KR20170117501A - 히트 펌프 - Google Patents

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KR20170117501A
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히로토시 키하라
사다노리 야스다
케이스케 오타
토모야 요시무라
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얀마 가부시키가이샤
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Abstract

히트 펌프는, 압축기로 돌아오는 가스 상태 냉매로부터 액상 냉매를 분리하는 어큐뮬레이터와, 압축기와 어큐뮬레이터를 접속하는 냉매 흡입 유로와, 어큐뮬레이터의 액상 냉매를 냉매 흡입 유로로 되돌리는 냉매 복귀 유로와, 냉매 복귀 유로에 설치된 제1의 밸브와, 냉매 흡입 유로와 냉매 복귀 유로의 합류점 보다 압축기 측에서 냉매의 온도를 검출하는 온도 센서와, 제1 및 제2의 열교환기의 사이의 냉매 유로를 흐르는 액상 냉매의 일부를 감압하는 제2의 밸브와, 그 감압된 액상 냉매를 엔진의 폐열을 이용하여 가스화하는 냉매 증발기와, 그 가스화된 냉매를 어큐뮬레이터로 공급하는 가스 상태 냉매 공급 유로와, 제1의 밸브가 열린 상태 때 온도 센서의 검출 온도에 기초하여 제2의 밸브의 개방 정도를 제어하는 제어장치를 구비한다.

Description

히트 펌프
본 발명은 히트 펌프에 관한 것이다.
종래로부터, 압축기의 흡입 포트 부근에 설치되어 압축기로 돌아오는 냉매가 통과하는 어큐뮬레이터를 갖춘 히트 펌프가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1).
어큐뮬레이터는 압축기로 돌아오는 가스 상태 냉매로부터 액상 냉매를 분리하여, 그에 따라 액상 냉매가 압축기 내로 유입하는 것이 억제된다.
또, 특허문헌 1에 기재된 히트 펌프는, 어큐뮬레이터내의 액상 냉매를 가스화하여 압축기에 되돌리도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 히트 펌프는, 압축기와 어큐뮬레이터 사이의 냉매 유로와 어큐뮬레이터의 저부를 접속하는 냉매 복귀 유로를 구비한다. 그 냉매 복귀 유로에는, 액상 냉매를 감압하는 팽창 밸브와 팽창 밸브에 의하여 감압된 액상 냉매를 가스화시키는 열교환기가 설치되어 있다. 열교환기는, 압축기를 구동하는 엔진의 고온의 냉각수를 이용하여 감압된 액상 냉매를 가스화한다. 이에 의하여, 어큐뮬레이터 내의 액상 냉매가 가스화되어 압축기로 되돌려져 다시 이용된다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 특개 2012－82993호
그런데, 특허문헌 1에 기재된 히트 펌프의 경우, 어큐뮬레이터 내의 액상 냉매를 가스화하여 재이용하기 위해서, 그 액상 냉매와 엔진의 냉각수와의 사이에 열교환을 실행하는 열교환기가 필요하다.
따라서, 본 발명은, 압축기로 돌아오는 가스 상태 냉매로부터 액상 냉매를 분리하는 어큐뮬레이터를 가지는 히트 펌프에 있어서, 어큐뮬레이터 내의 액상 냉매와 엔진의 냉각수 사이에 열교환을 실행하는 열교환기를 이용하는 일 없이 그 액상 냉매를 가스화하여, 그 냉매를 재이용하는 것을 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 한 실시예에 의하면,
냉매를 압축하여 토출하는 압축기와,
압축기를 구동하는 엔진과,
압축기로부터 토출된 냉매가 통과하는 제1 및 제2의 열교환기와,
제1 및 제2의 열교환기를 통과하여 압축기로 돌아오는 가스 상태 냉매로부터 액상 냉매를 분리하는 어큐뮬레이터와,
압축기와 어큐뮬레이터를 접속하는 냉매 흡입 유로와,
어큐뮬레이터의 저부에 모이는 액상 냉매를 냉매 흡입 유로로 되돌리기 위한 냉매 복귀 유로와,
냉매 복귀 유로에 설치되어 개폐밸브 또는 개방 정도 조절이 가능한 팽창 밸브인 제1의 밸브와,
냉매 흡입 유로와 냉매 복귀 유로의 합류점보다 압축기측에서, 냉매 흡입 유로 내의 냉매의 온도를 검출하는 온도 센서와,
개방 정도 조절이 가능한 팽창 밸브이면서, 제1 및 제2의 열교환기의 사이의 냉매 유로를 흐르는 액상 냉매의 일부를 감압하는 제2의 밸브와,
제2의 밸브에 의하여 감압된 액상 냉매의 일부를 엔진의 폐열을 이용하여 가스화하는 냉매 증발기와,
냉매 증발기에 의하여 가스화된 가스 상태 냉매를 어큐뮬레이터로 공급하기 위한 제1의 가스 상태 냉매 공급 유로와,
제1의 밸브가 열린 상태 때, 온도 센서의 검출 온도에 기초하여 압축기로 흡입되는 냉매의 과열도를 산출하여, 그 산출한 흡입 냉매 과열도에 기초하여 제2의 밸브의 개방 정도를 제어하는 제어장치를 구비하는 히트 펌프가 제공된다.
본 발명에 의하면, 압축기로 돌아오는 냉매로부터 액상 냉매를 분리하는 어큐뮬레이터를 구비하는 히트 펌프에 있어서, 어큐뮬레이터내의 액상 냉매와 엔진의 냉각수 사이에 열교환을 실행하는 열교환기를 이용하는 일 없이 그 액상 냉매를 가스화하여, 그 냉매를 재이용할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 관한 히트 펌프의 구성을 나타내는 회로도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 관한 히트 펌프의 구성을 나타내는 회로도이다. 본 실시예의 경우, 히트 펌프는, 공기 조화기에 조립되는 히트 펌프이다. 도 1에 있어서, 실선은 냉매가 흐르는 냉매 유로(냉매관)를 나타내고 있다. 또, 도 1에 나타내는 회로도에서는, 설명을 간략화하기 위하여, 필터 등의 히트 펌프의 구성요소가 생략되어 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 히트 펌프(10)는, 바깥 공기와 열교환을 실행하는 실외기(12)와 실내 공기와 열교환을 실행하는 적어도 하나의 실내기(14)를 구비한다. 또, 본 실시예의 경우, 히트 펌프(10)는 2기의 실내기(14)를 구비한다.
실외기(12)는, 냉매를 압축하여 토출하는 압축기(16)와 냉매와 바깥 공기와의 열교환을 실행하는 열교환기(18)와 사방밸브(20)을 구비한다. 한편, 실내기(14)는 냉매와 실내 공기와의 열교환을 실행하는 열교환기(22)를 구비한다.
압축기(16)는 가스 엔진(24)에 의하여 구동된다. 본 실시예의 경우, 2기의 압축기(16)와 1기의 가스 엔진(24)이 실외기(12)에 탑재되어 있다. 또, 1기의 가스 엔진(24)에 의하여 압축기(16)의 적어도 하나가 선택적으로 구동된다. 또, 압축기(16)를 구동하는 구동원은, 가스 엔진(24)에 한정하지 않고, 예를 들면 가솔린 엔진 등이어도 좋다.
압축기(16)의 토출 포트(16a)로부터 토출된 고온·고압의 가스 상태 냉매는, 사방밸브(20)에 의하여 실외기(12)의 열교환기(18) 또는 실내기(14)의 열교환기(22)로 향해진다.
난방 운전의 경우, 압축기(16)로부터 토출된 가스 상태 냉매는, 실내기(14)의 열교환기(22)로 보내진다. 한편, 냉방 운전의 경우, 가스 상태 냉매는 실외기(12)의 열교환기(18)로 보내진다.
압축기(16)의 토출 경로 상에는, 즉 압축기(16)의 토출 포트(16a)와 사방밸브(20) 사이의 냉매 유로상에는, 냉매에 포함되는 오일을 분리하는 오일 분리기(30)가 설치되어 있다.
난방 운전의 경우, 압축기(16)로부터 토출되어 사방밸브(20)(실선)를 통과한 고온·고압의 가스 상태 냉매는, 적어도 하나의 실내기(14)의 열교환기(22)에서 실내 공기(온도 조절 대상)와 열교환을 실행한다. 즉, 열교환기(22)를 통하여, 냉매로부터 실내 공기로 열이 이동한다. 그 결과, 냉매는, 저온·고압의 액체 상태로 된다.
또, 실내기(14) 각각은, 개방 정도 조절이 가능한 팽창 밸브(32)를 구비한다. 팽창 밸브(32)는, 냉매 유로 상에 있어서, 실내기(14)의 열교환기(22)와 실외기(12)의 열교환기(18) 사이에 위치하도록, 실내기(14)에 설치되어 있다. 팽창 밸브(32)가 열린 상태에 있을 때, 냉매는 실내기(14)의 열교환기(22)를 통과할 수가 있다. 실내기(14)가 정지하고 있을 때, 팽창 밸브(32)는 닫혀 있다. 또, 난방 운전시에는, 팽창 밸브(32)는 완전히 열린 상태이다.
수용부(34)가 실외기(12)에 설치되어 있다. 난방 운전 시, 수용부(34)는, 실내기(14)의 열교환기(22)에서 실내 공기와 열교환을 실행한 후의 저온·고압의 액상 냉매를 일시적으로 저장하는 버퍼 탱크이다. 실내기(14)의 열교환기(22)로부터 유출된 액상 냉매는, 체크 밸브(36)을 통과하여 수용부(34) 내로 유입된다.
난방 운전시, 수용부(34)내의 저온·고압의 액상 냉매는, 실외기(12)의 열교환기(18)로 보내진다. 수용부(34)와 열교환기(18) 사이의 냉매 유로에는, 체크 밸브(38)와 팽창 밸브(40)가 설치되어 있다. 팽창 밸브(40)는 개방 정도 조절이 가능한 팽창 밸브이다. 난방 운전시에 있어서, 팽창 밸브(40)는 온도 센서(66) 또는 온도 센서(88)로 검출하는 냉매 온도가 소정의 과열도 이상이 되도록 개방 정도가 조절된다. 수용부(34)로부터 유출된 저온·고압의 액상 냉매는, 팽창 밸브(40)에 의하여 팽창되어(감압되어), 저온·저압의 액체 상태(안개 상태)로 된다.
난방 운전시, 팽창 밸브(40)를 통과한 저온·저압의 액상 냉매는, 실외기(12)의 열교환기(18)에서 바깥 공기와 열교환을 실행한다. 즉, 열교환기(18)를 통하여, 바깥 공기로부터 냉매로 열이 이동한다. 그 결과, 냉매는, 저온·저압의 가스 상태로 된다.
어큐뮬레이터(42)가 실외기(12)에 설치되어 있다. 난방 운전시, 어큐뮬레이터(42)는, 실외기(12)의 열교환기(18)에서 바깥 공기와 열교환을 실행한 후의 저온·저압의 가스 상태 냉매를 일시적으로 저장한다. 어큐뮬레이터(42)는 압축기(16)의 흡입 포트(16b)와 사방밸브(20) 사이의 냉매 유로에 설치되어 있다.
어큐뮬레이터(42) 내의 저온·저압의 가스 상태 냉매는 압축기(16) 내로 흡입되어 압축된다. 그 결과, 냉매는 고온·고압의 가스 상태로 되고, 난방 운전시에는 다시 실내기(14)의 열교환기(22)로 향하여 보내진다.
또, 저온·저압의 가스 상태 냉매가 어큐뮬레이터(42)에 일시적으로 머무는 동안에, 가스 상태 냉매에 포함되어 있는 소량의 액상 냉매가 분리된다. 이 액상 냉매는, 어큐뮬레이터(42) 내에 모여진다.
한편, 냉방 운전의 경우, 압축기(16)의 토출 포트(16a)로부터 토출된 고온·고압의 가스 상태 냉매는, 사방밸브(20)(2점 쇄선)를 통하여, 실외기(12)의 열교환기(18)로 이동한다. 그 열교환기(18)에서 바깥 공기와 열교환함으로써, 냉매는, 저온·고압의 액체 상태로 된다.
열교환기(18)로부터 유출된 냉매는, 개폐 밸브(50) 및 체크 밸브(52)를 통과하여 수용부(34) 내로 유입된다. 또, 이 개폐 밸브(50)는 난방 운전시에는 닫혀 있다.
또, 냉방 운전시에 있어서, 열교환기(18)로부터 유출된 냉매는, 개폐 밸브(50) 및 체크 밸브(52)만을 통과하여, 혹은, 경우에 따라서는, 거기에 더하여 팽창 밸브(40) 및 체크 밸브(54)도 통과하여 수용부(34) 내로 유입된다.
냉방 운전시, 수용부(34) 내로 유입된 냉매는, 체크 밸브(56)를 통과하여 실내기(14)의 팽창 밸브(32)를 통과한다. 팽창 밸브(32)를 통과함으로써, 냉매는 감압되어 냉온·저압의 액체 상태(안개 상태)로 된다.
팽창 밸브(32)를 통과한 냉매는, 실내기(14)의 열교환기(22)를 통과하여, 거기서 실내 공기와 열교환을 실행한다. 그에 따라, 냉매는 실내 공기로부터 열을 빼앗는다(실내 공기를 냉각한다). 그 결과로, 냉매는 저온·저압의 가스 상태로 된다. 그리고, 열교환기(22)에서 유출된 냉매는, 사방밸브(20), 어큐뮬레이터(42)를 통과하여 압축기(16)로 돌아온다.
또, 냉방 효율을 향상시키기 위하여, 히트 펌프(10)는, 수용부(34)로부터 체크 밸브(56)로 향하는 냉매를 냉각하기 위한 냉각용 열교환기(특허 청구의 범위에 기재의 「냉각기」에 대응) (58)를 구비한다.
냉각용 열교환기(58)는 수용부(34)로부터 체크 밸브(56)로 향하는 액상 냉매와 안개 상태 냉매 사이에 열교환을 하도록, 즉 액상 냉매를 안개 상태 냉매로써 냉각하도록 구성되어 있다. 이 안개 상태 냉매는, 냉각용 열교환기(58)로부터 체크 밸브(56)로 향하는 액상 냉매의 일부를 팽창 밸브(특허 청구의 범위에 기재의 「제3의 밸브」에 대응) (60)에 의하여 안개 상태로 한 것(감압한 것)이다. 이 팽창 밸브(60)는, 냉각용 열교환기(58)에 의한 액상 냉매의 냉각을 선택적으로 실시하기 위하여, 개방 정도 조절이 가능한 밸브이다.
히트 펌프(10)의 제어장치(도시하지 않음)가 팽창 밸브(60)를 제어함으로써 당해 팽창 밸브(60)가 적어도 부분적으로 열리면, 냉각용 열교환기(58)를 통과하여 체크 밸브(56)를 통과하기 전의 액상 냉매의 일부가 팽창 밸브(60)를 통과하여 안개 상태로 된다(감압된다). 팽창 밸브(60)에 의하여 안개 상태로 된 냉매는, 냉각용 열교환기(58) 내로 유입하여, 수용부(34)로부터 유출되어 체크 밸브(56)를 통과하기 전의 액상 냉매로부터 열을 빼앗아, 그에 따라 가스화된다. 그 결과로, 실내기(14)의 열교환기(22)로, 팽창 밸브(60)가 닫힌 상태 때에 비하여 저온인 액상 냉매가 유입된다.
한편, 수용부(34)로부터 유출되어 체크 밸브(56)를 통과하기 전의 액상 냉매로부터 열을 빼앗은 가스 상태 냉매는, 냉각용 열교환기(58)로부터, 가스 상태 냉매 공급 유로(특허 청구의 범위의 「제2의 가스 상태 냉매 공급 유로」에 대응) (72)를 통하여, 압축기(16)와 어큐뮬레이터(42) 사이의 냉매 흡입 유로(74)로 되돌려진다.
이 냉각용 열교환기(58)로부터의 가스 상태 냉매는, 어큐뮬레이터(42)의 저부에 모이는 액상 냉매를 증발시키기 위하여 사용된다. 구체적으로는, 어큐뮬레이터(42)의 저부에 모이는 액상 냉매를 압축기(16)로 되돌리기 위하여, 냉매 흡입 유로(74)와 어큐뮬레이터(42)의 저부를 접속하는 냉매 복귀 유로(76)가 설치되어 있다. 이 냉매 복귀 유로(76)에는, 개폐밸브(특허 청구의 범위에 기재의 「제1의 밸브」에 대응) (62)가 설치되어 있다. 이 냉매 복귀 유로(76)에, 냉각용 열교환기(58)로부터의 가스 상태 냉매가 흐르는 가스 상태 냉매 공급 유로(72)가 접속되고 있다. 따라서, 개폐 밸브(62)가 열림으로써, 어큐뮬레이터(42)로부터 유출되어 냉매 복귀 유로(76)를 흐르는 액상 냉매가, 냉각용 열교환기(58)로부터 가스 상태 냉매 공급 유로(72)를 통하여 압축기(16)로 돌아오는 가스 상태 냉매에 혼합되어 가스화하여, 압축기(16)로 되돌려진다.
게다가 히트 펌프(10)는, 사방밸브(20)로부터 압축기(16)로 돌아오는 가스 상태 냉매에 포함되는 액상 냉매를 가스화하기 위한 증발 보조용 열교환기(특허 청구의 범위에 기재의 「냉매 증발기」에 대응) (64)를 구비한다.
압축기(16)로 돌아오는 가스 상태 냉매에 액상 냉매가 포함되어 있는지 아닌지를 판정하기 위해서, 사방밸브(20)와 어큐뮬레이터(42) 사이의 냉매 유로에는, 냉매의 온도와 압력을 검출하는 온도 센서(66)와 압력 센서(68)가 설치되어 있다. 온도 센서(66)와 압력 센서(68)는, 검출 결과에 대응하는 검출 신호를 히트 펌프(10)의 제어장치(도시하지 않음)로 출력한다. 제어장치는, 온도 센서(66)와 압력 센서(68) 등의 검출 신호에 기초하여, 압축기(16)로 돌아오는 가스 상태 냉매에 액상 냉매가 포함되어 있는지 아닌지를 판정한다. 즉, 압력 센서(68)에 의하여 검출된 냉매의 압력에 관련되는 냉매의 포화 증기 온도를 산출하여, 온도 센서(66)에 의하여 검출된 온도가 상기 포화 증기 온도 이상이면, 압축기(16)로 돌아오는 가스 상태 냉매에 액상 냉매가 거의 포함되지 않는 것(액상 냉매는 실질적으로 제로이다)으로 판정한다.
증발 보조용 열교환기(64)는, 수용부(34)로부터 유출되어 체크 밸브(38또는 56)를 통과하기 전의 액상 냉매가 흐르는 냉매 유로와 사방밸브(20)와 어큐뮬레이터(42)와의 사이의 냉매 유로를 접속하는 가스 상태 냉매 공급 유로(특허 청구의 범위의 「 제1의 가스 상태 냉매 공급 유로」에 대응) (78)에 설치되어 있다. 이 가스 상태 냉매 공급 유로(78)에는, 증발 보조용 열교환기(64)를 통과하기 전의 액상 냉매를 팽창시키는(감압하는) 개방 정도 조절이 가능한 팽창 밸브(특허 청구의 범위에 기재의 「 제2의 밸브」에 대응) (70)가 설치되어 있다.
히트 펌프(10)의 제어장치(도시하지 않음)는, 압축기(16)로 돌아오는 가스 상태 냉매에 액상 냉매가 규정량 이상 포함되어 있다고 판정하면, 팽창 밸브(70)를 제어한다. 그에 따라, 팽창 밸브(70)가 적어도 부분적으로 열린다.
팽창 밸브(70)가 적어도 부분적으로 열리면, 수용부(34)로부터 유출되어 체크 밸브(56)를 통과하기 전의 저온·고압의 액상 냉매의 일부가, 팽창 밸브(70)를 흘러 저온·저압의 안개 상태로 된다(감압된다).
팽창 밸브(70)을 통과한 안개 상태의 냉매는, 증발 보조용 열교환기(64)에서, 예를 들면 가스 엔진(24)의 고온인 배기가스나 냉각액 등[즉 가스 엔진(24)의 폐열]에 의하여 가열된다. 그에 따라, 팽창 밸브(70)를 통과하여 증발 보조용 열교환기(64)로 유입된 안개 상태의 냉매는, 고온·저압의 가스 상태로 된다. 이 증발 보조용 열교환기(64)로 가열된 고온의 가스 상태 냉매는, 사방밸브(20)와 어큐뮬레이터(42) 사이의 냉매 유로로 투입된다. 그에 따라, 사방밸브(20)를 통과하여 압축기(16)로 돌아오는 가스 상태 냉매에 포함되어 있는 액상 냉매가, 증발 보조용 열교환기(64)로부터의 고온의 가스 상태 냉매에 의하여 가열되어 증발한다(가스화한다). 그 결과로, 어큐뮬레이터(42)로 유입하는 냉매는, 대략 가스 상태로 된다. 또, 팽창 밸브(70)를 여는 경우는, 압축기(16)로 돌아오는 가스 상태 냉매에 액상 냉매가 포함되어 있는지 아닌지를 판정하는 온도로서, 가스 상태 냉매 공급 유로(78)의 합류 후의 냉매 온도인 온도 센서(86)의 검출 온도를 사용한다.
지금까지는, 냉매에 관한 히트 펌프(10)의 구성요소에 대하여 개략적으로 설명하여 왔다. 여기서부터는, 히트 펌프(10)의 제어장치에 의한 개폐 밸브(62)의 제어에 대하여 한층 더 설명한다.
어큐뮬레이터(42)의 저부에 모이는 액상 냉매를 압축기(16)로 되돌리기 위한 개폐 밸브(62)는, 통상, 열린 상태로 유지된다. 개폐 밸브(62)를 연 상태로 유지하기 위해서는, 냉매 복귀 유로(76)를 흐르는 냉매를 항상 가스 상태로 유지할 필요가 있다. 이를 위하여, 냉각용 열교환기(58)로부터 가스 상태 냉매 공급 유로(72)를 통하여 냉매 복귀 유로(76)로 가스 상태 냉매가 공급됨과 아울러, 증발 보조용 열교환기(64)로부터 가스 상태 냉매 공급 유로(78)를 통하여 어큐뮬레이터(42)로 가스 상태 냉매가 공급된다.
냉각용 열교환기(58)로부터 가스 상태 냉매 공급 유로(72)를 통하여 냉매 복귀 유로(76)로 공급되는 가스 상태 냉매의 유량은 팽창 밸브(60)에 의하여 조절되며, 증발 보조용 열교환기(64)로부터 가스 상태 냉매 공급 유로(78)를 통하여 어큐뮬레이터(42)로 공급되는 가스 상태 냉매의 유량은 팽창 밸브(70)에 의하여 조절된다. 그러한 팽창 밸브(60, 70)의 개방 정도는, 냉매 흡입 유로(74) 내의 냉매의 온도를 검출하는 온도 센서(80)의 검출 온도에 기초하여 행해진다.
구체적으로 설명하면, 온도 센서(80)는, 냉매 흡입 유로(74)와 냉매 복귀 유로(76)의 합류점보다 압축기(16) 측에서, 냉매 흡입 유로(74) 내의 냉매의 온도를 검출한다. 히트 펌프(10)의 제어장치는, 온도 센서(80)의 검출 온도에 기초하여, 압축기(16)로 흡입되는 냉매의 과열도를 산출한다. 냉매의 과열도는, 사방밸브(20)와 어큐뮬레이터(42) 사이에서 냉매의 압력을 검출하는 압력 센서(68)의 검출 압력에 기초하여 산출된다. 구체적으로는, 압력 센서(68)의 검출 압력(즉 증기압)에 관련되는 냉매의 포화 증기 온도와 온도 센서(80)의 검출 온도와의 온도차가 과열도이다.
히트 펌프(10)의 제어장치는, 압축기(16)로 흡입되는 냉매의 과열도가 소정의 과열도(하한 흡입 냉매 과열도)를 넘어 유지되도록, 팽창 밸브(60, 70)의 개방 정도를 제어한다. 그에 따라, 어큐뮬레이터(42)로부터 유출되어 냉매 복귀 유로(76)를 흐르는 냉매는 가스 상태로 유지된다. 그 결과, 압축기(16)로 가스 상태의 냉매가 흡입된다.
또, 개폐 밸브(62)는, 어큐뮬레이터(42)로부터 냉매 복귀 유로(76)를 통하여 압축기(16)로 액체 상태의 냉매가 돌아올 가능성이 있는 경우에만 닫혀진다. 예를 들면, 위에서 설명한 것처럼 온도 센서(80)의 검출 온도에 기초하여 산출되는 냉매 흡입 유로(74) 내의 냉매의 과열도가 하한 흡입 냉매 과열도를 넘지 않는 경우, 개폐 밸브(62)는 닫혀진다.
또 예를 들면, 압축기(16)로부터 토출되는 냉매의 과열도가 소정의 과열도(하한 토출 냉매 과열도)를 넘지 않는 경우, 개폐 밸브(62)는 닫혀진다. 또, 압축기(16)로부터 토출되는 냉매의 과열도는, 압축기(16)와 오일 분리기(30) 사이의 냉매 유로에서 냉매의 온도를 검출하는 온도 센서(82)와 그 압력을 검출하는 압력 센서(84)의 검출 결과에 기초하여 산출된다.
더 예를 들면, 사방밸브(20)로부터 어큐뮬레이터(42)로 향하는 냉매와 증발 보조용 열교환기(64)로부터 어큐뮬레이터(42)로 향하는 냉매가 합류한 후의 냉매의 과열도가 소정의 과열도(하한 합류 냉매 과열도)를 넘지 않는 경우, 개폐 밸브(62)는 닫혀진다. 또, 이 과열도는, 사방밸브(20)와 어큐뮬레이터(42) 사이의 냉매 유로와 가스 상태 냉매 공급 유로(78)의 합류점과 어큐뮬레이터(42) 사이에서 냉매의 온도를 검출하는 온도 센서(86)와 그 합류점과 사방밸브(20) 사이에서 냉매의 압력을 검출하는 압력 센서(68)의 검출 결과에 기초하여 산출된다.
즉, 냉각용 열교환기(58)로부터 냉매 복귀 유로(76)로 가스 상태 냉매를 공급하여도, 또 증발 보조용 열교환기(64)로부터 어큐뮬레이터(42)로 가스 상태 냉매를 공급하여도, 어큐뮬레이터(42)로부터 압축기(16)로 액상 냉매가 돌아올 가능성이 있는 경우에, 개폐 밸브(62)는 닫혀진다. 이에 의하여, 압축기(16)로 액상 냉매의 유입이 억제된다.
이러한 본 실시예에 의하면, 히트 펌프(10)는, 어큐뮬레이터 내의 액상 냉매와 엔진의 냉각수 사이에 열교환을 실행하는 열교환기를 이용하는 일 없이 그 액상 냉매를 가스화하여, 그 냉매를 재이용할 수가 있다.
이상과 같이, 실시예를 들어 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 실시예는 이것에 한정되지 않는다.
예를 들면, 위에서 설명한 실시예의 경우, 어큐뮬레이터(42)의 저부에 모이는 액상 냉매를 압축기(16)로 되돌리는 냉매 복귀 유로(76)에 개폐 밸브(62)가 설치되어 있지만, 이 개폐밸브에 대신하여 개방 정도 조절이 가능한 팽창 밸브가 설치되어도 좋다. 이 경우, 어큐뮬레이터(42)로부터 냉매 복귀 유로(76)로 유입된 액상 냉매는, 팽창 밸브에 의하여 감압되어 냉각용 열교환기(58)로부터 가스 상태 냉매 공급 유로(72)를 통하여 냉매 복귀 유로(76)로 공급된 가스 상태 냉매에 의하여 보다 더 가스화된다[개폐 밸브(62)에 비하여].
또 예를 들면, 냉각용 열교환기(58)로부터 냉매 복귀 유로(76)로의 가스 상태 냉매의 공급과 증발 보조용 열교환기(64)로부터 어큐뮬레이터(42)로의 가스 상태 냉매의 공급은, 반드시 동시에 실행할 필요는 없다. 즉, 팽창 밸브(60, 70)는 반드시 양쪽 모두가 동시에 열려 있을 필요는 없다. 즉, 온도 센서(80)의 검출 온도에 기초하여 산출되는 냉매 흡입 유로(74) 내의 냉매의 과열도가 하한 흡입 냉매 과열도를 초과하고 있다면, 팽창 밸브(60, 70)의 적어도 하나가 닫혀 있어도 괜찮고, 혹은 양쪽 모두가 닫혀 있어도 좋다.
또 예를 들면, 위에 설명한 실시예의 경우, 히트 펌프(10)는, 온도 조절 대상으로서 실내 공기의 온도 제어를 실행하는 공기 조화기였지만 본 발명의 실시예는 이것에 한정되지 않는다. 본 발명의 실시예에 관한 히트 펌프는, 예를 들면, 냉매에 의하여 물의 온도 조정을 실시하는 것도 가능하다. 즉, 본 발명에 관한 히트 펌프는, 넓은 의미에서는, 냉매를 압축하여 토출하는 압축기와, 압축기를 구동하는 엔진과, 압축기로부터 토출된 냉매가 통과하는 제1 및 제2의 열교환기와, 제1 및 제2의 열교환기를 통과하여 압축기로 돌아오는 가스 상태 냉매로부터 액상 냉매를 분리하는 어큐뮬레이터와, 압축기와 어큐뮬레이터를 접속하는 냉매 흡입 유로와, 어큐뮬레이터의 저부에 모이는 액상 냉매를 냉매 흡입 유로로 되돌리기 위한 냉매 복귀 유로와, 냉매 복귀 유로에 설치되어 개폐밸브 또는 개방 정도 조절이 가능한 팽창 밸브인 제1의 밸브와, 냉매 흡입 유로와 냉매 복귀 유로의 합류점보다 압축기 측에서 냉매 흡입 유로내의 냉매의 온도를 검출하는 온도 센서와, 개방 정도 조절이 가능한 팽창 밸브이면서 제1 및 제2의 열교환기의 사이의 냉매 유로를 흐르는 액상 냉매의 일부를 감압하는 제2의 밸브와, 제2의 밸브에 의하여 감압된 액상 냉매의 일부를 엔진의 폐열을 이용하여 가스화하는 냉매 증발기와, 냉매 증발기에 의하여 가스화된 가스 상태 냉매를 어큐뮬레이터로 공급하기 위한 제1의 가스 상태 냉매 공급 유로와, 제1의 밸브가 열린 상태 때 온도 센서의 검출 온도에 기초하여 압축기로 흡입되는 냉매의 과열도를 산출하여, 그 산출한 흡입 냉매 과열도에 기초하여 제2의 밸브의 개방 정도를 제어하는 제어장치를 구비한다.
본 발명은, 압축기로 돌아오는 냉매로부터 액상 냉매를 분리하는 어큐뮬레이터를 구비하는 히트 펌프에 적용 가능하다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하면서 바람직한 실시예에 관련하여 충분히 기재되어 있지만, 이 기술분야에서 숙련된 사람들에게 있어서는 여러 가지의 변형이나 수정은 자명하다. 그러한 변형이나 수정은, 첨부한 청구의 범위에 의한 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는 한, 그 안에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
2015년 3월 17일에 출원된 일본 특허 출원 제2015－53179호의 명세서, 도면, 및 특허 청구의 범위의 개시 내용은, 전체적으로 참조되어 본 명세서 내에 포함된다.
10: 히트 펌프
16: 압축기
18: 열교환기
22: 열교환기
24: 엔진(가스 엔진)
42: 어큐뮬레이터
58: 냉각기(냉각용 열교환기)
60: 제3의 밸브(팽창 밸브)
62: 제1의 밸브(개폐밸브)
64: 냉매 증발기(증발 보조용 열교환기)
70: 제2의 밸브(팽창 밸브)
72: 제2의 가스 상태 냉매 공급 유로(가스 상태 냉매 공급 유로)
74: 냉매 흡입 유로
76: 냉매 복귀 유로
78: 제1의 가스 상태 냉매 공급 유로(가스 상태 냉매 공급 유로)
80: 온도 센서

Claims (2)

  1. 냉매를 압축하여 토출하는 압축기와,
    압축기를 구동하는 엔진과,
    압축기로부터 토출된 냉매가 통과하는 제1 및 제2의 열교환기와,
    제1 및 제2의 열교환기를 통과하여 압축기로 돌아오는 가스 상태 냉매로부터 액상 냉매를 분리하는 어큐뮬레이터와,
    압축기와 어큐뮬레이터를 접속하는 냉매 흡입 유로와,
    어큐뮬레이터의 저부에 모이는 액상 냉매를 냉매 흡입 유로로 되돌리기 위한 냉매 복귀 유로와,
    냉매 복귀 유로에 설치되어 개폐밸브 또는 개방 정도 조절이 가능한 팽창 밸브인 제1의 밸브와,
    냉매 흡입 유로와 냉매 복귀 유로와의 합류점보다 압축기 측에서, 냉매 흡입 유로내의 냉매의 온도를 검출하는 온도 센서와,
    개방 정도 조절이 가능한 팽창 밸브이면서, 제1 및 제2의 열교환기 사이의 냉매 유로를 흐르는 액상 냉매의 일부를 감압하는 제2의 밸브와,
    제2의 밸브에 의하여 감압된 액상 냉매의 일부를 엔진의 폐열을 이용하여 가스화하는 냉매 증발기와,
    냉매 증발기에 의하여 가스화된 가스 상태 냉매를 어큐뮬레이터에 공급하기 위한 제1의 가스 상태 냉매 공급 유로와,
    제1의 밸브가 열린 상태 때 온도 센서의 검출 온도에 기초하여 압축기로 흡입되는 냉매의 과열도를 산출하여, 그 산출한 흡입 냉매 과열도에 기초하여 제2의 밸브의 개방 정도를 제어하는 제어장치를 가지는 히트 펌프.
  2. 제1항에 있어서, 제2의 밸브와 달리, 개방 정도 조절이 가능한 팽창 밸브이면서, 제1 및 제2의 열교환기 사이의 냉매 유로를 흐르는 액상 냉매의 일부를 감압하는 제3의 밸브와,
    제3의 밸브에 의하여 감압된 액상 냉매를, 다른 액상 냉매의 냉각에 사용함으로써 가스화하는 냉각기와,
    냉각기에 의하여 가스화된 가스 상태 냉매를, 냉매 복귀 유로로 공급하기 위한 제2의 가스 상태 냉매 공급 유로를 구비하고,
    제1의 밸브가 열린 상태 때, 제어장치는, 흡입 냉매 과열도에 기초하여 제3의 밸브의 개방 정도를 제어하는, 히트 펌프.
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