WO2010032733A1 - 冷凍装置 - Google Patents

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WO2010032733A1
WO2010032733A1 PCT/JP2009/066118 JP2009066118W WO2010032733A1 WO 2010032733 A1 WO2010032733 A1 WO 2010032733A1 JP 2009066118 W JP2009066118 W JP 2009066118W WO 2010032733 A1 WO2010032733 A1 WO 2010032733A1
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temperature
compressor
refrigerant
sensor
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PCT/JP2009/066118
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English (en)
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龍三 戸部
哲男 桜井
隆一 鶴間
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三洋電機株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B7/00—Compression machines, plants or systems, with cascade operation, i.e. with two or more circuits, the heat from the condenser of one circuit being absorbed by the evaporator of the next circuit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/02—Compressor control
    • F25B2600/025—Compressor control by controlling speed
    • F25B2600/0253—Compressor control by controlling speed with variable speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21—Temperatures
    • F25B2700/2116—Temperatures of a condenser
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2400/00—General features of, or devices for refrigerators, cold rooms, ice-boxes, or for cooling or freezing apparatus not covered by any other subclass
    • F25D2400/36—Visual displays
    • F25D2400/361—Interactive visual displays
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2700/00—Means for sensing or measuring; Sensors therefor
    • F25D2700/12—Sensors measuring the inside temperature
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration apparatus.
  • a binary refrigeration apparatus is known as a refrigeration apparatus for cooling the interior of a low-temperature storage for storing storage objects such as frozen articles.
  • the binary refrigeration apparatus includes a high temperature side refrigerant circuit in which a first refrigerant is enclosed and a low temperature side refrigerant circuit in which a second refrigerant having a boiling point lower than that of the first refrigerant is enclosed.
  • a cascade capacitor is configured so that the evaporator of the high temperature side refrigerant circuit (hereinafter referred to as the high temperature side evaporator) and the condenser of the low temperature side refrigerant circuit (hereinafter referred to as the low temperature side condenser) exchange heat with each other. Yes.
  • the second refrigerant is condensed by the cooling effect of the high temperature side refrigerant circuit, and the interior is cooled by the cooling effect of the low temperature side refrigerant circuit.
  • the cooling temperature in the cabinet is detected by a sensor.
  • the number of rotations of the compressor of the high-temperature side refrigerant circuit (hereinafter referred to as the high-temperature side compressor) and the compressor of the low-temperature side refrigerant circuit (hereinafter referred to as the low-temperature side compressor) according to the detected cooling temperature in the warehouse. are controlled, and the inside of the cabinet becomes the target cooling temperature.
  • the temperature of the cascade capacitor is constant.
  • the operation of both compressors is controlled simultaneously by the detection output of the sensor.
  • the change timing of the evaporation temperature of the high temperature side evaporator and the condensation temperature of the low temperature side condenser is shifted, and the rate of change of the evaporation temperature of the high temperature side evaporator and the condensation temperature of the low temperature side condenser is biased more than necessary.
  • the cooling temperature in the warehouse changes, the time until the temperature of the cascade capacitor reaches a constant temperature becomes long, and there is a possibility that the time until the cooling temperature in the warehouse becomes a constant temperature may become long.
  • an object of the present invention is to improve the controllability of the temperature in the warehouse.
  • the first compressor, the first condenser, the first pressure reducer, and the first evaporator are annularly connected by the first pipe in the refrigeration apparatus that keeps the internal temperature of the warehouse at a predetermined low temperature.
  • a first refrigerant circuit in which a first refrigerant is sealed as a working refrigerant, and a second compressor, a second condenser, a second decompressor, and a second evaporator are annularly connected by a second pipe.
  • a refrigeration cycle and a second refrigerant circuit in which a second refrigerant is sealed as a working refrigerant, and a cascade condenser in which the first evaporator and the second condenser are integrally configured to be capable of heat exchange
  • a first sensor for detecting the temperature of the first compressor, and a variable control of the operating capacity of the first compressor based on the temperature detected by the first sensor so that the temperature detected by the first sensor becomes the first temperature.
  • a first control device that detects the temperature in the cabinet
  • a second control device that variably controls the operating capacity of the second compressor based on the temperature detected by the second sensor so that the temperature detected by the second sensor becomes the second temperature.
  • FIG. 2 is a side view of the refrigeration apparatus 1 of FIG. 1 when viewed from the right side (the ⁇ X side of FIG. 1). It is a circuit diagram showing an example of refrigerant circuit 100 concerning this embodiment. It is a block diagram showing an example of control circuit 200 concerning this embodiment.
  • 4 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of the microcomputer 210 when the refrigeration apparatus 1 controls the rotation speed of the first compressor 111 according to the temperature of the cascade condenser 130. It is a flowchart which shows an example of the process sequence of the microcomputer 210 when the refrigeration apparatus 1 controls the rotation speed of the 2nd compressor 121 according to the temperature in a store
  • FIG. 1 is a front view of a refrigeration apparatus 1 according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a side view of the refrigeration apparatus 1 of FIG. 1 viewed from the right side (the ⁇ X side of FIG. 1).
  • the appearance of the refrigeration apparatus 1 is as follows: a heat insulating housing 2 having an opening on the front surface (+ Y side surface), a heat insulating door 3 for opening and closing the opening of the heat insulating housing 2, and a machine on the lower side ( ⁇ Z side) of the heat insulating housing 2. Chamber 4.
  • the heat insulation housing 2 is composed of, for example, a metal outer box 21 and an inner box 22 and a foam heat insulating material (including a synthetic resin as a raw material or a vacuum heat insulating material, not shown).
  • the inner box 22 has an opening on the front surface, and stores frozen articles and the like on the inner side.
  • the inner side of the inner box 22 is referred to as the interior.
  • the outer box 21 has an opening on the front surface and stores the inner box 22 on the inner side.
  • a foaming heat insulating material is filled between the outer box 21 and the inner box 22, and improves the heat insulation effect in a store
  • the inner box 22 is provided with an inner door 23 for opening and closing the opening.
  • the inner door 23 is made of resin, for example, and enhances the heat insulating effect in the cabinet.
  • the heat insulating door 3 has, for example, a metal outer plate 32 and an inner plate 31, and a space between the two plates 31 and 32 is filled with a foam heat insulating material (not shown).
  • the heat insulating door 3 opens and closes the opening of the heat insulating housing 2 via the hinge 33.
  • the heat insulating door 3 is provided with a handle 34 for the user to open and close the door 3.
  • the handle 34 has a lock mechanism (not shown) for fixing the state where the heat insulating door 3 closes the opening of the heat insulating housing 2 and releasing the fixing.
  • a control panel 35 is provided on the front surface of the outer plate 32 of the heat insulating door 3.
  • the control panel 35 includes a control board 201, a keyboard 35a, a display 35b, and the like which will be described later.
  • the keyboard 35a is for, for example, a user setting a temperature in the cabinet (for example, a second temperature described later), and the display 35b is for displaying the set temperature, for example.
  • the machine room 4 stores a refrigerant circuit 100 excluding a second evaporator 125 described later.
  • a refrigerant circuit 100 excluding a second evaporator 125 described later.
  • a copper or aluminum tube constituting the second evaporator 125 is attached to the outer surface of the inner box 22 with heat conduction, and the second evaporator 125.
  • the inside of the inner box 22 is cooled with an endothermic action when the refrigerant evaporates.
  • FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of the refrigerant circuit 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of the control circuit 200 according to the present embodiment.
  • the refrigerant circuit 100 includes a first refrigerant circuit 110 in which a first refrigerant is enclosed, and a second refrigerant circuit in which a second refrigerant having a boiling point (evaporation temperature) lower than that of the first refrigerant is enclosed. 120.
  • the first refrigerant circuit 110 compresses the first refrigerant into a high-temperature and high-pressure gas refrigerant and discharges it, and cools the first refrigerant discharged from the first compressor 111 to cool the low-temperature and high-pressure refrigerant.
  • the first evaporator 115 that evaporates (vaporizes) the first refrigerant that has been formed is connected to the first pipe 116 in a ring shape.
  • the suction side of the first compressor 111 is connected to the first evaporator 115, and the discharge side of the first compressor 111 is connected to the first pre-stage condenser 112.
  • “H” means a high temperature side compressor indicating the first compressor 111 in the first refrigerant circuit 110
  • “L” means a low temperature side compressor (second refrigerant circuit) described later.
  • 120 shows a second compressor 121 in 120).
  • the first pre-stage condenser 112 is a condenser formed by meandering a pipe made of copper or aluminum, for example, in order to cool the first refrigerant compressed by the first compressor 111, and is a divided part of the condenser. Or as a heat source for evaporating drain water or the like generated from the evaporator, or as a heat source for preventing condensation at a portion where the heat insulating door 3 or the inner door 23 contacts the outer box 21 or the inner box 22 It may be used.
  • the first second-stage condenser 113 is a capacitor formed by meandering a pipe made of copper or aluminum, for example, in order to further cool the first refrigerant whose temperature has decreased due to heat radiation by the first first-stage condenser 112.
  • the first pre-stage condenser 112 and the first post-stage condenser 113 are configured such that air is blown through a filter (not shown) for removing dust, for example, by a fan 118 having a fan motor 117 described later. It has become. As a result, heat release of the first refrigerant to the air in the condensers 112 and 113 is promoted, and the refrigerant is condensed in the first second-stage condenser 113 and becomes a low-temperature and high-pressure refrigerant.
  • the first decompressor 114 is, for example, a capillary tube for decompressing the first refrigerant condensed by the first second-stage condenser 113.
  • a flow rate control valve that can adjust the flow rate of the refrigerant may be used.
  • the first evaporator 115 is an evaporator that evaporates (vaporizes) the first refrigerant decompressed by the first decompressor 114, and constitutes a cascade capacitor 130 together with the second post-stage condenser 123 of the second refrigerant circuit 120. Yes.
  • the first evaporator 115 and the second post-stage condenser 123 are integrally configured so that heat exchange is possible, and for example, a double tube or a plate heat exchanger can be used. That is, the second refrigerant in the second second-stage condenser 123 is cooled by an endothermic action when the first refrigerant evaporates in the first evaporator 115.
  • the first refrigerant circulates in the first refrigerant circuit 110 by being sucked into the first compressor 111 again after being evaporated by the first evaporator 115.
  • the second refrigerant circuit 120 is similar to the first refrigerant circuit 110 in that the second compressor 121, the second pre-stage condenser 122, the second post-stage condenser (second condenser) 123, and the second decompressor. 124 and the second evaporator 125 are configured to be connected annularly by a second pipe 126.
  • the second compressor 121 compresses the second refrigerant.
  • the second pre-stage condenser 122 has a configuration similar to that of the first pre-stage condenser of the first refrigerant circuit 110 and functions similarly.
  • the second post-stage condenser 123 forms part of the cascade condenser 130 described above, and is cooled by the endothermic action of the first refrigerant that evaporates in the first evaporator.
  • the second decompressor 124 has the same configuration as the first decompressor 114 of the first refrigerant circuit 110 and functions in the same manner.
  • the second evaporator 125 evaporates the second refrigerant decompressed by the second decompressor 124.
  • the interior is cooled via the inner box 22 by the endothermic action when the second refrigerant evaporates in the second evaporator 125.
  • the second refrigerant evaporates in the second evaporator 125 and then is sucked into the second compressor 121 again to circulate through the second refrigerant circuit 120.
  • the refrigerant circuit 100 described above is controlled by the control circuit 200.
  • the control circuit 200 includes a first sensor 206, a second sensor 207, a control board 201 on which the microcomputer 210 is mounted, a first inverter 204, and a second inverter 205. .
  • the first sensor 206 detects the temperature of the cascade capacitor 130.
  • the temperature detected by the first sensor 206 is referred to as a first detected temperature.
  • the first sensor 206 is attached so as to detect the pipe temperature near the outlet of the first evaporator 115 constituting the cascade condenser 130 or the temperature of the first refrigerant near the outlet.
  • the temperature sensor 206 may be attached so as to detect the temperature of the first refrigerant in the first evaporator 115 that forms the evaporator with the cascade capacitor 130, that is, the evaporation temperature of the first refrigerant.
  • control described below is corrected based on the temperature difference between the temperature of the pipe (or first refrigerant) near the inlet of the first evaporator and the temperature of the pipe (or first refrigerant) near the outlet.
  • the temperature of the pipe (or first refrigerant) near the inlet of the first evaporator, the temperature of the pipe (or first refrigerant) near the inlet of the second second-stage condenser 123, the pipe near the outlet (or the first refrigerant) It is also possible to use a temperature of 1 refrigerant).
  • the second sensor 207 detects the temperature in the cabinet.
  • the temperature detected by the second sensor 207 is referred to as a second detected temperature.
  • the microcomputer 210 mounted on the control board 201 compares the first detected temperature with a predetermined first temperature, and controls the number of revolutions of the first compressor 111 according to the comparison result. One control signal is output to the first inverter 204. Further, the microcomputer 210 compares the second detected temperature with a predetermined second temperature, and outputs a second control signal for controlling the rotational speed of the second compressor 121 according to the comparison result. 2 Output to inverter 205.
  • the control board 201 is supplied with power from the switching power supply 202, and the switching power supply 202 is supplied with power through the power cable 203.
  • the first inverter 204 converts the single-phase AC voltage from the power cable 203 into a three-phase AC voltage and applies it to a motor (not shown) of a three-phase coil of the first compressor 111.
  • the first inverter 204 has, for example, a configuration in which a plurality of power transistors (not shown) that supply power to the first compressor 111 are connected in a three-phase bridge shape. Each of the plurality of power transistors is turned on / off by the first control signal described above, whereby the rotational speed of the first compressor 111 is controlled. That is, the rotation speed of the first compressor 111 is controlled by the first inverter 204 and the microcomputer 210 (first control device) so that the temperature of the cascade capacitor 130 becomes the first temperature described above.
  • the second inverter 205 converts the single-phase AC voltage from the power cable 203 into a three-phase AC voltage and applies it to the motor (not shown) of the three-phase coil of the second compressor 121. Similar to the first inverter 204, the second inverter 205 includes, for example, a plurality of power transistors (not shown) that supply power to the second compressor 121. Each of the plurality of power transistors is turned on / off by the above-described second control signal, whereby the rotational speed of the second compressor 121 is controlled. That is, the rotation speed of the second compressor 121 is controlled by the second inverter 205 and the microcomputer 210 (second control device) so that the internal temperature becomes the second temperature described above.
  • the control circuit 200 further includes a third sensor 208 and a fourth sensor 209.
  • the third sensor 208 detects the temperature around the first pre-stage condenser 112 and the first post-stage condenser 113.
  • the 4th sensor 209 is a filter sensor which detects clogging of the filter for removing the dust mentioned above.
  • the microcomputer 210 determines a failure of the fan motor 117 based on the detection results of the third sensor 208 and the fourth sensor 209, and notifies the user of the result through the display 35b or the like.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of the microcomputer 210 when the refrigeration apparatus 1 controls the rotation speed of the first compressor 111 in accordance with the temperature (first detected temperature) of the cascade condenser 130.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an example of a processing procedure of the microcomputer 210 when the refrigeration apparatus 1 controls the rotation speed of the second compressor 121 according to the temperature in the warehouse (second detected temperature).
  • the microcomputer 210 when power is supplied to the refrigeration apparatus 1 through the power cable 203, the microcomputer 210 first drives the first compressor 111 at a predetermined rotational speed (S100). Since the first refrigerant begins to circulate through the first refrigerant circuit 110 due to the operation of the first compressor 111, the temperature of the cascade condenser 130 decreases due to the cooling action when the first refrigerant evaporates in the first evaporator 115. .
  • the microcomputer 210 compares the first detected temperature with the first temperature, and determines whether or not the first detected temperature is equal to or lower than the first temperature (S101).
  • the first temperature is a temperature determined in advance according to the type of the second refrigerant, the capacity (performance or specification) of the second compressor 121, and specifically, the second refrigerant in the second post-stage condenser 123. Is the optimum temperature of the cascade condenser 130 for condensing the water.
  • the microcomputer 210 executes the process of step 101 again.
  • the microcomputer 210 drives the second compressor 121 at a predetermined rotational speed (S102).
  • the first compressor 111 is first started, and the second refrigerant in the cascade condenser 130 is cooled by starting the second compressor 121 when the first detected temperature is equal to or lower than the first temperature. It becomes easy to reach a predetermined temperature range described later. For this reason, the temperature in the cabinet also easily reaches a certain temperature.
  • the second refrigerant starts to circulate through the second refrigerant circuit 120 by the operation of the second compressor 121, the high-temperature second refrigerant is sent to the second second-stage condenser 123, which is the temperature of the cascade condenser 130. Acts in the direction of raising.
  • the second refrigerant is cooled by heat exchange with the first refrigerant evaporated in the first evaporator 115, this acts in a direction to lower the temperature of the cascade capacitor 130.
  • the processing of the microcomputer 210 described below is to maintain the temperature of the capacitor 130 within a predetermined temperature range centered on the first temperature by controlling the operation of lowering the temperature of the latter cascade capacitor 130 through the first compressor 111. Is to do.
  • the microcomputer 210 compares the first detected temperature with a predetermined temperature (first temperature + ⁇ ) higher than the first temperature, and determines whether or not the first detected temperature is higher than (first temperature + ⁇ ) (S103).
  • first temperature + ⁇ is, for example, a high temperature side temperature in a temperature range suitable for condensing the second refrigerant in the cascade condenser 130.
  • the microcomputer 210 When it is determined that the first detected temperature is higher than (first temperature + ⁇ ) (S103: YES), the microcomputer 210 sends a first control signal for increasing the rotation speed of the first compressor 111 to the first inverter 204. (S104), and the process of step S103 is executed again.
  • the amount of the first refrigerant discharged from the first compressor 111 per unit time increases, the amount of evaporation of the refrigerant increases, the cooling capacity of the first refrigerant circuit 110 increases, and the temperature of the cascade condenser 130 becomes It falls toward the evaporation temperature of the first refrigerant.
  • the microcomputer 210 repeatedly executes the processes of steps S103: YES and S104 until the first detected temperature becomes equal to or lower than (first temperature + ⁇ ).
  • the microcomputer 210 calculates the first detected temperature and a predetermined temperature (first temperature ⁇ ) lower than the first temperature. By comparison, it is determined whether or not the first detected temperature is lower than (first temperature ⁇ ) (S105).
  • (first temperature ⁇ ) is, for example, a low temperature side temperature in a temperature range suitable for sufficiently condensing the second refrigerant in the cascade condenser 130. That is, in condensing the second refrigerant, the temperature of the cascade capacitor 130 does not have to be lower than (first temperature ⁇ ), and the value of ⁇ at (first temperature ⁇ ) is equal to the cascade capacitor 130 described above. The value may be the same as or different from ⁇ giving the upper limit temperature.
  • the microcomputer 210 sends a first control signal for reducing the rotational speed of the first compressor 111 to the first inverter 204. (S106), and the process of step S103 is executed again.
  • the amount of the first refrigerant discharged from the first compressor 111 per unit time is reduced, the cooling capacity of the first refrigerant circuit 110 is lowered, and the second refrigerant flowing through the second second-stage condenser 123 is increased.
  • the temperature of the cascade capacitor 130 rises.
  • the microcomputer 210 repeatedly executes the processes of steps S103: NO, S105: YES, and S106 until the first detected temperature becomes equal to or higher than (first temperature ⁇ ).
  • step S103 When it is determined that the first detected temperature is equal to or higher than (first temperature ⁇ ) (S105: NO), the microcomputer 210 executes the process of step S103 again. That is, while the first detected temperature is maintained at (first temperature - ⁇ ) or higher and (first temperature + ⁇ ) or lower, the microcomputer 210 repeatedly executes the processes of step S103: NO and S105: NO. It will be.
  • the temperature of the cascade condenser 130 is maintained in a temperature range suitable for the condensation of the second refrigerant by controlling the rotation speed of the first compressor 111.
  • This temperature range is preset according to, for example, the characteristics of the second refrigerant. If the condensation temperature of the second refrigerant is stable within such a temperature range, for example, by slightly controlling the operation of the second compressor 121, the evaporation temperature of the second evaporator 125 of the second refrigerant circuit 120 is controlled. It can be controlled to a constant temperature, and the internal temperature can be easily stabilized against load fluctuations in the internal storage.
  • the microcomputer 210 executes the following processing to control the operation of the second compressor 121 that has started driving in step S102.
  • the microcomputer 210 compares the second detected temperature with a predetermined temperature (second temperature + ⁇ ) higher than the second temperature, and the second detected temperature is higher than (second temperature + ⁇ ). Whether or not (S200).
  • (second temperature + ⁇ ) is, for example, the internal cooling temperature that is the upper limit when the inside of the inside is maintained in a predetermined temperature range centered on the second temperature.
  • the value of ⁇ at (second temperature + ⁇ ) may be the same value as ⁇ that gives the high temperature side temperature or the low temperature side temperature of the cascade capacitor 130 described above, or may be a different value.
  • the microcomputer 210 When it is determined that the second detected temperature is higher than (second temperature + ⁇ ) (S200: YES), the microcomputer 210 sends a second control signal for increasing the rotation speed of the second compressor 121 to the second inverter 205. (S201), and the process of step S200 is executed again. Accordingly, the amount of the second refrigerant discharged from the second compressor 121 per unit time is increased, and the cooling capacity of the second refrigerant circuit 120 is increased. The microcomputer 210 repeatedly executes steps S200: YES and S201 until the second detected temperature is equal to or lower than (second temperature + ⁇ ).
  • the microcomputer 210 determines the second detected temperature and a predetermined temperature (second temperature ⁇ ) lower than the second temperature. By comparison, it is determined whether or not the second detected temperature is lower than (second temperature ⁇ ) (S202).
  • (second temperature- ⁇ ) is, for example, the lower limit temperature of the predetermined temperature range described above.
  • the value of ⁇ in (second temperature ⁇ ) may be the same value as ⁇ that gives the upper limit temperature of the predetermined temperature range described above, or may be a different value.
  • the microcomputer 210 sends a second control signal for reducing the rotation speed of the second compressor 121 to the second inverter 205. (S203), and the process of step S200 is executed again. As a result, the amount of the second refrigerant discharged from the second compressor 121 per unit time becomes smaller, and the cooling capacity of the second refrigerant circuit 120 is lowered.
  • the microcomputer 210 repeatedly executes the processes of steps S200: NO, S202: YES, and S203 until the second detected temperature becomes (second temperature ⁇ ) or higher.
  • step S200 When it is determined that the second detected temperature is equal to or higher than (second temperature ⁇ ) (S202: NO), the microcomputer 210 executes the process of step S200 again. That is, while the second detected temperature is maintained at (second temperature - ⁇ ) or higher and (second temperature + ⁇ ) or lower, the microcomputer 210 repeatedly executes the processes of step S200: NO and S202: NO. It will be.
  • the rotation speed of the second compressor 121 is controlled by the process of FIG. 6 while the temperature of the cascade condenser 130 is maintained in the temperature range suitable for the condensation of the second refrigerant by the process of FIG.
  • the internal temperature is maintained within a predetermined temperature range based on the specifications of the refrigeration apparatus 1. That is, the cooling temperature of the second refrigerant circuit 120 can reach the constant temperature more rapidly.
  • Second compressor 111 First compressor 112 First first stage condenser 113 First second stage condenser 114 First decompressor 115 First evaporator 116 First pipe 110 First refrigerant circuit 121 Second compressor 123 Second second stage condenser 124 Second Pressure reducer 125 Second evaporator 126 Second pipe 120 Second refrigerant circuit 130 Cascade capacitor 206 First sensor 204 First inverter 210 Microcomputer 207 Second sensor 205 Second inverter

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Abstract

庫内の温度を所定の低温状態に保つ冷凍装置において、圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器を配管で環状に接続して冷凍サイクルを構成すると共に第１冷媒もしくは第２冷媒を作動冷媒として封入した第１冷媒回路及び第２冷媒回路とを備え、第１冷媒回路の蒸発器と第２冷媒回路の凝縮器とを熱交換可能に一体に構成したカスケードコンデンサの温度を検出する第１センサと、第１センサの検出する温度が第１温度になるように、第１センサの検出する温度に基づいて、第１圧縮機の運転能力を可変制御する第１制御装置と、前記庫内の温度を検出する第２センサと、第２センサの検出する温度が第２温度になるように、第２センサの検出する温度に基づいて、第２圧縮機の運転能力を可変制御する第２制御装置と、を備える。

Description

冷凍装置
　本発明は、冷凍装置に関する。
　例えば、冷凍物品等の貯蔵対象を貯蔵する低温貯蔵庫の庫内を冷却するための冷凍装置として、二元冷凍装置が知られている。二元冷凍装置は、第１冷媒が封入された高温側冷媒回路及び第１冷媒より沸点が低い第２冷媒が封入された低温側冷媒回路から構成されている。また、高温側冷媒回路の蒸発器（以下、高温側蒸発器と称する）と低温側冷媒回路の凝縮器（以下、低温側凝縮器と称する）は互いに熱交換するようにカスケードコンデンサを構成している。これによって、高温側冷媒回路の冷却効果により第２冷媒を凝縮し、低温側冷媒回路の冷却効果により庫内を冷却する。尚、庫内の冷却温度はセンサによって検出されている。検出された庫内の冷却温度に応じて、高温側冷媒回路の圧縮機（以下、高温側圧縮機と称する）及び低温側冷媒回路の圧縮機（以下、低温側圧縮機と称する）の回転数が夫々制御され、庫内は目標とする冷却温度になる。（例えば、特開平５－１４２２９４号公報参照）
＜関連出願の相互参照＞
　この出願は、２００８年９月１６日に出願した日本特許出願２００８－２３７０３９号と、２００９年９月１４日に出願した日本特許出願２００９－２１１２９９号とに基づいて優先権を主張し、その内容を本願に援用する。
　ところで、庫内の冷却温度が一定温度になるように制御する場合、カスケードコンデンサの温度は一定温度であることが望ましい。しかし、高温側圧縮機及び低温側圧縮機の仕様が異なったり、両圧縮機の仕様が同じでも性能がばらついたりすると、両圧縮機の運転がセンサの検出出力により同時に制御されるにも関わらず、高温側蒸発器の蒸発温度及び低温側凝縮器の凝縮温度の変化時期がずれたり、高温側蒸発器の蒸発温度及び低温側凝縮器の凝縮温度の変化の割合が必要以上に偏ったりする。この場合、庫内の冷却温度が変化すると、カスケードコンデンサの温度が一定温度になるまでの時間が長くなり、庫内の冷却温度が一定温度になるまでの時間が長くなる虞があった。
　そこで、本発明は、庫内の温度の制御性を向上させることを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明の庫内の温度を所定の低温状態に保つ冷凍装置において、第１圧縮機、第１凝縮器、第１減圧器、第１蒸発器を第１配管で環状に接続して冷凍サイクルを構成すると共に第１冷媒を作動冷媒として封入した第１冷媒回路と、第２圧縮機、第２凝縮器、第２減圧器、第２蒸発器を第２配管で環状に接続して冷凍サイクルを構成すると共に第２冷媒を作動冷媒として封入した第２冷媒回路とを備え、前記第１蒸発器と前記第２凝縮器とを熱交換可能に一体に構成したカスケードコンデンサの温度を検出する第１センサと、前記第１センサの検出する温度が第１温度になるように、前記第１センサの検出する温度に基づいて、前記第１圧縮機の運転能力を可変制御する第１制御装置と、前記庫内の温度を検出する第２センサと、前記第２センサの検出する温度が第２温度になるように、前記第２センサの検出する温度に基づいて、前記第２圧縮機の運転能力を可変制御する第２制御装置と、を備える。
本実施形態に係る冷凍装置１の正面図である。 図１の冷凍装置１を、右側（図１の－Ｘ側）から見た場合の側面図である。 本実施形態に係る冷媒回路１００の一例を示す回路図である。 本実施形態に係る制御回路２００の一例を示すブロック図である。 冷凍装置１がカスケードコンデンサ１３０の温度に応じて第１圧縮機１１１の回転数を制御する際のマイクロコンピュータ２１０の処理手順の一例を示すフローチャートである。 冷凍装置１が庫内の温度に応じて第２圧縮機１２１の回転数を制御する際のマイクロコンピュータ２１０の処理手順の一例を示すフローチャートである。
　本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
＝＝＝冷凍装置の構成＝＝＝
＜＜全体構成＞＞
　以下、図１及び図２を参照して、本実施形態に係る冷凍装置１の全体構成の一例について説明する。図１は、本実施形態に係る冷凍装置１の正面図である。図２は、図１の冷凍装置１を、右側（図１の－Ｘ側）から見た側面図である。
　冷凍装置１の外観は、前面（＋Ｙ側面）に開口を有する断熱筐体２と、断熱筐体２の開口を開閉する断熱扉３と、断熱筐体２の下側（－Ｚ側）の機械室４とから構成されている。
　断熱筐体２は、例えば金属製の外箱２１及び内箱２２と、発泡断熱材（合成樹脂を原料とするもの、又は真空断熱材を含む。不図示）とから構成されている。内箱２２は、前面に開口を有し、内側に冷凍物品等を貯蔵する。以下、内箱２２の内側を庫内と称する。外箱２１は、前面に開口を有し、内側に内箱２２を格納している。発泡断熱材は、外箱２１と内箱２２との間に充填されて、庫内の断熱効果を高める。尚、内箱２２には、その開口を開閉する内扉２３が設けられている。内扉２３は、例えば樹脂製であり、庫内の断熱効果を高める。
　断熱扉３は、例えば金属製の外板３２及び内板３１を有し、この２つの板３１、３２に挟まれた空間に発泡断熱材（不図示）が充填されて構成されている。断熱扉３は、ヒンジ３３を介して、断熱筐体２の開口を開閉する。尚、断熱扉３には、利用者が同扉３を開閉するためのハンドル３４が設けられている。ハンドル３４は、断熱扉３が断熱筐体２の開口を閉じた状態を固定したり、この固定を解除したりするためのロック機構（不図示）を有している。また、断熱扉３の外板３２の前面には、コントロールパネル３５が設けられている。コントロールパネル３５は、後述する制御基板２０１、キーボード３５ａ、ディスプレイ３５ｂ等を有している。キーボード３５ａは、例えば利用者が庫内の温度（例えば、後述する第２温度）等を設定するためのものであり、ディスプレイ３５ｂは、例えばこの設定温度を表示するためのものである。
　機械室４には、後述する第２蒸発器１２５を除く冷媒回路１００が格納されている。尚、図２の点線で例示されるように、第２蒸発器１２５を構成する例えば銅又はアルミニウム製の管は、内箱２２の外面に熱伝導を有して貼付され、第２蒸発器１２５で冷媒が蒸発する際の吸熱作用を持って内箱２２の内部を冷却するものである。
＜＜冷媒回路及び制御回路＞＞
　以下、図３及び図４を参照して、本実施形態に係る冷凍装置１が備える冷媒回路１００及び制御回路２００の構成例について説明する。図３は、本実施形態に係る冷媒回路１００の一例を示す回路図である。図４は、本実施形態に係る制御回路２００の一例を示すブロック図である。
　冷媒回路１００は、図３に例示されるように、第１冷媒が封入された第１冷媒回路１１０と、第１冷媒より沸点（蒸発温度）が低い第２冷媒が封入された第２冷媒回路１２０とから構成される。
　第１冷媒回路１１０は、第１冷媒を高温高圧のガス冷媒に圧縮して吐出する第１圧縮機１１１と、この第１圧縮機１１１から吐出された第１冷媒を冷却して低温高圧の冷媒に凝縮させる第１前段凝縮器（第１凝縮器）１１２及び第１後段凝縮器（第１凝縮器)１１３と、第１減圧器（流路可変弁やキャピラリーチューブなど）１１４と、低温高圧となった第１冷媒を蒸発（気化）させる第１蒸発器１１５とが、第１配管１１６で環状に接続されて構成されている。
　第１圧縮機１１１の吸入側は、第１蒸発器１１５に接続され、第１圧縮機１１１の吐出側は、第１前段凝縮器１１２に接続されている。また、図３及び図４において、「Ｈ」は第１冷媒回路１１０中の第１圧縮機１１１を示す高温側圧縮機を意味し、「Ｌ」は後述する低温側圧縮機（第２冷媒回路１２０中の第２圧縮機１２１を示す）を意味している。
　第１前段凝縮器１１２は、第１圧縮機１１１で圧縮された第１冷媒を冷却するために、例えば銅又はアルミニウム製の管を蛇行させて形成される凝縮器であり、凝縮器の分割部分として構成するかまたは、蒸発器から生じるドレン水などを蒸発させるための熱源として用いたり、または断熱扉３または内扉２３などが外箱２１、内箱２２と接する部位の結露防止用の熱源として用いてもよいものである。
　第１後段凝縮器１１３は、第１前段凝縮器１１２で放熱して温度が下がった第１冷媒を更に冷却するために、例えば銅又はアルミニウム製の管を蛇行させて形成されるコンデンサである。
　尚、第１前段凝縮器１１２及び第１後段凝縮器１１３は、例えば、後述するファンモータ１１７を有するファン１１８によって、塵埃を除去するためのフィルタ（不図示）を介して空気が送風されるようになっている。これによって、同凝縮器１１２、１１３における第１冷媒の空気への放熱が促され、同冷媒は、第１後段凝縮器１１３で凝縮し低温高圧の冷媒となる。
　第１減圧器１１４は、第１後段凝縮器１１３で凝縮した第１冷媒を減圧するための例えばキャピラリチューブである。尚、冷媒の流量を調節できる流量制御弁を用いても良い。
　第１蒸発器１１５は、第１減圧器１１４で減圧された第１冷媒を蒸発（気化）させる蒸発器であり、第２冷媒回路１２０の第２後段凝縮器１２３と共にカスケードコンデンサ１３０を構成している。同カスケードコンデンサ１３０は第１蒸発器１１５と第２後段凝縮器１２３とが熱交換可能に一体に構成されたものであり、例えば二重管やプレート型熱交換器などを用いることができる。つまり、第１蒸発器１１５で第１冷媒が蒸発する際の吸熱作用によって、第２後段凝縮器１２３の第２冷媒を冷却する。尚、第１冷媒は、第１蒸発器１１５で蒸発した後に、再び第１圧縮機１１１に吸い込まれることによって、第１冷媒回路１１０を循環する。
　第２冷媒回路１２０は、第１冷媒回路１１０と略同様に、第２圧縮機１２１と、第２前段凝縮器１２２と、第２後段凝縮器（第２凝縮器)１２３と、第２減圧器１２４と、第２蒸発器１２５とが、第２配管１２６で環状に接続されて構成されている。
　第２圧縮機１２１は、第２冷媒を圧縮する。第２前段凝縮器１２２は、第１冷媒回路１１０の第１前段凝縮器と同様の構成であり同様の働きをするものである。第２後段凝縮器１２３は、前述のカスケードコンデンサ１３０の一部をなし、第１蒸発器で蒸発する第１冷媒の吸熱作用によって冷却される。第２減圧器１２４は、第１冷媒回路１１０の第１減圧器１１４と同様の構成であり同様の働きをするものである。第２蒸発器１２５は、第２減圧器１２４で減圧された第２冷媒を蒸発させる。第２蒸発器１２５で第２冷媒が蒸発する際の吸熱作用によって、内箱２２を介して庫内が冷却される。第２冷媒は、第２蒸発器１２５で蒸発した後に、再び第２圧縮器１２１に吸い込まれることによって、第２冷媒回路１２０を循環する。
　以上述べた冷媒回路１００は、制御回路２００によって制御される。制御回路２００は、図４に例示されるように、第１センサ２０６と、第２センサ２０７と、マイクロコンピュータ２１０を搭載する制御基板２０１と、第１インバータ２０４と、第２インバータ２０５とを有する。
　第１センサ２０６は、カスケードコンデンサ１３０の温度を検出する。尚、以後、第１センサ２０６が検出する温度を第１検出温度と称する。この第１センサ２０６はカスケードコンデンサ１３０を構成する第１蒸発器１１５の出口付近の配管温度、もしくは出口付近の第１冷媒の温度を検出できるように取り付けられている。尚、この温度センサ２０６はカスケードコンデンサ１３０で蒸発器を成す第１蒸発器１１５内の第１冷媒の温度すなわち第１冷媒の蒸発温度を検出できるように取り付けても良い。また、第１蒸発器の入口付近の配管（または第１冷媒）の温度と当該出口付近の配管（または第１冷媒）の温度との温度差に基づいて以下に説明する制御を修正することは可能であり、第１蒸発器の入口付近の配管（または第１冷媒）の温度、第２後段凝縮器１２３の入口付近の配管（または第１冷媒）の温度、当該出口付近の配管（または第１冷媒）の温度を用いることも可能である。
　第２センサ２０７は、庫内の温度を検出する。尚、以後、第２センサ２０７が検出する温度を第２検出温度と称する。
　制御基板２０１に搭載されたマイクロコンピュータ２１０は、第１検出温度と予め定められた第１温度とを比較し、その比較結果に応じて、第１圧縮機１１１の回転数を制御するための第１制御信号を第１インバータ２０４に出力する。また、マイクロコンピュータ２１０は、第２検出温度と予め定められた第２温度とを比較し、その比較結果に応じて、第２圧縮機１２１の回転数を制御するための第２制御信号を第２インバータ２０５に出力する。尚、制御基板２０１には、スイッチング電源２０２から電力が供給され、このスイッチング電源２０２には、電源ケーブル２０３を通じて電力が供給される。
　第１インバータ２０４は、電源ケーブル２０３からの単相交流電圧を３相交流電圧に変換して第１圧縮機１１１の３相コイルのモータ（不図示）に印加する。第１インバータ２０４は、例えば、第１圧縮機１１１に電力を供給する複数のパワートランジスタ等（不図示）を３相ブリッジ状に結線した構成を有している。これら複数のパワートランジスタそれぞれが前述した第１制御信号によってオン・オフされることにより、第１圧縮機１１１の回転数が制御されるようになっている。つまり、第１インバータ２０４及びマイクロコンピュータ２１０（第１制御装置）によって、カスケードコンデンサ１３０の温度が前述した第１温度になるように、第１圧縮機１１１の回転数が制御される。
　第２インバータ２０５は、電源ケーブル２０３からの単相交流電圧を３相交流電圧に変換して第２圧縮機１２１の３相コイルのモータ（不図示）に印加する。第２インバータ２０５は、第１インバータ２０４と同様に、例えば、第２圧縮機１２１に電力を供給する複数のパワートランジスタ等（不図示）から構成されている。これら複数のパワートランジスタのそれぞれが前述した第２制御信号によってオン・オフされることにより、第２圧縮機１２１の回転数が制御されるようになっている。つまり、第２インバータ２０５及びマイクロコンピュータ２１０（第２制御装置）によって、庫内の温度が前述した第２温度になるように、第２圧縮機１２１の回転数が制御される。
　尚、図４の例示によれば、制御回路２００は、更に、第３センサ２０８と、第４センサ２０９とを有している。第３センサ２０８は、例えば、第１前段凝縮器１１２及び第１後段凝縮器１１３の周囲の温度を検出する。第４センサ２０９は、前述した塵埃を除去するためのフィルタの目詰まりを検出するフィルタセンサである。マイクロコンピュータ２１０は、例えば、第３センサ２０８及び第４センサ２０９の検出結果に基づいて、ファンモータ１１７の故障等を判別し、その結果をディスプレイ３５ｂ等を通じて利用者に報知する。
＝＝＝冷凍装置の動作＝＝＝
　以下、図５及び図６を参照して、前述した構成を備えた冷凍装置１の動作について説明する。図５は、冷凍装置１がカスケードコンデンサ１３０の温度（第１検出温度）に応じて第１圧縮機１１１の回転数を制御する際のマイクロコンピュータ２１０の処理手順の一例を示すフローチャートである。図６は、冷凍装置１が庫内の温度（第２検出温度）に応じて第２圧縮機１２１の回転数を制御する際のマイクロコンピュータ２１０の処理手順の一例を示すフローチャートである。
　図５に例示されるように、電源ケーブル２０３を通じて冷凍装置１に電源が投入されると、マイクロコンピュータ２１０は、先ず、第１圧縮機１１１を所定の回転数で駆動させる（Ｓ１００）。第１圧縮機１１１の運転によって、第１冷媒回路１１０を第１冷媒が循環し始めるため、第１蒸発器１１５で第１冷媒が蒸発する際の冷却作用によって、カスケードコンデンサ１３０の温度が降下する。
　次に、マイクロコンピュータ２１０は、第１検出温度と第１温度とを比較し、第１検出温度が第１温度以下であるか否かを判別する（Ｓ１０１）。尚、第１温度とは、第２冷媒の種類や第２圧縮機１２１の能力（性能又は仕様）等によって予め定められる温度であり、具体的には、第２後段凝縮器１２３で第２冷媒を凝縮するために最適なカスケードコンデンサ１３０の温度である。
　第１検出温度が第１温度より高いと判別した場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、マイクロコンピュータ２１０は、ステップ１０１の処理を再度実行する。　
　第１検出温度が第１温度以下であると判別した場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、マイクロコンピュータ２１０は、第２圧縮機１２１を所定の回転数で駆動させる（Ｓ１０２）。
　このように、先ず第１圧縮機１１１を起動し、第１検出温度が第１温度以下になったときに第２圧縮機１２１を起動することによって、カスケードコンデンサ１３０における第２冷媒が冷やされて後述する所定温度範囲に到達し易くなる。このため、庫内の温度も一定温度に到達し易くなる。
　尚、第２圧縮機１２１の運転によって、第２冷媒回路１２０を第２冷媒が循環し始めると、第２後段凝縮器１２３に高温の第２冷媒が送られるため、これはカスケードコンデンサ１３０の温度を上昇させる方向に作用する。一方、第２冷媒は、第１蒸発器１１５で蒸発する第１冷媒との熱交換によって冷却されるため、これはカスケードコンデンサ１３０の温度を降下させる方向に作用する。以下述べるマイクロコンピュータ２１０の処理は、後者のカスケードコンデンサ１３０の温度を降下させる作用を第１圧縮機１１１を通じて制御することによって、同コンデンサ１３０の温度を第１温度を中心とする所定温度範囲に維持するためのものである。
　マイクロコンピュータ２１０は、第１検出温度と第１温度より高い所定温度（第１温度＋α）とを比較し、第１検出温度が（第１温度＋α）より高いか否かを判別する（Ｓ１０３）。尚、（第１温度＋α）は、例えば、カスケードコンデンサ１３０中で第２冷媒を凝縮させるに適した温度範囲における高温側温度である。
　第１検出温度が（第１温度＋α）より高いと判別した場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、マイクロコンピュータ２１０は、第１圧縮機１１１の回転数を上げるための第１制御信号を第１インバータ２０４に出力し（Ｓ１０４）、ステップＳ１０３の処理を再度実行する。これによって、第１圧縮機１１１から単位時間当たりに吐出される第１冷媒の量がより多くなって冷媒の蒸発量が増加し第１冷媒回路１１０の冷却能力が上がり、カスケードコンデンサ１３０の温度は第１冷媒の蒸発温度に向かって降下する。マイクロコンピュータ２１０は、第１検出温度が（第１温度＋α）以下となるまで、ステップＳ１０３：ＹＥＳ及びＳ１０４の処理を繰り返し実行する。
　第１検出温度が（第１温度＋α）以下であると判別した場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、マイクロコンピュータ２１０は、第１検出温度と第１温度より低い所定温度（第１温度－α）とを比較し、第１検出温度が（第１温度－α）より低いか否かを判別する（Ｓ１０５）。尚、（第１温度－α）は、例えば、カスケードコンデンサ１３０中で第２冷媒が十分に凝縮させるに適した温度範囲における低温側温度である。即ち、第２冷媒を凝縮するにあたり、カスケードコンデンサ１３０の温度は、（第１温度－α）より低い必要はなく、また、（第１温度－α）におけるαの値は、前述したカスケードコンデンサ１３０の上限温度を与えるαと同じ値であっても、異なる値であってもよい。
　第１検出温度が（第１温度－α）より低いと判別した場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、マイクロコンピュータ２１０は、第１圧縮機１１１の回転数を下げるための第１制御信号を第１インバータ２０４に出力し（Ｓ１０６）、ステップＳ１０３の処理を再度実行する。これによって、第１圧縮機１１１から単位時間当たりに吐出される第１冷媒の量がより少なくなって第１冷媒回路１１０の冷却能力が下がり、第２後段凝縮器１２３を流れる第２冷媒が多ければカスケードコンデンサ１３０の温度は上昇する。すなわち第１蒸発器１１５でガス化した第１冷媒の温度が第２後段凝縮器からの放熱を受けて上昇する。マイクロコンピュータ２１０は、第１検出温度が（第１温度－α）以上となるまで、ステップＳ１０３：ＮＯ、Ｓ１０５：ＹＥＳ、及びＳ１０６の処理を繰り返し実行する。
　第１検出温度が（第１温度－α）以上であると判別した場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、マイクロコンピュータ２１０は、ステップＳ１０３の処理を再度実行する。つまり、第１検出温度が（第１温度－α）以上且つ（第１温度＋α）以下に維持されている間は、マイクロコンピュータ２１０は、ステップＳ１０３：ＮＯ及びＳ１０５：ＮＯの処理を繰り返し実行することになる。
　以上により、カスケードコンデンサ１３０の温度は、第1圧縮機１１１の回転数の制御によって、第２冷媒の凝縮に好適な温度範囲に維持される。この温度範囲は、例えば第２冷媒の特性等に応じて予め設定されている。第２冷媒の凝縮温度がこのような温度範囲内で安定していれば、例えば第２圧縮機１２１の運転を多少制御することによって、第２冷媒回路１２０の第２蒸発器１２５の蒸発温度を一定温度に制御でき、庫内の負荷変動に対しても、庫内温度を容易に安定させることができるものである。
　前述した処理と平行して、マイクロコンピュータ２１０は、ステップＳ１０２で駆動開始させた第２圧縮機１２１の運転を制御するべく、以下の処理を実行する。
　図６に例示されるように、マイクロコンピュータ２１０は、第２検出温度と第２温度より高い所定温度（第２温度＋α）とを比較し、第２検出温度が（第２温度＋α）より高いか否かを判別する（Ｓ２００）。ここで、（第２温度＋α）は、例えば、庫内を第２温度を中心とする所定温度範囲に維持する際に上限となる庫内の冷却温度である。尚、（第２温度＋α）におけるαの値は、前述したカスケードコンデンサ１３０の高温側温度又は低温側温度を与えるαと同じ値であっても、異なる値であってもよい。
　第２検出温度が（第２温度＋α）より高いと判別した場合（Ｓ２００：ＹＥＳ）、マイクロコンピュータ２１０は、第２圧縮機１２１の回転数を上げるための第２制御信号を第２インバータ２０５に出力し（Ｓ２０１）、ステップＳ２００の処理を再度実行する。これによって、第２圧縮機１２１から単位時間当たりに吐出される第２冷媒の量がより多くなって第２冷媒回路１２０の冷却能力が上がる。マイクロコンピュータ２１０は、第２検出温度が（第２温度＋α）以下となるまで、ステップＳ２００：ＹＥＳ及びＳ２０１の処理を繰り返し実行する。
　第２検出温度が（第２温度＋α）以下であると判別した場合（Ｓ２００：ＮＯ）、マイクロコンピュータ２１０は、第２検出温度と第２温度より低い所定温度（第２温度－α）とを比較し、第２検出温度が（第２温度－α）より低いか否かを判別する（Ｓ２０２）。尚、（第２温度－α）は、例えば、前述した所定温度範囲の下限温度である。また、（第２温度－α）におけるαの値は、前述した所定温度範囲の上限温度を与えるαと同じ値であっても、異なる値であってもよい。
　第２検出温度が（第２温度－α）より低いと判別した場合（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、マイクロコンピュータ２１０は、第２圧縮機１２１の回転数を下げるための第２制御信号を第２インバータ２０５に出力し（Ｓ２０３）、ステップＳ２００の処理を再度実行する。これによって、第２圧縮機１２１から単位時間当たりに吐出される第２冷媒の量がより少なくなって第２冷媒回路１２０の冷却能力が下がる。マイクロコンピュータ２１０は、第２検出温度が（第２温度－α）以上となるまで、ステップＳ２００：ＮＯ、Ｓ２０２：ＹＥＳ、及びＳ２０３の処理を繰り返し実行する。
　第２検出温度が（第２温度－α）以上であると判別した場合（Ｓ２０２：ＮＯ）、マイクロコンピュータ２１０は、ステップＳ２００の処理を再度実行する。つまり、第２検出温度が（第２温度－α）以上且つ（第２温度＋α）以下に維持されている間は、マイクロコンピュータ２１０は、ステップＳ２００：ＮＯ及びＳ２０２：ＮＯの処理を繰り返し実行することになる。
　以上により、前述した図５の処理によってカスケードコンデンサ１３０の温度が第２冷媒の凝縮に好適な温度範囲に維持されている状態で、図６の処理によって第２圧縮機１２１の回転数を制御すれば、庫内の温度は冷凍装置１の仕様に基づく所定温度範囲に維持される。つまり、第２冷媒回路１２０の冷却温度は一定温度により一層迅速に到達し得る。
　前述した実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。
１１１　第１圧縮機
１１２　第１前段凝縮器
１１３　第１後段凝縮器
１１４　第１減圧器
１１５　第１蒸発器
１１６　第１配管
１１０　第１冷媒回路
１２１　第２圧縮機
１２３　第２後段凝縮器
１２４　第２減圧器
１２５　第２蒸発器
１２６　第２配管
１２０　第２冷媒回路
１３０　カスケードコンデンサ
２０６　第１センサ
２０４　第１インバータ
２１０　マイクロコンピュータ
２０７　第２センサ
２０５　第２インバータ

Claims (6)

  1. 　庫内の温度を所定の低温状態に保つ冷凍装置において、
    第１圧縮機、第１凝縮器、第１減圧器、第１蒸発器を第１配管で環状に接続して冷凍サイクルを構成すると共に第１冷媒を作動冷媒として封入した第１冷媒回路と、第２圧縮機、第２凝縮器、第２減圧器、第２蒸発器を第２配管で環状に接続して冷凍サイクルを構成すると共に第２冷媒を作動冷媒として封入した第２冷媒回路とを備え、
    　前記第１蒸発器と前記第２凝縮器とを熱交換可能に一体に構成したカスケードコンデンサの温度を検出する第１センサと、
    　前記第１センサの検出する温度が第１温度になるように、前記第１センサの検出する温度に基づいて、前記第１圧縮機の運転能力を可変制御する第１制御装置と、
    　前記庫内の温度を検出する第２センサと、
    　前記第２センサの検出する温度が第２温度になるように、前記第２センサの検出する温度に基づいて、前記第２圧縮機の運転能力を可変制御する第２制御装置と、
    　を備えたことを特徴とする冷凍装置。
  2. 　前記第１制御装置は、前記第２圧縮機より先に前記第１圧縮機を起動し、
    　前記第２制御装置は、前記第１センサの検出する温度が前記第１温度を下回ったときに前記第２圧縮機を起動することを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
  3. 　前記第１圧縮機は回転型の冷媒圧縮機でありその回転数を変えることによって運転能力を可変制御することができるものであり、前記第２圧縮機は回転型の冷媒圧縮機でありその回転数を変えることによって運転能力を可変制御することができるものであることを特徴とする請求項２に記載の冷凍装置。
  4. 　　前記第１制御装置は、前記第１センサの検出する温度が第１温度より高い所定温度を上回ると、前記第１圧縮機の回転数を上げるように制御し、前記第１センサの検出する温度が第１温度より低い所定温度を下回ると、前記第１圧縮機の回転数を下げるように制御することを特徴とする請求項３に記載の冷凍装置。
  5. 　　前記第２制御装置は、前記第２センサの検出する温度が第２温度より高い所定温度を上回ると、前記第２圧縮機の回転数を上げるように制御し、前記第２センサの検出する温度が第２温度より低い所定温度より下回ると、前記第２圧縮機の回転数を下げるように制御することを特徴とする請求項４に記載の冷凍装置。
  6. 　前記第１センサの検出するカスケードコンデンサの温度は前記第１蒸発器の出口付近の第１冷媒の温度であることを特徴とする請求項５に記載の冷凍装置。
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