WO2007083560A1 - 冷凍装置 - Google Patents

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gas
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liquid
liquid separator
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PCT/JP2007/050227
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Masahiro Yamada
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Daikin Industries, Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration apparatus, and particularly relates to a refrigeration apparatus that performs a two-stage compression and a two-stage expansion refrigeration cycle using a gas-liquid separator of an intermediate pressure refrigerant.
  • Patent Document 1 discloses an air conditioner as a refrigeration apparatus that performs indoor cooling and heating by reversibly circulating a refrigerant in a refrigerant circuit.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 10-253207
  • the high-stage compressor is provided in a communication gas pipe between the four-way selector valve and the indoor heat exchanger so as to suck the refrigerant discharged from the existing low-stage compressor during the heating cycle.
  • the gas-liquid separator is provided in a communication liquid pipe between the indoor heat exchanger and the outdoor heat exchanger, and a pipe for injecting the gas refrigerant to the suction side of the high stage compressor is connected.
  • the volume of the high-stage compressor is set to be smaller than the volume of the low-stage compressor from the relationship between the injection amount of the refrigerant and the intake refrigerant amount of the high-stage compressor.
  • the refrigerant discharged from the low-stage side compressor is sucked into the high-stage side compressor via the four-way switching valve and compressed in two stages, and then flows to the indoor heat exchanger.
  • the gas refrigerant in the gas-liquid separator flows to the suction side of the high stage compressor.
  • the liquid refrigerant in the gas-liquid separator flows into the outdoor heat exchanger and evaporates, and is then sucked into the low-stage compressor and discharged again.
  • the refrigerant discharged from the existing low-stage compressor flows to the outdoor heat exchanger via the four-way switching valve and condenses, and this liquid refrigerant flows to the indoor heat exchanger via the gas-liquid separator.
  • the present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to add a high-stage compressor in a retrofit to perform a two-stage compression two-stage expansion refrigeration cycle during heating operation.
  • a refrigeration system equipped with a gas-liquid separator when the defrosting operation is performed in the cooling cycle, the liquid back from the gas-liquid separator to the higher stage compressor is prevented and both compressors are operated. .
  • the first invention is a gas-liquid separation of a low-stage compressor (21), a high-stage compressor (31), and an intermediate pressure refrigerant.
  • a refrigerant circuit (15) for performing a two-stage compression and two-stage expansion refrigeration cycle In the refrigerant circuit (15), the refrigerant discharged from the low stage compressor (21) is compressed by the high stage compressor (31), while the condensed refrigerant flows through the gas-liquid separator (33) and The gas refrigerant in the liquid separator (33) is sucked into the high-stage compressor (31) and the refrigerant is discharged from the low-stage compressor (21) and the heating cycle in which the two-stage compression and two-stage expansion are performed.
  • the condensed refrigerant flows through the gas-liquid separator (33) while the evaporative refrigerant flows through the high-stage compressor (31) and the refrigerant is single-stage compressed and single-stage expanded. Is based on a refrigeration system that is switched
  • the refrigerant circuit (15) injects a part of the refrigerant discharged from the high-stage compressor (31) to the suction side of the high-stage compressor (31). It is equipped with an injection pipe (36) that mixes with the refrigerant from the separator (33).
  • the intermediate pressure refrigerant is separated into the liquid refrigerant and the gas refrigerant by the gas-liquid separator (33), and the two-stage compression and two-stage expansion is performed.
  • a freezing cycle is performed.
  • the refrigerant circuit (15) performs a single-stage compression single-stage expansion refrigeration cycle.
  • the refrigerant compressed to a high pressure by the high-stage compressor (31) is condensed by, for example, an indoor heat exchanger that is a use-side heat exchanger, and then reduced to an intermediate pressure. And flows into the gas-liquid separator (33).
  • the intermediate pressure refrigerant is separated into liquid refrigerant and gas refrigerant.
  • the separated liquid refrigerant is depressurized to a low pressure, and then evaporated by heat source side heat exchange, for example, outdoor heat exchange.
  • the evaporative refrigerant is compressed to an intermediate pressure by the low-stage compressor (21), then sucked into the high-stage compressor (31) and discharged again, and this refrigerant circulation is repeated.
  • the gas refrigerant separated by the gas-liquid separator (33) is mixed with the refrigerant discharged from the low-stage compressor (21) and sucked into the high-stage compressor (31).
  • the low stage compressor (21) is operated in a state where the high stage compressor (31) is stopped.
  • the refrigerant compressed to a high pressure by the low-stage compressor (21) condenses in the outdoor heat exchanger, and the outdoor heat exchanger is defrosted.
  • the condensed refrigerant flows without passing through the gas-liquid separator (33), is decompressed to a low pressure, and evaporates in the indoor heat exchanger.
  • the evaporated refrigerant is sucked into the low-stage compressor (21) without passing through the high-stage compressor (31).
  • the refrigerant is discharged again, and this refrigerant circulation is repeated.
  • the discharge side of the high stage compressor (31) communicates with the suction side of the low stage compressor (21), but the suction side of the high stage compressor (31) is connected to the low stage compressor (21 ) And the gas-liquid separator (33).
  • the gas-liquid separator (33) force gas refrigerant is sucked into the high stage compressor (31).
  • the refrigerant discharged from the higher stage compressor (31) is mixed with the refrigerant evaporated in the indoor heat exchanger and sucked into the lower stage compressor (21).
  • the enthalpy of the refrigerant is increased by the amount of work (heat input) of the high stage compressor (31), so that the defrosting capability is increased.
  • the second invention is a utilization unit having a heat source unit (20) having a low stage compressor (21) and a heat source side heat exchanger (22), and a utilization side heat exchanger (41).
  • An intermediate-pressure refrigerant gas-liquid separator (33) connected to the suction side and the gas outflow pipe (33c) is provided, and a liquid line (3L) connected between the heat source unit (20) and the utilization unit (40)
  • the refrigerant discharged from the low-stage compressor (21) is compressed by the high-stage compressor (31) of the gas line (3G), while the use unit (40 ) Liquid refrigerant flows through the gas-liquid separator (33) of the liquid line (3L) and the refrigerant is compressed in two stages, and the low stage compressor (21) and the heat source side heat exchanger ( The refrigerant flowing to (22) The gas
  • the intermediate unit (30) is provided in the gas line (3G), and a part of the refrigerant discharged from the high-stage compressor (31) is transferred to the high-stage compressor (31).
  • the refrigerant circuit (15) is configured by connecting the intermediate unit (30) between the heat source unit (20) and the utilization unit (40). Then, for example, the intermediate unit (30) is added to the existing heat source unit (20) and the utilization unit (40) in order to improve the heating capacity by two-stage compression and expansion of the refrigerant during heating.
  • the unit is configured.
  • the refrigerant compressed to a high pressure by the high stage compressor (31) flows to the use unit (40) through the gas line (3G), and is supplied to the use side heat exchanger (41). Condensate.
  • the condensed refrigerant flows into the liquid line (3L) of the intermediate unit (30), is reduced to an intermediate pressure, and then flows into the gas-liquid separator (33).
  • the intermediate pressure refrigerant is separated into a liquid refrigerant and a gas refrigerant.
  • the separated liquid refrigerant flows to the heat source unit (20) via the liquid line (3L), and after being depressurized to a low pressure, evaporates in the heat source side heat exchanger (22).
  • This evaporative refrigerant is compressed to an intermediate pressure by the low stage compressor (21), then flows to the gas line (3G) of the intermediate unit (30), and is compressed again to a high pressure by the high stage compressor (31).
  • This refrigerant circulation is repeated.
  • the gas refrigerant separated by the gas-liquid separator (33) flows to the gas line (3G) through the gas outflow pipe (33c) and is mixed with the refrigerant discharged from the low-stage compressor (21). Sucked into the stage compressor (31). That is, in this heating operation, a two-stage compression and two-stage expansion refrigeration cycle is performed in the refrigerant circuit (15).
  • the low stage compressor (21) is operated with the high stage compressor (31) stopped.
  • the refrigerant compressed to a high pressure by the low stage compressor (21) is condensed by the heat source side heat exchanger (22), and the heat source side heat exchanger (22) is defrosted.
  • the condensed refrigerant flows to the liquid line (3L) of the intermediate unit (30), and flows to the use unit (40) without passing through the gas-liquid separator (33).
  • This refrigerant is depressurized to a low pressure and then evaporated in the indoor heat exchanger and flows to the gas line (3G) of the intermediate unit (30).
  • the refrigerant in the gas line (3G) flows to the heat source unit (20), bypassing the high-stage compressor (31) and the gas outlet pipe (33c).
  • the refrigerant flowing into the heat source unit (20) is compressed again to a high pressure by the low-stage compressor (21), and this refrigerant circulation is repeated. That is, in this defrost cycle, the discharge side of the high stage compressor (31) communicates with the suction side of the low stage compressor (21), but the suction side of the high stage compressor (31) The side does not communicate with either the discharge side or the suction side of the low-stage compressor (21) but communicates with the gas-liquid separator (33).
  • the gas-liquid separator (33) force gas refrigerant is sucked into the high stage compressor (31).
  • the refrigerant discharged from the higher stage compressor (31) is mixed with the evaporated refrigerant from the use side heat exchanger (41) in the gas line (3G) and sucked into the lower stage compressor (21). .
  • the enthalpy of the refrigerant increases by the amount of work (heat input) of the high-stage compressor (31), so that the defrosting capacity increases.
  • the intermediate unit (30) is provided with a heating means for heating the refrigerant that is provided in the liquid line (3L) and flows into the gas-liquid separator (33). 38).
  • the refrigerant flowing to the gas-liquid separator (33) is heated by the heating means (38), and thus becomes a gas-liquid two-phase refrigerant. That is, the dryness of the refrigerant increases.
  • the gas-liquid separator (33) the ratio of the amount of gas refrigerant to the whole refrigerant increases. Therefore, the outflow of the liquid refrigerant from the gas-liquid separator (33) to the high stage compressor (31) is suppressed. As a result, the liquid refrigerant is reliably prevented from being sucked into the high stage compressor (31).
  • a fourth invention is the heating device according to the second invention, wherein the intermediate unit (30) is provided in the gas outflow pipe (33c) and heats the refrigerant from the gas-liquid separator (33). 38).
  • liquid refrigerant is supplied from the gas-liquid separator (33) during the defrosting operation in which both the high-stage compressor (31) and the low-stage compressor (21) are operated. Even if it flows out through the gas outflow pipe (33c), the liquid refrigerant is heated and gasified by the heating means (38). Therefore, the suction of the liquid refrigerant to the high stage compressor (31) is reliably prevented.
  • the intermediate unit (30) is provided in the gas-liquid separator (33), and heating means for heating the refrigerant of the gas-liquid separator (33) (39).
  • the intermediate unit (30) has one end connected to the liquid line (3L) and the other end heated in the gas outflow pipe (33c) (38 ) Having a liquid branch pipe (33e) connected upstream.
  • Part of the liquid refrigerant that has flowed into the liquid line (3L) flows to the gas-liquid separator (33), and the rest flows toward the use unit (40).
  • a part of the refrigerant flowing toward the use unit (40) flows to the liquid branch pipe (33e), and the rest flows to the use unit (40).
  • the refrigerant that has flowed into the liquid branch pipe (33e) joins with the refrigerant from the gas-liquid separator (33) in the gas outflow pipe (33c), and is then heated by the pipe heater (38).
  • the refrigerant is carbon dioxide.
  • carbon dioxide is compressed to its critical pressure in the heating operation, but is compressed in two stages by the low-stage compressor (21) and the high-stage compressor (31). The burden on the compressor is reduced.
  • the high stage compressor (31) removes the gas-liquid separator (33) force gas refrigerant and discharges it to the suction side of the low stage compressor (21).
  • the frost operation a part of the refrigerant discharged from the high-stage compressor (31) is injected into the suction side. Therefore, even when the liquid refrigerant flows out of the gas-liquid separator (33) by force toward the high-stage compressor (31), the liquid refrigerant can be gasified with the high-temperature discharged refrigerant. Thereby, the suction of the liquid refrigerant in the high stage side compressor (31) can be prevented.
  • both the low stage compressor (21) and the high stage compressor (31) can be operated, and the defrosting capability can be increased.
  • the heating means (38) for heating the refrigerant flowing into the gas-liquid separator (33) is provided in the liquid line (3L), the gas-liquid separator ( The dryness of the refrigerant flowing into 33) can be increased. As a result, the ratio of the amount of gas refrigerant in the gas-liquid separator (33) can be increased, so that it is possible to reliably prevent the liquid refrigerant from being sucked into the high-stage compressor (31).
  • the gas outflow pipe (33c) is provided with the heating means (38) that heats the refrigerant from the gas-liquid separator (33).
  • the liquid refrigerant flowing out to 33c) can be gasified. This can reliably prevent the liquid refrigerant from being sucked into the high-stage compressor (31).
  • the heating means (39) for heating the refrigerant in the gas-liquid separator (33) thus, the ratio of the amount of gas refrigerant in the gas-liquid separator (33) can be increased. Therefore, since the gas-liquid separator (33) force can also suppress the outflow of the liquid refrigerant, it is possible to reliably prevent the liquid refrigerant from being sucked into the high stage side compressor (31).
  • a part of the refrigerant in the liquid line (3L) directed to the utilization unit (40) is caused to flow to the gas outflow pipe (33c).
  • the amount of refrigerant flowing into the vessel (41) can be reduced, and the refrigerant temperature in the use side heat exchanger (41) can be raised.
  • the temperature of the suction refrigerant and the discharge refrigerant in the low-stage compressor (21) can be increased, and the defrosting capability can be further increased.
  • carbon dioxide is used as a refrigerant, and the carbon dioxide is compressed to its critical pressure.
  • the low-stage compressor (21) and the high-stage compressor (31) Two-stage compression reduces the burden on each compressor.
  • FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram of an air-conditioning apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a refrigerant circuit diagram showing the operation of the air-conditioning apparatus according to Embodiment 1 for cooling operation.
  • FIG. 3 is a refrigerant circuit diagram illustrating the heating operation of the air-conditioning apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. 4 is a refrigerant circuit diagram illustrating an operation of a defrosting operation of the air-conditioning apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. 5 is a refrigerant circuit diagram illustrating an operation of a defrosting operation of the air-conditioning apparatus according to Embodiment 2.
  • FIG. 6 is a refrigerant circuit diagram illustrating an operation of a defrosting operation of an air-conditioning apparatus according to Modification 1 of Embodiment 2.
  • FIG. 7 is a refrigerant circuit diagram illustrating an operation of a defrosting operation of an air-conditioning apparatus according to Modification 2 of Embodiment 2.
  • FIG. 8 is a refrigerant circuit diagram illustrating an operation of a defrosting operation of an air-conditioning apparatus according to Modification 3 of Embodiment 2.
  • Outdoor unit (heat source unit)
  • the refrigeration apparatus of Embodiment 1 constitutes a heat pump type air conditioner (10) capable of cooling operation, heating operation and defrosting operation (defrost operation).
  • the air conditioner (10) includes an outdoor unit (20) installed outdoors, an optional unit (30) constituting an intermediate unit for expansion, and an indoor unit installed indoors. Unit (40).
  • the outdoor unit (20) is connected to the option unit (30) via the first connection pipe (11) and the second connection pipe (12).
  • the outdoor unit (20) is connected to the optional unit (30) via the third connection pipe (13) and the fourth connection pipe (14).
  • the units (20, 30, 40) are connected to form the refrigerant circuit (15).
  • the refrigerant circuit (15) is configured to perform a vapor compression refrigeration cycle by circulating the refrigerant.
  • the optional unit (30) constitutes a power up unit of an existing separate type air conditioner.
  • the existing air conditioner has a single-stage compression type refrigeration cycle performed by a refrigerant circuit including an outdoor unit (20) and an indoor unit (40).
  • the refrigerant circuit (15) of the air conditioner (10) A two-stage compression two-stage expansion refrigeration cycle described later is performed.
  • the outdoor unit (20) includes a low-stage compressor (21), an outdoor heat exchanger (22), an outdoor expansion valve (25), and a four-way switching valve (23).
  • the low-stage compressor (21) is a high-pressure dome type variable displacement scroll compressor.
  • the outdoor heat exchange (22) is constituted by cross fin and tube heat exchange.
  • An outdoor fan (24) is installed in the vicinity of the outdoor heat exchanger (22).
  • the outdoor fan (24) sends outdoor air to the outdoor heat exchanger (22).
  • the outdoor expansion valve (25) is an electronic expansion valve whose opening degree can be adjusted.
  • the four-way selector valve (23) includes four ports from first to fourth.
  • the discharge pipe (21a) of the low stage compressor (21) is connected to the first port, and the suction pipe (21) of the low stage compressor (21) is connected to the second port. 21b) is connected.
  • the four-way selector valve (23) is connected to the third port through the outdoor heat exchanger (22) and the outdoor expansion valve (25), and to the fourth port. 1 Connection pipe (11) is connected.
  • the four-way selector valve (23) communicates the first port with the third port and the second port with the fourth port, and communicates the first port with the fourth port.
  • the second port and the third port can be switched to a communication state.
  • the indoor unit (40) includes an indoor heat exchanger (41) and an indoor side expansion valve (42).
  • One end of the indoor heat exchanger (41) is connected to the third connecting pipe (13), and the other end is connected to the chamber. It is connected to the fourth connecting pipe (14) via the inner expansion valve (42).
  • the indoor heat exchanger (41) is composed of a cross fin and tube type heat exchanger.
  • An indoor fan (43) is installed in the vicinity of the indoor heat exchanger (41). This indoor fan (43) feeds indoor air into the indoor heat exchanger (41).
  • the indoor expansion valve (42) is an electronic expansion valve whose opening degree is adjustable.
  • the optional unit (30) includes a high-stage compressor (31), a three-way selector valve (32), a gas-liquid separator (33), and an optional expansion valve (34).
  • the high-stage compressor (31) is composed of a high-pressure dome-type variable displacement scroll compressor.
  • the discharge pipe (31a) of the high stage compressor (31) is connected to a third communication pipe (13) extending from the indoor unit (40).
  • the suction pipe (31b) of the high stage compressor (31) is connected to the three-way switching valve (32).
  • the volume of the high stage compressor (31) is set smaller than the volume of the low stage compressor (21).
  • the three-way selector valve (32) includes three ports from first to third.
  • the three-way selector valve (32) has a gas bypass pipe (31c) connected to the first port and a suction pipe (31b) of the high-stage compressor (31) connected to the second port.
  • the gas communication pipe (31d) is connected to the other port.
  • the three-way switching valve (32) is configured to be switchable between a state in which the first port and the third port are in communication and a state in which the second port and the third port are in communication.
  • the gas bypass pipe (31c) is connected to the middle of the discharge pipe (31a) of the high stage compressor (31).
  • the gas communication pipe (31d) is connected to a first communication pipe (11) extending from the outdoor unit (20).
  • the discharge pipe (31a) and suction pipe (31b) of the high-stage compressor (31) and the gas communication pipe (31d) constitute a gas line (3G)! / Speak.
  • the gas-liquid separator (33) separates the gas-liquid two-phase refrigerant into liquid refrigerant and gas refrigerant.
  • this gas-liquid separator (33) is formed of a cylindrical sealed container, and a liquid refrigerant reservoir is formed in the lower part thereof, while a gas refrigerant reservoir is formed in the upper part thereof. Yes.
  • the gas-liquid separator (33) is connected with a liquid inflow pipe (33a) and a liquid outflow pipe (33b) that pass through the trunk and face the liquid refrigerant storage section.
  • the liquid inlet pipe (33a) is indoors
  • the liquid connecting pipe (33b) is connected to a second connecting pipe (12) extending from the outdoor unit (20), and connected to a fourth connecting pipe (14) extending from the unit (40).
  • a liquid bypass pipe (33d) is connected between the liquid inflow pipe (33a) and the liquid outflow pipe (33b).
  • the liquid inflow pipe (33a) and the liquid outflow pipe (33b) constitute a liquid line (3L).
  • the gas-liquid separator (33) is connected to a gas outflow pipe (33c) that penetrates the top of the gas-liquid separator and faces the gas refrigerant reservoir.
  • the gas outflow pipe (33c) is connected to the suction pipe (21b) of the high stage compressor (31).
  • the option side expansion valve (34) is provided closer to the gas-liquid separator (33) than the connection portion of the liquid inflow pipe (33a) to the liquid bypass pipe (33d).
  • the option side expansion valve (34) is an electronic expansion valve whose opening degree can be adjusted.
  • the optional unit (30) is provided with an electromagnetic valve as an on-off valve and a check valve for regulating the refrigerant flow.
  • the liquid bypass pipe (33d) is provided with a first electromagnetic valve (SV-1).
  • the liquid outflow pipe (33b) is provided with a first check valve (CV-1), and is connected to the gas bypass pipe (31c) in the discharge pipe (31a) of the high stage compressor (31).
  • a second check valve (CV-2) is provided on the higher stage compressor (31) side.
  • the optional unit (30) includes an injection pipe (36).
  • One end of the injection pipe (36) is connected to the discharge pipe (31a) between the high-stage compressor (31) and the second check valve (CV-2) and has an outflow end. Is connected to the suction pipe (31b) between the high stage compressor (31) and the gas outflow pipe (33c).
  • the injection pipe (36) is provided with a third solenoid valve (SV-3) as an on-off valve and a cylinder tube (37) in order of the inflow end side force.
  • the injection pipe (36) is configured to inject the discharge gas refrigerant of the high stage compressor (31) into the suction side of the high stage compressor (31) during the defrosting operation.
  • the gas-liquid separator (33) is driven by the high-stage compressor (31). Gas-liquid two-phase refrigerant sucked up through the outflow pipe (33c) is heated by the injected exhaust gas refrigerant.
  • the four-way selector valve (23) and the three-way selector valve (32) are set to the state shown in Fig. 2, the first solenoid valve (SV-1) is opened, and the third solenoid valve (SV -3) is set to the closed state.
  • the outdoor expansion valve (25) is set to a fully open state, and the option side expansion valve (34) is set to a fully closed state, while the opening of the indoor side expansion valve (42) is set according to the operating conditions. Adjust as appropriate.
  • the low-stage compressor (21) is operated, while the high-stage compressor (31) is stopped. That is, in the refrigerant circuit (15) during the cooling operation, the refrigerant is compressed only by the low-stage compressor (21), and a single-stage compression refrigeration cycle is performed.
  • the high-pressure refrigerant dissipates heat to the outdoor air and condenses.
  • the refrigerant condensed by this outdoor heat exchange (22) passes through the liquid outlet pipe (33b), liquid bypass pipe (33d) and liquid inlet pipe (33a) of the optional unit (30) to the indoor unit (40). Sent. That is, the refrigerant flowing into the optional unit (30) bypasses the gas-liquid separator (33) and flows through the liquid line (3L).
  • the refrigerant flowing into the indoor unit (40) is reduced to a low pressure when passing through the indoor expansion valve (42).
  • the decompressed low-pressure refrigerant flows into the indoor heat exchanger (41), absorbs heat from the indoor air, and evaporates.
  • the refrigerant evaporated in the indoor heat exchanger (41) is sent to the outdoor unit (20) via the discharge pipe (31a), gas bypass pipe (31c) and gas communication pipe (31d) of the optional unit (30). It is possible.
  • the refrigerant that has flowed into the outdoor unit (20) is sucked into the low-stage compressor (21).
  • the four-way selector valve (23) and the three-way selector valve (32) are set to the state shown in Fig. 3, and the first solenoid valve (SV-1) and the third solenoid valve (SV-3) Set to the closed state. Also The openings of the indoor side expansion valve (42), the option side expansion valve (34) and the outdoor side expansion valve (25) are appropriately adjusted according to the operating conditions. In this heating operation, both the low-stage compressor (21) and the high-stage compressor (31) are operated.
  • the indoor heat exchanger (41) In this indoor heat exchanger (41), the high-pressure refrigerant dissipates heat to the indoor air and condenses. As a result, the room air is heated and the room is heated.
  • the refrigerant condensed in the indoor heat exchanger (41) is depressurized by the indoor expansion valve (42), then flows to the liquid inlet pipe (33a) of the optional unit (30), and is further discharged by the optional expansion valve (34). Is reduced to an intermediate pressure refrigerant and flows into the gas-liquid separator (33).
  • the intermediate-pressure gas-liquid two-phase refrigerant is separated into a gas refrigerant and a liquid refrigerant.
  • the separated saturated gas refrigerant flows to the suction side of the high stage compressor (31) through the gas outflow pipe (33c).
  • the separated liquid refrigerant is sent from the liquid outflow pipe (33b) to the outdoor unit (20).
  • the refrigerant flowing into the outdoor unit (20) is depressurized to a low pressure by the outdoor expansion valve (25).
  • This low-pressure refrigerant flows to the outdoor heat exchanger (22), absorbs heat from the outdoor air, and evaporates.
  • the refrigerant evaporated in the outdoor heat exchanger (22) is sucked into the low stage compressor (21).
  • the low-pressure refrigerant is compressed into an intermediate-pressure refrigerant.
  • This intermediate pressure refrigerant is sent again to the option unit (30).
  • the refrigerant flowing into this optional unit (30) flows to the suction pipe (31b) of the high-stage compressor (31) via the gas communication pipe (31d) and the three-way selector valve (32), and flows into the gas outflow pipe ( 33c) Combined with the powerful gas refrigerant and sucked into the high-stage compressor (31).
  • a two-stage compression two-stage expansion refrigeration cycle is performed in which the high-pressure refrigerant is expanded (decompressed) in two stages while the low-pressure refrigerant is compressed in two stages. Further, in this heating operation, the intermediate-pressure gas-liquid two-phase refrigerant is separated into a gas refrigerant and a liquid refrigerant by the gas-liquid separator (33), and the separated gas refrigerant is separated from the high-stage compressor (31 ).
  • This defrosting operation is an operation for melting the frost when frost formation occurs in the outdoor heat exchanger (22) over the heating operation described above.
  • the defrosting operation of the present embodiment is a so-called reverse cycle defrosting operation in which the refrigerant flow is performed in the opposite direction to that during the heating operation.
  • this defrosting operation includes the first defrosting operation in which the high stage compressor (31) is stopped and only the low stage compressor (21) is operated, and the high stage compressor (31) and It is switched to the second defrosting operation that is performed by operating both the low-stage compressor (21).
  • the four-way switching valve (23), the three-way switching valve (32), the first electromagnetic valve (SV-1) and the like are similar to those in the cooling operation described above. Set to state.
  • the low-stage compressor (21) When the low-stage compressor (21) is operated, the refrigerant flows as in the cooling operation. That is, the high-temperature discharged refrigerant from the low-stage compressor (21) flows to the outdoor heat exchanger (22). In the outdoor heat exchanger (22), defrosting is performed with a high-temperature refrigerant.
  • the four-way selector valve (23) and the three-way selector valve (32) are set to the state shown in Fig. 4, and the first solenoid valve (SV-1) and the third solenoid valve Valve (SV-3) is set to open.
  • the outdoor expansion valve (25) and the option side expansion valve (34) are set to a fully open state, while the opening degree of the indoor side expansion valve (42) is set to a predetermined opening degree. That is, in the second defrosting operation, the third solenoid valve (S V-3) is opened in the state of the refrigerant circuit (15) during the first defrosting operation described above, and the option side expansion valve (34) Are set to the fully open state. In this state, the low-stage compressor (21) and the high-stage compressor (31) are operated.
  • the refrigerant discharged from the low-stage compressor (21) flows to the outdoor heat exchanger (22), defrosts, and then flows to the liquid inflow pipe (33a) of the option unit (30). Part of this refrigerant flows to the indoor unit (40) and the rest flows to the gas-liquid separator (33). [0076] After the refrigerant flowing into the indoor unit (40) passes through the indoor heat exchanger (41), the discharge pipe (31a), the gas binos pipe (31c) and the gas communication pipe ( It is sent to the outdoor unit (20) via 31d). The refrigerant flowing into the outdoor unit (20) is sucked into the low-stage compressor (21).
  • the refrigerant flowing into the gas-liquid separator (33) is separated into a gas refrigerant and a liquid refrigerant, and the gas refrigerant passes through the gas outlet pipe (33c) to the suction pipe (31b) of the high-stage compressor (31). Flowing.
  • the high-temperature refrigerant that has flowed into the injection pipe (36) passes through the capillary tube (37) and joins with the gas refrigerant from the gas-liquid separator (33) in the suction pipe (31b). It is sucked into the stage compressor (31).
  • the gas / liquid separator (33) force and the liquid refrigerant not only by the gas refrigerant may also flow out to the suction pipe (31b).
  • the liquid refrigerant flowing out to the suction pipe (31b) is gasified by mixing with the high-temperature refrigerant from the induction pipe (36). Accordingly, the liquid refrigerant is prevented from flowing into the high stage compressor (31), and damage to the high stage compressor (31) is avoided.
  • the high-stage compressor (31) sucks the refrigerant with the force of the gas-liquid separator (33) and mixes the discharged refrigerant with the suction refrigerant of the low-stage compressor (21).
  • the injection unit (30) provided with an injection pipe is provided with an injection pipe (36) for injecting a part of the refrigerant discharged from the high stage compressor (31) to the suction side.
  • the high stage compressor (31) can be driven without damaging during the defrosting operation, so the defrosting capability can be achieved without impairing the reliability of the device. Can be increased.
  • the refrigeration apparatus of the second embodiment is such that the optional unit (30) includes a pipe heater (38).
  • the pipe heater (38) is provided closer to the gas-liquid separator (33) than the option-side expansion valve (34) in the liquid inflow pipe (33a).
  • This pipe heater (38) constitutes a heating means for heating the refrigerant flowing through the liquid inflow pipe (33a) during the second defrosting operation.
  • the liquid refrigerant flowing from the outdoor unit (20) to the liquid inflow pipe (33a) and diverting to the gas-liquid separator (33) is heated by the pipe heater (38). It becomes a gas-liquid two-phase refrigerant.
  • This gas-liquid two-phase refrigerant flows to the gas-liquid separator (33).
  • the ratio of the gas refrigerant amount in the gas-liquid separator (33) to the liquid refrigerant amount increases. Therefore, the flow of the liquid refrigerant from the gas-liquid separator (33) to the suction pipe (31b) of the high stage compressor (31) is suppressed. As a result, it is possible to reliably prevent the liquid refrigerant from flowing into the high stage compressor (31).
  • Other configurations, operations, and effects are the same as those in the first embodiment.
  • Modification 1 as shown in FIG. 6, the installation location of the piping heater (38) in Embodiment 2 is changed. Specifically, in this modification, the piping heater (38) is provided in the middle of the gas outlet pipe (33c).
  • a gas-liquid separator heater (39) is provided instead of the pipe heater (38) in the second embodiment.
  • the gas-liquid separator heater (39) is provided in the gas-liquid separator (33) and constitutes a heating means for heating the refrigerant in the gas-liquid separator (33).
  • the third modification is a modification in which the liquid branch pipe (33e) is provided in the option unit (30) in the second modification of the second embodiment.
  • the liquid branch pipe (33e) is connected to the indoor unit (40) side of the liquid inflow pipe (33a) with respect to the indoor unit (40) side of the liquid inflow pipe (33a).
  • the other end is connected to the gas-liquid separator (33) side of the piping heater (38) in the gas outflow pipe (33c).
  • the liquid branch pipe (33e) is provided with a fourth solenoid valve (SV-4) as an on-off valve. This fourth solenoid valve (SV-4) is set to the open state only during the second defrosting operation.
  • the refrigerant temperature in (41) rises.
  • the refrigerant that has flowed into the liquid branch pipe (33e) is also heated.
  • the temperature rises, so the temperature of the intake refrigerant of the high-stage compressor (31) rises, and the temperature of the discharged refrigerant rises.
  • the temperature of the refrigerant sucked into the low-stage compressor (21) rises, and the temperature of the discharged refrigerant rises.
  • the defrosting capacity of the outdoor heat exchanger (22) can be improved.
  • a refrigerant other than carbon dioxide and carbon dioxide may be used.
  • the refrigeration apparatus according to the present invention generates hot water by exchanging heat between the refrigerant and water by heat exchange on the use side. For example, you may make it apply to a water heater.
  • the present invention is useful as a refrigeration apparatus including an optional unit for expansion having a high-stage compressor and a gas-liquid separator for intermediate pressure refrigerant.

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Abstract

　　低段側圧縮機（21）を有する室外ユニット（20）と室内ユニット（40）との間に、高段側圧縮機（31）及び気液分離器（33）を有するオプションユニット（30）が設けられている。除霜運転では、低段側圧縮機（21）の吐出冷媒で室外熱交換器（22）が除霜されると共に、気液分離器（33）の冷媒が高段側圧縮機（31）へ吸入されて低段側圧縮機（21）の吸入側へ吐出される。オプションユニット（30）には、除霜運転時に、高段側圧縮機（31）の吐出冷媒の一部を該高段側圧縮機（31）の吸入側へ戻すインジェクション管（36）が設けられている。よって、気液分離器（33）から高段側圧縮機（31）へ流れる冷媒が高温の吐出冷媒によってガス化される。

Description

明 細 書
冷凍装置
技術分野
[0001] 本発明は、冷凍装置に関し、特に、中間圧冷媒の気液分離器を用いて二段圧縮 二段膨張冷凍サイクルを行う冷凍装置に係るものである。
背景技術
[0002] 従来より、冷媒回路で冷凍サイクルを行う冷凍装置や給湯機などが知られている 。例えば、特許文献 1には、冷媒回路において冷媒を可逆に循環させて、室内の冷 房および暖房を行う冷凍装置として空気調和機が開示されている。
[0003] 具体的に、特許文献 1の空気調和機では、四路切換弁を切り換えることにより、冷 房時には圧縮機の吐出冷媒が室外熱交換器へ流れる冷房サイクルが行われ、暖房 時には圧縮機の吐出冷媒が室内熱交^^へ流れる暖房サイクルが行われる。さらに 、この空気調和機では、暖房運転中に室外熱交換器が着霜すると、暖房サイクルか ら冷房サイクルへ切り換えて、高温のホットガスで室外熱交^^の除霜を行う 、わゆ る逆サイクルデフロスト運転が行われる。
特許文献 1：特開平 10— 253207号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] ところで、近年では、地球環境保護等の面から、冷媒として二酸ィ匕炭素などの自 然冷媒が利用されている。しかし、二酸ィ匕炭素を用いた場合、二酸化炭素をその臨 界圧力まで圧縮することから、圧縮機の圧縮比が高くなり、圧縮機の負担が著しく大 きくなつてしまう。そこで、従来より、圧縮機の負担を軽減すると共に圧縮機の運転効 率を高めるために、低段側圧縮機と高段側圧縮機とを直列に設けると共に、中間圧 冷媒の気液分離器を設けて該気液分離器のガス冷媒を高段側圧縮機の吸入側にィ ンジェクシヨンする、 V、わゆる二段圧縮二段膨張冷凍サイクルが知られて 、る。
[0005] ここで、既設の上記空気調和機において、冷媒をニ酸ィ匕炭素に代えて、例えば 暖房サイクル時に二段圧縮二段膨張冷凍サイクルを行うため、高段側圧縮機および 気液分離器を後付けで設置する場合を考える。この場合、高段側圧縮機は、暖房サ イタル時に既設の低段側圧縮機の吐出冷媒を吸入するように、四路切換弁と室内熱 交換器との間の連絡ガス配管に設けられる。気液分離器は、室内熱交換器と室外熱 交 との間の連絡液配管に設けられ、ガス冷媒を高段側圧縮機の吸入側にインジ ェクシヨンする配管が接続される。ス冷媒のインジェクション量と高段側圧縮機の吸入 冷媒量との関係から、一般に、高段側圧縮機の容積が低段側圧縮機の容積よりも小 さくなるように設定される。
[0006] 上記の状態において、暖房サイクル時には、低段側圧縮機の吐出冷媒が四路切 換弁を介して高段側圧縮機へ吸入されて二段圧縮された後、室内熱交換器へ流れ て凝縮する一方、気液分離器のガス冷媒が高段側圧縮機の吸入側に流れる。気液 分離器の液冷媒は、室外熱交換器へ流れて蒸発した後、低段側圧縮機へ吸入され て再び吐出される。冷房サイクル時には、既設の低段側圧縮機の吐出冷媒が四路 切換弁を介して室外熱交換器へ流れて凝縮し、この液冷媒が気液分離器を介して 室内熱交換器へ流れて蒸発する。つまり、この冷房サイクル時では、高段側圧縮機 の吸入側が低段側圧縮機とは連通せずに気液分離器とだけに連通することになる。 したがって、冷房サイクル時に、高段側圧縮機も併せて運転しょうとすると、気液分離 器の液冷媒が高段側圧縮機へ吸入される、いわゆる液バックの恐れがあるという問 題が生じる。
[0007] このことから、冷房サイクル時は、高段側圧縮機を運転することが困難となる。そう すると、逆サイクルのデフロスト運転では、高段側圧縮機を備えているにも拘わらず 低段側圧縮機しか運転することができないため、除霜能力が十分に発揮されず、除 霜時間が長くなつてしまう。この結果、暖房運転時の快適性が損なわれる。
[0008] 本発明は、斯カる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、暖房 運転時に二段圧縮二段膨張冷凍サイクルを行うために後付けで高段側圧縮機およ び気液分離器を設けた冷凍装置において、冷房サイクルで除霜運転する際に、気液 分離器から高段側圧縮機への液バックを防止し、両圧縮機を運転させることである。 課題を解決するための手段
[0009] 第 1の発明は、低段側圧縮機 (21)と高段側圧縮機 (31)と中間圧冷媒の気液分離 器 (33)とを有し、二段圧縮二段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路 (15)を備えて!/、る 。上記冷媒回路 (15)は、低段側圧縮機 (21)の吐出冷媒が高段側圧縮機 (31)で圧 縮される一方、凝縮冷媒が気液分離器 (33)を流れると共に該気液分離器 (33)のガ ス冷媒が高段側圧縮機 (31)に吸入されて冷媒がニ段圧縮二段膨張される暖房サイ クルと、低段側圧縮機 (21)から吐出されて凝縮した冷媒が気液分離器 (33)をバイパ スして流れる一方、蒸発冷媒が高段側圧縮機 (31)をバイパスして流れて冷媒が単段 圧縮単段膨張される除霜サイクルとが切り換えて行われる冷凍装置を前提としている
[0010] そして、本発明は、上記冷媒回路（15)が、高段側圧縮機 (31)の吐出冷媒の一部 を該高段側圧縮機 (31)の吸入側へインジヱクシヨンし、気液分離器 (33)からの冷媒 と混合させるインジェクション管（36)を備えて!/ヽるものである。
[0011] 上記の発明では、暖房運転の場合、冷媒回路（15)において、中間圧冷媒が気液 分離器 (33)で液冷媒とガス冷媒とに分離されると共に、二段圧縮二段膨張の冷凍サ イタルが行われる。また、除霜運転 (逆サイクルデフロスト運転)の場合、冷媒回路（15 )において、単段圧縮単段膨張の冷凍サイクルが行われる。
[0012] 具体的に、暖房運転の場合、高段側圧縮機 (31)で高圧まで圧縮された冷媒は、 利用側熱交換器である例えば室内熱交換器で凝縮し、その後中間圧まで減圧され て気液分離器 (33)へ流入する。この気液分離器 (33)では、中間圧冷媒が液冷媒と ガス冷媒とに分離される。分離された液冷媒は、低圧まで減圧された後、熱源側熱交 である例えば室外熱交^^で蒸発する。この蒸発冷媒は、低段側圧縮機 (21) で中間圧まで圧縮された後、高段側圧縮機 (31)へ吸入されて再び吐出され、この冷 媒循環を繰り返す。一方、上記気液分離器 (33)で分離されたガス冷媒は、低段側圧 縮機 (21)の吐出冷媒と混合して高段側圧縮機 (31)へ吸入される。
[0013] 一方、除霜運転の場合、例えば高段側圧縮機 (31)を停止させた状態で低段側圧 縮機 (21)が運転される。その場合、低段側圧縮機 (21)で高圧まで圧縮された冷媒 が室外熱交換器で凝縮し、室外熱交換器の除霜が行われる。凝縮した冷媒は、気液 分離器 (33)を通らずに流れ、低圧まで減圧された後、室内熱交換器で蒸発する。こ の蒸発した冷媒は、高段側圧縮機 (31)を通らずに低段側圧縮機 (21)へ吸入されて 再び吐出され、この冷媒循環を繰り返す。高段側圧縮機 (31)の吐出側は低段側圧 縮機 (21)の吸入側に連通しているが、高段側圧縮機 (31)の吸入側は、低段側圧縮 機 (21)の吐出側および吸入側の何れにも連通せず、気液分離器 (33)に連通してい る。
[0014] ここで、除霜能力を増大させるために高段側圧縮機 (31)も併せて運転すると、気 液分離器 (33)力 ガス冷媒が高段側圧縮機 (31)へ吸入されると共に、その高段側 圧縮機 (31)の吐出冷媒が室内熱交換器で蒸発した冷媒と混合して低段側圧縮機 (2 1)へ吸入されることになる。これにより、冷媒回路（15)において、高段側圧縮機 (31) の仕事量 (入熱)の分だけ冷媒のェンタルビが増大するため、除霜能力が増大する。
[0015] ところが、上記除霜運転では、気液分離器 (33)のガス冷媒だけでなく液冷媒まで も高段側圧縮機 (31)へ吸入される恐れがある。そして、液冷媒が吸入されると、圧縮 機が損傷する恐れがある。そこで、本発明では、高段側圧縮機 (31)の吐出冷媒のー 部がインジェクション管（36)を通って高段側圧縮機 (31)の吸入側に戻される。これに より、気液分離器 (33)力も流出した液冷媒カ Sインジェクション管 (36)の高温の吐出冷 媒と混合するので、液冷媒が加熱されてガス化する。したがって、高段側圧縮機 (31) への液冷媒の吸入が防止される。
[0016] 第 2の発明は、低段側圧縮機 (21)および熱源側熱交換器 (22)を有する熱源ュニ ット (20)と、利用側熱交換器 (41)を有する利用ユニット (40)と、高段側圧縮機 (31)が 設けられ、上記熱源ユニット (20)および利用ユニット (40)の間に繋がるガスライン (3G )と、上記高段側圧縮機 (31)の吸入側とガス流出管 (33c)によって接続される中間圧 冷媒の気液分離器 (33)が設けられ、上記熱源ユニット (20)および利用ユニット (40) の間に繋がる液ライン (3L)とを有する中間ユニット (30)とを有し、上記低段側圧縮機 (21)の吐出冷媒がガスライン (3G)の高段側圧縮機 (31)で圧縮される一方、利用ュ ニット (40)の液冷媒が液ライン (3L)の気液分離器 (33)を流れて冷媒がニ段圧縮さ れる暖房サイクルと、上記低段側圧縮機 (21)カゝら熱源側熱交換器 (22)へ流れた冷 媒が液ライン (3L)の気液分離器 (33)をバイパスして流れる一方、利用ユニット (40) のガス冷媒がガスライン (3G)の高段側圧縮機 (31)およびガス流出管 (33c)をバイパ スして流れて冷媒が単段圧縮される除霜サイクルとが切り換えて行われる冷媒回路（ 15)を備えた冷凍装置を前提として!/、る。
[0017] そして、本発明は、上記中間ユニット (30)は、ガスライン (3G)に設けられ、高段側 圧縮機 (31)の吐出冷媒の一部を該高段側圧縮機 (31)の吸入側とガス流出管 (33c) との間にインジェクションするインジェクション管（36)を有しているものである。
[0018] 上記の発明では、熱源ユニット（20)および利用ユニット（40)の間に中間ユニット（ 30)が接続されて冷媒回路（15)が構成されている。そして、中間ユニット (30)は、例 えば、既設の熱源ユニット（20)および利用ユニット (40)に対して、暖房時に冷媒をニ 段圧縮二段膨張させて暖房能力を向上させるために増設するユニットを構成してい る。
[0019] 暖房運転の場合、高段側圧縮機 (31)で高圧まで圧縮された冷媒は、ガスライン（ 3G)を介して利用ユニット (40)へ流れ、利用側熱交換器 (41)で凝縮する。この凝縮 冷媒は、中間ユニット（30)の液ライン (3L)へ流れて中間圧まで減圧された後、気液 分離器 (33)へ流入する。この気液分離器 (33)では、中間圧冷媒が液冷媒とガス冷 媒とに分離される。分離された液冷媒は、液ライン (3L)を介して熱源ユニット (20)へ 流れ、低圧まで減圧された後、熱源側熱交換器 (22)で蒸発する。この蒸発冷媒は、 低段側圧縮機 (21)で中間圧まで圧縮された後、中間ユニット (30)のガスライン (3G) へ流れて高段側圧縮機 (31)で再び高圧まで圧縮され、この冷媒循環を繰り返す。一 方、上記気液分離器 (33)で分離されたガス冷媒は、ガス流出管 (33c)を通じてガスラ イン (3G)へ流れ、低段側圧縮機 (21)の吐出冷媒と混合して高段側圧縮機 (31)へ吸 入される。つまり、この暖房運転では、冷媒回路（15)において二段圧縮二段膨張冷 凍サイクルが行われる。
[0020] 一方、除霜運転の場合、例えば高段側圧縮機 (31)を停止させた状態で低段側圧 縮機 (21)が運転される。その場合、低段側圧縮機 (21)で高圧まで圧縮された冷媒 は、熱源側熱交換器 (22)で凝縮し、熱源側熱交換器 (22)の除霜が行われる。凝縮 した冷媒は、中間ユニット (30)の液ライン (3L)へ流れ、気液分離器 (33)を通らずに 利用ユニット (40)へ流れる。この冷媒は、低圧まで減圧された後、室内熱交換器で 蒸発し、中間ユニット (30)のガスライン (3G)へ流れる。このガスライン (3G)の冷媒は 、高段側圧縮機 (31)およびガス流出管 (33c)をバイパスして熱源ユニット (20)へ流れ る。この熱源ユニット (20)へ流入した冷媒は、低段側圧縮機 (21)で再び高圧まで圧 縮され、この冷媒循環を繰り返す。つまり、この除霜サイクルにおいて、高段側圧縮 機 (31)の吐出側は低段側圧縮機 (21)の吸入側に連通して 、るが、高段側圧縮機 (3 1)の吸入側は、低段側圧縮機 (21)の吐出側および吸入側の何れにも連通せず、気 液分離器 (33)に連通して 、る。
[0021] ここで、除霜能力を増大させるために高段側圧縮機 (31)も併せて運転すると、気 液分離器 (33)力 ガス冷媒が高段側圧縮機 (31)へ吸入されると共に、その高段側 圧縮機 (31)の吐出冷媒がガスライン (3G)で利用側熱交換器 (41)からの蒸発冷媒と 混合して低段側圧縮機 (21)へ吸入される。これにより、冷媒回路（15)においては、 高段側圧縮機 (31)の仕事量 (入熱)の分だけ冷媒のェンタルビが増大するため、除 霜能力が増大する。
[0022] ところが、上記除霜運転では、気液分離器 (33)のガス冷媒だけでなく液冷媒まで も高段側圧縮機 (31)へ吸入される恐れがある。そして、液冷媒が吸入されると、圧縮 機が損傷する恐れがある。そこで、本発明では、高段側圧縮機 (31)の吐出冷媒のー 部がインジェクション管（36)を通って高段側圧縮機 (31)の吸入側に流れる。これによ り、ガス流出管（33c)力も流出した液冷媒カインジェクション管（36)の高温の吐出冷 媒と混合し、加熱されてガス化する。したがって、高段側圧縮機 (31)への液冷媒の吸 入が防止される。
[0023] 第 3の発明は、上記第 2の発明において、上記中間ユニット（30)は、液ライン (3L) に設けられて気液分離器 (33)へ流入する冷媒を加熱する加熱手段 (38)を有して 、 るものである。
[0024] 上記の発明では、高段側圧縮機 (31)および低段側圧縮機 (21)の両方を運転す る除霜運転にぉ 、て、熱源ユニット (20)から中間ユニット（30)の液ライン (3L)へ流入 した液冷媒の一部が気液分離器 (33)へ流れ、残りが利用ユニット (40)へ流れる。つ まり、上記気液分離器 (33)からガス冷媒が高段側圧縮機 (31)へ吸入されるので、そ の吸入された分だけ液ライン (3L)の冷媒の一部が気液分離器 (33)へ補充される。
[0025] 上記の状態にお!、て、気液分離器 (33)へ流れる冷媒は、加熱手段 (38)によって 加熱されるので、気液二相状態の冷媒となる。つまり、冷媒の乾き度が高くなる。これ により、気液分離器 (33)において、冷媒全体に対するガス冷媒量の割合が高くなる。 したがって、気液分離器 (33)から高段側圧縮機 (31)への液冷媒の流出が抑制され る。その結果、高段側圧縮機 (31)への液冷媒の吸入が確実に防止される。
[0026] 第 4の発明は、上記第 2の発明において、上記中間ユニット（30)は、ガス流出管（ 33c)に設けられて気液分離器 (33)からの冷媒を加熱する加熱手段 (38)を有して 、 るものである。
[0027] 上記の発明では、高段側圧縮機 (31)および低段側圧縮機 (21)の両方を運転す る除霜運転にぉ 、て、気液分離器 (33)から液冷媒がガス流出管（33c)を通じて流出 しても、その液冷媒が加熱手段 (38)によって加熱されてガス化する。したがって、高 段側圧縮機 (31)への液冷媒の吸入が確実に防止される。
[0028] 第 5の発明は、上記第 2の発明において、上記中間ユニット (30)は、気液分離器 ( 33)に設けられて該気液分離器 (33)の冷媒を加熱する加熱手段 (39)を有して 、るも のである。
[0029] 上記の発明では、高段側圧縮機 (31)および低段側圧縮機 (21)の両方を運転す る除霜運転において、気液分離器 (33)内の冷媒が加熱手段 (39)によって加熱され るので、気液分離器 (33)内におけるガス冷媒量の割合が高くなる。したがって、気液 分離器 (33)から高段側圧縮機 (31)への液冷媒の流出が抑制される。その結果、高 段側圧縮機 (31)への液冷媒の吸入が確実に防止される。
[0030] 第 6の発明は、上記第 4の発明において、上記中間ユニット (30)は、一端が液ライ ン (3L)に接続され、他端がガス流出管 (33c)における加熱手段 (38)の上流に接続さ れた液分岐管（33e)を有して 、るものである。
[0031] 上記の発明では、高段側圧縮機 (31)および低段側圧縮機 (21)の両方を運転す る除霜運転にぉ 、て、熱源ユニット (20)から中間ユニット（30)の液ライン (3L)へ流入 した液冷媒の一部が気液分離器 (33)へ流れ、残りが利用ユニット (40)へ向かって流 れる。さらに、その利用ユニット (40)へ向かって流れる冷媒は、一部が液分岐管（33e )へ流れ、残りが利用ユニット (40)へ流れる。上記液分岐管（33e)に流れた冷媒は、 ガス流出管 (33c)で気液分離器 (33)からの冷媒と合流した後、配管用ヒータ (38)に よって加熱される。 [0032] 以上により、利用側熱交換器 (41)へ流入する冷媒量が減少するので、その利用 側熱交換器 (41)における冷媒温度が上昇する。したがって、低段側圧縮機 (21)に 吸入される冷媒の温度が上昇し、その吐出冷媒の温度も上昇する。よって、除霜能 力が増大する。
[0033] 第 7の発明は、上記第 1または第 2の発明において、上記冷媒が二酸化炭素であ るものである。
[0034] 上記の発明では、暖房運転において、二酸化炭素がその臨界圧力まで圧縮され るが、低段側圧縮機 (21)と高段側圧縮機 (31)とによって二段圧縮されるので、圧縮 機の負担が軽減される。
発明の効果
[0035] したがって、本発明によれば、高段側圧縮機 (31)が気液分離器 (33)力 ガス冷 媒を吸入して低段側圧縮機 (21)の吸入側へ吐出する除霜運転において、高段側圧 縮機 (31)の吐出冷媒の一部をその吸入側にインジェクションするようにした。したが つて、気液分離器 (33)から液冷媒が高段側圧縮機 (31)へ向力つて流出した場合で も、その液冷媒を高温の吐出冷媒でガス化させることができる。これにより、高段側圧 縮機 (31)における液冷媒の吸入を防止することができる。その結果、除霜運転にお いて、低段側圧縮機 (21)および高段側圧縮機 (31)の両方を運転することができ、除 霜能力を増大させることができる。
[0036] さらに、第 3の発明によれば、液ライン (3L)に気液分離器 (33)へ流入する冷媒を 加熱する加熱手段 (38)を設けるようにしたので、気液分離器 (33)へ流入する冷媒の 乾き度が高めることができる。これにより、気液分離器 (33)におけるガス冷媒量の割 合を高めることができるので、高段側圧縮機 (31)への液冷媒の吸入を確実に防止す ることがでさる。
[0037] また、第 4の発明によれば、ガス流出管 (33c)に気液分離器 (33)からの冷媒をカロ 熱する加熱手段 (38)を設けるようにしたので、ガス流出管（33c)に流出した液冷媒を ガス化させることができる。これにより、高段側圧縮機 (31)への液冷媒の吸入を確実 に防止することができる。
[0038] また、第 5の発明によれば、気液分離器 (33)内の冷媒を加熱する加熱手段 (39) を設けるようにしたので、気液分離器 (33)におけるガス冷媒量の割合を高めることが できる。したがって、気液分離器 (33)力も液冷媒の流出を抑制できるので、高段側圧 縮機 (31)への液冷媒の吸入を確実に防止することができる。
[0039] また、第 6の発明によれば、利用ユニット (40)へ向力う液ライン (3L)の冷媒の一部 をガス流出管 (33c)へ流すようにしたので、利用側熱交換器 (41)へ流入する冷媒量 を減少させ、その利用側熱交 (41)における冷媒温度を上昇させることができる。 これにより、低段側圧縮機 (21)における吸入冷媒および吐出冷媒の温度を上昇させ ることができ、除霜能力を一層増大させることができる。
[0040] また、第 7の発明によれば、冷媒に二酸化炭素を用いて、二酸化炭素をその臨界 圧力まで圧縮するが、低段側圧縮機 (21)および高段側圧縮機 (31)によって二段圧 縮するので、各圧縮機の負担を軽減することができる。
図面の簡単な説明
[0041] [図 1]図 1は、実施形態 1に係る空気調和装置の冷媒回路図である。
[図 2]図 2は、実施形態 1に係る空気調和装置の冷房運転の動作を示す冷媒回路図 である。
[図 3]図 3は、実施形態 1に係る空気調和装置の暖房運転の動作を示す冷媒回路図 である。
[図 4]図 4は、実施形態 1に係る空気調和装置の除霜運転の動作を示す冷媒回路図 である。
[図 5]図 5は、実施形態 2に係る空気調和装置の除霜運転の動作を示す冷媒回路図 である。
[図 6]図 6は、実施形態 2の変形例 1に係る空気調和装置の除霜運転の動作を示す 冷媒回路図である。
[図 7]図 7は、実施形態 2の変形例 2に係る空気調和装置の除霜運転の動作を示す 冷媒回路図である。
[図 8]図 8は、実施形態 2の変形例 3に係る空気調和装置の除霜運転の動作を示す 冷媒回路図である。
符号の説明 10 空気調和装置 (冷凍装置）
15 冷媒回路
20 室外ユニット (熱源ユニット）
21 低段側圧縮機
22 室外熱交換器 (熱源側熱交換器)
30 オプションユニット（中間ユニット）
31 高段側圧縮機
33 気液分離器
33c ガス流出管
33e 液分岐管
36 インジェクション管
38 配管用ヒータ (加熱手段）
39 気液分離器用ヒータ (加熱手段）
40 室内ユニット (利用ユニット）
41 室内熱交翻 (利用側熱交翻)
3G ガスライン
3L 液ライン
発明を実施するための最良の形態
[0043] 以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
[0044] 《発明の実施形態 1》
本実施形態 1の冷凍装置は、冷房運転、暖房運転および除霜運転 (デフロスト運 転）が可能なヒートポンプ式の空気調和装置（10)を構成して!/、る。図 1に示すように、 この空気調和装置（10)は、室外に設置される室外ユニット (20)と、増設用の中間ュ ニットを構成するオプションユニット（30)と、室内に設置される室内ユニット (40)とを備 えている。
[0045] 上記室外ユニット (20)は、第 1連絡配管（11)および第 2連絡配管（12)を介してォ プシヨンユニット（30)に接続されている。また、上記室外ユニット (20)は、第 3連絡配 管（13)および第 4連絡配管（14)を介してオプションユニット (30)に接続されて!ヽる。 このように、各ユニット (20,30,40)が接続されて、冷媒回路（15)が構成されている。こ の冷媒回路（15)は、冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うように構成さ れている。
[0046] なお、上記オプションユニット（30)は、既設のセパレート型の空気調和装置のパヮ 一アップユニットを構成している。具体的に、既設の空気調和装置は、室外ユニット（ 20)と室内ユニット (40)とから成る冷媒回路で単段圧縮式の冷凍サイクルが行われる ものであった。そして、上述したように、これら室外ユニット（20)および室内ユニット（4 0)の間にオプションユニット（30)を接続することで、この空気調和装置（10)の冷媒回 路（15)では、後述する二段圧縮二段膨張冷凍サイクルが行われる。
[0047] 〈室外ユニット〉
上記室外ユニット (20)は、低段側圧縮機 (21)、室外熱交換器 (22)、室外側膨張 弁 (25)および四路切換弁 (23)を備えて 、る。
[0048] 上記低段側圧縮機 (21)は、高圧ドーム型の可変容量式のスクロール圧縮機によ り構成されている。上記室外熱交翻 (22)は、クロスフィンアンドチューブ式の熱交 で構成されている。この室外熱交 (22)の近傍には、室外ファン (24)が設置 されている。この室外ファン (24)は、室外熱交翻 (22)へ室外空気を送り込む。上 記室外側膨張弁 (25)は、その開度を調節可能な電子膨張弁により構成されている。
[0049] 上記四路切換弁 (23)は、第 1から第 4までの 4つのポートを備えている。この四路 切換弁 (23)は、第 1ポートに低段側圧縮機 (21)の吐出管 (21a)が接続され、第 2ポ 一トに低段側圧縮機 (21)の吸入管 (21b)が接続されている。また、この四路切換弁（ 23)は、第 3ポートに室外熱交換器 (22)および室外側膨張弁 (25)を介して第 2連絡 配管（12)が接続され、第 4ポートに第 1連絡配管（11)が接続されている。そして、上 記四路切換弁 (23)は、第 1ポートと第 3ポートとを連通させ且つ第 2ポートと第 4ポート とを連通させる状態と、第 1ポートと第 4ポートとを連通させ且つ第 2ポートと第 3ポート とを連通させる状態とに切り換え可能に構成されて 、る。
[0050] 〈室内ユニット〉
上記室内ユニット (40)は、室内熱交換器 (41)および室内側膨張弁 (42)を備えて いる。この室内熱交翻 (41)の一端は、第 3連絡配管（13)に接続され、他端は、室 内側膨張弁 (42)を介して第 4連絡配管（14)に接続されている。上記室内熱交換器（ 41)は、クロスフィンアンドチューブ式の熱交^^により構成されている。この室内熱 交 (41)の近傍には、室内ファン (43)が設置されている。この室内ファン (43)は、 室内熱交換器 (41)へ室内空気を送り込む。上記室内側膨張弁 (42)は、その開度が 調節可能な電子膨張弁により構成されている。
[0051] 〈オプションユニット〉
上記オプションユニット (30)は、高段側圧縮機 (31)、三路切換弁 (32)、気液分離 器 (33)およびオプション側膨張弁 (34)を備えて!/、る。
[0052] 上記高段側圧縮機 (31)は、高圧ドーム型の可変容量式のスクロール圧縮機によ り構成されている。この高段側圧縮機 (31)の吐出管 (31a)は、室内ユニット (40)から 延びる第 3連絡配管（13)に接続されている。この高段側圧縮機 (31)の吸入管 (31b) は、上記三路切換弁 (32)に接続されている。また、本実施形態では、高段側圧縮機 (31)の容積が低段側圧縮機 (21)の容積よりも小さく設定されて!、る。
[0053] 上記三路切換弁 (32)は、第 1から第 3までの 3つのポートを備えて 、る。この三路 切換弁 (32)は、第 1のポートにガスバイパス管 (31c)が接続され、第 2のポートに高段 側圧縮機 (31)の吸入管 (31b)が接続され、第 3のポートにガス連絡管 (31d)が接続さ れている。そして、上記三路切換弁 (32)は、第 1ポートと第 3ポートを連通させる状態 と、第 2ポートと第 3ポートを連通させる状態とに切り換え可能に構成されている。上記 ガスバイパス管 (31c)は、高段側圧縮機 (31)の吐出管 (31a)の途中に繋がって 、る。 上記ガス連絡管 (31d)は、室外ユニット (20)から延びる第 1連絡配管（11)に繋がって いる。このオプションユニット (30)において、高段側圧縮機 (31)の吐出管（31a)およ び吸入管 (31b)とガス連絡管 (31d)とはガスライン (3G)を構成して!/ヽる。
[0054] 上記気液分離器 (33)は、気液二相状態の冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する ものである。具体的に、この気液分離器 (33)は、円筒状の密閉容器で構成されてお り、その下部に液冷媒貯留部が形成される一方、その上側にガス冷媒貯留部が形成 されている。
[0055] この気液分離器 (33)には、その胴部を貫通して液冷媒貯留部に臨む液流入管（ 33a)および液流出管（33b)がそれぞれ接続されて!ヽる。上記液流入管（33a)は室内 ユニット (40)から延びる第 4連絡配管（14)に繋がり、上記液流出管 (33b)は室外ュ- ット (20)から延びる第 2連絡配管（12)に繋がっている。上記液流入管 (33a)および液 流出管（33b)の間には、液バイパス管（33d)が接続されている。このオプションュ-ッ ト（30)にお 、て、液流入管（33a)および液流出管（33b)は液ライン (3L)を構成して!/、 る。
[0056] また、上記気液分離器 (33)には、その頂部を貫通してガス冷媒貯留部に臨むガ ス流出管 (33c)が接続されている。このガス流出管 (33c)は、高段側圧縮機 (31)の吸 入管（21b)の途中に繋がって 、る。
[0057] 上記オプション側膨張弁 (34)は、液流入管（33a)における液バイパス管（33d)と の接続部よりも気液分離器 (33)側に設けられて 、る。このオプション側膨張弁 (34) は、その開度を調節可能な電子膨張弁により構成されている。
[0058] 上記オプションユニット (30)には、開閉弁としての電磁弁や、冷媒流れを規制する 逆止弁が設けられている。具体的に、上記液バイパス管 (33d)には第 1電磁弁 (SV-1 )が設けられている。また、上記液流出管 (33b)には第 1逆止弁 (CV-1)が設けられ、 高段側圧縮機 (31)の吐出管 (31a)におけるガスバイパス管 (31c)との接続部よりも高 段側圧縮機 (31)側に第 2逆止弁 (CV-2)が設けられている。なお、これらの逆止弁（ CV-1.CV-2)は、それぞれ図 1の矢印で示す方向のみの冷媒の流れを許容している
[0059] また、本発明の特徴として、オプションユニット（30)は、インジェクション管 (36)を 備えている。
[0060] このインジェクション管 (36)は、流入端である一端が高段側圧縮機 (31)と第 2逆 止弁 (CV-2)の間の吐出管 (31a)に接続され、流出端である他端が高段側圧縮機 (3 1)とガス流出管（33c)の間の吸入管（31b)に接続されている。また、このインジェクシ ヨン管 (36)には、流入端側力 順に開閉弁としての第 3電磁弁 (SV-3)とキヤビラリチ ユーブ (37)とが設けられて 、る。
[0061] 上記インジェクション管 (36)は、除霜運転時に、高段側圧縮機 (31)の吐出ガス冷 媒を高段側圧縮機 (31)の吸入側にインジェクションするように構成されて 、る。これ により、除霜運転の際、高段側圧縮機 (31)の駆動によって気液分離器 (33)からガス 流出管（33c)を通じて吸い上げられた気液二相の冷媒力 インジェクションされた吐 出ガス冷媒によって加熱される。
[0062] 運転動作
次に、本実施形態 1に係る空気調和装置（10)の運転動作について説明する。
[0063] く冷房運転〉
この冷房運転では、四路切換弁 (23)および三路切換弁 (32)が図 2に示す状態に 設定され、第 1電磁弁 (SV-1)が開状態に、第 3電磁弁 (SV-3)が閉状態にそれぞれ 設定される。また、上記室外側膨張弁 (25)が全開状態に、オプション側膨張弁 (34) が全閉状態にそれぞれ設定される一方、室内側膨張弁 (42)の開度が運転条件に応 じて適宜調節される。さらに、この冷房運転では、低段側圧縮機 (21)が運転される一 方、高段側圧縮機 (31)は停止状態となる。つまり、この冷房運転時の冷媒回路（15) では、低段側圧縮機 (21)のみで冷媒が圧縮され、単段圧縮式の冷凍サイクルが行 われる。
[0064] 上記室外ユニット (20)の低段側圧縮機 (21)の高圧の吐出冷媒は、室外熱交換 器 (22)へ流れる。この室外熱交換器 (22)では、高圧冷媒が室外空気へ放熱して凝 縮する。この室外熱交翻 (22)で凝縮した冷媒は、オプションユニット（30)の液流出 管（33b)、液バイパス管（33d)および液流入管（33a)を経由して室内ユニット (40)へ 送られる。つまり、上記オプションユニット（30)に流入した冷媒は、気液分離器 (33)を バイパスして液ライン (3L)を流れる。
[0065] 上記室内ユニット (40)に流入した冷媒は、室内側膨張弁 (42)を通過する際に低 圧まで減圧される。この減圧後の低圧冷媒は、室内熱交換器 (41)へ流れ、室内空気 から吸熱して蒸発する。その結果、室内空気が冷やされ、室内の冷房が行われる。 上記室内熱交換器 (41)で蒸発した冷媒は、オプションユニット (30)の吐出管 (31a)、 ガスバイパス管（31c)およびガス連絡管（31d)を経由して室外ユニット（20)へ送られ る。この室外ユニット (20)に流入した冷媒は、低段側圧縮機 (21)に吸入される。
[0066] く暖房運転〉
この暖房運転では、四路切換弁 (23)および三路切換弁 (32)が図 3に示す状態に 設定され、第 1電磁弁 (SV-1)および第 3電磁弁 (SV-3)が閉状態に設定される。また 、上記室内側膨張弁 (42)、オプション側膨張弁 (34)および室外側膨張弁 (25)の開 度が運転条件に応じて適宜調節される。また、この暖房運転では、低段側圧縮機 (21 )および高段側圧縮機 (31)の両方が運転される。
[0067] 上記オプションユニット (30)の高段側圧縮機 (31)の高圧の吐出冷媒は、室内ュ ニット (40)の室内熱交換器 (41)へ流れる。この室内熱交換器 (41)では、高圧冷媒が 室内空気へ放熱して凝縮する。その結果、室内空気が加熱され、室内の暖房が行わ れる。この室内熱交 (41)で凝縮した冷媒は、室内側膨張弁 (42)で減圧された 後、オプションユニット（30)の液流入管（33a)へ流れ、オプション側膨張弁 (34)でさら に減圧されて中間圧の冷媒となり気液分離器 (33)へ流入する。
[0068] 上記気液分離器 (33)では、中間圧の気液二相状態の冷媒がガス冷媒と液冷媒と に分離される。分離された飽和状態のガス冷媒は、ガス流出管 (33c)を通じて高段側 圧縮機 (31)の吸入側へ流れる。一方、分離された液冷媒は、液流出管 (33b)から室 外ユニット (20)へ送られる。この室外ユニット（20)に流入した冷媒は、室外側膨張弁 (25)で低圧まで減圧される。この低圧の冷媒は、室外熱交換器 (22)へ流れ、室外空 気から吸熱して蒸発する。この室外熱交換器 (22)で蒸発した冷媒は、低段側圧縮機 (21)に吸入される。
[0069] 上記低段側圧縮機 (21)では、低圧の冷媒が圧縮されて中間圧の冷媒となる。こ の中間圧の冷媒は、オプションユニット（30)へ再び送られる。このオプションユニット（ 30)へ流入した冷媒は、ガス連絡管 (31d)および三路切換弁 (32)を介して高段側圧 縮機 (31)の吸入管 (31b)へ流れ、ガス流出管 (33c)力 のガス冷媒と合流して高段 側圧縮機 (31)に吸入される。
[0070] 以上のように、暖房運転では、高圧冷媒をニ段階に膨張 (減圧)させる一方、低圧 冷媒をニ段階に圧縮する、二段圧縮二段膨張冷凍サイクルが行われる。さらに、この 暖房運転では、中間圧の気液二相状態の冷媒を気液分離器 (33)でガス冷媒と液冷 媒とに分離し、分離後のガス冷媒を高段側圧縮機 (31)へ戻している。その結果、室 外熱交換器 (22)へは液冷媒だけが送られるので、気液分離器 (33)から室外熱交換 器 (22)までの液配管の圧力損失が低減されると共に、液冷媒の一部が蒸発する、い わゆるフラッシュ現象の発生が抑制される。 [0071] また、上記気液分離器 (33)で分離されたガス冷媒は室外熱交換器 (22)および低 段側圧縮機 (21)へ送られな!/ヽことから、低段側圧縮機 (21)でガス冷媒が圧縮される ことはないので、圧縮機全体の仕事量が減少する。その結果、空気調和装置（10)の COPが向上する。さらに、上記気液分離器 (33)で分離した中間圧のガス冷媒を高 段側圧縮機 (31)に吸入させるので、高段側圧縮機 (31)の吸入冷媒が冷却される。 その結果、高段側圧縮機 (31)における吐出冷媒温度の異常上昇が回避される。
[0072] く除霜運転〉
この除霜運転は、上述した暖房運転にぉ ヽて室外熱交換器 (22)で着霜が生じた 場合に、その霜を溶かすための運転である。本実施形態の除霜運転は、冷媒流れを 暖房運転時とは逆向きにして行う、いわゆる逆サイクルデフロスト運転である。また、こ の除霜運転は、高段側圧縮機 (31)を停止し低段側圧縮機 (21)のみを運転して行う 第 1除霜運転と、高段側圧縮機 (31)および低段側圧縮機 (21)の両方を運転して行う 第 2除霜運転とに切り換えられる。
[0073] 先ず、第 1除霜運転では、上述した冷房運転と同様に、四路切換弁 (23)、三路切 換弁 (32)および第 1電磁弁 (SV-1)等が図 2の状態に設定される。そして、低段側圧 縮機 (21)が運転されると、冷房運転と同様に冷媒が流れる。つまり、上記低段側圧 縮機 (21)の高温の吐出冷媒が室外熱交換器 (22)へ流れる。この室外熱交換器 (22 )では、高温の冷媒によって除霜される。
[0074] 上記第 2除霜運転では、四路切換弁 (23)および三路切換弁 (32)が図 4に示す状 態に設定され、第 1電磁弁 (SV-1)および第 3電磁弁 (SV-3)が開状態に設定される。 また、上記室外側膨張弁 (25)およびオプション側膨張弁 (34)が全開状態に設定さ れる一方、室内側膨張弁 (42)の開度が所定開度に設定される。つまり、この第 2除霜 運転では、上述した第 1除霜運転時の冷媒回路（15)の状態において、第 3電磁弁 (S V-3)が開状態に、オプション側膨張弁 (34)が全開状態にそれぞれ設定される。この 状態にお 、て、低段側圧縮機 (21)および高段側圧縮機 (31)が運転される。
[0075] 上記低段側圧縮機 (21)の吐出冷媒は、室外熱交換器 (22)へ流れて除霜した後 、オプションユニット（30)の液流入管（33a)へ流れる。この冷媒は、一部が室内ュニッ ト (40)へ流れ、残りが気液分離器 (33)へ流れる。 [0076] 上記室内ユニット (40)へ流入した冷媒は、室内熱交換器 (41)を通った後、ォプシ ヨンユニット (30)の吐出管（31a)、ガスバイノス管（31c)およびガス連絡管（31d)を経 由して室外ユニット (20)へ送られる。この室外ユニット（20)に流入した冷媒は、低段 側圧縮機 (21)に吸入される。上記気液分離器 (33)に流入した冷媒は、ガス冷媒と液 冷媒とに分離され、そのガス冷媒がガス流出管 (33c)を通じて高段側圧縮機 (31)の 吸入管 (31b)へ流れる。
[0077] 一方、上記高段側圧縮機 (31)の吐出冷媒は、一部がガスバイパス管 (31c)で室 内ユニット (40)からの冷媒と合流し、残りがインジェクション管（36)へ流れる。上記ガ スパイパス管 (31c)で合流した冷媒は、上述したように低段側圧縮機 (21)へ吸入され る。この吸入冷媒は、第 1除霜運転時の吸入冷媒と比べて、高段側圧縮機 (31)の仕 事量 (入熱量)の分だけェンタルビが増大している。したがって、上記低段側圧縮機（ 21)の吐出冷媒もェンタルビが増大し、室外熱交換器 (22)における除霜能力が増大 する。
[0078] 上記インジェクション管 (36)へ流れた高温の冷媒は、キヤビラリチューブ (37)を通 つて、吸入管 (31b)で気液分離器 (33)からのガス冷媒と合流して高段側圧縮機 (31) へ吸入される。ここで、気液分離器 (33)力も吸入管 (31b)へは、ガス冷媒だけでなぐ 液冷媒も流出する恐れがある。その場合、吸入管（31b)へ流出した液冷媒は、インジ ヱクシヨン管（36)からの高温冷媒と混合することによってガス化する。したがって、上 記高段側圧縮機 (31)への液冷媒の流入が防止され、高段側圧縮機 (31)の損傷が 回避される。
[0079] 一実施形態 1の効果
本実施形態によれば、除霜運転時、気液分離器 (33)力 の冷媒を吸入して吐出 冷媒を低段側圧縮機 (21)の吸入冷媒に混合させる高段側圧縮機 (31)を備えたォプ シヨンユニット (30)において、高段側圧縮機 (31)の吐出冷媒の一部を吸入側にイン ジェクシヨンするインジェクション管（36)を設けるようにした。これにより、万一気液分 離器 (33)から液冷媒が高段側圧縮機 (31)の吸入側へ流出した場合でも、その液冷 媒をインジェクション管 (36)の高温ガス冷媒によってガス化させることができる。した がって、上記高段側圧縮機 (31)への液冷媒の流入を防止でき、高段側圧縮機 (31) の損傷を回避することができる。
[0080] 一方、上記低段側圧縮機 (21)の吸入冷媒に高段側圧縮機 (31)の吐出冷媒のー 部が混合されるので、低段側圧縮機 (21)の吸入冷媒のェンタルビが増大する。これ により、低段側圧縮機 (21)の吐出冷媒のェンタルピも増大するので、室外熱交換器 ( 22)の除霜能力が向上する。つまり、本実施形態によれば、従来に比べて、除霜運転 時に高段側圧縮機 (31)を損傷させることなく駆動させることができるので、装置の信 頼性を損なうことなく除霜能力を高めることができる。
[0081] 《発明の実施形態 2》
本実施形態 2の冷凍装置は、図 5に示すように、上記実施形態 1の空気調和装置 (10)において、オプションユニット (30)が配管用ヒータ（38)を備えるようにしたもので ある。
[0082] 具体的に、上記配管用ヒータ (38)は、液流入管 (33a)におけるオプション側膨張 弁 (34)よりも気液分離器 (33)側に設けられている。この配管用ヒータ (38)は、第 2除 霜運転時に、液流入管（33a)を流れる冷媒を加熱する加熱手段を構成して!/ヽる。
[0083] この場合、第 2除霜運転時に、室外ユニット（20)から液流入管（33a)へ流れて気 液分離器 (33)側に分流した液冷媒が配管用ヒータ (38)によって加熱され、気液二相 状態の冷媒となる。この気液二相状態の冷媒は、気液分離器 (33)へ流れる。これに より、気液分離器 (33)内のガス冷媒量の液冷媒量に対する割合が増大する。したが つて、上記気液分離器 (33)から高段側圧縮機 (31)の吸入管 (31b)への液冷媒の流 出が抑制される。その結果、高段側圧縮機 (31)における液冷媒の流入を確実に防 止することができる。その他の構成、作用および効果は実施形態 1と同様である。
[0084] 実施形態 2の変形例 1
本変形例 1は、図 6に示すように、上記実施形態 2における配管用ヒータ (38)の設 置箇所を変更したものである。具体的に、本変形例では、配管用ヒータ (38)がガス流 出管（33c)の途中に設けられて 、る。
[0085] この場合、第 2除霜運転時に、気液分離器 (33)からガス流出管（33c)へ流出した 冷媒が配管用ヒータ (38)によって加熱された後、高段側圧縮機 (31)の吸入管 (31b) へ流れる。したがって、上記気液分離器 (33)から液冷媒が流出した場合でも、その 液冷媒は配管用ヒータ (38)によって加熱されて気液二相状態の冷媒となった後、ィ ンジェクシヨン管（36)の高温冷媒と混合される。これにより、気液分離器 (33)からの液 冷媒が確実にガス化されて高段側圧縮機 (31)へ吸入される。
[0086] 一実施形態 2の変形例 2—
本変形例 2は、図 7に示すように、上記実施形態 2が配管用ヒータ (38)を設けたの に代えて、気液分離器用ヒータ (39)を設けるようにしたものである。具体的に、この気 液分離器用ヒータ (39)は、気液分離器 (33)に設けられ、気液分離器 (33)内の冷媒 を加熱する加熱手段を構成して!/ヽる。
[0087] この場合、第 2除霜運転時に、気液分離器 (33)内の冷媒が加熱され、該気液分 離器 (33)内の液冷媒がー部がガス化する。これにより、気液分離器 (33)においてガ ス冷媒量の液冷媒量に対する割合が増大するので、気液分離器 (33)からの液冷媒 の流出が抑制される。その結果、高段側圧縮機 (31)における液冷媒の流入を確実 に防止することができる。
[0088] 一実施形態 2の変形例 3—
本変形例 3は、図 8に示すように、上記実施形態 2の変形例 2において、ォプショ ンユニット（30)に液分岐管（33e)を設けるようにしたものである。具体的に、この液分 岐管 (33e)は、流入端である一端が液流入管 (33a)におけるオプション側膨張弁 (34 )よりも室内ユニット (40)側に接続され、流出端である他端がガス流出管 (33c)におけ る配管用ヒータ (38)よりも気液分離器 (33)側に接続されて!、る。この液分岐管 (33e) には、開閉弁としての第 4電磁弁 (SV-4)が設けられている。この第 4電磁弁 (SV-4) は、第 2除霜運転時のみ開状態に設定される。
[0089] この変形例では、第 2除霜運転時に、液バイパス管 (33d)から液流入管 (33a)へ 流れて室内ユニット (40)側へ向力う冷媒の一部が液分岐管（33e)へ流れ、残りが室 内ユニット (40)へ流れる。上記液分岐管（33e)に流れた冷媒は、ガス流出管（33c)で 気液分離器 (33)からの冷媒と合流した後、配管用ヒータ (38)によって加熱されて吸 入管（31b)へ流れる。
[0090] この場合、室内熱交換器 (41)へ流入する冷媒量が減少するので、室内熱交換器
(41)における冷媒温度が上昇する。また、上記液分岐管 (33e)に流れた冷媒も加熱 されて温度が上昇するので、高段側圧縮機 (31)の吸入冷媒の温度が上昇し、その 吐出冷媒の温度が上昇する。これらにより、低段側圧縮機 (21)に吸入される冷媒の 温度が上昇し、その吐出冷媒の温度が上昇する。その結果、室外熱交換器 (22)の 除霜能力を向上させることができる。
[0091] 《その他の実施形態》
上記各実施形態にぉ 、て、冷媒にニ酸ィ匕炭素以外のものを用いるようにしてもよ いことは勿論である。
[0092] また、上記各実施形態では、空気調和装置に適用した例について説明したが、 本発明に係る冷凍装置は、利用側熱交^^で冷媒と水を熱交換させて温水を生成 する例えば給湯機等に適用するようにしてもよい。
[0093] なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物 、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
産業上の利用可能性
[0094] 以上説明したように、本発明は、高段側圧縮機および中間圧冷媒の気液分離器 を有する増設用のオプションユニットを備えた冷凍装置として有用である。

Claims

請求の範囲
[1] 低段側圧縮機 (21)と高段側圧縮機 (31)と中間圧冷媒の気液分離器 (33)とを有 し、二段圧縮二段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路 (15)を備え、
上記冷媒回路 (15)は、低段側圧縮機 (21)の吐出冷媒が高段側圧縮機 (31)で圧 縮される一方、凝縮冷媒が気液分離器 (33)を流れると共に該気液分離器 (33)のガ ス冷媒が高段側圧縮機 (31)に吸入されて冷媒がニ段圧縮二段膨張される暖房サイ クルと、低段側圧縮機 (21)から吐出されて凝縮した冷媒が気液分離器 (33)をバイパ スして流れる一方、蒸発冷媒が高段側圧縮機 (31)をバイパスして流れて冷媒が単段 圧縮単段膨張される除霜サイクルとが切り換えて行われる冷凍装置であって、
上記冷媒回路（15)は、高段側圧縮機 (31)の吐出冷媒の一部を該高段側圧縮機 (31)の吸入側へインジヱクシヨンし、気液分離器 (33)力 の冷媒と混合させるインジ ヱクシヨン管（36)を備えて!/、る
ことを特徴とする冷凍装置。
[2] 低段側圧縮機 (21)および熱源側熱交 (22)を有する熱源ユニット (20)と、 利用側熱交 (41)を有する利用ユニット (40)と、
高段側圧縮機 (31)が設けられ、上記熱源ユニット (20)および利用ユニット (40)の 間に繋がるガスライン (3G)と、上記高段側圧縮機 (31)の吸入側とガス流出管 (33c) によって接続される中間圧冷媒の気液分離器 (33)が設けられ、上記熱源ユニット (20 )および利用ユニット (40)の間に繋がる液ライン (3L)とを有する中間ユニット (30)とを 有し、
上記低段側圧縮機 (21)の吐出冷媒がガスライン (3G)の高段側圧縮機 (31)で圧 縮される一方、利用ユニット (40)の液冷媒が液ライン (3L)の気液分離器 (33)を流れ て冷媒がニ段圧縮される暖房サイクルと、上記低段側圧縮機 (21)カゝら熱源側熱交換 器 (22)へ流れた冷媒が液ライン (3L)の気液分離器 (33)をバイパスして流れる一方、 利用ユニット (40)のガス冷媒がガスライン (3G)の高段側圧縮機 (31)およびガス流出 管 (33c)をバイパスして流れて冷媒が単段圧縮される除霜サイクルとが切り換えて行 われる冷媒回路（15)を備えた冷凍装置であって、
上記中間ユニット (30)は、ガスライン (3G)に設けられ、高段側圧縮機 (31)の吐出 冷媒の一部を該高段側圧縮機 (31)の吸入側とガス流出管 (33c)との間にインジヱク シヨンするインジェクション管（36)を有して!/、る
ことを特徴とする冷凍装置。
[3] 請求項 2において、
上記中間ユニット（30)は、液ライン (3L)に設けられて気液分離器 (33)へ流入する 冷媒を加熱する加熱手段 (38)を有して 、る
ことを特徴とする冷凍装置。
[4] 請求項 2において、
上記中間ユニット（30)は、ガス流出管（33c)に設けられて気液分離器 (33)からの 冷媒を加熱する加熱手段 (38)を有して 、る
ことを特徴とする冷凍装置。
[5] 請求項 2において、
上記中間ユニット (30)は、気液分離器 (33)に設けられて該気液分離器 (33)の冷 媒を加熱する加熱手段 (39)を有して 、る
ことを特徴とする冷凍装置。
[6] 請求項 4において、
上記中間ユニット (30)は、一端が液ライン (3L)に接続され、他端がガス流出管 (3 3c)における加熱手段 (38)の上流に接続された液分岐管（33e)を有して 、る ことを特徴とする冷凍装置。
[7] 請求項 1または 2において、
上記冷媒は、二酸化炭素である
ことを特徴とする冷凍装置。
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