CN107735625B - 制冷机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够高效运转制冷机的制冷机系统。制冷机系统具有：上游侧制冷机，其具有压缩制冷剂的第1压缩机、使通过第1压缩机压缩的制冷剂冷凝的第1冷凝器及使通过第1冷凝器冷凝的制冷剂蒸发以冷却冷水的第1蒸发器；下游侧制冷机，其具有压缩制冷剂的第2压缩机、使通过第2压缩机压缩的制冷剂冷凝的第2冷凝器及使通过第2冷凝器冷凝的制冷剂蒸发以冷却通过了第1蒸发器的冷水的第2蒸发器；及上位控制装置，其控制上游侧制冷机及下游侧制冷机的运转。第1压缩机为变速机，第2压缩机为恒速机。

Description

制冷机系统
技术领域
本发明涉及一种具备两台制冷机的制冷机系统。
背景技术
具有制冷机的制冷机系统使用于负荷设备如建筑物的空调设备、冷藏设备及制冷设备。制冷机系统中，已知有构成制冷循环的两台制冷机以串联连接，供给至负荷设备的冷水通过两台制冷机的冷凝器冷却的制冷机系统。专利文献1中公开有如下技术：将通过上游侧制冷机(上游侧热源机)且流入下游侧制冷机(下游侧热源机)的制冷剂(载热体)的温度即中间温度作为控制对象，以运转成本成为规定值以下的方式设定中间温度。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开2012-141098号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
在制冷机系统中，通过使制冷机高效运转来实现能耗的降低。本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种能够高效运转制冷机的制冷机系统。
用于解决技术课题的手段
为了实现上述目的，本发明的制冷机系统的特征在于，具有：上游侧制冷机，其具有压缩制冷剂的第1压缩机、使通过所述第1压缩机压缩的制冷剂冷凝的第1冷凝器及使通过所述第1冷凝器冷凝的制冷剂蒸发以冷却冷水的第1蒸发器；下游侧制冷机，其具有压缩制冷剂的第2压缩机、使通过所述第2压缩机压缩的制冷剂冷凝的第2冷凝器及使通过所述第2冷凝器冷凝的制冷剂蒸发以冷却通过了所述第1蒸发器的冷水的第2蒸发器；及上位控制装置，其控制所述上游侧制冷机及所述下游侧制冷机的运行、停止以及所述上游侧制冷机及所述下游侧制冷机的负荷，所述第1压缩机为变速机，所述第2压缩机为恒速机。
优选，所述上位控制装置设为如下：当设备负荷率小于第1阈值时，设为运转所述上游侧制冷机，并停止所述下游侧制冷机的第1模式，在运转所述上游侧制冷机，并停止所述下游侧制冷机的状态下，当设备负荷率成为高于所述第1阈值的第2阈值以上时，设为运转所述上游侧制冷机及所述下游侧制冷机双方的第2模式，在运转所述上游侧制冷机及所述下游侧制冷机双方的状态下，当设备负荷率低于所述第1阈值时，设为所述第1模式。
优选，当在所述第1模式下设备负荷率超过所述第2阈值而开始所述第2模式下的运转时，所述上位控制装置将所述上游侧制冷机及所述下游侧制冷机的负荷设为相对于等负荷的差成为10％以内的负荷。
优选，当在所述第1模式下设备负荷率超过所述第2阈值而开始所述第2模式下的运转时，所述上位控制装置将所述上游侧制冷机及所述下游侧制冷机的负荷设为等负荷。
优选，当在所述第2模式下运转且设备负荷率超过了高于第2阈值的第3阈值时，所述上位控制装置将所述下游侧制冷机的负荷率设为100％，并根据设备负荷率变动所述上游侧制冷机的负荷率。
优选，所述第2冷凝器在所供给的冷却水与制冷剂之间进行热交换，并冷却所述制冷剂，所述第1冷凝器在通过了所述第2冷凝器的冷却水与制冷剂之间进行热交换，并冷却所述制冷剂，具有检测供给至所述第2冷凝器的冷却水的温度的冷却水温度检测部，所述上位控制装置根据所述冷却水温度检测部检测到的温度，调整所述第1阈值。
优选，关于所述第1阈值，所述冷却水温度检测部检测到的温度越低成为越低的设备负荷率。
为了实现上述目的，本发明的制冷机系统的特征在于，具有：上游侧制冷机，其具有压缩制冷剂的第1压缩机、使通过所述第1压缩机压缩的制冷剂冷凝的第1冷凝器及使通过所述第1冷凝器冷凝的制冷剂蒸发以冷却冷水的第1蒸发器；下游侧制冷机，其具有压缩制冷剂的第2压缩机、使通过所述第2压缩机压缩的制冷剂冷凝的第2冷凝器及使通过所述第2冷凝器冷凝的制冷剂蒸发以冷却通过了所述第1蒸发器的冷水的第2蒸发器；及上位控制装置，其控制所述上游侧制冷机及所述下游侧制冷机的运行、停止以及所述上游侧制冷机及所述下游侧制冷机的负荷，所述第1压缩机为恒速机，所述第2压缩机为恒速机，所述上位控制装置设为如下：当设备负荷率小于第1阈值时，设为运转所述上游侧制冷机，并停止所述下游侧制冷机的第1模式，在运转所述上游侧制冷机，并停止所述下游侧制冷机的状态下，当设备负荷率成为高于所述第1阈值的第2阈值以上时，设为运转所述上游侧制冷机及所述下游侧制冷机双方的第2模式，在运转所述上游侧制冷机及所述下游侧制冷机双方的状态下，当设备负荷率低于所述第1阈值时，设为所述第1模式。
优选，在运转所述上游侧制冷机及所述下游侧制冷机双方的状态下，且当设备负荷率超过了高于第2阈值的第3阈值时，在仍将所述下游侧制冷机的负荷保持为恒定的状态下，与设备负荷率的上升对应地提升所述上游侧制冷机的负荷率，在所述上游侧制冷机的负荷率成为100％之后，变动所述下游侧制冷机的负荷率。
优选，所述第2冷凝器在所供给的冷却水与制冷剂之间进行热交换，并冷却所述制冷剂，所述第1冷凝器在通过了所述第2冷凝器的冷却水与制冷剂之间进行热交换，并冷却所述制冷剂，具有检测供给至所述第2冷凝器的冷却水的温度的冷却水温度检测部，所述上位控制装置根据所述冷却水温度检测部检测到的温度，调整所述第3阈值。
优选，关于所述第3阈值，所述冷却水温度检测部检测到的温度越高成为越低的设备负荷率。
发明效果
根据本发明，提供一种能够高效运转制冷机的制冷机系统。
附图说明
图1是表示制冷机系统的概略结构的框图。
图2是表示图1所示的制冷机的概略结构的说明图。
图3是表示制冷机系统的制冷机的组合与耗电量的关系的图表。
图4是表示制冷机系统的处理动作的一例的流程图。
图5是表示设备负荷率与耗电量之间的关系的图表。
图6是表示制冷机系统的处理动作的一例的流程图。
图7是表示第1阈值、设备负荷率及冷却水入口温度之间的关系的图表。
图8是表示制冷机的组合、设备负荷率及耗电量之间的关系的图表。
图9是表示制冷机系统的处理动作的一例的流程图。
图10是用于说明制冷机的负荷率的控制的说明图。
图11是表示制冷机的负荷率、设备负荷率及耗电量之间的关系的图表。
图12是表示制冷机系统的处理动作的一例的流程图。
图13是用于说明制冷机的负荷率的控制的说明图。
图14是表示制冷机的负荷率、设备负荷率及耗电量之间的关系的图表。
图15是表示设备负荷率与COP之间的关系的图表。
图16是表示制冷机系统的处理动作的一例的流程图。
图17是表示耗电量降低率与设备负荷率之间的关系的图表。
具体实施方式
以下，参考附图对该发明进行详细的说明。另外，本发明并不由该实施例所限定，并且，当有多个实施例时，也包含组合各实施例而构成的方式。并且，在下述实施例中的构成要件中，包含本领域的技术人员能够容易设想到的构件或实质上相同的构件。
[第1实施方式]
图1是表示制冷机系统10的概略结构的框图。制冷机系统10具备上游侧制冷机12、下游侧制冷机14、冷却水循环系统20、冷水循环系统22、上位控制装置24、冷水中间温度检测部26及入口冷却水温度检测部28。通过制冷机系统10，向负荷设备18供给冷水。
上游侧制冷机12冷却供给至负荷设备18的冷水。上游侧制冷机12使用制冷剂而冷却冷水。上游侧制冷机12具有压缩制冷剂的第1压缩机101a、使通过第1压缩机101a压缩的制冷剂冷凝的第1冷凝器102a、使通过第1冷凝器102a冷凝的制冷剂蒸发以冷却冷水的第1蒸发器103a及第1循环路径106a。第1压缩机101a、第1冷凝器102a及第1蒸发器103a经由第1循环路径106a连接。上游侧制冷机12的制冷剂经由第1循环路径106a在第1压缩机101a、第1冷凝器102a及第1蒸发器103a中循环。上游侧制冷机12中，控制装置109a控制各部的动作。
下游侧制冷机14冷却供给至负荷设备18的冷水。下游侧制冷机14使用制冷剂而冷却冷水。下游侧制冷机14具有压缩制冷剂的第2压缩机101b、使通过第2压缩机101b压缩的制冷剂冷凝的第2冷凝器102b、使通过第2冷凝器102b冷凝的制冷剂蒸发以冷却通过了第1蒸发器103a的冷水的第2蒸发器103b及第2循环路径106b。第2压缩机101b、第2冷凝器102b及第2蒸发器103b经由第2循环路径106b连接。下游侧制冷机14的制冷剂经由第2循环路径106b在第2压缩机101b、第2冷凝器102b及第2蒸发器103b中循环。下游侧制冷机14中，控制装置109b控制各部的动作。
负荷设备18例如为设置于如大楼或工厂等建筑物中的空调设备。负荷设备18使用从上游侧制冷机12及下游侧制冷机14供给的冷水而冷却对象物。例如，负荷设备18对所供给的冷水与空气进行热交换，并将被冷水冷却的空气供给至建筑物。由此，建筑物的温度或湿度被调整。
另外，负荷设备18可以是冷藏设备，也可以是制冷设备。并且，负荷设备18可以对所供给的冷水与液体进行热交换，并将被冷水冷却的液体供给至对象物。
冷却水循环系统20向上游侧制冷机12及下游侧制冷机14供给冷却水，而冷却上游侧制冷机12的制冷剂及下游侧制冷机14的制冷剂。冷却水冷却上游侧冷却机12的流经第1冷凝器102a的制冷剂及下游侧制冷机14的流经第2冷凝器102b的制冷剂。
第2冷凝器102b在从冷却水供给部123供给的冷却水与制冷剂之间进行热交换，而冷却下游侧制冷机14的制冷剂。第1冷凝器102a在通过了第2冷凝器102b的冷却水与制冷剂之间进行热交换，而冷却上游侧制冷机12的制冷剂。
冷却水循环系统20具有冷却水配管121、泵122及冷却水供给部123。冷却水配管121为冷却水流动的管路。泵122配置于冷却水供给部123与第2冷凝器102b之间的冷却水配管121。冷却水供给部123向冷却水配管121供给冷却水，并回收与制冷剂进行热交换的冷却水。
冷却水配管121分别与上游侧制冷机12的第1冷凝器102a、下游侧制冷机14的第2冷凝器102b、泵122及冷却水供给部123连接。冷却水通过泵122的工作经由冷却水配管121在第1冷凝器102a、第2冷凝器102b及冷却水供给部123中循环。
在冷却水循环系统20中，从冷却水供给部123供给的冷却水流经第2冷凝器102b，并流经第1冷凝器102a之后，返回到冷却水供给部123。由此，流经第2冷凝器102b的制冷剂及流经第1冷凝器102a的制冷剂被冷却水冷却。
冷水循环系统22将被上游侧制冷机12的制冷剂及下游侧制冷机14的制冷剂冷却的冷水供给至负荷设备18。并且，冷水循环系统22将在负荷设备18中与空气进行热交换的冷水供给至上游侧制冷机12及下游侧制冷机14。
冷水循环系统22具有冷水配管131及泵132。冷水配管131为冷水流动的管路。泵132配置于负荷设备18与第2蒸发器103b之间的冷水配管131。
冷水配管131分别与上游侧制冷机12的第1蒸发器103a、下游侧制冷机14的第2蒸发器103b、泵132及负荷设备18连接。冷水通过泵132的工作经由冷水配管131在第1蒸发器103a、第2蒸发器103b及负荷设备18中循环。
在冷水循环系统22中，在负荷设备18中进行热交换的冷水流经第1蒸发器103a，并流经第2蒸发器103b之后，供给至负荷设备18。冷水在第1蒸发器103a及第2蒸发器103b中冷却之后，供给至负荷设备18。
上位控制装置24具有包含如CPU等处理器的运算部及包含如ROM或RAM等存储器的存储部。上位控制装置24控制上游侧制冷机12及下游侧制冷机14的运行、停止以及上游侧制冷机12及下游侧制冷机14的负荷(或负荷率)。上位控制装置24具有运转台数确定部24a及负荷分配确定部24b。
运转台数确定部24a根据负荷设备18所需的设备负荷率，确定上游侧制冷机12及下游侧制冷机14这两台制冷机中所运转(运行)的制冷机的台数。负荷分配确定部24b设定所运转(运行)的制冷机的负荷率或负荷。负荷率是指将额定负荷设为100％时的当前的负荷的比例。当负荷率为0％时，对象的制冷机成为停止的状态。并且，负荷为制冷机的输出的实数。负荷分配确定部24b根据负荷设备的要求负荷，设定所运转(运行)的制冷机的负荷率或负荷。并且，负荷分配确定部24b根据上游侧制冷机12、下游侧制冷机14的运转状态及冷水、冷却水的状态，调整上游侧制冷机12及下游侧制冷机14的负荷。负荷分配确定部24b例如根据冷水中间温度检测部26的检测结果，以使上游侧制冷机12及下游侧制冷机14分别成为所设定的负荷率的方式，调整上游侧制冷机12的负荷率或负荷及下游侧制冷机14的负荷率或负荷。
冷水中间温度检测部26检测流经冷水配管131的冷水的温度。冷水中间温度检测部26检测第1蒸发器103a与第2蒸发器103b之间的冷水配管131的冷水的温度。冷水中间温度检测部26检测供给至第2蒸发器103b的冷水的温度。
入口冷却水温度检测部28检测流经冷却水配管121的冷却水的温度。入口冷却水温度检测部28在第2冷凝器102b的入口检测供给至第2冷凝器102b的冷却水的温度。
图2是表示本实施方式所涉及的上游侧制冷机12的概略结构的图。下游侧制冷机14为与上游侧制冷机12相同的结构，因此省略说明。在以下说明中，分别将第1压缩机101a、第1冷凝器102a、第1蒸发器103a、第1循环路径106a及控制装置109a称为压缩机101、冷凝器102、蒸发器103、循环路径106及控制装置109。
如图2所示，上游侧制冷机12具有压缩机101、冷凝器102、蒸发器103、中间冷却器104及控制装置109。压缩机101与冷凝器102经由制冷剂配管136a连接。冷凝器102与蒸发器103经由制冷剂配管136b连接。蒸发器103与压缩机101经由制冷剂配管136c连接。中间冷却器104配置于制冷剂配管136b。制冷剂流经制冷剂配管136a、136b、136c。循环路径106包含制冷剂配管136a、136b、136c。
压缩机101、冷凝器102、蒸发器103及中间冷却器104经由包含制冷剂配管136a、136b、136c的循环路径106连接。制冷剂经由在路径106循环压缩机101、冷凝器102、蒸发器103及中间冷却器104中循环。
并且，上游侧制冷机12具有中间冷却器104的上游侧的制冷剂配管136b中所设置的膨胀阀(高阶膨胀阀)107及中间冷却器104的下游侧的制冷剂配管136b中所设置的膨胀阀(低阶膨胀阀)108。
压缩机101为通过叶轮的旋转而压缩制冷剂的涡轮压缩机。压缩机101具有电动机111及包含由电动机111驱动的叶轮的压缩部112。电动机111包含通过逆变器控制可变更每单位时间的转速且以所变更的转速使压缩部112旋转的变速机及以恒定的转速使压缩部112旋转的恒速机。
压缩部112可以是在同轴上具备2个通过电动机111旋转的叶轮的2级压缩方式的压缩部，也可以是具备1个通过电动机111旋转的叶轮的单级压缩方式的压缩部。当压缩部112为2级压缩方式时，从蒸发器103供给至压缩机101的气相的制冷剂被第1级叶轮压缩之后，进一步被第2级叶轮压缩，提升压力及温度并且经由制冷剂配管136a供给至冷凝器102。当压缩部112为单级压缩方式时，从蒸发器103供给至压缩机101的气相的制冷剂被叶轮压缩之后，提升压力及温度并且经由制冷剂配管136a供给至冷凝器102。
冷凝器102与供给冷却水的冷却水配管121连接。从压缩机101供给至冷凝器102的气相的制冷剂与供给到冷却水配管121的冷却水进行热交换而冷凝、液化。被液化的液相的制冷剂经由制冷剂配管136b供给至蒸发器103。
蒸发器103与供给冷水的冷水配管131连接。从冷凝器102供给至蒸发器103的液相的制冷剂与供给到冷水配管131的冷水进行热交换而蒸发。通过冷水与制冷剂的热交换，冷水的温度下降。与冷水进行了热交换的液相的制冷剂蒸发、气化。被气化的气相的制冷剂经由制冷剂配管136c供给至压缩机101。
中间冷却器104将在冷凝器102中被液化后通过了膨胀阀107的制冷剂分离为液相与气相。中间冷却器104在冷凝器102与蒸发器103之间维持恒定的压力差，并使液相的制冷剂的一部分气化。在冷凝器102中未完全冷凝的气相的制冷剂及液相的制冷剂供给至中间冷却器104。中间冷却器104作为分离所供给的气相的制冷剂及液相的制冷剂的气液分离器而发挥功能。通过中间冷却器104分离的气相的制冷剂供给至压缩机101。通过中间冷却器104分离的液相的制冷剂供给至膨胀阀108。通过了膨胀阀108的制冷剂供给至蒸发器103。
膨胀阀(高阶膨胀阀)107使冷凝器102中被液化的制冷剂膨胀。膨胀阀107将制冷剂从冷凝压减压至中间压。通过膨胀阀107减压的制冷剂供给至中间冷却器104。
膨胀阀(低阶膨胀阀)108使通过了中间冷却器104的液体的制冷剂(饱和液制冷剂)膨胀。膨胀阀108将制冷剂从中间压减压至蒸发压。通过膨胀阀108减压的制冷剂供给至蒸发器103。
控制装置109根据从上位控制装置24输入的命令，控制包含压缩机101、冷凝器102、蒸发器103、中间冷却器104、膨胀阀107及膨胀阀108的上游侧制冷机12。例如，上游侧制冷机12的控制装置109根据冷水中间温度检测部26的检测结果，以使上游侧制冷机12成为上位控制装置24中所设定的负荷率的方式，调整上游侧制冷机12的运转。例如，上位控制装置24将“下游侧分配负荷/(冷水流量×比热)+送水温度设定值”设为中间送水温度的目标温度而传送至上游侧制冷机12的控制装置109。上游侧制冷机12的控制装置109以使中间送水温度成为目标温度的方式，控制上游侧制冷机12的运转。下游侧制冷机14的控制装置109根据从上位控制装置24输入的命令，控制下游侧制冷机14的各部的运转。
图3是表示制冷机系统10的制冷机的组合与耗电量之间的关系的图表。如图3所示，将上游侧制冷机12的第1压缩机101a设为变速机且将下游侧制冷机14的第2压缩机101b设为恒速机的情况与将第1压缩机101a设为恒速机且将第2压缩机101b设为恒速机的情况、及将第1压缩机101a设为恒速机且将第2压缩机101b设为变速机的情况相比，可抑制制冷机系统10的耗电量。
并且，制冷机系统10通过将上游侧制冷机12的第1压缩机101a设为变速机且将下游侧制冷机14的第2压缩机101b设为恒速机，即通过将一侧制冷机设为恒速机，与将上游侧制冷机12的第1压缩机101a设为变速机且将下游侧制冷机14的第2压缩机101b设为变速机的情况相比，也可抑制装置成本。
以上，在本实施方式所涉及的制冷机系统10中，优选将上游侧制冷机12的第1压缩机101a设为变速机且将下游侧制冷机14的第2压缩机101b设为恒速机。由此，能够抑制装置成本的增加，并且抑制制冷机系统10的耗电量。
制冷机系统10中，上游侧制冷机12的送水温度高于下游侧制冷机14的送水温度。上游侧制冷机12的额定容量高于下游侧制冷机14的额定容量。因此，当将设备负荷分配于上游侧制冷机12及下游侧制冷机14时，与下游侧制冷机14相比上游侧制冷机12的负荷率变小。因此，当将设备负荷分别等配于上游侧制冷机12及下游侧制冷机14时，上游侧制冷机12成为较低的负荷率，下游侧制冷机14成为较高的负荷率。
在制冷机系统10中，作为上游侧制冷机12设置部分负荷特性优异的变速机的制冷机(压缩机为变速机的制冷机)，作为下游侧制冷机14设置额定负荷效率优异的恒速机的制冷机(压缩机为变速机的制冷机)，由此分别提高上游侧制冷机12及下游侧制冷机14的效率。
接着，利用图4至图11，对制冷机系统10的处理动作进行说明。图4是表示制冷机系统10的处理动作的一例的流程图。图5是表示设备负荷率与耗电量之间的关系的图表。图6是表示制冷机系统10的处理动作的一例的流程图。图7是表示第1阈值、设备负荷率及冷却水入口温度之间的关系的图表。图8是表示制冷机的组合、设备负荷率及耗电量之间的关系的图表。图9是表示制冷机系统10的处理动作的一例的流程图。图10是用于说明制冷机的负荷率的控制的说明图。图11是表示制冷机的负荷率、设备负荷率及耗电量之间的关系的图表。图4至图11所示的例子是当将上游侧制冷机12的第1压缩机101a设为变速机且将下游侧制冷机14的第2压缩机101b设为恒速机时能够适宜地使用的处理的一例。
图4表示从制冷机系统10停止的状态开始运转直至停止运转的处理。当设备负荷率较低时，上位控制装置24设为运转上游侧制冷机12并停止下游侧制冷机14的第1模式。当设备负荷率较高时，上位控制装置24设为运转上游侧制冷机12及下游侧制冷机14双方的第2模式。
设备负荷率为整个制冷机系统10的负荷率。当将两台制冷机双方的负荷率设为100％时，设备负荷率也成为100％。
当设备负荷率低于第1阈值时，上位控制装置24从上游侧制冷机12及下游侧制冷机14双方运转的第2模式切换为上游侧制冷机12运转且下游侧制冷机14停止的第1模式。当设备负荷率高于第2阈值时，上位控制装置24从运转上游侧制冷机12并停止下游侧制冷机14的第1模式切换为运转上游侧制冷机12及下游侧制冷机14双方的第2模式。第2阈值为高于第1阈值的值。
开始制冷机系统10的运转(步骤S12)。上位控制装置24使上游侧制冷机12运行(步骤S14)。上位控制装置24向上游侧制冷机12的控制装置109传送运行的命令。上游侧制冷机12的控制装置109根据从上位控制装置24输入的命令，使上游侧制冷机12的各部运行。上位控制装置24在负荷较低的运转开始后的期间，维持运转上游侧制冷机12并停止下游侧制冷机14的第1模式的状态。当负荷设备18的要求负荷率与当前的设备负荷率之间存在差时，上位控制装置24以所设定的变化率改变负荷，使当前的设备负荷率接近负荷设备18的要求负荷率。
在运转上游侧制冷机12并停止下游侧制冷机14的第1模式的状态下，上位控制装置24判定设备负荷率是否为第2阈值以上(步骤S16)。当判定为设备负荷率不是第2阈值以上(步骤S16中“否”)即设备负荷率小于第2阈值时，上位控制装置24转到步骤S24。
当判定为设备负荷率为第2阈值以上(步骤S16中“是”)时，上位控制装置24使下游侧制冷机14运行(步骤S18)。即，上位控制装置24设为运转上游侧制冷机12及下游侧制冷机14双方的第2模式。上位控制装置24向下游侧制冷机14的控制装置109传送运行的命令。下游侧制冷机14的控制装置109根据从上位控制装置24输入的命令，使下游侧制冷机14的各部运行。
在上游侧制冷机12及下游侧制冷机14双方运转的状态下，上位控制装置24判定设备负荷率是否小于第1阈值(步骤S20)。当判定为设备负荷率不小于第1阈值(步骤S20中“否”)即设备负荷率为第1阈值以上时，上位控制装置24返回到步骤S20。
当判定为设备负荷率小于第1阈值(步骤20中“是”)即设备负荷率低于第1阈值时，上位控制装置24使下游侧制冷机14停止(步骤S22)。即，上位控制装置24设为运转上游侧制冷机12并停止下游侧制冷机14的第1模式。
当步骤S16中判定为“否”时，或进行了步骤S22的处理时，即当为上游侧制冷机12运转且下游侧制冷机14停止的第1模式时，上位控制装置24判定是否停止运转(步骤S24)。当判定为不停止运转(步骤S24中“否”)时，上位控制装置24返回到步骤S16，并进行步骤S16的处理。当判定为停止运转(步骤S24中“是”)时，上位控制装置24停止上游侧制冷机12(步骤S26)，并结束处理。
上位控制装置24通过设置第1阈值及第2阈值，并切换制冷机的运转台数，能够防止由不灵敏区引起的振荡的发生。并且，如图5所示，若比较变速机的制冷机与恒速机的制冷机，则在相同的设备负荷下变速机的制冷机的耗电量较少。图5表示冷却水入口温度为A℃的情况及B℃的情况。关于A℃与B℃，B℃的温度高于A℃，即成为A＜B。因此，当运转一台制冷机时，通过使变速机的上游侧制冷机12运转，能够以较少的耗电量来运转。
并且，在将上游侧制冷机12的第1压缩机101a设为恒速机，且将下游侧制冷机14的第2压缩机101b设为变速机的情况下，当运转任意一台制冷机时，通过使变速机的下游侧制冷机14运转，能够以较少的耗电量来运转。
上位控制装置24优选根据入口冷却水温度检测部28检测到的冷却水入口温度，调整第1阈值及第2阈值。如图6所示，上位控制装置24通过入口冷却水温度检测部28检测冷却水入口温度(步骤S32)，根据检测到的温度，设定第1阈值及第2阈值(步骤S34)。上位控制装置24存储如图7所示那样的冷却水入口温度与设备负荷率(阈值)之间的关系，根据冷却水入口温度，设定第1阈值及第2阈值。第1阈值及第2阈值随着冷却水入口温度变高而变高。即，关于第1阈值及第2阈值，冷却水温度检测部28检测到的温度越低成为越低的设备负荷率。
在此，图8表示冷却水入口温度为C℃时、D℃时、E℃时、F℃时、G℃时及H℃时的耗电量与设备负荷率之间的关系。C℃、D℃、E℃、F℃、G℃及H℃温度依次变高，即成为C＜D＜E＜F＜G＜H。如图8所示，与用一台来运转的状态(变速机一台运转)相比，用两台来运转的状态(变速机+恒速机运转)的耗电量变少的设备负荷率随着温度变高而变高。因此，通过随着冷却水入口温度变高而提高第1阈值及第2阈值，能够高效运转。另外，第1阈值及第2阈值可以以用两台来运转的状态(变速机+恒速机运转)比用一台来运转的状态(变速机一台运转)耗电量变少的设备负荷率介于它们之间的方式设定，也可以以一方重叠的方式设定。
接着，利用图9对两台制冷机运转的状态的控制的一例进行说明。当从一台制冷机运转的状态切换为两台制冷机运转的状态时，即在第1模式下设备负荷率超过了第2阈值时，上位控制装置24开始下游侧制冷机14的运转而设为第2模式(步骤S42)。当成为使上游侧制冷机12及下游侧制冷机14双方运转的第2模式的状态时，上位控制装置24以等负荷分配的方式进行运转(步骤S44)。即，当在第1模式下设备负荷率超过第2阈值而开始第2模式下的运转时，上位控制装置24将上游侧制冷机12及下游侧制冷机14的负荷设为等负荷。上位控制装置24将上游侧制冷机12的负荷及下游侧制冷机14的负荷设为相等而进行运转。
接着，在以等负荷分配的方式进行运转的状态下，上位控制装置24判定设备负荷率是否为第3阈值以上(步骤S46)。第3阈值为高于第2阈值的值。
当判定为设备负荷率不是第3阈值以上(步骤S46中“否”)时，上位控制装置24转到步骤S54。当判定为设备负荷率为第3阈值以上(步骤S46中“是”)时，上位控制装置24将下游侧制冷机14的负荷率设为100％，将上游侧制冷机12的负荷率设定为可变(步骤S48)。即，当在第2模式下运转且设备负荷率超过了高于第2阈值的第3阈值时，上位控制装置24将下游侧制冷机14的负荷率设为100％，并根据设备负荷率变动上游侧制冷机12的负荷率。上位控制装置24将下游侧制冷机14设为恒定负荷(额定负荷)，而根据设备负荷率改变上游侧制冷机12的负荷率。
在将下游侧制冷机14的负荷率设为100％，且将上游侧制冷机12的负荷率设定为可变的状态下，上位控制装置24判定负荷率(设备负荷率)是否为第3阈值以下(步骤S50)。当判定为负荷率不是第3阈值以下(步骤S50中“否”)，即负荷率高于第3阈值时，上位控制装置24返回到步骤S48。
当判定为负荷率为第3阈值以下(步骤S50中“是”)时，上位控制装置24以等负荷分配的方式进行运转(步骤S52)。在以等负荷分配的方式进行运转的状态下，上位控制装置24判定负荷率是否小于第1阈值(步骤S54)。当判定为负荷率不小于第1阈值(步骤S54中“否”)时，上位控制装置24返回到步骤S46。当判定为负荷率小于第1阈值(步骤S54中“是”)时，上位控制装置24停止下游侧制冷机14(步骤S56)。
上位控制装置24通过进行图9所示的处理而如图10所示那样随着设备负荷率上升，改变各制冷机的负荷率来进行运转。在设备负荷率较低的状态下，上位控制装置24用一台来运转上游侧制冷机12。在该状态下，若设备负荷率成为第2阈值以上，则下游侧制冷机14也开始运转。若用两台来开始运转，则以等配负荷的方式进行运转。由于上游侧制冷机12与下游侧制冷机14的100％的负荷不同，因此当分配相同的负荷时，成为不同的负荷率。在图10中，下游侧制冷机14的负荷率高于上游侧制冷机12的负荷率。若设备负荷率成为第3阈值以上，则上位控制装置24将下游侧制冷机14的负荷率设为100％，并调整上游侧制冷机12的负荷率。
上位控制装置24在从用一台来运转的状态即第1模式切换为用两台来运转的状态即第2模式时，通过设为等负荷分配，如图11所示，将恒速机的下游侧制冷机14设为额定负荷，从而与向变速机的上游侧制冷机12分配剩余负荷相比能够减少耗电量。在此，图11表示在将上游侧制冷机12的负荷及下游侧制冷机14的负荷设为等负荷率时，设为等负荷分配时进行测量的结果。并且，图11表示在将变速机即上游侧制冷机12的负荷设为可变，且将恒速机即下游侧制冷机14的负荷设为额定负荷时进行测量的结果。而且，图11表示在将上游侧制冷机12的负荷设为相对于等负荷的差成为+α％的负荷，且将下游侧制冷机14的负荷设为相对于等负荷的差成为-α％的负荷时；将上游侧制冷机12的负荷设为相对于等负荷的差成为+10％的负荷，且将下游侧制冷机14的负荷设为相对于等负荷的差成为-10％的负荷时；及将上游侧制冷机12的负荷设为相对于等负荷的差成为+β％的负荷，且将下游侧制冷机14的负荷设为相对于等负荷的差成为-β％的负荷时进行测量的结果。α％、10％及β％之间的关系成为α＜10＜β。
在上述实施方式中，在从用一台来运转的状态即第1模式切换为用两台来运转的状态即第2模式时，以等配负荷的方式进行了运转，但并不限定于此。当在第1模式下设备负荷率超过第2阈值而开始第2模式下的运转时，上位控制装置24将上游侧制冷机12及下游侧制冷机14的负荷设为相对于等负荷的差成为10％以内的负荷，即设为，以将上游侧制冷机12及下游侧制冷机14的负荷设为等负荷的情况作为基准负荷，且上游侧制冷机12及下游侧制冷机14的负荷成为基准负荷×0.9以上且基准负荷×1.1以下的负荷，由此，在图11的10％时，α％时所示那样，与将恒速机的下游侧制冷机14(第2压缩机为恒速机的下游侧制冷机14)设为额定负荷并向变速机的上游侧制冷机12(第1压缩机为变速机的上游侧制冷机12)分配剩余负荷的情况相比，能够减少耗电量，并能够高效运转。
[第2实施方式]
图12是表示制冷机系统10的处理动作的一例的流程图。图13是用于说明制冷机的负荷率的控制的说明图。图14是表示制冷机的负荷率、设备负荷率及耗电量之间的关系的图表。图15是表示设备负荷率与COP之间的关系的图表。在此，图15表示冷却水入口温度为C℃时、D℃时、E℃时、F℃时及G℃时的设备负荷率与COP之间的关系。C℃、D℃、E℃、F℃及G℃温度依次变高，即成为C＜D＜E＜F＜G。图16是表示制冷机系统10的处理动作的一例的流程图。图17是表示耗电量降低率与设备负荷率之间的关系的图表。
在本实施方式中，将上游侧制冷机12的第1压缩机101a设为恒速机，将下游侧制冷机14的第2压缩机101b设为恒速机。
上位控制装置24设为运转上游侧制冷机12并停止下游侧制冷机14的第1模式。如图12所示，当在第1模式下设备负荷率超过了第2阈值时，上位控制装置24开始下游侧制冷机14的运转而设为第2模式(步骤S62)。即，在运转上游侧制冷机12并停止下游侧制冷机14的第1模式的状态下，当设备负荷率成为高于第1阈值的第2阈值以上时，上位控制装置24设为运转上游侧制冷机12及下游侧制冷机14双方的第2模式。
当成为使上游侧制冷机12及下游侧制冷机14双方运转的第2模式的状态时，上位控制装置24以等负荷分配的方式进行运转(步骤S64)。即，当在第1模式下设备负荷率超过第2阈值而开始第2模式下的运转时，上位控制装置24将上游侧制冷机12及下游侧制冷机14的负荷设为等负荷。
接着，在以等负荷分配的方式进行运转的状态下，上位控制装置24判定设备负荷率是否为第3阈值以上(步骤S66)。第3阈值为高于第2阈值的值。
当判定为设备负荷率为第3阈值以上(步骤S66中“是”)时，上位控制装置24将下游侧制冷机14的负荷率设为恒定负荷，将上游侧制冷机12的负荷率设定为可变(步骤S68)。即，在运转上游侧制冷机12及下游侧制冷机14双方的状态下，且当设备负荷率超过了高于第2阈值的第3阈值时，上位控制装置24在仍将下游侧制冷机14的负荷保持为恒定的状态下，与设备负荷率的上升对应地提升上游侧制冷机12的负荷率。上位控制装置24将下游侧制冷机14设为恒定负荷(额定负荷)，而根据设备负荷率改变上游侧制冷机12的负荷率。
在将下游侧制冷机14的负荷率设为恒定负荷，且将上游侧制冷机12的负荷率设定为可变的状态下，上位控制装置24判定上游侧制冷机12的负荷率是否成为100％(步骤S70)。当判定为上游侧制冷机12的负荷率未成为100％(步骤S70中“否”)时，上位控制装置24返回到步骤S68。
当判定为上游侧制冷机12的负荷率成为100％(步骤S70中“是”)时，上位控制装置24将下游侧制冷机14的负荷设定为可变(步骤S72)。上位控制装置24变动下游侧制冷机14的负荷率。
上位控制装置24判定下游侧制冷机14的负荷率是否为恒定负荷以下(步骤S74)。当判定为下游侧制冷机14的负荷率为恒定负荷以下时(步骤S74中“是”)，返回到步骤S68。当判定为下游侧制冷机14的负荷率不是恒定负荷以下时(步骤S74中“否”)，返回到步骤S74。
在步骤S66中，当判定为设备负荷率不是第3阈值以上(步骤S66中“否”)时，上位控制装置24转到步骤S76。在运转上游侧制冷机12及下游侧制冷机14双方的第2模式的状态下，上位控制装置24判定设备负荷率是否小于第1阈值(步骤S76)。
在步骤S76中，当判定为设备负荷率低于第1阈值时(步骤S76中“是”)，上位控制装置24停止下游侧制冷机14而设为第1模式(步骤S78)。在步骤S76中，当判定为设备负荷率不小于第1阈值时(步骤S76中“否”)，上位控制装置24返回到步骤S66。
上位控制装置24通过进行图12所示的处理而如图13所示那样随着设备负荷率上升，改变各制冷机的负荷率来进行运转。在设备负荷率较低的状态下，上位控制装置24用一台来运转上游侧制冷机12。在该状态下，若设备负荷率成为第2阈值以上，则下游侧制冷机14也开始运转。若开始用两台的运转，则以等配负荷的方式进行运转。由于上游侧制冷机12及下游侧制冷机14的100％的负荷相等，因此当分配了相同的负荷时，成为相等的负荷率。若设备负荷率成为第3阈值以上(图13所示例中为80％以上)，则上位控制装置24将下游侧制冷机14的负荷率设为可变，并调整下游侧制冷机14的负荷率。
上位控制装置24在从用一台制冷机来运转的状态即第1模式切换为用两台来运转的状态即第2模式时，通过设为等负荷分配，如图14所示，将下游侧制冷机14设为额定负荷，从而与向上游侧制冷机12分配剩余负荷相比能够减少耗电量。在此，图14表示在将上游侧制冷机12的负荷及下游侧制冷机14的负荷设为等负荷率，设为等负荷分配(负荷等配)时进行测量的结果。并且，图14表示在将下游侧制冷机14的负荷设为额定负荷，且向上游侧制冷机12的负荷分配了剩余负荷时进行测量的结果。而且，图14表示在将上游侧制冷机12的负荷设为相对于等负荷的差成为+a％的负荷，且将下游侧制冷机14的负荷设为相对于等负荷的差成为-a％的负荷时；将上游侧制冷机12的负荷设为相对于等负荷的差成为+b％的负荷，且将下游侧制冷机14的负荷设为相对于等负荷的差成为-b％的负荷时；将上游侧制冷机12的负荷设为相对于等负荷的差成为+c％的负荷，且将下游侧制冷机14的负荷设为相对于等负荷的差成为-c％的负荷时；及将上游侧制冷机12的负荷设为相对于等负荷的差成为+d％的负荷，且将下游侧制冷机14的负荷设为相对于等负荷的差成为-d％的负荷时进行测量的结果。a％、b％、c％及d％之间的关系成为a＜b＜c＜d。
并且，当两台制冷机均为恒速机时，且成为规定阈值以上的设备负荷时，通过尽量向上游侧制冷机12分配负荷，能够抑制耗电量。如图15所示，若设备负荷率低于第3阈值(图15所示的例中为80％)，则相对于制冷机负荷率的COP的变化成为非线性，相对于制冷机负荷率的变化的效率的降低变大，因此两台制冷机达到第3阈值为止，通过以等负荷分配的方式提升双方的制冷机的负荷，能够提高效率。并且，为COP的变化变小的第3阈值以上时，通过先将效率更高的上游侧制冷机12接近额定负荷，能够提高效率。
上位控制装置24优选根据入口冷却水温度检测部28检测到的冷却水入口温度，调整第3阈值。如图16所示，上位控制装置24通过入口冷却水温度检测部28检测冷却水入口温度(步骤S82)，根据检测到的温度，设定第3阈值(步骤S84)。上位控制装置24存储冷却水入口温度与设备负荷率之间的关系，根据冷却水入口温度，设定第3阈值。第3阈值随着冷却水入口温度变高而变低。即，关于第3阈值，冷却水温度检测部28检测到的温度越高成为越低的设备负荷率。
图17是表示将上游侧制冷机12的第1压缩机101a设为恒速机，且将下游侧制冷机14的第2压缩机101b设为恒速机时的、设备负荷率与耗电量降低率之间的关系的图。在此，图17表示冷却水入口温度为F℃时、G℃时、H℃时的设备负荷率与耗电量降低率之间的关系。F℃、G℃及H℃温度依次变高，即成为F＜G＜H。根据冷却水入口温度，确定是否将负荷分配比例从等负荷率分配变更为上游侧剩余负荷及下游侧负荷限制。冷却水入口温度越高，耗电量减少效果越高，因此当冷却水入口温度较高时，变更负荷分配比例。当冷却水入口温度较低时，耗电量降低率较低，因此仅以等负荷率分配的方式进行运转。如图17所示，关于设备负荷率，入口冷却水温度检测部28检测到的冷却水入口温度越高成为越低的值。
符号说明
10-制冷机系统，12-上游侧制冷机，14-下游侧制冷机，18-负荷设备，20-冷却水循环系统，22-冷水循环系统，24-上位控制装置，24a-运转台数确定部，24b-负荷分配确定部，26-冷水中间温度检测部，28-入口冷却水温度检测部，101-压缩机，101a-第1压缩机，101b-第2压缩机，102-冷凝器，102a-第1冷凝器，102b-第2冷凝器，103-蒸发器，103a-第1蒸发器，103b-第2蒸发器，104-中间冷却器，106-循环路径，106a-第1循环路径，106b-第2循环路径，107-膨胀阀，108-膨胀阀，109-控制装置，111-电动机，112-压缩部，121-冷却水配管，122-泵，123-冷却水供给部，131-冷水配管，132-泵，136a-制冷剂配管，136b-制冷剂配管，136c-制冷剂配管。

Claims (10)

1.一种制冷机系统，其特征在于，具有：
上游侧制冷机，其具有压缩制冷剂的第1压缩机、使通过所述第1压缩机压缩的制冷剂冷凝的第1冷凝器及使通过所述第1冷凝器冷凝的制冷剂蒸发以冷却冷水的第1蒸发器；
下游侧制冷机，其具有压缩制冷剂的第2压缩机、使通过所述第2压缩机压缩的制冷剂冷凝的第2冷凝器及使通过所述第2冷凝器冷凝的制冷剂蒸发以冷却通过了所述第1蒸发器的冷水的第2蒸发器；及
上位控制装置，其控制所述上游侧制冷机及所述下游侧制冷机的运行、停止以及所述上游侧制冷机及所述下游侧制冷机的负荷，
所述第1压缩机为变速机，
所述第2压缩机为恒速机，
所述上位控制装置设为如下：当设备负荷率小于第1阈值时，设为运转所述上游侧制冷机，并停止所述下游侧制冷机的第1模式，
在运转所述上游侧制冷机，并停止所述下游侧制冷机的状态下，当设备负荷率成为高于所述第1阈值的第2阈值以上时，设为运转所述上游侧制冷机及所述下游侧制冷机双方的第2模式，
在运转所述上游侧制冷机及所述下游侧制冷机双方的状态下，当设备负荷率低于所述第1阈值时，设为所述第1模式。
2.根据权利要求1所述的制冷机系统，其特征在于，
当在所述第1模式下设备负荷率超过所述第2阈值而开始所述第2模式下的运转时，所述上位控制装置将所述上游侧制冷机及所述下游侧制冷机的负荷设为相对于等负荷的差成为10％以内的负荷。
3.根据权利要求1所述的制冷机系统，其特征在于，
当在所述第1模式下设备负荷率超过所述第2阈值而开始所述第2模式下的运转时，所述上位控制装置将所述上游侧制冷机及所述下游侧制冷机的负荷设为等负荷。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制冷机系统，其特征在于，
当在所述第2模式下运转且设备负荷率超过了高于第2阈值的第3阈值时，所述上位控制装置将所述下游侧制冷机的负荷率设为100％，并根据设备负荷率变动所述上游侧制冷机的负荷率。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的制冷机系统，其特征在于，
所述第2冷凝器在所供给的冷却水与制冷剂之间进行热交换，并冷却所述制冷剂，
所述第1冷凝器在通过了所述第2冷凝器的冷却水与制冷剂之间进行热交换，并冷却所述制冷剂，
所述制冷机系统具有冷却水温度检测部，其检测供给至所述第2冷凝器的冷却水的温度，
所述上位控制装置根据所述冷却水温度检测部检测到的温度，调整所述第1阈值。
6.根据权利要求5所述的制冷机系统，其特征在于，
关于所述第1阈值，所述冷却水温度检测部检测到的温度越低成为越低的设备负荷率。
7.一种制冷机系统，其特征在于，具有：
上游侧制冷机，其具有压缩制冷剂的第1压缩机、使通过所述第1压缩机压缩的制冷剂冷凝的第1冷凝器及使通过所述第1冷凝器冷凝的制冷剂蒸发以冷却冷水的第1蒸发器；
下游侧制冷机，其具有压缩制冷剂的第2压缩机、使通过所述第2压缩机压缩的制冷剂冷凝的第2冷凝器及使通过所述第2冷凝器冷凝的制冷剂蒸发以冷却通过了所述第1蒸发器的冷水的第2蒸发器；及
上位控制装置，其控制所述上游侧制冷机及所述下游侧制冷机的运行、停止以及所述上游侧制冷机及所述下游侧制冷机的负荷，
所述第1压缩机为恒速机，
所述第2压缩机为恒速机，
所述上位控制装置设为如下：当设备负荷率小于第1阈值时，设为运转所述上游侧制冷机，并停止所述下游侧制冷机的第1模式，
在运转所述上游侧制冷机，并停止所述下游侧制冷机的状态下，当设备负荷率成为高于所述第1阈值的第2阈值以上时，设为运转所述上游侧制冷机及所述下游侧制冷机双方的第2模式，
在运转所述上游侧制冷机及所述下游侧制冷机双方的状态下，当设备负荷率低于所述第1阈值时，设为所述第1模式。
8.根据权利要求7所述的制冷机系统，其特征在于，
在运转所述上游侧制冷机及所述下游侧制冷机双方的状态下，且当设备负荷率超过了高于第2阈值的第3阈值时，在仍将所述下游侧制冷机的负荷保持为恒定的状态下，与设备负荷率的上升对应地提升所述上游侧制冷机的负荷率，在所述上游侧制冷机的负荷率成为100％之后，变动所述下游侧制冷机的负荷率。
9.根据权利要求8所述的制冷机系统，其特征在于，
所述第2冷凝器在所供给的冷却水与制冷剂之间进行热交换，并冷却所述制冷剂，
所述第1冷凝器在通过了所述第2冷凝器的冷却水与制冷剂之间进行热交换，并冷却所述制冷剂，
所述制冷机系统具有冷却水温度检测部，其检测供给至所述第2冷凝器的冷却水的温度，
所述上位控制装置根据所述冷却水温度检测部检测到的温度，调整所述第3阈值。
10.根据权利要求9所述的制冷机系统，其特征在于，
关于所述第3阈值，所述冷却水温度检测部检测到的温度越高成为越低的设备负荷率。
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