JP6399979B2 - 冷凍機システム - Google Patents

Description

本発明は、２台の冷凍機を備える冷凍機システムに関する。

冷凍機を有する冷凍機システムは、建物の空調設備、冷蔵設備、及び冷凍設備のような負荷設備に使用される。冷凍機システムにおいて、冷凍サイクルを構成する２台の冷凍機が直列で接続され、負荷設備に供給される冷水が２台の冷凍機の凝縮器によって冷却される冷凍機システムが知られている。特許文献１には、上流側冷凍機（上流側熱源機）を通過し、下流側冷凍機（下流側熱源機）に流入する冷媒（熱媒）の温度である中間温度を制御対象として、運転コストが所定値以下となるように中間温度を設定する技術が開示されている。

特開２０１２−１４１０９８号公報

冷凍機システムにおいて、冷凍機が効率良く運転されることにより、エネルギー消費の低減が図られる。本発明は上述した課題を解決するものであり、冷凍機を効率良く運転できる冷凍機システムを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の冷凍機システムは、冷媒を圧縮する第１圧縮機、前記第１圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮させる第１凝縮器、及び前記第１凝縮器により凝縮された冷媒を蒸発させ、冷水を冷却する第１蒸発器を有する上流側冷凍機と、冷媒を圧縮する第２圧縮機、前記第２圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮させる第２凝縮器、及び前記第２凝縮器により凝縮された冷媒を蒸発させ、前記第１蒸発器を通過した冷水を冷却する第２蒸発器を有する下流側冷凍機と、前記上流側冷凍機及び前記下流側冷凍機の稼動、停止及び、前記上流側冷凍機及び前記下流側冷凍機の負荷を制御する上位制御装置と、を有し、前記第１圧縮機は、可変速機であり、前記第２圧縮機は、固定速機であることを特徴とする。

前記上位制御装置は、設備負荷率が第１閾値よりも小さい場合、前記上流側冷凍機を運転し、前記下流側冷凍機を停止する第１モードとし、前記上流側冷凍機を運転し、前記下流側冷凍機を停止している状態で、設備負荷率が前記第１閾値よりも高い第２閾値以上となった場合、前記上流側冷凍機及び前記下流側冷凍機の両方を運転する第２モードとし、前記上流側冷凍機及び前記下流側冷凍機の両方を運転している状態で、設備負荷率が前記第１閾値よりも低くなった場合、前記第１モードとすることが好ましい。

前記上位制御装置は、前記第１モードで設備負荷率が前記第２閾値を超え、前記第２モードでの運転を開始する場合、前記上流側冷凍機と前記下流側冷凍機との負荷を等負荷に対する差が１０％以内となる負荷とすることが好ましい。

前記上位制御装置は、前記第１モードで設備負荷率が前記第２閾値を超え、前記第２モードでの運転を開始する場合、前記上流側冷凍機と前記下流側冷凍機との負荷を等負荷とすることが好ましい。

前記上位制御装置は、前記第２モードで運転し、かつ、設備負荷率が第２閾値よりも高い第３閾値を超えた場合、前記下流側冷凍機の負荷率を１００％とし、設備負荷率に応じて前記上流側冷凍機の負荷率を変動させることが好ましい。

前記第２凝縮器は、供給される冷却水と冷媒との間で熱交換を行い、前記冷媒を冷却し、前記第１凝縮器は、前記第２凝縮器を通過した冷却水と冷媒との間で熱交換を行い、前記冷媒を冷却し、前記第２凝縮器に供給される冷却水の温度を検出する冷却水温度検出部を有し、前記上位制御装置は、前記冷却水温度検出部が検出した温度に基づいて、前記第１閾値を調整することが好ましい。

前記第１閾値は、前記冷却水温度検出部が検出した温度が低いほど低い設備負荷率となることが好ましい。

上述の目的を達成するために、本発明の冷凍機システムは、冷媒を圧縮する第１圧縮機、前記第１圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮させる第１凝縮器、及び前記第１凝縮器により凝縮された冷媒を蒸発させ、冷水を冷却する第１蒸発器を有する上流側冷凍機と、冷媒を圧縮する第２圧縮機、前記第２圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮させる第２凝縮器、及び前記第２凝縮器により凝縮された冷媒を蒸発させ、前記第１蒸発器を通過した冷水を冷却する第２蒸発器を有する下流側冷凍機と、前記上流側冷凍機及び前記下流側冷凍機の稼動、停止及び、前記上流側冷凍機及び前記下流側冷凍機の負荷を制御する上位制御装置と、を有し、前記第１圧縮機は、固定速機であり、前記第２圧縮機は、固定速機であり、前記上位制御装置は、設備負荷率が第１閾値よりも小さい場合、前記上流側冷凍機を運転し、前記下流側冷凍機を停止する第１モードとし、前記上流側冷凍機を運転し、前記下流側冷凍機を停止している状態で、設備負荷率が前記第１閾値よりも高い第２閾値以上となった場合、前記上流側冷凍機及び前記下流側冷凍機の両方を運転する第２モードとし、前記上流側冷凍機及び前記下流側冷凍機の両方を運転している状態で、設備負荷率が前記第１閾値よりも低くなった場合、前記第１モードとすることを特徴とする。

前記上流側冷凍機及び前記下流側冷凍機の両方を運転している状態で、かつ、設備負荷率が第２閾値よりも高い第３閾値を超えた場合、設備負荷率の上昇に対応して、前記下流側冷凍機の負荷を一定にしたまま、前記上流側冷凍機の負荷率を上昇させ、前記上流側冷凍機の負荷率が１００％になった後、前記下流側冷凍機の負荷率を変動させることが好ましい。

前記第２凝縮器は、供給される冷却水と冷媒との間で熱交換を行い、前記冷媒を冷却し、前記第１凝縮器は、前記第２凝縮器を通過した冷却水と冷媒との間で熱交換を行い、前記冷媒を冷却し、前記第２凝縮器に供給される冷却水の温度を検出する冷却水温度検出部を有し、前記上位制御装置は、前記冷却水温度検出部が検出した温度に基づいて、前記第３閾値を調整することが好ましい。

前記第３閾値は、前記冷却水温度検出部が検出した温度が高いほど低い設備負荷率となることが好ましい。

本発明によれば、冷凍機を効率良く運転できる冷凍機システムが提供される。

図１は、冷凍機システムの概略構成を示すブロック図である。 図２は、図１に示す冷凍機の概略構成を示す説明図である。 図３は、冷凍機システムの冷凍機の組み合わせと消費電力の関係を示すグラフである。 図４は、冷凍機システムの処理動作の一例を示すフローチャートである。 図５は、設備負荷率と消費電力との関係を示すグラフである。 図６は、冷凍機システムの処理動作の一例を示すフローチャートである。 図７は、第１閾値と設備負荷率と冷却水入口温度との関係を示すグラフである。 図８は、冷凍機の組み合わせと設備負荷率と消費電力との関係を示すグラフである。 図９は、冷凍機システムの処理動作の一例を示すフローチャートである。 図１０は、冷凍機の負荷率の制御を説明するための説明図である。 図１１は、冷凍機の負荷率と設備負荷率と消費電力との関係を示すグラフである。 図１２は、冷凍機システムの処理動作の一例を示すフローチャートである。 図１３は、冷凍機の負荷率の制御を説明するための説明図である。 図１４は、冷凍機の負荷率と設備負荷率と消費電力との関係を示すグラフである。 図１５は、設備負荷率とＣＯＰとの関係を示すグラフである。 図１６は、冷凍機システムの処理動作の一例を示すフローチャートである。 図１７は、消費電力削減率と設備負荷率との関係を示すグラフである。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

［第１実施形態］
図１は、冷凍機システム１０の概略構成を示すブロック図である。冷凍機システム１０は、上流側冷凍機１２と、下流側冷凍機１４と、冷却水循環系２０と、冷水循環系２２と、上位制御装置２４と、冷水中間温度検出部２６と、入口冷却水温度検出部２８と、を備える。冷凍機システム１０により、負荷設備１８に冷水が供給される。

上流側冷凍機１２は、負荷設備１８に供給される冷水を冷却する。上流側冷凍機１２は、冷媒を使って冷水を冷却する。上流側冷凍機１２は、冷媒を圧縮する第１圧縮機１０１ａと、第１圧縮機１０１ａにより圧縮された冷媒を凝縮させる第１凝縮器１０２ａと、第１凝縮器１０２ａにより凝縮された冷媒を蒸発させて冷水を冷却する第１蒸発器１０３ａと、第１循環経路１０６ａと、を有する。第１圧縮機１０１ａと第１凝縮器１０２ａと第１蒸発器１０３ａとは、第１循環経路１０６ａを介して接続される。上流側冷凍機１２の冷媒は、第１循環経路１０６ａを介して、第１圧縮機１０１ａ、第１凝縮器１０２ａ、及び第１蒸発器１０３ａを循環する。上流側冷凍機１２は、制御装置１０９ａが各部の動作を制御する。

下流側冷凍機１４は、負荷設備１８に供給される冷水を冷却する。下流側冷凍機１４は、冷媒を使って冷水を冷却する。下流側冷凍機１４は、冷媒を圧縮する第２圧縮機１０１ｂと、第２圧縮機１０１ｂにより圧縮された冷媒を凝縮させる第２凝縮器１０２ｂと、第２凝縮器１０２ｂにより凝縮された冷媒を蒸発させて第１蒸発器１０３ａを通過した冷水を冷却する第２蒸発器１０３ｂと、第２循環経路１０６ｂと、を有する。第２圧縮機１０１ｂと第２凝縮器１０２ｂと第２蒸発器１０３ｂとは、第２循環経路１０６ｂを介して接続される。下流側冷凍機１４の冷媒は、第２循環経路１０６ｂを介して、第２圧縮機１０１ｂ、第２凝縮器１０２ｂ、及び第２蒸発器１０３ｂを循環する。下流側冷凍機１４は、制御装置１０９ｂが各部の動作を制御する。

負荷設備１８は、例えばビル又は工場のような建物に設置される空調設備である。負荷設備１８は、上流側冷凍機１２及び下流側冷凍機１４から供給された冷水を使って、対象物を冷却する。例えば、負荷設備１８は、供給された冷水と空気とを熱交換し、冷水で冷却された空気を建物に供給する。これにより、建物の温度又は湿度が調整される。

なお、負荷設備１８は、冷蔵設備でもよいし、冷凍設備でもよい。また、負荷設備１８は、供給された冷水と液体とを熱交換し、冷水で冷却された液体を対象物に供給してもよい。

冷却水循環系２０は、上流側冷凍機１２及び下流側冷凍機１４に冷却水を供給して、上流側冷凍機１２の冷媒及び下流側冷凍機１４の冷媒を冷却する。冷却水は、上流側冷却機１２の第１凝縮器１０２ａを流れる冷媒、及び下流側冷凍機１４の第２凝縮器１０２ｂを流れる冷媒を冷却する。

第２凝縮器１０２ｂは、冷却水供給部１２３から供給される冷却水と冷媒との間で熱交換を行って、下流側冷凍機１４の冷媒を冷却する。第１凝縮器１０２ａは、第２凝縮器１０２ｂを通過した冷却水と冷媒との間で熱交換を行って、上流側冷凍機１２の冷媒を冷却する。

冷却水循環系２０は、冷却水配管１２１と、ポンプ１２２と、冷却水供給部１２３とを有する。冷却水配管１２１は、冷却水が流れる管路である。ポンプ１２２は、冷却水供給部１２３と第２凝縮器１０２ｂとの間の冷却水配管１２１に配置される。冷却水供給部１２３は、冷却水配管１２１に冷却水を供給し、冷媒と熱交換した冷却水を回収する。

冷却水配管１２１は、上流側冷凍機１２の第１凝縮器１０２ａ、下流側冷凍機１４の第２凝縮器１０２ｂ、ポンプ１２２、及び冷却水供給部１２３のそれぞれと接続される。冷却水は、ポンプ１２２の作動により、冷却水配管１２１を介して、第１凝縮器１０２ａ、第２凝縮器１０２ｂ、及び冷却水供給部１２３を循環する。

冷却水循環系２０において、冷却水供給部１２３から供給された冷却水は、第２凝縮器１０２ｂを流れ、第１凝縮器１０２ａを流れた後、冷却水供給部１２３に戻る。これにより、第２凝縮器１０２ｂを流れる冷媒及び第１凝縮器１０２ａを流れる冷媒が、冷却水で冷却される。

冷水循環系２２は、上流側冷凍機１２の冷媒及び下流側冷凍機１４の冷媒で冷却された冷水を負荷設備１８に供給する。また、冷水循環系２２は、負荷設備１８で空気と熱交換した冷水を上流側冷凍機１２及び下流側冷凍機１４に供給する。

冷水循環系２２は、冷水配管１３１と、ポンプ１３２とを有する。冷水配管１３１は、冷水が流れる管路である。ポンプ１３２は、負荷設備１８と第２蒸発器１０３ｂとの間の冷水配管１３１に配置される。

冷水配管１３１は、上流側冷凍機１２の第１蒸発器１０３ａ、下流側冷凍機１４の第２蒸発器１０３ｂ、ポンプ１３２、及び負荷設備１８のそれぞれと接続される。冷水は、ポンプ１３２の作動により、冷水配管１３１を介して、第１蒸発器１０３ａ、第２蒸発器１０３ｂ、及び負荷設備１８を循環する。

冷水循環系２２において、負荷設備１８で熱交換された冷水は、第１蒸発器１０３ａを流れ、第２蒸発器１０３ｂを流れた後、負荷設備１８に供給される。冷水は、第１蒸発器１０３ａ及び第２蒸発器１０３ｂで冷却された後、負荷設備１８に供給される。

上位制御装置２４は、ＣＰＵのようなプロセッサを含む演算部と、ＲＯＭ又はＲＡＭのようなメモリを含む記憶部とを有する。上位制御装置２４は、上流側冷凍機１２及び下流側冷凍機１４の稼動、停止及び、上流側冷凍機１２及び下流側冷凍機１４の負荷（または負荷率）を制御する。上位制御装置２４は、運転台数決定部２４ａと、負荷配分決定部２４ｂと、を有する。

運転台数決定部２４ａは、負荷設備１８に必要とされる設備負荷率に基づいて、上流側冷凍機１２及び下流側冷凍機１４の２台の冷凍機のうち、運転（稼動）する冷凍機の台数を決定する。負荷配分決定部２４ｂは、運転（稼動）される冷凍機の負荷率又は負荷を設定する。負荷率とは、定格負荷を１００％としたときの現在の負荷の割合である。負荷率が０％の場合、対象の冷凍機は停止している状態となる。また、負荷とは、冷凍機の出力の実数である。負荷配分決定部２４ｂは、負荷設備の要求負荷に基づいて、運転（稼動）される冷凍機の負荷率又は負荷を設定する。また、負荷配分決定部２４ｂは、上流側冷凍機１２、下流側冷凍機１４の運転状態や、冷水、冷却水の状態に基づいて、上流側冷凍機１２と下流側冷凍機１４の負荷を調整する。負荷配分決定部２４ｂは、例えば、冷水中間温度検出部２６の検出結果に基づいて、上流側冷凍機１２及び下流側冷凍機１４のそれぞれが設定された負荷率となるように、上流側冷凍機１２の負荷率または負荷及び下流側冷凍機１４の負荷率または負荷を調整する。

冷水中間温度検出部２６は、冷水配管１３１を流れる冷水の温度を検出する。冷水中間温度検出部２６は、第１蒸発器１０３ａと第２蒸発器１０３ｂとの間の冷水配管１３１の冷水の温度を検出する。冷水中間温度検出部２６は、第２蒸発器１０３ｂに供給される冷水の温度を検出する。

入口冷却水温度検出部２８は、冷却水配管１２１を流れる冷却水の温度を検出する。入口冷却水温度検出部２８は、第２凝縮器１０２ｂの入口において、第２凝縮器１０２ｂに供給される冷却水の温度を検出する。

図２は、本実施形態に係る上流側冷凍機１２の概略構成を示す図である。下流側冷凍機１４は、上流側冷凍機１２と同等の構造であるため、説明を省略する。以下の説明では、第１圧縮機１０１ａ、第１凝縮器１０２ａ、第１蒸発器１０３ａ、第１循環経路１０６ａ及び制御装置１０９ａのそれぞれを、圧縮機１０１、凝縮器１０２、蒸発器１０３、循環経路１０６及び制御装置１０９と称する。

図２に示すように、上流側冷凍機１２は、圧縮機１０１と、凝縮器１０２と、蒸発器１０３と、中間冷却器１０４と、制御装置１０９と、を有する。圧縮機１０１と凝縮器１０２とは冷媒配管１３６ａを介して接続される。凝縮器１０２と蒸発器１０３とは、冷媒配管１３６ｂを介して接続される。蒸発器１０３と圧縮機１０１とは、冷媒配管１３６ｃを介して接続される。中間冷却器１０４は、冷媒配管１３６ｂに配置される。冷媒は、冷媒配管１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃを流れる。循環経路１０６は、冷媒配管１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃを含む。

圧縮機１０１、凝縮器１０２、蒸発器１０３、及び中間冷却器１０４は、冷媒配管１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃを含む循環経路１０６を介して接続される。冷媒は、循環経路１０６を介して、圧縮機１０１、凝縮器１０２、蒸発器１０３、及び中間冷却器１０４を循環する。

また、上流側冷凍機１２は、中間冷却器１０４の上流側の冷媒配管１３６ｂに設けられた膨張弁（高段膨張弁）１０７と、中間冷却器１０４の下流側の冷媒配管１３６ｂに設けられた膨張弁（低段膨張弁）１０８とを有する。

圧縮機１０１は、羽根車の回転によって冷媒を圧縮するターボ圧縮機である。圧縮機１０１は、電動機１１１と、電動機１１１によって駆動される羽根車を含む圧縮部１１２を有する。電動機１１１は、インバータ制御により単位時間当たりの回転数を変更可能であり変更された回転数で圧縮部１１２を回転させる可変速機と、一定の回転数で圧縮部１１２を回転させる固定速機とを含む。

圧縮部１１２は、電動機１１１により回転する羽根車を同軸上に２つ備えた２段圧縮方式の圧縮部でもよいし、電動機１１１により回転する羽根車を１つ備えた単段圧縮方式の圧縮部でもよい。圧縮部１１２が２段圧縮方式である場合、蒸発器１０３から圧縮機１０１に供給される気相の冷媒は、１段目の羽根車で圧縮された後、２段目の羽根車でさらに圧縮され、圧力及び温度を上昇させつつ冷媒配管１３６ａを介して凝縮器１０２に供給される。圧縮部１１２が単段圧縮方式である場合、蒸発器１０３から圧縮機１０１に供給される気相の冷媒は、羽根車で圧縮された後、圧力及び温度を上昇させつつ冷媒配管１３６ａを介して凝縮器１０２に供給される。

凝縮器１０２は、冷却水が供給される冷却水配管１２１と接続される。圧縮機１０１から凝縮器１０２に供給される気相の冷媒は、冷却水配管１２１に供給された冷却水と熱交換して凝縮し液化する。液化された液相の冷媒は、冷媒配管１３６ｂを介して蒸発器１０３に供給される。

蒸発器１０３は、冷水が供給される冷水配管１３１と接続される。凝縮器１０２から蒸発器１０３に供給される液相の冷媒は、冷水配管１３１に供給された冷水と熱交換して蒸発する。冷水と冷媒との熱交換により、冷水の温度は低下する。冷水と熱交換した液相の冷媒は、蒸発し気化する。気化された気相の冷媒は、冷媒配管１３６ｃを介して圧縮機１０１に供給される。

中間冷却器１０４は、凝縮器１０２において液化された後、膨張弁１０７を通過した冷媒を液相と気相とに分離する。中間冷却器１０４は、凝縮器１０２と蒸発器１０３との間に一定の圧力差を維持し、液相の冷媒の一部を気化させる。中間冷却器１０４には、凝縮器１０２において凝縮し切れなかった気相の冷媒と液相の冷媒とが供給される。中間冷却器１０４は、供給された気相の冷媒と液相の冷媒とを分離する気液分離器として機能する。中間冷却器１０４で分離された気相の冷媒は圧縮機１０１に供給される。中間冷却器１０４で分離された液相の冷媒は膨張弁１０８に供給される。膨張弁１０８を通過した冷媒は蒸発器１０３に供給される。

膨張弁（高段膨張弁）１０７は、凝縮器１０２で液化された冷媒を膨張させる。膨張弁１０７は、冷媒を凝縮圧から中間圧まで減圧させる。膨張弁１０７で減圧された冷媒は、中間冷却器１０４に供給される。

膨張弁（低段膨張弁）１０８は、中間冷却器１０４を通過した液体の冷媒（飽和液冷媒）を膨張させる。膨張弁１０８は、冷媒を中間圧から蒸発圧まで減圧させる。膨張弁１０８で減圧された冷媒は、蒸発器１０３に供給される。

制御装置１０９は、制御装置２４から入力される指示に基づいて、圧縮機１０１、凝縮器１０２、蒸発器１０３、中間冷却器１０４、膨張弁１０７、及び膨張弁１０８を含む上流側冷凍機１２を制御する。例えば、上流側冷凍機１２の制御装置１０９は、制御装置１０９は、冷水中間温度検出部２６の検出結果に基づいて、上流側冷凍機１２が制御装置２４で設定された負荷率となるように、上流側冷凍機１２の運転を調整する。例えば、上位制御装置２４は、「下流側配分負荷／（冷水流量×比熱）＋送水温度設定値」を中間送水温度の目標温度として、上流側冷凍機１２の制御装置１０９に送る。上流側冷凍機１２の制御装置１０９は、中間送水温度が目標温度となるように、上流側冷凍機１２の運転を制御する。下流側冷凍機１４の制御装置１０９は、上位制御装置２４から入力される指示に基づいて、下流側冷凍機１４の各部の運転を制御する。

図３は、冷凍機システム１０の冷凍機の組み合わせと消費電力との関係を示すグラフである。図３に示すように、上流側冷凍機１２の第１圧縮機１０１ａを可変速機とし、下流側冷凍機１４の第２圧縮機１０１ｂを固定速機とした場合、第１圧縮機１０１ａを固定側機とし第２圧縮機１０１ｂを固定速機とする場合、及び第１圧縮機１０１ａを固定側機とし第２圧縮機１０１ｂを可変速機とする場合に比べて、冷凍機システム１０の消費電力が抑制される。

また、冷凍機システム１０は、上流側冷凍機１２の第１圧縮機１０１ａを可変速機とし、下流側冷凍機１４の第２圧縮機１０１ｂを固定速機とすることで、つまり、一方の冷凍機を固定速機とすることで、上流側冷凍機１２の第１圧縮機１０１ａを可変速機とし、下流側冷凍機１４の第２圧縮機１０１ｂを可変速機とした場合よりも、装置コストも抑制される。

以上より、本実施形態に係る冷凍機システム１０において、上流側冷凍機１２の第１圧縮機１０１ａを可変速機とし、下流側冷凍機１４の第２圧縮機１０１ｂを固定速機とすることが好ましい。これにより、装置コストの増加を抑制しつつ、冷凍機システム１０の消費電力が抑制できる。

冷凍機システム１０は、上流側冷凍機１２の送水温度が下流側冷凍機１４の送水温度よりも高い。上流側冷凍機１２の定格能力は、下流側冷凍機１４の定格能力よりも高い。そのため、設備負荷を上流側冷凍機１２と下流側冷凍機１４とに配分した場合、上流側冷凍機１２の負荷率が下流側冷凍機１４に比べて小さくなる。このため、設備負荷を上流側冷凍機１２及び下流側冷凍機１４のそれぞれに等配分した場合、上流側冷凍機１２は低い負荷率となり、下流側冷凍機１４は高い負荷率となる。

冷凍機システム１０において、部分負荷特性に優れた可変速機の冷凍機（圧縮機が可変速機の冷凍機）が上流側冷凍機１２として設置され、定格負荷の効率に優れた固定速機の冷凍機（圧縮機が可変速機の冷凍機）が下流側冷凍機１４として設置されることで、上流側冷凍機１２及び下流側冷凍機１４それぞれの効率が向上する。

次に、図４から図１１を用いて、冷凍機システム１０の処理動作について説明する。図４は、冷凍機システム１０の処理動作の一例を示すフローチャートである。図５は、設備負荷率と消費電力との関係を示すグラフである。図６は、冷凍機システム１０の処理動作の一例を示すフローチャートである。図７は、第１閾値と設備負荷率と冷却水入口温度との関係を示すグラフである。図８は、冷凍機の組み合わせと設備負荷率と消費電力との関係を示すグラフである。図９は、冷凍機システムの処理動作の一例を示すフローチャートである。図１０は、冷凍機の負荷率の制御を説明するための説明図である。図１１は、冷凍機の負荷率と設備負荷率と消費電力との関係を示すグラフである。図４から図１１に示す例は、上流側冷凍機１２の第１圧縮機１０１ａを可変速機とし、下流側冷凍機１４の第２圧縮機１０１ｂを固定速機とした場合に好適に用いることができる処理の一例である。

図４は、冷凍機システム１０が停止した状態から運転を開始し、運転を停止するまでの処理を示す。上位制御装置２４は、設備負荷率が低い場合、上流側冷凍機１２を運転し下流側冷凍機１４を停止する第１モードとする。上位制御装置２４は、設備負荷率が高い場合、上流側冷凍機１２及び下流側冷凍機１４の両方を運転する第２モードとする。

設備負荷率は、冷凍機システム１０全体の負荷率である。２台の冷凍機の両方の負荷率を１００％とした場合、設備負荷率も１００％となる。

上位制御装置２４は、設備負荷率が第１閾値よりも低くなった場合、上流側冷凍機１２及び下流側冷凍機１４の両方が運転する第２モードから、上流側冷凍機１２が運転し下流側冷凍機１４が停止する第１モードへ切り替える。上位制御装置２４は、設備負荷率が第２閾値よりも高くなった場合、上流側冷凍機１２を運転し下流側冷凍機１４を停止する第１モードから、上流側冷凍機１２及び下流側冷凍機１４の両方を運転する第２モードへ切り替える。第２閾値は、第１閾値よりも高い値である。

冷凍機システム１０の運転が開始される（ステップＳ１２）。上位制御装置２４は、上流側冷凍機１２を稼動させる（ステップＳ１４）。上位制御装置２４は、上流側冷凍機１２の制御装置１０９に稼働する指示を送る。上流側冷凍機１２の制御装置１０９は、上位制御装置２４から入力される指示に基づいて、上流側冷凍機１２各部を稼動させる。上位制御装置２４は、負荷が低い運転開始後の期間においては、上流側冷凍機１２を運転し下流側冷凍機１４を停止する第１モードの状態を維持する。上位制御装置２４は、負荷設備１８の要求負荷率と現状の設備負荷率とに差がある場合、設定された変化率で負荷を変化させ、現状の設備負荷率を負荷設備１８の要求負荷率に近付ける。

上位制御装置２４は、上流側冷凍機１２を運転し下流側冷凍機１４を停止する第１モードの状態で、設備負荷率が第２閾値以上であるかを判定する（ステップＳ１６）。上位制御装置２４は、設備負荷率が第２閾値以上ではない（ステップＳ１６でＮｏ）、すなわち、設備負荷率が第２閾値未満であると判定した場合、ステップＳ２４に進む。

上位制御装置２４は、設備負荷率が第２閾値以上である（ステップＳ１６でＹｅｓ）と判定した場合、下流側冷凍機１４を稼動させる（ステップＳ１８）。すなわち、上位制御装置２４は、上流側冷凍機１２及び下流側冷凍機１４の両方を運転する第２モードとする。上位制御装置２４は、下流側冷凍機１４の制御装置１０９に稼働する指示を送る。下流側冷凍機１４の制御装置１０９は、上位制御装置２４から入力される指示に基づいて、下流側冷凍機１４の各部を稼動させる。

上位制御装置２４は、上流側冷凍機１２及び下流側冷凍機１４の両方が運転している状態で、設備負荷率が第１閾値未満であるかを判定する（ステップＳ２０）。上位制御装置２４は、設備負荷率が第１閾値未満ではない（ステップＳ２０でＮｏ）、つまり設備負荷率が第１閾値以上であると判定した場合、ステップＳ２０に戻る。

上位制御装置２４は、設備負荷率が第１閾値未満である（ステップ２０でＹｅｓ）、つまり設備負荷率が第１閾値よりも低くなったと判定した場合、下流側冷凍機１４を停止させる（ステップＳ２２）。すなわち、上位制御装置２４は、上流側冷凍機１２を運転し下流側冷凍機１４を停止する第１モードとする。

上位制御装置２４は、ステップＳ１６でＮｏと判定した場合、または、ステップＳ２２の処理を行った場合、つまり、上流側冷凍機１２が運転し下流側冷凍機１４が停止した第１モードである場合、運転停止するか否かを判定する（ステップＳ２４）。上位制御装置２４は、運転停止しない（ステップＳ２４でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ１６に戻り、ステップＳ１６の処理を行う。上位制御装置２４は、運転停止する（ステップＳ２４でＹｅｓ）と判定した場合、上流側冷凍機１２を停止し（ステップＳ２６）、処理を終了する。

上位制御装置２４は、第１閾値と第２閾値を設け、冷凍機の運転台数を切り換えることで、不感帯によりハンチングが発生することを防止することができる。また、図５に示すように、可変速機の冷凍機と固定速機の冷凍機とを比較すると、可変速機の冷凍機の方が同じ設備負荷での消費電力が小さい。図５は、冷却水入口温度がＡ℃の場合とＢ℃の場合を示している。Ａ℃とＢ℃とは、Ｂ℃の方がＡ℃よりも高い温度、つまりＡ＜Ｂとなる。したがって、１台の冷凍機を運転する場合、可変速機の上流側冷凍機１２を運転させることで、少ない消費電力で運転することができる。

また、上流側冷凍機１２の第１圧縮機１０１ａを固定速機とし、下流側冷凍機１４の第２圧縮機１０１ｂを可変速機とした場合において、いずれか１台の冷凍機を運転させる場合、可変速機の上流側冷凍機１２を運転させることで、少ない消費電力で運転することができる。

上位制御装置２４は、入口冷却水温度検出部２８が検出した冷却水入口温度に基づいて、第１閾値及び第２閾値を調整することが好ましい。図６に示すように、上位制御装置２４は、入口冷却水温度検出部２８で冷却水入口温度を検出し（ステップＳ３２）、検出した温度に基づいて、第１閾値及び第２閾値を設定する（ステップＳ３４）。上位制御装置２４は、図７に示すような、冷却水入口温度と設備負荷率（閾値）との関係を記憶しており、冷却水入口温度に基づいて、第１閾値及び第２閾値を設定する。第１閾値及び第２閾値は、冷却水入口温度が高くなるに従って高くなる。すなわち、第１閾値及び第２閾値は、冷却水温度検出部２８が検出した温度が低いほど低い設備負荷率となる。

ここで、図８は、冷却水入口温度がＣ℃の場合、Ｄ℃の場合、Ｅ℃の場合、Ｆ℃の場合、Ｇ℃の場合及びＨ℃の場合の消費電力と設備負荷率との関係を示している。Ｃ℃とＤ℃とＥ℃とＦ℃とＧ℃とＨ℃とは、この順で温度が高くなる、つまりＣ＜Ｄ＜Ｅ＜Ｆ＜Ｇ＜Ｈとなる。図８に示すように、１台で運転している状態（可変速機１台運転）よりも２台で運転している状態（可変速機＋固定速機運転）の方が消費電力が少なくなる設備負荷率は、温度が高くなるに従って高くなる。したがって、第１閾値及び第２閾値を冷却水入口温度が高くなるに従って高くすることで、効率良く運転することができる。なお、第１閾値及び第２閾値は、２台で運転している状態（可変速＋固定速運転）の方が１台で運転している状態（可変速１台運転）より、消費電力が少なくなる設備負荷率を挟むように設定しても、一方が重なるように設定してもよい。

次に、図９を用いて、２台の冷凍機が運転している状態の制御の一例を説明する。上位制御装置２４は、１台の冷凍機が運転している状態から２台の冷凍機が運転する状態へ切り換える場合、すなわち、第１モードにおいて設備負荷率が第２閾値を超えた場合、下流側冷凍機１４の運転を開始して第２モードとする（ステップＳ４２）。上位制御装置２４は、上流側冷凍機１２及び下流側冷凍機１４の両方を運転させる第２モードの状態となった場合、等負荷配分で運転を行う（ステップＳ４４）。つまり、上位制御装置２４は、第１モードで設備負荷率が第２閾値を超え、第２モードでの運転を開始する場合、上流側冷凍機１２と下流側冷凍機１４との負荷を等負荷とする。上位制御装置２４は、上流側冷凍機１２の負荷と下流側冷凍機１４の負荷とを等しくして、運転を行う。

次に、上位制御装置２４は、等負荷配分で運転を行っている状態で、設備負荷率が第３閾値以上であるかを判定する（ステップＳ４６）。第３閾値は、第２閾値よりも高い値である。

上位制御装置２４は、設備負荷率が第３閾値以上ではない（ステップＳ４６でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ５４に進む。上位制御装置２４は、設備負荷率が第３閾値以上である（ステップＳ４６でＹｅｓ）と判定した場合、下流側冷凍機１４の負荷率を１００％とし、上流側冷凍機１２の負荷率を可変に設定する（ステップＳ４８）。つまり、上位制御装置２４は、第２モードで運転し、かつ、設備負荷率が第２閾値よりも高い第３閾値を超えた場合、下流側冷凍機１４の負荷率を１００％とし、設備負荷率に応じて上流側冷凍機１２の負荷率を変動させる。上位制御装置２４は、下流側冷凍機１４を一定負荷（定格負荷）として、上流側冷凍機１２の負荷率を設備負荷率に応じて変化させる。

上位制御装置２４は、下流側冷凍機１４の負荷率を１００％とし、上流側冷凍機１２の負荷率を可変に設定した状態で、負荷率が第３閾値以下であるかを判定する（ステップＳ５０）。上位制御装置２４は、負荷率が第３閾値以下ではない（ステップＳ５０でＮｏ）、つまり負荷率が第３閾値より高いと判定した場合、ステップＳ４８に戻る。

上位制御装置２４は、負荷率が第３閾値以下である（ステップＳ５０でＹｅｓ）と判定した場合、等負荷配分で運転を行う（ステップＳ５２）。上位制御装置２４は、等負荷配分で運転を行っている状態で、負荷率が第１閾値未満であるかを判定する（ステップＳ５４）。上位制御装置２４は、負荷率が第１閾値未満ではない（ステップＳ５４でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ４６に戻る。上位制御装置２４は、負荷率が第１閾値未満である（ステップＳ５４でＹｅｓ）と判定した場合、下流側冷凍機１４を停止する（ステップＳ５６）。

上位制御装置２４は、図９に示す処理を行うことで図１０に示すよう設備負荷率が上昇するに従って、各冷凍機の負荷率を変化させて運転する。上位制御装置２４は、設備負荷率が低い状態では、上流側冷凍機１２を１台で運転させる。その状態で、設備負荷率が第２閾値以上となると、下流側冷凍機１４の運転も開始される。２台での運転が開始されると、等配分負荷で運転される。上流側冷凍機１２と下流側冷凍機１４の１００％の負荷が異なるため、同じ負荷を配分すると、異なる負荷率となる。図１０では、下流側冷凍機１４の負荷率が上流側冷凍機１２の負荷率よりも高くなる。上位制御装置２４は、設備負荷率が第３閾値以上となると、下流側冷凍機１４の負荷率を１００％とし、上流側冷凍機１２の負荷率を調整する。

上位制御装置２４は、１台で運転している状態である第１モードから２台で運転している状態である第２モードに切り換える際に、等負荷配分とすることで、図１１に示すように、固定速機の下流側冷凍機１４を定格負荷とし、可変速機の上流側冷凍機１２に残りの負荷を配分するよりも消費電力を少なくすることができる。ここで、図１１は、上流側冷凍機１２の負荷と下流側冷凍機１４の負荷を等負荷率とした場合、等負荷配分とした場合について計測した結果を示している。また、図１１は、可変速機である上流側冷凍機１２の負荷を可変とし、固定速機である下流側冷凍機１４の負荷を定格負荷とした場合について計測した結果を示している。さらに、図１１は、上流側冷凍機１２の負荷を、等負荷に対する差が＋α％となる負荷とし、下流側冷凍機１４の負荷を、等負荷に対する差が−α％となる負荷とした場合、上流側冷凍機１２の負荷を、等負荷に対する差が＋１０％となる負荷とし、下流側冷凍機１４の負荷を、等負荷に対する差が−１０％となる負荷とした場合、上流側冷凍機１２の負荷を、等負荷に対する差が＋β％となる負荷とし、下流側冷凍機１４の負荷を、等負荷に対する差が−β％となる負荷とした場合について計測した結果を示している。α％と１０％とβ％との関係は、α＜１０＜βとなる。

上記実施形態では、１台で運転している状態である第１モードから２台で運転している状態である第２モードに切り換える際に、等配分負荷で運転したがこれに限定されない。上位制御装置２４は、第１モードで設備負荷率が第２閾値を超え、第２モードでの運転を開始する場合、上流側冷凍機１２と下流側冷凍機１４との負荷を等負荷に対する差が１０％以内となる負荷、つまり、上流側冷凍機１２と下流側冷凍機１４との負荷を等負荷とした場合を基準負荷として、上流側冷凍機１２と下流側冷凍機１４との負荷が基準負荷×０．９以上基準負荷×１．１以下となる負荷とすることで、図１１の１０％の場合、α％の場合で示すように、固定速機の下流側冷凍機１４（第２圧縮機が固定速機の下流側冷凍機１４）を定格負荷とし可変速機の上流側冷凍機１２（第１圧縮機が可変速機の上流側冷凍機１２）に残りの負荷を配分する場合よりも、消費電力を少なくすることができ、効率良く運転を行うことができる。

［第２実施形態］
図１２は、冷凍機システム１０の処理動作の一例を示すフローチャートである。図１３は、冷凍機の負荷率の制御を説明するための説明図である。図１４は、冷凍機の負荷率と設備負荷率と消費電力との関係を示すグラフである。図１５は、設備負荷率とＣＯＰとの関係を示すグラフである。ここで、図１５は、冷却水入口温度がＣ℃の場合、Ｄ℃の場合、Ｅ℃の場合、Ｆ℃の場合及びＧ℃の場合の設備負荷率とＣＯＰとの関係を示している。Ｃ℃とＤ℃とＥ℃とＦ℃とＧ℃とは、この順で温度が高くなる、つまりＣ＜Ｄ＜Ｅ＜Ｆ＜Ｇとなる。図１６は、冷凍機システム１０の処理動作の一例を示すフローチャートである。図１７は、消費電力削減率と設備負荷率との関係を示すグラフである。

本実施形態では、上流側冷凍機１２の第１圧縮機１０１ａを固定速機とし、下流側冷凍機１４の第２圧縮機１０１ｂを固定速機とする。

上位制御装置２４は、上流側冷凍機１２を運転し、下流側冷凍機１４を停止する第１モードとする。図１２に示すように、上位制御装置２４は、第１モードにおいて設備負荷率が第２閾値を超えた場合、下流側冷凍機１２の運転を開始して第２モードとする（ステップＳ６２）。すなわち、上位制御装置２４は、上流側冷凍機１２を運転し、下流側冷凍機１４を停止している第１モードの状態で、設備負荷率が第１閾値よりも高い第２閾値以上となった場合、上流側冷凍機１２及び下流側冷凍機１４の両方を運転する第２モードとする。

上位制御装置２４は、上流側冷凍機１２及び下流側冷凍機１４の両方を運転させる第２モードの状態となった場合、等負荷配分で運転を行う（ステップＳ６４）。つまり、上位制御装置２４は、第１モードで設備負荷率が第２閾値を超え、第２モードでの運転を開始する場合、上流側冷凍機１２と下流側冷凍機１４との負荷を等負荷とする。

次に、上位制御装置２４は、等負荷配分で運転を行っている状態で、設備負荷率が第３閾値以上であるかを判定する（ステップＳ６６）。第３閾値は、第２閾値よりも高い値である。

上位制御装置２４は、設備負荷率が第３閾値以上である（ステップＳ６６でＹｅｓ）と判定した場合、下流側冷凍機１４の負荷率を一定負荷とし、上流側冷凍機１２の負荷率を可変に設定する（ステップＳ６８）。つまり、上位制御装置２４は、上流側冷凍機１２及び下流側冷凍機１４の両方を運転している状態で、かつ、設備負荷率が第２閾値よりも高い第３閾値を超えた場合、設備負荷率の上昇に対応して、下流側冷凍機１４の負荷を一定にしたまま、上流側冷凍機１２の負荷率を上昇させる。上位制御装置２４は、下流側冷凍機１４を一定負荷（定格負荷）として、上流側冷凍機１２の負荷率を設備負荷率に応じて変化させる。

上位制御装置２４は、下流側冷凍機１４の負荷率を一定負荷とし、上流側冷凍機１２の負荷率を可変に設定した状態で、上流側冷凍機１２の負荷率が１００％になったか否かを判定する（ステップＳ７０）。上位制御装置２４は、上流側冷凍機１２の負荷率が１００％になっていない（ステップＳ７０でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ６８に戻る。

上位制御装置２４は、上流側冷凍機１２の負荷率が１００％になった（ステップＳ６６０でＹｅｓ）と判定した場合、下流側冷凍機１４の負荷を可変に設定する（ステップＳ７２）。上位制御装置２４は、下流側冷凍機１４の負荷率を変動させる。

上位制御装置２４は、下流側冷凍機１４の負荷率が一定負荷以下か否かを判定する（ステップＳ７４）。下流側冷凍機１４の負荷率が一定負荷以下であると判定された場合（ステップＳ７４でＹｅｓ）、ステップＳ６８に戻る。下流側冷凍機１４の負荷率が一定負荷以下でないと判定された場合（ステップＳ７４でＮｏ）、ステップＳ７４に戻る。

ステップＳ６６において、上位制御装置２４は、設備負荷率が第３閾値以上ではない（ステップＳ６６でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ７６に進む。上位制御装置２４は、上流側冷凍機１２及び下流側冷凍機１４の両方を運転している第２モードの状態で、設備負荷率が第１閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ７６）。

ステップＳ７６において、設備負荷率が第１閾値よりも低くなったと判定された場合（ステップＳ７６でＹｅｓ）、上位制御装置２４は、下流側冷凍機１４を停止して、第１モードとする（ステップＳ７８）。ステップＳ７６において、設備負荷率が第１閾値未満でないと判定された場合（ステップＳ７６でＮｏ）、上位制御装置２４は、ステップＳ６６に戻る。

上位制御装置２４は、図１２に示す処理を行うことで図１３に示すよう設備負荷率が上昇するに従って、各冷凍機の負荷率を変化させて運転する。上位制御装置２４は、設備負荷率が低い状態では、上流側冷凍機１２を１台で運転させる。その状態で、設備負荷率が第２閾値以上となると、下流側冷凍機１４の運転も開始される。２台での運転が開始されると、等配分負荷で運転される。上流側冷凍機１２と下流側冷凍機１４の１００％の負荷が等しいため、同じ負荷を配分した場合、等しい負荷率となる。上位制御装置２４は、設備負荷率が第３閾値以上（図１３に示す例では０．８以上）となると、下流側冷凍機１４の負荷率を可変とし、下流側冷凍機１４の負荷率を調整する。

上位制御装置２４は、冷凍機が１台で運転している状態である第１モードから２台で運転している状態である第２モードに切り換える際に、等負荷配分とすることで、図１４に示すように、下流側冷凍機１４を定格負荷とし、上流側冷凍機１２に残りの負荷を配分するよりも消費電力を少なくすることができる。ここで、図１４は、上流側冷凍機１２の負荷と下流側冷凍機１４の負荷を等負荷率とした場合、等負荷配分とした場合について計測した結果を示している。また、図１４は、下流側冷凍機１４の負荷を定格負荷とし、上流側冷凍機１２の負荷に残りの負荷を分配した場合について計測した結果を示している。さらに、図１４は、上流側冷凍機１２の負荷を、等負荷に対する差が＋ａ％となる負荷とし、下流側冷凍機１４の負荷を、等負荷に対する差が−ａ％となる負荷とした場合、上流側冷凍機１２の負荷を、等負荷に対する差が＋ｂ％となる負荷とし、下流側冷凍機１４の負荷を、等負荷に対する差が−ｂ％となる負荷とした場合、上流側冷凍機１２の負荷を、等負荷に対する差が＋ｃ％となる負荷とし、下流側冷凍機１４の負荷を、等負荷に対する差が−ｃ％となる負荷とした場合した場合、上流側冷凍機１２の負荷を、等負荷に対する差が＋ｄ％となる負荷とし、下流側冷凍機１４の負荷を、等負荷に対する差が−ｄ％となる負荷とした場合した場合、について、計測した結果を示している。ａ％とｂ％とｃ％とｄ％との関係は、ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄとなる。

また、２台の冷凍機が共に固定速機の場合、所定の閾値以上の設備負荷になった場合、上流側冷凍機１２へできるだけ負荷を配分することで、消費電力を抑えることができる。図１５に示すように、冷凍機負荷率が第３閾値（図１５に示す例では０．８）を下回ると、冷凍機負荷率に対するＣＯＰの変化が非線形となり、冷凍機負荷率の変化に対する効率の低下が大きくなるため、２台の冷凍機が第３閾値に到達するまでは、両方の冷凍機の負荷を等負荷配分で上昇させることで、効率を向上させることができる。また、ＣＯＰの変化が小さくなる第３閾値以上では、より効率のよい上流側冷凍機１２を先に定格負荷に近づけることで、効率を向上させることができる。

上位制御装置２４は、入口冷却水温度検出部２８が検出した冷却水入口温度に基づいて、第３閾値を調整することが好ましい。図１６に示すように、上位制御装置２４は、入口冷却水温度検出部２８で冷却水入口温度を検出し（ステップＳ８２）、検出した温度に基づいて、第３閾値を設定する（ステップＳ８４）。上位制御装置２４は、冷却水入口温度と設備負荷率との関係を記憶しており、冷却水入口温度に基づいて、第３閾値を設定する。第３閾値は、冷却水入口温度が高くなるに従って低くなる。すなわち、第３閾値は、冷却水温度検出部２８が検出した温度が高いほど低い設備負荷率となる。

図１７は、上流側冷凍機１２の第１圧縮機１０１ａを固定速機とし、下流側冷凍機１４の第２圧縮機１０１ｂを固定速機とした場合における、設備負荷率と消費電力削減率との関係を示す図である。ここで、図１７は、冷却水入口温度がＦ℃の場合、Ｇ℃の場合、Ｈ℃の場合の設備負荷率と消費電力削減率との関係を示している。Ｆ℃とＧ℃とＨ℃とは、この順で温度が高くなる、つまりＦ＜Ｇ＜Ｈとなる。冷却水入口温度に応じて、等負荷率配分から上流側残負荷及び下流側負荷制限に負荷配分割合を変更するか否かを決定する。冷却水入口温度が高いほど、消費電力削減効果が高いため、冷却水入口温度が高い場合は、負荷配分割合を変更する。冷却水入口温度が低い場合は消費電力削減率が低いため、等負荷率配分のみで運転する。図１７に示すように、設備負荷率は、冷却水温度検出部２８が検出した冷却水入口温度が高いほど低い値となる。

１０ 冷凍機システム
１２ 上流側冷凍機
１４ 下流側冷凍機
１８ 負荷設備
２０ 冷却水循環系
２２ 冷水循環系
２４ 上位制御装置
２４ａ 運転台数決定部
２４ｂ 負荷配分決定部
２６ 冷水中間温度検出部
２８ 入口冷却水温度検出部
１０１ 圧縮機
１０１ａ 第１圧縮機
１０１ｂ 第２圧縮機
１０２ 凝縮器
１０２ａ 第１凝縮器
１０２ｂ 第２凝縮器
１０３ 蒸発器
１０３ａ 第１蒸発器
１０３ｂ 第２蒸発器
１０４ 中間冷却器
１０６ 循環経路
１０６ａ 第１循環経路
１０６ｂ 第２循環経路
１０７ 膨張弁
１０８ 膨張弁
１０９ 制御装置
１１１ 電動機
１１２ 圧縮部
１２１ 冷却水配管
１２２ ポンプ
１２３ 冷却水供給部
１３１ 冷水配管
１３２ ポンプ
１３６ａ 冷媒配管
１３６ｂ 冷媒配管
１３６ｃ 冷媒配管

Claims (9)

1. 冷媒を圧縮する第１圧縮機、前記第１圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮させる第１凝縮器、及び前記第１凝縮器により凝縮された冷媒を蒸発させて冷水を冷却する第１蒸発器を有する上流側冷凍機と、
   冷媒を圧縮する第２圧縮機、前記第２圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮させる第２凝縮器、及び前記第２凝縮器により凝縮された冷媒を蒸発させて前記第１蒸発器を通過した冷水を冷却する第２蒸発器を有する下流側冷凍機と、
   前記上流側冷凍機及び前記下流側冷凍機の稼動、停止及び、前記上流側冷凍機及び前記下流側冷凍機の負荷を制御する上位制御装置と、を有し、
   前記第１圧縮機は、可変速機であり、
   前記第２圧縮機は、固定速機であり、
   前記上位制御装置は、設備負荷率が第１閾値よりも小さい場合、前記上流側冷凍機を運転し、前記下流側冷凍機を停止する第１モードとし、
   前記上流側冷凍機を運転し、前記下流側冷凍機を停止している状態で、設備負荷率が前記第１閾値よりも高い第２閾値以上となった場合、前記上流側冷凍機及び前記下流側冷凍機の両方を運転する第２モードとし、
   前記上流側冷凍機及び前記下流側冷凍機の両方を運転している状態で、設備負荷率が前記第１閾値よりも低くなった場合、前記第１モードとすることを特徴とする冷凍機システム。
2. 前記上位制御装置は、前記第１モードで設備負荷率が前記第２閾値を超え、前記第２モードでの運転を開始する場合、前記上流側冷凍機と前記下流側冷凍機との負荷を等負荷に対する差が１０％以内となる負荷とすることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機システム。
3. 前記上位制御装置は、前記第１モードで設備負荷率が前記第２閾値を超え、前記第２モードでの運転を開始する場合、前記上流側冷凍機と前記下流側冷凍機との負荷を等負荷とすることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機システム。
4. 前記上位制御装置は、前記第２モードで運転し、かつ、設備負荷率が第２閾値よりも高い第３閾値を超えた場合、前記下流側冷凍機の負荷率を１００％とし、設備負荷率に応じて前記上流側冷凍機の負荷率を変動させることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の冷凍機システム。
5. 前記第２凝縮器は、供給される冷却水と冷媒との間で熱交換を行い、前記冷媒を冷却し、
   前記第１凝縮器は、前記第２凝縮器を通過した冷却水と冷媒との間で熱交換を行い、前記冷媒を冷却し、
   前記第２凝縮器に供給される冷却水の温度を検出する冷却水温度検出部を有し、
   前記上位制御装置は、前記冷却水温度検出部が検出した温度に基づいて、前記第１閾値を調整することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の冷凍機システム。
6. 前記第１閾値は、前記冷却水温度検出部が検出した温度が低いほど低い設備負荷率となることを特徴とする請求項５に記載の冷凍機システム。
7. 冷媒を圧縮する第１圧縮機、前記第１圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮させる第１凝縮器、及び前記第１凝縮器により凝縮された冷媒を蒸発させて冷水を冷却する第１蒸発器を有する上流側冷凍機と、
   冷媒を圧縮する第２圧縮機、前記第２圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮させる第２凝縮器、及び前記第２凝縮器により凝縮された冷媒を蒸発させて前記第１蒸発器を通過した冷水を冷却する第２蒸発器を有する下流側冷凍機と、
   前記上流側冷凍機及び前記下流側冷凍機の稼動、停止及び、前記上流側冷凍機及び前記下流側冷凍機の負荷を制御する上位制御装置と、を有し、
   前記第１圧縮機は、固定速機であり、
   前記第２圧縮機は、固定速機であり、
   前記上位制御装置は、設備負荷率が第１閾値よりも小さい場合、前記上流側冷凍機を運転し、前記下流側冷凍機を停止する第１モードとし、
   前記上流側冷凍機を運転し、前記下流側冷凍機を停止している状態で、設備負荷率が前記第１閾値よりも高い第２閾値以上となった場合、前記上流側冷凍機及び前記下流側冷凍機の両方を運転する第２モードとし、
   前記上流側冷凍機及び前記下流側冷凍機の両方を運転している状態で、設備負荷率が前記第１閾値よりも低くなった場合、前記第１モードとし、
   前記上流側冷凍機及び前記下流側冷凍機の両方を運転している状態で、かつ、設備負荷率が第２閾値よりも高い第３閾値を超えた場合、設備負荷率の上昇に対応して、前記下流側冷凍機の負荷を一定にしたまま、前記上流側冷凍機の負荷率を上昇させ、前記上流側冷凍機の負荷率が１００％になった後、前記下流側冷凍機の負荷率を変動させることを特徴とする冷凍機システム。
8. 前記第２凝縮器は、供給される冷却水と冷媒との間で熱交換を行い、前記冷媒を冷却し、
   前記第１凝縮器は、前記第２凝縮器を通過した冷却水と冷媒との間で熱交換を行い、前記冷媒を冷却し、
   前記第２凝縮器に供給される冷却水の温度を検出する冷却水温度検出部を有し、
   前記上位制御装置は、前記冷却水温度検出部が検出した温度に基づいて、前記第３閾値を調整することを特徴とする請求項７に記載の冷凍機システム。
9. 前記第３閾値は、前記冷却水温度検出部が検出した温度が高いほど低い設備負荷率となることを特徴とする請求項８に記載の冷凍機システム。

Images