(57)【要約】冷凍サイクル装置（１）では、メイン冷媒回路（２０）に、インジェクション管（３１）及びエコノマイザ熱交換器（３２）が設けられている。また、冷凍サイクル装置（１）では、サブ利用側熱交換器（８５）を有するサブ冷媒回路（８０）が設けられている。冷凍サイクル装置（１）では、サブ利用側熱交換器（８５）をサブ冷媒の蒸発器として機能させてエコノマイザ熱交換器（３２）において冷却されたメイン冷媒を冷却する、又は、サブ冷媒の放熱器として機能させてエコノマイザ熱交換器（３２）において冷却されたメイン冷媒を加熱する。
2020071299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メイン冷媒を圧縮するメイン圧縮機（２１、２２、１２１）と、
前記メイン冷媒の放熱器又は蒸発器として機能するメイン熱源側熱交換器（２５）と、
前記メイン冷媒の蒸発器又は放熱器として機能するメイン利用側熱交換器（７２ａ、７２ｂ）と、
前記メイン熱源側熱交換器と前記メイン利用側熱交換器との間を流れる前記メイン冷媒を分岐して前記メイン圧縮機に送るインジェクション管（３１）と、
前記メイン熱源側熱交換器と前記メイン利用側熱交換器との間を流れる前記メイン冷媒を前記インジェクション管を流れる前記メイン冷媒との熱交換によって冷却するエコノマイザ熱交換器（３２）と、
前記メイン利用側熱交換器が前記メイン冷媒の蒸発器として機能するように前記メイン冷媒を循環させるメイン冷却運転状態と、前記メイン利用側熱交換器が前記メイン冷媒の放熱器として機能するように前記メイン冷媒を循環させるメイン加熱運転状態と、を切り換えるメイン流路切換機構（２３）と、
を有する、メイン冷媒回路（２０）を備えており、
前記メイン冷媒回路は、前記エコノマイザ熱交換器において冷却された前記メイン冷媒の冷却器又は加熱器として機能するサブ利用側熱交換器（８５）を有しており、
サブ冷媒を圧縮するサブ圧縮機（８１）と、
前記サブ冷媒の放熱器又は蒸発器として機能するサブ熱源側熱交換器（８３）と、
前記サブ冷媒の蒸発器として機能して前記エコノマイザ熱交換器において冷却された前記メイン冷媒を冷却する、又は、前記サブ冷媒の放熱器として機能して前記エコノマイザ熱交換器において冷却された前記メイン冷媒を加熱する、前記サブ利用側熱交換器と、
前記サブ利用側熱交換器が前記サブ冷媒の蒸発器として機能するように前記サブ冷媒を循環させるサブ冷却運転状態と、前記サブ利用側熱交換器が前記サブ冷媒の放熱器として機能するように前記サブ冷媒を循環させるサブ加熱運転状態と、を切り換えるサブ流路切換機構（８２）と、
を有する、サブ冷媒回路（８０）を備えている、
冷凍サイクル装置（１）。
【請求項２】
前記メイン圧縮機は、前記メイン冷媒を圧縮する低段側圧縮要素（２１ａ）と、前記低段側圧縮要素から吐出された前記メイン冷媒を圧縮する高段側圧縮要素（２２ａ）と、を含んでおり、
前記メイン冷媒回路は、中間熱交換器（２６）を有しており、
前記中間熱交換器は、前記メイン流路切換機構を前記メイン冷却運転状態にしている場合に、前記低段側圧縮要素と前記高段側圧縮要素との間を流れる前記メイン冷媒の冷却器として機能し、前記メイン流路切換機構を前記メイン加熱運転状態にしている場合に、前記サブ利用側熱交換器において加熱された前記メイン冷媒の蒸発器として機能する、
請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記メイン圧縮機は、前記圧縮行程の途中で外部から前記メイン冷媒を導入する中間インジェクションポート（１２１ｂ）を有する圧縮要素（１２１ａ）を含んでおり、
前記インジェクション管は、前記中間インジェクションポートに接続されている、
請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記メイン圧縮機は、前記メイン冷媒を圧縮する低段側圧縮要素（２１ａ）と、前記低段側圧縮要素から吐出された前記メイン冷媒を圧縮する高段側圧縮要素（２２ａ）と、を含んでおり、
前記インジェクション管は、前記高段側圧縮要素の吸入側に接続されている、
請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記メイン冷媒回路は、前記エコノマイザ熱交換器と前記サブ利用側熱交換器との間にメイン膨張機構（２７）を有している、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記メイン冷媒回路及び前記サブ冷媒回路の構成機器を制御する制御部（９）をさらに備えており、
前記制御部は、前記メイン冷媒回路と前記サブ冷媒回路とが連動するように前記メイン冷媒回路及び前記サブ冷媒回路の構成機器を制御する、
請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記インジェクション管は、インジェクション膨張機構（３３）を有しており、
前記制御部は、前記メイン冷媒回路の成績係数に基づいて前記インジェクション膨張機構及び前記サブ冷媒回路の構成機器を制御する、
請求項６に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記メイン流路切換機構を前記メイン冷却運転状態にし、かつ、前記サブ流路切換機構を前記サブ冷却運転状態にしている場合に、前記メイン膨張機構の入口における前記メイン冷媒の温度が第１メイン冷媒目標温度になるように前記インジェクション膨張機構の開度を制御した状態で、前記メイン冷媒回路の成績係数に基づいて前記サブ冷媒回路の構成機器を制御する、
請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記メイン流路切換機構を前記メイン冷却運転状態にし、かつ、前記サブ流路切換機構を前記サブ冷却運転状態にしている場合に、前記エコノマイザ熱交換器の出口における前記インジェクション管を流れる前記メイン冷媒の過熱度が第１メイン冷媒目標過熱度になるように前記インジェクション膨張機構の開度を制御した状態で、前記メイン冷媒回路の成績係数に基づいて前記サブ冷媒回路の構成機器を制御する、
請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記メイン膨張機構の入口における前記メイン冷媒の温度と前記メイン冷媒回路の成績係数と前記サブ利用側熱交換器の出口における前記サブ冷媒の温度との相関関係に応じて、前記サブ利用側熱交換器の出口における前記サブ冷媒の温度の目標値である第１サブ冷媒目標温度を設定し、前記サブ利用側熱交換器の出口における前記サブ冷媒の温度が前記第１サブ冷媒目標温度になるように前記サブ冷媒回路の構成機器を制御する、
請求項８又は９に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記メイン流路切換機構を前記メイン加熱運転状態にし、かつ、前記サブ流路切換機構を前記サブ加熱運転状態にしている場合に、前記メイン膨張機構の入口における前記メイン冷媒の温度が第２メイン冷媒目標温度になるように前記インジェクション膨張機構の開度を制御した状態で、前記メイン冷媒回路の成績係数に基づいて前記サブ冷媒回路の構成機器を制御する、
請求項７〜１０のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記メイン流路切換機構を前記メイン加熱運転状態にし、かつ、前記サブ流路切換機構を前記サブ加熱運転状態にしている場合に、前記エコノマイザ熱交換器の出口における前記インジェクション管を流れる前記メイン冷媒の過熱度が第２メイン冷媒目標過熱度になるように前記インジェクション膨張機構の開度を制御した状態で、前記メイン冷媒回路の成績係数に基づいて前記サブ冷媒回路の構成機器を制御する、
請求項７〜１０のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記メイン膨張機構の入口における前記メイン冷媒の温度と前記メイン冷媒回路の成績係数と前記サブ利用側熱交換器の出口における前記サブ冷媒の温度との相関関係に応じて、前記サブ利用側熱交換器の出口における前記サブ冷媒の温度の目標値である第２サブ冷媒目標温度を設定し、前記サブ利用側熱交換器の出口における前記サブ冷媒の温度が前記第２サブ冷媒目標温度になるように前記サブ冷媒回路の構成機器を制御する、
請求項１１又は１２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１４】
前記メイン冷媒は、二酸化炭素であり、
前記サブ冷媒は、ＧＷＰが７５０以下のＨＦＣ冷媒、ＨＦＯ冷媒、又は、ＨＦＣ冷媒とＨＦＯ冷媒との混合冷媒である、
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１５】
前記メイン冷媒は、二酸化炭素であり、
前記サブ冷媒は、二酸化炭素よりも成績係数が高い自然冷媒である、
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
圧縮機、熱源側熱交換器、利用側熱交換器及び流路切換機構を有する冷媒回路に、熱源側熱交換器と利用側熱交換器との間を流れる冷媒を分岐して圧縮機に送るインジェクション管、及び、熱源側熱交換器と利用側熱交換器との間を流れる冷媒をインジェクション管を流れる冷媒との熱交換によって冷却するエコノマイザ熱交換器、が設けられている冷凍サイクル装置
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧縮機、熱源側熱交換器、利用側熱交換器及び流路切換機構を有する冷媒回路を含む冷凍サイクル装置がある。このような冷凍サイクル装置として、特許文献１（特開２０１３−１３９９３８号公報）に示すように、冷媒回路に、熱源側熱交換器と利用側熱交換器との間を流れる冷媒を分岐して圧縮機に送るインジェクション管、及び、熱源側熱交換器と利用側熱交換器との間を流れる冷媒をインジェクション管を流れる冷媒との熱交換によって冷却するエコノマイザ熱交換器、が設けられているものがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の冷凍サイクル装置では、冷媒回路にインジェクション管及びエコノマイザ熱交換器が設けられているため、利用側熱交換器が冷媒の蒸発器として機能するように冷媒を循環させる冷却運転状態に流路切換機構を切り換えて運転（冷却運転）する際に、熱源側熱交換器と利用側熱交換器との間を流れる冷媒をエコノマイザ熱交換器において冷却することができる。これにより、利用側熱交換器に送られる冷媒のエンタルピが低下し、利用側熱交換器における冷媒の蒸発によって得られる熱交換能力（利用側熱交換器の蒸発能力）を大きくすることができる。また、利用側熱交換器が冷媒の放熱器として機能するように冷媒を循環させる加熱運転状態に流路切換機構を切り換えて運転（加熱運転）する際には、インジェクション管を通じて熱源側熱交換器と利用側熱交換器との間を流れる冷媒の一部を圧縮機に送り、その分だけ、圧縮機から吐出される冷媒の流量を増加させることができる。これにより、利用側熱交換器に送られる冷媒の流量が増加し、利用側熱交換器における冷媒の放熱によって得られる熱交換能力（利用側熱交換器の放熱能力）を大きくすることができる。【０００４】
しかし、冷却運転では、運転条件によっては、熱源側熱交換器における冷媒の放熱能力が低下することがあり、これに伴い、エコノマイザ熱交換器における冷媒の冷却能力が不足し、これにより、利用側熱交換器の蒸発能力を大きくすることが難しくなる傾向にある。また、加熱運転では、インジェクション管を通じて圧縮機に送られる冷媒の流量に応じて、熱源側熱交換器と利用側熱交換器との間を流れる冷媒がエコノマイザ熱交換器において冷却されるため、これに伴い、熱源側熱交換器に送られる冷媒のエンタルピが低下し、これにより、熱源側熱交換器において冷媒を蒸発させるために必要な熱交換量が大きくなる傾向にある。【０００５】
このため、冷媒回路にインジェクション管及びエコノマイザ熱交換器が設けられている冷凍サイクル装置においては、利用側熱交換器を冷媒の蒸発器として機能させる運転の際に、利用側熱交換器の蒸発能力を大きくできるようにし、利用側熱交換器を冷媒の放熱器として機能させる運転の際に、熱源側熱交換器において冷媒を蒸発させるために必要な熱交換量を小さくできるようにすることが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の観点にかかる冷凍サイクル装置は、メイン冷媒回路と、サブ冷媒回路と、を有している。メイン冷媒回路は、メイン圧縮機と、メイン熱源側熱交換器と、メイン利用側熱交換器と、インジェクション管と、エコノマイザ熱交換器と、メイン流路切換機構と、を有している。メイン圧縮機は、メイン冷媒を圧縮する圧縮機である。メイン熱源側熱交換器は、メイン冷媒の放熱器又は蒸発器として機能する熱交換器である。メイン利用側熱交換器は、メイン冷媒の蒸発器又は放熱器として機能する熱交換器である。インジェクション管は、メイン熱源側熱交換器とメイン利用側熱交換器との間を流れるメイン冷媒を分岐してメイン圧縮機に送る冷媒管である。エコノマイザ熱交換器は、メイン熱源側熱交換器とメイン利用側熱交換器との間を流れるメイン冷媒をインジェクション管を流れるメイン冷媒との熱交換によって冷却する熱交換器である。メイン流路切換機構は、メイン利用側熱交換器がメイン冷媒の蒸発器として機能するようにメイン冷媒を循環させるメイン冷却運転状態と、メイン利用側熱交換器がメイン冷媒の放熱器として機能するようにメイン冷媒を循環させるメイン加熱運転状態と、を切り換える切換機構である。また、メイン冷媒回路は、エコノマイザ熱交換器において冷却されたメイン冷媒の冷却器又は加熱器として機能するサブ利用側熱交換器を有している。サブ冷媒回路は、サブ圧縮機と、サブ熱源側熱交換器と、サブ利用側熱交換器と、サブ流路切換機構と、を有している。サブ圧縮機は、サブ冷媒を圧縮する圧縮機である。サブ熱源側熱交換器は、サブ冷媒の放熱器又は蒸発器として機能する熱交換器である。サブ利用側熱交換器は、サブ冷媒の蒸発器として機能してエコノマイザ熱交換器において冷却されたメイン冷媒を冷却する、又は、サブ冷媒の放熱器として機能してエコノマイザ熱交換器において冷却されたメイン冷媒を加熱する熱交換器である。サブ流路切換機構は、サブ利用側熱交換器がサブ冷媒の蒸発器として機能するようにサブ冷媒を循環させるサブ冷却運転状態と、サブ利用側熱交換器がサブ冷媒の放熱器として機能するようにサブ冷媒を循環させるサブ加熱運転状態と、を切り換える切換機構である。【０００７】
ここでは、上記のように、メイン冷媒が循環するメイン冷媒回路に従来と同様のインジェクション管及びエコノマイザ熱交換器を設けるだけでなく、メイン冷媒回路とは別のサブ冷媒が循環するサブ冷媒回路を設けている。そして、メイン利用側熱交換器がメイン冷媒の蒸発器として機能するようにメイン冷媒を循環させる冷却運転状態にメイン流路切換機構を切り換えて運転（冷却運転）する際に、サブ冷媒回路に設けられたサブ利用側熱交換器を、エコノマイザ熱交換器において冷却されたメイン冷媒を冷却するサブ冷媒の蒸発器として機能するように、メイン冷媒回路に設けている。このため、ここでは、メイン利用側熱交換器に送られるメイン冷媒のエンタルピがさらに低下し、メイン利用側熱交換器におけるメイン冷媒の蒸発によって得られる熱交換能力（利用側熱交換器の蒸発能力）を大きくすることができる。また、メイン利用側熱交換器が冷媒の放熱器として機能するようにメイン冷媒を循環させる加熱運転状態にメイン流路切換機構を切り換えて運転（加熱運転）する際に、サブ冷媒回路に設けられたサブ利用側熱交換器を、サブ冷媒の放熱器として機能してエコノマイザ熱交換器において冷却されたメイン冷媒を加熱するサブ冷媒の放熱器として機能するように、メイン冷媒回路に設けている。このため、ここでは、メイン熱源側熱交換器に送られるメイン冷媒のエンタルピが増加し、メイン熱源側熱交換器においてメイン冷媒を蒸発させるために必要な熱交換量を小さくすることができる。【０００８】
このように、ここでは、冷媒回路にインジェクション管及びエコノマイザ熱交換器が設けられている冷凍サイクル装置において、利用側熱交換器を冷媒の蒸発器として機能させる運転の際に、利用側熱交換器の蒸発能力を大きくすることができ、利用側熱交換器を冷媒の放熱器として機能させる運転の際に、熱源側熱交換器において冷媒を蒸発させるために必要な熱交換量を小さくすることができる。【０００９】
第２の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第１の観点にかかる冷凍サイクル装置において、メイン圧縮機は、メイン冷媒を圧縮する低段側圧縮要素と、低段側圧縮要素から吐出されたメイン冷媒を圧縮する高段側圧縮要素と、を含んでいる。メイン冷媒回路は、中間熱交換器を有している。中間熱交換器は、メイン流路切換機構をメイン冷却運転状態にしている場合に、低段側圧縮要素と高段側圧縮要素との間を流れるメイン冷媒の冷却器として機能する。中間熱交換器は、メイン流路切換機構をメイン加熱運転状態にしている場合に、サブ利用側熱交換器において加熱されたメイン冷媒の蒸発器として機能する。【００１０】
ここでは、上記のように、メイン流路切換機構をメイン冷却運転状態にしている場合に、中間熱交換器において、低段側圧縮要素と高段側圧縮要素との間を流れる中間圧のメイン冷媒を冷却することができるため、メイン圧縮機から吐出される高圧のメイン冷媒の温度を低く抑えることができる。しかも、ここでは、上記のように、メイン流路切換機構をメイン加熱運転状態にしている場合に、中間熱交換器において、サブ利用側熱交換器において加熱されたメイン冷媒を蒸発させることができるため、メイン熱源側熱交換器だけでサブ利用側熱交換器において加熱されたメイン冷媒を蒸発させる場合に比べて、蒸発能力を大きくすることができる。【００１１】
第３の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第１の観点にかかる冷凍サイクル装置において、メイン圧縮機が、圧縮行程の途中で外部からメイン冷媒を導入する中間インジェクションポートを有する圧縮要素を含んでいる。インジェクション管は、中間インジェクションポートに接続されている。【００１２】
ここでは、インジェクション管を流れるメイン冷媒を、単段圧縮機であるメイン圧縮機の圧縮行程の途中部分（中間インジェクションポート）に送ることができるため、メイン圧縮機において冷凍サイクルにおける中間圧まで圧縮されたメイン冷媒の温度を低下させることができる。【００１３】
第４の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第１又は第２の観点にかかる冷凍サイクル装置において、メイン圧縮機が、メイン冷媒を圧縮する低段側圧縮要素と、低段側圧縮要素から吐出されたメイン冷媒を圧縮する高段側圧縮要素と、を含んでいる。インジェクション管は、高段側圧縮要素の吸入側に接続されている。【００１４】
ここでは、インジェクション管を流れるメイン冷媒を、多段圧縮機であるメイン圧縮機の圧縮行程の途中部分（低段側圧縮要素と高段側圧縮要素との間）に送ることができるため、メイン圧縮機において冷凍サイクルにおける中間圧まで圧縮されたメイン冷媒の温度を低下させることができる。【００１５】
第５の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第１〜第４の観点のいずれかにかかる冷凍サイクル装置において、メイン冷媒回路が、エコノマイザ熱交換器とサブ利用側熱交換器との間にメイン膨張機構を有している。【００１６】
ここでは、冷却運転を行う際及び加熱運転を行う際のいずれにおいても、エコノマイザ熱交換器に、メイン膨張機構で減圧される前のメイン冷媒を流すことができるため、エコノマイザ熱交換器におけるメイン冷媒の冷却能力を大きくすることができる。【００１７】
第６の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第５の観点にかかる冷凍サイクル装置において、メイン冷媒回路及びサブ冷媒回路の構成機器を制御する制御部をさらに備えている。制御部は、メイン冷媒回路とサブ冷媒回路とが連動するようにメイン冷媒回路及びサブ冷媒回路の構成機器を制御する。【００１８】
サブ冷媒回路がメイン冷媒回路から独立して制御がなされると、冷却運転を行う際には、エコノマイザ熱交換器におけるメイン冷媒の冷却熱量とサブ利用側熱交換器におけるメイン冷媒の冷却熱量とのバランスが損なわれるおそれがある。また、加熱運転を行う際には、インジェクション管を流れるメイン冷媒の流量とサブ利用側熱交換器におけるメイン冷媒の加熱熱量とのバランスが損なわれることがある。【００１９】
そこで、ここでは、上記のように、メイン冷媒回路とサブ冷媒回路とが連動するようにメイン冷媒回路及びサブ冷媒回路の構成機器を制御することによって、冷却運転を行う際には、エコノマイザ熱交換器におけるメイン冷媒の冷却熱量とサブ利用側熱交換器におけるメイン冷媒の冷却熱量とのバランスを適切なものとし、加熱運転を行う際には、インジェクション管を流れるメイン冷媒の流量とサブ利用側熱交換器におけるメイン冷媒の加熱熱量とのバランスを適切なものとすることができる。【００２０】
第７の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第６の観点にかかる冷凍サイクル装置において、インジェクション管が、インジェクション膨張機構を有している。制御部は、メイン冷媒回路の成績係数に基づいてインジェクション膨張機構及びサブ冷媒回路の構成機器を制御する。【００２１】
ここでは、上記のように、メイン冷媒回路とサブ冷媒回路とを連動させる制御を行うにあたり、メイン冷媒回路の成績係数に基づいてインジェクション膨張機構及びサブ冷媒回路の構成機器を制御している。このため、ここでは、冷却運転を行う際には、メイン冷媒回路の成績係数に基づいて、エコノマイザ熱交換器におけるメイン冷媒の冷却熱量とサブ利用側熱交換器におけるメイン冷媒の冷却熱量とをバランスさせることができ、加熱運転を行う際には、メイン冷媒回路の成績係数に基づいて、インジェクション管を流れるメイン冷媒の流量とサブ利用側熱交換器におけるメイン冷媒の加熱熱量とをバランスさせることができる。【００２２】
第８の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第７の観点にかかる冷凍サイクル装置において、制御部が、メイン流路切換機構をメイン冷却運転状態にし、かつ、サブ流路切換機構をサブ冷却運転状態にしている場合に、メイン膨張機構の入口におけるメイン冷媒の温度が第１メイン冷媒目標温度になるようにインジェクション膨張機構の開度を制御した状態で、メイン冷媒回路の成績係数に基づいてサブ冷媒回路の構成機器を制御する。【００２３】
ここでは、冷却運転を行う際に、メイン冷媒回路の成績係数に基づいてインジェクション膨張機構及びサブ冷媒回路の構成機器を制御するにあたり、メイン膨張機構の入口におけるメイン冷媒の温度に基づくインジェクション膨張機構の制御によって、エコノマイザ熱交換器におけるメイン冷媒の冷却熱量を確保しつつ、サブ利用側熱交換器におけるメイン冷媒の冷却熱量をバランスさせることができる。【００２４】
第９の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第７の観点にかかる冷凍サイクル装置において、制御部が、メイン流路切換機構をメイン冷却運転状態にし、かつ、サブ流路切換機構をサブ冷却運転状態にしている場合に、エコノマイザ熱交換器の出口におけるインジェクション管を流れるメイン冷媒の過熱度が第１メイン冷媒目標過熱度になるようにインジェクション膨張機構の開度を制御した状態で、メイン冷媒回路の成績係数に基づいてサブ冷媒回路の構成機器を制御する。【００２５】
ここでは、冷却運転を行う際に、メイン冷媒回路の成績係数に基づいてインジェクション膨張機構及びサブ冷媒回路の構成機器を制御するにあたり、エコノマイザ熱交換器の出口におけるインジェクション管を流れるメイン冷媒の過熱度に基づくインジェクション膨張機構の制御によって、エコノマイザ熱交換器におけるメイン冷媒の冷却熱量を確保しつつ、サブ利用側熱交換器におけるメイン冷媒の冷却熱量をバランスさせることができる。【００２６】
第１０の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第８又は第９の観点にかかる冷凍サイクル装置において、制御部が、メイン膨張機構の入口におけるメイン冷媒の温度とメイン冷媒回路の成績係数とサブ利用側熱交換器の出口におけるサブ冷媒の温度との相関関係に応じて、サブ利用側熱交換器の出口におけるサブ冷媒の温度の目標値である第１サブ冷媒目標温度を設定し、サブ利用側熱交換器の出口におけるサブ冷媒の温度が第１サブ冷媒目標温度になるようにサブ冷媒回路の構成機器を制御する。【００２７】
ここでは、冷却運転を行う際に、メイン冷媒回路の成績係数に基づいてサブ冷媒回路の構成機器を制御するにあたり、サブ利用側熱交換器の出口におけるサブ冷媒の温度を、メイン膨張機構の入口におけるメイン冷媒の温度及びメイン冷媒回路の成績係数に基づいて得られる第１サブ冷媒目標温度になるようにサブ冷媒回路を制御することによって、サブ利用側熱交換器におけるメイン冷媒の冷却熱量をバランスさせることができる。【００２８】
第１１の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第７〜第１０の観点のいずれかにかかる冷凍サイクル装置において、制御部が、メイン流路切換機構をメイン加熱運転状態にし、かつ、サブ流路切換機構をサブ加熱運転状態にしている場合に、メイン膨張機構の入口におけるメイン冷媒の温度が第２メイン冷媒目標温度になるようにインジェクション膨張機構の開度を制御した状態で、メイン冷媒回路の成績係数に基づいてサブ冷媒回路の構成機器を制御する。【００２９】
ここでは、加熱運転を行う際に、メイン冷媒回路の成績係数に基づいてインジェクション膨張機構及びサブ冷媒回路の構成機器を制御するにあたり、メイン膨張機構の入口におけるメイン冷媒の温度に基づくインジェクション膨張機構の制御によって、インジェクション管を流れるメイン冷媒の流量を確保しつつ、サブ利用側熱交換器におけるメイン冷媒の加熱熱量をバランスさせることができる。【００３０】
第１２の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第７〜第１０の観点のいずれかにかかる冷凍サイクル装置において、制御部が、メイン流路切換機構をメイン加熱運転状態にし、かつ、サブ流路切換機構をサブ加熱運転状態にしている場合に、エコノマイザ熱交換器の出口におけるインジェクション管を流れるメイン冷媒の過熱度が第２メイン冷媒目標過熱度になるようにインジェクション膨張機構の開度を制御した状態で、メイン冷媒回路の成績係数に基づいてサブ冷媒回路の構成機器を制御する。【００３１】
ここでは、加熱運転を行う際に、メイン冷媒回路の成績係数に基づいてインジェクション膨張機構及びサブ冷媒回路の構成機器を制御するにあたり、エコノマイザ熱交換器の出口におけるインジェクション管を流れるメイン冷媒の過熱度に基づくインジェクション膨張機構の制御によって、インジェクション管を流れるメイン冷媒の流量を確保しつつ、サブ利用側熱交換器におけるメイン冷媒の加熱熱量をバランスさせることができる。【００３２】
第１３の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第１１又は第１２の観点にかかる冷凍サイクル装置において、制御部が、メイン膨張機構の入口におけるメイン冷媒の温度とメイン冷媒回路の成績係数とサブ利用側熱交換器の出口におけるサブ冷媒の温度との相関関係に応じて、サブ利用側熱交換器の出口におけるサブ冷媒の温度の目標値である第２サブ冷媒目標温度を設定し、サブ利用側熱交換器の出口におけるサブ冷媒の温度が第２サブ冷媒目標温度になるようにサブ冷媒回路の構成機器を制御する。【００３３】
ここでは、加熱運転を行う際に、メイン冷媒回路の成績係数に基づいてサブ冷媒回路の構成機器を制御するにあたり、サブ利用側熱交換器の出口におけるサブ冷媒の温度を、メイン膨張機構の入口におけるメイン冷媒の温度及びメイン冷媒回路の成績係数に基づいて得られる第２サブ冷媒目標温度になるようにサブ冷媒回路を制御することによって、サブ利用側熱交換器におけるメイン冷媒の加熱熱量をバランスさせることができる。【００３４】
第１４の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第１〜第１３の観点のいずれかにかかる冷凍サイクル装置において、メイン冷媒が、二酸化炭素であり、サブ冷媒が、ＧＷＰが７５０以下のＨＦＣ冷媒、ＨＦＯ冷媒、又は、ＨＦＣ冷媒とＨＦＯ冷媒との混合冷媒である。【００３５】
ここでは、上記のように、メイン冷媒及びサブ冷媒とともに、低ＧＷＰの冷媒を使用しているため、地球温暖化等の環境負荷を低減することができる。【００３６】
第１５の観点にかかる冷凍サイクル装置は、第１〜第１３の観点のいずれかにかかる冷凍サイクル装置において、メイン冷媒が、二酸化炭素であり、サブ冷媒が、二酸化炭素よりも成績係数が高い自然冷媒である。【００３７】
ここでは、上記のように、サブ冷媒として二酸化炭素よりも成績係数が高い自然冷媒を使用しているため、地球温暖化等の環境負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本開示の一実施形態にかかる冷凍サイクル装置の概略構成図である。
【図２】冷房運転時における冷凍サイクル装置内の冷媒の流れを示す図である。
【図３】冷房運転時の冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図である。
【図４】暖房運転時における冷凍サイクル装置内の冷媒の流れを示す図である。
【図５】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６】メイン冷媒回路とサブ冷媒回路との連動制御を示すフローチャートである。
【図７】冷房運転時のメイン膨張機構の入口におけるメイン冷媒の温度及びサブ利用側熱交換器の出口におけるサブ冷媒の温度によるメイン冷媒回路の成績係数の変化を示す図である。
【図８】変形例２の冷凍サイクル装置の概略構成図である。
【図９】変形例５の冷凍サイクル装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、冷凍サイクル装置について、図面に基づいて説明する。
【００４０】
（１）構成
図１は、本開示の一実施形態にかかる冷凍サイクル装置１の概略構成図である。
【００４１】
＜回路構成＞
冷凍サイクル装置１は、メイン冷媒が循環するメイン冷媒回路２０と、サブ冷媒が循環するサブ冷媒回路８０と、を有しており、室内の空調（ここでは、冷房及び暖房）を行う装置である。
【００４２】
−メイン冷媒回路−
メイン冷媒回路２０は、主として、メイン圧縮機２１、２２と、メイン熱源側熱交換器２５と、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂと、インジェクション管３１と、エコノマイザ熱交換器３２と、サブ利用側熱交換器８５と、第１メイン流路切換機構２３と、を有している。また、メイン冷媒回路２０は、中間冷媒管６１と、第２メイン流路切換機構２４と、中間熱交換器２６と、中間熱交バイパス管６３と、ブリッジ回路４０と、上流側メイン膨張機構２７と、メイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂと、を有している。そして、メイン冷媒回路２０には、メイン冷媒として、二酸化炭素が封入されている。
【００４３】
メイン圧縮機２１、２２は、メイン冷媒を圧縮する機器である。第１メイン圧縮機２１は、ロータリやスクロール等の低段側圧縮要素２１ａをモータやエンジン等の駆動機構によって駆動する圧縮機である。第２メイン圧縮機２２は、ロータリやスクロール等の高段側圧縮要素２２ａをモータやエンジン等の駆動機構によって駆動する圧縮機である。メイン圧縮機２１、２２は、低段側の第１メイン圧縮機２１においてメイン冷媒を圧縮した後に吐出し、そして、第１メイン圧縮機２１から吐出されたメイン冷媒を高段側の第２メイン圧縮機２２で圧縮する多段（ここでは、２段）圧縮機を構成している。ここで、第１メイン圧縮機２１（低段側圧縮要素２１ａ）の吐出側と第２メイン圧縮機２２（高段側圧縮要素２２ａ）の吸入側との間は、中間冷媒管６１によって接続されている。
【００４４】
第１メイン流路切換機構２３は、メイン冷媒回路２０内におけるメイン冷媒の流れの方向を切り換えるための機構である。第１メイン流路切換機構２３は、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂがメイン冷媒の蒸発器として機能するようにメイン冷媒を循環させるメイン冷却運転状態と、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂがメイン冷媒の放熱器として機能するようにメイン冷媒を循環させるメイン加熱運転状態と、を切り換える切換機構である。具体的には、第１メイン流路切換機構２３は、四路切換弁であり、メイン圧縮機２１、２２の吸入側（ここでは、第１メイン圧縮機２１の吸入側）、メイン圧縮機２１、２２の吐出側（ここでは、第２メイン圧縮機２２の吐出側）、メイン熱源側熱交換器２５の一端、及び、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂの他端に接続されている。そして、第１メイン流路切換機構２３は、メイン冷却運転状態において、第２メイン圧縮機２２の吐出側とメイン熱源側熱交換器２５の一端とを接続し、かつ、第１メイン圧縮機２１の吸入側とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂの他端とを接続する（図１の第１メイン流路切換機構２３の実線を参照）。また、第１メイン流路切換機構２３は、メイン加熱運転状態において、第２メイン圧縮機２２の吐出側とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂの他端とを接続し、かつ、第１メイン圧縮機２１の吸入側とメイン熱源側熱交換器２５の一端とを接続する（図１の第１メイン流路切換機構２３の破線を参照）。尚、第１メイン流路切換機構２３は、四路切換弁に限定されるものではなく、例えば、複数の二方弁や三方弁を組み合わせる等によって、上記と同様のメイン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。
【００４５】
メイン熱源側熱交換器２５は、メイン冷媒と室外空気とを熱交換させる機器であり、ここでは、メイン冷媒の放熱器又は蒸発器として機能する熱交換器である。メイン熱源側熱交換器２５は、一端が第１メイン流路切換機構２３に接続されており、他端がブリッジ回路４０に接続されている。そして、メイン熱源側熱交換器２５は、第１メイン流路切換機構２３をメイン冷却運転状態にしている場合に、メイン冷媒の放熱器として機能し、第１メイン流路切換機構２３をメイン加熱運転状態にしている場合に、メイン冷媒の蒸発器として機能するようになっている。
【００４６】
ブリッジ回路４０は、メイン熱源側熱交換器２５とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂとの間に設けられている。ブリッジ回路４０は、第１メイン流路切換機構２３がメイン冷却運転状態及びメイン加熱運転状態のいずれにおいても、メイン冷媒回路２０を循環するメイン冷媒が、エコノマイザ熱交換器３２（第１エコノマイザ流路３２ａ）、上流側メイン膨張機構２７、サブ利用側熱交換器８５（第２サブ流路８５ｂ）の順に流れるように整流する回路である。ブリッジ回路４０は、ここでは、３つの逆止機構４１、４２、４３と、下流側メイン膨張機構４４と、を有している。ここで、入口逆止機構４１は、メイン熱源側熱交換器２５からエコノマイザ熱交換器３２や上流側メイン膨張機構２７へのメイン冷媒の流通のみを許容する逆止弁である。入口逆止機構４２は、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂからエコノマイザ熱交換器３２や上流側メイン膨張機構２７へのメイン冷媒の流通のみを許容する逆止弁である。出口逆止機構４３は、サブ利用側熱交換器８５からメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂへのメイン冷媒の流通のみを許容する逆止弁である。下流側メイン膨張機構４４は、メイン冷媒を減圧する機器であり、ここでは、第１メイン流路切換機構２３をメイン冷却運転状態にしている場合に、全閉され、第１メイン流路切換機構２３をメイン加熱運転状態にしている場合に、サブ利用側熱交換器８５からメイン熱源側熱交換器２５に送られるメイン冷媒を減圧する膨張機構である。下流側メイン膨張機構４４は、例えば、電動膨張弁である。
【００４７】
インジェクション管３１は、メイン冷媒が流れる冷媒管であり、ここでは、メイン熱源側熱交換器２５とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂとの間を流れるメイン冷媒を分岐してメイン圧縮機２１、２２に送る冷媒管である。具体的には、インジェクション管３１は、ブリッジ回路４０の入口逆止機構４１、４２と上流側メイン膨張機構２７との間を流れるメイン冷媒を分岐して第２メイン圧縮機２２の吸入側に送る冷媒管であり、第１インジェクション管３１ａと第２インジェクション管３１ｂとを有している。第１インジェクション管３１ａは、一端がブリッジ回路４０の入口逆止機構４１、４２とエコノマイザ熱交換器３２（第１エコノマイザ流路３２ａの一端）との間に接続されており、他端がエコノマイザ熱交換器３２（第２エコノマイザ流路３２ｂの一端）に接続されている。第２インジェクション管３１ｂは、一端がエコノマイザ熱交換器３２（第２エコノマイザ流路３２ｂの他端）に接続されており、他端が中間熱交換器２６の出口と第２メイン圧縮機２２の吸入側との間に接続されている。
【００４８】
また、インジェクション管３１は、インジェクション膨張機構３３を有している。インジェクション膨張機構３３は、第１インジェクション管３１ａに設けられている。インジェクション膨張機構３３は、メイン冷媒を減圧する機器であり、ここでは、インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を減圧する膨張機構である。インジェクション膨張機構３３は、例えば、電動膨張弁である。
【００４９】
エコノマイザ熱交換器３２は、メイン冷媒同士を熱交換させる機器であり、ここでは、メイン熱源側熱交換器２５とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂとの間を流れるメイン冷媒をインジェクション管３１を流れるメイン冷媒との熱交換によって冷却する熱交換器である。具体的には、エコノマイザ熱交換器３２は、ブリッジ回路４０の入口逆止機構４１、４２と上流側メイン膨張機構２７との間を流れるメイン冷媒をインジェクション管３１を流れるメイン冷媒との熱交換によって冷却する熱交換器である。エコノマイザ熱交換器３２は、ブリッジ回路４０の入口逆止機構４１、４２と上流側メイン膨張機構２７との間を流れるメイン冷媒を流す第１エコノマイザ流路３２ａと、インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を流す第２エコノマイザ流路３２ｂと、を有している。第１エコノマイザ流路３２ａは、一端（入口）がブリッジ回路４０の入口逆止機構４１、４２に接続されており、他端（出口）が上流側メイン膨張機構２７の入口に接続されている。第２エコノマイザ流路３２ｂは、一端（入口）が第１インジェクション管３１ａの他端に接続されており、他端（出口）が第２インジェクション管３１ｂの一端に接続されている。
【００５０】
上流側メイン膨張機構２７は、メイン冷媒を減圧する機器であり、ここでは、エコノマイザ熱交換器３２とサブ利用側熱交換器８５（第２サブ流路８５ｂ）との間を流れるメイン冷媒を減圧する膨張機構（メイン膨張機構）である。具体的には、上流側メイン膨張機構２７は、ブリッジ回路４０の入口逆止機構４１、４２とサブ利用側熱交換器８５（第２サブ流路８５ｂ）との間に設けられている。上流側メイン膨張機構２７は、例えば、電動膨張弁である。尚、上流側メイン膨張機構２７は、メイン冷媒を減圧して動力を発生させる膨張機でもよい。
【００５１】
サブ利用側熱交換器８５は、メイン冷媒とサブ冷媒とを熱交換させる機器であり、ここでは、エコノマイザ熱交換器３１において冷却されたメイン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。すなわち、サブ利用側熱交換器８５は、第１メイン流路切換機構２３をメイン冷却運転状態にしている場合に、エコノマイザ熱交換器３１において冷却されたメイン冷媒の冷却器として機能し、第１メイン流路切換機構２３をメイン加熱運転状態にしている場合に、エコノマイザ熱交換器３１において冷却されたメイン冷媒の加熱器として機能するようになっている。具体的には、サブ利用側熱交換器８５は、上流側メイン膨張機構２７とブリッジ回路４０の第３逆止機構４３及び下流側メイン膨張機構４４との間を流れるメイン冷媒を冷却又は加熱する熱交換器である。
【００５２】
メイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂは、メイン冷媒を減圧する機器である。ここで、メイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂは、第１メイン流路切換機構２３をメイン冷却運転状態にしている場合に、サブ利用側熱交換器８５とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂとの間を流れるメイン冷媒を減圧し、第１メイン流路切換機構２３をメイン加熱運転状態にしている場合に、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂと上流側メイン膨張機構２７との間を流れるメイン冷媒を減圧する膨張機構である。具体的には、メイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂは、ブリッジ回路４０の入口逆止機構４２及び出口逆止機構４３とメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂの一端との間に設けられている。メイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂは、例えば、電動膨張弁である。
【００５３】
メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂは、メイン冷媒と室内空気とを熱交換させる機器であり、ここでは、メイン冷媒の蒸発器又は放熱器として機能する熱交換器である。メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂは、一端がメイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂに接続されており、他端が第１圧縮機２１の吸入側に接続されている。
【００５４】
中間熱交換器２６は、メイン冷媒と室外空気とを熱交換させる機器であり、ここでは、第１メイン流路切換機構２３をメイン冷却運転状態にしている場合に、第１メイン圧縮機２１と第２メイン圧縮機２２との間を流れるメイン冷媒の冷却器として機能する熱交換器である。また、中間熱交換器２６は、第１メイン流路切換機構２３をメイン加熱運転状態にしている場合に、サブ利用側熱交換器８５（第２サブ流路８５ｂ）において加熱されたメイン冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。中間熱交換器２６は、中間冷媒管６１に設けられている。
【００５５】
中間冷媒管６１は、第１中間冷媒管６１ａと第２中間冷媒管６１ｂと第３中間冷媒管６１ｃとを有している。第１中間冷媒管６１ａは、一端が第１メイン圧縮機２１（低段側圧縮要素２１ａ）の吐出側に接続されており、他端が第２メイン流路切換機構２４に接続されている。第２中間冷媒管６１ｂは、一端が第２メイン流路切換機構２４に接続されており、他端が中間熱交換器２６の一端に接続されている。第３中間冷媒管６１ｃは、一端が中間熱交換器２６の他端に接続されており、他端が第２メイン圧縮機２２（高段側圧縮要素２２ａ）の吸入側に接続されている。また、第３中間冷媒管６１ｃには、第２中間インジェクション管３１ｂの他端が接続されている。
【００５６】
中間熱交バイパス管６３は、第１メイン流路切換機構２３をメイン加熱運転状態にしている場合に、第１メイン圧縮機２１（低段側圧縮要素２１ａ）から吐出されたメイン冷媒を、中間熱交換器２６をバイパスして第２メイン圧縮機２２（高段側圧縮要素２２ａ）に送る冷媒管である。中間熱交バイパス管６３は、一端が第２メイン流路切換機構２４に接続されており、他端が第３中間冷媒管６１ｃと第２メイン圧縮機２２（高段側圧縮要素２２ａ）の吸入側との間の部分に接続されている。
【００５７】
第２メイン流路切換機構２４は、メイン冷媒回路２０内におけるメイン冷媒の流れの方向を切り換えるための機構である。第２メイン流路切換機構２４は、第１メイン圧縮機２１から吐出されたメイン冷媒を中間熱交換器２６を通過させた後に第２メイン圧縮機２２に送る中間熱交放熱状態と、第１メイン圧縮機２１から吐出されたメイン冷媒を中間熱交換器２６を通過させずに第２メイン圧縮機２２に送る中間熱交バイパス状態と、を切り換える切換機構である。具体的には、第２メイン流路切換機構２４は、四路切換弁であり、第１メイン圧縮機２１の吐出側、第２中間冷媒管６１ｂの一端、及び、中間熱交バイパス管６３の一端に接続されている。そして、第２メイン流路切換機構２４は、中間熱交放熱状態において、第１メイン圧縮機２１の吐出側と第２メイン圧縮機２２の吸入側との間を中間熱交換器２６を通じて接続し（図１の第２メイン流路切換機構２４の実線を参照）。中間熱交バイパス状態において、第１メイン圧縮機２１の吐出側と第２メイン圧縮機２２の吸入側との間を中間熱交バイパス管６４を通じて接続する（図１の第２メイン流路切換機構２４の破線を参照）。尚、第２メイン流路切換機構２４は、四路切換弁に限定されるものではなく、例えば、複数の二方弁や三方弁を組み合わせる等によって、上記と同様のメイン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。
【００５８】
そして、メイン冷媒回路２０では、第１メイン流路切換機構２３をメイン冷却運転状態にし、かつ、第２メイン流路切換機構２４を中間熱交放熱状態にしている場合に、第１メイン圧縮機２１から吐出されたメイン冷媒を、中間熱交換器２６において冷却した後に、第２メイン圧縮機２２に吸入させるように流すことができる。また、メイン冷媒回路２０では、第１メイン流路切換機構２３をメイン加熱運転状態にし、かつ、第２メイン流路切換機構２４を中間熱交バイパス状態にしている場合に、第１メイン圧縮機２１から吐出されたメイン冷媒を、中間熱交バイパス管６３を通じて中間熱交換器２６をバイパスして、第２メイン圧縮機２２に吸入させるように流すことができる。
【００５９】
−サブ冷媒回路−
サブ冷媒回路８０は、主として、サブ圧縮機８１と、サブ熱源側熱交換器８３と、サブ利用側熱交換器８５と、サブ流路切換機構８２と、を有している。また、サブ冷媒回路８０は、サブ膨張機構８４を有している。そして、サブ冷媒回路８０には、サブ冷媒として、ＧＷＰ（温暖化係数）が７５０以下のＨＦＣ冷媒（Ｒ３２等）、ＨＦＯ冷媒（Ｒ１２３４ｙｆやＲ１２３４ｚｅ等）、又は、ＨＦＣ冷媒とＨＦＯ冷媒との混合冷媒（Ｒ４５２Ｂ等）が封入されている。尚、サブ冷媒は、これらに限定されるものではなく、二酸化炭素よりも成績係数が高い自然冷媒（プロパンやアンモニア等）であってもよい。
【００６０】
サブ圧縮機８１は、サブ冷媒を圧縮する機器である。サブ圧縮機８１は、ロータリやスクロール等の圧縮要素８１ａをモータやエンジン等の駆動機構によって駆動する圧縮機である。
【００６１】
サブ流路切換機構８２は、サブ冷媒回路８０内におけるサブ冷媒の流れの方向を切り換えるための機構である。サブ流路切換機構８２は、サブ利用側熱交換器８５がサブ冷媒の蒸発器として機能するようにサブ冷媒を循環させるサブ冷却運転状態と、サブ利用側熱交換器８５がサブ冷媒の放熱器として機能するようにサブ冷媒を循環させるサブ加熱運転状態と、を切り換える切換機構である。具体的には、サブ流路切換機構８２は、四路切換弁であり、サブ圧縮機８１の吸入側、サブ圧縮機８１の吐出側、サブ熱源側熱交換器８３の一端、及び、サブ利用側熱交換器８５（第１サブ流路８５ａ）の他端に接続されている。そして、サブ流路切換機構８２は、サブ冷却運転状態において、サブ圧縮機８１の吐出側とサブ熱源側熱交換器８３の一端とを接続し、かつ、サブ圧縮機８１の吸入側とサブ利用側熱交換器８５（第１サブ流路８５ａ）の他端とを接続する（図１のサブ流路切換機構８２の実線を参照）。また、サブ流路切換機構８２は、サブ加熱運転状態において、サブ圧縮機８１の吐出側とサブ利用側熱交換器８５（第１サブ流路８５ａ）の他端とを接続し、かつ、サブ圧縮機８１の吸入側とサブ熱源側熱交換器８３の一端とを接続する（図１のサブ流路切換機構８２の破線を参照）。尚、サブ流路切換機構８２は、四路切換弁に限定されるものではなく、例えば、複数の二方弁や三方弁を組み合わせる等によって、上記と同様のサブ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。
【００６２】
サブ熱源側熱交換器８３は、サブ冷媒と室外空気とを熱交換させる機器であり、ここでは、サブ冷媒の放熱器と又は蒸発器して機能する熱交換器である。サブ熱源側熱交換器８３は、一端がサブ流路切換機構８２に接続されており、他端がサブ膨張機構８４に接続されている。そして、サブ熱源側熱交換器８３は、サブ流路切換機構８２をサブ冷却運転状態にしている場合に、サブ冷媒の放熱器として機能し、サブ流路切換機構８２をサブ加熱運転状態にしている場合に、サブ冷媒の蒸発器として機能するようになっている。
【００６３】
サブ膨張機構８４は、サブ冷媒を減圧する機器であり、ここでは、サブ熱源側熱交換器８３とサブ利用側熱交換器８５との間を流れるサブ冷媒を減圧する膨張機構である。具体的には、サブ膨張機構８４は、サブ熱源側熱交換器８３の他端とサブ利用側熱交換器８５（第１サブ流路８５ａの一端）との間に設けられている。サブ膨張機構８４は、例えば、電動膨張弁である。
【００６４】
サブ利用側熱交換器８５は、上記のように、メイン冷媒とサブ冷媒とを熱交換させる機器であり、ここでは、サブ冷媒の蒸発器として機能して、エコノマイザ熱交換器３２において冷却されたメイン冷媒を冷却する、又は、サブ冷媒の放熱器として機能して、エコノマイザ熱交換器３２において冷却されたメイン冷媒を加熱する熱交換器である。具体的には、サブ利用側熱交換器８５は、上流側メイン膨張機構２７とブリッジ回路４０の第３逆止機構４３及び第１下流側メイン膨張機構４４との間を流れるメイン冷媒をサブ冷媒回路８０を流れる冷媒によって冷却又は加熱する熱交換器である。サブ利用側熱交換器８５は、サブ膨張機構８４とサブ流路切換機構８２との間を流れるサブ冷媒を流す第１サブ流路８５ａと、気液分離器５１とブリッジ回路４０の第３逆止機構４３及び第１下流側メイン膨張機構４４との間を流れるメイン冷媒を流す第２サブ流路８５ｂと、を有している。第１サブ流路８５ａは、一端がサブ膨張機構８４に接続されており、他端がサブ流路切換機構８２に接続されている。第２サブ流路８５ｂは、一端（入口）が上流側メイン膨張機構２７に接続されており、他端（出口）がブリッジ回路４０の第３逆止機構４３及び第１下流側メイン膨張機構４４に接続されている。
【００６５】
＜ユニット構成＞
上記のメイン冷媒回路２０及びサブ冷媒回路８０の構成機器は、熱源ユニット２と、複数の利用ユニット７ａ、７ｂと、サブユニット８と、に設けられている。利用ユニット７ａ、７ｂはそれぞれ、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに対応して設けられている。
【００６６】
−熱源ユニット−
熱源ユニット２は、室外に配置されている。サブ利用側熱交換器８５、メイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂ及びメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂを除くメイン冷媒回路２０が、熱源ユニット２に設けられている。
【００６７】
また、熱源ユニット２には、メイン熱源側熱交換器２５及び中間熱交換器２６に室外空気を送るための熱源側ファン２８が設けられている。熱源側ファン２８は、プロペラファン等の送風要素をモータ等の駆動機構によって駆動するファンである。
【００６８】
また、熱源ユニット２には、各種のセンサが設けられている。具体的には、第１メイン圧縮機２１の吸入側におけるメイン冷媒の圧力及び温度を検出する圧力センサ９１及び温度センサ９２が設けられている。第１メイン圧縮機２１の吐出側におけるメイン冷媒の圧力を検出する圧力センサ９３が設けられている。第２メイン圧縮機２１の吐出側におけるメイン冷媒の圧力及び温度を検出する圧力センサ９４及び温度センサ９５が設けられている。メイン熱源側熱交換器２５の他端側におけるメイン冷媒の温度を検出する温度センサ９６が設けられている。エコノマイザ熱交換器３２の他端（第１エコノマイザ流路３２ａの他端）側におけるメイン冷媒の温度を検出する温度センサ３４が設けられている。第２インジェクション管３１ｂにおけるメイン冷媒の温度を検出する温度センサ３５が設けられている。上流側メイン膨張機構２７とサブ利用側熱交換器８５との間におけるメイン冷媒の圧力及び温度を検出する圧力センサ９７及び温度センサ９８が設けられている。サブ利用側熱交換器８５の他端（第２サブ流路８５ｂの他端）側におけるメイン冷媒の温度を検出する温度センサ１０５が設けられている。室外空気の温度（外気温度）を検出する温度センサ９９が設けられている。
【００６９】
−利用ユニット−
利用ユニット７ａ、７ｂは、室内に配置されている。メイン冷媒回路２０のメイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂ及びメイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂが利用ユニット７ａ、７ｂに設けられている。
【００７０】
また、利用ユニット７ａ、７ｂには、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに室内空気を送るための利用側ファン７３ａ、７３ｂが設けられている。利用側ファン７３ａ、７３ｂは、遠心ファンや多翼ファン等の送風要素をモータ等の駆動機構によって駆動するファンである。
【００７１】
また、利用ユニット７ａ、７ｂには、各種のセンサが設けられている。具体的には、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂの一端側におけるメイン冷媒の温度を検出する温度センサ７４ａ、７４ｂと、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂの他端側におけるメイン冷媒の温度を検出する温度センサ７５ａ、７５ｂと、が設けられている。
【００７２】
−サブユニット−
サブユニット８は、室外に配置されている。サブ冷媒回路８０、及び、メイン冷媒回路２０を構成する冷媒管の一部（サブ利用側熱交換器８５に接続されるメイン冷媒が流れる冷媒管の一部）が、サブユニット８に設けられている。
【００７３】
また、サブユニット８には、サブ熱源側熱交換器８３に室外空気を送るためのサブ側ファン８６が設けられている。サブ側ファン８６は、プロペラファン等の送風要素をモータ等の駆動機構によって駆動するファンである。
【００７４】
ここでは、サブユニット８が熱源ユニット２に隣接して設けられており、実質的にサブユニット８と熱源ユニット２とが一体化した構成になっているが、これに限定されるものではなく、サブユニット８を熱源ユニット２から離して設けてもよいし、また、サブユニット８の構成機器をすべて熱源ユニット２に設けて、サブユニット８を省略してもよい。
【００７５】
また、サブユニット８には、各種のセンサが設けられている。具体的には、サブ圧縮機８１の吸入側におけるサブ冷媒の圧力及び温度を検出する圧力センサ１０１及び温度センサ１０２が設けられている。サブ圧縮機８１の吐出側におけるサブ冷媒の圧力及び温度を検出する圧力センサ１０３及び温度センサ１０４が設けられている。室外空気の温度（外気温度）を検出する温度センサ１０６が設けられている。サブ利用側熱交換器８５の一端（第１サブ流路８５ａの一端）側におけるサブ冷媒の温度を検出する温度センサ１０７が設けられている。
【００７６】
−メイン冷媒連絡管−
熱源ユニット２と利用ユニット７ａ、７ｂとは、メイン冷媒回路２０の一部を構成するメイン冷媒連絡管１１、１２によって接続されている。
【００７７】
第１メイン冷媒連絡管１１は、ブリッジ回路４０の入口逆止機構４２及び出口逆止機構４３とメイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂとの間を接続する配管の一部である。
【００７８】
第２メイン冷媒連絡管１２は、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂの他端と第１メイン流路切換機構２３との間を接続する配管の一部である。
【００７９】
−制御部−
そして、上記のメイン冷媒回路２０及びサブ冷媒回路８０の構成機器を含めた熱源ユニット２、利用ユニット７ａ、７ｂ及びサブユニット８の構成機器は、制御部９によって制御されるようになっている。制御部９は、熱源ユニット２、利用ユニット７ａ、７ｂ及びサブユニット８に設けられた制御基板等が通信接続されることによって構成されており、各種センサ３４、３５、７４ａ、７４ｂ、７５ａ、７５ｂ、９１〜９９、１０１〜１０７の検出信号等を受けることができるように構成されている。尚、図１においては、便宜上、熱源ユニット２、利用ユニット７ａ、７ｂ及びサブユニット８等とは離れた位置に制御部９を図示している。このように、制御部９は、各種センサ３４、３５、７４ａ、７４ｂ、７５ａ、７５ｂ、９１〜９９、１０１〜１０７等の検出信号等に基づいて、冷凍サイクル装置１の構成機器２１〜２４、２７、２８、３３、４４、７１ａ、７１ｂ、７３ａ、７３ｂ、８１、８２、８４、８６の制御、すなわち、冷凍サイクル装置１全体の運転制御を行うようになっている。
【００８０】
（２）動作
次に、冷凍サイクル装置１の動作について、図２〜図７を用いて説明する。ここで、図２は、冷房運転時における冷凍サイクル装置１内の冷媒の流れを示す図である。図３は、冷房運転時の冷凍サイクルが図示された圧力−エンタルピ線図である。図４は、暖房運転時における冷凍サイクル装置１内の冷媒の流れを示す図である。図５は、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６は、メイン冷媒回路２０とサブ冷媒回路８０との連動制御を示すフローチャートである。図７は、冷房運転時のメイン膨張機構２７の入口におけるメイン冷媒の温度Ｔｈ１及びサブ利用側熱交換器８５の出口におけるサブ冷媒の温度Ｔｓ１によるメイン冷媒回路２０の成績係数の変化を示す図である。
【００８１】
冷凍サイクル装置１は、室内の空調として、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂがメイン冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却する冷房運転（冷却運転）と、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂがメイン冷媒の放熱器として機能して室内空気を加熱する暖房運転（加熱運転）と、を行うことができる。また、ここでは、冷房運転時には、サブ冷媒回路８０を使用してメイン冷媒を冷却するサブ冷媒回路冷却動作を行い、暖房運転時には、サブ冷媒回路８０を使用してメイン冷媒を加熱するサブ冷媒回路加熱動作を行うことができる。尚、サブ冷媒回路冷却動作を伴う冷房運転やサブ冷媒回路加熱動作を伴う暖房運転の動作は、制御部９によって行われる。
【００８２】
＜サブ冷媒回路冷却動作を伴う冷房運転＞
冷房運転時は、第１メイン流路切換機構２３が図２の実線で示されるメイン冷却運転状態に切り換えられ、かつ、第２メイン流路切換機構２４が図２の実線で示される中間熱交放熱状態に切り換えられる。また、第１メイン流路切換機構２３がメイン冷却運転状態に切り換えられるため、第１下流側メイン膨張機構４４が閉じられる。また、冷房運転時は、サブ冷媒回路冷却動作を行うため、サブ流路切換機構８２が図２の実線で示されるサブ冷却運転状態に切り換えられる。
【００８３】
このメイン冷媒回路２０の状態において、冷凍サイクルにおける低圧（ＬＰｈ）のメイン冷媒（図２及び図３の点Ａ参照）は、第１メイン圧縮機２１に吸入され、第１メイン圧縮機２１において、冷凍サイクルにおける中間圧（ＭＰｈ１）まで圧縮されて吐出される（図２及び図３の点Ｂ参照）。
【００８４】
第１メイン圧縮機２１から吐出された中間圧のメイン冷媒は、第２メイン流路切換機構２４を通じて、中間熱交換器２６に送られ、中間熱交換器２６において、熱源側ファン２８によって送られる室外空気と熱交換を行って冷却される（図２及び図３の点Ｃ参照）。
【００８５】
中間熱交換器２６において冷却された中間圧のメイン冷媒は、中間インジェクション管３１（第２中間インジェクション管３１ｂ）から第２メイン圧縮機２２の吸入側に送られる中間圧のメイン冷媒と合流することでさらに冷却される（図２及び図３の点Ｄ参照）。
【００８６】
中間インジェクション管３１からメイン冷媒のインジェクションがなされた中間圧のメイン冷媒は、第２メイン圧縮機２２に吸入され、第２メイン圧縮機２２において、冷凍サイクルにおける高圧（ＨＰｈ）まで圧縮されて吐出される（図２及び図３の点Ｅ参照）。ここで、第２メイン圧縮機２２から吐出された高圧のメイン冷媒は、メイン冷媒の臨界圧を超える圧力になっている。
【００８７】
第２メイン圧縮機２２から吐出された高圧のメイン冷媒は、メイン熱源側熱交換器２５に送られ、メイン熱源側熱交換器２５において、熱源側ファン２８によって送られる室外空気と熱交換を行って冷却される（図２及び図３の点Ｆ参照）。
【００８８】
メイン熱源側熱交換器２５において冷却された高圧のメイン冷媒は、ブリッジ回路４０の入口逆止機構４１を通過した後に、その一部が中間インジェクション膨張機構３３の開度に応じて中間インジェクション管３１に分岐され、残りがエコノマイザ熱交換器３２（第１エコノマイザ流路３２ａ）に送られる。中間インジェクション管３１に分岐された高圧のメイン冷媒は、中間インジェクション膨張機構３３において中間圧（ＭＰｈ１）まで減圧されて気液二相状態になり（図２及び図３の点Ｋ参照）、エコノマイザ熱交換器３２（第２エコノマイザ流路３２ｂ）に送られる。エコノマイザ熱交換器３２において、第１エコノマイザ流路３２ａを流れる高圧のメイン冷媒は、第２エコノマイザ流路３２ｂを流れる中間圧の気液二相状態のメイン冷媒と熱交換を行って冷却される（図２及び図３の点Ｇ参照）。逆に、第２エコノマイザ流路３２ｂを流れる中間圧の気液二相状態のメイン冷媒は、第１エコノマイザ流路３２ａを流れる高圧のメイン冷媒との熱交換によって加熱されて（図２及び図３の点Ｌ参照）、上記のように、中間熱交換器２６において冷却された中間圧のメイン冷媒と合流して、第２メイン圧縮機２２の吸入側に送られる。
【００８９】
エコノマイザ熱交換器３２において冷却された高圧のメイン冷媒は、上流側メイン膨張機構２７に送られ、上流側メイン膨張機構２７において、冷凍サイクルにおける中間圧（ＭＰｈ２）まで減圧されて、気液二相状態になる（図２及び図３の点Ｈ参照）。
【００９０】
上流側メイン膨張機構２７において減圧された中間圧のメイン冷媒は、サブ利用側熱交換器８５（第２サブ流路８５ｂ）に送られる。
【００９１】
一方、サブ冷媒回路８０においては、冷凍サイクルにおける低圧（ＬＰｓ）のサブ冷媒（図２及び図３の点Ｒ参照）は、サブ圧縮機８１に吸入され、サブ圧縮機８１において、冷凍サイクルにおける高圧（ＨＰｓ）まで圧縮されて吐出される（図２及び図３の点Ｓ参照）。
【００９２】
サブ圧縮機８１から吐出された高圧のサブ冷媒は、サブ流路切換機構８２を通じて、サブ熱源側熱交換器８３に送られ、サブ熱源側熱交換器８３において、サブ側ファン８６によって送られる室外空気と熱交換を行って冷却される（図２及び図３の点Ｔ参照）。
【００９３】
サブ熱源側熱交換器８３において冷却された高圧のサブ冷媒は、サブ膨張機構８４に送られ、サブ膨張機構８４において、低圧まで減圧されて、気液二相状態になる（図２及び図３の点Ｕ参照）。
【００９４】
そして、サブ利用側熱交換器８５において、第２サブ流路８５ｂを流れる中間圧のメイン冷媒は、第１サブ流路８５ａを流れる低圧の気液二相状態のサブ冷媒と熱交換を行って冷却される（図２及び図３の点Ｉ参照）。逆に、第１サブ流路８５ａを流れる低圧の気液二相状態のサブ冷媒は、第２サブ流路８５ｂを流れる中間圧のメイン冷媒と熱交換を行って加熱されて（図２及び図３の点Ｒ参照）、サブ流路切換機構８２を通じて、再び、サブ圧縮機８１の吸入側に吸入される。
【００９５】
サブ利用側熱交換器８５において冷却された中間圧のメイン冷媒は、ブリッジ回路４０の出口逆止機構４３及び第１メイン冷媒連絡管１１を通じて、メイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂに送られ、メイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂにおいて、低圧（ＬＰｈ）まで減圧されて、気液二相状態になる（図２及び図３の点Ｊ参照）。
【００９６】
メイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂにおいて減圧された低圧のメイン冷媒は、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに送られ、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂにおいて、利用側ファン７３ａ、７３ｂによって送られる室内空気と熱交換を行って加熱されて、蒸発する（図２及び図３の点Ａ参照）。逆に、室内空気は、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂを流れる低圧の気液二相状態のメイン冷媒と熱交換を行って冷却されて、これにより、室内の冷房が行われる。
【００９７】
メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂにおいて蒸発した低圧のメイン冷媒は、第２メイン冷媒連絡管１２及び第１メイン流路切換機構２３を通じて、第１メイン圧縮機２１の吸入側に送られ、再び、第１メイン圧縮機２１に吸入される。このようにして、サブ冷媒回路冷却動作を伴う冷房運転が行われる。
【００９８】
＜サブ冷媒回路加熱動作を伴う暖房運転＞
暖房運転時は、第１メイン流路切換機構２３が図４の破線で示されるメイン加熱運転状態に切り換えられ、かつ、第２メイン流路切換機構２４が図４の破線で示される中間熱交バイパス状態に切り換えられる。また、第１メイン流路切換機構２３がメイン加熱運転状態に切り換えられるため、第１下流側メイン膨張機構４４が開けられる。また、暖房運転時は、サブ冷媒回路加熱動作を行うため、サブ流路切換機構８２が図４の破線で示されるサブ加熱運転状態に切り換えられる。
【００９９】
このメイン冷媒回路２０の状態において、冷凍サイクルにおける低圧（ＬＰｈ）のメイン冷媒（図４及び図５の点Ａ参照）は、第１メイン圧縮機２１に吸入され、第１メイン圧縮機２１において、冷凍サイクルにおける中間圧（ＭＰｈ１）まで圧縮されて吐出される（図４及び図５の点Ｂ参照）。
【０１００】
第１メイン圧縮機２１から吐出された中間圧のメイン冷媒は、第２メイン流路切換機構２４及び中間熱交バイパス管６３を通じて、中間熱交換器２６において放熱することなく、第２メイン圧縮機２２の吸入側に送られる。
【０１０１】
中間熱交換器２６をバイパスした中間圧のメイン冷媒は、中間インジェクション管３１（第２中間インジェクション管３１ｂ）から第２メイン圧縮機２２の吸入側に送られる中間圧のメイン冷媒と合流することで冷却される（図４及び図５の点Ｄ参照）。
【０１０２】
中間インジェクション管３１からメイン冷媒のインジェクションがなされた中間圧のメイン冷媒は、第２メイン圧縮機２２に吸入され、第２メイン圧縮機２２において、冷凍サイクルにおける高圧（ＨＰｈ）まで圧縮されて吐出される（図４及び図５の点Ｅ参照）。ここで、第２メイン圧縮機２２から吐出された高圧のメイン冷媒は、メイン冷媒の臨界圧を超える圧力になっている。
【０１０３】
第２メイン圧縮機２２から吐出された高圧のメイン冷媒は、第１メイン流路切換機構２３及び第２メイン冷媒連絡管１２を通じて、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに送られ、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂにおいて、利用側ファン７３ａ、７３ｂによって送られる室内空気と熱交換を行って放熱する（図４及び図５の点Ｊ参照）。逆に、室内空気は、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂを流れる高圧のメイン冷媒と熱交換を行って加熱されて、これにより、室内の暖房が行われる。
【０１０４】
メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂにおいて放熱した高圧のメイン冷媒は、メイン利用側膨張機構７１ａ、７１ｂ、第１メイン冷媒連絡管１１及びブリッジ回路４０の入口逆止機構４２を通過した後に、その一部が中間インジェクション膨張機構３３の開度に応じて中間インジェクション管３１に分岐され、残りがエコノマイザ熱交換器３２（第１エコノマイザ流路３２ａ）に送られる。中間インジェクション管３１に分岐された高圧のメイン冷媒は、中間インジェクション膨張機構３３において中間圧（ＭＰｈ１）まで減圧されて気液二相状態になり（図４及び図５の点Ｋ参照）、エコノマイザ熱交換器３２（第２エコノマイザ流路３２ｂ）に送られる。エコノマイザ熱交換器３２において、第１エコノマイザ流路３２ａを流れる高圧のメイン冷媒は、第２エコノマイザ流路３２ｂを流れる中間圧の気液二相状態のメイン冷媒と熱交換を行って冷却される（図４及び図５の点Ｇ参照）。逆に、第２エコノマイザ流路３２ｂを流れる中間圧の気液二相状態のメイン冷媒は、第１エコノマイザ流路３２ａを流れる高圧のメイン冷媒との熱交換によって加熱されて（図４及び図５の点Ｌ参照）、上記のように、中間熱交換器２６をバイパスした中間圧のメイン冷媒と合流して、第２メイン圧縮機２２の吸入側に送られる。
【０１０５】
エコノマイザ熱交換器３２において冷却された高圧のメイン冷媒は、上流側メイン膨張機構２７に送られ、上流側メイン膨張機構２７において、冷凍サイクルにおける中間圧（ＭＰｈ２）まで減圧されて、気液二相状態になる（図４及び図５の点Ｈ参照）。
【０１０６】
上流側メイン膨張機構２７において減圧された中間圧のメイン冷媒は、サブ利用側熱交換器８５（第２サブ流路８５ｂ）に送られる。
【０１０７】
一方、サブ冷媒回路８０においては、冷凍サイクルにおける低圧（ＬＰｓ）のサブ冷媒（図４及び図５の点Ｒ参照）は、サブ圧縮機８１に吸入され、サブ圧縮機８１において、冷凍サイクルにおける高圧（ＨＰｓ）まで圧縮されて吐出される（図４及び図５の点Ｓ参照）。
【０１０８】
サブ圧縮機８１から吐出された高圧のサブ冷媒は、サブ流路切換機構８２を通じて、サブ熱源側熱交換器８３に送られる。
【０１０９】
そして、サブ利用側熱交換器８５において、第２サブ流路８５ｂを流れる中間圧のメイン冷媒は、第１サブ流路８５ａを流れる高圧のサブ冷媒と熱交換を行って加熱される（図４及び図５の点Ｉ参照）。逆に、第１サブ流路８５ａを流れる高圧のサブ冷媒は、第２サブ流路８５ｂを流れる中間圧のメイン冷媒と熱交換を行って冷却される（図４及び図５の点Ｕ参照）。
【０１１０】
サブ利用側熱交換器８５において冷却された高圧のサブ冷媒は、サブ膨張機構８４に送られ、サブ膨張機構８４において、低圧まで減圧されて、気液二相状態になる（図４及び図５の点Ｔ参照）。
【０１１１】
サブ膨張機構８４において減圧された低圧のサブ冷媒は、サブ熱源側熱交換器８３に送られ、サブ熱源側熱交換器８３において、サブ側ファン８６によって送られる室外空気と熱交換を行って加熱されて（図４及び図５の点Ｒ参照）、サブ流路切換機構８２を通じて、再び、サブ圧縮機８１の吸入側に吸入される。
【０１１２】
サブ利用側熱交換器８５において加熱された中間圧のメイン冷媒は、ブリッジ回路４０の第１下流側メイン膨張機構４４において、低圧まで減圧されて（図４及び図５の点Ｆ参照）、メイン冷媒の蒸発器として機能するメイン熱源側熱交換器２５に送られる。
【０１１３】
メイン熱源側熱交換器２５に送られた低圧のメイン冷媒は、メイン熱源側熱交換器２５において、熱源側ファン２８によって供給される室外空気と熱交換を行うことによって蒸発する。そして、メイン熱源側熱交換器２５において蒸発した低圧のメイン冷媒は、第１メイン流路切換機構２３を通じて、第１メイン圧縮機２１の吸入側に送られ、再び、第１メイン圧縮機２１に吸入される。このようにして、サブ冷媒回路加熱動作を伴う暖房運転が行われる。
【０１１４】
＜メイン冷媒回路とサブ冷媒回路との連動制御＞
次に、上記のサブ冷媒回路冷却動作を伴う冷房運転時及びサブ冷媒回路加熱動作を伴う暖房運転時におけるメイン冷媒回路２０とサブ冷媒回路８０との連動制御について説明する。
【０１１５】
ここで、サブ冷媒回路８０がメイン冷媒回路２０から独立して制御がなされると、冷房運転を行う際には、エコノマイザ熱交換器３２におけるメイン冷媒の冷却熱量（図３の点Ｆ、Ｇ参照）とサブ利用側熱交換器８５におけるメイン冷媒の冷却熱量（図３の点Ｈ、Ｉ参照）とのバランスが損なわれるおそれがある。また、暖房運転を行う際には、インジェクション管３１を流れるメイン冷媒の流量とサブ利用側熱交換器８５におけるメイン冷媒の加熱熱量（図５の点Ｈ、Ｉ）とのバランスが損なわれることがある。
【０１１６】
そこで、ここでは、下記のように、メイン冷媒回路２０とサブ冷媒回路８０とが連動するようにメイン冷媒回路２０及びサブ冷媒回路８０の構成機器を制御している。これにより、冷房運転を行う際には、エコノマイザ熱交換器３２におけるメイン冷媒の冷却熱量とサブ利用側熱交換器８５におけるメイン冷媒の冷却熱量とのバランスを適切なものとし、暖房運転を行う際には、インジェクション管３１を流れるメイン冷媒の流量とサブ利用側熱交換器８５におけるメイン冷媒の加熱熱量とのバランスを適切なものとしている。
【０１１７】
−サブ冷媒回路冷却動作を伴う冷房運転時の連動制御−
図６に示すように、制御部９は、ステップＳＴ１において、冷房運転が選択されると、ステップＳＴ１１において、サブ冷媒回路冷却動作を伴う冷房運転が開始されるが、このとき、メイン冷媒回路２０においては、インジェクション膨張機構３３が所定開度に設定され、サブ冷媒回路８０においては、サブ圧縮機８１が所定容量、かつ、サブ膨張機構８４が所定開度に設定される。
【０１１８】
次に、ステップＳＴ１２において、制御部９は、エコノマイザ熱交換器３２の出口におけるインジェクション管３１を流れるメイン冷媒の過熱度ＳＨｈ１に基づいてインジェクション膨張機構３３の開度を制御する。ここでは、制御部９が、過熱度ＳＨｈ１が第１メイン冷媒目標過熱度ＳＨｈ１ｔになるように、インジェクション膨張機構３３の開度を制御する。尚、過熱度ＳＨｈ１は、圧力センサ９３により検出されるメイン冷媒の圧力（ＭＰｈ１）を飽和温度に換算し、温度センサ３５により検出されるメイン冷媒の温度からこの飽和温度を差し引くことによって得られる。ここで、第１メイン冷媒目標過熱度ＳＨｈ１ｔは、メイン冷媒回路２０の運転条件（外気温度Ｔａやメイン冷媒の高圧ＨＰｈ、メイン冷媒の低圧ＬＰｈ、メイン熱源側熱交換器２５におけるメイン冷媒の温度Ｔｈ２等の種々のメイン冷媒回路２０に関する状態量のうちの１つ又は複数）に応じて設定される。尚、外気温度Ｔａは、温度センサ９９又は温度センサ１０６により検出され、温度Ｔｈ１は、温度センサ９６により検出され、高圧ＨＰｈは、圧力センサ９４により検出され、低圧ＬＰｈは、圧力センサ９１により検出される。
【０１１９】
次に、ステップＳＴ１３において、制御部９は、過熱度ＳＨｈ１が第１メイン冷媒目標過熱度ＳＨｈ１ｔになるようにインジェクション膨張機構３３の開度を制御した状態で、メイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰに基づいて、サブ冷媒回路２０の構成機器を制御する。
【０１２０】
冷房運転時におけるメイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰは、メイン膨張機構２７の入口（エコノマイザ熱交換器３２の出口）におけるメイン冷媒の温度Ｔｈ１及びサブ利用側熱交換器８５の出口におけるサブ冷媒の温度Ｔｓ１との間に図７に示すような相関関係を有している。この相関関係は、エコノマイザ熱交換器３２におけるメイン冷媒の冷却熱量とサブ利用側熱交換器８５におけるメイン冷媒の冷却熱量とのバランス関係を示しており、例えば、メイン冷媒の温度Ｔｈ１が４０℃の場合には、サブ冷媒の温度Ｔｓ１が２５℃において、メイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰが最大になる。
【０１２１】
詳しく説明すると、冷房運転時における利用側熱交換器７２ａ、７２ｂの蒸発能力Ｑｅは、サブ冷媒回路冷却動作によってサブ利用側熱交換器８５におけるメイン冷媒の冷却熱量を大きくするほど大きくなります。しかし、サブ冷媒回路冷却動作によるメイン冷媒の冷却熱量を大きくすることは、サブ冷媒回路８０の消費動力Ｗｓ（主に、サブ圧縮機８１の消費動力）を増加させることを意味します。ここで、メイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰは、蒸発能力Ｑｅをメイン冷媒回路２０の消費動力Ｗｈ（主に、メイン圧縮機２１、２２の消費動力）とサブ冷媒回路８０の消費動力Ｗｓとの合計値によって除した値、すなわち、Ｑｅ／（Ｗｈ＋Ｗｓ）で表されます。このため、エコノマイザ熱交換器３２におけるメイン冷媒の冷却熱量に対して、サブ冷媒回路冷却動作によるメイン冷媒の冷却熱量を大きくすると、サブ冷媒回路８０の消費動力Ｗｓが小さい範囲では、メイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰが増加しますが、サブ冷媒回路８０の消費動力Ｗｓが大きい範囲では、メイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰが低下する傾向になります。すなわち、図７は、この傾向を示すものであって、エコノマイザ熱交換器３２におけるメイン冷媒の冷却熱量とサブ利用側熱交換器８５におけるメイン冷媒の冷却熱量とのバランスに応じてメイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰが変化し、その最適点があることを意味します。
【０１２２】
このため、ここでは、制御部９が、この相関関係をデータテーブルや関数の形で有しておき、この相関関係に応じて、サブ利用側熱交換器８５の出口におけるサブ冷媒の温度Ｔｓ１の目標値である第１サブ冷媒目標温度Ｔｓ１ｔを設定する。例えば、制御部９が、メイン冷媒の温度Ｔｈ１からメイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰが最大になるサブ冷媒の温度を得て、この温度値を第１サブ冷媒目標温度Ｔｓ１ｔに設定する。
【０１２３】
そして、制御部９は、サブ冷媒の温度Ｔｓ１が第１サブ冷媒目標温度Ｔｓ１ｔになるように、サブ冷媒回路２０の構成機器を制御する。具体的には、制御部９が、サブ冷媒の温度Ｔｓ１が第１サブ冷媒目標温度Ｔｓ１ｔになるように、サブ膨張機構８４の開度及びサブ圧縮機８１の運転容量を制御する。ここでは、制御部９が、サブ利用側熱交換器８５のサブ冷媒回路８０側の出口におけるサブ冷媒の過熱度ＳＨｓ１に基づいて、サブ膨張機構８４の開度を制御する。例えば、制御部９が、過熱度ＳＨｓ１が目標値ＳＨｓ１ｔになるように、サブ膨張機構８４の開度を制御する。尚、過熱度ＳＨｓ１は、圧力センサ１０１により検出されるサブ冷媒の圧力（ＬＰｓ）を飽和温度に換算し、温度センサ１０２により検出されるサブ冷媒の温度Ｔｓ１からこの飽和温度を差し引くことによって得られる。そして、制御部９は、サブ膨張機構８４の開度をサブ冷媒の過熱度ＳＨｓ１に基づいて制御しつつ、サブ冷媒の温度Ｔｓ１が第１サブ冷媒目標温度Ｔｓ１ｔになるように、サブ圧縮機８１の運転容量（運転周波数や回転数）を制御する。
【０１２４】
このように、サブ冷媒回路冷却動作を伴う冷房運転時において、制御部９は、メイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰに基づいてインジェクション膨張機構３３及びサブ冷媒回路８０の構成機器（サブ圧縮機８１及びサブ膨張機構８４）を制御している。尚、サブ圧縮機８１が運転容量（運転周波数や回転数）一定の圧縮機である場合には、サブ冷媒の温度Ｔｓ１が第１サブ冷媒目標温度Ｔｓ１ｔになるように、サブ膨張機構８４の開度を制御してもよい。
【０１２５】
−サブ冷媒回路加熱動作を伴う暖房運転時の連動制御−
図６に示すように、制御部９は、ステップＳＴ１において、冷房運転が選択されると、ステップＳＴ１２において、サブ冷媒回路加熱動作を伴う暖房運転が開始されるが、このとき、メイン冷媒回路２０においては、インジェクション膨張機構３３が所定開度に設定され、サブ冷媒回路８０においては、サブ圧縮機８１が所定容量、かつ、サブ膨張機構８４が所定開度に設定される。
【０１２６】
次に、ステップＳＴ２２において、制御部９は、冷房運転時と同様に、エコノマイザ熱交換器３２の出口におけるインジェクション管３１を流れるメイン冷媒の過熱度ＳＨｈ１に基づいてインジェクション膨張機構３３の開度を制御する。但し、暖房運転であることを考慮して、ここでは、制御部９が、過熱度ＳＨｈ１が、第２メイン冷媒目標過熱度ＳＨｈ２ｔ（冷房運転時の第１メイン冷媒目標過熱度ＳＨｈ１ｔとは異なる値）になるように、インジェクション膨張機構３３の開度を制御する。
【０１２７】
次に、ステップＳＴ２３において、制御部９は、過熱度ＳＨｈ１が第２メイン冷媒目標過熱度ＳＨｈ２ｔになるようにインジェクション膨張機構３３の開度を制御した状態で、メイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰに基づいて、サブ冷媒回路２０の構成機器を制御する。
【０１２８】
暖房運転時におけるメイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰは、ここでは図示しないが、冷房運転時（図７参照）と同様に、メイン膨張機構２７の入口（エコノマイザ熱交換器３２の出口）におけるメイン冷媒の温度Ｔｈ１及びサブ利用側熱交換器８５の出口におけるサブ冷媒の温度Ｔｓ２との間に相関関係を有している。ここで、メイン膨張機構２７の入口（エコノマイザ熱交換器３２の出口）におけるメイン冷媒の温度Ｔｈ１は、インジェクション管３１を流れるメイン冷媒の流量と等価であるため、この相関関係は、インジェクション管３１を流れるメイン冷媒の流量とサブ利用側熱交換器８５におけるメイン冷媒の加熱熱量とのバランス関係を示すものと言える。
【０１２９】
詳しく説明すると、暖房運転時における利用側熱交換器７２ａ、７２ｂの放熱能力Ｑｒは、サブ冷媒回路加熱動作によってサブ利用側熱交換器８５におけるメイン冷媒の加熱熱量を大きくするほど大きくなります。しかし、サブ冷媒回路加熱動作によるメイン冷媒の加熱熱量を大きくすることは、サブ冷媒回路８０の消費動力Ｗｓ（主に、サブ圧縮機８１の消費動力）を増加させることを意味します。ここで、メイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰは、放熱能力Ｑｒをメイン冷媒回路２０の消費動力Ｗｈ（主に、メイン圧縮機２１、２２の消費動力）とサブ冷媒回路８０の消費動力Ｗｓとの合計値によって除した値、すなわち、Ｑｒ／（Ｗｈ＋Ｗｓ）で表されます。このため、インジェクション管３１を流れるメイン冷媒の流量に対して、サブ冷媒回路加熱動作によるメイン冷媒の加熱熱量を大きくすると、サブ冷媒回路８０の消費動力Ｗｓが小さい範囲では、メイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰが増加しますが、サブ冷媒回路８０の消費動力Ｗｓが大きい範囲では、メイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰが低下する傾向になります。すなわち、インジェクション管３１を流れるメイン冷媒の流量とサブ利用側熱交換器８５におけるメイン冷媒の加熱熱量とのバランスに応じてメイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰが変化し、その最適点があることを意味します。
【０１３０】
このため、ここでは、制御部９が、この相関関係をデータテーブルや関数の形で有しておき、この相関関係に応じて、サブ利用側熱交換器８５の出口におけるサブ冷媒の温度Ｔｓ２の目標値である第２サブ冷媒目標温度Ｔｓ２ｔを設定する。例えば、制御部９が、メイン冷媒の温度Ｔｈ１からメイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰが最大になるサブ冷媒の温度を得て、この温度値を第２サブ冷媒目標温度Ｔｓ２ｔに設定する。
【０１３１】
そして、制御部９は、サブ冷媒の温度Ｔｓ２が第２サブ冷媒目標温度Ｔｓ２ｔになるように、サブ冷媒回路２０の構成機器を制御する。具体的には、制御部９が、サブ冷媒の温度Ｔｓ２が第２サブ冷媒目標温度Ｔｓ２ｔになるように、サブ膨張機構８４の開度及びサブ圧縮機８１の運転容量を制御する。ここでは、制御部９が、サブ利用側熱交換器８５のサブ冷媒回路８０側の出口におけるサブ冷媒の過冷却度ＳＣｓ１に基づいて、サブ膨張機構８４の開度を制御する。例えば、制御部９が、過冷却度ＳＣｓ１が目標値ＳＣｓ１ｔになるように、サブ膨張機構８４の開度を制御する。尚、過冷却度ＳＣｓ１は、圧力センサ１０３により検出されるサブ冷媒の圧力（ＨＰｓ）を飽和温度に換算し、この飽和温度から温度センサ１０７により検出されるサブ冷媒の温度Ｔｓ２を差し引くことによって得られる。そして、制御部９は、サブ膨張機構８４の開度をサブ冷媒の過冷却度ＳＣｓ１に基づいて制御しつつ、サブ冷媒の温度Ｔｓ２が第２サブ冷媒目標温度Ｔｓ２ｔになるように、サブ圧縮機８１の運転容量（運転周波数や回転数）を制御する。
【０１３２】
このように、サブ冷媒回路加熱動作を伴う暖房運転時において、制御部９は、メイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰに基づいてインジェクション膨張機構３３及びサブ冷媒回路８０の構成機器（サブ圧縮機８１及びサブ膨張機構８４）を制御している。尚、サブ圧縮機８１が運転容量（運転周波数や回転数）一定の圧縮機である場合には、サブ冷媒の温度Ｔｓ２が第２サブ冷媒目標温度Ｔｓ２ｔになるように、サブ膨張機構８４の開度を制御してもよい。
【０１３３】
（３）特徴
次に、冷凍サイクル装置１の特徴について説明する。
【０１３４】
＜Ａ＞
ここでは、上記のように、メイン冷媒が循環するメイン冷媒回路２０に従来と同様のインジェクション管３１及びエコノマイザ熱交換器３２を設けるだけでなく、メイン冷媒回路２０とは別のサブ冷媒が循環するサブ冷媒回路８０を設けている。
【０１３５】
そして、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂがメイン冷媒の蒸発器として機能するようにメイン冷媒を循環させる冷却運転状態に第１メイン流路切換機構２３を切り換えて運転（冷却運転）する際に、サブ冷媒回路８０に設けられたサブ利用側熱交換器８５を、エコノマイザ熱交換器３２において冷却されたメイン冷媒を冷却するサブ冷媒の蒸発器として機能するように、メイン冷媒回路２０に設けている。このため、ここでは、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂに送られるメイン冷媒のエンタルピがさらに低下し（図３の点Ｈ、Ｉ参照）、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂにおけるメイン冷媒の蒸発によって得られる熱交換能力（利用側熱交換器７２ａ、７２ｂの蒸発能力）を大きくすることができる（図３の点Ｊ、Ａ参照）。
【０１３６】
また、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂが冷媒の放熱器として機能するようにメイン冷媒を循環させる加熱運転状態に第１メイン流路切換機構２３を切り換えて運転（加熱運転）する際に、サブ冷媒回路８０に設けられたサブ利用側熱交換器８５を、サブ冷媒の放熱器として機能してエコノマイザ熱交換器３２において冷却されたメイン冷媒を加熱するサブ冷媒の放熱器として機能するように、メイン冷媒回路２０に設けている。このため、ここでは、メイン熱源側熱交換器２５に送られるメイン冷媒のエンタルピが増加し（図５の点Ｈ、Ｉ参照）、メイン熱源側熱交換器２５においてメイン冷媒を蒸発させるために必要な熱交換量を小さくすることができる（図５の点Ｆ、Ａ参照）。そして、これにより、メイン熱源側熱交換器２５における熱交換効率が高くなり、メイン冷媒の低圧（ＬＰｈ）が上昇するため、メイン圧縮機２１、２２の消費動力を低減することができる。また、加熱運転時にメイン冷媒の低圧が上昇すると、メイン熱源側熱交換器２５における着霜が抑えられるため、除霜運転を行う頻度を少なくすることができる。
【０１３７】
このように、ここでは、冷媒回路２０にインジェクション管３１及びエコノマイザ熱交換器３２が設けられている冷凍サイクル装置１において、利用側熱交換器７２ａ、７２ｂを冷媒の蒸発器として機能させる運転の際に、利用側熱交換器７２ａ、７２ｂの蒸発能力を大きくすることができる。また、利用側熱交換器７２ａ、７２ｂを冷媒の放熱器として機能させる運転の際に、熱源側熱交換器２５において冷媒を蒸発させるために必要な熱交換量を小さくすることができる。
【０１３８】
特に、ここでは、ＨＦＣ冷媒等に比べて成績係数が低い二酸化炭素をメイン冷媒として使用しているため、冷却運転では、メイン熱源側熱交換器２５における冷媒の放熱能力が低下しやすく、これにより、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂの蒸発能力を大きくすることが難しくなる傾向が顕著である。また、加熱運転においても、メイン熱源側熱交換器２５において冷媒を蒸発させるために必要な熱交換量が大きくなる傾向が顕著である。しかし、ここでは、上記のように、サブ冷媒回路８０を利用して、冷却運転時には、メイン利用側熱交換器７２ａ、７２ｂの蒸発能力を大きくすることができ、また、加熱運転時には、メイン熱源側熱交換器２５において冷媒を蒸発させるために必要な熱交換量を小さくすることができるため、二酸化炭素をメイン冷媒として使用しているにもかかわらず、所望の能力を得ることができる。
【０１３９】
＜Ｂ＞
また、ここでは、インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を、多段圧縮機であるメイン圧縮機２１、２２の圧縮行程の途中部分（低段側圧縮要素２１ａと高段側圧縮要素２２ａとの間）に送ることができるため、メイン圧縮機２１、２２において冷凍サイクルにおける中間圧（ＭＰｈ１）まで圧縮されたメイン冷媒の温度を低下させることができる。
【０１４０】
さらに、ここでは、上記のように、第１メイン流路切換機構２３をメイン冷却運転状態にしている場合（冷却運転時）に、中間熱交換器２６において、第１メイン圧縮機２１（低段側圧縮要素２１ａ）と第２メイン圧縮機２２（高段側圧縮要素２２ａ）との間を流れる中間圧のメイン冷媒を冷却することができるため（図３の点Ｃ参照）、第２メイン圧縮機２２から吐出される高圧のメイン冷媒の温度を低く抑えることができる（図３の点Ｅ参照）。しかも、ここでは、上記のように、第１メイン流路切換機構２３をメイン加熱運転状態にしている場合（加熱運転時）に、中間熱交換器２６において、サブ利用側熱交換器８５において加熱されたメイン冷媒を蒸発させることができる。
【０１４１】
＜Ｃ＞
また、ここでは、上記のように、冷却運転を行う際及び加熱運転を行う際のいずれにおいても、エコノマイザ熱交換器３２に、メイン膨張機構２７で減圧される前のメイン冷媒を流すことができるため、エコノマイザ熱交換器３２におけるメイン冷媒の冷却能力を大きくすることができる。
【０１４２】
＜Ｄ＞
サブ冷媒回路８０がメイン冷媒回路２０から独立して制御がなされると、冷房運転を行う際には、エコノマイザ熱交換器３２におけるメイン冷媒の冷却熱量（図３の点Ｆ、Ｇ参照）とサブ利用側熱交換器８５におけるメイン冷媒の冷却熱量（図３の点Ｈ、Ｉ参照）とのバランスが損なわれるおそれがある。また、暖房運転を行う際には、インジェクション管３１を流れるメイン冷媒の流量とサブ利用側熱交換器８５におけるメイン冷媒の加熱熱量（図５の点Ｈ、Ｉ）とのバランスが損なわれることがある。
【０１４３】
しかし、ここでは、上記のように、制御部９が、メイン冷媒回路２０とサブ冷媒回路８０とが連動するようにメイン冷媒回路２０及びサブ冷媒回路８０の構成機器を制御している。これにより、冷房運転を行う際には、エコノマイザ熱交換器３２におけるメイン冷媒の冷却熱量とサブ利用側熱交換器８５におけるメイン冷媒の冷却熱量とのバランスを適切なものとし、暖房運転を行う際には、インジェクション管３１を流れるメイン冷媒の流量とサブ利用側熱交換器８５におけるメイン冷媒の加熱熱量とのバランスを適切なものとすることができる。
【０１４４】
＜Ｅ＞
また、ここでは、上記のように、メイン冷媒回路２０とサブ冷媒回路８０とを連動させる制御を行うにあたり、メイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰに基づいてインジェクション膨張機構３３及びサブ冷媒回路８０の構成機器を制御している。
【０１４５】
このため、ここでは、冷却運転を行う際には、メイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰに基づいて、エコノマイザ熱交換器３２におけるメイン冷媒の冷却熱量とサブ利用側熱交換器８５におけるメイン冷媒の冷却熱量とをバランスさせることができ、加熱運転を行う際には、メイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰに基づいて、インジェクション管３１を流れるメイン冷媒の流量とサブ利用側熱交換器８５におけるメイン冷媒の加熱熱量とをバランスさせることができる。
【０１４６】
＜Ｆ＞
また、ここでは、上記のように、冷却運転を行う際に、メイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰに基づいてインジェクション膨張機構３３及びサブ冷媒回路８０の構成機器を制御するにあたり、エコノマイザ熱交換器３２の出口におけるインジェクション管３１を流れるメイン冷媒の過熱度ＳＨｈ１に基づいてインジェクション膨張機構３３を制御している。
【０１４７】
また、ここでは、上記のように、冷却運転を行う際に、メイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰに基づいてサブ冷媒回路８０の構成機器を制御するにあたり、サブ利用側熱交換器８５の出口におけるサブ冷媒の温度Ｔｓ１を、メイン膨張機構２７の入口におけるメイン冷媒の温度Ｔｈ１及びメイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰに基づいて得られる第１サブ冷媒目標温度Ｔｓ１ｔになるようにサブ冷媒回路８０を制御している。
【０１４８】
このため、ここでは、エコノマイザ熱交換器３２におけるメイン冷媒の冷却熱量を確保しつつ、サブ利用側熱交換器８５におけるメイン冷媒の冷却熱量をバランスさせることができる。
【０１４９】
＜Ｇ＞
また、ここでは、上記のように、加熱運転を行う際に、メイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰに基づいてインジェクション膨張機構３３及びサブ冷媒回路８０の構成機器を制御するにあたり、エコノマイザ熱交換器８５の出口におけるインジェクション管３１を流れるメイン冷媒の過熱度ＳＨｈ１に基づいてインジェクション膨張機構３３を制御している。
【０１５０】
また、ここでは、上記のように、加熱運転を行う際に、メイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰに基づいてサブ冷媒回路８０の構成機器を制御するにあたり、サブ利用側熱交換器８５の出口におけるサブ冷媒の温度Ｔｓ２を、メイン膨張機構２７の入口におけるメイン冷媒の温度Ｔｈ１及びメイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰに基づいて得られる第２サブ冷媒目標温度Ｔｓ２ｔになるようにサブ冷媒回路８０を制御している。
【０１５１】
このため、ここでは、インジェクション管３１を流れるメイン冷媒の流量を確保しつつ、サブ利用側熱交換器８５におけるメイン冷媒の加熱熱量をバランスさせることができる。
【０１５２】
＜Ｈ＞
また、ここでは、上記のように、メイン冷媒として二酸化炭素を使用し、サブ冷媒として低ＧＷＰの冷媒や二酸化炭素よりも成績係数が高い自然冷媒を使用しているため、地球温暖化等の環境負荷を低減することができる。
【０１５３】
（４）変形例
＜変形例１＞
上記実施形態では、ステップＳＴ１２、ＳＴ２２において、制御部９が、エコノマイザ熱交換器３２の出口におけるインジェクション管３１を流れるメイン冷媒の過熱度ＳＨｈ１に基づいてインジェクション膨張機構３３の開度を制御しているが、これに限定されるものではない。
【０１５４】
例えば、ステップＳＴ１２、ＳＴ２２において、制御部９が、メイン膨張機構２７の入口（エコノマイザ熱交換器３２の出口）におけるメイン冷媒の温度Ｔｈ１の目標値Ｔｈ１ｔ、Ｔｈ２ｔを設定し、メイン冷媒の温度Ｔｈ１が目標値Ｔｈ１ｔ、Ｔｈ２ｔになるように、インジェクション膨張機構３３の開度を制御してもよい。ここで、目標値Ｔｈ１ｔは、冷房運転時におけるメイン冷媒の温度Ｔｈ１の目標値としての第１メイン冷媒目標温度であり、目標Ｔｈ２ｔは、暖房運転時におけるメイン冷媒の温度Ｔｈ１の目標値としての第２メイン冷媒目標温度である。
【０１５５】
この場合においても、冷房運転及び暖房運転を行う際に、メイン冷媒回路２０の成績係数ＣＯＰに基づいてインジェクション膨張機構３３及びサブ冷媒回路８０の構成機器を制御するができる。
【０１５６】
＜変形例２＞
上記実施形態及び変形例１では、上流側メイン膨張機構２７において減圧されたメイン冷媒をサブ利用側熱交換器８５（第２サブ流路８５ｂ）に直接送る構成を採用しているが、これに限定されるものではなく、図８に示すように、上流側メイン膨張機構２７とサブ利用側熱交換器８５との間に気液分離器５１を設けてもよい。
【０１５７】
気液分離器５１は、メイン冷媒を気液分離する機器であり、ここでは、上流側メイン膨張機構２７において減圧されたメイン冷媒を気液分離する容器である。また、気液分離器５１を設ける場合には、気液分離器５１からガス状態のメイン冷媒を抜き出してメイン圧縮機２１、２２の吸入側に送るガス抜き管５２をさらに設けることが好ましい。ここで、ガス抜き管５２は、気液分離器５１から抜き出したガス状態のメイン冷媒を第１メイン圧縮機２１の吸入側に送る冷媒管である。ガス抜き管５２は、一端が気液分離器５１の上部空間に連通するように接続されており、他端が第１メイン圧縮機２１の吸入側に接続されている。また、ガス抜き管５２は、ガス抜き膨張機構５３を有している。ガス抜き膨張機構５３は、メイン冷媒を減圧する機器であり、ここでは、ガス抜き管５２を流れるメイン冷媒を減圧する膨張機構である。ガス抜き膨張機構５３は、例えば、電動膨張弁である。
【０１５８】
この場合においても、上記実施形態及び変形例１と同様に、サブ冷媒回路冷却動作を伴う冷房運転及びサブ冷媒回路加熱動作を伴う暖房運転を行うことができる。
【０１５９】
しかも、ここでは、気液分離器５１においてガス状態のメイン冷媒が除かれた液状態のメイン冷媒をサブ利用側熱交換器８５に送ることができるため、冷房運転時には、サブ利用側熱交換器８５において、メイン冷媒の温度をさらに低下させることができる。また、暖房運転時には、サブ利用側熱交換器８５、メイン熱源側熱交換器２５及び中間熱交換器２６に送るメイン冷媒の流量を減らして圧力損失を低減し、これにより、メイン冷媒の低圧（ＬＰｈ）をさらに上昇させることができる。
【０１６０】
＜変形例３＞
上記実施形態及び変形例１、２では、複数のメイン圧縮機２１、２２によって、多段圧縮機を構成しているが、これに限定されるものではなく、圧縮要素２１ａ、２１ｂを有する１台のメイン圧縮機によって多段圧縮機を構成してもよい。
【０１６１】
＜変形例４＞
上記実施形態及び変形例１〜３では、第１メイン圧縮機２１と第２メイン圧縮機２２との間にメイン冷媒を冷却する中間熱交換器２６が設けられた構成を採用しているが、これに限定されるものではなく、中間熱交換器２６が設けられていなくてもよい。
【０１６２】
＜変形例５＞
上記変形例４のように中間熱交換器２６を有しない構成を採用する場合には、多段圧縮機をメイン圧縮機として採用しなくてもよい。例えば、図９に示すように、メイン圧縮機１２１として、圧縮行程の途中で外部からメイン冷媒を導入する中間インジェクションポート１２１ｂを有する圧縮要素１２１ａを含む単段圧縮機を採用し、中間インジェクションポート１２１ｂにインジェクション管３１を接続してもよい。
【０１６３】
この場合においても、インジェクション管３１を流れるメイン冷媒を、単段圧縮機であるメイン圧縮機１２１の圧縮行程の途中部分（中間インジェクションポート１２１ｂ）に送ることができるため、上記実施形態及び変形例１〜４と同様に、メイン圧縮機１２１において冷凍サイクルにおける中間圧（ＭＰｈ１）まで圧縮されたメイン冷媒の温度を低下させることができる。
【０１６４】
＜変形例６＞
上記実施形態及び変形例１〜５では、インジェクション管３１がメイン圧縮機２１、２２やメイン圧縮機１２１の圧縮行程の途中部分（低段側圧縮要素２１ａと高段側圧縮要素２２ａとの間や中間インジェクションポート１２１ｂ）にメイン冷媒を送るように接続されているが、これに限定されるものではなく、多段圧縮機の最も低段側に位置する第１メイン圧縮機２１の吸入側や、単段圧縮機からなるメイン圧縮機１２１の吸入側にメイン冷媒を送るように接続されていてもよい。
【０１６５】
以上、本開示の実施形態を説明したが、請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能であることが理解されるであろう。
【産業上の利用可能性】
【０１６６】
本開示は、圧縮機、熱源側熱交換器、利用側熱交換器及び流路切換機構を有する冷媒回路に、熱源側熱交換器と利用側熱交換器との間を流れる冷媒を分岐して圧縮機に送るインジェクション管、及び、熱源側熱交換器と利用側熱交換器との間を流れる冷媒をインジェクション管を流れる冷媒との熱交換によって冷却するエコノマイザ熱交換器、が設けられている冷凍サイクル装置に対して、広く適用可能である。
【符号の説明】
【０１６７】
１                  冷凍サイクル装置
９                  制御部
２０                メイン冷媒回路
２１、２２、１２１  メイン圧縮機
２１ａ              低段側圧縮要素
２２ａ              高段側圧縮要素
１２１ａ            圧縮要素
１２１ｂ            中間インジェクションポート
２３                第１メイン流路切換機構
２５                メイン熱源側熱交換器
２６                中間熱交換器
２７                上流側メイン膨張機構
３１                インジェクション管
３２                エコノマイザ熱交換器
３３                インジェクション膨張機構
７２ａ、７２ｂ      メイン利用側熱交換器
８０                サブ冷媒回路
８１                サブ圧縮機
８２                サブ流路切換機構
８３                サブ熱源側熱交換器
８５                サブ利用側熱交換器
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１６８】
【特許文献１】特開２０１３−１３９９３８号公報
【図１】
2020071299.tif 000003
【図２】
2020071299.tif 000004
【図３】
2020071299.tif 000005
【図４】
2020071299.tif 000006
【図５】
2020071299.tif 000007
【図６】
2020071299.tif 000008
【図７】
2020071299.tif 000009
【図８】
2020071299.tif 000010
【図９】
2020071299.tif 000011
【国際調査報告】
2020071299.tif 000012
2020071299.tif 000013
2020071299.tif 000014
2020071299.tif 000015