JP5556499B2 - Two-stage boost refrigeration cycle - Google Patents

Two-stage boost refrigeration cycle Download PDF

Info

Publication number
JP5556499B2
JP5556499B2 JP2010183348A JP2010183348A JP5556499B2 JP 5556499 B2 JP5556499 B2 JP 5556499B2 JP 2010183348 A JP2010183348 A JP 2010183348A JP 2010183348 A JP2010183348 A JP 2010183348A JP 5556499 B2 JP5556499 B2 JP 5556499B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
refrigerant
low
stage
compression mechanism
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2010183348A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012042114A (en
Inventor
善則 村瀬
政美 佐貫
義明 原川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2010183348A priority Critical patent/JP5556499B2/en
Priority to DE102011110549.6A priority patent/DE102011110549B4/en
Priority to CN201110235981.4A priority patent/CN102374687B/en
Publication of JP2012042114A publication Critical patent/JP2012042114A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5556499B2 publication Critical patent/JP5556499B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F25B1/10Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with multi-stage compression
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32Cooling devices
    • B60H1/3204Cooling devices using compression
    • B60H1/3223Cooling devices using compression characterised by the arrangement or type of the compressor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/20Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/04Refrigeration circuit bypassing means
    • F25B2400/0401Refrigeration circuit bypassing means for the compressor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/04Refrigeration circuit bypassing means
    • F25B2400/0409Refrigeration circuit bypassing means for the evaporator
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/23Separators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00Control issues
    • F25B2600/25Control of valves
    • F25B2600/2501Bypass valves

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
  • Multiple-Way Valves (AREA)
  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)

Description

本発明は、低段側圧縮機構と高段側圧縮機構とを備え、冷媒を多段階に昇圧可能な二段昇圧式冷凍サイクルに関する。   The present invention relates to a two-stage boosting type refrigeration cycle that includes a low-stage compression mechanism and a high-stage compression mechanism and is capable of boosting refrigerant in multiple stages.

従来、特許文献1に、低圧冷媒を中間圧冷媒となるまで圧縮して吐出する低段側圧縮機構と、低段側圧縮機構から吐出された中間圧冷媒を高圧冷媒となるまで圧縮して吐出する高段側圧縮機構とを備え、冷媒を多段階に昇圧可能に構成された二段昇圧式冷凍サイクルが開示されている。   Conventionally, in Patent Document 1, a low-stage side compression mechanism that compresses and discharges low-pressure refrigerant until it becomes intermediate-pressure refrigerant, and an intermediate-pressure refrigerant discharged from the low-stage side compression mechanism is compressed and discharged until it becomes high-pressure refrigerant. There is disclosed a two-stage boosting type refrigeration cycle that includes a high-stage compression mechanism configured to increase the pressure of refrigerant in multiple stages.

さらに、この特許文献1の二段昇圧式冷凍サイクルは、空調装置に適用されており、高段側圧縮機構から吐出された高温高圧冷媒と室内送風空気とを熱交換させて室内送風空気を加熱する放熱器、放熱器から流出した高圧冷媒の一部を中間圧冷媒となるまで減圧膨張させる中間圧膨張弁等を備えている。   Furthermore, the two-stage boosting type refrigeration cycle of Patent Document 1 is applied to an air conditioner, and heats the indoor blowing air by exchanging heat between the high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the high-stage compression mechanism and the indoor blowing air. And an intermediate pressure expansion valve that decompresses and expands part of the high-pressure refrigerant flowing out of the radiator until it becomes intermediate pressure refrigerant.

そして、高段側圧縮機構に、中間圧膨張弁にて減圧された中間圧冷媒と低段側圧縮機構から吐出された中間圧冷媒との混合冷媒を吸入させることによって、低段側圧縮機構から吐出された中間圧冷媒のみを吸入させる場合よりも温度の低い混合冷媒を吸入させる、いわゆるエコノマイザ式冷凍サイクルのサイクル構成を実現できるようになっている。   Then, by causing the high-stage compression mechanism to suck the mixed refrigerant of the intermediate-pressure refrigerant decompressed by the intermediate-pressure expansion valve and the intermediate-pressure refrigerant discharged from the low-stage compression mechanism, the low-stage compression mechanism A cycle configuration of a so-called economizer refrigeration cycle in which a mixed refrigerant having a lower temperature than that in a case where only the discharged intermediate pressure refrigerant is sucked can be realized.

この種のエコノマイザ式冷凍サイクルでは、高段側圧縮機構に、温度の低い混合冷媒を吸入させることによって、高段側圧縮機構の圧縮効率を向上させることができるとともに、双方の圧縮機構における吸入冷媒圧力と吐出冷媒圧力との圧力差を縮小させて、双方の圧縮機構の圧縮効率を向上させることができる。   In this type of economizer-type refrigeration cycle, the high-stage compression mechanism can improve the compression efficiency of the high-stage compression mechanism by sucking the low-temperature mixed refrigerant into the high-stage compression mechanism. By reducing the pressure difference between the pressure and the discharge refrigerant pressure, the compression efficiency of both compression mechanisms can be improved.

従って、エコノマイザ式冷凍サイクルでは、1つの圧縮機構で冷媒を昇圧する通常の冷凍サイクルよりも、サイクルの成績係数(COP)の向上を狙うことができる。なお、圧縮効率とは、圧縮機構を駆動させるために要する仕事量に対する圧縮機構が出力した仕事量の比で定義されるエネルギ変換効率である。   Therefore, in the economizer refrigeration cycle, the coefficient of performance (COP) of the cycle can be improved as compared with the normal refrigeration cycle in which the pressure of the refrigerant is increased by one compression mechanism. The compression efficiency is energy conversion efficiency defined by the ratio of the work output from the compression mechanism to the work required to drive the compression mechanism.

ところが、エコノマイザ式冷凍サイクルでは、例えば、空調負荷の低下(加熱能力の低下)等に伴って、サイクルを循環させる必要のある冷媒流量(以下、必要循環冷媒流量という。)が低下した際に、圧縮機構の回転数を低下させると、双方の圧縮機構の圧縮効率が大きく低下して、1つの圧縮機構で冷媒を昇圧する通常の冷凍サイクルよりもCOPが低下してしまうことがある。   However, in the economizer-type refrigeration cycle, for example, when the refrigerant flow rate (hereinafter referred to as the necessary circulating refrigerant flow rate) required to circulate the cycle decreases with a decrease in air conditioning load (decrease in heating capacity) or the like. When the rotational speed of the compression mechanism is reduced, the compression efficiency of both compression mechanisms is greatly reduced, and the COP may be lower than in a normal refrigeration cycle in which the pressure of the refrigerant is increased by one compression mechanism.

そこで、特許文献1の二段昇圧式冷凍サイクルでは、エコノマイザ式冷凍サイクルを構成する冷媒回路と、1つの圧縮機構で冷媒を昇圧する通常の冷凍サイクルを構成する冷媒回路とを切替可能に構成し、外気温や放熱器にて加熱された室内送風空気の温度に応じて、COPが高くなる方の冷媒回路に切り替えるようにしている。   Therefore, the two-stage boosting refrigeration cycle disclosed in Patent Document 1 is configured to be switchable between a refrigerant circuit constituting the economizer refrigeration cycle and a refrigerant circuit constituting a normal refrigeration cycle for boosting the refrigerant with one compression mechanism. Depending on the outside air temperature or the temperature of the indoor blast air heated by the radiator, the refrigerant circuit is switched to the one having the higher COP.

特開平4−80545号公報Japanese Patent Laid-Open No. 4-80545

しかしながら、特許文献1の二段昇圧式冷凍サイクルでは、単に、エコノマイザ式冷凍サイクルを構成する冷媒回路と、通常の冷凍サイクルを構成する冷媒回路とを切り替えているだけなので、必要循環冷媒流量が低下して圧縮機構の回転数を低下させる運転条件時に、COPを充分に向上させることができない。   However, in the two-stage boosting refrigeration cycle of Patent Document 1, since only the refrigerant circuit constituting the economizer refrigeration cycle and the refrigerant circuit constituting the normal refrigeration cycle are switched, the required circulating refrigerant flow rate is reduced. Thus, the COP cannot be sufficiently improved during the operating condition that reduces the rotational speed of the compression mechanism.

このことを図16を用いて説明する。なお、図16は、圧縮機構を電動モータにて駆動した際の回転数に対する圧縮効率の変化を示すグラフである。従って、図16において圧縮効率の分母となる圧縮機構を駆動させるために要する仕事量は、電動モータに供給した電力となる。   This will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a graph showing a change in compression efficiency with respect to the rotation speed when the compression mechanism is driven by an electric motor. Therefore, the amount of work required to drive the compression mechanism that is the denominator of the compression efficiency in FIG. 16 is the power supplied to the electric motor.

図16から明らかなように、圧縮機構には、圧縮効率が最大(ピーク)となる最大効率回転数があり、回転数の低い領域では、圧縮効率が大きく低下してしまうという特性がある。なお、このような特性は、ローリングピストン型、レシプロ型、ベーン型等の固定容量型の各種圧縮機構において同様である。   As is apparent from FIG. 16, the compression mechanism has a maximum efficiency rotational speed at which the compression efficiency is maximum (peak), and has a characteristic that the compression efficiency is greatly reduced in a region where the rotational speed is low. Such characteristics are the same in various fixed displacement type compression mechanisms such as a rolling piston type, a reciprocating type, and a vane type.

また、冷媒を多段階に昇圧する二段昇圧式冷凍サイクルでは、同一の回転数における各圧縮機構の吐出流量(質量流量)が同一となるので、低段側圧縮機構と高段側圧縮機構が同じ吐出容量になっていると、エコノマイザ式冷凍サイクルを構成する冷媒回路から通常の冷凍サイクルを構成する冷媒回路へ切り替えたとしても、必要循環冷媒流量が変化しなければ、圧縮機構の回転数を変化させる必要も生じない。   Also, in the two-stage boosting refrigeration cycle that boosts the refrigerant in multiple stages, the discharge flow rate (mass flow rate) of each compression mechanism at the same rotational speed is the same, so the low-stage compression mechanism and the high-stage compression mechanism are If the discharge capacity is the same, even if the refrigerant circuit constituting the economizer-type refrigeration cycle is switched to the refrigerant circuit constituting the normal refrigeration cycle, if the required circulating refrigerant flow rate does not change, the rotation speed of the compression mechanism is reduced. There is no need to change.

つまり、圧縮機構の回転数を低下させた際に、エコノマイザ式冷凍サイクルを構成する冷媒回路から通常の冷凍サイクルを構成する冷媒回路へ切り替えたとしても圧縮機構の回転数は変化せず、圧縮機構の圧縮効率が低い状態のままでサイクルが運転されてしまう。従って、特許文献1の二段昇圧式冷凍サイクルでは、必要循環冷媒流量が低下して圧縮機構の回転数を低下させる運転条件時に、COPを充分に向上させることができない。   That is, when the rotation speed of the compression mechanism is reduced, the rotation speed of the compression mechanism does not change even if the refrigerant circuit constituting the economizer refrigeration cycle is switched to the refrigerant circuit constituting the normal refrigeration cycle. The cycle is operated while the compression efficiency of the engine is low. Therefore, in the two-stage boosting type refrigeration cycle of Patent Document 1, the COP cannot be sufficiently improved under the operating condition in which the necessary circulating refrigerant flow rate is reduced to reduce the rotation speed of the compression mechanism.

本発明は、上記点に鑑み、サイクルを循環させる必要のある必要循環冷媒流量の変化によらず、サイクルの成績係数(COP)を充分に向上させることのできる二段昇圧式冷凍サイクルを提供することを目的とする。   In view of the above points, the present invention provides a two-stage booster refrigeration cycle that can sufficiently improve the coefficient of performance (COP) of a cycle, regardless of changes in the required circulating refrigerant flow rate that requires circulation of the cycle. For the purpose.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、低圧冷媒を中間圧冷媒となるまで圧縮して吐出する低段側圧縮機構(110)と、低段側圧縮機構(110)から吐出された中間圧冷媒を高圧冷媒となるまで圧縮して吐出する高段側圧縮機構(120)と、高段側圧縮機構(120)から吐出された高圧冷媒を放熱させる放熱器(12)と、放熱器(12)から流出した冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧させる中間圧膨張弁(15a)と、放熱器(12)から流出した冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させる低圧膨張弁(15b)と、低圧膨張弁(15b)にて減圧された低圧冷媒を蒸発させて低段側圧縮機構(110)の吸入側へ流出する蒸発器(18)と、中間圧膨張弁(15a)にて減圧された中間圧冷媒を高段側圧縮機構(120)の吸入側へ導く中間圧冷媒通路(14)とを備える二段昇圧式冷凍サイクルであって、
低段側圧縮機構(110)の吸入側に接続される吸入側冷媒通路と高段側圧縮機構(120)の吸入側に接続される中間圧冷媒通路(14)との間を接続する低圧冷媒通路(22)と、中間圧冷媒通路(14)を開くとともに低圧冷媒通路(22)を閉じる第1冷媒回路、および、中間圧冷媒通路(14)を閉じるとともに低圧冷媒通路(22)を開く第2冷媒回路を切り替える冷媒回路切替手段(14a、22a、高段側圧縮機構(120)および低段側圧縮機構(110)の双方を回転駆動する1つの電動モータ(130)とを備え、
さらに、高段側圧縮機構(120)の吐出容量(V2)は、低段側圧縮機構(110)の吐出容量(V1)よりも小さく設定されており、冷媒回路切替手段は、中間圧冷媒通路(14)を開閉する中間圧側開閉弁(14a)および低圧冷媒通路(22)を開閉する低圧側開閉弁(22a)によって構成されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a low-stage compression mechanism (110) that compresses and discharges a low-pressure refrigerant until it becomes an intermediate-pressure refrigerant, and a low-stage compression mechanism (110) discharges the low-pressure refrigerant. A high-stage compression mechanism (120) that compresses and discharges the intermediate pressure refrigerant that has been made into a high-pressure refrigerant, a radiator (12) that radiates heat from the high-pressure refrigerant discharged from the high-stage compression mechanism (120), An intermediate pressure expansion valve (15a) that depressurizes the refrigerant flowing out of the radiator (12) until it becomes an intermediate pressure refrigerant, and a low pressure expansion valve (15b) that depressurizes the refrigerant flowing out of the radiator (12) until it becomes a low pressure refrigerant. And the evaporator (18) that evaporates the low-pressure refrigerant decompressed by the low-pressure expansion valve (15b) and flows out to the suction side of the low-stage compression mechanism (110), and the decompression by the intermediate-pressure expansion valve (15a). The intermediate pressure refrigerant that has been subjected to the high-stage compression mechanism (12 ) A two-stage booster type refrigeration cycle and an intermediate-pressure refrigerant passage (14) leading to the suction side of,
Low- pressure refrigerant connecting between the suction-side refrigerant passage connected to the suction side of the low-stage compression mechanism (110) and the intermediate-pressure refrigerant passage (14) connected to the suction side of the high-stage compression mechanism (120). A first refrigerant circuit that opens the passage (22), the intermediate pressure refrigerant passage (14) and closes the low pressure refrigerant passage (22), and a first refrigerant circuit that closes the intermediate pressure refrigerant passage (14) and opens the low pressure refrigerant passage (22). A refrigerant circuit switching means (14a, 22a ) for switching between two refrigerant circuits, and one electric motor (130) that rotationally drives both the high stage compression mechanism (120) and the low stage compression mechanism (110) ,
Further, the discharge capacity (V2) of the high-stage compression mechanism (120) is set smaller than the discharge capacity (V1) of the low-stage compression mechanism (110), and the refrigerant circuit switching means is an intermediate pressure refrigerant passage. It is characterized by comprising an intermediate pressure side opening / closing valve (14a) for opening and closing (14) and a low pressure side opening / closing valve (22a) for opening and closing the low pressure refrigerant passage (22) .

これによれば、2つの開閉弁(14a、22a)によって容易に冷媒回路切替手段を構成することができる。そして、中間圧側開閉弁(14a)により中間圧冷媒通路(14)を開くとともに低圧側開閉弁(22a)により低圧冷媒通路(22)を閉じることで、二段昇圧式冷凍サイクルを第1冷媒回路に切り替えることができ、また、中間圧側開閉弁(14a)により中間圧冷媒通路(14)を閉じるとともに低圧側開閉弁(22a)により低圧冷媒通路(22)を開くことで、二段昇圧式冷凍サイクルを第2冷媒回路に切り替えることができる。
冷媒回路切替手段(14a、22aが、第1冷媒回路に切り替えた際には、前述のエコノマイザ式冷凍サイクルを構成することができる。
また、第2冷媒回路に切り替えた際には、低段側圧縮機構(110)に冷媒吐出能力を発揮させることなく、高段側圧縮機構(120)にて冷媒を昇圧する冷凍サイクルを構成できるので、両圧縮機構(110、120)を1つの電動モータ(130)で回転駆動する小型簡潔な圧縮機構成を採用できる。
According to this, a refrigerant circuit switching means can be easily comprised by two on-off valves (14a, 22a). Then, the intermediate pressure side opening / closing valve (14a) opens the intermediate pressure refrigerant passage (14) and the low pressure side opening / closing valve (22a) closes the low pressure refrigerant passage (22). The intermediate pressure side on / off valve (14a) closes the intermediate pressure refrigerant passage (14) and the low pressure side on / off valve (22a) opens the low pressure refrigerant passage (22). The cycle can be switched to the second refrigerant circuit.
A refrigerant circuit switching means (14a, 22a) is, when the switching to the first refrigerant circuit, Ru can configure the economizer refrigeration cycle described above.
In addition, when switching to the second refrigerant circuit, it is possible to configure a refrigeration cycle that boosts the refrigerant with the high-stage compression mechanism (120) without causing the low-stage compression mechanism (110) to exhibit the refrigerant discharge capability. Therefore, it is possible to adopt a compact and simple compressor configuration in which both compression mechanisms (110, 120) are rotationally driven by one electric motor (130).

さらに、高段側圧縮機構(120)の吐出容量(V2)が、低段側圧縮機構(110)の吐出容量(V1)よりも小さく設定されているので、第1冷媒回路から第2冷媒回路へ切り替えた際に、サイクルの循環冷媒流量を変化させないように高段側圧縮機構(120)の回転数を増加させることができる。これにより、高段側圧縮機構(120)の圧縮効率を向上させることができる。   Further, since the discharge capacity (V2) of the high-stage compression mechanism (120) is set smaller than the discharge capacity (V1) of the low-stage compression mechanism (110), the first refrigerant circuit to the second refrigerant circuit. When switching to, the rotational speed of the high-stage compression mechanism (120) can be increased so as not to change the circulating refrigerant flow rate of the cycle. Thereby, the compression efficiency of the high stage side compression mechanism (120) can be improved.

従って、必要循環冷媒流量が比較的高く、エコノマイザ式冷凍サイクルを構成することによるCOP向上効果を充分に得られる場合には、第1冷媒回路に切り替え、必要循環冷媒流量が低下して、エコノマイザ式冷凍サイクルを構成することによるCOP向上効果を得ることができない場合には、第2冷媒回路に切り替えることで、高段側圧縮機構(120)の圧縮効率の向上によるCOP向上効果を充分に得ることができる。   Therefore, when the required circulating refrigerant flow rate is relatively high and the COP improvement effect by configuring the economizer refrigeration cycle can be sufficiently obtained, the first refrigerant circuit is switched to reduce the necessary circulating refrigerant flow rate, and the economizer type When the COP improvement effect by configuring the refrigeration cycle cannot be obtained, switching to the second refrigerant circuit can sufficiently obtain the COP improvement effect by improving the compression efficiency of the high stage compression mechanism (120). Can do.

その結果、必要循環冷媒流量の変化によらず、サイクルの成績係数(COP)を充分に向上させることのできる二段昇圧式冷凍サイクルを提供することができる。   As a result, it is possible to provide a two-stage booster refrigeration cycle that can sufficiently improve the coefficient of performance (COP) of the cycle regardless of changes in the required circulating refrigerant flow rate.

請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の二段昇圧式冷凍サイクルにおいて、冷媒回路切替手段(14a、22aの作動を制御する冷媒回路制御手段を備え、冷媒回路制御手段は、サイクルに要求される冷却能力あるいは加熱能力が予め定めた第1基準能力以上となった際に第1冷媒回路へ切り替えるように冷媒回路切替手段(14a、22aの作動を制御し、さらに、サイクルに要求される冷却能力あるいは加熱能力が予め定めた第2基準能力以下になった際に第2冷媒回路へ切り替えるように冷媒回路切替手段(14a、22aの作動を制御することを特徴とする。 In the invention according to claim 2, in the two-stage booster type refrigeration cycle according to claim 1, the refrigerant circuit control means for controlling the operation of the refrigerant circuit switching means (14a, 22a ) is provided, and the refrigerant circuit control means includes: The operation of the refrigerant circuit switching means (14a, 22a ) is controlled so as to switch to the first refrigerant circuit when the cooling capacity or heating capacity required for the cycle exceeds a predetermined first reference capacity. The operation of the refrigerant circuit switching means (14a, 22a ) is controlled so as to switch to the second refrigerant circuit when the cooling capacity or the heating capacity required for the temperature falls below a predetermined second reference capacity. .

ここで、冷凍サイクルに要求される冷却能力は、蒸発器(18)にて熱交換対象流体を冷却する構成において、蒸発器(18)入口側冷媒のエンタルピと出口側冷媒のエンタルピとのエンタルピ差に、蒸発器(18)を流通する冷媒流量を積算した値で定義される。また、冷凍サイクルに要求される加熱能力は、放熱器(12)にて熱交換対象流体を加熱する構成において、放熱器(12)入口側冷媒のエンタルピと出口側冷媒のエンタルピとのエンタルピ差に、放熱器(12)を流通する冷媒流量を積算した値で定義される。   Here, the cooling capacity required for the refrigeration cycle is the difference between the enthalpy of the enthalpy of the refrigerant on the inlet side and the enthalpy of the refrigerant on the outlet side in the configuration in which the heat exchange target fluid is cooled in the evaporator (18). And the value obtained by integrating the flow rate of the refrigerant flowing through the evaporator (18). The heating capacity required for the refrigeration cycle is the difference between the enthalpy of the enthalpy of the refrigerant on the inlet side and the enthalpy of the outlet side refrigerant in the configuration in which the heat exchange target fluid is heated by the radiator (12). , Defined by a value obtained by integrating the flow rate of refrigerant flowing through the radiator (12).

従って、サイクルに要求される冷却能力あるいは加熱能力が増加すると、サイクルを循環させる必要のある必要循環冷媒流量も増加することになる。それゆえ、本請求項のようにサイクルに要求される冷却能力あるいは加熱能力を用いて冷媒回路を切り替えることで、必要循環冷媒流量が比較的高くなっている際に第1冷媒回路に切り替え、必要循環冷媒流量が低下した際に第2冷媒回路に切り替えることを確実に実現できる。   Therefore, as the cooling capacity or heating capacity required for the cycle increases, the necessary circulating refrigerant flow rate that requires the cycle to circulate also increases. Therefore, by switching the refrigerant circuit using the cooling capacity or the heating capacity required for the cycle as in the present claim, it is necessary to switch to the first refrigerant circuit when the required circulating refrigerant flow rate is relatively high. Switching to the second refrigerant circuit can be reliably realized when the circulating refrigerant flow rate decreases.

なお、サイクルに要求される冷却能力あるいは加熱能力は、高段側圧縮機構(120)から吐出される吐出冷媒圧力、低段側圧縮機構(110)へ吸入される吸入冷媒圧力、吐出冷媒圧力と吸入冷媒圧力との圧力差、外気温等から求めることができる。   Note that the cooling capacity or heating capacity required for the cycle includes the discharge refrigerant pressure discharged from the high stage compression mechanism (120), the suction refrigerant pressure sucked into the low stage compression mechanism (110), and the discharge refrigerant pressure. It can be obtained from the pressure difference from the suction refrigerant pressure, the outside air temperature and the like.

さらに、請求項3に記載の発明では、請求項2に記載の二段昇圧式冷凍サイクルにおいて、電動モータ(130)の作動を制御する回転駆動制御手段備え、回転駆動制御手段は、サイクルに要求される冷却能力あるいは加熱能力の増加に伴って、電動モータ(130)の回転数を増加させるように制御し、冷媒回路制御手段は、電動モータ(130)の回転数が予め定めた第1基準回転数以上となった際に第1冷媒回路へ切り替えるように冷媒回路切替手段(14a、22aの作動を制御し、さらに、電動モータ(130)の回転数が予め定めた第2基準回転数以下となった際に第2冷媒回路へ切り替えるように前記冷媒回路切替手段(14a、22aの作動を制御することを特徴とする。 Furthermore, in the invention described in claim 3, in the two-stage booster type refrigeration cycle according to claim 2, the rotary drive control means for controlling the operation of the electric motor (130) is provided, and the rotation drive control means is included in the cycle. With the increase in the required cooling capacity or heating capacity, control is performed so as to increase the rotation speed of the electric motor (130), and the refrigerant circuit control means has a first rotation speed of the electric motor (130) determined in advance. The operation of the refrigerant circuit switching means (14a, 22a ) is controlled so as to switch to the first refrigerant circuit when the reference rotation speed is exceeded, and the rotation speed of the electric motor (130) is set to a second reference rotation that is determined in advance. The operation of the refrigerant circuit switching means (14a, 22a ) is controlled so as to switch to the second refrigerant circuit when the number becomes less than or equal to the number.

これによれば、回転駆動制御手段が、サイクルに要求される冷却能力あるいは加熱能力の増加に伴って、電動モータ(130)の回転数を増加させるので、この回転数に応じて冷媒回路を切り替えることで、容易に、サイクルに要求される冷却能力あるいは加熱能力に応じて冷媒回路を切り替えることができる。 According to this, since the rotational drive control means increases the rotational speed of the electric motor (130) as the cooling capacity or heating capacity required for the cycle increases, the refrigerant circuit is switched according to the rotational speed. Thus, the refrigerant circuit can be easily switched according to the cooling capacity or heating capacity required for the cycle.

さらに、電動モータ(130)が低段側圧縮機構(110)および高段側圧縮機構(120)の双方を回転駆動するので、双方の圧縮機構(110、120)の回転数を個別に制御する必要がなく、冷媒回路を切り替えた際に、双方の圧縮機構(110、120)の回転数を容易に変化させることができる。さらに、双方の圧縮機構(110、120)を回転駆動するために個別の電動モータ(130)を設ける必要がないので、二段昇圧式冷凍サイクル全体としての小型化を図ることもできる。 Furthermore, since the electric motor (130) rotationally drives both the low-stage compression mechanism (110) and the high-stage compression mechanism (120), the rotational speeds of both compression mechanisms (110, 120) are individually controlled. There is no need, and when the refrigerant circuit is switched, the rotation speeds of both compression mechanisms (110, 120) can be easily changed. Furthermore, since it is not necessary to provide a separate electric motor (130) for rotationally driving both compression mechanisms (110, 120), the overall size of the two-stage booster refrigeration cycle can be reduced.

請求項4に記載の発明では、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の二段昇圧式冷凍サイクルにおいて、さらに、冷媒回路切替手段(14a、22aは、中間圧冷媒通路(14)を閉じるとともに低圧冷媒通路(22)を閉じる第3冷媒回路に切替可能に構成されていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the two-stage booster type refrigeration cycle according to any one of the first to third aspects, the refrigerant circuit switching means (14a, 22a ) further includes an intermediate pressure refrigerant passage (14). And a third refrigerant circuit that closes the low-pressure refrigerant passage (22) and is switchable.

これによれば、冷媒回路切替手段(14a、22aが、第3冷媒回路に切り替えることによって、中間圧膨張弁(15a)にて減圧された中間圧冷媒を高段側圧縮機構(120)吸入側へ導くことなく、冷媒を低段側圧縮機構(110)→高段側圧縮機構(120)の順に冷媒を多段階に昇圧する冷凍サイクルを構成できる。 According to this, the refrigerant circuit switching means (14a, 22a ) switches to the third refrigerant circuit, so that the intermediate pressure refrigerant decompressed by the intermediate pressure expansion valve (15a) is sucked into the high-stage compression mechanism (120). A refrigeration cycle that boosts the refrigerant in multiple stages in the order of the low-stage compression mechanism (110) → the high-stage compression mechanism (120) can be configured without introducing the refrigerant to the side.

このように冷媒を多段階に昇圧する冷凍サイクルでは、双方の圧縮機構(110、120)における吸入冷媒圧力と吐出冷媒圧力との圧力差を縮小させて、双方の圧縮機構の圧縮効率(110、120)を向上させることができるので、COPを向上させることができる。   In this way, in the refrigeration cycle that boosts the refrigerant in multiple stages, the pressure difference between the suction refrigerant pressure and the discharge refrigerant pressure in both compression mechanisms (110, 120) is reduced, and the compression efficiency (110, 120) can be improved, and COP can be improved.

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

第1実施形態の二段昇圧式冷凍サイクルを暖房運転モード時の第1冷媒回路に切り替えた際の全体構成図である。It is a whole block diagram at the time of switching the 2 step | paragraph pressure | voltage rise type refrigerating cycle of 1st Embodiment to the 1st refrigerant circuit at the time of heating operation mode. 第1実施形態の二段昇圧式冷凍サイクルを暖房運転モード時の第3冷媒回路に切り替えた際の全体構成図である。It is a whole block diagram at the time of switching the 2nd pressure | voltage rise type refrigerating cycle of 1st Embodiment to the 3rd refrigerant circuit at the time of heating operation mode. 第1実施形態の二段昇圧式冷凍サイクルを暖房運転モード時の第2冷媒回路に切り替えた際の全体構成図である。It is a whole block diagram at the time of switching the 2nd pressure | voltage rise type refrigerating cycle of 1st Embodiment to the 2nd refrigerant circuit at the time of heating operation mode. 第1実施形態の二段昇圧式冷凍サイクルを冷房運転モード時の冷媒回路に切り替えた際の全体構成図である。It is a whole block diagram at the time of switching the 2 step | paragraph pressure | voltage rise type refrigerating cycle of 1st Embodiment to the refrigerant circuit at the time of air_conditionaing | cooling operation mode. 第1実施形態の圧縮機の軸方向断面図である。It is an axial sectional view of the compressor of a 1st embodiment. (a)は、図5のA−A断面図であり、(b)は、図5のB−B断面図である。(A) is AA sectional drawing of FIG. 5, (b) is BB sectional drawing of FIG. 吐出容量比に対するCOPの変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of COP with respect to discharge capacity ratio. 第1実施形態の二段昇圧式冷凍サイクルを暖房運転モード時の第1冷媒回路に切り替えた際の冷媒の状態を示すモリエル線図である。It is a Mollier diagram which shows the state of the refrigerant | coolant at the time of switching the 2nd pressure | voltage rise type refrigerating cycle of 1st Embodiment to the 1st refrigerant circuit at the time of heating operation mode. 第1実施形態の二段昇圧式冷凍サイクルを暖房運転モード時の第3冷媒回路に切り替えた際の冷媒の状態を示すモリエル線図である。It is a Mollier diagram which shows the state of the refrigerant | coolant at the time of switching the 2nd pressure | voltage rise type refrigerating cycle of 1st Embodiment to the 3rd refrigerant circuit at the time of heating operation mode. 第1実施形態の二段昇圧式冷凍サイクルを暖房運転モード時の第2冷媒回路に切り替えた際の冷媒の状態を示すモリエル線図である。It is a Mollier diagram which shows the state of the refrigerant | coolant at the time of switching the 2 step | paragraph pressure | voltage rise type refrigerating cycle of 1st Embodiment to the 2nd refrigerant circuit at the time of heating operation mode. 第1実施形態の二段昇圧式冷凍サイクルに要求される加熱能力とCOPとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the heating capability and COP which are requested | required of the two-stage pressure | voltage rise refrigerating cycle of 1st Embodiment. 第2実施形態の二段昇圧式冷凍サイクルを暖房運転モード時の第1冷媒回路に切り替えた際の全体構成図である。It is a whole block diagram at the time of switching the 2nd pressure | voltage rise type refrigerating cycle of 2nd Embodiment to the 1st refrigerant circuit at the time of heating operation mode. 第3実施形態の二段昇圧式圧縮機の模式的な構成図である。It is a typical block diagram of the two-stage pressure | voltage rise type compressor of 3rd Embodiment. 第4実施形態の二段昇圧式冷凍サイクルを暖房運転モード時の第1冷媒回路に切り替えた際の全体構成図である。It is a whole block diagram at the time of switching the 2nd pressure | voltage rise type refrigerating cycle of 4th Embodiment to the 1st refrigerant circuit at the time of heating operation mode. (a)は、高段側圧縮機構120の回転数Ncおよび必要トルクTrに応じた等効率線図であり、(b)は、回転数Ncの変化に対する圧縮効率の変化を示すグラフである。(A) is an iso-efficiency diagram according to the rotation speed Nc and the required torque Tr of the high-stage compression mechanism 120, and (b) is a graph showing a change in compression efficiency with respect to a change in the rotation speed Nc. 圧縮機構の回転数と圧縮効率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the rotation speed of a compression mechanism, and compression efficiency.

(第1実施形態)
図1〜11により、本発明の第1実施形態について説明する。本実施形態では、本発明の二段昇圧式冷凍サイクル10を走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得る電気自動車の車両用空調装置1に適用している。この二段昇圧式冷凍サイクル10は、車両用空調装置1において、空調対象空間である車室内へ送風される室内送風空気を冷却あるいは加熱する機能を果たす。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the two-stage booster type refrigeration cycle 10 of the present invention is applied to a vehicle air conditioner 1 for an electric vehicle that obtains driving force for vehicle traveling from a traveling electric motor. The two-stage booster refrigeration cycle 10 functions to cool or heat indoor air blown into the vehicle interior, which is the air-conditioning target space, in the vehicle air conditioner 1.

従って、本実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル10は、図1〜3の全体構成図に示すように、車室内を暖房する暖房運転モード(加熱運転モード)、および、図4の全体構成図に示すように、車室内を冷房する冷房運転モード(冷却運転モード)の冷媒回路を切替可能に構成されている。なお、図1〜4では、それぞれ暖房運転モード時および冷房運転モード時における冷媒の流れを実線矢印で示している。   Accordingly, the two-stage booster type refrigeration cycle 10 of the present embodiment includes a heating operation mode (heating operation mode) for heating the vehicle interior and an overall configuration diagram of FIG. 4 as shown in the overall configuration diagram of FIGS. As shown, the refrigerant circuit in the cooling operation mode (cooling operation mode) for cooling the passenger compartment is configured to be switchable. 1 to 4, the refrigerant flow in the heating operation mode and the cooling operation mode is indicated by solid arrows.

本実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル10では、冷媒として通常のフロン系冷媒を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない蒸気圧縮式の亜臨界冷凍サイクルを構成している。さらに、この冷媒には圧縮機100を潤滑するための冷凍機油が混入されており、この冷凍機油は冷媒とともにサイクルを循環している。   The two-stage booster refrigeration cycle 10 of the present embodiment employs a normal chlorofluorocarbon refrigerant as the refrigerant, and constitutes a vapor compression subcritical refrigeration cycle in which the high-pressure side refrigerant pressure does not exceed the critical pressure of the refrigerant. Yes. Furthermore, this refrigerant is mixed with refrigerating machine oil for lubricating the compressor 100, and this refrigerating machine oil circulates in the cycle together with the refrigerant.

まず、圧縮機100は、ボンネット内に配置され、二段昇圧式冷凍サイクル10において流体である冷媒を吸入し、圧縮して吐出するものである。この圧縮機100は、その外殻を形成するケーシング140の内部に、低段側圧縮機構110と高段側圧縮機構120との2つの圧縮機構、および、双方の圧縮機構110、120を回転駆動する回転駆動手段としての電動モータ130を収容して構成された二段昇圧式の電動圧縮機である。   First, the compressor 100 is disposed in a bonnet, and sucks, compresses and discharges a refrigerant that is a fluid in the two-stage booster refrigeration cycle 10. In the compressor 100, two compression mechanisms, a low-stage compression mechanism 110 and a high-stage compression mechanism 120, and both compression mechanisms 110 and 120 are rotationally driven inside a casing 140 that forms an outer shell thereof. This is a two-stage booster type electric compressor configured to accommodate an electric motor 130 as a rotational driving means.

さらに、圧縮機100のケーシング140には、ケーシング140の外部から低段側圧縮機構110へ低圧冷媒を吸入させる吸入ポート144、ケーシング140の外部からケーシング140の内部へ中間圧冷媒を流入させる中間圧ポート145、および高段側圧縮機構120から吐出された高圧冷媒をケーシング140の外部へ吐出させる吐出ポート146が設けられている。なお、圧縮機100の詳細構成については後述する。   Further, the casing 140 of the compressor 100 has a suction port 144 for sucking low-pressure refrigerant from the outside of the casing 140 into the low-stage compression mechanism 110, and an intermediate pressure for flowing intermediate-pressure refrigerant from the outside of the casing 140 into the casing 140. A port 145 and a discharge port 146 for discharging the high-pressure refrigerant discharged from the high-stage compression mechanism 120 to the outside of the casing 140 are provided. The detailed configuration of the compressor 100 will be described later.

圧縮機100の吐出ポート146には、室内凝縮器12の冷媒入口側が接続されている。室内凝縮器12は、後述する車両用空調装置1の室内空調ユニット30の空調ケース31内に配置され、圧縮機100(具体的には、高段側圧縮機構120)から吐出された高圧冷媒を放熱させて、後述する室内蒸発器20を通過した室内送風空気を加熱する放熱器である。   The refrigerant inlet side of the indoor condenser 12 is connected to the discharge port 146 of the compressor 100. The indoor condenser 12 is disposed in an air conditioning case 31 of an indoor air conditioning unit 30 of the vehicle air conditioner 1 to be described later, and the high-pressure refrigerant discharged from the compressor 100 (specifically, the high-stage compression mechanism 120). It is a radiator that heats indoor air that has been radiated and has passed through an indoor evaporator 20 described later.

室内凝縮器12の冷媒出口側には、室内凝縮器12から流出した高圧冷媒の流れを分岐する第1三方継手13aが接続されている。第1三方継手13aは、3つの流入出口を有し、この3つの流入出口のうち1つを冷媒流入口とし、2つを冷媒流出口としたものである。このような三方継手は、各種配管を接合して構成してもよいし、金属ブロックや樹脂ブロックに複数の冷媒通路を設けて構成してもよい。   The refrigerant outlet side of the indoor condenser 12 is connected to a first three-way joint 13 a that branches the flow of the high-pressure refrigerant that has flowed out of the indoor condenser 12. The first three-way joint 13a has three inflow / outflow ports. One of the three inflow / outflow ports is a refrigerant inflow port, and two are refrigerant outflow ports. Such a three-way joint may be constituted by joining various pipes, or may be constituted by providing a plurality of refrigerant passages in a metal block or a resin block.

第1三方継手13aの一方の冷媒流出口には、中間圧膨張弁15aを介して、気液分離器16が接続されている。また、他方の冷媒流出口には、開閉弁17を介して、第2三方継手13bの一方の冷媒流入口が接続されている。   A gas-liquid separator 16 is connected to one refrigerant outlet of the first three-way joint 13a via an intermediate pressure expansion valve 15a. In addition, one refrigerant inlet of the second three-way joint 13b is connected to the other refrigerant outlet via an opening / closing valve 17.

中間圧膨張弁15aは、室内凝縮器12から流出した高圧冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧させる可変絞り機構である。具体的には、中間圧膨張弁15aは、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、この弁体の絞り開度を変化させるステッピングモータからなる電動アクチュエータとを有して構成されている。また、中間圧膨張弁15aは、後述する空調制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。   The intermediate pressure expansion valve 15a is a variable throttle mechanism that reduces the pressure of the high-pressure refrigerant that has flowed out of the indoor condenser 12 until it becomes intermediate-pressure refrigerant. Specifically, the intermediate pressure expansion valve 15a includes a valve body configured to be able to change the throttle opening degree and an electric actuator including a stepping motor that changes the throttle opening degree of the valve body. Yes. Further, the operation of the intermediate pressure expansion valve 15a is controlled by a control signal output from an air conditioning control device described later.

さらに、中間圧膨張弁15aは、その絞り開度を全閉とすることで、第1三方継手13aの一方の冷媒流出口から気液分離器16の入口側へ至る冷媒配管における冷媒の流れを遮断することができる。これにより、中間圧膨張弁15aは、二段昇圧式冷凍サイクル10の冷媒回路を切り替えることができる。そこで、本実施形態では、中間圧膨張弁15aを、冷房運転モードの冷媒回路と暖房運転モードの冷媒回路を切り替える運転モード切替手段として用いている。   Furthermore, the intermediate pressure expansion valve 15a fully closes the throttle opening, thereby allowing the refrigerant flow in the refrigerant piping from one refrigerant outlet of the first three-way joint 13a to the inlet side of the gas-liquid separator 16 to flow. Can be blocked. Thereby, the intermediate pressure expansion valve 15 a can switch the refrigerant circuit of the two-stage booster type refrigeration cycle 10. Therefore, in the present embodiment, the intermediate pressure expansion valve 15a is used as an operation mode switching unit that switches between the refrigerant circuit in the cooling operation mode and the refrigerant circuit in the heating operation mode.

気液分離器16は、中間圧膨張弁15aにて減圧された中間圧冷媒の気液を分離するものである。気液分離器16の気相冷媒出口は、中間圧冷媒通路14を介して、圧縮機100の中間圧ポート145に接続され、液相冷媒出口は、低圧膨張弁15bを介して、第2三方継手13bの他方の冷媒流入口に接続されている。   The gas-liquid separator 16 separates the gas-liquid of the intermediate pressure refrigerant decompressed by the intermediate pressure expansion valve 15a. The gas-phase separator outlet of the gas-liquid separator 16 is connected to the intermediate-pressure port 145 of the compressor 100 via the intermediate-pressure refrigerant passage 14, and the liquid-phase refrigerant outlet is connected to the second three-way via the low-pressure expansion valve 15b. The other refrigerant inlet of the joint 13b is connected.

また、中間圧冷媒通路14には、中間圧側開閉弁14aが配置されている。この中間圧側開閉弁14aは中間圧冷媒通路14を開閉する電磁弁であり、空調制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。なお、中間圧側開閉弁14aは、中間圧冷媒通路14を開いた際に気液分離器16の気相冷媒出口から圧縮機100の中間圧ポート145へ冷媒が流れることのみを許容する逆止弁としての機能を兼ね備えている。   The intermediate pressure refrigerant passage 14 is provided with an intermediate pressure side on-off valve 14a. The intermediate pressure side opening / closing valve 14a is an electromagnetic valve that opens and closes the intermediate pressure refrigerant passage 14, and its operation is controlled by a control signal output from the air conditioning control device. The intermediate pressure side opening / closing valve 14a is a check valve that only allows the refrigerant to flow from the gas phase refrigerant outlet of the gas-liquid separator 16 to the intermediate pressure port 145 of the compressor 100 when the intermediate pressure refrigerant passage 14 is opened. It has the function as.

これにより、中間圧側開閉弁14aが中間圧冷媒通路14を開いた際に、圧縮機100側から気液分離器16へ冷媒が逆流することを防止している。もちろん、中間圧側開閉弁14aに逆止弁としての機構を持たせることなく、同様の機能を発揮する逆止弁を中間圧冷媒通路14に配置してもよいし、逆止弁を気液分離器16あるいは圧縮機100と一体的に構成してもよい。   Thereby, when the intermediate pressure side opening / closing valve 14 a opens the intermediate pressure refrigerant passage 14, the refrigerant is prevented from flowing backward from the compressor 100 side to the gas-liquid separator 16. Of course, the intermediate pressure side opening / closing valve 14a may not be provided with a mechanism as a check valve, but a check valve that performs the same function may be disposed in the intermediate pressure refrigerant passage 14, or the check valve may be separated into gas and liquid. The unit 16 or the compressor 100 may be integrated.

さらに、中間圧側開閉弁14aは、中間圧冷媒通路14における冷媒の流れを遮断して冷媒回路を切り替えることができる。そこで、本実施形態では、中間圧側開閉弁14aを、暖房運転モード時におけるサイクル構成(冷媒回路)を切り替える冷媒回路切替手段として用いている。なお、冷媒回路切替手段は、運転モードを切り替える運転モード切替手段とは異なる機能を担っている。   Furthermore, the intermediate pressure side on-off valve 14a can switch the refrigerant circuit by blocking the refrigerant flow in the intermediate pressure refrigerant passage 14. Therefore, in the present embodiment, the intermediate pressure side on-off valve 14a is used as a refrigerant circuit switching unit that switches a cycle configuration (refrigerant circuit) in the heating operation mode. The refrigerant circuit switching means has a function different from that of the operation mode switching means for switching the operation mode.

低圧膨張弁15bは、室内凝縮器12から流出した高圧冷媒のうち、中間圧膨張弁15aにて中間圧冷媒となるまで減圧されて気液分離器16にて分離された液相冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させる可変絞り機構である。さらに、その基本的構成は、中間圧膨張弁15aと同様である。従って、低圧膨張弁15bは、空調制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。   The low-pressure expansion valve 15b removes the liquid-phase refrigerant that has been decompressed until it becomes intermediate-pressure refrigerant in the intermediate-pressure expansion valve 15a and separated by the gas-liquid separator 16 among the high-pressure refrigerant that has flowed out of the indoor condenser 12. This is a variable throttle mechanism that reduces the pressure until Further, the basic configuration is the same as that of the intermediate pressure expansion valve 15a. Therefore, the operation of the low pressure expansion valve 15b is controlled by the control signal output from the air conditioning control device.

さらに、低圧膨張弁15bは、その絞り開度を全閉として気液分離器16の液相冷媒出口から第2三方継手13bの他方の冷媒流入口へ至る冷媒配管における冷媒の流れを遮断して、二段昇圧式冷凍サイクル10の冷媒回路を切り替えることができる。そこで、本実施形態では、低圧膨張弁15bを、中間圧膨張弁15aと同様に、冷房運転モードの冷媒回路と暖房運転モードの冷媒回路を切り替える運転モード切替手段として用いている。   Further, the low-pressure expansion valve 15b shuts off the refrigerant flow in the refrigerant pipe from the liquid-phase refrigerant outlet of the gas-liquid separator 16 to the other refrigerant inlet of the second three-way joint 13b with its throttle opening fully closed. The refrigerant circuit of the two-stage booster refrigeration cycle 10 can be switched. Therefore, in the present embodiment, the low-pressure expansion valve 15b is used as an operation mode switching unit that switches between the refrigerant circuit in the cooling operation mode and the refrigerant circuit in the heating operation mode, similarly to the intermediate pressure expansion valve 15a.

また、第1三方継手13aの他方の冷媒流出口に接続される開閉弁17は、空調制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される電磁弁であり、開閉弁17の開閉状態によって、二段昇圧式冷凍サイクル10の冷媒回路を切り替えることができる。そこで、本実施形態では、開閉弁17を、中間圧膨張弁15aおよび低圧膨張弁15bとともに、運転モード切替手段として用いている。   The on-off valve 17 connected to the other refrigerant outlet of the first three-way joint 13a is an electromagnetic valve whose operation is controlled by a control signal output from the air conditioning control device. Thus, the refrigerant circuit of the two-stage booster refrigeration cycle 10 can be switched. Therefore, in the present embodiment, the on-off valve 17 is used as an operation mode switching unit together with the intermediate pressure expansion valve 15a and the low pressure expansion valve 15b.

第2三方継手13bの基本的構成は、第1三方継手13aと同様である。なお、第2三方継手13bでは、第1三方継手13aに対して、3つの流入出口のうち2つを冷媒流入口とし、1つを冷媒流出口としている。第2三方継手13bの冷媒流出口には、冷媒と車室内空気(外気)とを熱交換させる室外熱交換器18が接続されている。   The basic configuration of the second three-way joint 13b is the same as that of the first three-way joint 13a. In the second three-way joint 13b, two of the three inlets and outlets are used as refrigerant inlets and one is used as the refrigerant outlet with respect to the first three-way joint 13a. An outdoor heat exchanger 18 that exchanges heat between the refrigerant and the vehicle interior air (outside air) is connected to the refrigerant outlet of the second three-way joint 13b.

この室外熱交換器18は、ボンネット内に配置されて、暖房運転モード時には、低圧膨張弁15bにて減圧された低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる蒸発器として機能し、冷房運転モード時には、高圧冷媒を放熱させる放熱器として機能する熱交換器である。   The outdoor heat exchanger 18 is disposed in the hood, and functions as an evaporator that evaporates the low-pressure refrigerant decompressed by the low-pressure expansion valve 15b and exerts an endothermic action in the heating operation mode, and in the cooling operation mode. It is a heat exchanger that functions as a heat radiator that dissipates high-pressure refrigerant.

室外熱交換器18の出口側には、電気式三方弁19が接続されている。この電気式三方弁19は、空調制御装置から出力される制御電圧によって、その作動が制御されるもので、上述した中間圧膨張弁15a、低圧膨張弁15bおよび開閉弁17とともに、運転モード切替手段を構成している。   An electric three-way valve 19 is connected to the outlet side of the outdoor heat exchanger 18. The operation of the electric three-way valve 19 is controlled by a control voltage output from the air-conditioning control device, and the operation mode switching means together with the intermediate pressure expansion valve 15a, the low pressure expansion valve 15b and the on-off valve 17 described above. Is configured.

より具体的には、電気式三方弁19は、暖房運転モード時には、室外熱交換器18の出口側と第3三方継手13cの一方の冷媒流入口とを接続する冷媒回路に切り替え、冷房運転モード時には、室外熱交換器18の出口側と冷房用膨張弁15cの入口側とを接続する冷媒回路に切り替える。   More specifically, in the heating operation mode, the electric three-way valve 19 switches to a refrigerant circuit that connects the outlet side of the outdoor heat exchanger 18 and one refrigerant inlet of the third three-way joint 13c, and the cooling operation mode Sometimes, the refrigerant circuit is switched to connect the outlet side of the outdoor heat exchanger 18 and the inlet side of the cooling expansion valve 15c.

第3三方継手13cの基本的構成は、第1三方継手13aと同様である。第3三方継手13cでは、第1三方継手13aに対して、3つの流入出口のうち2つを冷媒流入口とし、1つを冷媒流出口としている。また、冷房用膨張弁15cの基本的構成は、中間圧膨張弁15aおよび低圧膨張弁15bと同様である。   The basic configuration of the third three-way joint 13c is the same as that of the first three-way joint 13a. In the third three-way joint 13c, with respect to the first three-way joint 13a, two of the three inlets and outlets are used as refrigerant inlets, and one is used as the refrigerant outlet. The basic configuration of the cooling expansion valve 15c is the same as that of the intermediate pressure expansion valve 15a and the low pressure expansion valve 15b.

冷房用膨張弁15cの出口側には、室内蒸発器20の冷媒入口側が接続されている。この室内蒸発器20は、室内空調ユニット30の空調ケース31内のうち、室内凝縮器12の室内送風空気流れ上流側に配置されて、冷房運転モード時にその内部を流通する冷媒を蒸発させて、吸熱作用を発揮させることにより室内送風空気を冷却する冷却用熱交換器である。   The refrigerant inlet side of the indoor evaporator 20 is connected to the outlet side of the cooling expansion valve 15c. This indoor evaporator 20 is arranged in the air conditioning case 31 of the indoor air conditioning unit 30 on the upstream side of the indoor blast air flow of the indoor condenser 12, and evaporates the refrigerant flowing through the interior during the cooling operation mode, It is a heat exchanger for cooling which cools indoor ventilation air by exhibiting an endothermic effect.

室内蒸発器20の出口側には、第3三方継手13cの他方の冷媒流入口が接続され、第3三方継手13cの冷媒流出口には、アキュムレータ21の冷媒入口側が接続されている。アキュムレータ21は、その内部に流入した冷媒の気液を分離して余剰冷媒を蓄える低圧側気液分離器である。さらに、アキュムレータ21の気相冷媒出口には、圧縮機100の吸入ポート144が接続されている。   The other refrigerant inlet of the third three-way joint 13c is connected to the outlet side of the indoor evaporator 20, and the refrigerant inlet side of the accumulator 21 is connected to the refrigerant outlet of the third three-way joint 13c. The accumulator 21 is a low-pressure side gas-liquid separator that separates the gas-liquid refrigerant flowing into the accumulator 21 and stores excess refrigerant. Furthermore, the suction port 144 of the compressor 100 is connected to the gas-phase refrigerant outlet of the accumulator 21.

また、本実施形態では、前述の中間圧冷媒通路14のうち中間圧側開閉弁14aよりも圧縮機100の中間圧ポート145側と、アキュムレータ21の気相冷媒出口から圧縮機100の吸入ポート144へ至る冷媒通路とを接続する低圧冷媒通路22を設けている。換言すると、この低圧冷媒通路22は、低段側圧縮機構110の吸入側と高段側圧縮機構120の吸入側とを接続している。   In the present embodiment, the intermediate pressure port 145 side of the compressor 100 with respect to the intermediate pressure side opening / closing valve 14a in the intermediate pressure refrigerant passage 14 described above, and the gas phase refrigerant outlet of the accumulator 21 to the suction port 144 of the compressor 100. A low-pressure refrigerant passage 22 is provided for connecting to the refrigerant passage to reach. In other words, the low-pressure refrigerant passage 22 connects the suction side of the low-stage compression mechanism 110 and the suction side of the high-stage compression mechanism 120.

さらに、この低圧冷媒通路22には、中間圧側開閉弁14aと同様の構成の低圧側開閉弁22aが配置されている。この低圧側開閉弁22aは低圧冷媒通路22を開閉する電磁弁であり、空調制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。さらに、低圧側開閉弁22aは、中間圧側開閉弁14aと同様に、暖房運転モード時にサイクル構成(冷媒回路)を切り替える冷媒回路切替手段を構成している。   Further, a low pressure side on / off valve 22a having the same configuration as that of the intermediate pressure side on / off valve 14a is disposed in the low pressure refrigerant passage 22. The low-pressure side opening / closing valve 22a is an electromagnetic valve that opens and closes the low-pressure refrigerant passage 22, and its operation is controlled by a control signal output from the air conditioning control device. Furthermore, the low-pressure side opening / closing valve 22a constitutes refrigerant circuit switching means for switching the cycle configuration (refrigerant circuit) in the heating operation mode, similarly to the intermediate pressure-side opening / closing valve 14a.

次に、室内空調ユニット30について説明する。室内空調ユニット30は、車室内最前部の計器盤(インストルメントパネル)の内側に配置されて、室内空調ユニット30の外殻を形成するとともに、その内部に車室内に送風される室内送風空気の空気通路を形成する空調ケース31を有している。そして、この空気通路に送風機32、前述の室内凝縮器12、室内蒸発器20等が収容されている。   Next, the indoor air conditioning unit 30 will be described. The indoor air conditioning unit 30 is arranged inside the instrument panel (instrument panel) at the foremost part of the vehicle interior to form an outer shell of the indoor air conditioning unit 30 and to the interior air blown into the vehicle interior. It has an air conditioning case 31 that forms an air passage. And the air blower 32, the indoor condenser 12 mentioned above, the indoor evaporator 20, etc. are accommodated in this air passage.

空調ケース31の室内送風空気流れ最上流側には、車室内空気(内気)と外気とを切替導入する内外気切替装置33が配置されている。この内外気切替装置33は、空調ケース31内に内気を導入させる内気導入口および外気を導入させる外気導入口の開口面積を、内外気切替ドアによって連続的に調整して、内気の風量と外気の風量との風量割合を連続的に変化させるものである。   Inside / outside air switching device 33 for switching and introducing vehicle interior air (inside air) and outside air is arranged on the most upstream side of the indoor air flow of air conditioning case 31. The inside / outside air switching device 33 continuously adjusts the opening area of the inside air introduction port for introducing the inside air into the air conditioning case 31 and the outside air introduction port for introducing the outside air by the inside / outside air switching door, so that the air volume of the inside air and the outside air are adjusted. The air volume ratio with the air volume is continuously changed.

内外気切替装置33の空気流れ下流側には、内外気切替装置33を介して吸入した空気を車室内へ向けて送風する送風機32が配置されている。この送風機32は、遠心多翼ファン(シロッコファン)を電動モータにて駆動する電動送風機であって、空調制御装置から出力される制御電圧によって回転数(送風量)が制御される。   On the downstream side of the air flow of the inside / outside air switching device 33, a blower 32 that blows air sucked through the inside / outside air switching device 33 toward the vehicle interior is arranged. The blower 32 is an electric blower that drives a centrifugal multiblade fan (sirocco fan) with an electric motor, and the number of rotations (the amount of blown air) is controlled by a control voltage output from the air conditioning control device.

送風機32の空気流れ下流側には、前述の室内蒸発器20および室内凝縮器12が、室内送風空気の流れに対して、室内蒸発器20→室内凝縮器12の順に配置されている。換言すると、室内蒸発器20は、室内凝縮器12に対して、室内送風空気の空気流れ上流側に配置されている。   On the downstream side of the air flow of the blower 32, the indoor evaporator 20 and the indoor condenser 12 are arranged in the order of the indoor evaporator 20 → the indoor condenser 12 with respect to the flow of the indoor blown air. In other words, the indoor evaporator 20 is arranged on the upstream side of the air flow of the indoor blown air with respect to the indoor condenser 12.

さらに、室内蒸発器20の空気流れ下流側であって、かつ、室内凝縮器12の空気流れ上流側には、室内蒸発器20にて冷却された冷風のうち、室内凝縮器12にて再加熱される風量の割合を調整するエアミックスドア34が配置されている。また、室内凝縮器12の空気流れ下流側には、室内凝縮器12を通過して加熱された温風と室内凝縮器12を迂回して加熱されていない冷風とを混合させる混合空間35が設けられている。   Further, on the downstream side of the air flow of the indoor evaporator 20 and the upstream side of the air flow of the indoor condenser 12, of the cold air cooled by the indoor evaporator 20, reheating is performed by the indoor condenser 12. An air mix door 34 is arranged to adjust the ratio of the air volume to be generated. In addition, a mixing space 35 is provided on the downstream side of the air flow of the indoor condenser 12 to mix hot air that has been heated by passing through the indoor condenser 12 and cold air that has not been heated by bypassing the indoor condenser 12. It has been.

また、空調ケース31の空気流れ最下流部には、混合空間35にて混合された空調風を、冷却対象空間である車室内へ吹き出す吹出口が配置されている。具体的に、この吹出口としては、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイス吹出口、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット吹出口、および、車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すデフロスタ吹出口(いずれも図示せず)が設けられている。   In addition, an air outlet that blows the conditioned air mixed in the mixing space 35 into the vehicle interior that is the space to be cooled is disposed at the most downstream portion of the air flow of the air conditioning case 31. Specifically, the air outlet includes a face air outlet that blows air-conditioned air toward the upper body of the passenger in the passenger compartment, a foot air outlet that blows air-conditioned air toward the feet of the passenger, and an inner surface of the front window glass of the vehicle. A defroster outlet (both not shown) is provided to blow out the conditioned air.

従って、エアミックスドア34が室内凝縮器12を通過させる風量の割合を調整することによって、混合空間35にて混合された空調風の温度が調整され、その結果、各吹出口から吹き出される空調風の温度が調整される。なお、エアミックスドア34は、空調制御装置から出力される制御信号によって作動が制御される図示しないエアミックスドア用のサーボモータによって駆動される。   Therefore, the temperature of the conditioned air mixed in the mixing space 35 is adjusted by adjusting the ratio of the air volume that the air mix door 34 passes through the indoor condenser 12, and as a result, the air conditioner blown out from each outlet. Wind temperature is adjusted. The air mix door 34 is driven by an air mix door servo motor (not shown) whose operation is controlled by a control signal output from the air conditioning controller.

さらに、フェイス吹出口、フット吹出口、およびデフロスタ吹出口の空気流れ上流側には、それぞれ、フェイス吹出口の開口面積を調整するフェイスドア、フット吹出口の開口面積を調整するフットドア、デフロスタ吹出口の開口面積を調整するデフロスタドア(いずれも図示せず)が配置されている。   Further, on the upstream side of the air flow of the face outlet, the foot outlet, and the defroster outlet, a face door for adjusting the opening area of the face outlet, a foot door for adjusting the opening area of the foot outlet, and the defroster outlet, respectively. A defroster door (none of which is shown) for adjusting the opening area is arranged.

これらのフェイスドア、フットドア、デフロスタドアは、吹出口モードを切り替える吹出口モード切替手段を構成するものであって、図示しないリンク機構を介して、空調制御装置から出力される制御信号によって作動が制御される図示しない吹出口モードドア用のサーボモータによって駆動される。   These face doors, foot doors, and defroster doors constitute the outlet mode switching means for switching the outlet mode, and the operation is controlled by a control signal output from the air conditioning controller via a link mechanism (not shown). It is driven by a servo motor for an air outlet mode door (not shown).

次に、図5、6を用いて、本実施形態の圧縮機100の詳細構成について説明する。なお、図5は、圧縮機100の軸方向断面図であり、図5中の上下の各矢印は、圧縮機100を車両に搭載した状態における上下の各方向を示している。また、図6(a)は、図5のA−A断面図であり、図6(b)は、図5のB−B断面図である。   Next, the detailed structure of the compressor 100 of this embodiment is demonstrated using FIG. 5 is an axial sectional view of the compressor 100, and the up and down arrows in FIG. 5 indicate the up and down directions when the compressor 100 is mounted on the vehicle. 6A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 5, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.

この圧縮機100は、固定容量型圧縮機構であるローリングピストン型圧縮機構からなる低段側圧縮機構110および高段側圧縮機構120、並びに、双方の圧縮機構110、120を回転駆動する回転駆動手段としての電動モータ130等を、圧縮機100の外殻を形成するケーシング140内に形成された収容空間150の内部に収容して構成されたものである。   The compressor 100 includes a low-stage compression mechanism 110 and a high-stage compression mechanism 120, each of which is a rolling piston type compression mechanism that is a fixed capacity compression mechanism, and a rotational drive unit that rotationally drives both the compression mechanisms 110 and 120. The electric motor 130 and the like are housed in a housing space 150 formed in a casing 140 that forms the outer shell of the compressor 100.

まず、ケーシング140は、その軸方向が水平方向に延びる筒状部材141、筒状部材141の低段側圧縮機構110側の開口部を塞ぐ低段側蓋部材142、および筒状部材141の高段側圧縮機構120側の開口部を塞ぐ高段側蓋部材143を有している。そして、これらを溶接等の接合手段により一体に接合して密閉容器構造とすることで、内部に収容空間150を形成している。   First, the casing 140 has a cylindrical member 141 whose axial direction extends in the horizontal direction, a low-stage lid member 142 that closes the opening of the cylindrical member 141 on the low-stage compression mechanism 110 side, and a height of the cylindrical member 141. A high-stage lid member 143 that closes the opening on the stage-side compression mechanism 120 side is provided. And these are integrally joined by joining means, such as welding, and it is set as the airtight container structure, The accommodation space 150 is formed in the inside.

さらに、筒状部材141の外周面には、内外を貫通する貫通穴が形成されており、この貫通穴によって、ケーシング140の外部である気液分離器16側から収容空間150内へ中間圧冷媒を流入させる中間圧ポート145が形成されている。従って、収容空間150内は中間圧冷媒雰囲気となる。また、ケーシング140のうち低段側蓋部材142の外表面には、インバータ160が取り付けられている。   Further, a through-hole penetrating the inside and the outside is formed on the outer peripheral surface of the cylindrical member 141, and the intermediate-pressure refrigerant is introduced into the accommodation space 150 from the gas-liquid separator 16 side outside the casing 140 by the through-hole. An intermediate pressure port 145 is formed. Accordingly, the inside of the accommodation space 150 is an intermediate pressure refrigerant atmosphere. Further, an inverter 160 is attached to the outer surface of the low-stage lid member 142 in the casing 140.

インバータ160は、空調制御装置から出力される制御信号に応じた周波数の交流電流を電動モータ130に対して出力するもので、この周波数制御によって圧縮機100(具体的には、電動モータ130)の回転数が制御される。すなわち、この周波数制御によって圧縮機100の冷媒吐出能力が制御される。   The inverter 160 outputs an alternating current having a frequency corresponding to a control signal output from the air-conditioning control device to the electric motor 130. By this frequency control, the compressor 100 (specifically, the electric motor 130) The rotation speed is controlled. That is, the refrigerant discharge capacity of the compressor 100 is controlled by this frequency control.

さらに、このインバータ160は、インバータ160の外表面のうち一つの端面のほぼ全域が、低段側蓋部材142の外表面に密着するように取り付けられている。これにより、インバータ160と収容空間150内の冷媒との間の熱移動を可能とし、収容空間150内の中間圧冷媒によってインバータ160が冷却されるようになっている。   Furthermore, the inverter 160 is attached so that almost the entire area of one end surface of the outer surface of the inverter 160 is in close contact with the outer surface of the low-stage side lid member 142. Thereby, heat transfer between the inverter 160 and the refrigerant in the accommodation space 150 is enabled, and the inverter 160 is cooled by the intermediate pressure refrigerant in the accommodation space 150.

電動モータ130は、固定子をなすステータ132、および、回転子をなすロータ133を有している。ステータ132は、磁性材からなるステータコア132aおよびステータコア132aに巻き付けられたステータコイル132bによって構成されている。ロータ133は、回転軸方向に延びる略円筒状に形成され、ステータ132の内周側に配置されている。   The electric motor 130 includes a stator 132 that forms a stator and a rotor 133 that forms a rotor. The stator 132 includes a stator core 132a made of a magnetic material and a stator coil 132b wound around the stator core 132a. The rotor 133 is formed in a substantially cylindrical shape extending in the rotation axis direction, and is disposed on the inner peripheral side of the stator 132.

さらに、ロータ133は、永久磁石を有して構成されており、その中心部に設けられた貫通穴に、電動モータ130から双方の圧縮機構110、120へ回転駆動力を伝達する回転駆動軸であるシャフト131が圧入により固定されている。従って、ステータコイル132bに電力が供給されて回転磁界が発生すると、ロータ133およびシャフト131が一体となって回転する。   Further, the rotor 133 is configured to have a permanent magnet, and is a rotational drive shaft that transmits rotational driving force from the electric motor 130 to both compression mechanisms 110 and 120 through a through hole provided in the center thereof. A certain shaft 131 is fixed by press fitting. Therefore, when electric power is supplied to the stator coil 132b and a rotating magnetic field is generated, the rotor 133 and the shaft 131 rotate together.

シャフト131は、ロータ133よりも回転軸方向長さが長く形成されており、ロータ133よりも低段側圧縮機構110側の部位にて、低段側軸受部134によって回転可能に支持され、ロータ133よりも高段側圧縮機構120側の部位にて、高段側軸受部135によって回転可能に支持されている。   The shaft 131 is longer in the rotational axis direction than the rotor 133, and is rotatably supported by the low-stage bearing portion 134 at a portion closer to the low-stage compression mechanism 110 than the rotor 133. It is rotatably supported by a high-stage bearing portion 135 at a portion closer to the higher-stage compression mechanism 120 than 133.

さらに、シャフト131の低段側圧縮機構110側の端部には、シャフト131の回転中心に対して偏心した低段側偏心部131aが形成されており、シャフト131の高段側圧縮機構120側の端部には、シャフト131の回転中心に対して偏心した高段側偏心部131bが形成されている。   Furthermore, a low-stage eccentric portion 131a that is eccentric with respect to the rotation center of the shaft 131 is formed at the end of the shaft 131 on the low-stage compression mechanism 110 side. A high-stage eccentric portion 131b that is eccentric with respect to the rotation center of the shaft 131 is formed at the end of the shaft.

これらの低段側偏心部131aおよび高段側偏心部131bは、それぞれ低段側圧縮機構110および低段側圧縮機構120との連結部を構成している。従って、本実施形態の圧縮機100では、双方の圧縮機構110、120が電動モータ130を水平方向両側から挟み込むように、シャフト131の両端側に配置されることになる。   These low stage side eccentric part 131a and high stage side eccentric part 131b constitute a connecting part to low stage side compression mechanism 110 and low stage side compression mechanism 120, respectively. Therefore, in the compressor 100 of the present embodiment, both the compression mechanisms 110 and 120 are arranged on both ends of the shaft 131 so as to sandwich the electric motor 130 from both sides in the horizontal direction.

低段側圧縮機構110は、低圧冷媒を中間圧冷媒となるまで圧縮して吐出するもので、その軸方向が水平方向に延びる略筒状の低段側シリンダ111、低段側シリンダ111の内周側に配置される円筒状の低段側ロータ112、低段側シリンダ111および低段側ロータ112とともに低段側の冷媒圧縮空間117を区画する低段側ベーン113等を有して構成されている。   The low-stage compression mechanism 110 compresses and discharges the low-pressure refrigerant until it becomes an intermediate-pressure refrigerant. The low-stage compression mechanism 110 is an approximately cylindrical low-stage cylinder 111 whose axial direction extends in the horizontal direction. A cylindrical low-stage rotor 112 disposed on the circumferential side, a low-stage side cylinder 111, and a low-stage side rotor 112, and a low-stage side vane 113 that divides the low-stage refrigerant compression space 117 are formed. ing.

この低段側シリンダ111のうち電動モータ130側には、その中心部に低段側軸受部134が固定された低段側軸受プレート114が配置されており、低段側シリンダ111のうち電動モータ130の反対側には、低段側冷媒吐出口115aが形成された低段側吐出プレート115が配置されている。これにより、低段側シリンダ111の内周側に低段側ロータ112が収容される空間が形成されている。   A low stage side bearing plate 114 having a low stage side bearing part 134 fixed to the center thereof is disposed on the electric motor 130 side of the low stage side cylinder 111, and the electric motor of the low stage side cylinder 111 is arranged. On the opposite side of 130, a low-stage discharge plate 115 in which a low-stage refrigerant discharge port 115a is formed is disposed. Thereby, a space for accommodating the low-stage rotor 112 is formed on the inner peripheral side of the low-stage cylinder 111.

また、低段側ロータ112の中心部には、シャフト131の低段側偏心部131aが挿入される挿入穴が設けられている。そして、この挿入穴に低段側偏心部131aが回転可能に挿入されることによって、シャフト131と低段側ロータ112が連結されている。これにより、低段側ロータ112は、シャフト131の回転に伴って、その円筒外周面を低段側シリンダ111の内周面に接触させながら、円柱状空間内で偏心回転する。   Further, an insertion hole into which the low-stage eccentric portion 131a of the shaft 131 is inserted is provided at the center of the low-stage rotor 112. And the shaft 131 and the low stage side rotor 112 are connected by inserting the low stage side eccentric part 131a rotatably in this insertion hole. As a result, the lower stage rotor 112 rotates eccentrically in the columnar space with the outer peripheral surface of the cylinder contacting the inner peripheral surface of the lower stage cylinder 111 as the shaft 131 rotates.

さらに、図6(a)に示すように、低段側シリンダ111の内周側には、径方向に陥没する陥没穴が形成されており、この陥没穴には、低段側スプリング116および低段側ベーン113が収容されている。また、陥没穴は収容空間150と連通しており、ベーン113の背面には中間圧が付加される。よって、低段側ベーン113の先端は、低段側スプリング116の荷重と背圧によって、常時、低段側ロータ112の外周面に接触している。   Further, as shown in FIG. 6A, a recessed hole that is recessed in the radial direction is formed on the inner peripheral side of the low-stage side cylinder 111, and in this recessed hole, the low-stage side spring 116 and the low-stage side spring A stage side vane 113 is accommodated. The depression hole communicates with the accommodation space 150, and an intermediate pressure is applied to the back surface of the vane 113. Therefore, the tip of the low-stage vane 113 is always in contact with the outer peripheral surface of the low-stage rotor 112 due to the load and back pressure of the low-stage spring 116.

従って、低段側シリンダ111と低段側ロータ112との接触部、低段側ベーン113と低段側ロータ112との接触部、低段側軸受プレート114および低段側吐出プレート115によって囲まれた空間により、低圧冷媒を圧縮するための低段側の冷媒圧縮空間117が形成される。   Therefore, it is surrounded by the contact portion between the low-stage cylinder 111 and the low-stage rotor 112, the contact portion between the low-stage vane 113 and the low-stage rotor 112, the low-stage bearing plate 114, and the low-stage discharge plate 115. Due to this space, a low-stage refrigerant compression space 117 for compressing the low-pressure refrigerant is formed.

また、低段側シリンダ111の円筒状壁面には、低段側圧縮空間117内に低圧冷媒を吸入させる低段側冷媒吸入口111aが形成されている。この低段側冷媒吸入口111aには、図6(a)に示すように、吸入通路を構成する吸入配管118を介して、前述の吸入ポート144が接続されている。   Further, a low-stage side refrigerant suction port 111 a through which low-pressure refrigerant is sucked into the low-stage side compression space 117 is formed on the cylindrical wall surface of the low-stage side cylinder 111. As shown in FIG. 6A, the above-described suction port 144 is connected to the low-stage side refrigerant suction port 111a via a suction pipe 118 constituting a suction passage.

また、低段側吐出プレート115に形成された低段側冷媒吐出口115aは、ケーシング140内の収容空間150内に開口している。さらに、低段側冷媒吐出口115aには、低段側冷媒吐出口115aからケーシング140内の収容空間150へ冷媒が流れることのみを許容する低段側リード弁115bが配置されている。   Further, the low-stage side refrigerant discharge port 115 a formed in the low-stage side discharge plate 115 opens into the accommodation space 150 in the casing 140. Further, a low-stage reed valve 115b that allows only a refrigerant to flow from the low-stage refrigerant discharge outlet 115a to the accommodating space 150 in the casing 140 is disposed at the low-stage refrigerant discharge opening 115a.

従って、低段側圧縮機構110では、シャフト131の回転に伴って、低段側の冷媒圧縮空間117が低段側冷媒吸入口111a側から低段側冷媒吐出口115a側へ体積を縮小させながら移動することによって冷媒が圧縮され、低段側リード弁115bの開弁圧を超えると、低段側冷媒吐出口115aからケーシング140内の収容空間150内へ冷媒が吐出される。   Therefore, in the low-stage compression mechanism 110, as the shaft 131 rotates, the low-stage refrigerant compression space 117 decreases in volume from the low-stage refrigerant suction port 111a side to the low-stage refrigerant discharge port 115a side. When the refrigerant is compressed by moving and exceeds the valve opening pressure of the low-stage side reed valve 115b, the refrigerant is discharged from the low-stage side refrigerant discharge port 115a into the accommodating space 150 in the casing 140.

高段側圧縮機構120は、収容空間150内の中間圧冷媒を高圧冷媒となるまで圧縮して吐出するもので、その基本的構成は、低段側圧縮機構110と同様である。従って、高段側圧縮機構120も、低段側圧縮機構110と同様の構成の高段側シリンダ121、高段側ロータ122、高段側ベーン123、高段側軸受プレート124、高段側吐出プレート125、高段側スプリング126等を有して構成されている。   The high-stage compression mechanism 120 compresses and discharges the intermediate pressure refrigerant in the accommodation space 150 until it becomes a high-pressure refrigerant, and the basic configuration thereof is the same as that of the low-stage compression mechanism 110. Accordingly, the high-stage compression mechanism 120 also has the same configuration as the low-stage compression mechanism 110, the high-stage cylinder 121, the high-stage rotor 122, the high-stage vane 123, the high-stage bearing plate 124, the high-stage discharge. A plate 125, a high-stage spring 126, and the like are included.

さらに、高段側シリンダ121の円筒状側面には、図6(b)に示すように、高段側の冷媒圧縮空間127内に中間圧冷媒を吸入させる高段側冷媒吸入口121aが開口している。高段側吐出プレート125に形成された高段側冷媒吐出口125aには、高段側冷媒吐出口125aから吐出通路側へ冷媒が流れることのみを許容する高段側逆止弁として機能する高段側リード弁125bが配置されている。   Further, as shown in FIG. 6 (b), a high stage side refrigerant suction port 121 a for sucking intermediate pressure refrigerant into the high stage side refrigerant compression space 127 is opened on the cylindrical side surface of the high stage side cylinder 121. ing. The high-stage side refrigerant discharge port 125a formed in the high-stage side discharge plate 125 functions as a high-stage check valve that only allows refrigerant to flow from the high-stage side refrigerant discharge port 125a to the discharge passage side. A stage side reed valve 125b is arranged.

そして、高段側冷媒吐出口125aは、ケーシング140の内部で収容空間150と後述する油分離空間170とを区画する区画プレート171に形成された吐出通路128および油分離空間170を介して、前述の吐出ポート146に接続されている。   The high-stage refrigerant discharge port 125a is disposed in the casing 140 through the discharge passage 128 and the oil separation space 170 formed in the partition plate 171 that partitions the housing space 150 and an oil separation space 170 described later. The discharge port 146 is connected.

従って、高段側圧縮機構120では、シャフト131の回転に伴って、高段側の冷媒圧縮空間127が高段側冷媒吸入口121a側から高段側冷媒吐出口125a側へ体積を縮小させながら移動することによって冷媒が圧縮され、高段側リード弁125bの開弁圧を超えると、高段側冷媒吐出口125aから、油分離空間170および吐出ポート146を介して、圧縮機100の外部へ冷媒が吐出される。   Therefore, in the high stage side compression mechanism 120, the volume of the high stage side refrigerant compression space 127 is reduced from the high stage side refrigerant suction port 121a side to the high stage side refrigerant discharge port 125a side as the shaft 131 rotates. When the refrigerant is compressed by moving and exceeds the valve opening pressure of the high-stage reed valve 125b, the refrigerant is discharged from the high-stage refrigerant discharge port 125a to the outside of the compressor 100 via the oil separation space 170 and the discharge port 146. The refrigerant is discharged.

油分離空間170は、吐出通路128と吐出ポート146との間に形成され、高段側圧縮機構120から吐出された冷媒から冷凍機油を分離する分離空間である。より具体的には、吐出通路128から吐出された高圧冷媒を高段側蓋部材143に衝突させて高圧冷媒の流速を低下させ、さらに、重力の作用によって気相冷媒よりも比重の高い冷凍機油を下方側に落下させて貯める、いわゆる衝突方式の油分離器を構成する空間である。   The oil separation space 170 is a separation space that is formed between the discharge passage 128 and the discharge port 146 and separates the refrigerating machine oil from the refrigerant discharged from the high-stage compression mechanism 120. More specifically, the high-pressure refrigerant discharged from the discharge passage 128 collides with the high-stage side cover member 143 to reduce the flow rate of the high-pressure refrigerant, and further, refrigeration oil having a higher specific gravity than the gas-phase refrigerant due to the action of gravity. Is a space that constitutes a so-called collision-type oil separator, in which the oil is dropped and stored downward.

従って、吐出ポート146は、油分離空間170に溜まる冷凍機油の油面の上方側に形成されている。さらに、油分離空間170には、油分離空間170に貯められた冷凍機油を低段側圧縮機構110および高段側圧縮機構120の摺動部位へ導くための油導入配管172が配置されている。   Accordingly, the discharge port 146 is formed above the oil surface of the refrigerating machine oil that accumulates in the oil separation space 170. Further, the oil separation space 170 is provided with an oil introduction pipe 172 for guiding the refrigeration oil stored in the oil separation space 170 to the sliding portions of the low-stage compression mechanism 110 and the high-stage compression mechanism 120. .

さらに、本実施形態では、図5に示すように、高段側シリンダ121の内径寸法と低段側シリンダ111の内径寸法とを略同等とし、高段側シリンダ121および高段側ロータ122の軸方向寸法を、低段側シリンダ111および低段側ロータ112の軸方向寸法よりも短く形成している。つまり、本実施形態の高段側圧縮機構120の吐出容量V2は、低段側圧縮機構110の吐出容量V1よりも小さく設定されている。   Furthermore, in this embodiment, as shown in FIG. 5, the inner diameter dimension of the high-stage cylinder 121 and the inner diameter dimension of the low-stage cylinder 111 are substantially equal, and the shafts of the high-stage cylinder 121 and the high-stage rotor 122 are arranged. The direction dimension is shorter than the axial dimension of the low-stage cylinder 111 and the low-stage rotor 112. That is, the discharge capacity V2 of the high-stage compression mechanism 120 of the present embodiment is set to be smaller than the discharge capacity V1 of the low-stage compression mechanism 110.

ここで、二段昇圧式冷凍サイクル10が、低段側圧縮機構110へ低圧冷媒を吸入させ、中間圧ポート145から収容空間150内へ中間圧冷媒を流入させ、高段側圧縮機構120へ低段側圧縮機構110から吐出された中間圧冷媒と中間圧ポート145から流入した中間圧冷媒との混合冷媒を吸入させるサイクル(前述のエコノマイザ式冷凍サイクル)を構成している際には、低圧冷媒、中間圧冷媒、高圧冷媒の圧力比によって、サイクルの成績係数(COP)が変化することが知られている。   Here, the two-stage booster type refrigeration cycle 10 sucks the low-pressure refrigerant into the low-stage compression mechanism 110, causes the intermediate-pressure refrigerant to flow into the accommodation space 150 from the intermediate pressure port 145, and the low-stage refrigerant into the high-stage compression mechanism 120. When configuring a cycle (the aforementioned economizer refrigeration cycle) that sucks the mixed refrigerant of the intermediate pressure refrigerant discharged from the stage side compression mechanism 110 and the intermediate pressure refrigerant flowing in from the intermediate pressure port 145, the low pressure refrigerant It is known that the coefficient of performance (COP) of the cycle changes depending on the pressure ratio of the intermediate pressure refrigerant and the high pressure refrigerant.

より具体的には、この種のエコノマイザ式冷凍サイクルでは、中間圧冷媒の圧力を、高圧冷媒と低圧冷媒の圧力の積の平方根程度になるように調整することで、COPが極大値に近づくことが知られている。   More specifically, in this type of economizer-type refrigeration cycle, the COP approaches a maximum value by adjusting the pressure of the intermediate pressure refrigerant to be about the square root of the product of the pressure of the high pressure refrigerant and the low pressure refrigerant. It has been known.

これに対して、本実施形態では、低段側圧縮機構110および高段側圧縮機構120を共通する電動モータ130にて回転駆動する構成を採用しているので、低段側圧縮機構110および高段側圧縮機構120の回転数が一致する。従って、低段側圧縮機構110の吐出容量V1および高段側圧縮機構120の吐出容量V2を変化させることで、上述の低圧冷媒、中間圧冷媒、高圧冷媒の圧力比を容易に変化させることができる。   On the other hand, in the present embodiment, since the low-stage compression mechanism 110 and the high-stage compression mechanism 120 are rotationally driven by the common electric motor 130, the low-stage compression mechanism 110 and the high-stage compression mechanism 120 are high. The rotation speed of the stage side compression mechanism 120 is the same. Therefore, by changing the discharge capacity V1 of the low-stage compression mechanism 110 and the discharge capacity V2 of the high-stage compression mechanism 120, the pressure ratio of the above-described low-pressure refrigerant, intermediate-pressure refrigerant, and high-pressure refrigerant can be easily changed. it can.

さらに、本発明者らの検討によれば、図7に示すように、低段側圧縮機構110の吐出容量V1に対する高段側圧縮機構120の吐出容量V2の吐出容量比V2/V1が、0.6〜0.7程度になると、二段昇圧式冷凍サイクル10に要求される室内送風空気の加熱能力が予め想定された通常の能力となる通常運転時においても、あるいは、通常運転時よりも高くなる高負荷運転時においてもCOPが極大値に近づく。   Further, according to the study by the present inventors, as shown in FIG. 7, the discharge volume ratio V2 / V1 of the discharge capacity V2 of the high stage compression mechanism 120 to the discharge capacity V1 of the low stage compression mechanism 110 is 0. When it is about 6 to 0.7, the heating capacity of the indoor blown air required for the two-stage booster type refrigeration cycle 10 becomes a normal capacity assumed in advance, or during normal operation or than during normal operation The COP approaches the maximum value even at the time of high load operation that increases.

そこで、本実施形態では、0.4≦V2/V1≦0.9となるように、低段側圧縮機構110の吐出容量V1および高段側圧縮機構120の吐出容量V2を設定している。より好ましくは、0.5≦V2/V1≦0.8となるように、低段側圧縮機構110の吐出容量V1および高段側圧縮機構120の吐出容量V2を設定すればよい。   Therefore, in the present embodiment, the discharge capacity V1 of the low-stage compression mechanism 110 and the discharge capacity V2 of the high-stage compression mechanism 120 are set so that 0.4 ≦ V2 / V1 ≦ 0.9. More preferably, the discharge capacity V1 of the low-stage compression mechanism 110 and the discharge capacity V2 of the high-stage compression mechanism 120 may be set so that 0.5 ≦ V2 / V1 ≦ 0.8.

なお、図7は、吐出容量比V2/V1の変化に対するCOPの変化を示すグラフである。また、圧縮機構の吐出容量とは、圧縮機構が一回転あたりに吐出する理論流量(押し除け容積)であって、幾何学的に算出される流量で表すことができる。   FIG. 7 is a graph showing changes in COP with respect to changes in the discharge capacity ratio V2 / V1. Further, the discharge capacity of the compression mechanism is a theoretical flow rate (push-off volume) discharged by the compression mechanism per rotation, and can be represented by a geometrically calculated flow rate.

次に、本実施形態の電気制御部について説明する。図示しない空調制御装置は、CPU、ROMおよびRAM等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、そのROM内に記憶された空調制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された各種空調制御機器(圧縮機100、運転モード切替手段15a、15b、17、19、冷媒回路切替手段14a、22a、送風機32等)の作動を制御する。   Next, the electric control unit of this embodiment will be described. An air conditioning control device (not shown) is composed of a well-known microcomputer including a CPU, ROM, RAM, and its peripheral circuits, and performs various calculations and processing based on an air conditioning control program stored in the ROM. It controls the operation of various connected air-conditioning control devices (compressor 100, operation mode switching means 15a, 15b, 17, 19, refrigerant circuit switching means 14a, 22a, blower 32, etc.).

また、空調制御装置の入力側には、車室内温度を検出する内気センサ、外気温を検出する外気センサ、車室内の日射量を検出する日射センサ、室内蒸発器20からの吹出空気温度(蒸発器温度)を検出する蒸発器温度センサ、圧縮機100から吐出された高圧冷媒圧力を検出する吐出圧センサ、圧縮機100へ吸入される吸入冷媒圧力を検出する吸入圧センサ等の種々の空調制御用のセンサ群が接続されている。   Further, on the input side of the air conditioning control device, an inside air sensor that detects the temperature inside the vehicle, an outside air sensor that detects outside air temperature, a solar radiation sensor that detects the amount of solar radiation in the vehicle interior, and the temperature of air blown out from the indoor evaporator 20 (evaporation) Various air conditioning controls such as an evaporator temperature sensor for detecting the compressor temperature), a discharge pressure sensor for detecting the high-pressure refrigerant pressure discharged from the compressor 100, and a suction pressure sensor for detecting the suction refrigerant pressure sucked into the compressor 100. Sensor groups for the above are connected.

さらに、空調制御装置の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された図示しない操作パネルが接続され、この操作パネルに設けられた各種空調操作スイッチからの操作信号が入力される。操作パネルに設けられた各種空調操作スイッチとしては、具体的に、車両用空調装置1の作動スイッチ、車室内温度を設定する車室内温度設定スイッチ、冷房運転モードと暖房運転モードとの選択スイッチ等が設けられている。   Further, an operation panel (not shown) disposed near the instrument panel in front of the passenger compartment is connected to the input side of the air conditioning control device, and operation signals from various air conditioning operation switches provided on the operation panel are input. . Specifically, various air conditioning operation switches provided on the operation panel include an operation switch of the vehicle air conditioner 1, a vehicle interior temperature setting switch for setting the vehicle interior temperature, a selection switch between the cooling operation mode and the heating operation mode, and the like. Is provided.

なお、空調制御装置は、その出力側に接続された各種空調制御機器の作動を制御する制御手段が一体に構成され、これらの作動を制御するものであるが、本実施形態では、空調制御装置のうち、圧縮機100の電動モータ130(具体的には、インバータ160)の作動を制御する構成(ハードウェアおよびソフトウェア)が回転駆動制御手段を構成している。   Note that the air conditioning control device is configured integrally with control means for controlling the operation of various air conditioning control devices connected to the output side of the air conditioning control device. In this embodiment, the air conditioning control device Among them, the configuration (hardware and software) for controlling the operation of the electric motor 130 (specifically, the inverter 160) of the compressor 100 constitutes the rotational drive control means.

さらに、運転モード切替手段(具体的には、中間圧膨張弁15a、低圧膨張弁15b、開閉弁17および電気式三方弁19)の作動を制御する構成が運転モード制御手段を構成し、冷媒回路切替手段(具体的には、中間圧側開閉弁14aおよび低圧側開閉弁22a)の作動を制御する構成が冷媒回路制御手段を構成している。もちろん、回転駆動制御手段、運転モード制御手段および冷媒回路制御手段を空調制御装置に対して別体の制御装置として構成してもよい。   Further, the configuration for controlling the operation of the operation mode switching means (specifically, the intermediate pressure expansion valve 15a, the low pressure expansion valve 15b, the on-off valve 17 and the electric three-way valve 19) constitutes the operation mode control means, and the refrigerant circuit The configuration for controlling the operation of the switching means (specifically, the intermediate pressure side on / off valve 14a and the low pressure side on / off valve 22a) constitutes the refrigerant circuit control means. Of course, the rotation drive control means, the operation mode control means, and the refrigerant circuit control means may be configured as separate control devices for the air conditioning control device.

次に、上記構成における本実施形態の車両用空調装置1の作動について説明する。本実施形態の車両用空調装置では、前述の如く、車室内を暖房する暖房運転モードおよび車室内を冷房する冷房運転モードに切り替えることができる。   Next, the operation of the vehicle air conditioner 1 of the present embodiment having the above configuration will be described. In the vehicle air conditioner of this embodiment, as described above, it is possible to switch between the heating operation mode for heating the vehicle interior and the cooling operation mode for cooling the vehicle interior.

まず、暖房運転モードについて説明する。暖房運転モードは、車両用空調装置の作動スイッチが投入(ON)された状態で、選択スイッチによって暖房運転モードが選択されると開始される。暖房運転モードが開始されると、運転モード制御手段が運転モード切替手段を構成する中間圧膨張弁15a、低圧膨張弁15b、開閉弁17および電気式三方弁19の作動状態を切り替える。   First, the heating operation mode will be described. The heating operation mode is started when the heating operation mode is selected by the selection switch while the operation switch of the vehicle air conditioner is turned on (ON). When the heating operation mode is started, the operation mode control means switches the operation states of the intermediate pressure expansion valve 15a, the low pressure expansion valve 15b, the on-off valve 17 and the electric three-way valve 19 constituting the operation mode switching means.

具体的には、中間圧膨張弁15aおよび低圧膨張弁15bを絞り状態として、その絞り通路面積開度を予め定めた開度とし、開閉弁17を閉じ、電気式三方弁19を室外熱交換器18の出口側と第3三方継手13cの一方の冷媒流入口とを接続するように切り替える。これにより、暖房運転モード時の二段昇圧式冷凍サイクル10では、室内凝縮器12を放熱器として機能させ、室外熱交換器18を蒸発器として機能させるサイクルに切り替えられる。   Specifically, the intermediate pressure expansion valve 15a and the low pressure expansion valve 15b are in the throttled state, the throttle passage area opening is set to a predetermined opening, the on-off valve 17 is closed, and the electric three-way valve 19 is connected to the outdoor heat exchanger. The outlet side of 18 and the one refrigerant inlet of the third three-way joint 13c are switched so as to be connected. Thereby, in the two-stage pressure | voltage rise refrigerating cycle 10 at the time of heating operation mode, it switches to the cycle which makes the indoor condenser 12 function as a heat radiator, and functions the outdoor heat exchanger 18 as an evaporator.

さらに、本実施形態の暖房運転モードでは、二段昇圧式冷凍サイクル10に要求される室内送風空気の加熱能力に応じて、冷媒回路制御手段が冷媒回路切替手段を構成する中間圧側開閉弁14aおよび低圧側開閉弁22aの作動状態を切り替える。これにより、本実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル10は、以下に説明する第1〜第3冷媒回路の3種類の冷媒回路に切り替えられる。   Further, in the heating operation mode of the present embodiment, the intermediate pressure side on-off valve 14a constituting the refrigerant circuit switching means by the refrigerant circuit control means according to the heating capacity of the indoor blown air required for the two-stage booster refrigeration cycle 10 and The operating state of the low-pressure side opening / closing valve 22a is switched. Thereby, the two-stage pressure | voltage rise refrigerating cycle 10 of this embodiment is switched to three types of refrigerant circuits of the 1st-3rd refrigerant circuit demonstrated below.

(a)暖房運転モードの第1冷媒回路
第1冷媒回路は、暖房運転モード時に二段昇圧式冷凍サイクル10に要求される加熱能力が、予め想定された通常の能力となる通常運転時、あるいは、通常運転時よりも高くなる高負荷運転時に切り替えられるサイクルである。さらに、第1冷媒回路は、暖房運転モードでの運転が開始された際の初期状態のサイクル構成でもある。なお、本実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル10の通常運転時の出力は2.0〜2.5kW程度である。
(A) First refrigerant circuit in heating operation mode The first refrigerant circuit is used in normal operation in which the heating capacity required for the two-stage booster refrigeration cycle 10 in the heating operation mode is a normal capacity assumed in advance, or This is a cycle that can be switched during high-load operation that is higher than during normal operation. Furthermore, the first refrigerant circuit also has a cycle configuration in an initial state when the operation in the heating operation mode is started. In addition, the output at the time of normal operation of the two-stage pressure | voltage rise type refrigerating cycle 10 of this embodiment is about 2.0-2.5 kW.

具体的には、暖房運転モードでの運転が開始された際、あるいは、暖房運転モードが第2、第3冷媒回路から第1冷媒回路に切り替える際には、冷媒回路制御手段が中間圧側開閉弁14aを開くとともに、低圧側開閉弁22aを閉じる。これにより、図1に示すように、中間圧冷媒通路14に気液分離器16から流出した中間圧気相冷媒が流通可能となり、低圧冷媒通路22が遮断される。   Specifically, when the operation in the heating operation mode is started, or when the heating operation mode is switched from the second and third refrigerant circuits to the first refrigerant circuit, the refrigerant circuit control means has the intermediate pressure side on-off valve. While opening 14a, the low-pressure side on-off valve 22a is closed. As a result, as shown in FIG. 1, the intermediate-pressure gas-phase refrigerant flowing out from the gas-liquid separator 16 can flow through the intermediate-pressure refrigerant passage 14 and the low-pressure refrigerant passage 22 is blocked.

この冷媒回路構成(サイクル構成)で、空調制御装置が上述の空調制御用のセンサ群の検出信号および操作パネルの操作信号を読み込む。そして、検出信号および操作信号の値に基づいて車室内へ吹き出す空気の目標温度である目標吹出温度TAOを算出する。さらに、算出された目標吹出温度TAOおよびセンサ群の検出信号に基づいて、空調制御装置の出力側に接続された各種空調制御機器の作動状態を決定する。   With this refrigerant circuit configuration (cycle configuration), the air conditioning control device reads the detection signal of the above-described sensor group for air conditioning control and the operation signal of the operation panel. And the target blowing temperature TAO which is the target temperature of the air which blows off into a vehicle interior is calculated based on the value of a detection signal and an operation signal. Furthermore, based on the calculated target blowing temperature TAO and the detection signal of the sensor group, the operating states of various air conditioning control devices connected to the output side of the air conditioning control device are determined.

例えば、送風機32の目標送風量、すなわち送風機32の電動モータに出力する制御電圧については、目標吹出温度TAOに基づいて予め空調制御装置に記憶された制御マップを参照して、目標吹出温度TAOが高温時および低温時に中間温度時よりも高くなるように決定される。   For example, with respect to the target air flow rate of the blower 32, that is, the control voltage output to the electric motor of the blower 32, the target blowout temperature TAO is determined based on the target blowout temperature TAO with reference to a control map stored in advance in the air conditioning control device. It is determined to be higher at the high temperature and at the low temperature than at the intermediate temperature.

また、圧縮機100の冷媒吐出能力、すなわち圧縮機100の電動モータ130に接続されたインバータ160に出力する制御信号については、二段昇圧式冷凍サイクル10に要求される加熱能力の増加に伴って、電動モータ130の回転数を増加させるように制御する。   Further, the refrigerant discharge capacity of the compressor 100, that is, the control signal output to the inverter 160 connected to the electric motor 130 of the compressor 100, is accompanied by an increase in the heating capacity required for the two-stage booster refrigeration cycle 10. Then, control is performed so as to increase the rotation speed of the electric motor 130.

より具体的には、目標吹出温度TAO、圧縮機100から吐出された高圧冷媒圧力、圧縮機100へ吸入される吸入冷媒圧力、外気温に基づいて、予め空調制御装置に記憶された制御マップを参照して、目標吹出温度TAOの上昇、吐出冷媒圧力の上昇、吸入冷媒圧力の低下、外気温の低下に伴って、電動モータ130の回転数を増加させるようにインバータ160へ出力する制御信号を決定する。   More specifically, a control map stored in advance in the air conditioning control device based on the target blowing temperature TAO, the high-pressure refrigerant pressure discharged from the compressor 100, the suction refrigerant pressure sucked into the compressor 100, and the outside air temperature is stored. With reference to the control signal output to the inverter 160 so as to increase the rotation speed of the electric motor 130 with the increase of the target blowing temperature TAO, the increase of the discharge refrigerant pressure, the decrease of the intake refrigerant pressure, and the decrease of the outside air temperature. decide.

また、エアミックスドア34のサーボモータへ出力される制御信号については、目標吹出温度TAO、室内蒸発器20からの吹出空気温度の検出値および圧縮機100から吐出される冷媒温度の検出値を用いて、車室内へ吹き出される空気の温度が車室内温度設定スイッチによって設定された乗員の所望の温度となるように決定される。なお、暖房運転モードでは、送風機32から送風された室内送風空気の全風量が室内凝縮器12を通過するように、エアミックスドア34の開度を制御してもよい。   For the control signal output to the servo motor of the air mix door 34, the target blow temperature TAO, the detected value of the blown air temperature from the indoor evaporator 20, and the detected value of the refrigerant temperature discharged from the compressor 100 are used. Thus, the temperature of the air blown into the passenger compartment is determined so as to be a desired temperature for the passenger set by the passenger compartment temperature setting switch. In the heating operation mode, the opening degree of the air mix door 34 may be controlled so that the total amount of indoor air blown from the blower 32 passes through the indoor condenser 12.

そして、上記の如く決定された制御電圧および制御信号を各種空調制御機器へ出力する。その後、操作パネルによって車両用空調装置の作動停止が要求されるまで、所定の制御周期毎に、上述の検出信号および操作信号の読み込み→目標吹出温度TAOの算出→各種空調制御機器の作動状態決定→制御電圧および制御信号の出力といった制御ルーチンを繰り返す。   Then, the control voltage and control signal determined as described above are output to various air conditioning control devices. After that, until the operation of the vehicle air conditioner is requested by the operation panel, the above detection signal and operation signal are read at every predetermined control cycle → the target blowout temperature TAO is calculated → the operating states of various air conditioning control devices are determined → Repeat control routines such as control voltage and control signal output.

従って、二段昇圧式冷凍サイクル10では、図8のモリエル線図に示すように、圧縮機100の吐出ポート146から吐出された高圧冷媒(図8のa28点)が室内凝縮器12へ流入して放熱する(図8のa8点→b8点)。これにより、送風機32から送風されて室内蒸発器20を通過した室内送風空気が加熱される。 Accordingly, the two-stage booster type refrigeration cycle 10, as shown in the Mollier diagram of FIG. 8, the inflow high pressure refrigerant discharged from the discharge port 146 of the compressor 100 (a2 8 points in Fig. 8) into the indoor condenser 12 dissipating and (a 8-point in FIG. 8 → b 8 points). Thereby, the indoor air blown from the blower 32 and passed through the indoor evaporator 20 is heated.

室内凝縮器12から流出した冷媒は、開閉弁17が閉じられているので、中間圧膨張弁15aへ流入して、中間圧冷媒となるまで減圧膨張される(図8のb8点→c8点)。中間圧膨張弁15aにて減圧膨張された中間圧冷媒は、気液分離器16にて気液分離される(図8のc8点→d8点およびc8点→e8点)。 The refrigerant flowing from the indoor condenser 12, the on-off valve 17 is closed, flows into the intermediate pressure expansion valve 15a, is decompressed and expanded until the intermediate-pressure refrigerant (b 8 points in Fig. 8 → c 8 point). The intermediate-pressure refrigerant decompressed and expanded by the intermediate pressure expansion valve 15a is gas-liquid separated by the gas-liquid separator 16 (c 8 points in Fig. 8 → d 8 points and c 8 points → e 8 points).

そして、気液分離器16にて分離された気相冷媒は、圧縮機100の中間圧ポート145から圧縮機100の内部へ流入し、圧縮機100の内部で低段側圧縮機構110吐出冷媒(図8のa08点)と合流して(図8のa18点)、高段側圧縮機構120へ吸入されていく。一方、気液分離器16にて分離された液相冷媒は低圧膨張弁15bへ流入して、低圧冷媒となるまで減圧膨張される(図8のe8点→f8点)。 Then, the gas-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator 16 flows into the compressor 100 from the intermediate pressure port 145 of the compressor 100, and the refrigerant discharged from the low-stage compression mechanism 110 ( 8 (point a0 8 in FIG. 8) (point a1 8 in FIG. 8) and sucked into the high-stage compression mechanism 120. On the other hand, the liquid-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator 16 flows into the low-pressure expansion valve 15b, is decompressed and expanded until the low-pressure refrigerant (e 8 points in Fig. 8 → f 8 points).

低圧膨張弁15bにて減圧膨張された低圧冷媒は、第2三方継手13bを介して、室外熱交換器18へ流入する。室外熱交換器18へ流入した低圧冷媒は、外気から吸熱して蒸発する(図8のf8点→h8点)。 The low-pressure refrigerant decompressed and expanded by the low-pressure expansion valve 15b flows into the outdoor heat exchanger 18 through the second three-way joint 13b. The low-pressure refrigerant that has flowed into the outdoor heat exchanger 18 absorbs heat from the outside air and evaporates (point f 8 → point h 8 in FIG. 8).

室外熱交換器18から流出した冷媒は、電気式三方弁19が室外熱交換器18の出口側と第3三方継手13cの一方の冷媒流入口とを接続する冷媒流路に切り替えられているので、第3三方継手13cを介して、アキュムレータ21へ流入する。そして、アキュムレータ21から流出した冷媒(図8のh8点)は、圧縮機100の吸入ポート144から吸入されて再び圧縮される。 The refrigerant flowing out of the outdoor heat exchanger 18 is switched to the refrigerant flow path in which the electric three-way valve 19 connects the outlet side of the outdoor heat exchanger 18 and one refrigerant inlet of the third three-way joint 13c. Then, it flows into the accumulator 21 through the third three-way joint 13c. Then, the refrigerant flowing out from the accumulator 21 (point h 8 in FIG. 8) is sucked from the suction port 144 of the compressor 100 and compressed again.

なお、アキュムレータ21へ流入した冷媒は、サイクルに要求される加熱能力の変動あった際等に気液分離され、サイクルの作動が安定するとアキュムレータ21へ流入する冷媒の状態とアキュムレータ21から流出する冷媒の状態は略同一となる。つまり、図8では、サイクルの作動が安定した状態を図示している。   The refrigerant that has flowed into the accumulator 21 is gas-liquid separated when the heating capacity required for the cycle fluctuates, and the state of the refrigerant that flows into the accumulator 21 and the refrigerant that flows out of the accumulator 21 when the cycle operation is stabilized. The state of is substantially the same. That is, FIG. 8 illustrates a state in which the cycle operation is stable.

以上の如く、第1冷媒回路に切り替えた際には、室内凝縮器12にて圧縮機100の高段側圧縮機構120から吐出された冷媒の有する熱量を室内送風空気に放熱させて、加熱された室内送風空気を車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の暖房を実現することができる。   As described above, when switching to the first refrigerant circuit, the amount of heat of the refrigerant discharged from the high-stage compression mechanism 120 of the compressor 100 in the indoor condenser 12 is radiated to the indoor blown air and heated. The indoor air can be blown into the passenger compartment. Thereby, heating of a vehicle interior is realizable.

さらに、第1冷媒回路では、低圧膨張弁15bにて減圧された低圧冷媒を低段側圧縮機構110へ吸入させ、中間圧膨張弁15aにて減圧された中間圧冷媒と低段側圧縮機構110から吐出された中間圧冷媒との混合冷媒を高段側圧縮機構120へ吸入させる、前述のエコノマイザ式冷凍サイクルを構成することができる。   Further, in the first refrigerant circuit, the low-pressure refrigerant decompressed by the low-pressure expansion valve 15b is sucked into the low-stage compression mechanism 110, and the intermediate-pressure refrigerant decompressed by the intermediate-pressure expansion valve 15a and the low-stage compression mechanism 110 are used. The above-described economizer refrigeration cycle in which the mixed refrigerant with the intermediate pressure refrigerant discharged from the refrigerant is sucked into the high-stage compression mechanism 120 can be configured.

従って、高段側圧縮機構120に、温度の低い混合冷媒を吸入させることによって、高段側圧縮機構120の圧縮効率を向上させることができるとともに、双方の圧縮機構110、120における吸入冷媒圧力と吐出冷媒圧力との圧力差を縮小させて、双方の圧縮機構110、120の圧縮効率を向上させることができる。その結果、二段昇圧式冷凍サイクル10のCOPを向上させることができる。   Therefore, by allowing the high-stage compression mechanism 120 to suck in the low-temperature mixed refrigerant, the compression efficiency of the high-stage compression mechanism 120 can be improved, and the suction refrigerant pressure in both the compression mechanisms 110 and 120 can be increased. By reducing the pressure difference from the discharge refrigerant pressure, the compression efficiency of both the compression mechanisms 110 and 120 can be improved. As a result, the COP of the two-stage booster refrigeration cycle 10 can be improved.

(b)暖房運転モードの第3冷媒回路
ここで、二段昇圧式冷凍サイクル10に要求される室内送風空気の加熱能力は、室内凝縮器12入口側冷媒のエンタルピと出口側冷媒のエンタルピとのエンタルピ差に、室内凝縮器12を流通する冷媒流量を積算した値で表される。
(B) Third Refrigerant Circuit in Heating Operation Mode Here, the heating capacity of the indoor blown air required for the two-stage booster refrigeration cycle 10 is the enthalpy of the indoor condenser 12 inlet side refrigerant and the outlet side refrigerant enthalpy. The enthalpy difference is represented by a value obtained by integrating the flow rate of the refrigerant flowing through the indoor condenser 12.

従って、二段昇圧式冷凍サイクル10に要求される加熱能力が通常運転時よりも低下した低負荷運転時には、サイクルを循環させる必要のある必要循環冷媒流量を低下させればよい。つまり、二段昇圧式冷凍サイクル10が低負荷運転時となった際には、必要循環冷媒流量に応じて圧縮機構の回転数を低下させればよい。   Therefore, at the time of low load operation in which the heating capacity required for the two-stage booster refrigeration cycle 10 is lower than that during normal operation, the necessary circulating refrigerant flow rate that is required to circulate the cycle may be reduced. That is, when the two-stage booster refrigeration cycle 10 is in a low load operation, the rotation speed of the compression mechanism may be reduced according to the required circulating refrigerant flow rate.

ところが、前述の如く、圧縮機構の回転数を低下させると、双方の圧縮機構110、120の圧縮効率も低下してしまう。その結果、二段昇圧式冷凍サイクル10を第1冷媒回路に切り替えて、エコノマイザ式冷凍サイクルを構成しても、要求される室内送風空気の加熱能力が低下すると、二段昇圧式冷凍サイクル10のCOPを向上させることができなくなってしまうことが懸念される。   However, as described above, when the rotational speed of the compression mechanism is decreased, the compression efficiency of both the compression mechanisms 110 and 120 also decreases. As a result, even if the two-stage booster refrigeration cycle 10 is switched to the first refrigerant circuit and the economizer refrigeration cycle is configured, if the required heating capacity of the indoor blown air decreases, the two-stage booster refrigeration cycle 10 There is concern that COP cannot be improved.

そこで、本実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル10では、暖房運転モード時に第1冷媒回路となっている状態で、二段昇圧式冷凍サイクル10に要求される加熱能力が第3基準能力以下となった際に、低負荷運転時になったものとして第3冷媒回路に切り替えるようにしている。なお、この「第3」という用語は、特許請求の範囲に記載された用語と整合を図るために「第2」という用語に先立って使用している。また、本実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル10の低負荷運転時の出力は1.5〜2.0kW程度である。   Therefore, in the two-stage boosting refrigeration cycle 10 of the present embodiment, the heating capacity required for the two-stage boosting refrigeration cycle 10 is equal to or lower than the third reference capacity in the state where the first refrigerant circuit is in the heating operation mode. When it becomes, it is made to switch to a 3rd refrigerant circuit as what was at the time of low load operation. The term “third” is used prior to the term “second” in order to match the term described in the claims. Moreover, the output at the time of low load operation | movement of the two step | paragraph pressure | voltage rise type refrigerating cycle 10 of this embodiment is about 1.5-2.0 kW.

また、二段昇圧式冷凍サイクル10に要求される加熱能力は、圧縮機100から吐出された高圧冷媒圧力、圧縮機100へ吸入される吸入冷媒圧力、外気温等から求めることができる。さらに、前述の如く、本実施形態では、圧縮機100の電動モータ130の回転数をこれらのパラメータに基づいて決定している。   Further, the heating capacity required for the two-stage booster refrigeration cycle 10 can be obtained from the high-pressure refrigerant pressure discharged from the compressor 100, the suction refrigerant pressure sucked into the compressor 100, the outside air temperature, and the like. Further, as described above, in the present embodiment, the rotational speed of the electric motor 130 of the compressor 100 is determined based on these parameters.

そこで、本実施形態では、双方の圧縮機構110、120の回転数が予め定めた第3基準回転数以下となった際に、二段昇圧式冷凍サイクル10に要求される加熱能力が第3基準能力以下となったものとして、第3冷媒回路に切り替えるようにしている。この第3基準回転数は、通常運転時に想定される回転数よりも低い値に設定されている。   Therefore, in the present embodiment, when the rotation speeds of both the compression mechanisms 110 and 120 are equal to or lower than a predetermined third reference rotation speed, the heating capacity required for the two-stage booster refrigeration cycle 10 is the third reference. Switching to the third refrigerant circuit is performed assuming that the capacity is below the capacity. The third reference rotational speed is set to a value lower than the rotational speed assumed during normal operation.

また、具体的に、二段昇圧式冷凍サイクル10を第3冷媒回路に切り替える際には、冷媒回路制御手段が中間圧側開閉弁14aを閉じ、低圧側開閉弁22aを閉じる。これにより、図2に示すように、中間圧冷媒通路14および低圧冷媒通路22の双方が遮断される。   Specifically, when the two-stage booster type refrigeration cycle 10 is switched to the third refrigerant circuit, the refrigerant circuit control means closes the intermediate pressure side opening / closing valve 14a and closes the low pressure side opening / closing valve 22a. Thereby, as shown in FIG. 2, both the intermediate pressure refrigerant passage 14 and the low pressure refrigerant passage 22 are blocked.

この冷媒回路構成(サイクル構成)で、空調制御装置が、第1冷媒回路に切り替えられているときと同様に、空調制御用のセンサ群の検出信号および操作パネルの操作信号を読み込み、目標吹出温度TAOおよびセンサ群の検出信号に基づいて、空調制御装置の出力側に接続された各種空調制御機器の作動状態を決定する。   In this refrigerant circuit configuration (cycle configuration), the air conditioning control device reads the detection signal of the sensor group for air conditioning control and the operation signal of the operation panel in the same manner as when the air conditioning control device is switched to the first refrigerant circuit, and the target blowing temperature Based on the detection signals of the TAO and the sensor group, the operating states of various air conditioning control devices connected to the output side of the air conditioning control device are determined.

さらに、第3冷媒回路に切り替えられている際には、圧縮機100の電動モータ130に接続されたインバータ160に出力する制御信号については、第1冷媒回路に切り替えられている際に決定される制御信号よりも、電動モータ130の回転数が増加するように決定される。   Further, when switching to the third refrigerant circuit, the control signal output to the inverter 160 connected to the electric motor 130 of the compressor 100 is determined when switching to the first refrigerant circuit. It is determined so that the number of rotations of the electric motor 130 increases from the control signal.

ここで、第3冷媒回路における回転数の増加量分について説明する。二段昇圧式冷凍サイクル10が第3冷媒回路に切り替えられると、中間圧冷媒通路14が遮断されるので、高段側圧縮機構120は、低段側圧縮機構110が吐出した中間圧冷媒を吸入することになる。さらに、低段側圧縮機構110が吐出した中間圧冷媒は、第1冷媒回路に切り替えられている際に高段側圧縮機構120が吸入する混合冷媒よりも密度が低くなる。   Here, the increase amount of the rotation speed in the third refrigerant circuit will be described. When the two-stage booster refrigeration cycle 10 is switched to the third refrigerant circuit, the intermediate-pressure refrigerant passage 14 is blocked, so the high-stage compression mechanism 120 sucks the intermediate-pressure refrigerant discharged by the low-stage compression mechanism 110. Will do. Further, the intermediate pressure refrigerant discharged by the low-stage compression mechanism 110 has a lower density than the mixed refrigerant sucked by the high-stage compression mechanism 120 when the first refrigerant circuit is switched.

そのため、第1冷媒回路から第3冷媒回路へ切り替えた際に、圧縮機100の電動モータ130の回転数を増加させないと、圧縮機100に必要循環冷媒流量を吐出させることができなくなってしまう。   Therefore, when the number of revolutions of the electric motor 130 of the compressor 100 is not increased when switching from the first refrigerant circuit to the third refrigerant circuit, the compressor 100 cannot discharge the necessary circulating refrigerant flow rate.

そこで、本実施形態では、第1冷媒回路から第3冷媒回路に切り替えた際に、圧縮機100が必要循環冷媒流量を吐出することができるように回転数を増加させている。その他の各種空調制御機器の作動状態の決定、および、その他の制御態様については、第1冷媒回路に切り替えられている際と同様である。   Therefore, in the present embodiment, when the first refrigerant circuit is switched to the third refrigerant circuit, the rotation speed is increased so that the compressor 100 can discharge the necessary circulating refrigerant flow rate. The determination of the operating state of other various air conditioning control devices and other control modes are the same as when switching to the first refrigerant circuit.

従って、第3冷媒回路に切り替えられた際の二段昇圧式冷凍サイクル10では、図9のモリエル線図に示すように、圧縮機100の吐出ポート146から吐出された高圧冷媒(図9のa29点)が室内凝縮器12へ流入して放熱する(図9のa29点→b9点)。これにより、送風機32から送風されて室内蒸発器20を通過した室内送風空気が加熱される。 Therefore, in the two-stage booster refrigeration cycle 10 when switched to the third refrigerant circuit, as shown in the Mollier diagram of FIG. 9, the high-pressure refrigerant discharged from the discharge port 146 of the compressor 100 (a2 in FIG. 9). 9 points) flows into the indoor condenser 12 and dissipates heat (a2 9 points → b 9 points in FIG. 9). Thereby, the indoor air blown from the blower 32 and passed through the indoor evaporator 20 is heated.

さらに、室内凝縮器12から流出した冷媒は、第1冷媒回路に切り替えられている際と同様に、中間圧膨張弁15aにて中間圧冷媒となるまで減圧膨張され、気液分離器16へ流入する。なお、第3冷媒回路に切り替えられている際にサイクルの作動が安定すると、気液分離器16へ流入する冷媒の状態と気液分離器16から流出する冷媒の状態は略同一となる。つまり、図9では、サイクルの作動が安定した状態を図示している。   Further, the refrigerant flowing out of the indoor condenser 12 is decompressed and expanded by the intermediate pressure expansion valve 15a until it becomes an intermediate pressure refrigerant, and flows into the gas-liquid separator 16 in the same manner as when switching to the first refrigerant circuit. To do. When the operation of the cycle is stabilized while switching to the third refrigerant circuit, the state of the refrigerant flowing into the gas-liquid separator 16 and the state of the refrigerant flowing out from the gas-liquid separator 16 become substantially the same. That is, FIG. 9 illustrates a state in which the cycle operation is stable.

気液分離器16へ流入した冷媒は、中間圧側開閉弁14aが閉じているので、圧縮機100の中間圧ポート145側へ流出することはなく、低圧膨張弁15bへ流入して低圧冷媒となるまで減圧膨張される(図9のc9点→f9点)。低圧膨張弁15bにて減圧された冷媒は、第1冷媒回路に切り替えられている際と同様に、室外熱交換器18へ流入し、外気から吸熱して蒸発する(図9のf9点→h9点)。 The refrigerant flowing into the gas-liquid separator 16 does not flow out to the intermediate pressure port 145 side of the compressor 100 because the intermediate pressure side opening / closing valve 14a is closed, and flows into the low pressure expansion valve 15b to become low pressure refrigerant. until decompressing and expanding (c 9 points in FIG. 9 → f 9 points). The refrigerant decompressed by the low-pressure expansion valve 15b, similar to the case which has been switched to the first refrigerant circuit, flows into the outdoor heat exchanger 18, and absorbs heat from outside air to evaporate (f 9 of 9 points → h 9 points).

さらに、室外熱交換器18から流出した冷媒は、アキュムレータ21を介して、圧縮機100の吸入ポート144から吸入される。圧縮機100の吸入ポート144から吸入された冷媒は、低段側圧縮機構110にて昇圧され、中間圧ポート145から流入した冷媒と合流することなく、高段側圧縮機構120へ吸入される(図9のh9点→a09点)。 Further, the refrigerant flowing out of the outdoor heat exchanger 18 is sucked from the suction port 144 of the compressor 100 via the accumulator 21. The refrigerant sucked from the suction port 144 of the compressor 100 is boosted by the low-stage compression mechanism 110 and is sucked into the high-stage compression mechanism 120 without joining the refrigerant flowing from the intermediate pressure port 145 ( h 9 points → a0 9 points in FIG. 9).

以上の如く、第3冷媒回路に切り替えた際には、室内凝縮器12にて圧縮機100の高段側圧縮機構120から吐出された冷媒の有する熱量を室内送風空気に放熱させて、加熱された室内送風空気を車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の暖房を実現することができる。   As described above, when switching to the third refrigerant circuit, the amount of heat of the refrigerant discharged from the high-stage compression mechanism 120 of the compressor 100 in the indoor condenser 12 is radiated to the indoor blown air and heated. The indoor air can be blown into the passenger compartment. Thereby, heating of a vehicle interior is realizable.

さらに、第3冷媒回路では、要求される室内送風空気の加熱能力の低下に伴って、双方の圧縮機構110、120の回転数を低下させる際にも第1冷媒回路に対して、双方の圧縮機構110、120の回転数を増加させて、圧縮効率の低下を抑制できる。また、双方の圧縮機構110、120における吸入冷媒圧力と吐出冷媒圧力との圧力差を縮小させて、双方の圧縮機構110、120の圧縮効率を向上させることができる。その結果、二段昇圧式冷凍サイクル10のCOPを向上させることができる。   Further, in the third refrigerant circuit, when the rotation speed of both compression mechanisms 110 and 120 is reduced as the required heating capacity of the indoor blown air is reduced, both compressions are performed with respect to the first refrigerant circuit. Decreasing the compression efficiency can be suppressed by increasing the number of rotations of the mechanisms 110 and 120. Further, the compression efficiency of both the compression mechanisms 110 and 120 can be improved by reducing the pressure difference between the suction refrigerant pressure and the discharge refrigerant pressure in both the compression mechanisms 110 and 120. As a result, the COP of the two-stage booster refrigeration cycle 10 can be improved.

また、第3冷媒回路に切り替えられている状態で、双方の圧縮機構110、120の回転数が予め定めた第1基準回転数以上となった際には、二段昇圧式冷凍サイクル10に要求される加熱能力が通常運転時に想定される通常の能力の下限値に相当する第1基準能力以上になったものとして、第1冷媒回路に切り替えて、上記(a)にて説明した制御を行う。なお、第1基準回転数は、第3基準回転数よりも高い値に設定される。   Further, when the rotation speed of both the compression mechanisms 110 and 120 becomes equal to or higher than a predetermined first reference rotation speed while being switched to the third refrigerant circuit, the two-stage booster refrigeration cycle 10 is requested. The control described in (a) is performed by switching to the first refrigerant circuit on the assumption that the heating capacity to be performed is equal to or higher than the first reference capacity corresponding to the lower limit value of the normal capacity assumed during normal operation. . The first reference rotational speed is set to a value higher than the third reference rotational speed.

(c)暖房運転モードの第2冷媒回路
第2冷媒回路は、暖房運転モード時に第3冷媒回路となっている状態で、さらに、要求される室内送風空気の加熱能力が低下して極低負荷運転時となり、圧縮機構の回転数をさらに低下させる必要が生じた際に、双方の圧縮機構110、120の圧縮効率が低下して二段昇圧式冷凍サイクル10のCOPを向上させることができなくなってしまうことを抑制するために切り替えられる冷媒回路である。
(C) Second refrigerant circuit in heating operation mode The second refrigerant circuit is in a state where it is a third refrigerant circuit in the heating operation mode, and further, the required heating capacity of the indoor blown air is reduced and the load is extremely low. When it becomes necessary to further reduce the rotational speed of the compression mechanism during operation, the compression efficiency of both compression mechanisms 110 and 120 is reduced, and the COP of the two-stage booster refrigeration cycle 10 cannot be improved. This is a refrigerant circuit that is switched in order to suppress the occurrence of this.

本実施形態では、暖房運転モード時に第3冷媒回路となっている状態で、二段昇圧式冷凍サイクル10に要求される加熱能力が第2基準能力以下となった際に極低負荷運転時になったものとして、第2冷媒回路に切り替えるようにしている。なお、本実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル10の極低負荷運転時の出力は1.0〜1.5kW程度である。   In the present embodiment, when the heating capacity required for the two-stage booster type refrigeration cycle 10 is equal to or lower than the second reference capacity in the state where the third refrigerant circuit is in the heating operation mode, the operation becomes an extremely low load operation. For example, the second refrigerant circuit is switched. In addition, the output at the time of the ultra-low load operation | movement of the two step | paragraph pressure | voltage rise type refrigerating cycle 10 of this embodiment is about 1.0-1.5 kW.

より具体的には、第1冷媒回路から第3冷媒回路への切り替えと同様に、双方の圧縮機構110、120の回転数が予め定めた第2基準回転数以下となった際に、二段昇圧式冷凍サイクル10に要求される加熱能力が第2基準能力以下となったものとして、第2冷媒回路に切り替えるようにしている。なお、第2基準回転数は、通常運転時に想定される回転数よりも低く、さらに、第3基準回転数よりも低い値に設定されている。   More specifically, as in the case of switching from the first refrigerant circuit to the third refrigerant circuit, when the rotation speeds of both the compression mechanisms 110 and 120 are equal to or lower than a predetermined second reference rotation speed, a two-stage The heating capacity required for the booster refrigeration cycle 10 is switched to the second refrigerant circuit on the assumption that the heating capacity is less than or equal to the second reference capacity. The second reference rotation speed is set to a value lower than the rotation speed assumed during normal operation and further lower than the third reference rotation speed.

また、二段昇圧式冷凍サイクル10を第2冷媒回路に切り替える際には、冷媒回路制御手段が中間圧側開閉弁14aを閉じ、低圧側開閉弁22aを開く。これにより、図3に示すように、低圧冷媒通路22を介して、低段側圧縮機構110の吸入側と吐出側とが連通するサイクルが構成され、低段側圧縮機構110が冷媒吐出能力を発揮することなく、高段側圧縮機構120にて冷媒を昇圧するサイクルが構成される。   When switching the two-stage booster refrigeration cycle 10 to the second refrigerant circuit, the refrigerant circuit control means closes the intermediate pressure side on / off valve 14a and opens the low pressure side on / off valve 22a. As a result, as shown in FIG. 3, a cycle is formed in which the suction side and the discharge side of the low-stage compression mechanism 110 communicate with each other via the low-pressure refrigerant passage 22, and the low-stage compression mechanism 110 has a refrigerant discharge capacity. A cycle in which the pressure of the refrigerant is boosted by the high-stage compression mechanism 120 without being exhibited is configured.

この冷媒回路構成(サイクル構成)で、空調制御装置が、第1、第3冷媒回路に切り替えられているときと同様に、空調制御用のセンサ群の検出信号および操作パネルの操作信号を読み込み、目標吹出温度TAOおよびセンサ群の検出信号に基づいて、空調制御装置の出力側に接続された各種空調制御機器の作動状態を決定する。   In this refrigerant circuit configuration (cycle configuration), the air conditioning control device reads the detection signal of the sensor group for air conditioning control and the operation signal of the operation panel in the same manner as when switching to the first and third refrigerant circuits, Based on the target blowing temperature TAO and the detection signal of the sensor group, the operating states of various air conditioning control devices connected to the output side of the air conditioning control device are determined.

さらに、第2冷媒回路に切り替えられている際には、低段側圧縮機構110が冷媒吐出能力を発揮することなく、低段側圧縮機構110よりも吐出容量の小さい高段側圧縮機構120にて冷媒を昇圧するので、圧縮機100の電動モータ130に接続されたインバータ160に出力する制御信号については、第3冷媒回路に切り替えられている際に決定される制御信号よりも、電動モータ130の回転数が増加するように決定される。   Furthermore, when switching to the second refrigerant circuit, the low-stage compression mechanism 110 does not exhibit the refrigerant discharge capability, and the high-stage compression mechanism 120 having a smaller discharge capacity than the low-stage compression mechanism 110 is used. Therefore, the control signal output to the inverter 160 connected to the electric motor 130 of the compressor 100 is higher than the control signal determined when switching to the third refrigerant circuit. The number of rotations is determined to increase.

具体的には、電動モータ130の回転数は、第3冷媒回路から第2冷媒回路へ切り替える際あるいは切り替える直前の回転数を、低段側圧縮機構110の吐出容量V1に対する高段側圧縮機構120の吐出容量V2の吐出容量比V2/V1で除算した値として決定することができる。その他の各種空調制御機器の作動状態の決定、および、その他の制御態様については、第1、第3冷媒回路に切り替えられている際と同様である。   Specifically, the rotation speed of the electric motor 130 is the same as the rotation speed at the time of switching from the third refrigerant circuit to the second refrigerant circuit or immediately before switching, and the high-stage compression mechanism 120 with respect to the discharge capacity V1 of the low-stage compression mechanism 110. It can be determined as a value divided by the discharge capacity ratio V2 / V1 of the discharge capacity V2. The determination of the operating state of other various air conditioning control devices and other control modes are the same as when switching to the first and third refrigerant circuits.

従って、第2冷媒回路に切り替えられた際の二段昇圧式冷凍サイクル10では、図10のモリエル線図に示すように、圧縮機100の吐出ポート146から吐出された高圧冷媒(図10のa210点)が室内凝縮器12へ流入して放熱する(図10のa210点→b10点)。これにより、送風機32から送風されて室内蒸発器20を通過した室内送風空気が加熱される。 Therefore, in the two-stage booster refrigeration cycle 10 when switched to the second refrigerant circuit, as shown in the Mollier diagram of FIG. 10, the high-pressure refrigerant discharged from the discharge port 146 of the compressor 100 (a2 in FIG. 10). 10 points) flows into the indoor condenser 12 and dissipates heat (a2 10 points → b 10 points in FIG. 10). Thereby, the indoor air blown from the blower 32 and passed through the indoor evaporator 20 is heated.

さらに、室内凝縮器12から流出した冷媒は、第1、第3冷媒回路に切り替えられている際と同様に、中間圧膨張弁15aにて中間圧冷媒となるまで減圧膨張され、気液分離器16へ流入する。なお、第2冷媒回路に切り替えられている際にサイクルの作動が安定すると、気液分離器16へ流入する冷媒の状態と気液分離器16から流出する冷媒の状態は略同一となる。つまり、図10では、サイクルの作動が安定した状態を図示している。   Further, the refrigerant flowing out from the indoor condenser 12 is decompressed and expanded by the intermediate pressure expansion valve 15a until it becomes an intermediate pressure refrigerant, similarly to the case where the refrigerant is switched to the first and third refrigerant circuits, and the gas-liquid separator 16 flows in. When the operation of the cycle is stabilized while switching to the second refrigerant circuit, the state of the refrigerant flowing into the gas-liquid separator 16 and the state of the refrigerant flowing out from the gas-liquid separator 16 become substantially the same. That is, FIG. 10 illustrates a state in which the cycle operation is stable.

気液分離器16へ流入した冷媒は、中間圧側開閉弁14aが閉じているので、圧縮機100の中間圧ポート145側へ流出することはなく、低圧膨張弁15bへ流入して低圧冷媒となるまで減圧膨張される(図10のc10点→f10点)。低圧膨張弁15bにて減圧された冷媒は、第1冷媒回路に切り替えられている際と同様に、室外熱交換器18へ流入し、外気から吸熱して蒸発する(図10のf10点→a010点)。 The refrigerant flowing into the gas-liquid separator 16 does not flow out to the intermediate pressure port 145 side of the compressor 100 because the intermediate pressure side opening / closing valve 14a is closed, and flows into the low pressure expansion valve 15b to become low pressure refrigerant. until decompressing and expanding (c 10 points in FIG. 10 → f 10 points). The refrigerant decompressed by the low-pressure expansion valve 15b, similar to the case which has been switched to the first refrigerant circuit, flows into the outdoor heat exchanger 18, and absorbs heat from outside air to evaporate (f 10 in FIG. 10 → a0 10 points).

室外熱交換器18から流出した冷媒は、低圧側開閉弁22aが開いているので、アキュムレータ21を介して、圧縮機100の吸入ポート144および中間圧ポート145から吸入される。   The refrigerant that has flowed out of the outdoor heat exchanger 18 is sucked from the suction port 144 and the intermediate pressure port 145 of the compressor 100 through the accumulator 21 because the low-pressure side opening / closing valve 22a is open.

この際、低段側圧縮機構110については、その吸入側と吐出側とが低圧冷媒通路22を介して連通することになるので、いわゆる空打ち状態となり、冷媒吐出能力を発揮しない。従って、アキュムレータ21にて分離された気相冷媒は、実質的に、中間圧ポート145から高段側圧縮機構120へ吸入され、再び圧縮される。   At this time, the suction side and the discharge side of the low-stage compression mechanism 110 communicate with each other through the low-pressure refrigerant passage 22, so that the low-stage compression mechanism 110 is in a so-called idle state and does not exhibit the refrigerant discharge capability. Therefore, the gas-phase refrigerant separated by the accumulator 21 is substantially sucked from the intermediate pressure port 145 to the high-stage compression mechanism 120 and compressed again.

以上の如く、第2冷媒回路に切り替えた際には、室内凝縮器12にて圧縮機100の高段側圧縮機構120から吐出された冷媒の有する熱量を室内送風空気に放熱させて、加熱された室内送風空気を車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の暖房を実現することができる。   As described above, when switching to the second refrigerant circuit, the indoor condenser 12 releases heat from the refrigerant discharged from the high-stage compression mechanism 120 of the compressor 100 to the indoor blown air and is heated. The indoor air can be blown into the passenger compartment. Thereby, heating of a vehicle interior is realizable.

さらに、第2冷媒回路では、要求される室内送風空気の加熱能力の低下に伴って、双方の圧縮機構110、120の回転数を低下させる必要がある際にも、低段側圧縮機構110の冷媒吐出能力を発揮させず、高段側圧縮機構120によって冷媒を昇圧する単段圧縮式のサイクル構成に切り替えるので、高段側圧縮機構120の回転数を増加させることができる。   Furthermore, in the second refrigerant circuit, when it is necessary to reduce the rotational speeds of both the compression mechanisms 110 and 120 as the required heating capacity of the indoor blown air decreases, the low-stage compression mechanism 110 Switching to the single-stage compression cycle configuration in which the refrigerant is boosted by the high-stage compression mechanism 120 without exhibiting the refrigerant discharge capability can increase the rotation speed of the high-stage compression mechanism 120.

より詳細には、高段側圧縮機構120の吐出容量V2が、低段側圧縮機構110の吐出容量V1よりも小さく設定されているので、第3冷媒回路から第2冷媒回路へ切り替えた際に、圧縮機100に必要循環冷媒流量を吐出させるために高段側圧縮機構120の回転数を増加させることができる。これにより、前述の図16の圧縮機構の回転数と圧縮効率との関係を示すグラフから明らかなように、高段側圧縮機構120の圧縮効率を向上させることができる。   More specifically, since the discharge capacity V2 of the high-stage compression mechanism 120 is set to be smaller than the discharge capacity V1 of the low-stage compression mechanism 110, when switching from the third refrigerant circuit to the second refrigerant circuit, In order to cause the compressor 100 to discharge the necessary circulating refrigerant flow rate, the rotational speed of the high-stage compression mechanism 120 can be increased. Thereby, as is clear from the graph showing the relationship between the rotational speed of the compression mechanism and the compression efficiency of FIG. 16 described above, the compression efficiency of the high-stage compression mechanism 120 can be improved.

また、第2冷媒回路に切り替えられている状態で、高段側圧縮機構120の回転数が予め定めた第4基準回転数以上となった際には、二段昇圧式冷凍サイクル10に要求される加熱能力が上昇したものとして、第3冷媒回路に切り替えて、上記(b)にて説明した制御を行う。なお、第4基準回転数は、第2基準回転数よりも高い値に設定されている。   In addition, when the rotation speed of the high-stage compression mechanism 120 becomes equal to or higher than a predetermined fourth reference rotation speed in a state where the second refrigerant circuit is switched, the two-stage booster refrigeration cycle 10 is required. Therefore, the control described in the above (b) is performed by switching to the third refrigerant circuit. Note that the fourth reference rotation speed is set to a value higher than the second reference rotation speed.

次に、冷房運転モードについて説明する。冷房運転モードは、車両用空調装置の作動スイッチが投入(ON)された状態で、選択スイッチによって冷房運転モードが選択されると開始する。冷房運転モードが開始されると、運転モード制御手段が運転モード切替手段を構成する中間圧膨張弁15a、低圧膨張弁15b、開閉弁17および電気式三方弁19の作動状態を切り替える。   Next, the cooling operation mode will be described. The cooling operation mode is started when the operation switch of the vehicle air conditioner is turned on (ON) and the cooling operation mode is selected by the selection switch. When the cooling operation mode is started, the operation mode control means switches the operation states of the intermediate pressure expansion valve 15a, the low pressure expansion valve 15b, the on-off valve 17 and the electric three-way valve 19 constituting the operation mode switching means.

具体的には、中間圧膨張弁15a、低圧膨張弁15bを全閉状態とし、開閉弁17を開き、電気式三方弁19を室外熱交換器18の出口側と冷房用膨張弁15cの入口側とを接続する冷媒回路に切り替え、冷房用膨張弁15cを冷媒を減圧膨張させる絞り状態として、その絞り通路面積開度を予め定めた開度とする。さらに、冷媒回路制御手段が冷媒回路切替手段を構成する中間圧側開閉弁14aおよび低圧側開閉弁22aを閉じる。   Specifically, the intermediate pressure expansion valve 15a and the low pressure expansion valve 15b are fully closed, the on-off valve 17 is opened, and the electric three-way valve 19 is connected to the outlet side of the outdoor heat exchanger 18 and the inlet side of the cooling expansion valve 15c. The refrigerant expansion circuit 15c is switched to a throttle state in which the refrigerant is decompressed and expanded, and the throttle passage area opening is set to a predetermined opening. Further, the refrigerant circuit control means closes the intermediate pressure side opening / closing valve 14a and the low pressure side opening / closing valve 22a constituting the refrigerant circuit switching means.

これにより、図4の実線矢印に示すように冷媒が流れる。この状態で、空調制御装置が、暖房運転モードと同様に、所定の制御周期毎に、検出信号および操作信号の読み込み→目標吹出温度TAOの算出→各種空調制御機器の作動状態決定→制御電圧および制御信号の出力といった制御ルーチンを車両用空調装置の作動停止が要求されるまで繰り返す。   As a result, the refrigerant flows as shown by solid line arrows in FIG. In this state, the air-conditioning control device reads the detection signal and the operation signal at every predetermined control cycle, calculates the target blowing temperature TAO, determines the operating state of various air-conditioning control devices, controls voltage and A control routine such as the output of a control signal is repeated until the vehicle air conditioner is requested to stop operating.

この際、二段昇圧式冷凍サイクル10では、圧縮機100の吐出ポート146から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器12へ流入して放熱する。これにより、送風機32から送風されて室内蒸発器20にて冷却された冷風のうち、室内凝縮器12を通過する冷風が加熱される。   At this time, in the two-stage booster refrigeration cycle 10, the high-pressure refrigerant discharged from the discharge port 146 of the compressor 100 flows into the indoor condenser 12 and dissipates heat. Thereby, the cold wind which passes the indoor condenser 12 among the cold wind which was ventilated from the air blower 32 and was cooled in the indoor evaporator 20 is heated.

室内凝縮器12から流出した高圧冷媒は、第1、2電気式膨張弁15a、15bが全閉状態になっているとともに開閉弁17が開いているので、第1三方継手13a→開閉弁17→第2三方継手13bの順に流れて、室外熱交換器18へ流入する。室外熱交換器18へ流入した冷媒は外気と熱交換してさらに冷却されて、そのエンタルピを低下させる。   Since the first and second electric expansion valves 15a and 15b are fully closed and the on-off valve 17 is open, the high-pressure refrigerant that has flowed out of the indoor condenser 12 has the first three-way joint 13a → the on-off valve 17 → It flows in the order of the second three-way joint 13b and flows into the outdoor heat exchanger 18. The refrigerant flowing into the outdoor heat exchanger 18 is further cooled by exchanging heat with the outside air, and its enthalpy is lowered.

室外熱交換器18から流出した冷媒は、電気式三方弁19が、室外熱交換器18の出口側と冷房用膨張弁15cの入口側とを接続する冷媒回路に切り替えられているとともに冷房用膨張弁15cが絞り状態となっているので、冷房用膨張弁15cにて低圧冷媒となるまで減圧膨張される。   The refrigerant that has flowed out of the outdoor heat exchanger 18 is switched to a refrigerant circuit in which the electric three-way valve 19 connects the outlet side of the outdoor heat exchanger 18 and the inlet side of the cooling expansion valve 15c, and the expansion for cooling is performed. Since the valve 15c is in the throttle state, it is decompressed and expanded at the cooling expansion valve 15c until it becomes a low-pressure refrigerant.

冷房用膨張弁15cにて減圧膨張された低圧冷媒は、室内蒸発器20へ流入して送風機32から送風された室内送風空気から吸熱して蒸発する。これにより、室内送風空気が冷却される。室内蒸発器20から流出した冷媒は、第3三方継手13cを介してアキュムレータ21へ流入して気液分離される。そして、分離された気相冷媒が圧縮機100の吸入ポート144から吸入されて再び圧縮される。   The low-pressure refrigerant decompressed and expanded by the cooling expansion valve 15 c flows into the indoor evaporator 20, absorbs heat from the indoor air blown from the blower 32, and evaporates. Thereby, indoor ventilation air is cooled. The refrigerant that has flowed out of the indoor evaporator 20 flows into the accumulator 21 through the third three-way joint 13c and is separated into gas and liquid. The separated gas-phase refrigerant is sucked from the suction port 144 of the compressor 100 and compressed again.

以上の如く、本実施形態の車両用空調装置1では、冷房運転モード時に、室内蒸発器20にて室内送風空気を冷却するとともに、エアミックスドア34の開度を調整することによって、室内蒸発器20にて冷却された冷風を室内凝縮器12にて再加熱して、乗員の所望の温度となった空調風を車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の冷房を実現することができる。   As described above, in the vehicle air conditioner 1 of the present embodiment, the indoor evaporator 20 is cooled by the indoor evaporator 20 and the opening degree of the air mix door 34 is adjusted in the cooling operation mode. The cold air cooled at 20 can be reheated by the indoor condenser 12, and the conditioned air at a temperature desired by the passenger can be blown out into the passenger compartment. Thereby, cooling of a vehicle interior is realizable.

さらに、本実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル10は、以上の如く作動するので、以下のような優れた効果を得ることができる。   Furthermore, since the two-stage booster refrigeration cycle 10 of the present embodiment operates as described above, the following excellent effects can be obtained.

本実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル10によれば、暖房運転モード時に第1冷媒回路に切り替えることによって、エコノマイザ式冷凍サイクルを構成することができ、第3冷媒回路に切り替えることによって、双方の圧縮機構110、120にて直列的に冷媒を多段階に昇圧する冷凍サイクルを構成することができ、第2冷媒回路に切り替えることによって、高段側圧縮機構120にて冷媒を昇圧する単段圧縮式の通常の冷凍サイクルを構成することができる。   According to the two-stage booster refrigeration cycle 10 of the present embodiment, the economizer refrigeration cycle can be configured by switching to the first refrigerant circuit in the heating operation mode, and both of them can be switched to the third refrigerant circuit. A refrigeration cycle that boosts the refrigerant in multiple stages in series in the compression mechanisms 110 and 120 can be configured, and single-stage compression that boosts the refrigerant in the high-stage compression mechanism 120 by switching to the second refrigerant circuit. A normal refrigeration cycle of the formula can be constructed.

そして、二段昇圧式冷凍サイクル10に要求される加熱能力の低下、すなわち、圧縮機構の回転数の低下に伴って、第1冷媒回路→第3冷媒回路→第2冷媒回路の順にサイクル構成を切り替え、二段昇圧式冷凍サイクル10に要求される加熱能力の上昇、すなわち、圧縮機構の回転数の上昇に伴って、第2冷媒回路→第3冷媒回路→第1冷媒回路の順にサイクル構成を切り替えている。   As the heating capacity required for the two-stage booster type refrigeration cycle 10 decreases, that is, the rotation speed of the compression mechanism decreases, the cycle configuration is changed in the order of the first refrigerant circuit → the third refrigerant circuit → the second refrigerant circuit. The cycle configuration is changed in the order of the second refrigerant circuit → the third refrigerant circuit → the first refrigerant circuit as the heating capacity required for the switching and the two-stage booster refrigeration cycle 10 increases, that is, as the rotational speed of the compression mechanism increases. Switching.

従って、二段昇圧式冷凍サイクル10に要求される加熱能力が変化して、必要循環冷媒流量が変化しても、二段昇圧式冷凍サイクル10のCOPを充分に向上させることができる。つまり、必要循環冷媒流量が比較的高い通常運転時あるいは高負荷運転時には、エコノマイザ式冷凍サイクルを構成することによってCOPを充分に向上させることができる。   Therefore, even if the heating capacity required for the two-stage booster refrigeration cycle 10 changes and the required circulating refrigerant flow rate changes, the COP of the two-stage booster refrigeration cycle 10 can be sufficiently improved. That is, COP can be sufficiently improved by configuring an economizer refrigeration cycle during normal operation or high load operation where the required circulating refrigerant flow rate is relatively high.

また、必要循環冷媒流量が通常運転時よりも低下する低負荷運転時には、冷媒を低段側圧縮機構110→高段側圧縮機構120の順に多段階に昇圧するサイクルを構成し、双方の圧縮機構の回転数を増加させることによって、双方の圧縮機構110、120の圧縮効率を向上させることによって、COPを向上させることができる。   Further, during low load operation where the required circulating refrigerant flow rate is lower than that during normal operation, a cycle is formed in which the refrigerant is boosted in multiple stages in the order of the low-stage compression mechanism 110 → the high-stage compression mechanism 120. By increasing the number of rotations, the COP can be improved by improving the compression efficiency of both the compression mechanisms 110 and 120.

さらに、必要循環冷媒流量が低負荷運転時よりもさらに低下する極低負荷運転時には、高段側圧縮機構120にて冷媒を昇圧する単段昇圧式の冷凍サイクルを構成し、高段側圧縮機構120の回転数を増加させることによって、高段側圧縮機構120の圧縮効率を向上させることによって、COPを向上させることができる。   Furthermore, during extremely low load operation where the required circulating refrigerant flow rate is further reduced than during low load operation, a high-stage side compression mechanism 120 is configured to form a single-stage boost type refrigeration cycle in which the refrigerant is boosted by the high-stage side compression mechanism 120. By increasing the rotational speed of 120, the COP can be improved by improving the compression efficiency of the high-stage compression mechanism 120.

その結果、図11に示すように、二段昇圧式冷凍サイクル10に要求される加熱能力によらず、すなわち必要循環冷媒流量によらずCOPを向上させることができる。   As a result, as shown in FIG. 11, COP can be improved regardless of the heating capacity required for the two-stage booster refrigeration cycle 10, that is, regardless of the required circulating refrigerant flow rate.

また、本実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル10では、回転駆動制御手段が、二段昇圧式冷凍サイクル10に要求される加熱能力の増加に伴って、電動モータ130の回転数を増加させるように制御しているので、電動モータ130(すなわち、圧縮機構110、120)の回転数に応じて冷媒回路を切り替えることで、極めて容易に、サイクルに要求される加熱能力に応じて冷媒回路を切り替えることができる。   Further, in the two-stage booster refrigeration cycle 10 of the present embodiment, the rotation drive control means increases the rotation speed of the electric motor 130 as the heating capacity required for the two-stage booster refrigeration cycle 10 increases. Therefore, by switching the refrigerant circuit according to the rotation speed of the electric motor 130 (that is, the compression mechanism 110, 120), it is very easy to switch the refrigerant circuit according to the heating capacity required for the cycle. be able to.

また、本実施形他の圧縮機100では、電動モータ130が双方の圧縮機構110、120の双方を回転駆動するので、双方の圧縮機構110、120の回転数を個別に制御する必要がなく、冷媒回路を切り替えた際に、双方の圧縮機構110、120の回転数を容易に変化させることができる。   Further, in the compressor 100 of this embodiment and the like, the electric motor 130 rotationally drives both the compression mechanisms 110 and 120, so there is no need to individually control the rotation speeds of both the compression mechanisms 110 and 120. When the refrigerant circuit is switched, the rotational speeds of both the compression mechanisms 110 and 120 can be easily changed.

さらに、双方の圧縮機構110、120が電動モータ130を水平方向両側から挟み込むように、シャフト131の両端側に配置されていることにより、圧縮機100全体としての小型化を図ることもできる。延いては、二段昇圧式冷凍サイクル10全体としての小型化を図ることもできる。   Furthermore, since the both compression mechanisms 110 and 120 are arranged on both ends of the shaft 131 so as to sandwich the electric motor 130 from both sides in the horizontal direction, the compressor 100 as a whole can be reduced in size. As a result, the overall size of the two-stage booster refrigeration cycle 10 can be reduced.

また、本実施形態の車両用空調装置1が適用される電気自動車では、内燃機関(エンジン)を搭載する車両のようにエンジンの廃熱を車室内の暖房のために利用できない。このような車両に適用される車両用空調装置において、冷凍サイクルを用いて室内送風空気を加熱する構成では、本実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル10のように、要求される加熱能力によらず高いCOPを発揮できることは極めて有効である。   Further, in an electric vehicle to which the vehicle air conditioner 1 of the present embodiment is applied, the waste heat of the engine cannot be used for heating the passenger compartment as in a vehicle equipped with an internal combustion engine (engine). In the vehicle air conditioner applied to such a vehicle, the configuration in which the indoor blown air is heated using the refrigeration cycle depends on the required heating capacity as in the two-stage booster refrigeration cycle 10 of the present embodiment. It is extremely effective to exhibit a high COP.

また、本実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル10を、内燃機関(エンジン)EGおよび走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得る、いわゆるハイブリッド車両に適用してもよい。ハイブリッド車両では、走行中に燃費向上を目的としてエンジンを停止させることがあるため、本実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル10を適用することは有効である。もちろん、本実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル10を通常の車両に適用してもよい。   Further, the two-stage booster type refrigeration cycle 10 of the present embodiment may be applied to a so-called hybrid vehicle that obtains driving force for vehicle travel from an internal combustion engine (engine) EG and a travel electric motor. In a hybrid vehicle, the engine may be stopped for the purpose of improving fuel efficiency during traveling, and therefore it is effective to apply the two-stage booster refrigeration cycle 10 of the present embodiment. Of course, the two-stage booster type refrigeration cycle 10 of the present embodiment may be applied to a normal vehicle.

(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して冷媒回路切替手段の構成を変更した例を説明する。具体的には、本実施形態では、図12の全体構成図に示すように、冷媒回路切替手段として、中間圧冷媒通路14と低圧冷媒通路22との接続部に配置された電気式の三方弁22bを採用している。
(Second Embodiment)
This embodiment demonstrates the example which changed the structure of the refrigerant circuit switching means with respect to 1st Embodiment. Specifically, in the present embodiment, as shown in the overall configuration diagram of FIG. 12, an electric three-way valve disposed as a refrigerant circuit switching unit at a connection portion between the intermediate pressure refrigerant passage 14 and the low pressure refrigerant passage 22. 22b is adopted.

なお、図12では、第1実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。このことは、以下の図面でも同様である。また、図12では、暖房運転モード時に第1冷媒回路へ切り替えた際の冷媒の流れを実線矢印で示している。   In FIG. 12, the same or equivalent parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. The same applies to the following drawings. Moreover, in FIG. 12, the flow of the refrigerant | coolant at the time of switching to a 1st refrigerant circuit at the time of heating operation mode is shown by the solid line arrow.

この三方弁22bは、空調制御装置から出力される制御信号によってその作動が制御されるロータリー弁で構成されており、中間圧冷媒通路14を開くとともに低圧冷媒通路22を閉じる冷媒回路(第1冷媒回路)、中間圧冷媒通路14を閉じるとともに低圧冷媒通路22を開く冷媒回路(第2冷媒回路)、さらに、中間圧冷媒通路14および低圧冷媒通路の双方を閉じる冷媒回路(第3冷媒回路)に切り替えることができる。   The three-way valve 22b is composed of a rotary valve whose operation is controlled by a control signal output from the air conditioning control device, and a refrigerant circuit (first refrigerant) that opens the intermediate pressure refrigerant passage 14 and closes the low pressure refrigerant passage 22. Circuit), a refrigerant circuit (second refrigerant circuit) that closes the intermediate-pressure refrigerant passage 14 and opens the low-pressure refrigerant passage 22, and a refrigerant circuit (third refrigerant circuit) that closes both the intermediate-pressure refrigerant passage 14 and the low-pressure refrigerant passage. Can be switched.

その他の構成および作動については、第1実施形態と全く同様である。従って、本実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル10においても、第1実施形態と同様に、二段昇圧式冷凍サイクル10に要求される加熱能力によらす、すなわち必要循環冷媒流量によらずCOPを向上させることができる。   Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment. Therefore, also in the two-stage booster refrigeration cycle 10 of the present embodiment, the COP depends on the heating capacity required for the two-stage booster refrigeration cycle 10 as in the first embodiment, that is, regardless of the required circulating refrigerant flow rate. Can be improved.

(第3実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して圧縮機100の構成を変更している。具体的には、本実施形態では、図13の模式的な構成図に示すように、圧縮機100の低段側圧縮機構110と電動モータ130との間に動力断続手段としての電磁クラッチ130aを設けている。なお、図13は、図示の明確化のため、図1〜4、12における圧縮機100のみを拡大して示している。
(Third embodiment)
In this embodiment, the structure of the compressor 100 is changed with respect to 1st Embodiment. Specifically, in the present embodiment, as shown in the schematic configuration diagram of FIG. 13, an electromagnetic clutch 130 a serving as a power interrupting means is provided between the low-stage compression mechanism 110 and the electric motor 130 of the compressor 100. Provided. FIG. 13 shows only the compressor 100 in FIGS. 1 to 4 and 12 in an enlarged manner for clarity of illustration.

さらに、本実施形態では、第1、第3冷媒回路に切り替えられている際には、空調制御装置から電磁クラッチ130aへ低段側圧縮機構110と電動モータ130とを接続して動力伝達を行うように制御信号が出力され、第2冷媒回路に切り替えられている際には、空調制御装置から電磁クラッチ130aへ低段側圧縮機構110と電動モータ130との動力伝達を遮断するように制御信号が出力される。   Furthermore, in the present embodiment, when the first and third refrigerant circuits are switched, the low-stage compression mechanism 110 and the electric motor 130 are connected to the electromagnetic clutch 130a from the air conditioning control device to transmit power. When the control signal is output and switched to the second refrigerant circuit, the control signal is used to cut off power transmission from the low-stage compression mechanism 110 and the electric motor 130 to the electromagnetic clutch 130a from the air conditioning control device. Is output.

その他の構成および作動については、第1実施形態と同様である。従って、本実施形態の二段昇圧式冷凍サイクル10においても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第2冷媒回路に切り替えられている際に、冷媒吐出能力を発揮しない低段側圧縮機構110に電動モータ130から回転駆動力が伝達されないので、低段側圧縮機構110の摺動損失を抑制して、より一層、COPを向上させることができる。   Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment. Therefore, also in the two-stage boost refrigeration cycle 10 of the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, since the rotational driving force is not transmitted from the electric motor 130 to the low-stage compression mechanism 110 that does not exhibit the refrigerant discharge capability when switched to the second refrigerant circuit, the sliding loss of the low-stage compression mechanism 110 is reduced. It can suppress and can improve COP still more.

(第4実施形態)
本実施形態では、第1〜第3実施形態に対して、図14の全体構成図に示すように、二段昇圧式冷凍サイクル10の構成を変更している。なお、図14では、暖房運転モード時に第1冷媒回路へ切り替えた際の冷媒の流れを実線矢印で示している。
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, the configuration of the two-stage booster refrigeration cycle 10 is changed as shown in the overall configuration diagram of FIG. 14 with respect to the first to third embodiments. In FIG. 14, the flow of the refrigerant when switching to the first refrigerant circuit in the heating operation mode is indicated by a solid arrow.

具体的には三方継手13の冷媒流出口を図14に示すように低圧膨張弁15bを介して室外熱交換器18の入口側に接続している。このように低圧膨張弁15bの接続位置を変更することに伴って、気液分離器16の液相冷媒出口を廃止している。 More specifically, the refrigerant outlet of the first three-way joint 13 a via the low-pressure expansion valve 15b, as shown in FIG. 14 connected to the inlet side of the outdoor heat exchanger 18. Thus, the liquid-phase refrigerant | coolant exit of the gas-liquid separator 16 is abolished by changing the connection position of the low-pressure expansion valve 15b .

そして、暖房運転モード時には、運転モード制御手段が運転モード切替手段を構成する中間圧膨張弁15aおよび低圧膨張弁15bを絞り状態として、その絞り通路面積開度を予め定めた開度とし、電気式三方弁19を室外熱交換器18の出口側と第3三方継手13cの一方の冷媒流入口とを接続するように切り替える。   In the heating operation mode, the operation mode control means sets the intermediate pressure expansion valve 15a and the low pressure expansion valve 15b constituting the operation mode switching means to the throttle state, and sets the throttle passage area opening degree to a predetermined opening degree. The three-way valve 19 is switched so as to connect the outlet side of the outdoor heat exchanger 18 and one refrigerant inlet of the third three-way joint 13c.

さらに、第1冷媒回路に切り替える際には、第1実施形態と同様に、冷媒回路制御手段が中間圧側開閉弁14aを開くとともに、低圧側開閉弁22aを閉じる。これにより第1実施形態に対して、低圧膨張弁15bが、室内凝縮器12から流出した高圧冷媒のうち、第1三方継手13aにて分岐された高圧冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させるサイクルが構成される。   Further, when switching to the first refrigerant circuit, as in the first embodiment, the refrigerant circuit control means opens the intermediate pressure side on / off valve 14a and closes the low pressure side on / off valve 22a. Thereby, with respect to the first embodiment, the low-pressure expansion valve 15b has a cycle in which the high-pressure refrigerant branched out by the first three-way joint 13a out of the high-pressure refrigerant flowing out of the indoor condenser 12 is reduced until it becomes a low-pressure refrigerant. Composed.

また、第3冷媒回路に切り替える際には、冷媒回路制御手段が中間圧側開閉弁14aを閉じ、低圧側開閉弁22aを閉じる。これにより、第1実施形態と同様の第3冷媒回路が構成される。さらに、第2冷媒回路に切り替える際には、冷媒回路制御手段が中間圧側開閉弁14aを閉じ、低圧側開閉弁22aを開く。これにより、第1実施形態と同様の第2冷媒回路が構成される。   When switching to the third refrigerant circuit, the refrigerant circuit control means closes the intermediate pressure side opening / closing valve 14a and closes the low pressure side opening / closing valve 22a. Thereby, the 3rd refrigerant circuit similar to a 1st embodiment is constituted. Further, when switching to the second refrigerant circuit, the refrigerant circuit control means closes the intermediate pressure side opening / closing valve 14a and opens the low pressure side opening / closing valve 22a. Thereby, the 2nd refrigerant circuit similar to 1st Embodiment is comprised.

その他の構成および作動については、第1実施形態と同様である。本実施形態のように、第1冷媒回路に切り替えた際に低圧膨張弁15bが高圧冷媒を直接低圧冷媒となるまで減圧させる構成であっても、第1実施形態と同様に、二段昇圧式冷凍サイクル10に要求される加熱能力によらず、すなわち必要循環冷媒流量によらずCOPを向上させることができる。   Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment. Even if the low-pressure expansion valve 15b is configured to depressurize the high-pressure refrigerant directly into the low-pressure refrigerant when switched to the first refrigerant circuit as in the present embodiment, the two-stage boosting type is the same as in the first embodiment. COP can be improved regardless of the heating capacity required for the refrigeration cycle 10, that is, regardless of the required circulating refrigerant flow rate.

(他の実施形態)
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified as follows without departing from the spirit of the present invention.

(1)上述の各実施形態では、本発明の二段昇圧式冷凍サイクル10を車両用空調装置1に適用した例を説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、据置型空調装置、冷温保存庫等に適用してもよい。   (1) In each of the above-described embodiments, the example in which the two-stage booster type refrigeration cycle 10 of the present invention is applied to the vehicle air conditioner 1 has been described, but the application of the present invention is not limited to this. For example, the present invention may be applied to a stationary air conditioner, a cold storage container, and the like.

また、上述の各実施形態では、室内凝縮器12にて熱交換対象流体である室内送風空気を加熱するヒートポンプサイクルとして二段昇圧式冷凍サイクル10を用いているが、逆に、室内凝縮器12にて高圧冷媒の有する熱量を大気に放熱させて、室外熱交換器18を熱交換対象流体を冷却する利用側熱交換器として機能させてもよい。そして、庫内温度を極低温まで冷却する冷凍装置等、空調対象空間を冷却する空調装置に適用してもよい。   Moreover, in each above-mentioned embodiment, although the two-stage pressure | voltage rise type refrigerating cycle 10 is used as a heat pump cycle which heats the indoor ventilation air which is a fluid for heat exchange in the indoor condenser 12, conversely, the indoor condenser 12 The heat quantity of the high-pressure refrigerant may be radiated to the atmosphere so that the outdoor heat exchanger 18 functions as a use-side heat exchanger that cools the heat exchange target fluid. And you may apply to the air conditioner which cools air-conditioning object space, such as a refrigeration device which cools the inside temperature to a very low temperature.

この場合は、二段昇圧式冷凍サイクル10に要求される熱交換対象流体の冷却能力の低下に伴って、第1冷媒回路→第3冷媒回路→第2冷媒回路の順に切り替えるようにすればよい。なお、冷凍装置のように高圧冷媒と低圧冷媒との圧力差が大きくなり、圧縮機構の消費動力が大きくなりやすい装置では、要求される冷却能力によらず高いCOPを発揮できることは極めて有効である。   In this case, as the cooling capacity of the heat exchange target fluid required for the two-stage booster refrigeration cycle 10 decreases, the first refrigerant circuit, the third refrigerant circuit, and the second refrigerant circuit may be switched in this order. . Note that it is extremely effective that a high COP can be exhibited regardless of the required cooling capacity in an apparatus in which the pressure difference between the high-pressure refrigerant and the low-pressure refrigerant is large and the power consumption of the compression mechanism is likely to be large, such as a refrigeration apparatus. .

(2)上述の各実施形態では、低段側圧縮機構110および高段側圧縮機構120として、ローリングピストン型圧縮機構を採用した例を説明したが、もちろん、他の形式の圧縮機構を採用してもよい。例えば、ベーン型圧縮機構、レシプロ型圧縮機構、スクロール型圧縮機構を採用してもよい。さらに、低段側圧縮機構110および高段側圧縮機構120として異なる型式の圧縮機構を採用してもよい。   (2) In each of the above-described embodiments, the example in which the rolling piston type compression mechanism is employed as the low-stage compression mechanism 110 and the high-stage compression mechanism 120 has been described. Of course, other types of compression mechanisms are employed. May be. For example, a vane type compression mechanism, a reciprocating type compression mechanism, or a scroll type compression mechanism may be employed. Furthermore, different types of compression mechanisms may be employed as the low-stage compression mechanism 110 and the high-stage compression mechanism 120.

なお、上述の第1、第2、第4実施形態のように、低段側圧縮機構110と電動モータ130との間の動力伝達を遮断する電磁クラッチ130aを採用しない構成では、第3冷媒回路に切り替えた際に、低段側圧縮機構110の冷媒吐出能力を確実に発揮させないために、低段側圧縮機構110としてスクロール型圧縮機構を採用しないことが望ましい。   Note that, as in the first, second, and fourth embodiments described above, in a configuration that does not employ the electromagnetic clutch 130a that cuts off power transmission between the low-stage compression mechanism 110 and the electric motor 130, the third refrigerant circuit In order to ensure that the refrigerant discharge capability of the low-stage compression mechanism 110 is not reliably exhibited when switching to, it is desirable not to employ a scroll-type compression mechanism as the low-stage compression mechanism 110.

また、低段側圧縮機構110としてレシプロ型圧縮機構を採用する場合は、第3実施形態にて採用した電磁クラッチ130aを廃止して、ピストンの動きを固定する固定手段を採用してもよい。   When a reciprocating compression mechanism is employed as the low-stage compression mechanism 110, the electromagnetic clutch 130a employed in the third embodiment may be eliminated and a fixing unit that fixes the movement of the piston may be employed.

(3)上述の第4実施形態では、中間圧膨張弁15aにて減圧された中間圧冷媒の気液分離する気液分離器16を採用した例を説明したが、気液分離器16を廃止して、中間圧膨張弁15aにて減圧された中間圧冷媒と第1三方継手13aの他方の冷媒流出口から流出した高圧冷媒とを熱交換させる中間圧熱交換器を採用してもよい。   (3) In the above-described fourth embodiment, the example in which the gas-liquid separator 16 that performs gas-liquid separation of the intermediate-pressure refrigerant decompressed by the intermediate-pressure expansion valve 15a has been described, but the gas-liquid separator 16 is abolished. Then, an intermediate pressure heat exchanger that exchanges heat between the intermediate pressure refrigerant decompressed by the intermediate pressure expansion valve 15a and the high-pressure refrigerant flowing out from the other refrigerant outlet of the first three-way joint 13a may be employed.

(4)上述の各実施形態では、二段昇圧式冷凍サイクル10に要求される熱交換対象流体の加熱能力あるいは冷却能力の低下に伴って、第1冷媒回路→第3冷媒回路→第2冷媒回路の順に冷媒回路を切り替える例を説明したが、第3冷媒回路への切り替えを廃止してもよい。   (4) In each of the above-described embodiments, the first refrigerant circuit → the third refrigerant circuit → the second refrigerant with a decrease in the heating capacity or cooling capacity of the heat exchange target fluid required for the two-stage booster refrigeration cycle 10. Although the example which switches a refrigerant circuit in order of a circuit was demonstrated, you may abolish switching to a 3rd refrigerant circuit.

例えば、二段昇圧式冷凍サイクル10に要求される加熱能力あるいは冷却能力が予め定めた第2基準能力以下になった際に、第3冷媒回路に切り替えることなく、第1冷媒回路から直接第2冷媒回路へ切り替え、二段昇圧式冷凍サイクル10に要求される加熱能力あるいは冷却能力が予め定めた第1基準能力以上になった際に、第3冷媒回路に切り替えることなく、第2冷媒回路から直接第1冷媒回路へ切り替えるようにしてもよい。   For example, when the heating capacity or the cooling capacity required for the two-stage booster refrigeration cycle 10 is equal to or lower than a predetermined second reference capacity, the second refrigerant circuit is directly switched from the first refrigerant circuit without switching to the third refrigerant circuit. When the heating capacity or the cooling capacity required for the two-stage booster refrigeration cycle 10 is equal to or higher than a predetermined first reference capacity, the second refrigerant circuit is switched to the third refrigerant circuit without switching to the third refrigerant circuit. You may make it switch to a 1st refrigerant circuit directly.

(5)上述の各実施形態では、第3冷媒回路から第2冷媒回路に切り替える際に、高段側圧縮機構120の回転数を吐出容量比V2/V1に基づいて増加させているが、高圧側圧縮機構120として、この回転数の増加によって以下に説明するように作動するものが採用されていることが望ましい。   (5) In the above-described embodiments, when switching from the third refrigerant circuit to the second refrigerant circuit, the rotation speed of the high-stage compression mechanism 120 is increased based on the discharge capacity ratio V2 / V1, but the high pressure As the side compression mechanism 120, it is desirable to employ one that operates as described below with the increase in the rotational speed.

ここで、図15を用いて、圧縮機構の回転数Nc、必要トルクTrおよび圧縮効率の関係について説明する。図15(a)は、圧縮機構の回転数Ncおよび必要トルクTrに応じた圧縮効率の変化を示す等効率線図であり、図15(b)は、回転数Ncに対する圧縮効率の変化を示すグラフであり、図15(a)のC−C断面およびD−D断面における圧縮効率の変化が記載されている。   Here, the relationship among the rotational speed Nc, the required torque Tr, and the compression efficiency of the compression mechanism will be described with reference to FIG. FIG. 15A is an isoefficiency diagram showing a change in compression efficiency in accordance with the rotational speed Nc and required torque Tr of the compression mechanism, and FIG. 15B shows a change in compression efficiency with respect to the rotational speed Nc. It is a graph and the change of the compression efficiency in CC section and DD section of Drawing 15 (a) is indicated.

また、図15の太破線で示す等高線は、二段昇圧式冷凍サイクル10のCOPを充分に向上させるために必要な高段側圧縮機構120の必要圧縮効率線を示している。換言すると、二段昇圧式冷凍サイクル10のCOPを充分に向上させるためには、図15(a)中の必要圧縮効率線よりも左側の網掛けハッチングで示す領域で圧縮機構を作動させる必要がある。   Contour lines indicated by thick broken lines in FIG. 15 indicate necessary compression efficiency lines of the high-stage compression mechanism 120 necessary for sufficiently improving the COP of the two-stage booster refrigeration cycle 10. In other words, in order to sufficiently improve the COP of the two-stage booster refrigeration cycle 10, it is necessary to operate the compression mechanism in the area indicated by hatching on the left side of the required compression efficiency line in FIG. is there.

従って、本実施形態の高段側圧縮機構120では、第2冷媒回路に切り替えて回転数を増加させた際に必要圧縮効率線よりも右側の領域で作動するものが採用されていることが望ましい。これにより、第2冷媒回路に切り替えた際に、二段昇圧式冷凍サイクル10のCOPを確実に充分に向上させることができる。   Therefore, it is desirable that the high-stage compression mechanism 120 of the present embodiment employs a mechanism that operates in the region on the right side of the required compression efficiency line when the rotation speed is increased by switching to the second refrigerant circuit. . Thereby, when switching to a 2nd refrigerant circuit, COP of the two-stage pressure | voltage rise refrigerating cycle 10 can be improved sufficiently reliably.

また、これを実現するために、第2冷媒回路に切り替える際の高段側圧縮機構120の回転数の増加分を以下のように決定してもよい。すなわち、図15(a)の等効率線図の関係を予め空調制御装置に記憶させておき、第3冷媒回路から第2冷媒回路へ切り替える直前に読み込んだ空調制御用のセンサ群の検出信号を用いて、第3冷媒回路から第2冷媒回路へ切り替える直前の必要トルクTrを算出する。なお、必要トルクTrは、下記数式F1から求めることができる。
Tr=(L×60)/(2π×Nc)…(F1)
なお、Lは高段側圧縮機構120の必要駆動動力(本実施形態では、電動モータ130に供給される必要電力)である。
Moreover, in order to implement | achieve this, you may determine the increase of the rotation speed of the high stage compression mechanism 120 at the time of switching to a 2nd refrigerant circuit as follows. That is, the relationship of the isoefficiency diagram of FIG. 15A is stored in the air conditioning control device in advance, and the detection signal of the sensor group for air conditioning control read immediately before switching from the third refrigerant circuit to the second refrigerant circuit is used. The required torque Tr immediately before switching from the third refrigerant circuit to the second refrigerant circuit is calculated. The required torque Tr can be obtained from the following formula F1.
Tr = (L × 60) / (2π × Nc) (F1)
Note that L is the required drive power of the high-stage compression mechanism 120 (in this embodiment, required power supplied to the electric motor 130).

さらに、高段側圧縮機構120の必要駆動動力Lは、下記数式F2に示すように、高段側圧縮機構120の吐出冷媒圧力Pd、吸入冷媒圧力Ps、回転数Ncの関数で表すことができる。
L=f(Pd、Ps、Nc)…(F2)
なお、この式F2で表される関係は、予め空調制御装置に記憶されている。
Further, the required drive power L of the high-stage compression mechanism 120 can be expressed as a function of the discharge refrigerant pressure Pd, the suction refrigerant pressure Ps, and the rotation speed Nc of the high-stage compression mechanism 120 as shown in the following formula F2. .
L = f (Pd, Ps, Nc) (F2)
The relationship represented by the formula F2 is stored in advance in the air conditioning control device.

さらに、本実施形態では、第3冷媒回路から第2冷媒回路へ切り替える直前の必要トルクTrおよび第3冷媒回路から第2冷媒回路へ切り替える第2基準回転数から、第3冷媒回路から第2冷媒回路へ切り替える直前の高段側圧縮機構120の圧縮効率を決定する。例えば、図10(a)では、第3冷媒回路から第2冷媒回路へ切り替える直前の高段側圧縮機構120の圧縮効率はE点で表される。   Further, in the present embodiment, from the required torque Tr immediately before switching from the third refrigerant circuit to the second refrigerant circuit and the second reference rotational speed at which the third refrigerant circuit is switched to the second refrigerant circuit, the third refrigerant circuit to the second refrigerant. The compression efficiency of the high-stage compression mechanism 120 immediately before switching to the circuit is determined. For example, in FIG. 10A, the compression efficiency of the high stage compression mechanism 120 immediately before switching from the third refrigerant circuit to the second refrigerant circuit is represented by point E.

そして、高段側圧縮機構120の圧縮効率がE点から必要圧縮効率線よりも右側の領域に存在するF点へ移行できる高段側圧縮機構120の回転数を決定し、このE点からF点との回転数差を、第2冷媒回路に切り替える際の高段側圧縮機構120の回転数の増加分としてもよい。   Then, the number of rotations of the high-stage compression mechanism 120 that can shift the compression efficiency of the high-stage compression mechanism 120 from the point E to the point F existing in the region on the right side of the required compression efficiency line is determined. The rotational speed difference from the point may be an increase in the rotational speed of the high-stage compression mechanism 120 when switching to the second refrigerant circuit.

12 放熱器
14 中間圧冷媒通路
14a 中間圧側開閉弁
15a 中間圧膨張弁
15b 低圧膨張弁
18 蒸発器
22 低圧冷媒通路
22a 低圧側開閉弁
110 低段側圧縮機構
120 高段側圧縮機構
130 電動モータ
12 radiator 14 intermediate pressure refrigerant passage 14a intermediate pressure side opening / closing valve 15a intermediate pressure expansion valve 15b low pressure expansion valve 18 evaporator 22 low pressure refrigerant passage 22a low pressure side opening / closing valve 110 low stage side compression mechanism 120 high stage side compression mechanism 130 electric motor

Claims (4)

低圧冷媒を中間圧冷媒となるまで圧縮して吐出する低段側圧縮機構(110)と、
前記低段側圧縮機構(110)から吐出された中間圧冷媒を高圧冷媒となるまで圧縮して吐出する高段側圧縮機構(120)と、
前記高段側圧縮機構(120)から吐出された高圧冷媒を放熱させる放熱器(12)と、
前記放熱器(12)から流出した冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧させる中間圧膨張弁(15a)と、
前記放熱器(12)から流出した冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させる低圧膨張弁(15b)と、
前記低圧膨張弁(15b)にて減圧された低圧冷媒を蒸発させて前記低段側圧縮機構(110)の吸入側へ流出する蒸発器(18)と、
前記中間圧膨張弁(15a)にて減圧された中間圧冷媒を前記高段側圧縮機構(120)の吸入側へ導く中間圧冷媒通路(14)とを備える二段昇圧式冷凍サイクルであって、
前記低段側圧縮機構(110)の吸入側に接続される吸入側冷媒通路と前記高段側圧縮機構(120)の吸入側に接続される前記中間圧冷媒通路(14)との間を接続する低圧冷媒通路(22)と、
前記中間圧冷媒通路(14)を開くとともに前記低圧冷媒通路(22)を閉じる第1冷媒回路、および、前記中間圧冷媒通路(14)を閉じるとともに前記低圧冷媒通路(22)を開く第2冷媒回路を切り替える冷媒回路切替手段(14a、22a
前記高段側圧縮機構(120)および前記低段側圧縮機構(110)の双方を回転駆動する1つの電動モータ(130)とを備え、
さらに、前記高段側圧縮機構(120)の吐出容量(V2)は、前記低段側圧縮機構(110)の吐出容量(V1)よりも小さく設定されており、
前記冷媒回路切替手段は、前記中間圧冷媒通路(14)を開閉する中間圧側開閉弁(14a)および前記低圧冷媒通路(22)を開閉する低圧側開閉弁(22a)によって構成されていることを特徴とする二段昇圧式冷凍サイクル。
A low-stage compression mechanism (110) that compresses and discharges the low-pressure refrigerant until it becomes an intermediate-pressure refrigerant;
A high-stage compression mechanism (120) that compresses and discharges the intermediate-pressure refrigerant discharged from the low-stage compression mechanism (110) until it becomes a high-pressure refrigerant;
A radiator (12) for radiating high-pressure refrigerant discharged from the high-stage compression mechanism (120);
An intermediate pressure expansion valve (15a) for reducing the pressure of the refrigerant flowing out of the radiator (12) until it becomes an intermediate pressure refrigerant;
A low pressure expansion valve (15b) for reducing the pressure of the refrigerant flowing out of the radiator (12) until it becomes a low pressure refrigerant;
An evaporator (18) that evaporates the low-pressure refrigerant decompressed by the low-pressure expansion valve (15b) and flows out to the suction side of the low-stage compression mechanism (110);
A two-stage booster type refrigeration cycle comprising an intermediate pressure refrigerant passage (14) for guiding the intermediate pressure refrigerant decompressed by the intermediate pressure expansion valve (15a) to the suction side of the high stage compression mechanism (120). ,
A connection is established between the suction-side refrigerant passage connected to the suction side of the low-stage compression mechanism (110) and the intermediate-pressure refrigerant passage (14) connected to the suction side of the high-stage compression mechanism (120). A low-pressure refrigerant passage (22),
A first refrigerant circuit that opens the intermediate pressure refrigerant passage (14) and closes the low pressure refrigerant passage (22), and a second refrigerant that closes the intermediate pressure refrigerant passage (14) and opens the low pressure refrigerant passage (22). Refrigerant circuit switching means (14a, 22a ) for switching circuits ;
An electric motor (130) that rotationally drives both the high-stage compression mechanism (120) and the low-stage compression mechanism (110) ,
Furthermore, the discharge capacity (V2) of the high stage compression mechanism (120) is set smaller than the discharge capacity (V1) of the low stage compression mechanism (110),
The refrigerant circuit switching means includes an intermediate pressure side on / off valve (14a) for opening / closing the intermediate pressure refrigerant passage (14) and a low pressure side on / off valve (22a) for opening / closing the low pressure refrigerant passage (22). A featured two-stage booster refrigeration cycle.
前記冷媒回路切替手段(14a、22aの作動を制御する冷媒回路制御手段を備え、
前記冷媒回路制御手段は、サイクルに要求される冷却能力あるいは加熱能力が予め定めた第1基準能力以上となった際に前記第1冷媒回路へ切り替えるように前記冷媒回路切替手段(14a、22aの作動を制御し、さらに、サイクルに要求される冷却能力あるいは加熱能力が予め定めた第2基準能力以下になった際に前記第2冷媒回路へ切り替えるように前記冷媒回路切替手段(14a、22aの作動を制御することを特徴とする請求項1に記載の二段昇圧式冷凍サイクル。
Refrigerant circuit control means for controlling the operation of the refrigerant circuit switching means (14a, 22a ) ,
The refrigerant circuit control means (14a, 22a ) switches the refrigerant circuit so as to switch to the first refrigerant circuit when the cooling capacity or heating capacity required for the cycle exceeds a predetermined first reference capacity. And the refrigerant circuit switching means (14a, 22a) so as to switch to the second refrigerant circuit when the cooling capacity or heating capacity required for the cycle falls below a predetermined second reference capacity. two-stage booster type refrigeration cycle according to claim 1, characterized in that to control the operation of).
前記電動モータ(130)の作動を制御する回転駆動制御手段備え、
前記回転駆動制御手段は、サイクルに要求される冷却能力あるいは加熱能力の増加に伴って、前記電動モータ(130)の回転数を増加させるように制御し、
前記冷媒回路制御手段は、前記電動モータ(130)の回転数が予め定めた第1基準回転数以上となった際に前記第1冷媒回路へ切り替えるように前記冷媒回路切替手段(14a、22aの作動を制御し、さらに、前記電動モータ(130)の回転数が予め定めた第2基準回転数以下となった際に前記第2冷媒回路へ切り替えるように前記冷媒回路切替手段(14a、22aの作動を制御することを特徴とする請求項2に記載の二段昇圧式冷凍サイクル。
Rotation drive control means for controlling the operation of the electric motor (130),
The rotational drive control means controls to increase the rotational speed of the electric motor (130) as the cooling capacity or heating capacity required for the cycle increases.
The refrigerant circuit control means (14a, 22a ) switches the refrigerant circuit control means to switch to the first refrigerant circuit when the rotational speed of the electric motor (130) becomes equal to or higher than a predetermined first reference rotational speed. And the refrigerant circuit switching means (14a, 22a) so as to switch to the second refrigerant circuit when the rotational speed of the electric motor (130) becomes equal to or lower than a predetermined second reference rotational speed. two-stage booster type refrigeration cycle according to claim 2, characterized in that to control the operation of).
さらに、前記冷媒回路切替手段(14a、22aは、前記中間圧冷媒通路(14)を閉じるとともに前記低圧冷媒通路(22)を閉じる第3冷媒回路に切替可能に構成されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の二段昇圧式冷凍サイクル。 Further, the refrigerant circuit switching means (14a, 22a ) is configured to be switchable to a third refrigerant circuit that closes the intermediate pressure refrigerant passage (14) and closes the low pressure refrigerant passage (22). The two-stage booster type refrigeration cycle according to any one of claims 1 to 3.
JP2010183348A 2010-08-18 2010-08-18 Two-stage boost refrigeration cycle Expired - Fee Related JP5556499B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010183348A JP5556499B2 (en) 2010-08-18 2010-08-18 Two-stage boost refrigeration cycle
DE102011110549.6A DE102011110549B4 (en) 2010-08-18 2011-08-12 Refrigerant cycle device with two-stage pressure increase
CN201110235981.4A CN102374687B (en) 2010-08-18 2011-08-17 Two-level pressurized refrigerant circulating device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010183348A JP5556499B2 (en) 2010-08-18 2010-08-18 Two-stage boost refrigeration cycle

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012042114A JP2012042114A (en) 2012-03-01
JP5556499B2 true JP5556499B2 (en) 2014-07-23

Family

ID=45557526

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010183348A Expired - Fee Related JP5556499B2 (en) 2010-08-18 2010-08-18 Two-stage boost refrigeration cycle

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP5556499B2 (en)
CN (1) CN102374687B (en)
DE (1) DE102011110549B4 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11320170B2 (en) 2017-10-16 2022-05-03 Denso Corporation Heat pump cycle

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012208992B4 (en) 2012-05-29 2024-02-15 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Heating/cooling circuit for vehicles, especially for hybrid vehicles or purely electric vehicles
DE102012111455A1 (en) * 2012-11-27 2014-05-28 Valeo Klimasysteme Gmbh Refrigerant circuit of a vehicle air conditioning system and method for air conditioning a vehicle interior
DK2976225T3 (en) * 2013-03-21 2018-01-02 Carrier Corp CAPACITY MODULATION OF TRANSPORT COOLING SYSTEM
JP6070418B2 (en) * 2013-05-29 2017-02-01 株式会社デンソー Heat pump cycle
JP6373034B2 (en) * 2014-03-31 2018-08-15 三菱電機株式会社 refrigerator
US10350966B2 (en) * 2015-08-11 2019-07-16 Ford Global Technologies, Llc Dynamically controlled vehicle cooling and heating system operable in multi-compression cycles
JP6394683B2 (en) * 2016-01-08 2018-09-26 株式会社デンソー Transportation refrigeration equipment
US10315493B2 (en) * 2017-06-27 2019-06-11 Hyundai Motor Company HVAC system for a vehicle and method of use
WO2019202709A1 (en) * 2018-04-19 2019-10-24 三菱電機株式会社 Heat pump type hot water supply device
AU2020252607B2 (en) * 2019-03-29 2023-03-30 Daikin Industries, Ltd. Refrigeration cycle device
DE102019003355A1 (en) 2019-05-13 2020-11-19 Daimler Ag Table device for a vehicle and a vehicle
DE102022104545A1 (en) 2022-02-25 2023-08-31 Denso Automotive Deutschland Gmbh Refrigerant collector module for a heat pump assembly in a vehicle thermal management system

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2716248B2 (en) * 1990-07-20 1998-02-18 松下電器産業株式会社 Heat pump type air conditioner
JPH09152200A (en) * 1995-12-01 1997-06-10 Matsushita Refrig Co Ltd Controller of refrigerator
JP3161347B2 (en) * 1996-12-17 2001-04-25 ダイキン工業株式会社 Refrigeration equipment
JP4449139B2 (en) * 2000-02-22 2010-04-14 ダイキン工業株式会社 Refrigeration equipment
JP3984258B2 (en) * 2004-12-14 2007-10-03 三星電子株式会社 Air conditioner
JP2006258397A (en) * 2005-03-18 2006-09-28 Mitsubishi Electric Corp Refrigerator
EP1907769A4 (en) * 2005-05-31 2011-05-04 Carrier Corp Restriction in vapor injection line
JP2008267694A (en) * 2007-04-20 2008-11-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd Refrigerating cycle device
JP5334554B2 (en) * 2008-12-15 2013-11-06 三菱電機株式会社 Air conditioner
JP5515289B2 (en) * 2008-12-26 2014-06-11 ダイキン工業株式会社 Refrigeration equipment
DE102010026648B4 (en) * 2010-07-09 2015-12-31 Gea Grasso Gmbh Refrigeration system for cooling a container

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11320170B2 (en) 2017-10-16 2022-05-03 Denso Corporation Heat pump cycle

Also Published As

Publication number Publication date
DE102011110549B4 (en) 2019-07-18
CN102374687B (en) 2015-01-28
JP2012042114A (en) 2012-03-01
CN102374687A (en) 2012-03-14
DE102011110549A1 (en) 2012-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5556499B2 (en) Two-stage boost refrigeration cycle
KR101558314B1 (en) Heat pump cycle
JP5423528B2 (en) Heat pump cycle
US9581370B2 (en) Refrigerant cycle device
JP5533207B2 (en) Heat pump cycle
JP6361830B2 (en) Heat pump cycle
JP5768784B2 (en) Integrated valve
CN106796061B (en) Two-stage boosting type refrigeration cycle device
JP6683076B2 (en) Refrigeration cycle equipment
JP2012233676A (en) Heat pump cycle
JP6394505B2 (en) Heat pump cycle
WO2013145537A1 (en) Air conditioner device for vehicle
CN111433538B (en) Refrigeration cycle device
WO2016136288A1 (en) Heat pump cycle
JP2010106807A (en) Electric compressor, heat pump system, and method for controlling the heat pump system
JPWO2016208330A1 (en) Air conditioning controller
KR101275921B1 (en) Hermetic type compressor
JP2014149103A (en) Refrigeration cycle device
JP2012002473A (en) Fluid compression device, and heat pump cycle using the same
JP6193555B2 (en) Refrigeration cycle equipment
JP2021124235A (en) Refrigeration cycle device
JP6733625B2 (en) Refrigeration cycle equipment
JP2017189997A (en) Air conditioning device
JP2011236855A (en) Two-stage boosting compressor
JP2016008792A (en) Heat pump cycle device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20121016

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130910

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140507

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140520

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5556499

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees