KR20180072740A

KR20180072740A - 공조기

Info

Publication number: KR20180072740A
Application number: KR1020187013991A
Authority: KR
Inventors: 코메이 나카지마; 유스케 타시로; 야스히데 하야마루; 유스케 아다치
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2018-06-29
Also published as: EP3385645A1; CN108369045B; AU2015416486A1; US10731904B2; CN108369045A; EP3385645B1; AU2015416486B2; EP3385645A4; US20180347875A1; KR102170528B1; WO2017094147A1; JPWO2017094147A1; JP6342084B2

Abstract

공조기(10)는, 압축기(1)와, 응축기(2)와, 팽창밸브(3)와, 증발기(4)와, 온도 검지부(7)를 구비하고 있다. 압축기(1)는, 냉매를 압축한다. 응축기(2)는, 압축기(1)에 의해 압축된 냉매를 응축된다. 팽창밸브(3)는, 응축기(2)에 의해 응축된 냉매를 감압한다. 증발기(4)는, 팽창밸브(3)에 의해 감압된 냉매를 증발시킨다. 온도 검지부(7)는, 응축기(2)에 부착되고, 또한 응축기(2) 내의 냉매의 온도를 검출한다. 팽창밸브(3)는, 팽창밸브(3)의 밸브 개방도를 조정함에 의해, 팽창밸브(3)를 통과하는 냉매의 유량을 조정 가능하다. 온도 검지부(7)에서 검출된 냉매의 온도가 상승하면 팽창밸브(3)의 밸브 개방도가 증가하고, 온도 검지부(7)에서 검출된 냉매의 온도가 저하하면 팽창밸브(3)의 밸브 개방도가 감소한다.

Description

공조기

본 발명은, 공조기(空調機)에 관한 것으로, 특히, 팽창밸브의 밸브 개방도가 증감(增減)하는 공조기에 관하는 것이다.

외기 온도가 높은 때에는, 공조기의 냉방 운전에서의 필요 냉각 능력이 증대하기 때문에, 공조기를 순환하는 냉매 유량을 증대시킬 것이 요구된다. 다른 한편, 외기 온도가 낮은 때에는, 공조기의 냉방 운전에서의 필요 냉각 능력이 감소하기 때문에, 공조기를 순환하는 냉매 유량을 감소시킬 것이 요구된다. 즉, 공조기의 냉방 운전에서, 외기 온도에 맞추어서 공조기를 순환하는 냉매 유량을 적절하게 조정할 것이 요구된다.

또한, 종래, 팽창밸브의 밸브 개방도를 조정 가능한 공조기가 제안되어 있다. 예를 들면 특개소56-151858호 공보(특허 문헌 1)에는, 종래 기술로서, 밸브 개방도를 조정 가능한 팽창밸브로서의 냉동기용 과냉각(過冷却) 제어 장치가 개시되어 있다. 이 냉동기용 과냉각 제어 장치에서는, 응축기의 출구의 냉매 온도가 출구 배관에 부착된 감온통(感溫筒)에 의해 열적(熱的) 변화로서 검지된다. 이 열적 변화가 감온통에 봉입된 피가열 매체의 압력 변화로 변환된다. 이 압력 변화에 의해 다이어프램이 변위함으로써 다이어프램에 접속된 밸브체가 변위한다. 밸브체가 변위함으로써 밸브체와 밸브시트와의 간극이 조정된다. 이에 의해, 밸브의 조임량(絞リ量)이 조정된다.

특허문헌 1 : 일본국 특개소56?151858호 공보

그렇지만, 상기 공보에 기재된 냉동기용 과냉각 제어 장치에서는, 과냉각도를 일정하게 유지하도록 밸브의 조임량이 조정된다. 따라서 응축기의 출구의 냉매 온도가 높은 때에 밸브의 조임량이 커지고, 응축기의 출구의 냉매 온도가 낮은 때에 밸브의 조임량이 작아진다. 외기 온도와 응축 온도는 비례하기 때문에, 이 냉동기용 과냉각 제어 장치에서는, 외기 온도가 높은 때에 냉매 유량을 증가시킬 수가 없고, 외기 온도가 낮은 때에 냉매 유량을 감소시킬 수도 없다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 외기 온도가 높은 때에 공조기를 순환하는 냉매량을 증대시킬 수 있고, 외기 온도가 낮은 때에 공조기를 순환하는 냉매량을 감소시킬 수 있는 공조기를 제공하는 것이다.

본 발명의 공조기는, 압축기와, 응축기와, 팽창밸브와, 증발기와, 온도 검지부를 구비하고 있다. 압축기는, 냉매를 압축한다. 응축기는 압축기에 의해 압축된 냉매를 응축된다. 팽창밸브는, 응축기에 의해 응축된 냉매를 감압한다. 증발기는, 팽창밸브에 의해 감압된 냉매를 증발시킨다. 온도 검지부는, 응축기에 부착되고, 또한 응축기 내의 냉매의 온도를 검출한다. 팽창밸브는, 팽창밸브의 밸브 개방도를 조정함에 의해, 팽창밸브를 통과하는 냉매의 유량을 조정 가능하다. 온도 검지부에서 검출된 냉매의 온도가 상승하면 팽창밸브의 밸브 개방도가 증가하고, 온도 검지부에서 검출된 냉매의 온도가 저하하면 팽창밸브의 밸브 개방도가 감소한다.

본 발명의 공조기에 의하면, 온도 검지부는 응축기 내의 냉매의 온도를 검출한다. 그리고, 온도 검지부에서 검출된 냉매의 온도가 상승하면 팽창밸브의 밸브 개방도가 증가하고, 온도 검지부에서 검출된 냉매의 온도가 저하하면 팽창밸브의 밸브 개방도가 감소한다. 응축기 내의 냉매의 온도는 외기 온도에 비례한다. 따라서 외기 온도가 높으면 온도 검지부에서 검지된 냉매의 온도가 높아지고, 외기 온도가 낮으면 온도 검지부에서 검지된 냉매의 온도가 낮아진다. 이 때문에, 외기 온도가 높은 때에 팽창밸브의 밸브 개방도를 증가시킬 수 있고, 외기 온도가 낮은 때에 팽창밸브의 밸브 개방도를 감소시킬 수 있다. 이에 의해, 외기 온도가 높은 때에 공조기를 순환하는 냉매량을 증대시킬 수 있고, 외기 온도가 낮은 때에 공조기를 순환하는 냉매 유량을 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에서의 공조기의 냉동 사이클의 구조를 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에서의 공조기의 팽창밸브의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도.
도 3은 본 발명의 실시의 형태 1에서의 공조기의 팽창밸브의 동작을 설명하기 위한 단면도.
도 4는 냉방 부하와 외기 온도와의 관계를 도시하는 도면.
도 5는 필요 냉매 유량과 외기 온도와의 관계를 도시하는 도면.
도 6은 필요 Cv값과 외기 온도와의 관계를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 실시의 형태 1에서의 팽창밸브의 Cv값과 외기 온도와의 관계를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 실시의 형태 2에서의 공조기의 팽창밸브의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도.
도 9는 도 8의 P부를 도시하는 확대도로서, 제1 유로를 설명하기 위한 단면도.
도 10은 도 8의 P부를 도시하는 확대도로서, 제2 유로를 설명하기 위한 단면도.
도 11은 본 발명의 실시의 형태 2의 변형례에서의 팽창밸브의 제3 구멍을 냉매가 흐르는 상태를 설명하기 위한 단면도.
도 12는 본 발명의 실시의 형태 2의 변형례에서의 팽창밸브의 제3 구멍 및 제4 구멍을 냉매가 흐르는 상태를 설명하기 위한 단면도.
도 13은 본 발명의 실시의 형태 3에서의 공조기의 냉동 사이클의 구조를 개략적으로 도시하는 도면.

이하, 본 발명의 실시의 형태에 관해 도면에 의거하여 설명한다.

(실시의 형태 1)

도 1은, 본 발명의 실시의 형태 1에서의 공조기의 냉동 사이클의 구조도이다. 우선, 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시의 형태 1에서의 공조기(10)의 구성에 관해 설명한다.

본 실시의 형태의 공조기(10)는, 압축기(1)와, 응축기(2)와, 팽창밸브(3)와, 증발기(4)와, 응축기용 송풍기(5)와, 증발기용 송풍기(6)와, 온도 검지부(7)와, 관(管)(8)과, 배관(PI1∼PI4)을 주로 갖고 있다. 압축기(1)와, 응축기(2)와, 팽창밸브(3)와, 응축기용 송풍기(5)와, 온도 검지부(7)와, 관(8)은 실외기(11)에 수용되어 있다. 증발기(4)와, 증발기용 송풍기(6)는 실내기(12)에 수용되어 있다.

압축기(1)와, 응축기(2)와, 팽창밸브(3)와, 증발기(4)가 배관(PI1∼PI4)을 통하여 연통됨에 의해 냉동 사이클이 구성되어 있다. 구체적으로는, 압축기(1)와 응축기(2)는 서로 배관(PI1)으로 접속되어 있다. 응축기(2)와 팽창밸브(3)는 서로 배관(PI2)으로 접속되어 있다. 팽창밸브(3)와 증발기(4)는 서로 배관(PI3)으로 접속되어 있다. 증발기(4)와 압축기(1)는 서로 배관(PI4)으로 접속되어 있다. 냉동 사이클은, 압축기(1), 배관(PI1), 응축기(2), 배관(PI2), 팽창밸브(3), 배관(PI3), 증발기(4), 배관(PI4)의 순서로 냉매가 순환하도록 구성되어 있다. 냉매는, 예를 들면, R410a, R32, R1234yf 등을 사용하는 것이 가능하다.

압축기(1)는, 냉매를 압축하도록 구성되어 있다. 또한, 압축기(1)는 흡입한 냉매를 압축하여 토출하도록 구성되어 있다. 압축기(1)는 용량 가변(可變)으로 구성되어 있다. 본 실시의 형태의 압축기(1)는, 회전수를 가변으로 제어 가능하게 구성되어 있다. 구체적으로는, 압축기(1)는, 도시하지 않은 제어 장치로부터의 지시에 의거하여 구동 주파수가 변경됨에 의해, 압축기(1)의 회전수가 조정된다. 이에 의해, 압축기(1)의 용량이 변화한다. 이 압축기(1)의 용량은 단위시간당의 냉매를 송출하는 양이다. 즉, 압축기(1)는 고용량 운전 및 저용량 운전을 행할 수가 있다. 고용량 운전에서는, 압축기(1)의 구동 주파수를 높게 함에 의해 냉매 회로를 순환하는 냉매의 유량을 많게 하여 운전이 행하여진다. 저용량 운전에서는, 압축기(1)의 구동 주파수를 낮게 함에 의해 냉매 회로를 순환하는 냉매의 유량을 적게 하여 운전이 행하여진다.

응축기(2)는, 압축기(1)에 의해 압축된 냉매를 응축하도록 구성되어 있다. 응축기(2)는, 파이프와 핀으로 구성된 공기열교환기이다. 팽창밸브(3)는, 응축기(2)에 의해 응축된 냉매를 감압하도록 구성되어 있다. 팽창밸브(3)는, 팽창밸브(3)의 밸브 개방도를 조정함에 의해, 팽창밸브(3)를 통과하는 냉매의 유량을 조정 가능하게 구성되어 있다. 이 팽창밸브(3)를 통과하는 냉매의 유량은, 단위시간당의 유량이다. 증발기(4)는, 팽창밸브(3)에 의해 감압된 냉매를 증발시키도록 구성되어 있다. 증발기(4)는, 파이프와 핀으로 구성된 공기열교환기이다.

응축기용 송풍기(5)는, 응축기(2)에서의 실외의 공기와 냉매와의 열교환량을 조정하도록 구성되어 있다. 응축기용 송풍기(5)는 팬(5a)과 모터(5b)로 구성되어 있다. 모터(5b)는, 팬(5a)을 회전수 가변으로 회전시키도록 구성되어 있어도 좋다. 또한, 모터(5b)는 팬(5a)을 회전수 일정하게 회전시키도록 구성되어 있어도 좋다. 증발기용 송풍기(6)는, 증발기(4)에서의 실내의 공기와 냉매와의 열교환량을 조정하도록 구성되어 있다. 증발기용 송풍기(6)는, 팬(6a)과 모터(6b)로 구성되어 있다. 모터(6b)는, 팬(6a)을 회전수 가변으로 회전시키도록 구성되어 있어도 좋다. 또한, 모터(6b)는 팬(6a)을 회전수 일정하게 회전시키도록 구성되어 있어도 좋다.

온도 검지부(7)는, 응축기(2)에 부착되어 있다. 온도 검지부(7)는, 응축기(2) 내의 냉매의 온도를 검출하도록 구성되어 있다. 온도 검지부(7)는, 관(8)을 통하여 팽창밸브(3)에 접속되어 있다. 온도 검지부(7)에서 검출된 냉매의 온도가 상승하면 팽창밸브(3)의 밸브 개방도가 증가하고, 온도 검지부(7)에서 검출된 냉매의 온도가 저하하면 팽창밸브(3)의 밸브 개방도가 감소한다. 온도 검지부(7)는, 응축기(2) 내에서 냉매가 응축되어 액화하기 전의 상태의 냉매의 온도를 검출한다. 온도 검지부(7)는, 응축기(2)에서의 냉매의 응축 온도를 검지할 수 있는 개소에 마련되어 있다. 그때문에, 온도 검지부(7)는, 응축기(2)의 입구부분, 또는, 응축기(2)의 입구와 출구와의 중간부분에 마련되어 있어도 좋다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 본 실시의 형태에서의 팽창밸브(3) 및 온도 검지부(7)의 구체례의 구성에 관해 상세히 설명한다.

팽창밸브(3)는, 온도식(溫度式) 팽창밸브이다. 온도식 팽창밸브인 팽창밸브(3)는, 응축기(2) 내의 냉매의 온도 변화에 따라 밸브 개방도가 조정되도록 구성되어 있다. 온도 검지부(7)는, 감온통이다. 감온통인 온도 검지부(7)에는 냉매 사이클에 사용되는 냉매와 같은 성질을 갖는 냉매가 봉입되어 있다.

팽창밸브(3)는, 케이스(31)와, 다이어프램(32)과, 밸브체(33)와, 밸브시트(34)와, 스프링(35)을 갖고 있다. 케이스(31)의 내부를 구획하도록 케이스(31)의 내측에 다이어프램(32)이 부착되어 있다. 케이스(31)는, 다이어프램(32)으로 구획된 제1 실(S1)과, 제2 실(S2)을 갖고 있다.

제1 실(S1)에 관(8)이 삽입되어 있다. 제1 실(S1)은, 관(8)을 경유하여, 감온통인 온도 검지부(7)에 봉입된 냉매를 출입 가능하게 구성되어 있다. 즉, 감온통인 온도 검지부(7)에 봉입된 냉매는, 도 2 중 양화살표(A1)로 도시하는 바와 같이, 관(8)을 통과하여 제1 실(S1)을 출입한다.

제2 실(S2)에는, 밸브체(33)와, 밸브시트(34)와, 스프링(35)이 수용되어 있다. 제2 실(S2)은, 유입부(31a) 및 유출부(31b)를 갖고 있다. 유입부(31a)는 배관(PI2)에 접속되어 있다. 유출부(31b)는 배관(PI3)에 접속되어 있다. 제2 실(S2)은, 냉동 사이클을 흐르는 냉매가 배관(PI2)으로부터 유입부(31a)를 통과하여 제2 실(S2)에 유입하고, 유출부(31b)를 통과하여 배관(PI3)에 유출하도록 구성되어 있다. 즉, 도 2 중 화살표(A2)로 도시하는 바와 같이, 냉동 사이클을 흐르는 냉매는, 제2 실(S2)에 유입부(31a)로부터 유입하고, 유출부(31b)로부터 유출한다.

제1 실(S1)의 압력은, 감온통인 온도 검지부(7)에 봉입된 냉매의 압력이 된다. 제2 실(S2)의 압력은, 냉동 사이클을 흐르는 냉매의 압력이 된다. 다이어프램(32)은, 제1 실(S1)의 압력과 제2 실(S2)의 압력과의 차압에 의해 변형 가능하게 구성되어 있다.

밸브체(33)는, 제1 단(端)(E1)과, 제2 단(E2)과, 축부(33a)와, 테이퍼부(33b)를 갖고 있다. 제1 단(E1)은 다이어프램(32)에 접속되어 있다. 제2 단(E2)은 스프링(35)에 접속되어 있다. 밸브체(33)의 축방향으로 축부(33a) 및 테이퍼부(33b)가 연재되어 있다. 밸브체(33)의 축방향은, 도 2 중 화살표(A3)로 도시하는 바와 같이, 제1 단(E1)과 제2 단(E2)이 대향하는 방향이다.

축부(33a)는 제1 단(E1)을 갖고 있다. 테이퍼부(33b)는 제2 단(E2)을 갖고 있다. 축부(33a)는 축방향(A3)에서 제1 단(E1)과 반대측에서 테이퍼부(33b)에 접속되어 있다. 테이퍼부(33b)는, 축부(33a)로부터 제2 단(E2)을 향하여 단면적이 연속적으로 커지도록 구성되어 있다. 밸브체(33)는, 다이어프램(32)의 변형에 의해 축방향(A3)으로 이동하도록 구성되어 있다.

밸브체(33)의 테이퍼부(33b)와 밸브시트(34) 사이에 간극이 마련되어 있다. 팽창밸브(3)는, 다이어프램(32)의 변형에 의해 밸브체(33)가 축방향(A3)으로 이동함에 의해, 테이퍼부(33b)와 밸브시트(34) 사이의 간극의 크기가 연속적으로 변화하도록 구성되어 있다. 즉, 팽창밸브(3)는, 밸브체(33)의 축방향(A3)으로의 이동량에 비례하여 팽창밸브(3)의 조임량이 변화하도록 구성되어 있다.

구체적으로는, 팽창밸브(3)는, 밸브체(33)가 축방향(A3)에서 제1 단(E1)측으로 이동하면, 테이퍼부(33b)와 밸브시트(34) 사이의 간극이 작아지도록 구성되어 있다. 즉, 팽창밸브(3)는, 밸브체(33)가 축방향(A3)에서 제1 단(E1)측으로 이동하면, 팽창밸브(3)의 조임량이 커지도록 구성되어 있다. 다른 한편, 팽창밸브(3)는, 밸브체(33)가 축방향(A3)에서 제2 단(E2)측으로 이동하면, 테이퍼부(33b)와 밸브시트(34) 사이의 간극이 커지도록 구성되어 있다. 즉, 팽창밸브(3)는, 밸브체(33)가 축방향(A3)에서 제2 단(E2)측으로 이동하면, 팽창밸브(3)의 조임량이 작아지도록 구성되어 있다.

밸브시트(34)는, 케이스(31)의 내측에 부착되어 있다. 밸브시트(34)는, 유입부(31a)로부터 유출부(31b)에 이르는 유로에서, 유입부(31a)와 유출부(31b)의 사이에 배치되어 있다. 밸브시트(34)는, 밸브체(33)의 테이퍼부(33b)의 외측에 배치되어 있다.

스프링(35)은, 밸브체(33)의 제2 단(E2)과 케이스(31)의 저부에 접속되어 있다. 스프링(35)은 탄성력에 의해 밸브체(33)를 가세하도록 구성되어 있다.

다음에, 본 실시의 형태의 공조기(10)의 냉동 사이클 내의 냉매의 흐름에 관해 설명한다.

도 1을 참조하면, 압축기(1)에 유입한 냉매는 압축기(1)에 의해 압축되어 고온 고압 가스 냉매가 된다. 압축기(1)로부터 토출된 고온 고압 가스 냉매는, 배관(PI1)을 통과하여 방열기인 응축기(2)에 유입한다. 응축기(2)에 유입한 냉매는, 응축기(2)에서 공기와 열교환한다. 구체적으로는, 응축기(2)에서, 냉매는 공기 중으로의 방열에 의해 응축되고, 공기는 냉매에 의해 가열된다. 응축기(2)에서 응축된 고압 액냉매는, 배관(PI2)을 통과하여 팽창밸브(3)에 유입한다.

팽창밸브(3)에 유입한 냉매는, 팽창밸브(3)에서 감압되어 저압의 기액(氣液) 2상(相) 냉매가 된다. 팽창밸브(3)에서 감압된 냉매는, 배관(PI3)을 통과하여 증발기(4)에 유입한다. 증발기(4)에 유입한 냉매는, 증발기(4)에서 공기와 열교환한다. 구체적으로는, 증발기(4)에서, 공기는 냉매에 의해 냉각되어, 냉매는 저압 가스 냉매가 된다. 증발기(4)에서 감압되어 저압 가스가 된 냉매는, 배관(PI4)을 통과하여 압축기(1)에 유입한다. 압축기(1)에 유입한 냉매는, 재차 압축되어 가압되고 나서 압축기(1)로부터 토출된다.

계속해서, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 실시의 형태에서의 팽창밸브(3) 및 온도 검지부(7)의 구체례의 동작에 관해 상세히 설명한다.

다이어프램(32)은, 케이스(31)의 제1 실(S1)의 압력(감온통인 온도 검지부(7)의 내압)(A4)과 제2 실(S2)의 압력(응축기(2)에서 응축된 냉매의 압력)(A5)과의 차압에 의해 변형한다.

감온통인 온도 검지부(7)에 봉입된 냉매의 온도가 높아지면, 케이스(31)의 제1 실(S1)의 압력이 제2 실(S2)의 압력보다도 높아진다. 케이스(31)의 제1 실(S1)의 압력이 제2 실(S2)의 압력보다도 높아지면, 다이어프램(32)은 제2 실(S2)측으로 볼록형상 되도록 변형한다. 이 다이어프램(32)의 변형에 의해 밸브체(33)가 축방향(A3)에서 제2 단(E2)측으로 이동한다. 이 때문에, 테이퍼부(33b)와 밸브시트(34) 사이의 간극이 커진다. 즉, 팽창밸브(3)의 조임량이 작아진다. 이에 의해, 팽창밸브(3)를 흐르는 냉매량이 증가한다.

다른 한편, 감온통인 온도 검지부(7)에 봉입된 냉매의 온도가 낮아지면, 케이스(31)의 제1 실(S1)의 압력이 제2 실(S2)의 압력보다도 낮아진다. 케이스(31)의 제1 실(S1)의 압력이 제2 실(S2)의 압력보다도 낮아지면, 다이어프램(32)은 제1 실(S1)측으로 볼록형상 되도록 변형한다. 이 다이어프램(32)의 변형에 의해 밸브체(33)가 축방향(A3)에서 제1 단(E1)측으로 이동한다. 이 때문에, 테이퍼부(33b)와 밸브시트(34) 사이의 간극이 작아진다. 즉, 팽창밸브(3)의 조임량이 커진다. 이에 의해, 팽창밸브(3)를 흐르는 냉매량이 감소한다.

또한, 밸브체(33)의 축방향(A3)으로의 이동량은, 제1 실(S1)에 유입한 온도 검지부(7) 내에 봉입된 냉매의 압력과, 제2 실(S2)에 유입한 냉동 사이클 내의 냉매의 압력과, 밸브체(33)에 접속된 스프링(35)의 가세력(A6)에 의해 정하여진다.

다음에, 냉동 사이클의 운전 상태와 조임량의 관계에 관해 설명한다.

냉동 사이클에 필요하게 되는 냉각 능력은, 외기 온도에 의해 정하여진다. 이것은, 외기 온도가 높아지면, 외기 온도의 상승에 비례하여 실내 공기 온도가 상승하기 때문에, 보다 많은 냉각 능력이 필요해지기 때문이다. 따라서 도 4에 도시하는 바와 같이, 외기 온도와 냉각 능력(냉방 부하=필요 능력)은 비례 관계가 된다. 외기 온도의 상승과 응축 온도의 상승은 비례 관계에 있기 때문에, 도 4의 횡축을 응축 온도로 할 수 있다. 이 점에 관해서는, 도 5 및 도 6도 마찬가지이다.

또한, 냉각 능력은, 냉동 사이클에 흐르는 냉매 유량(Gr)에 비례한다. 이것은, 냉각 능력(Qe)이, 증발기의 입구와 출구에서의 냉매의 비(比)엔탈피차(差)(Δhe)를 이용하여, Qe=Gr×Δhe로 표시되는 것으로도 설명할 수 있다. 따라서 도 5에 도시하는 바와 같이, 외기 온도와 순환 유량(필요 냉매 유량)은 비례 관계가 된다.

또한, 온도식 팽창밸브에서 필요하게 되는 조임량은, 유량계수(流量係數)(Cv값)로 나타낼 수 있다. 이 Cv는, 냉매 순환 유량(Gr), 응축 압력(P1), 증발 압력(P2), 팽창밸브 입구의 냉매 밀도(ρl)를 이용하여, 다음 식(1)로 표시된다.

[수식 1]

식(1)에 표시하는 바와 같이, 냉매 유량과 Cv값은 비례 관계에 있다. 따라서 도 6에 도시하는 바와 같이, 냉매 유량과 Cv값(필요 Cv값)은 비례 관계가 된다.

본 실시의 형태의 공조기(10)에서는, 온도 검지부(7)에서 검출된 냉매의 온도가 상승하면 팽창밸브(3)의 유량계수는 증가하고, 온도 검지부(7)에서 검출된 냉매의 온도가 저하하면 팽창밸브(3)의 유량계수는 감소한다.

다음에, 본 실시의 형태의 작용 효과에 관해 설명한다.

본 실시의 형태의 공조기(10)에 의하면, 온도 검지부(7)는 응축기(2) 내의 냉매의 온도를 검출한다. 그리고, 온도 검지부(7)에서 검출된 냉매의 온도가 상승하면 팽창밸브(3)의 밸브 개방도가 증가하고, 온도 검지부(7)에서 검출된 냉매의 온도가 저하하면 팽창밸브(3)의 밸브 개방도가 감소한다. 응축기(2) 내의 냉매의 온도는 외기 온도에 비례한다. 따라서 외기 온도가 높으면 온도 검지부(7)에서 검지된 냉매의 온도가 높아지고, 외기 온도가 낮으면 온도 검지부(7)에서 검지된 냉매의 온도가 낮아진다. 이 때문에, 외기 온도가 높은 때에 팽창밸브(3)의 밸브 개방도를 증가시킬 수 있고, 외기 온도가 낮은 때에 팽창밸브(3)의 밸브 개방도를 감소시킬 수 있다. 이에 의해, 외기 온도가 높은 때에 공조기(10)를 순환하는 냉매량을 증대시킬 수 있고, 외기 온도가 낮은 때에 공조기(10)를 순환하는 냉매 유량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 공조기(10)의 냉방 운전에서, 외기 온도에 맞추어서 공조기(10)를 순환하는 냉매 유량을 적절하게 조정할 수 있다.

또한, 본 실시의 형태의 공조기(10)에서는, 응축기(2) 내의 냉매의 온도에 응하여 팽창밸브(3)의 조임량을 변화시킬 수 있다. 이 때문에, 팽창밸브로서 조임량이 고정된 캐필러리가 사용되는 경우에 비하여, 압축기(1)의 냉매의 토출 온도의 상승을 억제할 수 있다. 따라서 압축기(1)의 냉매의 토출 온도의 상승에 의한 압축기(1)의 고장을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시의 형태의 공조기(10)에서는, 응축기(2) 내의 냉매의 온도에 응하여 팽창밸브(3)의 조임량을 변화시킬 수 있다. 그때문에, 증발기(4)의 출구의 냉매 온도와 증발기(4)의 내부의 냉매 온도와의 차로 구하여지는 과열도를 1K∼5K 정도로 조정함에 의해, 증발기(4)의 출구의 냉매를 포화 가스에 가까운 상태로 제어할 수 있다. 따라서 압축기(1)에 흡입되는 냉매를 포화 가스에 가까운 상태로 제어할 수 있다. 이 때문에, 팽창밸브로서 조임량이 고정된 캐필러리가 사용되는 경우에 비하여, 압축기(1)의 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시의 형태의 공조기(10)에서는, 응축기(2) 내의 냉매의 온도에 응하여 팽창밸브(3)의 조임량을 변화시킬 수 있다. 이 때문에, 응축기(2)의 출구의 과냉각도를 확보할 수 있다. 따라서 팽창밸브(3)의 입구에 기상(氣相)이 유입함으로써 생기는 소음을 저감시킬 수 있다.

또한, 본 실시의 형태의 공조기(10)에서는, 응축기(2) 내의 냉매의 온도에 응하여 팽창밸브(3)의 조임량을 변화시킬 수 있다. 이 때문에, 응축기(2)의 고압을 제어할 수 있다. 따라서 응축기(2)의 고압을 제어하기 때문에, 응축기용 송풍기(5)의 팬(5a)의 회전수를 가변으로 할 필요가 없다. 따라서, 응축기용 송풍기(5)로서, 팬(5a)의 회전수가 일정한 일정속기(一定速機)를 사용할 수 있다.

또한, 토출 온도가 높은 냉매(예를 들면, R410a, R32, R1234yf 등)가 사용되는 경우, 온도 검지부(7)가 증발기(4)의 출구에 부착되면, 과열도를 일정하게 유지하기 때문에, 과부하 조건과 같은 토출 온도가 높아지는 조건에서 온도를 내릴 수가 없다. 이에 대해, 본 실시의 형태의 공조기(10)에서는, 온도 검지부(7)가 응축기(2)에 부착되어 있어서, 압축기(1)에 흡입되는 냉매를 기액 2상으로 운전하는 것이 가능하기 때문에, 토출 온도를 내릴 수 있다. 이 결과, 상기한 토출 온도가 높은 냉매가 사용되는 경우에도, 압축기(1)의 고장을 막을 수 있다.

본 실시의 형태의 공조기(10)에서는, 팽창밸브(3)는 온도식 팽창밸브이고, 온도 검지부(7)는 감온통이다. 이 때문에, 팽창밸브(3)로서 온도식 팽창밸브를 사용할 수 있고, 온도 검지부(7)로서 감온통을 사용할 수 있다. 따라서 전자식 팽창밸브를 사용하는 경우에 비하여, 공조기(10)의 사이즈 및 비용을 저감할 수 있다. 즉, 전자식 팽창밸브를 사용하는 경우에는, 전자식 팽창밸브를 구동시키기 위한 전자 기판(基板)이 필요하기 때문에, 전자 기판을 설치할 스페이스를 확보할 필요가 있다. 이 때문에, 공조기(10)의 사이즈가 커진다. 또한, 전자식 팽창밸브의 구동용의 액추에이터 등이 필요하기 때문에, 공조기(10)의 비용이 증가한다. 이에 대해, 본 실시의 형태의 공조기(10)에서는, 팽창밸브(3)로서 온도식 팽창밸브를 사용할 수 있고, 온도 검지부(7)로서 감온통을 사용할 수 있기 때문에, 전자식 팽창밸브를 사용하는 경우에 비하여, 공조기(10)의 사이즈 및 비용을 저감할 수 있다.

본 실시의 형태의 공조기(10)에서는, 압축기(1)는, 회전수를 가변으로 제어 가능하다. 이 때문에, 압축기(1)의 회전수를 가변으로 제어함에 의해, 냉각 능력을 변화시킬 수 있다. 따라서 압축기(1)의 회전수를 가변으로 제어하여 냉각 능력을 변화시킨 상태에서, 외기 온도가 높은 때에 공조기(10)를 순환하는 냉매량을 증대시킬 수 있고, 외기 온도가 낮은 때에 공조기(10)를 순환하는 냉매 유량을 감소시킬 수 있다.

본 실시의 형태의 공조기(10)에서는, 온도 검지부(7)에서 검출된 냉매의 온도가 상승하면 팽창밸브(3)의 유량계수는 증가하고, 온도 검지부(7)에서 검출된 냉매의 온도가 저하하면 팽창밸브(3)의 유량계수는 감소한다. 이 때문에, 유량계수의 변화에 의해 팽창밸브(3)를 조정할 수 있다.

본 실시의 형태의 공조기(10)에서는, 온도 검지부(7)는, 응축기(2) 내에서 냉매가 응축되어 액화하기 전의 상태의 냉매의 온도를 검출한다. 이 때문에, 외기 온도에 비례한 냉매의 온도를 정확하게 검출할 수 있다. 따라서 공조기(10)를 순환하는 냉매 유량을 외기 온도에 정확하게 맞추어서 조정할 수 있다.

(실시의 형태 2)

이하, 특히 설명하지 않는 한, 실시의 형태 1과 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 반복하지 않는다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시의 형태 2에서는, 상기한 실시의 형태 1과 비교하여, 팽창밸브(3)의 구성이 다르다.

실시의 형태 1에서는, 온도 검지부(7)에서 검출된 냉매의 온도와 유량계수(Cv값)가 선형(線形)이 되는 팽창밸브(3)이 사용되었다. 실시의 형태 2의 팽창밸브(3)는, 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 소정의 위치까지 밸브체(33)가 이동하면, 유량계수(Cv값)가 단계적으로 변화하도록 구성되어 있다.

본 실시의 형태의 팽창밸브(3)에서는, 밸브체(33)는, 축부(33a)와, 관형상부(管狀部)(33c)를 갖고 있다. 관형상부(33c)는, 주벽(周壁)과, 주벽으로 둘러싸여진 내부 공간과, 주벽에 마련된 제1 구멍(H1) 및 제2 구멍(H2)을 갖고 있다. 제2 구멍(H2)은, 제1 구멍(H1)보다도 작은 개구면적을 갖고 있다. 제1 구멍(H1) 및 제2 구멍(H2)은 내부 공간에 연통하고 있다. 밸브시트(34)는, 관형상부(33c)의 내부 공간에 제2 단(E2)으로부터 삽입되어 있다. 밸브시트(34)는 축방향(A3)으로 연재되어 있다. 팽창밸브(3)는, 냉매가 유입부(31a)로부터 제1 구멍(H1) 및 제2 구멍(H2)의 어느 하나를 통과하여 유출부(31b)에 흐르도록 구성되어 있다. 스프링(35)은 제1 스프링(35a) 및 제2 스프링(35b)을 갖고 있다. 제1 스프링(35a) 및 제2 스프링(35b)은, 밸브체(33)의 제2 단(E2)과 밸브시트(34)의 저부에 접속되어 있다.

도 8∼도 10을 참조하면, 팽창밸브(3)는, 제1 유로(F1)와, 제2 유로(F2)를 갖고 있다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 제1 유로(F1)는, 유입부(31a)로부터 제1 구멍(H1)을 통과하여 유출부(31b)에 이르는 유로이다. 제1 유로(F1)는, 냉매 유량이 커지고, 유량계수(Cv값)가 커진다. 도 8 및 도 10을 참조하면, 제2 유로(F2)는, 유입부(31a)로부터 제2 구멍(H2)을 통과하여 유출부(31b)에 이르는 유로이다. 제2 유로(F2)는, 제1 유로(F1)보다도 작은 유량을 갖는다. 제2 유로(F2)는, 냉매 유량이 작아지고, 유량계수(Cv값)가 작아진다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 팽창밸브(3)는, 온도 검지부(7)에서 검출된 냉매의 온도가 상승하면 제1 유로(F1)로 전환되고, 온도 검지부(7)에서 검출된 냉매의 온도가 저하하면 제2 유로(F2)로 전환된다. 구체적으로는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 소정의 온도(A)(예를 들면, ISO 규격에 의거한 외기 온도 35℃)에서 제1 유로(F1)와 제2 유로(F2)가 전환된다.

본 실시의 형태의 공조기(10)에서는, 팽창밸브(3)는, 온도 검지부(7)에서 검출된 냉매의 온도가 상승하면 제1 유로(F1)로 전환되고, 온도 검지부(7)에서 검출된 냉매의 온도가 저하하면 제2 유로(F2)로 전환된다. 이 때문에, 온도 검지부(7)에서 검출된 냉매의 온도에 의거하여 제1 유로(F1)와 제2 유로(F2)를 전환할 수 있다.

또한, 본 실시의 형태의 공조기(10)에서는, 예를 들면 토출 온도가 압축기(1)의 상한 온도를 초과하는 외기 온도, 또는 응축 온도가 된 경우에 유량계수(Cv값)를 크게 하는 것이 가능하기 때문에, 압축기(1)의 입구에서 냉매를 기액 2상의 상태로 운전하는 것이 가능하다. 이 때문에, 토출 온도가 감소하기 때문에, 안전하게 운전하는 것이 가능하다.

또한, 본 실시의 형태의 공조기(10)에서는, 밸브체(33)는 통상의 밸브체에 비하여 가공이 용이하기 때문에, 팽창밸브(3)의 비용을 저감할 수 있다. 따라서 공조기(10)의 비용도 저감할 수 있다.

또한, 통상의 공조기에는, 응축 온도를 컨트롤하기 위해, 응축기용 송풍기의 팬의 회전수를 변경할 수 있는 기구가 마련되어 있다. 예를 들면, DC 팬이 탑재되어 있다. 통상, 토출 온도가 상승하여 온 경우, 압축기를 보호하기 위해 응축기용 송풍기의 팬의 회전수를 올려서 응축 온도를 내리는 운전이 행하여진다. 이에 대해, 본 실시의 형태에서는, 토출 온도가 상승하여 온 경우에 유량계수(Cv값)를 올린 운전을 행하는 것이 가능하기 때문에, 압축기(1)의 입구의 냉매가 기액 2상의 상태가 되고, 토출 온도가 저하한다. 이 때문에, 응축기용 송풍기(5)의 보호 동작을 팽창밸브(3)에서 보충하는 것이 가능하다. 따라서, 응축기용 송풍기(5)의 팬(5a)의 회전수가 일정속인 경우에 본 실시의 형태의 공조기(10)는 유용하다.

또한, 밸브체(33) 및 밸브시트(34)는, 상기한 구성으로 한하지 않고, 유로를 변경하여 유량계수(Cv값)를 변화시키도록 구성되어 있으면 된다. 도 11 및 도 12를 참조하여, 본 실시의 형태의 변형례에 관해 설명한다. 이 변형례에서는, 밸브체(33)는, 제3 구멍(H3)과, 제4 구멍(H4)을 갖고 있다. 제3 구멍(H3)은 밸브체(33)의 상부에 마련되어 있다. 제3 구멍(H3)은, 냉매가 항상 유통 가능하게 구성되어 있다. 제3 구멍(H3)만을 냉매가 흐르는 경우에는, 냉매 유량이 작아지고, 유량계수(Cv값)가 작아진다. 제4 구멍(H4)은 밸브체(33)의 측부에 마련되어 있다. 제4 구멍(H4)은 밸브체(33)가 내려간 때에 냉매가 유통되도록 구성되어 있다. 제3 구멍(H3)에 더하여 제4 구멍(H4)을 냉매가 흐르는 경우에는, 냉매 유량이 커지고, 유량계수(Cv값)가 커진다.

(실시의 형태 3)

도 13을 참조하면, 본 발명의 실시의 형태 3의 공조기(10)는, 상기한 실시의 형태 1의 공조기(10)에 비하여, 캐필러리(9)를 갖고 있는 점에서 다르다.

본 실시의 형태의 공조기(10)는, 캐필러리(9)를 또한 구비하고 있다. 캐필러리(9)는, 팽창밸브(3)와 증발기(4)에 접속되어 있다. 이 때문에, 캐필러리(9)에 의해 냉매를 응축할 수 있다.

팽창밸브(3)의 뒤에 캐필러리(9)가 배치되어 있기 때문에, 팽창밸브(3)가 고장난 경우에도 캐필러리(9)에 의해 최저한의 조임량을 확보할 수 있다. 예를 들면, 필요하게 되어 있는 유량계수(Cv값)는 작음에도 불고하고, 팽창밸브(3)가 고장나서 유량계수(Cv값)가 큰 곳에서 고정된 경우, 보다 많은 냉매 유량이 유통되기 때문에, 압축기(1)의 입구에서 냉매가 기액 2상의 상태가 된다. 본 실시의 형태에서는, 팽창밸브(3)의 뒤에 캐필러리(9)가 마련되어 있기 때문에, 캐필러리(9)에 의해 최저한 조여진 상태에서 운전하는 것이 가능하다. 따라서, 팽창밸브(3)가 고장난 경우에도, 압축기(1)의 안전성을 확보할 수 있다.

이번 개시된 실시의 형태는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 할 것이다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 청구의 범위에 의해 나타나고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1 : 압축기
2 : 응축기
3 : 팽창밸브
4 : 증발기
5 : 응축기용 송풍기
6 : 증발기용 송풍기
7 : 온도 검지부
8 : 관
9 : 캐필러리
10 : 공조기
11 : 실외기
12 : 실내기
31 : 케이스
31a : 유입부
31b : 유출부
32 : 다이어프램
33 : 밸브체
33a : 축부
33b : 테이퍼부
33c : 관형상부
34 : 밸브시트
35 : 스프링
F1 : 제1 유로
F2 : 제2 유로

Claims

냉매를 압축하는 압축기와,
상기 압축기에 의해 압축된 상기 냉매를 응축하는 응축기와,
상기 응축기에 의해 응축된 상기 냉매를 감압하는 팽창밸브와,
상기 팽창밸브에 의해 감압된 상기 냉매를 증발시키는 증발기와,
상기 응축기에 부착되고, 또한 상기 응축기 내의 상기 냉매의 온도를 검출하는 온도 검지부를 구비하고,
상기 팽창밸브는, 상기 팽창밸브의 밸브 개방도를 조정함에 의해, 상기 팽창밸브를 통과하는 냉매의 유량을 조정 가능하고,
상기 온도 검지부에서 검출된 상기 냉매의 온도가 상승하면 상기 팽창밸브의 밸브 개방도가 증가하고, 상기 온도 검지부에서 검출된 상기 냉매의 온도가 저하하면 상기 팽창밸브의 밸브 개방도가 감소하는 것을 특징으로 하는 공조기.
제1항에 있어서,
상기 팽창밸브는, 온도식 팽창밸브이고,
상기 온도 검지부는, 감온통인 것을 특징으로 하는 공조기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 압축기는, 회전수를 가변으로 제어 가능한 것을 특징으로 하는 공조기.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 온도 검지부에서 검출된 상기 냉매의 온도가 상승하면 상기 팽창밸브의 유량계수는 증가하고, 상기 온도 검지부에서 검출된 상기 냉매의 온도가 저하하면 상기 팽창밸브의 유량계수는 감소하는 것을 특징으로 하는 공조기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 팽창밸브는, 제1 유로와, 상기 제1 유로보다도 작은 유량을 갖는 제2 유로를 포함하고,
상기 팽창밸브는, 상기 온도 검지부에서 검출된 상기 냉매의 온도가 상승하면 상기 제1 유로로 전환되고, 상기 온도 검지부에서 검출된 상기 냉매의 온도가 저하하면 상기 제2 유로로 전환되는 것을 특징으로 하는 공조기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
캐필러리를 또한 구비하고,
상기 캐필러리는, 상기 팽창밸브와 상기 증발기에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 공조기.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 온도 검지부는, 상기 응축기 내에서 상기 냉매가 응축되어 액화하기 전의 상태의 상기 냉매의 온도를 검출하는 것을 특징으로 하는 공조기.