JP2020056537A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒回路に中間インジェクション管及びエコノマイザ熱交換器が設けられている冷凍サイクル装置において、中間インジェクション管を流れる冷媒の流量の増加を抑えつつ、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、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第１サブ利用側熱交換器（８５）を、中間インジェクション管（３１）を流れるメイン冷媒の冷却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。【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、熱源側熱交換器と膨張機構との間を流れる冷媒を分岐して圧縮機の圧縮行程の途中部分に送る中間インジェクション管、及び、熱源側熱交換器と膨張機構との間を流れる冷媒を中間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エコノマイザ熱交換器、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、熱源側熱交換器と膨張機構との間を流れる冷媒を分岐して圧縮機に送る中間インジェクション管、及び、熱源側熱交換器と膨張機構との間を流れる冷媒を中間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エコノマイザ熱交換器、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、冷媒回路に中間インジェクション管及びエコノマイザ熱交換器が設けられているため、熱源側熱交換器と膨張機構との間を流れる冷媒を、熱源側熱交換器と膨張機構との間から分岐されて圧縮機に送られる冷媒によって冷却することができる。そして、このような中間インジェクション管及びエコノマイザ熱交換器による冷却動作によって、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、利用側熱交換器の蒸発能力を大きくするためにエコノマイザ熱交換器における冷却能力を高めようとすると、中間インジェクション管を流れる冷媒の流量を増加させなければならないため、これに伴い、圧縮機の消費動力が大きくなる。

このため、冷媒回路に中間インジェクション管及びエコノマイザ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、中間インジェクション管を流れる冷媒の流量の増加を抑えつつ、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、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、中間インジェクション管と、エコノマイザ熱交換器と、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。中間インジェクション管は、メイン熱源側熱交換器とメイン膨張機構との間を流れるメイン冷媒を分岐してメイン圧縮機の圧縮行程の途中部分に送る冷媒管である。エコノマイザ熱交換器は、メイン熱源側熱交換器とメイン膨張機構との間を流れるメイン冷媒を中間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、中間インジェクション管を流れるメイン冷媒の冷却器として機能する第１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、第１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。第１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中間インジェクション管を流れるメイン冷媒を冷却する熱交換器である。

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中間インジェクション管及びエコノマイザ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第１サブ利用側熱交換器を、中間インジェクション管を流れるメイン冷媒の冷却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、中間インジェクション管を流れるメイン冷媒を第１サブ利用側熱交換器において冷却した後にエコノマイザ熱交換器に送ることができるようになり、中間インジェクション管を流れるメイン冷媒の流量の増加を抑えつつ、エコノマイザ熱交換器における冷却能力を高めることができる。そして、これにより、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、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、冷媒回路に中間インジェクション管及びエコノマイザ熱交換器が設けられている冷凍サイクル装置において、中間インジェクション管を流れる冷媒の流量の増加を抑えつつ、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、メイン圧縮機が、圧縮行程の途中で外部からメイン冷媒を導入する中間インジェクションポートを有する圧縮要素を含んでいる。中間インジェクション管は、中間インジェクションポートに接続されている。

ここでは、中間インジェクション管を流れるメイン冷媒を、単段圧縮機であるメイン圧縮機の圧縮行程の途中部分（中間インジェクションポート）に送ることができるため、メイン圧縮機において冷凍サイクルにおける中間圧まで圧縮されたメイン冷媒の温度を低下させることができる。

第３の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第１の観点にかかる冷凍サイクル装置において、メイン圧縮機が、メイン冷媒を圧縮する低段側圧縮要素と、低段側圧縮要素から吐出されたメイン冷媒を圧縮する高段側圧縮要素と、を含んでいる。中間インジェクション管は、高段側圧縮要素の吸入側に接続されている。

ここでは、中間インジェクション管を流れるメイン冷媒を、多段圧縮機であるメイン圧縮機の圧縮行程の途中部分（低段側圧縮要素と高段側圧縮要素との間）に送ることができるため、メイン圧縮機において冷凍サイクルにおける中間圧まで圧縮されたメイン冷媒の温度を低下させることができる。

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、メイン冷媒回路及びサブ冷媒回路が、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第２サブ利用側熱交換器を有している。

ここでは、上記のように、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第２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、サブ冷媒回路を使用して中間インジェクション管を流れるメイン冷媒を冷却するだけでなく、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ことができる。

これにより、ここでは、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さらに低下し、メイン利用側熱交換器の蒸発能力をさらに大きくすることができる。

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、サブ冷媒回路において、第１サブ利用側熱交換器と第２サブ利用側熱交換器とが、直列に配置されている。

これにより、ここでは、サブ冷媒回路を循環するサブ冷媒を第１サブ利用側熱交換器及び第２サブ利用側熱交換器に順次流すことができる。

第６の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第５の観点にかかる冷凍サイクル装置において、サブ冷媒回路が、第１サブ利用側熱交換器にサブ冷媒を流すかどうかを切り換える第１サブ熱交切換機構を有している。

これにより、ここでは、第１サブ利用側熱交換器において中間インジェクション管を流れるメイン冷媒を冷却する必要がある場合だけ、サブ冷媒を第１サブ利用側熱交換器に流すことができる。

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、第１サブ熱交切換機構が、第１サブ利用側熱交換器をバイパスする第１サブ熱交バイパス管と、第１サブ熱交バイパス管に設けられた第１サブ熱交バイパス弁と、サブ冷媒回路のうち第１サブ熱交バイパス管の分岐部分から合流部分までの間に設けられた第１サブ熱交開閉弁と、を有している。

ここでは、第１サブ利用側熱交換器において中間インジェクション管を流れるメイン冷媒を冷却する必要がある場合に、第１サブ熱交バイパス弁を閉止し、かつ、第１サブ熱交開閉弁を開けることによって、サブ冷媒を第１サブ利用側熱交換器に流すことができる。また、第１サブ利用側熱交換器において中間インジェクション管を流れるメイン冷媒を冷却する必要がない場合には、第１サブ熱交バイパス弁を開け、かつ、第１サブ熱交開閉弁を閉止することによって、サブ冷媒を第１サブ利用側熱交換器に流さずにバイパスさせることができる。

第８の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第７の観点にかかる冷凍サイクル装置において、第１サブ熱交開閉弁が、流量調整弁である。

これにより、ここでは、第１サブ熱交開閉弁によって第１サブ利用側熱交換器を流れるサブ冷媒の流量を変化させて、第１サブ利用側熱交換器における冷却能力、ひいては、エコノマイザ熱交換器における冷却能力を調節することができる。

第９の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第７又は第８の観点にかかる冷凍サイクル装置において、第１サブ熱交切換機構を制御する制御部をさらに有しており、制御部が、中間インジェクション管を流れるメイン冷媒のエコノマイザ熱交換器の出口における温度、又は、メイン冷媒のメイン圧縮機の圧縮行程の途中部分における温度に基づいて、第１サブ熱交切換機構を制御する。

ここで、中間インジェクション管を流れるメイン冷媒のエコノマイザ熱交換器の出口における温度やメイン冷媒のメイン圧縮機の圧縮行程の途中部分における温度は、中間インジェクション管を流れるメイン冷媒の流量やエコノマイザ熱交換器における冷却能力を示す指標、すなわち、第１サブ利用側熱交換器において中間インジェクション管を流れるメイン冷媒を冷却する必要があるかどうかの指標となる。

このため、ここでは、中間インジェクション管を流れるメイン冷媒のエコノマイザ熱交換器の出口における温度、又は、メイン冷媒のメイン圧縮機の圧縮行程の途中部分における温度に基づいて、第１サブ利用側熱交換器において中間インジェクション管を流れるメイン冷媒を冷却する必要があるかどうかを判断し、この判断に基づいて、第１サブ熱交切換機構を適切に制御することができる。

第１０の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第４の観点にかかる冷凍サイクル装置において、サブ冷媒回路において、第１サブ利用側熱交換器と第２サブ利用側熱交換器とが、並列に配置されている。

これにより、ここでは、サブ冷媒回路を循環するサブ冷媒を第１サブ利用側熱交換器及び第２サブ利用側熱交換器に分配して流すことができる。

第１１の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第１０の観点にかかる冷凍サイクル装置において、サブ冷媒回路が、第１サブ利用側熱交換器に対応して設けられた第１サブ熱交開閉弁を有している。

これにより、ここでは、第１サブ利用側熱交換器において中間インジェクション管を流れるメイン冷媒を冷却する必要がある場合だけ、サブ冷媒を第１サブ利用側熱交換器に流すことができる。

第１２の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第１１の観点にかかる冷凍サイクル装置において、第１サブ熱交開閉弁が、流量調整弁である。

これにより、ここでは、第１サブ熱交開閉弁によって第１サブ利用側熱交換器を流れるサブ冷媒の流量を変化させて、第１サブ利用側熱交換器における冷却能力、ひいては、エコノマイザ熱交換器における冷却能力を調節することができる。

第１３の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第１１又は第１２の観点にかかる冷凍サイクル装置において、第１サブ熱交開閉弁を制御する制御部をさらに有しており、制御部が、中間インジェクション管を流れるメイン冷媒のエコノマイザ熱交換器の出口における温度、又は、メイン冷媒のメイン圧縮機の圧縮行程の途中部分における温度に基づいて、第１サブ熱交開閉弁を制御する。

ここで、中間インジェクション管を流れるメイン冷媒のエコノマイザ熱交換器の出口における温度やメイン冷媒のメイン圧縮機の圧縮行程の途中部分における温度は、中間インジェクション管を流れるメイン冷媒の流量やエコノマイザ熱交換器における冷却能力を示す指標、すなわち、第１サブ利用側熱交換器において中間インジェクション管を流れるメイン冷媒を冷却する必要があるかどうかの指標となる。

このため、ここでは、中間インジェクション管を流れるメイン冷媒のエコノマイザ熱交換器の出口における温度、又は、メイン冷媒のメイン圧縮機の圧縮行程の途中部分における温度に基づいて、第１サブ利用側熱交換器において中間インジェクション管を流れるメイン冷媒を冷却する必要があるかどうかを判断し、この判断に基づいて、第１サブ熱交開閉弁を適切に制御することができる。

第１４の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第１１〜第１３の観点のいずれかにかかる冷凍サイクル装置において、サブ冷媒回路が、第２サブ利用側熱交換器に対応して設けられた第２サブ熱交開閉弁を有している。

ここでは、第２サブ利用側熱交換器においてメイン利用側熱交換器に送られるメイン冷媒を冷却する必要がある場合だけ、サブ冷媒を第２サブ利用側熱交換器に流すことができる。

第１５の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第１４の観点にかかる冷凍サイクル装置において、第２サブ熱交開閉弁が、流量調整弁である。

これにより、ここでは、第２サブ熱交開閉弁によって第２サブ利用側熱交換器を流れるサブ冷媒の流量を変化させて、第２サブ利用側熱交換器における冷却能力を調節することができる。

第１６の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第１〜第１５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１７の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第１〜第１５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。 中間インジェクション冷却動作を伴わない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。 中間インジェクション冷却動作を伴わない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。 中間インジェクション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。 中間インジェクション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。 中間インジェクション冷却動作の有無を切り換える制御のフローチャートである。 変形例２にかかる冷凍サイクル装置の概略構成図である。 変形例２の中間インジェクション冷却動作を伴わない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２の中間インジェクション冷却動作を伴わない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２の中間インジェクション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２の中間インジェクション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３にかかる冷凍サイクル装置の概略構成図である。 変形例４にかかる冷凍サイクル装置の概略構成図である。 変形例４の中間インジェクション冷却動作を伴わない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４の中間インジェクション冷却動作を伴わない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の中間インジェクション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４の中間インジェクション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７にかかる冷凍サイクル装置の概略構成図である。 変形例７にかかる冷凍サイクル装置の概略構成図である。 変形例７にかかる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、中間インジェクション管３１と、エコノマイザ熱交換器３２と、第１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、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）に接続されている。

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とメイン膨張機構２７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の圧縮行程の途中部分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と第３中間インジェクション管３１ｃ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、他端が第１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中間インジェクション管３１ｂは、一端が第１サブ利用側熱交換器８５（第２サブ流路８５ｂの他端）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３中間インジェクション管３１ｃ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２中間インジェクション管３１ｂ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、第１サブ利用側熱交換器８５（第２サブ流路８５ｂ）を通過した後で、かつ、エコノマイザ熱交換器３２（第２エコノマイザ流路３２ｂ）を通過する前の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。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、第１サブ利用側熱交換器８５（第２サブ流路８５ｂ）を通過したメイン冷媒（第２中間インジェクション管３１ｂ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２中間インジェクション管３１ｂの他端に接続されており、他端（出口）が第３中間インジェクション管３１ｃの一端に接続されている。

第１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、中間インジェクション管３１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、第１サブ利用側熱交換器８５は、エコノマイザ熱交換器３２（第２エコノマイザ流路３２ｂ）を通過する前の中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒（第１中間インジェクション管３１ａを流れるメイン冷媒）を冷却する熱交換器である。

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、エコノマイザ熱交換器３２（第１エコノマイザ流路３２ａ）の他端（出口）とメイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂ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。

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、メイン膨張機構２７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、第１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と第１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）と第１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。

第１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、中間インジェクション管３１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、第１サブ利用側熱交換器８５は、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を、中間インジェクション膨張機構３３及びエコノマイザ熱交換器３２を通過させる前に、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。第１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、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。

＜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。第１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２２の吸入側におけるメイン冷媒の温度を検出する温度センサ３６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。メイン膨張機構２７の出口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。第３中間インジェクション管３１ｃにおけるメイン冷媒の温度を検出する温度センサ３５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（第１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、メイン膨張機構２７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３５、３６、７４ａ、７４ｂ、７５ａ、７５ｂ、９１〜９９、１０１〜１０４、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３５、３６、７４ａ、７４ｂ、７５ａ、７５ｂ、９１〜９９、１０１〜１０４、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、３３、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、中間インジェクション冷却動作を伴わない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。図３は、中間インジェクション冷却動作を伴わない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、中間インジェクション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。図５は、中間インジェクション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、中間インジェクション冷却動作の有無を切り換える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、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を使用しつつ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、第１サブ利用側熱交換器８５を使用して中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を冷却する中間インジェクション冷却動作を行うかどうか、すなわち、中間インジェクション冷却動作の有無を切り換えることができる。尚、中間インジェクション冷却動作の有無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。

＜中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転＞
中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転は、第１サブ利用側熱交換器８５を使用して中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を冷却しない冷房運転である。このため、第１サブ利用側熱交換器８５の第１サブ流路８５ａにサブ冷媒を流さないようにするために、ここでは、サブ圧縮機８１の運転が停止されて、サブ冷媒回路８０にはサブ冷媒が循環しない状態になっている。

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、中間インジェクション管３１（第３中間インジェクション管３１ｃ）から第２メイン圧縮機２２の吸入側に送られる中間圧のメイン冷媒と合流することでさらに冷却される（図２及び図３の点Ｄ参照）。

中間インジェクション管３１からメイン冷媒のインジェクションがな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Ｅ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Ｆ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、その一部が中間インジェクション膨張機構３３の開度に応じて中間インジェクション管３１に分岐され、残りがエコノマイザ熱交換器３２（第１エコノマイザ流路３２ａ）に送られる。

中間インジェクション管３１に分岐された高圧のメイン冷媒は、第１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Ｊ参照）、中間インジェクション膨張機構３３において中間圧（ＭＰｈ１）まで減圧されて気液二相状態になり（図２及び図３の点Ｋ参照）、エコノマイザ熱交換器３２（第２エコノマイザ流路３２ｂ）に送られる。尚、ここでは、サブ圧縮機８１が停止されており、第１サブ利用側熱交換器８５（第１サブ流路８５ａ）にサブ冷媒が流れていないため、メイン冷媒が第１サブ利用側熱交換器８５（第２サブ流路８５ｂ）を通過する際に、メイン冷媒が冷却されることはない。

エコノマイザ熱交換器３２において、第１エコノマイザ流路３２ａを流れる高圧のメイン冷媒は、第２エコノマイザ流路３２ｂを流れる中間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Ｇ参照）。逆に、第２エコノマイザ流路３２ｂを流れる中間圧の気液二相状態のメイン冷媒は、第１エコノマイザ流路３２ａを流れる高圧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Ｌ参照）、上記のように、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と合流して（図２及び図３の点Ｄ参照）、第２メイン圧縮機２２の吸入側に送られる。

エコノマイザ熱交換器３２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Ｈ参照）。

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、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、再び、第１メイン圧縮機２１に吸入される。このようにして、中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転が行われる。

＜中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転＞
中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転は、第１サブ利用側熱交換器８５を使用して中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を冷却する冷房運転である。このため、第１サブ利用側熱交換器８５の第１サブ流路８５ａにサブ冷媒を流すようにするために、ここでは、サブ圧縮機８１の運転がなされ、サブ冷媒回路８０にはサブ冷媒が循環する状態になっている。

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、中間インジェクション管３１（第３中間インジェクション管３１ｃ）から第２メイン圧縮機２２の吸入側に送られる中間圧のメイン冷媒と合流することでさらに冷却される（図４及び図５の点Ｄ参照）。

中間インジェクション管３１からメイン冷媒のインジェクションがな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Ｅ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Ｆ参照）。

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Ｆ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、その一部が中間インジェクション膨張機構３３の開度に応じて中間インジェクション管３１に分岐され、残りがエコノマイザ熱交換器３２（第１エコノマイザ流路３２ａ）に送られる。

中間インジェクション管３１に分岐された高圧のメイン冷媒は、第１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、第１サブ利用側熱交換器８５において、第２サブ流路８５ｂを流れる高圧のメイン冷媒は、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Ｊ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。

第１サブ利用側熱交換器８５において冷却された高圧のメイン冷媒は、中間インジェクション膨張機構３３において中間圧（ＭＰｈ１）まで減圧されて気液二相状態になり（図４及び図５の点Ｋ参照）、エコノマイザ熱交換器３２（第２エコノマイザ流路３２ｂ）に送られる。

エコノマイザ熱交換器３２において、第１エコノマイザ流路３２ａを流れる高圧のメイン冷媒は、第２エコノマイザ流路３２ｂを流れる中間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Ｇ参照）。逆に、第２エコノマイザ流路３２ｂを流れる中間圧の気液二相状態のメイン冷媒は、第１エコノマイザ流路３２ａを流れる高圧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Ｌ参照）、上記のように、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と合流して（図４及び図５の点Ｄ参照）、第２メイン圧縮機２２の吸入側に送られる。

エコノマイザ熱交換器３２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Ｈ参照）。

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、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、再び、第１メイン圧縮機２１に吸入される。このようにして、中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転が行われる。

＜中間インジェクション冷却動作の有無の切り換え＞
次に、冷房運転（冷却運転）時における中間インジェクション冷却動作の有無の切り換えについて説明する。

中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転（図２及び図３参照）において、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂの蒸発能力を大きくするためにエコノマイザ熱交換器３２における冷却能力を高めようとすると、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒の流量を増加させなければならない。このため、メイン圧縮機２１、２２の消費動力、特に、第２メイン圧縮機２２の消費動力が大きくなる。例えば、外気温度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、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒の流量を大幅に増加させなければならなくなる。特に、ＨＦＣ冷媒等に比べて成績係数が低い二酸化炭素を冷媒として使用する場合には、この傾向が顕著になる。これに対して、中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転（図４及び図５参照）においては、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を第１サブ利用側熱交換器８５において冷却した後にエコノマイザ熱交換器３２に送ることができるため、外気温度が高い運転条件であっても、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒の流量の増加を抑えつつ、エコノマイザ熱交換器３２における冷却能力を高めることができる。このため、メイン圧縮機２１、２２の消費動力、特に、第２メイン圧縮機２２の消費動力の増加を抑えることができる。ところが、外気温度が低い運転条件のように、中間インジェクション冷却動作を行わなくても（すなわち、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を第１サブ利用側熱交換器８５において冷却しなくても）、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒の流量を増加させることなく、エコノマイザ熱交換器３２における冷却能力を高めることができる場合もある。

そこで、ここでは、図６に示すように、制御部９が、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒のエコノマイザ熱交換器３２の出口における温度Ｔｈ１、又は、メイン冷媒のメイン圧縮機２１、２２の圧縮行程の途中部分における温度Ｔｈ２に応じて、中間インジェクション冷却動作の有無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、中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転を行う。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、第１サブ利用側熱交換器８５の第１サブ流路８５ａにサブ冷媒を流さない状態）で、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を使用した冷房運転を開始する。このとき、中間インジェクション膨張機構３３の開度は、所定開度に制御される。ここで、所定開度は、例えば、中間インジェクション管３３を通じてメイン圧縮機２１、２２の圧縮行程の途中部分に戻すメイン冷媒として適した流量が得られる開度である。

次に、制御部９は、ステップＳＴ２において、中間インジェクション冷却動作を行う条件（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、中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転から中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転に切り換えるかどうかを判定する中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒のエコノマイザ熱交換器３２の出口における温度Ｔｈ１、又は、メイン冷媒のメイン圧縮機２１、２２の圧縮行程の途中部分における温度Ｔｈ２の条件である。

外気温度が高くなる等によって、中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転では、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒の流量やエコノマイザ熱交換器３２における冷却能力が不足するようになると、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。このため、中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転に切り換えることが好ましい。

そこで、ここでは、中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転から中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転に切り換える条件を、第１切換条件として規定している。そして、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、上記のように、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒のエコノマイザ熱交換器３２の出口における温度Ｔｈ１、又は、メイン冷媒のメイン圧縮機２１、２２の圧縮行程の途中部分における温度Ｔｈ２が使用される。これらの温度は、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒の流量やエコノマイザ熱交換器３２における冷却能力を示す指標、すなわち、第１サブ利用側熱交換器８５において中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を冷却する必要があるかどうかの指標となる。ここで、温度Ｔｈ１は、温度センサ３５により検出され、温度Ｔｈ２は、温度センサ３６により検出される。

そして、制御部９は、ステップＳＴ２において、温度Ｔｈ１が第１温度Ｔｈ１ｔ１以上である場合、又は、温度Ｔｈ２が第２温度Ｔｈ２ｔ１以上である場合には、第１切換条件を満たすものと判定する。すなわち、中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転では、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。

そして、制御部９は、ステップＳＴ２において、温度Ｔｈ１又は温度Ｔｈ２が第１切換条件を満たさない場合には、ステップＳＴ１の中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転を継続し、温度Ｔｈ１又は温度Ｔｈ２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、中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転から中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転に切り換える。すなわち、制御部９は、サブ圧縮機８１を運転させることによって第１サブ利用側熱交換器８５の第１サブ流路８５ａにサブ冷媒を流して中間インジェクション冷却動作を行う。

次に、制御部９は、ステップＳＴ４において、中間インジェクション冷却動作を停止する条件（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、中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転から中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転に切り換えるかどうかを判定する中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒のエコノマイザ熱交換器３２の出口における温度Ｔｈ１、又は、メイン冷媒のメイン圧縮機２１、２２の圧縮行程の途中部分における温度Ｔｈ２の条件である。

外気温度が低くなる等によって、中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転によって、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒の流量やエコノマイザ熱交換器３２における冷却能力が確保できるようになると、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やすくなる。このため、中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転に切り換えることが好ましい。

そこで、ここでは、中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転から中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転に切り換える条件を、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、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒のエコノマイザ熱交換器３２の出口における温度Ｔｈ１、又は、メイン冷媒のメイン圧縮機２１、２２の圧縮行程の途中部分における温度Ｔｈ２が使用される。

そして、制御部９は、ステップＳＴ４において、温度Ｔｈ１が第３温度Ｔｈ１ｔ２以下である場合、又は、温度Ｔｈ２が第４温度Ｔｈ２ｔ２以下である場合には、第２切換条件を満たすものと判定する。すなわち、中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転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Ｔｈ１ｔ２や第４温度Ｔｈ２ｔ２は、第１温度Ｔｈ１ｔ１や第２温度Ｔｈ２ｔ１よりも低い温度に設定される。

そして、制御部９は、ステップＳＴ４において、温度Ｔｈ１又は温度Ｔｈ２が第２切換条件を満たさない場合には、ステップＳＴ３の中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転を継続し、温度Ｔｈ１又は温度Ｔｈ２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、中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転から中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転に切り換える。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第１サブ利用側熱交換器８５の第１サブ流路８５ａにサブ冷媒を流さないようにして中間インジェクション冷却動作を停止する。

このように、ここでは、温度Ｔｈ１又は温度Ｔｈ２が第１切換条件を満たす場合には、中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転を行い、温度Ｔｈ１又は温度Ｔｈ２が第２切換条件を満たす場合には、中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転を行うようにしている。また、温度Ｔｈ１又は温度Ｔｈ２が第１切換条件と第２切換条件との間である場合には、中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転又は中間インジェクション冷却動作を伴わない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第１サブ利用側熱交換器８５を、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒の冷却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、図４及び図５に示すように、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を第１サブ利用側熱交換器８５において冷却し（中間インジェクション冷却動作）、その後に、エコノマイザ熱交換器３２に送ることができるようになり、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒の流量の増加を抑えつつ、エコノマイザ熱交換器３２における冷却能力を高めることができる。そして、これにより、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、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できる。

このように、ここでは、冷媒回路２０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が設けられている冷凍サイクル装置１において、中間インジェクション管３１を流れる冷媒の流量の増加を抑えつつ、利用側熱交換器７２ａ、７２ｂの蒸発能力を大きくすることができる。

＜Ｂ＞
また、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、多段圧縮機であるメイン圧縮機２１、２２の圧縮行程の途中部分（低段側圧縮要素２１ａと高段側圧縮要素２２ａとの間）に送ることができるため、図３及び図５に示すように、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まで圧縮されたメイン冷媒の温度を低下させることができる。

＜Ｃ＞
また、ここでは、上記のように、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒のエコノマイザ熱交換器３２の出口における温度Ｔｈ１、又は、メイン冷媒のメイン圧縮機２１、２２の圧縮行程の途中部分における温度Ｔｈ２に基づいて、中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転と中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転とを切り換えるようにしている。このため、ここでは、温度Ｔｈ１や温度Ｔｈ２のような、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒の流量やエコノマイザ熱交換器３２における冷却能力を示す指標となる状態量に基づいて、第１サブ利用側熱交換器８５において中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を冷却する必要があるかどうかを判断し、この判断に基づいて、サブ冷媒回路８０を適切に制御することができる。

＜Ｄ＞
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＞
上記実施形態の中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転時（ステップＳＴ３）においては、サブ膨張機構８４によって第１サブ利用側熱交換器８５を流れるサブ冷媒の流量を変化させて、第１サブ利用側熱交換器８５における冷却能力、ひいては、エコノマイザ熱交換器３２における冷却能力を調節してもよい。

具体的には、サブ冷媒回路８０の低圧ＬＰｓに基づいてサブ圧縮機８１の運転容量を調節しつつ、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒のエコノマイザ熱交換器３２の出口における温度Ｔｈ１又はメイン冷媒のメイン圧縮機２１、２２の圧縮行程の途中部分における温度Ｔｈ２に基づいてサブ膨張機構８４の開度を調節する。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、制御部９が、温度Ｔｈ１が目標値Ｔｈ１ｔ３になるように、又は、温度Ｔｈ２が目標値Ｔｈ２ｔ３になるように、サブ膨張機構８４の開度を制御する。ここで、目標値Ｔｈ１ｔ３は、第３温度Ｔｈ１ｔ２と第１温度Ｔｈ１ｔ１との間の温度に設定され、目標値Ｔｈ２ｔ３は、第４温度Ｔｈ２ｔ２と第２温度Ｔｈ２ｔ１との間の温度に設定される。

これにより、ここでは、温度Ｔｈ１が目標値Ｔｈ１ｔ３になるように、又は、温度Ｔｈ２が目標値Ｔｈ２ｔ３になるように、第１サブ利用側熱交換器８５を流れるサブ冷媒の流量が調節される。この制御では、温度Ｔｈ１、Ｔｈ２が目標値よりも高くなると、第１サブ利用側熱交換器８５サブ冷媒の流量を増加させるためにサブ膨張機構８４の開度が大きくなり、温度Ｔｈ１、Ｔｈ２が目標値よりも低くなると、第１サブ利用側熱交換器８５を流れるサブ冷媒の流量を低下させるためにサブ膨張機構８４の開度が小さくなる。そして、このサブ膨張機構８４の開度制御を行っても、温度Ｔｈ１が第３温度Ｔｈ１ｔ２まで低下する場合又は温度Ｔｈ２が第４温度Ｔｈ２ｔ２まで低下する場合、すなわち、ステップＳＴ４における第２切換条件を満たす場合には、上記実施形態と同様に、中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転から中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転に切り換える（ステップＳＴ１）。すなわち、第１サブ利用側熱交換器８５を流れるサブ冷媒の流量を低下させても温度Ｔｈ１又は温度Ｔｈ２が低下している場合には、中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転であっても、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒の流量やエコノマイザ熱交換器３２における冷却能力が確保できるものと判断して、中間インジェクション冷却動作を停止するのである。

＜変形例２＞
上記実施形態及び変形例１において、図７に示すように、メイン冷媒回路２０及びサブ冷媒回路８０が、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第２サブ利用側熱交換器８７をさらに有していてもよい。

具体的には、第２サブ利用側熱交換器８７は、メイン冷媒とサブ冷媒とを熱交換させる機器であり、メイン膨張機構２７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。ここでは、サブ冷媒回路８０において、第１サブ利用側熱交換器８５と第２サブ利用側熱交換器８７とが、直列に配置されている。そして、第２サブ利用側熱交換器８７は、サブ膨張機構８４と第１サブ利用側熱交換器８５（第１サブ流路８５ａ）との間を流れるサブ冷媒を流す第１サブ流路８７ａと、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流す第２サブ流路８７ｂと、を有している。第１サブ流路８７ａ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）が第１サブ利用側熱交換器８５（第１サブ流路８５ａの一端）に接続されている。第２サブ流路８７ｂは、一端（入口）がメイン膨張機構２７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。すなわち、第２サブ利用側熱交換器８７（第１サブ流路８７ａ）は、サブ冷媒回路８０におけるサブ冷媒の流れに対して、第１サブ利用側熱交換器８５（第１サブ流路８５ａ）の上流側に配置されている。

また、サブ冷媒回路８０は、第１サブ利用側熱交換器８５にサブ冷媒を流すかどうかを切り換える第１サブ熱交切換機構８８を有している。第１サブ熱交切換機構８８は、第１サブ利用側熱交換器８５（第１サブ流路８５ａ）をバイパスする第１サブ熱交バイパス管８８ａと、第１サブ熱交バイパス管８８ａに設けられた第１サブ熱交バイパス弁８８ｂと、サブ冷媒回路８０のうち第１サブ熱交バイパス管８８ａの分岐部分から合流部分までの間に設けられた第１サブ熱交開閉弁８８ｃと、を有している。第１サブ熱交バイパス管８８ａは、一端が第２サブ利用側熱交換器８７（第１サブ流路８７ａ）の他端と第１サブ熱交開閉弁８８ｃとの間に接続されており、他端が第１サブ利用側熱交換器８５（第１サブ流路８５ａ）の他端とサブ圧縮機８１の吸入側との間に接続されている。第１サブ熱交バイパス弁８８ｂは、例えば、電磁開閉弁である。第１サブ熱交開閉弁８８ｃは、第１サブ熱交バイパス管８８ａの分岐部分と第１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おり、例えば、電磁開閉弁である。

尚、二方弁からなる第１サブ熱交バイパス弁８８ｂ及び第１サブ熱交開閉弁８８ｃに代えて、第１サブ熱交バイパス管８８ａの分岐部分に設けられた三方弁を採用してもよい。この場合には、第１サブ熱交切換機構８８が、第１サブ熱交バイパス管８８ａ及び三方弁によって構成されることになる。

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、中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転及び中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転を行うことができる。しかも、中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転及び中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転の両運転時に、第２サブ利用側熱交換器８７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ことができる。

以下に、図８〜図１１を用いて、本変形例における中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転、中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転、及び、その切り換えについて説明する。尚、ここでは、上記実施形態及び変形例１と同じ動作については説明を省略し、上記実施形態及び変形例１と異なる動作について説明を行うものとする。

−中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転（図８、９参照）−
中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転は、第２サブ利用側熱交換器８７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し、かつ、第１サブ利用側熱交換器８５を使用せずに中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を冷却しない冷房運転である。このため、第２サブ利用側熱交換器８７の第１サブ流路８７ａにサブ冷媒を流し、かつ、第１サブ利用側熱交換器８５の第１サブ流路８５ａにサブ冷媒を流さないようにするために、ここでは、第１サブ熱交バイパス弁８８ｂが開けられ、かつ、第１サブ熱交開閉弁８８ｃが閉止されることによって、サブ冷媒が第１サブ熱交バイパス管８８ａに流れる状態になっている。

そして、この場合においては、サブ圧縮機８１を停止させるのではなく、サブ圧縮機８１を運転してサブ冷媒回路８０をサブ冷媒が循環している状態で、第１サブ熱交切換機構８８によって第１サブ利用側熱交換器８５（第１サブ流路８５ａ）をバイパスさせて、第１サブ利用側熱交換器８５にサブ冷媒を流さないようにしている点で、上記実施形態及び変形例１とは異なる。

また、この場合においては、上記実施形態及び変形例１とは異なり、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が、第２サブ利用側熱交換器８７において冷却されるようになっている。具体的には、サブ冷媒回路８０において、サブ膨張機構８４において低圧まで減圧されたサブ冷媒（図８及び図９の点Ｕ参照）は、第２サブ利用側熱交換器８７（第１サブ流路８７ａ）に送られる。そして、第２サブ利用側熱交換器８７において、第２サブ流路８７ｂを流れる中間圧のメイン冷媒は、第１サブ流路８７ａ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８及び図９の点Ｍ参照）。逆に、第１サブ流路８７ａ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８７ｂ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る（図８及び図９の点Ｖ参照）。第２サブ利用側熱交換器８７を通過したサブ冷媒は、第１サブ熱交切換機構８８の第１サブ熱交バイパス管８８ａを通過して、再び、サブ圧縮機８１の吸入側に吸入される。

−中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転（図１０、１１参照）−
中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転は、第２サブ利用側熱交換器８７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し、かつ、第１サブ利用側熱交換器８５を使用して中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を冷却する冷房運転である。このため、第２サブ利用側熱交換器８７の第１サブ流路８７ａにサブ冷媒を流し、かつ、第１サブ利用側熱交換器８５の第１サブ流路８５ａにサブ冷媒を流すようにするために、ここでは、第１サブ熱交バイパス弁８８ｂが閉止され、かつ、第１サブ熱交開閉弁８８ｃが開けられることによって、サブ冷媒が第１サブ流路８５ａに流れる状態になっている。

そして、この場合においては、サブ圧縮機８１を運転させるだけでなく、サブ圧縮機８１を運転してサブ冷媒回路８０をサブ冷媒が循環している状態で、第１サブ熱交切換機構８８によって第１サブ利用側熱交換器８５（第１サブ流路８５ａ）にサブ冷媒を流すようにしている点で、上記実施形態及び変形例１とは異なる。また、ここでは、第２サブ利用側熱交換器８７（第１サブ流路８７ａ）を通過することで加熱されたサブ冷媒（図１０及び図１１の点Ｖ参照）が第１サブ利用側熱交換器８５（第１サブ流路８５ａ）を流れる点で、上記実施形態及び変形例１とは異なる。

また、この場合においては、上記実施形態及び変形例１とは異なり、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が、第２サブ利用側熱交換器８７において冷却されるようになっている。具体的には、サブ冷媒回路８０において、サブ膨張機構８４において低圧まで減圧されたサブ冷媒（図８及び図９の点Ｕ参照）は、第２サブ利用側熱交換器８７（第１サブ流路８７ａ）に送られる。そして、第２サブ利用側熱交換器８７において、第２サブ流路８７ｂを流れる中間圧のメイン冷媒は、第１サブ流路８７ａ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８及び図９の点Ｍ参照）。逆に、第１サブ流路８７ａ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８７ｂ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る（図８及び図９の点Ｖ参照）。第２サブ利用側熱交換器８７を通過したサブ冷媒は、中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転とは異なり、第１サブ熱交切換機構８８の第１サブ熱交開閉弁８８ｃを通じて、第１サブ利用側熱交換器８５（第１サブ流路８５ａ）に送られる。そして、第１サブ流路８５ａに送られたサブ冷媒は、第２サブ流路８５ｂを流れる高圧のメイン冷媒と熱交換を行って加熱され（図８及び図９の点Ｒ参照）、再び、サブ圧縮機８１の吸入側に吸入される。

−中間インジェクション冷却動作の有無の切り換え（図８、図１０及び図６参照）−
この場合においては、サブ圧縮機８１の運転／停止ではなく、上記のように、サブ圧縮機８１を運転してサブ冷媒回路８０をサブ冷媒が循環している状態で、第１サブ熱交切換機構８８によって第１サブ利用側熱交換器８５（第１サブ流路８５ａ）にサブ冷媒を流すかどうかを切り換えるようにしている点で、上記実施形態及び変形例１とは異なる。

すなわち、ステップＳＴ２において第１切換条件を満たす場合には、第１サブ利用側熱交換器８５の第１サブ流路８５ａにサブ冷媒を流さないようにするために、第１サブ熱交バイパス弁８８ｂが開けられ、かつ、第１サブ熱交開閉弁８８ｃが閉止される。また、ステップＳＴ４において第２切換条件を満たす場合には、第１サブ利用側熱交換器８５の第１サブ流路８５ａにサブ冷媒を流すようにするために、第１サブ熱交バイパス弁８８ｂが閉止され、かつ、第１サブ熱交開閉弁８８ｃが開けられる。尚、第１及び第２切換条件を満たすかどうかの判定は、上記実施形態及び変形例１と同様である。

このように、ここでは、基本的には、上記実施形態及び変形例１と同様の作用効果を得ることができる。

また、ここでは、上記のように、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第２サブ利用側熱交換器８７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、図１０及び図１１に示すように、サブ冷媒回路８０を使用して中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を冷却するだけでなく、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との間を流れるメイン冷媒を冷却することができる。

これにより、ここでは、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さらに低下し、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂの蒸発能力をさらに大きくすることができる。

また、ここでは、上記のように、サブ冷媒回路８０において、第１サブ利用側熱交換器８５と第２サブ利用側熱交換器８７とが、直列に配置されているため、サブ冷媒回路８０を循環するサブ冷媒を第１サブ利用側熱交換器８５及び第２サブ利用側熱交換器８７に順次流すことができる。ここで、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ほうが中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒よりも温度が低いことを考慮すると、本変形例のように、第１サブ利用側熱交換器８５よりも先にサブ冷媒を第２サブ利用側熱交換器８７に流すことが好ましい。

また、ここでは、上記のように、サブ冷媒回路８０が、第１サブ利用側熱交換器８５にサブ冷媒を流すかどうかを切り換える第１サブ熱交切換機構８８を有しているため、第１サブ利用側熱交換器８５において中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を冷却する必要がある場合だけ、サブ冷媒を第１サブ利用側熱交換器８５に流すことができる。

具体的には、第１サブ熱交切換機構８８が、第１サブ熱交バイパス管８８ａと、第１サブ熱交バイパス弁８８ｂと、第１サブ熱交開閉弁８８ｃと、を有している。このため、第１サブ利用側熱交換器８５において中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を冷却する必要がある場合に、第１サブ熱交バイパス弁８８ｂを閉止し、かつ、第１サブ熱交開閉弁８８ｃを開けることによって、サブ冷媒を第１サブ利用側熱交換器８５に流すことができる。また、第１サブ利用側熱交換器８５において中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を冷却する必要がない場合には、第１サブ熱交バイパス弁８８ｂを開け、かつ、第１サブ熱交開閉弁８８ｃを閉止することによって、サブ冷媒を第１サブ利用側熱交換器８５に流さずにバイパスさせることができる。

また、ここでは、上記のように、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒のエコノマイザ熱交換器３２の出口における温度Ｔｈ１、又は、メイン冷媒のメイン圧縮機２１、２２の圧縮行程の途中部分における温度Ｔｈ２に基づいて、第１サブ利用側熱交換器８５において中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を冷却する必要があるかどうかを判断することができる。そして、この判断に基づいて、第１サブ熱交切換機構８８を適切に制御することができる。

＜変形例３＞
上記変形例２の中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転時（ステップＳＴ３）においては、サブ膨張機構８４によって第１サブ利用側熱交換器８５を流れるサブ冷媒の流量を変化させて、第１サブ利用側熱交換器８５における冷却能力、ひいては、エコノマイザ熱交換器３２における冷却能力を調節してもよい。

具体的には、上記変形例１と同様に、サブ冷媒回路８０の低圧ＬＰｓに基づいてサブ圧縮機８１の運転容量を調節しつつ、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒のエコノマイザ熱交換器３２の出口における温度Ｔｈ１又はメイン冷媒のメイン圧縮機２１、２２の圧縮行程の途中部分における温度Ｔｈ２に基づいてサブ膨張機構８４の開度を調節するのである。

また、第１サブ熱交開閉弁８８ｃによって第１サブ利用側熱交換器８５における冷却能力を調節してもよい。具体的には、図１２に示すように、第１サブ熱交開閉弁８８ｃを、電磁開閉弁ではなく、電動膨張弁のような流量調整弁で構成して、サブ膨張機構８４に代えて、第１サブ熱交開閉弁８８ｃによって第１サブ利用側熱交換器８５を流れるサブ冷媒の流量を変化させるようにしてもよい。

＜変形例４＞
上記変形例２、３では、メイン冷媒回路２０及びサブ冷媒回路８０が第２サブ利用側熱交換器８７を有する構成を採用するのにあたり、サブ冷媒回路８０において、第１サブ利用側熱交換器８５と第２サブ利用側熱交換器８７とを、直列に配置している。しかし、これに限定されるものではなく、サブ冷媒回路８０において、第１サブ利用側熱交換器８５と第２サブ利用側熱交換器８７とを、並列に配置してもよい。

具体的には、図１３に示すように、サブ熱源側熱交換器８３において放熱したサブ冷媒を、第１サブ利用側熱交換器８５（第１サブ流路８５ａ）と第２サブ利用側熱交換器８７（第１サブ流路８７ａ）とに分岐し、各サブ利用側熱交換器８５、８７に対応するサブ熱交開閉弁８９ａ、８９ｂを設けるようにしている。ここで、サブ熱交開閉弁８９ａ、８９ｂは、電磁開閉弁であってもよいが、図１３に示すように、サブ熱交開閉弁８９ａ、８９ｂを電動膨張弁のような流量調整弁で構成することが好ましい。

この場合においても、上記変形例２、３と同様に、第２サブ利用側熱交換器８７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とともに、中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転及び中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転を行うことができる。

以下に、図１４〜図１７を用いて、本変形例における中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転、中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転、及び、その切り換えについて説明する。尚、ここでは、上記変形例２、３と同じ動作については説明を省略し、上記変形例２、３と異なる動作について説明を行うものとする。

−中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転（図１４、１５参照）−
中間インジェクション冷却動作を伴わない冷房運転は、第２サブ利用側熱交換器８７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し、かつ、第１サブ利用側熱交換器８５を使用せずに中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を冷却しない冷房運転である。このため、第２サブ利用側熱交換器８７の第１サブ流路８７ａにサブ冷媒を流し、かつ、第１サブ利用側熱交換器８５の第１サブ流路８５ａにサブ冷媒を流さないようにするために、ここでは、第２サブ熱交開閉弁８９ｂが開けられ、かつ、第１サブ熱交開閉弁８９ａが閉止される。

そして、この場合においては、第１サブ熱交切換機構８８によって第１サブ利用側熱交換器８５（第１サブ流路８５ａ）をバイパスさせるのではなく、第１サブ熱交開閉弁８９ａを閉止している点で、上記変形例２、３とは異なる。

また、この場合においては、上記変形例２、３とは異なり、サブ熱源側熱交換器８３において放熱したサブ冷媒が、第２サブ利用側熱交換器８７（第１サブ流路８７ａ）だけに送られて（図１４及び図１５の点Ｕ参照）、メイン冷媒と熱交換を行うようになっている（図１４及び図１５の点Ｒ参照）。そして、第２サブ利用側熱交換器８７を通過したサブ冷媒は、再び、サブ圧縮機８１の吸入側に吸入される。

−中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転（図１６、１７参照）−
中間インジェクション冷却動作を伴う冷房運転は、第２サブ利用側熱交換器８７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し、かつ、第１サブ利用側熱交換器８５を使用して中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を冷却する冷房運転である。このため、第２サブ利用側熱交換器８７の第１サブ流路８７ａにサブ冷媒を流し、かつ、第１サブ利用側熱交換器８５の第１サブ流路８５ａにサブ冷媒を流すようにするために、ここでは、第１サブ熱交開閉弁８９ａ及び第２サブ熱交開閉弁８９ｂが開けられる。

そして、この場合においては、サブ熱源側熱交換器８３において放熱したサブ冷媒を、第２サブ利用側熱交換器８７（第１サブ流路８７ａ）、第１サブ利用側熱交換器８５（第１サブ流路８５ａ）の順に直列に送るのではなく、第１サブ利用側熱交換器８５と第２サブ利用側熱交換器８７とに分岐して（図１４及び図１５の点Ｕ参照）、各サブ利用側熱交換器８５、８７に並列に送る点で、上記変形例２、３とは異なる。そして、各サブ利用側熱交換器８５、８７に送られたサブ冷媒は、メイン冷媒と熱交換を行い（図１４及び図１５の点Ｒ参照）、その後合流して、再び、サブ圧縮機８１の吸入側に吸入される。

−中間インジェクション冷却動作の有無の切り換え（図１４、図１６及び図６参照）−
この場合においては、第１サブ利用側熱交換器８５及び第２サブ利用側熱交換器８７を並列に配置して、各サブ利用側熱交換器８５、８７に対応して設けられたサブ熱交開閉弁８９ａ、８９ｂの開閉動作によって、第１サブ利用側熱交換器８５（第１サブ流路８５ａ）にサブ冷媒を流すかどうかを切り換えるようにしている点で、上記変形例２、３とは異なる。

すなわち、ステップＳＴ２において第１切換条件を満たす場合には、第１サブ利用側熱交換器８５の第１サブ流路８５ａにサブ冷媒を流さないようにするために、第１サブ熱交開閉弁８９ａが閉止される。また、ステップＳＴ４において第２切換条件を満たす場合には、第１サブ利用側熱交換器８５の第１サブ流路８５ａにサブ冷媒を流すようにするために、第１サブ熱交開閉弁８９ａが開けられる。尚、第１及び第２切換条件を満たすかどうかの判定は、上記変形例２、３と同様である。

このように、ここでは、基本的には、上記変形例２、３と同様の作用効果を得ることができる。

また、ここでは、上記のように、サブ冷媒回路８０において、第１サブ利用側熱交換器８５と第２サブ利用側熱交換器８７とが、並列に配置されているため、サブ冷媒回路８０を循環するサブ冷媒を第１サブ利用側熱交換器８５及び第２サブ利用側熱交換器８７に分配して流すことができる。ここで、上記変形例２、３のように、第１サブ利用側熱交換器８５よりも先にサブ冷媒を第２サブ利用側熱交換器８７に流すように直列に配置すると、第２サブ利用側熱交換器８７において加熱されたサブ冷媒が第１サブ利用側熱交換器８５に流れるため、第１サブ利用側熱交換器８５における冷却能力が低下する傾向にあるが、第１サブ利用側熱交換器８５と第２サブ利用側熱交換器８７とを並列に配置する場合には、第１サブ利用側熱交換器８５における冷却能力が低下しにくくなる。

また、ここでは、上記のように、サブ冷媒回路８０が、第１サブ利用側熱交換器８５に対応して設けられた第１サブ熱交開閉弁８９ａを有しているため、第１サブ利用側熱交換器８５において中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を冷却する必要がある場合だけ、サブ冷媒を第１サブ利用側熱交換器８５に流すことができる。尚、ここでは、上記変形例２、３のように、第１サブ利用側熱交換器８５と第２サブ利用側熱交換器８７とが直列に配置される場合とは異なり、バイパス管８８ａ及びバイパス弁８８ｂが不要である。このとき、第１サブ熱交開閉弁８９ａが流量調整弁であれば、上記変形例３と同様に、第１サブ熱交開閉弁８９ａによって第１サブ利用側熱交換器８５を流れるサブ冷媒の流量を変化させて、第１サブ利用側熱交換器８５における冷却能力、ひいては、エコノマイザ熱交換器３２における冷却能力を調節することができる。例えば、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒のエコノマイザ熱交換器３２の出口における温度Ｔｈ１、又は、メイン冷媒のメイン圧縮機２１、２２の圧縮行程の途中部分における温度Ｔｈ２に基づいて、第１サブ利用側熱交換器８５において中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を冷却する必要があるかどうかを判断し、この判断に基づいて、第１サブ熱交開閉弁８９ａを適切に制御することができる。

また、ここでは、サブ冷媒回路８０が、第２サブ利用側熱交換器８７に対応して設けられた第２サブ熱交開閉弁８９ｂを有しているため、第２サブ利用側熱交換器８７においてメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに送られるメイン冷媒を冷却する必要がある場合だけ、サブ冷媒を第２サブ利用側熱交換器８７に流すことができる。このとき、第２サブ熱交開閉弁が流量調整弁であれば、第２サブ熱交開閉弁８９ｂによって第２サブ利用側熱交換器８７を流れるサブ冷媒の流量を変化させて、第２サブ利用側熱交換器８７における冷却能力を調節することができる。

＜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。

＜変形例６＞
上記実施形態及び変形例１〜５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７＞
上記変形例６のように中間熱交換器２６を有しない構成を採用する場合には、多段圧縮機をメイン圧縮機として採用しなくてもよい。例えば、図１８〜図２０に示すように、メイン圧縮機１２１として、圧縮行程の途中で外部からメイン冷媒を導入する中間インジェクションポート１２１ｂを有する圧縮要素１２１ａを含む単段圧縮機を採用し、中間インジェクションポート１２１ｂに中間インジェクション管３１を接続してもよい。

この場合においても、中間インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を、単段圧縮機であるメイン圧縮機１２１の圧縮行程の途中部分（中間インジェクションポート１２１ｂ）に送ることができるため、上記実施形態及び変形例１〜６と同様に、メイン圧縮機１２１において冷凍サイクルにおける中間圧（ＭＰｈ１）まで圧縮されたメイン冷媒の温度を低下させることができる。

＜変形例８＞
上記実施形態及び変形例１〜７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、熱源側熱交換器と膨張機構との間を流れる冷媒を分岐して圧縮機の圧縮行程の途中部分に送る中間インジェクション管、及び、熱源側熱交換器と膨張機構との間を流れる冷媒を中間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エコノマイザ熱交換器、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、１２１ メイン圧縮機
２１ａ 低段側圧縮要素
２２ａ 高段側圧縮要素
１２１ａ 圧縮要素
１２１ｂ 中間インジェクションポート
２５ メイン熱源側熱交換器
２７ メイン膨張機構
３１ 中間インジェクション管
３２ エコノマイザ熱交換器
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 第１サブ利用側熱交換器
８７ 第２サブ利用側熱交換器
８８ 第１サブ熱交切換機構
８８ａ 第１サブ熱交バイパス管
８８ｂ 第１サブ熱交バイパス弁
８８ｃ、８９ａ 第１サブ熱交開閉弁
８９ｂ 第２サブ熱交開閉弁

特開２０１３−１３９９３８号公報

Claims (17)

1. メイン冷媒を圧縮するメイン圧縮機（２１、２２、１２１）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膨張機構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圧縮行程の途中部分に送る中間インジェクション管（３１）と、
   前記メイン熱源側熱交換器と前記メイン膨張機構との間を流れる前記メイン冷媒を前記中間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エコノマイザ熱交換器（３２）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、前記中間インジェクション管を流れる前記メイン冷媒の冷却器として機能する第１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中間インジェクション管を流れる前記メイン冷媒を冷却する前記第１サブ利用側熱交換器と、
   を有する、サブ冷媒回路（８０）をさらに備えている、
   冷凍サイクル装置（１）。
2. 前記メイン圧縮機は、前記圧縮行程の途中で外部から前記メイン冷媒を導入する中間インジェクションポート（１２１ｂ）を有する圧縮要素（１２１ａ）を含んでおり、
   前記中間インジェクション管は、前記中間インジェクションポートに接続されている、
   請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記メイン圧縮機は、前記メイン冷媒を圧縮する低段側圧縮要素（２１ａ）と、前記低段側圧縮要素から吐出された前記メイン冷媒を圧縮する高段側圧縮要素（２２ａ）と、を含んでおり、
   前記中間インジェクション管は、前記高段側圧縮要素の吸入側に接続されている、
   請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記メイン冷媒回路及び前記サブ冷媒回路は、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第２サブ利用側熱交換器（８７）を有している、
   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. 前記サブ冷媒回路において、前記第１サブ利用側熱交換器と前記第２サブ利用側熱交換器とは、直列に配置されている、
   請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記サブ冷媒回路は、前記第１サブ利用側熱交換器に前記サブ冷媒を流すかどうかを切り換える第１サブ熱交切換機構（８８）を有している、
   請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記第１サブ熱交切換機構は、前記第１サブ利用側熱交換器をバイパスする第１サブ熱交バイパス管（８８ａ）と、前記第１サブ熱交バイパス管に設けられた第１サブ熱交バイパス弁（８８ｂ）と、前記サブ冷媒回路のうち前記第１サブ熱交バイパス管の分岐部分から合流部分までの間に設けられた第１サブ熱交開閉弁（８８ｃ）と、を有している、
   請求項６に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記第１サブ熱交開閉弁は、流量調整弁である、
   請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記第１サブ熱交切換機構を制御する制御部（９）をさらに備えており、
   前記制御部は、前記中間インジェクション管を流れる前記メイン冷媒の前記エコノマイザ熱交換器の出口における温度、又は、前記メイン冷媒の前記メイン圧縮機の圧縮行程の途中部分における温度に基づいて、第１サブ熱交切換機構を制御する、
   請求項７又は８に記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記サブ冷媒回路において、前記第１サブ利用側熱交換器と前記第２サブ利用側熱交換器とは、並列に配置されている、
    請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記サブ冷媒回路は、前記第１サブ利用側熱交換器に対応して設けられた第１サブ熱交開閉弁（８９ａ）を有している、
    請求項１０に記載の冷凍サイクル装置。
12. 前記第１サブ熱交開閉弁は、流量調整弁である、
    請求項１１に記載の冷凍サイクル装置。
13. 前記第１サブ熱交開閉弁を制御する制御部（９）をさらに備えており、
    前記制御部は、前記中間インジェクション管を流れる前記メイン冷媒の前記エコノマイザ熱交換器の出口における温度、又は、前記メイン冷媒の前記メイン圧縮機の圧縮行程の途中部分における温度に基づいて、前記第１サブ熱交開閉弁を制御する、
    請求項１１又は１２に記載の冷凍サイクル装置。
14. 前記サブ冷媒回路は、前記第２サブ利用側熱交換器に対応して設けられた第２サブ熱交開閉弁（８９ｂ）を有している、
    請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
15. 前記第２サブ熱交開閉弁は、流量調整弁である、
    請求項１４に記載の冷凍サイクル装置。
16. 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１〜１５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
17. 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１〜１５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

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