JP4169638B2 - 冷凍システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば店舗等において室内空調や冷却貯蔵設備の庫内冷却を行うための冷凍システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりコンビニエンスストア等の店舗の店内（室内）は、空気調和機によって冷暖房空調されている。また、店内には商品を陳列販売する冷蔵或いは冷凍用のオープンショーケースや扉付きのショーケース（冷却貯蔵設備）が設置されており、これらは冷凍機によって庫内冷却が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来これら空気調和機や冷凍機の冷媒回路は、それぞれ独立して構成され、独自に運転が行われていた。そのため、空調と冷却貯蔵設備の運転を総合した省エネを図ることが困難な状況であった。一方で、店舗の空調と冷蔵設備の冷媒回路を一つの回路として構成したものも提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１７４４７０号公報
【０００５】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、室内空調や冷却貯蔵設備の庫内冷却が行われる店舗等において、冷凍システムの効率的且つ安定的な運転を可能とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の冷凍システムは、圧縮機、熱源側熱交換器及び利用側熱交換器等から構成され、この利用側熱交換器により室内空調を行う空調用冷媒回路と、圧縮機、凝縮器及び蒸発器等から構成され、この蒸発器により冷却貯蔵設備の庫内冷却を行う冷却貯蔵設備用冷媒回路と、空調用冷媒回路の低圧側と冷却貯蔵設備用冷媒回路の高圧側とを熱交換させるカスケード熱交換器とを備え、空調用冷媒回路の冷房運転時に、冷却貯蔵設備用冷媒回路の高圧側の冷媒を、凝縮器を介してカスケード熱交換器に流すと共に、空調用冷媒回路の暖房運転時には、冷却貯蔵設備用冷媒回路の高圧側の冷媒を、カスケード熱交換器に流した後、凝縮器に流すものである。
【０００７】
本発明によれば、圧縮機、熱源側熱交換器及び利用側熱交換器等から構成され、この利用側熱交換器により室内空調を行う空調用冷媒回路と、圧縮機、凝縮器及び蒸発器等から構成され、この蒸発器により冷却貯蔵設備の庫内冷却を行う冷却貯蔵設備用冷媒回路と、空調用冷媒回路の低圧側と冷却貯蔵設備用冷媒回路の高圧側とを熱交換させるカスケード熱交換器とを備えているので、空調用冷媒回路の低圧側冷媒によって冷却貯蔵設備用冷媒回路の高圧側冷媒の過冷却を図り、冷却貯蔵設備用冷媒回路の運転効率と能力改善を図ることが可能となる。
【０００８】
また、空調用冷媒回路の冷房運転時には、利用側熱交換器での冷媒の過冷却により能力が向上し、それにより空調用冷媒回路のＣＯＰの向上を図ることができると共に、空調用冷媒回路の暖房運転時には、カスケード熱交換器で冷却貯蔵設備用冷媒回路の高圧側冷媒の廃熱を回収し、空調用冷媒回路の利用側熱交換器に搬送することができるので、暖房能力の改善も図ることができるようになる。総じて、室内空調と冷却貯蔵設備の庫内冷却を行う冷凍システムの効率改善を図り、省エネ化を図ることが可能となる。
【０００９】
更に、空調用冷媒回路の暖房運転時には、冷却貯蔵設備用冷媒回路の高圧側の冷媒を、凝縮器より先にカスケード熱交換器に流すので、冷却貯蔵設備用冷媒回路の高圧側冷媒からの廃熱回収を効率的に行い、空調用冷媒回路の利用側熱交換器における暖房能力をより一層向上させることができるようになる。特に、この場合、高圧側の冷媒をカスケード熱交換器に流した後、凝縮器に流すので、空調用冷媒回路の暖房運転時に、冷却貯蔵設備用冷媒回路のカスケード熱交換器における冷媒の放熱量が過剰となる場合に、凝縮器にて当該過剰な熱量を放出させることができるようになり、安定した廃熱回収運転を実現することができるようになるものである。
【００１０】
請求項２の発明の冷凍システムは、上記において空調用冷媒回路の冷房運転時と暖房運転時において、冷却貯蔵設備用冷媒回路の凝縮器に流れる冷媒の方向を同一とする流路制御手段を設けたものである。
【００１１】
請求項３の発明の冷凍システムは、上記において流路制御手段を、二個の四方弁にて構成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明の冷凍システムは、上記各発明において冷却貯蔵設備用冷媒回路の凝縮器の下流側にレシーバータンクを設けたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明によれば、上記に加えて空調用冷媒回路の冷房運転時と暖房運転時において、冷却貯蔵設備用冷媒回路の凝縮器に流れる冷媒の方向を同一とする流路制御手段を設けたので、冷却貯蔵設備用冷媒回路内を流れる冷媒の圧力損失の発生を防止若しくは抑制して効率的な運転が可能となる。特に、請求項３の如く前記流路制御手段を二個の四方弁にて構成すれば、冷媒回路の構成を簡素化することができるようになる。更に、請求項４の発明の如く冷却貯蔵設備用冷媒回路の凝縮器の下流側にレシーバータンクを設ければ、過冷却時の熱損失を無くし、且つ、冷媒量の調整も行えるようになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明を適用した実施例の冷凍システム１（冷凍サイクル装置）の冷媒回路を含むシステム構成を説明する図である。実施例の冷凍システム１は、例えばコンビニエンスストアの室内２（店内）の空調と、そこに設置されている冷却貯蔵設備としての冷蔵ケース３、３や冷凍ケース４の庫内冷却を実現するものである。
【００１５】
尚、これら冷蔵ケース３、３，冷凍ケース４は前面や上面が開口するオープンショーケースの他、透明ガラス扉にて開口が開閉自在に閉塞されたショーケースであり、冷蔵ケース３の庫内は冷蔵温度（＋３℃〜＋１０℃）に冷却され、飲料やサンドイッチなどの冷蔵食品が陳列されると共に、冷凍ケース４の庫内は冷凍温度（−１０℃〜ー２０℃）に冷却され、冷凍食品やアイスクリームなどの冷菓が陳列されるものである。
【００１６】
この図において、６は空調用冷媒回路７を備える空気調和機（空調系統）であり、８は前記冷蔵ケース３、３や冷凍ケース４の庫内を冷却するための冷却貯蔵設備用冷媒回路９を備えた冷却装置（冷却貯蔵設備系統）である。空気調和機６は、室内２の天井などに設置された室内機１１、１１と、店外に設置された室外ユニット１２とから構成され、これらの間に渡って空調用冷媒回路７が配管構成されている。
【００１７】
この空調用冷媒回路７は、室外ユニット１２の外装ケース内に設置された二台の圧縮機（ロータリコンプレッサ）１３Ａ（インバータによる周波数制御運転）、１３Ｂ（定速運転）と、逆止弁５Ａ、５Ｂと、オイルセパレータ１０と、四方弁１４と、熱源側熱交換器１６と、膨張弁（電動膨張弁から成る減圧手段）１７、１８、１９と、カスケード熱交換器２１と、逆止弁２２、アキュムレータ２３等と、室内機１１側に設置された利用側熱交換器２７、２７から系統構成されている（空調系統）。
【００１８】
２６は温度や圧力に基づいて空気調和機６の室外ユニット１２側の機器を制御するための室外機コントローラ（空調系統制御手段を構成するコントローラであり、汎用のマイクロコンピュータにて構成される）であり、室外ユニット１２に設けられている。また、２４は熱源側熱交換器１６に外気を通風するための送風機であり、室外ユニット１２内の熱源側熱交換器１６に対応する位置に設けられている。２８は温度や圧力に基づいて空気調和機６の室内機１１側の機器を制御するための室内機コントローラ（空調系統制御手段を構成するコントローラであり、汎用のマイクロコンピュータで構成される）であり、室内機１１にそれぞれ設けられている（一方は図示せず）。また、１５、１５は利用側熱交換器２７、２７に室内２（店内）空気を通風するための送風機であり、室内機１１内の利用側熱交換器２７、２７にそれぞれ対応する位置に設けられている。
【００１９】
圧縮機１３Ａ及び１３Ｂは相互に並列接続されており、各圧縮機１３Ａ、１３Ｂの吐出側は逆止弁５Ａ、５Ｂをそれぞれ介して合流され、四方弁１４の一方の入口に接続されている（各逆止弁５Ａ、５Ｂは四方弁１４方向が順方向とされている）。また、四方弁１４の一方の出口は熱源側熱交換器１６の入口に接続されている。この熱源側熱交換器１６は多数の並列配管から成る流路抵抗の比較的小さい入口側１６Ａとこれらが少数の並列配管若しくは単数の配管に集約される出口側１６Ｂとで構成されている。そして、この熱源側熱交換器１６の出口側１６Ｂの出口は膨張弁１７を介して膨張弁１８の入口に接続され、膨張弁１８の出口は室内機１１に渡って分流し、各利用側熱交換器２７、２７の入口に接続されている。
【００２０】
各利用側熱交換器２７、２７の出口は合流した後、室外ユニット１２に渡り、四方弁１４の他方の入口に接続され、四方弁１４の他方の出口は逆止弁２２を介してアキュムレータ２３に接続されている。そして、このアキュムレータ２３の出口が圧縮機１３Ａ、１３Ｂの吸込側に接続されている。尚、逆止弁２２はアキュムレータ２３側が順方向とされている。
【００２１】
また、膨張弁１７と１８の間の配管は膨張弁１９の入口に接続され、膨張弁１９の出口はカスケード熱交換器２１の空調側通路２１Ａの入口に接続されている。このカスケード熱交換器２１の空調側通路２１Ａの出口はアキュムレータ２３を介して圧縮機１３Ａ、１３Ｂの吸込側に接続されている。
【００２２】
一方、冷却装置８は前記室外ユニット１２と室内２（店内）に設置された冷蔵ケース３、３及び冷凍ケース４との間に渡って冷却貯蔵設備用冷媒回路９が配管構成されている。この冷却貯蔵設備用冷媒回路９は、室外ユニット１２の外装ケース内に設置された第１の圧縮機（スクロールコンプレッサ）３７と、凝縮器（熱交換器）３８と、二つの四方弁３９、４１（この二つの四方弁により流路制御手段が構成される）と、逆止弁４２と、オイルセパレータ３１と、レシーバータンク３６等と、冷蔵ケース３、３に設置されて冷蔵ケース３、３の庫内をそれぞれ冷却する冷蔵用蒸発器４３、４３、膨張弁（電動膨張弁）４４、４４、電磁弁４６、４６、４７、逆止弁４８（冷却貯蔵設備系統の一部を構成する冷蔵系統）と、冷凍ケース４に設置されて冷凍ケース４の庫内を冷却する冷凍用蒸発器４９、膨張弁（電動膨張弁）５１、電磁弁５２、５３、第２の圧縮機（ロータリコンプレッサ）５４、逆止弁３０、及び、オイルセパレータ４５（冷却貯蔵設備系統の一部を構成する冷凍系統）等から構成されている。
【００２３】
３２は温度や圧力に基づいて冷却装置８の室外ユニット１２側の機器を制御する冷凍機コントローラ（冷却貯蔵設備系統制御手段を構成するコントローラであり、汎用のマイクロコンピュータで構成される）であり、室外ユニット１２に設けられている。また、３５は凝縮器３８に外気を通風するための送風機であり、室外ユニット１２の凝縮器３８に対応する位置に設けられている。また、５０は温度や圧力に基づいて冷蔵ケース３、３側の機器を制御する冷蔵ケースコントローラ（冷却貯蔵設備系統制御手段を構成するコントローラであり、汎用のマイクロコンピュータで構成される）であり、冷蔵ケース３、３にそれぞれ設けられている（一方は図示せず）。更に、５５は温度や圧力に基づいて冷凍ケース４側の機器を制御する冷凍ケースコントローラ（冷却貯蔵設備系統制御手段を構成するコントローラであり、汎用のマイクロコンピュータで構成される）であり、冷凍ケース４に設けられている。
【００２４】
また、２０、２０は冷蔵用蒸発器４３、４３に各冷蔵ケース３、３の庫内冷気を通風するための送風機であり、冷蔵ケース３、３内の各冷蔵用蒸発器４３、４３にそれぞれ対応する位置に設けられている。２５は冷凍用蒸発器４９に冷凍ケース４の庫内冷気を通風するための送風機であり、冷凍ケース４内の冷凍用蒸発器４９に対応する位置に設けられている。
【００２５】
圧縮機３７の吐出側はオイルセパレータ３１を介して四方弁３９の一方の入口に接続され、この四方弁３９の一方の出口が凝縮器３８の入口に接続されている。この凝縮器３８は多数の並列配管から成る流路抵抗の比較的小さい入口側３８Ａとこれらが少数の並列配管若しくは単数の配管に集約される出口側３８Ｂとで構成されている。そして、この凝縮器３８の出口側３８Ｂの出口はレシーバータンク３６の入口に接続され、このレシーバータンク３６の出口が四方弁４１の一方の入口に接続されている。即ち、レシーバータンク３６は凝縮器３８の冷媒下流側に接続されている。
【００２６】
そして、四方弁４１の一方の出口はカスケード熱交換器２１のケース側通路２１Ｂの入口に接続されている。尚、カスケード熱交換器２１は、内部に構成された空調側通路２１Ａとケース側通路２１Ｂをそれぞれ通過する冷媒を相互に熱交換させるものであり、これによって空調用冷媒回路７の低圧側と冷却貯蔵設備用冷媒回路９の高圧側とは熱的に結合される。
【００２７】
カスケード熱交換器２１のケース側通路２１Ｂの出口は、四方弁３９の他方の入口に接続されており、この四方弁３９の他方の出口は四方弁４１の他方の入口に接続されている。そして、この四方弁４１の他方の出口は室外ユニット１２から出て室内２（店内）に入り分岐する。分岐した一方の配管は更に分岐し、その分岐した一方は電磁弁４７、４６を順次介して膨張弁４４の入口に接続され、膨張弁４４の出口は一方の冷蔵用蒸発器４３の入口に接続されている。他方は電磁弁４６を介して膨張弁４４の入口に接続され、膨張弁４４の出口は他方の冷蔵用蒸発器４３の入口に接続されている。
【００２８】
室内２（店内）に入って分岐した他方の配管は、電磁弁５２を介して膨張弁５１の入口に接続され、膨張弁５１の出口は冷凍用蒸発器４９の入口に接続されている。尚、電磁弁５３は電磁弁５２と膨張弁５１の直列回路に並列に接続されている。
【００２９】
冷凍用蒸発器４９の出口は、逆止弁３０を介して圧縮機５４の吸込側に接続されている（逆止弁３０は圧縮機５４側が順方向）。この圧縮機５４は圧縮機３７よりも出力の小さい圧縮機であり、その吐出側はオイルセパレータ４５を介して圧縮機３７の吸込側に接続されている。即ち、圧縮機３７と圧縮機５４は冷媒回路上直列に接続される。尚、冷蔵用蒸発器４３、４３の出口は合流した後、圧縮機５４の吐出側のオイルセパレータ４５の出口側に接続されている。また、逆止弁４８は圧縮機５４の逆止弁３０手前と電磁弁４６、４７間に接続され、電磁弁４６、４７方向が順方向とされている。更に、逆止弁４２は圧縮機３７の吸込側とオイルセパレータ３１を出た配管の間に接続され、オイルセパレータ３１方向が順方向とされている。そして、冷媒回路７、９内には例えばＲ−４１０、Ｒ−４０４Ａ等の冷媒が所定量封入される。
【００３０】
以上の構成で本発明の冷凍システム１の動作を説明する。尚、前記圧縮機３７と１３Ａはインバータ制御され、圧縮機１３Ｂと圧縮機５４は定速で運転されるものとする。また、冷凍システム１全体の動作は汎用マイクロコンピュータから構成された主コントローラ（主制御手段）５６により制御される。
【００３１】
ここで、主コントローラ５６は前記室外機コントローラ２６、室内機コントローラ２８、冷凍機コントローラ３２、冷蔵ケースコントローラ５０、及び、冷凍ケースコントローラ５５とデータ通信可能に接続されており、各コントローラから現在の運転状態に関するデータを受信して収集する。そして、受信データに基づき、後述するその時点での最適な運転パターンを決定し、この最適運転パターンに関するデータ及び各機器の運転データを室外機コントローラ２６、室内機コントローラ２８、冷凍機コントローラ３２、冷蔵ケースコントローラ５０、及び、冷凍ケースコントローラ５５に送信する。室外機コントローラ２６、室内機コントローラ２８、冷凍機コントローラ３２、冷蔵ケースコントローラ５０、及び、冷凍ケースコントローラ５５は主コントローラ５６から受信した最適運転パターンに関するデータ及び各機器の運転データに基づいて後述する制御動作を実行する。
【００３２】
（１）最適運転パターン１：空気調和機の冷房運転（図１）
先ず、夏場等に主コントローラ５６が空気調和機６の冷房運転が最適であると判断した場合、最適運転パターン１に関するデータが室外機コントローラ２６、室内機コントローラ２８、冷凍機コントローラ３２、冷蔵ケースコントローラ５０、及び、冷凍ケースコントローラ５５に送信される。
【００３３】
受信データに基づき、室外機コントローラ２６は四方弁１４の前記一方の入口を一方の出口に、他方の入口を他方の出口に連通させる。また、膨張弁１７を全開とする。そして、圧縮機１３Ａ、１３Ｂを運転する。尚、室外機コントローラ２６は圧縮機１３Ａの運転周波数を調整して能力制御するものとする。
【００３４】
圧縮機１３Ａ、１３Ｂが運転されると、圧縮機１３Ａ、１３Ｂの吐出側から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁１４を経て熱源側熱交換器１６の入口側１６Ａに入る。この熱源側熱交換器１６には送風機２４により外気が通風されており、冷媒はここで放熱し、凝縮液化する。即ち、この場合熱源側熱交換器１６は凝縮器として機能する。この液冷媒は熱源側熱交換器１６の入口側１６Ａから出口側１６Ｂを経て当該出口側１６Ｂから出る。そして、膨張弁１７を通過した後、分岐する。分岐した一方は膨張弁１８に至り、そこで絞られて低圧とされた後（減圧）、各利用側熱交換器２７、２７に分岐して流入し、そこで蒸発する。
【００３５】
この利用側熱交換器２７、２７には送風機１５、１５により室内２（店内）の空気が通風されており、冷媒の蒸発による吸熱作用で室内２の空気は冷却される。これにより、室内２（店内）の冷房が行われる。利用側熱交換器２７、２７を出た低温のガス冷媒は合流した後、四方弁１４の他方の入口から他方の出口へと通過し、逆止弁２２、アキュムレータ２３を順次経て圧縮機１３Ａ、１３Ｂの吸込側に吸い込まれる循環を繰り返す。室内機コントローラ２８は利用側熱交換器２７、２７の温度やそこに吸い込まれる空気温度に基づき、室内２（店内）の温度を設定温度とするよう利用側熱交換器２７、２７に通風する送風機１５、１５を制御する。室内機コントローラ２８からの情報は主コントローラ５６に送信されており、室外機コントローラ２６はこの情報に基づいて圧縮機１３Ａ、１３Ｂの運転を制御する。
【００３６】
膨張弁１７を通過して分岐した冷媒の他方は膨張弁１９に至り、そこで絞られて低圧とされた後（減圧）、カスケード熱交換器２１の空調側通路２１Ａに流入し、そこで蒸発する。係る空調用冷媒回路７の冷媒の蒸発による吸熱作用でカスケード熱交換器２１は冷却され、低温となる。カスケード熱交換器２１を出た低温のガス冷媒はアキュムレータ２３を経て圧縮機１３Ａ、１３Ｂの吸込側に吸い込まれる循環を繰り返す。
【００３７】
室外機コントローラ２６は利用側熱交換器２７、２７の出入口の冷媒温度、或いは、利用側熱交換器２７、２７の温度と、カスケード熱交換器２１の出入口の冷媒温度、或いは、カスケード熱交換器２１の温度に基づいて適正な過熱度となるように膨張弁１８及び１９の弁開度を調整する。
【００３８】
一方、冷凍機コントローラ３２は冷却装置８の冷却貯蔵設備用冷媒回路９の四方弁３９の前記一方の入口を一方の出口に連通させ、他方の入口を他方の出口に連通させる。また、四方弁４１の前記一方の入口を一方の出口に連通させ、他方の入口を他方の出口に連通させる。そして、圧縮機３７及び圧縮機５４を運転する。圧縮機３７から吐出された高温高圧のガス冷媒は、オイルセパレータ３１にてオイルを分離された後、四方弁３９を経て凝縮器３８の入口側３８Ａに入る。この凝縮器３８にも送風機３５により外気が通風されており、凝縮器３８に流入した冷媒はそこで放熱し、凝縮していく。
【００３９】
この凝縮器３８の入口側３８Ａを通過した冷媒は出口側３８Ｂに至り、そこから出ていく。凝縮器３８から出た冷媒はレシーバータンク３６の入口側から当該レシーバータンク３６内に入り、そこに一旦貯留されて気／液が分離される。分離された液冷媒はレシーバータンク３６の出口から出て四方弁４１を通過した後、カスケード熱交換器２１のケース側通路２１Ｂに入る。このケース側通路２１Ｂに入った冷却貯蔵設備用冷媒回路９の冷媒は、前述の如き空調用冷媒回路７の冷媒の蒸発によって低温となっているカスケード熱交換器２１によって冷却され、更に過冷却状態が増す。尚、前述の如く凝縮器３８の直後にレシーバータンク３６を配置しているので、過冷却時の熱損失を無くすことができるようになると共に、冷媒量の調整も行えるようになる。
【００４０】
このカスケード熱交換器２１にて過冷却された冷媒は四方弁３９、四方弁４１を順次通過した後に分岐し、一方は更に分岐して一方は電磁弁４７、４６を順次通過して膨張弁４４に至り、そこで絞られた後（減圧）、一方の冷蔵用蒸発器４３に流入し、そこで蒸発する。また、分岐した他方は電磁弁４６を通過して膨張弁４４に至り、そこで絞られた後（減圧）、他方の冷蔵用蒸発器４３に流入し、そこで蒸発する。各冷蔵用蒸発器４３、４３には送風機２０、２０により冷蔵ケース３、３の庫内空気がそれぞれ通風・循環されており、冷媒の蒸発による吸熱作用で各庫内空気は冷却される。これにより、冷蔵ケース３、３の庫内冷却が行われる。冷蔵用蒸発器４３、４３を出た低温のガス冷媒は合流した後、圧縮機５４のオイルセパレータ４５の出口側に至る。
【００４１】
カスケード熱交換器２１を出て分岐した冷媒の他方は電磁弁５２を通過して膨張弁５１に至り、そこで絞られた後（減圧）、冷凍用蒸発器４９に流入し、そこで蒸発する。この冷凍用蒸発器４９にも送風機２５により冷凍ケース４の庫内空気が通風・循環されており、冷媒の蒸発による吸熱作用で庫内空気は冷却される。これにより、冷凍ケース４の庫内冷却が行われる。
【００４２】
冷凍用蒸発器４９を出た低温のガス冷媒は逆止弁３０を経て圧縮機５４に至り、そこで、圧縮されて冷蔵用蒸発器４３、４３の出口側の圧力（冷蔵系統の低圧側圧力）まで昇圧された後、圧縮機５４から吐出され、オイルセパレータ４５でオイルを分離された後、冷蔵用蒸発器４３、４３からの冷媒と合流する。この合流した冷媒は圧縮機３７の吸込側に吸い込まれる循環を繰り返す。
【００４３】
冷蔵ケースコントローラ５０は冷蔵ケース３、３の庫内温度若しくは冷蔵用蒸発器４３、４３を経た吐出冷気温度或いは冷蔵用蒸発器４３、４３への吸込冷気温度と、冷蔵ケースコントローラ５０は冷蔵用蒸発器４３の出口側の冷媒温度、或いは、冷蔵用蒸発器４３の温度とに基づいて各膨張弁４４、４４の弁開度をそれぞれ制御する。これにより、冷蔵ケース３、３の庫内を前述した冷蔵温度に冷却維持しながら、適正な過熱度（過熱度一定）とする。
【００４４】
また、冷凍ケースコントローラ５５は冷凍ケース４の庫内温度若しくは冷凍用蒸発器４９を経た吐出冷気温度或いは冷凍用蒸発器４９への吸込冷気温度と、冷凍ケースコントローラ５５は冷凍用蒸発器４９の出口側の冷媒温度、或いは、冷凍用蒸発器４９の温度とに基づいて膨張弁５１の弁開度を制御する。これにより、冷凍ケース４の庫内を前述した冷凍温度に冷却維持しながら、適正な過熱度（過熱度一定）とする。
【００４５】
圧縮機３７の運転周波数は吸込側の圧力（冷却貯蔵設備用冷媒回路９の低圧圧力）に基づいて制御される。そして、各膨張弁４４、４４、５１の全てが全閉となった場合には停止されると共に、何れかが開放されているときは運転される。
【００４６】
このように、カスケード熱交換器２１の空調側通路２１Ａを流れる空調用冷媒回路７の低圧側冷媒によって冷却貯蔵設備用冷媒回路９の高圧側冷媒を過冷却することができるので、冷蔵ケース３、３や冷凍ケース４の蒸発器４３、４３、４９における冷却能力と冷却貯蔵設備用冷媒回路９の運転効率が改善される。また、空気調和機６の空調用冷媒回路７の利用側熱交換器２７での冷媒の過冷却により能力が向上し、その結果空調用冷媒回路７のＣＯＰの向上も図ることができる。尚、この場合、冷却貯蔵設備用冷媒回路９の高圧側の冷媒は、凝縮器３８を介してカスケード熱交換器２１のケース側通路２１Ｂに流すので、空調用冷媒回路７の過熱度も適正範囲に維持できる。
【００４７】
また、冷却貯蔵設備用冷媒回路９の冷凍用蒸発器４９から出た冷媒の圧力は、その蒸発温度が低くなることから冷蔵用蒸発器４３、４３を出た冷媒より低くなるが、冷蔵用蒸発器４３、４３から出た冷媒と合流させる以前に圧縮機５４により圧縮されて昇圧されるので、冷蔵ケース３、３と冷凍ケース４の庫内を各蒸発器４３、４３、４９によりそれぞれ円滑に冷却しながら、冷却貯蔵設備用冷媒回路９の圧縮機３７に吸い込まれる冷媒の圧力を調整して支障無く運転を行うことができるようになる。
【００４８】
（２）最適運転パターン２：空気調和機の暖房運転（図２）
次に、冬場等の空気調和機６の暖房運転について図２を用いて説明する。主コントローラ５６が空気調和機６の暖房運転が最適であると判断した場合、最適運転パターン２に関するデータが室外機コントローラ２６、室内機コントローラ２８、冷凍機コントローラ３２、冷蔵ケースコントローラ５０、及び、冷凍ケースコントローラ５５に送信される。
【００４９】
受信データに基づき、室外機コントローラ２６は四方弁１４の一方の入口を他方の出口に、他方の入口を一方の出口に連通させるように切り換える。また、膨張弁１７は全閉、膨張弁１８は全開とされる。そして、圧縮機１３Ａ、１３Ｂを運転する。圧縮機１３Ａ、１３Ｂが運転されると、圧縮機１３Ａ、１３Ｂの吐出側から吐出された高温高圧のガス冷媒は、オイルセパレータ１０から四方弁１４を経て利用側熱交換器２７、２７に入る。この利用側熱交換器２７、２７には前述の如く送風機１５、１５により室内２（店内）の空気が通風されており、冷媒はここで放熱し、室内２の空気を加熱する一方自らは凝縮液化する。これにより、室内２（店内）の暖房が行われる。
【００５０】
利用側熱交換器２７、２７で液化した冷媒は利用側熱交換器２７、２７から出て膨張弁１８を通り、膨張弁１９に至り、そこで絞られて低圧とされた後（減圧）、カスケード熱交換器２１の空調側通路２１Ａに流入し、そこで蒸発して吸熱した後、アキュムレータ２３を経て圧縮機１３Ａ、１３Ｂの吸込側に吸い込まれる循環を繰り返す。
【００５１】
室外機コントローラ２６は、カスケード熱交換器２１の出入口の冷媒温度、或いは、カスケード熱交換器２１の温度に基づいて適正な過熱度となるように膨張弁１９の弁開度を調整する。また、室内機コントローラ２８は利用側熱交換器２７の温度やそこに吸い込まれる空気温度に基づき、室内２（店内）の温度を設定温度とするよう利用側熱交換器２７、２７に通風する送風機１５、１５を制御する。また、前述同様に室外機コントローラ２６により圧縮機１３Ａ、１３Ｂの運転が制御される。
【００５２】
一方、冷凍機コントローラ３２は冷却装置８の冷却貯蔵設備用冷媒回路９の四方弁３９の前記一方の入口を他方の出口に、他方の入口を一方の出口に連通させるように切り換えると共に、四方弁４１の前記一方の入口を他方の出口に、他方の入口を一方の出口に連通させるように切り換える。尚、他の電磁弁等は前述した冷房運転時と同様である。即ち、電磁弁４６、４６、４７、５２を開き、圧縮機３７及び５４を運転する。
【００５３】
これにより、圧縮機３７から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁３９、４１を順次通過して先ずカスケード熱交換器２１のケース側通路２１Ｂに入る。即ち、圧縮機３７から吐出された高温高圧のガス冷媒は凝縮器３８に行く前に、直接カスケード熱交換器２１のケース側通路２１Ｂに供給される。このケース側通路２１Ｂに入った冷却貯蔵設備用冷媒回路９の冷媒は、カスケード熱交換器２１において放熱するので、前述の如く空調側通路２１Ａで蒸発する空調用冷媒回路７の冷媒によって冷却され、熱量を受け渡す。これにより、空調用冷媒回路７の冷媒は冷却貯蔵設備用冷媒回路９の冷媒の廃熱を汲み上げることになる。
【００５４】
このカスケード熱交換器２１のケース側通路２１Ｂを通過した冷媒は、次に四方弁３９を経て凝縮器３８の入口側３８Ａに入る。この凝縮器３８にも送風機３５により外気が通風されており、凝縮器３８に流入した冷媒はそこで放熱し、凝縮していく。
【００５５】
この凝縮器３８の入口側３８Ａを通過した冷媒は出口側３８Ｂに至り、そこから出ていく。凝縮器３８から出た冷媒はレシーバータンク３６の入口側から当該レシーバータンク３６内に入り、そこに一旦貯留されて気／液が分離される。分離された液冷媒はレシーバータンク３６の出口から出て四方弁４１を通過した後に分岐し、前述同様に電磁弁４６、４７、５２に向かうことになる。
【００５６】
このような運転により、空気調和機６の空調用冷媒回路７の暖房運転時には、カスケード熱交換器２１で冷却貯蔵設備用冷媒回路９の高圧側冷媒の廃熱を回収して空調用冷媒回路７の利用側熱交換器２７、２７に搬送することができるようになる。これにより、空気調和機６の暖房能力の改善を図ることができるようになり、総じて、室内空調と冷蔵ケース３、３、冷凍ケース４の庫内冷却を行う冷凍システム１の効率改善を図り、省エネ化を図ることが可能となる。
【００５７】
特にこの場合、冷却貯蔵設備用冷媒回路９の高圧側の冷媒を、凝縮器３８より先にカスケード熱交換器２１に流すので、冷却貯蔵設備用冷媒回路９の高圧側冷媒からの廃熱回収を効率的に行い、空調用冷媒回路７の利用側熱交換器２７、２７における暖房能力をより一層向上させることができるようになる。
【００５８】
ここで、店内２が比較的暖かいなど空気調和機６が軽負荷となると、室外機コントローラ２６は膨張弁１９の弁開度を絞って冷媒流量を低減させていくようになるので、カスケード熱交換器２１における冷却貯蔵設備用冷媒回路９の冷媒の放熱量が過剰となってくるが、本発明では冷却貯蔵設備用冷媒回路９の高圧側の冷媒をカスケード熱交換器２１に流した後、凝縮器３８に流すようにしているので、空調用冷媒回路７の暖房運転時において冷却貯蔵設備用冷媒回路９のカスケード熱交換器２１における冷媒の放熱量が過剰となった場合には、凝縮器３８にて当該過剰な熱量が放出される。これにより、安定した廃熱回収運転を実現することができるようになる。
【００５９】
また、上述した如く四方弁３９及び４１を用いて流路を切り換え、空調用冷媒回路７の冷房運転時と暖房運転時において、冷却貯蔵設備用冷媒回路９の凝縮器３８及びその出口に接続されたレシーバータンク３６に流れる冷媒の流通方向を同一としている。これにより、冷房運転時と暖房運転時とで凝縮器３８やレシーバータンク３６内の冷媒の流れが反対となる場合に比して冷却貯蔵設備用冷媒回路９内を流れる冷媒の圧力損失の発生を防止若しくは抑制することができるようになり、効率的な運転が可能となる。特に、二個の四方弁３９、４１にて流路を切り換えているので冷却貯蔵設備用冷媒回路９の構成を簡素化することができるようになる。
【００６０】
（３）最適運転パターン３：空気調和機の暖房運転時の冷却装置のカスケード熱交換器における放熱を殆ど必要としない時の制御（図３）
ここで、上述の如き空気調和機６の暖房運転時に、室内（店内）空気の負荷が一層小さくなり、暖房能力が過大となると、室外機コントローラ２６は室内温度の情報に基づいて圧縮機１３Ｂの運転周波数を低下させ、暖房能力を低下させていく。一方、このような制御を行い、且つ、上述のように凝縮器３８にて過剰な熱量が放出されたとしても、冷却装置８の冷却貯蔵設備用冷媒回路９のカスケード熱交換器２１における放熱が殆ど必要とされない状況となると、図２の回路のままでは空気調和機６の暖房能力が過剰となる。
【００６１】
係る場合には、冷凍機コントローラ３２は図２から図３の状態に各四方弁３９、４１を切り換える。即ち、この場合冷凍機コントローラ３２は四方弁３９の前記一方の入口を一方の出口に、他方の入口を他方の出口に連通させるように切り換える。また、四方弁４１の前記一方の入口を一方の出口に、他方の入口を他方の出口に連通させるように切り換える。
【００６２】
これにより、圧縮機３７から吐出された高温高圧の冷媒は、図１の場合と同様に凝縮器３８を通過して放熱してからカスケード熱交換器２１に流れるようになるので、空調用冷媒回路７の冷媒がカスケード熱交換器２１にて過剰に加熱される不都合を回避することができるようになる。
【００６３】
尚、実施例ではコンビニエンスストアを例にあげて本発明を説明したが、それに限らず、室内の空調と冷却貯蔵設備の冷却を行う種々の冷凍システムに本発明は有効である。更に、実施例で示した各設定値や配管構成はそれに限定されるものでは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、圧縮機、熱源側熱交換器及び利用側熱交換器等から構成され、この利用側熱交換器により室内空調を行う空調用冷媒回路と、圧縮機、凝縮器及び蒸発器等から構成され、この蒸発器により冷却貯蔵設備の庫内冷却を行う冷却貯蔵設備用冷媒回路と、空調用冷媒回路の低圧側と冷却貯蔵設備用冷媒回路の高圧側とを熱交換させるカスケード熱交換器とを備えているので、空調用冷媒回路の低圧側冷媒によって冷却貯蔵設備用冷媒回路の高圧側冷媒の過冷却を図り、冷却貯蔵設備用冷媒回路の運転効率と能力改善を図ることが可能となる。
【００６５】
また、空調用冷媒回路の冷房運転時には、利用側熱交換器での冷媒の過冷却により能力が向上し、それにより空調用冷媒回路のＣＯＰの向上を図ることができると共に、空調用冷媒回路の暖房運転時には、カスケード熱交換器で冷却貯蔵設備用冷媒回路の高圧側冷媒の廃熱を回収し、空調用冷媒回路の利用側熱交換器に搬送することができるので、暖房能力の改善も図ることができるようになる。総じて、室内空調と冷却貯蔵設備の庫内冷却を行う冷凍システムの効率改善を図り、省エネ化を図ることが可能となる。
【００６６】
更に、空調用冷媒回路の暖房運転時には、冷却貯蔵設備用冷媒回路の高圧側の冷媒を、凝縮器より先にカスケード熱交換器に流すので、冷却貯蔵設備用冷媒回路の高圧側冷媒からの廃熱回収を効率的に行い、空調用冷媒回路の利用側熱交換器における暖房能力をより一層向上させることができるようになる。特に、この場合、高圧側の冷媒をカスケード熱交換器に流した後、凝縮器に流すので、空調用冷媒回路の暖房運転時に、冷却貯蔵設備用冷媒回路のカスケード熱交換器における冷媒の放熱量が過剰となる場合に、凝縮器にて当該過剰な熱量を放出させることができるようになり、安定した廃熱回収運転を実現することができるようになるものである。
【００６７】
請求項２の発明によれば、上記に加えて空調用冷媒回路の冷房運転時と暖房運転時において、冷却貯蔵設備用冷媒回路の凝縮器に流れる冷媒の方向を同一とする流路制御手段を設けたので、冷却貯蔵設備用冷媒回路内を流れる冷媒の圧力損失の発生を防止若しくは抑制して効率的な運転が可能となる。特に、請求項３の如く前記流路制御手段を二個の四方弁にて構成すれば、冷媒回路の構成を簡素化することができるようになる。更に、請求項４の発明の如く冷却貯蔵設備用冷媒回路の凝縮器の下流側にレシーバータンクを設ければ、過冷却時の熱損失を無くし、且つ、冷媒量の調整も行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した実施例の冷凍システムの冷媒回路を含むシステム構成を説明する図である（空気調和機の冷房運転時）。
【図２】本発明を適用した実施例の冷凍システムの空気調和機の暖房運転を説明する図である。
【図３】本発明を適用した実施例の冷凍システムの空気調和機の暖房運転時の冷却装置のカスケード熱交換器における放熱を殆ど必要としない場合の運転を説明する図である。
【符号の説明】
１ 冷凍システム
３ 冷蔵ケース
４ 冷凍ケース
６ 空気調和機
７ 空調用冷媒回路
８ 冷却装置
９ 冷却貯蔵設備用冷媒回路
１３Ａ、１３Ｂ、３７、５４ 圧縮機
１４ 四方弁
１６ 熱源側熱交換器
２１ カスケード熱交換器
２８ 利用側熱交換器
３８ 凝縮器
３９、４１ 四方弁（流路制御手段）
４３ 冷蔵用蒸発器
４９ 冷凍用蒸発器

Claims (4)

1. 圧縮機、熱源側熱交換器及び利用側熱交換器等から構成され、該利用側熱交換器により室内空調を行う空調用冷媒回路と、
   圧縮機、凝縮器及び蒸発器等から構成され、該蒸発器により冷却貯蔵設備の庫内冷却を行う冷却貯蔵設備用冷媒回路と、前記空調用冷媒回路の低圧側と前記冷却貯蔵設備用冷媒回路の高圧側とを熱交換させるカスケード熱交換器とを備え、前記空調用冷媒回路の冷房運転時に、前記冷却貯蔵設備用冷媒回路の高圧側の冷媒を、前記凝縮器を介して前記カスケード熱交換器に流すと共に、前記空調用冷媒回路の暖房運転時には、前記冷却貯蔵設備用冷媒回路の高圧側の冷媒を、前記カスケード熱交換器に流した後、前記凝縮器に流すことを特徴とする冷凍システム。
2. 前記空調用冷媒回路の冷房運転時と暖房運転時において、前記冷却貯蔵設備用冷媒回路の凝縮器に流れる冷媒の方向を同一とする流路制御手段を設けたことを特徴とする請求項１の冷凍システム。
3. 前記流路制御手段を、二個の四方弁にて構成したことを特徴とする請求項２の冷凍システム。
4. 前記冷却貯蔵設備用冷媒回路の凝縮器の下流側にレシーバータンクを設けたことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３の冷凍システム。

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