JP2020056536A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒回路に吸入インジェクション管及び過冷却熱交換器が設けられている冷凍サイクル装置において、運転条件によらずに、利用側熱交換器の蒸発能力を大きくする。【解決手段】メイン冷媒が循環するメイン冷媒回路（２０）に、吸入インジェクション管（６１）及び過冷却熱交換器（６２）を設けるとともに、メイン冷媒回路（２０）とは別のサブ冷媒が循環するサブ冷媒回路（８０）を設ける。そして、制御部（９）は、吸入インジェクション管（６１）及び過冷却熱交換器（６２）を使用してメイン利用側熱交換器（７２ａ、７２ｂ）に送るメイン冷媒を冷却する過冷却熱交冷却動作と、サブ冷媒回路（８０）を使用してメイン利用側熱交換器（７２ａ、７２ｂ）に送るメイン冷媒を冷却するサブ冷媒回路冷却動作と、を切り換える制御を行う。【選択図】図１

Description

圧縮機、熱源側熱交換器、膨張機構及び利用側熱交換器を有する冷媒回路に、熱源側熱交換器と利用側熱交換器との間を流れる冷媒を分岐して圧縮機の吸入側に送る吸入インジェクション管、及び、膨張機構と利用側熱交換器との間を流れる冷媒を吸入インジェクション管を流れる冷媒との熱交換によって冷却する過冷却熱交換器、が設けられている冷凍サイクル装置

従来より、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張機構及び利用側熱交換器を有する冷媒回路を含む冷凍サイクル装置がある。このような冷凍サイクル装置として、特許文献１（特開２０１３−１３９９３８号公報）に示すように、冷媒回路に、熱源側熱交換器と利用側熱交換器との間を流れる冷媒を分岐して圧縮機の吸入側に送る吸入インジェクション管、及び、膨張機構と利用側熱交換器との間を流れる冷媒を吸入インジェクション管を流れる冷媒との熱交換によって冷却する過冷却熱交換器、が設けられているものがある。

上記従来の冷凍サイクル装置では、冷媒回路に吸入インジェクション管及び過冷却熱交換器が設けられているため、膨張機構と利用側熱交換器との間を流れる冷媒を、熱源側熱交換器と利用側熱交換器との間から分岐されて圧縮機の吸入側に送られる冷媒によって冷却する動作（過冷却熱交冷却動作）を行うことができる。そして、この過冷却熱交冷却動作によって、利用側熱交換器に送られる冷媒のエンタルピが低下し、利用側熱交換器における冷媒の蒸発によって得られる熱交換能力（利用側熱交換器の蒸発能力）を大きくすることができる。

しかし、外気温度等の運転条件によっては、利用側熱交換器の蒸発能力を大きくすることが難しくなる場合がある。

このため、冷媒回路に吸入インジェクション管及び過冷却熱交換器が設けられている冷凍サイクル装置においては、運転条件によらずに、利用側熱交換器の蒸発能力を大きくできるようにすることが望まれる。

第１の観点にかかる冷凍サイクル装置は、メイン冷媒回路と、サブ冷媒回路と、メイン冷媒回路及びサブ冷媒回路の構成機器を制御する制御部と、を有している。メイン冷媒回路は、メイン圧縮機と、メイン熱源側熱交換器と、メイン利用側熱交換器と、メイン膨張機構と、吸入インジェクション管と、過冷却熱交換器と、を有している。メイン圧縮機は、メイン冷媒を圧縮する圧縮機である。メイン熱源側熱交換器は、メイン冷媒の放熱器として機能する熱交換器である。メイン利用側熱交換器は、メイン冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。メイン膨張機構は、メイン熱源側熱交換器とメイン利用側熱交換器との間を流れるメイン冷媒を減圧する膨張機構である。吸入インジェクション管は、メイン熱源側熱交換器とメイン利用側熱交換器との間を流れるメイン冷媒を分岐してメイン圧縮機の吸入側に送る冷媒管である。過冷却熱交換器は、メイン膨張機構とメイン利用側熱交換器との間を流れるメイン冷媒を吸入インジェクション管を流れるメイン冷媒との熱交換によって冷却する熱交換器である。また、メイン冷媒回路は、メイン膨張機構とメイン利用側熱交換器との間を流れるメイン冷媒の冷却器として機能するサブ利用側熱交換器を有している。サブ冷媒回路は、サブ圧縮機と、サブ熱源側熱交換器と、サブ利用側熱交換器と、を有している。サブ圧縮機は、サブ冷媒を圧縮する圧縮機である。サブ熱源側熱交換器は、サブ冷媒の放熱器として機能する熱交換器である。サブ利用側熱交換器は、サブ冷媒の蒸発器として機能してメイン膨張機構とメイン利用側熱交換器との間を流れるメイン冷媒を冷却する熱交換器である。そして、制御部は、外気温度、メイン熱源側熱交換器におけるメイン冷媒の温度、過冷却熱交換器の出口におけるメイン冷媒の過冷却度、又は、サブ利用側熱交換器の出口におけるメイン冷媒の過冷却度に応じて、吸入インジェクション管及び過冷却熱交換器を使用してメイン冷媒を冷却する過冷却熱交冷却動作とサブ冷媒回路を使用してメイン冷媒を冷却するサブ冷媒回路冷却動作とを切り換える。

ここでは、上記のように、メイン冷媒が循環するメイン冷媒回路に従来と同様の吸入インジェクション管及び過冷却熱交換器を設けるだけでなく、メイン冷媒回路とは別のサブ冷媒が循環するサブ冷媒回路を設けている。そして、サブ冷媒回路に設けられたサブ冷媒の蒸発器として機能するサブ利用側熱交換器を、メイン膨張機構とメイン利用側熱交換器との間を流れるメイン冷媒を冷却する熱交換器として機能するように、メイン冷媒回路に設けている。このため、ここでは、従来と同様の吸入インジェクション管及び過冷却熱交換器を使用してメイン膨張機構とメイン利用側熱交換器との間を流れるメイン冷媒を冷却する過冷却熱交冷却動作だけでなく、サブ冷媒回路を使用してメイン膨張機構とメイン利用側熱交換器との間を流れるメイン冷媒を冷却するサブ冷媒回路冷却動作を行うことができる。そして、ここでは、上記のように、外気温度等の状態量に応じて、過冷却熱交冷却動作とサブ冷媒回路冷却動作とを切り換えることによって、過冷却熱交冷却動作ではメイン利用側熱交換器に送られるメイン冷媒のエンタルピが十分に低下しない場合であっても、サブ冷媒回路冷却動作によってメイン利用側熱交換器に送られるメイン冷媒のエンタルピを十分に低下させることができ、これにより、メイン利用側熱交換器の蒸発能力を大きくすることができる。

このように、ここでは、冷媒回路に吸入インジェクション管及び過冷却熱交換器が設けられている冷凍サイクル装置において、運転条件によらずに、利用側熱交換器の蒸発能力を大きくすることができる。

第２の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第１の観点にかかる冷凍サイクル装置において、制御部が、所定の場合に、サブ冷媒回路冷却動作及び過冷却熱交冷却動作のうちサブ冷媒回路冷却動作を行う。ここで、所定の場合とは、外気温度が第１温度以上である場合、メイン熱源側熱交換器におけるメイン冷媒の温度が第２温度以上である場合、過冷却熱交換器の出口におけるメイン冷媒の過冷却度が第１過冷却度以下である場合、又は、サブ利用側熱交換器の出口におけるメイン冷媒の過冷却度が第２過冷却度以下である場合、である。

ここでは、上記のように、サブ冷媒回路冷却動作だけを行う外気温度等の状態量の条件を規定している。ここで、外気温度が高くなる等によって、過冷却熱交冷却動作を行ってもメイン利用側熱交換器に送られるメイン冷媒のエンタルピが低下しにくくなると、冷凍サイクル装置の成績係数が低くなる傾向にある。そして、この傾向が強まると、サブ冷媒回路冷却動作によってメイン利用側熱交換器に送られるメイン冷媒のエンタルピを低下させるほうが、サブ圧縮機の消費エネルギを考慮しても、冷凍サイクル装置の成績係数が高くなる条件に達する。そこで、ここでは、過冷却熱交冷却動作よりもサブ冷媒回路冷却動作を行うほうが冷凍サイクル装置の成績係数が高くなる条件を、上記のように、第１温度や第２温度、第１過冷却度、第２過冷却度として規定している。

これにより、ここでは、冷凍サイクル装置の成績係数を考慮して、サブ冷媒回路冷却動作だけを行うように切り換えることができる。

第３の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第１又は第２の観点にかかる冷凍サイクル装置において、所定の場合に、サブ冷媒回路冷却動作及び過冷却熱交冷却動作のうち過冷却熱交冷却動作を行う。ここで、所定の場合とは、外気温度が第３温度以下である場合、メイン熱源側熱交換器におけるメイン冷媒の温度が第４温度以下である場合、過冷却熱交換器の出口におけるメイン冷媒の過冷却度が第３過冷却度以上である場合、又は、サブ利用側熱交換器の出口におけるメイン冷媒の過冷却度が第４過冷却度以上である場合、である。

ここでは、上記のように、過冷却熱交冷却動作だけを行う外気温度等の状態量の条件を規定している。ここで、外気温度が低くなる等によって、過冷却熱交冷却動作を行うことによってメイン利用側熱交換器に送られるメイン冷媒のエンタルピが十分に低下するようになると、冷凍サイクル装置の成績係数が高くなる傾向にある。そして、この傾向が強まると、サブ冷媒回路冷却動作を行ってメイン利用側熱交換器に送られるメイン冷媒のエンタルピを低下させるほうが、サブ圧縮機の消費エネルギを考慮すると、冷凍サイクル装置の成績係数が低くなる条件に達する。そこで、ここでは、サブ冷媒回路冷却動作よりも過冷却熱交冷却動作を行うほうが冷凍サイクル装置の成績係数が高くなる条件を、上記のように、第３温度や第４温度、第３過冷却度、第４過冷却度として規定している。

これにより、ここでは、冷凍サイクル装置の成績係数を考慮して、過冷却熱交冷却動作だけを行うように切り換えることができる。

第４の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第１〜第３の観点のいずれかにかかる冷凍サイクル装置において、制御部が、サブ圧縮機を運転させることによってサブ冷媒回路冷却動作を行い、サブ圧縮機を停止させることによってサブ冷媒回路冷却動作を停止する。

第５の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第４の観点にかかる冷凍サイクル装置において、制御部が、サブ冷媒回路冷却動作時に、サブ圧縮機の運転容量を制御する。

これにより、ここでは、サブ冷媒回路冷却動作時において、サブ冷媒回路を循環するサブ冷媒の流量を変化させて、サブ利用側熱交換器の冷却能力を調節することができる。

第６の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第１〜第５の観点のいずれかにかかる冷凍サイクル装置において、吸入インジェクション管が、吸入インジェクション膨張機構を有している。そして、制御部は、吸入インジェクション膨張機構を開けることによって過冷却熱交冷却動作を行い、吸入インジェクション膨張機構を閉じることによって過冷却熱交冷却動作を停止する。

第７の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第６の観点にかかる冷凍サイクル装置において、制御部が、過冷却熱交冷却動作時に、吸入インジェクション膨張機構の開度を制御する。

これにより、ここでは、過冷却熱交冷却動作時において、吸入インジェクション管を流れるメイン冷媒の流量を変化させて、過冷却熱交換器の冷却能力を調節することができる。

第８の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第６又は第７の観点にかかる冷凍サイクル装置において、メイン冷媒回路が、メイン膨張機構と過冷却熱交換器との間に、メイン膨張機構において減圧されたメイン冷媒を気液分離する気液分離器を有している。気液分離器には、ガス状態のメイン冷媒を抜き出してメイン圧縮機の吸入側に送るガス抜き管が接続されている。吸入インジェクション管は、気液分離器と過冷却熱交換器との間を流れる液状態のメイン冷媒を分岐するように、メイン冷媒回路に設けられている。過冷却熱交換器は、気液分離器とメイン利用側熱交換器との間を流れる液状態のメイン冷媒を吸入インジェクション管を流れるメイン冷媒及びガス抜き管を流れるメイン冷媒との熱交換によって冷却するように、メイン冷媒回路に設けられている。

ここでは、上記のように、吸入インジェクション管が、気液分離器と過冷却熱交換器との間を流れる液状態のメイン冷媒を分岐しており、過冷却熱交換器が、気液分離器とメイン利用側熱交換器との間に設けられている。そして、過冷却熱交換器には、メイン冷媒の冷却源として、吸入インジェクション管を流れるメイン冷媒だけではなく、気液分離器からガス抜き管によって抜き出されるメイン冷媒も流すことができる。このため、ここでは、過冷却熱交冷却動作時には、吸入インジェクション膨張機構の開動作によって吸入インジェクション管及びガス抜き管を流れるメイン冷媒が過冷却熱交換器を流れ、過冷却熱交冷却動作の停止時には、吸入インジェクション膨張機構の閉動作によってガス抜き管を流れるメイン冷媒だけが過冷却熱交換器を流れることになる。

このように、ここでは、過冷却熱交冷却動作時及び過冷却熱交冷却動作の停止時のいずれにおいても、過冷却熱交換器において、気液分離器とメイン利用側熱交換器との間を流れる液状態のメイン冷媒を、少なくともガス抜き管を流れるメイン冷媒によって冷却することができる。

第９の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第１〜第８の観点のいずれかにかかる冷凍サイクル装置において、メイン冷媒が、二酸化炭素であり、サブ冷媒が、ＧＷＰ（温暖化係数）が７５０以下のＨＦＣ冷媒、ＨＦＯ冷媒、又は、ＨＦＣ冷媒とＨＦＯ冷媒との混合冷媒である。

ここでは、上記のように、メイン冷媒及びサブ冷媒とともに、低ＧＷＰの冷媒を使用しているため、地球温暖化等の環境負荷を低減することができる。

第１０の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第１〜第８の観点のいずれかにかかる冷凍サイクル装置において、メイン冷媒が、二酸化炭素であり、サブ冷媒が、二酸化炭素よりも成績係数が高い自然冷媒である。

ここでは、上記のように、サブ冷媒として二酸化炭素よりも成績係数が高い自然冷媒を使用しているため、地球温暖化等の環境負荷を低減することができる。

本開示の一実施形態にかかる冷凍サイクル装置の概略構成図である。 過冷却熱交冷却動作を伴う冷房運転時における冷凍サイクル装置内の冷媒の流れを示す図である。 過冷却熱交冷却動作を伴う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。 サブ冷媒回路冷却動作を伴う冷房運転時における冷凍サイクル装置内の冷媒の流れを示す図である。 サブ冷媒回路冷却動作を伴う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。 過冷却熱交冷却動作とサブ冷媒回路冷却動作との切り換え制御のフローチャートである。 変形例１の過冷却熱交冷却動作及びサブ冷媒回路冷却動作を伴う冷房運転時における冷凍サイクル装置内の冷媒の流れを示す図である。 変形例１の過冷却熱交冷却動作及びサブ冷媒回路冷却動作を伴う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１の過冷却熱交冷却動作とサブ冷媒回路冷却動作との切り換え制御のフローチャートである。 変形例２の冷凍サイクル装置の概略構成図である。 変形例３の冷凍サイクル装置の概略構成図である。

以下、冷凍サイクル装置について、図面に基づいて説明する。

（１）構成
図１は、本開示の一実施形態にかかる冷凍サイクル装置１の概略構成図である。

＜回路構成＞
冷凍サイクル装置１は、メイン冷媒が循環するメイン冷媒回路２０と、サブ冷媒が循環するサブ冷媒回路８０と、を有しており、室内の空調（ここでは、冷房）を行う装置である。

−メイン冷媒回路−
メイン冷媒回路２０は、主として、メイン圧縮機２１、２２と、メイン熱源側熱交換器２５と、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂと、メイン膨張機構２７と、吸入インジェクション管６１と、過冷却熱交換器６２と、サブ利用側熱交換器８５と、を有している。また、メイン冷媒回路２０は、中間熱交換器２６と、気液分離器５１と、ガス抜き管５２と、メイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂと、を有している。そして、メイン冷媒回路２０には、メイン冷媒として、二酸化炭素が封入されている。

メイン圧縮機２１、２２は、メイン冷媒を圧縮する機器である。第１メイン圧縮機２１は、ロータリやスクロール等の低段側圧縮要素２１ａをモータやエンジン等の駆動機構によって駆動する圧縮機である。第２メイン圧縮機２２は、ロータリやスクロール等の高段側圧縮要素２２ａをモータやエンジン等の駆動機構によって駆動する圧縮機である。メイン圧縮機２１、２２は、低段側の第１メイン圧縮機２１においてメイン冷媒を圧縮した後に吐出し、そして、第１メイン圧縮機２１から吐出されたメイン冷媒を高段側の第２メイン圧縮機２２で圧縮する多段（ここでは、２段）圧縮機を構成している。

中間熱交換器２６は、メイン冷媒と室外空気とを熱交換させる機器であり、ここでは、第１メイン圧縮機２１と第２メイン圧縮機２２との間を流れるメイン冷媒の冷却器として機能する熱交換器である。

メイン熱源側熱交換器２５は、メイン冷媒と室外空気とを熱交換させる機器であり、ここでは、メイン冷媒の放熱器として機能する熱交換器である。メイン熱源側熱交換器２５は、一端（入口）が第２メイン圧縮機２２の吐出側に接続されており、他端（出口）がメイン膨張機構２７に接続されている。

メイン膨張機構２７は、メイン冷媒を減圧する機器であり、ここでは、メイン熱源側熱交換器２５とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂとの間を流れるメイン冷媒を減圧する膨張機構である。具体的には、メイン膨張機構２７は、メイン熱源側熱交換器２５の他端（出口）と気液分離器５１との間に設けられている。メイン膨張機構２７は、例えば、電動膨張弁である。尚、メイン膨張機構２７は、メイン冷媒を減圧して動力を発生させる膨張機でもよい。

気液分離器５１は、メイン冷媒を気液分離する機器であり、ここでは、メイン膨張機構２７において減圧されたメイン冷媒を気液分離する容器である。具体的には、気液分離器５１は、メイン膨張機構２７と過冷却熱交換器６２（第１過冷却流路６２ａの一端）との間に設けられている。

ガス抜き管５２は、メイン冷媒が流れる冷媒管であり、ここでは、気液分離器５１からガス状態のメイン冷媒を抜き出してメイン圧縮機２１、２２の吸入側に送る冷媒管である。具体的には、ガス抜き管５２は、気液分離器５１から抜き出したガス状態のメイン冷媒を吸入インジェクション管６１を通じて第１メイン圧縮機２１の吸入側に送る冷媒管である。ガス抜き管５２は、一端が気液分離器５１の上部空間に連通するように接続されており、他端が吸入インジェクション管６１（第１吸入インジェクション管６１ａ）に接続されている。

また、ガス抜き管５２は、ガス抜き膨張機構５３を有している。ガス抜き膨張機構５３は、メイン冷媒を減圧する機器であり、ここでは、ガス抜き管５２を流れるメイン冷媒を減圧する膨張機構である。ガス抜き膨張機構５３は、例えば、電動膨張弁である。

吸入インジェクション管６１は、メイン冷媒が流れる冷媒管であり、ここでは、メイン熱源側熱交換器２５とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂとの間を流れるメイン冷媒を分岐してメイン圧縮機２１、２２の吸入側に送る冷媒管である。具体的には、吸入インジェクション管６１は、気液分離器５１と過冷却熱交換器６２（第１過冷却流路６２ａの一端）との間を流れる液状態のメイン冷媒を分岐して第１メイン圧縮機２１の吸入側に送る冷媒管であり、第１吸入インジェクション管６１ａと第２吸入インジェクション管６１ｂとを有している。第１吸入インジェクション管６１ａは、一端が気液分離器５１と過冷却熱交換器６２（第１過冷却流路６２ａの一端）との間に接続されており、他端が過冷却熱交換器６２（第２過冷却流路６２ｂの一端）に接続されている。第２吸入インジェクション管６１ｂは、一端が過冷却熱交換器６２（第２過冷却流路６２ｂの他端）に接続されており、他端が第１圧縮機２１の吸入側に接続されている。

また、吸入インジェクション管６１は、吸入インジェクション膨張機構６３を有している。吸入インジェクション膨張機構６３は、第１吸入インジェクション管６１ａに設けられている。吸入インジェクション膨張機構６３は、メイン冷媒を減圧する機器であり、ここでは、吸入インジェクション管６１を流れるメイン冷媒を減圧する膨張機構である。吸入インジェクション膨張機構６３は、例えば、電動膨張弁である。また、第１吸入インジェクション管６１ａには、吸入インジェクション膨張機構６３と過冷却熱交換器６２（第２過冷却流路６２ｂの一端）との間に、ガス抜き管５２の他端が接続されている。

過冷却熱交換器６２は、メイン冷媒同士を熱交換させる機器であり、ここでは、メイン膨張機構２７とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂとの間を流れるメイン冷媒を吸入インジェクション管６１を流れるメイン冷媒との熱交換によって冷却する熱交換器である。具体的には、過冷却熱交換器６２は、気液分離器５１とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂ（サブ利用側熱交換器８５の第２サブ流路８５ｂ）との間を流れる液状態のメイン冷媒を、吸入インジェクション管６１を流れるメイン冷媒及びガス抜き管５２を流れるメイン冷媒との熱交換によって冷却する熱交換器である。過冷却熱交換器６２は、気液分離器５１とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂとの間を流れるメイン冷媒を流す第１過冷却流路６２ａと、吸入インジェクション管６１を流れるメイン冷媒を流す第２過冷却流路６２ｂと、を有している。第１過冷却流路６２ａは、一端（入口）が気液分離器５１に接続されており、他端（出口）がサブ利用側熱交換器８５（第２サブ流路８５ｂの一端）に接続されている。第２過冷却流路６２ｂは、一端（入口）が第１吸入インジェクション管６１ａの他端に接続されており、他端（出口）が第２吸入インジェクション管６１ｂの一端に接続されている。

サブ利用側熱交換器８５は、メイン冷媒とサブ冷媒とを熱交換させる機器であり、ここでは、メイン膨張機構２７とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂとの間を流れるメイン冷媒の冷却器として機能する熱交換器である。具体的には、サブ利用側熱交換器８５は、過冷却熱交換器６２（第１過冷却流路６２ａの他端）とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂ（メイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂ）との間を流れるメイン冷媒を冷却する熱交換器である。

メイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂは、メイン冷媒を減圧する機器であり、ここでは、メイン膨張機構２７とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂとの間を流れるメイン冷媒を減圧する膨張機構である。具体的には、メイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂは、サブ利用側熱交換器８５（第２サブ流路８５ｂの他端）とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂの一端（入口）との間に設けられている。メイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂは、例えば、電動膨張弁である。

メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂは、メイン冷媒と室内空気とを熱交換させる機器であり、ここでは、メイン冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂは、一端（入口）がメイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂに接続されており、他端（出口）が第１圧縮機２１の吸入側に接続されている。

−サブ冷媒回路−
サブ冷媒回路８０は、主として、サブ圧縮機８１と、サブ熱源側熱交換器８３と、サブ利用側熱交換器８５と、を有している。また、サブ冷媒回路８０は、サブ膨張機構８４を有している。そして、サブ冷媒回路８０には、サブ冷媒として、ＧＷＰ（温暖化係数）が７５０以下のＨＦＣ冷媒（Ｒ３２等）、ＨＦＯ冷媒（Ｒ１２３４ｙｆやＲ１２３４ｚｅ等）、又は、ＨＦＣ冷媒とＨＦＯ冷媒との混合冷媒（Ｒ４５２Ｂ等）が封入されている。尚、サブ冷媒は、これらに限定されるものではなく、二酸化炭素よりも成績係数が高い自然冷媒（プロパンやアンモニア等）であってもよい。

サブ圧縮機８１は、サブ冷媒を圧縮する機器である。サブ圧縮機８１は、ロータリやスクロール等の圧縮要素８１ａをモータやエンジン等の駆動機構によって駆動する圧縮機である。

サブ熱源側熱交換器８３は、サブ冷媒と室外空気とを熱交換させる機器であり、ここでは、サブ冷媒の放熱器として機能する熱交換器である。サブ熱源側熱交換器８３は、一端（入口）がサブ圧縮機８１の吐出側に接続されており、他端（出口）がサブ膨張機構８４に接続されている。

サブ膨張機構８４は、サブ冷媒を減圧する機器であり、ここでは、サブ熱源側熱交換器８３とサブ利用側熱交換器８５との間を流れるサブ冷媒を減圧する膨張機構である。具体的には、サブ膨張機構８４は、サブ熱源側熱交換器８３の他端（出口）とサブ利用側熱交換器８５（第１サブ流路８５ａの一端）との間に設けられている。サブ膨張機構８４は、例えば、電動膨張弁である。

サブ利用側熱交換器８５は、上記のように、メイン冷媒とサブ冷媒とを熱交換させる機器であり、ここでは、サブ冷媒の蒸発器として機能して、メイン膨張機構２７とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂとの間を流れるメイン冷媒を冷却する熱交換器である。具体的には、サブ利用側熱交換器８５は、過冷却熱交換器６２（第１過冷却流路６２ａの他端）とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂ（メイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂ）との間を流れるメイン冷媒をサブ冷媒回路８０を流れる冷媒によって冷却する熱交換器である。サブ利用側熱交換器８５は、サブ膨張機構８４とサブ圧縮機８１の吸入側との間を流れるサブ冷媒を流す第１サブ流路８５ａと、過冷却熱交換器６２とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂとの間を流れるメイン冷媒を流す第２サブ流路８５ｂと、を有している。第１サブ流路８５ａは、一端（入口）がサブ膨張機構８４に接続されており、他端（出口）がサブ圧縮機８１の吸入側に接続されている。第２サブ流路８５ｂは、一端（入口）が過冷却熱交換器６２（第１過冷却流路６２ａの他端）に接続されており、他端（出口）がメイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂに接続されている。

＜ユニット構成＞
上記のメイン冷媒回路２０及びサブ冷媒回路８０の構成機器は、熱源ユニット２と、複数の利用ユニット７ａ、７ｂと、サブユニット８と、に設けられている。利用ユニット７ａ、７ｂはそれぞれ、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに対応して設けられている。

−熱源ユニット−
熱源ユニット２は、室外に配置されている。サブ利用側熱交換器８５、メイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂ及びメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂを除くメイン冷媒回路２０が、熱源ユニット２に設けられている。

また、熱源ユニット２には、メイン熱源側熱交換器２５及び中間熱交換器２６に室外空気を送るための熱源側ファン２８が設けられている。熱源側ファン２８は、プロペラファン等の送風要素をモータ等の駆動機構によって駆動するファンである。

また、熱源ユニット２には、各種のセンサが設けられている。具体的には、第１メイン圧縮機２１の吸入側におけるメイン冷媒の圧力及び温度を検出する圧力センサ９１及び温度センサ９２が設けられている。第１メイン圧縮機２１の吐出側におけるメイン冷媒の圧力を検出する圧力センサ９３が設けられている。第２メイン圧縮機２１の吐出側におけるメイン冷媒の圧力及び温度を検出する圧力センサ９４及び温度センサ９５が設けられている。メイン熱源側熱交換器２５の他端（出口）側におけるメイン冷媒の温度を検出する温度センサ９６が設けられている。気液分離器５１におけるメイン冷媒の圧力及び温度を検出する圧力センサ９７及び温度センサ９８が設けられている。過冷却熱交換器６２の他端（第１過冷却流路６２ａの他端）側におけるメイン冷媒の温度を検出する温度センサ６４が設けられている。第２吸入インジェクション管６１ｂにおけるメイン冷媒の温度を検出する温度センサ６５が設けられている。サブ利用側熱交換器８５の他端（第２サブ流路８５ｂの他端）側におけるメイン冷媒の温度を検出する温度センサ１０５が設けられている。室外空気の温度（外気温度）を検出する温度センサ９９が設けられている。

−利用ユニット−
利用ユニット７ａ、７ｂは、室内に配置されている。メイン冷媒回路２０のメイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂ及びメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂが利用ユニット７ａ、７ｂに設けられている。

また、利用ユニット７ａ、７ｂには、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに室内空気を送るための利用側ファン７３ａ、７３ｂが設けられている。室内ファン７３ａ、７３ｂは、遠心ファンや多翼ファン等の送風要素をモータ等の駆動機構によって駆動するファンである。

また、利用ユニット７ａ、７ｂには、各種のセンサが設けられている。具体的には、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂの一端（入口）側におけるメイン冷媒の温度を検出する温度センサ７４ａ、７４ｂと、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂの他端（出口）側におけるメイン冷媒の温度を検出する温度センサ７５ａ、７５ｂと、が設けられている。

−サブユニット−
サブユニット８は、室外に配置されている。サブ冷媒回路８０、及び、メイン冷媒回路２０を構成する冷媒管の一部（サブ利用側熱交換器８５に接続されるメイン冷媒が流れる冷媒管の一部）が、サブユニット８に設けられている。

また、サブユニット８には、サブ熱源側熱交換器８３に室外空気を送るためのサブ側ファン８６が設けられている。サブ側ファン８６は、プロペラファン等の送風要素をモータ等の駆動機構によって駆動するファンである。

ここでは、サブユニット８が熱源ユニット２に隣接して設けられており、実質的にサブユニット８と熱源ユニット２とが一体化した構成になっているが、これに限定されるものではなく、サブユニット８を熱源ユニット２から離して設けてもよいし、また、サブユニット８の構成機器をすべて熱源ユニット２に設けて、サブユニット８を省略してもよい。

また、サブユニット８には、各種のセンサが設けられている。具体的には、サブ圧縮機８１の吸入側におけるサブ冷媒の圧力及び温度を検出する圧力センサ１０１及び温度センサ１０２が設けられている。サブ圧縮機８１の吐出側におけるサブ冷媒の圧力及び温度を検出する圧力センサ１０３及び温度センサ１０４が設けられている。室外空気の温度（外気温度）を検出する温度センサ１０６が設けられている。

−メイン冷媒連絡管−
熱源ユニット２と利用ユニット７ａ、７ｂとは、メイン冷媒回路２０の一部を構成するメイン冷媒連絡管１１、１２によって接続されている。

第１メイン冷媒連絡管１１は、サブ利用側熱交換器８５（第２サブ流路８５ｂの他端）とメイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂとの間を接続する配管の一部である。

第２メイン冷媒連絡管１２は、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂの他端と第１メイン圧縮機２１の吸入側との間を接続する配管の一部である。

−制御部−
そして、上記のメイン冷媒回路２０及びサブ冷媒回路８０の構成機器を含めた熱源ユニット２、利用ユニット７ａ、７ｂ及びサブユニット８の構成機器は、制御部９によって制御されるようになっている。制御部９は、熱源ユニット２、利用ユニット７ａ、７ｂ及びサブユニット８に設けられた制御基板等が通信接続されることによって構成されており、各種センサ６４、６５、７４ａ、７４ｂ、７５ａ、７５ｂ、９１〜９９、１０１〜１０６の検出信号等を受けることができるように構成されている。尚、図１においては、便宜上、熱源ユニット２、利用ユニット７ａ、７ｂ及びサブユニット８等とは離れた位置に制御部９を図示している。このように、制御部９は、各種センサ６４、６５、７４ａ、７４ｂ、７５ａ、７５ｂ、９１〜９９、１０１〜１０６等の検出信号等に基づいて、冷凍サイクル装置１の構成機器２１、２２、２７、２８、５３、６３、７１ａ、７１ｂ、７３ａ、７３ｂ、８１、８４、８６の制御、すなわち、冷凍サイクル装置１全体の運転制御を行うようになっている。

（２）動作
次に、冷凍サイクル装置１の動作について、図２〜図６を用いて説明する。ここで、図２は、過冷却熱交冷却動作を伴う冷房運転時における冷凍サイクル装置１内の冷媒の流れを示す図である。図３は、過冷却熱交冷却動作を伴う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。図４は、サブ冷媒回路冷却動作を伴う冷房運転時における冷凍サイクル装置１内の冷媒の流れを示す図である。図５は、サブ冷媒回路冷却動作を伴う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。図６は、過冷却熱交冷却動作とサブ冷媒回路冷却動作との切り換え制御のフローチャートである。

冷凍サイクル装置１は、室内の空調として、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂがメイン冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却する冷房運転（冷却運転）を行うことができる。そして、ここでは、冷房運転時に、吸入インジェクション管６１及び過冷却熱交換器６２を使用してメイン冷媒を冷却する過冷却熱交冷却動作と、サブ冷媒回路８０を使用してメイン冷媒を冷却するサブ冷媒回路冷却動作と、を切り換えて行うことができる。尚、過冷却熱交冷却動作、サブ冷媒回路冷却動作、及び、これらの動作の切り換えを含む冷房運転の動作は、制御部９によって行われる。

＜過冷却熱交冷却動作を伴う冷房運転＞
過冷却熱交冷却動作を伴う冷房運転時は、吸入インジェクション管６１及び過冷却熱交換器６２を使用するため、吸入インジェクション膨張機構６３が開けられ、サブ冷媒回路８０を使用しないため、サブ圧縮機８１の運転が停止される。

このメイン冷媒回路２０の状態において、冷凍サイクルにおける低圧（ＬＰｈ）のメイン冷媒（図２及び図３の点Ａ参照）は、第１メイン圧縮機２１に吸入され、第１メイン圧縮機２１において、冷凍サイクルにおける中間圧（ＭＰｈ１）まで圧縮されて吐出される（図２及び図３の点Ｂ参照）。

第１メイン圧縮機２１から吐出された中間圧のメイン冷媒は、中間熱交換器２６に送られ、中間熱交換器２６において、熱源側ファン２８によって送られる室外空気と熱交換を行って冷却される（図２及び図３の点Ｃ参照）。

中間熱交換器２６において冷却された中間圧のメイン冷媒は、第２メイン圧縮機２２に吸入され、第２メイン圧縮機２２において、冷凍サイクルにおける高圧（ＨＰｈ）まで圧縮されて吐出される（図２及び図３の点Ｄ参照）。ここで、第２メイン圧縮機２２から吐出された高圧のメイン冷媒は、メイン冷媒の臨界圧を超える圧力になっている。

第２メイン圧縮機２２から吐出された高圧のメイン冷媒は、メイン熱源側熱交換器２５に送られ、メイン熱源側熱交換器２５において、熱源側ファン２８によって送られる室外空気と熱交換を行って冷却される（図２及び図３の点Ｅ参照）。

メイン熱源側熱交換器２５において冷却された高圧のメイン冷媒は、メイン膨張機構２７に送られ、メイン膨張機構２７において、冷凍サイクルにおける中間圧（ＭＰｈ２）まで減圧されて、気液二相状態になる（図２及び図３の点Ｆ参照）。ここで、中間圧（ＭＰｈ２）は、中間圧（ＭＰｈ１）よりも低い圧力になっている。

メイン膨張機構２７において減圧された中間圧のメイン冷媒は、気液分離器５１に送られ、気液分離器５１において、ガス状態のメイン冷媒（図２及び図３の点Ｋ参照）と液状態のメイン冷媒（図２及び図３の点Ｇ参照）とに分離される。

気液分離器５１において分離された中間圧のガス状態のメイン冷媒は、ガス抜き膨張機構５３の開度に応じて気液分離器５１からガス抜き管５２に抜き出される。ガス抜き管５２に抜き出された中間圧のガス状態のメイン冷媒は、ガス抜き膨張機構５３において低圧（ＬＰｈ）まで減圧され（図２及び図３の点Ｌ参照）、吸入インジェクション管６１（第１吸入インジェクション管６１ａの吸入インジェクション膨張機構６３の下流側）に送られる。

ここで、ガス抜き膨張機構５３は、気液分離器５１におけるメイン冷媒の圧力（ＭＰｈ２）に基づいて開度調節される。例えば、制御部９が、気液分離器５１におけるメイン冷媒の圧力（ＭＰｈ２）が目標値ＭＰｈ２ｔになるように、ガス抜き膨張機構５３の開度を制御する。尚、中間圧ＭＰｈ２は、圧力センサ９７により検出される。

気液分離器５１において分離された中間圧の液状態のメイン冷媒は、その一部が吸入インジェクション膨張機構６３の開度に応じて吸入インジェクション管６１に分岐され、残りが過冷却熱交換器６２（第１過冷却流路６２ａ）に送られる。吸入インジェクション管６１に分岐された中間圧の液状態のメイン冷媒は、吸入インジェクション膨張機構６３において低圧（ＬＰｈ）まで減圧されて気液二相状態になり（図２及び図３の点Ｍ参照）、ガス抜き管５２から送られる低圧のメイン冷媒と合流して、過冷却熱交換器６２（第２過冷却流路６２ｂ）に送られる。過冷却熱交換器６２において、第１過冷却流路６２ａを流れる中間圧の液状態のメイン冷媒は、第２過冷却流路６２ｂを流れる低圧の気液二相状態のメイン冷媒と熱交換を行って冷却される（図２及び図３の点Ｈ参照）。逆に、第２過冷却流路６２ｂを流れる低圧の気液二相状態のメイン冷媒は、第１過冷却流路６２ａを流れる中間圧の液状態のメイン冷媒との熱交換によって加熱されて（図２及び図３の点Ｎ参照）、第１メイン圧縮機２１の吸入側に送られる。

ここで、吸入インジェクション膨張機構６３は、過冷却熱交換器６２の吸入インジェクション管６１側の出口におけるメイン冷媒の過熱度ＳＨｈ１に基づいて開度調節される。例えば、制御部９が、過熱度ＳＨｈ１が目標値ＳＨｈ１ｔになるように、吸入インジェクション膨張機構６３の開度を制御する。尚、過熱度ＳＨｈ１は、圧力センサ９１により検出されるメイン冷媒の圧力（ＬＰｈ）を飽和温度に換算し、温度センサ６５により検出されるメイン冷媒の温度からこの飽和温度を差し引くことによって得られる。

過冷却熱交換器６２において冷却された中間圧のメイン冷媒は、サブ利用側熱交換器８５（第２サブ流路８５ｂ）を通過した後に（図２及び図３の点Ｉ参照）、第１メイン冷媒連絡管１１を通じて、メイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂに送られ、メイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂにおいて、低圧（ＬＰｈ）まで減圧されて、気液二相状態になる（図２及び図３の点Ｊ参照）。尚、ここでは、サブ圧縮機８１の運転が停止されており、サブ冷媒回路８０にはサブ冷媒が循環していないため、サブ利用側熱交換器８５において、メイン冷媒とサブ冷媒との熱交換は行われない（図２及び図３の点Ｈ、Ｉ参照）。

メイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂにおいて減圧された低圧のメイン冷媒は、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに送られ、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂにおいて、利用側ファン７３ａ、７３ｂによって送られる室内空気と熱交換を行って加熱されて、蒸発する（図２及び図３の点Ａ参照）。逆に、室内空気は、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂを流れる低圧の気液二相状態のメイン冷媒と熱交換を行って冷却されて、これにより、室内の冷房が行われる。

メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂにおいて蒸発した低圧のメイン冷媒は、第２メイン冷媒連絡管１２を通じて、第１メイン圧縮機２１の吸入側に送られ、吸入インジェクション管６１から合流するメイン冷媒とともに、再び、第１メイン圧縮機２１に吸入される。このようにして、過冷却熱交冷却動作を伴う冷房運転が行われる。

＜サブ冷媒回路冷却動作を伴う冷房運転＞
サブ冷媒回路冷却動作を伴う冷房運転時は、サブ冷媒回路８０を使用するため、サブ圧縮機８１の運転がなされ、吸入インジェクション管６１及び過冷却熱交換器６２をほとんど使用しないため、吸入インジェクション膨張機構６３が閉じられる。

このメイン冷媒回路２０の状態において、冷凍サイクルにおける低圧（ＬＰｈ）のメイン冷媒（図４及び図５の点Ａ参照）は、第１メイン圧縮機２１に吸入され、第１メイン圧縮機２１において、冷凍サイクルにおける中間圧（ＭＰｈ１）まで圧縮されて吐出される（図４及び図５の点Ｂ参照）。

第１メイン圧縮機２１から吐出された中間圧のメイン冷媒は、中間熱交換器２６に送られ、中間熱交換器２６において、熱源側ファン２８によって送られる室外空気と熱交換を行って冷却される（図４及び図５の点Ｃ参照）。

中間熱交換器２６において冷却された中間圧のメイン冷媒は、第２メイン圧縮機２２に吸入され、第２メイン圧縮機２２において、冷凍サイクルにおける高圧（ＨＰｈ）まで圧縮されて吐出される（図４及び図５の点Ｄ参照）。ここで、第２メイン圧縮機２２から吐出された高圧のメイン冷媒は、メイン冷媒の臨界圧を超える圧力になっている。

第２メイン圧縮機２２から吐出された高圧のメイン冷媒は、メイン熱源側熱交換器２５に送られ、メイン熱源側熱交換器２５において、熱源側ファン２８によって送られる室外空気と熱交換を行って冷却される（図４及び図５の点Ｅ参照）。

メイン熱源側熱交換器２５において冷却された高圧のメイン冷媒は、メイン膨張機構２７に送られ、メイン膨張機構２７において、冷凍サイクルにおける中間圧（ＭＰｈ２）まで減圧されて、気液二相状態になる（図４及び図５の点Ｆ参照）。ここで、中間圧（ＭＰｈ２）は、中間圧（ＭＰｈ１）よりも低い圧力になっている。

メイン膨張機構２７において減圧された中間圧のメイン冷媒は、気液分離器５１に送られ、気液分離器５１において、ガス状態のメイン冷媒（図４及び図５の点Ｋ参照）と液状態のメイン冷媒（図４及び図５の点Ｇ参照）とに分離される。

気液分離器５１において分離された中間圧のガス状態のメイン冷媒は、ガス抜き膨張機構５３の開度に応じて気液分離器５１からガス抜き管５２に抜き出される。ガス抜き管５２に抜き出された中間圧のガス状態のメイン冷媒は、ガス抜き膨張機構５３において低圧（ＬＰｈ）まで減圧され（図４及び図５の点Ｌ参照）、吸入インジェクション管６１（第１吸入インジェクション管６１ａの吸入インジェクション膨張機構６３の下流側）に送られる。ここで、ガス抜き膨張機構５３は、気液分離器５１におけるメイン冷媒の圧力（ＭＰｈ２）に基づいて開度調節される。例えば、制御部９が、気液分離器５１におけるメイン冷媒の圧力（ＭＰｈ２）が目標値ＭＰｈ２ｓになるように、ガス抜き膨張機構５３の開度を制御する。尚、中間圧ＭＰｈ２は、圧力センサ９７により検出される。

気液分離器５１において分離された中間圧の液状態のメイン冷媒は、吸入インジェクション膨張機構６３が閉止されているため、吸入インジェクション管６１に分岐されることなく、過冷却熱交換器６２（第１過冷却流路６２ａ）に送られる。このため、吸入インジェクション管６１には、ガス抜き管５３から送られる低圧のメイン冷媒だけが流れることになり、この低圧のメイン冷媒が過冷却熱交換器６２（第２過冷却流路６２ｂ）に送られる。過冷却熱交換器６２において、第１過冷却流路６２ａを流れる中間圧の液状態のメイン冷媒は、第２過冷却流路６２ｂを流れる低圧の気液二相状態のメイン冷媒と熱交換を行って冷却される（図４及び図５の点Ｈ参照）。逆に、第２過冷却流路６２ｂを流れる低圧の気液二相状態のメイン冷媒は、第１過冷却流路６２ａを流れる中間圧の液状態のメイン冷媒との熱交換によって加熱されて（図４及び図５の点Ｎ参照）、第１メイン圧縮機２１の吸入側に送られる。尚、ここでは、吸入インジェクション膨張機構６３が閉止されており、吸入インジェクション管６１を流れるメイン冷媒の流量が少ないため、過冷却熱交換器６２における熱交換はほとんど行われない（図４及び図５の点Ｇ、Ｈ参照）。

過冷却熱交換器６２において少しだけ冷却された中間圧のメイン冷媒は、サブ利用側熱交換器８５（第２サブ流路８５ｂ）に送られる。

一方、サブ冷媒回路８０においては、冷凍サイクルにおける低圧（ＬＰｓ）のサブ冷媒（図４及び図５の点Ｒ参照）は、サブ圧縮機８１に吸入され、サブ圧縮機８１において、冷凍サイクルにおける高圧（ＨＰｓ）まで圧縮されて吐出される（図４及び図５の点Ｓ参照）。

サブ圧縮機８１から吐出された高圧のサブ冷媒は、サブ熱源側熱交換器８３に送られ、サブ熱源側熱交換器８３において、サブ側ファン８６によって送られる室外空気と熱交換を行って冷却される（図４及び図５の点Ｔ参照）。

サブ熱源側熱交換器８３において冷却された高圧のサブ冷媒は、サブ膨張機構８４に送られ、サブ膨張機構８４において、低圧まで減圧されて、気液二相状態になる（図４及び図５の点Ｕ参照）。

そして、サブ利用側熱交換器８５において、第２サブ流路８５ｂを流れる中間圧のメイン冷媒は、第１サブ流路８５ａを流れる低圧の気液二相状態のサブ冷媒と熱交換を行って冷却される（図４及び図５の点Ｉ参照）。逆に、第１サブ流路８５ａを流れる低圧の気液二相状態のサブ冷媒は、第２サブ流路８５ｂを流れる中間圧のメイン冷媒と熱交換を行って加熱されて（図４及び図５の点Ｒ参照）、再び、サブ圧縮機８１の吸入側に吸入される。

ここで、サブ圧縮機８１は、サブ冷媒回路８０の低圧ＬＰｓに基づいて運転容量が調節される。例えば、制御部９が、低圧ＬＰｓが目標値ＬＰｓｔになるように、サブ圧縮機８１の運転容量（運転周波数や回転数）を制御する。尚、低圧ＬＰｓは、圧力センサ１０１により検出される。また、サブ膨張機構８４は、サブ利用側熱交換器８５のサブ冷媒回路８０側の出口におけるサブ冷媒の過熱度ＳＨｓ１に基づいて開度調節される。例えば、制御部９が、過熱度ＳＨｓ１が目標値ＳＨｓ１ｔになるように、サブ膨張機構８４の開度を制御する。尚、過熱度ＳＨｓ１は、圧力センサ１０１により検出されるサブ冷媒の圧力（ＬＰｓ）を飽和温度に換算し、温度センサ１０２により検出されるサブ冷媒の温度からこの飽和温度を差し引くことによって得られる。

サブ利用側熱交換器８５において冷却された中間圧のメイン冷媒は、第１メイン冷媒連絡管１１を通じて、メイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂに送られ、メイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂにおいて、低圧（ＬＰｈ）まで減圧されて、気液二相状態になる（図４及び図５の点Ｊ参照）。

メイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂにおいて減圧された低圧のメイン冷媒は、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに送られ、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂにおいて、利用側ファン７３ａ、７３ｂによって送られる室内空気と熱交換を行って加熱されて、蒸発する（図４及び図５の点Ａ参照）。逆に、室内空気は、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂを流れる低圧の気液二相状態のメイン冷媒と熱交換を行って冷却されて、これにより、室内の冷房が行われる。

メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂにおいて蒸発した低圧のメイン冷媒は、第２メイン冷媒連絡管１２を通じて、第１メイン圧縮機２１の吸入側に送られ、吸入インジェクション管６１から合流するメイン冷媒とともに、再び、第１メイン圧縮機２１に吸入される。このようにして、サブ冷媒回路冷却動作を伴う冷房運転が行われる。

＜過冷却熱交冷却動作とサブ冷媒回路冷却動作との切り換え＞
次に、冷房運転（冷却運転）時における過冷却熱交冷却動作とサブ冷媒回路冷却動作との切り換えについて説明する。

冷房運転時に過冷却熱交冷却動作を行うと、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに送られる冷媒のエンタルピが低下し、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂにおける冷媒の蒸発によって得られる熱交換能力Ｑｅ（メイン利用側熱交換器の蒸発能力）を大きくすることができる。しかし、例えば、外気温度Ｔａが高い運転条件では、メイン熱源側熱交換器２５におけるメイン冷媒の放熱能力が低下するため、これに伴い、過冷却熱交冷却動作を行ってもメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに送られる冷媒のエンタルピが十分に低下せず、これにより、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂの蒸発能力を大きくすることが難しくなる傾向にある。特に、ＨＦＣ冷媒等に比べて成績係数が低い二酸化炭素をメイン冷媒として使用する場合には、この傾向が顕著になる。逆に、外気温度Ｔａが低い運転条件では、メイン熱源側熱交換器２５におけるメイン冷媒の放熱能力が増加するため、これに伴い、過冷却熱交冷却動作を行うだけでメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに送られる冷媒のエンタルピが十分に低下し（図３の点Ｈ、Ｉ、Ｊ参照）、これにより、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂの蒸発能力Ｑｅを大きくすることが容易になる傾向にある。

そこで、ここでは、図６に示すように、制御部９が、外気温度Ｔａ等の状態量に応じて、過冷却熱交冷却動作とサブ冷媒回路冷却動作とを切り換えるようにしている。

制御部９に対して冷房運転を行う旨の指令がなされると、まず、ステップＳＴ１において、制御部９が、過冷却熱交冷却動作を伴う冷房運転を行う。すなわち、制御部９は、サブ圧縮機８１を停止させた状態（すなわち、サブ冷媒回路冷却動作を停止させた状態）で、吸入インジェクション膨張機構６３を開けることによって過冷却熱交冷却動作を開始する。

次に、制御部９は、ステップＳＴ２において、サブ冷媒回路冷却動作だけを行う外気温度Ｔａ等の状態量の条件（第１切換条件）を満たすかどうかを判定する。

ここで、第１切換条件とは、サブ冷媒回路冷却動作及び過冷却熱交冷却動作のうちサブ冷媒回路冷却動作だけを行うかどうかを判定する外気温度Ｔａ等の状態量の条件である。

外気温度Ｔａが高くなる等によって、過冷却熱交冷却動作を行ってもメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに送られるメイン冷媒のエンタルピが低下しにくくなると、冷凍サイクル装置１の成績係数が低くなる傾向にある。そして、この傾向が強まると、サブ冷媒回路冷却動作によってメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに送られるメイン冷媒のエンタルピを低下させるほうが、サブ圧縮機８１の消費エネルギを考慮しても、冷凍サイクル装置１の成績係数が高くなる条件に達する。

そこで、ここでは、過冷却熱交冷却動作よりもサブ冷媒回路冷却動作を行うほうが冷凍サイクル装置１の成績係数が高くなる条件を、第１切換条件として規定している。第１切換条件を満たすかどうかを判定するための状態量としては、外気温度Ｔａ、メイン熱源側熱交換器２５におけるメイン冷媒の温度Ｔｈ１、過冷却熱交換器６２の出口におけるメイン冷媒の過冷却度ＳＣｈ１、又は、サブ利用側熱交換器８５の出口におけるメイン冷媒の過冷却度ＳＣｈ２が使用される。尚、外気温度Ｔａは、温度センサ９９又は温度センサ１０６により検出される。温度Ｔｈ１は、温度センサ９６により検出される。過冷却度ＳＣｈ１は、温度センサ９８により検出されるメイン冷媒の温度から温度センサ６４により検出されるメイン冷媒の温度を差し引くことによって得られる。過冷却度ＳＣｈ２は、温度センサ９８により検出されるメイン冷媒の温度から温度センサ１０５により検出されるメイン冷媒の温度を差し引くことによって得られる。

そして、制御部９は、ステップＳＴ２において、外気温度Ｔａが第１温度Ｔａｔ１以上である場合、温度Ｔｈ１が第２温度Ｔｈ１ｔ１以上である場合、過冷却度ＳＣｈ１が第１過冷却度ＳＣｈ１ｔ１以下である場合、又は、過冷却度ＳＣｈ２が第２過冷却度ＳＣｈ２ｔ１以下である場合には、第１切換条件を満たすものと判定する。すなわち、過冷却熱交冷却動作ではメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに送られるメイン冷媒のエンタルピが十分に低下しないものと判定するのである。ここで、第１温度Ｔａｔ１や第２温度Ｔｈ１ｔ１は、３０〜４５℃程度に設定され、第１過冷却度ＳＣｈ１ｔ１や第２過冷却度ＳＣｈ２ｔ１は、０〜５℃程度に設定される。

そして、制御部９は、ステップＳＴ２において、外気温度Ｔａ等の状態量が第１切換条件を満たさない場合には、ステップＳＴ１の過冷却熱交冷却動作を継続し、外気温度Ｔａ等の状態量が第１切換条件を満たす場合には、ステップＳＴ３の処理に移行して、過冷却熱交冷却動作からサブ冷媒回路冷却動作に切り換える。すなわち、制御部９は、吸入インジェクション膨張機構６３を閉じることによって過冷却熱交冷却動作を停止し、サブ圧縮機８１を運転させることによってサブ冷媒回路冷却動作を行う。これにより、サブ冷媒回路冷却動作によってメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに送られるメイン冷媒のエンタルピを十分に低下させることができるようになる。

次に、制御部９は、ステップＳＴ４において、過冷却熱交冷却動作だけを行う外気温度Ｔａ等の状態量の条件（第２切換条件）を満たすかどうかを判定する。

ここで、第２切換条件とは、サブ冷媒回路冷却動作及び過冷却熱交冷却動作のうち過冷却熱交冷却動作だけを行うかどうかを判定する外気温度Ｔａ等の状態量の条件である。

外気温度Ｔａが低くなる等によって、過冷却熱交冷却動作を行うことによってメイン利用側熱交換器に送られるメイン冷媒のエンタルピが十分に低下するようになると、冷凍サイクル装置１の成績係数が高くなる傾向にある。そして、この傾向が強まると、サブ冷媒回路冷却動作を行ってメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに送られるメイン冷媒のエンタルピを低下させるほうが、サブ圧縮機８１の消費エネルギを考慮すると、冷凍サイクル装置１の成績係数が低くなる条件に達する。

そこで、ここでは、サブ冷媒回路冷却動作よりも過冷却熱交冷却動作を行うほうが冷凍サイクル装置１の成績係数が高くなる条件を、第２切換条件として規定している。第２切換条件を満たすかどうかを判定するための状態量としては、第１切換条件と同様に、外気温度Ｔａ、メイン熱源側熱交換器２５におけるメイン冷媒の温度Ｔｈ１、過冷却熱交換器６２の出口におけるメイン冷媒の過冷却度ＳＣｈ１、又は、サブ利用側熱交換器８５の出口におけるメイン冷媒の過冷却度ＳＣｈ２が使用される。

そして、制御部９は、ステップＳＴ４において、外気温度Ｔａが第３温度Ｔａｔ２以下である場合、温度Ｔｈ１が第４温度Ｔｈ１ｔ２以下である場合、過冷却度ＳＣｈ１が第３過冷却度ＳＣｈ１ｔ２以上である場合、又は、過冷却度ＳＣｈ２が第４過冷却度ＳＣｈ２ｔ２以上である場合には、第２切換条件を満たすものと判定する。すなわち、過冷却熱交冷却動作によってメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに送られるメイン冷媒のエンタルピが十分に低下するものと判定するのである。ここで、第３温度Ｔａｔ２や第４温度Ｔｈ１ｔ２は、第１温度Ｔａｔ１や第２温度Ｔｈ１ｔ１よりも低い温度（１０〜２５℃程度）に設定され、第３過冷却度ＳＣｈ１ｔ２や第４過冷却度ＳＣｈ２ｔ２は、第１過冷却度ＳＣｈ１ｔ１や第２過冷却度ＳＣｈ２ｔ１よりも大きい過冷却度（１０〜１５℃程度）に設定される。

そして、制御部９は、ステップＳＴ４において、外気温度Ｔａ等の状態量が第２切換条件を満たさない場合には、ステップＳＴ３のサブ冷媒回路冷却動作を継続し、外気温度Ｔａ等の状態量が第２切換条件を満たす場合には、ステップＳＴ１の処理に移行して、サブ冷媒回路冷却動作から過冷却熱交冷却動作からに切り換える。すなわち、制御部９は、サブ圧縮機８１を停止させることによってサブ冷媒回路冷却動作を停止し、吸入インジェクション膨張機構６３を開けることによって過冷却熱交冷却動作を行う。これにより、過冷却熱交冷却動作によってメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに送られるメイン冷媒のエンタルピを十分に低下させることができるようになる。

このように、ここでは、外気温度Ｔａが高い等の第１切換条件を満たす場合には、サブ冷媒回路冷却動作を伴う冷房運転を行い、外気温度Ｔａが低い等の第２切換条件を満たす場合には、過冷却熱交冷却動作を伴う冷房運転を行うようにしている。また、外気温度Ｔａが中程度等の第１切換条件と第２切換条件との間である場合には、過冷却熱交冷却動作又はサブ冷媒回路冷却動作を伴う冷房運転を行うようにしている。

（３）特徴
次に、冷凍サイクル装置１の特徴について説明する。

＜Ａ＞
ここでは、上記のように、メイン冷媒が循環するメイン冷媒回路２０に従来と同様の吸入インジェクション管６１及び過冷却熱交換器６２を設けるだけでなく、メイン冷媒回路２０とは別のサブ冷媒が循環するサブ冷媒回路８０を設けている。そして、サブ冷媒回路８０に設けられたサブ冷媒の蒸発器として機能するサブ利用側熱交換器８５を、メイン膨張機構２７とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂとの間を流れるメイン冷媒を冷却する熱交換器として機能するように、メイン冷媒回路２０に設けている。このため、ここでは、従来と同様の吸入インジェクション管６１及び過冷却熱交換器６２を使用してメイン膨張機構２７とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂとの間を流れるメイン冷媒を冷却する過冷却熱交冷却動作だけでなく、サブ冷媒回路８０を使用してメイン膨張機構２７とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂとの間を流れる冷媒を冷却するサブ冷媒回路冷却動作を行うことができる。そして、ここでは、上記のように、外気温度Ｔａ等の状態量に応じて、過冷却熱交冷却動作とサブ冷媒回路冷却動作とを切り換えることによって、過冷却熱交冷却動作ではメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに送られるメイン冷媒のエンタルピが十分に低下しない場合であっても、サブ冷媒回路冷却動作によってメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに送られるメイン冷媒のエンタルピを十分に低下させることができ、これにより、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂの蒸発能力Ｑｅを大きくすることができる。

このように、ここでは、冷媒回路２０に吸入インジェクション管６１及び過冷却熱交換器６２が設けられている冷凍サイクル装置１において、運転条件によらずに、利用側熱交換器７２ａ、７２ｂの蒸発能力Ｑｅを大きくすることができる。

＜Ｂ＞
また、ここでは、上記のように、サブ冷媒回路冷却動作だけを行う外気温度Ｔａ等の状態量の条件（第１切換条件）を規定している。ここで、外気温度Ｔａが高くなる等によって、過冷却熱交冷却動作を行ってもメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに送られるメイン冷媒のエンタルピが低下しにくくなると、冷凍サイクル装置１の成績係数が低くなる傾向にある。そして、この傾向が強まると、サブ冷媒回路冷却動作によってメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに送られるメイン冷媒のエンタルピを低下させるほうが、サブ圧縮機８１の消費エネルギを考慮しても、冷凍サイクル装置１の成績係数が高くなる条件に達する。そこで、ここでは、過冷却熱交冷却動作よりもサブ冷媒回路冷却動作を行うほうが冷凍サイクル装置１の成績係数が高くなる条件を、上記のように、第１温度Ｔａｔ１や第２温度Ｔｈ１ｔ１、第１過冷却度ＳＣｈ１ｔ１、第２過冷却度ＳＣｈ２ｔ１として規定している。尚、ここでは、第１切換条件の判定に使用する状態量を、外気温度Ｔａ、メイン熱源側熱交換器２５におけるメイン冷媒の温度Ｔｈ１、過冷却熱交換器６２の出口におけるメイン冷媒の過冷却度ＳＣｈ１、又は、サブ利用側熱交換器８５の出口におけるメイン冷媒の過冷却度ＳＣｈ２の４つとしているが、これらの状態量のいずれか１つだけであってもよいし、あるいは、２つ又は３つの状態量であってもよい。

これにより、ここでは、冷凍サイクル装置１の成績係数を考慮して、サブ冷媒回路冷却動作だけを行うように切り換えることができる。

＜Ｃ＞
また、ここでは、上記のように、過冷却熱交冷却動作だけを行う外気温度Ｔａ等の状態量の条件（第２切換条件）を規定している。ここで、外気温度Ｔａが低くなる等によって、過冷却熱交冷却動作を行うことによってメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに送られるメイン冷媒のエンタルピが十分に低下するようになると、冷凍サイクル装置１の成績係数が高くなる傾向にある。そして、この傾向が強まると、サブ冷媒回路冷却動作を行ってメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに送られるメイン冷媒のエンタルピを低下させるほうが、サブ圧縮機８１の消費エネルギを考慮すると、冷凍サイクル装置１の成績係数が低くなる条件に達する。そこで、ここでは、サブ冷媒回路冷却動作よりも過冷却熱交冷却動作を行うほうが冷凍サイクル装置１の成績係数が高くなる条件を、上記のように、第３温度Ｔａｔ２や第４温度Ｔｈ１ｔ２、第３過冷却度ＳＣｈ１ｔ２、第４過冷却度ＳＣｈ２ｔ２として規定している。尚、ここでは、第２切換条件の判定に使用する状態量を、外気温度Ｔａ、メイン熱源側熱交換器２５におけるメイン冷媒の温度Ｔｈ１、過冷却熱交換器６２の出口におけるメイン冷媒の過冷却度ＳＣｈ１、又は、サブ利用側熱交換器８５の出口におけるメイン冷媒の過冷却度ＳＣｈ２の４つとしているが、これらの状態量のいずれか１つだけであってもよいし、あるいは、２つ又は３つの状態量であってもよい。

これにより、ここでは、冷凍サイクル装置１の成績係数を考慮して、過冷却熱交冷却動作だけを行うように切り換えることができる。

＜Ｄ＞
また、ここでは、上記のように、制御部９が、サブ圧縮機８１を運転させることによってサブ冷媒回路冷却動作を行い、サブ圧縮機８１を停止させることによってサブ冷媒回路冷却動作を停止する。また、制御部９が、サブ冷媒回路冷却動作時に、サブ圧縮機８１の運転容量を制御している。

これにより、ここでは、サブ冷媒回路冷却動作時において、サブ冷媒回路８０を循環するサブ冷媒の流量を変化させて、サブ利用側熱交換器８５の冷却能力を調節することができる。

＜Ｅ＞
また、ここでは、上記のように、吸入インジェクション管６１が、吸入インジェクション膨張機構６３を有している。そして、制御部９は、吸入インジェクション膨張機構６３を開けることによって過冷却熱交冷却動作を行い、吸入インジェクション膨張機構６３を閉じることによって過冷却熱交冷却動作を停止する。また、制御部９が、過冷却熱交冷却動作時に、吸入インジェクション膨張機構６３の開度を制御している。

これにより、ここでは、過冷却熱交冷却動作時において、吸入インジェクション管６３を流れるメイン冷媒の流量を変化させて、過冷却熱交換器６２の冷却能力を調節することができる。

＜Ｆ＞
また、ここでは、上記のように、吸入インジェクション管６１が、気液分離器５１と過冷却熱交換器６２との間を流れる液状態のメイン冷媒を分岐しており、過冷却熱交換器６２が、気液分離器５１とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂとの間に設けられている。そして、過冷却熱交換器６２には、メイン冷媒の冷却源として、吸入インジェクション管６１を流れるメイン冷媒だけではなく、気液分離器５１からガス抜き管５２によって抜き出されるメイン冷媒も流すことができる。このため、ここでは、過冷却熱交冷却動作時には、吸入インジェクション膨張機構６３の開動作によって吸入インジェクション管６１及びガス抜き管５２を流れるメイン冷媒が過冷却熱交換器６２を流れ、過冷却熱交冷却動作の停止時には、吸入インジェクション膨張機構６３の閉動作によってガス抜き管５２を流れるメイン冷媒だけが過冷却熱交換器６２を流れることになる。すなわち、ここでは、ガス抜き管５２を流れるメイン冷媒のみによって過冷却熱交換器６２における冷却動作が行われるだけでは、過冷却熱交冷却動作が行われているとは言わず（過冷却熱交冷却動作の停止）、吸入インジェクション膨張機構６３の開動作によって吸入インジェクション管６１を流れるメイン冷媒によって過冷却熱交換器６２における冷却動作が行われることによって、過冷却熱交冷却動作が行われているものとする。

このように、ここでは、過冷却熱交冷却動作時及び過冷却熱交冷却動作の停止時のいずれにおいても、過冷却熱交換器６２において、気液分離器５１とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂとの間を流れる液状態のメイン冷媒を、少なくともガス抜き管５２を流れるメイン冷媒によって冷却することができる。

＜Ｇ＞
また、ここでは、上記のように、メイン冷媒として二酸化炭素を使用し、サブ冷媒として低ＧＷＰの冷媒や二酸化炭素よりも成績係数が高い自然冷媒を使用しているため、地球温暖化等の環境負荷を低減することができる。

（４）変形例
＜変形例１＞
上記実施形態では、上記のように、外気温度Ｔａが中程度等の第１切換条件と第２切換条件との間である場合には、過冷却熱交冷却動作又はサブ冷媒回路冷却動作を伴う冷房運転（冷却運転）を行うようにしている。

これに対して、ここでは、外気温度Ｔａが中程度等の第１切換条件と第２切換条件との間である場合には、過冷却熱交冷却動作及びサブ冷媒回路冷却動作を伴う冷房運転を行うようにしている。

ここで、過冷却熱交冷却動作及びサブ冷媒回路冷却動作を伴う冷房運転とは、図７及び図８に示すように、冷房運転時に、吸入インジェクション膨張機構６３を開けることによって過冷却熱交冷却動作を行うとともに、サブ圧縮機８１を運転することによってサブ冷媒回路冷却動作を行う運転である。

この過冷却熱交冷却動作及びサブ冷媒回路冷却動作を伴う冷房運転によって、気液分離器５１において分離された中間圧（ＭＰｈ２）のメイン冷媒（図７及び図８の点Ｇ参照）は、過冷却熱交換器６２において冷却され（図７及び図８の点Ｈ参照）、その後、サブ利用側熱交換器８５においても冷却される（図７及び図８の点Ｉ参照）。このとき、過冷却熱交換器６２においては、サブ冷媒回路冷却動作だけを行う場合（図５の点Ｈ参照）に比べてメイン冷媒の冷却熱量が大きく、かつ、過冷却熱交冷却動作だけを行う場合（図３の点Ｈ参照）に比べてメイン冷媒の冷却熱量が小さくなる。そして、過冷却熱交冷却動作で足りないメイン冷媒の冷却熱量が、サブ利用側熱交換器８５において補充されて、過冷却熱交冷却動作又はサブ冷媒回路冷却動作を伴う冷房運転と同様に、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに送られる冷媒のエンタルピを十分に低下させるようになっている。

尚、このような過冷却熱交冷却動作及びサブ冷媒回路冷却動作の両方を伴う冷房運転を考慮すると、メイン冷媒を過冷却熱交換器６２よりも低温レベルまで冷却することが可能なサブ冷媒回路８０のサブ利用側熱交換器８５を、過冷却熱交換器６２よりも下流側、すなわち、過冷却熱交換器６２とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂとの間に設けることが好ましい。

そして、過冷却熱交冷却動作及びサブ冷媒回路冷却動作を伴う冷房運転は、図９に示すように、外気温度Ｔａが中程度等の第１切換条件と第２切換条件との間の場合、すなわち、第１切換条件及び第２切換条件の両方を満たさない場合に行われる。具体的には、上記実施形態の動作切り換え（図６参照）においては、ステップＳＴ２において第１切換条件を満たさない場合に過冷却熱交冷却動作を継続し、ステップＳＴ４において第２切換条件を満たさない場合にサブ冷媒回路冷却動作を継続している。これに対して、本変形例では、ステップＳＴ２において第１切換条件を満たさず、かつ、ステップＳＴ４において第２切換条件を満たさない場合には、ステップＳＴ５の過冷却熱交冷却動作及びサブ冷媒回路冷却動作の両方を行うようにしている。

＜変形例２＞
上記実施形態及び変形例１において、図１０に示すように、メイン熱源側熱交換器２５とメイン膨張機構２７との間に、中間インジェクション管３１及びエコノマイザ熱交換器３２を設けてもよい。

具体的には、中間インジェクション管３１は、メイン冷媒が流れる冷媒管であり、ここでは、メイン熱源側熱交換器２５とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂとの間を流れるメイン冷媒を分岐してメイン圧縮機２１、２２に送る冷媒管である。具体的には、中間インジェクション管３１は、メイン熱源側熱交換器２５とメイン膨張機構２７との間を流れるメイン冷媒を分岐して第２メイン圧縮機２２の吸入側に送る冷媒管であり、第１中間インジェクション管３１ａと第２中間インジェクション管３１ｂとを有している。第１中間インジェクション管３１ａは、一端がメイン熱源側熱交換器２５の他端とエコノマイザ熱交換器３２（第１エコノマイザ流路３２ａの一端）との間に接続されており、他端がエコノマイザ熱交換器３２（第２エコノマイザ流路３２ｂの一端）に接続されている。第２中間インジェクション管３１ｂは、一端がエコノマイザ熱交換器３２（第２エコノマイザ流路３２ｂの他端）に接続されており、他端が中間熱交換器２６の出口と第２メイン圧縮機２２の吸入側との間に接続されている。

また、中間インジェクション管３１は、中間インジェクション膨張機構３３を有している。中間インジェクション膨張機構３３は、第１中間インジェクション管３１ａに設けられている。中間インジェクション膨張機構３３は、メイン冷媒を減圧する機器であり、ここでは、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を減圧する膨張機構である。中間インジェクション膨張機構３３は、例えば、電動膨張弁である。

エコノマイザ熱交換器３２は、メイン冷媒同士を熱交換させる機器であり、ここでは、メイン熱源側熱交換器２５とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂとの間を流れるメイン冷媒を中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒との熱交換によって冷却する熱交換器である。具体的には、エコノマイザ熱交換器３２は、メイン熱源側熱交換器２５とメイン膨張機構２７との間を流れるメイン冷媒を中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒との熱交換によって冷却する熱交換器である。エコノマイザ熱交換器３２は、メイン熱源側熱交換器２５とメイン膨張機構２７との間を流れるメイン冷媒を流す第１エコノマイザ流路３２ａと、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を流す第２エコノマイザ流路３２ｂと、を有している。第１エコノマイザ流路３２ａは、一端（入口）がメイン熱源側熱交換器２５の他端に接続されており、他端（出口）がメイン膨張機構２７の入口に接続されている。第２エコノマイザ流路３２ｂは、一端（入口）が第１中間インジェクション管３１ａの他端に接続されており、他端（出口）が第２中間インジェクション管３１ｂの一端に接続されている。

そして、冷房運転時に、制御部９が、中間インジェクション膨張機構３３を開ける制御を行うことによって、メイン熱源側熱交換器２５において放熱したメイン冷媒をさらに冷却するとともに、メイン圧縮機２１、２２の圧縮行程の途中（ここでは、第２メイン圧縮機２２の吸入側）にメイン冷媒を送って第２メイン圧縮機２２に吸入されるメイン冷媒を冷却する動作を行うことができる。

この場合においても、上記実施形態及び変形例１と同様に、過冷却熱交冷却動作とサブ冷媒回路冷却動作との切り換えを適用することができる。

＜変形例３＞
上記実施形態及び変形例１、２において、図１１に示すように、気液分離器５１及びガス抜き管５２を省略した構成であってもよい。

この場合においても、上記実施形態及び変形例１、２と同様に、過冷却熱交冷却動作とサブ冷媒回路冷却動作との切り換えを適用することができる。

但し、この場合には、過冷却熱交冷却動作において、吸入インジェクション膨張機構６３を開けることによって吸入インジェクション管６１を流れるメイン冷媒だけが過冷却熱交換器６２の第２過冷却流路６２ｂを流れることになる。また、サブ冷媒回路冷却動作においては、吸入インジェクション膨張機構６３を閉止することによって吸入インジェクション管６１にメイン冷媒が流れなくなるため、過冷却熱交換器６２において、メイン冷媒同士の熱交換は行われなくなる。

＜変形例４＞
上記実施形態及び変形例１〜３では、第１メイン圧縮機２１と第２メイン圧縮機２２との間にメイン冷媒を冷却する中間熱交換器２６が設けられた構成を採用しているが、これに限定されるものではなく、中間熱交換器２６が設けられていなくてもよい。

＜変形例５＞
上記実施形態及び変形例１〜４では、複数のメイン圧縮機２１、２２によって、多段圧縮機を構成しているが、これに限定されるものではなく、圧縮要素２１ａ、２１ｂを有する１台のメイン圧縮機によって多段圧縮機を構成してもよい。

また、メイン圧縮機が単段圧縮機であってもよい。この場合において、変形例２のように中間圧インジェクションを行う場合には、単段圧縮機の中間インジェクションポートに中間インジェクション管３１を接続すればよい。

＜変形例６＞
上記実施形態及び変形例１〜５では、冷房運転（冷却運転）を行う回路構成を例に挙げて説明を行ったが、これに限定されるものではなく、冷房運転及び暖房運転（加熱運転）を行うことが可能な回路構成であってもよい。

以上、本開示の実施形態を説明したが、請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能であることが理解されるであろう。

本開示は、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張機構及び利用側熱交換器を有する冷媒回路に、熱源側熱交換器と利用側熱交換器との間を流れる冷媒を分岐して圧縮機の吸入側に送る吸入インジェクション管、及び、膨張機構と利用側熱交換器との間を流れる冷媒を吸入インジェクション管を流れる冷媒との熱交換によって冷却する過冷却熱交換器、が設けられている冷凍サイクル装置に対して、広く適用可能である。

１ 冷凍サイクル装置
９ 制御部
２０ メイン冷媒回路
２１、２２ メイン圧縮機
２５ メイン熱源側熱交換器
２７ メイン膨張機構
５１ 気液分離器
５２ ガス抜き管
６１ 吸入インジェクション管
６２ 過冷却熱交換器
６３ 吸入インジェクション膨張機構
７２ａ、７２ｂ メイン利用側熱交換器
８０ サブ冷媒回路
８１ サブ圧縮機
８３ サブ熱源側熱交換器
８５ サブ利用側熱交換器

特開２０１３−１３９９３８号公報

Claims (10)

1. メイン冷媒を圧縮するメイン圧縮機（２１、２２）と、
   前記メイン冷媒の放熱器として機能するメイン熱源側熱交換器（２５）と、
   前記メイン冷媒の蒸発器として機能するメイン利用側熱交換器（７２ａ、７２ｂ）と、
   前記メイン熱源側熱交換器と前記メイン利用側熱交換器との間を流れる前記メイン冷媒を減圧するメイン膨張機構（２７）と、
   前記メイン熱源側熱交換器と前記メイン利用側熱交換器との間を流れる前記メイン冷媒を分岐して前記メイン圧縮機の吸入側に送る吸入インジェクション管（６１）と、
   前記メイン膨張機構と前記メイン利用側熱交換器との間を流れる前記メイン冷媒を前記吸入インジェクション管を流れる前記メイン冷媒との熱交換によって冷却する過冷却熱交換器（６２）と、
   を有する、メイン冷媒回路（２０）を備えており、
   前記メイン冷媒回路は、前記メイン膨張機構と前記メイン利用側熱交換器との間を流れる前記メイン冷媒の冷却器として機能するサブ利用側熱交換器（８５）を有しており、
   サブ冷媒を圧縮するサブ圧縮機（８１）と、
   前記サブ冷媒の放熱器として機能するサブ熱源側熱交換器（８３）と、
   前記サブ冷媒の蒸発器として機能して前記メイン膨張機構と前記メイン利用側熱交換器との間を流れる前記メイン冷媒を冷却する前記サブ利用側熱交換器と、
   を有する、サブ冷媒回路（８０）をさらに備えており、
   前記メイン冷媒回路及び前記サブ冷媒回路の構成機器を制御する制御部（９）をさらに備えており、
   前記制御部は、外気温度、前記メイン熱源側熱交換器における前記メイン冷媒の温度、前記過冷却熱交換器の出口における前記メイン冷媒の過冷却度、又は、前記サブ利用側熱交換器の出口における前記メイン冷媒の過冷却度に応じて、前記吸入インジェクション管及び前記過冷却熱交換器を使用して前記メイン冷媒を冷却する過冷却熱交冷却動作と前記サブ冷媒回路を使用して前記メイン冷媒を冷却するサブ冷媒回路冷却動作とを切り換える、
   冷凍サイクル装置（１）。
2. 前記制御部は、外気温度が第１温度以上である場合、前記メイン熱源側熱交換器における前記メイン冷媒の温度が第２温度以上である場合、前記過冷却熱交換器の出口における前記メイン冷媒の過冷却度が第１過冷却度以下である場合、又は、前記サブ利用側熱交換器の出口における前記メイン冷媒の過冷却度が第２過冷却度以下である場合に、前記サブ冷媒回路冷却動作及び前記過冷却熱交冷却動作のうち前記サブ冷媒回路冷却動作を行う、
   請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記制御部は、外気温度が第３温度以下である場合、前記メイン熱源側熱交換器における前記メイン冷媒の温度が第４温度以下である場合、前記過冷却熱交換器の出口における前記メイン冷媒の過冷却度が第３過冷却度以上である場合、又は、前記サブ利用側熱交換器の出口における前記メイン冷媒の過冷却度が第４過冷却度以上である場合に、前記サブ冷媒回路冷却動作及び前記過冷却熱交冷却動作のうち前記過冷却熱交冷却動作を行う、
   請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記制御部は、前記サブ圧縮機を運転させることによって前記サブ冷媒回路冷却動作を行い、前記サブ圧縮機を停止させることによって前記サブ冷媒回路冷却動作を停止する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記制御部は、前記サブ冷媒回路冷却動作時に、前記サブ圧縮機の運転容量を制御する、
   請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記吸入インジェクション管は、吸入インジェクション膨張機構（６３）を有しており、
   前記制御部は、前記吸入インジェクション膨張機構を開けることによって前記過冷却熱交冷却動作を行い、前記吸入インジェクション膨張機構を閉じることによって前記過冷却熱交冷却動作を停止する、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記制御部は、前記過冷却熱交冷却動作時に、前記吸入インジェクション膨張機構の開度を制御する、
   請求項６に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記メイン冷媒回路は、前記メイン膨張機構と前記過冷却熱交換器との間に、前記メイン膨張機構において減圧された前記メイン冷媒を気液分離する気液分離器（５１）を有しており、
   前記気液分離器には、ガス状態の前記メイン冷媒を抜き出して前記メイン圧縮機の吸入側に送るガス抜き管（５２）が接続されており、
   前記吸入インジェクション管は、前記気液分離器と前記過冷却熱交換器との間を流れる液状態の前記メイン冷媒を分岐するように、前記メイン冷媒回路に設けられており、
   前記過冷却熱交換器は、前記気液分離器と前記メイン利用側熱交換器との間を流れる液状態の前記メイン冷媒を前記吸入インジェクション管を流れる前記メイン冷媒及び前記ガス抜き管を流れる前記メイン冷媒との熱交換によって冷却するように、前記メイン冷媒回路に設けられている、
   請求項６又は７に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記メイン冷媒は、二酸化炭素であり、
   前記サブ冷媒は、ＧＷＰが７５０以下のＨＦＣ冷媒、ＨＦＯ冷媒、又は、ＨＦＣ冷媒とＨＦＯ冷媒との混合冷媒である、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記メイン冷媒は、二酸化炭素であり、
    前記サブ冷媒は、二酸化炭素よりも成績係数が高い自然冷媒である、
    請求項１〜８のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

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