特許 6793816 冷房システムを制御するためのシステムおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6793816

(24)【登録日】2020年11月12日

(45)【発行日】2020年12月2日

(54)【発明の名称】冷房システムを制御するためのシステムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   F24F 11/46 20180101AFI20201119BHJP

   F24F 5/00 20060101ALI20201119BHJP

   F24F 11/47 20180101ALI20201119BHJP

   F24F 11/87 20180101ALI20201119BHJP

   F24F 11/83 20180101ALI20201119BHJP

   F24F 11/74 20180101ALI20201119BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20201119BHJP

【ＦＩ】

   F24F11/46

   F24F5/00 101A

   F24F11/47

   F24F11/87

   F24F11/83

   F24F11/74

   F25B1/00 399Y

【請求項の数】16

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2019-510795(P2019-510795)

(86)(22)【出願日】2017年8月22日

(65)【公表番号】特表2019-528422(P2019-528422A)

(43)【公表日】2019年10月10日

(86)【国際出願番号】US2017048048

(87)【国際公開番号】WO2018039254

(87)【国際公開日】20180301

【審査請求日】2019年4月11日

(31)【優先権主張番号】62/378,148

(32)【優先日】2016年8月22日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】517273489

【氏名又は名称】ジョンソン コントロールズ テクノロジー カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100140109

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 新次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100120112

【弁理士】

【氏名又は名称】中西 基晴

(74)【代理人】

【識別番号】100101373

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 茂雄

(74)【代理人】

【識別番号】100188329

【弁理士】

【氏名又は名称】田村 義行

(72)【発明者】

【氏名】コプコ，ウィリアム・エル

(72)【発明者】

【氏名】ザルダス，スティーヴン・エム

(72)【発明者】

【氏名】フェダーマン，イスラエル

(72)【発明者】

【氏名】クレーン，カーティス・シー

(72)【発明者】

【氏名】クワオ−ヴォヴォ，トッド

【審査官】 奈須 リサ

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１２５０２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−１３２６５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１１９９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０１２９０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｆ １／００−１３／３２

Ｆ２５Ｂ １／００−４９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷却流体を作動流体と熱交換関係に置くように構成された熱交換器と、
ポンプを備えた自由冷却回路であって、前記ポンプは前記作動流体を前記熱交換器および前記自由冷却回路の凝縮器を通して循環させるように構成されている自由冷却回路と、
前記自由冷却回路の前記凝縮器に方向付けられる前記作動流体の流量を制御するように構成された前記自由冷却回路の流れ制御弁と、
前記自由冷却回路の前記凝縮器を回避する前記作動流体の流量を制御するように構成された前記自由冷却回路の凝縮器バイパス弁と、
前記流れ制御弁の第１の位置、前記凝縮器バイパス弁の第２の位置、前記凝縮器のファンの速度、前記ポンプの速度、および前記自由冷却回路の加熱器の温度を、周囲温度、前記凝縮器を出る前記作動流体の温度、前記流れ制御弁の前記第１の位置、前記凝縮器バイパス弁の前記第２の位置、またはそれらの組み合わせに基づいて調整するように構成されたコントローラと
を備えた冷房システム。

【請求項2】

前記コントローラに通信可能に結合された第１の温度センサおよび第２の温度センサを備え、前記第１の温度センサは、前記周囲温度を示すフィードバックを前記コントローラに提供するように構成され、前記第２の温度センサは、前記凝縮器を出る前記作動流体の温度を示すフィードバックを前記コントローラに提供するように構成される、請求項１に記載の冷房システム。

【請求項3】

前記流れ制御弁、前記凝縮器バイパス弁、または両方が蝶形弁を備える、請求項１に記載の冷房システム。

【請求項4】

前記コントローラは、前記周囲温度が目標温度未満またはそれに等しい場合、前記自由冷却回路の前記流れ制御弁を閉鎖し、前記自由冷却回路の前記凝縮器バイパス弁を開放するように構成される、請求項１に記載の冷房システム。

【請求項5】

前記目標温度が華氏４０度（°Ｆ）である、請求項４に記載の冷房システム。

【請求項6】

前記自由冷却回路の前記加熱器を備え、前記コントローラは、前記周囲温度が前記目標温度を下回った場合に前記加熱器をオンにするように構成される、請求項４に記載の冷房システム。

【請求項7】

前記自由冷却回路の前記加熱器が、前記熱交換器、前記ポンプ、および前記凝縮器バイパス弁を備えるループを通って流れる前記作動流体を暖めるために配置される、請求項６に記載の冷房システム。

【請求項8】

前記コントローラは、前記流れ制御弁が所定の時間にわたって閉じられた後、作動流体を前記凝縮器に方向付けるように前記自由冷却回路の前記流れ制御弁を開放位置に向けて調整するように構成され、および前記コントローラは、前記自由冷却回路の前記流れ制御弁が全開位置に達すると、前記自由冷却回路の前記凝縮器バイパス弁を閉鎖位置に向けて調整するように構成される、請求項４に記載の冷房システム。

【請求項9】

１つまたは複数の有形の非一時的機械可読媒体であって、
周囲温度を示すフィードバックを受信し、
前記周囲温度を目標温度と比較し、
前記周囲温度が前記目標温度未満かそれに等しい場合、自由冷却回路の流れ制御弁を閉じ、前記自由冷却回路の凝縮器バイパス弁を開き、ここで前記自由冷却回路は、作動流体を冷却流体と熱交換関係に置く熱交換器を通して前記作動流体を循環させるように構成され、
前記流れ制御弁が所定の時間にわたって閉じられた後、作動流体を前記自由冷却回路の凝縮器に方向付けるように前記自由冷却回路の前記流れ制御弁を開放位置に向けて調整し、
前記自由冷却回路の前記流れ制御弁が全開位置に達すると、前記自由冷却回路の前記凝縮器バイパス弁を閉鎖位置に向けて調整し、
前記自由冷却回路の前記凝縮器バイパス弁が全閉位置に達すると、前記自由冷却回路の前記凝縮器の少なくとも１つのファンの第１の速度および前記自由冷却回路のポンプの第２の速度を、前記熱交換器を出る前記冷却流体の第１の温度、前記凝縮器を出る前記作動流体の第２の温度、またはそれらの組み合わせに基づいて調整する
プロセッサ実行可能命令を備える１つまたは複数の有形の非一時的機械可読媒体。

【請求項10】

前記プロセッサ実行可能命令は、前記周囲温度が前記目標温度未満またはそれに等しい場合、前記自由冷却回路の加熱器を作動するように構成される、請求項９に記載の１つまたは複数の有形の非一時的機械可読媒体。

【請求項11】

前記プロセッサ実行可能命令が、前記熱交換器を出る前記冷却流体の前記第１の温度に基づいて前記凝縮器の前記少なくとも１つのファンの前記第１の速度を調整するように構成される、請求項９に記載の１つまたは複数の有形の非一時的機械可読媒体。

【請求項12】

前記プロセッサ実行可能命令が、前記凝縮器を出る前記作動流体の前記第２の温度または前記凝縮器の前記少なくとも１つのファンの第１のファンの前記第１の速度、あるいはその両方に基づいて前記ポンプの前記第２の速度を調整するように構成される、請求項９に記載の１つまたは複数の有形の非一時的機械可読媒体。

【請求項13】

周囲温度を示すフィードバックを受け取ること、
前記周囲温度を目標温度と比較すること、
前記周囲温度が前記目標温度未満かそれに等しい場合、自由冷却回路の流れ制御弁を閉じ、前記自由冷却回路の凝縮器バイパス弁を開くことであって、前記自由冷却回路は、作動流体を冷却流体と熱交換関係に置く熱交換器を通して前記作動流体を循環させるように構成されていること、
前記流れ制御弁が所定の時間にわたって閉じられた後、作動流体を前記自由冷却回路の凝縮器に方向付けるように前記自由冷却回路の前記流れ制御弁を開放位置に向けて調整すること、
前記自由冷却回路の前記流れ制御弁が全開位置に達すると、前記自由冷却回路の前記凝縮器バイパス弁を閉鎖位置に向けて調整すること、および
前記自由冷却回路の前記凝縮器バイパス弁が全閉位置に達すると、前記自由冷却回路の
前記凝縮器の少なくとも１つのファンの第１の速度および前記自由冷却回路のポンプの第２の速度を、前記熱交換器を出る前記冷却流体の第１の温度、前記凝縮器を出る前記作動流体の第２の温度、またはそれらの組み合わせに基づいて調整すること
を含む方法。

【請求項14】

前記周囲温度が前記目標温度未満またはそれに等しい場合、前記自由冷却回路の加熱器を作動することを含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記自由冷却回路の前記凝縮器の前記少なくとも１つのファンの前記第１の速度を調整することが、前記熱交換器を出る前記冷却流体の前記第１の温度に基づいて前記凝縮器の前記少なくとも１つのファンの前記第１の速度を調整することを含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項16】

前記自由冷却回路の前記ポンプの前記第２の速度を調整することが、前記凝縮器を出る前記作動流体の前記第２の温度、または前記凝縮器の前記少なくとも１つのファンの第１のファンの前記第１の速度、あるいはその両方に基づいて、前記ポンプの前記第２の速度を調整することを含む、請求項１３に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、“Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ａ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ（冷房システムを制御するためのシステムおよび方法）”と題され２０１６年８月２２日に出願された米国仮特許出願第６２／３７８，１４８号の利益およびそれに基づく優先権を主張するものであり、この仮特許は参照によりその全体を本明細書に援用される。

【背景技術】

【0002】

本開示は、概略的には冷房システムに関する。具体的には、本開示は、自由冷却システムおよび機械冷却システムを含む冷房システムに関する。

【0003】

冷房システムは、様々な環境で様々な用途に使用される。例えば、冷房システムは、自由冷却システムおよび機械冷却システムを含むことができる。場合によっては、自由冷却システムは、液体−空気熱交換器を含むことができ、この熱交換器は、工業全般にわたって、多くの暖房、換気、および空調用途で使用される。後者の用途には、住居用、商業用、および工業用空調システムがある。さらに、機械冷却システムは、凝縮器、蒸発器、コンプレッサ、および／または膨張装置を含むことができる蒸気圧縮冷凍サイクルとすることができる。蒸発器では、液体または主液体冷媒が、熱エネルギを通気流および／または冷却流体（例えば、水）から引き出すことで蒸発し、冷却流体は、自由冷却システムの液体−空気熱交換器を流れることもできる。凝縮器では、冷媒は、脱過熱状態とされ（ｄｅ−ｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｄ）、凝縮され、過冷される。場合によっては、冷房システムは、所望される冷却要求を満たすために、液体−空気熱交換器のファンの速度、および／または機械冷却システムのコンプレッサの速度を調整することができる。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

一実施形態において、冷房システムは、冷却流体を作動流体と熱交換関係に置くように構成された熱交換器と、ポンプを備えた自由冷却回路であって、ポンプは作動流体を熱交換器および自由冷却回路の凝縮器を通して循環させるように構成されている自由冷却回路と、自由冷却回路の凝縮器に方向付けられる作動流体の流量を制御するように構成された自由冷却回路の流れ制御弁と、自由冷却回路の凝縮器を回避する作動流体の流量を制御するように構成された自由冷却回路の凝縮器バイパス弁と、流れ制御弁の第１の位置、凝縮器バイパス弁の第２の位置、凝縮器のファンの速度、ポンプの速度、および自由冷却回路の加熱器の温度を、周囲温度、凝縮器を出る作動流体の温度、流れ制御弁の第１の位置、凝縮器バイパス弁の第２の位置、またはそれらの組み合わせに基づいて調整するように構成されたコントローラを含む。

【0005】

別の実施形態において、周囲温度を示すフィードバックを受信し、周囲温度を目標温度と比較し、周囲温度が目標温度未満かそれに等しい場合、自由冷却回路の流れ制御弁を閉じ、自由冷却回路の凝縮器バイパス弁を開き（自由冷却回路は、作動流体を冷却流体と熱交換関係に置く熱交換器を通して作動流体を循環させるように構成されている）、流れ制御弁が所定の時間にわたって閉じられた後、作動流体を凝縮器に方向付けるように自由冷却回路の流れ制御弁を開放位置に向けて調整し、自由冷却回路の流れ制御弁が全開位置に達すると、自由冷却回路の凝縮器バイパス弁を閉鎖位置に向けて調整し、自由冷却回路の凝縮器バイパス弁が全閉位置に達すると、自由冷却回路の凝縮器の少なくとも１つのファンの第１の速度および自由冷却回路のポンプの第２の速度を、熱交換器を出る冷却流体の第１の温度、凝縮器を出る作動流体の第２の温度、またはそれらの組み合わせに基づいて調整するプロセッサ実行可能命令を有する１つまたは複数の有形の非一時的機械可読媒体。

【0006】

別の実施形態において、方法は、周囲温度を示すフィードバックを受け取ること、周囲温度を目標温度と比較すること、周囲温度が目標温度未満かそれに等しい場合、自由冷却回路の流れ制御弁を閉じ、自由冷却回路の凝縮器バイパス弁を開くこと（自由冷却回路は、作動流体を冷却流体と熱交換関係に置く熱交換器を通して作動流体を循環させるように構成されている）、流れ制御弁が所定の時間にわたって閉じられた後、作動流体を凝縮器に方向付けるように自由冷却回路の流れ制御弁を開放位置に向けて調整すること、自由冷却回路の流れ制御弁が全開位置に達すると、自由冷却回路の凝縮器バイパス弁を閉鎖位置に向けて調整すること、および自由冷却回路の凝縮器バイパス弁が全閉位置に達すると、自由冷却回路の凝縮器の少なくとも１つのファンの第１の速度および自由冷却回路のポンプの第２の速度を、熱交換器を出る冷却流体の第１の温度、凝縮器を出る作動流体の第２の温度、またはそれらの組み合わせに基づいて調整することを含む。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本開示の態様による冷房システムを使用する商業または工業環境の斜視図である。

【図2】冷房システムの効率を高めるために、自由冷却システムおよび機械冷却システムの両方を含むことができる、本開示の態様による図１の冷房システムの斜視図である。

【図3】本開示の態様による冷房システムの実施形態のブロック図である。

【図4】本開示の態様による、増設した機械冷却システムを含む冷房システムの実施形態のブロック図である。

【図5】本開示の態様による、節約装置、フィルタ、および増設した弁を含む冷房システムのブロック図である。

【図6】本開示の態様による、冷房システムの効率を高めるために使用できるプロセスのブロック図である。

【図7】本開示の態様による冷房システムの様々な動作モードに対する、冷却負荷要求に応じた外気温度のグラフ図である。

【図8】本開示の態様による、冷房システムで利用できる自由冷却システムの概略図である。

【図9】本開示の態様による、図８の自由冷却システムの実施形態の斜視図である。

【図10】本開示の態様による、図８の自由冷却システムの実施形態の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本開示は、負荷を冷却するための自由冷却システムおよび機械冷却システムを含む冷房システム用の拡張制御システムに関する。本明細書において、自由冷却システムは、流体を外気と熱交換の関係に置くシステムを含むことができる。相応して、自由冷却システムは、周囲環境の外気を冷却および／または加熱流体として使用することができる。冷房システムは、自由冷却システムを単独で使用するか（例えば、自由冷却モード）、機械冷却システムを単独で使用するか（例えば、機械冷却モード）、または自由冷却システムおよび機械冷却システムを同時に使用する（例えば、混成冷却モード）ことができる。どのシステムを動作させるかを特定するために、冷房システムは、冷房システムの動作状態（例えば、ファンの速度、コンプレッサの速度、外気温度、冷却流体温度）を測定する様々なセンサおよび／または他の観測装置を含むことができる。例えば、本開示の実施形態によれば、どのシステムを動作させるかの特定については、少なくとも、望ましい冷却負荷要求（例えば、負荷の望ましい温度）および／または外気温度（例えば、冷房システムの周囲環境の温度）に依存し得る。

【0009】

一般的に、自由冷却システムは、機械冷却システム（例えば、蒸気圧縮冷凍サイクルのコンプレッサ）よりも電力消費が少ないと考えられるので、通常、冷房システムは、機械冷却システムを動作させる前に、自由冷却システムの空気流を最大空気流まで増大させる。例えば、自由冷却システムは、熱交換器のコイルを流れる冷却流体を冷却するために、空気をコイルに向かって誘導する１つまたは複数のファンを含むことができる。ファンが動作するために、電力が１つまたは複数のファンに供給され、それにより、空気がコイルを越えて流れて、冷却流体から熱を吸収することができる。自由冷却システムによって行われる自由冷却の量は、複数の定速ファンを回転させながら、コイルバイパス弁を制御することで調整することができる。

【0010】

機械冷却システムは、１つまたは複数の蒸気圧縮冷凍サイクルを含むことができ、各蒸気圧縮冷凍サイクルは、蒸発器、コンプレッサ、凝縮器、および／または膨張装置を含む。冷媒は、可変速駆動体によって駆動することもできるコンプレッサによって送出されて、機械冷却システム（例えば、冷媒ループ）内を通ることができる。コンプレッサに連結された可変速駆動体は、コンプレッサの速度の制御、ひいては、蒸気圧縮冷凍サイクルによって行われる冷却の量の制御を可能にする。

【0011】

自由冷却システムのファンは、機械冷却システムのコンプレッサよりも電力消費が少ないと考えられるので、通常、冷房システムは、機械冷却システムのコンプレッサに動力を供給する前に、自由冷却システムを最大能力（例えば、最大ファン速度）で動作させる。さらに、従来の冷房システムは、電力が機械冷却システムの１つまたは複数のコンプレッサに供給されたときに、自由冷却システムを最大能力（例えば、最大ファン速度）で動作させ続けることがある。本実施形態は、自由冷却システムのファンの速度を最大で閾値速度まで上げることで、冷房システム全体（例えば、自由冷却システムおよび機械冷却システム）に入力される電力量を最小限にしようとするものであり、この場合に、閾値速度は、ファンの最大速度（例えば、ファンが物理的に超えることができない速度）未満である。場合によっては、ファンが閾値速度に達したときに（またはファンが閾値速度に達する前に）、機械冷却システムのコンプレッサに電力を供給することができる。冷媒システムをそのような形で動作させることで、システムに供給される電力量を最小限にすることができ、それにより、冷房システムの効率が高くなる。

【0012】

ここで図を参照すると、図１は、冷房システムの例示的な用途を示している。そのようなシステムは通常、暖房、換気、空調、および冷房（ＨＶＡＣ＆Ｒ）分野内およびこの分野外の両方で、様々な環境に適用することができる。冷房システムは、データセンタ、電気装置、フリーザ、クーラ、または他の環境に蒸気圧縮冷凍、吸収冷凍、および／または熱電冷却を通じて冷気を供給することができる。しかし、現在検討されている用途として、冷房システムは、住居、ビルディング、構造物などの空間または包囲体を暖める、または冷却するために、住居用途、商業用途、軽工業用途、工業用途、および他の任意の用途で使用することもできる。さらに、冷房システムは、適切な場合に、様々な分野の基本冷房および暖房を行うために、工業用途で使用することができる。

【0013】

図１は、この場合に１つまたは複数の熱交換器を使用できるビルディング環境管理用の暖房、換気、空調、および冷房システム（ＨＶＡＣ＆Ｒ）である例示的な用途を示している。例えば、ビルディング１０は、冷房システム１２およびボイラー１４を含むシステムによって冷房される。示すように、冷房システム１２は、ビルディング１０の屋上に配置され、ボイラー１４は地下に配置されているが、冷房システム１２およびボイラー１４は、他の機器室またはビルディング１０の隣の区域に配置することができる。冷房システム１２は、空冷装置および／または水（または、グリコールなどの他の冷却流体）を冷却する冷凍サイクルを実装した機械冷却システムである。冷房システム１２は、機械冷却回路、自由冷却システム、ならびにポンプ、弁、および配管などの関連する機材を含むことができる単一構造物内に収容されている。例えば、冷房システム１２は、自由冷却システム、機械冷却システムを内蔵した単一収容庫の屋根ユニットとすることができる。ボイラー１４は、水を加熱するための炉を含む閉鎖容器である。冷房システム１２およびボイラー１４からの水（または他の冷却流体）は、水管１６によってビルディング１０中を循環する。水管１６は、個々の階でビルディング１０の仕切られた置き場内に配置されたエアハンドラ１８に通される。

【0014】

エアハンドラ１８は、エアハンドラ１８間で空気を配送するように構成された配管２０に接続され、外部取込み口（図示せず）からの空気を受け入れることができる。エアハンドラ１８は、加熱または冷却された空気を供給するために、冷房システム１２からの冷水と、ボイラー１４からの温水とを循環させる熱交換器を含む。エアハンドラ１８内のファンは、熱交換器のコイルを横断した空気を吸い込み、調整された空気をルーム、アパートメント、またはオフィスなどのビルディング１０内の環境に送って、環境を、指定された温度に維持する。ここではサーモスタット２２を含むとして示す制御装置は、調整された空気の温度を示すために使用することができる。制御装置２２を使用して、エアハンドラ１８を通り抜けたエアハンドラ１８からの空気の流れを制御することもできる。当然ながら、水の流れおよび圧力を調整する制御弁、ならびに／または水、空気などの温度および圧力を検出する温度トランスデューサもしくはスイッチなどの他の装置もシステム内に含むことができる。さらに、制御装置は、ビルディング１０から遠く離れたシステムを含む他のビルディング制御または観測システムと一体化された、および／またはそれらのシステムから独立したコンピュータシステムを含むことができる。なお、水が冷却流体として説明されたが、冷房システム１２において、任意の適切な冷却流体を使用することができることに留意されたい。

【0015】

本開示の実施形態によれば、冷房システム１２は、自由冷却システムを含むように改良および／または拡張できる機械冷却システムを含むことができる。例えば、図２は、冷房システム１２全体の効率を高めるために、機械冷却システム（例えば、蒸気圧縮冷凍サイクル）および自由冷却システムの両方を含むことができる冷房システム１２の斜視図である。特定の実施形態では、冷房システム１２の機械冷却システムは、Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから入手可能なＹＶＡＡ冷却機と同様な空冷式可変速ねじ冷却機とすることができる。例えば、機械冷却システムは、可変速凝縮器ファン（例えば、１つまたは複数の空冷式熱交換器と共に使用することができるファン）を含む２回路の可変速ねじ冷却機とすることができる。さらに、冷房システム１２は、単独で、または機械冷却システム（例えば、蒸気圧縮冷凍サイクル）と組み合わせて使用できる自由冷却システムを含むことができる。

【0016】

特定の実施形態では、冷房システム１２は、外気（例えば、冷房システムの周囲環境の空気）の温度および／または冷却負荷要求（例えば、負荷が要求する冷却量）に基づいて、機械冷却システムおよび／または自由冷却システムを動作させるかどうか（および、どのように動作させるか）を判断するように構成された制御システムを含むことができる。相応して、冷房システム１２は、冷却負荷要求を満たすために、機械冷却システムを単独にて（例えば、機械冷却モード）、自由冷却システムを単独にて（例えば、自由冷却モード）、または機械冷却システムおよび自由冷却システムを同時に（例えば、混成冷却モード）動作させることができる。

【0017】

上記のように、冷房システム１２に入力されるエネルギ量を最小限にして、冷房システム１２の効率を最大限にすることが望ましい。典型的な冷房システムでは、自由冷却システムのファンの速度は、望ましい冷却負荷を達成するために、機械冷却システムのコンプレッサが作動する前に最大にすることができる。しかし、ファンの最大速度に達する前に機械冷却システムのコンプレッサを作動させる方が、機械冷却システムのコンプレッサを作動させる前にファンを最大速度で動作させるよりもエネルギの消費が少ないことがあると現時点で分かっている。

【0018】

例えば、図３は、本開示の実施形態に従って使用できる冷房システム１２のブロック図である。例示した実施形態に示すように、冷房システム１２は、自由冷却システム５２および機械冷却システム５４（例えば、１つまたは複数の蒸気圧縮冷凍サイクル）を含む。自由冷却システム５２は、冷却流体５８（例えば、水および／またはグリコール）を受け入れて、冷却することができる空冷式熱交換器５６を含むことができる。例えば、空冷式熱交換器５６は、１つまたは複数のファン６０によって形成される流路５９に沿って配置することができ、これらのファン６０は、空冷式熱交換器５６のコイルを越えるよう空気を誘導する。外気が比較的低い温度の場合、コイルを越えるように誘導された空気は、冷却流体５８から熱を吸収し、それにより、冷却流体５８の温度を下げ、空冷式熱交換器５６のコイルを越えて流れる外気の温度が上がる。特定の実施形態では、冷却流体５８については、空冷式熱交換器５６が負荷６２から受け取ることができる。したがって、冷却流体５８は、最終的に負荷６２に向かって再度送られて、負荷６２（例えば、誘導されてビルディングまたは機械の中を通ることができる空気または流体）の温度を下げることができる。

【0019】

しかし、自由冷却システム５２は、外気温度が比較的高い場合に効果的でないことがある。例えば、空冷式熱交換器５６において、冷却流体５８と外気との間で起こる熱伝達の量は、外気温度が高くなるにつれて少なくなり得る（例えば、外気が比較的温かい場合に、外気は、冷却流体５８から同じだけ熱を吸収することができない）。したがって、冷房システム１２は、自由冷却システム５２に向かって流れることができる冷却流体５８の量を制御する三方弁６４を含むことができる。例えば、三方弁６４は、冷却流体５８が機械冷却システム５４の蒸発器６６に向かって直接流れるのを阻止することができ、同時に、外気温度が負荷６２から戻った冷却流体５８の温度よりも十分に低い場合に、自由冷却が冷却負荷要求の少なくとも一部を担うように、流れが空冷式熱交換器５６を通るのを可能にする。この場合に、冷却流体５８は、冷却流体５８をさらに冷却することができる蒸発器６６を流れることができる。

【0020】

図３の例示した実施形態に示すように、三方弁６４は、ポンプ６５から冷却流体５８を受け取り、冷却流体５８の流れを負荷６２から直接的に蒸発器６６に向かって送るか、または空冷式熱交換器５６から蒸発器６６に向かって送るかの間で選択することができる。特定の実施形態では、三方弁６４は、Ｔ字管と、弁の位置を調整できる、アクチュエータに機械連結された２つの二方蝶形弁（例えば、他方の蝶形弁が閉じたときに、一方の蝶形弁が開く）を含むことができる。なお、図３の実施形態では、三方弁６４は、空冷式熱交換器５６の上流に配置されているが、別の実施形態では、三方弁６４は、空冷式熱交換器５６の下流に配置することができる。さらに別の実施形態では、三方弁６４は、空冷式熱交換器５６に向かう冷却流体５８の流れと、負荷６２から直接的に蒸発器６６に向かう冷却流体５８の流れとを同時に供給および制御するように構成することができる。

【0021】

自由冷却が、実質的にすべての冷却負荷要求を果たすことができる場合に（例えば、外気温度が閾値温度未満の場合に）、機械冷却システム５４は動作しない。したがって、冷却流体５８は、実質的な温度変化を受けることなく蒸発器６６を流れる（例えば、熱は、実質上、蒸発器６６内で冷却流体５８からの移動ではない）。一部の実施形態では、冷房システム１２は、冷却流体５８（または冷却流体５８の一部分）が蒸発器６６を迂回するのを可能にするバイパス弁６７を含むことができる。特定の実施形態では、蒸発器６６を迂回することで、蒸発器６６を流れるときに冷却流体５８が受ける圧力降下を実質的に回避することができる。

【0022】

自由冷却が、実質的にすべての冷却負荷要求を果たすことができない場合に、機械冷却システム５４が始動することができる（例えば、単独か、または自由冷却システム５２と同時に動作する）。特定の実施形態では、機械冷却システム５４は、いくつかある構成要素の中で特に、蒸発器６６、コンプレッサ７０、凝縮器７２、および／または膨張装置７４を含む蒸気圧縮冷凍サイクル６８とすることができる。例えば、機械冷却システム５４は、冷媒７６を循環させるように構成することができ、冷媒７６は、冷却流体５８との熱伝達によって蒸発器６６内で蒸発する（例えば、気化する）ことができる（例えば、冷却流体５８は、蒸発器６６内で熱エネルギを冷媒７６に伝達する）。したがって、蒸発器６６内で、冷却流体５８から冷媒７６に熱を伝達することができ、それにより、（例えば、自由冷却システム５２の代わりにか、または自由冷却システム５２に加えて）冷却流体５８の温度を下げることができる。特定の実施形態では、冷却流体５８および／または冷媒７６は、グリコール（または、グリコールおよび水の混合物）を含むことができる。一部の実施形態では、凝縮器７２の１つまたは複数のコイルセットは、微小チャネルコイルを含むことができる。

【0023】

空冷式熱交換器５６は、熱伝達を改善するための内部拡張管とルーバ付きフィンとを有する円管のプレートフィンコイルを含むことができる。蒸発器６６は、ろう付けプレートの直膨式（ＤＸ）シェルアンドチューブ型熱交換器、満液式シェルアンドチューブ型熱交換器、流下液膜式シェルアンドチューブ型熱交換器、複合流下液膜および満液式熱交換器、またはそれらの任意の組み合わせとすることができる。ＤＸ蒸発器を使用する実施形態の場合、冷媒はチューブ側にあり、冷媒は、蒸発器を貫通する複数の流路（例えば、２つ、３つ、４つ以上）を進むことができる。冷媒がシェル側にある蒸発器を使用する実施形態の場合、水またはグリコールは、１つ、２つ、３つ、またはそれを超える流路で、チューブ内を流れることができる。

【0024】

蒸発器６６を出た冷媒７６は、コンプレッサ７０に向かって流れることができ、コンプレッサ７０は、冷媒に蒸気圧縮冷凍サイクル６８の中を循環させるように構成されている。さらに、コンプレッサ７０は、冷媒７６が、蒸気圧縮冷凍サイクル６８の中を流れるときに（例えば、循環するときに）、冷媒７６の圧力を高めることができる。冷媒７６の圧力を高めることで、冷媒７６の温度を上げることもできるので、コンプレッサ７０を出た冷媒７６の温度は、コンプレッサ７０に入る冷媒７６の温度よりも高い。これを受けて、冷媒７６が、最終的に蒸発器６６内の冷却流体５８から熱を吸収できるように、冷媒７６の温度を下げることが望ましい。

【0025】

したがって、コンプレッサ７０を出た冷媒７６は、凝縮器７２に向かって流れることができる。特定の実施形態では、機械冷却システム５４の凝縮器７２は、自由冷却システム５２の空冷式熱交換器５６と同様の空冷式熱交換器とすることができる。凝縮器７２が空冷式熱交換器である実施形態では、凝縮器７２は、空冷式熱交換器５６とファン６０を共有することができる。図３の例示的な実施形態に示すように、凝縮器７２は、自由冷却時に冷却流体５８が外気温度に近づくことができるように、空気流路５９において、空冷式熱交換器５６の下流に配置することができる。別の実施形態では、凝縮器７２は、ファン６０とは別個のファン７７を含むことができる（例えば、図４および図５）。さらに別の実施形態では、機械冷却システム５４の凝縮器７２は、冷媒７６から別の媒体（例えば、水、空気）に熱を伝達するように構成された任意の適切な熱交換器とすることができる。いずれにせよ、凝縮器７２は、冷媒７６の温度を下げ、通常、冷媒７６を液化する（例えば、凝縮させる）ように構成されている。

【0026】

特定の実施形態では、機械冷却システム５４は、冷媒７６の圧力を下げるだけでなく、冷媒７６の温度をさらに下げることができる膨張装置７４を含むこともできる。膨張装置７４は、膨張弁、フラッシュタンク、膨張コイル、または冷媒７６の圧力を下げる（かつ、冷媒７６の温度を下げる）ように構成された他の任意の装置を含むことができる。他の実施形態では、機械冷却システム５４は、膨張装置７４を使用することができない。

【0027】

上記のように、冷却流体５８は、自由冷却システム５２および／または機械冷却システム５４の蒸発器６６を流れることで温度を下げることができる。しかし、冷却負荷要求（例えば、負荷６２の所定の、および／または望ましい温度、ならびに／あるいは蒸発器６６を出た冷却流体５８の所定の温度）が、自由冷却システム５２が単独で実現できる量を上回る場合、自由冷却システム５２および機械冷却システム５４は、同時に動作することができる（例えば、混成冷却モード）。相応して、冷却流体５８は、自由冷却システム５２の空冷式熱交換器５６に向かって送ることができ、空冷式熱交換器５６において、冷却流体５８は、第１の温度から第２の温度に温度を下げることができる（例えば、第２の温度は第１の温度よりも低い）。さらに、冷却流体５８は、空冷式熱交換器５６を出ると機械冷却システム５４の蒸発器６６に向かって送ることができる。冷却流体５８は、混成冷却モード時に、第２の温度から第３の温度に温度をさらに下げることができる（例えば、第３の温度は、第２の温度よりも低く、したがって、第１の温度よりも低い）。蒸発器６６を出ると、冷却流体５８は、負荷６２に向かって送ることができ、負荷６２において、冷却流体５８を使用して、負荷６２を冷却することができる。

【0028】

特定の実施形態では、冷却流体５８の第１の部分は、自由冷却システムの空冷式熱交換器５６に向かって送ることができ、一方、冷却流体５８の第２の部分は、（例えば、三方弁６４を介して）機械冷却システム５４の蒸発器６６に向かって送ることができる。他の実施形態では、概ねすべての冷却流体５８が、蒸発器６６に入る前に空冷式熱交換器５６を流れるか、または蒸発器６６を直接流れることができる。

【0029】

冷房システム１２は、三方弁６４の位置、バイパス弁６７の位置、１つまたは複数のファン６０の速度、１つまたは複数のファン７７の速度（例えば、図５）、コンプレッサ７０の速度、および／または負荷６２に供給される冷却流体５８の温度に影響を及ぼし得る他の任意の動作状態を調整できるコントローラ７８を含むことができる。相応して、冷房システム１２は、冷房システム１２の動作状態を観測できる１つまたは複数のセンサを含むことができる。例えば、冷房システム１２は、戻り冷却流体温度センサ８１、供給冷却流体温度センサ８３、吸い込み圧力センサ８５、吐出圧力センサ８７、および／または外気温度センサ８９を含むことができる。温度および／または圧力センサは、コントローラ７８にフィードバックを供給することができ、次いで、コントローラ７８は、１つまたは複数のセンサから受け取ったフィードバックに基づいて、三方弁６４の位置、弁６７の位置、１つまたは複数のファン６０の速度、１つまたは複数のファン７７（図５）の速度、および／またはコンプレッサ７０の速度を調整することができる。

【0030】

特定の実施形態では、コントローラ７８は、プロセッサ８０およびメモリ８２を含むことができる。例えば、コントローラ７８は、本明細書に開示された技術を実施するために、プロセッサ（例えば、プロセッサ８０）によって使用される非一時的コードまたはマシン可読媒体（例えば、メモリ８２）に格納された命令を含むことができる。メモリ８２は、プロセッサ８０が実行できるコンピュータ命令を格納することができる。さらに、メモリ８２は、実験データおよび／または冷房システム１２の所定の動作状態に関する他の値を格納することができる。コントローラ７８は、例えば、１つまたは複数のセンサから受け取ったフィードバックに基づいて、三方弁６４の位置、弁６７の位置、１つまたは複数のファン６０の速度、１つまたは複数のファン７７の速度、および／またはコンプレッサ７０の速度を調整することで、冷房システム１２の動作を観測および制御することができる。冷房システム１２のコントローラ７８は、冷房システム１２の効率を高めることができる命令を実行するように構成することができる。そのような命令は、図６を参照して本明細書でさらに詳細に説明される。

【0031】

図４は、機械冷却システム５４が、第２の蒸気圧縮冷凍サイクル９０を含む冷房システム１２のブロック図である。第２の蒸気圧縮冷凍サイクル９０は、第２のコンプレッサ９１、第２の凝縮器９２、および第２の膨張装置９３を含むことができる。さらに、第２の蒸気圧縮冷凍サイクル９０は、冷却負荷要求が比較的高い場合にさらに冷却するために、冷媒９４を誘導して蒸発器６６に通すように構成することができる。第２の蒸気圧縮冷凍サイクル９０は、冷却された冷媒９４を蒸発器６６に供給するために、蒸気圧縮冷凍サイクル６８と実質的に同じ態様で動作するように構成することができ、冷却された冷媒９４は、蒸発器６６において、冷却流体５８から熱を吸収することができる。一部の実施形態では、冷媒９４は、冷媒７６と同じ流体（例えば、水、グリコール、および／または水とグリコールとの混合物）とすることができる。他の実施形態では、冷媒９４は、冷媒７６と異なってよい。

【0032】

図４に示すように、２つの冷凍回路６８、９０は、単一の蒸発器６６を共有している。この実施形態では、蒸発器６６は、冷媒がシェル側で、水またはグリコールがチューブ側のシェルアンドチューブ型熱交換器を含む。仕切り９５は、２つの冷凍回路６８、９０を分離し、２つの回路６８、９０間の管板として機能する。他の実施形態では、複数の冷凍回路６８、９０が冷房システム１２に含まれる場合に、ＤＸ蒸発器またはろう付けプレート蒸発器を使用することができる。

【0033】

図４の例示的な実施形態に示すように、第２の凝縮器９２は、凝縮器７２とは別の空気流路９６に配置することができる。第２の空冷式熱交換器９７は、空気流路９６に沿って配置することができ、第２の凝縮器９２とファン９８を共有することができる。この実施形態では、空気流５９は、周囲環境から吸い込まれて、空冷式熱交換器５９、凝縮器７２、およびファン６０を通り、次いで、上方に（例えば、冷房システム１２の外に）放出されている。同様に、空気流路９６は、周囲環境から吸い込まれて、第２の空冷式熱交換器９７、第２の凝縮器９２、およびファン９８を通り、次いで、上方に（例えば、冷房システム１２の外に）放出されている。他の実施形態では、凝縮器７２、第２の凝縮器９２、および空冷式熱交換器５６は、冷却負荷要求を満たすために、任意の適切な配列で配置することができる。さらに別の実施形態では、凝縮器７２、第２の凝縮器９２、および空冷式熱交換器５６の１つまたは複数は、ファンを共有することができて（例えば、凝縮器７２、第２の凝縮器９２、および／または空冷式熱交換器５６は、同じ空気流路に配置される）、外気は、直列の流れ構成の空冷式熱交換器５６、凝縮器７２、第２の凝縮器９２、およびファン６０を貫流する。

【0034】

さらに、コントローラ７８は、第２のコンプレッサ９１に出入りする冷媒９４の圧力を観測するために、第２の吸い込み圧力センサ９９および第２の吐出圧力センサ１００に通信可能に接続することができる。一部の実施形態では、第２のコンプレッサ９１に出入りする冷媒９４の圧力により、コントローラ７８は、第２のコンプレッサ９１の速度を上げるか、および／または下げるかを判断することができる。

【0035】

冷房システム１２は、節約装置１０１、フィルタ１０２、オイルセパレータ１０４、および／またはさらなる弁をさらに含むことができ、これらは、負荷６２を冷却する制御および能力を向上させ、それにより、冷房システム１２の効率を高めることができる。例えば、図５は、そのような増設した装置を含む冷房システム１２のブロック図である。図５の例示的な実施形態に示すように、蒸気圧縮冷凍サイクル６８は、節約装置１０１を含む。節約装置１０１は、膨張装置７４およびフラッシュタンク１０６を含むことができる。特定の実施形態では、フラッシュタンク１０６は、冷媒７６を膨張装置７４から比較的低い圧力および低い温度で受け取ることができる。フラッシュタンク１０６は、凝縮した冷媒から任意の蒸気状の冷媒を分離するために、冷媒７６の圧力をさらにいっそう急速に下げるように構成された容器とすることができる。相応して、冷媒７６の第１の部分は、フラッシュタンク１０６内での急速な膨張により気化する（例えば、液体から蒸気に変わる）ことができる。一部の実施形態では、気化した冷媒７６の第１の部分は、バイパス回路１０７を経由して蒸発器６６を迂回し、コンプレッサ７０に向かって送られることが可能である。さらに、冷媒７６の第２の部分は液体の形態を保つことができ、フラッシュタンク１０６の底部１０８に集まることができる。一部の実施形態では、弁１１０は、フラッシュタンク１０６の下流で、蒸発器６６の上流に設けることができ、それにより、冷媒７６の第２の部分の流れは、冷房システム１２の他の動作状態に基づいて調整することができる。例えば、凝縮器７２が、フラッシュタンク１０６を出た第１の部分が第２の部分よりも大幅に少なくなるようなレベルに冷媒７６の温度を下げた場合に、弁１１０は、より多くの冷媒７６が蒸発器６６で蒸発し、コンプレッサ７０に向かって送られるように、蒸発器６６に向かって送られる冷媒７６の第２の部分の流れを増やすように調整することができる。

【0036】

さらに、フラッシュタンク１０６は、フラッシュタンク１０６の底部１０８に集められた冷媒７６の第２の部分（例えば、液体部分）の量を観測できる液位センサ１１１を含むことができる。液位センサ１１１は、フラッシュタンク１０６に集められた液体の量に関して、コントローラ７８にフィードバックを供給するために、コントローラ７８に通信可能に接続することができる。特定の実施形態では、コントローラ７８は、液位センサ１１１から受け取ったフィードバックに基づいて、出力、機能、またはコマンドを実行するように構成することができる。例えば、特定の実施形態では、三方弁１１２は、凝縮器７２と節約装置１０１との間に配置することができる。したがって、フラッシュタンク１０６内の液位が、閾値レベルを超えた場合に、三方弁１１２は、冷媒７６をバイパス回路１１３に沿って蒸発器６６の方に送り、それにより、節約装置１０１を迂回するように調整することができる（例えば、冷媒の温度が低すぎ、したがって、節約装置１０１がさらに冷却を進めることが望ましくないことがある）。さらに、フラッシュタンク１０６内の液位が所定のレベルよりも低い場合、三方弁１１２は、バイパス回路１１３を閉鎖することで、冷媒７６のすべて、または大部分が節約装置１０１内でさらに冷却されるのを可能にし得る。

【0037】

図５の例示的な実施形態に示すように、蒸気圧縮冷凍サイクル６８はまた、バイパス回路１０７に沿って配置された逆止弁１１５を含み、逆止弁１１５は、冷媒７６の第１の部分が、コンプレッサ７０からフラッシュタンク１０６に向かって流れるのを阻止することができる。相応して、冷媒７６の第１の部分（例えば、蒸気状の冷媒）は、フラッシュタンク１０６から、冷媒７６の第１の部分の圧力を高くすることができるコンプレッサ７０に向かって送ることができる。さらに、逆止弁１１５により、冷媒７６の第１の部分が、コンプレッサ７０からフラッシュタンク１０６に向かって逆流するのを阻止することができる。それに加えて、またはそれに代えて、冷媒７６の第１の部分の流れをコントローラ７８が（例えば、弁１１６の位置を調整するように構成されたアクチュエータによって）調整できるように、弁１１６をフラッシュタンク１０６とコンプレッサ７０との間に設けることができる。コンプレッサ７０は、圧縮され得る冷媒７６の速度を調整する（例えば、コンプレッサ速度に基づく）所定の能力を含むことができるので、フラッシュタンク１０６からコンプレッサ７０に向かう冷媒７６の第１の部分の流れを制御することが望ましい。相応して、コンプレッサ７０が所定の能力に近い状態にある場合に、コントローラ７８は、コンプレッサ７０に向かって流れる冷媒７６の第１の部分の流量を減らすように、弁１１６を調整することができる。同様に、コンプレッサが概ね能力未満で動作している場合に、コントローラ７８は、コンプレッサ７０に向かって流れる冷媒７６の第１の部分の流れを増やすように、弁１１６を調整することができる。

【0038】

さらに、蒸気圧縮冷凍サイクル６８は、冷媒７６から汚染物を取り除くために使用することができるフィルタ１０２を含むことができる。特定の実施形態では、酸性物質および／またはオイルが、蒸気圧縮冷凍サイクル６８の中を循環する冷媒７６と混合されることがある。相応して、フィルタ１０２は、膨張装置７４、フラッシュタンク１０６、コンプレッサ７０、および／または蒸発器６６に流入する冷媒７６が、最小限の汚染物しか含まないように、そのような汚染物を冷媒７６から取り除くように構成することができる。

【0039】

蒸気圧縮冷凍サイクル６８はまた、例えば、コンプレッサ７０の下流で、凝縮器７２の上流に配置することができるオイルセパレータ１０４を含むことができる。オイルセパレータ１０４は、コンプレッサ７０を流れるときに、冷媒７６の中に集まることがあるオイルを除去するために使用することができる。相応して、オイルセパレータ１０４内の除去された任意のオイルは、オイルセパレータ１０４から再循環回路１１７を通ってコンプレッサ７０に戻ることができる。さらに、冷媒７６から除去されたオイルは、オイルセパレータ１０４内に集めることができる。したがって、コンプレッサ７０に向かって流れるオイルの流れおよび／または圧力を制御するために、弁１１８を再循環回路１１７に沿って配置することができる。それにより、コンプレッサ７０に戻されるオイルの量は、（例えば、弁１１８の位置を調整するように構成されたアクチュエータを媒介として）コントローラ７８によって調整することができる。特定の実施形態では、オイルセパレータ１０４は、フラッシュベッセル、薄膜セパレータ、または冷媒７６（例えば、水および／またはグリコール）からオイルを分離するように構成された他の任意の装置とすることができる。

【0040】

さらに、オイルセパレータ１０４に向かって流れる冷媒７６の量を制御するために、弁１１９をコンプレッサ７０とオイルセパレータ１０４との間に配置することができる。場合によっては、オイルセパレータ１０４は、コントローラ７８および／またはオペレータが、オイルセパレータ１０４にどのくらいのオイルが集まったかを特定するのを可能にし得るオイル高さ観測装置（例えば、オイル高さセンサ１２０）を含むことができる。オイルセパレータ１０４中のオイルの量が所定の閾値レベルを超えた場合、コントローラ７８は、オイルセパレータ１０４に向かう冷媒７６の流れを減らすように弁１１９の位置を調整することができる。一部の実施形態では、コントローラ７８はまた、オイルセパレータ１０４からコンプレッサ７０に戻されるオイルの量を増やすために、弁１１８の位置を調整することができる。相応して、オイルセパレータ１０４中のオイルの高さを低くすることができ、それにより、より多くの冷媒７６が、オイルセパレータ１０４に向かって、ひいては凝縮器７２に向かって流れることが可能になる。本開示は、蒸気圧縮冷凍サイクル６８に焦点を当てているが、第２の蒸気圧縮冷凍サイクル９０も、節約装置、フィルタ、オイルセパレータ、ならびに／または図５を参照して説明したさらなる弁および構成要素を含むことができることに留意されたい。

【0041】

冷房システム１２の効率を高めるために、１つまたは複数のファン６０が最大速度（例えば、１つまたは複数のファン６０がそれより速く回転できない速度、および／またはメーカが定めた所定の最大速度）に達する前に、コンプレッサ７０（および／または第２のコンプレッサ９１）を動作させるのが望ましい。場合によっては、１つまたは複数のファン６０が最大速度に達する前に、コンプレッサ７０（および／または第２のコンプレッサ９１）を作動させることで、冷房システム１２の効率を高めることができる。例えば、図６は、冷房システム１２の効率を高めるために使用できるプロセス１３０のブロック図である。

【0042】

ブロック１３２で、コントローラ７８は、外気（例えば、冷房システム１２の周囲環境の空気）の温度および／または冷却負荷（例えば、負荷６２）要求を求めることができる。例えば、コントローラ７８は、外気温度を観測する外気温度センサ８９に通信可能に接続することができる。さらに、コントローラ７８は、冷却負荷要求を求めるために、戻り冷却流体温度センサ８１および／または供給冷却流体温度センサ８３に通信可能に接続することができる。本明細書において、外気温度は、冷房システム１２を囲む環境の空気の温度とすることができる。さらに、冷却負荷要求は、所定の、または望ましい負荷６２の温度（例えば、ユーザインターフェイスから受け取った温度）と負荷６２の実際の温度（例えば、負荷６２を観測するセンサから受け取った温度）との差、および／あるいは負荷６２に供給される、または負荷６２から戻される（例えば、ユーザインターフェイスから受け取った）冷却流体５８の望ましい温度と、負荷６２に供給される、または負荷６２から戻される冷却流体５８の実際の温度（例えば、戻り冷却流体温度センサ８２または供給冷却流体温度センサ８３から受け取った温度）との温度差に基づくことができる。

【0043】

ブロック１３４で、コントローラ７８は、空冷式熱交換器５６の１つまたは複数のファン６０を少なくとも外気の温度および／または冷却負荷要求に基づいて、第１の速度で動作させるように構成することができる。相応して、コントローラ７８は、１つまたは複数のセンサから受け取ったフィードバックに基づいて、ファンの第１の速度を（例えば、プロセッサ８０により）計算するように構成することができる。１つまたは複数のファン６０の第１の速度は、冷却負荷要求が高くなるにつれて、および／または外気温度が高くなるにつれて速くすることができる。反対に、第１の速度は、冷却負荷要求が低くなるにつれて（例えば、冷房しているときに、負荷の実際の温度が、負荷の所定の温度よりも低い場合に）、および／または外気温度が低下した場合に遅くすることができる。

【0044】

特定の実施形態では、１つまたは複数のファン６０は、最大速度（例えば、１つまたは複数のファン６０が物理的に超えることのできない速度）を含むことができる。しかし、今や、１つまたは複数のファン６０の速度を最大速度まで上げることは望ましくないことがあると分かっている。むしろ、外気温度が高くなった場合、および／または冷却負荷要求が高くなった場合に、コンプレッサ７０を動作させる、かつ／またはコンプレッサ７０の圧力を高くすることで、冷房システム１２に入力される電力を削減することができる。したがって、コントローラ７８のメモリ８２は、１つまたは複数のファン６０の閾値速度を（例えば、アルゴリズムを使用して）計算するように構成することができ、この閾値速度は、１つまたは複数のファン６０の最大速度未満とすることができる。例えば、１つまたは複数のファン６０の閾値速度は、最大速度の５０％〜９９％、最大速度の７０％〜９５％、または最大速度の８０％〜９０％とすることができる。一部の実施形態では、コントローラ７８は、自由冷却のみのモード時の閾値ファン速度を軽算すために、下記の式１を使用することができる。
閾値速度＝｛［ｄｌ×（ＥＣＨＬＴ−Ｔ_ａｍｂ）^２］＋ｄ０｝×ＦａｎＦａｃｔｏｒｌ （１）

【0045】

式１で、ｄ１およびｄ０は、空冷式熱交換器５６に特有の所定の要素を表すことができる。さらに、ＥＣＨＬＴは、流入冷液温度（ＥＣＨＬＴ）、すなわち、蒸発器６６から負荷６２に向かって送られる冷却流体５８の温度（例えば、供給冷却流体温度センサ８３から受け取った温度）を表す。Ｔ_ａｍｂは外気温度であり、ＦａｎＦａｃｔｏｒ１は、空冷式熱交換器５６に特有であり得るプログラム可能な要素である。

【0046】

自由冷却のみのモードで動作する場合、コントローラは、流出冷液温度を所定の設定値の近くに維持するために、ファン速度を調整する。負荷および／または外気温度が高くなると、コントローラは、ファン６０の速度が閾値速度に達するまで、ファン６０の速度を上げる。閾値速度で、コントローラ７８は、閾値速度を超える１つまたは複数のファン６０の速度の上昇を阻止することができる。負荷または外気温度の任意のさらなる上昇、または、設定値を超える、流出冷水温度の対応する上昇をもたらす他の動作状態により、コントローラは、１つまたは複数のコンプレッサを始動させる。式１で示すように、閾値速度は、様々な動作状態に対して異なることがある（例えば、外気温度および／または冷却負荷の様々な組み合わせに対して閾値速度は異なる）。コンプレッサ７０（および／または第２のコンプレッサ９１）の速度は、当技術分野で公知のアルゴリズムを使用して、コントローラ７８によって求めることができるので、冷却負荷要求は、冷房システム１２によって達成することができる。

【0047】

１つまたは複数のファン６０が閾値速度に達したときに、コントローラ７８はまた、ブロック１３６に示すように、機械冷却システム５４のコンプレッサ７０（および／または第２のコンプレッサ９１）を第１のコンプレッサ速度で動作させるように構成することができる。特定の実施形態では、コンプレッサ７０の第１のコンプレッサ速度は、冷却負荷要求を達成し、さらに、冷房システム１２に入力されるエネルギ量を削減する（例えば、最小エネルギ量が入力される）速度とすることができる。さらに、コントローラ７８は、コンプレッサ７０（および／または第２のコンプレッサ９１）が動作しているときに、１つまたは複数のファン６０の第２の速度を求めるように構成することができる。言い換えると、コンプレッサ７０が動作するときに、１つまたは複数のファンを閾値速度で動作させ続けるのは望ましくないことがある。例えば、コントローラ７８は、式２に基づいて、第２の速度を求めるように構成することができる。
第２の速度＝ｂ１×ファン当たりの単位全負荷＋ｂ２×ＦａｎＦａｃｔｏｒ２ （２）

【0048】

したがって、第２の速度（例えば、混成動作モード中の１つまたは複数のファン６０の速度）は、ファン当たりの単位全負荷（例えば、１つまたは複数のファン６０の１つのファンによって行われる自由冷却および機械冷却の量）に基づくことができる。相応して、コントローラ７８は、ファン当たりの単位全負荷を求めるように構成することができ、ファン当たりの単位全負荷は、特に、流入冷液温度（ＥＣＨＬＴ）、外気温度（Ｔ_ａｍｂ）、各ファンの自由冷却能力、各ファンの機械冷却能力、および冷房システム１２に含まれるファンの数量に基づくことができる。要素ｂ１、ｂ２、ＦａｎＦａｃｔｏｒ２は、実験データおよび／または冷房システム１２に特有の（例えば、メーカから提供された）情報に基づいて、コンプレッサ７０および／またはコンプレッサ９１とファン６０との全エネルギ使用量を最小限にするように前もって定めることができる。ファン当たりの単位全負荷は、コンプレッサ７０および／またはコンプレッサ９１によって付与される機械冷却能力に空冷式熱交換器５６から付与される自由冷却能力を加えたものから推定することができる。

【0049】

第２の速度は、コンプレッサ７０および／またはコンプレッサ９１とファン６０との全エネルギ使用量を最小限にすることができる推定ファン速度を表している。場合によっては、コンプレッサオイルの圧力、コンプレッサ吸い込み圧力、コンプレッサ吐出圧力、および／または許容できる制御限界内の他の動作状態を維持するために、第２の速度に基づき、特定の冷媒回路６８および／または冷媒回路９０に対してファン速度を調整することが望ましい。

【0050】

特定の実施形態では、コンプレッサ７０は、１つまたは複数のファン６０が閾値速度に達したとき、外気温度が所定の値に達したとき、および／または冷却負荷要求が所定の値に達したときに動作することができる。相応して、コントローラ７８は、流出冷液温度、１つまたは複数のファン６０の第２の速度、外気温度、および／または冷却負荷要求に基づいて、コンプレッサ７０の第１のコンプレッサ速度（および／または第２のコンプレッサ９１の速度）を求めることができる。他の実施形態では、コンプレッサ７０（および／または第２のコンプレッサ９１）は、１つまたは複数のファン６０が閾値速度に達するまで動作することができない。いずれにせよ、最大速度未満の１つまたは複数のファン６０とコンプレッサ７０とを同時に動作させることで、冷房システム１２によって消費される電力量を削減することができ、これは、冷房システムの効率を高めることができる。

【0051】

場合によっては、動作状態（例えば、外気温度および／または冷却負荷要求）は、冷房システムの動作中に変わることがある。相応して、ブロック１３８で、コントローラ７８は、動作状態の変化に合わせて、１つまたは複数のファン６０の速度、コンプレッサ７０のコンプレッサ速度、および／または第２のコンプレッサ９１のコンプレッサ速度を調整するように構成することができる。さらに、コントローラ７８は、冷房システム１２の様々な動作モード間で切り換えるように構成することができる（例えば、図７を参照のこと）。非限定的な例として、冷房システム１２が屋外環境に配置された場合に、（例えば、日照または日照不足により）外気温度は夜間に下がり、日中に上がり得る。したがって、空冷式熱交換器５６の１つまたは複数のファン６０とコンプレッサ７０とを使用する混成冷却動作モード中に、コントローラ７８は、夜間において、１つまたは複数のファン６０の速度を第１の速度から第２の速度に下げ（例えば、第２の速度は第１の速度よりも遅い）、かつ／またはコンプレッサ７０のコンプレッサ速度を第１のコンプレッサ速度から第２のコンプレッサ速度に下げる（例えば、第２のコンプレッサ速度は、第１のコンプレッサ速度よりも遅い）ように構成することができる。同様に、日中に外気温度が上昇したときに、コンプレッサ７８は、１つまたは複数のファン６０の速度を第１の速度および／または第２の速度から第３の速度に上げ（例えば、第３の速度は第１の速度および／または第２の速度よりも速い）、かつ／あるいはコンプレッサ７０のコンプレッサ速度を第１のコンプレッサ速度および／または第２のコンプレッサ速度から第３のコンプレッサ速度に上げる（例えば、第３のコンプレッサ速度は、第１のコンプレッサ速度および／または第２のコンプレッサ速度よりも速い）ように構成することができる。

【0052】

さらに、コントローラ７８は、冷却負荷要求が高くなった、および／または低くなった場合に、１つまたは複数のファン６０の速度および／またはコンプレッサ７０（および／または第２のコンプレッサ９１）の速度を調整するように構成することができる。いずれにせよ、コントローラ７８は、冷房システム１２に入力される電力量を実質的に、または概ね最小限にする、１つまたは複数のファン６０の速度とコンプレッサ７０のコンプレッサ速度（および／または第２のコンプレッサ９１の速度）との組み合わせを計算する（例えば、式２を参照のこと）ことで、１つまたは複数のファン６０の速度とコンプレッサ７０（および／または第２のコンプレッサ９１）のコンプレッサ速度とを求めるように構成することができる。相応して、冷房システム１２の効率を高めることができる。

【0053】

図７は、冷房システム１２の様々な動作モードにおける冷却負荷要求に応じた外気温度のグラフ図１５０である。グラフ図は、一定の流出冷液温度（ＬＣＨＬＴ）（例えば、戻り冷却流体温度センサ８１から受け取った温度）および流量を想定している。相応して、グラフ図１５０は、冷房システム１２が、少なくとも外気温度および冷却負荷要求に基づいて、所与のモードで動作できる場合を示している。図７の例示的な実施形態に示すように、外気温度が閾値温度線１５２より低い場合に、自由冷却システム５２は動作することができる。特定の実施形態では、閾値温度線１５２は、測定した戻り冷液温度、測定した外気温度、および／または他の動作パラメータに基づいて、自由冷却が、冷却流体５８から熱を吸収するのにまだ有効であり得る外気温度を表すことができる。さらに、外気温度が第２の閾値温度線１５４より低い場合に、冷房システム１２は、自由冷却のみのモード１５６で動作することができる。第２の閾値温度線１５４は、機械冷却システム５４を使用することなく、かつ／または１つまたは複数のファン６０を閾値速度を超えて動作させることなく、冷却負荷要求を達成できる外気温度を表すことができる。

【0054】

外気温度が第２の閾値温度線１５４を超えるが、閾値温度線１５２よりも低い場合に、コントローラ７８は、蒸気圧縮冷凍サイクル６８のコンプレッサ７０を第１の混成冷却モード１５８で動作させるように構成することができる。第１の混成冷却モード１５８では、自由冷却システム５２および蒸気圧縮冷凍サイクル６８が行う冷却の量により、冷却負荷要求が達成される。しかし、場合によっては、外気温度は、閾値温度線１５２より低いが、自由冷却システム５２および蒸気圧縮冷凍サイクル６８は、冷却負荷要求を達成することができないことがある（例えば、冷却負荷要求が冷却負荷要求閾値線１５９を超える場合）。したがって、所望のレベルの冷却を達成するために、空冷式熱交換器５６および蒸気圧縮冷凍サイクル６８のコンプレッサ７０に加えて、第２の蒸気圧縮冷凍サイクル９０の第２のコンプレッサ９１が動作することができる。そのような場合に、冷房システム１２は、第２の混成冷却モード１６０で動作することができる。

【0055】

外気温度が、閾値温度線１５２を超えて高くなると、自由冷却システム５２は、十分な冷却量を全く供給することなく、エネルギを消費し得る。したがって、１つまたは複数のファン６０に供給される電力を止めて、第１の機械冷却のみのモード１６２を実施することができる。第１の機械冷却のみのモード１６２は、蒸発器６６を流れる冷却流体５８を冷却するために、蒸気圧縮冷凍サイクル６８のコンプレッサ７０を動作させることができる。第１の機械冷却のみのモード１６２は、第２の冷却負荷要求閾値線１６４より下の所望のレベルの冷却を達成することができる。このため、冷却負荷要求が第２の冷却負荷要求閾値線１６４を超えた（かつ、外気温度が温度閾値線１５２を超えた）場合に、コントローラ７８により、第２の機械冷却のみのモード１６６を開始することができる。第２の機械冷却のみのモード１６６は、冷却負荷要求を達成するために、蒸気圧縮冷凍サイクル６８のコンプレッサ７０および第２の蒸気圧縮冷凍サイクル９０の第２のコンプレッサ９１の両方を動作させることができる。

【0056】

特定の実施形態では、温度閾値線１５２および第２の温度閾値線１５４は、外気温度を表す軸１７０に沿った点１６８で交差することができる。点１６８は、ＬＣＨＬＴを表す点１７２よりも低くすることができ、そのため、冷却流体５８から外気に熱を伝達することができる。

【0057】

図８は、空冷式熱交換器５６に加えて、またはその代わりに利用することができる自由冷却回路２００の一実施形態の概略図である。自由冷却回路２００は、冷却流体５８を、自由冷却回路２００の作動流体２０２との熱交換関係に置く。例えば、冷房システム１２は、冷却流体５８と自由冷却回路２００の作動流体２０２との間の熱エネルギの伝達を可能にし得る熱交換器２０４を含み得る。いくつかの実施形態では、冷却流体５８は、（例えば、熱交換器２０４が三方弁６４に取って代わるとき、または三方弁６４の上流または下流に配置されるときに）連続的に熱交換器２０４を通って流れてもよい。他の実施形態では、三方弁６４を使用して冷却流体５８を熱交換器２０４に選択的に向けることができる（例えば、熱交換器２０４は空冷式熱交換器５６に取って代わるか、または空冷式熱交換器５６の上流または下流に配置される）。いくつかの実施形態では、作動流体２０２はグリコール、水とグリコールの混合物、および／または他の適切な流体である。自由冷却回路２００は、作動流体２０２を空気流２０８との熱交換関係に置く凝縮器２０６を通して作動流体２０２を導くことができる。したがって、冷却流体５８は、自由冷却回路２００を介して熱エネルギを間接的に空気流２０８に伝達することができる。

【0058】

いくつかの実施形態では、自由冷却回路２００は、流れ制御弁２１０（例えば、蝶形弁または流体の流量を制御するように構成された別の弁）、凝縮器バイパス弁２１２（例えば、蝶形弁または流体の流量を制御するように構成された別の弁）、逆止弁２１４、ポンプ２１６および／または１つまたは複数の加熱器２１８を含む。加熱器２１８は、ポンプ２１６、凝縮器バイパス弁２１２、熱交換器２０４、および接続配管によって形成されたループ内で作動流体２０２の温度を目標温度に維持するように構成されている。したがって、ループ内の作動流体２０２の温度は、周囲温度が凍結点未満であるときでも凍結点より上である。そのため、ポンプの始動時に熱交換器が凍結点未満の温度にさらされることはない。いくつかの実施形態では、加熱器２１８のサイズを最小化し、ループ内に均一な温度を提供するために、ループの構成要素の周りに断熱材を含めることができる。作動流体は、熱交換器２０４から第１のＴ字接続部２２０に流れることができる。流れ制御弁２１０および／または凝縮器バイパス弁２１２は、作動流体２０２をＴ字接続部２２０から凝縮器２０６へ、熱交換器２０４に戻るように、または凝縮器２０６と熱交換器２０４の両方に向けるように調整することができる。例えば、流れ制御弁２１０が開いて凝縮器バイパス弁２１２が閉じているとき、作動流体２０２は凝縮器２０６に流れ得る。同様に、流れ制御弁２１０が閉じられ、凝縮器バイパス弁２１２が開かれると、作動流体２０２は熱交換器２０４に向かって逆流し、それによって凝縮器２０６を迂回することができる。流れ制御弁２１０および凝縮器バイパス弁２１２の両方が開かれているとき（または部分的に開かれているとき）、作動流体２０２は、凝縮器２０６からの作動流体２０２と凝縮器バイパス弁２１２からの作動流体２０２とが第２のＴ字接続部２２１で混合するように、凝縮器２０６の方に、および熱交換器２０４に戻るように向けることができる。

【0059】

逆止弁２１４は、凝縮器バイパス弁２１２から凝縮器２０６に向かって流れる作動流体２０２の流れを遮断するが、作動流体２０２が凝縮器２０６（したがって流れ制御弁２１０）から熱交換器２０４へ流れることを可能にする。換言すれば、逆止弁２１４は、作動流体２０２が凝縮器２０６を通って一方向に流れることを可能にする。自由冷却回路２００のポンプ２１６は、自由冷却回路２００を通る作動流体２０２の流量を制御することができ、したがって、作動流体２０２と冷却流体５８との間で伝達される熱の量を調整する。例えば、周囲温度が比較的高い場合、相当量の熱が冷却流体５８から作動流体２０２に伝達され得るということはないので、ポンプ２１６はシャットダウンされ得る（例えば、停止し得る）。逆に、周囲温度が比較的低い場合、１つまたは複数の加熱器２１８は熱を作動流体２０２に伝達することがあり、その結果、作動流体２０２の温度は、閾値（例えば、冷却流体５８を凍結させ得る温度）より上に維持される。

【0060】

冷房システム１２のコントローラ７８は、自由冷却回路２００に沿って配置されかつ作動流体２０２の温度を監視するように構成されている１つまたは複数の温度センサ２２２に結合されてもよい。例えば、自由冷却回路２００は、熱交換器２０４を出る作動流体２０２（例えば、温かい第２の冷却流体）の温度を監視するように構成された第１の温度センサ２２４を含んでもよい。自由冷却回路２００はまた、凝縮器２０６を出る作動流体２０２（例えば、冷たい第２の冷却流体）の温度を監視するように構成された第２の温度センサ２２６を含んでもよい。さらに、自由冷却回路２０２は、熱交換器２０４に入る作動流体２０２（例えば、温かい第２の冷却流体、冷たい第２の冷却流体、または温かい第２の冷却流体と冷たい第２の冷却流体との混合物）の温度を監視するように構成される第３の温度センサ２２８を含んでもよい。いくつかの実施形態では、コントローラ７８は、周囲温度を監視するように構成される温度センサ２３０に結合することもできる。

【0061】

コントローラ７８は、温度センサ２２２の１つまたは複数から受信したフィードバックに基づいて、流れ制御弁２１０の位置、コイルバイパス弁２１２の位置、凝縮器ファン２３１の速度、および／またはポンプ２１６の速度を調整するように構成されてもよい。例えば、コントローラ７８は、熱交換器２０４に入る作動流体２０２が設定点（例えば目標温度）に達するように、流れ制御弁２１０の位置、コイルバイパス弁２１４の位置、凝縮器ファン２３１の速度、および／またはポンプ２１６の速度を調整してもよい。設定点は、作動流体２０２と冷却流体５８との間の所望の熱伝達量および／または冷却流体５８の温度（例えば、目標温度）に基づいてもよい。

【0062】

いくつかの実施形態では、作動流体２０２は、冷却流体５８よりも低い凍結点を含み得る（例えば、冷却流体が水であり、作動流体がグリコールであるとき）。したがって、冷却流体５８の凍結を阻止するために、冷房システム１２のコントローラ７８は凍結防止システム２３２を含むことができる。凍結防止システム２３２は、冷房システム１２の導管（例えば、熱交換器２０４内の管）内の凍結を阻止または低減するために、流れ制御弁２１０の位置、凝縮器バイパス弁２１２の位置、凝縮器ファン２３１の速度、および／またはポンプ２１６の速度を調整するように構成することができる。コントローラ７８は、凝縮器２０６を離れる作動流体２０２の出口温度（例えば、第２の温度センサ２２６から受信された）、周囲温度（例えば、温度センサ２３０から受信された）、および／または凝縮器バイパス弁２１２および流れ制御弁２１０の一方または両方の位置に基づいて、流れ制御弁２１０、凝縮器バイパス弁２１２、凝縮器ファン２３１、および／またはポンプ２１６に信号を送るように構成され得る。

【0063】

凍結防止システム２３２は、自由冷却回路２００の動作状態を示すフィードバックに基づいて特定の動作を実行することができる。下記の表１に示すように、凍結防止システム２３２は、周囲空気温度が第１の目標温度（例えば４０°Ｆ）より高い場合、第１の動作モードで動作し得る。第１の動作モードで動作するとき、コントローラ７８は、周囲温度が第１の目標温度（例えば、第１の閾値温度）より高い場合、凝縮器ファン２３１をオフにし（凝縮器ファン２３１がまだオフにされていない場合）、ポンプ２１６をオフにし（ポンプ２１６がまだオフにされていない場合）、加熱器２１８をオフにし（加熱器２１８がまだオフにされていない場合）、凝縮器バイパス弁２１２を閉じ、および／または流れ制御弁２１０を開くために、１つまたは複数の信号を送信するように構成される。第１の動作モードで動作するとき、凍結防止システム２３２は、作動流体２０２が熱交換器２０４に向けられる前に凝縮器２０６に流れることを可能にする。したがって、凍結防止システム２３２は、周囲温度が第１の目標温度よりも高い場合、第１のモードで動作し、その結果、作動流体２０２は、冷却流体５８を熱交換器２０４内で凍結させる可能性がある温度を下回らない。

【0064】

周囲温度が第１の目標温度に達するかそれを下回ると、凍結防止システム２３２は、以下の表１に示すように、第２のモードで動作する。第２のモードでは、凍結防止システム２３２は、周囲温度が第１の目標温度未満かそれと等しい場合、凝縮器ファン２３１をオフにし（凝縮器ファン２３１がまだオフにされていない場合）、ポンプ２１６をオフにし（ポンプ２１６がまだオフにされていない場合）、加熱器２１８をオンにし、凝縮器バイパス弁２１２を開き、および／または流れ制御弁２１０を閉じるために、１つまたは複数の信号を送信する。第２のモードで動作するとき、作動流体２０２は凝縮器２０６を迂回し、バイパス弁２１２を通って熱交換器２０４に戻るように導かれる。したがって、作動流体２０２は、凝縮器２０６で周囲空気に熱エネルギを伝達することなく熱交換器２０４に戻される。しかしながら、作動流体２０２の温度は比較的低い可能性があるので、熱交換器２０４内の冷却流体５８が凍結しないように、加熱器２１８を作動させることができる。例えば、周囲温度が第１の目標温度より低いので、凝縮器２０６を通って流れる作動流体２０２の温度は、（例えば、作動流体２０２との熱エネルギ伝達を介して）冷却流体５８を熱交換器２０４内で凍結させる可能性があるレベルより低くなる可能性がある。したがって、加熱器２１８は作動流体２０２の温度を冷却流体５８の凍結点より上に上昇させるように起動される。

【0065】

以下の表１にさらに示すように、凍結防止システム２３２は、凝縮器２０６を出る作動流体２０２の温度に基づいて第３のモードで動作してもよい。いくつかの実施形態では、凍結防止システム２３２の第３のモードは、第２の動作モードで所定の時間動作した後に開始される。例えば、第３のモードで動作しているとき、コントローラ７８は、凝縮器ファン２３１をオフにし（凝縮器ファン２３１がまだオフにされていない場合）、ポンプ２１６を固定速度で動作させ、加熱器２１８をオフにし（加熱器がまだオフにされていない場合）、凝縮器バイパス弁２１２を開き、および／または流れ制御弁２１０を開くために、１つまたは複数の信号を送信する。したがって、流れ制御弁２１０は、凝縮器２０６を通る作動流体２０２の循環を開始するために開かれる。いくつかの実施形態では、流れ制御弁２１０は、熱交換器２０４に入る作動流体２０２の温度を冷却流体５８の凍結点より上に（例えば冷却流体５８からある量の熱エネルギを吸収して冷却流体５８の温度をその凍結点未満に低下させる可能性がある作動流体２０２の温度に）維持するために漸増的に開かれる。このように、凝縮器バイパス弁２１２を通って流れる作動流体２０２は、作動流体２０２が熱交換器２０４に入る前に（例えば、第２のＴ字接続部２２１において）凝縮器２０６を出る作動流体２０２と混合する。したがって、熱交換器２０４に入る作動流体２０２の温度は、作動流体２０２が凝縮器２０６を通って流れ始めることを可能にしながら、冷却流体５８の凍結点より上に留まるように調整される。

【0066】

熱交換器２０４を出る作動流体２０２の温度が上昇するにつれて、凍結防止システム２３２は第４の動作モードに切り替わることができる。第４の動作モードでは、コントローラ７８は、凝縮器ファン２３１をオフにし（凝縮器ファン２３１がまだオフにされていない場合）、ポンプ２１６を固定速度で動作させ、加熱器２１８をオフにし（加熱器２１８がまだオフにされていない場合）、凝縮器バイパス弁２１２を閉じ、および／または流れ制御弁２１０を完全に開くために、１つまたは複数の信号を送信し得る。いくつかの実施形態では、凝縮器バイパス弁２１２は第４の動作モードで動作するとき、熱交換器２０４に入る作動流体２０２の温度を冷却流体５８の凍結点より上に維持するために、増分的に閉じられる。換言すれば、いったん流れ制御弁２１０が全開位置（例えば１００％開放すなわち完全に開かれている）に達すると、コントローラ７８は、凝縮器２０６に向けられる作動流体２０２の流れを増加させ、凝縮器バイパス弁２１２を通って熱交換器２０４に向けられる作動流体２０２の流れを減少させるために、凝縮器バイパス弁２１２を閉じ始める。したがって、コントローラ７８は、熱交換器２０４に入る作動流体２０２の温度を、冷却流体５８の凍結点より上に留まるように調整する。いくつかの実施形態では、作動流体２０２の温度は、凝縮器ファン２３１がオフにされるために冷却流体５８の凍結点より上に留まる。

【0067】

凝縮器バイパス弁２１２が完全に閉じられると、凍結防止システム２３２は第５の動作モード下に動作を開始することができる。第５の動作モードの間、コントローラ７８は、少なくとも冷却要求および／またはコンプレッサ要求に基づいて凝縮器ファン２３１の速度を調整し、少なくとも作動流体２０２の凝縮器２０６への入口温度および／または凝縮器ファン２３１の１つの最高速度（例えば、凝縮器２０６が複数のファン２３１を有するとき）に基づいてポンプ２１６の速度を調整し、加熱器２１８をオフにし（加熱器がまだオフにされていない場合）、凝縮器バイパス弁２１２を完全に閉じ、および／または流れ制御弁２１０を完全に開く（流れ制御弁２１０がまだ全開位置にない場合）ために、１つまたは複数の信号を送信する。したがって、いったんコイルバイパス弁２１２が完全に閉じられ、流れ制御弁２１０が完全に開かれると、コントローラ７８は、熱交換器２０４に入る作動流体２０２の温度を所定の温度（例えば目標温度）に維持するために、凝縮器ファン２３１の速度を調整し得、および／またはポンプ２１６の速度を調整し得る。熱交換器２０４に入る作動流体２０２の所定の温度は、（例えば、少なくとも熱交換器２０４を出る冷却流体５８の温度によって決定される）冷却流体５８の冷却要求に基づき得る。したがって、コントローラ７８はフィードバックを受け取り、作動流体２０２の温度を所定の温度に維持するために凝縮器ファン２０６の速度および／またはポンプ２１６の速度を調整する。

【0068】

周囲空気温度が第２の目標温度（例えば３４°Ｆ）を超えて上昇するとき、および／または作動流体２０２の温度が第３の目標温度（たとえば３４°Ｆ）を超えて上昇するとき、凍結防止システム２３２は第６の動作モードを開始することができる。例えば、第６の動作モードで動作するとき、コントローラ７８は、少なくとも冷却要求および／またはコンプレッサ要求に基づいて凝縮器２０６のファンの速度を調整し、少なくとも凝縮器ファン２３１のうちの１つの最高速度に基づいてポンプ２１６の速度を調整し、加熱器２１８をオフにし（加熱器２１８がまだオフにされていない場合）、凝縮器バイパス弁２１２を完全に閉じ（凝縮器バイパス弁２１２がまだ全閉位置にない場合）、および／または流れ制御弁２１０を完全に開く（流れ制御弁２１０がまだ全開位置にない場合）ために、１つまたは複数の信号を送信する。したがって、コントローラ７８は、凝縮器ファン２３１の速度および／またはポンプ２１６の速度を調節して、熱交換器２０４に入る作動流体２０２の温度を調整する。

【0069】

表１の第１および第２の目標温度の値はそれぞれ４０°Ｆおよび３４°Ｆとして示されているが、第１および第２の目標温度の値は、熱交換器２０４内の局所的凍結を回避するために熱交換器２０４を通って循環する液体の凍結点を超える任意の適切な温度であり得る。いくつかの実施形態では、第１の目標温度の値は第２の目標温度の値よりも大きく、その結果、流れ制御弁２１０および凝縮器バイパス弁２１２は、ポンプ２１４が始動される（例えば、オンにされる）前に凝縮器２０６を通る作動流体２０２の循環を遮断する。追加的または代替的に、第２の目標温度の値は、熱交換器２０４における凍結を回避するための制御に十分なマージンを提供しながら自由冷却の量を増加させるために冷却流体５８の凍結温度より高い。

【0070】

いくつかの実施形態では、作動流体２０２の温度が凍結点未満（例えば、約３０°Ｆ）に低下した場合、低温限界を使用してポンプ２１４の動作を遮断することもできる。場合によっては、作動流体２０２は、不十分な構成要素の動作、構成要素への電力の供給の低下、周囲の気象条件、または他の動作上の欠陥の結果として低温限界に達することがある。低温限界は、わずかな温度変動に伴うトリップを回避するために第２の目標温度未満でもよいが、熱交換器２０４内の冷却流体５８の凍結を回避するのに十分に高い。したがって、低温限界は熱交換器２０４内の凍結を回避するためのフェイルセーフを提供する。加えて、ポンプ２１４は、作動流体２０２の温度が第２の目標温度などの所定の温度まで上昇したときに作動する（例えば、始動するまたはオンになる）ように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、警告メッセージまたは警報を作動させて、ビルディングオートメーション制御、機器オペレータ、および／またはサービス要員に、自由冷却回路２００に関する潜在的な懸念を通知することができる。

【0071】

【表1】

【0072】

要約すると、凍結防止システム２３２は、凝縮器２０６からの冷却された作動流体２０２と混合される熱交換器２０４からの温かい作動流体２０２の量を調節して、作動流体２０２が熱交換器２０４内の冷却流体５８をその凍結点未満に冷却することを阻止する。したがって、凍結防止システム２３２は、凝縮器バイパス弁２１２の位置、流れ制御弁２１０の位置、凝縮器ファン２３１の速度、および／またはポンプ２１６の速度を、周囲温度閾値、凝縮器２０６を出る作動流体２０２の閾値出口温度、および／または弁２１０および２１２の位置に基づいて調整し、凝縮器２０６を通って流れる作動流体２０２の量を制御し、作動流体２０２の温度を熱交換器２０４内において冷却流体５８の凍結点より上に維持する。したがって、熱交換器２０４内の冷却流体５８の凍結は低減および／または排除され、その結果、熱交換器２０４を通る冷却流体５８の流れは遮断されない。加えて、凍結防止システム２３２は、凝縮器ファン２３１の速度および／または自由冷却回路２００に沿って配置された１つまたは複数の加熱器２１８に供給される電力を、周囲温度閾値、凝縮器２０６を出る作動流体２０２の閾値出口温度、および／または弁２１０および２１２の位置に基づいて調整し、凝縮器２０６内で作動流体２０２から伝達される熱量を制御し、したがって熱交換器２０４内の作動流体２０２の温度を冷却流体５８の凍結点より上に維持し得る。

【0073】

図９および１０は、空冷式熱交換器５６に加えて、またはその代わりに利用することができる自由冷却回路２００の実施形態の斜視図である。図９の示される実施形態に示すように、作動流体２０２は、凝縮器２０６の複数の導管２５０を通って導かれ得る。複数の導管２５０のうちの１つまたは複数の導管は、凝縮器２０６のそれぞれのファン２３１に対応し得る。他の実施形態では、凝縮器２０６は、作動流体２０２を凝縮器２０６の単一のファン２３１に向ける単一の導管を含む。いずれの場合も、コントローラ７８は凝縮器２０６のファン２３１に結合され、その結果、コントローラ７８はファン２３１の速度を調整して凝縮器２０６を出る作動流体２０２の温度を制御し得る。さらに、上述したように、コントローラ７８はポンプ２１６に結合されており、ポンプ２１６の速度を調整し、自由冷却回路２００を通って（例えば、熱交換器２０４から、凝縮器２０６を通って、および／または凝縮器バイパス弁２１２を通って）循環される作動流体２０２の量を制御するように構成されている。

【0074】

開示した実施形態の１つまたは複数は、単独で、または組み合わせて、自由冷却システムおよび機械冷却システムを含む冷房システムの効率を高めるのに有用な１つまたは複数の技術的効果をもたらすことができる。通常、本開示の実施形態は、自由冷却システムの１つまたは複数のファンが最大速度未満で動作している場合に、機械冷却システムのコンプレッサを動作させることを含む。場合によっては、コンプレッサと自由冷却システムのファンとを最大速度未満の速度で動作させるのは、コンプレッサおよび／またはファンを最大速度で動作させるよりも電力の消費を少なくすることができる。相応して、冷房システムに入力される電力を削減することができ、冷房システムの効率を高めることができる。本明細書における技術的効果および技術的問題は例示であり、限定するものではない。なお、本明細書で説明した実施形態は、他の技術的効果を有することができ、他の技術的問題を解決することができる。

【0075】

本開示の特定の特徴および実施形態だけが図示および説明されたが、当業者は、特許請求の範囲に記載した対象の新たな教示および利点から実質的に逸脱することなく、多くの修正および変更（例えば、様々な要素の大きさ、寸法、構造、形状、および割合、パラメータ（例えば、温度、圧力など）の値、取り付け構成、使用する材料、色、向きなどの変形型）を思いつくことができる。任意のプロセスまたは方法ステップの順序またはシーケンスは、代替の実施形態に応じて変える、または再度順序付けることができる。したがって、当然のことながら、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の趣旨の範囲に入るそのようなすべての修正および変更を包含することを意図されている。さらに、例示的な実施形態についての説明を簡潔にするために、実装のすべての特徴について説明してはいない（すなわち、現在考えられる、実施形態を実施する最良の方式に無関係な特徴、または主張した実施形態を可能にするのに無関係な特徴）。当然のことながら、任意のそのような実装の開発に当たって、任意の技術または設計プロジェクトと同様に、実施に特有の様々な決断が行われ得る。そのような開発作業は手間がかかり、時間がかかるが、それでも、当業者が過度の実験を行うことなく本開示の恩恵を受けるための、設計、組み立て、および製造に関する日常業務である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】