도록 냉매 회로(10)가 제어하는 경우에는 수 회로(910)의 펌프(921)의 유량도 많이 조절하는 것 등이 포함된다. 또한, 이 방열량 제어와 유량 제어와의 관계에는, 반대로, 열원측 열교환기(4)나 중간 냉매관(22)에서의 방열량을 많이 취할 수 없는 경우에는 수 회로(910)의 펌프(921)의 유량을 작게 억제하는 제어도 포함된다. 그리고, 제어부(99)는, 유저에 의해 요구된 출탕 온도를 실현하면서, 출탕량의 제어에 대해서는 출탕 온도보다도 우선도가 떨어지게 된다.

(제1 실시 형태의 특징)

여기서는, 분기점(W)에 있어서 분기되어, 중간수 배관(904, 905)측을 흐르는 물은, 열원측 열교환기(4)에 있어서 가열되고 있지 않은 물이며, 입수 배관(901)을 흐르는 냉매 온도와 동일 온도이다. 그리고, 제어부(99)에 의한 제어에서는, 작동 냉매로서 이산화탄소가 사용된 냉매 회로(10)에 있어서, 과열도가 5℃ 이하의 목표값 x가 되도록 과열도 제어를 행하면서, 저단측 압축 요소(2c)에 있어서의 압축비와 고단측 압축 요소(2d)에 있어서의 압축비가 동등해지도록 조절되어 있다. 이로 인해, 이산화탄소의 몰리에르 선도의 특성에 의해 중간 냉각기(7)를 흐르는 냉매 온도보다도, 열원측 열교환기(4)를 흐르는 냉매 온도의 쪽이 반드시 고온으로 되도록 되어 있다. 이와 같이, 중간 냉각기(7)를 흐르는 냉매 온도와 열원측 열교환기(4)를 흐르는 냉매 온도가 다르고, 중간 냉각기(7)를 흐르는 냉매 온도의 쪽이 낮아지는 냉동 사이클에 있어서, 중간 냉각기(7)에 의한 냉동 사이클의 효과, 즉 고단측 압축 요소(2d)의 흡입 냉매를 냉각시키는 효과를 얻기 위해서는, 중간수 배관(904, 905)을 흐르는 물의 온도가 중간 냉매관(22)을 흐르는 냉매의 온도보다도 낮게 되어 있는 경우에 한정된다. 이로 인해, 가령, 중간 냉각기(7)에 유입하는 물이 중간 냉각기(7)에 유입하기 전에 열원측 열교환기(4)에 있어서 이미 어느 정도 가열되어 있으면, 이와 같은 고단측 압축 요소(2d)의 흡입 냉매를 냉각시키는 효과가 작아질 뿐만 아니라, 중간수 배관(904, 905)을 흐르는 물의 온도가 중간 냉매관(22)을 흐르는 냉매의 온도보다도 높아지는 경우에는 역효과로 되어 버리는 경우가 있다. 이에 대해, 본 실시 형태의 급탕 장치(1)에서는, 중간 냉각기(7)에 유입하는 물은, 분기점(W)에 의해 분기된 후, 외부로부터의 열을 얻지 않고 중간수 배관(904)을 통하여 중간 냉각기(7)에 유입시킬 수 있다. 이로 인해, 적어도 입수 배관(901)을 흐르는 수온이 중간 냉매관(22)을 흐르는 냉매 온도보다 낮은 온도일 뿐으로, 고단측 압축 요소(2d)의 흡입 냉매를 냉각시키는 효과를 얻을 수 있고, 중간수 배관(904, 905)을 흐르는 물이 중간 냉각기(7)에 유입하기 전에 가열되어 버림으로써 이와 같은 효과가 작아지거나 역효과로 되는 것을 방지할 수 있다.

<1-3> 변형예 1

상기 실시 형태에 있어서의 제어부(99)의 제어의 일례로서는, 예를 들어 이하와 같은 제어를 행할 수 있다.

예를 들어, 저단측 압축 요소(2c) 및 고단측 압축 요소(2d)의 설계 내압이 12MPa이며 토출 냉매 압력으로서는 이 설계 내압 이하로 유지할 필요가 있다고 하자.

여기서, 유저로부터의 출탕 온도의 입력값에 기초하여 제어부(99)가 토출 냉매 온도를 정하는 경우에는, 상술한 설계 압력 이하이며, 열원측 열교환기(4)에 공급하는 냉매의 방출 열량을 확보할 수 있는 냉매 압력 및 냉매 온도가 되도록 목표 토출 압력 및 목표 토출 온도를 정한다. 이에 의해, 이산화탄소를 작동 냉매로서 사용하는 냉동 사이클의 몰리에르 선도 상에서는, 목표로 되는 토출 냉매의 상태가 1점으로 정해진다.

한편, 이용측 온도 센서(6T)의 검지 온도에 의해, 냉동 사이클의 목표 증발 압력이 정해진다.

또한, 저단측 압축 요소(2c)에 있어서의 압축비와 고단측 압축 요소(2d)에 있어서의 압축비가 동등해지도록 제어하는 경우에는, 상술한 목표 토출 압력 및 증발 압력의 관계에 의해 중간 냉매관(22)을 흐르는 목표 중간 압력이 정해진다.

여기서, 저단측 압축 요소(2c)의 흡입 냉매의 과열도를 5℃로 설정하면, 저단측 압축 요소(2c)에 있어서 등엔트로피 변화를 행하게 함으로써 토출 냉매 온도 및 압력이 정해진다. 또한, 목표 토출 압력 및 목표 토출 온도를 실현할 수 있도록 고단측 압축 요소(2d)에 있어서 등엔트로피 변화가 행해지거나 하면, 고단측 압축 요소(2d)가 흡입하는 냉매 온도가 정해진다.

이에 의해, 저단측 압축 요소(2c)로부터 토출되는 냉매를 고단측 압축 요소(2d)에서 흡입될 때까지의 동안에 냉각시키는 데 필요한 냉열량이 정해지고, 이 냉열량을 공급할 수 있도록, 제어부(99)가 물 온도 센서(910T)의 검지값에 기초하여 펌프(921)의 유량 제어를 행하도록 해도 된다.

또한, 상기 과열도는 5℃에 한정되지 않고 예를 들어 0 내지 5℃의 범위 내에서 선택 가능하고, 또한 팽창 기구(5)에 유입하는 냉매 온도에 대해서도 조절 가능하고, 이들 값을 조절하면서 냉동 사이클의 성적 계수가 가장 양호해지도록, x의 값 및 y의 값을 정하도록 해도 된다.

<1-4> 변형예 2

또한, 예를 들어 도 4에 도시한 바와 같이, 고단측 압축 요소(2d)의 토출 냉매 온도를 검지하는 토출 냉매 온도 센서(2T)를 갖는 냉매 회로(10A)가 채용되어 있어도 된다.

이 토출 냉매 온도 센서(2T)의 검지 온도가 지나치게 높아지면, 고단측 압축 요소(2d)의 신뢰성을 유지할 수 없게 되므로, 제어부(99)는, 토출 냉매 온도를 저하시키면서, 펌프(921)의 유량을 저하시키는 제어를 행하도록 해도 된다.

이에 의해, 고단측 압축 요소(2d)의 신뢰성을 확보하면서, 유저가 요구하는 출탕 온도를 달성하는 것이 가능해진다.

<1-5> 변형예 3

상기 실시 형태에서는, 열원수 배관(902, 903)의 관 직경보다도 중간수 배관(904, 905)의 관 직경 쪽이 가늘게 설계되어 있는 경우를 예로 들어 설명하였다.

그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 도 5에 도시한 바와 같이, 중간수 배관(904, 905)에 흐르는 수량과 열원수 배관(902, 903)에 흐르는 수량의 비율을 조절 가능한 유량비 조절 기구(911)가 설치된 냉매 회로(10B)를 채용하도록 해도 된다.

예를 들어, 유량비 조절 기구(911)는, 중간수 배관(904, 905)의 도중에 설치할 수 있다. 이에 의해, 중간수 배관(904, 905)의 관 직경과 열원수 배관(902, 903)의 관 직경이 동일하도록 해도, 유량비를 조절할 수 있게 된다.

그리고, 열원수 배관(902, 903)에 흐르는 수량과, 중간수 배관(904, 905)에 흐르는 수량의 유량비를 조절할 때에는, 제어부(99)는, 예를 들어 몰리에르 선도로부터 얻어지는 열원측 열교환기(4)에 있어서의 가열량과 중간 냉각기(7)에 있어서의 가열량의 비율과, 열원수 배관(902, 903)을 흐르는 수량과 중간수 배관(904, 905)을 흐르는 수량의 비율이 동등해지도록 유량비의 제어를 행하도록 해도 된다. 이 경우의 중간 냉각기(7)에 있어서의 가열량은, 고단측 압축 요소(2d)의 흡입 냉매의 비엔탈피로부터 저단측 압축 요소(2c)의 토출 냉매의 비엔탈피를 빼서 얻어지는 중간 비엔탈피(몰리에르 선도 상의 점 B→점 C)에 의해 파악할 수 있다. 또한, 열원측 열교환기(4)에 있어서의 가열량은, 열원측 열교환기(4)의 출구에 있어서의 냉매의 비엔탈피로부터 고단측 압축 요소(2d)의 토출 냉매의 비엔탈피를 빼서 얻어지는 열원 비엔탈피(몰리에르 선도 상의 점 D→점 K)에 의해 파악할 수 있다. 이와 같이 하여, 제어부(99)는 열원수 배관(902, 903)을 흐르는 수량과 중간수 배관(904, 905)을 흐르는 수량의 비율을, 열원 비엔탈피와 중간 비엔탈피의 비율로 동등해지도록 제어한다. 또한, 제어에 의한 유량비의 조절에 있어서 열원 비엔탈피나 중간 비엔탈피의 값이 변화하는 경우에는, 제어부(99)는, 소정 시간 간격(혹은 소정 비율 괴리도)에 따라서, 그 시점에서의 열원 비엔탈피와 중간 비엔탈피의 비율에 대응시키도록 피드백 제어를 행하도록 해도 된다.

또한, 이와 같이 열원 비엔탈피나 중간 비엔탈피의 값을 사용하여 제어할 뿐만 아니라, 예를 들어 열원수 배관(903)에 있어서의 열원측 열교환기(4)의 출구 온도와, 중간수 배관(905)에 있어서의 중간 냉각기(7)의 출구 온도가 대략 동등해지도록, 제어부(99)가 열원수 배관(902, 903)을 흐르는 수량과 중간수 배관(904, 905)을 흐르는 수량의 비율을 제어하도록 해도 된다. 이 경우라도, 제어부(99)는, 소정의 피드백 제어에 의해, 출구 온도를 통일시키도록 해도 된다.

또한, 여기서는, 예를 들어 열원수 배관(902, 903)측의 수량만을 높이고 싶은 경우에는, 제어부(99)는, 펌프(921)의 모터의 회전수를 높여 유량을 높이면서, 유량비 조절 기구(911)의 개방도를 좁힘으로써, 중간수 배관(904, 905)에 흐르는 수량을 일정하게 유지하면서 열원수 배관(902, 903)에 흐르는 수량을 증대시키는 조절도 가능해진다.

이에 의해, 제어부(99)는, 유저가 원하는 출탕 온도뿐만 아니라 유저가 원하는 출탕량도 달성시키는 운전에 있어서, 냉동 사이클의 성적 계수를 양호한 값으로 하게 하는 제어를 행할 수 있게 된다.

<1-6> 변형예 4

또한, 예를 들어 도 6에 도시한 바와 같이, 열원측 열교환기(4)를 통과하는 냉매 온도를 검지하는 열원 냉매 온도 센서(4T), 열원측 열교환기(4)를 통과하는 냉매 압력을 검지하는 열원 냉매 압력 센서(4P), 중간 냉매관(22)을 통과하는 냉매 온도를 검지하는 중간 냉매 온도 센서(22T), 및 중간 냉매관(22)을 통과하는 냉매 압력을 검지하는 중간 냉매 압력 센서(22P)와, 변형예 3에서 나타낸 유량비 조절 기구(911)가 설치된 냉매 회로(10C)를 채용하도록 해도 된다.

여기서는, 열원측 열교환기(4)를 통과하는 냉매 온도를 검지하는 열원 냉매 온도 센서(4T) 및 열원측 열교환기(4)를 통과하는 냉매 압력을 검지하는 열원 냉매 압력 센서(4P)의 검지값에 의해, 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉매로부터 물에 공급할 수 있는 방출 열량을 파악할 수 있고, 중간 냉매관(22)을 통과하는 냉매 온도를 검지하는 중간 냉매 온도 센서(22T) 및 중간 냉매관(22)을 통과하는 냉매 압력을 검지하는 중간 냉매 압력 센서(22P)의 검지값에 의해, 중간 냉각기(7)에 있어서 냉매로부터 물에 공급할 수 있는 방출 열량을 파악할 수 있다. 따라서, 제어부(99)는, 이들 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉매로부터 물에 공급할 수 있는 방출 열량과, 중간 냉각기(7)에 있어서 냉매로부터 물에 공급할 수 있는 방출 열량에 대응하도록, 유량비 조절 기구(911)의 개방도를 조절하여, 필요로 하는 출탕 온도를 얻기 위한 효율이 좋은 유량비가 되도록 제어할 수 있게 된다.

<1-7> 변형예 5

상기 변형예 4에서는, 유량비 조절 기구(911)가 설치된 수 회로(910)를 예로 들어 설명하였다.

그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 유량비 조절 기구(911) 대신에, 열원수 배관(902, 903)에 개폐 밸브를 설치하고, 또한 중간수 배관(904, 905)에도 개폐 밸브를 설치한 수 회로를 채용해도 된다.

<1-8> 변형예 6

상기 실시 형태에서는, 2단계로 압축되는 저단측 압축 요소(2c) 및 고단측 압축 요소(2d)의 2단 압축 기구가 1세트만큼 설치된 냉매 회로를 예로 들어 설명하였다.

그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 상술한 2단계로 압축을 행하는 2단 압축 기구를 서로 병렬로 설치한 냉매 회로를 채용해도 된다.

또한, 냉매 회로에 있어서, 복수의 이용측 열교환기(6)를 서로 병렬로 배치시켜도 된다. 이때, 각 이용측 열교환기(6)에 대하여 공급되는 냉매량을 제어할 수 있도록, 팽창 기구를 각각의 이용측 열교환기의 바로 앞에 배치하여, 팽창 기구에 대해서도 서로 병렬로 배치된 냉매 회로를 채용해도 된다.

<1-9> 변형예 7

상기 실시 형태에서는, 구동축(21c, 21f) 및 압축기 구동 모터(21b, 21e)가 각각 별개로 설치된 저단측 압축 요소(2c) 및 고단측 압축 요소(2d)를 예로 들어 설명하였다.

그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 도 7에 도시한 바와 같이, 저단측 압축 요소(2c) 및 고단측 압축 요소(2d)의 구동축을 공통화시킨 공통 구동축(121c)을 채용하면서, 1개의 공통 압축기 구동 모터(121b)를 사용하여 공통 구동축(121c)에 동력을 전달하도록 한 압축 기구(2)를 채용한 냉매 회로(10D)이어도 된다.

이 압축 기구(2)는 케이싱(21a) 내에, 압축기 구동 모터(21b)와, 공통 구동축(121c)과, 압축 요소(2c, 2d)가 수용된 밀폐식 구조로 되어 있다. 공통 압축기 구동 모터(121b)는 공통 구동축(121c)에 연결되어 있다. 그리고, 이 공통 구동축(121c)은, 2개의 압축 요소(2c, 2d)에 연결되어 있다. 즉, 2개의 압축 요소(2c, 2d)는, 단일의 공통 구동축(121c)에 연결되어 있고, 2개의 압축 요소(2c, 2d)가 함께 공통 압축기 구동 모터(121b)에 의해 회전 구동되는, 소위 일축 이단 압축 구조로 되어 있다. 압축 요소(2c, 2d)는 로터리식이나 스크롤식 등의 용적식 압축 요소이다. 그리고, 저단측 압축 요소(2c)는, 흡입관(2a)으로부터 냉매를 흡입하고, 이 흡입된 냉매를 압축하여 중간 냉매관(22)을 향하여 토출한다. 중간 냉매관(22)은, 저단측 압축 요소(2c)의 토출측과 고단측 압축 요소(2d)의 흡입측을, 중간 냉각기(7)를 통하여 접속한다. 고단측 압축 요소(2d)는, 중간 냉매관(22)을 통하여 흡입한 냉매를 더 압축한 후, 토출관(2b)에 토출한다. 또한, 도 7에 있어서, 토출관(2b)은 압축 기구(2)로부터 토출된 냉매를 열원측 열교환기(4)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 모세관이 사용되고 있다. 역지 기구(42)는 압축 기구(2)의 토출측으로부터 열원측 열교환기(4)로의 냉매의 흐름을 허용하고, 또한 열원측 열교환기(4)로부터 압축 기구(2)의 토출측을 향하는 냉매의 흐름을 차단하기 위한 기구로, 역지 밸브가 사용되고 있다.

이와 같이, 압축 기구(2)는 2개의 압축 요소(2c, 2d)를 갖고 있고, 이들 압축 요소(2c, 2d) 중 전단측 압축 요소로부터 토출된 냉매를 후단측 압축 요소에서 순차 압축하도록 구성되어 있다.

여기서는 일축 이단형의 압축 기구가 채용되어 있으므로, 제어부(99)는 저단측 압축 요소(2c) 및 고단측 압축 요소(2d)의 원심력을 서로 상쇄시키면서 구동시켜 진동의 발생이나 토크 부하의 변동을 억제하고, 저단측 압축 요소(2c)의 운전 용량과 고단측 압축 요소(2d)의 운전 용량이 균형이 맞도록 하면서, 저단측과 고단측에서 압축비가 동등해지도록 제어할 수 있다.

<2> 제2 실시 형태

<2-1> 공기 조화 장치의 구성

도 8은, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 냉동 장치인 급탕 장치(201)의 개략 구성도이다.

이하, 제2 실시 형태에 있어서 제1 실시 형태와 동일 내용인 부분에 대해서는, 설명을 생략한다.

(수 회로)

수 회로(910)는, 상기 실시 형태의 수 회로에 대하여 중간수 배관(904, 905)의 도중에 배치된 유량비 조절 기구(911)를 더 갖고 있다. 이 유량비 조절 기구(911)의 개방도는 제어부(99)에 의해 제어되고, 열원수 배관(902, 903)측을 흐르는 수량과, 중간수 배관(904, 905)측을 흐르는 수량의 비율을 조절할 수 있도록 되어 있다.

(냉매 회로)

냉매 회로(210)는, 상기 실시 형태의 냉매 회로에 대하여, 액 가스 열교환기(8)와, 액 가스 삼방 밸브(8C)와, 액 가스 바이패스 배관(8B)과, 이들을 접속하는 접속 배관(71, 72, 73, 74, 75, 76, 77) 등을 더 갖고 있다.

액 가스 열교환기(8)는, 접속 배관(73)으로부터 접속 배관(74)을 향하여 흐르는 냉매를 통과시키는 액측 액 가스 열교환기(8L)와, 접속 배관(77)으로부터 흡입관(2a)을 향하여 흐르는 냉매를 통과시키는 가스측 액 가스 열교환기(8G)를 갖고 있다. 그리고, 액 가스 열교환기(8)는, 이 액측 액 가스 열교환기(8L)를 흐르는 냉매와, 가스측 액 가스 열교환기(8G)를 흐르는 냉매 사이에서 열교환을 행하게 한다. 또한, 여기서는, 「액」측, 「액」 가스 열교환기(8) 등의 문언으로 설명하지만, 액측 액 가스 열교환기(8L)를 통과하는 냉매는 액 상태에 한정되지 않고, 예를 들어 초임계 상태의 냉매이어도 된다. 또한, 가스측 액 가스 열교환기(8L)를 흐르는 냉매에 대해서도, 가스 상태의 냉매에 한정되지 않고, 예를 들어 습기가 있는 냉매가 흐르고 있어도 된다.

액 가스 바이패스 배관(8B)은, 액측 액 가스 열교환기(8L)의 상류측인 접속 배관(73)에 접속된 액 가스 삼방 밸브(8C)의 1개의 전환 포트와, 액측 액 가스 열교환기(8L)의 하류측으로 연장되는 접속 배관(74)의 단부를 접속하고 있다.

액 가스 삼방 밸브(8C)는, 열원측 열교환기(4)로부터 신장하는 접속 배관(72)을 액측 액 가스 열교환기(8L)로부터 신장하는 접속 배관(73)에 접속하는 액 가스 이용 접속 상태와, 열원측 열교환기(4)로부터 신장하는 접속 배관(72)을 액측 액 가스 열교환기(8L)로부터 신장하는 접속 배관(73)에 접속하지 않고 액 가스 바이패스 배관(8B)에 접속하는 액 가스 비이용 접속 상태로 전환할 수 있다.

<2-2> 공기 조화 장치의 동작

다음에, 본 제2 실시 형태의 급탕 장치(201)의 동작에 대하여, 도 8, 도 9 및 도 10을 사용하여 설명한다.

여기서, 도 9는, 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이며, 도 10은, 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이다.

(액 가스 이용 접속 상태)

액 가스 이용 접속 상태에서는, 액 가스 열교환기(8)에 있어서, 액측 액 가스 열교환기(8L)를 통과하는 냉매와, 가스측 액 가스 열교환기(8G)를 통과하는 냉매 사이에서 열교환이 행해지도록, 액 가스 삼방 밸브(8C)의 접속 상태가 제어부(99)에 의해 전환 제어된다.

여기서는, 저단측 압축 요소(2c)의 흡입관(2a)으로부터 흡입된 냉매(도 9, 도 10의 점 A 참조)가 저단측 압축 요소(2c)에 의해 압축되고(도 9, 도 10의 점 B 참조), 중간 냉매관(22)을 흐르는 냉매가 중간 냉각기(7)에 있어서 중간수 배관(904, 905)을 흐르는 물에 의해 냉각된다(도 9, 도 10의 점 C 참조).

고단측 압축 요소(2d)에 의해 임계 압력을 초과하는 압력이 될 때까지 압축된 냉매는(도 9, 도 10의 점 D 참조), 열원측 열교환기(4)에 보내진다. 그 후, 열원측 열교환기(4)에 있어서, 열원수 배관(902, 903)을 흐르는 물을 가열함으로써 냉매 자체가 갖고 있는 열이 방열된다. 또한, 여기서는, 이산화탄소가 작동 냉매로서 채용되어 있고, 초임계 상태로 되어 열원측 열교환기(4)에 유입하고 있으므로, 방열 공정에서는 냉매 압력이 일정한 상태에서 현열 변화에 의해 외부로 방열하면서, 냉매 자체의 온도는 연속적으로 저하되어 간다(도 9, 도 10의 K 참조). 그리고, 열원측 열교환기(4)를 나온 냉매는 액측 액 가스 열교환기(8L)에 유입하고, 가스측 액 가스 열교환기(8G)를 흐르는 저온 저압의 가스 냉매와의 사이에서 열교환이 행해짐으로써, 또한 방열하면서, 냉매 자체의 온도가 더욱 연속적으로 저하되어 간다(도 9, 도 10의 점 L 참조). 이 액측 액 가스 열교환기(8L)를 나온 냉매는, 팽창 기구(5)에 의해 감압되어(도 9, 도 10의 점 M 참조), 이용측 열교환기(6)에 유입해 간다. 이용측 열교환기(6)에서는, 압력이 일정한 상태에서, 외부의 공기나 물과의 열교환에 의해, 냉매가 외부로부터 빼앗은 열을 잠열 변화에 소비하면서 증발해 감으로써, 냉매의 건조도가 증대한다(도 9, 도 10의 점 P 참조). 이용측 열교환기(6)로부터 나온 냉매는, 가스측 액 가스 열교환기(8G)에 있어서, 압력이 일정한 생태에서, 이번에는 액측 액 가스 열교환기(8L)를 통과하는 고온 고압과 냉매와의 열교환에 의해 빼앗은 열에 의해, 또한 잠열 변화하면서 증발해 가고, 이 압력에 있어서의 건조 포화 증기 곡선을 넘어 과열 상태가 된다. 그리고, 이 과열 상태의 냉매가 흡입관(2a)을 통하여 저단측 압축 요소(2c)에 흡입된다(도 9, 도 10의 점 A). 액 가스 이용 접속 상태에서는, 이와 같은 냉매의 순환을 반복한다.

(액 가스 비이용 접속 상태)

액 가스 비이용 접속 상태에서는, 액 가스 열교환기(8)에 있어서의 열교환이 행해지지 않도록, 제어부(99)가 액 가스 삼방 밸브(8C)의 접속 상태를 제어하여, 접속 배관(72)과 액 가스 바이패스 배관(8B)을 접속하는 상태로 한다.

또한, 액 가스 비이용 접속 상태에 있어서도, 도 9, 도 10의 점 A, 점 B, 점 C, 점 D, 점 K에 대해서는, 액 가스 이용 접속 상태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

여기서는, 열원측 열교환기(4)를 나온 냉매는, 액측 액 가스 열교환기(8L)에 유입하지 않고, 액 가스 바이패스 배관(8B)을 흘러 팽창 기구(5)에 있어서 감압된다(도 9, 도 10의 점 L' 참조). 그리고, 팽창 기구(5)에 있어서 감압되어, 이용측 열교환기(6)에 유입한다(도 9, 도 10의 점 M' 참조). 이용측 열교환기(6)에 있어서는, 압력이 일정한 상태에서, 외부의 공기나 물과의 열교환에 의해, 냉매가 외부로부터 빼앗은 열을 잠열 변화에 소비하면서 증발해 감으로써, 이 압력에 있어서의 건조 포화 증기 곡선을 넘어 과열 상태가 된다. 그리고, 이 과열 상태의 냉매가 흡입관(2a)을 통하여 저단측 압축 요소(2c)에 흡입된다(도 9, 도 10의 점 P' 참조). 액 가스 비이용 접속 상태에서는, 이와 같은 냉매의 순환을 반복한다.

(액 가스 열교환기 전환 제어)

제어부(99)는, 상기 실시 형태 1에서 설명한 목표 능력 출력 제어와 동등한 제어를 행하면서, 상술한 액 가스 이용 접속 상태와, 액 가스 비이용 접속 상태를 전환하는 액 가스 열교환기 전환 제어를 행한다.

이 액 가스 열교환기 전환 제어에서는, 제어부(99)가 이용측 온도 센서(6T)의 검지 온도에 따라서 액 가스 삼방 밸브(8C)의 접속 상태를 전환한다.

상술한 목표 능력 출력 제어에서는, 이용측 온도 센서(6T)가 검출하는 온도에 기초하여 목표 증발 온도가 정해지지만, 이용측 온도 센서(6T)의 검지 온도가 낮아져 목표 증발 온도도 보다 낮게 설정되게 되면, 고단측 압축 요소(2d)의 목표 토출 압력은 변함없는 제어 조건 하[열원측 열교환기(4)에 있어서 요구되는 방출 열량을 확보할 필요가 있는 조건 하]에서는, 토출 냉매 온도가 상승하게 된다. 이와 같이 토출 냉매 온도가 지나치게 상승하게 되면, 고단측 압축 요소(2d)의 신뢰성을 손상시키게 된다. 그로 인해, 여기서는, 제어부(99)는, 액 가스 삼방 밸브(8C)의 접속 상태를, 액 가스 비이용 접속 상태로 하는 제어를 행한다. 이에 의해, 이용측 온도 센서(6T)의 검지 온도가 낮아져 목표 증발 온도도 보다 낮게 설정되었다고 해도, 고단측 압축 요소(2d)가 흡입하는 냉매의 과열도의 상승 정도를 억제하여 토출 냉매 온도의 상승을 억제하면서, 요구되어 있는 방열량을 유지할 수 있게 된다.

한편, 상술한 목표 능력 출력 제어에서는, 이용측 온도 센서(6T)가 검출하는 온도에 기초하여 목표 증발 온도가 정해지지만, 이용측 온도 센서(6T)의 검지 온도가 높아져 목표 증발 온도도 보다 높게 설정되게 되면, 고단측 압축 요소(2d)의 목표 토출 압력은 변함없는 제어 조건 하[열원측 열교환기(4)에 있어서 요구되는 방출 열량을 확보할 필요가 있는 조건 하]에서는, 토출 냉매 온도가 저하되어 가게 된다. 이 경우에는, 열원측 열교환기(4)에 필요해지는 방출 열량을 갖는 상태의 냉매를 공급할 수 없게 되는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 제어부(99)는 액 가스 삼방 밸브(8C)의 접속 상태를 전환하여 액 가스 이용 접속 상태로 하여, 고단측 압축 요소(2d)의 흡입 냉매의 과열도를 높이게 하여, 열원측 열교환기(4)에 있어서 필요해지는 방출 열량을 확보하도록 할 수 있다. 또한, 이와 같이 필요해지는 방출 열량을 공급할 수 있었다고 해도, 성적 계수를 개선할 수 있는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 제어부(99)는 액 가스 삼방 밸브(8C)의 접속 상태를 전환하여 액 가스 이용 접속 상태로 하여, 팽창 기구(5)의 흡입 냉매의 비엔탈피를 낮추고, 냉동 사이클의 냉동 능력을 향상시킴으로써, 요구되는 방열 열량을 확보하면서 성적 계수를 향상시킬 수 있다. 또한, 저단측 압축 요소(2c)의 흡입 냉매에 적당한 과열도를 확보시킬 수 있으므로, 저단측 압축 요소(2c)에 있어서 액 압축이 발생하게 되는 우려를 방지할 수 있다.

<2-3> 변형예 1

상기 실시 형태에서는, 이용측 온도 센서(6T)의 검지 온도에 기초하여(정해지는 목표 증발 온도에 기초하여) 제어부(99)가 액 가스 삼방 밸브(8C)의 접속 상태를 전환하는 경우를 예로 들어 설명하였다.

그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 도 11에 도시한 바와 같이, 이용측 온도 센서(6T) 대신에 고단측 압축 요소(2d)의 토출 냉매 온도를 검지하는 토출 냉매 온도 센서(2T)를 갖는 냉매 회로(210A)가 채용되어 있어도 된다.

이 토출 냉매 온도 센서(2T)에서는, 상술한 이용측 온도 센서(6T)의 검지 온도가 높아지는 경우가 토출 냉매 온도 센서(2T)의 검지 온도가 낮아지는 경우에 대응하고, 상술한 이용측 온도 센서(6T)의 검지 온도가 낮아지는 경우가 토출 냉매 온도 센서(2T)의 검지 온도가 높아지는 경우에 대응한다. 즉, 토출 냉매 온도 센서(2T)의 검지 온도가 지나치게 높아지면, 고단측 압축 요소(2d)의 신뢰성을 유지할 수 없게 되므로, 제어부(99)는 액 가스 삼방 밸브(8C)의 접속 상태를 액 가스 비이용 접속 상태로 하여, 저단측 압축 요소(2c)의 흡입 냉매의 과열도가 커지는 것을 방지한다. 또한, 토출 냉매 온도 센서(2T)의 검지 온도가 낮아지면, 제어부(99)는 열원측 열교환기(4)에 있어서 요구되는 방출 열량을 공급할 수 없게 되기 때문에, 액 가스 삼방 밸브(8C)의 접속 상태를 액 가스 이용 접속 상태로 하여, 저단측 압축 요소(2c)의 흡입 냉매의 과열도를 상승시켜, 능력을 확보시킨다. 또한, 저단측 압축 요소(2c)의 흡입 냉매의 온도가 낮고, 과열도를 높였다고 해도 고단측 압축 요소(2d)의 토출 냉매 온도가 지나치게 상승하지 않는 상황에는, 제어부(99)는, 액 가스 삼방 밸브(8C)의 접속 상태를 액 가스 이용 접속 상태로 하여, 팽창 기구(5)로 보내지는 냉매의 비엔탈피를 낮추고, 냉동 사이클의 냉동 능력을 향상시킴으로써 성적 계수를 높인다.

<2-4> 변형예 2

상기 실시 형태에서는, 액 가스 삼방 밸브(8C)의 접속 상태를 전환하여, 액 가스 이용 접속 상태와 액 가스 비이용 접속 상태를 전환하는 경우를 예로 들어 설명하였다.

그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 액 가스 삼방 밸브(8C)의 전환 상태를 조절함으로써, 액 가스 바이패스 배관(8B)과 액 가스 열교환기(8L)의 양쪽에 냉매를 흐르게 하면서, 양 유로의 냉매 유량비를 제어하도록 해도 된다.

<2-5> 변형예 3

상기 실시 형태에서는, 액 가스 삼방 밸브(8C)가 설치된 냉매 회로를 예로 들어 설명하였다.

그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 액 가스 삼방 밸브(8C) 대신에, 접속 배관(73)에 개폐 밸브를 설치하고, 또한 액 가스 바이패스 배관(8B)에도 개폐 밸브를 설치한 냉매 회로를 채용해도 된다.

<2-6> 변형예 4

상기 실시 형태에서는, 2단계로 압축되는 저단측 압축 요소(2c) 및 고단측 압축 요소(2d)의 2단 압축 기구가 1세트만 설치된 냉매 회로를 예로 들어 설명하였다.

<2-7> 변형예 5

그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 도 12에 도시한 바와 같이, 저단측 압축 요소(2c) 및 고단측 압축 요소(2d)의 구동축을 공통화시킨 공통 구동축(121c)을 채용하면서, 1개의 공통 압축기 구동 모터(121b)를 사용하여 공통 구동축(121c)에 동력을 전달하도록 한 압축 기구(2)를 채용한 냉매 회로(210B)이어도 된다.

이 압축 기구(2)는 케이싱(21a) 내에, 압축기 구동 모터(21b)와, 공통 구동축(121c)과, 압축 요소(2c, 2d)가 수용된 밀폐식 구조로 되어 있다. 공통 압축기 구동 모터(121b)는 공통 구동축(121c)에 연결되어 있다. 그리고, 이 공통 구동축(121c)은 2개의 압축 요소(2c, 2d)에 연결되어 있다. 즉, 2개의 압축 요소(2c, 2d)는, 단일의 공통 구동축(121c)에 연결되어 있고, 2개의 압축 요소(2c, 2d)가 함께 공통 압축기 구동 모터(121b)에 의해 회전 구동되는, 소위 일축 이단 압축 구조로 되어 있다. 압축 요소(2c, 2d)는 로터리식이나 스크롤식 등의 용적식 압축 요소이다. 그리고, 저단측 압축 요소(2c)는, 흡입관(2a)으로부터 냉매를 흡입하고, 이 흡입된 냉매를 압축하여 중간 냉매관(22)을 향하여 토출한다. 중간 냉매관(22)은, 저단측 압축 요소(2c)의 토출측과 고단측 압축 요소(2d)의 흡입측을, 중간 냉각기(7)를 통하여 접속한다. 고단측 압축 요소(2d)는 중간 냉매관(22)을 통하여 흡입한 냉매를 더 압축한 후, 토출관(2b)에 토출한다. 또한, 도 12에 있어서, 토출관(2b)은 압축 기구(2)로부터 토출된 냉매를 열원측 열교환기(4)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 모세관이 사용되고 있다. 역지 기구(42)는, 압축 기구(2)의 토출측으로부터 열원측 열교환기(4)로의 냉매의 흐름을 허용하고, 또한 열원측 열교환기(4)로부터 압축 기구(2)의 토출측으로의 냉매의 흐름을 차단하기 위한 기구로, 역지 밸브가 사용되고 있다.

<3> 제3 실시 형태

<3-1> 공기 조화 장치의 구성

도 13은, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 냉동 장치인 급탕 장치(301)의 개략 구성도이다.

이하, 제3 실시 형태에 있어서 제1 실시 형태와 동일 내용인 부분에 대해서는, 설명을 생략한다.

(수 회로)

(냉매 회로)

냉매 회로(310)는, 상기 실시 형태의 냉매 회로에 대하여, 또한 이코노마이저 회로(9)와, 이들을 접속하는 접속 배관(73c, 74c) 등을 더 갖고 있다.

이코노마이저 회로(9)는, 접속 배관(72)과 접속 배관(73c) 사이의 분기점(X)으로부터 분기하고 있는 분기 상류 배관(9a), 냉매를 감압시키는 이코노마이저 팽창 기구(9e), 이코노마이저 팽창 기구(9e)에서 감압된 냉매를 이코노마이저 열교환기(20)까지 유도하는 분기 중류 배관(9b), 이코노마이저 열교환기(20)로부터 흘러나온 냉매를 중간 냉매관(22)의 합류점(Y)까지 유도하는 분기 하류 배관(9c)을 갖고 있다.

접속 배관(73c)은 이코노마이저 열교환기(20)를 통하여 접속 배관(75c)에 냉매를 유도한다. 이 접속 배관(75c)은 팽창 기구(5)에 접속되어 있다.

다른 구성은, 상술한 제1 실시 형태의 급탕 장치(1)와 마찬가지이다.

<3-2> 공기 조화 장치의 동작

다음에, 제3 실시 형태의 급탕 장치(301)의 동작에 대하여, 도 13, 도 14 및 도 15를 이용하여 설명한다.

여기서, 도 14는 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이며, 도 15는 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이다.

(이코노마이저 이용 상태)

이코노마이저 이용 상태에서는, 이코노마이저 팽창 기구(9e)의 개방도를 조절함으로써, 이코노마이저 회로(9)에 냉매를 흐르게 한다.

이코노마이저 회로(9)에서는, 분기점(X)으로부터 분기 상류 배관(9a)으로 분기하여 흘러 온 냉매가, 이코노마이저 팽창 기구(9e)에 있어서 감압되어(도 13, 도 14 및 도 15의 점 R 참조), 분기 중류 배관(9b)을 통하여 이코노마이저 열교환기(20)에 유입한다.

그리고, 이코노마이저 열교환기(20)에서는, 접속 배관(73c)과 접속 배관(75c)을 흐르는 냉매(도 13, 도 14 및 도 15의 점 X→점 Q 참조)와, 분기 중류 배관(9b)을 통하여 이코노마이저 열교환기(20)에 유입하는 냉매(도 13, 도 14 및 도 15의 점 R→점 Y 참조) 사이에서 열교환이 행해진다.

이때에, 접속 배관(73c)과 접속 배관(75c)을 흐르는 냉매에 대해서는, 이코노마이저 열교환기(20)에서 감압되어 냉매 온도가 저하되어 있는 분기 중류 배관(9b)을 흐르는 냉매에 의해 냉각되어, 비엔탈피가 내려간다(도 13, 도 14 및 도 15의 점 X→점 Q 참조). 이와 같이, 팽창 기구(5)에 보내지는 냉매의 과냉각도가 증대함으로써, 냉동 사이클의 냉동 능력이 상승하고, 성적 계수가 향상된다. 그리고, 이 비엔탈피가 내려간 냉매는, 팽창 기구(5)를 통과함으로써, 감압되어, 이용측 열교환기(6)에 유입한다(도 13, 도 14 및 도 15의 점 Q→점 M 참조). 그리고, 이용측 열교환기(6)에 있어서 냉매는, 증발해 가, 저단측 압축 요소(2c)에 흡입된다(도 13, 도 14 및 도 15의 점 M→점 A 참조). 저단측 압축 요소(2c)에 흡입된 냉매는 압축되어, 온도 상승을 수반하면서 중간 압력까지 압력이 상승한 냉매가 중간 냉매관(22)을 흐르는 상태가 된다.

이 중간 냉각기(22)를 흐르는 냉매는, 중간 냉각기(7)를 통과할 때에 중간수 배관(904, 905)을 흐르는 물을 가열할 때에 방열하여, 냉매 온도가 저하된다(도 13, 도 14 및 도 15의 점 B→점 S).

또한, 분기 중류 배관(9b)을 통하여 이코노마이저 열교환기(20)에 유입하는 냉매는, 접속 배관(73c)과 접속 배관(75c)을 흐르는 냉매에 의해 가열됨으로써, 냉매의 건조도가 향상된다(도 13, 도 14 및 도 15의 점 R→점 Y 참조).

이와 같이, 이코노마이저 회로(9)를 통한 냉매(도 13, 도 14 및 도 15의 점 Y)는, 상술한 중간 냉매관(22)의 합류점(Y)에 있어서, 중간 냉매관(22)을 흐르면서 중간 냉각기(7)에서 냉각된 냉매(도 13, 도 14 및 도 15의 점 S)에 합류하고, 중간 압력을 유지한 상태에서, 냉매 온도가 저하되고, 저단측 압축 요소(2c)로부터의 토출 냉매의 과열도를 저감시키면서, 고단측 압축 요소(2d)에 흡입된다(도 13, 도 14 및 도 15의 점 Y, 점 S 및 점 C 참조). 이에 의해, 고단측 압축 요소(2d)의 흡입 냉매의 냉매 온도가 저하되므로, 고단측 압축 요소(2d)의 토출 냉매 온도가 지나치게 높아지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 고단측 압축 요소(2d)의 흡입 냉매의 온도가 저하됨으로써 냉매 밀도가 상승하고, 또한 이코노마이저 회로(9)를 통하여 인젝션된 냉매에 의해 열원측 열교환기(4)를 순환하는 냉매량이 증대하므로, 열원측 열교환기(4)에 공급할 수 있는 능력을 대폭으로 증대시킬 수 있다.

이코노마이저 이용 상태에서는, 이와 같은 냉매의 순환을 반복한다.

(이코노마이저 비이용 상태)

이코노마이저 비이용 상태에서는, 이코노마이저 회로(9)에 있어서의 이코노마이저 팽창 기구(9e)가 완전 폐쇄 상태로 된다. 이에 의해, 분기 중류 배관(9b)에 있어서의 냉매 흐름이 없어지고, 이코노마이저 열교환기(20)가 기능하지 않는 상태가 된다(도 13, 도 14 및 도 15의 점 Q', 점 M', 점 D' 참조).

이에 의해, 중간 냉매관(22)을 흐르는 냉매의 냉각 효과가 없어지므로, 고단측 압축 요소(2d)의 토출 냉매의 온도가 상승하고, 유저가 요구하는 출탕 온도가 높은 경우에 구비할 수 있게 된다.

(이코노마이저 전환 제어)

제어부(99)는 상기 실시 형태 1에서 설명한 목표 능력 출력 제어와 동등한 제어를 행하면서, 상술한 이코노마이저 이용 상태와, 이코노마이저 비이용 상태를 전환하는 이코노마이저 전환 제어를 행한다.

이 이코노마이저 전환 제어에서는, 제어부(99)가 이용측 온도 센서(6T)의 검지 온도에 따라서 이코노마이저 팽창 기구(9e)의 개방도를 제어한다.

상술한 목표 능력 출력 제어에서는, 이용측 온도 센서(6T)가 검출하는 온도에 기초하여 목표 증발 온도가 정해지지만, 이용측 온도 센서(6T)의 검지 온도가 낮아져 목표 증발 온도도 보다 낮게 설정되게 되면, 고단측 압축 요소(2d)의 목표 토출 압력은 변함없는 제어 조건 하[열원측 열교환기(4)에 있어서 요구되는 방출 열량을 확보할 필요가 있는 조건 하]에서는, 토출 냉매 온도가 상승하게 된다. 이와 같이 토출 냉매 온도가 지나치게 상승하게 되면, 고단측 압축 요소(2d)의 신뢰성을 손상시켜 버린다. 그로 인해, 여기서는, 제어부(99)는, 이코노마이저 팽창 기구(9e)를 개방하여 이코노마이저 회로(9)에 냉매를 흐르게 함으로써 이코노마이저 열교환기(20)를 기능시키는, 이코노마이저 이용 상태로 하는 제어를 행한다. 이에 의해, 이용측 온도 센서(6T)의 검지 온도가 낮아져 목표 증발 온도로 보다 낮게 설정되었다고 해도, 고단측 압축 요소(2d)가 흡입하는 냉매 온도의 상승 정도가 억제되어 토출 냉매 온도의 상승을 억제하면서, 요구되어 있는 방열량을 유지할 수 있게 된다.

한편, 상술한 목표 능력 출력 제어에서는, 이용측 온도 센서(6T)가 검출하는 온도에 기초하여 목표 증발 온도가 정해지지만, 이용측 온도 센서(6T)의 검지 온도가 높아져 목표 증발 온도도 보다 높게 설정되게 되면, 고단측 압축 요소(2d)의 목표 토출 압력은 변함없는 제어 조건 하[열원측 열교환기(4)에 있어서 요구되는 방출 열량을 확보할 필요가 있는 조건 하]에서는, 토출 냉매 온도가 저하되어 가게 된다. 이 경우에는, 열원측 열교환기(4)에 필요해지는 방출 열량을 갖는 상태의 냉매를 공급할 수 없게 되는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 제어부(99)는 이코노마이저 팽창 기구(9e)를 완전 폐쇄 상태로 하는 이코노마이저 비이용 상태로 하고, 고단측 압축 요소(2d)가 흡입하는 냉매의 과열도가 저하되지 않도록 하여, 열원측 열교환기(4)에 있어서 필요해지는 방출 열량을 확보하도록 할 수 있다. 또한, 이와 같이 필요해지는 방출 열량을 공급할 수 있었다고 해도, 성적 계수를 개선할 수 있는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 제어부(99)는 이코노마이저 팽창 기구(9e)를 개방하여 이코노마이저 이용 상태로 하여, 팽창 기구(5)의 흡입 냉매의 비엔탈피를 낮추고, 냉동 사이클의 냉동 능력을 향상시킴으로써, 요구되는 방열 열량을 확보하면서 성적 계수를 향상시킬 수 있다.

<3-3> 변형예 1

상기 실시 형태에서는, 이용측 온도 센서(6T)의 검지 온도에 기초하여(정해지는 목표 증발 온도에 기초하여) 제어부(99)가 이코노마이저 팽창 기구(9e)의 개방도를 전환하는 경우를 예로 들어 설명하였다.

그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 도 16에 도시한 바와 같이, 이용측 온도 센서(6T) 대신에 고단측 압축 요소(2d)의 토출 냉매 온도를 검지하는 토출 냉매 온도 센서(2T)를 갖는 냉매 회로(310A)가 채용되어 있어도 된다.

이 토출 냉매 온도 센서(2T)에서는, 상술한 이용측 온도 센서(6T)의 검지 온도가 높아지는 경우가 토출 냉매 온도 센서(2T)의 검지 온도가 낮아지는 경우에 대응하고, 상술한 이용측 온도 센서(6T)의 검지 온도가 낮아지는 경우가 토출 냉매 온도 센서(2T)의 검지 온도가 높아지는 경우에 대응한다. 즉, 토출 냉매 온도 센서(2T)의 검지 온도가 지나치게 높아지면, 고단측 압축 요소(2d)의 신뢰성을 유지할 수 없게 되므로, 제어부(99)는 이코노마이저 팽창 기구(9e)의 개방도를 높여 이코노마이저 이용 상태로 하여, 고단측 압축 요소(2d)의 흡입 냉매의 과열도를 낮추어, 고단측 압축 요소(2d)의 토출 냉매 온도가 지나치게 높아지는 것을 방지한다. 또한, 토출 냉매 온도 센서(2T)의 검지 온도가 낮아지면, 제어부(99)는 열원측 열교환기(4)에 있어서 요구되는 방출 열량을 공급할 수 없게 되기 때문에, 이코노마이저 팽창 기구(9e)를 완전 폐쇄 상태로 하여 이코노마이저 비이용 상태로 하여, 고단측 압축 요소(2d)의 흡입 냉매의 과열도를 저하시키지 않고, 능력을 확보시킨다. 또한, 고단측 압축 요소(2d)의 흡입 냉매의 온도가 낮고, 과열도를 높였다고 해도 고단측 압축 요소(2d)의 토출 냉매 온도가 지나치게 상승하지 않는 상황에는, 제어부(99)는, 이코노마이저 팽창 기구(9e)의 개방도를 높여 이코노마이저 이용 상태로 하여, 팽창 기구(5)로 보내지는 냉매의 비엔탈피를 낮추고, 냉동 사이클의 냉동 능력을 향상시킴으로써 성적 계수를 높인다.

<3-4> 변형예 2

상기 실시 형태에서는, 이코노마이저 팽창 기구(9e)의 개방도를 조절하여, 이코노마이저 이용 상태와 이코노마이저 비이용 상태를 전환하는 경우를 예로 들어 설명하였다.

그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 이코노마이저 팽창 기구(9e)의 밸브 개방도를 조절함으로써, 이코노마이저 회로(9) 및 접속 배관(73c, 75c)에 흐르는 냉매 유량비를 제어하도록 해도 된다.

<3-5> 변형예 3

<3-6> 변형예 4

그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 도 17에 도시한 바와 같이, 저단측 압축 요소(2c) 및 고단측 압축 요소(2d)의 구동축을 공통화시킨 공통 구동축(121c)을 채용하면서, 1개의 공통 압축기 구동 모터(121b)를 사용하여 공통 구동축(121c)에 동력을 전달하도록 한 압축 기구(2)를 채용한 냉매 회로(310B)이어도 된다.

이 압축 기구(2)는 케이싱(21a) 내에, 압축기 구동 모터(21b)와, 공통 구동축(121c)과, 압축 요소(2c, 2d)가 수용된 밀폐식 구조로 되어 있다. 공통 압축기 구동 모터(121b)는 공통 구동축(121c)에 연결되어 있다. 그리고, 이 공통 구동축(121c)은 2개의 압축 요소(2c, 2d)에 연결되어 있다. 즉, 2개의 압축 요소(2c, 2d)는 단일의 공통 구동축(121c)에 연결되어 있고, 2개의 압축 요소(2c, 2d)가 함께 공통 압축기 구동 모터(121b)에 의해 회전 구동되는, 소위 일축 이단 압축 구조로 되어 있다. 압축 요소(2c, 2d)는 로터리식이나 스크롤식 등의 용적식 압축 요소이다. 그리고, 저단측 압축 요소(2c)는, 흡입관(2a)으로부터 냉매를 흡입하고, 이 흡입된 냉매를 압축하여 중간 냉매관(22)을 향하여 토출한다. 중간 냉매관(22)은, 저단측 압축 요소(2c)의 토출측과 고단측 압축 요소(2d)의 흡입측을, 중간 냉각기(7)를 통하여 접속한다. 고단측 압축 요소(2d)는, 중간 냉매관(22)을 통하여 흡입한 냉매를 더 압축한 후, 토출관(2b)에 토출한다. 또한, 도 17에 있어서, 토출관(2b)은 압축 기구(2)로부터 토출된 냉매를 열원측 열교환기(4)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)에 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 모세관이 사용되고 있다. 역지 기구(42)는, 압축 기구(2)의 토출측으로부터 열원측 열교환기(4)로의 냉매의 흐름을 허용하고, 또한 열원측 열교환기(4)로부터 압축 기구(2)의 토출측으로의 냉매의 흐름을 차단하기 위한 기구로, 역지 밸브가 사용되고 있다.

<4> 제4 실시 형태

<4-1> 공기 조화 장치의 구성

도 18은, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 냉동 장치인 급탕 장치(401)의 개략 구성도이다.

이하, 제4 실시 형태에 있어서 제1 실시 형태와 동일 내용인 부분에 대해서는, 설명을 생략한다.

(수 회로)

(냉매 회로)

냉매 회로(410)는, 상기 실시 형태의 냉매 회로에 대하여, 액 가스 열교환기(8)와, 전환 삼방 밸브(28C)와, 액 가스 바이패스 배관(8B)과, 이코노마이저 회로(9)와, 이들을 접속하는 접속 배관(74g, 75g) 등을 더 갖고 있다.

액 가스 열교환기(8)는, 접속 배관(73)으로부터 접속 배관(74)을 향하여 흐르는 냉매를 통과시키는 액측 액 가스 열교환기(8L)와, 접속 배관(77)으로부터 흡입관(2a)을 향하여 흐르는 냉매를 통과시키는 가스측 액 가스 열교환기(8G)를 갖고 있다. 그리고, 액 가스 열교환기(8)는, 이 액측 액 가스 열교환기(8L)를 흐르는 냉매와, 가스측 액 가스 열교환기(8G)를 흐르는 냉매 사이에서 열교환을 행하게 한다. 또한, 여기서는, 「액」측, 「액」 가스 열교환기(8) 등의 문언으로 설명하지만, 액측 액 가스 열교환기(8L)를 통과하는 냉매는 액 상태에 한정되지 않고, 예를 들어 초임계 상태의 냉매이어도 된다. 또한, 가스측 액 가스 열교환기(8L)를 흐르는 냉매에 대해서도, 가스 상태의 냉매에 한정되지 않고, 예를 들어 습기가 있는 냉매가 흐르고 있어도 된다. 또한, 접속 배관(74)의 도중에는, 팽창 기구(95e)가 설치되어 있다.

액 가스 바이패스 배관(8B)은, 액측 액 가스 열교환기(8L)의 상류측인 접속 배관(73)에 접속된 전환 삼방 밸브(28C)의 1개의 전환 포트와, 액측 액 가스 열교환기(8L)의 하류측으로 연장되는 접속 배관(74)의 단부를 접속하고 있다.

전환 삼방 밸브(28C)는, 열원측 열교환기(4)로부터 신장하는 접속 배관(72)을 액측 액 가스 열교환기(8L)로부터 신장하는 접속 배관(73)에 접속하는 액 가스 상태와, 열원측 열교환기(4)로부터 신장하는 접속 배관(72)을 액측 액 가스 열교환기(8L)로부터 신장하는 접속 배관(73)에 접속하지 않고 액 가스 바이패스 배관(8B)에 접속하는 이코노마이저 상태로 전환할 수 있다. 또한, 이코노마이저 상태에서 이코노마이저 팽창 기구(9e)를 완전 폐쇄 상태로 함으로써, 이코노마이저 회로(9)도 액 가스 열교환기(8)도 이용하지 않는 양 기능 비이용 상태로 할 수 있다.

이코노마이저 회로(9)는, 액 가스 바이패스 배관(8B)과 접속 배관(74g) 사이의 분기점(X)으로부터 분기하고 있는 분기 상류 배관(9a), 냉매를 감압시키는 이코노마이저 팽창 기구(9e), 이코노마이저 팽창 기구(9e)에서 감압된 냉매를 이코노마이저 열교환기(20)까지 유도하는 분기 중류 배관(9b), 이코노마이저 열교환기(20)로부터 흘러나온 냉매를 중간 냉매관(22)의 합류점(Y)까지 유도하는 분기 하류 배관(9c)을 갖고 있다.

접속 배관(74g)은 이코노마이저 열교환기(20)를 통하여 접속 배관(75g)으로 냉매를 유도한다. 이 접속 배관(75g)은 팽창 기구(5)에 접속되어 있다.

또한, 액측 액 가스 열교환기(8L)를 통과한 냉매와, 이코노마이저 열교환기(20)를 통과한 냉매와는, 합류점(L)에 있어서 합류하고, 접속 배관(76)을 통하여 이용측 열교환기(6)에 유입한다.

제어부(99)는, 전환 삼방 밸브(28C)의 접속 상태 및 이코노마이저 팽창 기구(9e)의 개방도를 조절함으로써, 이코노마이저 상태와, 액 가스 상태와, 양 기능 비이용 상태를 전환할 수 있다.

다른 구성은, 상술한 제1 실시 형태의 급탕 장치(1), 제2 실시 형태의 급탕 장치(201)나 제3 실시 형태의 급탕 장치(301)에 있어서 설명한 내용과 마찬가지이다.

<4-2> 공기 조화 장치의 동작

다음에, 제4 실시 형태의 급탕 장치(401)의 동작에 대하여, 도 18, 도 19 및 도 20을 사용하여 설명한다.

여기서, 도 19는, 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이며, 도 20은, 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이다.

또한, 이코노마이저 상태에 있어서의 점 Q의 비엔탈피와, 액 가스 상태에 있어서의 점 T의 비엔탈피는, 각각 팽창 기구(5)나 팽창 기구(95e)의 개방도 제어에 의해 어느 것이 큰 값이 되는지가 변화하므로, 도 19, 도 20에서 도시하는 예에 한정되는 것은 아니다.

(이코노마이저 상태)

이코노마이저 상태에서는, 제어부(99)가 접속 배관(73)에는 냉매가 흐르지 않도록 하면서 접속 배관(73g)에 냉매가 흐르도록 전환 삼방 밸브(28C)의 접속 상태를 전환하여, 이코노마이저 팽창 기구(9e)의 개방도를 높여, 이코노마이저 회로(9)에 냉매를 흐르도록 냉동 사이클을 행한다. 여기서는, 도 18, 도 19 및 도 20에 있어서 점 A, 점 B, 점 C, 점 D, 점 K, 점 X, 점 R, 점 Y, 점 Q, 점 L, 점 P로 나타낸 바와 같이, 상기 실시 형태 3에 있어서의 이코노마이저 이용 상태와 같은 냉동 사이클이 행해진다.

여기서는, 이코노마이저 열교환기(20)에 있어서의 열교환에 의해 접속 배관(75g)을 통과하여 팽창 기구(5)에 유입하는 냉매의 비엔탈피를 낮출 수 있고, 냉동 사이클의 냉동 능력을 향상시켜 성적 계수를 양호한 값으로 할 수 있다. 또한, 이코노마이저 회로(9)를 통하여 중간 냉매관(22)의 합류점(Y)에 있어서 합류되는 냉매에 의해, 고단측 압축 요소(2d)의 흡입 냉매의 과열도를 중간 냉각기(7)만큼 의지하지 않고 더욱 작게 할 수 있고, 압축 요소(2d)의 흡입 냉매의 밀도를 높여서 압축 효율을 향상시킬 수 있음과 함께, 토출 냉매 온도의 이상 상승을 방지할 수 있다. 또한, 이때에, 이코노마이저 회로(9)를 통하여 중간 냉매관(22)에 인젝션됨으로써, 열원측 열교환기(4)에 공급되는 냉매량이 증대하고, 공급되는 열량도 증대시킬 수 있게 된다.

(액 가스 상태)

액 가스 상태에서는, 제어부(99)가 접속 배관(73g)에는 냉매가 흐르지 않도록 하면서 접속 배관(73)에 냉매가 흐르도록 전환 삼방 밸브(28C)의 접속 상태를 전환하여, 액 가스 열교환기(8)를 기능시킨 냉동 사이클을 행한다. 여기서는, 도 18, 도 19 및 도 20에 있어서 점 A, 점 B, 점 C', 점 D', 점 K, 점 T, 점 L', 점 P'로 나타낸 바와 같이, 상기 실시 형태 2에 있어서의 액 가스 이용 접속 상태와 같은 냉동 사이클이 행해진다.

여기서는, 팽창 기구(95e)로 유입하는 냉매의 비엔탈피를 낮출 수 있으므로, 냉동 사이클에 있어서의 냉동 능력을 향상시켜 성적 계수를 양호한 값으로 할 수 있음과 함께, 저단측 압축 요소(2c)의 흡입 냉매의 과열도를 확보하여 액 압축을 방지하면서, 토출 온도를 높게 하여 열원측 열교환기(4)에 있어서 요구되는 열량을 확보할 수 있게 된다.

(양 기능 비이용 상태)

양 기능 비이용 상태에서는, 제어부(99)가 접속 배관(73)에는 냉매가 흐르지 않도록 하면서 접속 배관(73g)에 냉매가 흐르도록 전환 삼방 밸브(28C)의 접속 상태를 전환하여, 이코노마이저 팽창 기구(9e)를 완전 폐쇄 상태로 하여, 이코노마이저 회로(9)도 액 가스 열교환기(8)도 이용하지 않도록 냉동 사이클을 행한다. 여기서는, 도 18, 도 19 및 도 20에 있어서 점 A, 점 B, 점 C, 점 D'', 점 K, 점 X, 점 Q'', 점 L'', 점 P로 나타내는 단순한 냉동 사이클이 행해진다.

여기서는, 고단측 압축 요소(2d)로부터 토출되는 냉매 온도를 높게 할 수 있으므로, 열원측 열교환기(4)에 있어서 필요해지는 방출 열량이 증대한 경우라도, 요구되는 열량을 공급할 수 있게 된다.

(이코노마이저 상태, 액 가스 상태, 양 기능 비이용 상태의 전환 제어)

제어부(99)는, 토출 냉매 온도가 이상 상승하지 않는 범위이며 토출 냉매 압력이 저단측 압축 요소(2c) 및 고단측 압축 요소(2d)의 내압 강도 이하의 압력이 되는 것을 최우선으로 하고, 유저에 의해 요구된 출탕 온도 및 출탕량을 얻는 것을 두 번째의 우선 사항으로 하고, 운전 효율을 양호하게 하는 것(성적 계수를 향상시키는 것이나, 압축 효율을 높이는 것과의 균형에 맞게 적절히 결정할 수 있음)이 세 번째의 우선 사항이 되도록, 상기 상태를 전환하는 제어를 행한다.

즉, 열원측 열교환기(4)에 있어서의 냉매의 방출 열량이 부족한 경우에는, 토출 온도가 이상 상승하지 않는 범위이면 액 가스 상태로 하면서, 토출 온도가 이상 상승하는 것을 피하는 것이면 양 기능 비이용 상태로 하는 제어를 행한다. 또한, 열원측 열교환기(4)에 있어서의 방출 열량이 충분히 충족되고 있는 경우에는, 이코노마이저 상태로 하여, 이코노마이저 팽창 기구(9e)의 개방도를 제어하고, 열원측 열교환기(4)에 있어서 요구되는 방출 열량을 공급할 수 있는 한도에 있어서 밸브 개방도를 높여 가고, 냉동 사이클의 냉동 능력을 향상시킴으로써 성적 계수를 양호한 값으로 하면서, 열원측 열교환기(4)에 공급할 수 있는 냉매량을 증대함으로써 공급 열량을 증대시키는 제어를 행한다.

또한, 여기서의 방출 열량에 대해서는 물 온도 센서(910T)의 검지 온도와 유저가 요구하는 출탕 온도 및 출탕량에 기초하여 제어부(99)가 구한다. 또한, 토출 온도가 이상 상승하고 있지 않은지 여부에 대해서는, 이용측 온도 센서(6T)의 검지 온도(에 대응하여 정해지는 증발 온도)에 기초하여 제어부(99)가 구한다.

<4-3> 변형예 1

상기 실시 형태에서는, 제어부(99)가 이코노마이저 상태와, 액 가스 상태와, 양 기능 비이용 상태를 전환하는 제어를 행하는 경우를 예로 들어 설명하였다.

그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 이코노마이저 회로(9)를 이용하면서 액 가스 열교환기(8)도 이용하는 병용 상태를 채용할 수 있도록 해도 된다.

여기서는, 예를 들어 제어부(99)는, 고단측 압축 요소(2d)의 토출 냉매 온도가 이상 상승하지 않는 범위이며 토출 냉매 압력이 저단측 압축 요소(2c) 및 고단측 압축 요소(2d)의 내압 강도 이하의 압력으로 하고, 유저가 요구하는 출탕 온도 및 출탕량을 공급할 수 있는 것을 전제 조건으로 하여, 운전 효율을 양호하게 하는 것(성적 계수를 향상시키는 것이나, 압축 효율을 높이는 것과의 균형에 맞게 적절히 결정할 수 있음)이 가능하도록, 간단히 전환 삼방 밸브(28C)의 접속 상태를 서로 전환하는 것이 아닌, 이코노마이저 회로(9)와 액 가스 열교환기(8L)의 양쪽에 냉매가 동시에 흐르는 상황에 있어서 이코노마이저 회로(9)측을 흐르는 냉매의 유량과 액 가스 열교환기(8L)의 유량과의 비율을 제어하도록 해도 된다. 또한, 여기서의 비율 조절 가능한 구성으로서는, 전환 삼방 밸브(28C)에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 액 가스 열교환기(8L)의 바로 앞에 팽창 기구를 설치하여 유량비 제어를 행하도록 해도 된다.

여기서는, 제어부(99)는, 이코노마이저 회로(9)측의 유량과 액 가스 열교환기(8)측의 유량의 비율은, 이용측 온도 센서(6T)의 검지 온도에 기초하여 목표 증발 온도를 정한 경우의 고단측 압축 요소(2d)의 토출 냉매 온도가 이상 상승하지 않는 범위[고단측 압축 요소(2d)로부터의 토출 냉매 온도가 소정 온도 이하 등의 조건 하]이며 토출 냉매 압력이 저단측 압축 요소(2c) 및 고단측 압축 요소(2d)의 내압 강도 이하의 압력으로 하고, 유저가 요구하는 출탕 온도 및 출탕량을 확보할 수 있는 만큼의 열량을 산출한다.

그리고, 제어부(99)는, 예를 들어 우선, 이코노마이저 회로(9)의 유량이 제로라고 가정하여, 목표 증발 온도에 있어서 토출 냉매 온도의 이상 상승을 방지할 수 있어, 토출 압력이 저단측 압축 요소(2c) 및 고단측 압축 요소(2d)의 내압 강도에 대응하는 소정 압력 이하이고, 방출 열량을 확보하는 데 필요한 액 가스 열교환기(8L)의 유량을 산출한다. 다음에, 제어부(99)는, 이 산출된 액 가스 열교환기(8L)측의 유량을 저감시키면서, 저감시킨 유량분의 냉매를 이코노마이저 회로(9)에 흐르게 하였다고 가정하여, 액 가스 열교환기(8)의 유량이 감소하는 분에 수반하여 비엔탈피가 증대하는 것에 의한 냉동 능력의 저하분과, 이코노마이저 회로(9)의 유량이 증가함에 수반하여 비엔탈피가 저하하는 것에 의한 냉동 능력의 증대분과, 이코노마이저 회로(9)의 유량이 증대함으로써 방출 열량 확보를 위하여 고압이 상승하는 것에 의한 압축 기구의 압축비의 증대분과, 이코노마이저 회로(9)의 유량의 증대에 의해 열원측 열교환기(4)로 공급되는 냉매 밀도가 상승하는 것에 수반하는 공급 열량의 증대분을 고려하여, 저단측 압축 요소(2c) 및 고단측 압축 요소(2d)의 각각의 압축비가 소정의 범위 내이며, 성적 계수가 소정의 범위 내가 되도록, 유량비를 제어한다.

예를 들어, 제어부(99)에 의한 유량비 제어에서는, 압축일을 최소로 하는 중간 압력으로 하여 저단측 압축 요소(2c)에 의한 압축비와 고단측 압축 요소(2d)에 의한 압축비가 동등해지는 중간 압력을 산출하고, 이코노마이저 팽창 기구(9e)에 있어서 감압되는 정도를 이 중간 압력(및 이 중간 압력으로부터 소정 범위 내의 압력)이 되도록 이코노마이저 팽창 기구(9e)를 제어한 다음에, 성적 계수가 양호해지도록 전환 삼방 밸브(28C)에 있어서의 유량비를 조절하도록 해도 된다.

<4-4> 변형예 2

상기 실시 형태에서는, 이용측 온도 센서(6T)의 검지 온도에 기초하여(정해지는 목표 증발 온도에 기초하여) 제어부(99)가 전환 삼방 밸브(28C)나 이코노마이저 팽창 기구(9e)의 개방도를 전환하는 경우를 예로 들어 설명하였다.

그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 도 21에 도시한 바와 같이, 이용측 온도 센서(6T) 대신에 고단측 압축 요소(2d)의 토출 냉매 온도를 검지하는 토출 냉매 온도 센서(2T)를 갖는 냉매 회로(410A)가 채용되어 있어도 된다.

이 토출 냉매 온도 센서(2T)에서는, 상술한 이용측 온도 센서(6T)의 검지 온도가 높아지는 경우가 토출 냉매 온도 센서(2T)의 검지 온도가 낮아지는 경우에 대응하고, 상술한 이용측 온도 센서(6T)의 검지 온도가 낮아지는 경우가 토출 냉매 온도 센서(2T)의 검지 온도가 높아지는 경우에 대응한다.

<4-5> 변형예 3

상기 실시 형태에서는, 전환 삼방 밸브(28C)의 접속 상태를 전환하여, 액 가스 상태와, 이코노마이저 상태 및 양 기능 비이용 상태를 전환하는 경우를 예로 들어 설명하였다.

그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 전환 삼방 밸브(28C) 대신에, 접속 배관(73g)에 개폐 밸브를 설치하고, 또한 접속 배관(73)에도 개폐 밸브를 설치한 냉매 회로를 채용해도 된다.

<4-6> 변형예 4

상기 실시 형태에서는, 팽창 기구(5) 및 팽창 기구(95e)의 양쪽이 설치된 냉매 회로(410)를 예로 들어 설명하였다.

그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 도 22에 도시한 바와 같이, 이코노마이저 상태로 제어하는 경우에도, 액 가스 상태로 제어하는 경우에도, 어느 쪽의 제어에 있어서도 병용할 수 있는 병용 팽창 기구(405B)를 갖는 냉매 회로(410B)를 채용해도 된다. 이 병용 팽창 기구(405B)는 합류점(L)으로부터 이용측 열교환기(6)측을 향하여 연장되는 접속 배관(76g)의 도중에 설치되어 있다.

이 경우에는, 상기 제4 실시 형태에 있어서의 냉매 회로(410)보다도 팽창 기구의 수를 줄일 수 있다.

<4-7> 변형예 5

상기 실시 형태에서는, 이코노마이저 회로(9)에 분기하는 분기점(X)이, 액 가스 열교환기(8)에 의해 바이패스되어 있는 냉매 회로(410)를 예로 들어 설명하였다.

그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 도 23에 도시한 바와 같이, 액 가스 상태와 이코노마이저 상태를 전환하는 액 가스 삼방 밸브(8C)로부터 연장되는 액 가스 바이패스 배관(8B)과 접속 배관(74)과의 합류점(V)과, 병용 팽창 기구(405C)와의 사이에 이코노마이저 회로(9)에 분기하는 분기점(X)이 형성된 냉매 회로(410C)를 채용하도록 해도 된다.

<4-8> 변형예 6

또한, 도 24에 도시한 바와 같이, 액 가스 삼방 밸브(8C)와 열원측 열교환기(4) 사이에 이코노마이저 회로(9)에 분기하는 분기점(X)이 형성된 냉매 회로(410D)를 채용하도록 해도 된다.

이 냉매 회로(410C)에서는, 액 가스 삼방 밸브(8C)에 있어서, 접속 배관(73)측과 액 가스 바이패스 배관(8B)측에 접속이 전환된다. 그리고, 액 가스 열교환기(8L)를 통과한 냉매는 접속 배관(74)을 통하여 액 가스 바이패스 배관(8B)과 합류점(L)에 있어서 합류한다. 그리고, 이 합류점(L)으로부터 이용측 열교환기(6)측을 향하여, 접속 배관(76g)과 병용 팽창 기구(405D)가 이 순서로 설치되어 있다.

<4-9> 변형예 7

<4-10> 변형예 8

그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 도 25에 도시한 바와 같이, 저단측 압축 요소(2c) 및 고단측 압축 요소(2d)의 구동축을 공통화시킨 공통 구동축(121c)을 채용하면서, 1개의 공통 압축기 구동 모터(121b)를 사용하여 공통 구동축(121c)에 동력을 전달하도록 한 압축 기구(2)를 채용한 냉매 회로(410E)이어도 된다.

이 압축 기구(2)는 케이싱(21a) 내에, 압축기 구동 모터(21b)와, 공통 구동축(121c)과, 압축 요소(2c, 2d)가 수용된 밀폐식 구조로 되어 있다. 공통 압축기 구동 모터(121b)는 공통 구동축(121c)에 연결되어 있다. 그리고, 이 공통 구동축(121c)은, 2개의 압축 요소(2c, 2d)에 연결되어 있다. 즉, 2개의 압축 요소(2c, 2d)는, 단일의 공통 구동축(121c)에 연결되어 있고, 2개의 압축 요소(2c, 2d)가 함께 공통 압축기 구동 모터(121b)에 의해 회전 구동되는, 소위 일축 이단 압축 구조로 되어 있다. 압축 요소(2c, 2d)는 로터리식이나 스크롤식 등의 용적식 압축 요소이다. 그리고, 저단측 압축 요소(2c)는, 흡입관(2a)으로부터 냉매를 흡입하고, 이 흡입된 냉매를 압축하여 중간 냉매관(22)을 향하여 토출한다. 중간 냉매관(22)은, 저단측 압축 요소(2c)의 토출측과 고단측 압축 요소(2d)의 흡입측을, 중간 냉각기(7)를 통하여 접속한다. 고단측 압축 요소(2d)는, 중간 냉매관(22)을 통하여 흡입한 냉매를 더 압축한 후, 토출관(2b)에 토출한다. 또한, 도 25에 있어서, 토출관(2b)은 압축 기구(2)로부터 토출된 냉매를 열원측 열교환기(4)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 모세관이 사용되고 있다. 역지 기구(42)는 압축 기구(2)의 토출측으로부터 열원측 열교환기(4)로의 냉매의 흐름을 허용하고, 또한 열원측 열교환기(4)로부터 압축 기구(2)의 토출측으로의 냉매의 흐름을 차단하기 위한 기구로, 역지 밸브가 사용되고 있다.

<5> 다른 실시 형태

이상, 본 발명의 실시 형태 및 그 변형예에 대하여 도면에 기초하여 설명하였지만, 구체적인 구성은, 이들 실시 형태 및 그 변형예에 한정되는 것은 아니며, 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, 칠러(chiller)형의 공기 조화 장치에 본 발명을 적용해도 된다.

또한, 냉방 전용의 공기 조화 장치 등과 같은 상술한 칠러 타입의 공기 조화 장치와는 다른 형식의 냉동 장치라도, 본 발명을 적용 가능하다.

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

<산업상의 이용 가능성>

본 발명의 냉동 장치는, 냉동 장치에 있어서 보다 확실하게 압축 효율을 향상시키면서 급탕용 물의 가열을 효율화시키는 것이 가능해지므로, 다단 압축식의 압축 요소를 구비하여 작동 냉매로서 초임계 상태의 과정을 포함하여 작동하는 냉매를 사용한 냉동 장치에 적용한 경우에 특히 유용하다.

1: 공기 조화 장치(냉동 장치)
2: 압축 기구
4: 열원측 열교환기
5: 팽창 기구
6: 이용측 열교환기
7: 중간 냉각기
8: 액 가스 열교환기
10: 냉매 회로
20: 이코노마이저 열교환기
22: 중간 냉매관
99: 제어부
902, 903: 열원수 배관
904, 905: 중간수 배관
910: 수 회로
911: 유량비 조절 기구

Claims

외부로부터 공급되는 물을 물 분기점(V)까지 유도하는 입수 배관(901)과, 상기 물 분기점(W)으로부터 연장되는 제1 분기 물 배관(904, 905) 및 제2 분기 물 배관(902, 903)과, 상기 제1 분기 물 배관(904, 905)과 상기 제2 분기 물 배관(902, 903)이 합류하는 합류점(Z)으로부터 상기 외부까지 유도하는 출수 배관(906)을 갖는 물 배관계(910)를 대상으로 하여 열교환을 행하고, 냉동 사이클의 적어도 일부에서 작동 냉매가 초임계 상태로 되는 냉동 장치(1)이며,
냉매를 감압시키는 주 팽창 기구(5)와,
상기 주 팽창 기구(5)와 접속되고, 냉매를 증발시키는 증발기(6)와,
상기 증발기(6)를 통과한 냉매를 흡입하여 압축시켜 토출하는 제1 압축 요소(2c)와,
상기 제1 압축 요소로부터 토출된 냉매를 흡입하여 더 압축시켜 토출하는 제2 압축 요소(2d)와,
상기 제1 압축 요소(2c)로부터 토출한 냉매를 상기 제2 압축 요소(2d)에 흡입시키기 위한 제1 냉매 배관(22)과,
상기 제1 냉매 배관(22)을 통과하는 냉매와 상기 제1 분기 물 배관(904, 905)을 흐르는 물 사이에서 열교환을 행하게 하는 제1 열교환기(7)와,
상기 제2 압축 요소(2d)의 토출측과 상기 주 팽창 기구(5)를 접속하는 제2 냉매 배관(71, 72)과,
상기 제2 냉매 배관(71, 72)을 통과하는 냉매를, 상기 입수 배관(901)을 흐르는 물과의 사이에서 열교환시키지 않고, 상기 제2 분기 물 배관(902, 903)을 흐르는 물과의 사이에서 열교환을 행하게 하는 제2 열교환기(4)를 구비한 냉동 장치(1).
제1항에 있어서, 상기 제1 분기 물 배관(904, 905)을 흐르는 수량과 상기 제2 분기 물 배관(902, 903)을 흐르는 수량의 비를 조절 가능한 유량비 조절 기구(911)를 더 구비한 냉동 장치(1).
제2항에 있어서, 상기 제1 열교환기(7)를 통과하는 냉매에 의한 물의 가열 능력과, 상기 제2 열교환기(4)를 통과하는 냉매에 의한 물의 가열 능력을 검출 가능한 가열 능력 검출부(4T, 4P, 7T, 7P)와,
상기 가열 능력 검출부(4T, 4P, 7T, 7P)가 검출한 상기 제1 열교환기(7)와 상기 제2 열교환기(4)의 가열 능력의 비에 따라서, 상기 유량 조절 기구(911)를 제어함으로써 상기 제1 분기 물 배관(904, 905)을 흐르는 수량과 상기 제2 분기 물 배관(902, 903)을 흐르는 수량의 비를 조절하는 물 분배량 제어부(99)를 더 구비한 냉동 장치(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 냉매 배관(71, 72)은, 상기 제2 열교환기(4)와 상기 주 팽창 기구(5)를 접속하는 제3 냉매 배관(72)을 갖고 있고,
상기 증발기(6)와 상기 제1 압축 요소(2c)의 흡입측을 접속하는 제4 냉매 배관(77, 2a)과,
상기 제3 냉매 배관(72)을 흐르는 냉매와, 상기 제4 냉매 배관(77, 2a)을 흐르는 냉매 사이에서 열교환을 행하게 하는 제3 열교환기(8, 8L, 8G)와,
상기 제3 냉매 배관(72) 중 상기 제3 열교환기(8, 8L)를 통과하는 부분의 일단부측과 타단부측을 접속하는 제3 열교환 바이패스 배관(8B)과,
상기 제3 냉매 배관(72) 중 상기 제3 열교환기(8, 8L)를 통과하는 부분에 냉매를 흐르게 하는 상태와, 상기 제3 열교환 바이패스 배관(8B)에 냉매를 흐르게 하는 상태를 전환 가능한 열교환기 전환 기구(8C)를 더 구비한 냉동 장치(201).
제4항에 있어서, 상기 제1 압축 요소(2c) 및 제2 압축 요소(2d) 중 적어도 어느 한쪽의 토출 냉매 온도와, 상기 증발기(6) 주변의 공기 온도 중 적어도 어느 한쪽을 검지하는 온도 검지부(2T, 6T)와,
상기 온도 검지부(2T, 6T)에 의해 검지되는 값이 공기 온도인 경우에는 상기 공기 온도가 소정 고온 공기 온도보다 높은 것, 상기 온도 검지부(2T, 6T)에 의해 검지되는 값이 냉매 온도인 경우에는 상기 냉매 온도가 소정 저온 냉매 온도보다도 낮은 것이라는 조건을 만족한 경우에, 상기 열교환기 전환 기구(8C)를 제어하여 상기 제3 냉매 배관(72) 중 상기 제3 열교환기(8, 8L)를 통과하는 부분을 흐르는 냉매량을 증대시키는 열교환량 제어부(99)를 더 구비한 냉동 장치(201).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 냉매 배관(71, 72)은, 상기 제2 열교환기(4)와 상기 주 팽창 기구(5)를 접속하는 제3 냉매 배관(72)을 갖고 있고,
냉매를 감압시키는 분기 팽창 기구(9e)와,
상기 제3 냉매 배관(72)으로부터 분기하여 상기 분기 팽창 기구(9e)까지 연장되는 제5 냉매 배관(9a)과,
상기 분기 팽창 기구(9e)로부터 상기 제1 냉매 배관(22)까지 연장되어 있는 제6 냉매 배관(9b, 9c)과,
상기 제3 냉매 배관(72)을 흐르는 냉매와 상기 제6 냉매 배관(9b, 9c)을 흐르는 냉매 사이에서 열교환을 행하게 하는 제4 열교환기(20)를 더 구비한 냉동 장치(301).
제6항에 있어서, 상기 증발기(6) 주변의 공기 온도와, 상기 제1 압축 요소(2c) 및 제2 압축 요소(2d) 중 적어도 어느 한쪽의 토출 냉매 온도 중 적어도 어느 한쪽을 검지하는 온도 검지부(6T, 2T)와,
상기 온도 검지부(6T, 2T)에 의해 검지되는 값이 공기 온도인 경우에는 상기 공기 온도가 소정 저온 공기 온도보다 낮은 것, 상기 온도 검지부(6T, 2T)에 의해 검지되는 값이 냉매 온도인 경우에는 상기 냉매 온도가 소정 고온 냉매 온도보다도 높은 것이라는 조건을 만족한 경우에, 상기 분기 팽창 기구(9e)를 제어하여 통과하는 냉매량을 증량시키는 분기량 제어부(99)를 더 구비한 냉동 장치(301).
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 물 배관계(910) 내 어느 위치를 흐르는 수온을 검지하는 물 온도 검지부(910T)와,
상기 제1 냉매 배관(22)을 통과하는 냉매 온도를 검지하는 제1 냉매 온도 검지부(22T)와,
상기 물 온도 검지부(910T)에 의한 검지 온도와 상기 제1 냉매 온도 검지부(22T)의 검지 온도의 차이가 소정값 미만이 된 경우에, 상기 분기 팽창 기구(9e)를 제어하여 통과하는 냉매량을 증량시키는 냉매 분배량 제어부(99)를 더 구비한 냉동 장치(301).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 냉매 배관(71, 72)은, 상기 제2 열교환기(4)와 상기 주 팽창 기구(5)를 접속하는 제3 냉매 배관(72)을 갖고,
냉매를 감압시키는 분기 팽창 기구(9e)와,
상기 증발기(6)와 상기 제1 압축 요소(2c)의 흡입측을 접속하는 제4 냉매 배관(77, 2a)과,
상기 제3 냉매 배관(72)을 흐르는 냉매와 상기 제4 냉매 배관(77, 2a)을 흐르는 냉매 사이에서 열교환을 행하게 하는 제3 열교환기(8, 8L, 8G)와,
상기 제3 냉매 배관(72)으로부터 분기하여 상기 분기 팽창 기구(9e)까지 연장되는 제5 냉매 배관(9a)과,
상기 분기 팽창 기구(9e)와 상기 제1 냉매 배관(22)을 접속하는 제6 냉매 배관(9b, 9c)과,
상기 제3 냉매 배관(72)을 흐르는 냉매와 상기 제6 냉매 배관(9b, 9c)을 흐르는 냉매 사이에서 열교환을 행하게 하는 제4 열교환기(20)를 더 구비한 냉동 장치(401).
제9항에 있어서, 상기 증발기(6) 주변의 공기 온도와, 상기 제1 압축 요소(2c) 및 제2 압축 요소(2d) 중 적어도 어느 한쪽의 토출 냉매 온도 중 적어도 어느 한쪽을 검지하는 온도 검지부(6T, 2T)와,
상기 온도 검지부(6T, 2T)에 의해 검지되는 값이 공기 온도인 경우에는 상기 공기 온도가 소정 저온 공기 온도보다 낮은 것, 상기 온도 검지부(6T, 2T)에 의해 검지되는 값이 냉매 온도인 경우에는 상기 냉매 온도가 소정 고온 냉매 온도보다도 높은 것이라는 조건을 만족한 경우에, 상기 분기 팽창 기구(9e)를 제어하여 통과하는 냉매량을 증량시키는 분기 열량 제어부(99)를 더 구비한 냉동 장치(401).
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 제1 냉매 배관(22) 중 상기 제1 열교환기(7)를 통과하는 부분의 일단부측과 타단부측을 접속하는 제1 열교환 바이패스 배관(7B)과,
상기 제1 냉매 배관(22) 중 상기 제1 열교환기(7)를 통과하는 부분에 냉매를 흐르게 하는 상태와, 상기 제1 열교환 바이패스 배관(7B)에 냉매를 흐르게 하는 상태를 전환 가능한 바이패스 전환 기구(7C)를 더 구비한 냉동 장치(401).
제11항에 있어서, 상기 증발기(6) 주변의 공기 온도와, 상기 제1 압축 요소(2c) 및 제2 압축 요소(2d) 중 적어도 어느 한쪽의 토출 냉매 온도 중 적어도 어느 한쪽을 검지하는 온도 검지부(6T, 2T)와,
상기 온도 검지부(6T, 2T)에 의해 검지되는 값이 공기 온도인 경우에는 상기 공기 온도가 소정 고온 공기 온도보다 높은 것, 상기 온도 검지부(6T, 2T)에 의해 검지되는 값이 냉매 온도인 경우에는 상기 냉매 온도가 소정 저온 냉매 온도보다도 낮은 것이라는 조건을 만족한 경우에, 상기 바이패스 전환 기구(7C)를 제어하여 상기 제1 냉매 배관 중 상기 제1 열교환기를 통과하는 부분을 흐르는 냉매량을 증대시키는 바이패스 제어부(99)를 더 구비한 냉동 장치(401).
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물 배관계(910) 내 어느 위치를 흐르는 수온을 검지하는 물 온도 검지부(910T)와,
상기 제1 냉매 배관(22)을 통과하는 냉매 온도를 검지하는 제1 냉매 온도 검지부(22T)와,
상기 물 온도 검지부(910T)에 의한 검지 온도와 상기 제1 냉매 온도 검지부(22T)의 검지 온도의 차이가 소정값 미만이 된 경우에, 상기 분기 팽창 기구(9e)를 제어하여 통과하는 냉매량을 증량시키는 물 대응 냉매량 제어부(99)를 더 구비한 냉동 장치(401).
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 압축 요소(2c)를 구동시키는 제1 구동부와,
상기 제2 압축 요소(2d)를 상기 제1 압축 요소와는 독립하여 구동시키는 제2 구동부를 더 구비한 냉동 장치(1, 201, 301, 401).
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 압축 요소(2c), 및 상기 제2 압축 요소(2d)는, 각각 회전 구동함으로써 압축일을 행하기 위한 공통의 회전축(21c)을 갖고 있는 냉동 장치(1, 201, 301, 401).
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작동 냉매는 이산화탄소인 냉동 장치(1, 201, 301, 401).