WO2013146870A1 - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

　冷媒の偏流を抑制しやすい空気調和装置（１０）を提供する。空気調和装置（１０）は、四段圧縮機（２０）と、第１～第４熱交換器（４１～４４）と、室内熱交換器（１２）と、切換機構（３１～３４）と、膨張機構（７０）と、冷媒配管群とを備える。第１～第３熱交換器（４１～４３）は、冷房運転時に、圧縮途中の中間圧冷媒を冷やす放熱器として機能し、暖房運転時に蒸発器として機能する。第４熱交換器（４４）は、冷房運転時に放熱器として機能し、暖房運転時に蒸発器として機能する。冷媒配管群は、暖房運転時に、第１～第３熱交換器（４１～４３）に直列に冷媒が流れるように配されている。

Description

冷凍装置

　本発明は、冷凍装置、特に、複数の圧縮部を有する複数段圧縮機構を備えた冷凍装置に関する。

　従来から、多段圧縮冷凍サイクルを行う冷凍装置であって、圧縮途中の中間圧の冷媒を冷却する手段を備えたものが存在する。例えば、特許文献１（特開２０１０－１１２６１８号公報）に記載の冷凍装置では、熱源ユニットが室外側熱交換器と室外側中間冷却器とを備えており、冷房運転時に、室外側熱交換器がガスクーラとして機能し、室外側中間冷却器が、前段側の圧縮要素から吐出され後段側の圧縮要素に吸入される中間圧の冷媒を冷却するインタークーラとして機能する。このように圧縮途中の中間圧の冷媒を冷却することにより、冷凍装置の運転効率が高まる。

　上述の特許文献１（特開２０１０－１１２６１８号公報）に記載の冷凍装置では、暖房運転時に、膨張機構で減圧された気液二相の冷媒を分流して室外側熱交換器および室外側中間冷却器の両方に並列に流し、室外側熱交換器および室外側中間冷却器を蒸発器として機能させている。このようにすれば、室外側熱交換器だけを蒸発器として用いる場合に較べて、冷媒循環量を増やし冷凍装置の運転効率を上げることができる。
　しかし、３段以上の圧縮を行い、インタークーラとして機能するサブの熱源側熱交換器が複数存在する場合、それぞれの熱源側熱交換器に冷房運転時に流れる冷媒に圧力差があることから、冷房運転における性能を重視した設計を行うと、暖房運転時に各熱源側熱交換器に流れる冷媒量が適正値から大きく外れる恐れがある。すなわち、暖房運転時に冷媒の偏流が生じ、低圧力損失の熱源側熱交換器だけに多くの冷媒が流れ、各熱源側熱交換器が十分に蒸発器としての機能を果たさない恐れがある。

　これらの暖房運転時に並列して冷媒が流れる複数の熱源側熱交換器における冷媒偏流の問題は、キャピラリーチューブや電動弁によって分流調整することが可能であるが、各熱源側熱交換器の圧力損失の差が大きいときには、その分流調整が困難になる。
　本発明の課題は、複数段圧縮を行い、暖房運転時に蒸発器として機能する複数の熱源側熱交換器を備える冷凍装置であって、冷媒の偏流を抑制しやすい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、複数段圧縮機構と、熱源側メイン熱交換器と、複数の熱源側サブ熱交換器と、利用側熱交換器と、切換機構と、膨張機構と、冷媒配管群とを備えている。複数段圧縮機構は、１つの低段圧縮部と、複数の高段圧縮部のそれぞれとが、直列に接続された圧縮機構である。熱源側メイン熱交換器は、冷房運転時に放熱器として機能し、暖房運転時に蒸発器として機能する。熱源側サブ熱交換器は、冷房運転時に、高段圧縮部に吸入される圧縮途中の中間圧冷媒を冷やす放熱器として機能し、暖房運転時に、蒸発器として機能する。利用側熱交換器は、冷房運転時に蒸発器として機能し、暖房運転時に放熱器として機能する。切換機構は、冷房運転時には熱源側メイン熱交換器から利用側熱交換器に冷媒が送られ、暖房運転時には利用側熱交換器から熱源側メイン熱交換器および熱源側サブ熱交換器に冷媒が送られるように、状態が切り換わる。膨張機構は、冷房運転時に、熱源側メイン熱交換器から利用側熱交換器に送られる冷媒を減圧し、暖房運転時に、利用側熱交換器から熱源側メイン熱交換器および熱源側サブ熱交換器に送られる冷媒を減圧する。冷媒配管群は、暖房運転時に、複数の熱源側サブ熱交換器のうち少なくとも２つに直列に冷媒が流れるように、複数段圧縮機構、切換機構、熱源側メイン熱交換器、熱源側サブ熱交換器、膨張機構および利用側熱交換器を接続する。

　この冷凍装置では、冷房運転時には、放熱器として機能する熱源側メイン熱交換器から蒸発器として機能する利用側熱交換器へと流れる冷媒が、膨張機構で減圧され、複数段圧縮機構では、複数の高段圧縮部に吸入される圧縮途中の中間圧冷媒が、複数の熱源側サブ熱交換器によって冷やされる。また、暖房運転時には、放熱器として機能する利用側熱交換器から蒸発器として機能する熱源側メイン熱交換器および熱源側サブ熱交換器へと流れる冷媒が、膨張機構で減圧され、減圧後の冷媒が、熱源側メイン熱交換器に流れるとともに、冷媒配管によって直列に接続された少なくとも２つの熱源側サブ熱交換器にも流れ、熱源側メイン熱交換器および熱源側サブ熱交換器において蒸発する。すなわち、複数の熱源側サブ熱交換器は、冷房運転時には、それぞれが高段圧縮部に吸入される冷媒の放熱器として機能するが、暖房運転時には、少なくとも２つが直列に接続されて蒸発器として機能する。このような構成を採用しているため、冷房運転における性能を重視した熱源側サブ熱交換器の設計を行う場合であっても、暖房運転時に熱源側メイン熱交換器および熱源側サブ熱交換器それぞれに流れる冷媒量を適正値に近づけることが可能になり、熱源側の各熱交換器における冷媒の偏流を抑制することができる。

　本発明の第２観点に係る冷凍装置は、第１観点の冷凍装置であって、複数の高段圧縮部は、第２段圧縮部と、第３段圧縮部と、第４段圧縮部とである。第２段圧縮部は、低段圧縮部から吐出された冷媒を吸入する。第３段圧縮部は、第２段圧縮部から吐出された冷媒を吸入する。第４段圧縮部は、第３段圧縮部から吐出された冷媒を吸入し、放熱器へと冷媒を吐出する。複数の熱源側サブ熱交換器は、熱源側第１サブ熱交換器と、熱源側第２サブ熱交換器と、熱源側第３サブ熱交換器とである。熱源側第１サブ熱交換器は、冷房運転時に、低段圧縮部から吐出され第２段圧縮部に吸入される冷媒を冷やす。熱源側第２サブ熱交換器は、冷房運転時に、第２段圧縮部から吐出され第３段圧縮部に吸入される冷媒を冷やす。熱源側第３サブ熱交換器は、冷房運転時に、第３段圧縮部から吐出され第４段圧縮部に吸入される冷媒を冷やす。そして、暖房運転時には、熱源側第１サブ熱交換器および熱源側第２サブ熱交換器に直列に冷媒が流れる、或いは、熱源側第１サブ熱交換器、熱源側第２サブ熱交換器および熱源側第３サブ熱交換器に直列に冷媒が流れる。

　この冷凍装置では、３つの熱源側サブ熱交換器が、冷房運転時に、それぞれ、第２段圧縮部に吸入される冷媒、第３段圧縮部に吸入される冷媒、第４段圧縮部に吸入される冷媒、を冷やす。一方、暖房運転時には、冷媒が、熱源側第１サブ熱交換器および熱源側第２サブ熱交換器の２つに直列に冷媒が流れるか、或いは、熱源側第１サブ熱交換器、熱源側第２サブ熱交換器および熱源側第３サブ熱交換器の３つに直列に冷媒が流れる。これにより、熱源側の各熱交換器における冷媒の偏流を抑制することができる。
　なお、熱源側メイン熱交換器と、直列に接続される熱源側第１サブ熱交換器および熱源側第２サブ熱交換器と、熱源側第３サブ熱交換器とに冷媒を並列に流し、３つに分流した冷媒の蒸発後の過熱度を近い値にできる場合には、暖房運転時に熱源側第１サブ熱交換器および熱源側第２サブ熱交換器の２つに直列に冷媒が流れるように冷媒配管群を設けることが好ましい。

　また、熱源側メイン熱交換器と、直列に配管接続される熱源側第１サブ熱交換器、熱源側第２サブ熱交換器および熱源側第３サブ熱交換器とに冷媒を並列に流し、２つに分流した冷媒の蒸発後の過熱度を近い値にできる場合には、暖房運転時に熱源側第１サブ熱交換器、熱源側第２サブ熱交換器および熱源側第３サブ熱交換器の３つに直列に冷媒が流れるように冷媒配管群を設けることが好ましい。すなわち、本発明の第３観点に係る冷凍装置は、第２観点の冷凍装置であって、暖房運転時に、利用側熱交換器から膨張機構を経て送られてきた冷媒が、直列に接続された熱源側第１サブ熱交換器および熱源側第２サブ熱交換器と、熱源側メイン熱交換器と、熱源側第３サブ熱交換器との３つの流路に分かれて、並列に流れる。

　本発明の第４観点に係る冷凍装置は、第１～第３観点のいずれかの冷凍装置であって、暖房運転時に直列に冷媒が流れる複数の熱源側サブ熱交換器は、暖房運転時に切換機構を介して直列に接続される。

　ここでは、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流れる向きが変わるように状態が切り換わる切換機構を利用して、暖房運転時に少なくとも２つの熱源側サブ熱交換器に直列に冷媒が流れるように冷媒配管群で各機器、機構の接続を行っているため、冷凍装置の製造コストを抑えることができる。

　本発明の第５観点に係る冷凍装置は、第１～第４観点のいずれかの冷凍装置であって、暖房運転時に、複数の熱源側サブ熱交換器のうち少なくとも２つと熱源側メイン熱交換器とが直列に接続されて、複数の熱源側サブ熱交換器のうち少なくとも２つと熱源側メイン熱交換器とに直列に冷媒が流れる。
　ここでは、暖房運転時に、２つ以上の熱源側サブ熱交換器が直列に接続されるだけではなく、その直列に接続された２つ以上の熱源側サブ熱交換器に更に熱源側メイン熱交換器が接続される。これにより、幾つかの熱源側サブ熱交換器の圧力損失が小さく、それら熱源側サブ熱交換器と熱源側メイン熱交換器とに並列に冷媒を流したときに偏流を調整することが困難な場合であっても、これら全てを直列に接続して暖房運転時に冷媒を流すことで偏流を抑制できるようになる。
　なお、この第５観点に係る冷凍装置は、全ての熱源側サブ熱交換器と熱源側メイン熱交換器とを直列に接続して暖房運転時に冷媒が流れるように冷媒配管群を設けた冷凍装置を含む。

　本発明の第６観点に係る冷凍装置は、複数段圧縮機構と、熱源側メイン熱交換器と、熱源側サブ熱交換器と、利用側熱交換器と、切換機構と、膨張機構と、冷媒配管群とを備えている。複数段圧縮機構は、低段圧縮部と高段圧縮部とが直列に接続された圧縮機構である。熱源側メイン熱交換器は、冷房運転時に放熱器として機能し、暖房運転時に蒸発器として機能する。熱源側サブ熱交換器は、冷房運転時に、高段圧縮部に吸入される圧縮途中の中間圧冷媒を冷やす放熱器として機能し、暖房運転時に、蒸発器として機能する。利用側熱交換器は、冷房運転時に蒸発器として機能し、暖房運転時に放熱器として機能する。切換機構は、冷房運転時には、熱源側メイン熱交換器から利用側熱交換器に冷媒が送られ、暖房運転時には、利用側熱交換器から熱源側メイン熱交換器および熱源側サブ熱交換器に冷媒が送られるように、状態が切り換わる。膨張機構は、冷房運転時に、熱源側メイン熱交換器から利用側熱交換器に送られる冷媒を減圧し、暖房運転時に、利用側熱交換器から熱源側メイン熱交換器および熱源側サブ熱交換器に送られる冷媒を減圧する。冷媒配管群は、暖房運転時に熱源側メイン熱交換器と熱源側サブ熱交換器とが直列に接続されるように、複数段圧縮機構、切換機構、熱源側メイン熱交換器、熱源側サブ熱交換器、膨張機構および利用側熱交換器を接続する。

　上述の特許文献１（特開２０１０－１１２６１８号公報）に記載の冷凍装置では、暖房運転時に、膨張機構で減圧された気液二相の冷媒を分流して熱源側メイン熱交換器（室外側熱交換器）および熱源側サブ熱交換器（室外側中間冷却器）の両方に並列に流し、熱源側メイン熱交換器および熱源側サブ熱交換器を蒸発器として機能させている。
　しかし、冷房運転時に高圧冷媒のガスクーラとして機能する熱源側メイン熱交換器と、冷房運転時に中間圧冷媒のインラークーラとして機能する熱源側サブ熱交換器とは、それぞれの機能の違いから、熱交換器での冷媒の圧力損失の大きさが異なる設計となる。したがって、冷房運転における性能を重視した設計を行うと、暖房運転時に熱源側メイン熱交換器と熱源側サブ熱交換器とに流れる冷媒量が適正値から大きく外れる恐れがある。
　これに対し、本発明の第６観点に係る冷凍装置では、冷房運転時に、熱源側メイン熱交換器が複数段圧縮機構から吐出された冷媒の放熱器として機能し、熱源側サブ熱交換器が高段圧縮部に吸入される圧縮途中の中間圧冷媒を冷やす放熱器として機能する一方、暖房運転時には、熱源側メイン熱交換器および熱源側サブ熱交換器がともに蒸発器として機能する。そして、ともに暖房運転時に蒸発器として機能する熱源側メイン熱交換器および熱源側サブ熱交換器が、その暖房運転時に直列に接続されるように、冷媒配管群が設けられている。このような構成を採用し、暖房運転時に直列に接続される熱源側メイン熱交換器と熱源側サブ熱交換器とには同じ冷媒が流れるようになっているため、冷房運転における性能を重視した熱源側メイン熱交換器および熱源側サブ熱交換器の設計を行う場合であっても、暖房運転時の冷媒偏流の現象が抑えられる。

　本発明の第１観点に係る冷凍装置では、冷房運転における性能を重視した熱源側サブ熱交換器の設計を行う場合であっても、暖房運転時に熱源側メイン熱交換器および熱源側サブ熱交換器それぞれに流れる冷媒量を適正値に近づけることが可能になり、熱源側の各熱交換器における冷媒の偏流を抑制することができる。
　本発明の第２観点および第３観点に係る冷凍装置では、冷媒が、熱源側第１サブ熱交換器および熱源側第２サブ熱交換器の２つに直列に冷媒が流れるか、或いは、熱源側第１サブ熱交換器、熱源側第２サブ熱交換器および熱源側第３サブ熱交換器の３つに直列に冷媒が流れるので、熱源側の各熱交換器における冷媒の偏流を抑制することができる。
　本発明の第４観点に係る冷凍装置では、冷房・暖房の切り換えを行う切換機構を利用して、暖房運転時に２以上の熱源側サブ熱交換器に直列に冷媒が流れるようにしているため、冷凍装置の製造コストを抑えることができる。

　本発明の第５観点に係る冷凍装置では、暖房運転時に、直列に接続された２つ以上の熱源側サブ熱交換器に更に熱源側メイン熱交換器が接続されるため、熱源側の各熱交換器の圧力損失に大きな差がある場合にも、冷媒の偏流を抑制することができる。
　本発明の第６観点に係る冷凍装置では、冷房運転における性能を重視した熱源側の各熱交換器の設計を行った場合にも、暖房運転時の冷媒偏流の現象が抑えられる。

本発明の一実施形態に係る空気調和装置の冷房運転時の概略構成図である。 図１の冷房運転時の冷凍サイクルの圧力－エンタルピ線図である。 空気調和装置の暖房運転時の概略構成図である。 図３の暖房運転時の冷凍サイクルの圧力－エンタルピ線図である。 空気調和装置の室外ユニットの側板の一部を省略した概略外観斜視図。 変形例Ａに係る空気調和装置の冷房運転時の概略構成図である。 変形例Ａに係る空気調和装置の暖房運転時の概略構成図である。 変形例Ｃに係る空気調和装置の冷房運転時の概略構成図である。 変形例Ｃに係る空気調和装置の暖房運転時の概略構成図である。

　本発明の一実施形態に係る冷凍装置である空気調和装置１０について、以下、図面を参照しながら説明する。
　（１）空気調和装置の構成
　図１および図３は、空気調和装置１０の概略構成図である。空気調和装置１０は、超臨界状態の二酸化炭素冷媒を使用して四段圧縮冷凍サイクルを行う冷凍装置である。空気調和装置１０は、熱源ユニットである室外ユニット１１と、利用ユニットである複数の室内ユニット１２とが、連絡冷媒配管１３，１４によって結ばれた装置であり、冷房運転サイクルと暖房運転サイクルとが切り替わる冷媒回路を有する。図１は、冷房運転時において冷媒回路を循環する冷媒の流れを表している。図３は、暖房運転時において冷媒回路を循環する冷媒の流れを表している。図１および図３において、冷媒回路の冷媒配管に沿って示す矢印が、冷媒の流れを表している。

　空気調和装置１０の冷媒回路は、主として、四段圧縮機２０、第１～第４切換機構３１～３４、室外熱交換器４０、第１および第２室外電動弁５１，５２、ブリッジ回路５５、エコノマイザ熱交換器６１、内部熱交換器６２、膨張機構７０、レシーバ８０、過冷却熱交換器９０、室内熱交換器１２ａ、室内電動弁１２ｂ、および、各機器や弁を結ぶ冷媒配管群から成る。室外熱交換器４０は、図５に示すように、縦に並べて配置された、第１熱交換器４１、第２熱交換器４２、第３熱交換器４３および第４熱交換器４４から成る。
　以下、冷媒回路の各構成要素を詳細に説明する。
　　（１－１）四段圧縮機
　四段圧縮機２０は、密閉容器内に、第１圧縮部２１、第２圧縮部２２、第３圧縮部２３、第４圧縮部２４および圧縮機駆動モータ（図示せず）が収容された、密閉式の圧縮機である。圧縮機駆動モータは、駆動軸を介して、４つの圧縮部２１～２４を駆動する。すなわち、四段圧縮機２０は、４つの圧縮部２１～２４が単一の駆動軸に連結された一軸四段の圧縮構造を有している。四段圧縮機２０では、第１圧縮部２１、第２圧縮部２２、第３圧縮部２３および第４圧縮部２４が、この順番で直列に配管接続される。第１圧縮部２１は、第１吸入管２１ａから冷媒を吸い込み、第１吐出管２１ｂへと冷媒を吐出する。第２圧縮部２２は、第２吸入管２２ａから冷媒を吸い込み、第２吐出管２２ｂへと冷媒を吐出する。第３圧縮部２３は、第３吸入管２３ａから冷媒を吸い込み、第３吐出管２３ｂへと冷媒を吐出する。第４圧縮部２４は、第４吸入管２４ａから冷媒を吸い込み、第４吐出管２４ｂへと冷媒を吐出する。

　第１圧縮部２１は、最下段の圧縮機構であり、冷媒回路を流れる最も低圧の冷媒を圧縮する。第２圧縮部２２は、第１圧縮部２１によって圧縮された冷媒を吸い込んで圧縮する。第３圧縮部２３は、第２圧縮部２２によって圧縮された冷媒を吸い込んで圧縮する。第４圧縮部２４は、最上段の圧縮機構であり、第３圧縮部２３によって圧縮された冷媒を吸い込んで圧縮する。第４圧縮部２４によって圧縮され第４吐出管２４ｂへと吐出された冷媒は、冷媒回路を流れる最も高圧の冷媒となる。
　なお、本実施形態において、各圧縮部２１～２４は、ロータリー式やスクロール式などの容積式の圧縮機構である。また、圧縮機駆動モータは、制御部によってインバータ制御される。
　第１吐出管２１ｂ、第２吐出管２２ｂ、第３吐出管２３ｂおよび第４吐出管２４ｂには、それぞれ油分離器が設けられている。油分離器は、冷媒回路を循環する冷媒に含まれる潤滑油を分離する小容器である。図１では図示を省略しているが、各油分離器の下部からはキャピラリーチューブを含む油戻し管が各吸入管２１ａ～２４ａに向かって延びており、冷媒から分離した油を四段圧縮機２０へと戻す。

　また、第２吸入管２２ａには、第１切換機構３１に向かう冷媒の流れを止める逆止弁が、第３吸入管２３ａには、第２切換機構３２に向かう冷媒の流れを止める逆止弁が、第４吸入管２４ａには、第３切換機構３３に向かう冷媒の流れを止める逆止弁が、それぞれ設けられている。
　　（１－２）第１～第４切換機構
　第１切換機構３１、第２切換機構３２、第３切換機構３３および第４切換機構３４は、冷媒回路内における冷媒の流れの方向を切り換えて、冷房運転サイクルと暖房運転サイクルとを切り換えるために設けられている機構で、それぞれ四路切換弁である。
　第１切換機構３１の４つのポートは、第１吐出管２１ｂ、第２吸入管２２ａ、第１熱交換器４１の高温側配管４１ｈおよび低圧冷媒配管１９の枝管１９ａと接続されている。低圧冷媒配管１９は、室外ユニット１１内の低圧のガス冷媒が流れる冷媒配管であり、内部熱交換器６２を介して第１吸入管２１ａに冷媒を送る。枝管１９ａは、第１切換機構３１と低圧冷媒配管１９とを結ぶ配管である。

　第２切換機構３２の４つのポートは、第２吐出管２２ｂ、第３吸入管２３ａ、第２熱交換器４２の高温側配管４２ｈおよび直列接続用第１配管４１ｂと接続されている。直列接続用第１配管４１ｂは、第２切換機構３２と、第１熱交換器４１の低温側配管４１ｉとを結ぶ配管である。
　第３切換機構３３の４つのポートは、第３吐出管２３ｂ、第４吸入管２４ａ、第３熱交換器４３の高温側配管４３ｈおよび直列接続用第２配管４２ｂと接続されている。直列接続用第２配管４２ｂは、第３切換機構３３と、第２熱交換器４２の低温側配管４２ｉとを結ぶ配管である。
　第４切換機構３４の４つのポートは、第４吐出管２４ｂ、連絡冷媒配管１４、第４熱交換器４４の高温側配管４４ｈおよび低圧冷媒配管１９と接続されている。

　切換機構３１～３４は、冷房運転時において、四段圧縮機２０によって圧縮された冷媒の冷却器として熱交換器４１～４４を機能させ、かつ、膨張機構７０および室内電動弁１２ｂを通過して膨張した冷媒の蒸発器（加熱器）として室内熱交換器１２ａを機能させるように、図１に示す状態になる。また、切換機構３１～３４は、暖房運転時において、四段圧縮機２０によって圧縮された冷媒の冷却器（放熱器）として室内熱交換器１２ａを機能させ、かつ、膨張機構７０および室外電動弁５１，５２を通過して膨張した冷媒の蒸発器として室外熱交換器４０を機能させるように、図３に示す状態になる。
　すなわち、切換機構３１～３４は、冷媒回路の構成要素として四段圧縮機２０、室外熱交換器４０、膨張機構７０および室内熱交換器１２ａのみに着目すると、四段圧縮機２０、室外熱交換器４０、膨張機構７０、室内熱交換器１２ａの順に冷媒を循環させる冷房運転サイクルと、四段圧縮機２０、室内熱交換器１２ａ、膨張機構７０、室外熱交換器４０の順に冷媒を循環させる暖房運転サイクルとを切り換える役割を果たす。

　　（１－３）室外熱交換器
　室外熱交換器４０は、上述のように、第１熱交換器４１、第２熱交換器４２、第３熱交換器４３および第４熱交換器４４から成る。冷房運転時には、第１～第３熱交換器４１～４３が、それぞれ、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４熱交換器４４が、最も高圧の冷媒を冷やすガスクーラとして機能する。第４熱交換器４４は、第１～第３熱交換器４１～４３よりも容量が大きい。また、暖房運転時には、第１～第４熱交換器４１～４４の全てが、低圧の冷媒の蒸発器（加熱器）として機能する。
　室外熱交換器４０は、図５に示すように、第１熱交換器４１、第２熱交換器４２、第３熱交換器４３、第４熱交換器４４の順で下から上に積み上げられ、一体化されている。この室外熱交換器４０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、水や空気が供給される。ここでは、室外熱交換器４０に、図５に示す送風ファン４０ａが上向きに空気を吹き出すことによって、室外ユニット１１の横および後ろから外気が室外熱交換器４０を通って室外ユニット１１の中に吸い込まれる。このような室外ユニット１１の構成を採っているため、上のほうに配置されている第４熱交換器４４を通る空気の量が比較的多くなり、下に配置されている第１～第３熱交換器４１～４３を通る空気の量が比較的少なくなる。

　また、第１熱交換器４１、第２熱交換器４２および第３熱交換器４３の低温側配管４１ｉ，４２ｉ，４３ｉからは、第２吸入管２２ａ、第３吸入管２３ａおよび第４吸入管２４ａに向かって、分岐管である第１インタークーラ管４１ａ、第２インタークーラ管４２ａおよび第３インタークーラ管４３ａがそれぞれ延びている。第１インタークーラ管４１ａ、第２インタークーラ管４２ａおよび第３インタークーラ管４３ａには、図１に示すように、それぞれ逆止弁が設けられている。
　　（１－４）第１および第２室外電動弁
　第１および第２室外電動弁５１，５２は、室外熱交換器４０とブリッジ回路５５との間に配備されている。具体的には、第１室外電動弁５１は、第４熱交換器４４とブリッジ回路５５との間に、第２室外電動弁５２は、第３熱交換器４３とブリッジ回路５５との間に、配備されている。暖房運転時にブリッジ回路５５から室外熱交換器４０へと流れてくる冷媒は、２つに分流され、第１室外電動弁５１／第２室外電動弁５２で膨張し、第４熱交換器４４／第３熱交換器４３へと流れ込む。

　冷房運転時、第２室外電動弁５２は閉じられ、第１室外電動弁５１は全開状態にされる。暖房運転時、第１および第２室外電動弁５１，５２は、第４熱交換器４４／第３熱交換器４３へと流れ込む冷媒の量が適正になるように（偏流しないように）開度調整が為され、それぞれ膨張機構としての役割も果たす。
　なお、上述の第３インタークーラ管４３ａは、第３熱交換器４３と第２室外電動弁５２との間から分岐している。
　　（１－５）ブリッジ回路
　ブリッジ回路５５は、室外熱交換器４０と室内熱交換器１２ａとの間に設けられており、エコノマイザ熱交換器６１、内部熱交換器６２および膨張機構７０を介してレシーバ８０の入口管８１に接続されるとともに、過冷却熱交換器９０を介してレシーバ８０の出口管８２に接続されている。

　ブリッジ回路５５は、４つの逆止弁５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄを有している。入口逆止弁５５ａは、室外熱交換器４０からレシーバ８０の入口管８１へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁である。入口逆止弁５５ｂは、室内熱交換器１２ａからレシーバ８０の入口管８１へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁である。出口逆止弁５５ｃは、レシーバ８０の出口管８２から室外熱交換器４０へ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁である。出口逆止弁５５ｄは、レシーバ８０の出口管８２から室内熱交換器１２ａへ向かう冷媒の流れのみを許容する逆止弁である。すなわち、入口逆止弁５５ａ，５５ｂは、室外熱交換器４０および室内熱交換器１２ａの一方からレシーバ８０の入口管８１に冷媒を流す機能を果たし、出口逆止弁５５ｃ、５５ｄは、レシーバ８０の出口管８２から室外熱交換器４０および室内熱交換器１２ａの他方に冷媒を流す機能を果たす。

　　（１－６）エコノマイザ熱交換器
　エコノマイザ熱交換器６１は、ブリッジ回路５５から膨張機構７０およびレシーバ８０へと向かう高圧の冷媒と、その高圧の冷媒の一部を分岐させ膨張させた中間圧の冷媒との間で熱交換を行わせる。ブリッジ回路５５から膨張機構７０へ冷媒を流す主冷媒配管から分岐した配管（インジェクション配管６１ａ）には、第５室外電動弁６１ｂが配備されている。この第５室外電動弁６１ｂを通って膨張し、エコノマイザ熱交換器６１で蒸発した冷媒は、第２インタークーラ管４２ａに向かって延びるインジェクション配管６１ａを通って、第２インタークーラ管４２ａの逆止弁よりも第３吸入管２３ａに近い部分に流れ込み、第３吸入管２３ａから第３圧縮部２３へ吸い込まれる冷媒を冷やす。
　　（１－７）内部熱交換器
　内部熱交換器６２は、ブリッジ回路５５から膨張機構７０およびレシーバ８０へと向かう高圧の冷媒と、膨張機構７０等を通過し室内熱交換器１２ａあるいは室外熱交換器４０で蒸発して低圧冷媒配管１９を流れる低圧のガス冷媒と、の間で熱交換を行わせる。内部熱交換器６２は、液ガス熱交換器と呼ばれることもある。ブリッジ回路５５を出た高圧の冷媒は、まずエコノマイザ熱交換器６１を通過し、次に内部熱交換器６２を通過して、膨張機構７０およびレシーバ８０へと向かう。

　　（１－８）膨張機構
　膨張機構７０は、ブリッジ回路５５から流れてきた高圧の冷媒を減圧・膨張させ、気液二相状態の中間圧の冷媒をレシーバ８０へと流す。すなわち、膨張機構７０は、冷房運転時には、高圧冷媒のガスクーラ（放熱器）として機能する室外の第４熱交換器４４から、低圧冷媒の蒸発器として機能する室内熱交換器１２ａに送られる冷媒を減圧し、暖房運転時には、高圧冷媒のガスクーラ（放熱器）として機能する室内熱交換器１２ａから、低圧冷媒の蒸発器として機能する室外熱交換器４０に送られる冷媒を減圧する。膨張機構７０は、膨張機７１および第６室外電動弁７２から構成される。膨張機７１は、冷媒の減圧過程の絞り損失を有効な仕事（エネルギー）として回収する役割を果たす。
　　（１－９）レシーバ
　レシーバ８０は、膨張機構７０を出て入口管８１から内部空間に入ってきた気液二相状態の中間圧の冷媒を、液冷媒とガス冷媒とに分離する。分離されたガス冷媒は、低圧戻し配管９１ａに設けられた第７室外電動弁９１を通過して低圧のガスリッチな冷媒となり、過冷却熱交換器９０に送られる。分離された液冷媒は、出口管８２によって過冷却熱交換器９０に送られる。

　　（１－１０）過冷却熱交換器
　過冷却熱交換器９０は、低圧のガス冷媒と、レシーバ８０の出口管８２から出た中間圧の液冷媒との間で熱交換を行わせる。レシーバ８０の出口管８２から出た中間圧の液冷媒の一部は、冷房運転時には、レシーバ８０と過冷却熱交換器９０との間から分岐する分岐管９２ａを流れ、第８室外電動弁９２を通過して、気液二相状態の低圧の冷媒となる。冷房運転時に第８室外電動弁９２で減圧された低圧冷媒は、第７室外電動弁９１で減圧された低圧冷媒と合流し、過冷却熱交換器９０において、レシーバ８０の出口管８２からブリッジ回路５５に向かう中間圧の液冷媒と熱交換され、過熱がついた状態で過冷却熱交換器９０から低圧戻し配管９１ａを通って低圧冷媒配管１９へと流れていく。一方、レシーバ８０の出口管８２からブリッジ回路５５に向かう中間圧の液冷媒は、過冷却熱交換器９０において熱を奪われ、過冷却がついた状態でブリッジ回路５５へ流れていく。

　なお、暖房運転時には、第８室外電動弁９２が閉まり、分岐管９２ａには冷媒が流れないが、レシーバ８０の出口管８２から出た中間圧の液冷媒と、第７室外電動弁９１で減圧された低圧冷媒とが、過冷却熱交換器９０において熱交換を行うことになる。
　　（１－１１）室内熱交換器
　室内熱交換器１２ａは、複数の室内ユニット１２それぞれに設けられており、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能し、暖房運転時には冷媒の冷却器として機能する。これらの室内熱交換器１２ａには、内部を流れる冷媒と熱交換を行う冷房対象あるいは暖房対象として、水や空気が流される。ここでは、室内熱交換器１２ａに、図示しない室内送風ファンからの室内空気が流れ、冷却あるいは加熱された空調空気が室内へと供給される。
　室内熱交換器１２ａの一端は室内電動弁１２ｂに、室内熱交換器１２ａの他端は連絡冷媒配管１４に接続されている。

　　（１－１２）室内電動弁
　室内電動弁１２ｂは、複数の室内ユニット１２それぞれに設けられており、室内熱交換器１２ａに流す冷媒の量を調整したり冷媒の減圧・膨張を行ったりする。室内電動弁１２ｂは、連絡冷媒配管１３と室内熱交換器１２ａとの間に配置されている。
　　（１－１３）制御部
　図示を省略しているが、制御部は、四段圧縮機２０の圧縮機駆動モータや第１～第４切換機構３１～３４、各電動弁１２ｂ，５１，５２，６１ｂ，７２，９１，９２と接続されるマイクロコンピュータである。この制御部は、外部から入力された室内設定温度などの情報に基づいて、圧縮機駆動モータの回転数制御や冷房運転サイクルと暖房運転サイクルとの切り換え、電動弁開度の調節などを行う。

　（２）空気調和装置の動作
　空気調和装置１０の動作について、図１～図４を参照しながら説明する。図２は、冷房運転時における冷凍サイクルの圧力－エンタルピ線図（ｐ－ｈ線図）である。図４は、暖房運転時における冷凍サイクルの圧力－エンタルピ線図（ｐ－ｈ線図）である。図２および図４において、上に凸の一点鎖線で示す曲線は、冷媒の飽和液線および乾き飽和蒸気線である。図２および図４において、冷凍サイクル上の英文字が付された点は、それぞれ、図１および図３において同じ英文字で表される点における冷媒の圧力およびエンタルピを表している。例えば、図１の点Ｂにおける冷媒は、図２の点Ｂにおける圧力およびエンタルピの状態になっている。なお、空気調和装置１０の冷房運転時および暖房運転時における各運転制御は、制御部によって行われる。

　　（２－１）冷房運転時の動作
　冷房運転時は、図１に示す冷媒配管に沿った矢印の方向に、冷媒が、四段圧縮機２０、室外熱交換器４０、膨張機構７０、室内熱交換器１２ａの順に冷媒回路内を循環する。以下、冷房運転時における空気調和装置１０の動作について、図１および図２を参照しながら説明する。
　第１吸入管２１ａから四段圧縮機２０に吸い込まれる低圧のガス冷媒（点Ａ）は、第１圧縮部２１で圧縮されて、第１吐出管２１ｂへと吐出される（点Ｂ）。吐出された冷媒は、第１切換機構３１を通過し、インタークーラとして機能する第１熱交換器４１で冷却された後、第１インタークーラ管４１ａを介して第２吸入管２２ａに流れ込む（点Ｃ）。
　第２吸入管２２ａから第２圧縮部２２に吸い込まれた冷媒は、圧縮されて第２吐出管２２ｂに吐出される（点Ｄ）。吐出された冷媒は、第２切換機構３２を通過し、インタークーラとして機能する第２熱交換器４２で冷却された後、第２インタークーラ管４２ａに流れる（点Ｅ）。第２インタークーラ管４２ａを流れる冷媒は、エコノマイザ熱交換器６１において熱交換されてインジェクション配管６１ａを流れてくる中間圧の冷媒（点Ｌ）と合流した後、第３吸入管２３ａに流れ込む（点Ｆ）。

　第３吸入管２３ａから第３圧縮部２３に吸い込まれた冷媒は、圧縮されて第３吐出管２３ｂに吐出される（点Ｇ）。吐出された冷媒は、第３切換機構３３を通過し、インタークーラとして機能する第３熱交換器４３で冷却された後、第３インタークーラ管４３ａを介して第４吸入管２４ａに流れ込む（点Ｈ）。
　第４吸入管２４ａから第４圧縮部２４に吸い込まれた冷媒は、圧縮されて第４吐出管２４ｂに吐出される（点Ｉ）。吐出された高圧の冷媒は、第４切換機構３４を通過し、ガスクーラとして機能する第４熱交換器４４で冷却され、全開状態の第１室外電動弁５１およびブリッジ回路５５の入口逆止弁５５ａを通ってエコノマイザ熱交換器６１へと流れていく（点Ｊ）。
　ブリッジ回路５５の入口逆止弁５５ａを通過した高圧冷媒は、エコノマイザ熱交換器６１に流れ込むとともに、その一部が分岐して第５室外電動弁６１ｂへと流れる。第５室外電動弁６１ｂで減圧・膨張して気液二相状態となった中間圧冷媒（点Ｋ）は、エコノマイザ熱交換器６１において、ブリッジ回路５５から内部熱交換器６２に向かう高圧冷媒（点Ｊ）と熱交換し、中間圧のガス冷媒（点Ｌ）となって上述のようにインジェクション配管６１ａから第２インタークーラ管４２ａへと流れ込む。

　第５室外電動弁６１ｂを出た中間圧冷媒と熱交換をし、更に温度が下がった状態でエコノマイザ熱交換器６１を出た高圧冷媒（点Ｍ）は、次に内部熱交換器６２を流れ、膨張機構７０へと流れていく（点Ｎ）。内部熱交換器６２では、後述する低圧冷媒配管１９から四段圧縮機２０の第１吸入管２１ａへと流れる低圧冷媒と熱交換を行い、点Ｍの状態の高圧冷媒が、温度が下がって点Ｎの状態の高圧冷媒となる。
　内部熱交換器６２を出た高圧冷媒（点Ｎ）は、２つに分岐され、それぞれ膨張機構７０の膨張機７１、膨張機構７０の第６室外電動弁７２に流れる。膨張機７１で減圧・膨張した中間圧冷媒（点Ｐ）と、第６室外電動弁７２で減圧・膨張した中間圧冷媒（点Ｏ）とは、合流した後に入口管８１からレシーバ８０の内部空間へと流れ込む（点Ｑ）。このレシーバ８０に流れ込んだ気液二相状態の中間圧冷媒は、レシーバ８０の内部空間において液冷媒とガス冷媒とに分離される。

　レシーバ８０で分離された液冷媒（点Ｒ）は、出口管８２を通ってそのまま過冷却熱交換器９０へと流れ、レシーバ８０で分離されたガス冷媒（点Ｕ）は、第７室外電動弁９１で減圧され低圧冷媒（点Ｗ）となって過冷却熱交換器９０へと流れていく。レシーバ８０の出口管８２から過冷却熱交換器９０に向かう中間圧冷媒は、過冷却熱交換器９０の手前で分岐し、一方が過冷却熱交換器９０を通ってブリッジ回路５５に向かい、他方が分岐管９２ａの第８室外電動弁９２へと流れる。第８室外電動弁９２を通過して減圧された気液二相状態の低圧冷媒（点Ｓ）は、第７室外電動弁９１を通過した低圧冷媒（点Ｗ）と合流し（点Ｘ）、過冷却熱交換器９０を経て低圧冷媒配管１９へと流れる。過冷却熱交換器９０での熱交換によって、低圧冷媒配管１９に向かって流れる低圧冷媒（点Ｘ）は、蒸発して過熱のついた低圧冷媒（点Ｙ）となり、ブリッジ回路５５に向かって流れる中間圧冷媒（点Ｒ）は、熱を奪われて過冷却のついた中間圧冷媒（点Ｔ）となる。

　過冷却熱交換器９０で過冷却のついた中間圧冷媒（点Ｔ）は、ブリッジ回路５５の出口逆止弁５５ｄを通って、連絡冷媒配管１３へと流れていく。連絡冷媒配管１３から室内ユニット１２に入った冷媒は、室内電動弁１２ｂを通過するときに膨張し、気液二相の低圧冷媒（点Ｖ）となって室内熱交換器１２ａに流れ込む。この低圧冷媒は、室内熱交換器１２ａで室内空気から熱を奪い、過熱のついた低圧のガス冷媒（点Ｚ）になる。室内ユニット１２を出た低圧冷媒は、連絡冷媒配管１４および第４切換機構３４を経て低圧冷媒配管１９へと流れていく。
　室内ユニット１２から戻ってきた低圧冷媒（点Ｚ）と、過冷却熱交換器９０から流れてくる低圧冷媒（点Ｙ）とは、低圧冷媒配管１９で合流し（点ＡＢ）、内部熱交換器６２を通って第１吸入管２１ａから四段圧縮機２０へと戻っていく。上述のように、内部熱交換器６２では、四段圧縮機２０に向かう低圧冷媒（点ＡＢ）と、ブリッジ回路５５からレシーバ８０へと向かう高圧冷媒（点Ｍ）とが熱交換を行う。

　以上のように冷媒が冷媒回路内を循環することにより、空気調和装置１０は冷房運転サイクルを行う。
　　（２－２）暖房運転時の動作
　暖房運転時は、図３に示す冷媒配管に沿った矢印の方向に、冷媒が、四段圧縮機２０、室内熱交換器１２ａ、膨張機構７０、室外熱交換器４０の順に冷媒回路内を循環する。以下、暖房運転時における空気調和装置１０の動作について、図３および図４を参照しながら説明する。
　第１吸入管２１ａから四段圧縮機２０に吸い込まれる低圧のガス冷媒（点Ａ）は、第１圧縮部２１で圧縮されて、第１吐出管２１ｂに吐出される（点Ｂ）。吐出された冷媒は、第１切換機構３１を通過し、第２吸入管２２ａを流れる（点Ｃ）。

　第２吸入管２２ａから第２圧縮部２２に吸い込まれた冷媒は、圧縮されて第２吐出管２２ｂに吐出される（点Ｄ）。吐出された冷媒は、第２切換機構３２を通過し、第３吸入管２３ａを流れる。なお、第３吸入管２３ａには、エコノマイザ熱交換器６１において熱交換されてインジェクション配管６１ａを流れてくる中間圧の冷媒（点Ｌ）も流れ込んでくるため、冷媒の温度が下がる（点Ｆ）。
　第３吸入管２３ａから第３圧縮部２３に吸い込まれた冷媒は、圧縮されて第３吐出管２３ｂに吐出される（点Ｇ）。吐出された冷媒は、第３切換機構３３を通過し、第４吸入管２４ａを流れる（点Ｈ）。
　第４吸入管２４ａから第４圧縮部２４に吸い込まれた冷媒は、圧縮されて第４吐出管２４ｂに吐出される（点Ｉ）。吐出された高圧の冷媒は、第４切換機構３４を通過し、連絡冷媒配管１４を介して室内ユニット１２に流入する（点Ｚ）。

　連絡冷媒配管１４から室内ユニット１２に入った高圧冷媒は、冷媒の冷却器として機能する室内熱交換器１２ａで室内空気に放熱し、室内空気を暖める。室内熱交換器１２ａでの熱交換によって温度が下がった高圧冷媒（点Ｖ）は、室内電動弁１２ｂを通過する際にわずかに減圧され、連絡冷媒配管１３を通って室外ユニット１１のブリッジ回路５５へと流れ、入口逆止弁５５ｂからエコノマイザ熱交換器６１へ向かう（点Ｊ）。
　ブリッジ回路５５を出た高圧冷媒（点Ｊ）は、エコノマイザ熱交換器６１に流れ込むとともに、その一部が分岐して第５室外電動弁６１ｂへと流れる。第５室外電動弁６１ｂで減圧・膨張して気液二相状態となった中間圧冷媒（点Ｋ）は、エコノマイザ熱交換器６において、ブリッジ回路５５から内部熱交換器６２に向かう高圧冷媒（点Ｊ）と熱交換し、中間圧のガス冷媒（点Ｌ）となってインジェクション配管６１ａから第２インタークーラ管４２ａへと流れ込む。

　第５室外電動弁６１ｂを出た中間圧冷媒と熱交換をし、更に温度が下がった状態でエコノマイザ熱交換器６１を出た高圧冷媒（点Ｍ）は、次に内部熱交換器６２を流れ、膨張機構７０へと流れていく（点Ｎ）。内部熱交換器６２では、後述する低圧冷媒配管１９から四段圧縮機２０の第１吸入管２１ａへと流れる低圧冷媒と熱交換を行い、点Ｍの状態の高圧冷媒が、温度が下がって点Ｎの状態の高圧冷媒となる。
　内部熱交換器６２を出た高圧冷媒（点Ｎ）は、２つに分岐され、それぞれ膨張機構７０の膨張機７１、膨張機構７０の第６室外電動弁７２に流れる。膨張機７１で減圧・膨張した中間圧冷媒（点Ｐ）と、第６室外電動弁７２で減圧・膨張した中間圧冷媒（点Ｏ）とは、合流した後に入口管８１からレシーバ８０の内部空間へと流れ込む（点Ｑ）。このレシーバ８０に流れ込んだ気液二相状態の中間圧冷媒は、レシーバ８０の内部空間において液冷媒とガス冷媒とに分離される。

　レシーバ８０で分離された液冷媒（点Ｒ）は、出口管８２を通ってそのまま過冷却熱交換器９０へと流れ、レシーバ８０で分離されたガス冷媒（点Ｕ）は、第７室外電動弁９１で減圧され低圧冷媒（点Ｗ）となって過冷却熱交換器９０へと流れていく。レシーバ８０の出口管８２から過冷却熱交換器９０に向かう中間圧冷媒は、第８室外電動弁９２が閉められているため分岐管９２ａには流れず、全量が過冷却熱交換器９０に流れ込む。過冷却熱交換器９０では、レシーバ８０の出口管８２から流れてくる中間圧冷媒（点Ｒ）と、第７室外電動弁９１で減圧された低圧冷媒（点Ｗ，Ｘ）との間で熱交換が行われる。この熱交換によって、低圧冷媒配管１９に向かって流れる低圧冷媒（点Ｘ）は、蒸発して過熱のついた低圧冷媒（点Ｙ）となり、レシーバ８０からブリッジ回路５５に向かう中間圧冷媒（点Ｒ）は、熱を奪われて過冷却のついた中間圧冷媒（点Ｔ）となる。

　過冷却熱交換器９０を出てブリッジ回路５５の出口逆止弁５５ｄを通過した中間圧冷媒は、２路に分流し、第１および第２室外電動弁５１，５２でそれぞれ減圧・膨張され気液二相の低圧冷媒となる（点ＡＣ）。このとき、第１および第２室外電動弁５１，５２の開度は、直列に接続される第１～第３熱交換器４１～４３の圧力損失量と、第４熱交換器４４の圧力損失量とに応じて調節されており、いずれかの一方の流路に冷媒が偏流してしまうことが抑制されている。
　室外熱交換器４０の第４熱交換器４４に流入した低圧冷媒は、外気から熱を奪って蒸発し、第４熱交換器４４の高温側配管４４ｈから第４切換機構３４を経て低圧冷媒配管１９へと流れていく。一方、室外熱交換器４０の第３熱交換器４３に流入した低圧冷媒は、第２熱交換器４２、第１熱交換器４１を順に流れ、枝管１９ａを介して低圧冷媒配管１９へ流れ、第４熱交換器４４を出た冷媒と合流する。具体的には、第３熱交換器４３を出た冷媒は、第３熱交換器４３の高温側配管４３ｈ、第３切換機構３３、直列接続用第２配管４２ｂ、第２熱交換器４２の低温側配管４２ｉ、第２熱交換器４２、第２熱交換器４２の高温側配管４２ｈ、第２切換機構３２、直列接続用第１配管４１ｂ、第１熱交換器４１の低温側配管４１ｉ、第１熱交換器４１、第１熱交換器４１の高温側配管４１ｈ、第１切換機構３１を順に流れ、第３熱交換器４３だけではなく順に第２熱交換器４２、第１熱交換器４１で外気から熱を奪って蒸発し、枝管１９ａから低圧冷媒配管１９へと流れる。

　第４熱交換器４４および直列に接続された第１～第３熱交換器４１～４３で蒸発して過熱もついた低圧のガス冷媒は、図３に示すように室外熱交換器４０の下流側の低圧冷媒配管１９で合流し（点ＡＤ）、更に過冷却熱交換器９０から流れてくる低圧冷媒（点Ｙ）と合流して（点ＡＢ）、内部熱交換器６２を通って第１吸入管２１ａから四段圧縮機２０へと戻っていく。上述のように、内部熱交換器６２では、四段圧縮機２０に向かう低圧冷媒（点ＡＢ）と、ブリッジ回路５５からレシーバ８０へと向かう高圧冷媒（点Ｍ）とが熱交換を行う。
　以上のように冷媒が冷媒回路内を循環することにより、空気調和装置１０は暖房運転サイクルを行う。
　（３）空気調和装置の特徴
　　（３－１）
　本実施形態に係る空気調和装置１０では、冷媒配管群が、暖房運転時に、３つの第１～第３熱交換器４１～４３に直列に冷媒が流れるように、四段圧縮機２０、切換機構３１～３４、第４熱交換器４４、第１～第３熱交換器４１～４３、膨張機構７０および室内熱交換器１２ａを接続している。

　具体的に説明すると、図３に示すように、暖房運転時には、第１切換機構３１は、第１吐出管２１ｂと第２吸入管２２ａとを結び、第１熱交換器４１の高温側配管４１ｈと低圧冷媒配管１９の枝管１９ａとを結ぶ状態となる。第２切換機構３２は、第２吐出管２２ｂと第３吸入管２３ａとを結び、第２熱交換器４２の高温側配管４２ｈと直列接続用第１配管４１ｂとを結ぶ状態となる。第３切換機構３３は、第３吐出管２３ｂと第４吸入管２４ａとを結び、第３熱交換器４３の高温側配管４３ｈと直列接続用第２配管４２ｂとを結ぶ状態となる。そして、第４切換機構３４は、第４吐出管２４ｂと連絡冷媒配管１４とを結び、第４熱交換器４４の高温側配管４４ｈと低圧冷媒配管１９とを結ぶ状態となる。これにより、第３熱交換器４３の高温側配管４３ｈが、第３切換機構３３および直列接続用第２配管４２ｂを介して、第２熱交換器４２の低温側配管４２ｉと結ばれる。また、第２熱交換器４２の高温側配管４２ｈが、第２切換機構３２および直列接続用第１配管４１ｂを介して、第１熱交換器４１の低温側配管４１ｉと結ばれる。すなわち、第３熱交換器４３、第２熱交換器４２および第１熱交換器４１の３つが、直列に接続された状態となる。

　このように冷媒配管群を配した冷媒回路を空気調和装置１０では採用しているので、暖房運転時に、膨張機構７０および第１，第２室外電動弁５１，５２で減圧された低圧冷媒が、第４熱交換器４４に流れるとともに、直列に接続された第１～第３熱交換器４１～４３にも流れ、第１～第４熱交換器４１～４４において蒸発する。すなわち、第１～第３熱交換器４１～４３は、冷房運転時には、それぞれが圧縮途中の冷媒（中間圧冷媒）を冷やすインタークーラとして機能するが、暖房運転時には、直列に接続されて蒸発器として機能する。このような構成を採っているため、冷房運転における性能を重視して第４熱交換器４４の設計を行っていても、暖房運転時に第４熱交換器４４および第１～第３熱交換器４１～４３の両蒸発器を流れる冷媒量を適正値に近づけることが可能になっており、室外熱交換器４０における冷媒の偏流を抑制することができている。

　　（３－２）
　特に、空気調和装置１０では、第１熱交換器４１、第２熱交換器４２、第３熱交換器４３、第４熱交換器４４の順で下から上に積み上げられ一体化された室外熱交換器４０を、上吹きタイプの送風ファン４０ａが配備された室外ユニット１１内に収容している。このため、上述のように、上のほうに配置されている第４熱交換器４４を通る空気の量が比較的多くなり、下に配置されている第１～第３熱交換器４１～４３を通る空気の量が比較的少なくなる。
　また、冷房運転における性能を重視して室外熱交換器４０を設計しているため、第４熱交換器４４のパス長が、第１～第３熱交換器４１～４３それぞれのパス長より、かなり長くなっている。すなわち、第４熱交換器４４が、第１～第３熱交換器４１～４３それぞれよりも、高い圧力損失となっている。

　このため、第１～第４熱交換器４１～４４それぞれを、暖房運転時にも並列に冷媒を流す形で使うと仮定すると、空気が沢山流れる第４熱交換器４４には、その圧力損失が高いために、あまり冷媒が流れない状態となり、逆に空気の流れる量が比較的少ない第１～第３熱交換器４１～４３に冷媒が多く流れる状態となる。これでは、室外熱交換器４０が蒸発器として十分に機能を発揮しなくなってしまう。
　しかし、空気調和装置１０では、第１～第４熱交換器４１～４４を、第４熱交換器４４と、直列に接続する第１～第３熱交換器４１～４３との２つに分け、それらの２つの流路に低圧冷媒を分流して流すという構成を暖房運転時に採っているため、蒸発器として働く室外熱交換器４０において冷媒偏流が抑制され、暖房運転時の運転効率が向上する。
　　（３－３）
　空気調和装置１０では、暖房運転時において、第１熱交換器４１の高温側配管４１ｈ、第１熱交換器４１の低温側配管４１ｉ、直列接続用第１配管４１ｂ、第２熱交換器４２の高温側配管４２ｈ、第２熱交換器４２の低温側配管４２ｉ、直列接続用第２配管４２ｂ、第３熱交換器４３の高温側配管４３ｈといった冷媒配管群に加え、第２切換機構３２および第３切換機構３３を利用して、第１～第３熱交換器４１～４３を直列に接続している。

　このように、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流れる向きが変わるように状態が切り換わる切換機構３１～３４を利用して、暖房運転時に第１～第３熱交換器４１～４３に直列に冷媒が流れるように冷媒配管群で各熱交換器や切換機構の接続を行っているため、空気調和装置１０の製造コストが抑えられている。
　（４）変形例
　　（４－１）変形例Ａ
　上記実施形態では、冷房運転時に圧縮途中の冷媒（中間圧冷媒）を冷やすインタークーラとして機能する第１～第３熱交換器４１～４３が、暖房運転時に全て直列に接続されるように冷媒回路の冷媒配管群を配しているが、本発明は、次のような形を採ることもできる。

　図６，図７は、変形例Ａに係る空気調和装置１１０の冷媒回路を示す概略構成図である。図６は、冷房運転時において冷媒回路を循環する冷媒の流れを表している。図７は、暖房運転時において冷媒回路を循環する冷媒の流れを表している。この空気調和装置１１０の室外ユニット１１１では、上記実施形態の室外ユニット１１の構成から直列接続用第２配管４２ｂを取り除き、第３室外電動弁５３を追加して、暖房運転時の室外熱交換器４０における冷媒の流れを変えている。
　ここでは、第３切換機構３３の４つのポートが、第３吐出管２３ｂ、第４吸入管２４ａ、第３熱交換器４３の高温側配管４３ｈおよび低圧冷媒配管１９の枝管１９ａと接続されている。そして、暖房運転時に、過冷却熱交換器９０を出て（点Ｙ）ブリッジ回路５５の出口逆止弁５５ｄを通過した中間圧冷媒は、３路に分流し、第１、第２および第３室外電動弁５１，５２，５３でそれぞれ減圧・膨張され、気液二相の低圧冷媒となる（点ＡＣ）。室外熱交換器４０の第４熱交換器４４に流入した低圧冷媒は、外気から熱を奪って蒸発し、高温側配管４４ｈから第４切換機構３４を経て低圧冷媒配管１９へと流れていく。室外熱交換器４０の第３熱交換器４３に流入した低圧冷媒も、外気から熱を奪って蒸発し、高温側配管４３ｈから第３切換機構３３を経て枝管１９ａから低圧冷媒配管１９へと流れていく。一方、室外熱交換器４０の第２熱交換器４２に流入した低圧冷媒は、第２切換機構３２および直列接続用第１配管４１ｂを経て第１熱交換器４１に流れ、その後に第１切換機構３１および枝管１９ａを介して低圧冷媒配管１９へ流れて、第４熱交換器４４および第３熱交換器４３を出た冷媒と合流する。具体的には、第２熱交換器４２を出た冷媒は、第２熱交換器４２の高温側配管４２ｈ、第２切換機構３２、直列接続用第１配管４１ｂ、第１熱交換器４１の低温側配管４１ｉ、第１熱交換器４１、第１熱交換器４１の高温側配管４１ｈ、第１切換機構３１を順に流れ、第２熱交換器４２だけではなく第１熱交換器４１でも外気から熱を奪って蒸発し、枝管１９ａから低圧冷媒配管１９へと流れる。

　第４熱交換器４４、第３熱交換器、および、直列に接続された第１および第２熱交換器４１，４２で蒸発して過熱もついた３流路それぞれの低圧のガス冷媒は、図７に示すように室外熱交換器４０の下流側の枝管１９ａおよび低圧冷媒配管１９で合流する（点ＡＤ）。
　以上のような変形例Ａに係る空気調和装置１１０は、第４熱交換器４４や第３熱交換器４３のパス長が、第１，第２熱交換器４１，４２それぞれのパス長より、かなり長くなっている場合に特に有効である。すなわち、第３，第４熱交換器４３，４４が、第１，第２熱交換器４１，４２に較べて、高い圧力損失となっている場合に、第１および第２熱交換器４１，４２と、第３熱交換器４３と、第４熱交換器４４との３流路をそれぞれ並列に低圧冷媒が流れるようにすることで、室外熱交換器４０における低圧冷媒の偏流が小さくなり、室外電動弁５１～５３の調整範囲内で３つの流路それぞれに適正な冷媒量を流すことができるようになる。

　　（４－２）変形例Ｂ
　上記実施形態では、四段圧縮機２０を備え、室外熱交換器４０を４つの熱交換器４１～４４で構成している空気調和装置１０に本発明を適用しているが、三段圧縮機を備えた冷凍装置に本発明を適用し、冷房運転時に圧縮途中の冷媒を冷やすインタークーラとして機能する２つの熱源側の熱交換器を、暖房運転時に直列に接続して蒸発器として用いることもできる。この場合には、冷房運転時に高圧冷媒を冷やすガスクーラとして機能する３つ目の熱交換器と、直列に接続された２つの熱交換器との２つの流路に暖房運転時の低圧冷媒が分流することになるが、両流路の圧力損失の差を小さくすることができる。
　また、詳述は省略するが、五段以上の圧縮機を備える冷凍装置にも、本発明の適用が可能である。

　　（４－３）変形例Ｃ
　上記実施形態では、冷房運転時に圧縮途中の中間圧冷媒を冷やすインタークーラとして機能する第１～第３熱交換器４１～４３が、暖房運転時に全て直列に接続されるように冷媒回路の冷媒配管群を配しているが、本発明は、次のような形を採ることもできる。
　図８，図９は、変形例Ｃに係る空気調和装置２１０の冷媒回路を示す概略構成図である。図８は、冷房運転時において冷媒回路を循環する冷媒の流れを表している。図９は、暖房運転時において冷媒回路を循環する冷媒の流れを表している。この空気調和装置２１０の室外ユニット２１１では、上記実施形態の室外ユニット１１の構成から第２室外電動弁５２を取り除き、直列接続用第３配管４３ｂおよび直列接続用三方弁３５を追加して、暖房運転時の室外熱交換器４０における冷媒の流れを変えている。

　ここでは、第４切換機構３４と第４熱交換器４４の高温側配管４４ｈとの間に、直列接続用三方弁３５を配置する。そして、第４切換機構３４の４つのポートは、第４吐出管２４ｂ、連絡冷媒配管１４、直列接続用三方弁３５に向かう接続管４４ｃおよび低圧冷媒配管１９と接続される。直列接続用三方弁３５は、接続管４４を介して第４切換機構３４と第４熱交換器４４の高温側配管４４ｈとを連通させる第１状態と、直列接続用第３配管４３ｂを介して第４熱交換器４４の高温側配管４４ｈと第３熱交換器４３の低温側配管４３ｉとを連通させる第２状態とが切り換わる切換機構である。直列接続用三方弁３５は、冷房運転時には第１状態となり、暖房運転時には第２状態となる（図８および図９参照）。
　そして、変形例Ｃに係る空気調和装置２１０では、冷房運転時には上記の空気調和装置１０と同じ冷媒の流れになるが、暖房運転時には、室外熱交換器４０における冷媒の流れ方が変わる。暖房運転時に、過冷却熱交換器９０を出て（点Ｙ）ブリッジ回路５５の出口逆止弁５５ｄを通過した中間圧冷媒は、分流することなく第１室外電動弁５１で減圧・膨張され、気液二相の低圧冷媒となる（点ＡＣ）。室外熱交換器４０の第４熱交換器４４に流入した低圧冷媒は、第３熱交換器４３、第２熱交換器４２、第１熱交換器４１を順に流れ、枝管１９ａを介して低圧冷媒配管１９へ流れる。具体的には、第４熱交換器４４を出た冷媒は、第４熱交換器４４の高温側配管４４ｈ、直列接続用三方弁３５、直列接続用第３配管４３ｂ、第３熱交換器４３の低温側配管４３ｉ、第３熱交換器４３、第３熱交換器４３の高温側配管４３ｈ、第３切換機構３３、直列接続用第２配管４２ｂ、第２熱交換器４２の低温側配管４２ｉ、第２熱交換器４２、第２熱交換器４２の高温側配管４２ｈ、第２切換機構３２、直列接続用第１配管４１ｂ、第１熱交換器４１の低温側配管４１ｉ、第１熱交換器４１、第１熱交換器４１の高温側配管４１ｈ、第１切換機構３１を順に流れ、第４熱交換器４３だけではなく順に第３熱交換器４３、第２熱交換器４２、第１熱交換器４１で外気から熱を奪って蒸発し、枝管１９ａから低圧冷媒配管１９へと流れる。

　１列に接続された第４熱交換器４４、第３熱交換器４３、第２熱交換器４２および第１熱交換器４１で蒸発して過熱もついた低圧のガス冷媒（点ＡＤ）は、過冷却熱交換器９０から流れてくる低圧冷媒（点Ｙ）と合流して（点ＡＢ）、内部熱交換器６２を通って第１吸入管２１ａから四段圧縮機２０へと戻っていく。
　以上のような変形例Ｃに係る空気調和装置２１０は、４つの熱交換器４１～４４から成る室外熱交換器４０を暖房運転時に１つのパス長の長い蒸発器として用いても室外熱交換器４０の圧力損失が殆ど問題とならない場合に有効である。空気調和装置２１０の室外ユニット２１１では、蒸発器として機能する室外熱交換器４０の手前で低圧冷媒を分流する必要がなくなり、必然的に冷媒偏流の問題が生じなくなる。
　　（４－４）変形例Ｄ
　上記実施形態では、暖房運転時に、第１～第４熱交換器４１～４４を、第４熱交換器４４と、直列に接続する第１～第３熱交換器４１～４３との２つに分け、それらの２つの流路に低圧冷媒を分流して流すという構成を採っているが、別の２つの流路に分けることも可能である。例えば、暖房運転時に、第４熱交換器４４と第１熱交換器４１とが直列に接続され、第３熱交換器４３と第２熱交換器４２とが直列に接続され、それらの２つの流路に低圧冷媒が分流して流れるような構成を採ることもできる。

　　（４－５）変形例Ｅ
　上記実施形態では、四段圧縮機２０を備え、室外熱交換器４０を４つの熱交換器４１～４４で構成している空気調和装置１０に本発明を適用しているが、二段圧縮機を備えた冷凍装置に本発明を適用し、冷房運転時に圧縮途中の冷媒を冷やすインタークーラとして機能する熱源側の一方の熱交換器と、高圧冷媒を冷やすガスクーラとして機能する他方の熱交換器とを、暖房運転時に直列に接続して蒸発器として機能させることも可能である。
　ここでは、ともに暖房運転時に蒸発器として機能する熱源側の一方の熱交換器および熱源側の他方の熱交換器が、その暖房運転時に直列に接続され同じ冷媒が流れるようになっているため、冷房運転における性能を重視した熱源側の２つの熱交換器の設計を行った場合であっても、暖房運転時の冷媒偏流の現象が抑えられる。

　１０，１１０，２１０　　　空気調和装置（冷凍装置）
　１２ａ　　室内熱交換器（利用側熱交換器）
　２０　　　四段圧縮機（複数段圧縮機構）
　２１　　　第１圧縮部（低段圧縮部）
　２２　　　第２圧縮部（高段圧縮部；第２段圧縮部）
　２３　　　第３圧縮部（高段圧縮部；第３段圧縮部）
　２４　　　第４圧縮部（高段圧縮部；第４段圧縮部）
　３１　　　第１切換機構
　３２　　　第１切換機構
　３３　　　第１切換機構
　３４　　　第１切換機構
　３５　　　直列接続用三方弁
　４０　　　室外熱交換器
　４１　　　第１熱交換器（熱源側第１サブ熱交換器）
　４２　　　第２熱交換器（熱源側第２サブ熱交換器）
　４３　　　第３熱交換器（熱源側第３サブ熱交換器）
　４４　　　第４熱交換器（熱源側メイン熱交換器）
　４１ｂ　　直列接続用第１配管
　４２ｂ　　直列接続用第２配管
　４３ｂ　　直列接続用第３配管
　７０　　　膨張機構

特開２０１０－１１２６１８号公報

Claims (6)

1. 　１つの低段圧縮部（２１）と、複数の高段圧縮部（２２，２３，２４）のそれぞれとが、直列に接続された、複数段圧縮機構（２０）と、
   　冷房運転時に、放熱器として機能し、暖房運転時に、蒸発器として機能する、熱源側メイン熱交換器（４４）と、
   　冷房運転時に、前記高段圧縮部に吸入される圧縮途中の中間圧冷媒を冷やす放熱器として機能し、暖房運転時に、蒸発器として機能する、複数の熱源側サブ熱交換器（４１～４３）と、
   　冷房運転時に、蒸発器として機能し、暖房運転時に、放熱器として機能する、利用側熱交換器（１２ａ）と、
   　冷房運転時には、前記熱源側メイン熱交換器から前記利用側熱交換器に冷媒が送られ、暖房運転時には、前記利用側熱交換器から前記熱源側メイン熱交換器および前記熱源側サブ熱交換器に冷媒が送られるように、状態が切り換わる、切換機構（３１～３４）と、
   　冷房運転時に、前記熱源側メイン熱交換器から前記利用側熱交換器に送られる冷媒を減圧し、暖房運転時に、前記利用側熱交換器から前記熱源側メイン熱交換器および前記熱源側サブ熱交換器に送られる冷媒を減圧する、膨張機構（７０）と、
   　暖房運転時に、複数の前記熱源側サブ熱交換器（４１～４３）のうち少なくとも２つに直列に冷媒が流れるように、前記複数段圧縮機構、前記切換機構、前記熱源側メイン熱交換器、前記熱源側サブ熱交換器、前記膨張機構および前記利用側熱交換器を接続する、冷媒配管群と、
   を備える冷凍装置（１０）。
2. 　複数の前記高段圧縮部は、前記低段圧縮部から吐出された冷媒を吸入する第２段圧縮部（２２）と、前記第２段圧縮部から吐出された冷媒を吸入する第３段圧縮部（２３）と、前記第３段圧縮部から吐出された冷媒を吸入し前記放熱器へと冷媒を吐出する第４段圧縮部（２４）とであり、
   　複数の前記熱源側サブ熱交換器は、冷房運転時に前記低段圧縮部から吐出され前記第２段圧縮部に吸入される冷媒を冷やす熱源側第１サブ熱交換器（４１）と、冷房運転時に前記第２段圧縮部から吐出され前記第３段圧縮部に吸入される冷媒を冷やす熱源側第２サブ熱交換器（４２）と、冷房運転時に前記第３段圧縮部から吐出され前記第４段圧縮部に吸入される冷媒を冷やす熱源側第３サブ熱交換器（４３）とであり、
   　暖房運転時に、熱源側第１サブ熱交換器（４１）および熱源側第２サブ熱交換器（４２）に直列に冷媒が流れる、或いは、熱源側第１サブ熱交換器（４１）、熱源側第２サブ熱交換器（４２）および熱源側第３サブ熱交換器（４３）に直列に冷媒が流れる、
   請求項１に記載の冷凍装置。
3. 　暖房運転時に、前記利用側熱交換器から前記膨張機構を経て送られてきた冷媒が、直列に接続された前記熱源側第１サブ熱交換器（４１）および前記熱源側第２サブ熱交換器（４２）と、前記熱源側メイン熱交換器（４４）と、前記熱源側第３サブ熱交換器（４３）との３つの流路に分かれて、並列に流れる、
   請求項２に記載の冷凍装置。
4. 　暖房運転時に直列に冷媒が流れる複数の前記熱源側サブ熱交換器は、暖房運転時に前記切換機構を介して直列に接続される、
   請求項１から３のいずれかに記載の冷凍装置。
5. 　暖房運転時に、複数の前記熱源側サブ熱交換器（４１～４３）のうち少なくとも２つと前記熱源側メイン熱交換器（４４）とが直列に接続され、複数の前記熱源側サブ熱交換器（４１～４３）のうち少なくとも２つと前記熱源側メイン熱交換器（４４）とに直列に冷媒が流れる、
   請求項１から４のいずれかに記載の冷凍装置。
6. 　低段圧縮部と、高段圧縮部とが、直列に接続された、複数段圧縮機構と、
   　冷房運転時に、放熱器として機能し、暖房運転時に、蒸発器として機能する、熱源側メイン熱交換器と、
   　冷房運転時に、前記高段圧縮部に吸入される圧縮途中の中間圧冷媒を冷やす放熱器として機能し、暖房運転時に、蒸発器として機能する、熱源側サブ熱交換器と、
   　冷房運転時に、蒸発器として機能し、暖房運転時に、放熱器として機能する、利用側熱交換器と、
   　冷房運転時には、前記熱源側メイン熱交換器から前記利用側熱交換器に冷媒が送られ、暖房運転時には、前記利用側熱交換器から前記熱源側メイン熱交換器および前記熱源側サブ熱交換器に冷媒が送られるように、状態が切り換わる、切換機構と、
   　冷房運転時に、前記熱源側メイン熱交換器から前記利用側熱交換器に送られる冷媒を減圧し、暖房運転時に、前記利用側熱交換器から前記熱源側メイン熱交換器および前記熱源側サブ熱交換器に送られる冷媒を減圧する、膨張機構と、
   　暖房運転時に、前記熱源側メイン熱交換器と前記熱源側サブ熱交換器とが直列に接続されるように、前記複数段圧縮機構、前記切換機構、前記熱源側メイン熱交換器、前記熱源側サブ熱交換器、前記膨張機構および前記利用側熱交換器を接続する、冷媒配管群と、
   を備える冷凍装置。

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