KR102253932B1 - 공기 조화기 - Google Patents

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KR102253932B1
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미키히토 도쿠지
겐 야스다
다카노리 이소가와
가즈히로 츠치하시
히로유키 오기스
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히타치 존슨 컨트롤즈 쿠쵸 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 공기 조화기(1)는, 압축기(11, 12), 열원측 열 교환기(13), 제1 팽창 밸브(15) 및 이용측 열 교환기(16)를 포함하여 냉매가 흐르는 주 냉매 회로(4)와, 주 냉매 회로(4)로부터 분기된 냉매가 흐르는 냉각 부재(41, 42)가 마련되고, 주 냉매 회로(4)로부터 분기된 냉매가 흐르는 부 냉매 회로(5)와, 냉각 부재(41, 42)에 의해 냉각되는 발열체(31, 32)를 구비하고, 부 냉매 회로(5)의 냉각 부재(41, 42)에, 압축기(11, 12)로부터 토출한 냉매의 일부를 흐르게 하는 배관이 접속되어 있다.

Description

공기 조화기
본 발명은, 공기 조화기에 관한 것이다.
종래, 냉매가 순환하여 증기 압축식의 냉동 사이클을 행하는 공기 조화기에서는 압축기의 운전 상태를 제어하기 위해서, 압축기의 회전 속도를 제어하는 인버터 회로 등의 전기 회로가 탑재된다. 일반적으로 인버터 회로에는, 전원의 제어나 공급에 의해 고열을 발생하는 파워 소자가 사용된다.
종래의 공기 조화기에서는, 파워 소자가 동작 가능한 온도보다도 고온이 되지 않도록, 파워 소자를 냉각하는 수단이 마련되어 있다. 이 냉각 수단의 일례로서, 냉매 회로를 흐르는 냉매에 의해 파워 소자를 냉각하는 냉매 냉각 기술이 제시되어 있다.
특허문헌 1에서는, 「압축기(32), 열원측 열 교환기(30), 제1 팽창 밸브(34) 및 이용측 열 교환기(20)를 포함하여 냉매가 흐르는 주 냉매 회로(11)」와, 「상기 주 냉매 회로(11)로부터 분기된 냉매가 흐르는 분기 냉매 회로(12)」를 구비하고, 「상기 분기 냉매 회로(12)에 마련되어 상기 냉각부(53)로 흐르는 냉매를 팽창시키는 제2 팽창 밸브(61, 62)와, 상기 제2 팽창 밸브(61, 62)를 제어하는 제어부(60)를 더 구비함」으로써, 「냉각부(53)의 냉각 능력을 제어할 수 있고, 전장품(50a 내지 50d)(첨부 도 4)의 온도를 적절하게 조정할 수 있는」 것이 기재되어 있다.
특허문헌 2에서는, 「복수대의 압축기(23A, 23B)가 구비되고, 각 압축기(23A, 23B)마다 파워 기판(35A, 35B) 및 냉각부(37A, 37B)가 마련되어 있는 경우에, 냉매 조절 기구가, 각 압축기(23A, 23B)의 동작 또는 성능에 따라, 당해 각 압축기(23A, 23B)의 파워 기판(35A, 35B)에 대응하는 각각의 냉각부(37A, 371B)에 공급되는 냉매의 양을 조절함」으로써, 「냉매 회로(18)를 흐르는 냉매에 의한 전장 부품(35A, 35B)의 냉각을 보다 효율적으로 행하는 것이 가능해지는」 것이 기재되어 있다.
일본 특허 공개 제2006-170469호 공공(도 1, 도 4 등) 일본 특허 공개 제2011-117677호 공보(도 1 등)
그런데, 파워 소자를 냉각하는 냉매의 온도가 너무 낮아지면, 파워 소자의 표면이나 그 주변부의 온도가 주위 공기의 노점 온도보다도 낮아져, 파워 소자의 표면이나 그 주변부에 있어서 결로가 발생할 우려가 있다.
그러나, 특허문헌 2에서 개시된 구조, 즉 냉각부에 의해 복수의 파워 소자가 냉각되는 경우, 운전 중의 압축기에 대응하는 파워 소자는 발열하는 반면, 정지 중의 압축기에 대응하는 파워 소자는 발열하지 않는다. 이러한 경우라도 모든 파워 소자가 냉각부에 의해 냉각되므로, 정지 중의 압축기에 대응하는 파워 소자 및 그 주변부가 노점 이하가 되어, 결로가 발생할 가능성이 있다.
또한, 특허문헌 1에서 개시된 구조, 즉 분기 냉매 회로에 팽창 밸브를 마련하여 냉각부의 냉각 능력을 제어한 경우에도, 모든 파워 소자가 냉각부에 의해 냉각되므로, 정지 중의 압축기에 대응하는 파워 소자 및 그 주변부가 노점 이하가 되어, 결로가 발생할 가능성이 있다.
본 발명은 상기 실상에 감안해 창안된 것이며, 발열체 및 그 주변부에 있어서의 결로의 발생을 억제할 수 있는 공기 조화기의 제공을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 제1 본 발명의 공기 조화기는, 압축기, 열원측 열 교환기, 제1 팽창 밸브 및 이용측 열 교환기를 포함하여 냉매가 흐르는 주 냉매 회로와, 상기 주 냉매 회로로부터 분기된 냉매가 흐르는 냉각 부재가 마련되고, 상기 주 냉매 회로로부터 분기된 냉매가 흐르는 부 냉매 회로와, 상기 냉각 부재에 의해 냉각되는 발열체를 구비하고, 상기 부 냉매 회로의 상기 냉각 부재에, 상기 압축기로부터 토출한 냉매의 일부를 흐르게 하는 배관이 접속되어 있다.
제2 본 발명의 공기 조화기는, 압축기, 열원측 열 교환기, 제1 팽창 밸브 및 이용측 열 교환기를 포함하여 냉매가 흐르는 주 냉매 회로와, 상기 주 냉매 회로로부터 분기된 냉매가 흐르는 냉각 부재가 마련되고, 상기 주 냉매 회로로부터 분기된 냉매가 흐르는 부 냉매 회로와, 상기 냉각 부재에 의해 냉각되는 발열체와, 상기 압축기로부터 토출한 냉매의 일부를 상기 냉각 부재에 흐르게 하는 배관을 구비하고, 상기 배관은 상기 주 냉매 회로에 접속되어 있다.
본 발명에 따르면, 냉매 회로를 흐르는 냉매에 의해 복수의 발열체를 냉각하는 냉각기를 구비하는 공기 조화기에 있어서, 복수의 발열체 가운데 정지 중의 기기에 대응하는 발열체 및 그 주변부에 있어서 결로가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
도 1a는, 제1 실시 형태에 따른 공기 조화기의 냉동 사이클을 도시하는 도면.
도 1b는, 제1 실시 형태에 따른 열원측 열 교환기가 물과 냉매 사이에서 열 교환하는 열 교환기인 경우를 도시하는 도면.
도 2a는, 인버터 장치의 일부의 정면도.
도 2b는, 인버터 장치의 일부의 A 방향 화살표도.
도 3은, 공기 조화기의 제어계를 도시하는 도면.
도 4는, 제1 실시 형태의 공기 조화기의 제어 플로우를 도시하는 도면.
도 5는, 제2 실시 형태의 공기 조화기의 제어 흐름도를 도시하는 도면.
도 6은, 제3 실시 형태에 따른 공기 조화기의 냉동 사이클의 일례를 도시하는 도면.
도 7은, 제3 실시 형태에 따른 공기 조화기의 냉동 사이클의 다른 예를 도시하는 도면.
도 8은, 제4 실시 형태에 따른 공기 조화기의 냉동 사이클의 일례를 도시하는 도면.
도 9a는, 제1 실시 형태의 냉각 부재의 변형예 1을 도시하는 개략도.
도 9b는, 제1 실시 형태의 냉각 부재의 변형예 2를 도시하는 개략도.
도 9c는, 제1 실시 형태의 냉각 부재의 변형예 3을 도시하는 개략도.
도 9d는, 제1 실시 형태의 냉각 부재의 변형예 4를 도시하는 개략도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다. 이하에서 특별히 정함 없이 냉매 또는 냉동 사이클이라고 칭하는 경우, 냉각 또는 가열, 또는 그 양쪽에서 사용 가능한 냉매 또는 냉동 사이클을 가리키는 것으로 한다.
<<제1 실시 형태>>
도 1a는, 제1 실시 형태에 따른 공기 조화기(1)의 냉동 사이클을 도시하는 도면이다. 도 1b는, 제1 실시 형태에 따른 열원측 열 교환기(13)가 물과 냉매 사이에서 열 교환하는 열 교환기인 경우를 도시하는 도면이다.
도 1a에 나타내는 제1 실시 형태에 따른 공기 조화기(1)는, 열을 공급하는 열원 유닛(2)(예를 들어 실외기)과, 당해 열을 사용하여 냉난방을 행하는 이용 유닛(3)(예를 들어 실내기)을 포함하여 구성되어 있다. 열원 유닛(2)과 이용 유닛(3)은 냉매 배관(1L, 1V)을 통해서 접속되어 있다. 열원 유닛(2) 및 이용 유닛(3)의 대수는 각각 1대씩에는 한정되지 않고, 복수대여도 된다.
이용 유닛(3)은, 이용 유닛(3)측의 감압 장치인 이용측 팽창 밸브(17), 이용측 열 교환기(16), 및 송풍기(18)를 포함하여 이루어진다. 송풍기(18)는, 이용측 열 교환기(16)의 공기와의 열 교환을 촉진하기 위하여 이용측 열 교환기(16)로 공기를 보낸다.
열원 유닛(2)은, 주 냉매 회로(4), 분기 냉매 회로(부 냉매 회로)(5) 및 토출 가스 분기 냉매 회로(배관)(6)를 갖고 있다.
주 냉매 회로(4)는, 공기 조화기(1)가 냉난방 등을 행하기 위한 주요한 회로이다.
분기 냉매 회로(5)는, 공기 조화기(1)의 제어에 사용하는 파워 소자(발열체)(31, 32)를 냉각하기 위하여 저온의 냉매가 흐르는 회로이다.
토출 가스 분기 냉매 회로(6)는, 파워 소자(31, 32)의 결로를 억제하기 위해서, 고온의 냉매가 흐르는 회로이다.
<주 냉매 회로(4)>
주 냉매 회로(4)는, 열원 유닛(2)의 주요 구성 요소가 접속되는 회로이다.
주 냉매 회로(4)는, 제1 압축기(11), 제2 압축기(12), 냉방 운전 시와 난방 운전 시로 냉매의 유로 방향을 전환하는 역할을 하는 사방 밸브(20), 가스측 폐쇄 밸브(21), 액측 폐쇄 밸브(22), 열원측 열 교환기(13) 및 열원 유닛(2)측의 감압 장치인 제1 팽창 밸브(15)를 포함하고 있다.
여기서, 열원 유닛(2)은, 열원측 열 교환기(13)가, 공기와 주 냉매 회로(4)를 흐르는 냉매 사이에서 열 교환하는 열 교환기인 경우에는, 열원측 열 교환기(13)에 열 교환을 촉진하기 위하여 공기를 보내는 송풍기(14)를 포함한다.
또한, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 열원측 열 교환기(13)가 물과 냉매 사이에서 열 교환하는 열 교환기인 경우에는, 송풍기(14)는 생략할 수 있다.
<냉방 운전>
공기 조화기(1)의 냉방 운전에서는, 제1·제2 압축기(11, 12)로부터 토출된 냉매는, 사방 밸브(20)를 통하여 열원측 열 교환기(13)에 유입되고, 열 교환에 의해 공기 또는 물로 방열하여 응축된다. 제1·제2 압축기(11, 12)로부터 토출된 고압의 가스 냉매는, 열원측 열 교환기(13)에서의 열 교환에 의해 고압의 액냉매가 된다. 고압의 액냉매는, 제1 팽창 밸브(15)를 통과할 때에 제1 팽창 밸브(15)의 개방도에 따라서 감압된다.
즉, 제1 팽창 밸브(15)의 개방도가 크면 적게 감압되고, 제1 팽창 밸브(15)의 개방도가 작으면 크게 감압된다. 또한, 냉방 운전 시에는, 제1 팽창 밸브(15)는 완전 개방 상태로 되는 경우도 있다. 제1 팽창 밸브(15)에 의해 감압된 액냉매는, 액측 폐쇄 밸브(22) 및 냉매 배관(1L)을 경유하여, 이용 유닛(3)에 보내진다.
이용 유닛(3)에 보내진 저압의 액냉매(또는 기액 2상 상태의 냉매)는, 이용측 팽창 밸브(17)를 통과할 때에 더 감압되어, 이용측 열 교환기(16)에 보내진다. 이용측 열 교환기(16)에 보내진 저압의 기액 2상 상태의 냉매는, 실내 공기와 열 교환을 행함으로써 흡열하여 냉방이 행해지고, 증발하여 저압의 가스 냉매가 된다. 저압의 가스 냉매는, 냉매 배관(1V)을 경유하여 열원 유닛(2)에 보내지고, 가스측 폐쇄 밸브(21) 및 사방 밸브(20)를 경유하여, 제1·제2 압축기(11, 12)에 흡입된다.
<난방 운전>
공기 조화기(1)의 난방 운전에서는, 제1·제2 압축기(11, 12)로부터 토출된 냉매는, 사방 밸브(20), 가스측 폐쇄 밸브(21) 및 냉매 배관(1V)을 경유하여 이용 유닛(3)에 보내진다. 이용 유닛(3)에 보내진 고압의 가스 냉매는, 이용측 열 교환기(16)에 있어서, 외부의 실내 공기와 열 교환하여 방열하고, 난방이 행하여진다. 이용측 열 교환기(16)에서의 열 교환에 의해, 고압의 가스 냉매는 방열하여 응축하여 고압의 액냉매가 된다. 고압의 액냉매는, 이용측 팽창 밸브(17)를 통과할 때에, 이용측 팽창 밸브(17)의 개방도에 따라서 감압된다. 또한, 이용측 팽창 밸브(17)는 완전 개방 상태로 되는 경우도 있다.
이용측 팽창 밸브(17)를 통과한 냉매는, 냉매 배관(1L)을 경유하여 열원 유닛(2)에 보내진다. 열원 유닛(2)에 보내진 액냉매는, 액측 폐쇄 밸브(22)를 경유하여 제1 팽창 밸브(15)를 통과할 때에 개방도에 따라서 더 감압되어, 열원측 열 교환기(13)에 유입된다. 열원측 열 교환기(13)에 유입된 저압의 기액 2상 상태의 냉매는, 외부의 공기 또는 물로부터 흡열하여 증발한다. 이에 의해, 저압의 기액 2상 상태의 냉매는 저압의 가스 냉매가 된다. 열원측 열 교환기(13)로부터 유출한 저압의 가스 냉매는, 사방 밸브(20)를 경유하여 제1·제2 압축기(11, 12)에 흡입된다.
<분기 냉매 회로(5)>
분기 냉매 회로(5)는, 주 냉매 회로(4)로부터 분기된 냉매가 흐르는 회로이다. 분기 냉매 회로(5)는, 발열하는 파워 소자(31, 32)를 냉각한다.
분기 냉매 회로(5)는, 주 냉매 회로(4)의 열원측 열 교환기(13)와 제1 팽창 밸브(15) 사이에서, 제1 팽창 밸브(15)와 액측 폐쇄 밸브(22) 사이까지의 부분에, 주 냉매 회로(4)와 병렬로 마련되어 있다. 분기 냉매 회로(5)는, 파워 소자(31)의 냉각 부재(41), 파워 소자(32)의 냉각 부재(42) 및 제2 팽창 밸브(43)를 포함하고 있다.
제2 팽창 밸브(43)를 사용함으로써, 파워 소자(31, 32)를 냉각하는 경우만 분기 냉매 회로(5)를 사용 상태로 한다. 한편, 파워 소자(31, 32)를 냉각할 필요가 없는 경우, 제2 팽창 밸브(43)를 폐쇄하고, 분기 냉매 회로(5)를 미사용 상태로 한다.
냉각 부재(41)는, 발열하여 고온이 되는 파워 소자(31)를 냉각하기 위한 부재이다. 냉각 부재(42)는, 발열하여 고온이 되는 파워 소자(32)를 냉각하기 위한 부재이다.
냉방 운전 시에는, 주 냉매 회로(4)를 흐르는 냉매의 일부가, 열원측 열 교환기(13)와 제1 팽창 밸브(15) 사이에서 분기 냉매 회로(5)로 분기된다. 분기된 냉매는, 제2 팽창 밸브(43), 냉각 부재(41) 및 냉각 부재(42)의 순서대로 흘러서, 제1 팽창 밸브(15)와 액측 폐쇄 밸브(22) 사이에서, 주 냉매 회로(4)에 합류한다.
한편, 난방 운전 시에는, 주 냉매 회로(4)를 흐르는 냉매의 일부가, 액측 폐쇄 밸브(22)와 제1 팽창 밸브(15) 사이에서 분기 냉매 회로(5)로 분기된다. 분기된 냉매는, 냉방 운전 시와는 반대로, 냉각 부재(42) 및 냉각 부재(41), 제2 팽창 밸브(43)의 순서대로 흘러서, 제1 팽창 밸브(15)와 열원측 열 교환기(13) 사이의 위치에서, 주 냉매 회로(4)에 합류한다. 즉, 냉방 운전 시와 난방 운전 시로, 분기 냉매 회로에서의 냉매의 흐름이 반대로 된다.
분기 냉매 회로(5)를 흐르는 냉매 유량은, 주 냉매 회로(4)를 흐르는 냉매 유량과 동일해도 되지만, 주 냉매 회로(4)를 흐르는 냉매 유량에 대하여 적게 할 수도 있다. 전자의 경우에는 냉각 부재(41, 42)의 냉각 능력이 높아지기 때문에 파워 소자(31, 32)의 과열을 억제할 수 있다. 후자의 경우에는 냉각 부재(41, 42)의 냉각 능력이 낮아지기 때문에 파워 소자(31, 32)의 과냉각을 방지할 수 있다. 이에 의해, 파워 소자(31, 32) 및 그 주변부에 있어서 결로가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 도 1a의 예에서는, 파워 소자(31, 32) 중 파워 소자(31)가, 냉각 부재(41, 42) 중 냉각 부재(41)가, 제2 팽창 밸브(43) 근방에 마련되어 있지만, 파워 소자(32) 및 냉각 부재(42)가 제2 팽창 밸브(43) 근방에 마련되어 있어도 된다.
<토출 가스 분기 냉매 회로(6)>
토출 가스 분기 냉매 회로(6)는, 파워 소자(31, 32)의 결로를 억제하기 위해서, 파워 소자(31, 32)를 가열하는 회로이다. 토출 가스 분기 냉매 회로(6)는, 제1·제2 압축기(11, 12)의 각각의 토출 배관(11t, 12t)으로부터 분기된 냉매가 흐른다.
토출 가스 분기 냉매 회로(6)는, 제1 압축기(11), 제2 압축기(12)와 사방 밸브(20) 사이에서, 제2 팽창 밸브(43)와 냉각 부재(41, 42) 사이까지의 부분에, 주 냉매 회로(4)와 병렬로 마련되어 있다.
토출 가스 분기 냉매 회로(6)는, 토출 가스 분기 냉매 회로(6)를 사용 상태와 미사용 상태로 전환하는 전자기 밸브(50)를 포함하고 있다.
전자기 밸브(50)는 평상 상태(정상 상태)에서는 폐쇄하고 있고, 토출 가스 분기 냉매 회로(6)는 미사용 상태로 한다. 전자기 밸브(50)를 개방하면 제1·제2 압축기(11, 12)로부터 토출된 고압 고온의 가스 냉매의 일부가, 제1·제2 압축기(11, 12)와 사방 밸브(20) 사이에서 토출 가스 분기 냉매 회로(6)에 흐르게 하여 사용 상태로 되고, 제2 팽창 밸브(43)와 냉각 부재(41, 42) 사이에서, 분기 냉매 회로(5)에 합류한다.
<인버터 장치(30)>
도 2a는, 인버터 장치(30)의 일부 정면도이고, 도 2b는, 인버터 장치(30)의 일부 A 방향 화살표도이다.
인버터 장치(30)는, 공기 조화기(1)의 전원을 제어하는 회로이고, 구성 요소의 파워 소자(31, 32)가 발열하여 고온이 된다.
도 2a에 도시하는 바와 같이, 인버터 장치(30)에서는, 파워 소자(31, 32)가 프린트 기판(33)의 일방측에 설치되어 있다.
도 2b에 도시하는 바와 같이, 냉각 부재(41, 42)는, 각각 알루미늄이나 구리 등의 열전도율이 높은 금속으로 이루어지는 냉매 재킷(43a, 43b)과, 냉매 재킷(43a, 43b)에 각각 매설된 냉매 관(44)을 구비하고 있다. 냉매 관(44)에는, 주 냉매 회로(4)로부터 분기된 냉매가 분기 냉매 회로(5)(도 1a 참조)를 흐른다. 냉매가 흐르는 냉각 부재(41, 42)는 냉각기를 구성한다.
또한, 냉매 재킷(43a, 43b)은 열전도율이 높은 재료라면, 금속 이외의 재료를 사용해도 된다.
냉매 재킷(43a, 43b)은, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 열용량을 증가하기 위해서, 약간 두께가 두꺼운 평판 형상으로 형성되어 있다. 냉매 재킷(43a, 43b)은, 파워 소자(31, 32)의 일방측에 각각 설치되어 있다.
즉, 냉매 재킷(43a, 43b)의 일면(43a1, 43b1)이, 각각 파워 소자(31, 32)의 일면에 밀착하고 있다. 분기 냉매 회로(5)의 냉매 관(44)을 흐르는 냉매는, 냉매 재킷(43a, 43b)을 통하여 각각 파워 소자(31, 32)로부터 흡열한다.
냉각 부재(41, 42)는, 각각 냉각부 온도 센서(71a, 71b)를 구비하고 있다. 냉각부 온도 센서(71a, 71b)는, 냉매 재킷(43a, 43b)의 표면에 있어서의 온도를 검지한다. 그 때문에, 냉각부 온도 센서(71a, 71b)는, 냉각 부재(41, 42)의 각 파워 소자(31, 32)와 접하고 있는 일면(43a1, 43b1)에 설치되어 있다. 또한, 냉각부 온도 센서(71a, 71b)는, 각각 파워 소자(31, 32)의 내부에 설치되어 있어도 되고, 파워 소자(31, 32)의 표면에 마련되어 있어도 된다.
<공기 조화기(1)의 제어계>
도 3은, 공기 조화기(1)의 제어계를 도시하는 도면이다.
제어부(60)는, 공기 조화기(1)에 마련된 각종 센서로부터 수신하는 검출 신호에 기초하여 공기 조화기(1)의 운전을 제어한다. 제어부(60)는, 열원 유닛(2)에 마련되어 있어도 되고, 이용 유닛(3)에 마련되어 있어도 된다. 또한, 제어부(60)는, 기능별로 열원 유닛(2)과 이용 유닛(3)으로 나뉘어서 마련되어 있어도 된다.
제어부(60)는, 예를 들어 도시하지 않은 마이크로컴퓨터 등을 구비한다. 그리고, 제어부(60)는, 열원 유닛(2)에 탑재되는 제1·제2 압축기(11, 12)(파워 소자(31, 32)), 사방 밸브(20), 제1 팽창 밸브(15), 제2 팽창 밸브(43), 전자기 밸브(50), 송풍기(14), 이용측 팽창 밸브(17) 및 송풍기(18)를, 각각 제어한다. 이때, 제어부(60)는, 냉각 부재(41, 42)에 각각 설치되는 냉각부 온도 센서(71a, 71b)의 계측값이 제어 정보로서 입력되고 있다.
<공기 조화기(1)의 제어 플로우>
이하, 공기 조화기(1)의 구체적인 제어 플로우를 도 4에 도시하는 제어 흐름도를 참조하여 설명한다. 도 4는, 제1 실시 형태의 공기 조화기(1)의 제어 플로우를 도시하는 도면이다.
공기 조화기(1)의 제어 플로우는, 예를 들어 열원 유닛(2)에 마련된 제어부(60)(도 3 참조)에 탑재된 마이크로컴퓨터에 의해 실행된다.
공기 조화기(1)의 운전이 개시되면, 스텝 S1에 있어서, 제어부(60)는 냉각부 온도 센서(71a, 71b)(도 2a)에 의해 냉매 재킷(43a, 43b)의 각 냉각부 온도를 검출한다.
계속해서, 스텝 S2에 있어서, 제어부(60)는, 스텝 S1에서 검출한 냉매 재킷(43a, 43b)의 각 냉각부 온도가 냉각부 목표 온도로 되도록, 분기 냉매 회로(5)의 제2 팽창 밸브(43)의 개방도를 조정한다. 구체적으로는, 냉매 재킷(43a, 43b)의 각 냉각부 온도가 냉각부 목표 온도보다도 높은 경우에는, 냉각을 촉진하기 위하여 제2 팽창 밸브(43)를 개방하여, 냉각 부재(41, 42)에 흐르는 냉매의 유량을 증가시킨다. 한편, 냉매 재킷(43a, 43b)의 냉각부 온도가 냉각부 목표 온도보다도 낮은 경우에는, 제2 팽창 밸브(43)를 폐쇄하여, 냉각 부재(41, 42)에 흐르는 냉매의 유량을 저감시킨다. 또한, 냉방 운전 시에는, 제2 팽창 밸브(43), 냉각 부재(41), 냉각 부재(42)의 순서대로 냉매가 흐르고, 난방 운전 시에는, 냉각 부재(42), 냉각 부재(41), 제2 팽창 밸브(43)의 순서대로 냉매가 흐른다.
여기서, 냉각부 목표 온도는 고정의 온도여도 된다. 또한, 파워 소자(31, 32)의 발열량에 의해 필요한 냉각 능력이 변화하기 때문에 제1·제2 압축기(11, 12)의 각 회전 속도, 인버터 전류값 등에 의해 가변하는 온도 값이어도 된다. 또한, 냉각 부재(41, 42)를 흐르는 냉매 온도에 의해 냉각기인 냉각 부재(41, 42)의 냉각 능력은 변화한다. 그 때문에, 도 2a에 나타내는 냉각 부재(41, 42)를 흐르는 냉매 온도나 그 주위의 냉매 온도에 의해 가변하는 온도 값이어도 된다. 또한, 냉각부 목표 온도는 결로 발생 억제를 위해서도 후기하는 결로 온도보다도 높게 설정해 둔다.
스텝 S3에 있어서, 제어부(60)는, 파워 소자(31, 32) 또는 파워 소자(31, 32)의 주변 부재에 결로가 발생할 수 있다고 판정되는 결로 발생 조건을 만족시키는지 여부를 판정한다.
결로 발생 조건을 만족시키지 못한 경우(스텝 S3에서 "아니오"), 제어부(60)는 스텝 S4로 이행한다. 한편, 결로 발생 조건을 만족시키고 있는 경우(스텝 S3에서 "예"), 제어부(60)는 스텝 S6으로 이행한다.
여기서, 결로 발생 조건을 만족시키는지 여부는, 냉각부 온도 센서(71a, 71b)의 온도가 결로 온도를 하회하는지 여부로 판정한다. 결로 온도는, 고정의 온도 값이어도 되지만, 파워 소자(31, 32)나 냉매 재킷(43a, 43b)의 주위 온도에 의해 노점 온도가 변화하는 것을 고려하여, 파워 소자(31, 32)나 냉매 재킷(43a, 43b)의 주위 온도에 의해 가변되는 것과 같은 온도 값으로 해도 된다.
스텝 S4에 있어서, 제어부(60)는, 전자기 밸브(50)가 개방하고 있는지 여부를 판정한다. 전자기 밸브(50)가 개방되어 있지 않은 경우(스텝 S4에서 "아니오"), 제어부(60)는 스텝 S1로 되돌아간다. 전자기 밸브(50)가 개방하고 있는 경우(스텝 S4에서 "예"), 제어부(60)는 스텝 S5로 이행한다.
스텝 S5에 있어서, 제어부(60)는, 전자기 밸브(50)를 폐쇄한 후, 스텝 S1로 되돌아간다. 즉, 전자기 밸브는 폐쇄이다.
스텝 S6에 있어서, 제어부(60)는, 전자기 밸브(50)가 폐쇄되어 있는 것인지 여부를 판정한다. 전자기 밸브(50)가 폐쇄되어 있지 않은 경우(스텝 S6에서 "아니오"), 제어부(60)는 스텝 S1로 되돌아간다. 전자기 밸브(50)가 폐쇄되어 있는 경우(스텝 S6에서 "예"), 제어부(60)는 스텝 S7로 이행한다.
스텝 S7에 있어서, 제어부(60)는, 전자기 밸브(50)를 개방한 후, 스텝 S1로 되돌아간다.
상술한 바와 같이, 냉각 부재(41, 42)에 의해 복수의 파워 소자(31, 32)가 냉각되는 경우, 예를 들어 운전 중의 제1 압축기(11)에 대응하는 파워 소자(31)는 발열하는 반면, 정지 중의 제2 압축기(12)에 대응하는 파워 소자(32)는 발열하지 않는다. 이러한 경우라도 모든 파워 소자(31, 32)가 냉각 부재(41, 42)에 의해 냉각되므로, 정지 중의 제2 압축기(12)에 대응하는 파워 소자(32) 및 그 주변부의 온도가 노점 이하로 저하되어, 결로가 발생할 가능성이 있다.
또한, 분기 냉매 회로(5)에 제2 팽창 밸브(43)를 마련하여 냉각부의 냉각 능력을 제어한 경우라도, 모든 파워 소자(31, 32)가 냉각 부재(41, 42)에 의해 냉각되므로, 정지 중의 제2 압축기(12)에 대응하는 파워 소자(32) 및 그 주변부의 온도가 노점 이하로 저하되어, 결로가 발생할 가능성이 있다.
파워 소자(31, 32) 및 그 주변부에 있어서 결로가 발생하는지 여부는, 냉각 부재(41, 42)의 온도가 파워 소자(31, 32)나 냉매 재킷(43a, 43b)의 주위 온도의 노점 온도를 하회하는지 여부로 결정된다. 특히, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 열원측 열 교환기(13)가 물과 냉매 사이에서 열 교환하는 열 교환기인 경우에는, 수온과 파워 소자(31, 32)나 냉매 재킷(43a, 43b)의 주위 온도는 의존하지 않고, 수온이 낮은 경우에도 파워 소자(31, 32)나 냉매 재킷(43a, 43b)의 주위 온도가 높은 경우가 있다.
수온이 낮으면 냉각 부재(41, 42)를 흐르는 냉매 온도도 저하되기 때문에, 이 경우에 파워 소자(31, 32)나 냉매 재킷(43a, 43b)의 주위 온도가 높으면 파워 소자(31, 32) 및 그 주변부에 있어서 결로가 발생할 가능성이 높아진다.
여기서, 전자기 밸브(50)를 개방하면 제1·제2 압축기(11, 12)로부터 토출된 고압 고온의 가스 냉매의 일부가, 제1·제2 압축기(11, 12)와 사방 밸브(20) 사이에서 토출 가스 분기 냉매 회로(6)로 흘러서, 제2 팽창 밸브(43)와 냉각 부재(41, 42) 사이의 분기 냉매 회로(5)에 합류한다.
냉각 부재(41, 42)의 온도가 결로 온도를 하회하는 경우에는, 제어부(60)는 분기 냉매 회로(5)의 제2 팽창 밸브(43)를 폐쇄하는 방향으로 제어하기 때문에 제2 팽창 밸브(43)를 흐르는 냉매 유량은 적어진다.
따라서, 냉방 운전의 경우, 분기 냉매 회로(5)에 합류한 냉매의 대부분은 냉각 부재(41) 및 냉각 부재(42)의 순서대로 흘러서, 제1 팽창 밸브(15)와 액측 폐쇄 밸브(22) 사이에서, 주 냉매 회로(4)에 합류한다.
한편, 난방 운전의 경우도 동일하게, 제2 팽창 밸브(43)을 닫음으로써, 분기 냉매 회로(5)에 합류한 냉매의 대부분은 냉각 부재(41) 및 냉각 부재(42)의 순서대로 흘러서, 제1 팽창 밸브(15)와 액측 폐쇄 밸브(22) 사이에서, 주 냉매 회로(4)에 합류한다.
이 때문에, 토출 가스 분기 냉매 회로(6)로부터의 냉매에 의해, 결로 온도를 하회한 냉각 부재(41, 42)의 온도를 상승시킬 수 있고, 파워 소자(31, 32)나 그 주변에서의 결로 발생을 방지하는 것이 가능해진다.
또한, 제1·제2 압축기(11, 12)가 모두 운전 중인 경우에도, 냉각 부재(41, 42)의 온도가 결로 온도를 하회한 경우에는 냉각 부재(41, 42)의 온도를 상승시키기 위하여 전자기 밸브(50)를 개방하여 온도를 올릴 수 있다.
상술한 바와 같이, 공기 조화기(1)는, 주 냉매 회로(4)와, 분기 냉매 회로(5)를 구비한다. 주 냉매 회로(4)는, 제1·제2 압축기(11, 12), 열원측 열 교환기(13), 제1 팽창 밸브(15) 및 이용측 열 교환기(16)를 포함하여 냉매가 흐른다. 분기 냉매 회로(5)는, 제1·제2 압축기(11, 12)로부터 토출한 냉매의 일부를 흐르게 하는 토출 가스 분기 냉매 회로(6)의 배관을 포함하여, 주 냉매 회로(4)로부터 분기된 냉매가 흐른다.
공기 조화기(1)에서는, 제1·제2 압축기(11, 12)로부터 토출한 고온 냉매를 부 냉매 회로의 분기 냉매 회로(5)에 흐르게 함으로써, 냉각 부재(41, 42)를 흐르는 냉매 온도를 올릴 수 있고, 파워 소자(31, 32)의 표면이나 그 주변부의 온도를 주위 공기의 노점 온도보다도 높게 유지할 수 있다. 그 때문에, 복수의 파워 소자(31, 32)나 그 주변부에 이슬이 붙는 것을 억제할 수 있다.
또한, 부 냉매 회로의 분기 냉매 회로(5)에 흐르는 냉매 유량을, 주 냉매 회로(4)에 흐르는 냉매 유량보다도 적게 함으로써, 냉방 운전이나 난방 운전의 성능 저하를 억제하면서, 파워 소자(31, 32)의 결로를 억제할 수 있다.
<<제2 실시 형태>>
도 5에, 제2 실시 형태의 공기 조화기(1)의 제어 흐름도를 나타낸다.
토출 가스 분기 냉매 회로(6)의 전자기 밸브(50)를 개방하고, 냉매를 주 냉매 회로(4)로부터 분기 냉매 회로(5)에 흐르게 하면, 주 냉매 회로(4)의 냉매량이 줄어들고, 냉방 능력, 난방 능력에 영향을 미친다.
그래서, 제2 실시 형태는, 전자기 밸브(50)의 개방을 억제하여, 냉방 능력, 난방 능력의 저하를 억제하도록 하고 있다.
제2 실시 형태의 제어 플로우는, 일부, 도 4에 도시하는 제2 실시 형태의 제어 플로우와 동일하므로, 제1 실시 형태와 다른 제어에 대해서만 설명을 행한다.
제2 실시 형태는, 제1 실시 형태와 달리, 스텝 S3에서 결로 발생 조건을 만족시키고 있는 경우(스텝 S3에서 "예"), 제어부(60)는, 스텝 S8(도 5)로 이행한다.
스텝 S8에 있어서, 제어부(60)는, 제2 팽창 밸브(43)가 완전 폐쇄인지를 판정한다. 이것은, 제2 팽창 밸브(43)를 완전 폐쇄로 해도, 파워 소자(31, 32)의 온도가 상승하지 않는 경우에 한해서만, 결로 방지를 목적으로서, 전자기 밸브(50)를 개방하여, 토출 가스 분기 냉매 회로(6)를 사용하기 위해서이다.
제2 팽창 밸브(43)가 완전 폐쇄가 아닌 경우(스텝 S8에서 "아니오")에는, 제2 팽창 밸브(43)의 개방도를 좁힐 여지가 있으므로, 스텝 S1로 되돌아간다.
제2 팽창 밸브(43)가 완전 폐쇄인 경우(스텝 S8에서 "예")에는, 제2 팽창 밸브(43)의 개방도를 좁힐 여지가 없으므로, 스텝 S6으로 이행한다.
상기한 바와 같이, 전자기 밸브(50)를 개방하여 제1·제2 압축기(11, 12)로부터 토출된 가스 냉매의 일부를 토출 가스 분기 냉매 회로(6)에 흐르게 하면, 냉방 운전 시는 열원측 열 교환기(13)를 흐르는 냉매 유량이 감소하여 냉방 능력이 저하되고, 난방 운전 시는 이용측 열 교환기(16)를 흐르는 냉매 유량이 감소하여 난방 능력이 저하된다. 따라서, 전자기 밸브(50)의 과도한 개폐는 저감시키는 편이 낫다.
제1 실시 형태에 기재된 대로, 냉각 부재(41, 42)의 온도가 결로 온도를 하회하는 경우에는, 제어부(60)는 제2 팽창 밸브(43)를 폐쇄하는 방향으로 제어하기 위해서, 제2 팽창 밸브(43)를 흐르는 냉매 유량은 적어진다. 그래서, 제2 실시 형태에서는, 제2 팽창 밸브(43)를 폐쇄하여, 냉각 부재(41, 42)를 흐르는 냉매 유량이 감소하여 냉각기의 냉각 능력이 저하되어도 냉각 부재(41, 42)의 온도가 결로 온도를 하회하고 있는 경우에만, 전자기 밸브(50)를 개방한다.
스텝 S6에 있어서, 제어부(60)는 전자기 밸브(50)가 폐쇄되어 있는지 여부를 판정한다.
전자기 밸브(50)가 폐쇄되어 있지 않은 경우, 즉 전자기 밸브(50)가 개방하고 있는 경우(스텝 S6에서 "아니오"), 스텝 S1로 되돌아간다.
전자기 밸브(50)가 폐쇄되어 있는 경우(스텝 S6에서 "예"), 스텝 S7로 이행하여, 제어부(60)는 전자기 밸브(50)를 개방한다. 그 후, 제어부(60)는 스텝 S1로 되돌아간다.
이상의 제어에 의해, 전자기 밸브(50)의 과도한 개폐를 억제할 수 있다. 전자기 밸브(50)의 과도한 개폐를 억제함으로써, 토출 가스 분기 냉매 회로(6)를 사용하는 경우의 냉방 능력과 난방 능력의 저하를 억제할 수 있다.
<<제3 실시 형태>>
도 6은, 제3 실시 형태에 따른 공기 조화기(1)의 냉동 사이클의 일례를 도시하는 도면이다.
도 1a에 나타내는 제1 실시 형태에서는, 열원 유닛(2)에 복수의 제1·제2 압축기(11, 12), 복수의 파워 소자(31, 32), 복수의 냉각 부재(41, 42)가 마련되어 있는 냉매 회로를 예시했지만, 이것에 한정되지 않는다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 열원 유닛(2)에 단일의 압축기(11), 단일의 파워 소자(31), 단일의 냉각 부재(41)가 마련된 냉매 회로여도 된다. 또한, 도 6에서는 전자기 밸브(50) 대신으로서, 팽창 밸브(51)를 사용하고 있다. 팽창 밸브(51)의 개방도를 제어함으로써, 압축기(11)로부터 토출된 가스 냉매로부터 분기 냉매 회로(6)로 흐르게 하는 냉매 유량의 비율을 조정할 수 있다.
도 7은, 제3 실시 형태에 따른 공기 조화기(1)의 냉동 사이클의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 토출 가스 분기 냉매 회로(6)는 복수의 전자기 밸브(50, 52)를 구비하고 있어도 된다. 복수의 전자기 밸브(50, 52)를 개폐함으로써, 압축기(11)로부터 토출된 가스 냉매로부터 분기 냉매 회로(6)로 흐르게 하는 냉매 유량의 비율을 미세하게 조정, 즉 미세 조정할 수 있다.
<<제4 실시 형태>>
도 1a에 나타내는 실시 형태에서는, 토출 가스 분기 냉매 회로(6)는, 주 냉매 회로(4)의 제1 압축기(11), 제2 압축기(12)와 사방 밸브(20) 사이에서 분기하고, 제2 팽창 밸브(43)와 냉각 부재(41, 42) 사이에 합류하지만, 이것에 한정되지 않는다.
도 8은, 제4 실시 형태에 따른 공기 조화기(1)의 냉동 사이클의 일례를 도시하는 도면이다.
제4 실시 형태에서는, 토출 가스 분기 냉매 회로(6)가, 배관(6a)을 통해서, 냉각 부재(41)를 분기 냉매 회로(5)와 병렬로 흘러, 제1 팽창 밸브(15)와 액측 폐쇄 밸브(22) 사이에 합류하는 구성이다. 제4 실시 형태에 있어서는, 전자기 밸브(50)를 개방하면 압축기(11)로부터 토출된 고압 고온의 가스 냉매의 일부가, 압축기(11)와 사방 밸브(20) 사이에서 토출 가스 분기 냉매 회로(6)로 흐르고, 분기 냉매 회로(5)의 냉각 부재(41)를 흘러, 제1 팽창 밸브(15)와 액측 폐쇄 밸브(22) 사이의 주 냉매 회로(4)에 합류한다.
이에 의해, 제2 팽창 밸브(43)의 개폐에 관하는 일없이, 토출 가스 분기 냉매 회로(6)로부터의 고압 가스를 냉각 부재(41)에 흐르게 할 수 있다.
이 경우도, 토출 가스 분기 냉매 회로(6)로부터의 냉매는 냉각 부재(41)를 흐르기 때문에, 냉각부 온도(냉각 부재(41)와 파워 소자(31)의 온도)를 상승시킬 수 있다. 그 때문에, 파워 소자(31)와 그 주변의 결로 발생을 억제할 수 있다.
<<변형 형태>>
또한, 상기한 제1 실시 형태에서는, 도 2a, 도 2b에 도시하는 냉각 부재(41, 42)를 예시했지만, 이것에 한정되지 않는다. 도 9a 내지 도 9d는, 각각 제1 실시 형태의 냉각 부재(41, 42)의 변형예 1 내지 4를 도시하는 개략도이다. 또한, 도 9a 내지 도 9d 중의 화살표는 냉매의 흐름을 나타낸다.
도 9a에 도시하는 변형예 1에서는, 분기 냉매 회로(5)를 구성하는 배관(80)은 파워 소자(32)를 냉각하는 냉각 부재(42), 파워 소자(31)를 냉각하는 냉각 부재(41), 냉각 부재(41), 냉각 부재(42)의 순서대로 흐른다.
도 9b에 나타내는 변형예 2에서는, 냉각 부재(41, 42)를, 파워 소자(31) 및 파워 소자(32)를 냉각하는 단일의 냉매 재킷(45)으로 치환하고 있다.
도 9c에 나타내는 변형예 3에서는, 냉각 부재(41)는, 파워 소자(31)를 냉각하는 냉매 재킷이고, 냉각 부재(42)는, 파워 소자(32)를 냉각하는 냉매 재킷(42)이다. 냉매 재킷(41)은, 냉매의 배관(80)의 일부 냉각부(80a)에 설치되어 있다. 냉매 재킷(42)은, 냉매의 배관(80)의 일부 냉각부(80b)에 설치되어 있다. 변형예 3에서는, 냉각부(80a)와 냉각부(80b)는, 상류측과 하류측의 배관(80)에 대하여 서로 병렬로 접속되어 있다.
도 9d에 나타내는 변형예 4에서는, 냉각부(80a, 80b)는, 상기 제1 내지 제4 실시 형태, 변형예 1 내지 3과 같이 U자 형상으로 절곡되어 있지 않고, 거의 직선 형상으로 연장되어 있다.
<<그 밖의 실시 형태>>
1. 또한, 상기 실시 형태에서는, 냉각 대상의 발열체로서, 파워 소자(31, 32)를 예시하여 설명했지만, 발열체는, 발열하는 물체라면 파워 소자(31, 32) 이외의 것이어도 된다.
2. 또한, 본 발명은, 상기한 실시 형태, 변형예에 한정되는 것은 아니고, 여러가지 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기한 실시 형태는, 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위하여 상세하게 설명한 것이고, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시 형태의 구성의 일부에 대해서도 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.
1: 공기 조화기
4: 주 냉매 회로
5: 부 냉매 회로(분기 냉매 회로)
6: 배관
6a: 배관
11: 제1 압축기(압축기)
12: 제2 압축기(압축기)
13: 열원측 열 교환기
15: 제1 팽창 밸브
16: 이용측 열 교환기
31: 파워 소자(발열체, 제1 발열체)
32: 파워 소자(발열체, 제2 발열체)
41, 42: 냉각 부재
43: 제2 팽창 밸브
60: 제어부

Claims (7)

  1. 압축기, 열원측 열 교환기, 제1 팽창 밸브 및 이용측 열 교환기가 설치되고, 냉매가 흐르는 주 냉매 회로와,
    상기 주 냉매 회로로부터 분기된 냉매가 흐르는 냉각 부재가 마련되고,
    상기 주 냉매 회로로부터 분기된 냉매가 흐르는 부 냉매 회로와,
    상기 냉각 부재에 의해 냉각되는 발열체를 구비하고,
    상기 압축기로부터 토출한 냉매의 일부를 흐르게 하는 배관이 상기 냉각 부재와 상기 부 냉매 회로에 마련되어 상기 냉각 부재로 흐르는 냉매를 팽창시키는 제2 팽창 밸브 사이의 배관에 접속되어 있는
    것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 냉각 부재는, 복수인
    것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 부 냉매 회로에 흐르는 냉매 유량은, 상기 주 냉매 회로에 흐르는 냉매 유량보다도 적은
    것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  4. 제2항에 있어서, 상기 압축기로서, 제1 압축기와, 제2 압축기를 구비하고,
    상기 발열체로서, 상기 제1 압축기를 제어하기 위한 제1 발열체와, 상기 제2 압축기를 제어하기 위한 제2 발열체를 구비하고,
    복수의 상기 냉각 부재에 의해 상기 제1 발열체와 상기 제2 발열체를 냉각하는
    것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 부재의 냉각 능력을 약화시키고 싶은 경우에, 상기 제2 팽창 밸브를 폐쇄 방향으로 동작시키고, 더 상기 냉각 부재의 냉각 능력을 약화시키고 싶은 경우에, 상기 압축기로부터 토출한 냉매의 일부를 상기 냉각 부재로 흐르게 하도록 제어하는 제어부를 구비하고 있는
    것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  7. 삭제
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