JP2013210131A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷暖房切り替え可能な冷凍装置において、運転効率を向上させる。
【解決手段】空気調和装置１０は、四段圧縮機２０と、室外熱交換器４０の第４熱交換器４４と、室内熱交換器１２ａと、膨張機構７０と、ブリッジ回路５５と、内部熱交換器６２とを備える。四段圧縮機２０は、冷媒を圧縮する。第４熱交換器４４は、冷房時の放熱器、暖房時の蒸発器である。室内熱交換器１２ａは、冷房時の蒸発器、暖房時の放熱器である。膨張機構７０は、放熱器から蒸発器に送られる冷媒を減圧する。ブリッジ回路５５は、室内熱交換器１２ａと室外熱交換器４０との間に配置される。内部熱交換器６２は、室内熱交換器１２ａから四段圧縮機２０に送られる冷媒と、第４熱交換器４４から膨張機構７０に送られる冷媒とを熱交換させる。内部熱交換器６２は、ブリッジ回路５５の暖房時には冷媒が流れない箇所に配置される。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷凍装置に関する。

従来から、内部熱交換器を備える冷凍装置が提案されている。例えば、特許文献１（特開２００９−２０４２４３号公報）に記載の冷凍装置では、ガスクーラを出た高圧冷媒と、圧縮機に吸入される低圧のガス冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を備えている。内部熱交換器での熱交換によって、ガスクーラを出た高圧冷媒を冷却し、冷凍サイクルの効率を向上させている。

しかし、上記特許文献１に記載の冷凍装置のようにガスクーラを出た高圧冷媒と圧縮機に吸入される前の低圧冷媒とを内部熱交換器において熱交換させる構成を、冷暖房切り替え可能な冷凍装置に適用すると仮定した場合、暖房時には、圧縮機の吸入冷媒温度が高くなりすぎて圧縮機の動力が増大することが想定される。

本発明の課題は、冷暖房切り替え可能な冷凍装置において、運転効率を向上させることにある。

本発明の第１観点に係る冷凍装置は、冷暖房切替可能な冷凍装置であって、圧縮機構と、放熱器と、蒸発器と、第１膨張機構と、ブリッジ回路と、内部熱交換器とを備える。圧縮機構は、冷媒を圧縮する。放熱器では、高圧の冷媒が放熱する。蒸発器では、低圧の冷媒が蒸発する。第１膨張機構は、放熱器から蒸発器に送られる冷媒を減圧する。ブリッジ回路は、放熱器と蒸発器との間に配置される。内部熱交換器は、蒸発器から圧縮機構に送られる冷媒と、放熱器から第１膨張機構に送られる冷媒とを熱交換させる。内部熱交換器は、ブリッジ回路の暖房時には冷媒が流れない箇所に配置される。

この冷凍装置では、冷房時には内部熱交換器において蒸発器から圧縮機構に送られる冷媒と、放熱器から第１膨張機構に送られる冷媒とを熱交換させる。これにより、放熱器を出た高圧の冷媒を膨張前にさらに冷却する。その結果、冷房性能が向上し、冷房運転の効率を向上させることが可能となる。

また、本発明に係る冷凍装置では、暖房時は、内部熱交換器にはブリッジ回路を通る冷媒が流れない。すなわち、暖房時には、放熱器を出た高圧の冷媒が内部熱交換器を流れない。したがって、蒸発器から圧縮機構に送られる冷媒は、放熱器を出た高圧の冷媒と内部熱交換器において熱交換をしない。これにより、圧縮機構に吸い込まれる冷媒の温度の上昇によりＣＯＰが低下することが、暖房時に回避される。その結果、暖房運転の効率を向上させることが可能となる。

したがって、本発明によると、冷暖房切り替え可能な冷凍装置において、冷暖房両方の運転効率を向上させることが可能となる。

本発明の第２観点に係る冷凍装置は、第１観点に係る冷凍装置であって、ブリッジ回路は、第１ブリッジ配管と、第２ブリッジ配管と、第３ブリッジ配管と、第４ブリッジ配管とを有する。第１ブリッジ配管には、冷房時に放熱器から第１膨張機構に送られる冷媒が流れる。第２ブリッジ配管には、冷房時に第１膨張機構から蒸発器に送られる冷媒が流れる。第３ブリッジ配管には、暖房時に放熱器から第１膨張機構に送られる冷媒が流れる。第４ブリッジ配管には、暖房時に第１膨張機構から蒸発器に送られる冷媒が流れる。第１ブリッジ配管は、冷房時の放熱器から第１膨張機構へ向かう方向にのみ冷媒を流す第１逆止機構を有する。第２ブリッジ配管は、第１膨張機構から冷房時の蒸発器へ向かう方向にのみ冷媒を流す第２逆止機構を有する。第３ブリッジ配管は、暖房時の放熱器から第１膨張機構へ向かう方向にのみ冷媒を流す第３逆止機構を有する。第４ブリッジ配管は、第１膨張機構から暖房時の蒸発器へ向かう方向にのみ冷媒を流す第４逆止機構を有する。内部熱交換器は、第１ブリッジ配管の第１逆止機構の上流に配置される。

この冷凍装置では、ブリッジ回路は、第１〜第４ブリッジ配管からなる４つのブリッジ配管を有し、それぞれのブリッジ配管には、逆止機構が設けられている。第１ブリッジ配管に設けられた第１逆止機構は、冷房時の放熱器から第１膨張機構へ向かう方向にのみ冷媒を流すように構成されている。内部熱交換器は、第１ブリッジ配管の第１逆止機構の上流に配置されている。すなわち、内部熱交換器は、ブリッジ回路の暖房時には冷媒が流れない箇所に配置されている。このため、ブリッジ回路という比較的簡便な機構により冷房時と暖房時とで冷媒の流れを切り替えて制御することにより、冷房時の性能を向上させるとともに、暖房時の運転効率をも向上させることが可能となる。

本発明の第３観点に係る冷凍装置は、第１観点または第２観点に係る冷凍装置であって、圧縮機構は、１つの低段圧縮機と、少なくとも１つの高段圧縮機とからなる複数の圧縮機を有する。複数の圧縮機が直列に接続される。

この冷凍装置では、圧縮機構は、１つの低段圧縮機と、少なくとも１つの高段圧縮機とからなる直列に接続された複数の圧縮機を有する。すなわち、圧縮機構は、２段以上の圧縮機を直列に接続した複数段圧縮機構である。このため、冷房時は、圧縮途中の中間圧の冷媒を冷却できるようになっており、冷房時の運転効率を上げることが可能となる。

本発明の第４観点に係る冷凍装置は、第３観点に係る冷凍装置であって、圧縮機構は、高段圧縮機を２つ以上有する。

この冷凍装置では、圧縮機構は、１つの低段圧縮機と、２つ以上の高段圧縮機とからなる直列に接続された複数の圧縮機を有する。すなわち、圧縮機構は、３段以上の圧縮機を直列に接続した多段圧縮機構である。このため、冷房時は、圧縮途中の中間圧の冷媒を冷却できるようになっており、冷房時の運転効率をさらに上げることが可能となる。

本発明の第５観点に係る冷凍装置は、第３観点又は第４観点に係る冷凍装置であって、圧縮機構は、高段圧縮機を３つ以上有する。

この冷凍装置では、圧縮機構は、１つの低段圧縮機と、３つ以上の高段圧縮機とからなる直列に接続された複数の圧縮機を有する。すなわち、圧縮機構は、４段以上の圧縮機を直列に接続した多段圧縮機構である。このため、冷房時は、圧縮途中の中間圧の冷媒を冷却できるようになっており、冷房時の運転効率をさらに上げることが可能となる。

本発明の第６観点に係る冷凍装置は、第３観点〜第５観点のいずれかに係る冷凍装置であって、インジェクション配管と、エコノマイザ熱交換器とをさらに備える。インジェクション配管は、冷媒を減圧する第２膨張機構を有し、放熱器から第１膨張機構に送られる冷媒を分岐し、第２膨張機構により中間圧となった冷媒を、高段圧縮機に吸い込まれる冷媒に合流させる。エコノマイザ熱交換器は、放熱器から第１膨張機構に送られる冷媒と、第２膨張機構から高段圧縮機に送られるインジェクション配管を流れる冷媒とを熱交換させる。

この冷凍装置では、エコノマイザ熱交換器を介してインジェクション配管によって高段圧縮機に吸い込まれる冷媒を冷却して、運転効率を上げることができる。

本発明の第７観点に係る冷凍装置は、第３観点〜第６観点のいずれかに係る冷凍装置であって、気液分離器と、低圧戻し配管と、過冷却熱交換器とをさらに備える。気液分離器は、第１膨張機構から蒸発器に送られる冷媒を、気相の冷媒と液相の冷媒とに分離する。低圧戻し配管は、冷媒を減圧する第３膨張機構を有し、気液分離器の中の気相の冷媒を、第３膨張機構により低圧にして、蒸発器から高段圧縮機に送られる冷媒に合流させる。過冷却熱交換器は、気液分離器から蒸発器に送られる液相の冷媒と、第３膨張機構で減圧されて低圧戻し配管を流れる冷媒とを熱交換させ、気液分離器から蒸発器に送られる冷媒を冷却する。

この冷凍装置では、気液分離器で余剰冷媒の調整が可能で、また気液分離器を出た気相の冷媒に過冷却をつけることができるため、膨張制御が容易になる。

本発明の第８観点に係る冷凍装置は、第１観点〜第７観点のいずれかに係る冷凍装置であって、第１膨張機構は、冷媒の減圧時に生じる膨張エネルギーを回収する膨張機を少なくとも有する。

この冷凍装置では、エネルギー回収機能を持った膨張機によって、更なる運転効率の向上を図ることができる。

本発明の第１観点に係る冷凍装置では、冷暖房切り替え可能な冷凍装置において、冷暖房両方の運転効率を向上させることが可能となる。

本発明の第２観点に係る冷凍装置では、比較的簡便な機構により冷房時と暖房時とで冷媒の流れを切り替えて制御することにより、冷房時の性能を向上させるとともに、暖房時の運転効率をも向上させることが可能となる。

本発明の第３観点〜第５観点のいずれかに係る冷凍装置では、冷房時の運転効率を上げることが可能となる。

本発明の第６観点に係る冷凍装置では、エコノマイザ熱交換器を介してインジェクション配管によって高段圧縮機に吸い込まれる冷媒を冷却して、運転効率を上げることができる。

本発明の第７観点に係る冷凍装置では、気液分離器で余剰冷媒の調整が可能で、また気液分離器を出た気相の冷媒に過冷却をつけることができるため、膨張制御が容易になる。

本発明の第８観点に係る冷凍装置では、エネルギー回収機能を持った膨張機によって、更なる運転効率の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る空気調和装置の冷房運転時の概略構成図である。 図１の冷房運転時の冷凍サイクルの圧力−エンタルピ線図である。 空気調和装置の暖房運転時の概略構成図である。 図３の暖房運転時の冷凍サイクルの圧力−エンタルピ線図である。 比較例に係る空気調和装置の暖房運転時の概略構成図である。 図５の暖房運転時の冷凍サイクルの圧力−エンタルピ線図である。

本発明の一実施形態に係る冷凍装置である空気調和装置１０について、以下、図面を参照しながら説明する。

（１）空気調和装置の構成
図１および図３は、空気調和装置１０の概略構成図である。空気調和装置１０は、超臨界状態の二酸化炭素冷媒を使用して四段圧縮冷凍サイクルを行う冷凍装置である。空気調和装置１０は、熱源ユニットである室外ユニット１１と、利用ユニットである複数の室内ユニット１２とが、連絡冷媒配管１３，１４によって結ばれた装置であり、冷房運転サイクルと暖房運転サイクルとが切り替わる冷媒回路を有する。図１は、冷房運転時において冷媒回路を循環する冷媒の流れを表している。図３は、暖房運転時において冷媒回路を循環する冷媒の流れを表している。図１および図３において、冷媒回路の配管に沿って示す矢印が、冷媒の流れを表している。

空気調和装置１０の冷媒回路は、主として、四段圧縮機２０、第１〜第４切換機構３１〜３４、室外熱交換器４０、第１〜第４室外電動弁５１〜５４、ブリッジ回路５５、エコノマイザ熱交換器６１、内部熱交換器６２、膨張機構７０、レシーバ８０、過冷却熱交換器９０、室内熱交換器１２ａ、室内電動弁１２ｂおよび制御部（図示せず）から成る。室外熱交換器４０は、並列に配置された、第１熱交換器４１、第２熱交換器４２、第３熱交換器４３および第４熱交換器４４から成る。

以下、冷媒回路の各構成要素を詳細に説明する。

（１−１）四段圧縮機
四段圧縮機２０は、密閉容器内に、第１圧縮部２１、第２圧縮部２２、第３圧縮部２３、第４圧縮部２４および圧縮機駆動モータ（図示せず）が収容された、密閉式の圧縮機である。圧縮機駆動モータは、駆動軸を介して、４つの圧縮部２１〜２４を駆動する。すなわち、四段圧縮機２０は、４つの圧縮部２１〜２４が単一の駆動軸に連結された一軸四段の圧縮構造を有している。四段圧縮機２０では、第１圧縮部２１、第２圧縮部２２、第３圧縮部２３および第４圧縮部２４が、この順番で直列に配管接続される。第１圧縮部２１は、第１吸入管２１ａから冷媒を吸い込み、第１吐出管２１ｂへと冷媒を吐出する。第２圧縮部２２は、第２吸入管２２ａから冷媒を吸い込み、第２吐出管２２ｂへと冷媒を吐出する。第３圧縮部２３は、第３吸入管２３ａから冷媒を吸い込み、第３吐出管２３ｂへと冷媒を吐出する。第４圧縮部２４は、第４吸入管２４ａから冷媒を吸い込み、第４吐出管２４ｂへと冷媒を吐出する。

第１圧縮部２１は、最下段の圧縮機構であり、冷媒回路を流れる最も低圧の冷媒を圧縮する。第２圧縮部２２は、第１圧縮部２１によって圧縮された冷媒を吸い込んで圧縮する。第３圧縮部２３は、第２圧縮部２２によって圧縮された冷媒を吸い込んで圧縮する。第４圧縮部２４は、最上段の圧縮機構であり、第３圧縮部２３によって圧縮された冷媒を吸い込んで圧縮する。第４圧縮部２４によって圧縮され第４吐出管２４ｂへと吐出された冷媒は、冷媒回路を流れる最も高圧の冷媒となる。

なお、本実施形態において、各圧縮部２１〜２４は、ロータリー式やスクロール式などの容積式の圧縮機構である。また、圧縮機駆動モータは、制御部によってインバータ制御される。

第１吐出管２１ｂ、第２吐出管２２ｂ、第３吐出管２３ｂおよび第４吐出管２４ｂには、それぞれ油分離器が設けられている。油分離器は、冷媒回路を循環する冷媒に含まれる潤滑油を分離する小容器である。図１では図示を省略しているが、各油分離器の下部からはキャピラリーチューブを含む油戻し管が各吸入管２１ａ〜２４ａに向かって延びており、冷媒から分離した油を四段圧縮機２０へと戻す。

（１−２）第１〜第４切換機構
第１切換機構３１、第２切換機構３２、第３切換機構３３および第４切換機構３４は、冷媒回路内における冷媒の流れの方向を切り換えて、冷房運転サイクルと暖房運転サイクルとを切り換えるために設けられている機構で、それぞれ四路切換弁である。

第１切換機構３１は、第１吐出管２１ｂ、第２吸入管２２ａ、第１熱交換器４１のガス側配管および低圧冷媒配管１９と接続されている。低圧冷媒配管１９は、室外ユニット１１内の低圧のガス冷媒が流れる冷媒配管であり、内部熱交換器６２を介して第１吸入管２１ａに冷媒を送る。

第２切換機構３２は、第２吐出管２２ｂ、第３吸入管２３ａ、第２熱交換器４２のガス側配管および低圧冷媒配管１９と接続されている。

第３切換機構３３は、第３吐出管２３ｂ、第４吸入管２４ａ、第３熱交換器４３のガス側配管および低圧冷媒配管１９と接続されている。

第４切換機構３４は、第４吐出管２４ｂ、連絡冷媒配管１４、第４熱交換器４４のガス側配管および低圧冷媒配管１９と接続されている。

切換機構３１〜３４は、冷房運転時において、四段圧縮機２０によって圧縮された冷媒の冷却器として熱交換器４１〜４４を機能させ、かつ、膨張機構７０および室内電動弁１２ｂを通過して膨張した冷媒の蒸発器（加熱器）として室内熱交換器１２ａを機能させるように、図１に示す状態になる。また、切換機構３１〜３４は、暖房運転時において、四段圧縮機２０によって圧縮された冷媒の冷却器として室内熱交換器１２ａを機能させ、かつ、膨張機構７０および室外電動弁５１〜５４を通過して膨張した冷媒の蒸発器として室外熱交換器４０を機能させるように、図３に示す状態になる。

すなわち、切換機構３１〜３４は、冷媒回路の構成要素として四段圧縮機２０、室外熱交換器４０、膨張機構７０および室内熱交換器１２ａのみに着目すると、四段圧縮機２０、室外熱交換器４０、膨張機構７０、室内熱交換器１２ａの順に冷媒を循環させる冷房運転サイクルと、四段圧縮機２０、室内熱交換器１２ａ、膨張機構７０、室外熱交換器４０の順に冷媒を循環させる暖房運転サイクルとを切り換える役割を果たす。

（１−３）室外熱交換器
室外熱交換器４０は、上述のように、第１熱交換器４１、第２熱交換器４２、第３熱交換器４３および第４熱交換器４４から成る。冷房運転時には、第１〜第３熱交換器４１〜４３が、圧縮途中の冷媒（中間圧冷媒）を冷やすインタークーラとして機能し、第４熱交換器４４が、最も高圧の冷媒を冷やすガスクーラとして機能する。第４熱交換器４４は、第１〜第３熱交換器４１〜４３よりも容量が大きい。また、暖房運転時には、第１〜第４熱交換器４１〜４４の全てが、低圧の冷媒の蒸発器（加熱器）として機能する。

第１〜第４熱交換器４１〜４４は、並列に配置され、１つの室外熱交換器４０として一体化されている。この室外熱交換器４０には、内部を流れる冷媒と熱交換を行う冷却源あるいは加熱源として、水や空気が供給される。ここでは、室外熱交換器４０に、図示しない送風ファンから空気（外気）が供給される。

また、第１熱交換器４１、第２熱交換器４２および第３熱交換器４３の室外電動弁側の配管からは、第２吸入管２２ａ、第３吸入管２３ａおよび第４吸入管２４ａに向かって、分岐管である第１インタークーラ管４１ａ、第２インタークーラ管４２ａおよび第３インタークーラ管４３ａがそれぞれ延びている。第１インタークーラ管４１ａ、第２インタークーラ管４２ａおよび第３インタークーラ管４３ａには、図１に示すように、それぞれ逆止弁が設けられている。

（１−４）第１〜第４室外電動弁
第１〜第４室外電動弁５１〜５４は、第１〜第４熱交換器４１〜４４とブリッジ回路５５との間に配備されている。上述の第１インタークーラ管４１ａ、第２インタークーラ管４２ａおよび第３インタークーラ管４３ａは、それぞれ、第１熱交換器４１と第１室外電動弁５１との間、第２熱交換器４２と第２室外電動弁５２との間および第３熱交換器４３と第３室外電動弁５３との間から分岐している。

冷房運転時、第１〜第３室外電動弁５１〜５３は閉じられ、第４室外電動弁は全開状態にされる。暖房運転時、第１〜第４室外電動弁５１〜５４は、ブリッジ回路５５から第１〜第４熱交換器４１〜４４への冷媒の流れが偏流しないように開度調整が為され、それぞれ膨張機構としての役割も果たす。

（１−５）ブリッジ回路
ブリッジ回路５５は、室外熱交換器４０と室内熱交換器１２ａとの間に設けられており、主に、第１ブリッジ配管５６ａ、第２ブリッジ配管５６ｃ、第３ブリッジ配管５６ｂおよび第４ブリッジ配管５６ｄから構成されている。

第１ブリッジ配管５６ａは、内部熱交換器６２およびエコノマイザ熱交換器６１を介して、室外熱交換器４０の第４熱交換器４４と膨張機構７０とを接続する。第１ブリッジ配管５６ａは、内部熱交換器６２内を通っている。すなわち、内部熱交換器６２は、ブリッジ回路５５内に配置されている。第１ブリッジ配管５６ａには、内部熱交換器６２の上流に入口逆止弁５５ａが設けられている。入口逆止弁５５ａは、室外熱交換器４０の第４熱交換器４４から膨張機構７０へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁である。すなわち、第１ブリッジ配管５６ａは、冷房運転時に、室外熱交換器４０の第４熱交換器４４（冷房運転時の放熱器）から膨張機構７０に送られる冷媒を流す機能を果たす。

第２ブリッジ配管５６ｃは、レシーバ８０、過冷却熱交換器９０および連絡冷媒配管１３を介して膨張機構７０と室内熱交換器１２ａとを接続する。第２ブリッジ配管５６ｃには、出口逆止弁５５ｃが設けられている。出口逆止弁５５ｃは、膨張機構７０から室内熱交換器１２ａへ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁である。すなわち、第２ブリッジ配管５６ｃは、冷房運転時に、膨張機構７０から室内熱交換器１２ａ（冷房運転時の蒸発器）に送られる冷媒を流す機能を果たす。

第３ブリッジ配管５６ｂは、連絡冷媒配管１３およびエコノマイザ熱交換器６１を介して室内熱交換器１２ａと膨張機構７０とを接続する。第３ブリッジ配管５６ｂには、入口逆止弁５５ｂが設けられている。入口逆止弁５５ｂは、室内熱交換器１２ａから膨張機構７０へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁である。すなわち、第３ブリッジ配管５６ｂは、暖房運転時に、室内熱交換器１２ａ（暖房運転時の放熱器）から膨張機構７０に送られる冷媒を流す機能を果たす。

第４ブリッジ配管５６ｄは、レシーバ８０および過冷却熱交換器９０を介して膨張機構７０と室外熱交換器４０とを接続する。第４ブリッジ配管５６ｄには、出口逆止弁５５ｄが設けられている。出口逆止弁５５ｄは、膨張機構７０から室外熱交換器４０へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁である。すなわち、第４ブリッジ配管５６ｄは、暖房運転時に、膨張機構７０から室外熱交換器４０（暖房運転時の蒸発器）に送られる冷媒を流す機能を果たす。

（１−６）エコノマイザ熱交換器
エコノマイザ熱交換器６１は、ブリッジ回路５５から膨張機構７０およびレシーバ８０へと向かう高圧の冷媒と、その高圧の冷媒の一部を分岐させ膨張させた中間圧の冷媒との間で熱交換を行わせる。ブリッジ回路５５から膨張機構７０へ冷媒を流す主冷媒配管から分岐した配管（インジェクション配管６１ａ）には、第５室外電動弁６１ｂが配備されている。この第５室外電動弁６１ｂを通って膨張し、エコノマイザ熱交換器６１で蒸発した冷媒は、第２インタークーラ管４２ａに向かって延びるインジェクション配管６１ａを通って、第２インタークーラ管４２ａの逆止弁よりも第３吸入管２３ａに近い部分に流れ込み、第３吸入管２３ａから第３圧縮部２３へ吸い込まれる冷媒を冷やす。

（１−７）内部熱交換器
内部熱交換器６２は、上述の通りブリッジ回路５５内に配置されており、室外熱交換器４０の第４熱交換器４４から膨張機構７０およびレシーバ８０へと向かう高圧の冷媒と、膨張機構７０等を通過し室内熱交換器１２ａで蒸発して低圧冷媒配管１９を流れる低圧のガス冷媒との間で熱交換を行わせる。内部熱交換器６２は、液ガス熱交換器と呼ばれることもある。室外熱交換器４０の第４熱交換器４４を出た高圧の冷媒は、まず内部熱交換器６２を通過し、次にエコノマイザ熱交換器６１を通過して、膨張機構７０およびレシーバ８０へと向かう。

（１−８）膨張機構
膨張機構７０は、ブリッジ回路５５から流れてきた高圧の冷媒を減圧・膨張させ、気液二相状態の中間圧の冷媒をレシーバ８０へと流す。すなわち、膨張機構７０は、冷房運転時には、高圧冷媒のガスクーラ（放熱器）として機能する室外の第４熱交換器４４から、低圧冷媒の蒸発器として機能する室内熱交換器１２ａに送られる冷媒を減圧し、暖房運転時には、高圧冷媒のガスクーラ（放熱器）として機能する室内熱交換器１２ａから、低圧冷媒の蒸発器として機能する室外熱交換器４０に送られる冷媒を減圧する。膨張機構７０は、膨張機７１および第６室外電動弁７２から構成される。膨張機７１は、冷媒の減圧過程の絞り損失を有効な仕事（エネルギー）として回収する役割を果たす。

（１−９）レシーバ
レシーバ８０は、膨張機構７０を出て入口管８１から内部空間に入ってきた気液二相状態の中間圧の冷媒を、液冷媒とガス冷媒とに分離する。分離されたガス冷媒は、低圧戻し配管９１ａに設けられた第７室外電動弁９１を通過して低圧のガスリッチな冷媒となり、過冷却熱交換器９０に送られる。分離された液冷媒は、出口管８２によって過冷却熱交換器９０に送られる。

（１−１０）過冷却熱交換器
過冷却熱交換器９０は、低圧のガス冷媒と、レシーバ８０の出口管８２から出た中間圧の液冷媒との間で熱交換を行わせる。レシーバ８０の出口管８２から出た中間圧の液冷媒の一部は、冷房運転時には、レシーバ８０と過冷却熱交換器９０との間から分岐する分岐管９２ａを流れ、第８室外電動弁９２を通過して、気液二相状態の低圧の冷媒となる。冷房運転時に第８室外電動弁９２で減圧された低圧冷媒は、第７室外電動弁９１で減圧された低圧冷媒と合流し、過冷却熱交換器９０において、レシーバ８０の出口管８２からブリッジ回路５５に向かう中間圧の液冷媒と熱交換され、過熱がついた状態で過冷却熱交換器９０から低圧戻し配管９１ａを通って低圧冷媒配管１９へと流れていく。一方、レシーバ８０の出口管８２からブリッジ回路５５に向かう中間圧の液冷媒は、過冷却熱交換器９０において熱を奪われ、過冷却がついた状態でブリッジ回路５５へ流れていく。

なお、暖房運転時には、第８室外電動弁９２が閉まり、分岐管９２ａには冷媒が流れないが、レシーバ８０の出口管８２から出た中間圧の液冷媒と、第７室外電動弁９１で減圧された低圧冷媒とが、過冷却熱交換器９０において熱交換を行うことになる。

（１−１１）室内熱交換器
室内熱交換器１２ａは、複数の室内ユニット１２それぞれに設けられており、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能し、暖房運転時には冷媒の冷却器として機能する。これらの室内熱交換器１２ａには、内部を流れる冷媒と熱交換を行う冷房対象あるいは暖房対象として、水や空気が流される。ここでは、室内熱交換器１２ａに、図示しない室内送風ファンからの室内空気が流れ、冷却あるいは加熱された空調空気が室内へと供給される。

室内熱交換器１２ａの一端は室内電動弁１２ｂに、室内熱交換器１２ａの他端は連絡冷媒配管１４に接続されている。

（１−１２）室内電動弁
室内電動弁１２ｂは、複数の室内ユニット１２それぞれに設けられており、室内熱交換器１２ａに流す冷媒の量を調整したり冷媒の減圧・膨張を行ったりする。室内電動弁１２ｂは、連絡冷媒配管１３と室内熱交換器１２ａとの間に配置されている。

（１−１３）制御部
制御部は、四段圧縮機２０の圧縮機駆動モータや第１〜第４切換機構３１〜３４、各電動弁１２ｂ，５１〜５４，６１ｂ，７２，９１，９２と接続されるマイクロコンピュータである。この制御部は、外部から入力された室内設定温度などの情報に基づいて、圧縮機駆動モータの回転数制御や冷房運転サイクルと暖房運転サイクルとの切り換え、電動弁開度の調節などを行う。

（２）空気調和装置の動作
空気調和装置１０の動作について、図１〜図４を参照しながら説明する。図２は、冷房運転時における冷凍サイクルの圧力−エンタルピ線図（ｐ−ｈ線図）である。図４は、暖房運転時における冷凍サイクルの圧力−エンタルピ線図（ｐ−ｈ線図）である。図２および図４において、上に凸の一点鎖線で示す曲線は、冷媒の飽和液線および乾き飽和蒸気線である。図２および図４において、冷凍サイクル上の英文字が付された点は、それぞれ、図１および図３において同じ英文字で表される点における冷媒の圧力およびエンタルピを表している。例えば、図１の点Ｂにおける冷媒は、図２の点Ｂにおける圧力およびエンタルピの状態になっている。なお、空気調和装置１０の冷房運転時および暖房運転時における各運転制御は、制御部によって行われる。

（２−１）冷房運転時の動作
冷房運転時は、図１に示す冷媒配管に沿った矢印の方向に、冷媒が、四段圧縮機２０、室外熱交換器４０、膨張機構７０、室内熱交換器１２ａの順に冷媒回路内を循環する。以下、冷房運転時における空気調和装置１０の動作について、図１および図２を参照しながら説明する。

第１吸入管２１ａから四段圧縮機２０に吸い込まれる低圧のガス冷媒（点Ａ）は、第１圧縮部２１で圧縮されて、第１吐出管２１ｂへと吐出される（点Ｂ）。吐出された冷媒は、第１切換機構３１を通過し、インタークーラとして機能する第１熱交換器４１で冷却された後、第１インタークーラ管４１ａを介して第２吸入管２２ａに流れ込む（点Ｃ）。

第２吸入管２２ａから第２圧縮部２２に吸い込まれた冷媒は、圧縮されて第２吐出管２２ｂに吐出される（点Ｄ）。吐出された冷媒は、第２切換機構３２を通過し、インタークーラとして機能する第２熱交換器４２で冷却された後、第２インタークーラ管４２ａに流れる（点Ｅ）。第２インタークーラ管４２ａを流れる冷媒は、エコノマイザ熱交換器６１において熱交換されてインジェクション配管６１ａを流れてくる中間圧の冷媒（点Ｌ）と合流した後、第３吸入管２３ａに流れ込む（点Ｆ）。

第３吸入管２３ａから第３圧縮部２３に吸い込まれた冷媒は、圧縮されて第３吐出管２３ｂに吐出される（点Ｇ）。吐出された冷媒は、第３切換機構３３を通過し、インタークーラとして機能する第３熱交換器４３で冷却された後、第３インタークーラ管４３ａを介して第４吸入管２４ａに流れ込む（点Ｈ）。

第４吸入管２４ａから第４圧縮部２４に吸い込まれた冷媒は、圧縮されて第４吐出管２４ｂに吐出される（点Ｉ）。吐出された高圧の冷媒は、第４切換機構３４を通過し、ガスクーラとして機能する第４熱交換器４４で冷却され、ブリッジ回路５５の第１ブリッジ配管５６ａへ流れる（点Ｊ）。第１ブリッジ配管５６ａを流れる高圧冷媒は、内部熱交換器６２を通り、入口逆止弁５５ａを通ってエコノマイザ熱交換器６１へと流れていく（点Ｍ）。

内部熱交換器６２では、後述する低圧冷媒配管１９から四段圧縮機２０の第１吸入管２１ａへと流れる低圧冷媒と熱交換を行い、点Ｊの状態の高圧冷媒が、温度が下がって点Ｍの状態の高圧冷媒となる。

ブリッジ回路５５において内部熱交換器６２及び入口逆止弁５５ａを通過した高圧冷媒は、エコノマイザ熱交換器６１に流れ込むとともに、その一部が分岐して第５室外電動弁６１ｂへと流れる。第５室外電動弁６１ｂで減圧・膨張して気液二相状態となった中間圧冷媒（点Ｋ）は、エコノマイザ熱交換器６１において、ブリッジ回路５５から膨張機構７０に向かう高圧冷媒（点Ｊ）と熱交換し、中間圧のガス冷媒（点Ｌ）となって上述のようにインジェクション配管６１ａから第２インタークーラ管４２ａへと流れ込む。

第５室外電動弁６１ｂを出た中間圧冷媒と熱交換をし、更に温度が下がった状態でエコノマイザ熱交換器６１を出た高圧冷媒は、膨張機構７０へと流れていく（点Ｎ）。

エコノマイザ熱交換器６１を出た高圧冷媒（点Ｎ）は、２つに分岐され、それぞれ膨張機構７０の膨張機７１、膨張機構７０の第６室外電動弁７２に流れる。膨張機７１で減圧・膨張した中間圧冷媒（点Ｐ）と、第６室外電動弁７２で減圧・膨張した中間圧冷媒（点Ｏ）とは、合流した後に入口管８１からレシーバ８０の内部空間へと流れ込む（点Ｑ）。このレシーバ８０に流れ込んだ気液二相状態の中間圧冷媒は、レシーバ８０の内部空間において液冷媒とガス冷媒とに分離される。

レシーバ８０で分離された液冷媒（点Ｒ）は、出口管８２を通ってそのまま過冷却熱交換器９０へと流れ、レシーバ８０で分離されたガス冷媒（点Ｕ）は、第７室外電動弁９１で減圧され低圧冷媒（点Ｗ）となって過冷却熱交換器９０へと流れていく。レシーバ８０の出口管８２から過冷却熱交換器９０に向かう中間圧冷媒は、過冷却熱交換器９０の手前で分岐し、一方が過冷却熱交換器９０を通ってブリッジ回路５５に向かい、他方が分岐管９２ａの第８室外電動弁９２へと流れる。第８室外電動弁９２を通過して減圧された気液二相状態の低圧冷媒（点Ｓ）は、第７室外電動弁９１を通過した低圧冷媒（点Ｗ）と合流し（点Ｘ）、過冷却熱交換器９０を経て低圧冷媒配管１９へと流れる。過冷却熱交換器９０での熱交換によって、低圧冷媒配管１９に向かって流れる低圧冷媒（点Ｘ）は、蒸発して過熱のついた低圧冷媒（点Ｙ）となり、ブリッジ回路５５に向かって流れる中間圧冷媒（点Ｒ）は、熱を奪われて過冷却のついた中間圧冷媒（点Ｔ）となる。

過冷却熱交換器９０で過冷却のついた中間圧冷媒（点Ｔ）は、ブリッジ回路５５の第２ブリッジ配管５６ｃへと流れ、出口逆止弁５５ｃを通って、連絡冷媒配管１３へと流れていく。連絡冷媒配管１３から室内ユニット１２に入った冷媒は、室内電動弁１２ｂを通過するときに膨張し、気液二相の低圧冷媒（点Ｖ）となって室内熱交換器１２ａに流れ込む。この低圧冷媒は、室内熱交換器１２ａで室内空気から熱を奪い、過熱のついた低圧のガス冷媒（点Ｚ）になる。室内ユニット１２を出た低圧冷媒は、連絡冷媒配管１４および第４切換機構３４を経て低圧冷媒配管１９へと流れていく。

室内熱交換器１２ａから出てきた低圧冷媒（点Ｚ）と、過冷却熱交換器９０から流れてくる低圧冷媒（点Ｙ）とは、低圧冷媒配管１９で合流し（点ＡＢ）、内部熱交換器６２を通って第１吸入管２１ａから四段圧縮機２０へと戻っていく。上述のように、内部熱交換器６２では、四段圧縮機２０に向かう低圧冷媒（点ＡＢ）と、第１ブリッジ配管５６ａ内を膨張機構７０、そしてレシーバ８０へと向かう高圧冷媒（点Ｊ）とが熱交換を行う。

以上のように冷媒が冷媒回路内を循環することにより、空気調和装置１０は冷房運転サイクルを行う。

（２−２）暖房運転時の動作
暖房運転時は、図３に示す冷媒配管に沿った矢印の方向に、冷媒が、四段圧縮機２０、室内熱交換器１２ａ、膨張機構７０、室外熱交換器４０の順に冷媒回路内を循環する。以下、暖房運転時における空気調和装置１０の動作について、図３および図４を参照しながら説明する。

第１吸入管２１ａから四段圧縮機２０に吸い込まれる低圧のガス冷媒（点Ａ）は、第１圧縮部２１で圧縮されて、第１吐出管２１ｂに吐出される（点Ｂ）。吐出された冷媒は、第１切換機構３１を通過し、第２吸入管２２ａを流れる（点Ｃ）。

第２吸入管２２ａから第２圧縮部２２に吸い込まれた冷媒は、圧縮されて第２吐出管２２ｂに吐出される（点Ｄ）。吐出された冷媒は、第２切換機構３２を通過し、第３吸入管２３ａを流れる。なお、第３吸入管２３ａには、エコノマイザ熱交換器６１において熱交換されてインジェクション配管６１ａを流れてくる中間圧の冷媒（点Ｌ）も流れ込んでくるため、冷媒の温度が下がる（点Ｆ）。

第３吸入管２３ａから第３圧縮部２３に吸い込まれた冷媒は、圧縮されて第３吐出管２３ｂに吐出される（点Ｇ）。吐出された冷媒は、第３切換機構３３を通過し、第４吸入管２４ａを流れる（点Ｈ）。

第４吸入管２４ａから第４圧縮部２４に吸い込まれた冷媒は、圧縮されて第４吐出管２４ｂに吐出される（点Ｉ）。吐出された高圧の冷媒は、第４切換機構３４を通過し、連絡冷媒配管１４を介して室内ユニット１２に流入する（点Ｚ）。

連絡冷媒配管１４から室内ユニット１２に入った高圧冷媒は、冷媒の冷却器として機能する室内熱交換器１２ａで室内空気に放熱し、室内空気を暖める。室内熱交換器１２ａでの熱交換によって温度が下がった高圧冷媒（点Ｖ）は、室内電動弁１２ｂを通過する際にわずかに減圧され、連絡冷媒配管１３を通って室外ユニット１１のブリッジ回路５５の第３ブリッジ配管５６ｂへと流れ、入口逆止弁５５ｂからエコノマイザ熱交換器６１へ向かう（点Ｍ）。

ブリッジ回路５５を出た高圧冷媒（点Ｍ）は、エコノマイザ熱交換器６１に流れ込むとともに、その一部が分岐して第５室外電動弁６１ｂへと流れる。第５室外電動弁６１ｂで減圧・膨張して気液二相状態となった中間圧冷媒（点Ｋ）は、エコノマイザ熱交換器６１において、ブリッジ回路５５から膨張機構７０に向かう高圧冷媒（点Ｍ）と熱交換し、中間圧のガス冷媒（点Ｌ）となってインジェクション配管６１ａから第２インタークーラ管４２ａへと流れ込む。

第５室外電動弁６１ｂを出た中間圧冷媒と熱交換をし、更に温度が下がった状態でエコノマイザ熱交換器６１を出た高圧冷媒は、膨張機構７０へと流れていく（点Ｎ）。

エコノマイザ熱交換器６１を出た高圧冷媒（点Ｎ）は、２つに分岐され、それぞれ膨張機構７０の膨張機７１、膨張機構７０の第６室外電動弁７２に流れる。膨張機７１で減圧・膨張した中間圧冷媒（点Ｐ）と、第６室外電動弁７２で減圧・膨張した中間圧冷媒（点Ｏ）とは、合流した後に入口管８１からレシーバ８０の内部空間へと流れ込む（点Ｑ）。このレシーバ８０に流れ込んだ気液二相状態の中間圧冷媒は、レシーバ８０の内部空間において液冷媒とガス冷媒とに分離される。

レシーバ８０で分離された液冷媒（点Ｒ）は、出口管８２を通ってそのまま過冷却熱交換器９０へと流れ、レシーバ８０で分離されたガス冷媒（点Ｕ）は、第７室外電動弁９１で減圧され低圧冷媒（点Ｗ）となって過冷却熱交換器９０へと流れていく。レシーバ８０の出口管８２から過冷却熱交換器９０に向かう中間圧冷媒は、第８室外電動弁９２が閉められているため分岐管９２ａには流れず、全量が過冷却熱交換器９０に流れ込む。過冷却熱交換器９０では、レシーバ８０の出口管８２から流れてくる中間圧冷媒（点Ｒ）と、第７室外電動弁９１で減圧された低圧冷媒（点Ｗ，Ｘ）との間で熱交換が行われる。この熱交換によって、低圧冷媒配管１９に向かって流れる低圧冷媒（点Ｘ）は、蒸発して過熱のついた低圧冷媒（点Ｙ）となり、レシーバ８０からブリッジ回路５５に向かう中間圧冷媒（点Ｒ）は、熱を奪われて過冷却のついた中間圧冷媒（点Ｔ）となる。

過冷却熱交換器９０を出た中間圧冷媒は、ブリッジ回路５５の第４ブリッジ配管５６ｄへと流れ、出口逆止弁５５ｄを通過した後、４路に分流し、第１〜第４室外電動弁５１〜５４でそれぞれ減圧・膨張され気液二相の低圧冷媒となる（点ＡＣ）。このとき、第１〜第４室外電動弁５１〜５４の開度は、第１〜第４熱交換器４１〜４４それぞれの容量や圧力損失量に応じて調節されており、いずれかの熱交換器に冷媒が偏流してしまうことが抑制されている。

室外熱交換器４０の、第１熱交換器４１、第２熱交換器４２、第３熱交換器４３および第４熱交換器４４に流入した各路の低圧冷媒は、外気から熱を奪って蒸発し、過熱のついた低圧のガス冷媒となって第１〜第４切換機構３１〜３４を通過した後に合流する（点ＡＤ）。

第１〜第４切換機構３１〜３４の下流側で合流した低圧冷媒（点ＡＤ）は、低圧冷媒配管１９で、過冷却熱交換器９０から流れてくる低圧冷媒（点Ｙ）と合流し（点ＡＢ）、内部熱交換器６２を通って第１吸入管２１ａから四段圧縮機２０へと戻っていく。ここで、内部熱交換器６２を通るもう１つの冷媒配管である第１ブリッジ配管５６ａには、冷媒が流れていない。したがって、内部熱交換器６２では、四段圧縮機２０に向かう低圧冷媒（点ＡＢ）は、上述の冷房運転時のように高圧の冷媒とは熱交換を行わない。このため、低圧冷媒配管１９、そして第１吸入管２１ａを流れる低圧冷媒は、温度上昇を抑えた状態で四段圧縮機２０に吸い込まれる（点Ａ）。

以上のように冷媒が冷媒回路内を循環することにより、空気調和装置１０は暖房運転サイクルを行う。

（３）空気調和装置の特徴
（３−１）
本実施形態に係る空気調和装置１０では、内部熱交換器６２は、ブリッジ回路５５内に配置されており、内部熱交換器６２には、第１ブリッジ配管５６ａと低圧冷媒配管１９とが通っている。第１ブリッジ配管５６ａには、冷房運転時のみ冷房運転時の放熱器である室外熱交換器４０の第４熱交換器４４から膨張機構７０へと向かう高圧の冷媒が流れる。このため、暖房運転時には、内部熱交換器６２を通る第１ブリッジ配管５６ａには、冷媒が流れない。すなわち、内部熱交換器６２は、ブリッジ回路５５の暖房運転時には冷媒が流れない箇所に配置されている。

これにより、冷房運転時は、放熱器として機能する室外熱交換器４０の第４熱交換器４４を出た高圧の冷媒を膨張前に内部熱交換器６２において室内熱交換器１２ａから四段圧縮機２０に送られる低圧の冷媒と熱交換させてさらに冷却しており（図２の点Ｊから点Ｍまでの冷却）、その結果、冷房性能を向上させ、冷房運転の効率を向上させることが可能となっている。

また、仮に、暖房運転時にも、室外熱交換器４０（蒸発器）から四段圧縮機２０に送られる冷媒と、室内熱交換器１２ａ（放熱器）から膨張機構７０に送られる冷媒とを内部熱交換器６２において熱交換させると、四段圧縮機２０に吸い込まれる冷媒の温度が高くなりすぎて四段圧縮機２０の動力が増大し、運転効率が悪くなることが想定される。例えば、比較例として図５に示すような空気調和装置１１０を想定すると、空気調和装置１１０の暖房運転時における冷凍サイクルの圧力−エンタルピ線図（ｐ−ｈ線図）は、図６のようになる。図５に示す矢印は、暖房運転時の冷媒の流れを示している。図５において冷凍サイクル上の英文字が付された点は、図６において同じ英文字で表される点における圧力およびエンタルピの状態になっている。図６において、上に凸の一点鎖線で示す曲線は、冷媒の飽和液線および乾き飽和蒸気線である。この空気調和装置１１０では、内部熱交換器１６２は、ブリッジ回路１５５の中に配置されておらず、室内熱交換器１２ａを出た高圧の冷媒は、ブリッジ回路１５５の入口逆止弁５５ｂを通り、まず内部熱交換器１６２、次にエコノマイザ熱交換器６１、そして膨張機構７０へと流れていく。内部熱交換器１６２は、当該高圧冷媒（点Ｖ）と四段圧縮機２０に送られる低圧の冷媒（点ＡＢ）とを熱交換させる。その結果、当該低圧冷媒は、当該高圧冷媒から熱を奪い、その温度は、図６の点ＡＢから点Ａへと上昇する。

しかし、上記実施形態に係る空気調和装置１０では、暖房運転時は、内部熱交換器６２にはブリッジ回路５５を通る高圧の冷媒が流れない。すなわち、暖房運転時には、放熱器として機能する室内熱交換器１２ａを出た高圧の冷媒が内部熱交換器６２を流れない。したがって、蒸発器として機能する室外熱交換器４０から四段圧縮機２０に送られる冷媒は、室内熱交換器１２ａを出た高圧の冷媒と内部熱交換器６２において熱交換をしない。そのため、内部熱交換器１６２に入る前の冷媒の温度（図４の点ＡＢ）と四段圧縮機２０に吸い込まれる前の冷媒の温度（図４の点Ａ）とは、同じである。これにより、暖房運転時は、四段圧縮機２０に吸い込まれる冷媒の温度の上昇によりＣＯＰが低下することを回避している。その結果、暖房運転の効率を向上させることが可能となっている。

したがって、空気調和装置１０は、冷暖房切り替え可能であるが、冷暖房両方の運転効率を向上させることが可能となっている。

（３−２）
空気調和装置１０では、ブリッジ回路５５は、主に、第１ブリッジ配管５６ａ、第２ブリッジ配管５６ｃ、第３ブリッジ配管５６ｂおよび第４ブリッジ配管５６ｄから構成されている。第１ブリッジ配管５６ａは、冷房運転時に室外熱交換器４０の第４熱交換器４４と膨張機構７０とを接続し、冷房運転時に第１ブリッジ配管５６ａには、室外熱交換器４０の第４熱交換器４４から膨張機構７０に送られる高圧の冷媒が流れる。第１ブリッジ配管５６ａは、入口逆止弁５５ａを有し、入口逆止弁５５ａは、冷房運転時の放熱器である室外熱交換器４０の第４熱交換器４４から膨張機構７０へ向かう方向にのみ冷媒を流す。第１ブリッジ配管５６ａの入口逆止弁５５ａの上流には内部熱交換器６２が配置されている。すなわち、冷房運転時にのみ第１ブリッジ配管５６ａに高圧の冷媒が流れ、当該冷媒は、内部熱交換器６２を通り、入口逆止弁５５ａを通過するが、暖房運転時には、内部熱交換器６２を通る第１ブリッジ配管５６ａには、冷媒が流れないように構成されている。これにより、流路切換のための高価な機能部品（四路切替弁等）を追加することなく（すなわちコストをあまりかけずに）、簡便な機構により冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流れを切り替えて制御できており、冷房運転時の性能を向上させるとともに、暖房運転時の運転効率をも向上させることが可能となっている。

（３−３）
空気調和装置１０では、四段圧縮機２０を備えており、冷房運転時には、第１圧縮部２１、第２圧縮部２２又は第３圧縮部２３で圧縮した圧縮途中の冷媒を第１熱交換器４１、第２熱交換器４２又は第３熱交換器４３において冷却してから、冷媒を次の段の圧縮部に圧縮させている。これにより、運転効率を上げている。

また、仮に、図５に示す比較例に係る空気調和装置１１０のように、暖房運転時にも室外熱交換器４０（蒸発器）から四段圧縮機２０に送られる冷媒と、室内熱交換器１２ａ（放熱器）から膨張機構７０に送られる冷媒とを熱交換させると、膨張される前の高圧の冷媒の温度（すなわち、エンタルピ）（図６の点Ｎ）が低下し、膨張後の中間圧の冷媒と低圧の冷媒との差圧（図６の線分Ｔ−ＡＣと１点鎖線で示す曲線との交点と、点ＡＣとの差）を確保できないことが想定される。また、第１〜第４室外電動弁５１〜５４による室外熱交換器４０の出口のスーパーヒートの制御や、レシーバ８０での余剰冷媒制御が困難になることが想定される。もし、これらの問題を、例えば、第１〜第４室外電動弁５１〜５４の絞り開度調整のみにより回避しようとすると、四段圧縮機２０に吸入される低圧の冷媒が必要以上に低圧となってしまい、一層暖房運転の効率を低下させる恐れがある。しかし、空気調和装置１０では、内部熱交換器６２において暖房運転時の蒸発器である室外熱交換器４０から四段圧縮機２０に送られる冷媒と、暖房運転時の放熱器である室内熱交換器１２ａから膨張機構７０に送られる冷媒とを暖房運転時には熱交換させない。これにより、冷房性能をより向上させるとともに、暖房運転時には、膨張前温度（すなわち、エンタルピ）の低下により膨張後の中間圧の冷媒（図４の線分Ｔ−ＡＣと１点鎖線で示す曲線との交点）と低圧の冷媒（図４の点ＡＣ）との差圧が確保できないという問題を回避できている。また、暖房運転時の蒸発器である室外熱交換器４０の出口のスーパーヒートの制御や、レシーバ８０での余剰冷媒の制御を適切に行うことができている。

（３−４）
空気調和装置１０では、空気調和装置１０では、エコノマイザ熱交換器６１は、冷房運転時に、高圧冷媒のガスクーラとして機能する室外の第４熱交換器４４から膨張機構７０に送られる高圧冷媒と、第５室外電動弁６１ｂを通って膨張し第３圧縮部２３の第３吸入管２３ａへと向かうインジェクション配管６１ａを流れる中間圧冷媒との間で熱交換をさせる。また、エコノマイザ熱交換器６１は、暖房運転時には、高圧冷媒のガスクーラ（放熱器）として機能する室内熱交換器１２ａから膨張機構７０に送られる高圧冷媒と、インジェクション配管６１ａを流れる中間圧冷媒との間で熱交換をさせる。すなわち、この冷凍装置１０では、１つの低段圧縮部である第１圧縮部２１と３つの高段圧縮部である第２〜第４圧縮部２２〜２４とを有する四段圧縮機２０における圧縮途中の中間圧の冷媒（第３圧縮部２３の第３吸入管２３ａを流れる冷媒）をエコノマイザ熱交換器６１によって冷却し、運転効率を上げている。

（３−５）
空気調和装置１０では、運転状態によって冷媒循環量が異なる場合にもレシーバ８０で余剰冷媒の調整を行うことができる。また、低圧戻し配管９１ａを流れる冷媒によって、レシーバ８０から蒸発器として機能する室内熱交換器１２ａあるいは室外熱交換器４０に送られる冷媒を冷やし、過冷却をつけることができているため、室内熱交換器１２ａの直前における室内電動弁１２ｂでの膨張（図２の点Ｔから点Ｖへの減圧）や室外熱交換器４０の直前における第１〜第４室外電動弁５１〜５４での膨張（図４の点Ｔから点ＡＣへの減圧）を、各電動弁の開度調整によって容易に制御できている。

（３−６）
空気調和装置１０では、膨張機構７０を膨張機７１および第６室外電動弁７２から構成し、膨張機７１で冷媒の減圧過程の絞り損失を有効な仕事（エネルギー）として回収している。そして、ここでは、膨張機７１で回収したエネルギーを、四段圧縮機２０の動力の一部に当てている。これにより、上述の運転効率の向上に加え、更なる運転効率の向上が達成されている。

（４）変形例
（４−１）変形例Ａ
上記実施形態では、空気調和装置１０は、１つの低段圧縮部である第１圧縮部２１と３つの高段圧縮部である第２〜第４圧縮部２２〜２４とを有する四段圧縮機２０により冷媒を圧縮していた。しかし、他の実施形態においては、単段圧縮機により冷媒を圧縮しても良い。すなわち、単段圧縮機を用いた冷媒回路であっても、上記実施形態のようにブリッジ回路５５の暖房運転時に高圧の冷媒が流れない箇所に内部熱交換器６２を配置すれば、冷房性能を向上させるとともに、暖房運転時の運転効率をも向上させることができる。

また、他の実施形態においては、四段圧縮機２０の代わりに、２段圧縮機や、３段圧縮機等、複数段或いは多段の圧縮機を用いてもよい。いかなる段数の圧縮機を用いても、上記実施形態のようにブリッジ回路５５の暖房運転時に高圧の冷媒が流れない箇所に内部熱交換器６２を配置すれば、冷房運転時は、圧縮途中の中間圧の冷媒を冷却できるようになっており、運転効率を上げることが可能となり、暖房運転時は、膨張前温度（すなわち、エンタルピ）の低下により膨張後の中間圧の冷媒と低圧の冷媒との差圧が確保できないという問題を回避することが可能となる。

１０ 空気調和装置（冷凍装置）
１２ａ 室内熱交換器（蒸発器；放熱器）
２０ 四段圧縮機（圧縮機構）
２１ 第１圧縮部（低段圧縮機）
２２ 第２圧縮部（高段圧縮機）
２３ 第３圧縮部（高段圧縮機）
２４ 第４圧縮部（高段圧縮機）
４４ 第４熱交換器（放熱器；蒸発器）
５５ ブリッジ回路
５５ａ 入口逆止弁（第１逆止機構）
５５ｂ 入口逆止弁（第３逆止機構）
５５ｃ 出口逆止弁（第２逆止機構）
５５ｄ 出口逆止弁（第４逆止機構）
５６ａ 第１ブリッジ配管
５６ｂ 第３ブリッジ配管
５６ｃ 第２ブリッジ配管
５６ｄ 第４ブリッジ配管
６１ エコノマイザ熱交換器
６１ａ インジェクション配管
６１ｂ 第５室外電動弁（第２膨張機構）
６２ 内部熱交換器
７０ 膨張機構（第１膨張機構）
７１ 膨張機
８０ レシーバ（気液分離器）
９０ 過冷却熱交換器
９１ 第７室外電動弁（第３膨張機構）
９１ａ 低圧戻し配管

特開２００９−２０４２４３号公報

Claims (8)

1. 冷暖房切替可能な冷凍装置（１０）であって、
   冷媒を圧縮する、圧縮機構（２０）と、
   高圧の冷媒が放熱する、放熱器（１２ａ、４４）と、
   低圧の冷媒が蒸発する、蒸発器（１２ａ、４４）と、
   前記放熱器から前記蒸発器に送られる冷媒を減圧する、第１膨張機構（７０）と、
   前記放熱器と前記蒸発器との間に配置されたブリッジ回路（５５）と、
   前記蒸発器から前記圧縮機構に送られる冷媒と、前記放熱器から前記第１膨張機構に送られる冷媒とを熱交換させる内部熱交換器（６２）と、
   を備え、
   前記内部熱交換器は、前記ブリッジ回路の暖房時には冷媒が流れない箇所に配置された、
   冷凍装置（１０）。
2. 前記ブリッジ回路は、
   冷房時に前記放熱器から前記第１膨張機構に送られる冷媒が流れる第１ブリッジ配管（５６ａ）と、
   冷房時に前記第１膨張機構から前記蒸発器に送られる冷媒が流れる第２ブリッジ配管（５６ｃ）と、
   暖房時に前記放熱器から前記第１膨張機構に送られる冷媒が流れる第３ブリッジ配管（５６ｂ）と、
   暖房時に前記第１膨張機構から前記蒸発器に送られる冷媒が流れる第４ブリッジ配管（５６ｄ）と、
   を有し、
   前記第１ブリッジ配管は、冷房時の前記放熱器（４４）から前記第１膨張機構へ向かう方向にのみ冷媒を流す第１逆止機構（５５ａ）を有し、
   前記第２ブリッジ配管は、前記第１膨張機構から冷房時の前記蒸発器（１２ａ）へ向かう方向にのみ冷媒を流す第２逆止機構（５５ｃ）を有し、
   前記第３ブリッジ配管は、暖房時の前記放熱器（１２ａ）から前記第１膨張機構へ向かう方向にのみ冷媒を流す第３逆止機構（５５ｂ）を有し、
   前記第４ブリッジ配管は、前記第１膨張機構から暖房時の前記蒸発器（４４）へ向かう方向にのみ冷媒を流す第４逆止機構（５５ｄ）を有し、
   前記内部熱交換器は、前記第１ブリッジ配管の前記第１逆止機構の上流に配置された、
   請求項１に記載の冷凍装置（１０）。
3. 前記圧縮機構は、１つの低段圧縮機（２１）と、少なくとも１つの高段圧縮機（２２、２３、２４）とからなる複数の圧縮機を有し、前記複数の圧縮機が直列に接続された、
   請求項１又は２に記載の冷凍装置（１０）。
4. 前記圧縮機構は、前記高段圧縮機を２つ以上有する、
   請求項３に記載の冷凍装置（１０）。
5. 前記圧縮機構は、前記高段圧縮機を３つ以上有する、
   請求項３又は４に記載の冷凍装置（１０）。
6. 冷媒を減圧する第２膨張機構（６１ｂ）を有し、前記放熱器から前記第１膨張機構に送られる冷媒を分岐し、前記第２膨張機構により中間圧となった冷媒を、前記高段圧縮機に吸い込まれる冷媒に合流させる、インジェクション配管（６１ａ）と、
   前記放熱器から前記第１膨張機構に送られる冷媒と、前記第２膨張機構から前記高段圧縮機に送られる前記インジェクション配管を流れる冷媒とを熱交換させるエコノマイザ熱交換器（６１）と、
   をさらに備えた、
   請求項３〜５のいずれかに記載の冷凍装置（１０）。
7. 前記第１膨張機構から前記蒸発器に送られる冷媒を、気相の冷媒と液相の冷媒とに分離する、気液分離器（８０）と、
   冷媒を減圧する第３膨張機構（９１）を有し、前記気液分離器の中の気相の冷媒を、前記第３膨張機構により低圧にして、前記蒸発器から前記高段圧縮機に送られる冷媒に合流させる、低圧戻し配管（９１ａ）と、
   前記気液分離器から前記蒸発器に送られる液相の冷媒と、前記第３膨張機構で減圧されて前記低圧戻し配管を流れる冷媒とを熱交換させ、前記気液分離器から前記蒸発器に送られる冷媒を冷却する、過冷却熱交換器（９０）と、
   をさらに備えた、
   請求項３〜６のいずれかに記載の冷凍装置（１０）。
8. 前記第１膨張機構は、冷媒の減圧時に生じる膨張エネルギーを回収する膨張機（７１）を少なくとも有する、
   請求項１〜７のいずれかに記載の冷凍装置（１０）。

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