JP2009133583A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低段側圧縮機と直列に接続された後段側圧縮機との圧縮機の組が、冷媒の流れに対して並列に配置された冷凍装置において、既に起動している圧縮機が存在している状態で停止中の圧縮機を起動させる場合であっても、冷凍システムにおける圧縮動作の不安定化を抑えることが可能な冷凍装置を提供する。
【解決手段】圧縮要素３０２は、圧縮要素３０３ｃとさらに冷媒の圧力を高める圧縮要素３０３ｄとを有する第１圧縮機構３０３と、圧縮要素３０４ｃとさらに冷媒の圧力を高める圧縮要素３０４ｄとを有する第２圧縮機構３０４とを含んでいる。圧縮要素３０３ｃの吐出する冷媒が圧縮要素３０４ｃの吐出側から吸入されて冷凍機油が持ち出されないように起動バイパス管８６が設けられている。そして、圧縮要素３０３ｃと圧縮要素３０４ｃとが吸入側で繋がっている。圧縮要素３０３ｄと圧縮要素３０４ｄとが吐出側で合流している。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍装置、特に、超臨界状態の過程を含んで作動する冷媒を使用して多段圧縮式冷凍サイクルを行う冷凍装置に関する。

従来より、冷却運転と加熱運転とを切り換え可能に構成された冷媒回路を有し、超臨界域で作動する冷媒を使用して多段圧縮式冷凍サイクルを行う冷凍装置の１つとして、特許文献１に示されるような、冷房運転と暖房運転とを切り換え可能に構成された冷媒回路を有し、二酸化炭素を冷媒として使用して二段圧縮式冷凍サイクルを行う空気調和装置がある。この空気調和装置は、主として、直列に接続された２つの圧縮要素を有する圧縮機と、冷房運転と暖房運転とを切り換えるための四路切換弁と、室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器とを有している。
特開２００７−２３２２６３号公報

上述の空気調和装置では、低圧から中間圧になるまで冷媒を加圧する低段側圧縮機と、中間圧から高圧になるまで冷媒を加圧する高段側圧縮機と、が冷媒の流通に沿うように直列に接続されている。ここで、このように、低段側圧縮機と高段側圧縮機とが直列に接続された圧縮部を、冷媒の流通に対して並列となるように複数台配置することも可能である。この場合、複数台の圧縮部の起動時は、タイミングをずらすことが可能になる。

ところが、後発的に起動する後発起動圧縮機の吸入部分や吐出部分は、後発起動圧縮機が起動しようとする時に、既に起動している他の圧縮部による加圧もしくは減圧による影響を受けてしまう。このため、冷凍システムにおける圧縮動作が不安定になってしまうおそれがある。

本発明の課題は、低段側圧縮機と直列に接続された後段側圧縮機との圧縮機の組が、冷媒の流れに対して並列に配置された冷凍装置において、既に起動している圧縮機が存在している状態で停止中の圧縮機を起動させる場合であっても、冷凍システムにおける圧縮動作の不安定化を抑えることが可能な冷凍装置を提供することにある。

第１の発明にかかる冷凍装置は、超臨界状態の過程を含んで作動する冷媒を用いた冷凍装置であって、圧縮機構と、熱源側熱交換器と、膨張機構と、利用側熱交換器と、合流回路と、分岐回路と、バイパス回路と、バイパス遮断弁と、第１高圧吸入遮断弁とを備えている。圧縮機構は、冷媒の圧力を高める第１低圧圧縮要素と第１低圧圧縮要素よりもさらに冷媒の圧力を高める第１高圧圧縮要素とを有する第１圧縮部と、冷媒の圧力を高める第２低圧圧縮要素と第２低圧圧縮要素よりもさらに冷媒の圧力を高める第２高圧圧縮要素とを有する第２圧縮部とを含んでいる。熱源側熱交換器は、冷媒の冷却器又は加熱器として機能する。膨張機構は、冷媒を減圧する。利用側熱交換器は、冷媒の加熱器又は冷却器として機能する。合流回路は、第１低圧圧縮要素から吐出された冷媒と第２低圧圧縮要素から吐出された冷媒とを合流点で合流させる。分岐回路は、合流点を通過した冷媒を分岐点で分岐させて第１高圧圧縮要素と第２高圧圧縮要素とにそれぞれ導く。バイパス回路は、第２低圧圧縮要素の吐出側から合流点までの間の第２低圧吐出バイパス点と、分岐点から第２高圧圧縮要素までの間の第２高圧吸入バイパス点と、をバイパスする。バイパス遮断弁は、バイパス回路の冷媒流れを遮断することができる。第１高圧吸入遮断弁は、分岐点から第２高圧吸入バイパス点までの間における冷媒流れを遮断することができる。そして、第２低圧圧縮要素の吸入側と第１圧縮部の第１低圧圧縮要素の吸入側とが繋がっている。第２高圧圧縮要素の吐出側と第１圧縮部の第１高圧圧縮要素の吐出側とが合流している。ここで、「圧縮機構」とは、複数の圧縮要素が一体に組み込まれた圧縮機や、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接続したものを含む構成を意味している。

この冷凍装置では、第１低圧圧縮要素の吐出側と、第２低圧圧縮要素の吐出側と、第１高圧圧縮要素の吸入側と、第２高圧圧縮要素の吸入側と、が合流回路および分岐回路を介して冷媒の流通が可能となるように接続されている。ここで、例えば、第１圧縮部が駆動しており、第２圧縮部が停止している状態では、第２圧縮部の第２低圧圧縮要素の吐出側と第２高圧圧縮要素の吸入側に対しては、第１圧縮部の第１低圧圧縮要素や第１高圧圧縮要素が駆動していることによる圧力が作用している。このため、停止している第２圧縮部の第２低圧圧縮要素もしくは第２高圧圧縮要素が起動する際には、第１圧縮部の第１低圧圧縮要素や第１高圧圧縮要素が駆動していることによる負荷がかかる場合がある。

これに対して、この冷凍装置では、バイパス遮断弁が設けられたバイパス回路と、第１高圧吸入遮断弁を備えている。このため、第１圧縮部が駆動しており第２圧縮部が停止している状態から第２圧縮部が起動し始める前もしくは直前に、第１高圧吸入遮断弁を閉じた状態で、かつ、バイパス遮断弁を開けた状態にする。よって、第１高圧圧縮要素の吸入側に対する第１圧縮部からの圧力負荷が一時的に低減され、バイパス回路の冷媒は第１高圧圧縮要素に引っ張られる状態となる。これにより、第１低圧圧縮要素から吐出した冷媒は、第２低圧圧縮要素によって第１低圧圧縮要素の吐出側に与えられる負荷があっても、第２高圧圧縮要素によって引っ張られることで、バイパス回路を通じて第１高圧圧縮要素に向けて冷媒が流れていきやすくなる。

これにより、第１圧縮部が起動している状態から第２圧縮部を起動させる際の起動動作の不安定化を抑えることが可能になる。

また、第２圧縮部を駆動させる際の起動負荷を低減させることが可能になる。

なお、この冷凍装置では、第１圧縮部だけでなく第２圧縮部をさらに備えているため、例えば、両方の出力を最大にして運転する等、冷凍サイクルにおける能力を調整する幅を増大させることもできる。

第２の発明にかかる冷凍装置は、第１の発明にかかる冷凍装置において、第２圧縮部を起動させることなく第１圧縮部を起動させる状態から第１圧縮部および第２圧縮部を起動させる状態へと移行する時に、バイパス遮断弁を開けて第１高圧吸入遮断弁を閉じた後発起動状態とする切換部をさらに備えている。

この冷凍装置では、切換部は、第２圧縮部が駆動しておらず第１圧縮部が駆動している状態から、第１圧縮部および第２圧縮部の両方を駆動させる状態に移行する際に、バイパス遮断弁が開いた状態を確保させるだけでなく、第１高圧吸入遮断弁を閉じた状態を確保させることができる。これにより、容易に後発起動状態に切り換えることができる。

第３の発明にかかる冷凍装置は、第２の発明にかかる冷凍装置において、第２高圧圧縮要素及び／又は第２低圧圧縮要素の吸入圧力および吐出圧力のバランスに関する所定条件を満たすまで後発起動状態を持続させた後、第１高圧吸入遮断弁を開いてバイパス遮断弁を閉じる起動制御部をさらに備えている。ここでの「所定条件」としては、例えば、予め起動試験等を行って第２圧縮部が安定的に起動できるために要する時間が経過することであってもよいし、バイパス回路近傍に圧力計を設けておき、当該圧力計が所定の圧力を示すようになったことであってもよい。

この冷凍装置では、第２圧縮部の起動時に、後発起動状態を持続させるが、起動制御部は、所定条件を満たすか否かによって、この後発起動状態を終了させることができる。

これにより、後発起動状態が続いてしまうことを避けることができる。

なお、後発起動状態を終えることにより、第１圧縮部および第２圧縮部の両方が圧力バランスを保ちながら冷媒の中間圧を共通にした運転に移行することができる。

第４の発明にかかる冷凍装置は、第２の発明または第３の発明にかかる冷凍装置において、第２低圧吐出バイパス点と合流点との間の冷媒流れを遮断する第２低圧吐出遮断機構をさらに備えている。そして、切換部は、遅くとも第２圧縮部を起動させることなく第１圧縮部を起動させる状態から第１圧縮部および第２圧縮部を起動させる状態へと移行する時に、第２低圧吐出遮断機構を閉じた状態とする。

この冷凍装置では、切換部が第２低圧吐出遮断機構を閉じることで、第２低圧吐出バイパス点と合流点との間の冷媒流れが遮断されるため、第１低圧圧縮要素から吐出された冷媒による第２低圧圧縮要素の吐出側への圧力負荷がかかる状態を避けることができる。

これにより、遅くとも第２圧縮部を起動させることなく第１圧縮部を起動させる状態から第１圧縮部および第２圧縮部を起動させる状態へと移行する時に、第２低圧吐出遮断機構を閉じることにより、第２低圧圧縮要素の吐出側にかかっている圧力に起因する起動負荷を低減させることができ、起動時負荷をより低減させることができる。

第５の発明にかかる冷凍装置は、第２の発明または第３の発明にかかる冷凍装置において、第２低圧圧縮要素から吐出される冷媒を、第２低圧吐出バイパス点からバイパス回路側に導く状態と、第２低圧吐出バイパス点から合流点側に導く状態と、を切り換え可能なバイパス切換機構をさらに備えている。そして、切換部は、遅くとも第２圧縮部を起動させることなく第１圧縮部を起動させる状態から第１圧縮部および第２圧縮部を起動させる状態へと移行する時に、バイパス切換機構を切り換えて第２低圧吐出バイパス点からバイパス回路側に導く状態となるようにする。ここでの「バイパス切換機構」としては、例えば、第２低圧吐出バイパス点側から、バイパス回路側と合流点側とのいずれかに分岐させる状態を切り換える、三方弁等であってもよい。

この冷凍装置では、切換部がバイパス切換機構の接続状態を第２低圧吐出バイパス点からバイパス回路側に導く状態に切り換えることで、第２低圧吐出バイパス点と合流点との間の冷媒流れが遮断されるため、第１低圧圧縮要素から吐出された冷媒による第２低圧圧縮要素の吐出側への圧力負荷がかかる状態を避けることができる。

これにより、遅くとも第２圧縮部を起動させることなく第１圧縮部を起動させる状態から第１圧縮部および第２圧縮部を起動させる状態へと移行する時に、バイパス切換機構を切り換えて第２低圧吐出バイパス点からバイパス回路側に導く状態となるようにすることにより、第２低圧圧縮要素の吐出側にかかっている圧力に起因する起動負荷を低減させることができ、起動時負荷をより低減させることができる。

第６の発明にかかる冷凍装置は、第１の発明から第３の発明のいずれかにかかる冷凍装置において、第２低圧圧縮要素から吐出された冷媒が合流点に向かう方向の流れのみを許容する逆止弁をさらに備えている。

この冷凍装置では、逆止弁は、第２低圧圧縮要素から吐出された冷媒が合流点に向かう方向の流れのみを許容しているため、第２低圧吐出バイパス点と合流点との間の冷媒流れが遮断される。このため、第１低圧圧縮要素から吐出された冷媒による第２低圧圧縮要素の吐出側への圧力負荷がかかる状態を避けることができる。

これにより、第２低圧圧縮要素の吐出側にかかっている圧力に起因する起動負荷を低減させることができ、起動時負荷をより低減させることができる。

第７の発明にかかる冷凍装置は、第１の発明から第６の発明のいずれかにかかる冷凍装置において、第１高圧圧縮要素、第１低圧圧縮要素、第２高圧圧縮要素および第２低圧圧縮要素は、それぞれ回転駆動することで圧縮仕事を行うための回転軸を有している。第１高圧圧縮要素の回転軸と第１低圧圧縮要素の回転軸とが共通であるか、第２高圧圧縮要素の回転軸と第２低圧圧縮要素の回転軸とが共通であるか、の少なくともいずれか一方である。

この冷凍装置では、第１高圧圧縮要素の回転軸と第１低圧圧縮要素の回転軸とが共通であるか、第２高圧圧縮要素の回転軸と第２低圧圧縮要素の回転軸とが共通であるか、の少なくともいずれか一方の形態が採用されている。このため、１つの駆動力によって第１高圧圧縮要素の回転軸と第１低圧圧縮要素の回転軸との両方を駆動させることが可能になるか、１つの駆動力によって第２高圧圧縮要素の回転軸と第２低圧圧縮要素の回転軸との両方を駆動させることが可能になるか、の少なくともいずれか一方の効果が得られる。

第８の発明にかかる冷凍装置は、第１の発明から第７の発明のいずれかにかかる冷凍装置において、熱源側熱交換器又は利用側熱交換器から膨張機構に送られる冷媒を分岐させて、分岐点と合流点との間、もしくは、分岐点と第１高圧圧縮要素との間および分岐点と第２高圧圧縮要素との間に導くためのインジェクション管をさらに備えている。

この冷凍装置では、インジェクション管から第１高圧圧縮要素および／または第２高圧圧縮要素に冷媒が導かれることで、外部に熱を捨てることなく閉じた冷凍サイクル内での熱の受け渡しを行うことができる。このため、第１高圧圧縮要素および／または第２高圧圧縮要素に吸入される冷媒を冷却させることができ、圧縮機構から吐出される冷媒の温度をより確実に低く抑えることが可能になる。

第９の発明にかかる冷凍装置は、第８の発明にかかる冷凍装置において、熱源側熱交換器又は利用側熱交換器から膨張機構に送られる冷媒とインジェクション管を流れる冷媒との熱交換を行うエコノマイザ熱交換器をさらに備えている。

この冷凍装置では、エコノマイザ熱交換器は、インジェクション管を流れる冷媒によって熱源側熱交換器又は利用側熱交換器から膨張機構に送られる冷媒を冷却することができる。さらに、エコノマイザ熱交換器は、インジェクション管を流れる冷媒を加熱することができる。このため、冷凍装置の運転効率をさらに向上させることができる。

なお、冷却運転時においては、利用側熱交換器における冷媒の単位流量当たりの冷却能力を高くすることができ、また、加熱運転時においては、後段側の圧縮要素から吐出される冷媒の流量を増加させることができる。

第１０の発明にかかる冷凍装置は、第９の発明から第の発明のいずれかにかかる冷凍装置において、エコノマイザ熱交換器は、熱源側熱交換器又は利用側熱交換器から膨張機構に送られる冷媒とインジェクション管を流れる冷媒とが対向するように流れる流路を有する熱交換器である。

この冷凍装置では、エコノマイザ熱交換器における熱源側熱交換器又は利用側熱交換器から膨張機構に送られる冷媒とインジェクション管を流れる冷媒との温度差を小さくすることができる。このため、エコノマイザ熱交換器における熱交換効率を向上させることができる。

第１１の発明にかかる冷凍装置は、第９の発明または第１０の発明にかかる冷凍装置において、インジェクション管は、熱源側熱交換器又は利用側熱交換器から膨張機構に送られる冷媒がエコノマイザ熱交換器において熱交換される前に熱源側熱交換器又は利用側熱交換器から膨張機構に送られる冷媒を分岐するように設けられている。

この冷凍装置では、熱源側熱交換器又は利用側熱交換器から膨張機構に送られる冷媒の流量を少なくすることができる。これにより、エコノマイザ熱交換器における、熱源側熱交換器又は利用側熱交換器から膨張機構に送られる冷媒と、インジェクション管を流れる冷媒と、の間の熱交換量を小さくすることができる。これにより、エコノマイザ熱交換器のサイズを小さくすることができる。

第１２の発明にかかる冷凍装置は、第１０の発明または第１１の発明にかかる冷凍装置において、通過する冷媒の冷却を行い、分岐点と合流点との間に配置された中間冷却器をさらに備えている。そして、インジェクション管は、熱源側熱交換器又は利用側熱交換器から膨張機構に送られる冷媒を分岐させて、中間冷却器と合流点との間、もしくは、中間冷却器と第１高圧圧縮要素との間および中間冷却器と第２高圧圧縮要素との間に導くように設けられている。

この冷凍装置では、第１圧縮部では、第１低圧圧縮要素から吐出された冷媒は、第１高圧圧縮要素にいたる前に、中間冷却器を通過する。そして、第１低圧圧縮要素から吐出された冷媒は、中間冷却器を通過する際に冷やされる。このため、第１高圧圧縮要素に吸入される冷媒の温度が低くなる。したがって、このような中間冷却器を設けない場合に比べて、最終的に圧縮機構から吐出される冷媒の温度を低く抑えることができる。これにより、冷媒の温度が低下することで冷媒密度が向上しているため、第１圧縮部の運転効率を向上させることができる。

同様に、第２圧縮部でも、第２低圧圧縮要素から吐出された冷媒は、第２高圧圧縮要素にいたる前に、中間冷却器を通過する。そして、第２低圧圧縮要素から吐出された冷媒は、中間冷却器を通過する際に冷やされる。このため、第２高圧圧縮要素に吸入される冷媒の温度が低くなる。したがって、このような中間冷却器を設けない場合に比べて、最終的に圧縮機構から吐出される冷媒の温度を低く抑えることができる。これにより、冷媒の温度が低下することで冷媒密度が向上しているため、第２圧縮部の運転効率を向上させることができる。

そして、ここでは、中間冷却器は、第１圧縮部の第１低圧圧縮要素から第１高圧圧縮要素に至る一部を冷却するだけでなく、第２圧縮部の第２低圧圧縮要素から第２高圧圧縮要素に至る一部をも冷却させることができる。このため、第１圧縮部および第２圧縮部の各圧縮部毎にそれぞれ中間冷却器を別個に備えさせる場合と比較して、省スペース化を図ることができている。

これにより、超臨界状態の過程を含んで作動する冷媒を使用した冷凍装置において、装置の大型化を抑えつつ、多段圧縮式の圧縮要素による冷媒循環量の調整自由度を増大させ、運転効率を向上させることが可能になる。

なお、冷却運転時においては、圧縮機構から吐出される冷媒の温度は、中間冷却器の冷却効果により低く抑えられる。これにより、冷媒の冷却器として機能する熱源側熱交換器における放熱ロスが小さくなり、運転効率を向上させることができる。

さらに、この冷凍装置では、熱源側熱交換器又は利用側熱交換器から膨張機構に送られる冷媒を分岐させ、インジェクション管を通じて、中間冷却器と合流点との間、もしくは、中間冷却器と第１高圧圧縮要素との間および中間冷却器と第２高圧圧縮要素との間に導くことができる。これにより、中間冷却器によって冷媒を冷却できるだけでなく、インジェクション管を通じて冷媒が中間冷却器と合流点との間、もしくは、中間冷却器と第１高圧圧縮要素との間および中間冷却器と第２高圧圧縮要素との間に導かれることで冷媒の冷却を行うことも可能になる。このため、冷媒を段階的に冷却する場合の効率を向上させることができる。

第１３の発明にかかる冷凍装置は、第１の発明から第１２の発明のいずれかにかかる冷凍装置において、通過する冷媒の冷却を行い、前記分岐点と前記合流点との間に配置された中間冷却器をさらに備えている。

この冷凍装置では、第１圧縮部では、第１低圧圧縮要素から吐出された冷媒は、第１高圧圧縮要素にいたる前に、中間冷却器を通過する。そして、第１低圧圧縮要素から吐出された冷媒は、中間冷却器を通過する際に冷やされる。このため、第１高圧圧縮要素に吸入される冷媒の温度が低くなる。したがって、このような中間冷却器を設けない場合に比べて、最終的に圧縮機構から吐出される冷媒の温度を低く抑えることができる。これにより、冷媒の温度が低下することで冷媒密度が向上しているため、第１圧縮部の運転効率を向上させることができる。

同様に、第２圧縮部でも、第２低圧圧縮要素から吐出された冷媒は、第２高圧圧縮要素にいたる前に、中間冷却器を通過する。そして、第２低圧圧縮要素から吐出された冷媒は、中間冷却器を通過する際に冷やされる。このため、第２高圧圧縮要素に吸入される冷媒の温度が低くなる。したがって、このような中間冷却器を設けない場合に比べて、最終的に圧縮機構から吐出される冷媒の温度を低く抑えることができる。これにより、冷媒の温度が低下することで冷媒密度が向上しているため、第２圧縮部の運転効率を向上させることができる。

そして、ここでは、中間冷却器は、第１圧縮部の第１低圧圧縮要素から第１高圧圧縮要素に至る一部を冷却するだけでなく、第２圧縮部の第２低圧圧縮要素から第２高圧圧縮要素に至る一部をも冷却させることができる。このため、第１圧縮部および第２圧縮部の各圧縮部毎にそれぞれ中間冷却器を別個に備えさせる場合と比較して、省スペース化を図ることができている。

これにより、超臨界状態の過程を含んで作動する冷媒を使用した冷凍装置において、装置の大型化を抑えつつ、多段圧縮式の圧縮要素による冷媒循環量の調整自由度を増大させ、運転効率を向上させることが可能になる。

なお、冷却運転時においては、圧縮機構から吐出される冷媒の温度は、中間冷却器の冷却効果により低く抑えられる。これにより、冷媒の冷却器として機能する熱源側熱交換器における放熱ロスが小さくなり、運転効率を向上させることができる。

なお、この第１３の発明が第８の発明に適用された場合には、冷却運転時においては、圧縮機構から吐出される冷媒の温度は、中間冷却器による冷却効果にさらにインジェクション管により第１高圧圧縮要素および／または第２高圧圧縮要素に導かれる冷媒によってよりいっそう低く抑えられる。これにより、冷媒の冷却器として機能する熱源側熱交換器における放熱ロスがさらに小さくなり、運転効率をさらに向上させることができる。また、加熱運転時においては、圧縮機構から吐出される冷媒の温度が低くなることから、利用側熱交換器における冷媒の単位流量当たりの加熱能力は小さくなるが、後段側の圧縮要素から吐出される冷媒の流量が増加するため、利用側熱交換器における加熱能力が確保されて、運転効率を向上させることができる。

第１４の発明にかかる冷凍装置は、第１の発明から第１３の発明のいずれかにかかる冷凍装置において、中間冷却器は、第１圧縮部と第２圧縮部とを有する圧縮機構に対して１つだけ設けられている。

この冷凍装置では、中間冷却器が１つだけであるため、多数設けられる場合よりもコストを抑えることが可能になる。

第１５の発明にかかる冷凍装置は、第１の発明から第１４の発明のいずれかにかかる冷凍装置において、切換機構と、中間冷却機能切換手段とを備えている。切換機構は、圧縮機構、熱源側熱交換器、膨張機構、利用側熱交換器の順に冷媒を循環させる冷却運転状態と、圧縮機構、利用側熱交換器、膨張機構、熱源側熱交換器の順に冷媒を循環させる加熱運転状態とを切り換える。中間冷却機能切換手段は、切換機構を冷却運転状態にしている際に中間冷却器を冷却器として機能させ、切換機構を加熱運転状態にしている際に中間冷却器を冷却器として機能させないようにする。ここで、「冷却器として機能させないようにする」とは、冷却器としての機能が全く発揮されない状態にする場合だけでなく、いくらかは冷却器としての機能は発揮される場合であっても、中間冷却器への冷却源の供給が停止されている場合等のように、中間冷却器が正常な状態で使用されておらず、実質的に冷却器として機能していないとみなされる状態も含まれる。

冷凍装置において、仮に、中間冷却器だけを設けた場合には、高圧側の圧縮要素に吸入される冷媒の温度が低くなるため、中間冷却器を設けない場合に比べて、最終的に圧縮機構から吐出される冷媒の温度を低く抑えることができる。これにより、冷却運転時において、冷媒の冷却器として機能する熱源側熱交換器における放熱ロスが小さくなるため、運転効率を向上させることができる。しかし、加熱運転時においては、中間冷却器を設けない場合であれば、利用側熱交換器において利用できるはずの熱を、中間冷却器から外部に放熱してしまうことになる。これにより、利用側熱交換器における加熱能力が低くなるため、運転効率が低下してしまうことになる。

そこで、この冷凍装置では、中間冷却器だけでなく中間冷却機能切換手段を設けて、この中間冷却機能切換手段を用いて、切換機構を冷却運転状態にしている際に中間冷却器を冷却器として機能させ、切換機構を加熱運転状態にしている際に中間冷却器を冷却器として機能させないようにしている。このため、この冷凍装置では、冷却運転時においては、圧縮機構から吐出される冷媒の温度を低く抑えることができ、加熱運転時においては、外部への放熱を抑えて、圧縮機構から吐出される冷媒の温度の低下を抑えることができる。

これにより、この冷凍装置では、冷却運転時においては、冷媒の冷却器として機能する熱源側熱交換器における放熱ロスを小さくして、運転効率を向上させることができる。また、加熱運転時には、加熱能力の低下を抑えて、運転効率の低下を防ぐことができる。

第１６の発明にかかる冷凍装置は、第１から第１５の発明のいずれかにかかる冷凍装置において、超臨界状態の過程を含んで作動する冷媒は、二酸化炭素である。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１または第１６の発明では、第１圧縮部が起動している状態から第２圧縮部を起動させる際の起動動作の不安定化を抑えることが可能になる。

第２の発明では、容易に後発起動状態に切り換えることができる。

第３の発明では、後発起動状態が続いてしまうことを避けることができる。

第４の発明では、第２低圧圧縮要素の吐出側にかかっている圧力に起因する起動負荷を低減させることができ、起動時負荷をより低減させることができる。

第５の発明では、遅くとも第２圧縮部を起動させることなく第１圧縮部を起動させる状態から第１圧縮部および第２圧縮部を起動させる状態へと移行する時に、バイパス切換機構を切り換えて第２低圧吐出バイパス点からバイパス回路側に導く状態となるようにすることにより、第２低圧圧縮要素の吐出側にかかっている圧力に起因する起動負荷を低減させることができ、起動時負荷をより低減させることができる。

第６の発明では、第２低圧圧縮要素の吐出側にかかっている圧力に起因する起動負荷を低減させることができ、起動時負荷をより低減させることができる。

第７の発明では、１つの駆動力によって第１高圧圧縮要素の回転軸と第１低圧圧縮要素の回転軸との両方を駆動させることが可能になるか、１つの駆動力によって第２高圧圧縮要素の回転軸と第２低圧圧縮要素の回転軸との両方を駆動させることが可能になるか、の少なくともいずれか一方の効果が得られる。

第８の発明では、第１高圧圧縮要素および／または第２高圧圧縮要素に吸入される冷媒を冷却させることができ、圧縮機構から吐出される冷媒の温度をより確実に低く抑えることが可能になる。

第９の発明では、冷凍装置の運転効率をさらに向上させることができる。

第１０の発明では、エコノマイザ熱交換器における熱交換効率を向上させることができる。

第１１の発明では、エコノマイザ熱交換器のサイズを小さくすることができる。

第１２の発明では、冷媒を段階的に冷却する場合の効率を向上させることができる。

第１３の発明では、冷媒の冷却器として機能する熱源側熱交換器における放熱ロスが小さくなり、運転効率を向上させることができる。

第１４の発明では、多数設けられる場合よりもコストを抑えることが可能になる。

第１５の発明では、冷却運転時においては、冷媒の冷却器として機能する熱源側熱交換器における放熱ロスを小さくして、運転効率を向上させることができる。また、加熱運転時には、加熱能力の低下を抑えて、運転効率の低下を防ぐことができる。

以下、図面に基づいて、本発明にかかる冷凍装置の実施形態について説明する。

（１）空気調和装置の構成
図１は、本発明にかかる冷凍装置の一実施形態としての空気調和装置１の概略構成図である。空気調和装置１は、冷房運転と暖房運転を切り換え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（ここでは、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。

空気調和装置１の冷媒回路５１０は、主として、圧縮機構３０２と、切換機構３と、熱源側熱交換器４と、ブリッジ回路１７と、レシーバ１８と、レシーバ入口膨張機構５ａと、レシーバ出口膨張機構５ｂと、後段側インジェクション管１９と、エコノマイザ熱交換器２０と、利用側熱交換器６と、中間冷却器７とを有している。

＜圧縮機構＞
圧縮機構３０２は、多段（ここでは、２段）圧縮式の圧縮機構を複数系統（ここでは、２系統）並列に接続した並列多段圧縮式の圧縮機構であり、本実施形態において、圧縮要素３０３ｃ、３０３ｄを有する二段圧縮式の第１圧縮機構３０３と、圧縮要素３０４ｃ、３０４ｄを有する二段圧縮式の第２圧縮機構３０４とから構成されている。

第１圧縮機構３０３は、本実施形態において、２つの圧縮要素３０３ｃ、３０３ｄで冷媒を二段圧縮する圧縮機３６から構成されており、圧縮機構３０２の吸入母管３０２ａから分岐された第１吸入枝管３０３ａ、及び、圧縮機構３０２の吐出母管３０２ｂに合流する第１吐出枝管３０３ｂに接続されている。第２圧縮機構３０４は、本実施形態において、２つの圧縮要素３０４ｃ、３０４ｄで冷媒を二段圧縮する圧縮機３７から構成されており、圧縮機構３０２の吸入母管３０２ａから分岐された第２吸入枝管３０４ａ、及び、圧縮機構３０２の吐出母管３０２ｂに合流する第２吐出枝管３０４ｂに接続されている。

圧縮機３６は、ケーシング３６ａ内に、圧縮機駆動モータ３６ｂと、駆動軸３６ｃと、圧縮要素３０３ｃ、３０３ｄとが収容された密閉式構造となっている。圧縮機駆動モータ３６ｂは、駆動軸３６ｃに連結されている。そして、この駆動軸３６ｃは、２つの圧縮要素３０３ｃ、３０３ｄに連結されている。すなわち、圧縮機３６は、２つの圧縮要素３０３ｃ、３０３ｄが単一の駆動軸３６ｃに連結されており、２つの圧縮要素３０３ｃ、３０３ｄがともに圧縮機駆動モータ３６ｂ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。そして、圧縮機３６は、第１吸入枝管３０３ａから冷媒を吸入し、この吸入された冷媒を圧縮要素３０３ｃによって圧縮した後に中間冷媒管８を構成する第１入口側中間枝管８１に吐出し、第１入口側中間枝管８１に吐出された冷媒を中間冷媒管８を構成する中間母管８２及び第１出口側中間枝管８３を通じて圧縮要素３０３ｄに吸入させて冷媒をさらに圧縮した後に第１吐出枝管３０３ｂに吐出するように構成されている。

圧縮機３７は、ケーシング３７ａ内に、圧縮機駆動モータ３７ｂと、駆動軸３７ｃと、圧縮要素３０４ｃ、３０４ｄとが収容された密閉式構造となっている。圧縮機駆動モータ３７ｂは、駆動軸３７ｃに連結されている。そして、この駆動軸３７ｃは、２つの圧縮要素３０４ｃ、３０４ｄに連結されている。すなわち、圧縮機３７は、２つの圧縮要素３０４ｃ、３０４ｄが単一の駆動軸３７ｃに連結されており、２つの圧縮要素３０４ｃ、３０４ｄがともに圧縮機駆動モータ３７ｂ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。そして、圧縮機３７は、第１吸入枝管３０４ａから冷媒を吸入し、この吸入された冷媒を圧縮要素３０４ｃによって圧縮した後に中間冷媒管８を構成する第２入口側中間枝管８４に吐出し、第２入口側中間枝管８４に吐出された冷媒を中間冷媒管８を構成する中間母管８２及び第２出口側中間枝管８５を通じて圧縮要素３０４ｄに吸入させて冷媒をさらに圧縮した後に第２吐出枝管３０４ｂに吐出するように構成されている。

中間冷媒管８は、本実施形態において、圧縮要素３０３ｄ、３０４ｄの前段側に接続された圧縮要素３０３ｃ、３０４ｃから吐出された冷媒を、圧縮要素３０３ｃ、３０４ｃの後段側に接続された圧縮要素３０３ｄ、３０４ｄに吸入させるための冷媒管であり、主として、第１圧縮機構３０３の前段側の圧縮要素３０３ｃの吐出側に接続される第１入口側中間枝管８１と、第２圧縮機構３０４の前段側の圧縮要素３０４ｃの吐出側に接続される第２入口側中間枝管８４と、両入口側中間枝管８１、８４が合流点Ｘで合流する中間母管８２と、中間母管８２から分岐点Ｙで分岐されて第１圧縮機構３０３の後段側の圧縮要素３０３ｄの吸入側に接続される第１出口側中間枝管８３と、中間母管８２から分岐されて第２圧縮機構３０４の後段側の圧縮要素３０４ｄの吸入側に接続される第２出口側中間枝管８５とを有している。

すなわち、中間冷却器７は、合流点Ｘと分岐点Ｙとの間に設けられているといえる。

また、吐出母管３０２ｂは、圧縮機構３０２から吐出された冷媒を切換機構３に送るための冷媒管であり、吐出母管３０２ｂに接続される第１吐出枝管３０３ｂには、第１油分離機構３４１と第１逆止機構３４２とが設けられており、吐出母管３０２ｂに接続される第２吐出枝管３０４ｂには、第２油分離機構３４３と第２逆止機構３４４とが設けられている。

第１油分離機構３４１は、第１圧縮機構３０３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３０２の吸入側へ戻す機構であり、主として、第１圧縮機構３０３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第１油分離器３４１ａと、第１油分離器３４１ａに接続されており冷媒から分離された冷凍機油を圧縮機構３０２の吸入側に戻す第１油戻し管３４１ｂとを有している。

第２油分離機構３４３は、第２圧縮機構３０４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３０２の吸入側へ戻す機構であり、主として、第２圧縮機構３０４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第２油分離器３４３ａと、第２油分離器３４３ａに接続されており冷媒から分離された冷凍機油を圧縮機構３０２の吸入側に戻す第２油戻し管３４３ｂとを有している。

本実施形態において、第１油戻し管３４１ｂは、第２吸入枝管３０４ａに接続されており、第２油戻し管３４３ｃは、第１吸入枝管３０３ａに接続されている。このため、第１圧縮機構３０３内に溜まった冷凍機油の量と第２圧縮機構３０４内に溜まった冷凍機油の量との間に偏りに起因して第１圧縮機構３０３から吐出される冷媒に同伴する冷凍機油の量と第２圧縮機構３０４から吐出される冷媒に同伴する冷凍機油の量との間に偏りが生じた場合であっても、圧縮機構３０３、３０４のうち冷凍機油の量が少ない方に冷凍機油が多く戻ることになり、第１圧縮機構３０３内に溜まった冷凍機油の量と第２圧縮機構３０４内に溜まった冷凍機油の量との間の偏りが解消されるようになっている。

また、本実施形態において、第１吸入枝管３０３ａは、第２油戻し管３４３ｂとの合流部から吸入母管３０２ａとの合流部までの間の部分が、吸入母管３０２ａとの合流部に向かって下り勾配になるように構成されており、第２吸入枝管３０４ａは、第１油戻し管３４１ｂとの合流部から吸入母管３０２ａとの合流部までの間の部分が、吸入母管３０２ａとの合流部に向かって下り勾配になるように構成されている。このため、圧縮機構３０３、３０４のいずれか一方が停止中であっても（ここでは、第１圧縮機構３０３が優先的に運転されるため、第２圧縮機構３０４が停止中となる）、運転中の第１圧縮機構３０３に対応する第１油戻し管３４１ｂから停止中の第２圧縮機構３０４に対応する第２吸入枝管３０４ａに戻される冷凍機油は、吸入母管３０２ａに戻ることになり、運転中の第１圧縮機構３０３の油切れが生じにくくなっている。油戻し管３４１ｂ、３４３ｂには、油戻し管３４１ｂ、３４３ｂを流れる冷凍機油を減圧する減圧機構３４１ｃ、３４３ｃが設けられている。逆止機構３４２、３４４は、圧縮機構３０３、３０４の吐出側から切換機構３への冷媒の流れを許容し、かつ、切換機構３から圧縮機構３０３、３０４の吐出側への冷媒の流れを遮断するための機構である。

このように、圧縮機構３０２は、本実施形態において、２つの圧縮要素３０３ｃ、３０３ｄを有するとともにこれらの圧縮要素３０３ｃ、３０３ｄのうちの前段側の圧縮要素から吐出された冷媒を後段側の圧縮要素で順次圧縮するように構成された第１圧縮機構３０３と、２つの圧縮要素３０４ｃ、３０４ｄを有するとともにこれらの圧縮要素３０４ｃ、３０４ｄのうちの前段側の圧縮要素から吐出された冷媒を後段側の圧縮要素で順次圧縮するように構成された第２圧縮機構３０４とを並列に接続した構成となっている。

＜切換機構＞
切換機構３は、冷媒回路５１０内における冷媒の流れの方向を切り換えるための機構であり、冷房運転時には、熱源側熱交換器４を圧縮機構３０２によって圧縮される冷媒の冷却器として、かつ、利用側熱交換器６を熱源側熱交換器４において冷却された冷媒の加熱器として機能させるために、圧縮機構３０２の吐出側と熱源側熱交換器４の一端とを接続するとともに圧縮機２１の吸入側と利用側熱交換器６とを接続し（図１の切換機構３の実線を参照、以下、この切換機構３の状態を「冷却運転状態」とする）、暖房運転時には、利用側熱交換器６を圧縮機構３０２によって圧縮される冷媒の冷却器として、かつ、熱源側熱交換器４を利用側熱交換器６において冷却された冷媒の加熱器として機能させるために、圧縮機構３０２の吐出側と利用側熱交換器６とを接続するとともに圧縮機構３０２の吸入側と熱源側熱交換器４の一端とを接続することが可能である（図１の切換機構３の破線を参照、以下、この切換機構３の状態を「加熱運転状態」とする）。本実施形態において、切換機構３は、圧縮機構３０２の吸入側、圧縮機構３０２の吐出側、熱源側熱交換器４及び利用側熱交換器６に接続された四路切換弁である。尚、切換機構３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、上述と同様の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。

このように、切換機構３は、冷媒回路５１０を構成する圧縮機構３０２、熱源側熱交換器４、膨張機構５ａ、５ｂ、及び利用側熱交換器６だけに着目すると、圧縮機構３０２、熱源側熱交換器４、膨張機構５ａ、５ｂ、利用側熱交換器６の順に冷媒を循環させる冷却運転状態と、圧縮機構３０２、利用側熱交換器６、膨張機構５ａ、５ｂ、熱源側熱交換器４の順に冷媒を循環させる加熱運転状態とを切り換えることができるように構成されている。

＜熱源側熱交換器＞
熱源側熱交換器４は、冷媒の冷却器又は加熱器として機能する熱交換器である。熱源側熱交換器４は、その一端が切換機構３に接続されており、その他端がブリッジ回路１７及びエコノマイザ熱交換器２０を介してレシーバ入口膨張機構５ａに接続されている。尚、ここでは図示しないが、熱源側熱交換器４には、熱源側熱交換器４を流れる冷媒と熱交換を行う冷却源又は加熱源としての水や空気が供給されるようになっている。

＜ブリッジ回路＞
ブリッジ回路１７は、熱源側熱交換器４と利用側熱交換器６との間に設けられており、レシーバ１８の入口に接続されるレシーバ入口管１８ａ、及び、レシーバ１８の出口に接続されるレシーバ出口管１８ｂに接続されている。ブリッジ回路１７は、本実施形態において、４つの逆止弁１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄを有している。そして、入口逆止弁１７ａは、熱源側熱交換器４からレシーバ入口管１８ａへの冷媒の流通のみを許容する逆止弁である。入口逆止弁１７ｂは、利用側熱交換器６からレシーバ入口管１８ａへの冷媒の流通のみを許容する逆止弁である。すなわち、入口逆止弁１７ａ、１７ｂは、熱源側熱交換器４及び利用側熱交換器６の一方からレシーバ入口管１８ａに冷媒を流通させる機能を有している。出口逆止弁１７ｃは、レシーバ出口管１８ｂから利用側熱交換器６への冷媒の流通のみを許容する逆止弁である。出口逆止弁１７ｄは、レシーバ出口管１８ｂから熱源側熱交換器４への冷媒の流通のみを許容する逆止弁である。すなわち、出口逆止弁１７ｃ、１７ｄは、レシーバ出口管１８ｂから熱源側熱交換器４及び利用側熱交換器６の他方に冷媒を流通させる機能を有している。

＜膨張機構及びレシーバ＞
レシーバ入口膨張機構５ａは、レシーバ入口管１８ａに設けられた冷媒を減圧する機構であり、本実施形態において、電動膨張弁が使用されている。レシーバ入口膨張機構５ａは、その一端がエコノマイザ熱交換器２０及びブリッジ回路１７を介して熱源側熱交換器４に接続され、その他端がレシーバ１８に接続されている。また、本実施形態において、レシーバ入口膨張機構５ａは、冷房運転時には、熱源側熱交換器４において冷却された高圧の冷媒を利用側熱交換器６に送る前に減圧し、暖房運転時には、利用側熱交換器６において冷却された高圧の冷媒を熱源側熱交換器４に送る前に減圧する。

レシーバ１８は、レシーバ入口膨張機構５ａで減圧された後の冷媒を一時的に溜めるために設けられた容器であり、その入口がレシーバ入口管１８ａに接続されており、その出口がレシーバ出口管１８ｂに接続されている。また、レシーバ１８には、レシーバ１８内から冷媒を抜き出して圧縮機構３０２の吸入母管３０２ａ（すなわち、圧縮機構３０２の前段側の圧縮要素３０３ｃ、３０４ｃの吸入側）に戻すことが可能な吸入戻し管１８ｃが接続されている。この吸入戻し管１８ｃには、吸入戻し開閉弁１８ｄが設けられている。吸入戻し開閉弁１８ｄは、本実施形態において、電磁弁である。

レシーバ出口膨張機構５ｂは、レシーバ出口管１８ｂに設けられた冷媒を減圧する機構であり、本実施形態において、電動膨張弁が使用されている。レシーバ出口膨張機構５ｂは、その一端がレシーバ１８に接続され、その他端がブリッジ回路１７を介して利用側熱交換器６に接続されている。また、本実施形態において、レシーバ出口膨張機構５ｂは、冷房運転時には、レシーバ入口膨張機構５ａによって減圧された冷媒を利用側熱交換器６に送る前に低圧になるまでさらに減圧し、暖房運転時には、レシーバ入口膨張機構５ａによって減圧された冷媒を熱源側熱交換器４に送る前に低圧になるまでさらに減圧する。

＜利用側熱交換器＞
利用側熱交換器６は、冷媒の加熱器又は冷却器として機能する熱交換器である。利用側熱交換器６は、その一端がブリッジ回路１７を介してレシーバ入口膨張機構５ａに接続されており、その他端が切換機構３に接続されている。尚、ここでは図示しないが、利用側熱交換器６には、利用側熱交換器６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。

このように、ブリッジ回路１７、レシーバ１８、レシーバ入口管１８ａ及びレシーバ出口管１８ｂによって、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、熱源側熱交換器４において冷却された高圧の冷媒が、ブリッジ回路１７の入口逆止弁１７ａ、レシーバ入口管１８ａのレシーバ入口膨張機構５ａ、レシーバ１８、レシーバ出口管１８ｂのレシーバ出口膨張機構５ｂ及びブリッジ回路１７の出口逆止弁１７ｃを通じて、利用側熱交換器６に送ることができるようになっている。また、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、利用側熱交換器６において冷却された高圧の冷媒が、ブリッジ回路１７の入口逆止弁１７ｂ、レシーバ入口管１８ａのレシーバ入口膨張機構５ａ、レシーバ１８、レシーバ出口管１８ｂのレシーバ出口膨張機構５ｂ及びブリッジ回路１７の出口逆止弁１７ｄを通じて、熱源側熱交換器６に送ることができるようになっている。

＜後段側インジェクション管＞
後段側インジェクション管１９は、熱源側熱交換器４又は利用側熱交換器６において冷却された冷媒を分岐して圧縮機構３０の後段側の圧縮要素３０３ｄ、３０４ｄに戻す機能を有している。本実施形態において、後段側インジェクション管１９は、レシーバ入口管１８ａを流れる冷媒を分岐して後段側の圧縮要素３０３ｄ、３０４ｄの吸入側に戻すように設けられている。より具体的には、後段側インジェクション管１９は、レシーバ入口管１８ａのレシーバ入口膨張機構５ａの上流側の位置（すなわち、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、熱源側熱交換器４とレシーバ入口膨張機構５ａとの間、また、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、利用側熱交換器６とレシーバ入口膨張機構５ａとの間）から冷媒を分岐して中間冷媒管８の中間冷却器７の下流側の位置（すなわち、合流点Ｘと分岐点Ｙの間）に戻すように設けられている。この後段側インジェクション管１９には、開度制御が可能な後段側インジェクション弁１９ａが設けられている。後段側インジェクション弁１９ａは、本実施形態において、電動膨張弁である。

＜エコノマイザ熱交換器＞
エコノマイザ熱交換器２０は、熱源側熱交換器４又は利用側熱交換器６において冷却された冷媒と後段側インジェクション管１９を流れる冷媒（より具体的には、後段側インジェクション弁１９ａにおいて中間圧付近まで減圧された後の冷媒）との熱交換を行う熱交換器である。本実施形態において、エコノマイザ熱交換器２０は、レシーバ入口管１８ａのレシーバ入口膨張機構５ａの上流側の位置（すなわち、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、熱源側熱交換器４とレシーバ入口膨張機構５ａとの間、また、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、利用側熱交換器６とレシーバ入口膨張機構５ａとの間）を流れる冷媒と後段側インジェクション管１９を流れる冷媒との熱交換を行うように設けられており、また、両冷媒が対向するように流れる流路を有している。また、本実施形態において、エコノマイザ熱交換器２０は、レシーバ入口管１８ａの後段側インジェクション管１９の上流側に設けられている。このため、熱源側熱交換器４又は利用側熱交換器６において冷却された冷媒は、レシーバ入口管１８ａにおいて、エコノマイザ熱交換器２０において熱交換される前に後段側インジェクション管１９に分岐され、その後に、エコノマイザ熱交換器２０において、後段側インジェクション管１９を流れる冷媒と熱交換を行うことになる。

＜中間冷却器＞
中間冷却器７は、本実施形態において、中間冷媒管８を構成する中間母管８２に設けられており、第１圧縮機構３０３の前段側の圧縮要素３０３ｃから吐出された冷媒と第２圧縮機構３０４の前段側の圧縮要素３０４ｃから吐出された冷媒とが合流したものを冷却する熱交換器である。すなわち、中間冷却器７は、２つの圧縮機構３０３、３０４に共通の冷却器として機能するものとなっている。尚、ここでは図示しないが、中間冷却器７には、中間冷却器７を流れる冷媒と熱交換を行う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。このように、中間冷却器７は、冷媒回路５１０を循環する冷媒を用いたものではないという意味で、外部熱源を用いた冷却器ということができる。

このため、多段圧縮式の圧縮機構３０３、３０４を複数系統並列に接続した並列多段圧縮式の圧縮機構３０２に対して中間冷却器７を設ける際の圧縮機構３０２周りの回路構成の簡素化が図られている。

また、中間冷媒管８を構成する第１入口側中間枝管８１には、第１圧縮機構３０３の前段側の圧縮要素３０３ｃの吐出側から中間母管８２側への冷媒の流れを許容し、かつ、中間母管８２側から前段側の圧縮要素３０３ｃの吐出側への冷媒の流れを遮断するための逆止機構８１ａが設けられており、中間冷媒管８を構成する第２入口側中間枝管８４には、第２圧縮機構３０３の前段側の圧縮要素３０４ｃの吐出側から中間母管８２側への冷媒の流れを許容し、かつ、中間母管８２側から前段側の圧縮要素３０４ｃの吐出側への冷媒の流れを遮断するための逆止機構８４ａが設けられている。本実施形態においては、逆止機構８１ａ、８４ａとして逆止弁が使用されている。

また、第２出口側中間枝管８５には、開閉弁８５ａが設けられており、後述のように、第１圧縮機構３０３が運転中で、かつ、第２圧縮機構３０４が停止中の場合には、この開閉弁８５ａによって第２出口側中間枝管８５内の冷媒の流れを遮断することができるようになっている。尚、本実施形態においては、開閉弁８５ａとして電磁弁が使用されている。

（起動バイパス管８６）
また、本実施形態では、第２圧縮機構３０４の前段側の圧縮要素３０４ｃの吐出側と後段側の圧縮要素３０４ｄの吸入側との間を接続する起動バイパス管８６が設けられている。

具体的には、起動バイパス管８６は、第２圧縮機構３０４の前段側の圧縮要素３０４ｃの吐出側と逆止機構８４ａとの間の第２低圧吐出バイパス点Ｚ１と、開閉弁８５ａと後段側の圧縮要素３０４ｄの吸入側との間の第２高圧吸入バイパス点Ｚ２と、を接続させている。

この起動バイパス管８６には、開閉弁８６ａが設けられており、後述のように、第２圧縮機構３０４が停止中の場合には、この開閉弁８６ａによって起動バイパス管８６内の冷媒の流れを遮断し、かつ、開閉弁８５ａによって第２出口側中間枝管８５内の冷媒の流れを遮断するようにし、第２圧縮機構３０４を起動する際に、開閉弁８６ａによって起動バイパス管８６内に冷媒を流すことができる状態にすることで、第２圧縮機構３０４の前段側の圧縮要素３０４ｃから吐出される冷媒を第１圧縮機構３０３の前段側の圧縮要素３０４ｃから吐出される冷媒に合流させることなく、起動バイパス管８６を通じて後段側の圧縮要素３０４ｄに吸入させる運転を行うことができるようになっている。尚、本実施形態において、起動バイパス管８６は、その一端が第２出口側中間枝管８５の開閉弁８５ａと第２圧縮機構３０４の後段側の圧縮要素３０４ｄの吸入側との間に接続され、その他端が第２圧縮機構３０４の前段側の圧縮要素３０４ｃの吐出側と第２入口側中間枝管８４の逆止機構８４ａとの間に接続されている。また、本実施形態においては、開閉弁８６ａとして電磁弁が使用されている。

また、中間冷媒管８には、中間冷却器７をバイパスするように、中間冷却器バイパス管９が接続されている。この中間冷却器バイパス管９は、中間冷却器７を流れる冷媒の流量を制限する冷媒管である。そして、中間冷却器バイパス管９には、中間冷却器バイパス開閉弁１１が設けられている。中間冷却器バイパス開閉弁１１は、本実施形態において、電磁弁である。この中間冷却器バイパス開閉弁１１は、基本的には、切換機構３を冷却運転状態にしている際に閉め、切換機構３を加熱運転状態にしている際に開ける制御がなされる。すなわち、中間冷却器バイパス開閉弁１１は、冷房運転を行う際に閉め、暖房運転を行う際に開ける制御がなされる。

また、中間冷媒管８には、中間冷却器バイパス管９との接続部から中間冷却器７側の位置（すなわち、中間冷却器７の入口側の中間冷却器バイパス管９との接続部から中間冷却器７の出口側の接続部までの部分）に、冷却器開閉弁１２が設けられている。この冷却器開閉弁１２は、中間冷却器７を流れる冷媒の流量を制限する機構である。冷却器開閉弁１２は、本実施形態において、電磁弁である。この冷却器開閉弁１２は、後述の除霜運転のような一時的な運転を行う場合を除いて、基本的には、切換機構３を冷却運転状態にしている際に開け、切換機構３を加熱運転状態にしている際に閉める制御がなされる。すなわち、冷却器開閉弁１２は、冷房運転を行う際に開け、暖房運転を行う際に閉める制御がなされる。尚、冷却器開閉弁１２は、本実施形態において、中間冷却器７の入口側の位置に設けられているが、中間冷却器７の出口側の位置に設けられていてもよい。

さらに、空気調和装置１には、各種のセンサが設けられている。具体的には、中間冷媒管８又は圧縮機構３０２には、中間冷媒管８を流れる冷媒の圧力を検出する中間圧力センサ５４が設けられている。エコノマイザ熱交換器２０の後段側インジェクション管１９側の出口には、エコノマイザ熱交換器２０の後段側インジェクション管１９側の出口における冷媒の温度を検出するエコノマイザ出口温度センサ５５が設けられている。また、空気調和装置１は、ここでは図示しないが、圧縮機構３０２、切換機構３、膨張機構５ａ、５ｂ、後段側インジェクション弁１９ａ、中間冷却器バイパス開閉弁１１、冷却器開閉弁１２、開閉弁８５ａ、８６ａ等の空気調和装置１を構成する各部の動作を制御する制御部９９を有している。

（２）空気調和装置の動作
次に、本実施形態の空気調和装置１の動作について、図１〜図５を用いて説明する。ここで、図２は、冷房運転時の冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図であり、図３は、冷房運転時の冷凍サイクルが図示された温度−エントロピ線図であり、図４は、暖房運転時の冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図であり、図５は、暖房運転時の冷凍サイクルが図示された温度−エントロピ線図である。尚、以下の冷房運転や暖房運転における運転制御は、上述の制御部（図示せず）によって行われる。また、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２、３の点Ｄ、Ｅ、Ｈにおける圧力や図４、５の点Ｄ、Ｆ、Ｈ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２、３の点Ａ、Ｆ、Ｆ’における圧力や図４、５の点Ａ、Ｅ、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２〜５の点Ｂ１、Ｃ１、Ｇ、Ｊ、Ｋにおける圧力）を意味している。

＜冷房運転＞
冷房運転時は、切換機構３が図１の実線で示される冷却運転状態とされる。レシーバ入口膨張機構５ａ及びレシーバ出口膨張機構５ｂは、開度調節される。そして、切換機構３が冷却運転状態となるため、冷却器開閉弁１２が開けられ、また、中間冷却器バイパス管９の中間冷却器バイパス開閉弁１１が閉められることによって、中間冷却器７が冷却器として機能する状態とされる。また、開閉弁８５ａが開けられ、開閉弁８６ａが閉められた状態とされる。さらに、後段側インジェクション弁１９ａも、開度調節される。より具体的には、本実施形態において、後段側インジェクション弁１９ａは、エコノマイザ熱交換器２０の後段側インジェクション管１９側の出口における冷媒の過熱度が目標値になるように開度調節される、いわゆる過熱度制御がなされるようになっている。本実施形態において、エコノマイザ熱交換器２０の後段側インジェクション管１９側の出口における冷媒の過熱度は、中間圧力センサ５４により検出される中間圧を飽和温度に換算し、エコノマイザ出口温度センサ５５により検出される冷媒温度からこの冷媒の飽和温度値を差し引くことによって得られる。尚、本実施形態では採用していないが、エコノマイザ熱交換器２０の後段側インジェクション管１９側の入口に温度センサを設けて、この温度センサにより検出される冷媒温度をエコノマイザ出口温度センサ５５により検出される冷媒温度から差し引くことによって、エコノマイザ熱交換器２０の後段側インジェクション管１９側の出口における冷媒の過熱度を得るようにしてもよい。

この冷媒回路５１０の状態において、低圧の冷媒（図１〜図３の点Ａ参照）は、吸入母管３０２ａから圧縮機構３０２の圧縮機構３０３、３０４に吸入され、まず、圧縮要素３０３ｃ、３０４ｃによって中間圧力まで圧縮された後に、中間冷媒管８に吐出される（図１〜図３の点Ｂ１参照）。この前段側の圧縮要素３０３ｃ、３０４ｃから吐出された中間圧の冷媒は、中間冷却器７において、冷却源としての空気又は水と熱交換を行うことで冷却される（図１〜図３の点Ｃ１参照）。この中間冷却器７において冷却された冷媒は、後段側インジェクション管１９から後段側の圧縮機構３０３ｄ、３０４ｄに戻される冷媒（図１〜図３の点Ｋ参照）と合流することでさらに冷却される（図１〜図３の点Ｇ参照）。次に、後段側インジェクション管１９から戻る冷媒と合流した中間圧の冷媒は、圧縮要素３０３ｃ、３０４ｃの後段側に接続された圧縮要素３０３ｄ、３０４ｄに吸入されてさらに圧縮されて、吐出枝管３０３ａ、３０４ａ、油分離器３４１ａ、３４３ｂ、及び、逆止機構３４２、３４４を通じて、圧縮機構３０３、３０４から、吐出母管３０２ｂに吐出される（図１〜図３の点Ｄ参照）。ここで、圧縮機構３０２から吐出された高圧の冷媒は、第１圧縮機構３０３の圧縮要素３０３ｃ、３０３ｄ、及び、第２圧縮機構３０４の圧縮要素３０４ｃ、３０４ｄによる二段圧縮動作によって、臨界圧力（すなわち、図２に示される臨界点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。そして、この圧縮機構３０２から吐出された高圧の冷媒は、切換機構３を経由して、冷媒の冷却器として機能する熱源側熱交換器４に送られて、冷却源としての空気又は水と熱交換を行って冷却される（図１〜図３の点Ｅ参照）。そして、熱源側熱交換器４において冷却された高圧の冷媒は、ブリッジ回路１７の入口逆止弁１７ａを通じてレシーバ入口管１８ａに流入し、その一部が後段側インジェクション管１９に分岐される。そして、後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、後段側インジェクション弁１９ａにおいて中間圧付近まで減圧された後に、エコノマイザ熱交換器２０に送られる（図１〜図３の点Ｊ参照）。また、後段側インジェクション管１９に分岐された後のレシーバ入口管１８ａを流れる冷媒は、エコノマイザ熱交換器２０に流入し、後段側インジェクション管１９を流れる冷媒と熱交換を行って冷却される（図１〜図３の点Ｈ参照）。一方、後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、レシーバ入口管１８ａを流れる冷媒と熱交換を行って加熱されて（図１〜図３の点Ｋ参照）、上述のように、中間冷却器７において冷却された冷媒に合流することになる。そして、エコノマイザ熱交換器２０において冷却された高圧の冷媒は、レシーバ入口膨張機構５ａによって飽和圧力付近まで減圧されてレシーバ１８内に一時的に溜められる（図１〜図３の点Ｉ参照）。そして、レシーバ１８内に溜められた冷媒は、レシーバ出口管１８ｂに送られて、レシーバ出口膨張機構５ｂによって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、ブリッジ回路１７の出口逆止弁１７ｃを通じて冷媒の加熱器として機能する利用側熱交換器６に送られる（図１〜図３の点Ｆ参照）。そして、利用側熱交換器６に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、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３の点Ａ参照）。そして、この利用側熱交換器６において加熱された低圧の冷媒は、切換機構３を経由して、再び、圧縮機構３０２に吸入される。このようにして、冷房運転が行われる。

このように、空気調和装置１では、第１圧縮機構３０３だけでなく、さらに第２圧縮機構３０４を設けている。そして、空気調和装置１の制御部９９は、これら第１圧縮機構３０３および第２圧縮機構３０４の両方を同時に駆動状態とさせる制御を行うことができる。これにより、空気調和装置１の循環冷媒量が、第１圧縮機構３０３のみの場合と比べて、増大している。よって、冷凍能力を向上させることができている。また、第１圧縮機構３０３と第２圧縮機構３０４との駆動状況を制御部９９が調節することで、いずれも停止している流量０の状態から、いずれも最大出力で運転している流量ＭＡＸの状態まで、流量の調整自由度の幅が広がっている。

また、空気調和装置１では、圧縮要素３０３ｃ、３０４ｃから吐出された冷媒を圧縮要素３０３ｄ、３０４ｄに吸入させるための中間冷媒管８に中間冷却器７を設けるとともに、切換機構３を冷却運転状態にした冷房運転において、冷却器開閉弁１２を開け、また、中間冷却器バイパス管９の中間冷却器バイパス開閉弁１１を閉めることによって、中間冷却器７を冷却器として機能する状態にしているため、中間冷却器７を設けなかった場合に比べて、圧縮要素２ｃの後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒の温度が低下し（図３の点Ｂ１、Ｃ１参照）、圧縮要素２ｄから吐出される冷媒の温度も低下することになる。このため、この空気調和装置１では、高圧の冷媒の冷却器として機能する熱源側熱交換器４において、中間冷却器７を設けなかった場合に比べて、冷却源としての水や空気と冷媒との温度差を小さくすることが可能になり、放熱ロスを小さくできることから、運転効率を向上させることができる。

ここでは、流量を増大させたり流量調節の自由度を増大させるために、第１圧縮機構３０３だけでなく、さらに第２圧縮機構３０４をも備えさせているため、これ以上の装置の大型化は避けたいところである。これに対して、本実施形態の空気調和装置１では、能力向上のための中間冷却器７を、各圧縮機構３０３、３０４に共通化させて、１台のみ設けている。これにより、省スペース化を図ることができている。

しかも、本実施形態の構成では、後段側インジェクション管１９を設けて熱源側熱交換器４から膨張機構５ａ、５ｂに送られる冷媒を分岐して後段側の圧縮要素５ｄに戻すようにしているため、中間冷却器７のような外部への放熱を行うことなく、後段側の圧縮要素３０３ｄ、３０４ｄに吸入される冷媒の温度をさらに低く抑えることができる（図３の点Ｃ１、Ｇ参照）。これにより、圧縮機構３０２から吐出される冷媒の温度がさらに低く抑えられ、後段側インジェクション管１９を設けていない場合に比べて、放熱ロスをさらに小さくできることから、運転効率をさらに向上させることができる。

さらに、本実施形態の構成では、熱源側熱交換器４から膨張機構５ａ、５ｂに送られる冷媒と後段側インジェクション管１９を流れる冷媒との熱交換を行うエコノマイザ熱交換器２０をさらに設けているため、後段側インジェクション管１９を流れる冷媒によって熱源側熱交換器４から膨張機構５ａ、５ｂに送られる冷媒を冷却することができ（図２、図３の点Ｅ、点Ｈ参照）、中間冷却器７、後段側インジェクション管１９及びエコノマイザ熱交換器２０を設けない場合に比べて、利用側熱交換器６における冷媒の単位流量当たりの冷却能力を高くすることができる。

これにより、圧縮機構３０３および第２圧縮機構３０４の両方を駆動させることで流量を増大させるだけでなく、吐出冷媒を冷却させることで冷媒密度を上昇させているため、単位体積当たりの冷媒重量が増大していることからも、相乗的な冷凍能力の増大効果が得られている。

＜暖房運転＞
暖房運転時は、切換機構３が図１の破線で示される加熱運転状態とされる。レシーバ入口膨張機構５ａ及びレシーバ出口膨張機構５ｂは、開度調節される。そして、切換機構３が加熱運転状態となるため、冷却器開閉弁１２が閉められ、また、中間冷却器バイパス管９の中間冷却器バイパス開閉弁１１が開けられることによって、中間冷却器７が冷却器として機能しない状態とされる。また、開閉弁８５ａが開けられ、開閉弁８６ａが閉められた状態とされる。さらに、後段側インジェクション弁１９ａも、冷房運転時と同様の過熱度制御によって開度調節される。

この冷媒回路５１０の状態において、低圧の冷媒（図１、図４、図５の点Ａ参照）は、吸入母管３０２ａから圧縮機構３０２の圧縮機構３０３、３０４に吸入され、まず、圧縮要素３０３ｃ、３０４ｃによって中間圧力まで圧縮された後に、中間冷媒管８に吐出される（図１、図４、図５の点Ｂ１参照）。この前段側の圧縮要素２ｃから吐出された中間圧の冷媒は、冷房運転時とは異なり、中間冷却器７を通過せずに（すなわち、冷却されることなく）、中間冷却器バイパス管９を通過して（図１、図４、図５の点Ｃ１参照）、後段側インジェクション管１９から後段側の圧縮機構３０３ｄ、３０４ｄに戻される冷媒（図１、図４、図５の点Ｋ参照）と合流することで冷却される（図１、図４、図５の点Ｇ参照）。次に、後段側インジェクション管１９から戻る冷媒と合流した中間圧の冷媒は、圧縮要素３０３ｃ、３０４ｃの後段側に接続された圧縮要素３０３ｄ、３０４ｄに吸入されてさらに圧縮されて、吐出枝管３０３ａ、３０４ａ、油分離器３４１ａ、３４３ｂ、及び、逆止機構３４２、３４４を通じて、圧縮機構３０３、３０４から、吐出母管３０２ｂに吐出される（図１、図４、図５の点Ｄ参照）。ここで、圧縮機構３０２から吐出された高圧の冷媒は、冷房運転時と同様、第１圧縮機構３０３の圧縮要素３０３ｃ、３０３ｄ、及び、第２圧縮機構３０４の圧縮要素３０４ｃ、３０４ｄによる二段圧縮動作によって、臨界圧力（すなわち、図４に示される臨界点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。そして、この圧縮機構２から吐出された高圧の冷媒は、切換機構３を経由して、冷媒の冷却器として機能する利用側熱交換器６に送られて、冷却源としての水又は空気と熱交換を行って冷却される（図１、図４、図５の点Ｆ参照）。そして、利用側熱交換器６において冷却された高圧の冷媒は、ブリッジ回路１７の入口逆止弁１７ｂを通じてレシーバ入口管１８ａに流入し、その一部が後段側インジェクション管１９に分岐される。そして、後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、後段側インジェクション弁１９ａにおいて中間圧付近まで減圧された後に、エコノマイザ熱交換器２０に送られる（図１、図４、図５の点Ｊ参照）。また、後段側インジェクション管１９に分岐された後のレシーバ入口管１８ａを流れる冷媒は、エコノマイザ熱交換器２０に流入し、後段側インジェクション管１９を流れる冷媒と熱交換を行って冷却される（図１、図４、図５の点Ｈ参照）。一方、後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、レシーバ入口管１８ａを流れる冷媒と熱交換を行って加熱されて（図１、図４、図５の点Ｋ参照）、上述のように、前段側の圧縮要素２ｃから吐出された中間圧の冷媒に合流することになる。そして、エコノマイザ熱交換器２０において冷却された高圧の冷媒は、レシーバ入口膨張機構５ａによって飽和圧力付近まで減圧されてレシーバ１８内に一時的に溜められる（図１、図４、図５の点Ｉ参照）。そして、レシーバ１８内に溜められた冷媒は、レシーバ出口管１８ｂに送られて、レシーバ出口膨張機構５ｂによって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、ブリッジ回路１７の出口逆止弁１７ｄを通じて冷媒の加熱器として機能する熱源側熱交換器４に送られる（図１、図４、図５の点Ｅ参照）。そして、熱源側熱交換器４に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、加熱源としての空気又は水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４、図５の点Ａ参照）。そして、この熱源側熱交換器４において加熱された低圧の冷媒は、切換機構３を経由して、再び、圧縮機構３０２に吸入される。このようにして、暖房運転が行われる。

このように、空気調和装置１では、圧縮要素３０３ｃ、３０４ｃから吐出された冷媒を圧縮要素３０３ｄ、３０４ｄに吸入させるための中間冷媒管８に中間冷却器７を設けるとともに、切換機構３を加熱運転状態にした暖房運転において、冷却器開閉弁１２を閉め、また、中間冷却器バイパス管９の中間冷却器バイパス開閉弁１１を開けることによって、中間冷却器７を冷却器として機能しない状態にしているため、中間冷却器７だけを設けた場合や上述の冷房運転と同様に中間冷却器７を冷却器として機能させた場合に比べて、圧縮機構２から吐出される冷媒の温度の低下が抑えられる。このため、この空気調和装置１では、中間冷却器７だけを設けた場合や上述の冷房運転と同様に中間冷却器７を冷却器として機能させた場合に比べて、外部への放熱を抑え、冷媒の冷却器として機能する利用側熱交換器６に供給される冷媒の温度の低下を抑えることが可能になり、加熱能力の低下を抑えて、運転効率の低下を防ぐことができる。

しかも、本実施形態の構成では、後段側インジェクション管１９を設けて利用側熱交換器６から膨張機構５ａ、５ｂに送られる冷媒を分岐して後段側の圧縮要素３０３ｄ、３０４ｄに戻すようにしているため、圧縮機構３０２から吐出される冷媒の温度が低くなり、これによって、利用側熱交換器６における冷媒の単位流量当たりの加熱能力は小さくなるが、後段側の圧縮要素３０３ｄ、３０４ｄから吐出される冷媒の流量は増加するため、利用側熱交換器６における加熱能力が確保されて、運転効率を向上させることができる。

また、本実施形態の構成では、利用側熱交換器６から膨張機構５ａ、５ｂに送られる冷媒と後段側インジェクション管１９を流れる冷媒との熱交換を行うエコノマイザ熱交換器２０をさらに設けているため、利用側熱交換器６から膨張機構５ａ、５ｂに送られる冷媒によって後段側インジェクション管１９を流れる冷媒を加熱することができ（図４、図５の点Ｊ、点Ｋ参照）、後段側インジェクション管１９及びエコノマイザ熱交換器２０を設けない場合に比べて、後段側の圧縮要素２ｄから吐出される冷媒の流量を増加させることができる。

また、冷房運転及び暖房運転に共通する利点として、本実施形態の構成では、エコノマイザ熱交換器２０として、熱源側熱交換器４又は利用側熱交換器６から膨張機構５ａ、５ｂに送られる冷媒と後段側インジェクション管１９を流れる冷媒とが対向するように流れる流路を有する熱交換器を採用しているため、エコノマイザ熱交換器２０における熱源側熱交換器４又は利用側熱交換器６から膨張機構５ａ、５ｂに送られる冷媒と後段側インジェクション管１９を流れる冷媒との温度差を小さくすることができ、高い熱交換効率を得ることができる。また、本実施形態の構成では、熱源側熱交換器４又は利用側熱交換器６から膨張機構５ａ、５ｂに送られる冷媒がエコノマイザ熱交換器２０において熱交換される前に熱源側熱交換器４又は利用側熱交換器６から膨張機構５ａ、５ｂに送られる冷媒を分岐するように後段側インジェクション管１９を設けているため、エコノマイザ熱交換器２０において後段側インジェクション管１９を流れる冷媒と熱交換を行う熱源側熱交換器４又は利用側熱交換器６から膨張機構５ａ、５ｂに送られる冷媒の流量を少なくすることができ、エコノマイザ熱交換器２０における交換熱量を小さくすることができ、エコノマイザ熱交換器２０のサイズを小さくすることができる。

＜圧縮機構の起動＞
次に、上述のような冷房運転や暖房運転を行う際の圧縮機構３０２の起動時の動作について説明する。ここで、本実施形態の空気調和装置１は、第１圧縮機構３０３が第２圧縮機構３０４よりも優先的に運転される構成となっている。

具体的には、圧縮機構３０２の起動時には、まず、第１圧縮機構３０３から起動され、第２圧縮機構３０４は停止した状態となっている。そして、さらに能力を付加させるために、続いて第２圧縮機構３０４が起動され、第１圧縮機構３０３と第２圧縮機構３０４との両方が同時に運転している状態とされるようになっている。

まず、第１圧縮機構３０３を起動する際には、開閉弁８５ａ及び開閉弁８６ａが閉められた状態（すなわち、第２出口側中間枝管８５及び起動バイパス管８６を冷媒が流れない状態）にされる。そして、第１圧縮機構３０３を起動すると、吸入母管３０２ａ及び第１吸入枝管３０４ａを通じて、低圧の冷媒は、第１圧縮機構３０３の圧縮要素３０３ｃに吸入され、圧縮要素３０３ｃによって中間圧力まで圧縮された後に、第１入口側中間枝管８１に吐出される。この第１入口側中間枝管８１に吐出された中間圧の冷媒は、逆止機構８１ａを通じて中間母管８２に送られる。そして、冷房運転時には中間冷却器７を通じた後、又は、暖房運転時には中間冷却器バイパス管９を通じた後に、さらに、後段側インジェクション管１９から戻る冷媒と合流する。このように合流した冷媒は、第１出口側中間枝管８３に送られる。この第１出口側中間枝管８３に送られた中間圧の冷媒は、圧縮要素３０３ｃの後段側に接続された圧縮要素３０３ｄに吸入されてさらに圧縮される。この圧縮要素３０３ｄによってさらに圧縮された冷媒は、吐出枝管３０３ａ、油分離器３４１ａ、及び、逆止機構３４２を通じて、圧縮機構３０３から、吐出母管３０２ｂに吐出される。

（第２逆止機構８４ａの機能）
このような第１圧縮機構３０３だけが運転中の状態（すなわち、第２圧縮機構３０４が停止中の状態）において、仮に、第２逆止機構８４ａが設けられていない場合には、運転中の第１圧縮機構３０３の前段側の圧縮要素３０３ｃから吐出された冷媒が中間冷媒管８を通じて、停止中の第２圧縮機構３０４の前段側の圧縮要素３０４ｃの吐出側に達してしまう。そうすると、運転中の第１圧縮機構３０３の前段側の圧縮要素３０３ｃから吐出された冷媒が、停止中の第２圧縮機構３０４の前段側の圧縮要素３０４ｃ内を通じて圧縮機構３０２の吸入側に抜けるおそれがある。これにより、圧縮機構３０２の吸入側に抜ける冷媒が冷凍機油を伴うことにより、停止中の第２圧縮機構３０４の冷凍機油が流出する現象が生じて、停止中の第２圧縮機構３０４を起動する際の冷凍機油の不足が生じるおそれがある。

しかし、本実施形態の空気調和装置１では、第２逆止機構８４ａが設けられているため、運転中の第１圧縮機構３０３の前段側の圧縮要素３０３ｃから吐出された冷媒が中間冷媒管８を通じて、停止中の第２圧縮機構３０４の前段側の圧縮要素３０４ｃの吐出側に達することがない。このため、運転中の第１圧縮機構３０３の前段側の圧縮要素３０３ｃから吐出された冷媒が、停止中の第２圧縮機構３０４の前段側の圧縮要素３０４ｃ内を通じて圧縮機構３０２の吸入側に抜けて停止中の第２圧縮機構３０４の冷凍機油が流出するということが生じることはない。これにより、停止中の第２圧縮機構３０４を起動する際の冷凍機油の不足が生じる事態を未然に防ぐことができている。

尚、本実施形態のように、第１圧縮機構３０３を優先的に運転する圧縮機構とする場合には、逆止機構８１ａを設けることなく、第２圧縮機構３０４に対応する逆止機構８４ａだけを設けるようにしてもよい。

（開閉弁８５ａの機能）
また、このような第１圧縮機構３０３だけが運転中の状態（すなわち、第２圧縮機構３０４が停止中の状態）において、仮に、停止中の第２圧縮機構３０４に対応する第２出口側中間枝管８５に開閉弁８５ａが設けられていない場合には、中間冷媒管８が圧縮機構３０３、３０４に共通に設けられていることから、運転中の第１圧縮機構３０３に対応する前段側の圧縮要素３０３ｃから吐出された冷媒が中間冷媒管８の第２出口側中間枝管８５を通じて、停止中の第２圧縮機構３０４の後段側の圧縮要素３０４ｄの吸入側に達することになる。これにより、運転中の第１圧縮機構３０３の前段側の圧縮要素３０３ｃから吐出された冷媒が、停止中の第２圧縮機構３０４の後段側の圧縮要素３０４ｄ内を通じて圧縮機構３０２の吐出側に抜けるおそれがある。この場合には、圧縮機構３０２の吐出側に抜ける冷媒が、停止中の第２圧縮機構３０４の冷凍機油を伴うことで冷凍機油が流出して、停止中の第２圧縮機構３０４を起動する際の冷凍機油の不足が生じるおそれがある。

しかし、本実施形態では、運転中の第１圧縮機構３０３に対応する前段側の圧縮要素３０３ｃから吐出された冷媒が中間冷媒管８の第２出口側中間枝管８５を通じて、停止中の第２圧縮機構３０４の後段側の圧縮要素３０４ｄの吸入側に達することがない。これにより、運転中の第１圧縮機構３０３の前段側の圧縮要素３０３ｃから吐出された冷媒が、停止中の第２圧縮機構３０４の後段側の圧縮要素３０４ｄ内を通じて圧縮機構３０２の吐出側に抜けて停止中の第２圧縮機構３０４の冷凍機油が流出して、停止中の第２圧縮機構３０４を起動する際の冷凍機油の不足の事態が生じることを、未然に防いでいる。

（後発圧縮機の起動付加低減機能）
次に、第１圧縮機構３０３が起動された状態から第２圧縮機構３０４を起動する際には、第２出口側中間枝管８５の開閉弁８５ａを閉めたままで、起動バイパス管８６の開閉弁８６ａを開けることによって、起動バイパス管８６内に冷媒を流すことができる状態にする。すると、第２圧縮機構３０４の前段側の圧縮要素３０４ｃから吐出される冷媒が第１圧縮機構３０３の前段側の圧縮要素３０４ｃから吐出される冷媒に合流することなく、起動バイパス管８６を通じて後段側の圧縮要素３０４ｄに吸入されることになる。もしくは、少なくとも、第２圧縮機構３０４の前段側の圧縮要素３０４ｃから吐出される冷媒のほとんどが第１圧縮機構３０３の前段側の圧縮要素３０４ｃから吐出される冷媒に合流することなく、起動バイパス管８６を通じて後段側の圧縮要素３０４ｄに吸入される冷媒流れが主な流れになる。

ここで、仮に、起動バイパス管８６の開閉弁８６ａを閉止した状態で、第２出口側中間枝管８５の開閉弁８５ａを開けた状態にしたとする。そうすると、中間冷媒管８が圧縮機構３０３、３０４に共通に設けられていることに起因して、第２圧縮機構３０４の前段側の圧縮要素３０３ｃの吐出側の圧力及び後段側の圧縮要素３０３ｄの吸入側の圧力が、前段側の圧縮要素３０３ｃの吸入側の圧力及び後段側の圧縮要素３０３ｄの吐出側の圧力よりも高くなった状態で、第２圧縮機構３０４が起動することになり、起動時の負荷が大きい等、安定的に第２圧縮機構３０４を起動することが難しくなる。

しかし、本実施形態では、第２出口側中間枝管８５の開閉弁８５ａを閉めたままで、起動バイパス管８６の開閉弁８６ａを開けて、第２圧縮機構３０４を起動するようにしているため、第２圧縮機構３０４の前段側の圧縮要素３０３ｃの吐出側の圧力及び後段側の圧縮要素３０３ｄの吸入側の圧力が、前段側の圧縮要素３０３ｃの吸入側の圧力及び後段側の圧縮要素３０３ｄの吐出側の圧力よりも高くなった状態が速やかに解消される。そして、圧縮機構３０２の運転状態が安定した状態（例えば、第２圧縮機構３０４の起動時から所定時間経過したことを制御部９９が判断した後や、圧縮機構３０２の吸入圧力、吐出圧力及び中間圧力が所定圧力で安定したことを制御部９９が把握した状態等）となる。そして、圧縮機構３０２の運転状態が安定した状態を検知した場合には、開閉弁８６ａを閉めることによって起動バイパス管８６内の冷媒の流れを遮断し、かつ、開閉弁８５ａを開けることによって第２出口側中間枝管８５内の冷媒の流れを第２圧縮機構３０４の後段側の圧縮要素３０４ｄに吸入させる。このようにして、第１圧縮機構３０３のみが稼働している状態から、第１圧縮機構３０３および第２圧縮機構３０４の両方が稼働している通常の冷房運転や暖房運転に移行する。

このように、本実施形態では、上述のように、第１圧縮機構３０３の運転中において、第２圧縮機構３０４の起動が行いにくい場合が生じるが、上述のような開閉弁８５ａ、８６ａの操作により、第２圧縮機構３０４の起動を確実に行うことができるようになっている。

なお、ここで、圧縮機構３０２の運転状態が安定した状態を検知した場合には、制御部９９は、以下の２通りの制御のうち、いずれか一方の制御を行う。

１つめの制御としては、制御部９９が圧縮機構３０２の運転状態が安定した状態を検知した場合に、制御部９９が、起動バイパス管８６の開閉弁８６ａを閉める動作と、第２出口側中間枝管８５の開閉弁８５ａを開く動作と、が同時に行われるように開閉制御を行う。

２つめの制御としては、制御部９９が圧縮機構３０２の運転状態が安定した状態を検知した場合に、制御部９９が、第２出口側中間枝管８５の開閉弁８５ａを開く動作を開始した後（もしくは開く動作を終えた後）に、起動バイパス管８６の開閉弁８６ａを閉める動作が行われるように開閉制御を行う。

ここでは、制御部９９は、第２出口側中間枝管８５の開閉弁８５ａを開く動作を行う前に、起動バイパス管８６の開閉弁８６ａを閉める動作が行われることがないように制御される。これは、第１圧縮機構３０３の低段側の圧縮要素３０３ｃが駆動しており停止中の第２圧縮要素３０４の後段側の圧縮要素３０４ｄを駆動させようとする場合、後段側の圧縮要素３０４ｄの起動時に、第２出口側中間枝管８５の開閉弁８５ａおよび起動バイパス管８６の開閉弁８６ａの両方が閉じた状態となっていると、第２圧縮機構３０４の後段側の圧縮要素３０４ｄが吸入する側の空間が閉じられた空間となっていることから、第２圧縮機構３０４の後段側の圧縮要素３０４ｄを起動させることが困難になるためである。

（３）変形例１
上述の実施形態における冷媒回路５１０（図１参照）では、１つの利用側熱交換器６が接続された構成となっている場合を例に挙げて説明した。

しかし、本発明はこれに限られる物ではなく、例えば、図６に示されるように、複数の利用側熱交換器６を接続するとともに、これらの利用側熱交換器６を個別に発停させることができるように構成した冷媒回路７１０にしてよい。

具体的には、二段圧縮式の圧縮機構２が採用された上述の実施形態にかかる冷媒回路５１０（図１参照）において、２つの利用側熱交換器６が接続されるとともに、各利用側熱交換器６のブリッジ回路１７側端に対応して利用側膨張機構５ｃが設けられ、レシーバ出口管１８ｂに設けられていたレシーバ出口膨張機構５ｂが削除され、さらに、ブリッジ回路１７の出口逆止弁１７ｄに代えて、ブリッジ出口膨張機構５ｄが設けられた冷媒回路７１０にしてもよい。

そして、本変形例の構成においては、冷房運転時において、ブリッジ出口膨張機構５ｄが全閉状態にされる点と、上述の実施形態におけるレシーバ出口膨張機構５ｂの代わりに、利用側膨張機構５ｃがレシーバ入口膨張機構５ａによって減圧された冷媒を利用側熱交換器６に送る前に低圧になるまでさらに減圧する動作を行う点とが、上述の実施形態における冷房運転時の動作と異なるが、その他の動作については、上述の実施形態における冷房運転時の動作（図１〜３及びその関連記載）と基本的に同じである。また、暖房運転時においては、各利用側熱交換器６を流れる冷媒の流量を制御するために利用側膨張機構５ｃの開度調節がなされる点と、変形例７におけるレシーバ出口膨張機構５ｂの代わりに、ブリッジ出口膨張機構５ｄがレシーバ入口膨張機構５ａによって減圧された冷媒を熱源側熱交換器４に送る前に低圧になるまでさらに減圧する動作を行う点とが、上述の実施形態における暖房運転時の動作と異なるが、その他の動作については、上述の実施形態における暖房運転時の動作（図１、図４、図５及びその関連記載）と基本的に同じである。

そして、本変形例の構成においても、上述の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、ここでは、詳しい説明を省略するが、二段圧縮式の圧縮機構３０３、３０４に代えて、三段圧縮式や四段圧縮式等のような二段圧縮式よりも多段の圧縮機構を採用してもよい。

（４）変形例２
上述の実施形態における冷媒回路５１０（図１参照）では、第２圧縮機構３０４の前段側の圧縮要素３０４ｃの吐出側から合流点Ｘまでの間に、合流点Ｘに向かう流れのみを許容する逆止機構８４ａが設けられた場合を例に挙げて説明した。

しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、図７に示されるように、逆止機構に限られるものではなく、上記実施形態で記載した逆止機構８４の代わりに、開閉を切り換えることにより冷媒の流通を遮断させることが可能な第２低圧吐出遮断機構６８４ａが設けられた冷媒回路６１０であってもよい。

具体的には、冷媒回路６１０では、図７に示すように、第２圧縮機構３０４の前段側の圧縮要素３０４ｃの吐出側から合流点Ｘまで延びている第２入口側中間枝管８４の途中に第２低圧吐出遮断機構６８４ａが設けられている。

この場合、低段側の圧縮要素３０３ｃからの吐出圧力の影響を低段側の圧縮要素３０４ｃの吐出側が受ける場合にだけ閉じるように、制御部９９が制御するような構成であってもよい。

（５）変形例３
上述の実施形態における冷媒回路５１０（図１参照）では、第２圧縮機構３０４の前段側の圧縮要素３０４ｃの吐出側から合流点Ｘまでの間に、合流点Ｘに向かう流れのみを許容する逆止機構８４ａが設けられた場合を例に挙げて説明した。

しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、図８に示されるように、逆止機構に限られるものではなく、圧縮要素３０４ｃの吐出側が起動時バイパス管８６と接続された状態と、圧縮要素３０４ｃの吐出側が合流点Ｘ側と接続された状態とを切り換える三方弁のようなバイパス切換機構８８４ａが設けられた冷媒回路８１０であってもよい。この場合、低段側の圧縮要素３０３ｃからの吐出圧力の影響を低段側の圧縮要素３０４ｃの吐出側が受ける場合にだけバイパス切換機構８８４ａが起動時バイパス管８６側に接続されるように、制御部９９が制御するような構成であってもよい。

（６）変形例４
上述の実施形態における冷媒回路５１０（図１参照）では、中間冷却器７を機能させないようにする切り換えを可能にするため中間冷却器バイパス管９が設けられた場合を例に挙げて説明した。

しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、図９に示されるように、中間冷却バイパス管９が設けられていない冷媒回路９１０であってもよい。この場合であっても、Ｔ−Ｓ線図やＴ−Ｈ線図の挙動は変化するが、第１圧縮機構３０３と第２圧縮機構３０４とが、中間冷却器７を共通に利用することができることに変わりはない。

（７）変形例５
上述の実施形態における冷媒回路５１０（図１参照）では、第１圧縮機構３０３を起動する際、開閉弁８５ａ及び開閉弁８６ａが閉められた状態（すなわち、第２出口側中間枝管８５及び起動バイパス管８６を冷媒が流れない状態）にされる場合を例に挙げて説明した。

しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、このように制御されるのは、第２圧縮機構３０４を駆動させる直前だけであってもよい。すなわち、第１圧縮機構３０３のみを開閉弁８５ａ及び開閉弁８６ａを開けたまま起動させた後、第２圧縮機構３０４を起動させようとする直前（第２圧縮機構３０４を起動させる所定時間前等）に開閉弁８５ａ及び開閉弁８６ａを閉めた状態にするようにしてもよい。

（８）他の実施形態
以上、本発明の実施形態及びその変形例について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態及びその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

例えば、上述の実施形態及びその変形例において、利用側熱交換器６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ブラインを使用するとともに、利用側熱交換器６において熱交換された水やブラインと室内空気とを熱交換させる二次熱交換器を設けた、いわゆる、チラー型の空気調和装置に本発明を適用してもよい。

また、冷房専用の空気調和装置等のような上述のチラータイプの空気調和装置とは異なる型式の冷凍装置であっても、本発明を適用可能である。

また、超臨界域で作動する冷媒としては、二酸化炭素に限定されず、エチレン、エタンや酸化窒素等を使用してもよい。

本発明の冷凍装置は、低段側圧縮機と直列に接続された後段側圧縮機との圧縮機の組が、冷媒の流れに対して並列に配置された冷凍装置において、既に起動している圧縮機が存在している状態で停止中の圧縮機を起動させる場合であっても、冷凍システムにおける圧縮動作の不安定化を抑えることが可能になるため、多段圧縮式の圧縮要素を複数備えて作動冷媒として超臨界状態の過程を含んで作動する冷媒を使用した冷凍装置に適用した場合に特に有用である。

本発明にかかる冷凍装置の一実施形態としての空気調和装置の概略構成図である。 冷房運転時の冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図である。 冷房運転時の冷凍サイクルが図示された温度−エントロピ線図である。 暖房運転時の冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図である。 暖房運転時の冷凍サイクルが図示された温度−エントロピ線図である。 変形例１にかかる空気調和装置の概略構成図である。 変形例２にかかる空気調和装置の概略構成図である。 変形例３にかかる空気調和装置の概略構成図である。 変形例４にかかる空気調和装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 空気調和装置（冷凍装置）
２ 圧縮機構
３ 切換機構
４ 熱源側熱交換器
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ 膨張機構
６ 利用側熱交換器
７ 中間冷却器
８ 中間冷媒管
９ 中間冷却器バイパス管
１９ 後段側インジェクション管（インジェクション管）
２０ エコノマイザ熱交換器
３６ｃ、３７ｃ 回転軸
８１ 第１入口側中間枝管（合流回路、中間冷却管）
８２ 中間母管（合流回路、中間冷却管）
８３ 第１出口側中間枝管（分岐回路）
８４ 第２入口側中間枝管（合流回路、中間冷却管）
８４ａ 逆止機構（第１遮断弁、第２低圧吐出遮断機構）
８５ 第２出口側中間枝管（分岐回路）
８５ａ 開閉弁（第１高圧吸入遮断弁）
８６ 起動バイパス管（バイパス回路）
８６ａ 開閉弁（バイパス遮断弁）
９９ 制御部（切換部、起動制御部、開閉起動制御部、制御部）
３０２ 圧縮機構
３０３ 第１圧縮機構（第１圧縮部）
３０３ｃ 圧縮要素（第１低圧圧縮要素）
３０３ｄ 圧縮要素（第１高圧圧縮要素）
３０４ 第２圧縮機構（第２圧縮部）
３０４ｃ 圧縮要素（第２低圧圧縮要素）
３０４ｄ 圧縮要素（第２高圧圧縮要素）
６８４ａ 第２低圧吐出遮断機構
８８４ａ バイパス切換機構
Ｘ 合流点
Ｙ 分岐点
Ｚ１ 第２低圧吐出バイパス点
Ｚ２ 第２高圧吸入バイパス点

Claims (16)

1. 超臨界状態の過程を含んで作動する冷媒を用いた冷凍装置（１）であって、
   冷媒の圧力を高める第１低圧圧縮要素（３０３ｃ）と前記第１低圧圧縮要素よりもさらに冷媒の圧力を高める第１高圧圧縮要素（３０３ｄ）とを有する第１圧縮部（３６、３０３）と、冷媒の圧力を高める第２低圧圧縮要素（３０４ｃ）と前記第２低圧圧縮要素よりもさらに冷媒の圧力を高める第２高圧圧縮要素（３０４ｄ）とを有する第２圧縮部（３７）とを含む圧縮機構（３０２）と、
   冷媒の冷却器又は加熱器として機能する熱源側熱交換器（４）と、
   冷媒を減圧する膨張機構（５ａ、５ｂ、５ｄ）と、
   冷媒の加熱器又は冷却器として機能する利用側熱交換器（６）と、
   前記第１低圧圧縮要素（３０３ｃ）から吐出された冷媒と前記第２低圧圧縮要素（３０４ｃ）から吐出された冷媒とを合流点（Ｘ）で合流させる合流回路（８１、８２、８４）と、
   前記合流点（Ｘ）を通過した冷媒を分岐点（Ｙ）で分岐させて前記第１高圧圧縮要素（３０３ｄ）と前記第２高圧圧縮要素（３０４ｄ）とにそれぞれ導く分岐回路（８２、８３、８５）と、
   前記第２低圧圧縮要素（３０４ｃ）の吐出側から前記合流点（Ｘ）までの間の第２低圧吐出バイパス点（Ｚ１）と、前記分岐点（Ｙ）から前記第２高圧圧縮要素（３０４ｄ）までの間の第２高圧吸入バイパス点（Ｚ２）と、をバイパスするバイパス回路（８６）と、
   前記バイパス回路の冷媒流れを遮断可能なバイパス遮断弁（８６ａ）と、
   前記分岐点（Ｙ）から前記第２高圧吸入バイパス点（Ｚ２）までの間における冷媒流れを遮断可能な第１高圧吸入遮断弁（８５ａ）と、
   を備え、
   前記第２低圧圧縮要素（３０４ｃ）の吸入側と前記第１圧縮部の第１低圧圧縮要素（３０３ｃ）の吸入側とが繋がっており、
   前記第２高圧圧縮要素（３０４ｄ）の吐出側と前記第１圧縮部の第１高圧圧縮要素（３０３ｄ）の吐出側とが合流している、
   冷凍装置（１）。
2. 前記第２圧縮部を起動させることなく前記第１圧縮部を起動させる状態から前記第１圧縮部および前記第２圧縮部を起動させる状態へと移行する時に、前記バイパス遮断弁（８６ａ）を開けて前記第１高圧吸入遮断弁（８５ａ）を閉じた後発起動状態とする切換部（９９）をさらに備えた、
   請求項１に記載の冷凍装置（１）。
3. 前記第２高圧圧縮要素及び／又は前記第２低圧圧縮要素の吸入圧力および吐出圧力のバランスに関する所定条件を満たすまで前記後発起動状態を持続させた後、前記第１高圧吸入遮断弁（８５ａ）を開けて前記バイパス遮断弁（８６ａ）を閉める起動制御部（９９）をさらに備えた、
   請求項２に記載の冷凍装置（１）。
4. 前記第２低圧吐出バイパス点（Ｚ１）と前記合流点（Ｘ）との間の冷媒流れを遮断する第２低圧吐出遮断機構（６８４ａ）をさらに備え、
   前記切換部（９９）は、遅くとも前記第２圧縮部を起動させることなく前記第１圧縮部を起動させる状態から前記第１圧縮部および前記第２圧縮部を起動させる状態へと移行する時に、前記第２低圧吐出遮断機構（６８４ａ）を閉じた状態とする、
   請求項２または３に記載の冷凍装置（１）。
5. 前記第２低圧圧縮要素から吐出される冷媒を、前記第２低圧吐出バイパス点（Ｚ１）からバイパス回路（８６）側に導く状態と、前記第２低圧吐出バイパス点（Ｚ１）から前記合流点（Ｘ）側に導く状態と、を切り換え可能なバイパス切換機構（８８４ａ）をさらに備え、
   前記切換部（９９）は、遅くとも前記第２圧縮部を起動させることなく前記第１圧縮部を起動させる状態から前記第１圧縮部および前記第２圧縮部を起動させる状態へと移行する時に、前記バイパス切換機構（８８４ａ）を切り換えて前記第２低圧吐出バイパス点（Ｚ１）からバイパス回路（８６）側に導く状態となるようにする、
   請求項２または３に記載の冷凍装置（１）。
6. 前記第２低圧圧縮要素（３０３ｃ）から吐出された冷媒が前記合流点（Ｘ）に向かう方向の流れのみを許容する逆止弁（８４ａ）をさらに備えた、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の冷凍装置（１）。
7. 前記第１高圧圧縮要素、前記第１低圧圧縮要素、前記第２高圧圧縮要素および前記第２低圧圧縮要素は、それぞれ回転駆動することで圧縮仕事を行うための回転軸（３６ｃ、３７ｃ）を有しており、
   前記第１高圧圧縮要素の回転軸と前記第１低圧圧縮要素の回転軸とが共通であるか、前記第２高圧圧縮要素の回転軸と前記第２低圧圧縮要素の回転軸とが共通であるか、の少なくともいずれか一方である、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の冷凍装置（１）。
8. 前記熱源側熱交換器又は前記利用側熱交換器から前記膨張機構（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）に送られる冷媒を分岐させて、前記分岐点（Ｙ）と前記合流点（Ｘ）との間、もしくは、前記分岐点（Ｙ）と前記第１高圧圧縮要素（３０３ｄ）との間および前記分岐点（Ｙ）と前記第２高圧圧縮要素（３０４ｄ）との間に導くためのインジェクション管（１９）をさらに備えた、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の冷凍装置（１）。
9. 前記熱源側熱交換器又は前記利用側熱交換器から前記膨張機構に送られる冷媒と前記インジェクション管を流れる冷媒との熱交換を行うエコノマイザ熱交換器（２０）をさらに備えた、
   請求項８に記載の冷凍装置（１）。
10. 前記エコノマイザ熱交換器（２０）は、前記熱源側熱交換器又は前記利用側熱交換器から前記膨張機構に送られる冷媒と前記インジェクション管を流れる冷媒とが対向するように流れる流路を有する熱交換器である、
    請求項９に記載の冷凍装置（１）。
11. 前記インジェクション管（１９）は、前記熱源側熱交換器又は前記利用側熱交換器から前記膨張機構に送られる冷媒が前記エコノマイザ熱交換器（２０）において熱交換される前に前記熱源側熱交換器又は前記利用側熱交換器から前記膨張機構（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）に送られる冷媒を分岐するように設けられている、
    請求項９または１０に記載の冷凍装置（１）。
12. 通過する冷媒の冷却を行い、前記分岐点と前記合流点との間に配置された中間冷却器（７）をさらに備え、
    前記インジェクション管（１９）は、前記熱源側熱交換器又は前記利用側熱交換器から前記膨張機構（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）に送られる冷媒を分岐させて、前記中間冷却器（７）と前記合流点（Ｘ）との間、もしくは、前記中間冷却器（７）と前記第１高圧圧縮要素（３０３ｄ）との間および前記中間冷却器（７）と前記第２高圧圧縮要素（３０４ｄ）との間に導くように設けられている、
    請求項９から１１のいずれか１項に記載の冷凍装置（１）。
13. 通過する冷媒の冷却を行い、前記分岐点（Ｙ）と前記合流点（Ｘ）との間に配置された中間冷却器（７）をさらに備えた、
    請求項１から１２のいずれか１項に記載の冷凍装置（１）。
14. 前記中間冷却器（７）は、前記第１圧縮部と前記第２圧縮部とを有する前記圧縮機構（３０２）に対して１つだけ設けられている、
    請求項１３に記載の冷凍装置（１）。
15. 前記圧縮機構、前記熱源側熱交換器、前記膨張機構、前記利用側熱交換器の順に冷媒を循環させる冷却運転状態と、前記圧縮機構、前記利用側熱交換器、前記膨張機構、前記熱源側熱交換器の順に冷媒を循環させる加熱運転状態とを切り換える切換機構（３）と、
    前記切換機構を前記冷却運転状態にしている際に前記中間冷却器を冷却器として機能させ、前記切換機構を前記加熱運転状態にしている際に前記中間冷却器を冷却器として機能させないようにする中間冷却機能切換手段（９）と、
    をさらに備えた請求項１３または１４に記載の冷凍装置（１）。
16. 前記超臨界状態の過程を含んで作動する冷媒は、二酸化炭素である、
    請求項１から１５のいずれか１項に記載の冷凍装置（１）。

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