JP2007147227A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低段側圧縮機構の吐出冷媒が高段側圧縮機構に直接吸入される２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置において、高段側圧縮機構が高温となることを防止することである。
【解決手段】冷凍装置（10）は、２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路（15）を備えている。冷媒回路（15）は、低段側圧縮機（21）の吐出冷媒が高段側圧縮機（31）に直接吸入されると共に、気液分離器（33）内の中間圧ガス冷媒が高段側圧縮機（31）の吸入側に供給されるように構成されている。低段側圧縮機（21）の吐出冷媒は、冷媒熱交換器（50）により、気液分離器（33）に流入する前の中間圧冷媒により冷却される。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷媒の２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置に関し、特に、高段側圧縮機構が高温となることを防止する対策に係るものである。

従来から、低段側圧縮機構と高段側圧縮機構と中間圧冷媒の気液分離器とを備え、冷媒の２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷凍装置が知られている（例えば、特許文献１）。

特許文献１に記載の冷凍装置は、空気調和装置であって、室外ユニットと中間ユニットと室内ユニットとを備えている。この空気調和装置において、室外ユニットには、室外膨張弁と室外熱交換器と低段側圧縮機とが設けられ、中間ユニットには、高段側圧縮機と気液分離器と中間膨張弁とが設けられ、室内ユニットには、室内熱交換器が設けられている。

この空気調和装置では、暖房運転時において、中間ユニットの高段側圧縮機から吐出された冷媒が、室内熱交換器を流れて室内空気に放熱して凝縮液化し、室内空気を加熱する。凝縮した液冷媒は、中間膨張弁で中間圧に減圧されて二相冷媒となり、気液分離器に流入し、該気液分離器で液冷媒とガス冷媒とに分離される。該中間圧の液冷媒は、気液分離器から流出して室外膨張弁で低圧まで減圧された後、室外熱交換器で室外空気と熱交換器して蒸発し、低段側圧縮機に吸入される。一方、気液分離器内のガス冷媒は、ガス出口から流出し、低段側圧縮機の吐出冷媒と合流して高段側圧縮機に吸入される。

このようにして、上記空気調和装置では、２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行って室内熱交換器を流れる冷媒の量を増加させ、暖房能力を高めることができる。また、低段側圧縮機の吐出冷媒が高段側圧縮機に直接吸入されるよう構成されているので、低段側圧縮機の吐出冷媒に含まれる冷凍機油を高段側圧縮機に送ることができる。
特開２００１−２３５２４６号公報

しかしながら、上記特許文献１の冷凍装置においては、低段側圧縮機の吐出冷媒が、気液分離機内の中間圧のガス冷媒と合流して高段側圧縮機に供給されるので、低段側圧縮機の吐出冷媒の温度が高くなると、高段側圧縮機の吐出冷媒の温度も高くなるために、高段側圧縮機自体が高温となって機器としての信頼性が低下するという問題点があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、低段側圧縮機構の吐出冷媒が高段側圧縮機構に直接吸入される２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置において、低段側圧縮機構の吐出冷媒を冷却することにより、高段側圧縮機構が高温となることを防止することを目的とする。

第１の発明は、低段側圧縮機構（21）と高段側圧縮機構（31）と中間圧冷媒の気液分離器（33）とを有し、上記低段側圧縮機構（21）の吐出冷媒を上記高段側圧縮機構（31）が直接吸入すると共に、上記気液分離器（33）内の中間圧ガス冷媒を上記高段側圧縮機構（31）の吸入側に供給する２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路（15）を備えた冷凍装置であって、上記低段側圧縮機構（21）の吐出冷媒を冷却する冷却手段（50,60）を備えている。

この第１の発明では、上記冷却手段（50）により上記低段側圧縮機構（21）の吐出冷媒を冷却することにより、上記高段側圧縮機構（31）に吸入される冷媒の温度が低下する。これにより、高段側圧縮機構（31）の吐出冷媒の温度が低下する。

第２の発明は、第１の発明において、上記冷却手段（50,60）は、上記低段側圧縮機構（21）の吐出冷媒を、上記気液分離器（33）へ流入する前の中間圧冷媒により冷却する冷媒熱交換器（50）である。

この第２の発明では、上記低段側圧縮機構（21）の吐出冷媒は、気液分離器（33）へ流入する前の中間圧冷媒に放熱して冷却される。

第３の発明は、第１の発明において、上記冷却手段（50,60）は、一端が上記気液分離器（33）の液層に連通され且つ他端が上記高段側圧縮機構（31）の吸入側に接続されて、上記低段側圧縮機構（21）の吐出冷媒に気液分離器（33）内の中間圧液冷媒を供給する液インジェクション通路（60）である。

この第３の発明では、低段側圧縮機構（21）の吐出冷媒に、上記気液分離器（33）内の中間圧液冷媒を供給することにより、上記低段側圧縮機構（21）の吐出冷媒を冷却する。また、高段側圧縮機構（31）の吸入側に、気液分離器（33）内の中間圧液冷媒に含まれる冷凍機油を供給して、高段側圧縮機構（31）の冷凍機油の不足を防止する。

上記第１の発明によれば、上記低段側圧縮機構（21）の吐出冷媒を冷却する冷却手段（50,60）を備えるようにしたために、上記高段側圧縮機構（31）に吸入される冷媒の温度を低下させることができるので、高段側圧縮機構（31）の吐出冷媒の温度を低下させることができる。これにより、高段側圧縮機構（31）の機器自体が高温となることを防止することができるので、高段側圧縮機構（31）の機器としての信頼性を向上させることができる。

また、上記第２の発明によれば、上記低段側圧縮機構（21）の吐出冷媒を、気液分離器（33）へ流入する前の中間圧冷媒により冷却するようにしたために、低段側圧縮機構（21）の吐出冷媒と上記気液分離器（33）内の中間圧ガス冷媒とからなる高段側圧縮機構（31）の吸入冷媒の温度を低下させることができる。これにより、高段側圧縮機構（31）の吐出冷媒温度を低下させることができるので、高段側圧縮機構（31）の機器自体が高温となることを防止することができる。

また、上記第３の発明によれば、低段側圧縮機構（21）の吐出冷媒に、上記気液分離器（33）内の中間圧液冷媒を供給するようにしたために、低段側圧縮機構（21）の吐出冷媒温度を低下させることができるので、高段側圧縮機構（31）が高温となることを防止するできる。

また、気液分離器（33）内の中間圧液冷媒に含まれる冷凍機油をも高段側圧縮機構（31）に供給することができることから、高段側圧縮機構（31）冷凍機油の不足防止をも図ることができる。これにより、高段側圧縮機構（31）の機器としての信頼性がさらに向上する。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《発明の実施形態１》
本発明の実施形態１は、図１に示すように、冷房運転と暖房運転とが可能なヒートポンプ式の空気調和装置（10）である。該空気調和装置（10）は、室外に設置される室外ユニット（20）と、増設用のユニットを構成するオプションユニット（30）と、室内に設置される室内ユニット（40）と、空気調和装置（10）の運転制御を行うコントローラ（100）とを備えている。上記室外ユニット（20）は、第１連絡配管（11）及び第２連絡配管（12）を介してオプションユニット（30）と接続されている。また、室内ユニット（40）は、第３連絡配管（13）及び第４連絡配管（14）を介してオプションユニット（30）と接続されている。これにより、上記空気調和装置（10）では、冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる冷媒回路（15）が構成されている。

なお、オプションユニット（30）は、既設のセパレート型の空気調和装置のパワーアップユニットを構成している。具体的に、既設の空気調和装置では、室外ユニット（20）と室内ユニット（40）とから成る冷媒回路で単段圧縮単段膨張冷凍サイクルが行われるものであったのに対し、これら室外ユニット（20）及び室内ユニット（40）の間にオプションユニット（30）を接続することで、後述する２段圧縮２段膨張冷凍サイクル動作が可能となる。

〈室外ユニット〉
上記室外ユニット（20）には、低段側圧縮機（21）、室外熱交換器（22）、室外側膨張弁（25）、及び四路切換弁（23）が設けられている。

上記低段側圧縮機（21）は、可変容量式のスクロール圧縮機で構成され、低段側圧縮機構に構成されている。上記室外熱交換器（22）は、クロスフィンアンドチューブ式の熱交換器で構成されている。室外熱交換器（22）の近傍には、室外ファン（24）が設置されている。室外ファン（24）は、室外熱交換器（22）へ室外空気を送風する。上記室外側膨張弁（25）は、開度調節可能な電子膨張弁で構成されている。

上記四路切換弁（23）は、第１から第４までの４つのポートを備えている。四路切換弁（23）では、第１ポートが低段側圧縮機（21）の吐出管（21a）と接続され、第２ポートが低段側圧縮機（21）の吸入管（21b）と接続されている。また、四路切換弁（23）では、第３ポートが室外熱交換器（22）及び室外側膨張弁（25）を介して第２連絡配管（12）と接続され、第４ポートが第１連絡配管（11）と接続されている。この四路切換弁（23）は、第１ポートと第４ポートとが連通すると同時に、第２ポートと第３ポートとが連通する第１状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポートと第３ポートとが連通すると同時に、第２ポートと第４ポートとが連通する第２状態（図１に点線で示す状態）とに切り換え可能に構成されている。

上記低段側圧縮機（21）の吐出管（21a）に低段側油分離器（26）が設けられている。該低段側油分離器（26）には、第１油戻し管（27）の一端が接続され、該第１油戻し管（27）の他端は、低段側圧縮機（21）の吸入管（21b）と接続されている。また、第１油戻し管（27）には、第１キャピラリーチューブ（28）が設けられている。このようにして、低段側油分離器（26）で分離された冷凍機油が、第１油戻し管（27）を流れる際に減圧されて低段側圧縮機（21）に戻されるように構成されている。

また、室外ユニット（20）には、各種センサが設けられている。具体的に、低段側圧縮機構（21）の吐出管（21a）には、吐出圧力センサ（82）及び吐出温度センサ（86）が、吸入管（21b）には、吸入圧力センサ（83）及び吸入温度センサ（87）が設けられている。また、外気温センサ（18）と室外熱交換器（22）の冷媒温度センサ（29）とが設けられてている。

〈オプションユニット〉
上記オプションユニット（30）には、高段側圧縮機（31）、三路切換弁（32）、気液分離器（33）、及びオプション側膨張弁（34）と、本発明の特徴である冷媒熱交換器（50）が設けられている。

上記高段側圧縮機（31）は、可変容量式のスクロール圧縮機であって、高段側圧縮機構に構成されている。

上記三路切換弁（32）は、第１から第３までの３つのポートを備えている。三路切換弁（32）では、第１のポートが高段側圧縮機（31）の吐出管（31a）と接続され、第２のポートが高段側圧縮機（31）の吸入管（31b）と接続され、第３のポートが第１連絡配管（11）と接続されている。この三路切換弁（32）は、第２ポートと第３ポートとが連通する第１状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポートと第３ポートとを連通する第２状態（図１に点線で示す状態）とに切り換え可能に構成されている。また、高段側圧縮機（31）の吐出管（31a）の途中には、第３連絡配管（13）が接続されている。

上記気液分離器（33）は、気液二相状態の冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離するものである。具体的に、気液分離器（33）は、円筒状の密閉容器で構成されており、下部に液層である液冷媒貯留部が形成される一方、その上側にガス冷媒貯留部が形成されている。上記気液分離器（33）には、その胴部を貫通してガス冷媒貯留部に臨む液流入管（33a）と液冷媒貯留部に臨む液流出管（33b）とがそれぞれ接続されている。また、気液分離器（33）には、その頂部を貫通してガス冷媒貯留部に臨むガス流出管（33c）も接続されている。

液流入管（33a）の流入端と、液流出管（33b）の流出端は、第４連絡配管（14）から第２連絡配管（12）まで延びる主配管（35）の途中に、第４連絡配管（14）側から順にそれぞれ接続されている。また、液流入管（33a）には、上記オプション側膨張弁（34）が設けられている。このオプション側膨張弁（34）は、開度調節可能な電子膨張弁で構成されている。一方、ガス流出管（33c）の流出端は、高段側圧縮機（31）の吸入管（31b）の途中に接続されている。

オプションユニット（30）には、開閉の切り換えが行われる電磁弁や、冷媒の流れを規制する逆止弁も設けられている。具体的に、上記主配管（35）には、液流入管（33a）の接続部と液流出管（33b）の接続部との間に電磁弁（SV）が設けられている。また、上記液流出管（33b）には第１逆止弁（CV-1）が、高段側圧縮機（31）の吐出管（31a）には、高段側圧縮機（31）と第３連絡配管（13）の接続部との間に第２逆止弁（CV-2）がそれぞれ設けられている。なお、第１，第２逆止弁（CV-1,CV-2）は、それぞれ図１の矢印で示す方向のみの冷媒の流れを許容している。

そして、オプションユニット（30）には、本発明の特徴である冷媒熱交換器（50）が設けられている。該冷媒熱交換器（50）は、向流式熱交換器であって、第１流路（50a）と第２流路（50b）とを備えている。上記冷媒熱交換器（50）は、第１流路（50a）が、上記高段側圧縮機（31）の吸入管（31b）における三路切換弁（32）とガス流出管（33c）の流出端との間に位置し、第２流路（50b）が、液流入管（33a）のオプション側膨張弁（34）と気液分離器（33）との間に位置するように設けられている。このようにして、上記冷媒熱交換器（50）において、高段側圧縮機（31）の吸入管（31b）を流れる低段側圧縮機（21）の吐出冷媒と気液分離器に流入する前の中間圧冷媒との熱交換が行われるように構成されている。

また、オプションユニット（30）には、高段側圧縮機（31）の吐出管（31a）に高段側油分離器（36）が設けられている。この高段側油分離器（36）には、第２油戻し管（37）の一端が接続され、該第２油戻し管（37）の他端は、高段側圧縮機（31）の吸入管（31b）に接続されている。また、第２油戻し管（37）には、第２キャピラリーチューブ（38）が接続されている。このようにして、高段側油分離器（36）で分離された冷凍機油が、第２油戻し管（37）を通って減圧されて高段側圧縮機（31）に戻されるように構成されている。

また、オプションユニット（30）には、各種センサが設けられている。具体的に、高段側圧縮機構（31）の吐出管（31b）には、吐出圧力センサ（80）及び吐出温度センサ（84）が、吸入管（31a）には、吸入圧力センサ（81）及び吸入温度センサ（85）が設けられている。

〈室内ユニット〉
上記室内ユニット（40）には、室内熱交換器（41）及び室内側膨張弁（42）が設けられている。室内熱交換器（41）は、クロスフィンアンドチューブ式の熱交換器で構成されている。室内熱交換器（41）の近傍には、室内ファン（43）が設置されている。室内ファン（43）は、室内熱交換器（41）へ室内空気を送風する。上記室内側膨張弁（42）は、開度調節可能な電子膨張弁で構成されている。

室内ユニット（40）では、第３連絡配管（13）が、室内熱交換器（41）と室内側膨張弁（42）を介して第４連絡配管（14）に接続されている。

また、室内ユニット（40）には、室内温度センサ（44）と、室内熱交換器（41）の冷媒温度センサ（45）とが設けられている。

−運転動作−
次に、本実施形態の空気調和装置（10）の運転動作について説明する。

〈冷房運転〉
冷房運転では、図２に示すように、コントローラ（100）の制御により、四路切換弁（23）及び三路切換弁（32）が第２状態に設定され、電磁弁（SV）が開の状態に設定される。また、室外側膨張弁（25）が全開の状態に、オプション側膨張弁（34）が全閉の状態に、それぞれ設定される一方、室内側膨張弁（42）の開度が運転条件に応じて適宜調節される。更に、この冷房運転では、低段側圧縮機（21）が運転される一方、高段側圧縮機（31）は停止状態となる。つまり、冷房運転時の冷媒回路（15）では、低段側圧縮機（21）のみで冷媒が圧縮され、単段圧縮単段膨張冷凍サイクルが行われる。

室外ユニット（20）において、低段側圧縮機（21）から吐出された高圧冷媒は、室外熱交換器（22）を流れて、室外空気へ放熱して凝縮液化する。室外熱交換器（22）で凝縮した液冷媒は、全開状態の室外側膨張弁（25）を通って第２連絡配管（12）を流れ、オプションユニット（30）に導入される。

オプションユニット（30）においては、高圧の液冷媒は、主配管（35）を流れ、第４連絡配管（14）を流れて室内ユニット（40）に導入される。

室内ユニット（40）に導入された冷媒は、室内側膨張弁（42）を通過する際に低圧まで減圧されて膨張する。膨張した低圧冷媒は、室内熱交換器（41）を流れて、室内空気から吸熱して蒸発する。その結果、室内空気が冷却され、室内の冷房が行われる。室内熱交換器（41）で蒸発した冷媒は、第３連絡配管（13）からオプションユニット（30）に導入され、三路切換弁（32）を介して第１連絡配管（11）を流れ、室外ユニット（20）へ導入される。室外ユニット（20）に導入された冷媒は、低段側圧縮機（21）に吸入されて、圧縮される。

〈暖房運転〉
暖房運転では、図３に示すように、コントローラ（100）の制御により、四路切換弁（23）及び三路切換弁（32）が第１状態に設定され、電磁弁（SV）が閉の状態に設定される。また、室内側膨張弁（42）、オプション側膨張弁（34）、及び室外膨張弁（25）の開度が運転条件に応じて適宜調節される。また、この暖房運転では、低段側圧縮機（21）及び高段側圧縮機（31）がそれぞれ運転される。つまり、暖房運転時の冷媒回路（15）では、低段側圧縮機（21）で圧縮された冷媒が高段側圧縮機（21）で更に圧縮され、２段圧縮２段膨張冷凍サイクルが行われる。

オプションユニット（30）において、高段側圧縮機（31）から吐出された高圧冷媒は、第３連絡配管（13）を流れて室内ユニット（40）に導入される。

室内ユニット（40）において、高圧冷媒は、室内熱交換器（41）を通過する際に、室内空気へ放熱して凝縮液化する。その結果、室内空気が加熱され、室内の暖房が行われる。

室内熱交換器（41）で凝縮した液冷媒は、室内側膨張弁（42）を通過した後、第４連絡配管（14）を流れてオプションユニット（30）に導入され、主配管（35）からオプション側膨張弁（34）を通過して液流入管（33a）に流れる。液冷媒は、室内膨張弁（42）とオプション側膨張弁（34）とにより、段階的に中間圧に減圧されて膨張し、気液二相状態となる。そして、該中間圧の冷媒は、冷媒熱交換器（50）の第２流路（50b）を流れる際に、第１流路（50a）を流れる冷媒から吸熱して気液分離器（33）へ流入する。

気液分離器（33）では、中間圧の気液二相状態の冷媒が、ガス冷媒と液冷媒とに分離される。分離された飽和状態のガス冷媒は、ガス流出管（33c）を流れて高段側圧縮機（31）の吸入管（31b）へ送られる。一方、分離された液冷媒は、液流出管（33b）から流出し、第２連絡配管（12）を流れて室外ユニット（20）に導入される。

室外ユニット（20）に導入された液冷媒は、室外側膨張弁（25）を通過する際、低圧まで減圧されて膨張し、室外熱交換器（22）を通過する際に、室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器（22）で蒸発した冷媒は、四路切換弁（23）を介して低段側圧縮機（21）に吸入される。低段側圧縮機（21）では、低圧となった冷媒が中間圧まで圧縮されて吐出され、四路切換弁（23）を介して第１連絡配管（11）を流れ、オプションユニット（30）に導入される。

オプションユニット（30）においては、低段側圧縮機（21）から吐出した中間圧の吐出冷媒が、高段側圧縮機（31）の吸入管（31b）を流れる。この際、低段側圧縮機（21）の吐出冷媒は、冷媒熱交換器（50）の第１流路（50a）を通過して、第２流路（50b）を流れる中間圧冷媒に放熱して冷却される。そして、冷却された低段側圧縮機（21）の吐出冷媒は、高段側圧縮機（31）の吸入管（31b）を流れ、ガス流出管（33c）から供給される飽和状態のガス冷媒と合流して高段側圧縮機（31）に吸入される。高段側圧縮機（31）に吸入された冷媒は、圧縮されて中間圧から高圧の冷媒となる。

以上のようにして、２段圧縮２段膨張冷凍サイクルの暖房運転では、中間圧の気液二相状態の冷媒を気液分離器（33）でガス冷媒と液冷媒とに分離し、分離後のガス冷媒を高段側圧縮機（31）へ戻すことにより、室外熱交換器（22）へは液冷媒だけが送られるので、気液分離器（33）から室外熱交換器（22）までの液配管の圧力損失が低減するとともに、液冷媒の一部が蒸発して配管内に残存する、いわゆるフラッシュ現象の発生も抑制される。また、分離したガス冷媒を低段側圧縮機（21）で無駄に圧縮することがないので、圧縮機全体の仕事量が減り、この空気調和装置のＣＯＰが向上する。

なお、本実施形態の空気調和装置（10）では、暖房運転において、単段圧縮単段膨張冷凍サイクル動作を行うことも可能である。具体的に、上記単段圧縮単段膨張冷凍サイクルの暖房運転においては、コントローラ（100）の制御により、四路切換弁（23）を第１状態、三路切換弁（32）を第２状態に設定し、電磁弁（SV）が開の状態に設定される。また、オプション側膨張弁（34）が全閉の状態に、室内膨張弁（42）を全開の状態に、室外膨張弁（25）を運転条件に応じて適宜制御され、高段側圧縮機（31）が停止して、低段側圧縮機構（31）が運転される。

−実施形態１の効果−
本実施形態では、上記冷媒熱交換器（50）を設けて、２段圧縮２段膨張冷凍サイクルの暖房運転時に、低段側圧縮機（21）の吐出冷媒を冷却するようにしたために、高段側圧縮機（31）に吸入される冷媒温度を低下させることができるので、高段側圧縮機（31）の吐出冷媒温度を低下させることができる。

具体的に、図４の圧力−エンタルピ線図に示すように、冷媒熱交換器（50）を設けない場合は、冷媒回路（15）を循環する冷媒が、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ｇ−Ｉ−Ａの状態に変化する。つまり、高段側圧縮機（31）から吐出した高圧冷媒は過熱度ＴａのＡ点に示す状態であり、室内熱交換器（43）で凝縮液化してＢ点に示す液状態となる。その後、液冷媒は、室内膨張弁（42）とオプション側膨張弁（34）で減圧されＣ点に示す中間圧の気液二相状態となり、気液分離器（33）において、Ｄ点に示す液冷媒とＨ点に示す飽和状態のガス冷媒とに分離される。Ｄ点に示す液冷媒は、室外膨張弁（25）で膨張してＥ点に示す低圧状態となり、室外熱交換器（22）で吸熱してＦ点に示す状態となる。そして、Ｆ点の冷媒は、低段側圧縮機（21）で圧縮されてＧ点に示す中間圧状態となり、該Ｇ点の中間圧冷媒に、ガス流出管（33c）を介して気液分離器（33）内のＨ点の飽和状態のガス冷媒が供給されてＩ点に示す状態となる。そして、該Ｉ点に示す状態の冷媒が、高段側圧縮機（31）で圧縮されて、過熱度ＴａのＡ点で示す高圧状態となる。

一方、本実施形態では、図４の圧力−エンタルピ線図において、冷媒回路（15）を循環する冷媒が、Ａ’−Ｂ−Ｃ−Ｃ’−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ｇ−Ｇ’−Ｉ’−Ａ’の状態に変化する。つまり、低段側圧縮機構（21）の吐出冷媒は、Ｇ点に示す状態から、冷媒熱交換器（50）の第１流路（50a）を通ってＧ’点に示す状態にまで冷却される。このとき、第２流路（50b）を流れる中間圧冷媒はＣ点からＣ’点に示す状態に変化する。そして、このＧ’点で示す冷媒に、ガス流出管（33c）を介して気液分離器（33）内のＨ点の飽和状態のガス冷媒が供給されてＩ’点に示す状態となる。そして、該Ｉ’点に示す状態の冷媒が、高段側圧縮機（31）に吸入されるので、過熱度Ｔａ’のＡ’点で示す状態とすることができる。

このようにして、本実施形態においては、冷媒熱交換器（50）を設けたことにより、高段側圧縮機（31）の吐出冷媒温度の過熱度がＴａからＴａ’に低下する。つまり、本実施形態では、高段側圧縮機（31）の吐出冷媒温度を低下させることができるので、高段側圧縮機（31）自体が高温となることを防止することができる。これにより、高段側圧縮機（31）の機器としての信頼性を向上させることができる。

−実施形態１の変形例−
上記実施形態１においては、高段側圧縮機（31）の吸入管（31b）において、低段側圧縮機（21）の吐出冷媒が、気液分離器（33）内のガス冷媒が供給された後に、冷媒熱交換器（50）の第１流路（50a）を流れるように構成してもよい。このような場合においても、高段側圧縮機（31）に吸入される冷媒を冷却することができる。なお、上記実施形態１のように、飽和状態のガス冷媒が供給される前に冷却を行ったほうが、第２流路（50b）を流れる中間圧冷媒との温度差が大きいので、吐出冷媒の冷却をより効果的に行うことができる。

《発明の実施形態２》
本発明の実施形態２は、上記実施形態１が、低段側圧縮機（21）の吐出冷媒を、気液分離器（33）へ流入する前の中間圧冷媒により冷却する冷媒熱交換器（50）を設けたことに代わり、図５に示すように、一端が気液分離器（33）の液層に連通され且つ他端が高段側圧縮機（31）の吸入側に接続されて、低段側圧縮機（21）の吐出冷媒に気液分離内（33）の中間圧液冷媒を供給する液インジェクション通路（60）を設けたものである。

具体的に、図５に示すように、液インジェクション通路（60）は、一端が、液流出管（33b）の気液分離器（33）と逆止弁（CV-1）との間に接続されて、該液流出管（33b）を介して気液分離器（33）の液層である液冷媒貯留部に連通される一方、他端が、高段側圧縮機（31）の吸入管（31b）における第２油戻し管（37）の接続部とガス流出管（33c）の接続部との間に接続され、高段側圧縮機（31）の吸入側に中間圧液冷媒を供給するように構成されている。また、液インジェクション通路（60）には、高段側圧縮機（31）の吸入側に供給する中間圧液冷媒の流量を調節する第３キャピラリーチューブ（61）が設けられている。

なお、気液分離器（33）は、高段側圧縮機（31）より高い位置に配置され、気液分離器（33）と高段側圧縮機（31）とのヘッド差によって、中間圧液冷媒が吸入管（31b）に供給されるように構成されている。

−運転動作−
本実施形態では、単段圧縮単段膨張冷凍サイクルの冷房運転及び暖房運転の動作は、上記実施形態１と同じであるので、２段圧縮２段膨張冷凍サイクルの暖房運転の説明のみを行う。

〈暖房運転〉
暖房運転では、図６に示すように、コントローラ（100）の制御により、四路切換弁（23）及び三路切換弁（32）が第１状態に設定され、電磁弁（SV）が閉の状態に設定される。また、室内側膨張弁（42）、オプション側膨張弁（34）、及び室外膨張弁（25）の開度が運転条件に応じて適宜調節される。また、この暖房運転では、低段側圧縮機（21）及び高段側圧縮機（31）がそれぞれ運転され、２段圧縮２段膨張冷凍サイクルが行われる。

オプションユニット（30）において、高段側圧縮機（31）から吐出された高圧冷媒は、第３連絡配管（13）を流れて室内ユニット（40）に導入される。

室内ユニット（40）において、高圧冷媒は、室内熱交換器（41）を通過する際に、室内空気へ放熱して凝縮液化する。その結果、室内空気が加熱され、室内の暖房が行われる。室内熱交換器（41）で凝縮した液冷媒は、室内側膨張弁（42）を通過した後、第４連絡配管（14）を流れて液流入管（33a）を流れ、オプション側膨張弁（34）を通過する。液冷媒は、室内膨張弁（42）とオプション側膨張弁（34）とにより、段階的に中間圧に減圧されて膨張し、気液分離器（33）へ流入する。

気液分離器（33）では、中間圧の気液二相状態の冷媒が、ガス冷媒と液冷媒とに分離される。分離された飽和状態のガス冷媒は、ガス流出管（33c）から高段側圧縮機（31）の吸入管（31b）へ送られる。一方、分離された液冷媒は、液流出管（33b）から流出し、第２連絡配管（12）を流れて室外ユニット（20）に導入される。

室外ユニット（20）に導入された液冷媒は、室外側膨張弁（25）を通過する際、低圧まで減圧されて膨張し、室外熱交換器（22）を通過する際に、室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器（22）で蒸発した冷媒は、四路切換弁（23）を介して低段側圧縮機（21）に吸入される。低段側圧縮機（21）では、低圧冷媒が中間圧まで圧縮されて吐出され、該中間圧の冷媒は、四路切換弁（23）を介して第１連絡配管（11）を流れ、オプションユニット（30）に導入される。

オプションユニット（30）においては、低段側圧縮機（21）の吐出冷媒が、三路切換弁（32）を介して高段側圧縮機（31）の吸入管（31b）を流れる。この際、低段側圧縮機（21）の吐出冷媒には、気液分離器（33）内のガス冷媒がガス流出管（33c）を介して供給され、さらに、液インジェクション通路（60）から気液分離器（33）内の液冷媒が供給される。これにより、低段側圧縮機（21）の吐出冷媒は冷却されるので、高段側圧縮機（31）の吐出冷媒の温度が低下する。

また、気液分離器（33）内の液冷媒を高段側圧縮機（31）の吸入管（31b）に供給することにより、該液冷媒に含まれる冷凍機油も高段側圧縮機（31）の吸入管（31b）に供給される。

−実施形態２の効果−
本実施形態では、２段圧縮２段膨張冷凍サイクルの暖房運転時に、液インジェクション通路（60）により、気液分離器（33）内の中間圧液冷媒を、低段側圧縮機（21）の吐出冷媒に供給して冷却するようにしたために、高段側圧縮機（31）に吸入される冷媒温度を低下させることができるので、高段側圧縮機（31）の吐出冷媒温度を低下させることができる。

具体的に、図７の圧力−エンタルピ線図に示すように、液インジェクション通路（60）を設けない場合は、冷媒回路（15）を循環する冷媒が、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ｇ−Ｉ−Ａの状態に変化する。つまり、低段側圧縮機（21）の吐出冷媒は、Ｇ点に示す中間圧の状態から、気液分離器（33）内のＨ点の飽和状態のガス冷媒が供給されてＩ点に示す状態となる。そして、該Ｉ点に示す状態の冷媒が、高段側圧縮機（31）に吸入されて圧縮されて、過熱度ＴａのＡ点で示す状態となる。

一方、本実施形態では、図７の圧力−エンタルピ線図において、冷媒回路（15）を循環する冷媒が、Ａ”−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ｇ−Ｉ−Ｉ”−Ａ”の状態に変化する。つまり、低段側圧縮機構（21）の吐出冷媒は、Ｇ点に示す中間圧の状態から、気液分離器（33）内のＨ点の飽和状態のガス冷媒が供給されてＩ点に示す状態となる。そして、該Ｉ点で示す冷媒に、液インジェクション通路（60）から液冷媒が供給されて、I”点に示す状態となる。このＩ”点に示す状態の冷媒が、高段側圧縮機（31）に吸入されるので、過熱度Ｔａ”のＡ”点で示す状態とすることができる。

このようにして、本実施形態においては、液インジェクション通路（60）を設けたことにより、高段側圧縮機（31）の吐出冷媒温度の過熱度がＴａからＴａ”に低下する。つまり、本実施形態では、高段側圧縮機（31）の吐出冷媒温度を低下させることができるので、高段側圧縮機（31）自体が高温となることを防止することができる。これにより、高段側圧縮機（31）の機器としての信頼性を向上させることができる。

さらに、高段側圧縮機（31）の吸入管（31b）には、液インジェクション通路（60）により、気液分離器（33）内の中間圧液冷媒と共に、該中間圧液冷媒と混合している冷凍機油をも供給することができるので、高段側圧縮機（31）の冷凍機油の不足を防止することができる。これにより、高段側圧縮機（31）の機器としての信頼性が、さらに向上する。

その他の構成、作用及び効果は実施形態１と同じである。

−実施形態２の変形例−
上記実施形態２においては、コントローラ（100）により、液インジェクション通路（60）による液冷媒の供給量を制御するようにしてもよい。具体的に、液インジェクション通路（60）には、第３キャピラリーチューブ（61）の代わりに、電磁弁又は電子膨張弁を設け、高段側圧縮機（31）の吐出冷媒温度に基づいて、電磁弁の開閉制御又は電子膨張弁の開度制御を行って、高段側圧縮機（31）が高温となることを確実に防止してもよい。また、この高段側圧縮機（31）の吐出冷媒温度に代わり、高段側圧縮機（31）の吸入冷媒温度に基づいて制御を行い、高段側圧縮機が高温となることを防止すると共に、高段側圧縮機（31）に液冷媒が吸入されないようにして、高段側圧縮機（31）の機器としての信頼性をさらに向上させるようにしてもよい。

また、上記実施形態２においては、液インジェクション通路（60）を液流出管（60）を介して気液分離器（33）の液冷媒貯留部に接続するようにしたが、液インジェクション通路（60）を液冷媒貯留部に直接接続するようにしてもよい。また、ガス流出管（33c）と液インジェクション通路（60）とが合流して高段側圧縮機（31）の吸入管（31b）に接続されるようにしてもよい。

《その他の実施形態》
上記各実施形態については、以下のような構成としてもよい。

上記各実施形態では、室外ユニット（20）及び室内ユニット（40）の間にオプションユニット（30）を接続することで冷媒回路（15）を構成するようにしたが、上記オプションユニット（30）と室外ユニット（20）とは必ずしも別ユニットでなくてもよく、これらを一体型の室外ユニットで構成するようにしてもよい。

また、上記各実施形態では、冷凍装置が２段圧縮２段膨張冷凍サイクルの暖房運転を行うように構成されていたが、２段圧縮２段膨張冷凍サイクルの冷房運転や冷却運転を行う冷凍装置であってもよく、このような冷凍装置においても、冷媒熱交換器（50）や液インジェクション通路（60）を設けることにより、高段側圧縮機構が高温となることを防止することができる。

また、上記各実施形態の冷媒回路（15）の構成は、特に限定されず、例えば、各圧縮機構が一台の圧縮機により構成されるのではなく、複数台並列に接続された圧縮機から構成されていてもよい。また、２段圧縮２段膨張冷凍サイクルの暖房運転時において、高圧の液冷媒を、室外側膨張弁（42）とオプション側膨張弁（34）とにより段階的に中間圧に減圧することなく、何れか一方を全開の状態として、他方を適宜開度調整することにより、１回で中間圧に減圧するようにしてもよい。また、室外側膨張弁（42）で中間圧に減圧する場合は、オプション側膨張弁（34）を設ける代わりに、液流入管（33a）に電磁弁を設けるようにしてもよい。

また、本発明の冷凍装置をチリングユニットなどに適用してもよい。その場合は、例えば、上記各実施形態の室内熱交換器に代わり、水の冷却加温を行うプレート熱交換器を設けてもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、冷媒の２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置において、高段側圧縮機構が高温となることを防止する対策として有用である。

実施形態１に係る空気調和装置の冷媒回路を示す配管系統図である。 実施形態１の係る空気調和装置の冷房運転時における冷媒の流れを示す配管系統図である。 実施形態１の係る空気調和装置の暖房運転時における冷媒の流れを示す配管系統図である。 実施形態１に係る空気調和装置の暖房運転時における冷媒の状態を示す圧力−エンタルピ線図である。 実施形態２に係る空気調和装置の冷媒回路を示す配管系統図である。 実施形態２の係る空気調和装置の暖房運転時における冷媒の流れを示す配管系統図である。 実施形態２に係る空気調和装置の暖房運転時における冷媒の状態を示す圧力−エンタルピ線図である。

符号の説明

10 空気調和装置（冷凍装置）
15 冷媒回路
21 低段側圧縮機（低段側圧縮機構）
31 高段側圧縮機（高段側圧縮機構）
33 気液分離器
50 冷媒熱交換器（冷却手段）
60 液インジェクション通路（冷却手段）

Claims (3)

1. 低段側圧縮機構（21）と高段側圧縮機構（31）と中間圧冷媒の気液分離器（33）とを有し、上記低段側圧縮機構（21）の吐出冷媒を上記高段側圧縮機構（31）が直接吸入すると共に、上記気液分離器（33）内の中間圧ガス冷媒を上記高段側圧縮機構（31）の吸入側に供給する２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路（15）を備えた冷凍装置であって、
   上記低段側圧縮機構（21）の吐出冷媒を冷却する冷却手段（50,60）を備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
2. 請求項１において、
   上記冷却手段（50,60）は、上記低段側圧縮機構（21）の吐出冷媒を、上記気液分離器（33）へ流入する前の中間圧冷媒により冷却する冷媒熱交換器（50）である
   ことを特徴とする冷凍装置。
3. 請求項１において、
   上記冷却手段（50,60）は、一端が上記気液分離器（33）の液層に連通され且つ他端が上記高段側圧縮機構（31）の吸入側に接続されて、上記低段側圧縮機構（21）の吐出冷媒に気液分離器（33）内の中間圧液冷媒を供給する液インジェクション通路（60）である
   ことを特徴とする冷凍装置。

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