JP2015206555A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍装置は、暖房運転時における応答性を向上させて、信頼性を確保する。【解決手段】冷凍装置１００は、多段圧縮機構１１と、室外熱交換器１２と、第１乃至第４切換機構３１〜３４と、第１乃至第４油分離器４１〜４４と、第１乃至第３バイパス管とを備える。多段圧縮機構１１は、第１圧縮機構２１、第２圧縮機構２２、第３圧縮機構２３および第４圧縮機構２４を含む。室外熱交換器１２は、第１インタークーラ５１、第２インタークーラ５２、第３インタークーラ５３およびガスクーラ５４を含む。第１乃至第４切換機構３１〜３４は、室外熱交換器１２を放熱器として用いる第１状態と、室外熱交換器１２を蒸発器として用いる第２状態とを切り替える。第１乃至第３バイパス管は、第２状態において、室外熱交換器１２で熱交換された冷媒が通過する管であり、第１乃至第３油分離器４１〜４３をバイパスする。【選択図】図４

Description

本発明は、冷凍装置に関する。

従来、多段圧縮冷凍サイクルを行う冷凍装置であって、多段圧縮機構、ガスクーラ、インタークーラおよび油分離器を備える冷凍装置が用いられている。ガスクーラは、冷房運転時において、最上段の圧縮機構から吐出された圧縮冷媒を冷却する。インタークーラは、冷房運転時において、最上段以外の圧縮機構から吐出された圧縮冷媒を冷却する。油分離器は、冷房運転時において、ガスクーラおよびインタークーラに流入する潤滑油の量を低減するために、圧縮機構から吐出された圧縮冷媒から潤滑油を分離する。油分離器は、特許文献１（特開２００９−２５７７０４号公報）に示されるように、冷房運転時における各段の圧縮機構の吐出側に接続されている。

この冷凍装置では、暖房運転時において、ガスクーラおよびインタークーラは、冷媒を加熱する蒸発器として機能し、かつ、インタークーラの吐出側には、油分離器が接続されている。暖房運転時において、インタークーラを通過して油分離器に流入する冷媒は、気液二相状態であるため、油分離器には液冷媒が貯留される。

しかし、暖房運転時には、圧縮機構に液冷媒が流入して冷凍装置の信頼性が低下することを防止するために、圧縮機構に吸入される冷媒の過熱度である吸入過熱度を確保する必要がある。そのために、インタークーラの吸入側に接続されている電磁弁の開度を下げて、インタークーラに流入する冷媒の圧力を低下させることで、インタークーラにおいて熱交換される冷媒の量を減少させる制御が行われる。これにより、インタークーラにおける冷媒の熱交換の効率が向上し、吸入過熱度が上昇する。しかし、インタークーラの吐出側に油分離器が接続されている場合、電磁弁の開度を下げても、油分離器に貯留される液冷媒が蒸発して、インタークーラに流入する冷媒の圧力が一時的に上昇することがある。そのため、電磁弁の開度を下げてから、インタークーラに流入する冷媒の圧力が低下して吸入過熱度が上昇し始めるまでに長い時間を要することがある。従って、暖房運転時において、油分離器に貯留されている液冷媒に起因して吸入過熱度の応答性が低下して、冷凍装置の信頼性が低下するおそれがある。

本発明の目的は、暖房運転時における応答性を向上させて、信頼性を確保することができる冷凍装置を提供することである。

本発明の第１観点に係る冷凍装置は、多段圧縮機構と、熱源側熱交換機構と、切換機構と、複数の油分離部と、バイパス機構とを備える。多段圧縮機構は、直列に接続される第１圧縮部、第２圧縮部および高段圧縮部を含み、冷媒を圧縮する。熱源側熱交換機構は、第１熱交換部、第２熱交換部および高段熱交換部を含み、冷媒の熱交換を行う。切換機構は、熱源側熱交換機構を放熱器として用いる第１状態と、熱源側熱交換機構を蒸発器として用いる第２状態とを切り替える。油分離部は、冷媒から、冷媒に含まれる油を分離する。バイパス機構は、第２状態において熱源側熱交換機構で熱交換された冷媒が通過する。複数の油分離部は、第１油分離部と、第２油分離部と、高段油分離部とを含む。第１油分離部は、第１状態において第１圧縮部と第１熱交換部との間に配置される。第２油分離部は、第１状態において第２圧縮部と第２熱交換部との間に配置される。高段油分離部は、第１状態において高段圧縮部と高段熱交換部との間に配置される。第２状態において、少なくとも第１熱交換部および第２熱交換部は直列に接続され、かつ、第２油分離部は第１熱交換部と第２熱交換部との間に配置される。バイパス機構は、第１バイパス路を含む。第１バイパス路は、冷媒の流路であり、第２油分離部をバイパスする。

第１観点に係る冷凍装置は、多段圧縮機構、熱源側熱交換機構および複数の油分離部を備える。多段圧縮機構は、少なくとも、第１圧縮部、第２圧縮部および高段圧縮部を含む。熱源側熱交換機構は、少なくとも、第１熱交換部、第２熱交換部および高段熱交換部を含む。複数の油分離部は、少なくとも、第１油分離部、第２油分離部および高段油分離部を含む。この冷凍装置は、冷房運転を行う第１状態と、暖房運転を行う第２状態とを切り替え可能である。第１油分離部は、第１状態において、第１圧縮部で圧縮された冷媒から油を分離する。第２油分離部は、第１状態において、第２圧縮部で圧縮された冷媒から油を分離する。高段油分離部は、第１状態において、高段圧縮部で圧縮された冷媒から油を分離する。これにより、第１状態において、複数の油分離部は、熱源側熱交換機構に油が流入して熱源側熱交換機構の効率が低下することを抑制することができる。一方、第２状態において、第２油分離部は、第２熱交換部と第１熱交換部との間に配置され、かつ、第１バイパス路によってバイパスされている。第２状態において、第２熱交換部で熱交換された冷媒は、第２油分離部を通過することなく、第１バイパス路を通過して第１熱交換部に流入することができる。

冷凍装置が第２状態にあるとき、多段圧縮機構に液冷媒が流入して冷凍装置の信頼性が低下することを防止するために、多段圧縮機構に吸入される冷媒の過熱度である吸入過熱度を確保する必要がある。このとき、第２熱交換部の吸入側に接続されている電磁弁の開度を下げて、第２熱交換部および第１熱交換部に流入する冷媒の圧力を低下させる制御が行われる。これにより、第２熱交換部および第１熱交換部において熱交換される冷媒の量が減少し、第２熱交換部および第１熱交換部における冷媒の熱交換の効率が向上するので、吸入過熱度が上昇する。この冷凍装置では、第２熱交換部で熱交換された冷媒は、第２油分離部を通過することなく第１熱交換部に流入することができる。そのため、第２油分離部に貯留されている液冷媒が蒸発して、第１熱交換部に流入する冷媒の圧力が上昇することが抑制される。これにより、電磁弁の開度を下げてから、第１熱交換部に流入する冷媒の圧力が低下して吸入過熱度が上昇し始めるまでの時間が短縮される。その結果、冷凍装置が第２状態にあるとき、第２油分離部に貯留されている液冷媒に起因して吸入過熱度の応答性が低下して、冷凍装置の信頼性が低下することが抑制される。従って、第１観点に係る冷凍装置は、暖房運転時における応答性を向上させて、信頼性を確保することができる。

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、第２状態において、第１油分離部は第１熱交換部と多段圧縮機構との間に配置される。バイパス機構は、第２バイパス路をさらに含む。第２バイパス路は、冷媒の流路であり、第１油分離部をバイパスする。

第２観点に係る冷凍装置は、第２状態において第１油分離部をバイパスする第２バイパス路をさらに備える。この冷凍装置では、第２バイパス路によって、第１熱交換部で熱交換された冷媒は、第１油分離部を通過することなく多段圧縮機構に流入することができる。そのため、第１油分離部に貯留されている液冷媒が蒸発して多段圧縮機構に流入することが抑制される。これにより、電磁弁の開度を下げてから、吸入過熱度が上昇し始めるまでの時間が短縮される。その結果、冷凍装置が第２状態にあるとき、第１油分離部に貯留されている液冷媒に起因して吸入過熱度の応答性が低下して、冷凍装置の信頼性が低下することが抑制される。従って、第２観点に係る冷凍装置は、暖房運転時における応答性を向上させて、信頼性を確保することができる。

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、多段圧縮機構は、低段圧縮部をさらに含む。熱源側熱交換器は、低段熱交換部をさらに含む。複数の油分離部は、第１状態において低段圧縮部と低段熱交換部との間に配置される低段油分離部をさらに含む。第２状態において、少なくとも第１熱交換部、第２熱交換部および低段熱交換部は直列に接続され、かつ、第１油分離部は第１熱交換部と低段熱交換部との間に配置される。

第３観点に係る冷凍装置では、多段圧縮機構は、少なくとも、低段圧縮部、第１圧縮部、第２圧縮部および高段圧縮部を含む。熱源側熱交換機構は、少なくとも、低段熱交換部、第１熱交換部、第２熱交換部および高段熱交換部を含む。複数の油分離部は、少なくとも、低段油分離部、第１油分離部、第２油分離部および高段油分離部を含む。この冷凍装置は、第２状態において第２油分離部をバイパスする第１バイパス路を少なくとも備える。この冷凍装置は、第２状態において第１油分離部をバイパスする第２バイパス路をさらに備えることができる。従って、第３観点に係る冷凍装置は、暖房運転時における応答性を向上させて、信頼性を確保することができる。

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、第２状態において、低段油分離部は低段熱交換部と多段圧縮機構との間に配置される。バイパス機構は、第３バイパス路をさらに含む。第３バイパス路は、冷媒の流路であり、低段油分離部をバイパスする。

第４観点に係る冷凍装置は、第２状態において低段油分離部をバイパスする第３バイパス路をさらに備える。この冷凍装置では、第３バイパス路によって、低段熱交換部で熱交換された冷媒は、低段油分離部を通過することなく多段圧縮機構に流入することができる。そのため、低段油分離部に貯留されている液冷媒が蒸発して多段圧縮機構に流入することが抑制される。これにより、電磁弁の開度を下げてから、吸入過熱度が上昇し始めるまでの時間が短縮される。その結果、冷凍装置が第２状態にあるとき、低段油分離部に貯留されている液冷媒に起因して吸入過熱度の応答性が低下して、冷凍装置の信頼性が低下することが抑制される。従って、第４観点に係る冷凍装置は、暖房運転時における応答性を向上させて、信頼性を確保することができる。

本発明の第５観点に係る冷凍装置は、第１観点乃至第４観点のいずれかに係る冷凍装置であって、第２状態において、第２熱交換部および高段熱交換部は、並列に接続されている。

第５観点に係る冷凍装置では、第２状態において、膨張弁等を通過した低圧の冷媒は、高段熱交換部を通過する冷媒と、第２熱交換部を通過する冷媒とに分流する。高段熱交換部で熱交換された冷媒、および、第２熱交換部で熱交換された冷媒は、合流して多段圧縮機構に流入する。

本発明の第６観点に係る冷凍装置は、第１観点乃至第５観点のいずれかに係る冷凍装置であって、バイパス機構に取り付けられる第１逆止弁をさらに備える。第１逆止弁は、第１状態においてバイパス機構を冷媒が通過することを禁止し、かつ、第２状態においてバイパス機構を冷媒が通過することを許可する。

第６観点に係る冷凍装置は、第１逆止弁をさらに備える。第１逆止弁は、例えば、第１バイパス路を構成する配管に取り付けられる。この場合、第１状態において、第２圧縮部で圧縮された冷媒は、第１逆止弁により第１バイパス路を通過することができず、第１バイパス路によってバイパスされる第２油分離部を通過して、第２熱交換部に流入する。そのため、第１逆止弁によって、第２圧縮部で圧縮された冷媒に含まれる油が第２熱交換部に流入することが抑制される。一方、第２状態において、第２熱交換部で熱交換された冷媒は、第１バイパス路を通過して、第１熱交換部に流入することができる。すなわち、第１逆止弁は、第１状態において、冷媒が第１バイパス路を通過することを禁止することで、第２熱交換部の効率の低下を抑制することができる。従って、第６観点に係る冷凍装置は、冷房運転時における信頼性を確保することができる。

本発明の第７観点に係る冷凍装置は、第６観点に係る冷凍装置であって、分離冷媒管に取り付けられる第２逆止弁をさらに備える。分離冷媒管は、第１状態において、バイパス機構によってバイパスされる油分離部から流出する冷媒の流路である。第２逆止弁は、第１状態において分離冷媒管を冷媒が通過することを許可し、かつ、第２状態において分離冷媒管を冷媒が通過することを禁止する。

第７観点に係る冷凍装置は、第２逆止弁をさらに備える。第２逆止弁は、分離冷媒管に取り付けられる。分離冷媒管は、例えば、第１状態において、第１バイパス路によってバイパスされる第２油分離部を通過した冷媒が流れる、第２油分離部に接続される管である。この場合、第１状態において、第２圧縮部で圧縮された冷媒は、第１バイパス路によってバイパスされる第２油分離部を通過して、分離冷媒管を通過して、第２熱交換部に流入する。一方、第２状態において、第２熱交換部で熱交換された冷媒は、第２逆止弁を通過することができず、第２油分離部に流入することができない。そのため、第２逆止弁によって、第２熱交換部で熱交換された冷媒が第２油分離部に流入することが防止される。すなわち、第２逆止弁は、第２状態において、冷媒が第２油分離部を通過することを禁止することで、多段圧縮機構に流入する冷媒の圧力が上昇することを抑制する。従って、第７観点に係る冷凍装置は、暖房運転時における信頼性を確保することができる。

本発明の第８観点に係る冷凍装置は、第１観点乃至第７観点のいずれかに係る冷凍装置であって、バイパス機構をバイパスするキャピラリーチューブをさらに備える。

第８観点に係る冷凍装置は、キャピラリーチューブをさらに備える。キャピラリーチューブは、バイパス機構をバイパスする細管である。例えば、第１逆止弁および第２逆止弁を備える冷凍装置において、第１逆止弁に異常が発生して、第２状態において冷媒が第１逆止弁を正常に通過できない場合、熱交換部の圧力が異常に上昇し、かつ、多段圧縮機構に流入する冷媒の圧力が異常に低下するおそれがある。また、この冷凍装置において、第２逆止弁に異常が発生して、第１状態において冷媒が第２逆止弁を正常に通過できない場合、油分離部の圧力が異常に上昇し、かつ、多段圧縮機構から吐出される冷媒の圧力が異常に低下するおそれがある。しかし、第１逆止弁および第２逆止弁をバイパスするキャピラリーチューブを設けることで、冷凍装置において圧力異常が発生した場合に、高圧空間から低圧空間に圧力を逃がすことができる。また、この場合、冷凍装置は、圧力センサーによって検知される圧力異常が発生する前に、通常とは異なる圧力下で運転するため、第１逆止弁および第２逆止弁に異常が発生したことを容易に検知することができる。従って、第８観点に係る冷凍装置は、冷凍装置の異常検知を容易にして、信頼性を確保することができる。

本発明の第１観点乃至第８観点に係る冷凍装置は、暖房運転時における応答性を向上させて、信頼性を確保することができる。

本発明の第６観点に係る冷凍装置は、冷房運転時における信頼性を確保することができる。

本発明の第７観点に係る冷凍装置は、暖房運転時における信頼性を確保することができる。

本発明の第８観点に係る冷凍装置は、冷凍装置の異常検知を容易にして、信頼性を確保することができる。

本発明の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の第１乃至第３油分離器の周辺の配管を表す図である。 図１における冷凍サイクルの圧力−エンタルピ線図である。 本発明の実施形態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４の第１乃至第３油分離器の周辺の配管を表す図である。 図４における冷凍サイクルの圧力−エンタルピ線図である。 第３油分離器の近傍における、冷媒回路の配管を示す図である。 比較例としての、冷媒回路の配管を示す図である。 変形例Ｄにおける、冷媒回路の配管を示す図である。

本発明の実施形態に係る冷凍装置について、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４は、本実施形態に係る冷凍装置である空気調和装置１００の概略構成図である。空気調和装置１００は、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１００は、冷房運転モードと暖房運転モードとを相互に切り替えることができる冷媒回路１０を有する。図１は、冷房運転時における空気調和装置１００の概略構成図である。図１には、冷房運転モードの冷媒回路１０を循環する冷媒の流れが示されている。図４は、暖房運転時における空気調和装置１００の概略構成図である。図４には、暖房運転モードの冷媒回路１０を循環する冷媒の流れが示されている。図１および図４において、冷媒回路１０に沿って記載されている矢印は、冷媒の流れを表す。

空気調和装置１００の冷媒回路１０は、主として、多段圧縮機構１１と、第１乃至第４切替機構３１〜３４と、第１乃至第４油分離器４１〜４４と、室外熱交換器１２と、エコノマイザ熱交換器１３と、液ガス熱交換器１４と、膨張機構１５と、レシーバ１６と、過冷却熱交換器１７と、室内熱交換器１８と、第１乃至第３バイパス管６１〜６３と、制御部（図示せず）とから構成される。次に、冷媒回路１０の各構成要素を詳細に説明する。

（１−１）多段圧縮機構
多段圧縮機構１１は、第１圧縮機構２１、第２圧縮機構２２、第３圧縮機構２３、第４圧縮機構２４、圧縮機構駆動モータ（図示せず）および圧縮機構駆動軸（図示せず）が密閉容器内に収容された密閉式圧縮機である。圧縮機構駆動モータは、圧縮機構駆動軸に連結されている。圧縮機構駆動軸は、第１乃至第４圧縮機構２１〜２４に連結されている。すなわち、多段圧縮機構１１は、第１乃至第４圧縮機構２１〜２４が共通の圧縮機構駆動軸に連結されている一軸四段圧縮構造を有している。多段圧縮機構１１において、第１圧縮機構２１、第２圧縮機構２２、第３圧縮機構２３および第４圧縮機構２４は、この順番で直列に接続されている。第１圧縮機構２１は、第１吸入管１０１ａおよび第１吐出管１０１ｂに接続されている。第２圧縮機構２２は、第２吸入管１０２ａおよび第２吐出管１０２ｂに接続されている。第３圧縮機構２３は、第３吸入管１０３ａおよび第３吐出管１０３ｂに接続されている。第４圧縮機構２４は、第４吸入管１０４ａおよび第４吐出管１０４ｂに接続されている。

第１圧縮機構２１は、最下段の圧縮機構であり、冷媒回路１０を流れる最も低圧の冷媒を圧縮する。第２圧縮機構２２は、第１圧縮機構２１によって圧縮された冷媒を圧縮する。第３圧縮機構２３は、第２圧縮機構２２によって圧縮された冷媒を圧縮する。第４圧縮機構２４は、最上段の圧縮機構であり、第３圧縮機構２３によって圧縮された冷媒を圧縮する。第４圧縮機構２４によって圧縮された冷媒は、冷媒回路１０を流れる最も高圧の冷媒である。

本実施形態において、第１乃至第４圧縮機構２１〜２４は、ロータリー式の圧縮機構を備える。圧縮機構駆動モータは、制御部に接続されている。第１乃至第４圧縮機構２１〜２４は、制御部によって運転速度等が制御される。

（１−２）第１乃至第４切換機構
冷媒回路１０は、第１切換機構３１と、第２切換機構３２と、第３切換機構３３と、第４切換機構３４とを有している。第１切換機構３１は、第１吐出管１０１ｂ、第２吸入管１０２ａ、第１油分離管１１１および低圧冷媒管１６１と接続されている。第２切換機構３２は、第２吐出管１０２ｂ、第３吸入管１０３ａ、第２油分離管１１２および第５中間圧冷媒管１５５と接続されている。第３切換機構３３は、第３吐出管１０３ｂ、第４吸入管１０４ａ、第３油分離管１１３および第６中間圧冷媒管１５６と接続されている。第４切換機構３４は、第４吐出管１０４ｂ、ガスクーラ管１３４、第２室内熱交管１９２および低圧冷媒管１６１と接続されている。

ここで、冷媒回路１０の構成要素として、多段圧縮機構１１、室外熱交換器１２、膨張機構１５および室内熱交換器１８のみを考慮する。この場合、冷房運転モードでは、多段圧縮機構１１、室外熱交換器１２、膨張機構１５、室内熱交換器１８の順に、冷媒が冷媒回路１０を循環し、暖房運転モードでは、多段圧縮機構１１、室内熱交換器１８、膨張機構１５、室外熱交換器１２の順に、冷媒が冷媒回路１０を循環する。

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１０を循環する冷媒の流れの方向を切り換えて、冷房運転モードと暖房運転モードとを相互に切り換えるための四路切換弁である。第１乃至第４切換機構３１〜３４は、冷房運転時において、多段圧縮機構１１によって圧縮された冷媒の冷却器として室外熱交換器１２を機能させ、かつ、膨張機構１５を通過して膨張した冷媒の加熱器として室内熱交換器１８を機能させる。第１乃至第４切換機構３１〜３４は、暖房運転時において、多段圧縮機構１１によって圧縮された冷媒の冷却器として室内熱交換器１８を機能させ、かつ、膨張機構１５を通過して膨張した冷媒の加熱器として室外熱交換器１２を機能させる。

（１−３）第１乃至第４油分離器
冷媒回路１０は、第１油分離器４１と、第２油分離器４２と、第３油分離器４３と、第４油分離器４４とを有している。第１乃至第４油分離器４１〜４４は、冷房運転モードの冷媒回路１０を循環する冷媒から、冷媒に含まれる潤滑油を分離する。潤滑油は、多段圧縮機構１１の摺動部等を潤滑するために使用される冷凍機油である。潤滑油を含む冷媒が室外熱交換器１２および室内熱交換器１８に流入して蓄積されると、これらの熱交換器１２，１８における冷媒の加熱および冷却の効率が低下して、空気調和装置１００の性能が低下する。第１乃至第４油分離器４１〜４４は、冷媒から分離した潤滑油を適宜に冷媒回路１０に戻す。

図２は、冷房運転モードを表す図１に示される第１油分離器４１、第２油分離器４２および第３油分離器４３の周辺を示す図である。図５は、暖房運転モードを表す図４に示される第１油分離器４１、第２油分離器４２および第３油分離器４３の周辺を示す図である。図２および図５に示される矢印は、冷媒の流れを表す。以下、図２および図５を参照しながら説明する。

第１油分離器４１は、第１油分離管１１１、第１分離冷媒管１８１および第１油戻し管１２１に接続されている。第１油分離管１１１は、第１切換機構３１と第１油分離器４１とを接続する。第１分離冷媒管１８１は、第１油分離器４１と後述の第１インタークーラ５１とを接続する。第１油分離器４１は、冷房運転モードにおいて、第１油分離管１１１を流れる冷媒から潤滑油を分離する。第１油分離器４１で冷媒から分離された潤滑油は、第１油戻し管１２１に供給される。第１油分離器４１で潤滑油が分離された冷媒は、第１分離冷媒管１８１に供給される。第１油戻し管１２１は、第１冷房用油戻し管１２１ａと、第１暖房用油戻し管１２１ｂとに分岐している。第１冷房用油戻し管１２１ａは、第１冷房用油逆流防止弁２２１ａが取り付けられ、第１インタークーラ管１３１に接続されている。第１暖房用油戻し管１２１ｂは、第１暖房用油逆流防止弁２２１ｂが取り付けられ、第１油分離管１１１に接続されている。第１分離冷媒管１８１は、第１冷房用冷媒逆流防止弁１８１ａが取り付けられている。第１油分離管１１１および第１分離冷媒管１８１は、後述の第１バイパス管６１で接続されている。

第２油分離器４２は、第２油分離管１１２、第２分離冷媒管１８２および第２油戻し管１２２に接続されている。第２油分離管１１２は、第２切換機構３２と第２油分離器４２とを接続する。第２分離冷媒管１８２は、第２油分離器４２と後述の第２インタークーラ５２とを接続する。第２油分離器４２は、冷房運転モードにおいて、第２油分離管１１２を流れる冷媒から潤滑油を分離する。第２油分離器４２で冷媒から分離された潤滑油は、第２油戻し管１２２に供給される。第２油分離器４２で潤滑油が分離された冷媒は、第２分離冷媒管１８２に供給される。第２油戻し管１２２は、第２冷房用油戻し管１２２ａと、第２暖房用油戻し管１２２ｂとに分岐している。第２冷房用油戻し管１２２ａは、第２冷房用油逆流防止弁２２２ａが取り付けられ、第２インタークーラ管１３２に接続されている。第２暖房用油戻し管１２２ｂは、第２暖房用油逆流防止弁２２２ｂが取り付けられ、第２油分離管１１２に接続されている。第２分離冷媒管１８２は、第２冷房用冷媒逆流防止弁１８２ａが取り付けられている。第２油分離管１１２および第２分離冷媒管１８２は、後述の第２バイパス管６２で接続されている。

第３油分離器４３は、第３油分離管１１３、第３分離冷媒管１８３および第３油戻し管１２３に接続されている。第３油分離管１１３は、第３切換機構３３と第３油分離器４３とを接続する。第３分離冷媒管１８３は、第３油分離器４３と後述の第３インタークーラ５３とを接続する。第３油分離器４３は、冷房運転モードにおいて、第３油分離管１１３を流れる冷媒から潤滑油を分離する。第３油分離器４３で冷媒から分離された潤滑油は、第３油戻し管１２３に供給される。第３油分離器４３で潤滑油が分離された冷媒は、第３分離冷媒管１８３に供給される。第３油戻し管１２３は、第３冷房用油戻し管１２３ａと、第３暖房用油戻し管１２３ｂとに分岐している。第３冷房用油戻し管１２３ａは、第３冷房用油逆流防止弁２２３ａが取り付けられ、第３インタークーラ管１３３に接続されている。第３暖房用油戻し管１２３ｂは、第３暖房用油逆流防止弁２２３ｂが取り付けられ、第３油分離管１１３に接続されている。第３分離冷媒管１８３は、第３冷房用冷媒逆流防止弁１８３ａが取り付けられている。第３油分離管１１３および第３分離冷媒管１８３は、後述の第３バイパス管６３で接続されている。

第４油分離器４４は、第４吐出管１０４ｂ、第４分離冷媒管１８４および第４油戻し管１２４に接続されている。第４分離冷媒管１８４は、第４油分離器４４と第４切換機構３４とを接続する。第４油分離器４４は、冷房運転モードにおいて、第４吐出管１０４ｂを流れる冷媒から潤滑油を分離する。第４油分離器４４で冷媒から分離された潤滑油は、第４油戻し管１２４に供給される。第４油分離器４４で潤滑油が分離された冷媒は、第４分離冷媒管１８４に供給される。第４油戻し管１２４は、第１吸入管１０１ａに接続されている。

第１冷房用油逆流防止弁２２１ａ、第２冷房用油逆流防止弁２２２ａおよび第３冷房用油逆流防止弁２２３ａは、冷房運転時における潤滑油の通過のみを許容する逆流防止機構である。第１暖房用油逆流防止弁２２１ｂ、第２暖房用油逆流防止弁２２２ｂおよび第３暖房用油逆流防止弁２２３ｂは、暖房運転時における潤滑油の通過のみを許容する逆流防止機構である。

第１冷房用冷媒逆流防止弁１８１ａ、第２冷房用冷媒逆流防止弁１８２ａおよび第３冷房用冷媒逆流防止弁１８３ａは、冷房運転時における冷媒の通過のみを許容する逆流防止機構である。第１冷房用冷媒逆流防止弁１８１ａは、後述の第１バイパス管６１が接続されるポイントと、第１油分離器４１の吐出口との間に取り付けられる。第２冷房用冷媒逆流防止弁１８２ａは、後述の第２バイパス管６２が接続されるポイントと、第２油分離器４２の吐出口との間に取り付けられる。第３冷房用冷媒逆流防止弁１８３ａは、後述の第３バイパス管６３が接続されるポイントと、第３油分離器４３の吐出口との間に取り付けられる。

（１−４）室外熱交換器
室外熱交換器１２は、第１インタークーラ５１、第２インタークーラ５２、第３インタークーラ５３およびガスクーラ５４から構成される。室外熱交換器１２は、冷房運転時において冷媒の冷却器として機能し、暖房運転時において冷媒の加熱器として機能する。室外熱交換器１２の内部を流れる冷媒と熱交換される媒体は、水および空気等である。

第１インタークーラ５１は、第１分離冷媒管１８１および第１インタークーラ管１３１に接続されている。第２インタークーラ５２は、第２分離冷媒管１８２および第２インタークーラ管１３２に接続されている。第３インタークーラ５３は、第３分離冷媒管１８３および第３インタークーラ管１３３に接続されている。ガスクーラ５４は、ガスクーラ管１３４および高圧冷媒管１４１に接続されている。

（１−５）エコノマイザ熱交換器
エコノマイザ熱交換器１３は、高圧冷媒管１４１および第１中間圧冷媒管１５１に接続されている。第１中間圧冷媒管１５１は、高圧冷媒管１４１から分岐し、第１膨張弁１７１が取り付けられている。エコノマイザ熱交換器１３は、高圧冷媒管１４１を流れる高圧の冷媒と、第１膨張弁１７１を通過して第１中間圧冷媒管１５１を流れる中間圧の冷媒との間で熱交換を行う。

（１−６）液ガス熱交換器
液ガス熱交換器１４は、高圧冷媒管１４１および低圧冷媒管１６１に接続されている。液ガス熱交換器１４は、エコノマイザ熱交換器１３を通過して高圧冷媒管１４１を流れる高圧の冷媒と、膨張機構１５等を通過して低圧冷媒管１６１を流れる低圧の冷媒との間で熱交換を行う。

（１−７）膨張機構
膨張機構１５は、液ガス熱交換器１４を通過した高圧冷媒管１４１を流れる高圧の冷媒を減圧して、気液二相状態の中間圧の冷媒を第２中間圧冷媒管１５２に供給する。第２中間圧冷媒管１５２を流れる中間圧の冷媒は、レシーバ１６に送られる。膨張機構１５は、第２膨張弁１７２および膨張機７１から構成される。

膨張機７１は、高温高圧の冷媒が減圧される際に生じる膨張エネルギーを動力として回収し、冷媒を圧縮する圧縮機構２１〜２４の動力の一部として用いる機構を有している。本実施形態において、膨張機７１は、発電式の膨張機である。

（１−８）レシーバ
レシーバ１６は、膨張機構１５から第２中間圧冷媒管１５２を介して送られ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、第３膨張弁１７３を通過して低圧のガス冷媒となり、低圧冷媒管１６１に供給され、過冷却熱交換器１７に送られる。分離された液冷媒は、第３中間圧冷媒管１５３に供給され、過冷却熱交換器１７に送られる。

（１−９）過冷却熱交換器
過冷却熱交換器１７は、第３中間圧冷媒管１５３を流れる中間圧の冷媒と、低圧冷媒管１６１を流れる低圧の冷媒との間で熱交換を行う。第３中間圧冷媒管１５３は、途中で分岐して第４膨張弁１７４を介して低圧冷媒管１６１に接続される。すなわち、第３中間圧冷媒管１５３を流れる中間圧の冷媒の一部は、第４膨張弁１７４を通過して低圧の冷媒となり、低圧冷媒管１６１に供給され、過冷却熱交換器１７に送られる。

（１−１０）室内熱交換器
室内熱交換器１８は、複数の室内熱交換ユニット１８ａ，１８ｂ，・・・から構成されている。室内熱交換器１８は、冷房運転時において冷媒の加熱器として機能し、暖房運転時において冷媒の冷却器として機能する。室内熱交換器１８の内部を流れる冷媒と熱交換される媒体は、水および空気等である。

各室内熱交換ユニット１８ａ，１８ｂ，・・・は、第１室内熱交管１９１および第２室内熱交管１９２に接続されている。各室内熱交換ユニット１８ａ，１８ｂ，・・・に接続される第１室内熱交管１９１の分流管には、それぞれ、第５膨張弁１７５が取り付けられている。冷房運転時において、第１室内熱交管１９１は、第３中間圧冷媒管１５３と連通し、第２室内熱交管１９２は、第４切換機構３４を介して低圧冷媒管１６１と連通する。暖房運転時において、第１室内熱交管１９１は、高圧冷媒管１４１と連通し、第２室内熱交管１９２は、第４切換機構３４を介して第４吐出管１０４ｂと連通する。

（１−１１）第１乃至第３バイパス管
冷媒回路１０は、第１バイパス管６１と、第２バイパス管６２と、第３バイパス管６３とを有している。第１バイパス管６１は、暖房運転モードにおいて、第１油分離器４１をバイパスする管である。第２バイパス管６２は、暖房運転モードにおいて、第２油分離器４２をバイパスする管である。第３バイパス管６３は、暖房運転モードにおいて、第３油分離器４３をバイパスする管である。第１バイパス管６１は、第１油分離管１１１および第１分離冷媒管１８１に接続され、第１暖房用冷媒逆流防止弁６１ａが取り付けられている。第２バイパス管６２は、第２油分離管１１２および第２分離冷媒管１８２に接続され、第２暖房用冷媒逆流防止弁６２ａが取り付けられている。第１バイパス管６３は、第１油分離管１１３および第１分離冷媒管１８３に接続され、第３暖房用冷媒逆流防止弁６３ａが取り付けられている。

第１暖房用冷媒逆流防止弁６１ａ、第２暖房用冷媒逆流防止弁６２ａおよび第３暖房用冷媒逆流防止弁６３ａは、暖房運転時における冷媒の通過のみを許容する逆流防止機構である。

（１−１２）制御部
制御部は、多段圧縮機構１１を構成する４つの第１乃至第４圧縮機構２１〜２４に連結されている圧縮機構駆動軸を駆動する圧縮機構駆動モータ、および、第１乃至第４切換機構３１〜３４に接続されるマイクロコンピュータである。制御部は、外部から入力された情報に基づいて、第１乃至第４圧縮機構２１〜２４の運転速度を調節する制御、および、冷房運転モードと暖房運転モードとの間を切り換える制御等を行う。

（２）空気調和装置の動作
空気調和装置１００の動作について、図１〜図６を参照しながら説明する。図３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６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３および図６において、上に凸の曲線は、冷媒の飽和液線および乾き飽和蒸気線である。図３および図６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４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す。例えば、図１の点Ｂにおける冷媒は、図３の点Ｂにおける圧力およびエンタルピを有する。なお、空気調和装置１００の冷房運転時および暖房運転時における運転制御は、制御部によって行われる。

（２−１）冷房運転時の動作
冷房運転時では、図１に示される矢印に沿って、多段圧縮機構１１、室外熱交換器１２、膨張機構１５、室内熱交換器１８の順に冷媒が冷媒回路１０内を循環する。以下、冷房運転時における空気調和装置１００の動作について、図１〜３を参照しながら説明する。

最初に、第１吸入管１０１ａ内の低圧の冷媒は、第１圧縮機構２１で圧縮されて、第１吐出管１０１ｂに吐出される（点Ａ，Ｂ）。圧縮された冷媒は、第１切換機構３１を通過した後、第１油分離管１１１を流れて、第１油分離器４１において潤滑油が分離される。潤滑油が分離された冷媒は、第１分離冷媒管１８１を流れて、第１インタークーラ５１で冷却される。第１インタークーラ５１で冷却された冷媒は、第１インタークーラ管１３１を介して第２吸入管１０２ａに供給される（点Ｂ，Ｃ）。第１油分離器４１で分離された潤滑油は、図２に示されるように、第１油戻し管１２１および第１冷房用油戻し管１２１ａを経て、第１インタークーラ管１３１を流れる冷媒に合流する。第１油分離管１１１を流れる冷媒は、第１暖房用冷媒逆流防止弁６１ａを通過できないので、第１バイパス管６１を経由して第１分離冷媒管１８１に流入しない。

次に、第２吸入管１０２ａ内の冷媒は、第２圧縮機構２２で圧縮されて、第２吐出管１０２ｂに吐出される（点Ｃ，Ｄ）。圧縮された冷媒は、第２切換機構３２を通過した後、第２油分離管１１２を流れて、第２油分離器４２において潤滑油が分離される。潤滑油が分離された冷媒は、第２分離冷媒管１８２を流れて、第２インタークーラ５２で冷却される。第２インタークーラ５２で冷却された冷媒は、第２インタークーラ管１３２に供給される（点Ｄ，Ｅ）。第２インタークーラ管１３２を流れる冷媒は、エコノマイザ熱交換器１３において熱交換されて第１中間圧冷媒管１５１を流れる中間圧の冷媒と合流した後、第３吸入管１０３ａに供給される（点Ｅ，Ｆ）。第２油分離器４２で分離された潤滑油は、図２に示されるように、第２油戻し管１２２および第２冷房用油戻し管１２２ａを経て、第２インタークーラ管１３２を流れる冷媒に合流する。第２油分離管１１２を流れる冷媒は、第２暖房用冷媒逆流防止弁６２ａを通過できないので、第２バイパス管６２を経由して第２分離冷媒管１８２に流入しない。

次に、第３吸入管１０３ａ内の冷媒は、第３圧縮機構２３で圧縮されて、第３吐出管１０３ｂに吐出される（点Ｆ，Ｇ）。圧縮された冷媒は、第３切換機構３３を通過した後、第３油分離管１１３を流れて、第３油分離器４３において潤滑油が分離される。潤滑油が分離された冷媒は、第３分離冷媒管１８３を流れて、第３インタークーラ５３で冷却される。第３インタークーラ５３で冷却された冷媒は、第３インタークーラ管１３３を介して第４吸入管１０４ａに供給される（点Ｇ，Ｈ）。第３油分離器４３で分離された潤滑油は、図２に示されるように、第３油戻し管１２３および第３冷房用油戻し管１２３ａを経て、第３インタークーラ管１３３を流れる冷媒に合流する。第３油分離管１１３を流れる冷媒は、第３暖房用冷媒逆流防止弁６３ａを通過できないので、第３バイパス管６３を経由して第３分離冷媒管１８３に流入しない。

次に、第４吸入管１０４ａ内の冷媒は、第４圧縮機構２４で圧縮されて、第４吐出管１０４ｂに吐出される（点Ｈ，Ｉ）。第４吐出管１０４ｂを流れる高圧の冷媒は、第４油分離器４４において潤滑油が分離される。潤滑油が分離された高圧の冷媒は、第４分離冷媒管１８４および第４切換機構３４を通過した後、ガスクーラ管１３４を流れて、ガスクーラ５４で冷却される。ガスクーラ５４で冷却された高圧の冷媒は、高圧冷媒管１４１に供給される（点Ｉ，Ｊ）。第４油分離器４４で分離された潤滑油は、第４油戻し管１２４を介して第１吸入管１０１ａに戻される。

次に、高圧冷媒管１４１内の冷媒は、エコノマイザ熱交換器１３で熱交換され（点Ｊ，Ｍ）、さらに、液ガス熱交換器１４で熱交換される（点Ｍ，Ｎ）。高圧冷媒管１４１内の冷媒の一部は、第１中間圧冷媒管１５１に分流して、第１膨張弁１７１を通過して減圧される（点Ｊ，Ｋ）。減圧された冷媒は、エコノマイザ熱交換器１３で熱交換され（点Ｋ，Ｌ）、さらに、第２インタークーラ管１３２に供給されて、第２インタークーラ５２で冷却された冷媒と合流する（点Ｌ，Ｆ）。

次に、液ガス熱交換器１４で熱交換された冷媒は、２つに分流し、膨張機構１５を通過して中間圧の冷媒となる。膨張機構１５では、分流した一方の冷媒は、第２膨張弁１７２を通過して減圧され（点Ｎ，Ｑ）、分流した他方の冷媒は、膨張機７１を通過して減圧される（点Ｎ，Ｒ）。第２膨張弁１７２および膨張機７１をそれぞれ通過して減圧された中間圧の冷媒は、第２中間圧冷媒管１５２で合流する（点Ｑ，Ｒ，Ｓ）。中間圧の冷媒は、第２中間圧冷媒管１５２を流れてレシーバ１６に流入する。レシーバ１６に流入した気液二相状態の中間圧の冷媒は、液冷媒とガス冷媒とに分離される（点Ｓ，Ｔ，Ｗ）。

次に、レシーバ１６で分離された液冷媒は、第３中間圧冷媒管１５３を流れ、過冷却熱交換器１７で熱交換される（点Ｔ，Ｖ）。一方、レシーバ１６で分離されたガス冷媒は、第３膨張弁１７３を通過して低圧のガス冷媒となる（点Ｗ，Ｙ）。第３中間圧冷媒管１５３を流れる冷媒の一部は、分流して、第４膨張弁１７４を通過して低圧のガス冷媒となる（点Ｔ，Ｕ）。第３膨張弁１７３および第４膨張弁１７４をそれぞれ通過した低圧のガス冷媒は、合流し（点Ｕ，Ｙ，Ｚ）、過冷却熱交換器１７で熱交換される（点Ｚ，ＡＢ）。熱交換された冷媒は、低圧冷媒管１６１を流れて、室内熱交換器１８で加熱された冷媒と合流する（点ＡＢ，ＡＤ）。

次に、過冷却熱交換器１７で熱交換された中間圧の冷媒は、第４中間圧冷媒管１５４を経由して、第１室内熱交管１９１に供給されて分流した後に、各第５膨張弁１７５を通過して低圧の冷媒となる（点Ｖ，Ｘ）。各第５膨張弁１７５を通過した低圧の冷媒は、室内熱交換器１８の各室内熱交換ユニット１８ａ，１８ｂ，・・・で加熱されて、第２室内熱交管１９２の各分流管に供給される（点Ｘ，ＡＣ）。その後、加熱された低圧の冷媒は、合流した後、第４切換機構３４を経由して低圧冷媒管１６１を流れ、過冷却熱交換器１７で熱交換された冷媒と合流する（点ＡＣ，ＡＤ）。

最後に、合流した低圧の冷媒は、液ガス熱交換器１４で熱交換される（点ＡＤ，ＡＥ）。熱交換された冷媒は、第１吸入管１０１ａに供給される（点ＡＥ，Ａ）。以上のように冷媒が冷媒回路１０内を循環することにより、空気調和装置１００の冷媒回路１０は冷房運転モードを行う。

（２−２）暖房運転時の動作
暖房運転時では、図４に示される矢印に沿って、多段圧縮機構１１、室内熱交換器１８、膨張機構１５、室外熱交換器１２の順に冷媒が冷媒回路１０内を循環する。以下、暖房運転時における空気調和装置１００の動作について、図４〜６を参照しながら説明する。

最初に、第１吸入管１０１ａ内の低圧の冷媒は、第１圧縮機構２１で圧縮されて、第１吐出管１０１ｂに吐出される（点Ａ，Ｂ）。圧縮された冷媒は、第１切換機構３１を通過した後、第２吸入管１０２ａに供給される（点Ｂ，Ｃ）。

次に、第２吸入管１０２ａ内の冷媒は、第２圧縮機構２２で圧縮されて、第２吐出管１０２ｂに吐出される（点Ｃ，Ｄ）。圧縮された冷媒は、第２切換機構３２を通過した後、第３吸入管１０３ａに供給される（点Ｄ，Ｆ）。第３吸入管１０３ａを流れる冷媒は、エコノマイザ熱交換器１３において熱交換されて第１中間圧冷媒管１５１および第２インタークーラ管１３２を流れる中間圧の冷媒と合流する。

次に、第３吸入管１０３ａ内の冷媒は、第３圧縮機構２３で圧縮されて、第３吐出管１０３ｂに吐出される（点Ｆ，Ｇ）。圧縮された冷媒は、第３切換機構３３を通過した後、第４吸入管１０４ａに供給される（点Ｇ，Ｈ）。

次に、第４吸入管１０４ａ内の冷媒は、第４圧縮機構２４で圧縮されて、第４吐出管１０４ｂに吐出される（点Ｈ，Ｉ）。第４吐出管１０４ｂを流れる高圧の冷媒は、第４油分離器４４において潤滑油が分離される。潤滑油が分離された高圧の冷媒は、第４切換機構３４を通過した後、第２室内熱交管１９２の各分流管に供給される（点Ｉ，ＡＣ）。第４油分離器４４で分離された潤滑油は、第４油戻し管１２４を介して第１吸入管１０１ａに戻される。

次に、第２室内熱交管１９２の各分流管内の高圧の冷媒は、室内熱交換器１８の各室内熱交換ユニット１８ａ，１８ｂ，・・・で冷却される（点ＡＣ，Ｘ）。冷却された高圧の冷媒は、第１室内熱交管１９１の各分流管において第５膨張弁１７５を通過してわずかに減圧された後、合流して、高圧冷媒管１４１に供給される（点Ｘ，Ｊ）。

次に、高圧冷媒管１４１内の冷媒は、エコノマイザ熱交換器１３で熱交換され（点Ｊ，Ｍ）、さらに、液ガス熱交換器１４で熱交換される（点Ｍ，Ｎ）。高圧冷媒管１４１内の冷媒の一部は、第１中間圧冷媒管１５１に分流して、第１膨張弁１７１を通過して減圧される（点Ｊ，Ｋ）。減圧された冷媒は、エコノマイザ熱交換器１３で熱交換され（点Ｋ，Ｌ）、さらに、第２インタークーラ管１３２を経由して第３吸入管１０３ａに供給されて、第２圧縮機構２２で圧縮された冷媒と合流する（点Ｌ，Ｆ）。

次に、液ガス熱交換器１４で熱交換された冷媒は、２つに分流し、膨張機構１５を通過して中間圧の冷媒となる。膨張機構１５では、分流した一方の冷媒は、第２膨張弁１７２を通過して減圧され（点Ｎ，Ｑ）、分流した他方の冷媒は、膨張機７１を通過して減圧される（点Ｎ，Ｒ）。第２膨張弁１７２および膨張機７１をそれぞれ通過して減圧された中間圧の冷媒は、第２中間圧冷媒管１５２で合流する（点Ｑ，Ｒ，Ｓ）。中間圧の冷媒は、第２中間圧冷媒管１５２を流れてレシーバ１６に流入する。レシーバ１６に流入した気液二相状態の中間圧の冷媒は、液冷媒とガス冷媒とに分離される（点Ｓ，Ｔ，Ｗ）。

次に、レシーバ１６で分離された液冷媒は、第３中間圧冷媒管１５３を流れ、過冷却熱交換器１７で熱交換される（点Ｔ，Ｖ）。一方、レシーバ１６で分離されたガス冷媒は、第３膨張弁１７３を通過して低圧のガス冷媒となる（点Ｗ，Ｙ）。第３中間圧冷媒管１５３を流れる冷媒の一部は、分流して、第４膨張弁１７４を通過して低圧のガス冷媒となる（点Ｔ，Ｕ）。第３膨張弁１７３および第４膨張弁１７４をそれぞれ通過した低圧のガス冷媒は、合流し（点Ｕ，Ｙ，Ｚ）、過冷却熱交換器１７で熱交換される（点Ｚ，ＡＢ）。熱交換された冷媒は、低圧冷媒管１６１を流れて、室外熱交換器１２で加熱された冷媒と合流する（点ＡＢ，ＡＤ）。

次に、過冷却熱交換器１７で熱交換された中間圧の冷媒は、図４に示されるように、第４中間圧冷媒管１５４を流れて２つに分流する。分流した一方の冷媒は、第６膨張弁１７６を通過して低圧の冷媒となる（点Ｖ，ＡＧ）。分流した他方の冷媒は、第７膨張弁１７７を通過して低圧の冷媒となる（点Ｖ，ＡＨ）。

第６膨張弁１７６を通過した低圧の冷媒は、高圧冷媒管１４１を流れて、ガスクーラ５４で加熱される。加熱された冷媒は、ガスクーラ管１３４を流れ、第４切換機構３４を通過する。第４切換機構３４を通過した低圧の冷媒は、第７膨張弁１７７を通過して第１乃至第３インタークーラ５１〜５３で加熱された低圧の冷媒と合流する（点ＡＧ，ＡＩ）。

一方、第７膨張弁１７７を通過した低圧の冷媒は、最初に、第３インタークーラ５３で加熱される。加熱された冷媒は、第３分離冷媒管１８３、第３バイパス管６３および第３油分離管１１３を順に流れて、第３切換機構３３を通過する（点ＡＨ，ＡＪ）。第３切換機構３３を通過した低圧の冷媒は、第６中間圧冷媒管１５６を流れて、次に、第２インタークーラ５２で加熱される。加熱された冷媒は、第２分離冷媒管１８２、第２バイパス管６２および第２油分離管１１２を順に流れて、第２切換機構３２を通過する（点ＡＪ，ＡＫ）。第２切換機構３２を通過した低圧の冷媒は、第５中間圧冷媒管１５５を流れて、次に、第１インタークーラ５１で加熱される。加熱された冷媒は、第１分離冷媒管１８１、第１バイパス管６１および第１油分離管１１１を順に流れて、第１切換機構３１を通過する（点ＡＫ，ＡＬ）。従って、第７膨張弁１７７を通過した低圧の冷媒は、第３インタークーラ５３、第２インタークーラ５２および第１インタークーラ５１を順に通過して加熱される。第７膨張弁１７７を通過した低圧の冷媒は、第１乃至第３バイパス管６１〜６３を流れ、第１乃至第３油分離器４１〜４３を通過しない。

次に、第１切換機構３１を通過した低圧の冷媒は、第６膨張弁１７６を通過してガスクーラ５４で加熱された低圧の冷媒と合流する（点ＡＬ，ＡＩ）。合流した低圧の冷媒は、過冷却熱交換器１７で熱交換された冷媒と合流する（点ＡＩ，ＡＤ）。

最後に、合流した低圧の冷媒は、液ガス熱交換器１４で熱交換される（点ＡＤ，ＡＥ）。熱交換された冷媒は、第１吸入管１０１ａに供給される（点ＡＥ，Ａ）。以上のように冷媒が冷媒回路１０内を循環することにより、空気調和装置１００の冷媒回路１０は暖房運転モードを行う。

（３）空気調和装置の特徴
本実施形態に係る空気調和装置１００の冷媒回路１０は、第１乃至第３油分離器４１〜４３および第１乃至第３バイパス管６１〜６３を備えている。冷房運転モードの冷媒回路１０では、第１乃至第３油分離器４１〜４３は、それぞれ、第１乃至第３圧縮機構２１〜２３と第１乃至第３インタークーラ５１〜５３との間に設けられている。第１乃至第３油分離器４１〜４３は、それぞれ、第１乃至第３圧縮機構２１〜２３で圧縮された冷媒から潤滑油を分離する。これにより、冷房運転時において、第１乃至第３インタークーラ５１〜５３に潤滑油が流入して、第１乃至第３インタークーラ５１〜５３における冷媒の熱交換の効率が低下することが抑制される。

一方、暖房運転モードの冷媒回路１０では、低圧の冷媒は、第３インタークーラ５３、第２インタークーラ５２および第１インタークーラ５１を順に通過して加熱される。図５に示されるように、第３油分離器４３は、第３インタークーラ５３と第２インタークーラ５２との間に設けられ、第２油分離器４２は、第２インタークーラ５２と第１インタークーラ５１との間に設けられ、第１油分離器４１は、第１インタークーラ５１と液ガス熱交換器１４との間に設けられている。第１乃至第３油分離器４１〜４３は、それぞれ、第１乃至第３バイパス管６１〜６３によってバイパスされている。第３インタークーラ５３を通過した冷媒は、第３油分離器４３を通過することなく、第３バイパス管６３を経由して第２インタークーラ５２に流入する。第２インタークーラ５２を通過した冷媒は、第２油分離器４２を通過することなく、第２バイパス管６２を経由して第１インタークーラ５１に流入する。第１インタークーラ５１を通過した冷媒は、第１油分離器４１を通過することなく、第１バイパス管６１を経由して液ガス熱交換器１４に流入する。

第１乃至第３油分離器４１〜４３および第１乃至第３バイパス管６１〜６３の近傍における冷媒の流れについて、図７を参照しながら説明する。図７は、第３油分離器４３の近傍における、冷媒回路１０の配管を示す図である。図７には、冷房運転時における冷媒の流れである冷房時冷媒流Ｆ１が破線で示され、暖房運転時における冷媒の流れである暖房時冷媒流Ｆ２が点線で示されている。

冷房時冷媒流Ｆ１は、第３切換機構３３を通過した冷媒が、第３油分離管１１３を流れて、第３油分離器４３において潤滑油が分離され、さらに、第３分離冷媒管１８３を流れて、第３インタークーラ５３に流入する流れである。冷房時冷媒流Ｆ１の冷媒は、第３分離冷媒管１８３に取り付けられる第３冷房用冷媒逆流防止弁１８３ａを通過できる。しかし、冷房時冷媒流Ｆ１の冷媒は、第３バイパス管６３に取り付けられる第３暖房用冷媒逆流防止弁６３ａを通過できない。そのため、冷房時冷媒流Ｆ１は、第３バイパス管６３を経由して第３油分離器４３をバイパスできない。

暖房時冷媒流Ｆ２は、第３インタークーラ５３を通過した冷媒が、第３分離冷媒管１８３を流れて、第３バイパス管６３を通過し、さらに、第３油分離管１１３を流れて、第３切換機構３３に流入する流れである。暖房時冷媒流Ｆ２の冷媒は、第３バイパス管６３に取り付けられる第３暖房用冷媒逆流防止弁６３ａを通過できる。しかし、暖房時冷媒流Ｆ２の冷媒は、第３分離冷媒管１８３に取り付けられる第３冷房用冷媒逆流防止弁１８３ａを通過できないので、第３油分離器４３を経由して第３油分離管１１３に流入しない。

従って、冷房運転モードの冷媒回路１０では、冷媒は、第３油分離器４３を通過し、暖房運転モードの冷媒回路１０では、冷媒は、第３油分離器４３を通過しない。すなわち、第３バイパス管６３は、暖房運転時における第３油分離器４３のバイパス路として機能する。

以上の説明は、第２油分離器４２および第１油分離器４１の近傍における冷媒の流れにも適用可能である。従って、冷房運転モードの冷媒回路１０では、冷媒は、第１油分離器４１および第２油分離器４２を通過し、暖房運転モードの冷媒回路１０では、冷媒は、第１油分離器４１および第２油分離器４２をしない。すなわち、第１バイパス管６１および第２バイパス管６２は、それぞれ、暖房運転時における第１油分離器４１および第２油分離器４２のバイパス路として機能する。

次に、第１乃至第３バイパス管６１〜６３の効果について説明する。空気調和装置１００の運転時において、多段圧縮機構１１に液冷媒が流入して第１乃至第４圧縮機構２１〜２４が湿り運転を行うと、多段圧縮機構１１が故障して空気調和装置１００の信頼性が低下するおそれがある。空気調和装置１００の信頼性の低下を抑制するためには、例えば、多段圧縮機構１１に吸入される冷媒の過熱度である吸入過熱度を確保する必要がある。これにより、多段圧縮機構１１に液冷媒が流入することが抑制される。

冷媒回路１０が暖房運転モードにあるとき、吸入過熱度を確保するために、第３インタークーラ５３の吸入側に接続されている第７膨張弁１７７の開度を下げる制御が行われる。第７膨張弁１７７の開度を下げると、第３インタークーラ５３、第２インタークーラ５２および第１インタークーラ５１を順に通過する冷媒の圧力が低下して、第１乃至第３インタークーラ５１〜５３において熱交換される冷媒の量が減少する。これにより、第１乃至第３インタークーラ５１〜５３における冷媒の熱交換の効率が向上し、吸入過熱度が上昇する。

ここで、図８について説明する。図８は、図７に示される構成から第３バイパス管６３および第３冷房用冷媒逆流防止弁１８３ａが取り除かれた構成を有する従来例を示す。図８には、暖房運転時における冷媒の流れである暖房時冷媒流Ｆ３が点線で示されている。暖房運転時において、第３インタークーラ５３を通過した冷媒は、第３油分離器４３を通過して、第２インタークーラ５２に流入する。第３インタークーラ５３には気液二相冷媒が流入するため、第３油分離器４３には、ある程度の液冷媒が貯留される。そのため、第７膨張弁１７７の開度を下げる制御を行っても、第３油分離器４３に貯留される液冷媒が蒸発するため、第２インタークーラ５２に流入する冷媒の圧力は低下しにくい。これにより、第７膨張弁１７７の開度を下げてから、第２インタークーラ５２における冷媒の熱交換の効率が向上して吸入過熱度が上昇し始めるまでの時間が長くなる傾向にある。また、第３油分離器４３の熱容量は大きいので、第３油分離器４３を冷媒が通過することにより、後続の第２インタークーラ５２における冷媒の熱交換の効率が低下する。すなわち、図８に示される構成は、第３油分離器４３、および、第３油分離器４３に貯留される液冷媒に起因して、第７膨張弁１７７の開度制御による吸入過熱度の応答性が低いという問題点を有している。吸入過熱度の応答性が低い場合、暖房運転時において吸入過熱度が適切に確保されず、空気調和装置１００の信頼性が低下するおそれがある。

一方、本実施形態の空気調和装置１００では、上述したように、暖房運転時において、第３インタークーラ５３で熱交換された冷媒は、第３バイパス管６３を通過することで、第３油分離器４３をバイパスして第２インタークーラ５２に流入する。そのため、暖房運転時において、第３油分離器４３に貯留される液冷媒が蒸発して、第２インタークーラ５２に流入することが抑制される。これにより、暖房運転時において、第７膨張弁１７７の開度を下げてから、第２インタークーラ５２における冷媒の熱交換の効率が向上して吸入過熱度が上昇し始めるまでの時間が長くなることが抑制される。従って、第３油分離器４３、および、第３油分離器４３に貯留される液冷媒に起因して、第７膨張弁１７７の開度制御による吸入過熱度の応答性が低下することが、第３バイパス管６３によって抑制される。言い換えると、第３バイパス管６３は、暖房運転時における吸入過熱度を確保して、空気調和装置１００の信頼性を向上させる効果を有する。同様に、第１バイパス管６１および第２バイパス管６２も、暖房運転時における吸入過熱度を確保して、空気調和装置１００の信頼性を向上させる効果を有する。

また、第３バイパス管６３は、第３暖房用冷媒逆流防止弁６３ａが取り付けられている。これにより、冷房運転時において、第２圧縮機構２２で圧縮された冷媒は、第３バイパス管６３を通過することができないので、冷媒に含まれる潤滑油が第３インタークーラ５３に流入することが抑制される。一方、暖房運転時において、第３インタークーラ５３で熱交換された冷媒は、第３バイパス管６３を通過して、第２インタークーラ５２に流入することができる。すなわち、第３暖房用冷媒逆流防止弁６３ａは、冷房運転時において第３バイパス管６３を冷媒が通過することを禁止することで、第３インタークーラ５３における熱交換の効率の低下を抑制することができる。同様に、第１暖房用冷媒逆流防止弁６１ａおよび第２暖房用冷媒逆流防止弁６２ａも、それぞれ、第１インタークーラ５１および第２インタークーラ５２における熱交換の効率の低下を抑制することができる。

また、第３分離冷媒管１８３は、第３冷房用冷媒逆流防止弁１８３ａが取り付けられている。冷房運転時において、第２圧縮機構２２で圧縮された冷媒は、第３油分離器４３を通過して、第３インタークーラ５３に流入することができる。一方、暖房運転時において、第３インタークーラ５３で熱交換された冷媒は、第３冷房用冷媒逆流防止弁１８３ａを通過することができず、第３油分離器４３に流入することができない。すなわち、第３冷房用冷媒逆流防止弁１８３ａは、暖房運転時において第３油分離器４３を冷媒が通過することを禁止することで、上述の理由により、空気調和装置１００の信頼性の低下を抑制する。同様に、第１冷房用冷媒逆流防止弁１８１ａおよび第２冷房用冷媒逆流防止弁１８２ａも、それぞれ、暖房運転時において第１油分離器４１および第２油分離器４２を冷媒が通過することを禁止することで、空気調和装置１００の信頼性の低下を抑制する。

（４）変形例
（４−１）変形例Ａ
本実施形態では、空気調和装置１００の冷媒回路１０は、第１圧縮機構２１、第２圧縮機構２２、第３圧縮機構２３および第４圧縮機構２４からなる４個の圧縮機構が直列に接続された多段圧縮機構１１を備えている。しかし、多段圧縮機構１１は、３個または５個以上の圧縮機構が直列に接続された構成を有してもよい。

多段圧縮機構１１が３個の圧縮機構が直列に接続された構成を有する場合、例えば、冷媒回路１０は、本実施形態の冷媒回路１０から第１圧縮機構２１、第１切換機構３１、第１油分離器４１および第１インタークーラ５１が取り除かれた構成を有する。

（４−２）変形例Ｂ
本実施形態では、冷媒回路１０は、第１乃至第３バイパス管６１〜６３を備えている。しかし、冷媒回路１０は、第３バイパス管６３のみを備えてもよく、また、第３バイパス管６３および第２バイパス管６２のみを備えてもよい。第１乃至第３バイパス管６１〜６３は、室外熱交換器１２において熱交換される冷媒の量を減少させて、吸入過熱度を向上させる効果を有する。第１乃至第３バイパス管６１〜６３のうち、暖房運転モードにおける冷媒の流れの最も上流に位置する第３バイパス管６３は、第２インタークーラ５２および第１インタークーラ５１において熱交換される冷媒の量を減少させることができる。また、第２バイパス管６２は、第１インタークーラ５１において熱交換される冷媒の量を減少させることができる。そのため、吸入過熱度を向上させる効果は、第３バイパス管６３が最も大きく、第２バイパス管６２が次に大きい。

（４−３）変形例Ｃ
本実施形態では、第３分離冷媒管１８３は、第３冷房用冷媒逆流防止弁１８３ａが取り付けられている。しかし、第３分離冷媒管１８３は、第３冷房用冷媒逆流防止弁１８３ａが取り付けられていなくてもよい。

この場合、暖房運転時において、第３インタークーラ５３で熱交換された冷媒の一部は、第３油分離器４３を通過することができる。しかし、第３バイパス管６３に取り付けられる第３暖房用冷媒逆流防止弁６３ａのＣＶ値は、第３油分離器４３のＣＶ値と比較して十分に大きい。そのため、第３インタークーラ５３で熱交換された冷媒の大部分は、第３バイパス管６３を通過して第２インタークーラ５２に流入する。従って、第３分離冷媒管１８３に第３冷房用冷媒逆流防止弁１８３ａが取り付けられていなくても、第３インタークーラ５３で熱交換された冷媒の一部しか、第３油分離器４３に流入しない。また、第３油分離器４３に流入した少量の冷媒は、第３油戻し管１２３から直ちに排出される。

本変形例は、第１分離冷媒管１８１および第２分離冷媒管１８２にも適用可能である。すなわち、第１分離冷媒管１８１は、第１冷房用冷媒逆流防止弁１８１ａが取り付けられていなくてもよく、第２分離冷媒管１８２は、第２冷房用冷媒逆流防止弁１８２ａが取り付けられていなくてもよい。

（４−４）変形例Ｄ
本実施形態では、冷媒回路１０は、第１乃至第３油分離器４１〜４３をバイパスする第１乃至第３バイパス管６１〜６３を備えている。しかし、冷媒回路１０は、第１乃至第３バイパス管６１〜６３をバイパスするキャピラリーチューブ２８３ａをさらに備えてもよい。

図９は、本変形例における冷媒回路の配管を示す図である。図９は、図７に示される構成に、圧力逃がし管２８３およびキャピラリーチューブ２８３ａが追加された構成を示す。圧力逃がし管２８３は、図９に示されるように、第３分離冷媒管１８３および第３油分離管１１３に接続されている配管である。キャピラリーチューブ２８３ａは、圧力逃がし管２８３に取り付けられている細管である。

キャピラリーチューブ２８３ａは、第３暖房用冷媒逆流防止弁６３ａおよび第３冷房用冷媒逆流防止弁１８３ａの異常検知を容易にするために設けられる。本実施形態の冷媒回路１０では、第３暖房用冷媒逆流防止弁６３ａに異常が発生して、暖房運転時において冷媒が第３暖房用冷媒逆流防止弁６３ａを正常に通過できない場合、第３インタークーラ５３の圧力が異常に上昇し、かつ、多段圧縮機構１１に流入する冷媒の圧力が異常に低下するおそれがある。また、本実施形態の冷媒回路１０では、第３冷房用冷媒逆流防止弁１８３ａに異常が発生して、冷房運転時において冷媒が第３冷房用冷媒逆流防止弁１８３ａを正常に通過できない場合、第３油分離器４３の圧力が異常に上昇し、かつ、多段圧縮機構１１から吐出される冷媒の圧力が異常に低下するおそれがある。従って、第３暖房用冷媒逆流防止弁６３ａおよび第３冷房用冷媒逆流防止弁１８３ａの少なくとも一方に異常が発生すると、空気調和装置１００の信頼性が低下するおそれがある。

本変形例では、第３バイパス管６３をバイパスするキャピラリーチューブ２８３ａを設けることで、第３バイパス管６３が接続される第３分離冷媒管１８３および第３油分離管１１３の少なくとも一方において圧力異常が発生した場合に、高圧側の配管から低圧側の配管に圧力を逃がすことができる。これにより、冷媒回路１０では、圧力センサーによって検知されるレベルの圧力異常は発生せず、空気調和装置１００は、通常とは異なる冷媒圧力下で運転するため、第３暖房用冷媒逆流防止弁６３ａおよび第３冷房用冷媒逆流防止弁１８３ａに異常が発生したことを容易に検知することができる。従って、キャピラリーチューブ２８３ａは、冷媒回路１０の異常検知を容易にして、空気調和装置１００の信頼性を確保する効果を有する。

本変形例は、第１バイパス管６１および第２バイパス管６２にも適用可能である。すなわち、冷媒回路１０は、第１バイパス管６１および第２バイパス管６２をそれぞれバイパスするキャピラリーチューブをさらに備えてもよい。

（４−５）変形例Ｅ
本実施形態では、空気調和装置１００の多段圧縮機構１１を構成する第１乃至第４圧縮機構２１〜２４は、ロータリー式の圧縮機構であるが、例えば、スクロール式の圧縮機構であってもよい。

（４−６）変形例Ｆ
本実施形態では、第１乃至第４切換機構３１〜３４は、四路切換弁であるが、例えば、複数の電磁弁を組み合わせることによって冷房運転モードと暖房運転モードとを切り換える機能を有する機構であってもよい。

本発明に係る冷凍装置は、暖房運転時における応答性を向上させて、信頼性を確保することができる。

１１ 多段圧縮機構
１２ 室外熱交換器（熱源側熱交換機構）
２１ 第１圧縮機構（低段圧縮部）
２２ 第２圧縮機構（第１圧縮部）
２３ 第３圧縮機構（第２圧縮部）
２４ 第４圧縮機構（高段圧縮部）
３１ 第１切換機構（切替機構）
３２ 第２切換機構（切替機構）
３３ 第３切換機構（切替機構）
３４ 第４切換機構（切替機構）
４１ 第１油分離器（低段油分離部）
４２ 第２油分離器（第１油分離部）
４３ 第３油分離器（第２油分離部）
４４ 第４油分離器（高段油分離部）
５１ 第１インタークーラ（低段熱交換部）
５２ 第２インタークーラ（第１熱交換部）
５３ 第３インタークーラ（第２熱交換部）
５４ ガスクーラ（高段熱交換部）
６１ 第１バイパス管（第３バイパス路）
６２ 第２バイパス管（第２バイパス路）
６３ 第３バイパス管（第１バイパス路）
６１ａ 第１暖房用冷媒逆流防止弁（第１逆止弁）
６２ａ 第２暖房用冷媒逆流防止弁（第１逆止弁）
６３ａ 第３暖房用冷媒逆流防止弁（第１逆止弁）
１００ 空気調和装置（冷凍装置）
１８１ 第１分離冷媒管（分離冷媒管）
１８２ 第２分離冷媒管（分離冷媒管）
１８３ 第３分離冷媒管（分離冷媒管）
１８１ａ 第１冷房用冷媒逆流防止弁（第２逆止弁）
１８２ａ 第２冷房用冷媒逆流防止弁（第２逆止弁）
１８３ａ 第３冷房用冷媒逆流防止弁（第２逆止弁）
２８３ａ キャピラリーチューブ

特開２００９−２５７７０４号公報

Claims (8)

1. 直列に接続される第１圧縮部（２２）、第２圧縮部（２３）および高段圧縮部（２４）を含み、冷媒を圧縮する多段圧縮機構（１１）と、
   第１熱交換部（５２）、第２熱交換部（５３）および高段熱交換部（５４）を含み、前記冷媒の熱交換を行う熱源側熱交換機構（１２）と、
   前記熱源側熱交換機構を放熱器として用いる第１状態と、前記熱源側熱交換機構を蒸発器として用いる第２状態とを切り替える切替機構と、
   前記冷媒から、前記冷媒に含まれる油を分離する複数の油分離部と、
   前記第２状態において前記熱源側熱交換機構で熱交換された前記冷媒が通過するバイパス機構と、
   を備え、
   前記複数の油分離部は、
   前記第１状態において前記第１圧縮部と前記第１熱交換部との間に配置される第１油分離部（４２）と、
   前記第１状態において前記第２圧縮部と前記第２熱交換部との間に配置される第２油分離部（４３）と、
   前記第１状態において前記高段圧縮部と前記高段熱交換部との間に配置される高段油分離部（４４）と、
   を含み、
   前記第２状態において、少なくとも前記第１熱交換部および前記第２熱交換部は直列に接続され、かつ、前記第２油分離部は前記第１熱交換部と前記第２熱交換部との間に配置され、
   前記バイパス機構は、前記冷媒の流路であり前記第２油分離部をバイパスする第１バイパス路（６３）を含む、
   冷凍装置（１００）。
2. 前記第２状態において、前記第１油分離部は前記第１熱交換部と前記多段圧縮機構との間に配置され、
   前記バイパス機構は、前記冷媒の流路であり前記第１油分離部をバイパスする第２バイパス路（６２）をさらに含む、
   請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記多段圧縮機構は、低段圧縮部（２１）をさらに含み、
   前記熱源側熱交換器は、低段熱交換部（５１）をさらに含み、
   前記複数の油分離部は、前記第１状態において前記低段圧縮部と前記低段熱交換部との間に配置される低段油分離部（４１）をさらに含み、
   前記第２状態において、少なくとも前記第１熱交換部、前記第２熱交換部および前記低段熱交換部は直列に接続され、かつ、前記第１油分離部は前記第１熱交換部と前記低段熱交換部との間に配置される、
   請求項１または２に記載の冷凍装置。
4. 前記第２状態において、前記低段油分離部は前記低段熱交換部と前記多段圧縮機構との間に配置され、
   前記バイパス機構は、前記冷媒の流路であり前記低段油分離部をバイパスする第３バイパス路（６１）をさらに含む、
   請求項３に記載の冷凍装置。
5. 前記第２状態において、前記第２熱交換部および前記高段熱交換部は、並列に接続されている、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の冷凍装置。
6. 前記バイパス機構に取り付けられる第１逆止弁（６１ａ，６２ａ，６３ａ）をさらに備え、
   前記第１逆止弁は、前記第１状態において前記バイパス機構を前記冷媒が通過することを禁止し、かつ、前記第２状態において前記バイパス機構を前記冷媒が通過することを許可する、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の冷凍装置。
7. 前記第１状態において、前記バイパス機構によってバイパスされる前記油分離部から流出する前記冷媒の流路である分離冷媒管（１８１，１８２，１８３）に取り付けられる第２逆止弁（１８１ａ，１８２ａ，１８３ａ）をさらに備え、
   前記第２逆止弁は、前記第１状態において前記分離冷媒管を前記冷媒が通過することを許可し、かつ、前記第２状態において前記分離冷媒管を前記冷媒が通過することを禁止する、
   請求項６に記載の冷凍装置。
8. 前記バイパス機構をバイパスするキャピラリーチューブ（２８３ａ）をさらに備える、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の冷凍装置。

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