(57)【要約】【課題】設置する凝縮器の省スペース化を図ることができるとともに、省エネルギー化を図ることのできる冷凍空調システムを提供する。【解決手段】第１の冷媒回路４０の冷媒と第３の冷媒回路６０の冷媒との熱交換を第１のカスケードコンデンサ３３によって行うようにしたので、第３の冷媒回路６０側の凝縮器をなす第１のカスケードコンデンサ３３を従来の空冷式の凝縮器よりも小型化することができ、設置スペースの省スペース化を図ることができる。また、第１のカスケードコンデンサ３３によって第１の冷媒回路４０の冷媒を蒸発させることができ、排熱として外気に放出していた熱を第１の冷媒回路４０側で有効利用することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調空間に空気を供給する第１の通風路と、第１の通風路を流通する空気中の水分を吸着して第２の通風路内に放出する吸湿部材と、第１の通風路を流通する空気と冷媒とを熱交換する第１の熱交換器と、第２の通風路を流通する空気と冷媒とを熱交換する第２の熱交換器と、第１の圧縮機から吐出した冷媒を第１の熱交換器及び第２の熱交換器に循環する第１の冷媒回路と、冷凍機器の蒸発器が接続された第２の冷媒回路と、第２の圧縮機によって循環する第３の冷媒回路とを備えた冷凍空調システムであって、
第１の冷媒回路の第１の圧縮機に吸入される冷媒を第３の冷媒回路の第２の圧縮機から吐出される冷媒と熱交換することにより、第１の冷媒回路の冷媒を蒸発させるとともに、第３の冷媒回路の冷媒を凝縮させる第３の熱交換器と、
第２の冷媒回路の蒸発器から吐出する冷媒を第３の冷媒回路の第２の圧縮機に吸入される冷媒と熱交換することにより、第２の冷媒回路の冷媒を凝縮させるとともに、第３の冷媒回路の冷媒を蒸発させる第４の熱交換器とを備えた
ことを特徴とする冷凍空調システム。
【請求項２】
前記第１の圧縮機から吐出する冷媒を第２の熱交換器に流通させることにより第２の熱交換器によって第２の通風路を流通する空気を加熱する除湿用冷媒流通経路を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の冷凍空調システム。
【請求項３】
前記第１の圧縮機から吐出する冷媒を第１及び第２の熱交換器のうち少なくとも第１の熱交換器に流通させることにより第１の熱交換器によって第１の通風路を流通する空気を加熱する暖房用冷媒流通経路を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の冷凍空調システム。
【請求項４】
前記除湿用冷媒流通経路及び暖房用流通経路を切換える切換手段を備えた
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の冷凍空調システム。
【請求項５】
第１の冷媒回路を流通する冷媒として二酸化炭素を用いた
ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の冷凍空調システム。
【請求項６】
第２の冷媒回路を流通する冷媒として二酸化炭素を用いるとともに、
第２の冷媒回路を、第４の熱交換器において凝縮した冷媒を自重により蒸発器側に流通させるように構成した
ことを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の冷凍空調システム。
【請求項７】
第３の冷媒回路を流通する冷媒としてアンモニアを用いた
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の冷凍空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばスーパーマーケットやコンビニエンスストア等の店舗内を空調するとともに、店舗内に設置された冷凍・冷蔵ショーケース等の冷凍機器内の商品を冷却する冷凍空調システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍・冷蔵ショーケース等の冷凍システムとしては、冷媒としてフロンまたは代替フロンが使用されていたが、オゾン層の破壊、地球温暖化等の環境への影響が問題となっており、環境への影響が少ない二酸化炭素、アンモニア、炭化水素、水、空気等の自然冷媒を冷凍システムの冷媒として利用することが求められている。しかし、フロンと比較して自然冷媒は毒性、可燃性及び効率等の点で特性に偏りがあるため、用途に応じて使い分けられるようになっている。そこで、二酸化炭素が冷媒として用いられる冷凍機器の蒸発器が接続された負荷側冷媒回路と、圧縮機によってアンモニアが冷媒として循環する空冷式の凝縮器が接続された熱源側冷媒回路と、負荷側冷媒回路の蒸発器から吐出する冷媒と熱源側冷媒回路の圧縮機に吸入される冷媒とを熱交換するカスケードコンデンサとを備え、負荷側冷媒回路の蒸発器において吸収した熱をカスケードコンデンサにおいて放出し、液化した冷媒を圧送手段を用いることなく自重によって蒸発器に流通させるとともに、熱源側冷媒回路のカスケードコンデンサにおいて吸収した熱を空冷式の凝縮器において放出するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来の空気調和システムとしては、第１の通風路を流通する空気と熱交換する第１の熱交換器と、第２の通風路を流通する空気と熱交換する第２の熱交換器と、第１の通風路を流通する空気中の水分を吸着して第２の通風路を流通する空気中に放出するデシカントロータと、圧縮機によって第１の熱交換器及び第２の熱交換器に冷媒を循環する冷媒回路 とを備え、第１の熱交換器を流通する冷媒によって第１の通風路内の空気を冷却して空調空間に供給し、第２の熱交換器に流通する冷媒によって第２の通風路を流通する空気を加熱してデシカントロータの水分を第２の通風路を流通する空気中に放出するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−１９４４２６号公報
【特許文献２】特開２００３−２２７６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の冷凍システムでは、熱源側冷媒回路の冷媒を凝縮させるために外気と熱交換させる空冷式の凝縮器が用いられているため、凝縮器が大型になり、広い設置スペースが必要になるという問題点があった。
【０００５】
また、空冷式凝縮器の場合には、冷媒の凝縮時に放出する凝縮熱が外気に排出されるため、排熱が有効に利用されていないという問題点があった。
【０００６】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、設置する凝縮器の省スペース化を図ることができるとともに、省エネルギー化を図ることのできる冷凍空調システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は前記目的を達成するために、空調空間に空気を供給する第１の通風路と、第１の通風路を流通する空気中の水分を吸着して第２の通風路内に放出する吸湿部材と、第１の通風路を流通する空気と冷媒とを熱交換する第１の熱交換器と、第２の通風路を流通する空気と冷媒とを熱交換する第２の熱交換器と、第１の圧縮機から吐出した冷媒を第１の熱交換器及び第２の熱交換器に循環する第１の冷媒回路と、冷凍機器の蒸発器が接続された第２の冷媒回路と、第２の圧縮機によって循環する第３の冷媒回路とを備えた冷凍空調システムであって、第１の冷媒回路の第１の圧縮機に吸入される冷媒を第３の冷媒回路の第２の圧縮機から吐出される冷媒と熱交換することにより、第１の冷媒回路の冷媒を蒸発させるとともに、第３の冷媒回路の冷媒を凝縮させる第３の熱交換器と、第２の冷媒回路の蒸発器から吐出する冷媒を第３の冷媒回路の第２の圧縮機に吸入される冷媒と熱交換することにより、第２の冷媒回路の冷媒を凝縮させるとともに、第３の冷媒回路の冷媒を蒸発させる第４の熱交換器とを備えている。
【０００８】
これにより、第１の冷媒回路の冷媒と第２の冷媒回路の冷媒が第３の冷媒回路の冷媒が流通する第３及び第４の熱交換器を介して熱交換されることから、第３の熱交換器によって第３の冷媒回路の冷媒が凝縮するとともに、第２の冷媒回路の蒸発器によって吸収した熱が第１の冷媒回路の冷媒の蒸発に利用される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第３の冷媒回路側の凝縮器として機能する第３の熱交換器を従来の空冷式の凝縮器よりも小型化することができるので、設置スペースの省スペース化を図ることができる。また、排熱として外気に放出していた熱を第１の冷媒回路側で有効利用することができるので、省エネルギー化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１乃至図５は本発明の一実施形態を示すもので、図１は冷凍空調システムの冷媒回路図、図２は制御系を示すブロック図、図３は除湿冷房運転時の冷媒の流路を示す冷媒回路図、図４は第１の暖房運転時の冷媒の流路を示す冷媒回路図、図５は第２の暖房運転時の冷媒の流路を示す冷媒回路図である。
【００１１】
この冷凍空調システムは、店舗Ａ内の空調を行う空調ユニット１０と、店舗Ａ内に設置された複数の冷蔵ショーケース２０と、空調ユニット１０及び各冷蔵ショーケース２０のそれぞれの熱源となる冷凍機ユニット３０と、空調ユニット１０側の冷凍サイクルを構成する第１の冷媒回路４０と、冷蔵ショーケース２０側の冷凍サイクルを構成する第２の冷媒回路５０と、冷凍機ユニット３０内に構成された第３の冷媒回路６０と、空調ユニット１０及び各冷蔵ショーケース２０の温度または運転等の制御を行う制御部７０とから構成されている。
【００１２】
空調ユニット１０は、店舗Ａの天井裏または店舗Ａに隣接して設けられたバックヤードまたは機械室内に設置されたユニット本体１１と、店舗Ａ内の空気を除湿する吸湿部材としてのデシカントロータ１２と、店舗Ａ内の空気を空調ユニット１０に流通させる空調用送風機１３と、空調用送風機１３によって空調ユニット１０に流通する空気を冷却または加熱する第１の熱交換器１４と、店舗Ａ外の空気を空調ユニット１０に流通させる再生用送風機１５と、再生用送風機１５によって空調ユニット１０に流通する空気を冷却または加熱するための第２の熱交換器１６とを備えている。
【００１３】
ユニット本体１１は、その内部を仕切ることにより並べて設けられた第１の通風路１１ａ及び第２の通風路１１ｂを備え、第１の通風路１１ａの両端部及び第２の通風路１１ｂの両端部にはそれぞれダクトが接続される開口部が設けられている。また、第１の通風路１１ａの両端部は店舗Ａ内にそれぞれ連通するとともに、第２の通風路１１ｂの両端部は店舗Ａ外にそれぞれ連通するようになっている。
【００１４】
デシカントロータ１２は、例えばシリカゲル、ゼオライト等の吸湿剤を含んだエレメント１２ａを円板状に形成した部材からなり、第１の通風路１１ａ及び第２の通風路１１ｂに亘って設けられている。また、デシカントロータ１２は、図示しないモータによってエレメント１２ａを径方向の中心を軸に回転させることにより、第１の通風路１１ａ内と第２の通風路１１ｂ内との間をエレメント１２ａが回転しながら移動するようになっている。
【００１５】
空調用送風機１３は、第１の通風路１１ａ内に設置され、第１の通風路１１ａの一端側から他端側に向かって空気を流通させることにより店舗Ａ内の空気を循環させるようになっている。
【００１６】
第１の熱交換器１４は、第１の通風路１１ａ内のデシカントロータ１２の下流側に設けられ、デシカントロータ１２によって除湿された店舗Ａ内の空気を加熱または冷却するようになっている。
【００１７】
再生用送風機１５は、第２の通風路１１ｂ内に設置され、第１の通風路１１ａ内の空気の流れ方向と逆向きに店舗Ａ外の空気を第２の通風路１１ｂ内に流通させるようになっている。また、再生用送風機１５は送風量を変更可能に構成されている。
【００１８】
第２の熱交換器１６は、第２の通風路１１ｂ内のデシカントロータ１２の上流側に設けられ、第２の通風路１１ｂを流通する空気を加熱または冷却するようになっている。
【００１９】
各冷蔵ショーケース２０は、前面を開放したオープンショーケースや前面をガラス扉によって開閉するリーチインショーケース等からなり、それぞれの冷蔵ショーケース２０の内部には第２の冷媒回路５０に接続された蒸発器２１が設けられている。また、それぞれの冷蔵ショーケース２０内部には各冷蔵ショーケース２０内の空気と蒸発器２１内の冷媒とをそれぞれ熱交換させる蒸発器用送風機２２が設けられている。
【００２０】
冷凍機ユニット３０は、店舗Ａ外に設置され、第１の冷媒回路４０に接続された第１の圧縮機３１と、第３の冷媒回路６０に接続された第２の圧縮機３２と、第１の冷媒回路４０及び第３の冷媒回路６０に接続された第１のカスケードコンデンサ３３と、第２の冷媒回路５０及び第３の冷媒回路６０に接続された第２のカスケードコンデンサ３４とを備えている。
【００２１】
第１の冷媒回路４０は、図１に示すように、第１の熱交換器１４、第２の熱交換器１６、第１の圧縮機３１、第１のカスケードコンデンサ３３、四方弁４１、第１、第２、第３、第４及び第５の電磁弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅ、第１、第２及び第３の膨張弁４３ａ，４３ｂ，４３ｃを備え、これらは冷媒流通用の配管によって接続されている。即ち、第１の圧縮機３１の吐出側には四方弁４１の第１の冷媒流通口が接続され、四方弁４１の第２の冷媒流通口には第２の熱交換器１６の一端側が接続されている。第２の熱交換器１６の他端側には第１の熱交換器１４の一端側が接続され、第１の熱交換器１４の他端側には四方弁の第３の冷媒流通口が接続されている。このとき、第２の熱交換器１６の他端側と第１の熱交換器１４の一端側との間には第１の電磁弁４２ａ及び第１の膨張弁４３ａがそれぞれ並列に設けられ、それぞれ並列に設けられた第１の電磁弁４２ａ及び第１の膨張弁４３ａと第１の熱交換器１４の一端側との間には第２の電磁弁４２ｂ及び第２の膨張弁４３ｂがそれぞれ並列に設けられている。また、第１の電磁弁４２ａ及び第１の膨張弁４３ａと第２の電磁弁４２ｂ及び第２の膨張弁４３ｂとの間には第１のカスケードコンデンサ３３の蒸発側の吸入側が接続され、第１のカスケードコンデンサ３３の蒸発側の吐出側には第１の圧縮機３１の吸入側が接続されている。このとき、第１の電磁弁４２ａ及び第１の膨張弁４３ａと第２の電磁弁４２ｂ及び第２の膨張弁４３ｂとの間と第１のカスケードコンデンサ３３の蒸発側の吸入側との間には第３の電磁弁４２ｃが設けられ、第３の電磁弁４２ｃの第１のカスケードコンデンサ３３側には第３の膨張弁４３ｃが設けられている。更に、四方弁４１の第４の冷媒流通口と第１の圧縮機３１の吸入側が接続され、その間には第４の電磁弁４２ｄが設けられている。また、四方弁４１の第４の冷媒流通口と第４の電磁弁４２ｄとの間と第３の電磁弁４２ｃと第３の膨張弁４３ｃとの間が接続され、その間には第５の電磁弁４２ｅが設けられている。また、第１の冷媒回路４０には冷媒として二酸化炭素が封入されている。
【００２２】
第２の冷媒回路５０は、図１に示すように、各蒸発器２１、第２のカスケードコンデンサ３４、複数の第６の電磁弁５１及び複数の逆止弁５２を備え、これらは冷媒流通用の配管によって接続されている。即ち、第２のカスケードコンデンサ３４の凝縮側の吐出側には各蒸発器２１の吸入側がそれぞれ並列に接続され、それぞれの各蒸発器２１の吐出側には第２のカスケードコンデンサ３４の凝縮側の吸入側が並列に接続されている。このとき、第２のカスケードコンデンサ３４の凝縮側の吐出側と各蒸発器２１の吸入側との間には第６の電磁弁５１がそれぞれ設けられ、各蒸発器２１の吐出側と第２のカスケードコンデンサ３４の凝縮側の吸入側との間には逆止弁が流れ方向を蒸発器２１から第２のカスケードコンデンサ３４に向けて設けられている。また、第２のカスケードコンデンサ３４は各蒸発器２１よりも上方に設けられ、液化した冷媒が自重により各蒸発器２１に流通するようになっている。また、第２の冷媒回路５０には冷媒として二酸化炭素が封入されている。
【００２３】
第３の冷媒回路６０は、図１に示すように、第２の圧縮機３２、第１のカスケードコンデンサ３３、第２のカスケードコンデンサ３４、第４の膨張弁６１を備え、これらは冷媒流通用の配管によって接続されている。即ち、第２の圧縮機３２の吐出側には第１のカスケードコンデンサ３３の凝縮側の吸入側が接続され、第１のカスケードコンデンサ３３の凝縮側の吐出側には第２のカスケードコンデンサ３４の蒸発側の吸入側が接続されている。このとき、第１のカスケードコンデンサ３３の凝縮側の吐出側と第２のカスケードコンデンサ３４の吸入側との間には第４の膨張弁６１が設けられている。また、第２のカスケードコンデンサ３４の蒸発側の吐出側には圧縮機の吸入側が接続されている。また、第３の冷媒回路６０には冷媒としてアンモニアが封入されている。
【００２４】
制御部７０はマイクロコンピュータからなり、図２に示すように、デシカントロータ１２、空調用送風機１３、再生用送風機１５、蒸発器用送風機２２、第１の圧縮機３１、第２の圧縮機３２、四方弁４１、第１、第２、第３、第４、第５及び第６の電磁弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅ，５１及び運転切換スイッチ７１が接続されている。
【００２５】
以上のように構成された冷凍空調システムにおいて、運転切換スイッチ７１によって除湿冷房運転が選択されると、図３に示すように、制御部７０はデシカントロータ１２、空調用送風機１３、再生用送風機１５、蒸発器用送風機２２、第１の圧縮機３１及び第２の圧縮機３２を運転する。また、制御部７０は四方弁４１の第１の冷媒流通口と第２の冷媒流通口を連通するとともに、第３の冷媒流通口と第４の冷媒流通口を連通し、第１、第３、第４及び第６の電磁弁４２ａ，４２ｃ，４２ｄ，５１を開放して第２及び第５の電磁弁４２ｂ，４２ｅを閉鎖する。これにより、第１の冷媒回路４０において、第１の圧縮機３１から吐出された冷媒は四方弁４１を介して第２の熱交換器１６に流通した後、一部の冷媒は第１の電磁弁４２ａ及び第２の膨張弁４３ｂを介して第１の熱交換器１４に流通するとともに、他の冷媒は第１の電磁弁４２ａ、第３の電磁弁４２ｃ及び第３の膨張弁４３ｃを介して第１のカスケードコンデンサ３３に流通する。また、第１の熱交換器１４から吐出した冷媒は四方弁４１及び第４の電磁弁４２ｄを介して第１の圧縮機３１に吸入されるとともに、第１のカスケードコンデンサ３３から吐出した冷媒も第１の圧縮機３１に吸入される。ここで、第１の電磁弁４２ａと第１の膨張弁４３ａ、第２の電磁弁４２ｂと第２の膨張弁４３ｂとはそれぞれ並列に第１の冷媒回路４０に接続され、電磁弁を開放することにより冷媒は電磁弁及び膨張弁にそれぞれ流通可能となる。しかし、開放された電磁弁は膨張弁と比較して流通する冷媒の圧力損失が著しく小さくなるために、流通する冷媒の殆どは膨張弁を流通することなく電磁弁に流通する。また、第３の冷媒回路６０において、第２の圧縮機３２から吐出された冷媒は、第１のカスケードコンデンサ３３を流通した後、第４の膨張弁６１を介して第２のカスケードコンデンサ３４に流通し、第２の圧縮機３２に吸入される。
【００２６】
このとき、第１のカスケードコンデンサ３３では、第１の冷媒回路４０の冷媒と第３の冷媒回路６０の冷媒とが熱交換し、第１の冷媒回路４０の冷媒は蒸発するとともに、第３の冷媒回路６０の冷媒は凝縮する。これにより、第１の冷媒回路４０の冷媒は第１の熱交換器１４及び第１のカスケードコンデンサ３３において蒸発することにより吸熱し、第２の熱交換器１６において凝縮することにより放熱する。また、第２のカスケードコンデンサ３４では、第２の冷媒回路５０の冷媒と第３の冷媒回路６０の冷媒とが熱交換し、第２の冷媒回路５０の冷媒は凝縮するとともに、第３の冷媒回路６０の冷媒は蒸発する。これにより、第２の冷媒回路５０の冷媒は第２のカスケードコンデンサ３４において凝縮して第６の電磁弁５１を介して各蒸発器２１に流通し、各蒸発器２１に流通した冷媒は各蒸発器２１において蒸発して逆止弁５２を介して第２のカスケードコンデンサ３４に流通することにより第２の冷媒回路５０内を自然循環する。
【００２７】
このようにして、空調ユニット１０では、空調用送風機１３によって店舗Ａ内から第１の通風路１１ａに流通させた還気（ＲＡ）をデシカントロータ１２によって除湿し、除湿した空気を第１の熱交換器１４と熱交換させることにより冷却した後に給気（ＳＡ）として店舗Ａ内に供給する。また、再生用送風機１５によって店舗Ａ外から第２の通風路１１ｂに流通させた外気（ＯＡ）を第２の熱交換器１６と熱交換させて加熱し、加熱した空気をデシカントロータ１２に接触させることによりデシカントロータ１２のエレメント１２ａに吸着した水分を蒸発させる。これにより、デシカントロータ１２のエレメント１２ａが再生され、再生に利用されて水分を吸収した空気は排気（ＥＡ）として店舗Ａ外に排出される。また、各冷蔵ショーケース２０では、冷蔵ショーケース２０内の空気を蒸発器用送風機２２によって循環させ、循環する空気を蒸発器２１によって冷却することにより冷蔵ショーケース２０内の商品が冷却される。
【００２８】
また、冷蔵ショーケース２０の前面開口部から冷蔵ショーケース２０の前方の通路に冷気が下降することにより生ずるコールドエイルを防止するためには、高温・低湿の給気（ＳＡ）を冷蔵ショーケース２０の下部から通路に向かって吐出する。これにより、冷蔵ショーケース２０から下降する冷気と給気（ＳＡ）とが混合し、コールドエイルが解消される。
【００２９】
次に、運転切換スイッチ７１によって暖房運転が選択され、例えば店舗Ａ内の温度を検出することにより得られる店舗Ａ内の暖房負荷が第２の冷媒回路５０の各蒸発器２１によって吸収される熱量よりも小さい場合には第１の暖房運転として、図４に示すように、制御部７０は空調用送風機１３、再生用送風機１５、蒸発器用送風機２２、第１の圧縮機３１及び第２の圧縮機３２を運転し、デシカントロータ１２を停止する。また、制御部７０は四方弁４１の第１の冷媒流通口と第２の冷媒流通口を連通するとともに、第３の冷媒流通口と第４の冷媒流通口を連通し、第１、第２、第５及び第６の電磁弁４２ａ，４２ｂ，４２ｅ，５１を開放して第３及び第４の電磁弁４２ｃ，４２ｄを閉鎖する。これにより、第１の冷媒回路４０において、第１の圧縮機３１から吐出された冷媒は、四方弁４１を介して第２の熱交換器１６に流通した後、第１の電磁弁４２ａ及び第２の電磁弁４２ｂを介して第１の熱交換器１４に流通する。また、第１の熱交換器１４から吐出した冷媒は四方弁４１、第５の電磁弁４２ｅ及び第３の膨張弁４３ｃを介して第１のカスケードコンデンサ３３に流通し、第１のカスケードコンデンサ３３から吐出した冷媒は第１の圧縮機３１に吸入される。また、第３の冷媒回路６０において、第２の圧縮機３２から吐出された冷媒は、第１のカスケードコンデンサ３３を流通した後、第４の膨張弁６１を介して第２のカスケードコンデンサ３４に流通し、第２の圧縮機３２に吸入される。
【００３０】
このとき、第１のカスケードコンデンサ３３では、第１の冷媒回路４０の冷媒と第３の冷媒回路６０の冷媒とが熱交換し、第１の冷媒回路４０の冷媒が蒸発するとともに、第３の冷媒回路６０の冷媒は凝縮する。これにより、第１の冷媒回路４０の冷媒は第１のカスケードコンデンサ３３において吸熱し、第１及び第２の熱交換器１４，１６において凝縮することにより放熱する。また、第２のカスケードコンデンサ３４では、第２の冷媒回路５０の冷媒と第３の冷媒回路６０の冷媒とが熱交換し、第２の冷媒回路５０の冷媒は凝縮するとともに、第３の冷媒回路６０の冷媒は蒸発する。これにより、第２の冷媒回路５０の冷媒は第２のカスケードコンデンサ３４において凝縮して第６の電磁弁５１を介して各蒸発器２１に流通し、各蒸発器２１に流通した冷媒は各蒸発器２１において蒸発して逆止弁５２を介して第２のカスケードコンデンサ３４に流通することにより第２の冷媒回路５０内を自然循環する。
【００３１】
このようにして、空調ユニット１０では、空調用送風機１３によって店舗Ａ内から第１の通風路１１ａに流通させた還気（ＲＡ）を第１の熱交換器１４と熱交換させることにより加熱した後に給気（ＳＡ）として店舗Ａ内に供給する。また、再生用送風機１５によって店舗Ａ外から第２の通風路１１ｂに流通させた外気（ＯＡ）を第２の熱交換器１６と熱交換させて加熱し、加熱した空気を排気（ＥＡ）として店舗Ａ外に排出する。また、各冷蔵ショーケース２０では、冷蔵ショーケース２０内の空気を蒸発器用送風機２２によって循環させ、循環する空気を蒸発器２１によって冷却することにより冷蔵ショーケース２０内の商品が冷却される。店舗Ａ内の暖房負荷が小さい場合には、再生用送風機１５の送風量を増加させることにより第１の熱交換器１４の交換熱量を減少させ、第１のカスケードコンデンサ３３において吸収した熱を第２の熱交換器１６を中心に放熱させて第２の通風路１１ｂを流通する空気中に排熱として放出することが可能となる。店舗Ａ内の暖房負荷が大きい場合には、再生用送風機１５の送風量を低下させることにより第２の熱交換器１６の交換熱量を減少させて第１のカスケードコンデンサ３３において吸収した熱を第１の熱交換器１４を中心に放熱させることが可能となる。更に、暖房運転時にデシカントロータ１２を運転することにより、店舗Ａ内の暖房運転を行うとともに、除湿を行うことも可能である。
【００３２】
また、運転切換スイッチ７１によって暖房運転が選択され、例えば店舗Ａ内の温度を検出することにより得られる店舗Ａ内の暖房負荷が第２の冷媒回路５０の各蒸発器２１によって吸収される熱量よりも大きい場合には第２の暖房運転として、図５に示すように、制御部７０は空調用送風機１３、再生用送風機１５、蒸発器用送風機２２、第１の圧縮機３１及び第２の圧縮機３２を運転し、デシカントロータ１２を停止する。また、制御部７０は四方弁４１の第１の冷媒流通口と第４の冷媒流通口を連通するとともに、第２の冷媒流通口と第３の冷媒流通口を連通し、第２、第３、第４及び第６の電磁弁４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，５１を開放して第１及び第５の電磁弁４２ａ，４２ｅを閉鎖する。これにより、第１の冷媒回路４０において、第１の圧縮機３１から吐出された冷媒は、四方弁４１を介して第１の熱交換器１４に流通した後、一部の冷媒は第２の電磁弁４２ｂ及び第１の膨張弁４３ａを介して第２の熱交換器１６に流通するとともに、他の冷媒は第２の電磁弁４２ｂ、第３の電磁弁４２ｃ及び第３の膨張弁４３ｃを介して第１のカスケードコンデンサ３３に流通する。また、第２の熱交換器１６から吐出した冷媒は四方弁４１及び第４の電磁弁４２ｄを介して第１の圧縮機３１に吸入されるとともに、第１のカスケードコンデンサ３３から吐出した冷媒も第１の圧縮機３１に吸入される。また、第３の冷媒回路６０において、第２の圧縮機３２から吐出された冷媒は、第１のカスケードコンデンサ３３を流通した後、第４の膨張弁６１を介して第２のカスケードコンデンサ３４に流通し、第２の圧縮機３２に吸入される。
【００３３】
このとき、第１のカスケードコンデンサ３３では、第１の冷媒回路４０の冷媒と第３の冷媒回路６０の冷媒とが熱交換し、第１の冷媒回路４０の冷媒が蒸発するとともに、第３の冷媒回路６０の冷媒が凝縮する。これにより、第１の冷媒回路４０の冷媒は第２の熱交換器１６及び第１のカスケードコンデンサ３３において蒸発することにより吸熱し、第１の熱交換器１４において凝縮することにより放熱する。また、第２のカスケードコンデンサ３４では、第２の冷媒回路５０の冷媒と第３の冷媒回路６０の冷媒とが熱交換し、第２の冷媒回路５０の冷媒は凝縮するとともに、第３の冷媒回路６０の冷媒は蒸発する。これにより、第２の冷媒回路５０の冷媒は第２のカスケードコンデンサ３４において凝縮して第６の電磁弁５１を介して各蒸発器２１に流通し、各蒸発器２１に流通した冷媒は各蒸発器２１において蒸発して逆止弁５２を介して第２のカスケードコンデンサ３４に流通することにより第２の冷媒回路５０内を自然循環する。
【００３４】
このようにして、空調ユニット１０では、空調用送風機１３によって店舗Ａ内から第１の通風路１１ａに流通させた還気（ＲＡ）を第１の熱交換器１４と熱交換させることにより加熱した後に給気（ＳＡ）として店舗Ａ内に供給する。また、再生用送風機１５によって店舗Ａ外から第２の通風路１１ｂに流通させた外気（ＯＡ）を第２の熱交換器１６と熱交換させて冷却し、冷却した空気を排気（ＥＡ）として店舗Ａ外に排出する。また、各冷蔵ショーケース２０では、冷蔵ショーケース２０内の空気を蒸発器用送風機２２によって循環させ、循環する空気を蒸発器２１によって冷却することにより冷蔵ショーケース２０内の商品が冷却される。店舗Ａ内の暖房負荷が大きい場合には、再生用送風機１５の送風量を増加させることにより第２の熱交換器１６の交換熱量を増加させて第２の熱交換器１６及び第１のカスケードコンデンサ３３において吸収した熱を第１の熱交換器１４において放熱させることが可能となる。
【００３５】
このように、本実施形態の冷凍空調システムによれば、第１の冷媒回路４０の冷媒と第３の冷媒回路６０の冷媒との熱交換を第１のカスケードコンデンサ３３によって行うようにしたので、第３の冷媒回路６０側の凝縮器をなす第１のカスケードコンデンサ３３を従来の空冷式の凝縮器よりも小型化することができ、設置スペースの省スペース化を図ることができる。また、第１のカスケードコンデンサ３３によって第１の冷媒回路４０の冷媒を蒸発させることができ、排熱として外気に放出していた熱を第１の冷媒回路４０側で有効利用することができる。
【００３６】
また、第１の圧縮機３１から吐出する冷媒を第２の熱交換器１６に流通させることにより第２の熱交換器１６によって第２の通風路１１ｂを流通する空気を加熱するようにしたので、第１の冷媒回路４０の冷媒が第１のカスケードコンデンサ３３によって吸収した熱をデシカントロータ１２の再生に利用することができ、従来のようにデシカントロータ１２の再生に別途ヒータを用いる必要がなく、製造コストの低減及び消費電力の低減を図ることができる。
【００３７】
また、第１の圧縮機３１から吐出する冷媒を第１の熱交換器１４に流通させることにより第１の熱交換器１４によって第１の通風路１１ａを流通する空気を加熱するようにしたので、第１の冷媒回路４０の冷媒が第１のカスケードコンデンサ３３によって吸収した熱を暖房運転に利用することができ、別に熱源を必要とすることなく、製造コストの低減及び消費電力の低減を図ることができる。
【００３８】
また、除湿冷房運転時には第１の圧縮機３１から吐出する冷媒を第２の熱交換器１６に流通させることにより第２の熱交換器１６によって第２の通風路１１ｂを流通する空気を加熱するようにし、暖房運転時には第１の圧縮機３１から吐出する冷媒を第１の熱交換器１４に流通させることにより第１の熱交換器１４によって第１の通風路１１ａを流通する空気を加熱するようにしたので、第１のカスケードコンデンサ３３によって吸収した熱を除湿冷房運転時にはデシカントロータ１２の再生に利用することができるとともに、暖房運転時には第１の通風路１１ａを流通する空気を加熱することができ、一年を通じて冷蔵ショーケースの排熱を有効利用することができる。
【００３９】
また、第１の冷媒回路４０を流通する冷媒として二酸化炭素を用いたので、フロンまたは代替フロンを用いることなく第１の冷媒回路４０の冷凍サイクルを構成することができ、オゾン層の破壊や地球温暖化への影響を減少させることができる。
【００４０】
また、第２の冷媒回路５０を流通する冷媒として二酸化炭素を用いるとともに、冷媒を自然循環させるようにしたので、フロンまたは代替フロンを用いることなく第２の冷媒回路５０の冷凍サイクルを構成することができるとともに、ポンプ等の圧送手段を用いることなく冷媒を循環させることができ、オゾン層の破壊や地球温暖化への影響を減少させるとともに、製造コストの低減を図ることができる。
【００４１】
また、第３の冷媒回路６０を流通する冷媒としてアンモニアを用いたので、フロンまたは代替フロンを用いることなく第３の冷媒回路６０の冷凍サイクルを構成することができるとともに、冷却または加熱能力を向上させることができ、オゾン層の破壊や地球温暖化の影響を減少させることができるとともに、エネルギー効率の向上を図ることができる。
【００４２】
尚、前記実施形態では、空調用送風機１３によって店舗Ａ内から第１の通風路１１ａに流通させた還気（ＲＡ）をデシカントロータ１２によって除湿し、除湿した空気を第１の熱交換器１４と熱交換させて冷却した後に給気（ＳＡ）として店舗Ａ内に供給するとともに、再生用送風機１５によって店舗Ａ外から第２の通風路１１ｂに流通させた外気（ＯＡ）を第２の熱交換器１６と熱交換させて加熱し、加熱した空気をデシカントロータ１２のエレメント１２ａに接触させることにより吸湿したデシカントロータ１２を再生し、再生に利用された空気を排気（ＥＡ）として外部に排出するように空調ユニット１０を構成したものを示したが、図６に示すように、第１及び第２の通風路１１ａ，１１ｂに亘って設けられた顕熱交換器８１によって第１の通風路１１ａの第１の熱交換器１４と熱交換する前の空気と第２の通風路１１ｂの第２の熱交換器１６と熱交換する前の空気とを熱交換させるようにしてもよい。この場合、デシカントロータ１２によって還気（ＲＡ）が除湿されることにより空気の絶対湿度は低下するが温度は上昇するため、除湿された空気と外気（ＯＡ）とを顕熱交換器８１によって熱交換することにより第１の通風路１１ａを流通する空気を冷却するとともに、第２の通風路１１ｂを流通する空気を加熱する。これにより、デシカントロータ１２によって除湿された空気の温度を上昇させることなく第１の熱交換器１４と熱交換させることができる。
【００４３】
また、前記実施形態では、第１の熱交換器１４を第１の通風路１１ａのデシカントロータ１２の下流側に設けたものを示したが、デシカントロータ１２の上流側に設けるようにしてもよい。この場合、デシカントロータ１２によって除湿される前の空気を冷却することにより相対湿度を高くすることができるので、デシカントロータ１２の除湿能力を向上させることができる。
【００４４】
また、前記実施形態では、第２の冷媒回路５０を内部に封入された冷媒が自然循環するように構成したものを示したが、図７に示すように、ブラインのような状態の変化しない冷媒をポンプ８２によって循環させるようにしてもよい。更に、図示しないが、圧縮機を第２のカスケードコンデンサの吸入側に接続し、蒸発器の吸入側に膨張弁を設けることにより冷凍サイクルを構成してもよい。
【００４５】
また、前記実施形態では、一組の第１の冷媒回路４０によって空調ユニット１０に冷蔵ショーケース２０の排熱を供給するようにしたものを示したが、複数の第１の冷媒回路４０を並列または直列に接続して空調ユニット１０に冷蔵ショーケース２０の排熱を供給するようにしてもよい。
【００４６】
また、前記実施形態では、冷蔵ショーケース２０の冷却運転によって冷媒が吸収した熱を空調ユニット１０に供給するようにしたものを示したが、冷凍ショーケースやその他冷却回路を構成するシステムの冷却運転の排熱を空調ユニット１０に供給するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】冷凍空調システムの冷媒回路図
【図２】制御系を示すブロック図
【図３】除湿冷房運転時の冷媒の流路を示す冷媒回路図
【図４】第１の暖房運転時の冷媒の流路を示す冷媒回路図
【図５】第２の暖房運転時の冷媒の流路を示す冷媒回路図
【図６】その他の例を示す冷凍空調システムの冷媒回路図
【図７】その他の例を示す冷凍空調システムの冷媒回路図
【符号の説明】
【００４８】
１０…空調ユニット、１１ａ…第１の通風路、１１ｂ…第２の通風路、１２…デシカントロータ、１４…第１の熱交換器、１６…第２の熱交換器、２０…冷蔵ショーケース、２１…蒸発器、３０…冷凍機ユニット、３１…第１の圧縮機、３２…第２の圧縮機、３３…第１のカスケードコンデンサ、３４…第２のカスケードコンデンサ、４０…第１の冷媒回路、４１…四方弁、５０…第２の冷媒回路、６０…第３の冷媒回路、Ａ…店舗。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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