(57)【要約】【課題】冷媒が冷媒冷却回路の高圧側で超臨界圧力の状態となるものであっても、安定した冷凍サイクルを実行できる冷媒冷却回路およびこれを用いた自動販売機を提供する。【解決手段】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超臨界圧力の状態で放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒の流量を調節する絞り部と、前記絞り部から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器と、を有する冷媒冷却回路において、前記圧縮機の運転負荷の変化を検出するための運転負荷検出手段と、前記運転負荷検出手段の検出結果に応じて、前記絞り部での冷媒の流量を可変とするための絞り部制御手段と、を備えたものである。【選択図】　　　図１
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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超臨界圧力の状態で放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒の流量を調節する絞り部と、前記絞り部から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器と、を有する冷媒冷却回路において、
前記圧縮機の運転負荷の変化を検出するための運転負荷検出手段と、
前記運転負荷検出手段の検出結果に応じて、前記絞り部での冷媒の流量を可変とするための絞り部制御手段と、
を備えたことを特徴とする冷媒冷却回路。
【請求項２】
前記放熱器へ送風するための放熱器送風手段と、
前記運転負荷検出手段の前記検出結果に応じて、前記放熱器送風手段の送風量を可変とするための放熱器送風制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の冷媒冷却回路。
【請求項３】
前記蒸発器へ送風するための蒸発器送風手段と、
前記運転負荷検出手段の検出結果に応じて、前記蒸発器送風手段の送風量を可変とするための蒸発器送風制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の冷媒冷却回路。
【請求項４】
前記運転負荷検出手段は、冷媒冷却回路の所定位置の温度を検出するための温度センサであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の冷媒冷却回路。
【請求項５】
前記温度センサは、前記放熱器の近傍位置に配置され、前記絞り部制御手段は、前記温度センサの検出温度が高くなるほど、前記絞り部での冷媒の流量を増加させることを特徴とする請求項４記載の冷媒冷却回路。
【請求項６】
前記温度センサは、前記蒸発器の近傍位置に配置され、前記絞り部制御手段は、前記温度センサの検出温度が高くなるほど、前記絞り部での冷媒の流量を減少させることを特徴とする請求項４または５記載の冷媒冷却回路。
【請求項７】
前記運転負荷検出手段は、前記圧縮機の負荷電流を検出するための負荷電流検出回路であることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の冷媒冷却回路。
【請求項８】
前記絞り部制御手段は、前記負荷電流検出回路の検出結果が大きくなるほど、前記絞り部での冷媒の流量を増加させることを特徴とする請求項７記載の冷却冷媒回路。
【請求項９】
前記絞り部は、前記絞り部制御手段の制御出力に応じて、弁開度が調整される電子膨脹弁であることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の冷媒冷却回路。
【請求項１０】
前記冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の冷媒冷却回路。
【請求項１１】
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超臨界圧力の状態で放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒の流量を調節する絞り部と、前記絞り部から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器と、を有する冷媒冷却回路を備えた自動販売機において、
前記冷媒冷却回路は、前記圧縮機の運転負荷の変化を検出するための運転負荷検出手段と、前記運転負荷検出手段の検出結果に応じて、前記絞り部での冷媒の流量を可変とするための絞り部制御手段と、を有することを特徴とする自動販売機。
【請求項１２】
前記冷媒冷却回路は、前記放熱器へ送風するための放熱器送風手段と、前記運転負荷検出手段の前記検出結果に応じて、前記放熱器送風手段の送風量を可変とするための放熱器送風制御手段と、を有することを特徴とする請求項１１記載の自動販売機。
【請求項１３】
前記冷媒冷却回路は、前記蒸発器へ送風するための蒸発器送風手段と、前記運転負荷検出手段の検出結果に応じて、前記蒸発器送風手段の送風量を可変とするための蒸発器送風制御手段と、を有することを特徴とする請求項１１または１２記載の自動販売機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒冷却回路およびそれを用いた自動販売機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
断熱筐体の庫内（例えば自動販売機の庫内）を冷却するための冷媒冷却回路は、圧縮機、放熱器、絞り部、蒸発器を結合して冷媒循環経路を形成し、一連の冷凍サイクルを実行して冷媒を循環させるものである。冷媒冷却回路を循環する冷媒としては、今日、一般的にＨＦＣ冷媒（ハイドロフルオロカーボン）が使用されている。しかしながら、地球環境を保護する観点から、更に地球環境に対する影響の少ない冷媒の開発が要求されている。そこで、最近では、不燃性、安全性、不腐食性、更にオゾン層への影響が少ない等の点で、人体に悪影響を与えない二酸化炭素を冷媒として使用する冷媒冷却回路の開発が進められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、冷媒冷却回路の冷媒として二酸化炭素を使用すると、二酸化炭素の臨界温度が約３１℃と低いことから、放熱器では、通常の外気温度で二酸化炭素の冷媒を放熱させても液化しない超臨界圧力の状態を生じる場合がある。この場合、冷媒冷却回路の高圧側（圧縮機の出力部分から絞り部の入力部分までの冷媒循環経路）の圧力が高くなり、冷媒冷却回路の低圧側（絞り部の出力部分から圧縮機の入力部分までの冷媒循環経路）での冷媒量が減少する。つまり、圧縮機は、低効率の過負荷運転を行うことになり、更に、過負荷運転が限界に達した時点で停止してしまうことになる。
【０００４】
そこで、アキュムレータ、レシーバ等の冷媒量調整手段を冷媒循環経路に設け、上記の課題を解決する方法も考えられる。しかし、冷媒量調整手段を配設するための専用空間が必要となるので、小型の断熱筐体では対応できない課題を生じる。また、冷媒量調整手段を付加するので、製品コストが上昇するという課題も生じる。
【０００５】
そこで、本発明は、冷媒が冷媒冷却回路の高圧側で超臨界圧力の状態となるものである場合、上記の冷媒量調整手段を使用せずに安定した冷凍サイクルを実行できる冷媒冷却回路、および、この冷媒冷却回路を用いた自動販売機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために創作されたものである。
先ず、本発明は、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超臨界圧力の状態で放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒の流量を調節する絞り部と、前記絞り部から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器と、を有する冷媒冷却回路において、前記圧縮機の運転負荷の変化を検出するための運転負荷検出手段と、前記運転負荷検出手段の検出結果に応じて、前記絞り部での冷媒の流量を可変とするための絞り部制御手段と、を備えたことを特徴とする冷媒冷却回路である。そして、前記冷媒冷却回路によれば、圧縮機の運転負荷状態に応じて絞り部での冷媒の流量を可変とすることで、圧縮機の高圧側および低圧側の冷媒の量を適宜調整して、安定した冷凍サイクルを実行することが可能となる。
【０００７】
また、前記放熱器へ送風するための放熱器送風手段と、前記運転負荷検出手段の前記検出結果に応じて、前記放熱器送風手段の送風量を可変とするための冷却器送風制御手段と、を備えたこととしてもよい。これによれば、放熱器の圧力は、絞り部での冷媒の流量を可変とすることで変化する。このとき、放熱器へ適宜送風することで、放熱器の温度を効果的に変化させ、安定した冷凍サイクルを実行することが可能となる。
【０００８】
また、前記蒸発器へ送風するための蒸発器送風手段と、前記運転負荷検出手段の検出結果に応じて、前記蒸発器送風手段の送風量を可変とするための蒸発器送風制御手段と、を備えたこととしてもよい。これによれば、圧縮機の運転負荷状態に応じて、蒸発器を適宜送風することで、蒸発器での吸熱量を変化させて、安定した冷凍サイクルを実行することが可能となる。
【０００９】
また、前記運転負荷検出手段は、冷媒冷却回路の所定位置の温度を検出するための温度センサであることとしてもよい。これによれば、圧縮機の運転負荷の変化を冷媒冷却回路の温度の変化で特定して、安定した冷凍サイクルを実行することが可能となる。
【００１０】
また、前記温度センサは、前記放熱器の近傍位置に配置され、前記絞り部制御手段は、前記温度センサの検出温度が高くなるほど、前記絞り部での冷媒の流量を増加させることとすればよい。これによれば、圧縮機の運転負荷とともに変化する冷却器の放熱温度に最も近い温度を検出して、絞り部での冷媒の流量、放熱器の送風量、蒸発器の送風量を調整することによって、安定した冷凍サイクルを実行することが可能となる。
【００１１】
また、前記温度センサは、前記蒸発器の近傍位置に配置され、前記絞り部制御手段は、前記温度センサの検出温度が高くなるほど、前記絞り部での冷媒の流量を減少させることとすればよい。これによれば、蒸発器の吸熱温度に最も近い温度を検出して、絞り部での冷媒の流量、冷却器の送風量、蒸発器の送風量を調整することによって、安定した冷凍サイクルを実行することが可能となる。
【００１２】
また、前記運転負荷検出手段は、前記圧縮機の負荷電流を検出するための負荷電流検出回路であることとしてもよい。これによれば、圧縮機の負荷電流を直接検出して、絞り部での冷媒の流量、放熱器の送風量、蒸発器の送風量を調整することによって、安定した冷凍サイクルを実行することが可能となる。
【００１３】
また、前記絞り部制御手段は、前記負荷電流検出回路の検出結果が大きくなるほど、前記絞り部での冷媒の流量を減少させることとすればよい。これによれば、圧縮機の高圧側の圧力が必要以上に高くなるのを抑えて、安定した冷凍サイクルを実行することが可能となる。
【００１４】
また、前記絞り部は、前記絞り部制御手段の制御出力に応じて、弁開度が調整される電子膨脹弁であることとしてもよい。これによれば、弁開度が適切に調整される電子膨脹弁を使用することで、安定した冷凍サイクルを実行することが可能となる。
【００１５】
また、前記冷媒は、二酸化炭素であることとしてもよい。これによれば、地球環境を保護する観点で、冷却冷媒回路の冷媒として期待される二酸化炭素を使用して、安定した冷凍サイクルを実行することが可能となる。
【００１６】
また、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超臨界圧力の状態で放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒の流量を調節する絞り部と、前記絞り部から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器と、を有する冷媒冷却回路を備えた自動販売機において、前記冷媒冷却回路が、前記圧縮機の運転負荷の変化を検出するための運転負荷検出手段と、前記運転負荷検出手段の検出結果に応じて、前記絞り部での冷媒の流量を可変とするための絞り部制御手段と、を有する自動販売機も実現可能である。
【００１７】
また、前記冷媒冷却回路が、前記放熱器へ送風するための放熱器送風手段と、前記運転負荷検出手段の前記検出結果に応じて、前記放熱器送風手段の送風量を可変とするための放熱器送風制御手段と、を有する自動販売機も実現可能である。
【００１８】
更に、前記冷媒冷却回路が、前記蒸発器へ送風するための蒸発器送風手段と、前記運転負荷検出手段の検出結果に応じて、前記蒸発器送風手段の送風量を可変とするための蒸発器送風制御手段と、を有する自動販売機も実現可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
＝＝＝冷媒冷却回路の構成＝＝＝
先ず、図１を参照しつつ、二酸化炭素を冷媒として使用する本発明の冷媒冷却回路の一構成例について説明する。図１は、本発明の冷媒冷却回路の一実施例を示す図である。
【００２０】
冷媒冷却回路は、圧縮機２、ガスクーラー（放熱器）４、電子膨脹弁（絞り部）６、蒸発器８を結合して、二酸化炭素が冷媒として循環可能な冷媒循環経路を形成したものである。
【００２１】
圧縮機２は、蒸発器８から供給される二酸化炭素を圧縮して高温高圧の状態とするものである。蒸発器８の周辺部の温度は、蒸発器８が周辺部の熱を吸収することによって低下する。冷凍サイクルとしては、蒸発器８で吸収した蒸発熱を捨てる必要があるが、蒸発器８周辺部の断熱筐体の庫内は、外部の気温よりかなり低い温度になっており、低温部から奪った熱を高温の外部へ直接捨てることができない。そこで、圧縮機２は、蒸発器８の蒸発熱を外部の気温より高い温度にして捨てるため、蒸発器８から供給される二酸化炭素を高温高圧の蒸気に変換する役目を担っている。
【００２２】
また、圧縮機２は、圧縮機２の駆動モータ（不図示）を流れる負荷電流を検出するための検出抵抗３（負荷電流検出回路）を有している。つまり、圧縮機２が過負荷運転を行うと、検出抵抗３を流れる電流が増大し、検出抵抗３に現れる電圧も増大する。そして、検出抵抗３に現れる検出電圧Ｖは、制御部（後述）に供給されて適宜演算処理される。
【００２３】
また、圧縮機２は、本実施形態では、圧縮効率を向上させるための中間熱交換器１０を使用している。中間熱交換器１０は、圧縮機２が一度圧縮した状態の二酸化炭素を冷却して、圧縮機２に戻すものである。これにより、圧縮機２は、二段階の圧縮動作を実行するので、低消費電力で高圧縮効率を得ることが可能となる。なお、中間熱交換器１０の熱交換媒体としては、二酸化炭素の圧縮熱を効果的に冷却できる媒体を適宜適用可能である。また、中間熱交換器１０は、圧縮機２の仕様に応じて省略することも可能である。
【００２４】
また、圧縮機２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、或いは、これらの圧縮能力を調整可能なインバータ圧縮機等があるが、冷媒冷却回路を配設する対象、環境、或いは、冷媒冷却回路のコスト等に見合う圧縮機を適宜適用可能である。
【００２５】
ガスクーラー４は、圧縮機２から供給される高温高圧の二酸化炭素を、放熱させるためのものである。ところで、外気温が高温となる夏場などでは、ガスクーラー４の温度が二酸化炭素の臨界温度（約３１℃）を越えると、この二酸化炭素は、気化したままで液化しなくなる、超臨界圧力の状態となる。そこで、ガスクーラー４と電子膨脹弁６の間、蒸発器８と圧縮機２の間に内部熱交換器１２を設けている。内部熱交換器１２内部では、ガスクーラー４と電子膨脹弁６の間の冷媒管路と、蒸発器８と圧縮機２の間の冷媒管路とが、互いに熱交換可能な距離を有して非接触向流するように配設されている。これにより、ガスクーラー４から得られる二酸化炭素は、液化しやすくなる。
【００２６】
電子膨脹弁６は、内部熱交換器１２を介してガスクーラー４から供給される二酸化炭素の温度が蒸発器８の蒸発温度となるまで、減圧を行うものである。電子膨脹弁６は、蒸発器８へ供給される二酸化炭素の圧力を調整するための弁を有している。つまり、電子膨脹弁６では、弁開度が大きくなると、二酸化炭素が通過する際の抵抗が小さくなり、一方、弁開度が小さくなると、二酸化炭素が通過する際の抵抗が大きくなる。なお、電子膨脹弁６の弁開度を調整する方法としては、電磁力を利用する電磁比例方式、電磁デューティ方式、モータの回転量を利用するステッピングモータ駆動方式等があるが、冷媒冷却回路を配設する対象、環境、或いは、冷媒冷却回路のコスト等に見合う方法を適宜適用可能である。なお、本実施形態では、上記のステッピングモータ駆動方式を採用するものとする。
【００２７】
ステッピングモータ１４は、ステップ単位（１ステップ回転角度θ）で回転するものであり、パルス単位の制御信号Ａが制御部（後述）から供給されることによって、電子膨脹弁６の弁開度を調整するものである。図２は、制御信号Ａ（横軸）と電子膨脹弁６を通過する二酸化炭素量（縦軸）との関係を示す一例である。例えば、制御信号Ａが１００パルス発生すると、ステッピングモータ１４が１００ステップ回転し、電子膨脹弁６は二酸化炭素が１．５リットル／分だけ通過可能な弁開度に調整されることになる。なお、初期状態での電子膨脹弁６の弁開度は、例えば二酸化炭素が１．５リットル／分だけ通過可能な状態に設定されているものとする。
【００２８】
蒸発器８は、電子膨脹弁６から供給される液体の二酸化炭素が蒸発したとき、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。蒸発器８を通過した二酸化炭素は全て気化していることが望ましい。しかし、蒸発器８を通過した二酸化炭素が一部液化したままで圧縮機２に供給されると、圧縮機２は液圧縮を起こしてシリンダーを破損してしまう可能性がある。そこで、内部熱交換器１２では、ガスクーラー４と蒸発器８からの二酸化炭素が非接触向流で熱交換を行っている。これにより、圧縮機２には、内部熱交換器１２から気化した二酸化炭素が供給される。なお、内部熱交換器は、ガスクーラー４と電子膨脹弁６の間、蒸発器８と圧縮機２の間に独立して設けることとしてもよい。そして、ガスクーラー４と電子膨脹弁６の間の内部熱交換器が、二酸化炭素を液化させるための専用の熱交換媒体を適用することとし、また、蒸発器８と圧縮機２の間の内部熱交換器が、二酸化炭素を気化させるための専用の熱交換媒体を適用することとすれば、優れた熱交換を実行することが可能となる。
【００２９】
温度センサ１８は、ガスクーラー４が二酸化炭素を放熱させた際の放熱温度を検出するものであり、測温抵抗体、サーミスタ等で構成されるものである。温度センサ１８は、ガスクーラー４の放熱温度を検出できるガスクーラー４の近傍位置に配置される。特に、温度センサ１８は、ガスクーラー４自体の外周面等に直接固着することによって、ガスクーラー４の内部温度に最も近い温度を検出可能となる。そして、温度センサ１８の検出温度ＴＡは、制御部（後述）に供給されて適宜演算処理される。
【００３０】
ファン２０（放熱器送風手段）は、ガスクーラー４を送風するためのものである。ファンモータ２２は、駆動力を可変とするための制御信号Ｂが制御部（後述）から供給されることによって、ファン２０を適宜回転させる。
【００３１】
温度センサ２４は、蒸発器８の吸熱温度を検出するものであり、測温抵抗体、サーミスタ等で構成されるものである。温度センサ２４は、蒸発器８自体、蒸発器８と隣接する冷媒循環経路等、蒸発器８の吸熱温度を検出できる蒸発器８の近傍位置に配置される。そして、温度センサ１８の検出温度ＴＢは、制御部（後述）に供給されて適宜演算処理される。
【００３２】
ファン２６（蒸発器送風手段）は、蒸発器８を送風するためのものである。ファンモータ２８は、駆動力を可変とするための制御信号Ｃが制御部（後述）から供給されることによって、ファン２６を適宜回転させる。これにより、蒸発器８は、吸熱動作が促進される。また、蒸発器８の周囲の冷気は、断熱筐体の庫内を循環する。
【００３３】
温度センサ３０は、断熱筐体内を循環する冷却空気の温度を検出するものであり、測温抵抗体、サーミスタ等で構成されるものである。温度センサ３０は、断熱筐体の庫内の内部壁等に配置される。そして、温度センサ３０の検出温度ＴＣは、制御部（後述）に供給されて適宜演算処理される。
【００３４】
制御部３２（絞り部制御手段、放熱器送風制御手段、蒸発器送風制御手段）は、検出電圧Ｖ、検出温度ＴＡ、ＴＢ、ＴＣの変化を適宜読み取って、電子膨脹弁６の弁開度を調整するための制御信号Ａ、ファンモータ２２の駆動力を可変とするための制御信号Ｂ、ファンモータ２８の駆動力を可変とするための制御信号Ｃを出力するものである。
【００３５】
＜制御部３２が有するテーブルの構成＞
制御部３２は、制御信号Ａ、Ｂ、Ｃを発生する際に参照するための図３のテーブルを有している。
基準電圧ＶＲＥＦ『ＶＡ未満』『ＶＡ以上ＶＢ未満』『ＶＢ以上』は、検出抵抗３から得られる実際の検出電圧Ｖと比較する対象となるものである。
【００３６】
基準温度ＴＲＥＦ『２０℃未満』『２０℃以上２６℃未満』『２６℃以上』は、温度センサ１８から得られる実際の検出温度ＴＡと比較する対象となるものである。なお、基準温度ＴＲＥＦは、実験結果を基に適宜分類されたものであり、例えば検出温度ＴＡが２６℃まで上昇すると、ガスクーラー４内の凝縮温度は二酸化炭素の臨界温度３１℃を越えることが確認されている。
【００３７】
基準電圧ＶＲＥＦ『ＶＡ未満』『ＶＡ以上ＶＢ未満』『ＶＢ以上』は、基準温度ＴＲＥＦ『２０℃未満』『２０℃以上２６℃未満』『２６℃以上』と対応付けられており、検出電圧Ｖ、検出温度ＴＡの変化に応じて、基準電圧ＶＲＥＦ、基準温度ＴＲＥＦの何れか一方が参照される。例えば、検出温度ＴＡが『２０℃未満』であり、検出電圧Ｖが『ＶＢ以上』であるとき、制御部３２は基準電圧ＶＲＥＦが『ＶＢ以上』の欄を優先して参照する。なお、基準電圧ＶＲＥＦは、検出抵抗３の設定値に応じて変化するので、記号を用いて表記している。
【００３８】
１００パルスの制御信号Ａ、低速用の制御信号Ｂ、低速用の制御信号Ｃは、検出電圧Ｖが『ＶＡ未満』および検出温度ＴＡが『２０℃未満』の欄に対応付けられている。また、２５０パルスの制御信号Ａ、中速用の制御信号Ｂ、中速用の制御信号Ｃは、検出電圧Ｖが『ＶＡ以上ＶＢ未満』および検出温度ＴＡが『２０℃以上２６℃未満』の欄に対応付けられている。また、４００パルスの制御信号Ａ、高速用の制御信号Ｂ、高速用の制御信号Ｃは、検出電圧Ｖが『ＶＢ以上』および検出温度ＴＡが『２６℃以上』の欄に対応付けられている。
【００３９】
なお、図３のテーブルの内容は、上記の内容に限定されるものではなく、本発明を実現可能な範囲で適宜変更可能である。
【００４０】
＝＝＝冷媒冷却回路の動作＝＝＝
次に、図１乃至図５を参照しつつ、二酸化炭素を冷媒として使用する本発明の冷媒冷却回路の動作について説明する。図４は、本発明の冷媒冷却回路の動作を説明するためのフローチャートである。図５は、二酸化炭素を冷媒として使用した場合のエンタルピー（横軸）と圧力（縦軸）との関係を示す特性図である。なお、図５において、実線のＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄは冷凍サイクルであって、Ａ→Ｂは圧縮機２の圧縮過程、Ｂ→Ｃはガスクーラー４の放熱過程、Ｃ→Ｄは電子膨脹弁６の絞り過程、Ｄ→Ａは蒸発器８の蒸発過程を示しており、一点鎖線のＴＡは冷媒の等温度曲線である。
【００４１】
先ず、冷媒冷却回路のための電源投入が行われると（Ｓ２）、制御部３２では、冷媒冷却回路を初期化するための制御信号を出力し、冷媒冷却回路はこの制御信号によって初期化される（Ｓ４）。そして、制御部３２では、検出電圧Ｖ、検出温度ＴＡ、ＴＢ、ＴＣを一定時間単位（例えば１分単位）で読み取る状態となる。なお、検出温度ＴＢ、ＴＣを読み取る場合の制御シーケンスについては、後で説明する（Ｓ６）。
【００４２】
例えば、制御部３２では、検出電圧Ｖが基準電圧『ＶＡ未満』または検出温度ＴＡが基準温度ＴＲＥＦ『２０℃未満』であるものと判別すると、テーブルを参照して、１００パルスの制御信号Ａ、低速用の制御信号Ｂ、低速用の制御信号Ｃを出力する。詳述すると、ステッピングモータ１４が１００ステップ回転し、電子膨脹弁６は二酸化炭素が１．５リットル／分だけ通過可能な開度となる。また、ファンモータ２２は制御信号Ｂが供給されて低速回転し、ガスクーラー４はファン２０が低速回転することで送風される。このとき、ファン２０は、ガスクーラー４の放熱温度が上昇するのを抑える役目を行っている。また、ファンモータ２８は制御信号Ｃが供給されて低速回転し、蒸発器８はファン２６が低速回転することで送風される。このとき、ファン２６は、蒸発器８の吸熱動作を促進する役目を行っている。これにより、二酸化炭素は、圧縮機２、ガスクーラー４、電子膨脹弁６、蒸発器８、内部熱交換器１２から形成される冷媒循環経路を効率よく循環し、安定した冷凍サイクルが実行される。
【００４３】
また、制御部３２では、検出電圧Ｖが基準電圧『ＶＡ以上ＶＢ未満』または検出温度ＴＡが基準温度ＴＲＥＦ『２０℃以上２６℃未満』であるものと判別すると、テーブルを参照して、２５０パルスの制御信号Ａ、中速用の制御信号Ｂ、中速用の制御信号Ｃを出力する。詳述すると、ステッピングモータ１４が２５０ステップ回転し、電子膨脹弁６は二酸化炭素が４．２リットル／分だけ通過可能な開度となる。また、ファンモータ２２は制御信号Ｂが供給されて中速回転し、ガスクーラー４はファン２０が中速回転することで送風される。このとき、ファン２０は、ガスクーラー４の放熱温度が上昇するのを抑える役目を行っている。また、ファンモータ２８は制御信号Ｃが供給されて中速回転し、蒸発器８はファン２６が中速回転することで送風される。このとき、ファン２６は、蒸発器８の吸熱動作を促進する役目を行っている。これにより、二酸化炭素は、圧縮機２、ガスクーラー４、電子膨脹弁６、蒸発器８、内部熱交換器１２、１６から形成される冷媒循環経路を効率よく循環し、安定した冷凍サイクルが実行される。
【００４４】
また、制御部３２で、検出電圧Ｖが基準電圧『ＶＢ以上』または検出温度ＴＡが基準温度ＴＲＥＦ『２６℃以上』であるものと判別した場合を考える。このとき、冷媒冷却回路では、ガスクーラー４の凝縮温度が二酸化炭素の臨界温度３１℃を越えているので、ガスクーラー４内の二酸化炭素が液化しなくなり、ガスクーラー４内の気圧は二酸化炭素が液化する場合と比べて高圧となってしまう。
【００４５】
制御部３２では、冷媒冷却回路の低効率運転を防止するため、テーブルを参照して、４００パルスの制御信号Ａ、高速用の制御信号Ｂ、高速用の制御信号Ｃを出力する。詳述すると、ステッピングモータ１４が４００ステップ回転し、電子膨脹弁６は二酸化炭素が７リットル／分だけ通過可能な開度となる。これにより、電子膨脹弁６での二酸化炭素の流量が増加するので、ガスクーラー４の内部圧力は低下する。また、ファンモータ２２は制御信号Ｂが供給されて高速回転し、ガスクーラー４はファン２０が高速回転することで送風されて最も効果的に冷却される。このとき、ファン２０は、ガスクーラー４の放熱温度が下降するのを促進する役目を行っている。また、ファンモータ２８は制御信号Ｃが供給されて高速回転し、蒸発器８はファン２６が高速回転することで送風される。このとき、ファン２６は、蒸発器８の吸熱動作を促進する役目を行っている。
【００４６】
以下、図５を参照しつつ、ガスクーラー４の圧力および温度の関係を説明する。検出温度ＴＡが一定では、ガスクーラー４の内部圧力が電子膨脹弁６での二酸化炭素の流量の増加を受けて低下（ＰＡ→ＰＢ）すると、冷媒冷却回路の冷凍サイクルは高効率運転（Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ）から低効率運転（Ａ→Ｂ′→Ｃ′→Ｄ′）へ移行してしまう。即ち、冷媒冷却回路の蒸発器８での吸熱量は減少してしまう。そこで、ガスクーラー４の周囲温度を低下（ＴＡ→ＴＡ′）させると、冷媒冷却回路の冷凍サイクルは低効率運転（Ａ→Ｂ′→Ｃ′→Ｄ′）から高効率運転（Ａ→Ｂ′→Ｃ″→Ｄ″）へ移行する。即ち、冷媒冷却回路の蒸発器８での吸熱量は増加することになる。以上より、冷媒冷却回路を高効率運転させるため、ファン２０を用いてガスクーラー４を冷却している。
【００４７】
これにより、二酸化炭素は、圧縮機２、ガスクーラー４、電子膨脹弁６、蒸発器８、内部熱交換器１２、１６から形成される冷媒循環経路を効率よく循環し、安定した冷凍サイクルが実行される（Ｓ８）。
以後、上記のステップＳ６、Ｓ８を繰り返し実行し、正常な冷凍サイクルが継続されることになる。
【００４８】
なお、制御部３２では、検出温度ＴＢ、ＴＣの温度差から制御信号Ａ、Ｂ、Ｃを出力することも可能である。詳述すると、制御部３２では、温度差ＴＢ−ＴＣが所定値以上（例えば１２℃以上）のとき、電子膨脹弁６の弁開度を大きく設定するか、ファンモータ２８の回転数を上昇させるための制御信号を出力し、また、温度差ＴＢ−ＴＣが所定値未満（例えば９℃未満）のとき、電子膨脹弁６の弁開度を小さく設定するか、ファンモータ２８の回転数を下降させるための制御信号を出力することにする。これにより、断熱筐体の庫内と蒸発器８との温度差を一定に保持し、安定した冷凍サイクルを実行することが可能となる。また、制御部３２では、検出温度ＴＢのみから制御信号Ａ、Ｂ、Ｃを出力する演算処理を実行することとしてもよい。この場合、検出温度ＴＢが上昇したときは電子膨脹弁６の弁開度を小さく設定し、且つ、検出温度ＴＢが下降したときは電子膨脹弁６の弁開度を大きく設定するための制御信号Ａをステッピングモータ１４に供給することとする。
【００４９】
＝＝＝自動販売機の構成＝＝＝
次に、図６を参照しつつ、本発明の冷媒冷却回路を用いた自動販売機の一例について説明する。図６は、本発明の自動販売機の前面の一例を示す図であり、例えば缶飲料を販売するものとする。
【００５０】
図６において、前扉１０２は、自動販売機の左右側面端の何れかを支軸として開閉するものであり、商品選択釦とコラムとを対応付けるコラム設定、缶飲料補充等を行うときは解錠して開き、通常販売を行うときは施錠して閉じておくものである。パネル１０４は、透明な樹脂板であり、内部に陳列される複数種類の缶飲料サンプル１０６を確認するためのものである。
【００５１】
つまり、利用者は、パネル１０４を通して複数種類の缶飲料サンプル１０６を見渡すことにより、購入したい缶飲料を選択できる。硬貨投入口１０８は、利用者が硬貨を投入する部分であり、投入硬貨は自動販売機内部の硬貨識別装置に供給される。紙幣挿入口１１０は、利用者が紙幣を挿入する部分であり、挿入紙幣は自動販売機内部の紙幣識別装置に供給される。表示器１１２は、コラム設定を行うとき、前扉１０２の背面側で着脱自在となるリモコン１１４の操作に応じてコラム番号を表示し、通常販売を行うとき、投入硬貨金額、挿入紙幣金額等を表示するものである。なお、表示器１１２は、有機ＥＬ、ＬＣＤ、ＬＥＤ等の表示素子を用いて構成することが可能である。商品選択釦１１６は、販売可ランプ１１８および売り切れランプ１２０を内蔵し、缶飲料サンプル１０６それぞれに対応してパネル１０４の前面側に設けられるものである。販売可ランプ１１８は、利用者が少なくとも１本の缶飲料を購入できる硬貨投入または紙幣挿入を行うと、自動販売機内部のコラムに缶飲料が収容されている場合のみ、この缶飲料に対応するものが点灯する。売り切れランプ１２０は、自動販売機内部の所定コラムが空になると、この缶飲料に対応するものが常時点灯する。表示板１２２は、商品選択釦１１６それぞれに対応してパネル１０４の前面側または背面側に設けられ、通常販売を行うとき、缶飲料に関する情報（加熱飲料であることを表す文字”ＨＯＴ”および冷却飲料であることを表す文字”ＣＯＬＤ”）を色別表示するものである。尚、表示板１２２は、透過性の樹脂パネルである。販売中ランプ１２４は、缶飲料が正常販売されるときに点灯するものである。販売中止ランプ１２６は、全缶飲料が売り切れとなったとき、或いは、缶飲料を販売するための販売機構が故障したとき、点灯するものである。釣銭切れランプ１２８は、硬貨識別装置内部の釣銭用硬貨の合計金額が一定金額以下のときに点灯するものである。販売可ランプ１１８が点灯している商品選択釦１１６を押下すると、この缶飲料サンプル１０６に対応する缶飲料が商品取出口１３０まで搬出される。返却レバー１３２は、投入硬貨を返却口１３４から返却したり、投入硬貨または挿入紙幣から缶飲料購入金額を差し引いた釣銭を返却口１３４から返却したりするためのものである。スリット１３８は、内部の機械室（不図示）に配設されている冷媒冷却回路を構成する圧縮機２、ガスクーラー４の放熱を促進するためのものである。
【００５２】
上記の冷媒冷却回路は、二酸化炭素を冷媒として使用する図１の冷媒冷却回路であり、自動販売機の庫内の商品は、ファン２６が蒸発器８の周囲の冷気を庫内に送り込むことによって効果的に冷却される。
【００５３】
なお、図１の冷媒冷却回路は、缶飲料の自動販売機以外の自動販売機にも適用可能である。例えば、図１の冷媒冷却回路をカップ飲料の自動販売機に適用し、冷却飲料用のタンク内の貯水を冷却することとしてもよい。
【００５４】
＝＝＝自動販売機の制御動作＝＝＝
次に、図７を参照しつつ、本発明の冷媒冷却回路を用いた自動販売機の制御動作について説明する。図７は、本発明の自動販売機の制御動作を説明するためのブロック図である。
【００５５】
図７において、主制御部２０２は、自動販売機の制御を統括するものであり、ＲＯＭ、ＣＰＵ、ＲＡＭ、周辺回路（Ｉ／Ｏ、タイマ、カウンタ等）からなるものである。詳述すると、ＲＯＭは、後述する複数の従制御部を統括制御するためのプログラムデータが予め格納されたものであり、ＣＰＵは、ＲＯＭから読み出されたプログラムデータの解読結果に従って複数の従制御部を統括制御するものであり、ＲＡＭは、ＣＰＵによる演算結果、複数の従制御部からの各種データ等の書き込みまたは読み出しを行うものである。ハードウエア面では、ＲＯＭは、データを製造工程で焼き付け固定するマスクＲＯＭ、データを紫外線消去することによりデータを繰り返し書き込み読み出しできるＥＰＲＯＭ、またはデータを電気消去することによりデータを繰り返し書き込み読み出しできるＥＥＰＲＯＭ（フラッシュＲＯＭを含む）等の不揮発性メモリである。ＣＰＵは、ＲＯＭの実行アドレスを指定するプログラムカウンタ、ＲＯＭからの読み出し内容を解読するインストラクションデコーダ、論理演算を行う演算論理ユニット、演算データを一時格納するアキュムレータ等を内蔵する。ＲＡＭは、ＳＲＡＭ等の揮発性メモリであり、バックアップ電源を用いて記憶内容を保持する。
【００５６】
硬貨処理制御部２０４、紙幣処理制御部２０６、接客制御部２０８、販売制御部２１０は、複数の従制御部に相当し、ハードウエア面において、主制御部２０２と同様のＲＯＭ、ＣＰＵ、ＲＡＭを内蔵する。
【００５７】
硬貨投入機構２１２は、釣銭切れを検出する釣銭切れセンサを備え、硬貨投入口１０８からの投入硬貨を受け取り、必要に応じて釣銭を返却口１３４から返却するものである。硬貨処理制御部２０４は、硬貨投入機構２１２を制御し、投入硬貨の金種、正偽等の判別、金種別枚数の計算、金庫への余剰硬貨の収容、釣銭払い出し等を行わせるものである。紙幣挿入機構２１４は、硬貨投入機構２１２と同様に、釣札切れを検出する釣札切れセンサを備え、紙幣挿入口２１０からの挿入紙幣を受け取るものであり、必要に応じて釣札を紙幣挿入口１１０から返却することとしてもよい。紙幣処理制御部２０６は、紙幣挿入機構２１４を制御し、挿入紙幣の金種、正偽等の判別、金種別枚数の計算、釣札払い出し等を行わせるものである。硬貨処理制御部２０４および紙幣処理制御部２０６は、硬貨投入および紙幣挿入が行われるその都度、処理動作を実行する。ここで、硬貨処理制御部２０４および硬貨投入機構２１２は硬貨識別装置を構成し、紙幣処理制御部２０６および紙幣挿入機構２１４は紙幣識別装置を構成する。なお、商品の決済方法は、上記の硬貨および紙幣に限定されるものではない。例えば、様々なカードや携帯端末等を用いて電子決済を行うこととしてもよい。
【００５８】
接客面２１６は、表示部１１２、商品選択釦１１６、販売中ランプ１２４、販売中止ランプ１２６、釣銭切れランプ１２８から成るものである。接客制御部２０８は、接客面２１６を制御する。つまり、接客制御部２０８は、主制御部２０２からの缶飲料販売に関する接客指示に従って、販売中ランプ１２４、販売中止ランプ１２６、釣銭切れランプ１２８を点灯させたり、販売飲料別の販売可ランプ１１８または売り切れランプ１２０を点灯させたり、更には、複数の商品選択釦１１６の何れが押下されたのかを検出し、このときの検出信号を主制御部２０２に送信したりする。
【００５９】
販売機構２１８は、指定コラムの最下部に留まる缶飲料を払い出し、商品取出口１３０まで搬出するものである。販売制御部２１０は、販売機構２１８を制御し、接客制御部２０８からの前記検出信号に応答した主制御部２０２からの販売指示に従って、利用者が希望する缶飲料を商品取出口１３０まで搬出するものである。また、販売制御部２１０は、図１の冷媒冷却回路２２０の動作も制御しており、制御部３２に相当するものである。なお、主制御部２０２および販売制御部２１０が、制御部３２の機能を分割して有することとしてもよい。
【００６０】
リモコン１１４は、機能キーと、数字キーと、これらのキーの操作に関する内容を表示する表示部（有機ＥＬ、ＬＣＤ等）とを、前面に備えたものである。リモコン１１４は、前扉１０２の裏面に着脱自在に配設され、商品選択釦１１６とコラムとを対応付けするコラム設定、金額設定、メンテナンス等を行う際に操作するものであり、この操作情報を主制御部２０２に送信する。主制御部２０２は、この操作情報に基づいて、硬貨処理制御部２０４、紙幣処理制御部２０６、接客制御部２０８、販売制御部２１０に対して、それぞれの指示を行う。
【００６１】
なお、主制御部２０２と従制御部２０４、２０６、２０８、２１０との間の通信は、主制御部２０２が優先的な送信権を有するポーリング方式、或いは、主制御部２０２および従制御部２０４、２０６、２０８、２１０が対等な送信権を有するコンテンション方式の何れであってもよい。
【００６２】
本実施形態の冷媒冷却回路２２０は、屋外屋内を問わず様々なロケーションに設置される自動販売機に適用可能であるので、地球環境を効果的に保護できる。また、本実施形態の冷媒冷却回路２２０は、機械室の配設空間が狭い小型の自動販売機にも対応でき、製品コストを抑えることができる。
このようにして実現された自動販売機は、従来よりも優れた自動販売機となる。
【００６３】
＝＝＝その他＝＝＝
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更、改良可能である。また、本発明には、等価物が含まれることはもちろんである。
【００６４】
＜ファンモータの制御＞
本実施形態では、ファンモータ２２、２８は３段階（低速、中速、高速）で駆動されるが、これに限定されるものではない。例えば、ファンモータ２２、２８は、検出電圧Ｖ、検出温度ＴＡ、ＴＢ、ＴＣ等の変化に応じて４段階以上若しくは無段階で駆動されることとしてもよい。また、ファンモータ２２を停止するモードを設けてもよい。
【００６５】
＜冷媒冷却回路を適用する対象＞
本実施形態では、冷媒冷却回路２２０は自動販売機に適用されているが、これに限定されるものではない。例えば、冷媒冷却回路２２０は、業務用および家庭用の冷蔵庫、業務用の冷凍ショーケース、ファーストフード店やファミリーレストラン等に設置される飲料供給用ディスペンサ等にも適用可能である。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、冷媒が冷媒冷却回路の高圧側で超臨界圧力の状態となるものである場合、アキュムレータ、レシーバ等の冷媒量調整手段を使用せずに安定した冷凍サイクルを実行できる冷媒冷却回路、および、この冷媒冷却回路を用いた自動販売機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷媒冷却回路の一実施例を示す図である。
【図２】制御信号Ａ（横軸）と電子膨脹弁６を通過する二酸化炭素量（縦軸）との関係を示す一例である。
【図３】制御部３２が有する、制御信号Ａ、Ｂ、Ｃを発生する際に参照するためのテーブルである。
【図４】本発明の冷媒冷却回路の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】二酸化炭素を冷媒として使用した場合のエンタルピー（横軸）と圧力（縦軸）との関係を示す特性図である。
【図６】本発明の自動販売機の前面の一例を示す図である。
【図７】本発明の自動販売機の制御動作を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
２　圧縮機
３　検出抵抗
４　ガスクーラー
６　電子膨脹弁
８　蒸発器
１２　内部熱交換器
１４　ステッピングモータ
１８　温度センサ
２０　ファン
２２　ファンモータ
２４　温度センサ
２６　ファン
２８　ファンモータ
３２　制御部
２０２　主制御部
２１０　販売制御部
２２０　冷媒冷却回路
【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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