KR20110015616A - 냉동 장치 - Google Patents

Abstract

공기 조화 장치(1)는, 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)과, 중간 열교환기(7)와, 중간 열교환기 바이패스관(9)과, 액 인젝션관(18h)을 구비하고 있다. 공기 조화 장치(1)에서는, 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매의 유량에 대한 제1 후단측 인젝션관(18c) 및 액 인젝션관(18h)을 통해 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀되는 냉매의 유량의 비인 인젝션비가, 냉각 운전시보다도 가열 운전시의 쪽이 커지도록, 액 인젝션관(18h)을 통해 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀되는 냉매의 유량을 제어하는 인젝션량 최적화 제어를 행한다.

Description

냉동 장치{REFRIGERATION DEVICE}

본 발명은, 냉동 장치, 특히 냉각 운전과 가열 운전을 전환 가능하며, 또한 중간압 인젝션이 가능한 냉매 회로를 갖는 다단 압축식 냉동 사이클을 행하는 냉동 장치에 관한 것이다.

종래부터, 냉각 운전과 가열 운전을 전환 가능하며, 또한 중간압 인젝션이 가능한 냉매 회로를 갖는 다단 압축식 냉동 사이클을 행하는 냉동 장치의 하나로서, 특허문헌 1(일본 특허 공개 제2007-232263호 공보)에 기재된 바와 같은 냉방 운전과 난방 운전을 전환 가능하며, 또한 중간압 인젝션이 가능한 냉매 회로를 갖는 2단 압축식 냉동 사이클을 행하는 공기 조화 장치가 있다. 이 공기 조화 장치는, 주로 직렬로 접속된 전후단 2개의 압축 요소를 갖는 압축기와, 4로 전환 밸브와, 실외 열교환기와, 실내 열교환기와, 실외 열교환기 또는 실내 열교환기에 있어서 방열한 냉매의 일부를 후단측의 압축 요소로 복귀시키기 위한 후단측 인젝션관을 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 인젝션관과, 중간 열교환기와, 중간 열교환기 바이패스관을 구비하고 있다. 압축 기구는, 복수의 압축 요소를 갖고 있고, 복수의 압축 요소 중 전단측의 압축 요소로부터 토출된 냉매를 후단측의 압축 요소로 순차 압축하도록 구성되어 있다. 여기서,「압축 기구」라 함은, 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 순차 압축한다」라 함은,「전단측의 압축 요소」및「후단측의 압축 요소」라는 직렬로 접속된 2개의 압축 요소를 포함하는 것만을 의미하고 있는 것이 아니라, 복수의 압축 요소가 직렬로 접속되어 있고, 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. 후단측 인젝션관은, 열원측 열교환기 또는 이용측 열교환기에 있어서 방열한 냉매를 분기하여 후단측의 압축 요소로 복귀시키기 위한 냉매관이다. 중간 열교환기는, 전단측의 압축 요소로부터 토출된 냉매를 후단측의 압축 요소에 흡입시키기 위한 중간 냉매관에 설치되고, 전환 기구를 냉각 운전 상태로 하는 냉각 운전시에, 전단측의 압축 요소로부터 토출되어 상기 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉매의 냉각기로서 기능하는 열교환기이다. 중간 열교환기 바이패스관은, 중간 열교환기를 바이패스하도록 중간 냉매관에 접속되고, 전환 기구를 가열 운전 상태로 하는 가열 운전시에, 전단측의 압축 요소로부터 토출되어 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉매가 중간 열교환기에 의해 냉각되지 않도록 하는 냉매관이다. 그리고, 이 냉동 장치는, 압축 기구로부터 토출되는 냉매의 유량에 대한 후단측 인젝션관을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매 유량의 비인 인젝션비가, 냉각 운전시보다도 가열 운전시의 쪽이 커지도록, 후단측 인젝션관을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량을 제어하는 인젝션량 최적화 제어를 행한다.

종래의 공기 조화 장치에 있어서는, 압축기의 후단측의 압축 요소로부터 토출된 후에 실외 열교환기 또는 실내 열교환기에 있어서 방열한 냉매의 일부를, 후단측 인젝션관을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀시킴으로써, 압축기의 전단측의 압축 요소로부터 토출되어 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉동 사이클에 있어서의 중간압의 냉매와 합류시키는 중간압 인젝션을 행하고, 후단측의 압축 요소로부터 토출되는 냉매의 온도를 저하시킴과 함께, 압축기의 소비 동력을 저감시켜, 운전 효율의 향상을 도모하도록 하고 있다.

그러나, 이와 같은 공기 조화 장치에서는, 한층 더 압축기의 소비 동력의 저감이나 운전 효율의 향상을 도모하기 위해, 중간압 인젝션에 부가하여, 후단측의 압축 요소로부터 토출되는 냉매의 온도를 더 저하시켜, 실외 열교환기나 실내 열교환기에 있어서의 방열 손실을 저감시키기 위한 구성을 마련하는 것이 바람직하다. 특히, 이산화탄소와 같은 초임계 영역에서 작동하는 냉매를 사용하는 경우에는, 그 임계 온도(예를 들어, 이산화탄소의 임계 온도는, 약 31℃)가 냉매의 방열기로서 기능하는 실외 열교환기의 냉각원으로 되는 물이나 공기의 온도와 동일한 정도이고, R22나 R410A 등의 냉매에 비해 낮기 때문에, 실외 열교환기에 있어서의 물이나 공기에 의한 냉매의 냉각이 가능해지도록, 냉동 사이클의 고압이 냉매의 임계 압력보다도 높은 상태에서 운전이 이루어지게 된다. 이것에 기인하여, 압축기의 후단측의 압축 요소로부터 토출되는 냉매의 온도가 높아지기 때문에, 냉매의 방열기로서 기능하는 실외 열교환기에 있어서, 냉각원으로서의 물이나 공기와 냉매 사이의 온도차가 커져 버려, 실외 열교환기에 있어서의 방열 손실이 커지기 때문에, 높은 운전 효율이 얻어지기 어렵다는 문제가 있다.

이에 대해, 이 냉동 장치에 있어서, 중간 열교환기 바이패스관을 설치하지 않고 중간 열교환기만을 설치한 경우에는, 후단측 인젝션관을 사용한 중간압 인젝션에 의한 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉매의 냉각 효과에 부가하여, 중간 열교환기에 의한 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉매의 냉각 효과가 부가되기 때문에, 중간 열교환기를 설치하지 않은 경우에 비해, 최종적으로 압축 기구로부터 토출되는 냉매의 온도를 낮게 억제할 수 있다. 이에 의해, 냉각 운전시에 있어서, 냉매의 방열기로서 기능하는 열원측 열교환기에 있어서의 방열 손실이 작아지기 때문에, 중간압 인젝션만인 경우에 비해 운전 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 그러나, 가열 운전시에 있어서는, 중간 열교환기를 설치하지 않은 경우이면, 이용측 열교환기에 있어서 이용할 수 있는 열을 중간 열교환기로부터 외부로 방열해 버리게 되기 때문에, 운전 효율이 저하되어 버리게 된다.

이로 인해, 이 냉동 장치에서는, 중간 열교환기뿐만 아니라 중간 열교환기 바이패스관을 설치하여, 전환 기구를 가열 운전 상태로 하는 가열 운전시에, 전단측의 압축 요소로부터 토출되어 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉매가 중간 열교환기에 의해 냉각되지 않도록 하고 있다. 이에 의해, 이 냉동 장치에서는, 냉각 운전시에 있어서는, 압축 기구로부터 토출되는 냉매의 온도를 더 낮게 억제할 수 있고, 가열 운전시에 있어서는, 외부로의 방열을 억제하여 이용측 열교환기에 있어서 이용할 수 있도록 할 수 있다. 즉, 이 냉동 장치에서는, 냉각 운전시에 있어서는, 냉매의 방열기로서 기능하는 열원측 열교환기에 있어서의 방열 손실을 작게 하여 운전 효율을 향상시킬 수 있음과 함께, 가열 운전시에는, 외부로의 방열을 억제하여 운전 효율의 저하를 방지할 수 있다.

그러나, 상술한 바와 같이, 후단측 인젝션관을 사용한 중간압 인젝션의 구성에 부가하여, 중간 열교환기 및 중간 열교환기 바이패스관을 설치하여, 전환 기구를 가열 운전 상태로 하는 가열 운전시에, 전단측의 압축 요소로부터 토출되어 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉매가 중간 열교환기에 의해 냉각되지 않도록 하면, 중간 열교환기에 의한 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉매의 냉각 효과가 얻어지지 않기 때문에, 그만큼 성적 계수가 향상되지 않는다는 문제가 있다.

따라서, 이 냉동 장치에서는, 압축 기구로부터 토출되는 냉매의 유량에 대한 후단측 인젝션관을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량의 비인 인젝션비가, 냉각 운전시보다도 가열 운전시의 쪽이 커지도록, 후단측 인젝션관을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량을 제어하는 인젝션량 최적화 제어를 행함으로써, 후단측 인젝션관을 사용한 중간압 인젝션에 의한 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉매의 냉각 효과가, 냉각 운전시보다도 가열 운전시의 쪽이 커지도록 하고 있기 때문에, 중간 열교환기에 의한 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉매의 냉각 효과가 없는 가열 운전시에 있어서도, 외부로의 방열을 억제하면서, 압축 기구로부터 토출되는 냉매의 온도를 더 낮게 억제할 수 있어, 이에 의해, 성적 계수를 향상시킬 수 있다.

제2 발명에 관한 냉동 장치는, 제1 발명에 관한 냉동 장치에 있어서, 인젝션량 최적화 제어는, 후단측의 압축 요소의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도가 목표값이 되도록, 후단측 인젝션관을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량을 제어하는 것이며, 가열 운전시에 있어서의 과열도의 목표값이 냉각 운전시에 있어서의 과열도의 목표값 이하가 되도록 설정된다.

이 냉동 장치에서는, 인젝션량 최적화 제어로서, 후단측의 압축 요소의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도가 목표값이 되도록, 후단측 인젝션관을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량을 제어하는 것을 채용하고 있고, 가열 운전시에 있어서의 과열도의 목표값이 냉각 운전시에 있어서의 과열도의 목표값 이하가 되도록 설정되어 있기 때문에, 압축 기구로부터 토출되는 냉매의 유량에 대한 후단측 인젝션관을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량의 비인 인젝션비가, 냉각 운전시보다도 가열 운전시의 쪽이 커진다. 이에 의해, 이 냉동 장치에서는, 후단측 인젝션관을 사용한 중간압 인젝션에 의한 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉매의 냉각 효과가, 냉각 운전시보다도 가열 운전시의 쪽이 커지기 때문에, 중간 열교환기에 의한 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉매의 냉각 효과가 없는 가열 운전시에 있어서도, 외부로의 방열을 억제하면서, 압축 기구로부터 토출되는 냉매의 온도를 더 낮게 억제할 수 있어, 성적 계수를 향상시킬 수 있다.

제3 발명에 관한 냉동 장치는, 제1 발명에 관한 냉동 장치에 있어서, 열원측 열교환기 또는 이용측 열교환기에 있어서 방열한 냉매를 기액 분리하는 기액 분리기를 더 구비하고 있다. 후단측 인젝션관은, 기액 분리기에 있어서 기액 분리된 가스 냉매를 후단측의 압축 요소로 복귀시키기 위한 제1 후단측 인젝션관과, 방열기로서 기능하는 열원측 열교환기 또는 이용측 열교환기와 기액 분리기 사이로부터 냉매를 분기하여 후단측의 압축 요소로 복귀시키는 제2 후단측 인젝션관을 갖고 있다. 그리고, 인젝션량 최적화 제어는, 후단측의 압축 요소의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도가 목표값이 되도록, 제2 후단측 인젝션관을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량을 제어하는 것이며, 가열 운전시에 있어서의 과열도의 목표값이 냉각 운전시에 있어서의 과열도의 목표값 이하가 되도록 설정된다.

이 냉동 장치에서는, 열원측 열교환기 또는 이용측 열교환기에 있어서 방열한 냉매를 기액 분리기에 있어서 기액 분리하고, 이 기액 분리된 가스 냉매를 제1 후단측 인젝션관을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀시키는, 소위 기액 분리기에 의한 중간압 인젝션을 채용하고 있다.

그러나, 기액 분리기에 의한 중간압 인젝션에서는, 기액 분리기에 유입되는 냉매의 액 가스비에 의해 제1 후단측 인젝션관을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀시킬 수 있는 냉매의 유량이 결정되기 때문에, 제1 후단측 인젝션관을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀시키는 냉매의 유량을 제어하는 것이 곤란하다.

따라서, 이 냉동 장치에서는, 방열기로서 기능하는 열원측 열교환기 또는 이용측 열교환기와 기액 분리기 사이로부터 냉매를 분기하여 후단측의 압축 요소로 복귀시키는 제2 후단측 인젝션관을 설치하고, 기액 분리기에 의한 중간압 인젝션에 부가하여, 제2 후단측 인젝션을 사용하여 후단측의 압축 요소로 액 냉매를 복귀시키는 액 인젝션을 행하는 구성으로 하고, 인젝션량 최적화 제어로서, 후단측의 압축 요소의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도가 목표값이 되도록, 제2 후단측 인젝션관을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량을 제어하는 것을 채용하고 있고, 가열 운전시에 있어서의 과열도의 목표값이 냉각 운전시에 있어서의 과열도의 목표값 이하가 되도록 설정하고 있기 때문에, 압축 기구로부터 토출되는 냉매의 유량에 대한 후단측 인젝션관(여기서는, 제1 후단측 인젝션관 및 제2 후단측 인젝션관의 양쪽)을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량의 비인 인젝션비가, 냉각 운전시보다도 가열 운전시의 쪽이 커진다. 이에 의해, 이 냉동 장치에서는, 후단측 인젝션관을 사용한 중간압 인젝션에 의한 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉매의 냉각 효과가, 냉각 운전시보다도 가열 운전시의 쪽이 커지기 때문에, 중간 열교환기에 의한 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉매의 냉각 효과가 없는 가열 운전시에 있어서도, 외부로의 방열을 억제하면서, 압축 기구로부터 토출되는 냉매의 온도를 더 낮게 억제할 수 있어, 성적 계수를 향상시킬 수 있다.

제4 발명에 관한 냉동 장치는, 제2 또는 제3 발명에 관한 냉동 장치에 있어서, 가열 운전시에 있어서의 과열도의 목표값은, 냉각 운전시에 있어서의 과열도의 목표값과 동일한 값으로 설정된다.

여기서, 중간압 인젝션을 행하는 냉동 장치에서는, 압축 기구로부터 토출되는 냉매의 유량에 대한 후단측 인젝션관을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량의 비를 인젝션비로 하면, 성적 계수가 최대가 되는 최적 인젝션비가 존재하고 있다. 그리고, 이 냉동 장치에서는, 냉각 운전시에 있어서의 최적 인젝션비보다도 가열 운전시에 있어서의 최적 인젝션비의 쪽이 커지는 경향이 있고, 이 경향은, 가열 운전시에 중간 열교환기를 사용하지 않는 것이 기인하고 있는 것이라 고려된다. 즉, 이 냉동 장치에서는, 가열 운전시에 있어서, 중간압 인젝션에 의해서만 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉매를 냉각하고 있는 점에서, 중간 열교환기와 중간압 인젝션을 병용하고 있는 냉각 운전시에 비해, 중간 열교환기에 의한 냉각 효과에 상당하는 분만큼, 가열 운전시에 있어서의 최적 인젝션비가 커지고 있는 것이라 고려된다.

따라서, 이 냉동 장치에서는, 가열 운전시에 있어서의 과열도의 목표값을 냉각 운전시에 있어서의 과열도의 목표값과 동일한 값으로 설정함으로써, 가열 운전시에 있어서도, 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉매를, 가열 운전시에는 중간압 인젝션에 의해, 중간 열교환기 및 중간압 인젝션에 의해 냉매를 냉각하는 냉각 운전시와 동일한 과열도까지 냉각하도록 하여, 중간 열교환기에 의한 냉각 효과에 상당하는 분만큼 냉각 운전시보다도 가열 운전시에 있어서의 인젝션비가 커지도록 하고 있다. 이에 의해, 이 냉동 장치에서는, 냉각 운전시에 있어서의 과열도의 목표값을 냉각 운전시의 성적 계수가 최대가 되는 최적 인젝션비에 대응하는 값 부근으로 설정하고 있는 경우에는, 가열 운전시에 있어서도, 가열 운전시의 성적 계수가 최대가 되는 최적 인젝션비에 근접하게 되어, 냉각 운전 및 가열 운전의 양쪽에 있어서, 성적 계수가 최대가 되는 최적 인젝션비로 중간압 인젝션을 행할 수 있다.

제5 발명에 관한 냉동 장치에서는, 제1 발명에 관한 냉동 장치에 있어서, 열원측 열교환기 또는 이용측 열교환기에 있어서 방열한 냉매와 후단측 인젝션관을 흐르는 냉매와의 열교환을 행하는 에코노마이저 열교환기를 더 구비하고 있다. 그리고, 인젝션량 최적화 제어는, 에코노마이저 열교환기의 후단측 인젝션관측의 출구에 있어서의 냉매의 과열도가 목표값이 되도록, 후단측 인젝션관을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량을 제어하는 것이며, 가열 운전시에 있어서의 과열도의 목표값이 냉각 운전시에 있어서의 과열도의 목표값보다도 작아지도록 설정된다.

이 냉동 장치에서는, 에코노마이저 열교환기에 있어서, 열원측 열교환기 또는 이용측 열교환기에 있어서 방열한 냉매와 후단측 인젝션관을 흐르는 냉매와의 열교환을 행하고, 이 열교환이 행해진 후의 후단측 인젝션관을 흐르는 냉매를 후단측의 압축 요소로 복귀시키는, 소위 에코노마이저 열교환기에 의한 중간압 인젝션을 행하는 구성으로 하고, 인젝션량 최적화 제어로서, 에코노마이저 열교환기의 후단측 인젝션관측의 출구에 있어서의 냉매의 과열도가 목표값이 되도록, 후단측 인젝션관을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량을 제어하는 것을 채용하고 있고, 가열 운전시에 있어서의 과열도의 목표값이 냉각 운전시에 있어서의 과열도의 목표값보다도 작아지도록 설정하고 있기 때문에, 압축 기구로부터 토출되는 냉매의 유량에 대한 후단측 인젝션관을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량의 비인 인젝션비가, 냉각 운전시보다도 가열 운전시의 쪽이 커진다. 이에 의해, 이 냉동 장치에서는, 에코노마이저 열교환기에 의한 중간압 인젝션에 의한 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉매의 냉각 효과가, 냉각 운전시보다도 가열 운전시의 쪽이 커지기 때문에, 중간 열교환기에 의한 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉매의 냉각 효과가 없는 가열 운전시에 있어서도, 외부로의 방열을 억제하면서, 압축 기구로부터 토출되는 냉매의 온도를 더 낮게 억제할 수 있어, 성적 계수를 향상시킬 수 있다.

제6 발명에 관한 냉동 장치는, 제5 발명에 관한 냉동 장치에 있어서, 가열 운전시에 있어서의 과열도의 목표값은, 냉각 운전시에 있어서의 과열도의 목표값에 대해 5℃ 내지 10℃만큼 작은 값으로 설정된다.

여기서, 중간압 인젝션을 행하는 냉동 장치에서는, 압축 기구로부터 토출되는 냉매의 유량에 대한 후단측 인젝션관을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량의 비를 인젝션비로 하면, 성적 계수가 최대가 되는 최적 인젝션비가 존재하고 있다. 그리고, 이 냉동 장치에서는, 냉각 운전시에 있어서의 최적 인젝션비보다도 가열 운전시에 있어서의 최적 인젝션비의 쪽이 커지는 경향이 있고, 이 경향은, 가열 운전시에 중간 열교환기를 사용하지 않는 것이 기인하고 있는 것이라 고려된다. 즉, 이 냉동 장치에서는, 가열 운전시에 있어서, 중간압 인젝션에 의해서만 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉매를 냉각하고 있는 점에서, 중간 열교환기와 중간압 인젝션을 병용하고 있는 냉각 운전시에 비해, 중간 열교환기에 의한 냉각 효과에 상당하는 분만큼, 가열 운전시에 있어서의 최적 인젝션비가 커지고 있는 것이라 고려된다.

따라서, 이 냉동 장치에서는, 가열 운전시에 있어서의 과열도의 목표값을 냉각 운전시에 있어서의 과열도의 목표값에 대해 5℃ 내지 10℃만큼 작은 값으로 설정함으로써, 가열 운전시에 있어서도, 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉매를, 가열 운전시에는 중간압 인젝션에 의해, 중간 열교환기 및 중간압 인젝션에 의해 냉매를 냉각하는 냉각 운전시와 동일한 정도의 과열도까지 냉각하도록 하여, 중간 열교환기에 의한 냉각 효과에 상당하는 분만큼 냉각 운전시보다도 가열 운전시에 있어서의 인젝션비가 커지도록 하고 있다. 이에 의해, 이 냉동 장치에서는, 냉각 운전시에 있어서의 과열도의 목표값을 냉각 운전시의 성적 계수가 최대가 되는 최적 인젝션비에 대응하는 값 부근으로 설정하고 있는 경우에는, 가열 운전시에 있어서도, 가열 운전시의 성적 계수가 최대가 되는 최적 인젝션비에 근접하게 되어, 냉각 운전 및 가열 운전의 양쪽에 있어서, 성적 계수가 최대가 되는 최적 인젝션비로 중간압 인젝션을 행할 수 있다.

제7 발명에 관한 냉동 장치는, 제1 발명에 관한 냉동 장치에 있어서, 가열 운전시에 상기 이용측 열교환기에 있어서 방열한 냉매를 기액 분리하는 기액 분리기를 더 구비하고 있다. 후단측 인젝션관은, 가열 운전시에 기액 분리기에 있어서 기액 분리된 가스 냉매를 후단측의 압축 요소로 복귀시키기 위한 제1 후단측 인젝션관과, 가열 운전시에 이용측 열교환기와 기액 분리기 사이로부터 냉매를 분기하여 후단측의 압축 요소로 복귀시키는 제2 후단측 인젝션관과, 냉각 운전시에 열원측 열교환기에 있어서 방열한 냉매를 분기하여 후단측의 압축 요소로 복귀시키는 제3 후단측 인젝션관을 갖고 있다. 또한, 이 냉동 장치는, 냉각 운전시에 열원측 열교환기에 있어서 방열한 냉매와 제3 후단측 인젝션관을 흐르는 냉매와의 열교환을 행하는 에코노마이저 열교환기를 더 구비하고 있다. 그리고, 인젝션량 최적화 제어는, 냉각 운전시에 있어서, 후단측의 압축 요소의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도가 목표값이 되도록, 제3 후단측 인젝션관을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량을 제어함과 함께, 가열 운전시에 있어서, 후단측의 압축 요소의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도가 목표값이 되도록, 제2 후단측 인젝션관을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량을 제어하는 것이며, 가열 운전시에 있어서의 과열도의 목표값이 냉각 운전시에 있어서의 과열도의 목표값 이하가 되도록 설정된다.

예를 들어, 제3 또는 제4 발명에 관한 기액 분리기에 의한 중간압 인젝션 및 제2 후단측 인젝션관에 의한 액 인젝션을 행하는 냉동 장치에 있어서, 서로 병렬로 접속된 복수의 이용측 열교환기를 갖는 구성으로 함과 함께, 각 이용측 열교환기를 흐르는 냉매의 유량을 제어하여 각 이용측 열교환기에 있어서 필요하게 되는 냉동 부하를 얻을 수 있도록 하기 위해 각 이용측 열교환기에 대응하도록 팽창 기구를 설치하는 것이 고려된다. 이 경우에는, 가열 운전에 있어서, 각 이용측 열교환기를 통과하는 냉매의 유량이, 각 이용측 열교환기에 대응하여 설치된 팽창 기구의 개방도에 의해 대략 결정되게 되지만, 이때, 각 팽창 기구의 개방도는, 각 이용측 열교환기를 흐르는 냉매의 유량뿐만 아니라, 복수의 이용측 열교환기 사이의 유량 분배의 상태에 따라 변동하게 되고, 복수의 팽창 기구 사이에서 개방도가 크게 상이한 상태가 발생하거나, 팽창 기구가 비교적 작은 개방도가 되는 경우가 있고, 이로 인해, 가열 운전시에 있어서의 팽창 기구의 개방도 제어에 의해, 기액 분리기의 압력이 과도하게 저하되는 경우가 있을 수 있다. 이로 인해, 기액 분리기에 의한 중간압 인젝션은, 기액 분리기의 압력과 냉동 사이클에 있어서의 중간압과의 압력차가 작은 조건이어도 사용 가능한 점에서, 이 구성에 있어서의 가열 운전과 같이, 기액 분리기의 압력이 과도하게 저하될 우려가 높은 경우에 유리하다.

한편, 제5 또는 제6 발명에 관한 에코노마이저 열교환기에 의한 중간압 인젝션을 행하는 냉동 장치에 있어서, 서로 병렬로 접속된 복수의 이용측 열교환기를 갖는 구성으로 함과 함께, 각 이용측 열교환기를 흐르는 냉매의 유량을 제어하여 각 이용측 열교환기에 있어서 필요하게 되는 냉동 부하를 얻을 수 있도록 하기 위해 각 이용측 열교환기에 대응하도록 팽창 기구를 설치하는 것이 고려된다. 이 경우에는, 냉각 운전시에 있어서, 열원측 열교환기에 있어서 방열한 냉매가 에코노마이저 열교환기에 유입될 때까지의 동안에 대폭적인 감압 조작이 행해지는 일이 없고, 냉동 사이클에 있어서의 고압으로부터 냉동 사이클의 중간압 부근까지의 압력차를 이용할 수 있는 조건인 점에서, 에코노마이저 열교환기에 있어서의 열교환량이 커져, 후단측의 압축 요소로 복귀시킬 수 있는 냉매의 유량을 크게 할 수 있기 때문에, 기액 분리기에 의한 중간압 인젝션에 비해, 그 적용이 유효하다.

이와 같이, 서로 병렬로 접속된 복수의 이용측 열교환기를 갖는 구성으로 함과 함께, 각 이용측 열교환기를 흐르는 냉매의 유량을 제어하여 각 이용측 열교환기에 있어서 필요하게 되는 냉동 부하를 얻을 수 있도록 하기 위해 각 이용측 열교환기에 대응하도록 팽창 기구를 설치하는 구성을 전제로 하는 경우에는, 이 냉동 장치와 같이, 가열 운전시에는, 이용측 열교환기에 있어서 방열한 냉매를 기액 분리기에 있어서 기액 분리하고, 이 기액 분리된 가스 냉매를 제1 후단측 인젝션관을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀시키는, 소위 기액 분리기에 의한 중간압 인젝션 및 제2 후단측 인젝션관에 의한 액 인젝션을, 냉각 운전시에는, 에코노마이저 열교환기에 있어서, 열원측 열교환기에 있어서 방열한 냉매와 후단측 인젝션관을 흐르는 냉매와의 열교환을 행하고, 이 열교환이 행해진 후의 후단측 인젝션관을 흐르는 냉매를 후단측의 압축 요소로 복귀시키는, 소위 에코노마이저 열교환기에 의한 중간압 인젝션을 행하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 인젝션량 최적화 제어로서, 냉각 운전시에 있어서, 후단측의 압축 요소의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도가 목표값이 되도록, 제3 후단측 인젝션관을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량을 제어함과 함께, 가열 운전시에 있어서, 후단측의 압축 요소의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도가 목표값이 되도록, 제2 후단측 인젝션관을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량을 제어하는 것을 채용하고, 가열 운전시에 있어서의 과열도의 목표값이 냉각 운전시에 있어서의 과열도의 목표값 이하가 되도록 설정하고 있기 때문에, 압축 기구로부터 토출되는 냉매의 유량에 대한 후단측 인젝션관(냉각 운전시에는 제3 후단측 인젝션관, 가열 운전시에는 제1 후단측 인젝션관 및 제2 후단측 인젝션관의 양쪽)을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량의 비인 인젝션비가, 냉각 운전시보다도 가열 운전시의 쪽이 커진다. 이에 의해, 이 냉동 장치에서는, 후단측 인젝션관을 사용한 중간압 인젝션에 의한 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉매의 냉각 효과가, 냉각 운전시보다도 가열 운전시의 쪽이 커지기 때문에, 중간 열교환기에 의한 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉매의 냉각 효과가 없는 가열 운전시에 있어서도, 외부로의 방열을 억제하면서, 압축 기구로부터 토출되는 냉매의 온도를 더 낮게 억제할 수 있어, 성적 계수를 향상시킬 수 있다.

제8 발명에 관한 냉동 장치는, 제7 발명에 관한 냉동 장치에 있어서, 가열 운전시에 있어서의 과열도의 목표값은, 냉각 운전시에 있어서의 과열도의 목표값과 동일한 값으로 설정된다.

여기서, 중간압 인젝션을 행하는 냉동 장치에서는, 압축 기구로부터 토출되는 냉매의 유량에 대한 후단측 인젝션관을 통해 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량의 비를 인젝션비로 하면, 성적 계수가 최대가 되는 최적 인젝션비가 존재하고 있다. 그리고, 이 냉동 장치에서는, 냉각 운전시에 있어서의 최적 인젝션비보다도 가열 운전시에 있어서의 최적 인젝션비의 쪽이 커지는 경향이 있고, 이 경향은, 가열 운전시에 중간 열교환기를 사용하지 않는 것이 기인하고 있는 것이라 고려된다. 즉, 이 냉동 장치에서는, 가열 운전시에 있어서, 중간압 인젝션에 의해서만 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉매를 냉각하고 있는 점에서, 중간 열교환기와 중간압 인젝션을 병용하고 있는 냉각 운전시에 비해, 중간 열교환기에 의한 냉각 효과에 상당하는 분만큼, 가열 운전시에 있어서의 최적 인젝션비가 커지고 있는 것이라 고려된다.

따라서, 이 냉동 장치에서는, 가열 운전시에 있어서의 과열도의 목표값을 냉각 운전시에 있어서의 과열도의 목표값과 동일한 값으로 설정함으로써, 가열 운전시에 있어서도, 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉매를, 가열 운전시에는 중간압 인젝션에 의해, 중간 열교환기 및 중간압 인젝션에 의해 냉매를 냉각하는 냉각 운전시와 동일한 과열도까지 냉각하도록 하여, 중간 열교환기에 의한 냉각 효과에 상당하는 분만큼 냉각 운전시보다도 가열 운전시에 있어서의 인젝션비가 커지도록 하고 있다. 이에 의해, 이 냉동 장치에서는, 냉각 운전시에 있어서의 과열도의 목표값을 냉각 운전시의 성적 계수가 최대가 되는 최적 인젝션비에 대응하는 값 부근으로 설정하고 있는 경우에는, 가열 운전시에 있어서도, 가열 운전시의 성적 계수가 최대가 되는 최적 인젝션비에 근접하게 되어, 냉각 운전 및 가열 운전의 양쪽에 있어서, 성적 계수가 최대가 되는 최적 인젝션비로 중간압 인젝션을 행할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 냉동 장치의 일 실시 형태로서의 공기 조화 장치의 개략 구성도.
도 2는 냉방 운전시에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면.
도 3은 냉방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도.
도 4는 냉방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도.
도 5는 난방 운전시에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면.
도 6은 난방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도.
도 7은 난방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도.
도 8은 인젝션비와 냉방 운전시에 있어서의 성적 계수비 또는 난방 운전시에 있어서의 성적 계수비의 관계를 나타내는 도면.
도 9는 변형예 1에 관한 공기 조화 장치의 개략 구성도.
도 10은 냉방 운전시에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면.
도 11은 변형예 1에 관한 공기 조화 장치에 있어서의 냉방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도.
도 12는 변형예 1에 관한 공기 조화 장치에 있어서의 냉방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도.
도 13은 난방 운전시에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면.
도 14는 변형예 1에 관한 공기 조화 장치에 있어서의 난방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도.
도 15는 변형예 1에 관한 공기 조화 장치에 있어서의 난방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도.
도 16은 변형예 2에 관한 공기 조화 장치의 개략 구성도.
도 17은 냉방 운전시에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면.
도 18은 난방 운전시에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면.
도 19는 변형예 2에 관한 공기 조화 장치에 있어서의 난방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도.
도 20은 변형예 2에 관한 공기 조화 장치에 있어서의 난방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도.
도 21은 변형예 3에 관한 공기 조화 장치의 개략 구성도.
도 22는 냉방 운전시에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면.
도 23은 변형예 3에 관한 공기 조화 장치에 있어서의 냉방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도.
도 24는 변형예 3에 관한 공기 조화 장치에 있어서의 냉방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도.
도 25는 난방 운전시에 있어서의 공기 조화 장치 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면.
도 26은 변형예 3에 관한 공기 조화 장치에 있어서의 난방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도.
도 27은 변형예 3에 관한 공기 조화 장치에 있어서의 난방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도.
도 28은 변형예 4에 관한 공기 조화 장치의 개략 구성도.

이하, 도면에 기초하여, 본 발명에 관한 냉동 장치의 실시 형태에 대해 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, 제1 팽창 기구(5a)와, 기액 분리기로서의 리시버(18)와, 제1 후단측 인젝션관(18c)과, 제2 후단측 인젝션관으로서의 액 인젝션관(18h)과, 제2 팽창 기구(5b)와, 이용측 열교환기(6)와, 중간 열교환기(7)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)으로 토출하고, 중간 냉매관(8)으로 토출된 냉매를 압축 요소(2d)에 흡입시켜 냉매를 더 압축한 후에 토출관(2b)으로 토출하도록 구성되어 있다. 여기서, 중간 냉매관(8)은, 압축 요소(2c)의 전단측에 접속된 압축 요소(2c)로부터 토출된 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)로 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 순차 압축하도록 구성되어 있다.

전환 기구(3)는, 냉매 회로(10) 내에 있어서의 냉매의 흐름의 방향을 전환하기 위한 기구이며, 냉방 운전시에는, 열원측 열교환기(4)를 압축 기구(2)에 의해 압축되는 냉매의 냉각기로서, 또한 이용측 열교환기(6)를 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 냉매의 가열기로서 기능시키기 위해, 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 함), 난방 운전시에는, 이용측 열교환기(6)를 압축 기구(2)에 의해 압축되는 냉매의 냉각기로서, 또한 열원측 열교환기(4)를 이용측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 냉매의 가열기로서 기능시키기 위해, 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 함). 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 전자기 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), 제1 팽창 기구(5a), 리시버(18), 제2 팽창 기구(5b), 및 이용측 열교환기(6)만을 착안하면, 압축 기구(2), 열원측 열교환기(4), 제1 팽창 기구(5a), 리시버(18), 제2 팽창 기구(5b), 이용측 열교환기(6)의 순으로 냉매를 순환시키는 냉각 운전 상태와, 압축 기구(2), 이용측 열교환기(6), 제1 팽창 기구(5a), 리시버(18), 제2 팽창 기구(5b), 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 통해 제1 팽창 기구(5a)에 접속되어 있다. 열원측 열교환기(4)는, 물이나 공기를 열원(즉, 냉각원 또는 가열원)으로 하는 열교환기이다.

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 쪽으로 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 운전시에는, 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 냉동 사이클에 있어서의 고압의 냉매를 리시버(18)를 통해 이용측 열교환기(6)로 보내기 전에 냉매의 포화 압력 부근까지 감압하고, 난방 운전시에는, 이용측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 냉동 사이클에 있어서의 고압의 냉매를 리시버(18)를 통해 열원측 열교환기(4)로 보내기 전에 냉매의 포화 압력 부근까지 감압한다.

리시버(18)는, 냉방 운전과 난방 운전 사이에서 냉매 회로(10)에 있어서의 냉매의 순환량이 상이한 등의 운전 상태에 따라 발생하는 잉여 냉매를 저류할 수 있도록, 제1 팽창 기구(5a)에 의해 감압된 후의 냉매를 일시적으로 저류하기 위해 설치된 용기이며, 그 입구가 리시버 입구관(18a)에 접속되어 있고, 그 출구가 리시버 출구관(18b)에 접속되어 있다. 또한, 리시버(18)에는, 리시버(18) 내로부터 냉매를 뽑아내어 압축 기구(2)의 흡입관(2a)(즉, 압축 기구(2)의 전단측의 압축 요소(2c)의 흡입측)으로 복귀시키는 것이 가능한 제1 흡입 복귀관(18f)이 접속되어 있다.

제1 후단측 인젝션관(18c)은, 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의해 기액 분리된 가스 냉매를 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 제어가 가능한 밸브이며, 본 실시 형태에 있어서, 전자기 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)로부터 냉매를 뽑아내어 압축 기구(2)의 전단측의 압축 요소(2c)로 복귀시키는 것이 가능한 냉매관이며, 본 실시 형태에 있어서, 리시버(18)의 상부와 흡입관(2a)(즉, 압축 기구(2)의 전단측의 압축 요소(2c)의 흡입측)을 접속하도록 설치되어 있다. 이 제1 흡입 복귀관(18f)에는, 제1 흡입 복귀 개폐 밸브(18g)가 설치되어 있다. 제1 흡입 복귀 개폐 밸브(18g)는, 개폐 제어가 가능한 밸브이며, 본 실시 형태에 있어서, 전자기 밸브이다.

이와 같이, 리시버(18)는, 제1 후단측 인젝션 개폐 밸브(18d)나 제1 흡입 복귀 개폐 밸브(18g)를 개방함으로써 제1 후단측 인젝션관(18c)이나 제1 흡입 복귀관(18f)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, 주로 리시버(18)에 있어서 기액 분리된 가스 냉매를 리시버(18)의 상부로부터 압축 기구(2)의 후단측의 압축 요소(2d)나 전단측의 압축 요소(2c)로 복귀시킬 수 있도록 되어 있다.

제2 팽창 기구(5b)는, 리시버 출구관(18b)에 설치된 냉매를 감압하는 기구이며, 본 실시 형태에 있어서 전동 팽창 밸브가 사용되고 있다. 제2 팽창 기구(5b)는, 그 일단부가 리시버(18)에 접속되고, 그 타단부가 브리지 회로(17)를 통해 이용측 열교환기(6)에 접속되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 제2 팽창 기구(5b)는, 냉방 운전시에는, 제1 팽창 기구(5a)에 의해 감압된 냉매를 리시버(18)를 통해 이용측 열교환기(6)로 보내기 전에 냉동 사이클에 있어서의 저압이 될 때까지 더 감압하고, 난방 운전시에는, 제1 팽창 기구(5a)에 의해 감압된 냉매를 리시버(18)를 통해 열원측 열교환기(4)로 보내기 전에 냉동 사이클에 있어서의 저압이 될 때까지 더 감압한다.

이용측 열교환기(6)는, 냉매의 증발기 또는 방열기로서 기능하는 열교환기이다. 이용측 열교환기(6)는, 그 일단부가 브리지 회로(17)를 통해 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.

이와 같이, 브리지 회로(17), 리시버(18), 리시버 입구관(18a) 및 리시버 출구관(18b)에 의해, 전환 기구(3)를 냉각 운전 상태로 하고 있을 때에는, 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 고압의 냉매가, 브리지 회로(17)의 입구 역지 밸브(17a), 리시버 입구관(18a)의 제1 팽창 기구(5a), 리시버(18), 리시버 출구관(18b)의 제2 팽창 기구(5b) 및 브리지 회로(17)의 출구 역지 밸브(17c)를 통해 이용측 열교환기(6)로 보낼 수 있도록 되어 있다. 또한, 전환 기구(3)를 가열 운전 상태로 하고 있을 때에는, 이용측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 고압의 냉매가, 브리지 회로(17)의 입구 역지 밸브(17b), 리시버 입구관(18a)의 제1 팽창 기구(5a), 리시버(18), 리시버 출구관(18b)의 제2 팽창 기구(5b) 및 브리지 회로(17)의 출구 역지 밸브(17d)를 통해 열원측 열교환기(4)로 보낼 수 있도록 되어 있다.

중간 열교환기(7)는, 중간 냉매관(8)에 설치되어 있고, 본 실시 형태에 있어서, 냉방 운전시에, 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출되어 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매의 냉각기로서 기능시키는 것이 가능한 열교환기이다. 중간 열교환기(7)는, 물이나 공기를 열원(여기서는, 냉각원)으로 하는 열교환기이다. 이와 같이, 중간 열교환기(7)는, 냉매 회로(10)를 순환하는 냉매를 사용한 것이 아니라는 의미에서, 외부 열원을 사용한 냉각기라 할 수 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 실시 형태에 있어서, 전자기 밸브이다. 이 중간 열교환기 바이패스 개폐 밸브(11)는, 본 실시 형태에 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, 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 접속부로부터 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 실시 형태에 있어서, 전자기 밸브이다. 이 중간 열교환기 개폐 밸브(12)는, 본 실시 형태에 있어서, 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 실시 형태에 있어서, 역지 밸브이다. 또한, 역지 기구(15)는, 본 실시 형태에 있어서, 중간 냉매관(8)의 중간 열교환기(7)의 후단측의 압축 요소(2d) 측단부로부터 중간 열교환기 바이패스관(9)의 후단측의 압축 요소(2d) 측단부와의 접속부까지의 부분에 설치되어 있다.

액 인젝션관(18h)은, 제1 후단측 인젝션관(18c)을 사용하고 있을 때, 즉, 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션을 행하고 있을 때에, 냉매의 방열기로서 기능하는 열원측 열교환기(4) 또는 이용측 열교환기(6)와 리시버(18) 사이로부터 냉매를 분기하여 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키기 위한 제2 후단측 인젝션관으로서 기능하는 냉매관이며, 여기서는, 리시버 입구관(18a)의 제1 팽창 기구(5a)의 상류측의 부분과, 중간 냉매관(8)(즉, 압축 기구(2)의 후단측의 압축 요소(2d)의 흡입측)을 접속하도록 설치되어 있다. 여기서, 제1 후단측 인젝션관(18c)과 액 인젝션관(18h)은, 중간 냉매관(8)측의 부분(보다 구체적으로는, 제1 후단측 인젝션관(18c)의 제1 후단측 인젝션 개폐 밸브(18d) 및 제1 후단측 인젝션 역지 기구(18e)가 설치된 부분으로부터 중간 냉매관(8)과의 접속 부분까지)이 일체로 되어 있다. 또한, 이 액 인젝션관(18h)에는, 제2 후단측 인젝션 밸브로서의 액 인젝션 밸브(18i)가 설치되어 있다. 액 인젝션 밸브(18i)는, 개방도 제어가 가능한 밸브이며, 본 실시 형태에 있어서, 전동 팽창 밸브이다.

이와 같이, 본 실시 형태의 공기 조화 장치(1)는, 냉각 운전과 가열 운전을 전환 가능하며, 또한 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션이 가능한 냉매 회로(10)를 갖는 2단 압축식 냉동 사이클을 행하는 구성에 있어서, 중간 열교환기(7) 및 중간 열교환기 바이패스관(9)을 설치함으로써, 냉방 운전시에는, 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출되어 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매를 중간 열교환기(7)에 의해 냉각하고, 난방 운전시에는, 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출되어 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매가 중간 열교환기(7)에 의해 냉각되지 않도록 함과 함께, 제1 후단측 인젝션관(18c)을 사용하고 있을 때에, 방열기로서의 열원측 열교환기(4) 또는 이용측 열교환기(6)와 리시버(18) 사이로부터 냉매를 분기하여 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키는 제2 후단측 인젝션관으로서의 액 인젝션관(18h)을 더 설치함으로써, 후술하는 인젝션량 최적화 제어를 행하도록 하고 있다.

또한, 공기 조화 장치(1)에는, 각종 센서가 설치되어 있다. 구체적으로는, 중간 냉매관(8)에는, 중간 냉매관(8)을 흐르는 냉매의 압력인 냉동 사이클에 있어서의 중간압을 검출하는 중간 압력 센서(54)가 설치되어 있다. 중간 냉매관(8)에는, 제1 후단측 인젝션관(18c)이 접속된 부분보다도 후단측의 압축 요소(2d)측의 위치에, 후단측의 압축 요소(2d)의 흡입측에 있어서의 냉매의 온도를 검출하는 중간 온도 센서(56)가 설치되어 있다. 또한, 공기 조화 장치(1)는, 여기서는 도시하지 않지만, 압축 기구(2), 전환 기구(3), 팽창 기구(5a, 5b), 중간 열교환기 바이패스 개폐 밸브(11), 중간 열교환기 개폐 밸브(12), 제1 후단측 인젝션 개폐 밸브(18d), 액 인젝션 밸브(18i)와, 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

다음에, 본 실시 형태의 공기 조화 장치(1)의 동작에 대해, 도 1 내지 도 8을 사용하여 설명한다. 여기서, 도 2는, 냉방 운전시에 있어서의 공기 조화 장치(1) 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이며, 도 3은, 냉방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이며, 도 4는, 냉방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이며, 도 5는, 난방 운전시에 있어서의 공기 조화 장치(1) 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이며, 도 6은, 난방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이며, 도 7은, 난방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이며, 도 8은, 인젝션비와 냉방 운전시에 있어서의 성적 계수비 또는 난방 운전시에 있어서의 성적 계수비의 관계를 나타내는 도면이다. 또한, 이하의 냉방 운전 및 난방 운전에 있어서의 운전 제어는, 상술한 제어부(도시하지 않음)에 의해 행해진다. 또한, 이하의 설명에 있어서,「고압」이라 함은, 냉동 사이클에 있어서의 고압(즉, 도 3, 도 4의 점 D, D', E에 있어서의 압력이나 도 6, 도 7의 점 D, D', F에 있어서의 압력을 의미하고,「저압」이라 함은, 냉동 사이클에 있어서의 저압(즉, 도 3, 도 4의 점 A, F에 있어서의 압력이나 도 6, 도 7의 점 A, E에 있어서의 압력)을 의미하고,「중간압」이라 함은, 냉동 사이클에 있어서의 중간압(즉, 도 3, 도 4, 도 6, 도 7의 점 B, C, C', G, G', I, L, M, X에 있어서의 압력)을 의미하고 있다.

<냉방 운전>

냉방 운전시에는, 전환 기구(3)가 도 1 및 도 2의 실선으로 나타내어지는 냉각 운전 상태로 된다. 또한, 제1 팽창 기구(5a) 및 제2 팽창 기구(5b)는 개방도 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, 제1 후단측 인젝션 개폐 밸브(18d)는 개방 상태로 되고, 액 인젝션 밸브(18i)는 개방도 조절된다. 보다 구체적으로는, 본 실시 형태에 있어서, 액 인젝션 밸브(18i)는, 후단측의 압축 요소(2d)의 흡입에 있어서의 냉매(즉, 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출되고, 중간 열교환기(7)를 통과하여, 제1 후단측 인젝션관(18c) 및 제2 후단측 인젝션관으로서의 액 인젝션관(18h)을 통해 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀되는 냉매와 합류한 후의 냉매)의 과열도 SH가 냉방 운전시에 있어서의 목표값 SHC(도 4 참조)가 되도록, 액 인젝션관(18h)을 통해 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀되는 냉매의 유량을 제어하는, 소위 과열도 제어가 이루어지도록 되어 있다. 본 실시 형태에 있어서, 후단측의 압축 요소(2d)의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도 SHC는, 중간 압력 센서(54)에 의해 검출되는 중간압을 포화 온도로 환산하고, 중간 온도 센서(56)에 의해 검출되는 냉매 온도로부터 이 냉매의 포화 온도값을 차감함으로써 얻어진다. 이와 같이, 본 실시 형태의 냉방 운전시에 있어서는, 후단측의 압축 요소(2d)의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도 SH가 목표값 SHC가 되도록, 후단측 인젝션관(여기서는, 제1 후단측 인젝션관(18c) 및 액 인젝션관(18h))을 통해 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀되는 냉매의 유량을 제어하도록 되어 있다.

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)으로 토출된다(도 1 내지 도 4의 점 B 참조). 이 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매는, 중간 열교환기(7)에 있어서, 냉각원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행함으로써 냉각된다(도 1 내지 도 4의 점 C 참조). 이 중간 열교환기(7)에 있어서 냉각된 냉매는, 리시버(18)로부터 제1 후단측 인젝션관(18c) 및 액 인젝션관(18h)을 통해 후단측의 압축 기구(2d)로 복귀되는 냉매(도 1 내지 도 4의 점 M, 점 X 참조)와 합류함으로써 더 냉각된다(도 1 내지 도 4의 점 G 참조). 다음에, 제1 후단측 인젝션관(18c) 및 액 인젝션관(18h)으로부터 복귀되는 냉매와 합류한(즉, 기액 분리기로서의 리시버(18) 및 액 인젝션관(18h)에 의한 중간압 인젝션이 행해진) 중간압의 냉매는, 압축 요소(2c)의 후단측에 접속된 압축 요소(2d)에 흡입되어 더 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 도시된 임계점 CP에 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. 다음에, 오일 분리 기구(41)에 있어서 냉동기유가 분리된 후의 고압의 냉매는, 역지 기구(42) 및 전환 기구(3)를 통해, 냉매의 방열기로서 기능하는 열원측 열교환기(4)로 보내진다. 그리고, 열원측 열교환기(4)로 보내진 고압의 냉매는, 열원측 열교환기(4)에 있어서, 냉각원으로서의 물이나 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 통해 리시버 입구관(18a)에 유입되어, 그 일부가 액 인젝션관(18h)으로 분기된다. 그리고, 액 인젝션관(18h)을 흐르는 냉매는, 액 인젝션 밸브(18i)에 있어서 중간압 부근까지 감압된 후에(도 1 내지 도 4의 점 X 참조), 상술한 바와 같이, 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매에 합류하게 된다. 그리고, 액 인젝션관(18h)에서 분기된 후의 고압의 냉매는, 제1 팽창 기구(5a)에 의해 중간압 부근까지 감압되어 리시버(18) 내에 일시적으로 저류됨과 함께 기액 분리가 행해진다(도 1 내지 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 액 냉매는, 리시버 출구관(18b)으로 보내져, 제2 팽창 기구(5b)에 의해 감압되어 저압의 기액 2상 상태의 냉매로 되고, 브리지 회로(17)의 출구 역지 밸브(17c)를 통해, 냉매의 증발기로서 기능하는 이용측 열교환기(6)로 보내진다(도 1 내지 도 4의 점 F 참조). 그리고, 이용측 열교환기(6)로 보내진 저압의 기액 2상 상태의 냉매는, 가열원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행하여 가열되어, 증발하게 된다(도 1 내지 도 4의 점 A 참조). 그리고, 이 이용측 열교환기(6)에 있어서 가열된 저압의 냉매는, 전환 기구(3)를 경유하여, 다시 압축 기구(2)에 흡입된다. 이와 같이 하여, 냉방 운전이 행해진다.

이와 같이, 본 실시 형태의 공기 조화 장치(1)(냉동 장치)에서는, 제1 후단측 인젝션관(18c) 및 액 인젝션관(18h)을 설치하고, 열원측 열교환기(4)에 있어서 방열한 냉매를 분기하여 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키는 기액 분리기로서의 리시버(18)나 액 인젝션관(18h)에 의한 중간압 인젝션을 행함으로써 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매의 냉각 효과에 부가하여, 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 냉매를 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입시키기 위한 중간 냉매관(8)에 중간 열교환기(7)를 설치하여, 냉방 운전시에 있어서, 중간 열교환기 개폐 밸브(12)를 개방하고, 또한 중간 열교환기 바이패스 개폐 밸브(11)를 폐쇄함으로써, 중간 열교환기(7)를 냉각기로서 기능하는 상태로 하고 있기 때문에, 중간 열교환기(7)에 의한 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매의 냉각 효과가 부가되고, 중간 열교환기(7)를 설치하지 않은 경우나 중간 열교환기(7)를 사용하지 않은 경우(이 경우에는, 도 3, 도 4에 있어서, 점 A→점 B→점 G'→점 D'→점 E→점 I, X→점 L→점 F의 순으로 냉동 사이클이 행해짐)에 비해, 압축 요소(2c)의 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매의 온도가 저하되고(도 4의 점 G, G' 참조), 최종적으로 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매의 온도를 낮게 억제할 수 있다(도 4의 점 D, D' 참조). 이에 의해, 이 공기 조화 장치(1)에서는, 냉방 운전시에 있어서, 냉매의 방열기로서 기능하는 열원측 열교환기(4)에 있어서의 방열 손실이 작아지기 때문에, 중간압 인젝션만인 경우에 비해 운전 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

게다가, 본 실시 형태의 공기 조화 장치(1)에서는, 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션을 채용하고 있는 점에서, 리시버(18)에 유입되는 냉매의 액 가스비에 의해 제1 후단측 인젝션관(18c)을 통해 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시킬 수 있는 냉매의 유량이 결정되어 버려, 제1 후단측 인젝션관(18c)을 통해 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키는 냉매의 유량을 적극적으로 제어하는 것이 곤란하기 때문에, 제1 후단측 인젝션관(18c)에 부가하여, 액 인젝션관(18h)을 설치하도록 하고 있다. 이에 의해, 이 공기 조화 장치(1)에서는, 이 액 인젝션관(18h)의 액 인젝션 밸브(18i)의 개방도 조절에 의해, 제1 후단측 인젝션관(18c) 및 액 인젝션관(18h)을 통해 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀되는 냉매의 유량을 적극적으로 제어하는 것이 가능해져, 후단측의 압축 요소(2d)의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도 SH를 냉방 운전시에 있어서의 목표값 SHC로 일정하게 할 수 있다. 여기서, 본 실시 형태의 공기 조화 장치(1)에서는, 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매의 유량에 대한 후단측 인젝션관(여기서는, 제1 후단측 인젝션관(18c) 및 제2 후단측 인젝션관으로서의 액 인젝션관(18h)의 양쪽)을 통해 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀되는 냉매의 유량의 비인 인젝션비와 성적 계수비(인젝션비가 0.20인 경우에 있어서의 성적 계수를 1로 하여 다른 인젝션비에 있어서의 성적 계수를 나타낸 값) 사이에, 도 8에 도시된 바와 같은 관계가 있고, 냉방 운전시에 있어서의 성적 계수가 최대가 되는 최적 인젝션비가 0.3 내지 0.4로 되어 있다. 이로 인해, 본 실시 형태에서는, 냉방 운전시에 있어서의 최적 인젝션비에 대응하도록, 후단측의 압축 요소(2d)의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도 SH의 냉방 운전시의 목표값 SHC를 설정하여, 액 인젝션 밸브(18i)의 개방도 조절을 행함으로써, 냉방 운전시에 있어서의 성적 계수의 최대 부근으로 할 수 있다.

<난방 운전>

난방 운전시에는, 전환 기구(3)가 도 1 및 도 5의 파선으로 나타내어지는 가열 운전 상태로 된다. 또한, 제1 팽창 기구(5a) 및 제2 팽창 기구(5b)는 개방도 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, 제1 후단측 인젝션 개폐 밸브(18d)는 개방 상태로 되고, 액 인젝션 밸브(18i)는 냉방 운전시와 마찬가지의 개방도 조절이 이루어진다. 여기서, 후단측의 압축 요소(2d)의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도 SH의 난방 운전시에 있어서의 목표값을 SHH(도 7 참조)로 한다.

이 냉매 회로(10)의 상태에 있어서, 저압의 냉매(도 1, 도 5 내지 도 7의 점 A 참조)는, 흡입관(2a)으로부터 압축 기구(2)에 흡입되어, 우선 압축 요소(2c)에 의해 중간압까지 압축된 후에, 중간 냉매관(8)으로 토출된다(도 1, 도 5 내지 도 7의 점 B 참조). 이 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매는, 상술한 냉방 운전시와는 달리, 중간 열교환기(7)를 통과하지 않고(즉, 냉각되지 않고), 중간 열교환기 바이패스관(9)을 통과한다(도 1, 도 5 내지 도 7의 점 C 참조). 이 중간 열교환기(7)에 의해 냉각되지 않고 중간 열교환기 바이패스관(9)을 통과한 중간압의 냉매는, 리시버(18)로부터 제1 후단측 인젝션관(18c) 및 액 인젝션관(18h)을 통해 후단측의 압축 기구(2d)로 복귀되는 냉매(도 1, 도 5 내지 도 7의 점 M, 점 X 참조)와 합류함으로써 냉각된다(도 1, 도 5 내지 도 7의 점 G 참조). 다음에, 제1 후단측 인젝션관(18c) 및 액 인젝션관(18h)으로부터 복귀되는 냉매와 합류한(즉, 기액 분리기로서의 리시버(18) 및 액 인젝션관(18h)에 의한 중간압 인젝션이 행해진) 중간압의 냉매는, 압축 요소(2c)의 후단측에 접속된 압축 요소(2d)에 흡입되어 더 압축되고, 압축 기구(2)로부터 토출관(2b)으로 토출된다(도 1, 도 5 내지 도 7의 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 6에 도시된 임계점 CP에 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. 다음에, 오일 분리 기구(41)에 있어서 냉동기유가 분리된 후의 고압의 냉매는, 역지 기구(42) 및 전환 기구(3)를 통해, 냉매의 방열기로서 기능하는 이용측 열교환기(6)로 보내져, 냉각원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행하여 냉각된다(도 1, 도 5 내지 도 7의 점 F 참조). 그리고, 이용측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 고압의 냉매는, 브리지 회로(17)의 입구 역지 밸브(17b)를 통해 리시버 입구관(18a)에 유입되어, 그 일부가 액 인젝션관(18h)으로 분기된다. 그리고, 액 인젝션관(18h)을 흐르는 냉매는, 액 인젝션 밸브(18i)에 있어서 중간압 부근까지 감압된 후에(도 1, 도 5 내지 도 7의 점 X 참조), 상술한 바와 같이, 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매에 합류하게 된다. 그리고, 액 인젝션관(18h)에서 분기된 후의 고압의 냉매는, 제1 팽창 기구(5a)에 의해 중간압 부근까지 감압되어 리시버(18) 내에 일시적으로 저류됨과 함께 기액 분리가 행해진다(도 1, 도 5 내지 도 7의 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 액 냉매는, 리시버 출구관(18b)으로 보내져, 제2 팽창 기구(5b)에 의해 감압되어 저압의 기액 2상 상태의 냉매로 되어, 브리지 회로(17)의 출구 역지 밸브(17d)를 통해, 냉매의 증발기로서 기능하는 열원측 열교환기(4)로 보내진다(도 1, 도 5 내지 도 7의 점 E 참조). 그리고, 열원측 열교환기(4)로 보내진 저압의 기액 2상 상태의 냉매는, 열원측 열교환기(4)에 있어서, 가열원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행하여 가열되어, 증발하게 된다(도 1, 도 5 내지 도 7의 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, 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 냉매를 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입시키기 위한 중간 냉매관(8)에 설치된 중간 열교환기(7)를, 난방 운전시에 있어서, 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 있기 때문에, 열원측 열교환기(4)에 있어서 방열한 냉매를 분기하여 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키는 기액 분리기로서의 리시버(18)나 액 인젝션관(18h)에 의한 중간압 인젝션을 행함으로써 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매의 냉각 효과만으로 되어, 중간 열교환기 개폐 밸브(12)나 중간 열교환기 바이패스 개폐 밸브(11)를 설치하지 않고 중간 열교환기(7)만을 설치한 경우나 상술한 냉방 운전과 마찬가지로 중간 열교환기(7)를 냉각기로서 기능시킨 경우(이 경우에는, 도 6, 도 7에 있어서, 점 A→점 B→점 C'→점 G'→점 D'→점 F→점 I, X→점 L→점 E의 순으로 냉동 사이클이 행해짐)에 비해, 중간 열교환기(7)로부터 외부로의 방열이 방지되어, 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매의 온도의 저하가 억제되어(도 7의 점 G, G' 참조), 최종적으로 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매의 온도의 저하를 억제할 수 있다(도 7의 점 D, D' 참조). 이에 의해, 이 공기 조화 장치(1)에서는, 난방 운전시에 있어서, 외부로의 방열을 억제하여, 냉매의 방열기로서 기능하는 이용측 열교환기(6)에 있어서 이용할 수 있도록 하여, 운전 효율의 저하를 방지할 수 있다.

그러나, 상술한 바와 같이, 후단측 인젝션관(여기서는, 제1 후단측 인젝션관(18c)이나 액 인젝션관(18h))을 사용한 중간압 인젝션의 구성에 부가하여, 중간 열교환기(7) 및 중간 열교환기 바이패스관(9)을 설치하여, 난방 운전시에, 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출되어 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매가 중간 열교환기(7)에 의해 냉각되지 않도록 하면, 중간 열교환기(7)에 의한 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매의 냉각 효과가 얻어지지 않기 때문에, 그만큼 난방 운전시에 있어서의 성적 계수가 향상되지 않는다는 문제가 있다.

따라서, 본 실시 형태의 공기 조화 장치(1)에서는, 인젝션비가, 냉방 운전시보다도 난방 운전시의 쪽이 커지도록, 후단측 인젝션관(여기서는, 제1 후단측 인젝션관(18c) 및 액 인젝션관(18h))을 통해 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀되는 냉매의 유량을 제어하는 인젝션량 최적화 제어를 행하도록 하고 있다.

보다 구체적으로는, 본 실시 형태에 있어서, 인젝션량 최적화 제어는, 난방 운전시에 있어서의 과열도 SH의 목표값 SHH가 냉방 운전시에 있어서의 과열도의 목표값 SHC 이하가 되도록 설정함으로써, 액 인젝션 밸브(18i)의 개방도를 냉방 운전시보다도 커지도록 하여, 액 인젝션관(18h)을 통해 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀되는 냉매의 유량(즉, 제1 후단측 인젝션관(18c) 및 제2 후단측 인젝션관으로서의 액 인젝션관(18h)을 흐르는 냉매의 합계 유량)을 증가시킴으로써, 인젝션비를 냉방 운전시보다도 난방 운전시의 쪽이 커지도록 하고 있다. 이에 의해, 이 공기 조화 장치(1)에서는, 후단측 인젝션관(여기서는, 제1 후단측 인젝션관(18c) 및 액 인젝션관(18h))을 사용한 중간압 인젝션에 의한 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매의 냉각 효과가, 냉방 운전시보다도 난방 운전시의 쪽이 커지기 때문에, 중간 열교환기(7)에 의한 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매의 냉각 효과가 없는 난방 운전시에 있어서도, 외부로의 방열을 억제하면서, 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매의 온도(도 7의 점 D 참조)를 더 낮게 억제할 수 있어, 성적 계수를 향상시킬 수 있다.

여기서, 성적 계수가 최대가 되는 최적 인젝션비는, 도 8에 도시된 바와 같이, 냉방 운전시에 있어서의 최적 인젝션비(0.3 내지 0.4)보다도 난방 운전시에 있어서의 최적 인젝션비(0.35 내지 0.45)의 쪽이 커지는 경향이 있고, 이 경향은, 난방 운전시에 중간 열교환기(7)를 사용하지 않는 것이 기인하고 있는 것이라 고려된다. 즉, 이 공기 조화 장치(1)에서는, 난방 운전시에 있어서, 중간압 인젝션에 의해서만 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매를 냉각하고 있는 점에서, 중간 열교환기(7)와 중간압 인젝션을 병용하고 있는 냉방 운전시에 비해, 중간 열교환기(7)에 의한 냉각 효과에 상당하는 분만큼, 난방 운전시에 있어서의 최적 인젝션비가 커지고 있는 것이라 고려된다. 이로 인해, 본 실시 형태에 있어서는, 난방 운전시에 있어서의 과열도 SH의 목표값 SHH(도 7 참조)를 냉방 운전시에 있어서의 과열도 SH의 목표값 SHC와 동일한 값으로 설정함으로써, 난방 운전시에 있어서도, 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매를, 난방 운전시에는 중간압 인젝션에 의해, 중간 열교환기(7) 및 중간압 인젝션에 의해 냉매를 냉각하는 냉방 운전시와 동일한 과열도 SH까지 냉각하도록 하여, 중간 열교환기(7)에 의한 냉각 효과에 상당하는 분만큼 냉방 운전시보다도 난방 운전시에 있어서의 인젝션비가 커지도록 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 이 공기 조화 장치(1)에서는, 상술한 바와 같이, 냉방 운전시에 있어서의 과열도 SH의 목표값 SHC를 냉방 운전시의 성적 계수가 최대가 되는 최적 인젝션비에 대응하는 값 부근으로 설정하고 있는 경우에는, 난방 운전시에 있어서도, 난방 운전시의 성적 계수가 최대가 되는 최적 인젝션비에 근접하게 되어, 냉방 운전 및 난방 운전의 양쪽에 있어서, 성적 계수가 최대가 되는 최적 인젝션비로 중간압 인젝션을 행할 수 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, 제3 후단측 인젝션관(19) 및 에코노마이저 열교환기(20)를 설치하여, 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션을 행하도록 하는 것이 고려된다.

예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 상술한 실시 형태에 있어서, 제1 후단측 인젝션관(18c) 대신에, 제3 후단측 인젝션관(19) 및 에코노마이저 열교환기(20)가 설치된 냉매 회로(110)로 할 수 있다.

여기서, 제3 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, 제3 후단측 인젝션관(19)은, 리시버 입구관(18a)을 흐르는 냉매를 분기하여 후단측의 압축 요소(2d)의 흡입측으로 복귀시키도록 설치되어 있다. 보다 구체적으로는, 제3 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 열교환기(7)의 하류측의 위치로 복귀시키도록 설치되어 있다. 이 제3 후단측 인젝션관(19)에는, 개방도 제어가 가능한 제3 후단측 인젝션 밸브(19a)가 설치되어 있다. 제3 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 방열한 냉매와 제3 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매(보다 구체적으로는, 제3 후단측 인젝션 밸브(19a)에 있어서 중간압 부근까지 감압된 후의 냉매)와의 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 제3 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매와의 열교환을 행하도록 설치되어 있고, 또한 양쪽 냉매가 대향하도록 흐르는 유로를 갖고 있다. 또한, 본 변형예에 있어서, 에코노마이저 열교환기(20)는, 리시버 입구관(18a)의 제3 후단측 인젝션관(19)의 상류측에 설치되어 있다. 이로 인해, 열원측 열교환기(4) 또는 이용측 열교환기(6)에 있어서 방열한 냉매는, 리시버 입구관(18a)에 있어서, 에코노마이저 열교환기(20)에 있어서 열교환되기 전에 제3 후단측 인젝션관(19)으로 분기되고, 그 후에, 에코노마이저 열교환기(20)에 있어서, 제3 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매와 열교환을 행하게 된다.

또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 제1 후단측 인젝션관(18c)을 통해 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키는 냉매의 유량을 적극적으로 제어하는 것이 곤란한 것을 고려하여, 액 인젝션관(18h)을 설치하여, 제1 후단측 인젝션관(18c) 및 액 인젝션관(18h)을 통해 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀되는 냉매의 유량을 적극적으로 제어할 수 있도록 하고 있지만, 본 변형예에 있어서는, 제3 후단측 인젝션관(19) 및 에코노마이저 열교환기(20)를 사용한 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션을 행하는 구성을 채용하고 있고, 제3 후단측 인젝션관(19)을 통해 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀되는 냉매의 유량을 적극적으로 제어할 수 있기 때문에, 상술한 실시 형태와는 달리, 액 인젝션관(18h)을 생략하고 있다.

다음에, 본 변형예의 공기 조화 장치(1)의 동작에 대해, 도 9 내지 도 15를 사용하여 설명한다. 여기서, 도 10은, 냉방 운전시에 있어서의 공기 조화 장치(1) 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이며, 도 11은, 냉방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이며, 도 12는, 냉방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이며, 도 13은, 난방 운전시에 있어서의 공기 조화 장치(1) 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이며, 도 14는, 난방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이며, 도 15는, 난방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이다. 또한, 이하의 냉방 운전 및 난방 운전에 있어서의 운전 제어는, 상술한 제어부(도시하지 않음)에 의해 행해진다. 또한, 이하의 설명에 있어서,「고압」이라 함은, 냉동 사이클에 있어서의 고압(즉, 도 11, 도 12의 점 D, D', E, H에 있어서의 압력이나 도 14, 도 15의 점 D, D', F, H에 있어서의 압력을 의미하고,「저압」이라 함은, 냉동 사이클에 있어서의 저압(즉, 도 11, 도 12의 점 A, F에 있어서의 압력이나 도 14, 도 15의 점 A, E에 있어서의 압력)을 의미하고,「중간압」이라 함은, 냉동 사이클에 있어서의 중간압(즉, 도 11, 도 12, 도 14, 도 15의 점 B, C, C', G, G', J, K에 있어서의 압력)을 의미하고 있다.

<냉방 운전>

냉방 운전시에는, 전환 기구(3)가 도 9 및 도 10의 실선으로 나타내어지는 냉각 운전 상태로 된다. 또한, 제1 팽창 기구(5a) 및 제2 팽창 기구(5b)는 개방도 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, 제3 후단측 인젝션 밸브(19a)는 개방도 조절된다. 보다 구체적으로는, 본 변형예에 있어서, 제3 후단측 인젝션 밸브(19a)는, 후단측의 압축 요소(2d)의 흡입에 있어서의 냉매(즉, 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출되고, 중간 열교환기(7)를 통과하여, 제3 후단측 인젝션관(19)을 통해 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀되는 냉매와 합류한 후의 냉매)의 과열도 SH가 냉방 운전시에 있어서의 목표값 SHC(도 12 참조)가 되도록, 제3 후단측 인젝션관(19)을 통해 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀되는 냉매의 유량을 제어하는, 소위 과열도 제어가 이루어지도록 되어 있다. 본 변형예에 있어서, 후단측의 압축 요소(2d)의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도 SHC는, 중간 압력 센서(54)에 의해 검출되는 중간압을 포화 온도로 환산하고, 중간 온도 센서(56)에 의해 검출되는 냉매 온도로부터 이 냉매의 포화 온도값을 차감함으로써 얻어진다. 이와 같이, 본 변형예의 냉방 운전시에 있어서는, 후단측의 압축 요소(2d)의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도 SH가 목표값 SHC가 되도록, 제3 후단측 인젝션관(19)을 통해 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀되는 냉매의 유량을 제어하도록 되어 있다.

이 냉매 회로(110)의 상태에 있어서, 저압의 냉매(도 9 내지 도 12의 점 A 참조)는, 흡입관(2a)으로부터 압축 기구(2)에 흡입되어, 우선 압축 요소(2c)에 의해 중간압까지 압축된 후에, 중간 냉매관(8)으로 토출된다(도 9 내지 도 12의 점 B 참조). 이 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매는, 중간 열교환기(7)에 있어서, 냉각원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행함으로써 냉각된다(도 9 내지 도 12의 점 C 참조). 이 중간 열교환기(7)에 있어서 냉각된 냉매는, 제3 후단측 인젝션관(19)으로부터 후단측의 압축 기구(2d)로 복귀되는 냉매(도 9 내지 도 12의 점 K 참조)와 합류함으로써 더 냉각된다(도 9 내지 도 12의 점 G 참조). 다음에, 제3 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 더 압축되고, 압축 기구(2)로부터 토출관(2b)으로 토출된다(도 9 내지 도 12의 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 11에 도시된 임계점 CP에 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. 다음에, 오일 분리 기구(41)에 있어서 냉동기유가 분리된 후의 고압의 냉매는, 역지 기구(42) 및 전환 기구(3)를 통해, 냉매의 방열기로서 기능하는 열원측 열교환기(4)로 보내진다. 그리고, 열원측 열교환기(4)로 보내진 고압의 냉매는, 열원측 열교환기(4)에 있어서, 냉각원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행하여 냉각된다(도 9 내지 도 12의 점 E 참조). 그리고, 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 고압의 냉매는, 브리지 회로(17)의 입구 역지 밸브(17a)를 통해 리시버 입구관(18a)에 유입되어, 그 일부가 제3 후단측 인젝션관(19)으로 분기된다. 그리고, 제3 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매는, 제3 후단측 인젝션 밸브(19a)에 있어서 중간압 부근까지 감압된 후에, 에코노마이저 열교환기(20)로 보내진다(도 9 내지 도 12의 점 J 참조). 또한, 제3 후단측 인젝션관(19)으로 분기된 후의 냉매는, 에코노마이저 열교환기(20)에 유입되어, 제3 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매와 열교환을 행하여 냉각된다(도 9 내지 도 12의 점 H 참조). 한편, 제3 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매는, 방열기로서의 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 고압의 냉매와 열교환을 행하여 가열되어(도 9 내지 도 12의 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 9 및 도 10의 점 I 참조). 그리고, 리시버(18) 내에 저류된 냉매는, 리시버 출구관(18b)으로 보내져, 제2 팽창 기구(5b)에 의해 감압되어 저압의 기액 2상 상태의 냉매로 되고, 브리지 회로(17)의 출구 역지 밸브(17c)를 통해, 냉매의 증발기로서 기능하는 이용측 열교환기(6)로 보내진다(도 9 내지 도 12의 점 F 참조). 그리고, 이용측 열교환기(6)로 보내진 저압의 기액 2상 상태의 냉매는, 가열원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행하여 가열되어, 증발하게 된다(도 9 내지 도 12의 점 A 참조). 그리고, 이 이용측 열교환기(6)에 있어서 가열된 저압의 냉매는, 전환 기구(3)를 경유하여, 다시 압축 기구(2)에 흡입된다. 이와 같이 하여, 냉방 운전이 행해진다.

이와 같이, 본 변형예의 공기 조화 장치(1)에서는, 제1 후단측 인젝션관(18c) 및 액 인젝션관(18h)이 아닌, 제3 후단측 인젝션관(19)을 설치하여, 열원측 열교환기(4)에 있어서 방열한 냉매를 분기하여 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키는 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션을 행하도록 하고 있는 점은 상이하지만, 냉방 운전시에 있어서, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 변형예에서는, 상술한 실시 형태에 있어서의 도 8과 마찬가지로, 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매의 유량에 대한 제3 후단측 인젝션관(19)을 통해 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀되는 냉매의 유량의 비인 인젝션비와 성적 계수비(인젝션비가 0.20인 경우에 있어서의 성적 계수를 1로 하여 다른 인젝션비에 있어서의 성적 계수를 나타낸 값) 사이에, 냉방 운전시에 있어서의 성적 계수가 최대가 되는 최적 인젝션비가 존재한다. 이로 인해, 본 변형예에 있어서도, 냉방 운전시에 있어서의 최적 인젝션비에 대응하도록, 후단측의 압축 요소(2d)의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도 SH의 냉방 운전시의 목표값 SHC를 설정하여, 제3 후단측 인젝션 밸브(19a)의 개방도 조절을 행함으로써, 냉방 운전시에 있어서의 성적 계수의 최대 부근으로 할 수 있다.

<난방 운전>

난방 운전시에는, 전환 기구(3)가 도 9 및 도 13이 파선으로 나타내어지는 가열 운전 상태로 된다. 또한, 제1 팽창 기구(5a) 및 제2 팽창 기구(5b)는 개방도 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, 제3 후단측 인젝션 밸브(19a)는 냉방 운전시와 마찬가지의 개방도 조절이 이루어진다. 여기서, 후단측의 압축 요소(2d)의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도 SH의 난방 운전시에 있어서의 목표값을 SHH(도 15 참조)로 한다.

이 냉매 회로(110)의 상태에 있어서, 저압의 냉매(도 9, 도 13 내지 도 15의 점 A 참조)는, 흡입관(2a)으로부터 압축 기구(2)에 흡입되어, 우선 압축 요소(2c)에 의해 중간압까지 압축된 후에, 중간 냉매관(8)으로 토출된다(도 9, 도 13 내지 도 15의 점 B 참조). 이 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매는, 상술한 냉방 운전시와는 달리, 중간 열교환기(7)를 통과하지 않고(즉, 냉각되지 않고), 중간 열교환기 바이패스관(9)을 통과한다(도 9, 도 13 내지 도 15의 점 C 참조). 이 중간 열교환기(7)에 의해 냉각되지 않고 중간 열교환기 바이패스관(9)을 통과한 중간압의 냉매는, 제3 후단측 인젝션관(19)으로부터 후단측의 압축 기구(2d)로 복귀되는 냉매(도 9, 도 13 내지 도 15의 점 K 참조)와 합류함으로써 냉각된다(도 9, 도 13 내지 도 15의 점 G 참조). 다음에, 제3 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 더 압축되고, 압축 기구(2)로부터 토출관(2b)으로 토출된다(도 9, 도 13 내지 도 15의 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 14에 도시된 임계점 CP에 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. 다음에, 오일 분리 기구(41)에 있어서 냉동기유가 분리된 후의 고압의 냉매는, 역지 기구(42) 및 전환 기구(3)를 통해, 냉매의 방열기로서 기능하는 이용측 열교환기(6)로 보내져, 냉각원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행하여 냉각된다(도 9, 도 13 내지 도 15의 점 F 참조). 그리고, 이용측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 고압의 냉매는, 브리지 회로(17)의 입구 역지 밸브(17b)를 통해 리시버 입구관(18a)에 유입되어, 그 일부가 제3 후단측 인젝션관(19)으로 분기된다. 그리고, 제3 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매는, 제3 후단측 인젝션 밸브(19a)에 있어서 중간압 부근까지 감압된 후에, 에코노마이저 열교환기(20)로 보내진다(도 9, 도 13 내지 도 15의 점 J 참조). 또한, 제3 후단측 인젝션관(19)으로 분기된 후의 냉매는, 에코노마이저 열교환기(20)에 유입되어, 제3 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매와 열교환을 행하여 냉각된다(도 9, 도 13 내지 도 15의 점 H 참조). 한편, 제3 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매는, 방열기로서의 이용측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 고압의 냉매와 열교환을 행하여 가열되어(도 9, 도 13 내지 도 15의 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 9 및 도 13의 점 I 참조). 그리고, 리시버(18) 내에 저류된 냉매는, 리시버 출구관(18b)으로 보내져, 제2 팽창 기구(5b)에 의해 감압되어 저압의 기액 2상 상태의 냉매로 되고, 브리지 회로(17)의 출구 역지 밸브(17d)를 통해, 냉매의 증발기로서 기능하는 열원측 열교환기(4)로 보내진다(도 9, 도 13 내지 도 15의 점 E 참조). 그리고, 열원측 열교환기(4)로 보내진 저압의 기액 2상 상태의 냉매는, 열원측 열교환기(4)에 있어서, 가열원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행하여 가열되어, 증발하게 된다(도 9, 도 13 내지 도 15의 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, 제1 후단측 인젝션관(18c) 및 액 인젝션관(18h)이 아닌, 제3 후단측 인젝션관(19)을 설치하여, 열원측 열교환기(4)에 있어서 방열한 냉매를 분기하여 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키는 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션을 행하도록 하고 있는 점은 상이하지만, 난방 운전시에 있어서, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 변형예에 있어서도, 인젝션비가, 냉방 운전시보다도 난방 운전시의 쪽이 커지도록, 제3 후단측 인젝션관(19)을 통해 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀되는 냉매의 유량을 제어하는 인젝션량 최적화 제어를 행하도록 하고 있다. 보다 구체적으로는, 본 변형예에 있어서, 인젝션량 최적화 제어는, 난방 운전시에 있어서의 과열도 SH의 목표값 SHH가 냉방 운전시에 있어서의 과열도의 목표값 SHC 이하가 되도록 설정함으로써, 중간 열교환기(7)에 의한 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매의 냉각 효과가 없는 난방 운전시에 있어서도, 외부로의 방열을 억제하면서, 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매의 온도(도 15의 점 D 참조)를 더 낮게 억제할 수 있어, 성적 계수를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 변형예에 있어서도, 상술한 실시 형태에 있어서의 도 8과 마찬가지로, 냉방 운전시에 있어서의 최적 인젝션비보다도 난방 운전시에 있어서의 최적 인젝션비의 쪽이 중간 열교환기(7)에 의한 냉각 효과에 상당하는 분만큼 커지는 경향이 있기 때문에, 난방 운전시에 있어서의 과열도 SH의 목표값 SHH(도 15 참조)를 냉방 운전시에 있어서의 과열도 SH의 목표값 SHC와 동일한 값으로 설정하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 본 변형예에 있어서도, 상술한 바와 같이, 냉방 운전시에 있어서의 과열도 SH의 목표값 SHC를 냉방 운전시의 성적 계수가 최대가 되는 최적 인젝션비에 대응하는 값 부근으로 설정하고 있는 경우에는, 난방 운전시에 있어서도, 난방 운전시의 성적 계수가 최대가 되는 최적 인젝션비에 근접하게 되어, 냉방 운전 및 난방 운전의 양쪽에 있어서, 성적 계수가 최대가 되는 최적 인젝션비로 중간압 인젝션을 행할 수 있다.

또한, 상술에 있어서는, 후단측의 압축 요소(2d)의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도 SH가 목표값 SHC나 목표값 SHH가 되도록, 제3 후단측 인젝션관(19)을 통해 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀되는 냉매의 유량을 제어하도록 하고 있지만, 이것 대신에, 에코노마이저 열교환기(20)의 제2 후단측 인젝션관(19)측의 출구에 있어서의 냉매의 과열도가 목표값이 되도록 개방도 조절되는 것이어도 된다. 이 경우에 있어서, 후단측의 압축 요소(2d)의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도는, 중간 압력 센서(54)에 의해 검출되는 중간압을 포화 온도로 환산하고, 에코노마이저 출구 온도 센서(55)(도 9, 도 10, 도 13에 파선으로 도시)에 의해 검출되는 에코노마이저 열교환기(20)의 제2 후단측 인젝션관(19)측의 출구에 있어서의 냉매의 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. 그리고, 이 경우에 있어서는, 난방 운전시에 있어서의 과열도의 목표값을 냉방 운전시에 있어서의 과열도의 목표값에 대해 5℃ 내지 10℃만큼 작은 값(이 값이, 중간 열교환기(7)에 의한 냉각 효과에 상당함)으로 설정함으로써, 난방 운전시에 있어서도, 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매를, 난방 운전시에는 중간압 인젝션에 의해, 중간 열교환기(7) 및 중간압 인젝션에 의해 냉매를 냉각하는 냉방 운전시와 동일한 과열도 SH까지 냉각하도록 하여, 중간 열교환기(7)에 의한 냉각 효과에 상당하는 분만큼 냉방 운전시보다도 난방 운전시에 있어서의 인젝션비가 커지도록 하는 것이 바람직하다.

(4) 변형예 2

상술한 실시 형태 및 그 변형예에 있어서의 냉매 회로(10, 110)(도 1, 도 9 참조)에 있어서는, 냉방 운전시의 열원측 열교환기(4)에 있어서의 방열 손실을 저감시키기 위해, 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)가 설치됨과 함께, 난방 운전시에 있어서는, 외부로의 방열을 억제하여, 냉매의 방열기로서 기능하는 이용측 열교환기(6)에 있어서 이용할 수 있도록 하기 위해, 중간 열교환기(7)를 바이패스하는 중간 열교환기 바이패스관(9)을 설치하여, 난방 운전시에 중간 열교환기(7)를 사용하지 않는 상태로 하고 있다. 이로 인해, 중간 열교환기(7)는, 난방 운전시에는 이용되지 않는 기기로 되어 있다.

따라서, 난방 운전시에 있어서의 중간 열교환기(7)의 유효 이용을 도모하기 위해, 본 변형예에서는, 도 16에 도시된 바와 같이, 상술한 변형예 1의 냉매 회로(110)에 있어서, 중간 열교환기(7)의 일단부와 압축 기구(2)의 흡입측을 접속시키기 위한 제2 흡입 복귀관(92)을 설치함과 함께, 이용측 열교환기(6)와 열원측 열교환기(4) 사이와 중간 열교환기(7)의 타단부를 접속시키기 위한 중간 열교환기 복귀관(94)을 설치함으로써, 냉매 회로(210)를 구성하도록 하고 있다.

여기서, 제2 흡입 복귀관(92)은, 중간 열교환기(7)의 일단부(여기서는, 전단측의 압축 요소(2c) 측단부)에 접속되어 있고, 중간 열교환기 복귀관(94)은, 중간 열교환기(7)의 타단부(여기서는, 후단측의 압축 요소(2d) 측단부)에 접속되어 있다. 이 제2 흡입 복귀관(92)은, 중간 열교환기 바이패스관(9)을 통해 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 냉매를 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입시키는 상태로 하고 있을 때에, 중간 열교환기(7)의 일단부와 압축 기구(2)의 흡입측(여기서는, 흡입관(2a))을 접속시키기 위한 냉매관이다. 또한, 이 중간 열교환기 복귀관(94)은, 중간 열교환기 바이패스관(9)을 통해 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 냉매를 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입시키는 상태로 하고, 또한 전환 기구(3)를 가열 운전 상태로 하고 있을 때에, 이용측 열교환기(6)와 열원측 열교환기(4) 사이(여기서는, 냉동 사이클에 있어서의 저압이 될 때까지 냉매를 감압하는 열원측 팽창 기구로서의 제1 팽창 기구(5a)와 증발기로서의 열원측 열교환기(4) 사이)와 중간 열교환기(7)의 타단부를 접속시키기 위한 냉매관이다. 본 변형예에 있어서, 제2 흡입 복귀관(92)은, 그 일단부가, 중간 냉매관(8)의 중간 열교환기 바이패스관(9)의 전단측의 압축 요소(2c) 측단부와의 접속부로부터 중간 열교환기(7)의 전단측의 압축 요소(2c) 측단부까지의 부분에 접속되어 있고, 타단부가, 압축 기구(2)의 흡입측(여기서는, 흡입관(2a))에 접속되어 있다. 또한, 중간 열교환기 복귀관(94)은, 그 일단부가, 제1 팽창 기구(5a)로부터 열원측 열교환기(4)까지의 부분에 접속되어 있고, 타단부가, 중간 냉매관(8)의 중간 열교환기(7)의 전단측의 압축 요소(2c) 측단부로부터 역지 기구(15)까지의 부분에 접속되어 있다. 그리고, 제2 흡입 복귀관(92)에는 제2 흡입 복귀 개폐 밸브(92a)가 설치되어 있고, 중간 열교환기 복귀관(94)에는 중간 열교환기 복귀 개폐 밸브(94a)가 설치되어 있다. 제2 흡입 복귀 개폐 밸브(92a) 및 중간 열교환기 복귀 개폐 밸브(94a)는, 본 변형예에 있어서 전자기 밸브이다. 이 제2 흡입 복귀 개폐 밸브(92a)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. 또한, 중간 열교환기 복귀 개폐 밸브(94a)는, 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.

이와 같이, 본 변형예에서는, 주로 중간 열교환기 바이패스관(9), 제2 흡입 복귀관(92) 및 중간 열교환기 복귀관(94)에 의해, 냉방 운전시에는, 중간 냉매관(8)을 흐르는 중간압의 냉매를 중간 열교환기(7)에 의해 냉각할 수 있고, 난방 운전시에는, 중간 냉매관(8)을 흐르는 중간압의 냉매를 중간 열교환기 바이패스관(9)에 의해, 중간 열교환기(7)를 바이패스시킴과 함께, 제2 흡입 복귀관(92) 및 중간 열교환기 복귀관(94)에 의해, 이용측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 냉매의 일부를 중간 열교환기(7)로 유도하여 증발시켜, 압축 기구(2)의 흡입측으로 복귀시킬 수 있도록 되어 있다.

다음에, 본 변형예의 공기 조화 장치(1)의 동작에 대해, 도 16, 도 17, 도 11, 도 12, 도 18 내지 도 20을 사용하여 설명한다. 여기서, 도 17은, 냉방 운전시에 있어서의 공기 조화 장치(1) 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이며, 도 18은, 난방 운전시에 있어서의 공기 조화 장치(1) 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이며, 도 19는, 난방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이며, 도 20은, 난방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이다. 또한, 이하의 냉방 운전 및 난방 운전에 있어서의 운전 제어는, 상술한 제어부(도시하지 않음)에 의해 행해진다. 또한, 이하의 설명에 있어서,「고압」이라 함은, 냉동 사이클에 있어서의 고압(즉, 도 11, 도 12의 점 D, D', E, H에 있어서의 압력이나 도 19, 도 20의 점 D, D', F, H에 있어서의 압력을 의미하고,「저압」이라 함은, 냉동 사이클에 있어서의 저압(즉, 도 11, 도 12의 점 A, F에 있어서의 압력이나 도 19, 도 20의 점 A, E, V에 있어서의 압력)을 의미하고,「중간압」이라 함은, 냉동 사이클에 있어서의 중간압(즉, 도 11, 도 12, 도 19, 도 20의 점 B, C, C', G, G', J, K에 있어서의 압력)을 의미하고 있다.

<냉방 운전>

냉방 운전시에는, 전환 기구(3)가 도 16 및 도 17의 실선으로 나타내어지는 냉각 운전 상태로 된다. 또한, 제1 팽창 기구(5a) 및 제2 팽창 기구(5b)는 개방도 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 됨과 함께, 제2 흡입 복귀관(92)의 제2 흡입 복귀 개폐 밸브(92a)가 폐쇄됨으로써, 중간 열교환기(7)와 압축 기구(2)의 흡입측이 접속하고 있지 않은 상태로 되고, 또한 중간 열교환기 복귀관(94)의 중간 열교환기 복귀 개폐 밸브(94a)가 폐쇄됨으로써, 이용측 열교환기(6)와 열원측 열교환기(4) 사이와 중간 열교환기(7)가 접속하고 있지 않은 상태로 된다. 또한, 제3 후단측 인젝션 밸브(19a)는, 상술한 변형예 1에 있어서의 냉방 운전시와 마찬가지의 개방도 조절이 이루어진다.

이 냉매 회로(210)의 상태에 있어서, 저압의 냉매(도 16, 도 17, 도 11, 도 12의 점 A 참조)는, 흡입관(2a)으로부터 압축 기구(2)에 흡입되어, 우선 압축 요소(2c)에 의해 중간압까지 압축된 후에, 중간 냉매관(8)으로 토출된다(도 16, 도 17, 도 11, 도 12의 점 B 참조). 이 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매는, 중간 열교환기(7)에 있어서, 냉각원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행함으로써 냉각된다(도 16, 도 17, 도 11, 도 12의 점 C 참조). 이 중간 열교환기(7)에 있어서 냉각된 냉매는, 제3 후단측 인젝션관(19)으로부터 후단측의 압축 기구(2d)로 복귀되는 냉매(도 16, 도 17, 도 11, 도 12의 점 K 참조)와 합류함으로써 더 냉각된다(도 16, 도 17, 도 11, 도 12의 점 G 참조). 다음에, 제3 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 더 압축되고, 압축 기구(2)로부터 토출관(2b)으로 토출된다(도 16, 도 17, 도 11, 도 12의 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 11에 도시된 임계점 CP에 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. 다음에, 오일 분리 기구(41)에 있어서 냉동기유가 분리된 후의 고압의 냉매는, 역지 기구(42) 및 전환 기구(3)를 통해, 냉매의 방열기로서 기능하는 열원측 열교환기(4)로 보내진다. 그리고, 열원측 열교환기(4)로 보내진 고압의 냉매는, 열원측 열교환기(4)에 있어서, 냉각원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행하여 냉각된다(도 16, 도 17, 도 11, 도 12의 점 E 참조). 그리고, 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 고압의 냉매는, 브리지 회로(17)의 입구 역지 밸브(17a)를 통해 리시버 입구관(18a)에 유입되어, 그 일부가 제3 후단측 인젝션관(19)으로 분기된다. 그리고, 제3 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매는, 제3 후단측 인젝션 밸브(19a)에 있어서 중간압 부근까지 감압된 후에, 에코노마이저 열교환기(20)로 보내진다(도 16, 도 17, 도 11, 도 12의 점 J 참조). 또한, 제3 후단측 인젝션관(19)으로 분기된 후의 냉매는, 에코노마이저 열교환기(20)에 유입되어, 제3 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매와 열교환을 행하여 냉각된다(도 16, 도 17, 도 11, 도 12의 점 H 참조). 한편, 제3 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매는, 방열기로서의 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 고압의 냉매와 열교환을 행하여 가열되어(도 16, 도 17, 도 11, 도 12의 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 16 및 도 17의 점 I 참조). 그리고, 리시버(18) 내에 저류된 냉매는, 리시버 출구관(18b)으로 보내져, 제2 팽창 기구(5b)에 의해 감압되어 저압의 기액 2상 상태의 냉매로 되고, 브리지 회로(17)의 출구 역지 밸브(17c)를 통해, 냉매의 증발기로서 기능하는 이용측 열교환기(6)로 보내진다(도 16, 도 17, 도 11, 도 12의 점 F 참조). 그리고, 이용측 열교환기(6)로 보내진 저압의 기액 2상 상태의 냉매는, 가열원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행하여 가열되어, 증발하게 된다(도 16, 도 17, 도 11, 도 12의 점 A 참조). 그리고, 이 이용측 열교환기(6)에 있어서 가열된 저압의 냉매는, 전환 기구(3)를 경유하여, 다시 압축 기구(2)에 흡입된다. 이와 같이 하여, 냉방 운전이 행해진다.

이와 같이, 본 변형예의 공기 조화 장치(1)에서는, 냉방 운전시에 있어서는, 상술한 변형예 1과 마찬가지의 작용 효과가 얻어진다.

<난방 운전>

난방 운전시에는, 전환 기구(3)가 도 16 및 도 18의 파선으로 나타내어지는 가열 운전 상태로 된다. 또한, 제1 팽창 기구(5a) 및 제2 팽창 기구(5b)는 개방도 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 됨과 함께, 제2 흡입 복귀관(92)의 제2 흡입 복귀 개폐 밸브(92a)가 개방됨으로써, 중간 열교환기(7)와 압축 기구(2)의 흡입측이 접속되어 있는 상태로 되고, 또한 중간 열교환기 복귀관(94)의 중간 열교환기 복귀 개폐 밸브(94a)가 개방됨으로써, 이용측 열교환기(6)와 열원측 열교환기(4) 사이와 중간 열교환기(7)가 접속되어 있는 상태로 된다. 또한, 제3 후단측 인젝션 밸브(19a)는, 상술한 변형예 1에 있어서의 난방 운전시와 마찬가지의 개방도 조절이 이루어진다.

이 냉매 회로(210)의 상태에 있어서, 저압의 냉매(도 16, 도 18 내지 도 20의 점 A 참조)는, 흡입관(2a)으로부터 압축 기구(2)에 흡입되어, 우선 압축 요소(2c)에 의해 중간압까지 압축된 후에, 중간 냉매관(8)으로 토출된다(도 16, 도 18 내지 도 20의 점 B 참조). 이 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매는, 상술한 냉방 운전시와는 달리, 중간 열교환기(7)를 통과하지 않고(즉, 냉각되지 않고), 중간 열교환기 바이패스관(9)을 통과한다(도 16, 도 18 내지 도 20의 점 C 참조). 이 중간 열교환기(7)에 의해 냉각되지 않고 중간 열교환기 바이패스관(9)을 통과한 중간압의 냉매는, 제3 후단측 인젝션관(19)으로부터 후단측의 압축 기구(2d)로 복귀되는 냉매(도 16, 도 18 내지 도 20의 점 K 참조)와 합류함으로써 냉각된다(도 16, 도 18 내지 도 20의 점 G 참조). 다음에, 제3 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 더 압축되고, 압축 기구(2)로부터 토출관(2b)으로 토출된다(도 16, 도 18 내지 도 20의 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 19에 도시된 임계점 CP에 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. 다음에, 오일 분리 기구(41)에 있어서 냉동기유가 분리된 후의 고압의 냉매는, 역지 기구(42) 및 전환 기구(3)를 통해, 냉매의 방열기로서 기능하는 이용측 열교환기(6)로 보내져, 냉각원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행하여 냉각된다(도 16, 도 18 내지 도 20의 점 F 참조). 그리고, 이용측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 고압의 냉매는, 브리지 회로(17)의 입구 역지 밸브(17b)를 통해 리시버 입구관(18a)에 유입되어, 그 일부가 제3 후단측 인젝션관(19)으로 분기된다. 그리고, 제3 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매는, 제3 후단측 인젝션 밸브(19a)에 있어서 중간압 부근까지 감압된 후에, 에코노마이저 열교환기(20)로 보내진다(도 16, 도 18 내지 도 20의 점 J 참조). 또한, 제3 후단측 인젝션관(19)으로 분기된 후의 냉매는, 에코노마이저 열교환기(20)에 유입되어, 제3 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매와 열교환을 행하여 냉각된다(도 16, 도 18 내지 도 20의 점 H 참조). 한편, 제3 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매는, 방열기로서의 이용측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 고압의 냉매와 열교환을 행하여 가열되어(도 16, 도 18 내지 도 20의 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 16 및 도 18의 점 I 참조). 그리고, 리시버(18) 내에 저류된 냉매는, 리시버 출구관(18b)으로 보내져, 제2 팽창 기구(5b)에 의해 감압되어 저압의 기액 2상 상태의 냉매로 되고, 브리지 회로(17)의 출구 역지 밸브(17d)를 통해, 냉매의 증발기로서 기능하는 열원측 열교환기(4)로 보내짐과 함께, 중간 열교환기 복귀관(94)을 통해, 냉매의 증발기로서 기능하는 중간 열교환기(7)로도 보내진다(도 16, 도 18 내지 도 20의 점 E 참조). 그리고, 열원측 열교환기(4)로 보내진 저압의 기액 2상 상태의 냉매는, 열원측 열교환기(4)에 있어서, 가열원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행하여 가열되어, 증발하게 된다(도 16, 도 18 내지 도 20의 점 A 참조). 또한, 중간 열교환기(7)로 보내진 저압의 기액 2상 상태의 냉매도, 가열원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행하여 가열되어, 증발하게 된다(도 16, 도 18 내지 도 20의 점 V 참조). 그리고, 이 열원측 열교환기(4)에 있어서 가열되어 증발한 저압의 냉매는, 전환 기구(3)를 경유하여, 다시 압축 기구(2)에 흡입된다. 또한, 이 중간 열교환기(7)에 있어서 가열되어 증발한 저압의 냉매도, 제2 흡입 복귀관(92)을 통해, 다시 압축 기구(2)에 흡입된다. 이와 같이 하여, 난방 운전이 행해진다.

이와 같이, 본 변형예의 공기 조화 장치(1)에서는, 난방 운전시에 있어서는, 상술한 변형예 1과 마찬가지의 작용 효과가 얻어짐과 함께, 열원측 열교환기(4)와 함께, 중간 열교환기(7)를 이용측 열교환기(6)에 있어서 방열한 냉매의 증발기로서 기능시키도록 하여, 난방 운전시에도 유효 이용하고, 이에 의해, 난방 운전시에 있어서의 냉매의 증발 능력을 높여, 난방 운전시의 운전 효율을 향상시킬 수 있다.

(5) 변형예 3

상술한 실시 형태에 있어서의 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션 및 제2 후단측 인젝션관으로서의 액 인젝션관(18h)에 의한 액 인젝션을 행하는 냉매 회로(10)(도 1 참조)에 있어서, 서로 병렬로 접속된 복수의 이용측 열교환기(6)를 갖는 구성(도 21 참조)으로 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 위해 각 이용측 열교환기(6)에 대응하도록 이용측 팽창 기구(5c)(도 21 참조)를 설치하는 것이 고려된다. 이 경우에는, 난방 운전에 있어서, 각 이용측 열교환기(6)를 통과하는 냉매의 유량이, 각 이용측 열교환기(6)에 대응하여 설치된 이용측 팽창 기구(5c)의 개방도에 의해 대략 결정되게 되지만, 이때, 각 이용측 팽창 기구(5c)의 개방도는, 각 이용측 열교환기(6)를 흐르는 냉매의 유량뿐만 아니라, 복수의 이용측 열교환기(6) 사이의 유량 분배의 상태에 따라 변동하게 되어, 복수의 이용측 팽창 기구(5c) 사이에서 개방도가 크게 상이한 상태가 발생하거나, 이용측 팽창 기구(5c)가 비교적 작은 개방도가 되는 경우가 있고, 이로 인해, 가열 운전시에 있어서의 이용측 팽창 기구(5c)의 개방도 제어에 의해, 기액 분리기로서의 리시버(18)의 압력이 과도하게 저하되는 경우가 있을 수 있다. 이로 인해, 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션은, 리시버(18)의 압력과 냉동 사이클에 있어서의 중간압과의 압력차가 작은 조건이어도 사용 가능한 점에서, 이 구성에 있어서의 난방 운전과 같이, 리시버(18)의 압력이 과도하게 저하될 우려가 높은 경우에 유리하다.

상술한 변형예 1, 2에 있어서의 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션을 행하는 냉매 회로(110, 210)(도 1, 16 참조)에 있어서, 서로 병렬로 접속된 복수의 이용측 열교환기(6)를 갖는 구성(도 21 참조)으로 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 위해 각 이용측 열교환기(6)에 대응하도록 이용측 팽창 기구(5c)(도 21 참조)를 설치하는 것이 고려된다. 이 경우에는, 냉방 운전에 있어서, 열원측 열교환기(4)에 있어서 방열한 냉매가 에코노마이저 열교환기(20)에 유입될 때까지의 동안에 대폭적인 감압 조작이 행해지지 않고, 냉동 사이클에 있어서의 고압으로부터 냉동 사이클의 중간압 부근까지의 압력차를 이용할 수 있는 조건인 점에서, 에코노마이저 열교환기(20)에 있어서의 열교환량이 커져, 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시킬 수 있는 냉매의 유량을 크게 할 수 있기 때문에, 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션에 비해, 그 적용이 유효하다.

이와 같이, 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 위해 각 이용측 열교환기(6)에 대응하도록 이용측 팽창 기구(5c)를 설치하는 구성을 전제로 하는 경우에는, 본 변형예의 공기 조화 장치(1)와 같이, 난방 운전시에는, 이용측 열교환기(6)에 있어서 방열한 냉매를 리시버(18)에 있어서 기액 분리하고, 이 기액 분리된 가스 냉매를 제1 후단측 인젝션관(18c)을 통해 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키는 중간압 인젝션 및 액 인젝션관(18h)에 의한 액 인젝션을, 냉방 운전시에는, 에코노마이저 열교환기(20)에 있어서, 열원측 열교환기(4)에 있어서 방열한 냉매와 제3 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매와의 열교환을 행하고, 이 열교환이 행해진 후의 제3 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매를 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키는 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션을 행하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

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 위해, 리시버(18)와 이용측 열교환기(6) 사이에 있어서 각 이용측 열교환기(6)에 대응하도록 이용측 팽창 기구(5c)를 설치한 구성을 채용한 경우에는, 냉방 운전시에 있어서, 제1 팽창 기구(5a)에 의해 포화 압력 부근까지 감압되어 리시버(18) 내에 일시적으로 저류된 냉매(도 21의 점 L 참조)가, 각 이용측 팽창 기구(5c)에 분배되지만, 리시버(18)로부터 각 이용측 팽창 기구(5c)로 보내지는 냉매가 기액 2상 상태이면, 각 이용측 팽창 기구(5c)로의 분배시에 편류를 발생시킬 우려가 있기 때문에, 리시버(18)로부터 각 이용측 팽창 기구(5c)로 보내지는 냉매를 가능한 한 과냉각 상태로 하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 변형예에서는, 도 21에 도시된 바와 같이, 상술한 변형예 2의 구성(도 16 참조)에 있어서, 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션 및 액 인젝션관(18h)에 의한 액 인젝션을 행할 수 있도록 하기 위해, 리시버(18)에 제1 후단측 인젝션관(18c)을 접속하고, 또한 이용측 팽창 기구(5c)와 리시버(18) 사이에 액 인젝션관(18h)을 접속하여, 냉방 운전시에는, 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션을 행하고, 난방 운전시에는, 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 제3 흡입 복귀관(95)을 설치한 냉매 회로(310)로 하고 있다.

여기서, 제3 흡입 복귀관(95)은, 방열기로서의 열원측 열교환기(4)로부터 증발기로서의 이용측 열교환기(6)로 보내지는 냉매를 분기하여 압축 기구(2)의 흡입측(즉, 흡입관(2a))으로 복귀시키는 냉매관이다. 본 변형예에 있어서, 제3 흡입 복귀관(95)은, 리시버(18)로부터 이용측 팽창 기구(5c)로 보내지는 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 제3 흡입 복귀관(95)에는, 개방도 제어가 가능한 제3 흡입 복귀 밸브(95a)가 설치되어 있다. 제3 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 보내지는 냉매와 제3 흡입 복귀관(95)을 흐르는 냉매(보다 구체적으로는, 제3 흡입 복귀 밸브(95a)에 있어서 저압 부근까지 감압된 후의 냉매)와의 열교환을 행하는 열교환기이다. 본 변형예에 있어서, 과냉각 열교환기(96)는, 이용측 팽창 기구(5c)의 상류측의 위치(즉, 제3 흡입 복귀관(95)이 분기되는 위치와 이용측 팽창 기구(5c) 사이)를 흐르는 냉매와 제3 흡입 복귀관(95)을 흐르는 냉매와의 열교환을 행하도록 설치되어 있다. 또한, 본 변형예에 있어서, 과냉각 열교환기(96)는, 제3 흡입 복귀관(95)이 분기되는 위치보다도 하류측에 설치되어 있다. 이로 인해, 방열기로서의 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 냉매는, 냉각기로서의 에코노마이저 열교환기(20)를 통과한 후에, 제3 흡입 복귀관(95)으로 분기되고, 과냉각 열교환기(96)에 있어서, 제3 흡입 복귀관(95)을 흐르는 냉매와 열교환을 행하게 된다.

또한, 제1 후단측 인젝션관(18c)과 제3 후단측 인젝션관(19)은 중간 냉매관(8)측의 부분이 일체로 되어 있다. 또한, 제1 흡입 복귀관(18f)과 제3 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, 제3 후단측 인젝션관(19) 및 에코노마이저 열교환기(20)를 냉방 운전시에 사용하고, 제1 후단측 인젝션관(18c) 및 액 인젝션관(18h)을 난방 운전시에 사용하도록 하고 있는 점에서, 에코노마이저 열교환기(20)로의 냉매의 유통 방향을 냉방 운전 및 난방 운전을 막론하고 일정하게 할 필요가 없기 때문에, 브리지 회로(17)를 생략하고, 냉매 회로(310)의 구성을 간단화하고 있다.

또한, 흡입관(2a) 또는 압축 기구(2)에는, 압축 기구(2)의 흡입측을 흐르는 냉매의 압력을 검출하는 흡입 압력 센서(60)가 설치되어 있다. 과냉각 열교환기(96)의 제3 흡입 복귀관(95)측의 출구에는, 과냉각 열교환기(96)의 제3 흡입 복귀관(95)측의 출구에 있어서의 냉매의 온도를 검출하는 과냉각 열교 출구 온도 센서(59)가 설치되어 있다.

다음에, 본 변형예의 공기 조화 장치(1)의 동작에 대해 도 21 내지 도 27을 사용하여 설명한다. 여기서, 도 22는, 냉방 운전시에 있어서의 공기 조화 장치(1) 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이며, 도 23은, 냉방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이며, 도 24는, 냉방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이며, 도 25는, 난방 운전시에 있어서의 공기 조화 장치(1) 내의 냉매의 흐름을 도시하는 도면이며, 도 26은, 난방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 압력-엔탈피 선도이며, 도 27은, 난방 운전시의 냉동 사이클이 도시된 온도-엔트로피 선도이다. 또한, 이하의 냉방 운전 및 난방 운전에 있어서의 운전 제어는, 상술한 제어부(도시하지 않음)에 의해 행해진다. 또한, 이하의 설명에 있어서,「고압」이라 함은, 냉동 사이클에 있어서의 고압(즉, 도 23, 도 24의 점 D, D', E, H, I, R에 있어서의 압력이나 도 26, 도 27의 점 D, D', F에 있어서의 압력을 의미하고,「저압」이라 함은, 냉동 사이클에 있어서의 저압(즉, 도 23, 도 24의 점 A, F, S, U에 있어서의 압력이나 도 26, 도 27의 점 A, E, V에 있어서의 압력)을 의미하고,「중간압」이라 함은, 냉동 사이클에 있어서의 중간압(즉, 도 23, 도 24의 점 B, C, C', G, G', J, K에 있어서의 압력이나 도 26, 도 27의 점 B, C, C', G, G', I, L, M, X)을 의미하고 있다.

<냉방 운전>

냉방 운전시에는, 전환 기구(3)가 도 21 및 도 22의 실선으로 나타내어지는 냉각 운전 상태로 된다. 열원측 팽창 기구로서의 제1 팽창 기구(5a) 및 이용측 팽창 기구(5c)는 개방도 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 됨과 함께, 제2 흡입 복귀관(92)의 제2 흡입 복귀 개폐 밸브(92a)가 폐쇄됨으로써, 중간 열교환기(7)와 압축 기구(2)의 흡입측이 접속하고 있지 않은 상태로 되고, 또한 중간 열교환기 복귀관(94)의 중간 열교환기 복귀 개폐 밸브(94a)가 폐쇄됨으로써, 이용측 열교환기(6)와 열원측 열교환기(4) 사이와 중간 열교환기(7)가 접속하고 있지 않은 상태로 된다. 또한, 전환 기구(3)를 냉각 운전 상태로 하고 있을 때에는, 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션을 행하지 않고, 제3 후단측 인젝션관(19)을 통해, 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 되어, 제3 후단측 인젝션 밸브(19a)는, 상술한 변형예 2에 있어서의 냉방 운전시와 마찬가지의 개방도 조절(단, 후단측의 압축 요소(2d)의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도 SH가 목표값 SHC가 되도록 제어하는 것)이 이루어진다. 또한, 전환 기구(3)를 냉각 운전 상태로 하고 있을 때에는, 과냉각 열교환기(96)를 사용하기 때문에, 제3 흡입 복귀 밸브(95a)에 대해서도 개방도 조절된다. 보다 구체적으로는, 본 변형예에 있어서, 제3 흡입 복귀 밸브(95a)는, 과냉각 열교환기(96)의 제3 흡입 복귀관(95)측의 출구에 있어서의 냉매의 과열도가 목표값이 되도록 개방도 조절되는, 소위 과열도 제어가 이루어지도록 되어 있다. 본 변형예에 있어서, 과냉각 열교환기(96)의 제3 흡입 복귀관(95)측의 출구에 있어서의 냉매의 과열도는, 흡입 압력 센서(60)에 의해 검출되는 저압을 포화 온도로 환산하고, 과냉각 열교 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 제3 흡입 복귀관(95)측의 입구에 온도 센서를 설치하고, 이 온도 센서에 의해 검출되는 냉매 온도를 과냉각 열교 출구 온도 센서(59)에 의해 검출되는 냉매 온도로부터 차감함으로써, 과냉각 열교환기(96)의 제3 흡입 복귀관(95)측의 출구에 있어서의 냉매의 과열도를 얻도록 해도 좋다. 또한, 제3 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 21 내지 도 24의 점 A 참조)는, 흡입관(2a)으로부터 압축 기구(2)에 흡입되어, 우선 압축 요소(2c)에 의해 중간압까지 압축된 후에, 중간 냉매관(8)으로 토출된다(도 21 내지 도 24의 점 B 참조). 이 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매는, 중간 열교환기(7)에 있어서, 냉각원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행함으로써 냉각된다(도 21 내지 도 24의 점 C 참조). 이 중간 열교환기(7)에 있어서 냉각된 냉매는, 제3 후단측 인젝션관(19)으로부터 후단측의 압축 기구(2d)로 복귀되는 냉매(도 21 내지 도 24의 점 K 참조)와 합류함으로써 더 냉각된다(도 21 내지 도 24의 점 G 참조). 다음에, 제3 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 더 압축되고, 압축 기구(2)로부터 토출관(2b)으로 토출된다(도 21 내지 도 24의 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 23에 도시된 임계점 CP에 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. 다음에, 오일 분리 기구(41)에 있어서 냉동기유가 분리된 후의 고압의 냉매는, 역지 기구(42) 및 전환 기구(3)를 통해, 냉매의 방열기로서 기능하는 열원측 열교환기(4)로 보내진다. 그리고, 열원측 열교환기(4)로 보내진 고압의 냉매는, 열원측 열교환기(4)에 있어서, 냉각원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행하여 냉각된다(도 21 내지 도 24의 점 E 참조). 그리고, 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 고압의 냉매는, 그 일부가 제3 후단측 인젝션관(19)으로 분기된다. 그리고, 제3 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매는, 제3 후단측 인젝션 밸브(19a)에 있어서 중간압 부근까지 감압된 후에, 에코노마이저 열교환기(20)로 보내진다(도 21 내지 도 24의 점 J 참조). 또한, 제3 후단측 인젝션관(19)으로 분기된 후의 냉매는, 에코노마이저 열교환기(20)에 유입되어, 제3 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매와 열교환을 행하여 냉각된다(도 21 내지 도 24의 점 H 참조). 한편, 제3 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매는, 방열기로서의 열원측 열교환기(4)에 있어서 냉각된 고압의 냉매와 열교환을 행하여 가열되어(도 21 내지 도 24의 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 21 내지 도 24의 점 I 참조). 그리고, 리시버(18) 내에 저류된 냉매는, 그 일부가 제3 흡입 복귀관(95)으로 분기된다. 그리고, 제3 흡입 복귀관(95)을 흐르는 냉매는, 제3 흡입 복귀 밸브(95a)에 있어서 저압 부근까지 감압된 후에, 과냉각 열교환기(96)로 보내진다(도 21 내지 도 24의 점 S 참조). 또한, 제3 흡입 복귀관(95)으로 분기된 후의 냉매는, 과냉각 열교환기(96)에 유입되어, 제3 흡입 복귀관(95)을 흐르는 냉매와 열교환을 행하여 더 냉각된다(도 21 내지 도 24의 점 R 참조). 한편, 제3 흡입 복귀관(95)을 흐르는 냉매는, 에코노마이저 열교환기(20)에 있어서 냉각된 고압의 냉매와 열교환을 행하여 가열되어(도 21 내지 도 24의 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)로 보내져, 이용측 팽창 기구(5c) 의해 감압되어 저압의 기액 2상 상태의 냉매로 되고, 냉매의 증발기로서 기능하는 이용측 열교환기(6)로 보내진다(도 21 내지 도 24의 점 F 참조). 그리고, 이용측 열교환기(6)로 보내진 저압의 기액 2상 상태의 냉매는, 가열원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행하여 가열되어, 증발하게 된다(도 21 내지 도 24의 점 A 참조). 그리고, 이 이용측 열교환기(6)에 있어서 가열된 저압의 냉매는, 전환 기구(3)를 경유하여, 다시 압축 기구(2)에 흡입된다. 이와 같이 하여, 냉방 운전이 행해진다.

이와 같이, 본 변형예의 공기 조화 장치(1)에서는, 냉방 운전시에 있어서는, 방열기로서의 열원측 열교환기(4)의 하류측 또한 열원측 팽창 기구로서의 제1 팽창 기구(5a)의 상류측에 있어서의 냉매의 압력이 높은 채로 유지되어 있고, 냉동 사이클에 있어서의 고압으로부터 냉동 사이클의 중간압 부근까지의 압력차를 이용할 수 있는 조건인 점에서, 에코노마이저 열교환기(20)에 의한 중간압 인젝션이 채용되고 있고, 상술한 변형예 1, 2와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 변형예에서는, 리시버(18)로부터 이용측 팽창 기구(5c)로 보내지는 냉매(도 23, 도 24의 점 I 참조)를 과냉각 열교환기(96)에 의해 과냉각 상태까지 냉각할 수 있기 때문에(도 23, 도 24의 점 R 참조), 각 이용측 팽창 기구(5c)로의 분배시에 편류를 발생시킬 우려를 적게 할 수 있다.

<난방 운전>

난방 운전시에는, 전환 기구(3)가 도 21 및 도 25의 파선으로 나타내어지는 가열 운전 상태로 된다. 또한, 열원측 팽창 기구로서의 제1 팽창 기구(5a) 및 이용측 팽창 기구(5c)는 개방도 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 됨과 함께, 제2 흡입 복귀관(92)의 제2 흡입 복귀 개폐 밸브(92a)가 개방됨으로써, 중간 열교환기(7)와 압축 기구(2)의 흡입측이 접속되어 있는 상태로 되고, 또한 중간 열교환기 복귀관(94)의 중간 열교환기 복귀 개폐 밸브(94a)가 개방됨으로써, 이용측 열교환기(6)와 열원측 열교환기(4) 사이와 중간 열교환기(7)가 접속되어 있는 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 통해, 기액 분리기로서의 리시버(18)로부터 냉매를 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키는 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션, 및 제2 후단측 인젝션관으로서의 액 인젝션관(18h)을 통해 냉매를 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀시키는 액 인젝션관(18h)에 의한 중간압 인젝션을 행하도록 하고 있다. 보다 구체적으로는, 제3 후단측 인젝션 밸브(19a)가 완전 폐쇄 상태로 되고, 제1 후단측 인젝션 개폐 밸브(18d)는 개방 상태로 되고, 또한 액 인젝션 밸브(18i)는 상술한 실시 형태에 있어서의 난방 운전과 마찬가지의 개방도 조절(즉, 후단측의 압축 요소(2d)의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도 SH가 목표값 SHH가 되도록 제어하는 것)이 이루어진다. 또한, 전환 기구(3)를 가열 운전 상태로 하고 있을 때에는, 과냉각 열교환기(96)를 사용하지 않기 때문에, 제3 흡입 복귀 밸브(95a)는 완전 폐쇄 상태로 된다.

이 냉매 회로(310)의 상태에 있어서, 저압의 냉매(도 21, 도 25 내지 도 27의 점 A 참조)는, 흡입관(2a)으로부터 압축 기구(2)에 흡입되어, 우선 압축 요소(2c)에 의해 중간압까지 압축된 후에, 중간 냉매관(8)으로 토출된다(도 21, 도 25 내지 도 27의 점 B 참조). 이 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매는, 상술한 냉방 운전시와는 달리, 중간 열교환기(7)를 통과하지 않고(즉, 냉각되지 않고), 중간 열교환기 바이패스관(9)을 통과한다(도 21, 도 25 내지 도 27의 점 C 참조). 이 중간 열교환기(7)에 의해 냉각되지 않고 중간 열교환기 바이패스관(9)을 통과한 중간압의 냉매는, 리시버(18)로부터 제1 후단측 인젝션관(18c) 및 액 인젝션관(18h)을 통해 후단측의 압축 기구(2d)로 복귀되는 냉매(도 21, 도 25 내지 도 27의 점 M, 점 X 참조)와 합류함으로써 냉각된다(도 21, 도 25 내지 도 27의 점 G 참조). 다음에, 제1 후단측 인젝션관(18c) 및 액 인젝션관(18h)으로부터 복귀되는 냉매와 합류한(즉, 기액 분리기로서의 리시버(18) 및 액 인젝션관(18h)에 의한 중간압 인젝션이 행해진) 중간압의 냉매는, 압축 요소(2c)의 후단측에 접속된 압축 요소(2d)에 흡입되어 더 압축되고, 압축 기구(2)로부터 토출관(2b)으로 토출된다(도 21, 도 25 내지 도 27의 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 26에 도시된 임계점 CP에 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. 다음에, 오일 분리 기구(41)에 있어서 냉동기유가 분리된 후의 고압의 냉매는, 역지 기구(42) 및 전환 기구(3)를 통해, 냉매의 방열기로서 기능하는 이용측 열교환기(6)로 보내져, 냉각원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행하여 냉각된다(도 21, 도 25 내지 도 27의 점 F 참조). 그리고, 이용측 열교환기(6)에 있어서 냉각된 고압의 냉매는, 이용측 팽창 기구(5c)를 통과한 후에, 그 일부가 액 인젝션관(18h)으로 분기된다. 그리고, 액 인젝션관(18h)을 흐르는 냉매는, 액 인젝션 밸브(18i)에 있어서 중간압 부근까지 감압된 후에(도 21, 도 25 내지 도 27의 점 X 참조), 상술한 바와 같이, 전단측의 압축 요소(2c)로부터 토출된 중간압의 냉매에 합류하게 된다. 그리고, 액 인젝션관(18h)에서 분기된 후의 고압의 냉매는, 리시버(18) 내에 일시적으로 저류됨과 함께 기액 분리가 행해진다(도 21, 도 25 내지 도 27의 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 액 냉매는, 제1 팽창 기구(5a)에 의해 감압되어 저압의 기액 2상 상태의 냉매로 되어, 냉매의 증발기로서 기능하는 열원측 열교환기(4)로 보내짐과 함께, 중간 열교환기 복귀관(94)을 통해, 냉매의 증발기로서 기능하는 중간 열교환기(7)로도 보내진다(도 21, 도 25 내지 도 27의 점 E 참조). 그리고, 열원측 열교환기(4)로 보내진 저압의 기액 2상 상태의 냉매는, 가열원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행하여 가열되어, 증발하게 된다(도 21, 도 25 내지 도 27의 점 A 참조). 또한, 중간 열교환기(7)로 보내진 저압의 기액 2상 상태의 냉매도, 가열원으로서의 물이나 공기와 열교환을 행하여 가열되어, 증발하게 된다(도 21, 도 25 내지 도 27의 점 V 참조). 그리고, 이 열원측 열교환기(4)에 있어서 가열되어 증발한 저압의 냉매는, 전환 기구(3)를 경유하여, 다시 압축 기구(2)에 흡입된다. 또한, 이 중간 열교환기(7)에 있어서 가열되어 증발한 저압의 냉매는, 제2 흡입 복귀관(92)을 통해, 다시 압축 기구(2)에 흡입된다. 이와 같이 하여, 난방 운전이 행해진다.

이와 같이, 본 변형예의 공기 조화 장치(1)에서는, 난방 운전시에 있어서는, 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 위해 각 이용측 열교환기(6)에 대응하도록 이용측 팽창 기구(5c)를 설치하고 있는 것에 기인하여, 리시버(18)의 압력과 냉동 사이클에 있어서의 중간압과의 압력차가 작은 조건인 점에서, 기액 분리기로서의 리시버(18)에 의한 중간압 인젝션이 채용되고 있어, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 변형예에서는, 상술한 변형예 2와 마찬가지로, 난방 운전시에 중간 열교환기(7)가 냉매의 증발기로서 기능하고 있어, 중간 열교환기(7)의 유효 이용이 도모되고 있다.

게다가, 본 변형예에서는, 상술한 바와 같은 중간압 인젝션의 냉방 운전과 난방 운전의 구분하여 사용함에 수반하여, 인젝션량 최적화 제어로서, 냉방 운전시에 있어서, 후단측의 압축 요소(2d)의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도 SH가 목표값 SHC가 되도록, 제3 후단측 인젝션관(19)을 통해 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀되는 냉매의 유량을 제어함과 함께, 난방 운전시에 있어서, 후단측의 압축 요소(2d)의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도 SH가 목표값 SHH가 되도록, 제2 후단측 인젝션관으로서의 액 인젝션관(18h)을 통해 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀되는 냉매의 유량을 제어하는 것을 채용하고 있고, 난방 운전시에 있어서의 과열도 SH의 목표값 SHH가 냉방 운전시에 있어서의 과열도 SH의 목표값 SHC 이하가 되도록 설정하고 있기 때문에, 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매의 유량에 대한 후단측 인젝션관(냉방 운전시에는, 제3 후단측 인젝션관(19), 난방 운전시에는, 제1 후단측 인젝션관(18c) 및 액 인젝션관(18h)의 양쪽)을 통해 후단측의 압축 요소(2d)로 복귀되는 냉매의 유량의 비인 인젝션비가, 냉방 운전시보다도 난방 운전시의 쪽이 커진다. 이에 의해, 본 변형예에서는, 상술한 실시 형태 및 그 변형예와 마찬가지로, 후단측 인젝션관을 사용한 중간압 인젝션에 의한 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매의 냉각 효과가, 냉방 운전시보다도 난방 운전시의 쪽이 커지기 때문에, 중간 열교환기(7)에 의한 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매의 냉각 효과가 없는 난방 운전시에 있어서도, 외부로의 방열을 억제하면서, 압축 기구(2)로부터 토출되는 냉매의 온도를 더 낮게 억제할 수 있어, 성적 계수를 향상시킬 수 있다. 또한, 본 변형예에 있어서도, 상술한 실시 형태 및 그 변형예와 마찬가지로, 난방 운전시에 있어서의 과열도 SH의 목표값 SHH(도 27 참조)를 냉방 운전시에 있어서의 과열도 SH의 목표값 SHC와 동일한 값으로 설정함으로써, 난방 운전시에 있어서도, 후단측의 압축 요소(2d)에 흡입되는 냉매를, 난방 운전시에는 중간압 인젝션에 의해, 중간 열교환기(7) 및 중간압 인젝션에 의해 냉매를 냉각하는 냉방 운전시와 동일한 과열도 SH까지 냉각하도록 하여, 중간 열교환기(7)에 의한 냉각 효과에 상당하는 분만큼 냉방 운전시보다도 난방 운전시에 있어서의 인젝션비가 커지도록 하는 것이 바람직하다.

(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 순차 압축하는 2단 압축식의 압축 기구(2)가 구성되어 있지만, 3단 압축식 등과 같은 2단 압축식보다도 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 28에 도시된 바와 같이, 상술한 변형예 3에 있어서의 냉매 회로(310)(도 21 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 치환하는 것으로 하고, 여기서는 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)으로 토출하고, 제1 입구측 중간 지관(81)으로 토출된 냉매를 중간 냉매관(8)을 구성하는 중간 모관(82) 및 제1 출구측 중간 지관(83)을 통해 압축 요소(103d)에 흡입시켜 냉매를 더 압축한 후에 제1 토출 지관(103b)으로 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)으로 토출하고, 제2 입구측 중간 지관(84)으로 토출된 냉매를 중간 냉매관(8)을 구성하는 중간 모관(82) 및 제2 출구측 중간 지관(85)을 통해 압축 요소(104d)에 흡입시켜 냉매를 더 압축한 후에 제2 토출 지관(104b)으로 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)로 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)가 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)가 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 치우침에 기인하여 제1 압축 기구(103)로부터 토출되는 냉매에 동반하는 냉동기유의 양과 제2 압축 기구(104)로부터 토출되는 냉매에 동반하는 냉동기유의 양 사이에 치우침이 발생한 경우이어도, 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 양과의 사이의 치우침이 해소되도록 되어 있다. 또한, 본 변형예에 있어서, 제1 흡입 지관(103a)은, 제2 오일 복귀관(143b)과의 합류부로부터 흡입 모관(102a)과의 합류부까지 사이의 부분이, 흡입 모관(102a)과의 합류부를 향해 하향 구배가 되도록 구성되어 있고, 제2 흡입 지관(104a)은, 제1 오일 복귀관(141b)과의 합류부로부터 흡입 모관(102a)과의 합류부까지 사이의 부분이, 흡입 모관(102a)과의 합류부를 향해 하향 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 오일 떨어짐이 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 순차 압축하도록 구성된 제1 압축 기구(103)와, 2개의 압축 요소(104c, 104d)를 가짐과 함께 이들 압축 요소(104c, 104d) 중 전단측의 압축 요소로부터 토출된 냉매를 후단측의 압축 요소로 순차 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 운전시에는, 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 운전시에는, 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 대해 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 통해, 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 통해 압축 기구(102)의 흡입측으로 빠져 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 것이 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 통해, 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 통해 압축 기구(102)의 토출측으로 빠져 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 설치하고, 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 통해, 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 통해 압축 기구(102)의 토출측으로 빠져 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 전자기 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(104c)의 토출측의 압력 및 후단측의 압축 요소(104d)의 흡입측의 압력이, 제1 압축 기구(103)의 전단측의 압축 요소(103c)의 흡입측의 압력 및 후단측의 압축 요소(103d)의 토출측의 압력보다도 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 토출 되는 냉매를 제1 압축 기구(103)의 전단측의 압축 요소(103c)로부터 토출되는 냉매에 합류시키지 않고, 기동 바이패스관(86)을 통해 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 있도록 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 있고, 제2 압축 기구(104)를 기동할 때에, 제1 압축 기구(103)의 중간압 부분의 영향을 받기 어려운 상태로 할 수 있도록 되어 있다. 또한, 본 변형예에 있어서는, 개폐 밸브(86a)로서 전자기 밸브가 사용되고 있다.

또한, 본 변형예의 공기 조화 장치(1)의 냉방 운전이나 난방 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 21 내지 도 27 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 대해 도면에 기초하여 설명했지만, 구체적인 구성은, 이들 실시 형태 및 그 변형예에 한정되는 것이 아니라, 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 장치이어도, 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.

본 발명은, 냉각 운전과 가열 운전을 전환 가능하며, 또한 중간압 인젝션이 가능한 냉매 회로를 갖는 다단 압축식의 냉동 사이클을 행하는 냉동 장치에 널리 적용 가능하다.

1: 공기 조화 장치(냉동 장치)
2, 102: 압축 기구
3: 전환 기구
4: 열원측 열교환기
6: 이용측 열교환기
7: 중간 열교환기
8: 중간 냉매관
9: 중간 열교환기 바이패스관
18: 리시버(기액 분리기)
18c: 제1 후단측 인젝션관
18h: 액 인젝션관(제2 후단측 인젝션관)
19: 제3 후단측 인젝션관
20: 에코노마이저 열교환기

Claims (8)

1. 복수의 압축 요소를 갖고 있고, 상기 복수의 압축 요소 중 전단측의 압축 요소로부터 토출된 냉매를 후단측의 압축 요소로 순차 압축하도록 구성된 압축 기구(2)와,
   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 순서로 냉매를 순환시키는 냉각 운전 상태와, 상기 압축 기구, 상기 이용측 열교환기, 상기 열원측 열교환기의 순서로 냉매를 순환시키는 가열 운전 상태를 전환시키는 전환 기구(3)와,
   상기 열원측 열교환기 또는 상기 이용측 열교환기에 있어서 방열된 냉매를 분기하여 상기 후단측의 압축 요소로 복귀시키기 위한 후단측 인젝션관(18c, 18h, 19)과,
   상기 전단측의 압축 요소로부터 토출된 냉매를 상기 후단측의 압축 요소에 흡입시키기 위한 중간 냉매관(8)에 설치되고, 상기 전환 기구를 상기 냉각 운전 상태로 하는 냉각 운전시에, 상기 전단측의 압축 요소로부터 토출되어 상기 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉매의 냉각기로서 기능하는 중간 열교환기(7)와,
   상기 중간 열교환기를 바이패스하도록 상기 중간 냉매관에 접속되고, 상기 전환 기구를 상기 가열 운전 상태로 하는 가열 운전시에, 상기 전단측의 압축 요소로부터 토출되어 상기 후단측의 압축 요소에 흡입되는 냉매가 상기 중간 열교환기에 의해 냉각되지 않도록 하는 중간 열교환기 바이패스관(9)을 구비하고,
   상기 압축 기구로부터 토출되는 냉매의 유량에 대한 상기 후단측 인젝션관을 통해 상기 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량의 비인 인젝션비가, 상기 냉각 운전시보다도 상기 가열 운전시에 커지도록, 상기 후단측 인젝션관을 통해 상기 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량을 제어하는 인젝션량 최적화 제어를 행하는 냉동 장치(1).
2. 제1항에 있어서, 상기 인젝션량 최적화 제어는, 상기 후단측의 압축 요소의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도가 목표값이 되도록, 상기 후단측 인젝션관(18c, 18h, 19)을 통해 상기 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량을 제어하는 것이며, 상기 가열 운전시에 있어서의 과열도의 목표값이 상기 냉각 운전시에 있어서의 과열도의 목표값 이하가 되도록 설정되는 냉동 장치(1).
3. 제1항에 있어서, 상기 열원측 열교환기(4) 또는 상기 이용측 열교환기(6)에 있어서 방열된 냉매를 기액 분리하는 기액 분리기(18)를 더 구비하고,
   상기 후단측 인젝션관은, 상기 기액 분리기에 있어서 기액 분리된 가스 냉매를 상기 후단측의 압축 요소로 복귀시키기 위한 제1 후단측 인젝션관(18c)과, 방열기로서 기능하는 상기 열원측 열교환기(4) 또는 상기 이용측 열교환기(6)와 상기 기액 분리기(18) 사이로부터 냉매를 분기하여 상기 후단측의 압축 요소로 복귀시키는 제2 후단측 인젝션관(18h)을 갖고 있고,
   상기 인젝션량 최적화 제어는, 상기 후단측의 압축 요소의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도가 목표값이 되도록, 상기 제2 후단측 인젝션관(18h)을 통해 상기 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량을 제어하는 것이며, 상기 가열 운전시에 있어서의 과열도의 목표값이 상기 냉각 운전시에 있어서의 과열도의 목표값 이하가 되도록 설정되는 냉동 장치(1).
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 가열 운전시에 있어서의 과열도의 목표값은, 상기 냉각 운전시에 있어서의 과열도의 목표값과 동일한 값으로 설정되는 냉동 장치(1).
5. 제1항에 있어서, 상기 열원측 열교환기(4) 또는 상기 이용측 열교환기(6)에 있어서 방열된 냉매와 상기 후단측 인젝션관(19)을 흐르는 냉매와의 열교환을 행하는 에코노마이저 열교환기(20)를 더 구비하고,
   상기 인젝션량 최적화 제어는, 상기 에코노마이저 열교환기의 상기 후단측 인젝션관측의 출구에 있어서의 냉매의 과열도가 목표값이 되도록, 상기 후단측 인젝션관을 통해 상기 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량을 제어하는 것이며, 상기 가열 운전시에 있어서의 과열도의 목표값이 상기 냉각 운전시에 있어서의 과열도의 목표값보다도 작아지도록 설정되는 냉동 장치(1).
6. 제5항에 있어서, 상기 가열 운전시에 있어서의 과열도의 목표값은, 상기 냉각 운전시에 있어서의 과열도의 목표값에 대해 5℃ 내지 10℃만큼 작은 값으로 설정되는 냉동 장치(1).
7. 제1항에 있어서, 상기 가열 운전시에 상기 이용측 열교환기(6)에 있어서 방열된 냉매를 기액 분리하는 기액 분리기(18)를 더 구비하고,
   상기 후단측 인젝션관은, 상기 가열 운전시에 상기 기액 분리기에 있어서 기액 분리된 가스 냉매를 상기 후단측의 압축 요소로 복귀시키기 위한 제1 후단측 인젝션관(18c)과, 상기 가열 운전시에 상기 이용측 열교환기와 상기 기액 분리기(18) 사이로부터 냉매를 분기하여 상기 후단측의 압축 요소로 복귀시키는 제2 후단측 인젝션관(18h)과, 상기 냉각 운전시에 상기 열원측 열교환기(4)에 있어서 방열된 냉매를 분기하여 상기 후단측의 압축 요소로 복귀시키는 제3 후단측 인젝션관(19)을 갖고 있고,
   상기 냉각 운전시에 상기 열원측 열교환기에 있어서 방열된 냉매와 상기 제3 후단측 인젝션관을 흐르는 냉매와의 열교환을 행하는 에코노마이저 열교환기(20)를 더 구비하고,
   상기 인젝션량 최적화 제어는, 상기 냉각 운전시에 있어서, 상기 후단측의 압축 요소의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도가 목표값이 되도록, 상기 제3 후단측 인젝션관을 통해 상기 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량을 제어함과 함께, 상기 가열 운전시에 있어서, 상기 후단측의 압축 요소의 흡입에 있어서의 냉매의 과열도가 목표값이 되도록, 상기 제2 후단측 인젝션관을 통해 상기 후단측의 압축 요소로 복귀되는 냉매의 유량을 제어하는 것이며, 상기 가열 운전시에 있어서의 과열도의 목표값이 상기 냉각 운전시에 있어서의 과열도의 목표값 이하가 되도록 설정되는 냉동 장치(1).
8. 제7항에 있어서, 상기 가열 운전시에 있어서의 과열도의 목표값은, 상기 냉각 운전시에 있어서의 과열도의 목표값과 동일한 값으로 설정되는 냉동 장치(1).

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