JP4999529B2 - 熱源機および冷凍空調装置 - Google Patents

Description

本発明は熱源機および冷凍空調装置、特に、複数の冷凍サイクルで構成される熱源機および該熱源機を装備した冷凍空調装置に関するものである。

水・ブラインなどの液媒体を加熱・冷却することによって冷温熱を負荷側に供給する冷凍空調装置として、温度差の大きい冷水の冷却に対して、複数の冷凍サイクルの蒸発器で段階的に冷却する場合に、各冷凍サイクルの蒸発器の蒸発温度を１段目から順に低く設定することで、高効率運転を行う発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−３２９６０１号公報（第７−９頁、図１）

しかし、前記特許文献１に開示された発明のように、従来の冷凍空調装置は各冷凍サイクルの圧縮機の容量をインバータにより制御するとしているが、外気温度に対応して圧縮機容量を低下するという記載や、冷媒圧力に基づいて圧縮機容量を制御するという記載があるのみで、様々な運転条件に対して、各圧縮機の運転停止をどのように制御すれば高効率な運転を実現できるか示されていない。このため、結果として、運転条件に対応した高効率運転を実施できず、運転効率が低下するという問題があった。

この発明は以上の問題に鑑み、複数の冷凍サイクルで構成される冷凍空調装置において、運転条件に対応して圧縮機の運転台数制御を適切に行うことによって効率の高い運転を可能にする冷凍空調装置を得ることを目的とする。

本発明に係る熱源機は、運転容量が可変である第一圧縮機と、第一熱源側熱交換器と、第一減圧装置と、第一負荷側熱交換器と、第一四方弁と、を有し、前記第一負荷側熱交換器においてこれを通過する熱負荷媒体に冷熱または温熱を供給する第一冷凍サイクルと、
運転容量が可変である第二圧縮機と、第二熱源側熱交換器と、第二減圧装置と、第二負荷側熱交換器と、第二四方弁と、を有し、前記第二負荷側熱交換器においてこれを通過する熱負荷媒体に冷熱または温熱を供給する第二冷凍サイクルと、
前記第一圧縮機および前記第二圧縮機をそれぞれ制御する制御装置と、
を有し、
熱負荷媒体が前記第一負荷側熱交換器を通過した後に前記第二負荷側熱交換器に流入するように、熱負荷媒体の流路の上流側に前記第一負荷側熱交換器が、熱負荷媒体の流路の下流側に前記第二負荷側熱交換器が、それぞれ直列に接続され、
前記制御装置が、前記第一圧縮機の容量が前記第二圧縮機の容量より大きくなるように、または前記第一圧縮機の容量が前記第二圧縮機の容量と略同じになるように、前記第一圧縮機および前記第二圧縮機の運転起動、運転条件および運転停止を制御する熱源機であって、
前記第一圧縮機が互いに並列に配置された複数台の圧縮機から構成され、
前記第二圧縮機が１台の圧縮機、または互いに並列に配置された複数台の圧縮機から構成され、
前記制御装置が、前記第一圧縮機を構成する圧縮機の運転台数が、前記第二圧縮機を構成する圧縮機の運転台数より多くなるように、または前記第一圧縮機を構成する圧縮機の運転台数が、前記第二圧縮機を構成する圧縮機の運転台数と同じになるように、前記第一圧縮機および前記第二圧縮機の運転起動および運転停止を制御することを特徴とする。

本発明に係る冷凍空調装置は、上流側に配置される第一圧縮機の容量が、下流側に配置される第二圧縮機の容量より大きくなるように、前者が後者と略同じになるように、第一圧縮機および前記第二圧縮機の運転起動、運転条件（回転数）および運転停止を制御することを特徴とする。
このため、熱負荷媒体を冷却する運転の際、上流側の第一冷凍サイクルの蒸発温度を、下流側の第二冷凍サイクルの蒸発温度より高温にすることができるため、「２蒸発温度の運転」を行うことが可能になり、より高効率の運転を実現することができる。
また、熱負荷媒体を加熱する運転の際、上流側の第一冷凍サイクルの凝縮温度を、下流側の第二冷凍サイクルの凝縮温度より低温にすることができるため、「２凝縮温度の運転」を行うことが可能になり、より高効率の運転を実現することができる。

［実施の形態１］
（熱源機）
図１は、本発明の実施の形態１に係る熱源機における回路図である。図１において、熱源機（冷凍空調装置に同じ）１には、下流側冷凍サイクル（［課題を解決するための手段］に記載した「第二冷凍サイクル」に相当する）２ａと、下流側冷凍サイクル２ａと同一の回路構成で同一仕様の上流側冷凍サイクル（［課題を解決するための手段］に記載した「第一冷凍サイクル」に相当する）２ｂとが搭載されている。
そして、下流側冷凍サイクル２ａから送り出された冷水または温水（［課題を解決するための手段］に記載した「熱負荷媒体」に相当するものであって、以下、まとめて「冷温水」と称す）は、図示しない負荷側装置へ送り出され、負荷側装置を経由した冷温水は、上流側冷凍サイクル２ｂに戻り、さらに、下流側冷凍サイクル２ａに流れ込む循環路が形成されるものである。

なお、以下の説明において、下流側冷凍サイクル２ａと上流側冷凍サイクル２ｂとにおいて共通する内容については、名称を修飾する形容詞「下流側、上流側」の記載を省略すると共に、符号の添え字「ａ、ｂ」の記載を省略する場合がある。
また、熱源機１は、後述する実施の形態２に係る冷凍空調装置との混乱を避けるために便宜上採用した称呼であって、冷凍空調装置そのものである。
さらに、熱負荷媒体として「冷温水」を用いているが、本発明はこれに限定するものではなく、所定の熱容量を有する流体である限り、例えば、気体やスラリー等であってもよい。

（冷凍サイクル）
下流側冷凍サイクル２ａには、圧縮機３１ａ、３２ａ（以下、一方または両方を「圧縮機３ａ」と総称する場合がある）と、四方弁４ａと、熱源側熱交換器である空気熱交換器５ａと、減圧装置である主膨張弁６ａと、負荷側熱交換器である水熱交換器７ａと、が内蔵され、図示されるように配管によって環状に接続され、冷媒回路を構成している。
同様に、上流側冷凍サイクル２ｂには、圧縮機３１ｂ、３２ｂ（以下、一方または両方を「圧縮機３ｂ」と総称する場合がある）と、四方弁４ｂと、熱源側熱交換器である空気熱交換器５ｂと、減圧装置である主膨張弁６ｂと、負荷側熱交換器である水熱交換器７ｂと、が内蔵され、図示されるように配管によって環状に接続され、冷媒回路を構成している。

圧縮機３はＤＣブラシレスモータを搭載したスクロール圧縮機であり、インバータにより回転数が制御され容量制御されるタイプである。
圧縮機３１と圧縮機３２とは、共に同じストロークボリュームを持つ同種類の圧縮機であり、圧縮機の最小回転数は２０ｒｐｓ、最大回転数は１２０ｒｐｓである。
空気熱交換器５はプレートフィン熱交換器であり、ファン１０によって搬送される熱源機１の周囲の空気と熱交換を行う。
主膨張弁６は開度が可変に制御される電子膨張弁である。
水熱交換器７はプレート熱交換器であり、熱負荷媒体である冷温水と冷媒との間で熱交換を行う。
熱源機１の冷媒としては疑似共沸混合冷媒である「Ｒ４１０Ａ」が用いられるが、本発明はこれに限定するものではない。

（冷却運転、加熱運転）
水熱交換器７で冷水をつくる冷却運転では、圧縮機３、四方弁４、空気熱交換器５、主膨張弁６、水熱交換器７、四方弁４、圧縮機３が環状に接続され、この順で冷媒が流れる。水熱交換器７で温水をつくる加熱運転では、圧縮機３、四方弁４、水熱交換器７、主膨張弁６、空気熱交換器５、四方弁４、圧縮機３が環状に接続され、この順で冷媒が流れる。
熱負荷媒体である「冷温水」は熱源機１の外部に設けられたポンプ１１によって図示しない負荷側装置に搬送される。このとき、熱源機１内では点線の流路となり、冷温水は、まず上流側冷凍サイクル２ｂの水熱交換器７ｂに流入し、次いで下流側冷凍サイクル２ａの水熱交換器７ａに流入する。
なお、水熱交換器７ａおよび水熱交換器７ｂ（以下、まとめて「水熱交換器７」と称する倍がある）において、冷却運転時は冷媒と冷水が並行して流れる「並行流」となり、加熱運転時は冷媒と温水が対向して流れる「対向流」となるように流路構成される。

（制御手段）
下流側冷凍サイクル２ａには圧力センサ８１ａが圧縮機３ａの吸入側に、圧力センサ８２ａが圧縮機３ａの吐出側に設置され、それぞれ設置された場所の冷媒圧力を計測する（以下、一方または両方を「圧力センサ８ａ」と称する場合がある）。
また、温度センサ９１ａが圧縮機３ａの吸入側に、温度センサ９２ａが圧縮機３の吐出側に、温度センサ９３ａが空気熱交換器５ａの冷却運転時の出口側に、温度センサ９４ａが水熱交換器７ａの冷却運転時の入口側に、それぞれ設置され、それぞれ設置された場所の冷媒温度を計測する。さらに、温度センサ９５ａが水熱交換器７ａの冷温水の流入部に、温度センサ９６ａが水熱交換器７ａの冷温水の流出部に、それぞれ設置され、それぞれ設置された場所の冷温水の温度を計測する（以下、それぞれまたはまとめて「温度センサ９ａ」と称する場合がある）。
下流側冷凍サイクル２ａにも、同様に圧力センサ８ｂおよび温度センサ９ｂが設置されて、それぞれを構成する部材は、前記各部材の符号の添え字「ａ」を「ｂ」としたものに同じであるから、説明を省略する。

温度センサ９７は熱源機１周囲の空気温度を計測するために設置されている。
計測制御装置１２は、圧力センサ８ａ、８ｂ、温度センサ９ａ、９ｂなどの下流側冷凍サイクル２ａ、２ｂの計測・運転情報や、熱源機の使用者から指示される運転内容に基づいて、圧縮機３ａ、３ｂの運転・停止や回転数、空気熱交換器５ａ、５ｂのファン１０ａ、１０ｂの送風量、主膨張弁６ａ、６ｂの開度など各アクチュエータを制御する。

（熱源機の運転動作）
次に、熱源機１の運転動作を図１に基づいて説明する。なお、上流側冷凍サイクル２ｂの運転動作は下流側冷凍サイクル２ａの運転動作とは、冷却運転および加熱運転の何れにおいても、それぞれ同様となるので、代表して下流側冷凍サイクル２ａにおける動作を説明する。

（冷却運転における冷媒回路）
まず、冷却運転における冷媒回路の動作について説明する。冷却運転においては、四方弁４ａの流路は図１の実線方向に設定される。
圧縮機３１ａ、３２ａ（運転している一方または両方）から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁４ａを経由して空気熱交換器５ａに流入し、凝縮器として機能する空気熱交換器５ａにおいて放熱しながら凝縮・液化する。そして、空気熱交換器５ａを出た高圧の液冷媒は主膨張弁６ａに流入し、主膨張弁６ａにおいて低圧に減圧され、二相状態の冷媒になる。
そして、二相状態の冷媒は蒸発器として機能する水熱交換器７ａに流入し、蒸発ガス化しながら吸熱し、負荷側装置との間を循環する負荷側熱媒体である水（冷温水に同じ）を冷却し「冷水」を生成する。そして、水熱交換器７ａを出た冷媒は、四方弁４ａを経由して圧縮機３１ａ、３２ａ（運転している一方または両方）に吸入される。

（冷却運転における冷水）
次に、冷却運転における冷水の動作について説明する。冷水はポンプ１１によって駆動される。低温の、例えば７℃の冷水はファンコイルなど負荷側装置（図示しない）に供給され、そこで負荷側装置の周囲に冷熱を供給しながら冷水そのものの温度は上昇し、例えば１２℃まで上昇した後で、熱源機１に戻ってくる。
熱源機１に流入した冷水（戻ってきた水に同じ）は、上流側冷凍サイクル２ｂの水熱交換器７ｂにおいて冷媒（冷熱を有する）によって冷却され、例えば９．５℃に温度低下して流出する。次いで、下流側冷凍サイクル２ａの水熱交換器７ａに流入する。ここにおいても冷水は冷媒によって冷却され、さらに温度低下し、例えば７℃になる。さらに温度低下した冷水は、水熱交換器７ａを流出、すなわち、熱源機１を流出して、再び負荷側装置（図示しない）に供給される。

（加熱運転における冷媒回路）
次に、加熱運転における冷媒回路の動作について説明する。加熱運転では四方弁４ａの流路は図１の点線方向に設定される。加熱運転における冷媒の状態変化も冷却運転とほぼ同様となる。圧縮機３ａ（圧縮機３１ａまたは圧縮機３２ａの一方または両方）から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁４ａを経て凝縮器となる水熱交換器７ａに流入する。そして、水熱交換器７ａにおいて放熱しながら凝縮・液化する。この際、図示しない負荷側装置との間を循環する負荷側熱媒体である水（冷温水に同じ）を加熱して「温水」を生成する。
水熱交換器７ａを出た高圧の液冷媒は主膨張弁６ａに流入する。主膨張弁６ａにて低圧に減圧され二相状態の冷媒となり、蒸発器となる空気熱交換器５ａに流入し、空気熱交換器５ａにて、蒸発ガス化され、四方弁４ａを経て圧縮機３ａに吸入される。

（加熱運転における温水）
次に、加熱運転における温水の動作について説明する。温水はポンプ１１によって駆動される。高温の、例えば４５℃の温水はファンコイルなど負荷側装置（図示しない）に流入し、そこで負荷側装置の周囲に温熱を供給しながら温水そのものの温度は低下する。そして、例えば４０℃まで低下した後で、熱源機１に戻ってくる。
熱源機１に戻ってきた（流入した）温水は、上流側冷凍サイクル２ｂの水熱交換器７ｂにおいて冷媒によって加熱され温度が上昇し、例えば４２．５℃となって流出し、次いで下流側冷凍サイクル２ａの水熱交換器７ａに流入する。ここにおいて温水は冷媒（温熱を有する）によってさらに加熱され、温度が上昇する。例えば４５℃となって、水熱交換器７ａを流出し、熱源機１から負荷側装置に向けて送り出される。その後、温水は再び負荷側装置に供給される循環路が形成される。

（冷却運転における制御動作）
次に、熱源機（熱源機に同じ）１の制御動作を、始めに、冷却運転について説明する。
まず、熱源機の使用者などにより、負荷側装置に供給される冷水の目標温度が設定され、例えば７℃に設定される。また、負荷側装置の運転状況に応じて冷水を送水するポンプ１１の運転停止、及び流量が設定（変更）される。

（冷凍サイクルの基本運転制御）
次に、計測制御装置１２による、下流側冷凍サイクル２ａおよび上流側冷凍サイクル２ｂの基本運転制御について説明する。
圧縮機３ａの回転数制御であるが、下流側冷凍サイクル２ａおよび上流側冷凍サイクル２ｂを統括して制御が行われ、温度センサ９６ａで検知される冷水（冷温水に同じ）の温度が予め設定された冷水目標温度になるように回転数制御を行う。なお、冷水温度に基づく回転数制御、および圧縮機運転台数制御については後で詳述する。
また空気熱交換器５ａへのファン１０ａの送風量、主膨張弁６ａの開度の制御についてであるが、この制御は下流側冷凍サイクル２ａおよび上流側冷凍サイクル２ｂで個別に行い、制御方法は、各冷凍サイクル共通となるので、下流側冷凍サイクル２ａについて説明する。

（ファンの送風量）
装置運転開始時に、空気熱交換器５ａへの送風量、主膨張弁６ａの開度を初期値に設定して運転を行う。空気熱交換器５ａの送風量の初期設定値は温度センサ９７で検知される外気温度、および、あらかじめ計測制御装置１２に記憶された所定値とを比較して決定される。ここで、外気温度と比較する所定値は圧縮機３ａの運転容量、空気熱交換器５ａの性能など機器性能に基づいて定められ、下流側冷凍サイクルの高圧（圧縮機３ａが吐出する冷媒の圧力）が低下し過ぎないようにするため、外気温度が高い場合は高風量、低い場合は低風量に設定される。

熱源機１が継続して運転する段階における送風量は基本的に初期設定値にて運転を行う。ただし、運転条件によって、圧力センサ８２ａで検知される高圧が所定範囲内からはずれるような場合には、高圧が所定範囲内であるかを確認し、高圧が、過度に上昇した場合は圧縮機３ａの保護のために風量を増加させる制御を行う。
また、高圧が過度に低下した場合は、主膨張弁６の開度制御を行っても低圧（圧縮機３ａが吸入する冷媒の圧力）が大きく低下し、冷媒蒸発温度が氷点以下に低下し、冷水が凍結する恐れが出てくるので、高圧の過度の低下を抑制するように風量を減少させる制御を行う。

（主膨張弁の開度）
次に、主膨張弁６ａの開度であるが、蒸発器となる水熱交換器７ａの出口であり、圧縮機３ａの吸入状態における冷媒過熱度ＳＨａを演算し、この冷媒過熱度ＳＨａが、予め設定された目標値、例えば１℃となるように制御される。ここで、水熱交換器７ａの出口であって、圧縮機３ａの吸入状態における冷媒過熱度ＳＨａは次式によって演算される値を用いる。
冷媒過熱度ＳＨａ＝検知温度９１ａ−冷媒飽和温度８１ａ
このとき、検知温度９１ａは温度センサ９１ａの検知温度（圧縮機３の吸入温度）、冷媒飽和温度８１ａは圧力センサ８１ａの検知圧力から換算される冷媒飽和温度である。
主膨張弁６１ａの開度が小さくなると、水熱交換器７ａを流れる冷媒流量は減少し、水熱交換器７ａ出口の冷媒過熱度ＳＨａは大きくなる。反対に、主膨張弁６ａの開度を大きくすると水熱交換器７ａの冷媒過熱度ＳＨａは小さくなる。
そこで、圧縮機３ａ吸入（水熱交換器７ａ出口）の冷媒過熱度ＳＨａと目標値とを比較し、冷媒過熱度ＳＨａが目標値より大きい場合には、主膨張弁６ａの開度を大きく制御し、反対に、冷媒過熱度ＳＨａが目標値より小さい場合には主膨張弁６ａの開度を小さく制御する。

（圧縮機の運転台数の追加）
図２および図３は、本発明の実施の形態１に係る熱源機における圧縮機の運転制御を説明するものであって、図２はフローチャート、図３は圧縮機の起動順序を示す関連図である。
図２および図３に基づいて、負荷変化などによって生じる冷水温度の変化に対応した圧縮機の運転制御について説明する。まず、熱源機使用者により装置の運転が図示しない外部コントローラなどにより指示される。この指示を受けてポンプ１１が送水を開始する。

（圧縮機１台運転）
熱源機（冷凍空調装置）１では、ポンプ１１の始動を確認した後、温度センサ９６ａで検知される、水熱交換器７ａの出口における冷水の温度（以下、「冷水出口温度」と称す）に応じて、最初に起動する圧縮機を特定する。
すなわち、冷水出口温度が冷水目標温度７℃よりも所定温度（例えば１℃以上）だけ高い温度、例えば８℃以上の温度となった段階で、１台目の圧縮機として、冷水流路の上流側にある上流側冷凍サイクル２ｂの圧縮機３１ｂを起動する。

圧縮機３１ｂは起動後所定時間が経過するまで、例えば１分間は、最小回転数に近い３０ｒｐｓで駆動され、１分後から冷水出口温度が目標値となるように回転数制御を行う。即ち、冷水出口温度が目標値より高い場合は、圧縮機３１ｂの回転数を増加させ、逆に冷水出口温度が目標値より低い場合には圧縮機３１ｂの回転数を減少させる。
なお、この時点では動作している冷凍サイクルは上流側冷凍サイクル２ｂのみであり、下流側冷凍サイクル２ａは圧縮機３ａ（圧縮機３１ａおよび圧縮機３２ａ）が停止しているため停止状態にある。

（１台追加して圧縮機２台運転にする）
次に、圧縮機３１ｂの単独運転で得られる冷却能力よりも冷却負荷が大きく、圧縮機の運転台数を増加させる場合の制御方法について説明する。
冷却能力よりも冷却負荷が大きい場合には、負荷側での冷水温度上昇が大きく、熱源機１に戻る冷水温度が上昇するため、熱源機１の出口の冷水温度が上昇する。それに合わせて圧縮機３１ｂの回転数も増速するので、圧縮機３１ｂの回転数が所定値、例えば９０ｒｐｓ以上となった段階で次の圧縮機の起動を行う。ここで圧縮機の運転台数の増加を判断する容量である回転数（９０ｒｐｓ）を「台数増加容量」と称す。

２台目の圧縮機の起動においては、現段階で停止している下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機３１ａを起動する。
圧縮機３１ａを起動して、圧縮機３１ａおよび圧縮機３１ｂの２台で動作する際、起動直後の容量変動（起動前後の容量差に同じ）を最小にするため、それまで９０ｒｐｓで運転していた圧縮機３１ｂの回転数を４５ｒｐｓ（＝９０ｒｐｓ×１台／２台）に半減し、その後に、新たに追加する圧縮機３１ａの回転数を４５ｒｐｓで駆動する。
ここで、先に圧縮機３１ａの起動を行うと、一時的な圧縮機の容量増加が発生し、高圧上昇、低圧低下など冷凍サイクルの動作の不具合が生じる可能性があるため、まず先に運転中の圧縮機３１ｂの回転数を４５ｒｐｓにまで低下させた後で、圧縮機３１ａを同じ４５ｒｐｓで起動する。

なお、圧縮機３１ａについても起動直後の運転方法は、圧縮機３１ｂと同様であり、起動直後の最初の１分間は最小回転数に近い３０ｒｐｓで駆動され、１分後に４５ｒｐｓまで増速する。
これ以降の２台運転では、圧縮機３１ａの回転数と圧縮機３１ｂの回転数とは同じ回転数とし、圧縮機３１ｂだけの１台運転の場合と同様に、冷水出口温度と目標値との偏差に基づいて圧縮機の運転回転数を制御する。

（１台追加して圧縮機３台運転にする）
次に、圧縮機３１ａおよび圧縮機３１ｂの２台運転で得られる冷却能力よりも冷却負荷が大きく、圧縮機の運転台数を増加させる場合の制御方法について説明する。
この場合も前記同様に冷水温度の上昇に応じて圧縮機３１ａおよび圧縮機３１ｂの回転数が増速するので、回転数が前述の台数増加容量である９０ｒｐｓ以上となった段階で３台目の圧縮機を起動する。

３台目の圧縮機として、冷水流路の上流にある上流側冷凍サイクル２ｂの圧縮機３２ｂを起動する。
圧縮機３２ａを追加して、それまでの２台運転から３台運転に切り替わる際の容量変動（起動前後の容量差に同じ）を最小にするため、それまで９０ｒｐｓで運転していた圧縮機３１ａおよび圧縮機３１ｂの回転数を６０ｒｐｓ（＝９０ｒｐｓ×２台／３台）に低減すると共に、新たに追加する圧縮機３２ｂの回転数を６０ｒｐｓで駆動する。
ここで、先に圧縮機３２ｂの起動を行うと、一時的な圧縮機容量増加が発生し、高圧上昇、低圧低下など冷凍サイクル動作の不具合が生じる可能性があるので、まず先に運転中の圧縮機３１ａおよび圧縮機３１ｂの回転数を６０ｒｐｓまで低下させた後で、圧縮機３２ｂをこれと同じ６０ｒｐｓで起動する。

なお、圧縮機３２ｂについても起動直後の運転方法は、圧縮機３１ａ等と同様であり、起動直後の最初の１分間は最小回転数に近い３０ｒｐｓで駆動され、１分後に６０ｒｐｓまで増速する。
これ以降の圧縮機３台の運転実施時は各圧縮機の回転数を同じ回転数とし、圧縮機３１ｂだけの１台運転の場合と同様に、冷水出口温度と目標値との偏差に基づいて各圧縮機の運転回転数を制御する。

（１台追加して圧縮機４台運転にする）
次に、圧縮機３台運転で得られる冷却能力よりも冷却負荷が大きく、圧縮機の運転台数を増加させる場合の制御方法について説明する。この場合も前記同様に、冷水温度の上昇に応じて圧縮機回転数が増速するので、各圧縮機の回転数が前述の台数増加容量である９０ｒｐｓ以上となった段階で４台目の圧縮機を起動する。

４台目の圧縮機は、最後まで運転を停止していた冷水流路の下流にある下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機３２ａを起動する。圧縮機３２ａを追加して起動する際の容量変動を小さくするため、前述の容量で、そこまで運転していた圧縮機３２ｂ、３１ａ、３１ｂの回転数を６７．５ｒｐｓ（＝９０ｒｐｓ×３台／４台）に低減した後、圧縮機３２ａをこれと同じ６７．５ｒｐｓで起動する。
ここで、先に圧縮機３２ａの起動を行うと、一時的な圧縮機の容量増加が発生し、高圧上昇、低圧低下など冷凍サイクル動作の不具合が生じる可能性があるので、まず先に運転中の圧縮機３２ｂ、３１ａ、３１ｂの回転数を６７．５ｒｐｓまで低下させた後で、圧縮機３２ａを起動する。

圧縮機３２ａについての起動方法も圧縮機３１ｂと同様であり、起動直後の最初の１分間は最小回転数に近い３０ｒｐｓで駆動され、１分後に６７．５ｒｐｓまで増速する。
これ以降の圧縮機４台運転の実施時は各圧縮機の回転数を同じ回転数とし、圧縮機３１ｂだけ１台運転の場合と同様に、冷水出口温度と目標値との偏差に基づいて圧縮機の運転回転数を制御する。

（圧縮機の運転台数の減少）
以上は、圧縮機の運転台数を増加させる場合の制御方法を説明したが、負荷変動によって圧縮機の冷凍能力が冷却負荷より大きくなり運転台数を減少させる場合も生じる。以降、圧縮機の運転台数を減少させる場合の制御方法について説明する。
最初に、圧縮機３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂの４台全てが動作している段階から圧縮機の台数を減少する場合について説明する。

（１台停止して圧縮機３台運転にする）
冷却能力が冷却負荷よりも大きい場合には、負荷側での冷水温度上昇幅が小さくなり、熱源機入口の冷水温度が低下するため熱源機出口の冷水温度も低下する。それに合わせて圧縮機回転数も減速し、圧縮機回転数が所定値、例えば５０ｒｐｓ以下となった段階で圧縮機を停止する。ここで圧縮機運転台数の減少を判断する容量である回転数５０ｒｐｓを「台数減少容量」と称す。

圧縮機を停止する場合、最初に冷水流路の下流にある下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機３２ａを停止する。このとき、まず、圧縮機３２ａを停止し、その後、５０ｒｐｓで回転していた圧縮機３１ａ、３１ｂ、３２ｂの回転を６７ｒｐｓ（≒５０×４台／３台）に増速して運転を継続する。
すなわち、圧縮機３１ａ、３１ｂ、３２ｂの３台で動作するため、これまでの圧縮機４台で運転していた時との容量（５０ｒｐｓ×４台に対応する）と、圧縮機３台の運転における容量（６７ｒｐｓ×３台に対応する）との差を小さくするためである。また、先に圧縮機３１ａ、３１ｂ、３２ｂの増速を行うと、一時的な圧縮機の容量増加が発生し、高圧上昇、低圧低下など冷凍サイクル動作の不具合が生じる可能性があるので、まず圧縮機３２ａの運転停止を行った後で、圧縮機３１ａ、３１ｂ、３２ｂの増速を行う。

（１台停止して圧縮機２台運転にする）
圧縮機３１ａ、３１ｂ、３２ｂの３台を運転中に、圧縮機の冷凍能力が冷却負荷より大きく、下流側冷凍サイクル２ａの出口の冷水温度も低下し、それに合わせて圧縮機の回転数も減速し、各圧縮機の回転数が台数減少容量である５０ｒｐｓとなった場合は、さらに１台の圧縮機を停止する。
このとき、圧縮機３１ｂ、３２ｂの２台が運転している上流側冷凍サイクル２ｂの一方の圧縮機３２ｂを停止して、下流側冷凍サイクル２ａおよび上流側冷凍サイクル２ｂにおいてそれぞれ圧縮機を１台運転するようにする。
すなわち、まず、圧縮機３２ｂを停止し、その後、５０ｒｐｓで回転していた圧縮機３１ａ、３１ｂ、３２ｂの回転を７５ｒｐｓ（≒５０×３台／２台）に増速して運転を継続する。
このとき、圧縮機３１ａ、３１ｂの２台で動作するため、これまでの圧縮機３台で運転していた時との容量（５０ｒｐｓ×３台に対応する）と、圧縮機２台の運転における容量（７５ｒｐｓ×２台に対応する）との差を小さくするためである。また、先に圧縮機３１ａ、３１ｂの増速を行うと、一時的な圧縮機の容量増加が発生し、高圧上昇、低圧低下など冷凍サイクル動作の不具合が生じる可能性があるので、まず圧縮機３２ｂの運転停止を行った後で、圧縮機３ａ、３１ｂの増速を行う。

（１台停止して圧縮機１台運転にする）
圧縮機２台運転を継続中に、圧縮機の冷凍能力が冷却負荷より大きく、熱源機出口の冷水温度も低下し、それに合わせて圧縮機回転数も減速し、圧縮機回転数が「４０ｒｐｓ」となった場合は、さらに１台の圧縮機を停止する。圧縮機の運転台数を２台から１台に減少させる場合は、圧縮機の運転台数を１台から２台に増加させる場合の容量とヒステリシスを確保するため、台数減少容量である５０ｒｐｓより低い回転数である「４０ｒｐｓ」となった時点で台数の減少を行う。
すなわち、冷水流路の下流にある下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機３１ａを停止する。圧縮機３１ａを停止した後は、圧縮機３１ｂの１台が動作する。
このとき、前述の要領に準じて、それまでの圧縮機２台運転時から圧縮機１台運転に切り替わる際の容量差を小さくするため、まず圧縮機３１ａの停止を行った後で、運転中の圧縮機３１ｂの回転数を８０ｒｐｓ（＝４０ｒｐｓ×２台／１台）に増速する。ここで、先に圧縮機３１ｂの増速を行うと、一時的な圧縮機容量増加が発生し、高圧上昇、低圧低下など冷凍サイクル動作の不具合が生じる可能性があるので、まず圧縮機３１ａの停止を行った後で、圧縮機３１ｂの増速を行う。

圧縮機１台運転を継続中に、圧縮機３１ｂの冷凍能力が冷却負荷より大きく、熱源機１の出口の冷水温度も低下し、それに合わせて圧縮機３１ｂの回転数も減速し、圧縮機３１ｂの回転数が最小回転数である２０ｒｐｓとなり、その時点で熱源機１の冷水出口温度が目標値７℃よりも所定値（例えば１℃以上）だけ低い温度、例えば６℃以下となった場合には、圧縮機３１ｂの運転も停止し、熱源機１の圧縮機３（圧縮機３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ）の全ての運転を停止する。
全圧縮機３の運転停止後もポンプ１１は駆動を継続し、冷却負荷の増加などにより冷水出口温度が目標温度７℃よりも１℃以上高い温度、例えば８℃以上の温度となった段階で再度１台目の圧縮機３１ｂを起動させる運転を行う。

（冷却運転における運転台数制御の効果）
以上のような圧縮機の運転台数制御を行うことによって以下のような効果を得ることができる。
（ｉ）まず、圧縮機３を２台運転する場合は、下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機３１ａと上流側冷凍サイクル２ｂの圧縮機３１ｂとを運転する。このとき、熱源機１の冷水温度変化は入口が１２℃、出口が７℃である場合には前述したように、上流側冷凍サイクル２ｂの水熱交換器７ｂにおいて冷媒によって冷却されて温度低下し、９．５℃となって流出し、次いで、下流側冷凍サイクル２ａの水熱交換器７ａに流入して冷却され、温度低下して７℃となって流出する。

下流側冷凍サイクル２ａ、２ｂの直列に連結され、しかもそれぞれの運転蒸発温度はそれぞれの冷水出口温度によって規定されている。このため、下流側冷凍サイクル２ａの蒸発温度は冷水出口温度７℃に応じた蒸発温度になる。一方、上流側冷凍サイクル２ｂの蒸発温度は冷水出口温度８．５℃に応じた蒸発温度となるため、上流側冷凍サイクル２ｂでは、下流側冷凍サイクル２ａよりも蒸発温度が高くなる。
すなわち、下流側冷凍サイクル２ａ、２ｂでの蒸発温度がそれぞれ異なるため、熱源機１は「２つの蒸発温度」で運転されることになる。
このことは、上流側冷凍サイクル２ｂでは下流側冷凍サイクル２ａに対し蒸発温度が上昇する分だけ高効率の運転を行うことを可能にする。仮に、下流側冷凍サイクル２ａおよび上流側冷凍サイクル２ｂの冷水流路が直列でなく並列に構成されていた場合、下流側冷凍サイクル２ａおよび上流側冷凍サイクル２ｂとも冷水出口温度が７℃となるため、それぞれ７℃に応じた蒸発温度となるが、熱源機１では直列接続されているから、冷水流路上流側にある冷凍サイクルの蒸発温度を上昇させることができる。

（ｉｉ）また、仮に、下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機３１ａ、３２ａの２台を運転して、上流側冷凍サイクル２ｂの圧縮機３１ｂ、３２ｂの２台を停止する圧縮機２台運転、あるいは、上流側冷凍サイクル２ｂの圧縮機３１ｂ、３２ｂの２台を運転して、下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機３１ａ、３２ａの２台を停止する圧縮機２台運転を実施した場合、前者は水熱交換器７ａを、後者は水熱交換器７ｂを、それぞれ１台のみ使用するものであるため、冷水出口温度７℃に応じた「唯一の蒸発温度」で運転されることになる。
すなわち、この運転に比べ本実施の形態に示す熱源機１では「２蒸発温度の運転」を行うから、より高効率の運転を実現することができる。

（ｉｉｉ）また、下流側冷凍サイクル２ａに備えられた圧縮機３１ａ、３２ａの一方または両方と、上流側冷凍サイクル２ｂに備えられた圧縮機３１ａ、３２ａの一方または両方とを運転することによって、下流側冷凍サイクル２ａおよび上流側冷凍サイクル２ｂに備えられた空気熱交換器５ａ、５ｂ、水熱交換器７ａ、７ｂを全て活用した運転を行うことができる。
そうすると、前述したようなどちらか一方の冷凍サイクル（例えば、上流側下流側冷凍サイクル２ａ）に備えられる圧縮機（例えば、圧縮機３１ａ）のみ運転する場合では、熱源機１に搭載される水熱交換器７ａ、７ｂの半分しか用いることができないのに対し、実施の形態１に示す熱源機１で両方の水熱交換器７ａ、７ｂを用いた運転を行うことができ、下流側冷凍サイクル２ａ、２ｂの高圧が低下し、低圧が上昇する運転を行うことができ、より高効率の運転を実現することができる。

（ｉｖ）また、圧縮機を２台運転から１台運転に低下させる場合、熱源機１では、冷水流路の下流側の下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機３１ａを先に停止させる。すなわち、冷水流路の下流側の下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機３１ａを停止させた場合、圧縮機３１ａ停止の影響は上流側冷凍サイクル２ｂの運転に特に影響を及ぼさない。そのため、圧縮機を停止して運転台数を減少させる場合の運転切換が安定的に実施でき、より信頼性の高い運転を行うことができる。

仮に、冷水流路の上流側の上流側冷凍サイクル２ｂの圧縮機３１ｂを先に停止させ、下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機３１ａ、３２ａを継続して運転させるとすると、圧縮機３１ｂの停止により一時的に上流側冷凍サイクル２ｂの水熱交換器７ｂにおける熱交換量が大きく変動し、それにより下流側冷凍サイクル２ａの水熱交換器７ａに流入する冷水温度が大きく変動する。そうすると、冷水流入温度の変動によって下流側冷凍サイクル２ａの動作が不安定になり、状況によって冷凍サイクルの圧力変動が大きくなり、圧縮機３の運転停止が必要となるような状況が発生する可能性がある。

（ｖ）また、熱源機１では、圧縮機の運転台数が全停止（０台運転）の状態から２台運転に台数を増加させる場合にも、先行して冷水流路の上流の上流側冷凍サイクル２ｂの圧縮機３１ｂを起動し、これに続いて、冷水流路の下流の下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機３１ａを起動させる。
したがって、冷水流路の下流側の下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機３１ａを後で起動させるから、圧縮機３１ａを起動した時の影響が上流側冷凍サイクル２ｂの運転に及ぶことが無く、圧縮機の運転台数増加時の運転切換が安定的に実施でき、より信頼性の高い運転を行うことができる。

仮に、下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機３１ａを先に起動し、上流側冷凍サイクル２ｂの圧縮機３１ｂを後で起動した場合、圧縮機３１ｂを起動した時に上流側冷凍サイクル２ｂの運転は不安定となり易く、その際の上流側冷凍サイクル２ｂの水熱交換器７ｂにおける熱交換量が大きく変動する。そうすると、下流側冷凍サイクル２ａの水熱交換器７ａに流入する冷水温度が大きく変動し、かかる変動によって下流側冷凍サイクル２ａの動作が不安定になり、状況によって冷凍サイクルの圧力変動が大きくなり、圧縮機３の運転停止が必要となるような状況が発生する可能性がある。

（ｖｉ）また、圧縮機を３台運転する場合は、下流側冷凍サイクル２ａは圧縮機３１ａの１台運転とし、上流側冷凍サイクル２ｂは圧縮機３１ｂ、３２ｂの２台運転とするから、前述したように下流側冷凍サイクル２ａと上流側冷凍サイクル２ｂとでは、上流側冷凍サイクル２ｂの蒸発温度が高く、運転効率が高くなる。すなわち、圧縮機３台運転の場合には、圧縮機が２台運転されることにより運転容量が大きくなる冷凍サイクルの効率を向上させた方が、熱源機１全体の運転効率も高くなるため、冷水流路の上流にあって、蒸発温度がより高温になる上流側冷凍サイクル２ｂの２台の圧縮機３１ｂ、３２ｂを運転している。

（圧縮機効率）
図４は、本発明の実施の形態１に係る熱源機における圧縮機の回転数と圧縮機効率の相関を表した相関図である。なお、圧縮機３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂは何れも同様の特性を有するから、以下、それぞれを圧縮機３と総称して説明する。
図４において、圧縮機３は回転数６０ｒｐｓで効率最大となり、６０ｒｐｓから９０ｒｐｓまでは効率が若干低下し、６０ｒｐｓから３０ｒｐｓにかけてと、９０ｒｐｓから１２０ｒｐｓにかけては効率が大きく低下する。以下、図３を参照しながら、圧縮機の運転台数の増減要領を説明する。

（圧縮機の運転台数の増加要領）
圧縮機の運転台数が増加する場合は、それまでの圧縮機の運転台数が少ない場合の運転容量（回転数）に対して、回転数が低下する。
仮に、圧縮機効率が最大となる６０ｒｐｓよりも低い回転数で圧縮機の運転台数を増加させた場合、台数増加後の運転回転数はさらに低下し、それに伴い、台数増加前より圧縮機効率の低下した運転となり、熱源機１の運転効率が低下する。
熱源機１のように圧縮機効率が最大となる６０ｒｐｓよりも高い回転数である９０ｒｐｓを「台数増加容量」とし、この台数増加容量により圧縮機の運転台数の増加を判定することにより、圧縮機の台数切換前後においても、最も効率の高い６０ｒｐｓ近辺で運転が可能となる。そのため、いずれの運転台数においても圧縮機効率の高い運転を行うことができ、熱源機１の運転効率を高くすることができる。

（圧縮機の運転台数の減少要領）
一方、圧縮機の運転台数が減少する場合は、それまでの圧縮機運転台数が多い場合の運転容量（回転数）に対して、回転数が増加する。
仮に、圧縮機効率が最大となる６０ｒｐｓよりも高い回転数で圧縮機の運転台数を減少させた場合、増加後の運転回転数はさらに上昇し、それに伴い、台数増加前より圧縮機効率の低下した運転となり、熱源機１の運転効率が低下する。
熱源機１のように圧縮機効率が最大となる６０ｒｐｓよりも低い回転数である５０ｒｐｓを台数減少容量とし、この容量により圧縮機運転台数減少を判定することにより、圧縮機の台数切換前後においても、最も効率の高い６０ｒｐｓ近辺で運転が可能となる。そのため、いずれの運転台数においても圧縮機効率の高い運転を行うことができ、熱源機１の運転効率を高くすることができる。

（加熱運転における制御動作）
次に、実施の形態１に示す熱源機１における加熱運転の制御動作について説明する。
まず、熱源機１の使用者などにより、図示しない負荷側装置に供給される温水の目標温度が設定され、例えば４５℃に設定される。また、負荷側装置の運転状況に応じて温水を送水するポンプ１１の運転停止、流量が変更される。

（基本運転制御）
次に、下流側冷凍サイクル２ａおよび上流側冷凍サイクル２ｂの基本運転制御について説明する。まず、圧縮機３ａ（圧縮機３１ａ、３２ａ）および圧縮機３ｂ（圧縮機３１ｂ、３２ｂ）の回転数制御であるが、下流側冷凍サイクル２ａおよび上流側冷凍サイクル２ｂを統括して制御が行われ、温度センサ９６ａおよび温度センサ９６ｂによって検知される温水温度が予め設定された温水目標温度になるように回転数制御を行う。
なお、以下、代表して下流側冷凍サイクル２ａにおける運転制御を説明する。また、温水温度に基づく回転数制御、および圧縮機運転台数制御については後で詳述する。

（主膨張弁の開度制御）
次に、空気熱交換器５ａへのファン１０ａの送風量、主膨張弁６ａの開度の制御についてであるが、この制御は下流側冷凍サイクル２ａおよび上流側冷凍サイクル２ｂで個別に行い、制御方法は、各冷凍サイクル共通となる。
熱源機１の運転開始時に、空気熱交換器５ａへの送風量、主膨張弁６ａの開度を初期値に設定して運転を行う。空気熱交換器５ａの送風量の初期設定値は温度センサ９７によって検知される外気温度と、あらかじめ計測制御装置１２に記憶された所定値とを比較して決定され、外気温度が低い場合は高風量、高い場合は低風量に設定される。

熱源機１が継続して運転する段階における送風量は、基本的に初期設定値にて運転を行う。状況として外気の温度が高い（たとえば１５℃くらい）ときに、加熱運転を行った場合に、圧縮機３ａの負荷が過大となるのを防止するため風量を低下させ、下流側冷凍サイクル２ａの低圧を低下し、圧縮機３ａの搬送流量を低下することで、圧縮機３ａの駆動の負荷を低減する場合がある。
しかしながら、本発明が対象とする熱源機１が用いられるビル用空調などの場合、外気の温度が高い時に暖房負荷が発生することはほとんどないため、上記の通り初期設定値にて運転を行う。

次に、主膨張弁６ａの開度であるが、蒸発器となる空気熱交換器５ａの出口であり、圧縮機３ａの吸入の状態の冷媒過熱度ＳＨａが、予め設定された目標値、例えば１℃となるように制御される。ここで空気熱交換器５ａの出口であり圧縮機３ａ吸入の冷媒過熱度ＳＨａは次式によって演算される値を用いる。
冷媒過熱度ＳＨａ＝検知温度９１ａ−冷媒飽和温度８１ａ
このとき、検知温度９１ａは温度センサ９１ａの検知温度（圧縮機３ａの吸入温度）、冷媒飽和温度８１ａは圧力センサ８１ａの検知圧力から換算される冷媒飽和温度である。

主膨張弁６ａの開度が小さくなると、空気熱交換器５ａを流れる冷媒流量は減少し、空気熱交換器５ａ出口の冷媒過熱度ＳＨａは大きくなり、逆に主膨張弁６ａの開度を大きくすると空気熱交換器５ａの冷媒過熱度ＳＨａは小さくなる。
そこで、圧縮機３１ａ、３２ａの吸入位置（空気熱交換器５ａの出口に同じ）の冷媒過熱度ＳＨａと目標値とを比較し、冷媒過熱度ＳＨａが目標値より大きい場合には、主膨張弁６ａの開度を大きく制御し、冷媒過熱度ＳＨａが目標値より小さい場合には主膨張弁６ａの開度を小さく制御する。

（加熱運転における圧縮機の運転制御）
次に、負荷変化などによって生じる温水温度の変化に対応した圧縮機の運転制御について説明する。圧縮機の運転制御は冷却運転と同様に行い、以下のような手順となる。
まず、熱源機１の使用者により装置の運転が図示しない外部コントローラなどにより指示される。この指示を受けてポンプ１１が送水を開始する。

熱源機１では、ポンプ１１の始動を確認した後、温度センサ９６ａで検知される温水出口温度に応じて最初の圧縮機の起動を判断し、温水出口温度が温水目標温度４５℃よりも所定温度（例えば１℃以上）だけ低い温度、例えば４４℃以下の温度となった段階で１台目の圧縮機として、温水流路の上流側にある上流側冷凍サイクル２ｂの圧縮機３１ｂを起動する。

圧縮機３１ｂ起動後の動作は、冷却運転における動作と同様であり、前述の要領に準じて、圧縮機３１ｂの回転数が台数増加容量である９０ｒｐｓ以上となった段階で、下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機３１ａを起動し、以降、上流側冷凍サイクル２ｂの圧縮機３２ｂを、次いで下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機３２ｂの順に圧縮機３の運転台数を増加させる。

圧縮機運転台数を減少させる場合の運転制御も冷却運転と同様であり、圧縮機３の回転数が台数減少容量である５０ｒｐｓ以下となった段階で圧縮機３の運転を順次停止する。停止する順も冷却運転と同様であり、全圧縮機（圧縮機３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ）が運転されている状況から、まず、下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機３２ａを停止し、次に、上流側冷凍サイクル２ｂの圧縮機３２ｂを、さらに、下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機３１ａを、最後に上流側冷凍サイクル２ｂの圧縮機３１ｂを停止する。
なお、圧縮機の運転台数２台から１台への減少を判定する容量は、冷却運転と同様に、台数減少容量である５０ｒｐｓより低い「４０ｒｐｓ」である。

（加熱運転における運転台数制御の効果）
以上の圧縮機３の運転台数制御を行うことで以下の効果を得ることができる。
（ｉ）まず、圧縮機３を２台運転する場合は、下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機３１ａと上流側冷凍サイクル２ｂの圧縮機３１ｂとを運転する。
このとき、熱源機１の温水（冷温水に同じ）の温度変化は、入口が４０℃、出口が４５℃である場合には、前述したように、上流側冷凍サイクル２ｂの水熱交換器７ｂにおいて冷媒（温熱を有する）により加熱され、４２．５℃に温度上昇して流出し、次いで、下流側冷凍サイクル２ａの水熱交換器７ａに流入して加熱され、４５℃にまで温度上昇して流出する。

下流側冷凍サイクル２ａ、２ｂの運転凝縮温度は温水出口温度によって規定されるため、下流側冷凍サイクル２ａの凝縮温度は温水出口温度４５℃に応じた凝縮温度になり、上流側冷凍サイクル２ｂの凝縮温度は温水出口温度４２．５℃に応じた蒸発温度となる。
すなわち、熱源機１では上流側冷凍サイクル２ｂが備える水熱交換器７ｂと下流側冷凍サイクル２ａが備える水熱交換器７ａとが直列に連結されているから、上流側冷凍サイクル２ｂでは、下流側冷凍サイクル２ａよりも凝縮温度が低くなり、それぞれの冷凍サイクルでの凝縮温度が異なり「２つの凝縮温度」で運転されることになる。
よって、上流側冷凍サイクル２ｂでは下流側冷凍サイクル２ａに対し凝縮温度が低下する分だけ高効率の運転を行うことができる。
仮に、下流側冷凍サイクル２ａおよび上流側冷凍サイクル２ｂの温水流路が直列でなく並列に構成されていた場合、下流側冷凍サイクル２ａおよび上流側冷凍サイクル２ｂとも温水出口温度が４５℃となるため、それぞれ４５℃に応じた凝縮温度となるが、熱源機１では直列接続を行うことで温水流路上流側にある冷凍サイクルの凝縮温度を上昇させることができる。

（ｉｉ）また、冷凍運転において説明したように、下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機３１ａ、３２ａの２台のみ、あるいは、上流側冷凍サイクル２ｂの圧縮機３１ｂ、３２ｂの２台のみ、を運転した場合には、温水との熱交換が実行される水熱交換器は水熱交換器７ａ、７ｂの何れか一方のみとなり、温水出口温度４５℃に応じた凝縮温度で運転されることになる。すなわち、この運転に比べ、実施の形態１に示す熱源機１では「２凝縮温度」の運転が可能であるから、より高効率の運転を実現することができる。

（ｉｉｉ）また、冷凍運転において説明したように、下流側冷凍サイクル２ａおよび上流側冷凍サイクル２ｂの両方を同時に運転することで、空気熱交換器５ａ、５ｂと、水熱交換器７ａ、７ｂと、を全て活用した運転を行うことができる。
したがって、下流側冷凍サイクル２ａ、３ｂのどちらか一方において圧縮機３ａ、３ｂのどちらか一方のみ運転する場合では、熱源機１に搭載される熱交換器の半分しか用いることができないのに対し、熱源機１では両方の熱交換器を用いた運転を行うことができ、下流側冷凍サイクル２ａ、２ｂの高圧が低下し、低圧が上昇する運転を行うことができ、より高効率の運転を実現できる。

（ｉｉｉ）圧縮機３を、２台運転から１台運転に低下させる場合、熱源機１では温水流路下流側の下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機３１ａを先に停止させる。
仮に、温水流路上流側の上流側冷凍サイクル２ｂの圧縮機３１ｂを先に停止させ、温水流路下流側の下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機３１ａを継続して運転させると、圧縮機３１ｂの停止により一時的に上流側冷凍サイクル２ｂの水熱交換器７ｂにおける熱交換量が大きく変動し、それにより下流側冷凍サイクル２ａの水熱交換器７ａに流入する温水温度が大きく変動する。温水流入温度の変動により下流側冷凍サイクル２ａの動作が不安定になり、状況によって冷凍サイクルの圧力変動が大きくなり、圧縮機３の運転停止が必要となるような状況が発生する可能性がある。

（ｉｖ）熱源機１のように温水流路の下流側の下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機３１ａを停止させた場合、圧縮機３１ａ停止の影響は上流側冷凍サイクル２ｂの運転には特に影響を及ぼさない。そのため、圧縮機３２ａを停止し台数減少させる場合の運転切換が安定的に実施でき、より信頼性の高い運転を行うことができる。

（ｖ）また、熱源機１では、圧縮機３の運転停止（０台運転）の状態から圧縮機２台運転に台数を増加させる場合にも、先に温水流路上流の上流側冷凍サイクル２ｂの圧縮機３１ｂを先に起動し、続いて温水流路下流の下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機３１ａを起動させる。
仮に、下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機３１ａを先に起動し、上流側冷凍サイクル２ｂの圧縮機３１ｂを後で起動した場合、圧縮機３１ｂを起動した時の上流側冷凍サイクル２ｂの運転は不安定となりやすいので、その際の上流側冷凍サイクル２ｂの水熱交換器７ｂでの熱交換量が大きく変動し、それにより、下流側冷凍サイクル２ａの水熱交換器７ａに流入する温水温度が大きく変動する。温水流入温度の変動により下流側冷凍サイクル２ａの動作が不安定になり、状況によって冷凍サイクルの圧力変動が大きくなり、圧縮機３の運転停止が必要となるような状況が発生する可能性がある。

（ｖ）熱源機１のように温水流路下流側の下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機３１ａを後で起動させると、圧縮機３１ａを起動した時の影響が上流側冷凍サイクル２ｂの運転に及ぶことが無いため、圧縮機３の運転台数増加時の運転切換が安定的に実施でき、より信頼性の高い運転を行うことができる。

（ｖｉ）また、圧縮機３を３台運転する場合は、下流側冷凍サイクル２ａは圧縮機３１ａの１台運転とし、上流側冷凍サイクル２ｂは圧縮機３１ｂ、３２ｂの２台運転とする。
前述したように下流側冷凍サイクル２ａと上流側冷凍サイクル２ｂとでは、上流側冷凍サイクル２ｂの凝縮温度が低く、運転効率が高くなる。すなわち、圧縮機３台運転する場合には、圧縮機２台運転され運転容量の大きくなる方の冷凍サイクルの効率を向上させた方が、熱源機１全体の運転効率も高くなるため、下流側冷凍サイクル２ａの圧縮機を２台運転させるよりは、実施の形態１に示す熱源機１のように、温水流路上流にある圧縮機３１ｂ、３２ｂの運転容量が高くなるように上流側冷凍サイクル２ｂの圧縮機を２台運転させることで、より高効率の運転を実施することができる。

（バリエーション）
以上は、下流側冷凍サイクルおよび上流側冷凍サイクルがそれぞれ２台の圧縮機を具備するものを示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、「２凝縮温度」の運転、「２蒸発温度」の運転が可能である限り、各冷凍サイクルが具備する圧縮機の台数は何れであってもよい。すなわち、実施の形態１では冷凍運転において圧縮機を起動する順番は、前述のように（図３参照）、
ステップ１：下流側では圧縮機停止（０台運転）、上流側では圧縮機１台運転、
ステップ２：下流側では圧縮機１台運転、上流側では圧縮機１台運転、
ステップ３：下流側では圧縮機１台運転、上流側では圧縮機２台運転、
ステップ４：下流側では圧縮機２台運転、上流側では圧縮機２台運転、
となるのに対し、例えば、以下であってもよい。

（バリエーション１）
例えば、下流側冷凍サイクルに１台の圧縮機、上流側冷凍サイクルに２台の圧縮機を具備する熱源機であってもよい。このとき、冷凍運転において圧縮機を起動する順番は、
ステップ１：下流側では圧縮機停止（０台運転）、上流側では圧縮機１台運転、
ステップ２：下流側では圧縮機１台運転、上流側では圧縮機１台運転、
ステップ３：下流側では圧縮機１台運転、上流側では圧縮機２台運転、
となる。

（バリエーション２）
さらに、下流側冷凍サイクルに３台の圧縮機、上流側冷凍サイクルに３台の圧縮機を具備する熱源機であってもよい。このとき、冷凍運転において圧縮機を起動する順番は、
ステップ１：下流側では圧縮機停止（０台運転）、上流側では圧縮機１台運転、
ステップ２：下流側では圧縮機１台運転、上流側では圧縮機１台運転、
ステップ３：下流側では圧縮機１台運転、上流側では圧縮機２台運転、
ステップ４：下流側では圧縮機２台運転、上流側では圧縮機２台運転、
ステップ５：下流側では圧縮機２台運転、上流側では圧縮機３台運転、
ステップ６：下流側では圧縮機３台運転、上流側では圧縮機３台運転、
となる。

（バリエーション３）
さらに、下流側冷凍サイクルに２台の圧縮機、上流側冷凍サイクルに２台の圧縮機を具備すると共に、両者の中間に、２台の圧縮機を備えた中間冷凍サイクル配置された熱源機であってもよい。このとき、冷凍運転において圧縮機を起動する順番は、
ステップ１：下流側では圧縮機停止（０台運転）、中間では圧縮機停止（０台運転）、上流側では圧縮機１台運転、
ステップ２：下流側では０台運転、中間では１台運転、上流側では１台運転、
ステップ３：下流側では１台運転、中間では１台運転、上流側では１台運転、
ステップ４：下流側では１台運転、中間では１台運転、上流側では２台運転、
ステップ５：下流側では１台運転、中間では２台運転、上流側では２台運転、
ステップ６：下流側では２台運転、中間では２台運転、上流側では２台運転、
となる。

［実施の形態２］
（冷凍空調装置）
図５および図６は実施の形態２に係る冷凍空調装置を説明するものであって、図５は回路図で、図６はフローチャート、図７は冷凍空調装置の有する圧縮機の起動順序を示す関連図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。また、実施の形態１の説明に準じて、共通する内容については、名称を修飾する形容詞「下流側、上流側」の記載を省略すると共に、符号の添え字「ａ、ｂ」の記載を省略する場合がある。

図５において、実施の形態２に係る冷凍空調装置１００は、熱源機１ｘ、熱源機１ｙ、および熱源機１ｚの３台で構成される（以下、まとめて「熱源機１ｘ、１ｙ、１ｚ」と称す場合がある）。熱源機１ｘ、１ｙ、１ｚの構成は何れも実施の形態１に示す熱源機１の構成に同じである。
すなわち、熱源機１ｘには、圧縮機３１ａ、３２ａを具備する下流側冷凍サイクル２ａと圧縮機３１ｂ、３２ｂを具備する上流側冷凍サイクル２ｂとが備えられ、ポンプ１１ｘとが付設され、熱源機１ｙには、圧縮機３１ｃ、３２ｃを具備する下流側冷凍サイクル２ｃと圧縮機３１ｄ、３２ｄを具備する上流側冷凍サイクル２ｄとが備えられ、ポンプ１１ｙが付設され、熱源機１ｚには、圧縮機３１ｅ、３２ｅを具備する下流側冷凍サイクル２ｅと圧縮機３１ｆ、３２ｆを具備する上流側冷凍サイクル２ｆとが備えられ、ポンプ１１ｚが付設されている。
なお、以下の説明において、熱源機１ｘ、１ｙ、１ｚに共通する内容については、符号の添え字「ｘ、ｙ、ｚ」の記載を省略する場合、および、圧縮機３１ａ、３２ａ、圧縮機３１ｂ、３２ｂ、圧縮機３１ｃ、３２ｃ、圧縮機３１ｄ、３２ｄ、圧縮機３１ｅ、３２ｅ、圧縮機３１ｆ、３２ｆをまとめて「圧縮機３」と称する場合がある。

そして、熱源機１ｘ、１ｙ、１ｚのそれぞれから負荷側装置（図示しない）に向けて送り出される冷温水は統合され、また、図示しない負荷側装置から戻ってきた冷温水は分岐して、熱源機は熱源機１ｘ、１ｙ、１ｚのそれぞれに流入する。すなわち、熱源機１ｘ、１ｙ、１ｚはそれぞれ並列に配置されている。
また、熱源機１ｘ、１ｙ、１ｚには計測制御装置１２ｘ、１２ｙ、１２ｚが設けられているが、これらに追加して、熱源機１ｘ、１ｙ、１ｚ全体の制御（冷凍空調装置１００の制御に同じ）を実施するシステム制御装置１３が設けられている。

システム制御装置１３は、冷凍空調装置１００全体の運転設定を行うとともに、熱源機１ｘ、１ｙ、１ｚそれぞれが運転する圧縮機３の台数を制御する。
熱源機１ｘ、１ｙ、１ｚの計測制御装置１２ｘ、１２ｙ、１２ｚは、運転情報の通信を行い、システム制御装置１３から計測制御装置１２に対しては、システム制御装置１３において設定された冷水もしくは温水の出口温度目標値、及びシステム制御装置１３において決定された「熱源機１ｘ、１ｙ、１ｚの運転または停止」、および「熱源機１ｘ、１ｙ、１ｚで運転が許容される圧縮機３の運転台数」が送信される。
一方、計測制御装置１２からシステム制御装置１３に対しては、熱源機１ｘ、１ｙ、１ｚのそれぞれで運転される「各圧縮機の回転数の情報」、および熱源機１ｘ、１ｙ、１ｚのそれぞれの「出口水温の情報」が送信される。

（圧縮機の運転台数の制御）
熱源機１ｘ、１ｙ、１ｚの冷凍サイクルの動作、および運転制御は実施の形態１と同様となる。ただし、圧縮機３の運転台数制御についてはシステム制御装置１３において判断を行い、その指示に基づいて台数制御が実施される。以下、実施の形態２に示す冷凍空調装置１００における圧縮機の運転台数の切換方法について図６および図７に基づいて説明する。

（圧縮機１台による冷却運転）
始めに冷却運転について説明する。まず、冷凍空調装置１００の使用者などにより、負荷側装置に供給される冷水の目標温度がシステム制御装置１３に対し設定される。続いて使用者などにより冷凍空調装置１００の運転がシステム制御装置１３に対して指示される。
システム制御装置１３では運転指示を受けて、冷凍空調装置１００全体の圧縮機３の運転台数を「１台」に設定する。そして、予め最初に運転される設定がなされている熱源機１ｘに対し、冷水目標温度を送信するとともに熱源機１ｘの運転、及び圧縮機３の運転台数「１台」を指示する。また、熱源機１ｙおよび熱源機１ｚには停止を指示する。

熱源機１ｘの計測制御装置１２ｘは、運転指示を受けてポンプ１１ｘを運転する。そして、冷水出口温度検知結果と冷水目標温度との温度差に基づいて上流側冷凍サイクル２ｂの圧縮機３１ｂを起動し、圧縮機３１ｂの回転数制御を行う。計測制御装置１２ｘからは圧縮機３１ｂの回転数及び冷水出口温度の情報がシステム制御装置１３に送信される。

（圧縮機２台による冷却運転）
熱源機１ｘの運転により実現される冷却能力より冷却負荷が大きい場合、圧縮機３１ｂの回転数は次第に増加する。冷凍空調装置１００では、熱源機１ｘ、１ｙ、１ｚ個別について圧縮機３の運転台数切換の判定は行わず、システム制御装置１３において冷凍空調装置１００全体の圧縮機３の運転台数制御を実施する。なお、実施の形態１に示す熱源機１では圧縮機３の回転数が台数増加容量である９０ｒｐｓ以上となった段階で圧縮機運転台数を増加させる制御を行っている。
システム制御装置１３では、圧縮機３１ｂの回転数情報をもとに運転する圧縮機３の台数の変更を判定し、圧縮機３１ｂの回転数が台数増加容量である９０ｒｐｓ以上となった段階で、冷凍空調装置１００全体の圧縮機３の運転台数を１台増加し２台に設定する。

システム制御装置１３では冷凍空調装置１００全体の圧縮機３の運転台数増加に伴い、圧縮機３の運転台数を増加させる熱源機１ｘ、１ｙ、１ｚを設定する。
圧縮機３の運転台数を増加する場合、運転している冷凍サイクル２の個数が１つである熱源機１を優先する。最初に圧縮機３を起動してから２台目の起動となる場合は、最初に圧縮機３を起動し、冷凍サイクル２が１つだけ動作している熱源機が対象となり、この場合熱源機１ｘが圧縮機３の運転台数を増加する対象熱源機となる。
システム制御装置１３から、計測制御装置１２ｘに対し圧縮機運転台数２台が送信される。熱源機１ｘではその指示を受けて圧縮機３を２台運転とするが、実施の形態１と同様に、下流側冷凍サイクル２ａに備えられる圧縮機３１ａの運転を開始する。

（圧縮機３台による冷却運転）
熱源機１ｘの運転により実現される冷却能力より冷却負荷が大きい場合、熱源機１ｘの圧縮機３１ａ、３１ｂの回転数は次第に増加する。システム制御装置１３では、圧縮機３ａ、３１ｂの回転数情報をもとに運転圧縮機台数の変更を判定し、圧縮機３１ａ、３１ｂの回転数が台数増加容量である９０ｒｐｓ以上となった段階で冷凍空調装置１００全体の圧縮機３の運転台数を１台増加し３台に設定する。

圧縮機３の運転台数を増加する場合、運転している冷凍サイクル２の個数が１つである熱源機１を優先するが、該当する熱源機１が存在しない場合は、圧縮機３を運転していない熱源機１を対象熱源機とする。
この場合、圧縮機３が動作していない熱源機１ｙを対象とし、熱源機１ｙの計測制御装置１２ｙに対し、システム制御装置１３から運転指示、圧縮機３の運転台数１台の指示、及び冷水出口温度の目標値を送信する。熱源機１ｙではその指示を受けて、上流側冷凍サイクル２ｄの圧縮機３１ｄの運転を開始する。

（圧縮機の運転台数を追加する冷却運転）
各熱源機１の運転（圧縮機３１ｂ、３１ａ、３１ｄの運転に同じ）により実現される冷却能力より冷却負荷が大きい場合、各圧縮機３の回転数は次第に増加する。以降も同様に、圧縮機３の回転数に基づき熱源機１の圧縮機台数制御を行う。
以降、冷凍空調装置１００全体の圧縮機３の運転台数が増加される順は、
熱源機１ｙの下流側冷凍サイクル２ｃの圧縮機３１ｃ、
熱源機１ｚの上流側冷凍サイクル２ｆの圧縮機３１ｆ、
熱源機１ｚの下流側冷凍サイクル２ｅの圧縮機３１ｅいう順で起動する。
そして、圧縮機３１ｅまで起動されると、熱源機１ｘ、１ｙ、１ｚを構成する全ての冷凍サイクル２において、それぞれ１台の圧縮機が運転された状態となり、それぞれ「２蒸発温度」の運転が実施されることになる。

以降も同様に、圧縮機３の回転数に基づき熱源機１ｘ、１ｙ、１ｚの圧縮機台数制御を行う。そして、熱源機１ｘ、１ｙ、１ｚ全てにおいて２蒸発温度の運転が実施された以降は、最初に圧縮機３の回転数が台数増加容量である９０ｒｐｓ以上となった熱源機を、圧縮機３の運転台数が増加される熱源機とし、順次、熱源機１の３台目の圧縮機、４台目の圧縮機を起動する。

（圧縮機の運転台数を減少させる冷却運転）
次に、圧縮機３の運転台数を減少させる場合の台数制御方法を説明する。各熱源機１の運転により実現される冷却能力より冷却負荷が小さい場合、各圧縮機３の回転数は次第に減少する。
システム制御装置１３では、熱源機１ｘ、１ｙ、１ｚのそれぞれの圧縮機３の回転数情報をもとに運転する圧縮機台数の変更を判定し、いずれかの圧縮機３の回転数が台数減少容量である５０ｒｐｓ以下となった段階で冷凍空調装置１００全体の運転している圧縮機３の運転台数を１台減少する。

各熱源機１の圧縮機３の運転台数が２台以上である場合、圧縮機３の運転台数が３台以上である熱源機１のなかで、圧縮機３の運転回転数が最も低く運転されている熱源機１の圧縮機３運転台数を減少させる。このとき、圧縮機３を停止する順番は実施の形態１と同様とし、まず、冷水流路の下流側の圧縮機を停止し、この後、冷水流路上の流側の圧縮機の順で停止する。
このように順次圧縮機３の運転台数を減少させていき、各熱源機１の運転圧縮機台数が２台となるまで圧縮機３の運転台数を低下させる。この段階までは全ての熱源機１において圧縮機３が２台以上運転され、かつ２つの冷凍サイクルの圧縮機が運転されており、「２蒸発温度の運転」が実施される。

さらに、各熱源機１の運転により実現される冷却能力より冷却負荷が小さい場合、各圧縮機３の回転数は次第に減少する。システム制御装置１３では、各熱源機１の圧縮機３の回転数情報をもとに運転する圧縮機３の台数の変更を判定し、いずれかの圧縮機３の回転数が台数減少容量である５０ｒｐｓ以下となった段階で冷凍空調装置１００全体の圧縮機３の運転台数を１台減少する。
この場合、熱源機１において１つの冷凍サイクル２しか動作していない熱源機１があれば、その熱源機１の圧縮機の運転台数を減少させる。このとき、熱源機１の圧縮機３の運転台数は０となるので、熱源機１の計測制御装置１２に対して停止が指示される。

熱源機１において１つの冷凍サイクル２しか動作していない熱源機１が存在しない場合は、その時点で、最も圧縮機３の動作回転数が低い熱源機１の圧縮機３の運転台数を１台減少させる。この場合、実施の形態１と同様に、２つの冷凍サイクル２に備えられる圧縮機３のなかで、冷水流路下流側にある冷凍サイクル２の圧縮機３を停止する。
圧縮機３が停止された熱源機１は、１つの冷凍サイクル２しか動作していない状況となるため、次に、冷凍空調装置１００全体の圧縮機３の運転台数が減少された場合は、運転が停止される熱源機１となる。

冷却能力より冷却負荷が小さい場合、このようにして各圧縮機３の回転数に応じてシステム全体での圧縮機３の運転台数を減少させていき、最終的には全ての圧縮機３が停止となる。

（加熱運転）
以上は冷却運転の圧縮機３の運転台数制御であるが、加熱運転においても同様の圧縮機３の運転台数制御を実施する。加熱運転の場合、温水の目標温度が設定され、出口温水温度との偏差により圧縮機３の回転数が制御される。圧縮機３の回転数が増加し、台数増加容量である９０ｒｐｓ以上となった段階で冷凍空調装置１００全体の圧縮機３の運転台数を１台増加する。

（圧縮機の運転台数を増加する加熱運転）
圧縮機３の運転台数を増加する場合、まず各熱源機１の圧縮機運転台数が２台以下である場合は、運転している冷凍サイクル２の個数が１つである熱源機１を優先して圧縮機の運転台数増加を行い、該当する熱源機１が存在しない場合は、予め定められた熱源機１の順番で圧縮機３の運転台数を増加する。
この場合、熱源機１の圧縮機３の運転台数は０台から１台となり、圧縮機３が初めて起動され、熱源機１が運転状態となる。

圧縮機３の運転台数を増加する場合、各熱源機１の圧縮機運転台数が２台以上である場合は、最初に圧縮機３回転数が台数増加容量である９０ｒｐｓ以上となった熱源機を圧縮機３の運転台数を増加させる熱源機とする。

（圧縮機の運転台数を減少させる加熱運転）
反対に、圧縮機３の運転台数を減少する場合、圧縮機３の回転数が減少し、台数減少容量である５０ｒｐｓ以下となった段階で冷凍空調装置１００全体の圧縮機３の運転台数を１台減少する。
各熱源機１の圧縮機運転台数が２台以上である場合は、最初に圧縮機３回転数が台数減少容量である５０ｒｐｓ以下となった熱源機を圧縮機３の運転台数を減少させる熱源機とする。

各熱源機１の圧縮機運転台数が２台となって以降、圧縮機３の運転台数を減少する場合は、熱源機１において１つの冷凍サイクル２しか動作していない熱源機１があれば、その熱源機１の圧縮機の運転台数を減少させる。このとき、熱源機１の圧縮機の運転台数は０となるので、熱源機１の計測制御装置１２に対して停止が指示される。
熱源機１において１つの冷凍サイクル２しか動作していない熱源機１が存在しない場合は、その時点で最も圧縮機３の動作回転数が低い熱源機１の圧縮機３の運転台数を１台減少させる。

（運転台数制御の効果）
冷凍空調装置１００は、以上の圧縮機３の運転台数制御を行うことで以下の効果を得ることができる。
（ｉ）まず、圧縮機３の運転台数を増加するときに、各熱源機１の圧縮機運転台数が２台以下である場合は、運転している冷凍サイクル２の個数が１つである熱源機１を優先して圧縮機の運転台数増加を行う。この場合、圧縮機３の運転台数を増加させる方法としては、実施の形態１に示す熱源機１で示される方法の他に、運転していない他の熱源機１の圧縮機を１台起動させる方法が考えられる。両者を比較すると、動作する冷凍サイクル２の数は同じとなるので、運転に寄与する空気熱交換器５、水熱交換器７の容量については両者差異が無い。

一方、冷温水流路に着目すると、他の熱源機１の圧縮機３を起動した場合は２蒸発温度、２凝縮温度の運転が行われない一方で、冷凍空調装置１００では、実施の形態１に示す熱源機１の方法では２蒸発温度、２凝縮温度の運転が行われるようになるため、運転効率が向上する。すなわち、圧縮機運転台数が少ない状況であってもできるだけ多くの熱源機１で２蒸発温度、２凝縮温度の運転を行うように制御されており、より高効率の運転が実現される（実施の形態１に同じ）。

（ｉｉ）また、圧縮機３の運転台数を減少するときに、各熱源機１の圧縮機運転台数が２台以下である場合は、運転している冷凍サイクル２の個数が１つである熱源機１を優先して圧縮機の運転台数減少を行う。この場合、圧縮機３の運転台数を減少させる方法としては、実施の形態１に示す熱源機１で示される方法の他に、２つの冷凍サイクルの圧縮機が動作している熱源機１の圧縮機を１台停止させる方法が考えられる。両者を比較すると、動作する冷凍サイクル２の数は同じとなるので、運転に寄与する空気熱交換器５、水熱交換器７の容量については両者差異が無い。

一方、冷温水流路に着目すると、２つの冷凍サイクルの圧縮機が動作している熱源機１の圧縮機を１台停止させると、２蒸発温度、２凝縮温度の運転が行われない熱源機が増える一方で、冷凍空調装置１００では、より多くの熱源機１で２蒸発温度、２凝縮温度の運転が行われるようになるため、運転効率が向上する。すなわち、圧縮機運転台数が少ない状況であってもできるだけ多くの熱源機１で２蒸発温度、２凝縮温度の運転を行うように制御されており、より高効率の運転が実現される（実施の形態１に同じ）。

（ｉｉｉ）また、冷凍空調装置１００では、各熱源機１の圧縮機運転台数を決定する際に、各熱源機において冷温水出口温度が目標温度となるように各熱源機の圧縮機容量を制御するとともに、各熱源機の圧縮機の運転台数を各熱源機の運転圧縮機の回転数に基づいて決定している（実施の形態１に準じる）。これにより、冷温水の温度制御が各熱源機１に備えられた温度センサで実施できるので、冷凍空調装置１００全体の冷温水の温度を管理するための温度センサを設ける必要がなくなり、より安価に装置を構成できる。
また、システム制御装置１３では圧縮機３の運転台数を定めるだけとなり、各熱源機１の容量制御をシステム制御装置１３で担う場合に比べ、簡素な制御を持つ装置とでき、より安価に装置を構成できる。

（ｉｖ）また、圧縮機３の回転数に基づく運転台数制御により、圧縮機３を運転効率のよい回転数で動作させることができる。圧縮機の運転台数が増加する場合は、それまでの圧縮機運転台数が少ない場合の運転容量（回転数）に対して、回転数が低下する。
仮に、圧縮機効率が最大となる６０ｒｐｓよりも低い回転数で圧縮機の運転台数を増加させた場合、増加後の運転回転数はさらに低下し、それに伴い、台数増加前より圧縮機効率の低下した運転となり、熱源機１の運転効率が低下する。
冷凍空調装置１００では、圧縮機効率が最大となる６０ｒｐｓよりも高い回転数である９０ｒｐｓを台数増加容量とし、この容量により圧縮機運転台数増加を判定することにより、圧縮機台数切換前後においても、最も効率の高い６０ｒｐｓ近辺で運転が可能となる。そのためいずれの圧縮機運転台数においても圧縮機効率の高い運転を行うことができ、熱源機１の運転効率を高くすることができる（実施の形態１に同じ）。

（ｖ）反対に、圧縮機３の運転台数が減少する場合は、それまでの圧縮機３の運転台数が多い場合の運転容量（回転数）に対して、回転数が増加する。
仮に、圧縮機効率が最大となる６０ｒｐｓよりも高い回転数で圧縮機の運転台数を減少させた場合、増加後の運転回転数はさらに上昇し、それに伴い、台数増加前より圧縮機効率の低下した運転となり、熱源機１の運転効率が低下する。
冷凍空調装置１００では、圧縮機効率が最大となる６０ｒｐｓよりも低い回転数である５０ｒｐｓを台数減少容量とし、この容量により圧縮機運転台数減少を判定することにより、圧縮機台数切換前後においても、最も効率の高い６０ｒｐｓ近辺で運転が可能となる。そのためいずれの圧縮機運転台数においても圧縮機効率の高い運転を行うことができ、冷凍空調装置１００の運転効率を高くすることができる(実施の形態１に準じる）。

以上より、本発明の冷凍空調装置は、圧縮機運転台数が少ない場合においても負荷側媒体の温度変化を利用して圧縮機の運転蒸発温度を高くすることによって運転効率を高めることができるから、それぞれ１台または２台以上の圧縮機を具備する冷凍サイクル同士を直列に連結した、各種型式の冷凍空調装置として広く利用することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置における回路図。 図１に示す圧縮機の運転制御を説明するフローチャート。 図１に示す圧縮機の起動順序を示す関連図。 図１に示す圧縮機の回転数と圧縮機効率の相関を表した相関図。 本発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置を説明する回路図。 図５に示す冷凍空調装置を説明するフローチャート。 図５に示す冷凍空調装置の有する圧縮機の起動順序を示す関連図。

符号の説明

１：熱源機（実施の形態１）、１ｘ：熱源機（実施の形態２）、１ｙ：熱源機（実施の形態２）、１ｚ：熱源機（実施の形態２）、２：冷凍サイクル、３：圧縮機、４：四方弁、５：空気熱交換器、６：主膨張弁、７：水熱交換器、８：圧力センサ、９：温度センサ、１０：ファン、１１：ポンプ、１１ｘ：ポンプ（実施の形態２）、１１ｙ：ポンプ（実施の形態２）、１１ｚ：ポンプ（実施の形態２）、１２：計測制御装置、１２ａ：計測制御装置、１２ｘ：計測制御装置、１２ｙ：計測制御装置、１３：システム制御装置、３１：圧縮機、３２：圧縮機、８１：圧力センサ、８２：圧力センサ、９１：温度センサ、９２：温度センサ、９３：温度センサ、９４：温度センサ、９５：温度センサ、９６：温度センサ、９７：温度センサ、１００：冷凍空調装置（実施の形態２）、ＳＨａ：冷媒過熱度。

Claims (9)

1. 運転容量が可変である第一圧縮機と、第一熱源側熱交換器と、第一減圧装置と、第一負荷側熱交換器と、第一四方弁と、を有し、前記第一負荷側熱交換器においてこれを通過する熱負荷媒体に冷熱または温熱を供給する第一冷凍サイクルと、
   運転容量が可変である第二圧縮機と、第二熱源側熱交換器と、第二減圧装置と、第二負荷側熱交換器と、第二四方弁と、を有し、前記第二負荷側熱交換器においてこれを通過する熱負荷媒体に冷熱または温熱を供給する第二冷凍サイクルと、
   前記第一圧縮機および前記第二圧縮機をそれぞれ制御する制御装置と、
   を有し、
   熱負荷媒体が前記第一負荷側熱交換器を通過した後に前記第二負荷側熱交換器に流入するように、熱負荷媒体の流路の上流側に前記第一負荷側熱交換器が、熱負荷媒体の流路の下流側に前記第二負荷側熱交換器が、それぞれ直列に接続され、
   前記制御装置が、前記第一圧縮機の容量が前記第二圧縮機の容量より大きくなるように、または前記第一圧縮機の容量が前記第二圧縮機の容量と略同じになるように、前記第一圧縮機および前記第二圧縮機の運転起動、運転条件および運転停止を制御する熱源機であって、
   前記第一圧縮機が互いに並列に配置された複数台の圧縮機から構成され、
   前記第二圧縮機が１台の圧縮機、または互いに並列に配置された複数台の圧縮機から構成され、
   前記制御装置が、前記第一圧縮機を構成する圧縮機の運転台数が、前記第二圧縮機を構成する圧縮機の運転台数より多くなるように、または前記第一圧縮機を構成する圧縮機の運転台数が、前記第二圧縮機を構成する圧縮機の運転台数と同じになるように、前記第一圧縮機および前記第二圧縮機の運転起動および運転停止を制御することを特徴とする熱源機。
2. 運転停止している前記第一圧縮機を構成する圧縮機または前記第二圧縮機を構成する圧縮機の何れかを追加して起動する際、
   前記追加して起動する圧縮機の回転数、および前記追加をする前から運転していた前記第一圧縮機を構成する圧縮機および前記第二圧縮機を構成する圧縮機の前記追加をした後の回転数を、前記追加をする前から運転していた前記第一圧縮機を構成する圧縮機および前記第二圧縮機を構成する圧縮機の前記追加をする前の回転数より低減することにより、
   前記追加をした後に運転される全ての前記圧縮機の容量を合計した値が、前記追加をする前に運転されていた全ての前記圧縮機の容量を合計した値と、略同じにすることを特徴とする請求項１記載の熱源機。
3. 運転停止している前記第一圧縮機を構成する圧縮機または前記第二圧縮機を構成する圧縮機の何れかを停止する際、
   前記停止をする前から運転していた前記第一圧縮機を構成する圧縮機および前記第二圧縮機を構成する圧縮機の前記停止をした後の回転数を、前記追加をする前から運転していた前記停止される圧縮機を含む前記第一圧縮機を構成する圧縮機および前記第二圧縮機を構成する圧縮機の前記停止をする前の回転数より増加することにより、
   前記停止をした後に運転される全ての前記圧縮機の容量を合計した値が、前記停止をする前に運転されていた全ての前記圧縮機の容量を合計した値と、略同じにすることを特徴とする請求項１記載の熱源機。
4. 前記第一冷凍サイクルの第一負荷側熱交換器を通過した直後の熱負荷媒体の温度を計測する第一熱媒体温度センサーと、
   前記第二冷凍サイクルの第二負荷側熱交換器を通過した直後の熱負荷媒体の温度を計測する第二熱媒体温度センサーと、
   を有し、
   前記制御装置が、前記第一負荷側熱交換器を通過した直後の熱負荷媒体の温度および前記第二負荷側熱交換器を通過した直後の熱負荷媒体の温度が、それぞれ予め設定されている目標温度になるように、前記第一熱媒体温度センサーが計測した熱負荷媒体の温度および前記第二熱媒体温度センサーが計測した熱負荷媒体の温度に基づいて、前記第一圧縮機および前記第二圧縮機の容量を制御することを特徴とする請求項１記載の熱源機。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の複数の熱源機と、
   該複数の熱源機が有する前記圧縮機の運転台数を決定するシステム制御装置と、
   を有する冷凍空調システムであって、
   該冷凍空調システムに流入する熱負荷媒体の流路が分岐して前記複数の熱源機のそれぞれの前記第一負荷側熱交換器に連結され、前記複数の熱源機のそれぞれの前記第二負荷側熱交換器から流出する流路が統合され、
   前記システム制御装置が前記圧縮機の運転台数を増加させるとき、前記システム制御装置は、前記複数の熱源機のうち既に運転している熱源機に対して、前記第一冷凍サイクルの圧縮機を起動させた後、前記第二冷凍サイクルの圧縮機を起動させ、それぞれ１台運転している状態で、システム全体の容量不足が生じた際、前記複数の熱源機のうち未だ運転していない熱源機に対して起動する指令を発し、
   さらに、前記複数の熱源機のうち全ての熱源機において、前記第一冷凍サイクルの圧縮機および前記第二冷凍サイクルの圧縮機をそれぞれ１台運転している状態で容量不足が生じた際、前記複数の熱源機のうち何れかの熱源機に対して、前記第一冷凍サイクルの圧縮機を追加して起動させた後、前記第二冷凍サイクルの圧縮機を追加して起動させる指令を発することを特徴とする冷凍空調装置。
6. 請求項１乃至４の何れかに記載の複数の熱源機と、
   該複数の熱源機が有する前記圧縮機の運転台数を決定するシステム制御装置と、
   を有する冷凍空調システムであって、
   冷凍空調システムに流入する熱負荷媒体の流路が分岐して前記複数の熱源機のそれぞれの前記第一負荷側熱交換器に連結され、前記複数の熱源機のそれぞれの前記第二負荷側熱交換器から流出する流路が統合され、
   前記システム制御装置が前記圧縮機の運転台数を減少させるとき、前記システム制御装置は、前記複数の熱源機のうち少なくとも１台の熱源機において前記第一冷凍サイクルおよび前記第二冷凍サイクルの圧縮機をそれぞれ２台運転している状態で、システム全体の容量過剰が生じた際、当該第一冷凍サイクルおよび前記第二冷凍サイクルの圧縮機をそれぞれ２台運転している熱源機の前記第二冷凍サイクルの圧縮機を１台停止する指令を発し、
   前記複数の熱源機のうち少なくとも１台の熱源機において前記第一冷凍サイクルの圧縮機を２台および前記第二冷凍サイクルの圧縮機を１台運転している状態で、システム全体の容量過剰が生じた際、当該第一冷凍サイクルの圧縮機を２台および前記第二冷凍サイクルの圧縮機を１台運転している熱源機の前記第一冷凍サイクルの圧縮機を１台停止する指令を発し、
   さらに、前記複数の熱源機のうち少なくとも１台の熱源機において前記第一冷凍サイクルおよび前記第二冷凍サイクルの圧縮機をそれぞれ１台運転している状態で、システム全体の容量過剰が生じた際、当該第一冷凍サイクルおよび前記第二冷凍サイクルの圧縮機をそれぞれ１台運転している熱源機の前記第二冷凍サイクルの圧縮機を１台停止する指令を発することを特徴とする冷凍空調装置。
7. 請求項４記載の複数の熱源機と、
   該複数の熱源機が有する前記圧縮機の運転台数を決定するシステム制御装置と、
   を有する冷凍空調システムであって、
   冷凍空調システムに流入する熱負荷媒体の流路が分岐して前記複数の熱源機のそれぞれの前記第一負荷側熱交換器に連結され、前記複数の熱源機のそれぞれの前記第二負荷側熱交換器から流出する流路が統合され、
   前記システム制御装置は、前記熱源機において運転している圧縮機の容量を合計した値に基づき、システム全体で運転する前記圧縮機の台数を決定することを特徴とする冷凍空調装置。
8. 前記システム制御装置において、各圧縮機の運転効率が最大となる容量よりも高い所定の容量である台数増加容量を設定し、各熱源機の圧縮機の中で、少なくとも１台の圧縮機の運転容量が前記台数増加容量よりも大きくなった場合に、システム全体の圧縮機運転台数を増加させることを特徴とする請求項７記載の冷凍空調装置。
9. 前記システム制御装置において、各圧縮機の運転効率が最大となる容量よりも低い所定の容量である台数減少容量を設定し、各熱源機の圧縮機の中で、少なくとも１台の圧縮機の運転容量が前記台数減少容量よりも小さくなった場合に、システム全体の圧縮機運転台数を減少させることを特徴とする請求項７記載の冷凍空調装置。

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