JP2009539058A - Multistage compressor unit for refrigeration system - Google Patents

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Abstract

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。A multi-stage compressor unit for a refrigeration system configured to circulate a refrigerant is in parallel with a first compressor subunit having a first stage and a second stage, and the first compressor subunit. And a second compressor subunit having a first stage. Each of the first and second stages of the first compressor subunit has a suction port and a discharge port. The first compressor subunit is configured to receive and compress a first portion of refrigerant from the evaporator. The first stage of the second compressor subunit is configured to compress the second portion of the refrigerant.

Description

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。   The present invention relates generally to compressors used in refrigeration systems. More particularly, the present invention relates to a multi-stage compressor unit for a refrigeration system that includes at least one two-stage compressor subunit.

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。   A typical refrigeration system includes an evaporator, a compressor, a condenser, and a throttle valve. A refrigerant, such as hydrofluorocarbon (HFC), typically enters the evaporator as a two-phase liquid-vapor mixture. In the evaporator, as a result of heat transfer to the refrigerant, the liquid portion of the refrigerant changes phase from liquid to vapor. The refrigerant is then compressed in the compressor, thereby increasing the refrigerant pressure. The refrigerant then passes through the condenser where it changes phase from vapor to liquid while being cooled. Finally, the refrigerant expands as it passes through the throttle valve, resulting in a decrease in pressure and a phase change from a liquid to a two-phase liquid-vapor mixture.

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。   Recently, natural refrigerants such as carbon dioxide have been proposed as an alternative to the currently used HFCs, but the high side pressure of carbon dioxide generally ends up in the supercritical region, where there is a high pressure refrigerant. There is no vapor-to-liquid transition when the is cooled. Therefore, in a normal single-stage vapor compression cycle, the efficiency is degraded due to losses during the subcritical isothermal condensation process and the relatively high residual enthalpy of supercritical carbon dioxide at the normal higher temperature.

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。   Accordingly, there is a need for a compressor unit for a refrigeration system that can utilize any refrigerant, including a transcritical refrigerant, while facilitating maintaining the efficiency of the refrigeration system at a high level.

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。   The present invention is a multi-stage compressor unit for a refrigeration system configured to circulate refrigerant. The multi-stage compressor unit includes a first compressor subunit having a first stage and a second stage, and a second compressor sub having a first stage in parallel with the first compressor subunit. A unit. Each of the first and second stages of the first compressor subunit has a suction port and a discharge port. The first compressor subunit is configured to receive and compress a first portion of refrigerant from the evaporator. The first stage of the second compressor subunit has a suction port and a discharge port. The second compressor subunit is configured to compress the second portion of the refrigerant.

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。Schematic illustrating a first alternative embodiment of a multi-stage compressor unit connected to a refrigeration system. 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。1B is a graph relating the enthalpy of the refrigeration system of FIG. 1A to pressure. 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。Schematic illustrating a second alternative embodiment of a multi-stage compressor unit connected to a refrigeration system. 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。2B is a graph relating the enthalpy of the refrigeration system of FIG. 2A to pressure. 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。Schematic illustrating a third alternative embodiment of a multi-stage compressor unit connected to a refrigeration system. 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。FIG. 3B is a graph relating the enthalpy of the refrigeration system of FIG. 3A to pressure. 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。Schematic illustrating a fourth alternative embodiment of a multi-stage compressor unit connected to a refrigeration system. 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。4B is a graph relating the enthalpy of the refrigeration system of FIG. 4A to pressure. 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。Schematic illustrating a fifth alternative embodiment of a multi-stage compressor unit connected to a refrigeration system. 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。FIG. 5B is a graph relating the enthalpy of the refrigeration system of FIG. 5A to pressure. 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。Schematic illustrating a sixth alternative embodiment of a multi-stage compressor unit connected to a refrigeration system. 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。FIG. 6B is a graph relating the enthalpy of the refrigeration system of FIG. 6A to pressure.

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。   FIG. 1A illustrates a schematic diagram of a multi-stage compressor unit 10A connected to a refrigeration system 20A. The refrigeration system 20A includes a heat removal heat exchanger 24, a first economizer circuit 25A, a main expansion valve 26, and an evaporator 27. And a detector 31. The first economizer circuit 25A includes a first economizer heat exchanger 28A, an expansion valve 30A, and a detector 31A. Although the first economizer heat exchanger 28A is illustrated as a tube-in-tube co-current heat exchanger, the multistage compressor unit 10A is limited. Although not necessarily, a counter-current heat exchanger in which the pipe is arranged in a pipe, a shell-in-tube heat exchanger in which the pipe is arranged in a shell, a flash tank, a brazing plate heat exchanger It is also useful in refrigeration systems that use other types of economizer heat exchangers, including

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。   The multistage compressor unit 10 </ b> A includes a two-stage compressor subunit 32 and a one-stage compressor subunit 34. As shown in FIG. 1, the two-stage compressor subunit 32 is a reciprocating compressor, and includes cylinders 36A and 36B connected in series. Similarly, the single-stage compressor subunit 34 is also a reciprocating compressor and includes a cylinder 36C. Although the two-stage compressor subunit 32 and the one-stage compressor subunit 34 are illustrated as reciprocating compressors, they are not limited to scrolls, screws, rotary vanes, fixed vanes, variable speeds, and sealed types. Other types of compressors (in various combinations) can be used, including open drive compressors. However, by way of example, the embodiments of the present invention will be described as including a multi-stage reciprocating compressor unit represented by a compression cylinder.

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。   In the refrigeration system 20A, two separate refrigerant paths are formed by connecting various elements in the system. The main refrigerant path is formed by a loop defined by positions 1, 2, 3, 4, and 5. A first economy refrigerant path is formed by a loop defined by positions 4A, 5A, 6A, and 7A. These paths are all closed paths, and it goes without saying that these closed paths allow a continuous flow of refrigerant through the refrigeration system 20A.

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。   In relation to the main refrigerant path, the refrigerant loses heat in the heat removal heat exchanger 24 and is low after flowing out of the two-stage compressor subunit 32 through the discharge port 39 at high pressure and enthalpy (position 3). Out of heat removal heat exchanger 24 with enthalpy and high pressure (position 4A). The refrigerant then splits into two flow paths 40A, 42A before entering the first economizer heat exchanger 28A. The main path continues along path 40A and passes through first economizer heat exchanger 28A (position 4). The refrigerant in the path 40A is cooled by the refrigerant in the path 42A of the first economize path while passing through the first economizer heat exchanger 28A.

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)。   Next, the refrigerant from the path 40 </ b> A is throttled in the main expansion valve 26. The main expansion valve 26 is preferably a thermal expansion valve (TXV) or an electronic expansion valve (EXV) together with the economizer expansion valve 30A. After passing through the expansion process in the main expansion valve 26 (position 5), the refrigerant is a two-phase liquid-vapor mixture and goes to the evaporator 27. After the remaining liquid has evaporated (position 1), the refrigerant flows into the two-stage compressor subunit 32 through the suction port 37. The refrigerant is compressed in the cylinder 36A, which is the first stage of the two-stage compressor subunit 32, and then discharged from the discharge port 50 (position 2). The refrigerant is discharged through the discharge port 39 after the second stage of compression (position 3).

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。   In connection with the first economy path, the refrigerant exits the heat removal heat exchanger 24 with low enthalpy and high pressure (position 4A) and is divided into two flow paths 40A, 42A before the first economy path. Continues along path 42A. In the path 42A, the refrigerant is throttled to a lower pressure by the economizer expansion valve 30A (position 5A) before passing through the first economizer heat exchanger 28A. The refrigerant that has passed through the first economizer heat exchanger 28A from path 42A (position 6A) is then flowed along the economizer return path 46A and is compressed in the single stage compressor subunit 34 for compression within the single stage compressor subunit 34. It is sent to the suction port 52. The refrigerant is compressed in the single-stage compressor subunit 34 and then discharged through the discharge port 54 (position 7A), where it is mixed with the refrigerant discharged from the two-stage compressor subunit 32.

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。   The refrigeration system 20A also includes a detector 31 disposed along the main refrigerant path between the evaporator 27 and the multistage compressor unit 10A. In general, the detector 31 operates together with the expansion valve 26 to detect the temperature of the refrigerant flowing out of the evaporator 27 and the pressure of the refrigerant in the evaporator 27, and maintain the combination of temperature and pressure within a certain range. In the preferred embodiment, expansion valve 26 is an electronic expansion valve and detector 31 is a temperature transducer such as a thermocouple or thermistor. In another embodiment, expansion valve 26 is a mechanical thermal expansion valve, and detector 31 includes a small tube that terminates in a pressure vessel filled with a refrigerant other than the refrigerant flowing through refrigeration system 20A. When the refrigerant from the evaporator 27 flows through the detector 31 while flowing toward the multistage compressor unit 10A, the pressure vessel is heated or cooled, so that the pressure in the pressure vessel changes. As the pressure in the pressure vessel changes, detector 31 sends a signal to expansion valve 26 that changes the pressure drop across expansion valve 26. Similarly, in the case of an electronic expansion valve, the detector 31 sends an electrical signal to the expansion valve 26 that responds similarly to regulate the refrigerant flow. For example, when the return gas coming from the evaporator 27 is too hot, the detector 31 is heated and sends a signal to the expansion valve 26 to increase the opening of the valve, and the refrigerant flowing through the evaporator 27 per unit time is increased. The temperature of the refrigerant flowing out from 27 is lowered.

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。   The economizer circuit 25 also includes a detector 31A that operates similarly to the detector 31. Instead, however, detector 31A detects the temperature along economizer return path 46A and operates with expansion valve 30A to control the pressure drop within expansion valve 30A. It should also be noted that detectors other than those previously described can be replaced with detectors 31, 31A.

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。   By controlling the expansion valves 26 and 30A, the operation of the refrigeration system 20A can be adjusted so as to satisfy cooling requirements and achieve optimum efficiency. In addition to adjusting the pressure drop associated with the expansion valves 26, 30A, the displacement of the cylinders 36A, 36B, 36C can also be adjusted to help achieve optimal efficiency of the refrigeration system 20A.

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。   FIG. 1B illustrates a graph relating the enthalpy of the refrigeration system 20A of FIG. 1A to pressure. The vapor dome V is formed by a saturated liquid line and a saturated vapor line, and defines the state of the refrigerant at various positions along the refrigeration cycle. Under the vapor dome V all states contain both liquid and vapor coexisting at the same time. The uppermost part of the steam dome V is a critical point. The critical point is defined as the highest pressure at which the saturated liquid and saturated vapor coexist. In general, the compressed liquid is located on the left side of the vapor dome V, and the superheated vapor is located on the right side of the vapor dome V.

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。   In FIG. 1B again, the main refrigerant path is a loop defined by positions 1, 2, 3, 4, and 5, and the first economy path is a loop defined by positions 4A, 5A, 6A, and 7A. The main path cycle begins at position 1, where the refrigerant is at low pressure and high enthalpy before entering the multi-stage compressor unit 10A. After the first stage of compression in the cylinder 36A of the two-stage compressor subunit 32, both enthalpy and pressure increase as shown in position 2. After the second stage of compression in the cylinder 36B, the refrigerant exits the multi-stage compressor unit 10A at high pressure and higher enthalpy as shown in position 3. Then, as the refrigerant passes through the heat removal heat exchanger 24, the enthalpy decreases while the pressure remains constant. Before the refrigerant flows into the first economizer heat exchanger 28A, the refrigerant is divided into a main portion and a first economizer portion as indicated by a position 4A. The main part is then throttled at the main expansion valve 26 and the pressure drops as shown in position 5. Finally, the main part of the refrigerant evaporates with a higher enthalpy as shown in position 1 and flows out of the evaporator 27.

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。   As mentioned earlier, the first economy portion is separated from the main portion as indicated by position 4A. The first economy portion is throttled to a lower pressure at the expansion valve 30A as shown at position 5A. The first economized portion of the refrigerant then exchanges heat with the main portion of the refrigerant in the first economizer heat exchanger 28A to cool the main portion as indicated by position 4, and the temperature is increased as indicated by position 6A. To rise. The first economy portion is then compressed in the single stage compressor subunit 34 and mixed with the main portion of the refrigerant discharged from the two stage compressor subunit 32 as shown at position 7A.

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。   As shown in FIG. 1B, the cylinders 36A, 36B, 36C of the multistage compressor unit 10A are configured to receive the refrigerant and compress it to various pressures. In particular, cylinder 36A receives refrigerant from the main refrigerant path and compresses it to an intermediate pressure as indicated by position 2. Cylinder 36B then receives the refrigerant and compresses it from the intermediate pressure to the outlet pressure as indicated by position 3. Similarly, cylinder 36C receives refrigerant from the first economize refrigerant path and compresses it to outlet pressure as indicated by position 7A. As shown in FIG. 1B, the outlet pressure of cylinder 36C is substantially equal to the outlet pressure of cylinder 36B. In the refrigeration system 20A, these outlet pressures are determined by the inlet pressure required by the heat removal heat exchanger 24.

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。   FIG. 2A illustrates a schematic diagram of a multi-stage compressor unit 10B connected to the refrigeration system 20B. The multistage compressor unit 10B is the same as the multistage compressor 10A. However, as will be described in more detail below, the two-stage compressor subunit 32 is further configured to receive refrigerant from the economizer circuit to cool the refrigerant in the main refrigerant path prior to the second stage of compression. An intermediate port 48 is included. The refrigeration system 20B is similar to the refrigeration system 20A, but further includes a second economizer circuit 25B. The second economizer circuit 25B includes a second economizer heat exchanger 28B, an expansion valve 30B, and a detector 31B.

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。   In the refrigeration system 20B, three separate refrigerant paths are formed by connecting various elements in the system. The main refrigerant path is formed by a loop defined by positions 1, 2, 3, 4, 5, 6. A first economy refrigerant path is formed by a loop defined by positions 5A, 6A, 7A, 3, and 4. Finally, the second economy refrigerant path is formed by the loop defined by the positions 5B, 6B, 7B, and 8B.

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。   In relation to the main refrigerant path, the refrigerant loses heat in the heat removal heat exchanger 24 and is low after flowing out of the two-stage compressor subunit 32 through the discharge port 39 at high pressure and enthalpy (position 4). Out of heat removal heat exchanger 24 with enthalpy and high pressure (position 5A). The refrigerant then splits into two flow paths 40A, 42A before entering the first economizer heat exchanger 28A. The main path continues along paths 40A and 40B and passes through the first economizer heat exchanger 28A (position 5B) and the second economizer heat exchanger 28B (position 5), respectively. The refrigerant in the path 40A is cooled by the refrigerant in the path 42A of the first economize path while passing through the first economizer heat exchanger 28A. Similarly, the refrigerant in the path 40B is cooled by the refrigerant in the path 42B of the second economize path while passing through the second economizer heat exchanger 28B.

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)。   Next, the refrigerant from the path 40 </ b> B is throttled in the main expansion valve 26. After passing through the expansion process in the main expansion valve 26 (position 6), the refrigerant is a two-phase liquid-vapor mixture and goes to the evaporator 27. After the remaining liquid has evaporated (position 1), the refrigerant flows into the two-stage compressor subunit 32 through the suction port 37. The refrigerant is compressed in the cylinder 36A, which is the first stage of the two-stage compressor subunit 32, and then discharged from the discharge port 50 (position 2) where it is fed from the economizer return path 46A that is fed into the intermediate port 48. Mixed with low temperature refrigerant (position 3). Thus, the refrigerant from the economizer return path 46A functions to cool the refrigerant discharged from the cylinder 36A before the second stage of compression in the cylinder 36B. The refrigerant is discharged through the discharge port 39 after the second stage of compression (position 4).

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)。   In connection with the first economy path, the refrigerant exits the heat removal heat exchanger 24 with low enthalpy and high pressure (position 5A) and is divided into two flow paths 40A, 42A before the first economy path. Continues along path 42A. In the path 42A, the refrigerant is throttled to a lower pressure by the economizer expansion valve 30A (position 6A) before passing through the first economizer heat exchanger 28A. The refrigerant that has passed through the first economizer heat exchanger 28A (path 7A) from the path 42A is then flowed along the economizer return path 46A and is sent to the intermediate port 48 of the two-stage compressor subunit 32 where it passes through the main path. Mixed with the flowing refrigerant, cools the refrigerant before the second stage of compression in the cylinder 36B (position 3).

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。   In relation to the second economize path, the refrigerant in path 40A is split in two flow paths 40B, 42B after being cooled in higher pressure first economizer heat exchanger 28A (position 5B). The second economize path continues along the flow path 42B where the refrigerant is throttled to a lower pressure by the economizer expansion valve 30B before passing through the second economizer heat exchanger 28B (position 6B). The refrigerant that has passed through the second economizer heat exchanger 28B from path 42B (position 7B) is then flowed along the economizer return path 46B and is compressed in the single stage compressor subunit 34 for compression within the single stage compressor subunit 34. It is sent to the suction port 52. The refrigerant is compressed in the one-stage compressor subunit 34 and then discharged through the discharge port 54 (position 8B), where it is mixed with the refrigerant discharged from the two-stage compressor subunit 32.

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。   FIG. 2B illustrates a graph relating the enthalpy of the refrigeration system 20B of FIG. 2A to pressure. As shown in FIG. 2B, the main refrigerant path is a loop defined by positions 1, 2, 3, 4, 5, 6, and the first economy path is defined by positions 5A, 6A, 7A, 3, 4. The second economy path is a loop defined by positions 5B, 6B, 7B, and 8B.

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。   As shown in FIG. 2B, the cylinders 36A, 36B, 36C of the multi-stage compressor unit 10B are configured to receive the refrigerant and compress it to various pressures. In particular, cylinder 36A receives refrigerant from the main refrigerant path and compresses it to an intermediate pressure as indicated by position 2. Cylinder 36B then receives refrigerant from the main refrigerant path and the first economy path and compresses it from the intermediate pressure to the outlet pressure as indicated by position 4. Similarly, cylinder 36C receives refrigerant from the second economy refrigerant path and compresses it to outlet pressure as indicated by position 8B. As shown in FIG. 2B, the outlet pressure of cylinder 36C is substantially equal to the outlet pressure of cylinder 36B.

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。   FIG. 3A illustrates a schematic diagram of a multi-stage compressor unit 10C connected to the refrigeration system 20C. The multistage compressor unit 10C is the same as the multistage compressor 10B. However, as will be described in more detail below, the single stage compressor subunit 34 is not connected to the first economizer return path instead of being discharged into the heat removal heat exchanger 24 as shown in the multistage compressor unit 10B of FIG. 2A. It is configured to be discharged into 46A.

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。   In the refrigeration system 20C, three separate refrigerant paths are formed by connecting various elements in the system. The main refrigerant path is formed by a loop defined by positions 1, 2, 3, 4, 5, 6. A first economy refrigerant path is formed by a loop defined by positions 5A, 6A, 7A, 3, and 4. Finally, the second economy refrigerant path is formed by the loop defined by the positions 5B, 6B, 7B, 8B, 3, and 4.

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。   In relation to the main refrigerant path, the refrigerant loses heat in the heat removal heat exchanger 24 and is low after flowing out of the two-stage compressor subunit 32 through the discharge port 39 at high pressure and enthalpy (position 4). Out of heat removal heat exchanger 24 with enthalpy and high pressure (position 5A). The refrigerant then splits into two flow paths 40A, 42A before entering the first economizer heat exchanger 28A. The main path continues along the paths 40A and 40B and passes through the first economizer heat exchanger 28A (position 5B) and the second economizer heat exchanger 28B (position 5), respectively. The refrigerant in the path 40A is cooled by the refrigerant in the path 42A of the first economize path while passing through the first economizer heat exchanger 28A. Similarly, the refrigerant in the path 40B is cooled by the refrigerant in the path 42B of the second economize path while passing through the second economizer heat exchanger 28B.

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)。   Next, the refrigerant from the path 40 </ b> B is throttled in the main expansion valve 26. After passing through the expansion process in the main expansion valve 26 (position 6), the refrigerant is a two-phase liquid-vapor mixture and goes to the evaporator 27. After the remaining liquid has evaporated (position 1), the refrigerant flows into the two-stage compressor subunit 32 through the suction port 37. The refrigerant is compressed in the cylinder 36A, which is the first stage of the two-stage compressor subunit 32, and then discharged from the discharge port 50 (position 2) where it is fed from the economizer return path 46A that is fed into the intermediate port 48. Mixed with low temperature refrigerant (position 3). Thus, the refrigerant from the economizer return path 46A functions to cool the refrigerant discharged from the cylinder 36A before the second stage of compression in the cylinder 36B. The refrigerant is discharged through the discharge port 39 after the second stage of compression (position 4).

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)。   In connection with the first economy path, the refrigerant exits the heat removal heat exchanger 24 with low enthalpy and high pressure (position 5A) and is divided into two flow paths 40A, 42A before the first economy path. Continues along path 42A. In the path 42A, the refrigerant is throttled to a lower pressure by the economizer expansion valve 30A (position 6A) before passing through the first economizer heat exchanger 28A. The refrigerant that has passed through the first economizer heat exchanger 28A (path 7A) from the path 42A is then flowed along the economizer return path 46A and is sent to the intermediate port 48 of the two-stage compressor subunit 32 where it passes through the main path. Mixed with the flowing refrigerant, cools the refrigerant before the second stage of compression in the cylinder 36B (position 3).

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)。   In relation to the second economize path, the refrigerant in path 40A is split in two flow paths 40B, 42B after being cooled in higher pressure first economizer heat exchanger 28A (position 5B). The second economize path continues along the flow path 42B where the refrigerant is throttled to a lower pressure by the economizer expansion valve 30B before passing through the second economizer heat exchanger 28B (position 6B). The refrigerant that has passed through the second economizer heat exchanger 28B from path 42B (position 7B) is then flowed along the economizer return path 46B and is compressed in the single stage compressor subunit 34 for compression within the single stage compressor subunit 34. It is sent to the suction port 52. The refrigerant is compressed in the first stage compressor subunit 34 and then discharged through the discharge port 54, where it is sent to the intermediate port 48 of the second stage compressor subunit 32 (position 3) before being placed in the economizer return path 46A. Mixed with refrigerant (position 8B).

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。   FIG. 3B illustrates a graph relating the enthalpy of the refrigeration system 20C of FIG. 3A to pressure. As shown in FIG. 3B, the main refrigerant path is a loop defined by positions 1, 2, 3, 4, 5, 6, and the first economy path is defined by positions 5A, 6A, 7A, 3, 4. The second economy path is a loop defined by positions 5B, 6B, 7B, 8B, 3, and 4.

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。   As shown in FIG. 3B, the cylinders 36A, 36B, 36C of the multi-stage compressor unit 10C are configured to receive the refrigerant and compress it to various pressures. In particular, cylinder 36A receives refrigerant from the main refrigerant path and compresses it to an intermediate pressure as indicated by position 2. Similarly, cylinder 36C receives refrigerant from the second economy refrigerant path and compresses it to outlet pressure as indicated by position 8B. Cylinder 36B then receives refrigerant from the main refrigerant path, the first economy path and the second economy path and compresses it to the outlet pressure as indicated by position 4. As shown in FIG. 3B, the outlet pressure of the cylinder 36C is substantially equal to the intermediate pressure of the cylinder 36A.

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。   FIG. 4A illustrates a schematic diagram of a multi-stage compressor unit 10D connected to the refrigeration system 20D. The multistage compressor unit 10D is the same as the multistage compressor unit 10A. However, the multi-stage compressor unit 10D further includes a single-stage compressor subunit 35 having a cylinder 36D. The refrigeration system 20D is similar to the refrigeration system 20C except that the intermediate port 48 is replaced by an intermediate cooler 49, which is the first compressor for compression within the two-stage compressor subunit 32. It is configured to cool the main part of the refrigerant between the second stage.

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。   In the refrigeration system 20D, three separate refrigerant paths are formed by connecting various elements in the system. The main refrigerant path is formed by a loop defined by positions 1, 2, 3, 4, 5, 6. The first economy refrigerant path is formed by a loop defined by positions 5A, 6A, 7A, and 8A. Finally, the second economy refrigerant path is formed by the loop defined by the positions 5B, 6B, 7B, and 8B.

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。   In relation to the main refrigerant path, the refrigerant loses heat in the heat removal heat exchanger 24 and is low after flowing out of the two-stage compressor subunit 32 through the discharge port 39 at high pressure and enthalpy (position 4). Out of heat removal heat exchanger 24 with enthalpy and high pressure (position 5A). The refrigerant then splits into two flow paths 40A, 42A before entering the first economizer heat exchanger 28A. The main path continues along paths 40A and 40B and passes through the first economizer heat exchanger 28A (position 5B) and the second economizer heat exchanger 28B (position 5), respectively. The refrigerant in the path 40A is cooled by the refrigerant in the path 42A of the first economize path while passing through the first economizer heat exchanger 28A. Similarly, the refrigerant in the path 40B is cooled by the refrigerant in the path 42B of the second economize path while passing through the second economizer heat exchanger 28B.

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)。   Next, the refrigerant from the path 40 </ b> B is throttled in the main expansion valve 26. After passing through the expansion process in the main expansion valve 26 (position 6), the refrigerant is a two-phase liquid-vapor mixture and goes to the evaporator 27. After the remaining liquid has evaporated (position 1), the refrigerant flows into the two-stage compressor subunit 32 through the suction port 37. The refrigerant is compressed in the cylinder 36A, the first stage of the two-stage compressor subunit 32, and then discharged from the discharge port 50 (position 2), where it precedes the second stage of compression in the cylinder 36B. The intermediate cooler 49 is passed. The intermediate cooler 49 is configured to cool the refrigerant discharged from the cylinder 36A before the second stage of compression in the cylinder 36B. The refrigerant is discharged through the discharge port 39 after the second stage of compression (position 4).

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。   In connection with the first economy path, the refrigerant exits the heat removal heat exchanger 24 with low enthalpy and high pressure (position 5A) and is divided into two flow paths 40A, 42A before the first economy path. Continues along path 42A. In the path 42A, the refrigerant is throttled to a lower pressure by the economizer expansion valve 30A (position 6A) before passing through the first economizer heat exchanger 28A. The refrigerant that has passed through the first economizer heat exchanger 28A from path 42A (position 7A) is then flowed along the economizer return path 46A and is compressed in the single stage compressor subunit 34 for compression within the single stage compressor subunit 34. It is sent to the suction port 52. The refrigerant is compressed in the single-stage compressor subunit 34 and then discharged through the discharge port 54 (position 8A), where it is mixed with the refrigerant discharged from the two-stage compressor subunit 32 and the single-stage compressor subunit 35. The

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。   In relation to the second economize path, the refrigerant in path 40A is split in two flow paths 40B, 42B after being cooled in higher pressure first economizer heat exchanger 28A (position 5B). The second economize path continues along the flow path 42B where the refrigerant is throttled to a lower pressure by the economizer expansion valve 30B (position 6B) before passing through the second economizer heat exchanger 28B. The refrigerant that has passed through the second economizer heat exchanger 28B from the path 42B (position 7B) is then flowed along the economizer return path 46B and in the single stage compressor subunit 35 for compression within the single stage compressor subunit 35. It is sent to the suction port 56. The refrigerant is compressed in the single-stage compressor subunit 35 and then discharged through the discharge port 58 (position 8B), where it is mixed with the refrigerant discharged from the two-stage compressor subunit 32 and the single-stage compressor subunit 34. The

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。   FIG. 4B illustrates a graph relating the enthalpy of the refrigeration system 20D of FIG. 4A to pressure. As shown in FIG. 4B, the main refrigerant path is a loop defined by positions 1, 2, 3, 4, 5, 6, and the first economy path is a loop defined by positions 5A, 6A, 7A, 8A. The second economy path is a loop defined by the positions 5B, 6B, 7B, and 8B.

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。   As shown in FIG. 4B, the cylinders 36A, 36B, 36C, 36D of the multi-stage compressor unit 10D are configured to receive the refrigerant and compress it to various pressures. In particular, cylinder 36A receives refrigerant from the main refrigerant path and compresses it to an intermediate pressure as indicated by position 2. Cylinder 36B receives the refrigerant after it has been cooled in intermediate cooler 49 from the main refrigerant path and compresses it from the intermediate pressure to the outlet pressure as indicated by position 4. Cylinder 36C receives refrigerant from the first economize refrigerant path and compresses it to outlet pressure as indicated by position 8A. Similarly, cylinder 36D receives refrigerant from the second economy refrigerant path and compresses it to outlet pressure as indicated by position 8B. As shown in FIG. 4B, the outlet pressure of the cylinders 36C, 36D is substantially equal to the outlet pressure of the cylinder 36B.

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。   FIG. 5A illustrates a schematic diagram of a multi-stage compressor unit 10E connected to the refrigeration system 20E. The multistage compressor unit 10 </ b> E includes a two-stage compressor subunit 70 in addition to the two-stage compressor subunit 32. The two-stage compressor subunit 70 includes cylinders 36E and 36F connected in series. The refrigeration system 20E is the same as the refrigeration system 20D except that a third economizer circuit 25C is added to the system.

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。   In the refrigeration system 20E, four separate refrigerant paths are formed by connecting various elements in the system. The main refrigerant path is formed by a loop defined by positions 1, 2, 3, 4, 5, 6. A first economy refrigerant path is formed by a loop defined by positions 5A, 6A, 7A, 3, and 4. A second economy refrigerant path is formed by a loop defined by positions 5B, 6B, 7B, 9, and 10. Finally, the third economy refrigerant path is formed by the loop defined by the positions 5C, 6C, 7C, 8C, 9, and 10.

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。   In relation to the main refrigerant path, the refrigerant loses heat in the heat removal heat exchanger 24 and is low after flowing out of the two-stage compressor subunit 32 through the discharge port 39 at high pressure and enthalpy (position 4). Out of heat removal heat exchanger 24 with enthalpy and high pressure (position 5A). The refrigerant then splits into two flow paths 40A, 42A before entering the first economizer heat exchanger 28A. The main path continues along paths 40A, 40B, and 40C, and the first economizer heat exchanger 28A (position 5B), the second economizer heat exchanger 28B (position 5C), and the third economizer heat exchanger 28C, respectively. Go through (position 5). The refrigerant in the path 40A is cooled by the refrigerant in the path 42A of the first economize path while passing through the first economizer heat exchanger 28A. The refrigerant in the path 40B is cooled by the refrigerant in the path 42B of the second economizer path while passing through the second economizer heat exchanger 28B. Finally, the refrigerant in the path 40C is cooled by the refrigerant in the path 42C of the third economize path while passing through the third economizer heat exchanger 28C.

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)。   Next, the refrigerant from the path 40 </ b> C is throttled in the main expansion valve 26. After passing through the expansion process in the main expansion valve 26 (position 6), the refrigerant is a two-phase liquid-vapor mixture and goes to the evaporator 27. After the remaining liquid has evaporated (position 1), the refrigerant flows into the two-stage compressor subunit 32 through the suction port 37. The refrigerant is compressed in the cylinder 36A, which is the first stage of the two-stage compressor subunit 32, and then discharged from the discharge port 50 (position 2) where it is fed from the economizer return path 46A that is fed into the intermediate port 48. Mixed with low temperature refrigerant (position 3). Thus, the refrigerant from the economizer return path 46A functions to cool the refrigerant discharged from the cylinder 36A before the second stage of compression in the cylinder 36B. The refrigerant is discharged through the discharge port 39 after the second stage of compression (position 4).

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)。   In connection with the first economy path, the refrigerant exits the heat removal heat exchanger 24 with low enthalpy and high pressure (position 5A) and is divided into two flow paths 40A, 42A before the first economy path. Continues along path 42A. In the path 42A, the refrigerant is throttled to a lower pressure by the economizer expansion valve 30A (position 6A) before passing through the first economizer heat exchanger 28A. The refrigerant that has passed through the first economizer heat exchanger 28A (path 7A) from the path 42A is then flowed along the economizer return path 46A and is sent to the intermediate port 48 of the two-stage compressor subunit 32 where it passes through the main path. Mixed with the flowing refrigerant, cools the refrigerant before the second stage of compression in the cylinder 36B (position 3).

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)。   In relation to the second economize path, the refrigerant in path 40A is split in two flow paths 40B, 42B after being cooled in higher pressure first economizer heat exchanger 28A (position 5B). The second economize path continues along the flow path 42B where the refrigerant is throttled to a lower pressure by the economizer expansion valve 30B before passing through the second economizer heat exchanger 28B (position 6B). The refrigerant that has passed through the second economizer heat exchanger 28B from the path 42B (position 7B) then flows along the economizer return path 46B and is sent to the intermediate port 72 of the two-stage compressor subunit 70, where it is at the discharge port 74. The refrigerant is mixed with the refrigerant flowing out of the cylinder 36F to cool the refrigerant before the second stage of compression in the cylinder 36F (position 9).

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。   In connection with the third economize path, the refrigerant in path 40B is split in two flow paths 40C, 42C after being cooled in the higher pressure second economizer heat exchanger 28B (position 5C). The third economize path continues along the flow path 42C where the refrigerant is throttled to a lower pressure by the economizer expansion valve 30C (position 6C) before passing through the third economizer heat exchanger 28C. The refrigerant that has passed through the third economizer heat exchanger 28C from the path 42C (position 7C) then flows along the economizer return path 46C and is sent to the suction port 76 of the two-stage compressor subunit 70. The refrigerant is cooled by the refrigerant sent to the intermediate port 72 from the economizer return path 46B after the first stage of compression in the cylinder 36E (position 8C) and before the second stage of compression. The refrigerant is discharged through the discharge port 78 after the second stage of compression in the cylinder 36F (position 10) where it is mixed with the compressed refrigerant discharged from the two-stage compressor subunit 32.

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。   FIG. 5B illustrates a graph relating the enthalpy of the refrigeration system 20E of FIG. 5A to pressure. As shown in FIG. 5B, the main refrigerant path is a loop defined by positions 1, 2, 3, 4, 5, 6, and the first economy path is defined by positions 5A, 6A, 7A, 3, 4. The second economy path is a loop defined by the positions 5B, 6B, 7B, 9, 10 and the third economy path is defined by the positions 5C, 6C, 7C, 8C, 9, 10 Loop.

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。   As shown in FIG. 5B, the cylinders 36A, 36B, 36E, 36F of the multistage compressor unit 10E are configured to receive the refrigerant and compress it to various pressures. In particular, cylinder 36A receives refrigerant from the main refrigerant path and compresses it to an intermediate pressure as indicated by position 2. Cylinder 36B then receives refrigerant from the main refrigerant path and the first economy path and compresses it from the intermediate pressure to the outlet pressure as indicated by position 4. Similarly, cylinder 36E receives refrigerant from the third economy refrigerant path and compresses it to an intermediate pressure as indicated by position 8C. Cylinder 36F then receives refrigerant from the second and third economy paths and compresses it from the intermediate pressure to the outlet pressure as indicated by position 10. As shown in FIG. 5B, the outlet pressure of cylinder 36B is substantially equal to the outlet pressure of cylinder 36F.

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。   Although each embodiment of the multi-stage compressor unit described and illustrated above is connected to a refrigeration system that includes one or more economizer circuits, the multi-stage compressor unit of the present invention can also be used in a refrigeration system that does not include an economizer circuit. . FIG. 6A illustrates a schematic diagram of a multi-stage compressor unit 10F connected to the refrigeration system 20F. The refrigeration system 20F includes a heat removal heat exchanger 24, a first expansion valve 26, a first evaporator 27, a first evaporator 1 detector 31, second expansion valve 126, second evaporator 127, and second detector 131. The multistage compressor unit 10F includes a two-stage compressor subunit 32 and a one-stage compressor subunit 34. The two-stage compressor subunit 32 includes cylinders 36A and 36B connected in series, and the one-stage compressor subunit 34 includes a cylinder 36C.

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。   In the refrigeration system 20F, two separate refrigerant paths are formed by connecting various elements in the system. The first main refrigerant path is formed by a loop defined by positions 1, 2, 3, 4, and 5. The second main refrigerant path is formed by a loop defined by positions 4, 5A, 6A, and 7A.

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)。   In relation to the first main refrigerant path, the refrigerant flows from the two-stage compressor subunit 32 through the discharge port 39 at high pressure and enthalpy (position 3) and then heats in the heat removal heat exchanger 24. Loss and exits the heat removal heat exchanger 24 with low enthalpy and high pressure (position 4). The refrigerant in the main path is then throttled at the first expansion valve 26. The refrigerant is a two-phase liquid-vapor mixture after going through the expansion process in the first main expansion valve 26 (position 5), and goes to the first evaporator 27. After the remaining liquid has evaporated (position 1), the refrigerant flows into the two-stage compressor subunit 32 through the suction port 37. The refrigerant is compressed in the cylinder 36A, which is the first stage of the two-stage compressor subunit 32, and then discharged from the discharge port 50 (position 2). The refrigerant is discharged through the discharge port 39 after the second stage of compression in the cylinder 36B (position 3).

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。   In relation to the second main refrigerant path, the refrigerant is throttled at the second expansion valve 126 after flowing out of the heat removal heat exchanger 24. After passing through the expansion process in the second main expansion valve 126 (position 5A), the refrigerant is a two-phase liquid-vapor mixture and goes to the second evaporator 127. The refrigerant evaporates in the second evaporator 127 (position 6A), and then flows into the first-stage compressor subunit 34 through the suction port 52. The refrigerant is compressed in the cylinder 36C and then discharged from the discharge port 54 (position 7A), where it is mixed with the refrigerant discharged through the discharge port 39 of the two-stage compressor subunit 32.

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。   FIG. 6B illustrates a graph relating the enthalpy of the refrigeration system 20F of FIG. 6A to pressure. As shown in FIG. 6B, the first main refrigerant path is a loop defined by positions 1, 2, 3, 4, and 5, and the second main refrigerant path is defined by positions 4, 5A, 6A, and 7A. Loop.

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。   As shown in FIG. 6B, the cylinders 36A, 36B, 36C of the multi-stage compressor unit 10F are configured to receive the refrigerant and compress it to various pressures. In particular, cylinder 36A receives refrigerant from the first main refrigerant path and compresses it to an intermediate pressure as indicated by position 2. Cylinder 36B then receives the refrigerant and compresses it from the intermediate pressure to the outlet pressure as indicated by position 3. Similarly, cylinder 36C receives refrigerant from the second main refrigerant path and compresses it to outlet pressure as indicated by position 7A. As shown in FIG. 6B, the outlet pressure of cylinder 36C is substantially equal to the outlet pressure of cylinder 36B.

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。   Alternative embodiments of multistage compressor units have been described as including a number of compressor subunits in the range of 2-3, but multistage compressor units having four or more compressor subunits are also contemplated by the present invention. Needless to say, it is included in the range to be included. Furthermore, although the embodiment of the multi-stage compressor unit has been described to include exclusively single-stage and two-stage compressor subunits, three or more compressor subunits are also within the intended scope of the present invention. Accordingly, the illustration of the single and two stage compressor subunits is for illustration only and not for limitation. Alternate embodiments are also contemplated that include compressor subunits connected in various combinations other than those described above.

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。   The multistage compressor unit of the present invention is useful for improving system efficiency in a refrigeration system using any kind of refrigerant, but is particularly useful in a refrigeration system using a transcritical refrigerant such as carbon dioxide. Since carbon dioxide is a refrigerant having such a low critical temperature, a refrigeration system using carbon dioxide generally operates in a transcritical state. In addition, because carbon dioxide is such a high-pressure refrigerant, multiple economizers and multiple compressor cylinders are provided between the high and low pressure sections of the circuit, each contributing to system efficiency. More opportunities to do so. Thus, the multi-stage compressor unit of the present invention can be used to improve the efficiency of a system using a transcritical refrigerant such as carbon dioxide, and to compare the efficiency with the normal efficiency. However, the multi-stage compressor unit of the present invention is useful for improving efficiency in a refrigeration system using any refrigerant, including a system that operates at a subcritical level and a system that operates at a transcritical level.

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。   Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, workers skilled in the art will recognize that changes may be made in form and detail without departing from the spirit and scope of the invention.

Claims (20)

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。
A multi-stage compressor unit for a refrigeration system configured to circulate refrigerant,
A first compressor subunit having a first stage and a second stage;
A second compressor subunit in parallel with the first compressor subunit and having a first stage;
Each of the first and second stages of the first compressor subunit has a suction port and a discharge port, and the first compressor subunit passes the first portion of refrigerant from the evaporator. Configured to receive and compress, the first stage of the second compressor subunit has a suction port and a discharge port, and the second compressor subunit compresses the second portion of the refrigerant A multi-stage compressor unit, characterized in that the compressed second part is mixed with the compressed first part.
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。   The multi-stage compressor unit of claim 1, wherein the first stage of the second compressor subunit is configured to receive a second portion of refrigerant from the second evaporator. 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。   The multi-stage compressor unit of claim 1, wherein the first stage of the second compressor subunit is configured to receive a second portion of refrigerant from the first economizer circuit. 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。   The first compressor subunit further comprises an intermediate port disposed between the first stage discharge port and the second stage intake port, the intermediate port from the second economizer circuit. The multi-stage compressor unit according to claim 3, wherein the multi-stage compressor unit is configured to receive the third portion. 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。   The multi-stage compressor unit according to claim 1, wherein the first compressor subunit and the second compressor subunit include a reciprocating compressor. 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。   The multistage compressor unit according to claim 1, wherein the refrigerant is a transcritical refrigerant. 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。   The intercooler configured to cool a first portion of refrigerant between the first stage and the second stage of the first compressor subunit. Multistage compressor unit. 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。   The multistage compressor unit according to claim 1, wherein the second compressor subunit is configured to discharge to an intermediate port of the first compressor subunit. 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。   The second compressor subunit further includes a second stage having a suction port and a discharge port, and the first stage and the second stage of the second compressor subunit are connected in series. The multistage compressor unit according to claim 1, wherein 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。
A multi-stage compressor unit for a refrigeration system configured to circulate refrigerant and having a first economizer circuit,
A first compressor subunit having a first stage and a second stage;
A second compressor subunit in parallel with the first compressor subunit;
The first compressor subunit is configured to receive and compress a first portion of refrigerant from the evaporator, and the second compressor subunit is configured to receive refrigerant first from the first economizer circuit. A multi-stage compressor unit, characterized in that it is configured to compress two parts and the compressed second part is mixed with the compressed first part.
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。   The intercooler configured to cool a first portion of refrigerant between the first stage and the second stage of the first compressor subunit. Multistage compressor unit. 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。   The first compressor subunit is configured to discharge refrigerant at a first outlet pressure, and the second compressor subunit is configured to discharge refrigerant at a second outlet pressure. The multistage compressor unit according to claim 10. 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。   The multi-stage compressor unit according to claim 12, wherein the first outlet pressure and the second outlet pressure are substantially equal. 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。   The first compressor subunit is an intermediate port disposed between the first stage and the second stage and is configured to receive a third portion of the refrigerant from the second economizer circuit The multi-stage of claim 10, further comprising a port, wherein the second stage of the first compressor subunit is configured to compress the mixture of the first and third portions of refrigerant. Compressor unit. 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。   The multi-stage compressor unit according to claim 10, wherein the second compressor subunit is a single-stage compressor. 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。   The multi-stage compressor unit according to claim 10, wherein the second compressor subunit is a two-stage compressor. 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。   The multi-stage compressor unit of claim 16, wherein the second compressor subunit further comprises an intermediate port configured to receive a fourth portion of refrigerant from a third economizer circuit. 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。
A multi-stage compressor unit for a refrigeration system configured to circulate refrigerant,
A first compressor subunit having a first stage, a second stage, and an intermediate port disposed between the first stage and the second stage;
A second compressor subunit having a first stage;
Wherein the first stage of the first compressor subunit is configured to compress the first portion of the refrigerant to an intermediate pressure, and the second stage of the first compressor subunit is The first portion is configured to compress to the outlet pressure of the first compressor subunit, and the second compressor subunit is configured to reduce the second portion of refrigerant to the outlet pressure of the second compressor subunit. A multi-stage compressor unit, characterized in that it is configured to compress and the compressed second part is mixed with the compressed first part.
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。   The multi-stage compressor unit of claim 18, wherein the outlet pressure of the first compressor subunit and the outlet pressure of the second compressor subunit are substantially equal. 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。   The second compressor subunit discharges the second portion of refrigerant to the intermediate port of the first compressor subunit, and the outlet pressure of the second compressor subunit is the first compressor subunit's outlet pressure. The multi-stage compressor unit of claim 18, wherein the multi-stage compressor unit is substantially equal to the intermediate pressure.
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