JP2013108730A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二段圧縮冷凍サイクルによって暖房運転及び逆サイクル除霜運転を行う空気調和装置において、除霜運転後の暖房運転時におけるアイスアップ現象の発生を抑える。
【解決手段】空気調和装置には、低段側圧縮機において圧縮された冷媒の一部によって室外熱交換器の下部側を加熱することが可能な凍結防止用熱交換器が設けられており、除霜運転後の二段暖房運転の再開初期に、低段側圧縮機において圧縮された冷媒の一部を凍結防止用熱交換器に流す凍結防止制御を行いつつ、高段側圧縮機を起動させずに、低段側圧縮機、室内熱交換器、及び、室外熱交換器の順に冷媒を循環させる単段暖房運転を行う。
【選択図】図１０

Description

本発明は、空気調和装置、特に、二段圧縮冷凍サイクルによって暖房運転及び逆サイクル除霜運転を行う空気調和装置に関する。

従来より、暖房運転及び逆サイクル除霜運転を行う空気調和装置がある。このような空気調和装置では、外気温度が低い条件で暖房運転が行われる際に、冷媒の蒸発器として機能する室外熱交換器で着霜が発生する。この暖房運転において室外熱交換器に発生した霜は、逆サイクル除霜運転を行うことによって融解し、室外熱交換器の下方に配置されている室外ユニットの底板を通じて、ドレン水として排出される。ここで、逆サイクル除霜運転は、圧縮機、室外熱交換器、及び、室内熱交換器の順に冷媒を循環させることによって、圧縮機において圧縮された冷媒によって室外熱交換器を加熱する除霜運転である。また、室外ユニットの底板は、ドレンパンとして機能している。

しかし、外気温度が低い条件では、逆サイクル除霜運転時に発生したドレン水が室外熱交換器の下部側で凍結するおそれがある。このようなドレン水の凍結は、室外熱交換器の下部側における氷の過度な成長（アイスアップ現象）を発生させるおそれがある。

これに対して、特許文献１（特開２００９−１２７９３９号公報）に示すように、室外熱交換器の下部側に補助熱交換器を設け、逆サイクル除霜運転時に、圧縮機において圧縮された冷媒の一部によって補助熱交換器を加熱するように構成した空気調和装置がある。

上記従来の空気調和装置では、除霜運転時におけるドレン水の凍結を防ぐことができる。

しかし、除霜運転が終了してからしばらくの間は、除霜運転を行うことによって融解したドレン水が室外熱交換器の下部側に存在しており、ドレン水の排出が続いている。その後、暖房運転を再開すると、外気温度が低い条件では、ドレン水が排出される前に凍結するおそれがある。このため、上記従来の空気調和装置では、除霜運転後の暖房運転時におけるドレン水の凍結を防ぐことができず、アイスアップ現象が発生するおそれがある。

また、外気温度が低い条件における暖房能力を高めるために、上記従来の空気調和装置において、圧縮機を直列に接続することによって二段圧縮冷凍サイクルを採用することが考えられる。

しかし、このような二段圧縮冷凍サイクルを採用する場合においても、二段圧縮冷凍サイクルを採用しない場合と同様に、除霜運転後の暖房運転時におけるアイスアップ現象が発生するおそれがある。

本発明の課題は、二段圧縮冷凍サイクルによって暖房運転及び逆サイクル除霜運転を行う空気調和装置において、除霜運転後の暖房運転時におけるアイスアップ現象の発生を抑えることにある。

第１の観点にかかる空気調和装置は、低段側圧縮機と高段側圧縮機とを有する圧縮機構、室内熱交換器、及び、室外熱交換器の順に冷媒を循環させる二段暖房運転を行い、圧縮機構、室外熱交換器、及び、室内熱交換器の順に冷媒を循環させる除霜運転を行う空気調和装置である。そして、この空気調和装置において、低段側圧縮機において圧縮された冷媒の一部によって室外熱交換器の下部側を加熱することが可能な凍結防止用熱交換器を設け、除霜運転後の二段暖房運転の再開初期に、低段側圧縮機において圧縮された冷媒の一部を凍結防止用熱交換器に流す暖房再開時凍結防止制御を行いつつ、高段側圧縮機を起動させずに、低段側圧縮機、室内熱交換器、及び、室外熱交換器の順に冷媒を循環させる二段暖房再開時単段暖房運転を行う。

この空気調和装置では、除霜運転後の二段暖房運転時に、低段側圧縮機において圧縮された冷媒の一部を凍結防止用熱交換器に流すことによって、除霜運転後に室外熱交換器の下部側に存在するドレン水を凍結させることなく排出することができる。このため、この空気調和装置では、除霜運転後の暖房運転時におけるアイスアップ現象の発生を抑えることができる。

ここで、除霜運転後の二段暖房運転時に、低段側圧縮機及び高段側圧縮機を起動すると、外気温度が低い条件においては、冷凍サイクルの高圧が低下するため、高圧の低下に応じて低段側圧縮機において圧縮された冷媒の圧力（冷凍サイクルの中間圧）も低下する。このため、凍結防止用熱交換器に流入する冷媒の圧力が低下し、凍結防止用熱交換器に冷媒を供給する冷媒流路において確保される圧力差が小さくなるため、凍結防止用熱交換器を流れる冷媒の流量が小さくなる。そうすると、室外熱交換器の下部側に存在するドレン水の加熱が不十分になるおそれがある。

そこで、この空気調和装置では、上記のように、除霜運転後の二段暖房運転の再開初期だけに、高段側圧縮機を起動させずに、低段側圧縮機、室内熱交換器、及び、室外熱交換器の順に冷媒を循環させる二段暖房再開時単段暖房運転を行うようにしている。このため、この空気調和装置では、低段側圧縮機及び高段側圧縮機を起動する場合に比べて、低段側圧縮機において圧縮された冷媒の圧力が上昇し、凍結防止用熱交換器に冷媒を供給する冷媒流路において確保される圧力差が大きくなるため、凍結防止用熱交換器を流れる冷媒の流量が大きくなる。そうすると、室外熱交換器の下部側に存在するドレン水の加熱が十分に行われるようになる。また、二段暖房再開時単段暖房運転は、暖房能力を低下させるおそれがあるが、ここでは、単段暖房運転を除霜運転後の二段暖房運転の再開初期だけ行うようにしているため、除霜運転後の暖房運転における暖房能力の低下も抑えることができる。

これにより、この空気調和装置では、除霜運転後の暖房運転における暖房能力の低下を抑えつつ、室外熱交換器の下部側を加熱する凍結防止用熱交換器を流れる冷媒の流量を確保して、除霜運転後の暖房運転時におけるアイスアップ現象の発生を抑えることができる。

第２の観点にかかる空気調和装置は、第１の観点にかかる空気調和装置において、二段暖房再開時単段暖房運転を、外気温度が所定の外気温度以下のとき、又は、冷凍サイクルの低圧と高圧との圧力差が所定の高低差以下のときに行う。

上記のように、除霜運転後の二段暖房運転の再開初期だけであっても単段暖房運転を行うことは、一時的に暖房能力を低下させることになるため、できるだけ行わないことが望ましい。

そこで、この空気調和装置では、除霜運転後に室外熱交換器の下部側に存在するドレン水が凍結するおそれのある外気温度が低い条件や凍結防止用熱交換器に冷媒を供給する冷媒流路において確保される圧力差を確保することの難しい冷凍サイクルの圧力差が小さい条件だけに、二段暖房再開時単段暖房運転を行うようにしている。これにより、この空気調和装置では、外気温度が高い条件や冷凍サイクルの圧力差が大きい条件においては、二段暖房再開時単段暖房運転を行なわずに済ませることができる。

これにより、この空気調和装置では、除霜運転後の暖房運転における暖房能力の低下をさらに抑えることができる。

第３の観点にかかる空気調和装置は、第１又は第２の観点にかかる空気調和装置において、外気温度が所定の外気温度よりも高いとき、又は、冷凍サイクルの低圧と高圧との圧力差が所定の高低差以上のときには、除霜運転後の二段暖房運転の再開初期に、暖房再開時凍結防止制御を行い、二段暖房再開時単段暖房運転を行なわない。

凍結防止用熱交換器を流れる冷媒の流量は、凍結防止用熱交換器に冷媒を供給する冷媒流路において確保される圧力差によって決まるため、外気温度が高くなるにつれて、又は、冷凍サイクルの圧力差が大きくなるにつれて大きくなる。このため、仮に、外気温度の条件や冷凍サイクルの圧力差の条件にかかわらず、暖房再開時凍結防止制御及び二段暖房再開時単段暖房運転を行うと、凍結防止用熱交換器を流れる冷媒の流量は、外気温度が低い条件や冷凍サイクルの圧力差が小さい条件よりも、外気温度が高い条件や冷凍サイクルの圧力差が大きい条件のほうが大きくなる。

このとき、凍結防止用熱交換器に冷媒を供給する冷媒流路の流路抵抗を、外気温度が低い条件や冷凍サイクルの圧力差が小さい条件において決定したものとすると、外気温度が高い条件や冷凍サイクルの圧力差が大きい条件においては、凍結防止用熱交換器を流れる冷媒の流量が必要以上に大きくなってしまう。

ここで、除霜運転後の二段暖房運転時に、低段側圧縮機において圧縮された冷媒の一部を凍結防止用熱交換器に流すことは、室内熱交換器に送られる冷媒の流量を減らし、暖房能力を低下させることになる。このため、外気温度の条件や冷凍サイクルの圧力差の条件によらず、凍結防止用熱交換器を流れる冷媒の流量の変動を小さくすることが好ましい。

そこで、この空気調和装置では、上記のように、外気温度が高い条件や冷凍サイクルの圧力差が大きい条件においては、除霜運転後の二段暖房運転の再開初期に、暖房再開時凍結防止制御を行い、二段暖房再開時単段暖房運転を行なわないようにしている。このため、外気温度が高い条件や冷凍サイクルの圧力差が大きい条件においては、除霜運転後の二段暖房運転の再開初期から単段暖房運転が行われることなく、二段暖房運転が行われるため、低段側圧縮機において圧縮された冷媒の圧力が低くなる。そうすると、凍結防止用熱交換器に冷媒を供給する冷媒流路において確保される圧力差が大きくなることが抑えられて、凍結防止用熱交換器を流れる冷媒の流量が、除霜運転後の二段暖房運転の再開初期から単段暖房運転が行われる場合の冷媒の流量に近くなる。

これにより、この空気調和装置では、外気温度が高い条件や冷凍サイクルの圧力差が大きい条件において、暖房再開時凍結防止制御による暖房能力の低下を抑えることができる。

第４の観点にかかる空気調和装置は、第１〜第３の観点のいずれかにかかる空気調和装置において、暖房再開時凍結防止制御を、除霜運転後に所定時間が経過するまで行う。

この空気調和装置では、暖房再開時凍結防止制御を時間で管理するようにしているため、除霜運転後に室外熱交換器の下部側に存在するドレン水を排出するために必要な時間を考慮することができる。また、暖房再開時凍結防止制御とともに二段暖房再開時単段暖房運転を行う場合には、除霜運転後に室外熱交換器の下部側に存在するドレン水を排出するために必要な時間を考慮して、凍結防止用熱交換器に冷媒を供給する冷媒流路において圧力差を確保することができる。

これにより、この空気調和装置では、ドレン水を排出するために必要な時間を考慮して、暖房再開時凍結防止制御や二段暖房再開時単段暖房運転を適切に行うことができる。

第５の観点にかかる空気調和装置は、第４の観点にかかる空気調和装置において、外気温度が低くなるにつれて、外気湿度が高くなるにつれて、又は、除霜運転の運転時間が長くなるにつれて、所定時間を長くする。

除霜運転後に室外熱交換器の下部側に存在するドレン水の量は、外気温度、外気湿度、又は、除霜運転の運転時間によって変化する。具体的には、外気温度が低くなるにつれて、外気湿度が高くなるにつれて、又は、除霜運転の運転時間が長くなるにつれて、ドレン水の量が多くなる。このため、暖房再開時凍結防止制御の所定時間についても、外気温度、外気湿度、又は、除霜運転の運転時間によって変更することが好ましい。

そこで、この空気調和装置では、上記のように、外気温度が低くなるにつれて、外気湿度が高くなるにつれて、又は、除霜運転の運転時間が長くなるにつれて、所定時間を長くするようにしている。このため、この空気調和装置では、外気温度、外気湿度、又は、除霜運転の運転時間によって変化するドレン水の量を考慮することができる。

これにより、この空気調和装置では、外気温度等の条件によるドレン水の量の変化を考慮して、暖房再開時凍結防止制御や二段暖房再開時単段暖房運転を適切に行うことができる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１の観点にかかる空気調和装置では、除霜運転後の暖房運転における暖房能力の低下を抑えつつ、室外熱交換器の下部側を加熱する凍結防止用熱交換器を流れる冷媒の流量を確保して、除霜運転後の暖房運転時におけるアイスアップ現象の発生を抑えることができる。

第２の観点にかかる空気調和装置では、除霜運転後の暖房運転における暖房能力の低下をさらに抑えることができる。

第３の観点にかかる空気調和装置では、外気温度が高い条件や冷凍サイクルの圧力差が大きい条件において、暖房再開時凍結防止制御による暖房能力の低下を抑えることができる。

第４の観点にかかる空気調和装置では、ドレン水を排出するために必要な時間を考慮して、暖房再開時凍結防止制御や二段暖房再開時単段暖房運転を適切に行うことができる。

第５の観点にかかる空気調和装置では、外気温度等の条件によるドレン水の量の変化を考慮して、暖房再開時凍結防止制御や二段暖房再開時単段暖房運転を適切に行うことができる。

本発明の一実施形態にかかる空気調和装置の概略構成図である。 凍結防止用熱交換器及び室外ユニットの底板を含む室外熱交換器の下部側を示す模式図である。 空気調和装置の制御ブロック図である。 冷房運転時及び単段除霜運転時の冷媒の流れを示す概略構成図である。 単段暖房運転時の冷媒の流れを示す概略構成図である。 二段暖房運転時の冷媒の流れを示す概略構成図である。 二段除霜運転時の冷媒の流れを示す概略構成図である。 暖房再開時凍結防止制御のフローチャートである。 暖房再開時凍結防止制御時の冷媒の流れを示す概略構成図である。 二段暖房再開時単段暖房運転のフローチャートである。 暖房再開時凍結防止制御及び二段暖房再開時単段暖房運転を行う時の冷媒の流れを示す概略構成図である。 空気調和装置の各種暖房運転におけるホットガス開閉機構の動作を示す表である。 変形例にかかる空気調和装置の暖房再開時凍結防止制御のフローチャートである。

以下、本発明にかかる空気調和装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。

（１）空気調和装置の構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる空気調和装置１の概略構成図である。空気調和装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うことによって、ビル等の室内の冷暖房に使用される装置である。空気調和装置１は、主として、１台の室外ユニット２と、１台の中間ユニット４と、複数台（ここでは、２台）の室内ユニット５、６と、室外ユニット２と機能ユニット４と室内ユニット５、６とを接続する液冷媒連絡管７及びガス冷媒連絡管８とを有している。すなわち、空気調和装置１の蒸気圧縮式の冷媒回路１０は、室外ユニット２と、機能ユニット４と、室内ユニット５、６と、液冷媒連絡管７及びガス冷媒連絡管８とが接続されることによって構成されている。尚、室内ユニット５、６の台数は、２台に限られるものではなく、１台だけでもよいし、また、３台以上であってもよい。

＜室内ユニット＞
室内ユニット５、６は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、又は、室内の壁面に壁掛け等により設置されている。室内ユニット５、６は、液冷媒連絡管７の一部である第１液冷媒連絡管７ａ及びガス冷媒連絡管８の一部である第２ガス冷媒連絡管８ａを介して機能ユニット４に接続されており、冷媒回路１０の一部を構成している。

次に、室内ユニット５、６の構成について説明する。尚、室内ユニット５と室内ユニット６とは同様の構成であるため、ここでは、室内ユニット５の構成のみ説明し、室内ユニット６の構成については、それぞれ、室内ユニット５の各部を示す５０番台の符号の代わりに６０番台の符号を付して、各部の説明を省略する。

室内ユニット５は、主として、室内膨張弁５１と、室内熱交換器５２とを有している。

室内膨張弁５１は、室内ユニット５を流れる冷媒の圧力や流量等の調節を行う機器である。室内膨張弁５１は、一端側が室内熱交換器５２の液側に接続されており、他端側が第１液冷媒連絡管７ａに接続されている。ここでは、室内膨張弁５１として、電動膨張弁が使用されている。

室内熱交換器５２は、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。室内熱交換器５２は、液側が室内膨張弁５１に接続されており、ガス側が第１ガス冷媒連絡管８ａに接続されている。室内熱交換器５２は、ここでは、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。尚、室内熱交換器５２の型式は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器に限られるものではなく、例えば、コルゲートフィンや扁平管を使用した積層型熱交換器等の他の型式の熱交換器であってもよい。

また、室内ユニット５は、室内ユニット５内に室内空気を吸入して、室内熱交換器５２において冷媒と熱交換させた後に、供給空気として室内に供給するための室内ファン５３を有している。ここでは、室内ファン５３として、室内ファンモータ５３ａによって駆動される遠心ファンや多翼ファン等が使用されている。

また、室内ユニット５は、室内ユニット５を構成する各部の動作を制御する室内側制御部５４を有している。そして、室内側制御部５４は、室内ユニット５の制御を行うためのマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット５を個別に操作するためのリモートコントローラ（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行ったり、室外ユニット２や機能ユニット４との間で伝送線９ａを介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。

＜室外ユニット＞
室外ユニット２は、ビル等の室外に設置されている。室外ユニット２は、液冷媒連絡管７の一部である第２液冷媒連絡管７ｂ及びガス冷媒連絡管８の一部である第２ガス冷媒連絡管８ｂを介して機能ユニット４に接続されており、冷媒回路１０の一部を構成している。

次に、室外ユニット２の構成について説明する。室外ユニット２は、主として、機能ユニット４の高段側圧縮機３２（後述）とともに圧縮機構２０を構成する低段側圧縮機２１と、切換機構２２、３１と、室外熱交換器２３と、室外膨張弁２４と、凍結防止用熱交換器２５とを有している。

低段側圧縮機２１は、冷媒を圧縮する機器である。低段側圧縮機２１は、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素（図示せず）を低段側圧縮機モータ２１ａによって回転駆動する密閉式構造となっている。低段側圧縮機２１は、吸入側に第１ガス冷媒管２６ａが接続されており、吐出側に第２ガス冷媒管２６ｂが接続されている。第１ガス冷媒管２６ａは、低段側圧縮機２１の吸入側と第１切換機構２２の第１ポート２２ａとを接続する冷媒管である。第２ガス冷媒管２６ｂは、低段側圧縮機２１の吐出側と第１切換機構２２の第２ポート２２ｂとを接続する冷媒管である。尚、ここでは、１台の低段側圧縮機２１が高段側圧縮機３２とともに圧縮機構２０を構成しているが、複数台の低段側圧縮機２１を並列に接続したものと高段側圧縮機３２とによって圧縮機構２０を構成してもよい。

切換機構２２、３１は、冷媒回路１０における冷媒の流れの方向を切り換えるための機構である。切換機構２２、３１は、冷房運転時及び除霜運転時には、室外熱交換器２３を低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒の凝縮器として機能させ、かつ、室内熱交換器５２、６２を室外熱交換器２３において凝縮した冷媒の蒸発器として機能させる切り換えを行う。すなわち、第１切換機構２２は、冷房運転時及び除霜運転時には、第２ポート２２ｂと第３ポート２２ｃとを連通させ、かつ、第１ポート２２ａと第４ポート２２ｄとを連通させる切り換えを行う。しかも、第２切換機構３１は、冷房運転時及び除霜運転時には、第２ポート３１ｂと第３ポート３１ｃとを連通させ、かつ、第１ポート３１ａと第４ポート３１ｄとを連通させる切り換えを行う。これにより、低段側圧縮機２１の吐出側（ここでは、第２ガス冷媒管２６ｂ）と室外熱交換器２３のガス側（ここでは、第３ガス冷媒管２６ｃ）とが接続される（図１の第１切換機構２２の実線を参照）。しかも、低段側圧縮機２１の吸入側（ここでは、第１ガス冷媒管２６ａ）と第２ガス冷媒連絡管８ｂ側（ここでは、第５ガス冷媒管２６ｆ及び第６ガス冷媒管２６ｇ）とが接続される（図１の第２切換機構３１の実線を参照）。また、切換機構２２、３１は、暖房運転時には、室外熱交換器２３を室内熱交換器４２、５２において凝縮した冷媒の蒸発器として機能させ、かつ、室内熱交換器５２、６２を低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒の凝縮器として機能させる切り換えを行う。すなわち、第１切換機構２２は、暖房運転時には、第２ポート２２ｂと第４ポート２２ｄとを連通させ、かつ、第１ポート２２ａと第３ポート２２ｃとを連通させる切り換えを行う。しかも、第２切換機構３１は、暖房運転時には、第２ポート３１ｂと第４ポート３１ｄとを連通させ、かつ、第１ポート３１ａと第３ポート３１ｃとを連通させる切り換えを行う。これにより、低段側圧縮機２１の吐出側（ここでは、第２ガス冷媒管２６ｂ）とガス冷媒連絡管８側（ここでは、第４ガス冷媒管２６ｄ及び第５ガス冷媒管２６ｆ）とが接続される（図１の第２切換機構３１の破線を参照）。しかも、低段側圧縮機２１の吸入側（ここでは、第１ガス冷媒管２６ａ）と室外熱交換器２３のガス側（ここでは、第３ガス冷媒管２６ｃ）とが接続される（図１の第１切換機構２２の破線を参照）。第３ガス冷媒管２６ｃは、第１切換機構２２の第３ポート２２ｃと室外熱交換器２３のガス側とを接続する冷媒管である。第４ガス冷媒管２６ｄは、第２ガス冷媒管２６ｂの途中部分と第２切換機構３１の第４ポート３１ｄとを接続する冷媒管である。第５ガス冷媒管２６ｆは、第２切換機構３１の第２ポート３１ｂと第２ガス冷媒連絡管８ｂ側とを接続する冷媒管である。第１切換機構２２は、ここでは、四路切換弁である。そして、第１切換機構２２の第４ポート２２ｄは、非常に流路抵抗が大きいキャピラリチューブからなる第７ガス冷媒管２６ｈを通じて、第１ガス冷媒管２６ａに接続されている。このため、第７ガス冷媒管２６ｈには、ほとんど冷媒が流れないようになっており、これにより、第１切換機構２２は、第１〜第３ポート２２ａ〜２２ｃを有する３方弁として機能している。また、第２切換機構３１の第１ポート３１ａは、非常に流路抵抗が大きいキャピラリチューブからなる第８ガス冷媒管２６ｉを通じて、第６ガス冷媒管２６ｇに接続されている。このため、第８ガス冷媒管２６ａには、ほとんど冷媒が流れないようになっており、これにより、第２切換機構３１は、第２〜第４ポート３１ｂ〜３１ｄを有する３方弁として機能している。尚、ここでは、切換機構２２、３１の構成は、２つの四路切換弁を用いたものに限られるものではなく、例えば、１つの四路切換弁によって構成してもよいし、複数の電磁弁等を上記の切り換え機能を果たすように接続した構成であってもよい。

室外熱交換器２３は、冷房運転時及び除霜運転時には冷媒の凝縮器として機能し、暖房運転時には冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。室外熱交換器２３は、液側が第１液冷媒管２６ｅに接続されており、ガス側が第３ガス冷媒管２６ｃに接続されている。第１液冷媒管２６ｅは、室外熱交換器２３の液側と第２液冷媒連絡管７ｂ側とを接続する冷媒管である。室外熱交換器２３は、ここでは、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。尚、室外熱交換器２３の型式は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器に限られるものではなく、例えば、コルゲートフィンや扁平管を使用した積層型熱交換器等の他の型式の熱交換器であってもよい。

室外膨張弁２４は、室外ユニット２を流れる冷媒の圧力や流量等の調節を行う機器である。室外膨張弁２４は、第１液冷媒管２６ｅに設けられている。ここでは、室外膨張弁２４として、電動膨張弁が使用されている。

凍結防止用熱交換器２５は、圧縮機構２０を構成する低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒の一部によって室外熱交換器２３の下部側を加熱する熱交換器である。凍結防止用熱交換器２５は、ホットガスバイパス管２７に設けられている。凍結防止用熱交換器２５は、ここでは、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、図２に示すように、室外熱交換器２３の下部と一体化している。具体的には、室外熱交換器２３及び凍結防止用熱交換器２５は、一体のフィン・アンド・チューブ型熱交換器として構成されており、上部側の伝熱管及びフィンが室外熱交換器２３を構成しており、下部側の伝熱管及びフィンが凍結防止用熱交換器２５を構成している。凍結防止用熱交換器２５の下端部は、室外熱交換器２３及び凍結防止用熱交換器２５において発生したドレン水を受けるドレンパンとして機能する室外ユニット２の底板２ａ上に配置されている。底板２ａには、排出口２ｂが形成されており、底板２ａ上で受けたドレン水を室外ユニット２外に排出することができるようになっている。ここで、図２は、凍結防止用熱交換器２５及び室外ユニット２の底板２ａを含む室外熱交換器２３の下部側を示す模式図である。尚、凍結防止用熱交換器２５の型式は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器に限られるものではなく、例えば、コルゲートフィンや扁平管を使用した積層型熱交換器等の他の型式の熱交換器であってもよい。

ホットガスバイパス管２７は、低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒の一部を分岐する冷媒管である。ホットガスバイパス管２７は、一端側が第２ガス冷媒管２６ｃの途中部分から分岐するように接続されており、他端側が第１液冷媒管２６ｅの室外熱交換器２３の液側と室外膨張弁２４との間の部分に合流するように接続されている。ホットガスバイパス管２７の凍結防止用熱交換器２５の出口側の部分には、ホットガス減圧機構２７ａと、ホットガス開閉機構２７ｂと、ホットガス逆止機構２７ｃとが設けられている。ホットガス減圧機構２７ａは、冷媒を減圧する機器である。ここでは、ホットガス減圧機構２７ａとして、キャピラリチューブが使用されている。ホットガス開閉機構２７ｂは、ホットガスバイパス管２７に低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒の一部を分岐する場合に開け、ホットガスバイパス管２７に低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒の一部を分岐しない場合に閉めることが可能な機器である。ここでは、ホットガス開閉機構２７ｂとして、電磁弁が使用されている。ホットガス逆止機構２７ｃは、凍結防止用熱交換器２５の出口側から第１液冷媒管２６ｅ側への冷媒の流れを許容し、その逆方向の流れを遮断する機構である。ここでは、ホットガス逆止機構２７ｃとして、逆止弁が使用されている。尚、ここでは、後述のように、外気温度が低い条件における暖房能力を高めるために、室外ユニット２と室内ユニット５、６との間に機能ユニットを接続することによって、二段圧縮冷凍サイクルを行うことができるようにしている。そして、着霜が発生する室外熱交換器２３が室外ユニット２に設けられている。このため、凍結防止用熱交換器２５を室外ユニット２に設けるとともに、凍結防止用熱交換器２５の加熱源として、室外ユニット２に設けられた低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒の一部を使用するホットガスバイパス管２７を設けるようにしている。これにより、ホットガスバイパス管２７を、室外ユニット２内に収まる構成にして、室外ユニット２と機能ユニット４との間を跨るような構成になるのを避けるようにしている。

また、室外ユニット２は、室外ユニット２内に室外空気を吸入して、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換させた後に、室外ユニット２外に排出するための室外ファン２８を有している。ここでは、室外ファン２８として、室外ファンモータ２８ａによって駆動される軸流ファン等が使用されている。また、凍結防止用熱交換器２５は、図２に示すように、室外熱交換器２３の下部と一体化しているため、室外ファン２８は、室外熱交換器２３だけでなく、凍結防止用熱交換器２５にも室外空気を供給するようになっている。

また、室外ユニット２には、各種のセンサが設けられている。具体的には、室外ユニット２には、主として、吸入圧力センサ２９ａと、吐出圧力センサ２９ｂと、室外熱交温度センサ２９ｃと、外気温度センサ２９ｄとが設けられている。吸入圧力センサ２９ａは、低段側圧縮機２１の吸入圧力Ｐｓを検出する圧力センサである。吐出圧力センサ２９ｂは、低段側圧縮機２１の吐出圧力Ｐｄ１を検出する圧力センサである。室外熱交温度センサ２９ｃは、室外熱交換器２３を流れる冷媒の温度Ｔｂを検出する温度センサである。外気温度センサ２９ｄは、室外ユニット２における外気温度Ｔａを検出する温度センサである。

また、室外ユニット２は、室外ユニット２を構成する各部の動作を制御する室外側制御部３０を有している。そして、室外側制御部３０は、室外ユニット２の制御を行うためのマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット５、６の室内側制御部５４、６４や機能ユニット４との間で伝送線９ａを介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。

＜機能ユニット＞
機能ユニット４は、外気温度が低い条件における暖房能力を高めるために、室外ユニット２と室内ユニット５、６との間に接続されることによって、二段圧縮冷凍サイクルを行うことを可能にするユニットであり、ビル等の室外に設置されている。機能ユニット４は、第１液冷媒連絡管７ａ及び第１ガス冷媒連絡管８ａを介して室内ユニット５、６に接続されており、かつ、第２液冷媒連絡管７ｂ及び第２ガス冷媒連絡管８ｂを介して室外ユニット２に接続されており、冷媒回路１０の一部を構成している。

次に、機能ユニット４の構成について説明する。機能ユニット４は、主として、室外ユニット２の低段側圧縮機２１とともに圧縮機構２０を構成する高段側圧縮機３２と、気液分離器３３と、第９ガス冷媒管３４ａと、第２液冷媒管３４ｂとを有している。

第９ガス冷媒管３４ａは、第１ガス冷媒連絡管８ａと第２ガス冷媒連絡管８ｂとを接続する冷媒管である。第９ガス冷媒管３４ａには、第１ガス冷媒開閉機構３５が設けられている。ここでは、第１ガス冷媒開閉機構３５として、電磁弁が使用されている。

第２液冷媒管３４ｂは、第１液冷媒連絡管７ａと第２液冷媒連絡管７ｂとを接続する冷媒管である。第２液冷媒管３４ｂは、第３液冷媒管３４ｃと、第３液冷媒管３４ｃに並列に接続される第４液冷媒管３４ｄとを有している。第３液冷媒管３４ｃは、第２液冷媒連絡管７ｂから第１液冷媒連絡管７ａに向かって冷媒を流すための冷媒管である。第３液冷媒管３４ｃには、第１液冷媒逆止機構３６が設けられている。第１液冷媒逆止機構３６は、第２液冷媒連絡管７ｂ側から第１液冷媒連絡管７ａ側への冷媒の流れを許容し、その逆方向の流れを遮断する機構である。ここでは、第１液冷媒逆止機構３６として、逆止弁が使用されている。第４液冷媒管３４ｄは、第１液冷媒連絡管７ａから第２液冷媒連絡管７ｂに向かって冷媒を流すための冷媒管である。第４液冷媒管３４ｄには、第１液冷媒開閉機構３７と、第２液冷媒逆止機構３８とが設けられている。ここでは、第１液冷媒開閉機構３７として、電磁弁が使用されている。第２液冷媒逆止機構３８は、第１液冷媒連絡管７ａ側から第２液冷媒連絡管７ｂ側への冷媒の流れを許容し、その逆方向の流れを遮断する機構である。ここでは、第２液冷媒逆止機構３８として、逆止弁が使用されている。

高段側圧縮機３２は、冷媒を圧縮する機器である。高段側圧縮機３２は、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素（図示せず）を高段側圧縮機モータ３２ａによって回転駆動する密閉式構造となっている。高段側圧縮機３２は、吸入側に第１０ガス冷媒管３４ｅが接続されており、吐出側に第１１ガス冷媒管３４ｆが接続されている。第１０ガス冷媒管３４ｅは、高段側圧縮機３２の吸入側と第９ガス冷媒管３４ａの第１ガス冷媒開閉機構３５よりも第２ガス冷媒連絡管８ｂ側の部分とを接続する冷媒管である。第１０ガス冷媒管３４ｅには、高段吸入膨張弁３９が設けられている。高段吸入膨張弁３９は、低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒を高段側圧縮機３２に吸入させてさらに圧縮する場合に開け、低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒を高段側圧縮機３２に吸入させない場合に閉めることが可能な機器である。ここでは、高段吸入膨張弁３９として、電動膨張弁が使用されている。第１１ガス冷媒管３４ｆは、高段側圧縮機３２の吐出側と第９ガス冷媒管３４ａの第１ガス冷媒開閉機構３５よりも第１ガス冷媒連絡管８ａ側の部分とを接続する冷媒管である。

気液分離器３３は、第２液冷媒管３４ｂを流れる冷媒を導入してガス冷媒と液冷媒とに分離する機器である。ここでは、気液分離器３３として、縦型円筒形状の容器が使用されている。気液分離器３３には、第５液冷媒管３４ｇと、第６液冷媒管３４ｈと、第１２ガス冷媒管３４ｉとが接続されている。第５液冷媒管３４ｇは、第４液冷媒管３４ｄの第１液冷媒開閉機構３７及び第２液冷媒逆止機構３８よりも第１液冷媒連絡管７ａ側の部分と気液分離器３３の上下方向中央部に形成された冷媒入口との間を接続する冷媒管である。第５液冷媒管３４ｇには、第２液冷媒開閉機構４０と、第３液冷媒逆止機構４１とが設けられている。ここでは、第２液冷媒開閉機構４０として、電磁弁が使用されている。第３液冷媒逆止機構４１は、第２液冷媒管３４ｂ側から気液分離器３３の冷媒入口側への冷媒の流れを許容し、その逆方向の流れを遮断する機構である。ここでは、第３液冷媒逆止機構４１として、逆止弁が使用されている。第６液冷媒管３４ｈは、第４液冷媒管３４ｄの第１液冷媒開閉機構３７及び第２液冷媒逆止機構３８よりも第２液冷媒連絡管７ｂ側の部分と気液分離器３３の下部に形成された液冷媒出口との間を接続する冷媒管である。第６液冷媒管３４ｈには、第４液冷媒逆止機構４２が設けられている。第４液冷媒逆止機構４２は、気液分離器３３の液冷媒出口側から第２液冷媒管３４ｂ側への冷媒の流れを許容し、その逆方向の流れを遮断する機構である。ここでは、第４液冷媒逆止機構４２として、逆止弁が使用されている。第１２ガス冷媒管３４ｉは、第１０ガス冷媒管３４ｅの高段吸入膨張弁３９よりも高段側圧縮機３２側の部分と気液分離器３３の上部に形成されたガス冷媒出口との間を接続する冷媒管である。

また、機能ユニット４には、各種のセンサが設けられている。具体的には、機能ユニット４には、主として、吐出圧力センサ４３が設けられている。吐出圧力センサ４３は、高段側圧縮機３２の吐出圧力Ｐｄ２を検出する圧力センサである。

また、機能ユニット４は、機能ユニット４を構成する各部の動作を制御する機能側制御部４４を有している。そして、機能側制御部４４は、機能ユニット４の制御を行うためのマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット５、６の室内側制御部５４、６４や室外ユニット２の室外側制御部３０との間で伝送線９ａを介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。すなわち、室内側制御部５４、６４と室外側制御部３０と機能側制御部４４と制御部３０、４４、５４、６４間を接続する伝送線９ａとによって、空気調和装置１全体の運転制御を行う制御部９が構成されている。

制御部９は、図３に示すように、各種運転設定や各種センサ２９ａ〜２９ｄ、４３の検出値等に基づいて、各種機器及び弁２１ａ、２２、２４、２７ｂ、２８ａ、３２ａ、３５、３７、３９、４０、５１、５３ａ、６１、６３ａの動作を制御することができるようになっている。ここで、図３は、空気調和装置１の制御ブロック図である。

＜冷媒連絡管＞
冷媒連絡配管７、８は、空気調和装置１をビル等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒管であり、設置場所や室外ユニットと室内ユニットとの組み合わせ等の設置条件に応じて種々の長さや管径を有するものが使用される。

以上のように、室外ユニット２と、機能ユニット４と、室内ユニット５、６と、冷媒連絡管７、８とが接続されることによって、空気調和装置１の冷媒回路１０が構成されている。そして、空気調和装置１は、室内側制御部５４、６４と機能側制御部４４と室外側制御部３０とから構成される制御部９によって、以下に説明する冷房運転、暖房運転、及び、除霜運転等の各種運転を行うことができるようになっている。

（２）空気調和装置の動作
空気調和装置１は、主として、冷房運転、暖房運転、及び、除霜運転を行うことができる。冷房運転は、室内空気を冷却するために、主として、圧縮機構２０、室外熱交換器２３、及び、室内熱交換器５２、６２の順に冷媒を循環させる運転である。冷房運転は、ここでは、圧縮機構２０のうち低段側圧縮機２１だけを運転する単段圧縮冷凍サイクルを行う。暖房運転は、室内空気を加熱するために、主として、圧縮機構２０、室内熱交換器５２、６２、及び、室外熱交換器２３の順に冷媒を循環させる運転である。暖房運転には、外気温度が高い条件における単段暖房運転と、外気温度が低い条件における二段暖房運転とがある。単段暖房運転は、圧縮機構２０のうち低段側圧縮機２１だけを運転する単段圧縮冷凍サイクルを行う。二段暖房運転は、圧縮機構２０のうち低段側圧縮機２１及び高段側圧縮機３２の両方を運転する二段圧縮冷凍サイクルを行う。除霜運転は、暖房運転によって室外熱交換器２３に発生した霜を融解させるために、主として、圧縮機構２０、室外熱交換器２３、及び、室内熱交換器５２、６２の順に循環させる運転である。すなわち、除霜運転は、暖房運転とは冷媒の流れ方向を逆にする、いわゆる逆サイクル除霜運転である。除霜運転には、暖房運転と同様に、外気温度が高い条件における単段除霜運転と、外気温度が低い条件における二段除霜運転とがある。単段除霜運転は、圧縮機構２０のうち低段側圧縮機２１だけを運転する単段圧縮冷凍サイクルを行う。二段除霜運転は、圧縮機構２０のうち低段側圧縮機２１及び高段側圧縮機３２の両方を運転する二段圧縮冷凍サイクルを行う。以下、空気調和装置１の各種運転時の動作について説明する。

＜冷房運転＞
まず、冷房運転について、図４を用いて説明する。ここで、図４は、空気調和装置１の冷房運転時の冷媒の流れを示す概略構成図である。

冷房運転時には、切換機構２２、３１が図４の実線で示される状態、すなわち、第１切換機構２２については、第２ポート２２ｂと第３ポート２２ｃとを連通させ、かつ、第１ポート２２ａと第４ポート２２ｄとを連通させる切り換えを行い、第２切換機構３１については、第２ポート３１ｂと第３ポート３１ｃとを連通させ、かつ、第１ポート３１ａと第４ポート３１ｄとを連通させる切り換えを行う。また、第１ガス冷媒開閉機構３５が開けられ、第１液冷媒開閉機構３７、高段吸入膨張弁３９及び第２液冷媒開閉機構４０が閉止される。これにより、冷媒回路１０では、室外熱交換器２３を低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒の凝縮器として機能させ、かつ、室内熱交換器５２、６２を室外熱交換器２３において凝縮した冷媒の蒸発器として機能させる単段圧縮冷凍サイクルが行われる。

この冷媒回路１０において、冷凍サイクルにおける低圧のガス冷媒は、低段側圧縮機２１に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となる。この高圧のガス冷媒は、第１切換機構２２を通じて室外熱交換器２３に送られて、室外ファン２８によって供給される室外空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となる。この高圧の液冷媒は、室外膨張弁２４、第２液冷媒連絡管７ｂ、第１液冷媒逆止機構３６及び第１液冷媒連絡管７ａを通じて、室内膨張弁５１、６１に送られて、減圧されて低圧の冷媒となる。この低圧の冷媒は、室内熱交換器５２、６２に送られて、室内ファン５３、６３によって供給される室内空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となる。この低圧のガス冷媒は、第１ガス冷媒連絡管８ａ、第１ガス冷媒開閉機構３５、第２ガス冷媒連絡管８ｂ及び第２切換機構３１を通じて、再び、低段側圧縮機２１に吸入される。

この冷房運転時には、ホットガス開閉機構２７ｂが開けられる。このため、低段側圧縮機２１において圧縮されて第２ガス冷媒管２６ｂを流れる高圧の冷媒の一部は、ホットガスバイパス管２７に分岐される。このホットガスバイパス管２７に分岐された高圧の冷媒は、凍結防止用熱交換器２５に送られて、室外熱交換器２３の下部側を加熱する。すなわち、凍結防止用熱交換器２５は、室外熱交換器２３と同様に、冷媒の凝縮器として機能する。これにより、低段側圧縮機２１において圧縮された高圧のガス冷媒の一部は、ホットガスバイパス管２７を通じて凍結防止用熱交換器２５に送られて、室外ファン２８によって供給される室外空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となる。この高圧の液冷媒は、ホットガス減圧機構２７ａ、ホットガス開閉機構２７ｂ及びホットガス逆止機構２７ｃを通じて液冷媒管２６ｅに送られて、室外熱交換器２３からの高圧の液冷媒と合流する。このように、空気調和装置１では、冷房運転時に、室外熱交換器２３だけでなく、凍結防止用熱交換器２５も冷媒の凝縮器として機能するようになっている。これにより、空気調和装置１では、冷房運転時において、室外熱交換器２３だけを冷媒の凝縮器として機能させる場合に比べて、室内熱交換器５２、６２に送られる冷媒の冷却が促進され、冷房能力が向上している。

＜単段暖房運転＞
次に、単段暖房運転について、図５を用いて説明する。ここで、図５は、空気調和装置１の単段暖房運転時の冷媒の流れを示す概略構成図である。

単段暖房運転は、上記のように、外気温度が高い条件、すなわち、暖房能力を確保しやすい条件に行われる暖房運転である。ここでは、外気温度センサ２９ｄによって検出される外気温度Ｔａが所定の第１外気温度Ｔａｓ１（例えば、５℃）以上の場合に、単段暖房運転が行われる。

単段暖房運転時には、切換機構２２、３１が図５の破線で示される状態、すなわち、第１切換機構２２については、第２ポート２２ｂと第４ポート２２ｄとを連通させ、かつ、第１ポート２２ａと第３ポート２２ｃとを連通させる切り換えを行い、第２切換機構３１については、第２ポート３１ｂと第４ポート３１ｄとを連通させ、かつ、第１ポート３１ａと第３ポート３１ｃとを連通させる切り換えを行う。また、第１ガス冷媒開閉機構３５及び第１液冷媒開閉機構３７が開けられ、高段吸入膨張弁３９及び第２液冷媒開閉機構４０が閉止される。これにより、冷媒回路１０では、室外熱交換器２３を室内熱交換器４２、５２において凝縮した冷媒の蒸発器として機能させ、かつ、室内熱交換器５２、６２を低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒の凝縮器として機能させる単段圧縮冷凍サイクルが行われる。

この冷媒回路１０において、冷凍サイクルにおける低圧のガス冷媒は、低段側圧縮機２１に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となる。この高圧のガス冷媒は、第１切換機構２２、第２切換機構３１、第２ガス冷媒連絡管８ｂ、第１ガス冷媒開閉機構３５及び第１ガス冷媒連絡管８ａを通じて室内熱交換器５２、６２に送られて、室内ファン５３、６３によって供給される室内空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となる。この高圧の液冷媒は、室内膨張弁５１、６１、第１液冷媒連絡管７ａ、第１液冷媒開閉機構３７、第２液冷媒逆止機構３８及び第２液冷媒連絡管７ｂを通じて、室外膨張弁２４に送られて、減圧されて低圧の冷媒となる、この低圧の冷媒は、室外熱交換器２３に送られて、室外ファン２８によって供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となる。この低圧のガス冷媒は、第１切換機構２２を通じて、再び、低段側圧縮機２１に吸入される。

この単段暖房運転時には、ホットガス開閉機構２７ｂが閉止される。このため、低段側圧縮機２１において圧縮されて第２ガス冷媒管２６ｂを流れる高圧の冷媒は、ホットガスバイパス管２７に分岐されることはない。すなわち、単段暖房運転時においては、凍結防止用熱交換器２５には、冷媒が流れることはない。このように、空気調和装置１では、単段暖房運転時において、低段側圧縮機２１において圧縮された高圧のガス冷媒が、すべて室内熱交換器５２、６２に送られるようになっている。このように、空気調和装置１では、単段暖房運転時において、凍結防止用熱交換器２５に冷媒を流す場合に比べて、室内熱交換器５２、６２に送られる冷媒の流量が多くなり、暖房能力の低下が抑えられている。

＜二段暖房運転＞
次に、二段暖房運転について、図６を用いて説明する。ここで、図６は、空気調和装置１の二段暖房運転時の冷媒の流れを示す概略構成図である。

二段暖房運転は、上記のように、外気温度が低い条件、すなわち、暖房能力を確保しにくい条件に行われる暖房運転である。ここでは、外気温度センサ２９ｄによって検出される外気温度Ｔａが所定の第１外気温度Ｔａｓ１（例えば、５℃）未満の場合に、二段暖房運転が行われる。

二段暖房運転時には、切換機構２２、３１が図６の破線で示される状態、すなわち、第１切換機構２２については、第２ポート２２ｂと第４ポート２２ｄとを連通させ、かつ、第１ポート２２ａと第３ポート２２ｃとを連通させる切り換えを行い、第２切換機構３１については、第２ポート３１ｂと第４ポート３１ｄとを連通させ、かつ、第１ポート３１ａと第３ポート３１ｃとを連通させる切り換えを行う。また、高段吸入膨張弁３９及び第２液冷媒開閉機構４０が開けられ、第１ガス冷媒開閉機構３５及び第１液冷媒開閉機構３７が閉止される。これにより、冷媒回路１０では、室外熱交換器２３を室内熱交換器４２、５２において凝縮した冷媒の蒸発器として機能させ、かつ、室内熱交換器５２、６２を低段側圧縮機２１及び高段側圧縮機３２において圧縮された冷媒の凝縮器として機能させる二段圧縮冷凍サイクルが行われる。

この冷媒回路１０において、冷凍サイクルにおける低圧のガス冷媒は、低段側圧縮機２１に吸入されて圧縮されて中間圧のガス冷媒となる。この中間圧のガス冷媒は、第１切換機構２２、第２切換機構３１、第２ガス冷媒連絡管８ｂ及び高段吸入膨張弁３９を通じて、高段側圧縮機３２に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となる。この高圧のガス冷媒は、第１ガス冷媒連絡管８ａを通じて室内熱交換器５２、６２に送られて、室内ファン５３、６３によって供給される室内空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となる。この高圧の液冷媒は、室内膨張弁５１、６１、第１液冷媒連絡管７ａ、第２液冷媒開閉機構４０及び第３液冷媒逆止機構４１を通じて気液分離器３３に送られて、ガス冷媒と液冷媒とに分離される。この気液分離器３３において分離されたガス冷媒は、高段側圧縮機３２に吸入される。また、この気液分離器３３において分離された液冷媒は、第４液冷媒逆止機構４２及び第２液冷媒連絡管７ｂを通じて、室外膨張弁２４に送られて、減圧されて低圧の冷媒となる。この低圧の冷媒は、室外熱交換器２３に送られて、室外ファン２８によって供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となる。この低圧のガス冷媒は、第１切換機構２２を通じて、再び、低段側圧縮機２１に吸入される。

この二段暖房運転時には、後述の暖房再開時凍結防止制御を行う場合を除き、ホットガス開閉機構２７ｂが閉止される。このため、低段側圧縮機２１において圧縮されて第２ガス冷媒管２６ｂを流れる中間圧の冷媒は、後述の暖房再開時凍結防止制御を行う場合を除き、ホットガスバイパス管２７に分岐されることはない。すなわち、二段暖房運転時においては、後述の暖房再開時凍結防止制御を行う場合を除き、凍結防止用熱交換器２５には、冷媒が流れることはない。このように、空気調和装置１では、二段暖房運転時において、後述の暖房再開時凍結防止制御を行う場合を除き、低段側圧縮機２１において圧縮された中間圧のガス冷媒が、すべて高段側圧縮機３２において圧縮されて高圧のガス冷媒となり、室内熱交換器５２、６２に送られるようになっている。このように、空気調和装置１では、二段暖房運転時において、凍結防止用熱交換器２５に冷媒を流す場合に比べて、室内熱交換器５２、６２に送られる冷媒の流量が多くなり、暖房能力の低下が抑えられている。

＜単段除霜運転＞
次に、単段除霜運転について、図４を用いて説明する。ここで、図４は、空気調和装置１の単段除霜運転時の冷媒の流れを示す概略構成図である。

単段除霜運転は、暖房運転と同様に、外気温度が高い条件に行われる除霜運転である。ここでは、単段暖房運転と同様に、外気温度センサ２９ｄによって検出される外気温度Ｔａが所定の第１外気温度Ｔａｓ１以上の場合に、単段除霜運転が行われる。

単段除霜運転は、上記のように、単段暖房運転とは冷媒の流れ方向を逆にする逆サイクル除霜運転である。このため、単段除霜運転時には、切換機構２２、３１が図４の実線で示される状態、すなわち、第１切換機構２２については、第２ポート２２ｂと第３ポート２２ｃとを連通させ、かつ、第１ポート２２ａと第４ポート２２ｄとを連通させる切り換えを行い、第２切換機構３１については、第２ポート３１ｂと第３ポート３１ｃとを連通させ、かつ、第１ポート３１ａと第４ポート３１ｄとを連通させる切り換えを行う。また、第１ガス冷媒開閉機構３５が開けられ、第１液冷媒開閉機構３７、高段吸入膨張弁３９及び第２液冷媒開閉機構４０が閉止される。これにより、冷媒回路１０では、室外熱交換器２３を低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒の凝縮器として機能させ、かつ、室内熱交換器５２、６２を室外熱交換器２３において凝縮した冷媒の蒸発器として機能させる単段圧縮冷凍サイクルが行われる。

ここで、単段除霜運転は、制御部９が暖房運転時に室外熱交換器２３に着霜が発生したと判定した場合に行われる。この判定は、室外熱交温度センサ２９ｃによって検出される室外熱交換器２３を流れる冷媒の温度Ｔｂや暖房運転の積算時間に基づいて行われる。例えば、室外熱交温度センサ２９ｃによって検出される冷媒の温度Ｔｂが、室外熱交換器２３に着霜が発生したとみなすことができる所定温度以下まで低下したことが検知された場合、又は、暖房運転の積算時間が室外熱交換器２３に着霜が発生したとみなすことができる所定時間を経過した場合には、室外熱交換器２３に着霜が発生しているものと判定し、このような温度条件や時間条件に達していない場合には、室外熱交換器２３に着霜が発生していないものと判定するものである。

この冷媒回路１０において、冷媒は、上記の冷房運転時と同様の流れ方向に循環することになる。そして、低段側圧縮機２１に圧縮されて第２ガス冷媒管２６ｂを流れる高圧の冷媒は、切換機構２２を通じて室外熱交換器２３に送られて、室外熱交換器２３を加熱する。これにより、暖房運転において室外熱交換器２３に発生した霜は、融解してドレン水となり、室外熱交換器２３と一体化した凍結防止用熱交換器２５を通じて、室外熱交換器２３の下方に配置されたドレンパンとしての室外ユニット２の底板２ａ上に溜まる。この底板２ａ上に溜まったドレン水は、底板２ａ上に形成された排出口２ｂを通じて、室外ユニット２外に排出される。

そして、単段除霜運転は、制御部９が室外熱交換器２３の除霜が完了したと判定した場合に終了する。この判定は、室外熱交温度センサ２９ｃによって検出される室外熱交換器２３を流れる冷媒の温度Ｔｂや単段除霜運転の運転時間に基づいて行われる。例えば、室外熱交温度センサ２９ｃによって検出される冷媒の温度Ｔｂが、霜が融解したものとみなすことができる温度以上であることが検知された場合、又は、単段除霜運転の運転時間が所定時間以上経過した場合には、室外熱交換器２３の除霜が完了したものと判定し、このような温度条件や時間条件に達していない場合には、室外熱交換器２３の除霜が完了していないものと判定するものである。

この単段除霜運転時には、上記の冷房運転時と同様に、ホットガス開閉機構２７ｂが開けられる。このため、低段側圧縮機２１において圧縮されて第２ガス冷媒管２６ｂを流れる高圧の冷媒の一部は、ホットガスバイパス管２７に分岐される。このホットガスバイパス管２７に分岐された高圧の冷媒は、凍結防止用熱交換器２５に送られて、室外熱交換器２３の下部側を加熱する。すなわち、凍結防止用熱交換器２５は、単段除霜運転を行うことによって融解したドレン水の加熱器として機能する。これにより、単段除霜運転時において、室外熱交換器２３からのドレン水は、室外熱交換器２３の下部側において加熱された後に、ドレンパンとしての室外ユニット２の底板２ａ上に溜まり、室外ユニット２外に排出される。このように、空気調和装置１では、単段除霜運転時に、凍結防止用熱交換器２５が、室外熱交換器２３において発生したドレン水を室外熱交換器２３の下部側において加熱するようになっている。これにより、空気調和装置１では、単段除霜運転時において、室外熱交換器２３からのドレン水が室外ユニット２外に速やかに排出されるようになっている。

＜二段除霜運転＞
次に、二段除霜運転について、図７を用いて説明する。ここで、図７は、空気調和装置１の二段除霜運転時の冷媒の流れを示す概略構成図である。

二段除霜運転は、暖房運転と同様に、外気温度が低い条件に行われる除霜運転である。ここでは、二段暖房運転と同様に、外気温度センサ２９ｄによって検出される外気温度Ｔａが所定の第１外気温度Ｔａｓ１未満の場合に、二段除霜運転が行われる。

二段除霜運転は、上記のように、二段暖房運転とは冷媒の流れ方向を逆にする逆サイクル除霜運転である。このため、二段除霜運転時には、切換機構２２、３１が図７の実線で示される状態、すなわち、第１切換機構２２については、第２ポート２２ｂと第３ポート２２ｃとを連通させ、かつ、第１ポート２２ａと第４ポート２２ｄとを連通させる切り換えを行い、第２切換機構３１については、第２ポート３１ｂと第３ポート３１ｃとを連通させ、かつ、第１ポート３１ａと第４ポート３１ｄとを連通させる切り換えを行う。また、第１ガス冷媒開閉機構３５及び第２液冷媒開閉機構４０が開けられ、第１液冷媒開閉機構３７及び高段吸入膨張弁３９が閉止される。これにより、冷媒回路１０では、室外熱交換器２３を高段側圧縮機３２及び低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒の凝縮器として機能させ、かつ、室内熱交換器５２、６２を室外熱交換器２３において凝縮した冷媒の蒸発器として機能させる二段圧縮冷凍サイクルが行われる。

ここで、二段除霜運転は、単段除霜運転と同様に、制御部９が暖房運転時に室外熱交換器２３に着霜が発生したと判定した場合に行われる。この判定の内容は、単段除霜運転における判定の内容と同じであるため、ここでは説明を省略する。

この冷媒回路１０において、ガス冷媒は、低段側圧縮機２１に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となる。この高圧のガス冷媒は、第１切換機構２２を通じて室外熱交換器２３に送られて、室外熱交換器２３を加熱する。これにより、暖房運転において室外熱交換器２３に発生した霜は、融解してドレン水となり、室外熱交換器２３と一体化した凍結防止用熱交換器２５を通じて、室外熱交換器２３の下方に配置されたドレンパンとしての室外ユニット２の底板２ａ上に溜まる。この底板２ａ上に溜まったドレン水は、底板２ａ上に形成された排出口２ｂを通じて、室外ユニット２外に排出される。室外熱交換器２４において霜を融解した高圧の冷媒は、室外膨張弁２４に送られて減圧される。この減圧された冷媒は、その一部が、第２液冷媒連絡管７ｂ、第１液冷媒逆止機構３６及び第１液冷媒連絡管７ａを通じて、室内膨張弁５１、６１に送られ、残りが、第２液冷媒連絡管７ｂ、第１液冷媒逆止機構３６、第２液冷媒開閉機構４０及び第３液冷媒逆止機構４１を通じて、気液分離器３３に送られる。この室内膨張弁５１、６１に送られた低圧の冷媒は、室内膨張弁５１、６１、室内熱交換器５２、６２及び第１ガス冷媒連絡管８ａを通じて、第９ガス冷媒管３４ａに送られる。また、この気液分離器３３に送られた低圧の冷媒は、高段側圧縮機３２に吸入されて圧縮されて、第９ガス冷媒管３４ａに送られて、室内膨張弁５１、６１及び室内熱交換器５２、６２を通じて第９ガス冷媒管３４ａに送られる冷媒と合流する。この第９ガス冷媒管３４ａで合流した冷媒は、第１ガス冷媒開閉機構３５、第２ガス冷媒連絡管８ｂ及び第２切換機構３１を通じて、再び、低段側圧縮機２１に吸入される。

そして、二段除霜運転は、単段除霜運転と同様に、制御部９が室外熱交換器２３の除霜が完了したと判定した場合に終了する。この判定の内容は、単段除霜運転における判定の内容と同じであるため、ここでは説明を省略する。

この二段除霜運転時には、上記の単段除霜運転時と同様に、ホットガス開閉機構２７ｂが開けられる。このため、低段側圧縮機２１において圧縮されて第２ガス冷媒管２６ｂを流れる高圧の冷媒の一部は、ホットガスバイパス管２７に分岐される。このホットガスバイパス管２７に分岐された高圧の冷媒は、凍結防止用熱交換器２５に送られて、室外熱交換器２３の下部側を加熱する。すなわち、凍結防止用熱交換器２５は、二段除霜運転を行うことによって融解したドレン水の加熱器として機能する。これにより、二段除霜運転時において、室外熱交換器２３からのドレン水は、室外熱交換器２３の下部側において加熱された後に、ドレンパンとしての室外ユニット２の底板２ａ上に溜まり、室外ユニット２外に排出される。このように、空気調和装置１では、二段除霜運転時に、凍結防止用熱交換器２５が、室外熱交換器２３において発生したドレン水を室外熱交換器２３の下部側において加熱するようになっている。これにより、空気調和装置１では、二段除霜運転時において、ドレン水が室外ユニット２外に速やかに排出されるようになっている。特に、二段除霜運転は、単段除霜運転が行われる外気温度の条件よりも外気温度が低い条件（すなわち、外気温度Ｔａが所定の第１外気温度Ｔａｓ１未満の場合）において行われるため、室外熱交換器２３からのドレン水が室外熱交換器２３の下部側において凍結することを防ぐことができ、二段除霜運転時におけるアイスアップ現象の発生が抑えられている。

＜暖房再開時凍結防止制御＞
上記のように、空気調和装置１では、除霜運転時において、低段側圧縮機２１において圧縮された高圧の冷媒の一部を凍結防止用熱交換器２５に流すことによって、除霜運転時におけるドレン水の凍結を防ぐことができる。

しかし、除霜運転が終了してからしばらくの間は、除霜運転を行うことによって融解したドレン水が室外熱交換器２３の下部側に存在しており、室外ユニット２外へのドレン水の排出が続いている。その後、暖房運転を再開すると、外気温度Ｔａが低い条件では、ドレン水が排出される前に凍結するおそれがある。このため、除霜運転後の二段暖房運転時におけるドレン水の凍結を防ぐことができず、アイスアップ現象が発生するおそれがある。

そこで、空気調和装置１では、除霜運転後の二段暖房運転の再開初期に、低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒の一部を凍結防止用熱交換器２５に流す暖房再開時凍結防止制御を行うようにしている。

次に、この暖房再開時凍結防止制御について、図８及び図９を用いて説明する。ここで、図８は、空気調和装置１の暖房再開時凍結防止制御のフローチャートである。図９は、空気調和装置１の暖房再開時凍結防止制御時の冷媒の流れを示す概略構成図である。

まず、制御部９は、ステップＳ１において、除霜運転後の二段暖房運転であるかどうかを判定する。このステップＳ１において、除霜運転後の二段暖房運転であると判定された場合には、暖房再開時凍結防止制御が必要な外気温度条件を満たすかどうかを判定するステップＳ２の処理に移行する。

そして、制御部９は、ステップＳ２において、外気温度センサ２９ｄによって検出される外気温度Ｔａが所定の第２外気温度Ｔａｓ２以下であるかどうかを判定する。このステップＳ２において、外気温度Ｔａが所定の第２外気温度Ｔａｓ２以下である場合、すなわち、外気温度条件を満たす場合には、暖房再開時凍結防止制御を実行するステップＳ３〜Ｓ５の処理に移行する。他方、外気温度Ｔａが所定の第２外気温度Ｔａｓ２より高い場合、すなわち、外気温度条件を満たさない場合には、ステップＳ３〜Ｓ５の暖房再開時凍結防止制御を行うことなく、二段暖房運転を再開する。ここでは、所定の第２外気温度Ｔａｓ２は、除霜運転後に室外熱交換器２３の下部側に存在するドレン水が凍結するおそれがあるかどうかという観点で設定されており、例えば、水の融点である０℃に設定されている。この所定の第２外気温度Ｔａｓ２は、単段暖房運転と二段暖房運転との切り換えを行う温度である第１の外気温度Ｔａｓ１よりも低い温度である。また、この所定の第２外気温度Ｔａｓ２は、制御部９のメモリ等に予め記憶されており、制御部９に設けられたスイッチ（図示せず）やリモコン（図示せず）等によって変更することができるようになっている。

そして、制御部９は、ステップＳ３において、低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒の一部を凍結防止用熱交換器２５に流す暖房再開時凍結防止制御を開始する。すなわち、冷媒回路１０において、上記の二段暖房運転と同じ冷凍サイクルを行うとともに、ホットガス開閉機構２７ｂを開ける。このため、低段側圧縮機２１において圧縮されて第２ガス冷媒管２６ｂを流れる高圧の冷媒の一部は、ホットガスバイパス管２７に分岐される。このホットガスバイパス管２７に分岐された高圧の冷媒は、凍結防止用熱交換器２５に送られて、室外熱交換器２３の下部側を加熱する。すなわち、凍結防止用熱交換器２５は、除霜運転後に室外熱交換器２３の下部側に存在するドレン水の加熱器として機能する。ここで、ホットガスバイパス管２７の出口は、液冷媒管２６ｅのうち室外膨張弁２４の下流側の低圧の冷媒が流れる部分に接続されているため、ホットガスバイパス管２７を流れる冷媒の流量が確保されやすくなっている。そして、この凍結防止用熱交換器２５においてドレン水を加熱した冷媒は、凍結防止用熱交換器２５において凝縮するが、その後、液冷媒管２６ｅを流れる冷媒に合流し、冷媒の蒸発器として機能する室外熱交換器２３において蒸発することになるため、凍結防止用熱交換器２５において凝縮した冷媒が液状態のままで低段側圧縮機２１に吸入されないようになっている。これにより、除霜運転後の二段暖房運転時において、室外熱交換器２３の下部側に存在するドレン水は、凍結防止用熱交換器２５において加熱された後に、ドレンパンとしての室外ユニット２の底板２ａ上に溜まり、室外ユニット２外に排出される。このように、空気調和装置１では、除霜運転後の二段暖房運転時に、凍結防止用熱交換器２５が、室外熱交換器２３の下部側に存在するドレン水を加熱するようになっている。これにより、空気調和装置１では、除霜運転後の二段暖房運転時において、除霜運転後に室外熱交換器２３の下部側に存在するドレン水を凍結させることなく排出することができるため、除霜運転後の二段暖房運転時におけるアイスアップ現象の発生が抑えられている。

そして、制御部９は、ステップＳ４において、除霜運転後に所定時間ｔｓを経過したかどうかを判定し、所定時間ｔｓが経過した場合には、ステップＳ５の処理に移行する。ここで、所定時間ｔｓは、除霜運転後に室外熱交換器２３の下部側に存在するドレン水を排出するために必要な時間を考慮して、数分程度に設定されている。また、この所定時間ｔｓは、制御部９のメモリ等に予め記憶されており、制御部９に設けられたスイッチ（図示せず）やリモコン（図示せず）等によって変更することができるようになっている。そして、制御部９は、ステップＳ５において、暖房再開時凍結防止制御を終了して、通常の二段暖房運転に移行する。すなわち、冷媒回路１０において、上記の二段暖房運転と同じ冷凍サイクルを行うとともに、ホットガス開閉機構２７ｂを閉止する。このため、除霜運転後の二段暖房運転時において、除霜運転後に室外熱交換器２３の下部側に存在するドレン水を凍結させることなく排出するための所定時間ｔｓ、すなわち、除霜運転後の二段暖房運転の再開初期だけ、暖房再開時凍結防止制御が行われることになる。ここで、除霜運転後の二段暖房運転時に、低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒の一部を凍結防止用熱交換器２５に流すことは、室内熱交換器５２、６２に送られる冷媒の流量を減らすことになるため、暖房能力を低下させることになる。しかし、空気調和装置１では、上記のように、除霜運転後の暖房運転のうち二段暖房運転の再開初期だけに、低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒の一部を凍結防止用熱交換器２５に流すようにしている。このため、空気調和装置１では、除霜運転後の暖房運転における暖房能力の低下が抑えられている。

以上のように、空気調和装置１では、除霜運転後の暖房運転における暖房能力の低下を抑えつつ、除霜運転後の二段暖房運転時におけるアイスアップ現象の発生を抑えることができるようになっている。

＜二段暖房再開時単段暖房運転＞
上記のように、空気調和装置１では、除霜運転後の二段暖房運転時に、低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒の一部を凍結防止用熱交換器２５に流すことによって、除霜運転後に室外熱交換器２３の下部側に存在するドレン水を凍結させることなく排出することができる。このため、空気調和装置１では、除霜運転後の二段暖房運転時におけるアイスアップ現象の発生を抑えることができる。

ここで、除霜運転後の二段暖房運転時に、低段側圧縮機２１及び高段側圧縮機３２を起動すると、外気温度Ｔａが低い条件においては、冷凍サイクルの高圧（ここでは、高段側圧縮機３２の吐出圧力Ｐｄ２（が低下するため、高圧の低下に応じて低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒の圧力（ここでは、低段側圧縮機２１の吐出圧力Ｐｄ１、すなわち、冷凍サイクルの中間圧）も低下する。このため、凍結防止用熱交換器２５に流入する冷媒の圧力が低下し、凍結防止用熱交換器２５に冷媒を供給する冷媒流路（すなわち、ホットガスバイパス管２７）において確保される圧力差が小さくなるため、凍結防止用熱交換器２５を流れる冷媒の流量が小さくなる。そうすると、室外熱交換器２３の下部側に存在するドレン水の加熱が不十分になるおそれがある。

そこで、空気調和装置１では、除霜運転後の二段暖房運転の再開初期だけに、高段側圧縮機３２を起動させずに、低段側圧縮機２１、室内熱交換器５２、６２、及び、室外熱交換器２３の順に冷媒を循環させる二段暖房再開時単段暖房運転を行うようにしている。

次に、この二段暖房再開時単段暖房運転について、図１０〜図１２を用いて説明する。ここで、図１０は、空気調和装置１の二段暖房再開時単段暖房運転のフローチャートである。図１１は、空気調和装置１の暖房再開時凍結防止制御及び二段暖房再開時単段暖房運転を行う時の冷媒の流れを示す概略構成図である。図１２は、空気調和装置１の各種暖房運転におけるホットガス開閉機構２７ｂの動作を示す表である。

まず、制御部９は、ステップＳ１１において、暖房再開時凍結防止制御が開始したかどうかを判定する。このステップＳ１において、暖房再開時凍結防止制御が開始したと判定された場合には、二段暖房再開時単段暖房運転が必要な外気温度条件を満たすかどうかを判定するステップＳ２の処理に移行する。

そして、制御部９は、ステップＳ２において、外気温度センサ２９ｄによって検出される外気温度Ｔａが所定の第３外気温度Ｔａｓ３以下であるかどうかを判定する。このステップＳ２において、外気温度Ｔａが所定の第３外気温度Ｔａｓ３以下である場合、すなわち、外気温度条件を満たす場合には、二段暖房再開時単段暖房運転を実行するステップＳ１３〜Ｓ１５の処理に移行する。他方、外気温度Ｔａが所定の第３外気温度Ｔａｓ３より高い場合、すなわち、外気温度条件を満たさない場合には、ステップＳ１３〜Ｓ１５の二段暖房再開時単段暖房運転を行うことなく、ステップＳ１６の二段暖房運転を再開する。ここでは、所定の第３外気温度Ｔａｓ３は、除霜運転後に室外熱交換器２３の下部側に存在するドレン水が凍結するおそれがあるかどうかという観点に加えて、二段暖房運転における冷凍サイクルの圧力差が凍結防止用熱交換器２５に冷媒を供給するホットガスバイパス管２７における圧力差を確保することができる程度であるかどうかという観点で設定されており、例えば、−１０℃に設定されている。この所定の第３外気温度Ｔａｓ３は、暖房再開時凍結防止制御を行うかどうかのしきい温度である第２の外気温度Ｔａｓ２よりも低い温度である。また、この所定の第３外気温度Ｔａｓ３は、制御部９のメモリ等に予め記憶されており、制御部９に設けられたスイッチ（図示せず）やリモコン（図示せず）等によって変更することができるようになっている。尚、ここでは、他の運転制御の切り換え条件を外気温度Ｔａの条件で設定していることもあり、二段暖房再開時単段暖房運転の要否の判定条件についても、外気温度Ｔａの条件（すなわち、第３の外気温度Ｔａｓ３以下）を採用しているが、ホットガスバイパス管２７における圧力差の確保という観点から、冷凍サイクルの低圧と高圧との圧力差が所定の高低差以下であるかどうかという条件を採用してもよい。この場合には、例えば、直前の二段暖房運転における冷凍サイクルの低圧と高圧との圧力差を、吐出圧力センサ２９ｂ、４３から得て、所定の高低差と比較することによって、二段暖房再開時単段暖房運転の要否を判定することができる。

そして、制御部９は、ステップＳ１３において、低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒の一部を凍結防止用熱交換器２５に流す暖房再開時凍結防止制御を行うとともに、二段暖房再開時単段暖房運転を開始する。すなわち、冷媒回路１０において、ホットガス開閉機構２７ｂを開けるとともに、上記の単段暖房運転と同じ冷凍サイクルを行う。このため、低段側圧縮機２１及び高段側圧縮機３２を起動する場合（すなわち、二段暖房運転を行う場合）に比べて、低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒の圧力が上昇し、凍結防止用熱交換器２５に冷媒を供給するホットガスバイパス管２７において確保される圧力差が大きくなるため、凍結防止用熱交換器２５を流れる冷媒の流量が大きくなる。そうすると、室外熱交換器２３の下部側に存在するドレン水の加熱が十分に行われるようになる。また、二段暖房再開時単段暖房運転は、暖房能力を低下させるおそれがあるが、ここでは、単段暖房運転を除霜運転後の二段暖房運転の再開初期だけ行うようにしているため、除霜運転後の暖房運転における暖房能力の低下も抑えることができる。これにより、空気調和装置１では、除霜運転後の暖房運転における暖房能力の低下を抑えつつ、室外熱交換器２３の下部側を加熱する凍結防止用熱交換器２５を流れる冷媒の流量を確保することができるため、除霜運転後の暖房運転時におけるアイスアップ現象の発生が抑えられている。

そして、制御部９は、ステップＳ１４において、暖房再開時凍結防止制御が終了したかどうかを判定し、暖房再開時凍結防止制御が終了した場合には、ステップＳ１５の処理に移行する。ここで、暖房再開時凍結防止制御の終了とは、除霜運転後に所定時間ｔｓを経過したこと同じである。そして、制御部９は、ステップＳ１５において、二段暖房再開時単段暖房運転を終了して、ステップＳ１６の二段暖房運転に移行する。すなわち、冷媒回路１０において、上記の二段暖房運転と同じ冷凍サイクルを行うとともに、ホットガス開閉機構２７ｂを閉止する。このため、除霜運転後の二段暖房運転時において、除霜運転後に室外熱交換器２３の下部側に存在するドレン水を凍結させることなく排出するための所定時間ｔｓ、すなわち、除霜運転後の二段暖房運転の再開初期だけ、暖房再開時凍結防止制御及び二段暖房再開時単段暖房運転が行われることになる。

以上のように、空気調和装置１では、除霜運転後の暖房運転における暖房能力の低下を抑えつつ、室外熱交換器２３の下部側を加熱する凍結防止用熱交換器２５を流れる冷媒の流量を確保して、除霜運転後の暖房運転時におけるアイスアップ現象の発生を抑えることができる。

（３）空気調和装置の特徴
本実施形態の空気調和装置１には、以下のような特徴がある。

＜Ａ＞
空気調和装置１では、除霜運転後の二段暖房運転時に、低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒の一部を凍結防止用熱交換器２５に流すことによって、除霜運転後に室外熱交換器２３の下部側に存在するドレン水を凍結させることなく排出することができる。このため、空気調和装置１では、除霜運転後の暖房運転時におけるアイスアップ現象の発生を抑えることができる。

ここで、除霜運転後の二段暖房運転時に、低段側圧縮機２１及び高段側圧縮機３２を起動すると、外気温度Ｔａが低い条件においては、冷凍サイクルの高圧が低下するため、高圧の低下に応じて低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒の圧力（冷凍サイクルの中間圧）も低下する。このため、凍結防止用熱交換器２５に流入する冷媒の圧力が低下し、凍結防止用熱交換器２５に冷媒を供給する冷媒流路（ホットガスバイパス管２７）において確保される圧力差が小さくなるため、凍結防止用熱交換器２５を流れる冷媒の流量が小さくなる。そうすると、室外熱交換器２３の下部側に存在するドレン水の加熱が不十分になるおそれがある。

そこで、空気調和装置１では、上記のように、除霜運転後の二段暖房運転の再開初期だけに、高段側圧縮機３２を起動させずに、低段側圧縮機２１、室内熱交換器５２、６２、及び、室外熱交換器２３の順に冷媒を循環させる二段暖房再開時単段暖房運転を行うようにしている。このため、空気調和装置１では、低段側圧縮機２１及び高段側圧縮機３２を起動する場合に比べて、低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒の圧力が上昇し、凍結防止用熱交換器２５に冷媒を供給するホットガスバイパス管２７において確保される圧力差が大きくなるため、凍結防止用熱交換器２５を流れる冷媒の流量が大きくなる。そうすると、室外熱交換器２３の下部側に存在するドレン水の加熱が十分に行われるようになる。また、二段暖房再開時単段暖房運転は、暖房能力を低下させるおそれがあるが、ここでは、単段暖房運転を除霜運転後の二段暖房運転の再開初期だけ行うようにしているため、除霜運転後の暖房運転における暖房能力の低下も抑えることができる。

これにより、空気調和装置１では、除霜運転後の暖房運転における暖房能力の低下を抑えつつ、室外熱交換器２３の下部側を加熱する凍結防止用熱交換器２５を流れる冷媒の流量を確保して、除霜運転後の暖房運転時におけるアイスアップ現象の発生を抑えることができる。

＜Ｂ＞
上記のように、除霜運転後の二段暖房運転の再開初期だけであっても単段暖房運転を行うことは、一時的に暖房能力を低下させることになるため、できるだけ行わないことが望ましい。

そこで、空気調和装置１では、除霜運転後に室外熱交換器２３の下部側に存在するドレン水が凍結するおそれのある外気温度Ｔａが低い条件や凍結防止用熱交換器２５に冷媒を供給するホットガスバイパス管２７において確保される圧力差を確保することの難しい冷凍サイクルの圧力差が小さい条件だけに、二段暖房再開時単段暖房運転を行うようにしている。具体的には、二段暖房再開時単段暖房運転を、外気温度Ｔａが所定の第３外気温度Ｔａｓ３以下のとき、又は、冷凍サイクルの低圧と高圧との圧力差が所定の高低差以下のときに行うようにしている。これにより、空気調和装置１では、外気温度Ｔａが高い条件や冷凍サイクルの圧力差が大きい条件においては、二段暖房再開時単段暖房運転を行なわずに済ませることができる。

これにより、空気調和装置１では、除霜運転後の暖房運転における暖房能力の低下をさらに抑えることができる。

＜Ｃ＞
凍結防止用熱交換器２５を流れる冷媒の流量は、凍結防止用熱交換器２５に冷媒を供給するホットガスバイパス管２７において確保される圧力差によって決まるため、外気温度Ｔａが高くなるにつれて、又は、冷凍サイクルの圧力差が大きくなるにつれて大きくなる。このため、仮に、外気温度Ｔａの条件や冷凍サイクルの圧力差の条件にかかわらず、暖房再開時凍結防止制御及び二段暖房再開時単段暖房運転を行うと、凍結防止用熱交換器２５を流れる冷媒の流量は、外気温度Ｔａが低い条件や冷凍サイクルの圧力差が小さい条件よりも、外気温度Ｔａが高い条件や冷凍サイクルの圧力差が大きい条件のほうが大きくなる。

このとき、凍結防止用熱交換器２５に冷媒を供給するホットガスバイパス管２７の流路抵抗を、外気温度Ｔａが低い条件や冷凍サイクルの圧力差が小さい条件において決定したものとすると、外気温度Ｔａが高い条件や冷凍サイクルの圧力差が大きい条件においては、凍結防止用熱交換器２５を流れる冷媒の流量が必要以上に大きくなってしまう。

ここで、除霜運転後の二段暖房運転時に、低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒の一部を凍結防止用熱交換器２５に流すことは、室内熱交換器５２、６２に送られる冷媒の流量を減らし、暖房能力を低下させることになる。このため、外気温度Ｔａの条件や冷凍サイクルの圧力差の条件によらず、凍結防止用熱交換器２５を流れる冷媒の流量の変動を小さくすることが好ましい。

そこで、空気調和装置では、外気温度Ｔａが高い条件や冷凍サイクルの圧力差が大きい条件においては、除霜運転後の二段暖房運転の再開初期に、暖房再開時凍結防止制御を行い、二段暖房再開時単段暖房運転を行なわないようにしている。具体的には、外気温度Ｔａが所定の第３外気温度Ｔａｓ３よりも高いとき、又は、冷凍サイクルの低圧と高圧との圧力差が所定の高低差以上のときには、除霜運転後の二段暖房運転の再開初期に、暖房再開時凍結防止制御を行い、二段暖房再開時単段暖房運転を行なわないようにしている。このため、外気温度Ｔａが高い条件や冷凍サイクルの圧力差が大きい条件においては、除霜運転後の二段暖房運転の再開初期から単段暖房運転が行われることなく、二段暖房運転が行われるため、低段側圧縮機２１において圧縮された冷媒の圧力が低くなる。そうすると、凍結防止用熱交換器２５に冷媒を供給するホットガスバイパス管２７において確保される圧力差が大きくなることが抑えられて、凍結防止用熱交換器２５を流れる冷媒の流量が、除霜運転後の二段暖房運転の再開初期から単段暖房運転が行われる場合の冷媒の流量に近くなる。

これにより、空気調和装置１では、外気温度Ｔａが高い条件や冷凍サイクルの圧力差が大きい条件において、暖房再開時凍結防止制御による暖房能力の低下を抑えることができる。

（４）変形例
上記実施形態の空気調和装置１において、暖房再開時凍結防止制御の所定時間ｔｓは、スイッチ（図示せず）やリモコン（図示せず）等によって変更することができるものの、運転条件に応じて自動的に変更されるものにはなっていない。

しかし、除霜運転後に室外熱交換器２３の下部側に存在するドレン水の量は、外気温度Ｔａ、外気湿度、又は、除霜運転の運転時間によって変化する。具体的には、外気温度Ｔａが低くなるにつれて、外気湿度が高くなるにつれて、又は、除霜運転の運転時間が長くなるドレン水の量が多くなる。このため、暖房再開時凍結防止制御の所定時間ｔｓについても、外気温度Ｔａ、外気湿度、又は、除霜運転の運転時間によって変更することが好ましい。

そこで、本変形例の空気調和装置１では、外気温度Ｔａが低くなるにつれて、外気湿度が高くなるにつれて、又は、除霜運転の運転時間が長くなるにつれて、所定時間ｔｓを長くするように設定している（図１３のステップＳ３参照）。このため、本変形例の空気調和装置１では、外気温度Ｔａによって変化するドレン水の量を考慮することができる。また、上記のように、暖房再開時凍結防止制御とともに二段暖房再開時単段暖房運転を行う場合には、除霜運転後に室外熱交換器の下部側に存在するドレン水を排出するために必要な時間を考慮して、凍結防止用熱交換器２５に冷媒を供給するホットガスバイパス管２７において圧力差を確保することができる。尚、外気湿度によって暖房再開時凍結防止制御の所定時間ｔｓを変更できるようにする場合には、ここでは図示しないが、湿度センサを室外ユニット２に設ける必要がある。

これにより、本変形例の空気調和装置１では、外気温度Ｔａ等の条件によるドレン水の量の変化を考慮して、暖房再開時凍結防止制御や二段暖房再開時単段暖房運転を適切に行うことができる。

−他の実施形態−
以上、本発明の実施形態及びその変形例について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、上記実施形態及びその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

上記実施形態及びその変形例では、冷房運転と暖房運転と逆サイクル除霜運転とを切り換えて行う冷暖房切換可能な空気調和装置に本発明を適用したが、これに限定されるものではなく、例えば、暖房運転と逆サイクル除霜運転とを切り換えて行うが、冷房運転を行わない暖房専用の空気調和装置に本発明を適用してもよい。

また、機能ユニットの構成は、上記実施形態及びその変形例のものに限定されるものではなく、高段側圧縮機を有しており、室外ユニットと室内ユニットとの間に接続されることによって、二段圧縮冷凍サイクルを行うことを可能にする構成であればよい。

本発明は、暖房運転及び逆サイクル除霜運転を行う空気調和装置に関する。

１ 空気調和装置
２０ 圧縮機構
２１ 低段側圧縮機
２３ 室外熱交換器
２５ 凍結防止用熱交換器
３２ 高段側圧縮機
５２、６２ 室内熱交換器

特開２００９−１２７９３９号公報

Claims (5)

1. 低段側圧縮機（２１）と高段側圧縮機（３２）とを有する圧縮機構（２０）、室内熱交換器（５２、６２）、及び、室外熱交換器（２３）の順に冷媒を循環させる二段暖房運転を行い、前記圧縮機構、前記室外熱交換器、及び、前記室内熱交換器の順に冷媒を循環させる除霜運転を行う空気調和装置において、
   前記低段側圧縮機において圧縮された冷媒の一部によって前記室外熱交換器の下部側を加熱することが可能な凍結防止用熱交換器（２５）を設け、
   前記除霜運転後の前記二段暖房運転の再開初期に、前記低段側圧縮機において圧縮された冷媒の一部を前記凍結防止用熱交換器に流す暖房再開時凍結防止制御を行いつつ、前記高段側圧縮機を起動させずに、前記低段側圧縮機、前記室内熱交換器、及び、前記室外熱交換器の順に冷媒を循環させる二段暖房再開時単段暖房運転を行う、
   空気調和装置（１）。
2. 前記二段暖房再開時単段暖房運転を、外気温度が所定の外気温度以下のとき、又は、冷凍サイクルの低圧と高圧との圧力差が所定の高低差以下のときに行う、
   請求項１に記載の空気調和装置（１）。
3. 外気温度が前記所定の外気温度よりも高いとき、又は、冷凍サイクルの低圧と高圧との圧力差が前記所定の高低差以上のときには、前記除霜運転後の前記二段暖房運転の再開初期に、前記暖房再開時凍結防止制御を行い、前記二段暖房再開時単段暖房運転を行なわない、
   請求項１又は２に記載の空気調和装置（１）。
4. 前記暖房再開時凍結防止制御を、前記除霜運転後に所定時間が経過するまで行う、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気調和装置（１）。
5. 外気温度が低くなるにつれて、外気湿度が高くなるにつれて、又は、前記除霜運転の運転時間が長くなるにつれて、前記所定時間を長くする、
   請求項４に記載の空気調和装置（１）。

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