JP2013210158A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多段圧縮冷凍サイクルを行う装置の運転効率を向上させる。
【解決手段】空気調和装置１０では、インジェクション配管６１ａは、室外熱交換器４０から膨張機構７０に送られる冷媒を分岐し、第５室外電動弁６１ｂにより中間圧となった冷媒を、四段圧縮機２０の第３圧縮部２３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６１は、室外熱交換器４０から膨張機構７０に送られる冷媒と、第５室外電動弁６１ｂから第３圧縮部２３に送られる冷媒とを熱交換させる。内部熱交換器６２は、室外熱交換器４０から膨張機構７０に送られる冷媒と、室内熱交換器１２ａから四段圧縮機２０の第１圧縮部２１に送られる冷媒とを熱交換させる。室外熱交換器４０から膨張機構７０に送られる冷媒は、まずエコノマイザ熱交換器６１を流れ、次に内部熱交換器５２を流れる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍装置に関する。

従来から、多段圧縮冷凍サイクルを行う冷凍装置であって、内部熱交換器およびエコノマイザ熱交換器を備えるものが提案されている。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、また、高圧冷媒と、その高圧冷媒を分岐して減圧した中間圧冷媒とを熱交換させるエコノマイザ熱交換器を更に備えている。エコノマイザ熱交換器から、多段圧縮の圧縮途中の冷媒が流れる配管に、中間圧冷媒のインジェクション配管が延びており、中間圧インジェクションを行うことで吐出温度抑制や圧縮機の動力（消費電力）低減を図っている。また、内部熱交換器での熱交換によって、冷凍サイクルの効率を更に向上させている。

しかし、まず内部熱交換器に高圧冷媒が流れ、次にエコノマイザ熱交換器に高圧冷媒が流れるという構成を、３段以上の多段圧縮の冷凍装置に適用すると仮定した場合、運転条件によっては、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したり、膨張前の冷媒の温度を下げることが十分に出来なかったりすることが想定される。

本発明の課題は、３段以上の多段圧縮冷凍サイクルを行う冷凍装置において、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、複数段圧縮機構と、放熱器と、蒸発器と、第１膨張機構と、インジェクション配管と、エコノマイザ熱交換器と、内部熱交換器とを備えている。複数段圧縮機構は、１つの低段圧縮部と、複数の高段圧縮部とを有しており、圧縮機構それぞれが直列に接続されている。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。インジェクション配管は、冷媒を減圧する第２膨張機構を有している。インジェクション配管は、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、高段圧縮部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部に送られる冷媒（インジェクション配管を流れる冷媒）とを熱交換させる。内部熱交換器は、放熱器から第１膨張機構に送られる冷媒と、蒸発器から低段圧縮部に送られる冷媒とを熱交換させる。そして、放熱器から第１膨張機構に送られる冷媒が、まずエコノマイザ熱交換器を流れ、次に内部熱交換器を流れるように、エコノマイザ熱交換器および内部熱交換器が配置される。

この冷凍装置では、１つの低段圧縮部と少なくとも２つの高段圧縮部とを有する３段以上の複数段圧縮機構を備え、圧縮途中の中間圧の冷媒を冷却できるようにしているため、運転効率を上げることができる。そして、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部に吸い込まれる冷媒を冷却して、運転効率を上げている。

また、従来は、高圧冷媒の流れの上流側に内部熱交換器が配置され下流側にエコノマイザ熱交換器が配置されていたので、膨張させる前の高圧冷媒の温度の低減度合いに制限があったが、本発明に係る冷凍装置では、先にエコノマイザ熱交換器に高圧冷媒が流れ、その後に内部熱交換器で高圧冷媒と低段圧縮部に送られる低圧冷媒との熱交換を行わせるという構成を採っている。このため、エコノマイザ熱交換器で高圧冷媒の温度を下げた後、さらに内部熱交換器で温度を下げることができ、膨張させる前の冷媒のエンタルピが従来よりも小さくなる。これにより、冷房運転の能力が増大し、運転効率が向上する。

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、複数の高段圧縮部は、第２段圧縮部、第３段圧縮部および第４段圧縮部である。第２段圧縮部は、低段圧縮部から吐出された冷媒を吸入する。第３段圧縮部は、第２段圧縮部から吐出された冷媒を吸入する。第４段圧縮部は、第３段圧縮部から吐出された冷媒を吸入し、放熱器へと冷媒を吐出する。そして、この冷凍装置は、低段圧縮部から吐出され第２段圧縮部に吸入される冷媒を冷やす第１冷却手段と、第２段圧縮部から吐出され第３段圧縮部に吸入される冷媒を冷やす第２冷却手段と、第３段圧縮部から吐出され第４段圧縮部に吸入される冷媒を冷やす第３冷却手段と、をさらに備えている。また、インジェクション配管は、第２膨張機構により中間圧となった冷媒を、第３段圧縮機構に吸い込まれる冷媒に合流させる。

この冷凍装置では、高圧冷媒の流れの上流側にエコノマイザ熱交換器、下流側に内部熱交換器を配し、膨張させる前の高圧冷媒の温度を内部熱交換器で下げて冷房能力を向上させているが、内部熱交換器での熱交換を促進させると、低段圧縮部に吸入される低圧冷媒の温度上昇およびそれに伴う圧縮動力の増大を招くことにもなる。しかし、第２観点に係る冷凍装置では、低段圧縮部〜第４段圧縮部の４つの圧縮部を有する４段圧縮機構を採用し、各圧縮部の間を流れる中間圧冷媒を各冷却手段で冷やすという構成を採っているため、圧縮動力の増大を抑制することができる。

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、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ている。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膨張機構を有している。低圧戻し配管は、気液分離器の中の液相の冷媒を、第３膨張機構により低圧にして、蒸発器から低段圧縮部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て、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、運転状態によって冷媒循環量が異なる場合にも気液分離器で余剰冷媒の調整を行うことができる。また、低圧戻し配管を流れる冷媒によって蒸発器に送られる冷媒を冷やし、過冷却をつけることができるため、蒸発器の直前において更に第４の膨張機構を用いて冷媒を膨張させる場合に、その膨張制御が容易となる。

本発明の第４観点に係る冷凍装置は、第１観点〜第３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、電動弁といったエネルギー回収機能を持たない膨張手段だけによって膨張機構を構成するのではなく、エネルギー回収機能を持った膨張機を有する第１膨張機構を配備しているため、更なる運転効率の向上を図ることができる。膨張機で回収したエネルギーは、たとえば圧縮機構の動力の一部として用いられる。

本発明の第１観点に係る冷凍装置では、高圧冷媒の流れの上流側にエコノマイザ熱交換器、下流側に内部熱交換器を配し、膨張させる前の高圧冷媒の温度を十分に下げることができるため、運転効率が向上する。

本発明の第２観点に係る冷凍装置では、４段圧縮機構を採用し、圧縮部とその次段の圧縮部との間を流れる中間圧冷媒を冷やす冷却手段を設けているため、圧縮動力の増大が抑制される。

本発明の第３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４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。 変形例Ａに係る空気調和装置の冷房運転時の概略構成図である。 変形例Ｂ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６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。

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（放熱器）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、エコノマイザ熱交換器６１、内部熱交換器６２および膨張機構７０を介してレシーバ８０の入口管８１に接続されるとともに、過冷却熱交換器９０を介してレシーバ８０の出口管８２に接続されている。

ブリッジ回路５５は、４つの逆止弁５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄを有している。入口逆止弁５５ａは、室外熱交換器４０からレシーバ８０の入口管８１へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁である。入口逆止弁５５ｂは、室内熱交換器１２ａからレシーバ８０の入口管８１へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁である。出口逆止弁５５ｃは、レシーバ８０の出口管８２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。出口逆止弁５５ｄは、レシーバ８０の出口管８２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、入口逆止弁５５ａ，５５ｂは、室外熱交換器４０および室内熱交換器１２ａの一方からレシーバ８０の入口管８１に冷媒を流す機能を果たし、出口逆止弁５５ｃ、５５ｄは、レシーバ８０の出口管８２から室外熱交換器４０および室内熱交換器１２ａの他方に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、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、膨張機構７０等を通過し室内熱交換器１２ａあるいは室外熱交換器４０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。ブリッジ回路５５を出た高圧の冷媒は、まずエコノマイザ熱交換器６１を通過し、次に内部熱交換器６２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Ｊ）。

ブリッジ回路５５の入口逆止弁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から内部熱交換器６２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（点Ｍ）は、次に内部熱交換器６２を流れ、膨張機構７０へと流れていく（点Ｎ）。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Ｍの状態の高圧冷媒が、温度が下がって点Ｎの状態の高圧冷媒となる。

内部熱交換器６２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の出口逆止弁５５ｄ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。

室内ユニット１２から戻ってきた低圧冷媒（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、ブリッジ回路５５からレシーバ８０へと向かう高圧冷媒（点Ｍ）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Ｊ）。

ブリッジ回路５５を出た高圧冷媒（点Ｊ）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６において、ブリッジ回路５５から内部熱交換器６２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（点Ｍ）は、次に内部熱交換器６２を流れ、膨張機構７０へと流れていく（点Ｎ）。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Ｍの状態の高圧冷媒が、温度が下がって点Ｎの状態の高圧冷媒となる。

内部熱交換器６２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を出てブリッジ回路５５の出口逆止弁５５ｄを通過した中間圧冷媒は、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。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、ブリッジ回路５５からレシーバ８０へと向かう高圧冷媒（点Ｍ）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、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、この空気調和装置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。

一方、内部熱交換器６２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、蒸発器として機能する室内熱交換器１２ａから第１圧縮部２１に送られる低圧冷媒との間で熱交換をさせる。また、内部熱交換器６２は、暖房運転時に、高圧冷媒のガスクーラ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、蒸発器として機能する室外熱交換器４０の各熱交換器４１〜４４から第１圧縮部２１に送られる低圧冷媒との間で熱交換をさせる。

そして、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あるいは室内熱交換器１２ａから膨張機構７０に送られる高圧冷媒が、まずエコノマイザ熱交換器６１に流れ、エコノマイザ熱交換器６１を出た後に内部熱交換器６２へと流れるように、図１および図３に示すエコノマイザ熱交換器６１および内部熱交換器６２の配置を採用している。従来は、高圧冷媒の流れの上流側に内部熱交換器が配置され下流側にエコノマイザ熱交換器が配置されていたので、膨張させる前の高圧冷媒の温度の低減度合いに制限があったが、本実施形態に係る空気調和装置１０では、先にエコノマイザ熱交換器６１に高圧冷媒が流れ、その後に内部熱交換器６２で高圧冷媒と低圧冷媒との熱交換を行わせるという構成を採っている。このため、ガスクーラとして機能する室外の第４熱交換器４４を出た高圧冷媒の温度（図２の点Ｊを参照）をエコノマイザ熱交換器６１で下げた後（図２の点Ｍを参照）、さらに内部熱交換器６２で温度を下げることができ、膨張させる前の冷媒のエンタルピ（図２の点Ｎを参照）が従来よりも小さくなる。これにより、この空気調和装置１０では、冷房運転の能力が増大し、運転効率が向上している。

（３−２）
空気調和装置１０では、上述のように、高圧冷媒の流れの上流側にエコノマイザ熱交換器６１を、下流側に内部熱交換器６２を配し、膨張させる前の高圧冷媒（図２の点Ｊ）の温度を内部熱交換器６２で下げて冷房能力を向上させているが、内部熱交換器６２での熱交換を促進させると、低段圧縮部である四段圧縮機２０の第１圧縮部２１に吸入される低圧冷媒の温度上昇およびそれに伴う圧縮動力の増大を招くことにもなる。しかし、この空気調和装置１０では、第１圧縮部〜第４圧縮部２１〜２４を有する四段圧縮機２０を採用し、各圧縮部の間を流れる中間圧冷媒をインタークーラとして機能する第１〜第３熱交換器４１〜４３で冷やすという構成を採っているため、圧縮動力の増大を抑制することができている。

（３−３）
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る。

（３−４）
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、本発明の前提となる冷凍装置の複数段圧縮機構として、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持つ四段圧縮機２０を採用しているが、これに代えて、複数の二段圧縮機から成るものを採用することも可能である。

例えば、図５に示すように、２つの二段圧縮機１２０ａ，１２０ｂから成る複数段圧縮機構１２０を採用して空気調和装置１１０を構成することができる。空気調和装置１１０では、上記実施形態の室外ユニット１１に代えて室外ユニット１１１を室内ユニット１２に接続している。室外ユニット１１と室外ユニット１１１との違いは、前者が四段圧縮機２０を採用しているのに対し、後者が複数段圧縮機構１２０を採用している点のみである。

複数段圧縮機構１２０は、低段側の二段圧縮機１２０ａと、高段側の二段圧縮機１２０ｂとが直列に接続された圧縮機構である。低段側の二段圧縮機１２０ａは、密閉容器内に、第１圧縮部１２１、第２圧縮部１２２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、２つの圧縮部１２１，１２２を駆動する。すなわち、二段圧縮機１２０ａは、２つの圧縮部１２１，１２２が単一の駆動軸に連結された一軸二段の圧縮構造を有している。二段圧縮機１２０ａでは、第１圧縮部１２１および第２圧縮部１２２が、直列に配管接続される。第１圧縮部１２１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１２２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。高段側の二段圧縮機１２０ｂは、密閉容器内に、第３圧縮部１２３、第４圧縮部１２４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、２つの圧縮部１２３，１２４を駆動する。すなわち、二段圧縮機１２０ｂは、２つの圧縮部１２３，１２４が単一の駆動軸に連結された一軸二段の圧縮構造を有している。二段圧縮機１２０ｂでは、第３圧縮部１２３および第４圧縮部１２４が、直列に配管接続される。第３圧縮部１２３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１２４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。

複数段圧縮機構１２０において、第１圧縮部１２１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１２２は、第１圧縮部１２１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１２３は、第２圧縮部１２２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１２４は、最上段の圧縮機構であり、第３圧縮部１２３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１２４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。

このような複数段圧縮機構１２０を採用した空気調和装置１１０においても、上記実施形態と同様に、高圧冷媒の温度（図２の点Ｊを参照）をエコノマイザ熱交換器６１で下げた後（図２の点Ｍを参照）、さらに内部熱交換器６２で温度を下げることができ、冷房運転の能力が増大し、運転効率が向上する。また、各圧縮部１２１〜１２４の間を流れる中間圧冷媒をインタークーラとして機能する第１〜第３熱交換器４１〜４３で冷やすため、圧縮動力の増大を抑制することができる。

（４−２）変形例Ｂ
上記実施形態では、室外ユニット１１において１つのエコノマイザ熱交換器６１およびインジェクション配管６１ａを配備し、エコノマイザ熱交換器６１で蒸発させた冷媒をインジェクション配管６１ａで第３吸入管２３ａに送り、第３圧縮部２３へ吸い込まれる冷媒を冷やしているが、室外ユニット１１に複数のエコノマイザ熱交換器を配備することも可能である。

図６に示す室外ユニット２１１では、ブリッジ回路５５と内部熱交換器６２との間に、第１エコノマイザ熱交換器１６１、第２エコノマイザ熱交換器２６１および第３エコノマイザ熱交換器３６１を、この順序で直列に並べている。

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、第１エコノマイザ熱交換器１６１の上流側で分岐した第１インジェクション配管１６１ａには、第９室外電動弁１６１ｂが配備されている。この第９室外電動弁１６１ｂを通って膨張し（図７の点Ｋ１参照）、第１エコノマイザ熱交換器１６１で熱交換した冷媒（図７の点Ｌ１参照）は、第３インタークーラ管４３ａに向かって延びる第１インジェクション配管１６１ａを通って、第３インタークーラ管４３ａの逆止弁よりも第４吸入管２４ａに近い部分に流れ込み、第４吸入管２４ａから第４圧縮部２４へ吸い込まれる冷媒を冷やす（図７の点Ｈ参照）。

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、第１エコノマイザ熱交換器１６１と第２エコノマイザ熱交換器２６１との間で分岐した第２インジェクション配管２６１ａには、第１０室外電動弁２６１ｂが配備されている。この第１０室外電動弁２６１ｂを通って膨張し（図７の点Ｋ２参照）、第２エコノマイザ熱交換器２６１で蒸発した冷媒（図７の点Ｌ２参照）は、第２インタークーラ管４２ａに向かって延びる第２インジェクション配管２６１ａ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（図７の点Ｆ参照）。

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、第２エコノマイザ熱交換器２６１と第３エコノマイザ熱交換器３６１との間で分岐した第３インジェクション配管３６１ａには、第１１室外電動弁３６１ｂが配備されている。この第１１室外電動弁３６１ｂを通って膨張し（図７の点Ｋ３参照）、第３エコノマイザ熱交換器３６１で蒸発した冷媒（図７の点Ｌ３参照）は、第１インタークーラ管４１ａに向かって延びる第３インジェクション配管３６１ａを通って、第１インタークーラ管４１ａの逆止弁よりも第２吸入管２２ａに近い部分に流れ込み、第２吸入管２２ａから第２圧縮部２２へ吸い込まれる冷媒を冷やす（図７の点Ｃ参照）。

このように、図６に示す室外ユニット２１１では、第１インジェクション配管１６１ａ、第２インジェクション配管２６１ａおよび第３インジェクション配管３６１ａによる中間圧インジェクションによって、第４圧縮部２４、第３圧縮部２３および第２圧縮部２２へ吸い込まれる冷媒が冷やされるため、内部熱交換器６２による内部熱交換が促進されることにより生じる四段圧縮機２０の最低段の第１圧縮部２１への吸入冷媒温度の上昇の影響が抑制され、冷暖房能力の向上と運転効率の向上とが高いレベルで達成される。

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（複数段圧縮機構）
２１ 第１圧縮部（低段圧縮部）
２２ 第２圧縮部（高段圧縮部；第２段圧縮部）
２３ 第３圧縮部（高段圧縮部；第３段圧縮部）
２４ 第４圧縮部（高段圧縮部；第４段圧縮部）
４０ 室外熱交換器
４１ 第１熱交換器（第１冷却手段）
４２ 第２熱交換器（第２冷却手段）
４３ 第３熱交換器（第３冷却手段）
４４ 第４熱交換器（放熱器；蒸発器）
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
１１０ 空気調和装置（冷凍装置）
１２０ 複数段圧縮機構
１２０ａ，１２０ｂ 二段圧縮機
１２１ 第１圧縮部（低段圧縮部）
１２２ 第２圧縮部（高段圧縮部；第２段圧縮部）
１２３ 第３圧縮部（高段圧縮部；第３段圧縮部）
１２４ 第４圧縮部（高段圧縮部；第４段圧縮部）
１６１ 第１エコノマイザ熱交換器
１６１ａ 第１インジェクション配管
１６１ｂ 第９室外電動弁（第２膨張機構）
２６１ 第２エコノマイザ熱交換器
２６１ａ 第２インジェクション配管
２６１ｂ 第１０室外電動弁（第２膨張機構）
３６１ 第３エコノマイザ熱交換器
３６１ａ 第３インジェクション配管
３６１ｂ 第１１室外電動弁（第２膨張機構）

特開２００９−２５７７０４号公報

Claims (4)

1. １つの低段圧縮部（２１）と、複数の高段圧縮部（２２，２３，２４）のそれぞれとが、直列に接続された、複数段圧縮機構（２０）と、
   高圧の冷媒が放熱する、放熱器（４４，１２ａ）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、
   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、前記高段圧縮部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部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、
   前記放熱器から前記第１膨張機構に送られる冷媒と、前記蒸発器から前記低段圧縮部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、
   前記放熱器から前記第１膨張機構に送られる冷媒が、まず前記エコノマイザ熱交換器（６１）を流れ、次に前記内部熱交換器（６２）を流れるように、前記エコノマイザ熱交換器および前記内部熱交換器が配置される、
   冷凍装置（１０）。
2. 複数の前記高段圧縮部は、前記低段圧縮部から吐出された冷媒を吸入する第２段圧縮部（２２）と、前記第２段圧縮部から吐出された冷媒を吸入する第３段圧縮部（２３）と、前記第３段圧縮部から吐出された冷媒を吸入し前記放熱器へと冷媒を吐出する第４段圧縮部（２４）とであり、
   前記低段圧縮部から吐出され前記第２段圧縮部に吸入される冷媒を冷やす第１冷却手段（４１）と、
   前記第２段圧縮部から吐出され前記第３段圧縮部に吸入される冷媒を冷やす第２冷却手段（４２）と、
   前記第３段圧縮部から吐出され前記第４段圧縮部に吸入される冷媒を冷やす第３冷却手段（４３）と、
   をさらに備え、
   前記インジェクション配管は、前記第２膨張機構により中間圧となった冷媒を、前記第３段圧縮部に吸い込まれる冷媒に合流させる、
   請求項１に記載の冷凍装置。
3. 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低段圧縮部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１又は２に記載の冷凍装置。
4. 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から３のいずれかに記載の冷凍装置。

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