(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から供給される水を水分岐点（Ｗ）まで導く入水配管（９０１）と、前記水分岐点（Ｗ）から延びる第１分岐水配管（９０４，９０５）および第２分岐水配管（９０２，９０３）と、前記第１分岐水配管（９０４，９０５）と前記第２分岐水配管（９０２，９０３）とが合流する合流点（Ｚ）から前記外部まで導く出水配管（９０６）と、を有する水配管系（９１０）を対象として熱交換を行い、冷凍サイクルの少なくとも一部で作動冷媒が超臨界状態となる冷凍装置（２０１，４０１）であって、
冷媒を減圧させる主膨張機構（５，９５ｅ，４０５Ｂ，４０５Ｃ，４０５Ｄ）と、
前記主膨張機構（５，９５ｅ，４０５Ｂ，４０５Ｃ，４０５Ｄ）と接続され、冷媒を蒸発させる蒸発器（６）と、
前記蒸発器（６）を通過した冷媒を吸入し圧縮させて吐出する第１圧縮要素（２ｃ）と、
前記第１圧縮要素から吐出された冷媒を吸入してさらに圧縮させて吐出する第２圧縮要素（２ｄ）と、
前記第１圧縮要素（２ｃ）から吐出した冷媒を前記第２圧縮要素（２ｄ）に吸入させるための第１冷媒配管（２２）と、
前記第１冷媒配管（２２）を通過する冷媒と前記第１分岐水配管（９０４，９０５）を流れる水との間で熱交換を行わせる第１熱交換器（７）と、
前記第２圧縮要素（２ｄ）の吐出側と前記蒸発器（６）とを接続する第２冷媒配管（７１，７２，７３，７４，７６）と、
前記第２冷媒配管（７１，７２，７３，７４，７６）を通過する冷媒を、前記第２分岐水配管（９０２，９０３）を流れる水との間で熱交換を行わせる第２熱交換器（４）と、
を備え、
前記第２冷媒配管（７１，７２，７３，７４，７６）は、前記第２熱交換器（４）と前記蒸発器（６）とを接続する第３冷媒配管（７２，７３，７４，７６）を有しており、
前記蒸発器（６）と前記第１圧縮要素（２ｃ）の吸入側とを接続する第４冷媒配管（７７，２ａ）と、
前記第３冷媒配管（７２，７３，７４，７６）を流れる冷媒と、前記第４冷媒配管（７７，２ａ）を流れる冷媒との間で熱交換を行わせる第３熱交換器（８，８Ｌ，８Ｇ）と、
前記第３冷媒配管（７２，７３，７４，７６）の途中で、前記第３熱交換器（８，８Ｌ）の上流側と下流側とを接続して、前記第３熱交換器をバイパスさせる第３熱交バイパス配管（８Ｂ，７３ｇ，７４ｇ，７５ｇ）と、
前記第３冷媒配管（７２，７３，７４，７６）のうち前記第３熱交換器（８，８Ｌ）を通過する部分に冷媒を流す状態と、前記第３熱交バイパス配管（８Ｂ，７３ｇ，７４ｇ，７５ｇ）に冷媒を流す状態と、を切換え可能な熱交換器切換機構（８Ｃ，２８Ｃ）と、
前記蒸発器（６）の周辺の空気温度を検知する温度検知部（６Ｔ）と、
前記空気温度が所定高温空気温度より高いという条件を満たした場合に、前記熱交換器切換機構（８Ｃ，２８Ｃ）を制御して前記第３冷媒配管（７２，７３，７４，７６）のうち前記第３熱交換器（８，８Ｌ）を通過する部分を流れる冷媒量を増大させる熱交換量制御部（９９）と、
をさらに備え、
前記第２冷媒配管（７１，７２）を通過している冷媒と、前記入水配管（９０１）を通過している水と、の間では熱交換が行われていない、
冷凍装置（２０１，４０１）。
【請求項２】
外部から供給される水を水分岐点（Ｗ）まで導く入水配管（９０１）と、前記水分岐点（Ｗ）から延びる第１分岐水配管（９０４，９０５）および第２分岐水配管（９０２，９０３）と、前記第１分岐水配管（９０４，９０５）と前記第２分岐水配管（９０２，９０３）とが合流する合流点（Ｚ）から前記外部まで導く出水配管（９０６）と、を有する水配管系（９１０）を対象として熱交換を行い、冷凍サイクルの少なくとも一部で作動冷媒が超臨界状態となる冷凍装置（３０１，４０１）であって、
冷媒を減圧させる主膨張機構（５）と、
前記主膨張機構（５）と接続され、冷媒を蒸発させる蒸発器（６）と、
前記蒸発器（６）を通過した冷媒を吸入し圧縮させて吐出する第１圧縮要素（２ｃ）と、
前記第１圧縮要素から吐出された冷媒を吸入してさらに圧縮させて吐出する第２圧縮要素（２ｄ）と、
前記第１圧縮要素（２ｃ）から吐出した冷媒を前記第２圧縮要素（２ｄ）に吸入させるための第１冷媒配管（２２）と、
前記第１冷媒配管（２２）を通過する冷媒と前記第１分岐水配管（９０４，９０５）を流れる水との間で熱交換を行わせる第１熱交換器（７）と、
前記第２圧縮要素（２ｄ）の吐出側と前記蒸発器（６）とを接続する第２冷媒配管（７１，７２，７３ｃ，７３ｇ，７４ｇ，７５ｃ，７５ｇ，７６、８Ｂ）と、
前記第２冷媒配管（７１，７２，７３ｃ，７３ｇ，７４ｇ，７５ｃ，７５ｇ，７６、８Ｂ）を通過する冷媒を、前記第２分岐水配管（９０２，９０３）を流れる水との間で熱交換を行わせる第２熱交換器（４）と、
を備え、
前記第２冷媒配管（７１，７２，７３ｃ，７３ｇ，７４ｇ，７５ｃ，７５ｇ，７６、８Ｂ）は、前記第２熱交換器（４）と前記蒸発器（６）とを接続する第３冷媒配管（７２，７３ｃ，７３ｇ，７４ｇ，７５ｃ，７５ｇ，７６、８Ｂ）を有しており、
冷媒を減圧させる分岐膨張機構（９ｅ）と、
前記第３冷媒配管（７２，７３ｃ，７３ｇ，７４ｇ，７５ｃ，７５ｇ，７６、８Ｂ）から分岐して、前記分岐膨張機構（９ｅ）まで延びる第５冷媒配管（９ａ）と、
前記分岐膨張機構（９ｅ）から前記第１冷媒配管（２２）まで延びている第６冷媒配管（９ｂ，９ｃ）と、
前記第３冷媒配管（７２，７３ｃ，７３ｇ，７４ｇ，７５ｃ，７５ｇ，７６、８Ｂ）を流れる冷媒と前記第６冷媒配管（９ｂ，９ｃ）を流れる冷媒との間で熱交換を行わせる第４熱交換器（２０）と、
前記蒸発器（６）の周辺の空気温度を検知する温度検知部（６Ｔ）と、
前記空気温度が所定低温空気温度より低いという条件を満たした場合に、前記分岐膨張機構（９ｅ）を制御して通過する冷媒量を増量させる分岐量制御部（９９）と、
をさらに備え、
前記第２冷媒配管（７１，７２，７３ｃ，７３ｇ，７４ｇ，７５ｃ，７５ｇ，７６、８Ｂ）を通過している冷媒と、前記入水配管（９０１）を通過している水と、の間では熱交換が行われていない、
冷凍装置（３０１，４０１）。
【請求項３】
外部から供給される水を水分岐点（Ｗ）まで導く入水配管（９０１）と、前記水分岐点（Ｗ）から延びる第１分岐水配管（９０４，９０５）および第２分岐水配管（９０２，９０３）と、前記第１分岐水配管（９０４，９０５）と前記第２分岐水配管（９０２，９０３）とが合流する合流点（Ｚ）から前記外部まで導く出水配管（９０６）と、を有する水配管系（９１０）を対象として熱交換を行い、冷凍サイクルの少なくとも一部で作動冷媒が超臨界状態となる冷凍装置（４０１）であって、
冷媒を減圧させる主膨張機構（９５ｅ，４０５Ｂ，４０５Ｃ，４０５Ｄ）と、
前記主膨張機構（９５ｅ，４０５Ｂ，４０５Ｃ，４０５Ｄ）と接続され、冷媒を蒸発させる蒸発器（６）と、
前記蒸発器（６）を通過した冷媒を吸入し圧縮させて吐出する第１圧縮要素（２ｃ）と、
前記第１圧縮要素から吐出された冷媒を吸入してさらに圧縮させて吐出する第２圧縮要素（２ｄ）と、
前記第１圧縮要素（２ｃ）から吐出した冷媒を前記第２圧縮要素（２ｄ）に吸入させるための第１冷媒配管（２２）と、
前記第１冷媒配管（２２）を通過する冷媒と前記第１分岐水配管（９０４，９０５）を流れる水との間で熱交換を行わせる第１熱交換器（７）と、
前記第２圧縮要素（２ｄ）の吐出側と前記蒸発器（６）とを接続する第２冷媒配管（７１，７２，７３，７４，７６，７６ｇ，７４ｇ，７５ｇ，８Ｂ）と、
前記第２冷媒配管（７１，７２，７３，７４，７６，７６ｇ，７４ｇ，７５ｇ，８Ｂ）を通過する冷媒を、前記第２分岐水配管（９０２，９０３）を流れる水との間で熱交換を行わせる第２熱交換器（４）と、
を備え、
前記第２冷媒配管（７１，７２，７３，７４，７６，７６ｇ，７４ｇ，７５ｇ，８Ｂ）は、前記第２熱交換器（４）と前記蒸発器（６）とを接続する第３冷媒配管（７２，７３，７４，７６，７６ｇ，７４ｇ，７５ｇ，８Ｂ）を有し、
前記蒸発器（６）と前記第１圧縮要素（２ｃ）の吸入側とを接続する第４冷媒配管（７７，２ａ）と、
前記第３冷媒配管（７２，７３，７４，７６，７６ｇ，７４ｇ，７５ｇ，８Ｂ）を流れる冷媒と前記第４冷媒配管（７７，２ａ）を流れる冷媒との間で熱交換を行わせる第３熱交換器（８，８Ｌ，８Ｇ）と、
前記第３冷媒配管（７２，７３，７４，７６，７６ｇ，７４ｇ，７５ｇ，８Ｂ）の途中で、前記第３熱交換器（８，８Ｌ）の上流側と下流側とを接続して、前記第３熱交換器をバイパスさせる第３熱交バイパス配管（７４ｇ，７５ｇ，８Ｂ，７３ｇ）と、
冷媒を減圧させる分岐膨張機構（９ｅ）と、
前記第３冷媒配管（７２，７３，７４，７６，７６ｇ，７４ｇ，７５ｇ，８）もしくは前記第３熱交バイパス配管（７４ｇ，７５ｇ，８Ｂ，７３ｇ）のいずれかの主流から分岐して前記分岐膨張機構（９ｅ）まで延びる第５冷媒配管（９ａ）と、
前記分岐膨張機構（９ｅ）と前記第１冷媒配管（２２）とを接続する第６冷媒配管（９ｂ，９ｃ）と、
前記主流の冷媒と前記第６冷媒配管（９ｂ，９ｃ）を流れる冷媒との間で熱交換を行わせる第４熱交換器（２０）と、
前記蒸発器（６）の周辺の空気温度を検知する温度検知部（６Ｔ）と、
前記空気温度が所定低温空気温度より低いという条件を満たした場合に、前記分岐膨張機構（９ｅ）を制御して通過する冷媒量を増量させる分岐熱量制御部（９９）と、
をさらに備え、
前記第２冷媒配管（７１，７２，７３，７４，７６，７６ｇ，７４ｇ，７５ｇ，８Ｂ）を通過している冷媒と、前記入水配管（９０１）を通過している水と、の間では熱交換が行われていない、
冷凍装置（４０１）。
【請求項４】
前記第１分岐水配管（９０４，９０５）を流れる水量と前記第２分岐水配管（９０２，９０３）を流れる水量との比を調節可能な流量比調節機構（９１１）をさらに備えた、
請求項１から３のいずれか１項に記載の冷凍装置（３０１，４０１）。
【請求項５】
前記第１熱交換器（７）を通過する冷媒による水の加熱能力と、前記第２熱交換器（４）を通過する冷媒による水の加熱能力と、を検出可能な加熱能力検出部（４Ｔ，４Ｐ，７Ｔ，７Ｐ）と、
前記加熱能力検出部（４Ｔ，４Ｐ，７Ｔ，７Ｐ）が検出した前記第１熱交換器（７）と前記第２熱交換器（４）との加熱能力の比に応じて、前記流量調節機構（９１１）を制御することで前記第１分岐水配管（９０４，９０５）を流れる水量と前記第２分岐水配管（９０２，９０３）を流れる水量との比を調節する水分配量制御部（９９）と、
をさらに備えた、
請求項４に記載の冷凍装置（３０１，４０１）。
【請求項６】
前記水配管系（９１０）中のいずれかの位置を流れる水温を検知する水温度検知部（９１０Ｔ）と、
前記第１冷媒配管（２２）を通過する冷媒温度を検知する第１冷媒温度検知部（２２Ｔ）と、
前記水温度検知部（９１０Ｔ）による検知温度と前記第１冷媒温度検知部（２２Ｔ）の検知温度との差が所定値未満になった場合に、前記分岐膨張機構（９ｅ）を制御して通過する冷媒量を増量させる冷媒分配量制御部（９９）と、
をさらに備えた、
請求項２に記載の冷凍装置（３０１）。
【請求項７】
前記第１冷媒配管（２２）のうち前記第１熱交換器（７）を通過する部分の一端側と他端側とを接続する第１熱交バイパス配管と、
前記第１冷媒配管（２２）のうち前記第１熱交換器（７）を通過する部分に冷媒を流す状態と、前記第１熱交バイパス配管に冷媒を流す状態と、を切り換え可能なバイパス切換機構と、
をさらに備えた、
請求項３に記載の冷凍装置（４０１）。
【請求項８】
前記空気温度が所定高温空気温度より高いという条件を満たした場合に、前記バイパス切換機構を制御して前記第１冷媒配管のうち前記第１熱交換器を通過する部分を流れる冷媒量を増大させるバイパス制御部（９９）と、
をさらに備えた、
請求項７に記載の冷凍装置（４０１）。
【請求項９】
前記水配管系（９１０）中のいずれかの位置を流れる水温を検知する水温度検知部（９１０Ｔ）と、
前記第１冷媒配管（２２）を通過する冷媒温度を検知する第１冷媒温度検知部（２２Ｔ）と、
前記水温度検知部（９１０Ｔ）による検知温度と前記第１冷媒温度検知部（２２Ｔ）の検知温度との差が所定値未満になった場合に、前記分岐膨張機構（９ｅ）を制御して通過する冷媒量を増量させる水対応冷媒量制御部（９９）と、
をさらに備えた、
請求項３，７，８のいずれか１項に記載の冷凍装置（４０１）。
【請求項１０】
前記第１圧縮要素（２ｃ）を駆動させる第１駆動部と、
前記第２圧縮要素（２ｄ）を前記第１圧縮要素とは独立して駆動させる第２駆動部と、
をさらに備えた、
請求項１から９のいずれか１項に記載の冷凍装置（３０１，４０１）。
【請求項１１】
前記第１圧縮要素（２ｃ）、および、前記第２圧縮要素（２ｄ）は、それぞれ回転駆動することで圧縮仕事を行うための共通の回転軸（２１ｃ）を有している、
請求項１から９のいずれか１項に記載の冷凍装置（３０１，４０１）。
【請求項１２】
前記作動冷媒は、二酸化炭素である、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の冷凍装置（３０１，４０１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍装置、特に、超臨界状態の過程を含んで作動する冷媒を使用して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、超臨界域で作動する冷媒を使用して多段圧縮式冷凍サイクルを行う冷凍装置の１つとして、特許文献１に示されるような、二酸化炭素を冷媒として使用して二段圧縮式冷凍サイクルを行う空気調和装置がある。
【０００３】
また、このような二段圧縮式冷凍サイクルを給湯器として利用したものとして、例えば、特許文献２に示すような給湯器がある。この給湯器では、低段圧縮要素から高段圧縮要素に向かう冷媒を中間冷却器によって冷却させることで圧縮効率を向上させる従来の技術を利用している。そして、ガスクーラで給湯用の水を加熱するだけでなく、この加熱された水の一部を分岐させて一方を引き続きガスクーラに、他方を中間冷却器に、それぞれ導いて加熱し、給湯用のお湯を得ている。このように、中間冷却器を、お湯の加熱器として利用しつつ、高段圧縮要素に吸入される冷媒の冷却器としても利用することができ、エネルギー効率を向上させることができている。
【特許文献１】特開２００７−２３２２６３号公報
【特許文献２】特開２００２−１０６９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の給湯器では、中間冷却器に流入する水は、ガスクーラを通過する際に既に加熱されて、ある程度高温の温水となっている。このため、例えば、中間冷却器を通過する冷媒温度よりも、ガスクーラを通過して加熱された温水の方が温度が高くなっている場合もありうる。このような場合には、中間冷却器において水を加熱することができないだけでなく、高段圧縮要素に吸入される冷媒を冷却することができなくなるため、圧縮効率を向上させることができないことになる。
【０００５】
本発明の課題は、超臨界状態の過程を含んで作動する冷媒を使用した冷凍装置において、より確実に、圧縮効率を向上させつつ給湯用の水の加熱を効率化させることが可能な冷凍装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１発明の冷凍装置は、外部から供給される水を水分岐点まで導く入水配管と、水分岐点から延びる第１分岐水配管および第２分岐水配管と、第１分岐水配管と第２分岐水配管とが合流する合流点から外部まで導く出水配管と、を有する水配管系を対象として熱交換を行い、冷凍サイクルの少なくとも一部で作動冷媒が超臨界状態となる冷凍装置であって、主膨張機構、蒸発器、第１圧縮要素、第２圧縮要素、第１冷媒配管、第１熱交換器、第２冷媒配管、第２熱交換器、第４冷媒配管、第３熱交換器、第３熱交バイパス配管、熱交換器切換機構、および、熱交換量制御部を備えている。主膨張機構は、冷媒を減圧させる。蒸発器は、主膨張機構と接続され、冷媒を蒸発させる。第１圧縮要素は、蒸発器を通過した冷媒を吸入し圧縮させて吐出する。第２圧縮要素は、第１圧縮要素から吐出された冷媒を吸入してさらに圧縮させて吐出する。第１冷媒配管は、第１圧縮要素から吐出した冷媒を第２圧縮要素に吸入させるように導く。第１熱交換器は、第１冷媒配管を通過する冷媒と第１分岐水配管を流れる水との間で熱交換を行わせる。第２冷媒配管は、第２圧縮要素の吐出側と蒸発器とを接続する。第２熱交換器は、第２冷媒配管を通過する冷媒を、第２分岐水配管を流れる水との間で熱交換を行わせる。第２冷媒配管は、第２熱交換器と蒸発器とを接続する第３冷媒配管を有している。第４冷媒配管は、蒸発器と第１圧縮要素の吸入側とを接続している。第３熱交換器は、第３冷媒配管を流れる冷媒と、第４冷媒配管を流れる冷媒との間で熱交換を行わせる。第３熱交バイパス配管は、第３冷媒配管の途中で、第３熱交換器の上流側と下流側とを接続して、第３熱交換器をバイパスさせる。熱交換器切換機構は、第３冷媒配管のうち第３熱交換器を通過する部分に冷媒を流す状態と、第３熱交バイパス配管に冷媒を流す状態と、を切換え可能である。温度検知部は、蒸発器の周辺の空気温度を検知する。熱交換量制御部は、空気温度が所定高温空気温度より高いという条件を満たした場合に、熱交換器切換機構を制御して第３冷媒配管のうち第３熱交換器を通過する部分を流れる冷媒量を増大させる。第２冷媒配管を通過している冷媒と、入水配管を通過している水と、の間では熱交換が行われていない。ここでは、第１圧縮要素と第２圧縮要素とは、同一のケーシング等に収容されて一緒に制御されるものであってもよいし、別々に配置されてそれぞれ独立して制御されるものであってもよい。
【０００７】
ここでは、例えば、冷媒温度が第２熱交換器よりも低い第１熱交換器において水配管系を通過する水を暖めようとしても、第１熱交換器に流入する前に既に水が暖められることで第１熱交換器を流れる冷媒の温度よりも高い温度になっていることがある。この場合には、第１熱交換器における熱交換では冷媒を冷やすことができず、水の熱が冷媒に奪われてしまうおそれがある。
【０００８】
これに対して、この冷凍装置では、第２熱交換器は、第２冷媒配管を通過する冷媒を、入水配管を流れる水との間で熱交換させない。このため、第２熱交換器に流入する水だけでなく第１熱交換器に流入する水についても、未だ冷媒との熱交換によって暖められていない、温度の低い状態で流入させることができる。
【０００９】
これにより、第１圧縮要素から第２圧縮要素に向かう冷媒を冷却して圧縮効率を確実に向上させつつ、水の温度を上げることができる熱交換を第１熱交換器および第２熱交換器の両方で確実に行うことができ、冷凍装置の成績係数を向上させることが可能になる。
【００１０】
また、この冷凍装置では、第３熱交換器における熱交換によって、主膨張機構に向かう冷媒の過冷却度を上げることで成績係数を向上させることができる。さらに、第３熱交換器における熱交換によって、第１圧縮要素の吸入冷媒に適度の過熱を付けることができ、第１圧縮要素での液圧縮の発生を抑えるとともに吐出温度を高めて得られる水温を高く維持することが可能になる。
【００１１】
また、この冷凍装置では、蒸発器の周辺の空気温度が高くなった場合でも、第３冷媒配管のうち第３熱交換器を通過する部分を流れる冷媒量を増大させることができる。
【００１２】
これにより、主膨張機構に向かう冷媒の過冷却度を上げることができ、成績係数を向上させることが可能になる。
【００１３】
なお、第１圧縮要素の吸入冷媒に適度の過熱度を付けさせることができるため、第１圧縮要素において液圧縮が生じにくくすることができる。
【００１４】
さらに、第１圧縮要素の吸入冷媒の過熱度を上げることができるため、放熱器で要求される温度が高い場合に対応することが可能になる。
【００１５】
第２発明の冷凍装置は、外部から供給される水を水分岐点まで導く入水配管と、水分岐点から延びる第１分岐水配管および第２分岐水配管と、第１分岐水配管と第２分岐水配管とが合流する合流点から外部まで導く出水配管と、を有する水配管系を対象として熱交換を行い、冷凍サイクルの少なくとも一部で作動冷媒が超臨界状態となる冷凍装置であって、主膨張機構、蒸発器、第１圧縮要素、第２圧縮要素、第１冷媒配管、第１熱交換器、第２冷媒配管、第２熱交換器、分岐膨張機構、第５冷媒配管、第６冷媒配管、第４熱交換器、温度検知部、および、分岐量制御部を備えている。主膨張機構は、冷媒を減圧させる。蒸発器は、主膨張機構と接続され、冷媒を蒸発させる。第１圧縮要素は、蒸発器を通過した冷媒を吸入し圧縮させて吐出する。第２圧縮要素は、第１圧縮要素から吐出された冷媒を吸入してさらに圧縮させて吐出する。第１冷媒配管は、第１圧縮要素から吐出した冷媒を第２圧縮要素に吸入させるように導く。第１熱交換器は、第１冷媒配管を通過する冷媒と第１分岐水配管を流れる水との間で熱交換を行わせる。第２冷媒配管は、第２圧縮要素の吐出側と蒸発器とを接続する。第２熱交換器は、第２冷媒配管を通過する冷媒を、第２分岐水配管を流れる水との間で熱交換を行わせる。第２冷媒配管は、第２熱交換器と蒸発器とを接続する第３冷媒配管を有している。分岐膨張機構は、冷媒を減圧させる。第５冷媒配管は、第３冷媒配管から分岐して、分岐膨張機構まで延びている。第６冷媒配管は、分岐膨張機構から第１冷媒配管まで延びている。第４熱交換器は、第３冷媒配管を流れる冷媒と第６冷媒配管を流れる冷媒との間で熱交換を行わせる。温度検知部は、蒸発器の周辺の空気温度を検知する。分岐量制御部は、空気温度が所定低温空気温度より低いという条件を満たした場合に、分岐膨張機構を制御して通過する冷媒量を増量させる。第２冷媒配管を通過している冷媒と、入水配管を通過している水と、の間では熱交換が行われていない。ここでは、第１圧縮要素と第２圧縮要素とは、同一のケーシング等に収容されて一緒に制御されるものであってもよいし、別々に配置されてそれぞれ独立して制御されるものであってもよい。なお、ここでの分岐量制御部による分岐膨張機構の通過冷媒量を増量させる制御には、例えば、流量が０の状況（流していない状況）から流れを生じさせる制御も含まれる。
【００１６】
ここでは、例えば、冷媒温度が第２熱交換器よりも低い第１熱交換器において水配管系を通過する水を暖めようとしても、第１熱交換器に流入する前に既に水が暖められることで第１熱交換器を流れる冷媒の温度よりも高い温度になっていることがある。この場合には、第１熱交換器における熱交換では冷媒を冷やすことができず、水の熱が冷媒に奪われてしまうおそれがある。
【００１７】
これに対して、この冷凍装置では、第２熱交換器は、第２冷媒配管を通過する冷媒を、入水配管を流れる水との間で熱交換させない。このため、第２熱交換器に流入する水だけでなく第１熱交換器に流入する水についても、未だ冷媒との熱交換によって暖められていない、温度の低い状態で流入させることができる。
【００１８】
これにより、第１圧縮要素から第２圧縮要素に向かう冷媒を冷却して圧縮効率を確実に向上させつつ、水の温度を上げることができる熱交換を第１熱交換器および第２熱交換器の両方で確実に行うことができ、冷凍装置の成績係数を向上させることが可能になる。
【００１９】
また、この冷凍装置では、分岐膨張機構に向かう冷媒の過冷却度を上げることで成績係数を向上させることが可能になる。
【００２０】
また、第１冷媒配管を流れる冷媒の温度よりも、第６冷媒配管から合流する冷媒温度のほうが低い場合には、第２圧縮要素の吐出冷媒温度の過剰な上昇を抑えることが可能になる。
【００２１】
さらに、第２熱交換器を通過する冷媒量を増大させることができる。
【００２２】
また、この冷凍装置では、蒸発器の周辺の空気温度が低くなる場合であっても、分岐膨張機構を通過する冷媒量を増大させることで第２圧縮要素の吐出冷媒温度の過剰な上昇を抑えることができ、第１圧縮要素もしくは第２圧縮要素の信頼性を向上させることが可能になる。
【００２３】
第３発明の冷凍装置は、外部から供給される水を水分岐点まで導く入水配管と、水分岐点から延びる第１分岐水配管および第２分岐水配管と、第１分岐水配管と第２分岐水配管とが合流する合流点から外部まで導く出水配管と、を有する水配管系を対象として熱交換を行い、冷凍サイクルの少なくとも一部で作動冷媒が超臨界状態となる冷凍装置であって、主膨張機構、蒸発器、第１圧縮要素、第２圧縮要素、第１冷媒配管、第１熱交換器、第２冷媒配管、第２熱交換器、第４冷媒配管、第３熱交換器、第３熱交バイパス配管、分岐膨張機構、第５冷媒配管、第６冷媒配管、第４熱交換器、温度検知部、および、分岐熱量制御部を備えている。主膨張機構は、冷媒を減圧させる。蒸発器は、主膨張機構と接続され、冷媒を蒸発させる。第１圧縮要素は、蒸発器を通過した冷媒を吸入し圧縮させて吐出する。第２圧縮要素は、第１圧縮要素から吐出された冷媒を吸入してさらに圧縮させて吐出する。第１冷媒配管は、第１圧縮要素から吐出した冷媒を第２圧縮要素に吸入させるように導く。第１熱交換器は、第１冷媒配管を通過する冷媒と第１分岐水配管を流れる水との間で熱交換を行わせる。第２冷媒配管は、第２圧縮要素の吐出側と蒸発器とを接続する。第２熱交換器は、第２冷媒配管を通過する冷媒を、第２分岐水配管を流れる水との間で熱交換を行わせる。第２冷媒配管は、第２熱交換器と蒸発器とを接続する第３冷媒配管を有している。第４冷媒配管は、蒸発器と第１圧縮要素の吸入側とを接続する。第３熱交換器は、第３冷媒配管を流れる冷媒と第４冷媒配管を流れる冷媒との間で熱交換を行わせる。第３熱交バイパス配管は、第３冷媒配管の途中で、第３熱交換器の上流側と下流側とを接続して、第３熱交換器をバイパスさせる。分岐膨張機構は、冷媒を減圧させる。第５冷媒配管は、第３冷媒配管もしくは第３熱交バイパス配管のいずれかの主流から分岐して分岐膨張機構まで延びている。第６冷媒配管は、分岐膨張機構と第１冷媒配管とを接続している。第４熱交換器は、主流の冷媒と第６冷媒配管を流れる冷媒との間で熱交換を行わせる。温度検知部は、蒸発器の周辺の空気温度を検知する。分岐熱量制御部は、空気温度が所定低温空気温度より低いという条件を満たした場合に、分岐膨張機構を制御して通過する冷媒量を増量させる。第２冷媒配管を通過している冷媒と、入水配管を通過している水と、の間では熱交換が行われていない。ここでは、第１圧縮要素と第２圧縮要素とは、同一のケーシング等に収容されて一緒に制御されるものであってもよいし、別々に配置されてそれぞれ独立して制御されるものであってもよい。なお、ここでの分岐量制御部による分岐膨張機構の通過冷媒量を増量させる制御には、例えば、流量が０の状況（流していない状況）から流れを生じさせる制御も含まれる。
【００２４】
ここでは、例えば、冷媒温度が第２熱交換器よりも低い第１熱交換器において水配管系を通過する水を暖めようとしても、第１熱交換器に流入する前に既に水が暖められることで第１熱交換器を流れる冷媒の温度よりも高い温度になっていることがある。この場合には、第１熱交換器における熱交換では冷媒を冷やすことができず、水の熱が冷媒に奪われてしまうおそれがある。
【００２５】
これに対して、この冷凍装置では、第２熱交換器は、第２冷媒配管を通過する冷媒を、入水配管を流れる水との間で熱交換させない。このため、第２熱交換器に流入する水だけでなく第１熱交換器に流入する水についても、未だ冷媒との熱交換によって暖められていない、温度の低い状態で流入させることができる。
【００２６】
これにより、第１圧縮要素から第２圧縮要素に向かう冷媒を冷却して圧縮効率を確実に向上させつつ、水の温度を上げることができる熱交換を第１熱交換器および第２熱交換器の両方で確実に行うことができ、冷凍装置の成績係数を向上させることが可能になる。
【００２７】
また、この冷凍装置では、分岐膨張機構に向かう冷媒の過冷却度を上げて成績係数を向上させつつ、第１圧縮要素の吸入冷媒に適度の加熱を付けて第１圧縮要素での液圧縮を防止させおよび／または第３冷媒配管を流れる冷媒を冷却させることが可能になる。
【００２８】
また、この冷凍装置では、蒸発器の周辺の空気温度が低くなった場合であっても、分岐膨張機構を通過する冷媒量を増大させることで第２圧縮要素の吐出冷媒温度の過剰な上昇を抑えることができ、第２圧縮要素の信頼性を向上させることが可能になる。
【００２９】
第４発明の冷凍装置は、第１発明から第３発明のいずれかの冷凍装置において、第１分岐水配管を流れる水量と第２分岐水配管を流れる水量との比を調節可能な流量比調節機構をさらに備えている。
【００３０】
この冷凍装置では、第１熱交換器に流す水量と第２熱交換器に流す水量との流量比を調節することが可能になるため、水の加熱を効率的に行うことが可能になる。
【００３１】
第５発明の冷凍装置は、第４発明の冷凍装置において、加熱能力検出部および水分配量制御部をさらに備えている。加熱能力検出部は、第１熱交換器を通過する冷媒による水の加熱能力と、第２熱交換器を通過する冷媒による水の加熱能力と、を検出することができる。水分配量制御部は、加熱能力検出部が検出した第１熱交換器と第２熱交換器との加熱能力の比に応じて、流量調節機構を制御することで第１分岐水配管を流れる水量と第２分岐水配管を流れる水量との比を調節する。ここでの水分配量制御部による制御としては、例えば、第２圧縮要素の吸入冷媒の比エンタルピから第１圧縮要素の吐出冷媒の比エンタルピを差し引いて得られる第１比エンタルピと、第２圧縮要素の吐出冷媒の比エンタルピから第２圧縮要素の吸入冷媒の比エンタルピを差し引いて得られる第２比エンタルピと、の比に等しくなるように、もしくはこの比に近づけていけるように、第１分岐水配管を流れる水量と第２分岐水配管を流れる水量との比を調節するようにしてもよい。また、水分配量制御部による制御としては、この他にも、例えば、第１分岐水配管のうち第１熱交換器の出口の水温と、第２分岐水配管のうち第２熱交換器の出口の水温と、が略等しくなるように、第１分岐水配管を流れる水量と第２分岐水配管を流れる水量との比を調節するようにしてもよい。
【００３２】
この冷凍装置では、冷媒を冷却しつつ水を加熱させる熱交換を第１熱交換器および第２熱交換器の両方で行いつつ冷凍装置の成績係数を向上させるという流量制御を自動的に行うことが可能になる。
【００３３】
第６発明の冷凍装置は、第２発明の冷凍装置において、水温度検知部、第１冷媒温度検知部、および、冷媒分配量制御部をさらに備えている。水温度検知部は、水配管系中のいずれかの位置を流れる水温を検知する。第１冷媒温度検知部は、第１冷媒配管を通過する冷媒温度を検知する。そして、冷媒分配量制御部は、水温度検知部による検知温度と第１冷媒温度検知部の検知温度との差が所定値未満になった場合に、分岐膨張機構を制御して通過する冷媒量を増量させる。
【００３４】
この冷凍装置では、第１冷媒配管を流れる冷媒に対する水による冷却効果が十分に得られない場合であっても、第６冷媒配管を合流させることで第１冷媒配管を通過する冷媒温度を下げることで、冷凍サイクルの成績係数を向上させることが可能になる。
【００３５】
第７発明の冷凍装置は、第３発明の冷凍装置において、第１熱交バイパス配管およびバイパス切換機構をさらに備えている。第１熱交バイパス配管は、第１冷媒配管のうち第１熱交換器を通過する部分の一端側と他端側とを接続している。バイパス切換機構は、第１冷媒配管のうち第１熱交換器を通過する部分に冷媒を流す状態と、第１熱交バイパス配管に冷媒を流す状態と、を切り換えることができる。
【００３６】
この冷凍装置では、第１熱交換器についてはバイパス切換機構の切換により、熱交バイパス配管における冷媒の通過を許容する状態と許容しない状態とに切換ることが可能になり、使用状況を調節することが可能になる。
【００３７】
第８発明の冷凍装置は、第７発明の冷凍装置において、温度検知部およびバイパス制御部をさらに備えている。温度検知部は、蒸発器の周辺の空気温度と、第１圧縮要素および第２圧縮要素の少なくともいずれか一方の吐出冷媒温度と、の少なくともいずれか一方を検知する。そして、バイパス制御部は、温度検知部により検知される値が空気温度である場合には空気温度が所定高温空気温度より高いこと、温度検知部により検知される値が冷媒温度である場合には冷媒温度が所定低温冷媒温度よりも低いこと、という条件を満たした場合に、バイパス切換機構を制御して第１冷媒配管のうち第１熱交換器を通過する部分を流れる冷媒量を増大させる。なお、ここでの分岐量制御部による分岐膨張機構の通過冷媒量を増量させる制御には、例えば、流量が０の状況（流していない状況）から流れを生じさせる制御も含まれる。
【００３８】
この冷凍装置では、圧縮要素からの吐出冷媒温度が低くなりそうな場合もしくは蒸発器の周辺の空気温度が高くなった場合であっても、第１冷媒配管のうち第１熱交換器を通過する部分を流れる冷媒量を減少させることで第２圧縮要素の吸入冷媒の過熱度を上げることができ、放熱器で要求される温度が高い場合に対応することが可能になる。
【００３９】
第９発明の冷凍装置は、第３発明、第７発明、第８発明のいずれかの冷凍装置において、水温度検知部、第１冷媒温度検知部、および、水対応冷媒量制御部をさらに備えている。水温検知部は、水配管系中のいずれかの位置を流れる水温を検知する。第１冷媒温度検知部は、第１冷媒配管を通過する冷媒温度を検知する。そして、水対応冷媒量制御部は、水温度検知部による検知温度と第１冷媒温度検知部の検知温度との差が所定値未満になった場合に、分岐膨張機構を制御して通過する冷媒量を増量させる。
【００４０】
この冷凍装置では、第１冷媒配管を流れる冷媒に対する水による冷却効果が十分に得られない場合であっても、第６冷媒配管を通過する冷媒が合流することで第１冷媒配管を流れる冷媒温度を下げることにより、冷凍サイクルの成績係数を向上させることが可能になる。
【００４１】
第１０発明の冷凍装置は、第１発明から第９発明のいずれかの冷凍装置において、第１圧縮要素を駆動させる第１駆動部と、第２圧縮要素を第１圧縮要素とは独立して駆動させる第２駆動部と、をさらに備えている。
【００４２】
この冷凍装置では、第１圧縮要素の能力と第２圧縮要素の能力とが異なるように調節することができるため、第１分岐水配管を流れる水と第２分岐水配管を流れる水とが合流して出水配管を流れる水温を目標温度にしようとする制御において、第１圧縮要素側の能力と第２圧縮要素側の能力とを別個に調節することで、成績係数を良好にしつつ圧縮仕事を小さく抑える効果をよりいっそう高めることができるようになる。
【００４３】
第１１発明の冷凍装置は、第１発明から第９発明のいずれかの冷凍装置において、第１圧縮要素、および、第２圧縮要素は、それぞれ回転駆動することで圧縮仕事を行うための共通の回転軸を有している。
【００４４】
この冷凍装置では、遠心力を互いに相殺させながら駆動することで、振動の発生やトルク負荷の変動を抑えることが可能になる。
【００４５】
第１２発明の冷凍装置は、第１発明から第１１発明のいずれかの冷凍装置において、作動冷媒は、二酸化炭素である。
【００４６】
この冷凍装置では、臨界点近傍の超臨界状態の二酸化炭素は、冷媒圧力を少し変えるだけで冷媒の密度を劇的に変化させることができる。このため、少ない圧縮仕事によって、冷凍装置の効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００４７】
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。
【００４８】
第１発明では、第１圧縮要素から第２圧縮要素に向かう冷媒を冷却して圧縮効率を確実に向上させつつ、水の温度を上げることができる熱交換を第１熱交換器および第２熱交換器の両方で確実に行うことができ、冷凍装置の成績係数を向上させることが可能になる。また、成績係数を向上させつつ、第１圧縮要素での液圧縮の発生を抑えるとともに吐出温度を高めて得られる水温を高く維持することが可能になる。また、主膨張機構に向かう冷媒の過冷却度を上げることができ、成績係数を向上させることが可能になる。
【００４９】
第２発明では、第１圧縮要素から第２圧縮要素に向かう冷媒を冷却して圧縮効率を確実に向上させつつ、水の温度を上げることができる熱交換を第１熱交換器および第２熱交換器の両方で確実に行うことができ、冷凍装置の成績係数を向上させることが可能になる。また、分岐膨張機構に向かう冷媒の過冷却度を上げることで成績係数を向上させることが可能になる。また、第１圧縮要素もしくは第２圧縮要素の信頼性を向上させることが可能になる。
【００５０】
第３発明では、第１圧縮要素から第２圧縮要素に向かう冷媒を冷却して圧縮効率を確実に向上させつつ、水の温度を上げることができる熱交換を第１熱交換器および第２熱交換器の両方で確実に行うことができ、冷凍装置の成績係数を向上させることが可能になる。また、成績係数を向上させつつ、第１圧縮要素での液圧縮を防止させおよび／または第３冷媒配管を流れる冷媒を冷却させることが可能になる。また、圧縮要素からの吐出冷媒温度が高くなりそうな場合もしくは蒸発器の周辺の空気温度が低くなった場合であっても、第２圧縮要素の信頼性を向上させることが可能になる。
【００５１】
第４発明では、水の加熱を効率的に行うことが可能になる。
【００５２】
第５発明では、冷凍装置の成績係数を向上させるという流量制御を自動的に行うことが可能になる。
【００５３】
第６発明では、第１冷媒配管を流れる冷媒に対する水による冷却効果が十分に得られない場合であっても、冷凍サイクルの成績係数を向上させることが可能になる。
【００５４】
第７発明では、熱交バイパス配管における冷媒の通過を許容する状態と許容しない状態とに切換ることが可能になり、使用状況を調節することが可能になる。
【００５５】
第８発明では、圧縮要素からの吐出冷媒温度が低くなりそうな場合もしくは蒸発器の周辺の空気温度が高くなった場合であっても、放熱器で要求される温度が高い場合に対応することが可能になる。
【００５６】
第９発明では、第１冷媒配管を流れる冷媒に対する水による冷却効果が十分に得られない場合であっても、冷凍サイクルの成績係数を向上させることが可能になる。
【００５７】
第１０発明では、成績係数を良好にしつつ圧縮仕事を小さく抑える効果をよりいっそう高めることができるようになる。
【００５８】
第１１発明では、遠心力を互いに相殺させながら駆動することで、振動の発生やトルク負荷の変動を抑えることが可能になる。
【００５９】
第１２発明では、少ない圧縮仕事によって、冷凍装置の効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
＜１＞第１実施形態
＜１−１＞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給湯装置１の概略構成図である。給湯装置１は、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ことで、温水を作り出す装置である。
【００６１】
給湯装置１は、水回路９１０と、冷媒回路１０とを有している。
【００６２】
（水回路）
水回路９１０は、図１に示すように、外部から供給される水を水分岐点Ｗまで導く入水配管９０１と、分岐点Ｗから延びる熱源水配管９０２、９０３および中間水配管９０４、９０５と、熱源水配管９０２、９０３と中間水配管９０４、９０５とが合流する合流点Ｚから外部まで導く出水配管９０６と、を有している。
【００６３】
この入水配管９０１には、通過する水量を調節可能なポンプ９２１が設けられている。このポンプ９２１は、モータ９２１ｍが設けられており、制御部９９によって回転数が調節され、ポンプの流量が調節される。また、水回路９１０には、入水配管９０１を通過する水温を検知する水温センサ９１０Ｔが設けられている。制御部９９は、この水温センサ９１０Ｔによって、給水された水の温度を把握することができ、ユーザによって要求された出湯温度との差を把握して、冷媒回路１０の冷凍サイクルが調節される。
【００６４】
熱源水配管９０２は、分岐点Ｗから後述する冷媒回路１０の熱源側熱交換器４まで延びている。また、熱源水配管９０３は、熱源側熱交換器４を流れ出た水を合流点Ｚまで導くように延びている。このように、熱源水配管９０２，９０３を流れる水は、熱源側熱交換器４において、冷媒回路１０を流れる冷媒と熱交換することで暖められ、温水が作られる。なお、中間冷却器７における冷媒の流れと水の流れとは、対向流となるように配管構成がされており、熱交換効率を向上させている。
【００６５】
中間水配管９０４は、分岐点Ｗから後述する冷媒回路１０の中間冷却器７まで延びている。中間水配管９０５は、中間冷却器７を流れ出た水を合流点Ｚまで導くように延びている。このように、中間水配管９０４，９０５を流れる水は、中間冷却器７において、冷媒回路１０を流れる冷媒と熱交換することで暖められ、温水が作られる。なお、熱源側熱交換器４における冷媒の流れと水の流れとは、対向流となるように配管構成がされており、熱交換効率を向上させている。なお、中間水配管９０４，９０５においては、熱交換する対象となる冷媒温度が熱源側熱交換器４における冷媒温度よりも低いために、水の加熱を主として熱源側熱交換器４で行うべく、この中間水配管９０４，９０５は熱源水配管９０２，９０３の管径よりも小さく設計されている。
【００６６】
そして、熱源水配管９０２，９０３および中間水配管９０４，９０５においてそれぞれ暖められ、合流点Ｚで合流したお湯は、出水配管９０６を通じてユーザに供給される。
【００６７】
（冷媒回路）
冷媒回路１０は、主として、低段側の圧縮要素２ｃと、高段側の圧縮要素２ｄと、熱源側熱交換器４と、膨張機構５と、利用側熱交換器６と、中間冷媒管２２と、中間冷却器７と、これらを接続する接続配管７１，７２，７６等と、利用側温度センサ６Ｔと、を有している。
【００６８】
本実施形態において、低段側の圧縮要素２ｃと高段側の圧縮要素２ｄとは、冷媒を順次二段階に圧縮する。
【００６９】
低段側の圧縮要素２ｃは、ケーシング２１ａ内に、圧縮機駆動モータ２１ｂと、駆動軸２１ｃ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、圧縮要素２ｃに連結されている。圧縮要素２ｃ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、低段側の圧縮要素２ｃ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させて中間冷媒管２２に向けて吐出する。中間冷媒管２２は、低段側の圧縮要素２ｃの吐出側と高段側の圧縮要素２ｄの吸入側とを、中間冷却器７を介して接続する。なお、吐出管２ｂは、低段側の圧縮要素２ｃから吐出された冷媒を中間冷却器７を介して高段側の圧縮要素２ｄに送るための冷媒管であり、吐出管２ｂには、低段側の圧縮要素２ｃ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低段側の圧縮要素２ｃの吸入側へ戻す機構と、逆止機構４２ｃと、が設けられている。冷凍機油を戻す機構は、主として、低段側の圧縮要素２ｃ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低段側の圧縮要素２ｃ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４２ｃは、低段側の圧縮要素２ｃの吐出側から中間冷却器７への冷媒流れを許容し、かつ、中間冷却器７から低段側の圧縮要素２ｃの吐出側に向かう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。
【００７０】
高段側の圧縮要素２ｄは、低段側の圧縮要素２ｃと同様であり、ケーシング２１ｄ内に、圧縮機駆動モータ２１ｅと、駆動軸２１ｆ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２１ｅは、駆動軸２１ｆに連結されている。そして、この駆動軸２１ｆは、圧縮要素２ｄに連結されている。圧縮要素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、高段側の圧縮要素２ｄは、中間冷媒管２２から冷媒を吸入し、この吸入された冷媒を圧縮させて吐出管２ｅに向けて吐出する。吐出管２ｅは、高段側の圧縮要素２ｄの吐出側と熱源側熱交換器４とを接続する。なお、吐出管２ｅには、高段側の圧縮要素２ｄ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高段側の圧縮要素２ｄの吸入側へ戻す機構と、逆止機構４２ｄと、が設けられている。冷凍機油を戻す機構は、主として、高段側の圧縮要素２ｄ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４１ｄと、油分離器４１ｄに接続されており冷媒から分離された冷凍機油を高段側の圧縮要素２ｄの吸入側である中間冷媒管２２に戻す油戻し管４１ｅとを有している。油戻し管４１ｅには、油戻し管４１ｅを流れる冷凍機油を減圧する減圧機構４１ｆが設けられている。減圧機構４１ｆ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４２ｄは、高段側の圧縮要素２ｄの吐出側から熱源側熱交換器４への冷媒流れを許容し、かつ、熱源側熱交換器４から高段側の圧縮要素２ｄの吐出側に向かう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。
【００７１】
すなわち、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄは、互いに直列に接続されつつ、それぞれ個別の駆動軸２１ｃ、２１ｆに連結されており、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄがそれぞれ別々に圧縮機駆動モータ２１ｂ、２１ｅによって回転駆動される、二段圧縮構造となっている。
【００７２】
中間冷却器７は、中間水配管９０４，９０５を流れる水を、中間冷媒管２２を通過する冷媒の熱によって暖めつつ、中間冷媒管２２を流れる冷媒を、中間水配管９０４，９０５を流れる水によって冷却させる。これにより、高段側の圧縮要素２ｄの吸入冷媒の過熱度を小さくすることができ、高段側の圧縮要素２ｄの吐出冷媒温度が上がり過ぎることがないようにしている。また、このように中間冷媒管２２を流れる冷媒温度を下げることで、高段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒密度が上昇するため、冷凍能力を向上させることができるようになっている。
【００７３】
熱源側熱交換器４は、空気を熱源として冷媒の放熱器として機能する熱交換器である。熱源側熱交換器４は、その一端が接続配管７１および逆止機構４２を介して高段側の圧縮要素２ｄの吐出側に接続されており、その他端が接続配管７２を介して膨張機構５に接続されている。この熱源側熱交換器４は、熱源水配管９０２，９０３を流れる水を接続配管７１から接続配管７２に向かう冷媒によって暖めつつ、接続配管７１から接続配管７２に向かう冷媒は熱源水配管９０２，９０３を流れる水によって冷却される。
【００７４】
膨張機構５は、一端が接続配管７２に接続されており、多端が接続配管７６を介して利用側熱交換器６に接続されている。この膨張機構５は、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、膨張機構５は、熱源側熱交換器４において冷却された高圧の冷媒を利用側熱交換器６に送る前に冷媒の飽和圧力付近まで減圧する。
【００７５】
利用側熱交換器６は、冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。利用側熱交換器６は、その一端が接続配管７６を介して膨張機構５に接続されており、その他端が吸入管２ａを介して低段側の圧縮要素２ｃの吸入側に接続されている。なお、ここでは図示しないが、利用側熱交換器６には、利用側熱交換器６を流れる冷媒と熱交換を行う加熱源としての水や空気が供給されるようになっている。
【００７６】
利用側温度センサ６Ｔは、上述した利用側熱交換器６を流れる冷媒と熱交換を行わせるために加熱源として供給される水や空気の温度を検知する。
【００７７】
なお、上述したように、給湯装置１は、利用側温度センサ６Ｔの検知温度を把握したり、低段側の圧縮要素２ｃ、高段側の圧縮要素２ｄ、膨張機構５、ポンプ９２１等の給湯装置１を構成する各部の動作を制御したりする制御部９９が設けられている。
【００７８】
＜１−２＞空気調和装置の動作
次に、本実施形態の給湯装置１の動作について、図１、図２および図３を用いて説明する。
【００７９】
ここで、図２は、冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図であり、図３は、冷凍サイクルが図示された温度−エントロピ線図である。
【００８０】
ここでは、図１の冷媒回路１０上においてＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｋ，Ｍ，Ｐで示す点における冷媒の状態を、図２に示す圧力−エンタルピ線図および図３に示す温度−エントロピ線図でそれぞれ対応させて示している。
【００８１】
この冷凍サイクルでは、中間冷媒管２２を流れる冷媒が、中間冷却器７を通過する際に水回路９１０の中間水配管９０４，９０５を流れる冷媒によって冷却されている（図２、図３の点Ｂ→点Ｃ参照）。
【００８２】
（目標能力出力制御）
このような冷凍サイクルにおいて、制御部９９は、以下のような目標能力出力制御を行う。
【００８３】
まず、制御部９９は、図示しないコントローラ等を介したユーザからの出湯温度の入力値および必要出湯量の入力値を受け付ける。制御部９９は、必要出湯量の入力値に基づいて、ポンプ９２１のモータ９２１ｍの回転数を制御することで、水の流量を制御する。
【００８４】
そして、制御部９９は、水温センサ９１０Ｔによって検知される水温、および、ポンプ９２１のモータ９２１ｍによって制御される流量を把握し、熱源側熱交換器４に供給される冷媒に必要とされる放出熱量を算出する。そして、制御部９９は、この必要とされる放出熱量に基づいて、高段側の圧縮要素２ｄの吐出冷媒圧力について目標吐出圧力を算出する。
【００８５】
なお、ここでは、目標能力出力制御における目標値を、目標吐出圧力とする場合を例に挙げて説明するが、この目標吐出圧力以外にも、例えば、吐出冷媒圧力に吐出冷媒温度を乗じた値が所定範囲内となるように吐出冷媒圧力および吐出冷媒温度の目標値をそれぞれ定めるようにしてもよい。ここでは、負荷が変わった場合において、吸入冷媒の過熱度が高い場合には吐出冷媒の密度が低くなってしまうため、仮に、高段側の圧縮要素２ｄからの吐出冷媒温度を維持できたとしても、熱源側熱交換器４において要求される放出熱量を確保できなくなってしまうことがあるからである。
【００８６】
次に、制御部９９は、利用側温度センサ６Ｔが検出する温度に基づいて、目標蒸発温度および目標蒸発圧力（臨界圧力以下の圧力）を定める。この目標蒸発圧力の設定は、利用側温度センサ６Ｔが検出する温度が変化する毎に行われる。
【００８７】
また、制御部９９は、この目標蒸発温度の値に基づいて、低段側の圧縮要素２ｃが吸入する冷媒の過熱度が５℃以下の目標の値ｘ（過熱度目標値）となるように過熱度制御を行う。
【００８８】
そして、制御部９９は、このようにして定まった過熱度におけるエントロピの値を維持させる等エントロピ変化をさせながら、冷媒圧力および冷媒温度を上げさせるように低段側の圧縮要素２ｃを制御し、中間冷媒管２２に冷媒を吐出させる。中間冷媒管２２に設けられた中間冷却器７においては、水と冷媒とが互いに対向流の関係で流れながら熱交換を行い、中間水配管９０４，９０５を流れる水によって冷却されつつ、中間水配管９０４，９０５を流れる水は加熱される。このように、中間冷媒管２２を流れる冷媒は中間冷却器７において冷却され、高段側の圧縮要素２ｄに吸入される。高段側の圧縮要素２ｄでは、回転数制御によって運転容量が制御されることで臨界圧力を超える圧力となって吐出される。このように高段側の圧縮要素２ｄによってさらに圧縮されることで温度上昇した冷媒は、熱源側熱交換器４に送られる。この熱源側熱交換器４では、高温高圧で超臨界状態の冷媒と水とが互いに対向流の関係で流れながら熱交換を行い、目的とする出湯温度の水が得られるようになっている。
【００８９】
ここで、熱源側熱交換器４での放熱工程では、冷媒が超臨界状態であるため、目標吐出圧力で維持されながら等圧変化を行いながら冷媒温度が連続的に低下していくことになる。そして、熱源側熱交換器４を流れる冷媒は、加熱対象として熱源水配管９０２，９０３を通じて供給される水の温度以上であって、この加熱対象として供給される水に近い値ｙまで冷却される。ここでは、ポンプ９２１のモータ９２１ｍによる供給量制御により、ｙの値が変化することになる。
【００９０】
なお、このようにして熱源側熱交換器４において冷却された冷媒は、膨張機構５によって、目標蒸発圧力（臨界圧力以下の圧力）となるまで減圧され、利用側熱交換器６に流入する。
【００９１】
利用側熱交換器６を流れる冷媒は、加熱源として供給される水や空気からの熱を吸収することで、目標蒸発温度および目標蒸発圧力を維持したまま等温等圧変化を行いながら、冷媒の乾き度を向上させていく。そして、制御部９９は、過熱度が過熱度目標値となるように、図示しない加熱源の供給装置（水の場合にはポンプ、空気の場合にはファン等）による供給量を制御する。
【００９２】
このようにして制御を行う際に、制御部９９は、冷凍サイクルにおける成績係数（ＣＯＰ）が最も高くなるように、ｘの値およびｙの値を算出し、上記目標能力出力制御を行う。ここで、成績係数が最も良好となるｘの値およびｙの値の算出においては、作動冷媒としての二酸化炭素の物性（モリエル線図等）に基づいて、制御部９９が算出を行う。なお、成績係数をある程度良好に維持できる条件を定めておいて、この条件内であれば、圧縮仕事がより小さい値となるようにｘの値およびｙの値を求めるようにしてもよい。また、圧縮仕事が所定値以下に抑えることを前提条件として、この前提条件を満たす中で成績係数が最も良好となるｘの値およびｙの値を求めるようにしてもよい。
【００９３】
ここで、制御部９９による冷媒回路１０の熱源側熱交換器４や中間冷媒管２２において確保される放熱量制御とポンプ９２１の流量制御との関係は、例えば、熱源側熱交換器４や中間冷媒管２２での放熱量が多くなるように冷媒回路１０が制御する場合には水回路９１０のポンプ９２１の流量も多く調節すること等が含まれる。また、この放熱量制御と流量制御との関係には、逆に、熱源側熱交換器４や中間冷媒管２２での放熱量を多くとることができない場合には水回路９１０のポンプ９２１の流量を小さく抑える制御も含まれる福間得るは、制御部９９は、ユーザによって要求された出湯温度を実現しつつ、出湯量の制御については出湯温度よりも優先度が落とされる。
【００９４】
（第１実施形態の特徴）
ここでは、分岐点Ｗにおいて分岐され、中間水配管９０４，９０５側を流れる水は、熱源側熱交換器４において加熱されていない水であり、入水配管９０１を流れる冷媒温度と同一温度である。そして、制御部９９による制御では、作動冷媒として二酸化炭素が用いられた冷媒回路１０において、過熱度が５℃以下の目標値ｘとなるように過熱度制御を行いつつ、低段側の圧縮要素２ｃにおける圧縮比と高段側の圧縮要素２ｄにおける圧縮比とが等しくなるように調節されている。このため、二酸化炭素のモリエル線図の特性により中間冷却器７を流れる冷媒温度よりも、熱源側熱交換器４を流れる冷媒温度のほうが必ず高温となるようになっている。このように、中間冷却器７を流れる冷媒温度と熱源側熱交換器４を流れる冷媒温度とが異なっており、中間冷却器７を流れる冷媒温度のほうが低くなる冷凍サイクルにおいて、中間冷却器７による冷凍サイクルの効果、すなわち高段側の圧縮要素２ｄの吸入冷媒を冷却させる効果を得るためには、中間水配管９０４，９０５を流れる水の温度が中間冷媒管２２を流れる冷媒の温度よりも低くなっている場合に限られる。このため、仮に、中間冷却器７に流入する水が、中間冷却器７に流入する前に熱源側熱交換器４において既にある程度加熱されてしまっていると、このような高段側の圧縮要素２ｄの吸入冷媒を冷却させる効果が小さくなるだけでなく、中間水配管９０４，９０５を流れる水の温度が中間冷媒管２２を流れる冷媒の温度よりも高くなる場合には逆効果となってしまうことがある。これに対して、本実施形態の給湯装置１では、中間冷却器７に流入する水は、分岐点Ｗによって分岐された後、外部からの熱を得ることなく中間水配管９０４を介して中間冷却器７に流入させることができている。このため、少なくとも入水配管９０１を流れる水温が中間冷媒管２２を流れる冷媒温度より低い温度であるだけで、高段側の圧縮要素２ｄの吸入冷媒を冷却させる効果を得ることができ、中間水配管９０４，９０５を流れる水が中間冷却器７に流入する前に加熱されてしまうことでこのような効果が小さくなったり逆効果となったりしてしまうことを防止できる。
【００９５】
＜１−３＞変形例１
上記実施形態における制御部９９の制御の一例としては、例えば、以下のような制御行うことができる。
【００９６】
例えば、低段側の圧縮要素２ｃおよび高段側の圧縮要素２ｄの設計耐圧が１２Ｍｐａであり吐出冷媒圧力としてはこの設計耐圧以下に維持する必要があるとする。
【００９７】
ここで、ユーザからの出湯温度の入力値に基づいて制御部９９が吐出冷媒温度を定める場合には、上述の設計圧力以下であって、熱源側熱交換器４に供給する冷媒の放出熱量を確保できる冷媒圧力および冷媒温度となるように目標吐出圧力および目標吐出温度を定める。これにより、二酸化炭素を作動冷媒として用いる冷凍サイクルのモリエル線図上では、目標とされる吐出冷媒の状態が一点に定まる。
【００９８】
他方で、利用側温度センサ６Ｔの検知温度によって、冷凍サイクルの目標蒸発圧力が定まる。
【００９９】
また、低段側の圧縮要素２ｃにおける圧縮比と高段側の圧縮要素２ｄにおける圧縮比とが等しくなるように制御する場合には、上述の目標吐出圧力および蒸発圧力の関係により中間冷媒管２２を流れる目標中間圧力が定まる。
【０１００】
ここで、低段側の圧縮要素２ｃの吸入冷媒の過熱度を５℃と設定すると、低段側の圧縮要素２ｃにおいて等エントロピ変化を行うとすることで吐出冷媒温度および圧力が定まる。さらに、目標吐出圧力および目標吐出温度を実現できるように高段側の圧縮要素２ｄにおいて等エントロピ変化が行われるとすると、高段側の圧縮要素２ｄが吸入する冷媒温度が定まる。
【０１０１】
これにより、低段側の圧縮要素２ｃから吐出される冷媒を高段側の圧縮要素２ｄで吸入されるまでの間に冷却させるのに必要な冷熱量が定まり、この冷熱量を供給できるように、制御部９９が、水温度センサ９１０Ｔの検知値に基づいてポンプ９２１の流量制御を行うようにしてもよい。
【０１０２】
なお、上記過熱度は５℃に限られず例えば０〜５℃の範囲内で選択可能であり、また、膨張機構５に流入する冷媒温度についても調節可能であり、これらの値を調節しつつ冷凍サイクルの成績係数が最も良好となるように、ｘの値およびｙの値を定めるようにしてもよい。
【０１０３】
＜１−４＞変形例２
また、例えば、図４に示すように、高段側の圧縮要素２ｄの吐出冷媒温度を検知する吐出冷媒温度センサ２Ｔを有する冷媒回路１０Ａが採用されていてもよい。
【０１０４】
この吐出冷媒温度センサ２Ｔの検知温度が高くなりすぎると、高段側の圧縮要素２ｄの信頼性を維持できなくなってしまうため、制御部９９は、吐出冷媒温度を低下させつつ、ポンプ９２１の流量を低下させる制御を行うようにしてもよい。
【０１０５】
これにより、高段側の圧縮要素２ｄの信頼性を確保しつつ、ユーザの要求する出湯温度を達成することが可能になる。
【０１０６】
＜１−５＞変形例３
上記実施形態では、熱源水配管９０２，９０３の管径よりも中間水配管９０４，９０５の管径の方が細く設計されている場合を例に挙げて説明した。
【０１０７】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、図５に示すように、中間水配管９０４，９０５に流す水量と熱源水配管９０２，９０３に流す水量との比率を調節可能な流量比調節機構９１１が設けられた冷媒回路１０Ｂを採用するようにしてもよい。
【０１０８】
例えば、流量比調節機構９１１は、中間水配管９０４，９０５の途中に設けることができる。これにより、中間水配管９０４，９０５の管径と熱源水配管９０２，９０３の管径とが同一であるようにしても、流量比を調節することができるようになる。
【０１０９】
そして、熱源水配管９０２，９０３に流れる水量と、中間水配管９０４，９０５に流れる水量との流量比を調節する際には、制御部９９は、例えば、モリエル線図から得られる熱源側熱交換器４における加熱量と中間冷却器７における加熱量との比率と、熱源水配管９０２，９０３を流れる水量と中間水配管９０４，９０５を流れる水量との比率と、が同等となるように流量比の制御を行うようにしてもよい。この場合の中間冷却器７における加熱量は、高段側の圧縮要素２ｄの吸入冷媒の比エンタルピから低段側の圧縮要素２ｃの吐出冷媒の比エンタルピを差し引いて得られる中間比エンタルピと（モリエル線図上の点Ｂ→点Ｃ）によって把握できる。また、熱源側熱交換器４における加熱量は、熱源側熱交換器４の出口における冷媒の比エンタルピから高段側の圧縮要素２ｄの吐出冷媒の比エンタルピを差し引いて得られる熱源比エンタルピと（モリエル線図上の点Ｄ→点Ｋ）によって把握できる。このようにして、制御部９９は、熱源水配管９０２，９０３を流れる水量と中間水配管９０４，９０５を流れる水量との比率を、熱源比エンタルピと中間比エンタルピとの比率に等しくなるように制御する。なお、制御による流量比の調節において熱源比エンタルピや中間比エンタルピの値が変化する場合には、制御部９９は、所定時間間隔（もしくは所定比率乖離度）に応じて、その時点での熱源比エンタルピと中間比エンタルピとの比率に対応させるようにフィードバック制御を行うようにしてもよい。
【０１１０】
また、このように熱源比エンタルピや中間比エンタルピの値を用いて制御するだけでなく、例えば、熱源水配管９０３における熱源側熱交換器４の出口温度と、中間水配管９０５における中間冷却器７の出口温度とが略等しくなるように、制御部９９が、熱源水配管９０２，９０３を流れる水量と中間水配管９０４，９０５を流れる水量との比率を制御するようにしてもよい。この場合でも、制御部９９は、所定のフィードバック制御により、出口温度を統一させるようにしてもよい。
【０１１１】
なお、ここでは、例えば、熱源水配管９０２，９０３側の水量のみを上げたい場合には、制御部９９は、ポンプ９２１のモータの回転数を上げて流量を上げつつ、流量比調節機構９１１の開度を絞り込むことで、中間水配管９０４，９０５に流れる水量を一定に維持しながら熱源水配管９０２，９０３に流れる水量を増大させる調節も可能になる。
【０１１２】
これにより、制御部９９は、ユーザの望む出湯温度だけでなくユーザの望む出湯量も達成させる運転において、冷凍サイクルの成績係数を良好な値にさせる制御を行うことができるようになる。
【０１１３】
＜１−６＞変形例４
また、例えば、図６に示すように、熱源側熱交換器４を通過する冷媒温度を検知する熱源冷媒温度センサ４Ｔ、熱源側熱交換器４を通過する冷媒圧力を検知する熱源冷媒圧力センサ４Ｐ、中間冷媒管２２を通過する冷媒温度を検知する中間冷媒温度センサ２２Ｔ、および、中間冷媒管２２を通過する冷媒圧力を検知する中間冷媒圧力センサ２２Ｐと、変形例３で示した流量比調節機構９１１と、が設けられた冷媒回路１０Ｃを採用するようにしてもよい。
【０１１４】
ここでは、熱源側熱交換器４を通過する冷媒温度を検知する熱源冷媒温度センサ４Ｔおよび熱源側熱交換器４を通過する冷媒圧力を検知する熱源冷媒圧力センサ４Ｐの検知値によって、熱源側熱交換器４において冷媒から水に供給できる放出熱量を把握でき、中間冷媒管２２を通過する冷媒温度を検知する中間冷媒温度センサ２２Ｔおよび中間冷媒管２２を通過する冷媒圧力を検知する中間冷媒圧力センサ２２Ｐの検知値によって、中間冷却器７において冷媒から水に供給できる放出熱量を把握することができる。したがって、制御部９９は、これらの熱源側熱交換器４において冷媒から水に供給できる放出熱量と、中間冷却器７において冷媒から水に供給できる放出熱量と、に対応するように、流量比調節機構９１１の開度を調節して、必要とする出湯温度を得るための効率の良い流量比となるように制御することができるようになる。
【０１１５】
＜１−７＞変形例５
上記変形例４では、流量比調節機構９１１が設けられた水回路９１０を例に挙げて説明した。
【０１１６】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、流量比調節機構９１１に代えて、熱源水配管９０２，９０３に開閉弁を設け、さらに中間水配管９０４，９０５にも開閉弁を設けた水回路を採用してもよい。
【０１１７】
＜１−８＞変形例６
上記実施形態では、二段階で圧縮される低段側の圧縮要素２ｃおよび高段側の圧縮要素２ｄの二段圧縮機構が１組だけ設けられた冷媒回路を例に挙げて説明した。
【０１１８】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、上述の二段階で圧縮を行う二段圧縮機構を互いに並列に設けた冷媒回路を採用してもよい。
【０１１９】
また、冷媒回路において、複数の利用側熱交換器６を互いに並列に配置させてもよい。この際、各利用側熱交換器６に対して供給される冷媒量を制御できるように、膨張機構をそれぞれの利用側熱交換器の直前に配置して、膨張機構についても互いに並列に配置された冷媒回路を採用してもよい。
【０１２０】
＜１−９＞変形例７
上記実施形態では、駆動軸２１ｃ、２１ｆおよび圧縮機駆動モータ２１ｂ，２１ｅがそれぞれ別個に設けられた低段側の圧縮要素２ｃおよび高段側の圧縮要素２ｄを例に挙げて説明した。
【０１２１】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、図７に示すように、低段側の圧縮要素２ｃおよび高段側の圧縮要素２ｄの駆動軸を共通化させた共通駆動軸１２１ｃを採用しつつ、１つの共通圧縮機駆動モータ１２１ｂを用いて共通駆動軸１２１ｃに動力を伝えるようにした圧縮機構２を採用した冷媒回路１０Dであってもよい。
【０１２２】
この圧縮機構２は、ケーシング２１ａ内に、圧縮機駆動モータ２１ｂと、共通駆動軸１２１ｃ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。共通圧縮機駆動モータ１２１ｂは、共通駆動軸１２１ｃに連結されている。そして、この共通駆動軸１２１ｃは、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄに連結されている。すなわち、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄは、単一の共通駆動軸１２１ｃに連結されており、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄがともに共通圧縮機駆動モータ１２１ｂ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、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、低段側の圧縮要素２ｃ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して中間冷媒管２２に向けて吐出する。中間冷媒管２２は、低段側の圧縮要素２ｃの吐出側と高段側の圧縮要素２ｄの吸入側とを、中間冷却器７を介して接続する。高段側の圧縮要素２ｄは、中間冷媒管２２を介して吸入した冷媒をさらに圧縮した後、吐出管２ｂに吐出する。また、図７において、吐出管２ｂは、圧縮機構２から吐出された冷媒を熱源側熱交換器４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、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の吐出側から熱源側熱交換器４への冷媒の流れを許容し、かつ、熱源側熱交換器４から圧縮機構２の吐出側に向かう冷媒の流れを遮断するための機構であり、逆止弁が使用されている。
【０１２３】
このように、圧縮機構２は、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。
【０１２４】
ここでは一軸二段型の圧縮機構が採用されているため、制御部９９は、低段側の圧縮要素２ｃおよび高段側の圧縮要素２ｄの遠心力を互いに相殺させながら駆動させて振動の発生やトルク負荷の変動を抑えて、低段側の圧縮要素２ｃの運転容量と高段側の圧縮要素２ｄの運転容量とがバランスするようにしつつ、低段側と高段側とで圧縮比が等しくなるように制御することができる。
【０１２５】
＜２＞第２実施形態
＜２−１＞空気調和装置の構成
図８は、本発明の第２実施形態にかかる冷凍装置である給湯装置２０１の概略構成図である。
【０１２６】
以下、第２実施形態において第１実施形態と同内容である部分については、説明を省略する。
【０１２７】
（水回路）
水回路９１０は、上記実施形態の水回路に対してさらに、中間水配管９０４，９０５の途中に配置された流量比調節機構９１１を有している。この流量比調節機構９１１の開度は制御部９９によって制御され、熱源水配管９０２，９０３側を流れる水量と、中間水配管９０４，９０５側を流れる水量との比率が調節できるようになっている。
【０１２８】
（冷媒回路）
冷媒回路２１０は、上記実施形態の冷媒回路に対して、さらに、液ガス熱交換器８と、液ガス三方弁８Ｃと、液ガスバイパス配管８Ｂと、これらを接続する接続配管７１，７２，７３，７４，７５，７６，７７等を有している。
【０１２９】
液ガス熱交換器８は、接続配管７３から接続配管７４に向けて流れる冷媒を通過させる液側の液ガス熱交換器８Ｌと、接続配管７７から吸入管２ａに向けて流れる冷媒を通過させるガス側の液ガス熱交換器８Ｇと、を有している。そして、液ガス熱交換器８は、この液側の液ガス熱交換器８Ｌを流れる冷媒と、ガス側の液ガス熱交換器８Ｇを流れる冷媒との間で熱交換を行わせる。なお、ここでは、「液」側、「液」ガス熱交換器８等の文言で説明するが、液側の液ガス熱交換器８Ｌを通過する冷媒は液状態に限られず、例えば超臨界状態の冷媒であってもよい。また、ガス側の液ガス熱交換器８Ｌを流れる冷媒についても、ガス状態の冷媒に限られず、例えば湿り気味の冷媒が流れていてもよい。
【０１３０】
液ガスバイパス配管８Ｂは、液側の液ガス熱交換器８Ｌの上流側である接続配管７３に接続された液ガス三方弁８Ｃの１つの切り替えポートと、液側の液ガス熱交換器８Ｌの下流側に伸びる接続配管７４の端部と、を接続している。
【０１３１】
液ガス三方弁８Ｃは、熱源側熱交換器４から伸びる接続配管７２を液側の液ガス熱交換器８Ｌから伸びる接続配管７３に接続する液ガス利用接続状態と、熱源側熱交換器４から伸びる接続配管７２を液側の液ガス熱交換器８Ｌから伸びる接続配管７３に接続することなく液ガスバイパス配管８Ｂに接続する液ガス非利用接続状態と、に切り換えることができる。
【０１３２】
＜２−２＞空気調和装置の動作
次に、本第２施形態の給湯装置２０１の動作について、図８、図９および図１０を用いて説明する。
【０１３３】
ここで、図９は、冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図であり、図１０は、冷凍サイクルが図示された温度−エントロピ線図である。
【０１３４】
（液ガス利用接続状態）
液ガス利用接続状態では、液ガス熱交換器８において、液側の液ガス熱交換器８Ｌを通過する冷媒と、ガス側の液ガス熱交換器８Ｇを通過する冷媒との間で熱交換が行われるように、液ガス三方弁８Ｃの接続状態が制御部９９によって切り換え制御される。
【０１３５】
ここでは、低段側の圧縮要素２ｃの吸入管２ａから吸入された冷媒（図９、図１０の点Ａ参照）が、低段側の圧縮要素２ｃによって圧縮され（図９、図１０の点Ｂ参照）、中間冷媒管２２を流れる冷媒が中間冷却器７において中間水配管９０４，９０５を流れる水によって冷却される（図９、図１０の点Ｃ参照）。
【０１３６】
高段側の圧縮要素２ｄによって臨界圧力を超える圧力となるまで圧縮された冷媒は（図９、図１０の点Ｄ参照）、熱源側熱交換器４に送られる。その後、熱源側熱交換器４において、熱源水配管９０２，９０３を流れる水を加熱することで冷媒自身の有している熱が放熱される。なお、ここでは、二酸化炭素が作動冷媒として採用されており、超臨界状態となって熱源側熱交換器４に流入しているため、放熱工程では冷媒圧力が一定のまま顕熱変化によって外部に放熱しつつ、冷媒自体の温度は連続的に低下していく（図９、図１０のＫ参照）。そして、熱源側熱交換器４を出た冷媒は、液側の液ガス熱交換器８Ｌに流入し、ガス側の液ガス熱交換器８Ｇを流れる低温低圧のガス冷媒との間で熱交換が行われることで、さらに放熱しつつ、冷媒自体の温度がさらに連続的に低下していく（図９、図１０の点Ｌ参照）。この液側の液ガス熱交換器８Ｌを出た冷媒は、膨張機構５によって減圧され（図９、図１０の点Ｍ参照）、利用側熱交換器６に流入していく。利用側熱交換器６では、圧力一定のままで、外部の空気や水との熱交換によって、冷媒が外部から奪った熱を潜熱変化に消費しながら蒸発していくことで、冷媒の乾き度が増大する（図９、図１０の点Ｐ参照）。利用側熱交換器６から出た冷媒は、ガス側の液ガス熱交換器８Ｇにおいて、圧力一定のままで、今度は液側の液ガス熱交換器８Ｌを通過する高温高圧と冷媒との熱交換によって奪った熱により、さらに潜熱変化しながら蒸発していき、この圧力における乾き飽和蒸気曲線を超えて過熱状態となる。そして、この過熱状態の冷媒が、吸入管２ａを通じて低段側の圧縮要素２ｃに吸入される（図９、図１０の点Ａ）。液ガス利用接続状態では、このような冷媒の循環を繰り返す。
【０１３７】
（液ガス非利用接続状態）
液ガス非利用接続状態では、液ガス熱交換器８における熱交換が行われないように、制御部９９が液ガス三方弁８Ｃの接続状態を制御して、接続配管７２と液ガスバイパス配管８Ｂとを接続する状態にする。
【０１３８】
なお、液ガス非利用接続状態においても、図９、図１０の点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｋについては、液ガス利用接続状態と同様であるため説明を省略する。
【０１３９】
ここでは、熱源側熱交換器４を出た冷媒は、液側の液ガス熱交換器８Ｌに流入することなく、液ガスバイパス配管８Ｂを流れて膨張機構５において減圧される（図９、図１０の点Ｌ’参照）。そして、膨張機構５において減圧され、利用側熱交換器６に流入する（図９、図１０の点Ｍ’参照）。利用側熱交換器６においては、圧力一定のままで、外部の空気や水との熱交換によって、冷媒が外部から奪った熱を潜熱変化に消費しながら蒸発していくことで、この圧力における乾き飽和蒸気曲線を超えて過熱状態となる。そして、この過熱状態の冷媒が、吸入管２ａを通じて低段側の圧縮要素２ｃに吸入される（図９、図１０の点Ｐ’参照）。液ガス非利用接続状態では、このような冷媒の循環を繰り返す。
【０１４０】
（液ガス熱交換器切換制御）
制御部９９は、上記実施形態１で説明した目標能力出力制御と同等の制御を行いつつ、上述の液ガス利用接続状態と、液ガス非利用接続状態とを切り換える液ガス熱交換器切換制御を行う。
【０１４１】
この液ガス熱交換器切換制御では、制御部９９が、利用側温度センサ６Ｔの検知温度に応じて液ガス三方弁８Ｃの接続状態を切り換える。
【０１４２】
上述の目標能力出力制御では、利用側温度センサ６Ｔが検出する温度に基づいて目標蒸発温度が定められるが、利用側温度センサ６Ｔの検知温度が低くなって目標蒸発温度もより低く設定されるようになると、高段側の圧縮要素２ｄの目標吐出圧力は変わらない制御条件下（熱源側熱交換器４において要求される放出熱量を確保する必要がある条件下）では、吐出冷媒温度が上昇してしまう。このよう吐出冷媒温度が上昇し過ぎてしまうと、高段側の圧縮要素２ｄの信頼性を損ねてしまう。そのため、ここでは、制御部９９は、液ガス三方弁８Ｃの接続状態を、液ガス非利用接続状態とする制御を行う。これにより、利用側温度センサ６Ｔの検知温度が低くなって目標蒸発温度もより低く設定されたとしても、高段側の圧縮要素２ｄが吸入する冷媒の過熱度の上昇程度を抑えて吐出冷媒温度の上昇を抑えつつ、要求されている放熱量を維持することができるようになる。
【０１４３】
他方、上述の目標能力出力制御では、利用側温度センサ６Ｔが検出する温度に基づいて目標蒸発温度が定められるが、利用側温度センサ６Ｔの検知温度が高くなって目標蒸発温度もより高く設定されるようになると、高段側の圧縮要素２ｄの目標吐出圧力は変わらない制御条件下（熱源側熱交換器４において要求される放出熱量を確保する必要がある条件下）では、吐出冷媒温度が低下していくことになる。この場合には、熱源側熱交換器４に必要とされる放出熱量を有する状態の冷媒を供給することができなくなることがある。このような場合には、制御部９９は、液ガス三方弁８Ｃの接続状態を切り換えて液ガス利用接続状態として、高段側の圧縮要素２ｄの吸入冷媒の過熱度を上げさせて、熱源側熱交換器４において必要とされる放出熱量を確保するようにすることができる。また、このように必要とされる放出熱量を供給できたとしても、成績係数を改善できる場合がある。このような場合には、制御部９９は、液ガス三方弁８Ｃの接続状態を切り換えて液ガス利用接続状態として、膨張機構５の吸入冷媒の比エンタルピを下げて、冷凍サイクルの冷凍能力を向上させることで、要求される放熱熱量を確保しつつ成績係数を向上させることができる。なお、低段側の圧縮要素２ｃの吸入冷媒に適度の過熱度を確保させることができるため、低段側の圧縮要素２ｃにおいて液圧縮が生じてしまうおそれを防止することができる。
【０１４４】
＜２−３＞変形例１
上記実施形態では、利用側温度センサ６Ｔの検知温度に基づいて（定まる目標蒸発温度に基づいて）制御部９９が液ガス三方弁８Ｃの接続状態を切り換える場合を例に挙げて説明した。
【０１４５】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、図１１に示すように、利用側温度センサ６Ｔの代わりに高段側の圧縮要素２ｄの吐出冷媒温度を検知する吐出冷媒温度センサ２Ｔを有する冷媒回路２１０Ａが採用されていてもよい。
【０１４６】
この吐出冷媒温度センサ２Ｔでは、上述の利用側温度センサ６Ｔの検知温度が高くなる場合が吐出冷媒温度センサ２Ｔの検知温度が低くなる場合に対応し、上述の利用側温度センサ６Ｔの検知温度が低くなる場合が吐出冷媒温度センサ２Ｔの検知温度が高くなる場合に対応する。すなわち、吐出冷媒温度センサ２Ｔの検知温度が高くなりすぎると、高段側の圧縮要素２ｄの信頼性を維持できなくなってしまうため、制御部９９は、液ガス三方弁８Ｃの接続状態を液ガス非利用接続状態として、低段側の圧縮要素２ｃの吸入冷媒の過熱度が大きくなることを防止する。また、吐出冷媒温度センサ２Ｔの検知温度が低くなると、制御部９９は、熱源側熱交換器４において要求される放出熱量を供給できなくなるため、液ガス三方弁８Ｃの接続状態を液ガス利用接続状態として、低段側の圧縮要素２ｃの吸入冷媒の過熱度を上昇させ、能力を確保させる。また、低段側の圧縮要素２ｃの吸入冷媒の温度が低く、過熱度を上げたとしても高段側の圧縮要素２ｄの吐出冷媒温度が上昇し過ぎない状況には、制御部９９は、液ガス三方弁８Ｃの接続状態を液ガス利用接続状態として、膨張機構５に送られる冷媒の比エンタルピを下げて、冷凍サイクルの冷凍能力を向上させることで成績係数を上げる。
【０１４７】
＜２−４＞変形例２
上記実施形態では、液ガス三方弁８Ｃの接続状態を切り換えて、液ガス利用接続状態と液ガス非利用接続状態とを切り換える場合を例に挙げて説明した。
【０１４８】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、液ガス三方弁８Ｃの切換状態を調節することで、液ガスバイパス配管８Ｂと液ガス熱交換器８Ｌの両方に冷媒を流しつつ、両流路の冷媒流量比を制御するようにしてもよい。
【０１４９】
＜２−５＞変形例３
上記実施形態では、液ガス三方弁８Ｃが設けられた冷媒回路を例に挙げて説明した。
【０１５０】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、液ガス三方弁８Ｃに代えて、接続配管７３に開閉弁を設け、さらに液ガスバイパス配管８Ｂにも開閉弁を設けた冷媒回路を採用してもよい。
【０１５１】
＜２−６＞変形例４
上記実施形態では、二段階で圧縮される低段側の圧縮要素２ｃおよび高段側の圧縮要素２ｄの二段圧縮機構が１組だけ設けられた冷媒回路を例に挙げて説明した。
【０１５２】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、上述の二段階で圧縮を行う二段圧縮機構を互いに並列に設けた冷媒回路を採用してもよい。
【０１５３】
また、冷媒回路において、複数の利用側熱交換器６を互いに並列に配置させてもよい。この際、各利用側熱交換器６に対して供給される冷媒量を制御できるように、膨張機構をそれぞれの利用側熱交換器の直前に配置して、膨張機構についても互いに並列に配置された冷媒回路を採用してもよい。
【０１５４】
＜２−７＞変形例５
上記実施形態では、駆動軸２１ｃ、２１ｆおよび圧縮機駆動モータ２１ｂ，２１ｅがそれぞれ別個に設けられた低段側の圧縮要素２ｃおよび高段側の圧縮要素２ｄを例に挙げて説明した。
【０１５５】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、図１２に示すように、低段側の圧縮要素２ｃおよび高段側の圧縮要素２ｄの駆動軸を共通化させた共通駆動軸１２１ｃを採用しつつ、１つの共通圧縮機駆動モータ１２１ｂを用いて共通駆動軸１２１ｃに動力を伝えるようにした圧縮機構２を採用した冷媒回路２１０Bであってもよい。
【０１５６】
この圧縮機構２は、ケーシング２１ａ内に、圧縮機駆動モータ２１ｂと、共通駆動軸１２１ｃ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。共通圧縮機駆動モータ１２１ｂは、共通駆動軸１２１ｃに連結されている。そして、この共通駆動軸１２１ｃは、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄに連結されている。すなわち、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄは、単一の共通駆動軸１２１ｃに連結されており、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄがともに共通圧縮機駆動モータ１２１ｂ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、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、低段側の圧縮要素２ｃ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して中間冷媒管２２に向けて吐出する。中間冷媒管２２は、低段側の圧縮要素２ｃの吐出側と高段側の圧縮要素２ｄの吸入側とを、中間冷却器７を介して接続する。高段側の圧縮要素２ｄは、中間冷媒管２２を介して吸入した冷媒をさらに圧縮した後、吐出管２ｂに吐出する。また、図１２において、吐出管２ｂは、圧縮機構２から吐出された冷媒を熱源側熱交換器４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、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の吐出側から熱源側熱交換器４への冷媒の流れを許容し、かつ、熱源側熱交換器４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、逆止弁が使用されている。
【０１５７】
このように、圧縮機構２は、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。
【０１５８】
ここでは一軸二段型の圧縮機構が採用されているため、制御部９９は、低段側の圧縮要素２ｃおよび高段側の圧縮要素２ｄの遠心力を互いに相殺させながら駆動させて振動の発生やトルク負荷の変動を抑えて、低段側の圧縮要素２ｃの運転容量と高段側の圧縮要素２ｄの運転容量とがバランスするようにしつつ、低段側と高段側とで圧縮比が等しくなるように制御することができる。
【０１５９】
＜３＞第３実施形態
＜３−１＞空気調和装置の構成
図１３は、本発明の第３実施形態にかかる冷凍装置である給湯装置３０１の概略構成図である。
【０１６０】
以下、第３実施形態において第１実施形態と同内容である部分については、説明を省略する。
【０１６１】
（水回路）
水回路９１０は、上記実施形態の水回路に対してさらに、中間水配管９０４，９０５の途中に配置された流量比調節機構９１１を有している。この流量比調節機構９１１の開度は制御部９９によって制御され、熱源水配管９０２，９０３側を流れる水量と、中間水配管９０４，９０５側を流れる水量との比率が調節できるようになっている。
【０１６２】
（冷媒回路）
冷媒回路３１０は、上記実施形態の冷媒回路に対して、さらに、エコノマイザ回路９と、これらを接続する接続配管７３ｃ、７４ｃ等をさらに有している。
【０１６３】
エコノマイザ回路９は、接続配管７２と接続配管７３ｃとの間の分岐点Ｘから分岐している分岐上流配管９ａ、冷媒を減圧させるエコノマイザ膨張機構９ｅ、エコノマイザ膨張機構９ｅで減圧された冷媒をエコノマイザ熱交換器２０まで導く分岐中流配管９ｂ、エコノマイザ熱交換器２０から流れ出た冷媒を中間冷媒管２２の合流点Ｙまで導く分岐下流配管９ｃを有している。
【０１６４】
接続配管７３ｃは、エコノマイザ熱交換器２０を通じて接続配管７５ｃに冷媒を導く。この接続配管７５ｃは膨張機構５に接続されている。
【０１６５】
他の構成は、上述した第１実施形態の給湯装置１と同様である。
【０１６６】
＜３−２＞空気調和装置の動作
次に、第３実施形態の給湯装置３０１の動作について、図１３、図１４および図１５を用いて説明する。
【０１６７】
ここで、図１４は、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、冷凍サイクルが図示された温度−エントロピ線図である。
【０１６８】
（エコノマイザ利用状態）
エコノマイザ利用状態では、エコノマイザ膨張機構９ｅの開度を調節することで、エコノマイザ回路９に冷媒を流す。
【０１６９】
エコノマイザ回路９では、分岐点Ｘから分岐上流配管９ａに分岐して流れてきた冷媒が、エコノマイザ膨張機構９ｅにおいて減圧されて（図１３、図１４および図１５の点Ｒ参照）、分岐中流配管９ｂを介してエコノマイザ熱交換器２０に流入する。
【０１７０】
そして、エコノマイザ熱交換器２０では、接続配管７３ｃと接続配管７５ｃを流れる冷媒（図１３、図１４および図１５の点Ｘ→点Ｑ参照）と、分岐中流配管９ｂを介してエコノマイザ熱交換器２０に流入する冷媒（図１３、図１４および図１５の点Ｒ→点Ｙ参照）と、の間で熱交換が行われる。
【０１７１】
この際に、接続配管７３ｃと接続配管７５ｃを流れる冷媒については、エコノマイザ熱交換器２０で減圧されて冷媒温度が低下している分岐中流配管９ｂを流れる冷媒によって冷却され、比エンタルピが下がる（図１３、図１４および図１５の点Ｘ→点Ｑ参照）。このように、膨張機構５に送られる冷媒の過冷却度が増大することで、冷凍サイクルの冷凍能力が上昇し、成績係数が向上する。そして、この比エンタルピが下がった冷媒は、膨張機構５を通過することで、減圧され、利用側熱交換器６に流入する（図１３、図１４および図１５の点Ｑ→点Ｍ参照）。そして、利用側熱交換器６において冷媒は、蒸発していき、低段側の圧縮要素２ｃに吸入される（図１３、図１４および図１５の点Ｍ→点Ａ参照）。低段側の圧縮要素２ｃに吸入された冷媒は、圧縮されて、温度上昇を伴いつつ中間圧力まで圧力が上昇した冷媒が中間冷媒管２２を流れる状態になる。
【０１７２】
この中間冷却器２２を流れる冷媒は、中間冷却器７を通過する際に中間水配管９０４，９０５を流れる水を加熱する際に放熱して、冷媒温度が低下する（図１３、図１４および図１５の点Ｂ→点Ｓ）。
【０１７３】
また、分岐中流配管９ｂを介してエコノマイザ熱交換器２０に流入する冷媒は、接続配管７３ｃと接続配管７５ｃを流れる冷媒によって加熱されることで、冷媒の乾き度が向上する（図１３、図１４および図１５の点Ｒ→点Ｙ参照）。
【０１７４】
このように、エコノマイザ回路９を通じた冷媒（図１３、図１４および図１５の点Ｙ）は、上述した中間冷媒管２２の合流点Ｙにおいて、中間冷媒管２２を流れつつ中間冷却器７で冷却された冷媒（図１３、図１４および図１５の点Ｓ）に合流し、中間圧力を維持したままで、冷媒温度が低下し、低段側の圧縮要素２ｃからの吐出冷媒の過熱度を低減させつつ、高段側の圧縮要素２ｄに吸入される（図１３、図１４および図１５の点Ｙ、点Ｓおよび点Ｃ参照）。これにより、高段側の圧縮要素２ｄの吸入冷媒の冷媒温度が低下することから、高段側の圧縮要素２ｄの吐出冷媒温度が上がりすぎることを防止することができる。また、高段側の圧縮要素２ｄの吸入冷媒の温度が低下することで冷媒密度が上昇し、かつ、エコノマイザ回路９を介してインジェクションされた冷媒によって熱源側熱交換器４を循環する冷媒量が増大するため、熱源側熱交換器４に供給できる能力を大幅に増大させることができる。
【０１７５】
エコノマイザ利用状態では、このような冷媒の循環を繰り返す。
【０１７６】
（エコノマイザ非利用状態）
エコノマイザ非利用状態では、エコノマイザ回路９におけるエコノマイザ膨張機構９ｅが全閉状態とされる。これにより、分岐中流配管９ｂにおける冷媒流れが無くなり、エコノマイザ熱交換器２０が機能しない状態となる（図１３、図１４および図１５の点Ｑ’、点Ｍ’、点Ｄ’参照）。
【０１７７】
これにより、中間冷媒管２２を流れる冷媒の冷却効果が無くなるため、高段側の圧縮要素２ｄの吐出冷媒の温度が上昇し、ユーザの要求する出湯温度が高い場合に備えることができるようになる。
【０１７８】
（エコノマイザ切換制御）
制御部９９は、上記実施形態１で説明した目標能力出力制御と同等の制御を行いつつ、上述のエコノマイザ利用状態と、エコノマイザ非利用状態とを切り換えるエコノマイザ切換制御を行う。
【０１７９】
このエコノマイザ切換制御では、制御部９９が、利用側温度センサ６Ｔの検知温度に応じてエコノマイザ膨張機構９ｅの開度を制御する。
【０１８０】
上述の目標能力出力制御では、利用側温度センサ６Ｔが検出する温度に基づいて目標蒸発温度が定められるが、利用側温度センサ６Ｔの検知温度が低くなって目標蒸発温度もより低く設定されるようになると、高段側の圧縮要素２ｄの目標吐出圧力は変わらない制御条件下（熱源側熱交換器４において要求される放出熱量を確保する必要がある条件下）では、吐出冷媒温度が上昇してしまう。このよう吐出冷媒温度が上昇し過ぎてしまうと、高段側の圧縮要素２ｄの信頼性を損ねてしまう。そのため、ここでは、制御部９９は、エコノマイザ膨張機構９ｅを開けてエコノマイザ回路９に冷媒を流すことでエコノマイザ熱交換器２０を機能させる、エコノマイザ利用状態とする制御を行う。これにより、利用側温度センサ６Ｔの検知温度が低くなって目標蒸発温度もより低く設定されたとしても、高段側の圧縮要素２ｄが吸入する冷媒温度の上昇程度が抑えて吐出冷媒温度の上昇を抑えつつ、要求されている放熱量を維持することができるようになる。
【０１８１】
他方、上述の目標能力出力制御では、利用側温度センサ６Ｔが検出する温度に基づいて目標蒸発温度が定められるが、利用側温度センサ６Ｔの検知温度が高くなって目標蒸発温度もより高く設定されるようになると、高段側の圧縮要素２ｄの目標吐出圧力は変わらない制御条件下（熱源側熱交換器４において要求される放出熱量を確保する必要がある条件下）では、吐出冷媒温度が低下していくことになる。この場合には、熱源側熱交換器４に必要とされる放出熱量を有する状態の冷媒を供給することができなくなることがある。このような場合には、制御部９９は、エコノマイザ膨張機構９ｅを全閉状態とするエコノマイザ非利用状態として、高段側の圧縮要素２ｄが吸入する冷媒の過熱度が低下しないようにして、熱源側熱交換器４において必要とされる放出熱量を確保するようにすることができる。また、このように必要とされる放出熱量を供給できたとしても、成績係数を改善できる場合がある。このような場合には、制御部９９は、エコノマイザ膨張機構９ｅを開けてエコノマイザ利用状態として、膨張機構５の吸入冷媒の比エンタルピが下げて、冷凍サイクルの冷凍能力を向上させることで、要求される放熱熱量を確保しつつ成績係数を向上させることができる。
【０１８２】
＜３−３＞変形例１
上記実施形態では、利用側温度センサ６Ｔの検知温度に基づいて（定まる目標蒸発温度に基づいて）制御部９９がエコノマイザ膨張機構９ｅの開度切り換える場合を例に挙げて説明した。
【０１８３】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、図１６に示すように、利用側温度センサ６Ｔの代わりに高段側の圧縮要素２ｄの吐出冷媒温度を検知する吐出冷媒温度センサ２Ｔを有する冷媒回路３１０Ａが採用されていてもよい。
【０１８４】
この吐出冷媒温度センサ２Ｔでは、上述の利用側温度センサ６Ｔの検知温度が高くなる場合が吐出冷媒温度センサ２Ｔの検知温度が低くなる場合に対応し、上述の利用側温度センサ６Ｔの検知温度が低くなる場合が吐出冷媒温度センサ２Ｔの検知温度が高くなる場合に対応する。すなわち、吐出冷媒温度センサ２Ｔの検知温度が高くなりすぎると、高段側の圧縮要素２ｄの信頼性を維持できなくなってしまうため、制御部９９は、エコノマイザ膨張機構９ｅの開度を上げてエコノマイザ利用状態として、高段側の圧縮要素２ｄの吸入冷媒の過熱度を下げて、高段側の圧縮要素２ｄの徒手ル冷媒温度が高くなるすぎることを防止する。また、吐出冷媒温度センサ２Ｔの検知温度が低くなると、制御部９９は、熱源側熱交換器４において要求される放出熱量を供給できなくなるため、エコノマイザ膨張機構９ｅを全閉状態としてエコノマイザ非利用状態として、高段側の圧縮要素２ｄの吸入冷媒の過熱度を低下させることなく、能力を確保させる。また、高段側の圧縮要素２ｄの吸入冷媒の温度が低く、過熱度を上げたとしても高段側の圧縮要素２ｄの吐出冷媒温度が上昇し過ぎない状況には、制御部９９は、エコノマイザ膨張機構９ｅの開度を上げてエコノマイザ利用状態として、膨張機構５に送られる冷媒の比エンタルピを下げて、冷凍サイクルの冷凍能力を向上させることで成績係数を上げる。
【０１８５】
＜３−４＞変形例２
上記実施形態では、エコノマイザ膨張機構９ｅの開度を調節して、エコノマイザ利用状態とエコノマイザ非利用状態とを切り換える場合を例に挙げて説明した。
【０１８６】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、エコノマイザ膨張機構９ｅの弁開度を調節することで、エコノマイザ回路９および接続配管７３ｃ、７５Ｃに流れる冷媒流量比を制御するようにしてもよい。
【０１８７】
＜３−５＞変形例３
上記実施形態では、二段階で圧縮される低段側の圧縮要素２ｃおよび高段側の圧縮要素２ｄの二段圧縮機構が１組だけ設けられた冷媒回路を例に挙げて説明した。
【０１８８】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、上述の二段階で圧縮を行う二段圧縮機構を互いに並列に設けた冷媒回路を採用してもよい。
【０１８９】
また、冷媒回路において、複数の利用側熱交換器６を互いに並列に配置させてもよい。この際、各利用側熱交換器６に対して供給される冷媒量を制御できるように、膨張機構をそれぞれの利用側熱交換器の直前に配置して、膨張機構についても互いに並列に配置された冷媒回路を採用してもよい。
【０１９０】
＜３−６＞変形例４
上記実施形態では、駆動軸２１ｃ、２１ｆおよび圧縮機駆動モータ２１ｂ，２１ｅがそれぞれ別個に設けられた低段側の圧縮要素２ｃおよび高段側の圧縮要素２ｄを例に挙げて説明した。
【０１９１】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、図１７に示すように、低段側の圧縮要素２ｃおよび高段側の圧縮要素２ｄの駆動軸を共通化させた共通駆動軸１２１ｃを採用しつつ、１つの共通圧縮機駆動モータ１２１ｂを用いて共通駆動軸１２１ｃに動力を伝えるようにした圧縮機構２を採用した冷媒回路３１０Bであってもよい。
【０１９２】
この圧縮機構２は、ケーシング２１ａ内に、圧縮機駆動モータ２１ｂと、共通駆動軸１２１ｃ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。共通圧縮機駆動モータ１２１ｂは、共通駆動軸１２１ｃに連結されている。そして、この共通駆動軸１２１ｃは、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄに連結されている。すなわち、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄは、単一の共通駆動軸１２１ｃに連結されており、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄがともに共通圧縮機駆動モータ１２１ｂ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、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、低段側の圧縮要素２ｃ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して中間冷媒管２２に向けて吐出する。中間冷媒管２２は、低段側の圧縮要素２ｃの吐出側と高段側の圧縮要素２ｄの吸入側とを、中間冷却器７を介して接続する。高段側の圧縮要素２ｄは、中間冷媒管２２を介して吸入した冷媒をさらに圧縮した後、吐出管２ｂに吐出する。また、図１７において、吐出管２ｂは、圧縮機構２から吐出された冷媒を熱源側熱交換器４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、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の吐出側から熱源側熱交換器４への冷媒の流れを許容し、かつ、熱源側熱交換器４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、逆止弁が使用されている。
【０１９３】
このように、圧縮機構２は、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。
【０１９４】
ここでは一軸二段型の圧縮機構が採用されているため、制御部９９は、低段側の圧縮要素２ｃおよび高段側の圧縮要素２ｄの遠心力を互いに相殺させながら駆動させて振動の発生やトルク負荷の変動を抑えて、低段側の圧縮要素２ｃの運転容量と高段側の圧縮要素２ｄの運転容量とがバランスするようにしつつ、低段側と高段側とで圧縮比が等しくなるように制御することができる。
【０１９５】
＜４＞第４実施形態
＜４−１＞空気調和装置の構成
図１８は、本発明の第４実施形態にかかる冷凍装置である給湯装置４０１の概略構成図である。
【０１９６】
以下、第４実施形態において第１実施形態と同内容である部分については、説明を省略する。
【０１９７】
（水回路）
水回路９１０は、上記実施形態の水回路に対してさらに、中間水配管９０４，９０５の途中に配置された流量比調節機構９１１を有している。この流量比調節機構９１１の開度は制御部９９によって制御され、熱源水配管９０２，９０３側を流れる水量と、中間水配管９０４，９０５側を流れる水量との比率が調節できるようになっている。
【０１９８】
（冷媒回路）
冷媒回路４１０は、上記実施形態の冷媒回路に対して、さらに、液ガス熱交換器８と、切換三方弁２８Ｃと、液ガスバイパス配管８Ｂと、エコノマイザ回路９と、これらを接続する接続配管７４ｇ、７５ｇ等を有している。
【０１９９】
液ガス熱交換器８は、接続配管７３から接続配管７４に向けて流れる冷媒を通過させる液側の液ガス熱交換器８Ｌと、接続配管７７から吸入管２ａに向けて流れる冷媒を通過させるガス側の液ガス熱交換器８Ｇと、を有している。そして、液ガス熱交換器８は、この液側の液ガス熱交換器８Ｌを流れる冷媒と、ガス側の液ガス熱交換器８Ｇを流れる冷媒との間で熱交換を行わせる。なお、ここでは、「液」側、「液」ガス熱交換器８等の文言で説明するが、液側の液ガス熱交換器８Ｌを通過する冷媒は液状態に限られず、例えば超臨界状態の冷媒であってもよい。また、ガス側の液ガス熱交換器８Ｌを流れる冷媒についても、ガス状態の冷媒に限られず、例えば湿り気味の冷媒が流れていてもよい。なお、接続配管７４の途中には、膨張機構９５ｅが設けられている。
【０２００】
液ガスバイパス配管８Ｂは、液側の液ガス熱交換器８Ｌの上流側である接続配管７３に接続された切換三方弁２８Ｃの１つの切り替えポートと、液側の液ガス熱交換器８Ｌの下流側に伸びる接続配管７４の端部と、を接続している。
【０２０１】
切換三方弁２８Ｃは、熱源側熱交換器４から伸びる接続配管７２を液側の液ガス熱交換器８Ｌから伸びる接続配管７３に接続する液ガス状態と、熱源側熱交換器４から伸びる接続配管７２を液側の液ガス熱交換器８Ｌから伸びる接続配管７３に接続することなく液ガスバイパス配管８Ｂに接続するエコノマイザ状態とに切り換えることができる。なお、エコノマイザ状態でエコノマイザ膨張機構９ｅを全閉状態とすることで、エコノマイザ回路９も液ガス熱交換器８も利用しない両機能非利用状態とすることができる。
【０２０２】
エコノマイザ回路９は、液ガスバイパス配管８Ｂと接続配管７４ｇとの間の分岐点Ｘから分岐している分岐上流配管９ａ、冷媒を減圧させるエコノマイザ膨張機構９ｅ、エコノマイザ膨張機構９ｅで減圧された冷媒をエコノマイザ熱交換器２０まで導く分岐中流配管９ｂ、エコノマイザ熱交換器２０から流れ出た冷媒を中間冷媒管２２の合流点Ｙまで導く分岐下流配管９ｃを有している。
【０２０３】
接続配管７４ｇはエコノマイザ熱交換器２０を通じて接続配管７５ｇに冷媒を導く。この接続配管７５ｇは膨張機構５に接続されている。
【０２０４】
なお、液側の液ガス熱交換器８Ｌを通過した冷媒と、エコノマイザ熱交換器２０を通過した冷媒とは、合流点Ｌにおいて合流し、接続配管７６を介して利用側熱交換器６に流入する。
【０２０５】
制御部９９は、切換三方弁２８Ｃの接続状態およびエコノマイザ膨張機構９ｅの開度を調節することで、エコノマイザ状態と、液ガス状態と、両機能非利用状態と、を切り換えることができる。
【０２０６】
他の構成は、上述した第１実施形態の給湯装置１、第２実施形態の給湯装置２０１や第３実施形態の給湯装置３０１において説明した内容と同様である。
【０２０７】
＜４−２＞空気調和装置の動作
次に、第４実施形態の給湯装置４０１の動作について、図１８、図１９および図２０を用いて説明する。
【０２０８】
ここで、図１９は、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、冷凍サイクルが図示された温度−エントロピ線図である。
【０２０９】
なお、エコノマイザ状態における点Ｑの比エンタルピと、液ガス状態における点Ｔの比エンタルピとは、それぞれ膨張機構５や膨張機構９５ｅの開度制御によっていずれが大きな値となるかが変化するため、図１９、図２０で示す例に限定されるものではない。
【０２１０】
（エコノマイザ状態）
エコノマイザ状態では、制御部９９が接続配管７３には冷媒が流れないようにしつつ接続配管７３ｇに冷媒が流れるように切換三方弁２８Ｃの接続状態を切り換えて、エコノマイザ膨張機構９ｅの開度を上げて、エコノマイザ回路９に冷媒を流すように冷凍サイクルを行う。ここでは、図１８、図１９および図２０において点Ａ，点Ｂ，点Ｃ，点Ｄ，点Ｋ，点Ｘ，点Ｒ，点Ｙ，点Ｑ，点Ｌ，点Ｐで示すように、上記実施形態３におけるエコノマイザ利用状態と同様の冷凍サイクルが行われる。
【０２１１】
ここでは、エコノマイザ熱交換器２０における熱交換によって接続配管７５ｇを通過して膨張機構５に流入する冷媒の比エンタルピを下げることができ、冷凍サイクルの冷凍能力を向上させて成績係数を良好な値とすることができる。さらに、エコノマイザ回路９を通じて中間冷媒管２２の合流点Ｙにおいて合流される冷媒によって、高段側の圧縮要素２ｄの吸入冷媒の過熱度を中間冷却器７だけに頼らずにさらに小さくすることができ、圧縮要素２ｄの吸入冷媒の密度を上げて圧縮効率を向上させることができるとともに、吐出冷媒温度の異常上昇を防止することができる。また、この際に、エコノマイザ回路９を介して中間冷媒管２２にインジェクションされることにより、熱源側熱交換器４に供給される冷媒量が増大し、供給される熱量も増大させることができるようになる。
【０２１２】
（液ガス状態）
液ガス状態では、制御部９９が、接続配管７３ｇには冷媒が流れないようにしつつ接続配管７３に冷媒が流れるように切換三方弁２８Ｃの接続状態を切り換えて、液ガス熱交換器８を機能させた冷凍サイクルを行う。ここでは、図１８、図１９および図２０において点Ａ，点Ｂ，点Ｃ’，点Ｄ’，点Ｋ，点Ｔ，点Ｌ’，点Ｐ’で示すように、上記実施形態２における液ガス利用接続状態と同様の冷凍サイクルが行われる。
【０２１３】
ここでは、膨張機構９５ｅに流入する冷媒の比エンタルピを下げることができるため、冷凍サイクルにおける冷凍能力を向上させて成績係数を良好な値とすることができるとともに、低段側の圧縮要素２ｃの吸入冷媒の過熱度を確保して液圧縮を防止しつつ、吐出温度を高くして熱源側熱交換器４において要求される熱量を確保することができるようになる。
【０２１４】
（両機能非利用状態）
両機能非利用状態では、制御部９９が接続配管７３には冷媒が流れないようにしつつ接続配管７３ｇに冷媒が流れるように切換三方弁２８Ｃの接続状態を切り換えて、エコノマイザ膨張機構９ｅを全閉状態として、エコノマイザ回路９も液ガス熱交換器８も利用しないように冷凍サイクルを行う。ここでは、図１８、図１９および図２０において点Ａ，点Ｂ，点Ｃ，点Ｄ’’，点Ｋ，点Ｘ，点Ｑ’’，点Ｌ’’，点Ｐで示すような単純な冷凍サイクルが行われる。
【０２１５】
ここでは、高段側の圧縮要素２ｄから吐出される冷媒温度を高くすることができるので、熱源側熱交換器４において必要とされる放出熱量が増大した場合であっても、要求される熱量を供給することができるようになる。
【０２１６】
（エコノマイザ状態、液ガス状態、両機能非利用状態の切換制御）
制御部９９は、吐出冷媒温度が異常上昇しない範囲であって吐出冷媒圧力が低段側の圧縮要素２ｃおよび高段側の圧縮要素２ｄの耐圧強度以下の圧力となることを最優先とし、ユーザによって要求された出湯温度および出湯量を得ることを二番目の優先事項とし、運転効率を良好にすること（成績係数を向上させることや、圧縮効率を上げることとのバランスで適宜決定できる）が三番目の優先事項となるように、上記状態を切り換える制御を行う。
【０２１７】
すなわち、熱源側熱交換器４における冷媒の放出熱量が不足している場合には、吐出温度が異常上昇しない範囲であれば液ガス状態としつつ、吐出温度が異常上昇することを回避するのであれば両機能非利用状態とする制御を行う。また、熱源側熱交換器４における放出熱量が十分足りている場合には、エコノマイザ状態として、エコノマイザ膨張機構９ｅの開度を制御して、熱源側熱交換器４において要求される放出熱量を供給できる限度において弁開度を上げていき、冷凍サイクルの冷凍能力を向上させることで成績係数を良好な値としつつ、熱源側熱交換器４に供給できる冷媒量を増大することで供給熱量を増大させる制御を行う。
【０２１８】
なお、ここでの放出熱量については水温度センサ９１０Ｔの検知温度とユーザの要求する出湯温度および出湯量に基づいて制御部９９が求める。また、吐出温度が異常上昇していないか否かについては、利用側温度センサ６Ｔの検知温度（に対応して定まる蒸発温度）に基づいて制御部９９が求める。
【０２１９】
＜４−３＞変形例１
上記実施形態では、制御部９９が、エコノマイザ状態と、液ガス状態と、両機能非利用状態とを切り換える制御を行う場合を例に挙げて説明した。
【０２２０】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、エコノマイザ回路９を利用しつつ液ガス熱交換器８も利用する併用状態を採用できるようにしてもよい。
【０２２１】
ここでは、例えば、制御部９９は、高段側の圧縮要素２ｄの吐出冷媒温度が異常上昇しない範囲であって吐出冷媒圧力が低段側の圧縮要素２ｃおよび高段側の圧縮要素２ｄの耐圧強度以下の圧力とし、ユーザが要求する出湯温度および出湯量を供給できることを前提条件として、運転効率を良好にすること（成績係数を向上させることや、圧縮効率を上げることとのバランスで適宜決定できる）ができるように、単に切換三方弁２８Ｃの接続状態を相互に切り換えるのではなく、エコノマイザ回路９と液ガス熱交換器８Ｌとの両方に冷媒が同時に流れる状況においてエコノマイザ回路９側を流れる冷媒の流量と液ガス熱交換器８Ｌの流量との比率を制御するようにしてもよい。なお、ここでの比率調節可能な構成としては、切換三方弁２８Ｃに限定されるものではなく、例えば、液ガス熱交換器８Ｌの直前に膨張機構を設けて流量比制御を行うようにしてもよい。
【０２２２】
ここでは、制御部９９は、エコノマイザ回路９側の流量と液ガス熱交換器８側の流量との比率は、利用側温度センサ６Ｔの検知温度に基づいて目標蒸発温度を定めた場合の高段側の圧縮要素２ｄの吐出冷媒温度が異常上昇しない範囲（高段側の圧縮要素２ｄからの吐出冷媒温度が所定温度以下等の条件下）であって吐出冷媒圧力が低段側の圧縮要素２ｃおよび高段側の圧縮要素２ｄの耐圧強度以下の圧力とし、ユーザが要求する出湯温度および出湯量を確保できるだけの熱量を算出する。
【０２２３】
そして、制御部９９は、例えば、まず、エコノマイザ回路９の流量がゼロであると仮定して、目標蒸発温度において吐出冷媒温度の異常上昇を防止できて、吐出圧力が低段側の圧縮要素２ｃおよび高段側の圧縮要素２ｄの耐圧強度に対応する所定圧力以下であり、放出熱量を確保するのに必要な液ガス熱交換器８Ｌの流量を算出する。次に、制御部９９は、この算出された液ガス熱交換器８Ｌ側の流量を減らしながら、減らした流量分の冷媒をエコノマイザ回路９に流したと仮定して、液ガス熱交換器８の流量が減少する分に伴って比エンタルピが増大することによる冷凍能力の低下分と、エコノマイザ回路９の流量が増加することに伴って比エンタルピが低下することによる冷凍能力の増大分と、エコノマイザ回路９の流量が増大することによって放出熱量確保のために高圧が上昇することによる圧縮機構の圧縮比の増大分と、エコノマイザ回路９の流量の増大により熱源側熱交換器４へ供給される冷媒密度が上昇することに伴う供給熱量の増大分と、を考慮して、低段側の圧縮要素２ｃおよび高段側の圧縮要素２ｄのそれぞれの圧縮比が所定の範囲内であって、成績係数が所定の範囲内となるように、流量比を制御する。
【０２２４】
例えば、制御部９９による流量比制御では、圧縮仕事を最小にする中間圧力として低段側の圧縮要素２ｃによる圧縮比と高段側の圧縮要素２ｄによる圧縮比が等しくなるような中間圧力を算出し、エコノマイザ膨張機構９ｅにおいて減圧される程度をこの中間圧力（およびこの中間圧力から所定範囲内の圧力）となるようにエコノマイザ膨張機構９ｅを制御した上で、成績係数が良好となるように切換三方弁２８Ｃにおける流量比を調節するようにしてもよい。
【０２２５】
＜４−４＞変形例２
上記実施形態では、利用側温度センサ６Ｔの検知温度に基づいて（定まる目標蒸発温度に基づいて）制御部９９が切換三方弁２８Ｃやエコノマイザ膨張機構９ｅの開度切り換える場合を例に挙げて説明した。
【０２２６】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、図２１に示すように、利用側温度センサ６Ｔの代わりに高段側の圧縮要素２ｄの吐出冷媒温度を検知する吐出冷媒温度センサ２Ｔを有する冷媒回路４１０Ａが採用されていてもよい。
【０２２７】
この吐出冷媒温度センサ２Ｔでは、上述の利用側温度センサ６Ｔの検知温度が高くなる場合が吐出冷媒温度センサ２Ｔの検知温度が低くなる場合に対応し、上述の利用側温度センサ６Ｔの検知温度が低くなる場合が吐出冷媒温度センサ２Ｔの検知温度が高くなる場合に対応する。
【０２２８】
＜４−５＞変形例３
上記実施形態では、切換三方弁２８Ｃの接続状態を切り換えて、液ガス状態と、エコノマイザ状態および両機能非利用状態と、を切り換える場合を例に挙げて説明した。
【０２２９】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、切換三方弁２８Ｃに代えて、接続配管７３ｇに開閉弁を設け、さらに接続配管７３にも開閉弁を設けた冷媒回路を採用してもよい。
【０２３０】
＜４−６＞変形例４
上記実施形態では、膨張機構５および膨張機構９５ｅの両方が設けられた冷媒回路４１０を例に挙げて説明した。
【０２３１】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、図２２に示すように、エコノマイザ状態で制御する場合にも、液ガス状態で制御する場合にも、いずれの制御においても併用することができる併用膨張機構４０５Ｂを有する冷媒回路４１０Ｂを採用してもよい。この併用膨張機構４０５Ｂは、合流点Ｌから利用側熱交換器６側に向けて延びる接続配管７６ｇの途中に設けられている。
【０２３２】
この場合には、上記第４実施形態における冷媒回路４１０よりも膨張機構の数を減らせることができる。
【０２３３】
＜４−７＞変形例５
上記実施形態では、エコノマイザ回路９に分岐する分岐点Ｘが、液ガス熱交換器８によってバイパスされている冷媒回路４１０を例に挙げて説明した。
【０２３４】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、図２３に示すように、液ガス状態とエコノマイザ状態とを切り換える液ガス三方弁８Cから延びる液ガスバイパス配管８Ｂと接続配管７４との合流点Ｖと、併用膨張機構４０５Ｃと、の間にエコノマイザ回路９に分岐する分岐点Ｘが設けられた冷媒回路４１０Ｃを採用するようにしてもよい。
【０２３５】
＜４−８＞変形例６
さらに、図２４に示すように、液ガス三方弁８Ｃと熱源側熱交換器４との間にエコノマイザ回路９に分岐する分岐点Ｘが設けられた冷媒回路４１０Ｄを採用するようにしてもよい。
【０２３６】
この冷媒回路４１０Ｃでは、液ガス三方弁８Ｃにおいて、接続配管７３側と液ガスバイパス配管８Ｂ側とに接続が切り換えられる。そして、液ガス熱交換器８Ｌを通過した冷媒は接続配管７４を通じて液ガスバイパス配管８Ｂと合流点Ｌにおいて合流する。そして、この合流点Ｌから利用側熱交換器６側に向けて、接続配管７６ｇと併用膨張機構４０５Ｄとがこの順で設けられている。
【０２３７】
＜４−９＞変形例７
上記実施形態では、二段階で圧縮される低段側の圧縮要素２ｃおよび高段側の圧縮要素２ｄの二段圧縮機構が１組だけ設けられた冷媒回路を例に挙げて説明した。
【０２３８】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、上述の二段階で圧縮を行う二段圧縮機構を互いに並列に設けた冷媒回路を採用してもよい。
【０２３９】
また、冷媒回路において、複数の利用側熱交換器６を互いに並列に配置させてもよい。この際、各利用側熱交換器６に対して供給される冷媒量を制御できるように、膨張機構をそれぞれの利用側熱交換器の直前に配置して、膨張機構についても互いに並列に配置された冷媒回路を採用してもよい。
【０２４０】
＜４−１０＞変形例８
上記実施形態では、駆動軸２１ｃ、２１ｆおよび圧縮機駆動モータ２１ｂ，２１ｅがそれぞれ別個に設けられた低段側の圧縮要素２ｃおよび高段側の圧縮要素２ｄを例に挙げて説明した。
【０２４１】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、図２５に示すように、低段側の圧縮要素２ｃおよび高段側の圧縮要素２ｄの駆動軸を共通化させた共通駆動軸１２１ｃを採用しつつ、１つの共通圧縮機駆動モータ１２１ｂを用いて共通駆動軸１２１ｃに動力を伝えるようにした圧縮機構２を採用した冷媒回路４１０Eであってもよい。
【０２４２】
この圧縮機構２は、ケーシング２１ａ内に、圧縮機駆動モータ２１ｂと、共通駆動軸１２１ｃ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。共通圧縮機駆動モータ１２１ｂは、共通駆動軸１２１ｃに連結されている。そして、この共通駆動軸１２１ｃは、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄに連結されている。すなわち、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄは、単一の共通駆動軸１２１ｃに連結されており、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄがともに共通圧縮機駆動モータ１２１ｂ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、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、低段側の圧縮要素２ｃ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して中間冷媒管２２に向けて吐出する。中間冷媒管２２は、低段側の圧縮要素２ｃの吐出側と高段側の圧縮要素２ｄの吸入側とを、中間冷却器７を介して接続する。高段側の圧縮要素２ｄは、中間冷媒管２２を介して吸入した冷媒をさらに圧縮した後、吐出管２ｂに吐出する。また、図２５において、吐出管２ｂは、圧縮機構２から吐出された冷媒を熱源側熱交換器４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、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の吐出側から熱源側熱交換器４への冷媒の流れを許容し、かつ、熱源側熱交換器４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、逆止弁が使用されている。
【０２４３】
このように、圧縮機構２は、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。
【０２４４】
ここでは一軸二段型の圧縮機構が採用されているため、制御部９９は、低段側の圧縮要素２ｃおよび高段側の圧縮要素２ｄの遠心力を互いに相殺させながら駆動させて振動の発生やトルク負荷の変動を抑えて、低段側の圧縮要素２ｃの運転容量と高段側の圧縮要素２ｄの運転容量とがバランスするようにしつつ、低段側と高段側とで圧縮比が等しくなるように制御することができる。
【０２４５】
＜５＞他の実施形態
以上、本発明の実施形態およ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、これらの実施形態およ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。
【０２４６】
例えば、上述の実施形態およ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また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。
【０２４７】
また、冷房専用の空気調和装置等のような上述のチラータイプの空気調和装置とは異なる型式の冷凍装置であっても、本発明を適用可能である。
【０２４８】
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】
【０２４９】
本発明の冷凍装置は、冷凍装置においてより確実に圧縮効率を向上させつつ給湯用の水の加熱を効率化させることが可能になるため、多段圧縮式の圧縮要素を備えて作動冷媒として超臨界状態の過程を含んで作動する冷媒を使用した冷凍装置に適用した場合に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０２５０】
【図１】本発明の第１実施形態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】第１実施形態にかかる空気調和装置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３】第１実施形態にかかる空気調和装置の冷凍サイクルが図示された温度−エントロピ線図である。
【図４】第１実施形態の変形例１にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図５】第１実施形態の変形例２にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図６】第１実施形態の変形例３にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図７】第１実施形態の変形例７にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図８】本発明の第２実施形態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９】第２実施形態にかかる空気調和装置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１０】第２実施形態にかかる空気調和装置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１１】第２実施形態の変形例１にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図１２】第２実施形態の変形例５にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図１３】本発明の第３実施形態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１４】第３実施形態にかかる空気調和装置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】第３実施形態にかかる空気調和装置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】第３実施形態の変形例１にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図１７】第３実施形態の変形例４にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図１８】本発明の第４実施形態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１９】第４実施形態にかかる空気調和装置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】第４実施形態にかかる空気調和装置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】第４実施形態の変形例１にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図２２】第４実施形態の変形例２にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図２３】第４実施形態の変形例３にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図２４】第４実施形態の変形例４にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図２５】第４実施形態の変形例８にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【０２５１】
１  空気調和装置（冷凍装置）
２  圧縮機構
４  熱源側熱交換器
５  膨張機構
６  利用側熱交換器
７  中間冷却器
８  液ガス熱交換器
１０  冷媒回路
２０  エコノマイザ熱交換器
２２  中間冷媒管
９９  制御部
９０２，９０３  熱源水配管
９０４，９０５  中間水配管
９１０  水回路
９１１  流量比調節機構
【図１】
0005181813.tif 000002
【図２】
0005181813.tif 000003
【図３】
0005181813.tif 000004
【図４】
0005181813.tif 000005
【図５】
0005181813.tif 000006
【図６】
0005181813.tif 000007
【図７】
0005181813.tif 000008
【図８】
0005181813.tif 000009
【図９】
0005181813.tif 000010
【図１０】
0005181813.tif 000011
【図１１】
0005181813.tif 000012
【図１２】
0005181813.tif 000013
【図１３】
0005181813.tif 000014
【図１４】
0005181813.tif 000015
【図１５】
0005181813.tif 000016
【図１６】
0005181813.tif 000017
【図１７】
0005181813.tif 000018
【図１８】
0005181813.tif 000019
【図１９】
0005181813.tif 000020
【図２０】
0005181813.tif 000021
【図２１】
0005181813.tif 000022
【図２２】
0005181813.tif 000023
【図２３】
0005181813.tif 000024
【図２４】
0005181813.tif 000025
【図２５】
0005181813.tif 000026