JP2004125186A

JP2004125186A - Refrigerant cycle device

Info

Publication number: JP2004125186A
Application number: JP2002285427A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Kubo; 久保　守; Shigeharu Sasaki; 佐々木　重晴; Kenji Nojima; 野島　健二; Kazuhisa Otagaki; 太田垣　和久
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-09-30
Also published as: JP4079736B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a refrigerant cycle device for eliminating inconvenience caused by pressure unbalance in compression elements of a multistage compression type compressor. <P>SOLUTION: The inside of a sealed vessel 12 is provided with a motor-driven element 14 and the first and second rotary compression elements 32 and 34 driven by this motor-driven element 14. A refrigerant circuit comprises a multistage compression type rotary compressor 10 for sucking, compressing and delivering intermediate pressure refrigerant gas compressed by the first rotary compression element 32 to the second rotary compression element 34. A control device C is provided for controlling the motor-driven element 14 by an inverter I. This control device C detects the pressure unbalance of the respective compression elements (a first stage and a second stage) of the rotary compressor 10 on the basis of an output current of the inverter I. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉容器内に電動要素とこの電動要素にて駆動される第１及び第２の圧縮要素を備え、第１の圧縮要素で圧縮された中間圧の冷媒ガスを第２の圧縮要素に吸引し、圧縮して吐出する多段圧縮式のコンプレッサから冷媒回路が構成された冷媒サイクル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より例えば２段圧縮式のロータリコンプレッサは、密閉容器内にステータとロータから成る電動要素（インバータで回転数制御される）と、この電動要素にて駆動される第１の回転圧縮要素と、それと１８０度の位相差を介して取り付けられた第２の回転圧縮要素とを収納して構成されている。
【０００３】
そして、電動要素の回転により第１の回転圧縮要素の吸込ポートから冷媒ガスがシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により圧縮が行なわれて中間圧となり、シリンダの高圧室側より吐出ポート、吐出消音室、中間吐出管を経て例えば密閉容器内に吐出される。
【０００４】
密閉容器内に吐出された中間圧の冷媒ガスは第２の回転圧縮要素のシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により圧縮が行なわれて高温高圧の冷媒ガスとなり、高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経て冷媒回路を構成するガスクーラに流入して放熱・凝縮した後、所定の開度の膨張弁（減圧装置）で絞られてエバポレータ（蒸発器）に供給される。そこで冷媒が蒸発し、そのときに周囲から吸熱することにより冷却作用を発揮して車室内を空調するものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上述の如き２段圧縮式のロータリコンプレッサが停止している状態（例えば車が長期間運転されないような状態）では、冷媒回路内の圧力が均衡する。即ち、第１の回転圧縮要素の吸込側と吐出側、及び、第２の回転圧縮要素の吸込側と吐出側の圧力は平衡していることになる。
【０００６】
このような状態から電動要素が起動されると、先ず第１の回転圧縮要素（１段目）に冷媒が吸い込まれ、圧縮して吐出されると云う仕事が開始されるので、第１の回転圧縮要素の吐出圧力が上昇して来るまでは、第２の回転圧縮要素（２段目）では吸込側と吐出側で殆ど圧力差が生じない状態となる。即ち、第２の回転圧縮要素では殆ど仕事が成されない状況となる。
【０００７】
実際には、第１の回転圧縮要素の吐出圧力（中間圧）の上昇に伴い、第２の回転圧縮要素の吐出圧力（高圧側）も徐々に上昇していって、第２の回転圧縮要素も仕事をし出すことになるが、上述の如き起動当初においては第１の回転圧縮要素（１段目）のみが仕事をし、第２の回転圧縮要素（２段目）は殆ど仕事をしないと云うアンバランスな運転状況となる。尚、このような各回転圧縮要素における圧力のアンバランスは電動要素が高回転から低回転に回転数降下したときにも発生すると考えられる。
【０００８】
このような状況では、第１の回転圧縮要素（１段目）が圧縮工程にあるときには大成る回転トルクが必要となるが、それと１８０度の位相差のある第２の回転圧縮要素（２段目）が圧縮工程にあるときには回転トルクは小さくなる。即ち、１回転中におけるトルクの変動が大きくなる。
【０００９】
このような第１の回転圧縮要素（１段目）と第２の回転圧縮要素（２段目）の圧力アンバランス状態が長期間継続されると、回転に必要なトルクもアンバランスとなることから、駆動トルクを発生させるために電動要素に流れる電流もアンバランスとなり、インバータに過電流が流れて破壊が生じる。
【００１０】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、多段圧縮式のコンプレッサの圧縮要素での圧力アンバランスによって生じる不都合を解消できる冷媒サイクル装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明では、密閉容器内に電動要素と、該電動要素にて駆動される第１及び第２の圧縮要素を備え、第１の圧縮要素で圧縮された中間圧の冷媒ガスを第２の圧縮要素に吸引し、圧縮して吐出する多段圧縮式のコンプレッサを備えて冷媒回路が構成された冷媒サイクル装置において、インバータにより電動要素を制御する制御装置を備え、この制御装置は、インバータの出力電流に基づいてコンプレッサの各圧縮要素の圧力アンバランスを検出するようにしたので、各圧縮要素の圧力アンバランスによって生じる電動要素駆動用のインバータの破壊などの不都合を未然に回避することが可能となる。
【００１２】
これにより、コンプレッサの信頼性の向上を図ることが可能となる。特に、インバータ出力の電流に基づいてコンプレッサの圧力アンバランスを検出するので、インバータの過電流保護用の電流検出を利用でき、格別な検出手段を設けること無く、コンプレッサの信頼性向上とインバータの過電流保護とを実現することができるようになるものである。
【００１３】
また、請求項２の発明では、上記に加えて、制御装置は、インバータの出力電流の最大値と最小値との差が所定の値に拡大した場合、コンプレッサの各圧縮要素において圧力アンバランスが生じているものと判断するようにしたので、第１及び第２の圧縮要素の圧力アンバランスの検出に関するプログラムなども比較的簡単に構成することができるようになるものである。
【００１４】
また、請求項３の発明では、上記に加えて、制御装置は、コンプレッサの各圧縮要素にて圧力アンバランスが生じているものと判断した場合に、冷媒回路を構成する膨張弁を所定の開度に制御するようにしたので、コンプレッサの起動初期状態における圧力アンバランスを早期に解消することができるようになる。
【００１５】
これにより、第１及び第２の圧縮要素において生じた圧力アンバランスを短時間で解消することが可能となり、信頼性の著しい改善を図ることができるようになるものである。
【００１６】
特に、請求項４の発明の如く冷媒回路に封入される冷媒として圧力差が大きくなる二酸化炭素を用いる場合に、本発明は極めて好適なものとなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明の冷媒サイクル装置に使用するコンプレッサの実施例として、第１及び第２の回転圧縮要素３２、３４（何れも圧縮要素の一例である）を備えた内部中間圧型多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサ１０の縦断側面図である。
【００１８】
この図において、１０は二酸化炭素（ＣＯ_２）を冷媒として使用する内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサ（本発明のコンプレッサに相当）で、このロータリコンプレッサ１０は、鋼板からなる円筒状の密閉容器１２と、この密閉容器１２の内部空間の上側に配置収納された電動要素１４及びこの電動要素１４の下側に配置され、電動要素１４の回転軸１６により駆動される第１の回転圧縮要素３２（１段目）及び第２の回転圧縮要素３４（２段目）からなる回転圧縮機構部１８にて構成されている。
【００１９】
密閉容器１２は底部をオイル溜めとし、電動要素１４と回転圧縮機構部１８を収納する容器本体１２Ａと、この容器本体１２Ａの上部開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ（蓋体）１２Ｂとで構成され、且つ、このエンドキャップ１２Ｂの上面中心には円形の取付孔１２Ｄが形成されており、この取付孔１２Ｄには電動要素１４に電力を供給するためのターミナル（配線を省略）２０が取り付けられている。
【００２０】
電動要素１４は、密閉容器１２の上部空間の内周面に沿って環状に取り付けられたステータ２２と、このステータ２２の内側に若干の間隔を設けて挿入設置されたロータ２４とからなる。このロータ２４は中心を通り鉛直方向に延びる回転軸１６に固定されている。
【００２１】
ステータ２２は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体２６と、この積層体２６の歯部に直巻き（集中巻き）方式により巻装されたステータコイル２８を有している。また、ロータ２４はステータ２２と同様に電磁鋼板の積層体３０で形成され、この積層体３０内に永久磁石ＭＧを挿入して形成されている。
【００２２】
前記第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４との間には中間仕切板３６が挟持されている。即ち、第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４は、中間仕切板３６と、この中間仕切板３６の上下に配置された上シリンダ３８、下シリンダ４０と、この上下シリンダ３８、４０内を、１８０度の位相差を有して回転軸１６に設けた上下偏心部４２、４４により偏心回転する上下ローラ４６、４８と、この上下ローラ４６、４８に当接して上下シリンダ３８、４０内をそれぞれ低圧室側と高圧室側に区画するベーン５０、５２と、上シリンダ３８の上側の開口面及び下シリンダ４０の下側の開口面を閉塞して回転軸１６の軸受けを兼用する支持部材としての上部支持部材５４及び下部支持部材５６にて構成されている。
【００２３】
一方、上部支持部材５４及び下部支持部材５６には、図示しない吸込ポートにて上下シリンダ３８、４０の内部とそれぞれ連通する吸込通路６０（上部支持部材５４側の吸込通路は図示せず）と、一部を凹陥させ、この凹陥部を上カバー６６、下カバー６８にて閉塞することにより形成される吐出消音室６２、６４とが設けられている。
【００２４】
尚、吐出消音室６４と密閉容器１２内とは、上下シリンダ３８、４０や中間仕切板３６を貫通する図示しない連通路にて連通されており、連通路の上端には中間吐出管１２１が立設され、この中間吐出管１２１から第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒が密閉容器１２内に吐出される。
【００２５】
また、第２の回転圧縮要素３４の上シリンダ３８内部と連通する吐出消音室６２の上面開口部を閉塞する上カバー６６は、密閉容器１２内を吐出消音室６２と電動要素１４側とに仕切る。
【００２６】
そして、この場合冷媒としては地球環境にやさしく、可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である前述した二酸化炭素（ＣＯ_２）を使用し、潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、ＰＡＧ（ポリアルキルグリコール）等既存のオイルが使用される。
【００２７】
密閉容器１２を構成する容器本体１２Ａの側面には、上部支持部材５４と下部支持部材５６の吸込通路６０（上側は図示せず）、吐出消音室６２、上カバー６６の上側（電動要素１４の下端に略対応する位置）に対応する位置に、スリーブ１４１、１４２、１４３及び１４４がそれぞれ溶接固定されている。スリーブ１４１と１４２は上下に隣接すると共に、スリーブ１４３はスリーブ１４１の略対角線上にある。また、スリーブ１４４はスリーブ１４１と略９０度ずれた位置にある。
【００２８】
そして、スリーブ１４１内には上シリンダ３８に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９２の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９２の一端は上シリンダ３８の図示しない吸込通路と連通する。この冷媒導入管９２は密閉容器１２の上側を通過してスリーブ１４４に至り、他端はスリーブ１４４内に挿入接続されて密閉容器１２内に連通する。
【００２９】
また、スリーブ１４２内には下シリンダ４０に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９４の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９４の一端は下シリンダ４０の吸込通路６０と連通する。この冷媒導入管９４の他端はアキュムレータ１５８（図２に示す）の下側に接続されている。また、スリーブ１４３内には冷媒吐出管９６が挿入接続され、この冷媒吐出管９６の一端は吐出消音室６２と連通する。
【００３０】
前記アキュムレータ１５８は、吸込冷媒の気液分離を行うタンクであり、密閉容器１２の容器本体１２Ａの上部側面に溶接固定された密閉容器１２側のブラケット１４７にアキュムレータ１５８側のブラケット（図示せず）を介して取り付けられている。
【００３１】
次に、図２は本発明の冷媒サイクル装置をカーエアコン（空気調和機）に適用した場合の冷媒回路を示しており、上述したロータリコンプレッサ１０は図２に示すカーエアコンの冷媒回路の一部を構成する。即ち、ロータリコンプレッサ１０の冷媒吐出管９６はガスクーラ１５４の入口に接続される。このガスクーラ１５４を出た配管は内部熱交換器１６０を介して電動式の膨張弁１５６（減圧装置）を経て、エバポレータ（蒸発器）１５７の入口に至り、エバポレータ１５７の出口は内部熱交換器１６０、前記アキュムレータ１５８を介して冷媒導入管９４に接続される。
【００３２】
次に、図３はカーエアコンの制御装置Ｃのブロック図を示している。この場合、前記ロータリコンプレッサ１０の電動要素１４は図３示すインバータＩにて駆動される。即ち、図３において１０２は昇圧回路で、この昇圧回路１０２には図示しないエンジンにて駆動される発電機にて充電されるバッテリーに接続されている。このバッテリーにはインバータＩを構成する複数のパワートランジスタＴＲを備えたトランジスタモジュール１０３が接続されている。そして、各パワートランジスタＴＲ・・の出力ラインは電動要素１４のステータコイル（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）２８の三相に接続され、１２０度角でＵ相、Ｖ相、Ｗ相に順次通電されることによりロータ２４は所定の方向に回転する。
【００３３】
また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相にはロータ位置検出回路１０５が接続されており、このロータ位置検出回路１０５は制御装置Ｃを構成する汎用のマイクロコンピュータ１０７に接続されている。Ｖ相にはロータ位置検出用のカレントトランス１０９が接続されており、カレントトランス１０９はマイクロコンピュータ１０７に接続されている。該カレントトランス１０９は、ステータコイル２８の通電されていない空きの一相に出る誘起電圧と入力電圧の或る電位との比較によりロータ２４の回転角位置を推定し検出する。尚、制御装置Ｃは、昇圧回路１０２、トランジスタモジュール１０３、膨張弁制御回路１０４、ロータ位置検出回路１０５、インバータドライブ回路１０６、マイクロコンピュータ１０７、カレントトランス１０９などによって構成されている。
【００３４】
この場合のロータ位置検出回路１０５は、電圧の比較信号をロータ２４位置検出信号として利用できるため、比較的処理能力の低いマイコンでもシステム保護制御を含めた全体の制御をワンチップで処理してシステムの低コスト化を実現している。また、マイクロコンピュータ１０７にはインバータドライブ回路１０６が接続され。インバータドライブ回路１０６は前記トランジスタモジュール１０３を駆動制御する。そして、カレントトランス１０９は、インバータＩから出力される電動要素１４（Ｖ相）の駆動電流を検出する。尚、カレントトランス１０９はＵ相或いはＷ相の電流を検出しても差し支えない。
【００３５】
そして、マイクロコンピュータ１０７は、ロータ位置検出回路１０５が検出した位置情報からインバータドライブ回路１０６によりトランジスタモジュール１０３の各パワートランジスタＴＲ・・を制御することで、ステータコイル（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）２８への通電を制御し、電動要素１４の回転数を制御する。
【００３６】
即ち、マイクロコンピュータ１０７はロータ位置検出回路１０５が検出した位置検出信号によりトランジスタモジュール１０３がどの相に通電し、どの相に通電していないかを検知している。また、マイクロコンピュータ１０７はこの検出信号をインバータドライブ回路１０６に送信し、インバータドライブ回路１０６はトランジスタモジュール１０３の出力周波数を制御する。この出力周波数によって、電動要素１４の回転数を所定の回転数に制御する。
【００３７】
また、マイクロコンピュータ１０７には膨張弁制御回路１０４が接続されており、この膨張弁制御回路１０４には膨張弁１５６（のステッピングモータ）が接続されている。該マイクロコンピュータ１０７は、冷媒サイクル装置の通常運転時ではステッピングモータを制御して膨張弁１５６を予め決められた好適な開度に制御する。
【００３８】
尚、マイクロコンピュータ１０７にはカレントトランス１０９が検出したインバータＩの出力電流の最大値と最小値との差が、予め定められた所定値に拡大した場合に、各回転圧縮要素３２、３４において圧力のアンバランスが発生していると判断するプログラムが予め組み込まれている。また、マイクロコンピュータ１０７は、各回転圧縮要素３２、３４において圧力のアンバランスが生じたものと判断した場合に、膨張弁制御回路１０４に信号を送信し、それまで行っていた膨張弁１５６の制御を止めて、外気温度とその時のロータリコンプレッサ１０の周波数で決まる図４に示す膨張弁１５６の開度に設定し直す。
【００３９】
ここで、電動要素１４のステータコイル２８に通電され、ロータ２４が回転するとマイクロコンピュータ１０７はカレントトランス１０９が検出し出力した信号からインバータＩの出力電流を検出することができる。この場合、ステータコイル２８に流れる電流が大きいときはカレントトランス１０９が検出する電流も大きくなり、ステータコイル２８に流れる電流が小さいときはカレントトランス１０９が検出する電流も小さくなる。そして、ステータコイル２８に流れる電流は、電動要素１４の回転軸１６に加わる負荷、即ち、各回転圧縮要素３２、３４を駆動するために必要なトルクによって変化する。従って、各回転圧縮要素３２、３４におけるトルクの変動は、カレントトランス１０９で検出される電流の変化から検出できる。
【００４０】
以上の構成で次に動作を説明する。ターミナル２０及び図示されない配線を介して電動要素１４のステータコイル２８に通電されると、電動要素１４が起動してロータ２４が回転する。この回転により回転軸１６と一体に設けた上下偏心部４２、４４に嵌合された上下ローラ４６、４８が上下シリンダ３８、４０内を偏心回転する。
【００４１】
これにより、冷媒導入管９４及び下部支持部材５６に形成された吸込通路６０を経由して図示しない吸込ポートからシリンダ４０の低圧室側に吸入された低圧の冷媒は、ローラ４８とベーン５２の動作により圧縮されて中間圧となり下シリンダ４０の高圧室側より図示しない連通路を経て中間吐出管１２１から密閉容器１２内に吐出される。これによって、密閉容器１２内は中間圧となる。
【００４２】
そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは、スリーブ１４４から出て冷媒導入管９２及び上部支持部材５４に形成された図示しない吸込通路を経由して図示しない吸込ポートから上シリンダ３８の低圧室側に吸入される。吸入された中間圧の冷媒ガスは、ローラ４６とベーン５０の動作により２段目の圧縮が行なわれて高圧高温の冷媒ガスとなり、高圧室側から図示しない吐出ポートを通り上部支持部材５４に形成された吐出消音室６２、冷媒吐出管９６を経由してガスクーラ１５４で放熱された後、内部熱交換器１６０を通過し、所定の開度の膨張弁１５６で絞られ（減圧され）、エバポレータ１５７内に流入する。
【００４３】
そこで冷媒が蒸発し、そのときに周囲から吸熱することにより冷却作用を発揮して車内が冷房される。その後、内部熱交換器１６０、アキュムレータ１５８を経て冷媒導入管９４から第１の回転圧縮要素３２内に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【００４４】
ここで、車（カーエアコン）が長時間使用されずにロータリコンプレッサ１０が停止している状態では、ロータリコンプレッサ１０内を含む冷媒回路全体の圧力は均衡している。この状態からカーエアコンが使用され、ロータリコンプレッサ１０の電動要素１４が起動されると、先ず第１の回転圧縮要素３２に冷媒が吸い込まれ、圧縮して吐出されると云う仕事が開始されるので、第１の回転圧縮要素３２の吐出圧力が上昇して来るまでは、第２の回転圧縮要素３４では吸込側と吐出側で殆ど圧力差が生じない状態となる。即ち、第２の回転圧縮要素３４では殆ど仕事が成されない状況となる。
【００４５】
実際には、第１の回転圧縮要素３２の吐出圧力（中間圧）の上昇に伴い、第２の回転圧縮要素３４の吐出圧力（高圧側）も徐々に上昇していって、第２の回転圧縮要素３４も仕事をし出すことになるが、上述の如き起動当初においては第１の回転圧縮要素３２のみが仕事をし、第２の回転圧縮要素３４は殆ど仕事をしないと云うアンバランスな運転状況となる。
【００４６】
このような状況では、第１の回転圧縮要素３２が圧縮工程にあるときには大成る回転トルクが必要となるが、それと１８０度の位相差のある第２の回転圧縮要素３４が圧縮工程にあるときには回転トルクは小さくなる。即ち、電動要素１４の１回転中におけるトルクの変動が大きくなる。
【００４７】
このような第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４の圧力アンバランス状態が長期間継続されると、回転に必要なトルクもアンバランスとなることから、駆動トルクを発生させるために電動要素１４のステータコイル２８に流れる電流もアンバランスとなり、インバータＩの各パワートランジスタＴＲに過電流が流れて破壊が生じる場合もある。
【００４８】
ここで、図５は係るロータリコンプレッサ１０の起動初期状態における圧力アンバランスが生じているときのインバータＩの出力電流の変化を示している。この図では圧縮行程と、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の内の何れかの一層に流れる電流との関係を示している。即ち、上述の理由でトルクのアンバランスによりカレントトランス１０９で検出される電流もアンバランスとなり、電流のピーク値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４がバラバラとなって実施例ではＩ１又はＩ４（１段目圧縮、２段目吸入又は１段目圧縮開始、２段目吐出）で最大値となり、Ｉ２又はＩ３（１段目吐出、２段目圧縮開始又は１段目吸入、２段目圧縮）でと最小値となる。
【００４９】
該電流アンバランスの検出を行う場合は、例えば６０Ｈｚで電動要素１４を運転して、電流検出間隔を５００μｓｅｃで行うと、ロータ２４の１回転中の電流波形は図６のように電気角で２周期分となり、この間の時間は１６．７ｍｓｅｃとなる。そして、カレントトランス１０９にて検出した電流値からマイクロコンピュータ１０７は２周期（１６．７ｍｓｅｃ）分の電気角を判定し、波形出力部（図６中Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）の電流値の平均値を作り、隣り合う波形（ＡとＢ、ＢとＣ、ＣとＤ）の平均値の比較を行なって、どの組合せに予め定められた所定値に拡大しているか否かの判定を行う。
【００５０】
この場合、マイクロコンピュータ１０７は、Ａの平均値＞Ｂの平均値のときＡ／Ｂ＞α、Ｂの平均値＞Ｃの平均値のときＢ／Ｃ＜α、Ｃの平均値＜Ｄの平均値のときＤ／Ｃ＞αの場合、予め定められた所定の比率（α）以上の隣り合う波形が２つあるのを判定する。即ち、マイクロコンピュータ１０７は、所定の比率以上の開きがある２周期が、一定時間以上継続している場合電流アンバランスが発生しているとする（図７）。図では電流アンバランス（１６．７ｍｓｅｃ＝２周期）がＸ回数連続している電流波形を示している。
【００５１】
そして、マイクロコンピュータ１０７は電流アンバランスが発生すると、膨張弁制御回路１０４に信号を送信してそれまで行っていた膨張弁１５６の制御を止めて、外気温度とその時のロータリコンプレッサ１０の周波数で決まる膨張弁１５６の開度に設定し直す。そして、一定時間その膨張弁１５６開度で運転した後、波形改善が確認されれば通常の膨張弁１５６制御に戻り、確認されなければ延長して改善されるのを待ち改善されればそれまで行っていた膨張弁１５６の制御に復帰する。これにより、第２の回転圧縮要素３４から吐出される冷媒ガスは制御されるので、第２の回転圧縮要素３４の吐出圧力（高圧）を短時間で上昇することができるようになり、第２の回転圧縮要素３４における吸込側と吐出側との圧力差が迅速に拡大して本来の仕事をするようになる。
【００５２】
これにより、上述の如き圧力のアンバランスによるインバータＩへの過大電流の通電を迅速に解消できるようになり、パワートランジスタＴＲの破壊を防止して、信頼性を大幅に向上させることができるようになる。
【００５３】
このように、カレントトランス１０９にて検出した信号を利用してロータリコンプレッサ１０の圧力アンバランスを防止することができるので、格別な検出手段を設けること無く、コンプレッサの信頼性向上とインバータの過電流保護とを実現することができるようになる。
【００５４】
尚、実施例では圧力アンバランスが発生している場合にマイクロコンピュータ１０７が膨張弁制御回路１０４により膨張弁１５６を所定の開度に制御するようにしたが、それに限らず、或いは、それに加えて電動要素１４の回転数を制御するようにしても差し支えない。また、実施例ではロータリコンプレッサ１０の起動初期状態における圧力アンバランスについて説明したが、電動要素１４が高回転の状態から低回転に回転数が急速に低下した場合にも発生する可能性があり、その場合にも本発明は有効である。
【００５５】
更に、カーエアコンの冷媒回路に内部中間圧型のロータリコンプレッサ１０を適用して説明したが、ロータリコンプレッサに限らず、スクロールやレシプロタイプの多段圧縮式コンプレッサにおいても本発明は有効である。
【００５６】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、密閉容器内に電動要素と、該電動要素にて駆動される第１及び第２の圧縮要素を備え、第１の圧縮要素で圧縮された中間圧の冷媒ガスを第２の圧縮要素に吸引し、圧縮して吐出する多段圧縮式のコンプレッサを備えて冷媒回路が構成された冷媒サイクル装置において、インバータにより電動要素を制御する制御装置を備え、この制御装置は、インバータの出力電流に基づいてコンプレッサの各圧縮要素の圧力アンバランスを検出するようにしたので、各圧縮要素の圧力アンバランスによって生じる電動要素駆動用のインバータの破壊などの不都合を未然に回避することが可能となる。
【００５７】
これにより、コンプレッサの信頼性の向上を図ることが可能となる。特に、インバータ出力の電流に基づいてコンプレッサの圧力アンバランスを検出するので、インバータの過電流保護用の電流検出を利用でき、格別な検出手段を設けること無く、コンプレッサの信頼性向上とインバータの過電流保護とを実現することができるようになるものである。
【００５８】
また、請求項２の発明によれば上記に加えて、制御装置は、インバータの出力電流の最大値と最小値との差が所定の値に拡大した場合、コンプレッサの各圧縮要素において圧力アンバランスが生じているものと判断するようにしたので、第１及び第２の圧縮要素の圧力アンバランスの検出に関するプログラムなども比較的簡単に構成することができるようになるものである。
【００５９】
また、請求項３の発明によれば上記に加えて、制御装置は、コンプレッサの各圧縮要素にて圧力アンバランスが生じているものと判断した場合に、冷媒回路を構成する膨張弁を所定の開度に制御するようにしたので、コンプレッサの起動初期状態における圧力アンバランスを早期に解消することができるようになる。
【００６０】
これにより、第１及び第２の圧縮要素において生じた圧力アンバランスを短時間で解消することが可能となり、信頼性の著しい改善を図ることができるようになるものである。
【００６１】
特に、請求項４の発明の如く冷媒回路に封入される冷媒として圧力差が大きくなる二酸化炭素を用いる場合に、本発明は極めて好適なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の冷媒サイクル装置を構成する内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサの縦断面図である。
【図２】本発明の冷媒サイクル装置の実施例のカーエアコンの冷媒回路図である。
【図３】本発明の冷媒サイクル装置の実施例のカーエアコンの電気回路のブロック図である。
【図４】ロータリコンプレッサの周波数と外気温度に対する膨張弁の開度を示す図である。
【図５】ロータリコンプレッサに圧力アンバランスが生じているときのインバータの出力電流の変化を示す図である。
【図６】ロータの１回転中の電流波形（電気角で２周期分）の変化を、５００μｓｅｃの検出間隔で行なったときの電流の変化を示す図である。
【図７】同図６の電流アンバランスがＸ回数発生して状態を示す図７である。
【符号の説明】
１０　ロータリコンプレッサ
１４　電動要素
１６　回転軸
１８　回転圧縮機構部
２２　ステータ
２４　ロータ
３２　第１の回転圧縮要素
３４　第２の回転圧縮要素
１０２　昇圧回路
１０３　トランジスタモジュール
１０４　膨張弁制御回路
１０５　ロータ位置検出回路
１０６　インバータドライブ回路
１０７　マイクロコンピュータ
１０９　カレントトランス
１５６　膨張弁
Ｉ　インバータ
ＴＲ　パワートランジスタ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention includes an electric element and a first and a second compression element driven by the electric element in a closed container, and supplies an intermediate-pressure refrigerant gas compressed by the first compression element to a second compression element. The present invention relates to a refrigerant cycle device in which a refrigerant circuit is constituted by a multi-stage compression type compressor that sucks, compresses, and discharges.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, a two-stage compression type rotary compressor includes an electric element (a rotation speed is controlled by an inverter) including a stator and a rotor in a closed container, a first rotary compression element driven by the electric element, It is configured to house it and a second rotary compression element attached via a phase difference of 180 degrees.
[0003]
Then, the rotation of the electric element causes the refrigerant gas to be sucked into the low pressure chamber side of the cylinder from the suction port of the first rotary compression element, and is compressed by the operation of the rollers and the vanes to an intermediate pressure. The liquid is discharged into, for example, a closed container via a discharge port, a discharge silencer, and an intermediate discharge pipe.
[0004]
The intermediate-pressure refrigerant gas discharged into the closed container is drawn into the low-pressure chamber side of the cylinder of the second rotary compression element, and is compressed by the operation of the rollers and the vanes to become a high-temperature and high-pressure refrigerant gas. After flowing into the gas cooler constituting the refrigerant circuit through the discharge port and the discharge muffling chamber, the heat is condensed and condensed, and then throttled by an expansion valve (decompression device) having a predetermined opening and supplied to an evaporator (evaporator). Then, the refrigerant evaporates, and at that time, absorbs heat from the surroundings to exert a cooling function to air-condition the vehicle interior.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Here, in a state where the two-stage compression type rotary compressor as described above is stopped (for example, a state where the vehicle is not operated for a long time), the pressure in the refrigerant circuit is balanced. That is, the pressure on the suction side and the discharge side of the first rotary compression element and the pressure on the suction side and the discharge side of the second rotary compression element are balanced.
[0006]
When the electric element is started from such a state, first, the work of sucking the refrigerant into the first rotary compression element (first stage) and starting to compress and discharge the refrigerant is started. Until the discharge pressure of the compression element increases, almost no pressure difference occurs between the suction side and the discharge side in the second rotary compression element (second stage). That is, the second rotary compression element hardly performs work.
[0007]
Actually, as the discharge pressure (intermediate pressure) of the first rotary compression element increases, the discharge pressure (high pressure side) of the second rotary compression element also gradually increases, and However, at the start of the operation as described above, only the first rotary compression element (first stage) performs work, and the second rotary compression element (second stage) hardly performs work. The driving situation becomes unbalanced. It is considered that such pressure imbalance in each rotary compression element also occurs when the number of rotations of the electric element drops from high to low.
[0008]
In such a situation, when the first rotary compression element (first stage) is in the compression step, a large rotation torque is required, but the second rotary compression element (second stage) having a phase difference of 180 degrees therefrom. When the eye is in the compression step, the rotational torque becomes small. That is, the fluctuation of the torque during one rotation increases.
[0009]
If the pressure imbalance between the first rotary compression element (first stage) and the second rotary compression element (second stage) continues for a long period of time, the torque required for rotation also becomes unbalanced. Therefore, the current flowing through the electric element in order to generate the driving torque is also unbalanced, and an overcurrent flows through the inverter to cause destruction.
[0010]
The present invention has been made to solve such a conventional technical problem, and an object of the present invention is to provide a refrigerant cycle device capable of solving a problem caused by a pressure imbalance in a compression element of a multistage compression type compressor. And
[0011]
[Means for Solving the Problems]
That is, according to the present invention, an electric element and first and second compression elements driven by the electric element are provided in the closed container, and the intermediate-pressure refrigerant gas compressed by the first compression element is supplied to the second element. In a refrigerant cycle device including a multi-stage compression type compressor that draws in, compresses, and discharges the compression element, a refrigerant circuit is configured, and a control device that controls an electric element by an inverter is provided. Since the pressure imbalance of each compression element of the compressor is detected based on the output current, it is possible to prevent inconvenience such as destruction of the inverter for driving the electric element caused by the pressure imbalance of each compression element. It becomes.
[0012]
This makes it possible to improve the reliability of the compressor. In particular, since the pressure imbalance of the compressor is detected based on the current of the inverter output, current detection for protecting the inverter from overcurrent can be used. Current protection can be realized.
[0013]
In addition, in the invention of claim 2, in addition to the above, when the difference between the maximum value and the minimum value of the output current of the inverter expands to a predetermined value, the control device can reduce the pressure imbalance in each compression element of the compressor. Since it is determined that the pressure has occurred, a program for detecting the pressure imbalance of the first and second compression elements can be configured relatively easily.
[0014]
In addition, in the invention of claim 3, in addition to the above, when the control device determines that pressure imbalance occurs in each compression element of the compressor, the control device opens the expansion valve constituting the refrigerant circuit by a predetermined amount. Since the control is performed every time, the pressure imbalance in the initial state of starting the compressor can be eliminated at an early stage.
[0015]
As a result, the pressure imbalance generated in the first and second compression elements can be eliminated in a short time, and the reliability can be remarkably improved.
[0016]
In particular, when carbon dioxide having a large pressure difference is used as the refrigerant sealed in the refrigerant circuit as in the invention of claim 4, the present invention is extremely suitable.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows, as an embodiment of a compressor used in the refrigerant cycle device of the present invention, an internal intermediate-pressure multistage (two-stage) having first and second rotary compression elements 32 and 34 (both are examples of compression elements). 1 is a vertical sectional side view of a compression type rotary compressor 10. FIG.
[0018]
In this figure, 10 is carbon dioxide (CO ₂ ) As a refrigerant (corresponding to the compressor of the present invention). The rotary compressor 10 includes a cylindrical hermetic container 12 made of a steel plate, and an upper part of an inner space of the hermetic container 12. The first rotary compression element 32 (first stage) and the second rotary compression element, which are disposed under the electric element 14 and are disposed below the electric element 14 and are driven by the rotating shaft 16 of the electric element 14. 34 (second stage).
[0019]
The closed container 12 has an oil reservoir at the bottom, a container body 12A that houses the electric element 14 and the rotary compression mechanism 18, and a substantially bowl-shaped end cap (lid) 12B that closes an upper opening of the container body 12A. A circular mounting hole 12D is formed in the center of the upper surface of the end cap 12B, and a terminal (wiring omitted) 20 for supplying electric power to the electric element 14 is mounted in the mounting hole 12D. Have been.
[0020]
The electric element 14 includes a stator 22 annularly mounted along the inner peripheral surface of the upper space of the closed casing 12, and a rotor 24 inserted inside the stator 22 with a slight space therebetween. The rotor 24 is fixed to the rotating shaft 16 that extends vertically through the center.
[0021]
The stator 22 has a laminated body 26 in which donut-shaped electromagnetic steel sheets are laminated, and a stator coil 28 wound around teeth of the laminated body 26 by a direct winding (concentrated winding) method. The rotor 24 is formed of a laminated body 30 of electromagnetic steel sheets similarly to the stator 22, and is formed by inserting a permanent magnet MG into the laminated body 30.
[0022]
An intermediate partition plate 36 is held between the first rotary compression element 32 and the second rotary compression element 34. That is, the first rotary compression element 32 and the second rotary compression element 34 include an intermediate partition plate 36, an upper cylinder 38, a lower cylinder 40 disposed above and below the intermediate partition plate 36, The upper and lower rollers 46 and 48 are eccentrically rotated by upper and lower eccentric portions 42 and 44 provided on the rotating shaft 16 with a phase difference of 180 degrees in the inside 40, and the upper and lower cylinders 38 abut on the upper and lower rollers 46 and 48. The vanes 50 and 52 partitioning the inside of the chamber 40 into a low-pressure chamber side and a high-pressure chamber side, and the upper opening surface of the upper cylinder 38 and the lower opening surface of the lower cylinder 40 are closed to also serve as a bearing for the rotating shaft 16. It is composed of an upper support member 54 and a lower support member 56 as support members.
[0023]
On the other hand, the upper support member 54 and the lower support member 56 include a suction passage 60 (a suction passage on the upper support member 54 side is not shown) communicating with the inside of the upper and lower cylinders 38 and 40 through a suction port (not shown), respectively. Discharge muffling chambers 62 and 64 formed by partially recessing the recess and closing the recess with an upper cover 66 and a lower cover 68 are provided.
[0024]
The discharge muffling chamber 64 and the inside of the closed container 12 are communicated with each other through a communication passage (not shown) penetrating the upper and lower cylinders 38 and 40 and the intermediate partition plate 36, and an intermediate discharge pipe 121 is provided at an upper end of the communication passage. The intermediate pressure refrigerant compressed by the first rotary compression element 32 is discharged from the intermediate discharge pipe 121 into the closed container 12.
[0025]
An upper cover 66 that closes an upper opening of the discharge muffling chamber 62 that communicates with the inside of the upper cylinder 38 of the second rotary compression element 34 divides the inside of the sealed container 12 into the discharge muffling chamber 62 and the electric element 14 side. .
[0026]
In this case, the above-mentioned carbon dioxide (CO2), which is a natural refrigerant in consideration of flammability and toxicity, is friendly to the global environment as a refrigerant. ₂ ), And existing oils such as mineral oil (mineral oil), alkylbenzene oil, ether oil, ester oil, and PAG (polyalkyl glycol) are used as the lubricating oil.
[0027]
On the side surface of the container body 12A constituting the closed container 12, suction passages 60 (the upper side is not shown) of the upper support member 54 and the lower support member 56, the discharge muffling chamber 62, and the upper side of the upper cover 66 (the upper side of the electric element 14). The sleeves 141, 142, 143, and 144 are respectively welded and fixed at positions corresponding to the lower end (positions substantially corresponding to the lower ends). The sleeves 141 and 142 are vertically adjacent to each other, and the sleeve 143 is substantially on a diagonal line of the sleeve 141. The sleeve 144 is located at a position shifted from the sleeve 141 by approximately 90 degrees.
[0028]
One end of a refrigerant introduction pipe 92 for introducing refrigerant gas into the upper cylinder 38 is inserted into the sleeve 141, and one end of the refrigerant introduction pipe 92 communicates with a suction passage (not shown) of the upper cylinder 38. The refrigerant introduction pipe 92 passes through the upper side of the closed container 12 to reach the sleeve 144, and the other end is inserted and connected into the sleeve 144 and communicates with the inside of the closed container 12.
[0029]
One end of a refrigerant introduction pipe 94 for introducing refrigerant gas into the lower cylinder 40 is inserted and connected into the sleeve 142, and one end of the refrigerant introduction pipe 94 communicates with the suction passage 60 of the lower cylinder 40. The other end of the refrigerant introduction pipe 94 is connected to a lower side of the accumulator 158 (shown in FIG. 2). Further, a refrigerant discharge pipe 96 is inserted and connected into the sleeve 143, and one end of the refrigerant discharge pipe 96 communicates with the discharge muffling chamber 62.
[0030]
The accumulator 158 is a tank for performing gas-liquid separation of the suction refrigerant. The accumulator 158 has a bracket (not shown) on the accumulator 158 side on a bracket 147 on the closed container 12 side welded and fixed to an upper side surface of the container body 12A of the closed container 12. Attached through.
[0031]
Next, FIG. 2 shows a refrigerant circuit when the refrigerant cycle device of the present invention is applied to a car air conditioner (air conditioner). The rotary compressor 10 described above is a part of the refrigerant circuit of the car air conditioner shown in FIG. Is composed. That is, the refrigerant discharge pipe 96 of the rotary compressor 10 is connected to the inlet of the gas cooler 154. The pipe exiting the gas cooler 154 passes through an internal heat exchanger 160, passes through an electric expansion valve 156 (decompression device), reaches an inlet of an evaporator (evaporator) 157, and an outlet of the evaporator 157 has an internal heat exchanger 160. Is connected to the refrigerant introduction pipe 94 via the accumulator 158.
[0032]
Next, FIG. 3 shows a block diagram of a control device C of the car air conditioner. In this case, the electric element 14 of the rotary compressor 10 is driven by the inverter I shown in FIG. That is, in FIG. 3, reference numeral 102 denotes a booster circuit, which is connected to a battery which is charged by a generator driven by an engine (not shown). A transistor module 103 having a plurality of power transistors TR constituting the inverter I is connected to this battery. The output lines of the power transistors TR are connected to the three phases of the stator coils (U-phase, V-phase, and W-phase) 28 of the electric element 14, and sequentially form U-phase, V-phase, and W-phase at 120 degrees. The energization causes the rotor 24 to rotate in a predetermined direction.
[0033]
A rotor position detection circuit 105 is connected to each of the U, V, and W phases. The rotor position detection circuit 105 is connected to a general-purpose microcomputer 107 included in the control device C. A current transformer 109 for detecting the rotor position is connected to the V phase, and the current transformer 109 is connected to the microcomputer 107. The current transformer 109 estimates and detects the rotational angle position of the rotor 24 by comparing an induced voltage appearing in one of the empty phases where the stator coil 28 is not energized with a certain potential of the input voltage. The control device C includes a booster circuit 102, a transistor module 103, an expansion valve control circuit 104, a rotor position detection circuit 105, an inverter drive circuit 106, a microcomputer 107, a current transformer 109, and the like.
[0034]
In this case, the rotor position detection circuit 105 can use the comparison signal of the voltage as the position detection signal of the rotor 24, so that even a microcomputer having a relatively low processing ability can perform the entire control including the system protection control on one chip. Cost reduction. The microcomputer 107 is connected to an inverter drive circuit 106. An inverter drive circuit 106 controls the drive of the transistor module 103. Then, current transformer 109 detects a drive current of electric element 14 (V phase) output from inverter I. Note that the current transformer 109 may detect a U-phase or W-phase current.
[0035]
The microcomputer 107 controls each power transistor TR... Of the transistor module 103 by the inverter drive circuit 106 based on the position information detected by the rotor position detection circuit 105, so that the stator coils (U phase, V phase, W phase) are controlled. ) The energization to 28 is controlled, and the number of rotations of the electric element 14 is controlled.
[0036]
That is, the microcomputer 107 detects which phase the transistor module 103 is energized to and which phase is not energized by the position detection signal detected by the rotor position detection circuit 105. Further, the microcomputer 107 transmits this detection signal to the inverter drive circuit 106, and the inverter drive circuit 106 controls the output frequency of the transistor module 103. The output frequency controls the rotation speed of the electric element 14 to a predetermined rotation speed.
[0037]
The microcomputer 107 is connected to an expansion valve control circuit 104, and the expansion valve control circuit 104 is connected to (the stepping motor of) the expansion valve 156. The microcomputer 107 controls the stepping motor during normal operation of the refrigerant cycle device to control the expansion valve 156 to a predetermined suitable opening.
[0038]
When the difference between the maximum value and the minimum value of the output current of the inverter I detected by the current transformer 109 expands to a predetermined value, the microcomputer 107 sets the pressure in each of the rotary compression elements 32 and 34. A program for determining that the imbalance has occurred is pre-installed. If the microcomputer 107 determines that pressure imbalance has occurred in each of the rotary compression elements 32 and 34, the microcomputer 107 transmits a signal to the expansion valve control circuit 104 to control the expansion valve 156 which has been performed up to that point. Is stopped, and the opening degree of the expansion valve 156 shown in FIG. 4 determined by the outside air temperature and the frequency of the rotary compressor 10 at that time is reset.
[0039]
Here, when the stator coil 28 of the electric element 14 is energized and the rotor 24 rotates, the microcomputer 107 can detect the output current of the inverter I from the signal detected and output by the current transformer 109. In this case, when the current flowing through the stator coil 28 is large, the current detected by the current transformer 109 is also large, and when the current flowing through the stator coil 28 is small, the current detected by the current transformer 109 is also small. The current flowing through the stator coil 28 changes according to the load applied to the rotating shaft 16 of the electric element 14, that is, the torque required to drive the rotary compression elements 32 and 34. Therefore, a change in torque in each of the rotary compression elements 32 and 34 can be detected from a change in current detected by the current transformer 109.
[0040]
Next, the operation of the above configuration will be described. When the stator coil 28 of the electric element 14 is energized through the terminal 20 and the wiring (not shown), the electric element 14 is activated and the rotor 24 rotates. By this rotation, the upper and lower rollers 46 and 48 fitted to the upper and lower eccentric portions 42 and 44 provided integrally with the rotating shaft 16 eccentrically rotate inside the upper and lower cylinders 38 and 40.
[0041]
As a result, the low-pressure refrigerant sucked into the low-pressure chamber side of the cylinder 40 from the suction port (not shown) via the refrigerant introduction pipe 94 and the suction passage 60 formed in the lower support member 56 operates by the rollers 48 and the vanes 52. , And is discharged to the closed vessel 12 from the intermediate discharge pipe 121 through a communication passage (not shown) from the high pressure chamber side of the lower cylinder 40. Thereby, the inside of the sealed container 12 has an intermediate pressure.
[0042]
Then, the intermediate-pressure refrigerant gas in the closed container 12 exits from the sleeve 144 and passes through a refrigerant introduction pipe 92 and a suction passage (not shown) formed in the upper support member 54 from a suction port (not shown) to the low pressure of the upper cylinder 38. Inhaled into the room. The sucked intermediate-pressure refrigerant gas is compressed in the second stage by the operation of the roller 46 and the vane 50 to become a high-pressure and high-temperature refrigerant gas, and is formed on the upper support member 54 from the high-pressure chamber through a discharge port (not shown). After being radiated by the gas cooler 154 via the discharged muffler chamber 62 and the refrigerant discharge pipe 96, the gas passes through the internal heat exchanger 160, is throttled (depressurized) by the expansion valve 156 having a predetermined opening, and the evaporator 157. Flows into.
[0043]
Then, the refrigerant evaporates, and at that time, absorbs heat from the surroundings to exert a cooling function, thereby cooling the inside of the vehicle. Thereafter, a cycle in which the refrigerant is sucked into the first rotary compression element 32 from the refrigerant introduction pipe 94 via the internal heat exchanger 160 and the accumulator 158 is repeated.
[0044]
Here, in a state where the car (car air conditioner) is not used for a long time and the rotary compressor 10 is stopped, the pressure of the entire refrigerant circuit including the inside of the rotary compressor 10 is balanced. From this state, when the car air conditioner is used and the electric element 14 of the rotary compressor 10 is started, the work that the refrigerant is first sucked into the first rotary compression element 32 and compressed and discharged starts. Until the discharge pressure of the first rotary compression element 32 increases, almost no pressure difference occurs between the suction side and the discharge side in the second rotary compression element 34. That is, the second rotary compression element 34 hardly performs work.
[0045]
Actually, as the discharge pressure (intermediate pressure) of the first rotary compression element 32 increases, the discharge pressure (high pressure side) of the second rotary compression element 34 also gradually increases, and The compression element 34 also starts to work, but at the beginning of the operation as described above, only the first rotary compression element 32 performs work, and the second rotary compression element 34 performs little work. It becomes a driving situation.
[0046]
In such a situation, a large rotation torque is required when the first rotary compression element 32 is in the compression step, but when the second rotary compression element 34 having a phase difference of 180 degrees is in the compression step, The rotation torque is reduced. That is, the fluctuation of the torque during one rotation of the electric element 14 increases.
[0047]
If the pressure unbalance state of the first rotary compression element 32 and the second rotary compression element 34 continues for a long period of time, the torque required for rotation also becomes unbalanced, so that the drive torque is generated. Also, the current flowing through the stator coil 28 of the electric element 14 may be unbalanced, and an overcurrent may flow through each power transistor TR of the inverter I to cause destruction.
[0048]
Here, FIG. 5 shows a change in the output current of the inverter I when the pressure imbalance occurs in the initial state of the startup of the rotary compressor 10. This figure shows the relationship between the compression stroke and the current flowing in any one of the U, V, and W phases. That is, the current detected by the current transformer 109 also becomes unbalanced due to the torque imbalance for the above-mentioned reason, and the peak values I1, I2, I3, and I4 of the current are scattered. The maximum value is obtained at the compression, the second-stage suction or the first-stage compression start, the second-stage discharge), and at I2 or I3 (the first-stage discharge, the second-stage compression start or the first-stage suction, the second-stage compression). It becomes the minimum value.
[0049]
When the current imbalance is detected, for example, when the electric element 14 is operated at 60 Hz and the current detection interval is set at 500 μsec, the current waveform during one rotation of the rotor 24 becomes 2 electrical degrees as shown in FIG. This is equivalent to a cycle, and the time during this period is 16.7 msec. Then, the microcomputer 107 determines an electrical angle for two cycles (16.7 msec) from the current value detected by the current transformer 109, and determines the electrical angle of the current value of the waveform output unit (A, B, C, D in FIG. 6). An average value is created, and the average values of adjacent waveforms (A and B, B and C, C and D) are compared, and it is determined which combination is expanded to a predetermined value. .
[0050]
In this case, the microcomputer 107 determines that A / B> α when the average value of A> the average value of B, B / C <α when the average value of B> the average value of C, and the average value of C <the average value of D When D / C> α when the value is a value, it is determined that there are two adjacent waveforms having a predetermined ratio (α) or more. That is, the microcomputer 107 assumes that a current imbalance has occurred when two cycles having an opening of a predetermined ratio or more have continued for a predetermined time or more (FIG. 7). The figure shows a current waveform in which the current imbalance (16.7 msec = 2 cycles) is continued X times.
[0051]
When a current imbalance occurs, the microcomputer 107 transmits a signal to the expansion valve control circuit 104 to stop the control of the expansion valve 156 which has been performed so far, and is determined by the outside air temperature and the frequency of the rotary compressor 10 at that time. The degree of opening of the expansion valve 156 is reset. After operating at the opening degree of the expansion valve 156 for a certain period of time, if the waveform improvement is confirmed, the control returns to the normal expansion valve 156 control. The control returns to the control of the expansion valve 156 that has been performed. Accordingly, the refrigerant gas discharged from the second rotary compression element 34 is controlled, so that the discharge pressure (high pressure) of the second rotary compression element 34 can be increased in a short time, and the second The pressure difference between the suction side and the discharge side of the rotary compression element 34 rapidly increases, and the original work is performed.
[0052]
As a result, the application of an excessive current to the inverter I due to the pressure imbalance as described above can be quickly eliminated, and the power transistor TR can be prevented from being broken, so that the reliability can be greatly improved. Become.
[0053]
As described above, it is possible to prevent the pressure imbalance of the rotary compressor 10 by using the signal detected by the current transformer 109, so that the reliability of the compressor can be improved and the overcurrent of the inverter can be improved without providing any special detecting means. Protection can be realized.
[0054]
In the embodiment, the microcomputer 107 controls the expansion valve 156 to a predetermined opening degree by the expansion valve control circuit 104 when the pressure imbalance has occurred. However, the present invention is not limited to this, or in addition thereto. The rotation speed of the electric element 14 may be controlled. Further, in the embodiment, the pressure imbalance in the initial startup state of the rotary compressor 10 has been described. However, it may occur even when the rotation speed of the electric element 14 rapidly decreases from a high rotation state to a low rotation state, The present invention is also effective in such a case.
[0055]
Furthermore, although the description has been given by applying the internal intermediate pressure type rotary compressor 10 to the refrigerant circuit of the car air conditioner, the present invention is effective not only for the rotary compressor but also for a scroll or reciprocating type multi-stage compression type compressor.
[0056]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, an electric element and first and second compression elements driven by the electric element are provided in the closed container, and the pressure of the intermediate pressure compressed by the first compression element is reduced. In a refrigerant cycle device including a multi-stage compression type compressor that draws refrigerant gas into a second compression element, compresses and discharges the refrigerant gas, a control device that controls an electric element by an inverter is provided. Since the device detects the pressure imbalance of each compression element of the compressor based on the output current of the inverter, the inconvenience such as destruction of the inverter for driving the electric element caused by the pressure imbalance of each compression element is anticipated. It is possible to avoid.
[0057]
This makes it possible to improve the reliability of the compressor. In particular, since the pressure imbalance of the compressor is detected based on the current of the inverter output, current detection for protecting the inverter from overcurrent can be used. Current protection can be realized.
[0058]
According to the second aspect of the present invention, in addition to the above, when the difference between the maximum value and the minimum value of the output current of the inverter is expanded to a predetermined value, the control device can control the pressure imbalance in each compression element of the compressor. Is determined, the program for detecting the pressure imbalance of the first and second compression elements can be configured relatively easily.
[0059]
According to the third aspect of the present invention, in addition to the above, when the control device determines that pressure imbalance occurs in each compression element of the compressor, the control device sets the expansion valve forming the refrigerant circuit to a predetermined pressure. Since the opening degree is controlled, the pressure imbalance in the initial startup state of the compressor can be eliminated at an early stage.
[0060]
As a result, the pressure imbalance generated in the first and second compression elements can be eliminated in a short time, and the reliability can be remarkably improved.
[0061]
In particular, when carbon dioxide having a large pressure difference is used as the refrigerant sealed in the refrigerant circuit as in the invention of claim 4, the present invention is extremely suitable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an internal intermediate pressure type two-stage compression type rotary compressor constituting a refrigerant cycle device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a refrigerant circuit diagram of a car air conditioner according to an embodiment of the refrigerant cycle device of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram of an electric circuit of the car air conditioner according to the embodiment of the refrigerant cycle device of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an opening degree of an expansion valve with respect to a frequency of a rotary compressor and an outside air temperature.
FIG. 5 is a diagram illustrating a change in the output current of the inverter when a pressure imbalance occurs in the rotary compressor.
FIG. 6 is a diagram showing a change in current when a change in a current waveform (for two cycles in electrical angle) during one rotation of a rotor is performed at a detection interval of 500 μsec.
FIG. 7 is a diagram showing a state where the current imbalance of FIG. 6 occurs X times;
[Explanation of symbols]
10 Rotary compressor
14 Electric elements
16 rotating shaft
18 Rotary compression mechanism
22 Stator
24 rotor
32 first rotary compression element
34 Second rotary compression element
102 booster circuit
103 Transistor module
104 Expansion valve control circuit
105 Rotor position detection circuit
106 Inverter drive circuit
107 microcomputer
109 Current transformer
156 expansion valve
I inverter
TR Power transistor

Claims

An electric element and a first and a second compression element driven by the electric element are provided in the closed vessel, and the intermediate-pressure refrigerant gas compressed by the first compression element is supplied to the second compression element. In a refrigerant cycle device configured with a refrigerant circuit including a multi-stage compression type compressor that sucks, compresses, and discharges,
A refrigerant cycle device comprising a control device for controlling the electric element by an inverter, wherein the control device detects a pressure imbalance of each compression element of the compressor based on an output current of the inverter.

When the difference between the maximum value and the minimum value of the output current of the inverter is expanded to a predetermined value, the control device determines that a pressure imbalance has occurred in each compression element of the compressor. The refrigerant cycle device according to claim 1, wherein

The control device controls an expansion valve included in the refrigerant circuit to a predetermined opening when determining that pressure imbalance occurs in each compression element of the compressor. 2. The refrigerant cycle device.

4. The refrigerant cycle device according to claim 1, wherein carbon dioxide is used as a refrigerant sealed in the refrigerant circuit.