KR20000023232A - 열 펌프 장치 - Google Patents

Abstract

스크롤 압축기의 손실을 좌우하는 선회 혹은 비선회 스크롤 부재의 적어도 어느 한 쪽의 다이 플레이트의 반압축실측에 작용하는 압력은 표준적인 운전 조건의 몇 가지를 고려한 다음에, 압축기 내의 흡입압 등을 기준으로 (압축기 내 압력)＋(대략 일정값), (압축기 내 압력)×(대략 일정값)＋(대략 일정값)으로 설정되어 있으며, 압축기의 소비 전력에 관하여 광범위한 압력 조건하에 있어서는 반드시 적절한 값으로 조정되지 않는다.

이를 해결하기 위해, 압축기에 압력의 조정 수단과, 조정 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하여 압축기의 소비 전력이 최소가 되도록 제어를 행한다. 온도 관리 대상물의 설정 온도 목표를 달성하면서, 압축기의 소비 전력을 저감하도록 조정할 수 있다.

Description

열 펌프 장치 {Heat Pump Device}

본 발명은 스크롤 압축기를 이용한 열 펌프 장치에 의한 공기 조화기 및 냉동 장치 등에 관한 것이다.

도2를 이용하여 종래의 열 펌프 장치에 대해서 설명한다. 압축기(100), 증발기(210), 응축기(220), 팽창 밸브(230)는 도2에 도시한 바와 같이 접속된다. 제어 장치(240)는 압축기(100)의 회전수를 제어하는 예를 들어 인버터와 같은 전력 변환 장치이다. 제어 장치(240)는 열 펌프의 일예로서의 공기 조화기에서는 실내 온도가 제어 목표인 설정 온도가 되도록 압축기(100)의 회전수를 제어가 가능한 범위에서 가변 및 운전의 온·오프 제어에 의해 조절한다. 또한, 제어 장치(240)는 팽창 밸브(230)의 개방도의 조정, 증발기(210) 및 응축기(220)로의 통풍량의 조정을 행한다. 이와 같이 열 펌프 장치는 냉동 사이클의 제어를 행함으로써 필요한 냉동 능력을 얻어, 실내 온도가 설정 온도에 도달하면 각 제어량을 교축해 소비 전력을 억제하는 제어를 행하고 있다.

이 열 펌프 장치에 적용되고 있는 압축기는 다이 플레이트 상에 소용돌이 형상의 랩(lap)을 형성한 선회 스크롤 부재와 다이 플레이트 상에 소용돌이 형상의 랩을 형성한 비선회 스크롤(고정 스크롤) 부재를 서로 조합하여 압축실을 형성하는 형태의 스크롤 압축기이다. 이 스크롤 압축기는 압축기 운전 중에 압축실 내 압력에 의해 발생하는 선회 스크롤 부재와 비선회 스크롤 부재를 분리하는 방향의 힘이 발생한다. 이 분리력에 대향하여 양 스크롤 부재를 가압하는 방향의 힘을 발생시킬 필요가 있다.

구체적으로는, 선회 스크롤 부재 및 비선회 스크롤 부재의 적어도 어느 한 쪽에 대해서 다이 플레이트(널빤지라고도 함)의 반압축실측에 배면 압력 영역을 마련하고, 이 배면 압력 영역에 유체 압력을 도입하여 선회 스크롤 및 비선회 스크롤을 근접시키는 방향의 힘(가압력)을 발생시킨다. 이 때의 배면 압력의 크기는 흡입 압력 등의 (열 펌프 장치 내의 소정 부분의 압력)×(대략 일정값)＋(대략 일정값)이 되는 흡입 압력과 토출 압력 사이의 압력인 중간압이 되도록 설계된 기구에 의해 발생시키고 있다.

이러한 종류의 배압실에 압력을 도입하는 것으로서, 일본 특허 공개 평7-217557호 공보(문헌 1) 및 일본 특허 공개 소64-381호 공보(문헌 2)가 알려져 있다.

문헌 1에는 배압실과 흡입측을 압력 조정 밸브를 거쳐서 파이프에 의해 접속하고, 차압이 초기 설정용의 압력 조정 손잡이에 의해 설정된 스프링력보다도 커진 때 압력 조정 밸브가 개방 스프링력에 걸맞는 압력차로 하는 것이 기재되어 있다.

또한, 문헌 2에는 선회 스크롤 배면 영역을 동심원 형상으로 2개로 구분한 압력 영역을 설정하고, 내측 영역에 고압을, 외측 영역에는 조건에 맞추어 압력을 저압 혹은 고압을 도입함으로써 가압력을 변경하는 것이 기재되어 있다.

상기 문헌 1에 있어서는, 배압실은 일단 설정된 스프링력에 걸맞는 압력이 되도록 흡입압에 대응한 압력, 즉 배압실의 압력은 흡입 압력에 스프링력을 이겨내는 압력을 가한 압력이 되지만, 흡입 압력과 배압실의 압력의 관계는 일정하며, 다른 적정 압력으로 하는 것은 언급되어 있지 않다.

또한, 상기 문헌 2에 있어서는 고저 압력 차압에 따라서 배압실의 외측 영역의 압력을 2단계의 절환을 행하는데, 고압과 저압이 어떠한 압력인지는 불분명하지만 배압실의 평균 압력은 2종류에 지나지 않으며, 문헌 1과 같이 다른 적정 압력으로 하는 것은 언급되어 있지 않다.

본 발명의 목적은 배압실의 압력을 적정하게 한 열 펌프 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적은 다이 플레이트 상에 소용돌이 형상의 랩을 형성한 선회 스크롤 부재와, 다이 플레이트 상에 소용돌이 형상의 랩을 형성한 비선회 스크롤 부재와, 이 선회 스크롤 부재 혹은 비선회 스크롤 부재의 반압축실측에 압력을 도입하는 배압실을 갖는 스크롤 압축기와, 열 교환기와, 팽창 수단을 구비한 열 펌프 장치에 있어서, 열 펌프 장치 혹은 스크롤 압축기의 소비 전력을 검출하는 수단과, 이 검출 수단의 출력에 의거하여 상기 배압실의 압력을 증감하는 수단을 구비함으로써 달성된다.

도1은 본 발명의 열 펌프 장치의 구성도.

도2는 종래의 열 펌프 장치의 구성도.

도3은 배면 압력과 압축 소비 전력의 관계를 도시한 도면.

도4는 배면 압력의 제어 알고리즘을 도시한 도면.

도5는 배면 압력의 제어 알고리즘을 도시한 도면.

도6은 배면 압력 제어 구조의 실시 형태를 도시한 도면.

도7은 배면 압력 제어 구조의 실시 형태를 도시한 도면.

도8은 배면 압력 제어 구조의 실시 형태를 도시한 도면.

도9는 배면 압력 제어 구조의 실시 형태를 도시한 도면.

도10은 배면 압력 제어 구조의 실시 형태를 도시한 도면.

도11은 배면 압력 제어 구조의 실시 형태를 도시한 도면.

도12는 배면 압력 제어 구조의 실시 형태를 도시한 도면.

도13은 배면 압력 제어 구조의 실시 형태를 도시한 도면.

도14는 배면 압력 제어 구조의 실시 형태를 도시한 도면.

도15는 배면 압력 제어 구조의 실시 형태를 도시한 도면.

도16은 배면 압력 제어 구조의 실시 형태를 도시한 도면.

도17은 배면 압력 제어 구조의 실시 형태를 도시한 도면.

도18은 배면 압력 제어 구조의 실시 형태를 도시한 도면.

도19는 용량 제어를 행하는 압축기의 예를 도시한 도면.

도20은 용량 제어시의 PV선도.

도21은 용량 제어시의 압축실 내의 압력 분포를 도시한 도면.

도22는 압력비 제어시의 PV선도.

도23은 압력비 제어시의 압축실 내의 압력 분포를 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 스크롤 압축기

101 : 배면 압력 영역

110 : 선회 스크롤 부재

120 : 비선회 스크롤 부재

123 : 배면 압력 조정 밸브

124 : 배면 압력 조정 밸브 누름 스프링

125 : 스프링 누름기

126 : 배면 압력 도입 유로

127 : 흡입 압력 도입 유로

130 : 프레임

300 : 배면 압력 조정 수단 제어 장치

310 : 배면 압력 조정 수단

이하, 본 발명의 일 실시 형태를 도면을 이용하여 공기 조화기를 예로 들어 설명한다.

도1에 있어서, 스크롤 압축기(100), 증발기(210), 응축기(220), 팽창 밸브(230), 제어 장치(240), 배면 압력 조정기(310), 배면 압력 조정기 제어 장치(300)를 도1과 같이 접속한다. 압축기(100)로부터 토출된 고온 고압의 냉매를 응축기(220)에서 냉매를 응축시켜 열을 방출하고, 팽창 수단으로서의 팽창 밸브(230)에서 감압하고, 증발기(210)에서 냉매를 기화시켜 열을 흡수함으로써, 냉동 사이클에서 열의 이동을 행하는 열 펌프 장치이다. 이 때, 공기 조화기의 실내 기계를 증발기로 함으로써 냉방 운전을 실현하고, 응축기로 함으로써 난방 운전을 실현하고 있다.

이 공기 조화기에 이용되는 압축기는 스크롤 압축기(100)이며, 이 스크롤 압축기(100)에 대해서 도6을 이용하여 설명한다. 밀폐 용기 내에는 압축 기구부 및 압축 기구부를 구동하는 전동기부(도시 생략)가 수납되고, 이 압축 기구부는 다이 플레이트(널빤지) 상에 소용돌이 형상의 랩이 형성된 선회 스크롤 부재(110) 및 다이 플레이트 상에 소용돌이 형상의 랩을 형성한 비선회 스크롤(고정 스크롤) 부재(120)로 구성된다. 압축 기구부의 선회 스크롤 부재(110)는 전동기부에 의해 회전되는 샤프트에 의해 구동되고, 이 샤프트는 메인 베어링으로서 기능하는 프레임(130)에서 축지지되고, 또한 선회 스크롤 부재(110)는 이 프레임(130)에서 추력을 받게 된다. 비선회 스크롤 부재(210)의 대략 중앙부에 위치하는 토출 포트로부터 토출되는 고온 고압의 가스 냉매는 밀폐 용기 내에 충만하여 이 밀폐 용기 내를 토출 압력으로 한다. 그리고, 도시하지 않은 토출 파이프를 거쳐서 냉동 사이클 내로 출력된다.

또한, 냉동기 오일은 밀폐 용기 바닥부에 저장되고, 샤프트의 반압축 기구부측 선단부는 냉동기 오일 속에 잠기고, 토출압에 의해 가압된 냉동기 오일은 샤프트 내부에 설치된 급유 통로를 통해 메인 베어링 등을 윤활한다. 이와 함께, 선회 스크롤 부재(110)와 프레임(130) 사이에 설치된 공간(배압실)에도 급유된다. 이 배압실로의 급유는 베어링의 간극을 거쳐서 행해지므로, 토출 압력보다 낮은 압력으로 감압된다. 이 선회 스크롤 부재(110)의 다이 플레이트의 반압축실측에 작용하는 유체 압력을 제어 신호에 의해 가변하는 압력 조정기(310)가 설치되어 있다. 이 배압실 내의 유체 압력을 조정함으로써, 압축기의 소비 전력을 저감한다는 착상을 얻었다.

여기에서, 도3을 이용하여 배면 압력값과 압축기의 소비 전력의 관계에 대해서 설명한다. 횡축에 배면 압력값(배압실 압력), 종축에 압축기의 마찰 손실과 누설 손실 및 소비 전력을 나타낸다.

배면 압력값을 변화시키면 선회 스크롤 부재가 비선회 스크롤 부재를 가압하는 압력이 변화하므로, 압축실에서의 누설 손실, 미끄럼 이동부에 있어서의 마찰 손실이 변화하여 소비 전력에 큰 영향을 끼친다.

우선, 누설 손실에 대해서는 선회 스크롤 부재가 비선회 스크롤 부재를 가압하는 힘을 강하게해가면 선회 스크롤 부재 및 비선회 스크롤 부재가 변형되므로 양자 사이의 접촉부의 공극이 감소된다. 한편, 가압하는 힘을 감소시켜가면 이 공극이 증대한다. 스크롤 압축기에서는 선회 스크롤 부재 및 비선회 스크롤 부재의 랩끼리를 조합하여 선회 운동시킬 때, 주위 방향으로부터 중심을 향하여 서서히 압축하는 구조로서 초승달 형상의 압축실이 복수개 형성된다. 이로 인해, 인접하는 압축실 사이에는 압력차가 발생하며, 한 쪽 다이 플레이트과 다른 쪽의 랩 선단부 사이의 공극을 거쳐서 보다 저압인 외측의 압력실을 향하여 작동 유체인 냉매가 누설되어, 가스 압축을 한 다음에 여분의 작업을 해야만 한다. 이것이 누설 손실에 의한 소비 전력의 증대 원인이다. 따라서, 누설 손실에 대해서는 선회 스크롤 및 비선회 스크롤 사이의 가압력은 커짐에 따라서 저감되는데, 가압력이 소정치 이상의 범위에서는 저감의 효과가 작아지며 그 효과는 포화한다.

다음에, 미끄럼 이동부의 마찰 손실에 대해서, 압축기 운전 중에는 선회 스크롤 및 비선회 스크롤의 다이 플레이트 및 랩 선단부가 접촉하여 미끄럼 이동하고 있으며, 선회 스크롤 및 비선회 스크롤 사이에는 마찰력이 발생하고 있으므로 배면 압력값의 증감에 의해 마찰력도 증감하고, 마찰 손실도 증감하는 것을 알 수 있다. 압축기의 소비 전력은 가스 압축일과 손실을 가한 것으로, 양 손실을 그래프 상에서 포개어 보면 하부가 볼록한 그래프가 되어 소비 전력의 극소치가 존재한다. 이와 같이 배면 압력값에는 압축기의 소비 전력을 가장 작게 할 수 있는 값이 존재하게 된다.

여기에서, 선회 스크롤 부재 및 비선회 스크롤 부재의 분리력과 흡입 압력 및 토출 압력의 관계에 대해서 생각해 보자. 분리력은 압축실 내의 압력 분포에 의해 변화한다. 이 압축실 내의 압력 분포는 사용 압력 조건에 의해 변화하므로, 단지 (사이클 내의 소정 부분의 압력)×(대략 일정값)＋(대략 일정값) 등의 압축기 내 압력을 기준으로 하면 공기 조화기는 폭 넓은 압력 범위에서 운전되기 때문에, 배면 압력값의 설정치를 운전 압력 범위의 전체에 맞출 수는 없으며, 실제로 사용될 예정인 대표적인 표준 사용 조건을 설정하고, 이 조건에 있어서의 배면 압력값을 최적화하고 있다. 이로 인해, 지역차에 의한 설치 상황이나 분위기 온도 등의 요인에 의해 실제 기계 운전 조건이 배면 압력값을 설정한 표준 조건과의 편차가 크면, 배면 압력 제어의 목표값이 실제 상태와 어긋남으로써 본래의 성능을 발휘할 수 없다.

또한, 최고 효율을 목표로 한 열 펌프 장치를 복수의 용도를 위해 생산한 다음에, 사용 냉매나 사용 조건의 차이에 맞추어 배면 압력값을 상기 조건마다 설정한 배면 압력 조정 기구를 개발하여 최대 열 펌프 장치의 종류와 같은 수의 압축기를 생산할 필요가 있으며, 소량 다품종 생산을 할 필요가 발생한다.

이러한 종류의 문제를 해결하기 위해, 본 실시 형태에서는 배압실의 압력의 크기를 단지 흡입 압력보다 일정값만큼 크게 하는 등의 값이 아닌, 스크롤 압축기의 소비 전력을 검출하여(공기 조화기의 소비 전력으로 대표시켜도 좋음), 이 소비 전력이 가능한 한 최소가 되도록 배압실의 압력을 조정하도록 했다.

이하, 이에 대해 설명한다. 도1에 있어서, 배압실에 도입되는 유체 압력의 변화에 의한 압축기의 소비 전력의 변화 경향을 검출하고, 검출된 소비 전력의 변화 경향에 의해 압축기의 소비 전력을 작게 하기 위한 유체 압력을 제어하는 신호를 압력 조정기(310)에 출력하는 출력 조정기 제어 장치(300)를 공기 조화기에 마련했다. 이 제어 알고리즘을 설명한다.

여기에서, 공기 조화기의 제어 목표는 실내의 공기 온도를 설정치로 제어하는 것이며, 그 방법으로서 실내와 실외 사이에서의 필요한 열의 이동을 냉매를 거쳐서 행하는 것이다. 이 때, 단위 냉매 순환량 당 냉동 사이클의 능력은 실내와 실외 기계의 분위기 온도와 냉매의 물성치에 의해 대략 결정되므로, 이동시키는 열량의 크기는 냉매의 순환량에 의해 제어하는 것이 일반적이며, 대개 압축기의 회전에 의해 냉매 순환량을 가변시켜 필요한 열량으로 조정하는 방법이 이용되고 있다. 그 밖에, 열 교환기로 통풍시키는 팬의 풍량 등에 의해서도 냉동 사이클의 온도나 압력을 조정할 수 있다.

이하의 설명에 있어서의 용어에 대해서 설명한다. 데이터 베이스는 기본적으로 기억 장치가 설치되는데 메모리 영역이 커서 3 블록으로 나뉘어져 있으며 운전 조건으로서의 실내 온도, 실외 기온, 설정 온도 등의 물리량, 제어 조건으로서의 배면 압력, 압축기 회전수, 실내외 팬 회전수, 전동 팽창 밸브 개방도 등의 제어 신호, 제어 결과로서의 온도, 압력, 소비 전력, 전압, 전류 등의 물리량을 각각 관련지어서 기억하여 운전 조건으로부터의 최적의 운전을 위한 제어 신호를 얻을 수 있다. 또한, 그 때의 소비 전력 등을 구할 수 있도록 한다. 또한, 상기 운전 조건과 제어 신호의 관계는 변화되지 않도록 기억하고 운전 중의 제어 결과를 나타내는 물리량의 데이터를 수시로 기억하여, 운전 조건으로부터 얻은 제어 신호에 제어 결과의 기억을 가미하여 보다 최적의 제어값으로 하면 된다. 또, 상기 산출 방법에 대해서는 운전 조건, 제어 신호, 제어 결과의 각각의 관계식과 보정항에 의해 산출해도 된다.

또한, 메모리는 운전 조건, 제어 신호, 제어 결과를 시계열적으로 기억하는 것으로, 제어의 안정성 검출이나 상기 배면 압력값의 변화에 의한 룸 에어컨 및 압축기의 소비 전력의 변화 및 제어의 이상 발생시에 있어서의 제어값의 재설정 등에 이용된다. 그리고, 안정 판별은 고정, 혹은 제어 상황에 의해 가변한 시간 내의 신호 변화를 평균값에 대한 편차에 의해 구하거나, 혹은 운전 조건으로부터 데이터 베이스에 의해 구한 한계값과의 비교 등에 의해서도 좋다.

내장 시계는 계절, 날짜, 시각 등을 얻기 위한 수단으로, 전회의 운전과 금회의 운전 사이의 정지 기간을 얻을 수도 있다.

그리고, 배면 압력값의 변화량을 가변하게 하면 좋다. 전술한 바와 같이 소비 전력과 배면 압력의 관계는 하부가 볼록한 그래프가 된다. 배면 압력의 증감에 대해 소비 전력의 증감을 생각하면, (소비 전력의 변화량)/(배면 압력의 변화량)을 계산하면 제어점 근방에서의 상기 그래프의 접선의 기울기를 구하게 되므로 기울기의 절대값이 소정값 이하가 된 경우에는 극소치 근방이므로, 배면 압력의 변화량을 보다 작게 함으로써, 극소치 근방에서의 제어값의 진동을 억제하여 수렴을 빠르게 할 수 있다.

또한, 이상 설명한 룸 에어컨의 소비 전력에 대해서는 룸 에어컨과 같이 부수적인 장치의 전력이 압축기의 전력에 대해 작은 경우 등에서는 압축기의 소비 전력을 측정해도 좋다. 또한, 소비 전력을 직접 측정할 수 없는 경우라도 전압값과 전류값을 측정하여 대용해도 좋다.

압축기의 소비 전력을 낮추도록 제어한 다음에, 룸 에어컨의 제어 대상인 실내 온도가 제어 목표값 근방으로 안정되면, 룸 에어컨 구성 요소의 물리량도 대략 평형 상태에 도달하고 있어 배면 압력값의 변경에 의한 소비 전력의 변화가 확인되기 쉬우므로, 룸 에어컨 운전 상태의 안정시에 제어를 행하는 형태에 대해서 도4의 제어 알고리즘을 이용하여 이하에 설명한다.

우선, 선회 스크롤 부재(110)의 배면 압력값을 고정하여 실내 온도가 목표값에 도달한 시점에서, 선회 스크롤 부재(110)의 배면 압력 영역(101)의 압력을 소정 변화량만큼 증가(혹은 감소)한다. 이로써 사이클로서의 냉동 능력이 변화하여 실내 온도가 목표값과 어긋나는 것을 생각할 수 있으므로, 이 배면 압력값을 고정하여 실내 온도가 제어 목표값이 되도록 다시 압축기 회전수, 팽창 밸브 등으로 제어를 행한다. 다시 실내 온도가 목표값에 도달하여 안정된 시점에서의 소비 전력을 메모리에 기억된 배면 압력값 변경 전의 소비 전력과 비교한다.

여기에서, 열 펌프 소비 전력이 감소하여 있으면 다음의 스텝에 있어서도 다시 배면 압력값을 증가(혹은 감소)시켜 배면 압력값의 조정을 반복한다. 역으로, 열 펌프 소비 전력이 증가해 버렸다면 전회와는 반대로 배면 압력값을 감소(혹은 증가)시켜 조정을 반복함으로써, 동일 실내 온도 하에서 소비 전력이 작아지는 배면 압력값으로 변경을 계속할 수 있다. 또, 배면 압력값을 결정하는 밸브의 개방도, 스테핑 모터의 회전 위치를 기억해 둠으로써 소비 전력이 증가하기 전의 회전 위치로 복귀시킴으로써 그 값을 최소 소비 전력으로 하여 운전할 수 있다.

또, 도4에서 도시한 알고리즘에서는 기동시에 최초의 배면 압력의 변화 방향은 감소시키는 방향의 도면을 도시하였는데, 증가 방향으로 해도 경로가 다를뿐이고 같은 제어가 행해진다. 또한, 운전 정지시의 배면 압력값의 증감의 변화 방향을 기억해 두어 기동 직후의 변화 방향으로 이용하면, 소비 전력의 제어가 단시간에 수렴되는 경우를 생각할 수 있다.

이상, 안정성을 확인하는 물리량으로서 실내 온도 이외에도 압축기, 열 교환기, 팬, 팽창 밸브, 배관 등의 룸 에어컨 구성 요소에 온도, 압력, 냉매 유량에 대해서 룸 에어컨 전체 및 압축기에 작용하는 전압, 전류, 전력, 압축기 회전수 등에 대한 운전 상태 검출 수단을 마련하고, 검출 수단에 의한 측정 항목의 적어도 하나 이상에 대해서 각종 센서를 이용하여 검출한 신호에 의해 안정 판별을 해도 좋다.

다음에, 도6을 이용하여 조정 밸브 기구에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에서는 평판 밸브에 의한 조정 구조의 예를 설명한다. 선회 스크롤(110)의 배면에 배면 압력 영역(배압실)을 설정한다. 이 배압실에는, 전술한 바와 같이 밀폐 용기 내의 토출 압력이 샤프트와 프레임(130) 혹은 선회 스크롤 부재(110)의 베어링 간극을 거쳐서 감압하여 도입된다. 또한 비선회 스크롤 부재(120) 내에 흡입 압력에 연통하는 유로(126, 127)를 마련한다. 이 흡입 압력에 연통하는 유로(126, 127)에 개폐 기구로서 유로 저항을 가변하기 위한 원반형의 배압 밸브(123)를 설치하고, 배압 밸브(123)의 한 쪽 면에는 흡입압에 의한 힘과 배압 밸브(123)의 개폐 조건을 변경하기 위한 스프링(124) 등의 탄성체에 의해 밸브(123)를 폐쇄하는 방향의 힘이 가해진다. 또 다른 면에는 배면 압력에 의한 힘이 작용하는 구조로 되어 있다. 또한 스프링(124)의 길이를 가변하는(스프링력 가변) 스프링 누름기(125)를 비선회 스크롤(120)측으로부터 배치하여 배압 밸브 조정 기구를 구성한다. 이 스프링 누름기의 위치를 가변함으로써 스프링력이 변화하여 밸브 가압력이 변화되므로, (배면 압력＞흡입 압력＋스프링력)에 의해 압력차가 발생한 때에 밸브가 개방되어 배면 압력을 감압한다. 이 구조의 이점은 스프링 특성이 선형, 비선형에 관계없이 스프링력이 압축량의 함수로 나타나므로 스테핑 모터 등의 구동원과 조합한 경우, 오픈 루프 제어에서 압력 센서 등의 검출 수단을 이용하지 않고, 설정되어 있는 배면 압력과 흡입 압력의 압력차를 대략 파악할 수 있다. 또, 스프링은 스파이럴(弦卷) 스프링에 한정되지 않고 판 스프링, 접시 스프링, 그밖의 탄성체라도 좋다.

도7에서 배압 밸브 조정 기구의 다른 예를 설명한다. 본 예는 니들 밸브 조정 구조이다. 상기와 마찬가지로, 선회 스크롤 부재(110)의 배면에 배면 압력 영역을 설정한다. 이 배면 압력 영역에 샤프트와 프레임(130) 혹은 선회 스크롤 부재(110)의 베어링 간극을 거쳐서 감압된 밀폐 용기 내의 토출 압력을 도입한다. 배면 압력 영역을 흡입 압력에 연통하는 유로(126, 127)를 비선회 스크롤 부재(120) 내에 설치하고, 이 흡입 압력에 연통하는 유로(126, 127)에 유로 저항을 가변하기 위해 대략 원통형의 니들과 이 니들의 단부면이나 측면에서 밀봉하는 구조를 마련한다.

이 니들 형상을 선택함으로써, 니들의 변위와 유로 저항의 관계를 필요에 따라서 다양하게 변경할 수 있다. 이 관계를 도8에 도시한다. 니들의 축방향 형상의 차이에 의해 니들의 상하 이동과 밀봉면과 니들 사이의 간극의 관계가 도8의 그래프에 도시한 바와 같이 변화하는 것을 알 수 있다.

상기 압력 조정 기구의 다른 예를 도17 내지 도18에 의거하여 설명한다. 여기에는 로터리 밸브를 도시했다. 이 로터리 밸브는 좁은 공간에 부착하는데 유리하며, 요동이나 맥동하는 부분이 없으므로 소음이 나기 어렵다. 도17에 도시한 로터리 밸브는 연속적으로 개구 면적을 가변하는 기구이며, 도18에 도시한 로터리 밸브는 개구 면적을 단계적으로 가변하는 기구이다. 후자는 이 단계적 개구 면적 가변 기구이므로 스텝 모터에서 회전 구동한 경우, 배면 압력값을 측정하지 않아도 설정값을 명확하게 할 수 있는 이점이 있다. 모두 유로 저항을 가변함으로써 배압실의 압력을 조정하는 것이다.

그런데, 압축기 밀폐 용기 밖에 이들 제어 기구를 설치하는 경우에는 시판되고 있는 팩리스 밸브나 전동 팽창 밸브 등을 사용할 수 있다.

또한, 제어 기구로서는 완전 폐쇄로부터 완전 개방이 되는 사이에 있어서 배면 압력이 단조롭게 증가, 단조롭게 감소하는 특성이 제어를 간결하게 하기 위해 필요하다. 이것은 실시 형태에서도 서술한 바와 같이 전회의 배압 밸브의 제어를 증가 또는 감소 여부에 의해 행하고 있으며, 그 변화의 방향성이 소비 전력의 저감에 대해 유효 여부를 판정하여 다음회도 같은 변화 경향으로 하기 때문에 변화의 과정에 있어서 변극점을 지니면 제어 방향성의 판단이 곤란해지기 때문이다.

다음에 압력 조정 기구(310)에 있어서의 압력 조정 밸브의 구동 장치에 대해서 도10을 이용하여 설명한다. 전술한 평판 밸브 및 니들 밸브에 의한 압력 조정 기구의 구동 장치로서, 도10에 도시한 바와 같이 본 실시 형태에서는 나사와 스테핑 모터를 사용하는 것으로 했다. 비선회 스크롤(120) 내에 암나사를 설치하고, 스테핑 모터(320)와 연결한 스프링 누름기에 수나사를 설치하여, 양자를 조합하여 스테핑 모터를 회전시킴으로써 스프링 누름기를 상하로 이동시키는 기구이다. 스테핑 모터에서는 스프링의 압축량을 오픈 루프 제어에서도 파악할 수 있는 점이 뛰어나다.

그 밖의 구동 장치로서, 리니어 모터, 솔레노이드, 유체 압력에 의해 작동하는 실린더 기구, 초음파 모터, 가열 및 냉각 장치와 조합한 형상 기억 합금 등이 있다. 또한, 압축기 외부에 부착된 팩리스 밸브의 경우에는 밸브의 회전축에 회전 모터를 부착해도 좋다.

이상 개시된 본 실시 형태에 따르면, 공기 조화기의 실내 온도가 설정 온도와 균형을 이룬, 안정 상태에서 소비 전력이 저하하도록 배압실의 압력을 조정하도록 하였으므로, 소비 전력의 계측값이 배압실 압력 이외의 요인에 의해 변화하는 일이 없어져 배압실의 압력 제어계를 불안정하게 하는 일이 적어진다. 이로써, 배압실 압력을 가장 소비 전력이 작아지려는 값으로 조정할 수 있다. 따라서, 냉동 사이클 전체적으로 소비 전력을 억제할 수 있다.

압축기의 소비 전력을 낮추도록 제어한 다음에, 룸 에어컨의 운전 상태가 비평형 상태에 있는 경우에는 단지 배면 압력을 변화시켜도 배면 압력값 이외의 요인에 의한 룸 에어컨의 소비 전력의 변화가 포함되므로, 그대로는 평가가 곤란하다. 상기 제1 실시 형태에서는 배압실의 압력을 조정할 때 공기 조화기의 운전 상태가 평형에 도달한 단계에서 행하고 있었는데, 제2 실시 형태에서는 비평형 상태에서도 배압실의 압력 조정이 가능해지도록 했다. 도5에서 제어 알고리즘을 설명한다.

예를 들어, 공기 조화기에 있어서 운전 상태가 비평형 상태가 되기 쉬운 것은 설정 온도와 실내 온도의 편차가 큰 경우이다. 그러나, 온도 편차가 상당량 큰 경우는 압축기 회전수에도 한계가 있으므로, 또는 일정 회전수로 회전하고 있는 경우는, 이 경우는 온도 제어가 평형에 도달하지 않아도 압축기 소비 전력은 대략 일정값으로 이동한다.

그래서, 본 실시 형태에서는 압축기의 입력 전압과 입력 전류로부터 압축기의 소비 전력을 구하고, 이 소비 전력의 피크 대 피크가 소정의 범위에 포함되는지의 여부를 판정하고, 이 범위 내에 포함되는 경우 소비 전력의 변동이 적은 것으로 하여, 제1 실시 형태와 마찬가지로 배압실의 압력을 변화시켜 변화 전의 소비 전력이 변화 후의 소비 전력보다 크면 그 변화 방향을 소비 전력의 관계가 역전하기까지 계속한다.

본 실시 형태에 따르면, 예를 들어 공기 조화기에 적용한 경우, 온도 제어계가 평형에 도달하지 않아도 소비 전력의 변동이 적으면, 배압실 압력 제어 이외의 요인으로 소비 전력이 변동할 가능성이 적다고 판단하여, 이 경우에서도 소비 전력을 적게 하는 방향으로 배압실의 전력 제어를 행할 수 있다는 효과가 있다. 또, 제1 실시 형태에 있어서의 배압실의 압력 제어를 조합하면, 평형 상태에 있어도 배압실의 압력 제어를 행할 수 있다(온도 제어가 평형 상태이다라고 하는 것은 소비 전력의 변동도 작으므로, 필연적으로 제1 실시 형태의 제어도 행해진다).

상기한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 제1 실시 형태는 완전 평형 상태가 되고 나서야 배압실의 압력 제어를 걸 수 있으며, 제2 실시 형태에서는 소비 전력의 변동이 작을 때만 배압실의 압력 제어를 행할 수 있는데, 다음에 설명하는 제3 실시 형태에서는 소비 전력이 변동하고 있을 때 배압실의 압력을 변화시켜도 배압실의 압력의 변동 결과가 소비 전력에 어떻게 반영되고 있는지 판정할 수 있으므로, 극단적인 경우 어떠한 운전 상태라도 배압실의 압력 제어를 행할 수 있도록 한 것이다.

룸 에어컨의 운전 상태를 나타낸 물리량으로서 실내 온도 이외에도 압축기, 열 교환기, 팬, 팽창 밸브, 배관 등의 룸 에어컨 구성 요소에 온도, 압력, 냉매 유량에 대해서 룸 에어컨 전체 및 압축기에 작용하는 전압, 전류, 전력, 압축기 회전수 등에 대한 운전 상태 검출 수단을 마련한다. 또한, 운전 조건을 나타내는 물리량과 룸 에어컨 장치의 소비 전력을 관계지은 데이터 베이스를 마련한다.

이상적인 압축기는 그 이론이 확립되어 있으며, 냉동 사이클 중의 물리량을 측정하면 몰리에르 선도로부터 이상 압축기의 그 시점에 있어서의 소비 전력을 구할 수 있다. 즉, 흡입 가스 온도, 팽창 밸브 전(前)온도, 압축기 회전수(냉매 유량), 압축기 흡입 압력, 압축기 토출 압력을 측정하여 이들 값을 룸 에어컨의 소비 전력을 관계지은 데이터 베이스 혹은 실험식에 대입함으로써, 이상 압축기의 측정 시점에 있어서의 소비 전력을 산출할 수 있다.

이 이상 소비 전력과 실제 압축기의 소비 전력(입력 전류와 입력 전압으로부터 구함)을 기억해 두고, 선회 스크롤 부재(110)의 배면 압력 영역(101)의 압력을 증가(혹은 감소)시켜 운전 상태의 변화를 고려해도 압축기의 손실이 감소하고 있으면, 즉 배압실의 압력을 변화시킨 후의 압축기 실소비 전력이 이상 소비 전력에 가깝다면 더욱 증가(혹은 감소)시켜 조정을 진행한다. 역으로, 압축기의 손실이 증가해 버렸다면(압축기 실소비 전력이 이상 소비 전력으로부터 벗어났다면) 전회와는 반대의 변화 경향이 되도록 감소(혹은 증가)시킴으로써, 가장 손실이 작아지는 배면 압력값이 되도록 제어할 수 있다.

또, 상기 데이터 베이스의 보정 기능을 이용하면, 상기 이상 소비 전력의 정밀도를 높일 수 있어 소비 전력을 작게 할 수 있다.

상기 제1 내지 제3 실시 형태에 있어서, 배면 압력을 가변하는 조건이 구비되어 변화시킨 때 소비 전력이 대폭으로 변화해 버린 경우, 이것은 명백하게 배면 압력을 변화시켰기 때문에 일어난 변화는 아니다. 이 상태로 방치해 두면 배면 압력을 어떠한 상태로 제어해야 좋을지 판단할 수 없으므로 배면 압력 제어가 불안정해져 버린다. 이것을 억제하는 예를 설명한다.

배면 압력을 가변할 때, 미리 배면 압력을 가변하기 전의 룸 에어컨의 압축기 회전수나 팽창 밸브 개방도, 실내외 팬의 회전수 등의 제어값을 기억하는 기억 장치를 마련하고, 룸 에어컨의 소비 전력이 낮아지도록 배면 압력값을 변화시켜 실내 온도가 제어 목표값에 도달하도록 제어한다.

만약, 실내 온도를 안정시키는 제어를 행하고 있는 동안에 환기나 사람의 출입 등에 의한 열 부하의 변화, 난방시의 서리 제거 등에 의해 실내 온도 및 룸 에어컨 소비 전력이 급격하게 변화하여 그 절대값 및 단위 시간당의 변화량이 운전 상태를 나타내는 물리량으로부터 데이터 베이스를 이용하여 결정되는 규정치를 초과해 버린 경우, 배면 압력 제어의 목표치로의 수렴이 불가능하다고 판단한다. 환언하면, 배면 압력의 제어량에 대한 소비 전력의 변화량이 이론적으로 도출시키는 변화량을 크게 초과해 버린 경우, 이 큰 소비 전력의 변화는 배면 압력 제어를 행하였기 때문에 일어난 변화가 아닌 다른 요인에 의해 일어난 변화라고 판단한다. 즉, 압축기 또는 룸 에어컨의 소비 전력의 절대치 및 단위 시간당의 변화량을 감시하여 이들 값 중 적어도 한 쪽이 설정치를 초과한 경우에 이상이라 판단하는 판정 기능을 마련한다.

이 때 배면 압력 제어의 불안정을 회피하기 위해, 미리 배면 압력을 변경하기 전의 룸 에어컨의 압축기 회전수, 팽창 밸브 개방도, 실내외 팬의 회전수 및 배면 압력값(스테핑 모터의 위치)을 기억해 두고, 룸 에어컨의 제어를 배면 압력을 변경하기 전에 메모리에 기억한 설정치로 복귀시키는 제어를 행한다.

또한, 배면 압력을 변화시키는 제4 실시 형태에 대해서 설명한다. 스크롤 압축기는 운전중, 선회 스크롤이 비선회 스크롤에 대해 소정 선회 반경으로 자전하지 않고 선회 운동을 하고 있다. 이 때, 선회 스크롤 랩과 비선회 스크롤 랩 사이에 구성되는 대략 초승달 형상의 압축실의 위치와 형상 및 그 압력은 회전에 따라서 변화하고 있으며, 선회 스크롤과 비선회 스크롤을 분리하는 힘 방향의 힘의 크기도 회전이 진행함에 따라 주기적으로 변동하고 있다. 예를 들어, 운전 조건에 의해 압축 기구의 토출 직전의 압력보다도 토출구의 압력이 높은 경우 등은 가장 내측의 압축실이 토출구에 연통한 때 압축실의 압력이 높아져 분리력이 급격하게 커지는 경우가 있다.

이 문제를 해결하기 위해, 본 실시 형태에서는 배면 압력값을 필요 최소한의 값으로 하기 위해 압축기의 회전에 맞추어 변동시키는 구조로 했다. 압축기 1회전 중의 압축실의 압력 변동은 검출할 수 있으므로, 회전 위치와 배면 압력 사이의 관계를 나타내는 데이커 베이스를 작성하고, 이 데이터 베이스에 의거하여 배면 압력을 조정하도록 한다. 본 실시 형태에 의해 더욱 더 전력의 절약화를 꾀할 수 있다.

이제까지 설명한 바와 같이, 배면 압력을 조정하기 위해서는 조정 밸브를 구동하기 위한 어떠한 구동원을 스크롤 압축기에 부착할 필요가 있다. 이 구동원의 부착 위치에 관하여 이하에 설명한다.

도9에 도시한 스크롤 압축기에서는 밀폐 용기의 외측에 압력 조정 기구와, 구동 장치를 설치하고 있다. 이와 같이 함으로써 압축기 밀폐 용기 내에 부착 공간이 확보되기 어려운 경우에 적합하다. 또한, 밸브만 밀봉하면 되므로 밀폐성을 높이기 위한 밀봉부를 작게 할 수 있다.

또한, 도10에 도시한 스크롤 압축기에서는 밀폐 용기의 내측에 압력 조정 기구, 외측에 구동 장치를 설치하고 있다. 이 경우, 비선회 스크롤 부재 내에 구동 장치와 연결할 로드가 필요하며, 로드의 구동 장치측은 토출압, 비선회 스크롤 부재 내는 흡입 압력과 배면 압력이며, 압력차가 발생하고 있으므로 비선회 스크롤 부재와 로드 사이에 밀봉을 실시하고 있다. 마찬가지로, 밀폐 용기와 로드 사이에 대해서도 밀봉을 실시한다.

그리고, 도11에 도시한 스크롤 압축기는 밀폐 용기의 내측에 압력 조정 기구, 외측에 구동 장치가 설치된 다른 예이다. 도10에 도시한 예와의 차이점은 구동 장치와 밀폐 용기 사이의 밀봉을 없애기 위해 비선회 스크롤 부재의 일부를 케이스까지 연장하여 양 부재를 용접으로 접합하고 있는 점이다. 이로써 압입 등에 의해 밀폐하여 밀봉을 실시하는 부위를 2군데에서 1군데로 줄일 수 있으므로, 보다 냉매의 누설에 대해 유리한 구조가 된다. 또, 구조로서는 밀폐 용기측을 연장하여 비선회 스크롤 부재에 접합해도 되고, 같은 효과를 얻을 수 있다.

도12는 밀폐 용기의 내측에 압력 조정 기구 및 구동 장치를 설치한 예이다. 비선회 스크롤 부재와 로드의 관계는 도10의 예와 같이 비선회 스크롤 부재와 로드 사이에 밀봉 수단을 마련하여 조립 부착할 수 있다.

그런데, 도13에 도시한 실시 형태는 비선회 스크롤 부재(120)가 가동하는 형식(고정 스크롤 해제 형식)의 스크롤 압축기에 본 발명을 적용한 예이다. 도면 중, 비선회 스크롤 부재(120)의 상부에 구획판을 설치하고 있으며 구획판 상부가 토출 압력, 하부가 흡입 압력, 구획판과 비선회 스크롤 부재 사이(120) 사이의 공간에 배면 압력이 작용한다. 배면 압력을 배면압량 도입로(126)에서, 흡입압을 흡입압 도입 유로(127)에서 압축기 밖으로 도입하여 조정 수단(310)으로서의 팩리스 밸브에 접속하고, 또한 구동용 스테핑 모터와 연결한다.

압력 조정 기구를 밀폐 용기 내에 편성하는 경우에는 도14에 도시한 바와 같이 적어도 배면 압력과 흡입압 중 어느 한 쪽을 선회, 비선회 스크롤 부재 및 프레임, 구획판 내에 유로를 마련하든지 혹은 배관으로 유도해도 좋다.

도15에서 선회 스크롤(110)의 비선회 스크롤 부재(120)로의 가압력의 발생 방법으로서, 선회 스크롤 부재의 반압축실측에 마련한 링의 배면에 압력을 작용시키고, 링을 거쳐서 가압력을 선회 스크롤에 전달하도록 해도 같은 효과를 얻을 수 있다. 또, 도16에 도시한 예는 도15의 압축기 내에 제어 기구를 마련한 예이다.

상기 밀봉 수단에 대해서는 O링이나 수지성의 패킹, 기계적 밀봉체, 부품 사이의 틈새나 오일에 의한 효과도 이용하면 좋다.

이상 설명한 여러가지의 실시 형태에 따르면, 열 펌프 장치에 있어서 운전 조건의 대표적인 운전 조건에 대해서만 압축기 내의 선회 스크롤 및 비선회 스크롤의 적어도 어느 한 쪽의 배면 압력값을 (사이클 내의 소정 부분의 압력)×(대략 일정값)＋(대략 일정값)으로 설정한 경우에 비해, 폭이 넓은 압력비에서의 운전 조건하에 있어서, 제어 대상의 설정 온도를 변경하지 않고 압축기의 소비 전력을 최소화하도록 조정하여 장치로서의 전력의 절약화를 꾀할 수 있다.

또한, 냉동기 등의 개개의 기기 단독에 있어서는 반고정적인 운전 조건으로 운전되는 장치에 대해서도 설치 조건이나 온도 관리 대상 및 설정 온도의 차이 등에 의한 기기 사이의 조건의 차가 크다고 생각할 수 있는 경우에 있어서도 1종류의 압축기로 커버할 수 있는 범위가 넓어져 생산기종을 적게 할 수 있으므로, 대량 생산에 의한 비용 저감을 꾀할 수 있다.

다음에, 부하 제어를 행하는 스크롤 압축기를 탑재한 열 펌프 장치의 실시 형태를 도19를 이용하여 설명한다.

용량 제어는 통상 운전에 대해 압축 개시시의 용적을 감소시킨다. 그래서 통상 운전에서의 압축 개시 위치로부터 용량 제어시의 소망의 용적이 되기까지의 사이는 냉매를 압축하지 않도록 압축실을 흡입 압력 공간에 연통시키면 된다.

일예로서 비선회 스크롤(120)의 다이 플레이트부에 역류 방지 밸브를 설치하고, 그 밸브 부재의 개폐를 행하기 위해 밸브 부재의 반압축실측에 연통하는 흡입 압력 도입 유로(127) 및 토출 압력 도입 유로(128), 상기 유로를 선택적으로 도입하기 위한 절환 수단(129)을 마련한다.

여기에서, 최대 용적 운전시에는 역류 방지 밸브에 대해 반압축실측으로부터 토출 압력을 작용시켜 밸브를 폐쇄하여 운전을 행하고, 용량 제어시에는 상기 밸브에 대해 반압축실측으로부터 흡입 압력을 작용시켜 밸브를 개방하고, 압축 과정의 냉매를 흡입압 영역에 바이패스함으로써 부하를 저감한 운전을 행한다. 또한, 통상 운전시 및 용량 제어시에 최적이 되는 배면실 압력 제어를 행한다.

이와 같이 용량 제어를 행하는 압축기에서는 압축실 내의 압력에 의한 힘이 행정 용적 변화에 수반하여 변화하고, 선회 스크롤과 비선회 스크롤을 근접시키기 위해 필요해지는 가압력도 변화한다. 여기에서, 편의상 압축 기구부에서 기하학적으로 구성되는 최대 행정 용적에서의 운전을 통상 운전으로 하고, 행정 용적을 줄인 운전을 용량 제어 운전으로 한다. 도20에서 각 운전시의 PV선도를 도시한다. 통상 운전(a - b - c - d)에 대해, 용량 제어시(a - b '- c' - d)에 있어서는 압축실 내의 압력 분포는 도22에 도시한 바와 같이 되고, 용량 제어시에 필요해지는 선회 스크롤 부재와 비선회 스크롤 부재를 가압하는 힘이 감소하는 것을 알 수 있다.

이로 인해, 통상 운전시에 최적화한 배면실의 압력값에서는 선회 스크롤 부재와 비선회 스크롤 부재를 가압하는 힘이 과대해져 미끄럼 이동 손실이 증가하여 부하 제어에 의한 소비 전력 저감 효과가 감소해 버린다.

이와 같은 압축기에 대해 전술한 스크롤 압축기의 배압 밸브 조정 기구를 구비하면, 용량 제어를 부가하고 있지 않은 스크롤 압축기에 비해 크게 변화하는 압축실 내의 압력에 대해 배압이 가장 적절하게 제어된다.

또한, 상기 용량 제어를 부가한 스크롤 압축기와 같이 압축실 내의 압력이 대폭으로 변화하는 것으로 하여, 과압축 방지 기구를 설치한 스크롤 압축기가 있다. 이것은 토출 포트 외에 압축 도중의 압축실에 토출실과 연통하는 관통 구멍을 마련하고, 이 관통 구멍에 해제 밸브를 설치한다. 이로써, 액냉매 압축시 등 압축 도중에서 토출 압력보다도 압력이 커져 버린 경우, 관통 구멍이 없는 스크롤 압축기에서는 지나치게 압축된 냉매는 도피처가 없으므로, 스크롤 랩 등에 압력에 의해 손상을 입히는데, 관통 구멍(해제 밸브 부착)을 갖는 스크롤 압축기에서는 압축 도중의 압축실의 압력이 토출압 이상이 되면 토출 밸브가 개방되어 압력을 도피시키는 것이다.

이와 같은 과압축 방지 기구를 설치한 스크롤 압축기에 있어서는 도23에 도시한 바와 같이 통상 운전(a - b - c - d)에는 토출 포트 부근의 압력이 가장 높고, 주위로 감에 따라서 압력이 낮아지고 있다. 이에 반해, 과압축 방지 동작인 압력비 제어시(a - b '- c' - d)에는 해제 밸브가 개방되므로, 압축실 내의 압력 분포가 도면에 도시한 바와 같이 통상 운전시에 비해 산 꼭대기가 잘린 압력 분포가 된다. 압력비 제어시에 필요해지는 선회 스크롤 부재와 비선회 스크롤 부재를 가압하는 힘이 감소하는 것을 알 수 있다.

이 과압축 방지 기구를 설치한 스크롤 압축기에 배압 밸브 조정 기구를 설치하면, 상기와 같이 배압이 자동적으로 조정되므로, 소비 전력을 저감할 수 있다.

이상, 상술한 각종 실시 형태에 나타내는 바와 같이 본 발명에 따르면, 소비 전력이 작은 열 펌프 장치를 제공할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (12)

1. 다이 플레이트 상에 소용돌이 형상의 랩을 형성한 선회 스크롤 부재와, 다이 플레이트 상에 소용돌이 형상의 랩을 형성한 비선회 스크롤 부재와, 이 선회 스크롤 부재 혹은 비선회 스크롤 부재의 반압축실측에 압력을 도입하는 배압실을 갖는 스크롤 압축기와, 열 교환기와, 팽창 수단을 구비한 열 펌프 장치에 있어서, 열 펌프 장치 혹은 스크롤 압축기의 소비 전력을 검출하는 수단과, 이 검출 수단의 출력에 의거하여 상기 배압실의 압력을 증감하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 열 펌프 장치.
2. 다이 플레이트 상에 소용돌이 형상의 랩을 형성한 선회 스크롤 부재와, 다이 플레이트 상에 소용돌이 형상의 랩을 형성한 비선회 스크롤 부재와, 이 선회 스크롤 부재 혹은 비선회 스크롤 부재의 반압축실측에 압력을 도입하는 배압실과, 이 배압실과 흡입 압력 영역을 연통하는 연통로와, 이 연통로에 설치된 밸브를 갖는 스크롤 압축기와, 열 교환기와, 팽창 수단을 구비한 열 펌프 장치에 있어서, 상기 밸브의 개폐 조건을 변경하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 열 펌프 장치.
3. 다이 플레이트 상에 소용돌이 형상의 랩을 형성한 선회 스크롤 부재와, 다이 플레이트 상에 소용돌이 형상의 랩을 형성한 비선회 스크롤 부재와, 이 선회 스크롤 부재 혹은 비선회 스크롤 부재의 반압축실측에 압력을 도입하는 배압실을 갖는 스크롤 압축기와, 열 교환기와, 팽창 수단을 구비하고, 온도 제어 대상의 온도를 설정 온도로 제어하는 열 펌프 장치에 있어서, 상기 온도 제어가 대략 균형 상태에 도달한 때 열 펌프 장치 혹은 상기 스크롤 압축기의 소비 전력을 검출하여 이 소비 전력이 작아지도록 상기 배압실의 압력을 조절하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 열 펌프 장치.
4. 다이 플레이트 상에 소용돌이 형상의 랩을 형성한 선회 스크롤 부재와, 다이 플레이트 상에 소용돌이 형상의 랩을 형성한 비선회 스크롤 부재와, 이 선회 스크롤 부재 혹은 비선회 스크롤 부재의 반압축실측에 압력을 도입하는 배압실을 갖는 스크롤 압축기와, 열 교환기와, 팽창 수단을 구비한 열 펌프 장치에 있어서, 상기 스크롤 압축기의 입력 전력을 검출하고, 이 검출 전력의 변동폭이 소정의 범위 내가 된 때 열 펌프 장치 혹은 상기 스크롤 압축기의 소비 전력을 검출하고, 이 소비 전력이 작아지도록 상기 배압실의 압력을 조절하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 열 펌프 장치.
5. 다이 플레이트 상에 소용돌이 형상의 랩을 형성한 선회 스크롤 부재와, 다이 플레이트 상에 소용돌이 형상의 랩을 형성한 비선회 스크롤 부재와, 이 선회 스크롤 부재 혹은 비선회 스크롤 부재의 반압축실측에 압력을 도입하는 배압실을 갖는 스크롤 압축기와, 실외 열 교환기와, 실내 열 교환기와, 팽창 수단을 구비한 열 펌프 장치에 있어서 상기 배압실의 압력을 조정하는 압력 조정 수단과, 상기 스크롤 압축기의 회전수, 실외 열 교환기의 팬 회전수, 실내 열 교환기의 팬 회전수, 및 팽창 수단의 개방도를 기억하는 기억 수단과, 열 펌프 장치의 소비 전력 변화를 검출하는 수단과, 상기 압력 조정 수단에 의한 배압실의 압력 변경후 상기 소비 전력 변화가 예정량보다 크다고 판정된 경우, 상기 압력 조정 수단에 의한 배압실의 압력 제어를 변경 전으로 복귀시키고, 상기 스크롤 압축기의 회전수, 실외 열 교환기의 팬 회전수, 실내 열 교환기의 팬 회전수, 및 팽창 수단의 개방도를 상기 압력 조정 수단에 의한 배압실의 압력을 변경하기 전의 값으로 복귀시키도록 한 것을 특징으로 하는 열 펌프 장치.
6. 다이 플레이트 상에 소용돌이 형상의 랩을 형성한 선회 스크롤 부재와, 다이 플레이트 상에 소용돌이 형상의 랩을 형성한 비선회 스크롤 부재와, 이 선회 스크롤 부재 혹은 비선회 스크롤 부재의 반압축실측에 압력을 도입하는 배압실을 갖는 스크롤 압축기와, 열 교환기와, 팽창 수단을 구비한 열 펌프 장치에 있어서, 상기 스크롤 압축기의 실제 입력 전력을 검출하는 수단과, 현재의 열 펌프 장치의 상태량으로부터 얻을 수 있는 상기 스크롤 압축기의 소비 전력을 구하는 수단과, 상기 스크롤 압축기의 실제 입력 전력이 상기 소비 전력에 가까워지도록 상기 배압실의 압력을 조정하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 열 펌프 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 열 펌프 장치의 현재 상태량은 상기 스크롤 압축기의 흡입 압력, 상기 스크롤 압축기의 토출 압력, 상기 팽창 밸브의 전의 냉매 온도, 상기 스크롤 압축기의 회전수인 것을 특징으로 하는 열 펌프 장치.
8. 다이 플레이트 상에 소용돌이 형상의 랩을 형성한 선회 스크롤 부재와, 다이 플레이트 상에 소용돌이 형상의 랩을 형성한 비선회 스크롤 부재와, 이 선회 스크롤 부재 혹은 비선회 스크롤 부재의 반압축실측에 압력을 도입하는 배압실과, 이 배압실과 흡입 압력 영역을 연통하는 연통로와, 이 연통로에 설치된 밸브를 갖는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 밸브의 유로 저항을 변화시키는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
9. 제8항에 있어서, 상기 밸브는 스프링력에 의해 상기 배압실과 흡입 압력 영역과의 차압에 의해 개폐하는 것이고, 상기 유로 저항을 변화시키는 수단은 상기 스프링력을 변화시키는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
10. 제8항에 있어서, 상기 밸브는 니들 밸브이고, 상기 유로 저항을 변화시키는 수단은 이 니들 밸브의 개방도를 조정하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
11. 제8항에 있어서, 상기 밸브는 로터리 밸브이고, 상기 유로 저항을 변화시키는 수단은 이 로터리 밸브의 개방도를 조정하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
12. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 압축 기구부에서 부하 제어 수단을 구비한 스크롤 압축기를 탑재하는 것을 특징으로 하는 열 펌프 장치.