KR100470586B1

KR100470586B1 - 압축기및공기조화장치

Info

Publication number: KR100470586B1
Application number: KR10-1998-0001212A
Authority: KR
Inventors: 고지 나가에
Original assignee: 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 2005-07-05
Also published as: ES2195203T3; DE69813048D1; CN1194337A; PT854293E; DE69813048T2; KR19980070565A; CN1134591C; TW336270B; US6024547A; EP0854293A1; EP0854293B1

Abstract

본 발명은 실린더 내에서 편심 회전하는 로터와, 이 로터의 외주면에 미끄럼 접촉해서 흡입 동작이 행해지는 흡입 공간과 압축 동작이 행해지는 압축 공간을 구획하는 베인으로 이루어진 압축 요소를 복수 갖는 복수 로터형 압축기로서, 하나의 압축 요소에 있어서의 압축 공간과 다른 압축 요소에 있어서의 흡입 공간을 위상 차이를 가지고 연통시키는 연통로와, 해당 연통로 내에서의 유체의 연통을 차단하는 제1 전자 밸브와, 해당 연통로에 설치되어 유체를 일방향으로만 통과시키는 역지 밸브로 이루어진 파워 세이브 기구를 구비한 압축기 및 이 압축기를 갖는 공기 조화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

파워 세이브 기구에 부가해서 소정의 압축 동작의 정지를 행함으로써 압축일을 줄이는 압축 정지 기구가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

압축기 및 공기 조화 장치

본 발명은 능력 가변형 압축기와 그 압축기를 구비한 공기 조화 장치에 관한 것으로, 소비 에너지의 저감을 꾀하면서 다단계에서의 능력 제어를 실현하는 기술에 관한 것이다.

최근, 공기 조화 장치에서는 냉난방시에 있어서의 실온의 오버슈트와 헌팅을 방지하기 위해, 이용측(실내 열교환기)의 능력 요구에 부응하여 열원측(압축기)에서 능력 제어를 행하는 것이 주류가 되고 있다. 압축기의 능력 제어 방법으로서는 인버터 장치를 이용해서 교류 전류의 주파수를 변환하고, 이에 의해 압축기의 구동 회전수를 선형으로 제어하는 일이 많다. 이 방법에 의하면, 압축기의 능력을 0에서 정격점까지 임의로 변동시킬 수 있으므로, 거의 완전한 공기 조화 제어가 실현 가능해진다. 그러나, 인버터 장치에는 주파수 변환에 따른 에너지 손실을 피할 수 없는 것외에 바람직하지 않은 전자파를 환경에 방출하거나 대형인 것에서는 장치 비용이 높아지는 등 각종 문제가 있다.

그래서, 일본 특허 공개 평8-247560호 등에서는 일정 속도로 구동되는 압축기구가 내장된 정속 압축기를 사용하면서 파워 세이브 기구와 냉매 복귀 회로에 의해 능력 제어를 행하는 능력 가변형 정속 압축기가 제안되어 있다. 파워 세이브 기구는 압축 기구의 실린더 측벽 등에 밸브 장치를 부설한 것으로, 이 밸브 장치를 개방함으로써 예를 들어 압축 행정 전반에 있어서의 압축 일이 행해지지 않게 된다. 또, 냉매 복귀 회로는 예를 들어 압축기의 토출측 냉매 회로와 흡입측 냉매 회로 사이에 바이패스 회로를 설치하여, 이 바이패스 회로에 개재된 밸브 장치를 개방함으로써 압축 후의 냉매의 일부를 흡입측 냉매 회로로 환류시킨다.

능력 가변형 정속 압축기와 통상의 정속 압축기를 조합한 경우, 양 압축기를 개별적으로 운전 또는 정지시키거나 파워 세이브 기구와 냉매 복귀 회로를 이용함으로써 다단계의 능력 제어가 가능해진다. 예를 들어, 능력 가변형 정속 압축기의 정격 능력을 4마력, 정속 압축기의 정격 능력을 6마력으로 하고, 파워 세이브 기구에 의한 능력 가변형 정속 압축기의 능력 저감량을 2마력, 냉매 복귀 회로에 의한 능력 저감량을 1마력으로 하면 1 내지 10마력 범위에서 1마력(즉, 10단계) 마다 능력이 절환된다.

그런데, 상술한 냉매 복귀 회로를 개방하면 압축 후의 냉매의 일부가 흡입측 냉매 회로로 환류하므로, 압축기는 불필요한 압축 일을 행하게 된다. 예를 들어, 9마력의 능력으로 운전이 행해질 때에는 냉매 복귀 회로에 의해 1마력의 압축 일이 폐기되지만, 에너지 소비는 10마력의 능력으로 운전이 행해질 때와 대략 동일해진다. 이에 의해, 인버터 장치와 동일 또는 그 이상의 에너지 손실이 발생하여 능력 가변형 정속 압축기의 채용을 어렵게 하는 요인이 되고 있었다. 또, 냉매 복귀 회로를 설치하지 않고 파워 세이브 기구만에 의한 능력 제어를 행하는 것도 고려되었으나, 그 경우에는 상술한 압축기 구성에서는 능력 절환이 2마력(즉, 5단계) 마다 되어 버린다. 그로 인해, 공기 조화 장치에 있어서는 이용측의 능력 요구가 작은(예를 들어 1 내지 3마력 정도) 경우 등에는 실온의 오버슈트와 헌팅이 발생하여 공기 조화가 이루어지는 공간에 있어서의 사용자의 쾌적성을 해칠 우려가 있었다.

본 발명은 상기 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 소비 에너지의 저감 등을 꾀하면서 다단계에서의 능력 제어를 실현한 압축기와 이 압축기를 구비한 공기 조화 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

그래서, 본 발명의 제1 형태에 의하면, 실린더 내에서 편심 회전하는 로터와, 이 로터의 외주면에 미끄럼 접촉해서 흡입 공간과 압축 공간을 구획하는 베인으로 이루어진 압축 요소를 복수 갖는 복수 로터형 압축기로서, 하나의 압축 요소에 있어서의 압축 공간과 다른 압축 요소에 있어서의 흡입 공간을 위상 차이를 가지고 연통시키는 연통로와, 해당 연통로 내에서의 유체의 유통을 차단하는 제1 절환 밸브와, 해당 연통로에 설치되어 유체를 일방향으로만 통과시키는 역지 밸브로 이루어진 파워 세이브 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 파워 세이브 수단의 제1 전자 밸브가 개방되면 각 압축 요소에 있어서 모든 압축 일이 행해져, 압축기는 정격 능력으로 운전된다. 또, 제 1 전자 밸브가 폐쇄되면 연통로에 설치된 역지 밸브의 작용에 의해 한쪽 압축 요소의 압축 공간으로부터 다른 쪽 압축 요소의 흡입 공간으로만 유체가 유출되어, 압축기는 파워 세이브된 상태에서 운전된다.

상술한 제1 형태의 압축기는 복수의 압축 요소의 배제 용적이 서로 다르게 설계되어도 된다.

그리고 상기 압축기는, 상기 압축 요소 중 적어도 하나에 설치되어 그 압축 요소의 흡입 공간과 압축 공간을 연통시키는 압축 정지 수단을 또한 구비한 것이다. 이 구성에 의하면, 압축 정지 수단이 작동하지 않을 때에는 각 압축 요소에 있어서 모든 압축 일이 행해져, 압축기는 정격 능력으로 운전된다. 또, 어느 압축 요소에 설치된 압축 정지 수단이 작동하면 그 압축 요소에서는 압축 일이 전혀 행해지지 않게 되어, 압축기는 해당 압축 요소의 배제 용적에 따른 능력이 세이브된 상태에서 운전된다.

또한, 상술한 제1 형태의 압축기는 하나의 압축 요소에 있어서의 압축 공간과 다른 압축 요소에 있어서의 흡입 공간을 위상 차이를 가지고 연통시키는 연통로와, 해당 연통로 내에서의 유체의 유통을 차단하는 제1 전자 밸브와, 해당 연통로에 설치되어 유체를 일방향으로만 통과시키는 역지 밸브로 이루어진 파워 세이브 수단과, 상기 압축 요소 중 적어도 하나에 설치되어 그 압축 요소의 흡입 공간과 압축 공간을 연통시키는 압축 정지 수단을 구비한 것을 제안한다.

이 구성에 의하면, 파워 세이브 수단과 압축 정지 수단의 작동 상태에 따라 압축기는 정격 능력으로 운전되는 외에 능력이 복수 단계로 세이브된 상태에서도 운전된다.

본 발명의 제2 형태에 의하면, 실린더 내에서 편심 회전하는 로터와, 이 로터의 외주면에 미끄럼 접촉해서 흡입 공간과 압축 공간을 구획하는 베인으로 이루어진 압축 요소를 복수 갖는 복수 로터형 압축기를 구비한 공기 조화 장치로서, 상기 압축기는 하나의 압축 요소에 있어서의 압축 공간과 다른 압축 요소에 있어서의 흡입 공간을 위상 차이를 가지고 연통시키는 연통로와, 해당 연통로 내에서의 유체의 유통을 차단하는 제1 전자 밸브와, 해당 연통로에 설치되어 유체를 일방향으로만 통과시키는 역지 밸브로 이루어진 파워 세이브 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

상술한 압축기는 복수의 압축 요소의 배제 용적이 서로 다르게 설계될 수 있다.

그리고, 상기 압축기는 상기 압축 요소 중 적어도 하나에 설치되어 그 압축 요소의 흡입 공간과 압축 공간을 연통시키는 압축 정지 수단을 구비한다. 또한, 상술한 압축기는 하나의 압축 요소에 있어서의 압축 공간과 다른 압축 요소에 있어서의 흡입 공간을 위상 차이를 가지고 연통시키는 연통로와, 해당 연통로 내에서의 유체의 유통을 차단하는 제1 전자 밸브와, 해당 연통로에 설치되어 유체를 일방향으로만 통과시키는 역지 밸브로 이루어진 파워 세이브 수단과, 상기 압축 요소 중 적어도 하나에 설치되어 그 압축 요소의 흡입 공간과 압축 공간을 연통시키는 압축 정지 수단을 구비한 것이다.

본 발명의 제2 형태의 공기 조화 장치에 의하면, 예를 들어 실외 유닛 내에 두 가지 압축 요소를 갖는 정속 압축기를 배치하고, 이 정속 압축기에 양 압축 요소 사이에서 냉매를 이동시키는 파워 세이브 수단을 설치하는 외에 각 압축 요소마다 압축 정지 수단을 설치한다. 이에 의해, 양 정속 압축기의 구동 제어와 파워 세이브 수단 및 압축 정지 수단의 구동 제어를 행함으로써, 에너지 손실의 요인이 되는 냉매 복귀 회로를 설치하지 않고 다단계의 능력 제어가 실현된다.

이하, 본 발명의 일실시 형태를 도면에 의거해서 상세하게 설명한다. 도1은 1대의 실외 유닛(1)과 복수의 실내 유닛(3)으로 이루어진 공기 조화 장치의 개략 구성도로서, 도면에서는 실선으로 냉매 회로를 도시하고, 일점 쇄선으로 전기 회로를 도시하고 있다.

실외 유닛(1) 측에는 압축기(5), 전자식 사방 밸브(9), 실외 열교환기(11), 전동팬(13), 어큐뮬레이터(15), 오일 분리기(17) 등이 설치되어 있다. 또, 실내 유닛(3) 측에는 전동 팽창 밸브(21), 실내 열교환기(23), 전동팬(25) 등이 설치되어 있다. 냉매 회로를 구성하는 기기는 가스 냉매 또는 액체 냉매의 유통에 이용되는 냉매 배관(31 내지 48)에 의해 접속되어 있다. 도면 중, 도면 부호 27은 평시 폐쇄형 전자 개폐 밸브(이하, 제1 전자 밸브라고 기재), 29는 3위치 3포트형 전자 절환 밸브(이하, 제2 전자 밸브라고 기재)로서, 함께 후술하는 파워 세이브 기구의 구동에 이용된다.

실외 유닛(1) 내에는 CPU를 비롯하여 입출력 인터페이스와 ROM, RAM 등으로 구성된 실외측 제어 유닛(이하, 실외측 ECU라고 기재)(51)이 설치되어 있다. 실외측 ECU(51)는 내장한 제어 프로그램이나 도시되지 않은 각종 센서 등으로부터의 입력 정보에 의거해서 양 압축기(5, 7)와 사방 밸브(9), 전동팬(13), 제1 및 제2 전자 밸브(27, 29)를 구동 제어한다.

한편, 실내 유닛(3) 내에는 CPU를 비롯하여 입출력 인터페이스와 ROM, RAM 등으로 구성된 실내측 제어 유닛(이하, 실내측 ECU라고 기재)(52)이 설치되어 있다. 실내측 ECU(52)는 내장한 제어 프로그램이나 도시되지 않은 원격 제어기 및 각종 센서 등으로부터의 입력 신호에 의거해서 전동 팽창 밸브(21)와 전동팬(25)의 구동 제어를 행하는 동시에, 실외측 ECU(51)와의 사이에서 서로 신호의 교환을 행한다.

본 실시 형태의 경우, 압축기(5)는 상하 한 쌍의 회전 압축 요소를 갖는 전동 트윈 로터형 정속 압축기로서, 그 정격 출력은 4마력으로 설정되어 있다. 또, 압축기(5)에는 도2에 도시한 파워 세이브 기구와 도4에 도시한 압축 정지 기구가 설치되어 있으며, 그들의 작동에 의해 압축기(5)의 압축 일이 8단계로 절환된다. 이하, 본 실시 형태에 있어서의 파워 세이브 기구의 구조 및 작용을 설명한다.

압축기(5)의 압축 기구(61)는 도2에 그 반절개 종단면을 도시한 바와 같이, 주요 프레임(65)과 베어링판(67)에 협지된 상하 한 쌍의 실린더(69, 70)와, 양 실린더(69, 70) 및 중간판(71)에 의해 구획된 상하 한 쌍의 실린더실(73, 75)과, 양 실린더실(73, 75)의 내주면을 따라 서로 180° 의 위상으로 편심 회전하는 상하 한쌍의 로터(77, 79)로 구성되어 있다.

본 실시 형태의 경우, 양로터(77, 79)는 동일한 직경을 갖고 있으나 상방 로터(77)의 전체 높이와 하방 로터(79)의 전체 높이의 비는 1 : 3으로 설정되어 있다. 따라서, 상방 실린더실(73)과 하방 실린더실(75)에 있어서의 양로터(77, 79)의 배제 용적의 비도 1 : 3이 되어 상방의 회전 압축 요소는 1마력의 정격 출력을 갖고, 하방의 회전 압축 요소는 3마력의 정격 출력을 갖게 된다. 도면 중, 도면 부호 80은 압축기 케이싱이다.

파워 세이브 기구(81)는 양 실린더실(73, 75)을 소정의 연통 부위(후술하는 베인과 180° 위상이 어긋난 부위)에서 연통시키는 것으로, 양 실린더(69, 70) 및 중간판(71)의 외주부에 상하 방향을 따라 천공된 연통 구멍(83)과, 상방 실린더실(73)과 연통 구멍(83)을 연통하는 제1 밸브 구멍(85)과, 하방 실린더실(75)과 연통구멍(83)을 연통하는 제2, 제3 밸브 구멍(87, 89)을 연통로로 하고 있다.

각 밸브 구멍(85, 87, 89)에는 도3(도2 중의 A-A 단면도)에 도시한 바와 같이, 스풀 밸브 구멍(91)이 수평 방향으로 교차하는 형태로 각각 천공되어 있으며, 이들 스풀 밸브 구멍(91) 내에 스풀 밸브(92)와 밸브 스프링(압축 코일 스프링)(93)이 수납되어 있다. 그리고, 스풀 밸브 구멍(91)의 우측 단부에는 냉매 가스 도입 구멍(94)이 천공되어 있어, 이 냉매 가스 도입 구멍(94)을 거쳐 각 스풀 밸브 구멍(91) 내에 제1 내지 제3 파워 세이브 배관(44, 46, 47)으로부터의 냉매 가스가 도입된다.

본 실시 형태의 경우, 냉매 가스 도입 구멍(94)으로부터 저압의 냉매 가스가 도입된 상태에서는 스풀 밸브(92)의 대경부(95)에 의해 밸브 구멍(85, 87, 89)이 폐쇄되어 있다. 그리고, 냉매 가스 도입 구멍(94)으로부터 소정치 이상의 고압[예를 들어, 압축기(5)의 최대 토출 압력의 10 %]의 냉매 가스가 도입되면, 도3에 도시한 바와 같이 밸브 스프링(93)이 압축되어 스풀 밸브(92)가 좌측으로 이동하여 스풀 밸브(92)의 소경부(96)를 거쳐 밸브 구멍(85, 87, 89)이 개방된다. 도면 중, 도면 부호 97은 나사 플러그이다.

제2 밸브 구멍(87)과 제3 밸브 구멍(89)에는 각각 리드 밸브형 역지 밸브(98, 99)가 설치되어 있으며, 제2 밸브 구멍(87) 내의 역지 밸브(98)는 하방 실린더실(75)로부터 연통 구멍(83)으로만 가스 냉매를 유통시키고, 제3 밸브 구멍(89) 내의 역지 밸브(99)는 연통 구멍(83)으로부터 하방 실린더실(75)로만 가스 냉매를 유통시킨다.

전술한 제1 전자 밸브(27)는 압축기(5)의 토출측 냉매 배관(31)과 흡입측 냉매 배관(41)을 연통하는 제1, 제2 바이패스 배관(42, 43) 사이에 개재되어 있다. 그리고, 제1 밸브 구멍(85) 측의 냉매 가스 도입 구멍(94)에 연통하는 제1 파워 세이브 배관(44)은 제1 바이패스 배관(42)에 접속하고 있고, 그 접속 부위의 상류에는 가스 냉매의 유량을 교축하기 위한 캐필러리 튜브(49)가 배치되어 있다.

한편, 제2 전자 밸브(29)는 전술한 바와 같이 3위치 3포트 절환 전자 밸브로서, 제1 위치에서 제1 내지 제3 포트를 서로 연통시키고, 제2 위치에서 제1 포트와 제2 포트를 연통시키고, 제3 위치에서 제1 포트와 제3 포트를 연통시키는 구조로 되어 있다. 그리고, 제2 전자 밸브(29)의 제1 포트에는 제1 파워 세이브 배관(44)으로부터 분기된 냉매 배관(45)이 접속하고, 제2 포트에는 제2 파워 세이브 배관(46)이 접속하고, 제3 포트에는 제3 파워 세이브 배관(47)이 접속하고 있다.

본 실시 형태에서는 파워 세이브 기구(81)를 작동시키는 경우, 실외측 ECU(51)는 제1 전자 밸브(27)를 폐쇄하여 제1 바이패스 배관(45)과 제2 바이패스 배관(46)의 연통을 차단한다. 그러면, 제1 바이패스 배관(42) 및 제1 파워 세이브 배관(44)을 거쳐 토출측 냉매 배관(31)으로부터의 고압 냉매 가스가 제1 밸브 구멍(85) 측의 스풀 밸브 구멍(91)으로 도입되고, 전술한 바와 같이 스풀 밸브(92)가 작동하여 제1 밸브 구멍(85)이 개방된다.

제1 전자 밸브(27)의 폐쇄와 동시에 실외측 ECU(51)는 제2 전자 밸브(29)를 제1 내지 제3 위치 중 어느 한 위치로 절환한다. 예를 들어 제2 전자 밸브(29)를 제1 위치로 절환한 경우, 제1 파워 세이브 배관(44)에 도입되어 있는 고압 냉매 가스가 제2, 제3 파워 세이브 배관(46, 47)을 거쳐 제2, 제3 밸브 구멍(87, 89) 측의 스풀 밸브 구멍(91)으로 도입되어 제2, 제3 밸브 구멍(87, 89)이 개방된다. 이 상태에서는 상방 실린더실(73)과 하방 실린더실(75)이 각 밸브 구멍(85, 87, 89) 및 연통 구멍(83)을 거쳐 연통되고, 한 쪽 실린더실(73, 75)의 압축 공간으로부터 다른 쪽 실린더실(75, 73)의 흡입 공간으로 가스 냉매가 유출되어, 양 실린더실(73, 75)에 있어서의 압축 일의 절반(즉, 압축 기구(61) 전체로서는 50 %=2마력)이 세이브된다.

그리고, 실외측 ECU(51)가 제2 전자 밸브(29)를 제2 위치로 절환한 경우, 제1 파워 세이브 배관(44)에 도입되어 있는 고압 냉매 가스가 제2 파워 세이브 배관(46)을 거쳐 제2 밸브 구멍(87) 측의 스풀 밸브 구멍(91)으로 도입되어 제2 밸브 구멍(87)이 개방된다. 이 상태에서는 상방 실린더실(73)과 하방 실린더실(75)이 제1, 제2 밸브 구멍(85, 87) 및 연통 구멍(83)을 거쳐 연통되고, 역지 밸브(98)의 작용에 의해 하방 실린더실(75)의 압축 공간으로부터 상방 실린더실(73)의 흡입 공간으로만 가스 냉매가 유출되어, 하방 실린더실(75)에 있어서의 압축 일의 절반(즉, 압축 기구(61) 전체로서는 37.5 %=1.5마력)이 세이브된다.

또한, 실외측 ECU(51)가 제2 전자 밸브(29)를 제3 위치로 절환한 경우, 제1 파워 세이브 배관(44)에 도입되어 있는 고압 냉매 가스가 제3 파워 세이브 배관(47)을 거쳐 제3 밸브 구멍(89) 측의 스풀 밸브 구멍(91)으로 도입되어 제3 밸브 구멍(89)이 개방된다. 이 상태에서는 상방 실린더실(73)과 하방 실린더실(75)이 제1, 제3 밸브 구멍(85, 89) 및 연통 구멍(83)을 거쳐 연통되고, 역지 밸브(99)의 작용에 의해 상방 실린더실(73)의 압축 공간으로부터 하방 실린더실(75)의 흡입 공간으로만 가스 냉매가 유출되어, 상방 실린더실(73)에 있어서의 압축 일의 절반(즉, 압축 기구(61) 전체로서는 12.5 %=0.5마력)이 세이브된다.

한편, 파워 세이브 기구(81)를 정지시키는 경우, 실외측 ECU(51)는 제1 전자 밸브(27)를 개방하는 동시에 제2 전자 밸브(29)를 제1 위치로 절환한다. 그러면, 각 스풀 밸브 구멍(91)은 제1 내지 제3 파워 세이브 배관(44, 46, 47) 및 제2 바이패스 배관(43)을 거쳐 흡입측 냉매 배관(43)에 연통하게 된다. 그리고, 제1 바이패스 배관(42)으로부터의 고압 냉매 가스의 공급이 캐필러리 튜브(49)의 작용에 의해 극히 소량이므로, 각 스풀 밸브 구멍(91) 내의 고압 가스 냉매가 흡입측 냉매 배관(43)으로 유출되어 스풀 밸브(92)가 원위치로 복귀하고, 제1 내지 제3 밸브 구멍(85, 87, 89)이 폐쇄된다.

이에 의해, 양 실린더실(73, 75)에 있어서의 압축 일이 모두 행해져 압축기(5)가 정격 출력(본 실시 형태에서는 4마력)을 발생하게 된다. 또한, 캐필러리 튜브(49)에는 제1, 제2 바이패스 배관(42, 43)을 거쳐 연통된 때에 있어서, 토출측 냉매 배관(31)으로부터 흡입측 냉매 배관(41)으로 유출하는 고압 냉매 가스의 양을 극히 적게 하는 작용도 있다.

다음에, 본 실시 형태에 있어서의 압축 정지 기구의 구조 및 작용을 설명한다.

압축기(5)의 양 실린더(69, 70)에는 도4에 그 반절개 횡단면을 도시한 바와 같이, 압축 정지 기구(101)가 조립되어 있다. 압축 정지 기구(101)는 양 실린더(69, 70)에 각각 매설된 전자 스톱퍼(103)와, 베인(105)에 형성된 계지 오목부(107)로 구성되어 있다. 전자 스톱퍼(103)는 솔레노이드식 액튜에이터(도시 생략)를 내장하고 있고, 그 작동시에는 로크 핀(109)이 도4 중에서 좌측으로 돌출한다.

통상 운전시에 있어서는, 도4에 도시한 바와 같이 전자 스톱퍼(103)의 로크핀(109)과 베인(105)의 계지 오목부(107)가 이격되어 있으며, 베인(105)은 도시되지 않은 베인 스프링에 의해 로터(77, 79)의 외주면에 가압 부착된다. 이에 의해, 상방 실린더실(73)[하방 실린더실(75)]이 흡입 공간(121)과 압축 공간(123)으로 구획되고, 로터(77, 79)의 회전에 수반하여 압축 일이 이루어진다.

그러나, 실외측 ECU(51)로부터의 구동 전류에 의해 전자 스톱퍼(103)가 구동(솔레노이드가 여자)되면, 도5에 도시한 바와 같이 로크 핀(109)이 도면 중 좌측으로 돌출하여, 그 선단이 베인(105)의 계지 오목부(107)에 끼워 넣어진다. 이에 의해, 베인(105)은 상방 실린더(69)[하방 실린더(70)]의 내주면으로부터 돌출하지 않게 되고, 상방 실린더실(73)[하방 실린더실(75)]에서는 냉매의 흡입 및 압축이 전혀 행해지지 않게 된다.

이에 의해, 본 실시 형태의 압축기(5)에서는 상방 실린더(69) 측의 압축 정지 기구(101)가 작동하면 1마력의 압축 일이 세이브되고, 하방 실린더(70) 측의 압축 정지 기구(101)가 작동하면 3마력의 압축 일이 세이브되게 된다. 또한, 전자 스톱퍼(103) 작동시에는 로크 핀(109)이 순식간에 좌측으로 돌출하는데, 그 선단이 계지 오목부(107)에 끼어 넣어지는 타이밍은 베인(105)이 로터(77)에 의해 상방 실린더(69)[하방 실린더(70)] 내로 밀어 넣어진 순간이 된다. 다음에, 냉방 운전시에 있어서의 냉매의 흐름을 설명한다.

어큐뮬레이터(15)로부터 냉매 배관(41)을 경유하여 압축기(5)에 흡인된 가스 냉매는 단열 압축됨으로써 고온의 고압 가스 냉매가 되어 압축기(5)로부터 토출된다. 토출된 고압 가스 냉매는 냉매 배관(31), 오일 분리기(17), 냉매 배관(32)을 경유하여 사방 밸브(9)에 의해 진로를 제어받은 후, 냉매 배관(33)을 경유하여 실외 열교환기(11)로 유입된다. 고온 고압의 가스 냉매는 실외 열교환기(11)의 내부를 통과하는 사이에 바깥 공기에 의해 냉각되어 응축됨으로써 액체 냉매가 된 후, 냉매 배관(34 내지 36)을 경유하여 각 실내 유닛(3)의 전동 팽창 밸브(21)로 유입된다. 액체 냉매는 전동 팽창 밸브(21)로 유량이 제어된 후 실내 열교환기(23)로 유입되고, 실내 열교환기(23)의 내부를 통과하는 사이에 기화하여 가스 냉매가 되어, 기화 잠열에 의해 전동팬(25)이 송풍한 실내 공기를 냉각한다. 이 때, 실내측 ECU(52)는 설정 온도와 실온의 편차를 근거로 해서 전동팬(7)의 회전수를 제어하는 동시에, 실내 열교환기(23)의 입구측 냉매 온도와 토출측 냉매 온도의 편차가 소정치(예를 들어 0 ℃ 내지 1 ℃)가 되도록 전동 팽창 밸브(21)의 밸브 개방량(밸브 부재 구동용 스텝 모터의 스텝수)을 제어한다.

실내 열교환기(23)에서 기화한 가스 냉매는 냉매 배관(37 내지 39), 사방 밸브(9), 냉매 배관(40)을 경유하여 어큐뮬레이터(15)로 유입되고, 냉매 배관(41)으로부터 다시 압축기(5)로 흡인된다.

한편, 난방 운전시에는 사방 밸브(9)가 파선으로 도시한 바와 같이 절환되며, 파선의 화살표로 도시한 바와 같이 냉매의 흐름도 냉방 운전시와는 반대가 된다. 즉, 압축기(5)로부터 토출된 고온의 고압 가스 냉매는 실내 열교환기(23)에 도입된 후, 실내 열교환기(23)의 내부를 통과하는 사이에 응축되어 액체 냉매가 되어, 응축 잠열에 의해 전동팬(25)이 송풍한 실내 공기를 가열한다. 다음에, 액체 냉매는 실외 열교환기(11)로 유입되고, 실외 열교환기(11)의 내부를 통과하는 사이에 바깥 공기에 의해 가열되어 기화함으로써 가스 냉매가 된 후, 어큐뮬레이터(15)로부터 압축기(5)로 다시 흡인된다. 이하, 도6 내지 도13의 개략도를 이용하여 본 실시 형태에 있어서의 능력 제어 순서를 설명한다. 또, 개략도에 있어서는 설명의 편의상, 상방 실린더(69) 및 하방 실린더(70)를 상하로 배치하고, 또한 용적의 상이를 평면화하여 도시하고 있다. 그럼, 공기 조화 장치의 운전이 개시되면, 실외측 ECU(51)는 각 실내측 ECU(52)로부터의 입력 신호에 의거해서 목표 압축 일을 결정하여 압축기(5)를 기동하는(기동용 마그네트 스위치를 ON으로 하는) 동시에, 파워 세이브 제어 및 압축 정지 제어를 행한다.

즉, 도14에 도시한 바와 같이 목표 압축 일이 4마력인 경우, 실외측 ECU(51)는 제1 전자 밸브(27)를 개방하는 동시에 전자 스톱퍼(103)를 OFF로 한다. 그러면, 파워 세이브 기구(81)와 압축 정지 기구(101)가 동시에 작동하지 않으므로, 도6의 개략도에 도시한 바와 같이 압축기(5)의 양 실린더실(73, 75) 내에서는 규정한 압축 일이 행해져 실외 유닛(1)으로서는 4마력의 압축 일이 이루어진다.

목표 압축 일이 3.5마력인 경우, 실외측 ECU(51)는 제1 전자 밸브(27)를 차단하는 동시에 제2 전자 밸브(29)를 제3 위치로 절환한다. 그러면, 파워 세이브 기구(81)에 의해 도7의 개략도에 도시한 바와 같이, 상방 실린더실(73)의 압축 공간(123)으로부터 하방 실린더실(75)의 흡입 공간(121)으로 가스 냉매가 유출되어, 전술한 바와 같이 0.5마력이 세이브된다. 그 결과, 실외 유닛(1) 전체로서는 4마력에서 0.5마력이 감소하여 3.5마력의 압축 일이 이루어진다.

목표 압축 일이 3마력인 경우, 실외측 ECU(51)는 제1 전자 밸브(27)를 개방하는 동시에 상방 실린더(69) 측의 전자 스톱퍼(103)를 구동한다. 그러면, 압축 정지 기구(101)에 의해 도8의 개략도에 도시한 바와 같이, 상방 실린더실(73)에서는 냉매의 흡입 및 압축이 전혀 행해지지 않게 되어, 전술한 바와 같이 1마력이 세이브된다. 그 결과, 실외 유닛(1) 전체로서는 4마력에서 1마력이 감소하여 3마력의 압축 일이 이루어진다.

목표 압축 일이 2.5마력인 경우, 실외측 ECU(51)는 제1 전자 밸브(27)를 차단하는 동시에 제2 전자 밸브(29)를 제2 위치로 절환한다. 그러면, 파워 세이브 기구(81)에 의해 도9의 개략도에 도시한 바와 같이, 하방 실린더실(75)의 압축 공간(123)으로부터 상방 실린더실(73)의 흡입 공간(121)으로 가스 냉매가 유출되어, 전술한 바와 같이 1.5마력이 세이브된다. 그 결과, 실외 유닛(1) 전체로서는 4마력에서 1.5마력이 감소하여 2.5마력의 압축 일이 이루어진다.

목표 압축 일이 2마력인 경우, 실외측 ECU(51)는 제1 전자 밸브(27)를 차단하는 동시에 제2 전자 밸브(29)를 제1 위치로 절환한다. 그러면, 파워 세이브 기구(81)에 의해 도10의 개략도에 도시한 바와 같이, 상방 실린더실(73)의 압축 공간(123)으로부터 하방 실린더실(75)의 흡입 공간(121)으로 가스 냉매가 유출되는 한편, 하방 실린더실(75)의 압축 공간(123)으로부터 상방 실린더실(73)의 흡입 공간(121)으로 가스 냉매가 유출되어, 전술한 바와 같이 2마력이 세이브된다. 그 결과, 실외 유닛(1) 전체로서는 4마력에서 2마력이 감소하여 2마력의 압축 일이 이루어진다.

목표 압축 일이 1.5마력인 경우, 실외측 ECU(51)는 제1 전자 밸브(27)를 폐쇄하고, 제2 전자 밸브(29)를 제2 위치로 절환하는 동시에 상방 실린더(69) 측의 전자 스톱퍼(103)를 구동한다. 그러면, 파워 세이브 기구(81)와 압축 정지 기구(101)에 의해 도11의 개략도에 도시한 바와 같이, 하방 실린더실(75)의 압축 공간(123)으로부터 상방 실린더실(73)로 가스 냉매가 유출되는 동시에, 상방 실린더실(73)에서는 냉매의 흡입 및 압축이 전혀 행해지지 않게 되어 2.5마력이 세이브된다. 그 결과, 실외 유닛(1) 전체로서는 4마력에서 2.5마력이 감소하여 1.5마력의 압축 일이 이루어진다.

목표 압축 일이 1마력인 경우, 실외측 ECU(51)는 제1 전자 밸브(27)를 개방하는 동시에 하방 실린더(70) 측의 전자 스톱퍼(103)를 구동한다. 그러면, 압축 정지 기구(101)에 의해 도12의 개략도에 도시한 바와 같이, 하방 실린더실(75)에서는 냉매의 흡입 및 압축이 전혀 행해지지 않게 되어, 전술한 바와 같이 3마력이 세이브된다. 그 결과, 실외 유닛(1) 전체로서는 4마력에서 3마력이 감소하여 1마력의 압축 일이 이루어진다.

목표 압축 일이 0.5마력인 경우, 실외측 ECU(51)는 제1 전자 밸브(27)를 폐쇄하고, 제2 전자 밸브(29)를 제3 위치로 절환하는 동시에 하방 실린더(70) 측의 전자 스톱퍼(103)를 구동한다. 그러면, 파워 세이브 기구(81)와 압축 정지 기구(101)에 의해 도13의 개략도에 도시한 바와 같이, 상방 실린더실(73)의 압축 공간(123)으로부터 하방 실린더실(75)로 가스 냉매가 유출되는 동시에, 하방 실린더실(75)에서는 냉매의 흡입 및 압축이 전혀 행해지지 않게 되어 3.5마력이 세이브된다. 그 결과, 실외 유닛(1) 전체로서는 4마력에서 3.5마력이 감소하여 0.5마력의 압축 일이 이루어진다.

이와 같이 본 실시 형태에서는 도14에 도시한 바와 같이, 파워 세이브 기구(81)와 압축 정지 기구(101)를 구동 제어함으로써 0.5에서 4마력까지 0.5마력마다 능력 제어를 실현할 수 있었다. 그리고, 이 능력 제어에 있어서는 압축 일을 폐기하는 냉매 복귀 제어를 행하지 않음으로써 에너지 효율을 향상시킬 수 있었다.

상기 실시 형태에서는 1대의 정속 압축기에 파워 세이브 기구와 압축 정지 기구를 설치하도록 했으나, 복수대의 정속 압축기 중 1대에 파워 세이브 기구와 압축 정지 기구를 설치하도록 해도 된다. 또, 상기 실시 형태에서는 파워 세이브 기구와 압축 정지 기구를 트윈 로터형 정속 압축기에 설치하도록 했으나, 트리플 로터 이상의 압축 기구를 구비한 정속 압축기에 설치하도록 해도 된다. 그리고, 파워 세이브 기구에 대해서는, 예를 들어 압축기의 케이싱 외부에 연통 회로와 전자 밸브를 설치하는 등 각종 구조가 고려되고, 그 세이브량에 대해서도 자유롭게 설정 가능하다. 또, 압축 정지 기구의 구동원으로서 고압 냉매 가스를 이용하도록 해도된다. 그 외, 냉매 회로의 구체적인 구성 등에 대해서도 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적당하게 변경 가능하다.

도15는 2대의 트윈 로터형 정속 압축기를 설치하고, 그 중 1대에 파워 세이브 기구와 압축 정지 기구를 설치한 본 발명의 제2 실시예인 공기 조화 장치를 도시한 것이다. 압축기를 2대 설치한 점과 다른 구조의 파워 세이브 기구를 설치한 점 이외는 제1 실시예의 구성과 동일하며, 동일한 부재에는 동일한 참조 번호가 부여되어 있다.

실외 유닛(1) 측에는 제1, 제2 압축기(205, 207), 전자식 사방 밸브(9), 실외 열교환기(11), 전동팬(13), 어큐뮬레이터(15), 오일 분리기(17) 등이 설치되어 있다. 또, 실내 유닛(3) 측에는 전동 팽창 밸브(21), 실내 열교환기(23), 전동팬(25) 등이 설치되어 있다. 냉매 회로를 구성하는 기기는 가스 냉매 또는 액체 냉매의 유통에 이용되는 냉매 배관(32 내지 40, 131 내지 133 및 143 내지 148)에 의해 접속되어 있다. 도면 중, 도면 부호 27은 후술하는 파워 세이브 기구의 구동에 이용되는 평시 폐쇄형 전자 밸브이다.

실외 유닛(1) 내에는 CPU를 비롯하여 입출력 인터페이스와 ROM, RAM 등으로 구성된 실외측 제어 유닛(이하, 실외측 ECU라고 기재)(51)이 설치되어 있다. 실외측 ECU(51)는 내장한 제어 프로그램과 도시되지 않은 각종 센서 등으로부터의 입력 정보에 의거하여 양 압축기(205, 207)와 사방 밸브(9), 전동팬(13), 제1 전자 밸브(27)를 구동 제어한다.

실내 유닛(3)의 구성은 제1 실시예와 동일하므로 설명을 생략한다.

본 실시 형태의 경우도 제1, 제2 압축기(205, 207)는 모두 상하 한 쌍의 회전 압축 요소를 갖는 전동 트윈 로터형 정속 압축기로서, 제1 압축기(205) 측의 정격 출력이 4마력, 제2 압축기(207) 측의 정격 출력이 6마력으로 되어 있는 것으로 한다. 또, 제1 압축기(205)에는 도16에 도시한 파워 세이브 기구와 도17에 도시한 압축 정지 기구가 설치되어 있고, 그들의 작동에 의해 제1 압축기(205)의 압축 일이 4단계로 절환된다.

이하, 본 실시 형태에 있어서의 파워 세이브 기구의 구조 및 작용을 설명한다.

제1 압축기(205)의 압축 기구(161)는 도16에 그 반절개 종단면을 도시한 바와 같이, 주요 프레임(165)과 베어링판(167)에 협지된 상하 한 쌍의 실린더(169, 170)와, 양 실린더(169, 170) 및 중간판(171)에 의해 구획된 상하 한 쌍의 실린더 실(173, 175)과, 양 실린더실(173, 175)의 내주면을 따라 서로 180° 의 위상을 갖고 편심 회전하는 상하 한 쌍의 로터(177, 179)로 구성되어 있다. 도면 중, 도면 부호 80은 압축기 케이싱이다.

파워 세이브 기구(181)는 양 실린더실(173, 175)을 소정의 연통 부위(후술하는 베인과 180° 위상이 어긋난 부위)에서 연통시키는 것으로, 실린더(169, 170) 및 중간판(171)의 외주부를 상하 방향으로 관통하는 밸브 구멍(183)과, 이 밸브 구멍(183)에 미끄럼 이동 가능하게 보유 지지된 상하 한 쌍의 피스톤 밸브(185, 186)와, 이들 피스톤 밸브(185, 186)를 서로 이격시키는 방향으로 가압하는 밸브 스프링(압축 코일 스프링)(187)을 주요 구성 부재로 하고 있다. 또, 중간판(171) 부분에서는 피스톤 밸브(185, 186)에 대한 스톱퍼를 형성하기 위해 밸브 구멍(183)의 내경이 피스톤 밸브(185, 186)의 외경보다 소경으로 되어 있다. 그리고, 밸브 스프링(187)은 양 피스톤 밸브(185, 186)의 수압면에 소정치 이상의 고압(예를 들어, 제1 압축기(5)의 최대 토출 압력의 40 %)이 작용했을 때에 완전하게 압축되도록 설정되어 있다.

밸브 구멍(183)은 중간판(171) 부근에 천공된 한 쌍의 연통 구멍(188, 189)을 거쳐 양 실린더실(173, 175)과 연통되어 있다. 도면 중, 도면 부호 190은 상방 실린더(169)의 연통 구멍(188) 내에 설치된 리드 밸브형 역지 밸브(190)로서, 밸브 구멍(183) 측으로부터 상방 실린더실(173) 측으로만 유체를 통과시킨다. 또, 양 실린더(169, 170) 및 중간판(171)에는 밸브 구멍(183)에 평행한 냉매 도입 구멍(191)이 관통하고 있고, 이 냉매 도입 구멍(191)에 냉매 배관(146)으로부터의 가스 냉매가 도입된다. 그리고, 주요 프레임(165)과 베어링판(167)에는 각각 밸브 구멍(183)과 냉매 도입 구멍(191)을 연통시키는 연통 오목부(193, 194)가 형성되어 있다.

전술한 제1 전자 밸브(27)는 제1 압축기(105)의 토출측 냉매 배관(131)과 흡입측 냉매 배관(143)을 연통하는 제1, 제2 바이패스 배관(145, 146) 사이에 개재되어 있다. 그리고, 냉매 도입 구멍(191)에 연통하는 파워 세이브 배관(147)은 제1 바이패스 배관(145)에 접속하고 있고, 그 접속 부위의 상류에는 가스 냉매의 유량을 교축하기 위한 캐필러리 튜브(49)가 배치되어 있다.

본 실시 형태에서는 파워 세이브 기구(181)를 작동시키는 경우, 실외측 ECU(51)는 제1 전자 밸브(27)를 개방하여 제1 바이패스 배관(145)과 제2 바이패스 배관(146)을 연통시킨다. 제1 전자 밸브(27)의 폐쇄시에 있어서, 파워 세이브 배관(147)에는 제1 바이패스 배관(145)을 거쳐 토출측 냉매 배관(131)으로부터의 고압 냉매 가스가 도입되고 있는데, 제1 전자 밸브(27)가 개방되면 이 고압 냉매 가스가 제2 바이패스 배관(146)을 거쳐 흡입측 냉매 배관(143)으로 유출된다.

그리고, 제1 바이패스 배관(145)으로부터의 고압 냉매 가스의 공급이 캐필러리 튜브(49)의 작용에 의해 극히 소량이므로, 파워 세이브 배관(147)에는 흡입측 냉매 배관(143)으로부터의 저압 냉매 가스가 유입되게 된다. 또, 캐필러리 튜브(49)에는 제1, 제2 바이패스 배관(145, 146)을 거쳐 연통된 때에 있어서, 토출측 냉매 배관(131)으로부터 흡입측 냉매 배관(143)으로 유출하는 고압 냉매 가스의 양을 극히 적게 하는 작용도 있다.

이에 의해, 양 피스톤 밸브(185, 186)는 밸브 스프링(187)의 스프링력에 의해 도16에 도시한 바와 같이, 주요 프레임(165) 또는 베어링판(167)의 단부면에 가압 부착된다. 그 결과, 양 실린더실(173, 175)은 연통 구멍(188, 189), 밸브 구멍(183), 역지 밸브(190)를 거쳐 연통되고, 하방 실린더실(175)의 압축 공간으로부터 상방 실린더실(173)의 흡입 공간으로 가스 냉매가 유출되게 되어, 압축 기구(161)의 하방 실린더실(175)에 있어서의 압축 일의 절반(즉, 압축 기구(61) 전체로서는 25 %= 1마력)이 세이브된다.

한편, 파워 세이브 기구(181)의 작동을 정지시키는 경우, 실외측 ECU(51)는 제1 전자 밸브(27)를 폐쇄하여 제1 바이패스 배관(145)과 제2 바이패스 배관(146)의 연통을 차단시킨다. 그러면, 파워 세이브 배관(147)에는 제1 바이패스 배관(145)을 거쳐 토출측 냉매 배관(131)으로부터의 고압 냉매 가스가 도입되고, 또 이 고압 냉매 가스가 도17에 도시한 바와 같이 냉매 도입 구멍(191) 및 연통 오목부(193, 194)를 거쳐 밸브 구멍(183)에 유입된다.

그러면, 양 피스톤 밸브(185, 186)의 수압면에 고압(이 경우, 제1 압축기(105)의 최대 토출 압력의 75 %)이 작용하여 밸브 스프링(187)이 압축됨으로써 양 피스톤 밸브(185, 186)가 서로 접근하여 중간판(171)에 접촉한다. 그 결과, 양 피스톤 밸브(185, 186)의 외주면에 의해 연통 구멍(188, 189)이 폐쇄되어, 양 실린더실(173, 175) 사이가 연통되지 않게 된다. 이에 의해, 압축 기구(161)에서는 압축 일이 모두 행해져 제1 압축기(105)가 정격 출력(본 실시 형태에서는 4마력)을 발생하게 된다.

또한, 본 실시 형태에 있어서의 압축 정지 기구의 구조 및 작용은 압축 정지기구(101)가 제1 압축기(205)의 상방 실린더(169)에만 조립되어 있는 것 이외는 도4 및 도5에서 도시되는 제1 실시예의 것과 동일하므로 중복되는 부분의 설명을 생략한다. 따라서, 본 실시예의 압축 정지 기구(101)는 상방 실린더(169)에 매설된 전자 스톱퍼(103)와, 베인(105)에 형성된 계지 오목부(107)로 구성되어 있다.

이 압축 정지 기구(101)의 작동에 의해, 전술한 바와 같이 상방 실린더실(173)에서는 냉매의 흡입 및 압축이 전혀 행해지지 않게 되어, 압축 기구(161) 전체의 압축 일의 일부(본 실시 형태에서는 50 %=2마력)가 세이브 된다. 또, 전자 스톱퍼(103) 작동시에는 로크 핀(109)이 순식간에 좌측으로 돌출하는데, 그 선단이 계지 오목부(107)에 끼워 넣어지는 타이밍은 베인(105)이 로터(77)에 의해 상방 실린더(69) 내로 밀어 넣어진 순간이 되는 점은 제1 실시예와 동일하다.

다음에, 냉방 운전시에 있어서의 냉매의 흐름을 설명한다.

어큐뮬레이터(15)로부터 냉매 배관(143, 144)을 경유하여 제1, 제2 압축기(205, 207)에 흡인된 가스 냉매는 단열 압축됨으로써 고온의 고압 가스 냉매가 되어 양 압축기(205, 207)로부터 토출된다. 토출된 고압 가스 냉매는 냉매 배관(132, 133), 오일 분리기(17), 냉매 배관(32)을 경유하여 사방 밸브(9)에 의해 진로를 제어받은 후, 냉매 배관(33)을 경유하여 실외 열교환기(11)로 유입된다. 고온 고압의 가스 냉매는 실외 열교환기(11)의 내부를 통과하는 사이에 바깥 공기에 의해 냉각되어 응축됨으로써 액체 냉매가 된 후, 냉매 배관(34 내지 36)을 경유하여 각 실내 유닛(3)의 전동 팽창 밸브(21)로 유입된다.

액체 냉매는 전동 팽창 밸브(21)로 유량이 제어된 후 실내 열교환기(23)로 유입되고, 실내 열교환기(23)의 내부를 통과하는 사이에 기화하여 가스 냉매가 되어, 기화 잠열에 의해 전동팬(25)이 송풍한 실내 공기를 냉각한다. 이 때, 실내측 ECU(52)는 설정 온도와 실온의 차이를 근거로 해서 전동팬(7)의 회전수를 제어하는 동시에, 실내 열교환기(23)의 입구측 냉매 온도와 토출측 냉매 온도의 편차가 소정치(예를 들어 0 내지 1 ℃)가 되도록 전동 팽창 밸브(21)의 개방 밸브량(밸브 부재 구동용 스텝 모터의 스텝수)을 제어한다.

실내 열교환기(23)에서 기화한 가스 냉매는 냉매 배관(37 내지 39), 사방 밸브(9), 냉매 배관(40)을 경유하여 어큐뮬레이터(15)로 유입되고, 냉매 배관(143, 144)으로부터 다시 제1, 제2 압축기(205, 207)에 흡인된다.

한편, 난방 운전시에는 사방 밸브(9)가 파선으로 도시한 바와 같이 절환되며, 파선의 화살표로 도시한 바와 같이 냉매의 흐름도 냉방 운전시와는 반대가 된다. 즉, 제1, 제2 압축기(205, 207)로부터 토출된 고온의 고압 가스 냉매는 실내 열교환기(23)에 도입된 후, 실내 열교환기(23)의 내부를 통과하는 사이에 응축되어 액체 냉매가 되어, 응축 잠열에 의해 전동팬(25)이 송풍한 실내 공기를 가열한다. 다음에, 액체 냉매는 실외 열교환기(11)로 유입되고, 실외 열교환기(11)의 내부를 통과하는 사이에 바깥 공기에 의해 가열되어 기화함으로써 가스 냉매가 된 후, 어큐뮬레이터(15)로부터 제1, 제2 압축기(205, 207)에 다시 흡인된다.

그런데, 공기 조화 장치의 운전이 개시되면, 실외측 ECU(51)는 각 실내측 ECU(52)로부터의 입력 신호에 의거해서 목표 압축 일을 결정하여 제1, 제2 압축기(205, 207)의 구동 제어 외에 파워 세이브 제어 및 압축 정지 제어를 행한다.

즉, 도22에 도시한 바와 같이 목표 압축 일이 10마력인 경우, 실외측 ECU(51)는 제1, 제2 압축기(205, 207)를 동시에 기동하고(기동용 마그네트 스위치를 ON으로 하고), 제1 전자 밸브(27)와 전자 스톱퍼(103)를 OFF로 한다. 그러면, 파워 세이브 기구(81)와 압축 정지 기구(101)가 동시에 작동하지 않으므로, 도18의 개략도에 도시한 바와 같이 제1 압축기(205)의 양 실린더실(173, 175) 내에서는 규정한 압축 일이 행해져 제1, 제2 압축기(205, 207)의 정격 출력이 4마력 및 6마력이므로, 실외 유닛(1) 전체로서는 10마력의 압축 일이 이루어진다.

목표 압축 일이 9마력인 경우, 실외측 ECU(51)는 제1, 제2 압축기(205, 207)를 동시에 기동하고, 제1 전자 밸브(27)를 ON으로 한다. 그러면, 파워 세이브 기구(181)가 작동하여 도19의 개략도에 도시한 바와 같이, 하방 실린더실(175)의 압축 공간(123)으로부터 상방 실린더실(173)의 흡입 공간(121)으로 가스 냉매가 유출되어, 전술한 바와 같이 제1 압축기(205)에 있어서 1마력의 압축 일이 세이브된다. 그 결과, 실외 유닛(1) 전체로서는 10마력에서 1마력이 감소하여 9마력의 압축 일이 이루어진다.

목표 압축 일이 8마력인 경우, 실외측 ECU(51)는 제1, 제2 압축기(205, 207)를 동시에 기동하고, 전자 스톱퍼(103)를 ON으로 한다. 그러면, 압축 정지 기구(101)가 작동하여 도20의 개략도에 도시한 바와 같이, 상방 실린더실(173)에서는 압축 일이 전혀 행해지지 않게 되어, 전술한 바와 같이 제1 압축기(205)에 있어서 2마력의 압축 일이 세이브된다. 그 결과, 실외 유닛(1) 전체로서는 10마력에서 2마력이 감소하여 8마력의 압축 일이 이루어진다.

목표 압축 일이 7마력인 경우, 실외측 ECU(51)는 제1, 제2 압축기(205, 207)를 동시에 기동하고, 제1 전자 밸브(27)와 전자 스톱퍼(103)를 ON으로 한다. 그러면, 파워 세이브 기구(181)와 압축 정지 기구(101)가 동시에 작동하여 도20의 개략도에 도시한 바와 같이, 하방 실린더실(175)의 압축 공간(123)으로부터 상방 실린더실(173)로 가스 냉매가 유출되는 한편, 상방 실린더실(173)에서는 압축 일이 전혀 행해지지 않게 되어 제1 압축기(205)에 있어서 총 3마력의 압축 일이 세이브된다. 그 결과, 실외 유닛(1) 전체로서는 10마력에서 3마력이 감소하여 7마력의 압축 일이 이루어진다.

목표 압축 일이 5마력 및 6마력인 경우, 실외측 ECU(51)는 제2 압축기(207)만을 기동하고, 이에 의해 실외 유닛(1) 전체로서는 6마력의 압축 일이 이루어진다. 또, 본 실시 형태에서는 제1 압축기(205)가 4마력, 제2 압축기가 6마력이므로, 제1 압축기(205)에 부설된 파워 세이브 기구(181)와 압축 정지 기구(101)를 이용해도 5마력의 압축 일을 행하게 할 수는 없다.

목표 압축 일이 4마력인 경우, 실외측 ECU(51)는 제1 압축기(205)만을 기동하고, 제1 전자 밸브(27)와 전자 스톱퍼(103)를 OFF로 한다. 그러면, 파워 세이브 기구(181)와 압축 정지 기구(101)가 동시에 작동하지 않으므로, 제1 압축기(205)의 양 실린더실(173, 175) 내에서는 규정한 압축 일이 행해지고, 이에 의해 실외 유닛(1) 전체로서는 4마력의 압축 일이 이루어진다.

목표 압축 일이 3마력인 경우, 실외측 ECU(51)는 제1 압축기(205)만을 기동하고, 제1 전자 밸브(27)를 ON으로 한다. 그러면, 파워 세이브 기구(181)가 작동하여 전술한 바와 같이 제1 압축기(205)에 있어서 1마력의 압축 일이 세이브된다. 그 결과, 실외 유닛(1) 전체로서는 4마력에서 1마력이 감소하여 3마력의 압축 일이 이루어진다.

목표 압축 일이 2마력인 경우, 실외측 ECU(51)는 제1 압축기(205)만을 기동하고, 전자 스톱퍼(103)를 ON으로 한다. 그러면, 압축 정지 기구(101)가 작동하여 전술한 바와 같이 제1 압축기(205)에 있어서 2마력의 압축 일이 세이브된다. 그 결과, 실외 유닛(1) 전체로서는 4마력에서 2마력이 감소하여 2마력의 압축 일이 이루어진다.

목표 압축 일이 1마력인 경우, 실외측 ECU(51)는 제1 압축기(205)만을 기동하고, 제1 전자 밸브(27)와 전자 스톱퍼(103)를 ON으로 한다. 그러면, 파워 세이브 기구(181)와 압축 정지 기구(101)가 동시에 작동하여, 전술한 바와 같이 제1 압축기(205)에 있어서 3마력의 압축 일이 세이브된다. 그 결과, 실외 유닛(1) 전체로서는 4마력에서 3마력이 감소하여 1마력의 압축 일이 이루어진다.

이와 같이 본 실시 형태에서는 도22에 도시한 바와 같이, 목표 압축 일이 5마력인 경우를 제외하고 제1, 제2 압축기(205, 207)의 구동 제어와 파워 세이브 기구(181) 및 압축 정지 기구(101)의 구동 제어를 조합함으로써, 1에서 10마력까지 1마력씩 능력 제어를 실현할 수 있었다. 그리고, 이 능력 제어에 있어서는 압축 일을 폐기하는 냉매 복귀 제어를 행하지 않음으로써 에너지 효율을 향상시킬 수 있었다.

이상으로 구체적인 실시 형태의 설명을 마치는데, 본 발명의 형태는 이 실시 형태에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 실시 형태에서는 2대의 정속 압축기 중 1대에 파워 세이브 기구와 압축 정지 기구를 설치하도록 했으나, 단일 정속 압축기를 이용하도록 해도 되고, 3대 이상의 압축기를 이용하도록 해도 된다. 또, 상기 실시 형태에서는 파워 세이브 기구와 압축 정지 기구를 트윈 로터형 정속 압축기에 설치하도록 했으나, 트리플 로터 이상의 압축 기구를 구비한 정속 압축기에 설치하도록 해도 된다. 그리고, 파워 세이브 기구에 대해서는, 예를 들어 압축기의 케이싱 외부에 연통 회로와 전자 밸브를 설치하는 등 각종 구조가 고려되고, 그 세이브량에 대해서도 자유롭게 설정 가능하다. 또, 압축 정지 기구의 구동원으로서 고압 냉매 가스를 이용하도록 해도 된다. 그 외, 냉매 회로의 구체적인 구성 등에 대해서도 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적당하게 변경 가능하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 파워 세이브 기구와 압축 정지 기구에 의해 정속 압축기의 능력 제어를 행하도록 했으므로, 압축 일을 폐기하는 냉매 복귀 제어를 행하지 않고 다단계의 능력 제어가 가능해져 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

도1은 본 발명의 공기 조화 장치의 제1 실시 형태를 도시한 냉매 및 전기 회로도.

도2는 도1에서 도시한 압축기에 구비된 파워 세이브 기구의 구조를 도시한 반절개 종단면도.

도3은 도2 중의 A-A 단면도.

도4는 도1에서 도시한 압축기에 구비된 압축 정지 기구의 불작동 상태를 도시한 반절개 횡단면도.

도5는 도4에서 도시한 압축 정지 기구의 작동 상태를 도시한 반절개 횡단면도.

도6은 압축기의 작용을 도시한 개략도.

도7은 압축기의 작용을 도시한 개략도.

도8은 압축기의 작용을 도시한 개략도.

도9는 압축기의 작용을 도시한 개략도.

도10은 압축기의 작용을 도시한 개략도.

도11은 압축기의 작용을 도시한 개략도.

도12는 압축기의 작용을 도시한 개략도.

도13은 압축기의 작용을 도시한 개략도.

도14는 목표 압축 일과 각 기구의 동작 관계를 도시한 도면.

도15는 본 발명의 공기 조화 장치의 제2 실시 형태를 도시한 냉매 및 전기 회로도.

도16은 도15에서 도시한 압축기에 구비된 파워 세이브 기구의 작동 상태를 도시한 반절개 종단면도.

도17은 도16에서 도시한 파워 세이브 기구의 불작동 상태를 도시한 반절개 종단면도.

도18은 압축기의 작용을 도시한 개략도.

도19는 압축기의 작용을 도시한 개략도.

도20은 압축기의 작용을 도시한 개략도.

도21은 압축기의 작용을 도시한 개략도.

도22는 목표 압축 일과 각 기기의 작동 관계를 도시한 도면.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 실외 유닛

3 : 실내 유닛

5 : 압축기

9 : 사방 밸브

11 : 실외 열교환기

13, 25 : 전동팬

15 : 어큐뮬레이터

17 : 오일 분리기

21 : 전동 팽창 밸브

23 : 실내 열교환기

42 : 제1 바이패스 배관

43 : 제2 바이패스 배관

51 : 실외측 제어 유닛

69, 70 : 실린더

73, 75 : 실린더실

77, 79 : 로터

81 : 파워 세이브 기구

103 : 전자 스톱퍼

105 : 베인

121 : 흡입 공간

123 : 압축 공간

Claims

실린더 내에서 편심 회전하는 로터와, 이 로터의 외주면에 미끄럼 접촉해서 흡입 동작이 행해지는 흡입 공간과 압축 동작이 행해지는 압축 공간을 구획하는 베인으로 이루어진 압축 요소를 복수 갖는 복수 로터형 압축기이며,

하나의 압축 요소에 있어서의 압축 공간과 다른 압축 요소에 있어서의 흡입 공간을 위상 차이를 가지고 연통시키는 연통로와, 해당 연통로 내에서의 유체의 유통을 차단하는 제1 전자 밸브와, 해당 연통로에 설치되어 유체를 일방향으로만 통과시키는 역지 밸브로 이루어진 파워 세이브 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 압축기.
제1항에 있어서, 상기 압축 요소 중 적어도 하나에 설치되어 그 압축 요소의 흡입 공간과 압축 공간을 연통시키는 압축 정지 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 압축기.
제1항에 있어서, 상기 파워 세이브 수단의 제1 전자 밸브는 유통로 내부를 유통하는 유체의 압력에 따라 신축하는 스프링 부재와, 상기 스프링 부재의 신축에 따라 소정 방향으로 이동하고, 이에 의해 연통로를 개방 또는 차단하는 피스톤 부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 압축기.
제2항에 있어서, 상기 압축 정지 수단은 실린더에 매설된 전자 스톱퍼와, 베인에 형성된 계지 오목부와, 전자 스톱퍼의 작용에 의해 상기 계지 오목부에 계지되는 로크 핀으로 이루어진 것을 특징으로 하는 압축기.
제1항에 있어서, 해당 복수의 압축 요소의 배제 용적이 서로 다른 것을 특징으로 하는 압축기.
제5항에 있어서, 적어도 두 가지 압축 요소의 로터는 동일한 직경을 갖고, 전체 높이가 다르게 설계되어 있으며, 이에 의해 상기 적어도 두 가지 압축 요소의 배제 용적이 서로 다른 것을 특징으로 하는 압축기.
실린더 내에서 편심 회전하는 로터와, 이 로터의 외주면에 미끄럼 접촉해서 흡입 동작이 행해지는 흡입 공간과 압축 동작이 행해지는 압축 공간을 구획하는 베인으로 이루어진 압축 요소를 복수 갖는 복수 로터형 압축기를 구비한 공기 조화 장치로서, 하나의 압축 요소에 있어서의 압축 공간과 다른 압축 요소에 있어서의 흡입 공간을 위상 차이를 가지고 연통시키는 연통로와, 해당 연통로 내에서의 유체의 유통을 차단하는 제1 전자 밸브와, 해당 연통로에 설치되어 유체를 일 방향으로만 통과시키는 역지 밸브로 이루어진 파워 세이브 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
제7항에 있어서, 상기 압축 요소 중 적어도 하나에 설치되어 그 압축 요소의 흡입 공간과 압축 공간을 연통시키는 압축 정지 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
제7항에 있어서, 상기 파워 세이브 수단의 제1 전자 밸브는 유통로 내부를 유통하는 유체의 압력에 따라 신축하는 스프링 부재와, 상기 스프링 부재의 신축에 따라 소정 방향으로 이동하고, 이에 의해 연통로를 개방 또는 차단하는 피스톤 부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
제8항에 있어서, 상기 압축 정지 수단은 실린더에 매설된 전자 스톱퍼와, 베인에 형성된 계지 오목부와, 전자 스톱퍼의 작용에 의해 상기 계지 오목부에 계지되는 로크 핀으로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
제7항에 있어서, 해당 복수의 압축 요소의 배제 용적이 서로 다른 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
제11항에 있어서, 적어도 두 가지 압축 요소의 로터는 동일한 직경을 갖고, 전체 높이가 다르게 설계되어 있으며, 이에 의해 상기 적어도 두 가지 압축 요소의 배제 용적이 서로 다른 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.