JP2013253764A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一軸二段圧縮構造の圧縮機、室外熱交換器、中間熱交換器及びインジェクション管を有する冷暖切り換え可能な空気調和装置において、逆サイクル除霜運転時における中間熱交換器への冷凍機油の溜まり込みを防ぎ、中間熱交換器の除霜を十分に行えるようにする。
【解決手段】空気調和装置（１）では、切換機構（２２）を冷房運転状態に切り換えることによって室外熱交換器（２３）を除霜する逆サイクル除霜運転を行う際に、中間熱交換器（３２）、室外熱交換器（２３）及びインジェクション管（２７）に冷媒を流すとともに、低段圧縮要素（２１ａ）によって中間圧まで圧縮された冷媒の温度である低段吐出冷媒温度が、低段圧縮要素（２１ａ）によって中間圧まで圧縮された冷媒の圧力である低段吐出冷媒圧力に相当する飽和温度である低段吐出冷媒飽和温度よりも高くなるように、インジェクション弁（２７ａ）の開度を制御する。
【選択図】図７

Description

本発明は、空気調和装置、特に、一軸二段圧縮構造の圧縮機、室外熱交換器、中間熱交換器及びインジェクション管を有する冷暖切り換え可能な空気調和装置に関する。

従来より、特許文献１、２（特開２００９−１３３５８１号公報、特開２００９−２２９０５１号公報）に示すような、一軸二段圧縮構造の圧縮機、室外熱交換器、中間熱交換器及びインジェクション管を有する冷暖切り換え可能な空気調和装置がある。

特許文献１の空気調和装置では、逆サイクル除霜運転時に、室外熱交換器だけでなく、中間熱交換器及びインジェクション管にも冷媒を流すようにしている。

特許文献２の空気調和装置では、暖房運転時に、中間熱交換器を冷媒の蒸発器として機能させることができるように構成されている。

特許文献１に示すような逆サイクル除霜運転を行うと、室内熱交換器から圧縮機の低段圧縮要素に戻る冷媒が湿り状態になりやすいため、低段圧縮要素によって圧縮された中間圧の冷媒も湿り状態になりやすい。そうすると、低段圧縮要素における冷媒と冷凍機油との密度差が小さくなり、圧縮機内の冷凍機油が、低段圧縮要素を通じて、圧縮機外に持ち出されやすくなる。このため、圧縮機外に持ち出された冷凍機油が、冷媒と十分に分離されないままで中間熱交換器に流入し、中間熱交換器内に溜まり込むおそれがある。これにより、中間熱交換器における熱交換効率が低下して、中間熱交換器の除霜が十分に行えないおそれがある。特に、特許文献２に示すような、暖房運転時に中間熱交換器を冷媒の蒸発器として機能させることが可能な構成では、暖房運転時における中間熱交換器の着霜量が多いため、中間熱交換器の除霜が不十分になるおそれが非常に高くなる。

本発明の課題は、一軸二段圧縮構造の圧縮機、室外熱交換器、中間熱交換器及びインジェクション管を有する冷暖切り換え可能な空気調和装置において、逆サイクル除霜運転時における中間熱交換器への冷凍機油の溜まり込みを防ぎ、中間熱交換器の除霜を十分に行えるようにすることにある。

第１の観点にかかる空気調和装置は、一軸二段圧縮構造の圧縮機と、室外熱交換器と、室内熱交換器と、切換機構と、中間熱交換器と、インジェクション管と、を有している。圧縮機は、単一の駆動軸に連結された低段圧縮要素及び高段圧縮要素を有しており、低圧の冷媒を低段圧縮要素によって中間圧になるまで圧縮し、中間圧まで圧縮された冷媒を高段圧縮要素によって高圧になるまで圧縮する二段圧縮を行う圧縮機である。室外熱交換器は、室外空気を熱源とする熱交換器であって、冷媒の放熱器又は蒸発器として機能する。室内熱交換器は、冷媒の蒸発器又は放熱器として機能する熱交換器である。切換機構は、圧縮機、室外熱交換器、室内熱交換器の順に冷媒を循環させる冷房運転状態と、圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器の順に冷媒を循環させる暖房運転状態と、を切り換える機構である。中間熱交換器は、室外空気を熱源とする熱交換器であって、低段圧縮要素の吐出側と高段圧縮要素の吸入側との間に接続されており、低段圧縮要素によって中間圧まで圧縮された冷媒の放熱器として機能する熱交換器である。インジェクション管は、開度制御が可能なインジェクション弁を有しており、室外熱交換器又は室内熱交換器において放熱した冷媒の一部を分岐して、高段圧縮要素に送る冷媒管である。そして、この空気調和装置では、切換機構を冷房運転状態に切り換えることによって室外熱交換器を除霜する逆サイクル除霜運転を行う際に、中間熱交換器、室外熱交換器及びインジェクション管に冷媒を流すとともに、低段圧縮要素によって中間圧まで圧縮された冷媒の温度である低段吐出冷媒温度が、低段圧縮要素によって中間圧まで圧縮された冷媒の圧力である低段吐出冷媒圧力に相当する飽和温度である低段吐出冷媒飽和温度よりも高くなるように、インジェクション弁の開度を制御する。

ここでは、逆サイクル除霜運転を行う際に、インジェクション弁の開度が大きくなるため、インジェクション管を通じて高段圧縮要素に戻される中間圧の冷媒の流量、ひいては、高段圧縮要素に吸入される中間圧の冷媒の流量が大きくなる。そして、ここでは、二段圧縮を行う圧縮機として一軸二段圧縮構造の圧縮機を採用していることから、その特性上、高段圧縮要素に吸入される中間圧の冷媒の流量が大きくなるにつれて、低段吐出冷媒圧力が高くなる。そうすると、低段圧縮要素によって圧縮された中間圧の冷媒が過熱状態になり、そして、低段圧縮要素における冷媒と冷凍機油との密度差が大きくなり、低段圧縮要素から持ち出された冷凍機油が、冷媒と十分に分離されるようになる。このため、逆サイクル除霜運転時に、中間熱交換器内に溜まり込むおそれが小さくなる。

これにより、ここでは、中間熱交換器における熱交換効率が低下しにくくなり、中間熱交換器の除霜を十分に行うことができる。

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、中間熱交換器が、切換機構を冷房運転状態に切り換えている際に、低段圧縮要素によって中間圧まで圧縮された冷媒の放熱器として機能し、切換機構を暖房運転状態に切り換えている際に、室内熱交換器において放熱した冷媒の蒸発器として機能する。

ここでは、暖房運転時に中間熱交換器を冷媒の蒸発器として機能させる構成を採用していることから、暖房運転時における中間熱交換器の着霜量が多く、中間熱交換器の除霜が不十分になるおそれが非常に高い。

しかし、上記のように、逆サイクル除霜運転を行う際に、低段吐出冷媒温度が低段吐出冷媒飽和温度よりも高くなるように、インジェクション弁の開度を制御するようにしているため、中間熱交換器の除霜を十分に行うことができる。

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、低段吐出冷媒温度が、低段吐出冷媒飽和温度よりも２ｄｅｇ以上高い目標低段吐出冷媒温度になるように、インジェクション弁の開度を制御する。

ここでは、低段吐出冷媒温度の制御目標値として、低段吐出冷媒飽和温度よりも２ｄｅｇ以上高い目標低段吐出冷媒温度を設定している。

これにより、ここでは、低段圧縮要素によって圧縮された中間圧の冷媒を確実に過熱状態にすることができる。

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、中間熱交換器における熱交換効率が低下しにくくなり、中間熱交換器の除霜を十分に行うことができる。

第２の観点にかかる空気調和装置では、暖房運転時に中間熱交換器を冷媒の蒸発器として機能させる構成を採用しているにもかかわらず、中間熱交換器の除霜を十分に行うことができる。

第３の観点にかかる空気調和装置では、低段圧縮要素によって圧縮された中間圧の冷媒を確実に過熱状態にすることができる。

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。 空気調和装置の制御ブロック図である。 冷房運転時における空気調和装置内の冷媒の流れを示す図である。 冷房運転時の冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図である。 暖房運転時における空気調和装置内の冷媒の流れを示す図である。 暖房運転時の冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図である。 逆サイクル除霜運転のフローチャートである。 逆サイクル除霜運転時における空気調和装置内の冷媒の流れを示す図である。 逆サイクル除霜運転時（低段吐出冷媒温度に基づくインジェクション弁の開度制御を行う場合）の冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図である。 逆サイクル除霜運転時（低段吐出冷媒温度に基づくインジェクション弁の開度制御を行わない場合）の冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図である。 変形例にかかる空気調和装置の概略構成図である。 変形例にかかる空気調和装置の概略構成図である。

以下、本発明にかかる空気調和装置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する。尚、本発明にかかる空気調和装置の具体的な構成は、下記の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。

（１）空気調和装置の構成
＜全体＞
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、建物等の室内の冷房及び暖房を行うことが可能な装置である。空気調和装置１は、主として、室外ユニット２と、複数（ここでは、２台）の室内ユニット６ａ、６ｂとが接続されることによって構成されている。ここで、室外ユニット２と室内ユニット６ａ、６ｂとは、液冷媒連絡管７及びガス冷媒連絡管８を介して接続されている。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、室内ユニット６ａ、６ｂとが冷媒連絡管７、８を介して接続されることによって構成されている。また、冷媒回路１０は、超臨界域で作動する冷媒（ここでは、二酸化炭素）を使用した二段圧縮式冷凍サイクルによって、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行うことができるように構成されている。

＜室内ユニット＞
室内ユニット６ａ、６ｂは、建物等の室内に設置されている。室内ユニット６ａ、６ｂは、冷媒連絡管７、８を介して、互いが並列に接続されるとともに室外ユニット２に接続されており、室外ユニット２との間で冷媒回路１０を構成している。尚、ここでは、室内ユニット６ａ、６ｂが２台だけであるが、１台だけであってもよいし、また、３台以上の室内ユニットが並列に接続されていてもよい。

次に、室内ユニット６ａ、６ｂの構成について説明する。尚、室内ユニット６ａと室内ユニット６ｂとは同様の構成であるため、ここでは、室内ユニット６ａの構成だけを説明し、室内ユニット６ｂの構成については、室内ユニット６ａの各部を示す添字「ａ」を「ｂ」に読み替えるものとして、説明を省略する。

室内ユニット６ａ、は、主として、室内膨張弁６１ａと、室内熱交換器６２ａとを有している。

−室内膨張弁−
室内膨張弁６１ａは、冷房運転時には液冷媒連絡管７を介して室外ユニット２から送られた冷媒を冷凍サイクルの低圧になるまで減圧し、暖房運転時には室内熱交換器６２ａを通過した冷凍サイクルの高圧の冷媒を減圧する膨張弁である。ここでは、室内膨張弁６１ａとして、電動膨張弁が使用されている。室内膨張弁６１ａは、室内熱交換器６２ａの液側の端部に接続された室内ユニット液冷媒管６３ａに設けられている。室内ユニット６ａは、室内ユニット液冷媒管６３ａの室内膨張弁６１ａの液側の端部に近い側の端部が、液冷媒連絡管７に接続されている。

−室内熱交換器−
室内熱交換器６２ａは、冷房運転時には室内膨張弁６１ａによって減圧された冷凍サイクルの低圧の冷媒を蒸発させ、暖房運転時には圧縮機２１によって圧縮された冷凍サイクルの高圧の冷媒を放熱させる熱交換器である。室内熱交換器６２ａは。室内膨張弁６１ａのガス側の端部に接続されている。室内熱交換器６２ａ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、室内空気を加熱源又は冷却源として、冷凍サイクルの低圧の冷媒の蒸発又は冷凍サイクルの高圧の冷媒の放熱を行うようになっている。室内熱交換器６２ａの液側の端部は、室内ユニット液冷媒管６３ａに接続されており、室内熱交換器６２ｂのガス側の端部は、室内ユニットガス冷媒管６４ａに接続されている。室内ユニット６ａは、室内ユニットガス冷媒管６４ａの室内熱交換器６２ａのガス側の端部から遠い側の端部が、ガス冷媒連絡管８に接続されている。尚、ここでは、室内熱交換器６２ａとして、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器を採用しているが、他の型式の熱交換器であってもよい。

そして、室内熱交換器６２ａの加熱源又は冷却源としての室内空気は、室内ファン６５ａによって供給されるようになっている。室内ファン６５ａは、ここでは、室内ファン用モータ６６ａによって回転駆動される遠心ファンや多翼ファン等である。

このように、室内熱交換器６２ａ、６２ｂは、ここでは、冷媒の蒸発器又は放熱器として機能する熱交換器を構成している。

−室内側制御部等−
また、室内ユニット６ａは、室内ユニット６ａを構成する各部の動作を制御する室内側制御部６７ａを有している。そして、室内側制御部６７ａは、室内ユニット６ａの制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有している。これにより、室内側制御部６７ａは、室内ユニット６ａを個別に操作するためのリモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行ったり、他の室内ユニット６ｂ及び室外ユニット２との間で伝送線９１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、建物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及びガス冷媒連絡管８を介して、室内ユニット６ａ、６ｂに接続されており、室内ユニット６ａ、６ｂとの間で冷媒回路１０を構成している。尚、ここでは、室外ユニット２が１台だけであるが、２台以上の室外ユニットが並列に接続されていてもよい。

室外ユニット２は、主として、圧縮機２１と、第１切換機構２２と、室外熱交換器２３と、第２室外膨張弁２５を含むブリッジ回路２４と、エコノマイザ熱交換器２６と、インジェクション管２７と、第１室外膨張弁２８と、レシーバ２９と、過冷却熱交換器３０と、吸入戻し管３１と、中間熱交換器３２と、第２切換機構３３とを有している。

−圧縮機−
圧縮機２１は、ここでは、２つの圧縮要素で冷媒を二段圧縮する圧縮機から構成されている。圧縮機２１は、ケーシング（図示せず）内に、低段圧縮要素２１ａと、高段圧縮要素２１ｂと、圧縮機用モータ２１ｃと、駆動軸２１ｄとが収容された密閉式構造となっている。圧縮機用モータ２１ｃは、駆動軸２１ｄに連結されている。そして、駆動軸２１ｄは、２つの圧縮要素２１ａ、２１ｂに連結されている。すなわち、圧縮機２１は、低段圧縮要素２１ａ及び高段圧縮要素２１ｂが単一の駆動軸２１ｄに連結されており、２つの圧縮要素２１ａ、２１ｂがともに圧縮機用モータ２１ｃによって回転駆動される、いわゆる一軸二段圧縮構造となっている。圧縮要素２１ａ、２１ｂは、ここでは、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素である。そして、圧縮機２１は、吸入冷媒管４１から冷凍サイクルの低圧の冷媒を吸入し、この吸入された低圧の冷媒を低段圧縮要素２１ａによって冷凍サイクルの中間圧になるまで圧縮して、中間冷媒管４２に吐出するように構成されている。そして、圧縮機２１は、中間冷媒管４２から冷凍サイクルの中間圧の冷媒を再度吸入し、この吸入された中間圧の冷媒を高段圧縮要素２１ｂによって冷凍サイクルの高圧になるまで圧縮して、吐出冷媒管４３に吐出するように構成されている。ここで、吸入冷媒管４１は、冷凍サイクルの低圧の冷媒を、低段圧縮要素２１ａに吸入させるための冷媒管である。中間冷媒管４２は、低段圧縮要素２１ａから吐出された冷凍サイクルの中間圧の冷媒を、高段圧縮要素２１ｂに吸入させるための冷媒管である。また、吐出冷媒管４３は、圧縮機２１（ここでは、高段圧縮要素２１ｂ）から吐出された冷媒を第１切換機構２２に送るための冷媒管である。

また、冷媒回路１０には、圧縮機２１の圧縮要素２１ａ、２１ｂ等の摺動部を潤滑するための冷凍機油が冷媒とともに封入されている。この冷凍機油の大部分は、圧縮機２１のケーシング（図示せず）内に溜まっているが、冷凍機油の一部は、圧縮機２１の低段圧縮要素２１ａから冷媒に同伴して中間冷媒管４２に吐出されたり、高段圧縮要素２１ｂから冷媒に同伴して吐出冷媒管４３に吐出されることで、圧縮機２１外に持ち出されることがある。これに対して、中間冷媒管４２には、中間圧側油分離機構４４が設けられている。中間圧側油分離機構４４は、低段圧縮要素２１ａから吐出される中間圧の冷媒に同伴する冷凍機油を冷媒から分離して圧縮機２１へ戻す機構であり、主として、中間圧側油分離器４４ａと、中間圧側油戻し管４４ｂとを有している。中間圧側油分離器４４ａは、低段圧縮要素２１ａから吐出される中間圧の冷媒に同伴する冷凍機油を冷媒から分離する油分離器である。中間圧側油戻し管４４ｂは、中間圧側油分離器４４ｂに接続されており、中間圧の冷媒から分離された冷凍機油を高段圧縮要素２１ｂの吸入側に送る冷媒管である。中間圧側油戻し管４４ｂには、中間圧側油戻し管４４ｂを流れる冷凍機油を減圧するキャピラリチューブ等からなる中間圧側減圧機構４４ｃが設けられている。また、吐出冷媒管４３には、高圧側油分離機構４５が設けられている。高圧側油分離機構４５は、高段圧縮要素２１ｂから吐出される高圧の冷媒に同伴する冷凍機油を冷媒から分離して圧縮機２１へ戻す機構であり、主として、高圧側油分離器４５ａと、高圧側油戻し管４５ｂとを有している。高圧側油分離器４５ａは、高段圧縮要素２１ｂから吐出される高圧の冷媒に同伴する冷凍機油を冷媒から分離する油分離器である。高圧側油戻し管４５ｂは、高圧側油分離器４５ｂに接続されており、高圧の冷媒から分離された冷凍機油を高段圧縮要素２１ｂの吸入側に送る冷媒管である。高圧側油戻し管４５ｂには、高圧側油戻し管４５ｂを流れる冷凍機油を減圧するキャピラリチューブ等からなる高圧側減圧機構４５ｃが設けられている。

尚、圧縮機２１の型式は、ケーシング内の冷凍機油が溜まる空間に充満する冷媒の圧力に応じて低圧ドーム型、中間圧ドーム型及び高圧ドーム型の３つに分類することができるが、ここでは、高圧ドーム型が採用されている。すなわち、圧縮機２１は、圧縮要素２１ａ、２１ｂが共通のケーシング（図示せず）内に収容されるとともにケーシング内の冷凍機油が溜まる空間に高段圧縮要素２１ｂから吐出される冷媒が充満する構成になっている。このため、低圧の冷媒は、吸入冷媒管４１から低段圧縮要素２１ａに直接に吸入されて圧縮された後に、低段圧縮要素２１ａからケーシング外（ここでは、中間冷媒管４２）に直接に吐出される。これに対して、中間圧の冷媒は、中間冷媒管４２から高段圧縮要素２１ｂに直接に吸入されて圧縮された後に、ケーシング内の冷凍機油が溜まる空間を通じてケーシング外（ここでは、吐出冷媒管４３）に吐出されることになる。このため、圧縮機２１において、高段圧縮要素２１ｂから吐出される冷媒に同伴する冷凍機油は、ケーシング内の冷凍機油が溜まる空間において、冷媒との分離が行われるが、低段圧縮要素２１ａから吐出される冷媒に同伴する冷凍機油は、高段圧縮要素２１ｂから吐出される冷媒に同伴する冷凍機油とは異なり、冷媒との分離が行われないため、低段圧縮要素２１ｂから吐出される冷媒に同伴する冷凍機油の量が多くなる傾向がある。

このように、圧縮機２１は、ここでは、単一の駆動軸２１ｄに連結された低段圧縮要素２１ａ及び高段圧縮要素２１ｂを有している。そして、圧縮機２１は、低圧の冷媒を低段圧縮要素２１ａによって中間圧になるまで圧縮し、中間圧まで圧縮された冷媒を高段圧縮要素２１ｂによって高圧になるまで圧縮する二段圧縮を行う一軸二段圧縮構造を構成している。

−第１切換機構−
第１切換機構２２は、冷媒回路１０内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。第１切換機構２２は、冷房運転時には、室外熱交換器２３を圧縮機２１によって圧縮された高圧の冷媒の放熱器として、かつ、室内熱交換器６２ａ、６２ｂを室外熱交換器２３において放熱した低圧の冷媒の蒸発器として機能させる冷房運転状態への切り換えを行うことができる。すなわち、第１切換機構２２は、圧縮機２１（ここでは、高段側圧縮要素２１ｂ）の吐出側と室外熱交換器２３のガス側の端部とを接続するとともに、圧縮機２１（ここでは、低段側圧縮要素２１ａ）の吸入側と室内熱交換器６２ａ、６２ｂのガス側の端部とを接続することができる（図１の第１切換機構２２の実線を参照）。また、第１切換機構２２は、暖房運転時には、室内熱交換器６２ａ、６２ｂを圧縮機２１によって圧縮された高圧の冷媒の放熱器として、かつ、室外熱交換器２３を室内熱交換器６２ａ、６２ｂにおいて放熱した低圧の冷媒の蒸発器として機能させる暖房運転状態への切り換えを行うことができる。すなわち、第１切換機構２２は、圧縮機２１（ここでは、高段側圧縮要素２１ｂ）の吐出側と室内熱交換器６２ａ、６２ｂのガス側の端部とを接続するとともに、圧縮機２１（ここでは、低段側圧縮要素２１ａ）の吸入側と室外熱交換器２３のガス側の端部とを接続することができる（図１の第１切換機構２２の破線を参照）。第１切換機構２２は、ここでは、四路切換弁からなり、圧縮機２１の吸入側（ここでは、吸入冷媒管４１）、圧縮機２１の吐出側（ここでは、吐出冷媒管４３）、室外熱交換器２３のガス側の端部（ここでは、室外ユニット第１ガス冷媒管４６）、及び、室内熱交換器６２ａ、６２ｂのガス側の端部（ここでは、室外ユニット第２ガス冷媒管４７）に接続された四路切換弁である。ここで、室外ユニット第１ガス冷媒管４６は、第１切換機構２２と室外熱交換器２３のガス側の端部とを接続する冷媒管である。室外ユニット第２ガス冷媒管４７は、ガス冷媒連絡管８及び室内ユニットガス冷媒管６４ａ、６４ｂを介して、第１切換機構２２と室内熱交換器６２ａ、６２ｂのガス側の端部とを接続する冷媒管である。尚、第１切換機構２２は、四路切換弁に限定されるものではなく、例えば、複数の電磁弁を組み合わせる等によって、上記と同様の冷媒の流れの方向を切り換える機能を有するように構成したものであってもよい。

このように、第１切換機構２２は、ここでは、圧縮機２１、室外熱交換器２３、室内熱交換器６２ａ、６２ｂの順に冷媒を循環させる冷房運転状態と、圧縮機２１、室内熱交換器６２ａ、６２ｂ、室外熱交換器２３の順に冷媒を循環させる暖房運転状態と、を切り換える機構を構成している。

−室外熱交換器−
室外熱交換器２３は、冷房運転時には圧縮機２１によって圧縮された冷凍サイクルの高圧の冷媒を放熱させ、暖房運転時には第２室外膨張弁２５によって減圧された冷凍サイクルの低圧の冷媒を蒸発させる熱交換器である。室外熱交換器２３のガス側の端部は、室外ユニット第１ガス冷媒管４６を介して、第１切換機構２２に接続されており、室外熱交換器２３の液側の端部は、室外ユニット液冷媒管４８に接続されている。ここで、室外ユニット液冷媒管４８は、液冷媒連絡管７、及び、室内膨張弁６１ａ、６２を含む室内ユニット液冷媒管６３ａ、６３ｂを介して、室外熱交換器２３の液側の端部と室内熱交換器６２ａ、６２ｂの液側の端部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り、室外空気を冷却源又は加熱源として、冷凍サイクルの高圧の冷媒の放熱又は冷凍サイクルの低圧の冷媒の蒸発を行うようになっている。尚、ここでは、室外熱交換器２３として、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器を採用しているが、他の型式の熱交換器であってもよい。

そして、室外熱交換器２３の冷却源又は加熱源としての室外空気は、室外ファン５５によって供給されるようになっている。室外ファン３５は、ここでは、室外ファン用モータ３６によって回転駆動される遠心ファンや多翼ファン等である。

このように、室外熱交換器５１は、ここでは、室外空気を熱源として、冷媒の放熱器又は蒸発器として機能する熱交換器を構成している。

−ブリッジ回路−
ブリッジ回路２４は、室外ユニット液冷媒管４８に設けられており、レシーバ２９の入口に接続されたレシーバ入口管４９、及び、レシーバ２９の出口に接続されたレシーバ出口管５０に接続されている。ブリッジ回路２４は、ここでは、３つの逆止弁２４ａ、２４ｂ、２４ｃと、第２室外膨張弁２５とを有している。そして、入口逆止弁２４ａは、室外熱交換器２３からレシーバ入口管４９への冷媒の流通のみを許容する逆止弁である。入口逆止弁２４ｂは、室内熱交換器６２ａ、６２ｂからレシーバ入口管４９への冷媒の流通のみを許容する逆止弁である。すなわち、入口逆止弁２４ａ、２４ｂは、室外熱交換器２３及び室内熱交換器６２ａ、６２ｂの一方からレシーバ入口管４９に冷媒を流通させる機能を有している。出口逆止弁２４ｃは、レシーバ出口管５０から室内熱交換器６２ａ、６２ｂへの冷媒の流通のみを許容する逆止弁である。第２室外膨張弁２５は、冷房運転時には全閉され、暖房運転時にはレシーバ出口管５０から室外熱交換器２３へ冷媒を流通させる際に冷媒を冷凍サイクルの低圧になるまで減圧する膨張弁である。ここでは、第２室外膨張弁２５として、電動膨張弁が使用されている。すなわち、出口逆止弁２４ｃ及び第２室外膨張弁２５は、レシーバ出口管５０から室外熱交換器２３及び室内熱交換器６２ａ、６２ｂの他方にレシーバ入口管４９に冷媒を流通させる機能を有している。ここで、レシーバ入口管４９は、ブリッジ回路２４の入口逆止弁２４ａ、２４ｂの出口側の端部とレシーバ２９の入口との間を接続している。また、レシーバ出口管５０は、ブリッジ回路２４の出口逆止弁２４ｃ及び第２室外膨張弁２５の入口側の端部とレシーバ２９の出口との間を接続している。

−エコノマイザ熱交換器、インジェクション管−
エコノマイザ熱交換器２６は、レシーバ入口管４９に設けられており、室外熱交換器２３又は室内熱交換器６２ａ、６２ｂにおいて放熱した冷媒をさらに放熱させる熱交換器である。エコノマイザ熱交換器２６は、ここでは、二重管型熱交換器やプレート型熱交換器からなり、放熱側流路２６ａを流れる冷媒と蒸発側流路２６ｂを流れる冷媒とが熱交換するようになっている。放熱側流路２６ａには、レシーバ入口管４９を流れる冷媒が流れるようになっている。蒸発側流路２６ｂには、レシーバ入口管４９から分岐されたインジェクション管２７を流れる冷媒が流れるようになっている。すなわち、エコノマイザ熱交換器２６は、インジェクション管２７を流れる冷媒によってレシーバ入口管４９を流れる冷媒の放熱を行わせる熱交換器となっている。

インジェクション管２７は、ここでは、レシーバ入口管４９のブリッジ回路２４側の端部とエコノマイザ熱交換器２６の放熱側流路２６ａとの間の部分から分岐している。尚、インジェクション管２７は、エコノマイザ熱交換器２６の放熱側流路２６ａと第１室外膨張弁２８との間の部分から分岐していてもよい。また、インジェクション管２７は、中間冷媒管４２の中間熱交換器３２と高段圧縮要素２１ｂとの間の部分に合流している。これにより、インジェクション管２７は、室外熱交換器２３又は室内熱交換器６２ａ、６２ｂにおいて放熱した冷媒の一部を分岐して、高段圧縮要素２１ｂに送ることができるようになっている。そして、インジェクション管２７には、エコノマイザ熱交換器２６の蒸発側流路２６ｂの入口寄りの部分に、インジェクション弁２７ａが設けられている。インジェクション弁２７ａは、インジェクション管２７に分岐された冷媒を冷凍サイクルの中間圧になるまで減圧する開度制御が可能な膨張弁である。ここでは、インジェクション弁２７ａとして、電動膨張弁が使用されている。

このように、インジェクション管２７は、開度制御が可能なインジェクション弁２７ａを有しており、室外熱交換器２３又は室内熱交換器６２ａ、６２ｂにおいて放熱した冷媒の一部を分岐して、高段圧縮要素２１ｂに送る冷媒管である。

−第１室外膨張弁−
第１室外膨張弁２８は、レシーバ入口管４９に設けられた冷媒を減圧する膨張弁である。ここでは、第１室外膨張弁２８として、電動膨張弁が使用されている。第１室外膨張弁２８は、その一端がエコノマイザ熱交換器２６及びブリッジ回路２４を介して、室外熱交換器２３に接続され、その他端がレシーバ２９の入口に接続されている。そして、第１室外膨張弁２８は、冷房運転時には、室外熱交換器２３及びエコノマイザ熱交換器２６において放熱した冷媒をレシーバ２９に送る前に減圧する。また、第１室外膨張弁２８は、暖房運転時には、室内熱交換器６２ａ、６２ｂにおいて放熱した冷媒をレシーバ２９に送る前に減圧する。

−レシーバ−
レシーバ２９は、冷房運転と暖房運転との間で冷媒回路１０における冷媒量が異なることが原因となって発生する余剰冷媒を溜めることができるように、第１室外膨張弁２８によって減圧された後の冷媒を一時的に溜めるために設けられた容器である。レシーバ２９の入口は、レシーバ入口管４９に接続されており、レシーバ２９の出口は、レシーバ出口管５０に接続されている。

−過冷却熱交換器、吸入戻し管−
過冷却熱交換器３０は、レシーバ出口管５０に設けられており、冷房運転時にレシーバ２９において気液分離された液冷媒をさらに放熱させる熱交換器である。過冷却熱交換器３０は、ここでは、二重管型熱交換器やプレート型熱交換器からなり、放熱側流路３０ａを流れる冷媒と蒸発側流路３０ｂを流れる冷媒とが熱交換するようになっている。放熱側流路３０ａには、レシーバ出口管５０を流れる冷媒が流れるようになっている。蒸発側流路３０ｂには、レシーバ２９の上部及びレシーバ出口管５０から分岐された吸入戻し管３１を流れる冷媒が流れるようになっている。すなわち、過冷却熱交換器３０は、吸入戻し管３１を流れる冷媒によってレシーバ出口管５０を流れる冷媒の放熱を行わせる熱交換器となっている。

吸入戻し管３１は、ここでは、第１吸入戻し管３１ａと、第２吸入戻し管３１ｂと、両吸入戻し管３１ａ、３１ｂを流れる冷媒を合流させる合流吸入戻し管３１ｃとを有している。第１吸入戻し管３１ａは、レシーバ２９の上部から冷媒を抜き出す冷媒管である。第２吸入戻し管３１ｂは、レシーバ２９の出口管５０のレシーバ２９の出口と過冷却熱交換器３０の放熱側流路３０ａとの間の部分からレシーバ出口管５０を流れる冷媒を分岐する冷媒管である。尚、第２吸入戻し管３１ｂは、レシーバ２９の出口管５０の過冷却熱交換器３０の放熱側流路３０ａとブリッジ回路２４側の端部との間の部分から分岐していてもよい。また、合流吸入戻し管３１ｃは、吸入冷媒管４１に合流している。そして、第１吸入戻し管３１ａには、過冷却熱交換器３０の蒸発側流路３０ｂの入口寄りの部分に、第１吸入戻し弁３１ｄが設けられている。また、第２吸入戻し管３１ｂには、過冷却熱交換器３０の蒸発側流路３０ｂの入口寄りの部分に、第２吸入戻し弁３１ｅが設けられている。吸入戻し弁３１ｄ、３１ｅは、吸入戻し管３１ａ、３１ｂを流れる冷媒を冷凍サイクルの低圧になるまで減圧する開度制御が可能な膨張弁である。ここでは、吸入戻し弁３１ｄ、３１ｅとして、電動膨張弁が使用されている。

−中間熱交換器、第２切換機構−
中間熱交換器３２は、中間冷媒管４２に設けられており、低段圧縮要素２１ａから吐出されて高段圧縮要素２１ｂに吸入される冷凍サイクルの中間圧の冷媒の放熱器として機能する熱交換器である。中間熱交換器３２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、室外空気を冷却源として、冷凍サイクルの中間圧の冷媒の放熱を行うようになっている。また、中間熱交換器３２は、室外熱交換器２３と一体化されている。より具体的には、中間熱交換器３２は、室外熱交換器２３と伝熱フィンを共有することによって一体化されている。また、冷却源としての室外空気は、室外熱交換器２３に室外空気を供給する室外ファン３５によって供給されるようになっている。すなわち、室外ファン３５は、室外熱交換器２３及び中間熱交換器３２の両方に室外空気を供給するようになっている。

また、中間冷媒管４２には、中間熱交換器３２をバイパスするように、中間熱交換器バイパス管５１が接続されている。中間熱交換器バイパス管５１は、中間熱交換器３２を流れる冷媒の流量を制限する冷媒管である。そして、中間冷媒管４２及び中間熱交換器バイパス管５１には、第２切換機構３３が設けられている。第２切換機構３３は、低段圧縮要素２１ａから吐出された中間圧の冷媒を中間熱交換器３２を通過させた後に高段圧縮要素２１ｂに送るか、又は低段圧縮要素２１ａから吐出された中間圧の冷媒を中間熱交換器３２を通過させずに高段圧縮要素２１ｂに送るかを切り換える機構である。ここでは、第２切換機構３３として、四路切換弁が使用されている。中間熱交換器バイパス管５１には、バイパス逆止弁５１ａが設けられている。バイパス逆止弁５１ａは、第２切換機構３３から高段圧縮要素２１ｂへの冷媒の流通のみを許容する逆止弁である。また、中間冷媒管４２には、中間熱交換器３２の高段圧縮要素２１ｂ側の端部と中間熱交換器バイパス管５１の高段圧縮要素２１ｂ側の端部との接続部分との間に、中間冷媒管逆止弁４２ａが設けられている。中間冷媒管逆止弁４２ａは、中間熱交換器３２の高段圧縮要素２１ｂ側の端部から高段圧縮要素２１ｂへの冷媒の流通のみを許容する逆止弁である。また、インジェクション管２７は、中間冷媒管４２の中間冷媒管逆止弁４２ａと高段圧縮要素２１ｂとの間の部分に合流している。

また、中間冷媒管４２の中間熱交換器３２の低段圧縮要素２１ａ側の部分には、第２切換機構３３を介して、第１中間熱交換器戻し管５２が接続されている。また、中間冷媒管４２の中間熱交換器３２の高段圧縮要素２１ｂ側の端部と中間冷媒管逆止弁４２ａとの間の部分には、第２中間熱交換器戻し管５３が接続されている。第１中間熱交換器戻し管５２は、中間熱交換器３２を通じて低段圧縮要素２１ａから吐出された中間圧の冷媒を高段圧縮要素２１ｂに吸入させる中間熱交放熱状態（図１の第２切換機構３３の実線を参照）に第２切換機構３３を切り換えている際に、圧縮機２１の吸入側（ここでは、吸入冷媒管４１）と中間熱交換器３２の低段圧縮要素２１ａ側の端部との接続を遮断し、中間熱交換器バイパス管５１を通じて低段圧縮要素２１ａから吐出された中間圧の冷媒を高段圧縮要素２１ｂに吸入させる中間熱交蒸発状態（図１の第２切換機構３３の破線を参照）に第２切換機構３３を切り換えている際に、圧縮機２１の吸入側（ここでは、吸入冷媒管４１）と中間熱交換器３２の低段圧縮要素２１ａ側の端部とを接続する冷媒管である。また、第２中間熱交換器戻し管５３は、第２切換機構３３を中間熱交蒸発状態に切り換え、かつ、第１切換機構２２を暖房運転状態に切り換えている際に、室内熱交換器６２ａ、６２ｂと室外熱交換器２３との間（ここでは、レシーバ出口管５０のブリッジ回路２４との接続部分）と中間熱交換器３２の高段圧縮要素２１ｂ側の端部とを接続する冷媒管である。第２中間熱交換器戻し管５３には、電動膨張弁からなる中間熱交換器戻し弁５３ａが設けられており、第２切換機構３３を中間熱交蒸発状態に切り換えている際に開けられる。これにより、レシーバ２９から室外熱交換器２３に送られる冷媒の一部は、中間熱交換器戻し管５３に分岐され、中間熱交換器戻し弁５３ａによって冷凍サイクルの低圧まで減圧された後に、中間熱交換器３２において蒸発し、室外熱交換器２２において蒸発した冷媒と吸入冷媒管４１で合流する。これにより、中間熱交換器３２は、第１切換機構２２を冷房運転状態に切り換えている際に、第２切換機構３３を中間熱交放熱状態に切り換えるとともに中間熱交換器戻し弁５３ａを全閉することによって、低段圧縮要素２１ａから吐出されて高段圧縮要素２１ｂに吸入される冷凍サイクルの中間圧の冷媒の放熱器として機能するようになっている。また、中間熱交換器３２は、第１切換機構２２を暖房運転状態に切り換えている際に、第２切換機構３３を中間熱交蒸発状態に切り換えるとともに中間熱交換器戻し弁５３ａを開けることによって、室外空気を加熱源として、室外熱交換器２３と並列の冷媒の蒸発器として機能するようになっている。

このように、中間熱交換器３２は、ここでは、室外空気を熱源として、低段圧縮要素２１ａの吐出側と高段圧縮要素２１ｂの吸入側との間に接続されており、低段圧縮要素２１ａによって中間圧まで圧縮された冷媒の放熱器として機能する熱交換器である。また、中間熱交換器３２は、ここでは、冷媒回路１０に中間熱交換器バイパス管５１、第２切換機構３３及び中間熱交換器戻し管５２、５３を設けることによって、第１切換機構２２を冷房運転状態に切り換えている際に、低段圧縮要素２１ａによって中間圧まで圧縮された冷媒の放熱器として機能し、第１切換機構２２を暖房運転状態に切り換えている際に、室内熱交換器６２ａ、６２ｂにおいて放熱した冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。

−室外側制御部等−
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、室外熱交換器２３には、室外熱交換器２３を流れる冷媒の温度を検出する室外熱交温度センサ５４が設けられている。室外熱交換器２３及び中間熱交換器３２の冷却源又は加熱源としての室外空気の温度を検出する外気温度センサ５５が設けられている。中間冷媒管４２の低段圧縮要素２１ａから第２切換機構３３までの間の部分には、低段圧縮要素２１ａによって中間圧まで圧縮された冷媒の温度である低段吐出冷媒温度Ｔｄ１を検出する低段吐出温度センサ５６が設けられている。中間冷媒管４２の中間冷媒管逆止弁４２ａと高段圧縮要素２１ｂとの間の部分には、低段圧縮要素２１ａによって中間圧まで圧縮された冷媒の圧力である低段吐出冷媒圧力Ｐｄ１を検出する低段吐出圧力センサ５７が設けられている。

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３７を有している。そして、室外側制御部３７は、室外ユニット２の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有している。これにより、室外側制御部３７は、室内側制御部６７ａ、６７ｂとの間で伝送線９１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。

＜冷媒連絡管＞
冷媒連絡管７、８は、空気調和装置１を建物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、室内ユニット６ａ、６ｂ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。空気調和装置１は、上記のように、主として、一軸二段圧縮構造の圧縮機２１、室外熱交換器２３、中間熱交換器３２及びインジェクション管２７を有しており、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行うことができるように構成されている。

＜制御部＞
空気調和装置１は、室内側制御部６７ａ、６７ｂと室外側制御部３７とから構成される制御部９によって、室外ユニット２及び室内ユニット６ａ、６ｂの各機器の制御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６７ａ、６７ｂと室外側制御部３７との間を接続する伝送線９１とによって、冷房運転や暖房運転を含む空気調和装置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２に示すように、各種センサ５４〜５７等の検出信号を受けることができるように接続されるとともに、これらの検出信号等に基づいて各種機器及び弁２１ｃ、２２、２５、２７ａ、２８、３１ｄ、３１ｅ、３３、３６、５３ａ、６１ａ、６１ｂ、６６ａ、６６ｂ、等を制御することができるように接続されている。

（２）空気調和装置の動作及び制御
次に、空気調和装置１の動作及び制御について、図３〜図１０を用いて説明する。ここで、図３は、冷房運転時における空気調和装置１内の冷媒の流れを示す図である。図４は、冷房運転時の冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図である。図５は、暖房運転時における空気調和装置１内の冷媒の流れを示す図である。図６は、暖房運転時の冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図である。図７は、逆サイクル除霜運転のフローチャートである。図９は、逆サイクル除霜運転時（低段吐出冷媒温度Ｔｄ１に基づくインジェクション弁２７ａの開度制御を行う場合）の冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図である。図１０は、逆サイクル除霜運転時（低段吐出冷媒温度Ｔｄ１に基づくインジェクション弁２７ａの開度制御を行わない場合）の冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図である。

＜冷房運転＞
冷房運転時は、第１切換機構２２が図３の実線で示される冷房運転状態に切り換えられ、第２切換機構３３が図３の実線で示される中間熱交放熱状態に切り換えられる。また、第１室外膨張弁２８、インジェクション弁２７ａ、第１及び第２吸入戻し弁３１ｄ、３１ｅ、及び、室内膨張弁６１ａ、６１ｂは、開度調節される。また、第１切換機構２２が冷房運転状態に切り換えられるため、第２室外膨張弁２５及び中間熱交換器戻し弁５３ａが全閉される。

この冷媒回路１０の状態において、冷凍サイクルの低圧の冷媒（図３及び図４の点Ａ参照）は、吸入冷媒管４１から圧縮機２１に吸入され、まず、低段圧縮要素２１ａによって冷凍サイクルの中間圧まで圧縮された後に、中間冷媒管４２に吐出される（図３及び図４の点Ｂ参照）。そして、この低段圧縮要素２１ａから吐出された中間圧の冷媒は、中間圧側油分離器４４ａに流入し、同伴する冷凍機油が分離される。また、中間圧側油分離器４４ａにおいて中間圧の冷媒から分離された冷凍機油は、中間圧側油戻し管４４ｂに流入し、中間圧側油戻し管４４ｂに設けられた中間圧側減圧機構４４ｃで減圧された後に、高段圧縮要素２１ｂの吸入側に送られる。次に、中間圧側油分離器４４ａにおいて冷凍機油が分離された後の中間圧の冷媒は、第２切換機構３３を通じて、冷媒の放熱器として機能する中間熱交換器３２に送られる。

この中間熱交換器３２に送られた中間圧の冷媒は、中間熱交換器３２において、室外ファン３５によって供給される室外空気と熱交換を行うことで放熱する（図３及び図４の点Ｃ参照）。

この中間熱交換器３２において放熱した中間圧の冷媒は、中間冷媒管逆止弁４２ａを通過した後に、インジェクション管２７から高段圧縮要素２１ｂに送られる中間圧の冷媒（図３及び図４の点Ｉ参照）と合流することでさらに冷却される（図３及び図４の点Ｄ参照）。このインジェクション管２７から冷媒のインジェクションがなされた中間圧の冷媒は、高段圧縮要素２１ｂに送られる。

この高段圧縮要素２１ｂに送られた中間圧の冷媒は、高段圧縮要素２１ｂに吸入されてさらに圧縮されて、圧縮機２１から吐出冷媒管４３に吐出される（図３及び図４の点Ｅ参照）。ここで、圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、圧縮要素２１ａ、２１ｂによる二段圧縮動作によって、臨界圧力（すなわち、図４に示される臨界点ＣＰにおける臨界圧力Ｐｃｐ）を超える圧力まで圧縮されている。そして、この高段圧縮要素２１ｂから吐出された高圧の冷媒は、高圧側油分離器４５ａに流入し、同伴する冷凍機油が分離される。また、高圧側油分離器４５ａにおいて高圧の冷媒から分離された冷凍機油は、高圧側油戻し管４５ｂに流入し、高圧側油戻し管４５ｂに設けられた高圧側減圧機構４５ｃで減圧された後に、高段圧縮要素２１ｂの吸入側（すなわち、中間冷媒管４２）に送られる。次に、高圧側油分離器４５ａにおいて冷凍機油が分離された後の高圧の冷媒は、第１切換機構２２を通じて、冷媒の放熱器として機能する室外熱交換器２３に送られる。

この室外熱交換器２３に送られた高圧の冷媒は、室外熱交換器２３において、室外ファン３５によって供給される室外空気と熱交換を行うことで放熱する（図３及び図４の点Ｆ参照）。

この室外熱交換器２３において放熱した高圧の冷媒は、ブリッジ回路２４の入口逆止弁２４ａを通じてレシーバ入口管４９に流入し、その一部がインジェクション管２７に分岐される。そして、インジェクション管２７を流れる高圧の冷媒は、インジェクション弁２７ａによって中間圧まで減圧された後に、エコノマイザ熱交換器２６の蒸発側流路２６ｂに送られる（図３及び図４の点Ｈ参照）。また、インジェクション管２７に分岐された後のレシーバ入口管４９を流れる高圧の冷媒は、エコノマイザ熱交換器２６の放熱側流路２６ａに流入し、インジェクション管２７を流れる中間圧の冷媒と熱交換を行って放熱する（図３及び図４の点Ｇ参照）。一方、インジェクション管２７を流れる中間圧の冷媒は、エコノマイザ熱交換器２６の放熱側流路２６ａを流れる高圧の冷媒と熱交換を行って蒸発して（図３及び図４の点Ｉ参照）、上記のように、中間冷媒管４２を流れる中間圧の冷媒に合流することになる。

このエコノマイザ熱交換器２６において放熱した高圧の冷媒は、第１室外膨張弁２８によって気液二相状態になるまで減圧された後に、レシーバ２９に流入して、ガス冷媒と液冷媒とに気液分離される（図３及び図４の点Ｊ、Ｋ、Ｌ参照）。そして、レシーバ２９において気液分離されたガス冷媒は、第１吸入戻し管３１ａに送られ、レシーバ２９において気液分離された液冷媒は、レシーバ出口管５０に送られる。

このレシーバ出口管５０に送られた液冷媒は、その一部が第２吸入戻し管３１ｂに分岐される。そして、第１及び第２吸入戻し管３１ａ、３１ｂに送られたガス冷媒及び液冷媒は、第１及び第２吸入戻し弁３１ｄ、３１ｅによって低圧まで減圧された後に（図３及び図４の点Ｍ、Ｎ参照）、合流吸入戻し管３１ｃで合流して、過冷却熱交換器３０の蒸発側流路３０ｂに送られる。また、第２吸入戻し管３１ｂに分岐された後のレシーバ出口管５０を流れる液冷媒は、過冷却熱交換器３０の放熱側流路３０ａに流入し、合流吸入戻し管３１ｃを流れる低圧の冷媒と熱交換を行って放熱する（図３及び図４の点Ｏ参照）。一方、合流吸入戻し管３１ｃを流れる低圧の冷媒は、過冷却熱交換器３０の放熱側流路３０ａを流れる液冷媒と熱交換を行って蒸発して、吸入冷媒管４１を流れる低圧の冷媒に合流することになる。

この過冷却熱交換器３０において放熱した液冷媒は、ブリッジ回路２４の出口逆止弁２４ｃ及び液冷媒連絡管７を通じて、室内膨張弁６１ａ、６１ｂに送られて、室内膨張弁６１ａ、６１ｂによって減圧されて低圧の冷媒となり、冷媒の蒸発器として機能する室内熱交換器６２ａ、６２ｂに送られる。

この室内熱交換器６２ａ、６２ｂに送られた低圧の冷媒は、室内熱交換器６２ａ、６２ｂにおいて、室内ファン６５ａ、６５ｂによって供給される室内空気と熱交換を行うことで蒸発する。

この室内熱交換器６２ａ、６２ｂにおいて蒸発した低圧の冷媒は、ガス冷媒連絡管８及び第１切換機構２２を通じて、吸入冷媒管４１に送られ、吸入戻し管３１から送られる低圧の冷媒と合流した後に、再び、圧縮機２１に吸入される（図３及び図４の点Ａ参照）。

＜暖房運転＞
暖房運転時は、第１切換機構２２が図５の破線で示される暖房運転状態に切り換えられ、第２切換機構３３が図５の破線で示される中間熱交蒸発状態に切り換えられる。また、第１室外膨張弁２８、インジェクション弁２７ａ、及び、室内膨張弁６１ａ、６１ｂは、開度調節される。また、第１切換機構２２が暖房運転状態に切り換えられるため、第２室外膨張弁２５及び中間熱交換器戻し弁５３ａが開度調節され、第１吸入戻し弁３１ｄが開度調節され、第２吸入戻し弁３１ｅが閉止される。

この冷媒回路１０の状態において、冷凍サイクルの低圧の冷媒（図５及び図６の点Ａ参照）は、吸入冷媒管４１から圧縮機２１に吸入され、まず、低段圧縮要素２１ａによって冷凍サイクルの中間圧まで圧縮された後に、中間冷媒管４２に吐出される（図５及び図６の点Ｂ参照）。そして、この低段圧縮要素２１ａから吐出された中間圧の冷媒は、中間圧側油分離器４４ａに流入し、同伴する冷凍機油が分離される。また、中間圧側油分離器４４ａにおいて中間圧の冷媒から分離された冷凍機油は、中間圧側油戻し管４４ｂに流入し、中間圧側油戻し管４４ｂに設けられた中間圧側減圧機構４４ｃで減圧された後に、高段圧縮要素２１ｂの吸入側に送られる。次に、中間圧側油分離器４４ａにおいて冷凍機油が分離された後の中間圧の冷媒は、冷房運転時とは異なり、第２切換機構３３及び中間熱交換器バイパス管５１を通じて、中間熱交換器３２において放熱することなく、中間冷媒管４２の中間冷媒管逆止弁４２ａと高段圧縮要素２１ｂとの間の部分に送られる。

この中間熱交換器３２をバイパスした中間圧の冷媒は、インジェクション管２７から高段圧縮要素２１ｂに送られる中間圧の冷媒（図５及び図６の点Ｉ参照）と合流することで冷却される（図５及び図６の点Ｄ参照）。このインジェクション管２７から冷媒のインジェクションがなされた中間圧の冷媒は、高段圧縮要素２１ｂに送られる。

この高段圧縮要素２１ｂに送られた中間圧の冷媒は、高段圧縮要素２１ｂに吸入されてさらに圧縮されて、圧縮機２１から吐出冷媒管４３に吐出される（図５及び図６の点Ｅ参照）。ここで、圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、圧縮要素２１ａ、２１ｂによる二段圧縮動作によって、臨界圧力（すなわち、図６に示される臨界点ＣＰにおける臨界圧力Ｐｃｐ）を超える圧力まで圧縮されている。そして、この高段圧縮要素２１ｂから吐出された高圧の冷媒は、高圧側油分離器４５ａに流入し、同伴する冷凍機油が分離される。また、高圧側油分離器４５ａにおいて高圧の冷媒から分離された冷凍機油は、高圧側油戻し管４５ｂに流入し、高圧側油戻し管４５ｂに設けられた高圧側減圧機構４５ｃで減圧された後に、高段圧縮要素２１ｂの吸入側（すなわち、中間冷媒管４２）に送られる。次に、高圧側油分離器４５ａにおいて冷凍機油が分離された後の高圧の冷媒は、第１切換機構２２及びガス冷媒連絡管８を通じて、冷媒の放熱器として機能する室内熱交換器６２ａ、６２ｂに送られる。

この室内熱交換器６２ａ、６２ｂに送られた高圧の冷媒は、室内熱交換器６２ａ、６２ｂにおいて、室内ファン６５ａ、６５ｂによって供給される室内空気と熱交換を行うことで放熱する（図５及び図６の点Ｐ参照）。

この室内熱交換器６２ａ、６２ｂにおいて放熱した高圧の冷媒は、室内膨張弁６１ａ、６１ｂを通過した後に、液冷媒連絡管７及びブリッジ回路２４の入口逆止弁２４ｂを通じてレシーバ入口管４９に流入し、その一部がインジェクション管２７に分岐される。そして、インジェクション管２７を流れる高圧の冷媒は、インジェクション弁２７ａによって中間圧まで減圧された後に、エコノマイザ熱交換器２６の蒸発側流路２６ｂに送られる（図５及び図６の点Ｈ参照）。また、インジェクション管２７に分岐された後のレシーバ入口管４９を流れる高圧の冷媒は、エコノマイザ熱交換器２６の放熱側流路２６ａに流入し、インジェクション管２７を流れる中間圧の冷媒と熱交換を行って放熱する（図５及び図６の点Ｇ参照）。一方、インジェクション管２７を流れる中間圧の冷媒は、エコノマイザ熱交換器２６の放熱側流路２６ａを流れる高圧の冷媒と熱交換を行って蒸発して（図５及び図６の点Ｉ参照）、上記のように、中間冷媒管４２を流れる中間圧の冷媒に合流することになる。

このエコノマイザ熱交換器２６において放熱した高圧の冷媒は、第１室外膨張弁２８によって気液二相状態になるまで減圧された後に、レシーバ２９に流入する（図５及び図６の点Ｊ、Ｌ、Ｋ参照）。そして、レシーバ２９において気液分離されたガス冷媒は、第１吸入戻し管３１ａに送られ、レシーバ２９において気液分離された液冷媒は、レシーバ出口管５０に送られる。

このレシーバ出口管５０に送られた液冷媒は、第２吸入戻し管３１ｂに分岐されることなく、過冷却熱交換器３０の放熱側流路３０ａを通過する。一方、第１吸入戻し管３１ａに送られたガス冷媒は、第１吸入戻し弁３１ｄによって低圧まで減圧された後に（図５及び図６の点Ｍ参照）、合流吸入戻し管３１ｃで合流し、過冷却熱交換器３０の蒸発側流路３０ｂを通過する。この過冷却熱交換器３０の蒸発側流路３０ｂを通過したガス冷媒は、吸入冷媒管４１を流れる低圧の冷媒に合流することになる。

そして、過冷却熱交換器３０の放熱側流路３０ａを通過した液冷媒は、ブリッジ回路２４の第２室外膨張弁２５に送られるとともに、その一部が第２中間熱交換器戻し管５３に送られる。そして、第２中間熱交換器戻し管５３を流れる冷媒は、中間熱交換器戻し弁５３ａによって低圧まで減圧された後に、冷媒の蒸発器として機能する中間熱交換器３２に送られる（図５及び図６の点Ｃ参照）。また、第２室外膨張弁２５に送られた冷媒は、第２室外膨張弁２５によって低圧まで減圧された後に、冷媒の蒸発器として機能する室外熱交換器２３に送られる（図５及び図６の点Ｆ参照）。

この中間熱交換器３２に送られた低圧の冷媒は、中間熱交換器３２において、室外ファン３５によって供給される室外空気と熱交換を行うことで蒸発する（図５及び図６の点Ｑ参照）。また、この室外熱交換器２３に送られた低圧の冷媒も、室外熱交換器２３において、室外ファン３５によって供給される室外空気と熱交換を行うことで蒸発する。そして、そして、この室外熱交換器２３において蒸発した低圧の冷媒は、第１切換機構２２を通じて、吸入冷媒管４１に送られて、中間熱交換器３２において蒸発した低圧の冷媒と合流した後に、再び、圧縮機２１に吸入される（図５及び図６の点Ａ参照）。

＜除霜運転＞
空気調和装置１において、室外熱交換器２３の加熱源としての室外空気の温度が低い条件で暖房運転を行うと、冷媒の蒸発器として機能する室外熱交換器２３に着霜が発生し、これにより、室外熱交換器２３の伝熱性能が低下するおそれがある。このため、室外熱交換器２３の除霜を行う必要がある。また、ここでは、上記のように、中間熱交換器３２を室外熱交換器２３と一体化しているため、また、中間熱交換器３２を暖房運転時に室外熱交換器２３と並列の冷媒の蒸発器として機能させるようにしているため、中間熱交換器３２にも着霜が発生し、これにより、中間熱交換器３２の伝熱性能が低下するおそれがある。このため、室外熱交換器２３の除霜とともに中間熱交換器３２の除霜を行う必要がある。

以下、除霜運転について、図７〜図１０を用いて詳細に説明する。

まず、ステップＳＴ１において、暖房運転時に室外熱交換器２３及び中間熱交換器３２に着霜が発生しているかどうかを判定する。この判定は、室外熱交温度センサ５４により検出される室外熱交換器２３を流れる冷媒の温度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５４により検出される室外熱交換器２３における冷媒の温度が着霜が生じる条件に相当する所定温度以下であることが検知された場合、又は、暖房運転の積算時間が所定時間以上経過した場合には、室外熱交換器２３及び中間熱交換器３２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該当しない場合には、室外熱交換器２３及び中間熱交換器３２に着霜が発生していないものと判定するものである。ここで、所定温度や所定時間については、加熱源としての室外空気の温度に依存するため、所定温度や所定時間を外気温度センサ５５により検出される室外空気の温度の関数として設定することが好ましい。また、室外熱交換器２３の出入口や中間熱交換器３２に温度センサが設けられている場合には、室外熱交温度センサ５４により検出される冷媒の温度に代えて、これらの温度センサにより検出される冷媒の温度を温度条件の判定に使用してもよい。そして、ステップＳＴ１において、室外熱交換器２３及び中間熱交換器３２に着霜が発生しているものと判定された場合には、ステップＳＴ２の処理に移行する。

次に、ステップＳＴ２において、除霜運転を開始する。この除霜運転は、第１切換機構２２を暖房運転状態から冷房運転状態に切り換えることで室外熱交換器２３を冷媒の放熱器として機能させる逆サイクル除霜運転である。しかも、ここでは、上記のように、中間熱交換器３２を室外熱交換器２３と一体化していること、また、中間熱交換器３２を暖房運転時に室外熱交換器２３と並列の冷媒の蒸発器として機能させるようにしていることから、中間熱交換器２３にも着霜が発生するおそれがあるため、室外熱交換器２３だけでなく中間熱交換器３２の除霜を行う必要がある。そこで、除霜運転時においては、上記の冷房運転時と同様、第１切換機構２３を暖房運転状態から冷房運転状態に切り換えることで室外熱交換器２３を冷媒の放熱器として機能させるとともに、第２切換機構３３を中間熱交換器蒸発状態から中間熱交換器放熱状態に切り換え、かつ、中間熱交換器戻し弁５３ａを全閉することで中間熱交換器３２を冷媒の放熱器として機能させる運転を行う（図８中の冷媒の流れを示す矢印を参照）。

一方、逆サイクル除霜運転を採用すると、室内熱交換器６２ａ、６２ｂを冷媒の蒸発器として機能させることになるため、これによる室内側の温度低下を避けるために、室内ファン６５ａ、６５ｂを停止した状態で、逆サイクル除霜運転を行う。このため、室内熱交換器６２ａ、６２ｂから圧縮機２１の低段圧縮要素２１ａに戻る低圧の冷媒が過度な湿り状態になりやすい（図８〜図１０の点Ａ参照）。そうすると、低段圧縮要素２１ａにおける冷媒と冷凍機油との密度差が小さくなり、圧縮機２１外に持ち出された冷凍機油が、中間圧側油分離器４４ａにおいて、中間圧の冷媒と十分に分離されず、冷凍機油が多く含まれた状態の中間圧の冷媒が中間熱交換器２３に流入し、中間熱交換器３２内に溜まり込むおそれがある。これにより、中間熱交換器３２における熱交換効率が低下して、中間熱交換器３２の除霜が十分に行えないおそれがある。特に、ここでは、暖房運転時に中間熱交換器３２を冷媒の蒸発器として機能させる構成を採用していることから、暖房運転時における中間熱交換器３２の着霜量が多く、中間熱交換器３２の除霜が不十分になるおそれが非常に高い。

そこで、ここでは、図８に示すように、逆サイクル除霜運転を行う際に、中間熱交換器３２、室外熱交換器２３及びインジェクション管２７に冷媒を流すとともに、低段吐出冷媒温度Ｔｄ１に基づいてインジェクション弁２７ａの開度制御を行うようにしている。具体的には、低段圧縮要素２１ａによって中間圧まで圧縮された冷媒の温度である低段吐出冷媒温度Ｔｄ１が、低段圧縮要素２１ａによって中間圧まで圧縮された冷媒の圧力である低段吐出冷媒圧力Ｐｄ１に相当する飽和温度である低段吐出冷媒飽和温度Ｔｄ１ｅｑよりも高くなるように、インジェクション弁２７ａの開度を制御するようにしている。ここでは、低段吐出冷媒温度Ｔｄ１が、低段吐出冷媒飽和温度Ｔｄ１ｅｑよりも２ｄｅｇ以上高い目標低段吐出冷媒温度Ｔｄ１ｓｔになるように、インジェクション弁２９ａの開度を制御するようにしている。このインジェクション弁２９ａの開度制御では、低段吐出冷媒温度Ｔｄ１が目標低段吐出冷媒温度Ｔｄ１ｓｔよりも低い場合には、開度が大きくなるように制御され、低段吐出冷媒温度Ｔｄ１が目標低段吐出冷媒温度Ｔｄ１ｓｔよりも高い場合には、開度が小さくなるように制御される。

このようなインジェクション弁２９ａの開度制御によれば、逆サイクル除霜運転を行う際に、インジェクション弁２９ａの開度が大きくなるため、インジェクション管２７ａを通じて高段圧縮要素２１ｂに戻される中間圧の冷媒の流量、ひいては、高段圧縮要素２１ｂに吸入される中間圧の冷媒の流量が大きくなる。そして、ここでは、二段圧縮を行う圧縮機として一軸二段圧縮構造の圧縮機２１を採用していることから、その特性上、高段圧縮要素２１ｂに吸入される中間圧の冷媒の流量が大きくなるにつれて、低段吐出冷媒圧力Ｐｄ１が高くなる（図９の点Ｂ〜Ｄにおける冷媒圧力、及び、図１０の点Ｂ〜Ｄにおける冷媒圧力参照）。そうすると、低段圧縮要素２１ａによって圧縮された中間圧の冷媒が過熱状態になり（図９の点Ｂ参照）、そして、低段圧縮要素２１ａにおける冷媒と冷凍機油との密度差が大きくなる。このため、低段圧縮要素２１ａから持ち出された冷凍機油が、中間圧側油分離器４４ａにおいて、中間圧の冷媒と十分に分離されるようになり、逆サイクル除霜運転時に、中間熱交換器３２内に溜まり込むおそれが小さくなる。

これにより、ここでは、中間熱交換器３２における熱交換効率が低下しにくくなり、中間熱交換器３２の除霜を十分に行うことができる。また、ここでは、暖房運転時に中間熱交換器３２を冷媒の蒸発器として機能させる構成を採用しているにもかかわらず、中間熱交換器３２の除霜を十分に行うことができる。さらに、ここでは、低段吐出冷媒温度Ｔｄ１の制御目標値として、低段吐出冷媒飽和温度Ｔｄ１ｅｑよりも２ｄｅｇ以上高い目標低段吐出冷媒温度Ｔｄ１ｓｔを設定しているため、低段圧縮要素２１ａによって圧縮された中間圧の冷媒を確実に過熱状態にすることができる。

次に、ステップＳＴ３において、室外熱交換器２３及び中間熱交換器３２の除霜が完了したかどうかを判定する。この判定は、室外熱交温度センサ５４により検出される室外熱交換器２３を流れる冷媒の温度や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５４により検出される室外熱交換器２３における冷媒の温度が着霜がないとみなせる条件に相当する温度以上であることが検知された場合、又は、除霜運転が所定時間以上経過した場合には、室外熱交換器２３及び中間熱交換器３２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該当しない場合には、室外熱交換器２３及び中間熱交換器３２の除霜が完了していないものと判定するものである。また、室外熱交換器２３の出入口や中間熱交換器３２に温度センサが設けられている場合には、室外熱交温度センサ５４により検出される冷媒の温度に代えて、これらの温度センサにより検出される冷媒の温度を温度条件の判定に使用してもよい。そして、ステップＳＴ３において、室外熱交換器２３及び中間熱交換器３２の除霜が完了したものと判定された場合には、ステップＳＴ４の処理に移行して、除霜運転を終了し、再び、暖房運転を再開させる処理が行われる。より具体的には、第１切換機構２２を冷房運転状態から暖房運転状態に切り換えることで室外熱交換器２３を冷媒の蒸発器として機能させるとともに、第２切換機構３３を中間熱交換器放熱状態から中間熱交換器蒸発状態に切り換え、かつ、中間熱交換器戻し弁５３ａを開けることで中間熱交換器３２を冷媒の蒸発器として機能させる運転を行う。

（３）変形例
＜変形例１＞
上記の実施形態では、暖房運転時に中間熱交換器３２を冷媒の蒸発器として機能させるようにしているが、この構成に限定されるものではない。

例えば、図１１に示すように、第２中間熱交換器戻し管５３を省略し、暖房運転時に中間熱交換器３２を冷媒の蒸発器として機能させないようにしてもよい。

この場合には、暖房運転時における中間熱交換器３２の着霜が、一体化された室外熱交換器２３との境界部分及びその付近に限られるため、暖房運転時に中間熱交換器３２を冷媒の蒸発器として機能させる場合に比べて、着霜量が少なくなる。しかし、この場合においても、中間熱交換器３２の除霜は必要であるため、上記の実施形態よりも程度は小さくなるものの、中間熱交換器の除霜が不十分になるおそれがある。

このため、このような場合においても、上記の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

＜変形例２＞
上記の実施形態及び変形例１では、レシーバ２９の入口側の減圧機構として、電動膨張弁からなる第１室外膨張弁２８が設けられているが、この構成に限定されるものではない。

例えば、図１２に示すように、レシーバ入口管４９に第１室外膨張弁２８をバイパスするように遠心式又は容積式の膨張機３８を設けるようにしてもよい。

この場合においても、上記の実施形態及び変形例１と同様の作用効果を得ることができる。しかも、膨張機３８を設けることによって、冷媒が等エントロピ的に減圧されることになり、これにより、冷凍サイクルのサイクル効率を向上させることができる。

本発明は、一軸二段圧縮構造の圧縮機、室外熱交換器、中間熱交換器及びインジェクション管を有する冷暖切り換え可能な空気調和装置に対して、広く適用可能である。

１ 空気調和装置
２１ 圧縮機
２１ａ 低段圧縮要素
２１ｂ 高段圧縮要素
２１ｄ 駆動軸
２２ 切換機構
２３ 室外熱交換器
２７ インジェクション管
２７ａ インジェクション弁
３２ 中間熱交換器
６２ａ、６２ｂ 室内熱交換器

特開２００９−１３３５８１号公報 特開２００９−２２９０５１号公報

Claims (3)

1. 単一の駆動軸（２１ｄ）に連結された低段圧縮要素（２１ａ）及び高段圧縮要素（２１ｂ）を有しており、低圧の冷媒を前記低段圧縮要素によって中間圧になるまで圧縮し、前記中間圧まで圧縮された冷媒を前記高段圧縮要素によって高圧になるまで圧縮する二段圧縮を行う、一軸二段圧縮構造の圧縮機（２１）と、
   室外空気を熱源とする熱交換器であって、冷媒の放熱器又は蒸発器として機能する室外熱交換器（２３）と、
   冷媒の蒸発器又は放熱器として機能する室内熱交換器（６２ａ、６２ｂ）と、
   前記圧縮機、前記室外熱交換器、前記室内熱交換器の順に冷媒を循環させる冷房運転状態と、前記圧縮機、前記室内熱交換器、前記室外熱交換器の順に冷媒を循環させる暖房運転状態と、を切り換える切換機構（２２）と、
   室外空気を熱源とする熱交換器であって、前記低段圧縮要素の吐出側と前記高段圧縮要素の吸入側との間に接続されており、前記低段圧縮要素によって前記中間圧まで圧縮された冷媒の放熱器として機能する中間熱交換器（３２）と、
   開度制御が可能なインジェクション弁（２７ａ）を有しており、前記室外熱交換器又は前記室内熱交換器において放熱した冷媒の一部を分岐して、前記高段圧縮要素に送るインジェクション管（２７）と、
   を備え、
   前記切換機構を前記冷房運転状態に切り換えることによって前記室外熱交換器を除霜する逆サイクル除霜運転を行う際に、前記中間熱交換器、前記室外熱交換器及び前記インジェクション管に冷媒を流すとともに、前記低段圧縮要素によって前記中間圧まで圧縮された冷媒の温度である低段吐出冷媒温度が、前記低段圧縮要素によって前記中間圧まで圧縮された冷媒の圧力である低段吐出冷媒圧力に相当する飽和温度である低段吐出冷媒飽和温度よりも高くなるように、前記インジェクション弁の開度を制御する、
   空気調和装置（１）。
2. 前記中間熱交換器（３２）は、前記切換機構（２２）を前記冷房運転状態に切り換えている際に、前記低段圧縮要素（２１ａ）によって前記中間圧まで圧縮された冷媒の放熱器として機能し、前記切換機構を前記暖房運転状態に切り換えている際に、前記室内熱交換器（６２ａ、６２ｂ）において放熱した冷媒の蒸発器として機能する、
   請求項１に記載の空気調和装置（１）。
3. 前記低段吐出冷媒温度が、前記低段吐出冷媒飽和温度よりも２ｄｅｇ以上高い目標低段吐出冷媒温度になるように、前記インジェクション弁（２７ａ）の開度を制御する、
   請求項１又は２に記載の空気調和装置（１）。

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