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KR20040084738A - 냉매 사이클 장치 - Google Patents

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KR20040084738A
KR20040084738A KR1020040019837A KR20040019837A KR20040084738A KR 20040084738 A KR20040084738 A KR 20040084738A KR 1020040019837 A KR1020040019837 A KR 1020040019837A KR 20040019837 A KR20040019837 A KR 20040019837A KR 20040084738 A KR20040084738 A KR 20040084738A
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discharge
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구보마모루
오오따가끼가즈히사
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산요덴키가부시키가이샤
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Abstract

다단 압축식의 압축기의 압축 요소에서 발생하는 압력 역전 현상을 정확하게 검출할 수 있는 냉매 사이클 장치를 실현하는 것을 목적으로 하는 것으로, 밀폐 용기 내에 전동 요소와 전동 요소로 구동되는 제1 및 제2 압축 요소를 구비하고 제1 압축 요소로 압축된 중간압의 냉매 가스를 제2 압축 요소에 흡인하고, 압축하여 토출하는 다단 압축식의 압축기를 구비하여 냉매 회로가 구성된 냉매 사이클 장치에 있어서, 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력을 검출하기 위한 센서와, 센서의 출력이 입력되는 제어 장치를 구비하고, 제어 장치는 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력을 기초로 하여, 그 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력의 역전을 검출하는 것을 요지로 한다.

Description

냉매 사이클 장치 {COOLANT CYCLE DEVICE}
본 발명은 밀폐 용기 내에 전동 요소와 이 전동 요소로 구동되는 제1 및 제2압축 요소를 구비하고, 제1 압축 요소로 압축된 중간압의 냉매 가스를 제2 압축 요소에 흡인하고, 압축하여 토출하는 다단 압축식의 압축기로부터 냉매 회로가 구성된 냉매 사이클 장치에 관한 것이다.
종래부터 예를 들어 2단 압축식의 로터리 압축기는 밀폐 용기 내에 스테이터와 로우터로 이루어지는 전동 요소(인버터로 회전수 제어된다)와, 이 전동 요소로 구동되는 제1 회전 압축 요소와, 그리고 180도의 위상차를 거쳐서 부착된 제2 회전 압축 요소를 수납하여 구성되어 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 평2-294587호 공보 참조).
그리고, 전동 요소의 회전에 의해 제1 회전 압축 요소의 흡입 포트로부터 냉매 가스가 실린더의 저압실측에 흡입되고, 로울러와 베인의 동작에 의해 압축이 행해져서 중간압이 되고, 실린더의 고압실측으로부터 토출 포트, 토출 소음실, 중간 토출관을 지나 예를 들어 밀폐 용기 내에 토출된다.
밀폐 용기 내에 토출된 중간압의 냉매 가스는 제2 회전 압축 요소의 실린더의 저압실측에 흡입되고, 로울러와 베인의 동작에 의해 압축이 행해져서 고온 고압의 냉매 가스가 되고, 고압실측으로부터 토출 포트, 토출 소음실을 지나 냉매 회로를 구성하는 가스 냉각기에 유입하여 외기에 의해 공냉된 후, 팽창 밸브(감압 장치)에서 교축되어 이베포레이터(증발기)에 공급된다. 거기서 냉매가 증발되고, 그 때에 주위로부터 흡열함으로써 냉각 작용을 발휘하고, 예를 들어 카 에어콘의 경우에는 차량의 차 실내를 공조하는 것이었다.
그런데, 차량의 차실 내 온도가 높은 경우나, 차량의 정지 후 단시간에 로터리 압축기가 재기동된 경우 등에는 제1 회전 압축 요소에 흡입되는 저압측의 냉매 압력이 상승하는 경우가 있다. 즉, 정지 후에 단시간에 재기동된 경우에는 정지 직후에 이베포레이터 내에 존재하는 냉매량이 많기 때문에, 로터리 압축기가 기동해도 저압측의 냉매 압력이 내려가기 어려워지기 때문이다.
한편, 냉매 사이클 장치의 보호를 위해 기동시에는 고압측의 냉매 압력을 올리지 않은 제어가 행해진다. 또한, 고압측의 압력은 외기 온도에 의해 결정되기 때문에, 외기 온도가 낮은 경우에는 제1 회전 압축 요소의 토출 냉매 압력이 제2 회전 압축 요소의 토출 냉매 압력 보다도 높아지는 압력 역전 현상이 발생한다. 이러한 압력 역전이 발생하면 로터리 압축기는 비상 운전 상태에 빠져, 베인의 동작 등 불안정하게 되어 내구성과 운전 효율이 저하되는 문제가 있었다.
본 발명은, 이러한 종래 기술적 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 다단 압축식의 압축기의 압축 요소로 발생하는 압력 역전 현상을 정확히 검출할 수 있는 냉매 사이클 장치를 실현하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명에서는 밀폐 용기 내에 전동 요소와 이 전동 요소로 구동되는 제1 및 제2 압축 요소를 구비하고, 제1 압축 요소로 압축된 중간압의 냉매 가스를 제2 압축 요소에 흡인하고, 압축하여 토출하는 다단 압축식의 압축기를 구비하여 냉매 회로가 구성된 냉매 사이클 장치에 있어서, 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력을 검출하기 위한 센서와 이 센서의 출력이 입력되는 제어 장치를 구비하고, 이 제어 장치는 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력을 기초로 하여 그 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력의 역전을 검출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는 상기에 있어서, 제어 장치는 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력이 소정의 값으로 상승한 경우 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력이 역전한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는 밀폐 용기 내에 전동 요소와 이 전동 요소로 구동되는 제1 및 제2 압축 요소를 구비하고, 제1 압축 요소로 압축된 중간압의 냉매 가스를 제2 압축 요소에 흡인하고, 압축하여 토출하는 다단 압축식의 압축기를 구비하여 냉매 회로가 구성된 냉매 사이클 장치에 있어서, 제1 압축 요소의 토출 냉매 온도를 검출하기 위한 온도 센서와, 이 온도 센서의 출력이 입력되는 제어 장치를 구비하고, 이 제어 장치는 제1 압축 요소의 토출 냉매 온도를 기초로 하여, 그 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력의 역전을 검출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는 상기에 있어서, 제어 장치는 제1 압축 요소의 토출 냉매 온도가 소정의 값으로 상승한 경우 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력이 역전한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는 밀폐 용기 내에 전동 요소와, 이 전동 요소로 구동되는 제1 및 제2 압축 요소를 구비하고, 제1 압축 요소로 압축된 중간압의 냉매 가스를 제2 압축 요소에 흡인하고, 압축하여 토출하는 다단 압축식의 압축기를 구비하여 냉매 회로가 구성된 냉매 사이클 장치에 있어서, 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력을 검출하기 위한 제1 센서와, 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력을 검출하기 위한 제2 센서와, 이들 양 센서의 출력이 입력되는 제어 장치를 구비하고, 이 제어 장치는 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력을 기초로 하여, 그 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력의 역전을 검출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는 밀폐 용기 내에 전동 요소와, 상기 전동 요소로 구동되는 제1 및 제2 압축 요소를 구비하고, 제1 압축 요소로 압축된 중간압의 냉매 가스를 제2 압축 요소에 흡인하고, 압축하여 토출하는 다단 압축식의 압축기를 구비하여 냉매 회로가 구성된 냉매 사이클 장치에 있어서, 제1 압축 요소의 토출 냉매 온도를 검출하기 위한 제1 온도 센서와, 제2 압축 요소의 토출 냉매 온도를 검출하기 위한 제2 온도 센서와, 이들 양 온도 센서의 출력이 입력되는 제어 장치를 구비하고, 상기 제어 장치는 제1 압축 요소의 토출 냉매 온도와 제2 압축 요소의 토출 냉매 온도를 기초로 하여 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력의 역전을 검출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는 상기에 있어서, 제어 장치는 제1 압축 요소의 토출 냉매 온도가 제2 압축 요소의 토출 냉매 온도 보다도 높아진 경우에 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력이 역전한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는 상기 각 발명에 있어서, 제어 장치는 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력이 역전한 것으로 판단한 경우에냉매 회로를 구성하는 팽창 밸브의 밸브 개방도를 축소하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는 상기 각 발명에 있어서, 제어 장치는 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력이 역전한 것으로 판단한 경우에 전동 요소의 회전수를 낮추는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는, 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력을 검출하기 위한 센서와 이 센서의 출력이 입력되는 제어 장치에 의해 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력을 기초로 하여, 그 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력의 역전을 검출하므로, 예를 들어 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력이 소정의 값으로 상승한 경우에 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력이 역전한 것으로 판단함으로써 제1 및 제2 압축 요소에 있어서의 압력 역전 현상을 검출하는 것이 가능해진다.
또한, 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력은 그 토출 냉매 온도에 관련하여 변화한다. 본 발명에서는, 제1 압축 요소의 토출 냉매 온도를 검출하기 위한 온도 센서와 이 온도 센서의 출력이 입력되는 제어 장치에 의해 제1 압축 요소의 토출 냉매 온도를 기초로 하여, 그 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력의 역전을 검출하므로, 예를 들어 제1 압축 요소의 토출 냉매 온도가 소정의 값으로 상승한 경우 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력이 역전한 것으로 판단함으로써 별도의 압력 센서 등을 설치하는 일 없이 기존의 온도 센서를 이용하여 제1 및 제2 압축 요소에 있어서의 압력 역전 현상을 저비용으로 검출할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는, 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력을 검출하기 위한 제1 센서와, 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력을 검출하기 위한 제2 센서와, 이들 양 센서의 출력이 입력되는 제어 장치에 의해 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력을 기초로 하여 그 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력의 역전을 검출하도록 하고 있으므로 제1 및 제2 압축 요소에 있어서의 압력 역전 현상을 확실하게 검출할 수 있게 된다.
또한, 마찬가지로 제1 및 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력은 이들 토출 냉매 온도에 관련하여 변화한다. 본 발명에서는 제1 압축 요소의 토출 냉매 온도를 검출하기 위한 제1 온도 센서와, 제2 압축 요소의 토출 냉매 온도를 검출하기 위한 제2 온도 센서의 출력이 입력되는 제어 장치에 의해 제1 압축 요소의 토출 냉매 온도와 제2 압축 요소의 토출 냉매 온도를 기초로 하여 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력의 역전을 검출하므로, 예를 들어 제1 압축 요소의 토출 냉매 온도가 제2 압축 요소의 토출 냉매 온도 보다도 높아진 경우에 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력이 역전한 것으로 판단함으로써 별도의 압력 센서 등을 설치하는 일 없이 기존의 온도 센서를 이용하여 제1 및 제2 압축 요소에 있어서의 압력 역전 현상을 저비용으로 검출할 수 있게 된다.
그리고, 상술한 바와 같이 압력 역전 현상이 발생한 것으로 판단한 경우에 팽창 밸브의 밸브 개방도를 축소함으로써 저압측의 압력 저하와 고압측의 압력 상승을 재촉하고, 저비용으로 이러한 역전 현상을 신속하게 해소하는 것이 가능해진다. 또한, 압축기의 전동 요소의 회전수를 낮춤으로써 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력의 상승을 억제하여 압력 역전을 해소할 수 있게 된다. 특히, 냉매 회로에 봉입되는 냉매로서 압력차가 커지는 이산화탄소를 이용할 경우에 본 발명은 극히 적합한 것이 된다.
도1은 본 발명의 실시예의 냉매 사이클 장치를 구성하는 내부 중간압형 2단 압축식 로터리 압축기의 종단면도.
도2는 본 발명의 냉매 사이클 장치의 실시예의 카 에어컨의 냉매 회로도.
도3은 본 발명의 냉매 사이클 장치의 제어기의 제어 플로우 차트.
도4는 도1의 로터리 압축기의 제1 및 제2 회전 압축 요소의 토출 냉매 압력의 추이를 설명하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 로터리 압축기
12 : 밀폐 용기
24 : 로우터
32 : 제1 회전 압축 요소
34 : 제2 회전 압축 요소
36 : 중간 간막이판
38 : 상부 실린더
40 : 하부 실린더
42, 44 : 상하 편심부
50, 52 : 베인
54 : 상부 지지 부재
56 : 하부 지지 부재
60 : 흡입 통로
62, 64 : 토출 소음실
66 : 상부 커버
68 : 하부 커버
96 : 냉매 토출관
102 : 제어기
103 : 온도 센서
141, 142, 143, 144 : 슬리브
154 : 가스 냉각기
156 : 팽창 밸브
157 : 이베포레이터(증발기)
158 : 어큐뮬레이터
160 : 열교환기
이하, 도면을 기초로 하여 본 발명의 실시 형태를 상술한다. 도1은 본 발명의 냉매 사이클 장치에 사용하는 압축기의 실시예로서 제1 및 제2 회전 압축 요소(32, 34)(모두 압축 요소의 일예이다)를 구비한 내부 중간압형 다단(2단) 압축식 로터리 압축기(10)의 종단측면도이다. 또, 실시예의 냉매 사이클 장치는 고압측이 초임계가 되는 것이다.
이 도면에 있어서, 도면 부호 10은 이산화탄소(CO2)를 냉매로 하여 사용하는 내부 중간압형 다단 압축식 로터리 압축기(본 발명의 압축기에 상당)로, 이 로터리 압축기(10)는 강판으로 이루어지는 원통형의 밀폐 용기(12)와 이 밀폐 용기(12)의 내부 공간의 상측에 배치 수납된 전동 요소(14) 및 이 전동 요소(14)의 하측에 배치되고 전동 요소(14)의 회전축(16)에 의해 구동되는 제1 회전 압축 요소(32)(1단째) 및 제2 회전 압축 요소(34)(2단째)로 이루어지는 회전 압축 기구부(18)로 구성되어 있다.
밀폐 용기(12)는 바닥부를 오일 저장소로 하고, 전동 요소(14)와 회전 압축 기구부(18)를 수납하는 용기 본체(12A)와 이 용기 본체(12A)의 상부 개구를 폐색하는 대략 그릇형의 엔드 캡(덮개 부재)(12B)으로 구성되고, 또 엔드 캡(12B)의 상면 중심에는 원형의 부착 구멍(12D)이 형성되어 있으며, 이 부착 구멍(12D)에는 전동 요소(14)로 전력을 공급하기 위한 터미널(배선을 생략)(20)이 부착되어 있다.
전동 요소(14)는 밀폐 용기(12)의 상부 공간의 내주면에 따라 환형으로 부착된 스테이터(22)와 이 스테이터(22)의 내측으로 약간의 간격을 두어 삽입 설치된 로우터(24)로 이루어진다. 이 로우터(24)는 중심을 통과하여 연직 방향으로 연장하는 회전축(16)에 고정되어 있다.
스테이터(22)는 도너츠형의 전자 강판을 적층한 적층 부재(26)와, 이 적층 부재(26)의 톱니부에 직접 권취(집중 권취) 방식에 의해 권취 장착된 스테이터 코일(28)을 갖고 있다. 또한, 로우터(24)는 스테이터(22)와 마찬가지로 전자 강판의 적층 부재(30)로 형성되고 이 적층 부재(30) 내에 영구 자석 MG를 삽입해서 형성되어 있다.
상기 제1 회전 압축 요소(32)와 제2 회전 압축 요소(34) 사이에는 중간 간막이판(36)이 협지되어 있다. 즉, 제1 회전 압축 요소(32)와 제2 회전 압축 요소(34)는 중간 간막이판(36)과 이 중간 간막이판(36)의 상하로 배치된 상부 실린더(38), 하부 실린더(40)와, 이 상하부 실린더(38, 40) 내를 180도의 위상차를 갖고 회전축(16)에 설치한 상하 편심부(42, 44)에 의해 편심 회전하는 상하 롤러(46, 48)와, 이 상하 롤러(46, 48)에 맞닿아 상하부 실린더(38, 40) 내를 각각 저압실측과 고압실측으로 구획하는 베인(50, 52)과, 상부 실린더(38)의 상측의 개구면 및 하부 실린더(40)의 하측의 개구면을 폐색하여 회전축(16)의 베어링을 겸용하는 지지 부재로서의 상부 지지 부재(54) 및 하부 지지 부재(56)로 구성되어 있다.
한편, 상부 지지 부재(54) 및 하부 지지 부재(56)에는 도면에 도시하지 않은 흡입 포트에서 상하부 실린더(38, 40)의 내부와 각각 연통하는 흡입 통로(60)(상부 지지 부재(54)측의 흡입 통로는 도시하지 않음)와 일부를 함몰시켜 이 함몰부를 상부 커버(66), 하부 커버(68)로 폐색함으로써 형성되는 토출 소음실(62, 64)이 설치되어 있다.
또, 토출 소음실(64)과 밀폐 용기(12) 내부는 상하부 실린더(38, 40)나 중간 간막이판(36)을 관통하는 도면에 도시하지 않은 연통로 연통되어 있으며, 연통로의 상단부에는 중간 토출관(121)이 수직 설치되고, 이 중간 토출관(121)으로부터 제1 회전 압축 요소(32)로 압축된 중간압의 냉매가 밀폐 용기(12) 내에 토출된다.
또한, 제2 회전 압축 요소(34)의 상부 실린더(38) 내부와 연통하는 토출 소음실(62)의 상면 개구부를 폐색하는 상부 커버(66)는 밀폐 용기(12) 내부를 토출 소음실(62)과 전동 요소(14)측으로 구획한다.
그리고, 이 경우 냉매로서는 지구 환경 친화적이고 가연성 및 독성 등을 고려하여 자연 냉매인 전술한 이산화탄소(CO2)를 사용하고, 윤활유로서의 오일은 예를 들어 광물유(미네랄오일), 알킬벤젠유, 에테르유, 에스테르유, PAG(폴리알킬글리콜) 등 기존의 오일이 사용된다.
밀폐 용기(12)를 구성하는 용기 본체(12A)의 측면에는 상부 지지 부재(54)와 하부 지지 부재(56)의 흡입 통로(60)(상측은 도시하지 않음), 토출 소음실(62), 상부 커버(66)의 상측(전동 요소(14)의 하단에 대략 대응하는 위치)에 대응하는 위치에 슬리브(141, 142, 143 및 144)가 각각 용접 고정되어 있다. 슬리브(141)와 슬리브(142)는 상하로 인접하는 동시에 슬리브(143)는 슬리브(141)의 대략 대각선 상에 있다. 또한, 슬리브(144)는 슬리브(141)와 대략 90도 어긋난 위치에 있다.
그리고, 슬리브(141) 내에는 상부 실린더(38)에 냉매 가스를 도입하기 위한 냉매 도입관(92)의 일단부가 삽입 접속되고, 이 냉매 도입관(92)의 일단부는 상부 실린더(38)의 도면에 도시하지 않은 흡입 통로와 연통한다. 이 냉매 도입관(92)은 밀폐 용기(12)의 상측을 통과하여 슬리브(144)에 이르고, 타단부는 슬리브(144) 내에 삽입 접속되어 밀폐 용기(12) 내에 연통한다.
또한, 슬리브(142) 내에는 하부 실린더(40)에 냉매 가스를 도입하기 위한 냉매 도입관(94)의 일단부가 삽입 접속되고, 이 냉매 도입관(94)의 일단부는 하부 실린더(40)의 흡입 통로(60)와 연통한다. 이 냉매 도입관(94)의 타단부는 어큐뮬레이터(158)(도2에 도시한다)의 하측에 접속되어 있다. 또한, 슬리브(143) 내에는 냉매 토출관(96)이 삽입 접속되고 이 냉매 토출관(96)의 일단부는 토출 소음실(62)과 연통한다.
상기 어큐뮬레이터(158)는 흡입 냉매의 기액 분리를 행하는 탱크이며, 밀폐 용기(12)의 용기 본체(12A)의 상부 측면에 용접 고정된 밀폐 용기(12)측의 브래킷(147)에 어큐뮬레이터(158)측의 브래킷(도면에 도시하지 않음)을 개재하여 부착되어 있다.
다음에, 도2는 본 발명의 냉매 사이클 장치를 카 에어컨(공기 조화기)에 적용한 경우의 냉매 회로를 도시하고 있으며, 상술한 로터리 압축기(10)는 도2에 도시하는 카 에어컨의 냉매 회로의 일부를 구성한다. 즉, 로터리 압축기(10)의 냉매 토출관(96)은 가스 냉각기(154)의 입구에 접속된다. 이 가스 냉각기(154)를 나온 배관은 내부 열교환기(160)을 거쳐서 전동식의 팽창 밸브(156)(감압 장치)를 지나 이베포레이터(증발기)(157)의 입구에 이르고, 이베포레이터(157)의 출구는 내부 열교환기(160), 상기 어큐뮬레이터(158)를 거쳐서 냉매 도입관(94)에 접속된다.
또한, 도2 중 도면 부호 102는 제어 장치로서의 범용 마이크로 컴퓨터로 이루어지는 제어기이며, 도면 부호 103은 냉매 도입관(92)에 부착된 온도 센서(제1 온도 센서)이다. 또한, 도면 부호 104는 냉매 토출관(96)에 부착된 온도 센서(제2 온도 센서)이다. 냉매 도입관(92)에는 밀폐 용기(12) 내부에 토출된 중간압의 냉매 가스가 통과한다. 온도 센서(103)는 이 냉매 가스의 온도, 즉, 제1 회전 압축 요소(32)의 토출 냉매 온도를 검출함으로써 로터리 압축기(10)의 밀폐 용기(12) 내부의 온도를 검출하여 로터리 압축기(10)의 전동 요소(14)의 스테이터 코일(28)의 보호를 행하기 위해 설치된 것이다.
한편, 온도 센서(104)는 냉매 토출관(96)을 통과하는 냉매 가스의 온도, 즉, 제2 회전 압축 요소(34)의 토출 냉매 온도를 검출함으로써 로터리 압축기(10)의 시일재 보호를 행하기 위해 설치된 것이다. 이들 온도 센서(103) 및 온도 센서(104)의 출력은 제어기(102)에 입력되어 있다. 그리고, 제어기(102)는 이들 온도 센서(103, 104)의 출력을 기초로 하여 상기 로터리 압축기(10)(전동 요소(14))의 회전수나 팽창 밸브(156)의 밸브 개방도를 제어하는 것이다.
이상의 구성으로 다음 동작을 설명한다. 제어기(102)에 의해 터미널(20) 및 도면에 도시하지 않은 배선을 거쳐서 전동 요소(14)의 스테이터 코일(28)에 통전되면 전동 요소(14)가 기동하여 로우터(24)가 회전한다. 이 회전에 의해 회전축(16)과 일체로 설치된 상하 편심부(42, 44)에 끼워 맞춤된 상하 롤러(46, 48)가 상하부 실린더(38, 40) 내를 편심 회전한다.
이에 의해, 냉매 도입관(94) 및 하부 지지 부재(56)에 형성된 흡입 통로(60)를 경유하여 도면에 도시하지 않은 흡입 포트로부터 실린더(40)의 저압실측(압력은 4 ㎫G 정도)에 흡입된 저압의 냉매는 롤러(48)와 베인(52)의 동작에 의해 압축되어 중간압이 되며 하부 실린더(40)의 고압실측으로부터 도면에 도시하지 않은 연통로를 지나 중간 토출관(121)으로부터 밀폐 용기(12) 내에 토출된다. 이에 의해, 밀폐 용기(12) 내부는 중간압(8 ㎫G 정도)이 된다.
그리고, 밀폐 용기(12) 내부의 중간압의 냉매 가스는 슬리브(144)로부터 나와 냉매 도입관(92) 및 상부 지지 부재(54)에 형성된 도면에 도시하지 않은 흡입 통로를 경유하여 도면에 도시하지 않은 흡입 포트로부터 상부 실린더(38)의 저압실측에 흡입된다. 흡입된 중간압의 냉매 가스는 롤러(46)와 베인(50)의 동작에 의해 2단째의 압축이 행해져서 고압 고온(12 ㎫G 정도)의 냉매 가스가 되며, 고압실측으로부터 도면에 도시하지 않은 토출 포트를 통과하고 상부 지지 부재(54)에 형성된 토출 소음실(62), 냉매 토출관(96)을 경유하여 가스 냉각기(154)에서 방열된 후 내부 열교환기(160)를 통과한다. 이 고압측의 압력은 초임계 상태이며, 가스 냉각기(154) 및 내부 열교환기(160)에서 냉매는 응축되지 않는다. 내부열교환기(160)를 나온 냉매는 팽창 밸브(156)에서 교축되고(감압되고), 그 과정에서 액화하여 이베포레이터(157) 내로 유입한다.
그래서, 냉매는 증발하고 그 때에 주위로부터 흡열함으로써 냉각 작용을 발휘하여 차실 내가 냉방된다. 그 후, 내부 열교환기(160), 어큐뮬레이터(158)를 지나 냉매 도입관(94)으로부터 제1 회전 압축 요소(32) 내에 흡입되는 사이클을 반복한다.
이와 같은 운전 중, 온도 센서(103)가 검출되는 온도가 소정의 이상 고온까지 상승하면 제어기(102)는 예를 들어 전동 요소(14)를 정지하고, 스테이터 코일(28)의 보호를 실행한다. 또한, 온도 센서(104)가 검출되는 온도가 소정의 이상 고온까지 상승한 경우에도 제어기(102)는 예를 들어 전동 요소(14)를 정지하여 시일재의 보호를 행한다.
여기서, 차량의 차 실내 온도가 높은 경우나, 차량의 정지 후, 단시간에 로터리 압축기(10)가 재기동된 경우 등에는 제1 회전 압축 요소(32)에 흡입되는 저압측(팽창 밸브(156)로부터 로터리 압축기(10)까지)의 냉매 압력이 상승하는 경우가 있다. 이는 정지 후에 단시간에 재기동된 경우, 정지 직후에 이베포레이터(157) 내에 존재하는 냉매량이 많기 때문에 로터리 압축기(10)가 기동해도 저압측의 냉매 압력을 낮추기 어려워지기 때문이다.
한편, 제어기(102)는 냉매 회로의 보호를 위해 로터리 압축기(10)의 기동시에는 고압측(로터리 압축기(10)로부터 팽창 밸브(156)까지)의 냉매 압력을 올리지 않는 제어를 행한다. 또한, 고압측의 압력은 가스 냉각기(154)가 노출되어 있는외기 온도에 의해 결정되기 때문에 외기 온도가 낮은 경우에는 제1 회전 압축 요소(32)의 토출 냉매 압력이 제2 회전 압축 요소(34)의 토출 냉매 압력 보다도 높아지는 압력 역전 현상이 발생한다. 이와 같은 압력 역전이 발생하면 로터리 압축기(10)는 이상 운전 상태에 빠져 베인(50)의 동작이 불안정해지며, 진동이 발생하는 등 내구성과 각 회전 압축 요소의 압축일량의 밸런스가 현저히 악화되고, 운전 효율이 저하하게 된다.
그래서, 본 발명에서는 제어기(102)가 이하에 설명하는 압력 역전시의 보호 동작을 실행한다. 이하, 도3의 제어기(102)의 동작 플로우 챠트 및 도4를 참조하면서 본 발명에 있어서의 압력 역전시 보호 동작을 설명한다. 제어기(102)는 도3의 스텝 S1에서 역전 플랙이 리셋(「0」)되어 있는가 판단하고, 여기서는 리셋되어 있다고 하면 스텝 S1로부터 스텝 S2로 진행하여 온도 센서(103)와 온도 센서(104)의 출력을 기초로 하는 판단을 행한다.
즉, 스텝 S2는 온도 센서(103)가 검출하는 제1 회전 압축 요소(32)의 토출 냉매 온도 T1(도3 및 도4에서는 1단째 토출 가스 온도라 칭하고 있다. 이하, 동일함)과 제2 회전 압축 요소(34)의 토출 냉매 온도 T2(도3 및 도4에서는 2단째 토출 가스 온도라 칭하고 있다. 이하, 동일함)를 비교하고, 제1 회전 압축 요소(32)의 토출 냉매 온도 T1이 제2 회전 압축 요소(34)의 토출 냉매 온도 T2 보다도 높고, 그 차가 5 deg(ΔT1) 보다 큰(T1 - T2 ＞ 5 deg)지 판단한다.
여기서, 제1 회전 압축 요소(32)의 토출 냉매 압력은 온도 센서(103)가 검출하는 제1 회전 압축 요소(32)의 노출 냉매 온도에 관련(대략 비례 혹은 추종하는등 이하, 동일함)하여 변화한다. 또한, 제2 회전 압축 요소(34)의 토출 냉매 압력은 온도 센서(104)가 검출하는 제2 회전 압축 요소(34)의 토출 냉매 온도에 관련하여 변화한다. 따라서, 상술한 바와 같이 T1 - T2 ＞ 5 deg로 되어 있는 경우(도4의 좌측에 도시한다)에는 분명히 제1 회전 압축 요소(32)의 토출 냉매 압력이 제2 회전 압축 요소(34)의 토출 냉매 압력 보다도 높아지며 압력 역전이 발생하고 있는 것으로 판단할 수 있다.
제어기(102)는 각 온도 센서(103, 104)의 출력을 기초로 하고, T1 - T2 ＞ 5 deg로 되어 있는 경우에는 스텝 2로부터 스텝 S3로 진행하여 역전 플래그를 셋(「1」)하고, 스텝 S4로 진행하여 현재의 팽창 밸브(156)의 밸브 개방도 -ΔS가 최소 밸브 개방도(팽창 밸브(156)로 제어 가능한 최소의 개방도) 보다 작아지는가 판단한다. 여기서 ΔS는 압력 역전을 해소하기에 충분한 팽창 밸브(156)의 밸브 개방도 변경값으로서 미리 설정되어 있는 것으로 한다.
스텝 S4에서 밸브 개방도 -ΔS가 최소 밸브 개방도 보다 작아지지 않는 경우에는 스텝 S6으로 진행하고, 팽창 밸브(156)의 밸브 개방도를 현재의 밸브 개방도 -ΔS로 하여 팽창 밸브(156)를 제어한다. 즉, 팽창 밸브(156)의 밸브 개방도를 ΔS만큼 축소한다. 팽창 밸브(156)의 밸브 개방도가 작아지면 냉매 회로의 저압측의 압력 저하와 고압측의 압력 상승이 촉진되므로 도4의 우측에 도시한 바와 같이, 제2 회전 압축 요소(34)의 토출 냉매 압력은 상승하고, 제1 회전 압축 요소(32)의 토출 냉매 압력은 강하하여 압력 역전이 해소되어 간다.
또, 스텝 S4에서 현재의 팽창 밸브(156)의 밸브 개방도 -ΔS가 최소 밸브 개방도 보다 작아지는 경우에는 스텝 S5로 진행하여 팽창 밸브(156)의 밸브 개방도를 최소 개방도로 설정하고, 밸브 개방도를 최소 밸브 개방도까지 축소한다.
이러한 팽창 밸브(156)의 제어에 의해 T1 - T2 ＜ 2 deg(ΔT2)가 된 경우, 제어기(102)는 압력 역전은 해소하는 것으로 판단하여 스텝 S1로부터 스텝 S7, 스텝 S8로 진행하여 역전 플랙을 리셋하고, 스텝 S9에서 그 시점의 목표로 하는 고압측의 압력을 계산한다. 그리고, 스텝 S10에서 목표 고압 압력-현재의 고압 압력에 비례한 만큼 팽창 밸브(156)의 밸브 개방도를 조정한다(차(差)가 플러스인 경우에는 밸브 개방도를 축소시키고, 마이너스인 경우에는 밸브 개방도를 확대한다).
이와 같이, 기존의 온도 센서(103, 104)를 이용하고, 제1 회전 압축 요소(32)의 토출 냉매 온도와 제2 회전 압축 요소(34)의 토출 냉매 온도를 기초로 하여 제1 회전 압축 요소(32)의 토출 냉매 압력과 제2 회전 압축 요소(34)의 토출 냉매 압력을 판단하고, 제1 회전 압축 요소(32)의 토출 냉매 온도가 제2 회전 압축 요소(34)의 토출 냉매 온도보다도 높아진 경우에 제1 회전 압축 요소(32)의 토출 냉매 압력과 제2 회전 압축 요소(34)의 토출 냉매 압력이 역전한 것으로 판단하도록 했으므로, 별도의 압력 센서 등을 설치하는 일 없이 제1 및 제2 회전 압축 요소(32, 34)에 있어서의 압력 역전 현상을 검출할 수 있다.
그리고, 이러한 압력 역전 현상이 발생한 것으로 판단한 경우에, 팽창 밸브(156)의 밸브 개방도를 축소하므로 저압측의 압력 저하와 고압측의 압력 상승을 재촉하고, 저비용으로 이러한 역전 현상을 신속하게 해소하는 것이 가능해진다.
또, 실시예에서는 제1 회전 압축 요소(32)와 제2 회전 압축 요소(34)의 토출냉매 압력의 역전 현상이 발생한 경우, 팽창 밸브(156)의 밸브 개방도를 제어하여 대처했지만, 이에 한하지 않고, 혹은 그에 더해서, 로터리 압축기(10)의 전동 요소(14)의 회전수를 낮추는 것으로 대처해도 된다. 이러한 경우에도 제1 회전 압축 요소(32)의 토출 냉매 압력의 상승을 억제하여 압력 역전을 해소할 수 있게 된다.
또한, 압력 역전을 판단하는 상기 ΔT1과 ΔT2의 값은 실시예에 한하지 않고, ΔT1은 0 deg 이상, ΔT2는 10 deg 미만의 범위에서 적절히 설정하면 좋다. 또한, 실시예에서는 카 에이컨의 냉매 회로에 내부 중간압형의 로터리 압축기(10)를 적용하여 설명하였지만, 로터리 압축기에 한하지 않고, 스크롤이나 왕복식의 다단 압축식 압축기에 있어서도 본 발명은 유효하며, 냉매 회로도 카 에어컨에 한하지 않음은 물론이다.
또한, 상술한 실시예에서는 온도 센서(103, 104)에 의해 양 회전 압축 요소(32 및 34)의 토출 냉매 온도를 검출하고, 이들의 값으로부터 양 회전 압축 요소(32 및 34)의 토출 냉매 압력에 있어서의 압력 역전 현상의 발생을 판단하도록 하였지만, 그에 한하지 않고, 압력 센서를 냉매 도입관(92) 및 냉매 토출관(96)에 부착하여 직접 제1 및 제2 회전 압축 요소(32, 34)의 토출 냉매 압력을 검출하고, 이들의 역전 현상을 판단하도록 하여도 좋다.
또한, 제1 회전 압축 요소(32)의 토출 냉매 압력 혹은 토출 냉매 온도로부터 압력 역전 현상을 판단하는 것도 가능하다. 예를 들면, 냉매 도입관(92)에만 압력 센서를 부착하고, 제1 회전 압축 요소(32)의 토출 냉매 압력이 예를 들어 11 ㎫ 등의 소정의 고압치로 상승한 경우에는 양 회전 압축 요소(32, 34)에서 압력 역전이 발생하고 있는 것으로 추정할 수 있다.
마찬가지로, 냉매 도입관(92)에만 온도 센서(103)를 부착하고, 제1 회전 압축 요소(32)의 토출 냉매 온도가 예를 들어 +120 ℃ 등의 소정의 고온치로 상승한 경우에는, 제1 회전 압축 요소(32)의 토출 냉매 압력이 상승하여 양 회전 압축 요소(32, 34)에 있어서의 압력 역전이 발생하고 있는 것으로 추정할 수 있다.
그리고, 어느 경우에도 압력 역전이라고 판단한 경우에는 전술한 바와 같이, 보호 동작(팽창 밸브(156)의 밸브 개방도 축소나 전동 요소(132)의 회전수의 저하)을 실행함으로써 압력 역전을 해소할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 밀폐 용기 내에 전동 요소와 이 전동 요소로 구동되는 제1 및 제2 압축 요소를 구비하고, 제1 압축 요소로 압축된 중간압의 냉매 가스를 제2 압축 요소에 흡인하고, 압축하여 토출하는 다단 압축식의 압축기를 구비하여 냉매 회로가 구성된 냉매 사이클 장치에 있어서, 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력을 검출하기 위한 센서와, 이 센서의 출력이 입력되는 제어 장치에 의해, 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력을 기초로 하여 그 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력의 역전을 검출하므로, 예를 들어 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력이 소정의 값으로 상승한 경우에, 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력이 역전한 것으로 판단함으로써 제1 및 제2 압축 요소에 있어서의 압력 역전 현상을 검출하는 것이 가능해진다.
또한, 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력은 그 토출 냉매 온도에 관련하여 변화한다. 본 발명에서는 제1 압축 요소의 토출 냉매 온도를 검출하기 위한 온도 센서와 이 온도 센서의 출력이 입력되는 제어 장치에 의해 제1 압축 요소의 토출 냉매 온도를 기초로 하여 그 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력의 역전을 검출하므로, 예를 들어 제1 압축 요소의 토출 냉매 온도가 소정의 값으로 상승한 경우, 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력이 역전한 것으로 판단함으로써 별도의 압력 센서 등을 설치하는 일 없이 기존의 온도 센서를 이용하여 제1 및 제2 압축 요소에 있어서의 압력 역전 현상을 저비용으로 검출할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력을 검출하기 위한 제1 센서와, 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력을 감출하기 위한 제2 센서와, 이들 양 센서의 출력이 입력되는 제어 장치에 의해 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력을 기초로 하여, 그 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력의 역전을 검출하도록 하고 있으므로 제1 및 제2 압축 요소에 있어서의 압력 역전 현상을 확실하게 검출할 수 있게 된다.
또한, 마찬가지로 제1 및 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력은 이들의 토출 냉매 온도에 관련하여 변화한다. 본 발명에서는, 제1 압축 요소의 토출 냉매 온도를 검출하기 위한 제1 온도 센서와, 제2 압축 요소의 토출 냉매 온도를 검출하기 위한 제2 온도 센서의 출력이 입력되는 제어 장치에 의해 제1 압축 요소의 토출 냉매 온도와 제2 압축 요소의 토출 냉매 온도를 기초로 하여 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력의 역전을 검출하므로, 예를 들어 제1 압축 요소의 토출 냉매 온도가 제2 압축 요소의 토출 냉매 온도 보다도 높아진 경우에 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력이 역전한 것으로 판단함으로써 별도의 압력 센서 등을 설치하는 일 없이 기존의 온도 센서를 이용하여 제1 및 제2 압축 요소에 있어서의 압력 역전 현상을 저비용으로 검출할 수 있게 된다.
그리고, 상술와 같이 압력 역전 현상이 발생한 것으로 판단한 경우에 팽창 밸브의 밸브 개방도를 축소함으로써 저압측의 압력 저하와 고압측의 압력 상승을 재촉하고, 저비용으로 이러한 역전 현상을 신속하게 해소하는 것이 가능해진다. 또한, 압축기의 전동 요소의 회전수를 낮춤으로써 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력의 상승을 억제하여 압력 역전을 해소할 수 있게 된다.
특히, 냉매 회로에 봉입되는 냉매로서 압력차가 커지는 이산화탄소를 이용할 경우에 본 발명은 극히 적합한 것이 된다.

Claims (10)

  1. 밀폐 용기 내에 전동 요소와, 상기 전동 요소로 구동되는 제1 및 제2 압축 요소를 구비하고, 상기 제1 압축 요소로 압축된 중간압의 냉매 가스를 상기 제2 압축 요소에 흡인하고, 압축하여 토출하는 다단 압축식 압축기를 구비하여 냉매 회로가 구성된 냉매 사이클 장치에 있어서,
    상기 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력을 검출하기 위한 센서와 상기 센서의 출력이 입력되는 제어 장치를 구비하고,
    상기 제어 장치는 상기 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력을 기초로 하여, 그 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 상기 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력의 역전을 검출하는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력이 소정의 값으로 상승한 경우 상기 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력이 역전한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
  3. 밀폐 용기 내에 전동 요소와, 상기 전동 요소로 구동되는 제1 및 제2 압축 요소를 구비하고, 상기 제1 압축 요소로 압축된 중간압의 냉매 가스를 상기 제2 압축 요소에 흡인하고, 압축하여 토출하는 다단 압축식의 압축기를 구비하여 냉매 회로가 구성된 냉매 사이클 장치에 있어서,
    상기 제1 압축 요소의 토출 냉매 온도를 검출하기 위한 온도 센서와, 상기 온도 센서의 출력이 입력되는 제어 장치를 구비하고,
    상기 제어 장치는 상기 제1 압축 요소의 토출 냉매 온도를 기초로 하여, 그 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 상기 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력의 역전을 검출하는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 제1 압축 요소의 토출 냉매 온도가 소정의 값으로 상승한 경우, 상기 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력이 역전한 것으로 판단한 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
  5. 밀폐 용기 내에 전동 요소와 상기 전동 요소로 구동되는 제1 및 제2 압축 요소를 구비하고, 상기 제1 압축 요소로 압축된 중간압의 냉매 가스를 상기 제2 압축 요소에 흡인하여, 압축하여 토출하는 다단 압축식의 압축기를 구비하여 냉매 회로가 구성된 냉매 사이클 장치에 있어서,
    상기 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력을 검출하기 위한 제1 센서와, 상기 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력을 검출하기 위한 제2 센서와, 이들 양 센서의 출력이 입력되는 제어 장치를 구비하고,
    상기 제어 장치는 상기 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 상기 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력을 기초로 하여, 그 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력의 역전을 검출하는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
  6. 밀폐 용기 내에 전동 요소와, 상기 전동 요소로 구동되는 제1 및 제2 압축 요소를 구비하고, 상기 제1 압축 요소로 압축된 중간압의 냉매 가스를 상기 제2 압축 요소에 흡인하고, 압축하여 토출하는 다단 압축식의 압축기를 구비하여 냉매 회로가 구성된 냉매 사이클 장치에 있어서,
    상기 제1 압축 요소의 토출 냉매 온도를 검출하기 위한 제1 온도 센서와, 상기 제2 압축 요소의 토출 냉매 온도를 검출하기 위한 제2 온도 센서와, 이들 양 온도 센서의 출력이 입력되는 제어 장치를 구비하고,
    상기 제어 장치는 상기 제1 압축 요소의 토출 냉매 온도와 상기 제2 압축 요소의 토출 냉매 온도를 기초로 하여, 상기 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력의 역전을 검출하는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 제1 압축 요소의 토출 냉매 온도가 상기 제2 압축 요소의 토출 냉매 온도 보다도 높아진 경우에 상기 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력이 역전된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력이 역전한 것으로 판단한 경우에 상기 냉매 회로를 구성하는 팽창 밸브의 밸브 개방도를 축소하는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 제1 압축 요소의 토출 냉매 압력과 제2 압축 요소의 토출 냉매 압력이 역전한 것으로 판단한 경우에 상기 전동 요소의 회전수를 낮추는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 냉매 회로에 봉입되는 냉매로서 이산화탄소를 이용하는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
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