(57)【要約】【課題】蒸発器の負荷変動によるサイクル状態の変化を防ぐ。【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機５１と、圧縮機５１からの冷媒を放熱させるガスクーラ５２と、冷媒を蒸発させる蒸発器５５と、ガスクーラ５２からの高圧冷媒を減圧することによって蒸発器５５から吐出された低圧冷媒を吸引して混合するとともに混合した冷媒を昇圧して吐出するエジェクタ５３と、エジェクタ５３からの混合冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を圧縮機５１に帰還させる一方で液相冷媒を蒸発器５５に供給する気液分離器５４とを備えて、複数の蒸発器５５ａ，５５ｂ，５５ｃを並列して電磁弁５５１ａ，５５１ｂ，５５１ｃを介して接続した複数の冷媒循環経路をなす冷媒回路において、エジェクタ５３に供給される高圧冷媒と低圧冷媒との相互の熱交換を行う内部熱交換器５６を備える。このため、高圧側の圧力上昇を防止してサイクル状態を最適化させる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記放熱器から供給される高圧冷媒を減圧することによって前記蒸発器から吐出された低圧冷媒を吸引して混合するとともに混合した冷媒を昇圧して吐出するエジェクタと、前記エジェクタから供給される混合冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を前記圧縮機に帰還させる一方で液相冷媒を前記蒸発器に供給する気液分離器とを備えて、前記蒸発器を複数並列して開閉弁を介して接続した複数の冷媒循環経路をなす冷媒回路において、
所定の蒸発器を他の蒸発器に対して開閉弁を介して直列に接続したことを特徴とする冷媒回路。
【請求項２】
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記放熱器から供給される高圧冷媒を減圧することによって前記蒸発器から吐出された低圧冷媒を吸引して混合するとともに混合した冷媒を昇圧して吐出するエジェクタと、前記エジェクタから供給される混合冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を前記圧縮機に帰還させる一方で液相冷媒を前記蒸発器に供給する気液分離器とを備えた冷媒回路において、
前記気液分離器は、始端側を前記エジェクタに接続して螺旋状に形成した径外部位に貫通孔を設けて終端側を前記圧縮機に接続した内管と、始端側で前記内管の貫通孔を設けた部位を被覆して当該内管とともに螺旋状に形成してあり前記内管から分岐した終端側を前記蒸発器に接続した外管とからなることを特徴とする冷媒回路。
【請求項３】
前記気液分離器は、前記外管の終端側において冷媒を一旦下方に向けて送りつつ上方に向けて送るトラップ部を設け、当該トラップ部の下部と当該下部の下方にある前記内管の終端側とを接続してあることを特徴とする請求項２に記載の冷媒回路。
【請求項４】
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記放熱器から供給される高圧冷媒を減圧することによって前記蒸発器から吐出された低圧冷媒を吸引して混合するとともに混合した冷媒を昇圧して吐出するエジェクタと、前記エジェクタから供給される混合冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を前記圧縮機に帰還させる一方で液相冷媒を前記蒸発器に供給する気液分離器とを備えて、前記蒸発器を複数並列して開閉弁を介して接続した複数の冷媒循環経路をなす冷媒回路において、
前記エジェクタの減圧部分にて冷媒の流量を調節するノズル弁と、
前記蒸発器に供給する冷媒の流量を調節する膨張弁と、
前記各蒸発器の入口側にそれぞれ設けてあり冷媒の温度を検出する蒸発器入口温度センサと
を備え、前記蒸発器入口温度センサで検出した冷媒の温度が所定の範囲内になる態様で前記ノズル弁および前記膨張弁の開度を調整することを特徴とする冷媒回路。
【請求項５】
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記放熱器から供給される高圧冷媒を減圧することによって前記蒸発器から吐出された低圧冷媒を吸引して混合するとともに混合した冷媒を昇圧して吐出するエジェクタと、前記エジェクタから供給される混合冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を前記圧縮機に帰還させる一方で液相冷媒を前記蒸発器に供給する気液分離器とを備えて、前記蒸発器を複数並列して開閉弁を介して接続した複数の冷媒循環経路をなす冷媒回路において、
前記エジェクタの減圧部分にて冷媒の流量を調節するノズル弁と、
前記蒸発器に供給する冷媒の流量を調節する膨張弁と、
前記各蒸発器の入口側にそれぞれ設けてあり冷媒の温度を検出する蒸発器入口温度センサと、
前記各蒸発器の出口側にそれぞれ設けてあり冷媒の温度を検出する蒸発器出口温度センサと
を備え、前記蒸発器入口温度センサで検出した冷媒の温度と、前記蒸発器出口温度センサで検出した冷媒の温度との温度差が所定の範囲内になる態様で前記ノズル弁および前記膨張弁の開度を調整することを特徴とする冷媒回路。
【請求項６】
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記放熱器から供給される高圧冷媒を減圧することによって前記蒸発器から吐出された低圧冷媒を吸引して混合するとともに混合した冷媒を昇圧して吐出するエジェクタと、前記エジェクタから供給される混合冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を前記圧縮機に帰還させる一方で液相冷媒を前記蒸発器に供給する気液分離器とを備えて、前記蒸発器を複数並列して開閉弁を介して接続した複数の冷媒循環経路をなす冷媒回路において、
前記蒸発器に供給する冷媒の流量を調節する膨張弁と、
高圧冷媒の圧力を検出する高圧圧力センサと、
低圧冷媒の圧力を検出する低圧圧力センサと、
前記各蒸発器の出口側にそれぞれ設けてあり冷媒の温度を検出する蒸発器出口温度センサと、
前記蒸発器を配置した断熱雰囲気の内部の温度を検出する庫内温度センサと
を備え、前記高圧圧力センサおよび低圧圧力センサで検出した冷媒の圧力、前記蒸発器入口温度センサで検出した冷媒の温度、および前記庫内温度センサで検出した温度から推定した冷媒密度と、高圧圧力センサおよび低圧圧力センサで検出した冷媒の圧力に応じて予め設定した冷媒密度設定値とを比較して前記推定冷媒密度が所定の範囲内になる態様で前記膨張弁の開度を調整することを特徴とする冷媒回路。
【請求項７】
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記放熱器から供給される高圧冷媒を減圧することによって前記蒸発器から吐出された低圧冷媒を吸引して混合するとともに混合した冷媒を昇圧して吐出するエジェクタと、前記エジェクタから供給される混合冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を前記圧縮機に帰還させる一方で液相冷媒を前記蒸発器に供給する気液分離器とを備えて、前記蒸発器を複数並列して開閉弁を介して接続した複数の冷媒循環経路をなす冷媒回路において、
前記蒸発器を送風する蒸発器ファンと、
高圧冷媒の圧力を検出する高圧圧力センサと、
低圧冷媒の圧力を検出する低圧圧力センサと、
前記各蒸発器の出口側にそれぞれ設けてあり冷媒の温度を検出する蒸発器出口温度センサと、
前記蒸発器を配置した断熱雰囲気の内部の温度を検出する庫内温度センサと
を備え、前記高圧圧力センサおよび低圧圧力センサで検出した冷媒の圧力、前記蒸発器入口温度センサで検出した冷媒の温度、および前記庫内温度センサで検出した温度から推定した冷媒密度と、高圧圧力センサおよび低圧圧力センサで検出した冷媒の圧力に応じて予め設定した冷媒密度設定値とを比較して前記推定冷媒密度が所定の範囲内になる態様で前記蒸発器ファンの風量を調整することを特徴とする冷媒回路。
【請求項８】
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記放熱器から供給される高圧冷媒を減圧することによって前記蒸発器から吐出された低圧冷媒を吸引して混合するとともに混合した冷媒を昇圧して吐出するエジェクタと、前記エジェクタから供給される混合冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を前記圧縮機に帰還させる一方で液相冷媒を前記蒸発器に供給する気液分離器とを備えた冷媒回路において、
前記エジェクタと前記気液分離器との間に設けてあり、前記放熱器から供給される高圧冷媒を減圧することによって前記エジェクタから吐出された混合冷媒を吸引して混合するとともに混合した冷媒を昇圧して吐出して前記気液分離器に供給する他のエジェクタを設けたことを特徴とする冷媒回路。
【請求項９】
前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の冷媒回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒回路に関し、特にエジェクタを用いた冷媒回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷媒回路として冷凍サイクルが開示されている。冷凍サイクルは、圧縮機、凝縮器、二相流噴射型エジェクタおよび気液分離器を順次環状に接続し、エジェクタの吸入口と気液分離器の冷媒液滞留部との間に絞り装置を介して蒸発器を設けてある。この冷凍サイクルは、凝縮器からの高圧冷媒の噴射エネルギー（駆動流）によりエジェクタが生じる吸引作用によって低圧冷媒を循環させて、蒸発温度を低下させ熱交換効率を高めるとともに、圧縮機の仕事量を減少させようとするものである（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５７−１２９３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記エジェクタは、凝縮器を介した高圧冷媒を減圧しつつ蒸発器を介した低圧冷媒を吸引するノズル部と、高圧冷媒に対して吸引した低圧冷媒を混合する混合部と、混合した冷媒を昇圧して吐出するディフューザ部とで構成してある。しかし、上記冷凍サイクルにおいて、蒸発器に負荷変動が生じて吸い込み側の低圧冷媒量が変化した場合には、混合部やディフューザ部での流速が変化する。この結果、混合部やディフューザ部の圧力が変わってサイクル状態が変化してしまうという問題がある。例えば、冷媒密度が上がると冷却効率が低下してしまうことになる。特に、自動販売機などのようにエジェクタと気液分離器との間に蒸発器を複数並列して、各蒸発器を選択的に動作する冷媒循環経路とした場合では、動作する蒸発器の数によって大幅な負荷変動が生じて吸い込み側の低圧冷媒量が変化することになるので、上記問題が顕著にあらわれることになる。
【０００５】
また、一般的な自動販売機では、複数（例えば３つ）の商品収容庫にそれぞれ蒸発器を配置して各蒸発器を動作する。そして、一側の商品収容庫を冷却専用とし、中央および他側の商品収容庫を冷却および加熱が行えるようにヒータなどを配置してある。さらに、中央の商品収容庫は、両側の商品収容庫と比較して容積が小さいのが一般的である。このため、中央の商品収容庫を冷却するとき、他側の商品収容庫を冷却している場合と加熱している場合とでは、侵入熱の影響を受けて中央の商品収容庫に配置した蒸発器の負荷変動の幅が大きくなる。そこで、通常、冷媒循環量は、中央の商品収容庫における蒸発器の大きい負荷（他側の商品収容庫を加熱している場合）に対応させている。しかし、全ての商品収容庫を冷却する場合や、一側および中央の商品収容庫を冷却する場合において、中央以外の商品収容庫が適温となって蒸発器の動作を止め、容積が小さい中央の商品収容庫の蒸発器のみを動作する状態がある。このような状態では、中央の商品収容庫における蒸発器の冷媒循環量が多くなるため、蒸発温度が低下して運転効率（冷凍サイクル効率）が悪くなるという問題がある。
【０００６】
また、気液分離器では、エジェクタから得た混合冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を圧縮機に戻し、液相冷媒を蒸発器に供給する。従来の気液分離器は、混合冷媒を一旦貯留する容積を有したタンク形状をなしているためにスペース効率が悪い。特に、上記自動販売機などのように複数の商品収容庫にそれぞれ蒸発器を配置して各蒸発器を動作する場合には、動作する蒸発器の数によって冷媒循環量が変化するので圧縮機における液圧縮を防止するためにタンクの大型化が必要になる。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みて、蒸発器の負荷変動によるサイクル状態の変化を防ぐことができ、また気液分離器の小型化を図ることができる冷媒回路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】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明に係る冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記放熱器から供給される高圧冷媒を減圧することによって前記蒸発器から吐出された低圧冷媒を吸引して混合するとともに混合した冷媒を昇圧して吐出するエジェクタと、前記エジェクタから供給される混合冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を前記圧縮機に帰還させる一方で液相冷媒を前記蒸発器に供給する気液分離器とを備えた冷媒回路において、前記エジェクタに供給される高圧冷媒と低圧冷媒との相互の熱交換を行う内部熱交換器を備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記放熱器から供給される高圧冷媒を減圧することによって前記蒸発器から吐出された低圧冷媒を吸引して混合するとともに混合した冷媒を昇圧して吐出するエジェクタと、前記エジェクタから供給される混合冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を前記圧縮機に帰還させる一方で液相冷媒を前記蒸発器に供給する気液分離器とを備えて、前記蒸発器を複数並列して開閉弁を介して接続した複数の冷媒循環経路をなす冷媒回路において、前記エジェクタに供給される高圧冷媒と低圧冷媒との相互の熱交換を行う内部熱交換器を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記放熱器から供給される高圧冷媒を減圧することによって前記蒸発器から吐出された低圧冷媒を吸引して混合するとともに混合した冷媒を昇圧して吐出するエジェクタと、前記エジェクタから供給される混合冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を前記圧縮機に帰還させる一方で液相冷媒を前記蒸発器に供給する気液分離器とを備えて、前記蒸発器を複数並列して開閉弁を介して接続した複数の冷媒循環経路をなす冷媒回路において、所定の蒸発器を他の蒸発器に対して開閉弁を介して直列に接続したことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記放熱器から供給される高圧冷媒を減圧することによって前記蒸発器から吐出された低圧冷媒を吸引して混合するとともに混合した冷媒を昇圧して吐出するエジェクタと、前記エジェクタから供給される混合冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を前記圧縮機に帰還させる一方で液相冷媒を前記蒸発器に供給する気液分離器とを備えた冷媒回路において、前記気液分離器は、始端側を前記エジェクタに接続して螺旋状に形成した径外部位に貫通孔を設けて終端側を前記圧縮機に接続した内管と、始端側で前記内管の貫通孔を設けた部位を被覆して当該内管とともに螺旋状に形成してあり前記内管から分岐した終端側を前記蒸発器に接続した外管とからなることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る冷媒回路は、上記発明において、前記気液分離器は、前記外管の終端側において冷媒を一旦下方に向けて送りつつ上方に向けて送るトラップ部を設け、当該トラップ部の下部と当該下部の下方にある前記内管の終端側とを接続してあることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記放熱器から供給される高圧冷媒を減圧することによって前記蒸発器から吐出された低圧冷媒を吸引して混合するとともに混合した冷媒を昇圧して吐出するエジェクタと、前記エジェクタから供給される混合冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を前記圧縮機に帰還させる一方で液相冷媒を前記蒸発器に供給する気液分離器とを備えて、前記蒸発器を複数並列して開閉弁を介して接続した複数の冷媒循環経路をなす冷媒回路において、前記エジェクタの減圧部分にて冷媒の流量を調節するノズル弁と、前記蒸発器に供給する冷媒の流量を調節する膨張弁と、前記各蒸発器の入口側にそれぞれ設けてあり冷媒の温度を検出する蒸発器入口温度センサとを備え、前記蒸発器入口温度センサで検出した冷媒の温度が所定の範囲内になる態様で前記ノズル弁および前記膨張弁の開度を調整することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記放熱器から供給される高圧冷媒を減圧することによって前記蒸発器から吐出された低圧冷媒を吸引して混合するとともに混合した冷媒を昇圧して吐出するエジェクタと、前記エジェクタから供給される混合冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を前記圧縮機に帰還させる一方で液相冷媒を前記蒸発器に供給する気液分離器とを備えて、前記蒸発器を複数並列して開閉弁を介して接続した複数の冷媒循環経路をなす冷媒回路において、前記エジェクタの減圧部分にて冷媒の流量を調節するノズル弁と、前記蒸発器に供給する冷媒の流量を調節する膨張弁と、前記各蒸発器の入口側にそれぞれ設けてあり冷媒の温度を検出する蒸発器入口温度センサと、前記各蒸発器の出口側にそれぞれ設けてあり冷媒の温度を検出する蒸発器出口温度センサとを備え、前記蒸発器入口温度センサで検出した冷媒の温度と、前記蒸発器出口温度センサで検出した冷媒の温度との温度差が所定の範囲内になる態様で前記ノズル弁および前記膨張弁の開度を調整することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記放熱器から供給される高圧冷媒を減圧することによって前記蒸発器から吐出された低圧冷媒を吸引して混合するとともに混合した冷媒を昇圧して吐出するエジェクタと、前記エジェクタから供給される混合冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を前記圧縮機に帰還させる一方で液相冷媒を前記蒸発器に供給する気液分離器とを備えて、前記蒸発器を複数並列して開閉弁を介して接続した複数の冷媒循環経路をなす冷媒回路において、前記蒸発器に供給する冷媒の流量を調節する膨張弁と、高圧冷媒の圧力を検出する高圧圧力センサと、低圧冷媒の圧力を検出する低圧圧力センサと、前記各蒸発器の出口側にそれぞれ設けてあり冷媒の温度を検出する蒸発器出口温度センサと前記蒸発器を配置した断熱雰囲気の内部の温度を検出する庫内温度センサとを備え、前記高圧圧力センサおよび低圧圧力センサで検出した冷媒の圧力、前記蒸発器入口温度センサで検出した冷媒の温度、および前記庫内温度センサで検出した温度から推定した冷媒密度と、高圧圧力センサおよび低圧圧力センサで検出した冷媒の圧力に応じて予め設定した冷媒密度設定値とを比較して前記推定冷媒密度が所定の範囲内になる態様で前記膨張弁の開度を調整することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記放熱器から供給される高圧冷媒を減圧することによって前記蒸発器から吐出された低圧冷媒を吸引して混合するとともに混合した冷媒を昇圧して吐出するエジェクタと、前記エジェクタから供給される混合冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を前記圧縮機に帰還させる一方で液相冷媒を前記蒸発器に供給する気液分離器とを備えて、前記蒸発器を複数並列して開閉弁を介して接続した複数の冷媒循環経路をなす冷媒回路において、前記蒸発器を送風する蒸発器ファンと、高圧冷媒の圧力を検出する高圧圧力センサと、低圧冷媒の圧力を検出する低圧圧力センサと、前記各蒸発器の出口側にそれぞれ設けてあり冷媒の温度を検出する蒸発器出口温度センサと、前記蒸発器を配置した断熱雰囲気の内部の温度を検出する庫内温度センサとを備え、前記高圧圧力センサおよび低圧圧力センサで検出した冷媒の圧力、前記蒸発器入口温度センサで検出した冷媒の温度、および前記庫内温度センサで検出した温度から推定した冷媒密度と、高圧圧力センサおよび低圧圧力センサで検出した冷媒の圧力に応じて予め設定した冷媒密度設定値とを比較して前記推定冷媒密度が所定の範囲内になる態様で前記蒸発器ファンの風量を調整することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給される冷媒を放熱させる放熱器と、冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記放熱器から供給される高圧冷媒を減圧することによって前記蒸発器から吐出された低圧冷媒を吸引して混合するとともに混合した冷媒を昇圧して吐出するエジェクタと、前記エジェクタから供給される混合冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を前記圧縮機に帰還させる一方で液相冷媒を前記蒸発器に供給する気液分離器とを備えた冷媒回路において、前記エジェクタと前記気液分離器との間に設けてあり、前記放熱器から供給される高圧冷媒を減圧することによって前記エジェクタから吐出された混合冷媒を吸引して混合するとともに混合した冷媒を昇圧して吐出して前記気液分離器に供給する他のエジェクタを設けたことを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る冷媒回路は、上記発明のいずれか一つにおいて、前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る冷媒回路は、エジェクタに供給される高圧冷媒と低圧冷媒との相互の熱交換を行う内部熱交換器を備えた。すなわち、蒸発器に負荷変動が生じて吸い込み側の低圧冷媒量が変化した場合でも、内部熱交換器によって余剰する低圧冷媒の潜熱を放熱器から吐出された高圧冷媒の冷却に利用してすることで、高圧側の圧力上昇を防止する。この結果、低圧冷媒に過熱度をつけて蒸発させることでエジェクタでの吸い込み冷媒密度が一定になるので、サイクル状態を最適化させることができる。
【００２０】
特に、蒸発器を複数並列して開閉弁を介して接続した複数の冷媒循環経路をなす冷媒回路においては、開閉弁の開閉で動作する蒸発器の数が減ることによって動作している蒸発器に大幅な負荷変動が生じるが、内部熱交換器によって高圧冷媒と低圧冷媒との熱交換を行うことで、エジェクタでの吸い込み冷媒密度を一定にしてサイクル状態を最適化させることができる。
【００２１】
本発明に係る冷媒回路は、所定の蒸発器を他の蒸発器に対して開閉弁を介して直列に接続した。すなわち、所定の蒸発器のみを動作させたときに、当該蒸発器での余剰の冷媒を他の蒸発器で蒸発させるので所定の蒸発器の単独運転がなくなることになる。この結果、余剰冷媒を廃棄することなく活用できるため運転効率を改善することができる。
【００２２】
本発明に係る冷媒回路は、気液分離器において、エジェクタと圧縮機との間に接続して螺旋に形成した径外部位に貫通孔を設けた内管と、内管の貫通孔を設けた部位を被覆して内管とともに螺旋状に形成して内管から分岐した終端側を蒸発器に接続した外管とで構成した。すなわち、エジェクタから供給された混合冷媒を内管に通し、螺旋状の部位に通過する混合冷媒の液相冷媒を遠心力によって径外側に偏らせて貫通孔を介して外管に液相冷媒を移送することで気相冷媒と液相冷媒とを分離する。このように、螺旋状にした２重管構造としたことにより、小型化を図ることができ、スペース効率を向上できる。特に、蒸発器を複数並列して開閉弁を介して接続した複数の冷媒循環経路をなす冷媒回路においては、開閉弁の開閉で動作する蒸発器の数によって冷媒循環量が変化するが、内管及び外管の螺旋の長さによって対応するので大型化することがない。
【００２３】
また、気液分離器において、外管の終端側において冷媒を一旦下方に向けて送りつつ上方に向けて送るトラップ部を設け、当該トラップ部の下部と当該下部の下方にある内管の終端側とを接続した。すなわち、トラップ部にて、液相冷媒に含まれる冷凍機油を自身の比重によって下部に沈下させて内管の終端側に移送することで、液相冷媒と冷凍機油とを分離する。このように、トラップ部を設けた構成により、冷媒を貯留させて冷媒と冷凍機油とに分離するタンクを有する従前のオイルセパレータに比較して小型化を図ることができ、スペース効率を向上できる。特に、気液分離器の内管および外管に冷凍機油を分離する構成を一体化しているので、気・液・油の分離を効率良く行うことができる。
【００２４】
本発明に係る冷媒回路は、蒸発器入口温度センサで検出した冷媒の温度が所定の範囲内になる態様でノズル弁および膨張弁の開度を調整する。すなわち、蒸発器を複数並列して開閉弁を介して接続した複数の冷媒循環経路をなす冷媒回路においては、開閉弁の開閉で動作する蒸発器を選択する。このため、１つの蒸発器を動作させる場合や、複数の蒸発器を動作させる場合がある。このように、蒸発器の動作状態が変化すると蒸発温度および高圧圧力は大きく変化する。したがって、蒸発器入口温度センサで検出した冷媒の温度が所定の範囲内になる態様でノズル弁および膨張弁の開度を調整すれば、蒸発器の動作状態の変化による蒸発温度および高圧圧力の変化を抑えるので、蒸発器での交換熱量や、圧縮機の運転効率を最適化させることができる。
【００２５】
本発明に係る冷媒回路は、蒸発器入口温度センサで検出した冷媒の温度と、蒸発器出口温度センサで検出した冷媒の温度との差が所定の範囲内になる態様でノズル弁および膨張弁の開度を調整する。すなわち、蒸発器を複数並列して開閉弁を介して接続した複数の冷媒循環経路をなす冷媒回路においては、開閉弁の開閉で動作する蒸発器を選択する。このため、１つの蒸発器を動作させる場合や、複数の蒸発器を動作させる場合がある。このように、蒸発器の動作状態が変化すると蒸発温度および高圧圧力は大きく変化する。したがって、蒸発器入口温度センサで検出した冷媒の温度と、蒸発器出口温度センサで検出した冷媒の温度との差が所定の範囲内になる態様でノズル弁および膨張弁の開度を調整すれば、蒸発器の動作状態の変化による蒸発温度および高圧圧力の変化を抑えるので、蒸発器での交換熱量や、圧縮機の運転効率を最適化させることができる。
【００２６】
本発明に係る冷媒回路は、高圧圧力センサおよび低圧圧力センサで検出した冷媒の圧力、蒸発器入口温度センサで検出した冷媒の温度、および前記庫内温度センサで検出した温度から推定した冷媒密度と、高圧圧力センサおよび低圧圧力センサで検出した冷媒の圧力に応じて予め設定した冷媒密度設定値とを比較して推定冷媒密度が所定の範囲内になる態様で膨張弁の開度および蒸発器ファンの風量を調整する。すなわち、蒸発器を複数並列して開閉弁を介して接続した複数の冷媒循環経路をなす冷媒回路においては、開閉弁の開閉で動作する蒸発器を選択する。このため、１つの蒸発器を動作させる場合や、複数の蒸発器を動作させる場合がある。このように、蒸発器の動作状態が変化すると蒸発温度および高圧圧力は大きく変化する。したがって、推定冷媒密度が所定の範囲内になる態様で膨張弁の開度および蒸発器ファンの風量を調整すれば、蒸発器の動作状態の変化による蒸発温度および高圧圧力の変化を抑えるので、蒸発器での交換熱量や、圧縮機の運転効率を最適化させることができる。
【００２７】
本発明に係る冷媒回路は、他のエジェクタを設けたことにより、多段化されたエジェクタによって冷媒圧力が増加するので圧縮機の負担が軽減してサイクルをさらに高効率化することができる。
【００２８】
本発明に係る冷媒回路は、特に二酸化炭素を冷媒として用いたときに有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明に係る冷媒回路を適用した自動販売機の内部を開放した状態を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示した自動販売機の正面図である。
【図３】図３は、本発明に係る冷媒回路の実施の形態を示す概略図である。
【図４】図４は、２段階圧縮機を示す概略図である。
【図５】図５は、気液分離器を示す構成図である。
【図６】図６は、気液分離器の作用を示す断面図である。
【図７】図７は、気液分離器の作用を示す断面図である。
【図８】図８は、内部熱交換器を示す平面図である。
【図９】図９は、内部熱交換器を示す正面図である。
【図１０】図１０は、内部熱交換器を示す側面図である。
【図１１】図１１は、内部熱交換器を示す斜視図である。
【図１２】図１２は、内部熱交換器の断面図である。
【図１３】図１３は、内部熱交換器による高圧冷媒と低圧冷媒との熱交換を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明に係る冷媒回路を適用した自動販売機の側断面図である。
【図１５】図１５は、本発明に係る冷媒回路を適用した自動販売機の概略図である。
【図１６】図１６は、冷媒回路の制御系を示すブロック図である。
【図１７】図１７は、冷媒回路制御部の制御動作を示すフローチャートである。
【図１８】図１８は、蒸発温度一定制御を示す図表である。
【図１９】図１９は、過熱度一定制御を示す図表である。
【図２０】図２０は、冷媒回路制御部の他の制御動作を示すフローチャートである。
【図２１−１】図２１−１は、高圧圧力での冷媒密度設定値を示す図表である。
【図２１−２】図２１−２は、低圧圧力での冷媒密度設定値を示す図表である。
【図２２】図２２は、電子膨張弁制御を示す図表である。
【図２３】図２３は、蒸発器ファン制御を示す図表である。
【図２４】図２４は、蒸発器ファンのＤｕｔｙ制御を示す図である。
【図２５】図２５は、蒸発器を加熱手段として用いた場合の冷媒回路の概略図である。
【図２６】図２６は、本発明に係る冷媒回路の他の実施の形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る冷媒回路の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００３１】
最初に、本発明に係る冷媒回路を適用した自動販売機について説明する。図１は本発明に係る冷媒回路を適用した自動販売機の内部を開放した状態を示す斜視図、図２は図１に示した自動販売機の正面図である。
【００３２】
ここで例示する自動販売機は、缶入り飲料やペットボトル入り飲料などの商品を販売するためのもので、図１に示すように本体キャビネット１、内扉２およびメインドア３を備えている。
【００３３】
本体キャビネット１は、複数の鋼板を適宜組み合わせることによって堅牢に構成したもので、前面が開口した直方状をなしている。この本体キャビネット１の内部には、３つの独立した断熱構造の商品収容庫４ａ，４ｂ，４ｃが並設してある。また、商品収容庫４ａ，４ｂ，４ｃの下方となる位置には、唯一の機械室５が設けてある。
【００３４】
商品収容庫４ａ，４ｂ，４ｃは、飲料缶やペットボトルを所望の温度に維持した状態で収容するためのもので、それぞれの上方部にコラム状のラック６ａ，６ｂ，６ｃが配設してある。本実施の形態では、図１において正面向かって左側に位置する商品収容庫４ａには、ラック６ａが２列配設してあり、正面向かって中央に位置する商品収容庫４ｂには、ラック６ｂが１列配設してあり、正面向かって右側に位置する商品収容庫４ｃには、ラック６ｃが２列配設してある。また、商品収容庫４ａ，４ｂ，４ｃは、ラック６ａ，６ｂ，６ｃの下方部分がシュータ７によって区画してある。本発明に係る冷媒回路は、上記商品収容庫４ａ，４ｂ，４ｃのシュータ７で区画した部分、および機械室５を跨いで配置してある。詳細は後述する。
【００３５】
自動販売機の内扉２およびメインドア３は、それぞれ本体キャビネット１の一側縁部に支承して設けてある。
【００３６】
図１に示すように内扉２は、本体キャビネット１に設けた商品収容庫４ａ，４ｂ，４ｃの前面を覆うに十分な大きさを有したもので、鋼材によって構成してある。図示の例では、内扉２を上下に分割し、それぞれを個別に開閉できるようにしてある。
【００３７】
メインドア３は、本体キャビネット１の前面開口を覆うに十分な大きさを有したもので、鋼材により堅牢に構成してある。図２に示すようにメインドア３には、その表面側にディスプレイウィンド８、選択ボタン９、硬貨投入口１０、紙幣挿入口１１、一体表示器１２、硬貨返却口１３、商品取出口１４が設けてある。一方、図１に示すようにメインドア３の裏面側には、硬貨処理機１５、硬貨回収箱１６、紙幣処理機１７、ディスプレイドア１８、メインコントロールボックス１９が設けてある。ディスプレイウィンド８は、ディスプレイドア１８に配置した商品見本８ａ、および電照板８ｂを利用者に視認させるための窓である。選択ボタン９は、利用者が購入商品を選択するための押ボタンスイッチであり、ディスプレイウィンド８を通じて視認される商品見本８ａ毎に用意してある。硬貨投入口１０は、利用者が硬貨を投入するための開口である。この硬貨投入口１０を通じて投入された硬貨は、硬貨処理機１５においてその金種が識別され、その後、硬貨回収箱１６に収容されることになる。紙幣挿入口１１は、利用者が紙幣を挿入するための開口である。この紙幣挿入口１１を通じて挿入された紙幣は、紙幣処理機１７においてその金種が識別されることになる。また上記紙幣挿入口１１は、紙幣処理機１７において識別できなかった紙幣を返却するための機能も有している。一体表示器１２は、貨幣の投入金額、販売中であるか否か、釣り銭があるか否かなど、各種情報を利用者に表示するための表示手段である。硬貨返却口１３は、硬貨処理機１５において識別できなかった硬貨、あるいは釣り銭となる硬貨を利用者に返却するための開口である。商品取出口１４は、ラック６ａ，６ｂ，６ｃから払い出された商品を利用者が受け取るための開口である。メインコントロールボックス１９は、自動販売機の各種制御を行う制御基板（図示せず）を収容した箱体である。
【００３８】
上述した自動販売機では、利用者が硬貨投入口１０から貨幣を投入、もしくは紙幣挿入口１１から紙幣を挿入し、当該貨幣の認識した金額が商品販売に必要となる金額であったときに選択ボタン９を有効化する。利用者によって選択ボタン９が押されると、選択ボタン９に対応する商品を商品収容庫４ａ（または４ｂ，４ｃ）にあるラック６ａ（または６ｂ，６ｃ）の下部から切り出す。ラック６ａ（または６ｂ，６ｃ）から切り出された商品は、シュータ７の上で転動した商品取出口１４に搬出される。そして、商品取出口１４に搬送された商品を利用者が受け取る。
【００３９】
次に、本発明に係る冷媒回路について説明する。図３は本発明に係る冷媒回路の実施の形態を示す概略図である。図３に示すように冷媒回路は、主に、圧縮機５１、ガスクーラ（放熱器）５２、エジェクタ５３、気液分離器５４、蒸発器５５および内部熱交換器５６を接続して、冷媒を循環可能な冷媒循環経路を形成したものである。また、冷媒は、本実施の形態では、例えばＨＦＣ冷媒（ハイドロフルオロカーボン）または二酸化炭素を使用してある。特に、二酸化炭素は、不燃性、安全性、不腐食性を有し、さらにオゾン層への影響が少ない冷媒である。
【００４０】
圧縮機５１は、冷媒を圧縮して高温高圧の状態としてガスクーラ５２に供給するものである。圧縮機５１としては、レシプロ圧縮機、ロータリー圧縮機、スクロール圧縮機、あるいは、これらの圧縮能力を調整可能なインバータ圧縮機などがある。そして、冷媒回路を配設する対象、環境、あるいは、冷媒回路のコストなどに見合う圧縮機を適宜適用すればよい。
【００４１】
また、圧縮機５１は、中間熱交換器５１１を使用して２段階の圧縮動作を実行する構成もある。図４に示すように２段階の圧縮動作を行う圧縮機５１は、２段階の圧縮動作において、１段階目の圧縮動作を行う第１圧縮機５１ａと、２段階目の圧縮動作を行う第２圧縮機５１ｂとの間に中間熱交換器５１１を設けてある。そして、中間熱交換器５１１は、第１圧縮機５１ａによる１段階目の圧縮動作の後に、第１圧縮機５１ａが圧縮した状態の冷媒を冷却して第２圧縮機５１ｂに戻す。このように、圧縮機５１は、中間熱交換器５１１を介して２段階の圧縮動作を実行することで、低消費電力で高圧縮効率を得て冷媒を所望とする高温高圧の状態に圧縮することが可能になる。なお、図４に示す２段階の圧縮動作を行う圧縮機５１は、冷媒として二酸化炭素を適用した場合に特に有用である。
【００４２】
ガスクーラ５２は、圧縮機５１から供給される高温高圧の冷媒を、放熱させて当該冷媒を液化するためのものである。ガスクーラ５２は、例えば銅管とアルミフィンとで構成したフィンチューブタイプのものを使用してある。図３には明示しないがガスクーラ５２には、ガスクーラファンが設けてある。ガスクーラファンは、ガスクーラ５２を送風するためのものであり、ファンモータによって駆動される。
【００４３】
エジェクタ５３は、ガスクーラ５２から供給される冷媒を利用した吸引作用によって蒸発器５５側からの冷媒を吸引するとともに、昇圧作用によって圧縮機５１に至る吸入圧を上昇させるものである。図３に示すようにエジェクタ５３は、二相流噴射型エジェクタを使用してあり、ノズル部５３１、混合部５３２およびディフューザ部５３３からなる。ノズル部５３１は、ガスクーラ５２を介した高圧冷媒を減圧して加速することで蒸発器５５を介した低圧冷媒を吸引する。このノズル部５３１は、高圧冷媒を減圧するためのノズル径を調節するノズル弁５３１ａを有している。混合部５３２は、高圧冷媒に対して低圧冷媒を混合する。ディフューザ部５３３は、混合した混合冷媒を昇圧して吐出する。
【００４４】
気液分離器５４は、エジェクタ５３から供給される混合冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離し、気相冷媒を圧縮機５１に帰還させる一方で液相冷媒を蒸発器５５に供給するものである。一般に気液分離器５４は、図には明示しないが混合冷媒を貯留するタンク形状の貯留部を有し、当該貯留部の上部に滞留した気相冷媒を圧縮機５１に帰還させる一方で、貯留部の下部に滞留した液相冷媒を蒸発器５５に供給するものがある。本実施の形態では、特に図５〜図７に示す気液分離器５４を使用してある。
【００４５】
図５に示すように気液分離器５４は、気液分離部５４１および液油分離部５４２からなる。気液分離部５４１は、内管５４１Ａと外管５４１Ｂとを有している。内管５４１Ａは、管部材を螺旋状に形成してある。そして、内管５４１Ａは、始端側５４１Ａａをエジェクタ５３の吐出側（ディフューザ部５３３）に接続して、終端側５４１Ａｂを圧縮機５１（第１圧縮機５１ａ）の吸入側に接続してある。また、内管５４１Ａは、螺旋状に形成した径外部位に貫通孔５４１Ａｃが設けてある。外管５４１Ｂは、管部材からなり、始端側５４１Ｂａで内管５４１Ａの貫通孔５４１Ａｃを設けた部位を被覆して内管５４１Ａとともに螺旋状に形成してある。そして、外管５４１Ｂは、終端側５４１Ｂｂを内管５４１Ａから分岐して蒸発器５５の入口側に接続してある。
【００４６】
図６に示すように気液分離部５４１は、エジェクタ５３から供給された混合冷媒を内管５４１Ａに通し、螺旋状の部位に通過する混合冷媒の液相冷媒を遠心力によって径外側に偏らせる。そして、螺旋状の径外部位に設けた貫通孔５４１Ａｃを介して外管５４１Ｂに液相冷媒を移送する。この結果、気相冷媒と液相冷媒とが分離されて、内管５４１Ａには気相冷媒が送られ、外管５４１Ｂには液相冷媒が送られることになる。なお、図５では内管５４１Ａおよび外管５４１Ｂの螺旋形状を側方に向けて図示してあるが上下方向に向けてあってもよい。
【００４７】
液油分離部５４２は、分岐した内管５４１Ａの終端側５４１Ａｂおよび外管５４１Ｂの終端側５４１Ｂｂにおいて設けてある。図５に示すように外管５４１Ｂの終端側５４１Ｂｂには、トラップ部５４１Ｂｃが設けてある。トラップ部５４１Ｂｃは、液相冷媒を一旦下方に向けて送りつつ上方に向けて送る形態としてある。具体的には、外管５４１Ｂの終端側５４１Ｂｂを側方に向けて螺旋状に形成することによって当該螺旋形状の下部をトラップ部５４１Ｂｃとしてある。そして、トラップ部５４１Ｂｃの下部は、当該下部の下方にある内管５４１Ａの終端側５４１Ａｂに接続管５４２Ａを介して接続してある。
【００４８】
図７に示すように液油分離部５４２は、トラップ部５４１Ｂｃにおいて、液相冷媒に含まれる油を当該油の比重によって下部に沈下させる。この油は、圧縮機５１において機械的摩擦を緩和するための冷凍機油である。そして、トラップ部５４１Ｂｃの下部に沈下した冷凍機油は、接続管５４２Ａを介して内管５４１Ａの終端側５４１Ａｂに移送される。この結果、液相冷媒と冷凍機油とが分離されて、外管５４１Ｂには液相冷媒が送られ、内管５４１Ａには気相冷媒とともに冷凍機油が送られることになる。
【００４９】
蒸発器５５は、気液分離器５４から供給される液相冷媒を蒸発させて、周囲の熱を吸収することによって周囲温度を冷却するためのものである。本実施の形態における蒸発器５５は、例えば銅管とアルミフィンとで構成したフィンチューブタイプのものを使用してある。図３には明示しないが蒸発器５５には、蒸発器ファンが設けてある。蒸発器ファンは、蒸発器５５を送風するためのものであり、ファンモータによって駆動される。
【００５０】
蒸発器５５は、例えば自動販売機、冷蔵庫、冷凍ショーケース・冷蔵ショーケース、あるいは飲料ディスペンサなどにおける断熱構造の冷却庫の内部に配置してある。特に、本実施の形態では、自動販売機において、複数（３つ）の商品収容庫（冷却庫）４ａ，４ｂ，４ｃをそれぞれ独立して冷却するために、各商品収容庫４ａ，４ｂ，４ｃに蒸発器５５（５５ａ，５５ｂ，５５ｃ）をそれぞれ配置してある。すなわち、蒸発器５５ａ，５５ｂ，５５ｃは、気液分離器５４の内管５４１Ａの終端側５４１Ａｂから３方に分岐したそれぞれの経路に並列して接続してある。また、分岐した各経路において各蒸発器５５ａ，５５ｂ，５５ｃの入口側には、開閉弁としての電磁弁５５１ａ，５５１ｂ，５５１ｃがそれぞれ設けてある。そして、各電磁弁５５１ａ，５５１ｂ，５５１ｃを選択的に開放することで、各蒸発器５５ａ，５５ｂ，５５ｃに気液分離器５４からの液相冷媒が供給される。また、各蒸発器５５ａ，５５ｂ，５５ｃの出口側の経路は、互いに集合してエジェクタ５３におけるノズル部５３１の吸入側に接続してある。
【００５１】
内部熱交換器５６は、エジェクタ５３に供給される高圧冷媒と低圧冷媒との相互の熱交換を行うためのものである。内部熱交換器５６は、ガスクーラ５２とエジェクタ５３との間、および蒸発器５５とエジェクタ５３との間に設けてある。図８〜図１２に示すように内部熱交換器５６は、ガスクーラ５２とエジェクタ５３との間に高圧冷媒配管５６１を設けてある。また、内部熱交換器５６は、蒸発器５５とエジェクタ５３との間に低圧冷媒配管５６２を設けてある。高圧冷媒配管５６１は、低圧冷媒配管５６２の内部に配置してある。また、高圧冷媒配管５６１は、熱伝導率の高い複数（本実施の形態では３つ）の管を束ねて設けてある。このように、内部熱交換器５６は、高圧冷媒配管５６１を低圧冷媒配管５６２の内部に配置した２重管構造としてある。
【００５２】
内部熱交換器５６は、複数の高圧冷媒配管５６１を低圧冷媒配管５６２の内部に配置した形態で上下方向に螺旋状にして形成してある。具体的に、高圧冷媒配管５６１は、図８〜図１１に示すように、複数の管を束ねた形態で螺旋状とした下端に高圧冷媒配管５６１の入口部５６１ａを設け、螺旋状とした上端に高圧冷媒配管５６１の出口部５６１ｂを設けてある。これら入口部５６１ａおよび出口部５６１ｂは、高圧冷媒配管５６１の複数の管の口を集束した一口に形成してある。一方、低圧冷媒配管５６２は、図１２に示すように、高圧冷媒配管５６１を被覆して設けてあり、図８〜図１１に示すように、高圧冷媒配管５６１とともに螺旋状に形成してある。この低圧冷媒配管５６２は、螺旋状とした上端側に入口部５６２ａを設け、螺旋状とした下端側に出口部５６２ｂを設けてある。このように、内部熱交換器５６は、高圧冷媒配管５６１が下方から上方に向けて冷媒を送る態様で設けてあり、低圧冷媒配管５６２が上方から下方に向けて冷媒を送る態様で設けて高温の高圧冷媒と低温の低圧冷媒とに対向流を生じさせる。
【００５３】
さらに、低圧冷媒配管５６２の外周には、可撓性を有したチューブ状の断熱材５６３が設けてあり、低圧側と高圧側との間の熱交換が外気の影響を受けないように構成してある。
【００５４】
なお、内部熱交換器５６は、上記構成に限らず、図には明示しないが熱伝導率の高圧冷媒配管と低圧冷媒配管とを互いに沿わせて接触する態様でろう付けなどで接続する構成であってもよい。
【００５５】
ところで、上述したように自動販売機の各商品収容庫４ａ，４ｂ，４ｃにそれぞれ蒸発器５５（５５ａ，５５ｂ，５５ｃ）を配置した場合、３庫全て、２庫あるいは１庫のみを冷却するために対応する各蒸発器５５ａ，５５ｂ，５５ｃの動作が考えられる。そして、全て（３つ）の蒸発器５５が動作する場合に対し、１つの蒸発器５５が動作する場合では低圧冷媒の余剰が増加することになる。すなわち、蒸発器５５に大幅な負荷変動が生じて吸い込み側の低圧冷媒量が変化し、エジェクタ５３での冷媒圧力が変動してサイクル状態が変化する。具体的には、高圧側である圧縮機５１、ガスクーラ５２、エジェクタ５３および気液分離器５４の循環経路の圧力が上昇して、圧縮機５１に液相冷媒が戻る。この結果、冷却効率が低下し、場合によっては圧縮機５１の破損もある。そこで、内部熱交換器５６によって余剰する低圧冷媒の潜熱をガスクーラ５２から吐出された高圧冷媒の冷却に利用してすることで、高圧側の圧力上昇を防止する。すなわち、内部熱交換器５６によって高圧冷媒と低圧冷媒との熱交換を行うことで、エジェクタ５３での吸い込み冷媒密度を一定にして、サイクル状態を最適化する。
【００５６】
図１３は内部熱交換器５６による高圧冷媒と低圧冷媒との熱交換を示す図である。図１３においては、３庫全ての蒸発器５５が動作する場合を実線で示し、１庫のみの蒸発器５５が動作する場合を破線で示している。内部熱交換器５６による熱交換に際して、図１３に示すように低圧冷媒は、始めは温度上昇なく潜熱変化してその後に顕熱変化して高圧冷媒を冷却する。このため、低圧冷媒に過熱度をつけて蒸発させることでエジェクタ５３での吸い込み冷媒密度が一定になるので、サイクル状態を最適化させることになる。なお、内部熱交換器５６は、３庫全ての蒸発器５５が動作する場合と、２庫あるいは１庫のみの蒸発器５５が動作する場合とでそれぞれ熱交換を行うが、１庫の場合に熱交換が完了するまでに多く距離（長さ）を必要とするため、１庫の場合に合わせた所望の長さＬとしてある。また、本実施の形態において内部熱交換器５６は、螺旋状とすることで所望の長さＬを省スペースで得ている。
【００５７】
なお、上述した冷媒回路において、図３に示すように気液分離器５４と蒸発器５５との間であって、気液分離器５４の内管５４１Ａの出口側で各蒸発器５５（５５ａ，５５ｂ，５５ｃ）に分岐する以前の部位には、電子膨張弁５７が設けてある。電子膨張弁５７は、気液分離器５４から供給される低圧冷媒を減圧し蒸発温度および流量を制御する。また、上述した冷媒回路において、各電磁弁５５１ａ，５５１ｂ，５５１ｃと各蒸発器５５ａ，５５ｂ，５５ｃとの間には、キャピラリチューブ５８が設けてある。キャピラリチューブ５８は、抵抗管路を螺旋状に形成したもので、各蒸発器５５ａ，５５ｂ，５５ｃに対応して気液分離器５４から供給される低圧冷媒を減圧する。このキャピラリチューブ５８は、特に各蒸発器５５ａ，５５ｂ，５５ｃを配置した各商品収容庫４ａ，４ｂ，４ｃの大きさ（容積）が異なる場合に、それぞれの蒸発器５５ａ，５５ｂ，５５ｃに供給する低圧冷媒を減圧することに好適である。また、上記電子膨張弁５７とキャピラリチューブ５８は、双方とも設けてもよく、あるいはいずれか一方を設けてもよい。
【００５８】
また、上述した冷媒回路を上記自動販売機に適用した場合、図３、図１４および図１５に示すように冷媒回路は、商品収容庫４ａ，４ｂ，４ｃのシュータ７で区画した下方部分、および機械室５を跨いで配置してある。商品収容庫４ａ，４ｂ，４ｃには蒸発器５５および蒸発器ファン（図示せず）が配置してあり、機械室５には圧縮機５１、ガスクーラ５２、ガスクーラファン（図示せず）、電磁弁５５１ａ，５５１ｂ，５５１ｃ、内部熱交換器５６、電子膨張弁５７およびキャピラリチューブ５８が配置してある。本実施の形態において、商品収容庫４ａ，４ｂ，４ｃのうち正面向かって左側に位置する所定の商品収容庫４ａは、冷却専用である。この冷却専用である所定の商品収容庫４ａには、エジェクタ５３および気液分離器５４が配置してある。また、正面向かって中央に位置する商品収容庫４ｂおよび右側に位置する商品収容庫４ｃは、冷却と加熱とを切り換え可能であり、加熱ヒータ５９を配置してある。なお、所定の商品収容庫４ａには、エジェクタ５３および気液分離器５４のうちの気液分離器５４のみが配置してあってもよい。
【００５９】
また、正面向かって中央に位置する商品収容庫４ｂは、上述したようにラック６ｂが１列配設してあり、ラック６ａが２列配設してある他の商品収容庫４ａ，４ｃと比較して容積が小さい。このため、中央の商品収容庫を冷却するとき、他側の商品収容庫を冷却している場合と加熱している場合とでは、侵入熱の影響を受けて中央の商品収容庫に配置した蒸発器の負荷変動の幅が大きくなる。そこで、中央の商品収容庫における蒸発器の大きい負荷（他側の商品収容庫を加熱している場合）に冷媒循環量を対応させている。さらに、本実施の形態では、図３に示すように商品収容庫４ｂに配置した蒸発器５５ｂの出口側と、冷却専用である商品収容庫４ａに配置した蒸発器５５ａの入口側との間を、開閉弁としての電磁弁６１を介在したバイパス路６０で直列に接続してある。また、蒸発器５５ｂの出口側であって、他の蒸発器５５ａ，５５ｃと集合する部位と、バイパス路６０との間の経路には、開閉弁としての電磁弁６２が設けてある。すなわち、全ての商品収容庫４ａ，４ｂ，４ｃを冷却する場合や、左側および中央の商品収容庫４ａ，４ｂを冷却する場合において、中央以外の商品収容庫４ａ，４ｃが適温となって蒸発器５５ａ，５５ｃの動作を止め、容積が小さい中央の商品収容庫４ｂの蒸発器５５ｂのみを動作する状態がある。このような状態であっても、蒸発器５５ｂの出口側と蒸発器５５ａの入口側との間を直列に接続してあるため、蒸発器５５ｂでの余剰の冷媒を蒸発器５５ａで蒸発させるので蒸発器５５ｂの単独運転がなくなることになる。また、内部熱交換器５６以前の冷媒密度を低下させることになる。この結果、エジェクタ５３の吸い込み冷媒密度を一定にしてサイクル状態を最適化させることができる。
【００６０】
次に、上述した冷媒回路の制御系について説明する。図１６は冷媒回路の制御系を示すブロック図である。冷媒回路は、図１６に示すように冷媒回路制御部１００を有している。冷媒回路制御部１００は、冷媒回路の動作において、予めメモリ１０１に格納したプログラムやデータに従って、冷媒回路の冷却能力を常に適した状態に維持するために、圧縮機５１、電子膨張弁５７、電磁弁５５１ａ，５５１ｂ，５５１ｃ，６１，６２、エジェクタ５３のノズル弁５３１ａ、各蒸発器５５ａ，５５ｂ，５５ｃに設けた蒸発器ファン６３ａ，６３ｂ，６３ｃおよびガスクーラ５２に設けたガスクーラファン６４の制御を行う。この冷媒回路制御部１００には、冷媒回路の冷却能力を常に適した状態に維持する制御を行うために、高圧圧力センサ７１、中圧圧力センサ７２、低圧圧力センサ７３、ガスクーラ出口温度センサ７４、外気温度センサ７５、第１蒸発器入口温度センサ７６ａ、第２蒸発器入口温度センサ７６ｂ、第３蒸発器入口温度センサ７６ｃ、第１蒸発器出口温度センサ７７ａ、第２蒸発器出口温度センサ７７ｂ、第３蒸発器出口温度センサ７７ｃ、第１庫内温度センサ７８ａ、第２庫内温度センサ７８ｂ、第３庫内温度センサ７８ｃおよび内部熱交換器出口温度センサ７９が接続してある。
【００６１】
図３に示すように、高圧圧力センサ７１は、圧縮機５１とガスクーラ５２との間に設けてあり圧縮機５１で圧縮された冷媒の圧力を検出する。中圧圧力センサ７２は、エジェクタ５３と気液分離器５４との間に設けてありエジェクタ５３で昇圧された冷媒の圧力を検出する。低圧圧力センサ７３は、電子膨張弁５７と蒸発器５５との間に設けてあり電子膨張弁５７で減圧した冷媒の圧力を検出する。ガスクーラ出口温度センサ７４は、ガスクーラ５２の出口に設けてありガスクーラ５２の出口温度を検出する。外気温度センサ７５は、例えば自動販売機の外部などに設けてあり自動販売機の外気温度を検出する。第１蒸発器入口温度センサ７６ａは、蒸発器５５ａの入口に設けてあり蒸発器５５ａの入口温度を検出する。第２蒸発器入口温度センサ７６ｂは、蒸発器５５ｂの入口に設けてあり蒸発器５５ｂの入口温度を検出する。第３蒸発器入口温度センサ７６ｃは、蒸発器５５ｃの入口に設けてあり蒸発器５５ｃの入口温度を検出する。第１蒸発器出口温度センサ７７ａは、蒸発器５５ａの出口に設けてあり蒸発器５５ａの出口温度を検出する。第２蒸発器出口温度センサ７７ｂは、蒸発器５５ｂの出口に設けてあり蒸発器５５ａの出口温度を検出する。第３蒸発器出口温度センサ７７ｃは、蒸発器５５ｃの出口に設けてあり蒸発器５５ｃの出口温度を検出する。第１庫内温度センサ７８ａは、断熱雰囲気をなす商品収容庫４ａ内に設けてあり商品収容庫４ａの庫内温度を検出する。第２庫内温度センサ７８ｂは、断熱雰囲気をなす商品収容庫４ｂ内に設けてあり商品収容庫４ｂの庫内温度を検出する。第３庫内温度センサ７８ｃは、断熱雰囲気をなす商品収容庫４ｃ内に設けてあり商品収容庫４ｃの庫内温度を検出する。内部熱交換器出口温度センサ７９は、内部熱交換器５６における低圧冷媒の出口に設けてあり当該低圧冷媒の温度を検出する。
【００６２】
図１７は冷媒回路制御部の制御動作を示すフローチャートである。図１７に示すように冷媒回路を動作させる場合、圧縮機５１を始動する（ステップＳ１）。すなわち、冷媒回路では、圧縮機５１で高温高圧に圧縮された冷媒をガスクーラ５２で放熱して高圧冷媒とする。そして、高圧冷媒と、蒸発器５５（５５ａ，５５ｂ，５５ｃ）から吐出された低圧冷媒とを内部熱交換器５６で熱交換して、余剰する低圧冷媒の潜熱で高圧冷媒を冷却する。そして、エジェクタ５３でガスクーラ５２からの高圧冷媒を減圧することで蒸発器５５（５５ａ，５５ｂ，５５ｃ）からの低圧冷媒を吸引して混合しつつ昇圧する。そして、気液分離器５４で、気相冷媒と液相冷媒と冷凍機油とに分離して、液相冷媒を蒸発器５５（５５ａ，５５ｂ，５５ｃ）に供給し、気相冷媒および冷凍機油を圧縮機５１に帰還させる。このため、蒸発器５５（５５ａ，５５ｂ，５５ｃ）では、液相冷媒を蒸発させることで吸熱して商品収容庫４ａ，４ｂ，４ｃの庫内を冷却することになる。
【００６３】
このように圧縮機５１を始動して冷媒回路を動作させているとき、冷媒回路制御部１００は、各圧力センサ７１，７２，７３で検出した圧力データと、各温度センサ７４，７５，７６ａ，７６ｂ，７６ｃ，７７ａ，７７ｂ，７７ｃ，７８ａ，７８ｂ，７８ｃ、７９で検出した温度データと、各電磁弁５５１ａ，５５１ｂ，５５１ｃ，６１，６２およびノズル弁５３１ａの動作状況とを取得する（ステップＳ２）。
【００６４】
冷媒回路制御部１００は、商品収容庫４ａ，４ｂ，４ｃの庫内温度を取得して当該庫内温度が所定温度を下回った場合に、電磁弁５５１ａ，５５１ｂ，５５１ｃを閉じて蒸発器５５ａ，５５ｂ，５５ｃの動作を停止させる。このため、１つの蒸発器５５を動作させる場合や、２つや全部の蒸発器５５を動作させる場合がある。このように、蒸発器５５の動作状態が変化すると蒸発温度および高圧圧力は大きく変化する。蒸発温度が高くなると、商品収容庫４ａ，４ｂ，４ｃの庫内雰囲気との温度差が小さくなり、蒸発器５５での交換熱量が小さくなる。逆に、蒸発温度が低くすぎると、圧縮機５１の運転効率が低下するため、消費電力が増し、冷媒循環量が減って冷却能力が減少することになる。そこで、冷媒回路制御部１００では、取得した各圧力状態や各温度状態から電子膨張弁５７およびノズル弁５３１ａの開度を調節する。
【００６５】
そして、冷媒回路制御部１００は、電子膨張弁５７およびノズル弁５３１ａの開度の変更の有無を判定して変更ありの場合に（ステップＳ３：変更あり）、電子膨張弁５７およびノズル弁５３１ａの開度変更量を取得して（ステップＳ４）、当該開度を変更する（ステップＳ５）。
【００６６】
上記判定と開度変更量を図１８および図１９に例示する。図１８は、蒸発器５５の入口温度によって電子膨張弁５７およびノズル弁５３１ａの開度を調節する蒸発温度一定制御の図表を示す。図１８に示すように蒸発器５５の入口温度が所定の範囲（例えば−９℃〜−１２℃）のときを最適とし、このときには電子膨張弁５７の開度を「現状維持（変更なし）」と判定して予め設定されたデータに従って開度を維持する。また、蒸発器５５の入口温度が所定の範囲以上（例えば−８℃以上）である場合には、電子膨張弁５７の開度を「絞る」と判定して開度変更量「−Ｐ（plus）」を取得する。そして、蒸発器５５の入口温度が所定の範囲以下（例えば−１３℃以上）である場合には、電子膨張弁５７の開度を「開放」と判定して開度変更量「＋Ｐ（plus）」を取得する。一方、図１８に示すように蒸発器５５の入口温度が所定の範囲（例えば−９℃〜−１２℃）のときを最適とし、このときにはノズル弁５３１ａの開度を「現状維持（変更なし）」と判定して予め設定されたデータに従って開度を維持する。また、蒸発器５５の入口温度が所定の範囲以上（例えば−８℃以上）である場合には、ノズル弁５３１ａの開度を「絞る」と判定して開度変更量「−Ｐ（plus）」を取得する。そして、蒸発器５５の入口温度が所定の範囲以下（例えば−１３℃以上）である場合には、ノズル弁５３１ａの開度を「開放」と判定して開度変更量「＋Ｐ（plus）」を取得する。
【００６７】
図１９は、蒸発器５５の入口温度と出口温度との差によって電子膨張弁５７の開度を調節する過熱度一定制御の図表を示す。図１９に示すように蒸発器５５の入口温度−出口温度の温度差が所定の範囲（例えば５℃〜１０℃）を最適とし、このときには電子膨張弁５７の開度を「現状維持（変更なし）」と判定して開度量「０」を取得する。また、蒸発器５５の入口温度−出口温度の温度差が上記所定の範囲以上（例えば１５℃）である場合には、電子膨張弁５７の開度を「開放」と判定して開度量「＋１０（plus）」を取得する。そして、蒸発器５５の入口温度−出口温度の温度差が上記所定の範囲以下（例えば２℃）である場合には、電子膨張弁５７の開度を「絞る」と判定して開度量「−１０（plus）」を取得する。一方、図１９に示すように蒸発器５５の入口温度−出口温度の温度差が所定の範囲（例えば５℃〜１０℃）を最適とし、このときにはノズル弁５３１ａの開度を「現状維持（変更なし）」と判定して開度量「０」を取得する。また、蒸発器５５の入口温度−出口温度の温度差が上記所定の範囲以上（例えば１５℃）である場合には、ノズル弁５３１ａの開度を「開放」と判定して開度量「＋５（plus）」を取得する。そして、蒸発器５５の入口温度−出口温度の温度差が上記所定の範囲以下（例えば３℃）である場合には、ノズル弁５３１ａの開度を「絞る」と判定して開度量「−５（plus）」を取得する。
【００６８】
図２０は冷媒回路制御部の他の制御動作を示すフローチャートである。図２０に示すように冷媒回路を動作させる場合、圧縮機５１を始動する（ステップＳ２１）。すなわち、冷媒回路では、圧縮機５１で高温高圧に圧縮された冷媒をガスクーラ５２で放熱して高圧冷媒とする。そして、高圧冷媒と、蒸発器５５（５５ａ，５５ｂ，５５ｃ）から吐出された低圧冷媒とを内部熱交換器５６で熱交換して、余剰する低圧冷媒の潜熱で高圧冷媒を冷却する。そして、エジェクタ５３でガスクーラ５２からの高圧冷媒を減圧することで蒸発器５５（５５ａ，５５ｂ，５５ｃ）からの低圧冷媒を吸引して混合しつつ昇圧する。そして、気液分離器５４で、気相冷媒と液相冷媒と冷凍機油とに分離して、液相冷媒を蒸発器５５（５５ａ，５５ｂ，５５ｃ）に供給し、気相冷媒および冷凍機油を圧縮機５１に帰還させる。このため、蒸発器５５（５５ａ，５５ｂ，５５ｃ）では、液相冷媒を蒸発させることで吸熱して商品収容庫４ａ，４ｂ，４ｃの庫内を冷却することになる。
【００６９】
このように圧縮機５１を始動して冷媒回路を動作させているとき、冷媒回路制御部１００は、各圧力センサ７１，７２，７３で検出した圧力データと、各温度センサ７４，７５，７６ａ，７６ｂ，７６ｃ，７７ａ，７７ｂ，７７ｃ，７８ａ，７８ｂ，７８ｃ、７９で検出した温度データとを取得する（ステップＳ２２）。
【００７０】
冷媒回路制御部１００では、エジェクタ５３に流入する冷媒密度を、高圧圧力、低圧圧力、蒸発器出口温度、庫内温度から推定する（ステップＳ２３）。このとき、冷媒が臨界状態の場合は、圧力および温度から冷媒密度を推定する。一方、冷媒が亜臨界状態の場合では、高圧圧力および定圧圧力から冷媒循環量を推定し、庫内温度から蒸発器５５の交換熱量を算出して冷媒の乾き度を推定する。そして、冷媒循環量と冷媒乾き度とから冷媒密度を算出する。
【００７１】
そして、冷媒回路制御部１００は、推定冷媒密度と、予め設定した冷媒密度設定値とを比較して、電子膨張弁５７の開度変更や蒸発器ファン６３ａ，６３ｂ，６３ｃの風量変更の有無を判定して変更ありの場合に（ステップＳ２４：変更あり）、電子膨張弁５７の開度変更量や蒸発器ファン６３ａ，６３ｂ，６３ｃの風量変更量を取得して（ステップＳ２５）、当該開度や風量を変更する（ステップＳ２６）。
【００７２】
ステップＳ２４において、冷媒密度設定値は、高圧圧力または低圧圧力の値によって変動する。すなわち、図２１−１に示すように高圧圧力の範囲（Ｐ＜Ｐｌ１，Ｐｌ１≦Ｐ＜Ｐｌ２，Ｐｌ３≦Ｐ＜Ｐｌ４，Ｐｌ４≦Ｐ＜Ｐｌ５，Ｐ≧Ｐｌ５）に応じて冷媒密度設定値の上限（ρ１，ρ３，ρ５，ρ７，ρ９）および下限（ρ２，ρ４，ρ６，ρ８，ρ１０）を予め設定してある。また、図２１−２に示すように低圧圧力の範囲（Ｐ＜Ｐｌ１，Ｐｌ１≦Ｐ＜Ｐｌ２，Ｐｌ３≦Ｐ＜Ｐｌ４，Ｐｌ４≦Ｐ＜Ｐｌ５，Ｐ≧Ｐｌ５）に応じて冷媒密度設定値の上限（ρ１１，ρ１３，ρ１５，ρ１７，ρ１９）および下限（ρ１２，ρ１４，ρ１６，ρ１８，ρ２０）を予め設定してある。
【００７３】
そして、ステップＳ２４では、図２２に示すように冷媒密度設定値下限ρｌｏおよび冷媒密度設定値上限ρｈｉに対する推定冷媒密度ρが、冷媒密度設定値下限ρｌｏと冷媒密度設定値上限ρｈｉとの間の所定の範囲（ρｌｏ≦ρ≦ρｈｉ）のときを最適とし、このときには電子膨張弁５７の開度を「現状維持（変更なし）」と判定して開度を維持する。また、推定冷媒密度ρが冷媒密度設定値下限ρｌｏ以下（ρ＜ρｌｏ）である場合には、電子膨張弁５７の開度を「開放」と判定して開度量「＋Ｐ（plus）」を取得する。そして、推定冷媒密度ρが冷媒密度設定値上限ρｈｉ以上（ρｈｉ＜ρ）である場合には、電子膨張弁５７の開度を「絞る」と判定して開度量「−Ｐ（plus）」を取得する。
【００７４】
また、ステップＳ２４では、図２３に示すように冷媒密度設定値下限ρｌｏおよび冷媒密度設定値上限ρｈｉに対する推定冷媒密度ρが、冷媒密度設定値下限ρｌｏと冷媒密度設定値上限ρｈｉとの間の所定の範囲（ρｌｏ≦ρ≦ρｈｉ）のときを最適とし、このときには蒸発器ファン６３ａ，６３ｂ，６３ｃの風量を「現状維持（変更なし）」と判定して風量を維持する。また、推定冷媒密度ρが冷媒密度設定値下限ρｌｏ以下（ρ＜ρｌｏ）である場合には、蒸発器ファン６３ａ，６３ｂ，６３ｃの風量を「低減」と判定して風量「−Ｑ」を取得する。そして、推定冷媒密度ρが冷媒密度設定値上限ρｈｉ以上（ρｈｉ＜ρ）である場合には、蒸発器ファン６３ａ，６３ｂ，６３ｃの風量を「増加」と判定して風量「＋Ｑ」を取得する。ここで、蒸発器ファン６３ａ，６３ｂ，６３ｃの風量変更には、印加電圧の変更と、デューティ比（以下Ｄｕｔｙ比という）の変更とがある。印加電圧の変更の場合は、低電圧「−Ｑ」、あるいは高電圧「＋Ｑ」とする。Ｄｕｔｙ比の変更の場合は、Ｄｕｔｙ比を低くする「−Ｑ」、あるいはＤｕｔｙ比を高くする「＋Ｑ」とする。Ｄｕｔｙ比は、図２４に示すように蒸発器ファンのＯＮ指令時に印加電圧を一定の周期でＯＮ／ＯＦＦさせたときの比率（Ｄｕｔｙ比＝ＯＮ時間／（ＯＮ＋ＯＦＦ時間））である。
【００７５】
以上のように、上述した冷媒回路では、エジェクタ５３に供給される高圧冷媒と低圧冷媒との相互の熱交換を行う内部熱交換器５６を備えた。すなわち、蒸発器５５に負荷変動が生じて吸い込み側の低圧冷媒量が変化した場合でも、内部熱交換器５６によって余剰する低圧冷媒の潜熱をガスクーラ５２から吐出された高圧冷媒の冷却に利用してすることで、高圧側の圧力上昇を防止する。この結果、低圧冷媒に過熱度をつけて蒸発させることでエジェクタ５３での吸い込み冷媒密度が一定になるので、サイクル状態を最適化させることが可能になる。
【００７６】
特に、自動販売機などのように複数の商品収容庫４ａ，４ｂ，４ｃにそれぞれ蒸発器５５（５５ａ，５５ｂ，５５ｃ）を配置している場合では、動作する蒸発器５５の数が減ることによって動作している蒸発器５５に大幅な負荷変動が生じるが、内部熱交換器５６によって高圧冷媒と低圧冷媒との熱交換を行うことで、エジェクタ５３での吸い込み冷媒密度を一定にしてサイクル状態を最適化させることが可能になる。
【００７７】
上述した冷媒回路では、容積の小さい中央の商品収容庫４ｂに配置した蒸発器５５ｂを、冷却専用である左側の商品収容庫４ａに配置した蒸発器５５ａに対して電磁弁６１を介して直列に接続した。すなわち、蒸発器５５ｂでの余剰の冷媒を蒸発器５５ａで蒸発させるので蒸発器５５ｂの単独運転がなくなることになる。また、内部熱交換器５６以前の冷媒密度を低下させることになる。この結果、蒸発器５５ｂの冷媒循環量が減るので、蒸発温度が低下して運転効率を改善することが可能になる。
【００７８】
上述した冷媒回路では、気液分離器５４において、エジェクタ５３と圧縮機５１との間に接続されて螺旋に形成された径外部位に貫通孔５４１Ａｃを設けた内管５４１Ａと、内管５４１Ａの貫通孔５４１Ａｃを設けた部位を被覆して内管５４１Ａとともに螺旋状に形成して内管５４１Ａから分岐した終端側５４１Ｂｂを蒸発器５５に接続した外管５４１Ｂとで構成した。すなわち、エジェクタ５３から供給された混合冷媒を内管５４１Ａに通し、螺旋状の部位に通過する混合冷媒の液相冷媒を遠心力によって径外側に偏らせて貫通孔５４１Ａｃを介して外管５４１Ｂに液相冷媒を移送することで気相冷媒と液相冷媒とを分離して圧縮機５１に気相冷媒を送り、蒸発器５５に液相冷媒を送る。この結果、螺旋状にした２重管構造としたことにより、混合冷媒を貯留させて液相冷媒と気相冷媒とに分離するタンクを有する従前の気液分離器に比較して小型化を図ることが可能になる。特に、上述したように気液分離器５４を自動販売機の商品収容庫４ａの内部に配置する場合に、気液分離器５４の小型化を図ることによってスペース効率を向上できる。
【００７９】
また、気液分離器５４において、外管５４１Ｂの終端側にトラップ部５４１Ｂｃを設け、このトラップ部５４１Ｂｃと、トラップ部５４１Ｂｃの下方にある内管５４１Ａの終端側５４１Ａｂとを接続管５４２Ａを介して接続した。すなわち、トラップ部５４１Ｂｃにて、液相冷媒に含まれる冷凍機油を自身の比重によって下部に沈下させ接続管５４２Ａを介して内管５４１Ａの終端側５４１Ａｂに移送することで、液相冷媒と冷凍機油とを分離して、蒸発器５５に液相冷媒を送り、圧縮機５１に気相冷媒とともに冷凍機油を送る。この結果、トラップ部５４１Ｂｃを設けた構成により、冷媒を貯留させて冷媒と冷凍機油とに分離するタンクを有する従前のオイルセパレータに比較して小型化を図ることが可能になる。特に、気液分離器５４の内管５４１Ａおよび外管５４１Ｂに冷凍機油を分離する構成を一体化しているので、気・液・油の分離を効率良く行うことが可能になる。さらに、上述したように気液分離器５４を自動販売機の商品収容庫４ａの内部に配置する場合に、気液分離器５４の小型化を図ることによってスペース効率を向上できる。
【００８０】
上述した冷媒回路では、冷媒回路制御部１００において、蒸発器入口温度センサ７６ａ，７６ｂ，７６ｃで検出した冷媒の温度が所定の範囲内になる態様でエジェクタ５３のノズル弁５３１ａおよび電子膨張弁５７の開度を調整する。あるいは、冷媒回路制御部１００において、蒸発器入口温度センサ７６ａ，７６ｂ，７６ｃで検出した冷媒の温度と、蒸発器出口温度センサ７７ａ，７７ｂ，７７ｃで検出した冷媒の温度との差が所定の範囲内になる態様でノズル弁５３１ａおよび電子膨張弁５７の開度を調整する。すなわち、自動販売機などのように複数の商品収容庫４ａ，４ｂ，４ｃにそれぞれ蒸発器５５（５５ａ，５５ｂ，５５ｃ）を配置している場合では、商品収容庫４ａ，４ｂ，４ｃの庫内温度を取得して当該庫内温度が所定温度を下回った場合に、該当する蒸発器５５ａ，５５ｂ，５５ｃに係る電磁弁５５１ａ，５５１ｂ，５５１ｃを閉じて蒸発器５５ａ，５５ｂ，５５ｃの動作を停止させる。このため、１つの蒸発器５５を動作させる場合や、２つや全部の蒸発器５５を動作させる場合がある。このように、蒸発器５５の動作状態が変化すると蒸発温度および高圧圧力は大きく変化する。上記冷媒回路制御部１００では、取得した各圧力状態や各温度状態から電子膨張弁５７およびノズル弁５３１ａの開度を調整するため、蒸発器５５の動作状態の変化による蒸発温度および高圧圧力の変化を抑えるので、蒸発器５５での交換熱量や、圧縮機５１の運転効率を最適化させることが可能になる。
【００８１】
上述した冷媒回路では、高圧圧力センサ７１および低圧圧力センサ７３で検出した冷媒の圧力、前記蒸発器入口温度センサ７６ａ，７６ｂ，７６ｃで検出した冷媒の温度、および庫内温度センサ７８ａ，７８ｂ，７８ｃで検出した温度から推定した冷媒密度ρと、高圧圧力センサ７１および低圧圧力センサ７３で検出した冷媒の圧力に応じて予め設定した冷媒密度設定値ρｌｏ，ρｈｉとを比較して、推定冷媒密度ρが所定の範囲内になる態様で電子膨張弁５７の開度および蒸発器ファン６３ａ，６３ｂ，６３ｃの風量を調整する。すなわち、すなわち、自動販売機などのように複数の商品収容庫４ａ，４ｂ，４ｃにそれぞれ蒸発器５５（５５ａ，５５ｂ，５５ｃ）を配置している場合では、商品収容庫４ａ，４ｂ，４ｃの庫内温度を取得して当該庫内温度が所定温度を下回った場合に、該当する蒸発器５５ａ，５５ｂ，５５ｃに係る電磁弁５５１ａ，５５１ｂ，５５１ｃを閉じて蒸発器５５ａ，５５ｂ，５５ｃの動作を停止させる。このため、１つの蒸発器５５を動作させる場合や、２つや全部の蒸発器５５を動作させる場合がある。このように、蒸発器５５の動作状態が変化すると蒸発温度および高圧圧力は大きく変化する。上記冷媒回路制御部１００では、推定冷媒密度ρが冷媒密度設定値下限ρｌｏ以下の場合には、電子膨張弁５７の開度を開放し、蒸発器ファン６３ａ，６３ｂ，６３ｃの風量を低減して、冷媒循環量を増加させて蒸発器５５で冷媒を気化しにくくし冷媒密度を上げる。逆に、推定冷媒密度ρが冷媒密度設定値上限ρｈｉ以上の場合には、電子膨張弁５７の開度を絞り、蒸発器ファン６３ａ，６３ｂ，６３ｃの風量を増加して、蒸発器５５で冷媒を気化させやすくし冷媒密度を下げる。この結果、蒸発器５５の動作状態の変化による蒸発温度および高圧圧力の変化を抑えるので、蒸発器５５での交換熱量や、圧縮機５１の運転効率を最適化させることが可能になる。
【００８２】
また、上述した冷媒回路は、特に二酸化炭素を冷媒として用いたときに有効であり、二酸化炭素冷媒を用いた場合に上記効果を得ることが可能である。
【００８３】
なお、上述した実施の形態では、冷媒回路として自動販売機の商品収容庫４ａ，４ｂ，４ｃを冷却する構成を説明したが、所望の商品収容庫を加熱することも可能である。図２５は蒸発器を加熱手段として用いた場合の冷媒回路の概略図である。
【００８４】
まず、冷却系統について説明する。図２５に示すように圧縮機５１は、中間熱交換器５１１を使用して２段階の圧縮動作を実行する構成としてある。すなわち、１段階目の圧縮動作を行う第１圧縮機５１ａと、２段階目の圧縮動作を行う第２圧縮機５１ｂとの間に中間熱交換器５１１を設けてある。この圧縮機５１で圧縮された冷媒は、ガスクーラ５２に供給されて放熱され、内部熱交換器５６で熱交換されてエジェクタ５３、気液分離器５４、電子膨張弁５７を経る。そして、電子膨張弁５７から供給された冷媒は、各電磁弁５５１ａ，５５１ｂ，５５１ｃ，５５１ｄの開閉によって選択された各蒸発器５５（５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄ）に至り蒸発することで各商品収容庫（図２５中示せず）が冷却される。蒸発器５５を経た冷媒は、内部熱交換器５６で熱交換されてエジェクタ５３に吸引される。この構成は、上述した冷媒回路と同じである。
【００８５】
次に、加熱系統について説明する。ここでは、蒸発器５５ｃを加熱手段として用いている。この場合以下のごとく接続してある。圧縮機５１（５１ｂ）の吐出側と蒸発器５５ｃの入口側との間が電磁弁８０を介して接続してある。蒸発器５５ｃの出口側とガスクーラ５２の出口側との間が電磁弁８１を介して接続してある。蒸発器５５ｃの出口側とガスクーラ５２の入口側との間が電磁弁８２を介して接続してある。そして、圧縮機５１（５１ｂ）をガスクーラ５２との間に電磁弁８３が設けてある。さらに、蒸発器５５ｃの出口側であって、ガスクーラ５２の出口側および入口側に至る分岐部位と、各蒸発器５５の集合部位との間に電磁弁８４が設けてある。また、蒸発器５５ｃの入口側であって、圧縮機５１（５１ｂ）からの合流部位と電磁弁５５１ｃとの間に、電磁弁５５１ｃ側への逆流を防ぐ逆止弁９１が設けてある。さらに、蒸発器５５ｃの出口側からガスクーラ５２に至る電磁弁８１および電磁弁８２以前の部位に蒸発器５５ｃ側への逆流を防ぐ逆止弁９２が設けてある。
【００８６】
上記加熱系統によれば、電磁弁５５１ｃ，８４を閉じ、電磁弁８０を開けることで、蒸発器５５ｃが加熱手段として用いられる。このとき、電磁弁８２，８３を閉じて電磁弁８１を開ければガスクーラ５２に冷媒を経由しない冷媒回路が得られる。電磁弁８３を閉じて電磁弁８１，８２を開ければ蒸発器５５ｃからガスクーラ５２の入口側および出口側に冷媒を経由する冷媒回路が得られる。電磁弁８２を閉じて電磁弁８１，８３を開ければ、蒸発器５５ｃとガスクーラ５２とにそれぞれ冷媒を経由しつつ蒸発器５５ｃからガスクーラ５２の出口側に冷媒を経由する冷媒回路が得られる。電磁弁８１を閉じて電磁弁８２，８３を開ければ蒸発器５５ｃとガスクーラ５２とにそれぞれ冷媒を経由しつつ蒸発器５５ｃからガスクーラ５２の入口側に冷媒を経由する冷媒回路が得られる。電磁弁８１，８３を閉じて電磁弁８２を開ければ蒸発器５５ｃからガスクーラ５２の入口側に冷媒を経由する冷媒回路が得られる。電磁弁８１，８２，８３を開ければ蒸発器５５ｃとガスクーラ５２とにそれぞれ冷媒を経由しつつ蒸発器５５ｃからガスクーラ５２の入口側および出口側に冷媒を経由する冷媒回路が得られる。
【００８７】
また、別の加熱系統について説明する。ここでは、蒸発器５５ｂを加熱手段として用いている。この場合以下のごとく接続してある。圧縮機５１（５１ａ）の吐出側と蒸発器５５ｂの入口側との間が電磁弁８５を介して接続してある。蒸発器５５ｂの出口側と中間熱交換器５１１の出口側との間が電磁弁８６を介して接続してある。蒸発器５５ｃの出口側と中間熱交換器５１１の入口側との間が電磁弁８７を介して接続してある。そして、圧縮機５１（５１ａ）を中間熱交換器５１１との間に電磁弁８８が設けてある。さらに、蒸発器５５ｂの出口側であって、中間熱交換器５１１の出口側および入口側に至る分岐部位と、各蒸発器５５の集合部位との間に電磁弁８９が設けてある。また、蒸発器５５ｂの入口側であって、圧縮機５１（５１ａ）からの合流部位と電磁弁５５１ｂとの間に、電磁弁５５１ｂ側への逆流を防ぐ逆止弁９３が設けてある。さらに、蒸発器５５ｂの出口側から中間熱交換器５１１に至る電磁弁８６および電磁弁８７以前の部位に蒸発器５５ｂ側への逆流を防ぐ逆止弁９４が設けてある。
【００８８】
上記別の加熱系統によれば、電磁弁５５１ｂ，８９を閉じ、電磁弁８５を開けることで、蒸発器５５ｂが加熱手段として用いられる。このとき、電磁弁８７，８８を閉じて電磁弁８６を開ければ中間熱交換器５１１に冷媒を経由しない冷媒回路が得られる。電磁弁８８を閉じて電磁弁８６，８７を開ければ蒸発器５５ｂから中間熱交換器５１１の入口側および出口側に冷媒を経由する冷媒回路が得られる。電磁弁８７を閉じて電磁弁８６，８８を開ければ、蒸発器５５ｂと中間熱交換器５１１とにそれぞれ冷媒を経由しつつ蒸発器５５ｂから中間熱交換器５１１の出口側に冷媒を経由する冷媒回路が得られる。電磁弁８６を閉じて電磁弁８７，８８を開ければ蒸発器５５ｂと中間熱交換器５１１とにそれぞれ冷媒を経由しつつ蒸発器５５ｂから中間熱交換器５１１の入口側に冷媒を経由する冷媒回路が得られる。電磁弁８６，８８を閉じて電磁弁８７を開ければ蒸発器５５ｂから中間熱交換器５１１の入口側に冷媒を経由する冷媒回路が得られる。電磁弁８６，８７，８８を開ければ蒸発器５５ｂと中間熱交換器５１１とにそれぞれ冷媒を経由しつつ蒸発器５５ｂから中間熱交換器５１１の入口側および出口側に冷媒を経由する冷媒回路が得られる。
【００８９】
このように、蒸発器５５を加熱手段として用いた場合でも、内部熱交換器５６および気液分離器５４による効果を得ることが可能である。
【００９０】
ところで、図２６は本発明に係る冷媒回路の他の実施の形態を示す概略図である。図２６では、上述したエジェクタ５３と気液分離器５４との間に他のエジェクタ５３′を設けてある。他のエジェクタ５３′は、放熱器としてのガスクーラ５２から供給される高圧冷媒を減圧することによってエジェクタ５３から吐出された混合冷媒を吸引してガスクーラ５２から供給した高圧冷媒とさらに混合するとともに混合した冷媒を昇圧して吐出して気液分離器５４に供給するものである。
【００９１】
他のエジェクタ５３′を設けていない場合、例えば内部熱交換器５６によってエジェクタ５３の高効率化を図っても昇圧作用による冷媒圧力に限界が生じることがある。一方、他のエジェクタ５３′を設けた場合では、多段化されたエジェクタ５３，５３′によって冷媒圧力が増加するので圧縮機５１の負担が軽減してサイクルをさらに高効率化することが可能になる。
【符号の説明】
【００９２】
５１（５１ａ，５１ｂ）    圧縮機
５１１    中間熱交換器
５２    ガスクーラ（放熱器）
５３，５３′    エジェクタ
５３１    ノズル部
５３１ａ    ノズル弁
５３２    混合部
５３３    ディフューザ部
５４    気液分離器
５４１    気液分離部
５４１Ａ    内管
５４１Ａａ    始端側
５４１Ａｂ    終端側
５４１Ａｃ    貫通孔
５４１Ｂ    外管
５４１Ｂａ    始端側
５４１Ｂｂ    終端側
５４１Ｂｃ    トラップ部
５４２    液油分離部
５４２Ａ    接続管
５５（５５ａ，５５ｂ，５５ｃ）    蒸発器
５５１ａ，５５１ｂ，５５１ｃ    電磁弁
５６    内部熱交換器
５６１    高圧冷媒配管
５６１ａ    入口部
５６１ｂ    出口部
５６２    低圧冷媒配管
５６２ａ    入口部
５６２ｂ    出口部
５６３    断熱材
５７    電子膨張弁（膨張弁）
５８    キャピラリチューブ
５９    加熱ヒータ
６０    バイパス路
６１    電磁弁
６２    電磁弁
６３ａ，６３ｂ，６３ｃ    蒸発器ファン
６４    ガスクーラファン
７１    高圧圧力センサ
７２    中圧圧力センサ
７３    低圧圧力センサ
７４    ガスクーラ出口温度センサ
７５    外気温度センサ
７６ａ，７６ｂ，７６ｃ    蒸発器入口温度センサ
７７ａ，７７ｂ，７７ｃ    蒸発器出口温度センサ
７８ａ，７８ｂ，７８ｃ    庫内温度センサ
７９    内部熱交換器出口温度センサ
１００    冷媒回路制御部
１０１    メモリ
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１−１】
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【図２１−２】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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