以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳述する。図1は本発明の実施形態に係る冷凍システム1の冷媒回路を含むシステム構成を示す図である。この冷凍システム1は、例えばコンビニエンスストアなどの店舗に適用され、店舗内2の空調と、店舗内2に設置される貯蔵設備(被冷却設備)としての冷蔵ケース3や冷凍ケース4の庫内冷却とを実現するものである。なお、冷蔵ケース3は、庫内が冷蔵温度(+3℃〜+10℃)に冷却され、飲料や冷蔵食品などが陳列されるケースであり、冷凍ケース4は、庫内が冷凍温度(−30℃〜−10℃)に冷却され、冷凍食品や冷菓などが陳列されるケースである。
この冷凍システム1は、店舗内2の空調を行う空調系統部6と、店舗内2の冷蔵ケース3や冷凍ケース4の庫内冷却を行う冷却系統部8とを備えている。空調系統部6は、店舗内2に設置された複数の室内ユニット11と、店舗外に設置された室外ユニット12と、これらのユニット11、12の間に渡って設けられた空調用冷媒回路7とを備えている。
この空調用冷媒回路7は、室内ユニット11内に設置された利用側熱交換器27と、室外ユニット12内に設置された熱源側熱交換器16及び圧縮ユニット13としての圧縮機13A及び13Bにより冷凍サイクルを行うものである。
詳述すると、圧縮機13Aはインバータ圧縮機であり、圧縮機13Bは定速制御用の圧縮機である。これら圧縮機13A、13Bは、並列接続されて各圧縮機13A及び13Bの吐出側が逆止弁5A、5Bを介して合流され、四方弁の一方の入口に接続される。また、四方弁14の一方の出口は、熱源側熱交換器16の入口に接続される。この熱源側熱交換器16は、多数の並列配管からな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及び膨張弁18を介して分流された後、室内ユニット11の各利用側熱交換器27の入口に接続される。
各利用側熱交換器27の出口は、合流された後、室外ユニット12内の四方弁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、これにより、圧縮ユニット13から吐出された冷媒は熱源側熱交換器16及び利用側熱交換器27を経由して圧縮ユニット13に戻される。
また、この空調用冷媒回路7においては、膨張弁(第1の膨張弁)17と膨張弁18との間の冷媒管が分岐され、この分岐管が膨張弁(第2の膨張弁)19を介してカスケード熱交換器21に接続される。このカスケード熱交換器21は、複数の伝熱プレートを積層して、各伝熱プレート管に2種類の冷媒が流通する冷媒通路21A、21Bを交互に形成し、隣接する冷媒通路21A、21Bを2種類の冷媒が流通する間に伝熱プレートを介して熱交換が行われるプレート式熱交換器が適用される。このカスケード熱交換器21は、一方の冷媒通路21Aの入口が膨張弁(電動弁)19に接続され、その出口がアキュムレータ23の入口に接続される。これにより、膨張弁19により低圧とされた冷媒はカスケード熱交換器21に供給された後、圧縮ユニット13に戻されるようになっている。
すなわち、この冷凍システム1においては、冷媒循環経路として、利用側熱交換器27を経由する経路αと、カスケード熱交換器21を経由する経路βとが形成されるようになっている。
室外側空調コントローラ26は、汎用のマイクロコンピュータで構成され、外気温や冷媒圧力に基づいて室外ユニット12側の空調系統部6の機器を制御するものである。また、室内側空調コントローラ28は、汎用のマイクロコンピュータで構成され、リモートコントローラ(不図示)から送信されて受信部(不図示)を介して入力したユーザ指示に基づいて室内ユニット11側の機器を制御したり、室外側空調コントローラ26にユーザ指示に応じた情報などをデータ通信するものである。また、送風機24は、熱源側熱交換器16に外気を送風する送風機であり、送風機15は、利用側熱交換器27に室内空気を送る送風機である。
一方、冷却系統部8は、貯蔵設備としての冷蔵ケース3や冷凍ケース4と、室外ユニット12との間に渡って設けられた冷却用冷媒回路9とを備えている。この冷却用冷媒回路9は、冷蔵ケース3に設けられた冷蔵用蒸発器43、室外ユニット12内に設置された凝縮器(熱交換器)38及び圧縮ユニットとしての圧縮機37及び圧縮機54により冷凍サイクルを行うものである。
詳述すると、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の入口に接続される。この凝縮器38は、多数の並列配管からな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る。すなわち、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る。
四方弁41の一方の出口は、カスケード熱交換器21の他方の冷媒通路21Bの入口に接続される。また、カスケード熱交換器21の冷媒通路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る。そして、この四方弁41の他方の出口は、3つに分岐されて、第1の分岐管が電磁弁47、46及び膨張弁44を順次介して一方の冷蔵用蒸発器43の入口に接続され、第2の分岐管が電磁弁46及び膨張弁44を順次介して他方の冷蔵用蒸発器43の入口に接続され、第3の分岐管が電磁弁52及び膨張弁51を介して冷凍用蒸発器49の入口に接続される。なお、この電磁弁52と膨張弁51の直列回路と並列に電磁弁53が接続されている。
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ると共に、冷蔵用蒸発器43側の電磁弁46と47との間に逆止弁48を介して接続される。この圧縮機54は、圧縮機37よりも小出力の圧縮機であり、その吐出側がオイルセパレータ45を介して圧縮機37の吸込側に接続される。すなわち、圧縮機37と圧縮機54は冷媒回路上直列に接続される。また、オイルセパレータ45と圧縮機37との間には、各冷蔵用蒸発器43の出口が合流された後に接続される。また、圧縮機37の吸込側は、逆止弁42を介してオイルセパレータ31の出口に接続される。
室外側冷却コントローラ32は、汎用のマイクロコンピュータで構成され、外気温や冷媒圧力に基づいて室外ユニット12側の冷却系統部8の機器を制御するものである。また、室内側冷蔵コントローラ50は、汎用のマイクロコンピュータで構成され、冷蔵用貯蔵設備(冷蔵ケース3)の庫内温度に基づいて冷却系統部8の機器を制御するものである。また、室内側冷凍コントローラ55は、汎用のマイクロコンピュータで構成され、冷凍用貯蔵設備(冷凍ケース4)の庫内温度に基づいて冷却系統部8の機器を制御するものである。また、送風機35は、凝縮器38に外気を送風する送風機であり、送風機20は、凝縮器38に冷蔵ケース3の庫内空気を送る送風機であり、送風機25は、冷凍用蒸発器49に冷凍ケース4の庫内空気を送る送風機である。
また、この冷凍システム1は、主コントローラ56を有している。主コントローラ56は、汎用のマイクロコンピュータで構成され、室外側空調コントローラ26、室内側空調コントローラ28、室外側冷却コントローラ32、室内側冷蔵コントローラ50及び室内側冷凍コントローラ55とデータ通信することにより、冷凍システム1全体の制御を行うものである。なお、この冷凍システム1においては、空調用冷媒回路7と冷却用冷媒回路9とでは異なる冷媒が用いられ、例えば、空調用冷媒回路7にはR410Aが用いられ、冷却用冷媒回路9にはR410Aより沸点が高いR404Aが用いられる。このように、この冷凍システム1は、各冷媒回路に最適な冷媒をそれぞれ用いることができるので、回路設計の自由度を高くすることができる。
次に、冷凍システム1の動作を説明する。
この冷凍システム1において、空調系統部6は、室外側空調コントローラ26及び室内側空調コントローラ28により、空調負荷、つまり、リモートコントローラを介して指示された設定温度と店舗内の温度(室内温度)との差に応じて冷房運転又は暖房運転を行い、室内温度が設定温度になるように空調する。また、冷却系統部8は、室外側冷却コントローラ32、室内側冷蔵コントローラ50及び室内側冷凍コントローラ55の制御の下、冷蔵ケース3の庫内温度を予め設定された冷蔵温度にすると共に、冷凍ケース4の庫内温度を予め設定された冷凍温度にする。
詳述すると、この冷凍システム1において、主コントローラ56は、各コントローラ26、28、32、50、55とデータ通信することで、空調系統部6と冷却系統部8の現在の運転状態に関するデータを受信し、受信したデータに基づき、後述するその時点で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各コントローラ26、28,32、50、55に送信する。そして、各コントローラ26、28、32、50、55が、主コントローラ56から受信したデータに基づいて後述する制御動作を実行する。
まず、室内側空調コントローラ28は、空調系統部6の冷房運転が最適であると判断した場合、冷房運転を行うべく、室外側空調コントローラ26及び主コントローラ56へ所定のデータを送信すると共に、このデータを受信した主コントローラ56は、これらのデータを室外側冷却コントローラ32、室内側冷蔵コントローラ50及び室内側冷凍コントローラ55へ送信する。
室外側冷却コントローラ32は、受信データに基づき、冷却系統部8の冷却用冷媒回路9の四方弁39の一方の入口(オイルセパレータ31との接続口)を一方の出口(凝縮器38との接続口)に連通させ、他方の入口(カスケード熱交換器21との接続口)を他方の出口(四方弁41との接続口)に連通させると共に、四方弁41の一方の入口(四方弁39との接続口)を一方の出口(冷蔵用蒸発器43及び冷凍用蒸発器49(電磁弁46、47、52)との接続口)に連通させ、他方の入口(レシーバータンク36との接続口)を他方の出口(カスケード熱交換器21との接続口)に連通させる。そして、室外側冷却コントローラ32は、圧縮機37及び54を運転する。
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、オイルセパレータ31にてオイルが分離された後、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には送風機35により外気が通風されており、凝縮器38に流入した冷媒はここで放熱し、凝縮する。この凝縮器38から出た冷媒は、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の冷媒通路21Bに入る。
この冷媒通路21Bを通過した冷媒は、四方弁39、41を順次通過した後に分岐され、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により絞られた後(減圧)、一方の冷蔵用蒸発器43に供給され、そこで蒸発し、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には送風機20により冷蔵ケース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の庫内冷却が行われる。これら冷蔵用蒸発器43を出た低温のガス冷媒は合流された後、圧縮機54のオイルセパレータ45の出口側に至る。
また、四方弁39、41を順次通過した後に分岐された他方の冷媒は、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に供給され、そこで蒸発する。この冷凍用蒸発器49には送風機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。
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。
室内側冷蔵コントローラ50は、冷蔵ケース3の庫内温度若しくは冷蔵用蒸発器43を経た吐出冷気温度或いは冷蔵用蒸発器43への吸込冷気温度と、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の弁開度をそれぞれ制御する。これにより、冷蔵ケース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。
また、室内側冷凍コントローラ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。
また、室外側冷却コントローラ32は、各膨張弁44、51のいずれかが開放されているときは、圧縮機37の吸込側の圧力(冷却用冷媒回路9の低圧圧力)に基づいて圧縮機37の運転周波数を制御し、各膨張弁44、51の全てが全閉となったときに圧縮機37の運転を停止する。
一方、室外側空調コントローラ26は、受信データに基づき四方弁14の一方の入口(オイルセパレータ10との接続口)を一方の出口(熱源側熱交換器16との接続口)に連通させ、他方の入口(利用側熱交換器27との接続口)を他方の出口(アキュムレータ23との接続口)に連通させる。また、膨張弁17を全開とし、圧縮機13A、13Bを運転する。なお、室外側空調コントローラ26は、圧縮機13Aについては運転周波数をインバータ制御して能力制御をする。
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。すなわち、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を経て膨張弁17を通過した後、分岐される。
本実施形態では、カスケード熱交換器21の前段の膨張弁19は初期状態では全閉とされる。従って、ここでは膨張弁17を通過した液冷媒は、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に分岐して流入し、そこで蒸発する。すなわち、空調用冷媒回路7の冷媒はカスケード熱交換器21に供給されず、全て室内空調に利用されるようになっている。
この利用側熱交換器27には、送風機15により室内空気(店舗内の空気)が通風され、冷媒の蒸発による吸熱作用で室内空気を冷却する。これにより、室内(店舗内)の冷房が行われる。
利用側熱交換器27を出た低温のガス冷媒は合流された後、四方弁14、逆止弁22、アキュムレータ23を順次経て圧縮機13A、13Bの吸込側に供給される循環を繰り返す。
また、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の冷媒通路21Aに流入し、そこで蒸発する。かかる空調用冷媒回路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の吸込側に供給される循環を繰り返す。
室内側空調コントローラ28は、温度センサ(不図示)を介して検出した利用側熱交換器27の温度やそこに吸い込まれる空気温度に基づき、室内(店舗内)の温度を予め設定された設定温度とするように、利用側熱交換器27に通風する送風機15を制御する。この室内側空調コントローラ28の情報は主コントローラ56を経由して室外側空調コントローラ26に送信され、室外側空調コントローラ26はこの情報に基づいて圧縮機13A、13Bの運転を制御する。
室外側空調コントローラ26は、利用側熱交換器27の出入口の冷媒温度、或いは、利用側熱交換器27の温度に基づいて適正な過熱度となるように膨張弁18の弁開度を調整する。このようにして、空調系統部6においては、室内温度(店舗内温度)が予め指示された設定温度となるように冷房運転される。
ところで、この冷凍システム1においては、空調負荷が小さい状態になると、具体的には、室内温度と設定温度との温度差が小さい状態になると、カスケード熱交換器21の前段の膨張弁19を開けて、空調用冷媒回路7の冷媒をカスケード熱交換器21に供給する制御を行うようになっている。このように、空調用冷媒回路7の冷媒をカスケード熱交換器21に供給することによって、カスケード熱交換器21を経由して流れる冷却用冷媒回路9の高圧側の冷媒をさらに冷却(過冷却)することができる。以下、膨張弁19の制御動作について説明する。
図3及び図4は、膨張弁19の制御動作を示すフローチャートである。なお、この動作は、冷房運転時に上記制御と並列的若しくは所定タイミングで間欠的に実施されるものである。
まず、主コントローラ56は、室外側冷却コントローラ32から受信したデータに基づき、冷却系統部8の圧縮ユニット(圧縮機37、54)がON(運転中)か否かを判断し(ステップS1)、圧縮ユニットがOFF(運転停止中)の場合は、ステップS20の処理に移行し、膨張弁19の弁固定パルスPvをゼロに設定して弁開度をゼロ(全閉)に制御する(ステップS20)。なお、膨張弁19は、冷房運転の開始時点は全閉に制御されるため、冷却系統部8の圧縮ユニットが運転停止中の場合は膨張弁19は全閉に維持されることとなる。
一方、冷却系統部8の圧縮ユニットがONの場合は、主コントローラ56は、冷却系統部8が霜取り中か否かを判定し(ステップS2)、霜取り中の場合は、上記ステップS20の処理に移行する。
一方、霜取り中でない場合は、室外側空調コントローラ26が、主コントローラ56からの指示により、店舗の室内温度(具体的には、利用側熱交換器27に吸い込まれる空気温度等)と、リモートコントローラにより予め設定された設定温度との温度差(以下、吸込差温という。)が、第1の閾値(例えば1℃)以下か否かを判断する(ステップS3)。
そして、吸込差温が第1の閾値以下の場合は、室外側空調コントローラ26は、空調系統部6の圧縮ユニット13の回転周波数が効率の良い(所定値以上の効率の)周波数範囲にあるか否か、例えば、60Hz以下か否かを判断する(ステップS4)。次いで、回転周波数が効率の良い周波数範囲になければステップS20の処理に移行する一方、効率の良い周波数範囲にあれば、膨張弁19を開ける(ステップS5)。この場合、膨張弁19は、まず、予め設定された初期パルスに弁固定パルスPvが設定された初期開度に固定制御される。
この膨張弁19を開けることによって、空調用冷媒回路7を循環する冷媒がカスケード熱交換器21の冷媒通路21Aに供給され、この冷媒の蒸発による吸熱作用でカスケード熱交換器21が冷却される。これにより、カスケード熱交換器21の冷媒通路21Bを流れる冷却用冷媒回路9の高圧側の冷媒が過冷却される。
また、ステップS3で吸込差温が第1の閾値以下でないと判定された場合でも、吸込差温が第2の閾値(例えば2度)以下であって(ステップS6)、かつ、膨張弁19の弁固定パルスPv(Pv#old)がゼロでなければ(ステップS7)、つまり、膨張弁19が少なくとも開いた状態であれば、室外側空調コントローラ26は、ステップS4の処理に移行し、圧縮ユニット13の回転周波数が効率の良い周波数範囲にあることを条件に膨張弁19を開け、冷却用冷媒回路9の冷媒の過冷却を行う。
すなわち、吸込差温が所定の閾値以下となり、かつ、空調系統部6の圧縮ユニット13の回転周波数が効率の良い周波数範囲であるという、空調負荷が小さい(空調負荷が所定量以下である)ことを示す条件を揃うと、膨張弁19が開けられ、冷却用冷媒回路9の冷媒の過冷却が行われる。言い換えれば、空調系統部6の能力に余裕があると判断されると、その冷却能力を被冷却設備の冷却に振り分けることができる。
なお、吸込差温が所定の閾値以下となったこと、あるいは、圧縮ユニット13の回転周波数が効率の良い周波数範囲になったことのいずれか一方の条件が満たされる場合でも空調負荷が小さいとほぼみなせるため、いずれか一方の条件が満たされた時点で膨張弁19を開けて冷媒の過冷却を行うようにしてもよい。但し、本実施形態のように、両方の条件を満足した時点で冷媒の過冷却を行えば、より精度良く、空調負荷が小さいとみなせる場合に空調能力を被冷却設備の冷却に振り分けることができる。
膨張弁19を開けて空調用冷媒回路7の冷媒をカスケード熱交換器21に供給すると、次に、室外側空調コントローラ26は、膨張弁19の弁開度の調整を行う。詳述すると、室外側空調コントローラ26は、カスケード熱交換器21における空調系統部6側の冷媒の出口温度TE2と入口温度TE1との温度差ΔTEに基づいて、該温度差ΔTEを予め定められた目標温度差SHとするための弁固定パルスPvの補正パルスΔaを設定するSH制御を行う(ステップS8)また、室外側空調コントローラ26は、カスケード熱交換器21における冷却系統部8側の冷媒の入口温度TC1と出口温度TC2との温度差ΔSCに基づいて、該温度差ΔSCを予め定められた目標温度差SCとし、かつ、出口温度TC2を外気温度以上とするための弁固定パルスPvの補正パルスΔbを設定するSC制御を行う(ステップS9)。ここで、冷媒の出口温度TC2を外気温度以上とするのは、カスケード熱交換器21と四方弁39とを接続する冷媒管(図1中γで示す。)には、通常、断熱材が巻かれていないため、この冷媒管を通る冷媒が外気温度より低いと、冷媒が暖められてフラッシュガスが発生し、熱ロスとなってしまうからである。但し、この冷媒管γに断熱材が巻かれた場合は、ステップS9において、温度差ΔSCを予め定められた目標温度差SCとする補正パルスΔbに設定するだけでよく、冷媒の出口温度TC2を外気温度以上とする条件は除外してよい。
また、上記目標温度差SCは、外気温度に応じて変更される。例えば、外気温度が30℃以上であれば値SC1とし、外気温度が20℃以上、30℃以下であれば値SC2とし、外気温度が20℃以下であれば値SC3に変更される。ここで、目標温度差SCは、外気温度が低い程大きい値に設定されるように、値SC1<値SC2<値SC3に設定されるようになっている。
さらに、室外側空調コントローラ26は、空調系統部6の圧縮ユニット13の吐出温度(圧縮機13Aの吐出温度TD1、圧縮機13Bの吐出温度TD2)に基づいて、圧縮ユニット13を保護するための弁固定パルスPvの補正パルスΔcを設定するTD制御を行う(ステップS10)。なお、この補正パルスΔcは、圧縮ユニット13の吐出温度が所定温度以上となったときに設定される。
そして、室外側空調コントローラ26は、ステップS8〜S9で算出した補正パルスΔa、Δb及びΔcを、現在の弁固定パルスPv(Pv#old)に加算し(ステップS11)、加算後の弁固定パルスPvが予め定められた上限パルス(Pv#max)と下限パルス(Pv#min)の範囲にあることを条件に、膨張弁19の弁固定パルスPvを設定して弁開度の調整を行う(ステップS12)。
そして、室外側空調コントローラ26は、上記ステップS12の処理、或いは、ステップS20の処理を実行すると、ステップS1の処理に移行し、上記ステップS1〜S12或いはステップS1〜S20の処理を繰り返す。
従って、この冷凍システム1においては、室内温度と予め設定された設定温度との差が所定の閾値以下となり、そのときの空調系統部6の圧縮ユニット13の回転周波数が効率の良い周波数範囲にあれば、つまり、空調負荷が小さい場合は、空調用冷媒回路7の冷媒がカスケード熱交換器21に供給されて冷却用冷媒回路9の冷媒の過冷却を行う。これにより、空調系統部6の能力に余裕があると判断されると、その冷却能力を被冷却設備の冷却に振り分けることができ、冷却系統部8の冷却能力及び運転効率を高い状態に維持することができる。この結果、被冷却設備が十分に冷却できなくなるといった事態や、冷却系統部8の圧縮ユニットが効率が悪くなる高回転領域で駆動してエネルギー消費効率が低くなる場合を回避することができ、空調負荷が小さい場合のシステム全体のエネルギー消費効率を向上することができる。
一方、室内側空調コントローラ28は、空調系統部6の暖房運転が最適であると判断した場合、暖房運転を行うべく、室外側空調コントローラ26及び主コントローラ56へ所定のデータを送信すると共に、このデータを受信した主コントローラ56は、貯蔵設備(被冷却設備)で必要なデータを室外側冷却コントローラ32、室内側冷蔵コントローラ50及び室内側冷凍コントローラ55へ送信する。すると、室外側空調コントローラ26は、受信データに基づき、冷媒の流れを冷房運転時と逆にすべく、四方弁14の一方の入口(オイルセパレータ10との接続口)を一方の出口(アキュムレータ23との接続口)に連通させ、他方の入口(利用側熱交換器27との接続口)を他方の出口(熱源側熱交換器16との接続口)に連通させる。また、膨張弁17を全閉とすると共に膨張弁18を全開とし、圧縮機13A、13Bを運転する。これにより、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が、四方弁14を経て利用側熱交換器27に供給されて放熱し、室内空気を加熱する一方、凝縮化し、室内(店舗内)の暖房を行う。
このように、暖房運転を行っている場合、室外側冷却コントローラ32は、冷却系統部8の冷却用冷媒回路9の四方弁39の一方の入口(オイルセパレータ31との接続口)を一方の出口(四方弁41との接続口)に連通させ、他方の入口(カスケード熱交換器21との接続口)を他方の出口(凝縮器38との接続口)に連通させる。また、室外側冷却コントローラ32は、四方弁41の一方の入口(四方弁39との接続口)を一方の出口(冷蔵用蒸発器43及び冷凍用蒸発器49(電磁弁46、47、52)との接続口)に連通させ、他方の入口(レシーバータンク36との接続口)を他方の出口(カスケード熱交換器21との接続口)に連通させる。そして、圧縮機37及び54を運転することにより、冷却用冷媒回路9の冷媒が四方弁39を経て凝縮器38に入り、ここで放熱し、凝縮した後、各冷蔵用蒸発器43、冷凍用蒸発器49にそれぞれ供給され、ここで蒸発して被冷却設備の庫内を冷却するようになっている。
なお、上記実施形態では、冷房運転の場合に空調負荷が小さい場合に、膨張弁19を開けて空調用冷媒回路7の冷媒をカスケード熱交換器21に流す場合について述べたが、暖房運転の場合にも、空調負荷が小さい場合に空調用冷媒回路7の冷媒をカスケード熱交換器21に流すようにしてもよい。また、膨張弁19は、冷媒の供給/停止を切り換え可能な範囲で様々な電動弁を使用してもよい。
また、上記実施形態では、コンビニエンスストア等の店舗に適用される冷凍システムに本発明を適用する場合について述べたが、空調と、冷蔵ケース3や冷凍ケース4以外の被冷却設備の冷却とを行う冷凍システムに広く適用することができる。更に、上記実施形態で示した配管構成などは、それに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。