KR20150020220A - 냉동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인젝션용 열교환기의 사이즈 증대를 억제하면서 압축기의 토출 온도의 저감 기능을 확보한다. R32 냉매를 사용하는 공기 조화 장치(10)는 압축기(20), 실내 열교환기(50), 실외 팽창 밸브(41), 실외 열교환기(30), 분기관(62), 인젝션용 전동 밸브(63) 및 열교환기(64), 고압 리시버(80) 등을 구비한다. 열교환기(64)는 메인 냉매 유로(11a)를 흐르는 냉매와, 분기관(62)의 전동 밸브(63)를 통과한 냉매를 열교환시킨다. 제1 인젝션 유로(65)는 분기관(62)을 흘러서 열교환기(64)를 나온 냉매를 압축기(20)로 유도한다. 제2 인젝션 유로(82)는 고압 리시버(80)의 냉매 가스 성분을 압축기(20)로 유도한다.

Description

냉동 장치{REFRIGERATION DEVICE}

본 발명은 냉동 장치, 특히 냉매로서 R32를 사용하는 냉동 장치에 관한 것이다.

종래부터, 공기 조화 장치 등의 냉동 장치로, 냉매로서 R32를 사용한 것이 있다. R32를 냉매로서 사용하는 경우에는, R410A나 R22를 냉매로서 사용하는 경우에 비하여, 압축기의 토출 온도가 높아지는 경향이 있다. 이 문제점을 인식하여, R32를 사용하면서 냉매 토출 온도의 저하를 도모한 공기 조화 장치가 특허문헌 1(일본 특허 공개 제2009-127902호 공보)에 기재되어 있다. 이 공기 조화 장치에서는, 고압 라인에 배치되는 기액 분리기를 나온 액냉매의 일부를, 압축기로 바이패스시키고, 그 바이패스 냉매를 내부 열교환기에 의해 플래시 가스의 상태로 변화시키고 있다. 그리고, 플래시 가스가 된 바이패스 냉매를 인젝션하여, 압축기의 중간압 상태의 냉매의 엔탈피를 내리고, 압축기의 냉매 토출 온도를 저하시키고 있다.

일본 특허 공개 제2009-127902호 공보

고압의 메인 냉매 유로로부터 냉매를 바이패스시켜서 감압하고, 그 냉매를 내부 열교환기에서 증발시켜서 압축기에 공급하면, 분명 압축기의 토출 온도를 낮추는 것이 가능하다.

그러나, 공기 조화 장치의 실외 유닛이 실내 유닛에 비해서 높은 곳에 위치하는 경우, 난방 운전 시에 실외 유닛의 기액 분리기를 나오는 냉매의 압력이 낮아져 버리는 경우가 있다. 또한, 실외 유닛과 실내 유닛을 연결하는 냉매 연락관이 긴 경우에도 기액 분리기를 나오는 냉매의 압력이 내려가는 것이 상정된다. 이렇게 바이패스시키는 냉매의 압력이 낮은 경우, 내부 열교환기에 들어가기 전의 바이패스 냉매의 감압의 여지가 작아져, 내부 열교환기에 있어서의 메인 냉매 유로를 흐르는 냉매와 바이패스 냉매와의 온도 차가 작아져서, 플래시 가스의 양 또는 건조도가 확보되지 않을 우려가 있다. 이것을 방지하기 위해서는, 내부 열교환기의 사이즈를 크게 할 필요가 있고, 제조 비용의 증대나 실외 유닛의 사이즈 증대를 초래한다.

본 발명의 과제는, 메인 냉매 유로를 흐르는 냉매와 메인 냉매 유로로부터 분기된 냉매를 열교환시키는 열교환기를 구비하고, 메인 냉매 유로로부터 분기된 냉매를 압축기 또는 흡입 배관에 공급해서 압축기의 토출 온도를 낮춘 냉동 장치에 있어서, 열교환기의 사이즈 증대를 억제하면서 압축기의 토출 온도의 저감 기능을 확보하는 것에 있다.

본 발명의 제1 관점에 따른 냉동 장치는, 냉매로서 R32를 사용하는 냉동 장치이며, 압축기와, 응축기와, 팽창 기구와, 증발기와, 분기 유로와, 제1 개방도 조정 밸브와, 인젝션용 열교환기와, 제1 인젝션 유로와, 냉매 저류 탱크와, 제2 인젝션 유로를 구비하고 있다. 압축기는 흡입 유로로부터 저압의 냉매를 흡입하고, 냉매의 압축을 행해서 고압의 냉매를 토출한다. 응축기는 압축기로부터 토출된 고압의 냉매를 응축시킨다. 팽창 기구는 응축기를 나온 고압 냉매를 팽창시킨다. 증발기는 팽창 기구에서 팽창된 냉매를 증발시킨다. 분기 유로는 응축기와 증발기를 연결하는 메인 냉매 유로로부터 분기되는 유로이다. 제1 개방도 조정 밸브는 분기 유로에 설치되어 있고, 개방도 조정이 가능하다. 인젝션용 열교환기는 메인 냉매 유로를 흐르는 냉매와, 분기 유로의 제1 개방도 조정 밸브를 통과한 냉매를 열교환시킨다. 제1 인젝션 유로는 분기 유로를 흘러서 인젝션용 열교환기를 나온 냉매를 압축기 또는 흡입 배관으로 유도한다. 냉매 저류 탱크는 메인 냉매 유로에 설치되어 있다. 제2 인젝션 유로는 냉매 저류 탱크의 내부에 저류되는 냉매의 가스 성분을 압축기 또는 흡입 배관으로 유도한다.

본 발명에 따른 냉동 장치에서는, 인젝션용 열교환기 및 제1 인젝션 유로를 배치하고, 응축기와 증발기를 연결하는 메인 냉매 유로로부터 분기된 냉매를, 분기 유로의 제1 개방도 조정 밸브로 감압시키고, 인젝션용 열교환기에 있어서 가열시킨다. 그리고 감압, 가열되고, 기액2상의 플래시 가스, 포화 가스, 또는 과열 가스가 된 냉매를 제1 인젝션 유로를 통해서 압축기 또는 흡입 배관에 흐르게 하여, 압축기의 토출 온도를 낮출 수 있다. 한편, 냉매 저류 탱크 및 제2 인젝션 유로를 더 배치하고 있으므로, 냉매 저류 탱크의 내부에 저류되는 냉매의 가스 성분(포화 가스)을 제2 인젝션 유로를 통해서 압축기 또는 흡입 배관에 흐르게 하여, 압축기의 토출 온도를 낮출 수도 있다. 이와 같이, 2개의 인젝션의 루트를 가지고 있기 때문에, 본 발명에 따른 냉동 장치에서는, 메인 냉매 유로로부터 분기되는 냉매의 압력이 낮고, 인젝션용 열교환기로 가열해도 압축기에 흐르게 하는 냉매의 양 또는 건조도를 확보할 수 없는 경우에도, 냉매 저류 탱크로부터의 냉매에 의해 압축기의 토출 온도를 낮출 수 있다. 또한, 어느 쪽 루트를 사용해도 가능하게 되어 있으므로, 어떤 냉매 상태여도 압축기에 흐르게 하는 냉매의 건조도가 확보되도록 인젝션용 열교환기의 사이즈를 크게 할 필요가 없어져, 열교환기의 사이즈 증대를 억제하면서 압축기의 토출 온도의 저감 기능을 확보할 수 있다.

본 발명의 제2 관점에 따른 냉동 장치는, 제1 관점에 따른 냉동 장치이며, 제어부를 더 구비하고 있다. 제어부는 주로 제1 인젝션 유로에 냉매를 흐르게 하는 제1 인젝션 제어와, 주로 제2 인젝션 유로에 냉매를 흐르게 하는 제2 인젝션 제어를 전환한다.

여기에서는, 제1 인젝션 제어가 행해지고 있을 때, 응축기와 증발기를 연결하는 메인 냉매 유로로부터 분기된 냉매가, 분기 유로의 제1 개방도 조정 밸브로 감압되고, 인젝션용 열교환기에서 가열된다. 그리고, 감압, 가열되어서, 기액2상의 플래시 가스, 포화 가스, 또는 과열 가스가 된 냉매는, 제1 인젝션 유로를 통해서 압축기 또는 흡입 배관에 흐르고, 압축기의 토출 온도를 낮추는 작용을 한다. 한편, 제2 인젝션 제어가 행해지고 있을 때에는, 냉매 저류 탱크의 내부에 저류되는 냉매의 가스 성분(포화 가스)이 제2 인젝션 유로를 통해서 압축기 또는 흡입 배관에 흘러, 압축기의 토출 온도를 낮추는 작용을 한다. 이와 같이, 본 발명에 따른 냉동 장치는, 주로 제1 인젝션 유로에 냉매를 흐르게 하는 제1 인젝션 제어와, 주로 제2 인젝션 유로에 냉매를 흐르게 하는 제2 인젝션 제어를 전환할 수 있도록 구성되어 있다. 이로 인해, 메인 냉매 유로로부터 분기되는 냉매의 압력이 낮고, 인젝션용 열교환기로 가열해도 압축기에 흐르게 하는 냉매의 양 또는 건조도를 확보할 수 없는 경우에도, 제2 인젝션 제어로 전환해서 압축기의 토출 온도를 낮추는 것이 가능하다. 또한, 제1 인젝션 제어에 더하여, 제2 인젝션 제어를 행할 수 있기 때문에, 어떤 냉매 상태여도 압축기에 흐르게 하는 냉매의 건조도가 확보되도록 인젝션용 열교환기의 사이즈를 크게 할 필요가 없어져, 열교환기의 사이즈 증대를 억제하면서 압축기의 토출 온도의 저감 기능을 확보할 수 있다.

또한, 제1 인젝션 제어는, 주로 제1 인젝션 유로를 흐르는 냉매에 의해 압축기의 토출 온도를 낮추는 제어이다. 제1 인젝션 제어에서는 제2 인젝션 유로에는 냉매를 거의 흐르게 하지 않거나, 제2 인젝션 유로에는 제1 인젝션 유로보다 적은 양의 냉매를 흐르게 한다. 제2 인젝션 제어는 주로 제2 인젝션 유로를 흐르는 냉매에 의해 압축기의 토출 온도를 낮추는 제어이다. 제2 인젝션 제어에서는 제1 인젝션 유로에는 냉매를 거의 흐르게 하지 않거나, 제1 인젝션 유로에는 제2 인젝션 유로보다 적은 양의 냉매를 흐르게 한다.

본 발명의 제3 관점에 따른 냉동 장치는, 제2 관점에 따른 냉동 장치이며, 제어부는 응축기와 팽창 기구 사이의 메인 냉매 유로의 냉매의 압력에 기초하여, 제1 인젝션 제어와 제2 인젝션 제어를 전환한다.

여기에서는, 제1 개방도 조정 밸브 및 인젝션용 열교환기를 통해서 압축기 또는 흡입 배관에 흐르는 냉매의 압력이 낮은 경우에는 인젝션용 열교환기를 나오는 냉매의 양 또는 건조도를 확보할 수 없는 것을 감안하여, 제1 인젝션 제어와 제2 인젝션 제어의 전환을, 분기 유로가 분기되는 메인 냉매 유로의 냉매의 압력(구체적으로는 응축기와 팽창 기구 사이의 냉매의 압력)에 기초하여 행한다. 이에 의해, 제1 인젝션 유로를 사용한 인젝션을 거의 할 수 없을 경우에도, 압축기의 토출 온도의 저감을 할 수 있다.

또한, 응축기와 팽창 기구 사이의 메인 냉매 유로의 냉매의 압력에 대해서는, 예를 들어 압력계를 설치해서 직접 검출할 수 있다. 또한, 압축기로부터 토출된 고압 냉매의 압력이나 흡입 유로의 저압 냉매의 압력, 압축기의 주파수로부터 냉매 순환량을 구해서 메인 냉매 유로의 팽창 기구에 있어서의 감압량을 연산하고, 고저차압과 팽창 기구의 감압량으로부터 메인 냉매 유로의 냉매의 압력을 연산할 수도 있다. 고압 냉매 또는 저압 냉매의 압력에 대해서는, 압력계로 검출해도 좋고, 냉매 포화 온도 등으로부터 연산해도 좋다.

또한, 분기 유로가 분기되는 메인 냉매 유로의 냉매의 압력에 기초하여 제1 인젝션 제어와 제2 인젝션 제어의 전환을 행하는 것은, 응축기와 팽창 기구 사이의 메인 냉매 유로의 냉매의 압력 자체의 검출값이나 추정값에 기초하여 전환을 행하는 것 외에, 응축기와 팽창 기구 사이의 메인 냉매 유로의 냉매의 압력에 관련하는 검출값에 기초하여 전환을 행하는 것을 포함한다.

본 발명의 제4 관점에 따른 냉동 장치는, 제2 관점 또는 제3 관점에 따른 냉동 장치이며, 제2 개방도 조정 밸브를 더 구비하고 있다. 제2 개방도 조정 밸브는, 제2 인젝션 유로에 설치되어 있고, 개방도 조정이 가능하다. 그리고, 제1 인젝션 유로 및 제2 인젝션 유로는 냉매를 압축기의 중간압의 냉매에 합류시키는 것이다. 제어부는 제1 인젝션 제어에 있어서, 주로 제1 인젝션 유로로부터의 냉매를 압축기의 중간압의 냉매에 합류시키고, 제2 인젝션 제어에 있어서, 주로 제2 인젝션 유로로부터의 냉매를 압축기의 중간압의 냉매에 합류시킨다.

여기에서는, 각 인젝션 유로를 흐르는 냉매를 압축기의 중간압의 냉매에 합류시키기 때문에, 압축기의 회전수를 억제하면서 능력을 확보할 수 있게 되고, 냉동 장치의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 인젝션 제어 시에는 제1 개방도 조정 밸브를 조정하고, 제2 인젝션 제어 시에는 제2 개방도 조정 밸브를 조정하여, 적절한 인젝션을 행함으로써, 압축기의 토출 온도를 낮출 수 있다.

본 발명의 제5 관점에 따른 냉동 장치는, 제2 관점에 따른 냉동 장치이며, 제어부는 제1 인젝션 제어와, 제2 인젝션 제어와, 제3 인젝션 제어를 전환한다. 제3 인젝션 제어는 제1 인젝션 유로 및 제2 인젝션 유로의 양쪽에 냉매를 흐르게 하는 제어이다.

여기에서는, 주로 제1 인젝션 유로에 냉매를 흐르게 하는 제1 인젝션 제어와, 주로 제2 인젝션 유로에 냉매를 흐르게 하는 제2 인젝션 제어에 더하여, 제3 인젝션 제어가 준비되어 있다. 그리고, 제어부는 제3 인젝션 제어에 있어서, 제1 인젝션 유로에도 제2 인젝션 유로에도 냉매를 흐르게 한다. 즉, 제3 인젝션 제어에서는 인젝션용 열교환기로부터 제1 인젝션 유로를 통해서 압축기 또는 흡입 배관에 흐르게 하는 동시에, 냉매 저류 탱크로부터 제2 인젝션 유로를 통해서 압축기 또는 흡입 배관에 냉매를 흐르게 하게 된다. 이와 같이, 제1, 제2 및 제3 인젝션 제어를 준비하고 있기 때문에, 냉동 장치의 운전 상황이나 설치 상황 등에 기초하여, 적절한 인젝션 제어를 선택해서 운전 능력을 향상시키거나 압축기의 토출 온도를 낮추거나 할 수 있다.

본 발명의 제6 관점에 따른 냉동 장치는, 제5 관점에 따른 냉동 장치이며, 제어부는 제3 인젝션 제어에 있어서, 응축기와 팽창 기구 사이의 메인 냉매 유로의 냉매의 압력에 기초하여, 제1 인젝션 유로를 흐르는 냉매의 양과 제2 인젝션 유로를 흐르는 냉매의 양과의 비율을 바꾼다.

응축기와 팽창 기구 사이의 메인 냉매 유로의 냉매의 압력이 내려가면, 인젝션용 열교환기의 크기에 따라서는, 인젝션용 열교환기로부터 제1 인젝션 유로에 흐르는 냉매의 양이나 건조도가 원하는 레벨에 도달하지 않는 경우가 있다. 또한, 메인 냉매 유로의 냉매의 압력이 내려가면, 응축기의 높이 위치와 증발기의 높이 위치가 크게 달라서 양자의 고저차가 큰 경우에는, 냉매 저류 탱크의 내부에 냉매의 가스 성분을 저류하는 제어(더 압력을 내리게 되는 제어)를 행하는 것이 바람직하지 않은 경우도 있다.

그러나, 본 발명의 제6 관점에 따른 냉동 장치에서는, 인젝션용 열교환기로부터도 냉매 저류 탱크로부터도 동시에 냉매를 압축기 등에 흐르게 하는 제3 인젝션 제어에 있어서, 메인 냉매 유로의 냉매의 압력에 기초하여, 인젝션용 열교환기로부터 제1 인젝션 유로에 흐르는 인젝션의 냉매의 양과, 냉매 저류 탱크로부터 제2 인젝션 유로에 흐르는 인젝션의 냉매의 양의 비율을 변화시키고 있다. 이렇게 제어를 행함으로써, 인젝션을 적절하게 실시하거나, 인젝션에 의한 악영향이 냉동 장치의 다른 지점에서 발생하는 것을 억제하거나 하는 것이 가능해진다.

본 발명의 제7 관점에 따른 냉동 장치는, 제2 관점에 따른 냉동 장치이며, 제어부는 제1 인젝션 제어와, 제2 인젝션 제어와, 비인젝션 제어를 전환한다. 비인젝션 제어는 제1 인젝션 유로에도 제2 인젝션 유로에도 냉매를 흐르게 하지 않는 제어이다.

여기에서는, 토출 온도가 낮기 때문에 흡입 인젝션이나 중간 인젝션에 의해 압축기의 온도를 낮출 필요가 없고, 또한 저능력이 요구되고 있기 때문에 압축기의 회전수가 낮아진 경우 등에, 비인젝션 제어로 전환할 수 있다. 이 전환을 하면, 흡입 인젝션 또는 중간 인젝션에 의한 능력 향상 및 운전 효율의 저하가 발생되어 버리는 것이 억제되어, 운전 효율을 확보하면서 저능력의 요구를 만족시킬 수 있다.

본 발명의 제1 관점에 따른 냉동 장치에 의하면, 메인 냉매 유로로부터 분기되는 냉매의 압력이 낮고, 인젝션용 열교환기로 가열해도 압축기에 흐르게 하는 냉매의 양 또는 건조도를 확보할 수 없는 경우에도, 냉매 저류 탱크로부터의 냉매를 사용해서 압축기의 토출 온도를 낮출 수 있다.

본 발명의 제2 관점에 따른 냉동 장치에 의하면, 메인 냉매 유로로부터 분기되는 냉매의 압력이 낮고, 인젝션용 열교환기로 가열해도 압축기에 흐르게 하는 냉매의 양 또는 건조도를 확보할 수 없는 경우에도, 제2 인젝션 제어로 전환해서 압축기의 토출 온도를 낮출 수 있다.

본 발명의 제3 관점에 따른 냉동 장치에 의하면, 냉매의 압력으로부터, 제1 인젝션 유로를 사용한 인젝션을 거의 할 수 없는 경우에도, 제2 인젝션 제어로 전환되어 압축기의 토출 온도의 저감 동작이 적절하게 행해지게 된다.

본 발명의 제4 관점에 따른 냉동 장치에 의하면, 인젝션 유로로부터의 냉매를 압축기의 중간압의 냉매에 합류시키기 때문에, 냉동 장치의 효율을 높일 수 있고, 또한 각 개방도 조정 밸브를 조정해서 적절한 인젝션을 행할 수 있다.

본 발명의 제5 관점에 따른 냉동 장치에 의하면, 냉동 장치의 운전 상황이나 설치 상황 등에 기초하여, 적절한 인젝션 제어를 선택해서 운전 능력을 향상시키거나 압축기의 토출 온도를 낮추거나 할 수 있다.

본 발명의 제6 관점에 따른 냉동 장치에 의하면, 인젝션을 적절하게 실시하거나, 인젝션에 의한 악영향이 냉동 장치의 다른 지점에서 발생하는 것을 억제하거나 하는 것이 가능해진다.

본 발명의 제7 관점에 따른 냉동 장치에 의하면, 흡입 인젝션 또는 중간 인젝션에 의한 능력 향상 및 운전 효율의 저하가 발생되어 버리는 것이 억제되어, 운전 효율을 확보하면서 저능력의 요구를 만족시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 공기 조화 장치의 냉매 배관 계통을 도시하는 도면.
도 2는 공기 조화 장치 제어부의 제어 블록도.
도 3은 압축기에 감는 방음재의 평면도.
도 4는 변형예 C에 따른 공기 조화 장치의 냉매 배관 계통을 도시하는 도면.
도 5는 제2 실시 형태에 따른 공기 조화 장치의 냉매 배관 계통을 도시하는 도면.
도 6a는 제2 실시 형태에 따른 공기 조화 장치의 인젝션 제어 플로우.
도 6b는 제2 실시 형태에 따른 공기 조화 장치의 인젝션 제어 플로우.
도 6c는 제2 실시 형태에 따른 공기 조화 장치의 인젝션 제어 플로우.
도 6d는 제2 실시 형태에 따른 공기 조화 장치의 인젝션 제어 플로우.

<제1 실시 형태>

(1) 공기 조화 장치의 전체 구성

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 냉동 장치인 공기 조화 장치(10)의 냉매 배관 계통을 도시하는 도면이다. 공기 조화 장치(10)는 냉매 배관 방식의 분산형 공기 조화 장치이며, 증기 압축식의 냉동 사이클 운전을 행함으로써 건물 내의 각 실을 냉난방한다. 공기 조화 장치(10)는 열원 유닛으로서의 실외 유닛(11)과, 다수의 이용 유닛으로서의 실내 유닛(12)과, 실외 유닛(11)과 실내 유닛(12)을 접속하는 냉매 연락관으로서의 액냉매 연락관(13) 및 가스 냉매 연락관(14)을 구비하고 있다. 즉, 도 1에 도시하는 공기 조화 장치(10)의 냉매 회로는, 실외 유닛(11)과, 실내 유닛(12)과, 냉매 연락관(13, 14)이 접속됨으로써 구성되어 있다. 냉매 연락관(13, 14)은 긴 경우에는 150m 또는 그 이상의 길이가 된다. 다수의 실내 유닛(12)을 하나의 실외 유닛(11)에 접속하기 위한 냉매 연락관(13, 14)의 총 배관 길이는 1000m까지 허용된다. 또한, 실외 유닛(11)과 실내 유닛(12)의 설치 장소에 따라 양자에 고저차가 발생하는 것이 상정되지만, 실외 유닛(11)이 낮은 장소에 설치되고 실내 유닛(12)이 높은 장소에 설치될 경우, 가장 높은 위치에 있는 실내 유닛(12)과 실외 유닛(11)의 고저차는 40m까지 허용된다. 반대로, 실외 유닛(11)이 건물의 옥상 등의 높은 장소에 설치되고 실내 유닛(12)이 낮은 장소에 설치될 경우, 가장 낮은 위치에 있는 실내 유닛(12)과 실외 유닛(11)의 고저차는 90m까지 허용된다.

그리고, 도 1에 도시하는 냉매 회로 내에는 냉매가 봉입되어 있고, 후술하는 바와 같이 냉매가 압축되고, 냉각·응축되고, 감압되고, 가열·증발된 후에, 다시 압축된다는 냉동 사이클 운전이 행해지게 되어 있다. 냉매로는 R32가 사용된다. R32는 온난화 계수가 작은 저GWP 냉매이며, HFC계 냉매의 1종이다. 또한, 냉동기유로서, R32에 대하여 어느 정도의 상용성을 갖는 에테르계 합성유가 사용된다.

(2) 공기 조화 장치의 상세 구성

(2-1) 실내 유닛

실내 유닛(12)은 각 실의 천장 또는 측벽에 설치되어 있고, 냉매 연락관(13, 14)을 통해서 실외 유닛(11)에 접속되어 있다. 실내 유닛(12)은 주로 감압기인 실내 팽창 밸브(42)와, 이용측 열교환기로서의 실내 열교환기(50)를 갖고 있다.

실내 팽창 밸브(42)는 냉매를 감압하기 위한 팽창 기구이며, 개방도 조정이 가능한 전동 밸브이다. 실내 팽창 밸브(42)는 그 일단부가 액냉매 연락관(13)에 접속되고, 그 타단이 실내 열교환기(50)에 접속되어 있다.

실내 열교환기(50)는 냉매의 증발기 또는 응축기로서 기능하는 열교환기이다. 실내 열교환기(50)는 그 일단부가 실내 팽창 밸브(42)에 접속되고, 그 타단이 가스 냉매 연락관(14)에 접속되어 있다.

실내 유닛(12)은 유닛 내에 실내 공기를 흡입하여, 다시 실내에 공급하기 위한 실내 팬(55)을 구비하고 있고, 실내 공기와 실내 열교환기(50)를 흐르는 냉매 사이에서 열교환을 시킨다.

또한, 실내 유닛(12)은 각종 센서나, 실내 유닛(12)을 구성하는 각 부의 동작을 제어하는 실내 제어부(90b)를 갖고 있다. 실내 제어부(90b)는 실내 유닛(12)의 제어를 행하기 위해서 설치된 마이크로 컴퓨터나 메모리 등을 갖고 있으며, 실내 유닛(12)을 개별로 조작하기 위한 리모콘(도시하지 않음)과의 사이에서 제어 신호 등의 주고받기를 행하거나, 후술하는 실외 유닛(11)의 실외 제어부(90a)와의 사이에서 전송선(90c)을 통해서 제어 신호 등의 주고받기를 행하거나 한다. 각종 센서로는 실내 액관 온도 센서(97)나 실내 가스관 온도 센서(98)가 설치되어 있다. 실내 액관 온도 센서(97)는 실내 팽창 밸브(42)와 실내 열교환기(50)를 연결하는 냉매 배관에 설치되어 있다. 실내 가스관 온도 센서(98)는 실내 열교환기(50)로부터 가스 냉매 연락관(14)으로 연장되는 냉매 배관에 설치되어 있다.

(2-2) 실외 유닛

실외 유닛(11)은 실내 유닛(12)이 배치되는 각 실이 존재하는 건물의 밖 또는 건물의 지하실 등에 설치되고, 냉매 연락관(13, 14)을 통해서 실내 유닛(12)에 접속되어 있다. 실외 유닛(11)은 주로 압축기(20)와, 사방 전환 밸브(15)와, 실외 열교환기(30)와, 실외 팽창 밸브(41)와, 브리지 회로(70)와, 고압 리시버(80)와, 제1 인젝션용 전동 밸브(63)와, 인젝션용 열교환기(64)와, 제2 인젝션용 전동 밸브(84)와, 액측 폐쇄 밸브(17)와, 가스측 폐쇄 밸브(18)를 갖고 있다.

압축기(20)는 압축기용 모터에 의해 구동되는 밀폐식 압축기이다. 압축기(20)는 본 실시 형태에 있어서 1대뿐이지만, 이것에 한정되지 않고, 실내 유닛(12)의 접속 대수 등에 따라, 2대 이상의 압축기가 병렬로 접속되고 있어도 좋다. 압축기(20)는 압축기 부속 용기(28)를 통해서 흡입 유로(27)로부터 가스 냉매를 흡입한다. 압축기(20)의 토출측 냉매 배관(29)에는 토출 냉매 압력을 검출하는 토출 압력 센서(91)와, 토출 냉매 온도를 검출하는 토출 온도 센서(93)가 장착되어 있다. 또한, 흡입 유로(27)에는 압축기(20)에 흡입되는 냉매의 온도를 검출하는 흡입 온도 센서(94)가 장착되어 있다. 또한, 이 압축기(20)는 중간 인젝션 포트(23)를 구비하는 것이지만, 중간 인젝션 포트(23)에 대해서는 후술한다.

사방 전환 밸브(15)는 냉매 흐름의 방향을 전환하기 위한 기구이다. 냉방 운전 시에는 실외 열교환기(30)를 압축기(20)에 의해 압축되는 냉매의 응축기로서 기능시키고, 또한 실내 열교환기(50)를 실외 열교환기(30)에 있어서 냉각된 냉매의 증발기로서 기능시키기 위해서, 사방 전환 밸브(15)는 압축기(20)의 토출측 냉매 배관(29)과 실외 열교환기(30)의 일단부를 접속함과 함께, 압축기(20)의 흡입측의 흡입 유로(27)(압축기 부속 용기(28)를 포함)와 가스측 폐쇄 밸브(18)를 접속한다(도 1의 사방 전환 밸브(15)의 실선을 참조). 또한, 난방 운전 시에는 실내 열교환기(50)를 압축기(20)에 의해 압축되는 냉매의 응축기로서 기능시키고, 또한 실외 열교환기(30)를 실내 열교환기(50)에 있어서 냉각된 냉매의 증발기로서 기능시키기 위해서, 사방 전환 밸브(15)는 압축기(20) 토출측 냉매 배관(29)과 가스측 폐쇄 밸브(18)를 접속함과 함께, 흡입 유로(27)와 실외 열교환기(30)의 일단부를 접속한다(도 1의 사방 전환 밸브(15)의 파선을 참조). 본 실시 형태에 있어서, 사방 전환 밸브(15)는 흡입 유로(27), 압축기(20)의 토출측 냉매 배관(29), 실외 열교환기(30) 및 가스측 폐쇄 밸브(18)에 접속된 사방 밸브이다.

실외 열교환기(30)는 냉매의 응축기 또는 증발기로서 기능하는 열교환기이다. 실외 열교환기(30)는 그 일단부가 사방 전환 밸브(15)에 접속되어 있고, 그 타단이 실외 팽창 밸브(41)에 접속되어 있다. 실외 열교환기(30)와 실외 팽창 밸브(41)를 연결하는 냉매 배관에는, 그곳을 흐르는 냉매의 온도를 검출하는 실외 액관 온도 센서(95)가 장착되어 있다.

실외 유닛(11)은 유닛 내에 실외 공기를 흡입하여, 다시 실외로 배출하기 위한 실외 팬(35)을 갖고 있다. 실외 팬(35)은 실외 공기와 실외 열교환기(30)를 흐르는 냉매 사이에서 열교환을 시키는 것으로, 실외 팬용 모터에 의해 회전 구동된다. 또한, 실외 열교환기(30)의 열원은 실외 공기에 한정되는 것이 아니라, 물 등의 다른 열매체여도 좋다.

실외 팽창 밸브(41)는 냉매를 감압하기 위한 팽창 기구이고, 개방도 조정이 가능한 전동 밸브이다. 실외 팽창 밸브(41)는 그 일단부가 실외 열교환기(30)에 접속되고, 그 타단이 브리지 회로(70)에 접속되어 있다.

브리지 회로(70)는 4개의 역지 밸브(71, 72, 73, 74)를 갖고 있다. 입구 역지 밸브(71)는 실외 열교환기(30)로부터 고압 리시버(80)를 향하는 냉매의 흐름만을 허용하는 역지 밸브이다. 출구 역지 밸브(72)는 고압 리시버(80)로부터 실내 열교환기(50)를 향하는 냉매의 흐름만을 허용하는 역지 밸브이다. 입구 역지 밸브(73)는 실내 열교환기(50)로부터 고압 리시버(80)를 향하는 냉매의 흐름만을 허용하는 역지 밸브이다. 출구 역지 밸브(74)는 고압 리시버(80)로부터 실외 팽창 밸브(41)를 거쳐서 실외 열교환기(30)를 향하는 냉매의 흐름만을 허용하는 역지 밸브이다. 즉, 입구 역지 밸브(71, 73)는, 실외 열교환기(30) 및 실내 열교환기(50)의 한쪽으로부터 고압 리시버(80)로 냉매를 흐르게 하는 기능을 하고, 출구 역지 밸브(72, 74)는 고압 리시버(80)로부터 실외 열교환기(30) 및 실내 열교환기(50)의 다른 쪽으로 냉매를 흐르게 하는 기능을 한다.

고압 리시버(80)는 냉매 저류 탱크로서 기능하는 용기이고, 실외 팽창 밸브(41)와 액측 폐쇄 밸브(17)의 사이에 설치되어 있다. 냉방 운전 시에도 난방 운전 시에도 고압의 냉매가 유입되는 고압 리시버(80)는 거기에 저류되는 잉여 냉매의 온도가 비교적 높게 유지되기 때문에, 냉동기유를 포함하는 잉여 냉매가 2층 분리되어 상부에 냉동기유가 모이게 된다는 문제가 발생하지 않는다.

또한, 고압 리시버(80)의 내부 공간 중 하부에는 액냉매가 상부에는 가스 냉매가 통상 존재하게 되지만, 그 내부 공간의 상부로부터 압축기(20)를 향해서 제2 인젝션 유로(82)가 연장되어 있다. 제2 인젝션 유로(82)는 고압 리시버(80)의 내부에 저류되는 냉매의 가스 성분을, 압축기(20)로 유도하는 역할을 한다. 제2 인젝션 유로(82)에는 개방도 조정이 가능한 제2 인젝션용 전동 밸브(84)가 설치되어 있다.

고압 리시버(80)의 출구와 브리지 회로(70)의 출구 역지 밸브(72, 74)의 사이에는, 인젝션용 열교환기(64)가 설치되어 있다. 또한, 고압 리시버(80)의 출구와 인젝션용 열교환기(64)를 연결하는 메인 냉매 유로(11a)의 일부분으로부터는, 분기관(62)이 분기되어 있다. 메인 냉매 유로(11a)는 실외 열교환기(30)와 실내 열교환기(50)를 연결하는 액냉매의 주유로이다. 고압 리시버(80)는 메인 냉매 유로(11a) 중, 실외 팽창 밸브(41)와 액측 폐쇄 밸브(17)의 사이에 설치되어 있게 된다.

분기관(62)에는 개방도 조정 가능한 제1 인젝션용 전동 밸브(63)가 설치되어 있다. 또한, 분기관(62)은 인젝션용 열교환기(64)의 제2 유로(64b)에 접속되어 있다. 즉, 제1 인젝션용 전동 밸브(63)가 개방되어 있을 때, 메인 냉매 유로(11a)로부터 분기관(62)으로 분기된 냉매는, 제1 인젝션용 전동 밸브(63)에서 감압되어, 인젝션용 열교환기(64)의 제2 유로(64b)에 흐른다.

제1 인젝션용 전동 밸브(63)에서 감압되어서 인젝션용 열교환기(64)의 제2 유로(64b)에 흘러간 냉매는, 인젝션용 열교환기(64)의 제1 유로(64a)를 흐르는 냉매와 열교환한다. 인젝션용 열교환기(64)의 제1 유로(64a)는 메인 냉매 유로(11a)의 일부를 구성하고 있다. 이 인젝션용 열교환기(64)에서의 열교환 후, 분기관(62) 및 제2 유로(64b)를 흘러온 냉매는, 제1 인젝션 유로(65)에 의해 압축기(20)를 향해서 보내진다. 제1 인젝션 유로(65)에는 인젝션용 열교환기(64)의 제2 유로(64b)를 통한 열교환 후의 냉매의 온도를 검출하는 제1 인젝션용 온도 센서(96)가 장착되어 있다.

인젝션용 열교환기(64)는 이중관 구조를 채용하는 내부 열교환기이고, 상술한 바와 같이, 주 유로인 메인 냉매 유로(11a)를 흐르는 냉매와, 인젝션을 위한 메인 냉매 유로(11a)로부터 분기된 냉매 사이에서 열교환을 행하게 한다. 인젝션용 열교환기(64)의 제1 유로(64a)의 일단부는 고압 리시버(80)의 출구에 접속되어 있고, 타단부는 브리지 회로(70)의 출구 역지 밸브(72, 74)에 접속되어 있다.

액측 폐쇄 밸브(17)는 실외 유닛(11)과 실내 유닛(12) 사이에서 냉매를 주고받기 위한 액냉매 연락관(13)이 접속되는 밸브이다. 가스측 폐쇄 밸브(18)는 실외 유닛(11)과 실내 유닛(12) 사이에서 냉매를 주고받기 위한 가스 냉매 연락관(14)이 접속되는 밸브이고, 사방 전환 밸브(15)에 접속되어 있다. 여기서, 액측 폐쇄 밸브(17) 및 가스측 폐쇄 밸브(18)는 서비스 포트를 구비한 삼방 밸브이다.

압축기 부속 용기(28)는 사방 전환 밸브(15)와 압축기(20) 사이의 흡입 유로(27)에 배치되어 있고, 과도하게 액 성분을 많이 포함하는 냉매가 유입되어 왔을 때, 압축기(20)에 액냉매가 흡입되는 것을 방지하는 역할을 한다. 여기에서는 압축기 부속 용기(28)를 설치하고 있지만, 이것에 더하여 압축기(20)로의 액 역류를 방지하기 위한 어큐뮬레이터를 흡입 유로(27)에 배치해도 좋다.

상술한 바와 같이, 압축기(20)에는 중간 인젝션 포트(23)가 설치되어 있다. 중간 인젝션 포트(23)는, 압축기(20)에 있어서의 압축 도중의 중간압의 냉매에 대하여 외부로부터 냉매를 유입하기 위한 냉매 도입용 포트이다. 이 중간 인젝션 포트(23)에 접속되는 중간 인젝션 배관(23a)에는, 상술한 제1 인젝션 유로(65) 및 제2 인젝션 유로(82)가 접속되어 있다. 제1 인젝션용 전동 밸브(63)가 개방되어 있을 때에는, 제1 인젝션 유로(65)로부터 중간 인젝션 포트(23)에 냉매가 흘러서 중간 인젝션이 행해지고, 제2 인젝션용 전동 밸브(84)가 개방되어 있을 때에는, 제2 인젝션 유로(82)로부터 중간 인젝션 포트(23)에 냉매가 흘러서 중간 인젝션이 행해진다. 또한, 압축기(20)를 2대의 압축기가 직렬로 배치된 것 대신에, 저단 압축기의 토출 포트와 고단 압축기의 흡입 포트를 연결하는 냉매 배관에 중간 인젝션 배관(23a)을 접속하는 구성으로 하는 것도 가능하다.

또한, 압축기(20)에는 도 3에 도시한 바와 같은 방음재(20a)가 감긴다. 방음재(20a)에는 중간 인젝션 배관(23a)을 피하기 위한 절결(20b)이 형성되어 있다. 그리고, 중간 인젝션 배관(23a)의 주위에 실외 유닛(11)의 케이싱 부재 등의 별도의 부재가 배치되어 있을 때, 절결(20b) 주위의 방음재(20a)의 각 부가 일체화되어 있으면 방음재(20a)의 착탈이 곤란해지는 것을 감안하여, 방음재(20a)는 2분할되어 있다. 구체적으로는, 방음재(20a)는 본체부(20c)와 소편부(20d)로 분할되어 있다. 소편부(20d)는 본체부(20c)에, 복수의 면 파스너(20e)에 의해 장착된다. 유지 보수 등의 이유에서 방음재(20a)를 압축기(20)로부터 제거할 때에는, 먼저 본체부(20c)로부터 소편부(20d)를 제거하고, 다음으로 본체부(20c)를 도 3의 좌측으로 슬라이드시켜서 압축기(20) 및 중간 인젝션 배관(23a)으로부터 방음재(20a)를 제거한다.

또한, 실외 유닛(11)은 각종 센서나 실외 제어부(90a)를 갖고 있다. 실외 제어부(90a)는 실외 유닛(11)의 제어를 행하기 위해서 설치된 마이크로 컴퓨터나 메모리 등을 갖고 있으며, 실내 유닛(12)의 실내 제어부(90b) 사이에서 전송선(8a)을 통해서 제어 신호 등의 주고받기를 행한다. 각종 센서로는 상술한 토출 압력 센서(91), 토출 온도 센서(93), 흡입 온도 센서(94), 실외 액관 온도 센서(95) 및 제1 인젝션용 온도 센서(96) 외에, 리시버 출구 압력 센서(92)나 외기온을 검출하는 실외 공기 온도 센서(99)가 배치되어 있다. 리시버 출구 압력 센서(92)는 고압 리시버(80)의 출구와 인젝션용 열교환기(64) 사이의 메인 냉매 유로(11a)의 일부분에 장착되어 있고, 고압 리시버(80)를 나온 냉매의 압력을 검출하는 센서이다.

(2-3) 냉매 연락관

냉매 연락관(13, 14)은 실외 유닛(11) 및 실내 유닛(12)을 설치 장소에 설치할 때, 현지에서 시공되는 냉매 배관이다.

(2-4) 제어부

공기 조화 장치(10)의 각종 운전 제어를 행하는 제어 수단으로서의 제어부(90)는 도 1에 도시한 바와 같이 전송선(90c)을 통해서 연결되는 실외 제어부(90a) 및 실내 제어부(90b)에 의해 구성되어 있다. 제어부(90)는 도 2에 도시한 바와 같이, 상술한 각종 센서(91 내지 99, …)의 검출 신호를 받고, 이들 검출 신호 등에 기초하여 각종 기기(20, 35, 41, 55, 63, 84, …)를 제어한다.

제어부(90)에는 기능부로서, 실내 열교환기(50)를 증발기로서 사용하는 냉방 운전을 행할 때의 냉방 운전 제어부, 실내 열교환기(50)를 응축기로서 사용하는 난방 운전을 행할 때의 난방 운전 제어부, 냉방 운전이나 난방 운전에 있어서 인젝션 제어를 행하기 위한 인젝션 제어부 등을 구비하고 있다.

(3) 공기 조화 장치의 동작

이어서, 본 실시 형태에 따른 공기 조화 장치(10)의 동작에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 각종 운전에 있어서의 제어는, 운전 제어 수단으로서 기능하는 제어부(90)에 의해 행해진다.

(3-1) 냉방 운전의 기본 동작

냉방 운전 시에는, 사방 전환 밸브(15)가 도 1의 실선으로 표시되는 상태, 즉, 압축기(20)로부터의 토출 가스 냉매가 실외 열교환기(30)에 흐르고, 또한 흡입 유로(27)가 가스측 폐쇄 밸브(18)에 접속된 상태가 된다. 실외 팽창 밸브(41)는 완전 개방 상태로, 실내 팽창 밸브(42)는 개방도 조절되게 된다. 또한, 폐쇄 밸브(17, 18)는 개방 상태이다.

이 냉매 회로의 상태에 있어서, 압축기(20)로부터 토출된 고압의 가스 냉매는, 사방 전환 밸브(15)를 경유하고, 냉매의 응축기로서 기능하는 실외 열교환기(30)에 보내져, 실외 팬(35)에 의해 공급되는 실외 공기와 열교환을 행하여 냉각된다. 실외 열교환기(30)에서 냉각되어 액화된 고압의 냉매는, 인젝션용 열교환기(64)에서 과냉각 상태가 되고, 액냉매 연락관(13)을 경유해서 각 실내 유닛(12)에 보내진다. 각 실내 유닛(12)에 보내진 냉매는, 실내 팽창 밸브(42)에 의해 각각 감압되어 저압의 기액2상 상태의 냉매가 되고, 냉매의 증발기로서 기능하는 실내 열교환기(50)에서 실내 공기와 열교환을 하여, 증발해서 저압의 가스 냉매가 된다. 그리고, 실내 열교환기(50)에 있어서 가열된 저압의 가스 냉매는, 가스 냉매 연락관(14)을 경유해서 실외 유닛(11)으로 보내지고, 사방 전환 밸브(15)를 경유해서 다시 압축기(20)로 흡입된다. 이와 같이 하여, 실내의 냉방이 행해진다.

실내 유닛(12) 중 일부의 실내 유닛(12)만이 운전되고 있는 경우에는, 정지되어 있는 실내 유닛(12)에 대해서는, 그 실내 팽창 밸브(42)가 정지 개방도(예를 들어, 완전 폐쇄)가 된다. 이 경우, 운전 정지 중인 실내 유닛(12) 내를 냉매가 거의 통과하지 않게 되고, 운전 중인 실내 유닛(12)에 대해서만 냉방 운전이 행해지게 된다.

(3-2) 난방 운전의 기본 동작

난방 운전 시에는 사방 전환 밸브(15)가 도 1의 파선으로 표시되는 상태, 즉, 압축기(20)의 토출측 냉매 배관(29)이 가스측 폐쇄 밸브(18)에 접속되고, 또한 흡입 유로(27)가 실외 열교환기(30)에 접속된 상태가 된다. 실외 팽창 밸브(41) 및 실내 팽창 밸브(42)는 개방도 조절되도록 되어 있다. 또한, 폐쇄 밸브(17, 18)는 개방 상태이다.

이 냉매 회로의 상태에 있어서, 압축기(20)로부터 토출된 고압의 가스 냉매는, 사방 전환 밸브(15) 및 가스 냉매 연락관(14)을 경유하여, 각 실내 유닛(12)에 보내진다. 그리고, 각 실내 유닛(12)에 보내진 고압의 가스 냉매는, 냉매의 응축기로서 기능하는 실내 열교환기(50)에 있어서, 각각 실내 공기와 열교환을 행해서 냉각된 후, 실내 팽창 밸브(42)를 통과하고, 액냉매 연락관(13)을 경유해서 실외 유닛(11)에 보내진다. 냉매가 실내 공기와 열교환을 행해서 냉각될 때, 실내 공기는 가열된다. 실외 유닛(11)에 보내진 고압의 냉매는 고압 리시버(80)에서 기액 분리되고, 고압의 액냉매가 인젝션용 열교환기(64)에서 과냉각 상태가 되고, 실외 팽창 밸브(41)에 의해 감압되어서 저압의 기액2상 상태의 냉매가 되어, 냉매의 증발기로서 기능하는 실외 열교환기(30)에 유입된다. 실외 열교환기(30)에 유입된 저압의 기액2상 상태의 냉매는, 실외 팬(35)에 의해 공급되는 실외 공기와 열교환을 행해서 가열되고, 증발해서 저압의 냉매가 된다. 실외 열교환기(30)를 나온 저압의 가스 냉매는, 사방 전환 밸브(15)를 경유해서 다시 압축기(20)에 흡입된다. 이와 같이 하여 실내의 난방이 이루어진다.

(3-3) 각 운전에 있어서의 인젝션 제어

제어부(90)의 기능부 중 하나인 인젝션 제어부는 냉방 운전이나 난방 운전 시, 주로 제1 인젝션 유로(65)에 냉매를 흐르게 하는 제1 인젝션 제어와, 주로 제2 인젝션 유로(82)에 냉매를 흐르게 하는 제2 인젝션 제어 중 어느 하나를 선택적으로 행한다. 이들 인젝션 제어는 R32를 냉매로서 사용하여 압축기(20)의 토출 온도가 높아지는 경향이 있는 점에서, 토출 온도 저감을 위해 행해지는 제어이며, 제1 인젝션 유로(65)/제2 인젝션 유로(82)를 사용해서 압축기(20)의 중간 인젝션 포트(23)에 냉매를 보내어, 압축기(20)의 토출 온도를 낮춘다. 압축기(20) 내의 압축 도중의 중간압 냉매보다, 중간 인젝션 포트(23)에 보내져오는 중간압 냉매 쪽이 저온이기 때문에, 압축기(20)의 토출 온도가 내려간다.

제어부(90)는 통상적으로는 제1 인젝션 제어를 행한다. 제1 인젝션 제어는 주로 제1 인젝션 유로(65)에 냉매를 흐르게 함으로써 중간 인젝션을 행하는 제어이다. 이 제1 인젝션 제어에 있어서는, 제1 인젝션용 전동 밸브(63)가 팽창 밸브로서 기능하지만, 그 개방도는 통상 제1 인젝션용 온도 센서(96)의 검출 온도 Tsh에 기초하여 조정된다. 이때에는 제1 인젝션 유로(65)를 흐르는 냉매가 과열 가스가 되도록, 즉 적당히 과열된 냉매 가스가 되도록, 제1 인젝션용 전동 밸브(63)의 개방도 조정이 이루어진다. 이에 의해, 압축기(20)의 토출 온도가 내려가고, 공기 조화 장치(10)의 운전 효율이 올라간다.

제어부(90)는 제1 인젝션 제어에 있어서, 토출 온도 센서(93)가 검지하는 압축기(20)의 토출 온도 Tdi를 감시하고 있고, 이 토출 온도 Tdi가 제1 상한값을 초과하면, 제1 인젝션용 온도 센서(96)의 검출 온도 Tsh에 기초하는 제1 인젝션용 전동 밸브(63)의 개방도 조정을 멈추고, 토출 온도 센서(93)의 검출 온도 Tdi에 기초하는 제1 인젝션용 전동 밸브(63)의 개방도 조정으로 이행한다. 이때에는, 제1 인젝션 유로(65)를 흐르는 냉매가 습기 가스(플래시 가스)가 되도록, 제1 인젝션용 전동 밸브(63)가 개방도 조정된다. 토출 온도 센서(93)의 검출 온도 Tdi가 제1 상한값을 하회하면, 다시 제1 인젝션용 온도 센서(96)의 검출 온도 Tsh에 기초하는 제1 인젝션용 전동 밸브(63)의 개방도 조정으로 복귀된다. 한편, 토출 온도 센서(93)의 검출 온도 Tdi가, 제1 상한값보다 높은 제2 상한값을 상회하면, 압축기(20)의 수하 제어가 시작되어 회전수가 내려가고, 또한 제2 상한값보다 높은 제3 상한값을 검출 온도 Tdi가 상회하면, 압축기(20)의 정지 지령이 내려진다.

이상과 같이, 기본적으로는 제1 인젝션 제어에 의해 압축기(20)의 토출 온도의 저감이나 공기 조화 장치(10)의 운전 효율의 향상이 도모되고 있지만, 제어부(90)는 리시버 출구 압력 센서(92)에 의해, 메인 냉매 유로(11a)의 분기관(62)과의 접속점 부근의 냉매의 압력 Ph2(실외 액관 압력 Ph2)를 항상 감시하고 있다. 그리고, 제어부(90)는 메인 냉매 유로(11a)의 실외 액관 압력 Ph2가 임계값을 하회했을 때, 제1 인젝션 제어로부터 제2 인젝션 제어로 전환한다. 이것은 실외 액관 압력 Ph2가 낮아지면, 제1 인젝션 유로(65)를 흐르는 냉매를 과열 가스로 하기 위해서 제1 인젝션용 전동 밸브(63)의 개방도를 상당히 작게 해야만 하게 되어, 인젝션량(중간 인젝션 포트(23)에 유입하는 냉매량)을 확보할 수 없게 되기 때문이다. 실외 액관 압력 Ph2가 임계값을 하회했을 때 행해지는 제2 인젝션 제어에서는, 제1 인젝션용 전동 밸브(63)가 폐쇄되고, 그 대신에 제2 인젝션용 전동 밸브(84)가 개방되어, 고압 리시버(80)의 내부에 저류되어 있는 냉매의 가스 성분이, 제2 인젝션 유로(82)를 통해서 중간 인젝션 포트(23)로부터 압축기(20)에 공급된다. 실외 액관 압력 Ph2가 낮기 때문에, 실내 유닛(12)으로부터 실외 유닛(11)에 돌아오는 냉매가 플래시되어 있는 경우가 많고, 고압 리시버(80)에는 냉매의 가스 성분이 존재하고 있다.

이 제2 인젝션 제어에 있어서, 제1 인젝션용 전동 밸브(63)를 닫지 않고, 제1 인젝션용 온도 센서(96)의 검출 온도 Tsh에 기초하는 제1 인젝션용 전동 밸브(63)의 개방도 조정을 계속해도 좋다. 단, 실외 액관 압력 Ph2가 임계값을 하회하고 있기 때문에, 제2 인젝션 제어에 있어서는 제1 인젝션 유로(65)를 흐르는 냉매의 양보다 제2 인젝션 유로(82)를 흐르는 냉매의 양 쪽이 많아진다. 또한, 제2 인젝션 제어에 있어서는, 제2 인젝션용 전동 밸브(84)의 개방도가 토출 온도 센서(93)의 검출 온도 Tdi에 기초하여 조정된다.

또한, 공기 조화 장치(10)의 기동 시에도, 운전 상태의 실내 유닛(12)의 수가 적은 경우에는, 압축기(20)의 토출 온도가 상승하는 것이 상정되기 때문에, 소정 조건일 때에는 중간 인젝션이 행해진다. 구체적으로는, 외기 온도의 조건이나 서모 온 용량(실내 팽창 밸브(42)를 개방하여 냉매를 흐르게 하는 실내 유닛(12)의 용량 합계)의 조건에 따라, 중간 인젝션의 필요 여부를 판단한다. 이 기동시에 중간 인젝션을 행하는 경우에는, 압축기(20)가 액압축을 해 버리지 않도록, 제1 인젝션용 전동 밸브(63)의 개방도를 서서히 크게 해 가는 제어가 된다.

(4) 공기 조화 장치의 특징

(4-1)

본 실시 형태에 따른 공기 조화 장치(10)에서는, 제1 인젝션 제어가 행해지고 있을 때, 주로 메인 냉매 유로(11a)로부터 분기된 냉매가, 분기관(62)의 제1 인젝션용 전동 밸브(63)에서 감압되고, 인젝션용 열교환기(64)에 있어서 가열된다. 그리고 감압, 가열되고, 기액2상의 플래시 가스, 포화 가스, 또는 과열 가스가 된 냉매가 제1 인젝션 유로(65)를 통해서 압축기(20)에 흘러서, 압축기(20)의 토출 온도를 낮추는 작용을 한다. 한편, 제2 인젝션 제어가 행해지고 있을 때에는, 주로 고압 리시버(80)의 내부에 저류되는 냉매의 가스 성분(포화 가스)이 제2 인젝션 유로(82)를 통해서 압축기(20)에 흘러서, 압축기(20)의 토출 온도를 낮추는 작용을 한다. 이와 같이, 공기 조화 장치(10)는 주로 제1 인젝션 유로(65)에 냉매를 흐르게 하는 제1 인젝션 제어와, 주로 제2 인젝션 유로(82)에 냉매를 흐르게 하는 제2 인젝션 제어를 전환할 수 있도록 구성되어 있다.

이로 인해, 메인 냉매 유로(11a)로부터 분기되는 실외 유닛(11)의 액냉매의 압력이 낮고, 인젝션용 열교환기(64)로 가열해도 제1 인젝션 유로(65)로부터 압축기(20)에 흐르게 하는 냉매의 양을 확보할 수 없는 경우에도, 제2 인젝션 제어로 전환해서 압축기(20)의 토출 온도를 낮추는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 제1 인젝션 제어에 추가로 제2 인젝션 제어를 행할 수 있기 때문에, 어떤 냉매 상태여도 압축기(20)에 흐르게 하는 냉매의 건조도가 확보되도록 인젝션용 열교환기(64)의 사이즈를 극단적으로 크게 할 필요가 없어져, 인젝션용 열교환기(64)의 사이즈 증대를 억제하면서 압축기(20)의 토출 온도의 저감 기능을 확보할 수 있다.

(4-2)

본 실시 형태에 따른 공기 조화 장치(10)에서는, 냉방 운전 시에 필요한 냉매량을 냉매 회로에 봉입하고 있으므로, 난방 운전 시에는 부하 상황에 따라 다르지만, 실외 유닛(11)으로 돌아온 고압 냉매가 플래시되기 쉽다. 그러나, 제1 인젝션용 전동 밸브(63) 및 인젝션용 열교환기(64)를 통해서 압축기(20)에 흐르게 하려고 하는 냉매의 압력(제1 인젝션용 전동 밸브(63)에서의 감압 전의 냉매의 압력)이 낮은 경우에는, 인젝션용 열교환기(64)를 나오는 냉매의 양이나 건조도를 확보할 수 없는 것이 상정된다.

이것을 감안하여, 공기 조화 장치(10)에서는, 제1 인젝션 제어와 제2 인젝션 제어의 전환을, 분기관(62)이 분기되는 메인 냉매 유로(11a)의 냉매의 압력에 기초하여 행하고 있다. 구체적으로는, 리시버 출구 압력 센서(92)에 의해, 메인 냉매 유로(11a)의 분기관(62)과의 접속점 부근의 냉매의 압력 Ph2(실외 액관 압력 Ph2)를 항상 감시하고, 제어부(90)가 메인 냉매 유로(11a)의 실외 액관 압력 Ph2가 임계값을 하회했을 때, 제1 인젝션 제어로부터 제2 인젝션 제어로 전환하고 있다. 리시버 출구 압력 센서(92)는 메인 냉매 유로(11a) 중, 냉방 운전에 있어서 응축기의 역할을 하는 실외 열교환기(30)와 팽창 기구의 역할을 하는 실내 팽창 밸브(42) 사이의 부분에 설치되어 있게 된다. 또한, 리시버 출구 압력 센서(92)는 메인 냉매 유로(11a) 중, 난방 운전에 있어서 응축기의 역할을 하는 실내 열교환기(50)와 팽창 기구의 역할을 하는 실외 팽창 밸브(41) 사이의 부분에 설치되어 있게 된다. 즉, 공기 조화 장치(10)에서는 제1 인젝션 제어와 제2 인젝션 제어의 전환을, 응축기와 팽창 기구 사이의 메인 냉매 유로(11a)의 냉매의 압력에 기초하여 행하고 있다.

이에 의해, 제1 인젝션 유로(65)를 사용한 중간 인젝션을 거의 행할 수 없는 상황인 경우에도, 고압 리시버(80)의 내부에 저류되어 있는 냉매의 가스 성분이 제2 인젝션 유로(82)를 통해서 압축기(20)의 중간 인젝션 포트(23)에 공급되게 되어, 압축기(20)의 토출 온도를 저하시킬 수 있다. 이 공기 조화 장치(10)에서는, 특히 난방 운전 시에 있어서, 제1 인젝션 제어로부터 제2 인젝션 제어로 전환되는 것이 상정된다.

또한, 제어부(90)는 기본적으로는 제1 인젝션 제어에 의해 압축기(20)의 토출 온도의 저감이나 공기 조화 장치(10)의 운전 효율의 향상을 도모하고 있다. 이것은, 제1 인젝션용 전동 밸브(63)의 개방도 조정에 의해, 제1 인젝션 유로(65)를 흘러서 중간 인젝션되는 냉매를 과열 가스로 할 수도 있고, 습기 가스(플래시 가스)로 할 수도 있기 때문이다. 그리고, 제어부(90)는 제1 인젝션 제어에 있어서, 토출 온도 Tdi가 제1 상한값을 초과하면, 제1 인젝션용 온도 센서(96)의 검출 온도 Tsh에 기초하는 제1 인젝션용 전동 밸브(63)의 개방도 조정을 멈추고, 토출 온도 센서(93)의 검출 온도 Tdi에 기초하는 제1 인젝션용 전동 밸브(63)의 개방도 조정으로 이행하여, 냉각 효과가 높은 습기 가스가 제1 인젝션 유로(65)를 흘러서 중간 인젝션되도록 하고 있다. 또한, 제2 인젝션 제어는, 실외 유닛(11)으로 돌아오는 고압 냉매의 압력이 낮아지는 경우에는, 고압 리시버(80)에서 간단히 가스를 확보할 수 있기 때문에 바람직한 제어라고 할 수 있지만, 한편 포화 가스밖에 중간 인젝션할 수 없으므로, 냉각 효과가 작다. 또한, 제2 인젝션 제어를 행하기 위해서, 의도적으로 실외 유닛(11)으로 돌아오는 고압 냉매의 압력을 줄일 경우에는, 실내 팽창 밸브(42)가 완전히 다 잠기지 않았을 때, 난방 운전에 있어서 정지되어 있는 실내 유닛(12)이나 서모 오프 상태의 실내 유닛(12)에 차압으로 인해 냉매가 많이 흐르게 되어, 잉여 난방에 의해 불필요한 에너지 소비가 생기게 된다. 이로 인해, 본 실시 형태에 따른 공기 조화 장치(10)에서는, 기본적으로는 제1 인젝션 제어에 의해 압축기(20)의 토출 온도의 저감이나 공기 조화 장치(10)의 운전 효율의 향상을 도모하고 있다.

(4-3)

본 실시 형태에 따른 공기 조화 장치(10)에서는, 각 인젝션 유로(65, 82)를 흐르는 냉매를 압축기(20) 내의 중간압의 냉매에 합류시키기 때문에, 압축기(20)의 회전수를 억제하면서 능력을 확보할 수 있게 되어, 운전 효율이 향상되어 있다.

(5) 변형예

(5-1) 변형예 A

상기 실시 형태의 공기 조화 장치(10)에서는, 리시버 출구 압력 센서(92)에 의해, 메인 냉매 유로(11a)의 분기관(62)과의 접속점 부근의 냉매의 압력 Ph2(실외 액관 압력 Ph2)를 항상 감시하고, 그 실외 액관 압력 Ph2에 기초하여 제1 인젝션 제어와 제2 인젝션 제어의 전환을 행하고 있지만, 리시버 출구 압력 센서(92)를 설치하지 않고 실외 액관 압력을 추정하는 것도 가능하다. 예를 들어, 압축기(20)로부터 토출된 고압 냉매의 압력(토출 압력 센서(91)의 검출값)이나 흡입 유로(27)의 저압 냉매의 압력, 압축기(20)의 운전 주파수로부터 냉매 순환량을 구하고, 실외 팽창 밸브(41)나 실내 팽창 밸브(42)에 있어서의 감압량을 연산하여, 그 감압량과 고저차압으로부터 메인 냉매 유로(11a)의 인젝션용 열교환기(64) 근방의 냉매의 압력을 연산해도 좋다. 흡입 유로(27)의 저압 냉매의 압력에 대해서는, 압력계를 설치해서 검출해도 좋고, 냉매 포화 온도 등으로부터 연산해도 좋다.

(5-2) 변형예 B

상기 실시 형태에서는, 메인 냉매 유로(11a)의 분기관(62)과의 접속점 부근의 냉매의 압력(실외 액관 압력 Ph2)에 기초하여 제1 인젝션 제어와 제2 인젝션 제어의 전환을 행하고 있지만, 실외 액관 압력 Ph2 자체의 검출값이나 추정값에 기초하여 전환을 행하는 것이 아닌, 실외 액관 압력 Ph2에 관련하는 검출값에 기초하여 전환을 행하는 것도 가능하다. 예를 들어, 제1 인젝션용 전동 밸브(63)에서 감압되고 인젝션용 열교환기(64)에서 열교환된 후의 냉매의 압력 및 온도(제1 인젝션용 온도 센서(96)의 검출값)로부터, 제1 인젝션 유로(65)에 의한 중간 인젝션에서는 냉매 유량이나 냉매의 건조도가 원하는 범위로부터 벗어난다고 판단한 경우에, 실외 액관 압력 Ph2가 저하되고 있다고 인식하여 제1 인젝션 제어로부터 제2 인젝션 제어로 이행할 수도 있다.

(5-3) 변형예 C

상기 실시 형태의 공기 조화 장치(10)에서는, 각 인젝션 유로(65, 82)를 흐르는 냉매를 압축기(20)의 중간 인젝션 포트(23)에 넣는 중간 인젝션을 행하고 있지만, 도 4에 도시한 바와 같이, 각 인젝션 유로(65, 82)를 흐르는 냉매를 흡입 유로(27)에 넣음으로써 압축기(20)의 토출 온도를 낮출 수도 있다.

도 4에 도시하는 공기 조화 장치(110)는 상기 실시 형태의 공기 조화 장치(10)의 실외 유닛(11)을 실외 유닛(111)으로 치환한 것이다. 실외 유닛(111)은 상기의 실외 유닛(11)의 압축기(20)를 압축기(120)로 치환하고, 제1 인젝션 유로(65) 및 제2 인젝션 유로(82)의 접속처를 흡입 유로(27)로 바꾼 것이다.

실외 유닛(111)의 압축기(120)는 압축기 부속 용기(28)를 통해서 흡입 유로(27)로부터 가스 냉매를 흡입하고, 압축한 고압 냉매를 냉매 배관(29)으로 토출하는 것으로, 중간 인젝션 포트는 구비하고 있지 않다. 또한, 실외 유닛(111)에서는, 고압 리시버(80)로부터 압축기(120)를 향해서 연장되는 제2 인젝션 유로(82)의 선단 및 인젝션용 열교환기(64)로부터 압축기(120)를 향해서 연장되는 제1 인젝션 유로(65)의 선단을 합류 배관(27a)에 접속하고, 그 합류 배관(27a)의 선단을 도 4에 도시한 바와 같이 흡입 유로(27)에 접속하고 있다. 이에 의해, 각 인젝션 유로(65, 82)를 흘러온 냉매는, 흡입 유로(27)를 흐르는 저압 가스 냉매와 합류하여, 압축기(120)에 흡입되게 된다. 이 경우에도 인젝션 제어에 의해 압축기(120)의 토출 온도를 낮출 수 있다. 또한, 제1 인젝션 제어와 제2 인젝션 제어의 전환은, 상기 실시 형태와 마찬가지로 행할 수 있고, 또한 상기 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.

<제2 실시 형태>

(1) 공기 조화 장치의 구성

제2 실시 형태에 따른 공기 조화 장치는, 냉매로서 R32를 사용하는 상기 제1 실시 형태의 공기 조화 장치(10)의 실외 유닛(11)을 도 5에 도시하는 실외 유닛(211)으로 치환한 것이다. 이 제2 실시 형태의 공기 조화 장치에서는 실외 유닛(211)이 실내 유닛(12)보다 낮은 위치에 배치되어 있고, 실외 유닛(211)의 높이 위치와, 실내 유닛(12)의 가장 높은 곳에 있는 것의 높이 위치가 크게 달라, 양자의 고저차가 크게 되어 있다. 이하, 제1 실시 형태의 실외 유닛(11)과 중복되는 일부의 부품에 대해서는 동일한 부호를 부여해서 설명을 생략하는 형태로 실외 유닛(211)을 설명한다.

실외 유닛(211)은, 주로 압축기(20)와, 사방 전환 밸브(15)와, 실외 열교환기(30)와, 실외 팽창 밸브(41)와, 브리지 회로(70)와, 고압 리시버(280)와, 제1 인젝션용 전동 밸브(263)와, 인젝션용 열교환기(264)와, 제2 인젝션용 전동 밸브(284)와, 중간 인젝션 개폐 밸브(266)와, 흡입 인젝션 개폐 밸브(268)와, 액측 폐쇄 밸브(17)와, 가스측 폐쇄 밸브(18)를 갖고 있다.

압축기(20), 압축기 부속 용기(28), 흡입 유로(27), 압축기(20)의 토출측 냉매 배관(29), 토출 온도 센서(93), 중간 인젝션 포트(23), 사방 전환 밸브(15), 액측 폐쇄 밸브(17), 가스측 폐쇄 밸브(18), 실외 열교환기(30), 실외 팽창 밸브(41), 실외 팬(35) 및 브리지 회로(70)에 대해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.

고압 리시버(280)는 냉매 저류 탱크로서 기능하는 용기이고, 실외 팽창 밸브(41)와 액측 폐쇄 밸브(17)의 사이에 설치되어 있다. 냉방 운전 시에도 난방 운전 시에도 고압의 냉매가 유입되는 고압 리시버(280)는 거기에 저류되는 잉여 냉매의 온도가 비교적 높게 유지되기 때문에, 냉동기유를 포함하는 잉여 냉매가 2층 분리되어 상부에 냉동기유가 모여 버린다는 문제가 발생하지 않는다. 고압 리시버(280)의 하부로부터 인젝션용 열교환기(264)로 연장되는 리시버 출구 배관에는, 리시버 출구 압력 센서(292)가 배치되어 있다. 리시버 출구 배관은, 후술하는 메인 냉매 유로(211a)의 일부분이다. 리시버 출구 압력 센서(292)는 고압의 액냉매의 압력값(고압값)을 검출하는 센서이다.

고압 리시버(280)의 내부 공간 중 하부에는 액냉매가, 상부에는 가스 냉매가 통상 존재하게 되지만, 그 내부 공간의 상부로부터 압축기(20)를 향해서 바이패스 유로(282)가 연장되어 있다. 바이패스 유로(282)는 고압 리시버(280)의 내부에 저류되는 냉매의 가스 성분을, 압축기(20)로 유도하는 역할을 하는 배관이다. 바이패스 유로(282)에는, 개방도 조정이 가능한 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284)가 설치되어 있다. 이 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284)를 개방하면, 인젝션 공통관(202)을 거쳐서, 후술하는 중간 인젝션 유로(265) 또는 흡입 인젝션 유로(267)로 가스 냉매가 흐른다.

고압 리시버(280)의 출구와 브리지 회로(70)의 출구 역지 밸브(72, 74)의 사이에는, 인젝션용 열교환기(264)가 설치되어 있다. 또한, 고압 리시버(280)의 출구와 인젝션용 열교환기(264)를 연결하는 메인 냉매 유로(211a)의 일부분으로부터는, 분기관(262)이 분기되어 있다. 메인 냉매 유로(211a)는 실외 열교환기(30)와 실내 열교환기(50)를 연결하는 액냉매의 주유로이다.

분기관(262)에는, 개방도 조정이 가능한 제1 인젝션용 전동 밸브(263)가 설치되어 있다. 또한, 분기관(262)은 인젝션용 열교환기(264)의 제2 유로(264b)에 접속되어 있다. 즉, 인젝션용 전동 밸브(263)가 개방되어 있을 때, 메인 냉매 유로(211a)로부터 분기관(262)으로 분기된 냉매는, 제1 인젝션용 전동 밸브(263)에서 감압되어, 인젝션용 열교환기(264)의 제2 유로(264b)에 흐른다.

제1 인젝션용 전동 밸브(263)에서 감압되어 인젝션용 열교환기(264)의 제2 유로(264b)에 흐른 냉매는, 인젝션용 열교환기(264)의 제1 유로(264a)를 흐르는 냉매와 열교환한다. 이 인젝션용 열교환기(264)에서의 열교환의 후, 분기관(262)을 흘러가는 냉매는, 인젝션 공통관(202)을 거쳐서, 후술하는 중간 인젝션 유로(265) 또는 흡입 인젝션 유로(267)에 유입하게 된다. 또한, 분기관(262)의 인젝션용 열교환기(264)의 하류측에는, 인젝션용 열교환기(264)에서의 열교환 후의 냉매의 온도를 검출하는 인젝션용 온도 센서(296)가 설치되어 있다.

인젝션용 열교환기(264)는 이중관 구조를 채용하는 내부 열교환기이고, 그 제1 유로(264a)의 일단부는 고압 리시버(280)의 출구에 접속되어 있으며, 제1 유로(264a)의 타단부는 브리지 회로(70)의 출구 역지 밸브(72, 74)에 접속되어 있다.

인젝션 공통관(202)은 고압 리시버(280)로부터 연장되는 바이패스 유로(282) 및 메인 냉매 유로(211a)로부터 인젝션용 열교환기(264)를 거쳐서 연장되는 분기관(262)의 각 선단과, 중간 인젝션 개폐 밸브(266) 및 흡입 인젝션 개폐 밸브(268)를 연결하는 배관이다. 제1 인젝션용 전동 밸브(263) 및 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284) 중 적어도 하나가 개방되고, 또한 중간 인젝션 개폐 밸브(266) 또는 흡입 인젝션 개폐 밸브(268)가 개방되면, 인젝션 공통관(202)에 냉매가 흐르게 되어, 중간 인젝션 또는 흡입 인젝션이 실시된다.

중간 인젝션 유로(265)는 인젝션 공통관(202)에 접속되어 있는 중간 인젝션 개폐 밸브(266)로부터, 압축기(20)로 연장되어 있다. 구체적으로는, 중간 인젝션 유로(265)의 일단부가 중간 인젝션 개폐 밸브(266)에 접속되고, 중간 인젝션 유로(265)의 타단부가, 압축기(20)의 중간 인젝션 포트(23)에 접속되어 있다.

흡입 인젝션 유로(267)는 인젝션 공통관(202)에 접속되어 있는 흡입 인젝션 개폐 밸브(268)로부터, 흡입 유로(27)로 연장되어 있다. 구체적으로는, 흡입 인젝션 유로(267)의 일단부가 흡입 인젝션 개폐 밸브(268)에 접속되고, 흡입 인젝션 유로(267)의 타단부가, 흡입 유로(27) 중 압축기 부속 용기(28)와 압축기(20)를 연결하는 배관에 접속되어 있다.

중간 인젝션 개폐 밸브(266) 및 흡입 인젝션 개폐 밸브(268)는 개방 상태와 폐쇄 상태가 전환되는 전자기 밸브이다.

(2) 공기 조화 장치의 동작

이어서, 제2 실시 형태에 따른 공기 조화 장치의 동작에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 각종 운전에 있어서의 제어는, 운전 제어 수단으로서 기능하는 실외 유닛(211)의 제어부에 의해 행해진다.

(2-1) 냉방 운전의 기본 동작

냉방 운전 시에는, 사방 전환 밸브(15)가 도 5의 실선으로 표시되는 상태, 즉, 압축기(20)로부터의 토출 가스 냉매가 실외 열교환기(30)에 흐르고, 또한 흡입 유로(27)가 가스측 폐쇄 밸브(18)에 접속된 상태가 된다. 실외 팽창 밸브(41)는 완전 개방 상태로, 실내 팽창 밸브(42)는 개방도 조절되게 된다. 또한, 폐쇄 밸브(17, 18)는 개방 상태이다.

이 냉매 회로의 상태에 있어서, 압축기(20)로부터 토출된 고압의 가스 냉매는, 사방 전환 밸브(15)를 경유하고, 냉매의 응축기로서 기능하는 실외 열교환기(30)에 보내져, 실외 팬(35)에 의해 공급되는 실외 공기와 열교환을 행해서 냉각된다. 실외 열교환기(30)에 있어서 냉각되어 액화된 고압의 냉매는, 인젝션용 열교환기(264)에서 과냉각 상태가 되어, 각 실내 유닛(12)에 보내진다. 각 실내 유닛(12)에서의 동작은, 상기의 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 각 실내 유닛(12)으로부터 실외 유닛(11)으로 되돌아오는 저압의 가스 냉매는, 사방 전환 밸브(15)를 경유해서 다시 압축기(20)로 흡입된다. 기본적으로는, 이와 같이 하여 실내의 냉방이 이루어진다.

(2-2) 난방 운전의 기본 동작

난방 운전 시에는, 사방 전환 밸브(15)가 도 5의 파선으로 표시되는 상태, 즉, 압축기(20)의 토출측 냉매 배관(29)이 가스측 폐쇄 밸브(18)에 접속되고, 또한 흡입 유로(27)가 실외 열교환기(30)에 접속된 상태가 된다. 실외 팽창 밸브(41) 및 실내 팽창 밸브(42)는 개방도 조절되도록 되어 있다. 또한, 폐쇄 밸브(17, 18)는 개방 상태이다.

이 냉매 회로의 상태에 있어서, 압축기(20)로부터 토출된 고압의 가스 냉매는, 사방 전환 밸브(15) 및 가스 냉매 연락관(14)을 경유하여, 각 실내 유닛(12)에 보내진다. 각 실내 유닛(12)에서의 동작은, 상기의 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 다시 실외 유닛(11)으로 되돌아온 고압의 냉매는, 고압 리시버(280)를 거쳐서, 인젝션용 열교환기(264)에서 과냉각 상태가 되고, 실외 팽창 밸브(41)에 흐른다. 실외 팽창 밸브(41)에서 감압되어 저압의 기액2상 상태가 된 냉매는, 증발기로서 기능하는 실외 열교환기(30)로 유입된다. 실외 열교환기(30)로 유입된 저압의 기액2상 상태의 냉매는, 실외 팬(35)에 의해 공급되는 실외 공기와 열교환을 행해서 가열되고, 증발해서 저압의 냉매가 된다. 실외 열교환기(30)를 나온 저압의 가스 냉매는, 사방 전환 밸브(15)를 경유해서 다시 압축기(20)에 흡입된다. 기본적으로는, 이와 같이 하여 실내의 난방이 행해진다.

(2-3) 각 운전에 있어서의 인젝션 제어

제어부는 냉방 운전이나 난방 운전 시, 운전 능력의 향상이나 압축기(20)의 토출 온도의 저하를 목적으로 하여, 원칙으로서 중간 인젝션 또는 흡입 인젝션을 행한다. 중간 인젝션이란, 인젝션용 열교환기(264) 및/또는 고압 리시버(280)로부터 인젝션 공통관(202)으로 흘러온 냉매를, 중간 인젝션 유로(265)에 의해 압축기(20)의 중간 인젝션 포트(23)에 주입하는 것이다. 흡입 인젝션이란, 인젝션용 열교환기(264) 및/또는 고압 리시버(280)로부터 인젝션 공통관(202)으로 흘러온 냉매를, 흡입 인젝션 유로(267)에 의해 흡입 유로(27)에 주입해서 압축기(20)에 흡입시키는 것이다. 중간 인젝션도 흡입 인젝션도 압축기(20)의 토출 온도를 낮추는 효과를 갖는다. 또한, 중간 인젝션은 운전 능력을 올리는 효과를 더 갖는다.

제어부는, 인버터 제어되는 압축기(20)의 회전수(또는 주파수), 압축기(20)로부터 토출되어서 토출 온도 센서(93)에 의해 검출되는 냉매의 토출 온도 Tdi, 인젝션용 열교환기(264) 하류측의 인젝션용 온도 센서(296)에 의해 검출되는 인젝션 냉매 온도 등에 기초하여, 인젝션 제어를 행한다. 구체적으로는, 중간 인젝션을 행하게 하는 중간 인젝션 제어, 또는 흡입 인젝션을 행하게 하는 흡입 인젝션 제어를 실행한다. 또한, 제어부는, 중간 인젝션도 흡입 인젝션도 행해서는 안되는 조건일 때에는, 어느 쪽 인젝션도 행하지 않는 비인젝션 상태에서 운전을 행한다. 다시 말해, 제어부는 중간 인젝션 제어, 흡입 인젝션 제어 및 인젝션을 전혀 실시하지 않는 비인젝션 제어를 선택적으로 행한다.

이어서, 제어부에 의한 인젝션 제어의 플로우를, 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 설명한다.

먼저, 스텝 S21에서는, 압축기(20)의 회전수가 소정의 임계값보다 큰지 작은지를 판단한다. 소정의 임계값은, 예를 들어 상당히 작은 회전수이며, 그것보다 작은 회전수로 설정할 수 없는 값, 또는 그것보다 회전수를 떨어뜨리면 압축기용 모터의 효율이 저하되어버리는 값으로 설정된다.

(2-3-1) 중간 인젝션 제어

스텝 S21에 있어서 압축기(20)의 회전수가 임계값 이상이라고 판단되면, 스텝 S22로 이행하고, 냉방 운전중인지 난방 운전중인지가 판단된다. 여기서 난방 운전중이라면, 주로 고압 리시버(280)로부터 취출한 가스 냉매를 중간 인젝션 유로(265)에 흐르게 하는 중간 인젝션이 실시된다.

(2-3-1-1) 난방시의 중간 인젝션 제어

스텝 S22에서 난방 운전중이라고 판단되면, 스텝 S23으로 이행하고, 토출 온도 센서(93)가 검출하고 있는 압축기(20)의 토출 냉매의 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 높은지 여부가 판단된다. 예를 들어, 제1 상한값은 95℃로 설정된다. 여기서 "아니오"라면, 스텝 S24로 이행하고, 중간 인젝션 개폐 밸브(266)가 개방 상태로 되고, 흡입 인젝션 개폐 밸브(268)가 폐쇄 상태로 된다. 그러한 상태로 이미 되어 있을 때에는, 그러한 상태가 유지된다. 또한, 스텝 S24에서는, 제1 인젝션용 전동 밸브(263) 및 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284) 각각의 개방도가 조정된다. 토출 온도 Tdi가 평상 범위에 있기 때문에, 제1 인젝션용 전동 밸브(263)는 기본적인 난방 운전의 제어에 따라, 고압 리시버(280)를 나와서 메인 냉매 유로(211a)를 흐르는 액냉매에 소정의 과냉각도가 설정되도록, 개방도 조정된다. 또한, 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284)는 고압 리시버(280)의 가스 냉매가 중간 인젝션 유로(265)에 흐르도록, 개방도 조정된다. 한편, 스텝 S23에 있어서, 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 높다고 판단되면, 스텝 S25로 이행한다. 여기에서는, 토출 온도 Tdi를 내릴 필요가 있기 때문에, 그 토출 온도 Tdi에 기초하여, 제1 인젝션용 전동 밸브(263) 및 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284) 각각의 개방도가 조정된다. 구체적으로는, 스텝 S25에서는 빨리 토출 온도 Tdi가 제1 상한값을 하회하도록, 중간 인젝션시키는 가스 냉매를 적실 수 있는 습기 제어가 행해진다. 즉, 중간 인젝션의 냉각 효과를 높이기 위해서, 중간 인젝션되는 가스 냉매가 기액2상의 플래시 가스가 되도록, 제1 인젝션용 전동 밸브(263) 등의 개방도가 조정된다.

(2-3-1-2) 냉방시의 중간 인젝션 제어

스텝 S22에서 냉방 운전중이라고 판단되면, 스텝 S26로 이행하고, 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 높은지 여부가 판단된다. 여기서 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 높으면, 스텝 S27로 이행하고, 중간 인젝션시키는 가스 냉매를 적실 수 있는 습기 제어를 행하기 때문에, 주로 인젝션용 열교환기(264)로부터 중간 인젝션 유로(265)로 냉매를 흐르게 한다. 구체적으로는, 스텝 S27에 있어서, 중간 인젝션 개폐 밸브(266)가 개방 상태로 되고, 흡입 인젝션 개폐 밸브(268)가 폐쇄 상태로 되며, 또한 제1 인젝션용 전동 밸브(263)의 개방도가 토출 온도 Tdi에 기초하여 제어된다. 또한, 스텝 S27에 있어서, 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284)는 필요에 따라서 개방된다. 이 스텝 S27에서는, 인젝션용 열교환기(264)로부터 기액2상의 습기 가스 냉매가 압축기(20)에 중간 인젝션 되기 때문에, 높아져 있는 토출 온도 Tdi가 급격하게 저하되는 것을 기대할 수 있다.

스텝 S26에서, 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 낮고, 토출 온도 Tdi를 내릴 필요가 없다고 판단되면, 고압 리시버(280)로부터의 냉매 및 인젝션용 열교환기(264)로부터의 냉매를 양쪽 모두 사용하여 중간 인젝션이 행해진다. 구체적으로는, 스텝 S28이나 스텝 S29를 거쳐서 스텝 S30으로 이행하고, 중간 인젝션 개폐 밸브(266)가 개방 상태로 되고, 흡입 인젝션 개폐 밸브(268)가 폐쇄 상태로 되며, 또한 제1 인젝션용 전동 밸브(263)의 개방도 및 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284)의 개방도가 조정된다. 스텝 S28에서는, 고압 리시버(280) 출구의 리시버 출구 압력 센서(292)가 검출하는 액냉매의 고압값이 임계값보다 낮은지 여부를 판단한다. 이 임계값은, 공기 조화 장치의 실외 유닛(211)과 실내 유닛(12)의 고저차(설치 장소의 높이 차) 등에 기초하여 초기 설정되어 있는 값이고, 이것보다 고압값이 낮으면 실내 유닛(12)의 실내 팽창 밸브(42)를 통과하기 전에 냉매가 플래시 가스의 상태가 되어 통과음이 커져버리는 값으로 설정되어 있다. 스텝 S28에서 고압값이 임계값보다 낮다고 판단되면, 고압값을 올릴 필요가 있기 때문에, 조금 죄고 있는 상태의 실외 팽창 밸브(41)의 개방도를 증가시키고, 실외 팽창 밸브(41)에서의 감압 정도를 느슨하게 한다. 이에 의해, 고압 리시버(280)의 냉매 가스 성분이 줄어들고, 인젝션 냉매량 전체에서 차지하는 고압 리시버(280)로부터의 가스 냉매량이 감소하여, 고압 리시버(280)로부터의 인젝션 비율이 작아진다. 한편, 스텝 S28에서 고압값이 임계값을 상회하고 있으면, 그대로의 인젝션 비율로 스텝 S30으로 이행한다. 스텝 S30에서는, 상술한 바와 같이 중간 인젝션 개폐 밸브(266)가 개방되고, 고압 리시버(280)로부터 흘러오는 냉매 및 인젝션용 열교환기(264)로부터 흘러오는 냉매의 양쪽이, 중간 인젝션 유로(265)로부터 압축기(20)의 중간 인젝션 포트(23)에 흐른다. 그리고, 스텝 S30에서는, 인젝션용 열교환기(264)의 하류측의 인젝션용 냉매의 온도 Tsh에 기초하여, 인젝션용 전동 밸브(263)의 개방도 조정이 이루어지고, 또한 인젝션 비율에 기초하여, 실외 팽창 밸브(41)의 개방도에 연동해서 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284)의 개방도 조정이 이루어진다.

(2-3-2) 저능력을 유지하기 위한 제어

상술한 스텝 S22 내지 스텝 S30까지는, 스텝 S21에 있어서 압축기(20)의 회전수가 임계값 이상이라고 판단되었을 때의 제어이지만, 아직 압축기(20)의 회전수를 떨어뜨려서 더욱 저능력으로 할 여지가 있기 때문에, 기본적으로는 인젝션에 의한 운전 능력의 향상을 도모한다. 따라서, 흡입 인젝션이 아닌 중간 인젝션이 선택되어 있다.

그러나, 스텝 S21에 있어서 압축기(20)의 회전수가 임계값보다 작아졌다고 판단되면, 그것은 이미 압축기(20)가 저능력으로 떨어진 것을 의미하고, 운전 능력을 올려버리는 것은 유저의 요구에 어긋나게 되기 때문에, 저능력 상태의 압축기(20)를 그대로의 능력으로 유지하는 제어가 행해진다.

(2-3-2-1) 흡입 인젝션 제어

스텝 S21에서 압축기(20)의 회전수가 임계값보다 작다고 판단되면, 스텝 S31로 이행하고, 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 높은지 여부가 판단된다. 여기서 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 높으면, 토출 온도 Tdi를 내릴 필요가 있으므로, 스텝 S33 또는 스텝 S34로 이행하고, 흡입 인젝션이 행해진다.

(2-3-2-1-1) 난방시의 흡입 인젝션 제어

스텝 S31에서 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 높다고 판단되고, 또한 스텝 S32에서 난방 운전중이라고 판단되면, 주로 고압 리시버(280)로부터의 냉매를 흡입 인젝션 유로(267)로부터 흡입 유로(27)에 흐르게 하는 흡입 인젝션이 실시된다. 구체적으로는, 스텝 S33에 있어서, 중간 인젝션 개폐 밸브(266)가 폐쇄 상태로 되고, 흡입 인젝션 개폐 밸브(268)가 개방 상태로 된다. 그리고, 토출 온도 Tdi에 기초하여, 난방 운전에서 고압 리시버(280)에 저류되는 가스 냉매가 많이 흡입 인젝션 유로(267)에 흐르도록 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284)의 개방도가 조정되고, 또한 인젝션용 열교환기(264)로부터 흡입 인젝션 유로(267)에 흐르는 냉매가 플래시 가스가 되도록, 제1 인젝션용 전동 밸브(263)의 개방도가 조정된다.

(2-3-2-1-2) 냉방시의 흡입 인젝션 제어

스텝 S31에서 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 높다고 판단되고, 또한 스텝 S32에서 냉방 운전중이라고 판단되면, 주로 인젝션용 열교환기(264)로부터의 냉매를 흡입 인젝션 유로(267)에 흐르게 하는 흡입 인젝션이 실시된다. 구체적으로는, 스텝 S34에 있어서, 중간 인젝션 개폐 밸브(266)가 폐쇄 상태로 되고, 흡입 인젝션 개폐 밸브(268)가 개방 상태로 된다. 그리고, 토출 온도 Tdi에 기초하여, 인젝션용 열교환기(264)로부터 흡입 인젝션 유로(267)에 흐르는 냉매가 플래시 가스가 되도록, 제1 인젝션용 전동 밸브(263)의 개방도가 조정된다. 또한, 스텝 S34에 있어서, 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284)는 필요에 따라서 개방된다.

(2-3-2-2) 비인젝션 제어

스텝 S31에서, 토출 온도 Tdi가 제1 상한값보다 낮고, 토출 온도 Tdi를 내릴 필요가 없다고 판단되면, 비인젝션 상태를 채용하는 선택이 이루어진다. 즉, 토출 온도 Tdi를 저하시키기 위한 흡입 인젝션 및 중간 인젝션도, 운전 능력의 향상을 위한 중간 인젝션도 불필요하며, 그러한 인젝션을 멈추는 것이 바람직하기 때문에, 비인젝션 상태가 채용된다. 제어부는 스텝 S35에 있어서, 중간 인젝션 개폐 밸브(266) 및 흡입 인젝션 개폐 밸브(268)를 폐쇄 상태로 해서, 제1 인젝션용 전동 밸브(263)의 개방도 및 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284)의 개방도를 최소 개방도로 한다. 최소 개방도가 제로일 때에는, 제1 인젝션용 전동 밸브(263)의 개방도 및 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(284)는 완전 폐쇄 상태가 된다.

이와 같이, 제2 실시 형태에 따른 공기 조화 장치에서는, 토출 온도 Tdi가 낮기 때문에 흡입 인젝션이나 중간 인젝션에 의해 압축기(20)의 온도를 낮출 필요가 없고, 또한 저능력이 요구되고 있기 때문에 압축기(20)의 회전수가 작아졌을 경우에, 비인젝션 제어를 선택·실행시키고 있다. 이에 의해, 흡입 인젝션 또는 중간 인젝션에 의한 능력 향상 및 운전 효율의 저하가 발생되어 버리는 것이 억제되어, 제2 실시 형태에 따른 공기 조화 장치에서는 운전 효율을 확보하면서 저능력의 요구를 만족시킬 수 있다.

10: 공기 조화 장치(냉동 장치)
11a, 111a: 메인 냉매 유로
20: 압축기
27: 흡입 유로
30: 실외 열교환기(응축기, 증발기)
41: 실외 팽창 밸브(팽창 기구)
42: 실내 팽창 밸브(팽창 기구)
50: 실내 열교환기(증발기, 응축기)
62, 262: 분기관(분기 유로)
63, 263: 제1 인젝션용 전동 밸브(제1 개방도 조정 밸브)
64, 264: 인젝션용 열교환기
65, 265: 제1 인젝션 유로
80, 280: 고압 리시버(냉매 저류 탱크)
82, 282: 제2 인젝션 유로
84: 제2 인젝션용 전동 밸브(제2 개방도 조정 밸브)
284: 제2 인젝션용 바이패스 전동 밸브(제2 개방도 조정 밸브)
90: 제어부

Claims (7)

1. 냉매로서 R32를 사용하는 냉동 장치에 있어서,
   흡입 유로(27)로부터 저압의 냉매를 흡입하고, 냉매의 압축을 행해서 고압의 냉매를 토출하는 압축기(20)와,
   상기 압축기로부터 토출된 고압의 냉매를 응축시키는 응축기(30, 50)와,
   상기 응축기를 나온 고압 냉매를 팽창시키는 팽창 기구(42, 41)와,
   상기 팽창 기구에서 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기(50, 30)와,
   상기 응축기와 상기 증발기를 연결하는 메인 냉매 유로(11a, 111a)로부터 분기되는 분기 유로(62, 162)와,
   상기 분기 유로(62, 162)에 설치되며, 개방도 조정이 가능한 제1 개방도 조정 밸브(63, 263)와,
   상기 메인 냉매 유로를 흐르는 냉매와, 상기 분기 유로의 상기 제1 개방도 조정 밸브를 통과한 냉매를 열교환시키는 인젝션용 열교환기(64, 264)와,
   상기 분기 유로를 흘러 상기 인젝션용 열교환기를 나온 냉매를 상기 압축기 또는 상기 흡입 배관으로 유도하는 제1 인젝션 유로(65, 265)와,
   상기 메인 냉매 유로에 설치된 냉매 저류 탱크(80, 280)와,
   상기 냉매 저류 탱크의 내부에 저류되는 냉매의 가스 성분을 상기 압축기 또는 상기 흡입 배관으로 유도하는 제2 인젝션 유로(82, 282)
   를 구비한 냉동 장치(10).
2. 제1항에 있어서, 주로 상기 제1 인젝션 유로에 냉매를 흐르게 하는 제1 인젝션 제어와, 주로 상기 제2 인젝션 유로에 냉매를 흐르게 하는 제2 인젝션 제어를 전환하는 제어부(90)를 더 구비한 냉동 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는 상기 응축기와 상기 팽창 기구 사이의 상기 메인 냉매 유로의 냉매의 압력에 기초하여, 상기 제1 인젝션 제어와 상기 제2 인젝션 제어를 전환하는 냉동 장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제2 인젝션 유로(82, 282)에 설치되며, 개방도 조정이 가능한 제2 개방도 조정 밸브(84, 284)를 더 구비하고,
   상기 제1 인젝션 유로 및 상기 제2 인젝션 유로는 냉매를 상기 압축기의 중간압의 냉매에 합류시키는 것이며,
   상기 제어부는 상기 제1 인젝션 제어에 있어서, 주로 제1 인젝션 유로로부터의 냉매를 상기 압축기의 중간압의 냉매에 합류시키고, 상기 제2 인젝션 제어에 있어서, 주로 제2 인젝션 유로로부터의 냉매를 상기 압축기의 중간압의 냉매에 합류시키는 냉동 장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 인젝션 제어와, 상기 제2 인젝션 제어와, 상기 제1 인젝션 유로 및 상기 제2 인젝션 유로의 양쪽에 냉매를 흐르게 하는 제3 인젝션 제어를 전환하는 냉동 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제3 인젝션 제어에 있어서, 상기 제1 인젝션 유로를 흐르는 냉매의 양과 상기 제2 인젝션 유로를 흐르는 냉매의 양의 비율을, 상기 응축기와 상기 팽창 기구 사이의 상기 메인 냉매 유로의 냉매의 압력에 기초해서 변화시키는 냉동 장치.
7. 제2항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 인젝션 제어와, 상기 제2 인젝션 제어와, 상기 제1 인젝션 유로에도 상기 제2 인젝션 유로에도 냉매를 흐르게 하지 않는 비인젝션 제어를 전환하는 냉동 장치.

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