(57)【要約】【課題】技術的実現が簡単で速度変化用の制御電子部品が不要である、冷却ユニット圧縮機用のコントローラを提供する。【解決手段】コントローラは、電源網に接続される主電源接続手段１０と、交流主電源電圧から中間電圧を生成する第１の電圧変換手段１４と、交流主電源電圧のレベル及び主電源周波数に依存せずに且つ予め定められることが可能な複数の相異なる電圧レベルのうちのある交流電圧で冷却ユニット圧縮機を制御する出力信号を生成する第２の電圧変換手段１６−１，１６−２と、交流主電源電圧を検出するように機能する電圧検出手段１２と、を備える。電圧検出手段１２の検出手段出力信号は、第２の電圧変換手段１６−１，１６−２、又は第２の電圧変換手段１６−１，１６−２に対応付けられた制御手段２４によって、主電源電圧に依存する最大値であって、出力信号の電流の最大値を生成するために評価され得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの二相交流非同期モータ（Ｋ１，Ｋ２）を含む冷却ユニット圧縮機用のコントローラであって、
８５Ｖ〜２６４Ｖ、特には１００Ｖ〜２３０Ｖの交流主電源電圧を公称とする電源網、好ましくは公共の電源網に接続されるための主電源接続手段（１０）と、
前記主電源接続手段の下流側に接続されており、前記交流主電源電圧から中間電圧、特には直流中間電圧を生成するように機能する、第１の電圧変換手段（１４）と、
前記第１の電圧変換手段の下流側に接続されており、前記交流主電源電圧のレベル及び主電源周波数に依存せずに且つ予め定められることが可能な複数の相異なる電圧レベルのうちのある交流電圧で前記冷却ユニット圧縮機を制御するように機能する出力信号、特には経時的に電圧一定および／または周波数一定の出力信号を生成するように機能する、第２の電圧変換手段（１６−１，１６−２）と、
前記主電源接続手段に対応付けられており、前記交流主電源電圧を検出するように機能する電圧検出手段（１２）であって、当該電圧検出手段（１２）の検出手段出力信号が、前記第２の電圧変換手段、又は前記第２の電圧変換手段に対応付けられた制御手段（２４）によって、前記主電源電圧に依存する最大値であって、前記出力信号の電流の最大値を生成するために評価されることが可能である、電圧検出手段（１２）と、
を備える、コントローラ。
【請求項２】
請求項１に記載のコントローラにおいて、前記冷却ユニット圧縮機を含む冷却ユニットの冷却対象空間に対応付けられることが可能な温度センサ手段により検出された温度（Ｔ１）が閾値よりも大きい場合に、動作モード手段（２４）が、前記出力信号を生成する前記第２の電圧変換手段を、電流の前記最大値に相当する最大電流を上限として、第１の交流出力電圧レベル、好ましくは一定の第１の交流出力電圧レベルで動作させるように、かつ、検出された温度が前記閾値以下である場合に、前記動作モード手段が、前記出力信号を生成する前記第２の電圧変換手段を、前記第１の交流出力電圧レベルよりも低い第２の交流出力電圧レベル、好ましくは一定の第２の交流出力電圧レベルで動作させるように、前記第２の電圧変換手段に、前記温度センサ手段（２６）及び前記動作モード手段（２４）が対応付けられていることを特徴とする、コントローラ。
【請求項３】
請求項２に記載のコントローラにおいて、前記第１の交流出力電圧レベルに対する前記第２の交流出力電圧レベルの比が、０．８未満、好ましくは０．６〜０．７５の範囲内であることを特徴とする、コントローラ。
【請求項４】
請求項２または３に記載のコントローラにおいて、冷却ユニット圧縮機の第１および第２の交流非同期モータに対する前記出力信号を生成する前記第２の電圧変換手段は、冷却モードにおいて、前記温度が高い方の第１の温度閾値以下になるまで前記出力信号が前記第１の交流非同期モータに対してのみ生成及び出力されるように、かつ、前記温度が前記第１の温度閾値以下になると前記第２の交流非同期モータに対して前記出力信号が生成及び出力されるように構成されていることを特徴とする、コントローラ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のコントローラにおいて、前記第２の電圧変換手段は、前記電圧検出手段の前記検出手段出力信号に応答し、当該検出手段出力信号の値であって、引き込まれた電流に相当する値が前記最大電流値を超えた場合には、接続された前記冷媒圧縮機への前記出力信号を用いた供給が停止されるように構成されていることを特徴とする、コントローラ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のコントローラにおいて、前記第１および第２の電圧変換手段が、接続されたユニット圧縮機の速度を制御するものではなく、かつ／あるいは、接続された当該ユニット圧縮機の速度に相当する又は依存する信号を受け取るものではないことを特徴とする、コントローラ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のコントローラにおいて、前記第１の電圧変換手段が、力率改善（ＰＦＣ）、特にはアクティブ力率改善を実現することを特徴とする、コントローラ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載のコントローラにおいて、前記第２の電圧変換手段に接続された又は接続可能な交流非同期モータが、追加のセンサライン及び／又は制御ラインがない二相で接続されるか又は接続可能であり、かつ、補助相を生成する手段、特にはキャパシタ、あるいは、補助相を生成する電子的な手段を有していることを特徴とする、コントローラ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載のコントローラと、
２つの交流非同期モータを含む前記冷却ユニット圧縮機と、
を備える、冷却ユニット圧縮機システムであって、
前記第２の電圧変換手段は、検出された冷却温度が閾値よりも大きい場合には第１の前記交流非同期モータが始動および／または開始動作のために制御されるように、かつ、前記温度が前記閾値を下回った後でのみ第２の前記交流非同期モータが制御されるように構成されており、
前記第２の電圧変換手段は、好ましくは目標の冷却温度が検出されると、前記交流非同期モータを制御する前記出力信号の電圧を低下させる、システム。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか一項に記載のコントローラと、請求項９に記載のシステムとのいずれか一方または両方の使用方法であって、−５０℃未満、好ましくは−６０℃未満、より好ましくは−７５℃未満である冷却対象空間の目標冷却温度で動作されることが可能な冷却ユニットを実現するための使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの二相交流非同期モータを含む冷却ユニット圧縮機用のコントローラに関する。本発明は、さらに、２つの交流非同期モータを含む冷却ユニット圧縮機との関連でのこのようなコントローラを備えるシステムに関する。本発明は、さらに、このようなコントローラやこのようなシステムの使用方法であって、深冷温度域の冷却ユニットを実現するための使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却ユニットにおける、汎用コントローラ及び当該汎用コントローラにより制御される冷却ユニット圧縮機は、極低温（Ｕｌｔ）冷凍機として知られた分野に特に関する。この種の冷却ユニットは、一般的に産業目的や研究目的で使用され、冷却対象空間を−４０℃未満、典型的には−６０℃未満から−８０℃迄や−８０℃未満の冷却温度に保持することが可能である。これらの装置の典型的な用途目的は、長期的な冷却である。すなわち、被冷却物として適宜用いられ得る生体試料もしくは医療検体又はこの種の内容物が、これらの目標温度域で一般的に数週間又は数ヶ月の間保管される。つまり、恒久的な冷却モード用の汎用的な冷却技術が、対応する冷却ユニットを用いて構成されることになる。一般的に、このような冷却ユニットの典型的な電力消費量は、（−５０℃未満の冷却温度での定常状態で）約１．２ｋＷとなる。したがって、この技術の一日当たりの電気エネルギー消費量は約１５ｋＷ〜２０ｋＷとなって高くなる。
【０００３】
前提として、圧縮機ユニットの枠組内では、所望の目標低温域が単一の冷媒ブランチ（通常、圧縮機モータとして交流非同期モータを具備している）のみによって提供されるのではないことが、現行技術から知られている。むしろ、２段のシステム、つまり、２つの圧縮機モータを備えるシステムが設けられることが知られている。例えばこの点に関して言えば、本発明の一般背景技術との関連で言及する特許文献１に、−４０℃未満の極低温冷却ユニットの分野における、圧縮機モータをそれぞれ含む２つの冷却回路で構成されたカスケード型システムであって、第１の冷却回路が水蒸気凝縮器を介して動作環境と相互作用すると共に、当該第１の冷却回路により生成された冷却体積が第２の冷却回路によってさらに冷却されることにより、−８０℃迄や−８０℃未満の所望の値を高い信頼度で達成する、カスケード型システムが開示されている。この状態から、圧縮機モータとして機能する交流非同期モータがサーモスタット制御やセンサ制御で適切にオン／オフ切替えられるだけで、その目標温度がダウン冷却以降の恒久的な動作温度として確実に維持されることが知られている。
【０００４】
特許文献１では、現行技術の短所に既に取り組んでおり、この種のシステムのエネルギー消費量の非効率が批判されている。例えば、上記冷却回路（つまり、上記モータの各動作ライン）は最大負荷に耐えられるように構成されており、これはダウン冷却の間は有利となるものの、上記目標温度の定常冷却モード以降はその必要性がなくなる。具体的に述べると、この引用文献は、このような効率性の欠点以外にも、上記モータをオン／オフ切替えすることで機械的な問題が生じ、振動や騒音が発生するという点についても特に批判している。
【０００５】
特許文献１では、上記圧縮機モータの可変速制御によってこの問題を解決するというアプローチが取られており、具体的に述べると、例えばダウン冷却が終わって上記目標温度に到達し、温度が（単に）その水準に維持されるだけで良くなれば、負荷を減少させる目的でモータ速度を適宜下げるという技術が想定されている。
【０００６】
この提案は原理としては洗練されているように見受けられ且つ少なくとも１つの圧縮機モータ出力の可変性を可能にしているが、この既知のアプローチにも欠点が残っている。例えば、制御やモータ構造の複雑性が大幅に増し、定格電気出力がキロワット範囲になることを考慮に入れる必要があるところ、対応するモータ設計との関連で制御の複雑性を大幅に増大せざるを得ないことを意味する。しかも、極低温冷却ユニットという繊細な技術分野では、速度センサなどのケーブルのスルーラインなどの圧縮機フィードラインが増えるごとに密封やヒートブリッジに関する問題が生じるので、基本的に不利である。
【０００７】
特許文献１の現行技術には、さらに、様々な商用電源電圧系統や特定の電源網の所定の商用電源電圧に対してモータ制御を適合化させるには回路の複雑性を大幅に増大せざるを得ないという追加の問題が存在している。これは、各地域（北米、日本、欧州など）及び当該地域の交流電源網に準拠した適切な圧縮機モータを使用し、当該モータをその地域での商用電源電圧に合わせて（典型的に５０Ｈｚ又は６０Ｈｚである特定の周波数も含めて）構成することが、他の現行技術の既知の方法だからである。モータがその時々の商用電源で単にオン／オフ切替えされるだけであれば、何の不便もなく動作を行えるが、様々な交流電圧や商用交流電源電圧に対してモータ制御を汎用的に使用可能なものにするのであれば、当然ながら特別な調節が施された非同期モータが必要となる。この点に関しても、汎用的な冷却ユニットに根幹的な変更を施さずとも、当該汎用的な冷却ユニットを様々な商用電源電圧や商用電源周波数（典型的には、５０Ｈｚ〜６０Ｈｚで１００Ｖ〜２３０Ｖの範囲内）で融通良く動作可能なものとすることが所望されるので、改善の必要性が明らかに存在する。
【０００８】
最後に、電源網（一般的には、公共電源網）からの各商用電源電圧環境は、冷却ユニット圧縮機の寸法や設計を（当該冷却ユニット圧縮機の制御も含めて）左右する別の課題をもたらす。通常、所与の地域や国の特定の電源網仕様に応じて、当該交流電源網から引き込むことが可能な電流には、超えてはいけない最大電流が定められている。勿論、特殊な用途に関してはより大きい電流の消費点が確立されている場合もあるが、これは追加の手間がかかるだけでなくコストも割に合わない。特許文献１に記載の装置は、この点に関して（最大）電流消費量に最適化されていないように見受けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第８０１１１９１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の目的は、少なくとも１つの二相交流非同期モータを含む冷却ユニット圧縮機用の、（ハードウェア関連の）技術的実現が簡単なコントローラであって、具体的に述べると、圧縮機モータの速度を変化させる複雑な制御電子部品を不要とする一方で、特にダウン冷却以降の定常冷却モード時の電力消費量を下げることによってエネルギー効率を確保することができると同時に、所与の電源網に内在する最大電流消費量の上限をどの動作状態においても超えないことを確実にする、コントローラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は、主請求項の構成を備えるコントローラにより達成される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。（少なくとも）２つの交流非同期モータを含む、冷却ユニット圧縮機をカスケード型段連結ユニットとして実現するシステムについても、本発明の範疇での保護が請求されている。このようなカスケード型段連結ユニットとしては、例えば特許文献１に記載されたものが挙げられ、その冷却回路構造及び圧縮機構造については、本発明の一部として本願の開示内容に取り入れたものとする。最後に、本発明は、本発明に係るこのようなコントローラ又はこのようなシステムの使用方法であって、目標冷却温度が−４０℃未満、好ましくは−６０℃未満、より好ましくは−７５℃未満である冷却ユニットを実現するための使用方法も請求している。
【００１２】
本発明に係る有利な一形態において本発明は、前述の引用文献とは異なるアプローチを取る。これは、第１および第２の電圧変換手段で構成されたシステムにより、電源網で予め定められている様々な主電源周波数の様々な入力（主電源）電圧に融通良く適合できるだけでなく、出力側においてもこの種のアーキテクチャを可能にし得るということ、すなわち、交流非同期モータとして構成および接続される圧縮機モータに対して、予め定められることが可能で且つ様々な電圧レベルに設定されることが可能な交流電圧出力信号を供給できるということが本発明おいて判明しているからである。これは、例えば最大出力ダウン冷却モード等で印加される交流電圧が、前記目標温度を一定に保持することに関する後続の定常冷却モード時に印加される交流電圧よりも高くなるという知見に基づいたものであり、したがって前記電圧変換手段によって同技術の土台を築いている。
【００１３】
本発明では、さらに、交流主電源電圧を検出する電圧検出手段が設けられており、当該電圧検出手段の検出手段出力信号が前記電圧変換手段により、特定の電源網の容量に応じた、前記出力信号の最大電流値を求めて且つこれに従うように用いられる。
【００１４】
このようにして、本発明は、少なくとも１つの前記交流非同期モータの速度変化や速度制御を行うことなく、かつ、電力引込量が特定の電源網の条件と合わない過剰なものになるというリスクを伴うことなく（様々な電源網に対して融通良く接続可能である）、最良のエネルギー効率での最適化された動作挙動を実現することができる。
【００１５】
つまり、本発明に係る有利な一構成における前記電圧変換手段は、前記冷却ユニットの冷却対象空間（用いられる冷却空間）に対応付けられることが可能な温度センサ手段の支援により、かつ、対応付けられた動作モード手段の働きにより、以下に述べる構成を確実なものにする：前記温度センサ手段により検出された温度が閾値よりも大きい場合（すなわち、前記冷却対象空間の目標冷却温度よりも大きい場合）前記動作モード手段が、前記出力信号を生成する前記第２の電圧変換手段を、第１の交流出力電圧レベルで動作させる。当該第１の交流出力電圧レベルは、好ましくは（前記制御フェーズの間）一定であり得て、接続された（少なくとも１つの）前記モータが前記最大電流値を上限とする電力量を引き込むことを可能にする電圧レベルである。一方で、検出された温度が前記閾値以下になると、前記出力信号を生成する前記電圧変換手段は、前記動作モード手段の働きにより、より低い第２の交流出力電圧レベルで動作させられる。これは、そのようにモータ出力を低下させても（但し、排気体積が一定であることを条件としてモータ速度も一定であるとする）、ダウン冷却完了以降も目標温度を一定に維持するという目的のためには、少なくとも１つの前記モータのエネルギー消費量を、十分大幅に削減させることができるという知見に基づいている。典型的な第１の交流出力電圧レベルが例えば２３０Ｖである場合、前記より低い第２の交流出力電圧レベルを１５０Ｖにまで又はそれ未満に低下させることが可能であり得る。したがって、本発明に係る有利な一実施形態では、前記第１の交流出力電圧レベルに対する前記より低い第２の交流出力電圧レベルの（実効値に関する）比が、典型的に０．８未満、好ましくは０．６〜０．７５の範囲内である。
【００１６】
本発明の好適な他の実施形態では、有利な前記温度センサ手段により可能となる、前記冷却対象空間の温度低下の上記のような過程において、それぞれに冷却回路が対応付けられたカスケードの様式の２つの非同期モータが各々圧縮機モータとして使用されているとき、対応付けられた当該モータにより、それらの冷却回路が互いに別々に且つ温度に関係なく駆動される。有利な一実施形態では、冷却モードにおいて、前記温度が高い方の第１の温度閾値（低い方の目標動作温度値が例えば−８０℃である場合には、典型的に約−４０℃）以下になるまで第１の前記交流非同期モータに対してのみ交流出力信号が供給される一方で、前記温度が当該閾値以下になると第２の前記冷却回路のための第２の前記交流非同期モータ（カスケード連結されている、前述の現行技術と同様に構成された交流非同期モータ）が制御される。
【００１７】
本発明の好適な他の実施形態において、前記主電源接続手段に対応付けられた前記電圧検出手段によって前記第２の電圧変換手段は、電流が前記最大電流値に達してそれを超えると、意図した動作範囲や許容可能な動作範囲を超えて装置が動作するであろうと、検出された主電源電位が示唆しているときに、接続された少なくとも１つの前記モータへの制御及び給電を停止するように構成されることが可能となる。つまり、そのような場合には、この実施形態に係るコントローラによって前記出力信号が確実に停止される（すなわち、少なくとも１つの前記モータに対する前記信号の供給が行われなくなる）。
【００１８】
結果として本発明により、少なくとも１つの単相双極交流非同期モータ（コンデンサにより実現される又は電子的に実現される等した追加の補助相を有する）が、複雑な速度制御が実行されたり速度検出信号、センサ信号などがこの目的のために処理されたり、前記コントローラの出力側で負荷（モータ）に関する追加の複雑な電流測定や電流検出が行われたりすることなく、二線接続（あるいは、補助相が電子的に生成される場合には三線）による二端子装置として制御されるということが、驚くほど洗練された且つ簡単な様式で可能となる。本発明ではこれが、主電源引込部での本発明に係る電圧検出手段により、洗練されたかたちで実現される。
【００１９】
以上のように、本発明に従って実現される冷却ユニット圧縮機システムは、様々な主電源電圧環境へと汎用的に接続可能であり且つ電気エネルギー消費量を大幅に削減できることから幅広い用途に適用可能であると期待される。つまり、前述した分野での極低温域用冷却ユニットとの関連での用途が好ましいものの、本発明の用途範囲はこれに限定されない。
【００２０】
例えば、前述した低温状況において、本発明により、−５０℃未満の冷却温度域での２段冷却装置の典型的な電力引込量を約１．２ｋＷから０．８ｋＷ以下へと削減することができる。長期（具体的に述べると、既述以外の様々な動作フェーズも含む）では、典型的に、１５％以上のエネルギー節約が達成可能となる。
【００２１】
本発明のその他の利点、特徴および詳細は、好適な実施形態についての以下の説明から及び図面から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の好適な実施形態における、制御される２つの交流非同期モータを含む冷却ユニット圧縮機用の本発明に係るコントローラのブロック図である。
【図２】同実施形態における、前記非同期モータのうちの一つについての、印加される給電電圧に対する電力消費量及びトルク挙動を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１の概略的なブロック図には、本発明の第１の好適な実施形態におけるコントローラを実現するための主要な機能的構成要素が描かれている。２つの交流非同期モータＫ１，Ｋ２（それぞれ、５０Ｈｚで交流電圧２３０Ｖ）が制御され得る。特許文献１などから知られている様式どおり、モータＫ１，Ｋ２にそれぞれ対応付けられた冷却回路は互いに接続されてカスケード連結されている。これにより、圧縮機モータＫ１に対応付けられた第１の冷却回路は、極低温（ＵＬＴ）冷却ユニット（図示せず）の共通ハウジング又はキャビネットに組み込まれた当該装置の周辺環境と相互作用し、当該第１の冷却回路に熱交換器（図示せず）を介して連結された第２の冷却回路は、その熱交換器で前記第１の冷却回路によって生成された冷却温度を、圧縮モータＫ２の働きによって冷却空間（図示せず）の目標の又は実用的な冷却温度にさらに低下させる。
【００２４】
２つの圧縮機モータＫ１，Ｋ２で構成された図示のシステムは、交流電圧１００Ｖ〜２４０Ｖの幅広い入力電圧範囲の（公共）電源網への接続により、すなわち、最大電流動作用に特別に構成されたものではない一般的なコンセントなどの商用電源接続手段（主電源接続手段）１０で典型的に利用可能となる電圧により駆動され得る。図示の実施形態は、所与の地域ごとに予め定められている最大電流引込量であって、電源網からの最大電流引込量に応じた、後述するどの上限量も超えないように構成されている。例えば、英国の２３０Ｖ／５０Ｈｚ電源網の上限量は１３Ａであるのに対し、日本の１００Ｖ／５０Ｈｚ電源網の上限量は１５Ａであるが、いずれの場合においても、追加の給電手段による複雑かつ高価な様式を用いてこれらの電流閾値を上げるという必要性がなくなる。
【００２５】
図１に示す実施形態では、入力側の前記商用電源接続手段の下流側に、電力検出部１２が接続されている。具体的に述べると、電力検出部１２は、商用電源接続手段１０に存在する交流電圧の電圧検出機能も有している。当該検出手段１２の検出手段出力信号は、制御ライン１３を介して、後述するモード・制御部２４に接続されている。
【００２６】
前記公共電源網により供給された交流電圧入力信号は、二段コンバータ又はインバータユニットにより、非同期モータＫ１，Ｋ２を制御する各々の出力信号へと変換される。すなわち、まずは第１のコンバータ段１４により変換される。当該コンバータ段１４は、印加された前記交流電圧入力信号を既知の様式で３９０Ｖの直流電圧へと変換すると共に、力率改善（ＰＦＣ）（本例では、アクティブな力率改善として構成されている）がさらに設けられている。つまり、大型のコンデンサを用いた既知の様式（本回路図では詳細に図示せず）により、引き込まれた電流の曲線を（正弦波状の）商用電源電圧（主電源電圧）に合わせるように調節する。
【００２７】
図１の概略ブロック図では、昇圧コンバータを具備した前記第１の段１４の後に、非同期モータＫ１，Ｋ２にそれぞれ対応付けられて且つ当該非同期モータＫ１，Ｋ２の上流側にそれぞれ接続された、一対の第２の変換モジュール１６−１，１６−２が続いている。これら第２のコンバータ段は、３９０Ｖの直流電圧信号を、前記非同期モータの制御電圧としての交流電圧に変換する。図示の実施形態では、当該制御電圧が、二線式の出力ライン２１−１，２１−２に印加される。非同期モータＫ１，Ｋ２のそれぞれの補助相が、当該第２の変換モジュール１６−１，１６−２に設けられたコンデンサ（詳細に図示せず）により生成される。
【００２８】
出力側での、各モータ給電電圧（モータ供給電圧）としての前記交流電圧のレベルは、参照符号１８−１（変換モジュール１６−１用），１８−２（変換モジュール１６−２用）として概略的に図示されている制御部によって決められる。当該制御部は、各非同期モータＫ１，Ｋ２に対して生成して印加すべき交流電圧に対応する電圧制御信号を、バスライン１９を介してモード・制御部２４から受け取る。モジュール１６，１８は、制御部１８によって既知の様式で切り替えられる、ハーフブリッジトポロジーのようなパワー半導体対（ＨＳ，ＬＳ）で構成されている。これにより、制御信号に依存する交流出力電圧を用いたスイッチング電源機能を実現している。
【００２９】
前記２段のコンバータ装置の出力信号としてＫ１，Ｋ２に印加される又は印加すべき前記制御電圧のレベルは、モード・制御部２４によって決められる。具体的に述べると、モード・制御部２４は、温度センサ２６の温度入力信号Ｔ１，Ｔ２に依存する。本実施形態において、温度値Ｔ１は、熱交換器の温度に対応するか又は前記モータに対応付けられた前記冷却回路間の接続遷移温度に対応する温度信号である。有利なことに、これにより、まずは、ダウン冷却時において例えば前述の熱交換器等である温度閾値に到達するまで、第１の圧縮機モータＫ１のみが駆動されることが確実となる。温度が当該閾値（システム全体の目標温度を−８０℃に設定したユニットの場合には、典型的に約−４０℃に相当）以下になると、第２の圧縮機モータＫ２が（追加で）駆動されて、当該第２の圧縮機モータＫ２に対応付けられた前記冷却回路によって温度を引き続き低下させる。図示の実施形態において、温度センサ部２６から出力される温度信号Ｔ２は、冷却対象空間（すなわち、前記冷却ユニットの、被冷却物が目標温度（本例では約−８０℃）で保管されることになるチャンバ又は区域）の温度を表す。温度信号Ｔ２に基づいて（具体的には、前記目標温度に到達すると）、第２のコンバータ段１６−１，１６−２を適宜制御することにより、前記モータ給電電圧が以下で説明する様式で変化させられる。具体的に述べると、（各々の）前記モータ給電電圧を減少させることで、エネルギーを節約する。これは、前記目標温度への前記到達まで（すなわち、ダウン冷却の間）まずモータＫ１が公称電圧（２３０Ｖ）で駆動されて、その後モータＫ２も公称電圧（２３０Ｖ）で駆動される通常動作とは対照的である。
【００３０】
これらの相関性は、圧縮機モータＫ１，Ｋ２のうちの一つについて記録された図２の電力およびトルクの図から明白である。有利なことに、本発明では、交流制御電圧によって２３０Ｖの公称値で又は当該公称値付近で発生する高いモータトルクが、前記目標温度への到達以降、当該目標温度を一定に維持するうえでもはや不要となることが判明した。この点について図２の鎖線のトルク曲線は、Ｋ１，Ｋ２へのモータ給電電圧を減少させていくと、発生するトルクが低下する（但し、速度は同じままであり、具体的に述べると、速度はフィードバック制御を受けることなく制御範囲全体にわたって不変に維持される）ものの、低下した当該トルクであっても、前記冷却回路内に存在する圧力条件に従って定常的又は恒久的な冷却状態中に冷却挙動を十分確保できることを示唆している。つまり、本発明では、前記目標温度に到達すると前記モータ給電電圧が（典型的には、１４０Ｖ〜１５０Ｖまで）減少させられる。図２の実線曲線を参照すると、これは、各モータの電力引込量を大幅に削減できることを意味している。これは、このような低い交流給電電圧であっても、前記圧縮機モータの滑らかで且つ途切れのない駆動を実現できるだけでなく、要求されるトルクが低いため、必要な排気体積又は排気性能についても一定の速度のままで実現できることが、本発明の範囲において有利であると証明されているからである。
【００３１】
図１のブロック図にさらに描かれているとおり、追加のコンバータ部としての給電部２２が、モード・制御部２４への給電電圧を前記３９０Ｖの直流電圧から生成する。さらなる参照符号２０が、追加の制御選択肢に従って、バス１９を介して前記冷却モードに追加で適宜参加し得る換気装置を指している。
【００３２】
本発明は、図示の実施形態やそこで挙げられているパラメータに限定されない。温度範囲や電圧範囲はいずれもほぼ自由に変えることができる。また、交流非同期モータがそれぞれ対応付けられた２つの冷却回路がカスケード連結されてなるシステムが有利であるものの、本発明はこの構成に限定されない。さらに、本発明は、極低温域（典型的には−５０℃未満、より好ましくは−７０℃未満）用の冷却ユニットを実現するのに適しているが、これにかかわらず、本発明に係るコントローラは他の用途にも使用されてよい。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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