特許 5673651 オープンショーケース

(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】5673651

(24)【登録日】2015年1月9日

(45)【発行日】2015年2月18日

(54)【発明の名称】オープンショーケース

(51)【国際特許分類】

   F25D 11/00 20060101AFI20150129BHJP

   F25B 1/10 20060101ALI20150129BHJP

   F25D 19/00 20060101ALI20150129BHJP

   F25D 17/08 20060101ALI20150129BHJP

【ＦＩ】

   F25D11/00 101C

   F25B1/10 P

   F25D19/00 560Z

   F25D19/00 530D

   F25D17/08 320M

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-236849(P2012-236849)

(22)【出願日】2012年10月26日

(65)【公開番号】特開2014-85092(P2014-85092A)

(43)【公開日】2014年5月12日

【審査請求日】2013年1月8日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】510146137

【氏名又は名称】三菱電機冷熱応用システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100082175

【弁理士】

【氏名又は名称】高田 守

(74)【代理人】

【識別番号】100106150

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 英樹

(74)【代理人】

【識別番号】100115543

【弁理士】

【氏名又は名称】小泉 康男

(72)【発明者】

【氏名】石川 智隆

(72)【発明者】

【氏名】田代 雄亮

(72)【発明者】

【氏名】加藤 睦

【審査官】 ▲高▼藤 啓

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−３６０９９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０３４６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２７５４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／１３３８６８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−１６８２６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１９２４６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１１５６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０２−１０６５６７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平１１−２２３４５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０１２８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２２６９１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１０８６７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０４３０６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０９７５４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２７０９５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｄ １１／００

Ｆ２５Ｂ １／１０

Ｆ２５Ｄ １７／０８

Ｆ２５Ｄ １９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

前面に外部空間への開放面を有し、その内部を収容空間としたショーケース本体と、前記開放面の下縁部に設けられた冷気吸込口と、前記開放面の上縁部に設けられた冷気吹出口と、前記冷気吸込口から前記冷気吹出口に至る循環通路と、前記循環通路内の空気を送風する冷却用送風機と、前記循環通路内の空気を冷却する冷却装置と、を備え、前記冷却用送風機を駆動することにより前記冷気吹出口から吹き出した冷気を前記冷気吸込口から吸い込んで前記開放面にエアカーテンを形成するオープンショーケースにおいて、
前記冷却装置は、
冷媒を圧縮して吐出する低段側圧縮機と、
前記低段側圧縮機から吐出された冷媒と周囲空気との間で熱交換を行う補助放熱器と、
前記補助放熱器で熱交換を行った冷媒を圧縮して吐出する高段側圧縮機と、
前記高段側圧縮機から吐出された冷媒と周囲空気との間で熱交換を行う高段側放熱器と、
前記高段側放熱器で熱交換を行った冷媒を減圧する減圧装置と、
前記減圧装置で減圧された前記冷媒を蒸発させる冷却器と、を備え、
前記補助放熱器及び前記高段側放熱器と熱交換させる周囲空気の吸込口を、前記前面における前記冷気吸込口よりも鉛直下方の領域に設け、
前記補助放熱器は、前記高段側放熱器よりも鉛直上方の領域に配置され、
前記補助放熱器及び前記高段側放熱器は、前記周囲空気の吸込口に対面する位置に設けられ、
前記補助放熱器及び前記高段側放熱器を挟んで前記周囲空気の吸込口に対面する位置に、放熱器ファンが設けられているオープンショーケース。

【請求項2】

前記高段側放熱器及び前記補助放熱器は、伝熱フィンが一体化された一体型放熱器として構成され、
前記一体型放熱器に周囲空気を通過させる放熱用送風機を備える請求項１に記載のオープンショーケース。

【請求項3】

前記補助放熱器は、前記高段側放熱器よりも前記周囲空気の吸込口の近傍に配置される請求項１または２に記載のオープンショーケース。

【請求項4】

前記低段側圧縮機の圧縮比と前記高段側圧縮機の圧縮比とが同等となるように、前記低段側圧縮機の容量と前記高段側圧縮機の容量との容量比が調節されている請求項１乃至３の何れか１項に記載のオープンショーケース。

【請求項5】

前記高段側放熱器は、当該高段側放熱器を流れる冷媒と前記周囲空気との温度差が、前記冷却器を流れる冷媒と、前記冷却器が熱交換する被冷却媒体との温度差以下となる熱処理能力を有する請求項１乃至４の何れか１項に記載のオープンショーケース。

【請求項6】

前記冷媒をＣＯ_２とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のオープンショーケース。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、開放型のオープンショーケースに関し、特にショーケース本体の開放面にエアカーテンを形成するオープンショーケースに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、スーパーやコンビニエンスストア等に設置されて飲料や食品等を貯蔵陳列する開放型のオープンショーケースが知られている。このようなオープンショーケースは、例えば、一面が開放されたショーケース本体の収容空間の内壁に互いに向かい合うように配置された吹出口と吸込口を備えていて、吹出口から吹き出された冷却空気を吸込口に吸い込んで、開放面にエアカーテンを形成している。そして、このエアカーテンにより、オープンショーケースの外部の空気が開放面を通じて収容空間内に流入するのを抑制し、ショーケース本体内の冷却効果の向上を図っている。

【0003】

このような開放型のオープンショーケースでは、エアカーテンによって外部の空気の侵入を防ぐことが、省エネ性の向上に大きく寄与する。ところが、例えばスーパーやコンビニエンスストア等においては、オープンショーケースの周囲に設置された空調機からショーケース本体の開放面へ空気が吹き出されるようなことがある。このようなオープンショーケースの周囲の気流があると、開放面のエアカーテンが崩れてしまうことがある。その結果、エアカーテンの循環空気がショーケース外側へ漏れ、ショーケース本体の外側の空気が収容空間内に流入してしまい、このオープンショーケースの省エネ性が損なわれてしまうという問題が生じうる。

【0004】

そこで、エアカーテンが崩れてしまうのを抑制するために、ショーケース本体の収容空間であって開放面の近傍に設けた庫内温度センサによりショーケース本体の収容空間内の温度を検出し、この庫内温度センサが検出した庫内温度が最適庫内温度に近づくように庫内ファンの送風量を変更する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【0005】

また、従来より低温度の冷却を行うための冷凍装置として、圧縮過程を低段側と高段側の二段階に分割して行う二段サイクル冷凍装置が使用されている。そして、このような二段サイクル冷凍装置には、例えば高段側圧縮機の前段に補助放熱器を設置し、低段側圧縮機から吐出された吐出冷媒を補助放熱器で放熱させて冷却することで運転効率の向上を図っているものがある（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００８−１６４２０９号公報

【特許文献2】特開２００５−３２６１３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記特許文献１によれば、検出した庫内温度に基づいて庫内ファンの送風量を増大あるいは減少させている。しかし、エアカーテンの風速が過大であると、エアカーテン自らが開放面の外側の気流を巻き込んでしまい、結果的に外側の空気を収容空間内に流入させ、同時に収容空間内の冷気が外側に流出してしまうこととなる。そうなると、オープンショーケースの冷却負荷（すなわち、外側の空気の侵入量）が増大し、必要とする冷却能力もまた増大するため、収容空間内の冷却の省エネ性が損なわれてしまう。従来は、このようなエアカーテン自身によるオープンショーケース外側の空気の巻き込みについては考慮されていなかった。

【0008】

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、エアカーテン風速を増加させた場合であっても、高い省エネ性を実現可能なオープンショーケース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】

【0009】

本発明に係るオープンショーケースは、前面に外部空間への開放面を有し、その内部を収容空間としたショーケース本体と、開放面の下縁部に設けられた冷気吸込口と、開放面の上縁部に設けられた冷気吹出口と、冷気吸込口から冷気吹出口に至る循環通路と、循環通路内の空気を送風する冷却用送風機と、循環通路内の空気を冷却する冷却装置と、を備え、冷却用送風機を駆動することにより冷気吹出口から吹き出した冷気を冷気吸込口から吸い込んで開放面にエアカーテンを形成するオープンショーケースにおいて、冷却装置は、冷媒を圧縮して吐出する低段側圧縮機と、低段側圧縮機から吐出された冷媒と周囲空気との間で熱交換を行う補助放熱器と、補助放熱器で熱交換を行った冷媒を圧縮して吐出する高段側圧縮機と、高段側圧縮機から吐出された冷媒と周囲空気との間で熱交換を行う高段側放熱器と、高段側放熱器で熱交換を行った冷媒を減圧する減圧装置と、減圧装置で減圧された冷媒を蒸発させる冷却器と、を備え、補助放熱器及び高段側放熱器と熱交換させる周囲空気の吸込口を、前面における冷気吸込口よりも鉛直下方の領域に設け、補助放熱器は、高段側放熱器よりも鉛直上方の領域に配置され、補助放熱器及び高段側放熱器は、周囲空気の吸込口に対面する位置に設けられ、補助放熱器及び高段側放熱器を挟んで周囲空気の吸込口に対面する位置に、放熱器ファンが設けられているものである。

【発明の効果】

【0010】

本発明は、エアカーテン風速を増加させた場合であっても、高い省エネ性を実現可能なオープンショーケースを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施の形態１に係るオープンショーケースの構成を示す概略図である。

【図2】本発明の実施の形態１に係るオープンショーケースの冷媒回路図である。

【図3】本発明の実施の形態１に係るオープンショーケースの一体型放熱器の構成を示す概略図である。

【図4】オープンショーケースにおけるエンタルピと圧力との関係を示す図である。

【図5】中間圧力と圧縮機入力との関係を示す図である。

【図6】低段側凝縮温度が周囲温度よりも低い場合と高い場合の放熱量をモリエル線図で説明した図である。

【図7】補助放熱器の放熱量とＣＯＰとの関係の説明図である。

【図8】放熱量に対する十分な熱処理能力の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明に係るオープンショーケースの好適な実施の形態について図面を参照して説明する。

【0013】

実施の形態１．
実施の形態１に係るオープンショーケースは、スーパーやコンビニエンスストア等に設置されて飲料や食品等を貯蔵陳列する開放型のオープンショーケースである。このオープンショーケースは、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷凍装置を実現している。

【0014】

図１は、実施の形態１に係るオープンショーケースの主要部を示す概略図である。図１に示すように、オープンショーケース１００は、上方部にショーケース本体１０１と、下方部に機械室１０２とを備えている。ショーケース本体１０１内には冷却器としての蒸発器６が収容されるとともに、機械室１０２には圧縮機１，３および放熱器２，４が収容されている。これらの機器が接続されることで後述する冷媒回路が構成され、この冷媒回路の内部に充填された冷媒が循環することで、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが実現される。

【0015】

ショーケース本体１０１は、全体として箱状に構成されており、その一面には開放面９が形成されている。本実施の形態では、開放面９はショーケース本体１０１の前面側に設けられている。ショーケース本体１０１の内部には冷却対象となる飲料や生鮮食品等を収納可能な収容空間１０が形成されている。この収容空間１０には、生鮮食品等を陳列するための複数の陳列棚１１が、上下方向に配列されて取り付けられている。また、ショーケース本体１０１の開放面９の上側周縁に沿って開口する吹出口１２が形成され、開放面９の下側周縁に沿って開口する吸込口１３が形成されている。吹出口１２は、収容空間１０に臨むようにして、下側に向かって開口している。吸込口１３は、収容空間１０に臨むようにして、上側に向かって開口している。つまり、吹出口１２と吸込口１３は、開放面９の内側において、互いに向かい合うように形成されている。

【0016】

ショーケース本体１０１には、吸込口１３から吹出口１２至る循環通路１４が設けられている。循環通路１４は、収容空間１０とは区画された通路である。本実施の形態１では、循環通路１４は、収容空間１０を囲む下側壁面、後側壁面、及び上側壁面に沿うようにして設けられていて、その縦断面が「コ」字状となっている。循環通路１４には、蒸発器６と庫内ファン１５が設けられている。庫内ファン１５が駆動されると、蒸発器６を通過した冷気が吹出口１２から下方に吹き出されて開口面９に沿って降下した後に、吸込口１３から吸い込まれる。これにより、ショーケース本体１０１の開放面９には、冷気のエアカーテンが形成される。

【0017】

次に、オープンショーケース１００の冷媒回路について詳細に説明する。図２は、発明の実施の形態１に係るオープンショーケースの冷媒回路図である。図２に示すように、冷媒回路は、低段側圧縮機１、補助放熱器２、高段側圧縮機３、高段側放熱器４、減圧装置としての膨張弁５、冷却器としての蒸発器６が順次接続されることにより構成されている。低段側圧縮機１は、冷媒を圧縮して吐出する。補助放熱器２は、低段側圧縮機１から吐出された冷媒と周囲空気とを熱交換させ、冷媒を放熱させる。高段側圧縮機３は、補助放熱器２で放熱された冷媒を圧縮して吐出する。高段側放熱器４は、高段側圧縮機３から吐出された冷媒と周囲空気とを熱交換させ、冷媒を放熱（凝縮）させる。膨張弁５は、高段側放熱器４で放熱された冷媒を減圧する。蒸発器６は、膨張弁５で減圧された冷媒を蒸発させる。

【0018】

高段側放熱器４及び補助放熱器２は、一体型放熱器７として構成されている。尚、一体型放熱器７については、その詳細な構造を後述する。一体型放熱器７には放熱器ファン８が設けられている。放熱器ファン８は、一体型放熱器７に周囲空気を通過させ、一体型放熱器７の伝熱管を通過する冷媒と熱交換させた後、熱交換後の空気を一体型放熱器７外に排気させる。

【0019】

ここで、本実施の形態１に係るオープンショーケースでは、放熱器ファン８による周囲空気の吸込口１６が、エアカーテンが形成される開放面９と同じ側面（前面）における開放面９の鉛直下側の領域（すなわち吸込口１３よりも鉛直下方の領域）に形成されている。このような配置によれば、エアカーテンから漏れた冷気を周囲空気の吸込口１６から吸込むことが可能となるので省エネ性が向上する。

【0020】

次に、一体型放熱器７の構造について更に詳細に説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の一体型放熱器の構成を示す概略図である。図３において、一体型放熱器７は、平板状の伝熱フィン７１に伝熱管７２を貫通してなるプレートフィンチューブ型熱交換器である。尚、高段側放熱器４及び補助放熱器２は、伝熱フィン７１を共有することによって一体化されていてもよいし、伝熱フィン７１部分が分割されていてもよい。一体化されていれば、熱交換器の構造上、製造が容易となる。また、高温となる補助放熱器２と高段側放熱器４との間で伝熱フィン７１を分割した構成とした場合には熱絶縁効果が大きくなるため、補助放熱器２及び高段側放熱器４の双方がより効率よく放熱可能となる。

【0021】

また、本実施の形態１に係る一体型放熱器７では、低段側圧縮機１の吐出ガスを冷却する補助放熱器２が、高段側放熱器４より周囲空気の吸込口１６の近傍に配置されている。これにより、周囲空気より温度の低いエアカーテンから漏れた冷気を積極的に補助放熱器２で利用することができ、補助放熱器２の放熱量の増加が可能となる。後述するが、補助放熱器２の放熱量を増加させるほど高段側圧縮機３の入力が低減できるため、大きな省エネ効果を得られる。

【0022】

また、本実施の形態の一体型放熱器７では、高温となる低段側圧縮機１の吐出ガスを冷却する補助放熱器２を熱交換器の上方部（鉛直上側）に配置し、高段側放熱器４を下方部（鉛直下側）に配置する。これにより、補助放熱器２の放熱が高段側放熱器４側に干渉することがなく、すなわち補助放熱器２で暖められた被熱伝達流体が高段側放熱器４側に移動することがなく、補助放熱器２及び高段側放熱器４の双方が効率よく放熱可能となる。

【0023】

補助放熱器２の放熱量を増加させるほど高段側圧縮機３の入力が低減できるが、補助放熱器２の放熱量増加手段として、補助放熱器２への散水を行うこととしてもよい。散水した水の気化熱により湿球温度までの冷却が可能となり、補助放熱器２の放熱量を増加することができる。水の確保は蒸発器６に生じるドレン水を利用すれば補給の必要がなく、更にドレンの排水作業も不要となる利点が付くため、製品力向上となる。

【0024】

尚、このように構成されたオープンショーケース１００に用いる冷媒は、本実施の形態ではＣＯ_２とする。本実施の形態のオープンショーケース１００は、冷媒回路が開放されることがないため、冷媒漏れ量も小さい。このため、従来の地球温暖化係数の高いＨＦＣ系冷媒でも問題ないが、地球温暖化に対する影響が小さい冷媒、即ちＣＯ_２、ＨＦＯ系冷媒、ＨＣ系冷媒、アンモニア、水などが望ましい。

【0025】

次に、本実施の形態のオープンショーケース１００の特徴的動作について説明する。低段側圧縮機１で圧縮されて吐出されたＣＯ_２冷媒は、一体型放熱器７内の補助放熱器２で冷却された後、高段側圧縮機３に吸入されて更に圧縮される。高段側圧縮機３で圧縮されて吐出されたＣＯ_２冷媒は、一体型放熱器７内の高段側放熱器４で放熱、凝縮された後、膨張弁５で減圧されて蒸発器６に流入する。蒸発器６に流入したＣＯ_２冷媒は蒸発し、低段側圧縮機１へ還流する。

【0026】

ここで、本実施の形態の冷凍装置では、低段側圧縮機１と高段側圧縮機３の容量比により低段側高圧（すなわち、低段側圧縮機１と高段側圧縮機３との間の中間圧力）を調節する。尚、本実施の形態では、圧縮機を駆動させるモータの回転数を制御できる運転容量可変式とするが、低段側圧縮機１と高段側圧縮機３の排除容積比により低段側高圧を調節してもよい。

【0027】

図４は、オープンショーケースにおけるエンタルピと冷媒圧力との関係を示す図である。本実施の形態のオープンショーケース１００では、周囲空気温度やエアカーテン風速に応じて変化する冷却負荷に対して冷凍能力ΔＨ（蒸発器６の熱交換量）を決定しており、その決定した冷凍能力を出力するように低段側圧縮機１により冷媒流量Ｇｒを制御している。このため、ある運転状態から高段側圧縮機３の運転回転数を上げて高段側圧縮機３の容量を増大させると、高段側吸入圧力が低下し、低段側高圧も低下するという関係がある。逆に、高段側圧縮機３の容量を低減すれば低段側高圧が上昇する。

【0028】

また、図４から明らかなように、高段側圧縮機３の運転回転数を上げて低段側高圧が低下すると、高段側圧縮機３の入力は大きくなる（ＷＨ１＜ＷＨ２）のに対し、低段側圧縮機１の入力は小さくなる（ＷＬ１＞ＷＬ２）。

【0029】

そこで、横軸を低段側高圧（中間圧力）とし、縦軸を二段サイクルショーケース全体の合計入力として、高段側圧縮機３の入力（エンタルピ差）と低段側圧縮機１の入力（エンタルピ差）とそれらの合計入力のそれぞれのグラフを作成すると、図５に示すようになる。図５に示すように、高段側と低段側のそれぞれの圧縮機入力が略同じになるとき合計入力が最も小さくなり、ＣＯＰ（＝冷凍能力／（高段側圧縮機入力＋低段側圧縮機入力））が最大となることがわかる。

【0030】

このように、低段側圧縮機１と高段側圧縮機３の圧縮比が略同等となるときに、合計入力（高段側圧縮機３の入力＋低段側圧縮機１の入力）が最小となり、二段サイクル全体の運転効率が最適となる。そこで、本実施の形態のオープンショーケースでは、高段側と低段側の圧縮比を略同じとする低段側高圧（以下、最適中間圧という）を目標として高段側圧縮機３の容量制御を行うこととしている。これにより、二段サイクルショーケースのＣＯＰが最大となる効果を得る。なお、本実施の形態では、高段側圧縮機３の容量制御を行う場合を説明するが、本発明はこれに限らず、低段側圧縮機１の圧縮比と高段側圧縮機３の圧縮比とが同等となるように、低段側圧縮機１の容量と高段側圧縮機３の容量との容量比を調節すればよい。

【0031】

ここで、高段側放熱器４と熱交換する周囲空気温度により、高段側高圧が変化する。周囲温度が上昇すれば高段側高圧が上昇し、最適中間圧も上昇する。一方、周囲温度が低下すれば同様に最適中間圧が低下する。このように、周囲温度に伴って最適中間圧が変化する。

【0032】

上述したとおり、本実施の形態では、高段側と低段側の圧縮比を略同じとする最適中間圧を目標として高段側圧縮機３の容量制御を行うため、最適中間圧における冷媒の飽和温度は周囲温度よりも低くなる。具体的には庫内温度を５℃とした場合、周囲温度が２７℃のとき、最適中間圧の飽和温度が約１５℃となる。上述したように、最適中間圧は周囲温度に伴って変化するため、周囲温度よりも低い温度領域内に最適中間圧の飽和温度が位置することになる。

【0033】

しかし、本実施の形態では補助放熱器２にてエアカーテンから漏れた冷気を利用できる。最適中間圧の飽和温度１５℃でも冷気温度（庫内温度）５℃の方が低いため、補助放熱器２において冷媒を凝縮することが可能となり、放熱量を大幅に増加して省エネ効果を得られる。

【0034】

特に本実施の形態の冷媒ＣＯ_２は比熱比が大きく、吐出温度が高くなるため、補助放熱器２による放熱は有効であり、省エネ効果が大きい。さらに、高段側圧縮機の吐出温度が過上昇する可能性があるが、補助放熱器２の放熱により、吐出温度低下が可能なため、高信頼性を得ることができる。

【0035】

（低段側凝縮温度が補助放熱器２の吸込み空気温度よりも低い場合と高い場合の補助放熱器２の放熱量の違いについて）
次に、補助放熱器２の放熱量について考察する。最適中間圧を目標として高段側圧縮機３の容量制御を行い、エアカーテンから漏れた冷気を利用できない場合、最適中間圧の飽和温度は吸込み空気温度よりも低くなる。補助放熱器２は周囲に熱を放熱する放熱器であるため、低段側圧縮機１から吐出された冷媒は補助放熱器２で周囲空気と熱交換しても、最大でも周囲温度までしか下がらない。また、低段側凝縮温度が周囲温度よりも低い場合と高い場合とでは吐出温度の冷媒を補助放熱器２で同じ周囲温度まで下げるにあたっても、その放熱量は異なったものとなる。

【0036】

図６は、低段側凝縮温度が周囲温度よりも低い場合と高い場合の放熱量をモリエル線図で説明した図である。図６（１）は、凝縮温度が周囲温度よりも高い場合の放熱エンタルピ差、図６（２）は、凝縮温度が周囲温度よりも低い場合の放熱エンタルピ差を示している。

【0037】

（１）低段側凝縮温度が周囲温度よりも高い場合
圧縮機の吐出冷媒の温度（ａ点の温度）が例えば８０℃〜９０℃であり、周囲温度が２０℃で凝縮温度が２５℃の場合について考える。放熱器は周囲に熱を放熱する放熱器であるため、図６（１）に示すように、８０℃〜９０℃の冷媒（点ａ）が放熱器での周囲との熱交換により、先ず、ガス状態のまま凝縮温度である２５℃（点ｂ）まで下がる。そして、２５℃を保ちながら凝縮して液状態となる（ｃ点）。周囲温度は２０℃であるため冷媒は更に放熱可能であり、液状態で２０℃（点ｄ）まで下がる。このように凝縮温度が周囲温度よりも高い場合は凝縮するため、相変化を伴う冷却を行うことができ、相変化を伴わない冷却を行う場合に比べて放熱量を大きくすることができる。

【0038】

（２）低段側凝縮温度が周囲温度よりも低い場合
低段側圧縮機１の吐出冷媒の温度（ａ点の温度）が例えば８０℃〜９０℃であり、周囲温度が２０℃で低段側凝縮温度が１０℃の場合について考える。補助放熱器２は外気に熱を放熱する放熱器であるため、上述したように８０℃〜９０℃の冷媒は、補助放熱器２での外気との熱交換により最大でも周囲温度の２０℃までしか下がらない。つまり、図６（２）に示すように、８０℃〜９０℃の冷媒（点ａ）は、補助放熱器２でガス状態のまま２０℃（点ｂ）となる。つまり、低段側凝縮温度が周囲温度より低い場合は、補助放熱器２では相変化を伴う冷却を行えず、相変化を伴わないガス冷却を行うことになる。つまり、補助放熱器２はガス冷却域で使用されることになる。

【0039】

ここで、図６（２）の点ａから点ｂまでの放熱はガス状態での放熱であるため、同じ周囲温度２０℃まで温度を下げるにしても、凝縮させて２０℃まで下げる上記（１）の場合に比べて補助放熱器２での放熱量を大きくすることができない。したがって、低段側凝縮温度が周囲温度よりも低い場合は、補助放熱器２の放熱器ファン８の風量を増量したり、補助放熱器２として伝熱面積の大きな放熱器を採用したとしても、補助放熱器２の放熱量を増やすことはできず、最大でも吐出冷媒がガス状態のまま外気温度に低下するまでに放熱する放熱量となる。

【0040】

以上の内容を整理すると、本実施の形態では補助放熱器２にてエアカーテンから漏れた冷気を利用でき、最適中間圧の飽和温度より冷気温度の方が低いため、補助放熱器２において冷媒を凝縮することが可能である。よって、放熱量を大幅に増加して省エネ効果を得られる。

【0041】

（補助放熱器２の放熱量とＣＯＰとの関係）
図７は、補助放熱器の放熱量とＣＯＰとの関係の説明図である。図７においては、二段サイクルのモリエル線図を示している。二段サイクルを構成するにあたり、補助放熱器２での放熱量をＱｓｕｂ１にした場合とＱｓｕｂ２にした場合とを比較する（Ｑｓｕｂ１＜Ｑｓｕｂ２）。図７に示すように、冷凍能力ΔＨが一定とすると、θｈ１＜θｈ２となるため、Ｑｓｕｂ１とした場合に比べＱｓｕｂ２にした方が高段側圧縮機３の入力（エンタルピ差）を少なくすることができる（ＷＨ１＞ＷＨ２）。すなわち、高段側圧縮機３の吸入温度が低ければ同じ昇圧量でも圧縮機動力は少なくなる。よって、補助放熱器２の放熱量をＱｓｕｂ１とした場合に比べてＱｓｕｂ２にした方が高段側圧縮機３の入力を小さくすることができる。

【0042】

本実施の形態のオープンショーケース１００では、ＣＯＰ＝冷凍能力／（高段側圧縮機３の入力＋低段側圧縮機１の入力）であるため、高段側圧縮機３の入力を小さくすることによりＣＯＰを大きくすることができる。

【0043】

以上の内容を整理すると、高段側圧縮機３の圧縮比と低段側圧縮機１の圧縮比とを略同じとする運転制御によりＣＯＰを最大とすることができ、また、補助放熱器２の放熱量を多くするほど、ＣＯＰの値を大きくすることができることになる。

【0044】

次に、放熱量に対する所要な熱処理能力について説明する。本実施の形態の一体型放熱器７において、補助放熱器２の放熱量を大きくすれば省エネ効果が得られるが、全放熱量に対して高段側放熱器４で所要な熱処理能力を保持させる必要がある。高段側放熱器４が十分な熱処理能力を有していない場合は、高段側高圧が高いため、補助放熱器２の割合を減らして高段側放熱器４に割り当てた方が、省エネ効果が大きくなる。また、高段側高圧が過上昇する場合は、信頼性を確保するため補助放熱器２を高段側放熱器４に割り当てざるを得ない。

【0045】

そこで、一体型放熱器７のうち、所要な熱処理能力となる割合だけ高段側放熱器４が占め、残り全てを補助放熱器２に割り当てれば、二段サイクルにおける補助放熱器２の効果を最大限に生かすことができる。

【0046】

図８は、放熱量に対する十分な熱処理能力の説明図である。図８に示すように、放熱量は、冷却器の熱交換量（冷凍能力）＋圧縮機入力となる。例えば、ＣＯＰ＝２の単段サイクルのショーケースの場合、圧縮機入力が「１」に対して冷凍能力が「２」となるため、放熱量は「３」となる。よって、一般的に放熱器の熱処理能力は冷却器の１．５倍程度で設計される。

【0047】

また、冷却器において、冷媒温度（蒸発温度）と被冷却媒体（庫内空気）との温度差を所望の温度（例えば１０℃）とするため、放熱器の冷媒温度（凝縮温度）と周囲温度との温度差がその所望の温度（例えば１０℃）となれば所要な熱処理能力を有する。言い換えれば、本実施の形態の二段サイクルショーケースの一体型放熱器７において冷媒温度（凝縮温度）と周囲温度との温度差を、冷却器の冷媒温度（蒸発温度）と庫内空気温度との温度差以下（例えば１０℃以下）とすれば、補助放熱器２の効果を含めて確実に単段サイクルより高いＣＯＰが得られる。

【0048】

尚、熱処理能力とは、熱交換器の伝熱面積と熱通過率の積で表され、熱通過率は主に、冷媒側の熱伝達率と空気側の熱伝達率で決まる。低温機器用の冷却器は着霜耐力向上の観点から、伝熱管やフィンのピッチが大きく、放熱器より熱通過率が小さいため、冷却器の伝熱面積は放熱器と比較して大きい。

【0049】

本実施の形態の冷凍装置は、冷媒のノンフロン化やフロン冷媒の削減、機器の省エネルギー化が要求されるショーケースや業務用冷凍冷蔵庫、自動販売機等の冷蔵あるいは冷凍機器にも広く適用できる。

【符号の説明】

【0050】

１ 低段側圧縮機、 ２ 補助放熱器、 ３ 高段側圧縮機、 ４ 高段側放熱器、 ５ 膨張弁、 ６ 蒸発器、 ７ 一体型放熱器、 ８ 放熱器ファン、 ９ 開放面、 １０ 収容空間、 １１ 陳列棚、 １２ 吹出口、 １３ 吸込口、 １４ 循環通路、 １５ 庫内ファン、 １６ 吸込口、 ７１ 伝熱フィン、 ７２ 伝熱管、 １００ オープンショーケース、 １０１ ショーケース本体、 １０２ 機械室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】