(57)【要約】冷媒を循環させるように構成された冷凍システム用の多段圧縮機ユニットは、第１の段と第２の段とを有する第１の圧縮機サブユニットと、第１の圧縮機サブユニットに並列しかつ第１の段を有する第２の圧縮機サブユニットと、を備える。第１の圧縮機サブユニットの第１、第２の段それぞれは、吸入ポートと吐出ポートとを有する。第１の圧縮機サブユニットは、蒸発器から冷媒の第１の部分を受け取って圧縮するように構成される。第２の圧縮機サブユニットの第１の段は、冷媒の第２の部分を圧縮するように構成される。
2009539058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を循環させるように構成された冷凍システム用の多段圧縮機ユニットであって、
第１の段と第２の段とを有する第１の圧縮機サブユニットと、
第１の圧縮機サブユニットに並列しかつ第１の段を有する第２の圧縮機サブユニットと、
を備え、第１の圧縮機サブユニットの第１、第２の段それぞれは、吸入ポートと吐出ポートとを有し、第１の圧縮機サブユニットは、蒸発器から冷媒の第１の部分を受け取って圧縮するように構成され、第２の圧縮機サブユニットの第１の段は、吸入ポートと吐出ポートとを有し、第２の圧縮機サブユニットは、冷媒の第２の部分を圧縮するように構成され、圧縮された第２の部分は、圧縮された第１の部分と混合されることを特徴とする、多段圧縮機ユニット。
【請求項２】
第２の圧縮機サブユニットの第１の段は、第２の蒸発器から冷媒の第２の部分を受け取るように構成されていることを特徴とする請求項１記載の多段圧縮機ユニット。
【請求項３】
第２の圧縮機サブユニットの第１の段は、第１のエコノマイザ回路から冷媒の第２の部分を受け取るように構成されていることを特徴とする請求項１記載の多段圧縮機ユニット。
【請求項４】
第１の圧縮機サブユニットは、第１の段の吐出ポートと第２の段の吸入ポートの間に配置された中間ポートをさらに備え、この中間ポートは、第２のエコノマイザ回路から冷媒の第３の部分を受け取るように構成されていることを特徴とする請求項３記載の多段圧縮機ユニット。
【請求項５】
第１の圧縮機サブユニットおよび第２の圧縮機サブユニットは、往復動圧縮機を備えることを特徴とする請求項１記載の多段圧縮機ユニット。
【請求項６】
冷媒は遷臨界冷媒であることを特徴とする請求項１記載の多段圧縮機ユニット。
【請求項７】
第１の圧縮機サブユニットの第１の段と第２の段の間の冷媒の第１の部分を冷却するように構成された中間冷却器をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の多段圧縮機ユニット。
【請求項８】
第２の圧縮機サブユニットは、第１の圧縮機サブユニットの中間ポートへ吐出するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の多段圧縮機ユニット。
【請求項９】
第２の圧縮機サブユニットは、吸入ポートと吐出ポートとを有する第２の段をさらに備え、第２の圧縮機サブユニットの第１の段と第２の段とは直列に接続されていることを特徴とする請求項１記載の多段圧縮機ユニット。
【請求項１０】
冷媒を循環させるように構成されかつ第１のエコノマイザ回路を有する冷凍システム用の多段圧縮機ユニットであって、
第１の段と第２の段とを有する第１の圧縮機サブユニットと、
第１の圧縮機サブユニットに並列する第２の圧縮機サブユニットと、
を備え、第１の圧縮機サブユニットは、蒸発器から冷媒の第１の部分を受け取って圧縮するように構成され、第２の圧縮機サブユニットは、第１のエコノマイザ回路からの冷媒の第２の部分を圧縮するように構成され、圧縮された第２の部分は、圧縮された第１の部分と混合されることを特徴とする、多段圧縮機ユニット。
【請求項１１】
第１の圧縮機サブユニットの第１の段と第２の段の間の冷媒の第１の部分を冷却するように構成された中間冷却器をさらに備えることを特徴とする請求項１０記載の多段圧縮機ユニット。
【請求項１２】
第１の圧縮機サブユニットは、第１の出口圧力で冷媒を吐出するように構成され、第２の圧縮機サブユニットは、第２の出口圧力で冷媒を吐出するように構成されていることを特徴とする請求項１０記載の多段圧縮機ユニット。
【請求項１３】
第１の出口圧力と第２の出口圧力とは実質的に等しいことを特徴とする請求項１２記載の多段圧縮機ユニット。
【請求項１４】
第１の圧縮機サブユニットは、第１との段と第２の段の間に配置された中間ポートであって第２のエコノマイザ回路から冷媒の第３の部分を受け取るように構成された中間ポートをさらに備え、第１の圧縮機サブユニットの第２の段は、冷媒の第１および第３の部分の混合物を圧縮するように構成されていることを特徴とする請求項１０記載の多段圧縮機ユニット。
【請求項１５】
第２の圧縮機サブユニットは一段圧縮機であることを特徴とする請求項１０記載の多段圧縮機ユニット。
【請求項１６】
第２の圧縮機サブユニットは二段圧縮機であることを特徴とする請求項１０記載の多段圧縮機ユニット。
【請求項１７】
第２の圧縮機サブユニットは、第３のエコノマイザ回路から冷媒の第４の部分を受け取るように構成された中間ポートをさらに備えることを特徴とする請求項１６記載の多段圧縮機ユニット。
【請求項１８】
冷媒を循環させるように構成された冷凍システム用の多段圧縮機ユニットであって、
第１の段と、第２の段と、第１の段と第２の段の間に配置された中間ポートとを有する第１の圧縮機サブユニットと、
第１の段を有する第２の圧縮機サブユニットと、
を備え、第１の圧縮機サブユニットの第１の段は、冷媒の第１の部分を中間圧力に圧縮するように構成され、第１の圧縮機サブユニットの第２の段は、冷媒の第１の部分を第１の圧縮機サブユニットの出口圧力に圧縮するように構成され、第２の圧縮機サブユニットは、冷媒の第２の部分を第２の圧縮機サブユニットの出口圧力に圧縮するように構成され、圧縮された第２の部分は、圧縮された第１の部分と混合されることを特徴とする、多段圧縮機ユニット。
【請求項１９】
第１の圧縮機サブユニットの出口圧力と第２の圧縮機サブユニットの出口圧力とは実質的に等しいことを特徴とする請求項１８記載の多段圧縮機ユニット。
【請求項２０】
第２の圧縮機サブユニットは、冷媒の第２の部分を第１の圧縮機サブユニットの中間ポートへ吐出し、第２の圧縮機サブユニットの出口圧力は、第１の圧縮機サブユニットの中間圧力に実質的に等しいことを特徴とする請求項１８記載の多段圧縮機ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に冷凍システムに使用される圧縮機に関する。より詳細には本発明は少なくとも１つの二段圧縮機サブユニットを含む冷凍システム用の多段圧縮機ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の冷凍システムは、蒸発器、圧縮機、凝縮器、および絞り弁を含む。ヒドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）などの冷媒は一般に二相の液体−蒸気混合物として蒸発器に流入する。蒸発器内では冷媒への熱伝達の結果、冷媒の液体部分が液体から蒸気へと相変化する。次いで冷媒は圧縮機内で圧縮され、それによって冷媒の圧力は上昇する。次いで冷媒は凝縮器を通り、そこで冷却されながら蒸気から液体へと相変化する。最後に冷媒は絞り弁を通過しながら膨張し、その結果、圧力が減少し、液体から二相液体−蒸気混合物へと相変化する。
【０００３】
最近二酸化炭素などの天然の冷媒が現在使用されているＨＦＣの代替物として提案されてきているが、二酸化炭素の高い側の圧力は一般に最後には超臨界領域になり、そこでは高い圧力の冷媒が冷却される際に蒸気から液体への転移は生じない。そのため通常の一段蒸気圧縮サイクルでは、亜臨界定温凝縮過程での損失や通常の高い側の温度での超臨界二酸化炭素の比較的高い残留エンタルピーに起因して効率が悪くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、冷凍システムの効率を高いレベルに維持するのを促進しながら、遷臨界（ｔｒａｎｓｃｒｉｔｉｃａｌ）冷媒を含む任意の冷媒を利用できる冷凍システム用の圧縮機ユニットが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、冷媒を循環させるように構成された冷凍システム用の多段圧縮機ユニットである。多段圧縮機ユニットは、第１の段と第２の段とを有する第１の圧縮機サブユニットと、第１の圧縮機サブユニットに並列しかつ第１の段を有する第２の圧縮機サブユニットと、を備える。第１の圧縮機サブユニットの第１、第２の段それぞれは、吸入ポートと吐出ポートとを有する。第１の圧縮機サブユニットは、蒸発器から冷媒の第１の部分を受け取って圧縮するように構成されている。第２の圧縮機サブユニットの第１の段は、吸入ポートと吐出ポートとを有する。第２の圧縮機サブユニットは、冷媒の第２の部分を圧縮するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】冷凍システムに接続された多段圧縮機ユニットの第１の代替の実施例を例示する概略図。
【図１Ｂ】図１Ａの冷凍システムのエンタルピーを圧力に関連付けるグラフ。
【図２Ａ】冷凍システムに接続された多段圧縮機ユニットの第２の代替の実施例を例示する概略図。
【図２Ｂ】図２Ａの冷凍システムのエンタルピーを圧力に関連付けるグラフ。
【図３Ａ】冷凍システムに接続された多段圧縮機ユニットの第３の代替の実施例を例示する概略図。
【図３Ｂ】図３Ａの冷凍システムのエンタルピーを圧力に関連付けるグラフ。
【図４Ａ】冷凍システムに接続された多段圧縮機ユニットの第４の代替の実施例を例示する概略図。
【図４Ｂ】図４Ａの冷凍システムのエンタルピーを圧力に関連付けるグラフ。
【図５Ａ】冷凍システムに接続された多段圧縮機ユニットの第５の代替の実施例を例示する概略図。
【図５Ｂ】図５Ａの冷凍システムのエンタルピーを圧力に関連付けるグラフ。
【図６Ａ】冷凍システムに接続された多段圧縮機ユニットの第６の代替の実施例を例示する概略図。
【図６Ｂ】図６Ａの冷凍システムのエンタルピーを圧力に関連付けるグラフ。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１Ａは、冷凍システム２０Ａに接続された多段圧縮機ユニット１０Ａの概略図を例示し、冷凍システム２０Ａは、熱除去熱交換器２４、第１のエコノマイザ回路２５Ａ、主膨張弁２６、蒸発器２７、および検出器３１を有する。第１のエコノマイザ回路２５Ａは、第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａ、膨張弁３０Ａ、および検出器３１Ａを含む。第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａは、管の中に管が配置された（ｔｕｂｅ−ｉｎ−ｔｕｂｅ）並流の熱交換器として図示されているとはいえ、多段圧縮機ユニット１０Ａは、限定される訳ではないが管の中に管が配置された向流の熱交換器、シェルの中に管が配置された（ｓｈｅｌｌ−ｉｎ−ｔｕｂｅ）熱交換器、フラッシュタンク、ろう付け板熱交換器などを含む他の種類のエコノマイザ熱交換器を利用する冷凍システムでも有用である。
【０００８】
多段圧縮機ユニット１０Ａは、二段圧縮機サブユニット３２および一段圧縮機サブユニット３４を含む。図１に示すように、二段圧縮機サブユニット３２は、往復動圧縮機であり、直列に接続されたシリンダ３６Ａ、３６Ｂを含む。同様に一段圧縮機サブユニット３４も往復動圧縮機であり、シリンダ３６Ｃを含む。二段圧縮機サブユニット３２、一段圧縮機サブユニット３４は往復動圧縮機として図示されているとはいえ、限定される訳ではないがスクロール、スクリュー、ロータリーベーン、固定ベーン、可変速、密閉型、開放駆動型の圧縮機を含む他の種類の圧縮機（さまざまな組み合わせで）を使用できる。しかしながら例示として、本発明の実施例は、圧縮シリンダで代表される多段の往復動圧縮機ユニットを含むものとして説明する。
【０００９】
冷凍システム２０Ａには、システム内のさまざまな要素を接続して２つの別々の冷媒経路が形成される。主冷媒経路が、位置１、２、３、４、５で規定されるループによって形成される。第１のエコノマイズ冷媒経路が、位置４Ａ、５Ａ、６Ａ、７Ａで規定されるループによって形成される。これらの経路は全て閉経路であり、これらの閉経路によって、冷凍システム２０Ａを通る冷媒の連続した流れが可能になることは言うまでもない。
【００１０】
主冷媒経路に関連して、冷媒は二段圧縮機サブユニット３２から吐出ポート３９を通って高い圧力およびエンタルピーで流出した後（位置３）、熱除去熱交換器２４内で熱を失い、低いエンタルピーおよび高い圧力で熱除去熱交換器２４から流出する（位置４Ａ）。次いで冷媒は、第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａに流入する前に、２つの流れ経路４０Ａ、４２Ａに分かれる。主経路は、経路４０Ａに沿って継続し第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａを通る（位置４）。経路４０Ａ内の冷媒は、第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａを通過しながら、第１のエコノマイズ経路の経路４２Ａ内の冷媒によって冷却される。
【００１１】
次いで経路４０Ａからの冷媒は主膨張弁２６において絞られる。主膨張弁２６は、エコノマイザ膨張弁３０Ａと共に、熱膨張弁（ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ  ｖａｌｖｅ）（ＴＸＶ）または電子式膨張弁（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ  ｖａｌｖｅ）（ＥＸＶ）が好ましい。冷媒は、主膨張弁２６内の膨張過程を経た後（位置５）、二相液体−蒸気混合物であり、蒸発器２７へと向かう。冷媒は、液体の残りが蒸発した後（位置１）、吸入ポート３７を通って二段圧縮機サブユニット３２へと流入する。冷媒は、二段圧縮機サブユニット３２の第１の段であるシリンダ３６Ａ内で圧縮され、次いで吐出ポート５０から排出される（位置２）。冷媒は、圧縮の第２の段の後、吐出ポート３９を通して吐出される（位置３）。
【００１２】
第１のエコノマイズ経路に関連して、冷媒は、熱除去熱交換器２４から低いエンタルピーおよび高い圧力で流出し（位置４Ａ）、２つの流れ経路４０Ａ、４２Ａに分かれた後、第１のエコノマイズ経路は、経路４２Ａに沿って継続する。経路４２Ａにおいて冷媒は、第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａを通過する前に、エコノマイザ膨張弁３０Ａによってより低い圧力に絞られる（位置５Ａ）。経路４２Ａから第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａを通過した（位置６Ａ）冷媒は次いでエコノマイザ戻り経路４６Ａに沿って流され、一段圧縮機サブユニット３４内で圧縮するために一段圧縮機サブユニット３４の吸入ポート５２に送り込まれる。冷媒は、一段圧縮機サブユニット３４内で圧縮された後、吐出ポート５４を通して排出され（位置７Ａ）、そこで二段圧縮機サブユニット３２から吐出された冷媒と混合される。
【００１３】
冷凍システム２０Ａはまた蒸発器２７と多段圧縮機ユニット１０Ａの間で主冷媒経路に沿って配置された検出器３１を含む。一般に検出器３１は、膨張弁２６と共に作動して蒸発器２７から流出する冷媒の温度と蒸発器２７内の冷媒の圧力を検出し、温度と圧力の組み合わせをある特定の範囲内に維持する。好ましい実施例では、膨張弁２６は電子式膨張弁であり、検出器３１は熱電対やサーミスタなどの温度変換器である。別の実施例では、膨張弁２６は機械式熱膨張弁であり、検出器３１は冷凍システム２０Ａを流れる冷媒とは別の冷媒で満たされた圧力容器内で末端が終了する小さな管を含む。蒸発器２７からの冷媒が多段圧縮機ユニット１０Ａに向かって流れる途中で検出器３１を通過して流れる際に、圧力容器は加熱されるか冷却されるので圧力容器内の圧力が変化する。圧力容器内の圧力が変化するにつれて検出器３１は膨張弁２６で生じる圧力降下を変更する信号を膨張弁２６に送る。同様に電子式膨張弁の場合、検出器３１は冷媒の流れを調節するように同様に応答する電気信号を膨張弁２６に送る。例えば蒸発器２７から来る戻りガスが熱過ぎる場合、検出器３１は加熱されて膨張弁２６に弁の開度を大きくする信号を送り、単位時間当たり蒸発器２７を流れる冷媒を増やすことで蒸発器２７から流出する冷媒の温度を下げる。
【００１４】
エコノマイザ回路２５もまた検出器３１と同様に作動する検出器３１Ａを含む。しかしながら代わりに検出器３１Ａはエコノマイザ戻り経路４６Ａに沿った温度を検出し、膨張弁３０Ａと共に作動して膨張弁３０Ａ内の圧力降下を制御する。先に述べた検出器以外の検出器を検出器３１、３１Ａに置き換えることができることにも留意すべきである。
【００１５】
膨張弁２６、３０Ａを制御することで、冷却の要求を満たし最適な効率を達成するように冷凍システム２０Ａの作動を調節できる。膨張弁２６、３０Ａに付随する圧力降下を調節するだけでなく、冷凍システム２０Ａの最適効率を達成するのを促進するようにシリンダ３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃの押しのけ量もまた調節できる。
【００１６】
図１Ｂは、図１Ａの冷凍システム２０Ａのエンタルピーを圧力に関連付けるグラフを例示する。蒸気ドームＶは、飽和液体線と飽和蒸気線によって形成され、冷凍サイクルに沿ったさまざまな位置での冷媒の状態を規定する。蒸気ドームＶの下では全ての状態は同時に共存する液体と蒸気両方を含む。蒸気ドームＶの最上部は臨界点である。臨界点は飽和液体と飽和蒸気が共存する最も高い圧力で定義される。一般に圧縮された液体は蒸気ドームＶの左側に位置し、過熱蒸気は蒸気ドームＶの右側に位置する。
【００１７】
再度図１Ｂでは、主冷媒経路は位置１、２、３、４、５で規定されるループであり、第１のエコノマイズ経路は位置４Ａ、５Ａ、６Ａ、７Ａで規定されるループである。主経路のサイクルは位置１で開始し、そこでは冷媒は多段圧縮機ユニット１０Ａに流入する前で低い圧力および高いエンタルピーにある。二段圧縮機サブユニット３２のシリンダ３６Ａ内での圧縮の第１の段の後には、エンタルピーおよび圧力両方とも位置２に示されるように増加する。シリンダ３６Ｂ内での圧縮の第２の段の後には、冷媒は位置３に示されるように高い圧力およびさらに高いエンタルピーで多段圧縮機ユニット１０Ａから流出する。次いで冷媒が熱除去熱交換器２４を通過するにつれて圧力は一定のままエンタルピーが減少する。冷媒は、第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａに流入する前に、位置４Ａに示されるように主要部分と第１のエコノマイズ部分とに分かれる。次いで主要部分は主膨張弁２６において絞られ、位置５に示されるように圧力が低下する。最後に冷媒の主要部分は位置１に示されるようにより高いエンタルピーで蒸発し蒸発器２７から流出する。
【００１８】
先に述べたように、第１のエコノマイズ部分は位置４Ａによって示されるように主要部分から分かれる。第１のエコノマイズ部分は位置５Ａに示されるように膨張弁３０Ａにおいてより低い圧力に絞られる。次いで冷媒の第１のエコノマイズ部分は、第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａにおいて冷媒の主要部分と熱交換して位置４によって示されるように主要部分を冷却し、位置６Ａによって示されるように温度が上昇する。次いで第１のエコノマイズ部分は一段圧縮機サブユニット３４内で圧縮され、位置７Ａに示されるように二段圧縮機サブユニット３２から吐出された冷媒の主要部分と混合される。
【００１９】
図１Ｂに示すように、多段圧縮機ユニット１０Ａのシリンダ３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃは冷媒を受け取ってさまざまな圧力へと圧縮するように構成される。特にシリンダ３６Ａは主冷媒経路から冷媒を受け取って位置２によって示されるように中間圧力へと圧縮する。次いでシリンダ３６Ｂは冷媒を受け取って中間圧力から位置３によって示されるように出口圧力へと圧縮する。同様にシリンダ３６Ｃは第１のエコノマイズ冷媒経路から冷媒を受け取って位置７Ａによって示されるように出口圧力へと圧縮する。図１Ｂに示すように、シリンダ３６Ｃの出口圧力はシリンダ３６Ｂの出口圧力に実質的に等しい。冷凍システム２０Ａにおいてこれらの出口圧力は熱除去熱交換器２４が必要とする入口圧力によって決定される。
【００２０】
図２Ａは、冷凍システム２０Ｂに接続された多段圧縮機ユニット１０Ｂの概略図を例示する。多段圧縮機ユニット１０Ｂは多段圧縮機１０Ａと同様である。しかしながら以下により詳細に説明するように二段圧縮機サブユニット３２はさらに、圧縮の第２の段の前に主冷媒経路内の冷媒を冷却するためにエコノマイザ回路から冷媒を受け取るように構成された中間ポート４８を含む。冷凍システム２０Ｂは、冷凍システム２０Ａと同様であるが、さらに第２のエコノマイザ回路２５Ｂを含む。第２のエコノマイザ回路２５Ｂは、第２のエコノマイザ熱交換器２８Ｂ、膨張弁３０Ｂ、および検出器３１Ｂを含む。
【００２１】
冷凍システム２０Ｂには、システム内のさまざまな要素を接続して３つの別々の冷媒経路が形成される。主冷媒経路が、位置１、２、３、４、５、６で規定されるループによって形成される。第１のエコノマイズ冷媒経路が、位置５Ａ、６Ａ、７Ａ、３、４で規定されるループによって形成される。最後に第２のエコノマイズ冷媒経路が、位置５Ｂ、６Ｂ、７Ｂ、８Ｂで規定されるループによって形成される。
【００２２】
主冷媒経路に関連して、冷媒は二段圧縮機サブユニット３２から吐出ポート３９を通って高い圧力およびエンタルピーで流出した後（位置４）、熱除去熱交換器２４内で熱を失い、低いエンタルピーおよび高い圧力で熱除去熱交換器２４から流出する（位置５Ａ）。次いで冷媒は、第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａに流入する前に、２つの流れ経路４０Ａ、４２Ａに分かれる。主経路は、経路４０Ａ、４０Ｂに沿って継続しそれぞれ第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａ（位置５Ｂ）、第２のエコノマイザ熱交換器２８Ｂ（位置５）を通る。経路４０Ａ内の冷媒は、第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａを通過しながら、第１のエコノマイズ経路の経路４２Ａ内の冷媒によって冷却される。同様に経路４０Ｂ内の冷媒は、第２のエコノマイザ熱交換器２８Ｂを通過しながら、第２のエコノマイズ経路の経路４２Ｂ内の冷媒によって冷却される。
【００２３】
次いで経路４０Ｂからの冷媒は主膨張弁２６において絞られる。冷媒は、主膨張弁２６内の膨張過程を経た後（位置６）、二相液体−蒸気混合物であり、蒸発器２７へと向かう。冷媒は、液体の残りが蒸発した後（位置１）、吸入ポート３７を通って二段圧縮機サブユニット３２へと流入する。冷媒は、二段圧縮機サブユニット３２の第１の段であるシリンダ３６Ａ内で圧縮され、次いで吐出ポート５０から排出され（位置２）、そこで中間ポート４８に送り込まれるエコノマイザ戻り経路４６Ａからのより低い温度の冷媒と混合される（位置３）。このようにエコノマイザ戻り経路４６Ａからの冷媒はシリンダ３６Ｂ内の圧縮の第２の段の前にシリンダ３６Ａから吐出された冷媒を冷却するように機能する。冷媒は、圧縮の第２の段の後、吐出ポート３９を通して吐出される（位置４）。
【００２４】
第１のエコノマイズ経路に関連して、冷媒は、熱除去熱交換器２４から低いエンタルピーおよび高い圧力で流出し（位置５Ａ）、２つの流れ経路４０Ａ、４２Ａに分かれた後、第１のエコノマイズ経路は、経路４２Ａに沿って継続する。経路４２Ａにおいて冷媒は、第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａを通過する前に、エコノマイザ膨張弁３０Ａによってより低い圧力に絞られる（位置６Ａ）。経路４２Ａから第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａを通過した（位置７Ａ）冷媒は次いでエコノマイザ戻り経路４６Ａに沿って流され、二段圧縮機サブユニット３２の中間ポート４８に送り込まれ、そこで主経路を流れる冷媒と混合されてシリンダ３６Ｂ内の圧縮の第２の段の前に冷媒を冷却する（位置３）。
【００２５】
第２のエコノマイズ経路に関連して、経路４０Ａ内の冷媒は、より高い圧力の第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａ内で冷却された後(位置５Ｂ)、２つの流れ経路４０Ｂ、４２Ｂに分かれる。第２のエコノマイズ経路は、流れ経路４２Ｂに沿って継続し、そこで冷媒は、第２のエコノマイザ熱交換器２８Ｂを通過する前に、エコノマイザ膨張弁３０Ｂによってより低い圧力に絞られる（位置６Ｂ）。経路４２Ｂから第２のエコノマイザ熱交換器２８Ｂを通過した（位置７Ｂ）冷媒は次いでエコノマイザ戻り経路４６Ｂに沿って流され、一段圧縮機サブユニット３４内で圧縮するために一段圧縮機サブユニット３４の吸入ポート５２に送り込まれる。冷媒は、一段圧縮機サブユニット３４内で圧縮された後、吐出ポート５４を通して排出され（位置８Ｂ）、そこで二段圧縮機サブユニット３２から吐出された冷媒と混合される。
【００２６】
図２Ｂは、図２Ａの冷凍システム２０Ｂのエンタルピーを圧力に関連付けるグラフを例示する。図２Ｂに示すように、主冷媒経路は位置１、２、３、４、５、６で規定されるループであり、第１のエコノマイズ経路は位置５Ａ、６Ａ、７Ａ、３、４で規定されるループであり、第２のエコノマイズ経路は位置５Ｂ、６Ｂ、７Ｂ、８Ｂで規定されるループである。
【００２７】
図２Ｂに示すように、多段圧縮機ユニット１０Ｂのシリンダ３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃは冷媒を受け取ってさまざまな圧力へと圧縮するように構成される。特にシリンダ３６Ａは主冷媒経路から冷媒を受け取って位置２によって示されるように中間圧力へと圧縮する。次いでシリンダ３６Ｂは主冷媒経路と第１のエコノマイズ経路から冷媒を受け取って中間圧力から位置４によって示されるように出口圧力へと圧縮する。同様にシリンダ３６Ｃは第２のエコノマイズ冷媒経路から冷媒を受け取って位置８Ｂによって示されるように出口圧力へと圧縮する。図２Ｂに示すように、シリンダ３６Ｃの出口圧力はシリンダ３６Ｂの出口圧力に実質的に等しい。
【００２８】
図３Ａは、冷凍システム２０Ｃに接続された多段圧縮機ユニット１０Ｃの概略図を例示する。多段圧縮機ユニット１０Ｃは多段圧縮機１０Ｂと同様である。しかしながら以下により詳細に説明するように一段圧縮機サブユニット３４は、図２Ａの多段圧縮機ユニット１０Ｂに示されるように熱除去熱交換器２４内へと吐出される代わりに第１のエコノマイザ戻り経路４６Ａ内へと吐出されるように構成される。
【００２９】
冷凍システム２０Ｃには、システム内のさまざまな要素を接続して３つの別々の冷媒経路が形成される。主冷媒経路が、位置１、２、３、４、５、６で規定されるループによって形成される。第１のエコノマイズ冷媒経路が、位置５Ａ、６Ａ、７Ａ、３、４で規定されるループによって形成される。最後に第２のエコノマイズ冷媒経路が、位置５Ｂ、６Ｂ、７Ｂ、８Ｂ、３、４で規定されるループによって形成される。
【００３０】
主冷媒経路に関連して、冷媒は二段圧縮機サブユニット３２から吐出ポート３９を通って高い圧力およびエンタルピーで流出した後（位置４）、熱除去熱交換器２４内で熱を失い、低いエンタルピーおよび高い圧力で熱除去熱交換器２４から流出する（位置５Ａ）。次いで冷媒は、第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａに流入する前に、２つの流れ経路４０Ａ、４２Ａに分かれる。主経路は、経路４０Ａ、４０Ｂに沿って継続しそれぞれ第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａ（位置５Ｂ）、第２のエコノマイザ熱交換器２８Ｂ（位置５）を通る。経路４０Ａ内の冷媒は、第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａを通過しながら、第１のエコノマイズ経路の経路４２Ａ内の冷媒によって冷却される。同様に経路４０Ｂ内の冷媒は、第２のエコノマイザ熱交換器２８Ｂを通過しながら、第２のエコノマイズ経路の経路４２Ｂ内の冷媒によって冷却される。
【００３１】
次いで経路４０Ｂからの冷媒は主膨張弁２６において絞られる。冷媒は、主膨張弁２６内の膨張過程を経た後（位置６）、二相液体−蒸気混合物であり、蒸発器２７へと向かう。冷媒は、液体の残りが蒸発した後（位置１）、吸入ポート３７を通って二段圧縮機サブユニット３２へと流入する。冷媒は、二段圧縮機サブユニット３２の第１の段であるシリンダ３６Ａ内で圧縮され、次いで吐出ポート５０から排出され（位置２）、そこで中間ポート４８に送り込まれるエコノマイザ戻り経路４６Ａからのより低い温度の冷媒と混合される（位置３）。このようにエコノマイザ戻り経路４６Ａからの冷媒はシリンダ３６Ｂ内の圧縮の第２の段の前にシリンダ３６Ａから吐出された冷媒を冷却するように機能する。冷媒は、圧縮の第２の段の後、吐出ポート３９を通して吐出される（位置４）。
【００３２】
第１のエコノマイズ経路に関連して、冷媒は、熱除去熱交換器２４から低いエンタルピーおよび高い圧力で流出し（位置５Ａ）、２つの流れ経路４０Ａ、４２Ａに分かれた後、第１のエコノマイズ経路は、経路４２Ａに沿って継続する。経路４２Ａにおいて冷媒は、第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａを通過する前に、エコノマイザ膨張弁３０Ａによってより低い圧力に絞られる（位置６Ａ）。経路４２Ａから第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａを通過した（位置７Ａ）冷媒は次いでエコノマイザ戻り経路４６Ａに沿って流され、二段圧縮機サブユニット３２の中間ポート４８に送り込まれ、そこで主経路を流れる冷媒と混合されてシリンダ３６Ｂ内の圧縮の第２の段の前に冷媒を冷却する（位置３）。
【００３３】
第２のエコノマイズ経路に関連して、経路４０Ａ内の冷媒は、より高い圧力の第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａ内で冷却された後(位置５Ｂ)、２つの流れ経路４０Ｂ、４２Ｂに分かれる。第２のエコノマイズ経路は、流れ経路４２Ｂに沿って継続し、そこで冷媒は、第２のエコノマイザ熱交換器２８Ｂを通過する前に、エコノマイザ膨張弁３０Ｂによってより低い圧力に絞られる（位置６Ｂ）。経路４２Ｂから第２のエコノマイザ熱交換器２８Ｂを通過した（位置７Ｂ）冷媒は次いでエコノマイザ戻り経路４６Ｂに沿って流され、一段圧縮機サブユニット３４内で圧縮するために一段圧縮機サブユニット３４の吸入ポート５２に送り込まれる。冷媒は、一段圧縮機サブユニット３４内で圧縮された後、吐出ポート５４を通して排出され、そこで二段圧縮機サブユニット３２の中間ポート４８に送り込まれる（位置３）前にエコノマイザ戻り経路４６Ａ内の冷媒と混合される（位置８Ｂ）。
【００３４】
図３Ｂは、図３Ａの冷凍システム２０Ｃのエンタルピーを圧力に関連付けるグラフを例示する。図３Ｂに示すように、主冷媒経路は位置１、２、３、４、５、６で規定されるループであり、第１のエコノマイズ経路は位置５Ａ、６Ａ、７Ａ、３、４で規定されるループであり、第２のエコノマイズ経路は位置５Ｂ、６Ｂ、７Ｂ、８Ｂ、３、４で規定されるループである。
【００３５】
図３Ｂに示すように、多段圧縮機ユニット１０Ｃのシリンダ３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃは冷媒を受け取ってさまざまな圧力へと圧縮するように構成される。特にシリンダ３６Ａは主冷媒経路から冷媒を受け取って位置２によって示されるように中間圧力へと圧縮する。同様にシリンダ３６Ｃは第２のエコノマイズ冷媒経路から冷媒を受け取って位置８Ｂによって示されるように出口圧力へと圧縮する。次いでシリンダ３６Ｂは主冷媒経路、第１のエコノマイズ経路および第２のエコノマイズ経路から冷媒を受け取って位置４によって示されるように出口圧力へと圧縮する。図３Ｂに示すように、シリンダ３６Ｃの出口圧力はシリンダ３６Ａの中間圧力に実質的に等しい。
【００３６】
図４Ａは、冷凍システム２０Ｄに接続された多段圧縮機ユニット１０Ｄの概略図を例示する。多段圧縮機ユニット１０Ｄは多段圧縮機ユニット１０Ａと同様である。しかしながら多段圧縮機ユニット１０Ｄはさらに、シリンダ３６Ｄを有する一段圧縮機サブユニット３５を含む。冷凍システム２０Ｄは、中間ポート４８が中間冷却器４９に置き換えられているのを除いて冷凍システム２０Ｃと同様であり、中間冷却器４９は、二段圧縮機サブユニット３２内の圧縮の第１と第２の段の間で冷媒の主要部分を冷却するように構成される。
【００３７】
冷凍システム２０Ｄには、システム内のさまざまな要素を接続して３つの別々の冷媒経路が形成される。主冷媒経路が、位置１、２、３、４、５、６で規定されるループによって形成される。第１のエコノマイズ冷媒経路が、位置５Ａ、６Ａ、７Ａ、８Ａで規定されるループによって形成される。最後に第２のエコノマイズ冷媒経路が、位置５Ｂ、６Ｂ、７Ｂ、８Ｂで規定されるループによって形成される。
【００３８】
主冷媒経路に関連して、冷媒は二段圧縮機サブユニット３２から吐出ポート３９を通って高い圧力およびエンタルピーで流出した後（位置４）、熱除去熱交換器２４内で熱を失い、低いエンタルピーおよび高い圧力で熱除去熱交換器２４から流出する（位置５Ａ）。次いで冷媒は、第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａに流入する前に、２つの流れ経路４０Ａ、４２Ａに分かれる。主経路は、経路４０Ａ、４０Ｂに沿って継続しそれぞれ第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａ（位置５Ｂ）、第２のエコノマイザ熱交換器２８Ｂ（位置５）を通る。経路４０Ａ内の冷媒は、第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａを通過しながら、第１のエコノマイズ経路の経路４２Ａ内の冷媒によって冷却される。同様に経路４０Ｂ内の冷媒は、第２のエコノマイザ熱交換器２８Ｂを通過しながら、第２のエコノマイズ経路の経路４２Ｂ内の冷媒によって冷却される。
【００３９】
次いで経路４０Ｂからの冷媒は主膨張弁２６において絞られる。冷媒は、主膨張弁２６内の膨張過程を経た後（位置６）、二相液体−蒸気混合物であり、蒸発器２７へと向かう。冷媒は、液体の残りが蒸発した後（位置１）、吸入ポート３７を通って二段圧縮機サブユニット３２へと流入する。冷媒は、二段圧縮機サブユニット３２の第１の段であるシリンダ３６Ａ内で圧縮され、次いで吐出ポート５０から排出され（位置２）、そこでシリンダ３６Ｂ内の圧縮の第２の段の前に中間冷却器４９を通過する。中間冷却器４９はシリンダ３６Ｂ内の圧縮の第２の段の前にシリンダ３６Ａから吐出された冷媒を冷却するように構成される。冷媒は、圧縮の第２の段の後、吐出ポート３９を通して吐出される（位置４）。
【００４０】
第１のエコノマイズ経路に関連して、冷媒は、熱除去熱交換器２４から低いエンタルピーおよび高い圧力で流出し（位置５Ａ）、２つの流れ経路４０Ａ、４２Ａに分かれた後、第１のエコノマイズ経路は、経路４２Ａに沿って継続する。経路４２Ａにおいて冷媒は、第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａを通過する前に、エコノマイザ膨張弁３０Ａによってより低い圧力に絞られる（位置６Ａ）。経路４２Ａから第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａを通過した（位置７Ａ）冷媒は次いでエコノマイザ戻り経路４６Ａに沿って流され、一段圧縮機サブユニット３４内で圧縮するために一段圧縮機サブユニット３４の吸入ポート５２に送り込まれる。冷媒は、一段圧縮機サブユニット３４内で圧縮された後、吐出ポート５４を通して排出され（位置８Ａ）、そこで二段圧縮機サブユニット３２および一段圧縮機サブユニット３５から吐出された冷媒と混合される。
【００４１】
第２のエコノマイズ経路に関連して、経路４０Ａ内の冷媒は、より高い圧力の第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａ内で冷却された後(位置５Ｂ)、２つの流れ経路４０Ｂ、４２Ｂに分かれる。第２のエコノマイズ経路は、流れ経路４２Ｂに沿って継続し、そこで冷媒は、第２のエコノマイザ熱交換器２８Ｂを通過する前に、エコノマイザ膨張弁３０Ｂによってより低い圧力に絞られる（位置６Ｂ）。経路４２Ｂから第２のエコノマイザ熱交換器２８Ｂを通過した（位置７Ｂ）冷媒は次いでエコノマイザ戻り経路４６Ｂに沿って流され、一段圧縮機サブユニット３５内で圧縮するために一段圧縮機サブユニット３５の吸入ポート５６に送り込まれる。冷媒は、一段圧縮機サブユニット３５内で圧縮された後、吐出ポート５８を通して排出され（位置８Ｂ）、そこで二段圧縮機サブユニット３２および一段圧縮機サブユニット３４から吐出された冷媒と混合される。
【００４２】
図４Ｂは、図４Ａの冷凍システム２０Ｄのエンタルピーを圧力に関連付けるグラフを例示する。図４Ｂに示すように、主冷媒経路は位置１、２、３、４、５、６で規定されるループであり、第１のエコノマイズ経路は位置５Ａ、６Ａ、７Ａ、８Ａで規定されるループであり、第２のエコノマイズ経路は位置５Ｂ、６Ｂ、７Ｂ、８Ｂで規定されるループである。
【００４３】
図４Ｂに示すように、多段圧縮機ユニット１０Ｄのシリンダ３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｄは冷媒を受け取ってさまざまな圧力へと圧縮するように構成される。特にシリンダ３６Ａは主冷媒経路から冷媒を受け取って位置２によって示されるように中間圧力へと圧縮する。シリンダ３６Ｂは主冷媒経路から中間冷却器４９内で冷却された後の冷媒を受け取って中間圧力から位置４によって示されるように出口圧力へと圧縮する。シリンダ３６Ｃは第１のエコノマイズ冷媒経路から冷媒を受け取って位置８Ａによって示されるように出口圧力へと圧縮する。同様にシリンダ３６Ｄは第２のエコノマイズ冷媒経路から冷媒を受け取って位置８Ｂによって示されるように出口圧力へと圧縮する。図４Ｂに示すように、シリンダ３６Ｃ、３６Ｄの出口圧力はシリンダ３６Ｂの出口圧力に実質的に等しい。
【００４４】
図５Ａは、冷凍システム２０Ｅに接続された多段圧縮機ユニット１０Ｅの概略図を例示する。多段圧縮機ユニット１０Ｅは、二段圧縮機サブユニット３２のほかにさらに二段圧縮機サブユニット７０を含む。二段圧縮機サブユニット７０は直列に接続されたシリンダ３６Ｅ、３６Ｆを含む。冷凍システム２０Ｅは、システムに第３のエコノマイザ回路２５Ｃが追加されていることを除いて冷凍システム２０Ｄと同様である。
【００４５】
冷凍システム２０Ｅには、システム内のさまざまな要素を接続して４つの別々の冷媒経路が形成される。主冷媒経路が、位置１、２、３、４、５、６で規定されるループによって形成される。第１のエコノマイズ冷媒経路が、位置５Ａ、６Ａ、７Ａ、３、４で規定されるループによって形成される。第２のエコノマイズ冷媒経路が、位置５Ｂ、６Ｂ、７Ｂ、９、１０で規定されるループによって形成される。最後に第３のエコノマイズ冷媒経路が、位置５Ｃ、６Ｃ、７Ｃ、８Ｃ、９、１０で規定されるループによって形成される。
【００４６】
主冷媒経路に関連して、冷媒は二段圧縮機サブユニット３２から吐出ポート３９を通って高い圧力およびエンタルピーで流出した後（位置４）、熱除去熱交換器２４内で熱を失い、低いエンタルピーおよび高い圧力で熱除去熱交換器２４から流出する（位置５Ａ）。次いで冷媒は、第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａに流入する前に、２つの流れ経路４０Ａ、４２Ａに分かれる。主経路は、経路４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃに沿って継続しそれぞれ第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａ（位置５Ｂ）、第２のエコノマイザ熱交換器２８Ｂ（位置５Ｃ）、第３のエコノマイザ熱交換器２８Ｃ（位置５）を通る。経路４０Ａ内の冷媒は、第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａを通過しながら、第１のエコノマイズ経路の経路４２Ａ内の冷媒によって冷却される。経路４０Ｂ内の冷媒は、第２のエコノマイザ熱交換器２８Ｂを通過しながら、第２のエコノマイズ経路の経路４２Ｂ内の冷媒によって冷却される。最後に経路４０Ｃ内の冷媒は、第３のエコノマイザ熱交換器２８Ｃを通過しながら、第３のエコノマイズ経路の経路４２Ｃ内の冷媒によって冷却される。
【００４７】
次いで経路４０Ｃからの冷媒は主膨張弁２６において絞られる。冷媒は、主膨張弁２６内の膨張過程を経た後（位置６）、二相液体−蒸気混合物であり、蒸発器２７へと向かう。冷媒は、液体の残りが蒸発した後（位置１）、吸入ポート３７を通って二段圧縮機サブユニット３２へと流入する。冷媒は、二段圧縮機サブユニット３２の第１の段であるシリンダ３６Ａ内で圧縮され、次いで吐出ポート５０から排出され（位置２）、そこで中間ポート４８に送り込まれるエコノマイザ戻り経路４６Ａからのより低い温度の冷媒と混合される（位置３）。このようにエコノマイザ戻り経路４６Ａからの冷媒はシリンダ３６Ｂ内の圧縮の第２の段の前にシリンダ３６Ａから吐出された冷媒を冷却するように機能する。冷媒は、圧縮の第２の段の後、吐出ポート３９を通して吐出される（位置４）。
【００４８】
第１のエコノマイズ経路に関連して、冷媒は、熱除去熱交換器２４から低いエンタルピーおよび高い圧力で流出し（位置５Ａ）、２つの流れ経路４０Ａ、４２Ａに分かれた後、第１のエコノマイズ経路は、経路４２Ａに沿って継続する。経路４２Ａにおいて冷媒は、第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａを通過する前に、エコノマイザ膨張弁３０Ａによってより低い圧力に絞られる（位置６Ａ）。経路４２Ａから第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａを通過した（位置７Ａ）冷媒は次いでエコノマイザ戻り経路４６Ａに沿って流され、二段圧縮機サブユニット３２の中間ポート４８に送り込まれ、そこで主経路を流れる冷媒と混合されてシリンダ３６Ｂ内の圧縮の第２の段の前に冷媒を冷却する（位置３）。
【００４９】
第２のエコノマイズ経路に関連して、経路４０Ａ内の冷媒は、より高い圧力の第１のエコノマイザ熱交換器２８Ａ内で冷却された後(位置５Ｂ)、２つの流れ経路４０Ｂ、４２Ｂに分かれる。第２のエコノマイズ経路は、流れ経路４２Ｂに沿って継続し、そこで冷媒は、第２のエコノマイザ熱交換器２８Ｂを通過する前に、エコノマイザ膨張弁３０Ｂによってより低い圧力に絞られる（位置６Ｂ）。経路４２Ｂから第２のエコノマイザ熱交換器２８Ｂを通過した（位置７Ｂ）冷媒は次いでエコノマイザ戻り経路４６Ｂに沿って流され、二段圧縮機サブユニット７０の中間ポート７２に送り込まれ、そこで吐出ポート７４から流出する冷媒と混合されてシリンダ３６Ｆ内の圧縮の第２の段の前に冷媒を冷却する（位置９）。
【００５０】
第３のエコノマイズ経路に関連して、経路４０Ｂ内の冷媒は、より高い圧力の第２のエコノマイザ熱交換器２８Ｂ内で冷却された後(位置５Ｃ)、２つの流れ経路４０Ｃ、４２Ｃに分かれる。第３のエコノマイズ経路は、流れ経路４２Ｃに沿って継続し、そこで冷媒は、第３のエコノマイザ熱交換器２８Ｃを通過する前に、エコノマイザ膨張弁３０Ｃによってより低い圧力に絞られる（位置６Ｃ）。経路４２Ｃから第３のエコノマイザ熱交換器２８Ｃを通過した（位置７Ｃ）冷媒は次いでエコノマイザ戻り経路４６Ｃに沿って流され、二段圧縮機サブユニット７０の吸入ポート７６に送り込まれる。冷媒は、シリンダ３６Ｅ内の圧縮の第１の段の後で（位置８Ｃ）圧縮の第２の段の前に、エコノマイザ戻り経路４６Ｂからの中間ポート７２に送り込まれた冷媒によって冷却される。冷媒は、シリンダ３６Ｆ内の圧縮の第２の段の後、吐出ポート７８を通して吐出され（位置１０）、そこで二段圧縮機サブユニット３２から吐出された圧縮された冷媒と混合される。
【００５１】
図５Ｂは、図５Ａの冷凍システム２０Ｅのエンタルピーを圧力に関連付けるグラフを例示する。図５Ｂに示すように、主冷媒経路は位置１、２、３、４、５、６で規定されるループであり、第１のエコノマイズ経路は位置５Ａ、６Ａ、７Ａ、３、４で規定されるループであり、第２のエコノマイズ経路は位置５Ｂ、６Ｂ、７Ｂ、９、１０で規定されるループであり、第３のエコノマイズ経路は位置５Ｃ、６Ｃ、７Ｃ、８Ｃ、９、１０で規定されるループである。
【００５２】
図５Ｂに示すように、多段圧縮機ユニット１０Ｅのシリンダ３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｅ、３６Ｆは冷媒を受け取ってさまざまな圧力へと圧縮するように構成される。特にシリンダ３６Ａは主冷媒経路から冷媒を受け取って位置２によって示されるように中間圧力へと圧縮する。次いでシリンダ３６Ｂは主冷媒経路と第１のエコノマイズ経路から冷媒を受け取って中間圧力から位置４によって示されるように出口圧力へと圧縮する。同様にシリンダ３６Ｅは第３のエコノマイズ冷媒経路から冷媒を受け取って位置８Ｃによって示されるように中間圧力へと圧縮する。次いでシリンダ３６Ｆは第２および第３のエコノマイズ経路から冷媒を受け取って中間圧力から位置１０によって示されるように出口圧力へと圧縮する。図５Ｂに示すように、シリンダ３６Ｂの出口圧力はシリンダ３６Ｆの出口圧力に実質的に等しい。
【００５３】
上述し図示した多段圧縮機ユニットの各実施例は１つまたは複数のエコノマイザ回路を含む冷凍システムに接続されていたが、本発明の多段圧縮機ユニットはエコノマイザ回路を含まない冷凍システムにも使用できる。図６Ａは、冷凍システム２０Ｆに接続された多段圧縮機ユニット１０Ｆの概略図を例示し、冷凍システム２０Ｆは、熱除去熱交換器２４、第１の膨張弁２６、第１の蒸発器２７、第１の検出器３１、第２の膨張弁１２６、第２の蒸発器１２７、および第２の検出器１３１を含む。多段圧縮機ユニット１０Ｆは、二段圧縮機サブユニット３２および一段圧縮機サブユニット３４を含む。二段圧縮機サブユニット３２は直列に接続されたシリンダ３６Ａ、３６Ｂを含み、一段圧縮機サブユニット３４はシリンダ３６Ｃを含む。
【００５４】
冷凍システム２０Ｆには、システム内のさまざまな要素を接続して２つの別々の冷媒経路が形成される。第１の主冷媒経路が、位置１、２、３、４、５で規定されるループによって形成される。第２の主冷媒経路が、位置４、５Ａ、６Ａ、７Ａで規定されるループによって形成される。
【００５５】
第１の主冷媒経路に関連して、冷媒は二段圧縮機サブユニット３２から吐出ポート３９を通って高い圧力およびエンタルピーで流出した後（位置３）、熱除去熱交換器２４内で熱を失い、低いエンタルピーおよび高い圧力で熱除去熱交換器２４から流出する（位置４）。主経路内の冷媒は次いで第１の膨張弁２６において絞られる。冷媒は、第１の主膨張弁２６内の膨張過程を経た後（位置５）、二相液体−蒸気混合物であり、第１の蒸発器２７へと向かう。冷媒は、液体の残りが蒸発した後（位置１）、吸入ポート３７を通って二段圧縮機サブユニット３２へと流入する。冷媒は、二段圧縮機サブユニット３２の第１の段であるシリンダ３６Ａ内で圧縮され、次いで吐出ポート５０から排出される（位置２）。冷媒は、シリンダ３６Ｂ内の圧縮の第２の段の後、吐出ポート３９を通して吐出される（位置３）。
【００５６】
第２の主冷媒経路に関連して、冷媒は、熱除去熱交換器２４から流出した後、第２の膨張弁１２６において絞られる。冷媒は、第２の主膨張弁１２６内の膨張過程を経た後（位置５Ａ）、二相液体−蒸気混合物であり、第２の蒸発器１２７へと向かう。冷媒は、第２の蒸発器１２７内で蒸発した後（位置６Ａ）、吸入ポート５２を通って一段圧縮機サブユニット３４へと流入する。冷媒は、シリンダ３６Ｃ内で圧縮され、次いで吐出ポート５４から排出され（位置７Ａ）、そこで二段圧縮機サブユニット３２の吐出ポート３９を通して吐出された冷媒と混合される。
【００５７】
図６Ｂは、図６Ａの冷凍システム２０Ｆのエンタルピーを圧力に関連付けるグラフを例示する。図６Ｂに示すように、第１の主冷媒経路は位置１、２、３、４、５で規定されるループであり、第２の主冷媒経路は位置４、５Ａ、６Ａ、７Ａで規定されるループである。
【００５８】
図６Ｂに示すように、多段圧縮機ユニット１０Ｆのシリンダ３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃは冷媒を受け取ってさまざまな圧力へと圧縮するように構成される。特にシリンダ３６Ａは第１の主冷媒経路から冷媒を受け取って位置２によって示されるように中間圧力へと圧縮する。次いでシリンダ３６Ｂは冷媒を受け取って中間圧力から位置３によって示されるように出口圧力へと圧縮する。同様にシリンダ３６Ｃは第２の主冷媒経路から冷媒を受け取って位置７Ａによって示されるように出口圧力へと圧縮する。図６Ｂに示すように、シリンダ３６Ｃの出口圧力はシリンダ３６Ｂの出口圧力に実質的に等しい。
【００５９】
多段圧縮機ユニットの代替の実施例は、２〜３の範囲の数の圧縮機サブユニットを含むように説明してきたが、４以上の圧縮機サブユニットを有する多段圧縮機ユニットも本発明の意図する範囲内に含まれることは言うまでもない。さらに多段圧縮機ユニットの実施例はもっぱら一段および二段圧縮機サブユニットを含むように説明したが、三段以上の圧縮機サブユニットも本発明の意図する範囲内に含まれる。従って一段および二段圧縮機サブユニットを図示したのは単なる例示のためであり、限定のためではない。また上述した以外のさまざまな組み合わせで接続された圧縮機サブユニットを含む代替の実施例も意図している。
【００６０】
本発明の多段圧縮機ユニットは任意の種類の冷媒を使用する冷凍システムにおいてシステム効率を向上させるのに有用であるが、二酸化炭素などの遷臨界冷媒を利用する冷凍システムにおいて特に有用である。二酸化炭素はこのように臨界温度が低い冷媒なので、二酸化炭素を用いる冷凍システムは一般に遷臨界で作動する。さらに二酸化炭素はこのように高い圧力の冷媒なので、回路の高圧部と低圧部の間に多段の圧力段階を設けて複数のエコノマイザや複数の圧縮機シリンダを備え、それぞれがシステムの効率向上に寄与するようにする機会が多くなる。このように本発明の多段圧縮機ユニットは二酸化炭素などの遷臨界冷媒を利用するシステムの効率を向上させ、それらの効率を通常の効率に匹敵させるに使用できる。しかしながら本発明の多段圧縮機ユニットは亜臨界で作動するシステムや遷臨界で作動するシステムなどを含めいずれの冷媒を使用する冷凍システムにおいても効率を向上させるのに有用である。
【００６１】
本発明は好ましい実施例を参照して説明してきたが、当業者は本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに形態や詳細に変更を加えることができることを理解するであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
2009539058.tif 000015