KR20160013800A

KR20160013800A - 히트 펌프식 공기조화기

Info

Publication number: KR20160013800A
Application number: KR1020150074715A
Authority: KR
Inventors: 케이이치 키무라; 미츠오 모리타
Original assignee: 키무라코우키 가부시키가이샤
Priority date: 2014-07-28
Filing date: 2015-05-28
Publication date: 2016-02-05
Also published as: KR101665522B1; JP5805833B1; CN105299798A; CN105299798B; JP2016031168A; MY190880A; US20160025384A1; CN204943747U

Abstract

히트 펌프식 공기조화기(200)는, 냉매가 내부를 통과하는 복수의 전열관(12a,12b)을 공기 입구면(13)의 일 방향을 따라 배열하여 구비하고, 급기된 공기를 냉풍 또는 온풍으로 만들어서 피공조 공간에 공급하는 1개의 급기측 열교환기(3)와, 전열관(12a,12b)에 냉매를 압축하여 공급하는 복수의 압축기(2a,2b)와, 각 압축기(2a,2b)에 연결된 열원측 열교환기(4a,4b)를 적어도 구비하고 1개의 급기측 열교환기(3)를 공용한 복수의 제1 및 제2 히트 펌프(5a,5b)와, 압축기(2a,2b)의 운전과 운전 중지를 전환하는 제어 장치(8)를 구비하고 있다. 제어 장치(8)는, 공조 부하의 대소에 따라 두 압축기(2a,2b)의 시동과 중지를 전환하도록 압축기를 제어한다.

Description

히트 펌프식 공기조화기{Heat Pump Air Conditioner}

본 발명은, 히트 펌프식 공기조화기에 관한 것이다.

종래의 히트 펌프식 공기조화기는, 특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 히트 펌프를 구성하는 압축기와 급기측 열교환기와 열원측 열교환기를 각각 하나씩 구비하고 있으며, 이들의 내부를 냉매가 순환하도록 이들을 서로 배관으로 연결하고 있다.

일본국 특허공개 평9-264614호 공보

히트 펌프식 공기조화기는, 1년 내내 사용하는 것이며, 이하의 기재에서는, 1년 중 기온이 높은 여름철과 기온이 낮은 겨울철을 제외한 시기를 중간기라고 부른다.

종래의 히트 펌프식 공기조화기에서는, 필요한 냉난방 능력이 커질수록 압축기의 최소 한계 출력이 커진다. 이 때문에, 중간기 등 공조기에 가해지는 부하가 작은 시기에는, 냉난방 능력이 과대해지는 경우가 있다. 이 결과, 냉난방 운전을 중지시키지만, 이번에는 반대로 냉난방 효과가 발휘되지 않는다. 따라서 냉난방의 효과가 지나치거나 효과가 없거나 해서 압축기의 쓸데없는 에너지 소비가 많아졌다. 이 결과, 냉난방의 쾌적성과 에너지 절약성을 해치는 문제점이 있었다.

　본 발명의 목적은, 쾌적성과 에너지 절약성을 향상시킬 수 있는 히트 펌프식 공기조화기를 제공하는 것이다.

본 발명의 히트 펌프식 공기조화기는 상기 과제를 해결하기 위하여, 냉매가 내부를 통과하는 복수의 전열관을 공기 입구면의 일 방향을 따라 배열하여 구비하고, 급기된 공기를 냉풍 또는 온풍으로 하여 피공조 공간에 공급하기 위한 1개의 급기측 열교환기와, 상기 전열관에 냉매를 압축하여 공급하는 복수의 압축기와, 각 압축기에 연결된 열원측 열교환기를 적어도 구비하고 상기 1개의 급기측 열교환기를 공용하는 복수의 히트 펌프와, 상기 압축기의 운전과 운전 중지를 전환하는 제어 장치를 구비하며, 상기 제어 장치는, 공조 부하의 대소에 따라 상기 각 압축기의 시동과 중지를 전환하도록 상기 압축기를 제어한다.

청구항 제1항의 발명의 구성에 따르면, 히트 펌프식 공기조화기에 필요한 냉난방 능력을 복수의 히트 펌프에서 분담해서 부담하고 있다. 따라서 예를 들어 공조 부하가 작은 경우에는 1개의 압축기만을 시동시켜 냉난방을 1개의 히트 펌프만으로 실행할 수 있다. 이로써 공조 부하가 작은 경우에는 압축기의 쓸데없는 에너지 소비를 줄일 수 있고, 냉난방의 쾌적성과 에너지 절약성을 향상시킬 수 있다.

청구항 제2항의 발명의 구성에 따르면, 제1 히트 펌프에 연결된 복수의 전열관을 제1 전열관, 제2 히트 펌프에 연결된 복수의 전열관을 제2 전열관으로 했을 때, 복수의 제1 전열관과 복수의 제2 전열관은, 일 방향을 따라 1개 걸러서 또는 2개 걸러서 교호(交互)로 배치되어 있다.

만약 복수의 제1 전열관 또는 제2 전열관이, 공기 입구면 안의 한 곳에 치우쳐서 배치되어 있으면, 1개의 히트 펌프만으로 냉난방을 실행할 때에는, 급기측 열교환기의 일부분에만 치우쳐서 냉난방이 이루어지게 된다. 이러면 급기측 열교환기를 통과하는 공기가 부분적으로 냉각 또는 가열되기 때문에 공기의 가열 또는 냉각 불균일을 일으킨다. 따라서 복수의 제1 전열관과 제2 전열관을 일 방향을 따라 1개 걸러서 또는 2개 걸러서 교호로 배치함으로써 급기측 열교환기를 통과하는 공기를 균일하게 가열 또는 냉각할 수 있다.

청구항 제3항의 발명의 구성에 따르면, 한 쌍의 압축기를 교호로 운전시킬 수 있기 때문에 한쪽의 히트 펌프만을 지나치게 운전시키는 것을 방지할 수 있다. 이로써 히트 펌프식 공기조화기의 수명을 연장하여 라이프 사이클 코스트를 감소시킬 수 있다.

또한, 제어 장치에서 소프트웨어로 운전 패턴을 전환하기만 함으로써 한 쌍의 압축기를 교호로 운전시킬 수 있기 때문에 이러한 교호 운전을 쉽게 실시할 수 있다. 따라서 타이머 등 쓸데없는 기기가 불필요하고 코스트 다운으로도 이어진다.

청구항 제4항의 발명의 구성에 따르면, 그때까지의 각 압축기의 운전 시간 또는 운전 횟수를 합계하고, 그 운전 시간 또는 운전 횟수가 적은 쪽의 압축기를 우선적으로 운전시킨다. 이로써 한쪽의 압축기가 치우쳐서 운전되는 것을 방지하여 모든 압축기의 운전 시간 또는 운전 횟수를 균일화할 수 있다. 나아가서는 히트 펌프식 공기조화기의 수명을 연장하여 라이프사이클 코스트를 감소시킬 수 있다.

청구항 제5항의 발명의 구성에 따르면, 난방 운전의 디프로스트(defrost) 동작 시에는 한 쌍의 압축기의 운전과 중지의 전환 동작을 실행하지 않고 디프로스트 동작 시 이외에 실행한다. 이로써 난방 운전의 디프로스트 동작 시에는 한 쌍의 압축기가 모두 동시에 중지하는 일은 없으며 교호로 디프로스트하므로 난방 운전이 중단되지 않는다. 또한, 디프로스트 동작용으로 별도의 히터 등을 설치할 필요도 없다.

청구항 제6항의 발명의 구성에 따르면, 뒤에 운전하는 제1 히트 펌프의 운전 시작 시에, 먼저 운전시키고 있는 제2 히트 펌프의 출력에서 제1 히트 펌프의 시동 출력분을 빼도록 제2 히트 펌프의 운전을 제어한다. 이로써 복수의 히트 펌프의 출력 증감을 상쇄하여 오버슈트(over shoot)를 없애고 냉난방의 불균일을 경감하여 안정된 공조를 실행할 수 있다.

청구항 제7항의 발명의 구성에 따르면, 제1 히트 펌프의 출력을 하강시키고 그 후에 제2 히트 펌프의 출력을 하강시키는 중지 조작에서, 제1 히트 펌프의 운전 중지 시에 제2 히트 펌프의 출력을 제1 히트 펌프의 운전 중지 직전의 출력 하강분만큼 증감시키도록 제2 히트 펌프의 운전을 제어한다. 이로써 복수의 히트 펌프의 출력 증감을 상쇄하여 언더슈트(under shoot)를 없애고 냉난방의 불균일을 경감하여 안정된 공조를 실행할 수 있다.

청구항 제8항의 발명의 구성에 따르면, 히트 펌프마다 최저 한계 출력이 다르다. 예를 들어 제1 히트 펌프와 제2 히트 펌프의 최저 한계 출력을 6:4로 하면, 공조 부하가 낮은 경우에는 최저 한계 출력이 낮은 쪽, 즉 제2 히트 펌프만으로 운전하면 좋다. 반면에, 모든 히트 펌프의 최저 한계 출력이 같은 경우, 예를 들어 제1 히트 펌프와 제2 히트 펌프의 최저 한계 출력을 5:5로 하면 히트 펌프마다 최저 한계 출력이 다른 경우에 비하여 공조 부하가 낮을 때에 대응할 수가 없다. 따라서 히트 펌프마다 최저 한계 출력이 다름으로써 공조 부하가 폭넓게 변동할 경우에 대응할 수 있다. 나아가서는 냉난방의 쾌적성과 에너지 절약성을 향상시킬 수 있다.

청구항 제9항의 발명의 구성에 따르면, 공기조화기는 가습 시에는, 주로 증기식 가습기보다 런닝 코스트가 적은 기화식 가습기로 가습을 실행한다. 따라서 먼저 기화식 가습기로 공기를 가습하고 가습 부족분만을 증기식 가습기로 보충함으로써 가습 코스트를 줄일 수 있다.

청구항 제10항의 발명의 구성에 따르면, 전열관의 횡단면은, 타원형으로 형성되어 있다. 따라서 전열관의 통풍 저항이 작기 때문에 통과하는 공기의 압력 손실이 작아진다. 또한, 전열관을 통과하는 공기와 전열관의 접촉 면적을 넓게 설정할 수 있기 때문에 전열관과 통과하는 공기의 열교환율이 좋아져 냉난방의 쾌적성과 에너지 절약성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 히트 펌프식 공기조화기의 전체 구성을 나타내는 정면도이다.
도 2는 급기측 열교환기의 내부 구조를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 급기측 열교환기의 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 급기측 열교환기의 제1 및 제2 전열관의 배치 예를 나타내는 도면으로서, 도 2를 정면에서 바라본 것이다.
도 5a는 히트 펌프의 운전 중지 상태로부터 출력이 상한이 될 때까지의 제어 절차를 나타내는 도면이고, 도 5b는 히트 펌프의 운전 상태에서 중지 상태가 될 때까지의 제어 절차를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 히트 펌프식 공기조화기를, 도면을 참조하면서 설명한다. 이하에서는, 모든 도면에 걸쳐 동일하거나 동등한 요소에는, 동일한 참조부호를 부여하고 중복되는 설명을 생략한다.

도 1은 본 실시예에 따른 히트 펌프식 공기조화기(200)의 개략을 나타내는 정면도이다. 히트 펌프식 공기조화기(200)는, 공기의 입구(18)와 출구(19)를 형성한 케이싱(1)과, 급기용 송풍기(14)와, 공기 입구면(13)을 설치한 1개의 급기측 열교환기(3), 제1 및 제2 냉매압축반송용 압축기(2a,2b) 및 복수의 열원측 열교환기(4a,4b)를 구비하고 있다. 히트 펌프식 공기조화기(200)는 또한, 상기한 급기측 열교환기(3)를 공용하여 냉방 기능과 난방 기능을 갖춘 제1 및 제2 히트 펌프(5a,5b)와, 급기측 열교환기(3)의 하류측에 배치된 기화식 가습기(6)와, 그 기화식 가습기(6)의 하류측에 배치된 증기식 가습기(7)와, 이것들의 동작을 제어하는 제어 장치(8)를 구비하고 있다. 제1 및 제2 히트 펌프(5a,5b)는, 운전을 시작할 수 있는 최저 출력, 즉 최소 한계 출력이 서로 다르다. 구체적으로는, 제1 히트 펌프(5a)의 최소 한계 출력과 제2 히트 펌프(5b)의 최소 한계 출력의 비율은 6:4이다. 물론, 이 비율에 한정되지 않는다.

케이싱(1)의 입구(18)는 공기 입구면(13)에 대향하며 개설되고, 그 입구(18)에서 들어온 공기는 공기 입구면(13)으로부터 급기측 열교환기(3)로 들어가고, 그 급기측 열교환기(3)에서 열교환되어 냉풍 또는 온풍이 된다. 그 후에, 그 냉풍 또는 온풍은 케이싱(1)의 출구(19)로부터 피공조 공간(예를 들어 방)으로 급기된다. 공조용 공기는 흐름 방향(Ｆ)을 따라 흐른다.

제1 히트 펌프(5a)는, 내부를 순환하는 냉매에 대해 압축/응측/팽창/증발의 공정을 이 순서로 반복하고, 냉매와 열교환을 하는 공기에 대해 증발 공정에서 흡열을, 응축 공정에서 방열을 각각 한다.

제1 히트 펌프(5a)는, 증발 공정과 응축 공정 중 급기측 열교환기(3)와는 다른 공정을 실행하는 열원측 열교환기(4a)와, 압축 공정을 실행하는 제1 압축기(2a)와, 팽창 공정을 실행하는 팽창 밸브 등의 감압 기구(9a)와, 증발 공정과 응축 공정을 전환하는 밸브 등의 전환 기구(10a)를 구비하고 있다. 제1 압축기(2a)와 전환 기구(10a)와 열원측 열교환기(4a)와 감압 기구(9a)는 배관으로 연결되어, 내부를 냉매가 순환된다.

제2 히트 펌프(5b)도 내부를 순환하는 냉매에 대해서 압축/응축/팽창/증발의 4공정을 이 순서로 반복한다.

그 제2 히트 펌프(5b)는, 증발 공정과 응축 공정 중 급기측 열교환기(3)와는 다른 공정을 실행하는 열원측 열교환기(4b)와, 압축 공정을 실행하는 제2 압축기(2b)와, 팽창 공정을 실행하는 팽창 밸브 등 감압 기구(9b)와, 증발 공정과 응축 공정을 전환하는 전환 밸브 등 전환 기구(10b)를 구비하고 있다. 제2 압축기(2b)와 전환 기구(10b)와 열원측 열교환기(4b)와 감압 기구(9b)는, 배관으로 연결되어, 내부를 냉매가 순환한다.

도 2는 급기측 열교환기(3)의 내부 구조를 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2의 급기측 열교환기(3)의 평면도이다. 급기측 열교환기(3)는, 흐름 방향(F)으로부터의 공기를 통과시키도록 서로 간극을 두고 전후 방향으로 배치되는 여러 장의 전열판(11)에, 냉매가 흐르는 다수의 제1 및 제2 전열관(12a,12b)을 상하 방향으로 서로 평행하게 장착하여 구성된다. 제1 전열관(12a)이 제1 히트 펌프(5a)에 연결되고, 제2 전열관(12b)이 제2 히트 펌프(5b)에 연결된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 각 전열관(12a,12b)은, 복수의 전열판(11)에 접하도록 절곡된 관 부재(100)를 횡방향으로 늘어놓으며 구성된다. 각 관 부재(100)는, 냉매의 출입구로부터 공조용 공기의 흐름 방향(F)에 직교하도록 내부로 연장된 제1 부분(110)과, 그 제1 부분(110)의 내부측 단부로부터 흐름 방향(F)을 따라 짧게 연장된 제2 부분(120)과, 그 제2 부분(120)의 단부로부터 냉매의 출입구를 향해 제1 부분(110)과 평행하게 연장된 제3 부분(130)을 구비하고 있다. 즉, 제1 및 제2 전열관(12a,12b)은 공조용 공기의 흐름 방향(F)에 직교하는 길이가 긴 향류형(counter flow)이다.

냉매가 제1 및 제2 전열관(12a,12b)의 내부를 흐르면, 그 냉매와 전열판(11) 사이의 간극을 흐르는 공기가, 제1 및 제2 전열관(12a,12b) 및 전열판(11)을 통해 열교환된다. 상기한 바와 같이, 제1 및 제2 전열관(12a,12b)은 향류형(counter flow)이지만, 직교류형(cross flow)이어도 좋다. 또한, 제1 및 제2 전열관(12a,12b)은 단면이 타원형으로 형성되어(도 4a 및 도 4b 참조) 전열관(12a,12b)의 통풍 저항을 줄이는 동시에 전열관(12a,12b)을 통과하는 공기와의 접촉 면적을 넓게 설정하고 있다. 하지만, 제1 및 제2 전열관(12a,12b)은, 단면이 원형이어도 좋다.

또한, 열원측 열교환기(4a,4b)도 급기측 열교환기(3)와 마찬가지로, 공기를 통과시키도록 간극을 두고 배치되는 여러 장의 전열판에 다수의 전열관을 장착하여 구성된다. 열원측 열교환기(4a,4b)는, 통풍용 송풍기(15a,15b)를 구비하고 있다.

도 4a 및 도 4b는, 급기측 열교환기(3)의 제1 및 제2 전열관(12a,12b)의 배치 예를 나타내는 도면으로서, 도 2를 방향(G), 즉 정면에서 바라본 것이다. 도 4a 및 도 4b에서, 백색의 전열관이 제1 전열관(12a)이고, 흑색의 전열관이 제2 전열관(12b)이다. 각 전열관(12a,12b)은 도 4a 및 도 4b에 점선으로 나타낸 바와 같이, 공조용 공기의 흐름 방향(F)을 따라 요철을 연속시킨 형상으로 되어 있으며, 구체적으로는 제3 부분(130)은 제1 부분(110)보다 높은 위치에 있다. 각 전열관(12a,12b)은 요철을 연속시킨 형상으로 형성되어 공조용 공기에 접촉하는 길이를 길게 하고 있다.

도 4a에서는, 복수의 제1 전열관(12a)과 복수의 제2 전열관(12b)은, 상하 방향을 따라 1개 걸러서 교호로 배치되어 있다. 이 대신에, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 복수의 제1 전열관(12a)과 복수의 제2 전열관(12b)은, 상하 방향을 따라 2개 걸러서 교호로 배치되어도 좋다.

만약, 복수의 제1 전열관(12a) 또는 제2 전열관(12b)이, 공기 입구면(13) 내의 한 곳에 치우쳐서 배치되어 있으면, 후술하는 바와 같이 1개의 히트 펌프만으로 냉난방을 할 때에는, 급기측 열교환기(3)의 일부분에만 치우쳐서 냉난방이 이루어지게 된다. 이러면 급기측 열교환기(3)를 통과하는 공기가 부분적으로 냉각 또는 가열되기 때문에 공기의 가열 또는 냉각 불균일을 일으킨다. 따라서 복수의 제1 전열관(12a)과 제2 전열관(12b)을 한 방향을 따라 1개 걸러서 또는 2개 걸러서 교호로 배치함으로써 급기측 열교환기(3)를 통과하는 공기를 균일하게 가열 또는 냉각할 수 있다.

도 4a 및 도 4b에서는, 전열관(12a,12b)은 상하로 인접한 전열관(12a,12b)과는 등간격으로 배열되어 있지만, 등간격이 아니어도 좋다. 또한, 각 전열관(12a,12b)은 공조용 공기의 흐름 방향(F)을 따라 직선적인 형태이어도 좋다

(제어 장치의 동작)

제1 실시예

제어 장치(8)는, 마이크로프로세서와 각종 센서 등으로 구성되고, 필요에 따라 메모리를 구비하고 있다. 제어 장치(8)에는 히트 펌프식 공기조화기(200)에 가해지는 공조 부하의 기준값이 저장되고, 히트 펌프식 공기조화기(200)에 가해지는 공조 부하와 기준값을 비교하여 제1 압축기(2a)와 제2 압축기(2b)의 운전과 운전 중지를 전환하고 또한 출력을 조절한다. 구체적으로는, 히트 펌프식 공기조화기(200)에 가해지는 공조 부하가 기준값 미만이면, 제어 장치(8)는 두 압축기(2a,2b)의 운전을 중지시킨다.

제어 장치(8)는 히트 펌프식 공기조화기(200)에 가해지는 부하가 기준값 이상이며 클 때에는, 두 압축기(2a,2b)를 운전시켜 모든 전열관(12a,12b)에 냉매를 흐르게 한다. 하지만, 히트 펌프식 공기조화기(200)에 가해지는 부하가 기준값 이상이지만 작을 때에는, 한쪽의 압축기(2a,2b)만을 운전시켜 한쪽의 전열관(12a,12b)에만 냉매를 흐르게 한다.

따라서 예를 들어 공조 부하가 기준값 이상이지만 작은 경우에는 하나의 압축기만을 시동시켜 냉난방을 하나의 히트 펌프만으로 행할 수 있다. 이로써 공조 부하가 작은 경우에는 압축기의 쓸데없는 에너지 소비를 억제할 수 있으며, 냉난방의 쾌적성과 에너지 절약성을 향상시킬 수가 있다.

제2 실시예

히트 펌프식 공기조화기(200)에 가해지는 부하가 기준값 이상일 때에는, 제어 장치(8)는 제1 압축기(2a)와 제2 압축기(2b)를 교호로 운전시켜도 좋다. 이로써 전열관(12a,12b)에는 교호로 냉매가 흐른다. 즉, 제1 압축기(2a)를 운전시키고 있을 때에는, 제2 압축기(2b)를 중지시켜 제2 전열관(12b) 내부의 냉매 흐름을 멈추고, 제1 압축기(2a)를 중지시키고 있을 때에는 제2 압축기(2b)를 운전시켜 전열관(12b) 내부로 냉매를 흐르게 한다. 이런 제1 압축기(2a)와 제2 압축기(2b)를 교호로 운전하는 순서는, 운전 도중에 역전하여도 좋다. 또한, 제어 장치(8)는 복수의 히트 펌프(5a,5b)를 하나씩 차례로 순차적으로 시동/중지시키는 운전 패턴으로서, 그 시동/중지의 순서를 다르게 한 복수의 운전 패턴을 어느 하나의 히트 펌프를 중지시킬 때에 순차적으로 전환하여도 좋다.

또한, 급기측 열교환기(3)가 난방 운전을 하고 있을 때에는, 두 압축기(2a,2b)는 흡열을 하고 있기 때문에 외기의 기온이 낮을 때에는, 각 압축기(2a,2b)에 성에가 달라붙을 수 있다. 이런 성에가 달라붙은 상태에서는, 압축기(2a,2b)의 운전 능력이 낮아지기 때문에 압축기를 일단 반대 사이클로 운전시켜 성에를 제거한다. 이런 동작을 디프로스트(defrost)라고 부른다. 제어 장치(8)는 이런 두 압축기(2a,2b)의 운전과 중지의 전환 동작을 디프로스트 동작 시에는 실행시키지 않고 디프로스트 동작 시 이외에만 실행한다. 이로써 급기측 열교환기(3)의 난방 운전은 중단되지 않는다. 또한, 디프로스트용으로 별도의 히터 등을 설치할 필요도 없다. 한편, 디프로스트 동작은 반대 사이클 운전 이외에도 이루어지며, 상기한 기재는 디프로스트 동작의 일례를 나타내고 있다.

제3 실시예

또는, 제어 장치(8)는 제1 압축기(2a)와 제2 압축기(2b)를 교호로 운전시킬 때에, 그때까지의 각 압축기(2a,2b)의 운전 시간 또는 운전 횟수를 합계한다. 이 운전 시간 또는 운전 횟수가 적은 쪽의 압축기(2a,2b)를 우선적으로 운전시키고, 운전 시간 또는 운전 횟수가 많은 쪽의 압축기(2a,2b)를 중지시켜도 좋다. 이로써 압축기(2a,2b)의 운전 빈도 또는 운전 시간을 균일화하여 압축기(2a,2b)의 수명을 연장시키고 또한 고장으로 인한 수리의 횟수를 줄일 수가 있다.

제어 장치(8)는 이런 두 압축기(2a,2b)의 운전과 중지의 전환 동작을 상기 디프로스트 동작 시에는 실행시키지 않고 디프로스트 동작 시 이외에만 실행하여도 좋다.

제4 실시예

도 5a는, 제1 및 제2 히트 펌프(5a,5b)의 운전 중지 상태로부터 출력이 상한이 될 때까지의 제어 순서를 나타내는 도면으로서, 횡축은 시간을, 종축은 히트 펌프(5a,5b)의 출력 레벨을 나타낸다. 도 5a에서 도시된 예에서는, 먼저, 제2 히트 펌프(5b)를 시간 t1에서 앞서 운전시키고, 그 후에 시간 t2에서 제1 히트 펌프(5a)의 운전을 시동시킨다. 히트 펌프(5b)의 출력은 시동 시에서부터 경과 시간에 비례하여 상승하여, 시간 t2의 직전에서는 출력 S2에 도달한다.

한편, 시간 t2에서는 제1 히트 펌프(5a)의 운전 시동 시의 출력은 S1으로 표시된다. 제어 장치(8)는 제1 히트 펌프(5a)의 운전 시동 시, 즉 시간 t2에서 제2 히트 펌프(5b)의 출력이, S2에서 S1을 뺀 값이 되도록 제2 히트 펌프(5b)의 운전을 제어한다. 이로써 시간 t2에서의 두 히트 펌프(5a,5b)의 출력의 합계는 S2가 되어, 시간 t2 직전의 출력과 같아진다. 만약, 시간 t2에서 제2 히트 펌프(5b)의 출력이 S2 그대로이면, 두 히트 펌프(5a,5b)의 출력의 합계는 S2+S1이 되어 출력이 급격하게 상승하는, 즉 오버슈트(over shoot) 현상을 일으킨다. 이러면 냉난방의 불균일 또는 과도한 냉난방으로 인한 로스(loss)를 초래한다. 따라서 시간 t2에서 제2 히트 펌프(5b)의 출력이, S2에서 S1을 뺀 값이 되도록 제어 장치(8)가 제2 히트 펌프(5b)의 운전을 제어함으로써 냉난방의 불균일 또는 로스가 없는 쾌적한 공조를 실행하고 있다.

도 5b는 제1 및 제2 히트 펌프(5a,5b)의 운전 상태로부터 정지 상태가 될 때까지의 제어 순서를 나타내는 도면이다. 도 5b에 도시된 예에서는, 먼저 제1 히트 펌프(5a)를 출력이 상한이 된 상태로부터, 시간 t3에서 출력이 시간 경과에 비례하여 하강하도록 운전시키고, 그 후에 시간 t4에서 제2 히트 펌프(5b)의 출력이 시간경과에 비례하여 하강하도록 운전시킨다. 제1 히트 펌프(5a)는 시간 t5에서 중지되고, 그 중지 직전의 출력은 S3이다. 즉, 시간 t5에서 제1 히트 펌프(5a)의 출력은 S3으로부터 제로가 된다. 만약 시간 t5에서 제2 히트 펌프(5b)의 출력이 계속 하강하고 있으면, 두 히트 펌프(5a,5b)의 출력의 합계는 급격하게 하강하는, 즉 언더슈트(under shoot) 현상을 일으킨다. 이러면 냉난방의 불균일 또는 과도한 냉난방으로 인한 로스를 초래한다.

이 때문에, 제어 장치(8)는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 시간 t5에서 제2 히트 펌프(5b)의 출력을 S3만큼 상승한 값이 되도록 제2 히트 펌프(5b)의 운전을 제어한다. 이로써 두 히트 펌프(5a,5b)가 운전 상태에서 중지 상태가 될 때에, 냉난방의 불균일 또는 로스가 없는 쾌적한 공조를 실행하고 있다.

상기한 바와 같이, 급기측 열교환기(3)의 공기 유로 하류측에 기화식 가습기(6)가 배치되고, 기화식 가습기(6)의 공기 유로 하류측에 증기식 가습기(7)가 배치되어 있다. 기화식 가습기(6)와 증기식 가습기(7)는 모두 제어 장치(8)에 연결되어 있다. 제어 장치(8)는 케이싱(1) 안의 습도 센서(미도시)에도 연결되고 제어 장치(8) 안에는 습도 기준값이 저장되어 있다.

제어 장치(8)는 먼저 기화식 가습기(6)에서 급기된 공기를 가습하고 습도를 습도 센서로 측정한다. 제어 장치(8)는 측정된 습도를 습도 기준값과 비교하여 가습 부족이라고 판단했을 경우에 증기식 가습기(7)를 작동시켜 급기된 공기를 더욱 가습해도 좋다.

일반적으로 기화식 가습기는 증기식 가습기보다 런닝 코스트가 적다. 따라서 먼저, 기화식 가습기(6)로 공기를 가습하고 가습 부족분만을 증기식 가습기(7)로 보충함으로써 가습 코스트를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 내용은 상기한 실시예의 히트 펌프식 공기조화기에 한정되지 않고 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 설계 변경이 가능하다. 예를 들어, 도 1에서는 케이싱(1) 안에 급기측 열교환기(3)를 설치하고, 케이싱(1)의 바깥쪽에 두 히트 펌프(5a,5b)를 설치하고 있다. 그러나, 이 대신에, 케이싱(1) 안에 두 히트 펌프(5a,5b)를 설치해도 좋다. 또한, 열원측 열교환기(4a,4b)는 공기 열원식인 것을 상정하고 있지만 수(水) 열원식이어도 좋다. 또한, 히트 펌프(5a,5b)는 2개에 한정되지 않으며 3개 이상이어도 좋다.

본 발명은 히트 펌프식 공기조화기에 응용하면 유용하다.

1: 케이싱
2a: 제1 압축기
2b: 제2 압축기
３: 급기측 열교환기
４a, ４b: 열원측 열교환기
5a: 제1 히트 펌프
5b: 제2 히트 펌프
6: 기화식 가습기
7: 증기식 가습기
8: 제어 장치
9a, 9b: 감압 기구
10a, 10b: 전환 기구
12a, 12b: 전열관
13: 공기 입구면
200: 히트 펌프식 공기조화기

Claims

냉매가 내부를 통과하는 복수의 전열관을 공기 입구면의 일 방향을 따라 배열하여 구비하고, 급기된 공기를 냉풍 또는 온풍으로 하여 피공조 공간에 공급하기 위한 1개의 급기측 열교환기와,
상기 전열관에 냉매를 압축하여 공급하는 복수의 압축기와, 각 압축기에 연결된 열원측 열교환기를 적어도 구비하고, 상기 1개의 급기측 열교환기를 공용하는 복수의 제1 및 제2 히트 펌프와,
상기 압축기의 운전과 운전 중지를 전환하는 제어 장치를 구비하며,
상기 제어 장치는, 공조 부하의 대소에 따라 상기 각 압축기의 시동과 중지를 전환하도록 상기 압축기를 제어하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 공기조화기.
제1항에 있어서,
상기 제1 히트 펌프에 연결된 복수의 전열관을 제1 전열관, 상기 제2 히트 펌프에 연결된 복수의 전열관을 제2 전열관으로 했을 때, 상기 복수의 제1 전열관과 복수의 제2 전열관은, 상기 일 방향을 따라 1개 걸러서 또는 2개 걸러서 교호로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 공기조화기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어 장치는, 한 쌍 이상의 압축기를 교호로 운전시키는 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 공기조화기.
제3항에 있어서,
상기 제어 장치는, 한 쌍의 압축기를 교호로 운전시키기 전에, 그때까지의 각 압축기의 운전 시간 또는 운전 횟수를 합계하고 그 운전 시간 또는 운전 횟수가 적은 쪽의 압축기를 우선적으로 운전시키는 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 공기조화기.
제3항에 있어서,
상기 제어 장치는, 한 쌍의 압축기의 운전과 중지의 전환 동작을 디프로스트 동작 시에는 실행시키지 않고 디프로스트 동작 시 이외에 실행하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 공기조화기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 제2 히트 펌프를 먼저 운전을 시동시키고 그 후에 상기 제1 히트 펌프의 운전을 시동시킬 때에, 먼저 운전시키고 있는 상기 제2 히트 펌프의 출력에서 상기 제1 히트 펌프의 시동 출력분만큼 빼도록, 먼저 운전시키고 있는 상기 제2 히트 펌프의 운전을 제어하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 공기조화기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 제1 히트 펌프를 출력이 시간 경과에 따라 하강하도록 운전시키고 그 후에 상기 제2 히트 펌프의 출력을 시간 경과에 따라 하강하도록 운전시키는 중지 조작에서, 상기 제1 히트 펌프의 운전 중지 시에 상기 제2 히트 펌프의 출력을 상기 제1 히트 펌프의 운전 중지 직전의 출력 하강분만큼 증가시키도록 상기 제2 히트 펌프의 운전을 제어하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 공기조화기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
복수의 히트 펌프는 최저 한계 출력이 서로 다른 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 공기조화기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 급기측 열교환기의 공기 유로 하류측에 기화식 가습기를 배치하고, 또한 상기 기화식 가습기의 공기 유로 하류측에 증기식 가습기를 배치하며, 상기 기화식 가습기와 증기식 가습기는 함께 상기 제어 장치에 연결되고, 상기 제어 장치는 먼저 상기 기화식 가습기로 급기된 공기를 가습하고, 상기 기화식 가습기에 의한 가습이 부족한 경우에 상기 증기식 가습기를 작동시켜 급기된 공기를 더 가습하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 공기조화기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전열관의 횡단면은 타원형으로 형성된 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 공기조화기.