(57)【要約】【課題】冷却運転と加熱運転とを切り換え可能に構成された冷媒回路を有し、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において、高い運転効率を得られるようにする。【解決手段】空気調和装置１は、二酸化炭素を冷媒として使用しており、二段圧縮式の圧縮機構２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、冷却運転状態と加熱運転状態とを切り換える切換機構３と、前段側の圧縮要素から吐出されて後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却器として機能する中間冷却器７と、中間冷却機能制限機構とを備えている。空気調和装置１は、中間冷却機能制限機構を用いて、切換機構３を冷却運転状態にしている際に中間冷却器７を冷却器として機能させ、切換機構３を加熱運転状態にしている際に中間熱交換器７を冷却器として機能させないようにするものである。【選択図】図７
2012141131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超臨界域で作動する冷媒を使用する冷凍装置であって、
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、１０２、２０２、３０２）と、
冷媒の冷却器又は加熱器として機能する熱源側熱交換器（４）と、
冷媒を減圧する膨張機構（５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）と、
冷媒の加熱器又は冷却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、前記膨張機構、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、前記膨張機構、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水冷式の熱交換器からなる中間冷却器（７）と、
前記中間冷却器に水を供給するための中間冷却用水配管（１４）に設けられた水開閉弁（１４ａ）と、を備え、
前記水開閉弁は、前記切換機構を前記冷却運転状態にしている際に開けられ、前記切換機構を前記加熱運転状態にしている際に閉められる、
冷凍装置（１）。
【請求項２】
超臨界域で作動する冷媒を使用する冷凍装置であって、
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、１０２、２０２、３０２）と、
冷媒の冷却器又は加熱器として機能する熱源側熱交換器（４）と、
冷媒を減圧する膨張機構（５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）と、
冷媒の加熱器又は冷却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、前記膨張機構、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、前記膨張機構、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空冷式の熱交換器からなる中間冷却器（７）と、
前記中間冷却器に空気を供給する中間冷却用送風ファン（１３）と、を備え、
前記水開閉弁は、前記切換機構を前記冷却運転状態にしている際に開けられ、前記切換機構を前記加熱運転状態にしている際に閉められる、
冷凍装置（１）。
【請求項３】
前記熱源側熱交換器（４）又は前記利用側熱交換器（６）から前記膨張機構（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）に送られる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（１９）をさらに備えた、請求項１又は２に記載の冷凍装置（１）。
【請求項４】
前記熱源側熱交換器（４）又は前記利用側熱交換器（６）から前記膨張機構（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）に送られる冷媒と前記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エコノマイザ熱交換器（２０）をさらに備えた、請求項３に記載の冷凍装置（１）。
【請求項５】
前記エコノマイザ熱交換器（２０）は、前記熱源側熱交換器（４）又は前記利用側熱交換器（６）から前記膨張機構（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）に送られる冷媒と前記後段側インジェクション管（１９）を流れる冷媒とが対向するように流れる流路を有する熱交換器である、請求項４に記載の冷凍装置（１）。
【請求項６】
前記後段側インジェクション管（１９）は、前記熱源側熱交換器（４）又は前記利用側熱交換器（６）から前記膨張機構（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）に送られる冷媒が前記エコノマイザ熱交換器（２０）において熱交換される前に前記熱源側熱交換器又は前記利用側熱交換器から前記膨張機構に送られる冷媒を分岐するように設けられている、請求項４又は５に記載の冷凍装置（１）。
【請求項７】
前記超臨界域で作動する冷媒は、二酸化炭素である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷凍装置（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に構成された冷媒回路を有し、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に構成された冷媒回路を有し、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（特開２００７−２３２２６３号公報）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に構成された冷媒回路を有し、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。この空気調和装置は、主として、直列に接続された２つの圧縮要素を有する圧縮機と、冷房運転と暖房運転とを切り換えるための四路切換弁と、室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器とを有している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の空気調和装置では、冷媒として使用される二酸化炭素の臨界温度（約３１℃）が冷媒の冷却器として機能する室外熱交換器や室内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、これらの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、冷媒の冷却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。
【０００４】
本発明の課題は、冷却運転と加熱運転とを切り換え可能に構成された冷媒回路を有し、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において、高い運転効率が得られるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の発明にかかる冷凍装置は、超臨界域で作動する冷媒を使用する冷凍装置であって、圧縮機構と、冷媒の冷却器又は加熱器として機能する熱源側熱交換器と、冷媒を減圧する膨張機構と、冷媒の加熱器又は冷却器として機能する利用側熱交換器と、切換機構と、中間冷却器と、中間冷却機能制限機構とを備えている。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、膨張機構、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、膨張機構、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。中間冷却器は、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、前段側の圧縮要素から吐出されて後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却器として機能する。中間冷却機能制限機構は、中間冷却器の冷却器としての機能を制限することが可能な機構である。そして、この冷凍装置は、中間冷却機能制限機構を用いて、切換機構を冷却運転状態にしている際に中間冷却器を冷却器として機能させ、切換機構を加熱運転状態にしている際に中間冷却器を冷却器として機能させないようにするものである。ここで、「冷却器として機能させないようにする」とは、冷却器としての機能が全く発揮されない状態にする場合だけでなく、いくらかは冷却器としての機能は発揮される場合であっても、中間冷却器への冷却源の供給が停止されている場合等のように、中間冷却器が正常な状態で使用されておらず、実質的に冷却器として機能していないとみなされる状態も含まれる。
【０００６】
この冷凍装置において、仮に、中間冷却器だけを設けた場合には、後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の温度が低くなるため、中間冷却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、冷媒の冷却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、運転効率を向上させることができる。しかし、加熱運転時においては、中間冷却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、中間冷却器から外部に放熱してしまうことになり、これにより、利用側熱交換器における加熱能力が低くなるため、運転効率が低下してしまうことになる。
【０００７】
そこで、この冷凍装置では、中間冷却器だけでなく中間冷却機能制限機構を設けて、この中間冷却機能制限機構を用いて、切換機構を冷却運転状態にしている際に中間冷却器を冷却器として機能させ、切換機構を加熱運転状態にしている際に中間冷却器を冷却器として機能させないようにしている。このため、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、圧縮機構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。
【０００８】
これにより、この冷凍装置では、冷却運転時においては、冷媒の冷却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、加熱能力の低下を抑えて、運転効率の低下を防ぐことができる。
【０００９】
しかも、ここでは、中間冷却器は、水冷式の熱交換器であり、中間冷却器に水を供給するための中間冷却用水配管には、中間冷却機能制限機構としての水開閉弁が設けられており、水開閉弁は、切換機構を冷却運転状態にしている際に開けられ、切換機構を加熱運転状態にしている際に閉められる。
【００１０】
この冷凍装置では、中間冷却器として水冷式の熱交換器を用いるとともに、中間冷却機能制限機構として、中間冷却器に水を供給するための中間冷却用水配管に水開閉弁を設けて、この水開閉弁を、切換機構を冷却運転状態にしている際に開け、切換機構を加熱運転状態にしている際に閉めるようにしているため、冷却運転時に中間冷却器における冷媒の冷却を行うことができ、加熱運転時に中間冷却器における冷媒の冷却がほとんど行われなくなり、中間冷却器の冷却器としての機能を制限することができる。
【００１１】
第２の発明にかかる冷凍装置は、超臨界域で作動する冷媒を使用する冷凍装置であって、圧縮機構と、冷媒の冷却器又は加熱器として機能する熱源側熱交換器と、冷媒を減圧する膨張機構と、冷媒の加熱器又は冷却器として機能する利用側熱交換器と、切換機構と、中間冷却器と、中間冷却機能制限機構とを備えている。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、膨張機構、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、膨張機構、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。中間冷却器は、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、前段側の圧縮要素から吐出されて後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の冷却器として機能する。中間冷却機能制限機構は、中間冷却器の冷却器としての機能を制限することが可能な機構である。そして、この冷凍装置は、中間冷却機能制限機構を用いて、切換機構を冷却運転状態にしている際に中間冷却器を冷却器として機能させ、切換機構を加熱運転状態にしている際に中間冷却器を冷却器として機能させないようにするものである。ここで、「冷却器として機能させないようにする」とは、冷却器としての機能が全く発揮されない状態にする場合だけでなく、いくらかは冷却器としての機能は発揮される場合であっても、中間冷却器への冷却源の供給が停止されている場合等のように、中間冷却器が正常な状態で使用されておらず、実質的に冷却器として機能していないとみなされる状態も含まれる。
【００１２】
この冷凍装置において、仮に、中間冷却器だけを設けた場合には、後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の温度が低くなるため、中間冷却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、冷媒の冷却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、運転効率を向上させることができる。しかし、加熱運転時においては、中間冷却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、中間冷却器から外部に放熱してしまうことになり、これにより、利用側熱交換器における加熱能力が低くなるため、運転効率が低下してしまうことになる。
【００１３】
そこで、この冷凍装置では、中間冷却器だけでなく中間冷却機能制限機構を設けて、この中間冷却機能制限機構を用いて、切換機構を冷却運転状態にしている際に中間冷却器を冷却器として機能させ、切換機構を加熱運転状態にしている際に中間冷却器を冷却器として機能させないようにしている。このため、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、圧縮機構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。
【００１４】
これにより、この冷凍装置では、冷却運転時においては、冷媒の冷却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、加熱能力の低下を抑えて、運転効率の低下を防ぐことができる。
【００１５】
しかも、ここでは、中間冷却器は、空冷式の熱交換器であり、中間冷却器に空気を供給する中間冷却機能制限機構としての中間冷却用送風ファンは、切換機構を冷却運転状態にしている際に運転され、切換機構を加熱運転状態にしている際に停止される。
【００１６】
この冷凍装置では、中間冷却器として空冷式の熱交換器を用いるとともに、中間冷却機能制限機構として、中間冷却器に空気を供給するための中間冷却用送風ファンを設けて、この中間冷却用送風ファンを、切換機構を冷却運転状態にしている際に運転し、切換機構を加熱運転状態にしている際に停止するようにしているため、冷却運転時に中間冷却器における冷媒の冷却を行うことができ、加熱運転時に中間冷却器における冷媒の冷却がほとんど行われなくなり、中間冷却器の冷却器としての機能を制限することができる。
【００１７】
第３の発明にかかる冷凍装置は、第１又は第２の発明にかかる冷凍装置において、熱源側熱交換器又は利用側熱交換器から膨張機構に送られる冷媒を分岐して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をさらに備えている。
【００１８】
この冷凍装置では、中間冷却器のような外部への放熱を行うことなく、後段側の圧縮要素に吸入される冷媒の温度をさらに低く抑えることができるため、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がさらに低く抑えられ、冷媒の冷却器として機能する熱源側熱交換器における放熱ロスがさらに小さくなり、運転効率をさらに向上させることができる。また、加熱運転時においては、圧縮機構から吐出される冷媒の温度が低くなることから、利用側熱交換器における冷媒の単位流量当たりの加熱能力は小さくなるが、後段側の圧縮要素から吐出される冷媒の流量が増加するため、利用側熱交換器における加熱能力が確保されて、運転効率を向上させることができる。
【００１９】
第４の発明にかかる冷凍装置は、第３の発明にかかる冷凍装置において、熱源側熱交換器又は利用側熱交換器から膨張機構に送られる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エコノマイザ熱交換器をさらに備えている。
【００２０】
この冷凍装置では、後段側インジェクション管を流れる冷媒によって熱源側熱交換器又は利用側熱交換器から膨張機構に送られる冷媒を冷却するとともに、後段側インジェクション管を流れる冷媒を加熱することができるため、冷却運転時においては、利用側熱交換器における冷媒の単位流量当たりの冷却能力を高くすることができ、また、加熱運転時においては、後段側の圧縮要素から吐出される冷媒の流量を増加させることができる。
【００２１】
第５の発明にかかる冷凍装置は、第４の発明にかかる冷凍装置において、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から膨張機構に送られる冷媒と後段側インジェクション管を流れる冷媒とが対向するように流れる流路を有する熱交換器である。
【００２２】
この冷凍装置では、エコノマイザ熱交換器における熱源側熱交換器又は利用側熱交換器から膨張機構に送られる冷媒と後段側インジェクション管を流れる冷媒との温度差を小さくすることができるため、高い熱交換効率を得ることができる。
【００２３】
第６の発明にかかる冷凍装置は、第４又は第５の発明にかかる冷凍装置において、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から膨張機構に送られる冷媒がエコノマイザ熱交換器において熱交換される前に熱源側熱交換器又は利用側熱交換器から膨張機構に送られる冷媒を分岐するように設けられている。
【００２４】
この冷凍装置では、エコノマイザ熱交換器において後段側インジェクション管を流れる冷媒と熱交換を行う熱源側熱交換器又は利用側熱交換器から膨張機構に送られる冷媒の流量を少なくすることができるため、エコノマイザ熱交換器における交換熱量を小さくすることができ、エコノマイザ熱交換器のサイズを小さくすることができる。
【００２５】
第７の発明にかかる冷凍装置は、第１〜第６の発明のいずれかにかかる冷凍装置において、超臨界域で作動する冷媒は、二酸化炭素である。
【発明の効果】
【００２６】
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。
【００２７】
第１、第２又は第７の発明では、冷却運転時においては、冷媒の冷却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、中間冷却器から外部に熱を放熱することなく、冷媒の冷却器として機能する利用側熱交換器に供給される冷媒の温度の低下を抑えることで、加熱能力の低下を抑えて、運転効率の低下を防ぐことができる。ここでは、加熱運転時に中間冷却器における冷媒の冷却がほとんど行われなくなり、中間冷却器の冷却器としての機能を制限することができる。
【００２８】
第３の発明では、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られ、冷媒の冷却器として機能する熱源側熱交換器における放熱ロスがさらに小さくなり、運転効率をさらに向上させることができる。また、加熱運転時においては、後段側の圧縮要素から吐出される冷媒の流量が増加するため、利用側熱交換器における加熱能力が確保されて、運転効率を向上させることができる。
【００２９】
第４の発明では、冷却運転時においては、利用側熱交換器における冷媒の単位流量当たりの冷却能力を高くすることができる。また、加熱運転時においては、後段側の圧縮要素から吐出される冷媒の流量を増加させることができる。
【００３０】
第５の発明では、高い熱交換効率を得ることができる。
【００３１】
第６の発明では、エコノマイザ熱交換器における交換熱量を小さくすることができ、エコノマイザ熱交換器のサイズを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【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】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４】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５】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６】変形例１にかかる空気調和装置における中間冷却器及び中間冷却機能制限機構の概略構成図である。
【図７】変形例２にかかる空気調和装置における中間冷却器及び中間冷却機能制限機構の概略構成図である。
【図８】変形例３にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図９】変形例４にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図１０】変形例４にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図１１】変形例４にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図１２】変形例４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１３】変形例４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１４】変形例４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４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５にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図１７】変形例５にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図１８】変形例５にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図１９】変形例５にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図２０】変形例５にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図２１】変形例５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２２】変形例５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２３】変形例５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２４】変形例５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２５】変形例６にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図２６】変形例７にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図２７】変形例７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２８】変形例７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２９】変形例７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３０】変形例７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３１】変形例７にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図３２】変形例８にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図３３】変形例８にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
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。
【００３４】
（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。
【００３５】
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、膨張機構５と、利用側熱交換器６と、中間冷却器７とを有している。
【００３６】
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。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２ｄ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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
このように、切換機構３は、圧縮機構２、熱源側熱交換器４、膨張機構５、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、膨張機構５、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。
【００４０】
熱源側熱交換器４は、冷媒の冷却器又は加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、その一端が切換機構３に接続されており、その他端が膨張機構５に接続されている。尚、ここでは図示しないが、熱源側熱交換器４には、熱源側熱交換器４を流れる冷媒と熱交換を行う冷却源又は加熱源としての水や空気が供給されるようになっている。
【００４１】
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。膨張機構５は、その一端が熱源側熱交換器４に接続され、その他端が利用側熱交換器６に接続されている。また、本実施形態において、膨張機構５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高圧の冷媒を利用側熱交換器６に送る前に減圧し、暖房運転時には、利用側熱交換器６において冷却された高圧の冷媒を熱源側熱交換器４に送る前に減圧する。
【００４２】
利用側熱交換器６は、冷媒の加熱器又は冷却器として機能する熱交換器である。利用側熱交換器６は、その一端が膨張機構５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。尚、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又は冷却源としての水や空気が供給されるようになっている。
【００４３】
中間冷却器７は、中間冷媒管８に設けられており、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する熱交換器である。尚、ここでは図示しないが、中間冷却器７には、中間冷却器７を流れる冷媒と熱交換を行う冷却源としての水や空気が供給されるようになっている。このように、中間冷却器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。
【００４４】
また、中間冷媒管８には、中間冷却器７をバイパスするように、中間冷却器バイパス管９が接続されている。この中間冷却器バイパス管９は、中間冷却器７を流れる冷媒の流量を制限する中間冷却機能制限機構として機能するものである。そして、中間冷却器バイパス管９には、中間冷却器バイパス開閉弁１１が設けられている。中間冷却器バイパス開閉弁１１は、本実施形態において、電磁弁である。この中間冷却器バイパス開閉弁１１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。
【００４５】
また、中間冷媒管８には、中間冷却器バイパス管９との接続部から中間冷却器７側の位置（すなわち、中間冷却器７の入口側の中間冷却器バイパス管９との接続部から中間冷却器７の出口側の接続部までの部分）に、冷却器開閉弁１２が設けられている。この冷却器開閉弁１２は、中間冷却器７を流れる冷媒の流量を制限する中間冷却機能制限機構として機能するものである。冷却器開閉弁１２は、本実施形態において、電磁弁である。この冷却器開閉弁１２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。尚、冷却器開閉弁１２は、本実施形態において、中間冷却器７の入口側の位置に設けられているが、中間冷却器７の出口側の位置に設けられていてもよい。
【００４６】
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５、中間冷却器バイパス開閉弁１１、冷却器開閉弁１２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。
【００４７】
（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５を用いて説明する。ここで、図２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３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４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５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、以下の冷房運転や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２、３の点Ｄ、Ｄ’、Ｅにおける圧力や図４、５の点Ｄ、Ｄ’、Ｆにおける圧力）を意味し、「低圧」とは、冷凍サイクルにおける低圧（すなわち、図２、３の点Ａ、Ｆにおける圧力や図４、５の点Ａ、Ｅにおける圧力）を意味し、「中間圧」とは、冷凍サイクルにおける中間圧（すなわち、図２〜５の点Ｂ１、Ｃ１、Ｃ１’における圧力）を意味している。
【００４８】
＜冷房運転＞
冷房運転時は、切換機構３が図１の実線で示される冷却運転状態とされる。膨張機構５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、中間冷却機能制限機構としての冷却器開閉弁１２が開けられ、また、中間冷却機能制限機構としての中間冷却器バイパス管９の中間冷却器バイパス開閉弁１１が閉められることによって、中間冷却器７が冷却器として機能する状態とされる。
【００４９】
この冷媒回路１０の状態において、圧縮機構２を駆動すると、低圧の冷媒（図１〜図３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によって中間圧力まで圧縮された後に、中間冷媒管８に吐出される（図１〜図３の点Ｂ１参照）。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、中間冷却器７において、冷却源としての水又は空気と熱交換を行うことで冷却される（図１〜図３の点Ｃ１参照）。この中間冷却器７において冷却された冷媒は、次に、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３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２に示される臨界点ＣＰにおける臨界圧力Ｐｃｐ）を超える圧力まで圧縮されている。そして、この圧縮機構２から吐出された高圧の冷媒は、切換機構３を経由して、冷媒の冷却器として機能する熱源側熱交換器４に送られて、冷却源としての水又は空気と熱交換を行って冷却される（図１〜図３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、膨張機構５によって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、冷媒の加熱器として機能する利用側熱交換器６に送られる（図１〜図３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、加熱源としての水又は空気と熱交換を行って加熱されて、蒸発することになる（図１〜図３の点Ａ参照）。そして、この利用側熱交換器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。
【００５０】
このように、空気調和装置１では、圧縮要素２ｃから吐出された冷媒を圧縮要素２ｄに吸入させるための中間冷媒管８に中間冷却器７を設けるとともに、切換機構３を冷却運転状態にした冷房運転において、中間冷却機能制限機構としての冷却器開閉弁１２を開け、また、中間冷却機能制限機構としての中間冷却器バイパス管９の中間冷却器バイパス開閉弁１１を閉めることによって、中間冷却器７を冷却器として機能する状態にしているため、中間冷却器７を設けなかった場合（この場合には、図２、図３において、点Ａ→点Ｂ１→点Ｄ’→点Ｅ→点Ｆの順で冷凍サイクルが行われる）に比べて、圧縮要素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３の点Ｂ１、Ｃ１参照）、圧縮要素２ｄから吐出される冷媒の温度も低下することになる（図３の点Ｄ、Ｄ’参照）。このため、この空気調和装置１では、高圧の冷媒の冷却器として機能する熱源側熱交換器４において、中間冷却器７を設けなかった場合に比べて、冷却源としての水や空気と冷媒との温度差を小さくすることが可能になり、図３の点Ｂ１、Ｄ’、Ｄ、Ｃ１を結ぶことによって囲まれる面積に相当する分の放熱ロスを小さくできることから、運転効率を向上させることができる。
【００５１】
＜暖房運転＞
暖房運転時は、切換機構３が図１の破線で示される加熱運転状態とされる。膨張機構５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、中間冷却機能制限機構としての冷却器開閉弁１２が閉められ、また、中間冷却機能制限機構としての中間冷却器バイパス管９の中間冷却器バイパス開閉弁１１が開けられることによって、中間冷却器７が冷却器として機能しない状態とされる。
【００５２】
この冷媒回路１０の状態において、圧縮機構２を駆動すると、低圧の冷媒（図１、図４、図５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によって中間圧力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、図５の点Ｂ１参照）。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、冷房運転時とは異なり、中間冷却器７を通過せずに（すなわち、冷却されることなく）、中間冷却器バイパス管９を通過して（図１、図４、図５の点Ｃ１参照）、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、図５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、冷房運転時と同様、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４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、切換機構３を経由して、冷媒の冷却器として機能する利用側熱交換器６に送られて、冷却源としての水又は空気と熱交換を行って冷却される（図１、図４、図５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、膨張機構５によって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、冷媒の加熱器として機能する熱源側熱交換器４に送られる（図１、図４、図５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、加熱源としての水又は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、図５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。
【００５３】
このように、空気調和装置１では、圧縮要素２ｃから吐出された冷媒を圧縮要素２ｄに吸入させるための中間冷媒管８に中間冷却器７を設けるとともに、切換機構３を加熱運転状態にした暖房運転において、中間冷却機能制限機構としての冷却器開閉弁１２を閉め、また、中間冷却機能制限機構としての中間冷却器バイパス管９の中間冷却器バイパス開閉弁１１を開けることによって、中間冷却器７を冷却器として機能しない状態にしているため、中間冷却器７だけを設けた場合や上述の冷房運転と同様に中間冷却器７を冷却器として機能させた場合（この場合には、図４、図５において、点Ａ→点Ｂ１→点Ｃ１’→点Ｄ’→点Ｆ→点Ｅの順で冷凍サイクルが行われる）に比べて、圧縮機構２から吐出される冷媒の温度の低下が抑えられる（図５の点Ｄ、Ｄ’参照）。このため、この空気調和装置１では、中間冷却器７だけを設けた場合や上述の冷房運転と同様に中間冷却器７を冷却器として機能させた場合に比べて、外部への放熱を抑え、冷媒の冷却器として機能する利用側熱交換器６に供給される冷媒の温度の低下を抑えることが可能になり、図４の点Ｄと点Ｆとのエンタルピ差ｈと点Ｄ’と点Ｆとのエンタルピ差ｈ’との差に相当する分の加熱能力の低下を抑えて、運転効率の低下を防ぐことができる。
【００５４】
以上のように、空気調和装置１では、中間冷却器７だけでなく、中間冷却機能制限機構としての冷却器開閉弁１２や中間冷却器バイパス管９を設けて、中間冷却機能制限機構を用いて、切換機構３を冷却運転状態にしている際に中間冷却器７を冷却器として機能させ、切換機構３を加熱運転状態にしている際に中間冷却器７を冷却器として機能させないようにしている。このため、空気調和装置１では、冷却運転としての冷房運転時においては、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、加熱運転としての暖房運転時においては、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ようになり、冷房運転時においては、冷媒の冷却器として機能する熱源側熱交換器４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、暖房運転時には、冷媒の冷却器として機能する利用側熱交換器６に供給される冷媒の温度の低下を抑えることで加熱能力の低下を抑えて、運転効率の低下を防ぐことができる。
【００５５】
また、空気調和装置１では、中間冷却機能制限機構として、中間冷却器７をバイパスするように中間冷媒管８に接続された中間冷却器バイパス管９を用いているため、暖房運転時に中間冷却器７を流れる冷媒の流量を制限することで、中間冷却器７の冷却器としての機能を制限することができるようになっている。しかも、中間冷却器バイパス管９に中間冷却器バイパス開閉弁１１を設けて、この中間冷却器バイパス開閉弁１１を、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ようにしているため、冷房運転時に前段側の圧縮要素２ｃから吐出された冷媒をすべて中間冷却器７に流すことができるようになり、中間冷却器７の冷却器としての機能を最大限に発揮させることができるようになっている。
【００５６】
また、空気調和装置１は、中間冷媒管８の中間冷却器バイパス管９との接続部から中間冷却器７側の位置に、中間冷却機能制限機構として、冷却器開閉弁１２を設けて、この冷却器開閉弁１２を、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ようにしているため、暖房運転時に前段側の圧縮要素２ｃから吐出された冷媒をすべて中間冷却器バイパス管９に流すことができるようになり、中間冷却器７の冷却器としての機能を完全に制限することができる。尚、中間冷却器バイパス管９が設けられていれば、冷却器開閉弁１２を設けない場合であっても、暖房運転時に中間冷却器７を流れる冷媒の流量を減らすことができることから、これにより、圧縮機構２から吐出される冷媒の温度の低下をある程度抑えることは可能であるが、本実施形態のように、冷却器開閉弁１２を設けることによって、前段側の圧縮要素２ｃから吐出された冷媒の中間冷却器７への流れを完全に遮断できるため、圧縮機構２から吐出される冷媒の温度の低下を抑える効果がさらに得られやすくなる。
【００５７】
（３）変形例１
上述の実施形態においては、中間冷却機能制限機構としての中間冷却器バイパス管９や冷却器開閉弁１２を設け、これらを用いて、切換機構３を冷却運転状態にしている際に中間冷却器７を冷却器として機能させ、切換機構３を加熱運転状態にしている際に中間冷却器７を冷却器として機能させないようにすることで、冷却運転としての冷房運転時においては、冷媒の冷却器として機能する熱源側熱交換器４における放熱ロスを小さくして、運転効率を向上させ、加熱運転としての暖房運転時には、冷媒の冷却器として機能する利用側熱交換器６に供給される冷媒の温度の低下を抑えることで加熱能力の低下を抑えて、運転効率の低下を防ぐようにしているが、中間冷却器７が空冷式の熱交換器である場合には、図６に示されるように、中間冷却器７に空気を供給する中間冷却用送風ファン１３を中間冷却機能制限機構として設けて、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、中間冷却用送風ファン１３を運転することで、中間冷却用送風ファン１３によって冷却源としての空気が中間冷却器７に供給されるようにして、中間冷却器７を流れる冷媒が冷却されるようにし、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、中間冷却用送風ファン１３を停止することで、中間冷却用送風ファン１３による中間冷却器７への空気の供給が停止されるようにして、中間冷却器７が正常な状態で使用されておらず、実質的には、中間冷却器７を流れる冷媒が空気によって冷却されないようにしてもよい。ここで、中間冷却用送風ファン１３は、ファン駆動モータ１３ａによって回転駆動されるようになっており、このファン駆動モータ１３ａを駆動することによって運転がなされ、ファン駆動モータ１３ａの駆動を停止することによって停止される。このファン駆動モータ１３ａの運転制御は、他の機器と同様、制御部（図示せず）によって行われる。
【００５８】
そして、この変形例１の構成では、上述の実施形態と同様に、冷房運転時に中間冷却器７における冷媒の冷却を行うことができ、暖房運転時に中間冷却器７における冷媒の冷却がほとんど行われなくなり、中間冷却器７の冷却器としての機能を制限することができる。また、この変形例１の構成では、上述の実施形態とは異なり、前段側の圧縮要素（上述の実施形態では、圧縮要素２ｃが対応）から吐出された冷媒を後段側の圧縮要素（上述の実施形態では、圧縮要素２ｄが対応）に吸入させるための中間冷媒管８に、中間冷却器バイパス管９（中間冷却器バイパス開閉弁１１を含む）や冷却器開閉弁１２を設けなくてもよいという効果が得られる（図６参照）。
【００５９】
（４）変形例２
上述の実施形態においては、中間冷却機能制限機構としての中間冷却器バイパス管９や冷却器開閉弁１２を設け、これらを用いて、切換機構３を冷却運転状態にしている際に中間冷却器７を冷却器として機能させ、切換機構３を加熱運転状態にしている際に中間冷却器７を冷却器として機能させないようにすることで、冷却運転としての冷房運転時においては、冷媒の冷却器として機能する熱源側熱交換器４における放熱ロスを小さくして、運転効率を向上させ、加熱運転としての暖房運転時には、冷媒の冷却器として機能する利用側熱交換器６に供給される冷媒の温度の低下を抑えることで加熱能力の低下を抑えて、運転効率の低下を防ぐようにしているが、中間冷却器７が水冷式の熱交換器である場合には、図７に示されるように、中間冷却器７に水を供給するための中間冷却用水配管１４に水開閉弁１４ａを中間冷却機能制限機構として設けて、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、水開閉弁１４ａを開けることで、中間冷却用水配管１４によって冷却源としての水が中間冷却器７に供給されるようにして、中間冷却器７を流れる冷媒が冷却されるようにし、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、水開閉弁１４ａを閉めることで、中間冷却用水配管７による中間冷却器７への水の供給が停止されるようにして、中間冷却器７が正常な状態で使用されておらず、実質的には、中間冷却器７を流れる冷媒が水によって冷却されないようにしてもよい。ここで、水開閉弁１４ａは、電磁弁であり、その運転制御は、他の機器と同様、制御部（図示せず）によって行われる。
【００６０】
そして、この変形例２の構成では、上述の実施形態と同様に、冷房運転時に中間冷却器７における冷媒の冷却を行うことができ、暖房運転時に中間冷却器７における冷媒の冷却がほとんど行われなくなり、中間冷却器７の冷却器としての機能を制限することができる。また、この変形例２の構成では、上述の変形例１と同様、中間冷媒管８に中間冷却器バイパス管９（中間冷却器バイパス開閉弁１１を含む）や冷却器開閉弁１２を設けなくてもよいという効果が得られる（図７参照）。
【００６１】
（５）変形例３
上述の実施形態及びその変形例１、２においては、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、図８に示されるように、１つの圧縮要素が１つの圧縮機駆動モータによって回転駆動される単段圧縮構造の圧縮機を２台直列に接続することによって二段圧縮構造の圧縮機構２が構成されていてもよい。
【００６２】
ここで、圧縮機構２は、圧縮機２２と、圧縮機２３とを有している。圧縮機２２は、ケーシング２２ａ内に、圧縮機駆動モータ２２ｂと、駆動軸２２ｃと、圧縮要素２ｃとが収容された密閉式構造となっている。そして、圧縮機駆動モータ２２ｂは、駆動軸２２ｃに連結されており、駆動軸２２ｃは、圧縮要素２ｃに連結されている。また、圧縮機２３は、ケーシング２３ａ内に、圧縮機駆動モータ２３ｂと、駆動軸２３ｃと、圧縮要素２ｄとが収容された密閉式構造となっている。そして、圧縮機駆動モータ２３ｂは、駆動軸２３ｃに連結されており、駆動軸２３ｃは、圧縮要素２ｄに連結されている。そして、圧縮機構２は、上述の実施形態及びその変形例１、２と同様に、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。
【００６３】
そして、この変形例３の構成においても、上述の実施形態及びその変形例１、２と同様の作用効果を得ることができる。
【００６４】
（６）変形例４
上述の実施形態及びその変形例１〜３においては、図１及び図８に示されるように、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を採用しているが、図９〜図１１に示されるように、３つの圧縮要素１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ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三段圧縮式の圧縮機構１０２を採用してもよい。
【００６５】
まず、図９に示される三段圧縮式冷凍サイクルを行う空気調和装置１の構成について説明する。ここで、空気調和装置１は、上述の実施形態及びその変形例１〜３と同様、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１１０を有し、超臨界域で作動する冷媒（ここでは、二酸化炭素）を使用している。空気調和装置１の冷媒回路１１０は、主として、三段圧縮式の圧縮機構１０２と、切換機構３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、２つの中間冷却器７とを有している。次に、各機器について説明するが、熱源側熱交換器４、膨張機構５、利用側熱交換器６、及び、制御部（図示せず）については、上述の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００６６】
図９において、圧縮機構１０２は、１つの圧縮要素で冷媒を単段圧縮する圧縮機２４と、２つの圧縮要素で冷媒を二段圧縮する圧縮機２５とが直列に接続されることによって構成されている。圧縮機２４は、上述の変形例３における単段圧縮構造の圧縮機２２、２３と同様、ケーシング２４ａ内に、圧縮機駆動モータ２４ｂと、駆動軸２４ｃと、圧縮要素１０２ｃとが収容された密閉式構造となっている。そして、圧縮機駆動モータ２４ｂは、駆動軸２４ｃに連結されており、駆動軸２４ｃは、圧縮要素１０２ｃに連結されている。また、圧縮機２５は、上述の実施形態における二段圧縮構造の圧縮機２１と同様、ケーシング２５ａ内に、圧縮機駆動モータ２５ｃと、駆動軸２５ｃと、圧縮要素１０２ｄ、１０２ｅとが収容された密閉式構造となっている。そして、圧縮機駆動モータ２５ｂは、駆動軸２５ｃに連結されており、この駆動軸２５ｃは、２つの圧縮要素１０２ｄ、１０２ｅに連結されている。そして、圧縮機２４は、吸入管１０２ａから冷媒を吸入し、この吸入された冷媒を圧縮要素１０２ｃによって圧縮した後に、圧縮要素１０２ｃの後段側に接続された圧縮要素１０２ｄに吸入させるための中間冷媒管８に吐出するように構成されている。そして、圧縮機２５は、この中間冷媒管８に吐出された冷媒を圧縮要素１０２ｄに吸入させて冷媒をさらに圧縮した後に、圧縮要素１０２ｄの後段側に接続された圧縮要素１０２ｅに吸入させるための中間冷媒管８に吐出し、この中間冷媒管８に吐出された冷媒を圧縮要素１０２ｅに吸入させて冷媒をさらに圧縮した後に、吐出管１０２ｂに吐出するように構成されている。
【００６７】
また、図９に示される構成（すなわち、単段圧縮式の圧縮機２４と二段圧縮式の圧縮機２５とが直列に接続された構成）に代えて、図１０に示されるように、二段圧縮式の圧縮機２６と単段圧縮式の圧縮機２７とが直列に接続された構成にしてもよい。この場合においても、圧縮機２６が圧縮要素１０２ｃ、１０２ｄを有し、圧縮機２７が圧縮要素１０２ｅを有しているため、図９に示される構成と同様に、３つの圧縮要素１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅが直列接続された構成が得られる。尚、圧縮機２６は、上述の実施形態における圧縮機２１と同様の構成であり、圧縮機２７は、上述の変形例３における圧縮機２２、２３と同様の構成であるため、圧縮要素１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅを除く各部を示す符号をそれぞれ２６番台や２７番台に置き換えることとし、ここでは、説明を省略する。
【００６８】
さらに、図９に示される構成（すなわち、単段圧縮式の圧縮機２５と二段圧縮式の圧縮機２４とが直列に接続された構成）に代えて、図１１に示されるように、３台の単段圧縮式の圧縮機２４、２８、２７が直列に接続された構成にしてもよい。この場合においても、圧縮機２４が圧縮要素１０２ｃを有し、圧縮機２８が圧縮要素１０２ｄを有し、圧縮機２７が圧縮要素１０２ｅを有しているため、図９や図１０に示される構成と同様に、３つの圧縮要素１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅが直列接続された構成が得られる。尚、圧縮機２４、２８は、上述の変形例３における圧縮機２２、２３と同様の構造であるため、圧縮要素１０２ｃ、１０２ｄを除く各部を示す符号をそれぞれ２４番台や２８番台に置き換えることとし、ここでは、説明を省略する。
【００６９】
このように、本変形例において、圧縮機構１０２は、３つの圧縮要素１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅを有しており、これらの圧縮要素１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ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。
【００７０】
中間冷却器７は、各中間冷媒管８に設けられている。すなわち、中間冷却器７の１つは、前段側の圧縮要素１０２ｃから吐出されて圧縮要素１０２ｄに吸入される冷媒の冷却器として機能する熱交換器として設けられ、もう１つの中間冷却器７は、前段側の圧縮要素１０２ｄから吐出されて圧縮要素１０２ｅに吸入される冷媒の冷却器として機能する熱交換器として設けられている。尚、これらの中間冷却器７には、上述の実施形態と同様、中間冷却器７を流れる冷媒と熱交換を行う冷却源としての水や空気が供給されるようになっている。
【００７１】
また、各中間冷媒管８には、上述の実施形態と同様、中間冷却器７をバイパスするように、中間冷却機能制限機構としての中間冷却器バイパス管９が接続されており、この中間冷却器バイパス管９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中間冷却器バイパス開閉弁１１が設けられている。
【００７２】
また、各中間冷媒管８には、上述の実施形態と同様、中間冷却器バイパス管９との接続部から中間冷却器７側の位置（すなわち、中間冷却器７の入口側の中間冷却器バイパス管９との接続部から中間冷却器７の出口側の接続部までの部分、及び、中間冷却器７の入口側の中間冷却器バイパス管９との接続部から中間冷却器７の出口側の接続部までの部分）に、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冷却器開閉弁１２が設けられている。
【００７３】
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１２は、変形例４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り、図１３は、変形例４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り、図１４は、変形例４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り、図１５は、変形例４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。尚、以下の冷房運転や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１２、１３の点Ｄ、Ｄ’、Ｅにおける圧力や図１４、１５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１２、１３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１２〜１５の点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ２’、Ｃ１、Ｃ１’、Ｃ２、Ｃ２’における圧力）を意味している。
【００７４】
＜冷房運転＞
冷房運転時は、切換機構３が図９〜図１１の実線で示される冷却運転状態とされる。膨張機構５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、中間冷却機能制限機構としての２つの冷却器開閉弁１２が開けられ、また、中間冷却機能制限機構としての２つの中間冷却器バイパス管９の中間冷却器バイパス開閉弁１１が閉められることによって、２つの中間冷却器７が冷却器として機能する状態とされる。
【００７５】
この冷媒回路１１０の状態において、圧縮機構１０２を駆動すると、低圧の冷媒（図９〜図１３の点Ａ参照）は、吸入管１０２ａから圧縮機構１０２に吸入され、まず、圧縮要素１０２ｃによって中間圧力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の点Ｂ１参照）。この前段側の圧縮要素１０２ｃから吐出された中間圧の冷媒は、中間冷却器７において、冷却源としての水又は空気と熱交換を行うことで冷却される（図９〜図１３の点Ｃ１参照）。この中間冷却器７において冷却された冷媒は、次に、圧縮要素１０２ｃの後段側に接続された圧縮要素１０２ｄに吸入されて圧縮された後に、中間冷媒管８に吐出される（図９〜図１３の点Ｂ２参照）。この前段側の圧縮要素１０２ｄから吐出された中間圧の冷媒は、中間冷却器７において、冷却源としての水又は空気と熱交換を行うことで冷却される（図９〜図１３の点Ｃ２参照）。この中間冷却器７において冷却された冷媒は、次に、圧縮要素１０２ｄの後段側に接続された圧縮要素１０２ｅに吸入されてさらに圧縮された後に、圧縮機構１０２から吐出管１０２ｂに吐出される（図９〜図１３の点Ｄ参照）。ここで、圧縮機構１０２から吐出された高圧の冷媒は、圧縮要素１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅによる三段圧縮動作によって、臨界圧力（すなわち、図１２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１０２から吐出された高圧の冷媒は、切換機構３を経由して、冷媒の冷却器として機能する熱源側熱交換器４に送られて、冷却源としての水又は空気と熱交換を行って冷却される（図９〜図１３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、膨張機構５によって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、冷媒の加熱器として機能する利用側熱交換器６に送られる（図９〜図１３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、加熱源としての水又は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１０２に吸入される。このようにして、冷房運転が行われる。
【００７６】
そして、本変形例の構成においては、圧縮要素１０２ｃから吐出された冷媒を圧縮要素１０２ｄに吸入させるための中間冷媒管８に中間冷却器７を設け、かつ、圧縮要素１０２ｄから吐出された冷媒を圧縮要素１０２ｅに吸入させるための中間冷媒管８に中間冷却器７を設けるとともに、切換機構３を冷却運転状態にした冷房運転において、中間冷却機能制限機構としての２つの冷却器開閉弁１２を開け、また、中間冷却機能制限機構としての２つの中間冷却器バイパス管９の中間冷却器バイパス開閉弁１１を閉めることによって、２つの中間冷却器７を冷却器として機能する状態にしているため、中間冷却器７を設けなかった場合（この場合には、図１２、図１３において、点Ａ→点Ｂ１→点Ｂ２’（Ｃ２’）→点Ｄ’→点Ｅ→点Ｆの順で冷凍サイクルが行われる）に比べて、圧縮要素１０２ｃの後段側の圧縮要素１０２ｄに吸入される冷媒の温度、及び、圧縮要素１０２ｄの後段側の圧縮要素１０２ｅに吸入される冷媒の温度が低下し（図１３の点Ｂ１、Ｃ１、Ｂ２、Ｃ２参照）、圧縮要素１０２ｅから吐出される冷媒の温度も低下することになる（図１３の点Ｄ、Ｄ’参照）。このため、本変形例の構成において、高圧の冷媒の冷却器として機能する熱源側熱交換器４において、中間冷却器７を設けなかった場合に比べて、冷却源としての水や空気と冷媒との温度差を小さくすることが可能になり、図１３の点Ｂ１、Ｂ２’（Ｃ２’）、Ｄ’、Ｄ、Ｃ２、Ｂ２、Ｃ１によって囲まれる面積に相当する分の放熱ロスを小さくできることから、運転効率を向上させることができる。しかも、この面積は、上述の実施形態及びその変形例１〜３のような二段圧縮式冷凍サイクルにおける面積よりも大きくなるため、上述の実施形態及びその変形例１〜３に比べて、さらに運転効率を向上させることができる。
【００７７】
＜暖房運転＞
暖房運転時は、切換機構３が図９〜図１１の破線で示される加熱運転状態とされる。膨張機構５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、中間冷却機能制限機構としての２つの冷却器開閉弁１２が閉められ、また、中間冷却機能制限機構としての２つの中間冷却器バイパス管９の中間冷却器バイパス開閉弁１１が開けられることによって、２つの中間冷却器７が冷却器として機能しない状態とされる。
【００７８】
この冷媒回路１１０の状態において、圧縮機構１０２を駆動すると、低圧の冷媒（図９〜図１１、図１４、図１５の点Ａ参照）は、吸入管１０２ａから圧縮機構１０２に吸入され、まず、圧縮要素１０２ｃによって中間圧力まで圧縮された後に、中間冷媒管８に吐出される（図９〜図１１、図１４、図１５の点Ｂ１参照）。この前段側の圧縮要素１０２ｃから吐出された中間圧の冷媒は、冷房運転時とは異なり、中間冷却器７を通過せずに（すなわち、冷却されることなく）、中間冷却器バイパス管９を通過して（図９〜図１１、図１４、図１５の点Ｃ１参照）、圧縮要素１０２ｃの後段側に接続された圧縮要素１０２ｄに吸入されてさらに圧縮された後に、中間冷媒管８に吐出される（図９〜図１１、図１４、図１５の点Ｂ２参照）。この前段側の圧縮要素１０２ｄから吐出された中間圧の冷媒も、中間冷却器７を通過せずに（すなわち、冷却されることなく）、中間冷却器バイパス管９を通過して（図９〜図１１、図１４、図１５の点Ｃ２参照）、圧縮要素１０２ｄの後段側に接続された圧縮要素１０２ｅに吸入されてさらに圧縮された後に、圧縮機構１０２から吐出管１０２ｂに吐出される（図９〜図１１、図１４、図１５の点Ｄ参照）。ここで、圧縮機構１０２から吐出された高圧の冷媒は、冷房運転時と同様、圧縮要素１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅによる三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１０２から吐出された高圧の冷媒は、切換機構３を経由して、冷媒の冷却器として機能する利用側熱交換器６に送られて、冷却源としての水又は空気と熱交換を行って冷却される（図９〜図１１、図１４、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、膨張機構５によって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、冷媒の加熱器として機能する熱源側熱交換器４に送られる（図９〜図１１、図１４、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、加熱源としての水又は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１１、図１４、図１５の点Ａ参照）。そして、この熱源側熱交換器４において加熱された低圧の冷媒は、切換機構３を経由して、再び、圧縮機構１０２に吸入される。このようにして、暖房運転が行われる。
【００７９】
そして、本変形例の構成においては、圧縮要素１０２ｃから吐出された冷媒を圧縮要素１０２ｄに吸入させるための中間冷媒管８に中間冷却器７を設け、かつ、圧縮要素１０２ｄから吐出された冷媒を圧縮要素１０２ｅに吸入させるための中間冷媒管８に中間冷却器７を設けるとともに、切換機構３を加熱運転状態にした暖房運転において、中間冷却機能制限機構としての２つの冷却器開閉弁１２を閉め、また、中間冷却機能制限機構としての２つの中間冷却器バイパス管９の中間冷却器バイパス開閉弁１１を開けることによって、２つの中間冷却器７を冷却器として機能しない状態にしているため、中間冷却器７だけを設けた場合や上述の冷房運転と同様に中間冷却器７を冷却器として機能させた場合（この場合には、図１４、図１５において、点Ａ→点Ｂ１→点Ｃ１’→点Ｂ２’→点Ｃ２’→点Ｄ’→点Ｆ→点Ｅの順で冷凍サイクルが行われる）に比べて、圧縮機構１０２から吐出される冷媒の温度の低下が抑えられる（図１５の点Ｄ、Ｄ’参照）。このため、本変形例の構成において、中間冷却器７だけを設けた場合や上述の冷房運転と同様に中間冷却器７を冷却器として機能させた場合に比べて、外部への放熱を抑え、冷媒の冷却器として機能する利用側熱交換器６に供給される冷媒の温度の低下を抑えることが可能になり、図１４の点Ｄと点Ｆとのエンタルピ差ｈと点Ｄ’と点Ｆとのエンタルピ差ｈ’との差に相当する分の加熱能力の低下を抑えることができるため、上述の実施形態及びその変形例１〜３と同様、運転効率の低下を防ぐことができる。
【００８０】
以上のように、本変形例の構成では、２つの中間冷却器７だけでなく、中間冷却機能制限機構としての中間冷却機能制限機構としての２つの冷却器開閉弁１２や２つの中間冷却器バイパス管９を設けて、中間冷却機能制限機構を用いて、切換機構３を冷却運転状態にしている際に中間冷却器７を冷却器として機能させ、切換機構３を加熱運転状態にしている際に中間冷却器７を冷却器として機能させないようにしている。このため、空気調和装置１では、冷却運転としての冷房運転時においては、圧縮機構１０２から吐出される冷媒の温度を低く抑えることができ、加熱運転としての暖房運転時においては、圧縮機構１０２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ようになり、冷房運転時においては、冷媒の冷却器として機能する熱源側熱交換器４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、暖房運転時には、冷媒の冷却器として機能する利用側熱交換器６に供給される冷媒の温度の低下を抑えることで加熱能力の低下を抑えて、運転効率の低下を防ぐことができる。
【００８１】
また、本変形例の構成において、中間冷却器７が空冷式の熱交換器である場合には、上述の変形例１と同様、図６に示されるように、中間冷却器７に空気を供給する中間冷却用送風ファン１３を中間冷却機能制限機構として設けて、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、中間冷却用送風ファン１３を運転し、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、中間冷却用送風ファン１３を停止するようにしてもよい。また、本変形例の構成において、中間冷却器７が水冷式の熱交換器である場合には、上述の変形例２と同様、図７に示されるように、中間冷却器７に水を供給するための中間冷却用水配管１４に水開閉弁１４ａを中間冷却機能制限機構として設けて、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、水開閉弁１４ａを開け、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、水開閉弁１４ａを閉めるようにしてもよい。
【００８２】
（７）変形例５
上述の実施形態及びその変形例１〜４においては、図１、図８〜１１に示されるように、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や、３つの圧縮要素１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ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三段圧縮式の圧縮機構１０２を採用しているが、図１６〜図２０に示されるように、４つの圧縮要素１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆ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四段圧縮式の圧縮機構２０２を採用してもよい。
【００８３】
まず、図１６に示される四段圧縮式冷凍サイクルを行う空気調和装置１の構成について説明する。ここで、空気調和装置１は、上述の実施形態及びその変形例１〜４と同様、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２１０を有し、超臨界域で作動する冷媒（ここでは、二酸化炭素）を使用している。空気調和装置１の冷媒回路２１０は、主として、四段圧縮式の圧縮機構２０２と、切換機構３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、３つの中間冷却器７とを有している。次に、各機器について説明するが、熱源側熱交換器４、膨張機構５、利用側熱交換器６、及び、制御部（図示せず）については、上述の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００８４】
図１６において、圧縮機構２０２は、２つの圧縮要素で冷媒を二段圧縮する圧縮機２９、３０が直列に接続されることによって構成されている。上述の実施形態における二段圧縮構造の圧縮機２１と同様、圧縮機２９は、ケーシング２９ａ内に、圧縮機駆動モータ２９ｂと、駆動軸２９ｃと、圧縮要素２０２ｃ、２０２ｄとが収容された密閉式構造となっている。そして、圧縮機駆動モータ２９ｂは、駆動軸２９ｃに連結されており、駆動軸２９ｃは、圧縮要素２０２ｃ、２０２ｄに連結されている。また、圧縮機３０は、ケーシング３０ａ内に、圧縮機駆動モータ３０ｂと、駆動軸３０ｃと、圧縮要素２０２ｅ、２０２ｆとが収容された密閉式構造となっている。そして、圧縮機駆動モータ３０ｂは、駆動軸３０ｃに連結されており、駆動軸３０ｃは、圧縮要素２０２ｅ、２０２ｆに連結されている。そして、圧縮機２９は、吸入管２０２ａから冷媒を吸入し、この吸入された冷媒を圧縮要素２０２ｃによって圧縮した後に、圧縮要素２０２ｃの後段側に接続された圧縮要素２０２ｄに吸入させるための中間冷媒管８に吐出し、この中間冷媒管８に吐出された冷媒を圧縮要素２０２ｄに吸入させて冷媒をさらに圧縮した後に、圧縮要素２０２ｄの後段側に接続された圧縮要素２０２ｅに吸入させるための中間冷媒管８に吐出するように構成されている。そして、圧縮機３０は、この中間冷媒管８に吐出された冷媒を圧縮要素２０２ｅに吸入させて冷媒をさらに圧縮した後に、圧縮要素２０２ｅの後段側に接続された圧縮要素２０２ｆに吸入させるための中間冷媒管８に吐出し、この中間冷媒管８に吐出された冷媒を吐出管２０２ｂに吐出するように構成されている。
【００８５】
また、図１６に示される構成（すなわち、２台の二段圧縮式の圧縮機２９、３０が直列に接続された構成）に代えて、図１７に示されるように、２台の単段圧縮式の圧縮機３１、３２と、二段圧縮式の圧縮機３０とが直列に接続された構成にしてもよい。この場合においても、圧縮機３１が圧縮要素２０２ｃを有し、圧縮機３２が圧縮要素２０２ｄを有し、圧縮機３０が圧縮要素２０２ｅ、２０２ｆを有しているため、図１６に示される構成と同様に、４つの圧縮要素２０２ｃ、２０２ｄ、２０２ｅ、２０２ｆが直列接続された構成が得られる。尚、圧縮機３１、３２は、上述の変形例３における圧縮機２２、２３と同様の構成であるため、圧縮要素２０２ｃ、２０２ｄを除く各部を示す符号をそれぞれ３１番台や３２番台に置き換えることとし、ここでは、説明を省略する。
【００８６】
また、図１６に示される構成（すなわち、２台の二段圧縮式の圧縮機２９、３０が直列に接続された構成）に代えて、図１８に示されるように、単段圧縮式の圧縮機３１と、二段圧縮式の圧縮機３３と、単段圧縮式の圧縮機３４とが直列に接続された構成にしてもよい。この場合においても、圧縮機３１が圧縮要素２０２ｃを有し、圧縮機３３が圧縮要素２０２ｄ、２０２ｅを有し、圧縮機３４が圧縮要素２０２ｆを有しているため、図１６に示される構成と同様に、４つの圧縮要素２０２ｃ、２０２ｄ、２０２ｅ、２０２ｆが直列接続された構成が得られる。尚、圧縮機３３は、上述の実施形態における圧縮機２１と同様の構成であり、圧縮機３４は、上述の変形例３における圧縮機２２、２３と同様の構成であるため、圧縮要素２０２ｄ、２０２ｅ、２０２ｆを除く各部を示す符号をそれぞれ３３番台や３４番台に置き換えることとし、ここでは、説明を省略する。
【００８７】
また、図１６に示される構成（すなわち、２台の二段圧縮式の圧縮機２９、３０が直列に接続された構成）に代えて、図１９に示されるように、二段圧縮式の圧縮機２９と、２台の単段圧縮式の圧縮機３５、３４とが直列に接続された構成にしてもよい。この場合においても、圧縮機２９が圧縮要素２０２ｃ、２０２ｄを有し、圧縮機３５が圧縮要素２０２ｅを有し、圧縮機３４が圧縮要素２０２ｆを有しているため、図１６に示される構成と同様に、４つの圧縮要素２０２ｃ、２０２ｄ、２０２ｅ、２０２ｆが直列接続された構成が得られる。尚、圧縮機３５は、上述の変形例３における圧縮機２２、２３と同様の構成であるため、圧縮要素２０２ｅを除く各部を示す符号を３５番台に置き換えることとし、ここでは、説明を省略する。
【００８８】
さらに、図１６に示される構成（すなわち、２台の二段圧縮式の圧縮機２９、３０が直列に接続された構成）に代えて、図２０に示されるように、４台の単段圧縮式の圧縮機３１、３２、３５、３４が直列に接続された構成にしてもよい。この場合においても、圧縮機３１が圧縮要素２０２ｃを有し、圧縮機３２が圧縮要素２０２ｄを有し、圧縮機３５が圧縮要素２０２ｅを有し、圧縮機３４が圧縮要素２０２ｆを有しているため、図１６に示される構成と同様に、４つの圧縮要素２０２ｃ、２０２ｄ、２０２ｅ、２０２ｆが直列接続された構成が得られる。
【００８９】
このように、本変形例において、圧縮機構２０２は、４つの圧縮要素２０２ｃ、２０２ｄ、２０２ｅ、２０２ｆを有しており、これらの圧縮要素２０２ｃ、２０２ｄ、２０２ｅ、２０２ｆ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。
【００９０】
中間冷却器７は、各中間冷媒管８に設けられている。すなわち、３つの中間冷却器７の１つは、前段側の圧縮要素２０２ｃから吐出されて圧縮要素２０２ｄに吸入される冷媒の冷却器として機能する熱交換器として設けられ、２つ目の中間冷却器７は、前段側の圧縮要素２０２ｄから吐出されて圧縮要素２０２ｅに吸入される冷媒の冷却器として機能する熱交換器として設けられ、３つ目の中間冷却器７は、前段側の圧縮要素２０２ｅから吐出されて圧縮要素２０２ｆに吸入される冷媒の冷却器として機能する熱交換器として設けられている。尚、これらの中間冷却器７には、上述の実施形態と同様、中間冷却器７を流れる冷媒と熱交換を行う冷却源としての水や空気が供給されるようになっている。
【００９１】
また、各中間冷媒管８には、上述の実施形態と同様、中間冷却器７をバイパスするように、中間冷却機能制限機構としての中間冷却器バイパス管９が接続されており、この中間冷却器バイパス管９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中間冷却器バイパス開閉弁１１が設けられている。
【００９２】
また、各中間冷媒管８には、上述の実施形態と同様、中間冷却器バイパス管９との接続部から中間冷却器７側の位置（すなわち、中間冷却器７の入口側の中間冷却器バイパス管９との接続部から中間冷却器７の出口側の接続部までの部分、及び、中間冷却器７の入口側の中間冷却器バイパス管９との接続部から中間冷却器７の出口側の接続部までの部分）に、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冷却器開閉弁１２が設けられている。
【００９３】
次に、本変形例の空気調和装置１の動作について、図１６〜図２４を用いて説明する。ここで、図２１は、変形例５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り、図２２は、変形例５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り、図２３は、変形例５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り、図２４は、変形例５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。尚、以下の冷房運転や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２１、２２の点Ｄ、Ｄ’、Ｅにおける圧力や図２３、２４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２１、２２の点Ａ、Ｆにおける圧力や図２３、２４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２１〜２４の点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ２’、Ｂ３、Ｂ３’、Ｃ１、Ｃ１’、Ｃ２、Ｃ２’、Ｃ３、Ｃ３’における圧力）を意味している。
【００９４】
＜冷房運転＞
冷房運転時は、切換機構３が図１６〜図２０の実線で示される冷却運転状態とされる。膨張機構５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、中間冷却機能制限機構としての３つの冷却器開閉弁１２が開けられ、また、中間冷却機能制限機構としての３つの中間冷却器バイパス管９の中間冷却器バイパス開閉弁１１が閉められることによって、３つの中間冷却器７が冷却器として機能する状態とされる。
【００９５】
この冷媒回路２１０の状態において、圧縮機構２０２を駆動すると、低圧の冷媒（図１６〜図２２の点Ａ参照）は、吸入管２０２ａから圧縮機構２０２に吸入され、まず、圧縮要素２０２ｃによって中間圧力まで圧縮された後に、中間冷媒管８に吐出される（図１６〜図２２の点Ｂ１参照）。この前段側の圧縮要素２０２ｃから吐出された中間圧の冷媒は、中間冷却器７において、冷却源としての水又は空気と熱交換を行うことで冷却される（図１６〜図２２の点Ｃ１参照）。この中間冷却器７において冷却された冷媒は、次に、圧縮要素２０２ｃの後段側に接続された圧縮要素２０２ｄに吸入されて圧縮された後に、中間冷媒管８に吐出される（図１６〜図２２の点Ｂ２参照）。この前段側の圧縮要素２０２ｄから吐出された中間圧の冷媒は、中間冷却器７において、冷却源としての水又は空気と熱交換を行うことで冷却される（図１６〜図２２の点Ｃ２参照）。この中間冷却器７において冷却された冷媒は、次に、圧縮要素２０２ｄの後段側に接続された圧縮要素２０２ｅに吸入されてさらに圧縮された後に、中間冷媒管８に吐出される（図１６〜図２２の点Ｂ３参照）。この前段側の圧縮要素２０２ｅから吐出された中間圧の冷媒は、中間冷却器７において、冷却源としての水又は空気と熱交換を行うことで冷却される（図１６〜図２２の点Ｃ３参照）。この中間冷却器７において冷却された冷媒は、次に、圧縮要素２０２ｅの後段側に接続された圧縮要素２０２ｆに吸入されてさらに圧縮された後に、圧縮機構２０２から吐出管２０２ｂに吐出される（図１６〜図２２の点Ｄ参照）。ここで、圧縮機構２０２から吐出された高圧の冷媒は、圧縮要素２０２ｃ、２０２ｄ、２０２ｅ、２０２ｆによる四段圧縮動作によって、臨界圧力（すなわち、図２１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２０２から吐出された高圧の冷媒は、切換機構３を経由して、冷媒の冷却器として機能する熱源側熱交換器４に送られて、冷却源としての水又は空気と熱交換を行って冷却される（図１６〜図２２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、膨張機構５によって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、冷媒の加熱器として機能する利用側熱交換器６に送られる（図１６〜図２２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、加熱源としての水又は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２２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２０２に吸入される。このようにして、冷房運転が行われる。
【００９６】
そして、本変形例の構成においては、圧縮要素２０２ｃから吐出された冷媒を圧縮要素２０２ｄに吸入させるための中間冷媒管８に中間冷却器７を設け、圧縮要素２０２ｄから吐出された冷媒を圧縮要素２０２ｅに吸入させるための中間冷媒管８に中間冷却器７を設け、さらに、圧縮要素２０２ｅから吐出された冷媒を圧縮要素２０２ｆに吸入させるための中間冷媒管８に中間冷却器７を設けるとともに、切換機構３を冷却運転状態にした冷房運転において、中間冷却機能制限機構としての３つの冷却器開閉弁１２を開け、また、中間冷却機能制限機構としての３つの中間冷却器バイパス管９の中間冷却器バイパス開閉弁１１を閉めることによって、３つの中間冷却器７を冷却器として機能する状態にしているため、中間冷却器７を設けなかった場合（この場合には、図２１、図２２において、点Ａ→点Ｂ１→点Ｂ２’（Ｃ２’）→点Ｂ３’（Ｃ３’）→点Ｄ’→点Ｅ→点Ｆの順で冷凍サイクルが行われる）に比べて、圧縮要素２０２ｃの後段側の圧縮要素２０２ｄに吸入される冷媒の温度、圧縮要素１０２ｄの後段側の圧縮要素１０２ｅに吸入される冷媒の温度、及び、圧縮要素１０２ｅの後段側の圧縮要素１０２ｆに吸入される冷媒の温度が低下し（図２１の点Ｂ１、Ｃ１、Ｂ２、Ｃ２、Ｂ３、Ｃ３参照）、圧縮要素２０２ｄから吐出される冷媒の温度も低下することになる（図２１の点Ｄ、Ｄ’参照）。このため、本変形例の構成において、高圧の冷媒の冷却器として機能する熱源側熱交換器４において、中間冷却器７を設けなかった場合に比べて、冷却源としての水や空気と冷媒との温度差を小さくすることが可能になり、図２１の点Ｂ１、Ｂ２’（Ｃ２’）、Ｂ３’（Ｃ３’）、Ｄ’、Ｄ、Ｃ３、Ｂ３、Ｃ２、Ｂ２、Ｃ１によって囲まれる面積に相当する分の放熱ロスを小さくできることから、運転効率を向上させることができる。しかも、この面積は、上述の実施形態及びその変形例１〜４のような二段圧縮式冷凍サイクルや三段圧縮式冷凍サイクルにおける面積よりも大きくなるため、上述の実施形態及びその変形例１〜４に比べて、さらに運転効率を向上させることができる。
【００９７】
＜暖房運転＞
暖房運転時は、切換機構３が図１６〜図２０の破線で示される加熱運転状態とされる。膨張機構５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、中間冷却機能制限機構としての３つの冷却器開閉弁１２が閉められ、また、中間冷却機能制限機構としての３つの中間冷却器バイパス管９の中間冷却器バイパス開閉弁１１が開けられることによって、３つの中間冷却器７が冷却器として機能しない状態とされる。
【００９８】
この冷媒回路２１０の状態において、圧縮機構２０２を駆動すると、低圧の冷媒（図１６〜図２０、図２３、図２４の点Ａ参照）は、吸入管２０２ａから圧縮機構２０２に吸入され、まず、圧縮要素２０２ｃによって中間圧力まで圧縮された後に、中間冷媒管８に吐出される（図１６〜図２０、図２３、図２４の点Ｂ１参照）。この前段側の圧縮要素２０２ｃから吐出された中間圧の冷媒は、冷房運転時とは異なり、中間冷却器７を通過せずに（すなわち、冷却されることなく）、中間冷却器バイパス管９を通過して（図１６〜図２０、図２３、図２４の点Ｃ１参照）、圧縮要素２０２ｃの後段側に接続された圧縮要素２０２ｄに吸入されてさらに圧縮された後に、中間冷媒管８に吐出される（図１６〜図２０、図２３、図２４の点Ｂ２参照）。この前段側の圧縮要素２０２ｄから吐出された中間圧の冷媒も、中間冷却器７を通過せずに（すなわち、冷却されることなく）、中間冷却器バイパス管９を通過して（図１６〜図２０、図２３、図２４の点Ｃ２参照）、圧縮要素２０２ｄの後段側に接続された圧縮要素２０２ｅに吸入されてさらに圧縮された後に、中間冷媒管８に吐出される（図１６〜図２０、図２３、図２４の点Ｂ３参照）。この前段側の圧縮要素２０２ｅから吐出された中間圧の冷媒も、中間冷却器７を通過せずに（すなわち、冷却されることなく）、中間冷却器バイパス管９を通過して（図１６〜図２０、図２３、図２４の点Ｃ３参照）、圧縮要素２０２ｅの後段側に接続された圧縮要素２０２ｆに吸入されてさらに圧縮された後に、圧縮機構２０２から吐出管２０２ｂに吐出される（図１６〜図２０、図２３、図２４の点Ｄ参照）。ここで、圧縮機構２０２から吐出された高圧の冷媒は、冷房運転時と同様、圧縮要素２０２ｃ、２０２ｄ、２０２ｅ、２０２ｆによる四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２０２から吐出された高圧の冷媒は、切換機構３を経由して、冷媒の冷却器として機能する利用側熱交換器６に送られて、冷却源としての水又は空気と熱交換を行って冷却される（図１６〜図２０、図２３、図２４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、膨張機構５によって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、冷媒の加熱器として機能する熱源側熱交換器４に送られる（図１６〜図２０、図２３、図２４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、加熱源としての水又は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２０、図２３、図２４の点Ａ参照）。そして、この熱源側熱交換器４において加熱された低圧の冷媒は、切換機構３を経由して、再び、圧縮機構２０２に吸入される。このようにして、暖房運転が行われる。
【００９９】
そして、本変形例の構成においては、圧縮要素２０２ｃから吐出された冷媒を圧縮要素２０２ｄに吸入させるための中間冷媒管８に中間冷却器７を設け、圧縮要素２０２ｄから吐出された冷媒を圧縮要素２０２ｅに吸入させるための中間冷媒管８に中間冷却器７を設け、さらに、圧縮要素２０２ｅから吐出された冷媒を圧縮要素２０２ｆに吸入させるための中間冷媒管８に中間冷却器７を設けるとともに、切換機構３を加熱運転状態にした暖房運転において、中間冷却機能制限機構としての３つの冷却器開閉弁１２を閉め、また、中間冷却機能制限機構としての３つの中間冷却器バイパス管９の中間冷却器バイパス開閉弁１１を開けることによって、３つの中間冷却器７を冷却器として機能しない状態にしているため、中間冷却器７だけを設けた場合や上述の冷房運転と同様に中間冷却器７を冷却器として機能させた場合（この場合には、図２３、図２４において、点Ａ→点Ｂ１→点Ｃ１’→点Ｂ２’→点Ｃ２’→点Ｂ３’→点Ｃ３’→点Ｄ’→点Ｆ→点Ｅの順で冷凍サイクルが行われる）に比べて、圧縮機構２０２から吐出される冷媒の温度の低下が抑えられる（図２４の点Ｄ、Ｄ’参照）。このため、本変形例の構成において、中間冷却器７だけを設けた場合や上述の冷房運転と同様に中間冷却器７を冷却器として機能させた場合に比べて、外部への放熱を抑え、冷媒の冷却器として機能する利用側熱交換器６に供給される冷媒の温度の低下を抑えることが可能になり、図２３の点Ｄと点Ｆとのエンタルピ差ｈと点Ｄ’と点Ｆとのエンタルピ差ｈ’との差に相当する分の加熱能力の低下を抑えることができるため、上述の実施形態及びその変形例１〜４と同様、運転効率の低下を防ぐことができる。
【０１００】
以上のように、本変形例の構成では、３つの中間冷却器７だけでなく、中間冷却機能制限機構としての中間冷却機能制限機構としての３つの冷却器開閉弁１２や３つの中間冷却器バイパス管９を設けて、中間冷却機能制限機構を用いて、切換機構３を冷却運転状態にしている際に中間冷却器７を冷却器として機能させ、切換機構３を加熱運転状態にしている際に中間冷却器７を冷却器として機能させないようにしている。このため、空気調和装置１では、冷却運転としての冷房運転時においては、圧縮機構２０２から吐出される冷媒の温度を低く抑えることができ、加熱運転としての暖房運転時においては、圧縮機構２０２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ようになり、冷房運転時においては、冷媒の冷却器として機能する熱源側熱交換器４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、暖房運転時には、冷媒の冷却器として機能する利用側熱交換器６に供給される冷媒の温度の低下を抑えることで加熱能力の低下を抑えて、運転効率の低下を防ぐことができる。
【０１０１】
また、本変形例の構成において、中間冷却器７が空冷式の熱交換器である場合には、上述の変形例１と同様、図６に示されるように、中間冷却器７に空気を供給する中間冷却用送風ファン１３を中間冷却機能制限機構として設けて、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、中間冷却用送風ファン１３を運転し、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、中間冷却用送風ファン１３を停止するようにしてもよい。また、本変形例の構成において、中間冷却器７が水冷式の熱交換器である場合には、上述の変形例２と同様、図７に示されるように、中間冷却器７に水を供給するための中間冷却用水配管１４に水開閉弁１４ａを中間冷却機能制限機構として設けて、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、水開閉弁１４ａを開け、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、水開閉弁１４ａを閉めるようにしてもよい。
【０１０２】
（８）変形例６
上述の実施形態及びその変形例においては、図１、図６〜図１１、図１６〜図２０に示されるように、複数の圧縮要素で順次圧縮する多段圧縮式の圧縮機構２や圧縮機構１０２、圧縮機構２０２を一系統だけ有する構成としているが、例えば、能力の大きな利用側熱交換器６が接続される場合や複数の利用側熱交換器６が接続される場合等においては、多段圧縮式の圧縮機構２や圧縮機構１０２、圧縮機構２０２を複数系統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。
【０１０３】
例えば、図２５に示されるように、上述の実施形態や変形例３〜５において、圧縮要素３０３ｃ、３０３ｄを有する二段圧縮式の第１圧縮機構３０３と圧縮要素３０４ｃ、３０４ｄを有する二段圧縮式の第２圧縮機構３０４とを並列に接続した構成を有する圧縮機構３０２を採用した冷媒回路３１０にすることができる。
【０１０４】
第１圧縮機構３０３は、本変形例において、２つの圧縮要素３０３ｃ、３０３ｄで冷媒を二段圧縮する圧縮機３６から構成されており、圧縮機構３０２の吸入母管３０２ａから分岐された第１吸入枝管３０３ａ、及び、圧縮機構３０２の吐出母管３０２ｂに合流する第１吐出枝管３０３ｂに接続されている。第２圧縮機構３０４は、本変形例において、２つの圧縮要素３０４ｃ、３０４ｄで冷媒を二段圧縮する圧縮機３７から構成されており、圧縮機構３０２の吸入母管３０２ａから分岐された第２吸入枝管３０４ａ、及び、圧縮機構３０２の吐出母管３０２ｂに合流する第２吐出枝管３０４ｂに接続されている。尚、圧縮機３６、３７は、上述の実施形態における圧縮機２１と同様の構成であるため、圧縮要素３０３ｃ、３０３ｄ、３０４ｃ、３０４ｄを除く各部を示す符号をそれぞれ３６番台や３７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３６は、第１吸入枝管３０３ａから冷媒を吸入し、この吸入された冷媒を圧縮要素３０３ｃ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３０３ｄに吸入させて冷媒をさらに圧縮した後に第１吐出枝管３０３ｂに吐出するように構成されている。圧縮機３７は、第１吸入枝管３０４ａから冷媒を吸入し、この吸入された冷媒を圧縮要素３０４ｃ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３０４ｄに吸入させて冷媒をさらに圧縮した後に第２吐出枝管３０４ｂ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３０３ｄ、３０４ｄの前段側に接続された圧縮要素３０３ｃ、３０４ｃから吐出された冷媒を、圧縮要素３０３ｃ、３０４ｃの後段側に接続された圧縮要素３０３ｄ、３０４ｄ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３０３の前段側の圧縮要素３０３ｃ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３０４の前段側の圧縮要素３０４ｃ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３０３の後段側の圧縮要素３０３ｄ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３０４の後段側の圧縮要素３０４ｄ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３０２ｂは、圧縮機構３０２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３０２ｂに接続される第１吐出枝管３０３ｂには、第１油分離機構３４１と第１逆止機構３４２とが設けられており、吐出母管３０２ｂに接続される第２吐出枝管３０４ｂには、第２油分離機構３４３と第２逆止機構３４４とが設けられている。第１油分離機構３４１は、第１圧縮機構３０３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３０２の吸入側へ戻す機構であり、主として、第１圧縮機構３０３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３４１ａと、第１油分離器３４１ａ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３０２の吸入側に戻す第１油戻し管３４１ｂとを有している。第２油分離機構３４３は、第２圧縮機構３０４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３０２の吸入側へ戻す機構であり、主として、第２圧縮機構３０４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３４３ａと、第２油分離器３４３ａ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３０２の吸入側に戻す第２油戻し管３４３ｂとを有している。本変形例において、第１油戻し管３４１ｂは、第２吸入枝管３０４ａに接続されており、第２油戻し管３４３ｃは、第１吸入枝管３０３ａに接続されている。このため、第１圧縮機構３０３内に溜まった冷凍機油の量と第２圧縮機構３０４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３０３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３０４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３０３、３０４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３０３内に溜まった冷凍機油の量と第２圧縮機構３０４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３０３ａは、第２油戻し管３４３ｂとの合流部から吸入母管３０２ａとの合流部までの間の部分が、吸入母管３０２ａ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３０４ａは、第１油戻し管３４１ｂとの合流部から吸入母管３０２ａとの合流部までの間の部分が、吸入母管３０２ａ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３０３、３０４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３０２ａ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３４１ｂ、３４３ｂには、油戻し管３４１ｂ、３４３ｂを流れる冷凍機油を減圧する減圧機構３４１ｃ、３４３ｃが設けられている。逆止機構３４２、３４４は、圧縮機構３０３、３０４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３０３、３０４の吐出側への冷媒の流れを遮断するための機構である。
【０１０５】
このように、圧縮機構３０２は、本変形例において、２つの圧縮要素３０３ｃ、３０３ｄを有するとともにこれらの圧縮要素３０３ｃ、３０３ｄ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３０３と、２つの圧縮要素３０４ｃ、３０４ｄを有するとともにこれらの圧縮要素３０４ｃ、３０４ｄ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３０４とを並列に接続した構成となっている。
【０１０６】
中間冷却器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、第１圧縮機構３０３の前段側の圧縮要素３０３ｃから吐出された冷媒と第２圧縮機構３０４の前段側の圧縮要素３０４ｃ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、中間冷却器７は、２つの圧縮機構３０３、３０４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３０３、３０４を複数系統並列に接続した並列多段圧縮式の圧縮機構３０２に対して中間冷却器７を設ける際の圧縮機構３０２周りの回路構成の簡素化が図られている。
【０１０７】
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３０３の前段側の圧縮要素３０３ｃ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３０３ｃ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３０３の前段側の圧縮要素３０４ｃ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３０４ｃ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３０３、３０４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３０２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３０３、３０４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３０３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３０４に限られることになるため、この場合には、第２圧縮機構３０４に対応する逆止機構８４ａだけを設けるようにしてもよい。
【０１０８】
また、上述のように、第１圧縮機構３０３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３０３、３０４に共通に設けられているため、運転中の第１圧縮機構３０３に対応する前段側の圧縮要素３０３ｃ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３０４の後段側の圧縮要素３０４ｄの吸入側に達し、これにより、運転中の第１圧縮機構３０３の前段側の圧縮要素３０３ｃから吐出された冷媒が、停止中の第２圧縮機構３０４の後段側の圧縮要素３０４ｄ内を通じて圧縮機構３０２の吐出側に抜けて停止中の第２圧縮機構３０４の冷凍機油が流出して、停止中の第２圧縮機構３０４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３０４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３０３の前段側の圧縮要素３０３ｃ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３０４の後段側の圧縮要素３０４ｄ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３０３の前段側の圧縮要素３０３ｃから吐出された冷媒が、停止中の第２圧縮機構３０４の後段側の圧縮要素３０４ｄ内を通じて圧縮機構３０２の吐出側に抜けて停止中の第２圧縮機構３０４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３０４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。
【０１０９】
また、第１圧縮機構３０３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３０３の起動に続いて第２圧縮機構３０４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３０３、３０４に共通に設けられているため、第２圧縮機構３０４の前段側の圧縮要素３０３ｃの吐出側の圧力及び後段側の圧縮要素３０３ｄの吸入側の圧力が、前段側の圧縮要素３０３ｃの吸入側の圧力及び後段側の圧縮要素３０３ｄ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３０４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３０４の前段側の圧縮要素３０４ｃの吐出側と後段側の圧縮要素３０４ｄ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３０４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３０４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３０４の前段側の圧縮要素３０４ｃから吐出される冷媒を第１圧縮機構３０３の前段側の圧縮要素３０４ｃ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３０４ｄに吸入させるようにして、圧縮機構３０２の運転状態が安定した時点（例えば、圧縮機構３０２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３０４の後段側の圧縮要素３０４ｄの吸入側との間に接続され、その他端が第２圧縮機構３０４の前段側の圧縮要素３０４ｃ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３０４を起動する際に、第１圧縮機構３０３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。
【０１１０】
また、本変形例の空気調和装置１の冷房運転時及び暖房運転時の動作は、圧縮機構２に代えて設けられた圧縮機構３０２によって、圧縮機構３０２周りの回路構成がやや複雑化したことに伴う変更点を除いては、上述の実施形態における動作（図１〜５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。
【０１１１】
そして、この変形例６の構成においても、上述の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【０１１２】
また、ここでは、詳しい説明を省略するが、二段圧縮式の圧縮機構３０３、３０４に代えて、三段圧縮式や四段圧縮式（例えば、変形例４における圧縮機構１０２や変形例５における圧縮機構２０２）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、多段圧縮式の圧縮機構を３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く、この場合においても、本変形例と同様の効果を得ることができる。
【０１１３】
また、本変形例の構成において、中間冷却器７が空冷式の熱交換器である場合には、上述の変形例１と同様、図６に示されるように、中間冷却器７に空気を供給する中間冷却用送風ファン１３を中間冷却機能制限機構として設けて、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、中間冷却用送風ファン１３を運転し、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、中間冷却用送風ファン１３を停止するようにしてもよい。また、本変形例の構成において、中間冷却器７が水冷式の熱交換器である場合には、上述の変形例２と同様、図７に示されるように、中間冷却器７に水を供給するための中間冷却用水配管１４に水開閉弁１４ａを中間冷却機能制限機構として設けて、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、水開閉弁１４ａを開け、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、水開閉弁１４ａを閉めるようにしてもよい。
【０１１４】
（９）変形例７
上述の実施形態及びその変形例においては、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、中間冷却器７及び中間冷却器バイパス管９等の中間冷却機能制限機構を設けて、この中間冷却機能制限機構を用いて、切換機構３を冷却運転状態にしている際に中間冷却器７を冷却器として機能させ、切換機構３を加熱運転状態にしている際に中間冷却器７を冷却器として機能させないようにすることで、冷房運転時においては、冷媒の冷却器として機能する熱源側熱交換器４における放熱ロスを小さくして、運転効率を向上させるとともに、暖房運転時には、外部への放熱を抑えて、加熱能力の低下を抑えるようにしているが、この構成に加えて、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をさらに設けるようにしてもよい。
【０１１５】
例えば、図２６に示されるように、二段圧縮式の圧縮機構２が採用された上述の実施形態において、膨張機構５に代えてレシーバ入口膨張機構５ａ及びレシーバ出口膨張機構５ｂが設けられるとともに、ブリッジ回路１７、レシーバ１８、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４１０にすることができる。
【０１１６】
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、本変形例において、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。
【０１１７】
レシーバ入口膨張機構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、本変形例において、電動膨張弁が使用されている。また、本変形例において、レシーバ入口膨張機構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高圧の冷媒を利用側熱交換器６に送る前に減圧し、暖房運転時には、利用側熱交換器６において冷却された高圧の冷媒を熱源側熱交換器４に送る前に減圧する。
【０１１８】
レシーバ１８は、レシーバ入口膨張機構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吸入戻し管１８ｃが接続されている。この吸入戻し管１８ｃには、吸入戻し開閉弁１８ｄが設けられている。吸入戻し開閉弁１８ｄは、本変形例において、電磁弁である。
【０１１９】
レシーバ出口膨張機構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、本変形例において、電動膨張弁が使用されている。また、本変形例において、レシーバ出口膨張機構５ｂは、冷房運転時には、レシーバ入口膨張機構５ａによって減圧された冷媒を利用側熱交換器６に送る前に低圧になるまでさらに減圧し、暖房運転時には、レシーバ入口膨張機構５ａによって減圧された冷媒を熱源側熱交換器４に送る前に低圧になるまでさらに減圧する。
【０１２０】
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のレシーバ入口膨張機構５ａ、レシーバ１８、レシーバ出口管１８ｂのレシーバ出口膨張機構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のレシーバ入口膨張機構５ａ、レシーバ１８、レシーバ出口管１８ｂのレシーバ出口膨張機構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６に送ることができるようになっている。
【０１２１】
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、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、後段側インジェクション管１９は、レシーバ入口管１８ａのレシーバ入口膨張機構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とレシーバ入口膨張機構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とレシーバ入口膨張機構５ａとの間）から冷媒を分岐して中間冷媒管８の中間冷却器７の下流側の位置に戻すように設けられている。この後段側インジェクション管１９には、開度制御が可能な後段側インジェクション弁１９ａが設けられている。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。
【０１２２】
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において冷却された冷媒と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、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のレシーバ入口膨張機構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とレシーバ入口膨張機構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とレシーバ入口膨張機構５ａとの間）を流れる冷媒と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において冷却された冷媒は、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、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。
【０１２３】
さらに、本変形例の空気調和装置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又は圧縮機構２には、中間冷媒管８を流れる冷媒の圧力を検出する中間圧力センサ５４が設けられている。エコノマイザ熱交換器２０の後段側インジェクション管１９側の出口には、エコノマイザ熱交換器２０の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を検出するエコノマイザ出口温度センサ５５が設けられている。
【０１２４】
次に、本変形例の空気調和装置１の動作について、図２６〜図３０を用いて説明する。ここで、図２７は、変形例７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り、図２８は、変形例７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り、図２９は、変形例７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り、図３０は、変形例７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。尚、以下の冷房運転や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２７、２８の点Ｄ、Ｄ’、Ｅ、Ｈにおける圧力や図２９、３０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２７、２８の点Ａ、Ｆ、Ｆ’における圧力や図２９、３０の点Ａ、Ｅ、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２７〜３０の点Ｂ１、Ｃ１、Ｇ、Ｊ、Ｋにおける圧力）を意味している。
【０１２５】
＜冷房運転＞
冷房運転時は、切換機構３が図２６の実線で示される冷却運転状態とされる。レシーバ入口膨張機構５ａ及びレシーバ出口膨張機構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、中間冷却機能制限機構としての冷却器開閉弁１２が開けられ、また、中間冷却機能制限機構としての中間冷却器バイパス管９の中間冷却器バイパス開閉弁１１が閉められることによって、中間冷却器７が冷却器として機能する状態とされる。さらに、後段側インジェクション弁１９ａも、開度調節される。より具体的には、本変形例において、後段側インジェクション弁１９ａは、エコノマイザ熱交換器２０の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、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、エコノマイザ熱交換器２０の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、エコノマイザ熱交換器２０の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。
【０１２６】
この冷媒回路４１０の状態において、圧縮機構２を駆動すると、低圧の冷媒（図２６〜図２８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によって中間圧力まで圧縮された後に、中間冷媒管８に吐出される（図２６〜図２８の点Ｂ１参照）。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、中間冷却器７において、冷却源としての水又は空気と熱交換を行うことで冷却される（図２６〜図２８の点Ｃ１参照）。この中間冷却器７において冷却された冷媒は、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２６〜図２８の点Ｋ参照）と合流することでさらに冷却される（図２６〜図２８の点Ｇ参照）。次に、後段側インジェクション管１９から戻る冷媒と合流した中間圧の冷媒は、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２６〜図２８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２７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、切換機構３を経由して、冷媒の冷却器として機能する熱源側熱交換器４に送られて、冷却源としての水又は空気と熱交換を行って冷却される（図２６〜図２８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、その一部が後段側インジェクション管１９に分岐される。そして、後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、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２６〜図２８の点Ｊ参照）。また、後段側インジェクション管１９に分岐された後のレシーバ入口管１８ａを流れる冷媒は、エコノマイザ熱交換器２０に流入し、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２６〜図２８の点Ｈ参照）。一方、後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、レシーバ入口管１８ａを流れる冷媒と熱交換を行って加熱されて（図２６〜図２８の点Ｋ参照）、上述のように、中間冷却器７において冷却された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、レシーバ入口膨張機構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２６〜図２８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、レシーバ出口膨張機構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を通じて冷媒の加熱器として機能する利用側熱交換器６に送られる（図２６〜図２８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、加熱源としての水又は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２６〜図２８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。
【０１２７】
そして、本変形例の構成においては、上述の実施形態と同様、切換機構３を冷却運転状態にした冷房運転において、中間冷却器７を冷却器として機能する状態にしていることから、中間冷却器７を設けなかった場合に比べて、熱源側熱交換器４における放熱ロスを小さくできるようになっている。
【０１２８】
しかも、本変形例の構成では、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から膨張機構５ａ、５ｂに送られる冷媒を分岐して後段側の圧縮要素２ｄに戻すようにしているため、中間冷却器７のような外部への放熱を行うことなく、後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒の温度をさらに低く抑えることができる（図２８の点Ｃ１、Ｇ参照）。これにより、圧縮機構２から吐出される冷媒の温度がさらに低く抑えられ（図２８の点Ｄ、Ｄ’参照）、後段側インジェクション管１９を設けていない場合に比べて、図２８の点Ｃ１、Ｄ’、Ｄ、Ｇを結ぶことによって囲まれる面積に相当する分の放熱ロスをさらに小さくできることから、運転効率をさらに向上させることができる。
【０１２９】
また、本変形例の構成では、熱源側熱交換器４から膨張機構５ａ、５ｂに送られる冷媒と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エコノマイザ熱交換器２０をさらに設けているため、後段側インジェクション管１９を流れる冷媒によって熱源側熱交換器４から膨張機構５ａ、５ｂに送られる冷媒を冷却することができ（図２７、図２８の点Ｅ、点Ｈ参照）、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を設けない場合（この場合には、図２７、図２８において、点Ａ→点Ｂ１→点Ｃ１→点Ｄ’→点Ｅ→点Ｆ’の順で冷凍サイクルが行われる）に比べて、利用側熱交換器６における冷媒の単位流量当たりの冷却能力を高くすることができる。
【０１３０】
＜暖房運転＞
暖房運転時は、切換機構３が図２６の破線で示される加熱運転状態とされる。レシーバ入口膨張機構５ａ及びレシーバ出口膨張機構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、中間冷却機能制限機構としての冷却器開閉弁１２が閉められ、また、中間冷却機能制限機構としての中間冷却器バイパス管９の中間冷却器バイパス開閉弁１１が開けられることによって、中間冷却器７が冷却器として機能しない状態とされる。さらに、後段側インジェクション弁１９ａも、冷房運転時と同様の過熱度制御によって開度調節される。
【０１３１】
この冷媒回路４１０の状態において、圧縮機構２を駆動すると、低圧の冷媒（図２６、図２９、図３０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によって中間圧力まで圧縮された後に、中間冷媒管８に吐出される（図２６、図２９、図３０の点Ｂ１参照）。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、冷房運転時とは異なり、中間冷却器７を通過せずに（すなわち、冷却されることなく）、中間冷却器バイパス管９を通過して（図２６、図２９、図３０の点Ｃ１参照）、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２６、図２９、図３０の点Ｋ参照）と合流することで冷却される（図２６、図２９、図３０の点Ｇ参照）。次に、後段側インジェクション管１９から戻る冷媒と合流した中間圧の冷媒は、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２６、図２９、図３０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、冷房運転時と同様、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２９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、切換機構３を経由して、冷媒の冷却器として機能する利用側熱交換器６に送られて、冷却源としての水又は空気と熱交換を行って冷却される（図２６、図２９、図３０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、その一部が後段側インジェクション管１９に分岐される。そして、後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、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２６、図２９、図３０の点Ｊ参照）。また、後段側インジェクション管１９に分岐された後のレシーバ入口管１８ａを流れる冷媒は、エコノマイザ熱交換器２０に流入し、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２６、図２９、図３０の点Ｈ参照）。一方、後段側インジェクション管１９を流れる冷媒は、レシーバ入口管１８ａを流れる冷媒と熱交換を行って加熱されて（図２６、図２９、図３０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、レシーバ入口膨張機構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２６、図２９、図３０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、レシーバ出口膨張機構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を通じて冷媒の加熱器として機能する熱源側熱交換器４に送られる（図２６、図２９、図３０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、加熱源としての水又は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２６、図２９、図３０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。
【０１３２】
そして、本変形例の構成においては、上述の実施形態と同様、切換機構３を加熱運転状態にした暖房運転において、中間冷却器７を冷却器として機能させない状態にしていることから、中間冷却器７だけを設けた場合や上述の冷房運転と同様に中間冷却器７を冷却器として機能させた場合に比べて、外部への放熱を抑え、冷媒の冷却器として機能する利用側熱交換器６に供給される冷媒の温度の低下を抑えることが可能になり、加熱能力の低下を抑えて、運転効率の低下を防ぐことができるようになっている。
【０１３３】
しかも、本変形例の構成では、後段側インジェクション管１９を設けて利用側熱交換器６から膨張機構５ａ、５ｂに送られる冷媒を分岐して後段側の圧縮要素２ｄに戻すようにしているため、圧縮機構２から吐出される冷媒の温度が低くなり（図３０の点Ｄ、点Ｄ’参照）、これによって、利用側熱交換器６における冷媒の単位流量当たりの加熱能力は小さくなるが（図２９の点Ｄ、点Ｄ’、点Ｆ参照）、後段側の圧縮要素２ｄから吐出される冷媒の流量は増加するため、利用側熱交換器６における加熱能力が確保されて、運転効率を向上させることができる。
【０１３４】
また、本変形例の構成では、利用側熱交換器６から膨張機構５ａ、５ｂに送られる冷媒と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エコノマイザ熱交換器２０をさらに設けているため、利用側熱交換器６から膨張機構５ａ、５ｂに送られる冷媒によって後段側インジェクション管１９を流れる冷媒を加熱することができ（図２９、図３０の点Ｊ、点Ｋ参照）、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を設けない場合（この場合には、図２９、図３０において、点Ａ→点Ｂ１→点Ｃ１→点Ｄ’→点Ｆ→点Ｅ’の順で冷凍サイクルが行われる）に比べて、後段側の圧縮要素２ｄから吐出される冷媒の流量を増加させることができる。
【０１３５】
また、冷房運転及び暖房運転に共通する利点として、本変形例の構成では、エコノマイザ熱交換器２０として、熱源側熱交換器４又は利用側熱交換器６から膨張機構５ａ、５ｂに送られる冷媒と後段側インジェクション管１９を流れる冷媒とが対向するように流れる流路を有する熱交換器を採用しているため、エコノマイザ熱交換器２０における熱源側熱交換器４又は利用側熱交換器６から膨張機構５ａ、５ｂに送られる冷媒と後段側インジェクション管１９を流れる冷媒との温度差を小さくすることができ、高い熱交換効率を得ることができる。また、本変形例の構成では、熱源側熱交換器４又は利用側熱交換器６から膨張機構５ａ、５ｂに送られる冷媒がエコノマイザ熱交換器２０において熱交換される前に熱源側熱交換器４又は利用側熱交換器６から膨張機構５ａ、５ｂに送られる冷媒を分岐するように後段側インジェクション管１９を設けているため、エコノマイザ熱交換器２０において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熱源側熱交換器４又は利用側熱交換器６から膨張機構５ａ、５ｂに送られる冷媒の流量を少なくすることができ、エコノマイザ熱交換器２０における交換熱量を小さくすることができ、エコノマイザ熱交換器２０のサイズを小さくすることができる。
【０１３６】
また、ここでは、詳しい説明を省略するが、二段圧縮式の圧縮機構２に代えて、三段圧縮式や四段圧縮式（例えば、変形例４における圧縮機構１０２や変形例５における圧縮機構２０２）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、二段圧縮式の圧縮機構２に代えて、変形例６における二段圧縮式の圧縮機構３０３、３０４を有する圧縮機構３０２を採用した冷媒回路５１０（図３１参照）にする等のように、圧縮機構を複数系統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く、この場合においても、本変形例と同様の効果を得ることができる。また、本変形例の空気調和装置１では、レシーバ入口膨張機構５ａ、レシーバ出口膨張機構５ｂ、レシーバ１８、後段側インジェクション管１９、又は、エコノマイザ熱交換器２０に対する冷媒の流れ方向を、冷房運転及び暖房運転にかかわらず一定させるという観点から、ブリッジ回路１７を併せて採用しているが、例えば、冷房運転時又は暖房運転時のいずれか一方だけ後段側インジェクション管１９やエコノマイザ熱交換器２０を使用する等のように、レシーバ入口膨張機構５ａ、レシーバ出口膨張機構５ｂ、レシーバ１８、後段側インジェクション管１９、又は、エコノマイザ熱交換器２０に対する冷媒の流れ方向を冷房運転及び暖房運転にかかわらず一定させる必要がない場合には、ブリッジ回路１７を省略してもよい。
【０１３７】
また、本変形例の構成において、中間冷却器７が空冷式の熱交換器である場合には、上述の変形例１と同様、図６に示されるように、中間冷却器７に空気を供給する中間冷却用送風ファン１３を中間冷却機能制限機構として設けて、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、中間冷却用送風ファン１３を運転し、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、中間冷却用送風ファン１３を停止するようにしてもよい。また、本変形例の構成において、中間冷却器７が水冷式の熱交換器である場合には、上述の変形例２と同様、図７に示されるように、中間冷却器７に水を供給するための中間冷却用水配管１４に水開閉弁１４ａを中間冷却機能制限機構として設けて、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、水開閉弁１４ａを開け、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、水開閉弁１４ａを閉めるようにしてもよい。
【０１３８】
（１０）変形例８
上述の変形例７における冷媒回路４１０（図２６参照）及び冷媒回路５１０（図３１参照）では、１つの利用側熱交換器６が接続された構成となっているが、複数の利用側熱交換器６を接続するとともに、これらの利用側熱交換器６を個別に発停させることができるように構成した冷媒回路６１０にしてもよい。
【０１３９】
例えば、図３２に示されるように、二段圧縮式の圧縮機構２が採用された変形例７の冷媒回路４１０（図２６参照）において、２つの利用側熱交換器６が接続されるとともに、各利用側熱交換器６のブリッジ回路１７側端に対応して利用側膨張機構５ｃが設けられ、レシーバ出口管１８ｂに設けられていたレシーバ出口膨張機構５ｂが削除され、さらに、ブリッジ回路１７の出口逆止弁１７ｄに代えて、ブリッジ出口膨張機構５ｄが設けられた冷媒回路６１０にしたり、また、図３３に示されるように、並列二段圧縮式の圧縮機構３０２が採用された変形例７の冷媒回路５１０（図３１参照）において、２つの利用側熱交換器６が接続されるとともに、各利用側熱交換器６のブリッジ回路１７側端に対応して利用側膨張機構５ｃが設けられ、レシーバ出口管１８ｂに設けられていたレシーバ出口膨張機構５ｂが削除され、さらに、ブリッジ回路１７の出口逆止弁１７ｄに代えて、ブリッジ出口膨張機構５ｄが設けられた冷媒回路７１０にしてもよい。
【０１４０】
そして、本変形例の構成においては、冷房運転時において、ブリッジ出口膨張機構５ｄが全閉状態にされる点と、変形例７におけるレシーバ出口膨張機構５ｂの代わりに、利用側膨張機構５ｃがレシーバ入口膨張機構５ａによって減圧された冷媒を利用側熱交換器６に送る前に低圧になるまでさらに減圧する動作を行う点とが、変形例７における冷房運転時の動作と異なるが、その他の動作については、変形例７における冷房運転時の動作（図２６〜図２８及びその関連記載）と基本的に同じである。また、暖房運転時においては、各利用側熱交換器６を流れる冷媒の流量を制御するために利用側膨張機構５ｃの開度調節がなされる点と、変形例７におけるレシーバ出口膨張機構５ｂの代わりに、ブリッジ出口膨張機構５ｄがレシーバ入口膨張機構５ａによって減圧された冷媒を熱源側熱交換器４に送る前に低圧になるまでさらに減圧する動作を行う点とが、変形例７における暖房運転時の動作と異なるが、その他の動作については、変形例７における暖房運転時の動作（図２６、図２９、図３０及びその関連記載）と基本的に同じである。
【０１４１】
そして、本変形例の構成においても、上述の変形例７と同様の作用効果を得ることができる。
【０１４２】
また、ここでは、詳しい説明を省略するが、二段圧縮式の圧縮機構２、３０３、３０４に代えて、三段圧縮式や四段圧縮式（例えば、変形例４における圧縮機構１０２や変形例５における圧縮機構２０２）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。
【０１４３】
また、本変形例の構成において、中間冷却器７が空冷式の熱交換器である場合には、上述の変形例１と同様、図６に示されるように、中間冷却器７に空気を供給する中間冷却用送風ファン１３を中間冷却機能制限機構として設けて、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、中間冷却用送風ファン１３を運転し、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、中間冷却用送風ファン１３を停止するようにしてもよい。また、本変形例の構成において、中間冷却器７が水冷式の熱交換器である場合には、上述の変形例２と同様、図７に示されるように、中間冷却器７に水を供給するための中間冷却用水配管１４に水開閉弁１４ａを中間冷却機能制限機構として設けて、切換機構３を冷却運転状態にしている際には、水開閉弁１４ａを開け、切換機構３を加熱運転状態にしている際には、水開閉弁１４ａを閉めるようにしてもよい。
【０１４４】
（１１）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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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、冷却運転と加熱運転とを切り換え可能に構成された冷媒回路を有し、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。
【０１４７】
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】
【０１４８】
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に構成された冷媒回路を有し、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において、高い運転効率が得られるようになる。
【符号の説明】
【０１４９】
１  空気調和装置（冷凍装置）
２、１０２、２０２、３０２  圧縮機構
３  切換機構
４  熱源側熱交換器
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ  膨張機構
６  利用側熱交換器
７  中間冷却器
８  中間冷媒管
９  中間冷却器バイパス管（中間冷却機能制限機構）
１１  中間冷却器バイパス開閉弁（中間冷却機能制限機構）
１２  冷却器開閉弁（中間冷却機能制限機構）
１３  中間冷却用送風ファン（中間冷却機能制限機構）
１４  中間冷却用水配管
１４ａ  水開閉弁（中間冷却機能制限機構）
１９  後段側インジェクション管
２０  エコノマイザ熱交換器
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１５０】
【特許文献１】特開２００７−２３２２６３号公報
【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】
2012141131.tif 000007
【図６】
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【図７】
2012141131.tif 000009
【図８】
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【図９】
2012141131.tif 000011
【図１０】
2012141131.tif 000012
【図１１】
2012141131.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2012141131.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2012141131.tif 000017
【図１６】
2012141131.tif 000018
【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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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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