JP2009236443A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単一の駆動軸に連結された前後段２つの圧縮要素を有する圧縮機構と気液分離器による中間圧インジェクションが可能な構成とを備えており、二段圧縮式冷凍サイクルを行う冷凍装置において、冷凍サイクルにおける低圧と冷凍サイクルにおける高圧との圧力差が大きくなる運転条件であっても、圧縮機構の振動が大きくなるのを抑える。
【解決手段】空気調和装置１は、一軸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、２つの膨張機構５ａ、５ｂと、レシーバ１８と、レシーバ１８によって気液分離されたガス冷媒を後段側の圧縮要素２ｄに戻すための第１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１８ｃを使用している際に圧縮機構２の吐出側とレシーバ１８との間から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１８ｈとを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍装置、特に、単一の駆動軸に連結された前後段２つの圧縮要素を有する圧縮機構と気液分離器による中間圧インジェクションが可能な構成とを備えており、二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、二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、単一の駆動軸に連結された前後段２つの圧縮要素を有する圧縮機と、気液分離器による中間圧インジェクションが可能な構成とを備えており、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、気液分離器によって気液分離されたガス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の冷媒と合流させる中間圧インジェクション（以下、気液分離器による中間圧インジェクションとする）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、冬季等の低温期や夏季等の高温期のような運転条件においては、冷凍サイクルにおける低圧が低くなったり冷凍サイクルにおける高圧が高くなるため、冷凍サイクルにおける低圧と冷凍サイクルにおける高圧との圧力差（すなわち、圧縮機における昇圧幅）が大きくなる傾向にある。そして、前段側の圧縮要素と後段側の圧縮要素とを比べると、吸入される冷媒の圧力が高い後段側の圧縮要素のほうが昇圧幅（すなわち、冷凍サイクルにおける中間圧と冷凍サイクルにおける高圧との圧力差）が大きくなる傾向にあることから、前段側の圧縮要素におけるトルクに比べて後段側の圧縮要素におけるトルクが大きくなり、両圧縮要素間におけるトルクのアンバランス状態が生じることになる。そして、このようなトルクのアンバランス状態が生じたままで圧縮機の運転を継続すると、単一の駆動軸を介して両圧縮要素をともに回転駆動する駆動モータのトルクが大きくなるとともに、トルクのアンバランスの増大による圧縮機の振動が大きくなるという問題が生じることになる。

本発明の課題は、単一の駆動軸に連結された前後段２つの圧縮要素を有する圧縮機構と気液分離器による中間圧インジェクションが可能な構成とを備えており、二段圧縮式冷凍サイクルを行う冷凍装置において、冷凍サイクルにおける低圧と冷凍サイクルにおける高圧との圧力差が大きくなる運転条件であっても、圧縮機構の振動が大きくなるのを抑えることにある。

第１の発明にかかる冷凍装置は、圧縮機構と、圧縮機構によって圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、放熱器によって放熱された冷媒を蒸発させる蒸発器と、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を備えている。圧縮機構は、単一の駆動軸に連結された前後段２つの圧縮要素と、駆動軸に連結されて２つの圧縮要素をともに回転駆動する駆動モータとを有しており、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。気液分離器は、放熱器と蒸発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、気液分離器によって気液分離されたガス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を使用している際に、圧縮機構の吐出側と気液分離器との間から冷媒を分岐して後段側の圧縮要素に戻す冷媒管である。

単一の駆動軸に連結された前後段２つの圧縮要素を有する圧縮機構と気液分離器による中間圧インジェクションが可能な構成とを備えており、二段圧縮式冷凍サイクルを行う冷凍装置において、冷凍サイクルにおける低圧と冷凍サイクルにおける高圧との圧力差が大きくなる運転条件になった場合には、前段側の圧縮要素におけるトルクに比べて後段側の圧縮要素におけるトルクが大きくなるという両圧縮要素間のトルクのアンバランス状態が生じる。このような両圧縮要素間のトルクのアンバランス状態を解消するためには、前段側の圧縮要素を流れる冷媒の流量に対して後段側の圧縮要素を流れる冷媒の流量を増加させて、前段側の圧縮要素における昇圧幅（すなわち、冷凍サイクルにおける低圧と冷凍サイクルにおける中間圧との圧力差）を大きくしつつ、後段側の圧縮要素における昇圧幅（すなわち、冷凍サイクルにおける中間圧と冷凍サイクルにおける高圧との圧力差）を小さくすることで、後段側の圧縮要素におけるトルクが大きくなるのを抑えて、両圧縮要素間のトルクをバランスさせることが考えられる。

しかし、単一の駆動軸に連結された前後段２つの圧縮要素を有する圧縮機構と気液分離器による中間圧インジェクションが可能な構成とを備えており、二段圧縮式冷凍サイクルを行う冷凍装置においては、気液分離器による中間圧インジェクションによって後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量（すなわち、気液分離器からのインジェクション量）が、放熱器出口の冷凍サイクルにおける高圧の冷媒の温度と、冷凍サイクルにおける中間圧とにより決定されてしまうため、上述のような両圧縮要素間のトルクのアンバランス状態が生じた場合であっても、気液分離器からのインジェクション量を強制的に増加させることができず、両圧縮要素間のトルクのアンバランス状態を解消することが難しい。

そこで、この冷凍装置では、第１後段側インジェクション管を使用している際、すなわち、気液分離器による中間圧インジェクションとともに、圧縮機構の吐出側と気液分離器との間から冷媒を分岐して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、低温期や高温期等のような冷凍サイクルにおける低圧と冷凍サイクルにおける高圧との圧力差が大きくなる運転条件において、両圧縮要素間でトルクのアンバランスが生じて、駆動モータのトルクの増大や振動の増大が生じた場合であっても、気液分離器による中間圧インジェクションとともに、第２後段側インジェクション管を使用することによって、後段側の圧縮要素へ戻される冷媒の流量、すなわち、後段側の圧縮要素を流れる冷媒の流量を増加させて、冷凍サイクルにおける低圧と冷凍サイクルにおける中間圧との圧力差を大きくしつつ、冷凍サイクルにおける中間圧と冷凍サイクルにおける高圧との圧力差を小さくして（すなわち、冷凍サイクルにおける中間圧を高くして）、両圧縮要素間のトルクのアンバランス状態を解消し、駆動モータのトルクや圧縮機構の振動が大きくなるのを抑えることができる。

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２後段側インジェクション管には、開度制御が可能な第２後段側インジェクション弁が設けられている。

この冷凍装置では、第２後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素へ戻される冷媒の流量を制御することができる。

第３の発明にかかる冷凍装置は、第２の発明にかかる冷凍装置において、第２後段側インジェクション弁は、圧縮機構の振動の上限値以下の範囲となるように、又は、圧縮機構の振動の上限値と等価な状態量のしきい値の範囲となるように制御される。

この冷凍装置では、圧縮機構の振動又は等価な状態量に基づいて、第２後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素へ戻される冷媒の流量を制御しているため、圧縮機構の振動が大きくなるのを確実に抑えることができる。

第４の発明にかかる冷凍装置は、第２の発明にかかる冷凍装置において、第２後段側インジェクション弁は、駆動モータのトルクの上限値以下の範囲となるように、又は、駆動モータのトルクの上限値と等価な状態量のしきい値の範囲となるように制御される。

この冷凍装置では、駆動モータのトルク又は等価な状態量に基づいて、第２後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素へ戻される冷媒の流量を制御しているため、駆動モータのトルクが大きくなるのを確実に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の発明のいずれかにかかる冷凍装置において、第２後段側インジェクション管は、放熱器と気液分離器との間から冷媒を分岐して後段側の圧縮要素に戻す高圧液冷媒インジェクション管である。

第６の発明にかかる冷凍装置は、第１〜第４の発明のいずれかにかかる冷凍装置において、第２後段側インジェクション管は、圧縮機構の吐出側と放熱器との間から冷媒を分岐して後段側の圧縮要素に戻す高圧ガス冷媒インジェクション管である。

第７の発明にかかる冷凍装置は、第１〜第４の発明のいずれかにかかる冷凍装置において、第２後段側インジェクション管は、放熱器と気液分離器との間から冷媒を分岐して後段側の圧縮要素に戻す高圧液冷媒インジェクション管と、圧縮機構の吐出側と放熱器との間から冷媒を分岐して後段側の圧縮要素に戻す高圧ガス冷媒インジェクション管とを有している。

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５〜第７の発明では、冷凍サイクルにおける低圧と冷凍サイクルにおける高圧との圧力差が大きくなる運転条件において、両圧縮要素間でトルクのアンバランスが生じて、駆動モータのトルクの増大や振動の増大が生じた場合であっても、気液分離器による中間圧インジェクションとともに、第２後段側インジェクション管を使用することによって、後段側の圧縮要素へ戻される冷媒の流量、すなわち、後段側の圧縮要素を流れる冷媒の流量を増加させて、冷凍サイクルにおける低圧と冷凍サイクルにおける中間圧との圧力差を大きくしつつ、冷凍サイクルにおける中間圧と冷凍サイクルにおける高圧との圧力差を小さくして（すなわち、冷凍サイクルにおける中間圧を高くして）、両圧縮要素間のトルクのアンバランス状態を解消し、駆動モータのトルクや圧縮機構の振動が大きくなるのを抑えることができる。

第２の発明では、第２後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素へ戻される冷媒の流量を制御することができる。

第３の発明では、圧縮機構の振動が大きくなるのを確実に抑えることができる。

第４の発明では、駆動モータのトルクが大きくなるのを確実に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、切換機構３と、熱源側熱交換器４と、ブリッジ回路１７と、第１膨張機構５ａと、気液分離器としてのレシーバ１８と、第１後段側インジェクション管１８ｃと、第２膨張機構５ｂと、利用側熱交換器６と、第２後段側インジェクション管としての高圧液冷媒インジェクション管１８ｈ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に吐出された冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒を圧縮要素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、単一の駆動軸２１ｃに連結された前後段２つの圧縮要素２ｃ、２ｄと、駆動軸２１ｃに連結されて２つの圧縮要素２ｃ、２ｄをともに回転駆動する圧縮機駆動モータ２１ｂとを有しており、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１０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１０を構成する圧縮機構２、熱源側熱交換器４及び利用側熱交換器６だけに着目すると、圧縮機構２、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器４、冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器６の順に冷媒を循環させる冷却運転状態と、圧縮機構２、冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器６、冷媒の蒸発器として機能する熱源側熱交換器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、冷媒の放熱器又は蒸発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、水や空気を熱源（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、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、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、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及び第１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と第１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、気液分離器としてのレシーバ１８によって気液分離されたガス冷媒を圧縮機構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、開閉制御が可能な弁であり、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。

第１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。この第１吸入戻し管１８ｆには、第１吸入戻し開閉弁１８ｇが設けられている。第１吸入戻し開閉弁１８ｇは、開閉制御が可能な弁であり、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や第１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や第１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、第１膨張機構５ａと第２膨張機構５ｂ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。

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、本実施形態において、電動膨張弁が使用されている。第２膨張機構５ｂは、その一端がレシーバ１８に接続され、その他端がブリッジ回路１７を介して利用側熱交換器６に接続されている。また、本実施形態において、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。

利用側熱交換器６は、冷媒の蒸発器又は放熱器として機能する熱交換器である。利用側熱交換器６は、その一端がブリッジ回路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、水や空気を熱源（すなわち、冷却源又は加熱源）とする熱交換器である。

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、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、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４に送ることができるようになっている。

高圧液冷媒インジェクション管１８ｈは、第１後段側インジェクション管１８ｃを使用している際、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を行っている際に、圧縮機構２の吐出側とレシーバ１８との間から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として機能する冷媒管であり、本実施形態において、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と気液分離器としてのレシーバ１８との間の部分（ここでは、レシーバ入口管１８ａの第１膨張機構５ａの上流側の部分）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。ここで、第１後段側インジェクション管１８ｃと高圧液冷媒インジェクション管１８ｈとは、中間冷媒管８側の部分（より具体的には、第１後段側インジェクション管１８ｃの第１後段側インジェクション開閉弁１８ｄ及び第１後段側インジェクション逆止機構１８ｅが設けられた部分から中間冷媒管８との接続部分まで）が一体となっている。また、この高圧液冷媒インジェクション管１８ｈには、第２後段側インジェクション弁としての高圧液冷媒インジェクション弁１８ｉが設けられている。高圧液冷媒インジェクション弁１８ｉは、開度制御が可能な弁であり、本実施形態において、電動膨張弁である。

このように、本実施形態の空気調和装置１は、単一の駆動軸２１ｃに連結された前後段２つの圧縮要素２ｃ、２ｄを有する圧縮機構２と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可能な構成であり、第１後段側インジェクション管１８ｃを使用している際に、圧縮機構２の吐出側（ここでは、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）とレシーバ１８との間から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としての高圧液冷媒インジェクション管１８ｈが設けられており、後述のトルクバランス改善制御に使用されるようになっている。

さらに、空気調和装置１には、圧縮機駆動モータ２１ｂの電流値を検出する電流計（図示せず）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、切換機構３、膨張機構５ａ、５ｂ、第１後段側インジェクション開閉弁１８ｄ、第１吸入戻し開閉弁１８ｇ、高圧液冷媒インジェクション弁１８ｉ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６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り、図６は、トルクバランス改善制御のフローチャートである。尚、以下の冷房運転や暖房運転における運転制御、及び、トルクバランス改善制御は、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における圧力や図４、５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、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」や「圧縮機構中間圧力」とは、冷凍サイクルにおける中間圧力（すなわち、図２〜５の点Ｂ、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１の実線で示される冷却運転状態とされる。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開閉弁１８ｄは、開状態にされる。

この冷媒回路１０の状態において、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Ｂ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要素２ｄに戻される冷媒（図１〜図３の点Ｍ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〜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、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１〜図３の点Ｅ参照）。そして、熱源側熱交換器４において冷却された高圧の冷媒は、ブリッジ回路１７の入口逆止弁１７ａを通じてレシーバ入口管１８ａに流入し、第１膨張機構５ａによって中間圧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とともに気液分離が行われる（図１〜図３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１〜図３の点Ｆ参照）。そして、利用側熱交換器６に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、加熱源としての水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。

＜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。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開閉弁１８ｄは、開状態にされる。

この冷媒回路１０の状態において、低圧の冷媒（図１、図４、図５の点Ａ参照）は、吸入管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４、図５の点Ｂ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要素２ｄに戻される冷媒（図１、図４、図５の点Ｍ参照）と合流することで冷却される（図１、図４、図５の点Ｇ参照）。次に、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、図４、図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１、図４、図５の点Ｆ参照）。そして、利用側熱交換器６において冷却された高圧の冷媒は、ブリッジ回路１７の入口逆止弁１７ｂを通じてレシーバ入口管１８ａに流入し、第１膨張機構５ａによって中間圧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とともに気液分離が行われる（図１、図４、図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１、図４、図５の点Ｅ参照）。そして、熱源側熱交換器４に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、加熱源としての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４、図５の点Ａ参照）。そして、この熱源側熱交換器４において加熱された低圧の冷媒は、切換機構３を経由して、再び、圧縮機構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、空気調和装置１では、第１後段側インジェクション管１８ｃを設けて熱源側熱交換器４から膨張機構５ａ、５ｂに送られる冷媒を分岐して後段側の圧縮要素２ｄに戻すようにしているため、冷房運転及び暖房運転のいずれにおいても、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低く抑えることができる（図３、５の点Ｂ、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、５の点Ｄ、Ｄ’参照）、第１後段側インジェクション管１８ｃを設けていない場合に比べて、図３、５の点Ｂ、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。

＜トルクバランス改善制御＞
単一の駆動軸２１ｃに連結された前後段２つの圧縮要素２ｃ、２ｄを有する圧縮機構２と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可能な空気調和装置１において、例えば、低温期の暖房運転においては、冷凍サイクルにおける低圧Ｐｓが低くなる（すなわち、図４の線分ＡＥが図面下方に移動する）ことから、冷凍サイクルにおける低圧Ｐｓと冷凍サイクルにおける高圧Ｐｄとの圧力差ΔＰｔが大きくなる傾向にあり、高温期の冷房運転においては、冷凍サイクルにおける高圧Ｐｄが高くなる（すなわち、図２の線分ＤＥが図面上方に移動する）ことから、冷凍サイクルにおける低圧Ｐｓと冷凍サイクルにおける高圧Ｐｄとの圧力差ΔＰｔが大きくなる傾向にある。そして、前段側の圧縮要素２ｃと後段側の圧縮要素２ｄとを比べると、吸入される冷媒の圧力が高い後段側の圧縮要素２ｄのほうが昇圧幅（すなわち、冷凍サイクルにおける中間圧Ｐｍと冷凍サイクルにおける高圧Ｐｄとの圧力差ΔＰ２）が大きくなる傾向にあることから、前段側の圧縮要素２ｃにおけるトルクに比べて後段側の圧縮要素２ｄにおけるトルクが大きくなり、両圧縮要素２ｃ、２ｄ間におけるトルクのアンバランス状態が生じることになる。そして、このようなトルクのアンバランス状態が生じたままで圧縮機構２の運転を継続すると、単一の駆動軸２１ｃを介して両圧縮要素２ｃ、２ｄをともに回転駆動する圧縮機駆動モータ２１ｂのトルクが大きくなるとともに、トルクのアンバランスの増大による圧縮機構２の振動が大きくなるという問題が生じる。

そして、このような両圧縮要素２ｃ、２ｄ間のトルクのアンバランス状態を解消するためには、前段側の圧縮要素２ｃを流れる冷媒の流量に対して後段側の圧縮要素２ｄを流れる冷媒の流量を増加させて、前段側の圧縮要素２ｃにおける昇圧幅（すなわち、冷凍サイクルにおける低圧Ｐｓと冷凍サイクルにおける中間圧Ｐｍとの圧力差ΔＰ１を大きくしつつ、後段側の圧縮要素２ｄにおける昇圧幅（すなわち、冷凍サイクルにおける中間圧Ｐｍと冷凍サイクルにおける高圧Ｐｄとの圧力差ΔＰ２を小さくすることで、後段側の圧縮要素２ｄにおけるトルクが大きくなるのを抑えて、両圧縮要素２ｃ、２ｄ間のトルクをバランスさせることが考えられる。

しかし、レシーバ１８による中間圧インジェクションによって後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒の流量（すなわち、レシーバ１８からのインジェクション量）は、冷房運転時においては、放熱器として機能する熱源側熱交換器４の出口における高圧の冷媒の温度（図２の点Ｅ参照）とレシーバ１８が連通する冷凍サイクルにおける中間圧Ｐｍとにより決定されてしまうため、また、暖房運転時においては、放熱器として機能する利用側熱交換器６の出口における高圧の冷媒の温度（図４の点Ｆ参照）と冷凍サイクルにおける中間圧Ｐｍとにより決定されてしまうため、上述のような両圧縮要素２ｃ、２ｄ間のトルクのアンバランス状態が生じた場合であっても、レシーバ１８からのインジェクション量を強制的に増加させることはできず、両圧縮要素２ｃ、２ｄ間のトルクのアンバランス状態を解消することが難しい。特に、低温期の暖房運転においては、放熱器としての利用側熱交換器６の出口における高圧の冷媒の温度が低くなることがあり（図４の点Ｆが図面左方に移動し、図４の点Ｉが液相線に近づく）、このような場合には、レシーバ１８において気液分離された後に第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に戻すことができる冷媒の流量がさらに少なくなるため、両圧縮要素２ｃ、２ｄ間のトルクのアンバランス状態がさらに生じやすく、このようなトルクのアンバランス状態を解消することが一層難しくなる。

そこで、本実施形態の空気調和装置１では、第１後段側インジェクション管１８ｃを使用している際、すなわち、レシーバ１８による中間圧インジェクションとともに、圧縮機構２の吐出側とレシーバ１８との間から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としての高圧液冷媒インジェクション管１８ｈを使用するトルクバランス改善制御を行うようにしている。以下、本実施形態のトルクバランス改善制御について、図６を用いて説明する。

まず、ステップＳ１の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伴う運転（ここでは、暖房運転）が行われている際に、ステップＳ２において、圧縮機構２において、トルクバランス異常が生じているかどうかを判定する。この判定は、圧縮機構２の振動や圧縮機駆動モータ２１ｂのトルクに基づいて行われる。ここで、トルクバランス異常が生じているかどうかの判定を、圧縮機構２の振動や圧縮機駆動モータ２１ｂのトルクに基づいて行うのは、両圧縮要素２ｃ、２ｄにおけるトルクバランス異常が生じた場合には、圧縮機構２の振動が大きくなるとともに、圧縮機駆動モータ２１ｂのトルク自体も大きくなることを考慮したものである。例えば、圧縮機構２の振動に基づいて判定する場合には、圧縮機構２の振動に対応する状態量として、電流計（図示せず）によって検出される圧縮機駆動モータ２１ｂの電流値を使用し、この圧縮機駆動モータ２１ｂの電流値が、圧縮機構２の振動の上限値に対応する圧縮機駆動モータ２１ｂの電流値のしきい値の範囲から外れている場合には、トルクバランス異常が生じていると判定し、この電流値のしきい値の範囲内である場合には、トルクバランス異常が生じていないと判定することができる。また、ここでは、採用していないが、圧縮機構２に振動センサを設けておき、この振動センサによって検出される圧縮機構２の振動が上限値を超えている場合には、トルクバランス異常が生じていると判定し、この振動の上限値を超えていない場合には、トルクバランス異常が生じていないと判定することもできる。また、圧縮機起動モータ２１ｂのトルクに基づいて判定する場合には、圧縮機駆動モータ２１ｂのトルクに対応する状態量として、電流計（図示せず）によって検出される圧縮機駆動モータ２１ｂの電流値や回転数計（図示せず）によって検出される圧縮機駆動モータ２１ｂの回転数を使用し、この圧縮機駆動モータ２１ｂの回転数が、圧縮機駆動モータ２１ｂのトルクの上限値に対応する圧縮機駆動モータ２１ｂの回転数のしきい値の範囲から外れている場合には、トルクバランス異常が生じていると判定し、この回転数のしきい値の範囲内である場合には、トルクバランス異常が生じていないと判定することができる。また、ここでは、採用していないが、圧縮機駆動モータ２１ｂの電流値や回転数をトルクに換算して、圧縮機駆動モータ２１ｂのトルクの上限値を超えているかいないかの判定を行うようにしてもよい。また、圧縮機構２の振動及び圧縮機駆動モータ２１ｂのトルクの両方に基づいて、トルクバランス異常が生じているかどうかを判定するようにしてもよい。そして、ステップＳ２において、トルクバランス異常が生じていると判定された場合には、ステップＳ３の処理に移行する。

次に、ステップＳ３において、第２後段側インジェクション管としての高圧液冷媒インジェクション管１８ｈに設けられた高圧液冷媒インジェクション弁１８ｉの開度を大きくする制御を行う。これにより、高圧液冷媒インジェクション管１８ｈを通じて、放熱器としての利用側熱交換器６と気液分離器としてのレシーバ１８との間から冷媒を分岐して、後段側の圧縮要素２ｄへ戻される冷媒の流量、すなわち、後段側の圧縮要素２ｄを流れる冷媒の流量が増加して、冷凍サイクルにおける低圧Ｐｓと冷凍サイクルにおける中間圧Ｐｍとの圧力差ΔＰ１が大きくなるとともに、冷凍サイクルにおける中間圧Ｐｍと冷凍サイクルにおける高圧Ｐｄとの圧力差ΔＰ２が小さくなる（すなわち、冷凍サイクルにおける中間圧Ｐｍが高くなる）。これにより、両圧縮要素２ｃ、２ｄ間のトルクのアンバランス状態が解消され、圧縮機駆動モータ２１ｂのトルクや圧縮機構２の振動が大きくなるのを抑えることができる。そして、このステップＳ３の処理は、ステップＳ２において、トルクバランス異常が生じていないと判定されるまで行われる。

そして、ステップＳ２において、トルクバランス異常が生じていないと判定された場合には、ステップＳ４の処理に移行して、高圧液冷媒インジェクション弁１８ｉの開度を小さくする制御を行い、高圧液冷媒インジェクション管１８ｈを通じて放熱器としての利用側熱交換器６と気液分離器としてのレシーバ１８との間から後段側の圧縮要素２ｄへ戻される冷媒の流量（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へ戻される冷媒の流量を含む）が適切な流量になるようにする。

尚、ここでは、ステップＳ１の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伴う運転を暖房運転として説明したが、冷房運転においても同様のトルクバランス改善制御を行うことができる。

このように、本実施形態の空気調和装置１では、低温期や高温期等のような冷凍サイクルにおける低圧Ｐｓと冷凍サイクルにおける高圧Ｐｄとの圧力差ΔＰｔが大きくなる運転条件において、両圧縮要素２ｃ、２ｄ間でトルクのアンバランスが生じて、圧縮機駆動モータ２１ｂのトルクの増大や振動の増大が生じた場合であっても、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ともに、第２後段側インジェクション管としての高圧液冷媒インジェクション管１８ｈを使用することによって、後段側の圧縮要素２ｄへ戻される冷媒の流量、すなわち、後段側の圧縮要素２ｄを流れる冷媒の流量を増加させて、冷凍サイクルにおける低圧Ｐｓと冷凍サイクルにおける中間圧Ｐｍとの圧力差ΔＰ１を大きくしつつ、冷凍サイクルにおける中間圧Ｐｍと冷凍サイクルにおける高圧Ｐｄとの圧力差ΔＰ２を小さくして（すなわち、冷凍サイクルにおける中間圧Ｐｍを高くして）、両圧縮要素２ｃ、２ｄ間のトルクのアンバランス状態を解消し、圧縮機駆動モータ２１ｂのトルクや圧縮機構２の振動が大きくなるのを抑えることができる。

しかも、本実施形態の空気調和装置１では、圧縮機構２の振動又は等価な状態量（ここでは、圧縮機駆動モータ２１ｂの電流値）に基づいて、第２後段側インジェクション弁としての高圧液冷媒インジェクション弁１８ｉの開度制御を行い、これにより、第２後段側インジェクション管としての高圧液冷媒インジェクション管１８ｈを通じて後段側の圧縮要素２ｄへ戻される冷媒の流量が適切な流量になるようにしているため、圧縮機構２の振動が大きくなるのを確実に抑えることができる。また、本実施形態の空気調和装置１では、圧縮機駆動モータ２１ｂのトルク又は等価な状態量（ここでは、圧縮機駆動モータ２１ｂの電流値や回転数）に基づいて、第２後段側インジェクション弁としての高圧液冷媒インジェクション弁１８ｉの開度制御を行い、これにより、第２後段側インジェクション管としての高圧液冷媒インジェクション管１８ｈを通じて後段側の圧縮要素２ｄへ戻される冷媒の流量が適切な流量になるようにしているため、圧縮機駆動モータ２１ｂのトルクが大きくなるのを確実に抑えることができる。

（３）変形例１
上述の実施形態では、圧縮機構２の吐出側とレシーバ１８との間から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として、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と気液分離器としてのレシーバ１８との間から冷媒を分岐して後段側の圧縮要素２ｄに戻す高圧液冷媒インジェクション管１８ｈを採用しているが、これに限定されず、圧縮機構２の吐出側とレシーバ１８との間から冷媒を分岐して後段側の圧縮要素２ｄに戻す冷媒管であればよく、例えば、図７に示されるように、圧縮機構２の吐出側とレシーバ１８との間から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として、高圧液冷媒インジェクション管１８ｈに代えて、圧縮機構２の吐出側と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との間から冷媒を分岐して後段側の圧縮要素２ｄに戻す高圧ガス冷媒インジェクション管１８ｊを採用してもよい。

ここで、高圧ガス冷媒インジェクション管１８ｊは、圧縮機構２の吐出側と切換機構３との間の部分と、中間冷媒管８とを接続するように設けられている。第１後段側インジェクション管１８ｃと高圧液冷媒インジェクション管１８ｈとは、中間冷媒管８側の部分（より具体的には、第１後段側インジェクション管１８ｃの第１後段側インジェクション開閉弁１８ｄ及び第１後段側インジェクション逆止機構１８ｅが設けられた部分から中間冷媒管８との接続部分まで）が一体となっている。また、この高圧ガス冷媒インジェクション管１８ｊには、第２後段側インジェクション弁としての高圧ガス冷媒インジェクション弁１８ｋが設けられている。高圧ガス冷媒インジェクション弁１８ｋは、開度制御が可能な弁であり、本実施形態において、電動膨張弁である。

そして、本変形例においては、上述の実施形態におけるステップＳ３、Ｓ４において、高圧液冷媒インジェクション弁１８ｉの開度制御を行うのに代えて、高圧ガス冷媒インジェクション弁１８ｋの開度制御を行う点が異なるが、上述の実施形態と同様のトルクバランス改善制御を行うことができる。

（４）変形例２
上述の実施形態及びその変形例では、圧縮機構２の吐出側とレシーバ１８との間から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として、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と気液分離器としてのレシーバ１８との間から冷媒を分岐して後段側の圧縮要素２ｄに戻す高圧液冷媒インジェクション管１８ｈ（図１参照）、又は、圧縮機構２の吐出側と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との間から冷媒を分岐して後段側の圧縮要素２ｄに戻す高圧ガス冷媒インジェクション管１８ｊ（図７参照）を採用しているが、例えば、図８に示されるように、高圧液冷媒インジェクション管１８ｈ及び高圧ガス冷媒インジェクション管１８ｊの両方を採用してもよい。

ここで、第１後段側インジェクション管１８ｃ、高圧液冷媒インジェクション管１８ｈ、及び、高圧ガス冷媒インジェクション管１８ｊは、中間冷媒管８側の部分（より具体的には、第１後段側インジェクション管１８ｃの第１後段側インジェクション開閉弁１８ｄ及び第１後段側インジェクション逆止機構１８ｅが設けられた部分から中間冷媒管８との接続部分まで）が一体となっている。また、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中間圧を検出する中間圧力センサ５４が設けられており、中間冷媒管８には、第１後段側インジェクション管１８ｃ、高圧液冷媒インジェクション管１８ｈ、及び、高圧ガス冷媒インジェクション管１８ｊ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。

そして、本変形例では、第１後段側インジェクション管１８ｃを使用している際、すなわち、レシーバ１８による中間圧インジェクションとともに、第２後段側インジェクション管としての高圧液冷媒インジェクション管１８ｈ及び高圧ガス冷媒インジェクション管１８ｊの両方を使用するトルクバランス改善制御を行うようにしている。以下、本変形例のトルクバランス改善制御について、図９を用いて説明する。

まず、ステップＳ１１の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伴う運転（ここでは、暖房運転）が行われている際に、ステップＳ１２において、圧縮機構２において、トルクバランス異常が生じているかどうかを判定する。この判定は、上述の実施形態におけるステップＳ２と同様、圧縮機構２の振動や圧縮機駆動モータ２１ｂのトルクに基づいて行われる。そして、ステップＳ１２において、トルクバランス異常が生じていると判定された場合には、ステップＳ１３の処理に移行する。尚、ここでは、ステップＳ１２における判定内容の詳細な説明を省略する。

次に、ステップＳ１３において、後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒が湿り状態になっているかどうかを判定する。この判定は、後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒の過熱度に基づいて行われる。ここで、後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒が湿り状態になっているかどうかの判定を行うのは、高圧液冷媒インジェクション管１８ｈのみを使用してトルクバランス改善制御を行うと、後段側の圧縮要素２ｄに液冷媒が戻されることになるため、後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒が湿り状態になるおそれがあり、この際には、後述のように、高圧ガス冷媒インジェクション管１８ｊを使用して、後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒が湿り状態になるのを避けつつ、後段側の圧縮要素２ｄへ戻される冷媒の流量を増加させる制御を行うためである。尚、後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒の過熱度は、中間圧力センサ５４により検出される冷凍サイクルにおける中間圧を飽和温度に換算し、中間温度センサ５６により検出される冷媒の温度から、この冷凍サイクルにおける中間圧における冷媒の飽和温度を差し引くことによって得られる。また、この判定における過熱度の所定値は、例えば、数℃〜十数℃等のように、少なくとも０度よりも大きな値に設定される。そして、ステップＳ１３において、後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒が湿り状態になっていないと判定された場合には、ステップＳ１４の処理に移行する。

次に、ステップＳ１４において、第２後段側インジェクション管としての高圧液冷媒インジェクション管１８ｈに設けられた高圧液冷媒インジェクション弁１８ｉの開度を大きくする制御を行う。これにより、高圧液冷媒インジェクション管１８ｈを通じて、放熱器としての利用側熱交換器６と気液分離器としてのレシーバ１８との間から冷媒を分岐して、後段側の圧縮要素２ｄへ戻される冷媒の流量、すなわち、後段側の圧縮要素２ｄを流れる冷媒の流量が増加して、冷凍サイクルにおける低圧Ｐｓと冷凍サイクルにおける中間圧Ｐｍとの圧力差ΔＰ１が大きくなるとともに、冷凍サイクルにおける中間圧Ｐｍと冷凍サイクルにおける高圧Ｐｄとの圧力差ΔＰ２が小さくなる（すなわち、冷凍サイクルにおける中間圧Ｐｍが高くなる）。これにより、両圧縮要素２ｃ、２ｄ間のトルクのアンバランス状態が解消され、圧縮機駆動モータ２１ｂのトルクや圧縮機構２の振動が大きくなるのを抑えることができる。そして、このステップＳ１４の処理は、ステップＳ１２において、トルクバランス異常が生じていないと判定されるか、又は、ステップＳ１３において、後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒が湿り状態になっていると判定されるまで行われる。

そして、ステップＳ１３において、後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒が湿り状態になっていると判定された場合には、ステップＳ１５の処理に移行して、第２後段側インジェクション管としての高圧ガス冷媒インジェクション管１８ｊに設けられた高圧ガス冷媒インジェクション弁１８ｋの開度を大きくする制御を行う。これにより、高圧ガス冷媒インジェクション管１８ｊを通じて、圧縮機構２の吐出側と放熱器としての利用側熱交換器６との間から冷媒を分岐して、後段側の圧縮要素２ｄへ戻される冷媒の流量、すなわち、後段側の圧縮要素２ｄを流れる冷媒の流量が増加して、冷凍サイクルにおける低圧Ｐｓと冷凍サイクルにおける中間圧Ｐｍとの圧力差ΔＰ１が大きくなるとともに、冷凍サイクルにおける中間圧Ｐｍと冷凍サイクルにおける高圧Ｐｄとの圧力差ΔＰ２が小さくなる（すなわち、冷凍サイクルにおける中間圧Ｐｍが高くなる）。しかも、圧縮機構２の吐出側と放熱器としての利用側熱交換器６との間から分岐される冷媒の温度は高いため、後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒の過熱度が大きくなり、後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒の湿り状態も解消されることになる。

また、ステップＳ１２において、トルクバランス異常が生じていないと判定された場合には、ステップＳ１６の処理に移行して、ステップＳ１３と同様に、後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒が湿り状態になっているかどうかを判定し、後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒が湿り状態になっていないと判定された場合には、ステップＳ１７に移行して、高圧ガス冷媒インジェクション弁１８ｋの開度を小さくする制御を行い、高圧ガス冷媒インジェクション管１８ｊを通じて圧縮機構２の吐出側と放熱器としての利用側熱交換器６との間から後段側の圧縮要素２ｄへ戻される冷媒の流量（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へ戻される冷媒の流量、及び、高圧液冷媒インジェクション管１８ｈを通じて放熱器としての利用側熱交換器６と気液分離器としてのレシーバ１８との間から後段側の圧縮要素２ｄへ戻される冷媒の流量を含む）が適切な流量になるようにし、後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒が湿り状態になっていると判定された場合には、ステップＳ１８に移行して、高圧液冷媒インジェクション弁１８ｉの開度を小さくする制御を行い、後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒が湿り状態を解消しつつ、高圧液冷媒インジェクション管１８ｈを通じて放熱器としての利用側熱交換器６と気液分離器としてのレシーバ１８との間から後段側の圧縮要素２ｄへ戻される冷媒の流量（すなわち、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へ戻される冷媒の流量を含む冷媒の流量）が適切な流量になるようにする。

尚、ここでは、ステップＳ１１の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伴う運転を暖房運転として説明したが、冷房運転においても同様のトルクバランス改善制御を行うことができる。

このように、本変形例では、第２後段側インジェクション管として、高圧液冷媒インジェクション管１８ｈ及び高圧ガス冷媒インジェクション管１８ｊを併用することで、後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒が湿り状態になるのを避けつつ、後段側の圧縮要素２ｄへ戻される冷媒の流量、すなわち、後段側の圧縮要素２ｄを流れる冷媒の流量を増加させて、冷凍サイクルにおける低圧Ｐｓと冷凍サイクルにおける中間圧Ｐｍとの圧力差ΔＰ１を大きくしつつ、冷凍サイクルにおける中間圧Ｐｍと冷凍サイクルにおける高圧Ｐｄとの圧力差ΔＰ２を小さくして（すなわち、冷凍サイクルにおける中間圧Ｐｍを高くして）、両圧縮要素２ｃ、２ｄ間のトルクのアンバランス状態を解消し、圧縮機駆動モータ２１ｂのトルクや圧縮機構２の振動が大きくなるのを抑えることができる。

（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１０（図１、７、８参照）においては、１つの利用側熱交換器６を有する構成となっているが、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、詳細は図示しないが、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１０（図１参照）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（図１０参照）、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、暖房運転時に冷凍サイクルにおける低圧まで冷媒を減圧する第３膨張機構（図示せず）を設けることが考えられる。

そして、このような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、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になるが、この際、各利用側膨張機構５ｃの開度は、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、気液分離器としてのレシーバ１８における圧力が低くなる場合があり得る。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気液分離器圧力の低下分も加わり、さらに、レシーバ１８における圧力が低下することになる。このように、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は、レシーバ１８における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っても使用可能であることから、この構成における暖房運転のように、レシーバ１８における圧力が低くなるおそれの高い場合に有利である。

しかし、冷房運転のように、熱源側熱交換器４において冷却された後に気液分離器としてのレシーバ１８に流入するまでの間に、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がなく、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、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を分岐して後段側の圧縮要素２ｄに戻す第３後段側インジェクション管１９と、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３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とを設けて、このエコノマイザ熱交換器２０における熱交換によって加熱された後の第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒を後段側の圧縮要素２ｄに戻す（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を行う）ことが好ましい（例えば、後述の図１０における第３後段側インジェクション管１９及びエコノマイザ熱交換器２０を参照）。なぜなら、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、暖房運転のように、エコノマイザ熱交換器２０の入口における冷媒の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、その適用が困難であるが、エコノマイザ熱交換器２０の入口における冷媒の圧力と冷凍サイクルにおける中間圧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、その適用が有効である。特に、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には、冷凍サイクルにおける高圧が臨界圧力を超える圧力になることから、冷凍サイクルにおける高圧と中間圧との圧力差がさらに大きくなるため、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が有利である。

また、上述のように、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、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を設けた構成を採用した場合には、冷房運転時において、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た冷媒（図１０の点Ｌ参照）が、各利用側膨張機構５ｃに分配されるが、レシーバ１８から各利用側膨張機構５ｃに送られる冷媒が気液二相状態であると、各利用側膨張機構５ｃへの分配時に偏流を生じるおそれがあるため、レシーバ１８から各利用側膨張機構５ｃに送られる冷媒をできるだけ過冷却状態にすることが望ましい。

そこで、本変形例では、図１０に示されるように、第３後段側インジェクション管１９及びエコノマイザ熱交換器２０を設けることによって、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い、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うことを可能にするとともに、レシーバ１８と利用側膨張機構５ｃとの間に、過冷却熱交換器９６及び第２吸入戻し管９５を設けた冷媒回路１１０としている。

ここで、第３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。本変形例において、第３後段側インジェクション管１９は、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３後段側インジェクション管１９は、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３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３後段側インジェクション管１９には、開度制御が可能な第３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３後段側インジェクション弁１９ａは、本変形例において、電動膨張弁である。

また、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３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３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。本変形例において、エコノマイザ熱交換器２０は、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３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、本変形例において、エコノマイザ熱交換器２０は、第３後段側インジェクション管１９の分岐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、エコノマイザ熱交換器２０において熱交換される前に第３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３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。

また、本変形例において、利用側膨張機構５ｃは、電動膨張弁である。また、本変形例では、上述のように、第３後段側インジェクション管１９及びエコノマイザ熱交換器２０を冷房運転時に使用し、第１後段側インジェクション管１８ｃを暖房運転時に使用するようにしていることから、エコノマイザ熱交換器２０への冷媒の流通方向を冷房運転及び暖房運転を問わず一定にする必要がないため、ブリッジ回路１７を省略して、冷媒回路１１０の構成を簡単化している。

また、第２吸入戻し管９５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に送られる冷媒を分岐して圧縮機構２の吸入側（すなわち、吸入管２ａ）に戻す冷媒管である。本変形例において、第２吸入戻し管９５は、レシーバ１８から利用側膨張機構５ｃ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２吸入戻し管９５は、過冷却熱交換器９６の上流側の位置（すなわち、レシーバ１８とエコノマイザ熱交換器２０との間）から冷媒を分岐して吸入管２ａに戻すように設けられている。この第２吸入戻し管９５には、開度制御が可能な第２吸入戻し弁９５ａが設けられている。第２吸入戻し弁９５ａは、本変形例において、電動膨張弁である。

また、過冷却熱交換器９６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に送られる冷媒と第２吸入戻し管９５を流れる冷媒（より具体的には、第２吸入戻し弁９５ａにおいて低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。本変形例において、過冷却熱交換器９６は、利用側膨張機構５ｃの上流側の位置（すなわち、第２吸入戻し管９５が分岐される位置と利用側膨張機構５ｃとの間）を流れる冷媒と第２吸入戻し管９５を流れる冷媒との熱交換を行うように設けられている。また、本変形例において、過冷却熱交換器９６は、第２吸入戻し管９５が分岐される位置よりも下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を通過した後に、第２吸入戻し管９５に分岐され、過冷却熱交換器９６において、第２吸入戻し管９５を流れる冷媒と熱交換を行うことになる。

また、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中間圧を検出する中間圧力センサ５４が設けられている。また、エコノマイザ熱交換器２０の第３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３後段側インジェクション管１９側の出口における冷媒の温度を検出するエコノマイザ出口温度センサ５５が設けられている。また、吸入管２ａ又は圧縮機構２には、圧縮機構２の吸入側を流れる冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサ６０が設けられている。過冷却熱交換器９６の第２吸入戻し管９５側の出口には、過冷却熱交換器９６の第２吸入戻し管９５側の出口における冷媒の温度を検出する過冷却熱交出口温度センサ５９が設けられている。

次に、本変形例の空気調和装置１の動作について、図１０〜１４を用いて説明する。ここで、図１１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１２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１３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１４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、及び、トルクバランス改善制御（上述の実施形態と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する）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１１、１２の点Ｄ、Ｅ、Ｈ、Ｉ、Ｒにおける圧力や図１３、１４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１１、１２の点Ａ、Ｆ、Ｓ、Ｕにおける圧力や図１３、１４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１１、１２の点Ｂ、Ｇ、Ｊ、Ｋにおける圧力や図１３、１４における点Ｂ、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１０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、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３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３後段側インジェクション弁１９ａは、開度調節される。より具体的には、本変形例において、第３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３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３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３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３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３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１１０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。また、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、過冷却熱交換器９６を使用するため、第２吸入戻し弁９５ａについても、開度調節される。より具体的には、本変形例において、第２吸入戻し弁９５ａは、過冷却熱交換器９６の第２吸入戻し管９５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、過冷却熱交換器９６の第２吸入戻し管９５側の出口における冷媒の過熱度は、吸入圧力センサ６０により検出される低圧を飽和温度に換算し、過冷却熱交出口温度センサ５９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、過冷却熱交換器９６の第２吸入戻し管９５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過冷却熱交出口温度センサ５９により検出される冷媒温度から差し引くことによって、過冷却熱交換器９６の第２吸入戻し管９５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２吸入戻し弁９５ａ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１１０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１１０の状態において、低圧の冷媒（図１０〜図１２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１０〜図１２の点Ｂ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３後段側インジェクション管１９から後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒（図１０〜図１２の点Ｋ参照）と合流することで冷却される（図１０〜図１２の点Ｇ参照）。次に、第３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１０〜図１２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１１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、油分離機構４１を構成する油分離器４１ａに流入し、同伴する冷凍機油が分離される。また、油分離器４１ａにおいて高圧の冷媒から分離された冷凍機油は、油分離機構４１を構成する油戻し管４１ｂに流入し、油戻し管４１ｂに設けられた減圧機構４１ｃで減圧された後に圧縮機構２の吸入管２ａに戻されて、再び、圧縮機構２に吸入される。次に、油分離機構４１において冷凍機油が分離された後の高圧の冷媒は、逆止機構４２及び切換機構３を通じて、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器４に送られる。そして、熱源側熱交換器４に送られた高圧の冷媒は、熱源側熱交換器４において、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１０〜図１２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、その一部が戻し管としての第３後段側インジェクション管１９に分岐される。そして、第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、第３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１０〜図１２の点Ｊ参照）。また、第３後段側インジェクション管１９に分岐された後の冷媒は、エコノマイザ熱交換器２０に流入し、第３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１０〜図１２の点Ｈ参照）。一方、第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、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と熱交換を行って加熱されて（図１０〜図１２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１０〜図１２の点Ｉ参照）。そして、レシーバ１８内に溜められた冷媒は、その一部が第２吸入戻し管９５に分岐される。そして、第２吸入戻し管９５を流れる冷媒は、第２吸入戻し弁９５ａにおいて低圧付近まで減圧された後に、過冷却熱交換器９６に送られる（図１０〜図１２の点Ｓ参照）。また、第２吸入戻し管９５に分岐された後の冷媒は、過冷却熱交換器９６に流入し、第２吸入戻し管９５を流れる冷媒と熱交換を行ってさらに冷却される（図１０〜図１２の点Ｒ参照）。一方、第２吸入戻し管９５を流れる冷媒は、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と熱交換を行って加熱されて（図１０〜図１２の点Ｕ参照）、圧縮機構２の吸入側（ここでは、吸入管２ａ）を流れる冷媒に合流することになる。この過冷却熱交換器９６において冷却された冷媒は、利用側膨張機構５ｃに送られて、利用側膨張機構５ｃ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１０〜図１２の点Ｆ参照）。そして、利用側熱交換器６に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、加熱源としての水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１０〜図１２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、本変形例の空気調和装置１では、冷房運転時においては、上述の実施形態及びその変形例とは異なり、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の中間圧付近までの圧力差を利用できる条件であることから、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採用されており、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低く抑えることができる（図１２の点Ｂ、Ｇ参照）。これにより、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していない場合に比べて、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１２の点Ｄ、Ｄ’参照）、図１２の点Ｂ、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。

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が採用されていることから、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場合に比べて、後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒の流量を制御が確保されやすく、しかも、後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒の流量の増減も可能であるため、第２後段側インジェクション管としての高圧液冷媒インジェクション管１８ｈを使用しなくて済むようになっている。

また、この空気調和装置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３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から膨張機構５に送られる冷媒と第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒との温度差を小さくすることができ、高い熱交換効率を得ることができる。

また、レシーバ１８から利用側膨張機構５ｃへ送られる冷媒（図１１、図１２の点Ｉ参照）を過冷却熱交換器９６によって過冷却状態まで冷却することができるため（図１１、図１２の点Ｒ参照）、各利用側膨張機構５ｃへの分配時に偏流を生じるおそれを少なくすることができる。

＜暖房運転＞
暖房運転時は、切換機構３が図１６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、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３後段側インジェクション弁１９ａが全閉状態にされる。また、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、過冷却熱交換器９６を使用しないため、第２吸入戻し弁９５ａについても全閉状態にされる。

この冷媒回路１１０の状態において、低圧の冷媒（図１０、図１３、図１４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１０、図１３、図１４の点Ｂ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、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要素２ｄに戻される冷媒（図１０、図１３、図１４の点Ｍ参照）と合流することで冷却される（図１０、図１３、図１４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１０、図１３、図１４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１３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、油分離機構４１を構成する油分離器４１ａに流入し、同伴する冷凍機油が分離される。また、油分離器４１ａにおいて高圧の冷媒から分離された冷凍機油は、油分離機構４１を構成する油戻し管４１ｂに流入し、油戻し管４１ｂに設けられた減圧機構４１ｃで減圧された後に圧縮機構２の吸入管２ａに戻されて、再び、圧縮機構２に吸入される。次に、油分離機構４１において冷凍機油が分離された後の高圧の冷媒は、逆止機構４２及び切換機構３を通じて、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１０、図１３、図１４の点Ｆを参照）。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た後に、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１０、図１３、図１４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、第１膨張機構５ａ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１０、図１３、図１４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１０、図１３、図１４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。

また、本変形例の空気調和装置１においても、暖房運転においては、上述の実施形態と同様に、第２後段側インジェクション管としての高圧液冷媒インジェクション管１８ｈを用いたトルクバランス改善制御が行われる。このため、本変形例の空気調和装置１では、暖房運転時においては、トルクバランス改善制御に関して、上述の実施形態と同様の作用効果が得られる。

尚、本変形例では、上述の実施形態と同様、第２後段側インジェクション管として、高圧液冷媒インジェクション管１８ｈを採用しているが、変形例１のように、高圧ガス冷媒インジェクション管１８ｊを採用したり、変形例２のように、高圧ガス冷媒インジェクション管１８ｊ及び高圧液冷媒インジェクション管１８ｈを採用してもよい。

（６）変形例４
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、７、８、１０参照）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たり、第２吸入戻し管９５及び過冷却熱交換器９６を設けて、過冷却熱交換器９６によって利用側膨張機構５ｃに送られる冷媒を過冷却状態まで冷却す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熱交換器７をさらに設けるようにしてもよい。

例えば、図１５に示されるように、上述の変形例３の冷媒回路１１０において、中間熱交換器７及び中間熱交換器バイパス管９が設けられた冷媒回路２１０にすることができる。

ここで、中間熱交換器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。中間熱交換器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、中間熱交換器７は、冷媒回路２１０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、中間熱交換器７をバイパスするように、中間熱交換器バイパス管９が接続されている。この中間熱交換器バイパス管９は、中間熱交換器７を流れる冷媒の流量を制限する冷媒管である。そして、中間熱交換器バイパス管９には、中間熱交換器バイパス開閉弁１１が設けられている。中間熱交換器バイパス開閉弁１１は、本変形例において、電磁弁である。この中間熱交換器バイパス開閉弁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、中間熱交換器バイパス開閉弁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、中間熱交換器バイパス管９の前段側の圧縮要素２ｃ側端との接続部から中間熱交換器７の前段側の圧縮要素２ｃ側端までの部分に、中間熱交換器開閉弁１２が設けられている。この中間熱交換器開閉弁１２は、中間熱交換器７を流れる冷媒の流量を制限する機構である。中間熱交換器開閉弁１２は、本変形例において、電磁弁である。この中間熱交換器開閉弁１２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、中間熱交換器開閉弁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。

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の吸入側から前段側の圧縮要素２ｃの吐出側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の中間熱交換器７の後段側の圧縮要素２ｄ側端から中間熱交換器バイパス管９の後段側の圧縮要素２ｄ側端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１５〜図１９を用いて説明する。ここで、図１６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１７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１８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１９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、及び、トルクバランス改善制御（上述の実施形態と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する）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１６、図１７の点Ｄ、Ｅ、Ｈ、Ｉ、Ｒにおける圧力や図１８、図１９の点Ｄ、Ｆにおける圧力）を意味し、「低圧」とは、冷凍サイクルにおける低圧（すなわち、図１６、図１７の点Ａ、Ｆ、Ｓ、Ｕにおける圧力や図１８、図１９の点Ａ、Ｅ）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１６、図１７の点Ｂ、Ｃ、Ｇ、Ｊ、Ｋにおける圧力や図１８、図１９の点Ｂ、Ｃ、Ｇ、Ｉ、Ｌ、Ｍ）を意味している。

＜冷房運転＞
冷房運転時は、切換機構３が図１５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、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３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３後段側インジェクション弁１９ａは、上述の変形例３と同様の開度調節がなされる。また、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、過冷却熱交換器９６を使用するため、第２吸入戻し弁９５ａについても、上述の変形例３と同様の開度調節がなされる。さらに、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、中間熱交換器開閉弁１２が開けられ、また、中間熱交換器バイパス管９の中間熱交換器バイパス開閉弁１１が閉められることによって、中間熱交換器７が冷却器として機能する状態とされる。

この冷媒回路２１０の状態において、低圧の冷媒（図１５〜図１７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１５〜図１７の点Ｂ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、中間熱交換器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１５〜図１７の点Ｃ参照）。この中間熱交換器７において冷却された冷媒は、第３後段側インジェクション管１９から後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒（図１５〜図１７の点Ｋ参照）と合流することでさらに冷却される（図１５〜図１７の点Ｇ参照）。次に、第３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１５〜図１７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１６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、油分離機構４１を構成する油分離器４１ａに流入し、同伴する冷凍機油が分離される。また、油分離器４１ａにおいて高圧の冷媒から分離された冷凍機油は、油分離機構４１を構成する油戻し管４１ｂに流入し、油戻し管４１ｂに設けられた減圧機構４１ｃで減圧された後に圧縮機構２の吸入管２ａに戻されて、再び、圧縮機構２に吸入される。次に、油分離機構４１において冷凍機油が分離された後の高圧の冷媒は、逆止機構４２及び切換機構３を通じて、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器４に送られる。そして、熱源側熱交換器４に送られた高圧の冷媒は、熱源側熱交換器４において、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１５〜図１７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、その一部が第３後段側インジェクション管１９に分岐される。そして、第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、第３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１５〜図１７の点Ｊ参照）。また、第３後段側インジェクション管１９に分岐された後の冷媒は、エコノマイザ熱交換器２０に流入し、第３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１５〜図１７の点Ｈ参照）。一方、第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、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と熱交換を行って加熱されて（図１５〜図１７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１５〜図１７の点Ｉ参照）。そして、レシーバ１８内に溜められた冷媒は、その一部が第２吸入戻し管９５に分岐される。そして、第２吸入戻し管９５を流れる冷媒は、第２吸入戻し弁９５ａにおいて低圧付近まで減圧された後に、過冷却熱交換器９６に送られる（図１５〜図１７の点Ｓ参照）。また、第２吸入戻し管９５に分岐された後の冷媒は、過冷却熱交換器９６に流入し、第２吸入戻し管９５を流れる冷媒と熱交換を行ってさらに冷却される（図１５〜図１７の点Ｒ参照）。一方、第２吸入戻し管９５を流れる冷媒は、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と熱交換を行って加熱されて（図１５〜図１７の点Ｕ参照）、圧縮機構２の吸入側（ここでは、吸入管２ａ）を流れる冷媒に合流することになる。この過冷却熱交換器９６において冷却された冷媒は、利用側膨張機構５ｃに送られて、利用側膨張機構５ｃ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１５〜図１７の点Ｆ参照）。そして、利用側熱交換器６に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、加熱源としての水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１５〜図１７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、本変形例の空気調和装置１では、冷房運転時においては、上述の変形例３と同様の作用効果が得られるとともに、中間熱交換器７を冷却器として機能する状態にしていることから、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なり（図１７の点Ｂ１、Ｃ１参照）、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ため、中間熱交換器７を冷却器として機能させていない場合に比べて、放熱ロスをさらに小さくできる。

＜暖房運転＞
暖房運転時は、切換機構３が図１５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、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３後段側インジェクション弁１９ａが全閉状態にされる。また、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、過冷却熱交換器９６を使用しないため、第２吸入戻し弁９５ａについても全閉状態にされる。さらに、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、中間熱交換器開閉弁１２が閉められ、また、中間熱交換器バイパス管９の中間熱交換器バイパス開閉弁１１が開けられることによって、中間熱交換器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２１０の状態において、低圧の冷媒（図１５、図１８、図１９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１５、図１８、図１９の点Ｂ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、中間熱交換器７を通過せずに（すなわち、冷却されることなく）、中間熱交換器バイパス管９を通過して（図１５、図１８、図１９の点Ｃ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要素２ｄに戻される冷媒（図１５、図１８、図１９の点Ｍ参照）と合流することで冷却される（図１５、図１８、図１９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１５、図１８、図１９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１８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、油分離機構４１を構成する油分離器４１ａに流入し、同伴する冷凍機油が分離される。また、油分離器４１ａにおいて高圧の冷媒から分離された冷凍機油は、油分離機構４１を構成する油戻し管４１ｂに流入し、油戻し管４１ｂに設けられた減圧機構４１ｃで減圧された後に圧縮機構２の吸入管２ａに戻されて、再び、圧縮機構２に吸入される。次に、油分離機構４１において冷凍機油が分離された後の高圧の冷媒は、逆止機構４２及び切換機構３を通じて、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１５、図１８、図１９の点Ｆを参照）。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た後に、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１５、図１８、図１９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、第１膨張機構５ａ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１５、図１８、図１９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１５、図１８、図１９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、本変形例の空気調和装置１では、暖房運転時においては、上述の変形例３と同様の作用効果が得られるとともに、中間熱交換器７を冷却器として機能させない状態にしていることから、冷房運転と同様に中間熱交換器７を冷却器として機能させた場合に比べて、中間熱交換器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ことができる。

尚、本変形例では、上述の実施形態と同様、第２後段側インジェクション管として、高圧液冷媒インジェクション管１８ｈを採用しているが、変形例１のように、高圧ガス冷媒インジェクション管１８ｊを採用したり、変形例２のように、高圧ガス冷媒インジェクション管１８ｊ及び高圧液冷媒インジェクション管１８ｈを採用してもよい。

（７）変形例５
上述の変形例４における冷媒回路２１０（図１５参照）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たり、第２吸入戻し管９５及び過冷却熱交換器９６を設けて、過冷却熱交換器９６によって利用側膨張機構５ｃに送られる冷媒を過冷却状態まで冷却するとともに、冷房運転時の熱源側熱交換器４における放熱ロスを低減するために、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熱交換器７をさらに設けるとともに、暖房運転時における加熱能力の低下を抑えるために、中間熱交換器７をバイパスする中間熱交換器バイパス管９を設けるようにしている。

しかし、このような構成では、暖房運転時に中間熱交換器７を使用しない状態にするため、中間熱交換器７は、暖房運転時には利用されない機器となっている。

そこで、暖房運転時における中間熱交換器７の有効利用を図るために、本変形例では、図２０に示されるように、上述の変形例４の冷媒回路２１０において、中間熱交換器７の一端と圧縮機構２の吸入側とを接続させるための第３吸入戻し管９２を設けるとともに、利用側熱交換器６と熱源側熱交換器４との間と中間熱交換器７の他端とを接続させるための中間熱交換器戻し管９４を設けることで、冷媒回路３１０を構成するようにしている。

ここで、第３吸入戻し管９２は、中間熱交換器７の一端（ここでは、前段側の圧縮要素２ｃ側端）に接続されており、中間熱交換器戻し管９４は、中間熱交換器７の他端（ここでは、後段側の圧縮要素２ｄ側端）に接続されている。この第３吸入戻し管９２は、中間熱交換器バイパス管９を通じ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に吸入させる状態にしている際に、中間熱交換器７の一端と圧縮機構２の吸入側（ここでは、吸入管２ａ）とを接続させるための冷媒管である。また、この中間熱交換器戻し管９４は、中間熱交換器バイパス管９を通じ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に吸入させる状態にし、かつ、切換機構３を加熱運転状態にしている際に、利用側熱交換器６と熱源側熱交換器４との間（ここでは、冷凍サイクルにおける低圧になるまで冷媒を減圧する熱源側膨張機構としての第１膨張機構５ａと蒸発器としての熱源側熱交換器４との間）と中間熱交換器７の他端とを接続させるための冷媒管である。本変形例において、第３吸入戻し管９２は、その一端が、中間冷媒管８の中間熱交換器バイパス管９の前段側の圧縮要素２ｃ側端との接続部から中間熱交換器７の前段側の圧縮要素２ｃ側端までの部分に接続されており、他端が、圧縮機構２の吸入側（ここでは、吸入管２ａ）に接続されている。また、中間熱交換器戻し管９４は、その一端が、第１膨張機構５ａから熱源側熱交換器４までの部分に接続されており、他端が、中間冷媒管８の中間熱交換器７の前段側の圧縮要素２ｃ側端から逆止機構１５までの部分に接続されている。そして、第３吸入戻し管９２には、第３吸入戻し開閉弁９２ａが設けられており、中間熱交換器戻し管９４には、中間熱交換器戻し開閉弁９４ａが設けられている。第３吸入戻し開閉弁９２ａ及び中間熱交換器戻し開閉弁９４ａは、本変形例において、電磁弁である。この第３吸入戻し開閉弁９２ａ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。また、中間熱交換器戻し開閉弁９４ａは、基本的には、切換機構３を冷却運転状態にしている際に閉め、切換機構３を加熱運転状態にしている際に開ける制御がなされる。

このように、本変形例では、主として、中間熱交換器バイパス管９、第３吸入戻し管９２及び中間熱交換器戻し管９４によって、冷房運転時には、中間冷媒管８を流れる中間圧の冷媒を中間熱交換器７によって冷却することができ、暖房運転時には、中間冷媒管８を流れる中間圧の冷媒を中間熱交換器バイパス管９によって、中間熱交換器７をバイパスさせるとともに、第３吸入戻し管９２及び中間熱交換器戻し管９４によって、利用側熱交換器６において冷却された冷媒の一部を中間熱交換器７に導いて蒸発させ、圧縮機構２の吸入側に戻すことができるようになっている。

次に、本変形例の空気調和装置１の通常運転の動作について、図２０〜図２４を用いて説明する。ここで、図２１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２２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２３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２４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、及び、トルクバランス改善制御（上述の実施形態と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する）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２１、図２２の点Ｄ、Ｅ、Ｈ、Ｉ、Ｒにおける圧力や図２３、図２４の点Ｄ、Ｆにおける圧力）を意味し、「低圧」とは、冷凍サイクルにおける低圧（すなわち、図２１、図２２の点Ａ、Ｆ、Ｓ、Ｕにおける圧力や図２３、図２４の点Ａ、Ｅ、Ｖ）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２１、図２２の点Ｂ、Ｃ、Ｇ、Ｊ、Ｋにおける圧力や図２３、図２４の点Ｂ、Ｃ、Ｇ、Ｉ、Ｌ、Ｍ）を意味している。

＜冷房運転＞
冷房運転時は、切換機構３が図２０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、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３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３後段側インジェクション弁１９ａは、上述の変形例３と同様の開度調節がなされる。また、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、過冷却熱交換器９６を使用するため、第２吸入戻し弁９５ａについても、上述の変形例３と同様の開度調節がなされる。さらに、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、中間熱交換器開閉弁１２が開けられ、また、中間熱交換器バイパス管９の中間熱交換器バイパス開閉弁１１が閉められることによって、中間熱交換器７が冷却器として機能する状態とされるとともに、第３吸入戻し管９２の第３吸入戻し開閉弁９２ａが閉められることによって、中間熱交換器７と圧縮機構２の吸入側とが接続していない状態にされ、また、中間熱交換器戻し管９４の中間熱交換器戻し開閉弁９４ａが閉められることによって、利用側熱交換器６と熱源側熱交換器４との間と中間熱交換器７とが接続していない状態にされる。

この冷媒回路３１０の状態において、低圧の冷媒（図２０〜図２２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２０〜図２２の点Ｂ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、中間熱交換器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２０〜図２２の点Ｃ参照）。この中間熱交換器７において冷却された冷媒は、第３後段側インジェクション管１９から後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒（図２０〜図２２の点Ｋ参照）と合流することでさらに冷却される（図２０〜図２２の点Ｇ参照）。次に、第３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２０〜図２２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２１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、油分離機構４１を構成する油分離器４１ａに流入し、同伴する冷凍機油が分離される。また、油分離器４１ａにおいて高圧の冷媒から分離された冷凍機油は、油分離機構４１を構成する油戻し管４１ｂに流入し、油戻し管４１ｂに設けられた減圧機構４１ｃで減圧された後に圧縮機構２の吸入管２ａに戻されて、再び、圧縮機構２に吸入される。次に、油分離機構４１において冷凍機油が分離された後の高圧の冷媒は、逆止機構４２及び切換機構３を通じて、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器４に送られる。そして、熱源側熱交換器４に送られた高圧の冷媒は、熱源側熱交換器４において、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２０〜図２２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、その一部が第３後段側インジェクション管１９に分岐される。そして、第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、第３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２０〜図２２の点Ｊ参照）。また、第３後段側インジェクション管１９に分岐された後の冷媒は、エコノマイザ熱交換器２０に流入し、第３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２０〜図２２の点Ｈ参照）。一方、第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、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と熱交換を行って加熱されて（図２０〜図２２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２０〜図２２の点Ｉ参照）。そして、レシーバ１８内に溜められた冷媒は、その一部が第２吸入戻し管９５に分岐される。そして、第２吸入戻し管９５を流れる冷媒は、第２吸入戻し弁９５ａにおいて低圧付近まで減圧された後に、過冷却熱交換器９６に送られる（図２０〜図２２の点Ｓ参照）。また、第２吸入戻し管９５に分岐された後の冷媒は、過冷却熱交換器９６に流入し、第２吸入戻し管９５を流れる冷媒と熱交換を行ってさらに冷却される（図２０〜図２２の点Ｒ参照）。一方、第２吸入戻し管９５を流れる冷媒は、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と熱交換を行って加熱されて（図２０〜図２２の点Ｕ参照）、圧縮機構２の吸入側（ここでは、吸入管２ａ）を流れる冷媒に合流することになる。この過冷却熱交換器９６において冷却された冷媒は、利用側膨張機構５ｃに送られて、利用側膨張機構５ｃ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２０〜図２２の点Ｆ参照）。そして、利用側熱交換器６に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、加熱源としての水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２０〜図２２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、本変形例の空気調和装置１では、冷房運転時においては、上述の変形例４と同様の作用効果が得られる。

＜暖房運転＞
暖房運転時は、切換機構３が図２０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、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３後段側インジェクション弁１９ａが全閉状態にされる。また、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、過冷却熱交換器９６を使用しないため、第２吸入戻し弁９５ａについても全閉状態にされる。さらに、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、中間熱交換器開閉弁１２が閉められ、また、中間熱交換器バイパス管９の中間熱交換器バイパス開閉弁１１が開けられることによって、中間熱交換器７が冷却器として機能しない状態とされる。さらに、切換機構３が加熱運転状態となるため、第３吸入戻し管９２の第３吸入戻し開閉弁９２ａが開けられることによって、中間熱交換器７と圧縮機構２の吸入側とを接続されている状態にされ、また、中間熱交換器戻し管９４の中間熱交換器戻し開閉弁９４ａが開けられることによって、利用側熱交換器６と熱源側熱交換器４との間と中間熱交換器７とが接続されている状態にされる。

この冷媒回路３１０の状態において、低圧の冷媒（図２０、図２３、図２４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２０、図２３、図２４の点Ｂ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、中間熱交換器７を通過せずに（すなわち、冷却されることなく）、中間熱交換器バイパス管９を通過して（図２０、図２３、図２４の点Ｃ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要素２ｄに戻される冷媒（図２０、図２３、図２４の点Ｍ参照）と合流することで冷却される（図２０、図２３、図２４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２０、図２３、図２４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２３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、油分離機構４１を構成する油分離器４１ａに流入し、同伴する冷凍機油が分離される。また、油分離器４１ａにおいて高圧の冷媒から分離された冷凍機油は、油分離機構４１を構成する油戻し管４１ｂに流入し、油戻し管４１ｂに設けられた減圧機構４１ｃで減圧された後に圧縮機構２の吸入管２ａに戻されて、再び、圧縮機構２に吸入される。次に、油分離機構４１において冷凍機油が分離された後の高圧の冷媒は、逆止機構４２及び切換機構３を通じて、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２０、図２３、図２４の点Ｆを参照）。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た後に、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２０、図２３、図２４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、第１膨張機構５ａ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に送られるとともに、中間熱交換器戻し管９４を通じて、冷媒の蒸発器として機能する中間熱交換器７にも送られる（図２０、図２３、図２４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２０、図２３、図２４の点Ａ参照）。また、中間熱交換器７に送られた低圧の気液二相状態の冷媒も、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２０、図２３、図２４の点Ｖ参照）。そして、この熱源側熱交換器４において加熱されて蒸発した低圧の冷媒は、切換機構３を経由して、再び、圧縮機構２に吸入される。また、この中間熱交換器７において加熱されて蒸発した低圧の冷媒は、第３吸入戻し管９２を通じて、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、暖房運転時においては、上述の変形例４と同様の作用効果が得られるとともに、熱源側熱交換器４とともに、中間熱交換器７を利用側熱交換器７において放熱した冷媒の蒸発器として機能させるようにして、暖房運転時にも有効利用し、これにより、暖房運転時における冷媒の蒸発能力を高めて、利用側熱交換器６における加熱能力が低くなるのを抑えて、暖房運転時の運転効率が低下しないようにすることができる。

尚、本変形例では、上述の実施形態と同様、第２後段側インジェクション管として、高圧液冷媒インジェクション管１８ｈを採用しているが、変形例１のように、高圧ガス冷媒インジェクション管１８ｊを採用したり、変形例２のように、高圧ガス冷媒インジェクション管１８ｊ及び高圧液冷媒インジェクション管１８ｈを採用してもよい。

（８）変形例６
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、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、一軸二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２５に示されるように、上述の変形例５における冷媒回路３１０（図２０参照）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４１０にしてもよい。

ここで、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２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。

また、中間熱交換器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、冷房運転時には、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、中間熱交換器７は、冷房運転時には、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に対して中間熱交換器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５における動作（図２０〜図２４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５と同様の作用効果を得ることができる。

尚、本変形例では、上述の実施形態と同様、第２後段側インジェクション管として、高圧液冷媒インジェクション管１８ｈを採用しているが、変形例１のように、高圧ガス冷媒インジェクション管１８ｊを採用したり、変形例２のように、高圧ガス冷媒インジェクション管１８ｊ及び高圧液冷媒インジェクション管１８ｈ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、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、単一の駆動軸に連結された前後段２つの圧縮要素を有する圧縮機構と気液分離器による中間圧インジェクションが可能な構成とを備えており、二段圧縮式冷凍サイクルを行う冷凍装置において、冷凍サイクルにおける低圧と冷凍サイクルにおける高圧との圧力差が大きくなる運転条件であっても、圧縮機構の振動が大きくなるのを抑え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。 トルクバランス改善制御のフローチャートである。 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におけるトルクバランス改善制御のフローチャートである。 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４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４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４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５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５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５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５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６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
３ 切換機構
４ 熱源側熱交換器（放熱器、蒸発器）
６ 利用側熱交換器（蒸発器、放熱器）
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
１８ｄ 第１後段側インジェクション開閉弁（後段側インジェクション弁）
１８ｈ 高圧液冷媒インジェクション管（第２後段側インジェクション管）
１８ｉ 高圧液冷媒インジェクション弁（第２後段側インジェクション弁）
１８ｊ 高圧ガス冷媒インジェクション管（第２後段側インジェクション管）
１８ｋ 高圧ガス冷媒インジェクション弁（第２後段側インジェクション弁）

Claims (7)

1. 単一の駆動軸に連結された前後段２つの圧縮要素と、前記駆動軸に連結されて前記２つの圧縮要素をともに回転駆動する駆動モータとを有しており、前記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、
   前記圧縮機構によって圧縮された冷媒を放熱させる放熱器（４、６）と、
   前記放熱器によって放熱された冷媒を蒸発させる蒸発器（６、４）と、
   前記放熱器と前記蒸発器との間を流れる冷媒を気液分離する気液分離器（１８）と、
   前記気液分離器によって気液分離されたガス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を使用している際に、前記圧縮機構の吐出側と前記気液分離器との間から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（１８ｈ、１８ｊ）と、
   を備えた、冷凍装置（１）。
2. 前記第２後段側インジェクション管（１８ｈ、１８ｊ）には、開度制御が可能な第２後段側インジェクション弁（１８ｉ、１８ｋ）が設けられている、請求項１に記載の冷凍装置（１）。
3. 前記第２後段側インジェクション弁（１８ｉ、１８ｋ）は、前記圧縮機構（２、１０２）の振動の上限値以下の範囲となるように、又は、前記圧縮機構の振動の上限値と等価な状態量のしきい値の範囲となるように制御される、請求項２に記載の冷凍装置（１）。
4. 前記第２後段側インジェクション弁（１８ｉ、１８ｋ）は、前記駆動モータのトルクの上限値以下の範囲となるように、又は、前記駆動モータのトルクの上限値と等価な状態量のしきい値の範囲となるように制御される、
   請求項２に記載の冷凍装置（１）。
5. 前記第２後段側インジェクション管は、前記放熱器（４、６）と前記気液分離器（１８）との間から冷媒を分岐して前記後段側の圧縮要素に戻す高圧液冷媒インジェクション管（１８ｈ）である、請求項１〜４のいずれかに記載の冷凍装置（１）。
6. 前記第２後段側インジェクション管は、前記圧縮機構（２、１０２）の吐出側と前記放熱器（４、６）との間から冷媒を分岐して前記後段側の圧縮要素に戻す高圧ガス冷媒インジェクション管（１８ｊ）である、請求項１〜４のいずれかに記載の冷凍装置（１）。
7. 前記第２後段側インジェクション管は、前記放熱器（４、６）と前記気液分離器（１８）との間から冷媒を分岐して前記後段側の圧縮要素に戻す高圧液冷媒インジェクション管（１８ｈ）と、前記圧縮機構（２、１０２）の吐出側と前記放熱器との間から冷媒を分岐して前記後段側の圧縮要素に戻す高圧ガス冷媒インジェクション管（１８ｊ）とを有している、請求項１〜４のいずれかに記載の冷凍装置（１）。

Images