CN102374687B - 两级加压制冷剂循环装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种两级加压制冷剂循环装置在具有低级侧压缩机构(110)和高级侧压缩机构(120)的两级加压制冷剂循环装置中，由中间压力膨胀阀(15a)减压的中间压力制冷剂通过中间压力制冷剂通道(14)被引入到高级侧压缩机构(120)的吸入侧，低压制冷剂通道(22)被设置成连接低级侧压缩机构(110)的吸入侧和高级侧压缩机构(22)的吸入侧，并且制冷剂循环切换部分(14a，22a，22b)被构造成被构造成至少在第一制冷剂循环与制冷剂循环之间被切换，在所述第一制冷剂循环中，中间压力制冷剂通道(14)打开，而低压制冷剂通道(22)关闭，在所述第二制冷剂循环中，中间压力制冷剂通道(14)关闭，而低压制冷剂通道(22)打开。此外，高级侧压缩机构(120)具有小于低级侧压缩机构(110)的排放容量(V1)的排放容量(V2)。

Description

两级加压制冷剂循环装置

技术领域

本发明涉及一种具有压缩机的两级加压制冷剂循环装置，所述压缩机具有低级侧压缩机构和高级侧压缩机构。

背景技术

专利文献1(JP 4-80545A)描述了一种两级加压制冷剂循环装置，所述两级加压制冷剂循环装置具有可以在多级中对制冷剂加压的压缩机。该压缩机包括低级侧压缩机构和高级侧压缩机构，所述低级侧压缩机构被构造成将低压制冷剂压缩到中间压力并排放压缩后的中间压力制冷剂，所述高级侧压缩机构被构造成将来自低级侧压缩机构的中间压力制冷剂压缩到高压并将压缩后的高压制冷剂排放到压缩机的外部。

专利文献1的两级加压制冷剂循环装置用于空气调节器，并且除了压缩机之外还设有制冷剂散热器、中间压力膨胀阀等。散热器适于执行从高级侧压缩机构排放的高温高压制冷剂与要被吹送到室内的空气之间的热交换。中间压力膨胀阀适于将从散热器排放的高压制冷剂的一部分减压并膨胀到中间压力。

制冷剂循环装置被构造以形成节约型制冷剂循环，其中高级侧压缩机构吸入由中间压力膨胀阀减压的中间压力制冷剂和由低级侧压缩机构减压的中间压力制冷剂的混合物。

在节约型制冷剂循环中，具有相对较低温度的混合制冷剂被吸入到高级侧压缩机构中，从而提高高级侧压缩机构的压缩效率。此外，在两个压缩机构中均可以减小排放制冷剂压力与吸入制冷剂压力之间的压力差，从而提高两个压缩机构中的压缩效率。

因此，当与其中使用单个压缩机构对制冷剂加压的通常的制冷剂循环比较时，在节约型制冷剂循环中可以提高COP(性能系数)。在本公开中，压缩效率是由从压缩机构输出的工作负荷与驱动该压缩机构所需的工作负荷的比值定义的能量转换效率。

在节约型制冷剂循环中，根据空调负荷(例如，加热容量或加热能力)的减小来减小需要在该节约型制冷剂循环中循环的必要的制冷剂流量。在这种情况下，如果压缩机的转速降低，则在两个压缩机构中压缩效率降低，从而与其中通过使用单个压缩机构压缩制冷剂的通常制冷剂循环比较减小COP。

专利文献1的两级制冷剂循环装置被构造成根据外部空气温度或由制冷剂散热器加热的空气的温度在节约型制冷剂循环与通常制冷剂循环之间进行切换，以便提高COP。然而，即使在这种情况下，也难以在其中压缩机构的转速根据必要的制冷剂流量的减小而降低的操作条件下充分地提高COP。

图16是显示当由电动机驱动压缩机时压缩效率相对于压缩机的电动机的转速的变化的曲线图。在这种情况下，用于计算压缩效率的驱动压缩机构所需的工作负荷对应于供给电动机的电力。

在图16中，A(MAX)表示压缩效率变成最大时电动机的转速，而B(LOW)表示压缩效率降低时电动机的转速区域。在诸如滚动活塞式压缩机构、往复式压缩机构、叶片式压缩机构的压缩机构中该特性是相同的。

此外，在专利文献1的两级加压制冷剂循环装置中，每一个压缩机构的排放流量(质量流量)在电动机的相同转速下相等。如果低级侧压缩机构和高级侧压缩机构具有相同的排放容量，则即使当制冷剂循环从节约型制冷剂循环切换到通常制冷剂循环时，必要的制冷剂流量也不会变化，因此不需要改变压缩机构的转速。

即，即使当制冷剂循环从节约型制冷剂循环切换到通常制冷剂循环时，压缩机构的转速也不会变化，并且制冷剂循环仍然在压缩机中以低压缩效率操作。因此，在专利文献1的两级加压制冷剂循环装置中，在必要的制冷剂流量减小并且压缩机构的转速增加的操作条件下难以提高COP。

发明内容

考虑到上述情况做出本发明，本发明的目的是提供一种可以充分提高制冷剂循环中的性能系数(COP)而不依赖于在制冷剂循环中循环的必要的制冷剂流量的变化的两级加压制冷剂循环装置。

根据本发明的一方面，两级加压制冷剂循环装置包括：压缩机，所述压缩机包括被构造成将制冷剂压缩到中间压力的低级侧压缩机构和被构造成将从低级侧压缩机构排放的中间压力制冷剂压缩到高压的高级侧压缩机构；散热器，所述散热器被设置成冷却从压缩机的高级侧压缩机构排放的高压制冷剂；中间压力膨胀阀，所述中间压力膨胀阀被设置成将从散热器流出的制冷剂减压到中间压力；低压膨胀阀，所述低压膨胀阀被设置成将从散热器流出的制冷剂减压到低压力；蒸发器，所述蒸发器被设置成蒸发由低压膨胀阀减压的低压制冷剂并使蒸发的制冷剂流向低级侧压缩机构的吸入侧；中间压力制冷剂通道，由所述中间压力膨胀阀减压的中间压力制冷剂通过所述中间压力制冷剂通道被引入到高级侧压缩机构的吸入侧；低压制冷剂通道，所述低压制冷剂通道被设置成连接低级侧压缩机构的吸入侧和高级侧压缩机构的吸入侧；和制冷剂循环切换部分，所述制冷剂循环切换部分被构造成至少在第一制冷剂循环与第二制冷剂循环之间切换，在所述第一制冷剂循环中，中间压力制冷剂通道打开，而低压制冷剂通道关闭，在所述第二制冷剂循环中，中间压力制冷剂通道关闭，而低压制冷剂通道打开。并且，高级侧压缩机构具有小于低级侧压缩机构的排放容量的排放容量。

因此，在两级加压制冷剂循环装置中，当切换第一制冷剂循环时，可以构造节约型制冷剂循环，而当切换第二制冷剂循环时，可以通过使用高级侧压缩机构增加制冷剂压力，而不需要使用低级侧压缩机构的制冷剂排放容量。此外，因为高级侧压缩机构的排放容量被设定成小于低级侧压缩机构的排放容量，因此即使当加热操作模式从第一制冷剂循环切换到第二制冷剂循环时，也可以增加高级侧压缩机构的转速，同时保持制冷剂循环量。因此，可以通过增加高级侧压缩机构的转速提高高级侧压缩机构的压缩效率，因此可以有效地提高两级加压制冷剂循环装置中的COP，而不依赖于在制冷剂循环中循环的必要的制冷剂流量的变化。

两级制冷剂循环装置可以进一步增加制冷剂循环控制部分，所述制冷剂循环控制部分被构造成控制制冷剂循环切换部分的操作。在这种情况下，当循环中所需的冷却能力或加热能力等于或大于第一标准能力时，制冷剂循环控制部分使制冷剂循环切换部分切换到第一制冷剂循环，而当循环中所需的冷却能力或加热能力等于或小于第二标准能力时，制冷剂循环控制部分使制冷剂循环切换部分切换到第二制冷剂循环，其中所述第二标准能力小于所述第一标准能力。例如，可以根据从高级侧压缩机构排放的排放制冷剂压力、吸入到低级侧压缩机构的吸入制冷剂压力、排放制冷剂压力与吸入制冷剂压力之间的压力差以及外部空气温度等计算循环中所需的冷却能力或加热能力。

两级加压制冷剂循环装置还可以设有被构造成驱动高级侧压缩机构和低级侧压缩机构并使高级侧压缩机构和低级侧压缩机构旋转的驱动部分和被构造成控制驱动部分的操作的驱动控制部分。在这种情况下，驱动控制部分可以根据循环中所需的冷却能力或加热能力的增加来增加驱动控制部分的转速。此外，当驱动部分的转速等于或大于第一标准转速时，制冷剂循环控制部分可以使制冷剂循环切换部分切换到第一制冷剂循环，以及当驱动部分的转速等于或小于第二标准转速时，制冷剂循环控制部分可以使制冷剂循环切换部分切换到第二制冷剂循环，其中所述第二标准转速小于第一标准转速。此外，离合器部件可以布置在低级侧压缩机构与电动机之间，以能够中断从电动机到低级侧压缩机构的动力传输。在这种情况下，当设定第一制冷剂循环时，离合器部件中断从电动机到低级侧压缩机构的动力传输，而当设定第二制冷剂循环时，离合器部件执行从电动机到低级侧压缩机构的动力传输。

在两级加压制冷剂循环装置中，制冷剂循环切换部分可以被构造成在所述第一制冷剂循环、所述第二制冷剂循环和一第三制冷剂循环间切换，在所述第三制冷剂循环中，中间压力制冷剂通道关闭，并且低压制冷剂通道关闭。可选地/此外，制冷剂循环切换部分可以由适于打开或关闭中间压力制冷剂通道的中间压力打开/关闭阀和适于打开或关闭低压制冷剂通道的低压打开/关闭阀构造而成。可选地，制冷剂循环切换部分可以由三通阀构造而成，所述三通阀布置在中间压力制冷剂通道与低压制冷剂通道之间的连接部处，以至少在连接中间压力膨胀阀的制冷剂出口侧和高级侧压缩机构的吸入侧的制冷剂通道与连接低级侧压缩机构的吸入侧和高级侧压缩机构的吸入侧的制冷剂通道之间被切换。

附图说明

本发明的其它目的、特征和优点将从以下参考附图的说明变得更加清楚，其中相同的部件由相同的附图标记表示，其中：

图1是显示根据本发明的第一实施例的在加热操作模式下当第一制冷剂循环被切换时的两级加压制冷剂循环装置的示意图；

图2是显示根据第一实施例的在加热操作模式下当第三制冷剂循环被切换时的两级加压制冷剂循环装置的示意图；

图3是显示根据第一实施例的在加热操作模式下当第二制冷剂循环被切换时的两级加压制冷剂循环装置的示意图；

图4是显示根据第一实施例的当处于冷却操作模式的制冷剂循环被设定时的两级加压制冷剂循环装置的示意图；

图5是显示适于根据第一实施例的两级加压制冷剂循环装置的压缩机的轴向剖视图；

图6A是沿图5中的线A-A截得的剖视图，图6B是沿图5中的线B-B截得的剖视图；

图7是显示COP相对于高级侧压缩机构的排放容量(V2)与低级侧压缩机构的排放容量(V1)的排放容量比(V2/V1)的变化的曲线图；

图8是显示根据第一实施例的在两级加压制冷剂循环装置的加热操作模式下当第一制冷剂循环被切换时的制冷剂的状态的莫尔图；

图9是显示根据第一实施例的在两级加压制冷剂循环装置的加热操作模式下当第三制冷剂循环被切换时的制冷剂的状态的莫尔图；

图10是显示根据第一实施例的在两级加压制冷剂循环装置的加热操作模式下当第二制冷剂循环被切换时制冷剂的状态的莫耳图；

图11是与现有技术相比较显示根据第一实施例的两级加压制冷剂循环装置中所需的加热能力与COP之间的关系的曲线图；

图12是显示根据本发明的第二实施例的在加热操作模式下当第一制冷剂循环被切换时的两级加压制冷剂循环装置的示意图；

图13是显示根据本发明的第三实施例的两级加压压缩机的示意图；

图14是显示根据本发明的第四实施例的在加热操作模式下当第一制冷剂循环被切换时的两级加压制冷剂循环装置的示意图；

图15A是显示基于高级侧压缩机构的转速和需要的扭矩的等效率线的曲线图，图15B是显示压缩效率相对于转速的变化的曲线图；以及

图16是显示压缩机构的转速与压缩效率之间的关系的曲线图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施例。

(第一实施例)

以下参照图1-11说明本发明的第一实施例。在第一实施例中，本发明的两级加压制冷剂循环装置10典型地应用到用于电动车辆的车辆空气调节器1，所述电动车辆从用于车辆行驶的电动机获得用于车辆行驶的驱动力。两级加压制冷剂循环装置10适于加热或冷却要被吹送到车厢内的空气，所述车厢为将在空气调节器1中被空气调节的空间。

本实施例的两级加压制冷剂循环装置10的循环结构被构造成在加热操作模式与冷却操作模式之间进行切换。在加热操作模式中，两级加压制冷剂循环装置10可以如图1-3所示操作，使得通过使用两级加压制冷剂循环装置10加热要吹送到车厢内的空气。相反，在冷却操作模式中，两级加压制冷剂循环装置10如图4所示操作，使得通过使用两级加压制冷剂循环装置10冷却要吹送到车厢内的空气。在加热操作模式中，如图1-3所示的实线箭头所示，制冷剂流动通过两级加压制冷剂循环装置10以在第一制冷剂循环、第二制冷剂循环和第三制冷剂循环间切换。此外，在冷却操作模式中，如图4所示的实线箭头所示，制冷剂流动通过两级加压制冷剂循环装置10。

例如，在两级加压制冷剂循环装置10中，可以使用氟利昂基制冷剂。在这种情况下，在两级加压制冷剂循环装置10中构造副临界制冷剂循环。在两级加压制冷剂循环装置10中，高压侧的制冷剂压力变成低于制冷剂的临界压力。此外，制冷机油混合到制冷剂中以润滑压缩机100，使得制冷机油与制冷剂一起在制冷剂循环中循环。

压缩机100布置在车辆的机罩(罩盖)的内部，并且在两级加压制冷剂循环装置10中执行制冷剂(流体)的吸入、压缩和排放。压缩机100为两级加压电动压缩机，所述两级加压电动压缩机包括限定外壳的壳体140、设置在壳体140中的低级侧压缩机构110和高级侧压缩机构120、和设置在壳体140中以驱动和旋转低级侧压缩机构110和高级侧压缩机构120的电动机130。

此外，压缩机100的壳体140设有吸入端口144、中间压力端口145、和排放端口146，低压制冷剂从所述吸入端口吸入到低级侧压缩机构110，中间压力制冷剂从所述中间压力端口从壳体140的外部被吸入到壳体140的内部，高压制冷剂从所述排放端口从所述高级侧压缩机构120被排放到壳体140的外部。接下来，后面详细说明压缩机100的结构。

内部冷凝器12的制冷剂入口侧连接到压缩机100的排放端口146。内部冷凝器12设置在车辆空气调节器1的内部空气调节单元30的空气调节壳体31中，并且被用作加热热交换器(制冷剂散热器)，在所述加热热交换器中，在其中流动的从压缩机100的高级侧压缩机构120排放的高温高压制冷剂与通过内部蒸发器20之后的空气进行热交换。

第一三通接头部件13a连接到内部冷凝器12的制冷剂出口侧，以使从内部冷凝器12流出的高压制冷剂分支。例如，第一三通接头部件13a具有用作一个制冷剂入口和两个制冷剂出口的三个端口。三通接头部件13a可以通过联接多跟管构造而成，或者可以通过在金属块部件或树脂块部件中设置多个制冷剂通道构造而成。

第一三通接头部件13a的一个制冷剂出口经由中间压力膨胀阀15a连接到气液分离器16的制冷剂入口侧。第一三通接头部件13a的另一个制冷剂出口经由打开/关闭阀17连接到第二三通接头部件13b的一个制冷剂入口。

中间压力膨胀阀15a是用于将从内部冷凝器12流出的高压制冷剂减压并膨胀到中间压力制冷剂的可变节流阀。更具体地，中间压力膨胀阀15a被构造成包括具有可变节流开度的阀体、和用于改变阀体的节流开度的步进电动机。通过从随后所述的空气调节控制器输出的控制信号控制中间压力膨胀阀15a的操作。

中间压力膨胀阀15a被构造成完全关闭节流通道，从而阻挡从第一三通接头部件13a的所述一个制冷剂出口到气液分离器16的制冷剂入口侧的制冷剂的流动。因此，中间压力膨胀阀15a在两级加压制冷剂循环装置10中被用作制冷剂循环切换部分。第一电动膨胀阀15a在两级加压制冷剂循环装置10中用作操作模式切换部分，所述操作模式切换部分在冷却操作模式的制冷剂通道与加热操作模式的制冷剂循环之间进行切换。

在气液分离器16中，从中间压力膨胀阀15a流出的制冷剂被分离成气体制冷剂和液体制冷剂，而循环中剩余的液体制冷剂储存在所述气液分离器中。气液分离器16的气体制冷剂出口通过中间压力制冷剂通道14连接到压缩机100的中间压力端口145，而气液分离器16的液体制冷剂出口通过低压膨胀阀15b连接到第二三通接头部件13b的另一个制冷剂入口端口。

中间压力打开/关闭阀14a布置在中间压力制冷剂通道14中以打开或关闭中间压力制冷剂通道14。例如，中间压力打开/关闭阀14a是用于打开和关闭中间压力制冷剂通道14的电磁阀，并且通过从随后所述的空气调节控制器输出的控制信号控制中间压力打开/关闭阀14a的操作。中间压力打开/关闭阀14a还用作止回阀，从而仅允许从气液分离器16的气体制冷剂出口流动到压缩机100的中间压力端口145的制冷剂的流动。

因此，可以防止当中间压力打开/关闭阀14a打开时制冷剂从压缩机100的中间压力端口145反向流动到气液分离器16。可选地，中间压力打开/关闭阀14a可以被构造成没有止回阀的功能，并且止回阀可以布置在中间压力制冷剂通道14中。在这种情况下，止回阀可以与气液分离器16或压缩机100一体形成，或者可以单独形成。

因此，中间压力打开/关闭阀14a用作能够阻止中间压力制冷剂通道14中的制冷剂流动的制冷剂循环切换部分。在本实施例中，中间压力打开/关闭阀14a用于在两级加压制冷剂循环装置10的加热操作模式中切换第一至第三制冷剂循环中的一个。制冷剂循环切换部分被构造成具有不同于用于在冷却操作模式与加热操作模式之间切换操作模式的操作模式切换装置的功能。

低压膨胀阀15b是用于将在气液分离器16中被分离并从气液分离器16流出的中间压力液体制冷剂减压并膨胀到低压制冷剂的可变节流阀。低压膨胀阀15b的基本结构类似于中间压力膨胀阀15a。通过从随后所述的空气调节控制器输出的控制信号控制低压膨胀阀15b的操作。

低压膨胀阀15b可以完全关闭节流阀打开通道，以阻止制冷剂管中的制冷剂从气液分离器16的液体制冷剂出口到第二三通接头部件13b的另一个制冷剂入口的流动。在本实施例中，类似于中间压力膨胀阀15a，低压膨胀阀15b在两级加压制冷剂循环装置10中用作操作模式切换装置，用于在冷却操作模式的制冷剂通道与加热操作模式的制冷剂通道之间进行切换。

打开/关闭阀17连接到第一三通接头部件13a的另一个制冷剂出口，并且是根据从空气调节控制器输出的控制信号被控制的电磁阀。空气调节控制器控制打开/关闭阀17的打开或关闭状态，从而在两级加压制冷剂循环装置10中切换制冷剂通道。在本实施例中，打开/关闭阀17与中间压力膨胀阀15a和低压膨胀阀15b一起用作操作模式切换部分。

第二三通接头部件13b的基本结构类似于第一三通接头部件13a的基本结构。第二三通接头部件13b在该三通接头部件的三个端口中设有两个制冷剂入口和一个制冷剂出口。第二三通接头部件13b的制冷剂出口连接到外部热交换器18，在所述外部热交换器中，在所述外部热交换器中流动的制冷剂与由鼓风扇吹送的外部空气进行热交换。

外部热交换器18在加热操作模式中用作蒸发器，其中在低压膨胀阀15b中被减压的低压制冷剂被蒸发以具有吸热作用，并在冷却操作模式中用作制冷剂散热器，其中高压制冷剂将热量辐射到外部空气。外部热交换器18设置在车辆的机罩内。

电动三通阀19连接到外部热交换器18的制冷剂出口侧。电动三通阀19与中间压力膨胀阀15a和低压膨胀阀15b以及打开/关闭阀17一起用作操作模式切换部分。通过从空气调节控制器输出的控制信号控制电动三通阀19的操作。

例如，电动三通阀19在加热操作模式时被切换以设定其中将外部热交换器18的制冷剂出口侧连接到第三三通接头部件13c的所述一个制冷剂入口的制冷剂循环，和在冷却操作模式时被切换以设定其中外部热交换器18的制冷剂出口侧连接到冷却膨胀阀15c的入口侧的制冷剂循环。

第三三通接头部件13c的基本结构类似于第一三通接头部件13a的基本结构。第三三通接头部件13c在该三通接头部件的三个端口中设有两个制冷剂入口和一个制冷剂出口。冷却膨胀阀15c的基本结构类似于中间压力膨胀阀15a和低压膨胀阀15b中的基本结构。

冷却膨胀阀15c的制冷剂出口侧连接到内部蒸发器20的制冷剂入口侧。内部蒸发器20在内部空气调节单元30的空气调节壳体31中布置在内部冷凝器12的上游空气侧。内部蒸发器20用作用于在冷却操作模式中通过在制冷剂与要吹送到车厢内的空气之间执行热交换来冷却要吹送到车厢内的空气的冷却热交换器。

内部蒸发器20的制冷剂出口侧连接到第三三通接头部件13c的另一个制冷剂入口，而第三三通接头部件13c的制冷剂出口连接到储存器21的制冷剂入口侧。储存器21是低压侧气液分离器，在所述低压侧气液分离器中，在该低压侧气液分离器中流动的制冷剂被分离成气体制冷剂和液体制冷剂，而剩余的制冷剂储存在所述储存器中。压缩机100的吸入端口144连接到储存器21的气体制冷剂出口。

在本实施例中，低压制冷剂通道22被设置成将在中间压力打开/关闭阀14a与压缩机100的中间压力端口145之间的位置处的中间压力制冷剂通道14连接到从储存器21的气体制冷剂出口到压缩机100的吸入端口144的制冷剂通道。低压制冷剂通道22被制成为使低级侧压缩机构110的吸入侧和高级侧压缩机构120的吸入侧互相连接。因此，低级侧压缩机构110的吸入侧和高级侧压缩机构120的吸入侧可以通过低压制冷剂通道22互相连接。

低压打开/关闭阀22a布置在低压制冷剂通道22中。低压打开/关闭阀22a具有类似于中间压力打开/关闭阀14a的结构的结构。例如，低压打开/关闭阀22a是用于打开和关闭低压制冷剂通道22的电磁阀，并且通过从随后所述的空气调节控制器输出的控制信号控制低压打开/关闭阀22a的操作。在本实施例中，类似于中间压力打开/关闭阀14a，低压打开/关闭阀22a用作制冷剂循环切换部分，所述制冷剂循环切换部分在两级加压制冷剂循环装置10的加热操作模式中切换第一至第三制冷剂循环中的一个制冷剂循环(循环结构)。

接下来，说明内部空气调节单元30。内部空气调节单元30位于仪表盘(即，仪表板)的内部，所述仪表盘定位在车厢中的最前部处。内部空气调节单元30包括空气调节壳体31，所述空气调节壳体31形成外壳，并且所述空气调节壳体内限定有空气通道。在空气调节壳体31中，鼓风机32被设置以通过空气通道将空气吹送到车厢中。鼓风机32、内部冷凝器12和内部蒸发器20以及类似装置设置在空气调节壳体31中。

内部/外部空气切换装置33沿空气流动方向布置在空气调节壳体31的最上游侧，以选择性地引入内部空气(即，乘客室内部的空气)或/和外部空气(即，乘客室外部的空气)。内部/外部空气切换装置33包括内部/外部空气切换门，所述内部/外部空气切换门连续地调节内部空气引入端口和外部空气引入端口的打开面积，内部空气从所述内部空气引入端口引入到空气调节壳体31中，外部空气从所述外部空气引入端口引入到空气调节壳体31中，从而连续地改变内部空气引入量和外部空气引入量之间的流量比。

鼓风机32在内部/外部空气切换装置33的下游空气侧设置在空气调节壳体31中，以将通过内部/外部空气切换装置33吸入的空气朝向车厢的内部吹送。鼓风机32例如是电动鼓风机，具有离心多叶片式风扇和电动机。在这种情况中，离心多叶片式风扇由电动机驱动，并且通过从空气调节控制器输出的控制电压控制电动机的转速(送风量)。

内部蒸发器20和内部冷凝器12在流动通过空气调节壳体31的空气通道的空气的流动方向上按顺序在鼓风机32的下游侧设置在空气调节壳体31中。即，内部蒸发器20在朝向车厢流动的空气的流动方向上布置在内部冷凝器12的上游。

空气混合门34布置在内部蒸发器20的下游空气侧和内部冷凝器12的上游空气侧，以调节通过内部冷凝器12的空气的流量与绕过内部冷凝器12的空气的流量的比值。混合空间35在空气调节壳体31中设置在内部冷凝器12的下游空气侧，使得通过内部冷凝器12的空气和绕过内部冷凝器12的空气在该混合空间35中混合，从而获得具有所需温度的调节空气。

此外，在最下游空气侧，空气调节壳体31设有多个空气出口(未示出)，混合空间35的调节空气从所述多个空气出口被吹送到作为将被空气调节的空间的车厢内。空气出口例如为面部空气出口、脚部空气出口和除霜空气出口，其中，调节空气通过所述面部空气出口被吹向车厢中的乘客的上侧，调节空气通过所述脚部空气出口被吹向车厢中的乘客的脚部区域，而调节空气通过所述除霜空气出口被吹向车辆的挡风玻璃的内表面。

空气混合门34调节通过内部冷凝器12的空气的流量与绕过内部冷凝器12的空气的流量的比值，以调节在混合空间35中混合的调节空气的温度，并且调节从各个空气出口吹送的调节空气的温度。空气混合门34由伺服电动机驱动，所述伺服电动机通过从空气调节控制器输出的控制信号控制。

面部空气出口、脚部空气出口和除霜空气出口由门部件选择性地打开和关闭。例如，面部门位于面部空气出口的上游以调节面部空气出口的打开面积，脚部门位于脚部空气出口的上游以调节脚部空气出口的打开面积，而除霜门位于除霜空气出口的上游以调节除霜空气出口的打开面积。

即，面部门、脚部门和除霜门被构造成形成空气出口模式切换部件，并且可操作地通过连杆机构相互连接以被电致动器驱动，从而设置空气出口模式。例如，电致动器是通过从空气调节控制器输出的控制信号控制的伺服电动机。

接下来，以下参照图5、6A和6B详细说明根据本实施例的压缩机100的结构。图5是压缩机100的轴向剖视图，图5的上下方向对应于当压缩机100安装到车辆时压缩机100的上下(顶部-底部)方向。图6A是沿图5的线A-A截得的剖视图，而图6B是沿图5的线B-B截得的剖视图。

压缩机100包括由诸如滚动活塞压缩机构的固定容积压缩机构制成的低级侧压缩机构110、高级侧压缩机构120、用于驱动两个压缩机构110、120的电动机130、和形成压缩机100的外壳并在里面限定内部空间150的壳体140。电动机130为用于驱动和旋转两个压缩机构110、120的驱动部件。

壳体140包括在水平方向上延伸的圆柱形部件141、被设置以在低级侧压缩机构110侧闭合圆柱形部件141的开口部分的低级侧罩部件142、和设置成在高级侧压缩机构120侧闭合圆柱形部件141的另一开口部分的高级侧罩部件143。壳体140的圆柱形部件141、低级侧罩部件142和高级侧罩部件143通过使用诸如焊接的结合方法一体结合，从而在壳体140中气密地形成内部空间150。

通孔设置在圆柱形部件141的外周表面中以穿过圆柱形部件141的内部和外部。中间压力端口145由该通孔形成，使得中间压力气体制冷剂在壳体140的外部从气液分离器16侧流动到壳体140的内部空间150。因此，内部空间150变得处于中间压力制冷剂状态下。变换器160连接到壳体140的低级侧罩部件142的外表面，以将电力供应给电动机130。

并且，变换器160将具有基于从空气调节控制器输出的控制信号的频率的交流电压输出给电动机130。因此，压缩机100的电动机130的转速通过从变换器160输出的频率来控制。通过基于频率控制的电动机的转速控制改变压缩机100的制冷剂排放容量。

例如，变换器160连接到壳体140，使得变换器160的一个端面整体紧密接触壳体140的低级侧罩部件142的外表面。因此，可以有效地执行变换器160与壳体140的内部空间150中的制冷剂之间的热传递，从而通过使用壳体140的内部空间150中的中间压力制冷剂冷却变换器160。

接下来，电动机130例如包括定子132和转子133。定子132通过由磁性材料制成的定子芯132a构造而成，并且定子线圈132b缠绕在定子芯132a上。转子133形成为在旋转轴向方向上延伸的近似圆柱形形状，并且设置在定子132的内周侧。

转子133由在中心部分处具有通孔的永磁体制成，并且轴131压配合到转子133的中心部分处的通孔中。轴131是被设置成将来自电动机130的旋转驱动力传递到两个压缩机构110、120的旋转驱动轴。当将电力供应给定子线圈132b并且生成旋转磁场时，转子133和轴131一体地旋转。

轴131在旋转轴向方向上延伸以具有大于转子133的长度。轴131相对于转子133在低级侧压缩机构110侧由低级侧支承部分134可缩回地支撑，而相对于转子133在高级侧压缩机构120侧由高级侧支承部分135可缩回地支撑。

相对于轴131的旋转中心偏心的低级侧偏心部分131a在低级侧压缩机构110侧形成在轴131的一个端部处。类似地，相对于轴131的旋转中心偏心的高级侧偏心部分131b在高级侧压缩机构120侧形成在轴131的另一个端部处。

低级侧偏心部分131a和高级侧偏心部分131b分别用作与低级侧压缩机构110和高级侧压缩机构120的连接部，并且被设置成将来自轴131的旋转驱动力传递给低级侧压缩机构110和高级侧压缩机构120。因此，在本实施例的压缩机100中，低级侧压缩机构110和高级侧压缩机构120在水平方向上布置在轴131的两个端侧处，使得两个压缩机构110、120在水平方向上定位在电动机130的两个端侧处。

低级侧压缩机构110被构造成将低压制冷剂压缩到中间压力制冷剂并排放压缩后的中间压力制冷剂。低级侧压缩机构110包括具有在水平方向上延伸的轴向方向的近似圆柱形低级侧圆柱体111、布置在低级侧圆柱体111的内周侧处的圆柱形低级转子112、低级侧叶片113和类似部件。低级侧叶片113与低级侧圆柱体111和低级侧转子112一起分隔用于压缩制冷剂的低级侧压缩空间117。

低级侧支承板114在电动机130侧布置在低级侧圆柱体111处，而低级侧支承部分134固定到低级侧支承板114的中心部分。低级侧排放板115在与电动机130相对的一侧布置在低级侧圆柱体111处，并且低级侧制冷剂排放端口115a形成在低级侧排放板115中。因此，低级侧空间形成在低级侧圆柱体111的内周侧上，使得低级侧转子112容纳在低级侧空间中。

插入孔设置在低级侧转子112的中心部分处，并且轴131的低级侧偏心部分131a插入到低级侧转子112的插入孔中。低级侧偏心部分131a可缩回地插入到低级侧转子112的插入孔中，使得轴131和低级侧转子112相互连接。因此，低级侧转子112根据轴131的旋转在圆柱形空间内偏心地旋转，同时低级侧圆柱体111的圆柱形外周表面接触低级侧圆柱体111的内周表面。

如图6A所示，在径向方向上凹陷的凹陷孔形成在低级侧圆柱体111的内周侧处，并且低级侧弹簧116和低级侧叶片113设置在凹陷孔中。所述凹陷孔被制成为与壳体140的内部空间150连通，使得中间压力被施加到低级侧叶片113的背面。低级侧叶片113被构造成通过使用低级侧弹簧116的负荷和所述背压接触低级侧转子112的外周表面。

因此，用于压缩低压制冷剂的低级侧压缩空间117由通过低级侧圆柱体111与低级侧转子112之间的接触部、低级侧叶片113与低级侧转子112之间的接触部、低级侧支承板114和低级侧排放板115封闭的空间形成。

低级侧制冷剂吸入端口(低级侧流体吸入端口)111a形成在低级侧圆柱体111的圆柱形侧表面中，其中低压制冷剂从所述低级侧制冷剂吸入端口被吸入到低级侧压缩空间117中。压缩机100的制冷剂吸入端口144通过形成制冷剂吸入通道的吸入管118连接到低级侧制冷剂吸入端口111a，如图6A所示。

此外，形成在低级侧排放板115中的低级侧制冷剂排放端口115a在壳体140内的内部空间150中开口。此外，低级侧引导阀115b布置在低级侧制冷剂排放端口115a中，以仅允许制冷剂从低级侧制冷剂排放端口115a流向壳体140中的内部空间150的流动。

因此，在低级侧压缩机构110中，根据轴131的旋转，低级侧压缩空间117移动，同时减小从低级侧制冷剂吸入端口111a侧到低级侧制冷剂排放端口115a侧的所述低级侧压缩空间的容积，以压缩制冷剂。当压缩后的制冷剂比低级侧引导阀115b的阀打开压力高时，制冷剂从低级侧制冷剂排放端口115a被排放到壳体110中的内部空间150中。

高级侧压缩机构120将内部空间150中的中间压力制冷剂压缩到高压制冷剂并排放压缩后的高压制冷剂。高级侧压缩机构120的基本结构类似于低级侧压缩机构110的基本结构。因此，类似于低级侧压缩机构110，高级侧压缩机构120包括高级侧圆柱体121、高级侧转子122、高级侧叶片123、高级侧支承板124、高级侧排放板125、高级侧弹簧126和类似部件。

此外，高级侧制冷剂吸入端口(高级侧流体吸入端口)121a设置在高级侧圆柱体121的圆柱形侧表面中，以在内部空间150中开口，其中中间压力制冷剂通过所述高级侧制冷剂吸入端口被吸入到高级侧压缩空间127中。此外，高级侧引导阀125b布置在形成在高级侧排放板125中的高级侧制冷剂排放端口125a中，以仅允许制冷剂从高级侧制冷剂排放端口125a流向排放通道侧的流动。因此，高级侧引导阀125b用作高级侧止回阀。

高级侧制冷剂排放端口(高级侧流体排放端口)125a形成在高级侧排放板125中。分隔板171形成在壳体140的内部以使内部空间150和油分离空间170相互分隔开。此外，排放通道128形成在分隔板171中，使得排放端口146通过排放通道128和油分离空间170与高级侧制冷剂排放端口125a连通。

因此，在高级侧压缩机构120中，根据轴131的旋转，高级侧压缩空间127移动，同时减小该高级侧压缩空间从高级侧制冷剂吸入端口121a侧到高级侧制冷剂排放端口125a侧的容积，以压缩制冷剂。当压缩的制冷剂比高级侧引导阀125b的阀打开压力高时，制冷剂通过油分离空间170和排放端口146从高级侧制冷剂排放端口125a被排放到压缩机100的外部。

油分离室170在壳体140中形成在制冷剂排放通道128与制冷剂排放端口146之间，以使制冷机油与从高级侧压缩机构120排放的制冷剂分离。油分离室170是碰撞型油分离器，在所述油分离器中，从制冷剂排放通道128排放的高压制冷剂与高级侧罩部件143碰撞以降低高压制冷剂的流动速度，并且具有比气体制冷剂密度高的密度的制冷机油向下掉落以被储存在所述油分离器中。

因此，排放端口146在储存在油分离室170中的制冷机油的油面的上侧形成在壳体140的高级侧罩部件143中。此外，油引入管172布置在油分离室170中，使得储存在油分离室170中的制冷机油通过油引入管172被引入到低级侧压缩机构110和高级侧压缩机构120的滑动部分。

在本实施例中，如图5所示，高级侧圆柱体121的内径向尺寸形成为近似等于低级侧圆柱体111的内径向尺寸，而高级侧圆柱体121和高级侧转子122的轴向尺寸形成为比低级侧圆柱体111和低级侧转子112的轴向尺寸短。因此，高级侧压缩机构120的排放容量V2可以被设置成小于低级侧压缩机构110的排放容量V1。

在两级加压制冷剂循环装置10中，低压制冷剂被吸入到低级侧压缩机构110中，中间压力制冷剂从中间压力端口145流入到内部空间150，并且从低级侧压缩机构110排放的中间压力制冷剂和从中间压力端口145流动的中间压力制冷剂的混合物被吸入。两级加压制冷剂循环装置10被构造成调节低压制冷剂、中间压力制冷剂和高压制冷剂的压力比，从而改变COP。

更具体地，中间压力制冷剂的压力被调节以变成高压制冷剂的压力和低压制冷剂的压力的乘积的平方根，使得COP接近最大值。

在本实施例的压缩机100中，因为低级侧压缩机构110和高级侧压缩机构120由共用电动机130驱动，转速在低级侧压缩机构110和高级侧压缩机构120中相同。然而，在本实施例的压缩机100中，因为低级侧压缩机构110的排放容量V1和高级侧压缩机构120的排放容量V2变化，因此可以容易地改变低压制冷剂、中间压力制冷剂和高压制冷剂的压力比。

根据本申请的发明人的研究，当高级侧压缩机构120的排放容量V2与低级侧压缩机构110的排放容量V1的排放容量比V2/V1在0.6到0.7的范围内时，COP可以分别在通常操作和高负荷操作中接近最大值。这里，在通常操作中，两级加压制冷剂循环装置10中所需的空气的必要加热能力是预定的通常能力范围。相反，在高负荷操作中，两级加压制冷剂循环装置10中所需的空气的必要加热能力比预定的通常能力范围高。

图7是显示COP相对于排放容量比V2/V1的变化的曲线图。在图7中，高COP范围表示排放容量比V2/V1的范围，在该范围中，COP接近最大值。例如，高COP范围被设定成使得0.4≤V2/V1≤0.9。通过设定0.4≤V2/V1≤0.9，COP在通常操作和高负荷操作中均可以被充分增加。此外，低级侧压缩机构110的排放容量V1和高级侧压缩机构120的排放容量V2可以被设定成使得0.5≤V2/V1≤0.8。在该比值范围中，可以更加有效地增加COP。

另外，压缩机构的排放容量是每一转从压缩机构排放的理论流量(推动和移除容量)，并且排放容量可以通过几何计算的流量来表示。

接下来，说明本实施例的电控制部分。空气调节控制器包括微型计算机和圆周电路。微型计算机具有CPU、ROM、RAM等。空气调节控制器根据存储在ROM中的控制程序执行各种计算和处理，并且执行连接到空气调节控制器的输出侧的各种设备的控制操作。例如，诸如压缩机100、操作模式切换部分15a、15b、17、19、制冷剂循环切换部分14a、22a、鼓风机32和类似部件的各种空气调节控制设备连接到空气调节控制器的输出侧。

空气调节传感器组连接到空气调节控制器的输入侧。例如，空气调节传感器组包括被构造成检测车厢的温度的内部空气传感器、被构造成检测外部空气温度的外部空气温度传感器、被构造成检测进入到车厢的太阳辐射量的太阳能传感器、被构造成检测从内部蒸发器20流动的空气温度(蒸发温度)的蒸发器温度传感器、被构造成检测从压缩机100排放的高压制冷剂的压力的排放压力传感器、用于检测吸入到压缩机100中的吸入制冷剂的压力的吸入压力传感器和类似装置。

进一步地，在车厢中的前部处靠近仪表盘布置的操作面板(未示出)连接到空气调节控制器的输入侧，使得将来自设置在该操作面板上的各种空气调节操作开关的操作信号输入给空气调节控制器。对于设置在操作面板上的各种空气调节操作开关，具体地，设有车辆空气调节器1的操作开关、用于设定车厢温度的车厢温度设定开关、和用于选择性地在冷却操作模式与加热操作模式之间进行切换的选择器开关。

空气调节控制器可以被构造成具有控制各种空气调节控制设备的操作的控制装置。空气调节控制器还设有压缩机控制装置，所述压缩机控制装置包括硬件部分和用于控制压缩机100的电动机130的软件部分(即，变换器160)。

此外，操作模式控制装置被设置以控制诸如中间压力膨胀阀15a、低压膨胀阀15b、打开/关闭阀17和电动三通阀19的操作模式切换部分，而制冷剂循环控制装置被设置以控制诸如中间压力打开/关闭阀14a和低压打开/关闭阀22a的制冷剂循环切换部分。压缩机控制装置、操作模式控制装置和制冷剂循环切换装置中的至少一个可以与空气调节控制器分开构造，或者可以与空气调节控制器一体构造。

接下来，以下说明根据上述结构的本实施例的车辆空气调节器1的操作。在车辆空气调节器1中，例如，两级加压制冷剂循环装置10被构造成选择性地切换诸如用于加热车厢的加热操作模式和用于冷却车厢的冷却操作模式的操作模式

首先，说明加热操作模式。当在打开(ON)车辆空气调节器1的操作开关的状态下通过选择器开关选择加热操作模式时，加热操作模式开始。当加热操作模式开始时，空气调节控制器切换构成操作模式切换部分的膨胀阀15a、15b、打开/关闭阀17、和电动三通阀19的操作状态。

具体而言，使膨胀阀15a、15b均处于节流状态，其中，每个膨胀阀的节流通道的通道截面积被设定成预定开度，打开/关闭阀17被关闭，电动三通阀19被切换到连接外部热交换器18的制冷剂出口侧至三通接头部件13c的所述一个制冷剂入口的制冷剂通道。即，在加热操作模式中，两级加压制冷剂循环装置10被操作以使得内部冷凝器12用作冷凝器(制冷剂散热器)，外部热交换器18用作制冷剂蒸发器。

在本实施例的加热操作模式中，中间压力打开/关闭阀14a和低压侧打开/关闭阀22a的操作状态根据在两级加压制冷剂循环装置10中所需要的被吹送到车厢中的空气的必要的空气加热能力被选择性地切换。因此，本实施例的两级加压制冷剂循环装置10在加热操作模式期间能够在第一至第三制冷剂循环中被选择性地切换。

(1)加热操作模式中的第一制冷剂循环

当两级加压制冷剂循环装置10中所需的加热能力在通常操作期间变成在预定的通常能力范围内、或者变成其中所需的加热能力比通常操作中的加热能力高的高负荷操作的能力时，在加热操作模式中设定第一制冷剂循环。第一制冷剂循环可以在其中加热操作模式的操作开始的初始状态循环时设定。例如，两级加压制冷剂循环装置10的通常操作中的输出功率大约在2.0-2.5kW的范围内。

具体地，当加热操作模式的操作开始时或者当加热操作模式从第二或第三制冷剂循环切换到第一制冷剂循环时，制冷剂循环控制装置打开中间压力打开/关闭阀14a并关闭低压侧打开/关闭阀22a。因此，在加热操作模式的第一制冷剂循环中，从气液分离器16流出的中间压力气体制冷剂能够流动到中间压力制冷剂通道14a，并且低压制冷剂通道22被关闭。

在该制冷剂循环结构中，空气调节控制器读取用于空气调节控制的传感器组的检测信号和操作面板的操作信号。空气调节控制器根据所述检测信号和所述操作信号计算目标空气温度TAO，所述目标空气温度为吹送到车厢内的空气的目标温度。进一步地，空气调节控制器根据计算的目标空气温度TAO和传感器组的检测信号确定连接到空气调节控制器的输出侧的各种空气调节控制设备的操作状态。

例如，参照事先存储在空气调节控制器中的控制图根据目标空气温度TAO确定由鼓风机32发送的空气的目标量，即，输出给鼓风机32的电动机的控制电压，使得当目标空气温度TAO高和低时所述空气的目标量较高，而当目标空气温度TAO在中间时所述空气的目标量较低。

通过控制连接到压缩机100的电动机130的变换器160控制压缩机100的制冷剂排放容量。变换器160被控制以使得电动机130的转速根据两级加压制冷剂循环装置10中所需的加热能力的增加而被增加。

例如，通过使用存储在空气调节控制器中的控制图，根据目标空气温度TAO、从压缩机100排放的高压制冷剂的制冷剂压力、吸入到压缩机100中的吸入制冷剂压力和外部空气温度确定输出给变换器160的控制信号。更具体地，变换器160被控制成使得电动机130的转速随着目标空气温度TAO的增加、排放制冷剂压力的增加、吸入制冷剂压力的减小和外部空气温度的减小而增加。

通过使用目标空气温度TAO、从内部蒸发器20吹出的空气的温度的检测值、和从压缩机100排放的制冷剂的温度的检测值确定输出给空气混合门34的伺服电动机的控制信号。即，确定输出给空气混合门34的伺服电动机的控制信号，使得吹送到车厢中的空气的温度变成乘客期望的温度，所述温度通过车厢温度设定开关设定。在加热操作模式中，可以控制空气混合门34的开度，使得从鼓风机32发送的发送空气的总量通过内部冷凝器12。

以上述方式确定的控制电压和控制信号被输出给各种空气调节控制设备。之后，直到车辆空气调节器的操作需要被停止为止，在规定的控制时间重复执行以下控制过程：读取上述检测信号和操作信号→计算目标空气温度TAO→确定各种空气调节控制设备的操作状态→输出控制电压和控制信号。

此时，在两级加压制冷剂循环装置10中，如图8所示，从压缩机100的排放端口146排放的高压制冷剂(图8中的点a2₈)流入到内部冷凝器12并散发热量(图8中的点a2₈→点b₈)。因此，从鼓风机32发送的并已经通过内部蒸发器20的空气被内部冷凝器12加热，从而加热车厢。

因为在加热操作模式的第一制冷剂循环中打开/关闭阀17关闭，因此从内部冷凝器12流出的制冷剂流入到中间压力膨胀阀15a并且减小压力和膨胀到中间压力制冷剂(图8中的点b₈→点c₈)。从中间压力膨胀阀15a流出的制冷剂通过气液分离器16被分离成气体和液体(图8中的点c₈→点d₈和点c₈→点e₈)。

由气液分离器16分离的气体制冷剂从压缩机100的中间压力端口145流入到压缩机100中并且与从压缩机100中的低级侧压缩机构110排放的制冷剂汇合(图8中的点a1₈)，并被高级侧压缩机构120吸入。另一方面，在气液分离器16中分离的液体制冷剂流入到低压膨胀阀15b中，压力减小并被膨胀为低压制冷剂(图8中的点e₈→点f₈)。

由低压膨胀阀15a减小压力并膨胀的低压制冷剂通过第二三通接头部件13b流入到外部热交换器18中。流入到外部热交换器18中的低压制冷剂从外部空气吸收热量，从而被蒸发(图8中的点f₈→点h₈)。

因为电动三通阀19被切换以设定用于将外部热交换器18的出口侧连接到第三三通接头部件13c的所述一个制冷剂入口的第一制冷剂循环，因此从外部热交换器18流出的制冷剂通过第三三通接头部件13c流入到储存器21并在储存器21中被分离成气体和液体。在储存器21中分离的气体制冷剂(图8中的点h₈)从压缩机100的吸入端口144被吸入被再次压缩。

流入到储存器21中的制冷剂根据两级加压制冷剂循环装置10中所需的加热能力的变化被分离成气体制冷剂和液体制冷剂。当两级加压制冷剂循环装置10稳定操作时，流入到储存器21中的制冷剂状态和从储存器21流出的制冷剂状态是相同的。图8显示两级加压制冷剂循环装置10中的加热操作模式的第一制冷剂循环中的稳定状态。

如上所述，当第一制冷剂循环被设定成处于加热操作模式时，由从压缩机100的高级侧压缩机构120排放的制冷剂所保持的热量可以被辐射给内部冷凝器12中的空气，并因此已经在内部冷凝器12中被加热的空气可以被吹送到车厢中。依此方式，可以实现车厢的加热。

第一制冷剂循环被构造成成节约型制冷剂循环，在所述节约型制冷剂循环中，低级侧压缩机构110吸入由低压膨胀阀15b减压的低压制冷剂，而高级侧压缩机构120吸入由中间压力膨胀阀15a减压的中间压力制冷剂和在低级侧压缩机构110中减压的中间压力制冷剂的混合物。

因此，在用作节约型制冷剂循环的第一制冷剂循环中，具有相对较低温度的混合制冷剂被吸入到高级侧压缩机构120中，从而提高高级侧压缩机构120的压缩效率。此外，在两个压缩机构110、120中，可以减小排放制冷剂压力与吸入制冷剂压力之间的压力差，从而提高两个压缩机构110、120的压缩效率。因此，可以提高两级加压制冷剂循环装置10的COP。

(2)加热操作模式中的第三制冷剂循环

例如，可以通过流动通过内部冷凝器12的制冷剂流量对内部冷凝器12的入口侧处的制冷剂的热焓与内部冷凝器12的出口侧处的制冷剂的热焓之间的热焓差的积分值计算两级加压制冷剂循环装置10中所需的必要的空气加热能力。

因此，在两级加压制冷剂循环装置10中所需的加热能力比通常操作中所需的加热能力低的低负荷操作中，在制冷剂循环中循环的必要的制冷剂流量减小。因此，在两级加压制冷剂循环装置10的低负荷操作中，根据必要的制冷剂流量减小电动机130的转速。

如果电动机130的转速减小，则两个压缩机构110、120中的压缩效率也降低。在这种情况下，如果两级加压制冷剂循环装置10被切换到用作节约型制冷剂循环的第一制冷剂循环，则当两级加压制冷剂循环装置10中所需的空气的加热能力减小时可能难以提高两级加压制冷剂循环装置10的COP。

在本实施例的两级加压制冷剂循环装置10中，当在加热操作模式中执行第一制冷剂循环时两级加压制冷剂循环装置10中所需的加热能力等于或低于第三标准能力时，确定加热操作模式处于低负荷操作，因此在加热操作模式中从第一制冷剂循环切换到第三制冷剂循环。这里，第三制冷剂循环用于执行低负荷操作。例如，两级加压制冷剂循环装置10的低负荷操作中的输出功率在1.5-2.0kW的范围内。

可以通过使用从压缩机100排放的高压制冷剂的制冷剂压力、吸入到压缩机100中的吸入制冷剂压力、外部空气温度等计算两级加压制冷剂循环装置10中所需的加热能力。在本实施例中，根据从压缩机100排放的高压制冷剂的制冷剂压力、要吸入到压缩机100中的吸入制冷剂压力、外部空气温度和类似物确定电动机130的转速。

在本实施例的两级加压制冷剂循环装置10中，当在加热操作模式中执行第一制冷剂循环时压缩机构110、120的转速等于或低于第三标准转速时，确定加热操作模式处于低负荷操作中，因此在加热操作模式中从第一制冷剂循环切换到第三制冷剂循环。第三标准转速可以被设定在小于通常操作的第一制冷剂循环中的预定转速的值。

具体地，当两级加压制冷剂循环装置10的加热操作模式被切换到第三制冷剂循环时，制冷剂循环控制装置关闭中间压力打开/关闭阀14a，并关闭低压侧打开/关闭阀22a。因此，在第三制冷剂循环中，中间压力制冷剂通道14和低压制冷剂通道22都被关闭。

在加热操作模式的第三制冷剂循环的这种结构中，类似于加热操作模式的第一制冷剂循环，空气调节控制器读取传感器组的用于空气调节控制的传感器组的检测信号和操作面板的操作信号。进一步地，空气调节控制器根据计算的目标空气温度TAO和传感器组的检测信号确定连接到空气调节控制器的输出侧的各种空气调节控制设备的操作状态。

当第三制冷剂循环被设定成处于加热操作模式时，通过控制连接到压缩机100的电动机130的变换器160控制压缩机100的制冷剂排放容量。在第三制冷剂循环中，控制变换器160，使得根据两级加压制冷剂循环装置10中所需的加热能力的增加将电动机130的转速增加得比第一制冷剂循环中的转速高。

接下来，说明在第三制冷剂循环中电动机130的大于第一制冷剂循环的转速的增加量。当两级加压制冷剂循环装置10的加热操作被切换到第三制冷剂循环时，因为中间制冷剂通道14被关闭，因此高级侧压缩机构120仅吸入从低级侧压缩机构110排放的中间压力制冷剂。当第一制冷剂循环被切换时，从低级侧压缩机构110排放的中间压力制冷剂具有比吸入到高级侧压缩机构120中的混合制冷剂低的密度。

因此，在其中两级加压制冷剂循环装置10的加热操作模式从第一制冷剂循环切换到第三制冷剂循环的情况中，如果压缩机100的电动机130的转速没有增加，则对于压缩机100来说不能排放必要的制冷剂流量(即，必要的制冷剂循环量)。

在本实施例中，当两级加压制冷剂循环装置10的加热操作模式从第一制冷剂循环切换到第三制冷剂循环时，转速增加，使得可以从压缩机100排放必要的制冷剂流量。当第三制冷剂循环被切换时，其它空气调节控制设备的操作状态和其它控制状态类似于第一制冷剂循环被切换的情况下的状态。

图9显示当在加热操作模式中第三制冷剂循环被切换时的两级加压制冷剂循环装置10的制冷剂状态。如图9所示，从压缩机100的排放端口146排放的高压制冷剂(图9中的点a2₉)流入到内部冷凝器12并将热量散发到空气中(图9中的点a2₉→点b₉)。因此，从鼓风机32发送的并且已经通过内部蒸发器20的空气在通过内部冷凝器12的同时被加热，从而加热要吹送到车厢内的空气。

因为打开/关闭阀17在加热操作模式的第一制冷剂循环中被关闭，因此从内部冷凝器12流出的制冷剂流入到中间压力膨胀阀15a并且被减小压力和被膨胀到中间压力制冷剂(图9中的点b₉→点c₉)。从中间压力膨胀阀15a流出的制冷剂流入到气液分离器16中。当第三制冷剂循环的操作在加热操作模式变得稳定时，流入到气液分离器16中的制冷剂状态近似等于从气液分离器16流出的制冷剂状态。图9显示了两级加压制冷剂循环装置10中的加热操作模式的第三制冷剂循环的稳定状态。

因为中间压力侧打开/关闭阀14a在加热操作模式的第三制冷剂循环中被关闭，因此从气液分离器16流出的制冷剂流入到低压膨胀阀15b中，并且被减小压力和被膨胀到低压制冷剂(图9中的点c₉→点f₉)，而没有流入到低压膨胀阀16b中。通过低压膨胀阀15b减小压力并膨胀的低压制冷剂通过第二三通接头部件13b流入到外部热交换器18中，并通过从外部空气吸收热量而被蒸发(图9中的点f₉→点h₉)。

从外部热交换器18流出的制冷剂流入到储存器21中，并且在储存器21中被分离成气体制冷剂和液体制冷剂。分离后的气体制冷剂被吸入到压缩机100的吸入端口144中。从压缩机100的吸入端口144吸入的制冷剂在低级侧压缩机构110中被加压，并被吸入到高级侧压缩机构120中(图9中的点h₉→点a0₉)，而没有与来自中间压力端口145的制冷剂汇合。然后，从低级侧压缩机构110排放的中间压力制冷剂进一步在高级侧压缩机构120中被压缩(图9中的点a0₉→点a2₉)。

如上所述，当第三制冷剂循环在加热操作模式中被切换时，由从压缩机100的高级侧压缩机构120排放的制冷剂保持的热量可以在内部冷凝器12中被辐射给空气，因此已经在内部冷凝器12中被加热的空气可以被吹送到车厢内以加热车厢。依此方式，可以在第三制冷剂循环中实现车厢的加热。

在加热操作模式的第三制冷剂循环中，可以增加两个压缩机构110、120的转速，从而防止压缩效率降低。此外，可以减小两个压缩机构110、120中的排放制冷剂压力与吸入制冷剂压力之间的压力差，从而有效地提高两个压缩机构110、120的压缩效率。因此，可以提高两级加压制冷剂循环装置10的COP。

在本实施例的两级加压制冷剂循环装置10的加热操作模式中当第三制冷剂循环被设定的情况下，当压缩机构110、120的转速等于或大于第一标准转速(所述第一标准转速大于第三标准转速)时，在加热操作模式中从第三制冷剂循环切换到第一制冷剂循环。这里，根据与通常操作模式中的通常加热能力的下限相对应的第一标准能力设定第一标准转速。在这种情况下，在两级加压制冷剂循环装置10的加热操作模式中切换并执行第一制冷剂循环。第一标准转速可以设定成大于第三标准转速的值，而第一标准能力可以设定成大于第三标准能力的值。

(3)加热操作模式中的第二制冷剂循环

当制冷剂循环装置中所述的空气的加热能力在极低载荷状态下被进一步减小时，在加热操作模式中从第三制冷剂循环切换到第二制冷剂循环。即，在其中两个压缩机构110、120的压缩效率被进一步减小，因此难以提高两级加压制冷剂循环装置10的COP的情况下，切换到第二制冷剂循环。

在本实施例中，在其中两级加压制冷剂循环装置10中所需的加热能力等于或低于比当执行加热操作模式的第三制冷剂循环时的第三标准能力低的第二标准能力的极低负荷操作的情况下，在加热操作模式中从第三制冷剂循环切换到第二制冷剂循环。例如，两级加压制冷剂循环装置10的极低负荷操作中的输出功率大约在1.0-1.5kw的范围内。

在本实施例的两级加压制冷剂循环装置10中，当在加热操作模式中压缩机构110、120的转速等于或低于第二标准转速时，确定加热操作模式处于极低负荷操作中，因此在加热操作模式中从第三制冷剂循环(或从第一制冷剂循环)切换到第二制冷剂循环。第二标准转速可以被设定在小于第三制冷剂循环中的第三标准转速且小于通常操作中的第一标准转速(通常转速)的值。

具体地，当两级加压制冷剂循环装置10的加热操作模式被切换到第二制冷剂循环时，制冷剂循环控制装置关闭中间压力打开/关闭阀14a并打开低压侧打开/关闭阀22a。因此，如图3所示，低级侧压缩机构110的制冷剂吸入侧和制冷剂排放侧通过低压制冷剂通道22相互连通，并且制冷剂在高压侧压缩机构120中加压，而在低级侧压缩机构110中不具有制冷剂排放容量。

在加热操作模式的第二制冷剂循环的这种结构中，类似于加热操作模式的第一或第三制冷剂循环，空气调节控制器读取传感器组的用于空气调节控制的传感器组的检测信号和操作面板的操作信号。进一步地，空气调节控制器根据计算的目标空气温度TAO和传感器组的检测信号确定连接到空气调节控制器的输出侧的各种空气调节控制设备的操作状态。

当在两级加压制冷剂循环装置10的加热操作模式中设定第二制冷剂循环时，制冷剂在高级侧压缩机构120中被加压，而低级侧压缩机构110的制冷剂排放容量没有使用，所述高级侧压缩机构120具有小于低级侧压缩机构110的排放容量的排放容量。当在加热操作模式中设定第三制冷剂循环时，通过控制连接到压缩机100的电动机130的变换器160来控制压缩机100的制冷剂排放容量。在第三制冷剂循环中，根据两级加压制冷剂循环装置10中所需的加热能力的增加控制变换器160，使得与第一制冷剂循环中的电动机的转速相比，电动机130的转速增加得更多。

当加热操作模式从第三或第一制冷剂循环切换到第二制冷剂循环时，或者在第二制冷剂循环即将被切换的阶段中，根据V2/V1设定电动机130的转速。这里，V1表示低级侧压缩机构110的排放容量，而V2表示高级侧压缩机构120的排放容量。当在加热操作模式中设定第二制冷剂循环时，其它空气调节控制设备的操作状态和其它控制状态类似于设定第一制冷剂循环或第三制冷剂循环的情况中的操作状态和控制状态。

图10显示当在加热操作模式中设定第二制冷剂循环时两级加压制冷剂循环装置10的制冷剂状态。如图10所示，从压缩机100的排放端口146排放的高压制冷剂(图10中的点a2₁₀)流入到内部冷凝器12并将热量散发到空气中(图10中的点a2₁₀→点b₁₀)。因此，从鼓风机32发送并且已经通过内部蒸发器20的空气在通过内部冷凝器12的同时被加热，从而加热要吹送到车厢内的空气。

因为打开/关闭阀17在加热操作模式的第二制冷剂循环中被关闭，因此从内部冷凝器12流出的制冷剂流入到中间压力膨胀阀15a并且被减小压力并被膨胀到中间压力制冷剂(图10中的点b₁₀→点c₁₀)。从中间压力膨胀阀15a流出的制冷剂流入到气液分离器16中。当第二制冷剂循环的操作在加热操作模式中变得稳定时，流入到气液分离器16中的制冷剂状态近似等于从气液分离器16流出的制冷剂状态。图10显示了两级加压制冷剂循环装置10中的加热操作模式的第二制冷剂循环的稳定状态。

因为中间压力侧打开/关闭阀14a在加热操作模式的第二制冷剂循环中被关闭，因此从气液分离器16流出的制冷剂流入到低压膨胀阀15b中，并且被减小压力并被膨胀到低压制冷剂(图10中的点c₁₀→点f₁₀)，而没有流入到中间压力端口145。通过低压膨胀阀15b减小压力并膨胀的低压制冷剂通过第二三通接头部件13b流入到外部热交换器18中，并通过从外部空气吸收热量而被蒸发(图10中的点f₁₀→点aO₁₀)。

从外部热交换器18流出的制冷剂流入到储存器21中，并且在储存器21中被分离成气体制冷剂和液体制冷剂。因为低压打开/膨胀阀22a打开，因此分离后的气体制冷剂从吸入端口144和中间压力端口145被吸入到压缩机100中。

在这种情况下，低级侧压缩机构110的制冷剂吸入侧和制冷剂排放侧通过低压制冷剂通道22相互连通，因此在低级侧压缩机构110中不能使用制冷剂排放容量。在储存器21中分离后的气体制冷剂(图10中的点a0₁₀)实际上从中间压力端口145被吸入到高级侧压缩机构120，并且在高级侧压缩机构120被再次压缩(图10中的点a0₁₀→点a2₁₀)。

如上所述，当在加热操作模式中设定第二制冷剂循环时，由从压缩机100的高级侧压缩机构120排放的制冷剂保持的热量可以被辐射给内部冷凝器12中的空气，因此已经在内部冷凝器12中被加热的空气可以被吹送到车厢内以加热车厢。依此方式，可以实现车厢的加热。

在加热操作模式的第二制冷剂循环中，需要根据吹送到车厢的空气中所需要的加热能力的减小来减小压缩机构110和120的转速。然而，在加热操作模式的第三制冷剂循环中，不使用低级侧压缩机构110，并且仅通过高级侧压缩机构120获得加热能力，因此能够增加高级侧压缩机构110的转速。

此外，高级侧压缩机构120的排放容量V2被设定成小于低级侧压缩机构110的排放容量V1。因此，当两级加压制冷剂循环装置10的加热操作模式从第三或第一制冷剂循环切换到第二制冷剂循环时，可以增加高级侧压缩机构120的转速，使得可以从压缩机100排放必要的制冷剂流量。如图16中的曲线图所示，可以提高高级侧压缩机构120的压缩效率，其中图16显示了压缩机构的转速与压缩效率之间的关系。

在其中在本实施例的两级加压制冷剂循环装置10的加热操作模式中设定第二制冷剂循环的情况下，当高级侧压缩机构120的转速等于或大于比第二标准转速大的第四标准转速时，加热操作模式从第二制冷剂循环被切换到第三制冷剂循环。在这种情况下，在两级加压制冷剂循环装置10的加热操作模式中切换并执行第三制冷剂循环。第四标准转速可以设定成比第二标准转速和第三标准转速大的值。

接下来，说明冷却操作模式。在其中车辆空气调节器1的操作开关被打开(ON)的状态下，当通过选择器开关选择冷却操作模式时冷却操作模式开始。当冷却操作模式开始时，空气调节控制器切换构成操作模式切换部分的膨胀阀15a、15b、打开/关闭阀17、和电动三通阀19的操作状态。

具体地，使中间压力膨胀阀15a和低压膨胀阀15b处于完全关闭状态，并且打开/关闭阀17打开，而将电动三通阀19切换到外部热交换器18的出口侧连接到冷却膨胀阀15c的入口侧的冷却制冷剂循环。此外，使冷却膨胀阀15c处于其中制冷剂被减小压力并被膨胀(即，节流通道的截面积的开度被设定到预定开度)的节流状态。具体地，在冷却操作模式中，制冷剂循环控制装置关闭中间压力打开/关闭阀14a并关闭低压侧打开/关闭阀22a。

因此，在冷却操作模式中，制冷剂如图4中的实线箭头所示地流动。在冷却操作模式中，如在加热操作模式的情况，空气调节控制器执行以下控制程序：读取检测信号和操作信号→计算目标空气温度TAO→确定各种空气调节控制设备的操作状态→在规定的控制期间内重复输出控制电压和控制信，直到需要停止车辆空气调节器的操作为止。

此时，在两级加压制冷剂循环装置10中，如图4所示，从压缩机100的排放端口146排放的高压制冷剂流入到内部冷凝器12中并将热量散发到空气中。依此方式，从鼓风机32发送并被内部蒸发器20冷却的冷却空气的一部分通过内部冷凝器12以被加热。

因为在冷却操作模式中第一和第二电动膨胀阀15a、15b完全关闭而打开/关闭阀17打开，因此从内部冷凝器12流出的高压制冷剂以以下所述的顺序流动：第一三通接头部件13a→打开/关闭阀17→第二三通接头部件13b，并流入到外部热交换器18中。流入到外部热交换器18中的制冷剂与外部空气进行热交换，从而被进一步冷却，因此所述制冷剂的热焓被将降低。

因为电动三通阀19被切换到其中外部热交换器18的制冷剂出口侧连接到冷却膨胀阀15c的制冷剂入口侧并且冷却膨胀阀15c处于节流状态的冷却制冷剂循环，从外部热交换器18流出的制冷剂通过冷却膨胀阀15c被减小压力并被膨胀到低压制冷剂。

已经通过冷却膨胀阀15c减小压力并膨胀的低压制冷剂流入到内部蒸发器20中，并从鼓风机32发送的发送空气吸收热量以被蒸发，因此发送的空气被冷却。因此，吹送到车厢内部中的空气被冷却。从内部蒸发器20流出的制冷剂通过第三三通接头部件13c流入到储存器21中，并被分离成气体和液体。在储存器21中分离后的气相制冷剂从压缩机100的吸入端口144被吸入并再次被压缩。

如上所述，在本实施例的车辆空气调节器1中，在冷却操作模式时，通过在内部蒸发器20处冷却发送的空气并通过调节空气混合门34的开度，由内部蒸发器20冷却的冷却空气可以通过内部冷凝器12被加热，使得具有由乘客期望的温度的调节空气可以吹送到车厢中。这可以有效地实现车厢内部的冷却。

本实施例的两级加压制冷剂循环装置10如上所述操作，并因此可以获得以下极好的效果。

在本实施例的两级加压制冷剂循环装置10中，可以通过在加热操作模式中设定第一制冷剂循环构造节约型制冷剂循环。此外，通过设定第三制冷剂循环，低级侧压缩机构110和高级侧压缩机构120可以串联布置以在多个阶段(例如，两个阶段)中加压制冷剂。另外，通过设定第二制冷剂循环，单级压缩机构可以被构造，使得仅在高级侧压缩机构120中加压制冷剂。

加热操作模式可以根据两级加压制冷剂循环装置10中所需的加热能力的减小，即，根据压缩机构(电动机13)的转速的减小，按以下顺序被切换：第一制冷剂循环→第三制冷剂循环→第二制冷剂循环。相反，加热操作模式可以根据两级加压制冷剂循环装置10中所需的加热能力的增加，即，根据压缩机构的转速的增加，按以下顺别被切换：第二制冷剂循环→第三制冷剂循环→第一制冷剂循环。

因此，在本实施例的两级加压制冷剂循环装置10中，即使当必要的制冷剂流量根据两级加压制冷剂循环装置10中所需的加热能力的变化而改变时，也可以充分地提高COP。例如，在通常加热操作或其中必要的制冷剂流量相对较大的高负荷操作中，第一制冷剂循环被设定为节约型制冷剂循环，从而有效地提高COP。

在必要的制冷剂流量小于通常操作中必要的制冷剂流量的低负荷操作中，制冷剂在从压缩机100的低级侧压缩机构110到高级侧压缩机构120的多个阶段(例如，两个阶段)中被加压。在这种情况下，通过增加两个压缩机构110、120的转速，可以提高两个压缩机构110、120的压缩效率，从而提高COP。

此外，在必要的制冷剂流量小于低负荷操作中必要的制冷剂流量的极低负荷操作中，制冷剂仅在高级侧压缩机构120中被加压。在这种情况下，通过增加单个高级侧压缩机构120的转速，可以提高高级侧压缩机构120的压缩效率，从而提高COP。

因此，在本实施例的两级加压制冷剂循环装置10中，即使当必要的制冷剂流量根据两级加压制冷剂循环装置10中所需的加热能力的变化而变化时，也可以充分地提高COP。

在本实施例的两级加压制冷剂循环装置10中，根据两级加压制冷剂循环装置10中所需的加热能力的增加控制电动机130的转速以使所述转速增加。因此，可以容易地切换加热操作模式以根据电动机130的转速选择性地设定第一至第三制冷剂循环中的一个，从而可以根据两级加压制冷剂循环装置10中所需的必要的加热能力容易地执行加热操作模式中第一至第三制冷剂循环的切换。

在本实施例的压缩机100中，因为两个压缩机构110、120由单个电动机130驱动，因此当在加热操作模式中切换制冷剂循环时，可以容易地改变两个压缩机构110、120的转速。

此外，在本实施例的压缩机100中，低级侧连接机构110和高级侧连接机构120沿水平方向布置在轴131的两个端侧处，使得两个压缩机构110、120沿水平方向定位在电动机130的两个端侧处。因此，可以减小压缩机100的整个尺寸，因此可以减小两级加压制冷剂循环装置10的整个尺寸。

在本实施例中，两级加压制冷剂循环装置10用于没有内燃机的电动车辆的空气调节器1。在这种情况下，发动机的排气热量不能用于加热车厢，并且在空气调节器1中要吹送到车厢内的空气仅通过两级加压制冷剂循环装置10被加热。因此，因为本实施例的两级加压制冷剂循环装置10用于电动车辆，因此可以有效地提高增加COP的效果，而不管两级加压制冷剂循环装置10中所需的必要的加热能力如何。

在本实施例中，两级加压制冷剂循环装置10可以应用到从内燃机(发动机)和电动机获得用于车辆行驶的驱动力以便进行前进的所谓的混合车辆中。在混合车辆中，当车辆前进时发动机可以停止，以便提高燃料消耗效率。因此，当两级加压制冷剂循环装置10用于混合车辆时，可以获得上述效果。此外，两级加压制冷剂循环装置10可以用于普通车辆。

(第二实施例)

参照图12说明本发明的第二实施例。在第二实施例中，制冷剂循环切换部分的结构不同于上述第一实施例的结构。更具体地，在第二实施例中，如图12所示，代替低压打开/关闭阀22a和中间压力打开/关闭阀14a，使用电动三通阀22b。电动三通阀22b布置在中间压力制冷剂通道14与低压制冷剂通道22之间的连接部中。

在图12中，类似或对应于第一实施例的那些部件的部件由相同的附图标记表示。这在以下附图中也是相同的。当加热操作模式被切换到第一制冷剂循环时，制冷剂如图12所示的实线箭头流动通过两级加压制冷剂循环装置10。

例如，三通阀22b是旋转阀，其中，所述旋转阀的操作由从空气调节控制器输出的控制信号控制。类似于上述第一实施例，三通阀22b用作制冷剂循环切换部分，并且被构造成在两级加压制冷剂循环装置10的加热操作模式中选择性地切换第一至第三制冷剂循环中的一个。三通阀22b在第一制冷剂循环中打开中间压力制冷剂通道14并关闭低压制冷剂通道22，三通阀22b在第二制冷剂循环中关闭中间压力制冷剂通道14并打开低压制冷剂通道22，而三通阀22b在第三制冷剂循环中关闭中间压力制冷剂通道14和低压制冷剂通道22两者。

在第二实施例中，其它结构和操作类似于上述第一实施例的结构和操作。因此，在第二实施例的两级加压制冷剂循环装置10中，可以有效地提高COP，而不管两级加压制冷剂循环装置10中所需的必要的加热能力如何。即，不管在制冷剂循环中循环的制冷剂流量如何，可以充分地提高COP。

(第三实施例)

以下参照图13说明本发明的第三实施例。在第三实施例中，压缩机100的结构相对于上述第一实施例改变。在第三实施例的压缩机100中，电磁离合器130a设置在压缩机构110与电动机130之间以能够中断电力。在图13中，仅示意性地显示压缩机100。然而，两级加压制冷剂循环装置10的其它部件可以类似于第一或第二实施例的部件。即，代替第一或第二实施例的压缩机100，第三实施例的压缩机100可以用于两级加压制冷剂循环装置10。

在第三实施例中，当设定第一或第三制冷剂循环时，电磁离合器130a通过空气调节控制器被控制，使得电动机130通过电磁离合器130a连接到低级侧压缩机构110，从而将动力传输到低级侧压缩机构110。相反，当设定第二制冷剂循环时，通过空气调节控制器控制电磁离合器130a以中止动力从电动机130到低级侧压缩机构110的传输。

在第三实施例中，其它结构和操作类似于上述第一实施例的结构和操作。因此，即使在本实施例的两级加压制冷剂循环装置10中，也可以获得与第一实施例相同的效果。在第三实施例中，当设定第二制冷剂循环时，电动机130的旋转动力没有传递给低级侧压缩机构110，从而减小低级侧压缩机构110的滑动损失，并且进一步提高COP。

(第四实施例)

以下参照图14说明本发明的第四实施例。在第四实施例中，两级加压制冷剂循环装置10的结构相对于上述第一至第三实施例改变。当加热操作模式切换到第一制冷剂循环时，制冷剂如图14所示的实线箭头所示流动通过两级加压制冷剂循环装置10。

在第四实施例的两级加压制冷剂循环装置10中，没有设置打开/关闭阀17和第二三通接头部件13b，并且外部热交换器18的制冷剂入口通过低压膨胀阀15b连接到第一三通接头部件13a的一个制冷剂出口。即，低压膨胀阀15b布置在第一三通接头部件13a的所述一个制冷剂出口与外部热交换器18的制冷剂入口之间。另外，在第四实施例中，液体制冷剂出口部分没有设置在气液分离器16中。

在第四实施例中，在加热操作模式中，使两个膨胀阀15a、15b处于所述两个膨胀阀的节流通道中的每一个的通道截面积被设定到预定开度的节流状态，并且电动三通阀19被切换以将外部热交换器18的制冷剂出口侧连接到第三三通接头部件13c的一个制冷剂入口。

具体地，当两级加压制冷剂循环装置10的加热操作模式切换到第一制冷剂循环时，制冷剂循环控制装置打开中间压力打开/关闭阀14a并关闭低压侧打开/关闭阀22a。在第四实施例中，低压膨胀阀15b被构造成将从第一三通接头部件13a的所述一个制冷剂出口分支的从内部冷凝器12流出的高压制冷剂的一部分减压并膨胀到低压制冷剂。

具体地，当两级加压制冷剂循环装置10的加热操作模式切换到第三制冷剂循环时，制冷剂循环控制装置关闭中间压力打开/关闭阀14a并关闭低压侧打开/关闭阀22a。因此，类似于上述第一实施例，在加热操作模式中设定第三制冷剂循环。此外，当两级加压制冷剂循环装置10的加热操作模式切换到第二制冷剂循环时，制冷剂循环控制装置关闭中间压力打开/关闭阀14a，并且打开低压打开/关闭阀22a。因此，类似于上述第一实施例，可以在加热操作模式中设定第二制冷剂循环。

在第四实施例中，其它结构和操作类似于上述第一实施例的结构和操作。在第四实施例中，在第一制冷剂循环中，即使当高压制冷剂被直接减压并膨胀到低压力时，也可以有效地提高COP，而不管制冷剂循环装置10中所需的必要的加热能力如何。即，不管在制冷剂循环中循环的制冷剂流量如何，可以充分地提高COP。

(其它实施例)

本发明可以在本发明的保护范围内如下所述被不同地改变，而不局限于所述实施例。

(1)上述实施例已经为其中本发明的制冷剂循环装置10被用于车辆空气调节器的例子，但是本发明的应用不局限于此。例如，本发明的两级加压制冷剂循环装置10可以应用到固定空气调节器、低温存储器、用于自动售货机的冷却/加热设备、和类似设备。

在上述实施例中，两级加压制冷剂循环装置10用作热泵循环，在所述热泵循环中，要进行热交换的流体(例如，空气)通过内部冷凝器12被加热。可选地，两级加压制冷剂循环装置10可以用作其中高压制冷剂在冷凝器12中被辐射到大气并且热交换器18用作使用侧(using-side)热交换器的冷却器。制冷剂循环装置10可以用于空气调节器，其可以将要进行空气调节的空间冷却到极低温度。

在这种情况下，冷却操作模式可以根据两级加压制冷剂循环装置10中所需的冷却能力的降低，即，根据压缩机构的转速的降低，按以下顺序被切换：第一制冷剂循环-第三制冷剂循环-第二制冷剂循环。因此，即使在其中高压制冷剂与低压制冷剂之间的压力差变大并且压缩机消耗的电力趋于更大的制冷剂循环装置中，也可以有效地提高COP，而不管冷却能力如何。

(2)此外，在上述实施例中，滚动活塞式压缩机构用作低级侧压缩机构110和高级侧压缩机构120。然而，可以代替滚动活塞式压缩机构，使用涡卷式压缩机构、叶片式压缩机构或螺旋式压缩机构。此外，低级侧压缩机构110和高级侧压缩机构120可以是具有不同形状的固定排量型压缩机构，或者可以形成为相同的形状。

在上述第一、第二和第四实施例中，用于中断电力的电磁离合器130a没有设置在低级侧压缩机构110与电动机130之间。在这种情况下，涡卷式压缩机构可以用作低级侧压缩机构110，以便使低级侧压缩机构110的制冷剂排放容量为零。

当往复压缩机构用作低级侧压缩机构110时，可以除去用于制冷剂循环装置10的电磁离合器130a。在这种情况下，可以设置用于固定活塞的运动的固定装置。

(3)在上述第四实施例中，采用气液分离器16以将在中间压力膨胀阀15a处被减压的中间压力制冷剂分离成气体制冷剂和液体制冷剂。然而，可以不设置气液分离器16，并且可以设置中间压力热交换器以在中间压力制冷剂与从第一三通接头部件13a的另一个制冷剂出口流出的高压制冷剂之间执行热交换。

(4)在上述实施例中，两级加压制冷剂循环装置10根据两级加压制冷剂循环装置10中所需的加热能力或冷却能力的降低，即，根据压缩机构的转速的降低，按以下顺序被切换：第一制冷剂循环-第三制冷剂循环-第二制冷剂循环。然而，第三制冷剂循环可以省去。在这种情况下，两级加压制冷剂循环装置10根据两级加压制冷剂循环装置10中所需的加热能力或冷却能力的降低在第一制冷剂循环与第二制冷剂循环之间切换。

例如，当两级加压制冷剂循环装置10中所需的加热能力或冷却能力变得等于或小于第二标准能力时，两级加压制冷剂循环装置10从第一制冷剂循环直接切换到第二制冷剂循环。此外，当两级加压制冷剂循环装置10中所需的加热能力或冷却能力变得等于或大于第一标准能力时，两级加压制冷剂循环装置10从第二制冷剂循环直接切换到第一制冷剂循环。

(5)在上述实施例中，当两级加压制冷剂循环装置10的操作从第三制冷剂循环切换到第二制冷剂循环时，高级侧压缩机构120的转速根据排放容量比V2/V1而增加。以下参照图15A和图15B说明高压侧压缩机构120的转速增加。

以下参照图15A和图15B说明压缩机构的转速Nc、必要的扭矩Tr以及压缩效率的关系。图15A是显示根据高级侧压缩机构120的转速Nc与必要的扭矩Tr的压缩效率的等效率线的曲线图，而图15B是显示压缩效率相对于高级侧压缩机构120的转速Nc的变化的曲线图。在图15B中，曲线C表示在图15A的横截面C-C中的压缩效率的变化，而曲线D表示在图15A的横截面D-D中的压缩效率的变化。

在图15A和图15B中，NC表示高级侧压缩机构120的必要的压缩效率线，其是提高两级加压制冷剂循环装置10中的COP所需要的。

通过大于图15A中在最左侧定位的必要压缩效率线NC的转速操作高级侧压缩机构120。在这种情况下，即使当切换到第二制冷剂循环时，也可以充分地提高COP。

此外，高级侧压缩机构120的转速的增加部分可以在第二制冷剂循环被切换时如下被设定。例如，图15A的等效率线的关系可以存储在空气调节控制器中，并且可以通过使用在即将从第三制冷剂循环(或第一制冷剂循环)切换到第二制冷剂循环时读取的传感器组的检测信号计算即将从第三制冷剂循环(或第一制冷剂循环)切换到第二制冷剂循环时的必要扭矩Tr。可以通过使用以下公式(1)计算必要扭矩Tr。

Tr＝(L×60)/(2π×Nc)(F1)

这里，L表示高级侧压缩机构120的必要驱动力，例如供应给电动机130的必要的电力。

此外，可以通过使用以下公式(2)根据高级侧压缩机构120的排放制冷剂压力Pd、吸入制冷剂压力Ps和转速Nc计算高级侧压缩机构120的必要的驱动力L。

L＝f(Pd，Ps，Nc)……(F2)

另外，将由公式F2所示的关系预先存储在空气调节控制器中。

因此，可以根据在即将切换到第二制冷剂循环之前的必要扭矩Tr和根据即将从第三制冷剂循环切换到第二制冷剂循环之前的第二标准转速确定在即将从第三制冷剂循环(或第一制冷剂循环)切换到第二制冷剂循环之前的高级侧压缩机构120的压缩效率。作为例子，在图15A中，E点表示在即将从第三制冷剂循环切换到第二制冷剂循环时的高级侧压缩机构的压缩效率。

然后，确定高级侧压缩机构120的转速以能够将高级侧压缩机构120的压缩效率从E点传输到F点。在这种情况下，从E点到F点的转速差可以用作高级侧压缩机构120的转速的增加部分。

虽然已经参照附图结合本发明的优选实施例详细说明了本发明，但是应当注意的是各种改变和修改对本领域的技术人员将是显而易见的。这种改变和修改将被理解为在本发明的由所附权利要求限定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种两级加压制冷剂循环装置，包括：

压缩机(100)，所述压缩机包括被构造成将制冷剂压缩到中间压力的低级侧压缩机构(110)和被构造成将从所述低级侧压缩机构(110)排放的中间压力制冷剂压缩到高压的高级侧压缩机构(120)；

散热器(12)，所述散热器被设置成冷却从所述压缩机(100)的高级侧压缩机构(120)排放的高压制冷剂；

中间压力膨胀阀(15a)，所述中间压力膨胀阀被设置成将从所述散热器(12)流出的制冷剂减压到中间压力；

低压膨胀阀(15b)，所述低压膨胀阀被设置成将从所述散热器(12)流出的制冷剂减压到低压力；

蒸发器(18)，所述蒸发器被设置成蒸发由所述低压膨胀阀(15b)减压的低压制冷剂并使蒸发的制冷剂流向低级侧压缩机构(110)的吸入侧；

中间压力制冷剂通道(14)，由所述中间压力膨胀阀(15a)减压的所述中间压力制冷剂通过所述中间压力制冷剂通道被引入到所述高级侧压缩机构(120)的吸入侧；

低压制冷剂通道(22)，所述低压制冷剂通道被设置成连接所述低级侧压缩机构(110)的吸入侧和所述高级侧压缩机构(22)的吸入侧；和

制冷剂循环切换部分(14a，22a，22b)，所述制冷剂循环切换部分被构造成至少在第一制冷剂循环与第二制冷剂循环之间切换，在所述第一制冷剂循环中，所述中间压力制冷剂通道(14)打开，而所述低压制冷剂通道(22)关闭，在所述第二制冷剂循环中，所述中间压力制冷剂通道(14)关闭，而所述低压制冷剂通道(22)打开，以及

制冷剂循环控制部分，所述制冷剂循环控制部分被构造成控制所述制冷剂循环切换部分(14a，22a，22b)的操作，

其中所述高级侧压缩机构(120)具有小于所述低级侧压缩机构(110)的排放容量(V1)的排放容量(V2)；以及

当循环中所需的冷却能力或加热能力等于或大于第一标准能力时，所述制冷剂循环控制部分使所述制冷剂循环切换部分(14a，22a，22b)切换到所述第一制冷剂循环，而当所述循环中所需的冷却能力或加热能力等于或小于第二标准能力时，所述制冷剂循环控制部分使所述制冷剂循环切换部分(14a，22a，22b)切换到所述第二制冷剂循环，所述第二标准能力小于所述第一标准能力。

2.根据权利要求1所述的两级加压制冷剂循环装置，其中：

所述制冷剂循环切换部分(14a，22a，22b)被构造成在所述第一制冷剂循环、所述第二制冷剂循环和一第三制冷剂循环间切换，在所述第三制冷剂循环中，所述中间压力制冷剂通道(14)关闭，并且所述低压制冷剂通道(22)关闭。

3.根据权利要求1所述的两级加压制冷剂循环装置，还包括：

电动机(130)，所述电动机被构造成驱动并旋转所述高级侧压缩机构(120)和所述低级侧压缩机构(110)；和

驱动控制部分，所述驱动控制部分被构造成控制所述电动机(130)的操作，

其中所述驱动控制部分根据所述循环中所需的冷却能力或加热能力的增加来增加所述电动机的转速，并且

当所述电动机(130)的转速等于或大于第一标准转速时，所述制冷剂循环控制部分使所述制冷剂循环切换部分(14a，22a，22b)切换到所述第一制冷剂循环，而当所述电动机(130)的转速等于或小于第二标准转速时，所述制冷剂循环控制部分使所述制冷剂循环切换部分(14a，22a，22b)切换到所述第二制冷剂循环，所述第二标准转速小于所述第一标准转速。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的两级加压制冷剂循环装置，其中，所述制冷剂循环切换部分由用于打开或关闭所述中间压力制冷剂通道(14)的中间压力打开/关闭阀(14a)和用于打开或关闭所述低压制冷剂通道(22)的低压打开/关闭阀(22a)构造而成。.

5.根据权利要求1-3中任一项所述的两级加压制冷剂循环装置，其中，所述制冷剂循环切换部分由三通阀(22b)构造，所述三通阀(22)被布置在所述中间压力制冷剂通道(14)和所述低压制冷剂通道(22)之间的连接部处，以至少在连接所述中间压力膨胀阀(15a)的制冷剂出口侧和所述高级侧压缩机构(120)的吸入侧的制冷剂通道与连接所述低级侧压缩机构(110)的吸入侧和所述高级侧压缩机构(120)的吸入侧的制冷剂通道之间进行切换。

6.根据权利要求3所述的两级加压制冷剂循环装置，还包括：

离合器部件(130a)，所述离合器部件布置在所述低级侧压缩机构(110)与所述电动机(130)之间，以能够中断从所述电动机(130)到所述低级侧压缩机构(110)的动力传输，其中

当设定所述第一制冷剂循环时，所述离合器部件(130a)执行从所述电动机(130)到所述低级侧压缩机构(110)的动力传输，而当设定所述第二制冷剂循环时，所述离合器部件(130a)中断从所述电动机(130)到所述低级侧压缩机构(110)的动力传输。