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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024022593
(43)【公開日】2024-02-16
(54)【発明の名称】冷凍システム
(51)【国際特許分類】
F25B 1/10 20060101AFI20240208BHJP
F25B 1/00 20060101ALI20240208BHJP
F25B 43/00 20060101ALI20240208BHJP
F04C 29/02 20060101ALI20240208BHJP
【ＦＩ】
F25B1/10 E
F25B1/00 396A
F25B1/10 G
F25B1/10 D
F25B1/10 R
F25B1/00 387A
F25B43/00 K
F04C29/02 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
【公開請求】
(21)【出願番号】P 2023191545
(22)【出願日】2023-11-09
(71)【出願人】
【識別番号】521362885
【氏名又は名称】コベルコ・コンプレッサ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100111039
【弁理士】
【氏名又は名称】前堀 義之
(74)【代理人】
【識別番号】100218132
【弁理士】
【氏名又は名称】近田 暢朗
(72)【発明者】
【氏名】壷井 昇
(72)【発明者】
【氏名】中村 元
(72)【発明者】
【氏名】山本 祐介
(57)【要約】
【課題】 超低温用途に対応する冷凍システムにおいて、環境への負荷が小さい冷媒を使用しても、圧縮機の効率の低下を抑制する。
【解決手段】 冷凍システム１が、低段側多段圧縮機１１、高段側多段圧縮機１２、油分離器１３、凝縮器１４、及び蒸発器１８を有する冷媒回路２を備える。冷媒は、ＧＷＰが７５０未満であり且つ－８０℃における飽和圧力が０．０１７ＭＰａＡ以上である。低段側多段圧縮機１１は低段側モータ１１ｃで駆動され、高段側多段圧縮機１２は別の高段側モータ１２ｃで駆動される。冷媒回路２は、凝縮器１４と蒸発器１８との間の冷媒の一部を低段側多段圧縮機１１の中間段に戻す第１戻しライン４１、凝縮器１４と蒸発器１８との間の冷媒の一部を低段側多段圧縮機１１と高段側多段圧縮機１２との間に戻す第２戻しライン４２、及び凝縮器１４と蒸発器１８との間の冷媒の一部を高段側多段圧縮機１２の中間段に戻す第３戻しライン４３を有する。
【選択図】図１
【解決手段】 冷凍システム１が、低段側多段圧縮機１１、高段側多段圧縮機１２、油分離器１３、凝縮器１４、及び蒸発器１８を有する冷媒回路２を備える。冷媒は、ＧＷＰが７５０未満であり且つ－８０℃における飽和圧力が０．０１７ＭＰａＡ以上である。低段側多段圧縮機１１は低段側モータ１１ｃで駆動され、高段側多段圧縮機１２は別の高段側モータ１２ｃで駆動される。冷媒回路２は、凝縮器１４と蒸発器１８との間の冷媒の一部を低段側多段圧縮機１１の中間段に戻す第１戻しライン４１、凝縮器１４と蒸発器１８との間の冷媒の一部を低段側多段圧縮機１１と高段側多段圧縮機１２との間に戻す第２戻しライン４２、及び凝縮器１４と蒸発器１８との間の冷媒の一部を高段側多段圧縮機１２の中間段に戻す第３戻しライン４３を有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
低段側多段圧縮機、高段側多段圧縮機、油分離器、凝縮器、及び蒸発器を有し、冷媒をこの順で循環させる冷媒回路を備え、
前記冷媒は、ＧＷＰが７５０未満であり且つ－８０℃における飽和圧力が０．０１７ＭＰａＡ以上であり、
前記低段側多段圧縮機と前記高段側多段圧縮機とは、それぞれ別のモータで駆動され、
前記冷媒回路が、
前記凝縮器と前記蒸発器との間の前記冷媒の一部を前記低段側多段圧縮機の中間段に戻す第１戻しラインと、
前記凝縮器と前記蒸発器との間の前記冷媒の一部を前記低段側多段圧縮機と前記高段側多段圧縮機との間に戻す第２戻しラインと、
前記凝縮器と前記蒸発器との間の前記冷媒の一部を前記高段側多段圧縮機の中間段に戻す第３戻しラインと、
を更に有する、冷凍システム。
前記冷媒は、ＧＷＰが７５０未満であり且つ－８０℃における飽和圧力が０．０１７ＭＰａＡ以上であり、
前記低段側多段圧縮機と前記高段側多段圧縮機とは、それぞれ別のモータで駆動され、
前記冷媒回路が、
前記凝縮器と前記蒸発器との間の前記冷媒の一部を前記低段側多段圧縮機の中間段に戻す第１戻しラインと、
前記凝縮器と前記蒸発器との間の前記冷媒の一部を前記低段側多段圧縮機と前記高段側多段圧縮機との間に戻す第２戻しラインと、
前記凝縮器と前記蒸発器との間の前記冷媒の一部を前記高段側多段圧縮機の中間段に戻す第３戻しラインと、
を更に有する、冷凍システム。
【請求項2】
前記冷媒は、Ｒ３２である、
請求項１に記載の冷凍システム。
請求項１に記載の冷凍システム。
【請求項3】
前記冷媒回路が、
前記凝縮器と前記蒸発器との間の前記冷媒の一部を前記低段側多段圧縮機と前記高段側多段圧縮機との間に戻す第４戻しラインと、
前記凝縮器と前記蒸発器との間に介在すると共に前記第４戻しライン上に介在し、前記凝縮器から前記蒸発器に流れる前記冷媒と、前記第４戻しラインを通流する前記冷媒との間で熱交換を行わせる第１エコノマイザと、
前記第４戻しラインを介して前記第１エコノマイザに供給される前記冷媒を減圧する第１エコノマイザ用膨張機構と、
を更に有する、請求項１又は２に記載の冷凍システム。
前記凝縮器と前記蒸発器との間の前記冷媒の一部を前記低段側多段圧縮機と前記高段側多段圧縮機との間に戻す第４戻しラインと、
前記凝縮器と前記蒸発器との間に介在すると共に前記第４戻しライン上に介在し、前記凝縮器から前記蒸発器に流れる前記冷媒と、前記第４戻しラインを通流する前記冷媒との間で熱交換を行わせる第１エコノマイザと、
前記第４戻しラインを介して前記第１エコノマイザに供給される前記冷媒を減圧する第１エコノマイザ用膨張機構と、
を更に有する、請求項１又は２に記載の冷凍システム。
【請求項4】
前記第１戻しラインは、前記第１エコノマイザと前記蒸発器との間の前記冷媒を戻し、
前記第２戻しライン及び前記第３戻しラインは、前記凝縮器と前記第１エコノマイザとの間の前記冷媒を戻す、
請求項３に記載の冷凍システム。
前記第２戻しライン及び前記第３戻しラインは、前記凝縮器と前記第１エコノマイザとの間の前記冷媒を戻す、
請求項３に記載の冷凍システム。
【請求項5】
前記冷媒回路が、
前記凝縮器と前記蒸発器との間の前記冷媒の一部を前記低段側多段圧縮機の前記中間段に戻す第５戻しラインと、
前記第１エコノマイザと前記蒸発器との間に介在すると共に前記第５戻しライン上に介在し、前記第１エコノマイザから前記蒸発器に流れる前記冷媒と、前記第５戻しラインを通流する前記冷媒との間で熱交換を行わせる第２エコノマイザと、
前記第５戻しラインを介して前記第２エコノマイザに供給される前記冷媒を減圧する第２エコノマイザ用膨張機構と、
を更に有する、請求項３に記載の冷凍システム。
前記凝縮器と前記蒸発器との間の前記冷媒の一部を前記低段側多段圧縮機の前記中間段に戻す第５戻しラインと、
前記第１エコノマイザと前記蒸発器との間に介在すると共に前記第５戻しライン上に介在し、前記第１エコノマイザから前記蒸発器に流れる前記冷媒と、前記第５戻しラインを通流する前記冷媒との間で熱交換を行わせる第２エコノマイザと、
前記第５戻しラインを介して前記第２エコノマイザに供給される前記冷媒を減圧する第２エコノマイザ用膨張機構と、
を更に有する、請求項３に記載の冷凍システム。
【請求項6】
前記油分離器で回収されたオイルを少なくとも前記低段側多段圧縮機に戻すオイル戻しラインと、
前記オイル戻しラインを流れる前記オイルから、前記オイルに溶解している前記冷媒を除去する脱気器と、
前記脱気器で分離された前記冷媒を、前記低段側多段圧縮機の中間段または、前記低段側多段圧縮機と前記高段側多段圧縮機との間の戻し先に戻す脱気冷媒戻しラインと、
前記脱気器の内圧を前記戻し先の圧力よりも高圧に調整する圧力調整弁と、
を更に備える、請求項１又は２に記載の冷凍システム。
前記オイル戻しラインを流れる前記オイルから、前記オイルに溶解している前記冷媒を除去する脱気器と、
前記脱気器で分離された前記冷媒を、前記低段側多段圧縮機の中間段または、前記低段側多段圧縮機と前記高段側多段圧縮機との間の戻し先に戻す脱気冷媒戻しラインと、
前記脱気器の内圧を前記戻し先の圧力よりも高圧に調整する圧力調整弁と、
を更に備える、請求項１又は２に記載の冷凍システム。
【請求項7】
前記蒸発器は、前記冷媒で冷却対象物を直接冷却する熱交換器である、
請求項１又は２に記載の冷凍システム。
請求項１又は２に記載の冷凍システム。
【請求項8】
前記冷媒回路が、前記凝縮器と、前記蒸発器としての前記熱交換器との間に介在する受液器を更に有し、
前記受液器で貯留された前記冷媒が前記熱交換器に供給され、前記冷却対象物との熱交換後のガス状の前記冷媒が、前記低段側多段圧縮機へと循環される、
請求項７に記載の冷凍システム。
前記受液器で貯留された前記冷媒が前記熱交換器に供給され、前記冷却対象物との熱交換後のガス状の前記冷媒が、前記低段側多段圧縮機へと循環される、
請求項７に記載の冷凍システム。
【請求項9】
前記低段側多段圧縮機と前記高段側多段圧縮機との間の圧力である中間圧力を検出する中間圧力センサと、
前記中間圧力センサにより検出された前記中間圧力に応じて前記高段側多段圧縮機の回転数を制御する制御装置と、
を更に備える、請求項１又は２に記載の冷凍システム。
前記中間圧力センサにより検出された前記中間圧力に応じて前記高段側多段圧縮機の回転数を制御する制御装置と、
を更に備える、請求項１又は２に記載の冷凍システム。
【請求項10】
前記低段側多段圧縮機が、
その第１段圧縮部の回転軸の吸込側の端部を回転可能に支持する吸込側軸受と、
前記吸込側軸受を収容する吸込側軸受室と、
を含み、
前記吸込側軸受室には、前記吸込側軸受に対して前記第１段圧縮部とは反対側に配置された壁部が設けられ、前記吸込側軸受と前記壁部との間にオイルが溜められる、
請求項１又は２に記載の冷凍システム。
その第１段圧縮部の回転軸の吸込側の端部を回転可能に支持する吸込側軸受と、
前記吸込側軸受を収容する吸込側軸受室と、
を含み、
前記吸込側軸受室には、前記吸込側軸受に対して前記第１段圧縮部とは反対側に配置された壁部が設けられ、前記吸込側軸受と前記壁部との間にオイルが溜められる、
請求項１又は２に記載の冷凍システム。
【請求項11】
前記低段側多段圧縮機の前記吸込側軸受にオイルを案内する油供給ラインが設けられていない、
請求項１０に記載の冷凍システム。
請求項１０に記載の冷凍システム。
【請求項12】
前記低段側多段圧縮機が、
その第１段圧縮部の回転軸の吸込側の端部を回転可能に支持する吸込側軸受と、
前記吸込側軸受を収容する吸込側軸受室と、
を含み、
前記油分離器のオイルを前記吸込側軸受に案内する油供給ラインが設けられ、
前記油供給ラインには、制御装置により開閉制御される開閉バルブが設けられ、
前記制御装置は、前記低段側多段圧縮機が駆動すると前記開閉バルブを閉め、前記低段側多段圧縮機が停止すると前記開閉バルブを開けるように前記開閉バルブの開閉を制御する、
請求項１又は２に記載の冷凍システム。
その第１段圧縮部の回転軸の吸込側の端部を回転可能に支持する吸込側軸受と、
前記吸込側軸受を収容する吸込側軸受室と、
を含み、
前記油分離器のオイルを前記吸込側軸受に案内する油供給ラインが設けられ、
前記油供給ラインには、制御装置により開閉制御される開閉バルブが設けられ、
前記制御装置は、前記低段側多段圧縮機が駆動すると前記開閉バルブを閉め、前記低段側多段圧縮機が停止すると前記開閉バルブを開けるように前記開閉バルブの開閉を制御する、
請求項１又は２に記載の冷凍システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、冷凍システムに関する。
【背景技術】
【0002】
本書において、「Ｒ」及びこれに続く数字及び添え字によって表される記号は、ＩＳＯ８１７において定められた冷媒番号である。用語「超低温」は、例えば、－７０℃～－９０℃の温度を指すものとしている。
【0003】
特許文献１は、中温側及び低温側冷凍機の冷媒にＲ２３を使用する三元式の冷凍システムを開示している。Ｒ２３を冷媒に使用する場合、例えば、－８０℃以下の超低温を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開第２０２０／０９５３８１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
Ｒ２３は、ＧＷＰ（Global Warming Potential：地球温暖化係数）が極端に高いため、将来使用できなくなる。Ｒ２３に代わる冷媒の一例として、Ｒ３２（ＣＨ２Ｆ２）が着目されている。Ｒ３２は、ＧＷＰが低い一方、－８５℃のような超低温では、圧縮機の吸込み圧力が非常に低くなり、圧縮機の効率を悪くする。
【0006】
本発明は、超低温用途に対応する冷凍システムにおいて、環境への負荷が小さい冷媒を使用しても、圧縮機の効率の低下を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様は、低段側多段圧縮機、高段側多段圧縮機、油分離器、凝縮器、及び蒸発器を有し、冷媒をこの順で循環させる冷媒回路を備え、前記冷媒は、ＧＷＰが７５０未満であり且つ－８０℃における飽和圧力が０．０１７ＭＰａＡ以上であり、前記低段側多段圧縮機と前記高段側多段圧縮機とは、それぞれ別のモータで駆動され、前記冷媒回路が、前記凝縮器と前記蒸発器との間の前記冷媒の一部を前記低段側多段圧縮機の中間段に戻す第１戻しラインと、前記凝縮器と前記蒸発器との間の前記冷媒の一部を前記低段側多段圧縮機と前記高段側多段圧縮機との間に戻す第２戻しラインと、前記凝縮器と前記蒸発器との間の前記冷媒の一部を前記高段側多段圧縮機の中間段に戻す第３戻しラインと、を更に有する、冷凍システムを提供する。
【0008】
上記構成によれば、冷媒回路において、低段側多段圧縮機及び高段側多段圧縮機が直列に接続される。冷媒は、蒸発器から低段側多段圧縮機に循環され、低段側多段圧縮機及び高段側多段圧縮機をこの順で通過し、その過程で順次に圧縮されていく。低段側多段圧縮機及び高段側多段圧縮機の組合せは、少なくとも４段の圧縮機を備え、その結果、各圧縮機の圧縮比（吸込圧と吐出圧との比、「圧力比」ともいう。）を小さくしても、高圧ひいては超低温を得ることができ、圧縮機の効率低下を防ぐことができる。
【0009】
多数の圧縮機が直列に接続されていると、冷媒は各圧縮機で昇温していく。上記構成によれば、凝縮器から蒸発器に流れる冷媒の一部が、３つの戻しラインを介し、低段側多段圧縮機及び高段側多段圧縮機の組合せにおける異なる３か所に戻される。圧縮機の吐出温度を随時低下させながら、冷媒は順次に圧縮されていく。高段側多段圧縮機の後段側で冷媒が極端に高温になることを防止できる。高段側多段圧縮機は、安定的に作動でき、超低温を得るために要求される圧力まで冷媒を圧縮できる。また、冷媒の高温化による冷媒の劣化を防止できる。
【0010】
前記冷媒は、Ｒ３２であってもよい。
【0011】
上記構成によれば、圧縮機の吐出温度を下げることができるため、Ｒ３２のような比熱比が大きい冷媒を使用していても、超低温を得ることができる。Ｒ３２のＧＷＰは、７５０未満であるため、冷凍システムの環境負荷を軽減できる。
【0012】
前記冷媒回路が、前記凝縮器と前記蒸発器との間の前記冷媒の一部を前記低段側多段圧縮機と前記高段側多段圧縮機との間に戻す第４戻しラインと、前記凝縮器と前記蒸発器との間に介在すると共に前記第４戻しライン上に介在し、前記凝縮器から前記蒸発器に流れる前記冷媒と、前記第４戻しラインを通流する前記冷媒との間で熱交換を行わせる第１エコノマイザと、前記第４戻しラインを介して前記第１エコノマイザに供給される前記冷媒を減圧する第１エコノマイザ用膨張機構と、を更に有してもよい。
【0013】
上記構成によれば、凝縮器と蒸発器との間の冷媒の一部が、エコノマイザ用膨張機構によって冷却され、エコノマイザで凝縮器から蒸発器に供給される冷媒を冷却し、低段側多段圧縮機と高段側多段圧縮機との間に戻る。凝縮器から蒸発器に供給される冷媒を更に冷却でき、冷凍システムの冷凍能力（成績係数）が向上する。また、圧縮機の吐出温度を更に低下させることができる。
【0014】
前記第１戻しラインは、前記第１エコノマイザと前記蒸発器との間の前記冷媒を戻し、前記第２戻しライン及び前記第３戻しラインは、前記凝縮器と前記第１エコノマイザとの間の前記冷媒を戻してもよい。
【0015】
上記構成によれば、エコノマイザの下流側の比較的に低温の冷媒が、低段側多段圧縮機及び高段側多段圧縮機の組合せにおいて比較的に上流側に戻される。エコノマイザの上流側の比較的に高温の冷媒が、低段側多段圧縮機及び高段側多段圧縮機の組合せにおいて比較的に下流側に戻される。したがって、圧縮機の吐出温度を効果的に冷却できる。
【0016】
前記冷媒回路が、前記凝縮器と前記蒸発器との間の前記冷媒の一部を前記低段側多段圧縮機の前記中間段に戻す第５戻しラインと、前記第１エコノマイザと前記蒸発器との間に介在すると共に前記第５戻しライン上に介在し、前記第１エコノマイザから前記蒸発器に流れる前記冷媒と、前記第５戻しラインを通流する前記冷媒との間で熱交換を行わせる第２エコノマイザと、前記第５戻しラインを介して前記第２エコノマイザに供給される前記冷媒を減圧する第２エコノマイザ用膨張機構と、を更に有してもよい。
【0017】
上記構成によれば、エコノマイザが２段設けられるので、冷凍システムの冷凍能力が更に向上し、また、圧縮機の吐出温度を更に低下させることができる。
【0018】
前記冷凍システムが、前記油分離器で回収されたオイルを少なくとも前記低段側多段圧縮機に戻すオイル戻しラインと、前記オイル戻しラインを流れる前記オイルから、前記オイルに溶解している前記冷媒を除去する脱気器と、前記脱気器で分離された前記冷媒を、前記低段側多段圧縮機の中間段または、前記低段側多段圧縮機と前記高段側多段圧縮機との間の戻し先に戻す脱気冷媒戻しラインと、前記脱気器の内圧を前記戻し先の圧力よりも高圧に調整する圧力調整弁と、を更に備えてもよい。
【0019】
ここで、冷媒がオイルに溶解したままでオイルと共に圧縮機に供給されると、冷媒の蒸発（フラッシュ）により圧縮機の性能低下を引き起こすおそれがある。上記構成によれば、冷媒が脱気器でオイルから除去されるので、このような性能低下を防止できる。冷媒は、脱気器で回収された後に冷媒回路に戻されるので、冷媒回路内の冷媒の減少を防止できる。
【0020】
前記蒸発器は、前記冷媒で冷却対象物を直接冷却する熱交換器であってもよい。
【0021】
上記構成によれば、ブラインが不要となり、冷凍システムの構成を全体として簡素化できる。
【0022】
前記冷媒回路が、前記凝縮器と、前記蒸発器としての前記熱交換器との間に介在する受液器を更に有し、前記受液器で貯留された前記冷媒が前記熱交換器に供給され、前記冷却対象物との熱交換後のガス状の前記冷媒が、前記低段側多段圧縮機へと循環されてもよい。
【0023】
上記構成によれば、受液器で貯留された液相の冷媒がブラインと同様に機能し、ブラインそのものが不要となる。
【0024】
前記冷凍システムが、前記低段側多段圧縮機と前記高段側多段圧縮機との間の圧力である中間圧力を検出する中間圧力センサと、前記中間圧力センサにより検出された前記中間圧力に応じて前記高段側多段圧縮機の回転数を制御する制御装置と、を更に備えてもよい。
【0025】
上記構成によれば、低段側多段圧縮機と前記高段側多段圧縮機の圧縮比が均衡するように制御し、各多段圧縮機の消費電力を最適化できる。すなわち、冷凍システムの性能が向上する。
【0026】
前記低段側多段圧縮機及が、その第１段圧縮部の回転軸の吸込側の端部を回転可能に支持する吸込側軸受と、前記吸込側軸受を収容する吸込側軸受室と、を含み、前記吸込側軸受室には、前記吸込側軸受に対して前記第１段圧縮部とは反対側に配置された壁部が設けられ、前記吸込側軸受と前記壁部との間にオイルが溜められてもよい。また、前記低段側多段圧縮機の前記吸込側軸受にオイルを案内する油供給ラインが設けられていなくてもよい。
【0027】
上記構成によれば、第１段圧縮部の吸込側軸受と壁部との間に溜められたオイルで、第１段圧縮部の吸込側軸受を十分に潤滑できる。
【0028】
前記低段側多段圧縮機が、その第１段圧縮部の回転軸の吸込側の端部を回転可能に支持する吸込側軸受と、前記吸込側軸受を収容する吸込側軸受室と、を含み、前記油分離器のオイルを前記吸込側軸受に案内する油供給ラインが設けられ、前記油供給ラインには、制御装置により開閉制御される開閉バルブが設けられ、前記制御装置は、前記低段側多段圧縮機が駆動すると前記開閉バルブを閉め、前記低段側多段圧縮機が停止すると前記開閉バルブを開けるように前記開閉バルブの開閉を制御してもよい。
【0029】
上記構成によれば、低段側多段圧縮機の駆動中は、第１吸込側軸受室にオイルが直接供給されないため、第１吸込側軸受室において多量の冷媒ガスが発生するのを防ぐことができる。また、低段側多段圧縮機の停止中には、オイルが第１吸込側軸受に直接供給されるため、差圧が小さいため、供給されたオイルから冷媒ガスが発生しにくい。また、第１吸込側軸受にオイルが直接供給されるため、第１吸込側軸受を確実に潤滑することができるとともに、第１吸込側軸受付近にオイルを十分に溜めておくことができる。
【発明の効果】
【0030】
本発明によれば、超低温用途に対応する冷凍システムにおいて、環境への負荷が小さい冷媒を使用しても、圧縮機の効率の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】第１実施形態に係る冷凍システムの回路図。
【図2】低段側多段圧縮機の概略構成図。
【図3】第１吸込側軸受及び壁部の概略図。
【図4】第１実施形態に係る冷凍システムにより実行される制御のフローチャート。
【図5】第１実施形態に係る冷凍システムのモリエル線図。
【図6】第２実施形態に係る冷凍システムの回路図。
【図7】第３実施形態に係る冷凍システムの回路図。
【図8】第４実施形態に係る冷凍システムの回路図。
【図9】第５実施形態に係る冷凍システムの回路図。
【図10】第６実施形態に係る冷凍システムの回路図。
【図11】第７実施形態に係る冷凍システムの低段側多段圧縮機の概略構成図。
【図12】一変形例に係る冷凍システムの回路図。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下、図面を参照して実施形態について説明する。なお、同一の又は対応する要素には全図を通じて同一の符号を付し、詳細な説明の重複を省略する。
【0033】
（第１実施形態）
まず、図１を参照して、第１実施形態に係る冷凍システム１の全体構成を説明する。
まず、図１を参照して、第１実施形態に係る冷凍システム１の全体構成を説明する。
【0034】
冷凍システム１は、いわゆる単元型である。冷凍システム１は、低段側多段圧縮機１１、高段側多段圧縮機１２、油分離器１３、凝縮器１４、レシーバ１５、乾燥器１６、膨張弁１７、及び蒸発器１８を有する冷媒回路２を備え、冷媒がこの順で循環していく。冷凍システム１は、多段圧縮機１１，１２の安定動作に必要とされるオイルを循環させるオイル循環回路３を更に備えている。油分離器１３は、冷媒回路２の構成要素であり、オイル循環回路３の構成要素でもある。オイルは、多段圧縮機１１，１２の潤滑に使用される。本実施形態においては、多段圧縮機１１，１２が、油冷式である。オイルは、多段圧縮機１１，１２の冷却にも使用される。
【0035】
低段側多段圧縮機１１は、気体の冷媒を段階的に圧縮していく。高段側多段圧縮機１２は、低段側多段圧縮機１１で圧縮された気体の冷媒を更に段階的に圧縮していく。油分離器１３は、高段側多段圧縮機１２で圧縮された高温高圧の気体の冷媒から、オイルを分離する。凝縮器１４は、油分離器１３でオイルと分離された高温高圧の気体の冷媒を凝縮する。レシーバ１５は、凝縮器１４で凝縮された中温高圧の液体の冷媒を一時的に貯留し、液体の冷媒から気体の冷媒及びその他のガスを分離する。乾燥器１６は、レシーバ１５から供給された液体の冷媒から水分を除去する。膨張弁１７は、その開度を調整可能に構成され、乾燥器１６から供給された液体の冷媒を膨張させる。蒸発器１８は、膨張弁１７で膨張された低温低圧の液体の冷媒を蒸発させる。蒸発器１８で得られた低温低圧の気体の冷媒は、低段側多段圧縮機１１に戻される。
【0036】
蒸発器１８は、冷媒の冷熱によってブラインを冷却するクーラとしての役割を果たす。本実施形態では、ブラインの温度を－８０℃の超低温とすることができる。ブラインは、冷却対象物（図示せず）の冷却に使用される。
【0037】
低段側多段圧縮機１１及び高段側多段圧縮機１２は、一例として、２段式である。低段側多段圧縮機１１は、第１段としての第１低段圧縮部１１ａ、及び第２段（最終段）としての第２低段圧縮部１１ｂを有する。高段側多段圧縮機１２は、第１段としての第１高段圧縮部１２ａ、及び第２段（最終段）としての第２高段圧縮部１２ｂを有する。冷媒は、第１低段圧縮部１１ａ、第２低段圧縮部１１ｂ、第１高段圧縮部１２ａ、及び第２高段圧縮部１２ｂをこの順番で通過していく過程で、各圧縮部１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂで順次圧縮されていく。
【0038】
低段側多段圧縮機１１と高段側多段圧縮機１２とは、それぞれ別のモータ１１ｃ，１２ｃで駆動される。より具体的には、低段側多段圧縮機１１は、その圧縮部１１ａ，１１ｂを駆動する低段側モータ１１ｃを有し、高段側多段圧縮機１２は、低段側モータ１１ｃとは別体であって、その圧縮部１２ａ，１２ｂを駆動する高段側モータ１２ｃを有する。低段側モータ１１ｃ及び高段側モータ１２ｃは、交流モータである。低段側モータ１１ｃは、低段側インバータ１１ｄから交流電流を供給され、そのモータ駆動軸１１ｅを回転させる。高段側モータ１２ｃは、低段側インバータ１１ｄとは別体の高段側インバータ１２ｄから交流電流を供給され、そのモータ駆動軸１２ｅを回転させる。低段側インバータ１１ｄ及び高段側インバータ１２ｄのスイッチング動作は、制御装置８０によって制御される。低段側モータ１１ｃ及び高段側モータ１２ｃは、互いに独立して作動可能である。低段側多段圧縮機１１及び高段側多段圧縮機１２の回転数は、制御装置８０によって互いに独立して制御される。
【0039】
冷媒回路２は、冷媒を循環させるための冷媒循環ライン３０を有する。冷媒循環ライン３０は、前述した冷媒回路２に含まれる機器（デバイス）のうち隣り合う２つをそれぞれ接続する複数の循環ライン３１，３２ａ，３２ｂ．３２ｃ，３３，３４，３５ａ，３５ｂ，３６，３７によって構成される。
【0040】
蒸発器１８の出口は、循環ライン３１を介し、第１低段圧縮部１１ａの入口と接続される。第１低段圧縮部１１ａの出口は、循環ライン３２ａを介し、第２低段圧縮部１１ｂの入口と接続される。第２低段圧縮部１１ｂの出口は、循環ライン３２ｂを介し、第１高段圧縮部１２ａの入口と接続される。第１高段圧縮部１２ａの出口は、循環ライン３２ｃを介し、第２高段圧縮部１２ｂの入口と接続される。第２高段圧縮部１２ｂの出口は、循環ライン３３を介し、油分離器１３の入口と接続される。
【0041】
油分離器１３は、縦長のケーシング１３ａ、及びケーシング１３ａ内に収容されたデミスタ１３ｂを有する（図２を参照）。油分離器１３の入口は、ケーシング１３ａ内でデミスタ１３ｂよりも下方に開放される。オイルを含む冷媒は、デミスタ１３ｂで液状のオイルと気体の冷媒とに分離される。冷媒は、デミスタ１３ｂよりも上方に設けられた冷媒出口を介し、ケーシング１３ａ外へと流出可能である。油分離器１３の冷媒出口は、循環ライン３４を介し、凝縮器１４の冷媒入口と接続される。
【0042】
凝縮器１４は、冷媒入口を冷媒出口に接続する冷媒通路１４ａと、冷却液が通流する冷却液通路１４ｂとを有する。凝縮器１４にて、冷媒は、冷媒通路１４ａを通流する過程で、冷却液との熱交換により、冷却され且つ凝縮する。
【0043】
冷媒は、循環ライン３５ａ，３５ｂ，３６，３７を介し、凝縮器１４から蒸発器１８に流れる。凝縮器１４の冷媒出口は、循環ライン３５ａを介し、レシーバ１５の入口に接続される。レシーバ１５の出口は、循環ライン３５ｂを介し、乾燥器１６の入口に接続される。乾燥器１６の出口は、循環ライン３６を介し、膨張弁１７の入口と接続される。膨張弁１７の出口は、循環ライン３７を介し、蒸発器１８の冷媒入口と接続される。
【0044】
本実施形態に係る蒸発器１８は、冷媒入口を冷媒出口に接続する冷媒通路１８ａと、ブラインが通流するブライン通路１８ｂとを有する。蒸発器１８にて、冷媒は、冷媒通路１８ａを通流する過程で、ブラインとの熱交換により、加熱され且つ蒸発する。
【0045】
冷媒は、ＧＷＰが７５０未満であり且つ－８０℃における飽和圧力が０．０１７ＭＰａＡ以上である。ＧＷＰは、二酸化炭素を基準にして、対象のガスがどれだけ温暖化する能力を有するのかを定量的に示す指標である。ＧＷＰの数値が高いほど、温暖化能力すなわち温室効果が高いことを意味する。
【0046】
このような条件を満たす冷媒の好適例として、Ｒ３２（ジフルオロメタン）を挙げられる。Ｒ３２のＧＷＰは、６７５である。Ｒ３２の－８０℃における飽和圧力は、０．０１８ＭＰａＡである。Ｒ３２のその他の特性として、比熱比が高いことを挙げられる。そのため、冷凍システム１、特に超低温の冷熱を得ることを期待された冷凍システム１の冷媒にＲ３２を使用する場合においては、圧縮時の過度な温度上昇への対策を要する。
【0047】
そこで、冷媒回路２は、凝縮器１４と蒸発器１８との間（より詳しくは、乾燥器１６と膨張弁１７との間）の冷媒の一部を、低段側多段圧縮機１１の第１段と油分離器１３との間の部位に戻す複数の冷媒戻しライン４０を有している。本実施形態に係る冷媒回路２には、冷媒戻しライン４０として、第１戻しライン４１、第２戻しライン４２、第３戻しライン４３、及び第４戻しライン４４が設けられている。
【0048】
第１戻しライン４１は、凝縮器１４と蒸発器１８との間の冷媒の一部を、低段側多段圧縮機１１の中間段に戻す。第２戻しライン４２は、凝縮器１４と蒸発器１８との間の冷媒の一部を、低段側多段圧縮機１１と高段側多段圧縮機１２との間に戻す。第３戻しライン４３は、凝縮器１４と蒸発器１８との間の冷媒の一部を高段側多段圧縮機１２の中間段に戻す。第４戻しライン４４も、第２戻しライン４２と同様にして、凝縮器１４と蒸発器１８との間の冷媒の一部を、低段側多段圧縮機１１と高段側多段圧縮機１２との間に戻す。ただし、第４戻しライン４４は、第２戻しライン４２からは独立している。すなわち、第４戻しライン４４は、第２戻しライン４２とは流体的に連通することなく、循環ライン３６を圧縮機側に接続している。
【0049】
なお、本書において、多段圧縮機１１，１２の「中間段」とは、当該多段圧縮機１１，１２の第１段の出口から最終段の入口の間の部位を意味する。本実施形態では、多段圧縮機１１，１２が２段式であることから、「中間段」は、各多段圧縮機１１，１２において第１段の出口と第２段の入口との間を接続する流路（すなわち、循環ライン３２ａ，３２ｃ）として定義され得る。多段圧縮機１１，１２が３段以上の型式である場合、「中間段」は、隣接した圧縮部同士を接続している流路のほか、第１段と最終段との間に位置する圧縮部そのもの、又は圧縮部を収容している空間であってもよい。
【0050】
更に、本実施形態に係る冷媒回路２は、エコノマイザ２１と、当該エコノマイザ２１用の膨張機構２２とを有している。エコノマイザ２１は、凝縮器１４と蒸発器１８との間に介在すると共に、第４戻しライン４４に介在する。より詳しくは、エコノマイザ２１は、乾燥器１６と膨張弁１７との間に介在する。膨張機構２２は、第４戻しライン４４を介してエコノマイザ２１に供給される冷媒を減圧する。膨張機構２２は、その開度を調整可能に構成されたバルブによって実現される。
【0051】
より具体的には、エコノマイザ２１は、循環ライン３６の一部を構成する供給流路２１ａと、第４戻しライン４４の一部を構成する戻し流路２１ｂとを有する。換言すれば、循環ライン３６は、乾燥器１６の出口を供給流路２１ａの入口に接続する上流部３６ａと、供給流路２１ａと、供給流路２１ａの出口を膨張弁１７の入口に接続する下流部３６ｂとを含む。第４戻しライン４４は、循環ライン３６の下流部３６ｂから分岐して戻し流路２１ｂの入口に接続される上流部４４ａと、戻し流路２１ｂと、戻し流路２１ｂの出口を圧縮機側に接続する下流部４４ｂとを含む。膨張機構２２は、第４戻しライン４４の上流部４４ａに介在する。
【0052】
エコノマイザ２１は、供給流路２１ａを通流する冷媒と、戻し流路２１ｂを通流する冷媒との間で熱交換を行わせる。戻し流路２１ｂを通流する冷媒は、膨張機構２２の作用で、エコノマイザ２１に供給される前に降温する。供給流路２１ａを通流する冷媒は、戻し流路２１ｂを通流する冷媒によって冷却される。
【0053】
第１～第４戻しライン４１～４４は、循環ライン３６から分岐する。ここで、用語「第Ｎ分岐点」を、第Ｎ戻し流路の循環ライン３６からの分岐点とする（Ｎ：自然数）。第３分岐点、第２分岐点、第４分岐点、及び第１分岐点が、循環ライン３６上で、乾燥器１６から膨張弁１７に向かう冷媒の流れ方向において、この順番で並んでいる。第３分岐点及び第２分岐点は、上流部３６ａにある。第４分岐点及び第１分岐点は、下流部３６ｂにある。
【0054】
第１戻しライン４１は、エコノマイザ２１と蒸発器１８との間の冷媒を戻す。第２戻しライン４２は、凝縮器１４とエコノマイザ２１との間の冷媒を戻す。第３戻しライン４３は、第２戻しライン４２よりも凝縮器１４側から冷媒を戻す。第４戻しライン４４は、第１戻しライン４１よりもエコノマイザ２１側から、エコノマイザ２１を介して冷媒を戻す。第１戻しライン４１は、循環ライン３２ａに接続され、第２戻しライン４２及び第４戻しライン４４は、循環ライン３２ｂに接続され、第３戻しライン４３は、循環ライン３２ｃに接続される。第２戻しライン４２および第３戻しライン４３は、凝縮器１４とエコノマイザ２１との間の冷媒を戻せばよく、第３戻しライン４３は、第２戻しライン４２よりもエコノマイザ２１側から冷媒を戻すのでもよい。
【0055】
冷媒回路２は、複数の開閉弁及び逆止弁を有している。開閉弁は、電磁弁であり、各開閉弁の動作は制御装置８０によって制御される。開閉弁２７ａが循環ライン３１に介在し、開閉弁２７ｂが循環ライン３２ｂに介在し、開閉弁２７ｃが循環ライン３３に介在し、開閉弁２７ｄが循環ライン３５ｂに介在し、開閉弁２７ｅが循環ライン３６の下流部３６ｂに介在する。開閉弁２７ｆが第１戻しライン４１に介在し、開閉弁２７ｇが第２戻しライン４２に介在し、開閉弁２７ｈが第３戻しライン４３に介在し、開閉弁２７ｉが第４戻しライン４４の上流部４４ａに介在する。開閉弁２７ｅは、下流部３６ｂ上において第１分岐点と膨張弁１７との間に設けられている。開閉弁２７ｉは、上流部４４ａ上において第４分岐点と膨張機構２２との間に設けられている。また、逆止弁２８ａが、循環ライン３１上において開閉弁２７ａよりも第１低段圧縮部１１ａ側に設けられている。逆止弁２８ｂが、循環ライン３２ｂ上において開閉弁２７ｂよりも第１高段圧縮部１２ａ側に設けられている。逆止弁２８ｃが、循環ライン３３上において開閉弁２７ｃよりも油分離器１３側に設けられている。
【0056】
オイル循環回路３は、前述した油分離器１３の他、オイルクーラ５１及びオイル戻しライン６０を更に有する。油分離器１３では、オイルが、ケーシング１３ａの内下部に貯留される。オイルは、ケーシング１３ａの底に設けられたオイル出口を介し、ケーシング１３ａ外へと流出可能である。
【0057】
オイル戻しライン６０は、油分離器１３で回収されたオイルを多段圧縮機１１，１２に戻す。オイル戻しライン６０は、油分離器１３のオイル出口から延在する共通部６１と、共通部６１から分岐して複数の圧縮部１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂそれぞれに延在する複数の分岐部６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂとを有する。
【0058】
分岐部６２ａは、第１低段圧縮部１１ａにオイルを供給する。分岐部６２ｂは、第２低段圧縮部１１ｂにオイルを供給する。分岐部６３ａは、第１高段圧縮部１２ａにオイルを供給する。分岐部６３ｂは、第２高段圧縮部１２ｂにオイルを供給する。
【0059】
オイルクーラ５１は、共通部６１に介在する。オイルは、各圧縮部１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂに供給される前に、オイルクーラ５１で冷却される。なお、オイル循環回路３は、油分離器１３から多段圧縮機１１，１２にオイルを圧送するオイルポンプを有していてもよい。オイルポンプは、油分離器１３内又は共通部６１上に設けられ得る。
【0060】
次に、図２及び図３を参照して、低段側多段圧縮機１１の構造について説明する。圧縮機がスクリュ圧縮機である場合を例にとって説明するが、圧縮機は、ロータリ圧縮機やレシプロ圧縮機など、他の形式の圧縮機であってもよい。
【0061】
図２に示すように、低段側多段圧縮機１１は、ケーシング７０を備える。ケーシング７０は、低段側多段圧縮機１１の軸方向に順次に連結される複数のケーシング部材によって構成される。ケーシング７０は、モータ室７０ａ、第１吸込側軸受室７０ｂ、第１圧縮室７０ｃ、第１吐出側軸受室７０ｄ、中間圧力室７０ｅ、第２吸込側軸受室７０ｆ、第２圧縮室７０ｇ、及び第２吐出側軸受室７０ｈを形成する。これら８つの室が、低段側多段圧縮機１１の軸方向の一方側から他方側へこの順番で並べられている。
【0062】
モータ室７０ａは、低段側モータ１１ｃを収容する。低段側モータ１１ｃは、一例として、インナーロータ型である。低段側モータ１１ｃが通電されると、モータ駆動軸１１ｅが回転駆動される。
【0063】
第１低段圧縮部１１ａは、雌雄一対の第１スクリュロータ７１Ａ，７１Ｂ、第１圧縮室７０ｃ、及びケーシング７０のうち第１圧縮室７０ｃを画定している部分によって構成される。第１圧縮室７０ｃは、互いに噛合された第１スクリュロータ７１Ａ，７１Ｂを収容する。第１スクリュロータ７１Ａは雄型でもよく、雌型でもよい。第１スクリュロータ７１Ａには、第１回転軸７３Ａが一体的に設けられ、第１スクリュロータ７１Ｂには、第１回転軸７３Ｂが一体的に設けられている。
【0064】
第２低段圧縮部１１ｂは、雌雄一対の第２スクリュロータ７２Ａ，７２Ｂ、第２圧縮室７０ｇ、及びケーシング７０のうち当該室７０ｇを画定している部分によって構成される。第２圧縮室７０ｇは、互いに噛合された第２スクリュロータ７２Ａ，７２Ｂを収容する。第２スクリュロータ７２Ａは雄型でもよく、雌型でもよい。第２スクリュロータ７２Ａには、第２回転軸７４Ａが一体的に設けられ、第２スクリュロータ７２Ｂには、第２回転軸７４Ｂが一体的に設けられている。
【0065】
モータ駆動軸１１ｅは、高段側モータ１１ｃのステータ及びロータに対し、軸方向他方側に突出する。第１回転軸７３Ａ，７３Ｂは、対応する第１スクリュロータ７１Ａ，７１Ｂに対し、軸方向両側に突出する。第２回転軸７４Ａ，７４Ｂは、対応する第２スクリュロータ７２Ａ，７２Ｂに対し、軸方向両側に突出する。モータ駆動軸１１ｅ、第１回転軸７３Ａ、及び第２回転軸７４Ａは、互いに同軸である。モータ駆動軸１１ｅの他端部は、第１回転軸７３Ａの一端部と連結され、第１回転軸７３Ａの他端部は、第２回転軸７４Ａの一端部と連結されている。回転軸７３Ｂ，７４Ｂは、回転軸７３Ａ，７４Ａと平行であって、互いに軸方向に離れている。
【0066】
第１吸込側軸受室７０ｂは、第１回転軸７３Ａ，７３Ｂの一端部をそれぞれ回転可能に支持する第１吸込側軸受７５Ａ，７５Ｂを収容する。第１吐出側軸受室７０ｄは、第１回転軸７３Ａ，７３Ｂの他端部をそれぞれ回転可能に支持する第１吐出側軸受７６Ａ，７６Ｂを収容する。第２吸込側軸受室７０ｆは、第２回転軸７４Ａ，７４Ｂの一端部をそれぞれ回転可能に支持する第２吸込側軸受７７Ａ，７７Ｂを収容する。第２吐出側軸受室７０ｈは、第２回転軸７４Ａ，７４Ｂの他端部をそれぞれ回転可能に支持する第２吐出側軸受７８Ａ，７８Ｂを収容する。
【0067】
ケーシング７０は、第１圧縮室７０ｃに連通する吸込口７０ｉを有する。吸込口７０ｉは、循環ライン３１を介して蒸発器１８と接続されている。モータ駆動軸１１ｅが回転すると、第１回転軸７３Ａ及び第２回転軸７４Ａが一体に回転する。これにより、第１スクリュロータ７１Ａ，７１Ｂが回転し、第２スクリュロータ７２Ａ，７２Ｂが回転する。蒸発器１８からの冷媒は、吸込口７０ｉを介して第１スクリュロータ７１Ａ，７１Ｂがケーシング７０の内面と協働して形成する空間に吸い込まれ、当該空間の容積の縮小により圧縮され、当該空間から吐出される。吐出された冷媒は、中間圧力室７０ｅを介して第２圧縮室７０ｇに吸い込まれる。中間圧力室７０ｅは、前述した循環ライン３２ａと対応する。中間圧力室７０ｅからの冷媒は、第２スクリュロータ７２Ａ，７２Ｂがケーシング７０の内面と協働して形成する空間に吸い込まれ、当該空間の容積の縮小により圧縮され、当該空間から吐出される。吐出された冷媒は、第２圧縮室７０ｇに連通する吐出口（図示せず）を介し、ケーシング７０外に排出される。吐出口は、循環ライン３２ｂを介して高段側多段圧縮機１２に接続されている。
【0068】
第１戻しライン４１は、中間圧力室７０ｅに接続されている。冷媒は、中間圧力室７０ｅ、すなわち循環ライン３２ａに戻される。これにより、第１低段圧縮部１１ａから吐出された冷媒が、第２低段圧縮部１１ｂに供給される前に、中間圧力室７０ｅ内で冷却される。
【0069】
前述した分岐部６２ａは、微細には、第１圧縮室７０ｃ及び第１吐出側軸受室７０ｄにオイルを供給している。これにより、第１スクリュロータ７１Ａ，７１Ｂ及び第１吐出側軸受７６Ａ，７６Ｂが、潤滑及び冷却される。前述した分岐部６２ｂは、微細には、第２吸込側軸受室７０ｆ、第２圧縮室７０ｇ、及び第２吐出側軸受室７０ｈにオイルを供給している。これにより、第２スクリュロータ７２Ａ，７２Ｂ、第２吸込側軸受７７Ａ，７７Ｂ及び第２吐出側軸受７８Ａ，７８Ｂが、潤滑及び冷却される。供給されたオイルは、冷媒と共に吐出口を介してケーシング７０外に排出され、高段側多段圧縮機１２に供給される。
【0070】
図２及び図３に示すように、第１吸込側軸受室７０ｂには、壁部７９Ａ，７９Ｂが設けられている。壁部７９Ａ，７９Ｂは、第１吸込側軸受７５Ａ，７５Ｂに対して第１低段圧縮部１１ａとは反対側（軸方向の一方側）に配置されている。また、壁部７９Ａ，７９Ｂは、第１吸込側軸受７５Ａ，７５Ｂとの間に所定の間隔を有する。壁部７９Ａ，７９Ｂは、第１吸込側軸受７５Ａ，７５Ｂの下部と対向する。例えば、壁部７９Ａの上端を含んで第１回転軸７３Ａの軸方向に平行な仮想面は、第１吸込側軸受７５Ａの内輪転送面の最下端と同じ高さ、又はそれよりも下にある。壁部７９Ｂの上端を含んで第１回転軸７３Ｂの軸方向に平行な仮想面は、第１吸込側軸受７５Ｂの内輪転送面の最下端と同じ高さ、又はそれよりも下にある。なお、壁部７９Ａ，７９Ｂの形状は、図示例の長方形状に限定されず、円弧板状であってもよい。壁部７９Ａ，７９ｂの上辺は、図示例の直円に限定されず、円弧状であってもよい。
【0071】
このような壁部７９Ａ，７９Ｂを設けることで、第１吸込側軸受７５Ａ，７５Ｂと壁部７９Ａ，７９Ｂとの間に油を溜めることができる。その油で、第１吸込側軸受７５Ａ，７５Ｂが十分に潤滑される。仮に、油分離器１３の油を第１吸込側軸受７５Ａ，７５Ｂに直接供給するためのラインを設けた場合、当該油には冷媒が溶解しているため、第１吸込側軸受室７０ｂに供給された油から差圧により多量の冷媒が発生し、第１吸込側軸受室７０ｂの潤滑効率が悪くなる。これに対し、本実施形態では、第１吸込側軸受７５Ａ，７５Ｂに対して油を直接供給するためのラインを設けていないため、このような問題の発生を防ぐことができる。
【0072】
【0073】
高段側多段圧縮機１２では、モータ室が、高段側モータ１２ｃを収容する。第１圧縮室が、第高低段圧縮部１２ａを構成する。第２圧縮室は、第２高段圧縮部１２ｂを構成する。吸込口が、循環ライン３２ｂを介して低段側多段圧縮機１１と接続され、第１高段圧縮部１２ａの入口と対応する。中間圧力室が、循環ライン３２ｃと対応し、第３戻しライン４３と接続される。吐出口が、循環ライン３３を介して油分離器１３と接続される。分岐部６３ａが、第１圧縮室及び第１吐出側軸受室にオイルを供給する。分岐部６３ｂが、第２吸込側軸受室、第２圧縮室、及び第２吐出側軸受室にオイルを供給する。
【0074】
図１に戻り、冷凍システム１は、演算処理及び装置全体の制御のため、制御装置８０を備える。制御装置８０は、例えば、ソフトウェアと協働して所定の機能を実現するＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＰＵ（Micro Processing Unit）を含む。制御装置８０は、所定の機能を実現するように設計された専用の電子回路または再構成可能な電子回路等のハードウェア回路で構成されてもよいし、種々の半導体集積回路で構成されてもよい。種々の半導体集積回路としては、例えば、ＣＰＵ、ＭＰＵの他に、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、およびＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等が挙げられる。また、制御装置８０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶装置を含んでもよい。具体的には、制御装置８０は、例えば、デスクトップパソコン、ノートパソコン、ワークステーション、またはタブレット端末のような情報処理装置または同等の機能を有するプリント基板等で構成され得る。
【0075】
冷凍システム１は、制御装置８０に接続され、冷凍システム１の状態を検出する複数のセンサを備える。制御装置８０は、センサによる検出結果に基づいて、低段側インバータ１１ｄ、高段側インバータ１２ｄ、膨張弁１７、膨張機構２２、開閉弁２７ａ～２７ｉの動作を制御する。開閉弁２７ａ～２７ｉは、冷凍システム１が稼働して蒸発器１８がクーラとして機能している間、典型的には開である。
【0076】
詳細図示を省略するが、制御装置８０に接続されるセンサには、循環ライン３１の温度（すなわち、蒸発器１８から排出される冷媒の温度）を検出する温度センサや、第４戻しライン４４の下流部４４ｂの温度（すなわち、エコノマイザ２１から圧縮機側に戻される冷媒の温度）を検出する温度センサが含まれ得る。
【0077】
制御装置８０は、前述した温度センサにより検出される温度に基づいて、膨張弁１７及び膨張機構２２の動作を制御する。例えば、制御装置８０は、循環ライン３１に設けられた温度センサの検出温度に基づいて、循環ライン３１における冷媒の過熱度が一定となるように、膨張弁１７の開度を調整する。また、制御装置８０は、第４戻しライン４４に設けられた温度センサの検出温度に基づいて、第４戻しライン４４における冷媒の過熱度が一定となるように、膨張弁としての膨張機構２２の開度を調整する。
【0078】
制御装置８０に接続されるセンサには、低段側多段圧縮機１１と高段側多段圧縮機１２との間（すなわち、低段側多段圧縮機１１の吐出口と高段側多段圧縮機１２の吸込口との間）の圧力である中間圧力Ｐｍを検出する中間圧力センサ８１が含まれる。制御装置８０は、検出された中間圧力Ｐｍに応じて高段側多段圧縮機１２の回転数を制御する。この制御の主たる目的は、低段側多段圧縮機１１の圧縮比と高段側多段圧縮機１２の圧縮比を均衡させること、更には直列に接続された合計４段の圧縮部１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの圧縮比を均衡させることにある。
【0079】
図４に示すフローは、所定の制御周期（例えば、５ミリ秒）おきに繰り返し実行される。制御装置８０は、中間圧力センサ８１によって検出された中間圧力Ｐｍを制御周期おきに逐次取得する（ステップＳ１）。
【0080】
制御装置８０は、取得された中間圧力Ｐｍを互いに異なる２つの閾値と比較し、取得された中間圧力Ｐｍが２つの閾値によって画定される３つの数値範囲のうちいずれに属しているのかを判定する（ステップＳ２）。すなわち、制御装置８０は、中間圧力Ｐｍが、第１閾値未満であるのか、第１閾値以上且つ第２閾値未満であるのか、又は第２閾値以上であるのかを判定する。
【0081】
なお、第２閾値は第１閾値よりも大きい値である。図４に示すフローは、単なる一例として、第１閾値は０．１ＭＰａＡ、第２閾値は０．２ＭＰａＡである。ただし、第１閾値及び第２閾値の具体的数値は、低段側多段圧縮機１１及び高段側多段圧縮機１２の仕様、蒸発器１８で求められる冷熱の大きさ等に応じて、適宜変更される。
【0082】
中間圧力Ｐｍが第１閾値未満である場合（例えば、Ｐｍ＜０．１）、制御装置８０は、高段側多段圧縮機１２の回転数を減少させるように、高段側インバータ１２ｄのスイッチング動作を制御する（ステップＳ３ａ）。これにより、高段側モータ１２ｃに供給される交流電流の周波数が調整され、高段側多段圧縮機１２の回転数が減少する。高段側多段圧縮機１２の圧縮比が減少し、これに伴い低段側多段圧縮機１１の圧縮比を増加させることができる。中間圧力Ｐｍが上昇し、第１閾値未満の数値範囲を脱し、第１閾値以上且つ第２閾値未満の数値範囲に入る。
【0083】
中間圧力Ｐｍが第２閾値以上である場合（例えば、０．２≦Ｐｍ）、制御装置８０は、高段側多段圧縮機１２の回転数を増加させるように、高段側インバータ１２ｄのスイッチング動作を制御する（ステップＳ３ｂ）。これにより、高段側モータ１２ｃに供給される交流電流の周波数が調整され、高段側多段圧縮機１２の回転数が増加する。高段側多段圧縮機１２の圧縮比が増加し、これに伴い低段側多段圧縮機１１の圧縮比を増加させることができる。中間圧力Ｐｍが下降し、第２閾値以上の数値範囲を脱し、第１閾値以上且つ第２閾値未満の数値範囲に入る。
【0084】
中間圧力Ｐｍが第１閾値以上第２閾値未満である場合（例えば、０．１≦Ｐｍ＜０．２）、制御装置８０は、高段側多段圧縮機１２の回転数を維持するように、高段側インバータ１２ｄのスイッチング動作を制御する（ステップＳ３ｃ）。中間圧力Ｐｍが高過ぎず低過ぎない数値範囲に属しており、低段側多段圧縮機１１の圧縮比と高段側多段圧縮機１２の圧縮比とが十分に均衡しているように制御している。
【0085】
図５は、本実施形態に係る冷凍システム１において冷媒回路２を循環する冷媒のモリエル線図である。
【0086】
本実施形態においては、蒸発工程において、エンタルピがＥ１からＥ２に上昇した後、圧縮工程において、圧力がＰ１からＰ２に上がる。この圧縮工程が、合計４段の圧縮部１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂで分かれて実行される。このため、１段当たりの圧縮比を小さくすることができる。１段当たりの圧縮比が小さくても、高圧ひいては超低温が得られ、圧縮機の効率低下を防ぐことができる。
【0087】
多数の圧縮部１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂが直列に接続されていると、冷媒は、各圧縮部１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂで昇温していく。凝縮器１４から蒸発器１８に流れる冷媒の一部が、第１～第３戻しライン４１～４３を介し、低段側多段圧縮機１１及び高段側多段圧縮機１２の組合せにおける異なる３か所に戻される。圧縮部１１ａ，１１ｂ，１２ａの吐出温度を随時低下させながら、冷媒が順次に圧縮されていく。高段側多段圧縮機１２の後段側で冷媒が極端に高温になることを防止できる。高段側多段圧縮機１２は、安定的に作動でき、超低温を得るために要求される圧力Ｐ２まで冷媒を圧縮できる。また、冷媒の高温化による冷媒の劣化を防止できる。
【0088】
特に、本実施形態では、冷媒に、比熱比が大きいＲ３２を使用している。冷媒の比熱比が大きくても、過度の温度上昇を抑制でき、超低温を得るための冷凍システム１を構築できる。Ｒ３２のＧＷＰは、７５０未満であり、冷凍システム１の環境負荷を軽減できる。
【0089】
更に、凝縮器１４と蒸発器１８との間の冷媒の一部が、エコノマイザ用の膨張機構２２によって冷却され、エコノマイザ２１で凝縮器１４から蒸発器１８に供給される冷媒を冷却し、低段側多段圧縮機１１と高段側多段圧縮機１２との間に戻る。凝縮器１４から蒸発器１８に供給される冷媒を更に冷却でき、冷凍システム１の冷凍能力（成績係数）が向上する。また、圧縮部の吐出温度を更に低下させることができる。
【0090】
第１戻しライン４１は、エコノマイザ２１と蒸発器１８との間の冷媒を戻す。第２戻しライン４２は、凝縮器１４とエコノマイザ２１との間の冷媒を戻し、第３戻しライン４３は、凝縮器１４とエコノマイザ２１との間の冷媒を戻す。エコノマイザ２１の下流側の比較的に低温の冷媒が、低段側多段圧縮機１１及び高段側多段圧縮機１２の組合せにおいて比較的に上流側に戻される。エコノマイザ２１の上流側の比較的に高温の冷媒が、低段側多段圧縮機１１及び高段側多段圧縮機１２の組合せにおいて比較的に下流側に戻される。したがって、吐出温度が効果的に冷却できる。
【0091】
（第２実施形態）
次に、図６を参照して、第１実施形態との相違を中心に、第２実施形態に係る冷凍システム１について説明する。
次に、図６を参照して、第１実施形態との相違を中心に、第２実施形態に係る冷凍システム１について説明する。
【0092】
本実施形態においては、オイル循環回路３が、脱気器５２及び圧力調整弁５３を有する。冷媒回路２が、脱気冷媒戻しライン４９を有する。
【0093】
脱気器５２は、タンク状である。脱気器５２は、オイル戻しライン６０を流れるオイルから、オイルに溶解している冷媒を除去する。オイル戻しライン６０は、概略的には、共通部６１から、低段側多段圧縮機１１に向かう分岐部６２ａ，６２ｂと、高段側多段圧縮機１２に向かう分岐部６３ａ，６３ｂとの２系統に分かれている。脱気器５２は、オイル戻しライン６０のうち低段側多段圧縮機１１に向かう部分に設けられている。分岐部６３ａ，６３ｂは、共通部６１から脱気器５２を経由せず高段側多段圧縮機１２に向かっている。
【0094】
別の言い方では、共通部６１は、油分離器のオイル出口を脱気器５２のオイル入口に接続している。分岐部６３ａ，６３ｂが、オイルクーラ５１よりも下流側で共通部６１から分岐して高段側多段圧縮機１２に接続される一方、分岐部６２ａ，６２ｂは、脱気器５２のオイル出口を低段側多段圧縮機１１に接続している。
【0095】
脱気冷媒戻しライン４９は、脱気器５２で分離された冷媒を低段側多段圧縮機１１と高段側多段圧縮機１２との間に戻す。脱気器５２でオイルから分離された冷媒は、脱気器５２の上部に溜まる。脱気冷媒戻しライン４９は、脱気器５２の上部に設けられた冷媒出口を循環ライン３２ｂに接続している。
【0096】
脱気冷媒戻しライン４９は、脱気器５２で分離された冷媒を低段側多段圧縮機１１と高段側多段圧縮機１２との間に戻す。脱気器５２でオイルから分離された冷媒は、脱気器５２の上部に溜まる。脱気冷媒戻しライン４９は、脱気器５２の上部に設けられた冷媒出口を循環ライン３２ｂに接続している。
【0097】
圧力調整弁５３は、オイル戻しライン６０の共通部６１においてオイルクーラ５１と脱気器５２との間に設けられており、脱気器５２の内圧を低段側多段圧縮機１１と高段側多段圧縮機１２との間の圧力（中間圧力Ｐｍ）よりも高圧に調整する。このため、脱気冷媒戻しライン４９を使用して、脱気器５２で回収された冷媒を循環ライン３２ｂに戻すことができる。また、冷媒の戻し先は、循環ライン３２ｂに限定されない。脱気器５２で分離された冷媒を、低段側多段圧縮機１１の中間段、例えば、循環ライン３２ａに戻してもよい。この場合、圧力調整弁５３は、脱気器５２の内圧を低段側多段圧縮機１１の中間段よりも高圧に調整する。
【0098】
本実施形態においても、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。ここで、冷媒がオイルに溶解したままでオイルと共に圧縮機に供給されると、冷媒の蒸発（フラッシュ）により圧縮機の性能低下を引き起こすおそれがある。本実施形態によれば、冷媒が脱気器５２でオイルから除去されるので、このような性能低下を防止できる。冷媒は、脱気器５２で回収された後に冷媒回路２に戻されるので、冷媒回路２内の冷媒の減少を防止できる。
【0099】
（第３実施形態）
次に、図７を参照して、第１実施形態との相違を中心に、第３実施形態に係る冷凍システム１について説明する。
次に、図７を参照して、第１実施形態との相違を中心に、第３実施形態に係る冷凍システム１について説明する。
【0100】
本実施形態に係る蒸発器１８は、冷媒を通流させる冷媒通路１８ａを有する一方、ブライン通路１８ｂ（図１を参照）を備えない。冷却対象物９９は、蒸発器１８の外表面に接触されている。蒸発器１８は、冷媒通路１８ａを通流する冷媒で冷却対象物９９を直接的に冷却する熱交換器として構成されている。
【0101】
本実施形態においても、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。更に、ブラインが不要となるので、冷凍システム１の構成を全体として簡素化できる。
【0102】
（第４実施形態）
次に、図８を参照して、第３実施形態との相違を中心に、第４実施形態に係る冷凍システム１について説明する。
次に、図８を参照して、第３実施形態との相違を中心に、第４実施形態に係る冷凍システム１について説明する。
【0103】
本実施形態に係る冷媒回路２は、凝縮器１４と、蒸発器１８としての熱交換器との間に介在する受液器１９と、ポンプ２９とを更に有している。膨張弁１７の出口が、循環ライン３７ａを介して受液器１９の液体入口に接続されている。受液器１９は、タンク状であり、膨張弁１７から供給される液体の冷媒を底部に貯留する。受液器１９の底部には液体出口が設けられており、受液器１９の液体出口は、循環ライン３７ｂを介し、蒸発器１８の入口と接続されている。ポンプ２９は、循環ライン３７ｂ上に介在している。蒸発器１８の出口は、循環ライン３１ａを介し、受液器１９の気体入口に接続されている。受液器１９の上部には気体出口が設けられており、受液器１９の気体出口は、循環ライン３１ｂを介し、低段側多段圧縮機１１に接続されている。
【0104】
ポンプ２９の駆動時、受液器１９内の冷媒は、蒸発器１８を通過し、蒸発器１８で気体となって受液器１９に戻る。蒸発器１８で気体となった冷媒は、受液器１９を経由して低段側多段圧縮機１１に供給される。
【0105】
なお、冷凍システム１は、制御装置８０に接続されるセンサとして、受液器１９内の冷媒の液面の高さを検出するレベルセンサを備え得る。制御装置８０は、レベルセンサによって検出された液面の高さに基づき、膨張弁１７の開度を調整してもよい。
【0106】
本実施形態においても、第３実施形態と同様の作用効果を奏する。受液器１９で貯留された液相の冷媒がブラインと同様に機能し、冷却対象物９９を冷却するに際してブラインそのものが不要となる。
【0107】
（第５実施形態）
次に、図９を参照して、第１実施形態との相違を中心に、第５実施形態に係る冷凍システムについて説明する。
次に、図９を参照して、第１実施形態との相違を中心に、第５実施形態に係る冷凍システムについて説明する。
【0108】
本実施形態に係る冷媒回路２は、第１エコノマイザ２１Ａ及び第２エコノマイザ２１Ｂの２つのエコノマイザを備える。また、冷媒戻しライン４０が、凝縮器１４と蒸発器１８との間の冷媒の一部を低段側多段圧縮機１１の中間段に戻す第５戻しライン４５を更に有する。第５戻しライン４５は、第１戻しライン４１からは独立している。すなわち、第５戻しライン４５は、第１戻しライン４１とは流体的に連通することなく、循環ライン３６を圧縮機側に接続している。
【0109】
第１エコノマイザ２１Ａは、第１～第４実施形態に係るエコノマイザ２１（図１等を参照）と同様である。冷媒回路２は、第１エコノマイザ２１Ａ用の膨張機構２２Ａを有する。第１エコノマイザ２１Ａは、供給流路２１Ａａ及び戻し流路２１Ａｂを有する。供給流路２１Ａａは、第１実施形態に係る供給流路２１ａと同様に、循環ライン３６の一部を構成し、戻し流路２１Ａｂは、第１実施形態に係る戻し流路２１ｂと同様に、第４戻しライン４４の一部を構成している。
【0110】
第２エコノマイザ２１Ｂは、第１エコノマイザ２１Ａと蒸発器１８との間に介在すると共に、第５戻しライン４５に介在する。第２エコノマイザ２１Ｂは、第１エコノマイザ２１Ａから蒸発器１８に流れる冷媒と、第５戻しライン４５を通流する前記冷媒との間で熱交換を行わせる。第２エコノマイザ２１Ｂ用の膨張機構２２Ｂは、第５戻しライン４５を介して第２エコノマイザ２１Ｂに供給される冷媒を減圧する。膨張機構２２Ｂは、その開度を調整可能に構成されたバルブによって実現される。
【0111】
第２エコノマイザ２１Ｂは、循環ライン３６の一部を構成する供給流路２１Ｂａと、第５戻しライン４５の一部を構成する戻し流路２１Ｂｂとを有する。循環ライン３６の上流部３６ａは、乾燥器１６の出口を第１エコノマイザ２１Ａの供給流路２１Ａａの入口に接続し、循環ライン３６の下流部３６ｂは、第２エコノマイザ２１Ｂの供給流路２１Ｂａの出口を膨張弁１７の入口に接続している。第１エコノマイザ２１Ａの供給流路２１Ａａの出口は、循環ライン３６の中間部３６ｃを介し、第２エコノマイザ２１Ｂの供給流路２１Ｂａの出口に接続されている。
【0112】
そのため、第４戻しライン４４の上流部４４ａは、循環ライン３６の中間部３６ｃから分岐し、第１エコノマイザ２１Ａの戻し流路２１Ａｂの入口に接続されている。第５戻しライン４５は、循環ライン３６の下流部３６ｂから分岐して第２エコノマイザ２１Ｂの戻し流路２１Ｂｂの入口に接続される上流部４５ａと、戻し流路２１Ｂｂと、戻し流路２１Ｂｂの出口を圧縮機側に接続する下流部４５ｂとを含む。膨張機構２２Ｂは、第５戻しライン４５の上流部４５ａに介在する。なお、開閉弁２７ｊも、上流部４５ａに介在している。
【0113】
第３分岐点、第２分岐点、第４分岐点、第１分岐点、及び第５分岐点が、循環ライン３６上で、乾燥器１６から膨張弁１７に向かう冷媒の流れ方向において、この順番で並んでいる。第３分岐点及び第２分岐点は、第１～第４実施形態と同様にして上流部３６ａある。第４分岐点及び第１分岐点は、中間部３６ｃにある。最下流の第５分岐点は、下流部３６ｂにある。
【0114】
詳細図示を省略するが、冷凍システム１は、制御装置８０に接続されるセンサとして、第５戻しライン４５の下流部４５ｂの温度（すなわち、第２エコノマイザ２１Ｂから圧縮機側に戻される冷媒の温度）を検出する温度センサが含まれる。制御装置８０は、この温度センサの検出温度に基づいて、第５戻しライン４５における冷媒の過熱度が一定となるように、膨張弁としての膨張機構２２Ｂの開度を調整する。
【0115】
本実施形態においても、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。更に、エコノマイザが２段設けられるので、冷凍システムの冷凍能力が更に向上し、また、圧縮機の吐出温度を更に低下させることができる。
【0116】
（第６実施形態）
次に、図１０を参照して、第１実施形態との相違を中心に、第６実施形態に係る冷凍システムについて説明する。
次に、図１０を参照して、第１実施形態との相違を中心に、第６実施形態に係る冷凍システムについて説明する。
【0117】
本実施形態では、エコノマイザが冷媒回路２から省略されている。冷媒戻しライン４０は、第１～第３戻しライン４１～４３を有する。本実施形態においても、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
【0118】
（第７実施形態）
図１１は本発明の第７実施形態の冷凍システムの要部の概略構成図である。オイル戻しライン６０に、第１吸込側軸受７５Ａ，７５Ｂに延在する分岐部６２ｃが設けられ、分岐部６２ｃに開閉バルブ６４を設けている点が、上記第１実施形態とは異なる。
図１１は本発明の第７実施形態の冷凍システムの要部の概略構成図である。オイル戻しライン６０に、第１吸込側軸受７５Ａ，７５Ｂに延在する分岐部６２ｃが設けられ、分岐部６２ｃに開閉バルブ６４を設けている点が、上記第１実施形態とは異なる。
【0119】
開閉バルブ６４は、制御装置８０により開閉が制御される。より詳しくは、低段側多段圧縮機１１が駆動すると、開閉バルブ６４を閉め、低段側多段圧縮機１１が停止すると、開閉バルブ６４を開けるように、制御装置８０が開閉バルブ６４の開閉を制御するようになっている。したがって、低段側多段圧縮機１１が駆動すると、第１吸込側軸受室７０ｂにオイルが直接供給されないため、第１吸込側軸受室７０ｂにおいて多量の冷媒ガスが発生するのを防ぐことができる。
【0120】
また、低段側多段圧縮機１１が停止すると、開閉バルブ９１が開くため、分岐部６２ｃからのオイルが第１吸込側軸受７５Ａ，７５Ｂに直接供給される。この場合は、差圧が小さいため、第１吸込側軸受７５Ａ，７５Ｂにオイルが供給されても、供給されたオイルから冷媒ガスが発生しにくい。また、第１吸込側軸受７５Ａ，７５Ｂにオイルが直接供給されるため、第１吸込側軸受７５Ａ，７５Ｂを確実に潤滑することができる。また、低段側多段圧縮機１１の停止中に、第１吸込側軸受７５Ａ，７５Ｂ付近にオイルを十分に溜めておくことができる。
【0121】
（変形例）
これまで実施形態について説明したが、上記構成は本発明の趣旨の範囲内で適宜変更可能である。
これまで実施形態について説明したが、上記構成は本発明の趣旨の範囲内で適宜変更可能である。
【0122】
図１２のように、脱気器５２は、オイル戻しライン６０上において別の箇所に介在していてもよく、また、オイルクーラ５１から脱気器５２又は圧力調整弁５３への配管の繋ぎ方は、適宜変更可能である。脱気器５２は、オイル戻しライン６０のうち分岐部６２ａ，６２ｂの途中に設けられてもよい。
【0123】
本開示は、以下の態様を含み得る。
（態様１）
低段側多段圧縮機、高段側多段圧縮機、油分離器、凝縮器、及び蒸発器を有し、冷媒をこの順で循環させる冷媒回路を備え、
前記冷媒は、ＧＷＰが７５０未満であり且つ－８０℃における飽和圧力が０．０１７ＭＰａＡ以上であり、
前記低段側多段圧縮機と前記高段側多段圧縮機とは、それぞれ別のモータで駆動され、
前記冷媒回路が、
前記凝縮器と前記蒸発器との間の前記冷媒の一部を前記低段側多段圧縮機の中間段に戻す第１戻しラインと、
前記凝縮器と前記蒸発器との間の前記冷媒の一部を前記低段側多段圧縮機と前記高段側多段圧縮機との間に戻す第２戻しラインと、
前記凝縮器と前記蒸発器との間の前記冷媒の一部を前記高段側多段圧縮機の中間段に戻す第３戻しラインと、
を更に有する、冷凍システム。
（態様２）
前記冷媒は、Ｒ３２である、
態様１に記載の冷凍システム。
（態様３）
前記冷媒回路が、
前記凝縮器と前記蒸発器との間の前記冷媒の一部を前記低段側多段圧縮機と前記高段側多段圧縮機との間に戻す第４戻しラインと、
前記凝縮器と前記蒸発器との間に介在すると共に前記第４戻しライン上に介在し、前記凝縮器から前記蒸発器に流れる前記冷媒と、前記第４戻しラインを通流する前記冷媒との間で熱交換を行わせる第１エコノマイザと、
前記第４戻しラインを介して前記第１エコノマイザに供給される前記冷媒を減圧する第１エコノマイザ用膨張機構と、
を更に有する、態様１又は２に記載の冷凍システム。
（態様４）
前記第１戻しラインは、前記第１エコノマイザと前記蒸発器との間の前記冷媒を戻し、
前記第２戻しライン及び前記第３戻しラインは、前記凝縮器と前記第１エコノマイザとの間の前記冷媒を戻す、
態様３に記載の冷凍システム。
（態様５）
前記冷媒回路が、
前記凝縮器と前記蒸発器との間の前記冷媒の一部を前記低段側多段圧縮機の前記中間段に戻す第５戻しラインと、
前記第１エコノマイザと前記蒸発器との間に介在すると共に前記第５戻しライン上に介在し、前記第１エコノマイザから前記蒸発器に流れる前記冷媒と、前記第５戻しラインを通流する前記冷媒との間で熱交換を行わせる第２エコノマイザと、
前記第５戻しラインを介して前記第２エコノマイザに供給される前記冷媒を減圧する第２エコノマイザ用膨張機構と、
を更に有する、態様３又は４に記載の冷凍システム。
（態様６）
前記油分離器で回収されたオイルを少なくとも前記低段側多段圧縮機に戻すオイル戻しラインと、
前記オイル戻しラインを流れる前記オイルから、前記オイルに溶解している前記冷媒を除去する脱気器と、
前記脱気器で分離された前記冷媒を、前記低段側多段圧縮機の中間段または、前記低段側多段圧縮機と前記高段側多段圧縮機との間の戻し先に戻す脱気冷媒戻しラインと、
前記脱気器の内圧を前記戻し先の圧力よりも高圧に調整する圧力調整弁と、
を更に備える、態様１から５のいずれか１項に記載の冷凍システム。
（態様７）
前記蒸発器は、前記冷媒で冷却対象物を直接冷却する熱交換器である、
態様１から６のいずれかに記載の冷凍システム。
（態様８）
前記冷媒回路が、前記凝縮器と、前記蒸発器としての前記熱交換器との間に介在する受液器を更に有し、
前記受液器で貯留された前記冷媒が前記熱交換器に供給され、前記冷却対象物との熱交換後のガス状の前記冷媒が、前記低段側多段圧縮機へと循環される、
態様７に記載の冷凍システム。
（態様９）
前記低段側多段圧縮機と前記高段側多段圧縮機との間の圧力である中間圧力を検出する中間圧力センサと、
前記中間圧力センサにより検出された前記中間圧力に応じて前記高段側多段圧縮機の回転数を制御する制御装置と、
を更に備える、態様１から８のいずれかに記載の冷凍システム。
（態様１０）
前記低段側多段圧縮機及び前記高段側多段圧縮機の少なくともいずれか一方が、
その第１段圧縮部の回転軸の吸込側の端部を回転可能に支持する吸込側軸受と、
前記吸込側軸受を収容する吸込側軸受室と、
を含み、
前記吸込側軸受室には、前記吸込側軸受に対して前記第１段圧縮部とは反対側に配置された壁部が設けられ、前記吸込側軸受と前記壁部との間にオイルが溜められる、
態様１から９のいずれかに記載の冷凍システム。
（態様１１）
前記低段側多段圧縮機の前記吸込側軸受にオイルを案内する油供給ラインが設けられていない、
態様１０に記載の冷凍システム。
（態様１２）
前記低段側多段圧縮機が、
その第１段圧縮部の回転軸の吸込側の端部を回転可能に支持する吸込側軸受と、
前記吸込側軸受を収容する吸込側軸受室と、
を含み、
前記油分離器のオイルを前記吸込側軸受に案内する油供給ラインが設けられ、
前記油供給ラインには、制御装置により開閉制御される開閉バルブが設けられ、
前記制御装置は、前記低段側多段圧縮機が駆動すると前記開閉バルブを閉め、前記低段側多段圧縮機が停止すると前記開閉バルブを開けるように前記開閉バルブの開閉を制御する、
態様１又は２に記載の冷凍システム。
（態様１）
低段側多段圧縮機、高段側多段圧縮機、油分離器、凝縮器、及び蒸発器を有し、冷媒をこの順で循環させる冷媒回路を備え、
前記冷媒は、ＧＷＰが７５０未満であり且つ－８０℃における飽和圧力が０．０１７ＭＰａＡ以上であり、
前記低段側多段圧縮機と前記高段側多段圧縮機とは、それぞれ別のモータで駆動され、
前記冷媒回路が、
前記凝縮器と前記蒸発器との間の前記冷媒の一部を前記低段側多段圧縮機の中間段に戻す第１戻しラインと、
前記凝縮器と前記蒸発器との間の前記冷媒の一部を前記低段側多段圧縮機と前記高段側多段圧縮機との間に戻す第２戻しラインと、
前記凝縮器と前記蒸発器との間の前記冷媒の一部を前記高段側多段圧縮機の中間段に戻す第３戻しラインと、
を更に有する、冷凍システム。
（態様２）
前記冷媒は、Ｒ３２である、
態様１に記載の冷凍システム。
（態様３）
前記冷媒回路が、
前記凝縮器と前記蒸発器との間の前記冷媒の一部を前記低段側多段圧縮機と前記高段側多段圧縮機との間に戻す第４戻しラインと、
前記凝縮器と前記蒸発器との間に介在すると共に前記第４戻しライン上に介在し、前記凝縮器から前記蒸発器に流れる前記冷媒と、前記第４戻しラインを通流する前記冷媒との間で熱交換を行わせる第１エコノマイザと、
前記第４戻しラインを介して前記第１エコノマイザに供給される前記冷媒を減圧する第１エコノマイザ用膨張機構と、
を更に有する、態様１又は２に記載の冷凍システム。
（態様４）
前記第１戻しラインは、前記第１エコノマイザと前記蒸発器との間の前記冷媒を戻し、
前記第２戻しライン及び前記第３戻しラインは、前記凝縮器と前記第１エコノマイザとの間の前記冷媒を戻す、
態様３に記載の冷凍システム。
（態様５）
前記冷媒回路が、
前記凝縮器と前記蒸発器との間の前記冷媒の一部を前記低段側多段圧縮機の前記中間段に戻す第５戻しラインと、
前記第１エコノマイザと前記蒸発器との間に介在すると共に前記第５戻しライン上に介在し、前記第１エコノマイザから前記蒸発器に流れる前記冷媒と、前記第５戻しラインを通流する前記冷媒との間で熱交換を行わせる第２エコノマイザと、
前記第５戻しラインを介して前記第２エコノマイザに供給される前記冷媒を減圧する第２エコノマイザ用膨張機構と、
を更に有する、態様３又は４に記載の冷凍システム。
（態様６）
前記油分離器で回収されたオイルを少なくとも前記低段側多段圧縮機に戻すオイル戻しラインと、
前記オイル戻しラインを流れる前記オイルから、前記オイルに溶解している前記冷媒を除去する脱気器と、
前記脱気器で分離された前記冷媒を、前記低段側多段圧縮機の中間段または、前記低段側多段圧縮機と前記高段側多段圧縮機との間の戻し先に戻す脱気冷媒戻しラインと、
前記脱気器の内圧を前記戻し先の圧力よりも高圧に調整する圧力調整弁と、
を更に備える、態様１から５のいずれか１項に記載の冷凍システム。
（態様７）
前記蒸発器は、前記冷媒で冷却対象物を直接冷却する熱交換器である、
態様１から６のいずれかに記載の冷凍システム。
（態様８）
前記冷媒回路が、前記凝縮器と、前記蒸発器としての前記熱交換器との間に介在する受液器を更に有し、
前記受液器で貯留された前記冷媒が前記熱交換器に供給され、前記冷却対象物との熱交換後のガス状の前記冷媒が、前記低段側多段圧縮機へと循環される、
態様７に記載の冷凍システム。
（態様９）
前記低段側多段圧縮機と前記高段側多段圧縮機との間の圧力である中間圧力を検出する中間圧力センサと、
前記中間圧力センサにより検出された前記中間圧力に応じて前記高段側多段圧縮機の回転数を制御する制御装置と、
を更に備える、態様１から８のいずれかに記載の冷凍システム。
（態様１０）
前記低段側多段圧縮機及び前記高段側多段圧縮機の少なくともいずれか一方が、
その第１段圧縮部の回転軸の吸込側の端部を回転可能に支持する吸込側軸受と、
前記吸込側軸受を収容する吸込側軸受室と、
を含み、
前記吸込側軸受室には、前記吸込側軸受に対して前記第１段圧縮部とは反対側に配置された壁部が設けられ、前記吸込側軸受と前記壁部との間にオイルが溜められる、
態様１から９のいずれかに記載の冷凍システム。
（態様１１）
前記低段側多段圧縮機の前記吸込側軸受にオイルを案内する油供給ラインが設けられていない、
態様１０に記載の冷凍システム。
（態様１２）
前記低段側多段圧縮機が、
その第１段圧縮部の回転軸の吸込側の端部を回転可能に支持する吸込側軸受と、
前記吸込側軸受を収容する吸込側軸受室と、
を含み、
前記油分離器のオイルを前記吸込側軸受に案内する油供給ラインが設けられ、
前記油供給ラインには、制御装置により開閉制御される開閉バルブが設けられ、
前記制御装置は、前記低段側多段圧縮機が駆動すると前記開閉バルブを閉め、前記低段側多段圧縮機が停止すると前記開閉バルブを開けるように前記開閉バルブの開閉を制御する、
態様１又は２に記載の冷凍システム。
【符号の説明】
【0124】
１ 冷凍システム
２ 冷媒回路
３ オイル循環回路
１１ 低段側多段圧縮機
１１ａ 第１低段圧縮部
１１ｂ 第２低段圧縮部
１１ｃ 低段側モータ
１１ｄ 低段側インバータ
１１ｅ モータ駆動軸
１２ 高段側多段圧縮機
１２ａ 第１高段圧縮部
１２ｂ 第２高段圧縮部
１２ｃ 高段側モータ
１２ｄ 高段側インバータ
１２ｅ モータ駆動軸
１３ 油分離器
１３ａ ケーシング
１３ｂ デミスタ
１４ 凝縮器
１４ａ 冷媒通路
１４ｂ 冷却液通路
１５ レシーバ
１６ 乾燥器
１７ 膨張弁
１８ 蒸発器
１８ａ 冷媒通路
１８ｂ ブライン通路
１９ 受液器
２１ エコノマイザ
２１Ａ 第１エコノマイザ
２１Ｂ 第２エコノマイザ
２１ａ，２１Ａａ，２１Ｂａ 供給流路
２１ｂ，２１Ａｂ，２１Ｂｂ 戻し流路
２２，２２Ａ，２２Ｂ 膨張機構
２７ａ～２７ｊ 開閉弁
２８ａ～２８ｃ 逆止弁
２９ ポンプ
３０ 冷媒循環ライン
３１～３７ 循環ライン
３６ａ 上流部
３６ｂ 下流部
３６ｃ 中間部
４０ 冷媒戻しライン
４１～４５ 第１～第５戻しライン
４４ａ，４５ａ 上流部
４４ｂ，４５ｂ 下流部
４９ 脱気冷媒戻しライン
５１ オイルクーラ
５２ 脱気器
５３ 圧力調整弁
６０ オイル戻しライン
６１ 共通部
６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６３ａ，６３ｂ 分岐部
６４ 開閉バルブ
７０ ケーシング
７０ａ モータ室
７０ｂ 第１吸込側軸受室
７０ｃ 第１圧縮室
７０ｄ 第１吐出側軸受室
７０ｅ 中間圧力室
７０ｆ 第２吸込側軸受室
７０ｇ 第２圧縮室
７０ｈ 第２吐出側軸受室
７０ｉ 吸込口
７１Ａ，７１Ｂ 第１スクリュロータ
７２Ａ，７２Ｂ 第２スクリュロータ
７３Ａ，７３Ｂ 第１回転軸
７４Ａ，７４Ｂ 第２回転軸
７５Ａ，７５Ｂ 第１吸込側軸受
７６Ａ，７６Ｂ 第１吐出側軸受
７７Ａ，７７Ｂ 第２吸込側軸受
７８Ａ，７８Ｂ 第２吐出側軸受
７９Ａ，７９Ｂ 壁部
８０ 制御装置
８１ 中間圧力センサ
９９ 冷却対象物
Ｐｍ 中間圧力
２ 冷媒回路
３ オイル循環回路
１１ 低段側多段圧縮機
１１ａ 第１低段圧縮部
１１ｂ 第２低段圧縮部
１１ｃ 低段側モータ
１１ｄ 低段側インバータ
１１ｅ モータ駆動軸
１２ 高段側多段圧縮機
１２ａ 第１高段圧縮部
１２ｂ 第２高段圧縮部
１２ｃ 高段側モータ
１２ｄ 高段側インバータ
１２ｅ モータ駆動軸
１３ 油分離器
１３ａ ケーシング
１３ｂ デミスタ
１４ 凝縮器
１４ａ 冷媒通路
１４ｂ 冷却液通路
１５ レシーバ
１６ 乾燥器
１７ 膨張弁
１８ 蒸発器
１８ａ 冷媒通路
１８ｂ ブライン通路
１９ 受液器
２１ エコノマイザ
２１Ａ 第１エコノマイザ
２１Ｂ 第２エコノマイザ
２１ａ，２１Ａａ，２１Ｂａ 供給流路
２１ｂ，２１Ａｂ，２１Ｂｂ 戻し流路
２２，２２Ａ，２２Ｂ 膨張機構
２７ａ～２７ｊ 開閉弁
２８ａ～２８ｃ 逆止弁
２９ ポンプ
３０ 冷媒循環ライン
３１～３７ 循環ライン
３６ａ 上流部
３６ｂ 下流部
３６ｃ 中間部
４０ 冷媒戻しライン
４１～４５ 第１～第５戻しライン
４４ａ，４５ａ 上流部
４４ｂ，４５ｂ 下流部
４９ 脱気冷媒戻しライン
５１ オイルクーラ
５２ 脱気器
５３ 圧力調整弁
６０ オイル戻しライン
６１ 共通部
６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６３ａ，６３ｂ 分岐部
６４ 開閉バルブ
７０ ケーシング
７０ａ モータ室
７０ｂ 第１吸込側軸受室
７０ｃ 第１圧縮室
７０ｄ 第１吐出側軸受室
７０ｅ 中間圧力室
７０ｆ 第２吸込側軸受室
７０ｇ 第２圧縮室
７０ｈ 第２吐出側軸受室
７０ｉ 吸込口
７１Ａ，７１Ｂ 第１スクリュロータ
７２Ａ，７２Ｂ 第２スクリュロータ
７３Ａ，７３Ｂ 第１回転軸
７４Ａ，７４Ｂ 第２回転軸
７５Ａ，７５Ｂ 第１吸込側軸受
７６Ａ，７６Ｂ 第１吐出側軸受
７７Ａ，７７Ｂ 第２吸込側軸受
７８Ａ，７８Ｂ 第２吐出側軸受
７９Ａ，７９Ｂ 壁部
８０ 制御装置
８１ 中間圧力センサ
９９ 冷却対象物
Ｐｍ 中間圧力
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】