JP2010112618A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多段圧縮運転を行う空気調和装置において、冷房運転時と暖房運転時の両方で運転効率を向上させる。
【解決手段】二段圧縮機５０の中間冷却器として、熱源側ユニット３内に室外側中間冷却器１０を設けるとともに、利用側ユニット４内に室内側中間冷却器１１を設ける。冷房運転時は、室外側中間冷却器１０を機能させ、室内側中間冷却器１１の機能を停止させる。一方、暖房運転時は、室外側中間冷却器１０の機能を停止させ、室内側中間冷却器１１を機能させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、多段圧縮式の冷凍サイクルを行う空気調和装置に関する。

従来より、多段圧縮式冷凍サイクルを行う冷凍装置の１つとして、特許文献１に示されるような、二段圧縮式冷凍サイクルを行う空気調和装置がある。この空気調和装置は、主として、直列に接続された２つの圧縮要素を有する圧縮機と、室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器とを有している。

上述の空気調和装置においては、圧縮機の前段側の圧縮要素から吐出された冷媒が圧縮機の後段側の圧縮要素に吸入されてさらに圧縮されるため、圧縮機の後段側の圧縮要素から吐出される冷媒の温度が高くなり、例えば、冷媒の放熱器として機能する室外熱交換器において、放熱ロスが大きくなることから、高い運転効率が得られにくいという問題がある。

この問題に対して、前段側の圧縮要素から吐出されて後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却器として機能する中間冷却器を、前段側の圧縮要素から吐出された冷媒を後段側の圧縮要素に吸入させるための中間冷媒管に設けることで、後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の温度を低くし、その結果、後段側の圧縮要素から吐出される冷媒の温度を低くして、室外熱交換器における放熱ロスを小さくする方法が取られる（特許文献２参照）。
特開２００７−２３２２６３号公報 特開２００３−７４９９９号公報

しかし、多段圧縮機から吐出される冷媒の温度を下げるために中間冷却器を用いた場合、暖房運転時においては、中間冷却器により熱を外に捨てることとなる。そこで、暖房運転時には中間冷却器が機能しないようにして熱を外に捨てないようにする構成も提案されているが、これでは暖房運転時には中間冷却器が働かなくなって冷房運転時のような効果を得ることができなくなるという問題が生じる。

本発明の課題は、多段圧縮運転を行う空気調和装置において、冷房運転時と暖房運転時の両方で運転効率を向上させることにある。

第１発明に係る空気調和装置は、圧縮機構と、膨張機構と、中間冷却路と、熱源ユニットと、利用ユニットとを備えている。そして、圧縮機構が冷媒の圧力を高め、熱源ユニットの熱源側熱交換器または利用ユニットの利用側熱交換器が冷媒に対して冷却機として機能し、膨張機構が冷媒を減圧し、利用ユニットの利用側熱交換器または熱源ユニットの熱源側熱交換器が冷媒に対して加熱器として機能する。一方、切換機構により切り換えが行われ、冷房時には熱源側中間冷却器が中間冷却路に流れる冷媒の冷却を行い、暖房時には利用側中間冷却器が中間冷却路に流れる冷媒の冷却を行う。中間冷却路は、第１圧縮要素の吐出口から吐出された冷媒を冷却して第２圧縮要素の吸入口に戻す。ここで、「圧縮機構」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。

本発明によれば、暖房時には利用ユニットの利用側中間冷却器で冷媒の冷却が行われるので、利用側中間冷却器で冷媒から奪った熱は利用ユニットから利用ユニット設置場所へ供給できる。それにより、暖房運転時に中間冷却を行う場合には、中間冷却器から従来捨てざるを得なかった熱を暖房に利用できる。

第２発明に係る空気調和装置は、第１発明の空気調和装置であって、切換機構が、再熱除湿運転時に、利用側中間冷却器によって中間冷却路に流れる冷媒の冷却を行わせるように切り換える。

本発明によれば、切換機構によって、再熱除湿時に利用側ユニットにおいて利用側中間冷却器から発生する熱を再熱除湿に利用できるようになる。

第３発明に係る空気調和装置は、第１発明または第２発明の空気調和装置であって、切換機構が、冷房運転時に、膨張機構を経由する冷媒の一部を、利用側中間冷却器を通して蒸発させて吸入路に戻すように切り換える。

本発明によれば、切換機構によって、冷房運転時に、利用側中間冷却器が蒸発器として機能するので、冷房運転時の蒸発器の冷媒循環量を増加させることができる。

第４発明に係る空気調和装置は、第１発明から第３発明のいずれかの空気調和装置であって、切換機構が、暖房時に、膨張機構を経由する冷媒の一部を、熱源側中間冷却器を通して蒸発させて吸入路に戻すように切り換える。

本発明によれば、切換機構によって、暖房運転時に、熱源側中間冷却器が蒸発器として機能するので、暖房運転時の蒸発器の冷媒循環量を増加させることができる。

第５発明に係る空気調和装置は、第１発明から第４発明のいずれかの空気調和装置であって、圧縮機構が、冷媒の圧力を超臨界状態になる圧力まで高めて吐出路から吐出する。

本発明によれば、超臨界状態に達する高い圧力まで冷媒が圧縮されるので、中間冷却器による冷媒の冷却で圧縮機構の吐出温度を低く抑えることにより放熱ロスを防ぐ効果が大きくなる。

第６発明に係る空気調和装置は、第５発明の空気調和装置であって、圧縮機構が、二酸化炭素を主成分として含む冷媒の圧力を超臨界状態になる圧力まで高めて吐出路から吐出する。

本発明によれば、二酸化炭素を主成分として含む冷媒を用いる空気調和装置の圧縮機構の吐出温度を暖房運転時及び冷房運転時の両方で低く抑えつつ、暖房運転時及び冷房運転時の運転効率を向上させることができる。

第１発明の空気調和装置では、中間冷却器の熱エネルギーの有効利用が図れ、冷房運転時も暖房運転時も運転効率を向上させることができる。

第２発明の空気調和装置では、再熱除湿時に捨てていた中間冷却器の熱エネルギーの有効利用を図れ、冷房運転時及び暖房運転時に加え、再熱除湿運転時の運転効率を向上させることができる。

第３発明の空気調和装置では、冷房運転時の蒸発器の冷媒循環量を増加させて、冷房能力を向上させることができる。

第４発明の空気調和装置では、暖房運転時の蒸発器の冷媒循環量を増加させて、成績係数を向上させることができる。

第５発明の空気調和装置では、放熱ロスを防ぐ効果が大きく、暖房運転時の運転効率の改善効果が大きくなる。

第６発明の空気調和装置では、冷房運転時及び暖房運転時の運転効率を改善しつつ、圧縮機構からの吐出温度を低く抑えることで二酸化炭素を主成分として含む冷媒の運転範囲の拡大や信頼性の向上を図ることができる。

〔第１実施形態〕
（１）空気調和装置の基本構成
図１は、本発明の第１実施形態に係る空気調和装置の概略構成図である。第１実施形態に係る空気調和装置１は、冷房運転及び暖房運転が可能となるように構成された冷媒回路２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２は、室外に設けられる熱源ユニット３と室内に設けられる利用ユニット４を備えて構成されており、主として、熱源ユニット３に圧縮機構５と、室外側熱交換器６と、膨張機構７と、室外側中間冷却器１０とが設けられ、利用ユニット４に室内側熱交換器８と、室内側中間冷却器１１とが設けられ、熱源ユニット３に切換機構９が設けられている。さらに、空気調和装置１は、ここでは図示しないが、圧縮機構５、膨張機構７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。

冷媒回路２は、主に、圧縮機構５と、室外側熱交換器６と、膨張機構７と、室内側熱交換器８を接続してなる主冷媒回路１００と、圧縮機構５から分岐した冷媒を室外側中間冷却器１０または室内側中間冷却器１１に送るための中間冷却用冷媒回路２００とを備えている。また、冷媒回路２の冷媒の流れの切り換えは切換機構９によって行われており、そのために、切換機構９は、四路切換弁９ａ，９ｂと、逆止機構９ｃ，９ｄとを備えている。冷媒回路２の主冷媒回路１００を構成するため、圧縮機構５などの各機器は、複数の冷媒管２３〜２５などによって接続されている。吸入戻し管２３は、四路切換弁９ａと吸入管５１とを接続する。第１主冷媒管２４は、膨張機構７と室内側熱交換器８の一端を接続する。第２主冷媒管２５は、室内側熱交換器８の他端と四路切換弁９ａとを接続する。

圧縮機構５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５０と、吸入路である吸入管５１と、吐出路である吐出管５２とから構成されている。圧縮機５０は、ケーシング５ａ内に、圧縮機駆動モータ５ｂと、駆動軸５ｃと、２つの圧縮要素５ｄ，５ｅ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５ｂは、駆動軸５ｃに連結されている。そして、この駆動軸５ｃは、２つの圧縮要素５ｄ，５ｅに連結されている。すなわち、圧縮機５０は、２つの圧縮要素５ｄ，５ｅが単一の駆動軸５ｃに連結されており、２つの圧縮要素５ｄ，５ｅがともに圧縮機駆動モータ５ｂ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５ｄ，５ｅ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。吸入管５１は、圧縮機構５の圧縮機５０の吸入口（圧縮要素５ｄの吸入口）と四路切換弁９ｂとを接続する。吐出管５２は、圧縮機構５の圧縮機５０の吐出口（圧縮要素５ｅの吐出口）と四路切換弁９ａとを接続する。

冷媒回路２の中間冷却用冷媒回路２００を構成するため、室外側中間冷却器１０や室内側中間冷却器１１などの各機器は、複数の冷媒管２６〜２９などによって接続されている。中間吐出管２６は、圧縮機３の前段側の圧縮要素５ｄの吐出口と四路切換弁９ｂとを接続する。中間吸入管２７は、逆止機構９ｃを介して室外側中間冷却器１０の一端と圧縮機３の後段側の圧縮要素５ｅの吸入口とを接続する。また、中間吸入管２７は、逆止機構９ｄを介して室内側中間冷却器１１の他端と圧縮機３の後段側の圧縮要素５ｅの吸入口とを接続する。第１中間冷媒管２８は、四路切換弁９ｂと室内側中間冷却器１１の一端とを接続する。第２中間冷媒管２９は、室内側中間冷却器１１の他端と逆止機構９ｄとを接続する。

室外側熱交換器６は、室外に設けられ、室外に熱を放出して冷媒を冷却するためのガスクーラーまたは室外から熱を取り入れて冷媒を加熱するための蒸発器として機能する熱交換器である。ここでは図示しないが、室外側熱交換器６には、室外側熱交換器６を流れる冷媒と熱交換を行う冷却源または加熱源としての水や空気が供給されるようになっている。室外側熱交換器６の一端は四路切換弁９ａに接続され、室外側熱交換器６の他端は膨張機構７を介して第１主冷媒管２４に接続されている。

室内側熱交換器８は、室内に設けられ、室内から冷媒に熱を取り入れて冷媒を加熱する蒸発器または冷媒から室内に熱を放出して冷媒を冷却するガスクーラーとして機能する熱交換器である。ここでは図示しないが、室内側熱交換器８には、室内側熱交換器８を流れる冷媒と熱交換を行う冷却源または加熱源としての水や空気が供給されるようになっている。

膨張機構７は、ガスクーラーとしての室外側熱交換器６から蒸発器としての室内側熱交換器８に送られる冷媒を減圧する機構または、ガスクーラーとしての室内側熱交換器８から蒸発器としての室外側熱交換器６に送られる冷媒を減圧する機構である。膨張機構７は、本実施形態において、室外側熱交換器６において冷却された高圧の冷媒を室内側熱交換器８に送る前に冷凍サイクルにおける低圧付近まで減圧しまたは、室内側熱交換器８において冷却された高圧の冷媒を室外側熱交換器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。

室外側中間冷却器１０は、圧縮機５０の前段側の圧縮要素５ｄから吐出された冷媒を冷却して圧縮機５０の後段側の圧縮要素５ｅに吸入させる熱交換器である。ここでは図示しないが、室外の雰囲気と熱交換するため、室外側中間冷却器１０には、室外側中間冷却器１０を流れる冷媒と熱交換を行う冷却源しての水や空気が供給されるようになっている。このように、室外側中間冷却器１０は、冷媒回路１００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。

室内側中間冷却器１１は、室外側中間冷却器１０と同様に、圧縮機５０の前段側の圧縮要素５ｄから吐出された冷媒を冷却して圧縮機５０の後段側の圧縮要素５ｅに吸入させる熱交換器である。ここでは図示しないが、室内の雰囲気と熱交換するため、室内側中間冷却器１１には、室内側中間冷却器１１を流れる冷媒と熱交換を行う冷却源しての水や空気が供給されるようになっている。このように、室内側中間冷却器１１も、冷媒回路１００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。

切換機構９は、主冷媒回路１００内における冷媒の流れの方向を切り換えるための四路切換弁９ａと、中間冷却用冷媒回路２００における冷媒の流れを切り換えるための四路切換弁９ｂと、中間冷却用冷媒回路２００内における冷媒の流れを規制するための逆止機構９ｃ，９ｄを備えて構成される。

四路切換弁９ａは、冷房運転時には、室外側熱交換器６を圧縮機構５によって圧縮される冷媒のガスクーラーとして、かつ、室内側熱交換器８を室外側熱交換器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５の吐出口（後段側の圧縮要素５ｅの吐出口）と室外側熱交換器６の一端とを接続するとともに吸入戻し管２３すなわち圧縮機構５の吸入口（前段側の圧縮要素５ｄの吸入口）と第１主冷媒管２５（室内側熱交換器８の他端）とを接続する。また、四路切換弁９ｂは、吸入管５１に連結されており、冷房運転時には、室外側中間冷却器１０を機能させるとともに室内側中間冷却器１１の機能を停止させるために、中間吐出管２６と室外側中間冷却器１０の他端とを接続し、吸入管５１と第１中間冷媒管２８とを接続する。つまり、冷房運転時においては、図１に示す四路切換弁９ａ，９ｂの実線の接続が実現される。以下、四路切換弁９ａ，９ｂの両方において、このような実線の接続が実現されている切換機構９の状態を「冷房運転状態」という。

四路切換弁９ａは、暖房運転時には、室内側熱交換器８を圧縮機構５によって圧縮される冷媒のガスクーラーとして、かつ、室外側熱交換器６を室内側熱交換器８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５の吐出口と第１主冷媒管２５（室内側熱交換器８の他端）とを接続するとともに吸入戻し管２３（圧縮機構５の吸入口）と室外側熱交換器６の一端とを接続する。また、四路切換弁９ｂは、暖房運転時には、室外側中間冷却器１０の機能を停止させるとともに室内側中間冷却器１１を機能させるために、中間吐出管２６と第１中間冷媒管２８とを接続し、吸入管５１と室外側中間冷却器１０の他端とを接続する。つまり、暖房運転時においては、図１に示す四路切換弁９ａ，９ｂの破線の接続が実現される。以下、四路切換弁９ａ，９ｂの両方において、このような破線の接続が実現されている切換機構９の状態を「暖房運転状態」という。

四路切換弁９ａは、再熱除湿運転時には、室外側熱交換器６を圧縮機構５によって圧縮される冷媒のガスクーラーとして、かつ、室内側熱交換器８を室外側熱交換器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５の吐出口（後段側の圧縮要素５ｅの吐出口）と室外側熱交換器６の一端とを接続するとともに吸入戻し管２３すなわち圧縮機構５の吸入口（前段側の圧縮要素５ｄの吸入口）と第１主冷媒管２５（室内側熱交換器８の他端）とを接続する。また、四路切換弁９ｂは、再熱除湿運転時には、室外側中間冷却器１０の機能を停止させるとともに室内側中間冷却器１１を機能させるために、中間吐出管２６と第２中間冷媒管２８（室外側中間冷却器１０の他端）とを接続し、吸入管５１と室外側中間冷却器１０の他端とを接続する。つまり、冷房運転時においては、図１に示す四路切換弁９ａの実線の接続が実現される。また、図１に示す四路切換弁９ｂの破線の接続が実現される。以下、四路切換弁９ａで実線の接続が実現され，四路切換弁９ｂで破線の接続が実現されている切換機構９の状態を「再熱除湿運転状態」という。

ここで、冷房運転、暖房運転及び再熱除湿運転と室外側熱交換器６、室内側熱交換器８、室外側中間冷却器１０及び室内側中間冷却器１１が果たす機能との関係を表１にまとめて示す。

逆止機構９ｃは、室外側中間冷却器１０の一端と後段側の中間吸入管２７との間に接続され、室外側中間冷却器１０から中間吸入管２７への冷媒の流れを許容し、かつ、中間吸入管２７から室外側中間冷却器１０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。逆止機構９ｄは、室内側中間冷却器１１の他端と中間吸入管２７との間に接続され、室内側中間冷却器１１から中間吸入管２７への冷媒の流れを許容し、かつ、中間吸入管２７から室内側中間冷却器１１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。

（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４を用いて説明する。ここで、図２（ａ）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２（ｂ）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。図３（ａ）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３（ｂ）は、暖房運転時の冷凍サイクルが図示された温度−エントロピ線図である。図４（ａ）は、再熱除湿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４（ｂ）は、再熱除湿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。なお、以下の冷房運転、暖房運転及び再熱除湿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（ａ）、図４（ａ）の点Ｄ、Ｄ’、Ｅにおける圧力や図３（ａ）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（ａ）、図４（ａ）の点Ａ、Ｆにおける圧力や図３（ａ）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（ａ）の点Ｂ、Ｃ１における圧力や図３（ａ）、図４（ａ）の点Ｂ、Ｃ２における圧力）を意味している。

＜冷房運転＞
冷房運転時においては、切換機構９が冷房運転状態とされ、膨張機構７が、冷媒を減圧するように開度調節される。この冷媒回路２の状態において、低圧の冷媒（図１、図２の点Ａ参照）は、吸入管５１から圧縮機構５に吸入され、まず、圧縮要素５ｄによって中間圧まで圧縮された後に、中間吐出管２６に吐出される（図１、図２の点Ｂ参照）。この前段側の圧縮要素５ｄから吐出された中間圧の冷媒は、四路切換弁９ｂから室外側中間冷却器１０に流入し、室外側中間冷却器１０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１、図２の点Ｃ１参照）。この室外側中間冷却器１０において冷却された冷媒は、次に、圧縮要素５ｄの後段側に接続された圧縮要素５ｅに吸入されてさらに圧縮され、圧縮機構５の吐出管５２から吐出される（図１、図２の点Ｄ参照）。ここで、圧縮機構５から吐出された高圧の冷媒は、圧縮要素５ｄ，５ｅ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。

次に、この圧縮機構５から吐出された高圧の冷媒は、冷媒のガスクーラーとして機能する室外側熱交換器６に送られる。そして、室外側熱交換器６に送られた高圧の冷媒は、室外側熱交換器６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１、図２の点Ｅ参照）。そして、室外側熱交換器６において冷却された高圧の冷媒は、膨張機構７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室内側熱交換器８に送られる（図１、図２の点Ｆ参照）。そして、室内側熱交換器８に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、室内側熱交換器８において、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２の点Ａ参照）。そして、この室内側熱交換器８において加熱された低圧の冷媒は、四路切換弁９ａから吸入戻し管２３を経由して、再び、圧縮機構５に吸入される。このようにして、冷房運転が行われる。

このように、空気調和装置１では、圧縮要素５ｄから吐出された冷媒を圧縮要素５ｅに吸入させるための経路に室外側中間冷却器１０を設けることによって、室外側中間冷却器１０を冷却器として機能する状態にしているため、室外側中間冷却器１０を設けなかった場合（この場合には、図２において、点Ａ→点Ｂ→点Ｄ’→点Ｅ→点Ｆの順で冷凍サイクルが行われる）に比べて、圧縮要素５ｄの後段側の圧縮要素５ｅに吸入される冷媒の温度が低下し（図２（ｂ）の点Ｂ，Ｃ１参照）、圧縮要素５ｅから吐出される冷媒の温度も低下することになる（図２（ｂ）の点Ｄ，Ｄ’参照）。このため、この空気調和装置１では、高圧の冷媒の放熱器として機能する室外側熱交換器６において、室外側中間冷却器１０を設けなかった場合に比べて、放熱ロスを小さくできることから、運転効率を向上させることができる。

＜暖房運転＞
暖房運転時は、切換機構９が暖房運転状態とされ、膨張機構７が、冷媒を減圧するように開度調節される。この冷媒回路２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５１から圧縮機構５に吸入され、まず、圧縮要素５ｄによって中間圧まで圧縮された後に、中間吐出管２６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５ｄから吐出された中間圧の冷媒は、四路切換弁９ｂから室内側中間冷却器１１に流入し、室内側中間冷却器１１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１、図３の点Ｃ２参照）。この室内側中間冷却器１１において冷却された冷媒は、次に、圧縮要素５ｄの後段側に接続された圧縮要素５ｅに吸入されてさらに圧縮され、圧縮機構５の吐出管５２から吐出される（図１、図３の点Ｄ参照）。ここで、圧縮機構５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５ｄ，５ｅによる二段圧縮動作によって、臨界圧力（すなわち、図３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。

次に、この圧縮機構５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室内側熱交換器８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Ｆ参照）。そして、室内側熱交換器８において冷却された高圧の冷媒は、膨張機構７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室外側熱交換器６に送られる（図１、図３の点Ｅ参照）。そして、室外側熱交換器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、この室外側熱交換器６において加熱された低圧の冷媒は、四路切換弁９ａから吸入戻し管２３を経由して、再び、圧縮機構５に吸入される。このようにして、暖房運転が行われる。

このように、空気調和装置１では、圧縮要素５ｄから吐出された冷媒を圧縮要素５ｅに吸入させるための経路に室内側中間冷却器１１を設けることによって、室内側中間冷却器１１を冷却器として機能する状態にしているため、室内側中間冷却器１１を設けなかった場合（この場合には、図３において、点Ａ→点Ｂ→点Ｄ’→点Ｆ→点Ｅの順で冷凍サイクルが行われる）に比べて、圧縮要素５ｄの後段側の圧縮要素５ｅに吸入される冷媒の温度が低下し（図３の点Ｂ，Ｃ２参照）、圧縮要素５ｅから吐出される冷媒の温度も低下することになる（図３の点Ｄ，Ｄ’参照）。このため、この空気調和装置１では、高圧の冷媒の放熱器として機能する室外側熱交換器６において、室内側中間冷却器１１を設けなかった場合に比べて、放熱ロスを小さくできることから、運転効率を向上させることができる。ところで、室内側中間冷却器１１によって圧縮機構５から吐出される冷媒の温度が下がることで、室内側熱交換器８から室内に与えられるエネルギーは、ＤＦ間に相当するものとなるためＤ´Ｆ間に相当するエネルギーが与えられる場合（室内側中間冷却器１１がない場合）に比べて小さくなっている。しかし、室内側中間冷却器１１が利用ユニット（室内）に設けられることにより、室内側中間冷却器１１が放出する熱エネルギー（ＢＣ２間に相当するもの）が暖房に利用される。放熱ロスを考慮に入れればＤＤ´間のエネルギーよりもＢＣ２間のエネルギーの方が若干多くなることから、暖房能力は低下せず、むしろ向上する。

＜再熱除湿運転＞
再熱除湿運転時においても、冷房運転時と同様に、膨張機構７が冷媒を減圧するように開度調節される。再熱除湿運転と冷房運転で異なる点は、室外側中間冷却器１０の機能を停止して室内側中間冷却器１１を機能させるところにある。この冷媒回路２の状態において、低圧の冷媒（図１、図４の点Ａ参照）は、吸入管５１から圧縮機構５に吸入され、まず、圧縮要素５ｄによって中間圧まで圧縮された後に、中間吐出管２６に吐出される（図１、図４の点Ｂ参照）。この前段側の圧縮要素５ｄから吐出された中間圧の冷媒は、四路切換弁９ｂから室内側中間冷却器１１に流入し、室内側中間冷却器１１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１、図４の点Ｃ２参照）。この室内側中間冷却器１１において冷却された冷媒は、次に、圧縮要素５ｄの後段側に接続された圧縮要素５ｅに吸入されてさらに圧縮され、圧縮機構５の吐出管５２から吐出される（図１、図４の点Ｄ参照）。ここで、圧縮機構５から吐出された高圧の冷媒は、圧縮要素５ｄ，５ｅによる二段圧縮動作によって、臨界圧力を超える圧力まで圧縮されている。

次に、この圧縮機構５から吐出された高圧の冷媒は、冷媒のガスクーラーとして機能する室外側熱交換器６に送られる。そして、室外側熱交換器６に送られた高圧の冷媒は、室外側熱交換器６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１、図４の点Ｅ参照）。そして、室外側熱交換器６において冷却された高圧の冷媒は、膨張機構７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室内側熱交換器８に送られる（図１、図４の点Ｆ参照）。そして、室内側熱交換器８に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、室内側熱交換器８において、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の点Ａ参照）。そして、この室内側熱交換器８において加熱された低圧の冷媒は、四路切換弁９ａから吸入戻し管２３を経由して、再び、圧縮機構５に吸入される。このとき、室内側中間冷却器１１から放出される熱によって温度低下が抑制されつつ、室内側熱交換器８において除湿され、除湿運転が行われる。

このように、空気調和装置１では、圧縮要素５ｄから吐出された冷媒を圧縮要素５ｅに吸入させるための経路に室内側中間冷却器１１を設けることによって、室内側中間冷却器１１を冷却器として機能する状態にしているため、室内側中間冷却器１１を設けなかった場合（この場合には、図４において、点Ａ→点Ｂ→点Ｄ’→点Ｅ→点Ｆの順で冷凍サイクルが行われる）に比べて、圧縮要素５ｄの後段側の圧縮要素５ｅに吸入される冷媒の温度が低下し（図４の点Ｂ，Ｃ２参照）、圧縮要素５ｅから吐出される冷媒の温度も低下することになる（図４の点Ｄ，Ｄ’参照）。このため、この空気調和装置１では、高圧の冷媒の放熱器として機能する室外側熱交換器６において、室内側中間冷却器１１を設けなかった場合に比べて、放熱ロスを小さくできることから、運転効率を向上させることができる。また、室内側中間冷却器１１が利用ユニット（室内）に設けられることにより、室内側中間冷却器１１が放出する熱エネルギー（ＢＣ２間に相当するもの）が除湿時の温度低下防止に利用され、エネルギーが有効に活用される。

＜変形例＞
上記実施形態では、再熱除湿運転時に室内側中間冷却器１１のみによって温度低下を抑えているが、例えば室内側熱交換器８を２つ設け、それらを直列に接続して間に補助膨張機構を設け、膨張機構７を全開にして補助膨張機構により減圧することで、室内側熱交換器８の一方をガスクーラーとして用いて室内側中間冷却器１１の使用と合わせて温度低下を抑制してもよい。

〔第２実施形態〕
（１）空気調和装置の基本構成
次に、本発明の第２実施形態に係る空気調和装置について図５を用いて説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係る空気調和装置の概略構成図である。第２実施形態に係る空気調和装置１Ａは、第１実施形態の空気調和装置１と同様に、冷房運転及び暖房運転が可能となるように構成された冷媒回路２Ａを有し、超臨界域で作動する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装置である。

空気調和装置１Ａの冷媒回路２Ａは、室外に設けられる熱源ユニット３Ａと室内に設けられる利用ユニット４Ａを備えて構成されており、主として、熱源ユニット３Ａに圧縮機構５と、室外側熱交換器６と、膨張機構７と、室外側中間冷却器１０と、切換機構９Ａとが設けられ、利用ユニット４Ａに室内側熱交換器８と、室内側中間冷却器１１とが設けられている。さらに、空気調和装置１Ａは、ここでは図示しないが、圧縮機構５、膨張機構７等の空気調和装置１Ａを構成する各部の動作を制御する制御部を有している。

第２実施形態の冷媒回路２Ａは、第１実施形態の冷媒回路２と同様、主に、圧縮機構５と、室外側熱交換器６と、膨張機構７と、室内側熱交換器８を接続してなる主冷媒回路１００Ａと、圧縮機構５から分岐した冷媒を室外側中間冷却器１０または室内側中間冷却器１１に送るための中間冷却用冷媒回路２００Ａとを備えている。また、冷媒回路２Ａは、冷媒回路２Ａの冷媒の流れを切り換えるための切換機構９Ａを備えており、切換機構９Ａが四路切換弁９ａ，９ｂと逆止機構９ｃ，９ｄとを備える点は、第１実施形態の冷媒回路２と同様であるが、後述する開閉弁９ｅ，９ｆを切換機構９Ａがさらに備えている。

冷媒回路２Ａの主冷媒回路１００Ａを構成するため、圧縮機構５などの各機器が複数の冷媒管２３〜２５などによって接続されている点は、第１実施形態の冷媒回路２と同様である。また、冷媒回路２Ａの中間冷却用冷媒回路２００Ａを構成するため、室外側中間冷却器１０や室内側中間冷却器１１などの各機器が複数の冷媒管２６〜２８などによって接続されている点も、第１実施形態の冷媒回路２と同様である。そのため、ここでは冷媒管２３〜２８の接続については説明を省略する。

第２実施形態の冷媒回路２Ａが第１実施形態の冷媒回路２と異なる点は、主冷媒回路１００Ａと中間冷却用冷媒回路２００Ａとを結ぶバイパス管３０，３１を備え、そのバイパス管３０，３１に挿入された開閉弁９ｅ，９ｆを備えている点である。開閉弁９ｅ，９ｆは、切換機構９Ａに含まれる。開閉弁９ｅ，９ｆは本実施形態において電磁弁であり、冷房運転状態では開閉弁９ｅが閉じて開閉弁９ｆが開き、暖房運転状態では開閉弁９ｅが開いて開閉弁９ｆが閉じる。

第１実施形態の空気調和装置１では、室外側中間冷却器１０と室内側中間冷却器１１を切り換えて用い、使用しない方の中間冷却器を機能させないようにしていたが、第２実施形態の空気調和装置２では、バイパス管３０，３１を設けることにより中間冷却器として機能しない方を蒸発器として使用するよう構成されている。そのために、バイパス管３０は室外側熱交換器６の他端と室外側中間冷却器１０の他端とを接続し、バイパス管３１は室内側熱交換器８の一端と室内側中間冷却器１１の他端とを接続している。ここで、冷房運転及び暖房運転と室外側熱交換器６、室内側熱交換器８、室外側中間冷却器１０及び室内側中間冷却器１１が果たす機能との関係を表２にまとめて示す。

なお、第２実施形態の空気調和装置１Ａも第１実施形態の空気調和装置１と同様に制御部（図示せず）を備えており、バイパス管３０，３１に設けられている開閉機構９ｅ，９ｆも他の機器と同様に上述の制御部によって運転の制御が行われる。

（２）空気調和装置の動作
次に、本実施形態の空気調和装置１Ａの動作について、図５〜図７を用いて説明する。ここで、図６（ａ）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６（ｂ）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。図７（ａ）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７（ｂ）は、暖房運転時の冷凍サイクルが図示された温度−エントロピ線図である。なお、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６（ａ）の点Ｄ、Ｄ’、Ｅにおける圧力や図７（ａ）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６（ａ）や図７（ａ）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６（ａ）の点Ｂ、Ｃ１における圧力や図７（ａ）の点Ｂ、Ｃ２における圧力）を意味している。

＜冷房運転＞
冷房運転時においては、切換機構９Ａが冷房運転状態とされ、膨張機構７が、冷媒を減圧するように開度調節される。この冷媒回路２Ａの状態において、低圧の冷媒（図５、図６の点Ａ参照）は、吸入管５１から圧縮機構５に吸入され、まず、圧縮要素５ｄによって中間圧まで圧縮された後に、中間吐出管２６に吐出される（図５、図６の点Ｂ参照）。この前段側の圧縮要素５ｄから吐出された中間圧の冷媒は、四路切換弁９ｂから室外側中間冷却器１０に流入し、室外側中間冷却器１０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５、図６の点Ｃ１参照）。この室外側中間冷却器１０において冷却された冷媒は、次に、圧縮要素５ｄの後段側に接続された圧縮要素５ｅに吸入されてさらに圧縮され、圧縮機構５の吐出管５２から吐出される（図５、図６の点Ｄ参照）。ここで、圧縮機構５から吐出された高圧の冷媒は、圧縮要素５ｄ，５ｅによる二段圧縮動作によって、臨界圧力（すなわち、図６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。

次に、この圧縮機構５から吐出された高圧の冷媒は、冷媒のガスクーラーとして機能する室外側熱交換器６に送られる。そして、室外側熱交換器６に送られた高圧の冷媒は、室外側熱交換器６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５、図６の点Ｅ参照）。そして、室外側熱交換器６において冷却された高圧の冷媒は、膨張機構７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室内側熱交換器８及び室内側中間冷却器１１に送られる（図５、図６の点Ｆ、点Ｃ２参照）。そして、室内側熱交換器８に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、室内側熱交換器８及び室内側中間冷却器１１において、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６の点Ａ参照）。そして、この室内側熱交換器８及び室内側中間冷却器１１において加熱された低圧の冷媒は、四路切換弁９ａから吸入戻し管２３を経由して、再び、圧縮機構５に吸入される。このようにして、冷房運転が行われる。

このように、空気調和装置１Ａでは、膨張機構７で減圧された気液二相状態の冷媒が、室内側熱交換器８及び室内側中間冷却器１１の両方に送られることによって、蒸発器を大きくすることができ、冷房能力を向上させることができる。また、空気調和装置１Ａにおいて、室外側中間冷却器１０を設けることにより放熱ロスを小さくして運転効率を向上させることができるのは第１実施形態の空気調和装置１と同様である。

＜暖房運転＞
暖房運転時は、切換機構９Ａが暖房運転状態とされ、膨張機構７が、冷媒を減圧するように開度調節される。この冷媒回路２Ａの状態において、低圧の冷媒（図５、図７の点Ａ参照）は、吸入管５１から圧縮機構５に吸入され、まず、圧縮要素５ｄによって中間圧まで圧縮された後に、中間吐出管２６に吐出される（図５、図７の点Ｂ参照）。この前段側の圧縮要素５ｄから吐出された中間圧の冷媒は、四路切換弁９ｂから室内側中間冷却器１１に注入し、室内側中間冷却器１１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５、図７の点Ｃ２参照）。この室内側中間冷却器１１において冷却された冷媒は、次に、圧縮要素５ｄの後段側に接続された圧縮要素５ｅに吸入されてさらに圧縮され、圧縮機構５の吐出管５２から吐出される（図５、図７の点Ｄ参照）。ここで、圧縮機構５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５ｄ，５ｅ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。

次に、この圧縮機構５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室内側熱交換器８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７の点Ｆ参照）。そして、室内側熱交換器８において冷却された高圧の冷媒は、膨張機構７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室外側熱交換器６及び室外側中間冷却器１０に送られる（図５、図７の点Ｅ、点Ｃ１参照）。そして、室外側熱交換器６及び室外側中間冷却器１０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７の点Ａ参照）。そして、この室外側熱交換器６において加熱された低圧の冷媒は、四路切換弁９ｂを経由して、再び、圧縮機構５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１Ａでは、膨張機構７で減圧された気液二相状態の冷媒が、室外側熱交換器６及び室外側中間冷却器１０の両方に送られることによって、蒸発器を大きくすることができ、冷媒循環量を増加させて成績係数を向上させることができる。また、空気調和装置１Ａにおいて、室内側中間冷却器１１を設けることにより放熱ロスを小さくして運転効率を向上させることができるのは第１実施形態の空気調和装置１と同様である。

〔変形例〕
第２実施形態による空気調和装置１Ａにおいては、二段圧縮式冷凍サイクルを用いた冷房運転と暖房運転の際に室外側中間冷却器１０と室内側中間冷却器１１を蒸発器として機能させる場合について説明したが、第２実施形態の構成（図５参照）に加えて、気液分離器を設けて２段圧縮２段膨張を行わせることにより、熱源側ユニットと利用側ユニットを接続する冷媒管を４管から３管へ減らすようにしてもよい。

（１）空気調和装置の基本構成
図８は、本発明の第２実施形態の変形例に係る空気調和装置の概略構成図である。本変形例に係る空気調和装置１Ｂは、冷房運転が可能となるように構成された冷媒回路２Ｂを有し、超臨界域で作動する冷媒として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１Ｂの冷媒回路２Ｂは、室外に設けられる熱源ユニット３Ｂと室内に設けられる利用ユニット４Ｂを備えて構成されており、主として、熱源ユニット３Ｂに圧縮機構５と、室外側熱交換器６と、膨張機構７ａ，７ｂと、室外側中間冷却器１０と気液分離器としてのレシーバ１３とが設けられ、利用ユニット４Ｂに室内側熱交換器８と、室内側中間冷却器１１とが設けられ、熱源ユニット３Ｂと利用ユニット４Ｂの両ユニットに切換機構９Ｂが設けられている。さらに、空気調和装置１Ｂは、ここでは図示しないが、圧縮機構５、膨張機構７ａ，７ｂ等の空気調和装置１Ｂを構成する各部の動作を制御する制御部を有している。

冷媒回路２Ｂは、主に、圧縮機構５と、室外側熱交換器６と、膨張機構７ａ，７ｂと、室内側熱交換器８を接続してなる主冷媒回路１００Ｂと、圧縮機構５から分岐した冷媒を室外側中間冷却器１０または室内側中間冷却器１１に送るための中間冷却用冷媒回路２００Ｂとを備えている。ただし、主冷媒回路１００Ｂと中間冷却用冷媒回路２００Ｂとは、レシーバ１３を共有しており、そのために一部の経路も共有している。

また、冷媒回路２Ｂは、冷媒回路２Ｂの冷媒の流れを切り換えるための切換機構９Ｂを備えており、切換機構９Ｂは、四路切換弁９ａ，９ｂと、逆止機構９ｃ，９ｇとからなる。冷媒回路２Ｂの主冷媒回路１００Ｂを構成するため、圧縮機構５などの各機器は、複数の冷媒管２３、２５、３２、３３などによって接続されている。吸入戻し管２３は、四路切換弁９ａと吸入管５１とを接続する。熱源側の第１主冷媒管３２は、膨張機構７ａとレシーバ１３の一方の出入口とを接続する。利用側の第１主冷媒管３３は、レシーバ１３の他方の出入口と膨張機構７ｂとを接続する。第２主冷媒管２５は、室内側熱交換器８の他端と四路切換弁９ａとを接続する。

冷媒回路２Ｂの中間冷却用冷媒回路２００Ｂを構成するため、室外側中間冷却器１０や室内側中間冷却器１１などの各機器は、複数の冷媒管２６，２８，３２〜３７などによって接続されている。中間吐出管２６は、圧縮機３の前段側の圧縮要素５ｄの吐出口と四路切換弁９ｂとを接続する。中間吸入管３４は、レシーバ１３から冷媒を抜き出して圧縮機構５の後段側の圧縮要素５ｅに戻すことが可能な冷媒管であり、本変形例において、レシーバ１３の上部と圧縮機構５の後段側の圧縮要素５ｅの吸入口とを接続する。第１中間冷媒管２８は、四路切換弁９ｂと室内側中間冷却器１１の一端とを接続する。第２中間冷媒管３５は、逆止機構９ｃを介して室外側中間冷却器１０の他端と第１主冷媒管３２とを接続する。第３中間冷媒管３６は、逆止機構９ｇを介して利用側の第１主冷媒管３３と室内側中間冷却器１１の他端とを接続する。バイパス管３７は、第１主冷媒管３２と室外側中間冷却器１０の他端とを接続する。このバイパス管３７には、膨張機構７ｄが設けられている。

圧縮機構５、室外側熱交換器６、室内側熱交換器８、室外側中間冷却器１０、及び室内側中間冷却器１１については、第１実施形態で説明した通りであるので、ここでは説明を省く。なお、室外側熱交換器６の一端は四路切換弁９ａに接続され、室外側熱交換器６の他端は膨張機構７ａに接続されている。

膨張機構７ａ及び膨張機構７ｂは、ガスクーラーとしての室外側熱交換器６から蒸発器としての室内側熱交換器８に送られる冷媒を減圧する機構または、ガスクーラーとしての室内側熱交換器８から蒸発器としての室外側熱交換器６に送られる冷媒を減圧する機構である。膨張機構７ａは、本実施形態において、室外側熱交換器６において冷却された高圧の冷媒をレシーバ１３に送る前に冷凍サイクルにおける飽和圧力付近まで減圧しまたは、室内側熱交換器８において冷却され膨張機構７ｂにより飽和圧力付近まで減圧された冷媒を室外側熱交換器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。また、膨張機構７ｂは、室内側熱交換器８において冷却された高圧の冷媒をレシーバ１３に送る前に冷凍サイクルにおける飽和圧力付近まで減圧しまたは、室外側熱交換器６において冷却され膨張機構７ａにより飽和圧力付近まで減圧された冷媒を室内側熱交換器８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。

膨張機構７ｃは、室外側熱交換器６において冷却され膨張機構７ａにより飽和圧力付近まで減圧された冷媒を室内側中間冷却器１１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。膨張機構７ｄは、室内側熱交換器８において冷却され膨張機構７ｂにより飽和圧力付近まで減圧された冷媒を室外側中間冷却器１０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。

切換機構９Ｂは、主冷媒回路１００Ｂ内における冷媒の流れの方向を切り換えるための四路切換弁９ａと、中間冷却用冷媒回路２００Ｂにおける冷媒の流れを切り換えるための四路切換弁９ｂと、中間冷却用冷媒回路２００内における冷媒の流れを規制するための逆止機構９ｃ，９ｇを備えて構成される。

四路切換弁９ａ，９ｂについては、第１実施形態で説明したとおりであるので、ここでは説明を省く。また、冷房運転及び暖房運転と室外側熱交換器６、室内側熱交換器８、室外側中間冷却器１０及び室内側中間冷却器１１が果たす機能との関係は表２に示すとおりである。

逆止機構９ｃは、室外側中間冷却器１０の他端と第２中間冷媒管３５との間に接続され、室外側中間冷却器１０から第２中間冷媒管３５への冷媒の流れを許容し、かつ、第２中間冷媒管３５から室外側中間冷却器１０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。言い換えると、逆止機構９ｃは、室外側中間冷却器１０の他端と熱源側の第１主冷媒管３２との間において膨張機構７ｄと並列に接続されていることになる。そのため、冷房運転時には、室外側中間冷却器１０から逆止機構９ｃを経由して第１主冷媒管３２に冷媒が流れることによって室外側中間冷却器１０が中間冷却器として機能し、暖房運転時には、第１主冷媒管３２から膨張機構７ｄを経由して室外側中間冷却器１０に冷媒が流れることによって室外側中間冷却器１０が蒸発器として機能する。

逆止機構９ｇは、室内側中間冷却器１１の他端と第３中間冷媒管３６との間に接続され、室内側中間冷却器１１から第３中間冷媒管３６への冷媒の流れを許容し、かつ、第３中間冷媒管３６から室内側中間冷却器１１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。言い換えると、逆止機構９ｇは、室内側中間冷却器１１の他端と利用側の第１主冷媒管３３との間において膨張機構７ｃと並列に接続されていることになる。そのため、冷房運転時には、室内側中間冷却器１１から逆止機構９ｇを経由して第１主冷媒管３３に冷媒が流れることによって室内側中間冷却器１１が中間冷却器として機能し、暖房運転時には、第１主冷媒管３３から膨張機構７ｃを経由して室内側中間冷却器１１に冷媒が流れることによって室内側中間冷却器１１が蒸発器として機能する。

（２）空気調和装置の動作
次に、本実施形態の空気調和装置１Ｂの動作について、図８〜図１０を用いて説明する。ここで、図９（ａ）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９（ｂ）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。また、図１０（ａ）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１０（ｂ）は、暖房運転時の冷凍サイクルが図示された温度−エントロピ線図である。なお、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９（ａ）の点Ｄ、Ｄ’、Ｅにおける圧力や図１０（ａ）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９（ａ）の点Ａ、Ｃ２、Ｆにおける圧力や図１０（ａ）の点Ａ、Ｃ１、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９（ａ）の点Ｂ、Ｃ１、Ｇ，Ｍ，Ｉ，Ｌにおける圧力や図１０（ａ）の点Ｂ、Ｃ２、Ｇ，Ｍ，Ｉ，Ｌ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９Ｂが図８の実線で示される冷房運転状態とされる。膨張機構７ａ，７ｂ，７ｃは、膨張機構７ａで中間圧まで減圧され、膨張機構７ｂ、７ｃで低圧まで減圧されるように開度調節され、膨張機構７ｄは閉じられる。この冷媒回路２Ｂの状態において、低圧の冷媒（図８、図９の点Ａ参照）は、吸入管５１から圧縮機構５に吸入され、まず、圧縮要素５ｄによって中間圧まで圧縮された後に、中間吐出管２６に吐出される（図８、図９の点Ｂ参照）。この前段側の圧縮要素５ｄから吐出された中間圧の冷媒は、四路切換弁９ｂから室外側中間冷却器１０に流入し、室外側中間冷却器１０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８、図９の点Ｃ１参照）。この室外側中間冷却器１０において冷却された冷媒は、次に、第２中間冷媒管３５と熱源側の第１主冷媒管３２を通ってレシーバ１３に流入する。レシーバ１３においては、膨張機構７ａで中間圧になった冷媒（図８、図９の点Ｉ参照）と室外側中間冷却器１０において冷却された冷媒（図８、図９の点Ｃ１参照）とが合流し、気液分離された冷媒（図８、図９の点Ｇ参照）が中間吸入管３４を通じて後段側の圧縮機構５ｅに戻される。圧縮要素５ｅに吸入された冷媒は、さらに圧縮されて圧縮機構５の吐出管５２から吐出される（図８、図９の点Ｄ参照）。ここで、圧縮機構５から吐出された高圧の冷媒は、圧縮要素５ｄ，５ｅによる二段圧縮動作によって、臨界圧力（すなわち、図９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。次に、この圧縮機構５から吐出された高圧の冷媒は、冷媒のガスクーラーとして機能する室外側熱交換器６に送られる。そして、室外側熱交換器６に送られた高圧の冷媒は、室外側熱交換器６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８、図９の点Ｅ参照）。そして、室外側熱交換器６において冷却された高圧の冷媒は、膨張機構７ａによって減圧されて飽和圧力付近の気液二相状態の冷媒となり、レシーバ１３に流入する。レシーバ１３に流入した冷媒のうち液相部分が分離されて、レシーバ１３から、膨張機構７ｂ，７ｃに送られる（図８、図９の点Ｌ参照）。そして、膨張機構７ｂ，７ｃによって減圧されて低圧になった気液二相状態の冷媒が、冷媒の蒸発器として機能する室内側熱交換器８及び室内側中間冷却器１１に送られる（図８、図９の点Ｆ、点Ｃ２参照）。室内側熱交換器８及び室内側中間冷却器１１に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、室内側熱交換器８及び室内側中間冷却器１１において、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８、図９の点Ａ参照）。そして、この室内側熱交換器８及び室内側中間冷却器１１において加熱された低圧の冷媒は、四路切換弁９ａ，９ｂを経由して、再び、圧縮機構５に吸入される。このようにして、冷房運転が行われる。

このように、空気調和装置１Ｂでは、圧縮要素５ｄから吐出された冷媒を圧縮要素５ｅに吸入させるための経路に室外側中間冷却器１０を設けることによって、室外側中間冷却器１０を冷却器として機能する状態にしているため、室外側中間冷却器１０を設けなかった場合（この場合には、図９において、点Ａ→点Ｂ→点Ｄ’→点Ｅ→点Ｉ→点Ｌ→点Ｆの順で冷凍サイクルが行われる）に比べて、圧縮要素５ｄの後段側の圧縮要素５ｅに吸入される冷媒の温度が低下し（図９（ｂ）の点Ｂ，Ｃ１参照）、圧縮要素５ｅから吐出される冷媒の温度も低下することになる。このため、この空気調和装置１では、高圧の冷媒の放熱器として機能する室外側熱交換器６において、室外側中間冷却器１０を設けなかった場合に比べて、放熱ロスを小さくできることから、運転効率を向上させることができる。

しかも、本変形例の構成では、レシーバ１３を設けて室外側熱交換器６から膨張機構７ｂに送られる冷媒を分岐して後段側の圧縮要素５ｅに戻すようにしているため、外部への放熱を行うことなく、後段側の圧縮要素５ｅ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９の点Ｇ参照）。これにより、圧縮機構３から吐出される冷媒の温度がさらに低く抑えられ（図９（ｂ）の点Ｄ，Ｄ’参照）、放熱ロスをさらに小さくすることができる。

＜暖房運転＞
暖房運転時は、切換機構９Ｂが暖房運転状態とされる。そして、膨張機構７ａ，７ｂ，７ｄは、膨張機構７ｂで中間圧まで減圧され、膨張機構７ａ，７ｄで低圧まで減圧されるように開度調節され、膨張機構７ｃは閉じられる。この冷媒回路２Ｂの状態において、低圧の冷媒（図８、図１０の点Ａ参照）は、吸入管５１から圧縮機構５に吸入され、まず、圧縮要素５ｄによって中間圧まで圧縮された後に、中間吐出管２６に吐出される（図８、図９の点Ｂ参照）。

この前段側の圧縮要素５ｄから吐出された中間圧の冷媒は、四路切換弁９ｂから室内側中間冷却器１１に流入し、室内側中間冷却器１１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８、図１０の点Ｃ２参照）。この室内側中間冷却器１１において冷却された冷媒は、次に、第３中間冷媒管３６と利用側の第１主冷媒管３３を通ってレシーバ１３に流入する。レシーバ１３においては、膨張機構７ｂで中間圧になった冷媒（図８、図１０の点Ｌ参照）と室内側中間冷却器１１において冷却された冷媒（図８、図１０の点Ｃ２参照）とが合流し、気液分離された冷媒（図８、図１０の点Ｇ参照）が中間吸入管３４を通じて後段側の圧縮機構５ｅに戻される。この室内側中間冷却器１１において冷却された冷媒は、次に、圧縮要素５ｄの後段側に接続された圧縮要素５ｅに吸入されてさらに圧縮され、圧縮機構５の吐出管５２から吐出される（図８、図１０の点Ｄ参照）。ここで、圧縮機構５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５ｄ，５ｅ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。

次に、この圧縮機構５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室内側熱交換器８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８、図１０の点Ｆ参照）。室内側熱交換器８において冷却された高圧の冷媒は、膨張機構７ｂによって減圧されて飽和圧力付近の気液二相状態の冷媒となり、レシーバ１３に流入する。レシーバ１３に流入した冷媒のうち液相部分が分離されて、レシーバ１３から、膨張機構７ａ，７ｄに送られる（図８、図１０の点Ｉ参照）。そして、膨張機構７ａ，７ｄによって減圧されて低圧になった気液二相状態の冷媒が、冷媒の蒸発器として機能する室外側熱交換器６及び室外側中間冷却器１０に送られる（図８、図１０の点Ｅ、点Ｃ１参照）。そして、室外側熱交換器６及び室外側中間冷却器１０に送られた飽和圧力付近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８、図１０の点Ａ参照）。そして、この室外側熱交換器６及び室外側中間冷却器１０において加熱された低圧の冷媒は、四路切換弁９ａ，９ｂを経由して、再び、圧縮機構５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１Ｂでは、圧縮要素５ｄから吐出された冷媒を圧縮要素５ｅに吸入させるための経路に室内側中間冷却器１１を設けることによって、室内側中間冷却器１１を冷却器として機能する状態にしているため、室内側中間冷却器１１を設けなかった場合（この場合には、図７において、点Ａ→点Ｂ→点Ｄ’→点Ｆ→点Ｌ→点Ｉ→点Ｅ、点Ｃ１の順で冷凍サイクルが行われる）に比べて、圧縮要素５ｄの後段側の圧縮要素５ｅに吸入される冷媒の温度が低下し（図７の点Ｂ，Ｃ２参照）、圧縮要素５ｅから吐出される冷媒の温度も低下することになる（図７の点Ｄ，Ｄ’参照）。このため、この空気調和装置１では、高圧の冷媒の放熱器として機能する室外側熱交換器６において、室内側中間冷却器１１を設けなかった場合に比べて、放熱ロスを小さくできることから、運転効率を向上させることができる。ところで、室内側中間冷却器１１によって圧縮機構５から吐出される冷媒の温度が下がることで、室内側熱交換器８から室内に与えられるエネルギーは、ＤＦ間に相当するものとなるためＤ´Ｆ間に相当するエネルギーが与えられる場合（室内側中間冷却器１１がない場合）に比べて小さくなっている。しかし、室内側中間冷却器１１が利用ユニット（室内）に設けられることにより、室内側中間冷却器１１が放出する熱エネルギー（ＢＣ２間に相当するもの）が暖房に利用される。放熱ロスを考慮に入れればＤＤ´間のエネルギーよりもＢＣ２間のエネルギーの方が若干多くなることから、暖房能力は低下せず、むしろ向上する方向である。

しかも、本変形例の構成では、レシーバ１３を設けて室内側熱交換器８から膨張機構７ａに送られる冷媒を分岐して後段側の圧縮要素５ｅに戻すようにしているため、外部への放熱を行うことなく、後段側の圧縮要素５ｅ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１０の点Ｇ参照）。これにより、圧縮機構３から吐出される冷媒の温度がさらに低く抑えられ（図１０（ｂ）の点Ｄ，Ｄ’参照）、放熱ロスをさらに小さくすることができる。

〔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、室内側熱交換器８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、室内側熱交換器８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。

〔特徴〕
（ａ）
上述の実施形態及び変形例によれば、暖房運転時には利用ユニット４，４Ａ，４Ｂの室内側中間冷却器１１（利用側中間冷却器）で冷媒の冷却が行われるので、室内側中間冷却器１１（利用側中間冷却器）で冷媒から奪った熱は利用ユニット４，４Ａ，４Ｂから利用場所へ供給できる。それにより、暖房運転時に中間冷却を行う場合には、中間冷却器から従来捨てざるを得なかった熱を暖房に利用できる。その結果、中間冷却器の熱エネルギーの有効利用が図れ、暖房運転時の運転効率を向上させることができる。

（ｂ）
上述の実施形態及び変形例によれば、切換機構９，９Ａ，９Ｂによって、再熱除湿時に利用側ユニット４，４Ａ，４Ｂにおいて室内側中間冷却器１１（利用側中間冷却器）から発生する熱を再熱除湿に利用できるようになる。その結果、再熱除湿時にも捨てていた中間冷却器の熱エネルギーの有効利用を図れ、暖房運転時に加え、再熱除湿運転時の運転効率を向上させることができる。

（ｃ）
上述の第２実施形態によれば、切換機構９Ａ、９Ｂによって、冷房運転時に、室内側中間冷却器１１（利用側中間冷却器）が蒸発器として機能するので、冷房運転時の蒸発器の冷媒循環量を増加させることができる。その結果、冷房能力を向上させることができる。

（ｄ）
上述の第２実施形態によれば、切換機構９Ａ，９Ｂによって、暖房運転時に、室外側中間冷却器１０（熱源側中間冷却器）が蒸発器として機能するので、暖房運転時の蒸発器の冷媒循環量を増加させることができる。その結果、成績係数を向上させることができる。

（ｅ）
上述の実施形態及び変形例によれば、２段圧縮機５０により超臨界状態に達する高い圧力まで冷媒が圧縮される際、室内側中間冷却器１１による冷媒の冷却で圧縮機構５の吐出温度を低く抑えることにより放熱ロスを防ぐ効果が大きくなる。その結果、暖房運転時の運転効率の改善効果が大きくなる。

（ｆ）
二酸化炭素を冷媒として用いるため圧縮機構５から吐出される冷媒が他の種類の冷媒に比べて高温高圧となるため、二酸化炭素を冷媒として用いる場合には、吐出温度を暖房運転時及び冷房運転時に低く抑えることが必要になってくる。上述の実施形態及び変形例によれば、暖房運転時及び冷房運転時の両方で、室外側中間冷却器１０及び室内側中間冷却器１１により吐出温度を低く抑えることができるとともに、暖房運転時及び冷房運転時の運転効率を向上させることができる。その結果、冷房運転時及び暖房運転時の運転効率を改善しつつ、圧縮機構からの吐出温度を低く抑えることで二酸化炭素を冷媒として用いる場合の運転範囲の拡大や信頼性の向上を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係る空気調和装置の概略構成図である。 （ａ）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。（ｂ）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。 （ａ）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。（ｂ）暖房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。 （ａ）再熱除湿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。（ｂ）再熱除湿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。 本発明の第２実施形態に係る空気調和装置の概略構成図である。 （ａ）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。（ｂ）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。 （ａ）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。（ｂ）暖房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。 第２実施形態の変形例に係る空気調和装置の概略構成図である。 （ａ）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。（ｂ）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。 （ａ）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。（ｂ）暖房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。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ 空気調和装置
５ 圧縮機構
９，９Ａ，９Ｂ 切換機構
６ 室外側熱交換器（熱源側熱交換器）
７，７ａ，７ｂ，７ｃ、７ｄ 膨張機構
８ 室内側熱交換器（利用側熱交換器）
９，９Ａ，９Ｂ 切換機構
１０ 室外側中間冷却器
１１ 室内側中間冷却器

Claims (6)

1. 吸入路（５１）、吐出路（５２）、前記吸入路から吸入した冷媒の圧力を高める第１圧縮要素（５ｄ）及び前記第１圧縮要素よりもさらに冷媒の圧力を高めて前記吐出路から吐出する第２圧縮要素（５ｅ）を有する圧縮機構（５）と、
   前記圧縮機構の前記吐出路から送られる冷媒を減圧して前記圧縮機構の前記吸入路に戻す膨張機構（７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）と、
   前記第１圧縮要素の吐出口から吐出された冷媒を冷却して前記第２圧縮要素の吸入口に戻すための中間冷却路（２００，２００Ａ，２００Ｂ）と、
   前記膨張機構と前記圧縮機構の前記吐出路または前記吸入路との間に設けられ前記膨張機構を経由する冷媒の冷却器または加熱器として機能する熱源側熱交換器（６）及び、前記中間冷却路を流れる冷媒を冷却可能な熱源側中間冷却器（１０）を有する熱源ユニット（３）と、
   前記膨張機構と前記圧縮機構の前記吸入路または前記吐出路との間に設けられ前記膨張機構を経由する冷媒の加熱器または冷却器として機能する利用側熱交換器（８）及び、前記中間冷却路を流れる冷媒を冷却可能な利用側中間冷却器（１１）を有する利用ユニット（４）と、
   冷房時には前記熱源側中間冷却器によって、暖房時には前記利用側中間冷却器によって前記中間冷却路に流れる冷媒の冷却を行わせるように切り換える切換機構（９，９Ａ，９Ｂ）と
   を備える空気調和装置。
2. 前記切換機構は、再熱除湿時には、前記利用側中間冷却器によって前記中間冷却路に流れる冷媒の冷却を行わせるように切り換える、請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記切換機構は、冷房時に、前記膨張機構を経由する冷媒の一部を、前記利用側中間冷却器を通して蒸発させて前記吸入路に戻すように切り換える、請求項１または請求項２に記載の空気調和装置。
4. 前記切換機構は、暖房時に、前記膨張機構を経由する冷媒の一部を、前記熱源側中間冷却器を通して蒸発させて前記吸入路に戻すように切り換える、請求項１から３のいずれかに記載の空気調和装置。
5. 前記圧縮機構は、冷媒の圧力を超臨界状態になる圧力まで高めて前記吐出路から吐出する、請求項１から４のいずれかに記載の空気調和装置。
6. 前記圧縮機構は、二酸化炭素を主成分として含む冷媒の圧力を超臨界状態になる圧力まで高めて前記吐出路から吐出する、請求項５に記載の空気調和装置。

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