WO2024071214A1

WO2024071214A1 - 冷凍サイクル装置

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Publication number: WO2024071214A1
Application number: PCT/JP2023/035187
Authority: WO
Inventors: 悠太井吉; 喜記山野井
Original assignee: ダイキン工業株式会社
Priority date: 2022-09-30
Filing date: 2023-09-27
Publication date: 2024-04-04
Also published as: JP2024052349A

Abstract

冷凍サイクル装置（１）は、第１冷媒が循環する第１回路（５ａ）と、二酸化炭素冷媒及び冷凍機油が循環する第２回路（１０）と、二酸化炭素冷媒を第１冷媒によって加熱するカスケード熱交換器（３５）と、制御部（８０）と、を備える。第２回路は、第２圧縮機と、第２圧縮機の吸入側に設けられ、二酸化炭素冷媒及び冷凍機油を貯留する容器と、第２圧縮機の吸入側と容器とを接続する吸入配管（２３ａ）と、容器の下部から吸入配管に冷凍機油を戻す油戻し通路（２３ｂ）と、油戻し通路に設けられる弁と、を有する。制御部は、第１回路において第１冷媒を循環させ始めた後に、油戻し弁を開ける起動制御を実施する。

Description

冷凍サイクル装置

　冷凍サイクル装置に関する。

　特許文献１（特許第５４２５２２１号）には、室外ユニットと室内ユニットとをガス配管及び液配管で接続し、冷媒が循環する冷媒回路を備える冷凍サイクル装置が開示されている。冷媒回路の内部には、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ_２）と、冷凍機油として二酸化炭素と非相溶性を有するポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）油と、が封入されている。

　上記特許文献１に開示されているように、二酸化炭素冷媒を用いる冷凍サイクル装置では、二酸化炭素冷媒と非相溶性の冷凍機油を使用すると、二酸化炭素冷媒の低温領域において、冷凍機油の密度が冷媒の密度よりも小さくなる。この場合、アキュムレータの下部に液冷媒が滞留するので、液冷媒が圧縮機へ流入する。

　第１観点の冷凍サイクル装置は、第１回路と、第２回路と、カスケード熱交換器と、制御部と、を備える。第１回路は、第１冷媒が循環する。第２回路は、二酸化炭素冷媒及び冷凍機油が循環する。カスケード熱交換器は、二酸化炭素冷媒を第１冷媒によって加熱する。第２回路は、第２圧縮機と、容器と、吸入配管と、油戻し通路と、弁と、を有している。容器は、第２圧縮機の吸入側に設けられ、二酸化炭素冷媒及び冷凍機油を貯留する。吸入配管は、第２圧縮機の吸入側と容器とを接続する。油戻し通路は、容器の下部から吸入配管に冷凍機油を戻す。弁は、油戻し通路に設けられている。制御部は、第１回路において第１冷媒を循環させ始めた後に、弁を開ける起動制御を実施する。

　二酸化炭素冷媒を第１冷媒によって加熱する運転の起動時に、外気温が低いため、容器内の二酸化炭素冷媒の温度が低い場合がある。このような場合、第１観点の冷凍サイクル装置では、第１回路において第１冷媒を循環させ始めることにより、カスケード熱交換器を介して、第２回路の容器内の二酸化炭素冷媒の温度を上げることができる。このため、外気温が低かったとしても、容器内において、二酸化炭素冷媒の密度が冷凍機油の密度よりも低い、正常な状態にできる。正常な状態になった後に、容器の下部から延びる油戻し通路の弁を開けるので、油戻し通路に液相の二酸化炭素冷媒（以下、「液冷媒」とも言う）が流れることを抑制できる。したがって、第２圧縮機に液冷媒が流入することを抑制することができる。

　第２観点の冷凍サイクル装置は、第１観点の冷凍サイクル装置であって、制御部は、容器内の二酸化炭素冷媒及び冷凍機油の温度又は圧力が、容器内の二酸化炭素冷媒の密度と冷凍機油の密度とが等しくなる境界温度に対応する所定温度又は所定圧力以上になると、弁を開ける。

　第２観点の冷凍サイクル装置では、容器内の二酸化炭素冷媒及び冷凍機油の温度又は圧力が、容器内の二酸化炭素冷媒の密度と冷凍機油の密度とが等しくなる境界温度に対応する所定温度又は所定圧力以上になると、容器内における冷媒の密度と冷凍機油の密度とが正常な状態になったと判断できる。このため、第２圧縮機に液冷媒が流入することをより抑制することができる。

　第３観点の冷凍サイクル装置は、第１観点または第２観点の冷凍サイクル装置であって、制御部は、第１回路において第１冷媒を循環させ始めた後に、第２回路において二酸化炭素冷媒を循環させ始める。

　第３観点の冷凍サイクル装置では、第１回路の第１冷媒を循環させ始めることにより、カスケード熱交換器を介して、第２回路の容器内の冷媒の温度を上げてから、第２回路において二酸化炭素冷媒を循環させ始める。このため、第２回路の運転の効率を向上することができる。

　第４観点の冷凍サイクル装置は、第３観点の冷凍サイクル装置であって、制御部は、第２回路において二酸化炭素冷媒を循環させ始めた後に、弁を開ける。

　第４観点の冷凍サイクル装置では、第１回路において第１冷媒が循環し、さらに第２回路において二酸化炭素冷媒が循環することで、容器内の二酸化炭素冷媒の温度を効率的に上げることができる。これにより、容器内における冷媒の密度と冷凍機油の密度とを正常な状態にすることが容易である。正常な状態になった後に、油戻し通路の弁を開けるので、第２圧縮機に液冷媒が流入することを容易に抑制することができる。

　第５観点の冷凍サイクル装置は、第１観点または第２観点の冷凍サイクル装置であって、制御部は、第１回路の運転と、第２回路の運転と、を同時に開始する。

　第５観点の冷凍サイクル装置のように、第１回路における第１冷媒の循環と、第２回路における二酸化炭素冷媒の循環とを、同時に行ってもよい。

　第６観点の冷凍サイクル装置は、第１観点から第５観点の冷凍サイクル装置のいずれかであって、制御部は、外気温が第１温度以下の時に起動制御を実施し、外気温が第１温度を超える時には、起動制御を実施しない。

　第６観点の冷凍サイクル装置では、外気温が第１温度以下に起因して、容器内における冷媒の密度と冷凍機油の密度とが正常な状態でない場合に、起動制御を実施することによって、第２圧縮機に液冷媒が流入することを抑制できる。一方、外気温が第１温度を超えることに起因して、容器内における冷媒の密度と冷凍機油の密度とが正常な状態である場合には、油戻し通路の弁を閉めなくても、第２圧縮機に液冷媒が流入することを抑制できる。

　第７観点の冷凍サイクル装置は、第６観点の冷凍サイクル装置であって、制御部は、外気温が第１温度を超える時には、第１回路の運転と、第２回路の運転と、弁の開動作と、を同時に開始する。

　第７観点の冷凍サイクル装置では、外気温が第１温度以下に起因して、容器内における冷媒の密度と冷凍機油の密度とが正常な状態でない場合に、第１回路の運転を開始した後に、弁を開けることによって、第２圧縮機に液冷媒が流入することを抑制できる。一方、外気温が第１温度を超えることに起因して、容器内における冷媒の密度と冷凍機油の密度とが正常な状態である場合には、第１回路の運転開始と、第２回路の運転開始と、油戻し通路の弁を開けることと、を、同時に実施してもよい。

　第８観点の冷凍サイクル装置は、第１観点から第７観点の冷凍サイクル装置のいずれかであって、第１冷媒は、Ｒ３２、Ｒ４５４Ｃ、プロパン、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅまたはアンモニアを含む。

　第８観点の冷凍サイクル装置では、第１回路にＲ３２、Ｒ４５４Ｃ、プロパン、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅまたはアンモニアを含む第１冷媒が循環することによって、カスケード熱交換器において、二酸化炭素冷媒と効率的に熱交換を行うことができる。

冷凍サイクル装置の概略構成図である。冷凍サイクル装置の概略機能ブロック構成図である。冷凍サイクル装置の全冷房運転における動作（冷媒の流れ）を示す図である。冷凍サイクル装置の全暖房運転における動作（冷媒の流れ）を示す図である。冷凍サイクル装置の冷房主体運転における動作（冷媒の流れ）を示す図である。冷凍サイクル装置の暖房主体運転における動作（冷媒の流れ）を示す図である。冷凍サイクル装置の全暖房運転及び暖房主体運転の起動時の制御フローを示す図である。変形例の冷凍サイクル装置の全暖房運転及び暖房主体運転の起動時の制御フローを示す図である。変形例の冷凍サイクル装置の全暖房運転及び暖房主体運転の起動時の制御フローを示す図である。変形例の冷凍サイクル装置の全暖房運転及び暖房主体運転の起動時の制御フローを示す図である。

　（１）冷凍システムの構成
　図１及び図２に示す冷凍サイクル装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、ビル等の室内の冷暖房に使用される装置である。

　冷凍サイクル装置１は、第１回路（一次側回路）５ａと、第２回路（二次側回路）１０と、カスケード熱交換器３５と、を有する。本実施形態の冷凍サイクル装置１は、蒸気圧縮式の第１回路５ａと蒸気圧縮式の第２回路１０とからなる二元冷媒回路を有しており、二元冷凍サイクルを行う。

　第１回路５ａは、第１冷媒及び第１冷凍機油が循環する。第１冷媒は、例えば、ＨＦＣ系冷媒及びＨＦＯ系冷媒の少なくとも一方を含む。本実施形態の第１冷媒は、Ｒ３２である。第１冷凍機油は、例えばポリビニルエーテル油である。

　第２回路１０は、二酸化炭素冷媒及び第２冷凍機油が循環する。第２冷凍機油は、例えば、二酸化炭素と非相溶性を有する。本実施形態の第２冷凍機油は、ポリアルキレングリコール油である。

　第１回路５ａと第２回路１０とは、カスケード熱交換器３５を介して、熱的に接続されている。

　冷凍サイクル装置１は、第１ユニット５と、カスケードユニット２と、第２ユニット４ａ、４ｂ、４ｃと、が互いに配管を介して接続されて構成されている。第１ユニット５とカスケードユニット２とは、第１連絡配管１１２及び第２連絡配管１１１により接続されている。カスケードユニット２と複数の分岐ユニット６ａ、６ｂ、６ｃとは、第３連絡配管７と、第４連絡配管８と、第５連絡配管９との３つの連絡配管により接続されている。複数の分岐ユニット６ａ、６ｂ、６ｃと複数の利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃとは、第１接続管１５ａ、１５ｂ、１５ｃ及び第２接続管１６ａ、１６ｂ、１６ｃにより接続されている。

　第１ユニット５は、本実施形態では、１台である。カスケードユニット２は、本実施形態では、１台である。第２ユニット４ａ、４ｂ、４ｃは、本実施形態では、３台である。詳細には、第２ユニット４ａ、４ｂ、４ｃは、分岐ユニット６ａ、６ｂ、６ｃと、利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃと、を含む。第２ユニット４ａ、４ｂ、４ｃの複数の利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃは、第１利用ユニット３ａと、第２利用ユニット３ｂと、第３利用ユニット３ｃと、の３台である。第２ユニット４ａ、４ｂ、４ｃの複数の分岐ユニット６ａ、６ｂ、６ｃは、第１分岐ユニット６ａと、第２分岐ユニット６ｂと、第３分岐ユニット６ｃと、の３台である。

　そして、冷凍サイクル装置１では、各利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃが個別に冷房運転または暖房運転を行うことが可能になっており、暖房運転を行う利用ユニットから冷房運転を行う利用ユニットに冷媒を送ることで利用ユニット間において熱回収を行うことが可能になるように構成されている。具体的には、本実施形態では、冷房運転と暖房運転とを同時に行う冷房主体運転や暖房主体運転を行うことで、熱回収が行われる。また、冷凍サイクル装置１では、上記の熱回収（冷房主体運転や暖房主体運転）も考慮した複数の利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃ全体の熱負荷に応じて、カスケードユニット２の熱負荷をバランスさせるように構成されている。

　（２）第１回路
　第１回路５ａは、第１圧縮機７１と、第１切換機構７２と、第１熱交換器７４と、第１膨張弁７６と、第１過冷却熱交換器１０３と、第１過冷却回路１０４と、第１過冷却膨張弁１０４ａと、第２閉鎖弁１０８と、第２膨張弁１０２と、第２回路１０と共有しているカスケード熱交換器３５と、第１閉鎖弁１０９と、第１アキュムレータ１０５と、を有している。また、第１回路５ａは、カスケード熱交換器３５の第１流路３５ｂを有している。

　第１圧縮機７１は、第１冷媒を圧縮するための機器であり、例えば、圧縮機モータ７１ａをインバータ制御することで運転容量を可変することが可能なスクロール型等の容積式圧縮機からなる。

　第１アキュムレータ１０５は、第１切換機構７２と第１圧縮機７１の吸入側とを接続する吸入流路の途中に設けられている。

　カスケード熱交換器３５を第１冷媒の蒸発器として機能させる場合には、第１切換機構７２は、第１圧縮機７１の吸入側とカスケード熱交換器３５の第１流路３５ｂのガス側とを接続する第４接続状態となる（図１の第１切換機構７２の実線を参照）。また、第１切換機構７２は、カスケード熱交換器３５を第１冷媒の放熱器として機能させる場合には、第１圧縮機７１の吐出側とカスケード熱交換器３５の第１流路３５ｂのガス側とを接続する第５接続状態となる（図１の第１切換機構７２の破線を参照）。このように、第１切換機構７２は、第１回路５ａ内における冷媒の流路を切り換えることが可能な機器であり、例えば、四路切換弁からなる。そして、第１切換機構７２の切り換え状態を変更することによって、カスケード熱交換器３５を第１冷媒の蒸発器または放熱器として機能させることが可能になっている。

　カスケード熱交換器３５は、第１冷媒であるＲ３２等の冷媒と、二酸化炭素冷媒と、の間で互いに混合させることなく熱交換を行わせるための機器である。カスケード熱交換器３５は、例えば、プレート型熱交換器からなる。カスケード熱交換器３５は、第２回路１０に属する第２流路３５ａと、第１回路５ａに属する第１流路３５ｂと、を有している。第２流路３５ａは、そのガス側が第３熱源配管２５を介して第２切換機構２２に接続され、その液側が第４熱源配管２６を介して熱源側膨張弁３６に接続されている。第１流路３５ｂは、そのガス側が、第１冷媒配管１１３、第１連絡配管１１２、第１閉鎖弁１０９、第１切換機構７２を介して第１圧縮機７１に接続され、その液側が、第２膨張弁１０２が設けられた第２冷媒配管１１４に接続されている。

　第１熱交換器７４は、第１冷媒と室外空気との熱交換を行うための機器である。第１熱交換器７４において、第１冷媒は、熱源としての室外空気から冷熱または温熱を取得する。第１熱交換器７４のガス側は、第１切換機構７２から延びる配管に接続されている。第１熱交換器７４は、例えば、多数の伝熱管及びフィンによって構成されたフィン・アンド・チューブ型熱交換器からなる。

　第１膨張弁７６は、第１熱交換器７４の液側から第１過冷却熱交換器１０３まで延びる配管に設けられている。第１膨張弁７６は、第１回路５ａの液側の部分を流れる第１冷媒の流量の調節等を行う、開度調節が可能な電動膨張弁である。

　第１過冷却回路１０４は、第１膨張弁７６と第１過冷却熱交換器１０３との間から分岐し、吸入流路のうち第１切換機構７２と第１アキュムレータ１０５との間の部分に接続されている。第１過冷却膨張弁１０４ａは、第１過冷却回路１０４のうち、第１過冷却熱交換器１０３より上流側に設けられており、第１冷媒の流量の調節等を行う、開度調節が可能な電動膨張弁である。

　第１過冷却熱交換器１０３は、第１膨張弁７６から第２閉鎖弁１０８に向けて流れる冷媒と、第１過冷却回路１０４において第１過冷却膨張弁１０４ａにおいて減圧された冷媒と、を熱交換させる熱交換器である。

　第１連絡配管１１２は、第１ユニット５とカスケードユニット２とを接続する配管である。第２連絡配管１１１は、第１ユニット５とカスケードユニット２とを接続する配管である。

　第２膨張弁１０２は、第２冷媒配管１１４に設けられている。第２膨張弁１０２は、カスケード熱交換器３５の第１流路３５ｂを流れる第１冷媒の流量の調節等を行う、開度調節が可能な電動膨張弁である。

　第１閉鎖弁１０９は、第１連絡配管１１２と第１切換機構７２との間に設けられている。第２閉鎖弁１０８は、第２連絡配管１１１と第１過冷却熱交換器１０３との間に設けられている。

　（３）第２回路
　（３－１）第２回路の概要
　第２回路１０は、複数の利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃと、複数の分岐ユニット６ａ、６ｂ、６ｃと、カスケードユニット２と、が互いに接続されて構成されている。各利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃは、対応する分岐ユニット６ａ、６ｂ、６ｃと、１対１に接続されている。具体的には、利用ユニット３ａと分岐ユニット６ａとは第１接続管１５ａ及び第２接続管１６ａを介して接続され、利用ユニット３ｂと分岐ユニット６ｂとは第１接続管１５ｂ及び第２接続管１６ｂを介して接続され、利用ユニット３ｃと分岐ユニット６ｃとは第１接続管１５ｃ及び第２接続管１６ｃを介して接続されている。また、各分岐ユニット６ａ、６ｂ、６ｃは、カスケードユニット２と、３つの連絡配管である第３連絡配管７と第４連絡配管８と第５連絡配管９とを介して接続されている。具体的には、カスケードユニット２から延び出した第３連絡配管７と第４連絡配管８と第５連絡配管９とは、それぞれ複数に分岐して、各分岐ユニット６ａ、６ｂ、６ｃに接続されている。

　第３連絡配管７には、運転状態に応じて、気液二相状態の冷媒と液状態の冷媒とのいずれかの冷媒が流れる。第４連絡配管８には、運転状態に応じて、ガス状態の冷媒と超臨界状態の冷媒とのいずれかの冷媒が流れる。第５連絡配管９には、運転状態に応じて、気液二相状態の冷媒とガス状態の冷媒とのいずれかの冷媒が流れる。

　第２回路１０は、熱源回路１２と、分岐回路１４ａ、１４ｂ、１４ｃと、利用回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃと、が互いに接続されて構成されている。

　（３－２）熱源回路
　熱源回路１２は、主として、第２圧縮機２１と、第２切換機構２２と、第１熱源配管２８と、第２熱源配管２９と、吸入流路２３と、吐出流路２４と、第３熱源配管２５と、第４熱源配管２６と、第５熱源配管２７と、カスケード熱交換器３５と、熱源側膨張弁３６と、第３閉鎖弁３２と、第４閉鎖弁３３と、第５閉鎖弁３１と、第２アキュムレータ３０と、油分離器３４と、油戻し回路４０と、第２レシーバ４５と、バイパス回路４６と、バイパス膨張弁４６ａと、第２過冷却熱交換器４７と、第２過冷却回路４８と、第２過冷却膨張弁４８ａと、油戻し通路２３ｂと、油戻し弁２３ｃと、を有している。また、第２回路１０の熱源回路１２は、カスケード熱交換器３５の第２流路３５ａを有している。

　第２圧縮機２１は、第２回路の熱源回路１２の二酸化炭素冷媒を圧縮するための機器であり、例えば、圧縮機モータ２１ａをインバータ制御することで運転容量を可変することが可能なスクロール型等の容積式圧縮機からなる。なお、第２圧縮機２１は、運転時の負荷に応じて、負荷が大きいほど運転容量が大きくなるように制御される。

　第２切換機構２２は、第２回路１０の接続状態、特に、熱源回路１２内における冷媒の流路を切り換えることが可能な機構である。本実施形態では、第２切換機構２２は、吐出側連絡部２２ｘと、吸入側連絡部２２ｙと、第１切換弁２２ａと、第２切換弁２２ｂと、を有している。吐出側連絡部２２ｘには、吐出流路２４の第２圧縮機２１側とは反対側の端部とが接続されている。吸入側連絡部２２ｙには、吸入流路２３の第２圧縮機２１側とは反対側の端部とが接続されている。第１切換弁２２ａと第２切換弁２２ｂとは、第２圧縮機２１の吐出流路２４と吸入流路２３との間に互いに並列に設けられている。第１切換弁２２ａは、吐出側連絡部２２ｘの一端部と、吸入側連絡部２２ｙの一端部が接続されている。第２切換弁２２ｂは、吐出側連絡部２２ｘの他端部と、吸入側連絡部２２ｙの他端部が接続されている。本実施形態において、第１切換弁２２ａ及び第２切換弁２２ｂは、いずれも四路切換弁により構成されている。第１切換弁２２ａ及び第２切換弁２２ｂは、それぞれ第１接続ポート、第２接続ポート、第３接続ポート、第４接続ポートの４つの接続ポートを有している。本実施形態の第１切換弁２２ａ及び第２切換弁２２ｂでは、各第４ポートが閉塞されており、第２回路１０の流路接続されていない接続ポートである。第１切換弁２２ａは、第１接続ポートが吐出側連絡部２２ｘの一端部と接続され、第２接続ポートがカスケード熱交換器３５の第２流路３５ａから延びる第３熱源配管２５に接続され、第３接続ポートが吸入側連絡部２２ｙの一端部と接続されている。第１切換弁２２ａは、第１接続ポートと第２接続ポートが接続され、第３接続ポートと第４接続ポートが接続された切換状態と、第３接続ポートと第２接続ポートが接続され、第１接続ポートと第４接続ポートが接続された切換状態と、を切り換える。第２切換弁２２ｂは、第１接続ポートが吐出側連絡部２２ｘの他端部と接続され、第２接続ポートが第１熱源配管２８に接続され、第３接続ポートが吸入側連絡部２２ｙの他端部と接続されている。第２切換弁２２ｂは、第１接続ポートと第２接続ポートが接続され、第３接続ポートと第４接続ポートが接続された切換状態と、第３接続ポートと第２接続ポートが接続され、第１接続ポートと第４接続ポートが接続された切換状態と、を切り換える。

　第２切換機構２２は、カスケード熱交換器３５を二酸化炭素冷媒の放熱器として機能させつつ、第２圧縮機２１から吐出される二酸化炭素冷媒が第４連絡配管８に送られることを抑制する場合には、第１切換弁２２ａにより吐出流路２４と第３熱源配管２５とが接続され、第２切換弁２２ｂにより第１熱源配管２８と吸入流路２３とが接続される第１接続状態に切り換えられる。第２切換機構２２の第１接続状態は、後述する全冷房運転時に採用される接続状態である。また、第２切換機構２２は、カスケード熱交換器３５を二酸化炭素冷媒の蒸発器として機能させる場合には、第２切換弁２２ｂにより吐出流路２４と第１熱源配管２８とが接続され、第１切換弁２２ａにより第３熱源配管２５と吸入流路２３とが接続される第２接続状態に切り換えられる。第２切換機構２２の第２接続状態は、後述する全暖房運転時及び暖房主体運転時に採用される接続状態である。また、第２切換機構２２は、カスケード熱交換器３５を二酸化炭素冷媒の放熱器として機能させつつ、第２圧縮機２１から吐出される二酸化炭素冷媒を第４連絡配管８に送る場合には、第１切換弁２２ａにより吐出流路２４と第３熱源配管２５とが接続され、第２切換弁２２ｂにより吐出流路２４と第１熱源配管２８とが接続される第３接続状態に切り換えられる。第２切換機構２２の第３接続状態は、後述する冷房主体運転時に採用される接続状態である。

　カスケード熱交換器３５は、上述の通り、第１回路５ａを流れる第１冷媒であるＲ３２等の冷媒と、第２回路１０を流れる二酸化炭素冷媒と、の間で互いに混合させることなく熱交換を行わせるための機器である。なお、カスケード熱交換器３５は、第２回路１０の二酸化炭素冷媒が流れる第２流路３５ａと、第１回路５ａの第１冷媒が流れる第１流路３５ｂと、を有することで、第１ユニット５とカスケードユニット２とで共有されている。なお、本実施形態では、カスケード熱交換器３５は、カスケードユニット２のカスケードケーシングの内部に配置されている。カスケード熱交換器３５の第１流路３５ｂのガス側は、第１冷媒配管１１３を経て、カスケードケーシング外の第１連絡配管１１２まで延びている。カスケード熱交換器３５の第１流路３５ｂの液側は、第２膨張弁１０２が設けられた第２冷媒配管１１４を経て、カスケードケーシング外の第２連絡配管１１１まで延びている。

　熱源側膨張弁３６は、カスケード熱交換器３５を流れる二酸化炭素冷媒の流量の調節等を行うために、カスケード熱交換器３５の液側に接続された開度調節が可能な電動膨張弁である。熱源側膨張弁３６は、第４熱源配管２６に設けられている。

　第３閉鎖弁３２、第４閉鎖弁３３及び第５閉鎖弁３１は、外部の機器・配管（具体的には、連絡配管７、８及び９）との接続口に設けられた弁である。具体的には、第３閉鎖弁３２は、カスケードユニット２から引き出される第４連絡配管８に接続されている。第４閉鎖弁３３は、カスケードユニット２から引き出される第５連絡配管９に接続されている。第５閉鎖弁３１は、カスケードユニット２から引き出される第３連絡配管７に接続されている。

　第１熱源配管２８は、第３閉鎖弁３２と第２切換機構２２とを接続する冷媒配管である。具体的には、第１熱源配管２８は、第３閉鎖弁３２と、第２切換機構２２のうちの第２切換弁２２ｂの第２接続ポートと、を接続している。

　吸入流路２３は、第２切換機構２２と第２圧縮機２１の吸入側とを連絡する流路である。具体的には、吸入流路２３は、第２切換機構２２のうちの吸入側連絡部２２ｙと、第２圧縮機２１の吸入側と、を接続している。吸入流路２３の途中には、第２アキュムレータ３０が設けられている。

　吸入流路２３は、吸入配管２３ａを含む。吸入配管２３ａは、第２圧縮機２１の吸入側と、第２アキュムレータ３０と、を接続している。ここでは、吸入配管２３ａの一端は、第２圧縮機２１の吸入側に接続され、吸入配管２３ａの他端は、第２アキュムレータ３０の上部に接続される。

　第２熱源配管２９は、第４閉鎖弁３３と吸入流路２３の途中とを接続する冷媒配管である。なお、本実施形態では、第２熱源配管２９は、吸入流路２３のうち、第２切換機構２２における吸入側連絡部２２ｙと、第２アキュムレータ３０と、の間の部分である接続箇所において、吸入流路２３に接続されている。

　吐出流路２４は、第２圧縮機２１の吐出側と第２切換機構２２とを接続する冷媒配管である。具体的には、吐出流路２４は、第２圧縮機２１の吐出側と、第２切換機構２２のうちの吐出側連絡部２２ｘと、を接続している。

　第３熱源配管２５は、第２切換機構２２とカスケード熱交換器３５のガス側とを接続する冷媒配管である。具体的には、第３熱源配管２５は、第２切換機構２２のうちの第１切換弁２２ａの第２接続ポートと、カスケード熱交換器３５における第２流路３５ａのガス側端部とを接続している。

　第４熱源配管２６は、カスケード熱交換器３５の液側（ガス側とは反対側、第２切換機構２２が設けられている側とは反対側）と、第２レシーバ４５と、を接続する冷媒配管である。具体的には、第４熱源配管２６は、カスケード熱交換器３５における第２流路３５ａの液側端部（ガス側とは反対側の端部）と、第２レシーバ４５とを接続している。

　第２レシーバ４５は、二酸化炭素冷媒を貯留する。第２レシーバ４５は、カスケード熱交換器３５の液側と、第２熱交換器５２ａ、５２ｂ、５２ｃとの間に設けられる。第２レシーバ４５からは、第４熱源配管２６と、第５熱源配管２７と、バイパス回路４６と、が延び出している。

　バイパス回路４６は、第２熱交換器５２ａ、５２ｂ、５２ｃとカスケード熱交換器３５との間と、後述する吸入配管２３ａと、を接続する。ここでは、バイパス回路４６は、第２レシーバ４５内部の上方の領域である気相領域と、吸入流路２３と、を接続する冷媒配管である。具体的には、バイパス回路４６は、吸入流路２３のうち第２切換機構２２と第２アキュムレータ３０との間に接続されている。

　バイパス回路４６には、バイパス膨張弁４６ａが設けられている。バイパス膨張弁４６ａは、開度調節により第２レシーバ４５内から第２圧縮機２１の吸入側に導く冷媒の量を調節可能な電動膨張弁である。

　第５熱源配管２７は、第２レシーバ４５と第５閉鎖弁３１とを接続する冷媒配管である。

　第２過冷却回路４８は、第５熱源配管２７の一部と、吸入流路２３と、を接続する冷媒配管である。具体的には、第２過冷却回路４８は、吸入流路２３のうち第２切換機構２２と第２アキュムレータ３０との間に接続されている。なお、本実施形態においては、第２過冷却回路４８は、第２レシーバ４５と第２過冷却熱交換器４７との間から分岐するように延びている。

　第２過冷却熱交換器４７は、第５熱源配管２７に属する流路を流れる冷媒と、第２過冷却回路４８に属する流路を流れる冷媒と、で熱交換を行わせる熱交換器である。本実施形態においては、第５熱源配管２７のうち、第２過冷却回路４８が分岐している箇所と、第５閉鎖弁３１と、の間に設けられている。第２過冷却膨張弁４８ａは、第２過冷却回路４８における第５熱源配管２７からの分岐箇所と、第２過冷却熱交換器４７と、の間に設けられている。第２過冷却膨張弁４８ａは、第２過冷却熱交換器４７に対して減圧された冷媒を供給するものであり、開度調節可能な電動膨張弁である。

　第２アキュムレータ３０は、第２圧縮機２１の吸入側に設けられている。第２アキュムレータ３０は、二酸化炭素冷媒及び第２冷凍機油を貯留する容器である。第２アキュムレータ３０は、流入した流体を液相と気相とに分離する気液分離器である。第２アキュムレータ３０からは、吸入配管２３ａと、後述する油戻し通路２３ｂと、吸入流路２３における第２切換機構２２に繋がる部分と、が延び出している。

　第２アキュムレータ３０は、本体部３０ａと、流入口３０ｂと、冷媒流出口３０ｃと、油流出口３０ｄと、を含む。

　本体部３０ａは、密閉可能な形状を有する。本体部３０ａは、特に限定されないが、例えば、筒形状、Ｕ字形状などである。

　流入口３０ｂは二酸化炭素冷媒及び第２冷凍機油の混合物を本体部３０ａに流入させる。流入口３０ｂは、吸入流路２３における第２切換機構２２に繋がる部分から二酸化炭素冷媒を本体部３０ａに流入させる。流入口３０ｂは、本体部３０ａの上部に設けられる。

　冷媒流出口３０ｃは、本体部３０ａに貯留している二酸化炭素冷媒を排出させる。冷媒流出口３０ｃは、本体部３０ａの上部に設けられる。冷媒流出口３０ｃは、二酸化炭素冷媒を吸入配管２３ａに戻す。

　油流出口３０ｄは、本体部３０ａに貯留している冷媒機油を排出させる。油流出口３０ｄは、本体部３０ａの下部に設けられる。油流出口３０ｄは、油戻し通路２３ｂに第２冷凍機油を送る。

　油戻し通路２３ｂは、第２アキュムレータ３０の下部と、吸入配管２３ａとを接続するように設けられている。油戻し通路２３ｂは、第２アキュムレータ３０の下部から吸入配管２３ａに第２冷凍機油を戻す。

　上記「第２アキュムレータ３０の下部」は、本実施形態では、容器としての本体部３０ａの底面である。換言すると、第２アキュムレータ３０の本体部３０ａの底面に、油戻し通路２３ｂの一端が接続されている。なお、本体部３０ａの底面は、下向きに湾曲している構造、上向きに湾曲している構造、平らな構造等を含む。

　油戻し通路２３ｂの途中には、油戻し弁２３ｃが設けられている。油戻し弁２３ｃが開状態に制御されることで、第２アキュムレータ３０において分離された第２冷凍機油は、油戻し通路２３ｂを通過して、さらに吸入配管２３ａを通過することによって、第２圧縮機２１の吸入側に戻される。

　油戻し弁２３ｃは、油戻し通路２３ｂを狭くする機構を有していれば、開閉制御される電磁弁であってもよく、開度調節可能な電動弁であってもよい。本実施形態では、油戻し弁２３ｃは、油戻し通路２３ｂを開ける、または閉める、電磁弁である。

　油分離器３４は、吐出流路２４の途中に設けられている。油分離器３４は、二酸化炭素冷媒に伴って第２圧縮機２１から吐出された第２冷凍機油を二酸化炭素冷媒から分離して、第２圧縮機２１に戻すための機器である。

　油戻し回路４０は、油分離器３４と吸入流路２３とを接続するように設けられている。油戻し回路４０は、油分離器３４から延び出た流路が、吸入流路２３のうち第２アキュムレータ３０と第２圧縮機２１の吸入側との間の部分に合流するように延びた油戻し流路４１を有している。油戻し流路４１の途中には、油戻し開閉弁４４が設けられている。油戻し開閉弁４４が開状態に制御されることで、油分離器３４において分離された第２冷凍機油は、油戻し流路４１を通過して、第２圧縮機２１の吸入側に戻される。ここで、本実施形態では、油戻し開閉弁４４は、第２回路１０において第２圧縮機２１が運転状態の場合には、開状態を所定時間維持し閉状態を所定時間維持することを繰り返すことにより、油戻し回路４０を通じた第２冷凍機油の返油量が制御される。なお、油戻し開閉弁４４は、本実施形態では開閉制御される電磁弁であるが、開度調節が可能な電動膨張弁としてもよい。

　また、第２回路１０を構成する熱源回路１２は、第２圧縮機２１の吸入側における二酸化炭素冷媒及び第２冷凍機油の温度及び圧力の少なくとも一方を測定するセンサをさらに有する。ここでは、第２圧縮機２１の吸入側における二酸化炭素冷媒及び第２冷凍機油の温度を測定するセンサとしての第２吸入温度センサ８８、及び、第２圧縮機２１の吸入側における二酸化炭素冷媒及び第２冷凍機油の圧力を測定するセンサとしての第２吸入圧力センサ３７が設けられている。

　（３－３）利用回路
　以下、利用回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃについて説明するが、利用回路１３ｂ、１３ｃは利用回路１３ａと同様の構成であるため、利用回路１３ｂ、１３ｃについては、利用回路１３ａの各部を示す符号の添字「ａ」の代わりに、「ｂ」または「ｃ」の添字を付すものとして各部の説明を省略する。

　利用回路１３ａは、主として、第２熱交換器５２ａと、第１利用配管５７ａと、第２利用配管５６ａと、利用側膨張弁５１ａと、を有している。

　第２熱交換器５２ａは、冷媒と室内空気との熱交換を行うための機器であり、例えば、多数の伝熱管及びフィンによって構成されたフィン・アンド・チューブ型熱交換器からなる。なお、複数の第２熱交換器５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、第２切換機構２２と吸入流路２３とカスケード熱交換器３５に対して互いに並列に接続されている。

　第２利用配管５６ａは、その一端が第１利用ユニット３ａの第２熱交換器５２ａの液側（ガス側とは反対側）に接続されている。第２利用配管５６ａの他端は、第２接続管１６ａに接続されている。第２利用配管５６ａの途中には、上述した利用側膨張弁５１ａが設けられている。

　利用側膨張弁５１ａは、第２熱交換器５２ａを流れる冷媒の流量の調節等を行う、開度調節が可能な電動膨張弁である。利用側膨張弁５１ａは、第２利用配管５６ａに設けられている。

　第１利用配管５７ａは、その一端が第１利用ユニット３ａの第２熱交換器５２ａのガス側に接続されている。本実施形態では、第１利用配管５７ａは、第２熱交換器５２ａの利用側膨張弁５１ａ側とは反対側に接続されている。第１利用配管５７ａは、その他端が、第１接続管１５ａに接続されている。

　（３－４）分岐回路
　以下、分岐回路１４ａ、１４ｂ、１４ｃについて説明するが、分岐回路１４ｂ、１４ｃは分岐回路１４ａと同様の構成であるため、分岐回路１４ｂ、１４ｃについては、分岐回路１４ａの各部を示す符号の添字「ａ」の代わりに、「ｂ」または「ｃ」の添字を付すものとして各部の説明を省略する。

　分岐回路１４ａは、主として、合流配管６２ａと、第１分岐配管６３ａと、第２分岐配管６４ａと、第１調節弁６６ａと、第２調節弁６７ａと、バイパス管６９ａと、逆止弁６８ａと、第３分岐配管６１ａと、を有している。

　合流配管６２ａは、その一端が第１接続管１５ａに接続されている。合流配管６２ａの他端には、第１分岐配管６３ａと第２分岐配管６４ａとが分岐して接続されている。

　第１分岐配管６３ａは、合流配管６２ａ側とは反対側が、第４連絡配管８に接続されている。第１分岐配管６３ａには、開閉可能な第１調節弁６６ａが設けられている。

　第２分岐配管６４ａは、合流配管６２ａ側とは反対側が、第５連絡配管９に接続されている。第２分岐配管６４ａには、開閉可能な第２調節弁６７ａが設けられている。

　バイパス管６９ａは、第１分岐配管６３ａのうちの第１調節弁６６ａよりも第４連絡配管８側の部分と、第２分岐配管６４ａのうちの第２調節弁６７ａよりも第５連絡配管９側の部分と、を接続する冷媒配管である。このバイパス管６９ａの途中には、逆止弁６８ａが設けられている。逆止弁６８ａは、第２分岐配管６４ａ側から第１分岐配管６３ａ側に向かう冷媒流れのみを許容し、第１分岐配管６３ａ側から第２分岐配管６４ａ側に向かう冷媒流れは許容しない。

　第３分岐配管６１ａは、その一端が第２接続管１６ａに接続されている。第３分岐配管６１ａは、その他端が第３連絡配管７に接続されている。

　そして、第１分岐ユニット６ａは、後述の全冷房運転を行う際には、第１調節弁６６ａを閉状態とし、第２調節弁６７ａを開状態にすることで、以下のように機能することができる。第１分岐ユニット６ａは、第３連絡配管７を通じて第３分岐配管６１ａに流入する冷媒を、第２接続管１６ａに送る。なお、第２接続管１６ａを通じて第１利用ユニット３ａの第２利用配管５６ａを流れる冷媒は、利用側膨張弁５１ａを通じて、第１利用ユニット３ａの第２熱交換器５２ａに送られる。そして、第２熱交換器５２ａに送られた冷媒は、室内空気との熱交換によって蒸発した後、第１利用配管５７ａを介して、第１接続管１５ａを流れる。第１接続管１５ａを流れた冷媒は、第１分岐ユニット６ａの合流配管６２ａに送られる。合流配管６２ａを流れた冷媒は、第１分岐配管６３ａ側には流れず、第２分岐配管６４ａ側に流れる。第２分岐配管６４ａを流れる冷媒は、第２調節弁６７ａを通過する。第２調節弁６７ａを通過した冷媒の一部は、第５連絡配管９に送られる。また、第２調節弁６７ａを通過した冷媒の残りは、逆止弁６８ａが設けられたバイパス管６９ａに分岐するように流れ、第１分岐配管６３ａの一部を通過した後、第４連絡配管８に送られる。これにより、第２熱交換器５２ａで蒸発したガス状態の二酸化炭素冷媒を第２圧縮機２１に送る際の合計の流路断面積を大きくすることができるため、圧力損失を低減させることができる。

　また、第１分岐ユニット６ａは、後述の冷房主体運転を行う際と暖房主体運転を行う際に、第１利用ユニット３ａにおいて室内を冷房する場合には、第１調節弁６６ａを閉状態にしつつ第２調節弁６７ａを開状態にすることで、以下のように機能することができる。第１分岐ユニット６ａは、第３連絡配管７を通じて第３分岐配管６１ａに流入する冷媒を、第２接続管１６ａに送る。なお、第２接続管１６ａを通じて第１利用ユニット３ａの第２利用配管５６ａを流れる冷媒は、利用側膨張弁５１ａを通じて、第１利用ユニット３ａの第２熱交換器５２ａに送られる。そして、第２熱交換器５２ａに送られた冷媒は、室内空気との熱交換によって蒸発した後、第１利用配管５７ａを介して、第１接続管１５ａを流れる。第１接続管１５ａを流れた冷媒は、第１分岐ユニット６ａの合流配管６２ａに送られる。合流配管６２ａを流れた冷媒は、第２分岐配管６４ａに流れて第２調節弁６７ａを通過した後、第５連絡配管９に送られる。

　また、第１分岐ユニット６ａは、後述の全暖房運転を行う際には、第２調節弁６７ａを閉状態にし、かつ、第１調節弁６６ａを開状態にすることで、次のように機能することができる。第１分岐ユニット６ａでは、第４連絡配管８を通じて第１分岐配管６３ａに流入する冷媒が、第１調節弁６６ａを通過して、合流配管６２ａに送られる。合流配管６２ａを流れた冷媒は、第１接続管１５ａを介して、利用ユニット３ａの第１利用配管５７ａを流れて、第２熱交換器５２ａに送られる。そして、第２熱交換器５２ａに送られた冷媒は、室内空気との熱交換によって放熱した後、第２利用配管５６ａに設けられた利用側膨張弁５１ａを通過する。第２利用配管５６ａを通過した冷媒は、第２接続管１６ａを介して、第１分岐ユニット６ａの第３分岐配管６１ａを流れた後、第３連絡配管７に送られる。

　また、第１分岐ユニット６ａは、後述の冷房主体運転を行う際と暖房主体運転を行う際とに、第１利用ユニット３ａにおいて室内を暖房する場合には、第２調節弁６７ａを閉状態にし、かつ、第１調節弁６６ａを開状態にすることで、次のように機能することができる。第１分岐ユニット６ａでは、第４連絡配管８を通じて第１分岐配管６３ａに流入する冷媒が、第１調節弁６６ａを通過して、合流配管６２ａに送られる。合流配管６２ａを流れた冷媒は、第１接続管１５ａを介して、利用ユニット３ａの第１利用配管５７ａを流れて、第２熱交換器５２ａに送られる。そして、第２熱交換器５２ａに送られた冷媒は、室内空気との熱交換によって放熱した後、第２利用配管５６ａに設けられた利用側膨張弁５１ａを通過する。第２利用配管５６ａを通過した冷媒は、第２接続管１６ａを介して、第１分岐ユニット６ａの第３分岐配管６１ａを流れた後、第３連絡配管７に送られる。

　このような機能は、第１分岐ユニット６ａだけでなく、第２分岐ユニット６ｂ、第３分岐ユニット６ｃも同様に有している。このため、第１分岐ユニット６ａ、第２分岐ユニット６ｂ、第３分岐ユニット６ｃは、ぞれぞれ、各第２熱交換器５２ａ、５２ｂ、５２ｃについて、冷媒の蒸発器として機能させるか、または、冷媒の放熱器として機能させるか、を個別に切り換えることが可能になっている。

　（４）第１ユニット
　第１ユニット５は、第２ユニット４ａ、４ｂ、４ｃ（詳細には、利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃ及び分岐ユニット６ａ、６ｂ、６ｃ）が配置された空間とは異なる空間に配置される。ここでは、第１ユニット５は、建物の屋上に配置されている。

　第１ユニット５は、上述の第１回路５ａの一部と、第１ファン７５と、各種センサと、第１制御部７０と、を、第１ケーシング（図示せず）内に有して構成されている。

　第１ユニット５は、第１回路５ａの一部として、第１圧縮機７１と、第１切換機構７２と、第１熱交換器７４と、第１膨張弁７６と、第１過冷却熱交換器１０３と、第１過冷却回路１０４と、第１過冷却膨張弁１０４ａと、第２閉鎖弁１０８と、第１閉鎖弁１０９と、第１アキュムレータ１０５と、を有している。

　第１ファン７５は、第１ユニット５内に設けられており、室外空気を第１熱交換器７４に導いて、第１熱交換器７４を流れる第１冷媒と熱交換させた後に、室外に排出させる、という空気流れを生じさせる。第１ファン７５は、第１ファンモータ７５ａによって駆動される。

　また、第１ユニット５には、各種のセンサが設けられている。具体的には、第１ユニット５には、外気温度センサ７７と、第１吐出圧力センサ７８と、第１吸入圧力センサ７９と、第１吸入温度センサ８１と、第１熱交温度センサ８２と、が設けられている。外気温度センサ７７は、第１熱交換器７４を通過する前の室外空気の温度を検出する。第１吐出圧力センサ７８は、第１圧縮機７１から吐出された第１冷媒の圧力を検出する。第１吸入圧力センサ７９は、第１圧縮機７１に吸入される第１冷媒の圧力を検出する。第１吸入温度センサ８１は、第１圧縮機７１に吸入される第１冷媒の温度を検出する。第１熱交温度センサ８２は、第１熱交換器７４を流れる冷媒の温度を検出する。

　第１制御部７０は、第１ユニット５内に設けられている各部材７１（７１ａ）、７２、７５（７５ａ）、７６、１０４ａの動作を制御する。そして、第１制御部７０は、第１ユニット５の制御を行うために設けられたＣＰＵやマイクロコンピュータ等のプロセッサとメモリを有しており、リモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行うことや、カスケードユニット２の熱源側制御部２０や分岐ユニット制御部６０ａ、６０ｂ、６０ｃや利用側制御部５０ａ、５０ｂ、５０ｃとの間で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。

　（５）カスケードユニット
　カスケードユニット２は、第２ユニット４ａ、４ｂ、４ｃ（詳細には、利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃ及び分岐ユニット６ａ、６ｂ、６ｃ）が配置された空間とは異なる空間に配置される。ここでは、カスケードユニット２は、建物の屋上に配置されている。

　カスケードユニット２は、連絡配管７、８、９を介して分岐ユニット６ａ、６ｂ、６ｃに接続されており、第２回路１０の一部を構成している。また、カスケードユニット２は、連絡配管１１１、１１２を介して、第１ユニット５と接続されており、第１回路５ａの一部を構成している。

　カスケードユニット２は、上述した熱源回路１２と、各種センサと、熱源側制御部２０と、第１回路５ａの一部を構成する第２膨張弁１０２、第１冷媒配管１１３及び第２冷媒配管１１４と、を、カスケードケーシング（図示せず）内に有して構成されている。

　カスケードユニット２には、各種のセンサが設けられている。具体的には、カスケードユニット２には、上述した第２吸入圧力センサ３７と、第２吐出圧力センサ３８と、第２吐出温度センサ３９と、上述した第２吸入温度センサ８８と、カスケード温度センサ８３と、レシーバ出口温度センサ８４と、バイパス回路温度センサ８５と、過冷却出口温度センサ８６と、過冷却回路温度センサ８７と、が設けられている。第２吸入圧力センサ３７は、第２圧縮機２１の吸入側における二酸化炭素冷媒の圧力を検出する。第２吐出圧力センサ３８は、第２圧縮機２１の吐出側における二酸化炭素冷媒の圧力を検出する。第２吐出温度センサ３９は、第２圧縮機２１の吐出側における二酸化炭素冷媒の温度を検出する。第２吸入温度センサ８８は、第２圧縮機２１の吸入側における二酸化炭素冷媒の温度を検出する。カスケード温度センサ８３は、カスケード熱交換器３５の第２流路３５ａと熱源側膨張弁３６との間を流れる二酸化炭素冷媒の温度を検出する。レシーバ出口温度センサ８４は、第２レシーバ４５から第２過冷却熱交換器４７との間を流れる二酸化炭素冷媒の温度を検出する。バイパス回路温度センサ８５は、バイパス回路４６におけるバイパス膨張弁４６ａの下流側を流れる二酸化炭素冷媒の温度を検出する。過冷却出口温度センサ８６は、第２過冷却熱交換器４７と第５閉鎖弁３１との間を流れる二酸化炭素冷媒の温度を検出する。過冷却回路温度センサ８７は、第２過冷却回路４８における第２過冷却熱交換器４７の出口を流れる二酸化炭素冷媒の温度を検出する。

　熱源側制御部２０は、カスケードユニット２のカスケードケーシング（図示せず）の内部に設けられた各部材２１（２１ａ）、２２、２３ｃ、３６、４４、４６ａ、４８ａ、１０２の動作を制御する。熱源側制御部２０は、カスケードユニット２の制御を行うために設けられたＣＰＵやマイクロコンピュータ等のプロセッサとメモリを有しており、第１ユニット５の第１制御部７０や利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃの利用側制御部５０ａ、５０ｂ、５０ｃや分岐ユニット制御部６０ａ、６０ｂ、６０ｃとの間で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。

　なお、このように、熱源側制御部２０は、第２回路１０の熱源回路１２を構成する各部材だけでなく、第１回路５ａの一部を構成する第２膨張弁１０２の制御を行うことができる。このため、熱源側制御部２０は、自身が制御する熱源回路１２の状況に基づいて、自ら第２膨張弁１０２の弁開度を制御することにより、熱源回路１２の状況を所望の状況に近づけることができる。具体的には、熱源回路１２におけるカスケード熱交換器３５の第２流路３５ａを流れる二酸化炭素冷媒が、カスケード熱交換器３５の第１流路３５ｂを流れる第１冷媒から受ける熱量または当該第１冷媒に与える熱量を制御することが可能になる。

　（６）第２ユニット
　第２ユニット４ａ、４ｂ、４ｃは、利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃと、分岐ユニット６ａ、６ｂ、６ｃと、第１接続管１５ａ、１５ｂ、１５ｃと、第２接続管１６ａ、１６ｂ、１６ｃと、を含む。

　（６－１）利用ユニット
　利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃは、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等、または、室内の壁面に壁掛け等により設置されている。

　利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃは、連絡配管７、８、９を介してカスケードユニット２に接続されている。

　利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃは、第２回路１０の一部を構成する利用回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃを有している。

　以下、利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃの構成について説明する。なお、第２利用ユニット３ｂ及び第３利用ユニット３ｃは、第１利用ユニット３ａと同様の構成であるため、ここでは、第１利用ユニット３ａの構成のみ説明し、第２利用ユニット３ｂ及び第３利用ユニット３ｃの構成については、それぞれ、第１利用ユニット３ａの各部を示す符号の添字「ａ」の代わりに、「ｂ」または「ｃ」の添字を付して、各部の説明を省略する。

　第１利用ユニット３ａは、主として、上述の利用回路１３ａと、第２ファン５３ａと、利用側制御部５０ａと、各種センサと、を有している。なお、第２ファン５３ａは、第２ファンモータ５４ａを有している。

　第２ファン５３ａは、利用ユニット３ａ内に室内空気を吸入して、第２熱交換器５２ａを流れる冷媒と熱交換させた後に、供給空気として室内に供給する空気流れを生じさせる。第２ファン５３ａは、第２ファンモータ５４ａによって駆動される。

　利用ユニット３ａには、第２熱交換器５２ａの液側における冷媒の温度を検出する液側温度センサ５８ａが設けられている。また、利用ユニット３ａには、室内から取り込まれた空気であって、第２熱交換器５２ａを通過する前の空気の温度である室内温度を検出する室内温度センサ５５ａが設けられている。

　利用側制御部５０ａは、利用ユニット３ａを構成する各部材５１ａ、５３ａ（５４ａ）の動作を制御する。そして、利用側制御部５０ａは、利用ユニット３ａの制御を行うために設けられたＣＰＵやマイクロコンピュータ等のプロセッサとメモリを有しており、リモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行うことや、カスケードユニット２の熱源側制御部２０や分岐ユニット制御部６０ａ、６０ｂ、６０ｃや第１ユニット５の第１制御部７０との間で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。

　なお、第２利用ユニット３ｂは、利用回路１３ｂ、第２ファン５３ｂ、利用側制御部５０ｂ、第２ファンモータ５４ｂを有している。第３利用ユニット３ｃは、利用回路１３ｃ、第２ファン５３ｃ、利用側制御部５０ｃ、第２ファンモータ５４ｃを有している。

　（６－２）分岐ユニット
　分岐ユニット６ａ、６ｂ、６ｃは、ビル等の室内の天井裏の空間等に設置されている。

　分岐ユニット６ａ、６ｂ、６ｃは、利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃと１対１に対応しつつ接続されている。分岐ユニット６ａ、６ｂ、６ｃは、連絡配管７、８、９を介してカスケードユニット２に接続されている。

　次に、分岐ユニット６ａ、６ｂ、６ｃの構成について説明する。なお、第２分岐ユニット６ｂ及び第３分岐ユニット６ｃは、第１分岐ユニット６ａと同様の構成であるため、ここでは、第１分岐ユニット６ａの構成のみ説明し、第２分岐ユニット６ｂ及び第３分岐ユニット６ｃの構成については、それぞれ、第１分岐ユニット６ａの各部を示す符号の添字「ａ」の代わりに、「ｂ」または「ｃ」の添字を付して、各部の説明を省略する。

　第１分岐ユニット６ａは、主として、上述の分岐回路１４ａと、分岐ユニット制御部６０ａと、を有している。

　分岐ユニット制御部６０ａは、分岐ユニット６ａを構成する各部材６６ａ、６７ａの動作を制御する。そして、分岐ユニット制御部６０ａは、分岐ユニット６ａの制御を行うために設けられたＣＰＵやマイクロコンピュータ等のプロセッサとメモリを有しており、リモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行うことや、カスケードユニット２の熱源側制御部２０や利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃや第１ユニット５の第１制御部７０との間で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。

　なお、第２分岐ユニット６ｂは、分岐回路１４ｂと分岐ユニット制御部６０ｂを有している。第３分岐ユニット６ｃは、分岐回路１４ｃと分岐ユニット制御部６０ｃを有している。

　（７）制御部
　（７－１）概要
　冷凍サイクル装置１では、上述の熱源側制御部２０、利用側制御部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、分岐ユニット制御部６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、第１制御部７０が、有線または無線を介して相互に通信可能に接続されることで、制御部８０を構成している。したがって、この制御部８０は、各種センサ３７、３８、３９、８３、８４、８５、８６、８７、８８、７７、７８、７９、８１、８２、５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５６ａ、５６ｂ、５６ｃ等の検出情報及び図示しないリモコン等から受け付けた指示情報等に基づいて、各部材２１（２１ａ）、２２、２３ｃ、３６、４４、４６ａ、４８ａ、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５３ａ、５３ｂ、５３ｃ（５４ａ、５４ｂ、５４ｃ）、６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、７１（７１ａ）、７２、７５（７５ａ）、７６、１０４ａ等の動作を制御する。

　ここでは、制御部８０は、カスケード熱交換器３５において、二酸化炭素冷媒を第１冷媒によって加熱する運転（本実施形態では、全暖房運転または暖房主体運転）と、二酸化炭素冷媒を第１冷媒によって冷却する運転（本実施形態では、全冷房運転または冷房主体運転）と、を切り換える。このように、カスケード熱交換器３５による二酸化炭素冷媒の加熱及び冷却の切り換えを行うために、制御部８０の熱源側制御部２０は、第２切換機構２２を制御する。具体的には、制御部８０は、カスケード熱交換器３５を二酸化炭素冷媒の放熱器として機能させる第１状態と、カスケード熱交換器３５を二酸化炭素冷媒の蒸発器として機能させる第２状態とを切り換えるように、第２切換機構２２を制御する。

　（７－２）起動時の制御
　以下、冷凍サイクル装置１の冷凍サイクル運転の起動時の制御部８０による起動制御について説明する。なお、冷凍サイクル装置１の通常の冷凍サイクル運転は、全冷房運転と、全暖房運転と、冷房主体運転と、暖房主体運転と、を含む。本実施形態では、制御部８０は、カスケード熱交換器３５において、二酸化炭素冷媒を第１冷媒によって加熱する運転時に、起動制御を行う。ここでは、制御部８０は、全暖房運転時及び暖房主体運転時に、起動制御を行う。

　制御部８０は、第１回路５ａにおいて第１冷媒を循環させ始めた後に、油戻し弁２３ｃを開ける起動制御を実施する。具体的には、制御部８０は、リモコン等から暖房運転または暖房主体運転の指令を受けると、第１圧縮機７１を起動して、第１回路５ａにおいて第１冷媒を循環させた後に、油戻し弁２３ｃの開度を大きくする制御を行う。

　全暖房運転または暖房主体運転の起動時に外気温が低いため、室外に配置された第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒の温度が低い場合に、第２冷凍機油の密度が二酸化炭素冷媒の密度よりも小さいことがある。この場合、第２アキュムレータ３０内において、第２冷凍機油が二酸化炭素冷媒の上方に位置する、正常でない状態となる。この正常でない状態では、制御部８０は、油戻し弁２３ｃを閉じるように制御することで、油戻し弁２３ｃが設けられている油戻し通路２３ｂに、二酸化炭素冷媒が流出することを防止できる。そして、起動制御を行うことによって、第１回路５ａにおいて第１冷媒を循環させ始めることで、カスケード熱交換器３５を介して、第２回路１０の第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒の温度を上げることができる。これにより、二酸化炭素冷媒の密度が第２冷凍機油の密度よりも低い、正常な状態にすることができる。換言すると、制御部８０は、第２アキュムレータ３０内において、第２冷凍機油が二酸化炭素冷媒の下方に位置するように制御する。さらに換言すると、制御部８０は、第２アキュムレータ３０内において、第２冷凍機油が二酸化炭素冷媒の下方から上方に反転することを防止する。そして、制御部８０は、正常な状態になった後に、油戻し弁２３ｃを開けるように制御することで、油戻し弁２３ｃから油戻し通路２３ｂに、第２冷凍機油を流出させるとともに、二酸化炭素冷媒が流出することを防止する。

　本実施形態では、制御部８０は、全暖房運転または暖房主体運転の起動時に、まず、第１回路５ａにおいて第１冷媒を循環させ、次に、第２回路１０において二酸化炭素冷媒を循環させ、次に、油戻し弁２３ｃを開ける。

　具体的には、制御部８０は、第１回路５ａにおいて第１冷媒を循環させ始めた後に、第２回路１０において二酸化炭素冷媒を循環させ始める。ここでは、制御部８０は、第１回路５ａにおいて第１冷媒を循環させて、カスケード熱交換器３５における第１冷媒の凝縮温度が所定値以上に上昇したときに、第２圧縮機２１を起動して、第２回路１０において二酸化炭素冷媒を循環させ始める。

　さらに、制御部８０は、第２回路１０において二酸化炭素冷媒を循環させ始めた後に、油戻し弁２３ｃを開ける。ここでは、制御部８０は、第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒及び第２冷凍機油の温度又は圧力が、第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒の密度と第２冷凍機油の密度とが等しくなる境界温度に対応する所定温度又は所定圧力以上になると、油戻し弁２３ｃを開ける。

　なお、「所定温度又は所定圧力」は、境界温度以上の温度又は圧力であり、境界温度を超える温度又は圧力であることが好ましい。境界温度は、第２冷凍機油がポリアルキレングリコールの場合、－１５℃である。

　制御部８０は、第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒及び第２冷凍機油の温度又は圧力が、所定温度又は所定圧力以上になったか否かを判断するために、本実施形態では、第２圧縮機２１の吸入側における二酸化炭素冷媒及び第２冷凍機油の温度及び圧力の少なくとも一方を測定するセンサから、吸入配管２３ａを流れる二酸化炭素冷媒及び第２冷凍機油の温度または圧力を取得する。ここでは、制御部８０は、第２吸入温度センサ８８及び第２吸入圧力センサ３７の少なくとも一方から、吸入配管２３ａを流れる二酸化炭素冷媒及び第２冷凍機油の温度または圧力を取得する。そして、制御部８０は、取得した温度または圧力が、第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒の密度と第２冷凍機油の密度とが等しくなる境界温度に対応する所定温度又は所定圧力以上であるかを判断する。

　また、本実施形態では、制御部８０は、外気温が第１温度以下の時に起動制御を実施し、外気温が第１温度を超える時には、起動制御を実施しない。制御部８０は、起動制御に関する第１温度を有している。第１温度は、第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒の温度が低いことに起因して、二酸化炭素冷媒の密度が冷凍機油の密度よりも高くなる温度である。第１温度は、例えば、－２０℃である。そして、制御部８０は、外気温度センサ７７から外気温を取得して、取得した外気温が第１温度以下か否かを判断する。そして、制御部８０は、外気温が第１温度以下であると判断すると、起動制御を実施するとともに、外気温が第１温度を超えると判断すると、起動制御を実施しない。

　ここでは、制御部８０は、外気温が第１温度を超える時には、第１回路５ａの運転と、第２回路１０の運転と、油戻し弁２３ｃの開動作と、を同時に開始する。なお、「同時」は、例えば、制御部８０が、第１圧縮機７１の起動の指令と、第２圧縮機２１の起動の指令と、油戻し弁２３ｃの開動作の指令と、を、同じタイミングで行う。このため、第１回路５ａにおける第１冷媒の循環と、第２回路１０における二酸化炭素冷媒の循環と、油戻し弁２３ｃの開動作と、が、完全に同じ時刻に開始される場合と、いずれかがわずかに先に開始される場合とを含む。

　（８）冷凍サイクル装置の動作
　次に、冷凍サイクル装置１の動作について、図３～図６を用いて説明する。

　冷凍サイクル装置１の冷凍サイクル運転は、主として、全冷房運転と、全暖房運転と、冷房主体運転と、暖房主体運転と、に分けることができる。

　ここで、全冷房運転は、第２熱交換器５２ａ、５２ｂ、５２ｃが二酸化炭素冷媒の蒸発器として機能する運転を行う利用ユニットだけが存在し、利用ユニット全体の蒸発負荷に対してカスケード熱交換器３５を二酸化炭素冷媒の放熱器として機能させる冷凍サイクル運転である。

　全暖房運転は、第２熱交換器５２ａ、５２ｂ、５２ｃが二酸化炭素冷媒の放熱器として機能する運転を行う利用ユニットだけが存在し、利用ユニット全体の放熱負荷に対してカスケード熱交換器３５を二酸化炭素冷媒の蒸発器として機能させる冷凍サイクル運転である。

　冷房主体運転は、第２熱交換器５２ａ、５２ｂ、５２ｃが二酸化炭素冷媒の蒸発器として機能する運転を行う利用ユニットと、第２熱交換器５２ａ、５２ｂ、５２ｃが冷媒の放熱器として機能する運転を行う利用ユニットと、を混在させる運転である。冷房主体運転は、利用ユニット全体の熱負荷のうち蒸発負荷が主体である場合に、この利用ユニット全体の蒸発負荷を処理するためにカスケード熱交換器３５を二酸化炭素冷媒の放熱器として機能させる冷凍サイクル運転である。

　暖房主体運転は、第２熱交換器５２ａ、５２ｂ、５２ｃが冷媒の蒸発器として機能する運転を行う利用ユニットと、第２熱交換器５２ａ、５２ｂ、５２ｃが冷媒の放熱器として機能する運転を行う利用ユニットと、を混在させる運転である。暖房主体運転は、利用ユニット全体の熱負荷のうち放熱負荷が主体である場合に、この利用ユニット全体の放熱負荷を処理するためにカスケード熱交換器３５を二酸化炭素冷媒の蒸発器として機能させる冷凍サイクル運転である。

　なお、これらの冷凍サイクル運転を含む冷凍サイクル装置１の動作は、上記の制御部８０によって行われる。

　（８－１）全冷房運転
　全冷房運転では、例えば、利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃの第２熱交換器５２ａ、５２ｂ、５２ｃの全てが冷媒の蒸発器として機能する運転を行う。また、全冷房運転では、カスケード熱交換器３５が二酸化炭素冷媒の放熱器として機能する運転を行う。この全冷房運転では、冷凍サイクル装置１の第１回路５ａ及び第２回路１０は、図３に示すように構成される。なお、図３の第１回路５ａに付された矢印及び第２回路１０に付された矢印は、全冷房運転時の冷媒の流れを示している。

　具体的には、第１ユニット５においては、第１切換機構７２を第４接続状態に切り換えることによって、カスケード熱交換器３５を第１冷媒の蒸発器として機能させるようになっている。なお、第１切換機構７２の第４接続状態は、図３の第１切換機構７２において実線で示す接続状態である。これにより、第１ユニット５では、第１圧縮機７１から吐出された第１冷媒は、第１切換機構７２を通過して、第１熱交換器７４において第１ファン７５から供給される外気と熱交換を行うことで放熱する。第１熱交換器７４において放熱した第１冷媒は、全開状態に制御された第１膨張弁７６を通過し、一部の冷媒が、第１過冷却熱交換器１０３を通じて第２閉鎖弁１０８に向けて流れ、他の一部の冷媒が、第１過冷却回路１０４に分岐して流れる。第１過冷却回路１０４を流れる冷媒は、第１過冷却膨張弁１０４ａを通過する際に減圧される。第１膨張弁７６から第２閉鎖弁１０８に向けて流れる冷媒は、第１過冷却熱交換器１０３において、第１過冷却膨張弁１０４ａで減圧されて第１過冷却回路１０４を流れる冷媒との間で熱交換を行い、過冷却状態となるまで冷却される。過冷却状態となった第１冷媒は、第２連絡配管１１１を通って、第２膨張弁１０２を通過する際に減圧される。ここで、第２膨張弁１０２は、第１圧縮機７１に吸入される第１冷媒の過熱度が所定条件を満たすように弁開度が制御される。第２膨張弁１０２で減圧された第１冷媒は、カスケード熱交換器３５の第１流路３５ｂを流れる際に、第２流路３５ａを流れる二酸化炭素冷媒と熱交換することで蒸発し、第１連絡配管１１２に向けて流れる。この第１冷媒は、第１連絡配管１１２と第１閉鎖弁１０９を通過した後、第１切換機構７２に至る。第１切換機構７２を通過した冷媒は、第１過冷却回路１０４を流れた冷媒と合流した後、第１アキュムレータ１０５を介して、第１圧縮機７１に吸入される。

　また、カスケードユニット２においては、第２切換機構２２を第１接続状態に切り換えることによって、カスケード熱交換器３５を二酸化炭素冷媒の放熱器として機能させるようになっている。なお、第２切換機構２２の第１接続状態では、第１切換弁２２ａにより吐出流路２４と第３熱源配管２５とが接続され、第２切換弁２２ｂにより第１熱源配管２８と吸入流路２３とが接続される。ここで、熱源側膨張弁３６は、開度調節されている。第１～第３利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃにおいては、第２調節弁６７ａ、６７ｂ、６７ｃは、開状態に制御される。これにより、利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃの第２熱交換器５２ａ、５２ｂ、５２ｃの全てが、冷媒の蒸発器として機能する。また、利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃの第２熱交換器５２ａ、５２ｂ、５２ｃの全てとカスケードユニット２の第２圧縮機２１の吸入側とは、第１利用配管５７ａ、５７ｂ、５７ｃ、第１接続管１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、合流配管６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、第２分岐配管６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、バイパス管６９ａ、６９ｂ、６９ｃ、第１分岐配管６３ａ、６３ｂ、６３ｃの一部、第４連絡配管８及び第５連絡配管９を介して接続された状態になっている。また、第２過冷却膨張弁４８ａは、第２過冷却熱交換器４７の出口を第３連絡配管７に向けて流れる二酸化炭素冷媒の過冷却度が所定条件を満たすように開度制御されている。バイパス膨張弁４６ａは、閉状態に制御される。利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃにおいては、利用側膨張弁５１ａ、５１ｂ、５１ｃは、開度調節されている。

　このような第２回路１０において、第２圧縮機２１で圧縮され吐出された高圧の二酸化炭素冷媒は、第２切換機構２２の第１切換弁２２ａを通じて、カスケード熱交換器３５の第２流路３５ａに送られる。カスケード熱交換器３５では、第２流路３５ａを流れる高圧の二酸化炭素冷媒は放熱し、カスケード熱交換器３５の第１流路３５ｂを流れる第１冷媒は蒸発する。カスケード熱交換器３５において放熱した二酸化炭素冷媒は、開度調節されている熱源側膨張弁３６を通過した後、第２レシーバ４５に流入する。第２レシーバ４５から流出した二酸化炭素冷媒の一部は、第２過冷却回路４８に分岐して流れ、第２過冷却膨張弁４８ａにおいて減圧された後に、吸入流路２３に合流する。第２過冷却熱交換器４７では、第２レシーバ４５から流出した冷媒の他の一部が、第２過冷却回路４８を流れる冷媒によって冷却された後、第５閉鎖弁３１を通じて、第３連絡配管７に送られる。

　そして、第３連絡配管７に送られた冷媒は、３つに分岐されて、各第１～第３分岐ユニット６ａ、６ｂ、６ｃの第３分岐配管６１ａ、６１ｂ、６１ｃを通過する。その後、各第２接続管１６ａ、１６ｂ、１６ｃを流れた冷媒は、各第１～第３利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃの第２利用配管５６ａ、５６ｂ、５６ｃに送られる。第２利用配管５６ａ、５６ｂ、５６ｃに送られた冷媒は、利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃの利用側膨張弁５１ａ、５１ｂ、５１ｃに送られる。

　そして、開度調節されている利用側膨張弁５１ａ、５１ｂ、５１ｃを通過した二酸化炭素冷媒は、第２熱交換器５２ａ、５２ｂ、５２ｃにおいて、第２ファン５３ａ、５３ｂ、５３ｃによって供給される室内空気と熱交換を行う。これにより、第２熱交換器５２ａ、５２ｂ、５２ｃを流れる二酸化炭素冷媒は、蒸発し、低圧のガス冷媒となる。室内空気は、冷却されて室内に供給される。これにより、室内空間が冷房される。第２熱交換器５２ａ、５２ｂ、５２ｃにおいて蒸発した低圧のガス冷媒は、第１利用配管５７ａ、５７ｂ、５７ｃを流れ、第１接続管１５ａ、１５ｂ、１５ｃを流れた後、第１～第３分岐ユニット６ａ、６ｂ、６ｃの合流配管６２ａ、６２ｂ、６２ｃに送られる。

　そして、合流配管６２ａ、６２ｂ、６２ｃに送られた低圧のガス冷媒は、第２分岐配管６４ａ、６４ｂ、６４ｃと、に流れる。第２分岐配管６４ａ、６４ｂ、６４ｃにおいて第２調節弁６７ａ、６７ｂ、６７ｃを通過した二酸化炭素冷媒は、一部が、第５連絡配管９に送られる。第２調節弁６７ａ、６７ｂ、６７ｃを通過した残りの冷媒は、バイパス管６９ａ、６９ｂ、６９ｃを通過して、第１分岐配管６３ａ、６３ｂ、６３ｃの一部を流れた後、第４連絡配管８に送られる。

　そして、第４連絡配管８及び第５連絡配管９に送られた低圧のガス冷媒は、第３閉鎖弁３２、第４閉鎖弁３３、第１熱源配管２８、第２熱源配管２９、第２切換機構２２の第２切換弁２２ｂ、吸入流路２３、第２アキュムレータ３０及び吸入配管２３ａを通じて、第２圧縮機２１の吸入側に戻される。

　また、第２回路１０を循環する第２冷凍機油は、第２アキュムレータ３０の下部から油戻し通路２３ｂ、油戻し弁２３ｃ、及び吸入配管２３ａを通じて、第２圧縮機２１の吸入側に戻される。

　このようにして、全冷房運転における動作が行われる。

　なお、全暖房運転時には、制御部８０によって、第２圧縮機２１に液冷媒が流入しないために、第２圧縮機２１から吐出される二酸化炭素冷媒の過熱度（吐出過熱度）に基づいて油戻し弁２３ｃの開度を制御している。

　（８－２）全暖房運転
　全暖房運転では、例えば、利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃの第２熱交換器５２ａ、５２ｂ、５２ｃの全てが冷媒の放熱器として機能する運転を行う。また、全暖房運転では、カスケード熱交換器３５が二酸化炭素冷媒の蒸発器として機能する運転を行う。この全暖房運転では、冷凍サイクル装置１の第１回路５ａ及び第２回路１０は、図４に示すように構成される。図４の第１回路５ａに付された矢印及び第２回路１０に付された矢印は、全暖房運転時の冷媒の流れを示している。

　具体的には、第１ユニット５においては、第１切換機構７２を第５接続状態に切り換えることによって、カスケード熱交換器３５を第１冷媒の放熱器として機能させるようになっている。第１切換機構７２の第５接続状態は、図４の第１切換機構７２において破線で示す接続状態である。これにより、第１ユニット５では、第１圧縮機７１から吐出され、第１切換機構７２を通過した第１冷媒は、第１連絡配管１１２をさらに通過して、カスケード熱交換器３５の第１流路３５ｂに送られる。カスケード熱交換器３５の第１流路３５ｂを流れる冷媒は、第２流路３５ａを流れる二酸化炭素冷媒と熱交換することで凝縮する。カスケード熱交換器３５において凝縮した第１冷媒は、第２冷媒配管１１４を流れる際に、全開状態に制御された第２膨張弁１０２を通過する。第２膨張弁１０２を通過した冷媒は、第２連絡配管１１１、第２閉鎖弁１０８、第１過冷却熱交換器１０３の順に流れて、第１膨張弁７６において減圧される。なお、全暖房運転時には、第１過冷却膨張弁１０４ａは閉状態に制御されることで、第１過冷却回路１０４には冷媒は流れないため、第１過冷却熱交換器１０３における熱交換も行われない。なお、第１膨張弁７６は、例えば、第１圧縮機７１に吸入される第１冷媒の過熱度が所定条件を満たすように弁開度が制御される。第１膨張弁７６において減圧された冷媒は、第１熱交換器７４において第１ファン７５から供給される外気と熱交換を行うことで蒸発し、第１切換機構７２、第１アキュムレータ１０５を通過して、第１圧縮機７１に吸入される。

　また、カスケードユニット２においては、第２切換機構２２を第２接続状態に切り換える。これにより、カスケード熱交換器３５を二酸化炭素冷媒の蒸発器として機能させるようになっている。第２切換機構２２の第２接続状態では、第２切換弁２２ｂにより吐出流路２４と第１熱源配管２８とが接続され、第１切換弁２２ａにより第３熱源配管２５と吸入流路２３とが接続される。また、熱源側膨張弁３６は、開度調節されている。第１～第３分岐ユニット６ａ、６ｂ、６ｃにおいては、第１調節弁６６ａ、６６ｂ、６６ｃが開状態に制御され、第２調節弁６７ａ、６７ｂ、６７ｃが閉状態に制御される。これにより、利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃの第２熱交換器５２ａ、５２ｂ、５２ｃの全てが冷媒の放熱器として機能する。そして、利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃの第２熱交換器５２ａ、５２ｂ、５２ｃとカスケードユニット２の第２圧縮機２１の吐出側とは、吐出流路２４、第１熱源配管２８、第４連絡配管８、第１分岐配管６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、合流配管６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、第１接続管１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、第１利用配管５７ａ、５７ｂ、５７ｃを介して接続された状態になっている。また、第２過冷却膨張弁４８ａ及びバイパス膨張弁４６ａは、閉状態に制御される。利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃにおいては、利用側膨張弁５１ａ、５１ｂ、５１ｃは、開度調節されている。

　このような第２回路１０において、第２圧縮機２１で圧縮され吐出された高圧の二酸化炭素冷媒は、第２切換機構２２の第２切換弁２２ｂを通じて、第１熱源配管２８に送られる。第１熱源配管２８に送られた冷媒は、第３閉鎖弁３２を通じて、第４連絡配管８に送られる。

　そして、第４連絡配管８に送られた高圧冷媒は、３つに分岐されて、運転中の利用ユニットである各利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃの第１分岐配管６３ａ、６３ｂ、６３ｃに送られる。第１分岐配管６３ａ、６３ｂ、６３ｃに送られた高圧の二酸化炭素冷媒は、第１調節弁６６ａ、６６ｂ、６６ｃを通過し、合流配管６２ａ、６２ｂ、６２ｃを流れる。その後、第１接続管１５ａ、１５ｂ、１５ｃ及び第１利用配管５７ａ、５７ｂ、５７ｃを流れた冷媒が、第２熱交換器５２ａ、５２ｂ、５２ｃに送られる。

　そして、第２熱交換器５２ａ、５２ｂ、５２ｃに送られた高圧の二酸化炭素冷媒は、第２熱交換器５２ａ、５２ｂ、５２ｃにおいて、第２ファン５３ａ、５３ｂ、５３ｃによって供給される室内空気と熱交換を行う。これにより、第２熱交換器５２ａ、５２ｂ、５２ｃを流れる二酸化炭素冷媒は、放熱する。室内空気は、加熱されて室内に供給される。これにより、室内空間が暖房される。第２熱交換器５２ａ、５２ｂ、５２ｃにおいて放熱した二酸化炭素冷媒は、第２利用配管５６ａ、５６ｂ、５６ｃを流れて、開度調節されている利用側膨張弁５１ａ、５１ｂ、５１ｃを通過する。その後、第２接続管１６ａ、１６ｂ、１６ｃを流れた冷媒は、各分岐ユニット６ａ、６ｂ、６ｃの第３分岐配管６１ａ、６１ｂ、６１ｃを流れる。

　そして、第３分岐配管６１ａ、６１ｂ、６１ｃに送られた二酸化炭素冷媒は、第３連絡配管７に送られて合流する。

　そして、第３連絡配管７に送られた二酸化炭素冷媒は、第５閉鎖弁３１を通じて、熱源側膨張弁３６に送られる。熱源側膨張弁３６に送られた冷媒は、熱源側膨張弁３６において流量調節された後、カスケード熱交換器３５に送られる。カスケード熱交換器３５では、第２流路３５ａを流れる二酸化炭素冷媒は蒸発して低圧のガス冷媒となって第２切換機構２２に送られ、カスケード熱交換器３５の第１流路３５ｂを流れる第１冷媒は凝縮する。そして、第２切換機構２２の第１切換弁２２ａに送られた低圧のガス冷媒は、吸入流路２３、第２アキュムレータ３０、及び吸入配管２３ａ通じて、第２圧縮機２１の吸入側に戻される。

　このようにして、全暖房運転における動作が行われる。

　（８－３）冷房主体運転
　冷房主体運転では、例えば、利用ユニット３ａ、３ｂの第２熱交換器５２ａ、５２ｂが冷媒の蒸発器として機能し、かつ、利用ユニット３ｃの第２熱交換器５２ｃが冷媒の放熱器として機能する運転を行う。また、冷房主体運転では、カスケード熱交換器３５は、二酸化炭素冷媒の放熱器として機能する。この冷房主体運転では、冷凍サイクル装置１の第１回路５ａ及び第２回路１０は、図５に示されるように構成される。図５の第１回路５ａに付された矢印及び第２回路１０に付された矢印は、冷房主体運転時の冷媒の流れを示している。

　具体的には、第１ユニット５においては、第１切換機構７２を第４接続状態（図５の第１切換機構７２の実線で示された状態）に切り換えることによって、カスケード熱交換器３５を第１冷媒の蒸発器として機能させるようになっている。これにより、第１ユニット５では、第１圧縮機７１から吐出された第１冷媒は、第１切換機構７２を通過して、第１熱交換器７４において第１ファン７５から供給される外気と熱交換を行うことで凝縮する。第１熱交換器７４において凝縮した第１冷媒は、全開状態に制御された第１膨張弁７６を通過し、一部の冷媒が、第１過冷却熱交換器１０３を通じて第２閉鎖弁１０８に向けて流れ、他の一部の冷媒が、第１過冷却回路１０４に分岐して流れる。第１過冷却回路１０４を流れる冷媒は、第１過冷却膨張弁１０４ａを通過する際に減圧される。第１膨張弁７６から第２閉鎖弁１０８に向けて流れる冷媒は、第１過冷却熱交換器１０３において、第１過冷却膨張弁１０４ａで減圧されて第１過冷却回路１０４を流れる冷媒との間で熱交換を行い、過冷却状態となるまで冷却される。過冷却状態となった冷媒は、第２連絡配管１１１を流れ、第２膨張弁１０２において減圧される。なお、この際、第２膨張弁１０２は、例えば、第１圧縮機７１に吸入される冷媒の過熱度が所定条件を満たすように弁開度が制御される。第２膨張弁１０２で減圧された第１冷媒は、カスケード熱交換器３５の第１流路３５ｂを流れる際に、第２流路３５ａを流れる二酸化炭素冷媒と熱交換することで蒸発し、第１連絡配管１１２に向けて流れる。この第１冷媒は、第１連絡配管１１２と第１閉鎖弁１０９を通過した後、第１切換機構７２に至る。第１切換機構７２を通過した冷媒は、第１過冷却回路１０４を流れた冷媒と合流した後、第１アキュムレータ１０５を介して、第１圧縮機７１に吸入される。

　また、カスケードユニット２においては、第２切換機構２２について、第１切換弁２２ａにより吐出流路２４と第３熱源配管２５とが接続され、第２切換弁２２ｂにより吐出流路２４と第１熱源配管２８とが接続される第３接続状態に切り換えることによって、カスケード熱交換器３５を二酸化炭素冷媒の放熱器として機能させるようになっている。また、熱源側膨張弁３６は、開度調節されている。第１～第３分岐ユニット６ａ、６ｂ、６ｃにおいては、第１調節弁６６ｃ、及び、第２調節弁６７ａ、６７ｂが開状態に制御され、かつ、第１調節弁６６ａ、６６ｂ、及び、第２調節弁６７ｃが閉状態に制御される。これにより、利用ユニット３ａ、３ｂの第２熱交換器５２ａ、５２ｂが冷媒の蒸発器として機能し、かつ、利用ユニット３ｃの第２熱交換器５２ｃが冷媒の放熱器として機能する。また、利用ユニット３ａ、３ｂの第２熱交換器５２ａ、５２ｂとカスケードユニット２の第２圧縮機２１の吸入側とが第５連絡配管９を介して接続された状態になり、かつ、利用ユニット３ｃの第２熱交換器５２ｃとカスケードユニット２の第２圧縮機２１の吐出側とが第４連絡配管８を介して接続された状態になっている。また、第２過冷却膨張弁４８ａは、第２過冷却熱交換器４７の出口を第３連絡配管７に向けて流れる二酸化炭素冷媒の過冷却度が所定条件を満たすように開度制御されている。バイパス膨張弁４６ａは、閉状態に制御される。利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃにおいては、利用側膨張弁５１ａ、５１ｂ、５１ｃは、開度調節されている。

　このような第２回路１０において、第２圧縮機２１で圧縮され吐出された高圧の二酸化炭素冷媒は、その一部が、第２切換機構２２の第２切換弁２２ｂ、第１熱源配管２８及び第３閉鎖弁３２を通じて、第４連絡配管８に送られ、残りが、第２切換機構２２の第１切換弁２２ａ及び第３熱源配管２５を通じて、カスケード熱交換器３５の第２流路３５ａに送られる。

　そして、第４連絡配管８に送られた高圧冷媒は、第１分岐配管６３ｃに送られる。第１分岐配管６３ｃに送られた高圧冷媒は、第１調節弁６６ｃ及び合流配管６２ｃを通じて、利用ユニット３ｃの第２熱交換器５２ｃに送られる。

　そして、第２熱交換器５２ｃに送られた高圧冷媒は、第２熱交換器５２ｃにおいて、第２ファン５３ｃによって供給される室内空気と熱交換を行う。これにより、第２熱交換器５２ｃを流れる二酸化炭素冷媒は、放熱する。室内空気は、加熱されて室内に供給されて、利用ユニット３ｃの暖房運転が行われる。第２熱交換器５２ｃにおいて放熱した二酸化炭素冷媒は、第２利用配管５６ｃを流れ、利用側膨張弁５１ｃにおいて流量調節される。その後、第２接続管１６ｃを流れた二酸化炭素冷媒は、分岐ユニット６ｃの第３分岐配管６１ｃに送られる。

　そして、第３分岐配管６１ｃに送られた二酸化炭素冷媒は、第３連絡配管７に送られる。

　また、カスケード熱交換器３５の第２流路３５ａに送られた高圧冷媒は、カスケード熱交換器３５において、第１流路３５ｂを流れる第１冷媒と熱交換を行うことによって放熱する。カスケード熱交換器３５において放熱した二酸化炭素冷媒は、熱源側膨張弁３６において流量調節された後、第２レシーバ４５に流入する。第２レシーバ４５から流出した二酸化炭素冷媒の一部は、第２過冷却回路４８に分岐して流れ、第２過冷却膨張弁４８ａにおいて減圧された後に、吸入流路２３に合流する。第２過冷却熱交換器４７では、第２レシーバ４５から流出した冷媒の他の一部が、第２過冷却回路４８を流れる冷媒によって冷却された後、第５閉鎖弁３１を通じて、第３連絡配管７に送られて、第２熱交換器５２ｃにおいて放熱した冷媒と合流する。

　そして、第３連絡配管７において合流した冷媒は、２つに分岐して、分岐ユニット６ａ、６ｂの各第３分岐配管６１ａ、６１ｂに送られる。その後、第２接続管１６ａ、１６ｂを流れた冷媒は、各第１～第２利用ユニット３ａ、３ｂの第２利用配管５６ａ、５６ｂに送られる。第２利用配管５６ａ、５６ｂを流れる冷媒は、利用ユニット３ａ、３ｂの利用側膨張弁５１ａ、５１ｂを通過する。

　そして、開度調節されている利用側膨張弁５１ａ、５１ｂを通過した冷媒は、第２熱交換器５２ａ、５２ｂにおいて、第２ファン５３ａ、５３ｂによって供給される室内空気と熱交換を行う。これにより、第２熱交換器５２ａ、５２ｂを流れる冷媒は、蒸発し、低圧のガス冷媒となる。室内空気は、冷却されて室内に供給される。これにより、室内空間が冷房される。第２熱交換器５２ａ、５２ｂにおいて蒸発した低圧のガス冷媒は、第１～第２分岐ユニット６ａ、６ｂの合流配管６２ａ、６２ｂに送られる。

　そして、合流配管６２ａ、６２ｂに送られた低圧のガス冷媒は、第２調節弁６７ａ、６７ｂ及び第２分岐配管６４ａ、６４ｂを通じて、第５連絡配管９に送られて合流する。

　そして、第５連絡配管９に送られた低圧のガス冷媒は、第４閉鎖弁３３、第２熱源配管２９、吸入流路２３、第２アキュムレータ３０及び吸入配管２３ａを通じて、第２圧縮機２１の吸入側に戻される。

　このようにして、冷房主体運転における動作が行われる。

　（８－４）暖房主体運転
　暖房主体運転では、例えば、利用ユニット３ａ、３ｂの第２熱交換器５２ａ、５２ｂが冷媒の放熱器として機能し、かつ、第２熱交換器５２ｃが冷媒の蒸発器として機能する運転を行う。また、暖房主体運転では、カスケード熱交換器３５は、二酸化炭素冷媒の蒸発器として機能する。この暖房主体運転では、冷凍サイクル装置１の第１回路５ａ及び第２回路１０は、図６に示すように構成される。図６の第１回路５ａに付された矢印及び第２回路１０に付された矢印は、暖房主体運転時の冷媒の流れを示している。

　具体的には、第１ユニット５においては、第１切換機構７２を第５接続状態に切り換えることによって、カスケード熱交換器３５を第１冷媒の放熱器として機能させるようになっている。第１切換機構７２の第５接続状態は、図６の第１切換機構７２において破線で示された接続状態である。これにより、第１ユニット５では、第１圧縮機７１から吐出され、第１切換機構７２を通過して、第１閉鎖弁１０９を通過した第１冷媒は、第１連絡配管１１２を通過して、カスケード熱交換器３５の第１流路３５ｂに送られる。カスケード熱交換器３５の第１流路３５ｂを流れる冷媒は、第２流路３５ａを流れる二酸化炭素冷媒と熱交換することで凝縮する。カスケード熱交換器３５において凝縮した第１冷媒は、全開状態に制御された第２膨張弁１０２を通過した後、第２連絡配管１１１、第２閉鎖弁１０８、第１過冷却熱交換器１０３の順に流れて、第１膨張弁７６において減圧される。なお、暖房主体運転時には、第１過冷却膨張弁１０４ａは閉状態に制御されることで、第１過冷却回路１０４には冷媒は流れないため、第１過冷却熱交換器１０３における熱交換も行われない。なお、第１膨張弁７６は、例えば、第１圧縮機７１に吸入される冷媒の過熱度が所定条件を満たすように弁開度が制御される。第１膨張弁７６において減圧された冷媒は、第１熱交換器７４において第１ファン７５から供給される外気と熱交換を行うことで蒸発し、第１切換機構７２、第１アキュムレータ１０５を通過して、第１圧縮機７１に吸入される。

　カスケードユニット２においては、第２切換機構２２を第２接続状態に切り換える。第２切換機構２２の第２接続状態では、第２切換弁２２ｂにより吐出流路２４と第１熱源配管２８とが接続され、第１切換弁２２ａにより第３熱源配管２５と吸入流路２３とが接続される。これによって、カスケード熱交換器３５を二酸化炭素冷媒の蒸発器として機能させるようになっている。また、熱源側膨張弁３６は、開度調節されている。第１～第３分岐ユニット６ａ、６ｂ、６ｃにおいては、第１調節弁６６ａ、６６ｂ、及び、第２調節弁６７ｃが開状態に制御され、かつ、第１調節弁６６ｃ、及び、第２調節弁６７ａ、６７ｂが閉状態に制御される。これによって、利用ユニット３ａ、３ｂの第２熱交換器５２ａ、５２ｂは冷媒の放熱器として機能し、利用ユニット３ｃの第２熱交換器５２ｃは冷媒の蒸発器として機能する。そして、利用ユニット３ｃの第２熱交換器５２ｃとカスケードユニット２の第２圧縮機２１の吸入側とは、第１利用配管５７ｃ、第１接続管１５ｃ、合流配管６２ｃ、第２分岐配管６４ｃ、及び第５連絡配管９を介して接続された状態になる。また、利用ユニット３ａ、３ｂの第２熱交換器５２ａ、５２ｂとカスケードユニット２の第２圧縮機２１の吐出側とは、吐出流路２４、第１熱源配管２８、第４連絡配管８、第１分岐配管６３ａ、６３ｂ、合流配管６２ａ、６２ｂ、第１接続管１５ａ、１５ｂ、第１利用配管５７ａ、５７ｂを介して接続された状態になっている。また、第２過冷却膨張弁４８ａ及びバイパス膨張弁４６ａは、閉状態に制御される。利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃにおいては、利用側膨張弁５１ａ、５１ｂ、５１ｃは、開度調節されている。

　このような第２回路１０において、第２圧縮機２１で圧縮され吐出された高圧の二酸化炭素冷媒は、第２切換機構２２の第２切換弁２２ｂ、第１熱源配管２８及び第３閉鎖弁３２を通じて、第４連絡配管８に送られる。

　そして、第４連絡配管８に送られた高圧冷媒は、２つに分岐されて、運転中の利用ユニットである各第１利用ユニット３ａと第２利用ユニット３ｂにそれぞれ接続されている第１分岐ユニット６ａと第２分岐ユニット６ｂの第１分岐配管６３ａ、６３ｂに送られる。第１分岐配管６３ａ、６３ｂに送られた高圧冷媒は、第１調節弁６６ａ、６６ｂ、合流配管６２ａ、６２ｂ、及び第１接続管１５ａ、１５ｂを通じて、第１利用ユニット３ａと第２利用ユニット３ｂの第２熱交換器５２ａ、５２ｂに送られる。

　そして、第２熱交換器５２ａ、５２ｂに送られた高圧の二酸化炭素冷媒は、第２熱交換器５２ａ、５２ｂにおいて、第２ファン５３ａ、５３ｂによって供給される室内空気と熱交換を行う。これにより、第２熱交換器５２ａ、５２ｂを流れる冷媒は、放熱する。室内空気は、加熱されて室内に供給される。これにより、室内空間が暖房される。第２熱交換器５２ａ、５２ｂにおいて放熱した冷媒は、第２利用配管５６ａ、５６ｂを流れ、開度調節されている利用側膨張弁５１ａ、５１ｂを通過する。その後、第２接続管１６ａ、１６ｂを流れた冷媒は、分岐ユニット６ａ、６ｂの第３分岐配管６１ａ、６１ｂを介して、第３連絡配管７に送られる。

　そして、第３連絡配管７に送られた冷媒は、その一部が、分岐ユニット６ｃの第３分岐配管６１ｃに送られ、残りが、第５閉鎖弁３１を通じて、熱源側膨張弁３６に送られる。

　そして、第３分岐配管６１ｃに送られた冷媒は、第２接続管１６ｃを介して、利用ユニット３ｃの第２利用配管５６ｃを流れ、利用側膨張弁５１ｃに送られる。

　そして、開度調節されている利用側膨張弁５１ｃを通過した冷媒は、第２熱交換器５２ｃにおいて、第２ファン５３ｃによって供給される室内空気と熱交換を行う。これにより、第２熱交換器５２ｃを流れる冷媒は、蒸発し、低圧のガス冷媒となる。室内空気は、冷却されて室内に供給される。これにより、室内空間が冷房される。第２熱交換器５２ｃにおいて蒸発した低圧のガス冷媒は、第１利用配管５７ｃと第１接続管１５ｃを通過し、合流配管６２ｃに送られる。

　そして、合流配管６２ｃに送られた低圧のガス冷媒は、第２調節弁６７ｃ及び第２分岐配管６４ｃを通じて、第５連絡配管９に送られる。

　また、熱源側膨張弁３６に送られた二酸化炭素冷媒は、開度調節されている熱源側膨張弁３６を通過した後、カスケード熱交換器３５の第２流路３５ａにおいて、第１流路３５ｂを流れる第１冷媒と熱交換を行う。これにより、カスケード熱交換器３５の第２流路３５ａを流れる冷媒は、蒸発して低圧のガス冷媒になり、第２切換機構２２の第１切換弁２２ａに送られる。第２切換機構２２の第１切換弁２２ａに送られた低圧のガス冷媒は、吸入流路２３において第２熱交換器５２ｃにおいて蒸発した低圧のガス冷媒と合流する。合流した冷媒は、第２アキュムレータ３０及び吸入配管２３ａを介して、第２圧縮機２１の吸入側に戻される。

　このようにして、暖房主体運転における動作が行われる。

　なお、暖房主体運転時には、制御部８０によって、第２圧縮機２１に液冷媒が流入しないために、第２圧縮機２１から吐出される二酸化炭素冷媒の過熱度（吐出過熱度）に基づいて油戻し弁２３ｃの開度を制御している。

　（９）起動時の制御方法
　以下、図７を参照して、上述した全暖房運転及び暖房主体運転の起動時の制御方法について説明する。本実施形態では、制御部８０は、全暖房運転及び暖房主体運転の起動前に、油戻し弁２３ｃを閉状態にしておく。

　まず、制御部８０は、リモコン等から暖房運転または暖房主体運転の指令を受けると、外気温が第１温度以下か否かを判断する（ステップＳ１）。ステップＳ１において、制御部８０は、外気温が第１温度を超えていると判断すると、二酸化炭素冷媒の密度と冷凍機油の密度とが正常な状態であるため、起動制御を実施せず、ステップＳ７に移行する。

　ステップＳ７では、制御部８０は、第１回路５ａにおいて第１冷媒を循環させ始め、かつ第２回路１０において二酸化炭素を循環させ始め、かつ油戻し弁２３ｃを開ける。ここでは、制御部８０は、同じタイミングで、第１圧縮機７１と第２圧縮機２１を起動するとともに、油戻し弁２３ｃを開ける。

　一方、制御部８０は、外気温が第１温度以下であると判断すると、起動制御を実施する。具体的には、制御部８０は、第１回路５ａにおいて第１冷媒を循環させ始める（ステップＳ２）。このステップＳ２では、制御部８０は、第１圧縮機７１を起動する。

　次に、制御部８０は、第２回路１０において二酸化炭素冷媒を循環させ始める（ステップＳ３）。本実施形態のステップＳ３は、第１回路５ａにおいて第１冷媒を循環させることによって、カスケード熱交換器３５における第１冷媒の凝縮温度が所定値以上に上昇したときに、実施される。具体的には、制御部８０は、第１冷媒の凝縮温度が所定値以上に上昇したか否かを判断する。制御部８０は、第１冷媒の凝縮温度が所定値未満であると判断すると、第２回路１０において二酸化炭素を循環させない。一方、制御部８０は、第１冷媒の凝縮温度が所定値以上と判断すると、第２圧縮機２１を起動して、第２回路１０において二酸化炭素冷媒を循環させ始める。

　次に、制御部８０は、第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒及び冷凍機油の温度又は圧力が、第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒の密度と冷凍機油の密度とが等しくなる境界温度に対応する所定温度又は所定圧力以上か否かを判断する（ステップＳ４）。ここでは、制御部８０は、第２吸入温度センサ８８及び第２吸入圧力センサ３７の少なくとも一方から、吸入配管２３ａを流れる二酸化炭素冷媒及び第２冷凍機油の温度または圧力を取得して、上記判断を行う。

　ステップＳ４において、制御部８０は、第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒及び第２冷凍機油の温度又は圧力が所定温度又は所定圧力以上であると判断すると、二酸化炭素冷媒の密度と冷凍機油の密度とが正常な状態であるため、油戻し弁２３ｃを開ける（ステップＳ５）。

　一方、ステップＳ４において、制御部８０は、第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒及び第２冷凍機油の温度又は圧力が所定温度又は所定圧力未満であると判断すると、第２アキュムレータ３０内において二酸化炭素冷媒の密度が冷凍機油の密度と反転しているため、油戻し弁２３ｃの閉状態を維持する（ステップＳ６）。そして、第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒及び第２冷凍機油の温度又は圧力が所定温度又は所定圧力以上であると判断する工程（ステップＳ４）に戻る。

　（１０）特徴
　（１０－１）
　本実施の形態の冷凍サイクル装置１は、第１回路５ａと、第２回路１０と、カスケード熱交換器３５と、制御部８０と、を備える。第１回路５ａは、第１冷媒が循環する。第２回路１０は、二酸化炭素冷媒及び冷凍機油（本実施形態では第２冷凍機油）が循環する。カスケード熱交換器３５は、二酸化炭素冷媒を第１冷媒によって加熱する。第２回路１０は、第２圧縮機２１と、容器（本実施形態では第２アキュムレータ３０）と、吸入配管２３ａと、油戻し通路２３ｂと、弁（本実施形態では油戻し弁２３ｃ）と、を有している。第２アキュムレータ３０は、第２圧縮機２１の吸入側に設けられ、二酸化炭素冷媒及び冷凍機油を貯留する。吸入配管２３ａは、第２圧縮機２１の吸入側と第２アキュムレータ３０とを接続する。油戻し通路２３ｂは、第２アキュムレータ３０の下部から吸入配管２３ａに第２冷凍機油を戻す。油戻し弁２３ｃは、油戻し通路２３ｂに設けられている。制御部８０は、第１回路５ａにおいて第１冷媒を循環させ始めた後に、油戻し弁２３ｃを開ける起動制御を実施する。

　二酸化炭素冷媒を第１冷媒によって加熱する運転（本実施形態では全暖房運転及び暖房主体運転）の起動時に、外気温が低いため、第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒の温度が低い場合がある。このような場合、本実施形態の冷凍サイクル装置１では、第１回路５ａにおいて第１冷媒を循環させ始めることにより、カスケード熱交換器３５を介して、第２回路１０の容器内の二酸化炭素冷媒の温度を上げることができる。このため、外気温が低かったとしても、第２アキュムレータ３０内において、二酸化炭素冷媒の密度が冷凍機油の密度よりも低い、正常な状態にできる。正常な状態になった後に、第２アキュムレータ３０の下部から延びる油戻し通路２３ｂの油戻し弁２３ｃを開けるので、油戻し通路２３ｂに液相の二酸化炭素冷媒が流れることを抑制できる。したがって、第２圧縮機２１に液冷媒が流入することを抑制することができる。

　このように、外気温が低かったとしても、起動制御を行うことによって、第２アキュムレータ３０内において、二酸化炭素冷媒の密度が冷凍機油の密度よりも低い、正常な状態にできる。このため、本実施形態の冷凍サイクル装置１では、第２アキュムレータ３０を加熱するための部材を省略しても、第２圧縮機２１に液冷媒が流入することを抑制することができる。

　（１０－２）
　本実施形態の冷凍サイクル装置１は、上記（１０－１）の冷凍サイクル装置１であって、制御部８０は、起動制御おいて、第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒及び冷凍機油の温度又は圧力が、第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒の密度と冷凍機油の密度とが等しくなる境界温度に対応する所定温度又は所定圧力以上になると、油戻し弁２３ｃを開ける。

　ここでは、第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒及び冷凍機油の温度又は圧力が、第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒の密度と冷凍機油の密度とが等しくなる境界温度に対応する所定温度又は所定圧力以上になると、第２アキュムレータ３０内における冷媒の密度と冷凍機油の密度とが正常な状態になったと判断できる。このため、第２圧縮機２１に液冷媒が流入することをより抑制することができる。

　（１０－３）
　本実施形態の冷凍サイクル装置１は、上記（１０－１）または（１０－２）の冷凍サイクル装置１であって、制御部８０は、起動制御において、第１回路５ａにおいて第１冷媒を循環させ始めた後に、第２回路１０において二酸化炭素冷媒を循環させ始める。

　ここでは、第１回路５ａの第１冷媒を循環させ始めることにより、カスケード熱交換器３５を介して、第２回路１０の第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒の温度を上げてから、第２回路１０において二酸化炭素冷媒を循環させ始める。このため、第２回路１０の運転の効率を向上することができる。

　（１０－４）
　本実施形態の冷凍サイクル装置１は、上記（１０－３）の冷凍サイクル装置１であって、制御部８０は、起動制御において、第２回路１０において二酸化炭素冷媒を循環させ始めた後に、油戻し弁２３ｃを開ける。

　ここでは、第１回路５ａにおいて第１冷媒が循環し、さらに第２回路１０において二酸化炭素冷媒が循環することで、第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒の温度を効率的に上げることができる。これにより、第２アキュムレータ３０内における冷媒の密度と冷凍機油の密度とを正常な状態にすることが容易である。正常な状態になった後に、油戻し通路２３ｂの油戻し弁２３ｃを開けるので、第２圧縮機２１に液冷媒が流入することを容易に抑制することができる。

　（１０－５）
　本実施形態の冷凍サイクル装置１は、上記（１０－１）から（１０－４）の冷凍サイクル装置１のいずれかであって、制御部８０は、外気温が第１温度以下の時に起動制御を実施し、外気温が第１温度を超える時には、起動制御を実施しない。

　ここでは、外気温が第１温度以下に起因して、第２アキュムレータ３０内における冷媒の密度と冷凍機油の密度とが正常な状態でない場合に、起動制御を実施することによって、第２圧縮機２１に液冷媒が流入することを抑制できる。一方、外気温が第１温度を超えることに起因して、第２アキュムレータ３０内における冷媒の密度と冷凍機油の密度とが正常な状態である場合には、油戻し通路２３ｂの油戻し弁２３ｃを閉めなくても、第２圧縮機２１に液冷媒が流入することを抑制できる。

　（１０－６）
　本実施形態の冷凍サイクル装置１は、上記（１０－５）の冷凍サイクル装置１であって、制御部８０は、外気温が第１温度を超える時には、第１回路５ａの運転と、第２回路１０の運転と、油戻し弁２３ｃの開動作と、を同時に開始する。

　ここでは、外気温が第１温度以下に起因して、第２アキュムレータ３０内における冷媒の密度と冷凍機油の密度とが正常な状態でない場合に、第１回路５ａの運転を開始した後に、油戻し弁２３ｃを開ける起動制御によって、第２圧縮機２１に液冷媒が流入することを抑制できる。一方、外気温が第１温度を超えることに起因して、第２アキュムレータ３０内における冷媒の密度と冷凍機油の密度とが正常な状態である場合には、第１回路５ａの運転開始と、第２回路１０の運転開始と、油戻し通路２３ｂの油戻し弁２３ｃを開けることと、を、同時に実施できる。

　（１０－７）
　本実施形態の冷凍サイクル装置１は、上記（１０－１）から（１０－６）の冷凍サイクル装置１のいずれかであって、第１冷媒は、Ｒ３２である。

　ここでは、第１回路５ａにＲ３２が循環することによって、カスケード熱交換器３５において、二酸化炭素冷媒と効率的に熱交換を行うことができる。

　（１１）変形例
　（１１－１）変形例１
　上記実施形態では、制御部８０は、全暖房運転または暖房主体運転の起動時に、第１回路５ａにおいて第１冷媒を循環させ、次に、第２回路１０において二酸化炭素冷媒を循環させ、次に、油戻し弁２３ｃを開ける起動制御を行うが、これに限定されない。本変形例では、制御部８０は、全暖房運転または暖房主体運転の起動時に、第１回路５ａにおいて第１冷媒を循環させ、次に、油戻し弁２３ｃを開け、次に、第２回路１０において二酸化炭素冷媒を循環させる起動制御を実施する。

　具体的には、図８に示すように、まず、制御部８０は、外気温が第１温度以下か否かを判断する（ステップＳ１）。ステップＳ１において、制御部８０は、外気温が第１温度を超えていると判断すると、二酸化炭素冷媒の密度と冷凍機油の密度とが正常な状態であるため、第１回路５ａの運転と、第２回路１０の運転と、油戻し弁２３ｃの開動作と、を同時に開始する（ステップＳ７）。

　一方、ステップＳ１において、制御部８０は、外気温が第１温度以下であると判断すると、起動制御を実施する。具体的には、制御部８０は、第１回路５ａにおいて第１冷媒を循環させ始める（ステップＳ２）。

　次に、制御部８０は、第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒及び冷凍機油の温度又は圧力が、第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒の密度と冷凍機油の密度とが等しくなる境界温度に対応する所定温度又は所定圧力以上か否かを判断する（ステップＳ４）。

　ステップＳ４において、制御部８０は、第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒及び第２冷凍機油の温度又は圧力が所定温度又は所定圧力未満であると判断すると、第２アキュムレータ３０内において二酸化炭素冷媒の密度が冷凍機油の密度と反転しているため、油戻し弁２３ｃの閉状態を維持する（ステップＳ６）。そして、第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒及び第２冷凍機油の温度又は圧力が所定温度又は所定圧力以上であると判断する工程（ステップＳ４）に戻る。

　一方、ステップＳ４において、制御部８０は、第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒及び第２冷凍機油の温度又は圧力が所定温度又は所定圧力以上であると判断すると、二酸化炭素冷媒の密度と冷凍機油の密度とが正常な状態であるため、油戻し弁２３ｃを開ける（ステップＳ５）。

　次に、制御部８０は、第２回路１０において二酸化炭素冷媒を循環させ始める（ステップＳ３）。

　（１１－２）変形例２
　上記実施形態では、制御部８０は、全暖房運転または暖房主体運転の起動時に、第１回路５ａにおいて第１冷媒を循環させ、次に、第２回路１０において二酸化炭素冷媒を循環させ、次に、油戻し弁２３ｃを開ける起動制御を行うが、これに限定されない。本変形例では、制御部８０は、全暖房運転または暖房主体運転の起動時に、第１回路５ａの運転と第２回路１０の運転と、を同時に行う起動制御を実施する。

　具体的には、図９に示すように、まず、制御部８０は、外気温が第１温度以下か否かを判断する（ステップＳ１）。ステップＳ１において、制御部８０は、外気温が第１温度を超えていると判断すると、二酸化炭素冷媒の密度と冷凍機油の密度とが正常な状態であるため、第１回路５ａの運転と、第２回路１０の運転と、油戻し弁２３ｃの開動作と、を同時に開始する（ステップＳ７）。

　一方、ステップＳ１において、制御部８０は、外気温が第１温度以下であると判断すると、起動制御を実施するため、ステップＳ１１に移行する。

　ステップＳ１１では、第１回路５ａにおいて第１冷媒を循環させ始めるとともに、第２回路１０において二酸化炭素を循環させ始める。ここでは、第１圧縮機７１と第２圧縮機２１を同時に起動する。

　以上説明したように、本変形例の冷凍サイクル装置１は、上記（１０－１）または（１０－２）の冷凍サイクル装置１であって、制御部８０は、起動制御において、第１回路５ａの運転と、第２回路１０の運転と、を同時に開始する。

　このように、第１回路５ａにおける第１冷媒の循環と、第２回路１０における二酸化炭素冷媒の循環とを、同時に行ってもよい。

　なお、「同時」とは、例えば、制御部８０が、同じタイミングで、第１圧縮機７１及び第２圧縮機２１の起動を指令することである。このため、第１回路５ａにおける第１冷媒の循環と、第２回路１０における二酸化炭素冷媒の循環とが、完全に同じ時刻に開始される場合と、いずれか一方がわずかに先に開始される場合とを含む。

　（１１－３）変形例３
　上記本実施形態では、制御部８０は、全暖房運転及び暖房主体運転の起動前に、油戻し弁２３ｃを閉状態にしているが、これに限定されない。全暖房運転及び暖房主体運転の起動前に、油戻し弁２３ｃを開状態にしてもよい。本変形例では、カスケード熱交換器３５における二酸化炭素冷媒の蒸発温度が所定値以上である場合には、第２回路１０における二酸化炭素冷媒の循環前に、油戻し弁２３ｃを開状態にする。

　（１１－４）変形例４
　上記実施形態では、制御部８０は、外気温が第１温度を超える時には、第１回路５ａの運転と、第２回路１０の運転と、油戻し弁２３ｃの開動作と、を同時に開始するが、これに限定されない。本開示の冷凍サイクル装置では、制御部８０は、外気温が第１温度を超える時には、第１回路５ａの運転開始と、第２回路１０の運転開始と、油戻し弁２３ｃの開動作と、の順序を、任意に指令することができる。本変形例では、外気温が第１温度を超える時には、第１回路５ａと第２回路１０とを同時起動するとともに、油戻し弁２３ｃの開動作を第１回路５ａ及び第２回路１０の起動の前または後に行う。

　（１１－５）変形例５
　上記実施形態及び変形例１～４では、制御部８０は、外気温が第１温度以下の時に起動制御を実施するが、これに限定されない。本変形例では、制御部８０は、全暖房運転または暖房主体運転の起動時に、外気温によらずに起動制御を実施する。換言すると、図１０に示すように、図７～図１０における外気温が第１温度以下か否かを判断する工程（ステップＳ１）は省略される。

　（１１－６）変形例６
　上記実施形態及び変形例１～５では、制御部８０は、第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒及び冷凍機油の温度又は圧力が、第２アキュムレータ３０内の二酸化炭素冷媒の密度と冷凍機油の密度とが等しくなる境界温度に対応する所定温度又は所定圧力以上になると、油戻し弁２３ｃを開けるが、これに限定されない。本変形例では、制御部８０は、第１回路５ａにおいて第１冷媒を循環させ始めた後に、所定時間経過後に、油戻し弁２３ｃを開ける。なお、所定時間は、第１冷媒を循環させることによって、第２アキュムレータ３０内が正常な状態になるように、二酸化炭素冷媒の温度を上げる時間である。

　（１１－７）変形例７
　上記実施形態では、制御部８０は、全暖房運転の起動時及び暖房主体運転の起動時に、起動制御を実施しているが、これに限定されない。本開示の冷凍サイクル装置では、制御部８０は、全暖房運転の起動時または暖房主体運転の起動時に、起動制御を実施してもよい。また、本開示の冷凍サイクル装置では、制御部８０は、全冷房運転時及び冷房主体運転時の少なくとも一方の起動時に、起動制御をさらに実施してもよい。

　（１１－８）変形例８
　上記実施形態では、第２回路１０において用いられる第２冷凍機油としてポリアルキレングリコールを例に挙げて説明したが、これに限定されない。本開示の第２冷凍機油は、二酸化炭素冷媒と全く溶け合わない非相溶性であってもよく、二酸化炭素冷媒と少しは溶け合うが溶け合う量が少ない弱相溶性であってもよい。

　（１１－９）変形例９
　上記実施形態では、第１回路５ａにおいて用いられる第１冷媒としてＲ３２を例に挙げて説明したが、これに限定されない。第１回路５ａにおいて用いられる第１冷媒としては、例えば、Ｒ３２、Ｒ４５４Ｃ、プロパン、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ、アンモニア、またはいずれかを含む冷媒を用いることができる。

　（１１－１０）変形例１０
　上記実施形態では、第２回路１０は、３つの連絡配管７、８、９を有しているが、これに限定されない。本変形例の冷凍サイクル装置は、２つの連絡配管を有している。本変形例は、例えば、複数の利用ユニット３ａ、３ｂ、３ｃが個別に冷房運転または暖房運転を行うことが可能でない構成、第２ユニットが１つの構成などに適用される。

　（１１－１１）変形例１１
　上記実施形態では、１つの第１ユニット５に対して１つのカスケードユニット２が接続された冷凍サイクル装置１を例に挙げて説明したが、これに限定されない。本変形例の冷凍サイクル装置１は、１つの第１ユニット５に対して複数のカスケードユニット２が互いに並列に接続される。

　（１１－１２）変形例１２
　上記実施形態では、１つのカスケードユニット２に対して複数の第２ユニット４ａ、４ｂ、４ｃが接続された冷凍サイクル装置１を例に挙げて説明したが、これに限定されない。本変形例の冷凍サイクル装置は、１つのカスケードユニット２に対して１つの第２ユニットが接続される。

　（１１－１３）変形例１３
　上記実施形態では、第１ユニット５として、第１冷媒と熱交換する室外空気を第１熱交換器７４に供給するための第１ファン７５を有する室外ユニットを例に挙げて説明したが、これに限定されない。本変形例では、第１ユニットは、第１ファン７５を有しておらず、第１熱交換器７４において、第１冷媒と、熱源としての水とを熱交換させる。

　以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

１　　　　　：冷凍サイクル装置
５ａ　　　　：第１回路
１０　　　　：第２回路
２１　　　　：第２圧縮機
２３ａ　　　：吸入配管
２３ｂ　　　：油戻し通路
２３ｃ　　　：油戻し弁（弁）
３０　　　　：第２アキュムレータ（容器）
３５　　　　：カスケード熱交換器
５２ａ，５２ｂ，５２ｃ　：第２熱交換器
７１　　　　：第１圧縮機
７４　　　　：第１熱交換器
８０　　　　：制御部

特許第５４２５２２１号

Claims

　第１冷媒が循環する第１回路（５ａ）と、
　二酸化炭素冷媒及び冷凍機油が循環する第２回路（１０）と、
　前記二酸化炭素冷媒を前記第１冷媒によって加熱するカスケード熱交換器（３５）と、
　制御部（８０）と、
を備え、
　前記第２回路は、
　　第２圧縮機（２１）と、
　　前記第２圧縮機の吸入側に設けられ、前記二酸化炭素冷媒及び前記冷凍機油を貯留する容器（３０）と、
　　前記第２圧縮機の吸入側と前記容器とを接続する吸入配管（２３ａ）と、
　　前記容器の下部から前記吸入配管に前記冷凍機油を戻す油戻し通路（２３ｂ）と、
　　前記油戻し通路に設けられる弁（２３ｃ）と、
を有し、
　前記制御部は、前記第１回路において前記第１冷媒を循環させ始めた後に、前記弁を開ける起動制御を実施する、
冷凍サイクル装置（１）。
　前記制御部は、前記容器内の前記二酸化炭素冷媒及び前記冷凍機油の温度又は圧力が、前記容器内の前記二酸化炭素冷媒の密度と前記冷凍機油の密度とが等しくなる境界温度に対応する所定温度又は所定圧力以上になると、前記弁を開ける、
請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
　前記制御部は、前記第１回路において前記第１冷媒を循環させ始めた後に、前記第２回路において前記二酸化炭素冷媒を循環させ始める、
請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
　前記制御部は、前記第２回路において前記二酸化炭素冷媒を循環させ始めた後に、前記弁を開ける、
請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
　前記制御部は、前記第１回路の運転と、前記第２回路の運転と、を同時に開始する、
請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
　前記制御部は、外気温が第１温度以下の時に前記起動制御を実施し、外気温が前記第１温度を超える時には、前記起動制御を実施しない、
請求項１～５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
　前記制御部は、外気温が前記第１温度を超える時には、前記第１回路の運転と、前記第２回路の運転と、前記弁の開動作と、を同時に開始する、
請求項６に記載の冷凍サイクル装置。
　前記第１冷媒は、Ｒ３２、Ｒ４５４Ｃ、プロパン、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅまたはアンモニアを含む、
請求項１～７のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。