JP2009180426A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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において、運転効率の向上を図る。
【解決手段】空気調和装置１は、二酸化炭素を冷媒としており、二段圧縮式の圧縮機構２と、熱源側熱交換器４と、利用側熱交換器６と、熱交換器４、６間を流れる冷媒を気液分離するレシーバ１８と、レシーバ１８から冷媒を後段側の圧縮要素２ｄに戻す第１後段側インジェクション管１８ｃと、熱源側熱交換器４と利用側熱交換器６との間を流れる冷媒を分岐して後段側の圧縮要素２ｄに戻す第２後段側インジェクション管１９と、熱交換器４、６間を流れる冷媒と第２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とを備えている。この空気調和装置１は、第１後段側インジェクション管１８ｃを使用する第１運転と、第２後段側インジェクション管１９を使用する第２運転とを切り換える制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍装置、特に、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に関する。

従来より、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、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、直列に接続された前後段２つの圧縮要素を有する圧縮機と、室外熱交換器と、室内熱交換器と、室外熱交換器と室内熱交換器との間に設けられた２つの膨張弁と、２つの膨張弁間を流れる冷媒を気液分離する気液分離器と、気液分離器から冷媒を後段側の圧縮要素に戻すための後段側インジェクション管とを有している。
特開２００７−２３２２６３号公報

上述の空気調和装置においては、圧縮機の後段側の圧縮要素から吐出された後に室外熱交換器と室内熱交換器との間を流れる冷媒の一部を、後段側インジェクション管を通じて気液分離器から後段側の圧縮要素に戻すことによって、圧縮機の前段側の圧縮要素から吐出されて後段側の圧縮要素に吸入される中間圧力の冷媒と合流させる中間圧インジェクションを行い、後段側の圧縮要素から吐出される冷媒の温度を低下させるとともに、圧縮機の消費動力を減らし、運転効率の向上を図るようにしている。

しかし、このような構成において、圧縮機から吐出される冷媒の圧力が高くなり、気液分離器における冷媒の圧力である気液分離器圧力が臨界圧力よりも高い圧力まで上昇して、気液分離器内の冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離することが困難な状況になると、気液分離器から後段側の圧縮要素に戻す中間圧インジェクションを行えなくなり、運転効率の向上を図ることができない場合が生じるおそれがある。

この問題に対して、特許文献１に示されるように、圧縮機から吐出される冷媒の圧力が高くならないようにして、気液分離器圧力が臨界圧力よりも低くなるようにすることも考えられるが、冷媒の冷却器として機能する室外熱交換器や室内熱交換器の冷却源となる水や空気の温度と冷媒として使用される二酸化炭素の臨界温度（約３１℃）との大小関係を考慮すると、空気調和装置の設置環境等によっては、圧縮機から吐出される冷媒の圧力が高くならざるを得ない場合もあるため、気液分離器圧力が臨界圧力よりも高い圧力まで上昇するのを完全に防ぐことはできず、気液分離器を用いた中間圧インジェクションを行えない場合が生じうる。このため、気液分離器圧力が臨界圧力よりも高い圧力まで上昇するような運転条件であっても、運転効率の向上を図ることができるようにすることが望まれる。

本発明の課題は、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において、運転効率の向上を図ることにある。

第１の発明にかかる冷凍装置は、超臨界域で作動する冷媒を使用する冷凍装置であって、圧縮機構と、熱源側熱交換器と、利用側熱交換器と、気液分離器と、第１後段側インジェクション管と、第２後段側インジェクション管と、エコノマイザ熱交換器とを備えている。圧縮機構は、複数の圧縮要素を有しており、複数の圧縮要素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。また、「複数の圧縮要素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」とは、「前段側の圧縮要素」及び「後段側の圧縮要素」という直列に接続された２つの圧縮要素を含むことだけを意味しているのではなく、複数の圧縮要素が直列に接続されており、各圧縮要素間の関係が、上述の「前段側の圧縮要素」と「後段側の圧縮要素」との関係を有することを意味している。気液分離器は、熱源側熱交換器と利用側熱交換器との間を流れる冷媒を気液分離する。第１後段側インジェクション管は、気液分離器から冷媒を後段側の圧縮要素に戻すための冷媒管である。第２後段側インジェクション管は、第１後段側インジェクション管とは別に、熱源側熱交換器と利用側熱交換器との間を流れる冷媒を分岐して後段側の圧縮要素に戻す冷媒管である。エコノマイザ熱交換器は、熱源側熱交換器と利用側熱交換器との間を流れる冷媒と第２後段側インジェクション管を流れる冷媒との熱交換を行う。そして、この冷凍装置は、第１後段側インジェクション管を使用する第１運転と、第２後段側インジェクション管を使用する第２運転とを切り換える制御を行う。

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において、中間圧インジェクションを採用する場合には、気液分離器における冷媒の圧力である気液分離器圧力が臨界圧力よりも高い圧力まで上昇して、気液分離器内の冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離することが困難な状況になるおそれを考慮して、気液分離器による中間圧インジェクションに代えて、エコノマイザ熱交換器による中間圧インジェクションを採用することが考えられる。

しかし、エコノマイザ熱交換器による中間圧インジェクションは、エコノマイザ熱交換器における熱交換量の大小によって後段側の圧縮要素に戻すことができる冷媒の流量が変動することから、エコノマイザ熱交換器の入口における冷媒の圧力と圧縮機構中間圧力との圧力差が小さい場合には、エコノマイザ熱交換器における熱交換量が小さくなって後段側の圧縮要素に戻すことができる冷媒の流量が小さくなり使用が困難になるという問題が生じてしまう。このため、エコノマイザ熱交換器の入口における冷媒の圧力が低くなるおそれがある場合には、単に、気液分離器による中間圧インジェクションに代えて、エコノマイザ熱交換器による中間圧インジェクションを採用することも困難である。

ここで、気液分離器による中間圧インジェクション、及び、エコノマイザ熱交換器による中間圧インジェクションの特徴を整理すると、気液分離器による中間圧インジェクションは、気液分離器圧力が臨界圧力よりも高い圧力まで上昇する場合には気液分離器において気液分離を行うことができなくなることから使用が困難になるが、気液分離器圧力が臨界圧力よりも低い圧力であれば気液分離器圧力と圧縮機構中間圧力との圧力差が小さい条件であっても使用可能であるという特徴を有しており、また、エコノマイザ熱交換器による中間圧インジェクションは、エコノマイザ熱交換器における熱交換量の大小によって後段側の圧縮要素に戻すことができる冷媒の流量が変動することから、エコノマイザ熱交換器の入口における冷媒の圧力と圧縮機構中間圧力との圧力差が小さい場合にはエコノマイザ熱交換器における熱交換量が小さくなって後段側の圧縮要素に戻すことができる冷媒の流量が小さくなり使用が困難になるが、エコノマイザ熱交換器の入口における冷媒の圧力と圧縮機構中間圧力との圧力差が大きい場合にはエコノマイザ熱交換器における熱交換量が大きくなって後段側の圧縮要素に戻すことができる冷媒の流量が大きくなり使用が可能になるという特徴を有している。このため、両中間圧インジェクションの利点を生かすことができれば、気液分離器における冷媒の圧力である気液分離器圧力やエコノマイザ熱交換器の入口における冷媒の圧力等の運転条件によらず、中間圧インジェクションによる運転効率の向上を図ることが可能である。

そこで、この冷凍装置では、第１後段側インジェクションを使用して気液分離器による中間圧インジェクションを行う第１運転と、第２後段側インジェクションを使用してエコノマイザ熱交換器による中間圧インジェクションを行う第２運転とを、気液分離器における冷媒の圧力である気液分離器圧力やエコノマイザ熱交換器の入口における冷媒の圧力等の運転条件に応じて切り換える制御を行うようにしている。これにより、この冷凍装置では、運転条件によらず、中間圧インジェクションによって後段側の圧縮要素の吸入側に戻される冷媒の流量を確保して、運転効率の向上を図ることができる。

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１運転は、エコノマイザ熱交換器において、第２後段側インジェクション管を流れる冷媒と熱交換を行う冷媒の圧力が低下する条件における運転である。

この冷凍装置では、エコノマイザ熱交換器において第２後段側インジェクション管を流れる冷媒と熱交換を行う冷媒の圧力が低下する条件においては、第１運転である気液分離器による中間圧インジェクションを行うようにしているため、中間圧インジェクションによって後段側の圧縮要素の吸入側に戻される冷媒の流量を確保して、運転効率の向上を図ることができる。

第３の発明にかかる冷凍装置は、超臨界域で作動する冷媒を使用する冷凍装置であって、圧縮機構と、熱源側熱交換器と、互いが並列に接続された複数の利用側熱交換器と、気液分離器と、冷媒を減圧する利用側膨張機構と、冷媒を減圧する熱源側膨張機構と、切換機構と、第１後段側インジェクション管と、第２後段側インジェクション管と、エコノマイザ熱交換器とを備えている。圧縮機構は、複数の圧縮要素を有しており、複数の圧縮要素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。また、「複数の圧縮要素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」とは、「前段側の圧縮要素」及び「後段側の圧縮要素」という直列に接続された２つの圧縮要素を含むことだけを意味しているのではなく、複数の圧縮要素が直列に接続されており、各圧縮要素間の関係が、上述の「前段側の圧縮要素」と「後段側の圧縮要素」との関係を有することを意味している。気液分離器は、熱源側熱交換器と複数の利用側熱交換器との間を流れる冷媒を気液分離する。利用側膨張機構は、気液分離器と利用側熱交換器との間において各利用側熱交換器に対応して設けられている。熱源側膨張機構は、気液分離器と熱源側熱交換器との間に設けられている。切換機構は、圧縮機構、熱源側熱交換器、熱源側膨張機構、気液分離器、利用側膨張機構、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、利用側膨張機構、気液分離器、熱源側膨張機構、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機構である。第１後段側インジェクション管は、気液分離器から冷媒を後段側の圧縮要素に戻すための冷媒管である。第２後段側インジェクション管は、第１後段側インジェクション管とは別に、熱源側熱交換器と熱源側膨張機構との間を流れる冷媒を分岐して後段側の圧縮要素に戻す冷媒管である。エコノマイザ熱交換器は、熱源側熱交換器と熱源側膨張機構との間を流れる冷媒と第２後段側インジェクション管を流れる冷媒との熱交換を行う。そして、この冷凍装置は、切換機構を加熱運転状態にして第１の後段側インジェクション管を使用する第１運転と、切換機構を冷却運転状態にして第２後段側インジェクション管を使用する第２運転とを切り換える制御を行うものである。

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において、中間圧インジェクションを採用する場合には、気液分離器における冷媒の圧力である気液分離器圧力が臨界圧力よりも高い圧力まで上昇して、気液分離器内の冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離することが困難な状況になるおそれを考慮して、気液分離器による中間圧インジェクションに代えて、エコノマイザ熱交換器による中間圧インジェクションを採用することが考えられる。

しかし、エコノマイザ熱交換器による中間圧インジェクションは、エコノマイザ熱交換器における熱交換量の大小によって後段側の圧縮要素に戻すことができる冷媒の流量が変動することから、エコノマイザ熱交換器の入口における冷媒の圧力と圧縮機構中間圧力との圧力差が小さい場合には、エコノマイザ熱交換器における熱交換量が小さくなって後段側の圧縮要素に戻すことができる冷媒の流量が小さくなり使用が困難になるという問題が生じてしまう。このため、エコノマイザ熱交換器の入口における冷媒の圧力が低くなるおそれがある場合には、単に、気液分離器による中間圧インジェクションに代えて、エコノマイザ熱交換器による中間圧インジェクションを採用することも困難である。特に、この冷凍装置のように、互いが並列に接続された複数の利用側熱交換器を有するとともに、各利用側熱交換器に対応するように気液分離器と利用側熱交換器との間に利用側膨張機構が設けられており、これらの利用側膨張機構が、各利用側熱交換器において必要とされる冷凍負荷が得られるように各利用側熱交換器を流れる冷媒の流量を制御している構成において、切換機構を加熱運転状態にしている際には、各利用側熱交換器を通過する冷媒の流量は、各利用側熱交換器の下流側でかつエコノマイザ熱交換器の上流側に設けられた利用側膨張機構による冷媒の減圧操作によって概ね決定されるが、この際、各利用側膨張機構による冷媒の減圧の程度は、各利用側熱交換器を流れる冷媒の流量だけでなく、複数の利用側熱交換器間の流量分配の状態によって変動することになり、複数の利用側膨張機構間で減圧の程度が大きく異なる状態が生じたり、利用側膨張機構における減圧の程度が比較的大きくなったりする場合があるため、エコノマイザ熱交換器の入口における冷媒の圧力が低くなるおそれがある。

ここで、気液分離器による中間圧インジェクション、及び、エコノマイザ熱交換器による中間圧インジェクションの特徴を整理すると、気液分離器による中間圧インジェクションは、気液分離器圧力が臨界圧力よりも高い圧力まで上昇する場合には気液分離器において気液分離を行うことができなくなることから使用が困難になるが、気液分離器圧力が臨界圧力よりも低い圧力であれば気液分離器圧力と圧縮機構中間圧力との圧力差が小さい条件であっても使用可能であるという特徴を有しており、また、エコノマイザ熱交換器による中間圧インジェクションは、エコノマイザ熱交換器における熱交換量の大小によって後段側の圧縮要素に戻すことができる冷媒の流量が変動することから、エコノマイザ熱交換器の入口における冷媒の圧力と圧縮機構中間圧力との圧力差が小さい場合にはエコノマイザ熱交換器における熱交換量が小さくなって後段側の圧縮要素に戻すことができる冷媒の流量が小さくなり使用が困難になるが、エコノマイザ熱交換器の入口における冷媒の圧力と圧縮機構中間圧力との圧力差が大きい場合にはエコノマイザ熱交換器における熱交換量が大きくなって後段側の圧縮要素に戻すことができる冷媒の流量が大きくなり使用が可能になるという特徴を有していることがわかる。このため、両中間圧インジェクションの利点を生かすことができれば、気液分離器における冷媒の圧力である気液分離器圧力やエコノマイザ熱交換器の入口における冷媒の圧力等の運転条件によらず、中間圧インジェクションによる運転効率の向上を図ることが可能である。

そこで、この冷凍装置では、切換機構を加熱運転状態にしている際には、利用側膨張機構の下流側における冷媒の圧力が低くなるおそれがあることを考慮して、気液分離器による中間圧インジェクションを使用し、切換機構を冷却運転状態にしている際には、熱源側熱交換器の下流側かつ熱源側膨張機構の上流側における冷媒の圧力が高いままで保たれることを考慮して、エコノマイザ熱交換器による中間圧インジェクションを使用するようにしている。これにより、この冷凍装置では、切換機構の状態によらず、中間圧インジェクションによって後段側の圧縮要素の吸入側に戻される冷媒の流量を確保して、運転効率の向上を図ることができる。

第４の発明にかかる冷凍装置は、第１〜第３の発明にかかる冷凍装置において、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に吸入させるための中間冷媒管に設けられ、前段側の圧縮要素から吐出されて後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却器として機能する中間冷却器をさらに備えている。

この冷凍装置では、中間冷却器をさらに備えているため、後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の温度をさらに低くすることができ、圧縮機構から吐出される冷媒の温度をさらに低く抑えることができる。

第５の発明にかかる冷凍装置は、第１〜第４の発明にかかる冷凍装置において、超臨界域で作動する冷媒は、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、第２又は第５の発明では、運転条件によらず、中間圧インジェクションによって後段側の圧縮要素の吸入側に戻される冷媒の流量を確保して、運転効率の向上を図ることができる。

第３又は第５の発明では、切換機構の状態によらず、中間圧インジェクションによって後段側の圧縮要素の吸入側に戻される冷媒の流量を確保して、運転効率の向上を図ることができる。

第４の発明では、圧縮機構から吐出される冷媒の温度をさらに低く抑えることができる。

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４１０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４１０は、主として、圧縮機構２と、切換機構３と、熱源側熱交換器４と、ブリッジ回路１７と、気液分離器としてのレシーバ１８と、熱源側膨張機構としての膨張機構５ａ、５ｄと、第１後段側インジェクション管１８ｃと、第２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、複数（ここでは、２つ）の利用側膨張機構５ｂと、複数（ここでは、２つ）の利用側熱交換器６とを有している。

圧縮機構２は、本実施形態において、２つの圧縮要素で冷媒を二段圧縮する圧縮機２１から構成されている。圧縮機２１は、ケーシング２１ａ内に、圧縮機駆動モータ２１ｂと、駆動軸２１ｃと、圧縮要素２ｃ、２ｄ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２１ｂは、駆動軸２１ｃに連結されている。そして、この駆動軸２１ｃは、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄに連結されている。すなわち、圧縮機２１は、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄが単一の駆動軸２１ｃに連結されており、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄがともに圧縮機駆動モータ２１ｂ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。圧縮要素２ｃ、２ｄは、本実施形態において、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素である。そして、圧縮機２１は、吸入管２ａから冷媒を吸入し、この吸入された冷媒を圧縮要素２ｃによって圧縮した後に中間冷媒管８に吐出し、中間冷媒管８に吐出された冷媒を圧縮要素２ｄに吸入させて冷媒をさらに圧縮した後に吐出管２ｂに吐出するように構成されている。ここで、中間冷媒管８は、圧縮要素２ｃの前段側に接続された圧縮要素２ｃから吐出された冷媒を、圧縮要素２ｃの後段側に接続された圧縮要素２ｄに吸入させるための冷媒管である。また、吐出管２ｂは、圧縮機構２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、吐出管２ｂには、油分離機構４１と逆止機構４２とが設けられている。油分離機構４１は、圧縮機構２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２の吸入側へ戻す機構であり、主として、圧縮機構２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４１ａと、油分離器４１ａ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２の吸入管２ａに戻す油戻し管４１ｂとを有している。油戻し管４１ｂには、油戻し管４１ｂを流れる冷凍機油を減圧する減圧機構４１ｃが設けられている。減圧機構４１ｃは、本実施形態において、キャピラリチューブが使用されている。逆止機構４２は、圧縮機構２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２の吐出側への冷媒の流れを遮断するための機構であり、本実施形態において、逆止弁が使用されている。

このように、圧縮機構２は、本実施形態において、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄを有しており、これらの圧縮要素２ｃ、２ｄ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ている。

切換機構３は、冷媒回路４１０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２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２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２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２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２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２の吸入側、圧縮機構２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４１０を構成する圧縮機構２、熱源側熱交換器４、膨張機構５ａ、５ｄ、レシーバ１８、利用側膨張機構５ｃ、及び利用側熱交換器６だけに着目すると、圧縮機構２、熱源側熱交換器４、第１膨張機構５ａ、レシーバ１８、利用側膨張機構５ｃ、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２、利用側熱交換器６、利用側膨張機構５ｃ、レシーバ１８、第３膨張機構５ｄ、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を介して第１膨張機構５ａに接続されている。熱源側熱交換器４は、空気や水を熱源（すなわち、冷却源又は加熱源）とする熱交換器である。

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、３つの逆止弁１７ａ、１７ｂ、１７ｃと、熱源側膨張機構としての第３膨張機構５ｄとを有している。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。第３膨張機構５ｄは、冷媒を減圧する機構であり、ブリッジ回路１７の一部を構成している。すなわち、出口逆止弁１７ｃ及び第３膨張機構５ｄ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。このため、第３膨張機構５ｄは、切換機構３を冷却運転状態にする冷房運転の際には、全閉状態にされ、切換機構３を加熱運転状態にする暖房運転の際には、レシーバ出口管１８ｂから熱源側熱交換器４に送られる冷媒を減圧するようになっている。尚、第３膨張機構５ｄは、本実施形態において、電動膨張弁である。

第１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。第１膨張機構５ａは、その一端がブリッジ回路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、第１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。また、レシーバ入口管１８ａには、第１膨張機構５ａをバイパスするように膨張機構バイパス弁５ｅが設けられている。この膨張機構バイパス弁５ｅは、本実施形態において、電磁弁である。

レシーバ１８は、第１膨張機構５ａで減圧された後の冷媒を一時的に溜めることができる容器であり、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、第１後段側インジェクション管１８ｃ及び吸入戻し管１８ｆが接続されている。ここで、第１後段側インジェクション管１８ｃと吸入戻し管１８ｆとは、レシーバ１８側の部分が一体となっている。

第１後段側インジェクション管１８ｃは、レシーバ１８から冷媒を抜き出して圧縮機構２の後段側の圧縮要素２ｄに戻す中間圧インジェクションを行うことが可能な冷媒管であり、本実施形態において、レシーバ１８の上部と中間冷媒管８（すなわち、圧縮機構２の後段側の圧縮要素２ｄの吸入側）とを接続するように設けられている。この第１後段側インジェクション管１８ｃには、第１後段側インジェクション開閉弁１８ｄと第１後段側インジェクション逆止機構１８ｅとが設けられている。第１後段側インジェクション開閉弁１８ｄは、開閉動作が可能な弁であり、本実施形態において、電磁弁である。第１後段側インジェクション逆止機構１８ｅは、レシーバ１８から後段側の圧縮要素２ｄへの冷媒の流れを許容し、かつ、後段側の圧縮要素２ｄからレシーバ１８への冷媒の流れを遮断するための機構であり、本実施形態において、逆止弁が使用されている。

吸入戻し管１８ｆは、レシーバ１８から冷媒を抜き出して圧縮機構２の前段側の圧縮要素２ｃに戻すことが可能な冷媒管であり、本実施形態において、レシーバ１８の上部と吸入管２ａ（すなわち、圧縮機構２の前段側の圧縮要素２ｃの吸入側）とを接続するように設けられている。この吸入戻し管１８ｆには、吸入戻し開閉弁１８ｇが設けられている。吸入戻し開閉弁１８ｇは、開閉動作が可能な弁であり、本実施形態において、電磁弁である。

このように、レシーバ１８は、第１後段側インジェクション開閉弁１８ｄや吸入戻し開閉弁１８ｇを開けることによって第１後段側インジェクション管１８ｃや吸入戻し管１８ｆを使用する場合には、熱源側熱交換器４と利用側熱交換器６との間を流れる冷媒を、膨張機構５ａ、５ｄと利用側膨張機構５ｃとの間において、気液分離する気液分離器として機能し、主として、レシーバ１８において気液分離されたガス冷媒をレシーバ１８の上部から圧縮機構２の後段側の圧縮要素２ｄや前段側の圧縮要素２ｃに戻すことができるようになっている。

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り、互いが並列に接続されている。各利用側熱交換器６は、その一端が対応する利用側膨張機構５ｃ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。利用側熱交換器６は、空気や水を熱源（すなわち、冷却源又は加熱源）とする熱交換器である。

利用側膨張機構５ｃは、気液分離器としてのレシーバ１８（より具体的には、ブリッジ回路１７）と利用側熱交換器６との間において各利用側熱交換器６に対応するよう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。利用側膨張機構５ｃは、その一端がブリッジ回路１７を介してレシーバ１８に接続され、その他端が対応する利用側熱交換器６に接続されている。また、本実施形態において、利用側膨張機構５ｃは、冷房運転時には、第１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、利用側熱交換器６を通過した冷媒をレシーバ１８に送る前に減圧する。

第２後段側インジェクション管１９は、熱源側熱交換器４と利用側熱交換器６との間を流れる冷媒を分岐して圧縮機構２の後段側の圧縮要素２ｄに戻す機能を有している。本実施形態において、第２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２ｄの吸入側に戻すように設けられている。より具体的には、第２後段側インジェクション管１９は、レシーバ入口管１８ａの第１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と第１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の下流側の位置に戻すように設けられている。ここで、第１後段側インジェクション管１８ｃと第２後段側インジェクション管１９とは、中間冷媒管８側の部分が一体となっている。また、この第２後段側インジェクション管１９には、開度制御が可能な第２後段側インジェクション弁１９ａが設けられている。そして、第２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２０は、熱源側熱交換器４と利用側熱交換器６との間を流れる冷媒と第２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、第２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の第１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と第１膨張機構５ａとの間）を流れる冷媒と第２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、第２後段側インジェクション管１９がレシーバ入口管１８ａから分岐されている位置よりも下流側に設けられている。このため、熱源側熱交換器４と利用側熱交換器６との間を流れる冷媒は、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第２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、第２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。

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の第１膨張機構５ａ、レシーバ１８、ブリッジ回路１７の出口逆止弁１７ｃ、及び利用側膨張機構５ｃ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、利用側膨張機構５ｃ、ブリッジ回路１７の入口逆止弁１７ｂ、レシーバ入口管１８ａの膨張機構バイパス弁５ｅ、レシーバ１８、及びブリッジ回路１７の第３膨張機構５ｄを通じて、熱源側熱交換器４に送ることができるようになっている。

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には、中間冷媒管８を流れる冷媒の圧力である圧縮機構中間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の第２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の第２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。中間冷媒管８には、第１後段側インジェクション管１８ｃが接続された部分よりも後段側の圧縮要素２ｄ側の位置に、後段側の圧縮要素２ｄの吸入側における冷媒の温度を検出する中間温度センサ５６が設けられている。レシーバ入口管１８ａには、第１膨張機構５ａよりもレシーバ１８側の位置に、レシーバ１８における冷媒の温度を検出する気液分離器温度センサ５７が設けられている。尚、この気液分離器温度センサ５７は、レシーバ出口管１８ｂに設けられていてもよいし、例えば、レシーバ１８の底部のように、レシーバ１８に直接設けられていてもよい。また、空気調和装置１は、ここでは図示しないが、圧縮機構２、切換機構３、膨張機構５ａ、５ｃ、５ｄ、膨張機構バイパス弁５ｅ、第１後段側インジェクション開閉弁１８ｄ、吸入戻し開閉弁１８ｇ、第２後段側インジェクション弁１９ａ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を有している。

このように、本実施形態では、第１後段側インジェクション管１８ｃを通じて気液分離器としてのレシーバ１８から冷媒を後段側の圧縮要素２ｄに戻すレシーバ１８による中間圧インジェクションと、第２後段側インジェクション管１９を通じてエコノマイザ熱交換器２０において加熱された冷媒を後段側の圧縮要素２ｄに戻すエコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションとを使い分けることができるようになっている。

（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１〜５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における圧力や図４、５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２〜５の点Ｂ１、Ｇにおける圧力）を意味している。

まず、具体的な動作内容の説明を行う前に、本実施形態の空気調和装置１における気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクションと、エコノマイザ熱交換器２０との使い分けに関する考え方について説明する。

まず、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において、気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクションを使用すると、レシーバ１８における冷媒の圧力である気液分離器圧力が臨界圧力よりも高い圧力まで上昇して、レシーバ１８内の冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離することが困難な状況になることを考慮しなければならなくなるため、レシーバ１８による中間圧インジェクションに代えて、エコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションを採用することが考えられる。

しかし、エコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションは、エコノマイザ熱交換器２０における熱交換量の大小によって後段側の圧縮要素２ｄに戻すことができる冷媒の流量が変動することから、エコノマイザ熱交換器２０の入口における冷媒の圧力と圧縮機構中間圧力との圧力差が小さい場合には、エコノマイザ熱交換器２０における熱交換量が小さくなって後段側の圧縮要素２ｄに戻すことができる冷媒の流量が小さくなり使用が困難になるという問題が生じてしまう。このため、エコノマイザ熱交換器２０の入口における冷媒の圧力が低くなるおそれがある場合には、単に、気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクションに代えて、エコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションを採用することも困難である。特に、本実施形態の空気調和装置１のように、互いが並列に接続された複数（ここでは、２つ）の利用側熱交換器６を有するとともに、各利用側熱交換器６に対応するようにレシーバ１８と利用側熱交換器６との間に利用側膨張機構５ｃが設けられており、これらの利用側膨張機構５ｃが、各利用側熱交換器６において必要とされる冷凍負荷が得られるように各利用側熱交換器６を流れる冷媒の流量を制御している構成において、切換機構３を加熱運転状態にする暖房運転の際には、各利用側熱交換器６を通過する冷媒の流量は、各利用側熱交換器６の下流側でかつエコノマイザ熱交換器２０の上流側に設けられた利用側膨張機構６の開度制御による冷媒の減圧操作によって概ね決定されるが、この際、各利用側膨張機構５ｃの開度制御による冷媒の減圧の程度は、各利用側熱交換器６を流れる冷媒の流量だけでなく、複数の利用側熱交換器６間の流量分配の状態によって変動することになり、複数の利用側膨張機構５ｃ間で減圧の程度が大きく異なる状態が生じたり、利用側膨張機構５ｃにおける減圧の程度が比較的大きくなったりする場合があるため、エコノマイザ熱交換器２０の入口における冷媒の圧力が低くなるおそれがある。また、このような空気調和装置１を、主として圧縮機構２、熱源側熱交換器４及びレシーバ１８を含む熱源ユニットと、主として利用側熱交換器６を含む利用ユニットとが連絡配管によって接続されたセパレート型の空気調和装置として構成する場合には、利用ユニット及び熱源ユニットの配置によっては、この連絡配管が非常に長くなることがあり得るため、その圧力損失による影響も加わり、さらに、エコノマイザ熱交換器２０の入口における冷媒の圧力が低下することになる。

ここで、気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクション、及び、エコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションの特徴を整理すると、レシーバ１８による中間圧インジェクションは、気液分離器圧力が臨界圧力よりも高い圧力まで上昇する場合にはレシーバ１８において気液分離を行うことができなくなることから使用が困難になるが、気液分離器圧力が臨界圧力よりも低い圧力であれば気液分離器圧力と圧縮機構中間圧力との圧力差が小さい条件であっても使用可能であるという特徴を有しており、また、エコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションは、エコノマイザ熱交換器２０における熱交換量の大小によって後段側の圧縮要素２ｄに戻すことができる冷媒の流量が変動することから、エコノマイザ熱交換器２０の入口における冷媒の圧力と圧縮機構中間圧力との圧力差が小さい場合にはエコノマイザ熱交換器２０における熱交換量が小さくなって後段側の圧縮要素に戻すことができる冷媒の流量が小さくなり使用が困難になるが、エコノマイザ熱交換器２０の入口における冷媒の圧力と圧縮機構中間圧力との圧力差が大きい場合にはエコノマイザ熱交換器２０における熱交換量が大きくなって後段側の圧縮要素２ｄに戻すことができる冷媒の流量が大きくなり使用が可能になるという特徴を有している。このため、両中間圧インジェクションの利点を生かすことができれば、レシーバ１８における冷媒の圧力である気液分離器圧力やエコノマイザ熱交換器２０の入口における冷媒の圧力等の運転条件によらず、中間圧インジェクションによる運転効率の向上を図ることが可能である。

そこで、本実施形態の空気調和装置１では、以下に説明するように、切換機構３を加熱運転状態にする暖房運転の際には、利用側膨張機構５ｃの下流側における冷媒の圧力が低くなるおそれがあることを考慮して、気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクションを使用する第１運転を行い、切換機構３を冷却運転状態にする冷房運転の際には、熱源側熱交換器３の下流側かつ熱源側膨張機構としての第１膨張機構５ａの上流側における冷媒の圧力が高いままで保たれることを考慮して、エコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションを使用する第２運転を行うようにしている。

＜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。熱源側膨張機構としての第１膨張機構５ａ及び利用側膨張弁としての利用側膨張機構５ｃは、開度調節される。また、第３膨張機構５ｄ及び膨張機構バイパス弁５ｅは、全閉状態にされる。そして、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクションを行わずに、第２後段側インジェクション管１９を通じて、エコノマイザ熱交換器２０において加熱された冷媒を後段側の圧縮要素２ｄに戻すエコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションを行うようにしている。より具体的には、第１後段側インジェクション開閉弁１８ｄは閉状態にされて、第２後段側インジェクション弁１９ａが開度調節される。ここで、第２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の第２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の第２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の第２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の第２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４１０の状態において、圧縮機構２を駆動すると、低圧の冷媒（図１〜３の点Ａ参照）は、吸入管２ａから圧縮機構２に吸入され、まず、圧縮要素２ｃ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１〜３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、第２後段側インジェクション管１９から後段側の圧縮機構２ｄ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、第２後段側インジェクション管１９から戻る冷媒と合流した（すなわち、エコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションが行われた）中間圧の冷媒は、圧縮要素２ｃの後段側に接続された圧縮要素２ｄに吸入されてさらに圧縮されて、圧縮機構２から吐出管２ｂに吐出される（図１〜３の点Ｄ参照）。ここで、圧縮機構２から吐出された高圧の冷媒は、圧縮要素２ｃ、２ｄ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熱源側熱交換器４に送られて、冷却源としての空気や水と熱交換を行って冷却される（図１〜３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、その一部が第２後段側インジェクション管１９に分岐される。そして、第２後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、第２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１〜３の点Ｊ参照）。また、第２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、第２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１〜３の点Ｈ参照）。一方、第２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１〜３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、第１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１〜３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、レシーバ出口管１８ｂ及びブリッジ回路１７の出口逆止弁１７ｃを通じて利用側膨張機構５ｃに送られて、利用側膨張機構５ｃによって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となる（図１〜３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、加熱源としての空気や水と熱交換を行って加熱されて、蒸発することになる（図１〜３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２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、本実施形態の空気調和装置１では、切換機構３を冷却運転状態にする冷房運転においては、熱源側熱交換器４の下流側かつ熱源側膨張機構としての第１膨張機構５ａの上流側における冷媒の圧力が高いままで保たれており、冷凍サイクルにおける高圧から冷凍サイクルの中間圧付近までの圧力差を利用できる条件であるため、エコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションを使用する第２運転を行うことで、後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒の流量が極力確保されるようにして、中間圧インジェクションによる運転効率の向上を最大限に図れるようにしている。

また、本実施形態では、エコノマイザ熱交換器２０として、熱源側熱交換器４と熱源側膨張機構としての第１膨張機構５ａとの間を流れる冷媒と第２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と第１膨張機構５ａとの間を流れる冷媒と第２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。

＜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。熱源側膨張機構としての第３膨張機構５ｄ及び利用側膨張弁としての利用側膨張機構５ｃは、開度調節される。また、膨張機構バイパス弁５ｅは、全開状態にされて、第１膨張機構５ａによる減圧が行われないようになっている。そして、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、エコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションを行わずに、第１後段側インジェクション管１８ｃを通じて、気液分離器としてのレシーバ１８から冷媒を後段側の圧縮要素２ｄに戻すレシーバ１８による中間圧インジェクションを行うようにしている。より具体的には、第１後段側インジェクション開閉弁１８ｄが開状態にされて、第２後段側インジェクション弁１９ａが全閉状態にされる。

この冷媒回路４１０の状態において、圧縮機構２を駆動すると、低圧の冷媒（図１、４、５の点Ａ参照）は、吸入管２ａから圧縮機構２に吸入され、まず、圧縮要素２ｃ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、４、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、レシーバ１８から第１後段側インジェクション管１８ｃを通じて後段側の圧縮機構２ｄに戻される冷媒（図１、４、５の点Ｍ参照）と合流することで冷却される（図１、４、５の点Ｇ参照）。次に、第１後段側インジェクション管１８ｃから戻る冷媒と合流した（すなわち、気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクションが行われた）中間圧の冷媒は、圧縮要素２ｃの後段側に接続された圧縮要素２ｄに吸入されてさらに圧縮されて、圧縮機構２から吐出管２ｂに吐出される（図１、４、５の点Ｄ参照）。ここで、圧縮機構２から吐出された高圧の冷媒は、冷房運転時と同様、圧縮要素２ｃ、２ｄ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、冷却源としての空気や水と熱交換を行って冷却される（図１、４、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、利用側膨張機構５ｃによって中間圧付近まで減圧されて、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、膨張機構バイパス弁５ｅを通過してレシーバ１８内に一時的に溜められるとともに気液分離が行われる（図１、４、５の点Ｉ、Ｌ、Ｍ参照）。そして、レシーバ１８において気液分離されたガス冷媒は、第１後段側インジェクション管１８ｃによってレシーバ１８の上部から抜き出されて、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、レシーバ１８内に溜められた液冷媒は、レシーバ出口管１８ｂを通じてブリッジ回路１７に送られて、第３膨張機構５ｄによって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、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、４、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や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、４、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２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、本実施形態の空気調和装置１では、切換機構３を加熱運転状態にする暖房運転においては、利用側膨張機構５ｃの下流側における冷媒の圧力が低くなるおそれがあり、気液分離器圧力と圧縮機構中間圧力との圧力差が小さい条件であるため、気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクションを使用する第１運転を行うことで、後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒の流量が極力確保されるようにして、中間圧インジェクションによる運転効率の向上を最大限に図れるようにしている。

以上のように、本実施形態では、冷凍サイクルにおける高圧から冷凍サイクルの中間圧付近までの圧力差を利用できる条件（ここでは、切換機構３を冷却運転状態にする冷房運転）においては、エコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションを使用する第２運転を行い、エコノマイザ熱交換器２０において、第２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冷媒の圧力が低下する条件（ここでは、切換機構３を加熱運転状態にする暖房運転）においては、気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクションを使用することで、後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒の流量が極力確保されるようにして、中間圧インジェクションによる運転効率の向上を図れるようにすることができる。

（３）変形例１
上述の実施形態においては、第１膨張機構５ａ及びレシーバ１８がブリッジ回路１７（第３膨張機構５ｄを含む）を介して熱源側熱交換器４と利用側熱交換器６との間に接続されているが、図６に示されるように、ブリッジ回路１７を省略するとともに、熱源側熱交換器４とレシーバ１８との間に第１膨張機構５ａを接続することで、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と利用側熱交換器６との間を流れる冷媒を第１膨張機構５ａ、レシーバ１８、利用側膨張機構５ｃの順に流し、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、熱源側熱交換器４と利用側熱交換器６との間を流れる冷媒を利用側膨張機構５ｃ、レシーバ１８、第１膨張機構５ａの順に流すように構成された冷媒回路５１０にしてもよい。

そして、本変形例の構成においては、ブリッジ回路１７が省略されている点と、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、熱源側熱交換器４と利用側熱交換器６との間を流れる冷媒が利用側膨張機構５ｃ、レシーバ１８、第１膨張機構５ａの順に流れる点とが異なる（このため、図４、５における点Ｉと点Ｌとが入れ替わることになる）が、上述の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（４）変形例２
上述の実施形態及びその変形例における冷媒回路４１０、５１０（図１、６参照）のように、互いが並列に接続された複数の利用側熱交換器６を有するとともに、各利用側熱交換器６に対応するように気液分離器としてのレシーバ１８と利用側熱交換器６との間に利用側膨張弁としての利用側膨張機構５ｃが設けられており、これらの利用側膨張機構５ｃが、各利用側熱交換器６において必要とされる冷凍負荷が得られるように各利用側熱交換器６を流れる冷媒の流量を制御している構成においては、上述のように、切換機構３を加熱運転状態にした暖房運転において、各利用側熱交換器６を通過する冷媒の流量が、各利用側熱交換器６の下流側でかつレシーバ１８の上流側に設けられた利用側膨張機構５ｃの開度によって概ね決定されること、及び、各利用側膨張機構５ｃの開度が、各利用側熱交換器６を流れる冷媒の流量だけでなく、複数の利用側熱交換器６間の流量分配の状態によって変動することから、複数の利用側膨張機構６間で開度が大きく異なる状態が生じたり、利用側膨張機構５ｃが比較的小さい開度になったりする場合があり、このため、暖房運転時における利用側膨張機構５ｃの開度制御によって、気液分離器圧力が過度に低下する場合があり得る。そして、気液分離器圧力が圧縮機構中間圧力よりも低くなった場合には、気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクションを行うことができなくなる。

このため、気液分離器圧力が圧縮機構中間圧力よりも低くなるのを避けるために、冷媒の流れ方向に対して気液分離器としてのレシーバ１８の上流側に位置する利用側膨張機構５ｃの開度を大きくする制御を行うことが望ましい。

しかし、上述のように、利用側膨張機構５ｃが、各利用側熱交換器６を流れる冷媒の流量だけでなく、複数の利用側熱交換器６間の流量分配の状態も制御しており、このような機能を有する利用側膨張機構５ｃに対して、利用側膨張機構５ｃの開度を直接的に制御する機能を持たせると、複数の利用側熱交換器６間の流量分配の状態に変動が生じてしまい、結果的に、各利用側熱交換器６を流れる冷媒の流量の制御に悪影響を及ぼすおそれがある。

そこで、本変形例では、切換機構３を加熱運転状態にする暖房運転において、気液分離器としてのレシーバ１８の上流側に位置する膨張機構としての利用側膨張機構５ｃの可動できる開度範囲の下限に対応する下限開度を、気液分離器圧力及び圧縮機構中間圧力に基づいて変更することによって、気液分離器圧力が圧縮機構中間圧力よりも高くなるように制御している。具体的には、気液分離器圧力から圧縮機構中間圧力を差し引いた圧力差が大きい場合には、第１後段側インジェクション管１８ｃを通じて後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒の流量が確保され易い運転条件であることから、利用側膨張機構５ｃの下限開度を小さくすることで、利用側膨張機構５ｃの可動できる開度範囲をできるだけ大きくし、気液分離器圧力から圧縮機構中間圧力を差し引いた圧力差が小さい場合には、第１後段側インジェクション管１８ｃを通じて後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒の流量が確保されにくい運転条件であることから、利用側膨張機構５ｃの下限開度を大きくすることで、複数の利用側熱交換器６間の流量分配の状態を極力維持しながら利用側膨張機構５ｃの開度が大きくなる方向にシフトさせるようにしている。ここで、下限開度は、気液分離器圧力から圧縮機構中間圧力を差し引いた圧力差の関数やマップとして設定される。尚、このような利用側膨張機構５ｃの制御によっても、気液分離器圧力が圧縮機構中間圧力よりも高くならず、利用側膨張機構５ｃが全開状態になる等のように所定開度以上になってしまう場合には、上述の実施形態及びその変形例と同様に、第１後段側インジェクション開閉弁１８ｄを閉状態にしてレシーバ１８による中間圧インジェクションを中止するとともに、吸入戻し開閉弁１８ｇを開状態にしてレシーバ１８から前段側の圧縮要素２ｃに冷媒を戻す制御に切り換えるようにしてもよい。

このように、本変形例では、切換機構３を加熱運転状態にする暖房運転において、気液分離器としてのレシーバ１８の上流側に位置する利用側膨張機構５ｃの可動できる開度範囲の下限に対応する下限開度を、気液分離器圧力及び圧縮機構中間圧力に基づいて変更することによって、気液分離器圧力が圧縮機構中間圧力よりも高くなるように制御することで、レシーバ１８による中間圧インジェクションを伴う運転時に、気液分離器圧力が低下するのを抑えることができ、これにより、第１後段側インジェクション管１８ｃを通じてレシーバ１８から後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒の流量が極力減少しないようにして、中間圧インジェクションによる運転効率の向上をさらに図ることができる。しかも、本変形例における制御手法は、利用側膨張機構５ｃの開度を直接的に制御するものではなく、利用側膨張機構５ｃの可動できる開度範囲を変更するものであることから、複数の利用側熱交換器６間の流量分配の状態を極力維持しながら、気液分離器圧力が圧縮機構中間圧力よりも高くなるように制御することができ、これにより、各利用側熱交換器６を流れる冷媒の流量の制御と気液分離器圧力の制御とを両立させることができる。

（５）変形例３
上述の実施形態及びその変形例における冷媒回路４１０、５１０（図１、６参照）においては、気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクションやエコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションを行うことで、後段側の圧縮要素２ｄから吐出される冷媒の温度を低下させるとともに、圧縮機構２の消費動力を減らし、運転効率の向上を図るようにしているが、この構成に加えて、前段側の圧縮要素２ｃから吐出された冷媒を後段側の圧縮要素２ｄに吸入させるための中間冷媒管８に前段側の圧縮要素２ｃから吐出されて後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒の冷却器として機能する中間冷却器７をさらに設けるようにしてもよい。

例えば、図７に示されるように、上述の実施形態におけるブリッジ回路１７を有する冷媒回路４１０（図１参照）において、中間冷却器７及び中間冷却器バイパス管９が設けられた冷媒回路６１０にすることができる。

中間冷却器７は、中間冷媒管８に設けられており、前段側の圧縮要素２ｃから吐出されて圧縮要素２ｄに吸入される冷媒の冷却器として機能する熱交換器である。中間冷却器７は、空気や水を熱源（すなわち、冷却源）とする熱交換器である。このように、中間冷却器７は、冷媒回路６１０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。

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、本変形例において、電磁弁である。この中間冷却器バイパス開閉弁１１は、本変形例において、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、本変形例において、電磁弁である。この冷却器開閉弁１２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、本変形例において、中間冷却器７の入口側の位置に設けられている。

また、中間冷媒管８には、前段側の圧縮要素２ｃの吐出側から後段側の圧縮要素２ｄの吸入側への冷媒の流れを許容し、かつ、後段側の圧縮要素２ｄの吐出側から前段側の圧縮要素２ｃへの冷媒の流れを遮断するための逆止機構１５が設けられている。逆止機構１５は、本変形例において、逆止弁である。尚、逆止機構１５は、本変形例において、中間冷媒管８の中間冷却器７の出口側から中間冷却器バイパス管９との接続部までの部分に設けられている。

次に、本変形例の空気調和装置１の動作について、図７〜図１１を用いて説明する。ここで、図８は、本変形例におけ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り、図９は、本変形例におけ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り、図１０は、本変形例におけ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り、図１１は、本変形例におけ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。尚、以下の冷房運転や暖房運転における運転制御等（ここでは、説明を省略するが、変形例２における気液分離器圧力の低下を抑える制御を伴っていてもよい）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８、９の点Ｄ、Ｄ’、Ｅ、Ｈにおける圧力や図１０、１１の点Ｄ、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８、９の点Ａ、Ｆにおける圧力や図１０、１１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８〜１１の点Ｂ１、Ｃ１、Ｇ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７の実線で示される冷却運転状態とされる。熱源側膨張機構としての第１膨張機構５ａ及び利用側膨張弁としての利用側膨張機構５ｃは、開度調節される。また、第３膨張機構５ｄ及び膨張機構バイパス弁５ｅは、全閉状態にされる。そして、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクションを行わずに、第２後段側インジェクション管１９を通じて、エコノマイザ熱交換器２０において加熱された冷媒を後段側の圧縮要素２ｄに戻すエコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションを行うようにしている。より具体的には、第１後段側インジェクション開閉弁１８ｄは閉状態にされて、第２後段側インジェクション弁１９ａが開度調節される。ここで、第２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の第２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。本変形例において、エコノマイザ熱交換器２０の第２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、本変形例では採用していないが、エコノマイザ熱交換器２０の第２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の第２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。さらに、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。

この冷媒回路６１０の状態において、圧縮機構２を駆動すると、低圧の冷媒（図７〜９の点Ａ参照）は、吸入管２ａから圧縮機構２に吸入され、まず、圧縮要素２ｃ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７〜９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、中間冷却器７において、冷却源としての空気や水と熱交換を行うことで冷却される（図７〜９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、第２後段側インジェクション管１９から後段側の圧縮機構２ｄに戻される冷媒（図７〜９の点Ｋ参照）と合流することでさらに冷却される（図７〜９の点Ｇ参照）。次に、第２後段側インジェクション管１９から戻る冷媒と合流した（すなわち、エコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションが行われた）中間圧の冷媒は、圧縮要素２ｃの後段側に接続された圧縮要素２ｄに吸入されてさらに圧縮されて、圧縮機構２から吐出管２ｂに吐出される（図７〜９の点Ｄ参照）。ここで、圧縮機構２から吐出された高圧の冷媒は、圧縮要素２ｃ、２ｄによる二段圧縮動作によって、臨界圧力（すなわち、図８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熱源側熱交換器４に送られて、冷却源としての空気や水と熱交換を行って冷却される（図７〜９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、その一部が第２後段側インジェクション管１９に分岐される。そして、第２後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、第２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７〜９の点Ｊ参照）。また、第２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、第２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７〜９の点Ｈ参照）。一方、第２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７〜９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、第１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７〜９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、レシーバ出口管１８ｂ及びブリッジ回路１７の出口逆止弁１７ｃを通じて利用側膨張機構５ｃに送られて、利用側膨張機構５ｃによって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となる（図７〜９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、加熱源としての空気や水と熱交換を行って加熱されて、蒸発することになる（図７〜９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２に吸入される。このようにして、冷房運転が行われる。

そして、本変形例の構成においては、エコノマイザ熱交換器２０及び第２後段側インジェクション管１９を用いた中間インジェクションに加えて、中間冷却器７による後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒の冷却により、後段側の圧縮要素２ｄ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ため、圧縮機構２から吐出される冷媒の温度をさらに低く抑えることができる（図９の点Ｄ、Ｄ’参照）。これにより、圧縮機構２の消費動力を減らし、運転効率の向上を図ることができる。

＜暖房運転＞
暖房運転時は、切換機構３が図７の破線で示される加熱運転状態とされる。熱源側膨張機構としての第３膨張機構５ｄ及び利用側膨張弁としての利用側膨張機構５ｃは、開度調節される。また、膨張機構バイパス弁５ｅは、全開状態にされて、第１膨張機構５ａによる減圧が行われないようになっている。そして、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、エコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションを行わずに、第１後段側インジェクション管１８ｃを通じて、気液分離器としてのレシーバ１８から冷媒を後段側の圧縮要素２ｄに戻すレシーバ１８による中間圧インジェクションを行うようにしている。より具体的には、第１後段側インジェクション開閉弁１８ｄが開状態にされて、第２後段側インジェクション弁１９ａが全閉状態にされる。さらに、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。

この冷媒回路６１０の状態において、圧縮機構２を駆動すると、低圧の冷媒（図７、１０、１１の点Ａ参照）は、吸入管２ａから圧縮機構２に吸入され、まず、圧縮要素２ｃ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７、１０、１１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７の点Ｃ１参照）、レシーバ１８から第１後段側インジェクション管１８ｃを通じて後段側の圧縮機構２ｄに戻される冷媒（図７、１０、１１の点Ｍ参照）と合流することで冷却される（図７、１０、１１の点Ｇ参照）。次に、第１後段側インジェクション管１８ｃから戻る冷媒と合流した（すなわち、気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクションが行われた）中間圧の冷媒は、圧縮要素２ｃの後段側に接続された圧縮要素２ｄに吸入されてさらに圧縮されて、圧縮機構２から吐出管２ｂに吐出される（図７、１０、１１の点Ｄ参照）。ここで、圧縮機構２から吐出された高圧の冷媒は、冷房運転時と同様、圧縮要素２ｃ、２ｄによる二段圧縮動作によって、臨界圧力（すなわち、図１０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、冷却源としての空気や水と熱交換を行って冷却される（図７、１０、１１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、利用側膨張機構５ｃによって中間圧付近まで減圧されて、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、膨張機構バイパス弁５ｅを通過してレシーバ１８内に一時的に溜められるとともに気液分離が行われる（図７、１０、１１の点Ｉ、Ｌ、Ｍ参照）。そして、レシーバ１８において気液分離されたガス冷媒は、第１後段側インジェクション管１８ｃによってレシーバ１８の上部から抜き出されて、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、レシーバ１８内に溜められた液冷媒は、レシーバ出口管１８ｂを通じてブリッジ回路１７に送られて、第３膨張機構５ｄによって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、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７、１０、１１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や水と熱交換を行って加熱されて、蒸発することになる（図７、１０、１１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２に吸入される。このようにして、暖房運転が行われる。

そして、本変形例の構成においては、上述の実施形態及びその変形例と同様に、レシーバ１８及び第１後段側インジェクション管１９を用いた中間インジェクションによって、後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒の温度を低く抑えることができるため、圧縮機構２から吐出される冷媒の温度を低く抑えることができる。しかし、冷房運転時とは異なり、中間冷却器７を冷却器として機能させない状態にして、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、中間冷却器７による外部への放熱ロスを抑えて、利用側熱交換器６における加熱能力の低下を抑えるようにしている。

また、上述の冷媒回路６１０（図７参照）においては、第１膨張機構５ａ及びレシーバ１８がブリッジ回路１７（第３膨張機構５ｄを含む）を介して熱源側熱交換器４と利用側熱交換器６との間に接続されているが、図１２に示されるように、ブリッジ回路１７を省略するとともに、熱源側熱交換器４とレシーバ１８との間に第１膨張機構５ａを接続することで、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と利用側熱交換器６との間を流れる冷媒を第１膨張機構５ａ、レシーバ１８、利用側膨張機構５ｃの順に流し、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、熱源側熱交換器４と利用側熱交換器６との間を流れる冷媒を利用側膨張機構５ｃ、レシーバ１８、第１膨張機構５ａの順に流すように構成された冷媒回路７１０にしてもよい。

そして、この構成においては、ブリッジ回路１７が省略されている点と、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、熱源側熱交換器４と利用側熱交換器６との間を流れる冷媒が利用側膨張機構５ｃ、レシーバ１８、第１膨張機構５ａの順に流れる点とが異なる（このため、図１０、１１における点Ｉと点Ｌとが入れ替わることになる）が、上述と同様の作用効果を得ることができる。

（６）変形例４
上述の実施形態及びその変形例では、１台の一軸二段圧縮構造の圧縮機２１によって、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄ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二段圧縮式の圧縮機構２が構成されているが、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を採用してもよいし、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。また、利用側熱交換器６が多数接続される場合等のように、圧縮機構の能力を大きくする必要がある場合には、多段圧縮式の圧縮機構を２系統以上並列に接続した並列多段圧縮式の圧縮機構を採用してもよい。

例えば、図１３に示されるように、上述の変形例３におけるブリッジ回路１７を有しない冷媒回路６１０（図７参照）において、二段圧縮式の圧縮機構２に代えて、二段圧縮式の圧縮機構１０３、１０４を並列に接続した圧縮機構１０２を採用した冷媒回路８１０にしてもよい。

第１圧縮機構１０３は、本変形例において、２つの圧縮要素１０３ｃ、１０３ｄで冷媒を二段圧縮する圧縮機２９から構成されており、圧縮機構１０２の吸入母管１０２ａから分岐された第１吸入枝管１０３ａ、及び、圧縮機構１０２の吐出母管１０２ｂに合流する第１吐出枝管１０３ｂに接続されている。第２圧縮機構１０４は、本変形例において、２つの圧縮要素１０４ｃ、１０４ｄで冷媒を二段圧縮する圧縮機３０から構成されており、圧縮機構１０２の吸入母管１０２ａから分岐された第２吸入枝管１０４ａ、及び、圧縮機構１０２の吐出母管１０２ｂに合流する第２吐出枝管１０４ｂに接続されている。尚、圧縮機２９、３０は、上述の実施形態及びその変形例における圧縮機２１と同様の構成であるため、圧縮要素１０３ｃ、１０３ｄ、１０４ｃ、１０４ｄを除く各部を示す符号をそれぞれ２９番台や３０番台に置き換えることとし、ここでは、説明を省略する。そして、圧縮機２９は、第１吸入枝管１０３ａから冷媒を吸入し、この吸入された冷媒を圧縮要素１０３ｃ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１０３ｄに吸入させて冷媒をさらに圧縮した後に第１吐出枝管１０３ｂに吐出するように構成されている。圧縮機３０は、第１吸入枝管１０４ａから冷媒を吸入し、この吸入された冷媒を圧縮要素１０４ｃ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１０４ｄに吸入させて冷媒をさらに圧縮した後に第２吐出枝管１０４ｂに吐出するように構成されている。中間冷媒管８は、本変形例において、圧縮要素１０３ｄ、１０４ｄの前段側に接続された圧縮要素１０３ｃ、１０４ｃから吐出された冷媒を、圧縮要素１０３ｃ、１０４ｃの後段側に接続された圧縮要素１０３ｄ、１０４ｄ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１０３の前段側の圧縮要素１０３ｃ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１０４の前段側の圧縮要素１０４ｃ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が合流する中間母管８２と、中間母管８２から分岐されて第１圧縮機構１０３の後段側の圧縮要素１０３ｄ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１０４の後段側の圧縮要素１０４ｄ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。また、吐出母管１０２ｂは、圧縮機構１０２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１０２ｂに接続される第１吐出枝管１０３ｂには、第１油分離機構１４１と第１逆止機構１４２とが設けられており、吐出母管１０２ｂに接続される第２吐出枝管１０４ｂには、第２油分離機構１４３と第２逆止機構１４４とが設けられている。第１油分離機構１４１は、第１圧縮機構１０３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１０２の吸入側へ戻す機構であり、主として、第１圧縮機構１０３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１４１ａと、第１油分離器１４１ａ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１０２の吸入側に戻す第１油戻し管１４１ｂとを有している。第２油分離機構１４３は、第２圧縮機構１０４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１０２の吸入側へ戻す機構であり、主として、第２圧縮機構１０４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１４３ａと、第２油分離器１４３ａ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１０２の吸入側に戻す第２油戻し管１４３ｂとを有している。本変形例において、第１油戻し管１４１ｂは、第２吸入枝管１０４ａに接続されており、第２油戻し管１４３ｃは、第１吸入枝管１０３ａに接続されている。このため、第１圧縮機構１０３内に溜まった冷凍機油の量と第２圧縮機構１０４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１０３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１０４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１０３、１０４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１０３内に溜まった冷凍機油の量と第２圧縮機構１０４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、本変形例において、第１吸入枝管１０３ａは、第２油戻し管１４３ｂとの合流部から吸入母管１０２ａとの合流部までの間の部分が、吸入母管１０２ａ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１０４ａは、第１油戻し管１４１ｂとの合流部から吸入母管１０２ａとの合流部までの間の部分が、吸入母管１０２ａ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１０３、１０４のいずれか一方が停止中であっても、運転中の圧縮機構に対応する油戻し管から停止中の圧縮機構に対応する吸入枝管に戻される冷凍機油は、吸入母管１０２ａに戻ることになり、運転中の圧縮機構の油切れが生じにくくなっている。油戻し管１４１ｂ、１４３ｂには、油戻し管１４１ｂ、１４３ｂを流れる冷凍機油を減圧する減圧機構１４１ｃ、１４３ｃが設けられている。逆止機構１４２、１４４は、圧縮機構１０３、１０４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１０３、１０４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１０２は、本変形例において、２つの圧縮要素１０３ｃ、１０３ｄを有するとともにこれらの圧縮要素１０３ｃ、１０３ｄ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１０３と、２つの圧縮要素１０４ｃ、１０４ｄを有するとともにこれらの圧縮要素１０４ｃ、１０４ｄ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１０４とを並列に接続した構成となっている。

中間冷却器７は、本変形例において、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１０３の前段側の圧縮要素１０３ｃから吐出された冷媒と第２圧縮機構１０４の前段側の圧縮要素１０４ｃ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１０３、１０４に共通の冷却器として機能するものとなっている。このため、多段圧縮式の圧縮機構１０３、１０４を複数系統並列に接続した並列多段圧縮式の圧縮機構１０２に対して中間冷却器７を設ける際の圧縮機構１０２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１０３の前段側の圧縮要素１０３ｃ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１０３ｃ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１０３の前段側の圧縮要素１０４ｃ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１０４ｃ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。本変形例においては、逆止機構８１ａ、８４ａとして逆止弁が使用されている。このため、圧縮機構１０３、１０４のいずれか一方が停止中であっても、運転中の圧縮機構の前段側の圧縮要素から吐出された冷媒が中間冷媒管８を通じて、停止中の圧縮機構の前段側の圧縮要素の吐出側に達するということが生じないため、運転中の圧縮機構の前段側の圧縮要素から吐出された冷媒が、停止中の圧縮機構の前段側の圧縮要素内を通じて圧縮機構１０２の吸入側に抜けて停止中の圧縮機構の冷凍機油が流出するということが生じなくなり、これにより、停止中の圧縮機構を起動する際の冷凍機油の不足が生じにくくなっている。尚、圧縮機構１０３、１０４間に運転の優先順位を設けている場合（例えば、第１圧縮機構１０３を優先的に運転する圧縮機構とする場合）には、上述の停止中の圧縮機構に該当することがあるのは、第２圧縮機構１０４に限られることになるため、この場合には、第２圧縮機構１０４に対応する逆止機構８４ａだけを設けるようにしてもよい。

また、上述のように、第１圧縮機構１０３を優先的に運転する圧縮機構とする場合においては、中間冷媒管８が圧縮機構１０３、１０４に共通に設けられているため、運転中の第１圧縮機構１０３に対応する前段側の圧縮要素１０３ｃ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１０４の後段側の圧縮要素１０４ｄの吸入側に達し、これにより、運転中の第１圧縮機構１０３の前段側の圧縮要素１０３ｃから吐出された冷媒が、停止中の第２圧縮機構１０４の後段側の圧縮要素１０４ｄ内を通じて圧縮機構１０２の吐出側に抜けて停止中の第２圧縮機構１０４の冷凍機油が流出して、停止中の第２圧縮機構１０４を起動する際の冷凍機油の不足が生じるおそれがある。そこで、本変形例では、第２出口側中間枝管８５に開閉弁８５ａを設け、第２圧縮機構１０４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ようにしている。これにより、運転中の第１圧縮機構１０３の前段側の圧縮要素１０３ｃ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１０４の後段側の圧縮要素１０４ｄの吸入側に達することがなくなるため、運転中の第１圧縮機構１０３の前段側の圧縮要素１０３ｃから吐出された冷媒が、停止中の第２圧縮機構１０４の後段側の圧縮要素１０４ｄ内を通じて圧縮機構１０２の吐出側に抜けて停止中の第２圧縮機構１０４の冷凍機油が流出するということが生じなくなり、これにより、停止中の第２圧縮機構１０４を起動する際の冷凍機油の不足がさらに生じにくくなっている。尚、本変形例においては、開閉弁８５ａとして電磁弁が使用されている。

また、第１圧縮機構１０３を優先的に運転する圧縮機構とする場合においては、第１圧縮機構１０３の起動に続いて第２圧縮機構１０４を起動することになるが、この際、中間冷媒管８が圧縮機構１０３、１０４に共通に設けられているため、第２圧縮機構１０４の前段側の圧縮要素１０３ｃの吐出側の圧力及び後段側の圧縮要素１０３ｄの吸入側の圧力が、前段側の圧縮要素１０３ｃの吸入側の圧力及び後段側の圧縮要素１０３ｄの吐出側の圧力よりも高くなった状態から起動することになり、安定的に第２圧縮機構１０４を起動することが難しい。そこで、本変形例では、第２圧縮機構１０４の前段側の圧縮要素１０４ｃの吐出側と後段側の圧縮要素１０４ｄの吸入側とを接続する起動バイパス管８６を設けるとともに、この起動バイパス管８６に開閉弁８６ａを設け、第２圧縮機構１０４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１０４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１０４の前段側の圧縮要素１０４ｃから吐出される冷媒を第１圧縮機構１０３の前段側の圧縮要素１０４ｃ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１０４ｄに吸入させるようにして、圧縮機構１０２の運転状態が安定した時点（例えば、圧縮機構１０２の吸入圧力、吐出圧力及び中間圧力が安定した時点）で、開閉弁８５ａによって第２出口側中間枝管８５内に冷媒を流すことができる状態にし、かつ、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て、通常の冷房運転に移行することができるようになっている。尚、本変形例において、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１０４の後段側の圧縮要素１０４ｄの吸入側との間に接続され、その他端が第２圧縮機構１０４の前段側の圧縮要素１０４ｃ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おり、第２圧縮機構１０４を起動する際に、第１圧縮機構１０３の中間圧部分の影響を受けにくい状態にできるようになっている。また、本変形例においては、開閉弁８６ａとして電磁弁が使用されている。

また、本変形例の空気調和装置１の冷房運転や暖房運転等の動作は、圧縮機構２に代えて設けられた圧縮機構１０２によって、圧縮機構１０２周りの回路構成がやや複雑化したことによる変更点を除いては、上述の実施形態及びその変形例における動作（図１〜図１２及びその関連記載）と基本的に同じであるため、ここでは、説明を省略する。

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

また、図１４に示されるように、上述の変形例３におけるブリッジ回路１７を有しない冷媒回路７１０（図１２参照）において、二段圧縮式の圧縮機構２に代えて、二段圧縮式の圧縮機構１０３、１０４を並列に接続した圧縮機構１０２を採用した冷媒回路９１０にしてもよい。

そして、この構成においては、ブリッジ回路１７が省略されていることから、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、熱源側熱交換器４と利用側熱交換器６との間を流れる冷媒が利用側膨張機構５ｃ、レシーバ１８、第１膨張機構５ａの順に流れる点が、冷媒回路８１０（図１３参照）とは異なるが、上述と同様の作用効果を得ることができる。

（７）変形例５
上述の実施形態及びその変形例においては、切換機構３を加熱運転状態にする暖房運転の際には、気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクションを使用する第１運転を行い、切換機構３を冷却運転状態にする冷房運転の際には、エコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションを使用する第２運転を行うように切り換える制御を行っているが、暖房運転においても、エコノマイザ熱交換器２０において第２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冷媒の圧力が高いままで保たれる場合もあり得る。

そこで、例えば、暖房運転において、気液分離器圧力から圧縮機構中間圧力を差し引いた圧力差が所定値以上である場合には、エコノマイザ熱交換器２０において第２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冷媒の圧力が低下する条件になっていないものと判断して、エコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションを使用する第２運転を行い、気液分離器圧力から圧縮機構中間圧力を差し引いた圧力差が所定値未満である場合には、エコノマイザ熱交換器２０において第２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冷媒の圧力が低下する条件になっているものと判断して、気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクションを使用する第１運転を行うようにしてもよい。

このように、冷房運転と暖房運転との間におけるエコノマイザ熱交換器２０において第２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冷媒の圧力の定性的な傾向に基づくものではなく、エコノマイザ熱交換器２０において第２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冷媒の圧力の条件の定量的な判断に基づいて、気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクションを使用する第１運転と、エコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションを使用する第２運転とを切り換え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、上述のチラータイプの空気調和装置の他の型式の冷凍装置であっても、超臨界域で作動する冷媒を冷媒として使用して多段圧縮式冷凍サイクルを行うものであれば、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。

本発明を利用すれば、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において、運転効率の向上を図ることができるようになる。

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３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におけ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。 変形例３にかかる空気調和装置におけ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。 変形例３にかかる空気調和装置におけ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。 変形例３にかかる空気調和装置におけ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。 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、１０２ 圧縮機構
４ 熱源側熱交換器
５ａ 第１膨張機構（熱源側膨張機構）
５ｂ 第２膨張機構
５ｃ 利用側膨張機構
５ｄ 第３膨張機構（熱源側膨張機構）
６ 利用側熱交換器
７ 中間冷却器
８ 中間冷媒管
１８ レシーバ（気液分離器）
１８ｃ 第１後段側インジェクション管
１９ 第２後段側インジェクション管
２０ エコノマイザ熱交換器

Claims (5)

1. 超臨界域で作動する冷媒を使用する冷凍装置であって、
   複数の圧縮要素を有しており、前記複数の圧縮要素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圧縮機構（２、１０２）と、
   熱源側熱交換器（４）と、
   利用側熱交換器（６）と、
   前記熱源側熱交換器と前記利用側熱交換器との間を流れる冷媒を気液分離する気液分離器（１８）と、
   前記気液分離器から冷媒を前記後段側の圧縮要素に戻すための第１後段側インジェクション管（１８ｃ）と、
   前記第１後段側インジェクション管とは別に、前記熱源側熱交換器と前記利用側熱交換器との間を流れる冷媒を分岐して前記後段側の圧縮要素に戻す第２後段側インジェクション管（１９）と、
   前記熱源側熱交換器と前記利用側熱交換器との間を流れる冷媒と前記第２後段側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）とを備え、
   前記第１後段側インジェクション管を使用する第１運転と、前記第２後段側インジェクション管を使用する第２運転とを切り換える制御を行う、
   冷凍装置（１）。
2. 前記第１運転は、前記エコノマイザ熱交換器（２０）において、前記第２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冷媒の圧力が低下する条件における運転である、請求項１に記載の冷凍装置（１）。
3. 超臨界域で作動する冷媒を使用する冷凍装置であって、
   複数の圧縮要素を有しており、前記複数の圧縮要素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圧縮機構（２、１０２）と、
   熱源側熱交換器（４）と、
   互いが並列に接続された複数の利用側熱交換器（６）と、
   前記熱源側熱交換器と前記複数の利用側熱交換器との間を流れる冷媒を気液分離する気液分離器（１８）と、
   前記気液分離器と前記利用側熱交換器との間において前記各利用側熱交換器に対応して設けられ、冷媒を減圧する利用側膨張機構（５ｃ）と、
   前記気液分離器と前記熱源側熱交換器との間に設けられ、冷媒を減圧する熱源側膨張機構（５ａ、５ｄ）と、
   前記圧縮機構、前記熱源側熱交換器、前記熱源側膨張機構、前記気液分離器、前記利用側膨張機構、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、前記利用側膨張機構、前記気液分離器、前記熱源側膨張機構、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、
   前記気液分離器から冷媒を前記後段側の圧縮要素に戻すための第１後段側インジェクション管（１８ｃ）と、
   前記第１後段側インジェクション管とは別に、前記熱源側熱交換器と前記熱源側膨張機構との間を流れる冷媒を分岐して前記後段側の圧縮要素に戻す第２後段側インジェクション管（１９）と、
   前記熱源側熱交換器と前記熱源側膨張機構との間を流れる冷媒と前記第２後段側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）とを備え、
   前記切換機構を前記加熱運転状態にして前記第１の後段側インジェクション管を使用する第１運転と、前記切換機構を前記冷却運転状態にして前記第２後段側インジェクション管を使用する第２運転とを切り換える制御を行う、
   冷凍装置（１）。
4. 前記前段側の圧縮要素から吐出された冷媒を前記後段側の圧縮要素に吸入させるための中間冷媒管（８）に設けられ、前記前段側の圧縮要素から吐出されて前記後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却器として機能する中間冷却器（７）をさらに備えている、請求項１〜３のいずれかに記載の冷凍装置（１）。
5. 前記超臨界域で作動する冷媒は、二酸化炭素である、請求項１〜４のいずれかに記載の冷凍装置（１）。

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