JP2009229055A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超臨界域で作動する冷媒を使用した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使用しており、二段圧縮式の圧縮機構２と、放熱器と、膨張機構５と、蒸発器と、第１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とを備えている。エコノマイザ熱交換器２０は、放熱器から膨張機構５に送られる冷媒と第１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。第１後段側インジェクション管１９は、冷媒を減圧する後段側インジェクション弁１９ａを有しており、放熱器から膨張機構５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た後に、放熱器から膨張機構５に送られる冷媒を分岐するように設けられている。
【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た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た冷凍サイクルを行う冷凍装置の１つとして、特許文献１（特開２００７−２３２２６３号公報）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。

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は、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に近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十分に低くなるようにすることも考えられるが、冷媒の放熱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に近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に近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た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、放熱器と、蒸発器と、放熱器から蒸発器に送られる冷媒を減圧する膨張機構と、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。また、圧縮機構は、単一の圧縮要素を有しており、圧縮要素における圧縮過程の途中で外部から冷媒を導入することができるように構成されたものでもよい。後段側インジェクション管は、冷媒を減圧する後段側インジェクション弁を有しており、放熱器から膨張機構に送られる冷媒を分岐して後段側の圧縮要素又は圧縮要素における圧縮過程の途中に戻す冷媒管である。エコノマイザ熱交換器は、放熱器から膨張機構に送られる冷媒と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、後段側インジェクション管は、放熱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た後に、放熱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。

超臨界域で作動する冷媒を使用した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に近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。

ここで、このエコノマイザ熱交換器による中間圧インジェクションでは、後段側インジェクション管を用いて、放熱器から膨張機構に送られる冷媒を分岐して後段側の圧縮要素又は圧縮要素における圧縮過程の途中に戻す際に、後段側インジェクション弁によって、後段側インジェクション管を流れる冷凍サイクルにおける高圧の冷媒を後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の圧力又は圧縮要素における圧縮過程の途中の圧力である冷凍サイクルにおける中間圧付近まで減圧する操作を伴うことになる。そして、この後段側インジェクション弁による減圧操作は、等エンタルピ膨張（冷媒のエンタルピが一定のままで圧力が低下する膨張）であるため、冷凍サイクルにおける理想的な減圧操作である等エントロピ膨張（冷媒のエントロピが一定のままで圧力が低下する膨張）とは異なり、減圧操作の前後で冷媒のエントロピが増加することに起因する熱ロス（以下、「後段側インジェクション弁による膨張ロス」とする）が生じることになる。そして、後段側インジェクション弁による膨張ロスは、圧縮機構における消費動力を増加させることにつながり、これにより、冷凍サイクルの成績係数や運転効率が低下することになるため、後段側インジェクション弁による膨張ロスを極力減らすことが望ましい。しかも、二酸化炭素等のような超臨界域で作動する冷媒を使用する場合には、Ｒ２２やＲ４１０Ａ等のような臨界圧力よりも十分に低い圧力域で作動する冷媒を使用する場合に比べて、冷媒の温度変化に対するエントロピ変化が大きいという特性を有していることから、後段側インジェクション弁による膨張ロスが大きくなり、冷凍サイクルの成績係数や運転効率に対する影響が大きいため、後段側インジェクション弁による膨張ロスを減らすことは、冷凍サイクルの成績係数や運転効率の向上という観点で非常に重要である。

そこで、この冷凍装置では、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にあたり、二酸化炭素等のような超臨界域で作動する冷媒を使用する場合における冷媒の温度変化に対するエントロピ変化が大きいという特性を考慮して、後段側インジェクション管を放熱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た後に放熱器から膨張機構に送られる冷媒を分岐するように設けるようにしている。これにより、放熱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ことによって冷却された後に後段側インジェクション管に分岐されることになるため、後段側インジェクション管を放熱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放熱器から膨張機構に送られる冷媒を分岐するように設けた場合に比べて、エコノマイザ熱交換器における交換熱量が増加してエコノマイザ熱交換器のサイズがやや大きくなるものの、後段側インジェクション弁によって減圧される冷媒の温度が低下し、その結果、後段側インジェクション弁による膨張ロスが大幅に低減されることになる。尚、Ｒ２２やＲ４１０Ａ等のような臨界圧力よりも十分に低い圧力域で作動する冷媒を使用する場合においても、後段側インジェクション管を放熱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た後に放熱器から膨張機構に送られる冷媒を分岐するように設けるようにすれば、後段側インジェクション管を放熱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放熱器から膨張機構に送られる冷媒を分岐するように設けた場合に比べて、後段側インジェクション弁による膨張ロスは低減されるものの、二酸化炭素等のような超臨界域で作動する冷媒を使用する場合に比べて、冷媒の温度変化に対するエントロピ変化が非常に小さいことから、後段側インジェクション弁による膨張ロスが低減される程度が非常に小さく、エコノマイザ熱交換器における交換熱量が増加してエコノマイザ熱交換器のサイズが大きくなるというデメリットのほうが大きいと考えられる。

このように、この冷凍装置では、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ことで、冷凍サイクルの中間圧が臨界圧力付近まで上昇するような場合であっても、後段側の圧縮要素から又は中間圧インジェクション後に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、圧縮機構の消費動力を減らし、運転効率の向上を図れるようにし、しかも、二酸化炭素等のような超臨界域で作動する冷媒を使用する場合における冷媒の温度変化に対するエントロピ変化が大きいという特性を考慮して、後段側インジェクション管を放熱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た後に放熱器から膨張機構に送られる冷媒を分岐するように設けるようにすることで、後段側インジェクション弁による膨張ロスを減らし、冷凍サイクルの成績係数や運転効率をさらに向上させることができる。

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、エコノマイザ熱交換器は、放熱器から膨張機構に送られる冷媒と後段側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放熱器から膨張機構に送られる冷媒と後段側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ため、高い熱交換効率を得ることができる。

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、放熱器から膨張機構に送られる冷媒のエコノマイザ熱交換器の出口におけるエンタルピである高温側出口エンタルピが、後段側インジェクション管を流れる冷媒の後段側インジェクション弁の下流の圧力である低温側圧力に相当する飽和液冷媒のエンタルピである低温側飽和液エンタルピよりも小さくなるように、放熱器から膨張機構に送られる冷媒のエコノマイザ熱交換器の出口における温度である高温側出口温度が制御される。

第２の発明にかかる冷凍装置では、後段側インジェクション管が、放熱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た後に、放熱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おり、しかも、エコノマイザ熱交換器が、放熱器から膨張機構に送られる冷媒と後段側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ため、高い熱交換効率を得ながら、後段側インジェクション弁による膨張ロスを減らし、冷凍サイクルの成績係数や運転効率を向上させることができる。

しかし、このような構成を採用しただけでは、後段側インジェクション弁において減圧された後の冷媒が気液二相状態になる場合もあり、この場合には、放熱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十分に冷却されず、放熱器から膨張機構に送られる冷媒のエコノマイザ熱交換器の出口におけるエンタルピである高温側出口エンタルピを十分に小さくすることができないため、結果的に、圧縮機構の消費動力の低減や運転効率の向上を十分に図ることができない場合が生じるおそれがある。

そこで、この冷凍装置では、高温側出口エンタルピが低温側飽和液エンタルピよりも小さくなるように高温側出口温度を制御するようにしている。

これにより、後段側インジェクション弁において減圧された後の冷媒が過冷却状態になるが、この際、超臨界域で作動する冷媒を使用する冷凍サイクルでは、液単相域では後段側インジェクション弁における減圧後に温度低下が生じる（一方、臨界圧以下で作動する冷媒を使用する冷凍サイクルでは、温度低下がほとんど生じない）ため、冷凍サイクルが低温側に拡大し、高温側出口エンタルピを小さくすることができる。そして、その結果、蒸発器の入口における冷媒の乾き度が低下して、膨張機構から蒸発器に至るまでの間及び蒸発器における圧力損失が低減され、また、蒸発圧力が上昇するため、これにより、圧縮機構の消費動力を確実かつ十分に減らし、運転効率の向上を確実かつ十分に図ることができる。しかも、後段側インジェクション弁において減圧された後の冷媒が過冷却状態になることから、エコノマイザ熱交換器における後段側インジェクション管を流れる冷媒の圧力損失の低減を図ることができ、また、エコノマイザ熱交換器における冷媒の流路を複数にする場合には、エコノマイザ熱交換器における冷媒の偏流を防止することができる。

第４の発明にかかる冷凍装置は、第３の発明にかかる冷凍装置において、高温側出口温度は、後段側インジェクション弁の開度調節によって制御される。

この冷凍装置では、高温側出口温度を後段側インジェクション弁の開度調節によって制御するようにしているため、膨張機構に送られる冷媒と後段側インジェクション管に送られる冷媒とを正確に分配し、高温側出口温度を精度よく制御することができる。

第５の発明にかかる冷凍装置は、第３又は第４の発明にかかる冷凍装置において、高温側出口温度は、低温側圧力に相当する飽和液冷媒の温度である低温側飽和液温度に所定温度を加算した温度である高温側出口目標温度よりも小さくなるように制御される。

この冷凍装置では、高温側出口温度が、低温側圧力に相当する飽和液冷媒の温度である低温側飽和液温度に所定温度を加算した温度である高温側出口目標温度よりも小さくなるように制御されるため、高温側出口エンタルピが低温側飽和液エンタルピよりも小さくなるように確実に制御することができる。

第６の発明にかかる冷凍装置は、第５の発明にかかる冷凍装置において、所定温度は、放熱器から膨張機構に送られる冷媒のエコノマイザ熱交換器の出口における圧力である高温側圧力において低温側飽和液エンタルピに等しくなる温度である高温側基準温度から低温側飽和液温度を減算した温度であり、高温側圧力及び低温側圧力との関係式として予め設定されている。

この冷凍装置では、所定温度が、放熱器から膨張機構に送られる冷媒のエコノマイザ熱交換器の出口における圧力である高温側圧力において低温側飽和液エンタルピに等しくなる温度である高温側基準温度から低温側飽和液温度を減算した温度であり、高温側圧力及び低温側圧力との関係式として予め設定されているため、所定温度を高温側圧力及び低温側圧力から容易に得ることができる。

第７の発明にかかる冷凍装置は、第３〜第６の発明のいずれかにかかる冷凍装置において、高温側出口温度は、放熱器から膨張機構に送られる冷媒のエコノマイザ熱交換器の出口と膨張機構との間に設けられたエコノマイザ出口温度センサによって検出される。

この冷凍装置では、高温側出口温度が、放熱器から膨張機構に送られる冷媒のエコノマイザ熱交換器の出口と膨張機構との間に設けられたエコノマイザ出口温度センサによって検出されるため、正確な高温側出口温度を得ることができ、制御精度を高めることに寄与する。

第８の発明にかかる冷凍装置は、第３〜第７の発明のいずれかにかかる冷凍装置において、低温側圧力は、後段側インジェクション弁と後段側インジェクション管を流れる冷媒のエコノマイザ熱交換器の出口との間に設けられたエコノマイザ入口圧力センサによって検出される。

この冷凍装置では、低温側圧力が、後段側インジェクション弁と後段側インジェクション管を流れる冷媒のエコノマイザ熱交換器の出口との間に設けられたエコノマイザ入口圧力センサによって検出されるため、正確な低温側圧力を得ることができ、制御精度を高めることに寄与する。

第９の発明にかかる冷凍装置は、第１〜第８の発明のいずれか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又は第９の発明では、冷凍サイクルの中間圧が臨界圧力付近まで上昇するような場合であっても、後段側の圧縮要素から又は中間圧インジェクション後に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、圧縮機構の消費動力を減らし、運転効率の向上を図れるようにし、しかも、二酸化炭素等のような超臨界域で作動する冷媒を使用する場合における冷媒の温度変化に対するエントロピ変化が大きいという特性を考慮して、後段側インジェクション弁による膨張ロスを減らし、冷凍サイクルの成績係数や運転効率をさらに向上させることができる。

第２の発明では、エコノマイザ熱交換器における放熱器から膨張機構に送られる冷媒と後段側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ため、高い熱交換効率を得ることができる。

第３の発明では、圧縮機の消費動力を確実かつ十分に減らし、運転効率の向上を確実かつ十分に図ることができる。

第４の発明では、高温側出口温度を精度よく制御することができる。

第５の発明では、高温側出口エンタルピが低温側飽和液エンタルピよりも小さくなるように確実に制御することができる。

第６の発明では、にかかる冷凍装置は、第５の発明にかかる冷凍装置において、所定温度は、放熱器から膨張機構に送られる冷媒のエコノマイザ熱交換器の出口における圧力である高温側圧力において低温側飽和液エンタルピに等しくなる温度である高温側基準温度から低温側飽和液温度を減算した温度であり、高温側圧力及び低温側圧力との関係式として予め設定されている。

この冷凍装置では、所定温度を高温側圧力及び低温側圧力から容易に得ることができる。

第７の発明では、正確な高温側出口温度を得ることができ、制御精度を高めることに寄与する。

第８の発明では、正確な低温側圧力を得ることができ、制御精度を高めることに寄与する。

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。 Ｒ４１０Ａを使用した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２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。 変形例５にかかる空気調和装置の概略構成図である。 変形例６にかかる空気調和装置の概略構成図である。 変形例６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６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６にかかる所定温度と低温側圧力及び高温側圧力との関係を示す図である。

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、冷房運転が可能となるよう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１０は、主として、圧縮機構２と、熱源側熱交換器４と、膨張機構５、第１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から吐出された冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒を、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放熱器としての熱源側熱交換器４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の吐出側から放熱器としての熱源側熱交換器４への冷媒の流れを許容し、かつ、放熱器としての熱源側熱交換器４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。

熱源側熱交換器４は、冷媒の放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、その一端が圧縮機構２に接続されており、その他端がエコノマイザ熱交換器２０を介して膨張機構５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として水や空気が供給されるようになっている。

膨張機構５は、放熱器としての熱源側熱交換器４から蒸発器としての利用側熱交換器６に送られる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。膨張機構５は、その一端がエコノマイザ熱交換器２０を介して熱源側熱交換器４に接続され、その他端が利用側熱交換器６に接続されている。また、本実施形態において、膨張機構５は、放熱器としての熱源側熱交換器４において冷却された高圧の冷媒を蒸発器としての利用側熱交換器６に送る前に冷凍サイクルにおける低圧付近まで減圧する。

利用側熱交換器６は、冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。利用側熱交換器６は、その一端が膨張機構５に接続されており、その他端が圧縮機構２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としての水や空気が供給されるようになっている。

第１後段側インジェクション管１９は、放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５に送られる冷媒を分岐して後段側の圧縮要素２ｄに戻す冷媒管である。本実施形態において、第１後段側インジェクション管１９は、放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５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た後に、放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５に送られる冷媒を分岐するように設けられている。より具体的には、第１後段側インジェクション管１９は、エコノマイザ熱交換器２０の下流側の位置（すなわち、エコノマイザ熱交換器２０と膨張機構５との間）から冷媒を分岐して中間冷媒管８に戻す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１９には、開度制御が可能な第１後段側インジェクション弁１９ａが設けられている。第１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、放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５に送られる冷媒と第１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１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、第１後段側インジェクション管１９が分岐される位置よりも上流側の位置（すなわち、放熱器としての熱源側熱交換器４と第１後段側インジェクション管１９が分岐される位置との間）を流れる冷媒と第１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１後段側インジェクション管１９が分岐される位置よりも上流側に設けられている。このため、放熱器としての熱源側熱交換器４において冷却された冷媒は、エコノマイザ熱交換器２０において、第１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た後に、第１後段側インジェクション管１９に分岐されることになる。

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又は圧縮機構２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の第１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１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第１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２、膨張機構５、第１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。

（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３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る。尚、以下の冷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、図３の点Ｄ、Ｄ’、Ｅ、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、図３の点Ａ、Ｆ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、図３の点Ｂ１、Ｇ、Ｊ、Ｊ’、Ｋにおける圧力）を意味している。

冷房運転時は、膨張機構５は、開度調節される。また、第１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、第１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１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１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、第１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１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第１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１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。また、第１後段側インジェクション弁１９ａの開度調節は、過熱度制御に限られるものではなく、例えば、冷媒回路１０における冷媒循環量等に応じて所定開度だけ開けるようにするものであってもよい。

この冷媒回路１０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〜図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〜図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１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）と合流することで冷却される（図１〜図３の点Ｇ参照）。次に、第１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〜図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、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器４に送られて、冷却源としての水や空気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、放熱器としての熱源側熱交換器４において冷却された高圧の冷媒は、エコノマイザ熱交換器２０に送られて、第１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）。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、その一部が第１後段側インジェクション管１９に分岐される。そして、第１後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、第１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に送られて（図１〜図３の点Ｊ参照）、上述のように、放熱器としての熱源側熱交換器４において冷却された高圧の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、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、膨張機構５によって減圧されて、低圧の気液二相状態の冷媒となり、冷媒の蒸発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、蒸発器としての利用側熱交換器６に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、加熱源としての水や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、この蒸発器としての利用側熱交換器６において加熱され蒸発した低圧の冷媒は、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、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採用するようにしている。このため、気液分離器による中間圧インジェクションを採用する場合とは異なり、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に近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する必要がなくなるため、冷凍サイクルの中間圧（ここでは、中間冷媒管８における圧力）が臨界圧力付近まで上昇するような場合であっても、外部への放熱を行うことなく、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（図３の点Ｂ１、Ｇ参照）。これにより、圧縮機構２から吐出される冷媒の温度が低く抑えられ（図３の点Ｄ、Ｄ’参照）、第１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、図３の点Ｂ１、Ｄ’、Ｄ、Ｇを結ぶことによって囲まれる面積に相当する分の放熱ロスを小さくできることから、圧縮機構２の消費動力を減らし、運転効率を向上させることができるようになっている。

しかも、本実施形態の空気調和装置１では、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うにあたり、二酸化炭素等のような超臨界域で作動する冷媒を使用する場合における冷媒の温度変化に対するエントロピ変化が大きいという特性を考慮して、第１後段側インジェクション管１９を放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５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た後に放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５に送られる冷媒を分岐するように設けるようにすることで、第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロス（第１後段側インジェクション弁１９ａによる減圧操作の前後で冷媒のエントロピが増加することに起因する熱ロスであり、以下、「第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロス」とする）を減らし、冷凍サイクルの成績係数や運転効率をさらに向上させることができるようになっている。

このことについて、図１〜図４を用いて詳細に説明する。ここで、図４は、Ｒ４１０Ａを使用した冷凍サイクルが図示された圧力−エントロピ線図である。尚、図４では、図３に図示されている点Ｚ、Ｚ’を図示すると、点Ｊ、Ｊ’に重なった状態で図示されることになるため、ここでは図示を省略している。

まず、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では、上述のように、第１後段側インジェクション管１９を用いて、放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５に送られる冷媒を分岐して後段側の圧縮要素２ｄに戻す際に、第１後段側インジェクション弁１９ａによって、第１後段側インジェクション管１９を流れる冷凍サイクルにおける高圧の冷媒を後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒の圧力である冷凍サイクルにおける中間圧付近まで減圧する操作（すなわち、図２、３の点Ｈから点Ｊへの変化）を伴うことになる。そして、この第１後段側インジェクション弁１９ａによる減圧操作は、等エンタルピ膨張（冷媒のエンタルピが一定のままで圧力が低下する膨張、すなわち、図２、３の点Ｈから点Ｊへの変化）であるため、冷凍サイクルにおける理想的な減圧操作である等エントロピ膨張（冷媒のエントロピが一定のままで圧力が低下する膨張、すなわち、図３の点Ｈから点Ｚへの変化）とは異なり、第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスが生じることになる。そして、第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスは、圧縮機構２における消費動力を増加させることにつながり、これにより、冷凍サイクルの成績係数や運転効率が低下することになるため、第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスを極力減らすことが望ましい。

ここで、本実施形態における第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスを含む４つの場合における第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスを求めると、以下のようになる。尚、以下の第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスを求めるにあたり、冷媒として二酸化炭素を使用する場合（図３参照）及びＲ４１０Ａを使用する場合（図４参照）のいずれにおいても、蒸発器としての利用側熱交換器６における蒸発温度が０℃（図３、４の点Ｆ参照）及び圧縮機構２の吸入側における冷媒の温度が１０℃（図３、４の点Ａ参照）となる運転条件において、放熱器としての熱源側熱交換器４の出口における高圧の冷媒の温度を４０℃（図３、４の点Ｅ参照）とし、エコノマイザ熱交換器２０の出口における高圧の冷媒の温度を３５℃（図３、４の点Ｈ参照）とした場合を想定するものとする。

このような前提において、本実施形態における第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスは、図３に示されるように、点Ｈ（第１後段側インジェクション管１９に分岐される高圧の冷媒を示す）と、点Ｊ（第１後段側インジェクション弁１９ａによって、第１後段側インジェクション管１９に分岐された高圧の冷媒を等エンタルピ膨張させた後の中間圧の冷媒を示す）と、点Ｚ（第１後段側インジェクション管１９に分岐された高圧の冷媒を等エントロピ膨張させたものと仮定した場合の中間圧の冷媒を示す）とを結ぶことによって囲まれる略直角三角形状の部分の面積に相当し、その値は０．３５ｋＪ／ｋｇ℃となる。

また、本実施形態において、第１後段側インジェクション管１９をエコノマイザ熱交換器２０の上流側の位置（すなわち、放熱器としての熱源側熱交換器４とエコノマイザ熱交換器２０との間）から分岐させた場合における第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスは、図３に示されるように、点Ｅ（第１後段側インジェクション管１９に分岐される高圧の冷媒を示す）と、点Ｊ’（第１後段側インジェクション弁１９ａによって、第１後段側インジェクション管１９に分岐された高圧の冷媒を等エンタルピ膨張させた後の中間圧の冷媒を示す）と、点Ｚ’（第１後段側インジェクション管１９に分岐された高圧の冷媒を等エントロピ膨張させたものと仮定した場合の中間圧の冷媒を示す）とを結ぶことによって囲まれる略直角三角形状の部分の面積に相当し、その値は０．４５ｋＪ／ｋｇ℃となる。

また、冷媒としてＲ４１０Ａを使用した場合において、本実施形態と同様、第１後段側インジェクション管１９をエコノマイザ熱交換器２０の下流側の位置（すなわち、エコノマイザ熱交換器２０と膨張機構５の間）から分岐させた場合における第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスは、図４に示されるように、点Ｎ（第１後段側インジェクション管１９に分岐される高圧の冷媒を示す）と、点Ｊ（第１後段側インジェクション弁１９ａによって、第１後段側インジェクション管１９に分岐された高圧の冷媒を等エンタルピ膨張させた後の中間圧の冷媒を示す）と、点Ｚ（第１後段側インジェクション管１９に分岐された高圧の冷媒を等エントロピ膨張させたものと仮定した場合の中間圧の冷媒を示す）とを結ぶことによって囲まれる略直角三角形状の部分の面積に相当し、その値は０．０３３ｋＪ／ｋｇ℃となる。

さらに、冷媒としてＲ４１０Ａを使用した場合において、第１後段側インジェクション管１９をエコノマイザ熱交換器２０の上流側の位置（すなわち、放熱器としての熱源側熱交換器４とエコノマイザ熱交換器２０との間）から分岐させた場合における第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスは、図４に示されるように、点Ｅ（第１後段側インジェクション管１９に分岐される高圧の冷媒を示す）と、点Ｊ’（第１後段側インジェクション弁１９ａによって、第１後段側インジェクション管１９に分岐された高圧の冷媒を等エンタルピ膨張させた後の中間圧の冷媒を示す）と、点Ｚ’（第１後段側インジェクション管１９に分岐された高圧の冷媒を等エントロピ膨張させたものと仮定した場合の中間圧の冷媒を示す）とを結ぶことによって囲まれる略直角三角形状の部分の面積に相当し、その値は０．０５８ｋＪ／ｋｇ℃となる。

そして、これらの第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスの値から、冷媒として二酸化炭素を使用した場合においては、第１後段側インジェクション管１９をエコノマイザ熱交換器２０の上流側の位置で分岐させた場合に比べて、第１後段側インジェクション管１９をエコノマイザ熱交換器２０の下流側の位置で分岐させた場合のほうが、第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスが小さく、その差は、０．１０ｋＪ／ｋｇ℃であり、また、冷媒としてＲ４１０Ａを使用した場合においても、第１後段側インジェクション管１９をエコノマイザ熱交換器２０の上流側の位置で分岐させた場合に比べて、第１後段側インジェクション管１９をエコノマイザ熱交換器２０の下流側の位置で分岐させた場合のほうが、第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスが小さいが、その差は、０．０２５ｋＪ／ｋｇ℃であることがわかる。そして、冷媒として二酸化炭素を使用した場合には、冷媒としてＲ４１０Ａを使用した場合に比べて、第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスの値自体が１０倍程度大きく、また、冷媒として二酸化炭素を使用した場合、及び、Ｒ４１０Ａを使用した場合のいずれにおいても、第１後段側インジェクション管１９をエコノマイザ熱交換器２０の上流側の位置で分岐させた場合よりも下流側の位置で分岐させた場合のほうが第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスは低減されるが、その第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスの低減の程度は、Ｒ４１０Ａを使用した場合に比べて冷媒として二酸化炭素を使用した場合のほうが４倍程度大きいことがわかる。

そして、このことは、二酸化炭素のような超臨界域で作動する冷媒を使用する場合（図３参照）には、Ｒ４１０Ａのような臨界圧力よりも十分に低い圧力域で作動する冷媒を使用する場合（図４参照）に比べて、冷媒の温度変化に対するエントロピ変化が大きいという特性を有していることに起因するものであり、冷媒としてＲ２２やＲ４１０Ａ等のような臨界圧力よりも十分に低い圧力域で作動する冷媒を使用する場合には、第１後段側インジェクション管１９をエコノマイザ熱交換器２０の上流側の位置で分岐させるかエコノマイザ熱交換器２０の下流側の位置で分岐させるかどうかが第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスに及ぼす影響は小さいが、冷媒として二酸化炭素等のような超臨界域で作動する冷媒を使用する場合には、第１後段側インジェクション管１９をエコノマイザ熱交換器２０の上流側の位置で分岐させるかエコノマイザ熱交換器２０の下流側の位置で分岐させるかどうかが第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスに及ぼす影響は大きく、冷凍サイクルの成績係数や運転効率に対する影響が大きいことを意味している。すなわち、二酸化炭素等のような超臨界域で作動する冷媒を使用して二段圧縮式冷凍サイクルを行う空気調和装置１において、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行うにあたり、第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスを減らすことは、冷凍サイクルの成績係数や運転効率の向上という観点で非常に重要であることがわかる。

そこで、本実施形態の空気調和装置１では、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うにあたり、二酸化炭素等のような超臨界域で作動する冷媒を使用する場合における冷媒の温度変化に対するエントロピ変化が大きいという特性（図３参照）を考慮して、上述のように、第１後段側インジェクション管１９を放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５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た後に放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５に送られる冷媒を分岐するように設けるようにしている。このため、放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５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ことによって冷却された後に第１後段側インジェクション管１９に分岐されることになるため、第１後段側インジェクション管１９を放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５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放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５に送られる冷媒を分岐するように設けた場合に比べて、エコノマイザ熱交換器２０における交換熱量が増加してエコノマイザ熱交換器２０のサイズがやや大きくなるものの、第１後段側インジェクション弁１９ａによって減圧される冷媒の温度が低下し、その結果、第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスが大幅に低減されることになる。尚、Ｒ２２やＲ４１０Ａ等のような臨界圧力よりも十分に低い圧力域で作動する冷媒を使用する場合（図４参照）においても、第１後段側インジェクション管１９を放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５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た後に放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５に送られる冷媒を分岐するように設けるようにすれば、第１後段側インジェクション管１９を放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５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放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５に送られる冷媒を分岐するように設けた場合に比べて、第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスは低減されるものの、上述のように、二酸化炭素等のような超臨界域で作動する冷媒を使用する場合（図３参照）に比べて、冷媒の温度変化に対するエントロピ変化が非常に小さいことから、第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスが低減される程度が非常に小さく、エコノマイザ熱交換器２０における交換熱量が増加してエコノマイザ熱交換器２０のサイズが大きくなるというデメリットのほうが大きいと考えられる。

また、本実施形態の空気調和装置１では、エコノマイザ熱交換器２０として、放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５に送られる冷媒と第１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における放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５に送られる冷媒と第１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。

（３）変形例１
上述の実施形態においては、超臨界域で作動する冷媒を使用しており冷房運転が可能に構成された二段圧縮式冷凍サイクルを行う空気調和装置１において、放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５に送られる冷媒を分岐して後段側の圧縮要素２ｄに戻す第１後段側インジェクション管１９、及び、放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５に送られる冷媒と第１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を設けるとともに、第１後段側インジェクション管１９を放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５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た後に、放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５に送られる冷媒を分岐するように設けることで、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ことができるようにしているが、この構成に加えて、冷房運転と暖房運転とを切換可能な構成にしてもよい。

例えば、図５に示されるように、二段圧縮式の圧縮機構２が採用された上述の実施形態の冷媒回路１０（図１参照）において、冷房運転と暖房運転とを切換可能にするための切換機構３が設けられ、そして、膨張機構５に代えて第１膨張機構５ａ及び第２膨張機構５ｂが設けられるとともに、ブリッジ回路１７、及び、レシーバ１８が設けられた冷媒回路１１０にすることができる。

切換機構３は、冷媒回路１１０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から吐出される冷媒の放熱器として、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蒸発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５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から吐出される冷媒の放熱器として、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蒸発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５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）。本変形例において、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、圧縮機構２、熱源側熱交換器４、エコノマイザ熱交換器２０、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２、利用側熱交換器６、エコノマイザ熱交換器２０、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。

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、本変形例において、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。

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、本変形例において、電動膨張弁が使用されている。また、本変形例において、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エコノマイザ熱交換器２０及びレシーバ１８を介して利用側熱交換器６に送る前に冷媒の飽和圧力付近まで減圧し、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エコノマイザ熱交換器２０及びレシーバ１８を介して熱源側熱交換器４に送る前に冷媒の飽和圧力付近まで減圧する。

レシーバ１８は、冷房運転と暖房運転との間で冷媒回路１１０における冷媒の循環量が異なる等の運転状態に応じて発生する余剰冷媒を溜めることができるように、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２の吸入管２ａ（すなわち、圧縮機構２の前段側の圧縮要素２ｃの吸入側）に戻すことが可能な吸入戻し管１８ｆが接続されている。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、本変形例において、電磁弁である。

第２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、本変形例において、電動膨張弁が使用されている。また、本変形例において、第２膨張機構５ｂ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レシーバ１８を介して利用側熱交換器６に送る前に冷凍サイクルにおける低圧になるまでさらに減圧し、暖房運転時には、第１膨張機構５ａによって減圧された冷媒をレシーバ１８を介して熱源側熱交換器４に送る前に冷凍サイクルにおける低圧になるまでさらに減圧する。

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、エコノマイザ熱交換器２０、レシーバ入口管１８ａの第１膨張機構５ａ、レシーバ１８、レシーバ出口管１８ｂの第２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、エコノマイザ熱交換器２０、レシーバ入口管１８ａの第１膨張機構５ａ、レシーバ１８、レシーバ出口管１８ｂの第２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。

そして、本変形例においては、エコノマイザ熱交換器２０が、冷房運転時に放熱器として機能する熱源側熱交換器４又は暖房運転時に放熱器として機能する利用側熱交換器６から第１膨張機構５ａに送られる冷媒と第１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、第１後段側インジェクション管１９が、冷房運転時に放熱器として機能する熱源側熱交換器４又は暖房運転時に放熱器として機能する利用側熱交換器６から第１膨張機構５ａ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た後に、冷房運転時に放熱器として機能する熱源側熱交換器４又は暖房運転時に放熱器として機能する利用側熱交換器６から第１膨張機構５ａに送られる冷媒を分岐するように設けられている。すなわち、本変形例においても、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にあたり、二酸化炭素等のような超臨界域で作動する冷媒を使用する場合における冷媒の温度変化に対するエントロピ変化が大きいという特性を考慮して、第１後段側インジェクション管１９を放熱器としての熱源側熱交換器４又は利用側熱交換器６から第１膨張機構５ａ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た後に放熱器としての熱源側熱交換器４又は利用側熱交換器６から第１膨張機構５ａに送られる冷媒を分岐するように設けられていることになる。

次に、本変形例の空気調和装置１の動作について、図２及び図５を用いて説明する。ここで、本変形例における冷房運転時の冷凍サイクルについては、図２を用いて説明し、暖房運転時の冷凍サイクルについては、図２における点Ｅと点Ｆとを入れ替えることによって代用して説明するものとする。尚、以下の冷房運転や暖房運転における運転制御は、上述の実施形態における制御部（図示せず）によって行われる。

＜冷房運転＞
冷房運転時は、切換機構３が図５の実線で示される冷却運転状態とされる。また、第１膨張機構５ａ及び第２膨張機構５ｂは、開度調節される。さらに、第１後段側インジェクション弁１９ａは、上述の実施形態と同様の開度調節がなされる。

この冷媒回路１１０の状態において、圧縮機構２を駆動すると、低圧の冷媒（図５、図２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５、図２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１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５、図２の点Ｋ参照）と合流することで冷却される（図５、図２の点Ｇ参照）。次に、第１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５、図２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、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器４に送られて、冷却源としての水や空気と熱交換を行って冷却される（図５、図２の点Ｅ参照）。そして、放熱器としての熱源側熱交換器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、エコノマイザ熱交換器２０に送られて、第１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５、図２の点Ｈ参照）。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、その一部が第１後段側インジェクション管１９に分岐される。そして、第１後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、第１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に送られて（図５、図２の点Ｊ参照）、上述のように、放熱器としての熱源側熱交換器４において冷却された高圧の冷媒と熱交換を行って加熱されて（図５、図２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。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、第２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、冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器６に送られる（図５、図２の点Ｆ参照）。そして、蒸発器としての利用側熱交換器６に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、加熱源としての水や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５、図２の点Ａ参照）。そして、この蒸発器としての利用側熱交換器６において加熱され蒸発した低圧の冷媒は、切換機構３を経由して、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、詳細な説明は省略するが、本変形例の構成においても、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に関しては、上述の実施形態と同様、第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスを減らし、冷凍サイクルの成績係数や運転効率をさらに向上させる効果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５の破線で示される加熱運転状態とされる。また、第１膨張機構５ａ及び第２膨張機構５ｂは、開度調節される。さらに、第１後段側インジェクション弁１９ａは、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１１０の状態において、圧縮機構２を駆動すると、低圧の冷媒（図５、図２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５、図２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１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５、図２の点Ｋ参照）と合流することで冷却される（図５、図２の点Ｇ参照）。次に、第１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５、図２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、冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器６に送られて、冷却源としての水や空気と熱交換を行って冷却される（図５、図２の点Ｅを点Ｆに読み替えて参照）。そして、放熱器としての利用側熱交換器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、エコノマイザ熱交換器２０に送られて、第１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５、図２の点Ｈ参照）。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、その一部が第１後段側インジェクション管１９に分岐される。そして、第１後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、第１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に送られて（図５、図２の点Ｊ参照）、上述のように、放熱器としての利用側熱交換器６において冷却された高圧の冷媒と熱交換を行って加熱されて（図５、図２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。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、第２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、冷媒の蒸発器として機能する熱源側熱交換器４に送られる（図５、図２の点Ｆを点Ｅに読み替えて参照）。そして、蒸発器としての熱源側熱交換器４に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、加熱源としての水や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５、図２の点Ａ参照）。そして、この蒸発器としての熱源側熱交換器４において加熱され蒸発した低圧の冷媒は、切換機構３を経由して、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、暖房運転においても冷房運転と同様の運転が行われることになるため、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に関しては、暖房運転においても、冷房運転と同様、第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスを減らし、冷凍サイクルの成績係数や運転効率をさらに向上させる効果を得ることができる。

（４）変形例２
上述の変形例１における冷媒回路１１０（図５参照）においては、上述のように、切換機構３を冷却運転状態にする冷房運転及び切換機構３を加熱運転状態にする暖房運転のいずれにおいても、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。そして、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は、冷凍サイクルにおける中間圧が臨界圧力付近まで上昇した条件においても使用可能であることから、上述の実施形態及びその変形例における冷媒回路１０、１１０（図１、５参照）のように、１つの利用側熱交換器６を有する構成では、超臨界域で作動する冷媒を使用する場合には、有利であると考えられる。

しかし、複数の空調空間の空調負荷に応じた冷房や暖房を行うこと等を目的として、互いに並列に接続された複数の利用側熱交換器６を有する構成にするとともに、各利用側熱交換器６を流れる冷媒の流量を制御して各利用側熱交換器６において必要とされる冷凍負荷を得ることができるようにするために、気液分離器としてのレシーバ１８と利用側熱交換器６との間において各利用側熱交換器６に対応するように利用側膨張機構５ｃを設ける場合がある。

例えば、図６に示されるように、上述の変形例１におけるブリッジ回路１７を有する冷媒回路１１０（図５参照）において、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を設けるとともに、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に対応するように利用側膨張機構５ｃを設け、レシーバ出口管１８ｂに設けられていた第２膨張機構５ｂを削除し、また、ブリッジ回路１７の出口逆止弁１７ｄに代えて、第３膨張機構５ｄを設けた冷媒回路２１０にすることができる。尚、本変形例において、利用側膨張機構５ｃ及び第３膨張機構５ｄは、電動膨張弁である。

そして、このような構成においても、切換機構３を冷却運転状態にする冷房運転のように、放熱器としての熱源側熱交換器４において冷却された後に熱源側膨張機構としての第１膨張機構５ａ以外に大幅な減圧操作が行われることなく、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においては、上述の変形例１と同様、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有利である。

しかし、切換機構３を加熱運転状態にする暖房運転のように、各利用側膨張機構５ｃが放熱器としての各利用側熱交換器６において必要とされる冷凍負荷が得られるように放熱器としての各利用側熱交換器６を流れる冷媒の流量を制御しており、放熱器としての各利用側熱交換器６を通過する冷媒の流量が、放熱器としての各利用側熱交換器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５ｃ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条件においては、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が、放熱器としての各利用側熱交換器６を流れる冷媒の流量だけでなく、複数の放熱器としての利用側熱交換器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り、このような場合には、エコノマイザ熱交換器２０における交換熱量（すなわち、第１後段側インジェクション管１９を流れる冷媒の流量）が小さくなってしまい使用が困難になるおそれがある。特に、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、エコノマイザ熱交換器２０の入口における冷媒の圧力がさらに低下することになる。そして、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おそれがある場合には、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冷凍サイクルにおける中間圧（ここでは、中間冷媒管８を流れる冷媒の圧力）との圧力差が小さい条件であっても使用可能な気液分離器による中間圧インジェクションが有利である。

そこで、本変形例では、図６に示されるように、レシーバ１８を気液分離器として機能させて中間圧インジェクションを行うことができるようにするために、レシーバ１８に第２後段側インジェクション管１８ｃを接続するようにして、冷房運転時には、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い、暖房運転時には、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るようにしている。

第２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、本変形例において、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２後段側インジェクション管１８ｃには、第２後段側インジェクション開閉弁１８ｄと第２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２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、本変形例において、電磁弁である。第２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。尚、第２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。また、第２後段側インジェクション管１８ｃと第１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、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。尚、本変形例において、膨張機構バイパス弁５ｅは、電磁弁である。

次に、本変形例の空気調和装置１の動作について、図６、図２及び図７を用いて説明する。ここで、図７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る。また、本変形例における冷房運転時の冷凍サイクルについては、図２を用いて説明するものとする。尚、以下の冷房運転及び暖房運転における運転制御は、上述の実施形態における制御部（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の点Ｄ、Ｄ’、Ｅ、Ｈや図７の点Ｄ、Ｄ’、Ｆにおける圧力）を意味し、「低圧」とは、冷凍サイクルにおける低圧（すなわち、図２の点Ａ、Ｆや図７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の点Ｂ１、Ｇ、Ｊ、Ｊ’、Ｋや図７の点Ｂ１、Ｇ、Ｉ、Ｌ、Ｍ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６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１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２後段側インジェクション開閉弁１８ｄは閉状態にされて、第１後段側インジェクション弁１９ａは、上述の実施形態と同様の開度調節がなされる。

この冷媒回路２１０の状態において、圧縮機構２を駆動すると、低圧の冷媒（図６、図２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６、図２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１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６、図２の点Ｋ参照）と合流することで冷却される（図６、図２の点Ｇ参照）。次に、第１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６、図２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、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器４に送られて、冷却源としての水や空気と熱交換を行って冷却される（図６、図２の点Ｅ参照）。そして、放熱器としての熱源側熱交換器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、エコノマイザ熱交換器２０に送られて、第１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６、図２の点Ｈ参照）。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、その一部が第１後段側インジェクション管１９に分岐される。そして、第１後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、第１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に送られて（図６、図２の点Ｊ参照）、上述のように、放熱器としての熱源側熱交換器４において冷却された高圧の冷媒と熱交換を行って加熱されて（図６、図２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６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り、冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器６に送られる（図６、図２の点Ｆ参照）。そして、蒸発器としての利用側熱交換器６に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、加熱源としての水や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６、図２の点Ａ参照）。そして、この蒸発器としての利用側熱交換器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、本変形例の空気調和装置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、放熱器としての熱源側熱交換器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における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とともに、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に関しては、上述の実施形態と同様、第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスを減らし、冷凍サイクルの成績係数や運転効率をさらに向上させる効果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６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２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２後段側インジェクション開閉弁１８ｄが開状態にされて、第１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２１０の状態において、圧縮機構２を駆動すると、低圧の冷媒（図６、図７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６、図７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２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６、図７の点Ｍ参照）と合流することで冷却される（図６、図７の点Ｇ参照）。次に、第２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６、図７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７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、冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器６に送られて、冷却源としての水や空気と熱交換を行って冷却される（図６、図７の点Ｆ参照）。そして、放熱器としての利用側熱交換器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６、図７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２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、冷媒の蒸発器として機能する熱源側熱交換器４に送られる（図６、図７の点Ｅ参照）。そして、蒸発器としての熱源側熱交換器４に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、加熱源としての水や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６、図７の点Ａ参照）。そして、この蒸発器としての熱源側熱交換器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、本変形例の空気調和装置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、気液分離器圧力と冷凍サイクルにおける中間圧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なっている。

また、上述の冷媒回路２１０（図６参照）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８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３１０にしてもよい。

そして、この冷媒回路３１０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上述の冷媒回路２１０と異なる（このため、図７における点Ｉと点Ｌとが入れ替わることになる）が、上述の冷媒回路２１０と同様の作用効果を得ることができる。

（５）変形例３
上述の変形例２における冷媒回路２１０、３１０（図６、８参照）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や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、しかも、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に関しては、第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスを減らし、冷凍サイクルの成績係数や運転効率をさらに向上させる効果を得ることができるようになっているが、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９に示されるように、上述の変形例２におけるブリッジ回路１７を有する冷媒回路２１０（図６参照）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４１０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、水や空気を熱源（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４１０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。

そして、中間冷却器７及び中間冷却器バイパス管９は、いずれも第１後段側インジェクション管１９及び第２後段側インジェクション管１８ｃの上流側（すなわち、前段側の圧縮要素２ｃと第１後段側インジェクション管１９及び第２後段側インジェクション管１８ｃとの間）に位置するように設けられている。

次に、本変形例の空気調和装置１の動作について、図９、図１０、図７を用いて説明する。ここで、図１０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る。また、本変形例における暖房運転時の冷凍サイクルについては、図７を用いて説明するものとする。尚、以下の冷房運転及び暖房運転における運転制御は、上述の実施形態における制御部（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１０の点Ｄ、Ｅ、Ｈや図７の点Ｄ、Ｄ’、Ｆにおける圧力）を意味し、「低圧」とは、冷凍サイクルにおける低圧（すなわち、図１０の点Ａ、Ｆや図７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１０の点Ｂ１、Ｃ１、Ｇ、Ｊ、Ｊ’、Ｋや図７の点Ｂ１、Ｇ、Ｉ、Ｌ、Ｍにおける圧力）を意味している。尚、以下の冷房運転や暖房運転における運転制御等は、上述の制御部（図示せず）によって行われる。

＜冷房運転＞
冷房運転時は、切換機構３が図９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１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２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は、上述の実施形態と同様の開度調節がなされる。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９、図１０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９、図１０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、冷却源としての水や空気と熱交換を行うことで冷却される（図９、図１０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１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９、図１０の点Ｋ参照）と合流することでさらに冷却される（図９、図１０の点Ｇ参照）。次に、第１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９、図１０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、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器４に送られて、冷却源としての水や空気と熱交換を行って冷却される（図９、図１０の点Ｅ参照）。そして、放熱器としての熱源側熱交換器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、エコノマイザ熱交換器２０に送られて、第１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９、図１０の点Ｈ参照）。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、その一部が第１後段側インジェクション管１９に分岐される。そして、第１後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、第１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に送られて（図９、図１０の点Ｊ参照）、上述のように、放熱器としての熱源側熱交換器４において冷却された高圧の冷媒と熱交換を行って加熱されて（図９、図１０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り、冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器６に送られる（図９、図１０の点Ｆ参照）。そして、蒸発器としての利用側熱交換器６に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、加熱源としての水や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９、図１０の点Ａ参照）。そして、この蒸発器としての利用側熱交換器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（図１０の点Ｃ１、Ｇ参照）、上述の変形例２における効果に加えて、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１０の点Ｄ参照）。これにより、圧縮機構２の消費動力をさらに減らし、運転効率の向上をさらに図ることができる。

＜暖房運転＞
暖房運転時は、切換機構３が図９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２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２後段側インジェクション開閉弁１８ｄが開状態にされて、第１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９、図７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９、図７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２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９、図７の点Ｍ参照）と合流することで冷却される（図９、図７の点Ｇ参照）。次に、第２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９、図７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７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、冷媒の放熱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９、図７の点Ｆ参照）。そして、放熱器としての利用側熱交換器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９、図７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、冷媒の蒸発器として機能する熱源側熱交換器４に送られる（図９、図７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９、図７の点Ａ参照）。そして、この蒸発器としての熱源側熱交換器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、上述の変形例２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、放熱器としての利用側熱交換器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４１０（図９参照）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１１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、この冷媒回路５１０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上述の冷媒回路４１０と異なる（このため、図７における点Ｉと点Ｌとが入れ替わることになる）が、上述と冷媒回路４１０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１２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を有する冷媒回路４１０（図９参照）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６１０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、上述の変形例３における動作（図７、図９、図１０、図１１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、上述の変形例３と同様の作用効果を得ることができる。

また、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５１０（図１１参照）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、上述の冷媒回路６１０（図１２参照）とは異なる（このため、図７における点Ｉと点Ｌとが入れ替わることになる）が、上述の冷媒回路６１０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変形例１〜４にかかる空気調和装置１では、圧縮機構として、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た圧縮機構２、１０２とし、後段側インジェクション管１９を後段側の圧縮要素に戻すように設けた冷媒回路１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０を採用しているが、図１４に示されるように、圧縮機構として、単一の圧縮要素を有しており、圧縮要素における圧縮過程の途中で外部から冷媒を導入することができるように構成された圧縮機構２０２とし、後段側インジェクション管１９を圧縮要素における圧縮過程の途中に戻すように設けた冷媒回路８１０を採用するようにしてもよい。

ここで、圧縮機構２０２は、単一の圧縮要素で冷媒を圧縮する圧縮機２２から構成されている。圧縮機２２は、ケーシング２２ａ内に、圧縮機駆動モータ２２ｂと、駆動軸２２ｃと、圧縮要素２０２ｃ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２２ｂは、駆動軸２２ｃに連結されている。そして、この駆動軸２２ｃは、圧縮要素２０２ｃに連結されている。圧縮要素２０２ｃは、本変形例において、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２２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２０２ｃによって圧縮した後に吐出管２ｂに吐出するように構成されるとともに、圧縮要素２０２ｃにおける圧縮過程の途中で後段側インジェクション管１９を通じて冷媒を導入することができるように、圧縮要素２０２ｃに後段側インジェクション管１９が接続されている。これにより、圧縮要素２０２ｃ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が行われる前の前段側圧縮室（図示せず）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が行われた後の後段側圧縮室（図示せず）とが形成されている。

このように、圧縮機構２０２は、単一の圧縮要素２０２ｃを有しており、圧縮要素２０２ｃにおける圧縮過程の途中で外部（ここでは、後段側インジェクション管１９）から冷媒を導入することができるように構成されている。

このような圧縮機構２０２を有する冷媒回路８１０においては、圧縮機構の外部（上述の実施形態においては、中間冷媒管８）におい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が行われるのではなく、圧縮機構２０２の内部（ここでは、圧縮要素２０２ｃ）におい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が行われる点が上述の実施形態及び変形例１〜４とは異なるが、この点を除いては、上述の実施形態における動作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、上述の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

尚、ここでは、上述の実施形態における圧縮機構２に代えて圧縮機構２０２を採用したが、これに限定されず、変形例１〜４における冷媒回路１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０における圧縮機構２、１０２に代えて圧縮機構２０２を採用してもよい。

（８）変形例６
上述の実施形態及び変形例１〜５にかかる空気調和装置１では、第１後段側インジェクション管１９が、放熱器としての熱源側熱交換器４又は利用側熱交換器６から膨張機構５、５ａ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た後に、放熱器としての熱源側熱交換器４又は利用側熱交換器６から膨張機構５、５ａに送られる冷媒を分岐するように設けられており、しかも、エコノマイザ熱交換器２０が、放熱器としての熱源側熱交換器４又は利用側熱交換器６から膨張機構５、５ａに送られる冷媒と第１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であるため、高い熱交換効率を得ながら、第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロスを減らし、冷凍サイクルの成績係数や運転効率を向上させることができる。

しかし、このような構成を採用しただけでは、第１後段側インジェクション弁１９ａにおいて減圧された後の冷媒が気液二相状態になる場合もあり、この場合には、放熱器としての熱源側熱交換器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において十分に冷却されず、放熱器としての熱源側熱交換器４又は利用側熱交換器６から膨張機構５、５ａに送られる冷媒のエコノマイザ熱交換器２０の出口におけるエンタルピである高温側出口エンタルピｈＨ（図１〜図３及び図１０の点Ｈにおける冷媒のエンタルピ）を十分に小さくすることができないため、結果的に、圧縮機構２の消費動力の低減や運転効率の向上を十分に図ることができない場合が生じるおそれがある。

そこで、例えば、図１５〜図１７に示されるように、上述の実施形態における冷媒回路１０（図１参照）において、高温側出口エンタルピｈＨ（図１５〜図１７の点Ｈにおける冷媒のエンタルピ）が、第１後段側インジェクション管１９を流れる冷媒の第１後段側インジェクション弁１９ａの下流の圧力である低温側圧力Ｐｍ（図１６参照）に相当する飽和液冷媒のエンタルピである低温側飽和液エンタルピｈＮ（図１６及び図１７参照）よりも小さくなるように、放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５に送られる冷媒のエコノマイザ熱交換器２０の出口における温度である高温側出口温度ＴＨ（図１５〜図１７の点Ｈにおける冷媒の温度）を制御するようにしている。

これにより、第１後段側インジェクション弁１９ａにおいて減圧された後の冷媒（図１５〜図１７の点Ｊにおける冷媒）が過冷却状態、すなわち、図１６及び図１７における液相線上の点Ｎよりも左側に位置する状態になるが、この際、本変形例のような超臨界域で作動する冷媒を使用する冷凍サイクルでは、液単相域では後段側インジェクション弁１９ａにおける減圧後に温度低下が生じる（一方、Ｒ４１０Ａ等の臨界圧以下で作動する冷媒を使用する冷凍サイクルでは、温度低下がほとんど生じない）ため、冷凍サイクルが低温側に拡大し、高温側出口エンタルピｈＨを小さくすることができる。すなわち、本変形例における高温側出口温度ＴＨの制御を行うことによって、本変形例における高温側出口温度ＴＨの制御を行わない場合に生じ得る図１６及び図１７における点Ｈ’、Ｊ’、Ｆ’の状態（図１６におけるエンタルピｈＨ’）よりも低エンタルピの状態である点Ｈ、Ｊ、Ｆの状態（図１６におけるエンタルピｈＨ）が得られることになる。そして、その結果、蒸発器としての利用側熱交換器６の入口における冷媒の乾き度が低下して、膨張機構５から利用側熱交換器６に至るまでの間及び利用側熱交換器６における圧力損失が低減され、また、蒸発圧力（すなわち、圧縮機構２の前段側の圧縮要素２ｃの吸入圧力）が上昇するため、これにより、圧縮機構２の消費動力を確実かつ十分に減らし、運転効率の向上を確実かつ十分に図ることができる。しかも、第１後段側インジェクション弁１９ａにおいて減圧された後の冷媒（図１５〜図１７の点Ｊにおける冷媒）が過冷却状態になることから、エコノマイザ熱交換器２０における第１後段側インジェクション管１９を流れる冷媒の圧力損失の低減を図ることができ、また、エコノマイザ熱交換器２０における冷媒の流路を複数にする場合には、エコノマイザ熱交換器２０における冷媒の偏流を防止することができる。さらに、点Ｈ、Ｊ、Ｆの状態（図１６におけるエンタルピｈＨ）における第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロス（図１７における点Ｈ、Ｊ、Ｚを結ぶ略三角形の領域）は、本変形例における高温側出口温度ＴＨの制御を行わない場合に生じ得る図１６及び図１７における点Ｈ’、Ｊ’、Ｆ’の状態（図１６におけるエンタルピｈＨ’）における第１後段側インジェクション弁１９ａによる膨張ロス（図１７における点Ｈ’、Ｊ’、Ｚ’を結ぶ略三角形の領域）に比べて小さくなるため、膨張ロスの低減にも寄与している。

以下、この制御内容について、詳細に説明する。

まず、本変形例における冷媒回路１０を有する空気調和装置１（図１５参照）には、第１後段側インジェクション管１９を流れる冷媒の第１後段側インジェクション弁１９ａの下流の圧力である低温側圧力Ｐｍを検出するエコノマイザ入口圧力センサ５６が設けられており、高温側出口温度ＴＨを検出する第２エコノマイザ出口温度センサ５７が設けられており、放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５に送られる冷媒のエコノマイザ熱交換器２０の出口における圧力である高温側圧力Ｐｄを検出する吐出圧力センサ５８が設けられている。

そして、上述の実施形態では、エコノマイザ熱交換器２０の第１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第１後段側インジェクション弁１９ａの開度調節を行う過熱度制御を行っているところ、これに代えて、第１後段側インジェクション弁１９ａの開度調節を行うことによって、高温側出口エンタルピｈＨが、低温側飽和液エンタルピｈＮよりも小さくなるように、高温側出口温度ＴＨを制御するようにしている。ここで、低温側飽和液エンタルピｈＮは、エコノマイザ入口圧力センサ５６によって検出される低温側圧力Ｐｍを飽和液エンタルピに換算することによって得られる。

より具体的には、高温側出口温度ＴＨは、低温側圧力Ｐｍに相当する飽和液冷媒の温度である低温側飽和液温度ＴＮ（図１７の点Ｎにおける冷媒の温度）に所定温度ΔＴを加算した温度である高温側出口目標温度ＴＨｓ（すなわち、ＴＨｓ＝ＴＮ＋ΔＴ）よりも小さくなるように（すなわち、ＴＨ＜ＴＨｓとなるように）、第１後段側インジェクション弁１９ａの開度調節が行われる。例えば、ＴＨ＞ＴＨｓの場合には、高温側出口温度ＴＨが高すぎて第１後段側インジェクション弁１９ａにおいて減圧された後の冷媒が過冷却状態にならないため（例えば、図１６及び図１７における点Ｊ’参照）、第１後段側インジェクション弁１９ａの開度を大きくすることで第１後段側インジェクション管１９を流れる冷媒の流量を増加させて、高温側出口温度ＴＨが小さくなるように制御する（図１６及び図１７の点Ｊにおける温度ＴＪ参照）。ここで、低温側飽和液温度ＴＮは、エコノマイザ入口圧力センサ５６によって検出される低温側圧力Ｐｍを飽和液温度に換算することによって得られる。

このように、本変形例では、高温側出口温度ＴＨを第１後段側インジェクション弁１９ａの開度調節によって制御しているため、膨張機構５に送られる冷媒と第１後段側インジェクション管１９に送られる冷媒とを正確に分配し、高温側出口温度ＴＨを精度よく制御することができる。また、高温側出口温度ＴＨが高温側出口目標温度ＴＨｓよりも小さくなるように制御しているため、高温側出口エンタルピｈＨが低温側飽和液エンタルピｈＮよりも小さくなるように確実に制御することができる。

尚、所定温度ΔＴは、放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５に送られる冷媒のエコノマイザ熱交換器２０の出口における圧力である高温側圧力Ｐｄにおいて低温側飽和液エンタルピｈＮに等しくなる温度である高温側基準温度ＴＱ（図１６及び図１７における点Ｑ参照）から低温側飽和液温度ＴＮを減算した温度であり、図１８に示されるように、高温側圧力Ｐｄ及び低温側圧力Ｐｍとの関係式として予め設定されている。ここで、高温側基準温度ＴＱは、吐出圧力センサ５８によって検出される高温側圧力Ｐｄ及び低温側飽和液エンタルピｈＮから得られる。

これにより、高温側出口目標温度ＴＨｓを直接算出することが困難であるところ、本変形例では、高温側出口目標温度ＴＨｓを低温側飽和液温度ＴＮに所定温度ΔＴを加算した温度として表すとともに、この所定温度ΔＴを高温側圧力Ｐｄ及び低温側圧力Ｐｍとの関係式として予め設定しておくことで、高温側圧力Ｐｄ及び低温側圧力Ｐｍから容易に得ることができる。また、高温側出口温度ＴＨが、放熱器としての熱源側熱交換器４から膨張機構５に送られる冷媒のエコノマイザ熱交換器２０の出口と膨張機構５との間に設けられた第２エコノマイザ出口温度センサ５７によって検出されるため、正確な高温側出口温度ＴＨを得ることができ、制御精度を高めることに寄与している。さらに、低温側圧力Ｐｍが、第１後段側インジェクション弁１９ａと第１後段側インジェクション管１９を流れる冷媒のエコノマイザ熱交換器２０の出口との間に設けられたエコノマイザ入口圧力センサ５６によって検出されるため、例えば、中間圧力センサ５４を使用する場合に比べて、正確な低温側圧力Ｐｍを得ることができ、制御精度を高めることに寄与している。

尚、ここでは、上述の実施形態における冷媒回路１０に本変形例にかかる制御を採用したが、これに限定されず、変形例１〜５における冷媒回路１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０において、第１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による中間圧インジェクションを行う場合に本変形例にかかる制御を採用してもよい。

（９）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、上述の実施形態及びその変形例における膨張機構５、第１膨張機構５ａ、第２膨張機構５ｂ、利用側膨張機構５ｃ、及び、第３膨張機構５ｄについては、電動膨張弁に限らず、容積式や遠心式の膨張機を適用してもよい。

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た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。

１ 空気調和装置（冷凍装置）
２、１０２、２０２ 圧縮機構
４ 熱源側熱交換器（放熱器、蒸発器）
５ 膨張機構
５ａ 第１膨張機構
６ 利用側熱交換器（蒸発器、放熱器）
１９ 第１後段側インジェクション管
１９ａ 第１後段側インジェクション弁
２０ エコノマイザ熱交換器
５６ エコノマイザ入口圧力センサ
５７ 第２エコノマイザ出口温度センサ

特開２００７−２３２２６３号公報

Claims (9)

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）、又は、単一の圧縮要素を有しており、前記圧縮要素における圧縮過程の途中で外部から冷媒を導入することができるように構成された圧縮機構（２０２）と、
   放熱器（４、６）と、
   蒸発器（６、４）と、
   前記放熱器から前記蒸発器に送られる冷媒を減圧する膨張機構（５、５ａ）と、
   冷媒を減圧する後段側インジェクション弁（１９ａ）を有しており、前記放熱器から前記膨張機構に送られる冷媒を分岐して前記後段側の圧縮要素又は前記圧縮要素における圧縮過程の途中に戻す後段側インジェクション管（１９）と、
   前記放熱器から前記膨張機構に送られる冷媒と前記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、
   前記後段側インジェクション管は、前記放熱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において熱交換された後に、前記放熱器から前記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、
   冷凍装置（１）。
2. 前記エコノマイザ熱交換器（２０）は、前記放熱器（４、６）から前記膨張機構（５、５ａ）に送られる冷媒と前記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である、請求項１に記載の冷凍装置（１）。
3. 前記放熱器（４、６）から前記膨張機構（５、５ａ）に送られる冷媒の前記エコノマイザ熱交換器（２０）の出口におけるエンタルピである高温側出口エンタルピが、前記後段側インジェクション管（１９）を流れる冷媒の前記後段側インジェクション弁（１９ａ）の下流の圧力である低温側圧力に相当する飽和液冷媒のエンタルピである低温側飽和液エンタルピよりも小さくなるように、前記放熱器から前記膨張機構に送られる冷媒の前記エコノマイザ熱交換器の出口における温度である高温側出口温度が制御される、請求項２に記載の冷凍装置（１）。
4. 前記高温側出口温度は、前記後段側インジェクション弁（１９ａ）の開度調節によって制御される、請求項３に記載の冷凍装置（１）。
5. 前記高温側出口温度は、前記低温側圧力に相当する飽和液冷媒の温度である低温側飽和液温度に所定温度を加算した温度である高温側出口目標温度よりも小さくなるように制御される、請求項３又は４に記載の冷凍装置（１）。
6. 前記所定温度は、前記放熱器（４、６）から前記膨張機構（５、５ａ）に送られる冷媒の前記エコノマイザ熱交換器（２０）の出口における圧力である高温側圧力において前記低温側飽和液エンタルピに等しくなる温度である高温側基準温度から前記低温側飽和液温度を減算した温度であり、前記高温側圧力及び前記低温側圧力との関係式として予め設定されている、請求項５に記載の冷凍装置（１）。
7. 前記高温側出口温度は、前記放熱器（４、６）から前記膨張機構（５、５ａ）に送られる冷媒の前記エコノマイザ熱交換器（２０）の出口と前記膨張機構との間に設けられたエコノマイザ出口温度センサ（５７）によって検出される、請求項３〜６のいずれかに記載の冷凍装置（１）。
8. 前記低温側圧力は、前記後段側インジェクション弁（１９ａ）と前記後段側インジェクション管（１９）を流れる冷媒の前記エコノマイザ熱交換器（２０）の出口との間に設けられたエコノマイザ入口圧力センサ（５６）によって検出される、請求項３〜７のいずれかに記載の冷凍装置（１）。
9. 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１〜８のいずれかに記載の冷凍装置（１）。

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