CN101317046A - 冷冻装置 - Google Patents

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吉见敦史
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Abstract

本发明公开了一种冷冻装置。冷冻装置(10)包括制冷剂回路(15)和控制器(100)，该制冷剂回路具有可变容量的低级侧压缩机(21)及高级侧压缩机(31)，在该制冷剂回路中进行双级压缩制冷循环，该控制器对所述冷冻装置的运转进行控制。所述控制器包括第一控制部(101)和第二控制部(102)。第一控制部(101)对低级侧压缩机(21)的运转容量进行控制，以便使该低级侧压缩机的运转容量与冷冻负荷相对应，第二控制部(102)对高级侧压缩机(31)的运转容量进行控制，以便使低级侧压缩机(21)的喷出压力与吸入压力的比率即第一压力比、和高级侧压缩机(31)的喷出压力与吸入压力的比率即第二压力比成为1∶1。

Description

冷冻装置
技术领域
本发明关于一种包括了制冷剂回路的冷冻装置，特别是涉及压缩机构的运转容量的控制，该制冷剂回路具有两个压缩机构，在该制冷剂回路中进行双级压缩制冷循环。
背景技术
迄今为止，包括两个压缩机构并使制冷剂进行双级压缩制冷循环的冷冻装置已为众所周知(例如专利文献1)。
专利文献1所记载的冷冻装置是空调装置，包括室外机组、室内机组和增能(power up)机组，该增能机组主要用来在供暖运转时进行双级压缩运转来使能力增大。在室外机组中设置有室外膨胀阀、室外热交换器和作为主压缩机构的低级侧压缩机，在室内机组中设置有室内热交换器和室内膨胀阀。在增能机组中包括作为辅助压缩机构的高级侧压缩机、设置在气体管线(gas line)上的气体膨胀阀、设置在液体管线上的液体膨胀阀以及中间冷却器。
在供暖运转时，从增能机组的高级侧压缩机喷出的制冷剂在室内热交换器中与室内空气进行热交换后凝结液化，来对室内空气进行加热。已经凝结了的液态制冷剂被液体膨胀阀减压至中间压力后流入中间冷却器，对从低级侧压缩机流向高级侧压缩机的制冷剂进行冷却。然后，制冷剂由室外膨胀阀减压后在室外热交换器中蒸发。并且，已经蒸发了的制冷剂被吸入低级侧压缩机。由低级侧压缩机压缩了的制冷剂被导入增能机组，当流过气体膨胀阀后在中间冷却器被从室内热交换器流过来的液体制冷剂冷却，然后流入高级侧压缩机。这样一来，通过进行双级压缩，从而实现了供暖能力的增强。
专利文献1：日本专利公开2001-56156号公报
(发明所要解决的课题)
然而，在所述专利文献1的冷冻装置中，丝毫没有考虑到在双级压缩制冷循环运转时应如何分别对进行双级压缩的各压缩机构的运转容量进行个别控制的问题。因此，在以往的冷冻装置中存在下述问题，即：很难说按照运转状况对压缩机构进行了适当的控制。
发明内容
本发明是鉴于所述问题点的发明，其目的在于：在包括进行双级压缩制冷循环的制冷剂回路的冷冻装置中，通过分别对各压缩机构的运转容量进行个别控制，从而可按照运转状况来进行适当的运转。
(解决课题的方法)
第一发明涉及一种冷冻装置，该冷冻装置包括制冷剂回路15，该制冷剂回路15具有可变容量的第一压缩机构21、31和可变容量的第二压缩机构31、21，在该制冷剂回路15中进行双级压缩制冷循环，其特征在于：所述冷冻装置包括第一控制部件101和第二控制部件102；第一控制部件101对所述第一压缩机构21、31的运转容量进行增减控制，以便使该第一压缩机构21、31的运转容量与冷冻负荷相对应；第二控制部件102对所述第二压缩机构31、21的运转容量进行增减控制，以便使所述双级压缩制冷循环的中间压力成为规定值。
在该第一发明中，由于第一控制部件101对第一压缩机构21、31的运转容量进行控制，所以能够以与冷冻负荷相对应的能力来进行运转，并且由于第二控制部件102对第二压缩机构31、21的运转容量进行控制，所以可以对中间压力进行适当的控制。这样一来，通过分别对各压缩机构21、31进行个别控制，从而可按照运转状况来进行适当的运转。
第二发明是在第一发明的基础上的发明，其特征在于：所述第二控制部件102对所述第二压缩机构31、21的运转容量进行控制，以便使所述第一压缩机构21、31的喷出压力与吸入压力的比率即第一压力比、和所述第二压缩机构31、21的喷出压力与吸入压力的比率即第二压力比成为1∶1。
在该第二发明中通过由所述第二控制部件102对所述第二压缩机构进行控制而使得所述第一压力比和所述第二压力比成为1∶1，从而可实现COP(性能系数)的提高。也就是，因为当压缩机构21、31的压力比增大时COP下降，所以通过将所述双级压缩制冷循环中的高压力PH与低压力PL的比率即压力比平均分配给两个压缩机构21、31，从而可以最大限度提高COP。并且，在第二发明中所谓第一发明之中间压力的规定值指的是双级压缩制冷循环中的低压力PL和高压力PH之间的几何平均(geometric mean)值{(PL·PH)1/2}。
第三发明是在第一发明的基础上的发明，其特征在于：所述冷冻装置包括第三控制部件103，该第三控制部件103在启动时代替所述第二控制部件102对所述第二压缩机构31、21的运转容量进行控制，以便使该所述第二压缩机构31、21的运转容量成为根据第一压缩机构21、31的运转容量所推导出的规定的目标运转容量。
在该第三发明中，当在启动时第三控制部件103对第二压缩机构31、21的运转容量进行控制，以便使该第二压缩机构31、21的运转容量成为根据第一压缩机构21、31的运转容量所推导出的规定的目标运转容量，从而在启动时可以迅速进行与冷冻负荷相对应的运转。并且，所述规定的目标运转容量指的是例如第一压缩机构21、31的运转容量的n倍(例如n＝1.3)。总之，当在第一控制部101对第一压缩机构21、31的运转容量进行了控制以后所述第二控制部102才进行控制第二压缩机构31、21运转容量的反馈控制(feedback control)的情况下，如果第二控制部件102在启动时对第二压缩机构31、21的容量进行控制的话，则由于反馈控制而产生了延迟，有时将导致运转能力下降。于是，在启动时第三控制部件103对第二压缩机构31、21进行控制，从而可以提高启动时运转能力的上升特性(rising characteristic)。
第四发明是在第一发明的基础上的发明，其特征在于：在供暖运转时，所述第一压缩机构21、31由低级侧压缩机构21构成，所述第二压缩机构31、21由高级侧压缩机构31构成。并且，在所述供暖运转时，所述第一控制部件101对所述低级侧压缩机构21的运转容量进行控制，以便使所述高级侧压缩机构31的喷出压力成为规定的目标值，并且所述第二控制部件102对所述高级侧压缩机构31的运转容量进行控制，以便使所述中间压力成为规定值。
在该第四发明中，当在供暖运转时，第一控制部件101对低级侧压缩机构21的运转容量进行控制，以便使高级侧压缩机构31的喷出压力成为与作为目标的冷凝压力相对应的压力。
在此，有时在包括低级侧压缩机构21的单级压缩制冷循环的冷冻装置中连接具有高级侧压缩机构31的选择机组30，来构成双级压缩制冷循环的冷冻装置。在没有使用选择机组30的单级压缩制冷循环中，通过对低级侧压缩机构21的运转容量进行控制，从而能够按照冷冻负荷即热负荷(heating load)进行相应的运转能力控制。还有，即使在双级压缩制冷循环中，也仍然可以进行所述运转能力控制，该运转能力控制是通过对低级侧压缩机构21的运转容量进行控制而实现的。也就是，第一控制部件101在单级压缩制冷循环及双级压缩制冷循环的任一运转中，都对低级侧压缩机构21的运转容量进行控制，从而可进行与热负荷相对应的运转。
第五发明是在第一发明的基础上的发明，其特征在于：在制冷运转时，所述第一压缩机构21、31由高级侧压缩机构构成，所述第二压缩机构31、21由低级侧压缩机构构成。并且，在所述制冷运转时，所述第一控制部件101对所述高级侧压缩机构31的运转容量进行控制，以便使所述低级侧压缩机构21的吸入压力成为规定的目标值，并且所述第二控制部件102对所述低级侧压缩机构21的运转容量进行控制，以便使所述中间压力成为规定值。
在该第五发明中，当在制冷运转时，第一控制部件101对高级侧压缩机构31的运转容量进行控制，以便使低级侧压缩机构21的吸入压力成为与作为目标的蒸发压力相对应的压力。
在此，有时在包括高级侧压缩机构31的单级压缩制冷循环的冷冻装置中连接具有低级侧压缩机构21的选择机组30，来构成双级压缩制冷循环的冷冻装置。在没有使用选择机组30的单级压缩制冷循环中，通过对高级侧压缩机构31的运转容量进行控制，从而能够按照冷冻负荷即冷却负荷(cooling load)进行相应的运转能力控制。还有，即使在双级压缩制冷循环中，也仍然可进行所述运转能力控制，该运转能力控制是通过对高级侧压缩机构31的运转容量进行控制而实现的。也就是，第一控制部件101在单级压缩制冷循环及双级压缩制冷循环的任一运转中，都对高级侧压缩机构31的运转容量进行控制，从而能够进行与冷却负荷相对应的运转。
第六发明是在第一发明的基础上的发明，其特征在于：所述第一压缩机构21、31以及所述第二压缩机构31、21被进行变频控制。
在该第六发明中，可以容易地对所述第一压缩机构21、31以及所述第二压缩机构31、21的容量进行控制。
(发明的效果)
根据所述第一发明，由于第一控制部件101和第二控制部件102分别对各压缩机构21、31进行了个别控制，所以能够根据运转状况来进行相应的运转。
还有，根据所述第二发明，由于所述第二控制部件102进行控制而使得所述第一压力比和所述第二压力比成为1∶1，所以能够最大限度提高COP。
还有，根据所述第三发明，由于在启动时第三控制部件103对第二压缩机构31、21的运转容量进行了控制，使得该第二压缩机构31、21的运转容量成为根据第一压缩机构21、31的运转容量所推导出的规定的目标运转容量，所以能够迅速进行与冷冻负荷相对应的运转。在此，所述规定的目标运转容量指的是例如第一压缩机构21、31的运转容量的n倍(例如n＝1.3)。由此，即使在所述第一控制部101对第一压缩机构21、31的运转容量进行了控制以后所述第二控制部102才以该运转容量为依据对第二压缩机构31、21进行反馈控制的情况下，也能够提高启动时运转能力的上升特性。
还有，根据所述第四发明，在供暖运转时，由于所述第一控制部件101对所述低级侧压缩机构21的运转容量进行了控制，使得所述高级侧压缩机构31的喷出压力成为规定的目标值，所以通过对低级侧压缩机构21的容量进行控制，而使得高级侧压缩机构31的喷出压力成为与作为目标的处于冷凝温度下的冷凝压力相对应的压力值，从而能够进行与冷冻负荷即热负荷相对应的运转。
还有，有时在包括低级侧压缩机构21的单级压缩制冷循环的冷冻装置中连接具有高级侧压缩机构31的选择机组30，来构成双级压缩制冷循环的冷冻装置。在没有使用选择机组30的单级压缩制冷循环中，通过对低级侧压缩机构21的运转容量进行控制，从而能够按照冷冻负荷即热负荷进行相应的运转能力控制。并且，即使在双级压缩制冷循环中，也仍然可以进行所述运转能力控制，该运转能力控制是通过对低级侧压缩机构21的运转容量进行控制而实现的。也就是，第一控制部件101在单级压缩制冷循环及双级压缩制冷循环的任一运转中，都对低级侧压缩机构21的运转容量进行控制，从而能够进行与热负荷相对应的运转，因此可以使控制部件的构成实现简单化。
还有，根据所述第五发明，在制冷运转时，由于所述第一控制部件101对所述高级侧压缩机构31的运转容量进行了控制，而使得所述低级侧压缩机构21的吸入压力成为规定的目标值，所以通过对高级侧压缩机构31的容量进行控制，使得所述低级侧压缩机构21的吸入压力成为与作为目标的处于蒸发温度下的蒸发压力相对应的压力值，从而能够进行与冷冻负荷即冷却负荷相对应的运转。
还有，有时在包括高级侧压缩机构31的单级压缩制冷循环的冷冻装置中连接具有低级侧压缩机构21的选择机组30，来构成双级压缩制冷循环的冷冻装置。在没有使用选择机组30的单级压缩制冷循环中，通过对高级侧压缩机构31的运转容量进行控制，从而能够按照冷冻负荷即冷却负荷进行相应的运转能力控制。并且，即使在双级压缩制冷循环中，也仍然可以进行所述运转能力控制，该运转能力控制是通过对高级侧压缩机构31的运转容量进行控制而实现的。也就是，第一控制部件101在单级压缩制冷循环及双级压缩制冷循环的任一运转中，都对高级侧压缩机构31的运转容量进行控制，从而能够进行与冷却负荷相对应的运转，因此可以使控制部件的构成实现简单化。
还有，根据所述第六发明，由于所述第一压缩机构21、31以及所述第二压缩机构31、21被进行了变频控制，所以能够容易地对所述第一压缩机构21、31以及所述第二压缩机构31、21的容量进行控制。
附图说明
图1是表示实施方式一所涉及的空调装置的制冷剂回路的管道***图。
图2是表示实施方式一所涉及的空调装置处于制冷运转时的制冷剂流动的管道***图。
图3是表示实施方式一所涉及的空调装置处于单级压缩制冷循环的供暖运转时的制冷剂流动的管道***图。
图4是表示实施方式一所涉及的空调装置处于双级压缩制冷循环的供暖运转时的制冷剂流动的管道***图。
图5是表示对实施方式一所涉及的空调装置的低级侧压缩机及高级侧压缩机的运转频率进行控制的流程图。
图6是表示实施方式二所涉及的冷冻装置的制冷剂回路的管道***图。
图7是表示实施方式二所涉及的冷冻装置处于单级压缩制冷循环的制冷运转时的制冷剂流动的管道***图。
图8是表示实施方式二所涉及的冷冻装置处于双级压缩制冷循环的制冷运转时的制冷剂流动的管道***图。
图9是表示对实施方式二所涉及的冷冻装置的低级侧压缩机及高级侧压缩机的运转频率进行控制的流程图。
(符号说明)
10空调装置(冷冻装置)
15制冷剂回路
21低级侧压缩机(第一压缩机构、第二压缩机构)
31高级侧压缩机(第一压缩机构、第二压缩机构)
101第一控制部(第一控制部件)
102第二控制部(第二控制部件)
103第三控制部(第三控制部件)
120冷冻装置
具体实施方式
下面，根据附图对本发明的实施方式进行详细地说明。
《发明的实施方式一》
如图1所示，本发明的实施方式一所涉及的装置是能够进行制冷运转和供暖运转的热泵式空调装置10。该空调装置10包括设置在室外的室外机组20、构成增设用机组的选择机组30、设置在室内的室内机组40以及对空调装置10的运转进行控制的控制器100。所述室外机组20通过第一连接管道11及第二连接管道12与选择机组30连接。还有，室内机组40通过第三连接管道13及第四连接管道14与选择机组30连接。由此，在所述空调装置10中构成了制冷剂回路15，在该制冷剂回路15中制冷剂循环从而进行蒸汽压缩式制冷循环。
此外，选择机组30构成了原有的分体型(separate type)空调装置的增能机组。具体来说，原有的空调装置是在由室外机组20和室内机组40构成的制冷剂回路中通过单级压缩制冷循环动作来进行制冷运转及供暖运转的装置，而与此相对由于在所述室外机组20及室内机组40之间连接选择机组30，从而能够通过双级压缩制冷循环动作来进行供暖运转。
<室外机组>
在所述室外机组20中设置有低级侧压缩机21、室外热交换器22、室外侧膨胀阀25以及四通转换阀23。
所述低级侧压缩机21是涡旋式压缩机，被构成为通过用变换器(inverter)来进行供电从而可以使该低级侧压缩机21的运转频率产生变化，并且通过改变该变换器的输出频率从而可使压缩机马达的运转速度发生变化。也就是，所述低级侧压缩机21被构成为容量能够由于变频控制而产生变化的第一压缩机构。
所述室外热交换器22由横向肋片管(cross fin and tube)式热交换器构成。在室外热交换器22的附近设置有室外风扇24。室外风扇24将室外空气送向室外热交换器22。所述室外侧膨胀阀25由能够进行开度调节的电子膨胀阀构成。
所述四通转换阀23具有四个端口(port)，即第一至第四端口。在四通转换阀23中，第一端口与低级侧压缩机21的喷出管21a连接，第二端口与低级侧压缩机21的吸入管21b连接。还有，在四通转换阀23中，第三端口通过室外热交换器22及室外侧膨胀阀25与第二连接管道12的一端连接，第四端口与第一连接管道11的一端连接。该四通转换阀23被构成为能够在下记所述的第一状态(图1中实线所示的状态)和第二状态(图1中虚线所示的状态)之间进行转换，第一状态是在使第一端口和第四端口连通的同时使第二端口和第三端口连通，第二状态是在使第一端口和第三端口连通的同时使第二端口和第四端口连通。
在所述低级侧压缩机21的喷出管21a上设置有低级侧油分离器26。第一回油管27的一端连接在该低级侧油分离器26上，该第一回油管27的另一端与低级侧压缩机21的吸入管21b连接。还有，在第一回油管27上设置有第一毛细管(capillary tube)28。如上所述，被构成为由低级侧油分离器26分离出来的冷冻机油在流经第一回油管27时被进行减压后返回低级侧压缩机21。
还有，在室外机组20中设置有各种传感器。具体来说，在低级侧压缩机构21的喷出管21a上设置有喷出压力传感器82及喷出温度传感器86，在吸入管21b上设置有吸入压力传感器83及吸入温度传感器87。还有，设置有室外气温传感器18和室外热交换器22的制冷剂温度传感器29。
<选择机组>
在所述选择机组30中设置有高级侧压缩机31、三通转换阀32、气液分离器33以及选择侧膨胀阀34。
所述高级侧压缩机31是涡旋式压缩机，被构成为通过用变换器来进行供电从而可以使该高级侧压缩机31的运转频率产生变化，并且通过改变该变换器的输出频率从而可使压缩机马达的运转速度发生变化。也就是，所述高级侧压缩机31被构成为容量能够由于变频控制而产生变化的第二压缩机构。
所述三通转换阀32具有三个端口，即第一至第三端口。在三通转换阀32中，第一端口与高级侧压缩机31的喷出管31a连接，第三连接管道13的一端被连接在该喷出管31a的中途。还有，三通转换阀32的第二端口与高级侧压缩机31的吸入管31b连接，第三端口与第一连接管道11的另一端连接。该三通转换阀32被构成为能够在下记所述的第一状态(图1中实线所示的状态)和第二状态(图1中虚线所示的状态)之间进行转换，第一状态为使第二端口和第三端口连通，第二状态为使第一端口和第三端口连通。
所述气液分离器33是将气液两相状态的制冷剂分离为液态制冷剂和气态制冷剂的装置。具体来说，气液分离器33由圆筒状的密封容器构成，在该气液分离器33的下部形成有液态制冷剂储存部，并且在该液态制冷剂储存部的上侧形成有气态制冷剂储存部。在所述气液分离器33上分别连接有液体流入管33a和液体流出管33b，液体流入管33a贯通该气液分离器33的壳体部并面向气态制冷剂储存部，液体流出管33b面向液态制冷剂储存部。还有，在气液分离器33上还连接有气体流出管33c，该气体流出管33c贯通该气液分离器33的顶部并面向气态制冷剂储存部。
在主管道35的中途从第四连接管道14一侧依次分别连接有液体流入管33a的流入端和液体流出管33b的流出端，该主管道35从第四连接管道14的一端延伸至第二连接管道12的另一端。还有，在液体流入管33a上设置有所述选择侧膨胀阀34。该选择侧膨胀阀34由能够进行开度调节的电子膨胀阀构成。并且，气体流出管33c的流出端被连接在高级侧压缩机31的吸入管31b的中途。
还有，在选择机组30中，高级侧油分离器36被设置在高级侧压缩机31的喷出管31a上。第二回油管37的一端连接在该高级侧油分离器36上，该第二回油管37的另一端被连接在高级侧压缩机31的吸入管31b和气体流出管33c的连接部、与高级侧压缩机31之间。还有，在第二回油管37上连接有第二毛细管38。如上所述，被构成为由高级侧油分离器36分离出来的冷冻机油通过第二回油管37被减压后返回高级侧压缩机31。
在选择机组30中还设置有能够进行开关转换的电磁阀、和限制制冷剂流动的止回阀。具体来说，在所述主管道35上，电磁阀SV被设置在液体流入管33a的连接部和液体流出管33b的连接部之间。还有，在所述液体流出管33b上设置有第一止回阀CV-1，在高级侧压缩机31的喷出管31a上设置有第二止回阀CV-2。此外，第一、第二止回阀CV-1、CV-2分别仅允许图1箭头所示方向的制冷剂流过。
还有，在选择机组30中设置有各种传感器。具体来说，在高级侧压缩机构31的喷出管31a上设置有喷出压力传感器80及喷出温度传感器84，在吸入管31b上设置有吸入压力传感器81及吸入温度传感器85。还有，在气液分离器33的液体流出管33b上设置有温度传感器88和压力传感器89。
<室内机组>
在所述室内机组40中设置有室内热交换器41以及室内侧膨胀阀42。室内热交换器41由横向肋片管式热交换器构成。在室内热交换器41的附近设置有室内风扇43。室内风扇43将室内空气送往室内热交换器41。所述室内侧膨胀阀42由能够进行开度调节的电子膨胀阀构成。
在室内机组40中，第三连接管道13的另一端经由室内热交换器41及室内侧膨胀阀42连接在第四连接管道14的另一端。
还有，在室内机组40中设置有室内温度传感器44、和室内热交换器41的制冷剂温度传感器45。
<控制器>
所述控制器100是通过对设置在所述制冷剂回路15中的各种阀进行切换和开度调整等，来对所述空调装置10的运转动作进行控制的装置。还有，所述控制器100包括第一控制部101、第二控制部102和第三控制部103。所述第一控制部101是利用变换器对低级侧压缩机21的运转频率进行控制以便使该低级侧压缩机21的运转频率与冷冻负荷相对应的部件，被构成为第一控制部件。所述第二控制部102是为了使双级压缩制冷循环的中间压力成为规定值而利用变换器对所述高级侧压缩机31的运转频率进行控制的部件，被构成为第二控制部件。所述第三控制部103是在启动时代替所述第二控制部102来用变换器对高级侧压缩机31的运转频率进行控制以使得该高级侧压缩机31的运转频率成为根据低级侧压缩机21的运转频率所推导出的规定的目标运转频率的部件，被构成为第三控制部件。
-运转动作-
下面，关于本实施方式的空调装置10的运转动作进行说明。
所述空调装置10通过单级压缩制冷循环来进行制冷运转和供暖运转，还通过双级压缩制冷循环来进行供暖运转。
<制冷运转>
在制冷运转中，如图2所示，由于控制器100的控制，而使得四通转换阀23以及三通转换阀32被设定成第二状态，电磁阀SV被设定成开启状态。还有，室外侧膨胀阀25被设定成全开状态，选择侧膨胀阀34被设定成全闭状态，并且室内侧膨胀阀42的开度根据运转条件而被适当调节。而且，在该制冷运转中低级侧压缩机21运转，而高级侧压缩机31处于停止状态。也就是，当处于制冷运转时在制冷剂回路15中，仅用低级侧压缩机21对制冷剂进行压缩，该低级侧压缩机21的吸入压力及喷出压力成为单级压缩制冷循环的低压力及高压力。
在室外机组20中，从低级侧压缩机21喷出的高压制冷剂流经室外热交换器22，并向室外空气放热后凝结液化。在室外热交换器22中已经凝结了的液态制冷剂通过全开状态的室外侧膨胀阀25后流经第二连接管道12，然后被导入选择机组30。
在选择机组30中，高压液态制冷剂流过主管道35后通过第四连接管道14被导入室内机组40。
已经被导入室内机组40的制冷剂在通过室内侧膨胀阀42时被减压而膨胀，成为低压制冷剂。该低压制冷剂流经室内热交换器41，并从室内空气中吸热后蒸发。其结果是室内空气被冷却，可进行制冷。已经在室内热交换器41中蒸发了的制冷剂从第三连接管道13被导入选择机组30，并通过三通转换阀32流经第一连接管道11后被导入室外机组20。已经导入室外机组20的低压制冷剂被吸入低级侧压缩机21后进行压缩，成为高压制冷剂。
<制冷运转时的控制>
在制冷运转中，所述控制器100的第一控制部101利用变换器对所述低级侧压缩机21的运转频率进行控制，以便使该低级侧压缩机21的运转频率与冷冻负荷即冷负荷(cooling load)相对应。也就是，第一控制部101对低级侧压缩机21的运转频率进行控制，以便使室内热交换器41中的蒸发温度成为室内的设定温度Te℃。具体来说，第一控制部101对低级侧压缩机21的运转频率进行控制，以便使低级侧压缩机21的吸入压力成为与蒸发压力相对应的压力值，且该蒸发压力是与设定温度Te℃相对应的。
于是，如图5(a)所示，所述第一控制部101首先在比较电路150中计算出设定温度Te℃和实际的室内温度之间的温差，该实际的室内温度是用室内温度传感器44测量的。其后，在增益电路(gain circ uit)151中，用所述比较电路150的温差乘以常数K计算出低级侧压缩机21的运转频率，来对该低级侧压缩机21进行控制。
此外，由于所述高级侧压缩机31处于停止状态，所以所述第二控制部102没有对该高级侧压缩机31进行控制。
<单级压缩制冷循环的供暖运转>
在单级压缩制冷循环的供暖运转中，如图3所示，由于控制器100的控制，而使得四通转换阀23被设定成第一状态，三通转换阀32被设定成第二状态，电磁阀SV被设定成开启状态。还有，选择侧膨胀阀34被设定成全闭状态，室内侧膨胀阀42被设定成全开状态，室外侧膨胀阀25根据运转条件而被适当控制。而且，在该供暖运转中低级侧压缩机21运转，而高级侧压缩机31处于停止状态。也就是，当处于该供暖运转时在制冷剂回路15中，仅用低级侧压缩机21对制冷剂进行压缩，该低级侧压缩机21的吸入压力及喷出压力成为单级压缩制冷循环的低压力及高压力。
在室外机组20中，从低级侧压缩机21喷出的高压制冷剂经由四通转换阀23流经第一连接管道11后被导入选择机组30。
已经被导入选择机组30的高压制冷剂经由三通转换阀32流经第三连接管道13后被导入室内机组40。
在室内机组40中，高压制冷剂流经室内热交换器41，并向室内空气放热后凝结液化。其结果是室内空气被加热，能够进行供暖。在室内热交换器41中已经凝结了的液态制冷剂通过处于全开状态的室内侧膨胀阀42后流经第四连接管道14而被导入选择机组30。
已经被导入选择机组30的高压液态制冷剂流过主管道35后经由第二连接管道12而被导入室外机组20。
已经被导入室外机组20的制冷剂在通过室外侧膨胀阀25时被减压而膨胀，成为低压制冷剂。该低压制冷剂流经室外热交换器22，并从室外空气中吸热后蒸发。已经在室外热交换器22中蒸发了的低压制冷剂通过四通转换阀23后被低级侧压缩机21吸入并压缩，成为高压制冷剂。
<处于单级压缩制冷循环的供暖运转时的控制>
在单级压缩制冷循环的供暖运转中，所述控制器100的第一控制部101利用变换器对所述低级侧压缩机21的运转频率进行控制，以便使该低级侧压缩机21的运转频率与冷冻负荷即热负荷相对应。也就是，第一控制部101对低级侧压缩机21的运转频率进行控制，以使得室内热交换器41中的冷凝温度成为室内的设定温度Tc℃。具体来说，第一控制部101对低级侧压缩机21的运转频率进行控制，以使得低级侧压缩机21的喷出压力成为与冷凝压力相对应的压力值，且该冷凝压力是与设定温度Tc℃相对应的。
于是，如图5(a)所示，所述第一控制部101首先在比较电路150中计算出设定温度Tc℃和实际的室内温度之间的温差，该实际的室内温度是用室内温度传感器44测量的。其后，在增益电路151中，用所述比较电路150的温差乘以常数K计算出低级侧压缩机21的运转频率，来对该低级侧压缩机21进行控制。
此外，由于所述高级侧压缩机31处于停止状态，所以所述第二控制部102没有对该高级侧压缩机31进行控制。
<双级压缩制冷循环的供暖运转>
在双级压缩制冷循环的供暖运转中，如图4所示由于控制器100的控制，而使得四通转换阀23以及三通转换阀32被设定成第一状态，电磁阀SV被设定成闭合状态。还有，室内侧膨胀阀42、选择侧膨胀阀34以及室外侧膨胀阀25的开度根据运转条件而被适当调节。还有，在该供暖运转中低级侧压缩机21及高级侧压缩机31各自进行运转。也就是，当处于该供暖运转时在制冷剂回路15中进行双级压缩制冷循环，该双级压缩制冷循环为已经在低级侧压缩机21中被压缩了的制冷剂在高级侧压缩机31中得到进一步压缩，该低级侧压缩机21的吸入压力成为制冷循环的低压力，该低级侧压缩机21的喷出压力成为制冷循环的中间压力，该高级侧压缩机31的喷出压力成为制冷循环的高压力。
在选择机组30中，从高级侧压缩机31喷出的高压制冷剂流经第三连接管道13后被导入室内机组40。
在室内机组40中，高压制冷剂在通过室内热交换器41时，向室内空气放热后凝结液化。其结果是室内空气被加热，从而能够进行供暖。
已经在室内热交换器41中凝结了的液态制冷剂在通过室内侧膨胀阀42后，流经第四连接管道14而被导入选择机组30，并从主管道35通过选择侧膨胀阀34而流进液体流入管33a。液态制冷剂被室内侧膨胀阀42和选择侧膨胀阀34进行阶段式减压后膨胀，成为气液两相状态的中间压力制冷剂，并流入气液分离器33。
在气液分离器33中，气液两相状态的中间压力制冷剂被分离为气态制冷剂和液态制冷剂。被分离出来的饱和状态的气态制冷剂流经气体流出管33c而被送往高级侧压缩机31的吸入管31b。另一方面，被分离出来的液态制冷剂从液体流出管33b中流出，经由第二连接管道12后被导入室外机组20。
已经被导入室外机组20的中间压力液态制冷剂在通过室外侧膨胀阀25时被减压而膨胀，成为低压制冷剂，并且在通过室外热交换器22时，从室外空气中吸热后蒸发。在室外热交换器22中已经蒸发了的低压制冷剂经由四通转换阀23而被吸入低级侧压缩机21。在低级侧压缩机21中，低压制冷剂被压缩后成为中间压力制冷剂，该中间压力制冷剂经由四通转换阀23并流经第一连接管道11后，被导入选择机组30。
在选择机组30中，从低级侧压缩机21喷出的中间压力制冷剂通过三通转换阀32后流进高级侧压缩机31的吸入管31b。中间压力制冷剂在流经吸入管31b时与气体流出管33c所供给的气态制冷剂混合后，被吸入高级侧压缩机31。在高级侧压缩机31中，中间压力制冷剂被压缩而成为高压制冷剂。
如上所述，在双级压缩制冷循环的供暖运转中，通过用气液分离器33将中间压力的气液两相状态的制冷剂分离为气态制冷剂和液态制冷剂，并使分离后的气态制冷剂返回高级侧压缩机31，从而由于仅将液态制冷剂送往室外热交换器22，所以从气液分离器33到室外热交换器22为止的液体管道的压力损失降低，同时还能够抑制闪蒸现象(flashphenomenon)的出现，所述闪蒸现象是指液态制冷剂的一部分蒸发而残留于管道内的现象。
<处于双级压缩制冷循环的供暖运转时的控制>
在双级压缩制冷循环的供暖运转中，用所述控制器100的第一控制部101来对低级侧压缩机21进行控制，并且还用第二控制部102及第三控制部103来对高级侧压缩机31进行变频控制。
首先，如图5(a)所示，第一控制部101对所述低级侧压缩机21的运转频率进行控制，以便使该低级侧压缩机21的运转频率与冷冻负荷即热负荷相对应。也就是，第一控制部101对低级侧压缩机21的运转频率进行控制，以使得室内热交换器41中的冷凝温度成为室内的设定温度Tc℃。具体来说，第一控制部101对低级侧压缩机21的运转频率进行控制，以便使高级侧压缩机31的喷出压力成为与冷凝压力相对应的压力值，且该冷凝压力是与设定温度Tc℃相对应的。
于是，如图5(a)所示，所述第一控制部101首先在比较电路150中计算出设定温度Tc℃和实际的室内温度之间的温差，该实际的室内温度是用室内温度传感器44测量的。其后，在增益电路151中，用所述比较电路150的温差乘以常数K计算出低级侧压缩机21的运转频率，来对该低级侧压缩机21进行控制。
另一方面，通过所述第二控制部102的控制而使得低级侧压缩机21和高级侧压缩机31之间的中间压力PM成为规定值。在本实施方式中，所述中间压力的规定值指的是使第一压力比PM/PL和第二压力比PH/PM成为1∶1的中间压力值，该第一压力比PM/PL是低级侧压缩机21的喷出压力PM与吸入压力PL的比率，该第二压力比PH/PM是高级侧压缩机31的喷出压力PH与吸入压力PM的比率。也就是，该中间压力值是低级侧压缩机21的吸入压力PL和高级侧压缩机31的喷出压力PH的几何平均值{(PL·PH)1/2}。
具体来说，如图5(b)所示，第二控制部102在第一除法电路152中计算出低级侧压缩机21的第一压力比PM/PL，且在第二除法电路153中计算出所述高级侧压缩机31的第二压力比PH/PM。并且，在比较电路154中，计算出第一压力比PM/PL和第二压力比PH/PM的差{(PM/PL)-(PH/PM)}，然后用增益电路155从该压力比的差中推导出增益(gain)K。并且，在微分电路(derivation circuit)156中，用现在的高级侧压缩机31的运转频率乘以增益K推导出高级侧压缩机31的目标运转频率，然后对所述高级侧压缩机31进行控制，使该高级侧压缩机31按照该目标运转频率进行运转。
此外，虽然在本实施方式中低级侧压缩机21的吸入压力PL使用了吸入压力传感器83的测定值，该低级侧压缩机21的喷出压力PM使用了喷出压力传感器82的测定值，且高级侧压缩机31的吸入压力PM使用了吸入压力传感器81的测定值，该高级侧压缩机31的喷出压力PH使用了喷出压力传感器80的测定值，不过所述吸入压力和喷出压力也可以使用其他数值。具体来说，中间压力PM即低级侧压缩机21的喷出压力PM和高级侧压缩机31的吸入压力PM还能够使用气液分离器33之液体流出管33b的压力传感器89的测定值、或者使用与液体流出管33b的温度传感器88的测定值相对应的饱和压力。还有，高级侧压缩机31的喷出压力PH也可以使用与室内热交换器41中的冷凝温度相对应的冷凝压力，且低级侧压缩机21的吸入压力PL也可以使用与室外热交换器22中的蒸发温度相对应的蒸发压力。
并且，通过用该第一控制部101和第二控制部102反复进行控制，从而高级侧压缩机31以及低级侧压缩机21的运转频率成为与热负荷相对应且可实现最高COP的运转频率。
还有，另一方面在该双级压缩制冷循环的供暖运转中，在启动时第三控制部103代替第二控制部102对高级侧压缩机31的运转频率进行控制。具体来说，第三控制部103对高级侧压缩机31的运转频率进行控制，以便使该高级侧压缩机31的运转频率成为低级侧压缩机21的运转频率的n倍(例如n＝1.3)。也就是，可以防止下记问题出现，即：为了使中间压力成为所述规定值，当低级侧压缩机21的运转频率由于第一控制部101的控制而产生变动后，所述第二控制部102才进行反馈控制，以使得高级侧压缩机31的运转频率也产生变动，因此在启动时由于该反馈控制而产生了延迟，从而需要很长的时间才可以达到规定的运转能力。
-实施方式一的效果-
在本实施方式中，当处于供暖运转时的双级压缩式制冷循环的状态下，由于第一控制部101对低级侧压缩机21的运转频率进行了控制，使得该低级侧压缩机21的运转频率与冷冻负荷即热负荷相对应，并且第二控制部102对高级侧压缩机31的运转频率进行了控制，以使得低级侧压缩机21的第一压力比PM/PL与高级侧压缩机31的第二压力比PH/PM成为1∶1，所以能够进行与热负荷相对应的运转，同时还能够实现COP的提高，因此能够根据运转条件来进行相应的运转。
还有，在本实施方式中，当由原有的室外机组20和室内机组40彼此连接来进行单级压缩制冷循环的运转时，第一控制部101通过控制低级侧压缩机21的运转频率从而进行了与冷冻负荷相对应的运转能力控制，并且即使在连接了选择机组30后进行双级压缩制冷循环时，也可以进行所述运转能力控制，通过对低级侧压缩机21的运转频率进行控制，从而进行与冷冻负荷相对应的运转能力控制，因此能够实现控制部件构成的简单化。
还有，在启动时，由于第三控制部103代替第二控制部102对高级侧压缩机31的运转频率进行了控制，所以在启动时能够防止由于第二控制部102的反馈控制而产生的对高级侧压缩机31的控制延迟，从而能够根据热负荷迅速进行相应的运转。
《发明的实施方式二》
如图6所示，本发明的实施方式二所涉及的装置是对冷却室内进行冷却的冷冻装置120。该冷冻装置120包括设置在室外的室外机组20、构成增设用机组的选择机组30、设置在冷却室内的室内机组40以及对冷冻装置120的运转进行控制的控制器100。所述室外机组20通过第一连接管道11及第二连接管道12与选择机组30连接。还有，室内机组40通过第三连接管道13及第四连接管道14与选择机组30连接。由此，在所述冷冻装置120中构成了制冷剂回路15，并且在该制冷剂回路15中制冷剂循环从而进行蒸汽压缩式制冷循环。
此外，选择机组30构成了原有的分体式冷冻装置的增能机组。具体来说，在原有的冷冻装置中，能够在由室外机组20和室内机组40构成的制冷剂回路中通过对冷却室内的储藏物进行冷藏的单级压缩制冷循环动作来进行制冷运转，并且当在所述室外机组20及室内机组40之间连接选择机组30时，还能够通过对冷却室内的储藏物进行冷冻的双级压缩制冷循环动作来进行制冷运转。
<室外机组>
在所述室外机组20中设置有高级侧压缩机31和室外热交换器22。
所述高级侧压缩机31是涡旋式压缩机，被构成为通过用变换器来进行供电从而可以使该高级侧压缩机31的运转频率产生变化，并且通过改变该变换器的输出频率从而可以使压缩机马达的运转速度发生变化。也就是，所述高级侧压缩机31被构成为容量能够由于变频控制而产生变化的第一压缩机构。
所述室外热交换器22由横向肋片管式热交换器构成。在室外热交换器22的附近设置有室外风扇24。室外风扇24将室外空气送往室外热交换器22。
所述高级侧压缩机31的吸入管31b被连接在第二连接管道12的一端上，喷出管31a经由室外热交换器22被连接在第一连接管道11的一端上。
还有，在高级侧压缩机31的喷出管31a上设置有高级侧油分离器36。第二回油管37的一端连接在该高级侧油分离器36上，该第二回油管37的另一端与高级侧压缩机31的吸入管31b连接。还有，在第二回油管37上连接有第二毛细管38。如上所述，被构成为由高级侧油分离器36分离出来的冷冻机油通过第二回油管37被进行减压后返回高级侧压缩机31。
还有，在室外机组20中设置有各种传感器。具体来说，在高级侧压缩机构31的喷出管31a上设置有喷出压力传感器80及喷出温度传感器84，在吸入管31b上设置有吸入压力传感器81及吸入温度传感器85。还有，设置有室外气温传感器18和室外热交换器22的制冷剂温度传感器29。
<选择机组>
在所述选择机组30中设置有低级侧压缩机21、气液分离器33、选择侧膨胀阀34、第一三通转换阀70以及第二三通转换阀71。
所述低级侧压缩机21是涡旋式压缩机，被构成为通过用变换器来进行供电从而可以使该低级侧压缩机21的运转频率产生变化，并且通过改变该变换器的输出频率从而可以使压缩机马达的运转速度发生变化。也就是，所述低级侧压缩机21被构成为容量能够由于变频控制而产生变化的第二压缩机构。
所述气液分离器33由圆筒状的密封容器构成，在该气液分离器33的下部形成有液层即液态制冷剂储存部，并且在该液态制冷剂储存部的上侧形成有气态制冷剂储存部。在所述气液分离器33上分别连接有液体流入管33a和液体流出管33b，液体流入管33a贯通该气液分离器33的壳体部并面向气态制冷剂储存部，液体流出管33b贯通该气液分离器33的底部并面向液态制冷剂储存部。还有，在气液分离器33上还连接有气体流出管33c，该气体流出管33c贯通该气液分离器33的顶部并面向气态制冷剂储存部。
所述第一三通转换阀70具有三个端口，即第一至第三端口。在第一三通转换阀70中，第一端口与气液分离器33的液体流出管33b的流出端连接，第二端口与气液分离器33的液体流入管33a的流入端连接，第三端口与第一液体侧连接管道11的另一端连接。所述第一三通转换阀70被构成为能够在下记所述的第一状态(图6中实线所示的状态)和第二状态(图6中虚线所示的状态)之间进行转换，第一状态为使第二端口和第三端口连通，第二状态为使第一端口和第三端口连通。
所述第二三通转换阀71具有三个端口，即第一至第三端口。在第二三通转换阀71中，第一端口经由连接管47与第三连接管道13的一端连接，第二端口与低级侧压缩机21的喷出管21a连接，第三端口与第二连接管道12的另一端连接。第二三通转换阀71被构成为能够在下记所述的第一状态(图6中实线所示的状态)和第二状态(图6中虚线所示的状态)之间进行转换，第一状态为使第二端口和第三端口彼此连通，第二状态为使第一端口和第三端口彼此连通。
第四连接管道14的一端被连接在液体流出管33b的中途。在液体流入管33a的中途设置有所述选择侧膨胀阀34。该选择侧膨胀阀34由能够进行开度调节的电子膨胀阀构成。另一方面，气体流出管33c的流出端被连接在低级侧压缩机21的喷出管21a的中途。
还有，在所述低级侧压缩机21的喷出管21a上设置有低级侧油分离器26。第一回油管27的一端连接在该低级侧油分离器26上，该第一回油管27的另一端与低级侧压缩机21的吸入管21b连接。还有，在第一回油管27上连接有第一毛细管28。如上所述，被构成为由低级侧油分离器26分离出来的冷冻机油在流经第一回油管27时被减压，然后返回低级侧压缩机21。
还有，在选择机组30中设置有各种传感器。具体来说，在低级侧压缩机构21的喷出管21a上设置有喷出压力传感器82及喷出温度传感器86，在吸入管21b上设置有吸入压力传感器83及吸入温度传感器87。还有，在气液分离器33的液体流出管33b上设置有温度传感器88和压力传感器89。
<室内机组>
在所述室内机组40中设置有室内热交换器41以及室内侧膨胀阀42。室内热交换器41由横向肋片管式热交换器构成。在室内热交换器41的附近设置有室内风扇43。室内风扇43将室内空气送往室内热交换器41。所述室内侧膨胀阀42由能够进行开度调节的电子膨胀阀构成。
在室内机组40中，第三连接管道13的另一端通过室内热交换器41及室内侧膨胀阀42连接在第四连接管道14的另一端。
还有，在室内机组40中设置有冷却室内温度传感器44、和室内热交换器41的制冷剂温度传感器45。
<控制器>
所述控制器100是通过对设置在所述制冷剂回路15中的各种阀进行切换和开度调整等，来对所述冷冻装置120的运转动作进行控制的装置。所述控制器100包括第一控制部101、第二控制部102和第三控制部103。所述第一控制部101是利用变换器对高级侧压缩机31的运转频率进行控制以便使该高级侧压缩机31的运转频率与冷冻负荷相对应的部件，被构成为第一控制部件。所述第二控制部102是为了使双级压缩的中间压力成为规定值而用变换器对所述低级侧压缩机21的运转频率进行控制的部件，被构成为第二控制部件。所述第三控制部103被构成为第三控制部件，该第三控制部件是在启动时代替所述第二控制部102来对低级侧压缩机21的运转频率进行控制，以使得低级侧压缩机21的运转频率成为根据高级侧压缩机31的运转频率所推导出的规定的目标运转频率。
-运转动作-
下面，关于本实施方式的冷冻装置120的运转动作进行说明。
所述冷冻装置120通过对冷却室内的储存物进行冷藏的单级压缩制冷循环动作来进行制冷运转，还通过对冷却室内的储存物进行冷冻的双级压缩制冷循环动作来进行制冷运转。
<单级压缩制冷循环的制冷运转>
在单级压缩制冷循环的制冷运转中，如图7所示，由于控制器100的控制，而使得选择机组30的第一三通转换阀70以及第二三通转换阀71被设定成第二状态。还有，室内侧膨胀阀42的开度根据运转条件而被适当调节。而且，在该制冷运转中高级侧压缩机31运转，而低级侧压缩机21处于停止状态。也就是，当处于制冷运转时在制冷剂回路15中，仅用高级侧压缩机31对制冷剂进行压缩，该高级侧压缩机31的吸入压力及喷出压力成为单级压缩制冷循环的低压力及高压力。
在室外机组20中，从高级侧压缩机31喷出的高压制冷剂被送往室外热交换器22，向室外空气放热后凝结液化。在室外热交换器22中已经凝结了的高压液态制冷剂流经第一连接管道11后被导入选择机组30。
在选择机组30中，高压制冷剂经由第一三通转换阀70流过液体流出管33b后，通过第四连接管道14而被导入室内机组40。
已经被导入室内机组40的高压制冷剂在通过室内侧膨胀阀42之际被减压而膨胀，成为低压制冷剂。该低压制冷剂流经室内热交换器41，从室内空气中吸热后蒸发。其结果是冷却室内的空气被冷却。在室内热交换器41中已经蒸发了的制冷剂从第三连接管道13被导入选择机组30。
已经被导入选择机组30的低压制冷剂流过连接管47后经由第二三通转换阀71而流经第二连接管道12，然后被导入室外机组20。已经被导入室外机组20的低压制冷剂被高级侧压缩机31吸入后进行压缩，成为高压制冷剂。
<处于单级压缩制冷循环的制冷运转时的控制>
在单级压缩制冷循环的制冷运转中，所述控制器100的第一控制部101利用变换器对所述高级侧压缩机31的运转频率进行控制，以便使该高级侧压缩机31的运转频率与冷冻负荷即冷却负荷相对应。也就是，第一控制部101对高级侧压缩机31的运转频率进行控制，以使得室内热交换器41中的蒸发温度成为冷却室内的设定温度Te℃。具体来说，第一控制部101对高级侧压缩机31的运转频率进行控制，以使得高级侧压缩机31的吸入压力成为与蒸发压力相对应的压力值，且该蒸发压力是与设定温度Te℃相对应的。
于是，如图9(a)所示，所述第一控制部101首先在比较电路160中计算出设定温度Te℃和实际的冷却室内温度之间的温差，该实际的冷却室内温度是用室内温度传感器44测量的。其后，在增益电路161中，用所述比较电路160的温差乘以常数K计算出高级侧压缩机31的运转频率，来对该高级侧压缩机31进行控制。
此外，由于所述低级侧压缩机21处于停止状态，所以所述第二控制部102没有对所述低级侧压缩机21进行控制。
<双级压缩制冷循环的制冷运转>
在双级压缩制冷循环的制冷运转中，如图8所示，由于控制器100的控制，而使得选择机组30的第一三通转换阀70以及第二三通转换阀71被设定成第一状态。还有，室内侧膨胀阀42的开度根据运转条件而被适当调节。还有，在该制冷运转中低级侧压缩机21及高级侧压缩机31各自进行运转。也就是，当处于该制冷运转时在制冷剂回路15中进行双级压缩制冷循环，该双级压缩制冷循环为已经在低级侧压缩机21中被压缩了的制冷剂在高级侧压缩机31中得到进一步压缩，该低级侧压缩机21的吸入压力成为制冷循环的低压力，该低级侧压缩机21的喷出压力成为制冷循环的中间压力，该高级侧压缩机31的喷出压力成为制冷循环的高压力。
在室外机组20中，从高级侧压缩机31喷出的高压制冷剂被送往室外热交换器22，制冷剂向室外空气放热后凝结液化。已经在室外热交换器22中凝结了的高压液态制冷剂流经第一连接管道11后被导入选择机组30。
在选择机组30中，高压液态制冷剂在通过第一三通转换阀70后流经液体流入管33a。高压液态制冷剂在通过选择侧膨胀阀34时被减压而膨胀，成为气液两相状态的中间压力制冷剂，然后流入气液分离器33。在气液分离器33中，气液两相状态的中间压力制冷剂被分离为气态制冷剂和液态制冷剂。被分离出来的饱和状态的气态制冷剂通过气体流出管33c而被送往低级侧压缩机21的喷出管21a。另一方面，被分离出来的液态制冷剂从液体流出管33b中流出，通过第四连接管道14而被导入室内机组40。
在室内机组40中，中间压力液态制冷剂在通过室内侧膨胀阀42时被减压而膨胀，成为低压制冷剂。低压制冷剂在通过室内热交换器41时，从室内空气中吸热后蒸发。其结果是冷却室内的空气得到冷却。已经蒸发了的低压制冷剂在通过第三连接管道13后被导入选择机组30。
在选择机组30中，低压制冷剂通过第三连接管道13后流经低级侧压缩机21的吸入管21b，然后被低级侧压缩机21吸入并压缩，成为中间压力制冷剂。该中间压力制冷剂流经低级侧压缩机21的喷出管21a，在与由气体流出管33c所供给的饱和状态的气态制冷剂混合后，通过第二三通转换阀71而流向第二连接管道12，然后被导入室外机组20。
已经被导入室外机组20的中间压力制冷剂经由高级侧压缩机31的吸入管31b而被高级侧压缩机31吸入并压缩，成为高压制冷剂。
<处于双级压缩制冷循环的制冷运转时的控制>
在双级压缩制冷循环的制冷运转中，所述控制器100的第一控制部101利用变换器对所述高级侧压缩机31的运转频率进行控制，以使得该高级侧压缩机31的运转频率与冷冻负荷即冷却负荷相对应。也就是，第一控制部101对高级侧压缩机31的运转频率进行控制，以使得室内热交换器41中的蒸发温度成为冷却室内的设定温度Te℃。具体来说，第一控制部101对高级侧压缩机31的运转频率进行控制，以使得低级侧压缩机21的吸入压力成为与蒸发压力相对应的压力值，且该蒸发压力是与设定温度Te℃相对应的。
于是，如图9(a)所示，所述第一控制部101首先在比较电路160中计算出设定温度Te℃和实际的冷却室内温度之间的温差，该实际的冷却室内温度是用室内温度传感器44测量的。其后，在增益电路161中，用所述比较电路160的温差乘以常数K计算出高级侧压缩机31的运转频率，来对该高级侧压缩机31进行控制。
另一方面，所述第二控制部102进行控制而使得双级压缩制冷循环的中间压力成为规定值。在本实施方式中，所述中间压力的规定值是使低级侧压缩机21的第二压力比PM/PL、和高级侧压缩机31的第一压力比PH/PM成为1∶1的中间压力值PM。也就是，该中间压力值PM是低级侧压缩机21的吸入压力PL和高级侧压缩机31的喷出压力PH的几何平均值{(PL·PH)1/2}。
具体来说，如图9(b)所示，第二控制部102在第一除法电路162中计算出高级侧压缩机31的第一压力比PH/PM，且在第二除法电路163中计算出低级侧压缩机21的第二压力比PM/PL。并且，在比较电路164中，计算出第一压力比PH/PM和第二压力比PM/PL的差{(PH/PM)-(PM/PL)}，然后用增益电路165从该压力比的差中推导出增益K。并且，在微分电路166中，用现在的低级侧压缩机21的频率乘以增益K推导出低级侧压缩机21的目标运转频率，然后对所述低级侧压缩机21进行控制，使该低级侧压缩机21按照该目标运转频率进行运转。
并且，通过用该第一控制部101和第二控制部102反复进行控制，从而高级侧压缩机31以及低级侧压缩机21的运转频率成为与冷冻负荷相对应且可实现最高COP的运转频率。
还有，另一方面在该双级压缩制冷循环的制冷运转中，在启动时第三控制部103代替第二控制部102对低级侧压缩机21的运转频率进行控制。具体来说，第三控制部103对低级侧压缩机21的运转频率进行控制，以便使该低级侧压缩机21的运转频率成为高级侧压缩机31的运转频率的n倍(例如n＝1.3)。也就是，可以防止下记问题出现，即：为了使中间压力成为所述规定值，当高级侧压缩机31的运转频率由于第一控制部101的控制而产生变动后，所述第二控制部102才进行反馈控制，以使得低级侧压缩机21的运转频率也产生变动，因此在启动时由于该反馈控制而产生了延迟，从而需要很长的时间才可以达到规定的运转能力。
-实施方式二的效果-
在本实施方式中，在处于制冷运转时的双级压缩式制冷循环的状态下，由于第一控制部101对高级侧压缩机31的运转频率进行了控制，而使得高级侧压缩机31的运转频率与冷冻负荷相对应，并且第二控制部102对低级侧压缩机21的运转频率进行了控制，以使得高级侧压缩机31的第一压力比PH/PM与低级侧压缩机21的第二压力比PM/PL成为1∶1，所以能够进行与冷冻负荷相对应的运转，同时还能够实现COP的提高，因此能够根据运转条件来进行相应的运转。
还有，在本实施方式中，当由原有的室外机组20和室内机组40彼此连接来进行单级压缩制冷循环的运转时，利用第一控制部101控制高级侧压缩机31的运转频率从而进行了与冷冻负荷相对应的运转能力控制，并且即使在连接了选择机组30后进行双级压缩制冷循环时，也可进行所述运转能力控制，通过对高级侧压缩机31的运转频率进行控制，从而进行与冷冻负荷相对应的运转能力控制，因此能够实现控制部件构成的简单化。
还有，在启动时，由于第三控制部103代替第二控制部102对低级侧压缩机21的运转频率进行了控制，所以在启动时能够防止由于第二控制部102的反馈控制而产生的对低级侧压缩机21的控制延迟，从而能够根据冷冻负荷迅速进行相应的运转。
其他的构成、作用以及效果都与实施方式一相同。
《其他的实施方式》
也可以将所述实施方式设定为下述构成。
虽然在所述各实施方式中通过在室外机组20以及室内机组40之间连接选择机组30而构成了制冷剂回路15，不过所述选择机组30和室外机组20并不一定是独立的机组(separate unit)，也可以用一体型的室外机组来构成所述选择机组30和室外机组20。
所述各实施方式的制冷剂回路15的构成并没有被特别限定，例如各压缩机构可以不是由一台压缩机来构成，而是由并联连接的多台压缩机而构成的。还有，在所述实施方式一中，也可以设置电磁阀来取代选择侧膨胀阀34，并且在双级压缩制冷循环的供暖运转时，将该电磁阀设定成全开状态，仅用室外侧膨胀阀42将制冷剂减压至中间压力。
还有，也可以在制冷机组(chilling unit)中等应用本发明的冷冻装置。此时，例如也可以设置对水进行冷却/加热的板式热交换器，以此来取代所述各实施方式的室内热交换器。
此外，以上的实施方式是本质上理想的示例，但并没有意图对本发明、本发明的适用物以及它的用途范围加以限定。
(产业上的利用可能性)
如以上说明所示，本发明在下记所述的冷冻装置中对于压缩机构的运转容量控制而言是有用的，该冷冻装置包括制冷剂回路，该制冷剂回路具有两个压缩机构，在该制冷剂回路中进行双级压缩制冷循环。

Claims (6)

1.一种冷冻装置，包括制冷剂回路(15)，该制冷剂回路(15)具有可变容量的第一压缩机构(21、31)和可变容量的第二压缩机构(31、21)，在该制冷剂回路(15)中进行双级压缩制冷循环，其特征在于：
所述冷冻装置，包括：
第一控制部件(101)，对所述第一压缩机构(21、31)的运转容量进行增减控制，以便使该第一压缩机构(21、31)的运转容量与冷冻负荷相对应，和
第二控制部件(102)，对所述第二压缩机构(31、21)的运转容量进行增减控制，以便使所述双级压缩制冷循环的中间压力成为规定值。
2.根据权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于：
所述第二控制部件(102)对所述第二压缩机构(31、21)的运转容量进行控制，以便使所述第一压缩机构(21、31)的喷出压力与吸入压力的比率即第一压力比、和所述第二压缩机构(31、21)的喷出压力与吸入压力的比率即第二压力比成为1∶1。
3.根据权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于：
所述冷冻装置包括第三控制部件(103)，该第三控制部件(103)在启动时代替所述第二控制部件(102)对所述第二压缩机构(31、21)的运转容量进行控制，以便使该所述第二压缩机构(31、21)的运转容量成为根据第一压缩机构(21、31)的运转容量所推导出的规定的目标运转容量。
4.根据权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于：
在供暖运转时，所述第一压缩机构(21、31)由低级侧压缩机构(21)构成，所述第二压缩机构(31、21)由高级侧压缩机构(31)构成，
在所述供暖运转时，所述第一控制部件(101)对所述低级侧压缩机构(21)的运转容量进行控制，以便使所述高级侧压缩机构(31)的喷出压力成为规定的目标值，并且所述第二控制部件(102)对所述高级侧压缩机构(31)的运转容量进行控制，以便使所述中间压力成为规定值。
5.根据权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于：
在制冷运转时，所述第一压缩机构(21、31)由高级侧压缩机构构成，所述第二压缩机构(31、21)由低级侧压缩机构构成，
在所述制冷运转时，所述第一控制部件(101)对所述高级侧压缩机构(31)的运转容量进行控制，以便使所述低级侧压缩机构(21)的吸入压力成为规定的目标值，并且所述第二控制部件(102)对所述低级侧压缩机构(21)的运转容量进行控制，以便使所述中间压力成为规定值。
6.根据权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于：
所述第一压缩机构(21、31)以及所述第二压缩机构(31、21)被进行变频控制。
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