特開 2015-200498 可変速圧縮機を有する冷却システム

(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】特開2015-200498(P2015-200498A)

(43)【公開日】2015年11月12日

(54)【発明の名称】可変速圧縮機を有する冷却システム

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20151016BHJP

   F25B 7/00 20060101ALI20151016BHJP

【ＦＩ】

   F25B1/00 361A

   F25B1/00 361J

   F25B1/00 371B

   F25B1/00 371Z

   F25B7/00 D

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-135863(P2015-135863)

(22)【出願日】2015年7月7日

(62)【分割の表示】特願2012-532261(P2012-532261)の分割

【原出願日】2010年9月29日

(31)【優先権主張番号】12/570,348

(32)【優先日】2009年9月30日

(33)【優先権主張国】US

(71)【出願人】

【識別番号】511080236

【氏名又は名称】サーモ・フィッシャー・サイエンティフィック・（アシュヴィル）・エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】キ・ワン

(72)【発明者】

【氏名】トッド・スウィフト

(72)【発明者】

【氏名】リチャード・ベア

(57)【要約】

【課題】第１冷却段および第２冷却段を有する２段式カスケード冷却システムを提供する。
【解決手段】第１冷却段は、第１冷媒３４を循環させるための第１流体回路を形成し、第１圧縮機５０、凝縮器５４、および第１流体回路に流体連通する第１膨張装置５８を有する。第２冷却段は、第２冷媒３６を循環させるための第２流体回路形成し、第２冷却段は、第２圧縮機７０、第２膨張装置７４、および第２流体回路に流体連通する蒸発器７８を有する。熱交換器４４は、第１および第２冷媒３４，３６の間の熱を交換するために、第１および第２流体回路に流体連通している。少なくとも１つの第１または第２圧縮機５０，７０は、可変速圧縮機である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

２段式カスケード冷却システムであって、
第１冷媒を循環させる第１流体回路を形成する第１冷却段であって、前記第１流体回路に流体連通する第１圧縮機と、凝縮器と、第１膨張装置とを有する第１冷却段と、
第２冷媒を循環させる第２流体回路を形成する第２冷却段であって、該第２冷却段は、前記第２流体回路に流体連通する第２圧縮機と、第２膨張装置と、蒸発器とを有し、前記第２圧縮機は可変速圧縮機である、第２冷却段と、
前記第１および第２冷媒の間で熱を交換するために前記第１および第２流体回路に流体連通する熱交換器と、
室内と、前記室内へのアクセスを提供するドアとを有するキャビネットと、
前記第１および第２圧縮機の運転を独立制御するために、前記第１および第２圧縮機に動作可能に連結された少なくとも１つのコントローラと、
少なくとも１つの、
前記少なくとも１つのコントローラに動作可能に連結されたセンサであって、該センサは、前記第１または第２冷媒の吐出圧力を検出し、かつ前記少なくとも１つのコントローラに前記検出された圧力を示す信号を生成するよう構成され、前記少なくとも１つのコントローラは、前記信号に応じて前記第２圧縮機の速度を変える働きをする、センサ、または
前記少なくとも１つのコントローラに動作可能に連結されたセンサであって、該センサは、前記第１冷媒の吐出温度を検出し、かつ前記少なくとも１つのコントローラに前記検出された吐出温度を示す信号を生成するよう構成され、前記少なくとも１つのコントローラは、前記信号に応じて前記第２圧縮機の速度を変える働きをする、センサ
を備える、２段式カスケード冷却システム。

【請求項2】

２段式カスケード冷却システムであって、
第１冷媒を循環させる第１流体回路を形成する第１冷却段であって、前記第１流体回路に流体連通する第１圧縮機と、凝縮器と、第１膨張装置とを有する第１冷却段と、
第２冷媒を循環させる第２流体回路を形成する第２冷却段であって、該第２冷却段は、前記第２流体回路に流体連通する第２圧縮機と、第２膨張装置と、蒸発器とを有し、前記第１および第２圧縮機それぞれは可変速圧縮機である、第２冷却段と、
前記第１および第２冷媒の間で熱を交換するために前記第１および第２流体回路に流体連通する熱交換器と、
室内と、前記室内へのアクセスを提供するドアとを有するキャビネットと、
前記第１および第２圧縮機の運転を独立制御するために、前記第１および第２圧縮機に動作可能に連結された少なくとも１つのコントローラと、
前記第１冷媒の１つまたは複数の液だめ温度、吐出温度または吐出圧力を検出するための第１の複数のセンサ、および前記第２冷媒の１つまたは複数の前記液だめ温度、吐出温度、または吐出圧力を検出するための第２の複数のセンサであって、前記第１および第２の複数のセンサは、前記少なくとも１つのコントローラに検出された温度または圧力を示すそれぞれの信号を生成するよう構成され、前記少なくとも１つのコントローラは、前記信号に応じて、少なくとも１つの前記第１または第２圧縮機の速度を変える働きをする、第１および第２の複数のセンサと、
を備える２段式カスケード冷却システム。

【請求項3】

２段式カスケード冷却システムであって、
第１冷媒を循環させる第１流体回路を形成する第１冷却段であって、前記第１流体回路に流体連通する第１圧縮機と、凝縮器と、第１膨張装置とを有する第１冷却段と、
第２冷媒を循環させる第２流体回路を形成する第２冷却段であって、該第２冷却段は、前記第２流体回路に流体連通する第２圧縮機と、第２膨張装置と、蒸発器とを有し、少なくとも１つの前記第１または第２圧縮機が可変速圧縮機である、第２冷却段と、
前記第１および第２冷媒の間で熱を交換するために前記第１および第２流体回路に流体連通する熱交換器と、
室内と、前記室内へのアクセスを提供するドアとを有するキャビネットと、
前記第１および第２圧縮機の運転を独立制御するために、前記第１および第２圧縮機に動作可能に連結された少なくとも１つのコントローラと、
少なくとも１つの、
前記少なくとも１つのコントローラに動作可能に連結された一対のセンサであって、該一対のセンサは、前記第１および第２冷媒の吐出圧力をそれぞれ検出し、かつ前記少なくとも１つのコントローラに前記検出された圧力を示す各信号を生成するよう構成され、前記少なくとも１つのコントローラは、前記信号に応じて少なくとも１つの前記第１または第２圧縮機の速度を変える働きをする一対のセンサ、または
前記少なくとも１つのコントローラに動作可能に連結され、かつ前記冷却システムの運転における異なる所定の騒音レベルモードを使用者が選択するよう動作可能な制御インターフェース、
を備える２段式カスケード冷却システム。

【請求項4】

冷却システムの運転方法であって、
前記冷却システムの第１段の第１圧縮機、凝縮器、および第１膨張装置を通り、第１冷媒を循環させるステップと、
前記冷却システムの第２段の第２圧縮機、第２膨張装置、および蒸発器を通り、第２冷媒を循環させるステップと、
前記第１および第２冷媒の間で熱を交換するステップと、
少なくとも１つの
前記第１または第２冷媒の吐出圧力を検出するステップ、前記検出された圧力を示す信号を生成するステップ、および前記信号に応じて前記第２圧縮機の速度を変えるステップ、または
前記第１冷媒の吐出温度を検出するステップ、前記検出された温度を示す信号を生成するステップ、および前記信号に応じて前記第２圧縮機の速度を変えるステップ、
を備える冷却システムの運転方法。

【請求項5】

冷却システムの運転方法であって、
前記冷却システムの第１段の第１圧縮機、凝縮器、および第１膨張装置を通り、第１冷媒を循環させるステップと、
前記冷却システムの第２段の第２圧縮機、第２膨張装置、および蒸発器を通り、第２冷媒を循環させるステップと、
前記第１および第２冷媒の間で熱を交換するステップと、
少なくとも１つの
前記凝縮器近くの周囲空気の温度を検出するステップ、前記検出された温度を示す信号を生成するステップ、および前記信号に応じて少なくとも１つの前記第１または第２圧縮機の速度を変えるステップ、
前記冷却システムによって冷却される室内を有するキャビネットを得るステップ、前記キャビネットの室内温度を検出するステップ、前記検出された温度を示す信号を生成するステップ、および前記信号に応じて少なくとも１つの前記第１または第２圧縮機の速度を変えるステップ、
前記第１冷媒の吐出圧力を検出するステップ、前記第２冷媒の吐出圧力を検出するステップ、前記第１および第２冷媒の検出された吐出圧力を示すそれぞれの信号を生成するステップ、および前記それぞれの信号に応じて少なくとも１つの前記第１または第２圧縮機の速度を変えるステップ、
前記第１冷媒の１つまたは複数の液だめ温度、吐出温度、または吐出圧力を検出するステップ、前記第２冷媒の１つまたは複数の液だめ温度、吐出温度、または吐出圧力を検出するステップ、前記第１および第２冷媒の前記検出された１または複数の液だめ温度、吐出温度または吐出圧力を示すそれぞれの信号を生成するステップ、および前記それぞれの信号に応じて少なくとも１つの前記第１または第２圧縮機の速度を変えるステップ、
使用者によって、運転の異なる所定の騒音レベルモードを選択するステップ、および前記選択されたモードに応じて前記第１および第２圧縮機の運転を制御するステップ、
を備える冷却システムの運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して冷却システム、特に２段式カスケード冷却システムに関する。

【背景技術】

【0002】

２段式カスケード冷却システムは、例えば−４０°Ｃ以下など０℃以下の温度にキャビネット室内などの空間を冷却するものとして知られている。例えば超低温フリーザー（「ULT’s」）として知られるタイプのフリーザーは、このタイプの冷却システムを使用するものとして知られており、キャビネット室内を約−８０°Ｃまたはそれ以下の温度に冷却するために使用される。

【0003】

このタイプの冷却システムは、それぞれ第１および第２冷媒を循環する２段を含むことで知られている。第１段は、凝縮器を通じて第１冷媒から周囲環境へエネルギー（すなわち熱）を移動させ、一方第２段の第２冷媒は、蒸発器を通じて冷却された空間（例えばキャビネット室内）からエネルギーを受け入れる。熱は、冷却システムの２段に流体連通している熱交換器を介して第２冷媒から第１冷媒へ移動する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の２カスケード冷却システムは、１つの固定速度をそれぞれ有し、かつ通常同じ最大容量を有する圧縮機を利用する。この点において、装置の運転は、２つの圧縮機それぞれを何度も単純に作動および停止する必要がある場合がある。しかし、装置自体の寿命により、冷却された空間を均一な温度に達成させるためのこのタイプの装置の能力は制限され、かつこのような装置の運転効率も制限される。さらに、一方または両方の圧縮機を最大容量で運転することは、有害な場合がある一方で、最大容量以下の容量での一方または両方の圧縮機の運転は、圧縮機が運用的に非効率となる。さらに、従来の２カスケード冷却システムは定常状態運転中に１つの所定の騒音レベルで運転することが知られている。

【0005】

したがって、従来の２段式カスケード冷却システムに関したこれらおよび他の問題に対処する冷却システムを提供することが望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一実施形態において、２段式カスケード冷却システムは、第１冷却段および第２冷却段を有して提供される。第１冷却段は、第１冷媒を循環させる第１流体回路を形成し、かつ第１圧縮機、凝縮器、および第１流体回路に流体連通する第１膨張装置を有する。第２冷却段は、第２冷媒を循環させる第２流体回路を形成し、第２冷却段は第２圧縮機、第２膨張装置、および第２流体回路に流体連通する蒸発器を有する。熱交換器は、第１および第２冷媒間の熱を交換するために、第１および第２流体回路に流体連通している。第１または第２圧縮機の少なくとも１つは、可変速圧縮機である。

【0007】

特定の実施形態において、各第１および第２圧縮機は、可変速圧縮機である。第１圧縮機は、第１の最大容量を有することができ、かつ第２圧縮機は、第２の最大容量を有することができ、ある実施形態においては、第２の最大容量は、第１の最大容量より小さく、他の実施形態においては、第１の最大容量と実質的に等しい。

【0008】

第２圧縮機が可変速圧縮機である実施形態において、装置は、圧縮機の運転を独立制御するための、第１および第２圧縮機に動作可能に連結された少なくとも１つのコントローラと、少なくとも１つのコントローラに動作可能に連結されたセンサと、を含むことができる。例えばセンサは、熱交換器の出口における第１冷媒の温度を検出する、第１または第２冷媒の吐出圧力を検出する、または第１冷媒の吐出温度または吸入温度を検出するよう構成され、かつ少なくとも１つのコントローラに検出した温度または圧力を示す信号を生成する構成されることができ、少なくとも１つのコントローラは、信号に応じて第２圧縮機の速度を変える働きをする。

【0009】

他の特定の実施形態において、各第１および第２圧縮機は、可変速圧縮機であり、かつ装置は、室内および室内へのアクセスを提供するドアを有するキャビネットと、運転を独立制御するために第１および第２圧縮機に動作可能に連結された少なくとも１つのコントローラとを含む。センサは、少なくとも１つのコントローラに動作可能に連結され、ドアの状態を検出し、かつ少なくとも１つのコントローラに検出された状態を示す信号を生成するよう構成され、少なくとも１つのコントローラは、信号に応じて少なくとも１つの第１または第２圧縮機の速度を変える働きをする。その代わりに、またはそれに加えて、装置は、凝縮器近くの周囲空気の温度を検出し、かつ少なくとも１つのコントローラに検出された温度を示す信号を生成するよう構成されたセンサを含むことができ、少なくとも１つのコントローラは、信号に応じて少なくとも１つの第１または第２圧縮機の速度を変える働きをする。

【0010】

特定の実施形態において、装置は、少なくとも１つのコントローラに動作可能に連結されたセンサを含み、センサは、熱交換器の出口における第１冷媒の温度を検出し、かつ少なくとも１つのコントローラに検出された温度を示す信号を生成するよう構成される。少なくとも１つのコントローラは、検出された温度を既定の閾値温度と比較するために使用することができ、閾値温度以上では少なくとも１つのコントローラによって第２圧縮機は作動されない。そのうえ装置は、凝縮器近くの周囲空気の温度を検出し、かつ少なくとも１つのコントローラに検出された温度を示す第２の信号を生成するよう構成されたセンサを含むことができる。少なくとも１つのコントローラは、第２の信号に応じて既定の閾値温度を変えるために使用することができ、閾値温度以上では、少なくとも１つのコントローラによって第２圧縮機は作動されない。

【0011】

システムは、室内を有するキャビネットと、少なくとも１つのコントローラに動作可能に連結されたセンサと、を含むことができ、センサは、キャビネットの室内の温度を検出し、かつ少なくとも１つのコントローラにキャビネット室内の温度を示す信号を生成するよう構成され、少なくとも１つのコントローラは、この信号に応じて第２圧縮機の作動を遅延させる働きをする。ある実施形態のコントローラは、例えば凝縮器近くの周囲空気の温度を検出するよう構成されたセンサから受信された信号に応じて、凝縮器を横切る空気を導く可変速度ファンの速度を変えることができる。

【0012】

システムは、少なくとも１つのコントローラに動作可能に連結された一対のセンサを含むことができ、一対のセンサは、第１および第２冷媒の吐出圧力をそれぞれ検出し、かつ少なくとも１つのコントローラに検出された吐出圧力を示すそれぞれの信号を生成するよう構成される。少なくとも１つのコントローラは、信号に応じて、少なくとも１つの第１または第２圧縮機の速度を変える働きをする。

【0013】

システムは、追加として、または代わりに、第１冷媒の１つまたは複数の吸入温度、液だめ温度、吐出温度、または吐出圧力を検出する第１の複数のセンサと、第２冷媒の１つまたは複数の吸入温度、排水温度、吐出温度または吐出圧力を検出する第２の複数のセンサと、を含むことができる。第１および第２の複数のセンサは、少なくとも１つのコントローラに検出された温度または圧力を示すそれぞれの信号を生成するよう構成されることができ、少なくとも１つのコントローラは、信号に応じて第１または第２圧縮機の少なくとも１つの速度を変える働きをする。

【0014】

システムはまた、冷却システムの運転の異なる既定の騒音レベルモードを選択するための、少なくとも１つのコントローラに動作可能に連結された制御インターフェースを含むことができる。コントローラは、第１および第２圧縮機の同時運転を含む定常状態運転モードを含むことができる。

【0015】

さらに他の実施形態において、冷却システムを運転する方法が提供される。方法は、冷却システムの第１段の第１圧縮機、凝縮器、および第１膨張装置を通じて第１冷媒を循環するステップを含む。第２冷媒は、冷却システムの第２段の第２圧縮機、第２膨張装置、および蒸発器を通り循環される。熱は、第１および第２冷媒の間で交換され、かつ少なくとも１つの第１または第２冷媒の流れを制御するために、少なくとも１つの第１または第２圧縮機の速度が選択的に変えられる。

【0016】

したがって、ここに開示されるシステムは、相対的に長寿命、効率的な方法による運転を達成すること、および冷却された空間における均一な温度分布を達成することが可能である。さらに、ここに開示されるシステムは、例えば冷却された空間内の相対的に温かい物の貯蔵による予期しない高負荷状態から素早く回復することが可能である。

【0017】

本明細書に組み込まれ、かつ一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を示し、上述の本発明の概要および下記の実施形態の詳細な説明と共に本発明の原理の説明する働きをする。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】例示的な冷却システムの斜視図である。

【図2】図１の装置のキャビネット室内を冷却するための冷却システムの概略図である。

【図3】図２のシステムの運転のための段階的なプロトコルの概略図である。

【図4】図２のシステムの運転のための定常状態プロトコルの概略図である。

【図5】図２のシステムの運転のための別のプロトコルの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図を、より具体的には図１を参照すると、超低温度フリーザー（ＵＬＴ）１０の形の冷却システムが示されている。本発明の１つの実施形態による例示的なフリーザー１０の様々な態様は、本願の出願人による「REFRIGERATION SYSTEM MOUNTED WITHIN A DECK」と題する（代理人番号TFLED-227AUS）米国特許出願第１２／５７０，４８０号に説明、かつ図示され、その開示内容は、参照としてその全体がここに明確に組み込まれている。

【0020】

図１のフリーザー１０は、例えば約−８０°Ｃまたはそれ以下の温度で冷却する必要のあるものを保管するためのキャビネット１６を上に支持するデッキ１４を含む。次にキャビネット１６は、キャビネットハウジング１６ａと、キャビネット１６の室内１６ｃへのアクセスを提供するドア１６ｂとを含む。デッキ１４は、２段式カスケード冷却システム２０（図２）を共同で形成する１つまたは複数の構成要素を支持し、２段式カスケード冷却システムは、室内１６ｃを冷却するためにキャビネット１６と熱的に相互作用する。

【0021】

図２を参照すると、冷却システム２０の概略図が示されている。システム２０は、第１冷媒３４および第２冷媒３６を循環させるための第１および第２回路をそれぞれ形成する第１段２４および第２段２６で構成されている。第１段２４は、エネルギー（すなわち熱）を第１冷媒３４から周囲環境４０へ移動させる一方、第２段２６の第２冷媒３６は、キャビネット室内１６ｃからエネルギーを受けとる。熱は、冷却システム２０の第１段および第２段２４，２６と流体連通する熱交換器４４を通じて第２冷媒３６から第１冷媒３４へ伝達される。

【0022】

第１段２４は、順に第１圧縮機５０、凝縮器５４、および第１膨張装置５８を含む。ファン６２は、フィルタ５４ａを通り凝縮器５４を横切る周囲空気を導き、第１冷媒３４から周囲環境４０への熱の移動を促進させる。第２段２６はまた順に、第２圧縮機７０、第２膨張装置７４および蒸発器７８を含む。熱が室内１６ｃから蒸発器７８へ伝達し、それにより室内１６ｃが冷却されるように、蒸発器７８は、キャビネット１６（図１）の室内１６ｃと熱的に連通している。熱交換器４４は、第１膨張装置５８および第１圧縮機５０の間で第１段２４と流体連通している。さらに、熱交換器４４は、第２圧縮機７０および第２膨張装置７４の間で第２段２６と流体連通している。

【0023】

運転の際には、第２冷媒３６は、蒸発器７８を通じて室内１６ｃから熱を受けとり、導管９０を通り蒸発器７８から第２圧縮機７０へ流れる。気体状の第２冷媒３６を第２圧縮機７０へ通すために、吸引／アキュムレータ装置９２は、導管９０に流体連通しており、過剰な量の液体状の冷媒をため、かつ制御された割合で第２圧縮機７０に供給する。第２圧縮機７０から、圧縮された第２冷媒３６が導管９６を通り、第１および第２段２４，２６に互いに熱的に連通している熱交換器４４へ流れる。第２冷媒３６は、気体状態で熱交換器４４に入り、第２冷媒は凝縮しながら熱を第１冷媒３４へ移動させる。この点において、例えば第１冷媒３４の流れは、熱伝導率を最大にするように第２冷媒３６に対して逆に流れることができる。１つの特定の、非限定的な例において、熱交換器４４は、デッキ１４（図１）内に垂直に置かれたブレージングプレート式熱交換器の形であり、かつ熱交換器４４内の第１および第２冷媒３４，３６の乱流量を最大化するよう設計され、それは凝縮第２冷媒３６から気化第１冷媒３４への熱伝導を最大化する。熱交換器の他のタイプまたは構成も可能である。

【0024】

第２冷媒３６は、出口４４ａを通り液体状態で熱交換器４４を出て、導管１０２を通り、フィルタ／乾燥装置１０３を通り、第２膨張装置７４を通り流れ、第２段２６の蒸発器７８へ戻る。この例示的な実施形態の第２段２６はまた、第２圧縮機７０の潤滑のためのオイルループ１０４を含む。特に、オイルループ１０４は、導管９６に流体連通するオイル分離器１０６と、オイルを第２圧縮機７０に戻すよう導くためのオイル戻りライン１０８と、を含む。追加として、または代わりに、第２段２６は、第２冷媒３６の吐出流を冷却するために熱交換器４４の上流の導管９６に流体連通している過熱低減装置１１０を含むことができる。

【0025】

上述したように、第１冷媒３４は、第１段２４を通り流れる。特に、第１冷媒３４は、熱交換器４４を通って流れる第２冷媒３６から熱を受けとり、出口４４ｂを通って熱交換器４４から気体状態で出て、一対の導管１１４，１１５を通り第１圧縮機５０へ流れる。吸引／アキュムレータ装置１１６は、導管１１４および１１５の間に位置し、気体状態の第１冷媒３４を第１圧縮機５０へ通しながら、過剰な量の液体状態の冷媒をため、制御された割合で第１圧縮機５０へ送る。第１圧縮機５０から、圧縮された第１冷媒３４は、導管１１８を通り凝縮器５４へ流れる。凝縮器５４の第１冷媒３４は、熱を周囲環境４０へ移動し、一対の導管１２２，１２３を通り、フィルタ／乾燥装置１２６を通り、第１冷媒３４の圧力が低下する第１膨張装置５８へ液体状態で流れる前に、第１冷媒は凝縮する。第１膨張装置５８から、第１冷媒３４は、導管１２７を通り熱交換器４４へ戻り流れ、液体状態にて熱交換器へ入る。

【0026】

図２の参照を続けると、この実施形態の少なくとも１つの第１または第２圧縮機５０，７０は可変速圧縮機である。特定の実施形態において、第１および第２圧縮機５０，７０は、異なる最大容量を有することができる。例えば、非限定的に、第２圧縮機７０は、第１圧縮機５０の最大容量より小さい最大容量を有することができる。あるいは、第１および第２圧縮機５０，７０の最大容量は、互いに実質的に等しくすることができる。さらに、システム２０の運転は、定常状態モードにおいて、一方または両方の圧縮機５０，７０が最大容量にて、または最大容量より小さい容量にて運転するよう設計されることができ、これは例えば圧縮機５０，７０の寿命を最大にするために望ましい。

【0027】

システム２０は、各圧縮機５０，７０を独立制御するために、各第１および第２圧縮機５０，７０に動作可能に連結された例示的なコントローラ１３０を含む。この実施形態では、１つのコントローラ１３０を示しているが、システム２０は代わりに任意の数のコントローラ有することができることを当業者は容易に理解するだろう。使用者がコントローラとの相互作用を可能にするために、例示的なインターフェース１３２がコントローラ１３０に動作可能に連結されている。このような相互作用は、例えば異なるシステム２０の運転モードの選択を含むことができる。例えば、非限定的に、異なる運転モードは、ＯＳＨＡによる騒音基準などの通常認められる定常状態運転中のシステム２０の騒音レベルの異なる最大値、各段２４，２６の異なる温度範囲、および／または冷却された空間（例えばキャビネット室内１６ｃ）の異なる温度設定に関連させることができる。より具体的には、密閉された実験室における運転のために設計された同じフリーザーは、特定の騒音レベルを越えないように使用者によって設定されることができる（一方または両方の圧縮機は、最大速度の特定の割合に制限される結果となり、可変速ファンが使用される場合、その速度も同様である）。広い場所で運転される同じフリーザーは、騒音レベルが使用者にとって懸念事項である場合、最大速度の高い割合を許容するように設定またはリセットされることがある。しかし、他の追加的な、または代替の好ましいＵＬＴの運転特性は、システム２０の運転パラメータを規定するために使用される。

【0028】

さらに詳細に後述するように、複数のセンサＳ_１〜Ｓ₁₈がコントローラ１３０にそれぞれ動作可能に連結され、第１および／または第２段２４，２６の一方または両方の冷媒３４，３６の異なる特性、システム２０の周りの周囲空気の温度、またはキャビネット１６の室内１６ｃの温度、および／またはドア１６ｂの状態（すなわち開／閉）（図１）を検出する。これらのセンサは、コントローラ１３０に検出された特性または状態を示すそれぞれの信号を生成するよう構成され、今度はコントローラ１３０がシステム２０の運転に影響を与えるそれぞれの命令を生成することができる。

【0029】

システム２０が最初に始動される、または例えば修正された冷却要件ために再起動を必要とする場合、第１および第２段の多段式が効果的である。例示的な多段手順またはプロトコルは、引き続き図２を参照し、およびさらに図３のフローチャートを参照して説明される。ブロック１５０は、多段手順の開始を示し、特に第１圧縮機５０の作動（すなわちスイッチをいれる）から第２圧縮機７０の作動（すなわちスイッチをいれる）（ブロック１６０）で終わる。ブロック１５２においては、コントローラ１３０は、熱交換器４４の出口４４ｂにおける第１冷媒３４の温度を検出するよう構成されたセンサＳ_１からの信号を受けとる。ブロック１５４においては、コントローラ１３０は、検出された第１冷媒３４の温度と、所定の閾値温度Ｔ_ｔｈを比較する。検出された温度が、閾値温度Ｔ_ｔｈ以下である場合（ブロック１５６）、コントローラ１３０は、第２圧縮機７０を作動させる（ブロック１６０）ことにより第２段２６を作動させる。本発明のある形において、作業者による騒音制御等の設定に応じて、コントローラ１３０は、第２圧縮機７０を最初は低速度で運転し、その後より速い最大速度まで増加させることができる。

【0030】

図３に示した多段プロトコルに加え、多段プロトコルは、そのうえ他の機構を含むことができる。例えば、多段プロトコルは、ブロック１５２に、凝縮器５４近くの周囲空気の温度を検出し、かつ検出した温度を示す信号をコントローラ１３０へ送るようするよう構成されたセンサＳ₂からの信号受け取るコントローラ１３０を含むことができる。ブロック１６６においては、コントローラ１３０は、入力信号としての検出された周囲空気の温度を採用した所定のアルゴリズム（ブロック１６７）により閾値温度Ｔ_ｔｈを調整する（すなわち増加させるまたは減少させる）。例えば、異常に高い周囲温度においては、第２圧縮機７０の始動は、意図的に遅らせることができ、または第２圧縮機７０の始動時の速度を減少させることができる（例えば全容量の約５０％ではなく約４０％に）。それに加え、または代わりに、ブロック１５２においては、コントローラ１３０は、キャビネット１６の室内１６ｃの温度を検出し、かつ検出した温度を示す信号をコントローラ１３０に送るよう構成されたセンサＳ_３からの信号を受け取ることができる。ブロック１７４においては、検出された温度が所定の値（ブロック１７５）よりも高い場合は、所定のレベルまで冷却するのに適当な時間を熱交換器４４に与えるように、コントローラ１３０は、第２圧縮機７０の作動を防ぐ。効果的に、第２圧縮機７０の始動の遅延（ブロック１７４）は、熱交換器４４の過負荷を防ぎ、これは、システム２０の寿命を延ばすために望ましい。その代わりに、またはそれに加え、キャビネットの高い室温に応じて、第２圧縮機７０は、低速度（例えば容量の５０％ではなく容量の約３０％〜４０％）で始動されることができる。

【0031】

図４を参照すると、システム２０の例示的な定常状態運転が図式的に示されている。図の例示的な実施形態において、システム２０の定常状態運転モードは、ほとんどの時間、または常時、両方の圧縮機５０，７０を同時に運転することを含む。この目的を達成するために、システム２０は、例えば第２段の負荷（キャビネットの室内１６ｃから伝達される熱による）が負荷（すなわち熱）を除去する第１段２４の最大能力を越えないように、第１および第２段２４，２６の間の釣り合いを保持する１つまたは複数のアルゴリズムによって運転される。以下の説明は、両方の圧縮機５０，７０が可変速タイプである場合に特に適用できるが、一方の圧縮機（例えば第２圧縮機７０）のみが可変速であり、かつ他方の圧縮機（例えば第１圧縮機５０）は、必要に応じてオンオフされるような実施形態にも適合することができる。両方の圧縮機５０，７０が可変速圧縮機である場合、両方の圧縮機５０，７０がオンになることが多く、所望の運転特性を達成するために一方または両方の圧縮機の運転が制御される。

【0032】

ブロック１８０においては、コントローラ１３０は、熱交換器４４の出口４４ｂにおける第１冷媒３４の温度を検知するセンサＳ_１からの信号を受け取る。ブロック１８２においては、コントローラ１３０は、センサＳ_１からの信号に応じ、かつ所定の定常アルゴリズム（ブロック１８１）に従って、第１または第２圧縮機５０，７０の一方または両方の速度（例えば回転速度ＲＰＭ）を変え、それにより例えば第２段２６に伝わる負荷を制御する。この点において、センサＳ_４は、第２圧縮機７０の速度の制御を可能にするために、第２圧縮機７０の速度を監視し、かつ対応する信号をコントローラ１３０に生成するよう構成されることができる。

【0033】

ブロック１８４においては、コントローラ１３０は、例えば、キャビネット１６の室内１６ｃの温度がステップ変化する（例えば突然、比較的大きく増加する）場合に、システム２０が高い負荷状態であるかを判定する。このような状態が検出される場合、ブロック１８６において、コントローラ１３０は、ブロック１８１および１８２によって表されるアルゴリズムを無効にし、さらに詳細に後述する高負荷アルゴリズムによるシステム２０の運転に置き換える。

【0034】

図４の参照を続けると、コントローラ１３０は、追加として、またはセンサＳ_１からの信号を受けとる代わりに、第２冷媒３６の吐出圧力を検出し、かつ検出された圧力を示す信号をコントローラ１３０に送るよう構成されたセンサＳ_５からの信号を受け取ることができる（ブロック１８０）。第２冷媒３６の検出された吐出圧力は、例えば高負荷状態によって起こるシステム２０の不均衡状態を示すことができる。所定の圧力がセンサＳ₅によって検出される場合、コントローラ１３０は、上述したように（ブロック１８６）ブロック１８１および１８２によって示されるアルゴリズムを無効にし、高負荷アルゴリズムによるシステム２０の運転に置き換える（ブロック１８６）。

【0035】

追加として、またはセンサＳ_１および／またはＳ₅によって提供される検知の代わりに、１つまたは複数のセンサＳ₆，Ｓ₇，Ｓ₈がコントローラ１３０に動作可能に連結され、それぞれ第１冷媒３４の吐出圧力、吐出温度、および／または吸入温度を検出するよう構成される。これらのセンサＳ₆，Ｓ₇，Ｓ₈のそれぞれは、第１冷媒３４の検出された特性または状態を示す信号をコントローラ１３０（ブロック１８０）に生成するよう構成される。第１冷媒３４の検出された特性または状態は、例えば高負荷状態によって起こるシステムの不均衡状態を示すことができる。所定の特性または特徴が１つまたは複数のセンサＳ₆，Ｓ₇，Ｓ₈によって検出される場合、コントローラ１３０は、上述のようにブロック１８１および１８２によって示されるアルゴリズムを無効に、高負荷アルゴリズムによるシステム２０の運転に置き換える（ブロック１８６）。

【0036】

上述のように、ある状態において、コントローラ１３０は、システム２０の定常状態運転中に使用されるアルゴリズム（ブロック１８１）を無効にし、かつ高負荷アルゴリズムに置換することができる。この点において、図４および図５を参照すると、コントローラ１３０は、ブロック１８０においてシステム２０の様々なセンサからの１つまたは複数の信号を受け取ることができ、これらの信号は、高負荷状態を示す。より具体的には、例えば比較的温かいものがキャビネット１６の室内１６ｃに配置された場合に、高負荷状態となり得る。この目的を達成するために、コントローラ１３０は、キャビネット１６の室内１６ｃの温度の上昇を示すセンサＳ₃からの信号を受け取ることができる。特定の実施形態において、コントローラ１３０は、センサＳ₃からの信号に基づいて、時間と共に上昇する室内１６ｃの温度に対応する勾配を計算し、かつ所定の閾値勾配と比較することができる（ブロック１９４）。受け取ったこの信号に応じて、より具体的には比較に応じて、コントローラは、ブロック１８６にてシステム２０の運転を制御する定常状態のアルゴリズムを高負荷アルゴリズムに置換することができる。高負荷アルゴリズム下では、１つの特定の実施形態において、コントローラ１３０は、一方または両方の圧縮機５０，７０の速度を増加させる（ブロック２０２）。

【0037】

ほかの例において、コントローラ１３０は、例えばキャビネット１６のドア１６ｂの状態を検出するよう構成されたスイッチの形のセンサＳ_９からの信号を受け取ることができる（ブロック１８０）。例えばドア１６ｂが開いているまたは閉じていることを示すセンサＳ₉からの信号に応じて、コントローラ１３０は、ブロック１８６においてシステム２０の運転を制御する定常状態アルゴリズムを高負荷アルゴリズムに置換することができる（ブロック１８１）。上述のように、高負荷アルゴリズム下では、コントローラ１３０は、例えば一方または両方の圧縮機５０，７０の速度を増加させることができる（ブロック２０２）。

【0038】

コントローラ１３０によって受け取られるセンサＳ₉からの信号の上述の処理についての例示的ではあるが非限定的な変化形において、コントローラ１３０は、ドア１６ｂが所定の状態（例えば開く）を保っている時間を計算し、かつこの計算された時間と閾値を比較する（ブロック１９４）ことができ、これに応じてコントローラは、ブロック１８６および２０２によって示される上述したプロトコルに従う。センサＳ₉は、代わりに所定の期間にわたってドア１６ｂの状態を検出し、かつ所定の期間にわたりこの状態を示す信号をコントローラ１３０に生成するよう構成されることができ、この場合システム２０は、そうでない場合にブロック１９４においてコントローラ１３０によって実行される閾値との比較を未然に防ぐことが考えられる。例えば、非限定的に、時間と共にドア１６ｂの状態を検知することが可能である例示的なセンサＳ_９は、スイッチおよびタイマーの組み合わせの形をとることができる。

【0039】

さらに他の例において、コントローラ１３０は、凝縮器５４近くの周囲空気の温度を検出し、かつ検出された温度を示す信号をコントローラ１３０に送るよう構成されたセンサＳ₂からの信号を受け取ることができる（ブロック１８０）。受信された信号が所定の閾値を越える温度を示す場合（ブロック１９４）、コントローラは、ブロック１８６および２０２によって示される上述のプロトコルに従う。

【0040】

上記に加え、または代わりに、検出された第１冷媒３４の吐出圧力を示すセンサＳ_６からの信号および／または検出された第２冷媒３６の吐出圧力を示すセンサＳ₅からの信号を受け取るコントローラ１３０（ブロック１８０）によって高負荷アルゴリズムを動作させることができる。この点において、検出された第１または第２冷媒３４，３６の吐出圧力は、高負荷状態を示すことができ、かつコントローラ１３０（ブロック１９４）によってそれぞれの閾値圧力と比較され、これを越えるとコントローラ１３０は、ブロック１８６および２０２によって示されるプロトコルに従う。

【0041】

特に図５を参照すると、高負荷アルゴリズムは、特定の実施形態において、凝縮器５４を横切る空気を導くファン６２の速度を増加させるステップ（ブロック２１０）を含むことができる。この速度の増加は、可変速ファン６２を使用することによって促進される。このファン６２の速度の増加は、第１冷媒３６から周囲環境４０への熱伝導率を一時的に増加させ、その結果、システム２０は定常運転モードへ速く回復する。通常、しかし常にではないが、ファン６２の速度の増加は、第１圧縮機５０の速度の増加を同時にもたらすが、周囲温度が高い状態においては、ファン６２の速度は、第１圧縮機５０の速度よりも比例して増加することができる。上記に示されるように、第１圧縮機５０およびファン６２の速度は、異常な状態が検出される場合以外は、騒音制御または他の要因に基づいて制限されることができる。

【0042】

再度図２を参照すると、１つまたは複数の他のセンサＳ₁₀〜Ｓ₁₈が入力信号をコントローラ１３０に提供することができ、これは、センサＳ₁₀〜Ｓ₁₈の１つから受信された信号に応じてファン６２の速度を変化させる、一方または両方の圧縮機５０，７０の速度を変化させる、または上述した任意の他のプロトコルに従うことが考えられる。例えば、非限定的に、センサＳ₁₀およびセンサＳ₁₁は、それぞれ第１冷媒３４の液だめ温度および吸入温度を検出するように構成されることができ、一方、センサＳ₁₂およびセンサＳ₁₃は、それぞれ第２冷媒３６の液だめ温度および吸入温度を検出するように構成されることができる。それに加えて、またはその代わりに、センサＳ₁₄は第２冷媒３６の吐出温度を検出するように構成されることができ、センサＳ₁₅は熱交換器４４の入口４４ｃにおける第１冷媒３４の温度を検出するように構成されることができ、一対のセンサＳ₁₆，Ｓ₁₇は、蒸発器７８の入口７８ａおよび出口７８ｂにおける第２冷媒３６のそれぞれの温度を検出するように構成されることができ、および／またはセンサＳ₁₈は、第１圧縮機５０の速度（例えば回転速度ＲＰＭ）を検出するよう構成されることができる。これら追加的なセンサの位置および構成が、単に例示的なものであり、限定するものではないこと、および他のセンサをシステム２０に追加的に、または上述したものの代わりに設置することが考えられることは当業者には容易に理解されるだろう。この点において、追加的なセンサは、システム２０またはその周囲環境の状態または特性を検出するよう構成されることができ、これらはここでは明確に説明されていないが、なおも本開示の範囲内である。

【0043】

本発明は、様々な実施形態の説明によって示され、かつこれらの実施形態は、非常に詳細に説明されているが、出願人は、添付の特許請求項の範囲をこのような詳細な内容に限定、または制限することを意図しない。追加的な利点および改良が容易であることは、当業者には理解できるだろう。したがって、より広い態様の本発明は、特定の詳細な代表的な装置および方法、ならびに示され説明された実例に限定されない。適宜、出願人の概略の発明概念の精神または技術的範囲から逸脱することなく、このような詳細から離れることは可能である。

【符号の説明】

【0044】

１６ キャビネット
１６ａ キャビネットハウジング
１６ｂ ドア
１６ｃ 室内
２０ 冷却システム
２４ 第１冷却段
２６ 第２冷却段
３４ 第１冷媒
３６ 第２冷媒
４４ 熱交換器
４４ｂ 出口
５０ 第１圧縮機
５４ 凝縮器
５８ 第１膨張装置
６２ ファン
７０ 第２圧縮機
７４ 第２膨張装置
７８ 蒸発器
１３０ コントローラ
１３２ インターフェース
Ｓ_１〜Ｓ₁₈ センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】