(57)【要約】【課題】エアカーテン風速を増加させた場合であっても、高い信頼性を確保しつつ省エネルギーを図ることができるオープンショーケースを提供すること。【解決手段】本発明のオープンショーケース１００は、低段側圧縮機１と、低段側圧縮機１から吐出された冷媒と周囲空気との熱交換を行う補助放熱器２と、補助放熱器２で熱交換を行った冷媒を圧縮する高段側圧縮機３と、高段側圧縮機３から吐出された冷媒と周囲空気との熱交換を行う高段側放熱器４と、冷媒を減圧する減圧装置と、冷媒を蒸発させる冷却器（蒸発器６）とを有し、周囲空気の温度が想定される下限温度になる低周囲温度条件において補助放熱器２の冷媒流出口で冷媒が飽和ガス状態になる補助放熱器２の放熱量と高段側放熱器４の放熱量との合計放熱量に対する補助放熱器２の放熱量の割合の理論上の値である低温時理論放熱量割合に基づいて、補助放熱器２と高段側放熱器４とが構成されている。【選択図】図１
2014163627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品を収容する収容空間と、外部空間への開放面とを有するショーケース本体と、
前記開放面の一端側に設けられた冷気吸込口と、
前記開放面の他端側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冷却する冷却装置と、
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ように、前記循環通路内の空気を送風する冷却用送風機と、
を備え、
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、
を有し、
前記周囲空気の温度が想定される下限温度になる低周囲温度条件において前記補助放熱器の冷媒流出口で冷媒が飽和ガス状態になる前記補助放熱器の放熱量と前記高段側放熱器の放熱量との合計放熱量に対する前記補助放熱器の放熱量の割合の理論上の値である低温時理論放熱量割合に基づいて、前記補助放熱器と前記高段側放熱器とが構成されているオープンショーケース。
【請求項２】
前記補助放熱器の放熱量と前記高段側放熱器の放熱量との合計放熱量に対する前記補助放熱器の放熱量の割合の現実の値である現実放熱量割合が前記低温時理論放熱量割合以下である請求項１記載のオープンショーケース。
【請求項３】
前記補助放熱器および前記高段側放熱器にて熱交換させる空気を吸い込む周囲空気吸込口が、前記冷気吸込口の鉛直下方の領域に設けられている請求項１または２記載のオープンショーケース。
【請求項４】
前記下限温度は、前記収容空間内の温度に応じた温度である請求項１乃至３の何れか１項記載のオープンショーケース。
【請求項５】
前記補助放熱器と前記高段側放熱器とは、一体化された一体型放熱器として構成されている請求項１乃至４の何れか１項記載のオープンショーケース。
【請求項６】
前記補助放熱器は、前記高段側放熱器に比べて、前記開放面に近い位置に配置されている請求項１乃至５の何れか１項記載のオープンショーケース。
【請求項７】
前記補助放熱器は、前記高段側放熱器の鉛直上方の領域に配置されている請求項１乃至６の何れか１項記載のオープンショーケース。
【請求項８】
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になるように、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を調節する請求項１乃至７の何れか１項記載のオープンショーケース。
【請求項９】
前記高段側放熱器は、前記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になる熱処理能力を有する請求項１乃至８の何れか１項記載のオープンショーケース。
【請求項１０】
前記補助放熱器と前記高段側圧縮機との間に設けられた気液分離器を備え、
前記気液分離器から前記高段側圧縮機にガス状の冷媒を吸入させる請求項１乃至９の何れか１項記載のオープンショーケース。
【請求項１１】
前記気液分離器の液冷媒取出口に一端が接続し、該液冷媒取出口から流出した液冷媒を前記高段側放熱器から流出した冷媒に合流させる液冷媒配管と、
前記液冷媒配管を通過する冷媒量を調節する流量調節装置と、
を備える請求項１０記載のオープンショーケース。
【請求項１２】
前記冷媒としてＣＯ２を用い、
前記補助放熱器の放熱量と前記高段側放熱器の放熱量との合計放熱量に対する前記補助放熱器の放熱量の割合の現実の値である現実放熱量割合が１７％以下である請求項１乃至１１の何れか１項記載のオープンショーケース。
【請求項１３】
前記冷媒として、プロパン、イソブタン、アンモニア、ＨＦＯ１２３４ｙｆ、ＨＦＯ１２３４ｚｅ、Ｒ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２の少なくとも一つを用い、
前記補助放熱器の放熱量と前記高段側放熱器の放熱量との合計放熱量に対する前記補助放熱器の放熱量の割合の現実の値である現実放熱量割合が８％以下である請求項１乃至１１の何れか１項記載のオープンショーケース。
【請求項１４】
物品を収容する収容空間と、外部空間への開放面とを有するショーケース本体と、
前記開放面の一端側に設けられた冷気吸込口と、
前記開放面の他端側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冷却する冷却装置と、
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ように、前記循環通路内の空気を送風する冷却用送風機と、
を備え、
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、
前記補助放熱器への送風量と前記高段側放熱器への送風量とを調整可能な放熱用送風機と、
周囲空気の温度を検出する周囲空気温度検出手段と、
前記周囲空気温度検出手段により検出された温度に基づいて、前記補助放熱器の冷媒流出口で冷媒が飽和ガス状態になる前記補助放熱器の放熱量と前記高段側放熱器の放熱量との合計放熱量に対する前記補助放熱器の放熱量の割合の理論上の値である理論放熱量割合を求め、当該理論放熱量割合に基づいて、前記補助放熱器への送風量と前記高段側放熱器への送風量とを制御する制御手段と、
を有する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】
例えばスーパーマーケットやコンビニエンスストア等に設置され、飲料品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広く用いられている。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、省エネルギー性の向上に大きく寄与する。ところが、例えばスーパーマーケット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の外側へ漏れ、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ルギー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】
特許文献１の装置では、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。しかしながら、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になる。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ルギー性が損なわれてしまう。従来、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い。
【０００８】
特許文献２の装置では、低段側圧縮機が吐出した冷媒を冷却する補助放熱器により運転効率を向上することができるとされている。しかしながら、このような装置では、外気温度、圧縮機の運転状況等によって、補助放熱器で冷媒が凝縮してしまう可能性がある。そして、補助放熱器で凝縮した液状の冷媒（液冷媒）を高段側圧縮機が吸引してしまうと、液圧縮により損傷を受けてしまう可能性がある。
【０００９】
エアカーテンからショーケース外側へ漏れた冷気を補助放熱器での放熱に利用することができれば、省エネルギー性には優れるが、補助放熱器で冷媒が凝縮してしまう可能性が高まり、信頼性を著しく低下させてしまうおそれがある。
【００１０】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、エアカーテン風速を増加させた場合であっても、高い信頼性を確保しつつ省エネルギーを図ることができる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】
【００１１】
本発明に係るオープンショーケースは、物品を収容する収容空間と、外部空間への開放面とを有するショーケース本体と、開放面の一端側に設けられた冷気吸込口と、開放面の他端側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冷却する冷却装置と、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ように、循環通路内の空気を送風する冷却用送風機と、を備え、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、を有し、周囲空気の温度が想定される下限温度になる低周囲温度条件において補助放熱器の冷媒流出口で冷媒が飽和ガス状態になる補助放熱器の放熱量と高段側放熱器の放熱量との合計放熱量に対する補助放熱器の放熱量の割合の理論上の値である低温時理論放熱量割合に基づいて、補助放熱器と高段側放熱器とが構成されているものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、エアカーテン風速を増加させた場合であっても、高い信頼性を確保しつつ省エネルギーを図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１のオープンショーケースの主要な構成の概略を示す図である。
【図２】本実施の形態１の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のオープンショーケースが備える一体型放熱器の構成の概略を示す図である。
【図４】エンタルピと冷媒圧力との関係を示す図である。
【図５】横軸を低段側高圧（中間圧力）とし、縦軸を圧縮機入力として、高段側圧縮機の入力（エンタルピ差）と、低段側圧縮機の入力（エンタルピ差）と、高段側圧縮機および低段側圧縮機の合計入力とを示したグラフである。
【図６】低段側凝縮温度が周囲空気温度よりも低い場合と高い場合とにおける放熱量を説明するモリエル線図である。
【図７】補助放熱器の放熱量とＣＯＰとの関係を説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態１のオープンショーケースの一体型放熱器の放熱量を説明するモリエル線図である。
【図９】本発明の実施の形態１のオープンショーケースの一体型放熱器における補助放熱器の理論放熱量割合を説明するモリエル線図である。
【図１０】高温時理論放熱量割合および低温時理論放熱量割合の値を冷媒毎に示す図である。
【図１１】放熱量に対する十分な熱処理能力を説明する図である。
【図１２】本実施の形態２のオープンショーケースの冷媒回路図である。
【図１３】本実施の形態３のオープンショーケースの冷媒回路図である。
【図１４】本発明の実施の形態４のオープンショーケースの主要な構成の概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のオープンショーケースの主要な構成の概略を示す図である。図１に示す本実施の形態１のオープンショーケース１００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に設置され、飲料品や食品等の物品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１００は、冷却装置として、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷凍装置を備えている。
【００１６】
オープンショーケース１００は、ショーケース本体１０１と、このショーケース本体１０１の下方に設けられた機械室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が収容されている。機械室１０２内には、低段側圧縮機１、高段側圧縮機３、補助放熱器２、高段側放熱器４等が収容されている。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。
【００１７】
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、外部空間に開放された開放面９が形成されている。本実施の形態１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品や生鮮食品等の物品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、物品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には、開放面９の上側の縁に沿って開口する冷気吹出口１２と、開放面９の下側の縁に沿って開口する冷気吸込口１３とが形成されている。冷気吹出口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。冷気吸込口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、冷気吹出口１２と冷気吸込口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。
【００１８】
ショーケース本体１０１内には、冷気吸込口１３から冷気吹出口１２に至る循環通路１４が設けられている。収容空間１０と循環通路１４とは、隔てられている。本実施の形態１では、循環通路１４は、収容空間１０を囲む下側の壁面、後側の壁面、および上側の壁面に沿うように設けられている。循環通路１４の途中には、蒸発器６と、冷却用送風機としての庫内ファン１５とが設けられている。庫内ファン１５が駆動されると、蒸発器６を通過した冷気が冷気吹出口１２から下方に吹き出されて開放面９に沿って降下した後に、冷気吸込口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。
【００１９】
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、本実施の形態１のオープンショーケース１００の冷媒回路図である。図２に示すように、オープンショーケース１００の冷媒回路は、低段側圧縮機１と、補助放熱器２と、高段側圧縮機３と、高段側放熱器４と、減圧装置としての膨張弁５と、冷却器としての蒸発器６と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、補助放熱器２の周囲の空気とを熱交換させることにより、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、高段側放熱器４の周囲の空気とを熱交換させることにより、冷媒を放熱させて凝縮させる。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。以下、補助放熱器２または高段側放熱器４の周囲の空気を「周囲空気」と称する。
【００２０】
本実施の形態１では、高段側放熱器４および補助放熱器２は、一体化された一体型放熱器７として構成されている。なお、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の近傍には、放熱用送風機としての放熱器ファン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７２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。
【００２１】
図１に示すように、本実施の形態１のオープンショーケース１００では、補助放熱器２および高段側放熱器４にて熱交換させる周囲空気を放熱器ファン８により吸い込むための周囲空気吸込口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の鉛直下方の領域、すなわち冷気吸込口１３の鉛直下方の領域に設けられている。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効率良く周囲空気吸込口１６から吸い込むことができ、その吸い込んだ冷気を補助放熱器２および高段側放熱器４での冷媒の放熱に利用することが可能となる。このため、オープンショーケース１００の省エネルギー性が向上する。
【００２２】
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のオープンショーケース１００が備える一体型放熱器７の構成の概略を示す図である。図３に示すように、一体型放熱器７は、平板状の複数の伝熱フィン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構成されている。図３に示す一体型放熱器７では、高段側放熱器４および補助放熱器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る。このように、高段側放熱器４および補助放熱器２の伝熱フィン７１が一体化されていることにより、熱交換器の構造上、製造が容易となる。ただし、補助放熱器２の伝熱フィン７１と、高段側放熱器４の伝熱フィン７１とを分割した構成にしても良い。補助放熱器２の伝熱フィン７１と、高段側放熱器４の伝熱フィン７１とを分割した構成にした場合には、熱絶縁効果が大きくなるため、補助放熱器２および高段側放熱器４の双方がより効率良く放熱可能となる。
【００２３】
図１に示すように、本実施の形態１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に比べて、開放面９に近い位置に配置されている。このような構成により、開放面９に形成されるエアカーテンから漏れた冷気を優先的に補助放熱器２に流入させ、補助放熱器２での放熱に利用することができる。これにより、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。このため、上記の構成により、大きな省エネルギー効果を得られる。
【００２４】
また、本実施の形態１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、一体型放熱器７の上方部分（鉛直上側）に配置し、高段側放熱器４を一体型放熱器７の下方部分（鉛直下側）に配置している。すなわち、補助放熱器２を高段側放熱器４の鉛直上方の領域に配置している。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い。すなわち、補助放熱器２で暖められた空気が高段側放熱器４側に移動することがない。このため、補助放熱器２および高段側放熱器４の双方が効率良く放熱可能となる。
【００２５】
本実施の形態１のオープンショーケース１００では、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。そのため、補助放熱器２の放熱量の増加させる手段として、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。散水する水は、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が不要になるという利点も得られるため、製品力を向上することができる。
【００２６】
本実施の形態１のオープンショーケース１００では、冷媒としてＣＯ２を用いることが好ましい。本実施の形態１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、冷媒漏れ量が小さい。このため、地球温暖化係数の高い従来のＨＦＣ系冷媒を用いても問題ない。しかしながら、地球温暖化への影響をより確実に抑制するため、地球温暖化に対する影響が小さいＣＯ２、あるいはＨＦＯ系冷媒、ＨＣ系冷媒、アンモニア、水などを冷媒に用いることが望ましい。以下では、冷媒としてＣＯ２を用いる場合を中心に説明する。
【００２７】
次に、本実施の形態１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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２冷媒は蒸発し、低段側圧縮機１へ還流する。
【００２８】
ここで、本実施の形態１のオープンショーケース１００では、低段側圧縮機１と高段側圧縮機３との容量比により、低段側圧縮機１と高段側圧縮機３との間の中間圧力（以下、「低段側高圧」とも呼ぶ）を調節する。なお、本実施の形態１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との排除容積比により低段側高圧を調節してもよい。
【００２９】
図４は、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１のオープンショーケース１００では、周囲空気の温度および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（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。
【００３０】
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）。
【００３１】
図５は、横軸を低段側高圧（中間圧力）とし、縦軸を圧縮機入力として、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、高段側圧縮機３および低段側圧縮機１の合計入力とを示したグラフである。図５に示すように、高段側圧縮機３の入力と、低段側圧縮機１の入力とが略同じになるときに合計入力が最も小さくなり、ＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）が最大となることがわかる。なお、本実施の形態１の場合、ＣＯＰは次式で表される。
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）  ・・・（１）
【００３２】
以上のことから、本実施の形態１のオープンショーケース１００では、低段側圧縮機１の圧縮比と高段側圧縮機３の圧縮比とが略同等になるときに、高段側圧縮機３および低段側圧縮機１の合計入力が最小になり、二段サイクル全体の運転効率が最適になる。そこで、本実施の形態１のオープンショーケース１００では、高段側圧縮機３の圧縮比と低段側圧縮機１の圧縮比とが略同等になるような低段側高圧（以下、「最適中間圧」と称する）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、二段サイクルによるオープンショーケース１００のＣＯＰが最大になる効果が得られる。なお、本実施の形態１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の圧縮比とが略同等となるように、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。
【００３３】
ここで、高段側放熱器４にて冷媒と熱交換する周囲空気の温度により、高段側高圧が変化する。周囲空気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、周囲空気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、周囲空気温度に伴って最適中間圧が変化する。
【００３４】
上述したとおり、本実施の形態１では、高段側圧縮機３の圧縮比と低段側圧縮機１の圧縮比とが略同等になるような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。このため、最適中間圧における冷媒の飽和温度は、周囲空気温度よりも低くなる。具体的には、例えば、収容空間１０内の温度（以下、「庫内温度」と称する）を７℃とした場合、周囲空気温度が２７℃のとき、最適中間圧における冷媒の飽和温度が約１６℃になる。上述したように、最適中間圧は周囲空気温度に伴って変化するため、周囲空気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。
【００３５】
しかしながら、本実施の形態１では、開放面９のエアカーテンから漏れた冷気を、周囲空気吸込口１６から吸い込み、補助放熱器２の放熱に利用可能である。エアカーテンから漏れる冷気の温度は、庫内温度（例えば７℃）に等しいとみなせる。このため、最適中間圧における冷媒の飽和温度が例えば１６℃の場合であっても、エアカーテンから漏れた冷気を補助放熱器２の放熱に利用することにより、補助放熱器２において冷媒を凝縮することが可能となる。これにより、補助放熱器２の放熱量を大幅に増加することができ、高い省エネルギー効果が得られる。
【００３６】
特に、本実施の形態１の冷媒であるＣＯ２は、比熱比が大きく、圧縮機の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、省エネルギー効果が大きい。さらに、ＣＯ２冷媒を用いた場合には、高段側圧縮機３の吐出温度が過上昇する可能性があるが、本実施の形態１では、補助放熱器２の放熱により、吐出温度を低下させることが可能であるため、高い信頼性を得ることができる。
【００３７】
＜低段側凝縮温度が補助放熱器２の周囲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の容量制御を行う場合において、エアカーテンから漏れた冷気を補助放熱器２による放熱に利用できない場合には、最適中間圧における冷媒の飽和温度（すなわち、低段側凝縮温度）は、補助放熱器２の周囲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、最大でも周囲空気温度までしか温度が下がらない。また、低段側凝縮温度が周囲空気温度よりも低い場合と高い場合とでは、同じ吐出温度の冷媒を補助放熱器２で同じ周囲空気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。
【００３８】
図６は、低段側凝縮温度が周囲空気温度よりも低い場合と高い場合とにおける放熱量を説明するモリエル線図である。図６（１）は、低段側凝縮温度が周囲空気温度よりも高い場合の放熱エンタルピ差を示し、図６（２）は、低段側凝縮温度が周囲空気温度よりも低い場合の放熱エンタルピ差を示している。
【００３９】
まず、図６（１）を参照して、低段側凝縮温度が周囲空気温度よりも高い場合について説明する。ここでは、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、周囲空気温度が２０℃であり、低段側凝縮温度が２５℃の場合を例に説明する。補助放熱器２は、周囲空気に熱を放熱する放熱器であるため、８０℃〜９０℃の冷媒（点ａ）が、補助放熱器２での周囲空気との熱交換により、まず、ガス状態のまま低段側凝縮温度である２５℃（点ｂ）まで冷却される。続いて、この冷媒は、２５℃を保ちながら凝縮して液状態となる（ｃ点）。周囲空気温度は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）まで冷却される。このように、低段側凝縮温度が周囲空気温度よりも高い場合には、冷媒が凝縮するため、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。
【００４０】
次に、図６（２）を参照して、低段側凝縮温度が周囲空気温度よりも低い場合について説明する。ここでは、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、周囲空気温度が２０℃であり、低段側凝縮温度が１０℃の場合を例に説明する。この場合には、８０℃〜９０℃の冷媒（点ａ）は、補助放熱器２での周囲空気との熱交換により、最大でも周囲空気温度の２０℃までしか温度が下がらない。つまり、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。このように、低段側凝縮温度が周囲空気温度より低い場合には、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。すなわち、補助放熱器２はガス冷却域で使用されることになる。
【００４１】
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、同じ周囲空気温度２０℃まで温度を下げるにしても、凝縮させて２０℃まで下げる図６（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空気温度よりも低い場合は、補助放熱器２に送風する放熱器ファン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周囲空気温度に低下するまでに放熱する放熱量となる。
【００４２】
以上の内容を整理すると、本実施の形態１では、エアカーテンから漏れた冷気を周囲空気吸込口１６から吸い込み、補助放熱器２での放熱に利用できる。エアカーテンから漏れる冷気の温度は、最適中間圧における冷媒の飽和温度（低段側凝縮温度）より低い。このため、本実施の形態１では、補助放熱器２の周囲空気温度が低段側凝縮温度よりも低くなるので、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、補助放熱器２の放熱量を大幅に増加して、高い省エネルギー効果を得られる。なお、ここでいう補助放熱器２における冷媒の凝縮は、局部的かつ一時的な凝縮である。後述するように、補助放熱器２の冷媒流出口においては、冷媒は、飽和ガス状態になる。
【００４３】
＜補助放熱器２の放熱量とＣＯＰとの関係＞
図７は、補助放熱器２の放熱量とＣＯＰとの関係を説明する図である。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。図７（１）は、補助放熱器２での放熱量をＱｓｕｂ１にした場合を示し、図７（２）は、補助放熱器２での放熱量をＱｓｕｂ２（Ｑｓｕｂ１＜Ｑｓｕｂ２）にした場合を示す。図７に示すように、冷凍能力が一定とすると、θｈ１＜θｈ２となるため、補助放熱器２での放熱量をＱｓｕｂ２にした方が、Ｑｓｕｂ１とした場合に比べて、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。このように、補助放熱器２の放熱量が小さい場合（Ｑｓｕｂ１）に比べて、補助放熱器２の放熱量が大きい場合（Ｑｓｕｂ２）の方が、高段側圧縮機３の入力を小さくすることができる。
【００４４】
本実施の形態１のオープンショーケース１００では、ＣＯＰは前述した式（１）で表されるため、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。
【００４５】
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。
【００４６】
一方、高段側圧縮機３の液圧縮を回避するためには、補助放熱器２の冷媒流出口において冷媒が凝縮していないことが望ましい。よって、補助放熱器２の冷媒流出口において、冷媒がちょうど飽和ガスになるような放熱量にすれば、高段側圧縮機３の液圧縮を確実に回避できる範囲内で、最大限のＣＯＰを得られる。補助放熱器２の冷媒流出口において冷媒がちょうど飽和ガス状態となるような補助放熱器２の放熱量を、以下、「所要放熱量」と称する。この所要放熱量を達成するには、例えば、放熱器ファン８の風量を制御したり、補助放熱器２自体の構造的な設計を行ったりすることになる。このように、補助放熱器２の放熱量を所要放熱量に等しくすることにより、高段側圧縮機３の液圧縮を回避しつつ、最大限のＣＯＰを得ることができる。
【００４７】
ここで、高段側圧縮機３と低段側圧縮機１とにおける圧縮比を制御し、低段側凝縮温度が周囲空気温度より低くなるようにすれば、補助放熱器２における冷媒の冷却（放熱）では相変化が伴わないので、高段側圧縮機３の液圧縮を必ず回避することはできる。しかしながら、このような制御は、高段側圧縮機３と低段側圧縮機１とにおける圧縮比を略同じとする最適中間圧を目標とするものではないため、最大限のＣＯＰは得られないこととなる。
【００４８】
ところで、所要放熱量は周囲空気温度によって異なる。周囲空気温度が、想定される下限温度になる条件を以下では「低周囲温度条件」と称する。本実施の形態１のオープンショーケース１００では、開放面９のエアカーテンから漏れた冷気が周囲空気吸込口１６から吸い込まれる場合に、周囲空気温度が最も低くなると考えられる。このため、本実施の形態１では、周囲空気の下限温度は、開放面９のエアカーテンから漏れる冷気の温度である。開放面９のエアカーテンから漏れる冷気の温度は、庫内温度に等しいとみなせる。そこで、本実施の形態１では、周囲空気温度が、冷蔵用庫内温度である７℃になる条件を低周囲温度条件とする。
【００４９】
また、周囲空気温度が、想定される上限温度になる条件を以下では「高周囲温度条件」と称する。本実施の形態１では、ＪＩＳ規格に基づく冷房の定格条件の外気温度３５℃に準じて、周囲空気温度が３５℃になる条件を高周囲温度条件とする。
【００５０】
年間を通じて高段側圧縮機３の液圧縮を回避しつつ、最大限のＣＯＰを得るには、低周囲温度条件における所要放熱量と、高周囲温度条件における所要放熱量とを把握しておく必要がある。本実施の形態１のオープンショーケース１００では、補助放熱器２の所要放熱量と、高段側放熱器４の放熱量との間には、周囲空気温度に応じた所定の放熱量比が存在する。ここで、本実施の形態１では補助放熱器２と高段側放熱器４とが一体型放熱器７で構成されているため、上記所定の放熱量比は、一体型放熱器７全体の放熱量に対する補助放熱器２の所要放熱量の割合に置き換えられる。したがって、低周囲温度条件における一体型放熱器７全体の放熱量に対する補助放熱器２の所要放熱量の割合と、高周囲温度条件における一体型放熱器７全体の放熱量に対する補助放熱器２の所要放熱量の割合との、何れか小さい方の割合に基づいて補助放熱器２および高段側放熱器４を構成することにより、年間を通じて高段側圧縮機３の液圧縮を回避しつつ、最大限のＣＯＰを得ることが可能となる。
【００５１】
後述するように、一体型放熱器７の全放熱量に対する補助放熱器２の所要放熱量の割合は、高周囲温度条件に比べて、低周囲温度条件の方が小さくなる。また、一体型放熱器７の全放熱量に対する補助放熱器２の所要放熱量の割合は、周囲空気温度の変化に対して、増減の傾向が変化しない単調変化となる。このため、低周囲温度条件における一体型放熱器７全体の放熱量に対する補助放熱器２の所要放熱量の割合に基づいて補助放熱器２および高段側放熱器４を構成することにより、年間を通じて高段側圧縮機３の液圧縮を回避しつつ、最大限のＣＯＰが得られる。このため、高い省エネルギー性と、高い信頼性とを両立することが可能となる。
【００５２】
以下、本実施の形態１のオープンショーケース１００の低周囲温度条件（周囲空気温度が７℃）および高周囲温度条件（周囲空気温度が３５℃）のときの補助放熱器２の放熱量の割合の説明に先立って、一体型放熱器７全体の放熱量について説明する。
【００５３】
＜一体型放熱器７の放熱量＞
図８は、本発明の実施の形態１のオープンショーケース１００の一体型放熱器７の放熱量を説明するモリエル線図である。一体型放熱器７の放熱量ＱＡＬＬは、次の（２）式に示すように、高段側放熱器４の放熱量Ｑｃｈと、補助放熱器２の放熱量Ｑｓｕｂとを合計した量となる。
【００５４】
ＱＡＬＬ＝Ｑｓｕｂ＋Ｑｃｈ      ・・・（２）
【００５５】
＜一体型放熱器７における補助放熱器２の放熱量の割合＞
補助放熱器２の放熱量Ｑｓｕｂを所要放熱量とすると、この所要放熱量Ｑｓｕｂと一体型放熱器７全体の放熱量ＱＡＬＬとの間には、周囲空気温度および冷媒の物性に応じて理論的に定まる関係がある。この関係について以下に説明する。以下の説明では、一体型放熱器７全体の放熱量ＱＡＬＬ、すなわち、補助放熱器２の所要放熱量Ｑｓｕｂと高段側放熱器４の放熱量Ｑｃｈとの合計放熱量に対する、補助放熱器２の所要放熱量Ｑｓｕｂの理論上の値を「理論放熱量割合」と称する。また、低周囲温度条件における理論放熱量割合を「低温時理論放熱量割合」と称し、高周囲温度条件における理論放熱量割合を「高温時理論放熱量割合」と称する。
【００５６】
図９は、本発明の実施の形態１のオープンショーケース１００の一体型放熱器７における補助放熱器２の理論放熱量割合を説明するモリエル線図である。図９（１）は、周囲空気温度が３５℃の場合を示し、図９（２）は、周囲空気温度が７℃の場合を示す。
【００５７】
図９（１）に示すように、周囲空気温度が３５℃（高周囲温度条件）の場合には、高段側放熱器４の放熱量Ａ１と、補助放熱器２の所要放熱量Ｂ１との比が６７：３３になることが冷媒の物性（本実施の形態１ではＣＯ２冷媒の物性）に基づき、理論的に定まる。したがって、本実施の形態１では、高温時理論放熱量割合は、０．３３、すなわち３３％になる。
【００５８】
また、図９（２）に示すように、周囲空気温度が７℃（低周囲温度条件）の場合には、高段側放熱器４の放熱量Ａ２と、補助放熱器２の所要放熱量Ｂ２との比が８３：１７になることが冷媒の物性（本実施の形態１ではＣＯ２冷媒の物性）に基づき、理論的に定まる。したがって、本実施の形態１では、低温時理論放熱量割合は、０．１７、すなわち１７％になる。
【００５９】
以上のことから、本実施の形態１のオープンショーケース１００をＣＯＰが最大となる制御で運転し、補助放熱器２の冷媒流出口で液冷媒が発生しない範囲で補助放熱器２の放熱量を最大として高いＣＯＰを得るためには、一体型放熱器７の全放熱量に対する補助放熱器２の放熱量の割合を、周囲空気温度が３５℃の場合は３３％とし、周囲空気温度が７℃の場合は１７％とすれば良い。
【００６０】
以下の説明では、一体型放熱器７の全放熱量（すなわち、補助放熱器２の放熱量と高段側放熱器４の放熱量との合計放熱量）に対する補助放熱器２の放熱量の割合の現実の値を「現実放熱量割合」と称する。現実放熱量割合が、そのときの周囲空気温度に応じて定まる理論放熱量割合よりも大きいと、補助放熱器２の冷媒流出口で液冷媒が発生する可能性がある。そして、一般に、低温時理論放熱量割合は、上記のように、高温時理論放熱量割合よりも小さくなる。そこで、本実施の形態１では、オープンショーケース１００が年間を通して使用されることに鑑みて、現実放熱量割合が低温時理論放熱量割合以下（本実施の形態１では１７％以下）になるように、補助放熱器２および高段側放熱器４を構成することが望ましい。このように構成することにより、年間を通して、補助放熱器２の冷媒流出口で液冷媒が発生することを確実に防止することができるので、高段側圧縮機３の液圧縮を確実に回避することができる。特に、開放面９のエアカーテンから漏れた冷気が周囲空気吸込口１６から吸い込まれたような場合であっても、補助放熱器２の冷媒流出口で液冷媒が発生することを確実に防止し、高段側圧縮機３の液圧縮を確実に回避することができる。このため、開放面９のエアカーテンの風速を増大させた際に、エアカーテン自身が開放面９の外側の空気を巻き込むことによってエアカーテンから冷気が漏れる事態が生じたとしても、高い信頼性を確保することができる。また、開放面９のエアカーテンから漏れた冷気を、補助放熱器２での放熱に積極的に利用することが可能となるので、省エネルギー性を高めることができる。
【００６１】
ここで、低温時理論放熱量割合の値を記号Ｐで表す。本実施の形態１では、現実放熱量割合が０．８Ｐ以上になるように補助放熱器２および高段側放熱器４を構成することが好ましく、現実放熱量割合が０．９Ｐ以上になるように補助放熱器２および高段側放熱器４を構成することがより好ましい。このようにすることにより、ＣＯＰを十分に高くすることができる。
【００６２】
一体型放熱器７の全放熱量に対する補助放熱器２の放熱量の割合は、周囲空気温度の変化に対して、増減の傾向は変化せず、単調増加または単調減少となる。したがって、低温時理論放熱量割合に基づいて補助放熱器２および高段側放熱器４を構成すれば、年間を通じて、補助放熱器２の冷媒流出口での液冷媒の発生が抑制されるように、理論放熱量割合に対して現実放熱量割合を十分に抑制することができる。このため、年間を通して、高段側圧縮機３の液圧縮を回避することができ、高い信頼性が得られる。
【００６３】
本実施の形態１のオープンショーケース１００において、現実放熱量割合を上記のような割合にするための具体的な構成としては、任意の構成を採用することができる。例えば、図１に示すように、補助放熱器２と高段側放熱器４とで共通の放熱器ファン８を備えた構成とする場合において、現実放熱量割合を１７％以下にする場合には、補助放熱器２の伝熱面積を、一体型放熱器７の全伝熱面積の１７％以下にすれば良い。
【００６４】
ここで、上述した周囲空気温度の想定上限温度（３５℃）および想定下限温度（７℃）は一例であり、オープンショーケース１００が配置される環境に応じて適宜設定することができる。本実施の形態１では、前述したように、庫内温度に応じた温度である７℃を、周囲空気温度の想定下限温度にしている。このように、周囲空気温度の想定下限温度を、庫内温度（すなわち、収容空間１０内の温度）に応じた温度にすることにより、次のような効果が得られる。すなわち、開放面９のエアカーテンから漏れた冷気が周囲空気吸込口１６から吸い込まれて補助放熱器２の周囲に流れる場合においても、補助放熱器２の冷媒流出口で液冷媒が発生することをより確実に防止することができるので、高段側圧縮機３の液圧縮をより確実に回避することができる。このため、開放面９のエアカーテンの風速を増大させた際に、エアカーテン自身が開放面９の外側の空気を巻き込むことによってエアカーテンから冷気が漏れる事態が生じたとしても、極めて高い信頼性を確保することができる。また、開放面９のエアカーテンから漏れた冷気を、補助放熱器２での放熱に積極的に利用することが可能となるので、省エネルギー性を高めることができる。
【００６５】
本実施の形態１のオープンショーケース１００で用いるＣＯ２冷媒は超臨界冷媒となる。そのため、高段側放熱器４のエンタルピ差が小さく、また、比熱比が大きいため吐出温度が高く、補助放熱器２のエンタルピ差が大きい。よって、一体型放熱器７の全放熱量に対する補助放熱器２の放熱量の割合は、凝縮潜熱を利用する冷媒に比べて、大きいものとなる。次に、本発明において、凝縮潜熱を利用する冷媒を用いる場合について説明する。
【００６６】
図１０は、高温時理論放熱量割合および低温時理論放熱量割合の値を冷媒毎に示す図である。図１０では、ＣＯ２冷媒を用いた場合と、凝縮潜熱を利用する代表的な冷媒（プロパン、イソブタン、アンモニア、ＨＦＯ１２３４ｙｆ、ＨＦＯ１２３４ｚｅ、Ｒ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２）を用いた場合とにおける高温時理論放熱量割合および低温時理論放熱量割合の値をそれぞれグラフで示している。なお、高周囲温度条件は周囲空気温度を３５℃とし、低周囲温度条件は周囲空気温度を７℃としている。
【００６７】
凝縮潜熱を利用する冷媒を用いた場合には、ＣＯ２冷媒とは対照に、高段側放熱器４のエンタルピ差が大きく、補助放熱器２のエンタルピ差が小さくなる。よってＣＯ２冷媒を用いた場合に比べて、理論放熱量割合は小さいものとなる。図１０に示した凝縮潜熱を利用する冷媒の理論放熱量割合の値の中で、最小値はイソブタンを用いた場合の低温時理論放熱量割合である７．７％であり、最大値はＲ４１０ＡまたはＲ３２を用いた場合の高温時理論放熱量割合である１６．９％である。
【００６８】
以上のことから、本実施の形態１では、ＣＯ２冷媒に代えて、プロパン、イソブタン、アンモニア、ＨＦＯ１２３４ｙｆ、ＨＦＯ１２３４ｚｅ、Ｒ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２のうちの少なくとも一つを冷媒として用いる場合には、現実放熱量割合が８％以下になるように、補助放熱器２および高段側放熱器４を構成することが望ましい。このように構成することにより、現実放熱量割合が、年間を通して、理論放熱量割合以下または理論放熱量割合にほぼ等しくなる。そのため、補助放熱器２の冷媒流出口で液冷媒が発生することを確実に防止することができるので、高段側圧縮機３の液圧縮を確実に回避することができる。
【００６９】
以上説明したように、本実施の形態１によれば、年間を通じて、補助放熱器２の冷媒流出口で液冷媒が発生することを確実に抑制し、高段側圧縮機３の液圧縮を回避することができる。このため、高い信頼性を得ることができる。また、圧縮機の発停等が抑えられ、安定した駆動を行うことができるので省エネルギー効果を得ることが可能となる。ここで、本実施の形態１では、高段側放熱器４と補助放熱器２との構成を、放熱量割合に基づいて設定するようにしたが、例えば高段側放熱器４と補助放熱器２とにおける冷媒の放熱量について、比等の関係に基づいて構成を定めるようにしてもよい。
【００７０】
また、地球温暖化に対する影響が小さい自然冷媒として、運転効率の低いＣＯ２冷媒を用いたオープンショーケース１００に関して、年間を通した周囲空気温度の変化、負荷変動、冷媒の特性、高段側圧縮機３と低段側圧縮機１との消費電力比率などを考慮しつつ、放熱量割合を選定するようにしたので、高段側圧縮機３の液圧縮を回避しつつ、オープンショーケース１００全体の運転効率が向上する。このため、年間を通した省エネルギー効果を得ることができる。
【００７１】
また、本実施の形態１では、補助放熱器２と高段側放熱器４とを一体とした一体型放熱器７で構成することで、コンパクトなオープンショーケース１００を得ることができる。さらに、補助放熱器２の放熱量を、一体型放熱器７の全放熱量に対して１７％以下にするにあたり、一体型放熱器７において、補助放熱器２と高段側放熱器４とで伝熱面積を分けるように構成することにより、無駄なく一体型放熱器７を使用することができる。このため、信頼性が高く、かつ年間を通して大きな省エネルギー効果を発揮する、コンパクトなオープンショーケース１００を得ることができる。
【００７２】
なお、本実施の形態１では、現実放熱量割合が低温時理論放熱量割合以下になるように補助放熱器２および高段側放熱器４を構成しているが、このような関係が必ずしも厳密に成立していなくても良い。例えば、現実放熱量割合が低温時理論放熱量割合よりやや大きい値になるように補助放熱器２および高段側放熱器４を構成しても良い。そのような場合であっても、年間を通じて、高段側圧縮機３の液圧縮が問題とならない程度に、補助放熱器２の冷媒流出口で液冷媒が発生することを抑制することができ、高い信頼性が得られる。
【００７３】
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１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ルギー効果が得られるが、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、省エネルギー効果が大きくなる。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。
【００７４】
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。
【００７５】
図１１は、放熱量に対する十分な熱処理能力を説明する図である。図１１に示すように、一般的に、放熱量は、冷却器の熱交換量（冷凍能力）と、圧縮機入力との和に等しい。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。
【００７６】
また、一般的に、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）と周囲空気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。このようなことから、本実施の形態１のような二段サイクルのオープンショーケース１００の場合には、高段側放熱器４を流れる冷媒の温度（凝縮温度）と周囲空気温度との温度差が、蒸発器６を流れる冷媒の温度（蒸発温度）と庫内空気温度（被冷却媒体の温度）との温度差以下（例えば１０℃以下）になるようにすれば、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。
【００７７】
なお、熱処理能力とは、熱交換器の伝熱面積と熱通過率との積で表され、熱通過率は、主に、冷媒側の熱伝達率と空気側の熱伝達率とで決まる。一般に、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。
【００７８】
実施の形態２．
次に、図１２を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。
【００７９】
図１２は、本実施の形態２のオープンショーケースの冷媒回路図である。図１２に示すように、本実施の形態２のオープンショーケースは、冷媒回路における補助放熱器２と高段側圧縮機３との間の経路に、気液分離器としてのアキュムレータ１７を備えている。本実施の形態２によれば、補助放熱器２の冷媒流出口において液冷媒が万一生じた場合であっても、アキュムレータ１７により冷媒の気液分離を行い、液冷媒を分離して貯留することが可能となる。このため、高段側圧縮機３には、ガス冷媒のみを吸入させることができるため、高段側圧縮機３の液圧縮をより確実に回避可能となる。
【００８０】
実施の形態３．
次に、図１３を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。
【００８１】
図１３は、本実施の形態３のオープンショーケースの冷媒回路図である。図１３に示すように、本実施の形態３のオープンショーケースは、冷媒回路における補助放熱器２と高段側圧縮機３との間の経路に、気液分離器としてのアキュムレータ１７を備えている。アキュムレータ１７には、気液分離により貯留した液冷媒の取出口が設けられている。液冷媒配管１９の一端はアキュムレータ１７の液冷媒取出口に接続され、液冷媒配管１９の他端は蒸発器６の上流側に接続されている。液冷媒配管１９の途中には、液冷媒配管１９を通過する液冷媒の量を調節する流量調節弁１８（流量調節装置）が設けられている。
【００８２】
本実施の形態３によれば、補助放熱器２の冷媒流出口において液冷媒が万一生じた場合であっても、アキュムレータ１７により冷媒の気液分離を行い、液冷媒を分離して貯留することが可能となる。このため、高段側圧縮機３には、ガス冷媒のみを吸入させることができるため、高段側圧縮機３の液圧縮をより確実に回避可能となる。また、アキュムレータ１７内に溜まった液冷媒を、液冷媒配管１９を通して、流量調節弁１８により流量調節および減圧等を行った上で、蒸発器６の上流側へ流し、高段側放熱器４および膨張弁５を通過した冷媒と合流させることができる。このような構成により、アキュムレータ１７内の中間圧冷媒を、圧縮、凝縮等の過程を経ずに、蒸発器６に直接導くことができるため、高段側圧縮機３の入力を低減することができ、省エネルギー効果も得ることができる。
【００８３】
実施の形態４．
次に、図１４を参照して、本発明の実施の形態４について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。
【００８４】
図１４は、本発明の実施の形態４のオープンショーケースの主要な構成の概略を示す図である。図１４に示すように、本実施の形態２のオープンショーケース２００は、放熱用送風機として、補助放熱器２に送風する補助放熱器ファン８１と、高段側放熱器４に送風する高段側放熱器ファン８２とを備えている。これにより、補助放熱器２への送風量と、高段側放熱器４への送風量とを個別に調整することができる。さらに、本実施の形態２のオープンショーケース２００は、周囲空気吸込口１６から取り込まれる周囲空気の温度を検出する周囲空気温度センサ８３（周囲空気温度検出手段）と、制御部５０（制御手段）とを備えている。
【００８５】
実施の形態１で説明したように、理論放熱量割合は、周囲空気温度に応じて、変化する。制御部５０には、周囲空気温度と理論放熱量割合との関係が、マップまたは数式として予め記憶されている。制御部５０は、その記憶された関係に、周囲空気温度センサ８３により検出された周囲空気温度を当てはめることにより、現在の周囲空気温度に応じた、現在の理論放熱量割合を算出する。そして、制御部５０は、そのようにして求めた理論放熱量割合に基づいて、補助放熱器ファン８１および高段側放熱器ファン８２を駆動することにより、補助放熱器２への送風量と、高段側放熱器４への送風量とを制御する。例えば、制御部５０は、補助放熱器２の実際の放熱量と高段側放熱器４の実際の放熱量との合計放熱量に対する補助放熱器２の実際の放熱量の割合（すなわち、現実放熱量割合）が、理論放熱量割合に一致あるいは近くなるように、補助放熱器２への送風量と、高段側放熱器４への送風量とを制御する。例えば、実施の形態１と同様にＣＯ２冷媒を用いる場合においては、制御部５０は、周囲空気温度が７℃の場合には、現実放熱量割合が、低温時理論放熱量割合である１７％に一致あるいは近くなるように、補助放熱器２への送風量と、高段側放熱器４への送風量とを制御する。そして、制御部５０は、周囲空気温度が３５℃の場合には、現実放熱量割合が、高温時理論放熱量割合である３５％に一致あるいは近くなるように、補助放熱器２への送風量と、高段側放熱器４への送風量とを制御する。
【００８６】
本実施の形態３によれば、周囲空気温度の変化にかかわらず、年間を通して、現実放熱量割合が理論放熱量割合に一致あるいは近くなるように制御することができる。このため、年間を通して、補助放熱器２の冷媒流出口に液冷媒が発生しない範囲において補助放熱器２の放熱量を最大化することができる。よって、年間を通して、高段側圧縮機３の液圧縮を確実に回避しつつ、ＣＯＰをさらに高くすることができる。
【符号の説明】
【００８７】
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  冷気吹出口、１３  冷気吸込口、１４  循環通路、１５  庫内ファン、１６  周囲空気吸込口、１７  アキュムレータ、１８  流量調節弁、１９  液冷媒配管、５０  制御部、７１  伝熱フィン、７２  伝熱管、８１  補助放熱器ファン、８２  高段側放熱器ファン、８３  周囲空気温度センサ、１００，２００  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】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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