JP6111655B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍装置に関する。

従来より、低圧冷媒を圧縮して中間圧冷媒にする低段圧縮部と中間圧冷媒を圧縮して高圧冷媒にする高段圧縮部とを有する圧縮機構と、低段圧縮部と高段圧縮部との間の中間圧冷媒を冷却する手段と、を備える冷凍装置がある。

例えば、特許文献１（特開２００９−１３３５８１号公報）に開示されている冷凍装置は、熱源ユニットとして熱源側熱交換器と中間冷却器とを備えており、冷房運転時には、熱源側熱交換器がガスクーラとして機能し、中間冷却器が低段圧縮部に相当する低段側の圧縮要素から吐出され高段圧縮部に相当する高段側の圧縮要素に吸入される中間圧冷媒を冷却するインタークーラとして機能する。そして、この冷凍装置では、圧縮途中の中間圧冷媒を冷却することにより、冷凍装置の運転効率を高めている。

ところで、低段圧縮部と高段圧縮部との間の中間圧冷媒を冷却するインタークーラとして用いられる熱交換器（以下、サブ熱交換器という）における冷媒の圧力損失が大きくなることで、サブ熱交換器の性能が低下するという問題がある。

そこで、本発明の課題は、中間圧冷媒を冷却するサブ熱交換器の性能低下を低減することができる冷凍装置を提供することにある。

本発明の第１観点に係る冷凍装置は、圧縮機構と、サブ熱交換器と、配管と、メイン熱交換器と、を備える。圧縮機構は、低段圧縮部と、高段圧縮部と、を有する。高段圧縮部は、低段圧縮部と直列に接続されている。サブ熱交換器は、サブ熱交換部と、サブ熱交換器側ヘッダと、を有する。サブ熱交換部は、内部を流れる冷媒と他の熱媒体との間で熱交換を行う。サブ熱交換器側ヘッダは、サブ熱交換部の端部に接続されている。また、サブ熱交換器は、低段圧縮部と高段圧縮部との間の中間圧冷媒を冷却することが可能である。配管は、サブ熱交換器側ヘッダの内部空間と連通している。また、配管は、低段圧縮部から吐出された中間圧冷媒を、サブ熱交換器に流すためのものである。メイン熱交換器は、サブ熱交換器と上下方向に隣接して配置されている。また、メイン熱交換器は、メイン熱交換部と、メイン熱交換器側ヘッダと、を有する。メイン熱交換部は、内部を流れる冷媒と他の熱媒体との間で熱交換を行う。メイン熱交換器側ヘッダは、メイン熱交換部の端部に接続されている。また、メイン熱交換器は、高段圧縮部から吐出された冷媒を冷却することが可能である。さらに、平面視において、サブ熱交換器側ヘッダの面積が、メイン熱交換器側ヘッダの面積よりも大きい。また、平面視において、サブ熱交換器側ヘッダとメイン熱交換器側ヘッダとは、一部重なっている。そして、配管は、サブ熱交換器側ヘッダの含む面のうちメイン熱交換器側ヘッダと対向する上面又は下面であって、メイン熱交換器側ヘッダと重なっていない部分に、接続されている。

本発明の第１観点に係る冷凍装置では、中間圧冷媒をサブ熱交換器に流すための配管が、サブ熱交換器側ヘッダの上面又は下面に接続されている。このため、サブ熱交換器側ヘッダの内部空間が上下方向に延びるような構成であれば、当該配管がサブ熱交換器側ヘッダの側面に接続される場合と比較して、配管からサブ熱交換器側ヘッダに向かって流れる冷媒の圧力損失を低減することができる。

これによって、サブ熱交換器の性能低下を低減することができる。

本発明の第２観点に係る冷凍装置は、第１観点の冷凍装置において、平面視において、メイン熱交換器側ヘッダの外縁は、サブ熱交換器側ヘッダの外縁よりも内側に位置する。このため、この冷凍装置では、配管とサブ熱交換器側ヘッダとの接続部分と、メイン熱交換器側ヘッダとが干渉しないように構成することができる。

本発明の第３観点に係る冷凍装置は、第１観点又は第２観点の冷凍装置において、サブ熱交換器側ヘッダの内部空間は、上下方向に沿って延びるように構成されている。このため、この冷凍装置では、配管のサブ熱交換器側ヘッダとの接続部分の延びる方向と、サブ熱交換器側ヘッダの内部空間の延びる方向とを同じ方向にすることができる。

これにより、配管からサブ熱交換器側ヘッダに向かって流れる冷媒の圧力損失を低減することができる。

本発明の第４観点に係る冷凍装置は、第１観点から第３観点のいずれかの冷凍装置において、配管は、配管継手によってサブ熱交換器側ヘッダと接続されている。また、サブ熱交換器側ヘッダの内径と配管継手の内径とが等しくなるように構成されている。このため、配管継手の内径がサブ熱交換器側ヘッダの内径よりも小さい場合と比較して、配管とサブ熱交換器側ヘッダとの接続部分における冷媒の圧力損失を低減することができる。

本発明の第５観点に係る冷凍装置は、第１観点から第４観点のいずれかの冷凍装置において、サブ熱交換部は、複数の流路穴が形成された扁平多穴管を有する。

ここで、扁平多穴管のような穴径の小さい冷媒の流路を有している熱交換器がインタークーラとして用いられた場合、冷媒の圧力損失による性能低下が特に問題となる。

本発明の第５観点に係る冷凍装置では、サブ熱交換部が扁平多穴管を有しているが、配管がサブ熱交換器側ヘッダの上面又は下面に接続されているため、配管からサブ熱交換器側ヘッダに向かって流れる冷媒の圧力損失を低減することができる。これにより、サブ熱交換器の性能低下を低減することができる。

本発明の第１観点に係る冷凍装置では、サブ熱交換器の性能低下を低減することができる。

本発明の第２観点に係る冷凍装置では、配管とサブ熱交換器側ヘッダとの接続部分と、メイン熱交換器側ヘッダとが干渉しないように構成することができる。

本発明の第３観点に係る冷凍装置では、配管からサブ熱交換器側ヘッダに向かって流れる冷媒の圧力損失を低減することができる。

本発明の第４観点に係る冷凍装置では、配管とサブ熱交換器側ヘッダとの接続部分における冷媒の圧力損失を低減することができる。

本発明の第５観点に係る冷凍装置では、サブ熱交換器の性能低下を低減することができる。

本発明に係る冷凍装置の概略冷媒回路図。 熱交換ユニットの模式図。 第１熱交換器における冷媒の流れを説明するための図。 第１熱交換器の上面図。 水平方向に切断した第１右側ヘッダ周辺の部分断面図。 水平方向に切断した第１左側ヘッダ周辺の部分断面図。 第２熱交換器における冷媒の流れを説明するための図。 第２熱交換器の上面図。 水平方向に切断した第２左側ヘッダ周辺の部分断面図。 水平方向に切断したリターンヘッダ周辺の部分断面図。 リターンヘッダの模式図。 熱交換ユニットの第１右側ヘッダ及びリターンヘッダを上方からみた図。 第１左側ヘッダ及び配管継手の断面を側方からみた図。 第１右側ヘッダ及び配管継手の断面を側方からみた図。 冷房運転時の冷凍サイクルが図示された冷媒圧力−エンタルピ線図。 冷房運転時の冷凍サイクルが図示された冷媒温度−エントロピ線図。 暖房運転時の冷凍サイクルが図示された冷媒圧力−エンタルピ線図。 暖房運転時の冷凍サイクルが図示された冷媒温度−エントロピ線図。 比較例に係る熱交換ユニットの模式図。 比較例に係る第１熱交換器を説明するための図。 本発明及び比較例に係る第１熱交換器全体の圧力損失に対する配管継手の占める圧力損失の割合を示す図。

以下、図面に基づいて、本発明に係る冷凍装置の一例としての空気調和機９０の実施形態について説明する。

（１）空気調和機の構成
図１は、本発明に係る冷凍装置の一例としての空気調和機９０の概略構成図である。

空気調和機９０は、冷房運転と暖房運転とを切換可能に構成された冷媒回路１０を有し、超臨界域で作動する冷媒（本実施形態では、二酸化炭素）を使用して二段圧縮式冷凍サイクルを行う装置である。

空気調和機９０の冷媒回路１０は、主として、圧縮機構９２と、切換機構９３と、熱交換ユニット９４（第１熱交換器４０及び第２熱交換器６０）と、膨張機構９５と、利用側熱交換器９６とを有している。以下、冷媒回路１０の構成要素について説明する。

（２）冷媒回路の構成要素
（２−１）圧縮機構
圧縮機構９２は、２つの圧縮要素で冷媒を二段圧縮する圧縮機から構成されている。具体的には、圧縮機構９２は、ケーシング２１内に、圧縮機構駆動モータ２２と、駆動軸２３と、低段圧縮部９２ａと、高段圧縮部９２ｂとが収容された密閉式構造となっている。

圧縮機構駆動モータ２２は、駆動軸２３に連結されている。また、駆動軸２３は、低段圧縮部９２ａと高段圧縮部９２ｂとに連結されている。すなわち、圧縮機構９２は、低段圧縮部９２ａと高段圧縮部９２ｂとが単一の駆動軸２３に連結されており、低段圧縮部９２ａと高段圧縮部９２ｂとがともに圧縮機構駆動モータ２２によって回転駆動される、いわゆる一軸二段圧縮構造となっている。

低段圧縮部９２ａ及び高段圧縮部９２ｂは、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素であって、高段圧縮部９２ｂと低段圧縮部９２ａとが直列に接続されている。そして、圧縮機構９２は、吸入管１１から冷媒を吸入し、この吸入された冷媒を、低段圧縮部９２ａによって圧縮した後に中間冷媒管１５に吐出し、中間冷媒管１５に吐出された冷媒を、高段圧縮部９２ｂに吸入させて冷媒をさらに圧縮した後に吐出管１２に吐出するように構成されている。

ここで、中間冷媒管１５とは、低段圧縮部９２ａで圧縮されて吐出された冷媒を、高段圧縮部９２ｂに吸入させるための冷媒管である。また、吐出管１２は、圧縮機構９２から吐出された冷媒を切換機構９３に送るための冷媒管である。そして、吐出管１２には、油分離機構３０と、逆止機構３２とが設けられている。

油分離機構３０は、圧縮機構９２から吐出される冷媒に同伴する冷凍機油を冷媒から分離して圧縮機構９２の吸入側へ戻す機構である。油分離機構３０は、主として、圧縮機構９２から吐出される冷媒に同伴する冷凍機油を冷媒から分離する油分離器３１ａと、油分離器３１ａに接続されており冷媒から分離された冷凍機油を吸入管１１に戻す油戻し管３１ｂと、を有している。油戻し管３１ｂには、冷凍機油を減圧する減圧機構３１ｃが設けられている。本実施形態の減圧機構３１ｃとしては、キャピラリチューブが使用されている。逆止機構３２は、圧縮機構９２の吐出側から切換機構９３への冷媒の流れを許容し、かつ、切換機構９３から圧縮機構９２の吐出側への冷媒の流れを遮断するための機構であり、本実施形態では逆止弁が使用されている。

このように、圧縮機構９２は、２つの圧縮要素９２ａ，９２ｂを有しており、これらの圧縮要素９２ａ，９２ｂのうちの前段側の低段圧縮部９２ａで圧縮した冷媒を後段側の高段圧縮部９２ｂでさらに圧縮するように構成されている。

なお、圧縮機構９２としては、本実施形態のような１台の一軸二段圧縮構造の圧縮機構に限定されるものではなく、三段圧縮式等のような二段圧縮式よりも多段の圧縮機構であってもよいし、また、単一の圧縮要素が組み込まれた圧縮機及び／又は複数の圧縮要素が組み込まれた圧縮機を複数台直列に接続することで多段の圧縮機構を構成してもよいし、さらに、多段圧縮式の圧縮機を２系統以上並列に接続した並列多段圧縮式の圧縮機構であってもよい。

（２−２）切換機構
切換機構９３は、冷媒回路１０内における冷媒の流れ方向を切り換えるための機構である。切換機構９３は、圧縮機構９２の吸入側、圧縮機構９２の吐出側、第２熱交換器６０及び利用側熱交換器９６に接続された四路切換弁である。切換機構９３は、冷房運転時には、圧縮機構９２の吐出側と第２熱交換器６０とを接続すると共に、圧縮機構９２の吸入側と利用側熱交換器９６とを接続する（図１の切換機構９３の実線を参照）。他方、切換機構９３は、暖房運転時には、圧縮機構９２の吐出側と利用側熱交換器９６とを接続すると共に、圧縮機構９２の吸入側と第２熱交換器６０とを接続する（図１の切換機構９３の破線を参照）ことが可能である。

このように、切換機構９３は、圧縮機構９２で圧縮された冷媒の流れを切り換えることによって、冷房運転と暖房運転とを切換可能に構成されている。

なお、切換機構９３は、四路切換弁に限定されるものではなく、例えば、複数の電磁弁を組み合わせる等によって、上述と同様に冷媒の流れの方向を切り換える機能を有するように構成したものであってもよい。

（２−３）熱交換ユニット
図２は、熱交換ユニット９４の模式図である。なお、図２では、第１熱交換器４０が冷却器として機能し第２熱交換器６０が放熱器として機能するときの冷媒の流れ方向を矢印で示している。

熱交換ユニット９４は、複数の熱交換器（本実施形態では、第１熱交換器４０及び第２熱交換器６０）を有している。また、熱交換ユニット９４には、内部を流れる冷媒と熱交換を行う冷却源あるいは加熱源としての水や空気が供給される。

第１熱交換器４０は、中間冷媒管１５に設けられている。そして、第１熱交換器４０は、一端が低段圧縮部９２ａに接続されており、他端が高段圧縮部９２ｂに接続されている。また、第２熱交換器６０は、一端が切換機構９３に接続されており、他端が膨張機構９５に接続されている。

冷房運転時には、第１熱交換器４０は、圧縮途中の冷媒（中間圧冷媒）を冷やすインタークーラとして機能し、第２熱交換器６０は、高圧の冷媒を冷やすガスクーラとして機能する。具体的には、冷房運転時には、第１熱交換器４０は、前段側の低段圧縮部９２ａで圧縮されて後段側の高段圧縮部９２ｂに吸入される冷凍サイクルにおける中間圧冷媒の冷却器として機能する。また、第２熱交換器６０は、冷房運転時には、圧縮機構９２（具体的には、低段圧縮部９２ａ及び高段圧縮部９２ｂ）で圧縮された冷媒の放熱器として機能する。

また、暖房運転時には、第１熱交換器４０及び第２熱交換器６０は、低圧の冷媒の蒸発器として機能する。具体的には、暖房運転時には、第１熱交換器４０及び第２熱交換器６０は、圧縮機構９２（低段圧縮部９２ａ及び高段圧縮部９２ｂ）で圧縮され、利用側熱交換器９６で放熱された冷媒の蒸発器として機能する。すなわち、暖房運転時には、第１熱交換器４０は、低段圧縮部９２ａで圧縮された中間圧冷媒の冷却器としては機能せず、第２熱交換器６０と共に膨張機構９５で減圧された冷媒の蒸発器として機能する。

ところで、図１に示すように、第２熱交換器６０と切換機構９３とは、第１冷媒管１３で接続されており、第２熱交換器６０と膨張機構９５とは、第２冷媒管１４で接続されている。また、中間冷媒管１５には、第１熱交換器４０の他に、第１電磁弁９９と、第２逆止機構９７と、第３電磁弁９８とが設けられている。第１電磁弁９９及び第３電磁弁９８は、冷房運転時にのみ、第１熱交換器４０を低段圧縮部９２ａで圧縮された中間圧冷媒の冷却器として機能させるために、開閉制御が行われる弁である。第２逆止機構９７は、第１熱交換器４０側から高段圧縮部９２ｂ側への冷媒の流れを許容し、かつ、高段圧縮部９２ｂ側から第１熱交換器４０側への冷媒の流れを遮断するための機構であり、本実施形態では逆止弁が使用されている。

また、中間冷媒管１５は、第１中間冷媒管１５ａと、第２中間冷媒管１５ｂと、第３中間冷媒管１５ｃと、を有している。第１中間冷媒管１５ａは、圧縮機構９２の低段圧縮部９２ａの吐出側と、第１熱交換器４０の一端（冷房運転時における冷媒の入口側）と、を接続している冷媒管である。また、第１中間冷媒管１５ａには、第１電磁弁９９が設けられている。第２中間冷媒管１５ｂは、第１熱交換器４０の他端と、圧縮機構９２の高段圧縮部９２ｂの吸入側と、を接続している冷媒管である。また、第２中間冷媒管１５ｂには、第２逆止機構９７が設けられている。第３中間冷媒管１５ｃは、第１熱交換器４０を迂回するように、第１中間冷媒管１５ａと第２中間冷媒管１５ｂとを接続している冷媒管である。そして、第３中間冷媒管１５ｃには、第３電磁弁９８が設けられている。

さらに、中間冷媒管１５には、第１戻し管１６と、第２戻し管１７と、が接続されている。第１戻し管１６は、第２冷媒管１４と、第２中間冷媒管１５ｂのうち第２逆止機構９７と第１熱交換器４０との間の部分と、を接続している。そして、第１戻し管１６には、開閉制御が可能な第１戻し弁１９が設けられている。第１戻し管１６は、暖房運転時に、利用側熱交換器９６から膨張機構９５を介して第２熱交換器６０に向かって流れる冷媒の一部を、第１熱交換器４０に流すことが可能な冷媒管である。第２戻し管１７は、第１中間冷媒管１５ａのうち、第１熱交換器４０と第１電磁弁９９との間の部分と、吸入管１１と、を接続している。そして、第２戻し管１７には、開閉制御が可能な第２戻し弁１８が設けられている。第２戻し管１７は、暖房運転時に、第１熱交換器４０で熱交換が行われた冷媒を吸入管１１に戻すことが可能な冷媒管である。

（２−４）膨張機構
膨張機構９５は、冷媒を減圧する機構であり、本実施形態では電動膨張弁が使用されている。膨張機構９５は、一端が第２熱交換器６０に接続され、他端が利用側熱交換器９６に接続されている。そして、膨張機構９５は、冷房運転時には第２熱交換器６０において放熱された高圧の冷媒を利用側熱交換器９６に送る前に減圧し、暖房運転時には、利用側熱交換器９６において放熱された高圧の冷媒を第１熱交換器４０及び第２熱交換器６０に送る前に減圧する。

（２−５）利用側熱交換器
利用側熱交換器９６は、冷媒の蒸発器又は放熱器として機能する熱交換器である。利用側熱交換器９６は、一端が膨張機構９５に接続されており、他端が切換機構９３に接続されている。なお、利用側熱交換器９６には、利用側熱交換器９６を流れる冷媒と熱交換を行う加熱源又は冷却源としての水や空気が供給されるようになっている。

（３）熱交換ユニットの構成
熱交換ユニット９４は、図２に示すように、第１熱交換器４０と第２熱交換器６０とを有している。以下に、第１熱交換器４０及び第２熱交換器６０の詳細構成について説明する。

（３−１）第１熱交換器
図３は、第１熱交換器４０の概略構成図である。図４は、第１熱交換器４０の上面図である。図５は、第１右側ヘッダ４３周辺の部分断面図である。図６は、第１左側ヘッダ４２周辺の部分断面図である。なお、図３では、第１波形フィン４５を省略している。また、図３、図５及び図６では、冷房運転時における第１熱交換器４０の冷媒の流れ方向を矢印で示している。

第１熱交換器４０は、いわゆるマイクロチャンネル２列熱交換器であって、２つの第１熱交換部４１と、２つの第１右側ヘッダ４３と、２つの第１左側ヘッダ４２とを有している。

（３−１−１）第１熱交換部
第１熱交換部４１は、複数の第１扁平管４４と、各第１扁平管４４の間に配置される第１波形フィン４５とを有しており、内部を流れる冷媒と他の熱媒体（本実施形態では、空気）との間で熱交換を行う。

第１扁平管４４は、第１左側ヘッダ４２及び第１右側ヘッダ４３の長手方向に垂直な方向に細長く延びる板状の金属（例えば、アルミニウムやアルミニウム合金）製の管部材である。そして、複数の第１扁平管４４は、各々が所定の間隔を空けるように、上下方向に並んで配置されている。また、第１扁平管４４には、その長手方向に貫通するように、冷媒を流通させるための複数の冷媒流路穴４４ａが形成されている。

第１波形フィン４５は、波形形状を有する金属（例えば、アルミニウムやアルミニウム合金）製の伝熱フィンである。第１波形フィン４５は、各第１扁平管４４の間に配置されており、第１扁平管４４の長手方向に沿って、山部分と谷部分とが形成されるように波形に折り曲げられて構成されている。なお、第１扁平管４４と第１波形フィン４５との接触箇所は、ロウ付け等によって接合されている。

（３−１−２）第１右側ヘッダ及び第１左側ヘッダ
第１右側ヘッダ４３及び第１左側ヘッダ４２は、互いに離間して、かつ、各々が鉛直方向（上下方向）に延びるように配置されており、第１扁平管４４の端部に接続されている。また、第１右側ヘッダ４３及び第１左側ヘッダ４２は、基礎部材４６ａ，４６ｂと、連結部４７と、を有している。

基礎部材４６ａ，４６ｂは、金属（具体的には、アルミニウムやアルミニウム合金等）製の部材であって、図５及び図６に示すように、円筒部４６ａａ，４６ｂａと、固定部４６ａｂ，４６ｂｂとを有する。円筒部４６ａａ，４６ｂａは、円筒形状の部分であって、第１右側ヘッダ４３及び第１左側ヘッダ４２の長手方向に沿って延びている。また、円筒部４６ａａ，４６ｂａは、内部に、冷媒を流通させるための冷媒流路４８ａ，４８ｂが形成されている。冷媒流路４８ａ，４８ｂは、円筒部４６ａａ，４６ｂａの長手方向に沿って延びている。固定部４６ａｂ，４６ｂｂは、円筒部４６ａａ，４６ｂａの側壁と一体に繋がる略矩形形状の部分である。固定部４６ａｂ，４６ｂｂには、第１扁平管４４の冷媒流路穴４４ａに連通する連通孔４８ａａ，４８ｂａが複数設けられており、第１扁平管４４の複数の冷媒流路穴４４ａと円筒部４６ａａ，４６ｂａの冷媒流路４８ａ，４８ｂとは、連通孔４８ａａ，４８ｂａを介して連通している。

連結部４７は、スペーサ部材４７ａと、固定部材４７ｂと、保持部材４７ｃと、を有している。スペーサ部材４７ａは、固定部４６ａｂ，４６ｂｂに接触するように配置される。固定部材４７ｂは、スペーサ部材４７ａの第１扁平管４４側の面に接触するように配置されている。保持部材４７ｃは、固定部４６ａｂ，４６ｂｂ、スペーサ部材４７ａ及び固定部材４７ｂを、円筒部４６ａａ，４６ｂａから遠い側から取り囲むように配置されている。

さらに、第１右側ヘッダ４３の上部、及び、第１左側ヘッダ４２の下部には、冷媒を第１熱交換器４０に流入させるため、又は、冷媒を第１熱交換器４０から外に流出させるための配管（具体的には、第１中間冷媒管１５ａ及び第２中間冷媒管１５ｂ）を接続するための開口４９ａ，４９ｂが形成されている。具体的には、開口４９ａは、第１右側ヘッダ４３の上面にあたる円筒部４６ａａの端面に形成されている。また、開口４９ｂは、第１左側ヘッダ４２の側面にあたる円筒部４６ｂａの外周面に形成されている。なお、第１右側ヘッダ４３と第１中間冷媒管１５ａとは、後述する配管継手１８０を介して接続されており、第１左側ヘッダ４２と第２中間冷媒管１５ｂとは、後述する配管継手８０を介して接続されている。すなわち、第１中間冷媒管１５ａと第１右側ヘッダ４３の冷媒流路４８ａとは、配管継手１８０を介して連通しており、第２中間冷媒管１５ｂと第１左側ヘッダ４２の冷媒流路４８ｂとは、配管継手８０を介して連通している。

（３−１−３）第１熱交換器における冷媒の流れ
冷房運転時においては、図３に示すように、第１右側ヘッダ４３から第１左側ヘッダ４２へと冷媒が流れる。より詳しくは、圧縮機構９２の前端側の低段圧縮部９２ａから吐出された中間圧冷媒は、第１右側ヘッダ４３の開口４９ａを介して、第１右側ヘッダ４３の冷媒流路４８ａに流入する。そして、第１右側ヘッダ４３の冷媒流路４８ａに流入した冷媒は、複数の第１扁平管４４に分流され、さらに、各第１扁平管４４に形成される複数の冷媒流路穴４４ａに分配されて、第１左側ヘッダ４２に形成される冷媒流路４８ｂへと流れていく。このとき、中間圧冷媒は、外を通過する通過空気Ａと熱交換を行うことによって放熱されて冷却されていく。そして、第１左側ヘッダ４２の冷媒流路４８ｂに流入した冷媒は、第１左側ヘッダ４２に形成される開口４９ｂを介して後段側の高段圧縮部９２ｂへと流れていく。

また、暖房運転時においては、第１左側ヘッダ４２から第１右側ヘッダ４３へと冷媒が流れる。より詳しくは、膨張機構９５から第１戻し管１６を通じて流れてきた低圧の二相状態の冷媒は、第１左側ヘッダ４２の開口４９ｂを介して、第１左側ヘッダ４２の冷媒流路４８ｂに流入する。第１左側ヘッダ４２の冷媒流路４８ｂに流入した冷媒は、複数の第１扁平管４４に分流され、さらに、各第１扁平管４４に形成される複数の冷媒流路穴４４ａに分配されて、第１右側ヘッダ４３に形成される冷媒流路４８ａへと流れていく。このとき、低圧の二相状態の冷媒は、外を通過する通過空気Ａと熱交換を行うことによって加熱されて蒸発されていく。そして、第１右側ヘッダ４３の冷媒流路４８ａに流入した冷媒は、第１右側ヘッダ４３に形成される開口４９ａを介して圧縮機構９２の吸入側へと流れていく。

（３−２）第２熱交換器
図７は、第２熱交換器６０の概略構成図である。図８は、第２熱交換器６０の上面図である。図９は、第２左側ヘッダ６２ａ，６２ｂ周辺の部分断面図である。図１０は、リターンヘッダ６３周辺の部分断面図である。図１１は、リターンヘッダ６３の各構成部品の配置を説明するための図である。なお、図７では、第２波形フィン６５ａ，６５ｂを省略している。また、図７及び図１０では、冷房運転時における第２熱交換器６０の冷媒の流れ方向を矢印で示している。

第２熱交換器６０は、いわゆるマイクロチャンネル熱交換器であって、第２熱交換部６１と、２つの第２左側ヘッダ６２ａ，６２ｂと、リターンヘッダ６３と、を有している。

（３−２−１）第２熱交換部
第２熱交換部６１は、複数の第２扁平管６４ａ，６４ｂと、各第２扁平管６４ａ，６４ｂの間に配置される第２波形フィン６５ａ，６５ｂと、を有しており、内部を流れる冷媒と他の熱媒体（本実施形態では、空気）との間で熱交換を行う。

第２扁平管６４ａ，６４ｂは、第２左側ヘッダ６２ａ，６２ｂの長手方向に垂直な方向に細長く延びる板状の金属（例えば、アルミニウムやアルミニウム合金）製の管部材である。そして、複数の第２扁平管６４ａ，６４ｂは、各々が所定の間隔を空けるように、上下方向に並んで配置されている。また、第２扁平管６４ａ，６４ｂには、その長手方向に貫通するように、冷媒を流通させるための複数の冷媒流路穴６４ａａ，６４ｂａが形成されている。

第２波形フィン６５ａ，６５ｂは、波形形状を有する金属（例えば、アルミニウムやアルミニウム合金）製の伝熱フィンである。第２波形フィン６５ａ，６５ｂは、各第２扁平管６４ａ，６４ｂの間に配置されており、第２扁平管６４ａ，６４ｂの長手方向に沿って、山部分と谷部分とが形成されるように波形に折り曲げられて構成されている。なお、第２扁平管６４ａ，６４ｂと第２波形フィン６５ａ，６５ｂとの接触箇所は、ロウ付け等によって接合されている。

（３−２−２）第２左側ヘッダ
第２左側ヘッダ６２ａ，６２ｂは、鉛直方向（上下方向）に延びるように配置されており、第２扁平管６４ａ，６４ｂの一方の端部に接続されている。また、第２左側ヘッダ６２ａ，６２ｂは、基礎部材６６ａ，６６ｂと、連結部６７ａと、を有している。

基礎部材６６ａ，６６ｂは、金属（具体的には、アルミニウムやアルミニウム合金等）製の部材であって、円筒部６６ａａ，６６ｂａと、固定部６６ａｂ，６６ｂｂとを有する。円筒部６６ａａ，６６ｂａは、円筒形状の部分であって、第２左側ヘッダ６２ａ，６２ｂの長手方向に沿って延びている。また、円筒部６６ａａ，６６ｂａは、内部に、冷媒を流通させるための冷媒流路６８ａ，６８ｂが形成されている。冷媒流路６８ａ，６８ｂは、円筒部６６ａａ，６６ｂａの長手方向に沿って延びている。固定部６６ａｂ，６６ｂｂは、円筒部６６ａａ，６６ｂａの側壁と一体に繋がる略矩形形状の部分である（図９参照）。固定部６６ａｂ，６６ｂｂには、第２扁平管６４ａ，６４ｂの冷媒流路穴６４ａａ，６４ｂａに連通する連通孔６８ａａ，６８ｂａが複数設けられており、第２扁平管６４ａ，６４ｂの複数の冷媒流路穴６４ａａ，６４ｂａと円筒部６６ａａ，６６ｂａの冷媒流路６８ａ，６８ｂとは、連通孔６８ａａ，６８ｂａを介して連通している。

連結部６７ａは、スペーサ部材６７ａａと、固定部材６７ａｂと、保持部材６７ａｃと、を有している（図９参照）。スペーサ部材６７ａａは、固定部６６ａｂ，６６ｂｂに接触するように配置される。固定部材６７ａｂは、スペーサ部材６７ａａの第２扁平管６４ａ，６４ｂ側の面に接触するように配置されている。保持部材６７ａｃは、固定部６６ａｂ，６６ｂｂ、スペーサ部材６７ａａ及び固定部材６７ａｂを、円筒部６６ａａ，６６ｂａから遠い側から取り囲むように配置されている。

さらに、第２左側ヘッダ６２ａの上部、及び、第２左側ヘッダ６２ｂの下部には、冷媒を第２熱交換器６０に流入させるため、又は、冷媒を第２熱交換器６０から外に流出させるための配管（具体的には、第１冷媒管１３及び第２冷媒管１４）を接続するための開口６９ａ，６９ｂが形成されている。具体的には、開口６９ａは、第２左側ヘッダ６２ａの側面にあたる円筒部６６ａａの外周面に形成されている。また、開口６９ｂは、第２左側ヘッダ６２ｂの側面にあたる円筒部６６ｂａの外周面に形成されている。なお、第２左側ヘッダ６２ａと第１冷媒管１３とは、後述する配管継手８０を介して接続されており、第２左側ヘッダ６２ｂと第２冷媒管１４とは、後述する配管継手８０を介して接続されている。

（３−２−３）リターンヘッダ
リターンヘッダ６３は、保持部材６３ａと、固定部材６３ｂと、スペーサ部材６３ｃと、背板６３ｄと、を有する。

保持部材６３ａは、図１０に示されるように、第２扁平管６４ａ，６４ｂの端部が接着され、かつ、水平方向の断面形状が略Ｕ字型を呈する板状部材である。保持部材６３ａには、図１１に示されるように、複数の扁平管嵌入孔６３ａａが、鉛直方向に複数段、かつ、水平方向に２列設けられている。扁平管嵌入孔６３ａａは、第２扁平管６４ａ，６４ｂの端部が嵌入する空間である。

固定部材６３ｂは、図１０に示されるように、スペーサ部材６３ｃの第２扁平管６４ａ，６４ｂ側の面に接触するように配置される板状部材である。固定部材６３ｂには、図１１に示されるように、複数の扁平管留め孔６３ｂａが、鉛直方向に複数段、かつ、水平方向に２列設けられている。扁平管留め孔６３ｂａは、扁平管嵌入孔６３ａａと共に、第２扁平管６４ａ，６４ｂの端部を固定する。

スペーサ部材６３ｃは、図１０に示されるように、固定部材６３ｂと背板６３ｄとの間に配置される板状部材である。スペーサ部材６３ｃには、図１１に示されるように、複数のスペーサ孔６３ｃａが、鉛直方向に複数段設けられている。それぞれのスペーサ孔６３ｃａは、固定部材６３ｂ及び背板６３ｄと共に、冷媒合流部６９を形成する。なお、第２扁平管６４ａ，６４ｂの端面は、スペーサ部材６３ｃの端面と接触している。

背板６３ｄは、第２扁平管６４ａ，６４ｂの端面と対向するように配置される板状部材である。背板６３ｄは、保持部材６３ａ及びスペーサ部材６３ｃと密着して配置される。

このように、保持部材６３ａ、固定部材６３ｂ、スペーサ部材６３ｃ及び背板６３ｄが組み合わされたリターンヘッダ６３には、２つの扁平管嵌入孔６３ａａ、２つの扁平管留め孔６３ｂａ及び１つのスペーサ孔６３ｃａが、各段に形成されている。また、第２扁平管６４ａ，６４ｂの端部は、扁平管嵌入孔６３ａａ及び扁平管留め孔６３ｂａに嵌入されている。そして、第２扁平管６４ａの冷媒流路穴６４ａａ、及び、第２扁平管６４ｂの冷媒流路穴６４ｂａは、冷媒合流部６９を介して連通している。

なお、本実施形態では、リターンヘッダ６３の下面に相当する面（具体的には、背板６３ｄの端面、スペーサ部材６３ｃの端面、固定部材６３ｂの端面及び保持部材６３ａの端面から構成される面）の面積は、第１右側ヘッダ４３，４３の上面に相当する面（具体的には、基礎部材４６ａ，４６ａの端面、スペーサ部材４７ａ，４７ａの端面、固定部材４７ｂ，４７ｂの端面及び保持部材４７ｃ，４７ｃの端面から構成される面）の面積よりも小さくなるように設計されている。より詳しくは、リターンヘッダ６３の背板６３ｄの端面、スペーサ部材６３ｃの端面、固定部材６３ｂの端面及び保持部材６３ａの端面から構成される面の面積と、第１右側ヘッダ４３，４３の基礎部材４６ａ，４６ａのうちの固定部４６ａｂ，４６ａｂの端面、スペーサ部材４７ａ，４７ａの端面、固定部材４７ｂ，４７ｂの端面及び保持部材４７ｃ，４７ｃの端面から構成される面の面積とが、等しくなるように設計されている。すなわち、本実施形態では、第１右側ヘッダ４３，４３の上面の面積が、リターンヘッダ６３の下面の面積よりも、円筒部４６ａａ，４６ａａの端面の面積分だけ大きくなっている。

（３−２−４）第２熱交換器における冷媒の流れ
冷房運転時においては、図７に示すように、第２左側ヘッダ６２ａからリターンヘッダ６３を介して第２左側ヘッダ６２ｂへと冷媒が流れる。より詳しくは、圧縮機構９２から吐出された高圧の冷媒は、第２左側ヘッダ６２ａの開口６９ａを介して、第２左側ヘッダ６２ａの冷媒流路６８ａに流入する。そして、第２左側ヘッダ６２ａの冷媒流路６８ａに流入した冷媒は、複数の第２扁平管６４ａに分流され、さらに、各第２扁平管６４ａに形成される複数の冷媒流路穴６４ａａに分配されて、リターンヘッダ６３内の冷媒合流部６９へと流れていく。そして、リターンヘッダ６３内の冷媒合流部６９で合流した冷媒は、各第２扁平管６４ｂに形成されている複数の冷媒流路穴６４ｂａに分流されて、第２左側ヘッダ６２ｂの冷媒流路６８ｂへと流れていく。その後、第２左側ヘッダ６２ｂの冷媒流路６８ｂに流入した冷媒は、第２左側ヘッダ６２ｂに形成される開口６９ｂを介して膨張機構９５へと流れていく。なお、高圧の冷媒は、第２扁平管６４ａ，６４ｂ内を流れる過程で、外を通過する通過空気Ａと熱交換を行うことによって放熱されて冷却される。

また、暖房運転時においては、第２左側ヘッダ６２ｂからリターンヘッダ６３を介して第２左側ヘッダ６２ａへと冷媒が流れる。より詳しくは、膨張機構９５から流れてきた低圧の二相状態の冷媒は、第２左側ヘッダ６２ｂの開口６９ｂを介して、第２左側ヘッダ６２ｂの冷媒流路６８ｂに流入する。第２左側ヘッダ６２ｂの冷媒流路６８ｂに流入した冷媒は、複数の第２扁平管６４ｂに分流され、さらに、各第２扁平管６４ｂに形成される複数の冷媒流路穴６４ｂａに分配されて、リターンヘッダ６３内の冷媒合流部６９へと流れていく。そして、リターンヘッダ６３内の冷媒合流部６９で合流した冷媒は、各第２扁平管６４ａに形成されている複数の冷媒流路穴６４ａａに分流されて、第２左側ヘッダ６２ａの冷媒流路６８ａへと流れていく。その後、第２左側ヘッダ６２ａの冷媒流路６８ａに流入した冷媒は、第２左側ヘッダ６２ａに形成される開口６９ａを介して圧縮機構９２の吸入側へと流れていく。なお、低圧の二相状態の冷媒は、第２扁平管６４ａ，６４ｂ内を流れる過程で、外を通過する通過空気Ａと熱交換を行うことによって加熱されて蒸発されていく。

（３−３）第１熱交換器及び第２熱交換器の配置
図１２は、第１右側ヘッダ４３，４３とリターンヘッダ６３とが重なっている状態を説明するための図である。

第１熱交換器４０と第２熱交換器６０とは、上下方向に隣接して配置されている。そして、本実施形態では、熱交換ユニット９４は、図２に示すように、第１熱交換器４０の上方に第２熱交換器６０が積み上げられて固定された２段構造を有している。

なお、本実施形態では、第１熱交換器４０の第１熱交換部４１が有する第１扁平管４４及び第１波形フィン４５と、第２熱交換器６０の第２熱交換部６１が有する第２扁平管６４ａ，６４ｂ及び第２波形フィン６５ａ，６５ｂとを同一にして共通化している。また、本実施形態では、第１熱交換器４０の第１右側ヘッダ４３及び第１左側ヘッダ４２を構成する構成部品（基礎部材４６ａ，４６ｂ及び連結部４７）と、第２熱交換器６０の第２左側ヘッダ６２ａ，６２ｂを構成する構成部品（基礎部材６６ａ，６６ｂ及び連結部６７ａ）とを同一にして共通化している。そして、本実施形態では、リターンヘッダ６３の下面に相当する面の面積が、第１右側ヘッダ４３，４３の上面に相当する面の面積よりも小さくなるように設計されている。このため、熱交換ユニット９４を平面視すると、リターンヘッダ６３と第１右側ヘッダ４３とは、その一部が重なるように配置されており、リターンヘッダ６３の外縁が、第１右側ヘッダ４３の外縁よりも内側に位置している（図１２参照）。なお、ここでいうリターンヘッダ６３の外縁とは、平面視における、背板６３ｄの外縁のことであり、第１右側ヘッダ４３の外縁とは、平面視における、円筒部４６ａａの外周縁のことである。また、本実施形態では、第１熱交換器４０の上方に第２熱交換器６０が配置された状態で、リターンヘッダ６３の保持部材６３ａの下側の端面と第１右側ヘッダ４３，４３の保持部材４７ｃ，４７ｃの上側の端面とが対向するように重なっている。

（4）配管継手
図１３は、長手方向（鉛直方向）に沿うように切断した第１熱交換器４０の第１左側ヘッダ４２周辺を側方から見た図である。図１４は、長手方向（鉛直方向）に沿うように切断した第１熱交換器４０の第１右側ヘッダ４３周辺を側方から見た図である。なお、図１４では、冷房運転時における冷媒の流れ方向を矢印で示している。

配管継手８０，１８０は、第１熱交換器４０及び第２熱交換器６０と、第１熱交換器４０及び第２熱交換器６０に冷媒を流入させるため、又は、第１熱交換器４０及び第２熱交換器６０から冷媒を流出させるための配管と、を接続するためのものである。

具体的には、第１熱交換器４０においては、第１右側ヘッダ４３と第１中間冷媒管１５ａとが配管継手１８０によって接続されており、第１左側ヘッダ４２と第２中間冷媒管１５ｂとが配管継手８０によって接続されている。また、第２熱交換器６０においては、第２左側ヘッダ６２ａと第１冷媒管１３とが配管継手８０によって接続されており、第２左側ヘッダ６２ｂと第２冷媒管１４とが配管継手８０によって接続されている。なお、本実施形態では、各ヘッダ４２，６２ａ，６２ｂと各冷媒管１３，１４，１５ｂとを接続する配管継手８０は、全て同様の構成であるため、例として、第１左側ヘッダ４２に接続される配管継手８０について説明する。

配管継手８０は、略円筒形状の部材（図２参照）であって、内部に冷媒の流れる冷媒流路８１が形成されている。そして、第２中間冷媒管１５ｂ、配管継手８０の冷媒流路８１及び第１左側ヘッダ４２の冷媒流路４８ｂが連通するように、配管継手８０の一方の端部が第２中間冷媒管１５ｂに接続され、他方の端部が第１左側ヘッダ４２に接続される。また、図１３に示すように、配管継手８０の端部のうち第１左側ヘッダ４２に接続される側の端部は、第１左側ヘッダ４２の側面から水平方向に延びるように接続されている。したがって、配管継手８０と第１左側ヘッダ４２とが接続された状態では、配管継手８０の冷媒流路８１は、第１左側ヘッダ４２の冷媒流路４８ｂの延びる方向に交差する方向（本実施形態では、直交する方向）に延びているといえる。

なお、図１３では、配管継手８０の端部が第１左側ヘッダ４２の側面に形成された開口４９ｂに嵌合して接続されている例を挙げているが、配管継手８０と第１左側ヘッダ４２との接続手段はこれに限定されない。

また、第１右側ヘッダ４３と第１中間冷媒管１５ａとを接続する配管継手１８０は、断面略Ｌ字型を呈する略円筒形状の部材（図２参照）であって、内部に冷媒の流れる冷媒流路１８１が形成されている。なお、本実施形態では、配管継手１８０の内径（具体的には、冷媒流路１８１の穴径）と、第１右側ヘッダ４３の内径（具体的には、冷媒流路４８ａの穴径）とが等しくなるように設計されている。また、第１中間冷媒管１５ａ、配管継手１８０の冷媒流路１８１及び第１右側ヘッダ４３の冷媒流路４８ａが連通するように、配管継手１８０の一方の端部が第１中間冷媒管１５ａに接続され、他方の端部が第１右側ヘッダ４３に接続される。なお、図２に示すように、配管継手１８０の端部のうち第１右側ヘッダ４３に接続される側の端部は、第１右側ヘッダ４３の上面であって、リターンヘッダ６３の下面と重なっていない部分から上方（鉛直方向）に延びるように接続されている。したがって、配管継手１８０と第１右側ヘッダ４３とが接続された状態では、配管継手１８０の冷媒流路１８１のうち第１右側ヘッダ４３近傍の部分については、第１右側ヘッダ４３の冷媒流路４８ａの延びる方向と同じ方向に延びているといえる（図１４参照）。

なお、図１４では、配管継手１８０の端部が第１右側ヘッダ４３の円筒部４６ａａの端面に形成された開口４９ａに嵌合して接続されている例を挙げているが、配管継手１８０と第１右側ヘッダ４３との接続手段はこれに限定されない。また、図１４には、配管継手１８０の外径が第１右側ヘッダ４３の外径よりも小さい配管継手１８０が描かれているが、配管継手１８０の外径と第１右側ヘッダ４３の外径とが等しくなるように設計されていてもよい。特に、配管継手１８０の内径と第１右側ヘッダ４３の内径とが等しい場合には、配管継手１８０の外径と第１右側ヘッダ４３の外径とが等しくなるように設計されていることが好ましい。

（５）空気調和機の動作
図１５は、冷房運転時の冷凍サイクルが図示された冷媒圧力―エンタルピ線図である。図１６は、冷房運転時の冷凍サイクルが図示された冷媒温度―エントロピ線図である。図１７は、暖房運転時の冷凍サイクルが図示された冷媒圧力―エンタルピ線図である。図１８は、暖房運転時の冷凍サイクルが図示された冷媒温度―エントロピ線図である。

以下、空気調和機９０の動作について、図１、図１５〜図１８を用いて説明する。なお、以下の説明において、「高圧」とは、冷凍サイクルにおける高圧（すなわち、図１５及び図１６の点ｄ，ｅにおける圧力や、図１７及び図１８の点ｄ，ｆにおける圧力）を意味し、「低圧」とは、冷凍サイクルにおける低圧（すなわち、図１５及び図１６の点ａ，ｆにおける圧力、図１７及び図１８の点ａ，ｅにおける圧力）を意味し、「中間圧」とは、冷凍サイクルにおける中間圧（すなわち、図１５〜図１８の点ｂ，ｃ，ｃ’における圧力）を意味している。

（５−１）冷房運転
冷房運転時には、切換機構９３が、図１の実線で示される状態に制御されるとともに、膨張機構９５の開度が調整される。また、第１電磁弁９９が開状態に制御される。さらに、第３電磁弁９８、第１戻し弁１９及び第２戻し弁１８が閉状態に制御される。

この冷媒回路１０の状態で、圧縮機構９２を駆動すると、低圧の冷媒（図１、図１５及び図１６の点ａを参照）は、吸入管１１から圧縮機構９２に吸入され、まず、前段側の低段圧縮部９２ａによって中間圧まで圧縮された後に、中間冷媒管１５（具体的には、第１中間冷媒管１５ａ）に吐出される（図１、図１５及び図１６の点ｂを参照）。

低段圧縮部９２ａから吐出された中間圧の冷媒は、第１中間冷媒管１５ａを流れて、第１熱交換器４０に送られる。第１熱交換器４０に送られた中間圧の冷媒は、第１熱交換器４０において、外を通過する冷却源としての空気と熱交換を行うことで放熱されて冷却される（図１、図１５及び図１６の点ｃを参照）。第１熱交換器４０において冷却された中間圧の冷媒は、第２中間冷媒管１５ｂを流れ、高段圧縮部９２ｂに吸入されてさらに圧縮される。そして、高段圧縮部９２ｂで圧縮された高圧の冷媒は、圧縮機構９２から吐出管１２に吐出される（図１、図１５及び図１６の点ｄを参照）。

ここで、圧縮機構９２から吐出された高圧の冷媒は、圧縮要素９２ａ，９２ｂによる二段圧縮動作によって、臨界圧力（すなわち、図１５に示す臨界点ＣＰにおける臨界圧力Ｐｃｐ）を超える圧力まで圧縮されている。なお、圧縮機構９２から吐出された高圧の冷媒は、油分離器３１ａに流入し、同伴する冷凍機油が分離される。また、油分離器３１ａにおいて高圧の冷媒から分離された冷凍機油は、油戻し管３１ｂに流入し、油戻し管３１ｂに設けられた減圧機構３１ｃで減圧された後に圧縮機構９２の吸入管１１に戻されて、再び、圧縮機構９２に吸入される。

圧縮機構９２から吐出された高圧の冷媒は、油分離器３１ａ、逆止機構３２及び切換機構９３を通じて、第２熱交換器６０に送られる。そして、第２熱交換器６０に送られた高圧の冷媒は、第２熱交換器６０において、外を通過する冷却源としての空気と熱交換を行って放熱されて冷却される（図１、図１５及び図１６の点ｅを参照）。

第２熱交換器６０で冷却された高圧の冷媒は、膨張機構９５によって減圧されて低圧の二相状態の冷媒となり、利用側熱交換器９６に送られる（図１、図１５及び図１６の点ｆを参照）。利用側熱交換器９６に送られた低圧の二相状態の冷媒は、加熱源としての水又は空気と熱交換を行って加熱されて、蒸発することになる（図１、図１５及び図１６の点ａを参照）。利用側熱交換器９６において蒸発された低圧の冷媒は、切換機構９３及び吸入管１１を経由して、再び、圧縮機構９２に吸入される。このようにして、空気調和機９０では、冷房運転が行われている。

（５−２）暖房運転
暖房運転時には、切換機構９３が図１の破線で示される状態に制御されるとともに、膨張機構９５の開度が調整される。また、第３電磁弁９８、第１戻し弁１９及び第２戻し弁１８が開状態に制御される。さらに、第１電磁弁９９が閉状態に制御される。

この冷媒回路１０の状態で、圧縮機構９２を駆動すると、低圧の冷媒（図１、図１７及び図１８の点ａを参照）は、吸入管１１から圧縮機構９２に吸入され、まず、前段側の低段圧縮部９２ａによって中間圧まで圧縮された後に、中間冷媒管１５（具体的には、第１中間冷媒管１５ａ）に吐出される（図１、図１７及び図１８の点ｂを参照）。低段圧縮部９２ａから吐出された中間圧の冷媒は、第１中間冷媒管１５ａの途中で第３中間冷媒管１５ｃに流れ、第３中間冷媒管１５ｃから第２中間冷媒管１５ｂに流れて（図１、図１７及び図１８の点ｃ’を参照）、高段圧縮部９２ｂに吸入されてさらに圧縮される。そして、高段圧縮部９２ｂで圧縮された高圧の冷媒は、圧縮機構９２から吐出管１２に吐出される（図１、図１７及び図１８の点ｄを参照）。

ここで、圧縮機構９２から吐出された高圧の冷媒は、冷房運転時と同様に、圧縮要素９２ａ，９２ｂによる二段圧縮動作によって、臨界圧力（すなわち、図１７に示す臨界点ＣＰにおける臨界圧力Ｐｃｐ）を超える圧力まで圧縮されている。なお、圧縮機構９２から吐出された高圧の冷媒は、冷房運転時と同様に、油分離器３１ａに流入し、同伴する冷凍機油が分離される。また、油分離器３１ａにおいて高圧の冷媒から分離された冷凍機油は、油戻し管３１ｂに流入し、油戻し管３１ｂに設けられた減圧機構３１ｃで減圧された後に圧縮機構９２の吸入管１１に戻されて、再び、圧縮機構９２に吸入される。

圧縮機構９２から吐出された高圧の冷媒は、油分離器３１ａ、逆止機構３２及び切換機構９３を通じて、利用側熱交換器９６に送られる。利用側熱交換器９６に送られた高圧の冷媒は、利用側熱交換器９６において、冷却源としての水又は空気と熱交換を行って放熱されて冷却される（図１、図１７及び図１８の点ｆを参照）。利用側熱交換器９６で放熱されて冷却された高圧の冷媒は、膨張機構９５に送られ、膨張機構９５において減圧されて低圧の二相状態の冷媒となる（図１、図１７及び図１８の点ｅを参照）。

膨張機構９５で減圧された低圧の二相状態の冷媒は、第２熱交換器６０に送られると共に、第１戻し管１６を流れて第１熱交換器４０に送られる。第２熱交換器６０に送られた低圧の二相状態の冷媒は、加熱源としての空気と熱交換を行って加熱され、蒸発する（図１、図１７及び図１８の点ａを参照）。他方、第１熱交換器４０に送られた低圧の二相状態の冷媒も、加熱源としての空気と熱交換を行って加熱され、蒸発する（図１、図１７及び図１８の点ａを参照）。そして、第２熱交換器６０で蒸発された低圧の冷媒は、切換機構９３を経由し、吸入管１１を流れて、再び、圧縮機構９２に吸入される。また、第１熱交換器４０で蒸発された低圧の冷媒は、第１中間冷媒管１５ａ、第２戻し管１７及び吸入管１１を経由して、再び、圧縮機構９２に吸入される。このようにして、空気調和機９０では、暖房運転が行われている。

（６）効果
（６−１）比較例
図１９は、比較例に係る第１熱交換器４０’を備えた熱交換ユニット９４’の模式図である。図２０は、比較例に係る第１熱交換器４０’の一部であって、配管継手８０が第１右側ヘッダ４３に接続された状態を示す図である。なお、図２０では、冷房運転時における冷媒の流れ方向を矢印で示している。

比較例に係る第１熱交換器４０’では、第１熱交換器４０’に冷媒を流入させるため、又は、第１熱交換器４０’から冷媒を流出させるための配管（具体的には、第１中間冷媒管１５ａ）が、第１右側ヘッダ４３の側面に接続されている（図１９参照）。具体的には、図２０に示すように、配管継手８０の端部のうち第１右側ヘッダ４３に接続される側の端部が、第１右側ヘッダ４３の側面にあたる円筒部４６ａａの外周面から水平方向に延びるように接続されている。なお、当該配管継手８０の構成は、本実施形態において各ヘッダ４２，６２ａ，６２ｂと各冷媒管１３，１４，１５ｂとを接続している配管継手８０と同様の構成である。

（６−２）比較解析
図２１は、本発明及び比較例に係る第１熱交換器４０，４０’全体の圧力損失に対する配管継手の占める圧力損失の割合を示す図である。

本発明及び比較例に係る第１熱交換器４０，４０’全体の圧力損失に対する配管継手の占める圧力損失の割合を解析すると、図２１に示すようになった。比較例に係る配管継手８０の場合、例えば、冷媒流量が３００ｋｇ／ｈのとき、第１熱交換器４０’全体の圧力損失に対する配管継手８０の占める圧力損失は、約１８％である。一方で、本発明に係る配管継手１８０が用いられた場合には、冷媒流量が３００ｋｇ／ｈのとき、第１熱交換器４０全体の圧力損失に対する配管継手１８０の占める圧力損失は、約８％である。

比較例に係る第１熱交換器４０’の場合、配管継手８０の冷媒流路８１の延びる方向と、第１右側ヘッダ４３の冷媒流路４８ａの延びる方向とが直交しているため、本発明に係る第１熱交換器４０のように配管継手１８０の冷媒流路１８１の延びる方向と第１右側ヘッダ４３の冷媒流路４８ａの延びる方向とが同じ場合と比較して、配管継手８０から第１右側ヘッダ４３に冷媒が流入する際の圧力損失が増加すると考えられる。

また、比較例に係る第１熱交換器４０’のように、配管継手８０が第１右側ヘッダ４３の側面に接続される場合、構造上、配管継手８０の外径を、第１右側ヘッダ４３の外径（具体的には、円筒部４６ａａの外径）よりも小さくしなければならない。また、第１右側ヘッダ４３と配管継手８０との接続部分の強度を考慮すれば、配管継手８０の外径を第１右側ヘッダ４３の内径（具体的には、冷媒流路４８ａの穴径）よりも小さくすることが好ましい。そうすると、配管継手８０の内径（具体的には、冷媒流路８１の穴径）が、第１右側ヘッダ４３の内径よりも小さくなってしまう。一方で、本発明に係る第１熱交換器４０では、配管継手１８０が第１右側ヘッダ４３の上面に接続される構成であるため、配管継手１８０の外径を第１右側ヘッダ４３の外径よりも小さくしなければならないという構造上の制約はなく、配管継手１８０の内径（具体的には、冷媒流路１８１の穴径）を第１右側ヘッダ４３の内径と同等にすることができる。したがって、本発明に係る第１熱交換器４０は、比較例に係る第１熱交換器４０’と比較して、第１中間冷媒管１５ａと第１右側ヘッダ４３との接続部分における圧力損失を低減することができる。

このように、本発明に係る第１熱交換器４０は、比較例に係る第１熱交換器４０’と比較して、圧力損失を低減することができるため、第１熱交換器４０の性能低下を抑制することができる。

（７）特徴
（７−１）
本実施形態では、平面視において、第１右側ヘッダ４３の上面に相当する面の面積が、リターンヘッダ６３の下面に相当する面の面積よりも大きく、かつ、その一部が重なるように配置されている。そして、配管継手１８０は、第１右側ヘッダ４３の上面のうちリターンヘッダ６３の下面と対向していない部分に接続されている。これにより、配管継手１８０の冷媒流路１８１と第１右側ヘッダ４３の冷媒流路４８ａとが同軸上になるような構造にすることができるため、配管継手１８０から第１右側ヘッダ４３に向かって流れる中間圧冷媒の圧力損失を低減することができる。

これによって、第１熱交換器４０の性能低下を低減することができている。

（７−２）
本実施形態では、平面視において、リターンヘッダ６３の外縁が、第１右側ヘッダ４３の外縁よりも内側に位置している。このため、配管継手１８０の冷媒流路１８１の延びる方向と、第１右側ヘッダ４３の冷媒流路４８ａの延びる方向とが同一の方向であっても、配管継手１８０とリターンヘッダ６３とが干渉しないようにすることができている。

（７−３）
本実施形態では、第１右側ヘッダ４３の冷媒流路４８ａは、第１右側ヘッダ４３の鉛直方向（上下方向）に沿って延びるように構成されている。このため、第１右側ヘッダ４３の冷媒流路４８ａの延びる方向と、配管継手１８０の冷媒流路１８１のうち第１右側ヘッダ４３近傍部分の延びる方向とを同じ方向にすることができる。これにより、配管継手１８０から第１右側ヘッダ４３に向かって流れる中間圧冷媒の圧力損失を低減することができている。

（７−４）
本実施形態では、配管継手１８０の内径と、第１右側ヘッダ４３の内径とが等しくなるように設計されている。これにより、第１中間冷媒管１５ａと第１右側ヘッダ４３との接続部分における圧力損失を低減することができている。

（７−５）
扁平多穴管のように穴径の小さい冷媒流路を有するいわゆるマイクロチャンネル熱交換器が中間圧冷媒を冷却する冷却器として採用された場合、冷媒の圧力損失による性能低下が問題となる。本実施形態では、第１熱交換器４０は穴径の小さい複数の冷媒流路穴４４ａが形成された第１扁平管４４を有する熱交換器であるが、配管継手１８０を第１右側ヘッダ４３の上面に接続することができるため、配管継手１８０から第１右側ヘッダ４３に向かって流れる中間圧冷媒の圧力損失を低減することができ、この結果、第１熱交換器４０の性能低下を低減することができている。

（８）変形例
（８−１）変形例Ａ
上記実施形態では、第１熱交換器４０の上方に第２熱交換器６０が積み上げられており、第１右側ヘッダ４３の上面に配管継手１８０が接続されている。これに代えて、第２熱交換器６０の上方に第１熱交換器４０が積み上げられている場合には、第１右側ヘッダ４３の下面のうちリターンヘッダ６３の上面と重なっていない部分に配管継手１８０が接続されていてもよい。

（８−２）変形例Ｂ
上記実施形態では、配管継手１８０の内径と第１右側ヘッダ４３の内径とが等しくなるように設計されているが、これに限定されず、配管継手１８０の内径が第１右側ヘッダ４３の内径よりも小さくてもよい。ただし、配管と第１右側ヘッダ４３との接続部分の圧力損失を低減するためには、配管継手１８０の内径と第１右側ヘッダ４３の内径との差が小さいことが好ましい。

（８−３）変形例Ｃ
上記実施形態では、第１熱交換器４０が暖房運転時に蒸発器として機能しているが、これに限定されず、第１熱交換器４０が中間圧冷媒を冷却する冷却器として機能するのであれば、第１熱交換器４０が蒸発器として機能しなくてもよい。

本発明は、中間圧冷媒を冷却するサブ熱交換器の性能低下を低減することができるため、サブ熱交換器を備えた冷凍装置への適用が有効である。

１５ａ 第１中間冷媒管（配管）
４０ 第１熱交換器（サブ熱交換器）
４１ 第１熱交換部（サブ熱交換部）
４３ 第１右側ヘッダ（サブ熱交換器側ヘッダ）
４４ 第１扁平管（扁平多穴管）
４４ａ 冷媒流路穴（流路穴）
４８ａ 冷媒流路（内部空間）
６０ 第２熱交換器（メイン熱交換器）
６１ 第２熱交換部（メイン熱交換部）
６３ リターンヘッダ（メイン熱交換器側ヘッダ）
９０ 空気調和機（冷凍装置）
９２ 圧縮機構
９２ａ 低段圧縮部
９２ｂ 高段圧縮部
１８０ 配管継手

特開２００９−１３３５８１号公報

Claims (4)

1. 低段圧縮部（９２ａ）と、前記低段圧縮部と直列に接続される高段圧縮部（９２ｂ）と、を有する圧縮機構（９２）と、
   内部を流れる冷媒と他の熱媒体との間で熱交換を行うサブ熱交換部（４１）と、前記サブ熱交換部の端部に接続されるサブ熱交換器側ヘッダ（４３）とを有し、前記低段圧縮部と前記高段圧縮部との間の中間圧冷媒を冷却することが可能なサブ熱交換器（４０）と、
   前記サブ熱交換器側ヘッダの内部空間（４８ａ）と連通しており、前記低段圧縮部から吐出された中間圧冷媒を前記サブ熱交換器に流すための配管（１５ａ）と、
   前記サブ熱交換器と上下方向に隣接して配置されており、内部を流れる冷媒と他の熱媒体との間で熱交換を行うメイン熱交換部（６１）と、前記メイン熱交換部の端部に接続されるメイン熱交換器側ヘッダ（６３）とを有し、前記高段圧縮部から吐出された冷媒を冷却することが可能なメイン熱交換器（６０）と、
   を備え、
   平面視において、前記サブ熱交換器側ヘッダの面積が前記メイン熱交換器側ヘッダの面積よりも大きく、かつ、前記サブ熱交換器側ヘッダと前記メイン熱交換器側ヘッダとは一部重なっており、前記メイン熱交換器側ヘッダの外縁は前記サブ熱交換器側ヘッダの外縁よりも内側に位置し、
   前記配管は、前記サブ熱交換器側ヘッダの含む面のうち前記メイン熱交換器側ヘッダと対向する上面又は下面であって前記メイン熱交換器側ヘッダと重なっていない部分に、接続されている、
   冷凍装置（９０）。
2. 前記サブ熱交換器側ヘッダの内部空間は、上下方向に沿って延びるように構成されている、
   請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記配管は、配管継手（１８０）によって前記サブ熱交換器側ヘッダと接続されており、
   前記サブ熱交換器側ヘッダの内径と前記配管継手の内径とが等しくなるように構成されている、
   請求項１又は２に記載の冷凍装置。
4. 前記サブ熱交換部は、複数の流路穴（４４ａ）が形成された扁平多穴管（４４）を有する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の冷凍装置。

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