CN1654902A - 制冷剂循环装置 - Google Patents

Abstract

在高压侧为超临界压力的转变临界制冷剂循环装置，并不在低压侧设置储液器，其目的是防止由于压缩机压缩液体而出现损伤，其要点为：将压缩机、气体冷却器、减压装置、蒸发器等连接成环状而构成，使用二氧化碳作为制冷剂，高压侧为超临界压力的转变临界制冷剂循环装置，具备使从气体冷却器出来的制冷剂与从蒸发器出来的制冷剂进行换热的内部热交换器，该内部热交换器具有：来自气体冷却器的制冷剂流动的高压侧流道；配设成与该高压侧流道换热、来自蒸发器的制冷剂流动的低压侧流道，使制冷剂在高压侧流道中从下向上流动，使制冷剂在低压侧流道中从上向下流动。

Description

制冷剂循环装置

技术领域

本发明涉及一种将压缩机、气体冷却器、减压装置、蒸发器等连接成环状而构成、使用二氧化碳作为制冷剂，能使高压侧为超临界压力的制冷剂循环装置。

背景技术

现有的这种制冷剂循环装置，用管路依次将旋转压缩机(压缩机)、气体冷却器、减压装置(膨胀阀或毛细管等)以及蒸发器等连接成环状，构成制冷剂循环系统(制冷剂回路)。而且，制冷剂气从旋转压缩机的旋转压缩元件的吸入孔吸入到气缸的低压室侧，通过转子和叶片的动作，进行压缩，成为高温高压的制冷剂气，从高压室侧经排出孔、排出消音室，排出到气体冷却器。制冷剂气在该气体冷却器散热之后，用节流手段进行节流，供给到蒸发器。在此，制冷剂蒸发，此时，通过从周围吸热，发挥冷却作用。

近年来，为了应付地球环境问题而开发的装置，即使在这种制冷剂循环系统，也不使用现有的氟里昂(フロン)，而是使用自然制冷剂——二氧化碳(CO₂)作为制冷剂，使用使高压侧为超临界压力进行运转的转变临界(遷臨界)制冷剂循环系统。

在这样的转变临界制冷剂循环装置，为了防止液态制冷剂返回到压缩机内进行液态压缩，在蒸发器的出口侧和压缩机的吸入侧之间的低压侧，配设储液器，为将液态制冷剂储存在该储液器中，仅将气体吸入到压缩机中的结构。而且，调整减压装置，不使储液器内的液态制冷剂返回到压缩机(例如，参照日本专利公报特公平7-18602号)。

但是，将储液器设置在制冷剂循环系统的低压侧，需要相当多的制冷剂的填充量。另外，为了防止液体回流，必须扩大储液器的容量，或对减压装置的节流阀进行调整，招致设置空间扩大或蒸发器15的冷冻能力降低。

另外，在使用二氧化碳作为相关的制冷剂循环装置的制冷剂的场合，由于压缩比变得非常高，所以，在外气温度高时等情况下，提高冷冻能力是很困难的。

发明内容

本发明的目的是，为了解决相关的现有技术问题，使高压侧为超临界压力的转变临界制冷剂循环装置，并不在低压侧设置储液器，防止由于压缩机压缩液体而出现损伤。

本发明的制冷剂循环装置，是将压缩机、气体冷却器、减压装置、蒸发器等连接成环状而构成，使用二氧化碳作为制冷剂，高压侧能为超临界压力的转变临界制冷剂循环装置，具备使从气体冷却器出来的制冷剂与从蒸发器出来的制冷剂进行换热的内部热交换器，该内部热交换器具有：来自气体冷却器的制冷剂流动的高压侧流道；配设成与该高压侧流道换热、来自蒸发器的制冷剂流动的低压侧流道，使制冷剂在高压侧流道中从下向上流动，使制冷剂在低压侧流道中从上向下流动。

另外，本发明的制冷剂循环装置，是在上述发明中，内部热交换器用由内管和外管构成的双层管制成，在内管内构成高压侧流道，在内管与外管之间构成低压侧流道。

另外，本发明的制冷剂循环装置，是在上述发明中，内部热交换器用由在内部构成双系统流道的层叠板构成，将一个流道作为高压侧流道，将另一个流道作为低压侧流道。

本发明，具备使从气体冷却器出来的制冷剂与从蒸发器出来的制冷剂进行换热的内部热交换器，由于该内部热交换器具有：来自气体冷却器的制冷剂流动的高压侧流道；配设成与该高压侧流道换热、来自蒸发器的制冷剂流动的低压侧流道，所以，能由内部热交换器使从气体冷却器进入减压装置的制冷剂的温度下降，扩大在蒸发器的熵差，提高冷冻能力。

特别是，由于使制冷剂在高压侧流道中从下向上流动，使制冷剂在低压侧流道中从上向下流动，所以，在高压比超临界压力低的场合，能将剩余制冷剂留存在内部热交换器的高压侧流道中，在外气温度低时等，能减少流入低压侧的剩余制冷剂，防止压缩机破损等不相宜情况于未然。

另外，由于用双层管构成内部热交换器，或为层叠式的内部热交换器，所以，能使来自气体冷却器的制冷剂与来自蒸发器的制冷剂平稳地进行换热，而且，在外气温度低时等，也能无障碍地向高压侧流道贮存制冷剂。

另外，本发明的目的是，为了解决相关的现有技术问题，使制冷剂循环装置中，便于提高蒸发器的冷冻能力。

即，本发明的制冷剂循环装置，是将压缩机、气体冷却器、减压装置、蒸发器等连接成环状而构成，使用二氧化碳作为制冷剂，高压侧为超临界压力的制冷剂循环装置，具备使从气体冷却器出来的制冷剂与从蒸发器出来的制冷剂进行换热的内部热交换器，使循环系统中的低压部容积的比例为全部容积的30％以上50％以下，而且，使内部热交换器中的低压部容积的比例，相对循环系统中的低压部全部容积，为5％以上30％以下。

另外，本发明的制冷剂循环装置，是在上述发明中，压缩机具备设置在密闭容器内的第1和第2压缩元件，用第2压缩元件对被第1压缩元件压缩、排出到密闭容器内的中间压力的制冷剂进行压缩、排出，而且，使在循环系统中的中间压力部容积的比例为全部容积的20％以上50％以下。

另外，本发明的制冷剂循环装置，是在上述发明中，具备用于在对从第1压缩元件排出到密闭容器内的中间压力的制冷剂进行冷却之后，将其吸入到第2压缩元件的中间冷却回路。

在本发明，能使液态制冷剂在蒸发器不完全蒸发，而是以传热性能好的液/气混相流的形式，从蒸发器返回到内部热交换器，通过有效利用传热特性的提高和制冷剂的潜热、显热，能有效地降低从气体冷却器进入减压装置的高压侧的制冷剂的温度，能使在蒸发器的焓差极大，便于提高冷冻能力。

特别是，在使用内部中间压型的二级压缩式的压缩机的场合，例如，由于使包含中间冷却回路的循环系统中的中压部容积的比例为全部容积的20％以上50％以下，所以，能最大限度地发挥上述效果。

附图说明

图1是本发明的一实施例的转变临界制冷剂循环装置的制冷剂回路图(实施例1)。

图2是图1的内部热交换器的内部结构图。

图3是又一个本发明的实施例的制冷剂循环装置的制冷剂回路图(实施例2)。

图4是图3的制冷剂循环装置的p-h曲线图。

图5是又一个本发明的制冷剂循环装置的其它实施例的制冷剂回路图(实施例3)。

图6是图5的制冷剂循环装置的p-h曲线图。

用于实施发明的最佳方式

以下，依据附图详细地对本发明的实施方式进行说明。

(实施例1)

图1是本发明的制冷剂循环装置的一实施例的转变临界制冷剂循环装置的制冷剂回路图。而且，本发明的转变临界制冷剂循环装置，是自动售货机、空调机、冷库或展示柜等所使用的装置。

在图1中，10是转变临界制冷剂循环装置1的制冷剂回路，通过将压缩机11、气体冷却器12、作为减压装置的毛细管14、蒸发器15等连接成环状而构成。

即，压缩机11的制冷剂排出管34与气体冷却器12的入口连接。在此，实施例的压缩机11是内部中间压型2级压缩式的旋转压缩机，由在密闭容器11A内作为驱动元件的电动元件24和由该电动元件24驱动的第1和第2旋转压缩元件50、52构成。

图中30是用于将制冷剂导入到压缩机11的第1旋转压缩元件50中的制冷剂导入管，该制冷剂导入管30的一端与第1旋转压缩元件50的图未示的气缸连通。该制冷剂导入管30的另一端与后述的内部热交换器45低压侧流道66的出口66B连接。

图中32是用于将由第1旋转压缩元件50压缩了的制冷剂导入到第2旋转压缩元件52的制冷剂导入管。该制冷剂导入管32设计成穿过压缩机11外部的中间冷却回路150。其结构为，在该中间冷却回路150上设置有用于冷却被第1旋转压缩元件50压缩了的制冷剂的热交换器152，被第1旋转压缩元件50压缩了的中间压的制冷剂，在由热交换器152冷却之后，被吸入到第2旋转压缩元件52。另外，该热交换器152与气体冷却器12制成一体，在热交换器152和气体冷却器12的附近，设有用于对该热交换器152和气体冷却器12进行通风、使制冷剂散热的风扇22。而且，上述制冷剂排出管34是将被第2旋转压缩元件52压缩了的制冷剂排出到气体冷却器12的制冷剂管路。

另一方面，与气体冷却器12的出口侧连接的制冷剂管路36与上述内部热交换器45的高压侧流道64的入口64A连接。上述内部热交换器45是用于使从气体冷却器12出来的高压侧的制冷剂与从蒸发器15出来的低压侧的制冷剂进行换热的装置。如图2所示，该内部热交换器45用由内管60和外管62制成的双层管构成，外管62的外周用隔热材料63覆盖。而且，在内管60内形成来自气体冷却器的制冷剂流动的高压侧流道64，在该内管60和外管62之间形成来自蒸发器15的制冷剂流动的低压侧流道66，配置成高压侧流道64和低压侧流道66进行换热。

另外，在下侧形成入口64A、在上侧形成出口64B，以使制冷剂在该高压侧流道64中从下向上流动。即，使其为来自气体冷却器12的高压侧制冷剂从下侧的入口64A进入到高压侧流道64，从上侧的出口64B流出高压侧流道64的形式。

另一方面，在上端形成入口66A，在下端形成出口66B，以使制冷剂在低压侧流道66中从上向下流动。即，来自蒸发器15的低压侧制冷剂从上端的入口66A进入低压侧流道66，从下端的出口66B流出低压侧流道66。

因此，由于在高压侧流道64和低压侧流道66中流动的制冷剂对峙流动，所以，能提高在该内部热交换器45中的热交换能力。

再有，由于使制冷剂在高压侧流道64中从下向上流动，使制冷剂在低压侧流道66中从上向下流动，所以，在高压比超临界压力低的场合，能使剩余制冷剂留存在内部热交换器45的高压侧流道64中。因此，在外部气温较低时等，能减少流入到低压侧的剩余制冷剂，能防止压缩机11破损等不相宜情况于未然。

另一方面，与内部热交换器45的高压侧流道64的出口64B连接的管路，经毛细管14与蒸发器15连接。而且，从蒸发器15出来的管路与内部热交换器45的低压侧流道66的入口66A连接。

而且，转变临界制冷剂循环装置1的制冷剂要有利于地球环境，考虑到可燃性以及毒性，使用自然制冷剂——二氧化碳(CO₂)，该转变临界制冷剂循环装置1的制冷剂回路10的高压侧为超临界压力。

制冷剂循环装置1是以上结构，以下，对实施例的转变临界制冷剂循环装置1的动作进行说明。若起动压缩机11的电动元件24，则低压的制冷剂气被吸入到压缩机11的第1旋转压缩元件50，被压缩，为中间压力，排出到密闭容器11A内。排出到密闭容器11A内的制冷剂从制冷剂导入管32暂时排出到密闭容器11A的外部，进入中间冷却回路150，穿过热交换器152。在此，接受风扇22的通风，进行散热。

这样一来，由于在由热交换器152对被第1旋转压缩元件50压缩了的制冷剂进行冷却之后，被吸入到第2旋转压缩元件52，所以，能降低从压缩机11的第2旋转压缩元件52排出的制冷剂气的温度。

然后，制冷剂被吸入到第2旋转压缩元件52，被压缩，为高温高压的制冷剂气，由制冷剂排出管34排出到压缩机11的外部。此时，制冷剂被压缩到适当的超临界压力。

在从制冷剂排出管34排出的制冷剂流入到气体冷却器12、在此接受风扇22通风进行散热之后，从内部热交换器45的高压侧流道64的入口64A流入到在内管60内形成的高压侧流道64。而且，进入高压侧流道64的制冷剂在高压侧流道64内从下向上流动。因此，由于如以上所述配设高压侧流道64和低压侧流道66进行换热，所以，在高压侧流道64中流动的来自气体冷却器12的制冷剂，将热量传递到在低压侧流道66中流动的来自蒸发器15的制冷剂，而被冷却。

因此，由于能降低从气体冷却器12进入毛细管14的制冷剂的温度，所以，能扩大在蒸发器15中的熵差。因此，能提高蒸发器15的冷冻能力。

另一方面，被内部热交换器45冷却、从出口64B出来的高压侧的制冷剂到达毛细管14。而且，在毛细管14的入口是制冷剂气或气体的状态。由于制冷剂在毛细管14中的压力降低，为气体/液体的二相混合体，在该状态流入到蒸发器15内。在此，制冷剂蒸发，由于从空气中吸热而发挥冷却作用。

此时，如以上所述，由于在中间冷却回路150中对中间压力的制冷剂进行冷却的效果和由内部热交换器45对制冷剂进行冷却、扩大在蒸发器15中的熵差的效果，便于提高蒸发器15的冷冻能力。

然后，制冷剂从蒸发器15流出，从入口66A进入内部热交换器45的内管和外管62之间的低压侧流道66。而且，进入到低压侧流道66的制冷剂，在内管60和外管62之间的低压侧流道66中从上向下流动。因此，在蒸发器15中蒸发，变成低温，流出蒸发器15的制冷剂，并不是完全是气体的状态，虽然也有为混入液体的状态的场合，但通过使其在内部热交换器45的低压侧流道66中穿过，使其与在上述高压侧流道64中流动的制冷剂进行换热，制冷剂被加热，此时，能确保制冷剂的过热度，为完全的气体状态。

因此，能防止压缩机11吸入液态的制冷剂，压缩机11破损等不相宜情况于未然。

而且，反复进行被内部热交换器45加热了的制冷剂，从制冷剂导入管30吸入到压缩机11的第1旋转压缩元件52内的循环。

这样一来，由于来自气体冷却器12的制冷剂在高压侧流道64中流动，来自蒸发器15的制冷剂在低压侧流道66中流动，而且低压侧流道66配设成与该高压侧流道64进行换热，设置具有高压侧流道64和低压侧流道66的内部热交换器45，所以，能降低从气体冷却器12进入毛细管14的制冷剂的温度，扩大在蒸发器15中的熵差，提高冷冻能力。

特别是，由于使制冷剂在高压侧流道64中从下向上流动，使制冷剂在低压侧流道66中从上向下流动，所以，在高压比超临界压力低的场合，能将剩余制冷剂留存在内部热交换器45的高压侧流道64中，在外气温度较低时，能减少流入到低压侧的剩余制冷剂，防止压缩机11的破损等不相宜的情况于未然。

另外，由于用由内管60和外管62构成的双层管构成内部热交换器45，在内管60构成高压侧流道64，在内管60和外管62之间构成低压侧流道66，所以，能使来自气体冷却器12的制冷剂和来自蒸发器15的制冷剂平稳地进行换热。再有，在外气温度较低时等，也能无障碍地向高压侧流道64贮存制冷剂。

因此，既便于提高转变临界制冷剂循环装置1的可靠性，也便于提高冷冻能力。

而且，在本实施例，虽然内部热交换器45为由内管60和外管62构成的双层管结构，但并不限于此，即使为通过层叠能在内部构成两系统的流道的钢板制成的结构形式也没关系。

即使在种场合，使一个流道为高压侧流道，另一个流道为低压侧流道，配设两流道使其进行换热，而且，使制冷剂在高压侧流道从下向上流动，使制冷剂在低压侧流道从上向下流动，由此也能获得与本

实施例同样的效果。

(实施例2)

以下，图3是又一本发明的制冷剂循环装置的实施例的制冷剂回路图。而且，该场合的制冷剂循环装置也是自动售货机、空调机、冷库或展示柜等所使用的装置。

在图3中，10是制冷剂循环装置1的制冷剂回路，通过将压缩机11、气体冷却器12、作为减压装置的毛细管14、蒸发器15等连接成环状而构成。

即，压缩机11的制冷剂排出管34与气体冷却器12的入口连接。在此，实施例的压缩机11是内部中间压力型2级压缩式的旋转压缩机，具备在密闭容器11A内作为驱动元件的电动元件24和由该电动元件24驱动的第1和第2旋转压缩元件50、52。其结构为，在第2旋转压缩元件52对被第1旋转压缩元件50压缩、排出到密闭容器11A内的中间压力的制冷剂进行压缩、排出。

图中30是用于将制冷剂导入到压缩机11的第1旋转压缩元件50中的制冷剂导入管，该制冷剂导入管30的一端与第1旋转压缩元件50的图未示的气缸连通。该制冷剂导入管30的另一端与后述的内部热交换器45低压侧的出口连接。

图中32是用于将由第1旋转压缩元件50压缩了的制冷剂导入到第2旋转压缩元件52的制冷剂导入管，设计成穿过压缩机11外部的中间冷却回路150。在设置于中间冷却回路150内的热交换器152对从第1旋转压缩元件50排出到密闭容器11A内的中间压力的制冷剂进行冷却，该中间冷却回路150是用于在冷却之后，将制冷剂吸入到第2旋转压缩元件52中的回路。

另外，该热交换器152与气体冷却器12制成一体，在热交换器152和气体冷却器12的附近，设置有用于对该热交换器152和气体冷却器12进行通风、使制冷剂散热的风扇22。而且，上述制冷剂排出管34是将被第2旋转压缩元件52压缩了的制冷剂排出到气体冷却器12的制冷剂管路。

另一方面，与气体冷却器12的出口侧连接的制冷剂管路36与上述内部热交换器45的高压侧的入口连接。上述内部热交换器45是用于使从气体冷却器12出来的高压侧的制冷剂与从蒸发器15出来的低压侧的制冷剂进行换热的装置。

然后，与该内部热交换器45的高压侧的出口连接的制冷剂管路37穿过毛细管14，与蒸发器15的入口连接。从蒸发器15出来的制冷剂管路38到达内部热交换器45的低压侧的入口。然后，内部热交换器45的低压侧的出口与上述制冷剂导入管30连接。

而且，制冷剂循环装置1其制冷剂要有利于地球环境，考虑到可燃性以及毒性，使用自然制冷剂——二氧化碳，另外，该制冷剂循环装置1的制冷剂回路10的高压侧为超临界压力。

因此，制冷剂循环装置1，通过使压缩机11运转，在制冷剂管路10内产生高压的制冷剂流动的高压部、中间压力的制冷剂流动的中压部、低压的制冷剂流动的低压部。

所谓制冷剂管路10内的高压部，是从被第2旋转压缩元件52压缩了的制冷剂以高压的状态流动的制冷剂管路10内的制冷剂排出管34、经气体冷却器12、内部热交换器45的高压侧、到毛细管14的入口的通道。

另外，所谓中压部，是包含在第1旋转压缩元件50压缩了的中间压力的制冷剂流动的中间冷却回路150的制冷剂导入管32内部。

所谓低压部是从在毛细管14减压了的制冷剂流动的制冷剂管路10内的制冷剂管路38、经蒸发器15、内部热交换器45的低压侧、到制冷剂导入管30的通道。

而且，本发明的制冷剂循环装置1，使循环中(制冷剂管路10中)的低压部容积的比例为全部容积的30％以上50％以下，而且，使上述内部热交换器45中的低压部容积的比例，相对循环中的低压部全部容积，为5％以上30％以下。

这样一来，由于设定低压部容积的比例，所以，在通常运转时，即使在什么样的运转条件下，蒸发器15出口的制冷剂也不完全是气体状态，能使其为湿润状态，同时，在内部热交换器45的低压侧，能使制冷剂完全为气体状态，能确保过热度。因此，能使液态的制冷剂在蒸发器15不完全蒸发，以传热性能好的液/气混相相流的形式(湿润状态)从蒸发器15返回到内部热交换器45。因此，能有效利用传热特性的提高和制冷剂的潜热、显热，能有效地降低从气体冷却器12进入到毛细管14的高压侧的制冷剂的温度。因此，能使在蒸发器15中的熵差达到极大，便于提高冷冻能力。

特别是，即使在难以提高在外气温度高时等的冷冻能力的条件下，也能充分地确保冷冻能力。

再有，本实施例，使包含中间冷却回路150的制冷剂回路10中的中间压力部容积的比例为全部容积的20％以上50％以下。

这样一来，由于设定中压部的容积，能并不使吸入到第2旋转压缩元件52中的制冷剂气液化，而充分地将其冷却。因此，从第2旋转压缩元件52排出的制冷剂气的温度也能降低。

因此，能进一步提高蒸发器15的冷冻能力。

制冷剂循环装置1是以上结构，以下用图4对这种场合的制冷剂循环装置1的动作进行说明。图4是制冷剂循环装置1的p-h曲线图(莫里尔热力学计算图)，实线表示在通常的外气温度时(外气温度+32℃)的p-h曲线图，虚线表示在外气温度低时(外气温度+5℃)的p-h曲线图。而且，在图4中，纵轴是压力(Pressure)，横轴是焓(Enthalpy)。

若起动压缩机11的电动元件24，则低压的制冷剂气从制冷剂导入管30吸入到第1旋转压缩元件50(图4的实线(1)的状态)，被压缩，为中间压力，排出到密闭容器11A内(图4的实线(2)的状态)。排出到密闭容器11A内的制冷剂从制冷剂导入管32暂时排出到密闭容器11A的外部，进入中间冷却回路150，穿过热交换器152。在此，制冷剂接受风扇22的通风，进行散热(图4的实线(3)的状态)。

这样一来，由于使由第1旋转压缩元件50压缩了的中间压的制冷剂气穿过中间冷却回路150，所以，在热交换器152能有效地冷却，因此，能抑制密闭容器11A内的温度上升，也能提高第2旋转压缩元件52的压缩效率。再有，也能将从第2旋转压缩元件52排出的制冷剂气的温度降得很低。

然后，制冷剂被吸入到第2旋转压缩元件52、进行压缩，成为高温高压的制冷剂气，从制冷剂排出管34排出到压缩机11的外部。此时，制冷剂被压缩到适当的超临界压力(图4的实线(4)的状态)。

在从制冷剂排出管34排出的制冷剂流入到气体冷却器12、在此接受风扇22通风进行散热之后(图4的实线(5)的状态)，流入到内部热交换器45的高压侧。在此，来自气体冷却器12的高温高压的制冷剂，将热量传递到来自蒸发器15的低温低压的制冷剂，而被冷却(图4的实线(6)的状态)。

用图4对该状态进行说明。即，在没有内部热交换器45的场合，为用毛细管14入口的制冷剂的焓(5)表示的状态。在该场合，蒸发器15的制冷剂温度变高。另一方面，当在内部热交换器45与低压侧的制冷剂进行换热的场合，由于制冷剂的焓下降Δh，为用图4的(6)表示的状态，所以，由于图4的(5)的焓使蒸发器15的制冷剂温度变低。

特别是，在本发明，如以上所述，由于使内部热交换器45的高压侧的制冷剂与传热性能好的液/气混相流的形式(湿润状态)的低压侧的制冷剂进行换热，所以，能有效地降低高压侧的制冷剂的温度。

因此，由于能使从气体冷却器12进入毛细管14的制冷剂的温度下降Δh1，所以，能扩大在蒸发器15中的熵差。因此，能提高蒸发器15的冷冻能力。

另一方面，被内部热交换器45冷却、从内部热交换器45出来的高压侧的制冷剂到达毛细管14。而且，在毛细管14的入口是制冷剂气或超临界状态。制冷剂由于降低在毛细管14上的压力，所以为液/气混相流，以该状态流入到蒸发器15内(图4的实线(7)的状态)。因此，制冷剂通过从空气中吸热发挥冷却作用。

此时，如以上所述，由于在中间冷却回路150冷却制冷剂的效果和在内部热交换器45冷却制冷剂、扩大在蒸发器15的焓差的效果，便于提高蒸发器15的冷冻能力。

然后，制冷剂从蒸发器15流出(图4的实线(8)的状态)，流入到内部热交换器45的低压侧。在此，蒸发器15为低温，从蒸发器15出来的制冷剂如以上所述，不完全是气体的状态，为液/气混相流的形式(湿润状态)。但是，由于使内部热交换器45中的低压部容积的比例，相对制冷剂回路10中的低压部全部容积，为5％以上30％以下，所以，在该内部热交换器45与高压侧的制冷剂进行换热，能获得足够的过热度。因此，液态制冷剂被吸入到压缩机11，能防止压缩机11破损等不相宜情况于未然。

另外，在本实施例，由于使用内部中间压力型的2级压缩式旋转压缩机作为压缩机，所以，密闭容器11A内的温度比内部高压型的低，所以，如以上所述，即使在确保足够的过热度的场合，也难以产生压缩机11内的电动元件24等过热、对运转带来不利的影响之类的不相宜的情况。

在内部热交换器45加热了的制冷剂，反复地进行从制冷剂导入管30吸入到压缩机11的第1旋转压缩元件50内的循环。

而且，该情况下的制冷剂循环装置1，如图4的虚线所示，即使在外气温度较低时，也能由内部热交换器45对吸入到压缩机11的制冷剂进行加热，能确保过热度。即，在蒸发器15的出口，即使制冷剂如图4的虚线(8)所示，为液/气混相流的形式，但由于如以上所述设定容积，所以，如图4的虚线(1)所示，能获得制冷剂的过热度。因此，便于提高制冷剂循环装置1的可靠性。

如以上详细描述的那样，能用本发明的制冷剂循环装置1使在蒸发器15的焓差为极大，便于提高冷冻能力。另外，如本实施例，在使用内部中间压力型2级压缩式的压缩机11的场合，由于在中间冷却回路150冷却被第1旋转压缩元件50压缩了的制冷剂，而且，使制冷剂回路10中的中压部容积的比例为全部容积的20％以上50％以下，所以，能最大限度地发挥上述效果。

(实施例3)

以下，对本发明的制冷剂循环装置的另一实施例进行说明。图5是该场合的制冷剂循环装置100的制冷剂回路图。而且，在图5中，标与图3相同的符号的部件，是具有同样或类似的效果的部件。

在图5中，110是该场合的制冷剂回路，通过将压缩机111、气体冷却器12、作为减压装置的毛细管14、蒸发器15等连接成环状构成。

在此，本实施例的使用的压缩机111是具备在密闭容器111A内作为驱动元件的电动元件124和由该电动元件124驱动的单级压缩元件130的单级压缩式的压缩机，在压缩元件130的吸入侧，一端与制冷剂导入管30连接。另外，制冷剂排出管34与压缩元件130的排出侧连接。

即，在气体冷却器12的入口连接有来自上述压缩机111的制冷剂排出管34。而且，与气体冷却器12的出口侧连接的制冷剂管路36与上述内部热交换器45的高压侧的入口连接。该内部热交换器45也与上述实施例同样，是用于使从气体冷却器12出来的高压侧的制冷剂与从蒸发器15出来的低压侧的制冷剂进行换热的装置。

而且，与该内部热交换器45的高压侧的出口连接的制冷剂管路37穿过毛细管14与蒸发器15的入口连接。从蒸发器15出来的制冷剂管路38到达内部热交换器45的低压侧。而且，内部热交换器45的低压侧的出口与上述制冷剂导入管30连接。

在此，制冷剂循环装置100，通过使压缩机111运转，在制冷剂回路110内产生高压的制冷剂流动的高压部和低压的制冷剂流动的低压部。该制冷剂回路10内的高压部是从被第2旋转压缩元件52压缩了的制冷剂以高压的状态流动的制冷剂回路10内的制冷剂排出管，经气体冷却器12、内部热交换器45的高压侧，到毛细管14的入口的通道。

另外，所谓低压部，是从在毛细管14减压了的制冷剂流动的制冷剂回路110内的制冷剂管路38，经蒸发器15、内部热交换器45的低压侧，到制冷剂导入管30的通道。

而且，在本发明，使循环(制冷剂回路110)中的低压部容积的比例为全部容积的30％以上50％以下，而且，使上述内部热交换器的低压部容积的比例，相对循环中的低压部全部容积为5％以上30％以下。即，全部容积中的剩下的50以上70％以下为高压部容积。

这样一来，由于设定低压部容积的比例，所以，在通常运转时，即使在什么运转条件下蒸发器15出口的制冷剂也不完全是气体的状态，能为湿润状态，而且，在内部热交换器45的低压侧，使制冷剂完全为气体状态，能确保过热度。因此，能使液态制冷剂在蒸发器15不完全蒸发，以传热性能好的液/气混相流的形式(湿润状态)从蒸发器返回到内部热交换器45。因此，能有效利用传热特性的提高和制冷剂的潜热、显热，能有效地降低从气体冷却器12进入到毛细管14的高压侧的制冷剂的温度。因此，能使在蒸发器15中的熵差达到极大，便于提高冷冻能力。

而且，制冷剂循环装置100，作为制冷剂，与上述实施例同样，使用二氧化碳。另外，该制冷剂循环装置100的制冷剂回路110的高压侧为超临界压力。

制冷剂循环装置100是以上结构，参照图6的p-h曲线图对本实施例的制冷剂循环装置100的动作进行说明。而且，在图6中，纵轴是压力(Pressure)，横轴是焓(Enthalpy)。

若起动压缩机111的电动元件124，则低压的制冷剂气从制冷剂导入管30吸入到压缩元件130(图6的实线(1)的状态)，被压缩，为高温高压的制冷剂气，由制冷剂排出管34排出到压缩机111的外部。此时，制冷剂被压缩到适当的超临界压力(图6的(2)的状态)。

从制冷剂排出管34排出的制冷剂流入到气体冷却器12，在此，在接受风扇22的通风，进行散热之后(图6的(3)的状态)，流入到内部热交换器45的高压侧。在此，来自气体冷却器12的高温高压的制冷剂将热量传递给来自蒸发器15的低温低压的制冷剂，而被冷却(图6的(4)的状态)。

在此，由于在没有内部热交换器45的制冷剂回路，不能使高压侧的制冷剂与低压侧的制冷剂进行换热，所以，不能冷却高压侧的制冷剂、扩大焓差。即，在没有内部热交换器45的场合，由于毛细管14入口的制冷剂的焓为(3)所示的状态，所以，制冷剂的蒸发温度变高了。另一方面，当在内部热交换器45与低压侧的制冷剂进行换热的场合，由于制冷剂的焓下降Δh，为图6的(4)所示的状态，所以，蒸发器15的制冷剂温度变得比图6的(3)的场合低。

另一方面，在制冷剂回路内的低压部的比例过小的制冷剂回路、或蒸发器的容量相对内部热交换器的容量过大的制冷剂回路，由于在蒸发器出口的制冷剂始终完全为气体状态的制冷剂，所以，在内部热交换器不能通过与高压侧的制冷剂的热交换充分地冷却高压侧的制冷剂。因此，不能充分地提高蒸发器15的冷冻能力。

但是，如本发明所述，由于使内部热交换器45的低压部容积的比例，相对制冷剂回路110中的低压部全部容积，为5％以上30％以下，所以，能使蒸发器15出口的制冷剂不完全为气体状态，以传热性能好的液/气混相流的形式(湿润状态)从蒸发器返回到内部热交换器45。因此，通过有效利用传热特性的提高和制冷剂的潜热、显热，能有效地降低从气体冷却器12进入到毛细管14的高压侧的制冷剂的温度，能使在蒸发器15中的焓差达到极大，便于提高冷冻能力。

然后，在内部热交换器45冷却、从内部热交换器45出来的高压侧的制冷剂到达毛细管14。而且，在毛细管14的入口是制冷剂气或气体的状态。由于制冷剂降低了在毛细管14的压力，所以，为液/气混相流，以该状态流入到蒸发器15内(图6的(5)的状态)。因此，制冷剂通过从空气吸热发挥冷却作用。

此时，如以上所述，由于在内部热交换器45冷却制冷剂的效果，扩大了在蒸发器15的焓，所以，便于提高蒸发器15的冷冻能力。

然后，制冷剂从蒸发器15流出(图6的(6)的状态)，流入到内部热交换器45的低压侧。蒸发器15变成低温，从蒸发器15出来的制冷剂，如以上所述，不完全是气体的状态，为液/气混相流的形式(湿润状态)。

在此，如以上所述，由于使内部热交换器45的低压部容积的比例，相对制冷剂回路110中的低压部全部容积，为5％以上30％以下，所以，在内部热交换器45的低压侧，使制冷剂完全为气体的状态，能确保过热度。

因此，液态制冷剂被吸入到压缩机111，能防止压缩机111破损等不相宜情况于未然。

而且，在内部热交换器45被加热了的制冷剂，反复进行从制冷剂导入管30吸入到压缩机111的压缩元件130内的循环。

如以上详细描述的那样，根据本发明，即使在使用二氧化碳作为制冷剂的制冷剂循环装置，也能充分地确保冷冻能力。

而且，在上述实施例，虽然使用毛细管14作为减压装置，但并不限于此，即使使用电气式或机械式的膨胀阀等也没关系。

Claims (6)

1.一种制冷剂循环装置，其特征是：

是将压缩机、气体冷却器、减压装置、蒸发器等连接成环状而构成，使用二氧化碳作为制冷剂，高压侧能为超临界压力的转变临界制冷剂循环装置，

具备使从上述气体冷却器出来的制冷剂与从上述蒸发器出来的制冷剂进行换热的内部热交换器，

该内部热交换器具有：来自上述气体冷却器的制冷剂流动的高压侧流道；配设成与该高压侧流道换热、来自上述蒸发器的制冷剂流动的低压侧流道，

使制冷剂在上述高压侧流道中从下向上流动，使制冷剂在上述低压侧流道中从上向下流动。

2.根据权利要求1所记载的制冷剂循环装置，其特征是：上述内部热交换器用由内管和外管构成的双层管制成，在上述内管内构成上述高压侧流道，在上述内管与外管之间构成上述低压侧流道。

3.根据权利要求1所记载的制冷剂循环装置，其特征是：上述内部热交换器用由在内部构成双系统流道的层叠板构成，将一个流道作为上述高压侧流道，将另一个流道作为上述低压侧流道。

4.一种制冷剂循环装置，其特征是：

是将压缩机、气体冷却器、减压装置、蒸发器等连接成环状而构成，使用二氧化碳作为制冷剂，高压侧为超临界压力的制冷剂循环装置，

具备使从上述气体冷却器出来的制冷剂与从上述蒸发器出来的制冷剂进行换热的内部热交换器，

使循环系统中的低压部容积的比例为全部容积的30％以上50％以下，而且，使上述内部热交换器中的低压部容积的比例，相对循环系统中的低压部全部容积，为5％以上30％以下。

5.根据权利要求4的制冷剂循环装置，其特征是：

上述压缩机具备设置在密闭容器内的第1和第2压缩元件，用上述第2压缩元件对被上述第1压缩元件压缩、排出到上述密闭容器内的中间压力的制冷剂进行压缩、排出，而且，

使在循环系统中的中间压力部容积的比例为全部容积的20％以上50％以下。

6.根据权利要求5的制冷剂循环装置，其特征是：具备用于在对从上述第1压缩元件排出到上述密闭容器内的中间压力的制冷剂进行冷却之后，将其吸入到上述第2压缩元件的中间冷却回路。

Images