(57)【要約】  【課題】缶飲料などの商品を冷却若しくは加温して販売する自動販売機に関し、二段圧縮二段膨張サイクルを用いた冷凍システムの廃熱を利用して加温を行い、消費電力量を削減する自動販売機を提供する。  【解決手段】低段吐出口から高段吸入口へ繋がる低段吐出配管３０を並列に分岐した第二低段吐出配管３１と、前記低段吐出配管３０と前記第二低段吐出配管３１との流路を切換える吐出切換弁とを備え、前記吐出切換弁の切換動作を行って熱量調整しながら前記第二低段吐出配管３１を温熱源として利用することによって、二段圧縮二段膨張サイクルを用いた冷凍システムの廃熱を利用して加温を行い、消費電力量を削減することができる。【選択図】図１
2006138496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二段圧縮二段膨張サイクルを用いた冷凍システムにおいて、中間冷却器から低段吸入口へ繋がる中間冷却配管と、低段吐出口から高段吸入口へ繋がる低段吐出配管と、前記中間冷却配管と前記低段吐出配管を熱交換する中間熱交換器と、前記中間冷却器と前記中間熱交換器の間にあり前記中間冷却配管内の冷媒の流量を調整する流量調整弁とを備えたことを特徴とする冷凍システム。
【請求項２】
低段吐出口から高段吸入口へ繋がる低段吐出配管を並列に分岐した第二低段吐出配管と、前記低段吐出配管と前記第二低段吐出配管との流路を切換える吐出切換弁とを備え、前記吐出切換弁の切換動作を行って熱量調整しながら前記第二低段吐出配管を温熱源として利用することを特徴とする請求項１記載の冷凍システム。
【請求項３】
中間熱交換器に取り付けられた結露センサーと、温熱源となるヒータとを備え、外気が高湿度となる条件において前記結露センサーが結露を検知した場合に、温熱源として前記第二低段吐出配管の換わりに前記ヒータを利用することを特徴とする請求項２記載の冷凍システム。
【請求項４】
高段吐出冷媒と外気を熱交換する室外熱交換器を備え、前記室外熱交換器と中間熱交換器を一体で形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の冷凍システム。
【請求項５】
中間冷却器内の冷媒圧力を臨界圧力以下とすることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の冷凍システム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項記載の冷凍システムを用いて、商品収納室を冷却あるいは加温する自動販売機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二段圧縮二段膨張サイクルを用いた冷凍システムにおいて、低段吐出冷媒の廃熱を温熱源として利用する冷凍システムおよび、この冷凍システムを搭載する自動販売機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動販売機に対する消費電力量削減の要求が高まってきており、消費電力量削減手段として、断熱性能を改良する構造や、冷凍システムの高効率化が提案されている。
【０００３】
一方、一般に冷却時の効率を向上する手段として、二段圧縮二段膨張サイクルを用いた冷凍システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
以下、図面を参照しながら従来の自動販売機を説明する。
【０００５】
図４は従来の自動販売機の冷媒回路図、図５は従来の自動販売機の冷却時の冷媒回路のモリエル線図である。
【０００６】
図４に示すように、従来の自動販売機は、ホット／コールド切替室１、コールド専用室２、第二コールド専用室３からなる貯蔵室を備え、ホット／コールド切替室１内に設置された室内熱交換器４、コールド専用室２内に設置された蒸発器５、第二コールド専用室２内に設置された第二蒸発器６、貯蔵室の外に設置された室外熱交換器７、圧縮機８で構成された冷凍システムを有する。また、膨張弁Ａ９、膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１はそれぞれ通過する冷媒の圧力を低下するとともに閉塞機能を有したものである。
【０００７】
ここで、圧縮機８は低段圧縮機構と高段圧縮機構からなる一組の二段圧縮機構（図示せず）を有する圧縮機であり、従来の冷凍システムは中間冷却器２０と１次膨張機構であるキャピラリ２１を有する二段圧縮二段膨張サイクルである。
【０００８】
また、ホット／コールド切替室１を加温するために、電気ヒータからなるヒータ２２が室内熱交換器４の風上側に設置されている。
【０００９】
以上のように構成された従来の自動販売機について、以下その動作を説明する。
【００１０】
ホット／コールド切替室１を冷却する場合、圧縮機８の高段圧縮機構から吐出された冷媒は、高段吐出配管２３を通して室外熱交換器７に供給されて放熱された後、１次膨張機構であるキャピラリ２１で中間圧力まで減圧されて温度低下し、中間冷却器２０で分離された液冷媒が液冷媒配管２４を通して膨張弁Ａ９、膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１に供給されてさらに減圧された後、室内熱交換器４、蒸発器５、第二蒸発器６へ供給される。そして、室内熱交換器４、蒸発器５、第二蒸発器６で蒸発した冷媒は低段吸入配管２５を通して圧縮機８の低段圧縮機構へ還流する。
【００１１】
一方、圧縮機８の低段圧縮機構の吐出冷媒は低段吐出配管２６を通して中間冷却器２０に供給されて、中間冷却器２０内で液冷媒と熱交換して飽和状態まで冷却された後、高段吸入配管２７を通して圧縮機８の高段圧縮機構に供給される。この結果、圧縮を二段階で行うとともに、高段吸入ガスのエントロピーを下げることで、高段吐出ガス温度を低減し、冷凍システムの理論効率を向上することができる。
【００１２】
このとき、ホット／コールド切替室１、コールド専用室２、第二コールド専用室３の内所定の温度に達した貯蔵室は、当該する膨張弁Ａ９、膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１を閉塞して冷媒の供給を停止する。さらに、すべてのコールド専用室が所定温度（通常０〜３℃）に達すると圧縮機８の運転を停止する。
【００１３】
次に、ホット／コールド切替室１を加温する場合、膨張弁Ａ９を閉として圧縮機８を駆動する。圧縮機８の高段圧縮機構から吐出された冷媒は、高段吐出配管２３を通して室外熱交換器７に供給されて放熱された後、１次膨張機構であるキャピラリ２１で中間圧力まで減圧されて温度低下し、中間冷却器２０で分離された液冷媒が液冷媒配管２４を通して膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１に供給されてさらに減圧された後、蒸発器５、第二蒸発器６へ供給される。そして、蒸発器５、第二蒸発器６で蒸発した冷媒は低段吸入配管２５を通して圧縮機８の低段圧縮機構へ還流する。
【００１４】
一方、圧縮機８の低段圧縮機構の吐出冷媒は低段吐出配管２６を通して中間冷却器２０に供給されて、中間冷却器２０内で液冷媒と熱交換して飽和状態まで冷却された後、高段吸入配管２７を通して圧縮機８の高段圧縮機構に供給される。この結果、圧縮を二段階で行うとともに、高段吸入ガスのエントロピーを下げることで、高段吐出ガス温度を低減し、冷凍システムの理論効率を向上することができる。
【００１５】
このとき、コールド専用室２、第二コールド専用室３の内所定の温度に達した貯蔵室は、当該する膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１を閉塞して冷媒の供給を停止する。さらに、すべてのコールド専用室が所定温度（通常０〜３℃）に達すると圧縮機８の運転を停止する。
【００１６】
そして、ホット／コールド切替室１は、ヒータ２２の通電率を制御することで所定温度（通常約５５℃）に加温する。
【００１７】
次に、従来の自動販売機の冷媒の状態変化について図５を用いて詳細に説明する。
【００１８】
図５は横軸を冷媒のエンタルピー、縦軸を冷媒の圧力とするモリエル線図であり、ホット／コールド切替室１を冷却する場合の冷媒の状態変化を示す。
【００１９】
圧縮機８の高段圧縮機構から吐出された冷媒はＡ点であり、室外熱交換器７に供給されて放熱された後、過冷却０℃付近のＢ点となる。この時の室外熱交換器７での放熱量は、（ｈ１−ｈ２）に相当する。次に、１次膨張機構であるキャピラリ２１で中間圧力まで減圧されて温度低下しＣ点となり、中間冷却器２０に滞留する。
【００２０】
中間冷却器２０で分離されたＤ点の液冷媒は、膨張弁Ａ９、膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１に供給されてさらに減圧されＦ点となる。そして、室内熱交換器４、蒸発器５、第二蒸発器６で蒸発した冷媒は低段吸入配管２５を通してＧ点となり、圧縮機８の低段圧縮機構へ還流する。一般に、低段吸入配管２５での結露を防止するために、低段吸入配管２５とキャピラリ２１を熱交換してＧ点の過熱度を上げるとともに、Ｂ点の過冷却を増大させて冷廃熱を回収することができる。
【００２１】
一方、圧縮機８の低段圧縮機構の吐出冷媒はＨ点であり、中間冷却器２０に供給されて、前記Ｃ点の冷媒と混合して冷却されて、Ｅ点となり圧縮機８の高段圧縮機構に供給される。ここで、圧縮機８の高段圧縮機構に供給されるＥ点の飽和冷媒ガスの循環量は、圧縮機８の低段圧縮機構に供給されるＧ点の冷媒ガスの循環量に、キャピラリ２１で中間圧力まで減圧されて温度低下したＣ点での冷媒ガスの循環量と、Ｈ点の冷媒ガスをＥ点まで冷却するために蒸発したＣ点での液冷媒の蒸発量を加えたものとなる。
【００２２】
この結果、圧縮を（ｈ６−ｈ５）と（ｈ１−ｈ４）の二段階で行うとともに、高段吸入ガスのエントロピーをＨ点からＥ点に下げることで、Ａ点での高段吐出ガス温度を低減し、冷凍システムの理論効率を向上することができる。
【特許文献１】特開昭６２−１７５５６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、上記従来の構成では、外気温度が高い場合に室外熱交換器７の放熱能力が不足するという課題があった。また、室外熱交換器７の廃熱の一部を加温に利用する場合に高温の熱源が取り出せないという課題があった。
【００２４】
これは、高段吸入ガスのエンタルピーを下げて飽和ガスとすることで軽負荷時の理論効率を向上する反面、高段吐出ガス温度が低くなり室外熱交換器７の入口温度が低下して、高外気温時の放熱能力が低下するためである。同様に、室外熱交換器７の入口温度が低下するため、自動販売機の缶飲料を加温する６０℃以上の放熱量が減少し、結果として、高温の熱源が十分取り出せない。
【００２５】
本発明は、従来の課題を解決するもので、高段吸入ガスのエンタルピーを制御することで、室外熱交換器の入口温度を可変可能とするとともに、比較的温度が高い低段吐出ガスを高温の熱源として利用できる自動販売機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】
【００２６】
上記従来の課題を解決するために、本発明の冷凍システムおよびこれを備えた自動販売機は、二段圧縮二段膨張サイクルを用いた冷凍システムにおいて、中間冷却器から低段吸入口へ繋がる中間冷却配管と、低段吐出口から高段吸入口へ繋がる低段吐出配管と、前記中間冷却配管と前記低段吐出配管を熱交換する中間熱交換器と、前記中間冷却器と前記中間熱交換器の間にあり前記中間冷却配管内の冷媒の流量を調整する流量調整弁とを備えたことを特徴とするものである。
【００２７】
これによって、高段吸入ガスのエンタルピーを制御することで、室外熱交換器の入口温度を可変可能とし、高外気温時に室外熱交換器の入口温度を上昇して放熱能力を向上することができる。
【００２８】
また、本発明の冷凍システムおよびこれを備えた自動販売機は、低段吐出口から高段吸入口へ繋がる低段吐出配管を並列に分岐した第二低段吐出配管と、前記低段吐出配管と前記第二低段吐出配管との流路を切換える吐出切換弁とを備え、前記吐出切換弁の切換動作を行って熱量調整しながら前記第二低段吐出配管を温熱源として利用することを特徴とするものである。
【００２９】
これによって、第二低段吐出配管を温熱源として自動販売機の缶飲料を加温する６０℃以上の放熱量を確保することができ、ヒータ加温する場合と比較して消費電力量が削減できる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の冷凍システムおよびこれを備えた自動販売機は、二段圧縮二段膨張サイクルを用いた冷凍システムにおいて、簡易な構成と制御で、室外熱交換器の入口温度を可変可能として高外気温度での放熱能力を向上するとともに、比較的温度が高い低段吐出ガスを高温の熱源として利用でき加温時の消費電力量を削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の請求項１に記載の発明は、二段圧縮二段膨張サイクルを用いた冷凍システムにおいて、中間冷却器から低段吸入口へ繋がる中間冷却配管と、低段吐出口から高段吸入口へ繋がる低段吐出配管と、前記中間冷却配管と前記低段吐出配管を熱交換する中間熱交換器と、前記中間冷却器と前記中間熱交換器の間にあり前記中間冷却配管内の冷媒の流量を調整する流量調整弁とを備えたことを特徴とする冷凍システムであるので、高段吸入ガスのエンタルピーを制御することで、室外熱交換器の入口温度を可変可能とし、高外気温時に室外熱交換器の入口温度を上昇して放熱能力を向上することができる。
【００３２】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、低段吐出口から高段吸入口へ繋がる低段吐出配管を並列に分岐した第二低段吐出配管と、前記低段吐出配管と前記第二低段吐出配管との流路を切換える吐出切換弁とを備え、前記吐出切換弁の切換動作を行って熱量調整しながら前記第二低段吐出配管を温熱源として利用することを特徴とする冷凍システムであるので、第二低段吐出配管を温熱源として自動販売機の缶飲料を加温する６０℃以上の放熱量を確保することができ、ヒータ加温する場合と比較して消費電力量が削減できる。また、前記第二低段吐出配管を温熱源として利用する際に、前記流量調整弁を開くことで冷却停止中に加温単独運転が可能となる。
【００３３】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項２の発明において、中間熱交換器に取り付けられた結露センサーと、温熱源となるヒータとを備え、外気が高湿度となる条件において前記結露センサーが結露を検知した場合に、温熱源として前記第二低段吐出配管の換わりに前記ヒータを利用することを特徴とする冷凍システムであるので、前記中間熱交換器での結露を防止することができ、室内など結露水の処理が困難な設置環境でも低湿度条件において消費電力量の削減を図ることができる。
【００３４】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、高段吐出冷媒と外気を熱交換する室外熱交換器とを備え、前記室外熱交換器と前記中間熱交換器を一体で形成したことを特徴とする冷凍システムであるので、高湿度条件において前記中間熱交換器での結露を抑制することができる。
【００３５】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、中間冷却器内の冷媒圧力を臨界圧力以下とすることを特徴とする冷凍システムであるので、前記室外熱交換器内で超臨界状態となる冷媒を用いても凝縮冷媒と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の冷凍システムを用いて、商品収納室を冷却あるいは加温する自動販売機であるので、高段吸入ガスのエンタルピーを制御することで、高外気温度での室外熱交換器の放熱量を向上することができる。あるいは、比較的温度が高い低段吐出ガスを高温の熱源として利用することにより、消費電力量を削減することができる。
【００３７】
以下、本発明による自動販売機の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３８】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による自動販売機の冷媒回路図、図２および図３は同実施の形態の自動販売機の冷媒回路のモリエル線図である。なお、従来と同一の構成については同一番号を付して、詳細な説明は省略する。
【００３９】
図１に示すように、本発明の自動販売機は、ホット／コールド切替室１、コールド専用室２、第二コールド専用室３からなる貯蔵室を備え、ホット／コールド切替室１内に設置された室内熱交換器４、コールド専用室２内に設置された蒸発器５、第二コールド専用室２内に設置された第二蒸発器６、貯蔵室の外に設置された室外熱交換器７、圧縮機８で構成された冷凍システムを有する。また、膨張弁Ａ９、膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１はそれぞれ通過する冷媒の圧力を低下するとともに閉塞機能を有したものである。
【００４０】
ここで、圧縮機８は低段圧縮機構と高段圧縮機構からなる一組の二段圧縮機構（図示せず）を有する圧縮機であり、本発明の冷凍システムは中間冷却器２０と１次膨張機構であるキャピラリ２１を有する二段圧縮二段膨張サイクルである。従来の冷凍システムとの相違点は、第一に、低段圧縮機構から吐出された冷媒を低段吐出配管３０あるいは第二低段吐出配管３１に分岐可能にした点、第二に、中間冷却器２０を介さずに低段圧縮機構から吐出された冷媒を低段吐出配管３０あるいは第二低段吐出配管３１から、高段吸入配管３２を通して高段圧縮機構へ供給する点、第三に、中間熱交換器３３を用いて中間冷却器２０に滞留する冷媒を低段吐出配管３０内のガス冷媒と熱交換した後、第二低段吸入配管３４を通して低段圧縮機構へ供給する点である。また、低段圧縮機構から第二低段吐出配管３１に吐出された冷媒は、第二室内熱交換器３５でホット／コールド切替室１内の空気を加温した後、逆止弁３６を介して高段吸入配管３２を通して高段圧縮機構へ供給されることで、温廃熱を高温熱源として利用するものである。
【００４１】
また、ホット／コールド切替室１の加温を補助するために、電気ヒータからなるヒータ２２が室内熱交換器４の風上側に設置されている。
【００４２】
以上のように構成された本発明の自動販売機について、以下その動作を説明する。
【００４３】
ホット／コールド切替室１を冷却する場合、圧縮機８の高段圧縮機構から吐出された冷媒は、高段吐出配管２３を通して室外熱交換器７に供給されて放熱された後、１次膨張機構であるキャピラリ２１で中間圧力まで減圧されて温度低下し、中間冷却器２０で分離された液冷媒が液冷媒配管２４を通して膨張弁Ａ９、膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１に供給されてさらに減圧された後、室内熱交換器４、蒸発器５、第二蒸発器６へ供給される。そして、室内熱交換器４、蒸発器５、第二蒸発器６で蒸発した冷媒は低段吸入配管２５を通して圧縮機８の低段圧縮機構へ還流する。
【００４４】
一方、開閉弁３７を開、第二開閉弁３８を閉とすることで、圧縮機８の低段圧縮機構の吐出冷媒は低段吐出配管３０を通して中間熱交換器３３に供給されて、中間冷却器２０から流量調整弁４０を介して減圧されて中間熱交換器３３に供給された貯留冷媒と熱交換して冷却された後、高段吸入配管３２を通して圧縮機８の高段圧縮機構に供給される。また、中間冷却器２０から中間冷媒配管３９、流量調整弁４０を介して減圧されて中間熱交換器３３に供給された貯留冷媒は、第二低段吸入配管３４を通して低段圧縮機構へ供給される。
【００４５】
このとき、ホット／コールド切替室１、コールド専用室２、第二コールド専用室３の内所定の温度に達した貯蔵室は、当該する膨張弁Ａ９、膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１を閉塞して冷媒の供給を停止する。さらに、すべてのコールド専用室が所定温度（通常０〜３℃）に達すると圧縮機８の運転を停止する。
【００４６】
この結果、圧縮を二段階で行うとともに、高段吸入ガスのエントロピーを下げることで、高段吐出ガス温度を低減し、冷凍システムの理論効率を向上することができる。さらに、高外気温度条件において室外熱交換器７の放熱能力が不足した場合には、流量調整弁４０の流量を絞ることで高段吸入ガスのエントロピーを増大して室外熱交換器７の入口温度を上昇して放熱能力を改善することができる。
【００４７】
次に、ホット／コールド切替室１を加温する場合、開閉弁３７を閉、第二開閉弁３８を開、流量調整弁４０を閉、膨張弁Ａ９を閉として圧縮機８を駆動する。圧縮機８の高段圧縮機構から吐出された冷媒は、高段吐出配管２３を通して室外熱交換器７に供給されて放熱された後、１次膨張機構であるキャピラリ２１で中間圧力まで減圧されて温度低下し、中間冷却器２０で分離された液冷媒が液冷媒配管２４を通して膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１に供給されてさらに減圧された後、蒸発器５、第二蒸発器６へ供給される。そして、蒸発器５、第二蒸発器６で蒸発した冷媒は低段吸入配管２５を通して圧縮機８の低段圧縮機構へ還流する。
【００４８】
一方、圧縮機８の低段圧縮機構の吐出冷媒は第二低段吐出配管３１を通して第二室内熱交換器３５に供給されて、ホット／コールド切替室１を加温した後、逆止弁３６を介して高段吸入配管３２を通して高段圧縮機構へ供給される。
【００４９】
このとき、コールド専用室２、第二コールド専用室３の内所定の温度に達した貯蔵室は、当該する膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１を閉塞して冷媒の供給を停止する。さらに、すべてのコールド専用室が所定温度（通常０〜３℃）に達すると、流量調整弁４０を開けて中間熱交換器３３を蒸発器として利用しながらホット／コールド切替室１の加温を継続する。そして、ホット／コールド切替室１が所定温度（通常約５５〜５８℃）に達して、すべての貯蔵室が所定温度に達すると圧縮機８の運転を停止する。
【００５０】
この結果、低段圧縮機構から第二低段吐出配管３１に吐出された冷媒の温廃熱を高温熱源として利用することにより、ホット／コールド切替室１の加温に要する消費電力量を削減することができる。
【００５１】
なお、コールド専用室が所定温度（通常０〜３℃）に達する前に、ホット／コールド切替室１の温度調整を行う場合は、開閉弁３７を閉から開、第二開閉弁３８を開から閉に切替えてホット／コールド切替室１の加温を中断する。このとき、ホット／コールド切替室１を冷却する場合と同様に流量調整弁４０を開いてもよい。また、電源投入時などでホット／コールド切替室１の加温が不足する場合、あるいは高湿度環境において中間熱交換器３３に取り付けられた結露センサー４１が結露を検知した場合は、ヒータ２２に通電して加温能力を一時的に補ってもよい。
【００５２】
次に、本発明の自動販売機の冷媒の状態変化について図２および図３を用いて詳細に説明する。
【００５３】
図２および図３は横軸を冷媒のエンタルピー、縦軸を冷媒の圧力とするモリエル線図である。図２はホット／コールド切替室１を冷却する場合、図３はホット／コールド切替室１を加温する場合の冷媒の状態変化を示す。
【００５４】
図２において、圧縮機８の高段圧縮機構から吐出された冷媒はｐ点であり、室外熱交換器７に供給されて放熱された後、過冷却０℃付近のｑ点となる。この時の室外熱交換器７での放熱量は、（ｈ１−ｈ２）に相当する。次に、１次膨張機構であるキャピラリ２１で中間圧力まで減圧されて温度低下しｒ点となり、中間冷却器２０に滞留する。
【００５５】
中間冷却器２０で分離されたｒ１点の液冷媒は、膨張弁Ａ９、膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１に供給されてさらに減圧されｓ点となる。そして、室内熱交換器４、蒸発器５、第二蒸発器６で蒸発した冷媒は低段吸入配管２５を通してｕ点となり、圧縮機８の低段圧縮機構へ還流する。一般に、低段吸入配管２５での結露を防止するために、低段吸入配管２５とキャピラリ２１を熱交換してｕ点の過熱度を上げるとともに、ｑ点の過冷却を増大させて冷廃熱を回収することができる。
【００５６】
また、中間冷却器２０で分離されたｒ２点の気液混合冷媒は、流量調整弁４０を介して中間冷却器２０から中間熱交換器３３に供給されてｔ点となり、圧縮機８の低段圧縮機構の吐出冷媒と熱交換した後、第二低段吸入配管３４を通して低段圧縮機構へ供給される。
【００５７】
一方、圧縮機８の低段圧縮機構の吐出冷媒はｖ点であり、流量調整弁４０を介して中間冷却器２０から中間熱交換器３３に供給されたｔ点の冷媒と熱交換して、ｗ点となり圧縮機８の高段圧縮機構に供給される。ここで、圧縮機８の高段圧縮機構に供給されるｗ点のエンタルピーは、流量調整弁４０の開度によって決まる中間冷却器２０から中間熱交換器３３に供給されたｔ点の冷媒量によって制御される。
【００５８】
この結果、圧縮を（ｈ６−ｈ５）と（ｈ１−ｈ４）の二段階で行うとともに、高段吸入ガスのエントロピーをｖ点からｗ点に下げることで、ｐ点での高段吐出ガス温度を低減し、冷凍システムの理論効率を向上することができる。さらに、外気温度が高くて室外熱交換器７の放熱能力が不足する場合は、流量調整弁４０の開度を絞ることでｗ点のエンタルピーを増大させてｐ点での高段吐出ガス温度を上昇させることができ、結果として室外熱交換器７の入口温度を上昇させて放熱能力を向上することができる。
【００５９】
また図３において、圧縮機８の高段圧縮機構から吐出された冷媒はｐ点であり、室外熱交換器７に供給されて放熱された後、過冷却０℃付近のｑ点となる。この時の室外熱交換器７での放熱量は、（ｈ１−ｈ２）に相当する。次に、１次膨張機構であるキャピラリ２１で中間圧力まで減圧されて温度低下しｒ点となり、中間冷却器２０に滞留する。
【００６０】
中間冷却器２０に滞留したｒ点の気液混合冷媒は、膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１に供給されてさらに減圧されｓ点となる。そして、蒸発器５、第二蒸発器６で蒸発した冷媒は低段吸入配管２５を通してｕ点となり、圧縮機８の低段圧縮機構へ還流する。一般に、低段吸入配管２５での結露を防止するために、低段吸入配管２５とキャピラリ２１を熱交換してｕ点の過熱度を上げるとともに、ｑ点の過冷却を増大させて冷廃熱を回収することができる。
【００６１】
一方、圧縮機８の低段圧縮機構の吐出冷媒はｖ点であり、第二開閉弁３８を介して第二室内熱交換器３５に供給されてホット／コールド切替室１内で放熱した後、ｗ点となり圧縮機８の高段圧縮機構に供給される。この時の第二室内熱交換器３５での放熱量は、（ｈ４−ｈ５）に相当する。
【００６２】
この結果、圧縮機８の低段圧縮機構の吐出冷媒の廃熱を加温に利用することができ、結果としてホット／コールド切替室１の加温に要する消費電力量を削減することができる。さらに、すべてのコールド専用室が所定温度（通常０〜３℃）に達して膨張弁Ｂ１０と膨張弁Ｃ１１を閉塞した場合に、流量調整弁４０を開けて中間熱交換器３３を蒸発器として利用することで、中間冷却器２０に滞留したｒ点の気液混合冷媒を加温して第二低段吸入配管３４を通してｕ点とし、圧縮機８の低段圧縮機構へ還流することができ、ホット／コールド切替室１の加温を継続することができる。
【００６３】
なお、本実施の形態においては、中間熱交換器３３の構成は規定していないが、一般に冷媒の熱交換に利用される二重管熱交換器を用い、高温側になる圧縮機８の低段圧縮機構の吐出冷媒を外側にした対向流とし、二重管熱交換器の表面の結露発生を防止することが望ましい。さらに、中間熱交換器３３を蒸発器として利用しながらホット／コールド切替室１の加温を継続するために、空気側に放熱フィンを形成することが望ましい。
【００６４】
また、本実施の形態においては、中間熱交換器３３と室外熱交換器７を別置きとしたが、放熱フィンを共有化した一体構成として、中間熱交換器３３の結露発生を防止することが望ましい。
【００６５】
また、本実施の形態においては、使用する冷媒を規定していないが、中間冷却器２０の飽和温度を常温付近に設定すれば、室外熱交換器７で凝縮しない遷臨界サイクルとなる冷媒を用いても同様の効果が期待できる。また、中間冷却器２０から出る液冷媒配管２４と中間冷媒配管３９に高低差を設けることが望ましい。相対的に中間冷媒配管３９の取り出し口の位置を液冷媒配管２４の取り出し口の位置より高く設定することで、流量調整弁４０を開けて冷却時に効率的な運転をする場合に中間冷却器２０に貯留される冷媒量が増加して高圧圧力を下げる効果も得られるとともに、加温時に流量調整弁４０を開けて中間熱交換器３３を蒸発器として利用する場合に、一時的に中間冷却器２０に貯留される冷媒量が増加して余剰な冷凍能力を保持することができる。
【００６６】
以上のように、本実施の形態においては、二段圧縮二段膨張サイクルを用いた冷凍システムにおいて、中間冷却器から低段吸入口へ繋がる中間冷却配管と、低段吐出口から高段吸入口へ繋がる低段吐出配管と、前記中間冷却配管と前記低段吐出配管を熱交換する中間熱交換器と、前記中間冷却器と前記中間熱交換器の間にあり前記中間冷却配管内の冷媒の流量を調整する流量調整弁とを備え、高段吸入ガスのエンタルピーを制御することで、室外熱交換器の入口温度を可変可能とし、高外気温時に室外熱交換器の入口温度を上昇して放熱能力を向上することができる。また、低段吐出口から高段吸入口へ繋がる低段吐出配管を並列に分岐した第二低段吐出配管と、前記低段吐出配管と前記第二低段吐出配管との流路を切換える吐出切換弁とを備え、前記吐出切換弁の切換動作を行って熱量調整しながら前記第二低段吐出配管を温熱源として利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上のように、本発明にかかる二段圧縮二段膨張サイクルの冷凍システムおよびこれを備えた自動販売機は、高段吸入ガスのエンタルピーを制御することで、室外熱交換器の入口温度を可変可能とし、高外気温時に室外熱交換器の入口温度を上昇して放熱能力を向上することができるとともに、第二低段吐出配管を温熱源として自動販売機の缶飲料を加温する６０℃以上の放熱量を確保することができ、ヒータ加温する場合と比較して消費電力量が削減できる。この結果、ホット飲料とコールド飲料を同時に保存するショーケースや少量の給湯を行うカップ自販機など小能力の加温エネルギーの省力化が要求される用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施の形態１による自動販売機の冷媒回路図
【図２】本発明の実施の形態１による自動販売機の冷却時の冷媒回路のモリエル線図
【図３】本発明の実施の形態１による自動販売機の加温時の冷媒回路のモリエル線図
【図４】従来の自動販売機の冷媒回路図
【図５】従来の自動販売機の冷却時の冷媒回路のモリエル線図
【符号の説明】
【００６９】
３０  低段吐出配管
３１  第二低段吐出配管
３３  中間熱交換器
【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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