JP2017203601A - 冷却装置およびショーケース - Google Patents

Abstract

【課題】非共沸混合冷媒を用いる場合において、効率が低下するのを抑制することが可能な冷却装置を提供する。【解決手段】このショーケース１００では、蒸発器１４は、非共沸混合冷媒の流量が比較的多い場合と比較的少ない場合との両方において、非共沸混合冷媒が流入する蒸発器１４の入口１４ａにおける非共沸混合冷媒の温度Ｔ１よりも、非共沸混合冷媒が流出する蒸発器１４の出口１４ｂにおける非共沸混合冷媒の温度Ｔ２の方が高くなるように、蒸発器１４の圧力損失が所定の値以下になるような構造を有している。【選択図】図１

Description

この発明は、冷却装置およびショーケースに関し、特に、非共沸混合冷媒を蒸発させる蒸発器を備える冷却装置およびショーケースに関する。

従来、非共沸混合冷媒を蒸発させる蒸発器を備える冷却装置（冷凍サイクル装置）が知られている（たとえば、特許文献１参照）。なお、非共沸混合冷媒とは、互いに異なる沸点を有する複数の冷媒を混合した冷媒を意味する。上記特許文献１に記載の冷凍サイクル装置では、蒸発器の流路は、冷媒入口部から冷媒出口部に向かう温度変化に応じて、空気の流れと対向するように非共沸混合冷媒が流れる流路（対向流）と、空気の流れと並行するように非共沸混合冷媒が流れる流路（並行流）とに切り替え可能に構成されている。

具体的には、非共沸混合冷媒の流量が少ない場合などの蒸発器の圧力損失が小さい場合には、冷媒出口部における非共沸混合冷媒の温度が、冷媒入口部における非共沸混合冷媒の温度よりも高くなる。この場合、蒸発器の流路は、空気の流れと対向するように非共沸混合冷媒が流れる流路（対向流）に切り替えられる。また、非共沸混合冷媒の流量が多い場合などの蒸発器の圧力損失が大きい場合には、冷媒出口部における非共沸混合冷媒の温度が、冷媒入口部における非共沸混合冷媒の温度よりも低くなる。この場合、蒸発器の流路は、空気の流れと並行するように非共沸混合冷媒が流れる流路（並行流）に切り替えられる。

特開２０１２−２０２６２４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の冷凍サイクル装置では、蒸発器の圧力損失が大きい場合には、冷媒出口部における非共沸混合冷媒の温度が、冷媒入口部における非共沸混合冷媒の温度よりも低くなる。このため、空気と非共沸混合冷媒との温度差が比較的大きくなる場合があり、この場合には、蒸発器の表面に霜が付着する。このため、蒸発器の性能が低下して、冷凍サイクル装置の効率が低下するという問題点が考えられる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、非共沸混合冷媒を用いる場合において、効率が低下するのを抑制することが可能な冷却装置およびショーケースを提供することである。

この発明の第１の局面による冷却装置は、非共沸混合冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機によって圧縮された非共沸混合冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮器によって凝縮された非共沸混合冷媒を膨張させる膨張部と、膨張部によって膨張された非共沸混合冷媒を蒸発させるとともに、非共沸混合冷媒の流れる方向と、非共沸混合冷媒により冷却される被冷却媒体の流れる方向とが互いに向かい合う方向に流れるように構成されている蒸発器とを備え、蒸発器は、非共沸混合冷媒の流量が比較的多い場合と比較的少ない場合との両方において、非共沸混合冷媒が流入する蒸発器の入口における非共沸混合冷媒の温度よりも、非共沸混合冷媒が流出する蒸発器の出口における非共沸混合冷媒の温度の方が高くなるように、蒸発器の圧力損失が所定の値以下になるような構造を有している。

この発明の第１の局面による冷却装置では、上記のように、蒸発器は、非共沸混合冷媒の流量が比較的多い場合と比較的少ない場合との両方において、非共沸混合冷媒が流入する蒸発器の入口における非共沸混合冷媒の温度よりも、非共沸混合冷媒が流出する蒸発器の出口における非共沸混合冷媒の温度の方が高くなるように、蒸発器の圧力損失が所定の値以下になるような構造を有している。これにより、非共沸混合冷媒の流量が比較的多い場合と比較的少ない場合との両方において、蒸発器の出口における非共沸混合冷媒の温度が、蒸発器の入口における非共沸混合冷媒の温度よりも高くなるので、非共沸混合冷媒により冷却される被冷却媒体と非共沸混合冷媒との温度差が比較的小さくなる。その結果、蒸発器の表面に霜が付着するのが抑制される。または、蒸発器の表面に霜が付着する場合でも、霜により被冷却媒体の流路が塞がれてしまうまでの時間を比較的長くすることができる。これにより、蒸発器の性能が低下するのが抑制されるので、非共沸混合冷媒を用いる場合において、冷却装置の効率が低下するのを抑制することができる。

また、蒸発器の出口における非共沸混合冷媒の温度が、蒸発器の入口における非共沸混合冷媒の温度よりも高くなるので、蒸発器の出口（すなわち、圧縮機の入口）の圧力が比較的高くなる。これにより、圧縮機の入口の圧力が低下することに起因して、圧縮機の吐出量が低下するのが抑制されるので、これによっても、冷却装置の効率が低下するのを抑制することができる。

また、蒸発器が、非共沸混合冷媒の流れる方向と、非共沸混合冷媒により冷却される被冷却媒体の流れる方向とが互いに向かい合う方向に流れる（対向流）ように構成されているので、蒸発器の出口における非共沸混合冷媒の温度よりも低い温度を有する蒸発器の入口における非共沸混合冷媒により、蒸発器から流出する被冷却媒体の温度を、所望の温度に低下させることができる。

上記第１の局面による冷却装置において、好ましくは、非共沸混合冷媒の露点と沸点との温度差が、４Ｋ以上であるとともに、蒸発器は、圧力損失が４０ｋＰａ以下になるような構造を有している。このように構成すれば、露点と沸点との温度差が４Ｋ以上である非共沸混合冷媒において、非共沸混合冷媒が流入する蒸発器の入口における非共沸混合冷媒の温度よりも、非共沸混合冷媒が流出する蒸発器の出口における非共沸混合冷媒の温度の方を高くすることができる。なお、この点は、後述する本願発明者の非共沸混合冷媒の物性に基づいた圧力損失の決定方法により確認済みである。

上記第１の局面による冷却装置において、好ましくは、蒸発器は、非共沸混合冷媒の流路数、配管径および配管長さのうちの少なくとも１つを調整することにより、蒸発器の圧力損失が所定の値以下になるような構造を有している。このように構成すれば、容易に、蒸発器の圧力損失を、所望の圧力損失に調整することができる。

上記第１の局面による冷却装置において、好ましくは、非共沸混合冷媒の蒸発器の出口における過熱度は、略ゼロになるように構成されている。ここで、非共沸混合冷媒の蒸発器の出口における過熱度が比較的大きい場合には、蒸発器の出口（つまり圧縮機の入口）における非共沸混合冷媒の密度が小さくなる。そこで、非共沸混合冷媒の蒸発器の出口における過熱度が、略ゼロになるように構成することによって、蒸発器の出口（つまり圧縮機の入口）における非共沸混合冷媒の密度が比較的大きくなるので、冷却装置の効率を向上させることができる。

上記第１の局面による冷却装置において、好ましくは、非共沸混合冷媒は、蒸発器の上下方向に沿って流れるように構成されており、非共沸混合冷媒が流れる上下方向に沿った方向の蒸発器の長さは、非共沸混合冷媒が流れる方向に沿った上下方向に直交する方向の蒸発器の厚み以上である。このように構成すれば、蒸発器内における非共沸混合冷媒が流れる流路が比較的長くなるので、非共沸混合冷媒と被冷却媒体との熱交換を効率よく行うことができる。

この発明の第２の局面によるショーケースは、非共沸混合冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機によって圧縮された非共沸混合冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮器によって凝縮された非共沸混合冷媒を膨張させる膨張部と、膨張部によって膨張された非共沸混合冷媒を蒸発させるとともに、非共沸混合冷媒の流れる方向と、非共沸混合冷媒により冷却される被冷却媒体の流れる方向とが互いに向かい合う方向に流れるように構成されている蒸発器とを備え、蒸発器は、非共沸混合冷媒の流量が比較的多い場合と比較的少ない場合との両方において、非共沸混合冷媒が流入する蒸発器の入口における非共沸混合冷媒の温度よりも、非共沸混合冷媒が流出する蒸発器の出口における非共沸混合冷媒の温度の方が高くなるように、蒸発器の圧力損失が所定の値以下になるような構造を有している。

この発明の第２の局面によるショーケースでは、上記のように、蒸発器は、非共沸混合冷媒の流量が比較的多い場合と比較的少ない場合との両方において、非共沸混合冷媒が流入する蒸発器の入口における非共沸混合冷媒の温度よりも、非共沸混合冷媒が流出する蒸発器の出口における非共沸混合冷媒の温度の方が高くなるように、蒸発器の圧力損失が所定の値以下になるような構造を有している。これにより、非共沸混合冷媒の流量が比較的多い場合と比較的少ない場合との両方において、蒸発器の出口における非共沸混合冷媒の温度が、蒸発器の入口における非共沸混合冷媒の温度よりも高くなるので、非共沸混合冷媒により冷却される被冷却媒体と非共沸混合冷媒との温度差が比較的小さくなる。その結果、蒸発器の表面に霜が付着するのが抑制される。または、蒸発器の表面に霜が付着する場合でも、霜により被冷却媒体の流路が塞がれてしまうまでの時間を比較的長くすることができる。これにより、蒸発器の性能が低下するのが抑制されるので、非共沸混合冷媒を用いる場合において、効率が低下するのを抑制することが可能なショーケースを提供することができる。

また、蒸発器の出口における非共沸混合冷媒の温度が、蒸発器の入口における非共沸混合冷媒の温度よりも高くなるので、蒸発器の出口（すなわち、圧縮機の入口）の圧力が比較的高くなる。これにより、圧縮機の入口の圧力が低下することに起因して、圧縮機の吐出量が低下するのが抑制されるので、これによっても、ショーケースの効率が低下するのを抑制することができる。

また、蒸発器が、非共沸混合冷媒の流れる方向と、非共沸混合冷媒により冷却される被冷却媒体の流れる方向とが互いに向かい合う方向に流れる（対向流）ように構成されているので、蒸発器の出口における非共沸混合冷媒の温度よりも低い温度を有する蒸発器の入口における非共沸混合冷媒により、蒸発器から流出する被冷却媒体の温度を、所望の温度に低下させることができる。

本発明によれば、上記のように、非共沸混合冷媒を用いる場合において、冷却装置およびショーケースの効率が低下するのを抑制することができる。

本発明の一実施形態によるショーケースの側面図である。 本発明の一実施形態によるショーケースの斜視図である。 本発明の一実施形態によるショーケースのブロック図である。 本発明の一実施形態によるショーケースの蒸発器を示す図である。 非共沸混合冷媒のＰ−ｈ線図である。 単一冷媒のＰ−ｈ線図である。 圧力損失の決定方法を説明するための図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

［本実施形態］
（ショーケースの構成）
まず、図１〜図５を参照して、本実施形態によるショーケース１００の構成について説明する。このショーケース１００では、非共沸混合冷媒を冷媒として使用している。また、ショーケース１００は、ショーケース本体部１０１と、冷凍機１０２とを含む。なお、ショーケース１００は、特許請求の範囲の「冷却装置」の一例である。

図１および図２に示すように、ショーケース本体部１０１は、商品（図示せず）を前面側が開放された陳列室１０に陳列して販売するオープンタイプ（開放型）である。また、ショーケース本体部１０１には、庫内ダクト２０が設けられている。庫内ダクト２０は、陳列室１０の背面側（Ｘ１方向側）に設けられ、垂直方向（Ｚ方向）に延びる部分２１と、陳列室１０の下方（Ｚ２方向側）に設けられ、水平方向（Ｘ方向）に延びる部分２２とを含む。

図１に示すように、ショーケース本体部１０１は、壁部２００よりもＸ２方向側の空間２０１に配置されている。また、冷凍機１０２は、壁部２００よりもＸ１方向側の空間２０２に配置されている。

図３に示すように、ショーケース１００には、非共沸混合冷媒を圧縮する圧縮機１１が設けられている。圧縮機１１は、冷凍機１０２に設けられている。圧縮機１１は、ＡＣ電源（図示せず）から供給される交流電力により回転駆動されるように構成されている。また、圧縮機１１は、低圧側から吸入されたガス冷媒を圧縮して高圧側に吐出する役割を有している。

ショーケース１００には、圧縮機１１によって圧縮された非共沸混合冷媒を凝縮する凝縮器１２が設けられている。凝縮器１２は、冷凍機１０２に設けられている。凝縮器１２は、内部を流通するガス状態の冷媒を、外気を用いて冷却（凝縮）する機能を有している。このとき、冷媒の凝縮熱が発生する。また、凝縮器１２内で凝縮（液化）された冷媒は、後述する膨張弁１３に流入される。

また、ショーケース１００には、凝縮器１２によって凝縮された非共沸混合冷媒を膨張させる膨張弁１３が設けられている。膨張弁１３は、冷凍機１０２に設けられている。膨張弁１３は、凝縮器１２で冷却（液化）された冷媒を絞り膨張（減圧）させて蒸発器１４に供給する役割を有している。また、膨張弁１３により膨張された液冷媒は、気相および液相からなる気液二相状態のまま蒸発器１４に流入される。なお、膨張弁１３は、特許請求の範囲の「膨張部」の一例である。

また、ショーケース１００には、膨張弁１３によって膨張された非共沸混合冷媒を蒸発させる蒸発器１４が設けられている。図１に示すように、蒸発器１４は、ショーケース本体部１０１の庫内ダクト２０の垂直方向（Ｚ方向）に延びる部分２１に設けられている。蒸発器１４は、流通する冷媒が蒸発（気化）する際に、庫内ダクト２０内を流通する空気から熱を奪って冷却する。そして、蒸発器１４によって冷却された空気（冷気）は、陳列室１０に供給される。また、蒸発器１４における蒸発後の冷媒は、ガス状態となって圧縮機１１に戻される。また、蒸発器１４は、たとえば、フィンアンドチューブ型であり、銅やアルミニウムなどにより形成されている。なお、空気は、特許請求の範囲の「被冷却媒体」の一例である。

また、図４に示すように、蒸発器１４は、非共沸混合冷媒の流れる方向と、非共沸混合冷媒により冷却される空気の流れる方向とが互いに向かい合う方向に流れる（対向流）ように構成されている。具体的には、非共沸混合冷媒は、蒸発器１４の上方（Ｚ１方向）に設けられる入口１４ａから蒸発器１４に流入する。そして、非共沸混合冷媒は、蒸発器１４内を、下方側に向かって流れた後、蒸発器１４の下方（Ｚ２方向）に設けられる出口１４ｂから流出する。一方、空気は、蒸発器１４の下方に設けられる入口（図示せず）から蒸発器１４に流入する。そして、空気は、蒸発器１４内を、上方側に向かって流れた後、蒸発器１４の上方に設けられる出口（図示せず）から流出する。

ここで、本実施形態では、図５に示すように、蒸発器１４は、非共沸混合冷媒の流量が比較的多い場合と比較的少ない場合との両方において、非共沸混合冷媒が流入する蒸発器１４の入口１４ａ（点Ｐ１）における非共沸混合冷媒の温度Ｔ１よりも、非共沸混合冷媒が流出する蒸発器１４の出口１４ｂ（点Ｐ２）における非共沸混合冷媒の温度Ｔ２の方が高くなるように、蒸発器１４の圧力損失が所定の値以下になるような構造を有している。なお、「非共沸混合冷媒の流量が比較的多い場合」および「非共沸混合冷媒の流量が比較的少ない場合」とは、ショーケース１００が使用される際において、通常、蒸発器１４に流れる非共沸混合冷媒の流量の「上限」と「下限」との間における、「比較的多い場合」、および、「比較的少ない場合」の流量を意味する。言い換えると、蒸発器１４は、非共沸混合冷媒の流量に関わらず（ショーケース１００の通常使用時の流量の範囲内において）、蒸発器１４の入口１４ａ（点Ｐ１）における非共沸混合冷媒の温度Ｔ１よりも、蒸発器１４の出口１４ｂ（点Ｐ２）における非共沸混合冷媒の温度Ｔ２の方が高くなるように構成されている。

具体的には、本実施形態では、非共沸混合冷媒の露点と沸点との温度差（温度勾配）が、４Ｋ以上である。そして、蒸発器１４は、圧力損失が４０ｋＰａ以下になるような構造を有している。たとえば、非共沸混合冷媒は、Ｒ４４８Ａ、または、Ｒ４４９Ａである。なお、圧力損失（４０ｋＰａ）の決定方法については、後述する。

また、本実施形態では、非共沸混合冷媒の蒸発器１４の出口１４ｂ（点Ｐ２）における過熱度は、略ゼロになるように構成されている。すなわち、図５のＰ−ｈ（モリエル）線図において、蒸発器１４の出口１４ｂである点Ｐ２は、乾燥飽和蒸気線上に位置しており、点Ｐ２において、非共沸混合冷媒は、飽和蒸気となる。なお、点Ｐ２が乾燥飽和蒸気線の外側（紙面右側）に位置する場合、非共沸混合冷媒の過熱度が、ゼロよりも大きくなり、非共沸混合冷媒は、過熱蒸気となる。非共沸混合冷媒が過熱蒸気となった場合にも、蒸発器１４の入口１４ａ（点Ｐ１）における非共沸混合冷媒の温度Ｔ１よりも、非共沸混合冷媒が流出する蒸発器１４の出口１４ｂにおける非共沸混合冷媒の温度Ｔ２の方が高くなる。すなわち、本実施形態では、非共沸混合冷媒が過熱蒸気となった場合に加えて、非共沸混合冷媒の過熱度が略ゼロ（飽和蒸気）である場合でも、蒸発器１４の入口１４ａ（点Ｐ１）における非共沸混合冷媒の温度Ｔ１よりも、非共沸混合冷媒が流出する蒸発器１４の出口１４ｂ（点Ｐ２）における非共沸混合冷媒の温度Ｔ２の方が高くなる。なお、蒸発器１４の入口１４ａ（点Ｐ１）の非共沸混合冷媒の温度Ｔ１と、蒸発器１４の出口１４ｂ（点Ｐ２）の非共沸混合冷媒の温度Ｔ２との差は、たとえば、約２Ｋである。

また、本実施形態では、図４に示すように、蒸発器１４は、非共沸混合冷媒の流路１４ｃの数、配管１４ｄの径および配管１４ｄの長さのうちの少なくとも１つを調整することにより、蒸発器１４の圧力損失が所定の値（４０ｋＰａ）以下になるような構造を有している。具体的には、蒸発器１４において、非共沸混合冷媒の入口１４ａおよび出口１４ｂは、各々、２個ずつ設けられている。そして、非共沸混合冷媒の流路１４ｃが２個設けられている。これにより、非共沸混合冷媒の流路１４ｃの数が１個である場合に比べて、蒸発器１４の圧力損失を低下させることが可能になる。また、蒸発器１４の圧力損失が所定の値（４０ｋＰａ）以下になるように、配管１４ｄの径および配管１４ｄの長さが調整されている。

また、本実施形態では、非共沸混合冷媒は、蒸発器１４の上下方向（Ｚ方向）に沿って流れるように構成されている。そして、非共沸混合冷媒が流れる上下方向（Ｚ方向）に沿った方向の蒸発器１４の長さＬ１は、非共沸混合冷媒が流れる方向に沿った上下方向に直交する方向（Ｘ方向）の蒸発器１４の厚みｔ以上である。具体的には、蒸発器１４を側面側（Ｙ方向側）から見た場合に、蒸発器１４のＺ方向に沿った方向の長さＬ１は、蒸発器１４の厚みｔよりも大きくなるように構成されている。

なお、ショーケース１００では、陳列室１０の後方（Ｘ１方向側）の比較的幅（Ｘ方向の幅）の小さい庫内ダクト２０の部分２１に蒸発器１４が収容されている。このため、蒸発器１４は、Ｘ方向の厚みｔが比較的小さくなるように構成されている。一方、図２に示すように、蒸発器１４は、陳列室１０の一方端側（Ｙ１方向側）から他方端側（Ｙ２方向側）に渡るように設けられている。そして、蒸発器１４のＹ方向に沿った方向の長さＬ２は、Ｚ方向の長さＬ１よりも大きい。

また、図１および図２に示すように、ショーケース１００（ショーケース本体部１０１）には、蒸発器送風ファン１５が設けられている。具体的には、蒸発器送風ファン１５は、庫内ダクト２０の垂直方向（Ｚ方向）に延びる部分２１と水平方向（Ｘ方向）に延びる部分２２との境界部分近傍に配置されている。そして、蒸発器送風ファン１５は、ショーケース本体部１０１の前面側（Ｘ２方向）に設けられた吸込口１６（図１参照）から冷気を取り入れて、蒸発器１４に送風するように構成されている。また、蒸発器送風ファン１５は、複数（たとえば、３個、図２参照）設けられている。

そして、ショーケース１００では、圧縮機１１から吐出された冷媒が、凝縮器１２、膨張弁１３、蒸発器１４の順に流れて圧縮機１１に帰還されるサイクルが繰り返される。

次に、図１を参照して、ショーケース１００の冷気の流れについて説明する。

ショーケース１００（ショーケース本体部１０１）では、蒸発器１４により冷却された冷気が、庫内ダクト２０から陳列室１０に供給される。また、冷気は、ショーケース本体部１０１の上方（Ｚ１方向）に設けられた吹出口１７から吹き出されるとともに、ショーケース本体部１０１の下方（Ｚ２方向）に設けられた吸込口１６から吸い込まれる。これにより、ショーケース本体部１０１の前方側（Ｘ２方向側）にエアーカーテンが形成される。その結果、外気が陳列室１０に侵入することが抑制される。また、吸込口１６から吸い込まれた冷気は、蒸発器送風ファン１５により、再び蒸発器１４に送風される。

（圧力損失の決定方法）
次に、図５〜図７を参照して、蒸発器１４の圧力損失の決定方法について説明する。

まず、図６を参照して非共沸混合冷媒でない単一冷媒のＰ−ｈ（モリエル）線図について説明する。図６に示すように、単一冷媒では、等温線が略水平であり、蒸発器１４の入口１４ａ（点Ｐ２１）における単一冷媒の温度Ｔ１と、蒸発器１４の出口１４ｂ（点Ｐ２２）における単一冷媒の温度Ｔ２とは略同じである。

一方、図５に示すように、非共沸混合冷媒では、等温線が蒸発器１４の入口１４ａ（点Ｐ１）から蒸発器１４の出口１４ｂ（点Ｐ２）に向かって傾斜（右下がり）している。これにより、蒸発器１４の入口１４ａ（点Ｐ１）における非共沸混合冷媒の温度Ｔ１よりも、蒸発器１４の出口１４ｂ（点Ｐ２）における非共沸混合冷媒の温度Ｔ２の方が高くなる。しかしながら、実際の蒸発器１４では、圧力損失が存在するため、圧力損失が大きい場合には、蒸発器１４の入口１４ａ（点Ｐ１）における非共沸混合冷媒の温度Ｔ１よりも、蒸発器１４の出口１４ｂ（点Ｐ２）における非共沸混合冷媒の温度Ｔ２の方が低くなる場合がある。

そこで、非共沸混合冷媒を用いる場合において、蒸発器１４の入口１４ａ（点Ｐ１）における非共沸混合冷媒の温度Ｔ１よりも、蒸発器１４の出口１４ｂ（点Ｐ２）における非共沸混合冷媒の温度Ｔ２の方が高くなるような、圧力損失の範囲について検討を行った。

図７では、所定の圧力で沸点（飽和液）と露点（乾燥飽和蒸気）との温度差が４．９Ｋである非共沸混合冷媒について、凝縮温度を約４５℃とし、蒸発温度を約−１０℃とした場合の圧力差と温度差とを表している。なお、圧力差とは、蒸発器１４の入口１４ａにおける非共沸混合冷媒の圧力と、蒸発器１４の出口１４ｂにおける非共沸混合冷媒の圧力との差（すなわち、圧力損失）を表している。また、温度差とは、蒸発器１４の入口１４ａにおける非共沸混合冷媒の温度と、蒸発器１４の出口１４ｂにおける非共沸混合冷媒の温度との差を表している。また、蒸発器１４の出口１４ｂ（点Ｐ２）は、Ｐ−ｈ線図（図５参照）において、乾燥飽和蒸気線上に位置している。すなわち、蒸発器１４の出口１４ｂ（点Ｐ２）において、非共沸混合冷媒の過熱度は、略ゼロである。なお、図７の圧力差および温度差は、非共沸混合冷媒の物性値に基づいて求められた値である。

図７に示すように、圧力差（圧力損失）が４５ｋＰａ以上の場合、温度差が０よりも小さくなることが確認された。すなわち、蒸発器１４の圧力差（圧力損失）が４５ｋＰａ以上の場合、蒸発器１４の入口１４ａ（点Ｐ１）における非共沸混合冷媒の温度Ｔ１よりも、蒸発器１４の出口１４ｂ（点Ｐ２）における非共沸混合冷媒の温度Ｔ２の方が低くなることが判明した。一方、圧力差（圧力損失）が４０ｋＰａ以下では、温度差が０よりも大きくなることが確認された。すなわち、蒸発器１４の圧力差（圧力損失）を４０ｋＰａ以下にすることにより、過熱度が略ゼロの場合でも、蒸発器１４の入口１４ａ（点Ｐ１）における非共沸混合冷媒の温度Ｔ１よりも、蒸発器１４の出口１４ｂ（点Ｐ２）における非共沸混合冷媒の温度Ｔ２の方が高くなることが判明した。これにより、蒸発器１４の圧力差（圧力損失）を４０ｋＰａ以下にすることにより、過熱度が略ゼロの場合でも、非共沸混合冷媒の流量が比較的多い場合と比較的少ない場合との両方において、蒸発器１４の入口１４ａにおける非共沸混合冷媒の温度Ｔ１よりも、蒸発器１４の出口１４ｂにおける非共沸混合冷媒の温度Ｔ２の方が高くなることが確認された。

本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、蒸発器１４は、非共沸混合冷媒の流量が比較的多い場合と比較的少ない場合との両方において、非共沸混合冷媒が流入する蒸発器１４の入口１４ａにおける非共沸混合冷媒の温度Ｔ１よりも、非共沸混合冷媒が流出する蒸発器１４の出口１４ｂにおける非共沸混合冷媒の温度Ｔ２の方が高くなるように、蒸発器１４の圧力損失が所定の値以下になるような構造を有している。これにより、非共沸混合冷媒の流量が比較的多い場合と比較的少ない場合との両方において、蒸発器１４の出口１４ｂにおける非共沸混合冷媒の温度Ｔ２が、蒸発器１４の入口１４ａにおける非共沸混合冷媒の温度Ｔ１よりも高くなるので、非共沸混合冷媒により冷却される空気と非共沸混合冷媒との温度差が比較的小さくなる。その結果、蒸発器１４の表面に霜が付着するのが抑制される。または、蒸発器１４の表面に霜が付着する場合でも、霜により空気の流路が塞がれてしまうまでの時間を比較的長くすることができる。これにより、蒸発器１４の性能が低下するのが抑制されるので、非共沸混合冷媒を用いる場合において、ショーケース１００の効率が低下するのを抑制することができる。

また、蒸発器１４の出口１４ｂにおける非共沸混合冷媒の温度Ｔ２が、蒸発器１４の入口１４ａにおける非共沸混合冷媒の温度Ｔ１よりも高くなるので、蒸発器１４の出口１４ｂ（すなわち、圧縮機１１の入口）の圧力が比較的高くなる。これにより、圧縮機１１の入口の圧力が低下することに起因して、圧縮機１１の吐出量が低下するのが抑制されるので、これによっても、ショーケース１００の効率が低下するのを抑制することができる。

また、蒸発器１４が、非共沸混合冷媒の流れる方向と、非共沸混合冷媒により冷却される空気の流れる方向とが互いに向かい合う方向に流れる（対向流）ように構成されているので、蒸発器１４の出口１４ｂにおける非共沸混合冷媒の温度Ｔ２よりも低い温度Ｔ１を有する蒸発器１４の入口１４ａにおける非共沸混合冷媒により、蒸発器１４から流出する空気の温度を、所望の温度に低下させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、非共沸混合冷媒の露点と沸点との温度差が、４Ｋ以上であるとともに、蒸発器１４は、圧力損失が４０ｋＰａ以下になるような構造を有している。これにより、露点と沸点との温度差が４Ｋ以上である非共沸混合冷媒において、非共沸混合冷媒が流入する蒸発器１４の入口１４ａにおける非共沸混合冷媒の温度Ｔ１よりも、非共沸混合冷媒が流出する蒸発器１４の出口１４ｂにおける非共沸混合冷媒の温度Ｔ２の方を高くすることができる。

また、本実施形態では、上記のように、蒸発器１４は、非共沸混合冷媒の流路１４ｃの数、配管１４ｄの径および配管１４ｄの長さのうちの少なくとも１つを調整することにより、蒸発器１４の圧力損失が所定の値以下になるような構造を有している。これにより、容易に、蒸発器１４の圧力損失を、所望の圧力損失に調整することができる。

また、本実施形態では、上記のように、非共沸混合冷媒の蒸発器１４の出口１４ｂにおける過熱度を、略ゼロになるように構成する。ここで、非共沸混合冷媒の蒸発器１４の出口１４ｂにおける過熱度が比較的大きい場合には、蒸発器１４の出口１４ｂ（つまり圧縮機１１の入口）における非共沸混合冷媒の密度が小さくなる。そこで、非共沸混合冷媒の蒸発器１４の出口１４ｂにおける過熱度が、略ゼロになるように構成することによって、蒸発器１４の出口１４ｂ（つまり圧縮機１１の入口）における非共沸混合冷媒の密度が比較的大きくなるので、ショーケース１００の効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、非共沸混合冷媒は、蒸発器１４の上下方向に沿って流れるように構成されており、非共沸混合冷媒が流れる上下方向に沿った方向の蒸発器１４の長さＬ１は、非共沸混合冷媒が流れる方向に沿った上下方向に直交する方向の蒸発器１４の厚みｔ以上である。これにより、蒸発器１４内における非共沸混合冷媒が流れる流路１４ｃが比較的長くなるので、非共沸混合冷媒と空気との熱交換を効率よく行うことができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、非共沸混合冷媒の露点と沸点との温度差が４Ｋ以上である場合に、蒸発器の圧力損失を４０ｋＰａ以下にすることにより、蒸発器の入口における非共沸混合冷媒の温度よりも蒸発器の出口における非共沸混合冷媒の温度の方が高くなる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、非共沸混合冷媒の露点と沸点との温度差が４Ｋ未満の場合には、蒸発器の入口における非共沸混合冷媒の温度よりも蒸発器の出口における非共沸混合冷媒の温度の方が高くなる圧力損失の条件は、４０ｋＰａ以下とは異なる場合がある。この場合、蒸発器の入口における非共沸混合冷媒の温度よりも蒸発器の出口における非共沸混合冷媒の温度の方が高くなるように、圧力損失の条件が設定される。

また、上記実施形態では、非共沸混合冷媒の流路数、配管径および配管長さを調整することにより、蒸発器の圧力損失が所定の値以下になるような構造を有している例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、非共沸混合冷媒の流路数、配管径および配管長さのうちの少なくとも１つを調整することにより、蒸発器の圧力損失が所定の値以下になるような構造を有していればよい。

また、上記実施形態では、非共沸混合冷媒の流路の数が２個である例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、非共沸混合冷媒の流路の数が３個以上であってもよい。また、蒸発器の圧力損失が所定の値以下になるのであれば、非共沸混合冷媒の流路の数が１個でもよい。

また、上記実施形態では、非共沸混合冷媒として、Ｒ４４８Ａ、または、Ｒ４４９Ａを用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、Ｒ４４８Ａ、または、Ｒ４４９Ａ以外の非共沸混合冷媒を用いてもよい。

また、上記実施形態では、非共沸混合冷媒の蒸発器の出口における過熱度が、略ゼロになる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、非共沸混合冷媒の蒸発器の出口における過熱度が、略ゼロでなくてもよい。たとえば、蒸発器の出口において、非共沸混合冷媒が過熱蒸気であってもよい。

また、上記実施形態では、非共沸混合冷媒が流れる上下方向に沿った方向の蒸発器の長さが、蒸発器の厚みよりも大きい例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、非共沸混合冷媒が流れる上下方向に沿った方向の蒸発器の長さが、蒸発器の厚みと等しくてもよい。

また、上記実施形態では、蒸発器がショーケース本体部に設けられ、圧縮機、凝縮器、および、膨張弁が冷凍機に設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器の全てがショーケース本体部（または、冷凍機）に設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、本発明の「膨張部」として膨張弁を用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、「膨張部」として、膨張弁以外の部材（キャピラリなど）を用いてもよい。

また、上記実施形態では、本発明の「被冷却媒体」が空気である例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、「被冷却媒体」が空気以外の物質でもよい。

また、上記実施形態では、ショーケースに設けられる蒸発器に本発明を適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ショーケース以外の装置に設けられる蒸発器に本発明を適用してもよい。

１１ 圧縮機
１２ 凝縮器
１３ 膨張弁（膨張部）
１４ 蒸発器
１４ａ 入口
１４ｂ 出口
１４ｃ 流路
１４ｄ 配管
１００ ショーケース（冷却装置）
Ｌ１ 長さ
ｔ 厚み

Claims (6)

1. 非共沸混合冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機によって圧縮された前記非共沸混合冷媒を凝縮する凝縮器と、
   前記凝縮器によって凝縮された前記非共沸混合冷媒を膨張させる膨張部と、
   前記膨張部によって膨張された前記非共沸混合冷媒を蒸発させるとともに、前記非共沸混合冷媒の流れる方向と、前記非共沸混合冷媒により冷却される被冷却媒体の流れる方向とが互いに向かい合う方向に流れるように構成されている蒸発器とを備え、
   前記蒸発器は、前記非共沸混合冷媒の流量が比較的多い場合と比較的少ない場合との両方において、前記非共沸混合冷媒が流入する前記蒸発器の入口における前記非共沸混合冷媒の温度よりも、前記非共沸混合冷媒が流出する前記蒸発器の出口における前記非共沸混合冷媒の温度の方が高くなるように、前記蒸発器の圧力損失が所定の値以下になるような構造を有している、冷却装置。
2. 前記非共沸混合冷媒の露点と沸点との温度差が、４Ｋ以上であるとともに、前記蒸発器は、圧力損失が４０ｋＰａ以下になるような構造を有している、請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記蒸発器は、前記非共沸混合冷媒の流路数、配管径および配管長さのうちの少なくとも１つを調整することにより、前記蒸発器の圧力損失が所定の値以下になるような構造を有している、請求項１または２に記載の冷却装置。
4. 前記非共沸混合冷媒の前記蒸発器の出口における過熱度は、略ゼロになるように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却装置。
5. 前記非共沸混合冷媒は、前記蒸発器の上下方向に沿って流れるように構成されており、
   前記非共沸混合冷媒が流れる上下方向に沿った方向の前記蒸発器の長さは、前記非共沸混合冷媒が流れる方向に沿った上下方向に直交する方向の前記蒸発器の厚み以上である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却装置。
6. 非共沸混合冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機によって圧縮された前記非共沸混合冷媒を凝縮する凝縮器と、
   前記凝縮器によって凝縮された前記非共沸混合冷媒を膨張させる膨張部と、
   前記膨張部によって膨張された前記非共沸混合冷媒を蒸発させるとともに、前記非共沸混合冷媒の流れる方向と、前記非共沸混合冷媒により冷却される被冷却媒体の流れる方向とが互いに向かい合う方向に流れるように構成されている蒸発器とを備え、
   前記蒸発器は、前記非共沸混合冷媒が流れる上下方向に沿った方向の長さが、前記非共沸混合冷媒が流れる方向に沿った上下方向に直交する方向の厚みよりも大きくなるとともに、前記非共沸混合冷媒の流量が比較的多い場合と比較的少ない場合との両方において、前記非共沸混合冷媒が流入する前記蒸発器の入口における前記非共沸混合冷媒の温度よりも、前記非共沸混合冷媒が流出する前記蒸発器の出口における前記非共沸混合冷媒の温度の方が高くなるように、前記蒸発器の圧力損失が所定の値以下になるような構造を有している、ショーケース。

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