(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧縮要素を有しており、前記複数の圧縮要素のうちの前段側の圧縮要素から吐出された冷媒を後段側の圧縮要素で順次圧縮するように構成された圧縮機構（２）と、
冷媒の放熱器又は蒸発器として機能する熱源側熱交換器（４）と、
冷媒の蒸発器又は放熱器として機能する利用側熱交換器（６）と、
前記圧縮機構、前記熱源側熱交換器、前記利用側熱交換器の順に冷媒を循環させる冷却運転状態と、前記圧縮機構、前記利用側熱交換器、前記熱源側熱交換器の順に冷媒を循環させる加熱運転状態とを切り換える切換機構（３）と、
前記熱源側熱交換器又は前記利用側熱交換器において放熱した冷媒を分岐して前記後段側の圧縮要素に戻すための後段側インジェクション管（１８ｃ、１８ｈ、１９）と、
前記前段側の圧縮要素から吐出された冷媒を前記後段側の圧縮要素に吸入させるための中間冷媒管（８）に設けられ、前記切換機構を前記冷却運転状態にする冷却運転時に、前記前段側の圧縮要素から吐出されて前記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熱交換器（７）と、
前記中間熱交換器をバイパスするように前記中間冷媒管に接続され、前記切換機構を前記加熱運転状態にする加熱運転時に、前記前段側の圧縮要素から吐出されて前記後段側の圧縮要素に吸入される冷媒が前記中間熱交換器によって冷却されないようにする中間熱交換器バイパス管（９）と、
前記熱源側熱交換器又は前記利用側熱交換器において放熱した冷媒と前記後段側インジェクション管を流れる冷媒との熱交換を行うエコノマイザ熱交換器（２０）とを備え、
前記エコノマイザ熱交換器の前記後段側インジェクション管側の出口における冷媒の過熱度が目標値になるように、前記後段側インジェクション管を通じて前記後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量を制御するものであり、前記加熱運転時における過熱度の目標値が前記冷却運転時における過熱度の目標値よりも小さくなるように設定されるインジェクション量最適化制御を行う、
冷凍装置（１）。
【請求項２】
前記加熱運転時における過熱度の目標値は、前記冷却運転時における過熱度の目標値に対して５℃から１０℃だけ小さい値に設定される、請求項１に記載の冷凍装置（１）。
【請求項３】
複数の圧縮要素を有しており、前記複数の圧縮要素のうちの前段側の圧縮要素から吐出された冷媒を後段側の圧縮要素で順次圧縮するように構成された圧縮機構（２）と、
冷媒の放熱器又は蒸発器として機能する熱源側熱交換器（４）と、
冷媒の蒸発器又は放熱器として機能する利用側熱交換器（６）と、
前記圧縮機構、前記熱源側熱交換器、前記利用側熱交換器の順に冷媒を循環させる冷却運転状態と、前記圧縮機構、前記利用側熱交換器、前記熱源側熱交換器の順に冷媒を循環させる加熱運転状態とを切り換える切換機構（３）と、
前記熱源側熱交換器又は前記利用側熱交換器において放熱した冷媒を分岐して前記後段側の圧縮要素に戻すための後段側インジェクション管（１８ｃ、１８ｈ、１９）と、
前記前段側の圧縮要素から吐出された冷媒を前記後段側の圧縮要素に吸入させるための中間冷媒管（８）に設けられ、前記切換機構を前記冷却運転状態にする冷却運転時に、前記前段側の圧縮要素から吐出されて前記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熱交換器（７）と、
前記中間熱交換器をバイパスするように前記中間冷媒管に接続され、前記切換機構を前記加熱運転状態にする加熱運転時に、前記前段側の圧縮要素から吐出されて前記後段側の圧縮要素に吸入される冷媒が前記中間熱交換器によって冷却されないようにする中間熱交換器バイパス管（９）とを備え、
前記後段側の圧縮要素の吸入における冷媒の過熱度が目標値になるように、前記後段側インジェクション管を通じて前記後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量を制御するものであり、前記加熱運転時における過熱度の目標値が前記冷却運転時における過熱度の目標値よりも小さくなるように設定されるインジェクション量最適化制御を行う、
冷凍装置（１）。
【請求項４】
複数の圧縮要素を有しており、前記複数の圧縮要素のうちの前段側の圧縮要素から吐出された冷媒を後段側の圧縮要素で順次圧縮するように構成された圧縮機構（２）と、
冷媒の放熱器又は蒸発器として機能する熱源側熱交換器（４）と、
冷媒の蒸発器又は放熱器として機能する利用側熱交換器（６）と、
前記圧縮機構、前記熱源側熱交換器、前記利用側熱交換器の順に冷媒を循環させる冷却運転状態と、前記圧縮機構、前記利用側熱交換器、前記熱源側熱交換器の順に冷媒を循環させる加熱運転状態とを切り換える切換機構（３）と、
前記熱源側熱交換器又は前記利用側熱交換器において放熱した冷媒を分岐して前記後段側の圧縮要素に戻すための後段側インジェクション管（１８ｃ、１８ｈ、１９）と、
前記前段側の圧縮要素から吐出された冷媒を前記後段側の圧縮要素に吸入させるための中間冷媒管（８）に設けられ、前記切換機構を前記冷却運転状態にする冷却運転時に、前記前段側の圧縮要素から吐出されて前記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熱交換器（７）と、
前記中間熱交換器をバイパスするように前記中間冷媒管に接続され、前記切換機構を前記加熱運転状態にする加熱運転時に、前記前段側の圧縮要素から吐出されて前記後段側の圧縮要素に吸入される冷媒が前記中間熱交換器によって冷却されないようにする中間熱交換器バイパス管（９）と、
前記熱源側熱交換器又は前記利用側熱交換器において放熱した冷媒を気液分離する気液分離器（１８）とを備え、
前記後段側インジェクション管は、前記気液分離器において気液分離されたガス冷媒を前記後段側の圧縮要素に戻すための第１後段側インジェクション管と、放熱器として機能する前記熱源側熱交換器又は前記利用側熱交換器と前記気液分離器との間から冷媒を分岐して前記後段側の圧縮要素に戻す第２後段側インジェクション管とを有しており、
前記後段側の圧縮要素の吸入における冷媒の過熱度が目標値になるように、前記第２後段側インジェクション管を通じて前記後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量を制御するものであり、前記加熱運転時における過熱度の目標値が前記冷却運転時における過熱度の目標値よりも小さくなるように設定されるインジェクション量最適化制御を行う、
冷凍装置（１）。
【請求項５】
複数の圧縮要素を有しており、前記複数の圧縮要素のうちの前段側の圧縮要素から吐出された冷媒を後段側の圧縮要素で順次圧縮するように構成された圧縮機構（２）と、
冷媒の放熱器又は蒸発器として機能する熱源側熱交換器（４）と、
冷媒の蒸発器又は放熱器として機能する利用側熱交換器（６）と、
前記圧縮機構、前記熱源側熱交換器、前記利用側熱交換器の順に冷媒を循環させる冷却運転状態と、前記圧縮機構、前記利用側熱交換器、前記熱源側熱交換器の順に冷媒を循環させる加熱運転状態とを切り換える切換機構（３）と、
前記熱源側熱交換器又は前記利用側熱交換器において放熱した冷媒を分岐して前記後段側の圧縮要素に戻すための後段側インジェクション管（１８ｃ、１８ｈ、１９）であって、
前記前段側の圧縮要素から吐出された冷媒を前記後段側の圧縮要素に吸入させるための中間冷媒管（８）に設けられ、前記切換機構を前記冷却運転状態にする冷却運転時に、前記前段側の圧縮要素から吐出されて前記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熱交換器（７）と、
前記中間熱交換器をバイパスするように前記中間冷媒管に接続され、前記切換機構を前記加熱運転状態にする加熱運転時に、前記前段側の圧縮要素から吐出されて前記後段側の圧縮要素に吸入される冷媒が前記中間熱交換器によって冷却されないようにする中間熱交換器バイパス管（９）と、
前記加熱運転時に前記利用側熱交換器において放熱した冷媒を気液分離する気液分離器（１８）とを備え、
前記後段側インジェクション管は、前記加熱運転時に前記気液分離器において気液分離されたガス冷媒を前記後段側の圧縮要素に戻すための第１後段側インジェクション管（１８ｃ）と、前記加熱運転時に前記利用側熱交換器と前記気液分離器との間から冷媒を分岐して前記後段側の圧縮要素に戻す第２後段側インジェクション管（１８ｈ）と、前記冷却運転時に前記熱源側熱交換器において放熱した冷媒を分岐して前記後段側の圧縮要素に戻す第３後段側インジェクション管（１９）とを有しており、
前記冷却運転時に前記熱源側熱交換器において放熱した冷媒と前記第３後段側インジェクション管を流れる冷媒との熱交換を行うエコノマイザ熱交換器（２０）をさらに備え、
前記冷却運転時において、前記後段側の圧縮要素の吸入における冷媒の過熱度が目標値になるように、前記第３後段側インジェクション管を通じて前記後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量を制御するとともに、前記加熱運転時において、前記後段側の圧縮要素の吸入における冷媒の過熱度が目標値になるように、前記第２後段側インジェクション管を通じて前記後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量を制御するものであり、前記加熱運転時における過熱度の目標値が前記冷却運転時における過熱度の目標値よりも小さくなるように設定されるインジェクション量最適化制御を行う、
冷凍装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍装置、特に、冷却運転と加熱運転とを切り換え可能で、かつ、中間圧インジェクションが可能な冷媒回路を有する多段圧縮式冷凍サイクルを行う冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、冷却運転と加熱運転とを切り換え可能で、かつ、中間圧インジェクションが可能な冷媒回路を有する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、冷房運転と暖房運転とを切り換え可能で、かつ、中間圧インジェクションが可能な冷媒回路を有する二段圧縮式冷凍サイクルを行う空気調和装置がある。この空気調和装置は、主として、直列に接続された前後段２つの圧縮要素を有する圧縮機と、四路切換弁と、室外熱交換器と、室内熱交換器と、室外熱交換器又は室内熱交換器において放熱した冷媒の一部を後段側の圧縮要素に戻すための後段側インジェクション管とを有している。
【特許文献１】特開２００７−２３２２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の空気調和装置においては、圧縮機の後段側の圧縮要素から吐出された後に室外熱交換器又は室内熱交換器において放熱した冷媒の一部を、後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻すことによって、圧縮機の前段側の圧縮要素から吐出されて後段側の圧縮要素に吸入される冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒と合流させる中間圧インジェクションを行い、後段側の圧縮要素から吐出される冷媒の温度を低下させるとともに、圧縮機の消費動力を減らし、運転効率の向上を図るようにしている。
【０００４】
しかし、上述の空気調和装置では、一層の圧縮機の消費動力の低減や運転効率の向上を図るために、中間圧インジェクションに加えて、さらに後段側の圧縮要素から吐出される冷媒の温度を低下させて、室外熱交換器や室内熱交換器における放熱ロスを減らすための構成を設けることが望ましい。特に、二酸化炭素のような超臨界域で作動する冷媒を使用する場合には、その臨界温度（例えば、二酸化炭素の臨界温度は、約３１℃）が冷媒の放熱器として機能する室外熱交換器の冷却源となる水や空気の温度と同程度であり、Ｒ２２やＲ４１０Ａ等の冷媒に比べて低いことから、室外熱交換器における水や空気による冷媒の冷却が可能になるように、冷凍サイクルの高圧が冷媒の臨界圧力よりも高い状態で運転がなされることになる。このことに起因して、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るため、冷媒の放熱器として機能する室外熱交換器において、冷却源としての水や空気と冷媒との間の温度差が大きくなってしまい、室外熱交換器における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。
【０００５】
本発明の課題は、冷却運転と加熱運転とを切り換え可能で、かつ、中間圧インジェクションが可能な冷媒回路を有する多段圧縮式の冷凍サイクルを行う冷凍装置において、高い運転効率を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明にかかる冷凍装置は、圧縮機構と、冷媒の放熱器又は蒸発器として機能する熱源側熱交換器と、冷媒の蒸発器又は放熱器として機能する利用側熱交換器と、切換機構と、後段側インジェクション管と、中間熱交換器と、中間熱交換器バイパス管と、エコノマイザ熱交換器とを備えている。圧縮機構は、複数の圧縮要素を有しており、複数の圧縮要素のうちの前段側の圧縮要素から吐出された冷媒を後段側の圧縮要素で順次圧縮するように構成されている。ここで、「圧縮機構」とは、複数の圧縮要素が一体に組み込まれた圧縮機や、単一の圧縮要素が組み込まれた圧縮機及び／又は複数の圧縮要素が組み込まれた圧縮機を複数台接続したものを含む構成を意味している。また、「複数の圧縮要素のうちの前段側の圧縮要素から吐出された冷媒を後段側の圧縮要素で順次圧縮する」とは、「前段側の圧縮要素」及び「後段側の圧縮要素」という直列に接続された２つの圧縮要素を含むことだけを意味しているのではなく、複数の圧縮要素が直列に接続されており、各圧縮要素間の関係が、上述の「前段側の圧縮要素」と「後段側の圧縮要素」との関係を有することを意味している。切換機構は、圧縮機構、熱源側熱交換器、利用側熱交換器の順に冷媒を循環させる冷却運転状態と、圧縮機構、利用側熱交換器、熱源側熱交換器の順に冷媒を循環させる加熱運転状態とを切り換える機構である。後段側インジェクション管は、熱源側熱交換器又は利用側熱交換器において放熱した冷媒を分岐して後段側の圧縮要素に戻すための冷媒管である。中間熱交換器は、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られ、切換機構を冷却運転状態にする冷却運転時に、前段側の圧縮要素から吐出されて前記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熱交換器である。中間熱交換器バイパス管は、中間熱交換器をバイパスするように中間冷媒管に接続され、切換機構を加熱運転状態にする加熱運転時に、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が中間熱交換器によって冷却されないようにする冷媒管である。エコノマイザ熱交換器は、熱源側熱交換器又は利用側熱交換器において放熱した冷媒と後段側インジェクション管を流れる冷媒との熱交換を行う熱交換器である。そして、この冷凍装置は、エコノマイザ熱交換器の後段側インジェクション管側の出口における冷媒の過熱度が目標値になるように、後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量を制御するものであり、加熱運転時における過熱度の目標値が冷却運転時における過熱度の目標値よりも小さくなるように設定されるインジェクション量最適化制御を行う。
【０００７】
この冷凍装置において、中間熱交換器バイパス管を設けることなく中間熱交換器だけを設けた場合には、後段側インジェクション管を用いた中間圧インジェクションによる後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果に加えて、中間熱交換器による後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果が加わるため、中間熱交換器を設けない場合に比べて、最終的に圧縮機構から吐出される冷媒の温度を低く抑えることができる。これにより、冷却運転時において、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器における放熱ロスが小さくなるため、中間圧インジェクションだけの場合に比べて、運転効率をさらに向上させることができる。しかし、加熱運転時においては、中間熱交換器を設けない場合であれば、利用側熱交換器において利用できるはずの熱を中間熱交換器から外部に放熱してしまうことになるため、運転効率が低下してしまうことになる。
【０００８】
このため、この冷凍装置では、中間熱交換器だけでなく中間熱交換器バイパス管を設けて、切換機構を加熱運転状態にする加熱運転時に、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が中間熱交換器によって冷却されないようにしている。これにより、この冷凍装置では、冷却運転時においては、圧縮機構から吐出される冷媒の温度をさらに低く抑えることができ、加熱運転時においては、外部への放熱を抑えて利用側熱交換器において利用できるようにすることができる。すなわち、この冷凍装置では、冷却運転時においては、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器における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とともに、加熱運転時には、外部への放熱を抑えて、運転効率の低下を防ぐことができる。
【０００９】
しかし、上述のように、後段側インジェクション管を用いた中間圧インジェクションの構成に加えて、中間熱交換器及び中間熱交換器バイパス管を設け、切換機構を加熱運転状態にする加熱運転時に、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が中間熱交換器によって冷却されないようにすると、中間熱交換器による後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果が得られないため、その分だけ成績係数が向上しないという問題がある。
【００１０】
そこで、この冷凍装置では、圧縮機構から吐出される冷媒の流量に対する後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量の比であるインジェクション比が、冷却運転時よりも加熱運転時のほうが大きくなるように、後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量を制御するインジェクション量最適化制御を行うことで、後段側インジェクション管を用いた中間圧インジェクションによる後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果が、冷却運転時よりも加熱運転時のほうが大きくなるようにしているため、中間熱交換器による後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果のない加熱運転時においても、外部への放熱を抑えながら、圧縮機構から吐出される冷媒の温度をさらに低く抑えることができ、これにより、成績係数を向上させることができる。
【００１１】
特に、この冷凍装置では、エコノマイザ熱交換器において、熱源側熱交換器又は利用側熱交換器において放熱した冷媒と後段側インジェクション管を流れる冷媒との熱交換を行い、この熱交換が行われた後の後段側インジェクション管を流れる冷媒を後段側の圧縮要素に戻す、いわゆるエコノマイザ熱交換器による中間圧インジェクションを行う構成とし、インジェクション量最適化制御として、エコノマイザ熱交換器の後段側インジェクション管側の出口における冷媒の過熱度が目標値になるように、後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量を制御するものを採用しており、加熱運転時における過熱度の目標値が冷却運転時における過熱度の目標値よりも小さくなるように設定しているため、圧縮機構から吐出される冷媒の流量に対する後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量の比であるインジェクション比が、冷却運転時よりも加熱運転時のほうが大きくなる。これにより、この冷凍装置では、エコノマイザ熱交換器による中間圧インジェクションによる後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果が、冷却運転時よりも加熱運転時のほうが大きくなるため、中間熱交換器による後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果のない加熱運転時においても、外部への放熱を抑えながら、圧縮機構から吐出される冷媒の温度をさらに低く抑えることができ、成績係数を向上させることができる。
【００１２】
第２の発明にかかる冷凍装置は、第１の発明にかかる冷凍装置において、加熱運転時における過熱度の目標値は、冷却運転時における過熱度の目標値に対して５℃から１０℃だけ小さい値に設定される。
【００１３】
ここで、中間圧インジェクションを行う冷凍装置では、圧縮機構から吐出される冷媒の流量に対する後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量の比をインジェクション比とすると、成績係数が最大になる最適インジェクション比が存在している。そして、この冷凍装置では、冷却運転時における最適インジェクション比よりも加熱運転時における最適インジェクション比のほうが大きくなる傾向にあり、この傾向は、加熱運転時に中間熱交換器を使用しないことが起因しているものと考えられる。すなわち、この冷凍装置では、加熱運転時において、中間圧インジェクションのみによって後段側の圧縮要素に吸入される冷媒を冷却していることから、中間熱交換器と中間圧インジェクションとを併用している冷却運転時に比べて、中間熱交換器による冷却効果に相当する分だけ、加熱運転時における最適インジェクション比が大きくなっているものと考えられる。
【００１４】
そこで、この冷凍装置では、加熱運転時における過熱度の目標値を冷却運転時における過熱度の目標値に対して５℃から１０℃だけ小さい値に設定することで、加熱運転時においても、後段側の圧縮要素に吸入される冷媒を、加熱運転時は中間圧インジェクションによって、中間熱交換器及び中間圧インジェクションにより冷媒を冷却する冷却運転時と同程度の過熱度まで冷却するようにして、中間熱交換器による冷却効果に相当する分だけ冷却運転時よりも加熱運転時におけるインジェクション比が大きくなるようにしている。これにより、この冷凍装置では、冷却運転時における過熱度の目標値を冷却運転時の成績係数が最大になる最適インジェクション比に対応する値付近に設定している場合には、加熱運転時においても、加熱運転時の成績係数が最大になる最適インジェクション比に近づくようになり、冷却運転及び加熱運転の両方において、成績係数が最大になる最適インジェクション比で中間圧インジェクションを行うことができる。
【００１５】
第３の発明にかかる冷凍装置は、圧縮機構と、冷媒の放熱器又は蒸発器として機能する熱源側熱交換器と、冷媒の蒸発器又は放熱器として機能する利用側熱交換器と、切換機構と、後段側インジェクション管と、中間熱交換器と、中間熱交換器バイパス管とを備えている。圧縮機構は、複数の圧縮要素を有しており、複数の圧縮要素のうちの前段側の圧縮要素から吐出された冷媒を後段側の圧縮要素で順次圧縮するように構成されている。ここで、「圧縮機構」とは、複数の圧縮要素が一体に組み込まれた圧縮機や、単一の圧縮要素が組み込まれた圧縮機及び／又は複数の圧縮要素が組み込まれた圧縮機を複数台接続したものを含む構成を意味している。また、「複数の圧縮要素のうちの前段側の圧縮要素から吐出された冷媒を後段側の圧縮要素で順次圧縮する」とは、「前段側の圧縮要素」及び「後段側の圧縮要素」という直列に接続された２つの圧縮要素を含むことだけを意味しているのではなく、複数の圧縮要素が直列に接続されており、各圧縮要素間の関係が、上述の「前段側の圧縮要素」と「後段側の圧縮要素」との関係を有することを意味している。切換機構は、圧縮機構、熱源側熱交換器、利用側熱交換器の順に冷媒を循環させる冷却運転状態と、圧縮機構、利用側熱交換器、熱源側熱交換器の順に冷媒を循環させる加熱運転状態とを切り換える機構である。後段側インジェクション管は、熱源側熱交換器又は利用側熱交換器において放熱した冷媒を分岐して後段側の圧縮要素に戻すための冷媒管である。中間熱交換器は、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られ、切換機構を冷却運転状態にする冷却運転時に、前段側の圧縮要素から吐出されて前記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熱交換器である。中間熱交換器バイパス管は、中間熱交換器をバイパスするように中間冷媒管に接続され、切換機構を加熱運転状態にする加熱運転時に、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が中間熱交換器によって冷却されないようにする冷媒管である。そして、この冷凍装置は、後段側の圧縮要素の吸入における冷媒の過熱度が目標値になるように、後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量を制御するものであり、加熱運転時における過熱度の目標値が冷却運転時における過熱度の目標値よりも小さくなるように設定されるインジェクション量最適化制御を行う。
【００１６】
この冷凍装置において、中間熱交換器バイパス管を設けることなく中間熱交換器だけを設けた場合には、後段側インジェクション管を用いた中間圧インジェクションによる後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果に加えて、中間熱交換器による後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果が加わるため、中間熱交換器を設けない場合に比べて、最終的に圧縮機構から吐出される冷媒の温度を低く抑えることができる。これにより、冷却運転時において、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器における放熱ロスが小さくなるため、中間圧インジェクションだけの場合に比べて、運転効率をさらに向上させることができる。しかし、加熱運転時においては、中間熱交換器を設けない場合であれば、利用側熱交換器において利用できるはずの熱を中間熱交換器から外部に放熱してしまうことになるため、運転効率が低下してしまうことになる。
【００１７】
このため、この冷凍装置では、中間熱交換器だけでなく中間熱交換器バイパス管を設けて、切換機構を加熱運転状態にする加熱運転時に、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が中間熱交換器によって冷却されないようにしている。これにより、この冷凍装置では、冷却運転時においては、圧縮機構から吐出される冷媒の温度をさらに低く抑えることができ、加熱運転時においては、外部への放熱を抑えて利用側熱交換器において利用できるようにすることができる。すなわち、この冷凍装置では、冷却運転時においては、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器における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とともに、加熱運転時には、外部への放熱を抑えて、運転効率の低下を防ぐことができる。
【００１８】
しかし、上述のように、後段側インジェクション管を用いた中間圧インジェクションの構成に加えて、中間熱交換器及び中間熱交換器バイパス管を設け、切換機構を加熱運転状態にする加熱運転時に、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が中間熱交換器によって冷却されないようにすると、中間熱交換器による後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果が得られないため、その分だけ成績係数が向上しないという問題がある。
【００１９】
そこで、この冷凍装置では、圧縮機構から吐出される冷媒の流量に対する後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量の比であるインジェクション比が、冷却運転時よりも加熱運転時のほうが大きくなるように、後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量を制御するインジェクション量最適化制御を行うことで、後段側インジェクション管を用いた中間圧インジェクションによる後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果が、冷却運転時よりも加熱運転時のほうが大きくなるようにしているため、中間熱交換器による後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果のない加熱運転時においても、外部への放熱を抑えながら、圧縮機構から吐出される冷媒の温度をさらに低く抑えることができ、これにより、成績係数を向上させることができる。
【００２０】
特に、この冷凍装置では、インジェクション量最適化制御として、後段側の圧縮要素の吸入における冷媒の過熱度が目標値になるように、後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量を制御するものを採用しており、加熱運転時における過熱度の目標値が冷却運転時における過熱度の目標値よりも小さくなるように設定されているため、圧縮機構から吐出される冷媒の流量に対する後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量の比であるインジェクション比が、冷却運転時よりも加熱運転時のほうが大きくなる。これにより、この冷凍装置では、後段側インジェクション管を用いた中間圧インジェクションによる後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果が、冷却運転時よりも加熱運転時のほうが大きくなるため、中間熱交換器による後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果のない加熱運転時においても、外部への放熱を抑えながら、圧縮機構から吐出される冷媒の温度をさらに低く抑えることができ、成績係数を向上させることができる。
【００２１】
第４の発明にかかる冷凍装置は、圧縮機構と、冷媒の放熱器又は蒸発器として機能する熱源側熱交換器と、冷媒の蒸発器又は放熱器として機能する利用側熱交換器と、切換機構と、後段側インジェクション管と、中間熱交換器と、中間熱交換器バイパス管と、気液分離器とを備えている。圧縮機構は、複数の圧縮要素を有しており、複数の圧縮要素のうちの前段側の圧縮要素から吐出された冷媒を後段側の圧縮要素で順次圧縮するように構成されている。ここで、「圧縮機構」とは、複数の圧縮要素が一体に組み込まれた圧縮機や、単一の圧縮要素が組み込まれた圧縮機及び／又は複数の圧縮要素が組み込まれた圧縮機を複数台接続したものを含む構成を意味している。また、「複数の圧縮要素のうちの前段側の圧縮要素から吐出された冷媒を後段側の圧縮要素で順次圧縮する」とは、「前段側の圧縮要素」及び「後段側の圧縮要素」という直列に接続された２つの圧縮要素を含むことだけを意味しているのではなく、複数の圧縮要素が直列に接続されており、各圧縮要素間の関係が、上述の「前段側の圧縮要素」と「後段側の圧縮要素」との関係を有することを意味している。切換機構は、圧縮機構、熱源側熱交換器、利用側熱交換器の順に冷媒を循環させる冷却運転状態と、圧縮機構、利用側熱交換器、熱源側熱交換器の順に冷媒を循環させる加熱運転状態とを切り換える機構である。後段側インジェクション管は、熱源側熱交換器又は利用側熱交換器において放熱した冷媒を分岐して後段側の圧縮要素に戻すための冷媒管である。中間熱交換器は、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られ、切換機構を冷却運転状態にする冷却運転時に、前段側の圧縮要素から吐出されて前記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熱交換器である。中間熱交換器バイパス管は、中間熱交換器をバイパスするように中間冷媒管に接続され、切換機構を加熱運転状態にする加熱運転時に、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が中間熱交換器によって冷却されないようにする冷媒管である。気液分離器は、熱源側熱交換器又は利用側熱交換器において放熱した冷媒を気液分離する機器である。後段側インジェクション管は、気液分離器において気液分離されたガス冷媒を後段側の圧縮要素に戻すための第１後段側インジェクション管と、放熱器として機能する熱源側熱交換器又は利用側熱交換器と気液分離器との間から冷媒を分岐して後段側の圧縮要素に戻す第２後段側インジェクション管とを有している。
【００２２】
そして、この冷凍装置は、後段側の圧縮要素の吸入における冷媒の過熱度が目標値になるように、第２後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量を制御するものであり、加熱運転時における過熱度の目標値が冷却運転時における過熱度の目標値よりも小さくなるように設定されるインジェクション量最適化制御を行う。
【００２３】
この冷凍装置において、中間熱交換器バイパス管を設けることなく中間熱交換器だけを設けた場合には、後段側インジェクション管を用いた中間圧インジェクションによる後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果に加えて、中間熱交換器による後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果が加わるため、中間熱交換器を設けない場合に比べて、最終的に圧縮機構から吐出される冷媒の温度を低く抑えることができる。これにより、冷却運転時において、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器における放熱ロスが小さくなるため、中間圧インジェクションだけの場合に比べて、運転効率をさらに向上させることができる。しかし、加熱運転時においては、中間熱交換器を設けない場合であれば、利用側熱交換器において利用できるはずの熱を中間熱交換器から外部に放熱してしまうことになるため、運転効率が低下してしまうことになる。
【００２４】
このため、この冷凍装置では、中間熱交換器だけでなく中間熱交換器バイパス管を設けて、切換機構を加熱運転状態にする加熱運転時に、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が中間熱交換器によって冷却されないようにしている。これにより、この冷凍装置では、冷却運転時においては、圧縮機構から吐出される冷媒の温度をさらに低く抑えることができ、加熱運転時においては、外部への放熱を抑えて利用側熱交換器において利用できるようにすることができる。すなわち、この冷凍装置では、冷却運転時においては、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器における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とともに、加熱運転時には、外部への放熱を抑えて、運転効率の低下を防ぐことができる。
【００２５】
しかし、上述のように、後段側インジェクション管を用いた中間圧インジェクションの構成に加えて、中間熱交換器及び中間熱交換器バイパス管を設け、切換機構を加熱運転状態にする加熱運転時に、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が中間熱交換器によって冷却されないようにすると、中間熱交換器による後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果が得られないため、その分だけ成績係数が向上しないという問題がある。
【００２６】
そこで、この冷凍装置では、圧縮機構から吐出される冷媒の流量に対する後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量の比であるインジェクション比が、冷却運転時よりも加熱運転時のほうが大きくなるように、後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量を制御するインジェクション量最適化制御を行うことで、後段側インジェクション管を用いた中間圧インジェクションによる後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果が、冷却運転時よりも加熱運転時のほうが大きくなるようにしているため、中間熱交換器による後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果のない加熱運転時においても、外部への放熱を抑えながら、圧縮機構から吐出される冷媒の温度をさらに低く抑えることができ、これにより、成績係数を向上させることができる。
【００２７】
特に、この冷凍装置では、熱源側熱交換器又は利用側熱交換器において放熱した冷媒を気液分離器において気液分離し、この気液分離されたガス冷媒を第１後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻す、いわゆる気液分離器による中間圧インジェクションを採用している。
【００２８】
しかし、気液分離器による中間圧インジェクションでは、気液分離器に流入する冷媒の液ガス比によって第１後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻すことができる冷媒の流量が決まるため、第１後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻す冷媒の流量を制御することが困難である。
【００２９】
そこで、この冷凍装置では、放熱器として機能する熱源側熱交換器又は利用側熱交換器と気液分離器との間から冷媒を分岐して後段側の圧縮要素に戻す第２後段側インジェクション管を設けて、気液分離器による中間圧インジェクションに加えて、第２後段側インジェクションを用いて後段側の圧縮要素に液冷媒を戻す液インジェクションを行う構成にして、インジェクション量最適化制御として、後段側の圧縮要素の吸入における冷媒の過熱度が目標値になるように、第２後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量を制御するものを採用しており、加熱運転時における過熱度の目標値が冷却運転時における過熱度の目標値よりも小さくなるように設定しているため、圧縮機構から吐出される冷媒の流量に対する後段側インジェクション管（ここでは、第１後段側インジェクション管及び第２後段側インジェクション管の両方）を通じて後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量の比であるインジェクション比が、冷却運転時よりも加熱運転時のほうが大きくなる。これにより、この冷凍装置では、後段側インジェクション管を用いた中間圧インジェクションによる後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果が、冷却運転時よりも加熱運転時のほうが大きくなるため、中間熱交換器による後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果のない加熱運転時においても、外部への放熱を抑えながら、圧縮機構から吐出される冷媒の温度をさらに低く抑えることができ、成績係数を向上させることができる。
【００３０】
第５の発明にかかる冷凍装置は、圧縮機構と、冷媒の放熱器又は蒸発器として機能する熱源側熱交換器と、冷媒の蒸発器又は放熱器として機能する利用側熱交換器と、切換機構と、後段側インジェクション管と、中間熱交換器と、中間熱交換器バイパス管と、気液分離器とを備えている。圧縮機構は、複数の圧縮要素を有しており、複数の圧縮要素のうちの前段側の圧縮要素から吐出された冷媒を後段側の圧縮要素で順次圧縮するように構成されている。ここで、「圧縮機構」とは、複数の圧縮要素が一体に組み込まれた圧縮機や、単一の圧縮要素が組み込まれた圧縮機及び／又は複数の圧縮要素が組み込まれた圧縮機を複数台接続したものを含む構成を意味している。また、「複数の圧縮要素のうちの前段側の圧縮要素から吐出された冷媒を後段側の圧縮要素で順次圧縮する」とは、「前段側の圧縮要素」及び「後段側の圧縮要素」という直列に接続された２つの圧縮要素を含むことだけを意味しているのではなく、複数の圧縮要素が直列に接続されており、各圧縮要素間の関係が、上述の「前段側の圧縮要素」と「後段側の圧縮要素」との関係を有することを意味している。切換機構は、圧縮機構、熱源側熱交換器、利用側熱交換器の順に冷媒を循環させる冷却運転状態と、圧縮機構、利用側熱交換器、熱源側熱交換器の順に冷媒を循環させる加熱運転状態とを切り換える機構である。後段側インジェクション管は、熱源側熱交換器又は利用側熱交換器において放熱した冷媒を分岐して後段側の圧縮要素に戻すための冷媒管である。中間熱交換器は、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られ、切換機構を冷却運転状態にする冷却運転時に、前段側の圧縮要素から吐出されて前記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熱交換器である。中間熱交換器バイパス管は、中間熱交換器をバイパスするように中間冷媒管に接続され、切換機構を加熱運転状態にする加熱運転時に、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が中間熱交換器によって冷却されないようにする冷媒管である。気液分離器は、加熱運転時に前記利用側熱交換器において放熱した冷媒を気液分離する機器である。後段側インジェクション管は、加熱運転時に気液分離器において気液分離されたガス冷媒を後段側の圧縮要素に戻すための第１後段側インジェクション管と、加熱運転時に利用側熱交換器と気液分離器との間から冷媒を分岐して後段側の圧縮要素に戻す第２後段側インジェクション管と、冷却運転時に熱源側熱交換器において放熱した冷媒を分岐して後段側の圧縮要素に戻す第３後段側インジェクション管とを有している。また、この冷凍装置は、冷却運転時に熱源側熱交換器において放熱した冷媒と第３後段側インジェクション管を流れる冷媒との熱交換を行うエコノマイザ熱交換器をさらに備えている。そして、この冷凍装置は、冷却運転時において、後段側の圧縮要素の吸入における冷媒の過熱度が目標値になるように、第３後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量を制御するとともに、加熱運転時において、後段側の圧縮要素の吸入における冷媒の過熱度が目標値になるように、第２後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量を制御するものであり、加熱運転時における過熱度の目標値が冷却運転時における過熱度の目標値よりも小さくなるように設定されるインジェクション量最適化制御を行う。
【００３１】
この冷凍装置において、中間熱交換器バイパス管を設けることなく中間熱交換器だけを設けた場合には、後段側インジェクション管を用いた中間圧インジェクションによる後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果に加えて、中間熱交換器による後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果が加わるため、中間熱交換器を設けない場合に比べて、最終的に圧縮機構から吐出される冷媒の温度を低く抑えることができる。これにより、冷却運転時において、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器における放熱ロスが小さくなるため、中間圧インジェクションだけの場合に比べて、運転効率をさらに向上させることができる。しかし、加熱運転時においては、中間熱交換器を設けない場合であれば、利用側熱交換器において利用できるはずの熱を中間熱交換器から外部に放熱してしまうことになるため、運転効率が低下してしまうことになる。
【００３２】
このため、この冷凍装置では、中間熱交換器だけでなく中間熱交換器バイパス管を設けて、切換機構を加熱運転状態にする加熱運転時に、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が中間熱交換器によって冷却されないようにしている。これにより、この冷凍装置では、冷却運転時においては、圧縮機構から吐出される冷媒の温度をさらに低く抑えることができ、加熱運転時においては、外部への放熱を抑えて利用側熱交換器において利用できるようにすることができる。すなわち、この冷凍装置では、冷却運転時においては、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器における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とともに、加熱運転時には、外部への放熱を抑えて、運転効率の低下を防ぐことができる。
【００３３】
しかし、上述のように、後段側インジェクション管を用いた中間圧インジェクションの構成に加えて、中間熱交換器及び中間熱交換器バイパス管を設け、切換機構を加熱運転状態にする加熱運転時に、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が中間熱交換器によって冷却されないようにすると、中間熱交換器による後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果が得られないため、その分だけ成績係数が向上しないという問題がある。
【００３４】
そこで、この冷凍装置では、圧縮機構から吐出される冷媒の流量に対する後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量の比であるインジェクション比が、冷却運転時よりも加熱運転時のほうが大きくなるように、後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量を制御するインジェクション量最適化制御を行うことで、後段側インジェクション管を用いた中間圧インジェクションによる後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果が、冷却運転時よりも加熱運転時のほうが大きくなるようにしているため、中間熱交換器による後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果のない加熱運転時においても、外部への放熱を抑えながら、圧縮機構から吐出される冷媒の温度をさらに低く抑えることができ、これにより、成績係数を向上させることができる。
【００３５】
例えば、第４の発明にかかる気液分離器による中間圧インジェクション及び第２後段側インジェクション管による液インジェクションを行う冷凍装置において、互いに並列に接続された複数の利用側熱交換器を有する構成にするとともに、各利用側熱交換器を流れる冷媒の流量を制御して各利用側熱交換器において必要とされる冷凍負荷を得ることができるようにするために各利用側熱交換器に対応するように膨張機構を設けることが考えられる。この場合には、加熱運転において、各利用側熱交換器を通過する冷媒の流量が、各利用側熱交換器に対応して設けられた膨張機構の開度によって概ね決定されることになるが、この際、各膨張機構の開度は、各利用側熱交換器を流れる冷媒の流量だけでなく、複数の利用側熱交換器間の流量分配の状態によって変動することになり、複数の膨張機構間で開度が大きく異なる状態が生じたり、膨張機構が比較的小さい開度になったりする場合があり、このため、加熱運転時における膨張機構の開度制御によって、気液分離器の圧力が過度に低下する場合があり得る。このため、気液分離器による中間圧インジェクションは、気液分離器の圧力と冷凍サイクルにおける中間圧との圧力差が小さい条件であっても使用可能であることから、この構成における加熱運転のように、気液分離器の圧力が過度に低下するおそれの高い場合に有利である。
【００３６】
一方、第１又は第２の発明にかかるエコノマイザ熱交換器による中間圧インジェクションを行う冷凍装置において、互いに並列に接続された複数の利用側熱交換器を有する構成にするとともに、各利用側熱交換器を流れる冷媒の流量を制御して各利用側熱交換器において必要とされる冷凍負荷を得ることができるようにするために各利用側熱交換器に対応するように膨張機構を設けることが考えられる。この場合には、冷却運転時において、熱源側熱交換器において放熱した冷媒がエコノマイザ熱交換器に流入するまでの間に大幅な減圧操作が行われることがなく、冷凍サイクルにおける高圧から冷凍サイクルの中間圧付近までの圧力差を利用できる条件であることから、エコノマイザ熱交換器における熱交換量が大きくなり、後段側の圧縮要素に戻すことができる冷媒の流量が大きくすることができるため、気液分離器による中間圧インジェクションに比べて、その適用が有効である。
【００３７】
このように、互いに並列に接続された複数の利用側熱交換器を有する構成にするとともに、各利用側熱交換器を流れる冷媒の流量を制御して各利用側熱交換器において必要とされる冷凍負荷を得ることができるようにするために各利用側熱交換器に対応するように膨張機構を設ける構成を前提とする場合には、この冷凍装置のように、加熱運転時には、利用側熱交換器において放熱した冷媒を気液分離器において気液分離し、この気液分離されたガス冷媒を第１後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻す、いわゆる気液分離器による中間圧インジェクション及び第２後段側インジェクション管による液インジェクションを、冷却運転時には、エコノマイザ熱交換器において、熱源側熱交換器において放熱した冷媒と後段側インジェクション管を流れる冷媒との熱交換を行い、この熱交換が行われた後の後段側インジェクション管を流れる冷媒を後段側の圧縮要素に戻す、いわゆるエコノマイザ熱交換器による中間圧インジェクションを行う構成にすることが好ましい。そして、インジェクション量最適化制御として、冷却運転時において、後段側の圧縮要素の吸入における冷媒の過熱度が目標値になるように、第３後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量を制御するとともに、加熱運転時において、後段側の圧縮要素の吸入における冷媒の過熱度が目標値になるように、第２後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量を制御するものを採用し、加熱運転時における過熱度の目標値が冷却運転時における過熱度の目標値よりも小さくなるように設定しているため、圧縮機構から吐出される冷媒の流量に対する後段側インジェクション管（冷却運転時には、第３後段側インジェクション管、加熱運転時には、第１後段側インジェクション管及び第２後段側インジェクション管の両方）を通じて後段側の圧縮要素に戻される冷媒の流量の比であるインジェクション比が、冷却運転時よりも加熱運転時のほうが大きくなる。これにより、この冷凍装置では、後段側インジェクション管を用いた中間圧インジェクションによる後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果が、冷却運転時よりも加熱運転時のほうが大きくなるため、中間熱交換器による後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果のない加熱運転時においても、外部への放熱を抑えながら、圧縮機構から吐出される冷媒の温度をさらに低く抑えることができ、成績係数を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３８】
以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００３９】
第１の発明では、冷却運転時においては、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器における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とともに、加熱運転時には、後段側の圧縮要素に吸入される冷媒が中間熱交換器によって冷却されないようにして、外部への放熱を抑えることができるとともに、中間熱交換器による後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果のない加熱運転時においても、圧縮機構から吐出される冷媒の温度をさらに低く抑えることができ、成績係数を向上させることができる。特に、エコノマイザ熱交換器において、熱源側熱交換器又は利用側熱交換器において放熱した冷媒と後段側インジェクション管を流れる冷媒との熱交換を行い、この熱交換が行われた後の後段側インジェクション管を流れる冷媒を後段側の圧縮要素に戻す、いわゆるエコノマイザ熱交換器による中間圧インジェクションを行う構成において、中間熱交換器による後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果のない加熱運転時においても、外部への放熱を抑えながら、圧縮機構から吐出される冷媒の温度をさらに低く抑えることができ、成績係数を向上させることができる。
【００４０】
第２の発明では、冷却運転及び加熱運転の両方において、成績係数が最大になる最適インジェクション比で中間圧インジェクションを行うことができる。
【００４１】
第３の発明では、冷却運転時においては、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器における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とともに、加熱運転時には、後段側の圧縮要素に吸入される冷媒が中間熱交換器によって冷却されないようにして、外部への放熱を抑えることができるとともに、中間熱交換器による後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果のない加熱運転時においても、圧縮機構から吐出される冷媒の温度をさらに低く抑えることができ、成績係数を向上させることができる。
【００４２】
第４の発明では、冷却運転時においては、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器における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とともに、加熱運転時には、後段側の圧縮要素に吸入される冷媒が中間熱交換器によって冷却されないようにして、外部への放熱を抑えることができるとともに、中間熱交換器による後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果のない加熱運転時においても、圧縮機構から吐出される冷媒の温度をさらに低く抑えることができ、成績係数を向上させることができる。特に、熱源側熱交換器又は利用側熱交換器において放熱した冷媒を気液分離器において気液分離し、この気液分離されたガス冷媒を第１後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻す、いわゆる気液分離器による中間圧インジェクションを採用した構成において、中間熱交換器による後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果のない加熱運転時においても、外部への放熱を抑えながら、圧縮機構から吐出される冷媒の温度をさらに低く抑えることができ、成績係数を向上させることができる。
【００４３】
第５の発明では、冷却運転時においては、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器における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とともに、加熱運転時には、後段側の圧縮要素に吸入される冷媒が中間熱交換器によって冷却されないようにして、外部への放熱を抑えることができるとともに、中間熱交換器による後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果のない加熱運転時においても、圧縮機構から吐出される冷媒の温度をさらに低く抑えることができ、成績係数を向上させることができる。特に、加熱運転時には、利用側熱交換器において放熱した冷媒を気液分離器において気液分離し、この気液分離されたガス冷媒を第１後段側インジェクション管を通じて後段側の圧縮要素に戻す、いわゆる気液分離器による中間圧インジェクション及び第２後段側インジェクション管による液インジェクションを、冷却運転時には、エコノマイザ熱交換器において、熱源側熱交換器又は利用側熱交換器において放熱した冷媒と後段側インジェクション管を流れる冷媒との熱交換を行い、この熱交換が行われた後の後段側インジェクション管を流れる冷媒を後段側の圧縮要素に戻す、いわゆるエコノマイザ熱交換器による中間圧インジェクションを行う構成において、中間熱交換器による後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却効果のない加熱運転時においても、外部への放熱を抑えながら、圧縮機構から吐出される冷媒の温度をさらに低く抑えることができ、成績係数を向上させることができる。
【００４４】
第８の発明では、冷却運転及び加熱運転の両方において、成績係数が最大になる最適インジェクション比で中間圧インジェクションを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、図面に基づいて、本発明にかかる冷凍装置の実施形態について説明する。
【００４６】
（１）空気調和装置の構成
図１は、本発明にかかる冷凍装置の一実施形態としての空気調和装置１の概略構成図である。空気調和装置１は、冷房運転と暖房運転を切り換え可能に構成された冷媒回路１０を有し、超臨界域で作動する冷媒（ここでは、二酸化炭素）を使用して二段圧縮式冷凍サイクルを行う装置である。
【００４７】
空気調和装置１の冷媒回路１０は、主として、圧縮機構２と、切換機構３と、熱源側熱交換器４と、ブリッジ回路１７と、第１膨張機構５ａと、気液分離器としてのレシーバ１８と、第１後段側インジェクション管１８ｃと、第２後段側インジェクション管としての液インジェクション管１８ｈと、第２膨張機構５ｂと、利用側熱交換器６と、中間熱交換器７とを有している。
【００４８】
圧縮機構２は、本実施形態において、２つの圧縮要素で冷媒を二段圧縮する圧縮機２１から構成されている。圧縮機２１は、ケーシング２１ａ内に、圧縮機駆動モータ２１ｂと、駆動軸２１ｃと、圧縮要素２ｃ、２ｄとが収容された密閉式構造となっている。圧縮機駆動モータ２１ｂは、駆動軸２１ｃに連結されている。そして、この駆動軸２１ｃは、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄに連結されている。すなわち、圧縮機２１は、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄが単一の駆動軸２１ｃに連結されており、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄがともに圧縮機駆動モータ２１ｂによって回転駆動される、いわゆる一軸二段圧縮構造となっている。圧縮要素２ｃ、２ｄは、本実施形態において、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素である。そして、圧縮機２１は、吸入管２ａから冷媒を吸入し、この吸入された冷媒を圧縮要素２ｃによって圧縮した後に中間冷媒管８に吐出し、中間冷媒管８に吐出された冷媒を圧縮要素２ｄに吸入させて冷媒をさらに圧縮した後に吐出管２ｂに吐出するように構成されている。ここで、中間冷媒管８は、圧縮要素２ｃの前段側に接続された圧縮要素２ｃから吐出された冷媒を、圧縮要素２ｃの後段側に接続された圧縮要素２ｄに吸入させるための冷媒管である。また、吐出管２ｂは、圧縮機構２から吐出された冷媒を切換機構３に送るための冷媒管であり、吐出管２ｂには、油分離機構４１と逆止機構４２とが設けられている。油分離機構４１は、圧縮機構２から吐出される冷媒に同伴する冷凍機油を冷媒から分離して圧縮機構２の吸入側へ戻す機構であり、主として、圧縮機構２から吐出される冷媒に同伴する冷凍機油を冷媒から分離する油分離器４１ａと、油分離器４１ａに接続されており冷媒から分離された冷凍機油を圧縮機構２の吸入管２ａに戻す油戻し管４１ｂとを有している。油戻し管４１ｂには、油戻し管４１ｂを流れる冷凍機油を減圧する減圧機構４１ｃが設けられている。減圧機構４１ｃは、本実施形態において、キャピラリチューブが使用されている。逆止機構４２は、圧縮機構２の吐出側から切換機構３への冷媒の流れを許容し、かつ、切換機構３から圧縮機構２の吐出側への冷媒の流れを遮断するための機構であり、本実施形態において、逆止弁が使用されている。
【００４９】
このように、圧縮機構２は、本実施形態において、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄを有しており、これらの圧縮要素２ｃ、２ｄのうちの前段側の圧縮要素から吐出された冷媒を後段側の圧縮要素で順次圧縮するように構成されている。
【００５０】
切換機構３は、冷媒回路１０内における冷媒の流れの方向を切り換えるための機構であり、冷房運転時には、熱源側熱交換器４を圧縮機構２によって圧縮される冷媒の冷却器として、かつ、利用側熱交換器６を熱源側熱交換器４において冷却された冷媒の加熱器として機能させるために、圧縮機構２の吐出側と熱源側熱交換器４の一端とを接続するとともに圧縮機２１の吸入側と利用側熱交換器６とを接続し（図１の切換機構３の実線を参照、以下、この切換機構３の状態を「冷却運転状態」とする）、暖房運転時には、利用側熱交換器６を圧縮機構２によって圧縮される冷媒の冷却器として、かつ、熱源側熱交換器４を利用側熱交換器６において冷却された冷媒の加熱器として機能させるために、圧縮機構２の吐出側と利用側熱交換器６とを接続するとともに圧縮機構２の吸入側と熱源側熱交換器４の一端とを接続することが可能である（図１の切換機構３の破線を参照、以下、この切換機構３の状態を「加熱運転状態」とする）。本実施形態において、切換機構３は、圧縮機構２の吸入側、圧縮機構２の吐出側、熱源側熱交換器４及び利用側熱交換器６に接続された四路切換弁である。尚、切換機構３は、四路切換弁に限定されるものではなく、例えば、複数の電磁弁を組み合わせる等によって、上述と同様の冷媒の流れの方向を切り換える機能を有するように構成したものであってもよい。
【００５１】
このように、切換機構３は、冷媒回路１０を構成する圧縮機構２、熱源側熱交換器４、第１膨張機構５ａ、レシーバ１８、第２膨張機構５ｂ、及び利用側熱交換器６だけに着目すると、圧縮機構２、熱源側熱交換器４、第１膨張機構５ａ、レシーバ１８、第２膨張機構５ｂ、利用側熱交換器６の順に冷媒を循環させる冷却運転状態と、圧縮機構２、利用側熱交換器６、第１膨張機構５ａ、レシーバ１８、第２膨張機構５ｂ、熱源側熱交換器４の順に冷媒を循環させる加熱運転状態とを切り換えることができるように構成されている。
【００５２】
熱源側熱交換器４は、冷媒の放熱器又は蒸発器として機能する熱交換器である。熱源側熱交換器４は、その一端が切換機構３に接続されており、その他端がブリッジ回路１７を介して第１膨張機構５ａに接続されている。熱源側熱交換器４は、水や空気を熱源（すなわち、冷却源又は加熱源）とする熱交換器である。
【００５３】
ブリッジ回路１７は、熱源側熱交換器４と利用側熱交換器６との間に設けられており、レシーバ１８の入口に接続されるレシーバ入口管１８ａ、及び、レシーバ１８の出口に接続されるレシーバ出口管１８ｂに接続されている。ブリッジ回路１７は、本実施形態において、４つの逆止弁１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄを有している。そして、入口逆止弁１７ａは、熱源側熱交換器４からレシーバ入口管１８ａへの冷媒の流通のみを許容する逆止弁である。入口逆止弁１７ｂは、利用側熱交換器６からレシーバ入口管１８ａへの冷媒の流通のみを許容する逆止弁である。すなわち、入口逆止弁１７ａ、１７ｂは、熱源側熱交換器４及び利用側熱交換器６の一方からレシーバ入口管１８ａに冷媒を流通させる機能を有している。出口逆止弁１７ｃは、レシーバ出口管１８ｂから利用側熱交換器６への冷媒の流通のみを許容する逆止弁である。出口逆止弁１７ｄは、レシーバ出口管１８ｂから熱源側熱交換器４への冷媒の流通のみを許容する逆止弁である。すなわち、出口逆止弁１７ｃ、１７ｄは、レシーバ出口管１８ｂから熱源側熱交換器４及び利用側熱交換器６の他方に冷媒を流通させる機能を有している。
【００５４】
第１膨張機構５ａは、レシーバ入口管１８ａに設けられた冷媒を減圧する機構であり、本実施形態において、電動膨張弁が使用されている。また、本実施形態において、第１膨張機構５ａは、冷房運転時には、熱源側熱交換器４において冷却された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒をレシーバ１８を介して利用側熱交換器６に送る前に冷媒の飽和圧力付近まで減圧し、暖房運転時には、利用側熱交換器６において冷却された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒をレシーバ１８を介して熱源側熱交換器４に送る前に冷媒の飽和圧力付近まで減圧する。
【００５５】
レシーバ１８は、冷房運転と暖房運転との間で冷媒回路１０における冷媒の循環量が異なる等の運転状態に応じて発生する余剰冷媒を溜めることができるように、第１膨張機構５ａで減圧された後の冷媒を一時的に溜めるために設けられた容器であり、その入口がレシーバ入口管１８ａに接続されており、その出口がレシーバ出口管１８ｂに接続されている。また、レシーバ１８には、レシーバ１８内から冷媒を抜き出して圧縮機構２の吸入管２ａ（すなわち、圧縮機構２の前段側の圧縮要素２ｃの吸入側）に戻すことが可能な第１吸入戻し管１８ｆが接続されている。
【００５６】
第１後段側インジェクション管１８ｃは、気液分離器としてのレシーバ１８によって気液分離されたガス冷媒を圧縮機構２の後段側の圧縮要素２ｄに戻す中間圧インジェクションを行うことが可能な冷媒管であり、本実施形態において、レシーバ１８の上部と中間冷媒管８（すなわち、圧縮機構２の後段側の圧縮要素２ｄの吸入側）とを接続するように設けられている。この第１後段側インジェクション管１８ｃには、第１後段側インジェクション開閉弁１８ｄと第１後段側インジェクション逆止機構１８ｅとが設けられている。第１後段側インジェクション開閉弁１８ｄは、開閉制御が可能な弁であり、本実施形態において、電磁弁である。第１後段側インジェクション逆止機構１８ｅは、レシーバ１８から後段側の圧縮要素２ｄへの冷媒の流れを許容し、かつ、後段側の圧縮要素２ｄからレシーバ１８への冷媒の流れを遮断するための機構であり、本実施形態において、逆止弁が使用されている。
【００５７】
第１吸入戻し管１８ｆは、レシーバ１８から冷媒を抜き出して圧縮機構２の前段側の圧縮要素２ｃに戻すことが可能な冷媒管であり、本実施形態において、レシーバ１８の上部と吸入管２ａ（すなわち、圧縮機構２の前段側の圧縮要素２ｃの吸入側）とを接続するように設けられている。この第１吸入戻し管１８ｆには、第１吸入戻し開閉弁１８ｇが設けられている。第１吸入戻し開閉弁１８ｇは、開閉制御が可能な弁であり、本実施形態において、電磁弁である。
【００５８】
このように、レシーバ１８は、第１後段側インジェクション開閉弁１８ｄや第１吸入戻し開閉弁１８ｇを開けることによって第１後段側インジェクション管１８ｃや第１吸入戻し管１８ｆを使用する場合には、熱源側熱交換器４と利用側熱交換器６との間を流れる冷媒を、第１膨張機構５ａと第２膨張機構５ｂとの間において、気液分離する気液分離器として機能し、主として、レシーバ１８において気液分離されたガス冷媒をレシーバ１８の上部から圧縮機構２の後段側の圧縮要素２ｄや前段側の圧縮要素２ｃに戻すことができるようになっている。
【００５９】
第２膨張機構５ｂは、レシーバ出口管１８ｂに設けられた冷媒を減圧する機構であり、本実施形態において、電動膨張弁が使用されている。第２膨張機構５ｂは、その一端がレシーバ１８に接続され、その他端がブリッジ回路１７を介して利用側熱交換器６に接続されている。また、本実施形態において、第２膨張機構５ｂは、冷房運転時には、第１膨張機構５ａによって減圧された冷媒をレシーバ１８を介して利用側熱交換器６に送る前に冷凍サイクルにおける低圧になるまでさらに減圧し、暖房運転時には、第１膨張機構５ａによって減圧された冷媒をレシーバ１８を介して熱源側熱交換器４に送る前に冷凍サイクルにおける低圧になるまでさらに減圧する。
【００６０】
利用側熱交換器６は、冷媒の蒸発器又は放熱器として機能する熱交換器である。利用側熱交換器６は、その一端がブリッジ回路１７を介して第１膨張機構５ａに接続されており、その他端が切換機構３に接続されている。利用側熱交換器６は、水や空気を熱源（すなわち、冷却源又は加熱源）とする熱交換器である。
【００６１】
このように、ブリッジ回路１７、レシーバ１８、レシーバ入口管１８ａ及びレシーバ出口管１８ｂによって、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、熱源側熱交換器４において冷却された高圧の冷媒が、ブリッジ回路１７の入口逆止弁１７ａ、レシーバ入口管１８ａの第１膨張機構５ａ、レシーバ１８、レシーバ出口管１８ｂの第２膨張機構５ｂ及びブリッジ回路１７の出口逆止弁１７ｃを通じて、利用側熱交換器６に送ることができるようになっている。また、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、利用側熱交換器６において冷却された高圧の冷媒が、ブリッジ回路１７の入口逆止弁１７ｂ、レシーバ入口管１８ａの第１膨張機構５ａ、レシーバ１８、レシーバ出口管１８ｂの第２膨張機構５ｂ及びブリッジ回路１７の出口逆止弁１７ｄを通じて、熱源側熱交換器４に送ることができるようになっている。
【００６２】
中間熱交換器７は、中間冷媒管８に設けられており、本実施形態において、冷房運転時に、前段側の圧縮要素２ｃから吐出されて圧縮要素２ｄに吸入される冷媒の冷却器として機能させることが可能な熱交換器である。中間熱交換器７は、水や空気を熱源（ここでは、冷却源）とする熱交換器である。このように、中間熱交換器７は、冷媒回路１０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。
【００６３】
また、中間冷媒管８には、中間熱交換器７をバイパスするように、中間熱交換器バイパス管９が接続されている。この中間熱交換器バイパス管９は、中間熱交換器７を流れる冷媒の流量を制限する冷媒管である。そして、中間熱交換器バイパス管９には、中間熱交換器バイパス開閉弁１１が設けられている。中間熱交換器バイパス開閉弁１１は、本実施形態において、電磁弁である。この中間熱交換器バイパス開閉弁１１は、本実施形態において、基本的には、切換機構３を冷却運転状態にしている際に閉め、切換機構３を加熱運転状態にしている際に開ける制御がなされる。すなわち、中間熱交換器バイパス開閉弁１１は、冷房運転を行う際に閉め、暖房運転を行う際に開ける制御がなされる。
【００６４】
また、中間冷媒管８には、中間熱交換器バイパス管９の前段側の圧縮要素２ｃ側端との接続部から中間熱交換器７の前段側の圧縮要素２ｃ側端までの部分に、中間熱交換器開閉弁１２が設けられている。この中間熱交換器開閉弁１２は、中間熱交換器７を流れる冷媒の流量を制限する機構である。中間熱交換器開閉弁１２は、本実施形態において、電磁弁である。この中間熱交換器開閉弁１２は、本実施形態において、基本的には、切換機構３を冷却運転状態にしている際に開け、切換機構３を加熱運転状態にしている際に閉める制御がなされる。すなわち、中間熱交換器開閉弁１２は、冷房運転を行う際に開け、暖房運転を行う際に閉める制御がなされる。
【００６５】
また、中間冷媒管８には、前段側の圧縮要素２ｃの吐出側から後段側の圧縮要素２ｄの吸入側への冷媒の流れを許容し、かつ、後段側の圧縮要素２ｄの吸入側から前段側の圧縮要素２ｃの吐出側への冷媒の流れを遮断するための逆止機構１５が設けられている。逆止機構１５は、本実施形態において、逆止弁である。尚、逆止機構１５は、本実施形態において、中間冷媒管８の中間熱交換器７の後段側の圧縮要素２ｄ側端から中間熱交換器バイパス管９の後段側の圧縮要素２ｄ側端との接続部までの部分に設けられている。
【００６６】
液インジェクション管１８ｈは、第１後段側インジェクション管１８ｃを使用している際、すなわち、気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクションを行っている際に、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器４又は利用側熱交換器６とレシーバ１８との間から冷媒を分岐して後段側の圧縮要素２ｄに戻すための第２後段側インジェクション管として機能する冷媒管であり、ここでは、レシーバ入口管１８ａの第１膨張機構５ａの上流側の部分と、中間冷媒管８（すなわち、圧縮機構２の後段側の圧縮要素２ｄの吸入側）とを接続するように設けられている。ここで、第１後段側インジェクション管１８ｃと液インジェクション管１８ｈとは、中間冷媒管８側の部分（より具体的には、第１後段側インジェクション管１８ｃの第１後段側インジェクション開閉弁１８ｄ及び第１後段側インジェクション逆止機構１８ｅが設けられた部分から中間冷媒管８との接続部分まで）が一体となっている。また、この液インジェクション管１８ｈには、第２後段側インジェクション弁としての液インジェクション弁１８ｉが設けられている。液インジェクション弁１８ｉは、開度制御が可能な弁であり、本実施形態において、電動膨張弁である。
【００６７】
このように、本実施形態の空気調和装置１は、冷却運転と加熱運転とを切り換え可能で、かつ、気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクションが可能な冷媒回路１０を有する二段圧縮式冷凍サイクルを行う構成において、中間熱交換器７及び中間熱交換器バイパス管９を設けることで、冷房運転時には、前段側の圧縮要素２ｃから吐出されて後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒を中間熱交換器７によって冷却し、暖房運転時には、前段側の圧縮要素２ｃから吐出されて後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒が中間熱交換器７によって冷却されないようにするとともに、第１後段側インジェクション管１８ｃを使用している際に、放熱器としての熱源側熱交換器４又は利用側熱交換器６とレシーバ１８との間から冷媒を分岐して後段側の圧縮要素２ｄに戻す第２後段側インジェクション管としての液インジェクション管１８ｈをさらに設けることで、後述のインジェクション量最適化制御を行うようにしている。
【００６８】
さらに、空気調和装置１には、各種のセンサが設けられている。具体的には、中間冷媒管８には、中間冷媒管８を流れる冷媒の圧力である冷凍サイクルにおける中間圧を検出する中間圧力センサ５４が設けられている。中間冷媒管８には、第１後段側インジェクション管１８ｃが接続された部分よりも後段側の圧縮要素２ｄ側の位置に、後段側の圧縮要素２ｄの吸入側における冷媒の温度を検出する中間温度センサ５６が設けられている。また、空気調和装置１は、ここでは図示しないが、圧縮機構２、切換機構３、膨張機構５ａ、５ｂ、中間熱交換器バイパス開閉弁１１、中間熱交換器開閉弁１２、第１後段側インジェクション開閉弁１８ｄ、液インジェクション弁１８ｉと、第１吸入戻し開閉弁１８ｇ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。
【００６９】
（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８を用いて説明する。ここで、図２は、冷房運転時における空気調和装置１内の冷媒の流れを示す図であり、図３は、冷房運転時の冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図であり、図４は、冷房運転時の冷凍サイクルが図示された温度−エントロピ線図であり、図５は、暖房運転時における空気調和装置１内の冷媒の流れを示す図であり、図６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は、暖房運転時の冷凍サイクルが図示された温度−エントロピ線図であり、図８は、インジェクション比と冷房運転時における成績係数比又は暖房運転時における成績係数比との関係を示す図である。尚、以下の冷房運転及び暖房運転における運転制御は、上述の制御部（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３、図４の点Ｄ、Ｄ’、Ｅにおける圧力や図６、７の点Ｄ、Ｄ’、Ｆにおける圧力を意味し、「低圧」とは、冷凍サイクルにおける低圧（すなわち、図３、４の点Ａ、Ｆにおける圧力や図６、７の点Ａ、Ｅにおける圧力）を意味し、「中間圧」とは、冷凍サイクルにおける中間圧（すなわち、図３、４、６、７の点Ｂ、Ｃ、Ｃ’、Ｇ、Ｇ’、Ｉ、Ｌ、Ｍ、Ｘにおける圧力）を意味している。
【００７０】
＜冷房運転＞
冷房運転時は、切換機構３が図１及び図２の実線で示される冷却運転状態とされる。また、第１膨張機構５ａ及び第２膨張機構５ｂは、開度調節される。そして、切換機構３が冷却運転状態となるため、中間冷媒管８の中間熱交換器開閉弁１２が開けられ、そして、中間熱交換器バイパス管９の中間熱交換器バイパス開閉弁１１が閉められることによって、中間熱交換器７が冷却器として機能する状態にされる。さらに、第１後段側インジェクション開閉弁１８ｄは、開状態にされ、液インジェクション弁１８ｉは、開度調節される。より具体的には、本実施形態において、液インジェクション弁１８ｉは、後段側の圧縮要素２ｄの吸入における冷媒（すなわち、前段側の圧縮要素２ｃから吐出され、中間熱交換器７を通過し、第１後段側インジェクション管１８ｃ及び第２後段側インジェクション管としての液インジェクション管１８ｈを通じて後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒と合流した後の冷媒）の過熱度ＳＨが冷房運転時における目標値ＳＨＣ（図４参照）になるように、液インジェクション管１８ｈを通じて後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒の流量を制御する、いわゆる過熱度制御がなされるようになっている。本実施形態において、後段側の圧縮要素２ｄの吸入における冷媒の過熱度ＳＨＣは、中間圧力センサ５４により検出される中間圧を飽和温度に換算し、中間温度センサ５６により検出される冷媒温度からこの冷媒の飽和温度値を差し引くことによって得られる。このように、本実施形態の冷房運転時においては、後段側の圧縮要素２ｄの吸入における冷媒の過熱度ＳＨが目標値ＳＨＣになるように、後段側インジェクション管（ここでは、第１後段側インジェクション管１８ｃ及び液インジェクション管１８ｈ）を通じて後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒の流量を制御するようになっている。
【００７１】
この冷媒回路１０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２ａから圧縮機構２に吸入され、まず、圧縮要素２ｃによって中間圧まで圧縮された後に、中間冷媒管８に吐出される（図１〜図４の点Ｂ参照）。この前段側の圧縮要素２ｃから吐出された中間圧の冷媒は、中間熱交換器７において、冷却源としての水や空気と熱交換を行うことで冷却される（図１〜図４の点Ｃ参照）。この中間熱交換器７において冷却された冷媒は、レシーバ１８から第１後段側インジェクション管１８ｃ及び液インジェクション管１８ｈを通じて後段側の圧縮機構２ｄに戻される冷媒（図１〜図４の点Ｍ、点Ｘ参照）と合流することでさらに冷却される（図１〜図４の点Ｇ参照）。次に、第１後段側インジェクション管１８ｃ及び液インジェクション管１８ｈから戻る冷媒と合流した（すなわち、気液分離器としてのレシーバ１８及び液インジェクション管１８ｈによる中間圧インジェクションが行われた）中間圧の冷媒は、圧縮要素２ｃの後段側に接続された圧縮要素２ｄに吸入されてさらに圧縮されて、圧縮機構２から吐出管２ｂに吐出される（図１〜図４の点Ｄ参照）。ここで、圧縮機構２から吐出された高圧の冷媒は、圧縮要素２ｃ、２ｄによる二段圧縮動作によって、臨界圧力（すなわち、図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。そして、この圧縮機構２から吐出された高圧の冷媒は、油分離機構４１を構成する油分離器４１ａに流入し、同伴する冷凍機油が分離される。また、油分離器４１ａにおいて高圧の冷媒から分離された冷凍機油は、油分離機構４１を構成する油戻し管４１ｂに流入し、油戻し管４１ｂに設けられた減圧機構４１ｃで減圧された後に圧縮機構２の吸入管２ａに戻されて、再び、圧縮機構２に吸入される。次に、油分離機構４１において冷凍機油が分離された後の高圧の冷媒は、逆止機構４２及び切換機構３を通じて、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器４に送られる。そして、熱源側熱交換器４に送られた高圧の冷媒は、熱源側熱交換器４において、冷却源としての水や空気と熱交換を行って冷却される（図１〜図４の点Ｅ参照）。そして、熱源側熱交換器４において冷却された高圧の冷媒は、ブリッジ回路１７の入口逆止弁１７ａを通じてレシーバ入口管１８ａに流入し、その一部が液インジェクション管１８ｈに分岐される。そして、液インジェクション管１８ｈを流れる冷媒は、液インジェクション弁１８ｉにおいて中間圧付近まで減圧された後に（図１〜図４の点Ｘ参照）、上述のように、前段側の圧縮要素２ｃから吐出された中間圧の冷媒に合流することになる。そして、液インジェクション管１８ｈで分岐された後の高圧の冷媒は、第１膨張機構５ａによって中間圧付近まで減圧されてレシーバ１８内に一時的に溜められるとともに気液分離が行われる（図１〜図４の点Ｉ、Ｌ、Ｍ参照）。そして、レシーバ１８において気液分離されたガス冷媒は、第１後段側インジェクション管１８ｃによってレシーバ１８の上部から抜き出されて、上述のように、前段側の圧縮要素２ｃから吐出された中間圧の冷媒に合流することになる。そして、レシーバ１８内に溜められた液冷媒は、レシーバ出口管１８ｂに送られて、第２膨張機構５ｂによって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、ブリッジ回路１７の出口逆止弁１７ｃを通じて、冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器６に送られる（図１〜図４の点Ｆ参照）。そして、利用側熱交換器６に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、加熱源としての水や空気と熱交換を行って加熱されて、蒸発することになる（図１〜図４の点Ａ参照）。そして、この利用側熱交換器６において加熱された低圧の冷媒は、切換機構３を経由して、再び、圧縮機構２に吸入される。このようにして、冷房運転が行われる。
【００７２】
このように、本実施形態の空気調和装置１（冷凍装置）では、第１後段側インジェクション管１８ｃ及び液インジェクション管１８ｈを設けて、熱源側熱交換器４において放熱した冷媒を分岐して後段側の圧縮要素２ｄに戻す気液分離器としてのレシーバ１８や液インジェクション管１８ｈによる中間圧インジェクションを行うことによる後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒の冷却効果に加えて、前段側の圧縮要素２ｃから吐出された冷媒を後段側の圧縮要素２ｄに吸入させるための中間冷媒管８に中間熱交換器７を設けて、冷房運転時において、中間熱交換器開閉弁１２を開け、また、中間熱交換器バイパス開閉弁１１を閉めることによって、中間熱交換器７を冷却器として機能する状態にしているため、中間熱交換器７による後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒の冷却効果が加わり、中間熱交換器７を設けない場合や中間熱交換器７を使用しない場合（この場合には、図３、図４において、点Ａ→点Ｂ→点Ｇ’→点Ｄ’→点Ｅ→点Ｉ、Ｘ→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２ｃの後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒の温度が低下し（図４の点Ｇ、Ｇ’参照）、最終的に圧縮機構２から吐出される冷媒の温度を低く抑えることができる（図４の点Ｄ、Ｄ’参照）。これにより、この空気調和装置１では、冷房運転時において、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器４における放熱ロスが小さくなるため、中間圧インジェクションだけの場合に比べて、運転効率をさらに向上させることができる。
【００７３】
しかも、本実施形態の空気調和装置１では、気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクションを採用していることから、レシーバ１８に流入する冷媒の液ガス比によって第１後段側インジェクション管１８ｃを通じて後段側の圧縮要素２ｄに戻すことができる冷媒の流量が決まってしまい、第１後段側インジェクション管１８ｃを通じて後段側の圧縮要素２ｄに戻す冷媒の流量を積極的に制御することが困難であるため、第１後段側インジェクション管１８ｃに加えて、液インジェクション管１８ｈを設けるようにしている。これにより、この空気調和装置１では、この液インジェクション管１８ｈの液インジェクション弁１８ｉの開度調節によって、第１後段側インジェクション管１８ｃ及び液インジェクション管１８ｈを通じて後段側の圧縮要素２ｄに戻る冷媒の流量を積極的に制御することが可能になり、後段側の圧縮要素２ｄの吸入における冷媒の過熱度ＳＨを冷房運転時における目標値ＳＨＣで一定にすることができる。ここで、本実施形態の空気調和装置１では、圧縮機構２から吐出される冷媒の流量に対する後段側インジェクション管（ここでは、第１後段側インジェクション管１８ｃ及び第２後段側インジェクション管としての液インジェクション管１８ｈの両方）を通じて後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒の流量の比であるインジェクション比と成績係数比（インジェクション比が０．２０の場合における成績係数を１として他のインジェクション比における成績係数を表した値）との間に、図８に示されるような関係があり、冷房運転時における成績係数が最大になる最適インジェクション比が０．３〜０．４となっている。このため、本実施形態では、冷房運転時における最適インジェクション比に対応するように、後段側の圧縮要素２ｄの吸入における冷媒の過熱度ＳＨの冷房運転時の目標値ＳＨＣを設定して、液インジェクション弁１８ｉの開度調節を行うことで、冷房運転時における成績係数の最大付近にすることができる。
【００７４】
＜暖房運転＞
暖房運転時は、切換機構３が図１及び図５の破線で示される加熱運転状態とされる。また、第１膨張機構５ａ及び第２膨張機構５ｂは、開度調節される。そして、切換機構３が加熱運転状態となるため、中間冷媒管８の中間熱交換器開閉弁１２が閉められ、そして、中間熱交換器バイパス管９の中間熱交換器バイパス開閉弁１１が開けられることによって、中間熱交換器７が冷却器として機能しない状態にされる。さらに、第１後段側インジェクション開閉弁１８ｄは、開状態にされ、液インジェクション弁１８ｉは、冷房運転時と同様の開度調節がなされる。ここで、後段側の圧縮要素２ｄの吸入における冷媒の過熱度ＳＨの暖房運転時における目標値をＳＨＨ（図７参照）とする。
【００７５】
この冷媒回路１０の状態において、低圧の冷媒（図１、図５〜図７の点Ａ参照）は、吸入管２ａから圧縮機構２に吸入され、まず、圧縮要素２ｃによって中間圧まで圧縮された後に、中間冷媒管８に吐出される（図１、図５〜図７の点Ｂ参照）。この前段側の圧縮要素２ｃから吐出された中間圧の冷媒は、上述の冷房運転時とは異なり、中間熱交換器７を通過せずに（すなわち、冷却されることなく）、中間熱交換器バイパス管９を通過する（図１、図５〜図７の点Ｃ参照）。この中間熱交換器７によって冷却されることなく中間熱交換器バイパス管９を通過した中間圧の冷媒は、レシーバ１８から第１後段側インジェクション管１８ｃ及び液インジェクション管１８ｈを通じて後段側の圧縮機構２ｄに戻される冷媒（図１、図５〜図７の点Ｍ、点Ｘ参照）と合流することで冷却される（図１、図５〜図７の点Ｇ参照）。次に、第１後段側インジェクション管１８ｃ及び液インジェクション管１８ｈから戻る冷媒と合流した（すなわち、気液分離器としてのレシーバ１８及び液インジェクション管１８ｈによる中間圧インジェクションが行われた）中間圧の冷媒は、圧縮要素２ｃの後段側に接続された圧縮要素２ｄに吸入されてさらに圧縮されて、圧縮機構２から吐出管２ｂに吐出される（図１、図５〜図７の点Ｄ参照）。ここで、圧縮機構２から吐出された高圧の冷媒は、圧縮要素２ｃ、２ｄによる二段圧縮動作によって、臨界圧力（すなわち、図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。そして、この圧縮機構２から吐出された高圧の冷媒は、油分離機構４１を構成する油分離器４１ａに流入し、同伴する冷凍機油が分離される。また、油分離器４１ａにおいて高圧の冷媒から分離された冷凍機油は、油分離機構４１を構成する油戻し管４１ｂに流入し、油戻し管４１ｂに設けられた減圧機構４１ｃで減圧された後に圧縮機構２の吸入管２ａに戻されて、再び、圧縮機構２に吸入される。次に、油分離機構４１において冷凍機油が分離された後の高圧の冷媒は、逆止機構４２及び切換機構３を通じて、冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器６に送られて、冷却源としての水や空気と熱交換を行って冷却される（図１、図５〜図７の点Ｆ参照）。そして、利用側熱交換器６において冷却された高圧の冷媒は、ブリッジ回路１７の入口逆止弁１７ｂを通じてレシーバ入口管１８ａに流入し、その一部が液インジェクション管１８ｈに分岐される。そして、液インジェクション管１８ｈを流れる冷媒は、液インジェクション弁１８ｉにおいて中間圧付近まで減圧された後に（図１、図５〜図７の点Ｘ参照）、上述のように、前段側の圧縮要素２ｃから吐出された中間圧の冷媒に合流することになる。そして、液インジェクション管１８ｈで分岐された後の高圧の冷媒は、第１膨張機構５ａによって中間圧付近まで減圧されてレシーバ１８内に一時的に溜められるとともに気液分離が行われる（図１、図５〜図７の点Ｉ、Ｌ、Ｍ参照）。そして、レシーバ１８において気液分離されたガス冷媒は、第１後段側インジェクション管１８ｃによってレシーバ１８の上部から抜き出されて、上述のように、前段側の圧縮要素２ｃから吐出された中間圧の冷媒に合流することになる。そして、レシーバ１８内に溜められた液冷媒は、レシーバ出口管１８ｂに送られて、第２膨張機構５ｂによって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、ブリッジ回路１７の出口逆止弁１７ｄを通じて、冷媒の蒸発器として機能する熱源側熱交換器４に送られる（図１、図５〜図７の点Ｅ参照）。そして、熱源側熱交換器４に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、熱源側熱交換器４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５〜図７の点Ａ参照）。そして、この熱源側熱交換器４において加熱されて蒸発した低圧の冷媒は、切換機構３を経由して、再び、圧縮機構２に吸入される。このようにして、暖房運転が行われる。
【００７６】
このように、本実施形態の空気調和装置１（冷凍装置）では、前段側の圧縮要素２ｃから吐出された冷媒を後段側の圧縮要素２ｄに吸入させるための中間冷媒管８に設けられた中間熱交換器７を、暖房運転時において、中間熱交換器開閉弁１２を閉め、また、中間熱交換器バイパス開閉弁１１を開けることによって、中間熱交換器７を冷却器として機能しない状態にしているため、熱源側熱交換器４において放熱した冷媒を分岐して後段側の圧縮要素２ｄに戻す気液分離器としてのレシーバ１８や液インジェクション管１８ｈによる中間圧インジェクションを行うことによる後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒の冷却効果だけになり、中間熱交換器開閉弁１２や中間熱交換器バイパス開閉弁１１を設けずに中間熱交換器７だけを設けた場合や上述の冷房運転と同様に中間熱交換器７を冷却器として機能させた場合（この場合には、図６、図７において、点Ａ→点Ｂ→点Ｃ’→点Ｇ’→点Ｄ’→点Ｆ→点Ｉ、Ｘ→点Ｌ→点Ｅの順で冷凍サイクルが行われる）に比べて、中間熱交換器７から外部への放熱が防止され、後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒の温度の低下が抑えられ（図７の点Ｇ、Ｇ’参照）、最終的に圧縮機構２から吐出される冷媒の温度の低下を抑えることができる（図７の点Ｄ、Ｄ’参照）。これにより、この空気調和装置１では、暖房運転時において、外部への放熱を抑えて、冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器６において利用できるようにして、運転効率の低下を防ぐことができる。
【００７７】
しかし、上述のように、後段側インジェクション管（ここでは、第１後段側インジェクション管１８ｃや液インジェクション管１８ｈ）を用いた中間圧インジェクションの構成に加えて、中間熱交換器７及び中間熱交換器バイパス管９を設け、暖房運転時に、前段側の圧縮要素２ｃから吐出されて後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒が中間熱交換器７によって冷却されないようにすると、中間熱交換器７による後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒の冷却効果が得られないため、その分だけ暖房運転時における成績係数が向上しないという問題がある。
【００７８】
そこで、本実施形態の空気調和装置１では、インジェクション比が、冷房運転時よりも暖房運転時のほうが大きくなるように、後段側インジェクション管（ここでは、第１後段側インジェクション管１８ｃ及び液インジェクション管１８ｈ）を通じて後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒の流量を制御するインジェクション量最適化制御を行うようにしている。
【００７９】
より具体的には、本実施形態において、インジェクション量最適化制御は、暖房運転時における過熱度ＳＨの目標値ＳＨＨが冷房運転時における過熱度の目標値ＳＨＣ以下になるように設定することで、液インジェクション弁１８ｉの開度を冷房運転時よりも大きくなるようにして、液インジェクション管１８ｈを通じて後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒の流量（すなわち、第１後段側インジェクション管１８ｃ及び第２後段側インジェクション管としての液インジェクション管１８ｈを流れる冷媒の合計流量）を増加させることで、インジェクション比を冷房運転時よりも暖房運転時のほうが大きくなるようにしている。これにより、この空気調和装置１では、後段側インジェクション管（ここでは、第１後段側インジェクション管１８ｃ及び液インジェクション管１８ｈ）を用いた中間圧インジェクションによる後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒の冷却効果が、冷房運転時よりも暖房運転時のほうが大きくなるため、中間熱交換器７による後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒の冷却効果のない暖房運転時においても、外部への放熱を抑えながら、圧縮機構２から吐出される冷媒の温度（図７の点Ｄ参照）をさらに低く抑えることができ、成績係数を向上させることができる。
【００８０】
ここで、成績係数が最大になる最適インジェクション比は、図８に示されるように、冷房運転時における最適インジェクション比（０．３〜０．４）よりも暖房運転時における最適インジェクション比（０．３５〜０．４５）のほうが大きくなる傾向にあり、この傾向は、暖房運転時に中間熱交換器７を使用しないことが起因しているものと考えられる。すなわち、この空気調和装置１では、暖房運転時において、中間圧インジェクションのみによって後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒を冷却していることから、中間熱交換器７と中間圧インジェクションとを併用している冷房運転時に比べて、中間熱交換器７による冷却効果に相当する分だけ、暖房運転時における最適インジェクション比が大きくなっているものと考えられる。このため、本実施形態においては、暖房運転時における過熱度ＳＨの目標値ＳＨＨ（図７参照）を冷房運転時における過熱度ＳＨの目標値ＳＨＣと同じ値に設定することで、暖房運転時においても、後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒を、暖房運転時は中間圧インジェクションによって、中間熱交換器７及び中間圧インジェクションにより冷媒を冷却する冷房運転時と同じ過熱度ＳＨまで冷却するようにして、中間熱交換器７による冷却効果に相当する分だけ冷房運転時よりも暖房運転時におけるインジェクション比が大きくなるようにすることが好ましい。これにより、この空気調和装置１では、上述のように、冷房運転時における過熱度ＳＨの目標値ＳＨＣを冷房運転時の成績係数が最大になる最適インジェクション比に対応する値付近に設定している場合には、暖房運転時においても、暖房運転時の成績係数が最大になる最適インジェクション比に近づくようになり、冷房運転及び暖房運転の両方において、成績係数が最大になる最適インジェクション比で中間圧インジェクションを行うことができる。
【００８１】
（３）変形例１
上述の実施形態では、切換機構３によって冷房運転と暖房運転とを切換可能に構成された空気調和装置１において、気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクションを行うための第１後段側インジェクション管１８ｃを設けて、気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクションを行うようにしているが、このレシーバ１８による中間圧インジェクションに代えて、第３後段側インジェクション管１９及びエコノマイザ熱交換器２０を設けて、エコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションを行うようにすることが考えられる。
【００８２】
例えば、図９に示されるように、上述の実施形態において、第１後段側インジェクション管１８ｃに代えて、第３後段側インジェクション管１９、及び、エコノマイザ熱交換器２０が設けられた冷媒回路１１０にすることができる。
【００８３】
ここで、第３後段側インジェクション管１９は、熱源側熱交換器４又は利用側熱交換器６において冷却された冷媒を分岐して圧縮機構２の後段側の圧縮要素２ｄに戻す機能を有している。本変形例において、第３後段側インジェクション管１９は、レシーバ入口管１８ａを流れる冷媒を分岐して後段側の圧縮要素２ｄの吸入側に戻すように設けられている。より具体的には、第３後段側インジェクション管１９は、レシーバ入口管１８ａの第１膨張機構５ａの上流側の位置（すなわち、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、熱源側熱交換器４と第１膨張機構５ａとの間、また、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、利用側熱交換器６と第１膨張機構５ａとの間）から冷媒を分岐して中間冷媒管８の中間熱交換器７の下流側の位置に戻すように設けられている。この第３後段側インジェクション管１９には、開度制御が可能な第３後段側インジェクション弁１９ａが設けられている。第３後段側インジェクション弁１９ａは、本変形例において、電動膨張弁である。
【００８４】
また、エコノマイザ熱交換器２０は、熱源側熱交換器４又は利用側熱交換器６において放熱した冷媒と第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒（より具体的には、第３後段側インジェクション弁１９ａにおいて中間圧付近まで減圧された後の冷媒）との熱交換を行う熱交換器である。本変形例において、エコノマイザ熱交換器２０は、レシーバ入口管１８ａの第１膨張機構５ａの上流側の位置（すなわち、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、熱源側熱交換器４と第１膨張機構５ａとの間、また、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、利用側熱交換器６と第１膨張機構５ａとの間）を流れる冷媒と第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒との熱交換を行うように設けられており、また、両冷媒が対向するように流れる流路を有している。また、本変形例において、エコノマイザ熱交換器２０は、レシーバ入口管１８ａの第３後段側インジェクション管１９の上流側に設けられている。このため、熱源側熱交換器４又は利用側熱交換器６において放熱した冷媒は、レシーバ入口管１８ａにおいて、エコノマイザ熱交換器２０において熱交換される前に第３後段側インジェクション管１９に分岐され、その後に、エコノマイザ熱交換器２０において、第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒と熱交換を行うことになる。
【００８５】
また、上述の実施形態においては、第１後段側インジェクション管１８ｃを通じて後段側の圧縮要素２ｄに戻す冷媒の流量を積極的に制御することが困難であることを考慮して、液インジェクション管１８ｈを設けて、第１後段側インジェクション管１８ｃ及び液インジェクション管１８ｈを通じて後段側の圧縮要素２ｄに戻る冷媒の流量を積極的に制御することができるようにしているが、本変形例においては、第３後段側インジェクション管１９及びエコノマイザ熱交換器２０を用いたエコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションを行う構成を採用しており、第３後段側インジェクション管１９を通じて後段側の圧縮要素２ｄに戻る冷媒の流量を積極的に制御することができるため、上述の実施形態とは異なり、液インジェクション管１８ｈを省略している。
【００８６】
次に、本変形例の空気調和装置１の動作について、図９〜図１５を用いて説明する。ここで、図１０は、冷房運転時における空気調和装置１内の冷媒の流れを示す図であり、図１１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１２は、冷房運転時の冷凍サイクルが図示された温度−エントロピ線図であり、図１３は、暖房運転時における空気調和装置１内の冷媒の流れを示す図であり、図１４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１５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。尚、以下の冷房運転及び暖房運転における運転制御は、上述の制御部（図示せず）によって行われる。また、以下の説明において、「高圧」とは、冷凍サイクルにおける高圧（すなわち、図１１、１２の点Ｄ、Ｄ’、Ｅ、Ｈにおける圧力や図１４、１５の点Ｄ、Ｄ’、Ｆ、Ｈにおける圧力を意味し、「低圧」とは、冷凍サイクルにおける低圧（すなわち、図１１、１２の点Ａ、Ｆにおける圧力や図１４、１５の点Ａ、Ｅにおける圧力）を意味し、「中間圧」とは、冷凍サイクルにおける中間圧（すなわち、図１１、１２、１４、１５の点Ｂ、Ｃ、Ｃ’、Ｇ、Ｇ’、Ｊ、Ｋにおける圧力）を意味している。
【００８７】
＜冷房運転＞
冷房運転時は、切換機構３が図９及び図１０の実線で示される冷却運転状態とされる。また、第１膨張機構５ａ及び第２膨張機構５ｂは、開度調節される。そして、切換機構３が冷却運転状態となるため、中間冷媒管８の中間熱交換器開閉弁１２が開けられ、そして、中間熱交換器バイパス管９の中間熱交換器バイパス開閉弁１１が閉められることによって、中間熱交換器７が冷却器として機能する状態にされる。さらに、第３後段側インジェクション弁１９ａは、開度調節される。より具体的には、本変形例において、第３後段側インジェクション弁１９ａは、後段側の圧縮要素２ｄの吸入における冷媒（すなわち、前段側の圧縮要素２ｃから吐出され、中間熱交換器７を通過し、第３後段側インジェクション管１９を通じて後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒と合流した後の冷媒）の過熱度ＳＨが冷房運転時における目標値ＳＨＣ（図１２参照）になるように、第３後段側インジェクション管１９を通じて後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒の流量を制御する、いわゆる過熱度制御がなされるようになっている。本変形例において、後段側の圧縮要素２ｄの吸入における冷媒の過熱度ＳＨＣは、中間圧力センサ５４により検出される中間圧を飽和温度に換算し、中間温度センサ５６により検出される冷媒温度からこの冷媒の飽和温度値を差し引くことによって得られる。このように、本変形例の冷房運転時においては、後段側の圧縮要素２ｄの吸入における冷媒の過熱度ＳＨが目標値ＳＨＣになるように、第３後段側インジェクション管１９を通じて後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒の流量を制御するようになっている。
【００８８】
この冷媒回路１１０の状態において、低圧の冷媒（図９〜図１２の点Ａ参照）は、吸入管２ａから圧縮機構２に吸入され、まず、圧縮要素２ｃによって中間圧まで圧縮された後に、中間冷媒管８に吐出される（図９〜図１２の点Ｂ参照）。この前段側の圧縮要素２ｃから吐出された中間圧の冷媒は、中間熱交換器７において、冷却源としての水や空気と熱交換を行うことで冷却される（図９〜図１２の点Ｃ参照）。この中間熱交換器７において冷却された冷媒は、第３後段側インジェクション管１９から後段側の圧縮機構２ｄに戻される冷媒（図９〜図１２の点Ｋ参照）と合流することでさらに冷却される（図９〜図１２の点Ｇ参照）。次に、第３後段側インジェクション管１９から戻る冷媒と合流した（すなわち、エコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションが行われた）中間圧の冷媒は、圧縮要素２ｃの後段側に接続された圧縮要素２ｄに吸入されてさらに圧縮されて、圧縮機構２から吐出管２ｂに吐出される（図９〜図１２の点Ｄ参照）。ここで、圧縮機構２から吐出された高圧の冷媒は、圧縮要素２ｃ、２ｄによる二段圧縮動作によって、臨界圧力（すなわち、図１１に示される臨界点ＣＰにおける臨界圧力Ｐｃｐ）を超える圧力まで圧縮されている。そして、この圧縮機構２から吐出された高圧の冷媒は、油分離機構４１を構成する油分離器４１ａに流入し、同伴する冷凍機油が分離される。また、油分離器４１ａにおいて高圧の冷媒から分離された冷凍機油は、油分離機構４１を構成する油戻し管４１ｂに流入し、油戻し管４１ｂに設けられた減圧機構４１ｃで減圧された後に圧縮機構２の吸入管２ａに戻されて、再び、圧縮機構２に吸入される。次に、油分離機構４１において冷凍機油が分離された後の高圧の冷媒は、逆止機構４２及び切換機構３を通じて、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器４に送られる。そして、熱源側熱交換器４に送られた高圧の冷媒は、熱源側熱交換器４において、冷却源としての水や空気と熱交換を行って冷却される（図９〜図１２の点Ｅ参照）。そして、熱源側熱交換器４において冷却された高圧の冷媒は、ブリッジ回路１７の入口逆止弁１７ａを通じてレシーバ入口管１８ａに流入し、その一部が第３後段側インジェクション管１９に分岐される。そして、第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、第３後段側インジェクション弁１９ａにおいて中間圧付近まで減圧された後に、エコノマイザ熱交換器２０に送られる（図９〜図１２の点Ｊ参照）。また、第３後段側インジェクション管１９に分岐された後の冷媒は、エコノマイザ熱交換器２０に流入し、第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒と熱交換を行って冷却される（図９〜図１２の点Ｈ参照）。一方、第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、放熱器としての熱源側熱交換器４において冷却された高圧の冷媒と熱交換を行って加熱されて（図９〜図１２の点Ｋ参照）、上述のように、前段側の圧縮要素２ｃから吐出された中間圧の冷媒に合流することになる。そして、エコノマイザ熱交換器２０において冷却された高圧の冷媒は、第１膨張機構５ａによって飽和圧力付近まで減圧されてレシーバ１８内に一時的に溜められる（図９及び図１０の点Ｉ参照）。そして、レシーバ１８内に溜められた冷媒は、レシーバ出口管１８ｂに送られて、第２膨張機構５ｂによって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、ブリッジ回路１７の出口逆止弁１７ｃを通じて、冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器６に送られる（図９〜図１２の点Ｆ参照）。そして、利用側熱交換器６に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、加熱源としての水や空気と熱交換を行って加熱されて、蒸発することになる（図９〜図１２の点Ａ参照）。そして、この利用側熱交換器６において加熱された低圧の冷媒は、切換機構３を経由して、再び、圧縮機構２に吸入される。このようにして、冷房運転が行われる。
【００８９】
このように、本変形例の空気調和装置１では、第１後段側インジェクション管１８ｃ及び液インジェクション管１８ｈではなく、第３後段側インジェクション管１９を設けて、熱源側熱交換器４において放熱した冷媒を分岐して後段側の圧縮要素２ｄに戻すエコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションを行うようにしている点は異なるが、冷房運転時において、上述の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００９０】
また、本変形例では、上述の実施形態における図８と同様、圧縮機構２から吐出される冷媒の流量に対する第３後段側インジェクション管１９を通じて後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒の流量の比であるインジェクション比と成績係数比（インジェクション比が０．２０の場合における成績係数を１として他のインジェクション比における成績係数を表した値）との間に、冷房運転時における成績係数が最大になる最適インジェクション比が存在する。このため、本変形例においても、冷房運転時における最適インジェクション比に対応するように、後段側の圧縮要素２ｄの吸入における冷媒の過熱度ＳＨの冷房運転時の目標値ＳＨＣを設定して、第３後段側インジェクション弁１９ａの開度調節を行うことで、冷房運転時における成績係数の最大付近にすることができる。
【００９１】
＜暖房運転＞
暖房運転時は、切換機構３が図９及び図１３の破線で示される加熱運転状態とされる。また、第１膨張機構５ａ及び第２膨張機構５ｂは、開度調節される。そして、切換機構３が加熱運転状態となるため、中間冷媒管８の中間熱交換器開閉弁１２が閉められ、そして、中間熱交換器バイパス管９の中間熱交換器バイパス開閉弁１１が開けられることによって、中間熱交換器７が冷却器として機能しない状態にされる。さらに、第３後段側インジェクション弁１９ａは、冷房運転時と同様の開度調節がなされる。ここで、後段側の圧縮要素２ｄの吸入における冷媒の過熱度ＳＨの暖房運転時における目標値をＳＨＨ（図１５参照）とする。
【００９２】
この冷媒回路１１０の状態において、低圧の冷媒（図９、図１３〜図１５の点Ａ参照）は、吸入管２ａから圧縮機構２に吸入され、まず、圧縮要素２ｃによって中間圧まで圧縮された後に、中間冷媒管８に吐出される（図９、図１３〜図１５の点Ｂ参照）。この前段側の圧縮要素２ｃから吐出された中間圧の冷媒は、上述の冷房運転時とは異なり、中間熱交換器７を通過せずに（すなわち、冷却されることなく）、中間熱交換器バイパス管９を通過する（図９、図１３〜図１５の点Ｃ参照）。この中間熱交換器７によって冷却されることなく中間熱交換器バイパス管９を通過した中間圧の冷媒は、第３後段側インジェクション管１９から後段側の圧縮機構２ｄに戻される冷媒（図９、図１３〜図１５の点Ｋ参照）と合流することで冷却される（図９、図１３〜図１５の点Ｇ参照）。次に、第３後段側インジェクション管１９から戻る冷媒と合流した（すなわち、エコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションが行われた）中間圧の冷媒は、圧縮要素２ｃの後段側に接続された圧縮要素２ｄに吸入されてさらに圧縮されて、圧縮機構２から吐出管２ｂに吐出される（図９、図１３〜図１５の点Ｄ参照）。ここで、圧縮機構２から吐出された高圧の冷媒は、圧縮要素２ｃ、２ｄによる二段圧縮動作によって、臨界圧力（すなわち、図１４に示される臨界点ＣＰにおける臨界圧力Ｐｃｐ）を超える圧力まで圧縮されている。そして、この圧縮機構２から吐出された高圧の冷媒は、油分離機構４１を構成する油分離器４１ａに流入し、同伴する冷凍機油が分離される。また、油分離器４１ａにおいて高圧の冷媒から分離された冷凍機油は、油分離機構４１を構成する油戻し管４１ｂに流入し、油戻し管４１ｂに設けられた減圧機構４１ｃで減圧された後に圧縮機構２の吸入管２ａに戻されて、再び、圧縮機構２に吸入される。次に、油分離機構４１において冷凍機油が分離された後の高圧の冷媒は、逆止機構４２及び切換機構３を通じて、冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器６に送られて、冷却源としての水や空気と熱交換を行って冷却される（図９、図１３〜図１５の点Ｆ参照）。そして、利用側熱交換器６において冷却された高圧の冷媒は、ブリッジ回路１７の入口逆止弁１７ｂを通じてレシーバ入口管１８ａに流入し、その一部が第３後段側インジェクション管１９に分岐される。そして、第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、第３後段側インジェクション弁１９ａにおいて中間圧付近まで減圧された後に、エコノマイザ熱交換器２０に送られる（図９、図１３〜図１５の点Ｊ参照）。また、第３後段側インジェクション管１９に分岐された後の冷媒は、エコノマイザ熱交換器２０に流入し、第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒と熱交換を行って冷却される（図９、図１３〜図１５の点Ｈ参照）。一方、第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、放熱器としての利用側熱交換器６において冷却された高圧の冷媒と熱交換を行って加熱されて（図９、図１３〜図１５の点Ｋ参照）、上述のように、前段側の圧縮要素２ｃから吐出された中間圧の冷媒に合流することになる。そして、エコノマイザ熱交換器２０において冷却された高圧の冷媒は、第１膨張機構５ａによって飽和圧力付近まで減圧されてレシーバ１８内に一時的に溜められる（図９及び図１３の点Ｉ参照）。そして、レシーバ１８内に溜められた冷媒は、レシーバ出口管１８ｂに送られて、第２膨張機構５ｂによって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、ブリッジ回路１７の出口逆止弁１７ｄを通じて、冷媒の蒸発器として機能する熱源側熱交換器４に送られる（図９、図１３〜図１５の点Ｅ参照）。そして、熱源側熱交換器４に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、熱源側熱交換器４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９、図１３〜図１５の点Ａ参照）。そして、この熱源側熱交換器４において加熱されて蒸発した低圧の冷媒は、切換機構３を経由して、再び、圧縮機構２に吸入される。このようにして、暖房運転が行われる。
【００９３】
このように、本変形例の空気調和装置１では、第１後段側インジェクション管１８ｃ及び液インジェクション管１８ｈではなく、第３後段側インジェクション管１９を設けて、熱源側熱交換器４において放熱した冷媒を分岐して後段側の圧縮要素２ｄに戻すエコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションを行うようにしている点は異なるが、暖房運転時において、上述の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００９４】
また、本変形例においても、インジェクション比が、冷房運転時よりも暖房運転時のほうが大きくなるように、第３後段側インジェクション管１９を通じて後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒の流量を制御するインジェクション量最適化制御を行うようにしている。より具体的には、本変形例において、インジェクション量最適化制御は、暖房運転時における過熱度ＳＨの目標値ＳＨＨが冷房運転時における過熱度の目標値ＳＨＣ以下になるように設定することで、中間熱交換器７による後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒の冷却効果のない暖房運転時においても、外部への放熱を抑えながら、圧縮機構２から吐出される冷媒の温度（図１５の点Ｄ参照）をさらに低く抑えることができ、成績係数を向上させることができる。
【００９５】
さらに、本変形例においても、上述の実施形態における図８と同様、冷房運転時における最適インジェクション比よりも暖房運転時における最適インジェクション比のほうが中間熱交換器７による冷却効果に相当する分だけ大きくなる傾向にあるため、暖房運転時における過熱度ＳＨの目標値ＳＨＨ（図１５参照）を冷房運転時における過熱度ＳＨの目標値ＳＨＣと同じ値に設定することが好ましい。これにより、本変形例においても、上述のように、冷房運転時における過熱度ＳＨの目標値ＳＨＣを冷房運転時の成績係数が最大になる最適インジェクション比に対応する値付近に設定している場合には、暖房運転時においても、暖房運転時の成績係数が最大になる最適インジェクション比に近づくようになり、冷房運転及び暖房運転の両方において、成績係数が最大になる最適インジェクション比で中間圧インジェクションを行うことができる。
【００９６】
尚、上述においては、後段側の圧縮要素２ｄの吸入における冷媒の過熱度ＳＨが目標値ＳＨＣや目標値ＳＨＨになるように、第３後段側インジェクション管１９を通じて後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒の流量を制御するようにしているが、これに代えて、エコノマイザ熱交換器２０の第２後段側インジェクション管１９側の出口における冷媒の過熱度が目標値になるように開度調節されるものであってもよい。この場合において、後段側の圧縮要素２ｄの吸入における冷媒の過熱度は、中間圧力センサ５４により検出される中間圧を飽和温度に換算し、エコノマイザ出口温度センサ５５（図９、１０、１３に破線で図示）により検出されるエコノマイザ熱交換器２０の第２後段側インジェクション管１９側の出口における冷媒の温度からこの冷媒の飽和温度値を差し引くことによって得られる。尚、本変形例では採用していないが、エコノマイザ熱交換器２０の第２後段側インジェクション管１９側の入口に温度センサを設けて、この温度センサにより検出される冷媒温度をエコノマイザ出口温度センサ５５により検出される冷媒温度から差し引くことによって、エコノマイザ熱交換器２０の第２後段側インジェクション管１９側の出口における冷媒の過熱度を得るようにしてもよい。そして、この場合においては、暖房運転時における過熱度の目標値を冷房運転時における過熱度の目標値に対して５℃から１０℃だけ小さい値（この値が、中間熱交換器７による冷却効果に相当する）に設定することで、暖房運転時においても、後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒を、暖房運転時は中間圧インジェクションによって、中間熱交換器７及び中間圧インジェクションにより冷媒を冷却する冷房運転時と同じ過熱度ＳＨまで冷却するようにして、中間熱交換器７による冷却効果に相当する分だけ冷房運転時よりも暖房運転時におけるインジェクション比が大きくなるようにすることが好ましい。
【００９７】
（４）変形例２
上述の実施形態及びその変形例における冷媒回路１０、１１０（図１、図９参照）においては、冷房運転時の熱源側熱交換器４における放熱ロスを低減するために、前段側の圧縮要素２ｃから吐出された冷媒を後段側の圧縮要素２ｄに吸入させるための中間冷媒管８に前段側の圧縮要素２ｃから吐出されて後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒の冷却器として機能する中間熱交換器７が設けられるとともに、暖房運転時においては、外部への放熱を抑えて、冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器６において利用できるようにするために、中間熱交換器７をバイパスする中間熱交換器バイパス管９を設けて、暖房運転時に中間熱交換器７を使用しない状態にしている。このため、中間熱交換器７は、暖房運転時には利用されない機器となっている。
【００９８】
そこで、暖房運転時における中間熱交換器７の有効利用を図るために、本変形例では、図１６に示されるように、上述の変形例１の冷媒回路１１０において、中間熱交換器７の一端と圧縮機構２の吸入側とを接続させるための第２吸入戻し管９２を設けるとともに、利用側熱交換器６と熱源側熱交換器４との間と中間熱交換器７の他端とを接続させるための中間熱交換器戻し管９４を設けることで、冷媒回路２１０を構成するようにしている。
【００９９】
ここで、第２吸入戻し管９２は、中間熱交換器７の一端（ここでは、前段側の圧縮要素２ｃ側端）に接続されており、中間熱交換器戻し管９４は、中間熱交換器７の他端（ここでは、後段側の圧縮要素２ｄ側端）に接続されている。この第２吸入戻し管９２は、中間熱交換器バイパス管９を通じて前段側の圧縮要素２ｃから吐出された冷媒を後段側の圧縮要素２ｄに吸入させる状態にしている際に、中間熱交換器７の一端と圧縮機構２の吸入側（ここでは、吸入管２ａ）とを接続させるための冷媒管である。また、この中間熱交換器戻し管９４は、中間熱交換器バイパス管９を通じて前段側の圧縮要素２ｃから吐出された冷媒を後段側の圧縮要素２ｄに吸入させる状態にし、かつ、切換機構３を加熱運転状態にしている際に、利用側熱交換器６と熱源側熱交換器４との間（ここでは、冷凍サイクルにおける低圧になるまで冷媒を減圧する熱源側膨張機構としての第１膨張機構５ａと蒸発器としての熱源側熱交換器４との間）と中間熱交換器７の他端とを接続させるための冷媒管である。本変形例において、第２吸入戻し管９２は、その一端が、中間冷媒管８の中間熱交換器バイパス管９の前段側の圧縮要素２ｃ側端との接続部から中間熱交換器７の前段側の圧縮要素２ｃ側端までの部分に接続されており、他端が、圧縮機構２の吸入側（ここでは、吸入管２ａ）に接続されている。また、中間熱交換器戻し管９４は、その一端が、第１膨張機構５ａから熱源側熱交換器４までの部分に接続されており、他端が、中間冷媒管８の中間熱交換器７の前段側の圧縮要素２ｃ側端から逆止機構１５までの部分に接続されている。そして、第２吸入戻し管９２には、第２吸入戻し開閉弁９２ａが設けられており、中間熱交換器戻し管９４には、中間熱交換器戻し開閉弁９４ａが設けられている。第２吸入戻し開閉弁９２ａ及び中間熱交換器戻し開閉弁９４ａは、本変形例において、電磁弁である。この第２吸入戻し開閉弁９２ａは、本変形例において、基本的には、切換機構３を冷却運転状態にしている際に閉め、切換機構３を加熱運転状態にしている際に開ける制御がなされる。また、中間熱交換器戻し開閉弁９４ａは、基本的には、切換機構３を冷却運転状態にしている際に閉め、切換機構３を加熱運転状態にしている際に開ける制御がなされる。
【０１００】
このように、本変形例では、主として、中間熱交換器バイパス管９、第２吸入戻し管９２及び中間熱交換器戻し管９４によって、冷房運転時には、中間冷媒管８を流れる中間圧の冷媒を中間熱交換器７によって冷却することができ、暖房運転時には、中間冷媒管８を流れる中間圧の冷媒を中間熱交換器バイパス管９によって、中間熱交換器７をバイパスさせるとともに、第２吸入戻し管９２及び中間熱交換器戻し管９４によって、利用側熱交換器６において冷却された冷媒の一部を中間熱交換器７に導いて蒸発させ、圧縮機構２の吸入側に戻すことができるようになっている。
【０１０１】
次に、本変形例の空気調和装置１の動作について、図１６、図１７、図１１、図１２、図１８〜図２０を用いて説明する。ここで、図１７は、冷房運転時における空気調和装置１内の冷媒の流れを示す図であり、図１８は、暖房運転時における空気調和装置１内の冷媒の流れを示す図であり、図１９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２０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。尚、以下の冷房運転及び暖房運転における運転制御は、上述の制御部（図示せず）によって行われる。また、以下の説明において、「高圧」とは、冷凍サイクルにおける高圧（すなわち、図１１、１２の点Ｄ、Ｄ’、Ｅ、Ｈにおける圧力や図１９、２０の点Ｄ、Ｄ’、Ｆ、Ｈにおける圧力を意味し、「低圧」とは、冷凍サイクルにおける低圧（すなわち、図１１、１２の点Ａ、Ｆにおける圧力や図１９、２０の点Ａ、Ｅ、Ｖにおける圧力）を意味し、「中間圧」とは、冷凍サイクルにおける中間圧（すなわち、図１１、１２、１９、２０の点Ｂ、Ｃ、Ｃ’、Ｇ、Ｇ’、Ｊ、Ｋにおける圧力）を意味している。
【０１０２】
＜冷房運転＞
冷房運転時は、切換機構３が図１６及び図１７の実線で示される冷却運転状態とされる。また、第１膨張機構５ａ及び第２膨張機構５ｂは、開度調節される。そして、切換機構３が冷却運転状態となるため、中間冷媒管８の中間熱交換器開閉弁１２が開けられ、そして、中間熱交換器バイパス管９の中間熱交換器バイパス開閉弁１１が閉められることによって、中間熱交換器７が冷却器として機能する状態にされるとともに、第２吸入戻し管９２の第２吸入戻し開閉弁９２ａが閉められることによって、中間熱交換器７と圧縮機構２の吸入側とが接続していない状態にされ、また、中間熱交換器戻し管９４の中間熱交換器戻し開閉弁９４ａが閉められることによって、利用側熱交換器６と熱源側熱交換器４との間と中間熱交換器７とが接続していない状態にされる。さらに、第３後段側インジェクション弁１９ａは、上述の変形例１における冷房運転時と同様の開度調節がなされる。
【０１０３】
この冷媒回路２１０の状態において、低圧の冷媒（図１６、図１７、図１１、図１２の点Ａ参照）は、吸入管２ａから圧縮機構２に吸入され、まず、圧縮要素２ｃによって中間圧まで圧縮された後に、中間冷媒管８に吐出される（図１６、図１７、図１１、図１２の点Ｂ参照）。この前段側の圧縮要素２ｃから吐出された中間圧の冷媒は、中間熱交換器７において、冷却源としての水や空気と熱交換を行うことで冷却される（図１６、図１７、図１１、図１２の点Ｃ参照）。この中間熱交換器７において冷却された冷媒は、第３後段側インジェクション管１９から後段側の圧縮機構２ｄに戻される冷媒（図１６、図１７、図１１、図１２の点Ｋ参照）と合流することでさらに冷却される（図１６、図１７、図１１、図１２の点Ｇ参照）。次に、第３後段側インジェクション管１９から戻る冷媒と合流した（すなわち、エコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションが行われた）中間圧の冷媒は、圧縮要素２ｃの後段側に接続された圧縮要素２ｄに吸入されてさらに圧縮されて、圧縮機構２から吐出管２ｂに吐出される（図１６、図１７、図１１、図１２の点Ｄ参照）。ここで、圧縮機構２から吐出された高圧の冷媒は、圧縮要素２ｃ、２ｄによる二段圧縮動作によって、臨界圧力（すなわち、図１１に示される臨界点ＣＰにおける臨界圧力Ｐｃｐ）を超える圧力まで圧縮されている。そして、この圧縮機構２から吐出された高圧の冷媒は、油分離機構４１を構成する油分離器４１ａに流入し、同伴する冷凍機油が分離される。また、油分離器４１ａにおいて高圧の冷媒から分離された冷凍機油は、油分離機構４１を構成する油戻し管４１ｂに流入し、油戻し管４１ｂに設けられた減圧機構４１ｃで減圧された後に圧縮機構２の吸入管２ａに戻されて、再び、圧縮機構２に吸入される。次に、油分離機構４１において冷凍機油が分離された後の高圧の冷媒は、逆止機構４２及び切換機構３を通じて、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器４に送られる。そして、熱源側熱交換器４に送られた高圧の冷媒は、熱源側熱交換器４において、冷却源としての水や空気と熱交換を行って冷却される（図１６、図１７、図１１、図１２の点Ｅ参照）。そして、熱源側熱交換器４において冷却された高圧の冷媒は、ブリッジ回路１７の入口逆止弁１７ａを通じてレシーバ入口管１８ａに流入し、その一部が第３後段側インジェクション管１９に分岐される。そして、第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、第３後段側インジェクション弁１９ａにおいて中間圧付近まで減圧された後に、エコノマイザ熱交換器２０に送られる（図１６、図１７、図１１、図１２の点Ｊ参照）。また、第３後段側インジェクション管１９に分岐された後の冷媒は、エコノマイザ熱交換器２０に流入し、第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒と熱交換を行って冷却される（図１６、図１７、図１１、図１２の点Ｈ参照）。一方、第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、放熱器としての熱源側熱交換器４において冷却された高圧の冷媒と熱交換を行って加熱されて（図１６、図１７、図１１、図１２の点Ｋ参照）、上述のように、前段側の圧縮要素２ｃから吐出された中間圧の冷媒に合流することになる。そして、エコノマイザ熱交換器２０において冷却された高圧の冷媒は、第１膨張機構５ａによって飽和圧力付近まで減圧されてレシーバ１８内に一時的に溜められる（図１６及び図１７の点Ｉ参照）。そして、レシーバ１８内に溜められた冷媒は、レシーバ出口管１８ｂに送られて、第２膨張機構５ｂによって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、ブリッジ回路１７の出口逆止弁１７ｃを通じて、冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器６に送られる（図１６、図１７、図１１、図１２の点Ｆ参照）。そして、利用側熱交換器６に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、加熱源としての水や空気と熱交換を行って加熱されて、蒸発することになる（図１６、図１７、図１１、図１２の点Ａ参照）。そして、この利用側熱交換器６において加熱された低圧の冷媒は、切換機構３を経由して、再び、圧縮機構２に吸入される。このようにして、冷房運転が行われる。
【０１０４】
このように、本変形例の空気調和装置１では、冷房運転時においては、上述の変形例１と同様の作用効果が得られる。
【０１０５】
＜暖房運転＞
暖房運転時は、切換機構３が図１６及び図１８の破線で示される加熱運転状態とされる。また、第１膨張機構５ａ及び第２膨張機構５ｂは、開度調節される。そして、切換機構３が加熱運転状態となるため、中間冷媒管８の中間熱交換器開閉弁１２が閉められ、そして、中間熱交換器バイパス管９の中間熱交換器バイパス開閉弁１１が開けられることによって、中間熱交換器７が冷却器として機能しない状態にされるとともに、第２吸入戻し管９２の第２吸入戻し開閉弁９２ａが開けられることによって、中間熱交換器７と圧縮機構２の吸入側とを接続されている状態にされ、かつ、中間熱交換器戻し管９４の中間熱交換器戻し開閉弁９４ａが開けられることによって、利用側熱交換器６と熱源側熱交換器４との間と中間熱交換器７とが接続されている状態にされる。さらに、第３後段側インジェクション弁１９ａは、上述の変形例１における暖房運転時と同様の開度調節がなされる。
【０１０６】
この冷媒回路２１０の状態において、低圧の冷媒（図１６、図１８〜図２０の点Ａ参照）は、吸入管２ａから圧縮機構２に吸入され、まず、圧縮要素２ｃによって中間圧まで圧縮された後に、中間冷媒管８に吐出される（図１６、図１８〜図２０の点Ｂ参照）。この前段側の圧縮要素２ｃから吐出された中間圧の冷媒は、上述の冷房運転時とは異なり、中間熱交換器７を通過せずに（すなわち、冷却されることなく）、中間熱交換器バイパス管９を通過する（図１６、図１８〜図２０の点Ｃ参照）。この中間熱交換器７によって冷却されることなく中間熱交換器バイパス管９を通過した中間圧の冷媒は、第３後段側インジェクション管１９から後段側の圧縮機構２ｄに戻される冷媒（図１６、図１８〜図２０の点Ｋ参照）と合流することで冷却される（図１６、図１８〜図２０の点Ｇ参照）。次に、第３後段側インジェクション管１９から戻る冷媒と合流した（すなわち、エコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションが行われた）中間圧の冷媒は、圧縮要素２ｃの後段側に接続された圧縮要素２ｄに吸入されてさらに圧縮されて、圧縮機構２から吐出管２ｂに吐出される（図１６、図１８〜図２０の点Ｄ参照）。ここで、圧縮機構２から吐出された高圧の冷媒は、圧縮要素２ｃ、２ｄによる二段圧縮動作によって、臨界圧力（すなわち、図１９に示される臨界点ＣＰにおける臨界圧力Ｐｃｐ）を超える圧力まで圧縮されている。そして、この圧縮機構２から吐出された高圧の冷媒は、油分離機構４１を構成する油分離器４１ａに流入し、同伴する冷凍機油が分離される。また、油分離器４１ａにおいて高圧の冷媒から分離された冷凍機油は、油分離機構４１を構成する油戻し管４１ｂに流入し、油戻し管４１ｂに設けられた減圧機構４１ｃで減圧された後に圧縮機構２の吸入管２ａに戻されて、再び、圧縮機構２に吸入される。次に、油分離機構４１において冷凍機油が分離された後の高圧の冷媒は、逆止機構４２及び切換機構３を通じて、冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器６に送られて、冷却源としての水や空気と熱交換を行って冷却される（図１６、図１８〜図２０の点Ｆ参照）。そして、利用側熱交換器６において冷却された高圧の冷媒は、ブリッジ回路１７の入口逆止弁１７ｂを通じてレシーバ入口管１８ａに流入し、その一部が第３後段側インジェクション管１９に分岐される。そして、第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、第３後段側インジェクション弁１９ａにおいて中間圧付近まで減圧された後に、エコノマイザ熱交換器２０に送られる（図１６、図１８〜図２０の点Ｊ参照）。また、第３後段側インジェクション管１９に分岐された後の冷媒は、エコノマイザ熱交換器２０に流入し、第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒と熱交換を行って冷却される（図１６、図１８〜図２０の点Ｈ参照）。一方、第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、放熱器としての利用側熱交換器６において冷却された高圧の冷媒と熱交換を行って加熱されて（図１６、図１８〜図２０の点Ｋ参照）、上述のように、前段側の圧縮要素２ｃから吐出された中間圧の冷媒に合流することになる。そして、エコノマイザ熱交換器２０において冷却された高圧の冷媒は、第１膨張機構５ａによって飽和圧力付近まで減圧されてレシーバ１８内に一時的に溜められる（図１６及び図１８の点Ｉ参照）。そして、レシーバ１８内に溜められた冷媒は、レシーバ出口管１８ｂに送られて、第２膨張機構５ｂによって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、ブリッジ回路１７の出口逆止弁１７ｄを通じて、冷媒の蒸発器として機能する熱源側熱交換器４に送られるとともに、中間熱交換器戻し管９４を通じて、冷媒の蒸発器として機能する中間熱交換器７にも送られる（図１６、図１８〜図２０の点Ｅ参照）。そして、熱源側熱交換器４に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、熱源側熱交換器４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１６、図１８〜図２０の点Ａ参照）。また、中間熱交換器７に送られた低圧の気液二相状態の冷媒も、加熱源としての水や空気と熱交換を行って加熱されて、蒸発することになる（図１６、図１８〜図２０の点Ｖ参照）。そして、この熱源側熱交換器４において加熱されて蒸発した低圧の冷媒は、切換機構３を経由して、再び、圧縮機構２に吸入される。また、この中間熱交換器７において加熱されて蒸発した低圧の冷媒も、第２吸入戻し管９２を通じて、再び、圧縮機構２に吸入される。このようにして、暖房運転が行われる。
【０１０７】
このように、本変形例の空気調和装置１では、暖房運転時においては、上述の変形例１と同様の作用効果が得られるとともに、熱源側熱交換器４とともに、中間熱交換器７を利用側熱交換器６において放熱した冷媒の蒸発器として機能させるようにして、暖房運転時にも有効利用し、これにより、暖房運転時における冷媒の蒸発能力を高めて、暖房運転時の運転効率を向上させることができる。
【０１０８】
（５）変形例３
上述の実施形態における気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクション及び第２後段側インジェクション管としての液インジェクション管１８ｈによる液インジェクションを行う冷媒回路１０（図１参照）において、互いに並列に接続された複数の利用側熱交換器６を有する構成（図２１参照）にするとともに、各利用側熱交換器６を流れる冷媒の流量を制御して各利用側熱交換器６において必要とされる冷凍負荷を得ることができるようにするために各利用側熱交換器６に対応するように利用側膨張機構５ｃ（図２１参照）を設けることが考えられる。この場合には、暖房運転において、各利用側熱交換器６を通過する冷媒の流量が、各利用側熱交換器６に対応して設けられた利用側膨張機構５ｃの開度によって概ね決定されることになるが、この際、各利用側膨張機構５ｃの開度は、各利用側熱交換器６を流れる冷媒の流量だけでなく、複数の利用側熱交換器６間の流量分配の状態によって変動することになり、複数の利用側膨張機構５ｃ間で開度が大きく異なる状態が生じたり、利用側膨張機構５ｃが比較的小さい開度になったりする場合があり、このため、加熱運転時における利用側膨張機構５ｃの開度制御によって、気液分離器としてのレシーバ１８の圧力が過度に低下する場合があり得る。このため、レシーバ１８による中間圧インジェクションは、レシーバ１８の圧力と冷凍サイクルにおける中間圧との圧力差が小さい条件であっても使用可能であることから、この構成における暖房運転のように、レシーバ１８の圧力が過度に低下するおそれの高い場合に有利である。
【０１０９】
上述の変形例１、２におけるエコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションを行う冷媒回路１１０、２１０（図１、１６参照）において、互いに並列に接続された複数の利用側熱交換器６を有する構成（図２１参照）にするとともに、各利用側熱交換器６を流れる冷媒の流量を制御して各利用側熱交換器６において必要とされる冷凍負荷を得ることができるようにするために各利用側熱交換器６に対応するように利用側膨張機構５ｃ（図２１参照）を設けることが考えられる。この場合には、冷房運転において、熱源側熱交換器４において放熱した冷媒がエコノマイザ熱交換器２０に流入するまでの間に大幅な減圧操作が行われることがなく、冷凍サイクルにおける高圧から冷凍サイクルの中間圧付近までの圧力差を利用できる条件であることから、エコノマイザ熱交換器２０における熱交換量が大きくなり、後段側の圧縮要素２ｄに戻すことができる冷媒の流量が大きくすることができるため、気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクションに比べて、その適用が有効である。
【０１１０】
このように、互いに並列に接続された複数の利用側熱交換器６を有する構成にするとともに、各利用側熱交換器６を流れる冷媒の流量を制御して各利用側熱交換器６において必要とされる冷凍負荷を得ることができるようにするために各利用側熱交換器６に対応するように利用側膨張機構５ｃを設ける構成を前提とする場合には、本変形例の空気調和装置１のように、暖房運転時には、利用側熱交換器６において放熱した冷媒をレシーバ１８において気液分離し、この気液分離されたガス冷媒を第１後段側インジェクション管１８ｃを通じて後段側の圧縮要素２ｄに戻す中間圧インジェクション及び液インジェクション管１８ｈによる液インジェクションを、冷房運転時には、エコノマイザ熱交換器２０において、熱源側熱交換器４において放熱した冷媒と第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒との熱交換を行い、この熱交換が行われた後の第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒を後段側の圧縮要素２ｄに戻すエコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションを行う構成にすることが好ましい。
【０１１１】
また、上述のように、複数の空調空間の空調負荷に応じた冷房や暖房を行うこと等を目的として、互いに並列に接続された複数の利用側熱交換器６を有する構成にするとともに、各利用側熱交換器６を流れる冷媒の流量を制御して各利用側熱交換器６において必要とされる冷凍負荷を得ることができるようにするために、レシーバ１８と利用側熱交換器６との間において各利用側熱交換器６に対応するように利用側膨張機構５ｃを設けた構成を採用した場合には、冷房運転時において、第１膨張機構５ａによって飽和圧力付近まで減圧されてレシーバ１８内に一時的に溜められた冷媒（図２１の点Ｌ参照）が、各利用側膨張機構５ｃに分配されるが、レシーバ１８から各利用側膨張機構５ｃに送られる冷媒が気液二相状態であると、各利用側膨張機構５ｃへの分配時に偏流を生じるおそれがあるため、レシーバ１８から各利用側膨張機構５ｃに送られる冷媒をできるだけ過冷却状態にすることが望ましい。
【０１１２】
そこで、本変形例では、図２１に示されるように、上述の変形例２の構成（図１６参照）において、気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクション及び液インジェクション管１８ｈによる液インジェクションを行うことができるようにするために、レシーバ１８に第１後段側インジェクション管１８ｃを接続し、かつ、利用側膨張機構５ｃとレシーバ１８との間に液インジェクション管１８ｈを接続して、冷房運転時には、エコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションを行い、暖房運転時には、気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクション及びを行うことを可能にするとともに、レシーバ１８と利用側膨張機構５ｃとの間に、冷却器としての過冷却熱交換器９６及び第３吸入戻し管９５を設けた冷媒回路３１０としている。
【０１１３】
ここで、第３吸入戻し管９５は、放熱器としての熱源側熱交換器４から蒸発器としての利用側熱交換器６に送られる冷媒を分岐して圧縮機構２の吸入側（すなわち、吸入管２ａ）に戻す冷媒管である。本変形例において、第３吸入戻し管９５は、レシーバ１８から利用側膨張機構５ｃに送られる冷媒を分岐するように設けられている。より具体的には、第２吸入戻し管９５は、過冷却熱交換器９６の上流側の位置（すなわち、レシーバ１８と過冷却熱交換器９６との間）から冷媒を分岐して吸入管２ａに戻すように設けられている。この第３吸入戻し管９５には、開度制御が可能な第３吸入戻し弁９５ａが設けられている。第３吸入戻し弁９５ａは、本変形例において、電動膨張弁である。
【０１１４】
また、過冷却熱交換器９６は、放熱器としての熱源側熱交換器４から蒸発器としての利用側熱交換器６に送られる冷媒と第３吸入戻し管９５を流れる冷媒（より具体的には、第３吸入戻し弁９５ａにおいて低圧付近まで減圧された後の冷媒）との熱交換を行う熱交換器である。本変形例において、過冷却熱交換器９６は、利用側膨張機構５ｃの上流側の位置（すなわち、第３吸入戻し管９５が分岐される位置と利用側膨張機構５ｃとの間）を流れる冷媒と第３吸入戻し管９５を流れる冷媒との熱交換を行うように設けられている。また、本変形例において、過冷却熱交換器９６は、第３吸入戻し管９５が分岐される位置よりも下流側に設けられている。このため、放熱器としての熱源側熱交換器４において冷却された冷媒は、冷却器としてのエコノマイザ熱交換器２０を通過した後に、第３吸入戻し管９５に分岐され、過冷却熱交換器９６において、第３吸入戻し管９５を流れる冷媒と熱交換を行うことになる。
【０１１５】
また、第１後段側インジェクション管１８ｃと第３後段側インジェクション管１９とは、中間冷媒管８側の部分が一体となっている。また、第１吸入戻し管１８ｆと第３吸入戻し管９５とは、圧縮機構２の吸入側の部分が一体となっている。また、本変形例において、利用側膨張機構５ｃは、電動膨張弁である。また、本変形例では、上述のように、第３後段側インジェクション管１９及びエコノマイザ熱交換器２０を冷房運転時に使用し、第１後段側インジェクション管１８ｃ及び液インジェクション管１８ｈを暖房運転時に使用するようにしていることから、エコノマイザ熱交換器２０への冷媒の流通方向を冷房運転及び暖房運転を問わず一定にする必要がないため、ブリッジ回路１７を省略して、冷媒回路３１０の構成を簡単化している。
【０１１６】
また、吸入管２ａ又は圧縮機構２には、圧縮機構２の吸入側を流れる冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサ６０が設けられている。過冷却熱交換器９６の第３吸入戻し管９５側の出口には、過冷却熱交換器９６の第３吸入戻し管９５側の出口における冷媒の温度を検出する過冷却熱交出口温度センサ５９が設けられている。
【０１１７】
次に、本変形例の空気調和装置１の動作について、図２１〜図２７を用いて説明する。ここで、図２２は、冷房運転時における空気調和装置１内の冷媒の流れを示す図であり、図２３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２４は、冷房運転時の冷凍サイクルが図示された温度−エントロピ線図であり、図２５は、暖房運転時における空気調和装置１内の冷媒の流れを示す図であり、図２６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２７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。尚、以下の冷房運転及び暖房運転における運転制御は、上述の制御部（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２３、２４の点Ｄ、Ｄ’、Ｅ、Ｈ、Ｉ、Ｒにおける圧力や図２６、２７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２３、２４の点Ａ、Ｆ、Ｓ、Ｕにおける圧力や図２６、２７の点Ａ、Ｅ、Ｖ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２３、２４の点Ｂ、Ｃ、Ｃ’、Ｇ、Ｇ’、Ｊ、Ｋにおける圧力や図２６、２７の点Ｂ、Ｃ、Ｃ’、Ｇ、Ｇ’、Ｉ、Ｌ、Ｍ、Ｘ）を意味している。
【０１１８】
＜冷房運転＞
冷房運転時は、切換機構３が図２１及び図２２の実線で示される冷却運転状態とされる。熱源側膨張機構としての第１膨張機構５ａ及び利用側膨張機構５ｃは、開度調節される。そして、切換機構３が冷却運転状態となるため、中間冷媒管８の中間熱交換器開閉弁１２が開けられ、そして、中間熱交換器バイパス管９の中間熱交換器バイパス開閉弁１１が閉められることによって、中間熱交換器７が冷却器として機能する状態にされるとともに、第２吸入戻し管９２の第２吸入戻し開閉弁９２ａが閉められることによって、中間熱交換器７と圧縮機構２の吸入側とが接続していない状態にされ、また、中間熱交換器戻し管９４の中間熱交換器戻し開閉弁９４ａが閉められることによって、利用側熱交換器６と熱源側熱交換器４との間と中間熱交換器７とが接続していない状態にされる。また、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクションを行わずに、第３後段側インジェクション管１９を通じて、エコノマイザ熱交換器２０において加熱された冷媒を後段側の圧縮要素２ｄに戻すエコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションを行うようにしている。より具体的には、第１後段側インジェクション開閉弁１８ｄは閉状態にされて、第３後段側インジェクション弁１９ａは、上述の変形例２における冷房運転時と同様の開度調節（但し、後段側の圧縮要素２ｄの吸入における冷媒の過熱度ＳＨが目標値ＳＨＣになるように制御するもの）がなされる。さらに、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、過冷却熱交換器９６を使用するため、第３吸入戻し弁９５ａについても、開度調節される。より具体的には、本変形例において、第３吸入戻し弁９５ａは、過冷却熱交換器９６の第３吸入戻し管９５側の出口における冷媒の過熱度が目標値になるように開度調節される、いわゆる過熱度制御がなされるようになっている。本変形例において、過冷却熱交換器９６の第３吸入戻し管９５側の出口における冷媒の過熱度は、吸入圧力センサ６０により検出される低圧を飽和温度に換算し、過冷却熱交出口温度センサ５９により検出される冷媒温度からこの冷媒の飽和温度値を差し引くことによって得られる。尚、本変形例では採用していないが、過冷却熱交換器９６の第３吸入戻し管９５側の入口に温度センサを設けて、この温度センサにより検出される冷媒温度を過冷却熱交出口温度センサ５９により検出される冷媒温度から差し引くことによって、過冷却熱交換器９６の第３吸入戻し管９５側の出口における冷媒の過熱度を得るようにしてもよい。また、第３吸入戻し弁９５ａの開度調節は、過熱度制御に限られるものではなく、例えば、冷媒回路３１０における冷媒循環量等に応じて所定開度だけ開けるようにするものであってもよい。
【０１１９】
この冷媒回路３１０の状態において、低圧の冷媒（図２１〜図２４の点Ａ参照）は、吸入管２ａから圧縮機構２に吸入され、まず、圧縮要素２ｃによって中間圧まで圧縮された後に、中間冷媒管８に吐出される（図２１〜図２４の点Ｂ参照）。この前段側の圧縮要素２ｃから吐出された中間圧の冷媒は、中間熱交換器７において、冷却源としての水や空気と熱交換を行うことで冷却される（図２１〜図２４の点Ｃ参照）。この中間熱交換器７において冷却された冷媒は、第３後段側インジェクション管１９から後段側の圧縮機構２ｄに戻される冷媒（図２１〜図２４の点Ｋ参照）と合流することでさらに冷却される（図２１〜図２４の点Ｇ参照）。次に、第３後段側インジェクション管１９から戻る冷媒と合流した（すなわち、エコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションが行われた）中間圧の冷媒は、圧縮要素２ｃの後段側に接続された圧縮要素２ｄに吸入されてさらに圧縮されて、圧縮機構２から吐出管２ｂに吐出される（図２１〜図２４の点Ｄ参照）。ここで、圧縮機構２から吐出された高圧の冷媒は、圧縮要素２ｃ、２ｄによる二段圧縮動作によって、臨界圧力（すなわち、図２３に示される臨界点ＣＰにおける臨界圧力Ｐｃｐ）を超える圧力まで圧縮されている。そして、この圧縮機構２から吐出された高圧の冷媒は、油分離機構４１を構成する油分離器４１ａに流入し、同伴する冷凍機油が分離される。また、油分離器４１ａにおいて高圧の冷媒から分離された冷凍機油は、油分離機構４１を構成する油戻し管４１ｂに流入し、油戻し管４１ｂに設けられた減圧機構４１ｃで減圧された後に圧縮機構２の吸入管２ａに戻されて、再び、圧縮機構２に吸入される。次に、油分離機構４１において冷凍機油が分離された後の高圧の冷媒は、逆止機構４２及び切換機構３を通じて、冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器４に送られる。そして、熱源側熱交換器４に送られた高圧の冷媒は、熱源側熱交換器４において、冷却源としての水や空気と熱交換を行って冷却される（図２１〜図２４の点Ｅ参照）。そして、熱源側熱交換器４において冷却された高圧の冷媒は、その一部が第３後段側インジェクション管１９に分岐される。そして、第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、第３後段側インジェクション弁１９ａにおいて中間圧付近まで減圧された後に、エコノマイザ熱交換器２０に送られる（図２１〜図２４の点Ｊ参照）。また、第３後段側インジェクション管１９に分岐された後の冷媒は、エコノマイザ熱交換器２０に流入し、第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒と熱交換を行って冷却される（図２１〜図２４の点Ｈ参照）。一方、第３後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、放熱器としての熱源側熱交換器４において冷却された高圧の冷媒と熱交換を行って加熱されて（図２１〜図２４の点Ｋ参照）、上述のように、前段側の圧縮要素２ｃから吐出された中間圧の冷媒に合流することになる。そして、エコノマイザ熱交換器２０において冷却された高圧の冷媒は、第１膨張機構５ａによって飽和圧力付近まで減圧されてレシーバ１８内に一時的に溜められる（図２１〜図２４の点Ｉ参照）。そして、レシーバ１８内に溜められた冷媒は、その一部が第３吸入戻し管９５に分岐される。そして、第３吸入戻し管９５を流れる冷媒は、第３吸入戻し弁９５ａにおいて低圧付近まで減圧された後に、過冷却熱交換器９６に送られる（図２１〜図２４の点Ｓ参照）。また、第３吸入戻し管９５に分岐された後の冷媒は、過冷却熱交換器９６に流入し、第３吸入戻し管９５を流れる冷媒と熱交換を行ってさらに冷却される（図２１〜図２４の点Ｒ参照）。一方、第３吸入戻し管９５を流れる冷媒は、エコノマイザ熱交換器２０において冷却された高圧の冷媒と熱交換を行って加熱されて（図２１〜図２４の点Ｕ参照）、圧縮機構２の吸入側（ここでは、吸入管２ａ）を流れる冷媒に合流することになる。この過冷却熱交換器９６において冷却された冷媒は、利用側膨張機構５ｃに送られて、利用側膨張機構５ｃよって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器６に送られる（図２１〜図２４の点Ｆ参照）。そして、利用側熱交換器６に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、加熱源としての水や空気と熱交換を行って加熱されて、蒸発することになる（図２１〜図２４の点Ａ参照）。そして、この利用側熱交換器６において加熱された低圧の冷媒は、切換機構３を経由して、再び、圧縮機構２に吸入される。このようにして、冷房運転が行われる。
【０１２０】
このように、本変形例の空気調和装置１では、冷房運転時においては、放熱器としての熱源側熱交換器４の下流側かつ熱源側膨張機構としての第１膨張機構５ａの上流側における冷媒の圧力が高いままで保たれており、冷凍サイクルにおける高圧から冷凍サイクルの中間圧付近までの圧力差を利用できる条件であることから、エコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションが採用されており、上述の変形例１、２と同様の作用効果を得ることができる。
【０１２１】
また、本変形例では、レシーバ１８から利用側膨張機構５ｃへ送られる冷媒（図２３、図２４の点Ｉ参照）を過冷却熱交換器９６によって過冷却状態まで冷却することができるため（図２３、図２４の点Ｒ参照）、各利用側膨張機構５ｃへの分配時に偏流を生じるおそれを少なくすることができる。
【０１２２】
＜暖房運転＞
暖房運転時は、切換機構３が図２１及び図２５の破線で示される加熱運転状態とされる。また、熱源側膨張機構としての第１膨張機構５ａ及び利用側膨張機構５ｃは、開度調節される。そして、切換機構３が加熱運転状態となるため、中間冷媒管８の中間熱交換器開閉弁１２が閉められ、そして、中間熱交換器バイパス管９の中間熱交換器バイパス開閉弁１１が開けられることによって、中間熱交換器７が冷却器として機能しない状態にされるとともに、第２吸入戻し管９２の第２吸入戻し開閉弁９２ａが開けられることによって、中間熱交換器７と圧縮機構２の吸入側とを接続されている状態にされ、かつ、中間熱交換器戻し管９４の中間熱交換器戻し開閉弁９４ａが開けられることによって、利用側熱交換器６と熱源側熱交換器４との間と中間熱交換器７とが接続されている状態にされる。また、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、エコノマイザ熱交換器２０による中間圧インジェクションを行わずに、第１後段側インジェクション管１８ｃを通じて、気液分離器としてのレシーバ１８から冷媒を後段側の圧縮要素２ｄに戻すレシーバ１８による中間圧インジェクション、及び、第２後段側インジェクション管としての液インジェクション管１８ｈを通じて冷媒を後段側の圧縮要素２ｄに戻す液インジェクション管１８ｈによる中間圧インジェクションを行うようにしている。より具体的には、第３後段側インジェクション弁１９ａが全閉状態にされて、第１後段側インジェクション開閉弁１８ｄは開状態にされ、かつ、液インジェクション弁１８ｉは上述の実施形態における暖房運転と同様の開度調節（すなわち、後段側の圧縮要素２ｄの吸入における冷媒の過熱度ＳＨが目標値ＳＨＨになるように制御するもの）がなされる。さらに、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、過冷却熱交換器９６を使用しないため、第３吸入戻し弁９５ａは全閉状態にされる。
【０１２３】
この冷媒回路３１０の状態において、低圧の冷媒（図２１、図２５〜図２７の点Ａ参照）は、吸入管２ａから圧縮機構２に吸入され、まず、圧縮要素２ｃによって中間圧まで圧縮された後に、中間冷媒管８に吐出される（図２１、図２５〜図２７の点Ｂ参照）。この前段側の圧縮要素２ｃから吐出された中間圧の冷媒は、上述の冷房運転時とは異なり、中間熱交換器７を通過せずに（すなわち、冷却されることなく）、中間熱交換器バイパス管９を通過する（図２１、図２５〜図２７の点Ｃ参照）。この中間熱交換器７によって冷却されることなく中間熱交換器バイパス管９を通過した中間圧の冷媒は、レシーバ１８から第１後段側インジェクション管１８ｃ及び液インジェクション管１８ｈを通じて後段側の圧縮機構２ｄに戻される冷媒（図２１、図２５〜図２７の点Ｍ、点Ｘ参照）と合流することで冷却される（図２１、図２５〜図２７の点Ｇ参照）。次に、第１後段側インジェクション管１８ｃ及び液インジェクション管１８ｈから戻る冷媒と合流した（すなわち、気液分離器としてのレシーバ１８及び液インジェクション管１８ｈによる中間圧インジェクションが行われた）中間圧の冷媒は、圧縮要素２ｃの後段側に接続された圧縮要素２ｄに吸入されてさらに圧縮されて、圧縮機構２から吐出管２ｂに吐出される（図２１、図２５〜図２７の点Ｄ参照）。ここで、圧縮機構２から吐出された高圧の冷媒は、圧縮要素２ｃ、２ｄによる二段圧縮動作によって、臨界圧力（すなわち、図２６に示される臨界点ＣＰにおける臨界圧力Ｐｃｐ）を超える圧力まで圧縮されている。そして、この圧縮機構２から吐出された高圧の冷媒は、油分離機構４１を構成する油分離器４１ａに流入し、同伴する冷凍機油が分離される。また、油分離器４１ａにおいて高圧の冷媒から分離された冷凍機油は、油分離機構４１を構成する油戻し管４１ｂに流入し、油戻し管４１ｂに設けられた減圧機構４１ｃで減圧された後に圧縮機構２の吸入管２ａに戻されて、再び、圧縮機構２に吸入される。次に、油分離機構４１において冷凍機油が分離された後の高圧の冷媒は、逆止機構４２及び切換機構３を通じて、冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器６に送られて、冷却源としての水や空気と熱交換を行って冷却される（図２１、図２５〜図２７の点Ｆ参照）。そして、利用側熱交換器６において冷却された高圧の冷媒は、利用側膨張機構５ｃを通過した後に、その一部が液インジェクション管１８ｈに分岐される。そして、液インジェクション管１８ｈを流れる冷媒は、液インジェクション弁１８ｉにおいて中間圧付近まで減圧された後に（図２１、図２５〜図２７の点Ｘ参照）、上述のように、前段側の圧縮要素２ｃから吐出された中間圧の冷媒に合流することになる。そして、液インジェクション管１８ｈで分岐された後の高圧の冷媒は、レシーバ１８内に一時的に溜められるとともに気液分離が行われる（図２１、図２５〜図２７の点Ｉ、Ｌ、Ｍ参照）。そして、レシーバ１８において気液分離されたガス冷媒は、第１後段側インジェクション管１８ｃによってレシーバ１８の上部から抜き出されて、上述のように、前段側の圧縮要素２ｃから吐出された中間圧の冷媒に合流することになる。そして、レシーバ１８内に溜められた液冷媒は、第１膨張機構５ａによって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、冷媒の蒸発器として機能する熱源側熱交換器４に送られるとともに、中間熱交換器戻し管９４を通じて、冷媒の蒸発器として機能する中間熱交換器７にも送られる（図２１、図２５〜図２７の点Ｅ参照）。そして、熱源側熱交換器４に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、加熱源としての水や空気と熱交換を行って加熱されて、蒸発することになる（図２１、図２５〜図２７の点Ａ参照）。また、中間熱交換器７に送られた低圧の気液二相状態の冷媒も、加熱源としての水や空気と熱交換を行って加熱されて、蒸発することになる（図２１、図２５〜図２７の点Ｖ参照）。そして、この熱源側熱交換器４において加熱されて蒸発した低圧の冷媒は、切換機構３を経由して、再び、圧縮機構２に吸入される。また、この中間熱交換器７において加熱されて蒸発した低圧の冷媒は、第２吸入戻し管９２を通じて、再び、圧縮機構２に吸入される。このようにして、暖房運転が行われる。
【０１２４】
このように、本変形例の空気調和装置１では、暖房運転時においては、互いに並列に接続された複数の利用側熱交換器６を有する構成にするとともに、各利用側熱交換器６を流れる冷媒の流量を制御して各利用側熱交換器６において必要とされる冷凍負荷を得ることができるようにするために各利用側熱交換器６に対応するように利用側膨張機構５ｃを設けていることに起因して、レシーバ１８の圧力と冷凍サイクルにおける中間圧との圧力差が小さい条件であることから、気液分離器としてのレシーバ１８による中間圧インジェクションが採用されており、上述の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【０１２５】
また、本変形例では、上述の変形例２と同様に、暖房運転時に中間熱交換器７が冷媒の蒸発器として機能しており、中間熱交換器７の有効利用が図られている。
【０１２６】
しかも、本変形例では、上述のような中間圧インジェクションの冷房運転と暖房運転との使い分けに伴って、インジェクション量最適化制御として、冷房運転時において、後段側の圧縮要素２ｄの吸入における冷媒の過熱度ＳＨが目標値ＳＨＣになるように、第３後段側インジェクション管１９を通じて後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒の流量を制御するとともに、暖房運転時において、後段側の圧縮要素２ｄの吸入における冷媒の過熱度ＳＨが目標値ＳＨＨになるように、第２後段側インジェクション管としての液インジェクション管１８ｈを通じて後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒の流量を制御するものを採用しており、暖房運転時における過熱度ＳＨの目標値ＳＨＨが冷房運転時における過熱度ＳＨの目標値ＳＨＣ以下になるように設定しているため、圧縮機構２から吐出される冷媒の流量に対する後段側インジェクション管（冷房運転時には、第３後段側インジェクション管１９、暖房運転時には、第１後段側インジェクション管１８ｃ及び液インジェクション管１８ｈの両方）を通じて後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷媒の流量の比であるインジェクション比が、冷房運転時よりも暖房運転時のほうが大きくなる。これにより、本変形例では、上述の実施形態及びその変形例と同様に、後段側インジェクション管を用いた中間圧インジェクションによる後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒の冷却効果が、冷房運転時よりも暖房運転時のほうが大きくなるため、中間熱交換器７による後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒の冷却効果のない暖房運転時においても、外部への放熱を抑えながら、圧縮機構２から吐出される冷媒の温度をさらに低く抑えることができ、成績係数を向上させることができる。また、本変形例においても、上述の実施形態及びその変形例と同様、暖房運転時における過熱度ＳＨの目標値ＳＨＨ（図２７参照）を冷房運転時における過熱度ＳＨの目標値ＳＨＣと同じ値に設定することで、暖房運転時においても、後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒を、暖房運転時は中間圧インジェクションによって、中間熱交換器７及び中間圧インジェクションにより冷媒を冷却する冷房運転時と同じ過熱度ＳＨまで冷却するようにして、中間熱交換器７による冷却効果に相当する分だけ冷房運転時よりも暖房運転時におけるインジェクション比が大きくなるようにすることが好ましい。
【０１２７】
（６）変形例４
上述の実施形態及びその変形例では、１台の一軸二段圧縮構造の圧縮機２１によって、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄのうちの前段側の圧縮要素から吐出された冷媒を後段側の圧縮要素で順次圧縮する二段圧縮式の圧縮機構２が構成されているが、三段圧縮式等のような二段圧縮式よりも多段の圧縮機構を採用してもよいし、また、単一の圧縮要素が組み込まれた圧縮機及び／又は複数の圧縮要素が組み込まれた圧縮機を複数台直列に接続することで多段の圧縮機構を構成してもよい。また、利用側熱交換器６が多数接続される場合等のように、圧縮機構の能力を大きくする必要がある場合には、多段圧縮式の圧縮機構を２系統以上並列に接続した並列多段圧縮式の圧縮機構を採用してもよい。
【０１２８】
例えば、図２８に示されるように、上述の変形例３における冷媒回路３１０（図２１参照）において、二段圧縮式の圧縮機構２に代えて、二段圧縮式の圧縮機構１０３、１０４を並列に接続した圧縮機構１０２を採用した冷媒回路４１０にしてもよい。
【０１２９】
ここで、第１圧縮機構１０３は、本変形例において、２つの圧縮要素１０３ｃ、１０３ｄで冷媒を二段圧縮する圧縮機２９から構成されており、圧縮機構１０２の吸入母管１０２ａから分岐された第１吸入枝管１０３ａ、及び、圧縮機構１０２の吐出母管１０２ｂに合流する第１吐出枝管１０３ｂに接続されている。第２圧縮機構１０４は、本変形例において、２つの圧縮要素１０４ｃ、１０４ｄで冷媒を二段圧縮する圧縮機３０から構成されており、圧縮機構１０２の吸入母管１０２ａから分岐された第２吸入枝管１０４ａ、及び、圧縮機構１０２の吐出母管１０２ｂに合流する第２吐出枝管１０４ｂに接続されている。尚、圧縮機２９、３０は、上述の実施形態及びその変形例における圧縮機２１と同様の構成であるため、圧縮要素１０３ｃ、１０３ｄ、１０４ｃ、１０４ｄを除く各部を示す符号をそれぞれ２９番台や３０番台に置き換えることとし、ここでは、説明を省略する。そして、圧縮機２９は、第１吸入枝管１０３ａから冷媒を吸入し、この吸入された冷媒を圧縮要素１０３ｃによって圧縮した後に中間冷媒管８を構成する第１入口側中間枝管８１に吐出し、第１入口側中間枝管８１に吐出された冷媒を中間冷媒管８を構成する中間母管８２及び第１出口側中間枝管８３を通じて圧縮要素１０３ｄに吸入させて冷媒をさらに圧縮した後に第１吐出枝管１０３ｂに吐出するように構成されている。圧縮機３０は、第２吸入枝管１０４ａから冷媒を吸入し、この吸入された冷媒を圧縮要素１０４ｃによって圧縮した後に中間冷媒管８を構成する第２入口側中間枝管８４に吐出し、第２入口側中間枝管８４に吐出された冷媒を中間冷媒管８を構成する中間母管８２及び第２出口側中間枝管８５を通じて圧縮要素１０４ｄに吸入させて冷媒をさらに圧縮した後に第２吐出枝管１０４ｂに吐出するように構成されている。中間冷媒管８は、本変形例において、圧縮要素１０３ｄ、１０４ｄの前段側に接続された圧縮要素１０３ｃ、１０４ｃから吐出された冷媒を、圧縮要素１０３ｃ、１０４ｃの後段側に接続された圧縮要素１０３ｄ、１０４ｄに吸入させるための冷媒管であり、主として、第１圧縮機構１０３の前段側の圧縮要素１０３ｃの吐出側に接続される第１入口側中間枝管８１と、第２圧縮機構１０４の前段側の圧縮要素１０４ｃの吐出側に接続される第２入口側中間枝管８４と、両入口側中間枝管８１、８４が合流する中間母管８２と、中間母管８２から分岐されて第１圧縮機構１０３の後段側の圧縮要素１０３ｄの吸入側に接続される第１出口側中間枝管８３と、中間母管８２から分岐されて第２圧縮機構１０４の後段側の圧縮要素１０４ｄの吸入側に接続される第２出口側中間枝管８５とを有している。また、吐出母管１０２ｂは、圧縮機構１０２から吐出された冷媒を切換機構３に送るための冷媒管であり、吐出母管１０２ｂに接続される第１吐出枝管１０３ｂには、第１油分離機構１４１と第１逆止機構１４２とが設けられており、吐出母管１０２ｂに接続される第２吐出枝管１０４ｂには、第２油分離機構１４３と第２逆止機構１４４とが設けられている。第１油分離機構１４１は、第１圧縮機構１０３から吐出される冷媒に同伴する冷凍機油を冷媒から分離して圧縮機構１０２の吸入側へ戻す機構であり、主として、第１圧縮機構１０３から吐出される冷媒に同伴する冷凍機油を冷媒から分離する第１油分離器１４１ａと、第１油分離器１４１ａに接続されており冷媒から分離された冷凍機油を圧縮機構１０２の吸入側に戻す第１油戻し管１４１ｂとを有している。第２油分離機構１４３は、第２圧縮機構１０４から吐出される冷媒に同伴する冷凍機油を冷媒から分離して圧縮機構１０２の吸入側へ戻す機構であり、主として、第２圧縮機構１０４から吐出される冷媒に同伴する冷凍機油を冷媒から分離する第２油分離器１４３ａと、第２油分離器１４３ａに接続されており冷媒から分離された冷凍機油を圧縮機構１０２の吸入側に戻す第２油戻し管１４３ｂとを有している。本変形例において、第１油戻し管１４１ｂは、第２吸入枝管１０４ａに接続されており、第２油戻し管１４３ｃは、第１吸入枝管１０３ａに接続されている。このため、第１圧縮機構１０３内に溜まった冷凍機油の量と第２圧縮機構１０４内に溜まった冷凍機油の量との間に偏りに起因して第１圧縮機構１０３から吐出される冷媒に同伴する冷凍機油の量と第２圧縮機構１０４から吐出される冷媒に同伴する冷凍機油の量との間に偏りが生じた場合であっても、圧縮機構１０３、１０４のうち冷凍機油の量が少ない方に冷凍機油が多く戻ることになり、第１圧縮機構１０３内に溜まった冷凍機油の量と第２圧縮機構１０４内に溜まった冷凍機油の量との間の偏りが解消されるようになっている。また、本変形例において、第１吸入枝管１０３ａは、第２油戻し管１４３ｂとの合流部から吸入母管１０２ａとの合流部までの間の部分が、吸入母管１０２ａとの合流部に向かって下り勾配になるように構成されており、第２吸入枝管１０４ａは、第１油戻し管１４１ｂとの合流部から吸入母管１０２ａとの合流部までの間の部分が、吸入母管１０２ａとの合流部に向かって下り勾配になるように構成されている。このため、圧縮機構１０３、１０４のいずれか一方が停止中であっても、運転中の圧縮機構に対応する油戻し管から停止中の圧縮機構に対応する吸入枝管に戻される冷凍機油は、吸入母管１０２ａに戻ることになり、運転中の圧縮機構の油切れが生じにくくなっている。油戻し管１４１ｂ、１４３ｂには、油戻し管１４１ｂ、１４３ｂを流れる冷凍機油を減圧する減圧機構１４１ｃ、１４３ｃが設けられている。逆止機構１４２、１４４は、圧縮機構１０３、１０４の吐出側から切換機構３への冷媒の流れを許容し、かつ、切換機構３から圧縮機構１０３、１０４の吐出側への冷媒の流れを遮断するための機構である。
【０１３０】
このように、圧縮機構１０２は、本変形例において、２つの圧縮要素１０３ｃ、１０３ｄを有するとともにこれらの圧縮要素１０３ｃ、１０３ｄのうちの前段側の圧縮要素から吐出された冷媒を後段側の圧縮要素で順次圧縮するように構成された第１圧縮機構１０３と、２つの圧縮要素１０４ｃ、１０４ｄを有するとともにこれらの圧縮要素１０４ｃ、１０４ｄのうちの前段側の圧縮要素から吐出された冷媒を後段側の圧縮要素で順次圧縮するように構成された第２圧縮機構１０４とを並列に接続した構成となっている。
【０１３１】
また、中間熱交換器７は、本変形例において、中間冷媒管８を構成する中間母管８２に設けられており、冷房運転時には、第１圧縮機構１０３の前段側の圧縮要素１０３ｃから吐出された冷媒と第２圧縮機構１０４の前段側の圧縮要素１０４ｃから吐出された冷媒とが合流したものを冷却する熱交換器である。すなわち、中間熱交換器７は、冷房運転時には、２つの圧縮機構１０３、１０４に共通の冷却器として機能するものとなっている。このため、多段圧縮式の圧縮機構１０３、１０４を複数系統並列に接続した並列多段圧縮式の圧縮機構１０２に対して中間熱交換器７を設ける際の圧縮機構１０２周りの回路構成の簡素化が図られている。
【０１３２】
また、中間冷媒管８を構成する第１入口側中間枝管８１には、第１圧縮機構１０３の前段側の圧縮要素１０３ｃの吐出側から中間母管８２側への冷媒の流れを許容し、かつ、中間母管８２側から前段側の圧縮要素１０３ｃの吐出側への冷媒の流れを遮断するための逆止機構８１ａが設けられており、中間冷媒管８を構成する第２入口側中間枝管８４には、第２圧縮機構１０３の前段側の圧縮要素１０４ｃの吐出側から中間母管８２側への冷媒の流れを許容し、かつ、中間母管８２側から前段側の圧縮要素１０４ｃの吐出側への冷媒の流れを遮断するための逆止機構８４ａが設けられている。本変形例においては、逆止機構８１ａ、８４ａとして逆止弁が使用されている。このため、圧縮機構１０３、１０４のいずれか一方が停止中であっても、運転中の圧縮機構の前段側の圧縮要素から吐出された冷媒が中間冷媒管８を通じて、停止中の圧縮機構の前段側の圧縮要素の吐出側に達するということが生じないため、運転中の圧縮機構の前段側の圧縮要素から吐出された冷媒が、停止中の圧縮機構の前段側の圧縮要素内を通じて圧縮機構１０２の吸入側に抜けて停止中の圧縮機構の冷凍機油が流出するということが生じなくなり、これにより、停止中の圧縮機構を起動する際の冷凍機油の不足が生じにくくなっている。尚、圧縮機構１０３、１０４間に運転の優先順位を設けている場合（例えば、第１圧縮機構１０３を優先的に運転する圧縮機構とする場合）には、上述の停止中の圧縮機構に該当することがあるのは、第２圧縮機構１０４に限られることになるため、この場合には、第２圧縮機構１０４に対応する逆止機構８４ａだけを設けるようにしてもよい。
【０１３３】
また、上述のように、第１圧縮機構１０３を優先的に運転する圧縮機構とする場合においては、中間冷媒管８が圧縮機構１０３、１０４に共通に設けられているため、運転中の第１圧縮機構１０３に対応する前段側の圧縮要素１０３ｃから吐出された冷媒が中間冷媒管８の第２出口側中間枝管８５を通じて、停止中の第２圧縮機構１０４の後段側の圧縮要素１０４ｄの吸入側に達し、これにより、運転中の第１圧縮機構１０３の前段側の圧縮要素１０３ｃから吐出された冷媒が、停止中の第２圧縮機構１０４の後段側の圧縮要素１０４ｄ内を通じて圧縮機構１０２の吐出側に抜けて停止中の第２圧縮機構１０４の冷凍機油が流出して、停止中の第２圧縮機構１０４を起動する際の冷凍機油の不足が生じるおそれがある。そこで、本変形例では、第２出口側中間枝管８５に開閉弁８５ａを設け、第２圧縮機構１０４が停止中の場合には、この開閉弁８５ａによって第２出口側中間枝管８５内の冷媒の流れを遮断するようにしている。これにより、運転中の第１圧縮機構１０３の前段側の圧縮要素１０３ｃから吐出された冷媒が中間冷媒管８の第２出口側中間枝管８５を通じて、停止中の第２圧縮機構１０４の後段側の圧縮要素１０４ｄの吸入側に達することがなくなるため、運転中の第１圧縮機構１０３の前段側の圧縮要素１０３ｃから吐出された冷媒が、停止中の第２圧縮機構１０４の後段側の圧縮要素１０４ｄ内を通じて圧縮機構１０２の吐出側に抜けて停止中の第２圧縮機構１０４の冷凍機油が流出するということが生じなくなり、これにより、停止中の第２圧縮機構１０４を起動する際の冷凍機油の不足がさらに生じにくくなっている。尚、本変形例においては、開閉弁８５ａとして電磁弁が使用されている。
【０１３４】
また、第１圧縮機構１０３を優先的に運転する圧縮機構とする場合においては、第１圧縮機構１０３の起動に続いて第２圧縮機構１０４を起動することになるが、この際、中間冷媒管８が圧縮機構１０３、１０４に共通に設けられているため、第２圧縮機構１０４の前段側の圧縮要素１０４ｃの吐出側の圧力及び後段側の圧縮要素１０４ｄの吸入側の圧力が、第１圧縮機構１０３の前段側の圧縮要素１０３ｃの吸入側の圧力及び後段側の圧縮要素１０３ｄの吐出側の圧力よりも高くなった状態から起動することになり、安定的に第２圧縮機構１０４を起動することが難しい。そこで、本変形例では、第２圧縮機構１０４の前段側の圧縮要素１０４ｃの吐出側と後段側の圧縮要素１０４ｄの吸入側とを接続する起動バイパス管８６を設けるとともに、この起動バイパス管８６に開閉弁８６ａを設け、第２圧縮機構１０４が停止中の場合には、この開閉弁８６ａによって起動バイパス管８６内の冷媒の流れを遮断し、かつ、開閉弁８５ａによって第２出口側中間枝管８５内の冷媒の流れを遮断するようにし、第２圧縮機構１０４を起動する際に、開閉弁８６ａによって起動バイパス管８６内に冷媒を流すことができる状態にすることで、第２圧縮機構１０４の前段側の圧縮要素１０４ｃから吐出される冷媒を第１圧縮機構１０３の前段側の圧縮要素１０３ｃから吐出される冷媒に合流させることなく、起動バイパス管８６を通じて後段側の圧縮要素１０４ｄに吸入させるようにして、圧縮機構１０２の運転状態が安定した時点（例えば、圧縮機構１０２の吸入圧力、吐出圧力及び中間圧力が安定した時点）で、開閉弁８５ａによって第２出口側中間枝管８５内に冷媒を流すことができる状態にし、かつ、開閉弁８６ａによって起動バイパス管８６内の冷媒の流れを遮断して、通常の冷房運転や暖房運転に移行することができるようになっている。尚、本変形例において、起動バイパス管８６は、その一端が第２出口側中間枝管８５の開閉弁８５ａと第２圧縮機構１０４の後段側の圧縮要素１０４ｄの吸入側との間に接続され、その他端が第２圧縮機構１０４の前段側の圧縮要素１０４ｃの吐出側と第２入口側中間枝管８４の逆止機構８４ａとの間に接続されており、第２圧縮機構１０４を起動する際に、第１圧縮機構１０３の中間圧部分の影響を受けにくい状態にできるようになっている。また、本変形例においては、開閉弁８６ａとして電磁弁が使用されている。
【０１３５】
また、本変形例の空気調和装置１の冷房運転や暖房運転の動作は、圧縮機構２に代えて設けられた圧縮機構１０２によって、圧縮機構１０２周りの回路構成がやや複雑化したことによる変更点を除いては、上述の変形例３における動作（図２１〜図２７及びその関連記載）と基本的に同じであるため、ここでは、説明を省略する。
【０１３６】
そして、本変形例の構成においても、上述の変形例３と同様の作用効果を得ることができる。
【０１３７】
（７）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。
【０１３８】
例えば、上述の実施形態及びその変形例において、利用側熱交換器６を流れる冷媒と熱交換を行う加熱源又は冷却源としての水やブラインを使用するとともに、利用側熱交換器６において熱交換された水やブラインと室内空気とを熱交換させる二次熱交換器を設けた、いわゆる、チラー型の空気調和装置に本発明を適用してもよい。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明を利用すれば、冷却運転と加熱運転とを切り換え可能で、かつ、中間圧インジェクションが可能な冷媒回路を有する多段圧縮式の冷凍サイクルを行う冷凍装置において、高い運転効率が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明にかかる冷凍装置の一実施形態としての空気調和装置の概略構成図である。
【図２】冷房運転時における空気調和装置内の冷媒の流れを示す図である。
【図３】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】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５】暖房運転時における空気調和装置内の冷媒の流れを示す図である。
【図６】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。
【図７】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８】インジェクション比と冷房運転時における成績係数比又は暖房運転時における成績係数比との関係を示す図である。
【図９】変形例１にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図１０】冷房運転時における空気調和装置内の冷媒の流れを示す図である。
【図１１】変形例１にかかる空気調和装置における冷房運転時の冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図である。
【図１２】変形例１にかかる空気調和装置における冷房運転時の冷凍サイクルが図示された温度−エントロピ線図である。
【図１３】暖房運転時における空気調和装置内の冷媒の流れを示す図である。
【図１４】変形例１にかかる空気調和装置における暖房運転時の冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図である。
【図１５】変形例１にかかる空気調和装置における暖房運転時の冷凍サイクルが図示された温度−エントロピ線図である。
【図１６】変形例２にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図１７】冷房運転時における空気調和装置内の冷媒の流れを示す図である。
【図１８】暖房運転時における空気調和装置内の冷媒の流れを示す図である。
【図１９】変形例２にかかる空気調和装置における暖房運転時の冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図である。
【図２０】変形例２にかかる空気調和装置における暖房運転時の冷凍サイクルが図示された温度−エントロピ線図である。
【図２１】変形例３にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図２２】冷房運転時における空気調和装置内の冷媒の流れを示す図である。
【図２３】変形例３にかかる空気調和装置における冷房運転時の冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図である。
【図２４】変形例３にかかる空気調和装置における冷房運転時の冷凍サイクルが図示された温度−エントロピ線図である。
【図２５】暖房運転時における空気調和装置内の冷媒の流れを示す図である。
【図２６】変形例３にかかる空気調和装置における暖房運転時の冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図である。
【図２７】変形例３にかかる空気調和装置における暖房運転時の冷凍サイクルが図示された温度−エントロピ線図である。
【図２８】変形例４にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【０１４３】
１  空気調和装置（冷凍装置）
２、１０２  圧縮機構
３  切換機構
４  熱源側熱交換器
６  利用側熱交換器
７  中間熱交換器
８  中間冷媒管
９  中間熱交換器バイパス管
１８  レシーバ（気液分離器）
１８ｃ  第１後段側インジェクション管
１８ｈ  液インジェクション管（第２後段側インジェクション管）
１９  第３後段側インジェクション管
２０  エコノマイザ熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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