JP2014119125A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低段圧縮機構と高段圧縮機構と放熱器と膨張機と蒸発器とが接続されることによって構成される冷媒回路を備えた冷凍装置において、低外気条件の運転開始時における高段圧縮機構の上下差圧が速やかに付くようにしてチッピング運転を発生しにくくする。
【解決手段】高段圧縮機構は、高段可動部材及び高段固定部材を有し、高段圧縮機構において圧縮された冷媒の圧力によって高段可動部材を高段固定部材に押し付けるように構成されている。膨張機は、流入した冷媒を膨張させて動力を発生させる膨張機構を有し、膨張機構の回転数を変更できるように構成されている。そして、通常外気条件の運転開始時には、膨張機を第１起動回転数で起動し、低外気条件の運転開始時には、膨張機を第１起動回転数よりも小さい第２起動回転数で起動する。
【選択図】図８

Description

本発明は、冷凍装置、特に、低段圧縮機構と高段圧縮機構と放熱器と膨張機と蒸発器とが接続されることによって構成される冷媒回路を備えた冷凍装置に関する。

従来より、特許文献１（特開２００７−２３９６６６号公報）に示すような、低段圧縮機構及び高段圧縮機構を有する圧縮機と放熱器と膨張機と蒸発器とが接続されることによって構成される冷媒回路を備えた冷凍装置がある。ここで、圧縮機を構成する高段圧縮機構は、高段可動部材及び高段固定部材を有し、高段可動部材が高段固定部材に対して偏心回転することによって、高段可動部材と高段固定部材との間に形成される高段圧縮室において、低段圧縮機構によって圧縮された冷媒を圧縮する。そして、高段圧縮機構では、高段圧縮機構において圧縮された冷媒の圧力によって高段可動部材を高段固定部材に押し付けるように構成されている。

上記の冷凍装置において、運転効率を向上させるために、膨張機として、流入した冷媒を膨張させて動力を発生させる膨張機構を有する構成を採用することが考えられる。

このような冷凍装置では、低外気条件になると、運転開始時に高段圧縮機構の吐出圧力が上昇しにくくなるため、高段圧縮機構における上下差圧が付きにくくなる。そうすると、高段圧縮機構における可動部材の固定部材への押し付けが不十分になってしまい、いわゆるチッピング運転が発生しやすくなる。

本発明の課題は、低段圧縮機構と高段圧縮機構と放熱器と膨張機と蒸発器とが接続されることによって構成される冷媒回路を備えた冷凍装置において、低外気条件の運転開始時における高段圧縮機構の上下差圧が速やかに付くようにしてチッピング運転を発生しにくくすることにある。

第１の観点にかかる冷凍装置は、低段圧縮機構と高段圧縮機構と放熱器と膨張機と蒸発器とが接続されることによって構成される冷媒回路を有している。高段圧縮機構は、高段可動部材及び高段固定部材を有し、高段可動部材が高段固定部材に対して偏心回転することによって、高段可動部材と高段固定部材との間に形成される高段圧縮室において、低段圧縮機構によって圧縮された冷媒を圧縮する圧縮機構である。また、高段圧縮機構は、高段圧縮機構において圧縮された冷媒の圧力によって高段可動部材を高段固定部材に押し付けるように構成されている。膨張機は、流入した冷媒を膨張させて動力を発生させる膨張機構を有し、膨張機構の回転数を変更できるように構成されている。そして、この冷凍装置では、通常外気条件の運転開始時には、膨張機を第１起動回転数で起動し、低外気条件の運転開始時には、膨張機を第１起動回転数よりも小さい第２起動回転数で起動する。

通常外気条件の運転開始時は、高段圧縮機構の吐出圧力が上昇しやすいため、高段圧縮機構側から膨張機に冷凍機油を供給する構成を採用している場合には、膨張機に冷凍機油が供給されやすくなる。このような場合において、膨張機構の回転数を変更可能な膨張機を高い回転数で起動すれば、膨張機構の摺動部分の隙間に冷凍機油の油膜が形成されやすくなり、膨張機構の潤滑を確保することができる。そこで、ここでは、通常外気条件（例えば、室外温度が所定の閾温度以上の場合）の運転開始時には、膨張機を高めの回転数である第１起動回転数で起動するようにしている。

しかし、膨張機を第１起動回転数で起動すると、膨張機の上流側の冷媒の圧力、すなわち、高段圧縮機構の吐出圧力が上昇しにくくなる傾向になるため、低外気条件（例えば、室外温度が所定の閾温度以下の場合）の運転開始時には、高段圧縮機構における上下差圧がさらに付きにくくなり、その結果、高段圧縮機構においてチッピング運転がさらに発生しやすくなり、高段圧縮機構側から膨張機への冷凍機油の供給も行われにくくなる。

そこで、ここでは、低外気条件の運転開始時には、膨張機を第１起動回転数よりも小さい低めの回転数である第２起動回転数で起動するようにしている。すなわち、通常外気条件であるか又は低外気条件であるかによって、運転開始時における膨張機の起動回転数を変更するようにしている。

これにより、ここでは、低外気条件の運転開始時に、膨張機の上流側の冷媒の圧力、すなわち、高段圧縮機構の吐出圧力が上昇しにくくなる傾向になることを抑えて、高段圧縮機構の上下差圧が速やかに付くようにしてチッピング運転を発生しにくくし、膨張機への冷凍機油の供給を確保することができる。

第２の観点にかかる冷凍装置は、第１の観点にかかる冷凍装置において、高段圧縮機構の吸入側の冷媒圧力に対する高段圧縮機構の吐出側の冷媒圧力の圧力差である高段上下差圧が所定の閾圧力差以上になった場合には、膨張機の回転数を第２起動回転数よりも大きくして、膨張機構の摺動部分の隙間に冷凍機油の油膜が速やかに形成されるようにしている。

ここでは、高段上下差圧が所定の閾圧力差以上になった後に膨張機の回転数を大きくすることによって、高段圧縮機構のチッピング運転の発生を抑えた後に速やかに通常運転に移行することができる。また、膨張機構の潤滑も確保することができる。

第３の観点にかかる冷凍装置は、第１又は第２の観点にかかる冷凍装置において、第２起動回転数が膨張機の最低回転数である。

ここでは、第２起動回転数を膨張機の最低回転数に設定することによって、高段圧縮機構の上下差圧が最大限速やかに付くようにすることができる。

第４の観点にかかる冷凍装置は、第１〜第３の観点のいずれかにかかる冷凍装置において、放熱器に冷却源としての空気を供給する送風ファンをさらに有しており、低外気条件の運転開始時には、送風ファンを停止した状態で、膨張機を第２起動回転数で起動する。

放熱器に空気を供給する送風ファンを運転開始時から起動すると、放熱器の放熱能力が高くなるため、その分だけ高段圧縮機構の吐出圧力が上昇しにくくなる傾向になる。

そこで、ここでは、送風ファンを停止した状態で、膨張機を第２起動回転数で起動するようにしている。

これにより、ここでは、低外気条件の運転開始時に、放熱器によって高段圧縮機構の吐出圧力が上昇しにくくなることをさらに抑えることができる。

第５の観点にかかる冷凍装置は、第４の観点にかかる冷凍装置において、高段圧縮機構の吸入側の冷媒圧力に対する高段圧縮機構の吐出側の冷媒圧力の圧力差である高段上下差圧が所定の閾圧力差以上になった場合には、膨張機の回転数を第２起動回転数よりも大きくするとともに、送風ファンを起動する。

ここでは、高段上下差圧が所定の閾圧力差以上になった後に膨張機の回転数を大きくすること、及び、送風ファンを起動することによって、高段圧縮機構のチッピング運転の発生を抑えた後に速やかに通常運転に移行することができる。

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の観点にかかる冷凍装置では、低外気条件の運転開始時に、膨張機の上流側の冷媒の圧力、すなわち、高段圧縮機構の吐出圧力が上昇しにくくなる傾向になることを抑えて、高段圧縮機構の上下差圧が速やかに付くようにしてチッピング運転を発生しにくくすることができる。

第２の観点にかかる冷凍装置では、高段上下差圧が所定の閾圧力差以上になった後に膨張機の回転数を大きくすることによって、高段圧縮機構のチッピング運転の発生を抑えた後に速やかに通常運転に移行することができる。その結果、高段圧縮機構の上下差圧が大きくなって、膨張機の回転数を上げ、膨張機構の摺動部分の隙間に冷凍機油の油膜が速やかに形成されるようになる。

第３の観点にかかる冷凍装置では、第２起動回転数を膨張機の最低回転数に設定することによって、高段圧縮機構の上下差圧が最大限速やかに付くようにすることができる。

第４の観点にかかる冷凍装置では、低外気条件の運転開始時に、放熱器によって高段圧縮機構の吐出圧力が上昇しにくくなることをさらに抑えることができる。

第５の観点にかかる冷凍装置では、高段上下差圧が所定の閾圧力差以上になった後に膨張機の回転数を大きくすること、及び、送風ファンを起動することによって、高段圧縮機構のチッピング運転の発生を抑えた後に速やかに通常運転に移行することができる。

本発明にかかる冷凍装置の一実施形態としての空気調和装置の概略構成図である。 圧縮機の概略縦断面図である。 圧縮機構の要部の拡大図である。 膨張機の概略縦断面図である。 膨張機構の要部の拡大図である。 空気調和装置の制御構成を示すブロック図である。 低外気条件において起動制御を行わない場合の運転開始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。 起動制御のフローチャートである。 起動制御のタイムチャートである。 起動制御を行う場合の運転開始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。 変形例にかかる起動制御のフローチャートである。 変形例にかかる起動制御のタイムチャートである。

以下、本発明にかかる冷凍装置の一実施形態としての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、本発明にかかる冷凍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、本発明にかかる冷凍装置の一実施形態としての空気調和装置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）を使用した多段（ここでは、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の循環量を調節する膨張弁である。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、室内ファン用電動機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には、各種のセンサが設けられている。具体的には、室内熱交換器６２ａには、室内熱交換器６２ａを流れる冷媒の温度である室内熱交飽和温度Ｔｒｓａｔを検出する室内熱交温度センサ５４ａが設けられている。ここで、室内熱交飽和温度Ｔｒｓａｔは、冷房運転時には、冷媒回路１０における冷媒の蒸発温度Ｔｅに相当する。また、室内ユニット６ａには、室内空気の温度である室内温度Ｔｒを検出する室内温度センサ５５ａが設けられている。

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、膨張機３８と、第１室外膨張弁２８と、レシーバ２９と、熱回収熱交換器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つの圧縮機構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、図２に示すように、圧縮機ケーシング７０内に、低段圧縮機構２１ａと、高段圧縮機構２１ｂと、圧縮機用電動機２１ｃと、駆動軸２１ｄとが収容された密閉式構造となっている。圧縮機用電動機２１ｃは、駆動軸２１ｄに連結されている。そして、駆動軸２１ｄは、２つの圧縮機構２１ａ、２１ｂに連結されている。すなわち、圧縮機２１は、低段圧縮機構２１ａ及び高段圧縮機構２１ｂが単一の駆動軸２１ｄに連結されており、２つの圧縮機構２１ａ、２１ｂがともに圧縮機用電動機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。ここでは、圧縮機構２１ａ、２１ｂとして、図３に示すように、ロータリ式の容積式の圧縮機構が採用されている。尚、圧縮機構２１ａ、２１ｂとしては、ロータリ式の圧縮機構に限定されるものではなく、スクロール式の圧縮機構等のように、種々の型式の圧縮機構を採用することが可能である。

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機構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機構２１ｂによって冷凍サイクルの高圧になるまで圧縮して、圧縮機ケーシング７０内に吐出し、この圧縮機ケーシング７０内に吐出された高圧の冷媒を吐出冷媒管４３に送るように構成されている。すなわち、ここでは、圧縮機２１は、圧縮機ケーシング７０内が高圧の冷媒で満たされる、いわゆる高圧ドーム式に構成されている。ここで、吸入冷媒管４１は、冷凍サイクルの低圧の冷媒を、低段圧縮機構２１ａに吸入させるための冷媒管である。中間冷媒管４２は、低段圧縮機構２１ａから吐出された冷凍サイクルの中間圧の冷媒を、高段圧縮機構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、高段圧縮機構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の圧縮機構２１ａ、２１ｂ等の摺動部分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、圧縮機ケーシング７０に形成された圧縮機油溜まり部７０ａに貯留されている。ここで、圧縮機油溜まり部７０ａは、縦長円筒形状の圧縮機ケーシング７０の底部に形成されている。圧縮機油溜まり部７０ａに貯留された冷凍機油は、駆動軸２１ｃの下端部に設けられた油ポンプ７９によって吸い上げられて、駆動軸２１ｃの内部に形成された給油路（図示せず）を通じて、圧縮機構２１ａ、２１ｂ等に送られて、圧縮機構２１ａ、２１ｂ等の潤滑に使用される。また、冷凍機油の一部は、圧縮機２１の低段圧縮機構２１ａから冷媒に同伴して中間冷媒管４２に吐出されたり、高段圧縮機構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、低段圧縮機構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、低段圧縮機構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機構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、高段圧縮機構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、高段圧縮機構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機構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。

このように、圧縮機２１は、圧縮機ケーシング７０と、圧縮機ケーシング７０に収容されるとともに吸入した冷媒を圧縮する圧縮機構２１ａ、２１ｂとを有している。ここで、高段圧縮機構２１ｂは、吸入した冷媒を圧縮して圧縮機ケーシング７０内に吐出するようになっている。また、ここでは、低段圧縮機構２１ａ及び高段圧縮機構２１ｂは、単一の駆動軸２１ｄに連結されており、これにより、圧縮機２１は、低圧の冷媒を低段圧縮機構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機構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。また、低段圧縮機構２１ａ及び高段圧縮機構２１ｂは、それぞれ、可動部材及び固定部材を有しており、高段圧縮機構２１ｂにおいて圧縮された冷媒の圧力によって可動部材を固定部材に押し付けるように構成されているが、この可動部材を固定部材に押し付ける構成を含めた圧縮機２１の構造の詳細は後述する。

−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３５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、室外ファン用電動機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２３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。

−膨張機−
膨張機３８は、ここでは、膨張機構で冷媒を膨張する膨張機から構成されており、レシーバ入口管４９に設けられている。膨張機３８は、その一端がブリッジ回路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。膨張機３８は、図４に示すように、膨張機ケーシング８０内に、膨張機構３８ａと、膨張機用発電機３８ｂと、出力軸３８ｃとが収容された密閉式構造となっている。膨張機用発電機３８ｂは、出力軸３８ｃに連結されている。そして、出力軸３８ｃは、膨張機構３８ａに連結されている。ここでは、膨張機構３８ａとして、図５に示すように、ロータリ式の容積式の圧縮機構が採用されている。尚、膨張機構３８ａとしては、ロータリ式の膨張機構に限定されるものではなく、スクロール式の膨張機構等のように、種々の型式の膨張機構を採用することが可能である。そして、膨張機３８は、レシーバ入口管４９の上流部分から冷凍サイクルの高圧の冷媒を流入させ、この流入した高圧の冷媒を膨張機構３８ａによって膨張させて、レシーバ入口管４９の下流部分に流出させるように構成されている。ここで、膨張機構３８ａにおける冷媒の膨張は、等エントロピ的な膨張であるため、膨張機構３８ａにおいて動力が発生することになる。そして、この膨張機構３８ａにおいて発生した動力によって、膨張機用発電機３８ｂが回転駆動されて発電が行われる。また、膨張機３８は、インバータ（図示せず）によって、膨張機構３８ａの回転数を変更できるように構成されている。さらに、膨張機３８と圧縮機２１との間には、冷凍機油をやりとりするための膨張機用給油管８７及び膨張機用油戻し管８８が接続されており、これにより、膨張機３８の膨張機構３８ａ等の潤滑を行うようになっている。

このように、膨張機３８は、膨張機ケーシング８０と、膨張機ケーシング８０に収容されるとともに流入した冷媒を膨張させて動力を発生させる膨張機構３８ａとを有している。また、膨張機３８は、膨張機構３８ａの回転数を変更できるように構成されている。

−第１室外膨張弁−
第１室外膨張弁２８は、膨張機３８をバイパスするようにレシーバ入口管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、膨張機３８を使用しない運転において使用される。すなわち、第１室外膨張弁２８は、膨張機３８を使用しない冷房運転時には、室外熱交換器２３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、膨張機３８を使用しない暖房運転時には、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、膨張機３８及び第１室外膨張弁２８の下流側、すなわち、膨張機３８又は第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２９の下部から冷媒を導出するレシーバ出口管５０に接続されている。

−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と膨張機３８（又は第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と高段圧縮機構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、高段圧縮機構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。

−熱回収熱交換器、吸入戻し管−
熱回収熱交換器３０は、レシーバ出口管５０に設けられており、冷房運転や暖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。熱回収熱交換器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、ここでは、レシーバ２９の上部から冷媒を導出するようにレシーバ２９に接続された吸入戻し管３１を流れる冷媒が流れるようになっている。すなわち、熱回収熱交換器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。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、熱回収熱交換器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。第１吸入戻し弁３１ｄは、吸入戻し管３１ａ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、第１吸入戻し弁３１ｄとして、電動膨張弁が使用されている。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の出口と熱回収熱交換器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の熱回収熱交換器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。そして、第２吸入戻し管３１ｂには、熱回収熱交換器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。第２吸入戻し弁３１ｅは、第１吸入戻し管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、第２吸入戻し弁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、低段圧縮機構２１ａから吐出されて高段圧縮機構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、低段圧縮機構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機構２１ｂに送るか、又は低段圧縮機構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機構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から高段圧縮機構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の高段圧縮機構２１ｂ側の端部と中間熱交換器バイパス管５１の高段圧縮機構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の高段圧縮機構２１ｂ側の端部から高段圧縮機構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と高段圧縮機構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の低段圧縮機構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の高段圧縮機構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を通じて低段圧縮機構２１ａから吐出された中間圧の冷媒を高段圧縮機構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１２１の吸入側（ここでは、吸入冷媒管４１）と中間熱交換器３２の低段圧縮機構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を通じて低段圧縮機構２１ａから吐出された中間圧の冷媒を高段圧縮機構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の低段圧縮機構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の高段圧縮機構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戻し弁５３ａを全閉することによって、低段圧縮機構２１ａから吐出されて高段圧縮機構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、低段圧縮機構２１ａの吐出側と高段圧縮機構２１ｂの吸入側との間に接続されており、低段圧縮機構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、低段圧縮機構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。

−圧縮機の詳細構造−
次に、圧縮機２１の詳細構造について説明する。

ここでは、まず、図２及び図３に示すように、圧縮機用電動機２１ｃは、ロータ７１とステータ７２とを有している。ロータ７１は、駆動軸２１ｄの上部に連結されている。ステータ７２は、圧縮機ケーシング７０に固定されており、ロータ７１の外周面に対向するように配置されている。

駆動軸２１ｄの下部には、２つの偏心部７３ａ、７３ｂが形成されている。２つの偏心部７３ａ、７３ｂのうち下側の偏心部が第１偏心部７３ａであり、上側の偏心部が第２偏心部７３ｂである。第１偏心部７３ａと第２偏心部７３ｂとは、駆動軸２１ｄの主軸部７３ｃの軸心から偏心している。また、第１偏心部７３ａと第２偏心部７３ｂとは、両者の偏心方向が回転方向に１８０度ずれている。駆動軸２１ｄの下端部には、上記のように、油ポンプ７９が設けられている。油ポンプ７９の吐出口は、駆動軸２１ｄの内部に形成された給油通路（図示せず）と連通している。ここでは、油ポンプ７９は、圧縮機ケーシング７０の内部空間の内圧（高段圧縮機構２１ｂから吐出された高圧の冷媒の圧力）を利用することで、圧縮機ケーシング７０に形成された圧縮機油溜まり部７０ａに貯留された冷凍機油を給油路へ送る差圧駆動式に構成されている。油ポンプ７９から給油路に送られた冷凍機油は、駆動軸２１ｄの軸受けや圧縮機構２１ａ、２１ｂ等の摺動部分の潤滑に使用される。

２つの圧縮機構２１ａ、２１ｂは、圧縮機用電動機２１ｃの下方に配置されている。２つの圧縮機構２１ａ、２１ｂのうち下側の圧縮機構が低段圧縮機構２１ａであり、上側の圧縮機構が高段圧縮機構２１ｂである。低段圧縮機構２１ａは、上記のように、吸入冷媒管４１から冷凍サイクルの低圧の冷媒を吸入して冷凍サイクルの中間圧になるまで圧縮した後に中間冷媒管４２に吐出する圧縮機構である。また、高段圧縮機構２１ｂは、上記のように、中間冷媒管４２から冷凍サイクルの中間圧の冷媒を吸入して冷凍サイクルの高圧になるまで圧縮した後に圧縮機ケーシング７０の内部空間に吐出する圧縮機構である。また、詳細については後述するが、低段圧縮機構２１ａと高段圧縮機構２１ｂとの上下方向間には、ミドルプレート７４ａと２つのシールリング７４ｂ、７４ｃとが設けられている。

低段圧縮機構２１ａは、低段シリンダ７５ａと低段ピストン７５ｂとを有している。

低段シリンダ７５ａは、圧縮機ケーシング７０の胴部に固定された低段固定部材である。低段シリンダ７５ａは、円板状の固定側鏡板部７５ｃと、固定側鏡板部７５ｃの上面の内周寄りの位置から上方に突出する環状の内側シリンダ部７５ｄと、固定側鏡板部７５ｃの上面の外周部から上方に突出する環状の外側シリンダ部７５ｅとを有している。低段シリンダ７５ａは、内側シリンダ部７５ｄと外側シリンダ部７５ｅとの間に、環状の低段シリンダ室７５ｆを有している。外側シリンダ部７５ｅには、後述する低段吸入通路７５ｆと低段外側背圧室７５ｇとを連通する低段背圧通路７５ｈが形成されている。

低段ピストン７５ｂは、第１偏心部７３ａに外嵌されて偏心回転する低段可動部材である。低段ピストン７５ｂは、円板状の可動側鏡板部７５ｉと、可動側鏡板部７５ｉの下面の内周部から下方に突出して第１偏心部７３ａに外嵌されるボス部７５ｊと、可動側鏡板部７５ｉの下面の外周寄りの位置から下方に突出する環状の低段ピストン部７５ｋとを有している。低段ピストン部７５ｋは、低段シリンダ７５ａに対して偏心するように低段シリンダ室７５ｆに収納され、低段シリンダ室７５ｆを外側圧縮室７５ｍと内側圧縮室７５ｎとに区画している。外側圧縮室７５ｍ及び内側圧縮室７５ｎは、低段ピストン７５ｂと低段シリンダ７５ａとの間に形成される低段圧縮室である。ボス部７５ｊには、第１偏心部７３ａが嵌合している。低段ピストン７５ｂは、駆動軸２１ｄの回転に伴い主軸部７３ｃの軸心を中心として偏心回転する。尚、低段圧縮機構２１ａでは、ボス部７５ｊと内側シリンダ部７５ｄとの間に空間が形成されるが、この空間では冷媒の圧縮は行われない。

低段圧縮機構２１ａは、内側シリンダ部７５ｄの外周面から外側シリンダ部７５ｅの内周面まで延びるブレード７５ｏを有している。ブレード７５ｏは、低段シリンダ７５ａと一体に構成されている。ブレード７５ｏは、低段シリンダ室７５ｆに配置され、外側圧縮室７５ｍを吸入側の低圧室７５ｍＬと吐出側の高圧室７５ｍＨとに区画し、内側圧縮室７５ｎを吸入側の低圧室７５ｎＬと吐出側の高圧室７５ｎＨとに区画している。ブレード７５ｏは、環状の一部が分断されたＣ型形状の低段ピストン部７５ｋの分断箇所を挿通している。また、低段ピストン部７５ｋの分断箇所には、ブレード７５ｏを挟むように半円形状のブッシュ７５ｐが嵌合している。ブッシュ７５ｐは、低段ピストン部７５ｋの端面に対して揺動自在に構成されている。これにより、低段ピストン部７５ｋは、ブレード７５ｏの延伸方向に進退可能で、かつ、ブッシュ７５ｐとともに揺動可能に構成されている。

低段圧縮機構２１ａには、吸入冷媒管４１が接続されている。吸入冷媒管４１は、固定側鏡板部７５ｃに形成された低段吸入通路７５ｆに接続されている。低段吸入通路７５ｆは、流入側が固定側鏡板部７５ｃの径方向に延び、途中で上方へ折れ曲がって、流出側が固定側鏡板部７５ｃの軸方向に延びている。低段吸入通路７５ｆの流出端は、外側圧縮室７５ｍと内側圧縮室７５ｎの双方に跨るように開口している。つまり、低段圧縮機構２１ａでは、低段吸入通路７５ｆを流出した冷媒が、外側圧縮室７５ｍと内側圧縮室７５ｎとに分流し、各圧縮室７５ｍ、７５ｎでそれぞれ冷媒が圧縮される。

低段圧縮機構２１ａには、外側圧縮室７５ｍから冷媒を吐出させるための外側吐出ポート７５ｑと、内側圧縮室７５ｎから冷媒を吐出させるための内側吐出ポート７５ｒと、外側吐出ポート７５ｑ及び内側吐出ポート７５ｒの両方が開口する低段吐出空間７５ｓとが形成されている。外側吐出ポート７５ｑは、外側圧縮室７５ｍの高圧室７５ｍＨと低段吐出空間７５ｓとを連通させている。外側吐出ポート７５ｑには、第１吐出弁７５ｔが設けられている。第１吐出弁７５ｔは、外側圧縮室７５ｍの高圧室７５ｍＨの内圧に抗して外側吐出ポート７５ｑを閉鎖するように付勢力が作用している。外側圧縮室７５ｍの高圧室７５ｍＨの内圧が所定圧力に達すると、付勢力に反して第１吐出弁７５ｔが外側吐出ポート７５ｑを開放する位置に変位する。内側吐出ポート７５ｒは、内側圧縮室７５ｎの高圧室７５ｎＨと低段吐出空間７５ｓとを連通させている。内側吐出ポート７５ｒには、第２吐出弁７５ｕが設けられている。第２吐出弁７５ｕは、内側圧縮室７５ｎの高圧室７５ｎＨの内圧に抗して内側吐出ポート７５ｒを閉鎖するように付勢力が作用している。内側吐出ポート７５ｒの内圧が所定圧力に達すると、付勢力に反して第２吐出弁７５ｕが内側吐出ポート７５ｒを開放する位置に変位する。低段吐出空間７５ｓには、中間冷媒管４２の一端が接続されている。

以上のような構成の低段圧縮機構２１ａにおいて、駆動軸２１ｄが回転すると、低段可動部材としての低段ピストン７５ｂが、低段固定部材としての低段シリンダ７５ａに対して偏心回転する。これにより、低段シリンダ７５ａと低段ピストン７５ｂとの間に形成される低段圧縮室としての外側圧縮室７５ｍ及び内側圧縮室７５ｎでは、吸入冷媒管４１を通じて吸入された低圧の冷媒が圧縮される。外側圧縮室７５ｍ及び内側圧縮室７５ｎでそれぞれ圧縮された冷媒は、各吐出ポート７５ｑ、７５ｒから低段吐出空間７５ｓに吐出され、中間冷媒管４２に流出する。

高段圧縮機構２１ｂは、低段圧縮機構２１ａと同様に構成されている。高段圧縮機構２１ｂは、ミドルプレート７４ａを挟んで低段圧縮機構２１ａを上下反転したような構成になっている。具体的には、高段圧縮機構２１ｂは、高段シリンダ７６ａと高段ピストン７６ｂとを有している。

高段シリンダ７６ａは、圧縮機ケーシング７０の胴部に固定された高段固定部材である。高段シリンダ７６ａは、円板状の固定側鏡板部７６ｃと、固定側鏡板部７６ｃの下面の内周寄りの位置から下方に突出する環状の内側シリンダ部７６ｄと、固定側鏡板部７６ｃの下面の外周部から下方に突出する環状の外側シリンダ部７６ｅとを有している。高段シリンダ７６ａは、内側シリンダ部７６ｄと外側シリンダ部７６ｅとの間に、環状の高段シリンダ室７６ｆを有している。

高段ピストン７６ｂは、第２偏心部７３ｂに外嵌されて偏心回転する高段可動部材である。高段ピストン７６ｂは、円板状の可動側鏡板部７６ｉと、可動側鏡板部７６ｉの上面の内周部から上方に突出して第２偏心部７３ｂに外嵌されるボス部７６ｊと、可動側鏡板部７６ｉの上面の外周寄りの位置から上方に突出する環状の高段ピストン部７６ｋとを有している。高段ピストン部７６ｋは、高段シリンダ７６ａに対して偏心するように高段シリンダ室７６ｆに収納され、高段シリンダ室７６ｆを外側圧縮室７６ｍと内側圧縮室７６ｎとに区画している。外側圧縮室７５ｍ及び内側圧縮室７５ｎは、低段ピストン７５ｂと低段シリンダ７５ａとの間に形成される低段圧縮室である。ボス部７５ｊには、第１偏心部７３ａが嵌合している。低段ピストン７５ｂは、駆動軸２１ｄの回転に伴い主軸部７３ｃの軸心を中心として偏心回転する。尚、低段圧縮機構２１ａでは、ボス部７５ｊと内側シリンダ部７５ｄとの間に空間が形成されるが、この空間では冷媒の圧縮は行われない。また、高段ピストン７６ｂには、圧縮行程中の内側圧縮室７６ｓ（後述する高圧室７６ｎＨ）と後述する高段外側背圧室７６ｇとを連通する高段背圧通路７６ｈが形成されている。尚、図２、３においては、説明の便宜上、高段背圧通路７６ｈを高段吸入通路７６ｆと軸方向に重なる位置に図示しているが、高段背圧通路７６ｈは、高段吸入通路７６ｆとは軸方向に重なる位置になく、高段吸入通路７６ｆとは連通していない。

高段圧縮機構２１ｂは、内側シリンダ部７６ｄの外周面から外側シリンダ部７６ｅの内周面まで延びるブレード７６ｏを有している。ブレード７６ｏは、高段シリンダ７６ａと一体に構成されている。ブレード７６ｏは、高段シリンダ室７６ｆに配置され、外側圧縮室７６ｍを吸入側の低圧室７６ｍＬと吐出側の高圧室７６ｍＨとに区画し、内側圧縮室７６ｎを吸入側の低圧室７６ｎＬと吐出側の高圧室７６ｎＨとに区画している。ブレード７６ｏは、環状の一部が分断されたＣ型形状の高段ピストン部７６ｋの分断箇所を挿通している。また、高段ピストン部７６ｋの分断箇所には、ブレード７６ｏを挟むように半円形状のブッシュ７６ｐが嵌合している。ブッシュ７６ｐは、高段ピストン部７６ｋの端面に対して揺動自在に構成されている。これにより、高段ピストン部７６ｋは、ブレード７６ｏの延伸方向に進退可能で、かつ、ブッシュ７６ｐとともに揺動可能に構成されている。

高段圧縮機構２１ｂには、中間冷媒管４２の他端が接続されている。中間冷媒管４２は、固定側鏡板部７６ｃに形成された高段吸入通路７６ｆに接続されている。高段吸入通路７６ｆは、流入側が固定側鏡板部７６ｃの径方向に延び、途中で下方へ折れ曲がって、流出側が固定側鏡板部７６ｃの軸方向に延びている。高段吸入通路７６ｆの流出端は、外側圧縮室７６ｍと内側圧縮室７６ｎの双方に跨るように開口している。つまり、高段圧縮機構２１ｂでは、高段吸入通路７６ｆを流出した冷媒が、外側圧縮室７６ｍと内側圧縮室７６ｎとに分流し、各圧縮室７６ｍ、７６ｎでそれぞれ冷媒が圧縮される。

高段圧縮機構２１ｂには、外側圧縮室７６ｍから冷媒を吐出させるための外側吐出ポート７６ｑと、内側圧縮室７６ｎから冷媒を吐出させるための内側吐出ポート７６ｒと、外側吐出ポート７６ｑ及び内側吐出ポート７６ｒの両方が開口する高段吐出空間７６ｓとが形成されている。外側吐出ポート７６ｑは、外側圧縮室７６ｍの高圧室７６ｍＨと高段吐出空間７６ｓとを連通させている。外側吐出ポート７６ｑには、第３吐出弁７６ｔが設けられている。第３吐出弁７６ｔは、外側圧縮室７６ｍの高圧室７６ｍＨの内圧に抗して外側吐出ポート７６ｑを閉鎖するように付勢力が作用している。外側圧縮室７６ｍの高圧室７６ｍＨの内圧が所定圧力に達すると、付勢力に反して第３吐出弁７６ｔが外側吐出ポート７６ｑを開放する位置に変位する。内側吐出ポート７６ｒは、内側圧縮室７６ｎの高圧室７６ｎＨと高段吐出空間７６ｓとを連通させている。内側吐出ポート７６ｒには、第４吐出弁７６ｕが設けられている。第４吐出弁７６ｕは、内側圧縮室７６ｎの高圧室７６ｎＨの内圧に抗して内側吐出ポート７６ｒを閉鎖するように付勢力が作用している。内側吐出ポート７６ｒの内圧が所定圧力に達すると、付勢力に反して第４吐出弁７６ｕが内側吐出ポート７６ｒを開放する位置に変位する。高段吐出空間７６ｓは、圧縮機ケーシング７０の内部空間における圧縮機用電動機２１ｃの下側に開口している。一方、吐出冷媒管４３は、圧縮機ケーシング７０の内部空間における圧縮機用電動機２１ｃの上側に開口している。つまり、高段吐出空間７６ｓと圧縮機ケーシング７０の内部空間とは、高段圧縮機構２１ｂの吐出空間を構成している。

以上のような構成の高段圧縮機構２１ｂにおいて、駆動軸２１ｄが回転すると、高段可動部材としての高段ピストン７６ｂが、高段固定部材としての高段シリンダ７６ａに対して偏心回転する。これにより、高段シリンダ７６ａと高段ピストン７６ｂとの間に形成される高段圧縮室としての外側圧縮室７６ｍ及び内側圧縮室７６ｎでは、中間冷媒管４２を通じて吸入された中間圧の冷媒が圧縮される。外側圧縮室７６ｍ及び内側圧縮室７６ｎでそれぞれ圧縮された冷媒は、各吐出ポート７６ｑ、７６ｒから高段吐出空間７６ｓに吐出され、圧縮機ケーシング７０の内部空間を通じて吐出冷媒管４３に流出する。

ミドルプレート７４ａは、低段圧縮機構２１ａと高段圧縮機構２１ｂとの上下方向間に設けられている。ミドルプレート７４ａは、外周部に形成される円筒部７４ｄと、円筒部７４ｄの内周側に形成される仕切部７４ｅとを有している。円筒部７４ｄは、上下に扁平な筒状に形成されている。円筒部７４ｄは、低段シリンダ７５ａの外側シリンダ部７５ｅの上端面と、高段シリンダ７６ａの外側シリンダ部７６ｅの下端面との間に狭持されている。仕切部７４ｅは、円筒部７４ｄの内部を上下に仕切るように、円筒部７４ｄの上下方向の中間位置に形成されている。仕切部７４ｅは、中央に開口を有する環状に形成され、その開口を駆動軸２１ｄが貫通している。仕切部７４ｅは、円筒部７４ｄと一体形成されている。ミドルプレート７４ａでは、仕切部７４ｅの上側の部位が、高段側支持部７４ｆを構成している。つまり、高段側支持部７４ｆは、高段側の可動側鏡板部７６ｉの背面側に設けられて、高段シリンダ７６ａの先端面（下面）との間に可動側鏡板部７６ｉを狭持している。また、ミドルプレート７４ａでは、仕切部７４ｅの下側の部位が、低段側支持部７４ｇを構成している。つまり、低段側支持部７４ｇは、低段側の可動側鏡板部７５ｉの背面側に設けられて、低段シリンダ７５ａの先端面（上面）との間に可動側鏡板部７５ｉを狭持している。

圧縮機構２１ａ、２１ｂには、２つの環状のシールリング７４ｂ、７４ｃが設けられている。具体的には、ミドルプレート７４ａの低段側支持部７４ｇと低段ピストン７５ａの可動側鏡板部７５ｉとの間には、第１シールリング７４ｂが設けられている。また、ミドルプレート７４ａの高段側支持部７５ｇと高段ピストン７６ａの可動側鏡板部７６ｉとの間には、第２シールリング７４ｃが設けられている。

第１シールリング７４ｂは、仕切部７４ｅの下面に形成された第１環状溝７４ｈに嵌り込んでいる。第１環状溝７４ｈの中心は、駆動軸２１ｄの軸心よりも吐出側（吐出ポート７５ｑ、７５ｒ寄り）に偏心している。ミドルプレート７４ａの低段側支持部７４ｇと低段ピストン７５ｂの可動側鏡板部７５ｉとの間には、第１シールリング７４ｂの内側に第１内側背圧室７５ｉが区画され、第１シールリング７４ｂの外側に第１外側背圧室７５ｊが区画されている。

第１内側背圧室７５ｉは、駆動軸２１ｄの外周の隙間と連通しており、この隙間には、圧縮機油溜まり部７０ａの冷凍機油が給油路を通じて供給される。つまり、第１内側背圧室７５ｉは、高段圧縮機構２１ｂの吐出空間の一部を構成する圧縮機ケーシング７０の内部空間に連通している。そのため、第１内側背圧室７５ｉには、圧縮機ケーシング７０の内部空間と同等の圧力、つまり、高圧の冷媒の圧力が作用する。一方、第１外側背圧室７５ｊは、外側シリンダ部７５ｅに形成された低段背圧通路７５ｈを介して低段吸入通路７５ｆと連通し、低段吸入通路７５ｆを流れる冷媒が導入される。そのため、第１外側背圧室７５ｊには、低段吸入通路７５ｆの圧力と同等の圧力、つまり、低圧の冷媒の圧力が作用する。これにより、低段圧縮機構２１ａでは、背圧室７５ｉ、７５ｊの内圧によって、低段ピストン７５ｂが低段シリンダ７５ａの方向へ押し付けられる。すなわち、低段圧縮機構２１ａは、高段圧縮機構２１ｂにおいて圧縮された冷媒の圧力によって低段可動部材としての低段ピストン７５ｂを低段固定部材としての低段シリンダ７５ａに押し付けるように構成されている。

第２シールリング７４ｃは、仕切部７４ｅの上面に形成された第２環状溝７４ｉに嵌り込んでいる。第２環状溝７４ｉの中心は、駆動軸２１ｄの軸心よりも吐出側（吐出ポート７６ｑ、７６ｒ寄り）に偏心している。ミドルプレート７４ａの高段側支持部７５ｇと高段ピストン７６ｂの可動側鏡板部７６ｉとの間には、第２シールリング７４ｃの内側に第２内側背圧室７５ｍが区画され、第２シールリング７４ｃの外側に第２外側背圧室７５ｎが区画されている。

第２内側背圧室７５ｍは、駆動軸２１ｄの外周の隙間と連通しており、この隙間には、圧縮機油溜まり部７０ａの冷凍機油が給油路を通じて供給される。つまり、第２内側背圧室７５ｍは、高段圧縮機構２１ｂの吐出空間の一部を構成する圧縮機ケーシング７０の内部空間に連通している。そのため、第２内側背圧室７５ｍには、圧縮機ケーシング７０の内部空間と同等の圧力、つまり、高圧の冷媒の圧力が作用する。一方、第２外側背圧室７５ｎは、高段ピストン７６ｂに形成された高段背圧通路７６ｈを通じて圧縮行程中の内側圧縮室７６ｓ（後述する高圧室７６ｎＨ）と連通し、内側圧縮室７６ｓにおいて圧縮途中の冷媒が導入される。そのため、第２外側背圧室７５ｎには、高段圧縮機構２１ｂにおいて圧縮途中の冷媒の圧力と同等の圧力、つまり、中間圧の冷媒の圧力が作用する。これにより、高段圧縮機構２１ｂでは、背圧室７６ｉ、７６ｊの内圧によって、高段ピストン７６ｂが高段シリンダ７６ａの方向へ押し付けられる。すなわち、高段圧縮機構２１ｂは、高段圧縮機構２１ｂにおいて圧縮された冷媒の圧力によって高段可動部材としての高段ピストン７６ｂを高段固定部材としての高段シリンダ７６ａに押し付けるように構成されている。尚、ここでは、第１シールリング７４ｂの内径よりも、第２シールリング７４の内径の方が大きくなるように構成されている。つまり、低段ピストン７５ｂの可動側鏡板部７５ｉよりも高段ピストン７６ｂの可動側鏡板部７６ｉのほうが、高圧の冷媒の圧力が作用する受圧面の面積が大きくなるように構成されている。

このように、圧縮機２１は、低段圧縮機構２１ａと高段圧縮機構２１ｂとを有している。高段圧縮機構２１ｂは、高段可動部材としての高段ピストン７６ｂ及び高段固定部材としての高段シリンダ７６ａを有し、高段ピストン７６ｂが高段シリンダ７６ａに対して偏心回転することによって、高段ピストン７６ｂと高段シリンダ７６ａとの間に形成される高段圧縮室としての外側圧縮室７６ｍ及び内側圧縮室７６ｎにおいて、低段圧縮機構２１ａによって圧縮された冷媒を圧縮する圧縮機構である。また、高段圧縮機構２１ｂは、高段圧縮機構２１ｂにおいて圧縮された冷媒の圧力によって高段ピストン７６ｂを高段シリンダ７６ａに押し付けるように構成されている。

−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である室外熱交温度Ｔｏｈｘを検出する室外熱交温度センサ５６が設けられている。ここで、室外熱交温度Ｔｏｈｘは、暖房運転時には、冷媒回路１０における冷媒の蒸発温度Ｔｅに相当する。また、室外ユニット２には、室外空気の温度である室外温度Ｔｏａを検出する室外温度センサ５７が設けられている。また、吸入冷媒管４１には、圧縮機２１（ここでは、低段圧縮機構２１ａ）の吸入側における低圧の冷媒の圧力Ｐｓを検出する吸入圧力センサ５８が設けられている。また、中間冷媒管４２には、圧縮機２１（ここでは、低段圧縮機構２１ａから吐出されて高段圧縮機構２１ｂに吸入される前）の中間圧の冷媒の圧力Ｐｍを検出する中間圧力センサ５９が設けられている。また、吐出冷媒管４３には、圧縮機２１（ここでは、高段圧縮機構２１ｂ）の吐出側における高圧の冷媒の圧力Ｐｄを検出する吐出圧力センサ６０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、低段圧縮機構２１ａ、高段圧縮機構２１ｂ、放熱器又は蒸発器としての室外熱交換器２３、膨張機３８、蒸発器又は放熱器としての室内熱交換器６２ａ、６２ｂとが接続されることによって構成される冷媒回路１０を有している。尚、ここでは、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行うことが可能な冷媒回路１０を例として挙げているが、これに限定されるものではなく、冷房運転のみや暖房運転のみを行うことが可能な冷媒回路であってもよい。

＜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６に示すように、各種センサ５４ａ、５４ｂ、５５ａ、５５ｂ、５６〜６０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２１、２２、２５、２７ａ、２８、３１ｄ、３１ｅ、３３、３５、３８、５３ａ、６１ａ、６１ｂ、６５ａ、６５ｂ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１〜図１０を用いて説明する。ここで、図７は、低外気条件において起動制御を行わない場合の運転開始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８は、起動制御のフローチャートである。図９は、起動制御のタイムチャートである。図１０は、起動制御を行う場合の運転開始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。尚、以下に説明する空気調和装置１の動作及び制御は、制御部９によって行われる。

＜冷房運転＞
冷房運転時は、第１切換機構２２が図１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１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、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。さらに、膨張機３８を使用するため、第１室外膨張弁２８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は、吸入冷媒管４１から圧縮機２１に吸入され、まず、低段圧縮機構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。そして、この低段圧縮機構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、高段圧縮機構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。

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から高段圧縮機構２１ｂに送られる中間圧の冷媒と合流することでさらに冷却される。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、高段圧縮機構２１ｂに送られる。

この高段圧縮機構２１ｂに送られた中間圧の冷媒は、高段圧縮機構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。ここで、圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、圧縮機構２１ａ、２１ｂによる二段圧縮動作によって、この冷媒の臨界圧力を超える圧力まで圧縮されている。そして、この高段圧縮機構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。

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。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。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、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、膨張機３８に流入する。この膨張機３８に流入した高圧の冷媒は、膨張機構３８ａによって膨張した後に、膨張機３８から流出する。そして、膨張機構３８ａにおける冷媒の膨張によって発生した動力によって、膨張機用発電機３８ｂが回転駆動されて発電が行われる。すなわち、膨張機用発電機３８ｂは、発電機として駆動される回生駆動がなされる。そして、膨張機用発電機３８ｂにおいて発電された電力は、電源回路（図示せず）を介して、圧縮機２１の圧縮機用電動機２１ｃに供給される。これにより、商用電源から圧縮機用電動機２１ｃに供給される駆動電力を削減することができる。

膨張機３８において膨張した冷媒は、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。そして、レシーバ２９において気液分離されたガス冷媒は、吸入戻し管３１の第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、合流吸入戻し管３１ｃで合流して、熱回収熱交換器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、レシーバ出口管５０を流れる液冷媒は、熱回収熱交換器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。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。

この熱回収熱交換器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。

＜暖房運転＞
暖房運転時は、第１切換機構２２が図１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１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、インジェクション弁２７ａ、第１吸入戻し弁３１ｄ、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吸入戻し弁３１ｅが全閉され、第２室外膨張弁２５及び中間熱交換器戻し弁５３ａが開度調節される。さらに、膨張機３８を使用するため、第１室外膨張弁２８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は、吸入冷媒管４１から圧縮機２１に吸入され、まず、低段圧縮機構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。そして、この低段圧縮機構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、高段圧縮機構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から高段圧縮機構２１ｂに送られる中間圧の冷媒と合流することで冷却される。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、高段圧縮機構２１ｂに送られる。

この高段圧縮機構２１ｂに送られた中間圧の冷媒は、高段圧縮機構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。ここで、圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、圧縮機構２１ａ、２１ｂによる二段圧縮動作によって、この冷媒の臨界圧力を超える圧力まで圧縮されている。そして、この高段圧縮機構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。

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。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。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、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、膨張機３８に流入する。この膨張機３８に流入した高圧の冷媒は、膨張機構３８ａによって膨張した後に、膨張機３８から流出する。そして、膨張機構３８ａにおける冷媒の膨張によって発生した動力によって、膨張機用発電機３８ｂが回転駆動されて発電が行われる。すなわち、膨張機用発電機３８ｂは、発電機として駆動される回生駆動がなされる。そして、膨張機用発電機３８ｂにおいて発電された電力は、電源回路（図示せず）を介して、圧縮機２１の圧縮機用電動機２１ｃに供給される。これにより、商用電源から圧縮機用電動機２１ｃに供給される駆動電力を削減することができる。

膨張機３８において膨張した冷媒は、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。そして、レシーバ２９において気液分離されたガス冷媒は、吸入戻し管３１の第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。

第１吸入戻し管３１ａに送られたガス冷媒及び液冷媒は、第１吸入戻し弁３１ｄによって低圧まで減圧された後に、合流吸入戻し管３１ｃを通じて、熱回収熱交換器３０の蒸発側流路３０ｂに送られる。また、レシーバ出口管５０を流れる液冷媒は、レシーバ出口管５０を流れる液冷媒は、熱回収熱交換器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。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。

この熱回収熱交換器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。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。

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。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。

＜起動制御＞
上記のように、ここでは、高段圧縮機構２１ｂにおいて圧縮された冷媒の圧力によって高段可動部材としての高段ピストン７６ｂを高段固定部材としての高段シリンダ７６ａに押し付ける構成の圧縮機２１を採用するとともに、運転効率を向上させるために、膨張機３８として、流入した冷媒を膨張させて動力を発生させる膨張機構３８ａを有する構成を採用している。

このような構成では、図７に示すように、低外気条件になると、運転開始時に高段圧縮機構２１ｂの吐出圧力Ｐｄが上昇しにくくなるため、高段圧縮機構２１ｂにおける高段上下差圧ΔＰ（＝Ｐｄ−Ｐｍ）が付きにくくなる。そうすると、高段圧縮機構２１ｂにおける高段ピストン７６ｂの高段シリンダ７６ａへの押し付けが不十分になってしまい、いわゆるチッピング運転が発生しやすくなる。

そこで、ここでは、通常外気条件の運転開始時には、膨張機３８を第１起動回転数Ｎ１で起動し、低外気条件の運転開始時には、膨張機３８を第１起動回転数Ｎ１よりも小さい第２起動回転数Ｎ２で起動するようにしている。以下、運転開始時の起動制御について、図７〜図１０を用いて詳細に説明する。

−外気条件判定−
上記の冷房運転や暖房運転の運転開始時において、まず、制御部９は、ステップＳＴ１において、低外気条件であるかどうかを判定する。ここでは、室外温度Ｔｏａが所定の閾温度Ｔｏｓ（例えば、０℃）以下であるかどうかを判定する。尚、低外気条件であるかどうかの判定は、室外温度Ｔｏａ以外の温度等の状態量を使用してもよい。

そして、ステップＳＴ１において、低外気条件であると判定された場合には、以下のステップＳＴ２の処理に移行し、低外気条件でない（すなわち、通常外気条件である）と判定された場合には、以下のステップＳＴ６の処理に移行する。

−通常外気条件の膨張機起動、通常制御への移行−
ステップＳＴ１において通常外気条件であると判定された場合、制御部９は、ステップＳＴ６において、膨張機３８を高めの回転数である第１起動回転数Ｎ１で起動する。第１起動回転数Ｎ１は、例えば、膨張機３８の最高回転数の０．５倍以上の回転数に設定される。

ここで、通常外気条件の運転開始時は、高段圧縮機構２１ｂの吐出圧力Ｐｄが上昇しやすいため、本実施形態のように、高段圧縮機構２１ｂ側（ここでは、圧縮機油溜まり部７０ａ）から膨張機３８に冷凍機油を供給する構成を採用している場合には、膨張機３８に冷凍機油が供給されやすくなる。このような場合において、膨張機構３８ａの回転数を変更可能な膨張機３８を高い回転数で起動すれば、膨張機構３８ａの摺動部分の隙間に冷凍機油の油膜が形成されやすくなり、膨張機構３８ａの潤滑を確保することができる。このような理由により、高段圧縮機構２１ｂにおけるチッピング運転が発生しにくい通常外気条件（ここでは、室外温度Ｔｏａが所定の閾温度Ｔｏｓ以上の場合）の運転開始時には、膨張機３８を高めの回転数である第１起動回転数Ｎ１で起動するようにしているのである。

そして、ステップＳＴ６の移行後において運転開始から所定時間ｔ１が経過した後は、ステップＳＴ５の通常制御に移行する。

−低外気条件の膨張機起動−
ステップＳＴ１において低外気条件であると判定された場合、制御部９は、ステップＳＴ２において、膨張機３８を第１起動回転数Ｎ１よりも小さい低めの回転数である第２起動回転数Ｎ２で起動する。第２起動回転数Ｎ２は、例えば、膨張機３８の最高回転数の０．４倍以下の回転数に設定される。好ましくは、第２起動回転数Ｎ２は、膨張機３８の最低回転数に設定される。

ここで、ステップＳＴ６のように、低外気条件においても膨張機３８を第１起動回転数Ｎ１で起動すると、膨張機３８の上流側の冷媒の圧力、すなわち、高段圧縮機構２１ｂの吐出圧力Ｐｄが上昇しにくくなる傾向になるため（図７参照）、低外気条件（ここでは、室外温度Ｔｏａが所定の閾温度Ｔｏｓ以下の場合）の運転開始時には、高段圧縮機構２１ｂにおける高段上下差圧ΔＰがさらに付きにくくなり、その結果、高段圧縮機構２１ｂにおいてチッピング運転がさらに発生しやすくなる。このような理由により、低外気条件の運転開始時には、膨張機３８を第１起動回転数Ｎ１よりも小さい低めの回転数である第２起動回転数Ｎ２で起動するようにしているのである。すなわち、通常外気条件であるか又は低外気条件であるかによって、運転開始時における膨張機３８の起動回転数を変更するようにしている。

これにより、図１０に示すように、低外気条件の運転開始時に、膨張機３８の上流側の冷媒の圧力、すなわち、高段圧縮機構２１ｂの吐出圧力Ｐｄが上昇しにくくなる傾向になることを抑えて、高段圧縮機構２１ｂの高段上下差圧ΔＰが速やかに付くようにしてチッピング運転を発生しにくくすることができ、高段圧縮機構２１ｂ側（ここでは、圧縮機油溜まり部７０ａ）から膨張機３８への冷凍機油の供給も確保することができる。また、ここでは、第２起動回転数Ｎ２を膨張機３８の最低回転数に設定することによって、高段圧縮機構２１ｂの高段上下差圧ΔＰが最大限速やかに付くようにすることができる。

そして、ステップＳＴ２において、膨張機３８を第２起動回転数Ｎ２で起動した後は、ステップＳＴ３の処理に移行する。

−膨張機の回転数増加、通常制御への移行−
次に、制御部９は、ステップＳＴ３において、高段上下差圧ΔＰが所定の閾圧力差ΔＰｓ以上になったかどうかを判定する。ここで、高段上下差圧ΔＰは、吐出圧力センサ６０によって検出される高圧の冷媒の圧力Ｐｄから中間圧力センサ５９によって検出される中間圧の冷媒の圧力Ｐｍを差し引くことによって得られる。

そして、制御部９は、ステップＳＴ３において、高段上下差圧ΔＰが閾圧力差ΔＰｓ以上に到達した場合には、ステップＳＴ４に移行して、膨張機３８の回転数を第２起動回転数Ｎ２よりも大きくする。ここでは、膨張機３８の回転数を、通常外気条件の場合と同様に、第１起動回転数Ｎ１まで大きくする。

そして、制御部９は、ステップＳＴ４の移行後において運転開始から所定時間ｔ１が経過した後は、通常外気条件の場合と同様に、ステップＳＴ５の通常制御に移行する。

これにより、高段上下差圧ΔＰが所定の閾圧力差ΔＰｓ以上になった後に膨張機３８の回転数を大きくすることによって、高段圧縮機構２１ｂのチッピング運転の発生を抑えた後に速やかに通常運転に移行することができ、膨張機３８の膨張機構３８ａの摺動部分の隙間に冷凍機油の油膜が速やかに形成されるようにできる。

（３）変形例
上記実施形態の起動制御において、放熱器として機能する室外熱交換器２３又は室内熱交換器６２ａ、６２ｂに空気を供給する送風ファンとしての室外ファン３５又は室内ファン６５ａ、６５ｂを運転開始時から起動すると、放熱器として機能する室外熱交換器２３又は室内熱交換器６２ａ、６２ｂの放熱能力が高くなる。このため、その分だけ高段圧縮機構２１ｂの吐出圧力Ｐｄが上昇しにくくなる傾向になる。

そこで、ここでは、図１１及び図１２に示すように、起動制御のステップＳＴ２（低外気条件の起動制御）において、送風ファンとしての室外ファン３５又は室内ファン６５ａ、６５ｂを停止した状態で、膨張機３８を第２起動回転数Ｎ２で起動するようにしている。

これにより、低外気条件の運転開始時に、放熱器として機能する室外熱交換器２３又は室内熱交換器６２ａ、６２ｂによって高段圧縮機構２１ｂの吐出圧力Ｐｄが上昇しにくくなることをさらに抑えることができる。

尚、ここでは、起動制御のステップＳＴ６（通常外気条件の起動制御）において、送風ファンとしての室外ファン３５又は室内ファン６５ａ、６５ｂを運転した状態で、膨張機３８を第１起動回転数Ｎ１で起動するようにしている。

また、ここでは、図１１及び図１２に示すように、ステップＳＴ３において、高段上下差圧ΔＰが閾圧力差ΔＰｓ以上になった場合には、ステップＳＴ４において、膨張機３８の回転数を第２起動回転数Ｎ２よりも大きくする（ここでは、第１起動回転数Ｎ１まで大きくする）とともに、送風ファンとしての室外ファン３５又は室内ファン６５ａ、６５ｂを起動するようにしている。

これにより、高段上下差圧ΔＰが閾圧力差ΔＰｓ以上になった後に膨張機３８の回転数を大きくすること、及び、送風ファンとしての室外ファン３５又は室内ファン６５ａ、６５ｂを起動することによって、高段圧縮機構２１ｂのチッピング運転の発生を抑えた後に速やかに通常運転に移行することができる。

本発明は、低段圧縮機構と高段圧縮機構と放熱器と膨張機と蒸発器とが接続されることによって構成される冷媒回路を備えた冷凍装置に対して、広く適用可能である。

１ 空気調和装置（冷凍装置）
１０ 冷媒回路
２１ａ 低段圧縮機構
２１ｂ 高段圧縮機構
２３ 室外熱交換器（放熱器、蒸発器）
３５ 室外ファン（送風ファン）
３８ 膨張機
３８ａ 膨張機構
６２ａ、６２ｂ 室内熱交換器（蒸発器、放熱器）
６５ａ、６５ｂ 室内ファン（送風ファン）
７６ａ 高段固定部材
７６ｂ 高段可動部材
７６ｍ 外側圧縮室（高段圧縮室）
７６ｎ 内側圧縮室（高段圧縮室）

特開２００７−２３９６６６号公報

Claims (5)

1. 低段圧縮機構（２１ａ）と高段圧縮機構（２１ｂ）と放熱器（２３、６２ａ、６２ｂ）と膨張機（３８）と蒸発器（６２ａ、６２ｂ、２３）とが接続されることによって構成される冷媒回路（１０）を備えた冷凍装置において、
   前記高段圧縮機構は、高段可動部材（７６ｂ）及び高段固定部材（７６ａ）を有し、前記高段可動部材が前記高段固定部材に対して偏心回転することによって、前記高段可動部材と前記高段固定部材との間に形成される高段圧縮室（７６ｍ、７６ｎ）において、前記低段圧縮機構によって圧縮された冷媒を圧縮する圧縮機構であり、
   前記高段圧縮機構は、前記高段圧縮機構において圧縮された冷媒の圧力によって前記高段可動部材を前記高段固定部材に押し付けるように構成されており、
   前記膨張機は、流入した冷媒を膨張させて動力を発生させる膨張機構（３８ａ）を有し、前記膨張機構の回転数を変更できるように構成されており、
   通常外気条件の運転開始時には、前記膨張機を第１起動回転数で起動し、低外気条件の運転開始時には、前記膨張機を前記第１起動回転数よりも小さい第２起動回転数で起動する、
   冷凍装置（１）。
2. 前記高段圧縮機構（２１ｂ）の吸入側の冷媒圧力に対する前記高段圧縮機構の吐出側の冷媒圧力の圧力差である高段上下差圧が所定の閾圧力差以上になった場合には、前記膨張機（３８）の回転数を前記第２起動回転数よりも大きくする、
   請求項１に記載の冷凍装置（１）。
3. 前記第２起動回転数は、前記膨張機（３８）の最低回転数である、
   請求項１又は２に記載の冷凍装置（１）。
4. 前記放熱器（２３、６２ａ、６２ｂ）に冷却源としての空気を供給する送風ファン（３５、６５ａ、６５ｂ）をさらに有しており、
   前記低外気条件の運転開始時には、前記送風ファンを停止した状態で、前記膨張機（３８）を前記第２起動回転数で起動する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍装置（１）。
5. 前記高段圧縮機構（２１ｂ）の吸入側の冷媒圧力に対する前記高段圧縮機構の吐出側の冷媒圧力の圧力差である高段上下差圧が所定の閾圧力差以上になった場合には、前記膨張機（３８）の回転数を前記第２起動回転数よりも大きくするとともに、前記送風ファン（３５、６５ａ、６５ｂ）を起動する、
   請求項４に記載の冷凍装置（１）。

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