KR20040020013A

KR20040020013A - 냉매 사이클 장치 및 냉매 사이클 장치에 사용되는 컴프레서

Info

Publication number: KR20040020013A
Application number: KR1020030060069A
Authority: KR
Inventors: 마쯔모또겐조; 사또가즈야; 야마구찌겐따로; 후지와라가즈아끼; 야마나까마사지; 야마사끼하루히사
Original assignee: 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2004-03-06
Also published as: US20050183447A1; CN100498121C; TW200403415A; EP1970644B1; DK1970645T3; DE60329795D1; ATE534004T1; EP1972870A2; US7168264B2; EP1972870A3; US7013672B2; EP1970646A1; US20050144964A1; ATE445814T1; US7220110B2; ATE420326T1; US20050144977A1; US20050172661A1; ES2319513T3; US20050172662A1

Abstract

고압측이 초임계 압력이 되는 천이 임계 냉매 사이클 장치에 있어서, 리시버 탱크를 설치하지 않고서, 컴프레서의 액체 압축에 의한 파손을 방지한다.

밀폐 용기(12) 내에 전동 요소(14)와 그 전동 요소에서 구동되는 제1 및 제2 회전 압축 요소(32, 34)를 구비하고, 제1 회전 압축 요소(32)에서 압축되어 토출된 냉매를 제2 회전 압축 요소(34)에 흡입하여 압축하고, 가스 쿨러(154)로 토출함과 동시에, 제1 회전 압축 요소(32)로부터 토출된 냉매를 가스 쿨러(154)에서 방열시키기 위한 중간 냉각 회로(150)와, 가스 쿨러(154)에서 나온 제2 회전 압축 요소(34)로부터의 냉매와, 증발기(157)를 나온 냉매를 열 교환시키기 위한 제1 내부 열 교환기(160)와, 가스 쿨러(154)를 나온 중간 냉각 회로(150)를 흐르는 냉매와 제1 내부 열 교환기(160)를 나온 증발기(157)로부터의 냉매를 열 교환시키기 위한 제2 내부 열 교환기(162)를 구비한다.

Description

냉매 사이클 장치 및 냉매 사이클 장치에 사용되는 컴프레서{REFRIGERANT CYCLING DEVICE AND COMPRESSOR USING THE SAME}

본 발명은 컴프레서, 가스 쿨러, 교축 수단 및 증발기를 순차 접속하여 구성되고, 고압측이 초임계 압력이 되는 천이 임계 냉매 사이클 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 소위 다단 압축식 컴프레서를 사용한 냉매 회로 장치에 관한 것이다.

종래의 이와 같은 종류의 냉매 사이클 장치는 로터리 컴프레서(컴프레서), 가스 쿨러, 교축 수단(팽창 밸브 등) 및 증발기 등을 순차 환형으로 배관 접속하여 냉매 사이클(냉매 회로)이 구성되어 있다. 그리고, 로터리 컴프레서의 회전 압축 요소의 흡입 포트로부터 냉매 가스가 실린더의 저압실측에 흡입되고, 롤러와 베인의 동작에 의해 압축이 이루어져 고온 고압의 냉매 가스가 되어, 고압실측으로부터 토출 포트, 토출 소음실을 거쳐 가스 쿨러로 토출된다. 이 가스 쿨러에서 냉매 가스는 방열한 후, 교축 수단에서 교축되어 증발기로 공급된다. 따라서, 냉매가 증발하고, 그 때에 주위로부터 흡열함으로써, 냉각 작용을 발휘하는 것이었다.

여기에서, 최근에는 지구 환경 문제에 대처하기 위해, 이와 같은 종류의 냉매 사이클에 있어서도 종래의 클로로플루오로카본(chlorofluorocarbon)을 사용하지 않고 자연 냉매인 이산화탄소(CO₂)를 냉매로서 사용하고, 고압측을 초임계 압력으로 하여 운전하는 천이 임계 냉매 사이클을 사용한 장치가 개발되고 있다.

이와 같은 천이 임계 냉매 사이클 장치에서는, 컴프레서 내에 액체 냉매가 역류하여, 액체 압축되는 것을 방지하기 위해, 증발기의 출구측과 컴프레서의 흡입측과의 사이의 저압측에 리시버 탱크를 배치하고, 이 리시버 탱크에 액체 냉매를 저장하여, 가스만을 컴프레서에 흡입시키는 구성으로 되어 있다. 그리고, 리시버 탱크내의 액체 냉매가 컴프레서로 역류하지 않도록 교축 수단을 조정했다(예를 들면, 일본 특허 공고 평7-18602호 공보 참조).

그러나, 냉매 사이클의 저압측에 리시버 탱크를 설치하는 것은 그 만큼 많은 냉매 충전량을 필요로 한다. 또한, 액체 역류를 방지하기 위해서는 교축 수단의 개방도를 작게하고, 또는 리시버 탱크의 용량을 확대해야만 하고, 냉각 능력의 저하와 설치 공간의 확대를 초래한다. 따라서, 이와 같은 리시버 탱크를 설치하지 않고, 컴프레서에서의 액체 압축을 해소하기 위해, 출원인은 종래 도18에 도시한 냉매 사이클 장치의 개발을 시도했다.

도 18에 있어서, 도면 부호 10은 내부 중간압형 다단(2단) 압축식 로터리 컴프레서를 나타내고, 밀폐 용기(12) 내의 전동 요소(구동 요소)(14)와 이 전동 요소(14)의 회전축(16)에서 구동되는 제1 회전 압축 요소(32) 및 제2 회전 압축 요소(34)를 구비하여 구성되어 있다.

이 경우의 냉매 사이클 장치의 동작을 설명한다. 컴프레서(10)의 냉매 도입관(94)으로부터 흡입된 냉매는, 제1 회전 압축 요소(32)에서 압축되어 중간압이 되어, 밀폐 용기(12) 내로 토출된다. 그 후, 냉매 도입관(92)에서 나와 중간 냉각 회로(150A)로 유입된다. 중간 냉각 회로(150A)는 가스 쿨러(154)를 통과하도록 설치되어 있으며, 따라서 공냉 방식에 의해 방열된다. 여기에서, 중간압의 냉매는 가스 쿨러(154)에서 열을 빼앗긴다.

그 후, 제2 회전 압축 요소(34)에 흡입되어 2단째의 압축이 이루어져 고온 고압의 냉매 가스가 되고, 냉매 토출관(96)으로부터 외부로 토출된다. 이 때, 냉매는 적절한 초임계 압력까지 압축되어 있다.

냉매 토출관(96)으로부터 토출된 냉매 가스는 가스 쿨러(154)로 유입되고, 거기서 공냉 방식에 의해 방열된 후, 내부 열 교환기(160)를 통과한다. 냉매는 거기서 증발기(157)를 나온 저압측의 냉매에 열을 빼앗겨 더욱 냉각된다. 그 후, 냉매는 팽창 밸브(156)에서 감압되며, 그 과정에서 가스/액체 혼합 상태가 되고, 이어서 증발기(157)로 유입하여 증발된다. 증발기(157)에서 나온 냉매는 내부 열 교환기(160)를 통과하고, 거기서 상기 고압측의 냉매로부터 열을 빼앗아 가열된다.

그리고, 내부 열 교환기(160)에서 가열된 냉매는 냉매 도입관(94)으로부터 로터리 컴프레서(10)의 제1 회전 압축 요소(32) 내에 흡입되는 사이클을 반복한다.

이와 같이, 도18의 천이 임계 냉매 사이클 장치에서도 증발기(157)로부터 나온 냉매를 내부 열 교환기(160)에 의해 고압측의 냉매로 가열함으로써, 과열도를 취할 수 있으므로, 저압측의 리시버 탱크를 폐지하는 것도 가능하나, 운전 조건에 따라서는 잉여 냉매가 발생되므로, 컴프레서(10)에 액체 역류가 발생되어, 액체 압축에 따른 손상이 발생될 위험성이 있었다.

또한, 이와 같은 천이 임계 냉매 사이클 장치에서, 증발기에서의 증발 온도가 -30℃ 내지 -40℃의 저온역, 또는 -50℃ 이하의 초저온역이 되도록 하는 것은압축비가 매우 높아져, 컴프레서(10) 자체의 온도가 높아지는 관계상 매우 어려움이 있었다.

또한, 일본 특허 제2507047호 공보에 개시된 냉매 회로 장치, 특히 내부 중간압형의 다단 압축식 로터리 컴프레서를 사용한 냉매 회로 장치에서는 밀폐 용기내의 중간압의 냉매 가스는 제2 회전 압축 요소의 흡입 포트로부터 실린더의 저압실측에 흡입되어, 롤러와 베인의 동작에 의해 2단째의 압축이 이루어져 고온 고압의 냉매 가스가 되어, 고압실측으로부터 토출 포트, 토출 소음실을 거쳐 외부로 토출된다. 그 후, 가스 쿨러에 유입되고 방열되어 가열 작용을 발휘한 후, 교축 수단으로서의 팽창 밸브에서 교축되어 증발기로 유입되고, 거기서 흡열하여 증발한 후, 제1 회전 압축 요소에 흡입되는 사이클을 반복한다.

그러나, 이와 같은 컴프레서를 사용한 냉매 회로 장치에서는 정지 후의 재시동 시에 회전 압축 요소의 고저압차가 있으면, 시동성이 악화됨과 동시에 손상도 일으킨다. 따라서, 컴프레서 정지 후에 냉매 회로내의 균일한 압력을 앞당기기 위해, 팽창 밸브를 모두 개방하여 냉매 회로 내의 저압측과 고압측을 연통시키는 등의 조작이 이루어지는 경우도 있었으나, 제1 회전 압축 요소에서 압축된 밀폐 용기 내의 중간압의 냉매 가스는 컴프레서 정지 후에 저압측, 고압측과 연통되지 않으므로, 평균압에 도달하는데 현저하게 많은 시간이 걸린다.

또한, 컴프레서는 열용량이 크므로, 온도 저하 속도가 느리고, 컴프레서 정지 후에 냉매 회로 내의 다른 부분보다 컴프레서 내부의 온도가 높아져 버린다. 또한, 컴프레서 정지 후에 컴프레서 내에서 냉매가 침지되는(냉매가 액화하는) 경우, 컴프레서 시동 직후는 냉매가 플래쉬 가스가 되므로, 중간압은 급격히 높아진다. 그로 인하여, 밀폐 용기 내의 중간압의 냉매 가스의 압력은 반대로 제2 회전 압축 요소의 토출측(냉매 회로 내의 고압측)보다 높아져서, 소위 압력의 역전 현상이 발생된다. 이 경우의 컴프레서 시동시의 압력 거동을 도19 및 도20에 따라 설명한다. 도19는 종래 정상적으로 시동한 경우의 압력 거동을 나타낸 도면이다. 시동 전에 냉매 회로 장치 내의 압력은 평균압에 도달해 있으므로, 컴프레서는 통상시와 같이 시동할 수 있어, 중간압과 고압의 압력 역전은 발생되지 않는다.

한편, 도20은 압력의 역전 현상이 발생한 경우의 압력 거동을 나타낸 도면이다. 도20에 도시한 바와 같이 컴프레서 시동 전에 저압과 고압은 균일한 압력되어 있으나(실선), 전술한 바와 같이, 중간압은 이들 압력보다 높아져 있으며(파선), 컴프레서를 시동하면 중간압은 더욱 상승하여 고압과 같거나, 또는 고압보다 높은 압력이 된다.

특히, 로터리 컴프레서에 있어서, 제2 회전 압축 요소의 베인에는 해당 베인을 롤러측으로 가압하기 위해, 제2 회전 압축 요소의 토출측의 압력이 배압(背壓)으로서 걸리지만, 이 경우, 제2 회전 압축 요소의 토출측의 압력(고압)과 제2 회전 압축 요소의 흡입측의 압력(중간압)이 같거나, 또는 제2 회전 압축 요소의 흡입측의 압력(중간압)이 높아져 있으므로, 베인을 롤러측으로 가압하는 배압력이 걸리지 않고, 제2 회전 압축 요소의 베인 비약(flying)이 발생된다. 이 때문에, 제2 회전 압축 요소에서의 압축이 이루어지지 않게 되고, 컴프레서는 실질적으로 제1 회전 압축 요소에서만 압축이 이루어지게 된다.

또한, 제1 회전 압축 요소의 베인에는 해당 베인을 롤러측으로 가압하기 위해, 밀폐 용기 내의 중간압이 배압으로서 걸려있지만, 이와 같이 밀폐 용기 내의 압력이 높아지면, 제1 회전 압축 요소의 실린더 내의 압력과 밀폐 용기 내의 압력 차가 너무 커서 베인을 롤러쪽으로 밀어붙이는 힘이 필요 이상 높아져, 베인 선단과 롤러 외주면과의 활주 이동 부분에 현저하게 면압(面壓)이 가해져, 베인 및 롤러의 마모가 진행되어 손상에 이를 위험성이 있다.

한편, 전술한 바와 같이, 제1 회전 압축 요소에서 압축된 중간압의 냉매를 중간 열 교환기에서 냉각하도록 하는 구성으로 한 경우, 운전 상황에 따라 제2 회전 압축 요소에서 압축된 고압의 냉매 가스의 온도가 원하는 온도를 만족하지 않는 경우도 있다.

특히, 컴프레서 시동 시에는, 냉매의 온도는 상승하기 어렵다. 또한, 컴프레서 내에 냉매 가스가 침지되어 있는(액화되어 있는) 경우도 있으며, 이 경우에는 컴프레서 내의 온도를 조기에 상승시켜 통상의 운전으로 복귀하려고 한다. 그러나, 상기와 같이 제1 회전 압축 요소로 압축한 냉매를 중간 열 교환기에서 냉각하여 제2 회전 압축 요소에 흡입시킨 경우에는 컴프레서 내의 온도를 조기에 상승시키기 어려웠다.

또한, 이와 같은 로터리 컴프레서에서는 제2 회전 압축 요소의 실린더 상측의 개구면이 지지 부재로 폐색되어 있으며, 하측의 개구면이 중간 구획판으로 폐색되어 있다. 한편, 제2 회전 압축 요소의 실린더 내에는 롤러가 설치되어 있다. 이 같은 롤러는 회전축의 편심부에 끼워 맞춰져 있으며, 이 롤러와 롤러의 상측에배치된 상기 지지 부재 및 롤러와 롤러의 하측에 배치된 중간 구획판과의 사이에는 설계상 또는 롤러의 마모 방지를 위한, 약간의 간극이 형성되어 있다. 그 때문에, 이 간극으로부터 롤러 내측(롤러 내측의 편심부 주변의 공간)에 제2 회전 압축 요소의 실린더에서 압축된 고압의 냉매 가스가 유입되게 되고, 이로 인하여, 롤러 내측에 고압의 냉매 가스가 축적된다.

이와 같이, 롤러 내측에 고압의 냉매 가스가 축적되면, 저부가 오일 저장 공간이 되는 밀폐 용기의 압력(중간압)보다도 롤러 내측의 압력이 높아지므로, 회전축의 오일 구멍을 거쳐서 급유 구멍으로부터 압력차를 이용하여 롤러 내측에 오일을 공급하는 것이 극히 어려워지며, 롤러 내측의 편심부 주변으로의 급유량이 부족하게 된다. 따라서, 종래에는 도21에 도시되는 바와 같이, 제2 회전 압축 요소의 실린더의 상측에 배치된 상부 지지 부재(201)에 제2 회전 압축 요소의 롤러 내측(편심부측)과 밀폐 용기 내부를 연통하는 통로(200)를 형성하여, 롤러 내측에 축적된 고압의 냉매 가스를 밀폐 용기내로 유출하여, 롤러 내측이 고압이 되는 것을 방지하고 있다.

그러나, 롤러 내측과 밀폐 용기 내부를 연통하는 상기 통로(200)를 형성하기 위해서는, 상부 지지 부재(201)의 내측 주연부에 롤러 내측으로 개방되는 축심 방향의 통로(200A)와, 이 통로(200A)와 밀폐 용기 내부를 연통하는 수평 방향의 통로(200B)의 2개의 통로를 가공 형성해야만 하므로, 통로 형성을 위한 가공 작업이 증가되어, 생산 비용이 급격히 증가한다는 문제가 발생되었다.

한편, 제2 회전 압축 요소는 저부가 오일 저장 공간이 되는 밀폐 용기 내의압력(중간압)보다도 제2 회전 압력 요소의 실린더 내의 압력(고압)이 높아지므로, 회전축의 오일 구멍과 급유 구멍으로부터 압력차를 이용하여 제2 회전 압축 요소의 실린더 내에 오일을 공급하는 것이 매우 어렵게 되어, 흡입 냉매에 용해된 오일에 의해서만 윤활되는 형태가 되어 급유량이 부족하게 되는 문제가 있었다.

또한, 이와 같은 로터리 컴프레서에서는, 제2 회전 압축 요소에서 압축된 냉매 가스는 그대로 외부로 토출되게 되나, 이 냉매 가스 중에는 제2 회전 압축 요소 내의 활주 이동부에 공급된 상기 오일이 혼입되어 있으며, 냉매 가스와 함께 이 오일도 외부로 토출되게 된다. 그 때문에, 밀폐 용기 내의 오일 저장 공간의 오일이 부족하게 되고, 활주 이동부의 윤활 성능이 악화됨과 동시에, 냉동 사이클의 냉매 회로 중에 해당 오일이 다량으로 유출되어 냉동 사이클 성능을 악화시킨다는 문제도 발생되었다. 또한, 이를 방지하기 위해 제2 회전 압축 요소로의 오일 공급량을 줄이게 되면, 이번에는 제2 회전 압축 요소의 활주 이동부의 순환성에 문제가 발생된다.

본 발명은 이와 같은 종래의 기술적 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 고압측이 초임계 압력이 되는 천이 임계 냉동 사이클 장치에 있어서, 리시버 탱크를 설치하지 않고, 컴프레서의 액체 압축에 의한 손상의 발생을 방지하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 고압측이 초임계 압력이 되는 천이 임계 냉매 사이클 장치에 있어서, 저압측의 리시버 탱크를 설치하지 않고, 컴프레서의 액체 압축에 의한손상의 발생을 방지함과 동시에, 증발기에서의 냉각 능력을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 소위 다단 압축식 컴프레서를 사용한 냉매 사이클 장치에 있어서, 냉매 압력의 역전 현상을 회피하여, 컴프레서의 시동성과 내구성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 소위 다단 압축식의 컴프레서를 사용한 냉매 사이클 장치에 있어서, 컴프레서의 과열을 방지하면서 제2 회전 압축 요소로 압축되어, 토출되는 냉매의 토출 온도를 확보하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 소위 내부 중간압형 다단 압축식 로터리 컴프레서에 있어서, 비교적 간단한 구성으로 롤러 내측이 고압이 되는 단점을 회피하면서, 제2 회전 압축 요소의 실린더 내로의 급유도 원활하고 확실하게 수행하도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 회전 압축 요소에 공급하는 오일량을 줄이지 않고, 냉동 사이클로의 오일 유출을 최대한 저감할 수 있는 로터리 컴프레서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명의 청구항 1의 냉매 사이클 장치에서는, 컴프레서는 밀폐 용기 내에 전동 요소와 이 전동 요소에 의해 구동되는 제1 및 제2 회전 압축 요소를 포함하고, 제1 회전 압축 요소에서 압축되어 토출된 냉매를 제2 회전 압축 요소에 흡입하여 압축하고, 가스 쿨러로 토출함과 동시에, 제1 회전 압축 요소로부터 토출된냉매를 가스 쿨러에서 방열시키기 위한 중간 냉각 회로와, 가스 쿨러에서 나온 제2 회전 압축 요소로부터의 냉매와 증발기를 나온 냉매를 열 교환시키기 위한 제1 내부 열 교환기와, 가스 쿨러를 나온 중간 냉각 회로를 흐르는 냉매와 제1 내부 열 교환기를 나온 증발기로부터의 냉매를 열 교환시키기 위한 제2 내부 열 교환기를 포함하므로, 증발기로부터 나온 냉매는 제1 내부 열 교환기에서 가스 쿨러를 나온 제2 회전 압축 요소로부터의 냉매와 열 교환하여 열을 빼앗고, 제2 내부 열 교환기에서는 가스 쿨러를 나온 중간 냉각 회로를 흐르는 냉매와 열 교환하여 열을 빼앗으므로, 확실하게 냉매의 과열도를 확보하여 컴프레서에서의 액체 압축을 회피할 수 있게 된다.

한편, 가스 쿨러를 나온 제2 회전 압축 요소로부터의 냉매는 제1 내부 열 교환기에 있어서, 증발기를 나온 냉매에 열을 빼앗기므로, 그로 인하여 냉매의 온도를 낮출 수 있다. 또한, 중간 냉각 회로를 포함하므로, 컴프레서의 내부 온도를 낮출 수 있다. 특히, 이 경우 중간 냉각 회로를 흐르는 냉매는 가스 쿨러에서 방열한 후, 증발기로부터의 냉매에 열을 공급하여 제2 회전 압축 요소에 흡입시키게 되므로, 제2 내부 열 교환기를 설치함에 따른 컴프레서 내부의 온도 상승은 발생되지 않는다.

청구항 2의 발명에서는 냉매로서 이산화탄소를 사용하므로, 환경 문제에도 기여할 수 있게 된다.

또한, 청구항 3의 발명에서와 같이, 증발기에 있어서의 냉매의 증발 온도가 +12℃ 내지 -10℃인 경우에 매우 유효해진다.

본 발명의 청구항 4의 냉매 사이클 장치에서는, 컴프레서는 밀폐 용기 내에 구동 요소에 의해 구동되는 제1 및 제2 회전 압축 요소를 포함하고, 제1 회전 압축 요소에서 압축되어 토출된 냉매를 제2 회전 압축 요소에 흡입하여 압축하고, 가스 쿨러로 토출함과 동시에, 제1 회전 압축 요소로부터 토출된 냉매를 가스 쿨러에서 방열시키기 위한 중간 냉각 회로와, 제2 회전 압축 요소에서 압축된 냉매로부터 오일을 분리하기 위한 오일 분리 수단과, 이 오일 분리 수단에서 분리된 오일을 감압하여 컴프레서 내로 복귀시키기 위한 오일 리턴 회로와, 가스 쿨러에서 나온 제2 회전 압축 요소로부터의 냉매와 증발기를 나온 냉매를 열 교환시키기 위한 제1 내부 열 교환기와, 오일 리턴 회로를 흐르는 오일과 제1 내부 열 교환기를 나온 증발기로부터의 냉매를 열 교환시키기 위한 제2 내부 열 교환기를 포함하고, 교축 수단을 제1 교축 수단과 이 제1 교축 수단의 하류측에 설치된 제2 교축 수단으로 구성하여, 제1 및 제2 교축 수단 사이를 흐르는 냉매의 일부를 컴프레서의 제2 회전 압축 요소의 흡입측에 주입하는 인젝션 회로를 포함하므로, 증발기에서 나온 냉매는 제1 내부 열 교환기에서 가스 쿨러를 나온 제2 회전 압축 요소로부터의 냉매와 열 교환하여 열을 빼앗고, 제2 내부 열 교환기에 있어서는 오일 리턴 회로를 흐르는 오일과 열 교환하여 열을 빼앗으므로, 확실하게 냉매의 과열도를 확보하여 컴프레서에서의 액체 압축을 회피할 수 있게 된다.

한편, 가스 쿨러를 나온 제2 회전 압축 요소로부터의 냉매는, 제1 내부 열 교환기에 있어서 증발기를 나온 냉매에 열을 빼앗기므로, 그에 따라 냉매의 증발 온도를 낮출 수 있다. 또한, 중간 냉각 회로를 포함하므로, 컴프레서의 내부의 온도도 낮출 수 있다.

또한, 오일 리턴 회로를 흐르는 오일은 제2 내부 열 교환기에서 제1 내부 열 교환기를 나온 증발기로부터의 냉매에 열을 빼앗긴 후, 컴프레서 내로 복귀되므로, 컴프레서 내부의 온도를 더욱 낮출 수 있게 된다.

또한, 제1 및 제2 교축 수단 사이를 흐르는 냉매의 일부는 인젝션 회로를 통과하여, 컴프레서의 제2 회전 압축 요소의 흡입측에 주입되므로, 이 주입 냉매에 의해 제2 회전 압축 요소를 냉각할 수 있게 된다. 이에 따라, 제2 회전 압축 요소의 압축 효율을 개선하고, 또한 컴프레서 자체의 온도도 더욱 낮출 수 있게 된다. 이들에 의해 냉매 사이클의 증발기에서의 냉매의 증발 온도를 저하시키는 것이 가능해진다.

청구항 5의 발명에서는, 제1 및 제2 교축 수단 사이에 기액 분리 수단을 설치하고, 인젝션 회로는 기액 분리 수단에서 분리된 액체 냉매를 감압하여 컴프레서의 제2 회전 압축 요소의 흡입측에 주입하므로, 주입 냉매의 증발에 수반하는 흡열 작용으로 제2 회전 압축 요소를 한층 더 효과적으로 냉각할 수 있게 된다. 이에 따라, 냉매 사이클의 증발기에서의 냉매의 증발 온도를 한층 더 저하시킬 수 있게 된다.

청구항 6의 발명에서는, 오일 리턴 회로는 오일 분리 수단에 의해 분리된 오일을, 제2 내부 열 교환기에서 제1 내부 열 교환기를 나온 증발기로부터의 냉매와 열 교환시킨 후, 컴프레서의 밀폐 용기 내로 복귀시키므로, 이 오일에 의해 컴프레서의 밀폐 용기 내의 온도를 효과적으로 낮출 수 있게 된다.

청구항 7의 발명에서는, 오일 리턴 회로는 오일 분리 수단에 의해 분리된 오일을 제2 내부 열 교환기에서 제1 내부 열 교환기를 나온 증발기로부터의 냉매와 열 교환시킨 후, 컴프레서의 제2 회전 압축 요소의 흡입측으로 복귀시키므로, 제2 회전 압축 요소를 윤활하면서, 압축 효율을 개선하고, 또한 컴프레서 자체의 온도도 효과적으로 낮출 수 있게 된다.

청구항 8의 발명에서는, 냉매로서 이산화탄소, HFC계 냉매인 R23, 아산화질소 중 적어도 어느 1종의 냉매를 사용하므로, 원하는 냉각 능력을 얻을 수 있음과 동시에, 환경 문제에도 기열할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 청구항 9에서와 같이, 증발기에서의 냉매의 증발 온도를 -50℃ 이하로 하는 경우에 매우 유효해진다.

또한, 본 발명의 청구항 10의 냉매 사이클 장치에서는, 컴프레서는 밀폐 용기 내에 전동 요소와 이 전동 요소에 의해 구동되는 제1 및 제2 회전 압축 요소를 포함하고, 제1 회전 압축 요소에서 압축되어 토출된 냉매를 제2 회전 압축 요소에 흡입하여 압축하고, 가스 쿨러로 토출함과 동시에, 제1 회전 압축 요소로부터 토출된 냉매를 가스 쿨러에서 방열시키기 위한 중간 냉각 회로와, 가스 쿨러를 나온 제2 회전 압축 요소로부터의 냉매와 증발기를 나온 냉매를 열 교환시키기 위한 제1 내부 열 교환기와, 제2 회전 압축 요소에서 압축된 냉매로부터 오일을 분리하기 위한 오일 분리 수단과, 이 오일 분리 수단에서 분리된 오일을 감압하여 컴프레서 내로 복귀시키기 위한 오일 리턴 회로와, 이 오일 리턴 회로를 흐르는 오일과 제1 내부 열 교환기를 나온 증발기로부터의 냉매를 열 교환시키기 위한 제2 내부 열 교환기를 포함하므로, 증발기로부터 나온 냉매는 제1 내부 열 교환기에서 가스 쿨러를 나온 제2 회전 압축 요소로부터의 냉매와 열 교환하여 열을 빼앗고, 제2 내부 열 교환기에서는 오일 리턴 회로를 흐르는 오일과 열 교환하여 열을 빼앗으므로, 확실하게 냉매의 과열도를 확보하여 컴프레서에서의 액체 압축을 회피할 수 있게 된다.

한편, 가스 쿨러를 나온 제2 회전 압축 요소로부터의 냉매는 제1 내부 열 교환기에 있어서 증발기를 나온 냉매에 열을 빼앗기므로, 그에 따라 냉매 온도를 낮출 수 있다. 또한, 중간 냉각 회로를 포함하므로, 컴프레서의 내부 온도도 낮출 수 있다.

또한, 오일 리턴 회로를 흐르는 오일은, 제2 내부 열 교환기에서 제1 내부 열 교환기를 나온 증발기로부터의 냉매에 열을 빼앗긴 후, 컴프레서 내로 복귀되므로, 컴프레서 내부의 온도를 한층 더 낮출 수 있게 되고, 이에 의해 냉매 사이클의 증발기에서의 냉매 온도를 저하시키는 것이 가능하게 된다.

청구항 11의 발명에서는, 오일 리턴 회로는 오일 분리 수단에 의해 분리된 오일을 제2 내부 열 교환기에서 제1 내부 열 교환기를 나온 증발기로부터의 냉매와 열 교환시킨 후, 컴프레서의 밀폐 용기 내로 복귀시키므로, 이 오일에 의해 컴프레서의 밀폐 용기 내의 온도를 효과적으로 낮출 수 있게 된다.

청구항 12의 발명에서는, 오일 리턴 회로는 오일 분리 수단에 의해 분리된 오일을, 제2 내부 열 교환기에서 제1 내부 열 교환기를 나온 증발기로부터의 냉매와 열 교환시킨 후, 컴프레서의 제2 회전 압축 요소의 흡입측으로 복귀시키므로, 제2 회전 압축 요소를 윤활하면서, 압축 효율을 개선하고, 또한 컴프레서 자체의온도도 효과적으로 낮출 수 있게 된다.

청구항 13의 발명에서는, 냉매로서 이산화탄소를 사용하므로, 환경 문제에도 기여할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 청구항 14에서와 같이 증발기에서의 냉매의 증발 온도를 -30℃ 내지 -40℃로 하는 경우에 매우 유효해진다.

또한, 본 발명의 청구항 15의 냉매 사이클 장치에서는, 컴프레서는 구동 요소에서 구동되는 제1 및 제2 압축 요소를 포함하고, 제1 압축 요소에서 압축되어 토출된 냉매를 제2 압축 요소에 흡입하여 압축하고, 가스 쿨러로 토출함과 동시에, 컴프레서의 제1 압축 요소로부터 토출된 냉매를 감압하지 않고, 증발기로 공급하기 위한 바이패스 회로와, 증발기의 제상 시에 바이패스 회로의 유로를 개방하기 위한 밸브 장치를 포함하고, 밸브 장치는 컴프레서를 시동할 때에도 바이패스 회로의 유로를 개방하므로, 증발기의 제상을 수행하는 경우에는 밸브 장치를 개방하여 바이패스 회로에 제1 압축 요소로부터 토출된 냉매를 흘려보내고, 감압하지 않고서 증발기로 공급하여 가열할 수 있게 된다.

또한, 컴프레서를 시동할 때에도 밸브 장치를 개방하여 바이패스 회로를 거쳐 증발기로 제1 압축 요소의 토출측, 즉 제2 압축 요소의 흡입측의 압력을 방출할 수 있으므로, 컴프레서 시동 시에 있어서의 제2 압축 요소의 흡입측(중간압)과 제2 압축 요소의 토출측(고압)의 압력 역전 현상을 회피할 수 있게 된다.

청구항 16의 발명에서는, 밸브 장치는 컴프레서의 시동 전부터 일정 시간 바이패스 회로의 유로를 개방하는 것을 특징으로 한다.

청구항 17의 발명에서는, 밸브 장치는 컴프레서의 시동 시부터 일정 시간 바이패스 회로의 유로를 개방하는 것을 특징으로 한다.

청구항 18의 발명에서는, 컴프레서의 시동 후부터 일정 시간 바이패스 회로의 유로를 개방하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 청구항 19의 냉매 사이클 장치에서는, 컴프레서의 제1 회전 압축 요소에서 압축된 냉매를 제2 회전 압축 요소에 흡입시키기 위한 냉매 배관과, 이 냉매 배관에 병렬 접속된 중간 냉각 회로와, 제1 회전 압축 요소로부터 토출된 냉매를, 냉매 배관으로 흘려보낼지, 중간 냉각 회로로 흘려 보낼지를 제어하는 밸브 장치를 포함하므로, 냉매 상태에 따라 중간 냉각 회로에 냉매를 흘려보내는지의 여부를 선택하는 것이 가능하게 된다.

그리고, 이 같은 냉매 상태의 검출은 압력과 온도 등에 의해 이루어진다. 즉, 제2 회전 압축 요소의 토출 냉매 압력과 냉매 온도 등이 소정값을 상회한 경우, 밸브 장치가 중간 냉각 회로로 냉매를 흘려보내고, 소정값을 하회한 경우, 냉매 배관으로 냉매를 흘려보내도록 한다.

또한, 청구항 20의 발명에서는, 제2 회전 압축 요소로부터 토출된 냉매의 온도를 검출하기 위한 온도 검출 수단을 포함하고, 이 온도 검출 수단이 검출하는 제2 회전 압축 요소의 토출 냉매 온도가 소정값으로 상승한 경우, 밸브 장치는 중간 냉각 회로로 냉매를 흘려보내고, 소정값보다 낮은 경우에는 냉매 배관에 냉매를 흘려보내도록 한다.

또한, 청구항 21의 발명에서는, 소위 내부 중간압형 다단 압축식 로터리 컴프레서에 있어서, 각 회전 압축 요소를 각각 구성하기 위한 실린더와, 각 실린더 내에 설치되어, 회전축의 편심부에 끼워 맞춰져 편심 회전하는 롤러와, 각 실린더 및 각 롤러 사이에 개재하여 각 회전 압축 요소를 구획하는 중간 구획판과, 각 실린더의 개구면을 각각 폐색하고, 회전축의 베어링을 갖는 지지 부재와, 회전축에 형성된 오일 구멍을 포함하고, 중간 구획판에는 밀폐 용기 내부와 롤러 내측을 연통하는 관통 구멍을 형성함과 동시에, 제2 회전 압축 요소를 구성하기 위한 실린더에는 중간 구획판의 관통 구멍과 제2 회전 압축 요소의 흡입측을 연통하는 연통 구멍을 형성했으므로, 이 중간 구획판의 관통 구멍에 의해, 롤러 내측에 축적되는 고압의 냉매 가스를 밀폐 용기 내로 방출할 수 있게 된다.

또한, 중간압이 되는 밀폐 용기 내부보다도 제2 회전 압축 요소의 실린더 내의 압력이 높아지게 되는 상황이더라도, 제2 회전 압축 요소에 있어서의 흡입 과정에서의 흡입압 손실을 이용하여, 중간 구획판의 관통 구멍 및 연통 구멍을 통하여, 회전축의 오일 구멍으로부터 제2 회전 압축 요소의 흡입측으로 확실하게 오일을 공급할 수 있게 된다.

그리고, 이와 같이 롤러 내측의 고압 방출과 제2 회전 압축 요소로의 급유 모두를 중간 구획판의 관통 구멍의 겸용으로 달성할 수 있으므로, 구조의 간소화와 비용의 저감을 도모할 수 있게 된다.

청구항 22의 발명에서는, 구동 요소는 시동 시에 저속으로 기동되는 회전수 제어형 모터로 했으므로, 시동 시에 제2 회전 압축 요소가 밀폐 용기 내에 연통되는 중간 구획판의 관통 구멍으로부터 밀폐 용기 내의 오일을 흡입하더라도 오일 압축에 의한 악영향을 억제할 수 있게 되어, 로터리 컴프레서의 신뢰성 저하도 회피할 수 있게 된다.

또한, 청구항 23에서는, 로터리 컴프레서에 있어서, 회전 압축 요소 내에 해당 회전 압축 요소로부터 냉매와 함께 토출된 오일을 분리하여 저유(貯溜)하기 위한 오일 저장 공간을 형성함과 동시에, 이 오일 저장 공간을, 교축 기능을 갖는 리턴 회로를 거쳐 밀폐 용기 내에 연통시켰으므로, 회전 압축 요소로부터 로터리 컴프레서 외부로 토출되는 오일량을 저감할 수 있게 된다.

청구항 24의 발명에서는, 소위 내부 중간압형의 다단 압축식 로터리 컴프레서에 있어서, 회전 압축 기구부 내에 제2 회전 압축 요소로부터 냉매와 함께 토출된 오일을 분리하여 저유하기 위한 오일 저장 공간을 형성함과 동시에, 이 저장 공간을, 교축 기능을 갖는 리턴 통로를 통하여 밀폐 용기 내에 연통시켰으므로, 제2 회전 압축 요소로부터 로터리 컴프레서 외부로 토출되는 오일량을 저감할 수 있게 된다.

청구항 25의 발명에서는, 제2 회전 압축 요소를 구성하는 제2 실린더와, 중간 구획판을 거쳐서 제2 실린더 하방에 배치되어, 제1 회전 압축 요소를 구성하는 제1 실린더와, 제1 실린더의 하면을 폐색하는 제1 지지 부재와, 제2 실린더의 상면을 폐색하는 제2 지지 부재와, 제1 회전 압축 요소의 흡입 통로를 포함하고, 오일 저장 공간을 흡입 통로 이외의 부분의 제1 실린더 내에 형성했으므로, 공간 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

청구항 26의 발명에서는 청구항 25의 발명에 더하여, 제2 실린더, 중간 구획판 및 제1 실린더를 상하로 관통하는 관통 구멍에 의해 오일 저장 공간을 구성했으므로, 오일 저장 공간을 구성하기 위한 가공 작업성을 현저히 개선할 수 있게 된다.

도1은 본 발명의 천이 임계 냉매 사이클 장치를 구성하는 내부 중간압형 다단 압축식 로터리 컴프레서의 종단면도.

도2는 본 발명의 천이 임계 냉매 사이클 장치의 냉매 회로도.

도3은 도2의 냉매 회로 p-h선도.

도4는 본 발명의 천이 임계 냉매 사이클 장치의 냉매 회로도.

도5는 본 발명의 다른 실시예의 천이 임계 냉매 사이클 장치의 냉매 회로도.

도6은 본 발명의 천이 임계 냉매 사이클 장치의 냉매 회로도.

도7은 본 발명의 다른 실시예의 천이 임계 냉매 사이클 장치의 냉매 회로도.

도8은 본 발명의 냉매 회로 장치의 냉매 회로도.

도9는 본 발명의 냉매 회로 장치의 컴프레서 시동 시의 압력 거동을 나타내는 도면.

도10은 본 발명의 다른 실시예의 도9에 대응하는 압력 거동을 나타내는 도면.

도11은 본 발명의 냉매 회로 장치의 냉매 회로도.

도12는 제2 회전 압축 요소의 토출 냉매 온도가 소정값으로 상승한 경우의냉매 회로의 p-h선도.

도13은 도1의 로터리 컴프레서의 중간 구획판의 평면도.

도14는 도1의 로터리 컴프레서의 중간 구획판의 종단면도.

도15는 도1의 로터리 컴프레서의 중간 구획판에 형성된 관통 구멍의 밀폐 용기측의 확대도.

도16은 도1의 로터리 컴프레서의 상부 실린더의 흡입측의 압력 변동을 나타내는 도면.

도17은 본 발명을 적용한 실시예의 내부 중간압형 다단 압축식 로터리 컴프레서의 종단면도.

도18은 종래의 천이 임계 냉매 사이클 장치의 냉매 회로도.

도19는 종래의 냉매 회로 장치에서 컴프레서가 정상적으로 시동했을 때의 압력 거동을 나타내는 도면.

도20은 종래의 압력 역전 현상이 발생했을 때의 압력 거동을 나타내는 도면.

도21은 종래의 로터리 컴프레서의 상부 지지 부재의 종단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 컴프레서

12: 밀폐 용기

14: 전동 요소

16: 회전축

18: 회전 압축 기구

22: 스테이터

24: 로터

32: 제1 회전 압축 요소

34: 제2 회전 압축 요소

36: 중간 구획판

38: 상부 실린더

40: 하부 실린더

54: 상부 지지 부재

56: 하부 지지 부재

58, 60: 흡입 통로

66: 상부 커버

68: 하부 커버

92: 냉매 도입관

141, 142, 143, 144: 슬리브

150: 중간 냉각 회로

154: 가스 쿨러

156: 팽창 밸브

157: 증발기

160: 제1 열 교환기

162: 제2 열 교환기

<제1 실시예>

이어서, 도면에 근거하여 본 발명의 실시예를 후술한다. 도1은 본 발명의 냉매 사이클 장치, 특히 천이 임계 냉매 사이클 장치에 사용하는 컴프레서의 실시예로서, 제1 및 제2 회전 압축 요소(32, 34)를 구비한 내부 중간압형 다단(2단) 압축식 로터리 컴프레서(10)의 종단측면도, 도2는 본 발명의 천이 임계 냉매 사이클 장치의 냉매 회로도이다. 또한, 본 발명의 천이 임계 냉매 사이클 장치는, 자판기, 공기 조화기 또는 냉장고, 유리 진열장(showcase) 등에 사용되는 것이다.

각 도면에 있어서, 도면 부호 10은 이산화탄소(CO₂)를 냉매로 하여 사용하는 내부 중간압형 다단 압축식 로터리 컴프레서이며, 이 컴프레서(10)는 강판으로 이루어지는 원통형의 밀폐 용기(12)와, 이 밀폐 용기(12)의 내부 공간의 상측에 배치 수납된 전동 요소(14) 및 이 전동 요소(14)의 하측에 배치되어, 전동 요소(14)의 회전축(16)에 의해 구동되는 제1 회전 압축 요소(32)(1단째) 및 제2 회전 압축 요소(34)(2단째)로 이루어지는 회전 압축 기구부(18)로 구성되어 있다. 또한, 예를 들면, 본 실시예의 로터리 컴프레서(10)의 제1 회전 압축 요소(32)의 용적은 2.89cc이며, 2단째가 되는 제2 회전 압축 요소(34)의 용적은 1.88cc이다.

밀폐 용기(12)는 저부를 오일 저장 공간으로 하고, 전동 요소(14)와 회전 압축 기구부(18)를 수납하는 용기 본체(12A)와, 이 용기 본체(12A)의 상부 개구를 폐색하는 대략 그릇 형상의 엔드 캡(덮개)(12B)으로 구성되고, 또한, 이 엔드 캡(12B)의 상면 중심에는 원형의 장착 구멍(12D)이 형성되어 있으며, 이 장착 구멍(12D)에는 전동 요소(14)에 전력을 공급하기 위한 터미널(배선을 생략)(20)이 장착되어 있다.

전동 요소(14)는 소위 자극 집중 권취식 DC 모터이며, 밀폐 용기(12)의 상부 공간의 내주면을 따라서 환형으로 장착된 스테이터(22)와, 이 스테이터(22)의 내측에 약간의 간격을 두고 삽입 설치된 로터(24)로 이루어진다. 이 로터(24)는 중심을 지나 연직 방향으로 연장되는 회전축(16)에 고정되어 있다. 스테이터(22)는 도넛형의 전자기 강판을 적층한 적층체(26)와, 이 적층체(26)의 치형부에 직렬 권취(집중 권취) 방식에 의해 감겨진 스테이터 코일(28)을 가지고 있다. 또한, 로터(24)는 스테이터(22)와 마찬가지로 전자기 강판의 적층체(30)로 형성되어, 이 적층체(30) 내에 영구 자석(MG)을 삽입하여 형성되어 있다.

또한, 회전축(16)의 하단부에는 급유 수단으로서의 오일 펌프(102)가 형성되어 있다. 이 오일 펌프(102)에 의해 밀폐 용기(12) 내의 저부에 구성된 오일 저장 공간으로부터 윤활용 오일이 흡인 상승되어, 회전축(16) 내의 축 중심에 연직 방향으로 형성된 도시하지 않은 오일 구멍을 거쳐, 이 오일 구멍에 연통하는 횡방향의 급유 구멍(82, 84)[상하 편심부(42, 44)에도 형성되어 있다]으로부터 상하 편심부(42, 44)와 제1 및 제2 회전 압축 요소(32, 34)의 활주 이동부 등에 오일이공급된다. 이에 의해, 제1 및 제2 회전 압축 요소(32, 34)의 마모 방지와 밀봉이 이루어진다.

상기 제1 회전 압축 요소(32)와 제2 회전 압축 요소(34)의 사이에는 중간 구획판(36)이 협지되어 있다. 또한, 제1 회전 압축 요소(32)와 제2 회전 압축 요소(34)는 중간 구획판(36)과, 이 중간 구획판(36)의 상하에 배치된 상부 실린더(38), 하부 실린더(40)와, 이 상하 실린더(38, 40) 내를 180도의 위상차를 가지고 회전축(16)에 설치된 상하 편심부(42, 44)에 의해 편심 회전되는 상하 롤러(46, 48)와, 이 상하 롤러(46, 48)에 접촉하여 상하 실린더(38, 40) 내를 각각 저압실측과 고압실측으로 구획하는 베인(50, 52)과, 상부 실린더(38)의 상측 개구면 및 하부 실린더(40)의 하측 개구면을 폐색하여 회전축(16)의 베어링을 겸용하는 지지 부재로서의 상부 지지 부재(54) 및 하부 지지 부재(56)로 구성되어 있다.

상부 지지 부재(54) 및 하부 지지 부재(56)에는, 흡입 포트(161, 162)에서 상하 실린더(38, 40)의 내부와 각각 연통하는 흡입 통로(58, 60)와, 함몰된 토출 소음실(62, 64)이 형성됨과 동시에, 이들 양 토출 소음실(62, 64)의 각 실린더(38, 40)와는 반대측 개구부는 각각 커버에 의해 폐색된다. 즉, 토출 소음실(62)은 커버로서의 상부 커버(66), 토출 소음실(64)은 커버로서의 하부 커버(68)로 폐색된다.

이 경우, 상부 지지 부재(54)의 중앙에는 베어링(54A)이 기립 형성되어 있다. 또한, 하부 지지 부재(56)의 중앙에는 베어링(56A)이 관통 형성되어 있다. 그리고, 회전축(16)은 상부 지지 부재(54)의 베어링(54A)과 하부 지지 부재(56)의베어링(56A)에 유지된다.

하부 커버(68)는 도넛형의 원형 강판으로 구성되어 있으며, 주변부의 4군데를 메인 볼트(129…)에 의해서 하측으로부터 하부 지지 부재(56)로 고정하고 있다. 이 메인 볼트(129…)의 선단은 상부 지지 부재(54)에 나사 결합된다.

그리고, 제1 회전 압축 요소(32)의 토출 소음실(64)과 밀폐 용기(12) 내부와는 연통로에 의해 연통되어 있으며, 이 연통로는 하부 지지 부재(56), 상부 지지 부재(54), 상부 커버(66), 상하 실린더(38, 40), 중간 구획판(36)을 관통하는 도시하지 않은 구멍이다. 이 경우, 연통로의 상단에는 중간 토출관(121)이 기립 설치되어 있으며, 이 중간 토출관(121)으로부터 밀폐 용기(12) 내로 중간압의 냉매가 토출된다.

또한, 상부 커버(66)는 제2 회전 압축 요소(34)의 상부 실린더(38) 내부와 도시하지 않은 토출 포트로 연통하는 토출 소음실(62)을 구획 형성하고, 이 상부 커버(66)의 상측에는, 상부 커버(66)와 소정 간격을 두고, 전동 요소(14)가 설치되어 있다. 이 상부 커버(66)는 상기 상부 지지 부재(54)의 베어링(54A)이 관통하는 구멍이 형성된 대략 도넛형의 원형 강판으로 구성되어 있으며, 주변부가 4개의 메인 볼트(78…)에 의해, 상측으로부터 상부 지지 부재(54)에 고정되어 있다. 이 메인 볼트(78…)의 선단은 하부 지지 부재(56)에 나사 결합된다.

그리고, 냉매로서는 지구 환경에 친화적이고, 가연성 및 독성 등을 고려하여 자연 냉매인 전술한 이산화탄소(CO₂)가 사용되고, 윤활유로서의 오일은 예를 들면광물유(미네랄 오일), 알킬 벤젠유, 에테르유, 에스테르유, PAG(폴리알킬글리콜) 등의 기존의 오일이 사용된다.

밀폐 용기(12)의 용기 본체(12A)의 측면에는, 상부 지지 부재(54)와 하부 지지 부재(56)의 흡입 통로(60)(상측은 도시 않음), 토출 소음실(62), 상부 커버 (66)의 상측[전동 요소(14)의 하단에 대략 대응하는 위치]에 대응하는 위치에, 슬리브(141, 142, 143, 144)가 각각 용접 고정되어 있다. 그리고, 슬리브(141) 내에는 상부 실린더(38)에 냉매 가스를 도입하기 위한 냉매 도입관(92)의 일단이 삽입 접속되고, 이 냉매 도입관(92)의 일단은 상부 실린더(38)의 도시하지 않은 흡입 통로와 연통된다. 이 냉매 도입관(92)은 후술하는 중간 냉각 회로(150)에 설치된 제2 내부 열 교환기(162), 가스 쿨러(154)를 거쳐 슬리브(144)에 도달하고, 타단은 슬리브(144) 내에 삽입 접속되어 밀폐 용기(12) 내에 연통된다. 또는 이 냉매 도입관(92)은 후술하는 가스 쿨러(154)를 통과하는 중간 냉각 회로(150)를 거쳐 슬리브(144)에 도달하고, 타단은 슬리브(144) 내에 삽입 접속되어 밀폐 용기(12) 내에 연통된다.

여기에서, 제2 내부 열 교환기(162)는 가스 쿨러(154)를 나온 중간 냉각 회로(150)를 흐르는 중간압의 냉매와, 후술하는 제1 내부 열 교환기(160)를 나온 증발기(157)로부터의 저압측의 냉매를 열 교환시키기 위한 것이다. 또는, 제2 내부 열 교환기(162)는 후술하는 오일 리턴 회로(175)를 흐르는 오일과, 후술하는 제2 내부 열 교환기(160)를 나온 증발기(157)로부터의 저압측의 냉매를 열 교환시키기 위한 것이다.

또한, 슬리브(142) 내에는 하부 실린더(40)에 냉매 가스를 도입하기 위한 냉매 도입관(94)의 일단이 삽입 접속되고, 이 냉매 도입관(94)의 일단은 하부 실린더(40)의 흡입 통로(60)와 연통된다. 이 냉매 도입관(94)의 타단은 상기 제2 내부 열 교환기(162)에 접속되어 있다. 또한, 슬리브(143) 내에는 냉매 토출관(96)이 삽입 접속되고, 이 냉매 토출관(96)의 일단은 토출 소음실(62)과 연통된다.

<제2 실시예>

이어서 도2에 있어서, 상술한 컴프레서(10)는 도2에 도시한 냉매 회로의 일부를 구성한다. 즉, 컴프레서(10)의 냉매 토출관(96)은 가스 쿨러(154)의 입구에 접속된다. 그리고, 이 가스 쿨러(154)를 나온 배관은 전술한 제1 내부 열 교환기(160)를 통과한다. 이 제1 내부 열 교환기(160)는 가스 쿨러(154)에서 나온 고압측의 냉매와 증발기(157)에서 나온 저압측의 냉매를 열 교환시키는 것이다.

제1 내부 열 교환기(160)를 통과한 냉매는 교축 수단으로서의 팽창 밸브 (156)에 도달한다. 그리고, 팽창 밸브(156)의 출구는 증발기(157)의 입구에 접속되고, 증발기(157)를 나온 배관은 제1 내부 열 교환기(160)를 거쳐 상기 제2 내부 열 교환기(162)에 도달한다. 그리고, 제2 내부 열 교환기(162)에서 나온 배관은 냉매 도입관(94)에 접속된다.

이상의 구성에서 다음에 도3의 p-h선도(몰리에르선도)를 참조하면서 본 발명의 천이 임계 냉매 사이클 장치의 동작을 설명한다. 터미널(20) 및 도시하지 않은 배선을 거쳐서 컴프레서(10)의 전동 요소(14)의 스테이터 코일(28)에 통전되면, 전동 요소(14)가 기동하여 로터(24)가 회전한다. 이 회전에 의해 회전축(16)과 일체로 형성된 상하 편심부(42, 44)에 끼워 맞춰진 상하 롤러(46, 48)가 상하 실린더(38, 40) 내를 편심 회전한다.

이에 따라, 냉매 도입관(94) 및 하부 지지 부재(56)에 형성된 흡입 통로(60)를 경유하여 도시하지 않은 흡입 포트로부터 실린더(40)의 저압실측에 흡입된 저압(도3의 ①의 상태)의 냉매 가스는, 롤러(48)와 베인(52)의 동작에 의해 압축되어 중간압이 되어, 하부 실린더(40)의 고압실측에서 도시하지 않은 연통로를 거쳐 중간 토출관(121)으로부터 밀폐 용기(12) 내로 토출된다. 이에 의해, 밀폐 용기(12) 내부는 중간압이 된다(도3의 ②의 상태).

그리고, 밀폐 용기(12) 내의 중간압의 냉매 가스는 냉매 도입관(92)으로 들어가고, 슬리브(144)로부터 나와 중간 냉각 회로(150)로 유입된다. 그리고, 이 중간 냉각 회로(150)가 가스 쿨러(154)를 통과하는 과정에서 공냉 방식에 의해 방열한 후(도3의 ②′의 상태), 제2 내부 열 교환기(162)를 통과한다. 냉매는 거기서 저압측의 냉매에 열을 빼앗겨 더욱 냉각된다(도3의 ③의 상태).

이 상태를 도3에 의해 설명하면, 중간 냉각 회로(150)를 흐르는 냉매 가스는 가스 쿨러(154)에서 방열하고, 이 때 엔탈피를 △h1 손실한다. 또한, 제2 내부 열 교환기(162)에서 저압측의 냉매에 열을 빼앗겨 냉각되어, 엔탈피를 △h3를 손실한다. 이와 같이, 제1 회전 압축 요소(32)에서 압축된 중간압의 냉매 가스를 중간 냉각 회로(150)를 통과시킴으로써, 가스 쿨러(154)와 제2 내부 열 교환기(162)에서 효과적으로 냉각할 수 있으므로, 밀폐 용기(12) 내의 온도 상승을 억제하여, 제2회전 압축 요소(34)에서의 압축 효율도 향상시킬 수 있게 된다.

그리고, 냉각된 중간압의 냉매 가스는 상부 지지 부재(54)에 형성된 도시하지 않은 흡입 통로를 경유하여, 도시하지 않은 흡입 포트로부터 제2 회전 압축 요소(34)의 상부 실린더(38)의 저압실측에 흡입되고, 롤러(46)와 베인(50)의 동작에 의해 2단째의 압축이 이루어져 고온 고압의 냉매 가스가 되며, 고압실측으로부터 도시하지 않은 토출 포트를 통해 상부 지지 부재(54)에 형성된 토출 소음실(62)을 거쳐 냉매 토출관에서 외부로 토출된다. 이 때, 냉매는 적절한 초임계 압력까지 압축되어 있다(도3의 ④의 상태).

냉매 토출관(96)으로부터 토출된 냉매 가스는 가스 쿨러(154)로 유입되고, 거기서 공냉 방식에 의해 방열한 후(도3의 ⑤′의 상태), 제1 내부 열 교환기(160)를 통과한다. 냉매는 거기서 저압측의 냉매에 열을 빼앗겨 더욱 냉각된다(도3의 ⑤의 상태).

이 상태를 도3에서 설명한다. 즉, 제1 내부 열 교환기(160)가 없는 경우, 팽창 밸브(156) 입구에서의 냉매의 엔탈피는 ⑤′에서 나타낸 상태가 된다. 이 경우에는 증발기(157)에서의 냉매 온도가 높아진다. 한편, 제1 내부 열 교환기(160)에서 저압측의 냉매와 열 교환시킨 경우에는, 냉매의 엔탈피는 △h2만큼 저하되고, 도3의 ⑤에서 나타낸 상태가 되므로, 도3의 ⑤′의 엔탈피보다 증발기(157)에서의 냉매 온도가 낮아진다. 그 때문에, 제1 내부 열 교환기(160)를 설치한 쪽이 증발기(157)에서의 냉매 가스의 냉각 능력이 향상된다.

따라서, 냉매 순환량을 증가시키지 않고 원하는 증발 온도, 예를 들면, 증발기(157)에서의 증발 온도를 +12℃ 내지 -10℃의 중고온역으로 하는 것을 용이하게 달성할 수 있게 된다. 또한, 컴프레서(10)에서의 소비 전력의 저감도 도모할 수 있게 된다.

이와 같은 제1 내부 열 교환기(160)에서 냉각된 고압측의 냉매 가스는 팽창 밸브(156)에 도달한다. 또한, 팽창 밸브(156)의 입구에서는 냉매 가스는 아직 기체의 상태이다. 냉매는 팽창 밸브(156)에서의 압력 저하에 따라, 가스/액체의 2상 혼합체가 되고(도3의 ⑥의 상태), 그 상태에서 증발기(157) 내에 유입된다. 거기서 냉매는 증발하고, 공기로부터 흡열함에 의해 냉각 작용을 발휘한다.

그 후, 냉매는 증발기(157)로부터 유출되어(도3의 ⓛ″의 상태), 제1 내부 열 교환기(160)를 통과한다. 여기에서 상기 고압측의 냉매로부터 열을 빼앗고, 가열 작용을 받은 후(도3의 ⓛ′의 상태), 제2 내부 열 교환기(162)에 도달한다. 그리고, 제2 내부 열 교환기(162)에서 중간 냉각 회로(150)를 흐르는 중간압의 냉매로부터 열을 빼앗고, 더욱 가열 작용을 받는다(도3의 ⓛ의 상태).

여기에서, 이 상태를 도3에 의해 설명한다. 증발기(157)에서 증발하여 저온이 되고, 증발기(157)를 나온 냉매는 도3에 나타낸 ⓛ″의 상태이며, 냉매는 완전히 기체 상태가 아니라 액체가 혼재한 상태이다. 따라서, 제1 내부 열 교환기(160)를 통과시켜 고압측의 냉매와 열 교환시킴으로써, 냉매의 엔탈피가 △h2 상승하여, 도3의 ⓛ′에 나타낸 상태가 된다. 이에 따라, 냉매는 대략 완전히 기체 상태가 된다. 또한, 제2 내부 열 교환기(162)를 통과시켜, 중간압의 냉매와 열 교환시킴으로써, 냉매의 엔탈피가 △h3 상승하여, 도3의 ⓛ에 나타낸 상태가되고, 냉매는 확실하게 과열도가 확보되어 완전히 기체가 된다.

이에 따라, 증발기(157)에서 나온 냉매를 확실하게 가스화시킬 수 있게 된다. 특히, 운전 조건에 의해 잉여 냉매가 발생하는 경우에 있어서도, 제1 내부 열 교환기(160)와 제2 내부 열 교환기(162)에 의해, 2단계로 저압측 냉매를 가열하고 있으므로, 리시버 탱크를 설치하지 않고, 컴프레서(10)에 액체 냉매가 흡입되는 액체 역류를 확실하게 방지하고, 컴프레서(10)가 액체 압축으로 인하여 손상을 입는 단점을 회피할 수 있게 된다.

또한, 전술한 바와 같이 제2 내부 열 교환기(162)에서는 제1 내부 열 교환기(160)에서 가열된 증발기(157)로부터의 저압의 냉매와, 제1 회전 압축 요소(32)에서 압축된 중간압의 냉매를 열 교환하며, 이들 냉매는 양쪽 모두 열 교환된 후, 컴프레서(10)에 흡입되므로, 컴프레서(10) 내로 유입되는 열 수지는 0이 된다.

따라서, 컴프레서(10)의 토출 온도와 내부 온도를 상승시키지 않고, 과열도를 충분히 확보할 수 있게 되므로, 천이 임계 냉매 사이클 장치의 신뢰성 향상을 도모할 수 있게 된다.

또한, 제2 내부 열 교환기(162)에서 가열된 냉매는, 냉매 도입관(94)으로부터 컴프레서(10)의 제1 회전 압축 요소(32) 내에 흡입되는 사이클을 반복한다.

이와 같이, 제1 회전 압축 요소(32)로부터 토출된 냉매를 가스 쿨러(154)에서 방열시키기 위한 중간 냉각 회로(150)와, 가스 쿨러(154)에서 나온 제2 회전 압축 요소(34)로부터의 냉매와 증발기(157)를 나온 냉매를 열 교환시키기 위한 제1내부 열 교환기(160)와, 가스 쿨러(154)를 나와 중간 냉각 회로(150)를 흐르는 냉매와 제1 내부 열 교환기(160)를 나온 증발기(157)로부터의 냉매를 열 교환시키기 위한 제2 내부 열 교환기(162)를 구비함으로써, 증발기(157)에서 나온 냉매는 제1 내부 열 교환기(160)에서 가스 쿨러(154)를 나온 제2 회전 압축 요소(34)로부터의 냉매와 열 교환하여 열을 빼앗고, 제2 내부 열 교환기(162)에 있어서는 가스 쿨러(154)를 나온 중간 냉각 회로(150)를 흐르는 냉매와 열 교환하여 열을 빼앗으므로, 확실하게 냉매의 과열도를 확보하여 컴프레서(10)에서의 액체 압축을 회피할 수 있게 된다.

한편, 가스 쿨러(154)를 나온 제2 회전 압축 요소(34)로부터의 냉매는 제1 내부 열 교환기(160)에 있어서 증발기(157)를 나온 냉매에 열을 빼앗기므로, 그에 따라, 냉매 온도를 낮출 수 있다. 그로써, 증발기(157)에서의 냉매 가스의 냉각 능력이 향상된다. 따라서, 냉매 순환량을 증가시키지 않고 원하는 증발 온도를 용이하게 달성할 수 있게 되며, 컴프레서(10)에서의 소비 전력의 저감도 도모할 수 있게 된다.

또한, 중간 냉각 회로(150)를 구비하므로, 컴프레서(10)의 내부 온도를 낮출 수 있다. 특히, 이 경우, 중간 냉각 회로(150)를 흐르는 냉매는 가스 쿨러(154)에서 방열한 후, 증발기(157)로부터의 냉매에 열을 공급하여 제2 회전 압축 요소(34)에 흡입되게 되므로, 제2 내부 열 교환기(162)를 설치함에 따른 컴프레서(10)의 내부 온도 상승은 발생되지 않는다.

또한, 실시예에서는 이산화탄소를 냉매로서 사용했지만, 본 발명에서는 그에한정되지 않고, 천이 임계 냉매 사이클에서 사용 가능한 다양한 종류의 냉매를 적용 가능하다.

<제3 실시예>

이어서 도4에 있어서, 상술한 컴프레서(10)는 도4에 도시한 냉매 회로의 일부를 구성한다. 즉, 컴프레서(10)의 냉매 토출관(96)은 가스 쿨러(154)의 입구에 접속된다. 그리고, 이 가스 쿨러(154)를 나온 배관은 오일 분리 수단으로서의 오일 분리기(170)의 입구에 접속된다. 이 오일 분리기(170)는, 제2 회전 압축 요소(34)에서 압축된 냉매와 함께 토출된 오일을 분리하기 위한 것이다.

오일 분리기(170)를 나온 냉매 배관은 전술한 제1 내부 열 교환기(160)를 통과한다. 이 제1 내부 열 교환기(160)는 오일 분리기(170)에서 나온 제2 회전 압축 요소(34)로부터의 고압측의 냉매와 증발기(157)에서 나온 저압측의 냉매를 열 교환시키기 위한 것이다.

그리고, 이 제1 내부 열 교환기(160)를 통과한 고압측의 냉매는, 교축 수단으로서의 팽창 기구(156)에 도달한다. 여기에서 팽창 기구(156)는 제1 교축 수단으로서의 제1 팽창 밸브(156A)와, 이 제1 팽창 밸브(156A)의 하류측에 설치된 제2 교축 수단으로서의 제2 팽창 밸브(156B)로 구성되어 있다. 또한. 상기 제1 팽창 밸브(156A)는 해당 제1 팽창 밸브(156A)에서 감압된 후의 냉매의 압력이 컴프레서 (10) 내의 중간압보다 높아지도록 개방도가 조정되어 있다.

또한, 제1 팽창 밸브(156A)와 제2 팽창 밸브(156B) 사이의 냉매 배관에는, 기액 분리 수단으로서의 기액 분리기(200)가 설치되어 있으며, 제1 팽창밸브(156A)를 나온 냉매 배관은 기액 분리기(200)의 입구에 접속되어 있다. 기액 분리기(200)의 가스 출구측의 냉매 배관은 전술한 제2 팽창 밸브(156B)의 입구에 접속되어 있다. 그리고, 이 제2 팽창 밸브(156B)의 출구는 증발기(157)의 입구에 접속되고, 증발기(157)를 나온 냉매 배관은 제1 내부 열 교환기(160)를 거쳐 상기 제2 내부 열 교환기(162)에 도달한다. 그리고, 제2 내부 열 교환기(162)에서 나온 냉매 배관은 냉매 도입관(94)에 접속되어 있다.

한편, 상기 오일 분리기(170)에는 해당 오일 분리기(170)에서 분리된 오일을 컴프레서(10) 내로 복귀시키기 위한 전술한 오일 리턴 회로(175)가 접속되어 있다. 이 오일 리턴 회로(175)에는 오일 분리기(170)에서 분리된 오일을 감압하기 위한 감압 수단으로서의 모세관(176)이 설치되고, 상기 제2 내부 열 교환기(162)를 거쳐 컴프레서(10)의 밀폐 용기(12) 내에 연통 접속되어 있다.

또한, 상기 기액 분리기(200)의 액체 출구측에는 해당 기액 분리기(200)에서 분리된 액체 냉매를 컴프레서(10) 내로 복귀시키기 위한 인젝션 회로(210)가 접속되어 있다. 이 인젝션 회로(210)에는 기액 분리기(200)에서 분리된 액체 냉매를 감압하기 위한 감압 수단으로서의 모세관(220)이 설치되고, 이와 같은 인젝션 회로(210)는 제2 회전 압축 요소(34)의 흡입측과 연통하는 상기 냉매 도입관(92)에 접속되어 있다.

이상의 구성에서 이하에 본 발명의 천이 임계 냉매 사이클 장치의 동작을 설명한다. 터미널(20) 및 도시하지 않은 배선을 통하여 컴프레서(10)의 전동 요소(14)의 스테이터 코일(28)에 통전되면, 전동 요소(14)가 기동하여 로터(24)가회전한다. 이 회전에 의해 회전축(16)과 일체로 형성된 상하 편심부(42, 44)에 끼워 맞춰진 상하 롤러(46, 48)가 상하 실린더(38, 40) 내를 편심 회전한다.

이에 의해, 냉매 도입관(94) 및 하부 지지 부재(56)에 형성된 흡입 통로(60)를 경유하여 도시하지 않은 흡입 포트로부터 실린더(40)의 저압실측에 흡입된 저압의 냉매 가스는, 롤러(48)와 베인(52)의 동작에 의해 압축되어 중간압이 되고, 하부 실린더(40)의 고압실측에서 도시하지 않은 연통로를 거쳐 중간 토출관(121)으로부터 밀폐 용기(12) 내로 토출된다. 이에 따라, 밀폐 용기(12) 내부는 중간압이 된다.

그리고, 밀폐 용기(12)내의 중간압의 냉매 가스는 냉매 도입관(92)으로 들어가고, 중간 냉각 회로(150)로 유입된다. 그리고, 이 중간 냉각 회로(150)가 가스 쿨러(154)를 통과하는 과정에서 공냉 방식에 의해 방열한다.

이와 같이, 제1 회전 압축 요소(32)에서 압축된 중간압의 냉매 가스를 중간 냉각 회로(150)를 통과시킴으로써, 가스 쿨러(154)에서 효과적으로 냉각할 수 있으므로, 밀폐 용기(12) 내의 온도 상승을 억제하고, 제2 회전 압축 요소(34)에서의 압축 효율도 향상시킬 수 있게 된다.

그리고, 냉각된 중간압의 냉매 가스는 상부 지지 부재(54)에 형성된 도시하지 않은 흡입 통로를 경유하여, 도시하지 않은 흡입 포트로부터 제2 회전 압축 요소(34)의 상부 실린더(38)의 저압실측에 흡입되고, 롤러(46)와 베인(50)의 동작에 의해 2단째의 압축이 이루어져 고온 고압의 냉매 가스가 되며, 고압실측으로부터 도시하지 않은 토출 포트를 지나 상부 지지 부재(54)에 형성된 토출 소음실(62)을거쳐 냉매 토출관(96)에서 외부로 토출된다. 이 때, 냉매는 적절한 초임계 압력까지 압축되어 있다.

냉매 토출관(96)으로부터 토출된 냉매 가스는 가스 쿨러(154)로 유입되고, 거기서 공냉 방식에 의해 방열한 후, 상기 오일 분리기(170)에 도달한다. 여기에서 냉매 가스와 오일이 분리된다.

그리고, 냉매 가스로부터 분리된 오일은 오일 리턴 회로(175)에 유입된다. 오일은 오일 리턴 회로(175)에 설치된 모세관(176)에서 감압된 후, 제2 내부 열 교환기(162)를 통과한다. 오일은 거기서 제1 내부 열 교환기(160)로부터의 저압측의 냉매에 열을 빼앗겨서 냉각되고, 컴프레서(10)의 밀폐 용기(12) 내로 복귀된다.

이와 같이, 냉각된 오일이 컴프레서(10)의 밀폐 용기(12) 내로 복귀되므로, 오일에 의해 밀폐 용기(12) 내부를 효과적으로 냉각할 수 있게 되어, 밀폐 용기(12) 내의 온도 상승을 억제하고, 제2 회전 압축 요소(34)에서의 압축 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

또한 밀폐 용기(12) 내의 오일 저장 공간의 유면(油面)이 저하되는 단점도 회피할 수 있게 된다.

한편, 오일 분리기(170)에서 나온 냉매 가스는 제1 내부 열 교환기(160)를 통과한다. 냉매는 거기서 저압측의 냉매에 열을 빼앗겨 더욱 냉각된다. 이 제1 내부 열 교환기(160)의 존재에 의해, 저압측의 냉매에 열을 빼앗기므로, 그 만큼 증발기(157)에서의 냉매의 증발 온도가 낮아진다. 그 때문에, 증발기(157)에서의 냉각 능력이 향상된다.

이와 같은 내부 열 교환기(160)에서 냉각된 고압측의 냉매 가스는 팽창 기구 (156)의 제1 팽창 밸브(156A)에 도달한다. 또한, 제1 팽창 밸브(156A)의 입구에서는 냉매 가스는 아직 기체 상태이다. 제1 팽창 밸브(156A)는 냉매의 압력이 전술하는 바와 같이 컴프레서(10)의 제2 회전 압축 요소(34)의 흡입측의 압력(중간압)보다도 높은 압력이 되도록 개방도가 조정되며, 여기에서 냉매는 중간압보다 높은 압력까지 감압된다. 이에 따라 냉매는 일부 액화하고, 가스/액체의 2상 혼합체가 되어, 기액 분리기(200)로 유입한다. 여기에서 가스 냉매와 액체 냉매가 분리된다.

그리고, 기액 분리기(200) 내의 액체 냉매는 인젝션 회로(210)에 유입된다. 그리고, 액체 냉매는 인젝션 회로(210)에 설치된 모세관(220)에서 감압되어, 중간압보다 약간 높은 압력이 되어, 냉매 도입관(92)을 거쳐 컴프레서(10)의 제2 회전 압축 요소(34)의 흡입측에 주입된다. 거기서 냉매는 증발되고, 주위에서 흡열함으로써 냉각 작용을 발휘한다. 이에 따라 제2 회전 압축 요소(34)를 포함하는 컴프레서(10) 자체가 냉각된다.

이와 같이, 인젝션 회로(210)에서 액체 냉매를 감압하여 컴프레서(10)의 제2 회전 압축 요소(34)의 흡입측에 주입하고, 거기서 증발시킴으로써 제2 회전 압축 요소(34)가 냉각되므로, 제2 회전 압축 요소(34)를 효과적으로 냉각시킬 수 있게 된다. 이로써 제2 회전 압축 요소(34)의 압축 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 기액 분리기(200)에서 나온 가스 냉매는, 제2 팽창 밸브(156B)에 도달한다. 냉매는 제2 팽창 밸브(156B)에서의 압력 저하에 따라, 최종적인 액화가 이루어져, 가스/액체의 2상 혼합체가 된 상태에서 증발기(157) 내로 유입한다. 거기서 냉매는 증발하고, 공기로부터 흡열함으로써 냉각 작용을 발휘한다.

이상과 같이, 제1 회전 압축 요소(32)에서 압축된 중간압의 냉매 가스를 중간 냉각 회로(150)를 통과시켜서, 밀폐 용기(12) 내의 온도 상승을 억제할 수 있는 효과와, 오일 분리기(170)에서 냉매 가스로부터 분리된 오일을 제2 내부 열 교환기(162)에 통과시켜, 밀폐 용기(12) 내의 온도 상승을 억제하는 효과와, 또한, 상기 기액 분리기(200)에서 가스 냉매와 액체 냉매를 분리하여, 분리된 액체 냉매를 모세관(220)에서 감압한 후, 제2 회전 압축 요소(34)에서 주위로부터 흡열하여 증발시켜서, 제2 회전 압축 요소(34)를 냉각하는 효과에 의해, 제2 회전 압축 요소(34)에서의 압축 효율의 향상을 도모할 수 있게 되며, 아울러 제2 회전 압축 요소(34)에서 압축된 냉매 가스를 제1 내부 열 교환기(160)를 통과시켜, 증발기(157)에서의 냉매의 증발 온도가 낮아지는 효과에 의해, 증발기(157)에서의 냉매 증발 온도도 낮출 수 있게 된다.

즉, 이 경우의 증발기(157)에서의 증발 온도를, 예를 들면 -50℃ 이하의 초저온역으로 용이하게 도달시킬 수 있게 된다. 또한, 동시에 컴프레서(10)에서의 소비 전력의 저감도 도모할 수 있게 된다.

그 후, 냉매는 증발기(157)로부터 유출되어 제1 내부 열 교환기(160)를 통과한다. 거기서 전술한 고압측의 냉매로부터 열을 빼앗고, 가열 작용을 받은 후, 제2 내부 열 교환기(162)에 도달한다. 그리고, 제2 내부 열 교환기(162)에서 오일 리턴 회로(157)를 흐르는 오일로부터 열을 빼앗고, 더욱 가열 작용을 받는다.

여기에서, 증발기(157)에서 증발하여 저온이 되며, 증발기(157)에서 나온 냉매는 완전히 기체 상태가 아니라 액체가 혼재한 상태인데, 제1 내부 열 교환기(160)를 통과시켜 고압측의 냉매와 열 교환시킴으로써, 냉매가 가열된다. 이에 따라, 냉매는 대략 완전히 기체 상태가 된다. 또한, 제2 내부 열 교환기(162)를 통과시켜서 오일과 열 교환시킴으로써, 냉매가 가열되고, 확실하게 과열도를 확보하여 완전하게 기체가 된다.

이에 따라, 증발기(157)에서 나온 냉매는 확실하게 가스화시킬 수 있게 된다. 특히, 운전 조건에 따라 잉여 냉매가 발생하는 경우에 있어서도, 제1 내부 열 교환기(160)와 제2 내부 열 교환기(162)에 의해, 2단계로 저압측 냉매를 가열하므로, 저압측에 리시버 탱크 등을 설치하지 않고, 컴프레서(10)에 액체 냉매가 흡입되는 액체 역류를 확실하게 방지하여, 컴프레서(10)가 액체 압축으로 손상을 입는 단점을 회피할 수 있게 된다.

또한, 컴프레서(10)의 토출 온도와 내부 온도를 상승시키지 않고 과열도를 충분히 확보할 수 있게 되므로, 천이 임계 냉매 사이클 장치의 신뢰성 향상을 도모할 수 있게 된다.

또한, 제2 내부 열 교환기(162)에서 가열된 냉매는 냉매 도입관(94)으로부터 컴프레서(10)의 제1 회전 압축 요소(32) 내로 흡입되는 사이클을 반복한다.

이와 같이, 제1 회전 압축 요소(32)로부터 토출된 냉매를 가스 쿨러(154)에서 방열시키기 위한 중간 냉각 회로(150)와, 제2 회전 압축 요소(34)에서 압축된 냉매로부터 오일을 분리하기 위한 오일 분리기(170)와, 이 오일 분리기(170)에서분리된 오일을 감압하여 컴프레서(10) 내로 복귀시키기 위한 오일 리턴 회로(175)와, 가스 쿨러(154)에서 나온 제2 회전 압축 요소(34)로부터의 냉매와 증발기(157)를 나온 냉매를 열 교환시키기 위한 제1 내부 열 교환기(160)와, 오일 리턴 회로(175)를 흐르는 오일과 제1 내부 열 교환기(160)를 나온 증발기(157)로부터의 냉매를 열 교환시키기 위한 제2 내부 열 교환기(162)를 포함하고, 교축 수단으로서의 팽창 기구(156)를, 제1 팽창 밸브(156A)와 이 제1 팽창 밸브(156A)의 하류측에 설치된 제2 팽창 밸브(156B)로 구성되고, 제1 팽창 밸브(156A)와 제2 팽창 밸브 (156B) 사이를 흐르는 냉매의 일부를 감압하여 컴프레서(10)의 제2 회전 압축 요소(34)의 흡입측에 주입하는 인젝션 회로(210)를 포함하여 구성하므로, 증발기(157)에서 나온 냉매는 제1 내부 열 교환기(160)에서 가스 쿨러(154)를 나온 제2 회전 압축 요소(34)로부터의 냉매와 열 교환하여 열을 빼앗고, 제2 내부 열 교환(162)에 있어서는 오일 리턴 회로(175)를 흐르는 오일과 열 교환하여 열을 빼앗으므로, 확실하게 냉매의 과열도를 확보하여 컴프레서(10)에서의 액체 압축을 회피할 수 있게 된다.

한편, 가스 쿨러(154)를 나온 제2 회전 압축 요소(34)로부터의 냉매는, 오일 분리기(170)를 통과시킨 후, 제1 내부 열 교환기(160)에 있어서 증발기(157)를 나온 냉매에 열을 빼앗기므로, 그에 따라 냉매의 증발 온도를 낮출 수 있다. 그에 따라, 증발기(157)에서의 냉매 가스의 냉각 능력이 향상된다. 또한, 중간 냉각 회로(150)를 포함하므로, 컴프레서(10)의 내부 온도를 낮출 수 있다.

또한, 오일 리턴 회로(175)를 흐르는 오일은 제2 내부 열 교환기(162)에서제1 내부 열 교환기(160)를 나온 증발기(157)로부터의 냉매에 열을 빼앗긴 후, 컴프레서(10) 내로 복귀되므로, 컴프레서(10) 내부의 온도를 더 한층 낮출 수 있게 된다.

또한, 제1 및 제2 팽창 밸브(156A. 156B) 사이에 기액 분리기(200)를 설치하고, 인젝션 회로(210)는 기액 분리기(200)에서 분리된 액체 냉매를 감압하여 컴프레서(10)의 제2 회전 압축 요소(34)의 흡입측에 주입하므로, 인젝션 회로(210)로부터의 냉매가 증발하여, 주위로부터 흡열하고, 제2 회전 압축 요소(34)를 포함하는 컴프레서(10) 전체를 효과적으로 냉각할 수 있다. 이에 따라, 냉매 사이클의 증발기(157)에서의 냉매의 증발 온도를 한층 더 저하시킬 수 있게 된다.

이에 따라, 냉매 사이클의 증발기(157)에서의 냉매의 증발 온도를 낮출 수 있게 되며, 예를 들면 증발기(157)에서의 증발 온도를 -50℃ 이하의 초저온역으로 하는 것을 용이하게 달성할 수 있게 된다. 또한, 컴프레서(10)에서의 소비 전력의 저감도 도모할 수 있게 된다.

<제4 실시예>

도5에 나타낸 오일 리턴 회로(175A)에는 마찬가지로 모세관(176)이 설치되어 있는데, 이 경우는 제2 내부 열 교환기(162)를 거쳐, 제2 회전 압축 요소(34)의 상부 실린더(38)의 도시하지 않은 흡입 통로와 연통하는 냉매 도입관(92)에 접속되어 있다. 이에 따라, 제2 내부 열 교환기(162)에서 냉각된 오일이 제2 회전 압축 요소(34)에 공급되게 된다.

이와 같이, 오일 리턴 회로(175A)는, 오일 분리기(170)에 의해 분리된 오일을 모세관(176)에서 감압하고, 제2 내부 열 교환기(162)에서 제1 내부 열 교환기(160)를 나온 증발기(157)로부터의 냉매와 열 교환시킨 후, 냉매 도입관(92)으로부터 컴프레서(10)의 제2 회전 압축 요소(34)의 흡입측으로 복귀시킨다.

이에 따라, 제2 회전 압축 요소(34)를 효과적으로 냉각할 수 있게 되며, 제2 회전 압축 요소(34)의 압축 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 제2 회전 압축 요소(34)에 직접 오일이 공급되므로, 제2 회전 압축 요소(34)가 오일 부족이 되는 단점도 회피할 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에서는 기액 분리기(200)에서 분리된 액체 냉매를 인젝션 회로(210)에 설치한 모세관(220)에서 감압하여 냉매 도입관(92)으로부터 제2 회전 압축 요소(34)의 흡입측으로 복귀시키는 것으로 했으나, 기액 분리기(200)를 설치하지 않아도 무관하다. 이 경우, 제1 팽창 밸브(156A)를 나온 냉매(기액 분리기가 없으므로, 냉매의 상태는 가스, 액체 또는 이들의 혼합 상태가 된다)는 인젝션 회로(210)에 설치된 모세관(220)에서 적절한 압력(중간압보다 약간 높은 압력)으로 저하되어 냉매 도입관(92)으로부터 제2 회전 압축 요소(34)의 흡입측에 흡입된다.

또한, 제1 팽창 밸브(156A)를 나온 냉매가 적절한 압력(중간압보다 약간 높은 정도의 압력)까지 감압되고, 또한 냉매의 상태가 가스인 설정 상황에서는, 모세관(220)은 설치할 필요는 없다.

또한, 실시예에서는 오일 분리 수단으로서의 오일 분리기(170)를 가스 쿨러(154)와 제1 내부 열 교환기(160) 사이의 냉매 배관에 설치한 것으로 했으나, 이에 한정되지 않고, 예를 들면 컴프레서(10)와 가스 쿨러(154) 사이의 배관에 설치할 수 있다. 또한, 오일 리턴 회로(175)에 설치한 감압 수단으로서의 모세관(176)을 제1 내부 열 교환기(160)로부터의 냉매 배관에 교열(交熱)적으로 권취하여 제2 내부 열 교환기(162)를 구성할 수 있다,

또한, 실시예에서는 이산화탄소를 냉매로서 사용했으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 천이 임계 냉매 사이클에 있어서 사용 가능한 냉매, 즉 고압측이 초임계가 되는 HFC계 냉매의 R23(CHF₃)와 아산화질소(N₂O) 등의 냉매가 적용 가능하다. 또한, 이와 같이 HFC계 냉매의 R23(CHF₃)와 아산화질소(N₂O) 냉매를 사용한 경우에는, 증발기(157)에서의 냉매의 증발 온도를 -80℃ 이하의 초저온에 도달시킬 수 있게 된다.

<제5 실시예>

이어서, 도6을 참조하여 본 발명의 천이 임계 냉매 사이클 장치의 다른 실시예에 대해서 후술한다. 도6은 이 경우의 천이 임계 냉매 사이클 장치의 냉매 회로도를 나타낸다. 또한, 도6에 있어서, 도1 및 도5와 동일 부호가 붙여져 있는 것은 동일 또는 같은 작용을 갖는 것으로 한다.

도5와 도6에 도시한 천이 임계 냉매 사이클 장치의 냉매 회로도의 차이는, 이 제1 내부 열 교환기(160)를 통과한 고압측의 냉매는 교축 수단으로서의 팽창 밸브(156)에 도달한다는 것이다. 그리고, 이 팽창 밸브(156)의 출구는 증발기(157)의 입구에 접속되고, 증발기(157)를 나온 냉매 배관은 제1 내부 열 교환기(160)를 거쳐 상기 제2 내부 열 교환기(162)에 도달한다. 그리고, 제2 내부 열교환기(162)에서 나온 냉매 배관은 냉매 도입관(94)에 접속되어 있다.

이 제1 내부 열 교환기(160)에서 냉각된 고압측의 냉매 가스는 팽창 밸브(156)에 도달한다. 또, 팽창 밸브(156)의 입구에서는 냉매 가스는 아직 기체 상태이다. 냉매는 팽창 밸브(156)에서의 압력 저하에 의해 가스/액체의 2상 혼합체가 되고, 그 상태에서 증발기(157) 내에 유입된다. 거기서 냉매는 증발되어 공기로부터 흡열함으로써 냉각 작용을 발휘한다.

이 때, 제1 회전 압축 요소(32)에서 압축된 중간압의 냉매 가스를 중간 냉각 회로(150)를 통과시켜, 밀폐 용기(12) 내의 온도 상승을 억제하는 효과와, 오일 분리기(170)에서 냉매 가스로부터 분리된 오일을 제2 내부 열 교환기(162)를 통과시켜, 밀폐 용기(12) 내의 온도 상승을 억제하는 효과에 의해서, 제2 회전 압축 요소 (34)에서의 압축 효율의 향상을 도모할 수 있게 되며, 아울러 제2 회전 압축 요소(34)에서 압축된 냉매 가스를 제1 내부 열 교환기(160)을 통과시켜, 증발기(157)에서의 냉매 온도가 낮아지는 효과에 의해서, 증발기(157)에서의 냉매 증발 온도도 저하되게 된다.

즉, 이 경우의 증발기(157)에서의 증발 온도를, 예를 들면, -30℃ 내지 -40℃의 저온역에 용이하게 도달시킬 수 있게 된다. 또한, 동시에 컴프레서(10)에서의 소비 전력의 저감도 도모할 수 있게 된다.

그 후, 냉매는 증발기(157)로부터 유출되어, 제1 내부 열 교환기(160)를 통과한다. 거기서 전술한 고압측의 냉매로부터 열을 빼앗고, 가열 작용을 받은 후, 제2 내부 열 교환기(162)에 도달한다. 그리고, 제2 내부 열 교환기(162)에서 오일리턴 회로(175)를 흐르는 오일로부터 열을 빼앗고, 더욱 가열 작용을 받는다.

여기에서 증발기(157)에서 증발하여 저온이 되며, 증발기(157)를 나온 냉매는 완전히 기체 상태가 아니라 액체가 혼재한 상태인데, 제1 내부 열 교환기(160)를 통과시켜 고압측의 냉매와 열 교환시킴으로써, 냉매가 가열된다. 이에 따라, 냉매는 대략 완전히 기체 상태가 된다. 또한, 제2 내부 열 교환기(162)를 통과시켜, 오일과 열 교환시킴으로써, 냉매가 가열되어 확실하게 과열도를 확보하여 완전히 기체가 된다.

이에 따라, 증발기(157)에서 나온 냉매를 확실하게 가스화시킬 수 있게 된다. 특히, 운전 조건에 따라 잉여 냉매가 발생하는 경우에 있어서도, 제1 내부 열 교환기(160)과 제2 내부 열 교환기(162)에 의해, 2단계로 저압측 냉매를 가열하므로, 저압측에 리시버 탱크 등을 설치하지 않고, 컴프레서(10)에 액체 냉매가 흡입되는 액체 역류를 확실하게 방지하여, 컴프레서(10)가 액체 압축으로 손상을 입는 단점을 회피할 수 있게 된다.

또한, 제2 내부 열 교환기(162)에서 가열된 냉매는 냉매 도입관(94)으로부터 컴프레서(10)의 제1 회전 압축 요소(32) 내에 흡입되는 사이클을 반복한다.

이와 같이, 제1 회전 요소(32)로부터 토출된 냉매를 가스 쿨러(154)에서 방열한 시키기 위한 중간 냉각 회로(150)와, 가스 쿨러(154)에서 나온 제2 회전 압축요소(34)로부터의 냉매와 증발기(157)를 나온 냉매를 열 교환시키기 위한 제1 내부 열 교환기(160)와, 제2 회전 압축 요소(34)에서 압축된 냉매로부터 오일을 분리하기 위한 오일 분리기(170)와, 이 오일 분리기(170)에서 분리된 오일을 감압하여 컴프레서(10) 내로 복귀시키기 위한 오일 리턴 회로(175)와, 오일 리턴 회로(175)를 흐르는 오일과 제1 내부 열 교환기(160)를 나온 증발기(157)로부터의 냉매를 열 교환시키기 위한 제2 내부 열 교환기(162)를 포함하므로, 증발기(157)에서 나온 냉매는 제1 내부 열 교환기(160)에서 가스 쿨러(154)를 나온 제2 회전 압축 요소(34)로부터의 냉매와 열 교환하여 열을 빼앗고, 제2 내부 열 교환기(162)에 있어서는 오일 리턴 회로(175)를 흐르는 오일과 열 교환하여 열을 빼앗으므로, 확실하게 냉매의 과열도를 확보하여 컴프레서(10)에서의 액체 압축을 회피할 수 있게 된다.

한편, 가스 쿨러(154)를 나온 제2 회전 압축 요소(34)로부터의 냉매는, 오일 분리기(170)를 통과시킨 후, 제1 내부 열 교환기(160)에 있어서 증발기(157)를 나온 냉매에 열을 빼앗기므로, 그에 따라 냉매 온도를 저하할 수 있다. 따라서, 증발기(157)에서의 냉매 가스의 냉각 능력이 향상된다. 또한, 중간 냉각 회로(150)를 포함하므로, 컴프레서(10)의 내부 온도를 낮출 수 있다.

또한, 오일 리턴 회로(175)를 흐르는 오일은 제2 내부 열 교환기(162)에 있어서 제1 내부 열 교환기(160)를 나온 증발기(157)로부터의 냉매에 열을 빼앗긴 후, 컴프레서(10) 내로 복귀되므로, 컴프레서(10)의 내부 온도를 한층 더 저하시킬 수 있다.

이에 따라, 냉매 사이클의 증발기에서의 냉매 증발 온도를 낮출 수 있게 되며, 예를 들면, 증발기(157)에서의 증발 온도를 -30℃ 내지 -40℃의 저온역으로 하는 것이 용이하게 달성할 수 있게 된다. 또한 컴프레서(10)에서의 소비 전력의 저감도 도모할 수 있게 된다.

<제6 실시예>

이어서, 도7을 참조하여 본 발명의 천이 임계 냉매 사이클 장치의 다른 실시예에 대해서 후술한다. 도7은 이 경우의 천이 임계 냉매 사이클 장치의 냉매 회로도를 나타낸다. 또, 도7에 있어서, 도1 및 도6과 동일 부호가 붙여져 있는 것은 동일 또는 같은 작용을 갖는 것으로 한다.

도7에 도시한 오일 리턴 회로(175A)에는 마찬가지로 모세관(176)이 설치되어 있는데, 이 경우는 제2 내부 열 교환기(162)를 거쳐, 제2 회전 압축 요소(34)의 상부 실린더(38)의 도시하지 않은 흡입 통로와 연통하는 냉매 도입관(92)에 접속되어 있다. 이에 따라, 제2 내부 열 교환기(162)에서 냉각된 오일이 제2 회전 압축 요소(34)에 공급되게 된다.

이와 같이, 오일 리턴 회로(175)는, 오일 분리기(170)에 의해 분리된 오일 을 모세관(176)에서 감압하고, 제2 내부 열 교환기(162)에서 제1 내부 열 교환기(160)를 나온 증발기(157)로부터의 냉매와 열 교환시킨 후, 냉매 도입관(92)으로부터 컴프레서(10)의 제2 회전 압축 요소(34)의 흡입측으로 복귀시킨다.

이에 따라, 제2 회전 압축 요소(34)를 효과적으로 냉각할 수 있게 되어, 제2 회전 압축 요소(34)의 압축 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에서는 분리 수단으로서의 오일 분리기(170)를 가스 쿨러 (154)와 제1 내부 열 교환기(160) 사이의 냉매 배관에 설치하는 것으로 했으나, 이에 한정되지 않고, 예를 들면 컴프레서(10)와 가스 쿨러(154) 사이의 냉매 배관에 설치할 수 있다. 또한, 오일 리턴 회로(175)에 설치한 감압 수단으로서의 모세관(176)을 제1 내부 열 교환기(160)로부터의 냉매 배관에 교열적으로 권취하여 제2 내부 열 교환기(162)를 구성할 수 있다

또한, 실시예에서는 이산화탄소를 냉매로서 사용했으나, 이에 한정되지 않고, 아산화질소 등, 천이 임계 냉매 사이클에서 사용 가능한 각종 냉매를 사용 가능하다.

<제7 실시예>

이어서 도8에 있어서, 상술한 컴프레서(10)는 도8에 도시한 급탕 장치(153)의 냉매 회로의 일부를 구성한다. 즉, 컴프레서(10)의 냉매 토출관(96)은 가스 쿨러(154)의 입구에 접속된다. 그리고, 이 가스 쿨러(154)를 나온 배관은 교축 수단으로서의 팽창 밸브(156)에 도달한다. 그리고, 팽창 밸브(156)의 출구는 증발기(157)의 입구에 접속되고, 증발기(157)를 나온 배관은 냉매 도입관(94)에 접속되어 있다.

또한, 냉매 도입관(92)의 중도부에서는 도1에서 도시하지 않은 바이패스 회로(180)가 분기되어 있다. 이 바이패스 회로(180)은 제1 회전 압축 요소(32)에서 압축되고, 밀폐 용기(12) 내로 토출된 중간압의 냉매 가스를 팽창 밸브(156)에서감압하지 않고, 증발기(157)에 공급하기 위한 회로이며, 팽창 밸브(156)와 증발기 (157) 사이의 냉매 배관에 접속되어 있다. 그리고, 바이패스 회로(180)에는 이 바이패스 회로(180)의 유로를 개폐하기 위한 밸브 장치로서의 전자 밸브(158)가 설치되어 있다.

이상의 구성에서 본 발명의 냉매 회로 장치의 동작을 설명한다. 또, 컴프레서(10)의 시동 전에는 도시하지 않은 제어 장치에 의해 전자 밸브(158)는 폐쇄되어 있는 것으로 한다.

터미널(20) 및 도시되지 않은 배선을 통하여 컴프레서(10)의 전동 요소(14)의 스테이터 코일(28)에 통전되면, 전동 요소(14)가 시동하여 로터(24)가 회전한다. 이 회전에 따라 회전축(16)과 일체로 설치된 상하 편심부(42, 44)에 끼워 맞춰진 상하 롤러(46, 48)가 상하 실린더(38, 40) 내를 편심 회전한다.

이에 따라, 냉매 도입관(94) 및 하부 지지 부재(56)에 형성된 흡입 통로 (60)를 경유하여 도시하지 않은 흡입 포트로부터 실린더(40)의 저압실측에 흡입된 저압의 냉매 가스는, 롤러(48)와 베인(52)의 동작에 의해 압축되어 중간압이 되고, 하부 실린더(40)의 고압실측에서 도시하지 않은 연통로를 거쳐 중간 토출관(121)으로부터 밀폐 용기(12) 내로 토출된다. 이에 따라, 밀폐 용기(12) 내부는 중간압이 된다.

그리고, 밀폐 용기(12) 내의 중간압의 냉매 가스는 냉매 도입관(92)을 거쳐 상부 지지 부재(54)에 형성된 도시하지 않은 흡입 통로를 경유하여, 도시하지 않은 흡입 포트로부터 제2 회전 압축 요소(34)의 상부 실린더(38)의 저압실측에 흡입되어, 롤러(46)와 베인(50)의 동작에 의해 2단째의 압축이 이루어져 고온 고압의 냉매 가스가 되고, 고압실측으로부터 도시하지 않은 토출 포트를 지나 상부 지지 부재(54)에 형성된 토출 소음실(62)을 거쳐 냉매 토출관(96)으로 외부로 토출된다.

냉매 토출관(96)에서 토출된 냉매 가스는 가스 쿨러(154)에 유입되어, 거기서 방열한 후, 팽창 밸브(156)에 도달한다. 여기에서 냉매는 감압되고, 증발기(157) 내에 유입되어 거기서 주위로부터 흡열한다. 그 후, 냉매 도입관(94)에서 제1 회전 압축 요소(32) 내로 흡입되는 사이클을 반복한다.

다른 한편으로, 장시간 운전하면 증발기(157)에는 부착 서리가 성장한다. 그 경우에는 도시하지 않은 제어 장치에 의해 전자 밸브(158)가 개방되어, 바이패스 회로(180)가 개방되어, 증발기(157)의 제상 운전을 실행한다. 이에 따라, 밀폐 용기(12) 내의 중간압의 냉매 가스는 팽창 밸브(156)의 하류측에 흘러, 감압되지 않고 직접 증발기(157)에 유입하게 된다. 즉, 증발기(157)에는 중간압의 비교적 온도가 높은 냉매가 감압되지 않고 직접 공급되는 형태가 되며, 이에 따라 증발기(157)은 가열되어, 제상된다.

여기에서, 제2 회전 압축 요소(34)에서 토출된 고압 냉매를 감압하지 않고, 증발기(157)에 공급하여 제상한 경우에는, 팽창 밸브(156)가 모두 개방되므로, 제1 회전 압축 요소(32)의 흡입 압력이 상승하고, 이에 따라 제1 회전 압축 요소(32)의 토출 압력(중간압)이 높아진다. 이 냉매는 제2 회전 압축 요소(34)를 통하여 토출되는데, 팽창 밸브(156)가 모두 개방되므로 제2 회전 압축 요소(34)의 토출 압력이 제1 회전 압축 요소(32)의 흡입 압력과 같아지게 되므로, 제2 회전 압축 요소(34)의 토출(고압)과 흡입(중간압)에서 압력의 역전 현상이 발생하게 된다. 그러나, 상술한 바와 같이 제1 회전 압축 요소(32)에서 토출된 중간압의 냉매 가스를 밀폐 용기(12)로부터 추출하여 증발기(157)의 제상을 수행하도록 하므로, 이 같은 제상 운전시의 고압과 중간압의 역전 현상을 방지할 수 있게 된다.

여기에서, 도9는 냉매 회로 장치의 컴프레서(10)의 시동 시의 압력 거동을 나타낸다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 컴프레서(10)의 정지 중에는 팽창 밸브(156)를 모두 개방하는 것으로 한다. 이에 따라, 컴프레서(10)의 시동 전에는 냉매 회로 내의 저압[제1 회전 압축 요소(32)의 흡입측 압력]과 고압[제2 회전 압축 요소(34)의 토출측의 압력]은 균일화되어 있다(실선). 그러나, 밀폐 용기(12)내의 중간압(파선)은 곧바로 균일한 압력이 되지 않고, 전술한 바와 같이, 저압측, 고압측에 비해 높은 압력으로 되어 있다.

따라서, 본 발명에서는 컴프레서(10)의 시동 후, 일정 시간 경과하면 도시하지 않은 제어 장치에 의해 전자 밸브(158)가 개방되어 바이패스 회로(180)의 유로가 개방된다. 이에 따라, 제1 회전 압축 요소(32)에서 압축되어, 밀폐 용기(12) 내로 토출된 냉매 가스의 일부는 냉매 도입관(92)에서 나와 바이패스 배관(180)을 지나, 증발기(157)에 유입된다.

여기에서, 제1 회전 압축 요소(32)에 압축되어, 밀폐 용기(12) 내로 토출된 냉매 가스를 바이패스 회로(180)에서 증발기(157)로 흘려보내지 않은 경우, 이 상태대로 컴프레서(10)를 운전시키면, 제2 회전 압축 요소(34)의 베인(50)에 배압을 가하고 있는 제2 회전 압축 요소의 토출측의 압력과 제2 회전 압축 요소(34)의 흡입측의 압력[밀폐 용기(12) 내의 중간압]이 같거나, 또는 제2 회전 압축 요소(34)의 흡입측의 압력이 높아지므로, 베인(50)을 롤러(46)측에 힘을 가하는 힘이 없어, 베인 비약이 발생되게 된다. 이에 따라, 제2 회전 압축 요소(34)에서 압축이 이루어지지 않게 되어, 컴프레서(10)는 제1 회전 압축 요소(32)에서만 압축이 되어, 압축 효율이 악화되므로 컴프레서의 성적 계수(COP)의 저하를 초래한다.

또한, 제1 회전 압축 요소(32)의 흡입측의 압력(저압)과 제1 회전 압축 요소(32)의 베인(52)에 배압을 가하고 있는 밀폐 용기(12) 내의 중간압과의 압력차가 필요 이상으로 커지게 되어, 베인(52) 선단과 롤러(48)의 외주면과의 활주 이동 부분에 현저하게 면압이 가해져 베인(52) 및 롤러(48)의 마모가 진행되어, 최악의 경우, 손상에 이를 위험성이 있다.

따라서, 밀폐 용기(12) 내의 중간압이 지나치게 상승하게 되면, 전동 요소(14)가 고온에 노출되므로, 냉매 가스의 흡입, 압축, 토출과 같은 컴프레서로서의 각 기능에 지장이 생길 우려가 있다.

그러나, 상술한 바와 같이 바이패스 회로(180)에 의해 제1 회전 압축 요소 (32)로부터 토출된 중간압의 냉매 가스를 밀폐 용기(12) 내에서 증발기(157)로 흘려 보낸 경우에는, 신속하게 중간압이 저하되고, 고압보다 낮아지므로, 상기와 같은 역전 현상을 방지할 수 있다(도9).

이에 따라, 전술하는 바와 같은 컴프레서(10)의 불안정한 운전 거동을 회피할 수 있게 되므로, 컴프레서(10)의 성능 및 내구성이 향상된다. 따라서, 냉매 회로 장치에서의 안정된 운전 상황을 유지할 수 있게 되어, 냉매 회로 장치의 신뢰성의 향상을 도모할 수 있게 된다.

또한, 바이패스 회로(180)의 전자 밸브(158)를 개방한 후 일정 시간 경과하면, 도시하지 않은 제어 장치에 의해 전자 밸브(158)는 폐쇄되고, 이후는 통상의 운전을 반복한다.

이와 같이, 전술한 제상용 회로인 바이패스 회로(180)를 사용하여, 밀폐 용기(12)내의 중간압의 냉매 가스를 증발기(157)측으로 흘려보낼 수 있으므로, 새롭게 배관을 설치하지 않고, 고압과 중간압의 압력 역전 현상을 회피할 수 있게 된다. 이에 따라, 생산 비용의 삭감을 도모할 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에서는 컴프레서(10)의 시동 후, 소정 시간 경과하면 도시하지 않은 제어 장치에 의해 전자 밸브(158)가 개방되어, 바이패스 회로(180)의 유로가 개방되는 것으로 했으나, 이에 한정되지 않고, 예를 들면 도10에 도시한 바와 같이 컴프레서(10)가 시동하기 전부터 도시하지 않은 제어 장치에 의해 전자 밸브(158)가 개방되어, 컴프레서(10)의 시동 후까지의 일정 시간 경과하고 나서 폐쇄되는 경우와, 컴프레서의 시동과 동시에 전자 밸브가 열려 일정 시간 경과하면 폐쇄되는 것으로 할 수도 있다. 이 경우에도 밀폐 용기(12) 내의 중간압과 제2 회전 압축 요소(34)의 토출측의 고압의 압력 역전 현상을 회피할 수 있다.

또한, 실시예에서는 컴프레서로서 내부 중간압형의 다단(2단) 압축식 로터리 컴프레서를 사용했으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다단 압축식의 컴프레서이면 무관하다.

<제8 실시예>

또한, 냉매 도입관(92)에는 도1에서는 도시하지 않았으나, 중간 냉각 회로 (150)가 병렬 접속되어 있다. 이 중간 냉각 회로(150)는 제1 회전 압축 요소(32)에서 압축되고, 밀폐 용기(12) 내로 토출된 중간압의 냉매 가스를 중간 열 교환기(151)에서 방열한 후, 제2 회전 압축 요소(34)에 흡입시키기 위한 것이다. 또한, 중간 냉각 회로(150)에는 제1 회전 압축 요소(32)에서 토출된 냉매를 상기 냉매 도입관(92)으로 흘려보낼 것인지, 중간 냉각 회로(150)로 흘려보낼 것인지를 제어하는 밸브 장치로서의 전술한 전자 밸브(152)가 설치되어 있다. 이 전자 밸브(152)는 상기 토출 가스 온도 센서(190)에 의해 검출되는 제2 회전 압축 요소(34)에서 토출되는 냉매의 온도에 따라서, 토출 냉매 온도가 소정값, 예를 들어 100℃로 상승한 경우에는 전자 밸브(152)를 개방하여 중간 냉각 회로(150)로 냉매를 흘려보내고, 100℃를 만족하지 않는 경우에는 전자 밸브(152)를 폐쇄하여 냉매 도입관(92)에 냉매를 흘려보내는 구성으로 되어 있다. 또, 실시예에서는 전술한 바와 같이 소정값이 동일값(100℃)에서 전자 밸브(152)의 개폐를 제어하고 있으나, 전자 밸브(152)를 개방하는 상한값과, 폐쇄하는 하한값을 다른 설정치로 할 수 있고, 온도 변화에 대응하여 전자 밸브(152)의 개방도를 선형으로, 또는 단계적으로 조절하도록 할 수 있다.

이상의 구성에서 본 발명의 냉매 사이클 장치의 동작을 설명한다. 또, 컴프레서(10)의 시동 전에는 토출 가스 온도 센서(190)에 의해 전자 밸브(152)는 폐쇄되어 있는 것으로 한다.

이에 따라, 냉매 도입관(94) 및 하부 지지 부재(56)에 형성된 흡입 통로(60)를 경유하여 도시하지 않은 흡입 포트로부터 실린더(40)의 저압실측에 흡입된 저압의 냉매 가스는, 롤러(48)와 베인(52)의 동작에 의해 압축되어 중간압이 되고, 하부 실린더(40)의 고압실측에서 도시하지 않은 연통로를 거쳐 중간 토출관(121)으로부터 밀폐 용기(12) 내로 토출된다. 이에 따라, 밀폐 용기(12) 내부는 중간압이 된다.

여기에서 전술한 바와 같이 전자 밸브(152)는 폐쇄되어 있으므로 밀폐 용기(12) 내의 중간압의 냉매 가스는 모두 냉매 도입관(92)으로 유입된다. 그리고, 냉매 도입관(92)으로부터 상부 지지 부재(54)에 형성된 도시하지 않은 흡입 통로를 경유하여, 도시하지 않은 흡입 포트로부터 제2 회전 압축 요소(34)의 상부 실린더(38)의 저압실측에 흡입되어, 롤러(46)와 베인(50)의 동작에 의해 2단째의 압축이 이루어져 고온 고압의 냉매 가스가 되어, 고압실측으로부터 도시하지 않은 토출 포트를 지나 상부 지지 부재(54)에 형성된 토출 소음실(62)을 거쳐 냉매 토출관(96)으로 외부로 토출된다.

이 같은 고온 고압의 냉매 가스는, 가스 쿨러(154)에서 방열되고, 도시하지 않은 저탕 탱크(water tank) 내의 물을 가열하여 온수를 생성한다. 한편, 가스 쿨러(154)에 있어서 냉매 자체는 냉각되어, 가스 쿨러(154)에서 나온다. 그리고, 팽창 밸브(156)에서 감압된 후, 증발기(157) 내에 유입되고 증발되어(이 때에 주위로부터 흡열한다), 냉매 도입관(94)에서 제1 회전 압축 요소(32) 내로 흡입되는 사이클을 반복한다.

한편, 일정 시간 경과하여 토출 가스 온도 센서(190)에 의해 검출되는 제2 회전 압축 요소(34)에서 토출되는 냉매의 온도가 100℃로 상승하면 토출 가스 온도 센서(190)에 의해 전자 밸브(152)가 개방되어 중간 냉각 회로(150)가 개방된다. 이에 따라, 제1 회전 압축 요소(32)에서 압축되어 토출된 중간압의 냉매는 중간 냉각 회로(150)로 유입되고, 거기에 설치된 중간 열 교환기(151)에서 냉각되어 제2 회전 압축 요소(34)에 흡입된다.

이 상태를 도12의 p-h선도(몰리에르선도)에 의해 설명한다. 제2 회전 압축 요소(34)에서 토출되는 냉매의 온도가 100℃로 상승한 경우, 제1 회전 압축 요소 (32)에서 압축되어, 중간압이 된 냉매(도12에 나타낸 B 상태)는 중간 냉각 회로(150)를 통과하여 거기에 설치된 중간 열 교환기(151)에서 열을 빼앗은 후(도12에 점선으로 나타낸 C 상태), 제2 회전 압축 요소(34)에 흡입된다. 그리고, 제2 회전 압축 요소(34)에서 압축되어, 컴프레서(10)의 외부로 토출된다(도12에 나타낸 E 상태). 이 경우, 제2 회전 압축 요소(34)에서 압축되어, 컴프레서(10)의 외부로 토출된 냉매의 온도는 도12에 나타내는 바와 같이 TA2가 된다.

여기에서, 제2 회전 압축 요소(34)에서 토출되는 냉매의 온도가 100℃로 상승한 경우더라도, 전술하는 중간 냉각 회로(150)에 냉매가 흐르지 않는 경우, 제1회전 압축 회로(32)에서 압축되어, 중간압이 된 냉매(도12에 나타낸 B 상태)는 단지 냉매 도입관(92)을 통과하여 제2 회전 압축 요소(34)에 흡입되고, 제2 회전 압축 요소(34)에서 압축되어, 컴프레서(10)의 외부로 토출된다(도12에 나타낸 D 상태). 이 경우, 제2 회전 압축 요소(34)에서 압축되어, 컴프레서(10)의 외부로 토출된 냉매의 온도는 도12에 도시한 바와 같이 TA1이 되어, 중간 냉각 회로(150)에 냉매를 흘려보낸 경우보다 높은 온도가 된다. 이 때문에, 컴프레서(10) 내의 온도가 상승하여, 컴프레서(10)가 과열되므로, 부하가 증대되어 컴프레서(10)의 운전이 불안정해지거나, 밀폐 용기(12) 내의 고온 분위기에 의해 오일이 열화되어 컴프레서(10)의 내구성에 악영향을 끼칠 우려가 있다. 그러나, 전술한 바와 같이 중간 냉각 회로(150)를 통과시켜 중간 열 교환기(151)에서 제1 회전 압축 요소(32)에서 압축된 냉매를 냉각한 후, 제2 회전 압축 요소(34)에 흡입시킴으로써, 제2 회전 압축 요소(34)에서 압축되어, 토출되는 냉매의 온도 상승을 억제할 수 있게 된다.

이에 따라, 제2 회전 압축 요소(34)에서 압축되어 토출되는 냉매 가스의 온도가 비정상 상승하여 냉매 사이클 장치에 악영향을 끼치는 단점을 회피할 수 있게 된다.

그리고, 토출 가스 온도 센서(190)에 의해 검출되는 제2 회전 압축 요소 (34)에서 토출되는 냉매의 온도가 100℃보다 내려가면, 토출 가스 온도 센서(190)에 의해 전자 밸브(152)가 폐쇄되어 통상의 운전을 반복한다.

이에 따라, 제1 회전 압축 요소(32)에서 압축된 냉매는 중간 냉각 회로(150)를 통과하지 않고, 제2 회전 압축 요소(34)에 흡입되므로, 제1 회전 압축 요소(32)에서 압축되어, 제2 회전 압축 요소(34)에 흡입되는 과정에서 냉매의 온도 저하는 거의 없다. 이에 따라, 냉매 가스의 온도가 지나치게 저하되어, 가스 쿨러(154)에 있어서 고온의 온수가 만들어지지 않는 단점을 회피할 수 있게 된다.

이와 같이, 제1 회전 압축 요소(32)에서 압축된 냉매를 제2 회전 압축 요소 (34)에 흡입시키기 위한 냉매 도입관(92)과, 이 냉매 도입관(92)에 병렬 접속된 중간 냉각 회로(150)와, 제1 회전 압축 요소(32)에서 토출된 냉매를 냉매 도입관 (92)으로 흘려보낼지, 중간 냉각 회로(150)로 흘려보낼지를 제어하는 전자 밸브(152)를 구비하여, 제2 회전 압축 요소(34)에서 토출된 냉매의 온도를 검출하기 위한 토출 가스 온도 센서(190)가 검출하는 제2 회전 압축 요소(34)의 토출 냉각 온도가 100℃로 상승한 경우에, 전자 밸브(152)가 개방되어 중간 냉각 회로(150)에 냉매가 흐르므로, 제2 회전 압축 요소(34)의 토출 냉매 온도가 이상 상승하여 컴프레서(10)가 과열되어 운전 거동이 불안정해지거나, 밀폐 용기(12) 내의 고온 분위기에 의해 오일이 열화되어 컴프레서(10)의 내구성에 악영향을 미치는 장애를 방지할 수 있게 된다. 이에 따라, 컴프레서(10)의 내구성이 향상된다.

또한, 토출 가스 온도 센서(190)가 검출하는 제2 회전 압축 요소(34)의 토출 냉매 온도가 100℃보다 저하된 경우에는, 전자 밸브(152)는 폐쇄되어 제1 회전 압축 요소(32)에서 압축된 냉매는 단지 냉매 도입관(92)을 통하여 제2 회전 압축 요소(34)에 흡입되므로, 제2 회전 압축 요소(34)에서 압축되어, 토출되는 냉매 가스의 온도를 고온으로 할 수 있게 된다.

이에 따라, 기동 시에 냉매의 온도가 상승되기 쉬워지며, 컴프레서(10) 내에침지되어 있는 냉매를 조기에 정상적인 상태로 복귀할 수 있게 된다. 이 때문에, 컴프레서(10)의 시동성이 향상된다.

이들에 의해, 가스 쿨러(154)에는 항상 100℃ 정도의 고온의 냉매가 유입되게 되므로, 가스 쿨러(154)에 있어서 항상 일정 온도의 탕수(湯水)를 만들어 낼 수 있게 된다. 이에 따라, 냉매 사이클 장치의 신뢰성도 향상된다.

또한, 본 실시예에서는 컴프레서(10)와 가스 쿨러(154) 사이의 배관에, 컴프레서의 제2 회전 압축 요소의 토출 냉매 온도를 토출 가스 온도 센서(190)로 검출함으로써 전자 밸브(152)를 제어했으나, 이에 한정되지 않고, 예를 들면 시간에 따라 전자 밸브(152)를 제어할 수도 있다. 이 경우에는 컴프레서를 기동하고 나서 소정 시간은 냉매 도입관(92)에 냉매를 흘려보내고, 토출 냉매 온도를 조기에 상승시켜 그 다음은 중간 냉각 회로(150)로 흘려보내도록 전자 밸브(152)의 개폐를 제어한다.

또한, 본 실시예에서는 컴프레서로서 내부 중간압형의 다단(2단) 압축식 로터리 컴프레서를 사용했으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다단 압축식 컴프레서이면 무관하다.

<제9 실시예>

여기에서, 도1의 상기 중간 구획판(36)에는 도13 내지 도15에 나타낸 밀폐 용기(12) 내부와 롤러(46) 내측을 연통하는 관통 구멍(131)이 미세 구멍 가공에 의해 천공 형성되어 있다. 여기에서, 도13은 중간 구획판(36)의 평면도, 도14는 중간 구획판(36)의 종단면도, 도15는 관통 구멍(131)의 밀폐 용기(12)측의 확대도를각각 나타낸다. 즉, 중간 구획판(36)과 회전축(16)의 사이에는 약간의 간극이 형성되어 있으며, 이 간극은 상측이 롤러(46) 내측[롤러(46) 내측의 편심부(42) 주변의 공간]과 연통되어 있다. 또한, 중간 구획판(36)과 회전축(16)과의 사이의 간극은 하측이 롤러(48) 내측[롤러(48) 내측의 편심부(44) 주변의 공간]과 연통되어 있다. 따라서, 이 관통 구멍(131)은, {실린더(38)내의 롤러(46)와 실린더(38)의 상측 개구면을 폐색하는 상부 지지 부재(54)와, 하측 개구면을 폐색하는 중간 구획판(36)과의 사이에 형성된 간극에서 롤러(46) 내측[롤러(46) 내측의 편심부(42) 주변의 공간]에 누출되어, 중간 구획판(36)과 회전축(16)의 사이의 간극 및 롤러(48) 내측에 유입된｝고압의 냉매 가스를 밀폐 용기(12) 내에 흘려보내기 위한 통로이다.

이 관통 구멍(131)에 의해 롤러(46) 내측에 누출된 고압의 냉매 가스는 중간 구획판(36)과 회전축(16) 사이에 형성된 간극을 통하여 관통 구멍(131) 내로 들어가고, 밀폐 용기(12) 내로 유출하게 된다.

이에 따라, 롤러(46) 내측으로 누출된 고압의 냉매 가스를 관통 구멍(131)으로부터 밀폐 용기(12) 내로 흘려보낼 수 있으므로, 롤러(46) 내측, 중간 구획판(36)과 회전축(16) 사이의 간극 및 롤러(48) 내측에 고압의 냉매 가스가 축적하게 되는 단점을 회피할 수 있다. 이에 따라, 롤러(46) 내측 및 롤러(48) 내측에 전술하는 회전축(16)의 급유 구멍(82, 84)에서 압력차를 사용하여 오일을 급유할 수 있게 된다.

특히, 중간 구획판(36)을 수평 방향으로 관통하는 관통 구멍(131)을 형성하는 것만으로 롤러(46) 내측으로 누출된 고압의 냉매 가스를 밀폐 용기(12) 내로 흘려보낼 수 있게 되므로, 가공 비용의 증대도 최대한 억제할 수 있게 된다.

또한, 관통 구멍(131)의 중도부에는 상측으로 연장되어 있는 관통 구멍(종방향 구멍)(133)이 천공 형성되어 있다. 그리고, 상부 실린더(38)에는 중간 구획판(36)의 연통 구멍(133)과 흡입 포트(161)[제2 회전 압축 요소(34)의 흡입측]을 연통하는 주입용 연통 구멍(134)이 천공 형성되어 있다. 여기에서, 중간 구획판(36)의 관통 구멍(131)의 회전축(16)측의 개구는 상기 급유 구멍(82, 84)을 통하여 도시하지 않은 오일 구멍에 연통되어 있다.

이 경우, 후술하는 바와 같이 밀폐 용기(12) 내부는 중간압이 되므로, 2단째 에서 고압이 되는 상부 실린더(38) 내에는 오일 공급이 곤란해지지만, 중간 구획판(36)을 상기와 같은 구성으로 함으로써, 밀폐 용기(12) 내 저부의 오일 저장 공간으로부터 흡인 상승되어 도시하지 않은 오일 구멍을 상승시키고, 급유 구멍(82, 84)에서 나온 오일은 중간 구획판(36)의 관통 구멍(131)으로 들어가고, 연통 구멍(133, 134)을 거쳐 상부 실린더(38)의 흡입측[흡입 포트(161)]에 공급되게 된다.

도16 중 L은 상부 실린더(38) 내의 흡입측 압력 변동을 나타내며, 도면 중 P1은 중간 구획판(36)의 회전축(16)측의 압력을 나타낸다. 이 도면에 L1으로 나타내는 바와 같이 상부 실린더(38)의 흡입측의 압력(흡입 압력)은 흡입 과정에 있어서는 흡입압 손실에 의해 중간 구획판(36)의 회전축(16)측의 압력보다도 저하된다. 이 기간에 회전축(16)의 도시하지 않은 오일 구멍을 거쳐 급유 구멍(82, 84)에서중간 구획판(36)의 관통 구멍(131), 연통 구멍(133)을 거쳐 상부 실린더(38)의 연통 구멍(134)을 통하여 상부 실린더(38) 내로 오일이 주입되어, 급유가 이루어지게 된다.

이와 같이, 롤러(46) 내측으로 누출된 고압의 냉매 가스를 밀폐 용기(12) 내로 흘려보내기 위해 형성된 관통 구멍(131)에 상측으로 연장되어 있는 연통 구멍(종공)(133)을 형성함과 동시에, 중간 구획판(36)의 연통 구멍(133)과 상부 실린더(38)의 흡입 포트(161)를 연통하는 주입용 연통 구멍(134)를 형성함으로써, 중간압이 되는 밀폐 용기(12) 내보다도 제2 회전 압축 요소(34)의 실린더(38) 내의 압력이 높아지는 상황이더라도, 제2 회전 압축 요소(34)의 흡입 과정에서의 흡입 압 손실을 이용하여, 중간 구획판(36)에 형성한 관통 구멍(131)에서 실린더(38) 내로 확실하게 오일을 공급할 수 있게 된다.

또한, 롤러(46) 내측의 고압 방출을 위한 관통 구멍(131)을 겸용하여, 해당 관통 구멍(131)에서 상측으로 연장되어 있는 연통 구멍(133)과, 상부 실린더(38)의 흡입 포트(161)와 연통 구멍(133)을 연통하는 연통 구멍(134)을 상부 실린더(38)에 형성하는 것만으로, 제2 회전 압축 요소(34)로의 급유를 확실하게 수행할 수 있게 되므로, 간단한 구조로, 또한 낮은 비용으로 컴프레서의 성능 향상과 신뢰성 회복을 도모할 수 있게 된다.

즉, 제2 회전 압축 요소의 롤러(46) 내측이 고압이 되는 단점을 회피함과 동시에, 제2 회전 압축 요소(34)의 윤활을 확실하게 수행할 수 있게 되어, 로터리 컴프레서(10)의 성능 확보와 신뢰성 향상을 도모할 수 있게 된다.

또한, 전술한 바와 같이 전동 요소(14)를 인버터에 의해, 컴프레서 시동 시에는 저속으로 기동되도록 회전수를 제어되므로, 로터리 컴프레서(10)의 시동 시에는 관통 구멍(131)을 통하여 밀폐 용기(12) 내 저부의 오일 저장 공간으로부터 오일을 흡입하더라도, 액체 압축에 따른 악영향을 억제하여, 신뢰성 저하를 피할 수 있게 된다.

그리고, 이 경우 냉매로서는 지구 환경에 친화적이고, 가연성 및 독성 등을 고려하여 자연 냉매인 상기 이산화탄소(CO₂)를 사용하고, 밀폐 용기(12) 내에 봉입되는 윤활유로서의 오일은, 예를 들면 광물유(미네랄 오일), 알킬벤젠유, 에테르유, 에스테르유, PAG(폴리알킬글리콜) 등 기존의 오일이 사용된다.

밀폐 용기(12)의 용기 본체(12A)의 측면에는 상부 지지 부재(54)와 하부 지지 부재(56)의 흡입 통로(58, 60), 토출 소음실(62) 및 상부 커버(66)의 상측[전동 요소(14)의 하단에 대략 대응하는 위치]에 대응하는 위치에, 슬리브(141, 142, 143, 144)가 각각 용접 고정되어 있다. 슬리브(141, 142)는 상하로 인접함과 동시에 슬리브(143)는 슬리브(141)의 대략 대각선 상에 있다. 또한, 슬리브(144)는 슬리브(141)와 약 90°이격된 위치에 있다.

그리고, 슬리브(141) 내에는 상부 실린더(38)에 냉매 가스를 도입하기 위한 냉매 도입관(92)의 일단이 삽입 접속되고, 이 냉매 도입관(92)의 일단은 상부 실린더(38)의 흡입 통로(58)에 연통된다. 이 냉매 도입관(92)은 밀폐 용기(12)의 상측을 통과하여 슬리브(144)에 도달하고, 타단은 슬리브(144) 내에 삽입 접속되어 밀폐 용기(12) 내에 연통한다.

또한, 슬리브(142) 내에는 하부 실린더(40)에 냉매 가스를 도입하기 위한 냉매 도입관(94)의 일단이 삽입 접속되고, 이 냉매 도입관(94)의 일단은 하부 실린더(40)의 흡입 통로(60)에 연통된다. 또한, 슬리브(143) 내에는 냉매 토출관(96)이 삽입 접속되고, 이 냉매 토출관(96)의 일단은 토출 소음실(62)에 연통된다.

이상의 구성에서 이하 동작을 설명한다. 또, 로터리 컴프레서(10)의 기동 전에는 밀폐 용기(12) 내의 오일면(유면)은 중간 구획판(36)에 형성된 관통 구멍(131)의 밀폐 용기(12)측의 개구보다 통상적으로 상측에 있다. 이 때문에, 관통 구멍(131) 내에 관통 구멍(131)의 밀폐 용기(12)측의 개구로부터 밀폐 용기(12)내의 오일이 유입한다.

터미널(20) 및 도시되지 않은 배선을 통하여 상기 인버터에 의해 전동 요소(14)의 스테이터 코일(28)에 통전되면, 전동 요소(14)가 기동하여 로터(24)가 회전한다. 이 경우의 기동은 전술한 바와 같이 저속으로 수행되고, 그 이후에 증속되어간다. 이 회전에 의해 회전축(16)과 일체로 형성된 상하 편심부(42, 44)에 끼워 맞춰진 상하 롤러(46, 48)가 상하 실린더(38, 40) 내를 편심 회전한다.

이에 따라, 냉매 도입관(94) 및 하부 지지 부재(56)에 형성된 흡입 통로(60)를 경유하여 흡입 포트(162)로부터 하부 실린더(40)의 저압실측에 흡입된 저압(4MPaG)의 냉매 가스는, 롤러(48)와 도시하지 않은 베인의 동작에 의해 압축되어 중간압(8MPaG)이 되고, 하부 실린더(40)의 고압실측으로부터 토출 포트(41), 하부 지지 부재(56)에 형성된 토출 소음실(64)에서 연통로(63)를 거쳐 중간 토출관(121)에서 밀폐 용기(12) 내로 토출된다.

그리고, 밀폐 용기(12) 내의 중간압의 냉매 가스는 슬리브(144)에서 나와 냉매 도입관(92) 및 상부 지지 부재(54)에 형성된 흡입 통로(58)를 경유하여 흡입 포트(161)로부터 상부 실린더(38)의 저압실측에 흡입된다.

한편, 로터리 컴프레서(10)가 기동하면 상기 관통 구멍(131)의 밀폐 용기(12)측의 개구로부터 침입한 오일이 연통 구멍(133), 연통 구멍(134)을 거쳐 제2 회전 압축 요소(34)의 실린더(38)의 저압실측에 흡입된다. 그리고, 실린더(38)의 저압실측에 흡입된 중간압의 냉매 가스와 오일은 롤러(46)와 도시하지 않은 베인의 동작에 의해 2단째의 압축이 이루어진다. 따라서, 냉매 가스는 고온 고압이 된다(12MPaG).

이 경우, 중간압의 냉매 가스와 함께, 상기 관통 구멍(131)의 밀폐 용기(12)측의 개구로부터 침입한 오일도 압축되는데, 로터리 컴프레서(10)는 인버터에 의해 기동 시에는 저속으로 운전되도록 회전수가 제어되므로, 토오크도 작기 때문에, 오일 압축하더라도 로터리 컴프레서(10)에 미치는 영향은 거의 없어, 통상적인 운전이 이루어진다.

그리고, 소정의 제어 패턴으로 회전수가 상승되어 가고, 최종적으로 전동 요소(14)는 원하는 회전수로 운전된다. 운전중의 유면은 관통 구멍(131)보다 하측이 되나, 상기 관통 구멍(131)에서 연통 구멍(133) 및 연통 구멍(134)을 거쳐 제2 회전 압축 요소(34)의 흡입측으로의 급유가 이루어지므로, 제2 회전 압축 요소(34)의활주 이동부의 오일 부족을 회피할 수 있다.

이와 같이, 중간 구획판(36)에 밀폐 용기(12) 내부와 롤러(46) 내측을 연통하는 관통 구멍(131)을 천공 형성함과 동시에, 제2 회전 압축 요소(34)를 구성하기 위한 실린더(38)에는 중간 구획판의 관통 구멍(131)과 제2 회전 압축 요소의 흡입측을 연통하는 연통 구멍(133) 및 연통 구멍(134)을 천공 형성했으므로, 롤러(46) 내측에 누출된 고압의 냉매 가스를 이 관통 구멍(131)에서 밀폐 용기(12) 내로 흘려보낼 수 있다.

이에 따라, 롤러(46) 내측과 롤러(48) 내측에 압력차를 사용하여 회전축(16)의 급유 구멍(82, 84)으로부터 오일이 원활하게 공급되므로, 롤러(46) 내측의 편심부(42) 주변 및 롤러(48) 내측의 편심부(44) 주변에서의 오일 부족을 방지할 수 있게 된다.

또한, 중간압이 되는 밀폐 용기(12) 내부보다도 제2 회전 압축 요소(34)의 실린더(38) 내의 압력이 높아지게 되는 상황이더라도, 제2 회전 압축 요소(34)에서의 흡입 과정에서의 흡입압 손실을 이용하여, 중간 구획판(36)의 관통 구멍(131)과 연통 형성한 연통 구멍(133) 및 연통 구멍(134)으로부터 실린더(38) 내로 확실하게 오일을 공급할 수 있다.

따라서, 비교적 간단한 구성에 의해, 롤러(46) 내측이 고압이 되는 단점을 회피하여, 제2 회전 압축 요소(334)의 윤활을 확실하게 수행할 수 있으므로 로터리 컴프레서(10)의 성능 확보와 신뢰성 향상을 도모할 수 있게 된다.

또한, 전동 요소(14)는 시동 시에는 저속으로 기동되는 회전수 제어형의 모터이므로, 로터리 컴프레서(10)의 시동 시에는 관통 구멍(131)을 통하여 밀폐 용기(12) 내 저부의 오일 저장 공간으로부터 오일을 흡입하더라도, 액체 압축에 따른 악영향을 억제하여, 신뢰성 저하를 회피할 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에서는 중간 구획판(36)과 회전축(16)과의 사이에 형성된 간극의 상측이 롤러(46) 내측과 연통되어 있으며, 하측이 롤러(48) 내측과 연통되어 있는 것으로 했으나, 이에 한정되지 않고, 중간 구획판(36)과 회전축(16)과의 사이에 형성된 간극의 상측만이 롤러(46) 내측과 연통되어 있는 경우[하측이 롤러(48) 내측과 연통되지 않은 경우]로 할 수 있다. 또한, 롤러(46) 내측 및 롤러(48) 내측이 중간 구획판(36)에 의해서 구획되어 있는 경우로 하여도 된다. 이 경우에도, 중간 구획판의 관통 구멍(131)의 중도부에 롤러(46) 내측과 연통하는 축심 방향의 구멍을 형성함에 따라, 롤러(46) 내측의 고압을 밀폐 용기(12) 내에 흘려보낼 수 있으며, 또한, 급유 구멍(82)을 통하여 제2 회전 압축 요소(32)의 흡입측으로 오일 급유할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 제1 회전 압축 요소의 용적이 2.89cc, 제2 회전 압축 요소의 용적이 1.88cc인 로터리 컴프레서를 사용했으나, 상기 용적인 것에 한정되지 않고, 다른 용적의 로터리 컴프레서를 사용해도 무관하다.

또한, 본 실시예에서는 로터리 컴프레서를 제1 및 제2 회전 압축 요소를 구비한 2단 압축식 로터리 컴프레서로 설명했으나, 이에 한정되지 않고, 회전 압축 요소를 3단, 4단 또는 그 이상의 회전 압축 요소를 구비한 다단식 압축 로터리 컴프레서로 적용해도 무관하다.

<제10 실시예>

이하 도면에 근거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도17은 본 발명의 로터리 컴프레서의 실시예로서, 제1 및 제2 회전 압축 요소(32, 34)를 구비한 내부 중간압형 다단(2단) 압축식 로터리 컴프레서(10)의 종단면도를 나타낸다. 도17에 있어서, 도1과 동일 부호가 붙어있는 것은 동일하거나 같은 작용을 갖는 것으로 하여, 그 설명도 생략한다.

도17에 있어서, 상하 실린더(38, 40)에는 도시하지 않은 흡입 포트에서 상하 실린더(38, 40)의 내부와 각각 연통하는 흡입 통로(58, 60)가 설치되어 있다. 또한, 상부 지지 부재(54)에는 상부 실린더(38) 내에서 압축된 냉매를 도시하지 않은 토출 포트로부터 상부 지지 부재(54)의 오목부를 벽으로서의 커버에 의해 폐색함으로써 형성된 토출 소음실(62)가 설치되어 있다. 즉, 토출 소음실(62)은 그 토출 소음실(62)을 구획 형성하는 벽으로서의 상부 커버(66)로 폐색된다.

한편, 하부 실린더(40) 내에서 압축된 냉매 가스는 도시하지 않은 토출 포트로부터 하부 지지 부재(56)의 전동 요소(14)와는 반대측[밀폐 용기(12)의 저부측]에 형성된 토출 소음실(64)로 토출된다. 이 토출 소음실(64)은 하부 지지 부재(56)의 전동 요소(14)와는 반대측을 덮는 컵(65)으로 구성되어 있다. 이 컵(65)은 중심에 회전축(16) 및 회전축(16)의 베어링을 겸용하는 하부 지지 부재(56)의 후술하는 베어링(56A)이 관통하기 위한 구멍을 가진다.

이 경우, 상부 지지 부재(54)의 중앙에는 베어링(54A)이 기립 형성되어 있다. 또한, 하부 지지 부재(56)의 중앙에는 전술한 베어링(56A)이 관통 형성되어있으며, 회전축(16)은 상부 지지 부재(54)의 베어링(54A)과 하부 지지 부재(56)의 베어링(56A)에 지지되어 있다.

또한, 상부 커버(66)는 제2 회전 압축 요소(34)의 상부 실린더(38) 내부와 도시하지 않은 토출 포트로 연통되는 토출 소음실(62)을 구획 형성하고, 이 상부 커버(66)의 상측에는, 상부 커버(66)와 소정 간격을 두고, 전동 요소(14)가 설치되어 있다. 이 상부 커버(66)는 상기 상부 지지 부재(54)의 베어링(54A)이 관통하는 공이 형성된 대략 도넛형의 원형 강판으로 구성되어 있다.

또, 밀폐 용기(2) 내에 봉입되는 윤활유로서의 오일로서는, 예를 들면 광물유(미네랄 오일), 알킬벤젠유, 에테르유, 에스테르유, PAG(폴리알킬글리콜) 등의 기존의 오일이 사용된다.

또한, 밀폐 용기(12)의 용기 본체(12A)의 측면에는, 상하 실린더(38, 40)의 흡입 통로(58, 60), 상부 실린더(38)의 흡입 통로(58)와는 반대측, 로터(24)의 하측[전동 요소(14)의 바로 아래]에 대응하는 위치에, 슬리브(141, 142, 143, 144)가 각각 용접 고정되어 있다. 슬리브(141, 142)는 상하로 인접함과 동시에,슬리브(143)는 슬리브(141)의 대략 대각선 상에 있다. 또한, 슬리브(144)는 슬리브(141)의 상방에 위치한다.

그리고, 슬리브(141) 내에는 상부 실린더(38)에 냉매 가스를 도입하기 위한 냉매 도입관(92)의 일단이 삽입 접속되고, 이 냉매 도입관(92)의 일단은 상부 실린더(38)의 흡입 통로(58)와 연통된다. 이 냉매 도입관(92)은 밀폐 용기(12)의 외측을 통과하여 슬리브(144)에 도달하고, 타단은 슬리브(144) 내에 삽입 접속되어 밀폐 용기(12) 내로 통과된다.

또한, 슬리브(142) 내에는 하부 실린더(40)에 냉매 가스를 도입하기 위한 냉매 도입관(94)의 일단이 삽입 접속되고, 이 냉매 도입관(94)의 일단은 하부 실린더(40)의 흡입 통로(60)와 연통된다. 또한, 슬리브(143) 내에는 냉매 토출관(96)이 삽입 접속되고, 이 냉매 토출관(96)의 일단은 후술하는 토출 통로(80)와 연통된다.

전술한 토출 통로(80)는 토출 소음실(62)과 냉매 토출관(96)을 연통하는 통로이다. 이 토출 통로(80)는 후술하는 오일 저장 공간(100)의 도중에서 분기하는 형태로 상부 실린더(38) 내에 수평 방향으로 형성되고, 이 토출 통로(80)에는 상기 냉매 토출관(96)의 일단이 삽입 접속된다.

그리고, 제2 회전 압축 요소(34)에서 압축되어 토출 소음실(62) 내로 토출된 냉매는 그 토출 통로(80)를 지나 냉매 토출관(96)에서 로터리 컴프레서(10)의 외부로 토출된다.

또한, 상기 오일 저장 공간(100)은 제2 회전 압축 요소(34)의 흡입 통로(60)와 반대측에 위치하는 부분[흡입 통로(60) 이외의 부분]의 하부 실린더(40) 내에 형성되어 있다. 당해 오일 저장 공간(100)은 상부 실린더(38), 중간 구획판(36) 및 하부 실린더(40)를 상하로 관통하는 구멍에 의해 구성되어 있다. 이 오일 저장 공간(100)의 상단은 토출 소음실(62)에 연통되고, 하단은 하부 지지 부재(56)에 의해 폐색되어 있다. 그리고, 상기 토출 통로(80)는 상기 오일 저장 공간(100)의 상단보다 다소 낮은 위치에 연통한다.

또한, 이 오일 저장 공간(100)의 하단보다 다소 낮은 위치에는, 리턴 통로 (110)가 분기하는 형태로 설치되어 있다. 이 리턴 통로(110)는 오일 저장 공간(100)에서 외측[밀폐 용기(12)측]을 향하여 하부 실린더(40) 내에 수평 방향으로 형성된 구멍이며, 이 리턴 통로(110) 내에는 교축 기능을 갖는 미세 구멍이 형성된 교축 부재(102)가 설치되어 있다. 이에 따라, 리턴 통로(110)는 교축 부재(102)의 미세 구멍을 통하여 오일 저장 공간(100) 내부와 밀폐 용기(12) 내부가 연통하고 있다. 그리고, 오일 저장 공간(100)의 하부에 축적된 오일은 리턴 통로(110) 내의 교축 부재(102)의 미세 구멍을 통과하고, 그 과정에서 감압되어 밀폐 용기(12) 내로 유출된다. 이 유출된 오일은 밀폐 용기(12) 내 저부의 오일 저장 공간(12C)으로 복귀된다.

이와 같은 오일 저장 공간(100)을 회전 압축 기구부(18) 내에 형성함으로써, 제2 회전 압축 요소(34)에서 압축되어, 토출된 냉매 가스와 오일은 토출 소음실(62)에서 나온 후, 오일 저장 공간(100) 내를 흘러 내리고, 냉매 가스는 토출 통로(80)를 향하고, 오일은 그대로 오일 저장 공간(100) 하부로 흘러 내리게 된다. 이에 따라, 제2 회전 압축 요소(34)에서 냉매 가스와 함께 토출된 오일은 원활하게 분리되어 오일 저장 공간(100) 하부에 축적되므로, 로터리 컴프레서(10)의 외부로 토출되는 오일량을 저감할 수 있게 되어, 냉동 사이클의 냉매 회로 중에 당해 오일이 다량으로 유출되어 냉동 사이클의 성능을 악화시키는 단점을 최대한 방지할 수 있게 된다.

또한, 이 오일 저장 공간(100)에 저유된 오일은 교축 부재(102)를 갖는 리턴 통로(110)를 통하여 밀폐 용기(12) 내 저부에 형성된 오일 저장 공간(12C)으로 복귀시키도록 하고 있으므로, 밀폐 용기(12) 내의 오일이 부족하게 되는 단점도 회피할 수 있게 된다.

따라서, 냉매 사이클의 냉매 회로 중으로의 오일 토출을 최대한 저감할 수 있게 됨과 동시에, 밀폐 용기(12) 내의 오일을 원활히 공급할 수 있게 되어, 로터리 컴프레서(10)의 성능 및 신뢰성 향상을 도모할 수 있게 된다.

또한, 오일 저장 공간(100)을 중간 구획판(36) 및 하부 실린더(40)를 상하로 관통하는 관통 구멍으로 형성하고 있기 때문에, 간단한 구조로 로터리 컴프레서(10) 외부로의 오일 유출을 최대한 저감할 수 있게 된다.

또한, 오일 저장 공간(100)을 하부 실린더(40)의 흡입 통로(60)와 반대측에 위치하는 하부 실린더(40) 내에 형성했으므로, 공간 효율도 향상시킬 수 있게 된다.

이상의 구성에서 다음에 동작을 설명한다. 터미널(20) 및 도시하지 않은 배선을 통하여 전동 요소(14)의 스테이터 코일(28)에 통전되면, 전동 요소(14)가 기동하여 로터(24)가 회전한다. 이 회전에 의해 회전축(16)과 일체로 형성된 상하 편심부(42, 44)에 끼워 맞춰져 상하 롤러(46, 48)가 상하 실린더(38, 40) 내를 편심 회전한다.

이에 따라, 냉매 도입관(94) 및 하부 실린더(40)에 형성된 흡입 통로(60)를 경유하여 도시하지 않은 흡입 포트로부터 실린더(40)의 저압실측에 흡입된 저압의 냉매 가스는, 롤러(48)와 도시하지 않은 베인의 동작에 의해 압축되어 중간압이 되고, 하부 실린더(40)의 고압실측으로부터 도시하지 않은 토출 포트, 토출 소음실(64), 도시하지 않은 연통로를 거쳐 중간 토출관(121)에서 밀폐 용기(12) 내로 토출된다. 이에 따라, 밀폐 용기(12) 내부는 중간압이 된다.

그리고, 밀폐 용기(12) 내의 중간압의 냉매 가스는 슬리브(144)에서 나와 냉매 도입관(92) 및 상부 실린더(38)에 형성한 흡입 통로(58)를 경유하여 도시하지 않은 흡입 포트로부터 상부 실린더(38)의 저압실측으로 흡입된다. 흡입된 중간압의 냉매 가스는 롤러(46)와 도시하지 않은 베인 동작에 의해 2단째의 압축이 이루어져 고온 고압의 냉매 가스가 되고, 고압실측으로부터 도시하지 않은 토출 포트를 지나 상부 지지 부재(54)에 형성된 토출 소음실(62)로 토출된다.

여기에서, 제2 회전 압축 요소(34)에서 압축되는 냉매 가스 중에는 제2 회전 압축 요소(34)에 공급되는 오일도 혼입되어 있으며, 이 오일도 토출 소음실(62)내로 토출된다. 그리고, 토출 소음실(62)에 토출된 냉매 가스와 당해 냉매 가스 중에 혼입된 오일은 오일 저장 공간(100)에 도달한다. 이 오일 저장 공간(100)에 들어간 후, 냉매 가스는 토출 통로(80)를 향하고, 오일은 분리되어 전술한 바와 같이 오일 저장 공간(100)의 하부에 축적된다. 오일 저장 공간(100)에 축적된 오일은 전술한 리턴 통로(110)를 거쳐, 교축 부재(102) 내로 유입한다. 이 교축 부재(102)에 유입된 오일은 여기에서 감압되어, 밀폐 용기(12) 내로 유출된다. 이 유출된 오일은 밀폐 용기(12)의 용기 본체(12A)의 벽면과 하부 실린더(40) 및 하부 지지 부재(56) 등의 밀폐 용기(12) 내 저부의 오일 저장 공간(12C)으로 복귀된다. 한편, 냉매 가스는 토출 통로(80)에서 냉매 토출관(96)을 거쳐 로터리 컴프레서(10)의 외부로 토출된다.

이와 같이, 회전 압축 기구부(18) 내에 제2 회전 압축 요소(34)로부터 냉매 가스와 함께 토출된 오일을 분리하여 저유하기 위한 오일 저장 공간(100)을 형성함과 동시에, 이 오일 저장 공간(100)을 교축 부재(102)를 갖는 리턴 통로(110)를 통하여 밀폐 용기(12) 내로 연통시켰으므로, 제2 회전 압축 요소(34)에서 압축된 냉매 가스와 함께, 로터리 컴프레서(10)의 외부로 토출되는 오일량을 저감할 수 있게 된다.

이에 따라, 냉동 사이클의 냉매 회로 중에 해당 오일이 다량으로 유출되어 냉동 사이클의 성능을 악화시키는 단점을 최대한 방지할 수 있게 된다.

또한, 오일 저장 공간(100)을 흡입 통로(60)와 반대측에 위치하는 부분의 하부 실린더(40) 내에 형성했으므로, 공간 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 오일 저장 공간(100)을 중간 구획판(36) 및 상하 실린더(38, 40)를 상하로 관통하는 관통 구멍으로 했으므로, 간단한 구조로, 컴프레서 외부로의 오일 유출을 최대한 저감할 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에서는 제2 회전 압축 요소(34)의 토출 통로(80)를 상부 실린더(38) 내에 형성함과 동시에, 이 토출 통로(80), 냉매 토출관(96)을 거쳐 외부로 토출하는 구성으로 했으나, 이에 한정되지 않고, 제2 회전 압축 요소의 토출 통로(34)의 토출 통로(80)를 상부 지지 부재(54) 내에 형성한 경우에도 본 발명은 유효하다.

이 경우에는 오일 저장 공간(100)의 상단을 토출 소음실(62) 내부, 또는 그 토출 소음실(62)에서 나온 후의 토출 통로(80)의 도중에 연통시키면 된다.

또한, 본 실시에에서는 리턴 통로(110)를 하부 실린더(40)에 설치하는 구조로 했으나, 이에 한정되지 않고, 하부 지지 부재(56) 등에 형성해도 무관하다.

또한, 로터리 컴프레서를 제1 및 제2 회전 압축 요소를 구비한 2단 압축식 로터리 컴프레서로 설명했으나, 이에 한정되지 않고 내부 저압형 1단 압축식 로터리 컴프레서와 회전 압축 요소를 3단, 4단 또는 그 이상의 회전 압축 요소를 구비한 다단 압축식 로터리 컴프레서에 적용해도 지장은 없다.

이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 청구항 1에 따른 발명에 의하면, 컴프레서는 밀폐 용기 내에 전동 요소와 이 전동 요소에서 구동되는 제1 및 제2 회전 압축 요소를 포함하고, 제1 회전 압축 요소에서 압축되어 토출된 냉매를 제2 회전 압축 요소에 흡입하여 압축하고, 가스 쿨러로 토출함과 동시에, 제1 회전 압축 요소로부터 토출된 냉매를 가스 쿨러에서 방열시키기 위한 중간 냉각 회로와, 가스 쿨러에서 나온 제2 회전 압축 요소로부터의 냉매와 증발기를 나온 냉매를 열 교환시키기 위한 제1 내부 열 교환기와, 가스 쿨러를 나온 중간 냉각 회로를 흐르는 냉매와 제1 내부 열 교환기를 나온 증발기로부터의 냉매를 열 교환시키기 위한 제2 내부 열 교환기를 포함하므로, 증발기로부터 나온 냉매는 제1 내부 열 교환기에서 가스 쿨러에서 나온 제2 회전 압축 요소로부터의 냉매와 열 교환하여 열을 빼앗고, 제2 내부 열 교환기에서는 가스 쿨러에서 나온 중간 냉각 회로를 흐르는 냉매와 열 교환하여 열을 빼앗으므로, 확실하게 냉매의 과열도를 확보하여 컴프레서에서의 액체 압축을 회피할 수 있게 된다.

한편, 가스 쿨러에서 나온 제2 회전 압축 요소로부터의 냉매는 제1 내부 열 교환기에 있어서 증발기를 나온 냉매에 열을 빼앗기므로, 그에 따라 냉매의 온도를 낮출 수 있으며, 이에 따라 증발기에서의 냉매 가스의 냉각 능력이 향상한다. 따라서, 냉매 순환량을 증가시키지 않고 원하는 증발 온도를 용이하게 달성할 수 있게 되어, 컴프레서에서의 소비 전력의 저감도 도모할 수 있게 된다.

또한, 중간 냉각 회로를 포함하므로, 컴프레서의 내부 온도를 낮출 수 있다. 특히, 이 경우 중간 냉각 회로를 흐르는 냉매는 가스 쿨러에서 방열한 후, 증발기로부터의 냉매에 열을 공급하여 제2 회전 압축 요소에 흡입되게 되므로, 제2 내부 열 교환기를 설치함에 따른 컴프레서 내부의 온도 상승은 발생되지 않는다.

또한, 냉매로서 이산화탄소를 사용하므로, 환경 문제에도 기여할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 증발기에서의 냉매의 증발 온도가 +12℃ 내지 -10℃인 경우에 매우 유효하다.

또한, 이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 청구항 4에 따른 발명에 의하면, 컴프레서는 밀폐 용기 내에 구동 요소로 구동되는 제1 및 제2 회전 압축 요소를 포함하고, 제1 회전 압축 요소에서 압축되어 토출된 냉매를 제2 회전 압축 요소에 흡입하여 압축하고, 가스 쿨러로 토출함과 동시에, 제1 회전 압축 요소로부터 토출된 냉매를 가스 쿨러에서 방열시키기 위한 중간 냉각 회로와, 제2 회전 압축 요소에서 압축된 냉매로부터 오일을 분리하기 위한 오일 분리 수단과, 이 오일 분리 수단에서 분리된 오일을 감압하여 컴프레서 내로 복귀시키기 위한 오일 리턴 회로와, 가스 쿨러에서 나온 제2 회전 압축 요소로부터의 냉매와 증발기를 나온 냉매를 열 교환시키기 위한 제1 내부 열 교환기와, 오일 리턴 회로를 흐르는 오일과 제1 내부 열 교환기를 나온 증발기로부터의 냉매를 열 교환시키기 위한 제2 내부 열 교환기를 포함하고, 교축 수단을 제1 교축 수단과 이 제1 교축 수단의 하류측에 설치된 제2 교축 수단으로 구성되어, 제1 및 제2 교축 수단 사이를 흐르는 냉매의 일부를 컴프레서의 제2 회전 압축 요소의 흡입측에 주입하는 인젝션 회로를 포함하므로, 증발기에서 나온 냉매는 제1 내부 열 교환기에서 가스 쿨러를 나온 제2 회전 압축 요소로부터의 냉매와 열 교환하여 열을 빼앗고, 제2 내부 열 교환에 있어서는 오일 리턴 회로를 흐르는 오일과 열 교환하여 열을 빼앗으므로, 확실하게 냉매의 과열도를 확보하여 컴프레서에서의 액체 압축을 회피할 수 있게 된다.

한편, 가스 쿨러를 나온 제2 회전 압축 요소로부터의 냉매는, 제1 내부 열 교환기에 있어서 증발기를 나온 냉매에 열을 빼앗기므로, 그에 따라 냉매의 증발 온도를 낮출 수 있다. 또한, 중간 냉각 회로를 포함하므로, 컴프레서 내부의 온도도 낮출 수 있다.

또한, 오일 리턴 회로를 흐르는 오일은 제2 내부 열 교환기에서 제1 내부 열 교환기를 나온 증발기로부터의 냉매에 열을 빼앗긴 후, 컴프레서 내로 복귀되므로, 컴프레서 내부의 온도를 더 한층 낮출 수 있게 된다.

또한, 제1 및 제2 교축 수단 사이를 흐르는 냉매의 일부는 인젝션 회로를 통과하여, 컴프레서의 제2 회전 압축 요소의 흡입측에 주입되므로, 이 주입 냉매에 의해 제2 회전 압축 요소를 냉각할 수 있게 된다. 이에 따라, 제2 회전 압축 요소의 압축 효율을 개선하고, 또한 컴프레서 자체의 온도도 효과적으로 낮출 수 있게 된다.

즉, 제1 회전 압축 요소에서 압축된 중간압의 냉매 가스를 중간 냉각 회로 를 통과시켜서, 밀폐 용기 내의 온도 상승을 억제할 수 있는 효과와, 오일 분리기에서 냉매 가스로부터 분리된 오일을 제2 내부 열 교환기에 통과시켜, 밀폐 용기 내의 온도 상승을 억제하는 효과와, 또한 제1 교축 수단과 제2 교축 수단 사이의 배관을 흐르는 냉매의 일부를 컴프레서의 제2 회전 압축 요소의 흡입측에 주입하고, 주위로부터 흡열하여 증발시켜서, 제2 회전 압축 요소를 냉각하는 효과에 의해서, 제2 회전 압축 요소에서의 압축 효율의 향상을 도모할 수 있게 되며, 아울러 제2 회전 압축 요소에서 압축된 냉매 가스를 제1 내부 열 교환기를 통과시켜, 증발기에서의 냉매의 증발 온도가 낮아지는 효과에 의해, 증발기에서의 냉각 능력을 현저히 향상시키면서, 컴프레서에서의 소비 전력의 저감도 도모할 수 있게 된다.

본 발명에 의하면, 제1 및 제2 교축 수단 사이에 기액 분리 수단을 설치하고, 인젝션 회로는 기액 분리 수단에서 분리된 액체 냉매를 감압하여 컴프레서의 제2 회전 압축 요소의 흡입측에 주입하므로, 인젝션 회로로부터의 냉매가 증발하여 주위로부터 흡열하여, 제2 회전 압축 요소를 포함하는 컴프레서 자체를 한층 효과적으로 냉각할 수 있게 된다. 이에 따라, 냉매 사이클의 증발기에서의 냉매의 증발 온도를 더 한층 저하시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의하면, 오일 리턴 회로는 오일 분리 수단에 의해 분리된 오일을, 제2 내부 열 교환기에서 제1 내부 열 교환기를 나온 증발기로부터의 냉매와 열 교환시킨 후, 컴프레서의 밀폐 용기 내로 복귀시키므로, 이 오일에 의해 컴프레서의 밀폐 용기 내의 온도를 효과적으로 저하시킬 수 있게 된다.

오일 리턴 회로는 오일 분리 수단에 의해 분리된 오일을 제2 내부 열 교환기에서 제1 내부 열 교환기를 나온 증발기로부터의 냉매와 열 교환시킨 후, 컴프레서의 제2 회전 압축 요소의 흡입측으로 복귀시키므로, 제2 회전 압축 요소를 윤활하면서, 압축 효율을 개선하고, 또한 컴프레서 자체의 온도도 효과적으로 저하시킬 수 있게 된다.

또한, 냉매로서 이산화탄소, HFC계 냉매인 R23, 아산화질소 중 적어도 어느 1종의 냉매를 사용하므로, 원하는 냉각 능력을 얻을 수 있음과 동시에, 환경 문제에도 기여할 수 있게 된다.

또한, 상기 구성에 따라 상기 발명과 같은 증발기에서의 냉매의 증발 온도를 -50℃ 이하로 하는 경우에 매우 유효해진다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 청구항 10에 따른 발명에 의하면,컴프레서는 밀폐 용기 내에 전동 요소와 이 전동 요소에서 구동되는 제1 및 제2 회전 압축 요소를 포함하고, 제1 회전 압축 요소에서 압축되어 토출된 냉매를 제2 회전 압축 요소에 흡입하여 압축하고, 가스 쿨러로 토출함과 동시에, 제1 회전 압축 요소로부터 토출된 냉매를 가스 쿨러에서 방열시키기 위한 중간 냉각 회로와, 가스 쿨러에서 나온 제2 회전 압축 요소로부터의 냉매와 증발기를 나온 냉매를 열 교환시키기 위한 제1 내부 열 교환기와, 제2 회전 압축 요소에서 압축된 냉매로부터 오일을 분리하기 위한 오일 분리 수단과, 이 오일 분리 수단에서 분리된 오일을 감압하여 컴프레서 내로 복귀시키기 위한 오일 리턴 회로와, 이 오일 리턴 회로를 흐르는 오일과 제1 내부 열 교환기를 나온 증발기로부터의 냉매를 열 교환시키기 위한 제2 내부 열 교환기를 포함하므로, 증발기에서 나온 냉매는 제1 내부 열 교환기에서 가스 쿨러를 나온 제2 회전 압축 요소로부터의 냉매와 열 교환하여 열을 빼앗고, 제2 내부 열 교환기에서는 오일 리턴 회로를 흐르는 오일과 열 교환하여 열을 빼앗으므로, 확실하게 냉매의 과열도를 확보하여 컴프레서에서의 액체 압축을 회피할 수 있게 된다.

한편, 가스 쿨러를 나온 제2 회전 압축 요소로부터의 냉매는 제1 내부 열 교환기에 있어서 증발기를 나온 냉매에 열을 빼앗기므로, 그에 따라 냉매 온도를 낮출 수 있다. 또한, 중간 냉각 회로를 포함하므로, 컴프레서의 내부 온도도 저하할 수 있다.

또한, 오일 리턴 회로를 흐르는 오일은, 제2 내부 열 교환기에서 제1 내부 열 교환기를 나온 증발기로부터의 냉매에 열을 빼앗긴 후, 컴프레서 내로 복귀되므로, 컴프레서 내부의 온도를 더 한층 저하시킬 수 있다.

즉, 제1 회전 압축 요소에서 압축된 중간압의 냉매 가스를 중간 냉각 회로 를 통과시켜서, 밀폐 용기 내의 온도 상승을 억제할 수 있는 효과와, 오일 분리 수단에서 냉매 가스로부터 분리된 오일을 제2 내부 열 교환기에 통과시켜, 밀폐 용기 내의 온도 상승을 억제하는 효과에 의해서, 제2 회전 압축 요소에서의 압축 효율의 향상을 도모할 수 있게 되며, 아울러 제2 회전 압축 요소에서 압축된 냉매 가스를 제1 내부 열 교환기를 통과시켜 증발기에서의 냉매 온도를 낮게 하는 효과에 의해, 증발기에서의 냉각 능력을 현저히 향상시키면서, 컴프레서에서의 소비 전력의 저감도 도모할 수 있게 된다.

본 발명에 의하면, 오일 리턴 회로는 오일 분리 수단에 의해 분리된 오일을 제2 내부 열 교환기에서 제1 내부 열 교환기를 나온 증발기로부터의 냉매와 열 교환시킨 후, 컴프레서의 밀폐 용기 내로 복귀시키므로, 이 오일에 의해 밀폐 용기내를 냉각할 수 있게 되어, 밀폐 용기 내의 온도 상승을 억제할 수 있게 된다.

또한, 오일 리턴 회로는 오일 분리 수단에 의해 분리된 오일을, 제2 내부 열 교환기에서 제1 내부 열 교환기를 나온 증발기로부터의 냉매와 열 교환시킨 후, 컴프레서의 제2 회전 압축 요소의 흡입측으로 복귀시키므로, 제2 회전 압축 요소의 압축 효율을 향상시키고, 또한 밀폐 용기 내부도 냉각할 수 있게 된다.

또한, 증발기에서의 냉매의 증발 온도를 -30℃ 내지 -40℃로 하는 경우에 매우 유효해진다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 청구항 15에 따른 발명에 의하면, 컴프레서는 구동 요소에서 구동되는 제1 및 제2 압축 요소를 포함하고, 제1 압축 요소에서 압축되어 토출된 냉매를 제2 압축 요소에 흡입하여 압축하고, 가스 쿨러로 토출함과 동시에, 컴프레서의 제1 압축 요소로부터 토출된 냉매를 감압하지 않고, 증발기로 공급하기 위한 바이패스 회로와, 증발기의 제상 시에 바이패스 회로의 유로를 개방하기 위한 밸브 장치를 포함하고, 밸브 장치는 컴프레서를 시동할 때에도 바이패스 회로의 유로를 개방하므로, 증발기의 제상을 수행하는 경우에는 밸브 장치를 개방하여 바이패스 회로에 제1 압축 요소로부터 토출된 냉매를 흘려, 감압하지 않고서 증발기로 공급하여 가열할 수 있게 된다.

이에 따라, 제2 압축 요소로부터 토출된 고압의 냉매만을 감압하지 않고 증발기로 공급하여 제상하는 경우와 같이, 제상 운전 시의 제2 압축 요소에서의 흡입측과 토출측의 압력 역전 현상을 회피할 수 있게 된다.

이에 따라, 컴프레서의 불안정한 운전 거동을 회피할 수 있게 되므로, 컴프레서의 성능 및 내구성이 향상된다. 따라서, 냉매 회로 장치에서의 안정된 운전 상황을 유지할 수 있게 되어, 냉매 회로 장치의 신뢰성 향상을 도모할 수 있게 된다.

특히, 제상 시에 사용하는 바이패스 회로를 사용하여 제1 압축 요소로부터 토출된 냉매를 컴프레서의 외부로 방출할 수 있으므로, 새롭게 배관을 설치하지 않고, 제2 압축 요소의 흡입측과 토출측의 압력 역전 현상을 회피할 수 있게 되어, 생산비의 삭감을 도모할 수 있게 된다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 청구항 19에 따른 냉매 사이클 장치에 의하면, 제1 회전 압축 요소에서 압축된 냉매를 제2 회전 압축 요소에 흡입시키기 위한 냉매 배관과, 이 냉매 배관에 병렬 접속된 중간 냉각 회로와, 제1 회전 압축 요소에서 압축된 냉매를, 냉매 배관으로 흘려보낼 것인지, 중간 냉각 회로로 흘려 보낼 것인지를 제어하는 밸브 장치를 포함하므로, 압력, 온도 등의 냉매 상태에 따라 중간 냉각 회로에 냉매를 흘려보낼 것인지의 여부를 제어할 수 있게 된다.

이에 따라, 중간 냉각 회로로 흘려보내는 경우, 컴프레서 내의 온도가 비정상 상승하는 단점을 회피할 수 있으며, 냉매 배관으로 흘려보내는 경우, 컴프레서 시동시의 냉매 토출 온도를 조기에 상승시킬 수 있으며, 컴프레서 내에 침지되어 있는 냉매를 조기에 정상적인 상태로 흘려보낼 수 있게 되어, 컴프레서의 시동성을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 제2 회전 압축 요소로부터 토출된 냉매의 온도를 검출하기 위한 온도 검출 수단을 구비하고, 이 온도 검출 수단이 검출하는 제2 회전 압축 요소의 토출 냉매 온도가 소정값으로 상승한 경우, 밸브 장치는 중간 냉각 회로에 냉매를 흘려보내도록 하면, 컴프레서내의 온도가 비정상 상승하는 단점을 회피할 수 있게 된다.

그리고, 온도 검출 수단이 검출하는 제2 회전 압축 요소의 토출 냉매 온도가소정값보다 낮은 경우에는, 밸브 장치는 냉매 배관에 냉매를 흘려보내므로, 시동 시 등에 제2 회전 압축 요소의 토출 냉매 온도를 조기에 상승시킬 수 있게 된다. 이에 따라, 기동시에 냉매의 온도가 상승하기 쉬워지므로, 컴프레서 내에 침지되어 있는 냉매를 조기에 정상적인 상태로 복귀시킬 수 있게 되어, 컴프레서의 시동성이 더 한층 향상된다.

이상 상술한 바와 같이 본 발명의 청구항 21의 발명에 의하면, 소위 내부 중간압형 다단 압축식 로터리 컴프레서에 있어서, 각 회전 압축 요소를 각각 구성하기 위한 실린더와, 각 실린더 내에 설치되어, 회전축의 편심부에 끼워 맞춰져 편심 회전하는 롤러와, 각 실린더 및 각 롤러 사이에 개재하여 각 회전 압축 요소를 구획하는 중간 구획판과, 각 실린더의 개구면을 각각 폐색하고, 회전축의 베어링을 갖는 지지 부재와, 회전축에 형성된 오일 구멍을 포함하고, 중간 구획판에는 밀폐 용기 내부와 롤러 내측을 연통하는 관통 구멍을 형성함과 동시에, 제2 회전 압축 요소를 구성하기 위한 실린더에는 중간 구획판의 관통 구멍과 제2 회전 압축 요소의 흡입측을 연통하는 연통 구멍을 형성했으므로, 이 중간 구획판의 관통 구멍에 의해, 롤러 내측에 축적되는 고압의 냉매 가스를 밀폐 용기측으로 방출할 수 있게 된다.

이에 따라, 롤러 내측에 압력차를 사용하여 회전축의 급유 구멍으로부터 오일이 원활하게 공급되므로, 롤러 내측의 편심부 주변의 오일 부족을 회피할 수 있게 된다.

또한, 중간압이 되는 밀폐 용기 내부보다도 제2 회전 압축 요소의 실린더 내의 압력이 높아지게 되는 상황이더라도, 제2 회전 압축 요소에서의 흡입 과정에서의 흡입압 손실을 이용하여, 중간 구획판에 형성된 관통 구멍에서 실린더 내로 확실하게 오일을 공급할 수 있게 된다.

즉, 이와 같은 구성에 의해 로터리 컴프레서의 성능 확보와 신뢰성 향상을 도모할 수 있게 된다. 특히, 밀폐 용기 내부와 롤러 내측을 연통하는 관통 구멍을 천공 형성함과 동시에, 제2 회전 압축 요소를 구성하기 위한 실린더에 중간 구획판의 관통 구멍과 제2 회전 압축 요소의 흡입측을 연통하는 연통 구멍을 천공 형성하는 간단한 구조로서, 롤러 내측의 고압의 방출과, 제2 회전 압축 요소로의 급유을 수행할 수 있으므로, 구조의 간단화와 비용 삭감을 도모할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는, 구동 요소는 시동 시에 저속으로 기동되는 회전수 제어형 모터로 했으므로, 시동시에 제2 회전 압축 요소가 밀폐 용기 내에 연통하는 중간 구획판의 관통 구멍으로부터 밀폐 용기 내의 오일을 흡입하더라도 오일 압축에 의한 악영향을 억제할 수 있게 되며, 로터리 컴프레서의 신뢰성 저하도 회피할 수 있게 된다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 청구항 23에 따른 발명에 의하면, 회전 압축 요소 내에 당해 회전 압축 요소로부터 냉매와 함께 토출된 오일을 분리하여 저유하기 위한 오일 저장 공간을 형성함과 동시에, 이 오일 저장 공간을 교축 기능을 갖는 리턴 통로를 통하여 밀폐 용기 내에 연통시켰으므로, 회전 압축 요소로부터 로터리 컴프레서 외부로 토출되는 오일량을 저감할수 있게 된다.

이에 따라, 냉동 사이클의 냉매 회로 중에 당해 오일이 다량으로 유출되어 냉동 사이클의 성능을 악화시키는 단점을 방지할 수 있게 된다.

또한, 이 오일 저장 공간에 저유한 오일을 교축 기능을 갖는 리턴 통로에서 밀폐 용기 내로 복귀시키도록 했으므로, 밀폐 용기 내의 오일이 부족한 단점을 방지할 수 있게 된다.

따라서, 냉매 사이클의 냉매 회로 중으로의 오일 토출을 최대한 저감할 수 있게 됨과 동시에, 밀폐 용기 내의 오일을 원활하게 공급할 수 있게 되어, 로터리 컴프레서의 성능 및 신뢰성의 향상을 도모할 수 있게 된다.

상기 발명에서는, 소위 내부 중간압형의 다단 압축식 로터리 컴프레서에 있어서, 회전 압축 기구부 내에 제2 회전 압축 요소로부터 냉매와 함께 토출된 오일을 분리하여 저유하기 위한 오일 저장 공간을 형성함과 동시에, 이 오일 저장 공간을 교축 기능을 갖는 리턴 통로를 통하여 밀폐 용기 내에 연통시켰으므로, 로터리 컴프레서 외부로 토출되는 오일량을 저감할 수 있게 된다.

또한, 이 오일 저장 공간에 저유한 오일을 교축 기능을 갖는 리턴 통로에서 밀폐 용기 내로 복귀시키도록 했으므로, 밀폐 용기 내의 오일이 부족한 단점도 회피할 수 있게 된다.

따라서, 냉매 사이클의 냉매 회로 중으로의 오일 토출을 최대한 저감할 수있게 됨과 동시에, 밀폐 용기 내의 오일을 원활하게 공급할 수 있게 되어, 로터리 컴프레서의 성능 및 신뢰성 향상을 도모할 수 있게 된다.

본 발명에서는, 제2 회전 압축 요소를 구성하는 제2 실린더와, 중간 구획판을 통하여 제2 실린더 하방에 배치되어, 제1 회전 압축 요소를 구성하는 제1 실린더와, 제1 실린더의 하면을 폐색하는 제1 지지 부재와, 제2 실린더의 상면을 폐색하는 제2 지지 부재와, 제1 회전 압축 요소의 흡입 통로를 포함하고, 오일 저장 공간을, 흡입 통로 이외의 부분의 제1 실린더 내에 형성했으므로, 공간 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 제2 실린더, 중간 구획판 및 제1 실린더를 상하로 관통하는 관통 구멍에 의해 오일 저장 공간을 구성했으므로, 오일 저장 공간을 구성하기 위한 가공 작업성도 개선할 수 있게 된다.

Claims

컴프레서, 가스 쿨러, 교축 수단 및 증발기를 순차 접속하여 구성되고, 고압측이 초임계 압력이 되는 냉매 사이클 장치이며,

상기 컴프레서는 밀폐 용기 내에 전동 요소와 상기 전동 요소로 구동되는 제1 및 제2 회전 압축 요소를 포함하고, 상기 제1 회전 압축 요소에서 압축되어 토출된 냉매를 상기 제2 회전 압축 요소에 흡입하여 압축하고, 상기 가스 쿨러로 토출함과 동시에,

상기 제1 회전 압축 요소로부터 토출된 냉매를 상기 가스 쿨러에서 방열시키기 위한 중간 냉각 회로와,

상기 가스 쿨러에서 나온 상기 제2 회전 압축 요소로부터의 냉매와 상기 증발기를 나온 냉매를 열 교환시키기 위한 제1 내부 열 교환기와,

상기 가스 쿨러를 나온 상기 중간 냉각 회로를 흐르는 냉매와 상기 제1 내부 열 교환기를 나온 증발기로부터의 냉매를 열 교환시키기 위한 제2 내부 열 교환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
제1항에 있어서, 상기 냉매로서 이산화탄소를 사용하는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
제1항에 있어서, 상기 증발기에서의 냉매의 증발 온도는 +12℃ 내지 -10℃인것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
컴프레서, 가스 쿨러, 교축 수단 및 증발기를 순차 접속하여 구성되고, 고압측이 초임계 압력이 되는 냉매 사이클 장치이며,

상기 컴프레서는 밀폐 용기 내에 구동 요소로 구동되는 제1 및 제2 회전 압축 요소를 포함하고, 상기 제1 회전 압축 요소에서 압축되어 토출된 냉매를 상기 제2 회전 압축 요소에 흡입하여 압축하고, 상기 가스 쿨러로 토출함과 동시에,

상기 제1 회전 압축 요소로부터 토출된 냉매를 상기 가스 쿨러에서 방열시키기 위한 중간 냉각 회로와,

상기 제2 회전 압축 요소에서 압축된 냉매로부터 오일을 분리하기 위한 오일 분리 수단과,

상기 오일 분리 수단에서 분리된 오일을 감압하여 상기 컴프레서 내로 복귀시키기 위한 오일 리턴 회로와,

상기 가스 쿨러에서 나온 상기 제2 회전 압축 요소로부터의 냉매와 상기 증발기를 나온 냉매를 열 교환시키기 위한 제1 내부 열 교환기와,

상기 오일 리턴 회로를 흐르는 오일과 상기 제1 내부 열 교환기를 나온 상기 증발기로부터의 냉매를 열 교환시키기 위한 제2 내부 열 교환기를 포함하고,

상기 교축 수단은 제1 교축 수단과 상기 제1 교축 수단의 하류측에 설치된 제2 교축 수단으로 구성되며,

상기 제1 및 제2 교축 수단 사이를 흐르는 냉매의 일부를 상기 컴프레서의제2 회전 압축 요소의 흡입측에 주입하는 인젝션 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 교축 수단 사이에 기액 분리 수단을 설치하고,

상기 인젝션 회로는 상기 기액 분리 수단에서 분리된 액체 냉매를 감압하여 상기 컴프레서의 제2 회전 압축 요소의 흡입측에 주입하는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
제4항에 있어서, 상기 오일 리턴 회로는 상기 오일 분리 수단에 의해 분리된 오일을, 상기 제2 내부 열 교환기에서 상기 제1 내부 열 교환기를 나온 상기 증발기로부터의 냉매와 열 교환시킨 후, 상기 컴프레서의 밀폐 용기 내로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
제4항에 있어서, 상기 오일 리턴 회로는 상기 오일 분리 수단에 의해 분리된 오일을, 상기 제2 내부 열 교환기에서 상기 제1 내부 열 교환기를 나온 상기 증발기로부터의 냉매와 열 교환시킨 후, 상기 컴프레서의 제2 회전 압축 요소의 흡입측으로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
제4항에 있어서, 상기 냉매로서 이산화탄소, HFC계 냉매인 R23, 아산화질소중 적어도 1종의 냉매를 사용하는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
제4항에 있어서, 상기 증발기에서의 냉매의 증발 온도는 -50℃ 이하인 것을 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
컴프레서, 가스 쿨러, 교축 수단 및 증발기를 순차 접속하여 구성되고, 고압측이 초임계 압력이 되는 냉매 사이클 장치이며,

상기 컴프레서는, 밀폐 용기 내에 전동 요소와 상기 전동 요소로 구동되는 제1 및 제2 회전 압축 요소를 포함하고, 상기 제1 회전 압축 요소에서 압축되어 토출된 냉매를 상기 제2 회전 압축 요소에 흡입하여 압축하고, 상기 가스 쿨러로 토출함과 동시에,

상기 제1 회전 압축 요소로부터 토출된 냉매를 상기 가스 쿨러에서 방열시키기 위한 중간 냉각 회로와,

상기 가스 쿨러에서 나온 상기 제2 회전 압축 요소로부터의 냉매와 상기 증발기를 나온 냉매를 열 교환시키기 위한 제1 내부 열 교환기와,

상기 제2 회전 압축 요소에서 압축된 냉매로부터 오일을 분리하기 위한 오일 분리 수단과,

상기 오일 분리 수단에서 분리된 오일을 감압하여 컴프레서 내로 복귀시키기 위한 오일 리턴 회로와,

상기 오일 리턴 회로를 흐르는 오일과 상기 제1 내부 열 교환기를 나온 상기증발기로부터의 냉매를 열 교환시키기 위한 제2 내부 열 교환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
제10항에 있어서, 상기 오일 리턴 회로는 상기 오일 분리 수단에 의해 분리된 오일을, 상기 제2 내부 열 교환기에서 상기 제1 내부 열 교환기를 나온 상기 증발기로부터의 냉매와 열 교환시킨 후, 상기 컴프레서의 밀폐 용기 내로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
제10항에 있어서, 상기 오일 리턴 회로는 상기 오일 분리 수단에 의해 분리된 오일을, 상기 제2 내부 열 교환기에서 상기 제1 내부 열 교환기를 나온 상기 증발기로부터의 냉매와 열 교환시킨 후, 상기 컴프레서의 제2 회전 압축 요소의 흡입측으로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
제10항에 있어서, 상기 냉매로서 이산화탄소를 사용하는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
제10항에 있어서, 상기 증발기에서의 냉매의 증발 온도는 -30℃ 내지 -40℃인 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
컴프레서, 가스 쿨러, 교축 수단 및 증발기를 순차 환형으로 접속하여 구성되는 냉매 사이클 장치이며,

상기 컴프레서는 구동 요소로 구동되는 상기 제1 및 제2 압축 요소를 포함하고, 상기 제1 압축 요소에서 압축되어 토출된 냉매를 상기 제2 압축 요소에 흡입하여 압축하고, 상기 가스 쿨러로 토출함과 동시에,

상기 컴프레서의 상기 제1 압축 요소로부터 토출된 냉매를 감압하지 않고 상기 증발기로 공급하기 위한 바이패스 회로와,

상기 증발기의 제상 시에 상기 바이패스 회로의 유로를 개방하기 위한 밸브 장치를 포함하고,

상기 밸브 장치는 상기 컴프레서를 시동할 때에도 상기 바이패스의 유로를 개방하는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
제15항에 있어서, 상기 밸브 장치는 상기 컴프레서의 시동 전부터 일정 시간 상기 바이패스 회로의 유로를 개방하는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
제15항에 있어서, 상기 밸브 장치는 상기 컴프레서의 시동 시부터 일정 시간 상기 바이패스 회로의 유로를 개방하는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
제15항에 있어서, 상기 밸브 장치는 상기 컴프레서의 시동 후부터 일정 시간 상기 바이패스 회로의 유로를 개방하는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
컴프레서, 가스 쿨러, 교축 수단 및 증발기를 순차 접속하여 구성되고, 상기 컴프레서는 제1 및 제2 회전 압축 요소를 포함하며, 상기 제1 회전 압축 요소에서 압축되어 토출된 냉매를 상기 제2 회전 압축 요소에 흡입하여 압축하고, 상기 가스 쿨러로 토출하는 냉매 사이클 장치에 있어서,

상기 제1 회전 압축 요소에서 압축된 냉매를 제2 회전 압축 요소에 흡입시키기 위한 냉매 배관과,

상기 냉매 배관에 병렬 접속된 중간 냉각 회로와,

상기 제1 회전 압축 요소로부터 토출된 냉매를, 상기 냉매 배관으로 흘려보낼 것인지, 상기 중간 냉각 회로로 흘려보낼 것인지를 제어하는 밸브 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
제19항에 있어서, 상기 제2 회전 압축 요소로부터 토출된 냉매의 온도를 검출하기 위한 온도 검출 수단을 포함하고,

상기 온도 검출 수단이 검출하는 상기 제2 회전 압축 요소의 토출 냉매 온도가 소정값으로 상승한 경우, 상기 밸브 장치는 상기 중간 냉각 회로로 냉매를 흘려보내는 것을 특징으로 하는 냉매 사이클 장치.
밀폐 용기 내에 구동 요소의 회전축으로 구동되는 제1 및 제2 회전 압축 요소를 포함하고, 상기 제1 회전 압축 요소에서 압축된 냉매 가스를 상기 밀폐 용기 내로 토출하고, 또한 상기 토출된 중간압의 냉매 가스를 상기 제2 회전 압축 요소에서 압축하는 컴프레서에 있어서,

상기 각 회전 압축 요소를 각각 구성하기 위한 실린더와,

상기 각 실린더 내에 설치되어, 상기 회전축의 편심부에 끼워 맞춰져 편심 회전하는 롤러와,

상기 각 실린더 및 상기 각 롤러 사이에 개재하여 상기 각 회전 압축 요소를 구획하는 중간 구획판과,

상기 각 실린더의 개구면을 각각 폐색하고, 상기 회전축의 베어링을 갖는 지지 부재와,

상기 회전축에 형성된 오일 구멍을 포함하고,

상기 중간 구획판에는 상기 밀폐 용기 내부와 롤러 내측을 연통하는 관통 구멍을 천공 형성함과 동시에,

상기 제2 회전 압축 요소를 구성하기 위한 실린더에는 상기 중간 구획판의 관통 구멍과 상기 제2 회전 압축 요소의 흡입측을 연통하는 연통 구멍을 천공 형성한 것을 특징으로 하는 컴프레서.
제21항에 있어서, 상기 구동 요소는 시동 시에 저속으로 기동되는 회전수 제어형의 모터인 것을 특징으로 하는 컴프레서.
밀폐 용기 내에 전동 요소와 상기 전동 요소로 구동되는 회전 압축 요소를 포함하고, 상기 회전 압축 요소에서 압축된 냉매를 외부로 토출하는 컴프레서에 있어서,

상기 회전 압축 요소 내에, 상기 회전 압축 요소로부터 냉매와 함께 토출된 오일을 분리하여 저유하기 위한 오일 저장 공간을 형성함과 동시에, 상기 오일 저장 공간을, 교축 기능을 갖는 리턴 통로를 통하여 상기 밀폐 용기 내에 연통시킨 것을 특징으로 하는 컴프레서.
밀폐 용기 내에 전동 요소와 상기 전동 요소로 구동되는 회전 압축 기구부를 포함하고, 상기 회전 압축 기구부를 제1 및 제2 회전 압축 요소로 구성하고, 상기 제1 회전 압축 요소에서 압축된 냉매를 상기 밀폐 용기 내로 토출함과 동시에, 상기 토출된 중간압의 냉매를 상기 제2 회전 압축 요소에서 압축하여 외부로 토출하는 컴프레서에 있어서,

상기 회전 압축 기구부 내에, 상기 제2 회전 압축 요소로부터 냉매와 함께 토출된 오일을 분리하여 저유하기 위한 오일 저장 공간을 형성함과 동시에, 상기 오일 저장 공간을, 교축 기능을 갖는 리턴 통로를 통하여 상기 밀폐 용기 내에 연통시킨 것을 특징으로 하는 컴프레서.
제24항에 있어서, 상기 제2 회전 압축 요소를 구성하는 제2 실린더와,

중간 구획판을 거쳐서 상기 제2 실린더 하방에 배치되고, 상기 제1 회전 압축 요소를 구성하는 제1 실린더와,

상기 제1 실린더의 하면을 폐색하는 제1 지지 부재와,

상기 제2 실린더의 상면을 폐색하는 제2 지지 부재와,

상기 제1 회전 압축 요소의 흡입 통로를 포함하며,

상기 오일 저장 공간을, 상기 흡입 통로 이외의 부분의 상기 제1 실린더 내에 형성한 것을 특징으로 하는 컴프레서.
제25항에 있어서, 상기 제2 실린더, 상기 중간 구획판 및 제1 실린더를 상하로 관통하는 관통 구멍에 의해 상기 오일 저장 공간을 구성한 것을 특징으로 하는 컴프레서.