专利名称：冷媒循环装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及由配置成可与空调空间(进行空气调节的空间)热交换的使用侧热交换器使冷媒进行放热或吸热，对空调空间进行空气调节的冷媒循环装置。
背景技术：
以往，这种冷媒循环装置，例如，进行汽车车内的空气调节及除湿的车用空调，如图11所示，由压缩机204、与作为空调空间的车内可进行热交换的使用侧热交换器201、设置在室外的热源侧热交换器203、流量调节阀211、212、213等构成冷媒回路。
上述使用侧热交换器201，如图12所示，在一个方向上形成有指向车内脚下(出风口)Fo、正面Fa、挡风玻璃等玻璃面De这三个方向的出风口200A(图11中未图示)，并设在能与车内热交换的收容室200内。在夹着该收容室200的使用侧热交换器201的与出风口200A相反一侧设置有送风机210，用于将车内的空气送到使用侧热交换器201，并从出风口200A将在该使用侧热交换器201与冷媒进行了热交换的空气向车内送风。
该使用侧热交换器201，由为使由压缩机204压缩的冷媒进行放热的室内气体冷却器202、用于使由流量调节阀212减压的冷媒进行吸热的蒸发器209构成，室内气体冷却器202配置在收容室200内的出风口200A一侧，蒸发器209配置在送风机210一侧。另外，在收容室200的室内气体冷却器202的背面(蒸发器209一侧)设置可动式分隔部件205，该分隔部件205，能以设置在收容室200内上下方向大致中心的轴211为中心半圆周转动。
然后，如图12所示那样，当分隔部件205位于室内气体冷却器202的背面时，由于该分隔部件205隔断了从送风机210向室内气体冷却器202的送风，所以室内气体冷却器202的冷媒几乎不放热。另外，如图12虚线所表示的那样，当分隔部件205位于室内气体冷却器202的上方时，由于分隔部件205不隔断对室内气体冷却器202的送风，所以由室内气体冷却器202将冷媒与送风机210送来的空气进行热交换。然后，将通过冷媒的放热而被加热的空气从出风口200A送向车内。
这里，对图11及图12所表示的以往的车用空调的动作进行说明。首先，对向车内制暖的制暖模式进行说明。在这种情况下，如图11的虚线所表示的那样在使分隔部件205位于室内气体冷却器202的上侧的同时，为了由流量调节阀211进行减压而拧紧该流量调节阀211。并且，在全闭流量调节阀212的同时，将流量调节阀213全开，阻止冷媒向蒸发器209的流通。
首先，由压缩机204压缩的冷媒流入室内气体冷却器202，与周围空气进行热交换并放热。这时，由室内气体冷却器202与冷媒进行热交换而加热的空气通过送风机210经由出风口200A向车内送风。由此，给车内制暖。
另一方面，由室内气体冷却器202放热的冷媒，由流量调节阀211减压之后，进入热源侧热交换器203，在那里吸热蒸发之后，经过流量调节阀213被吸入压缩机204而进行反复循环。
下面，对于向室内制冷的制冷模式进行说明。在这种情况下，分隔部件205如图12所示位于室内气体冷却器202的背面一侧。另外，将流量调节阀211全开，把调节阀212可进行减压地拧紧的同时，将流量调节阀213全闭。然后，由压缩机204压缩的冷媒流入室内气体冷却器202。这里，在该制冷模式中，分隔部件205位于室内气体冷却器202的背面，由于隔断来自送风机210的送风，室内气体冷却器202的冷媒几乎不放热，而流入热源侧热交换器203。
进入热源侧热交换器203的冷媒与周围空气进行热交换并放热后，由流量调节阀212进行减压，在蒸发器209吸热、蒸发。这时与冷媒进行了热交换并被冷却的空气通过送风机210经由出风口200A向车内送风。由此，车内被冷却。另一侧，由蒸发器209吸热，蒸发的冷媒被吸入压缩机204而进行反复循环(例如，参照专利文献1)。
下面，对为了消除冬季等玻璃上产生的雾气的运行模式，即，一边进行室内制暖一边进行除湿的除湿制暖模式进行说明。在这种情况下，分隔部件205位于室内气体冷却器202的上侧。另外，在可减压地拧紧流量调节阀211、212的同时，将流量调节阀213全闭。
由压缩机204压缩的冷媒由室内气体冷却器202进行放热，由流量调节阀211进行减压，在热源侧热交换器203进行吸热。然后，从热源侧热交换器203流出来的冷媒由流量调节阀212进一步进行减压之后，流入蒸发器209，进行吸热并蒸发。这时，由送风机210使之循环的车内空气，在通过蒸发器209的过程中被冷却，由此除去水分而进行除湿。这个经过除湿的空气，通过送风机210向室内气体冷却器202送风，如前面所述由室内气体冷却器202与冷媒进行热交换而加热之后，经由出风口200A向车内送风。这样，在与车内可进行热交换的收容室200内设置蒸发器209及室内气体冷却器202，将蒸发器209配置在送风机210一侧，将室内气体冷却器202配置在该蒸发器209的出风口200A一侧，由蒸发器209冷却车内空气，将水分冷凝消除之后，通过对室内气体冷却器202进行加热，进行一边对空气进行除湿一边进行制暖的除湿制暖(例如，参照专利文献1)。
专利文献1特开2002-19443号公报然而，如上所述在收容室200内设置可动式分隔部件205，当通过控制该分隔部件205，实行对车内进行制暖、制冷及除湿制暖时，在收容室200内就必须确保分隔部件205以及使分隔部件205可动的空间，但如果配置在车用空调那样设置空间有限的空间时，就必须相应缩小使用侧热交换器201的容量。因此，就产生了空调能力下降的问题。
另外，上述以往的冷媒回路，在除湿制暖模式中，为了使由热源侧热交换器203吸热后的冷媒流向蒸发器209，而确实调整在蒸发器209中冷媒的蒸发量很困难。即，如果蒸发器209的冷媒蒸发量少，则蒸发器209的除湿效果不足，不能很快除去玻璃上的雾气，从而有可能妨碍驾驶。另一方面，如果蒸发器209的冷媒蒸发量多，虽然除湿效果充分，但由于该蒸发器209与冷媒进行热交换的空气量增大，所以产生了所谓不能有效地向车内制暖的问题。
除此之外，近几年为了应对地球环境问题，在这种车用空调等冷媒循环中，也在尝试不采用以往的氟利昂而是采用自然冷媒的CO2(二氧化碳)作为冷媒，将高压侧作为超临界压力运行。当采用二氧化碳冷媒使高压侧形成超临界压力时，室内制暖能力就会受到室内气体冷却器出口温度的影响。当进行制暖而室内温度低时，虽然该出口温度降低而可以提高能力，但当进行制冷时，作为热源侧热交换器的气体冷却器就必须与室外高温的外界气体进行热交换。因此，就不能降低出口温度，导致制冷能力发挥困难。
为了解决上述问题，曾经尝试设置一种在冷媒回路上设置有使放热、减压前的高压侧冷媒与吸热后吸入到压缩机前的低压侧冷媒进行热交换的内部热交换器。通过所述内部热交换器，在制冷模式下，使在室内气体冷却器放热的冷媒与低压侧冷媒进行热交换，能够使其进一步放热，从而能够降低作为热源侧热交换器的气体冷却器的温度，进而能够得到所希望的制冷能力。
然而，以往的内部热交换器，由于制暖模式与制冷模式两种模式的冷媒都通过相同的路径，当把内部热交换器的冷媒的热交换量设成最适合制冷模式时，在制暖模式中就会因内部热交换器3的热交换，使低压侧冷媒进一步升温成为高温，由压缩机1压缩的冷媒的排出温度异常上升的问题。由此产生压缩机1内的油性能变差，对周边机器带来不良影响。另外，对于配置在冷媒回路高压侧的相关机器的材料也必须选择对应高温的材料，从而产生因材料选择所引起的问题。
发明内容
本发明是为了解决以往的技术问题而形成，其目的是提供一种在充分确保使用侧热交换器容量的同时，还可顺畅地对空调空间进行除湿制暖的冷媒循环装置。
本发明目的还在于提供一种在制暖模式及制冷模式下的内部热交换器的热交换容量都最佳的冷媒循环装置。
本发明的冷媒循环装置，具备配置成能与空调空间热交换的第一使用侧热交换器及第二使用侧热交换器、配置在所述空调空间外的热源侧热交换器、和将冷媒压缩并排出的压缩机，能够实行制暖模式、制冷模式和除湿制暖模式，上述制暖模式，使从该压缩机排出的冷媒流到所述第一使用侧热交换器进行放热，经该第一使用侧热交换器放热后的冷媒在被减压后，流到所述热源侧热交换器进行吸热，再返回所述压缩机；上述制冷模式，使从所述压缩机排出的冷媒流到所述热源侧热交换器进行放热，经该热源侧热交换器放热后的冷媒在被减压后，流到所述第二使用侧热交换器进行吸热，再返回到所述压缩机；上述除湿制暖模式，使从所述压缩机排出的冷媒流到所述第一使用侧热交换器进行放热，对经该第一使用侧热交换器放热后的冷媒进行分流，将分流后冷媒的一方减压后，流到所述第二使用侧热交换器进行吸热，并且，将分流后冷媒的另一方减压后，流到所述热源侧热交换器进行吸热，这两方冷媒从该第二使用侧热交换器及热源侧热交换器流出后，合流返回到所述压缩机。
方案2的发明的冷媒循环装置，设有在上述除湿制暖模式中将所述第二使用侧热交换器的冷媒的蒸发温度维持在所定数值以上的装置。
方案3的发明的冷媒循环装置，在上述各发明中，采用二氧化碳作为被所述压缩机压缩的冷媒，高压侧能设成超临界压力，并且，还设有使放热后、减压前的冷媒与吸热后的冷媒进行热交换的内部热交换器。
根据本发明的冷媒循环装置，在制暖模式，将由热源侧热交换器从外部吸收的热传送给第一使用侧热交换器，可向空调空间制暖；在制冷模式，把由第二使用侧热交换器吸收的空调空间的热传送给热源侧热交换器，通过向外部释放，可对空调空间制冷。
这样就能够在制暖模式下冷媒不流到第二使用侧热交换器、在制冷模式下冷媒不流到第一使用侧热交换器地使冷媒进行循环，所以不用将设置成与空调空间热交换的第一及第二使用侧热交换器由可动分隔部件隔开，就能对空调空间进行制暖及制冷，从而可扩大第一及第二使用侧热交换器的容量。
而且，除湿制暖模式，通过将由第一使用侧热交换器放热后的冷媒分流，将一方减压并使其流到第二使用侧热交换器进行吸热，使另一方减压后流到热源侧热交换器进行吸热，可使热源侧热交换器从外部吸收传送给第一使用侧热交换器的热量的同时，在第二使用侧热交换器把空调空间的空气中的水分降到露点以下冷凝消除。
由此，除湿制暖模式，就能够在通过第一使用侧热交换器向空调空间制暖的同时，由第二使用侧热交换器对空调空间进行除湿。
特别是通过将本发明的冷媒循环装置适用于对车内进行空气调节的车用空调，在冬季对消除车窗上的雾气可发挥显著的效果。
方案2的发明的冷媒循环装置，由于在上述发明的除湿制暖模式中将第二使用侧热交换器的冷媒的蒸发温度维持在所定数值以上，所以可防止第二使用侧热交换器的冻结，另外，还不会对第一使用侧热交换器的制暖产生超过其需要的不良影响。由此，可顺畅地实现除湿制暖。
方案3的发明的冷媒循环装置，在上述各发明中采用二氧化碳作为压缩机压缩的冷媒，通过将高压侧做到超临界压力，室内气体冷却器具有温度梯度，为了提高效率需要与空气进行对流的热交换器。由此，可提高空调空间的制暖能力。
另外，在放热后，通过配备使减压前的冷媒与吸热后的冷媒进行热交换的内部热交换器，在制冷模式中，可降低减压前的温度，从而提高空调空间的冷却能力。
而且，由于通过使吸热后的冷媒与减压前的冷媒进行热交换，可使返回压缩机的冷媒取得加热度，所以可预先避免冷媒液向压缩机回流的液体倒流的发生。
本发明的另一冷媒循环装置，具备配置成能与空调空间热交换的使用侧热交换器、配置在所述空调空间外的热源侧热交换器、和将冷媒压缩并排出的压缩机，并且，作为冷媒采用二氧化碳，高压侧能形成超临界压力，其中具有使所述使用侧热交换器流出来的冷媒与所述热源侧热交换器流出来的冷媒进行热交换的内部热交换器，能够实行制暖模式和制冷模式，所述制暖模式，使从所述压缩机排出的冷媒流到所述使用侧热交换器进行放热，经该使用侧热交换器放热后的冷媒在被减压后，流到所述热源侧热交换器进行吸热，再返回所述压缩机；所述制冷模式，使从所述压缩机排出的冷媒流到所述热源侧热交换器进行放热，经该热源侧热交换器放热后的冷媒在被减压后，流到所述使用侧热交换器进行吸热，再返回到所述压缩机，该制冷模式下的所述内部热交换器中的冷媒热交换量比所述制暖模式下的热交换量大。
方案5的发明，在上述发明中，所述内部热交换器一体具备互相能够热交换且各自间的热交换能力不同的至少3条冷媒流路，通过使所述使用侧热交换器流出来的冷媒与所述热源侧热交换器流出来的冷媒中的至少一方在所述制暖模式和制冷模式下流过不同的所述冷媒流路，而改变它们之间的热交换量。
根据本发明的冷媒循环装置，作为冷媒采用二氧化碳，通过使高压侧形成超临界压力，在制暖模式下，使用侧热交换器中，由于二氧化碳冷媒不冷凝，维持在超临界状态下进行放热，所以可对周围空气加热为更高的温度。
另外，通过配置使从使用侧热交换器流出来的冷媒与从热源侧热交换器流出来的冷媒进行热交换的内部热交换器，制冷模式可降低热源侧热交换器的出口温度。
特别是通过在制冷模式中使上述内部热交换器的冷媒的热交换量比上述在制暖模式中的热交换量大，在制冷模式中可更有效地使冷媒过冷却，在提高使用侧热交换器的制冷能力的同时，抑制在制暖模式下压缩机排出的冷媒温度的上升。
而且，如方案5那样，内部热交换器一体具备可互相进行热交换且各自之间的热交换能力不同的至少3条冷媒流路，通过将使用侧热交换器流出来的冷媒与热源侧热交换器流出来的冷媒中的至少一方在制暖模式和制冷模式下流过不同的冷媒流路，而改变其间的热交换量，可将内部热交换器的设置空间控制在最小限度。由此，可使冷媒循环装置小型化。
图1是本发明的冷媒循环装置的一个实施方式的车用空调的冷媒回路图。
图2是图1的车用空调的内部热交换器的立体图。
图3是图1的车用空调的使用侧热交换器的配置图。
图4是表示图1的车用空调的制暖模式的冷媒流动图。
图5是表示图1的车用空调的制冷模式的冷媒流动图。
图6是表示图1的车用空调的除湿制暖模式的冷媒流动图。
图7是图1的车用空调的制暖模式的莫里尔图。
图8是图1的车用空调的制冷模式的莫里尔图。
图9是图1的车用空调的除湿制暖模式的莫里尔图。
图10是其他实施方式的内部热交换器的立体图。
图11是以往的车用空调的冷媒回路图。
图12是图11的车用空调的使用侧热交换器的配置图。
图中1-压缩机，2-室内气体冷却器，3-内部热交换器，4-第一膨胀阀，5-室外热交换器，8-第二膨胀阀，9-蒸发器，10-恒压阀，20-冷媒循环装置，40-四通阀，41-单向阀，42-电磁阀，50-接收罐，60-送风机，70、71-冷媒配管，72、73-冷媒流路，80-控制器，120-收容室。
具体实施例方式
下面，根据附图对本发明的实施方式进行详细叙述。图1作为本发明的冷媒循环装置的一个实施方式将该冷媒循环装置适用于车用空调的情况下的冷媒回路图。实施方式的车用空调至少可适用于引擎驱动的汽车或混合动力车等。
在图1中，20为本实施方式的汽车冷媒循环装置，该冷媒循环装置20，设有作为第一使用侧热交换器的室内气体冷却器2以及作为第二使用侧热交换器的蒸发器9、作为热源侧热交换器的室外热交换器5、压缩冷媒并排出的压缩机1等。即，该冷媒循环装置20，通过将压缩机1、室内气体冷却器2、作为减压手段的第一膨胀阀4及第二膨胀阀8、蒸发器9及室外热交换器5等通过配管连接而构成冷媒回路。上述室内气体冷却器2及蒸发器9，与作为空调空间的车内可进行热交换地配置，室外热交换器5配置在无人乘坐的车室外(空调空间外)。
本实施方式的压缩机1，是在密闭容器内配备第一及第二旋转压缩元件的多级压缩式旋转压缩机，作为冷媒采用二氧化碳(CO2)。因此，该冷媒循环装置20的冷媒回路的高压侧可形成超临界压力。
然后，压缩机1排出侧的配管22连接三通阀40。从这个三通阀40伸出的一根配管23连接在室内气体冷却器2上。这个室内气体冷却器2，是将从压缩机1流出来的高温高压的冷媒气体与车内的空气进行热交换，从而进行车内制暖的装置。在室内气体冷却器2的出口上连接配管24的一端，该配管24在中途出现分支，分支一根的配管26到达第二膨胀阀8。
另一方面，从配管24分支的另一根配管25连接在后述的内部热交换器3的冷媒配管70的一端70A上。然后，在冷媒配管70的另一端70B上连接配管27。配管27连接在第一膨胀阀4上，从第一膨胀阀4伸出的配管28连接在配管29的中途部。
配管29的一端连接在室外热交换器5的一端上，另一端连接在内部热交换器3的冷媒配管71内侧形成的冷媒流路72的另一端72B上。在室外热交换器5的另一端上连接配管30的一端，该配管30的另一端经由电磁阀42而与接收罐50连接。从接收罐50伸出的配管31与形成在内部热交换器3的冷媒配管71的上述冷媒流路72外周的冷媒流路73的一端73A连接。另外，从冷媒流路73的另一端73B伸出的配管32连接在压缩机1的入口上。
一方面，从三通阀40伸出的另一端配管33连接上述配管30的中途部。另外，从上述内部热交换器3的冷媒流路72的一端72A伸出的配管通过单向阀41之后，连接在上述配管25的中途部。再者，单向阀41，使冷媒从内部热交换器3一侧向配管25一侧流通，阻止冷媒从配管25一侧向内部热交换器3一侧流通。
另一方面，从上述配管24分支的另一根配管26，经过第二膨胀阀8连接到蒸发器9。从蒸发器9伸出的配管34，经过后述的恒压阀10连接到上述配管30的中途部。
另外，室内气体冷却器2与蒸发器9如图2所示一方向上形成有指向车内脚下Fo、正面Fa、挡风玻璃等玻璃面De这三个方向的出风口120A，并列设置在与车内可进行热交换的收容室120内。而且，室内气体冷却器2配置在收容室120内的出风口120A一侧，蒸发器9配置在与出风口120A相反的一侧。另外，在夹着收容室120的室内气体冷却器2及蒸发器9且与出风口120A相反的一侧设置送风机60，该送风机60，吸入车内的空气，向这些室内气体冷却器2和蒸发器9送风，使在该室内气体冷却器2及蒸发器9进行了热交换的空气在车内循环，对车内进行空气调节。
另外，在上述室外热交换器5的附近设有未图示的室外送风机。通过设置该室外热交换器5，而在后述的制暖模式及除湿制暖模式，由室外热交换器5使冷媒吸热，在从外部进行吸收，同时，在制冷模式由蒸发器9将吸收车内的热传送给室外热交换器5并排放出来。
前面叙述的恒压阀10，是将蒸发器9的冷媒的蒸发温度维持在所定数值以上，例如维持在0℃以上的装置，根据本实施方式的恒压阀10，而通过该恒压阀10使冷媒的压力达到3.5MPa。由此，本实施方式的车用空调由蒸发器9可将冷媒的蒸发温度维持在0℃以上，从而可防止蒸发器9的冻结。而且，通过将蒸发器9的冷媒的蒸发温度维持在0℃以上，在除湿制暖模式中，不会对因室内气体冷却器2的制暖产生过度的不良影响而顺畅地实现除湿制暖。
再者，上述第一及第二膨胀阀4、8是可进行全闭及节流调整的电磁阀，由后述的控制器80控制开度。另外，图中90是用于测出压缩机1出口的冷媒温度的温度传感器，91是用于测出蒸发器9的冷媒的蒸发温度的温度传感器，92是用于测出室外热交换器5的冷媒温度的温度传感器，93是用于测出通过配管25的冷媒温度的温度传感器。这些传感器连接在控制器80上。
前面叙述的控制器80，是担当车用空调控制的控制装置，控制着上述恒压阀10、三通阀40、电磁阀42、第一及第二膨胀阀4、8、送风机60、设置在室外热交换器5附近的未图示的室外送风机及压缩机1的运行。在控制器80的输入侧连接上述温度传感器90、91、92及93、用于测出车内温度的未图示的车内温度传感器、测出车内湿度的车内湿度传感器等。另外，在输出侧连接上述恒压阀10、三通阀40、电磁阀42、第一及第二膨胀阀4、8、送风机60、室外送风机及压缩机1。
而且，控制器80，根据温度传感器90、91、92、93及车内温度传感器测出车内温度和设定温度控制压缩机1的频率，在进行车内温度控制的同时，根据压力传感器93a测出的高压压力和温度传感器93，控制第二膨胀阀8的开度。
即，制暖模式，控制器80为了以由温度传感器93设定的运行压力进行运行而控制第一膨胀阀4，实现所定的压力。在这种状态下，当由车内温度传感器测出的车内温度低于设定温度时，上升压缩机1的频率。另外，当车内温度高于设定温度时，控制器80就降低压缩机1的频率。
另一方面，在制冷模式中，为了使由温度传感器91测出的蒸发器9的冷媒蒸发温度达到所定温度而控制压缩机1的频率的同时，当车内温度传感器测出的车内温度高于设定温度时，控制器80就提高压缩机1的频率，当低于设定温度时，就降低压缩机1的频率。
另外，除湿制暖模式，除了基于由各温度传感器90、91、92、93测出的冷媒温度来控制压缩机1的频率之外，当车内湿度传感器测出车内湿度高于设置湿度时，控制器80就使第二膨胀阀8的开度增大。由此，因为冷媒大量流向蒸发器9，所以使来自车内的空气中的水分加快冷凝，从而可进行消除。另外，当车内湿度低于设置湿度时，控制器80就缩小第二膨胀阀8的开度，使流向蒸发器9的冷媒量减少。
这里，前面叙述的内部热交换器3，是为了使从作为可与室内进行热交换的使用侧热交换器的室内气体冷却器2或蒸发器9流出来的冷媒、和从作为设置在室外的热源侧热交换器的室外热交换器5流出来的冷媒进行热交换的装置，使在后述制冷模式的该内部热交换器3的冷媒的热交换量比在制暖模式的热交换量大。即，内部热交换器3可互相进行热交换，而且，将彼此之间的热交换能力有差异的至少3个冷媒流路配置成一体，通过将从使用侧热交换器(室内气体冷却器2或蒸发器9)流出来的冷媒与从热源侧热交换器(室外热交换器5)流出来的冷媒内的至少一方在制暖模式和制冷模式中流向不同的冷媒流路，而改变其间的热交换量。
本实施方式的内部热交换器3，如图3所示由双重管结构的冷媒配管71和抵接(线接触)在该冷媒配管71上的冷媒配管70构成，该冷媒配管71由冷媒流路72和形成在其外周的冷媒流路73构成，在冷媒配管70的内部形成有冷媒流路。
然后，在冷媒配管70的一端70A上连接上述配管25，在另一端70B上连接配管27。另外，冷媒配管71内侧的冷媒流路72的一端72A，与达到上述单向阀41的配管连接，另一端72B连接配管29的另一端。而且，在形成于冷媒配管71的冷媒流路72的外周的冷媒流路73的一端73A上连接上述配管30，另一端73B连接达到压缩机1的配管32。
下面，按照以上的构成对车用空调的动作进行说明。其中所需说明的是，最初参照图4、图7对进行汽车车内制暖的制暖模式的例子进行说明。图4是表示制暖模式的冷媒流动图，图7表示在这种情况下的各个莫里尔图。图4的实线表示冷媒流动的配管，虚线表示冷媒不流动的配管。另外，箭头表示冷媒的流动。在制暖模式中，在控制器80打开设置在冷媒回路上的上述电磁阀42并关闭所述第二膨胀阀8的同时，拧紧第一膨胀阀4，控制通过第一膨胀阀4的冷媒降低到所定的压力。另外，切换上述三通阀40，控制冷媒从配管22向配管23的流动。
驱动压缩机1，压缩机1压缩的冷媒排出到配管22中。这时，冷媒被压缩到适当的超临界压力(图7的实线B的状态)。排出到配管22的冷媒，经过上述三通阀40从配管23流入室内气体冷却器2。在那里，冷媒与周围空气进行热交换而放热(图7的实线C的状态)。而且，从冷媒得到热而被加热的空气，通过上述送风机60向出风口120A一侧送风而排到车内，进行车内的制暖。另外，在该室内气体冷却器2中，由于不使二氧化碳冷媒冷凝，而维持在超临界状态进行放热，所以热交换能力非常高，可将周围空气加热到更高的温度。
另一方面，由室内气体冷却器2放热的冷媒从室内气体冷却器2流出来再进入配管24。这里如前面所述由于第二膨胀阀8完全被关闭，所以流过配管24的冷媒不从配管26流向蒸发器9，而是全部流向配管25，从一端70A进入冷媒配管70，通过内部热交换器3的内部。在内部热交换器3中，由上述室内气体冷却器2进行放热，减压前的该高压侧的冷媒，与流过冷媒配管72的冷媒流路73而从室外热交换器5流出来的低压侧冷媒进行热交换，进一步进行放热(图7的实线D的状态)，且冷媒配管72与该冷媒配管70进行热交换。
由内部热交换器3进行放热从冷媒配管70的另一端70B流出来的冷媒到达第一膨胀阀4。冷媒在第一膨胀阀4的压力降低，成为气体/液体的二相混合体(图7的实线E的状态)，并以这个状态流入室外热交换器5。在那里冷媒从周围空气吸热并蒸发(图7的实线F的状态)。此后，冷媒进入配管30，经由电磁阀42到达接收罐50。在那里进行冷媒的气液分离，仅将气体冷媒经过配管31，从一端73A进入冷媒配管72的冷媒流路73，通过内部热交换器3。在内部热交换器3中，该冷媒气体在上述的室内气体冷却器2进行放热，与减压前的冷媒进行热交换而加热(图7的实线A的状态)。由此，该内部热交换器3可取得吸入压缩机1的冷媒的过热度，可确实地避免液态冷媒被吸入压缩机1的液体回流的发生。然后，从内部热交换器3流出的冷媒经由配管32被吸入压缩机1内而进行反复循环。
下面，参照图5、图8对进行车内制冷的制冷模式的例子进行说明。图5是表示在制冷模式中冷媒的流动图，图8表示这种情况的各个莫里尔图。图5的实线表示冷媒流动的配管，虚线表示冷媒不流动的配管。另外，箭头表示冷媒的流动。在制冷模式中，控制器80关闭设置在冷媒回路上的上述电磁阀42的同时，切换上述三通阀40，控制来自配管22的冷媒流向配管33。另外，拧紧第二膨胀阀8，在控制高压的压力维持在所定压力的同时，全闭第一膨胀阀4。
驱动压缩机1，被压缩机1压缩的冷媒排出到配管22。这时，将冷媒压缩到适当的超临界的压力(图8的B的状态)。排出到配管22的冷媒，经过三通阀40从配管33流入室外热交换器5。在那里，冷媒与周围空气进行热交换而放热(图8的C的状态)。在该室外热交换器5中，二氧化碳冷媒不冷凝，维持超临界的状态进行放热。
在室外热交换器5放热的冷媒，从室外热交换器5经过配管29，从另一端72B进入冷媒配管71的冷媒流路72，通过内部热交换器3。在内部热交换器3中，在上述室外热交换器5进行放热且减压前的高压侧的冷媒，利用流过形成在该冷媒流路72的外周的冷媒流路73的蒸发器9吸热，与从接收罐50流出的低压侧的冷媒进行热交换，进一步放热(图8的D的状态)。
从冷媒流路72的一端72A流出的冷媒，经由单向阀41、配管25、配管26，到达第二膨胀阀8。冷媒因在第二膨胀阀8的压力降低，形成气体/液体的二相混合体(图8的E的状态)，并以这种状态流入蒸发器9。在那里，冷媒从周围空气吸热并蒸发(图8的F的状态)。这时，通过冷媒吸热将热夺走，被冷却的空气通过送风机60向出风口120A一侧送风而排到车内，对车内进行制冷。在这里，如上述在室外热交换器5放热的冷媒由内部热交换器3进一步进行放热，如图8的D所示流入蒸发器9的冷媒温度，进一步降低，从而可进一步提高冷媒的热交换能力。而且，在内部热交换器3中，通过在室外热交换器5进行放热的高压侧冷媒，和与该冷媒进行热交换而在蒸发器9蒸发的低压侧冷媒进行对流而流动，可进一步提高冷媒的热交换能力。
因此，由于可由蒸发器9对周围空气进一步降温，所以可提高该蒸发器9的冷却能力。
而且，内部热交换器3，在上述制暖模式和该制冷模式中，高压侧的冷媒分别流过不同的路径。即，制暖模式和制冷模式，虽然两种模式都是使低压侧的冷媒通过在冷媒配管71内的冷媒流路72的外周形成的冷媒流路73的装置，但高压侧的冷媒在制暖模式中使其通过设置成与冷媒配管71进行热交换的冷媒配管70，在制冷模式中使其通过在冷媒配管71的冷媒流路73内的侧周形成的冷媒流路72。即，沿着低压侧冷媒流动的冷媒流路73和可更好进行热交换地配置的冷媒流路72流动的冷媒，比沿着冷媒配管70内的冷媒流路流动的冷媒热交换量大。
因此，在制冷模式中，就能够把经室外热交换器5放热后的高压侧冷媒在该内部热交换器3中进一步放热。另外，上述制暖模式，在内部热交换器3中，可以抑制经室内气体冷却器2放热后的高压侧冷媒的放热量。
这里，在制暖模式和制冷模式两种模式中，针对低压侧冷媒和高压侧冷媒双方都流过相同的路径，例如，两种模式的低压侧冷媒都流到冷媒配管71的冷媒流路73，高压侧冷媒流到形成在冷媒配管71内周的冷媒流路72的情况进行说明。在这种情况下，制冷模式，由于象本实施方式的图8那样内部热交换器3的热交换量变大，可进一步降低上述蒸发器9的冷媒的蒸发温度，从而可提高冷却能力。然而，制暖模式，通过在内部热交换器3进行热交换，如图7虚线所示低压侧的冷媒会进一步成为高温，由压缩机1压缩的冷媒的排出温度异常上升，达到+170℃附近。由此产生压缩机1内的油变差，对周边机器带来不良影响的问题。另外，对于配置在冷媒回路高压侧的机器的材料也必须选择对应高温的材料，从而产生因材料选择所引起的问题。
另一方面，如果两种模式的低压侧冷媒都流向冷媒配管71的冷媒流路73，设置成高压侧冷媒与该冷媒配管71进行热交换，流向比上述冷媒流路72热交换量小的冷媒配管70时，制暖模式如图7的实线所示就避免了高压侧的异常上升，从而可使高压侧冷媒降到所定的高温(例如，+120℃)。然而，在制冷模式中，由于内部热交换器3的热交换量变小，第二膨胀阀8前的温度上升，蒸发器9入口的焓值不能充分降低，所以就产生了冷却能力下降的问题。
然而，如上述在制冷模式和制暖模式中，通过使高压侧的冷媒流向不同的冷媒流路，制冷模式在内部热交换器3的热交换量比制暖模式的热交换量大，在制冷模式中从室外热交换器5流出来冷媒就能更有效地冷却，从而可以在提高蒸发器9的制冷能力的同时，抑制制暖模式下压缩机1排出的冷媒温度的上升。
另外，通过由双重管结构的冷媒配管71和与该冷媒配管71进行热交换的冷媒配管构成内部热交换器3，就可以一体具备各自之间的热交换能力不同的3条冷媒通路。由此，就可以将内部热交换器3的设置空间控制在最小限度，同时还可提高冷媒循环装置20的性能。
另一方面，由蒸发器9蒸发的冷媒，进入配管34，通过恒压阀10，达到3.5MPa的恒压后，从配管30流入接收罐50。在那里将冷媒的气液分离。然后，仅由接收罐50分离的气体冷媒经过配管31，从一端73A进入冷媒配管71的冷媒流路73，通过内部热交换器3。在内部热交换器3中，冷媒气体在上述的室外热交换器5放热，与减压前的冷媒进行热交换而被加热(图8的A的状态)。由此，可取得低压冷媒的过热度。然后，从内部热交换器3流出来的冷媒经由配管32被吸入压缩机1，如此进行反复循环。
下面，对在冬季等车内制暖时为了消除玻璃上的雾气的除湿制暖模式的例子参照图6、图9进行说明。图6是表示除湿制暖模式的冷媒流动图，图9表示在这种情况下的各个莫里尔图。图6的实线表示冷媒流动的配管，虚线表示冷媒不流动的配管。另外，箭头表示冷媒的流动。在除湿制暖模式中，控制器80在打开电磁阀42的同时，切换三通阀40控制冷媒从配管22流向配管23。另外，拧紧第一及第二膨胀阀4、8，控制通过各膨胀阀4、8的冷媒降低到所定的压力。
驱动压缩机1，将压缩机1压缩的冷媒排到配管22。这时，将冷媒压缩到适当的超临界压力(图9的B的状态)。从配管22排出的冷媒，经过上述三通阀40从配管23流入室内气体冷却器2。在那里，冷媒与周围空气进行热交换而放热(图9的C的状态)。然后，从冷媒得到热而被加热的空气，通过上述送风机60向出风口120A一侧送风而排放到车内，进行车内制暖。另外，在该室内气体冷却器2中，由于二氧化碳冷媒不冷凝，维持在超临界状态下放热，所以热交换能力非常高，能将周围空气加热到更高的温度。
另一方面，由室内气体冷却器2放热的冷媒，从室内气体冷却器2出来并进入配管24。在这里，将配管24内流动的冷媒分流，一方的冷媒经过配管26到达第二膨胀阀8。该冷媒因第二膨胀阀8中的压力降低，形成气体/液体的二相混合体(图9的E的状态)，并以这个状态流入蒸发器9。在那里，冷媒从周围空气吸热蒸发(图9的F的状态)。这时，蒸发器9将车内空气中的水降到露点以下，从而可进行冷凝消除。由此，将车内空气中的水分除去而进行除湿。除湿后的空气，通过送风机60向室内气体冷却器2送风，如前面所述，与流过室内气体冷却器2的冷媒进行热交换而被加热后，从出风口120A排放到车内。由此，在对车内空气进行加温的同时进行除湿，从而可消除玻璃上的雾气。
一方面，由蒸发器9蒸发的冷媒，进入配管34，通过恒压阀10后进入配管30。
另一方面，由配管24分流的另一方的冷媒，从配管25进入冷媒配管70，通过内部热交换器3内。在内部热交换器3中，由室内气体冷却器2放热，减压前的该高压侧冷媒，与流过冷媒配管71的冷媒流路73的低压侧的冷媒进行热交换，进一步进行放热(图9的D的状态)，且该冷媒配管71设置为与冷媒配管70进行热交换。
由内部热交换器3进行放热，来自冷媒配管70另一端70B的冷媒，到达第一膨胀阀4。冷媒在第一膨胀阀4的压力降低，形成气体/液体的二相混合体(图9的E的状态)，并以这个状态流入室外热交换器5。在那里，冷媒从周围空气吸热蒸发。此后，冷媒进入配管30，经过电磁阀42，与来自连接在该配管30的中途部的配管34的冷媒合流(图9的G的状态)。
合流的冷媒，流入接收罐50，在那里进行气液分离，只有气体冷媒经过配管31，从一端73A进入冷媒配管71的冷媒流路73，通过内部热交换器3。在内部热交换器3中，该冷媒气体由上述室内气体冷却器2进行放热，与减压前的高压侧冷媒进行热交换而被加热(图9的A的状态)。由此，可使吸入压缩机1的冷媒取得过热度，并可确实避免液体回流的发生。此后，冷媒经由配管32，被压缩机1吸入，如此反复循环。
如以上那样，在制暖模式，冷媒不流向蒸发器9，可由室外热交换器5使其蒸发；在制冷模式，冷媒不流向室内气体冷却器2，可由室外热交换器5使其放热。由此，就不需要以往那样由分隔部件将送风机60送来的空气方向进行发换，从而可进行制冷及制暖两种运行。
即，以往如图12所示，当在收容室200设置可动式分隔部件205，向车内制暖时，如图12的虚线所示分隔部件205在位于室内气体冷却器202的上侧的同时，阻止冷媒向蒸发器209的流通。由此，可与车内进行热交换的收容室200内的空气由室内气体冷却器202与冷媒进行热交换而被加热，加热空气只是由送风机210向车内送风，就可向车内制暖。
然而，如果在车内开制冷时，冷媒为了通过该室内气体冷却器202，就必须使分隔部件205如图12的实线所示位于室内气体冷却器202的背面侧，将送风机210向室内气体冷却器202的送风隔断。因此，必须确保用于设置分隔部件205的空间，特别是如本实施方式那样将冷媒循环装置用于车用空调时，由于必须将冷媒循环装置设置在汽车有限的空间内，所以就必须相应地缩小使用侧热交换器201的容量。
由此，导致空调能力的降低。特别是当把高压侧压力达到超临界压力的二氧化碳作为冷媒使用时，由于要维持冷媒在气态下进行放热，在室内气体冷却器202中产生温度效果，所以就具有充分考虑这个温度效果而设置对流型热交换器与提高效率相关联的特性，但因相关容量的缩小，就不能充分发挥二氧化碳冷媒的特性。
所以，如本发明的制暖模式，冷媒不流向蒸发器9，在室外热交换器5使其蒸发；在制冷模式，冷媒不流向向室内气体冷却器2，通过在室外热交换器5使其放热，可不设置分隔部件205就能进行车内的制冷和制暖。因此，相应地可扩大作为使用侧热交换器的室内气体冷却器2及蒸发器9的容量，从而可提高空调的能力。特别是通过扩大室内气体冷却器2的放热面积，可使室内气体冷却器2的二氧化碳冷媒的特性得到充分发挥，从而可提高制暖的能力。
除此之外，在除湿制暖模式中，通过将由室内气体冷却器2放热的冷媒进行分流，将一方由第二膨胀阀8减压并流向蒸发器9而吸热，另一方由第一膨胀阀4减压并流向室外热交换器5而吸热，在传给室内气体冷却器2的热量由室外热交换器5从外部吸收的同时，蒸发器9将车内空气中的水分降到露点以下，从而可进行冷凝消除。
而且，由恒压阀10将蒸发器9蒸发的冷媒做到所定的恒压(3.5MPa)，当户外空气温度达到零度以下时，室外热交换器5即使在3.5MPa以下蒸发，也可将冷媒的蒸发温度维持在所定数值以上。即，当不设置恒压阀10，将由蒸发器9蒸发后的冷媒压力不做任何调整时，低压侧的压力下降，流过冷媒回路的冷媒就会全部向低压移动，因而冷媒就有可能在蒸发器9中冻结。
然而，通过使蒸发器9蒸发后的冷媒通过恒压阀10，设成所定的恒压(3.5MPa)，就可将蒸发器9的蒸发温度维持在所定数值，如0℃以上，从而就可预先避免冷媒冻结的问题。
如以上详细叙述的那样，通过本发明可提供在进行有效制暖的同时还能进行除湿的冷媒循环装置20，从而可进一步提高冷媒循环装置20整体的性能。
再者，作为本实施方式的内部热交换器3，由双重管结构的冷媒配管71和与该冷媒配管71进行热交换的冷媒配管70构成，做成一体具备冷媒配管71内的冷媒流路72、在其外周设置的冷媒流路73、以及冷媒配管70内的冷媒流路的3条流路的结构，但内部热交换器不局限于实施方式的构造，只要配备互相可进行热交换，且彼此间的热交换能力不同的至少3条冷媒流路就可以。
即，如图10所示，将放热面积相同的2个微型筒式热交换器170、171，和比它们放热面积小(即，热交换能力小)的微型筒式热交换器172互相可进行热交换地设置，例如，也可以使低压侧冷媒流向形成在微型筒式热交换器171中的冷媒流路，在制暖模式，使由室内气体冷却器2放热的高压侧冷媒流向微型筒式热交换器172，与流过上述微型筒式热交换器171的低压侧冷媒进行热交换的同时，在制冷模式，由室外热交换器5放热的高压侧冷媒流向微型管式热交换器170，与流过上述微型筒式热交换器171的低压侧冷媒进行热交换。
另外，本实施方式，在内部热交换器3中的制暖模式和制冷模式，变更高压侧冷媒流过的冷媒流路，但也可以不变更高压侧的流路，而做成变更低压侧的流路。另外，当通过变更高压侧和低压侧两种冷媒的流路，使制冷模式的内部热交换器冷媒的热交换量比制暖模式的热交换量大时，在本发明也有效。
另外，在本实施方式中，本发明的冷媒循环装置是作为适用于车用空调的装置，但不局限于此，也可以适用于调节室内空气的空气调节机。
权利要求
1.一种冷媒循环装置，其特征在于，具备配置成能与空调空间热交换的第一使用侧热交换器及第二使用侧热交换器、配置在所述空调空间外的热源侧热交换器、和将冷媒压缩并排出的压缩机，能够实行制暖模式、制冷模式和除湿制暖模式，上述制暖模式，使从该压缩机排出的冷媒流到所述第一使用侧热交换器进行放热，经该第一使用侧热交换器放热后的冷媒在被减压后，流到所述热源侧热交换器进行吸热，再返回所述压缩机；上述制冷模式，使从所述压缩机排出的冷媒流到所述热源侧热交换器进行放热，经该热源侧热交换器放热后的冷媒在被减压后，流到所述第二使用侧热交换器进行吸热，再返回到所述压缩机；上述除湿制暖模式，使从所述压缩机排出的冷媒流到所述第一使用侧热交换器进行放热，对经该第一使用侧热交换器放热后的冷媒进行分流，将分流后冷媒的一方减压后，流到所述第二使用侧热交换器进行吸热，并且，将分流后冷媒的另一方减压后，流到所述热源侧热交换器进行吸热，这两方冷媒从该第二使用侧热交换器及热源侧热交换器流出后，合流返回到所述压缩机。
2.如权利要求1所述的冷媒循环装置，其特征在于设有在上述除湿制暖模式中将所述第二使用侧热交换器的冷媒的蒸发温度维持在所定数值以上的装置。
3.如权利要求1或2所述的冷媒循环装置，其特征在于采用二氧化碳作为被所述压缩机压缩的冷媒，高压侧能设成超临界压力，并且，还设有使放热后、减压前的冷媒与吸热后的冷媒进行热交换的内部热交换器。
4.一种冷媒循环装置，具备配置成能与空调空间热交换的使用侧热交换器、配置在所述空调空间外的热源侧热交换器、和将冷媒压缩并排出的压缩机，并且，作为冷媒采用二氧化碳，高压侧能形成超临界压力，其特征在于具有使所述使用侧热交换器流出来的冷媒与所述热源侧热交换器流出来的冷媒进行热交换的内部热交换器，能够实行制暖模式和制冷模式，所述制暖模式，使从所述压缩机排出的冷媒流到所述使用侧热交换器进行放热，经该使用侧热交换器放热后的冷媒在被减压后，流到所述热源侧热交换器进行吸热，再返回所述压缩机；所述制冷模式，使从所述压缩机排出的冷媒流到所述热源侧热交换器进行放热，经该热源侧热交换器放热后的冷媒在被减压后，流到所述使用侧热交换器进行吸热，再返回到所述压缩机，该制冷模式下的所述内部热交换器中的冷媒热交换量比所述制暖模式下的热交换量大。
5.如权利要求4所述的冷媒循环装置，其特征在于所述内部热交换器一体具备互相能够热交换且各自间的热交换能力不同的至少3条冷媒流路，通过使所述使用侧热交换器流出来的冷媒与所述热源侧热交换器流出来的冷媒中的至少一方在所述制暖模式和制冷模式下流过不同的所述冷媒流路，而改变它们之间的热交换量。
全文摘要
一种冷媒循环装置，实行制暖模式，使从压缩机(1)排出的冷媒流到室内气体冷却(2)(第一使用侧热交换器)进行放热，在减压后流到室外热交换器(5)(热源侧热交换器)进行吸热，再返回压缩机；制冷模式，使从压缩机排出的冷媒流到室外热交换器进行放热，减压后流到蒸发器(9)(第二使用侧热交换器)进行吸热，再返回压缩机；除湿制暖模式，使从压缩机排出的冷媒流到室内气体冷却器(2)进行放热，使放热的冷媒分流，一方减压后流到蒸发器进行吸热，另一方减压后流向室外热交换器进行吸热，从这些蒸发器及室外热交换器出来后，合流，再返回压缩机。因此，可在确保使用侧热交换器的容量的同时，顺畅地对空调空间进行除湿制暖。
文档编号F25B1/00GK1828190SQ20061000440
公开日2006年9月6日 申请日期2006年2月10日 优先权日2005年2月28日
发明者黑泽美晓 申请人:三洋电机株式会社