(57)【要約】【課題】温暖化係数の大きい冷媒のみを用いることによる環境への負荷を低減しつつ、広範な温度範囲で正常な運転を行うことが可能な冷凍システムを提供する。【解決手段】還気口３２から給気口３１へ向けて空気を導く流路３４を有する本体部３０と、給気口３１へ向けて送風する送風機４０と、圧縮機と、ガスクーラと、膨張弁と、蒸発器１６とを冷媒配管Ｌ１により接続した第１冷凍機１０と、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器２４とを冷媒配管Ｌ２により接続した第２冷凍機２０と、を備え、蒸発器１６および蒸発器２４は、流路３４に配置されており、冷媒配管Ｌ１を流通する第１冷媒の地球温暖化係数は、冷媒配管Ｌ２を流通する第２冷媒の地球温暖化係数よりも小さい冷凍システム１００を提供する。【選択図】図１
2020165592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給先へ空気を送風するための給気口と前記供給先へ供給された空気を引き込むための還気口と前記還気口から前記給気口へ向けて空気を導く流路とを有する本体部と、
前記還気口から前記流路に導かれた空気を前記給気口へ向けて送風する送風機と、
第１圧縮機と、ガスクーラと、第１膨張弁と、第１蒸発器とを第１冷媒配管により接続した第１冷凍機と、
第２圧縮機と、凝縮器と、第２膨張弁と、第２蒸発器とを第２冷媒配管により接続した第２冷凍機と、を備え、
前記第１蒸発器および前記第２蒸発器は、前記流路に配置されており、
前記第１冷媒配管を流通する第１冷媒の地球温暖化係数は、前記第２冷媒配管を流通する第２冷媒の地球温暖化係数よりも小さい冷凍システム。
【請求項２】
前記第１冷媒は二酸化炭素であり、前記第２冷媒はフロン系冷媒である請求項１に記載の冷凍システム。
【請求項３】
前記第１蒸発器へ流入する空気の温度を検出する第１温度検出部と、
前記第１温度検出部が検出する温度が第１閾値温度以上となったことに応じて前記第１冷凍機を運転状態から停止状態に切り替えるよう制御する制御装置と、を備える請求項２に記載の冷凍システム。
【請求項４】
前記ガスクーラへ流入する空気の温度を検出する第２温度検出部を備え、
前記制御装置は、前記第２温度検出部が検出する温度が前記第１閾値温度より高い第２閾値温度以上である場合に、前記第１温度検出部が検出する温度が前記第１閾値温度以上となったことに応じて前記第１冷凍機を運転状態から停止状態に切り替えるよう制御し、前記第２温度検出部が検出する温度が前記第２閾値温度未満である場合に、前記第１冷凍機を前記運転状態に維持するよう制御する請求項３に記載の冷凍システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記第１温度検出部が検出する温度が前記第１閾値温度よりも高い温度から前記第１閾値温度よりも低い温度に低下したことに応じて前記第２冷凍機を運転状態から停止状態に切り替えるよう制御する請求項３または請求項４に記載の冷凍システム。
【請求項６】
前記第１蒸発器は、前記第２蒸発器よりも前記流路における空気の流通方向の下流側に配置されており、
前記第１温度検出部は、前記第２蒸発器により冷却された空気の温度を検出する請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の冷凍システム。
【請求項７】
前記流路は、それぞれ前記還気口から前記給気口へ向けて空気を導く第１流路部および第２流路部を有し、
前記第１蒸発器は、前記第１流路部に配置されており、
前記第２蒸発器は、前記第２流路部に配置されており、
前記第１流路部へ空気が導かれる流通状態と前記第１流路部へ空気が導かれない遮断状態とを切り替える第１ダンパと、
前記第２流路部へ空気が導かれる流通状態と前記第２流路部へ空気が導かれない遮断状態とを切り替える第２ダンパと、を備え、
前記制御装置は、
前記第１冷凍機を運転状態とするときは流通状態となり、前記第１冷凍機を停止状態とするときは遮断状態となるように前記第１ダンパを制御し、
前記第２冷凍機を運転状態とするときは流通状態となり、前記第２冷凍機を停止状態とするときは遮断状態となるように前記第２ダンパを制御する請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の冷凍システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１冷凍機と第２冷凍機とを備える冷凍システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷凍機の冷凍サイクルに用いる冷媒として、Ｒ４１０Ａ冷媒等のフロン系冷媒が広く用いられているが、地球温暖化係数（ＧＷＰ：Ｇｌｏｂａｌ−Ｗａｒｍｉｎｇ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）が高いことが問題視されている。そこで、フロン系冷媒よりも地球温暖化係数の小さい二酸化炭素等の他の冷媒を用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００５／０５２４６７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、フロン系冷媒よりも地球温暖化係数の小さい冷媒においては、フロン系冷媒と同様の温度範囲では適切な運転が行えない場合がある。例えば、二酸化炭素を冷媒として用いた場合、冷凍サイクルのガスクーラに流入する空気の温度（外気温度）と冷凍サイクルの蒸発器に流入する空気の温度とがそれぞれ所望の温度を超えた場合に、正常な運転を行うことができず、所望の性能を達成することができない。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、温暖化係数の大きい冷媒のみを用いることによる環境への負荷を低減しつつ、広範な温度範囲で正常な運転を行うことが可能な冷凍システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の冷凍システムは以下の手段を採用する。
本発明の一態様に係る冷凍システムは、供給先へ空気を送風するための給気口と前記供給先へ供給された空気を引き込むための還気口と前記還気口から前記給気口へ向けて空気を導く流路とを有する本体部と、前記還気口から前記流路に導かれた空気を前記給気口へ向けて送風する送風機と、第１圧縮機と、ガスクーラと、第１膨張弁と、第１蒸発器とを第１冷媒配管により接続した第１冷凍機と、第２圧縮機と、凝縮器と、第２膨張弁と、第２蒸発器とを第２冷媒配管により接続した第２冷凍機と、を備え、前記第１蒸発器および前記第２蒸発器は、前記流路に配置されており、前記第１冷媒配管を流通する第１冷媒の地球温暖化係数は、前記第２冷媒配管を流通する第２冷媒の地球温暖化係数よりも小さい。
【０００７】
本発明の一態様に係る冷凍システムによれば、第１冷凍機が有する第１蒸発器と第２冷凍機が有する第２蒸発器が、本体部が有する流路に配置されており、第１冷凍機の冷媒配管を流通する第１冷媒の地球温暖化係数が第２冷凍機の冷媒配管を流通する第２冷媒の地球温暖化係数よりも小さい。そのため、単一の冷媒を用いた単一の冷凍機を備える冷凍システムに比べ、システム全体として用いる冷媒の地球温暖化係数を小さくし、環境への負荷を低減することができる。また、地球温暖化係数の小さい冷媒（例えば、二酸化炭素）のみを用いた単一の冷凍機を備える冷凍システムに比べ、システム全体として広範な温度範囲で正常な運転を行うことが可能となる。
【０００８】
本発明の一態様に係る冷凍システムにおいて、前記第１冷媒は二酸化炭素であり、前記第２冷媒はフロン系冷媒であってよい。フロン系冷媒よりも地球温暖化係数が小さい二酸化炭素を用いることで、フロン系冷媒のみを用いた単一の冷凍機を備える冷凍システムに比べ、環境への負荷を低減することができる。また、二酸化炭素冷媒のみを用いた単一の冷凍機を備える冷凍システムに比べ、システム全体として広範な温度範囲で正常な運転を行うことが可能となる。
【０００９】
本発明の一態様に係る冷凍システムにおいては、前記第１蒸発器へ流入する空気の温度を検出する第１温度検出部と、前記第１温度検出部が検出する温度が第１閾値温度以上となったことに応じて前記第１冷凍機を運転状態から停止状態に切り替えるよう制御する制御装置と、を備えていてもよい。
第１蒸発器へ流入する空気の第１閾値温度を、第１冷媒を用いた第１冷凍機が正常な運転を行うことができなくなる温度に設定することにより、正常な運転を行うことができない状態において第１冷凍機を停止状態に切り替えることができる。また、第１冷凍機が正常な運転を行うことができない状態において第２冷凍機を運転状態とすることにより、システム全体として広範な温度範囲で正常な運転を行うことが可能となる。
【００１０】
本発明の一態様に係る冷凍システムにおいては、前記ガスクーラへ流入する空気の温度を検出する第２温度検出部を備え、前記制御装置は、前記第２温度検出部が検出する温度が前記第１閾値温度より高い第２閾値温度以上である場合に、前記第１温度検出部が検出する温度が前記第１閾値温度以上となったことに応じて前記第１冷凍機を運転状態から停止状態に切り替えるよう制御し、前記第２温度検出部が検出する温度が前記第２閾値温度未満である場合に、前記第１冷凍機を前記運転状態に維持するよう制御してもよい。
【００１１】
ガスクーラへ流入する空気の第２閾値温度を、第１蒸発器に流入する空気の温度によっては正常な運転を行うことができなくなる温度に設定することにより、ガスクーラへ流入する空気の温度が第２閾値温度未満である場合には、第１蒸発器に流入する空気の温度によらずに第１冷凍機を運転状態に維持することができる。
【００１２】
本発明の一態様に係る冷凍システムにおいて、前記制御装置は、前記第１温度検出部が検出する温度が前記第１閾値温度よりも高い温度から前記第１閾値温度よりも低い温度に低下したことに応じて前記第２冷凍機を運転状態から停止状態に切り替えるよう制御してもよい。
第１蒸発器へ流入する空気の温度が第１閾値温度よりも低い温度に低下したことに応じて第２冷凍機が停止状態となるため、第１冷凍機が正常な運転を行える温度範囲では第２冷凍機の運転が行われない。そのため、地球温暖化係数が第１冷媒よりも大きい第２冷媒の利用量を最小限のものとし、環境への負荷を低減することができる。
【００１３】
本発明の一態様に係る冷凍システムにおいて、前記第１蒸発器は、前記第２蒸発器よりも前記流路における空気の流通方向の下流側に配置されており、前記第１温度検出部は、前記第２蒸発器により冷却された空気の温度を検出してもよい。
第１蒸発器が第２蒸発器よりも流路における空気の流通方向の下流側に配置されるため、第１蒸発器に流入する空気を第２蒸発器により冷却することができる。そのため、第１蒸発器の上流に第２蒸発器を設けない場合に比べ、第１蒸発器へ流入する温度が第１閾値温度以上となることが抑制される。
【００１４】
本発明の一態様に係る冷凍システムにおいて、前記流路は、それぞれ前記還気口から前記給気口へ向けて空気を導く第１流路部および第２流路部を有し、前記第１蒸発器は、前記第１流路部に配置されており、前記第２蒸発器は、前記第２流路部に配置されており、前記第１流路部へ空気が導かれる流通状態と前記第１流路部へ空気が導かれない遮断状態とを切り替える第１ダンパと、前記第２流路部へ空気が導かれる流通状態と前記第２流路部へ空気が導かれない遮断状態とを切り替える第２ダンパと、を備え、前記制御装置は、前記第１冷凍機を運転状態とするときは流通状態となり、前記第１冷凍機を停止状態とするときは遮断状態となるように前記第１ダンパを制御し、前記第２冷凍機を運転状態とするときは流通状態となり、前記第２冷凍機を停止状態とするときは遮断状態となるように前記第２ダンパを制御してもよい。
【００１５】
第１蒸発器と第２蒸発器がそれぞれ第１流路部と第２流路部に別々に配置される。そのため、第１冷凍機または第２冷凍機のいずれか一方を運転状態とし、いずれか他方を停止状態とする場合に、流路を流通する空気が第１蒸発器と第２蒸発器の双方を通過することがない。そのため、第１蒸発器と第２蒸発器の双方に空気を流通させる場合に比べ、送風機が所望の風量を得るために要する動力を低減することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、温暖化係数の大きい冷媒のみを用いることによる環境への負荷を低減しつつ、広範な温度範囲で正常な運転を行うことが可能な冷凍システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る冷凍システムを示す概略構成図である。
【図２】図１に示す第１冷凍機の概略構成図である。
【図３】図１に示す第２冷凍機の概略構成図である。
【図４】制御装置が実行する第１冷凍機の運転切換処理を示すフローチャートである。
【図５】制御装置が実行する第１冷凍機の運転停止処理を示すフローチャートである。
【図６】制御装置が実行する第２冷凍機の運転停止処理を示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態の制御装置が実行する第１冷凍機および第２冷凍機の運転切換処理を示すフローチャートである。
【図８】第３実施形態に係る冷凍システムを示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る冷凍システム１００について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の冷凍システム１００を示す概略構成図である。図２は、図１に示す第１冷凍機１０の概略構成図である。図３は、図１に示す第２冷凍機２０の概略構成図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の冷凍システム１００は、第１冷凍機１０と、第２冷凍機２０と、本体部３０と、送風機４０と、フィルタ５０と、加熱器６０と、加湿器７０と、第１温度センサ（第１温度検出部）８１と、第２温度センサ（第２温度検出部）８２と、制御装置９０と、を備える。
【００２０】
図２に示すように、第１冷凍機１０は、圧縮機（第１圧縮機）１１と、ガスクーラ１２と、膨張弁１３と、中間冷却器１４と、膨張弁（第１膨張弁）１５と、蒸発器（第１蒸発器）１６と、アキュムレータ１７と、をこの順に冷媒配管（第１冷媒配管）Ｌ１により接続して構成される。
【００２１】
第１冷凍機１０において、冷媒配管Ｌ１を流通する第１冷媒は、圧縮機１１の高段側圧縮機１１ｂで圧縮され、高段側圧縮機１１ｂから吐出されてガスクーラ１２に送られる。ガスクーラ１２に送られた第１冷媒は、外気との熱交換により吐出ガスが冷却され、膨張弁１３により中間圧に調整されて中間冷却器１４へ送られる。
【００２２】
中間圧冷媒は中間冷却器１４で気液分離され、ガス冷媒は高段側圧縮機１１ｂの冷媒吸込側へ導かれ、液冷媒は中間冷却器１４内に貯留される。中間冷却器１４内に貯留された中間圧の液冷媒は、膨張弁１５を通過する過程で断熱膨張した後、蒸発器１６に送られ、本体部３０を流通する空気との熱交換により蒸発する。蒸発器１６において吸熱して気化した第１冷媒は、アキュムレータ１７を経て圧縮機１１の低段側圧縮機１１ａに送られる。
【００２３】
低段側圧縮機１１ａにおいて圧縮された第１冷媒は、中間冷却器１４からのガス冷媒と合流して、高段側圧縮機１１ｂに吸い込まれ、高段側圧縮機１１ｂによって更に圧縮される。以上のように、第１冷凍機１０は、冷媒配管Ｌ１で第１冷媒を循環させることにより、本体部３０の流路３４を流通する空気を冷却する。
【００２４】
ここで、第１冷凍機１０の冷媒配管Ｌ１を流通する冷媒は二酸化炭素冷媒（ＣＯ２冷媒）である。二酸化炭素冷媒は、Ｒ４１０ＡおよびＲ４０４Ａ等のフロン系冷媒よりも地球温暖化係数（ＧＷＰ：Ｇｌｏｂａｌ−Ｗａｒｍｉｎｇ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）が小さく、環境への負荷が少ない。一方、二酸化炭素冷媒を用いた第１冷凍機１０は、ガスクーラ１２が配置される屋外の外気温度が４３℃以上となり、かつ蒸発器１６へ流入する空気の温度が３２℃以上となる場合に、正常な運転ができなくなるという問題がある。
【００２５】
これは、低段側圧縮機１１ａに吸入される第１冷媒の圧力が上昇すると、それに伴って高段側圧縮機１１ｂから吐出される第１冷媒の圧力が過度に上昇してしまうからである。また、第１冷媒の圧力が過度に上昇することに伴って、中間冷却器１４に導かれる第１冷媒の圧力が臨界点を超えてしまい、液相での搬送ができなくなるからである。そこで、本実施形態では、ガスクーラ１２が配置される屋外の外気温度と、蒸発器１６へ流入する空気の温度とに基づいて、後述するような対策を行う。
【００２６】
図３に示すように、第２冷凍機２０は、圧縮機（第２圧縮機）２１と、凝縮器２２と、膨張弁２３と、蒸発器（第２蒸発器）２４と、をこの順に冷媒配管（第２冷媒配管）Ｌ２により接続して構成される。第２冷凍機２０において、冷媒配管Ｌ２を流通する第２冷媒は、圧縮機２１で圧縮され、圧縮機２１から吐出されて凝縮器２２に送られる。
【００２７】
凝縮器２２に送られた第２冷媒は、外気との熱交換により凝縮して液化し、膨張弁２３を通過する過程で断熱膨張する。その後、断熱膨張した第２冷媒は、蒸発器２４に送られ、本体部３０を流通する空気との熱交換により蒸発する。蒸発器２４において吸熱して気化した第２冷媒は、圧縮機２１に送られる。以上のように、第２冷凍機２０は、冷媒配管Ｌ２で第２冷媒を循環させることにより、本体部３０を流通する空気を冷却する。
【００２８】
ここで、第２冷凍機２０の冷媒配管Ｌ２を流通する冷媒はフロン系冷媒であり、例えば、Ｒ４１０Ａ冷媒およびＲ４０４Ａ冷媒である。フロン系冷媒は、広範な温度範囲で運転することが可能であるが、二酸化炭素冷媒に比べて地球温暖化係数が大きく環境への負荷が大きい。
【００２９】
本体部３０は、空気を冷却して供給先に供給するための装置である。本体部３０は、例えば、冷凍システム１００により冷却される空気の供給先である室内空間を有する建物内に設置されている。図１に示すように、本体部３０は、給気口３１と、還気口３２と、外気口３３と、流路３４とを有する。給気口３１は、供給先へ空気を送風するための開口部である。還気口３２は、供給先へ供給された空気を引き込むための開口部である。外気口３３は、本体部３０が設置される建物の屋外から外気を導入するための開口部である。
【００３０】
還気口３２と外気口３３には、それぞれ空気を導入可能な流通状態と空気を導入不能な遮断状態とを切り替えるためのダンパ（図示略）が設けられている。制御装置９０は、ダンパの開閉状態を制御することにより、還気口３２から空気が流入する状態と、外気口３３から空気が流入する状態とを切り替える。
【００３１】
流路３４は、還気口３２から流入する空気を給気口３１へ向けて導くための筒状の筐体である。図１に示すように、流路３４には、空気の流通方向の上流側から順に、フィルタ５０、加熱器６０、加湿器７０、蒸発器２４、蒸発器１６、送風機４０が配置されている。流路３４を流通する空気は、蒸発器２４および蒸発器１６を通過する際に冷却され、送風機４０により供給先へ供給される。
【００３２】
送風機４０は、還気口３２または外気口３３から流路３４に導かれた空気を給気口３１へ向けて送風するための装置である。
フィルタ５０は、還気口３２または外気口３３から流路３４に導かれた空気に含まれる塵埃等を除去するための装置である。
【００３３】
加熱器６０は、フィルタ５０により塵埃等が除去された空気を必要に応じて加熱するための装置である。加熱器６０の加熱動作は、制御装置９０により制御される。
加湿器７０は、空気の湿度を調整するために必要に応じて水分を噴霧する装置である。加湿器７０の噴霧動作は、制御装置９０により制御される。
【００３４】
第１温度センサ８１は、蒸発器１６へ流入する空気の温度を検出するセンサである。第１温度センサ８１が検出する温度は、制御装置９０に信号線ＳＬ１を介して伝達される。第１温度センサ８１は、蒸発器２４に冷却された空気の温度を検出する。
第２温度センサ８２は、ガスクーラ１２および凝縮器２２へ流入する空気（外気）の温度を検出するセンサである。第２温度センサ８２が検出する温度は、制御装置９０に信号線ＳＬ２を介して伝達される。
【００３５】
制御装置９０は、第１冷凍機１０および第２冷凍機２０を含む冷凍システム１００の全体を制御する装置である。制御装置９０は、信号線ＳＬ１を介して伝達される第１温度センサ８１が検出する温度、および信号線ＳＬ２を介して伝達される第２温度センサ８２が検出する温度に基づいて、信号線ＳＬ３を介して送信する制御信号を生成し、第１冷凍機１０および第２冷凍機２０を制御する。
【００３６】
次に、本実施形態の制御装置９０が実行する処理について図４から図６を参照して説明する。図４は、本実施形態の制御装置９０が実行する第１冷凍機１０の運転切換処理を示すフローチャートである。図５は、制御装置９０が実行する第１冷凍機１０の運転停止処理を示すフローチャートである。図６は、制御装置９０が実行する第２冷凍機２０の運転停止処理を示すフローチャートである。制御装置９０は、記憶部（図示略）に記憶された制御プログラムを読み出して実行することにより、図４から図６に示す各処理を実行する。
【００３７】
制御装置９０は、以下で示す各処理により、外気温度Ｔｏａが第２閾値温度Ｔｔｈ２以上であり、かつ蒸発器入口温度Ｔｅｖ１が第１閾値温度Ｔｔｈ１以上である場合に、二酸化炭素冷媒を用いる第１冷凍機１０の運転を停止させ、第２冷凍機２０のみを運転状態とする。また、制御装置９０は、その他の温度条件においては、第１冷凍機１０と第２冷凍機２０の双方を運転状態とする。
【００３８】
ステップＳ４０１で、制御装置９０は、第２冷凍機２０の運転を開始するよう第２冷凍機２０を制御する。制御装置９０は、第２冷凍機２０の圧縮機２１を駆動することにより、冷媒配管Ｌ２内で第２冷媒が循環するように制御する。この際、制御装置９０は、送風機４０による送風を開始させるように制御する。第２冷凍機２０の運転が開始すると、送風機４０により送風される空気が第２冷凍機２０の蒸発器２４により冷却される。
【００３９】
ステップＳ４０２で、制御装置９０は、第２温度センサ８２により外気温度Ｔｏａを検出するように制御する。制御装置９０は、第２温度センサ８２から伝達される外気温度Ｔｏａを取得する。
【００４０】
ステップＳ４０３で、制御装置９０は、第２温度センサ８２が検出した外気温度Ｔｏａが第２閾値温度Ｔｔｈ２以上であるかどうかを判定し、ＮＯであればステップＳ４０９へ処理を進め、ＹＥＳであればステップＳ４０４へ処理を進める。ここで、第２閾値温度Ｔｔｈ２は、例えば、４２℃に設定される。
【００４１】
４２℃は、二酸化炭素冷媒を用いた第１冷凍機１０が正常な運転ができなくなる外気温度Ｔｏａである４３℃から１℃減算した値である。正常な運転ができなくなる外気温度４３℃よりも１℃低い温度を第２閾値温度として設定することにより、外気温度Ｔａが４３℃に至るよりも前に第１冷凍機１０の運転を停止することができる。
【００４２】
ステップＳ４０４で、制御装置９０は、後述するステップＳ４０８の実行により第１冷凍機１０が運転中であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ４０５へ処理を進め、ＮＯであればステップＳ４０９へ処理を進める。
ステップＳ４０５で、制御装置９０は、外気温度Ｔｏａが第２閾値温度Ｔｔｈ２以上となり第１冷凍機１０を正常に運転できない状態であると判断し、第１冷凍機１０の運転を停止するよう制御する。
【００４３】
ステップＳ４０６で、制御装置９０は、操作者から運転終了指示が入力されたかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ４０７へ処理を進め、ＮＯであればステップＳ４０２へ処理を進める。
【００４４】
ステップＳ４０７で、制御装置９０は、第１冷凍機１０の運転を停止するよう制御する。
ステップＳ４０８で、制御装置９０は、第２冷凍機２０の運転を停止するよう制御する。この際、制御装置９０は、送風機４０による送風を停止させるように制御する。制御装置９０は、ステップＳ４０８の後に本フローチャートの処理を終了させる。
【００４５】
ステップＳ４０９で、制御装置９０は、第１温度センサ８１により蒸発器１６に流入する空気の蒸発器入口温度Ｔｅｖ１を検出するように制御する。制御装置９０は、第１温度センサ８１から伝達される蒸発器入口温度Ｔｅｖ１を取得する。
【００４６】
ステップＳ４１０で、制御装置９０は、第１温度センサ８１が検出した蒸発器入口温度Ｔｅｖ１が第１閾値温度Ｔｔｈ１未満であるかどうかを判定し、ＮＯであればステップＳ４０４へ処理を進め、ＹＥＳであればステップＳ４１１へ処理を進める。制御装置９０がステップＳ４１０でＮＯと判定する場合、蒸発器入口温度Ｔｅｖ１が第１閾値温度Ｔｔｈ１以上となっている。ここで、第１閾値温度Ｔｔｈ１は、例えば、３１℃に設定される。
【００４７】
３１℃は、二酸化炭素冷媒を用いた第１冷凍機１０が正常な運転ができなくなる蒸発器入口温度Ｔｅｖ１である３２℃から１℃減算した値である。正常な運転ができなくなる蒸発器入口温度である４３℃よりも１℃低い温度を第１閾値温度として設定することにより、蒸発器入口温度Ｔｅｖ１が３２℃に至るよりも前に第１冷凍機１０の運転を停止することができる。
【００４８】
ステップＳ４１１で、制御装置９０は、第１冷凍機１０の運転を開始するよう第１冷凍機１０を制御する。制御装置９０は、第１冷凍機１０の圧縮機１１を駆動することにより、冷媒配管Ｌ１内で第１冷媒が循環するように制御する。第１冷凍機１０の運転が開始すると、送風機４０により送風される空気が第１冷凍機１０の蒸発器１６により冷却される。
【００４９】
制御装置９０は、ステップＳ４１０でＮＯと判定した場合にステップＳ４０４へ処理を進め、運転中の第１冷凍機１０を停止させる処理（Ｓ４０５）を実行する。第１冷凍機１０を停止させるのは、第１温度センサ８１が検出する蒸発器入口温度Ｔｅｖ１が第１閾値温度Ｔｔｈ１以上となり、第１冷凍機１０が正常な運転をすることができない状態となったからである。
【００５０】
以上のように、制御装置９０は、外気温度Ｔｏａが第２閾値温度Ｔｔｈ２以上であり、かつ蒸発器入口温度Ｔｅｖ１が第１閾値温度Ｔｔｈ１以上である場合に、二酸化炭素冷媒を用いる第１冷凍機１０の運転を停止させ、第２冷凍機２０のみを運転状態とする。また、制御装置９０は、その他の温度条件においては、第１冷凍機１０と第２冷凍機２０の双方を運転状態とする。
【００５１】
次に、図５を参照して、制御装置９０が実行する第１冷凍機１０の運転停止処理について説明する。制御装置９０は、図４に示す処理の実行中に、図５に示す第１冷凍機１０の運転停止処理を繰り返し実行する。
ステップＳ５０１で、制御装置９０は、第１冷凍機１０が運転中であるかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ５０２に処理を進め、ＮＯであれば本フローチャートの処理を終了する。
【００５２】
ステップＳ５０２で、制御装置９０は、第１冷凍機１０の運転停止条件を満たすかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ５０３へ処理を進め、ＮＯであれば本フローチャートの処理を終了する。運転停止条件とは、例えば、冷凍システム１００により冷却される空気の供給先の室内空間の温度が目標温度を所定温度（例えば、１．５℃）下回るという条件である。この条件を満たす場合、制御装置９０は、室内空間を更に冷却する必要がないため、第１冷凍機１０を停止させると判断する。
【００５３】
また、他の運転停止条件は、例えば、第１冷凍機１０のアキュムレータ１７に送られる第１冷媒の圧力が予め定められた設定停止圧力を下回るという条件である。この条件を満たす場合、制御装置９０は、第１冷凍機１０の運転を正常に行うことができない状態であるため、第１冷凍機１０を停止させると判断する。制御装置９０は、複数の運転停止条件のうち、いずれかの条件を満たす場合に、ステップＳ５０２でＹＥＳと判定する。
ステップＳ５０３で、制御装置９０は、第１冷凍機１０の運転停止条件を満たすため、第１冷凍機１０の運転を停止させるよう制御する。
【００５４】
次に、図６を参照して、制御装置９０が実行する第２冷凍機２０の運転停止処理について説明する。制御装置９０は、図４に示す処理の実行中に、図６に示す第２冷凍機２０の運転停止処理を繰り返し実行する。
ステップＳ６０１で、制御装置９０は、第２冷凍機２０が運転中であるかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ６０２に処理を進め、ＮＯであれば本フローチャートの処理を終了する。
【００５５】
ステップＳ６０２で、制御装置９０は、第２冷凍機２０の運転停止条件を満たすかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ６０３へ処理を進め、ＮＯであれば本フローチャートの処理を終了する。運転停止条件とは、例えば、冷凍システム１００により冷却される空気の供給先の室内空間の温度が目標温度を所定温度（例えば、１．５℃）下回るという条件である。この条件を満たす場合、制御装置９０は、室内空間を更に冷却する必要がないため、第２冷凍機２０を停止させると判断する。
【００５６】
また、他の運転停止条件は、例えば、第２冷凍機２０の圧縮機２１に送られる第２冷媒の圧力が予め定められた設定停止圧力を下回るという条件である。この条件を満たす場合、制御装置９０は、第２冷凍機２０の運転を正常に行うことができない状態であるため、第２冷凍機２０を停止させると判断する。制御装置９０は、複数の運転停止条件のうち、いずれかの条件を満たす場合に、ステップＳ６０２でＹＥＳと判定する。
ステップＳ６０３で、制御装置９０は、第２冷凍機２０の運転停止条件を満たすため、第２冷凍機２０の運転を停止させるよう制御する。
【００５７】
以上説明した本実施形態が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の冷凍システム１００によれば、第１冷凍機１０が有する蒸発器１６と第２冷凍機２０が有する蒸発器２４が、本体部３０が有する流路３４に配置されており、第１冷凍機１０の冷媒配管Ｌ１を流通する第１冷媒の地球温暖化係数が第２冷凍機２０の冷媒配管Ｌ２を流通する第２冷媒の地球温暖化係数よりも小さい。
【００５８】
そのため、単一の冷媒を用いた単一の冷凍機を備える冷凍システムに比べ、システム全体として用いる冷媒の地球温暖化係数を小さくし、環境への負荷を低減することができる。また、地球温暖化係数の小さい冷媒（例えば、二酸化炭素）のみを用いた単一の冷凍機を備える冷凍システムに比べ、システム全体として広範な温度範囲で正常な運転を行うことが可能となる。
【００５９】
また、本実施形態の冷凍システム１００によれば、第１冷凍機１０の冷媒として、フロン系冷媒よりも地球温暖化係数が小さい二酸化炭素を用いることで、フロン系冷媒のみを用いた単一の冷凍機を備える冷凍システムに比べ、環境への負荷を低減することができる。また、二酸化炭素冷媒のみを用いた単一の冷凍機を備える冷凍システムに比べ、システム全体として広範な温度範囲で正常な運転を行うことが可能となる。
【００６０】
また、本実施形態の冷凍システム１００によれば、蒸発器１６へ流入する空気の第１閾値温度Ｔｔｈ１を、第１冷媒を用いた第１冷凍機１０が正常な運転を行うことができなくなる温度に設定することにより、正常な運転を行うことができない状態において第１冷凍機１０を停止状態に切り替えることができる。また、第１冷凍機１０が正常な運転を行うことができない状態において第２冷凍機２０を運転状態とすることにより、システム全体として広範な温度範囲で正常な運転を行うことが可能となる。
【００６１】
また、本実施形態の冷凍システム１００によれば、ガスクーラ１２へ流入する空気の第２閾値温度Ｔｔｈ２を、蒸発器１６に流入する空気の温度によっては正常な運転を行うことができなくなる温度に設定することにより、ガスクーラ１２へ流入する空気の温度が第２閾値温度Ｔｔｈ２未満である場合には、蒸発器１６に流入する空気の温度によらずに第１冷凍機１０を運転状態に維持することができる。
【００６２】
また、本実施形態の冷凍システム１００によれば、蒸発器１６が蒸発器２４よりも流路における空気の流通方向の下流側に配置されるため、蒸発器１６に流入する空気を蒸発器２４により冷却することができる。そのため、蒸発器１６の上流に蒸発器２４を設けない場合に比べ、蒸発器１６へ流入する温度が第１閾値温度Ｔｔｈ１以上となることが抑制される。
【００６３】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る冷凍システム１００について説明する。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。
【００６４】
第１実施形態の冷凍システム１００は、第２温度センサ８２が検出する外気温度Ｔｏａが第２閾値温度Ｔｔｈ２以上となる場合においては、第１温度センサ８１が検出する蒸発器入口温度Ｔｅｖ１が第１閾値温度Ｔｔｈ１以上となるかどうかに関わらず第２冷凍機２０を運転状態に維持するものであった。
【００６５】
それに対して、本実施形態の冷凍システム１００は、第２温度センサ８２が検出する外気温度Ｔｏａが第２閾値温度Ｔｔｈ２以上となる場合であっても、第１温度センサ８１が検出する蒸発器入口温度Ｔｅｖ１が第１閾値温度Ｔｔｈ１未満となる場合には第２冷凍機２０を停止状態に維持するものである。すなわち、本実施形態は、第１冷凍機１０と第２冷凍機２０を同時に運転状態にすることはなく、いずれか一方のみを運転状態にするものである。
【００６６】
以下、図７を参照して説明する。図７は、本実施形態の制御装置９０が実行する処理を示すフローチャートである。制御装置９０は、記憶部（図示略）に記憶された制御プログラムを読み出して実行することにより、図７に示す各処理を実行する。
【００６７】
制御装置９０は、以下で示す各処理により、外気温度Ｔｏａが第２閾値温度Ｔｔｈ２以上であり、かつ蒸発器入口温度Ｔｅｖ１が第１閾値温度Ｔｔｈ１以上である場合に、二酸化炭素冷媒を用いる第１冷凍機１０の運転を停止させ、第２冷凍機２０のみを運転状態とする。また、制御装置９０は、その他の温度条件においては、第１冷凍機１０を運転状態とし、第２冷凍機２０を停止状態とする。
【００６８】
ステップＳ７０１で、制御装置９０は、第２温度センサ８２により外気温度Ｔｏａを検出するように制御する。制御装置９０は、第２温度センサ８２から伝達される外気温度Ｔｏａを取得する。
【００６９】
ステップＳ７０２で、制御装置９０は、第２温度センサ８２が検出した外気温度Ｔｏａが第２閾値温度Ｔｔｈ２以上であるかどうかを判定し、ＮＯであればステップＳ７１０へ処理を進め、ＹＥＳであればステップＳ７０３へ処理を進める。ここで、第２閾値温度Ｔｔｈ２は、例えば、４２℃に設定される。
【００７０】
ステップＳ７０３で、制御装置９０は、後述するステップＳ７１４の実行により第１冷凍機１０が運転中であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ７０４へ処理を進め、ＮＯであればステップＳ７０５へ処理を進める。
ステップＳ７０４で、制御装置９０は、外気温度Ｔｏａが第２閾値温度Ｔｔｈ２以上となり第１冷凍機１０を正常に運転できない状態であると判断し、第１冷凍機１０の運転を停止するよう制御する。
【００７１】
ステップＳ７０５で、制御装置９０は、後述するステップＳ７０６の実行により第２冷凍機２０が運転中であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ７０７へ処理を進め、ＮＯであればステップＳ７０６へ処理を進める。
ステップＳ７０６で、制御装置９０は、第１冷凍機１０が停止しているため、その代替として第２冷凍機２０の運転を開始するよう制御する。
【００７２】
ステップＳ７０７で、制御装置９０は、操作者から運転終了指示が入力されたかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ７０８へ処理を進め、ＮＯであればステップＳ７０１へ処理を進める。
【００７３】
ステップＳ７０８で、制御装置９０は、第１冷凍機１０の運転を停止するよう制御する。ステップＳ７０９で、制御装置９０は、第２冷凍機２０の運転を停止するよう制御する。この際、制御装置９０は、送風機４０による送風を停止させるように制御する。制御装置９０は、ステップＳ７０９の後に本フローチャートの処理を終了させる。このように、本実施径形態では、第２温度センサ８２が検出した外気温度Ｔｏａが第２閾値温度Ｔｔｈ２未満である場合は、第２冷凍機２０を停止状態に維持する。
【００７４】
ステップＳ７１０で、制御装置９０は、第１温度センサ８１により蒸発器１６に流入する空気の蒸発器入口温度Ｔｅｖ１を検出するように制御する。制御装置９０は、第１温度センサ８１から伝達される蒸発器入口温度Ｔｅｖ１を取得する。
【００７５】
ステップＳ７１１で、制御装置９０は、第１温度センサ８１が検出した蒸発器入口温度Ｔｅｖ１が第１閾値温度Ｔｔｈ１未満であるかどうかを判定し、ＮＯであればステップＳ７０３へ処理を進め、ＹＥＳであればステップＳ７１２へ処理を進める。制御装置９０がステップＳ７１１でＮＯと判定する場合、蒸発器入口温度Ｔｅｖ１が第１閾値温度Ｔｔｈ１以上となっている。ここで、第１閾値温度Ｔｔｈ１は、例えば、３１℃に設定される。
【００７６】
ステップＳ７１２で、制御装置９０は、ステップＳ７０６の実行により第２冷凍機２０が運転中であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ７１３へ処理を進め、ＮＯであればステップＳ７１４へ処理を進める。
【００７７】
ステップＳ７１３で、制御装置９０は、第２冷凍機２０の運転を停止するよう制御する。第２冷凍機２０を停止させているのは、蒸発器入口温度Ｔｅｖ１が第１閾値温度Ｔｔｈ１未満となり第１冷凍機１０を正常に運転することが可能な状態となったからである。第１冷凍機１０を運転させるために、その代替として運転していた第２冷凍機２０を停止させる。
【００７８】
ステップＳ７１４で、制御装置９０は、第１冷凍機１０の運転を開始するよう第１冷凍機１０を制御する。制御装置９０は、第１冷凍機１０の圧縮機１１を駆動することにより、冷媒配管Ｌ１内で第１冷媒が循環するように制御する。第１冷凍機１０の運転が開始すると、送風機４０により送風される空気が第１冷凍機１０の蒸発器１６により冷却される。
【００７９】
以上のように、制御装置９０は、外気温度Ｔｏａが第２閾値温度Ｔｔｈ２以上であり、かつ蒸発器入口温度Ｔｅｖ１が第１閾値温度Ｔｔｈ１以上である場合に、二酸化炭素冷媒を用いる第１冷凍機１０の運転を停止させ、第２冷凍機２０のみを運転状態とする。また、制御装置９０は、その他の温度条件においては、第１冷凍機１０を運転状態とし、第２冷凍機２０を停止状態とする。
なお、制御装置９０は、第１実施形態と同様に、図７に示す処理の実行中に、図５に示す第１冷凍機１０の運転停止処理および図６に示す第２冷凍機２０の運転停止処理を繰り返し実行する。
【００８０】
以上説明した本実施形態の冷凍システム１００によれば、第１冷凍機１０の蒸発器１６へ流入する空気の温度が第１閾値温度Ｔｔｈ１よりも低い温度に低下したことに応じて第２冷凍機２０が運転状態から停止状態に切り替わるため、第１冷凍機１０が正常な運転を行える温度範囲では第２冷凍機２０の運転が行われない。そのため、地球温暖化係数が第１冷媒よりも大きい第２冷媒の利用量を最小限のものとし、環境への負荷を低減することができる。
【００８１】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係る冷凍システム１００Ａについて説明する。本実施形態は、第１実施形態および第２実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態および第２実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。
【００８２】
第１実施形態および第２実施形態の冷凍システム１００は、単一の流路３４の上流側に第２冷凍機２０の蒸発器２４を配置し、その下流側に第１冷凍機１０の蒸発器１６を配置するものであった。この場合、単一の流路３４に蒸発器２４および蒸発器１６が配置されるため、本体部３０を小型化することができる。一方、第１冷凍機１０および第２冷凍機２０のいずれか一方のみを運転する場合でも、停止状態の冷凍機が備える蒸発器に空気が流通するため、所望の風量を得るために必要な送風機４０の動力が増大する。
【００８３】
それに対して、本実施形態の冷凍システム１００Ａは、それぞれ独立した流路に蒸発器２４と蒸発器１６を配置することにより、第１冷凍機１０および第２冷凍機２０のいずれか一方のみを運転する場合に、所望の風量を得るために送風機４０に要求される動力を低減するものである。
【００８４】
図８は、本実施形態に係る冷凍システムを示す概略構成図である。図８に示すように、冷凍システム１００Ａの本体部３０Ａは、還気口３２から給気口３１へ向けて空気を導く流路３４Ａを有する。流路３４Ａは、還気口３２から給気口３１へ向けて空気を導く第１流路部３４Ａａと、還気口３２から給気口３１へ向けて空気を導く第２流路部３４Ａｂを有する。
【００８５】
図８に示すように、第１流路部３４Ａａには、第１冷凍機１０の蒸発器１６と、第１ダンパ８３が配置されている。第２流路部３４Ａｂには、第２冷凍機２０の蒸発器２４と、第２ダンパ８４が配置されている。第１ダンパ８３は、第１流路部３４Ａａへ空気が導かれる流通状態（図８に実線で示す状態）と第１流路部３４Ａａへ空気が導かれない遮断状態（図８に破線で示す状態）とを切り替える機構である。第２ダンパ８４は、第２流路部３４Ａｂへ空気が導かれる流通状態（図８に破線で示す状態）と第２流路部３４Ａｂへ空気が導かれない遮断状態（図８に実線で示す状態）とを切り替える機構である。
【００８６】
第１ダンパ８３および第２ダンパ８４の流通状態および遮断状態は、制御装置９０により制御される。制御装置９０は、第１冷凍機１０を運転状態とする場合に第１ダンパ８３を流通状態とし、第１冷凍機１０を停止状態とする場合に第１ダンパ８３を遮断状態とする。また、制御装置９０は、第２冷凍機２０を運転状態とする場合に第２ダンパ８４を流通状態とし、第２冷凍機２０を停止状態とする場合に第２ダンパ８４を遮断状態とする。
【００８７】
本実施形態の冷凍システム１００Ａによれば、第１冷凍機１０の蒸発器１６と第２冷凍機２０の蒸発器２４がそれぞれ第１流路部３４Ａａと第２流路部３４Ａｂに別々に配置される。そのため、第１冷凍機１０または第２冷凍機２０のいずれか一方を運転状態とし、いずれか他方を停止状態とする場合に、流路３４Ａを流通する空気が蒸発器１６と蒸発器２４の双方を通過することがない。そのため、蒸発器１６と蒸発器２４の双方に空気を流通させる場合に比べ、送風機４０が所望の風量を得るために要する動力を低減することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１０      第１冷凍機
１１      圧縮機（第１圧縮機）
１２      ガスクーラ
１３      膨張弁
１４      中間冷却器
１５      膨張弁（第１膨張弁）
１６      蒸発器（第１蒸発器）
２０      第２冷凍機
２１      圧縮機（第２圧縮機）
２２      凝縮器
２３      膨張弁（第２膨張弁）
２４      蒸発器（第２蒸発器）
３０，３０Ａ  本体部
３１      給気口
３２      還気口
３４，３４Ａ  流路
３４Ａａ  第１流路部
３４Ａｂ  第２流路部
４０      送風機
８１      第１温度センサ（第１温度検出部）
８２      第２温度センサ（第２温度検出部）
８３      第１ダンパ
８４      第２ダンパ
９０      制御装置
１００，１００Ａ  冷凍システム
Ｌ１，Ｌ２  冷媒配管
Ｔｅｖ１  蒸発器入口温度
Ｔｏａ    外気温度
Ｔｔｈ１  第１閾値温度
Ｔｔｈ２  第２閾値温度
【図１】
2020165592.tif 000003
【図２】
2020165592.tif 000004
【図３】
2020165592.tif 000005
【図４】
2020165592.tif 000006
【図５】
2020165592.tif 000007
【図６】
2020165592.tif 000008
【図７】
2020165592.tif 000009
【図８】
2020165592.tif 000010