(57)【要約】  流体圧縮機構（１３）、好ましくは等圧又は略等圧の流体冷却機構、流体膨張機構（８）、及び流体加熱機構（９、６）を直列で備える作動回路（１０）内を循環する作動流体との熱交換によって、少なくとも１つの部材（１５）から熱を抽出することを目的とする冷凍装置であって、圧縮機構（１３、４）は、遠心圧縮型のものであり、回路（１０）内で直列に編成される２つの圧縮ステージ（１３、４）からなっており、装置は、２つの圧縮ステージ（１３、４）を駆動する２つのそれぞれの電気駆動モータ（２、７）を備え、膨張機構は、圧縮ステージ（１３、４）のうちの一方のモータ（２）に結合されるタービン（８）からなり、膨張機構のタービン（８）は第１の圧縮ステージの駆動モータ（２）に結合される、冷凍装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を含む作動回路（１０）を備える−１００℃〜−２７３℃の間の低温冷凍用の装置であって、前記装置は、前記作動回路（１０）内を循環する前記作動流体との熱交換によって、少なくとも１つの構成要素（１５）から熱を抽出することを目的としており、前記作動回路（１０）は、直列に編成される、好ましくは等エントロピー又は略等エントロピーの、前記流体の圧縮のための機構（１３）と、好ましくは等圧又は略等圧の、前記流体を冷却するための機構と、好ましくは等エントロピー又は略等エントロピーの、前記流体の膨張のための機構（８）と、好ましくは等圧又は略等圧の、前記流体を加熱するための機構（９、６）とを備え、前記圧縮機構（１３、４）は、遠心圧縮を有する種類のものであり、前記回路（１０）内で直列に編成される２つの圧縮ステージ（１３、４）、それぞれ第１の圧縮ステージ（１３）及び第２の圧縮ステージ（４）からなっており、すなわち、前記装置は、それぞれが前記２つの圧縮ステージのうちの１つを構成する２つの圧縮機（１３、４）のみを有し、前記装置は、前記２つの圧縮ステージ（１３、４）それぞれの２つの電気駆動モータ（２、７）のみを備え、前記膨張機構は、前記圧縮ステージ（１３、４）のうちの一方の前記モータ（２）に結合されるタービン（８）からなり、すなわち、前記装置は、前記膨張機構を構成する１つのみのタービン（８）を有し、前記膨張機構の前記タービン（８）は前記第１の圧縮ステージの前記駆動モータ（２）に結合されることを特徴とする、装置。
【請求項２】
前記第１の圧縮ステージ（１３）の前記電気駆動モータ（２）は出力軸を備え、その一方の端部は、前記第１の圧縮ステージ（１３）を担持し、直接結合によりそれを回転させ、その他方の端部は、直接結合により前記タービン（８）を担持し、それによって回転されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記２つのモータ（２、７）は同一又は類似であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記冷却機構は、前記第１の圧縮ステージ（１３）と前記第２の圧縮ステージ（４）との間に位置し、前記第１の圧縮ステージ（１３）を出る流体を、前記第２の圧縮ステージ（４）に入る前に冷却するための中間冷却交換器（３）を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記モータ（２、７）は高速モータ、すなわち、ｋＷでの電力Ｐ×１分当たりの回転数での速度Ｎの２乗の積（Ｐ．Ｎ２）が５．１０１０〜５．１０１２の間のモータであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記２つのモータ（２、７）の前記回転速度は同一であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記２つのモータ（２、７）の前記機械動力は同一であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記第２の圧縮ステージ（４）の前記駆動モータ（７）は、また、循環ポンプ（１４）又は１つ若しくは複数の前記モータ（２、７）の冷却液を循環させるために構成される追加の圧縮機も機械的に駆動することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記２つの圧縮ステージ（１３、４）はそれぞれ、前記圧縮機のエネルギー効率を最大化することによって特定される最適比速度を有する遠心圧縮機からなり、且つ、前記装置は、前記圧縮機（１３、４）の前記比速度を前記最適比速度の７０％〜１３０％の間、好ましくは８０％〜１２０％の間、更により好ましくは前記最適比速度の９０％〜１１０％の間に維持するよう構成されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記２つの圧縮ステージ（１３、４）は、前記圧縮機の前記エネルギー効率を最大化することによって特定される最適比速度をそれぞれが有する複数の遠心圧縮機からなり、各圧縮機は定義された体積流量（Ｑ１、Ｑ２）及び定義された機械動力（Ｐ１、Ｐ２）を有し、前記第２の圧縮機（４）の前記体積流量（Ｑ２）に対する前記第１の圧縮機（１３）の前記体積流量（Ｑ１）の比（Ｑ１／Ｑ２）は１．１〜２．５の間であり、好ましくは１．８と等しく、前記第２の圧縮機（４）を駆動する前記機械動力（Ｐ２）に対する前記第１の圧縮機（１３）を駆動する前記機械動力（Ｐ１）の比（Ｐ１／Ｐ２）は１．１〜２．５の間であり、好ましくは１．５と等しく、前記２つのモータの前記回転速度の比（ｗ１／ｗ２）は０．５〜１．５の間であり、好ましくは１と等しいことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
積：（ｗ１／ｗ２）．（Ｑ１／Ｑ２）０．５．（Δｈｓ２／Δｈｓ１）０．７５は、
−前記２つのモータの前記回転速度の前記比（ｗ１／ｗ２）と、前記第２の圧縮機（４）の前記体積流量（Ｑ２）に対する前記第１の圧縮機（１３）の前記体積流量（Ｑ１）の前記比（Ｑ１／Ｑ２）の０．５乗と、
−前記圧縮が等エントロピーであると仮定した前記第１の圧縮機（１３）の前記ステージを介するエンタルピーの増加に対する前記圧縮が等エントロピーであると仮定した前記第２の圧縮機（４）の前記ステージを介するエンタルピーの増加の前記比（Δｈｓ２／Δｈｓ１）の０．７５乗との間が、０．７０〜１．３０の間、好ましくは０．８０〜１．２０の間、更により好ましくは０．９０〜１．１０の間であることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記装置の電子制御ユニット（１６）を備え、データ格納及び処理のためのユニットを備え、前記電子制御ユニット（１６）は前記モータ（１３、４）のうちの少なくとも１つを制御するために特に構成されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の冷凍装置（１）を用いる冷熱源（１５）の冷凍方法であって、熱交換が、前記膨張機構（８）を出た後に冷却される前記作動流体と、冷却される前記構成要素（１５）との間で行われる方法。
【請求項１４】
前記圧縮機（１３、４）の前記比速度は、それらの最適比速度の７０％〜１３０％の間、好ましくは８０％〜１２０％の間、更により好ましくは９０％〜１１０％の間に維持されることを特徴とする、請求項１３に記載の冷凍方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温冷凍用の装置及び方法に関する。
【０００２】
本発明は、特に、作動流体を含む作動回路を備える−１００℃〜−２７３℃の間の低温冷凍用の装置であって、装置は、作動回路内を循環する作動流体との熱交換によって、少なくとも１つの構成要素から熱を抽出することを目的としており、作動回路は、好ましくは等エントロピー又は略等エントロピーの、流体の圧縮のための機構と、好ましくは等圧又は略等圧の、流体の冷却のための機構と、好ましくは等エントロピー又は略等エントロピーの、流体の膨張のための機構と、好ましくは等圧又は略等圧の、流体を加熱するための機構とを直列で備え、圧縮機構は、遠心圧縮を有する種類のものであり、回路内で直列に編成される２つの圧縮ステージ、それぞれ第１の圧縮ステージ及び第２の圧縮ステージからなっており、装置は２つの圧縮ステージの２つのそれぞれの電気駆動モータを備え、膨張機構は圧縮ステージのうちの一方のモータに結合されるタービンからなる、装置に関する。
【０００３】
本発明は、特に、いわゆる「ターボブレイトン」サイクル又は「ターボブレイトンクーラ」を有する冷凍機に関する。
【０００４】
本発明は、特に、極低温冷凍機、すなわち、−１００℃又は１７３Ｋ以下、例えば、特に−１００℃〜−２７３℃の間の温度に到達するものに関する。
【背景技術】
【０００５】
文献の日本特許第３９２８２３０号公報は、その駆動軸の両端にそれぞれ位置するタービン及び圧縮機を有する高速モータを用いるターボブレイトン型の冷凍機を説明している。
【０００６】
冷凍機のエネルギー効率を向上させるため、１つの解決策は、１つ以上の高効率遠心圧縮機を用いることからなっている。遠心圧縮機は、その比速度が最適値に等しいかそれに近ければ、高効率を達成する。最適値は、異なる比速度を有する多数の遠心圧縮機の効率の測定値を収集することによって、当業者により実験的に特定される。以下に定義する単位系で計算する場合、それは通常０．７５である。
【０００７】
この比速度が最適値を上回るか下回った場合、効率は低い。遠心圧縮機の比速度ｗｓは、次の式で定義される：ｗｓ＝ｗ．Ｑ０．５／Δｈｓ０．７５
【０００８】
ここで、ｗは１秒当たりのラジアンでの圧縮機の回転速度、Ｑはｍ３／ｓでの圧縮機入口における体積流量、及びΔｈｓは圧縮が等エントロピーであると仮定した圧縮ステージを介するエンタルピーの増加（Ｊ／ｋｇ）である。
【０００９】
公知の装置を図１に示す。単一のモータ２が圧縮機１３及びタービン８を駆動する。発明者らは、この種類の装置では圧縮機を良好な比速度で運転することができないことを見出した。実際、この構造に固有の低体積流量は最適値と比較して低い比速度につながっている。
【００１０】
図２に示す別の公知の解決策は、その一端に遠心圧縮機を有する第２のモータ７を用い、既に存在する圧縮機１３の上流にこの機械を配置することからなっている。
【００１１】
冷凍機に関する最適な総エンタルピーの変化Δｈｓがあるため、冷凍機は従来技術と比べて改良されていない。この新規の構造により、総エンタルピーの変化Δｈｓを２つの圧縮ステージ４、１３にわたって分散させることができ、その結果、１つの圧縮ステージのエンタルピーの変化Δｈｓを低減し、２つの圧縮ステージ４、１３の比速度を増加させ、最適な比速度に近づくか又はそれに到達することが可能になる。
【００１２】
しかし、発明者らは、実際には、この改善は第１の圧縮ステージ４にのみ恩恵をもたらすことを見出した。実際、第１の圧縮ステージ４が最適な比速度で動作する場合、第２の圧縮ステージ１３は通常、最適な比速度の半分の比速度で動作する。これは、この段階の効率に影響を与え（通常は１０ポイント低い効率）、その結果、冷凍機の全体的な効率に大きな影響を及ぼす。
【００１３】
これは、以下の計算例で実証することができる（ここで、２つのモータ２、７の機械動力及び回転速度が同一であると仮定している）。
【００１４】
この例において、第２の圧縮ステージ１３の機械動力Ｐ２は、通常、モータの動力を５０％上昇させるよう第２のモータ２を助けるタービン８の存在により、第１の圧縮ステージ４の機械動力Ｐ１の１５０％と等しい。遠心圧縮機の機械動力Ｐが質量流量
【００１５】
【数１】
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【００１６】
且つ２つの圧縮ステージの質量流量が同一であるため、第２の圧縮ステージのエンタルピーの増加Δｈ２は第１の圧縮ステージのエンタルピーの増加の１５０％と等しい：Δｈ２＝１５０％  Δｈ１。
【００１７】
Δｈは、圧縮ステージを介したエンタルピーの実際の（測定された）増加（Ｊ／ｋｇ単位）である（すなわち、圧縮は必ずしも等エントロピーではない）。
【００１８】
加えて、２つの圧縮ステージの効率が同じであると想定される場合、Δｈｓ２＝１５０％  Δｈｓ１である。
【００１９】
第２の圧縮ステージ１３の体積流量Ｑ２は、圧縮比が第１の圧縮ステージ４のレベルにおいて通常１．８であるため、第１の圧縮ステージの体積流量Ｑ１の５６％と等しい：Ｑ２＝５６％  Ｑ１。
【００２０】
第１の圧縮ステージ４の比速度ｗｓ１は、ｗ．Ｑ１０．５／Δｈｓ１０．７５と等しい。
【００２１】
第２の圧縮ステージ１３の比速度ｗｓ２は、従って、ｗｓ２＝ｗ．Ｑ２０．５／Δｈｓ２０．７５＝ｗ．（５６％Ｑ１）０．５／（１５０％  Δｈｓ１）０．７５＝５５％．ｗ．Ｑ１０．５／Δｈｓ１０．７５＝５５％．ｗｓ１と等しくなる。
【００２２】
第１の圧縮ステージの比速度ｗｓ１が最適な比速度と等しいと仮定すると、第２のステージは最適な比速度の５５％で動作する。
【００２３】
これは、システムの効率を最適化することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明の１つの目的は、上で説明した従来技術の欠点のうちの幾つか又は全てを克服することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
この目的のために、本発明に従い、その上、上記の前提部分で与えられた一般的定義に準拠する装置は、膨張機構のタービンが第１の圧縮ステージの駆動モータに結合されることを本質的に特徴としている。
【００２６】
すなわち、装置は、直列に取り付けられた２つのステージを有する遠心圧縮機と、圧縮機を駆動するための、好ましくは電動の、２つのモータとを用いる逆ブレイトンサイクルを有する冷凍機であってもよい。低圧ステージ（第１の圧縮機）及び膨張タービンは１つの同じモータ（第１のモータ）のロータに取り付けられ、高圧ステージは第２のモータのロータに取り付けられる。
【００２７】
更に、発明の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を備えていてもよい。
−第１の圧縮ステージの電気駆動モータは出力軸を備え、その一方の端部は、第１の圧縮ステージを担持し、直接結合によりそれを回転させ、その他方の端部は、直接結合によりタービンによって回転され、
−２つのモータは同一又は類似であり、
−冷却機構は、第１の圧縮ステージと第２の圧縮ステージとの間に位置し、第１の圧縮ステージを出る流体を、第２の圧縮ステージに入る前に冷却するための中間冷却交換器を備え、
−モータは高速モータ、すなわち、ｋＷでの電力Ｐ×１分当たりの回転数での速度Ｎの２乗の積（Ｐ．Ｎ２）が５．１０１０〜５．１０１２の間のモータであり、
−２つのモータの回転速度は同一であり、
−２つのモータの機械動力は同一であり、
−第２の圧縮ステージの駆動モータは、また、循環ポンプ又は１つ若しくは複数のモータの冷却液を循環させるために構成される追加の圧縮機も機械的に駆動し、
−２つの圧縮ステージはそれぞれ、圧縮機のエネルギー効率を最大化することによって特定される最適比速度を有する遠心圧縮機からなり、装置は、圧縮機の比速度を最適比速度の７０％〜１３０％の間、好ましくは８０％〜１２０％の間、更により好ましくは最適比速度の９０％〜１１０％の間に維持するよう構成され、
−２つの圧縮ステージは、圧縮機のエネルギー効率を最大化することによって特定される最適比速度をそれぞれが有する複数の遠心圧縮機からなり、各圧縮機は定義された体積流量及び定義された機械動力を有し、第２の圧縮機の体積流量に対する第１の圧縮機の体積流量の比は１．１〜２．５の間であり、好ましくは１．８と等しく、第２の圧縮機を駆動する機械動力に対する第１の圧縮機を駆動する機械動力の比は１．１〜２．５の間であり、好ましくは１．５と等しく、２つのモータの回転速度の比は０．５〜１．５の間であり、好ましくは１と等しく、
−装置は、装置を制御するための電子ユニットを備え、データ格納及び処理のためのユニットを備え、電子制御ユニットはモータのうちの少なくとも１つを制御するために特に構成され、
−動作回路は閉じていることが好ましく、
−２つのモータは電気式のものであり、
−モータは、同じ電磁ステータ及び／又は同じ電磁ロータ及び／又は同じベアリング及び／又は同じ冷却システムを有し、
−冷却機構は、第２の圧縮ステージを出る流体をタービンに入る前に冷却するための、第２の圧縮ステージとタービンとの間に位置する少なくとも１つの冷却交換器を備え、
−冷却交換器の少なくとも１つは、タービンを出た後及び／又は冷却される構成要素との熱交換後、作動流体との熱交換も提供する向流交換器であり、
−第２の圧縮ステージの駆動モータは、第２の圧縮ステージを担持し、直接結合によりその回転を生じさせる出力軸を備え、
−１つ又は複数の膨張タービンは求心膨張を有する種類のものであり、
−モータの出力軸は磁気型又は気体力学型のベアリングに取り付けられ、前記ベアリングは圧縮機及びタービンをそれぞれ支持するために用いられ、
−加熱機構は、作動流体が冷却されるか又は加熱されるかに応じて向流で通過する共通の熱交換器を備え、
−作動回路は、作動流体の貯蔵のためのバッファタンクを形成するリザーバを備え、
−作動流体は気相状態にあり、ヘリウム、ネオン、窒素、酸素、アルゴン、一酸化炭素、メタン、又はその他の適切な流体からの純ガス又は純ガスの混合気からなり、
−作動流体は、回路内で逆エリクソン式の熱力学的作動サイクル（温度Ｔ、エントロピーＳ）に送られる。
【００２８】
本発明は、また、上記又は下記に与える特性のいずれか１つに記載の冷凍装置を用いる冷熱源の冷凍方法であって、熱交換が、膨張機構を出た後に冷却される作動流体と、冷却される構成要素との間で行われる方法に関する。
【００２９】
他の可能性のある特定の特徴によれば、
−圧縮機の比速度は、それらの最適比速度の７０％〜１３０％の間、好ましくは８０％〜１２０％の間、更により好ましくは９０％〜１１０％の間に維持される。
【００３０】
本発明は、また、上記又は下記に提示する特徴の任意の組み合わせを含む任意の代替装置又は方法に関連していてもよい。
【００３１】
他の特定の特徴及び利点は、図を参照して以下の説明を読むことでより明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、従来技術からの第１の実施形態の例による冷凍装置の構造及び動作を示す部分略図を示す。
【図２】図２は、従来技術からの第２の実施形態の例による冷凍装置の構造及び動作を示す部分略図を示す。
【図３】図３は、発明の可能性のある実施形態の例による冷凍装置の構造及び動作を示す部分略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図３に示す低温冷凍装置（−１００℃〜−２７３℃の間、例えば、極低温）は、流体が極低温に達する熱力学サイクルを受ける作動流体を含む閉作動回路１０を備えている。冷却された作動流体は、構成要素又は流体１５との熱交換を受けてそれから熱を抽出する（例えば、直接又は熱交換器９を介して）。
【００３４】
作動回路１０は、直列に編成される、流体の圧縮のための機構１３、４（好ましくは、等エントロピー又は略等エントロピーの）、流体を冷却するための機構３、５、６（好ましくは、等圧又は略等圧の）、流体の膨張のための機構８（好ましくは、等エントロピー又は略等エントロピーの）、及び流体を加熱するための機構９、６（好ましくは、等圧又は略等圧の）を備える。
【００３５】
圧縮機構は、遠心圧縮を有する種類のものであり、すなわち、それは遠心型の圧縮機（好ましくは、専用の）を用いる。
【００３６】
圧縮機構は、回路１０内で直列に編成される２つの圧縮ステージ１３、４（すなわち、２つの圧縮機）、それぞれ第１の圧縮ステージ１３及び第２の圧縮ステージ４からなるのが好ましい。すなわち、装置は、圧縮のために、２つの圧縮機、すなわち、作動流体を圧縮する２つのホイールのみを備えている。
【００３７】
装置１は、２つの圧縮ステージ１３、４をそれぞれ駆動するための２つのモータ２、７、好ましくは電動の、を備える。
【００３８】
膨張機構は、圧縮ステージのうちの１つ、１３のモータ２（モータに結合される）を駆動するタービン８（好ましくは、求心型のもの）を備える（又はそれからなる）。より正確には、膨張機構のタービン８は、モータ２が第１の圧縮ステージを駆動することを助ける（すなわち、直列の２つの圧縮機のうちの第１の圧縮機１３の駆動モータ２）。すなわち、圧縮機は１つの膨張タービンのみを用い、備えている。
【００３９】
従って、装置は２つのモータ２、７を用い、第２のモータは、その端部の一方でのみ第２の遠心圧縮機４を駆動する。この第２の圧縮機４は、第１の圧縮機１３の下流に位置する（下流とは、回路１０内の作動流体の循環方向を指す）。
【００４０】
この新規の構造により、エンタルピーΔｈｓの全体的な増加を２つの圧縮ステージに分散することができるため、結果として、１つのステージのエンタルピーの増加Δｈｓを低下させ、圧縮ステージの比速度を向上させて各圧縮機のための最適な比速度に近づくことができる。
【００４１】
エンタルピーの全体的な増加Δｈｓは、図２の従来技術と比較して変更されていない。
【００４２】
エンタルピーのこの全体的な増加Δｈｓは、２つの圧縮ステージ１３、４の間に分散され、圧縮ステージの比速度を増加させ、最適な比速度に近づくか又はそれに到達することを可能にする。
【００４３】
この新規な構造により、２つの圧縮ステージ１３、４は、最適な比速度に近づくか又はそれで動作することができる（従来技術の場合のような第１のステージだけではない）。
【００４４】
これは、以下の計算例で示すことができ、ここで、２つのモータ２、７の機械動力と回転速度ｗが同一であると仮定している。
【００４５】
この例において、第１の圧縮ステージの機械動力Ｐ１は、通常、その動力を５０％上昇させるよう第１のモータ２を助けるタービン８の存在により、第２の圧縮ステージの機械動力Ｐ２の１５０％と等しい。
【００４６】
機械動力Ｐが質量流量
【００４７】
【数２】
2020537105.tif 000004
【００４８】
且つ２つの圧縮ステージの質量流量が同一であるため、第１の圧縮ステージのエンタルピーの増加Δｈ１は第２の圧縮ステージのエンタルピーの増加Δｈ２の１５０％と等しく、すなわち、Δｈ１＝１５０％  Δｈ２。
【００４９】
その上、２つの圧縮ステージの効率が同じであると想定される場合、Δｈｓ１＝１５０％  Δｈｓ２である。
【００５０】
第１の圧縮ステージ１３の体積流量Ｑ１は、圧縮比が第１の圧縮ステージのレベルにおいて通常１．８であるため、第２の圧縮ステージの体積流量Ｑ２の１８０％と等しい。すなわち：Ｑ１＝１８０％  Ｑ２。
【００５１】
第１の圧縮ステージの比速度ｗｓ１は、ｗｓ１＝ｗ．Ｑ１０．５／Δｈｓ１０．７５＝ｗ．（１８０％Ｑ２）０．５／（１５０％ｈｓ２）０．７５＝９９％．ｗ．Ｑ２０．５／Δｈｓ２０．７５＝９９％．ｗｓ２により求まる。
【００５２】
第２の圧縮ステージの比速度ｗｓ２が最適な比速度と等しいと仮定すると、第１のステージは最適な比速度の９９％で動作する。
【００５３】
すなわち、第１及び第２の圧縮機１３、４（同一である）の比速度ｗｓ１、ｗｓ２は、最適な比速度の９９％〜１００％に等しい。
【００５４】
従って、本発明による構造は、２つの圧縮ステージ１３、４が最適な比速度で動作するような方法で装置を動作させることを可能にする。
【００５５】
上記の実施例において、２つのモータ２、７は同一であり、２つのモータ２、７の速度ｗは同一であり、２つの圧縮機１３、４の比速度ｗｓは同一であり且つ最適である。
【００５６】
無論、２つの圧縮ステージ１３、４は、２つのモータの機械動力及び／又は回転速度が異なる場合にも、最適な比速度に近いか又はその速度で動作するよう異なる速度に制御されてもよい。
【００５７】
冷凍装置のエネルギー効率は、従って、従来技術と比較して改善される。
【００５８】
図３に示す冷凍装置１は、主に、ロータが第１の高速モータ２によって駆動される第１の圧縮ステージ１３（回転圧縮機）からなる。高速モータとは、ｋＷでの電力Ｐ×１分当たりの回転数での速度Ｎの２乗の積（Ｐ．Ｎ２）が５．１０１０より大きい（例えば、５．１０１０〜５．１０１２の間の）モータを意味する。この第１の高速モータ２は、また、その回転軸の他方の端部で、モータ２が第１の圧縮ステージ１３を駆動することを助ける膨張装置８（膨張タービン、好ましくは、求心性の）も受ける。装置は、ロータが第２の高速モータ７によって駆動される第２の圧縮ステージ４を備えている。
【００５９】
第１の圧縮ステージ１３は、低圧（通常、５バールの絶対圧力及び１５℃の温度のガス）から開始して作動流体（ガス又はガス混合物）を圧縮する。第１の圧縮ステージ１３は、回路１０のパイプ１２を介して圧縮ガスを移送する（例えば、９バールの絶対圧力及び７７℃の温度で）。圧縮の熱（通常、例えば１５℃まで）の全て又は一部を除去するための冷却交換器３（「インタークーラ」）をこの「中圧」パイプ１２に取り付けることができることが好ましい。冷却交換器３は、例えば、伝熱流体との直接的又は間接的な熱交換を提供する。
【００６０】
すなわち、この冷却交換器３の下流において、作動ガスの圧縮は等温として説明されてもよい。
【００６１】
第２の圧縮ステージ４は、次いで、中圧（通常９バール絶対圧及び１５℃）から開始して作動流体を圧縮し、パイプ１１を介して（通常１３．５バールの絶対圧及び５６℃の温度で）それを移送する。このいわゆる「高圧」パイプ１１は、第２の圧縮の熱（通常、例えば１５℃まで冷却する）の全部又は一部を除去するための熱交換器５（「インタークーラ」）を備えるのが好ましい。冷却交換器５は、例えば、伝熱流体との直接的又は間接的な熱交換を提供する。すなわち、この冷却交換器５の下流において、作動ガスの圧縮は等温として説明されてもよい。
【００６２】
作動流体は、次いで、交換器６において冷却される（例えば、通常、−１４５℃まで）。この交換器６は向流交換器であり、圧縮端部における比較的高温の作動ガスと膨張後の比較的低温の作動ガスとの間の熱交換及び冷却される構成要素１５との熱交換を行う。
【００６３】
作動流体は、次いで、高圧（通常、１３．５バール絶対圧及び−１４５℃の温度）から開始して低圧（通常、５バール絶対圧及び−１７５℃の温度）に作動流体を膨張させる膨張ステージ（タービン８）に入れられる。膨張した作動流体は、次いで、パイプを介して、例えば、物体又は流体１５を冷却するよう、流体から熱を抽出するために用いられる熱交換器９に移送される。流体の温度は、この交換器９内で上昇する（例えば、通常、−１４５℃まで）。
【００６４】
作動流体は、次いで、前述の向流熱交換器６内で加熱されてもよい（例えば、通常、１５℃まで）。
【００６５】
２つの圧縮ステージ１３、４の圧縮比は、２つの圧縮ステージの比速度ｗｓが可能な限り最適値に近くなるように選択されてもよい。
【００６６】
圧縮機１３、４の圧縮比は、好ましくは、モータ２及び７が同一となるように選択されてもよい。すなわち、例えば、モータのステータ及び／又はロータ及び／又はベアリングは同一である。
【００６７】
従って、「同一又は類似のモータ」とは、厳密に同一であるか、又は異なるが、類似又は同一の技術特性（供給される仕事、等）を有し、特に、それらの最大トルクが等しいか又は略等しいモータを意味する。例えば、モータの仕事生成機構が同一であるか、又は同一若しくは１３０％に近い性能を有している。
【００６８】
モータ２、７のこの標準化は、保守（異なる構成要素の少ない点数、寸法効果による低い生産コスト）の点でも利点を提供する。
【００６９】
単純で安価な構造であるが、本発明は、冷凍装置の効率を改善することを可能にする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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