專利名稱：制冷劑循環(huán)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將壓縮機、氣體冷卻器、減壓裝置、蒸發(fā)器等連接成環(huán)狀而構(gòu)成、使用二氧化碳作為制冷劑，能使高壓側(cè)為超臨界壓力的制冷劑循環(huán)裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的這種制冷劑循環(huán)裝置，用管路依次將旋轉(zhuǎn)壓縮機(壓縮機)、氣體冷卻器、減壓裝置(膨脹閥或毛細管等)以及蒸發(fā)器等連接成環(huán)狀，構(gòu)成制冷劑循環(huán)系統(tǒng)(制冷劑回路)。而且，制冷劑氣從旋轉(zhuǎn)壓縮機的旋轉(zhuǎn)壓縮元件的吸入孔吸入到氣缸的低壓室側(cè)，通過轉(zhuǎn)子和葉片的動作，進行壓縮，成為高溫高壓的制冷劑氣，從高壓室側(cè)經(jīng)排出孔、排出消音室，排出到氣體冷卻器。制冷劑氣在該氣體冷卻器散熱之后，用節(jié)流手段進行節(jié)流，供給到蒸發(fā)器。在此，制冷劑蒸發(fā)，此時，通過從周圍吸熱，發(fā)揮冷卻作用。
近年來，為了應(yīng)付地球環(huán)境問題而開發(fā)的裝置，即使在這種制冷劑循環(huán)系統(tǒng)，也不使用現(xiàn)有的氟里昂(フロン)，而是使用自然制冷劑——二氧化碳(CO2)作為制冷劑，使用使高壓側(cè)為超臨界壓力進行運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)變臨界(遷臨界)制冷劑循環(huán)系統(tǒng)。
在這樣的轉(zhuǎn)變臨界制冷劑循環(huán)裝置，為了防止液態(tài)制冷劑返回到壓縮機內(nèi)進行液態(tài)壓縮，在蒸發(fā)器的出口側(cè)和壓縮機的吸入側(cè)之間的低壓側(cè)，配設(shè)儲液器，為將液態(tài)制冷劑儲存在該儲液器中，僅將氣體吸入到壓縮機中的結(jié)構(gòu)。而且，調(diào)整減壓裝置，不使儲液器內(nèi)的液態(tài)制冷劑返回到壓縮機(例如，參照日本專利公報特公平7-18602號)。
但是，將儲液器設(shè)置在制冷劑循環(huán)系統(tǒng)的低壓側(cè)，需要相當多的制冷劑的填充量。另外，為了防止液體回流，必須擴大儲液器的容量，或?qū)p壓裝置的節(jié)流閥進行調(diào)整，招致設(shè)置空間擴大或蒸發(fā)器15的冷凍能力降低。
另外，在使用二氧化碳作為相關(guān)的制冷劑循環(huán)裝置的制冷劑的場合，由于壓縮比變得非常高，所以，在外氣溫度高時等情況下，提高冷凍能力是很困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，為了解決相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)問題，使高壓側(cè)為超臨界壓力的轉(zhuǎn)變臨界制冷劑循環(huán)裝置，并不在低壓側(cè)設(shè)置儲液器，防止由于壓縮機壓縮液體而出現(xiàn)損傷。
本發(fā)明的制冷劑循環(huán)裝置，是將壓縮機、氣體冷卻器、減壓裝置、蒸發(fā)器等連接成環(huán)狀而構(gòu)成，使用二氧化碳作為制冷劑，高壓側(cè)能為超臨界壓力的轉(zhuǎn)變臨界制冷劑循環(huán)裝置，具備使從氣體冷卻器出來的制冷劑與從蒸發(fā)器出來的制冷劑進行換熱的內(nèi)部熱交換器，該內(nèi)部熱交換器具有來自氣體冷卻器的制冷劑流動的高壓側(cè)流道；配設(shè)成與該高壓側(cè)流道換熱、來自蒸發(fā)器的制冷劑流動的低壓側(cè)流道，使制冷劑在高壓側(cè)流道中從下向上流動，使制冷劑在低壓側(cè)流道中從上向下流動。
另外，本發(fā)明的制冷劑循環(huán)裝置，是在上述發(fā)明中，內(nèi)部熱交換器用由內(nèi)管和外管構(gòu)成的雙層管制成，在內(nèi)管內(nèi)構(gòu)成高壓側(cè)流道，在內(nèi)管與外管之間構(gòu)成低壓側(cè)流道。
另外，本發(fā)明的制冷劑循環(huán)裝置，是在上述發(fā)明中，內(nèi)部熱交換器用由在內(nèi)部構(gòu)成雙系統(tǒng)流道的層疊板構(gòu)成，將一個流道作為高壓側(cè)流道，將另一個流道作為低壓側(cè)流道。
本發(fā)明，具備使從氣體冷卻器出來的制冷劑與從蒸發(fā)器出來的制冷劑進行換熱的內(nèi)部熱交換器，由于該內(nèi)部熱交換器具有來自氣體冷卻器的制冷劑流動的高壓側(cè)流道；配設(shè)成與該高壓側(cè)流道換熱、來自蒸發(fā)器的制冷劑流動的低壓側(cè)流道，所以，能由內(nèi)部熱交換器使從氣體冷卻器進入減壓裝置的制冷劑的溫度下降，擴大在蒸發(fā)器的熵差，提高冷凍能力。
特別是，由于使制冷劑在高壓側(cè)流道中從下向上流動，使制冷劑在低壓側(cè)流道中從上向下流動，所以，在高壓比超臨界壓力低的場合，能將剩余制冷劑留存在內(nèi)部熱交換器的高壓側(cè)流道中，在外氣溫度低時等，能減少流入低壓側(cè)的剩余制冷劑，防止壓縮機破損等不相宜情況于未然。
另外，由于用雙層管構(gòu)成內(nèi)部熱交換器，或為層疊式的內(nèi)部熱交換器，所以，能使來自氣體冷卻器的制冷劑與來自蒸發(fā)器的制冷劑平穩(wěn)地進行換熱，而且，在外氣溫度低時等，也能無障礙地向高壓側(cè)流道貯存制冷劑。
另外，本發(fā)明的目的是，為了解決相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)問題，使制冷劑循環(huán)裝置中，便于提高蒸發(fā)器的冷凍能力。
即，本發(fā)明的制冷劑循環(huán)裝置，是將壓縮機、氣體冷卻器、減壓裝置、蒸發(fā)器等連接成環(huán)狀而構(gòu)成，使用二氧化碳作為制冷劑，高壓側(cè)為超臨界壓力的制冷劑循環(huán)裝置，具備使從氣體冷卻器出來的制冷劑與從蒸發(fā)器出來的制冷劑進行換熱的內(nèi)部熱交換器，使循環(huán)系統(tǒng)中的低壓部容積的比例為全部容積的30％以上50％以下，而且，使內(nèi)部熱交換器中的低壓部容積的比例，相對循環(huán)系統(tǒng)中的低壓部全部容積，為5％以上30％以下。
另外，本發(fā)明的制冷劑循環(huán)裝置，是在上述發(fā)明中，壓縮機具備設(shè)置在密閉容器內(nèi)的第1和第2壓縮元件，用第2壓縮元件對被第1壓縮元件壓縮、排出到密閉容器內(nèi)的中間壓力的制冷劑進行壓縮、排出，而且，使在循環(huán)系統(tǒng)中的中間壓力部容積的比例為全部容積的20％以上50％以下。
另外，本發(fā)明的制冷劑循環(huán)裝置，是在上述發(fā)明中，具備用于在對從第1壓縮元件排出到密閉容器內(nèi)的中間壓力的制冷劑進行冷卻之后，將其吸入到第2壓縮元件的中間冷卻回路。
在本發(fā)明，能使液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器不完全蒸發(fā)，而是以傳熱性能好的液/氣混相流的形式，從蒸發(fā)器返回到內(nèi)部熱交換器，通過有效利用傳熱特性的提高和制冷劑的潛熱、顯熱，能有效地降低從氣體冷卻器進入減壓裝置的高壓側(cè)的制冷劑的溫度，能使在蒸發(fā)器的焓差極大，便于提高冷凍能力。
特別是，在使用內(nèi)部中間壓型的二級壓縮式的壓縮機的場合，例如，由于使包含中間冷卻回路的循環(huán)系統(tǒng)中的中壓部容積的比例為全部容積的20％以上50％以下，所以，能最大限度地發(fā)揮上述效果。


圖1是本發(fā)明的一實施例的轉(zhuǎn)變臨界制冷劑循環(huán)裝置的制冷劑回路圖(實施例1)。
圖2是圖1的內(nèi)部熱交換器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
圖3是又一個本發(fā)明的實施例的制冷劑循環(huán)裝置的制冷劑回路圖(實施例2)。
圖4是圖3的制冷劑循環(huán)裝置的p-h曲線圖。
圖5是又一個本發(fā)明的制冷劑循環(huán)裝置的其它實施例的制冷劑回路圖(實施例3)。
圖6是圖5的制冷劑循環(huán)裝置的p-h曲線圖。
用于實施發(fā)明的最佳方式以下，依據(jù)附圖詳細地對本發(fā)明的實施方式進行說明。
(實施例1)圖1是本發(fā)明的制冷劑循環(huán)裝置的一實施例的轉(zhuǎn)變臨界制冷劑循環(huán)裝置的制冷劑回路圖。而且，本發(fā)明的轉(zhuǎn)變臨界制冷劑循環(huán)裝置，是自動售貨機、空調(diào)機、冷庫或展示柜等所使用的裝置。
在圖1中，10是轉(zhuǎn)變臨界制冷劑循環(huán)裝置1的制冷劑回路，通過將壓縮機11、氣體冷卻器12、作為減壓裝置的毛細管14、蒸發(fā)器15等連接成環(huán)狀而構(gòu)成。
即，壓縮機11的制冷劑排出管34與氣體冷卻器12的入口連接。在此，實施例的壓縮機11是內(nèi)部中間壓型2級壓縮式的旋轉(zhuǎn)壓縮機，由在密閉容器11A內(nèi)作為驅(qū)動元件的電動元件24和由該電動元件24驅(qū)動的第1和第2旋轉(zhuǎn)壓縮元件50、52構(gòu)成。
圖中30是用于將制冷劑導入到壓縮機11的第1旋轉(zhuǎn)壓縮元件50中的制冷劑導入管，該制冷劑導入管30的一端與第1旋轉(zhuǎn)壓縮元件50的圖未示的氣缸連通。該制冷劑導入管30的另一端與后述的內(nèi)部熱交換器45低壓側(cè)流道66的出口66B連接。
圖中32是用于將由第1旋轉(zhuǎn)壓縮元件50壓縮了的制冷劑導入到第2旋轉(zhuǎn)壓縮元件52的制冷劑導入管。該制冷劑導入管32設(shè)計成穿過壓縮機11外部的中間冷卻回路150。其結(jié)構(gòu)為，在該中間冷卻回路150上設(shè)置有用于冷卻被第1旋轉(zhuǎn)壓縮元件50壓縮了的制冷劑的熱交換器152，被第1旋轉(zhuǎn)壓縮元件50壓縮了的中間壓的制冷劑，在由熱交換器152冷卻之后，被吸入到第2旋轉(zhuǎn)壓縮元件52。另外，該熱交換器152與氣體冷卻器12制成一體，在熱交換器152和氣體冷卻器12的附近，設(shè)有用于對該熱交換器152和氣體冷卻器12進行通風、使制冷劑散熱的風扇22。而且，上述制冷劑排出管34是將被第2旋轉(zhuǎn)壓縮元件52壓縮了的制冷劑排出到氣體冷卻器12的制冷劑管路。
另一方面，與氣體冷卻器12的出口側(cè)連接的制冷劑管路36與上述內(nèi)部熱交換器45的高壓側(cè)流道64的入口64A連接。上述內(nèi)部熱交換器45是用于使從氣體冷卻器12出來的高壓側(cè)的制冷劑與從蒸發(fā)器15出來的低壓側(cè)的制冷劑進行換熱的裝置。如圖2所示，該內(nèi)部熱交換器45用由內(nèi)管60和外管62制成的雙層管構(gòu)成，外管62的外周用隔熱材料63覆蓋。而且，在內(nèi)管60內(nèi)形成來自氣體冷卻器的制冷劑流動的高壓側(cè)流道64，在該內(nèi)管60和外管62之間形成來自蒸發(fā)器15的制冷劑流動的低壓側(cè)流道66，配置成高壓側(cè)流道64和低壓側(cè)流道66進行換熱。
另外，在下側(cè)形成入口64A、在上側(cè)形成出口64B，以使制冷劑在該高壓側(cè)流道64中從下向上流動。即，使其為來自氣體冷卻器12的高壓側(cè)制冷劑從下側(cè)的入口64A進入到高壓側(cè)流道64，從上側(cè)的出口64B流出高壓側(cè)流道64的形式。
另一方面，在上端形成入口66A，在下端形成出口66B，以使制冷劑在低壓側(cè)流道66中從上向下流動。即，來自蒸發(fā)器15的低壓側(cè)制冷劑從上端的入口66A進入低壓側(cè)流道66，從下端的出口66B流出低壓側(cè)流道66。
因此，由于在高壓側(cè)流道64和低壓側(cè)流道66中流動的制冷劑對峙流動，所以，能提高在該內(nèi)部熱交換器45中的熱交換能力。
再有，由于使制冷劑在高壓側(cè)流道64中從下向上流動，使制冷劑在低壓側(cè)流道66中從上向下流動，所以，在高壓比超臨界壓力低的場合，能使剩余制冷劑留存在內(nèi)部熱交換器45的高壓側(cè)流道64中。因此，在外部氣溫較低時等，能減少流入到低壓側(cè)的剩余制冷劑，能防止壓縮機11破損等不相宜情況于未然。
另一方面，與內(nèi)部熱交換器45的高壓側(cè)流道64的出口64B連接的管路，經(jīng)毛細管14與蒸發(fā)器15連接。而且，從蒸發(fā)器15出來的管路與內(nèi)部熱交換器45的低壓側(cè)流道66的入口66A連接。
而且，轉(zhuǎn)變臨界制冷劑循環(huán)裝置1的制冷劑要有利于地球環(huán)境，考慮到可燃性以及毒性，使用自然制冷劑——二氧化碳(CO2)，該轉(zhuǎn)變臨界制冷劑循環(huán)裝置1的制冷劑回路10的高壓側(cè)為超臨界壓力。
制冷劑循環(huán)裝置1是以上結(jié)構(gòu)，以下，對實施例的轉(zhuǎn)變臨界制冷劑循環(huán)裝置1的動作進行說明。若起動壓縮機11的電動元件24，則低壓的制冷劑氣被吸入到壓縮機11的第1旋轉(zhuǎn)壓縮元件50，被壓縮，為中間壓力，排出到密閉容器11A內(nèi)。排出到密閉容器11A內(nèi)的制冷劑從制冷劑導入管32暫時排出到密閉容器11A的外部，進入中間冷卻回路150，穿過熱交換器152。在此，接受風扇22的通風，進行散熱。
這樣一來，由于在由熱交換器152對被第1旋轉(zhuǎn)壓縮元件50壓縮了的制冷劑進行冷卻之后，被吸入到第2旋轉(zhuǎn)壓縮元件52，所以，能降低從壓縮機11的第2旋轉(zhuǎn)壓縮元件52排出的制冷劑氣的溫度。
然后，制冷劑被吸入到第2旋轉(zhuǎn)壓縮元件52，被壓縮，為高溫高壓的制冷劑氣，由制冷劑排出管34排出到壓縮機11的外部。此時，制冷劑被壓縮到適當?shù)某R界壓力。
在從制冷劑排出管34排出的制冷劑流入到氣體冷卻器12、在此接受風扇22通風進行散熱之后，從內(nèi)部熱交換器45的高壓側(cè)流道64的入口64A流入到在內(nèi)管60內(nèi)形成的高壓側(cè)流道64。而且，進入高壓側(cè)流道64的制冷劑在高壓側(cè)流道64內(nèi)從下向上流動。因此，由于如以上所述配設(shè)高壓側(cè)流道64和低壓側(cè)流道66進行換熱，所以，在高壓側(cè)流道64中流動的來自氣體冷卻器12的制冷劑，將熱量傳遞到在低壓側(cè)流道66中流動的來自蒸發(fā)器15的制冷劑，而被冷卻。
因此，由于能降低從氣體冷卻器12進入毛細管14的制冷劑的溫度，所以，能擴大在蒸發(fā)器15中的熵差。因此，能提高蒸發(fā)器15的冷凍能力。
另一方面，被內(nèi)部熱交換器45冷卻、從出口64B出來的高壓側(cè)的制冷劑到達毛細管14。而且，在毛細管14的入口是制冷劑氣或氣體的狀態(tài)。由于制冷劑在毛細管14中的壓力降低，為氣體/液體的二相混合體，在該狀態(tài)流入到蒸發(fā)器15內(nèi)。在此，制冷劑蒸發(fā)，由于從空氣中吸熱而發(fā)揮冷卻作用。
此時，如以上所述，由于在中間冷卻回路150中對中間壓力的制冷劑進行冷卻的效果和由內(nèi)部熱交換器45對制冷劑進行冷卻、擴大在蒸發(fā)器15中的熵差的效果，便于提高蒸發(fā)器15的冷凍能力。
然后，制冷劑從蒸發(fā)器15流出，從入口66A進入內(nèi)部熱交換器45的內(nèi)管和外管62之間的低壓側(cè)流道66。而且，進入到低壓側(cè)流道66的制冷劑，在內(nèi)管60和外管62之間的低壓側(cè)流道66中從上向下流動。因此，在蒸發(fā)器15中蒸發(fā)，變成低溫，流出蒸發(fā)器15的制冷劑，并不是完全是氣體的狀態(tài)，雖然也有為混入液體的狀態(tài)的場合，但通過使其在內(nèi)部熱交換器45的低壓側(cè)流道66中穿過，使其與在上述高壓側(cè)流道64中流動的制冷劑進行換熱，制冷劑被加熱，此時，能確保制冷劑的過熱度，為完全的氣體狀態(tài)。
因此，能防止壓縮機11吸入液態(tài)的制冷劑，壓縮機11破損等不相宜情況于未然。
而且，反復進行被內(nèi)部熱交換器45加熱了的制冷劑，從制冷劑導入管30吸入到壓縮機11的第1旋轉(zhuǎn)壓縮元件52內(nèi)的循環(huán)。
這樣一來，由于來自氣體冷卻器12的制冷劑在高壓側(cè)流道64中流動，來自蒸發(fā)器15的制冷劑在低壓側(cè)流道66中流動，而且低壓側(cè)流道66配設(shè)成與該高壓側(cè)流道64進行換熱，設(shè)置具有高壓側(cè)流道64和低壓側(cè)流道66的內(nèi)部熱交換器45，所以，能降低從氣體冷卻器12進入毛細管14的制冷劑的溫度，擴大在蒸發(fā)器15中的熵差，提高冷凍能力。
特別是，由于使制冷劑在高壓側(cè)流道64中從下向上流動，使制冷劑在低壓側(cè)流道66中從上向下流動，所以，在高壓比超臨界壓力低的場合，能將剩余制冷劑留存在內(nèi)部熱交換器45的高壓側(cè)流道64中，在外氣溫度較低時，能減少流入到低壓側(cè)的剩余制冷劑，防止壓縮機11的破損等不相宜的情況于未然。
另外，由于用由內(nèi)管60和外管62構(gòu)成的雙層管構(gòu)成內(nèi)部熱交換器45，在內(nèi)管60構(gòu)成高壓側(cè)流道64，在內(nèi)管60和外管62之間構(gòu)成低壓側(cè)流道66，所以，能使來自氣體冷卻器12的制冷劑和來自蒸發(fā)器15的制冷劑平穩(wěn)地進行換熱。再有，在外氣溫度較低時等，也能無障礙地向高壓側(cè)流道64貯存制冷劑。
因此，既便于提高轉(zhuǎn)變臨界制冷劑循環(huán)裝置1的可靠性，也便于提高冷凍能力。
而且，在本實施例，雖然內(nèi)部熱交換器45為由內(nèi)管60和外管62構(gòu)成的雙層管結(jié)構(gòu)，但并不限于此，即使為通過層疊能在內(nèi)部構(gòu)成兩系統(tǒng)的流道的鋼板制成的結(jié)構(gòu)形式也沒關(guān)系。
即使在種場合，使一個流道為高壓側(cè)流道，另一個流道為低壓側(cè)流道，配設(shè)兩流道使其進行換熱，而且，使制冷劑在高壓側(cè)流道從下向上流動，使制冷劑在低壓側(cè)流道從上向下流動，由此也能獲得與本
(實施例2)以下，圖3是又一本發(fā)明的制冷劑循環(huán)裝置的實施例的制冷劑回路圖。而且，該場合的制冷劑循環(huán)裝置也是自動售貨機、空調(diào)機、冷庫或展示柜等所使用的裝置。
在圖3中，10是制冷劑循環(huán)裝置1的制冷劑回路，通過將壓縮機11、氣體冷卻器12、作為減壓裝置的毛細管14、蒸發(fā)器15等連接成環(huán)狀而構(gòu)成。
即，壓縮機11的制冷劑排出管34與氣體冷卻器12的入口連接。在此，實施例的壓縮機11是內(nèi)部中間壓力型2級壓縮式的旋轉(zhuǎn)壓縮機，具備在密閉容器11A內(nèi)作為驅(qū)動元件的電動元件24和由該電動元件24驅(qū)動的第1和第2旋轉(zhuǎn)壓縮元件50、52。其結(jié)構(gòu)為，在第2旋轉(zhuǎn)壓縮元件52對被第1旋轉(zhuǎn)壓縮元件50壓縮、排出到密閉容器11A內(nèi)的中間壓力的制冷劑進行壓縮、排出。
圖中30是用于將制冷劑導入到壓縮機11的第1旋轉(zhuǎn)壓縮元件50中的制冷劑導入管，該制冷劑導入管30的一端與第1旋轉(zhuǎn)壓縮元件50的圖未示的氣缸連通。該制冷劑導入管30的另一端與后述的內(nèi)部熱交換器45低壓側(cè)的出口連接。
圖中32是用于將由第1旋轉(zhuǎn)壓縮元件50壓縮了的制冷劑導入到第2旋轉(zhuǎn)壓縮元件52的制冷劑導入管，設(shè)計成穿過壓縮機11外部的中間冷卻回路150。在設(shè)置于中間冷卻回路150內(nèi)的熱交換器152對從第1旋轉(zhuǎn)壓縮元件50排出到密閉容器11A內(nèi)的中間壓力的制冷劑進行冷卻，該中間冷卻回路150是用于在冷卻之后，將制冷劑吸入到第2旋轉(zhuǎn)壓縮元件52中的回路。
另外，該熱交換器152與氣體冷卻器12制成一體，在熱交換器152和氣體冷卻器12的附近，設(shè)置有用于對該熱交換器152和氣體冷卻器12進行通風、使制冷劑散熱的風扇22。而且，上述制冷劑排出管34是將被第2旋轉(zhuǎn)壓縮元件52壓縮了的制冷劑排出到氣體冷卻器12的制冷劑管路。
另一方面，與氣體冷卻器12的出口側(cè)連接的制冷劑管路36與上述內(nèi)部熱交換器45的高壓側(cè)的入口連接。上述內(nèi)部熱交換器45是用于使從氣體冷卻器12出來的高壓側(cè)的制冷劑與從蒸發(fā)器15出來的低壓側(cè)的制冷劑進行換熱的裝置。
然后，與該內(nèi)部熱交換器45的高壓側(cè)的出口連接的制冷劑管路37穿過毛細管14，與蒸發(fā)器15的入口連接。從蒸發(fā)器15出來的制冷劑管路38到達內(nèi)部熱交換器45的低壓側(cè)的入口。然后，內(nèi)部熱交換器45的低壓側(cè)的出口與上述制冷劑導入管30連接。
而且，制冷劑循環(huán)裝置1其制冷劑要有利于地球環(huán)境，考慮到可燃性以及毒性，使用自然制冷劑——二氧化碳，另外，該制冷劑循環(huán)裝置1的制冷劑回路10的高壓側(cè)為超臨界壓力。
因此，制冷劑循環(huán)裝置1，通過使壓縮機11運轉(zhuǎn)，在制冷劑管路10內(nèi)產(chǎn)生高壓的制冷劑流動的高壓部、中間壓力的制冷劑流動的中壓部、低壓的制冷劑流動的低壓部。
所謂制冷劑管路10內(nèi)的高壓部，是從被第2旋轉(zhuǎn)壓縮元件52壓縮了的制冷劑以高壓的狀態(tài)流動的制冷劑管路10內(nèi)的制冷劑排出管34、經(jīng)氣體冷卻器12、內(nèi)部熱交換器45的高壓側(cè)、到毛細管14的入口的通道。
另外，所謂中壓部，是包含在第1旋轉(zhuǎn)壓縮元件50壓縮了的中間壓力的制冷劑流動的中間冷卻回路150的制冷劑導入管32內(nèi)部。
所謂低壓部是從在毛細管14減壓了的制冷劑流動的制冷劑管路10內(nèi)的制冷劑管路38、經(jīng)蒸發(fā)器15、內(nèi)部熱交換器45的低壓側(cè)、到制冷劑導入管30的通道。
而且，本發(fā)明的制冷劑循環(huán)裝置1，使循環(huán)中(制冷劑管路10中)的低壓部容積的比例為全部容積的30％以上50％以下，而且，使上述內(nèi)部熱交換器45中的低壓部容積的比例，相對循環(huán)中的低壓部全部容積，為5％以上30％以下。
這樣一來，由于設(shè)定低壓部容積的比例，所以，在通常運轉(zhuǎn)時，即使在什么樣的運轉(zhuǎn)條件下，蒸發(fā)器15出口的制冷劑也不完全是氣體狀態(tài)，能使其為濕潤狀態(tài)，同時，在內(nèi)部熱交換器45的低壓側(cè)，能使制冷劑完全為氣體狀態(tài)，能確保過熱度。因此，能使液態(tài)的制冷劑在蒸發(fā)器15不完全蒸發(fā)，以傳熱性能好的液/氣混相相流的形式(濕潤狀態(tài))從蒸發(fā)器15返回到內(nèi)部熱交換器45。因此，能有效利用傳熱特性的提高和制冷劑的潛熱、顯熱，能有效地降低從氣體冷卻器12進入到毛細管14的高壓側(cè)的制冷劑的溫度。因此，能使在蒸發(fā)器15中的熵差達到極大，便于提高冷凍能力。
特別是，即使在難以提高在外氣溫度高時等的冷凍能力的條件下，也能充分地確保冷凍能力。
再有，本實施例，使包含中間冷卻回路150的制冷劑回路10中的中間壓力部容積的比例為全部容積的20％以上50％以下。
這樣一來，由于設(shè)定中壓部的容積，能并不使吸入到第2旋轉(zhuǎn)壓縮元件52中的制冷劑氣液化，而充分地將其冷卻。因此，從第2旋轉(zhuǎn)壓縮元件52排出的制冷劑氣的溫度也能降低。
因此，能進一步提高蒸發(fā)器15的冷凍能力。
制冷劑循環(huán)裝置1是以上結(jié)構(gòu)，以下用圖4對這種場合的制冷劑循環(huán)裝置1的動作進行說明。圖4是制冷劑循環(huán)裝置1的p-h曲線圖(莫里爾熱力學計算圖)，實線表示在通常的外氣溫度時(外氣溫度+32℃)的p-h曲線圖，虛線表示在外氣溫度低時(外氣溫度+5℃)的p-h曲線圖。而且，在圖4中，縱軸是壓力(Pressure)，橫軸是焓(Enthalpy)。
若起動壓縮機11的電動元件24，則低壓的制冷劑氣從制冷劑導入管30吸入到第1旋轉(zhuǎn)壓縮元件50(圖4的實線(1)的狀態(tài))，被壓縮，為中間壓力，排出到密閉容器11A內(nèi)(圖4的實線(2)的狀態(tài))。排出到密閉容器11A內(nèi)的制冷劑從制冷劑導入管32暫時排出到密閉容器11A的外部，進入中間冷卻回路150，穿過熱交換器152。在此，制冷劑接受風扇22的通風，進行散熱(圖4的實線(3)的狀態(tài))。
這樣一來，由于使由第1旋轉(zhuǎn)壓縮元件50壓縮了的中間壓的制冷劑氣穿過中間冷卻回路150，所以，在熱交換器152能有效地冷卻，因此，能抑制密閉容器11A內(nèi)的溫度上升，也能提高第2旋轉(zhuǎn)壓縮元件52的壓縮效率。再有，也能將從第2旋轉(zhuǎn)壓縮元件52排出的制冷劑氣的溫度降得很低。
然后，制冷劑被吸入到第2旋轉(zhuǎn)壓縮元件52、進行壓縮，成為高溫高壓的制冷劑氣，從制冷劑排出管34排出到壓縮機11的外部。此時，制冷劑被壓縮到適當?shù)某R界壓力(圖4的實線(4)的狀態(tài))。
在從制冷劑排出管34排出的制冷劑流入到氣體冷卻器12、在此接受風扇22通風進行散熱之后(圖4的實線(5)的狀態(tài))，流入到內(nèi)部熱交換器45的高壓側(cè)。在此，來自氣體冷卻器12的高溫高壓的制冷劑，將熱量傳遞到來自蒸發(fā)器15的低溫低壓的制冷劑，而被冷卻(圖4的實線(6)的狀態(tài))。
用圖4對該狀態(tài)進行說明。即，在沒有內(nèi)部熱交換器45的場合，為用毛細管14入口的制冷劑的焓(5)表示的狀態(tài)。在該場合，蒸發(fā)器15的制冷劑溫度變高。另一方面，當在內(nèi)部熱交換器45與低壓側(cè)的制冷劑進行換熱的場合，由于制冷劑的焓下降Δh，為用圖4的(6)表示的狀態(tài)，所以，由于圖4的(5)的焓使蒸發(fā)器15的制冷劑溫度變低。
特別是，在本發(fā)明，如以上所述，由于使內(nèi)部熱交換器45的高壓側(cè)的制冷劑與傳熱性能好的液/氣混相流的形式(濕潤狀態(tài))的低壓側(cè)的制冷劑進行換熱，所以，能有效地降低高壓側(cè)的制冷劑的溫度。
因此，由于能使從氣體冷卻器12進入毛細管14的制冷劑的溫度下降Δh1，所以，能擴大在蒸發(fā)器15中的熵差。因此，能提高蒸發(fā)器15的冷凍能力。
另一方面，被內(nèi)部熱交換器45冷卻、從內(nèi)部熱交換器45出來的高壓側(cè)的制冷劑到達毛細管14。而且，在毛細管14的入口是制冷劑氣或超臨界狀態(tài)。制冷劑由于降低在毛細管14上的壓力，所以為液/氣混相流，以該狀態(tài)流入到蒸發(fā)器15內(nèi)(圖4的實線(7)的狀態(tài))。因此，制冷劑通過從空氣中吸熱發(fā)揮冷卻作用。
此時，如以上所述，由于在中間冷卻回路150冷卻制冷劑的效果和在內(nèi)部熱交換器45冷卻制冷劑、擴大在蒸發(fā)器15的焓差的效果，便于提高蒸發(fā)器15的冷凍能力。
然后，制冷劑從蒸發(fā)器15流出(圖4的實線(8)的狀態(tài))，流入到內(nèi)部熱交換器45的低壓側(cè)。在此，蒸發(fā)器15為低溫，從蒸發(fā)器15出來的制冷劑如以上所述，不完全是氣體的狀態(tài)，為液/氣混相流的形式(濕潤狀態(tài))。但是，由于使內(nèi)部熱交換器45中的低壓部容積的比例，相對制冷劑回路10中的低壓部全部容積，為5％以上30％以下，所以，在該內(nèi)部熱交換器45與高壓側(cè)的制冷劑進行換熱，能獲得足夠的過熱度。因此，液態(tài)制冷劑被吸入到壓縮機11，能防止壓縮機11破損等不相宜情況于未然。
另外，在本實施例，由于使用內(nèi)部中間壓力型的2級壓縮式旋轉(zhuǎn)壓縮機作為壓縮機，所以，密閉容器11A內(nèi)的溫度比內(nèi)部高壓型的低，所以，如以上所述，即使在確保足夠的過熱度的場合，也難以產(chǎn)生壓縮機11內(nèi)的電動元件24等過熱、對運轉(zhuǎn)帶來不利的影響之類的不相宜的情況。
在內(nèi)部熱交換器45加熱了的制冷劑，反復地進行從制冷劑導入管30吸入到壓縮機11的第1旋轉(zhuǎn)壓縮元件50內(nèi)的循環(huán)。
而且，該情況下的制冷劑循環(huán)裝置1，如圖4的虛線所示，即使在外氣溫度較低時，也能由內(nèi)部熱交換器45對吸入到壓縮機11的制冷劑進行加熱，能確保過熱度。即，在蒸發(fā)器15的出口，即使制冷劑如圖4的虛線(8)所示，為液/氣混相流的形式，但由于如以上所述設(shè)定容積，所以，如圖4的虛線(1)所示，能獲得制冷劑的過熱度。因此，便于提高制冷劑循環(huán)裝置1的可靠性。
如以上詳細描述的那樣，能用本發(fā)明的制冷劑循環(huán)裝置1使在蒸發(fā)器15的焓差為極大，便于提高冷凍能力。另外，如本實施例，在使用內(nèi)部中間壓力型2級壓縮式的壓縮機11的場合，由于在中間冷卻回路150冷卻被第1旋轉(zhuǎn)壓縮元件50壓縮了的制冷劑，而且，使制冷劑回路10中的中壓部容積的比例為全部容積的20％以上50％以下，所以，能最大限度地發(fā)揮上述效果。
(實施例3)以下，對本發(fā)明的制冷劑循環(huán)裝置的另一實施例進行說明。圖5是該場合的制冷劑循環(huán)裝置100的制冷劑回路圖。而且，在圖5中，標與圖3相同的符號的部件，是具有同樣或類似的效果的部件。
在圖5中，110是該場合的制冷劑回路，通過將壓縮機111、氣體冷卻器12、作為減壓裝置的毛細管14、蒸發(fā)器15等連接成環(huán)狀構(gòu)成。
在此，本實施例的使用的壓縮機111是具備在密閉容器111A內(nèi)作為驅(qū)動元件的電動元件124和由該電動元件124驅(qū)動的單級壓縮元件130的單級壓縮式的壓縮機，在壓縮元件130的吸入側(cè)，一端與制冷劑導入管30連接。另外，制冷劑排出管34與壓縮元件130的排出側(cè)連接。
即，在氣體冷卻器12的入口連接有來自上述壓縮機111的制冷劑排出管34。而且，與氣體冷卻器12的出口側(cè)連接的制冷劑管路36與上述內(nèi)部熱交換器45的高壓側(cè)的入口連接。該內(nèi)部熱交換器45也與上述實施例同樣，是用于使從氣體冷卻器12出來的高壓側(cè)的制冷劑與從蒸發(fā)器15出來的低壓側(cè)的制冷劑進行換熱的裝置。
而且，與該內(nèi)部熱交換器45的高壓側(cè)的出口連接的制冷劑管路37穿過毛細管14與蒸發(fā)器15的入口連接。從蒸發(fā)器15出來的制冷劑管路38到達內(nèi)部熱交換器45的低壓側(cè)。而且，內(nèi)部熱交換器45的低壓側(cè)的出口與上述制冷劑導入管30連接。
在此，制冷劑循環(huán)裝置100，通過使壓縮機111運轉(zhuǎn)，在制冷劑回路110內(nèi)產(chǎn)生高壓的制冷劑流動的高壓部和低壓的制冷劑流動的低壓部。該制冷劑回路10內(nèi)的高壓部是從被第2旋轉(zhuǎn)壓縮元件52壓縮了的制冷劑以高壓的狀態(tài)流動的制冷劑回路10內(nèi)的制冷劑排出管，經(jīng)氣體冷卻器12、內(nèi)部熱交換器45的高壓側(cè)，到毛細管14的入口的通道。
另外，所謂低壓部，是從在毛細管14減壓了的制冷劑流動的制冷劑回路110內(nèi)的制冷劑管路38，經(jīng)蒸發(fā)器15、內(nèi)部熱交換器45的低壓側(cè)，到制冷劑導入管30的通道。
而且，在本發(fā)明，使循環(huán)(制冷劑回路110)中的低壓部容積的比例為全部容積的30％以上50％以下，而且，使上述內(nèi)部熱交換器的低壓部容積的比例，相對循環(huán)中的低壓部全部容積為5％以上30％以下。即，全部容積中的剩下的50以上70％以下為高壓部容積。
這樣一來，由于設(shè)定低壓部容積的比例，所以，在通常運轉(zhuǎn)時，即使在什么運轉(zhuǎn)條件下蒸發(fā)器15出口的制冷劑也不完全是氣體的狀態(tài)，能為濕潤狀態(tài)，而且，在內(nèi)部熱交換器45的低壓側(cè)，使制冷劑完全為氣體狀態(tài)，能確保過熱度。因此，能使液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器15不完全蒸發(fā)，以傳熱性能好的液/氣混相流的形式(濕潤狀態(tài))從蒸發(fā)器返回到內(nèi)部熱交換器45。因此，能有效利用傳熱特性的提高和制冷劑的潛熱、顯熱，能有效地降低從氣體冷卻器12進入到毛細管14的高壓側(cè)的制冷劑的溫度。因此，能使在蒸發(fā)器15中的熵差達到極大，便于提高冷凍能力。
而且，制冷劑循環(huán)裝置100，作為制冷劑，與上述實施例同樣，使用二氧化碳。另外，該制冷劑循環(huán)裝置100的制冷劑回路110的高壓側(cè)為超臨界壓力。
制冷劑循環(huán)裝置100是以上結(jié)構(gòu)，參照圖6的p-h曲線圖對本實施例的制冷劑循環(huán)裝置100的動作進行說明。而且，在圖6中，縱軸是壓力(Pressure)，橫軸是焓(Enthalpy)。
若起動壓縮機111的電動元件124，則低壓的制冷劑氣從制冷劑導入管30吸入到壓縮元件130(圖6的實線(1)的狀態(tài))，被壓縮，為高溫高壓的制冷劑氣，由制冷劑排出管34排出到壓縮機111的外部。此時，制冷劑被壓縮到適當?shù)某R界壓力(圖6的(2)的狀態(tài))。
從制冷劑排出管34排出的制冷劑流入到氣體冷卻器12，在此，在接受風扇22的通風，進行散熱之后(圖6的(3)的狀態(tài))，流入到內(nèi)部熱交換器45的高壓側(cè)。在此，來自氣體冷卻器12的高溫高壓的制冷劑將熱量傳遞給來自蒸發(fā)器15的低溫低壓的制冷劑，而被冷卻(圖6的(4)的狀態(tài))。
在此，由于在沒有內(nèi)部熱交換器45的制冷劑回路，不能使高壓側(cè)的制冷劑與低壓側(cè)的制冷劑進行換熱，所以，不能冷卻高壓側(cè)的制冷劑、擴大焓差。即，在沒有內(nèi)部熱交換器45的場合，由于毛細管14入口的制冷劑的焓為(3)所示的狀態(tài)，所以，制冷劑的蒸發(fā)溫度變高了。另一方面，當在內(nèi)部熱交換器45與低壓側(cè)的制冷劑進行換熱的場合，由于制冷劑的焓下降Δh，為圖6的(4)所示的狀態(tài)，所以，蒸發(fā)器15的制冷劑溫度變得比圖6的(3)的場合低。
另一方面，在制冷劑回路內(nèi)的低壓部的比例過小的制冷劑回路、或蒸發(fā)器的容量相對內(nèi)部熱交換器的容量過大的制冷劑回路，由于在蒸發(fā)器出口的制冷劑始終完全為氣體狀態(tài)的制冷劑，所以，在內(nèi)部熱交換器不能通過與高壓側(cè)的制冷劑的熱交換充分地冷卻高壓側(cè)的制冷劑。因此，不能充分地提高蒸發(fā)器15的冷凍能力。
但是，如本發(fā)明所述，由于使內(nèi)部熱交換器45的低壓部容積的比例，相對制冷劑回路110中的低壓部全部容積，為5％以上30％以下，所以，能使蒸發(fā)器15出口的制冷劑不完全為氣體狀態(tài)，以傳熱性能好的液/氣混相流的形式(濕潤狀態(tài))從蒸發(fā)器返回到內(nèi)部熱交換器45。因此，通過有效利用傳熱特性的提高和制冷劑的潛熱、顯熱，能有效地降低從氣體冷卻器12進入到毛細管14的高壓側(cè)的制冷劑的溫度，能使在蒸發(fā)器15中的焓差達到極大，便于提高冷凍能力。
然后，在內(nèi)部熱交換器45冷卻、從內(nèi)部熱交換器45出來的高壓側(cè)的制冷劑到達毛細管14。而且，在毛細管14的入口是制冷劑氣或氣體的狀態(tài)。由于制冷劑降低了在毛細管14的壓力，所以，為液/氣混相流，以該狀態(tài)流入到蒸發(fā)器15內(nèi)(圖6的(5)的狀態(tài))。因此，制冷劑通過從空氣吸熱發(fā)揮冷卻作用。
此時，如以上所述，由于在內(nèi)部熱交換器45冷卻制冷劑的效果，擴大了在蒸發(fā)器15的焓，所以，便于提高蒸發(fā)器15的冷凍能力。
然后，制冷劑從蒸發(fā)器15流出(圖6的(6)的狀態(tài))，流入到內(nèi)部熱交換器45的低壓側(cè)。蒸發(fā)器15變成低溫，從蒸發(fā)器15出來的制冷劑，如以上所述，不完全是氣體的狀態(tài)，為液/氣混相流的形式(濕潤狀態(tài))。
在此，如以上所述，由于使內(nèi)部熱交換器45的低壓部容積的比例，相對制冷劑回路110中的低壓部全部容積，為5％以上30％以下，所以，在內(nèi)部熱交換器45的低壓側(cè)，使制冷劑完全為氣體的狀態(tài)，能確保過熱度。
因此，液態(tài)制冷劑被吸入到壓縮機111，能防止壓縮機111破損等不相宜情況于未然。
而且，在內(nèi)部熱交換器45被加熱了的制冷劑，反復進行從制冷劑導入管30吸入到壓縮機111的壓縮元件130內(nèi)的循環(huán)。
如以上詳細描述的那樣，根據(jù)本發(fā)明，即使在使用二氧化碳作為制冷劑的制冷劑循環(huán)裝置，也能充分地確保冷凍能力。
而且，在上述實施例，雖然使用毛細管14作為減壓裝置，但并不限于此，即使使用電氣式或機械式的膨脹閥等也沒關(guān)系。
權(quán)利要求
1.一種制冷劑循環(huán)裝置，其特征是是將壓縮機、氣體冷卻器、減壓裝置、蒸發(fā)器等連接成環(huán)狀而構(gòu)成，使用二氧化碳作為制冷劑，高壓側(cè)能為超臨界壓力的轉(zhuǎn)變臨界制冷劑循環(huán)裝置，具備使從上述氣體冷卻器出來的制冷劑與從上述蒸發(fā)器出來的制冷劑進行換熱的內(nèi)部熱交換器，該內(nèi)部熱交換器具有來自上述氣體冷卻器的制冷劑流動的高壓側(cè)流道；配設(shè)成與該高壓側(cè)流道換熱、來自上述蒸發(fā)器的制冷劑流動的低壓側(cè)流道，使制冷劑在上述高壓側(cè)流道中從下向上流動，使制冷劑在上述低壓側(cè)流道中從上向下流動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的制冷劑循環(huán)裝置，其特征是上述內(nèi)部熱交換器用由內(nèi)管和外管構(gòu)成的雙層管制成，在上述內(nèi)管內(nèi)構(gòu)成上述高壓側(cè)流道，在上述內(nèi)管與外管之間構(gòu)成上述低壓側(cè)流道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的制冷劑循環(huán)裝置，其特征是上述內(nèi)部熱交換器用由在內(nèi)部構(gòu)成雙系統(tǒng)流道的層疊板構(gòu)成，將一個流道作為上述高壓側(cè)流道，將另一個流道作為上述低壓側(cè)流道。
4.一種制冷劑循環(huán)裝置，其特征是是將壓縮機、氣體冷卻器、減壓裝置、蒸發(fā)器等連接成環(huán)狀而構(gòu)成，使用二氧化碳作為制冷劑，高壓側(cè)為超臨界壓力的制冷劑循環(huán)裝置，具備使從上述氣體冷卻器出來的制冷劑與從上述蒸發(fā)器出來的制冷劑進行換熱的內(nèi)部熱交換器，使循環(huán)系統(tǒng)中的低壓部容積的比例為全部容積的30％以上50％以下，而且，使上述內(nèi)部熱交換器中的低壓部容積的比例，相對循環(huán)系統(tǒng)中的低壓部全部容積，為5％以上30％以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的制冷劑循環(huán)裝置，其特征是上述壓縮機具備設(shè)置在密閉容器內(nèi)的第1和第2壓縮元件，用上述第2壓縮元件對被上述第1壓縮元件壓縮、排出到上述密閉容器內(nèi)的中間壓力的制冷劑進行壓縮、排出，而且，使在循環(huán)系統(tǒng)中的中間壓力部容積的比例為全部容積的20％以上50％以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的制冷劑循環(huán)裝置，其特征是具備用于在對從上述第1壓縮元件排出到上述密閉容器內(nèi)的中間壓力的制冷劑進行冷卻之后，將其吸入到上述第2壓縮元件的中間冷卻回路。
全文摘要
在高壓側(cè)為超臨界壓力的轉(zhuǎn)變臨界制冷劑循環(huán)裝置，并不在低壓側(cè)設(shè)置儲液器，其目的是防止由于壓縮機壓縮液體而出現(xiàn)損傷，其要點為將壓縮機、氣體冷卻器、減壓裝置、蒸發(fā)器等連接成環(huán)狀而構(gòu)成，使用二氧化碳作為制冷劑，高壓側(cè)為超臨界壓力的轉(zhuǎn)變臨界制冷劑循環(huán)裝置，具備使從氣體冷卻器出來的制冷劑與從蒸發(fā)器出來的制冷劑進行換熱的內(nèi)部熱交換器，該內(nèi)部熱交換器具有來自氣體冷卻器的制冷劑流動的高壓側(cè)流道；配設(shè)成與該高壓側(cè)流道換熱、來自蒸發(fā)器的制冷劑流動的低壓側(cè)流道，使制冷劑在高壓側(cè)流道中從下向上流動，使制冷劑在低壓側(cè)流道中從上向下流動。
文檔編號F25B40/00GK1654902SQ20051000798
公開日2005年8月17日 申請日期2005年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月12日
發(fā)明者松本兼三, 山崎晴久, 山中正司 申請人:三洋電機株式會社