(57)【要約】【課題】二段式圧縮機を用いたヒートポンプ運転において、運転開始時の吐出温度の立ち上がりの遅れを防止し、運転ロスを低減できる冷却装置および自動販売機を提供する。【解決手段】冷却装置１０００は、二段圧縮機１と、ガスクーラ３と、電子膨張弁４と蒸発器７ａ・・・と、冷熱冷媒配管１３・・・７１と、温熱冷媒送り配管１７と、温熱冷媒戻り配管７３と、一段目熱交換器バイパス配管１１と、一段目熱交換器直行冷媒配管２０１と、一段目熱交換器戻り冷媒配管２０２と、送風機５００と、温熱冷媒の吐出温度を測定する温度測定手段５０１と、送風機５００の送風量を制御する制御手段と、ショートカット配管３００と、外気温度センサー５０２とを有する。制御手段は吐出温度が設定温度を超えた後、超えた量に比例して送風機５００の風量を増し、外気温度が設定温度を超えると、温熱冷媒をガスクーラに供給する。【選択図】図１
2007115096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒をそれぞれ所定圧力にまで圧縮する一段目圧縮部および二段目圧縮部を具備する二段圧縮機と、冷媒を冷却する一段目熱交換器および二段目熱交換器と、冷媒を膨張させる膨張機構と、冷媒を蒸発または凝縮させる蒸発器と、
前記二段圧縮機の一段目圧縮部、前記一段目熱交換器、前記二段圧縮機の二段目圧縮部、前記二段目熱交換器、前記膨張機構、および前記蒸発器を順次連結する冷熱冷媒回路と、
前記二段圧縮機の二段目圧縮部の出側に連結され、前記蒸発器のうちの全部または一部の蒸発器に温熱冷媒を送る温熱冷媒送り配管と、
該温熱冷媒が送られた蒸発器の出側に連結され、該蒸発器を通過した温熱冷媒を前記二段目熱交換器の入側に戻すための温熱冷媒戻り配管と、
前記一段目圧縮部の出側と前記二段目圧縮部の入側とを連結する一段目熱交換器バイパス配管と、
前記膨張機構の出側と前記一段目熱交換器の入側とを連結する一段目熱交換器直行冷媒配管と、
前記一段目熱交換器の出側と前記二段圧縮機の一段目圧縮部の入側とを連結する一段目熱交換器戻り冷媒配管と、
前記一段目熱交換器に向けて空気を送る送風機と、
前記冷媒を凝縮させる蒸発器の入側における冷媒の温度または前記空気の温度を測定する温度測定手段と、
該温度測定手段が測定した温度に基づいて前記送風機の送風量を制御する制御手段と、を有することを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記二段圧縮機の一段目圧縮部に流入直前の冷媒と前記膨張機構に流入直前の冷媒との間で熱交換するための熱回収器を有することを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
前記冷媒を凝縮させる蒸発器の出側と前記二段目熱交換器の出側とを連結する二段目熱交換器ショートカット配管が設置され、
前記制御手段が、前記温度測定手段が測定した温度に基づいて前記二段目熱交換器ショートカット配管を開通または閉塞することを特徴とする請求項１または２記載の冷却装置。
【請求項４】
断熱材によって囲まれ一面に開口部を具備する商品収納庫と、前記開口部を開閉する断熱扉と、前記商品収納庫の内部を冷却または加熱する請求項１乃至３の何れかに記載の冷却装置と、を有する自動販売機であって、
前記商品収納庫が仕切板によって複数の商品室に分割され、
該商品室のそれぞれに対応して商品を搬出する商品搬出口が前記断熱扉に形成され、
前記商品室のそれぞれに、商品を収納して順次下方に搬出する機能を有する商品ラックと、前記商品ラックから落下した商品を前記商品搬出口に誘導するシュータと、該シュータの下方に配置されて前記商品室内の空気を冷却または加熱する前記冷却装置の蒸発器と、該蒸発器を通過する空気の流れを形成する室内送風手段と、該室内送風手段によって形成された空気の流れを前記商品ラックの内部を経由して循環させるための循環ダクトと、が設置され、
前記冷却装置の一段目熱交換器および送風機が、前記商品収納庫の外に配置されていることを特徴とする自動販売機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却および加熱を同時にする冷却装置、および、缶、ビン、パック、ペットボトル等の容器に入れた飲料等の商品を冷却または加熱して販売に供する自動販売機に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動販売機の商品収納庫を冷却するための冷却ユニットは、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機により圧縮された冷媒（高圧高温冷媒に同じ）を冷却する放熱器と、該放熱器により冷却された冷媒を膨張する膨張機構と、該膨張機構により膨張された冷媒（低圧低温冷媒に同じ）を蒸発させる複数の蒸発器と、該複数の蒸発器のうち所定の蒸発器に対して前記冷媒を供給する冷媒分配手段とを有する。
そして、蒸発器は各商品室（商品収納庫を分割した各小部屋に同じ）内に設置され、これに収納された商品を冷却している。なお、商品室は、収納する商品の種類や季節に応じて加熱用として使用されることがあり、このとき、当該商品室は別途設置される通電ヒータによって加熱されるものである。
【０００３】
また、各商品室内に設置されている蒸発器を放熱器（凝縮器に同じ）として機能させ、その蒸発器に高圧高温冷媒を流して高圧高温冷媒（ホットガスに同じ）の温熱を利用して商品室を加熱する「ヒートポンプ運転」により、通電ヒータの撤去および省電力効果を高めた自動販売機の庫内冷却、加熱装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−２３３９４１号公報（第３−４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記特許文献に開示された発明は、環境にやさしいＣＯ2（二酸化炭素）冷媒を採用して、二段式圧縮機（一段圧縮部にて圧縮した冷媒を中間冷却器で冷却し、これを二段圧縮部にて圧縮する）を用いると、該冷媒の特徴である圧縮後の高い吐出温度が有効に利用されることから、一層の省電力効果が得られることになる。
しかしながら、自動販売機の全ての商品室を加熱したり（たとえば、ＨＨＨモード）、あるいは特定の商品室では加熱も冷却もしないでその他の商品室を加熱したり（たとえば、ＨＨモード）することは、前記冷却ユニットを用いたヒートポンプ運転では、温熱冷媒を冷却するだけであって冷熱冷媒を加熱する手段がないため、実施することができないという問題があった。
【０００６】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、二段式圧縮機を用いたヒートポンプ運転において、たとえば、前記ＨＨＨモードやＨＨモード運転を可能にすると共に、運転開始時の吐出温度（二段圧縮部により圧縮された高圧高温冷媒の温度）の立ち上がりの遅れを防止し、かつ外気への冷熱の放散を防止して運転ロスを低減できる冷却装置およびこれを装備した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】
【０００７】
（１）本発明に係る冷却装置（請求項１）は、冷媒をそれぞれ所定圧力にまで圧縮する一段目圧縮部および二段目圧縮部を具備する二段圧縮機と、冷媒を冷却する一段目熱交換器および二段目熱交換器と、冷媒を膨張させる膨張機構と、冷媒を蒸発または凝縮させる蒸発器と、
前記二段圧縮機の一段目圧縮部、前記一段目熱交換器、前記二段圧縮機の二段目圧縮部、前記二段目熱交換器、前記膨張機構、および前記蒸発器を順次連結する冷熱冷媒回路と、
前記二段圧縮機の二段目圧縮部の出側に連結され、前記蒸発器のうちの全部または一部の蒸発器に温熱冷媒を送る温熱冷媒送り配管と、
該温熱冷媒が送られた蒸発器の出側に連結され、該蒸発器を通過した温熱冷媒を前記二段目熱交換器の入側に戻すための温熱冷媒戻り配管と、
前記一段目圧縮部の出側と前記二段目圧縮部の入側とを連結する一段目熱交換器バイパス配管と、
前記膨張機構の出側と前記一段目熱交換器の入側とを連結する一段目熱交換器直行冷媒配管と、
前記一段目熱交換器の出側と前記二段圧縮機の一段目圧縮部の入側とを連結する一段目熱交換器戻り冷媒配管と、
前記一段目熱交換器に向けて空気を送る送風機と、
前記冷媒を凝縮させる蒸発器の入側における冷媒の温度または前記空気の温度を測定する温度測定手段と、
該温度測定手段が測定した温度に基づいて前記送風機の送風量を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【０００８】
（２）本発明に係る冷却装置（請求項２）は、 前記二段圧縮機の一段目圧縮部に流入直前の冷媒と前記膨張機構に流入直前の冷媒との間で熱交換するための熱回収器を有することを特徴とする。
（３）本発明に係る冷却装置（請求項３）は、前記冷媒を凝縮させる蒸発器の出側と前記二段目熱交換器の出側とを連結する二段目熱交換器ショートカット配管が設置され、
前記制御手段が、前記温度測定手段が測定した温度に基づいて前記二段目熱交換器ショートカット配管を開通または閉塞することを特徴とする。
【０００９】
（４）本発明に係る自動販売機（請求項４）は、断熱材によって囲まれ一面に開口部を具備する商品収納庫と、前記開口部を開閉する断熱扉と、前記商品収納庫の内部を冷却または加熱する前記（１）乃至（３）の何れかに記載の冷却装置と、を有するものであって、
前記商品収納庫が仕切板によって複数の商品室に分割され、
該商品室のそれぞれに対応して商品を搬出する商品搬出口が前記断熱扉に形成され、
前記商品室のそれぞれに、商品を収納して順次下方に搬出する機能を有する商品ラックと、前記商品ラックから落下した商品を前記商品搬出口に誘導するシュータと、該シュータの下方に配置されて前記商品室内の空気を冷却または加熱する前記冷却装置の蒸発器と、該蒸発器を通過する空気の流れを形成する室内送風手段と、該室内送風手段によって形成された空気の流れを前記商品ラックの内部を経由して循環させるための循環ダクトと、が設置され、
前記冷却装置の一段目熱交換器および送風機が、前記商品収納庫の外に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
（ｉ）本発明の請求項１に係る冷却装置は、膨張機構の出側と一段目熱交換器の入側とを連結する一段目熱交換器直行冷媒配管と、一段目熱交換器の出側と二段圧縮機の一段目圧縮部の入側とを連結する一段目熱交換器戻り冷媒配管とを有しているから、一段目熱交換器において断熱膨張した冷熱冷媒が冷熱を放出することにより冷凍サイクルが形成されるため、前記ＨＨＨモードやＨＨモード運転が可能になる。
（ｉｉ）また、温熱冷媒の温度または空気の温度を測定する温度測定手段と、送風機の送風量を制御する制御手段とを有するから、温熱冷媒または空気の温度に応じて送風機の送風量が制御されるため、運転開始時の吐出温度の立ち上がりの遅れが防止される。すなわち、蒸発器から戻る温熱冷媒は、二段目熱交換器における温熱の放出量（冷却量）が制御されるから、運転開始時においては、ほとんど温度降下がないまま膨張機構に流入する。このため、前記温度降下がない分、膨張機構において断熱膨張した冷熱冷媒の温度は高くなり、これに伴って、二段圧縮機の一段目圧縮部に流入するときの温度も高くなる。
【００１１】
（ｉｉｉ）本発明の請求項２に係る冷却装置は、一段目圧縮部に流入直前の冷熱冷媒と膨張機構に流入直前の温熱冷媒との間で熱交換するから、系外への熱放散が減少して熱回収が促進され、熱効率が向上する。すなわち、前記熱交換された熱量分だけ、膨張機構に流入する温熱冷媒の温度は低くなって膨張機構において断熱膨張した冷熱冷媒の温度は低くなるものの、 空気との温度差が大きくなるため一段目熱交換器における熱交換量（温熱の吸収量）が増大して昇温し、さらに、熱回収器においては、前記熱交換された熱量分だけ、温熱を吸収量するから、二段圧縮機の一段目圧縮部に流入するとき冷熱冷媒の温度は高くなる。
（ｉｖ）本発明の請求項３に係る冷却装置は、蒸発器から戻る温熱冷媒が二段目熱交換器をバイパスして熱回収器に直接流入するから、二段目熱交換器における熱交換量（冷熱の放出量）分だけ、熱回収器および膨張機構に流入するときの温熱冷媒の温度は高くなる。このため、膨張機構において断熱膨張した冷熱冷媒の温度も高くなり、これに伴って、二段圧縮機の一段目圧縮部に流入するときの温度は高くなる。
（ｖ）本発明の請求項４に係る自動販売機は、商品収納庫の内部を冷却または加熱する前記（１）乃至（３）の何れかに記載の冷却装置を有するから、前記ＨＨＨモードやＨＨモード運転が可能になると共に、運転開始時の吐出温度の立ち上がりの遅れが防止され、さらに、熱効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、実施形態１〜３に冷却装置を、実施形態４に自動販売機を、それぞれ図を参照して説明する。なお、蒸発器が３台である場合を例に説明しているが、本発明はこれに限定するものではなく、２台以上の何れの台数であってもよい。また、各図において同一または共通する部材については同一の符号を付し、一部の説明を省略する。
【００１３】
［実施形態１］
（構成）
図１は本発明の実施形態１に係る冷却装置を説明する構成図である。図１において、冷却装置１０００は、冷媒を所定圧力にまで圧縮する二段圧縮機１の一段目圧縮部１ａと、一段目圧縮部１ａにおいて圧縮された冷媒が供給され、これを冷却する一段目熱交換器（以下「中間熱交換器」と称す）２と、中間熱交換器２において冷却された冷媒が供給され、これを前記所定圧力より高い圧力にまで圧縮する二段圧縮機１の二段目圧縮部１ｂと、二段目圧縮部１ｂにおいて圧縮された冷媒が供給され、これを冷却する二段目熱交換器（以下「ガスクーラ」と称す）３と、ガスクーラ３において冷却された冷媒が供給され、これを膨張させる膨張機構４（以下「電子膨張弁４」と称す）と、を有している。
さらに、電子膨張弁４において膨張された冷媒または二段目圧縮部１ｂにおいて圧縮された冷媒が供給され、これを蒸発または凝縮させる複数の蒸発器７ａ、７ｂ、７ｃと、を有している。なお、蒸発器７ａ、７ｃは冷媒を蒸発する専用蒸発器であり、蒸発器７ｂ、７ｃは冷媒を蒸発または凝縮する兼用蒸発器である。
【００１４】
（冷熱冷媒回路）
二段圧縮機１の一段目圧縮部１ａの出側と中間熱交換器２の入側とを開閉弁１２ｖを介して連結する一段目圧縮冷媒配管１２と、中間熱交換器２の出側と二段圧縮機１の二段目圧縮部１ｂの入側とを連結する一段目冷却冷媒配管２１と、二段圧縮機１の二段目圧縮部１ｂの出側とガスクーラ３の入側とを開閉弁１３ｖを介して連結する二段目圧縮冷媒配管１３と、ガスクーラ３の出側と電子膨張弁４の入側とを連結する二段目圧縮冷媒配管３４とが設けられている。
さらに、電子膨張弁４の出側と蒸発器７ａ、７ｂ、７ｃの入側とを、それぞれ開閉弁５ａ、５ｂ、５ｃを介して連結する冷熱冷媒送り配管４７ａ、４７ｂ、４７ｃ（共通部分を「冷熱冷媒送り配管４７」と称す）と、蒸発器７ａ、７ｂ、７ｃの出側と二段圧縮機１の一段目圧縮部１ａの入側とを連結する冷熱冷媒戻り配管７１ａと、開閉弁８ｂ、８ｃを介して連結する冷熱冷媒戻り配管７１ｂ、７１ｃとが設けられている（共通部分を「冷熱冷媒戻り配管７１」と称す）。
【００１５】
（温熱冷媒回路）
兼用蒸発器である蒸発器７ｂ、７ｃについては、入側である冷熱冷媒送り配管４７ｂ、４７ｃに逆止弁６ｂ、６ｃが、出側である冷熱冷媒戻り配管７１ｂ、７１ｃに開閉弁８ｂ、８ｃが、それぞれ設置されている。
そして、二段圧縮機１の二段目圧縮部１ｂの出側と蒸発器７ｂ、７ｃの入側（逆止弁６ｂ、６ｃの下流側）とが、開閉弁９ｂ、９ｃを介して温熱冷媒送り配管１７ｂ、１７ｃ（共通部分を「温熱冷媒送り配管１７」と称す）によって連結されている。また、蒸発器７ｂ、７ｃの出側（開閉弁８ｂ、８ｃの上流側）と二段目熱交換器３の入側とが、逆止弁１０ｂ、１０ｃを介して温熱冷媒戻り配管７３ｂ、７３ｃ（共通部分を「温熱冷媒戻り配管７３」と称す）によって連結されている。なお、温熱冷媒戻り配管７３の二段目圧縮部１ｂの入側に近い位置に開閉弁７３ｖが設置されている。
【００１６】
（一段目熱交換器バイパス配管）
さらに、二段圧縮機１の一段目圧縮部１ａの出側と二段目圧縮部１ｂの入側とを開閉弁１１ｖを介して連結する一段目熱交換器バイパス配管１１が設けられている。すなわち、開閉弁１２ｖを閉じて開閉弁１１ｖを開くことにより、一段目圧縮部１ａから吐出された冷媒は中間熱交換器２を通過することなく二段目圧縮部１ｂに直接供給される。一方、開閉弁１２ｖを開いて開閉弁１１ｖを閉じることにより、一段目圧縮部１ａから吐出された冷媒は中間熱交換器２を通過した後、二段目圧縮部１ｂに供給される。
【００１７】
（内部熱交換器）
二段目圧縮冷媒配管３４を通過する冷媒と冷熱冷媒戻り配管７１を通過する冷媒との間で熱交換する、熱回収手段（以下「内部熱交換器」と称す）１００が設けられている。すなわち、内部熱交換器１００において、二段目圧縮冷媒配管３４と冷熱冷媒戻り配管７１とは直接当接にまたは伝熱媒体を介して間接に熱的に接合されている。したがって、二段目圧縮冷媒配管３４を通過する冷媒が保有している温熱によって二段圧縮機１の一段目圧縮部１ａに戻る冷媒は温められ、一方、冷熱冷媒戻り配管７１を通過する冷媒が保有している冷熱によって電子膨張弁４に供給される冷媒は冷やされる。
【００１８】
（一段目熱交換器直行回路）
膨張機構４の出側と一段目熱交換器（中間熱交換器）２の入側とを連結する、開閉弁２０１ｖが設置された一段目熱交換器直行冷媒配管２０１と、一段目熱交換器（中間熱交換器）２の出側と冷熱冷媒戻り配管７１の内部熱交換器１００の入側とを連結する、開閉弁２０２ｖが設置された一段目熱交換器戻り冷媒配管２０２と、が設置されている。
すなわち、膨張機構４から吐出された冷熱冷媒が、中間熱交換器２を直接経由して二段圧縮機１の一段目圧縮部に供給される一段目熱交換器直行回路が形成されている。
【００１９】
（室外送風機）
室外空気（以下「外気」と称す）をガスクーラ３に向けて送る室外送風機（以下「庫外ファン」と称す）５００、および温熱冷媒送り配管１７の温度（温熱冷媒の温度に対応する）を測定する温熱冷媒温度計（以下「吐出温度センサー」と称す）５０１が設置されている。そして、ヒートポンプ運転の際、吐出温度センサー５０１の測定結果に基づいて庫外ファン５００の送風量を制御する図示しない制御手段が設置されている。なお、吐出温度センサー５０１は二段圧縮機１の二段目圧縮部１ｂに近い位置、あるいは蒸発器７ｂ、７ｃに近い位置に設置されてもよい。
【００２０】
（ＣＨＨモード）
図２は図１に示す冷却装置におけるＣＨＨモードの運転状況を説明するものであって、（ａ）は構成図、（ｂ）はモリエル線図である。なお、冷媒の流れる配管を実線で示し、冷媒が流れる方向を矢印を付記する。また、冷媒の流れない配管を点線で示す。
図２の（ａ）において、冷却装置１０００は、専用蒸発器である蒸発器７ａは図示しない冷却室に配置され、冷熱が供給される。兼用蒸発器である蒸発器７ｂ、７ｃは図示しない加熱冷却兼用室に配置され、温熱が供給される。
【００２１】
（温熱冷媒の流れ）
冷媒の圧力は、まず、二段圧縮機１の一段目圧縮部１ａのシリンダによって中間よりやや低いところまで上昇する。一段目圧縮部１ａから吐出した冷媒は、二段目圧縮部１ｂに直接供給される。すなわち、一段目熱交換器バイパス配管１１の開閉弁１１ｖが開き、一段目圧縮冷媒配管１２の開閉弁１２ｖが閉じているから、冷媒は中間熱交換器２に流れ込まない。
そして、二段目圧縮部１ｂのシリンダー内で圧縮された冷媒は、高温・高圧となる。二段目圧縮部１ｂから吐出した冷媒（以下「温熱冷媒」と称す）は、温熱冷媒送り配管１７に流れ込み、開いている開閉弁９ｂ、９ｃを通過して蒸発器７ｂ、７ｃに供給される。このとき、二段目圧縮冷媒配管１３の開閉弁１３ｖは閉じているから、冷媒がガスクーラ３に流れ込むことはない。よって、蒸発器７ｂ、７ｃにおいて、温熱冷媒の保有する温熱は空気に受け渡され、図示しない加熱冷却兼用室の空気を加熱する。
【００２２】
空気に温熱を受け渡した温熱冷媒は、逆止弁１０ｂ、１０ｃを通過して温熱冷媒戻り配管７３ｂ、７３ｃに流れ込み、ガスクーラ３に供給される。このとき、開閉弁８ｂ、８ｃは閉じているから、冷媒が冷熱冷媒戻り配管７１ｂ、７１ｃに流れ込んで、そのまま、二段圧縮機１の一段目圧縮部１ａに戻ることはない。
そして、温熱冷媒はガスクーラ３において冷却された後、二段目圧縮冷媒配管３４に流れ込み内部熱交換器１００を経由して電子膨張弁４に供給される。
【００２３】
（冷熱冷媒の流れ）
電子膨張弁４において断熱膨張した冷媒（以下「冷熱冷媒」と称す）は、低温・低圧となって、開いている開閉弁５ａを通過して冷熱冷媒送り配管４７ａに流れ込み、蒸発器７ａに供給される。
そして、蒸発器７ａにおいて、冷熱冷媒の保有する冷熱は空気に受け渡され、図示しない冷却室の空気を冷却する。
さらに、空気に冷熱を受け渡した冷熱冷媒は、開いている開閉弁８ａを通過して冷熱冷媒戻り配管７１ａに流れ込み、内部熱交換器１００を経由して二段圧縮機１の一段目圧縮部１ａに戻る。
なお、内部熱交換器１００では、二段目圧縮冷媒配管３４を流れる温熱冷媒（温熱を保有している）と冷熱冷媒戻り配管７１ａを流れる冷熱冷媒（冷熱を保有している）との間で、熱交換が実行される。すなわち、前者は冷やされて電子膨張弁４に供給され、後者は温められて二段圧縮機１の一段目圧縮部１ａに戻っている。
【００２４】
（モリエル線図）
図２の（ｂ）において、縦軸は圧力、横軸は比エンタルピで、曲線は等温線である。すなわち、本発明のＣＨＨモードにおいて、冷媒は中間熱交換器２に流れ込まないから、二段圧縮機１の一段目圧縮部１ａにおいて、図中、状態Ａから状態Ｂにまで圧縮された冷媒は、温度低下のないまま、状態Ｃ（圧力Ｐ１）にまで二段目圧縮部１ｂにおいて圧縮される。その後、冷媒（温熱冷媒）は蒸発器７ｂ、７ｃ、ガスクーラ３および内部熱交換器１００において温熱を放出し、状態Ｄに到達する。
【００２５】
さらに、電子膨張弁４において、等エントロピ的に断熱膨張されて、状態Ｄから状態Ｅに冷却かつ減圧される（冷熱冷媒になる）。そして、蒸発器７ａにおいて冷熱を放出して空気を冷却すると共に、冷媒自体の温度は状態Ａにまで高くなる。
このとき、本発明では、圧縮機１の入口における冷媒温度が上昇する（状態Ｆ）から、冷凍サイクルは右側が大きくなり、圧縮機の出口を示す部分も右下側に移動する（状態Ｈ）。すなわち、状態Ｃと同じ温度が、より低い圧力（圧力Ｐ２）で得られるため、圧縮機の出入口圧力差が小さくなり、圧縮機の効率が向上する。
【００２６】
（ＨＨモード）
図３は図１に示す冷却装置におけるＨＨモードの運転状況を示す説明図である。図３において、専用蒸発器である蒸発器７ａは冷却室に配置されているものの、冷媒が供給されていない。すなわち、冷却も加熱もされない。
一方、加熱冷却兼用である蒸発器７ｂ、７ｃには温熱冷媒が供給されている。該温熱冷媒を供給する要領は前記ＣＨＨモードに同じであるから説明を省略する。
【００２７】
（冷熱冷媒の流れ）
ガスクーラ３を経由して電子膨張弁４に流れ込んだ温熱冷媒は、電子膨張弁４において断熱膨張して低温・低圧の「冷熱冷媒」となり中間熱交換器２に直接供給される。
すなわち、開閉弁５ａ、５ｂ、５ｃ、１２ｖが閉じて、開閉弁２０１ｖ、２０２ｖが開いているから、冷熱冷媒は一段目熱交換器直行冷媒配管２０１、中間熱交換器２、一段目熱交換器戻り冷媒配管２０２を順次経由して冷熱冷媒戻り配管７１の内部熱交換器１００の入側に流れ込む。このとき、開閉弁５ａが閉じているから、冷熱冷媒が冷熱冷媒戻り配管７１を逆流して蒸発器７ａに流れ込むことはない。
【００２８】
したがって、冷熱冷媒は中間熱交換器２において外気と、内部熱交換器１００において温熱冷媒と、それぞれ熱交換して冷熱を放出するから、二段圧縮機の一段目圧縮部に供給される冷熱冷媒の温度は上昇する。すなわち、冷熱冷媒の保有する冷熱を放散するための熱交換器を別途設置することなく、ＨＨモードの運転が可能になる。また、兼用蒸発器である蒸発器７ｂ、７ｃには、前記ＣＨＨ運転モードと同様の要領で温熱冷媒が供給されているから、前述と同様に、二段目圧縮部１ｂにおける圧力は、中間熱交換器２における放熱分がないことにより低くなっている。
なお、蒸発器７ａを加熱冷却兼用として、前記と同様に、温熱冷媒送り配管および温熱冷媒戻り配管を設置すれば、冷熱冷媒の保有する冷熱を放散するための熱交換器を別途設置することなく、ＨＨＨモードの運転が可能になる。
【００２９】
（ＣＣＣモード）
図４は図１に示す冷却装置におけるＣＣＣモードの運転状況を示す説明図である。図４において、専用蒸発器である蒸発器７ａおよび兼用蒸発器である蒸発器７ｂ、７ｃには、いずれも冷熱冷媒が供給されている。
【００３０】
（冷熱冷媒の流れ）
冷媒の圧力は、まず、二段圧縮機１の一段目圧縮部１ａのシリンダによって中間よりやや低いところまで上昇する。一段目圧縮部１ａから吐出した冷媒は、中間熱交換器２に供給されて冷却された後、二段目圧縮部１ｂに供給される。すなわち、一段目圧縮冷媒配管１２の開閉弁１２ｖが開き、一段目熱交換器バイパス配管１１の開閉弁１１ｖおよび一段目熱交換器直行冷媒配管２０１の開閉弁２０１ｖが閉じ、さらに、一段目熱交換器戻り冷媒配管２０２の開閉弁２０２ｖも閉じている。
そして、二段目圧縮部１ｂのシリンダー内で圧縮された冷媒（温熱冷媒）は、高温・高圧となりガスクーラ３に供給される。すなわち、開閉弁１３ｖは開き、一方、温熱冷媒送り配管１７ｂ、１７ｃの開閉弁９ｂ、９ｃは閉じている。
【００３１】
さらに、ガスクーラ３において冷却された温熱冷媒は電子膨張弁４に供給され、断熱膨張した（冷熱冷媒になる）後、蒸発器７ａ、７ｂ、７ｃに供給される。このとき、一段目熱交換器直行冷媒配管２０１の開閉弁２０１ｖ、温熱冷媒送り配管１７ｂ、１７ｃの開閉弁９ｂ、９ｃは何れも閉じ、冷熱冷媒送り配管４７ａ、４７ｂ、４７ｃの開閉弁５ａ、５ｂ、５ｃは開いているから、冷熱冷媒は冷熱冷媒送り配管４７ａ、４７ｂ、４７ｃを経由して蒸発器７ａ、７ｂ、７ｃに供給される。
【００３２】
そして、蒸発器７ａ、７ｂ、７ｃにおいて冷熱を放出した冷媒は、冷熱冷媒戻り配管７１に流れ込み、二段圧縮機１の一段目圧縮部１ａに戻っている。このとき、冷熱冷媒戻り配管７１ｂ、７１ｃの開閉弁８ｂ、８ｃは開き、温熱冷媒戻り配管７３ｂ、７３ｃには逆止弁１０ｂ、１０ｃが設置されているから、冷却冷媒が温熱冷媒戻り配管７３ｂ、７３ｃに流入することはない。
よって、冷却装置１０００では、開閉弁を操作するだけで、全ての蒸発器７ａ、７ｂ、７ｃに冷熱冷媒を供給することが可能である。
【００３３】
（制御方法）
図５は、図１に示す冷却装置の制御方法を説明するものであって、（ａ）はブロック図、（ｂ）はフローチャート、（ｃ）は冷媒温度と庫外ファンの風量との関係図である。
図５の（ａ）において、冷却装置１０００は制御手段（以下「ＣＰＵ」と称す）６００を具備する。ＣＰＵ６００には吐出温度センサー５０１の測定結果が入力され、これに基づいて庫外ファン５００の送風量を制御する。なお、庫内ファン４１４（図１０参照）は蒸発器７ｂ、７ｃに向けて庫内空気を送るものである。
【００３４】
図５の(ｂ)において、まず圧縮機１が運転中であるか否か判断する（Ｓ１）。そして、圧縮機１が運転を開始すると、吐出温度センサー５０１が測定した吐出温度が読み込まれ（Ｓ２）、該吐出温度が設定温度以下であるか否か判断される（Ｓ３）。
前記吐出温度が設定温度以下の場合、ガスクーラ３における温熱冷媒の冷却を抑える目的で庫外ファン５００を停止したままにする。一方、前記吐出温度が設定温度超えの場合、ガスクーラ３における温熱冷媒の冷却を開始する（Ｓ４）。
【００３５】
図５の(ｃ)は、前記吐出温度が設定温度以下の場合、庫外ファンの風量が０（ゼロ）であって、一方、前記吐出温度が設定温度を超えた場合、該超えた量に比例して庫外ファン５００の風量が増すことを示している。庫外ファンの風量変更方法は、電圧を変える方法やＤｕｔｙ制御比（運転中にＯＮとＯＦＦとを行い、平均回転数を制御する）を変更する。これにより、運転開始時の吐出温度の立ち上がりを早くすることができ、省エネを図ることができる。
【００３６】
［実施形態２］
（温熱冷媒回路）
図６は本発明の実施形態２に係る冷却装置を説明する構成図である。図６において、冷却装置２０００は、実施形態１に示す冷却装置１０００において温熱冷媒戻り配管７３と二段目圧縮冷媒配管３４とを連結する二段目熱交換器ショートカット配管（以下「ショートカット配管」と称す）３００が設置され、固庫外空気温度を測定する外気温度センサー５０２が、設置されている。
すなわち、ショートカット配管３００は、温熱冷媒戻り配管７３の開閉弁７３ｖよりも蒸発器７ｂ、７ｃ寄りの位置で分岐し、二段目圧縮冷媒配管３４のガスクーラ３と内部熱交換器１００との間に合流し、開閉弁３００ｖが設置されている。
【００３７】
（ＨＨモードその１）
図７および図８は、図６に示す冷却装置におけるＨＨモードの運転状況その１およびその２を示す説明図である。図７および図８において、冷熱冷媒の流れは、実施形態１におけるＨＨモードの運転状況（図３）に同じであるから、説明を省略する。
【００３８】
（温熱冷媒の流れ）
冷媒の圧力は、まず、二段圧縮機１の一段目圧縮部１ａのシリンダによって中間よりやや低いところまで上昇する。一段目圧縮部１ａから吐出した冷媒は、二段目圧縮部１ｂに直接供給される。すなわち、一段目熱交換器バイパス配管１１の開閉弁１１ｖが開き、一段目圧縮冷媒配管１２の開閉弁１２ｖが閉じているから、冷媒は中間熱交換器２に流れ込まない。
そして、二段目圧縮部１ｂのシリンダー内で圧縮された冷媒は、高温・高圧となる。二段目圧縮部１ｂから吐出した冷媒（以下「温熱冷媒」と称す）は、温熱冷媒送り配管１７に流れ込み、開いている開閉弁９ｂ、９ｃを通過して蒸発器７ｂ、７ｃに供給される。このとき、二段目圧縮冷媒配管１３の開閉弁１３ｖは閉じているから、冷媒がガスクーラ３に流れ込むことはない。よって、蒸発器７ｂ、７ｃにおいて、温熱冷媒の保有する温熱は空気に受け渡され、図示しない加熱冷却兼用室の空気を加熱する。
【００３９】
（温熱冷媒の戻りの流れ−その１）
図７において、空気に温熱を受け渡した温熱冷媒は、逆止弁１０ｂ、１０ｃを通過して温熱冷媒戻り配管７３ｂ、７３ｃに流れ込む。このとき、開閉弁７３ｖ、３００ｖが開いているから、温熱冷媒の一部はガスクーラ３を経由した後中間熱交換器１００に供給され、残りはショートカット配管３００に流れ込み、中間熱交換器１００に直接供給される。
したがって、温熱冷媒の一部はガスクーラ３をバイパスするため、温度降下が少ないため、中間熱交換器１００における熱交換効率が向上する。
【００４０】
（温熱冷媒の戻りの流れ−その２）
図８において、空気に温熱を受け渡した温熱冷媒は、逆止弁１０ｂ、１０ｃを通過して温熱冷媒戻り配管７３ｂ、７３ｃに流れ込む。このとき、開閉弁７３ｖが閉じ、３００ｖが開いているから、温熱冷媒の全量はガスクーラ３をバイパスして、中間熱交換器１００に直接供給される。
したがって、温熱冷媒の全量はガスクーラ３をバイパスするため、温度降下がさらに少なくなり、中間熱交換器１００における熱交換効率が向上する。
【００４１】
（制御方法）
図９は、図６に示す冷却装置の制御方法を説明するものであって、（ａ）はブロック図、（ｂ）は判定方法である。
図９の（ａ）において、冷却装置２０００は制御手段（以下「ＣＰＵ」と称す）７００を具備する。ＣＰＵ６００には吐出温度センサー５０１および外気温度センサー５０２の測定結果が入力され、これに基づいて庫外ファン５００の送風量と、開閉弁７３ｖ、３００ｖの開閉を制御する。なお、庫内ファン４１４（図１０参照）は蒸発器７ｂ、７ｃに向けて庫内空気を送るものである。なお、吐出温度センサー５０１の測定した吐出温度に基づいて庫外ファン５００の風量を制御する要領は実施形態１（図５）に同じであるから、説明を省略する。
【００４２】
図９の(ｂ)において、外気温度センサー５０２の測定した外気温度Ｔが、第一の設定温度Ｔ１よりも高い場合、温熱冷媒はガスクーラ３を通過しても過剰に冷却されることがないから、開閉弁７３ｖを開いて、開閉弁３００ｖを閉じる。
外気温度Ｔが、第一の設定温度Ｔ１よりも低く、第二の設定温度Ｔ２よりも高い場合、温熱冷媒はガスクーラ３を通過すると僅かに冷却されるから、開閉弁７３ｖおよび開閉弁３００ｖの両方を開いて、温熱冷媒の一部をガスクーラ３に供給する。
【００４３】
さらに、外気温度Ｔが、第二の設定温度Ｔ２よりも低い場合、温熱冷媒はガスクーラ３を通過すると過剰に冷却されるから、開閉弁７３ｖを閉じて、開閉弁３００ｖを開き、温熱冷媒の全量がガスクーラ３にバイパスするようにする。
したがって、庫外ファン５００の風量と共に、温熱冷媒のガスクーラ３への流れ込みが制御されるから、外気温度が低下しても常に最適な吐出温度が得られることになる。よって、立ち上がり時間を短縮することが可能になり、省エネを図ることができると共に、外気温度が低下しても安定して商品を加熱することができる。
【００４４】
［実施形態３］
（自動販売機その１）
図１０および図１１は本発明の実施形態３に係る自動販売機を説明するものであって、図１０は側面視の断面図、図１１は正面視の断面図である。
図１０および図１１において、自動販売機（以下「自販機」と称す）４０００は、自販機４０００の本体のキャビネット４００と、キャビネット４００の内部で図示しない断熱材に包囲され、商品４０７を収納するための商品収納庫４０１と、商品補充時に商品収納庫４０１を開閉する商品補充用扉４０４と、商品収納庫４０１と外気を遮断するための内扉４０５と、自販機４０００の前扉４０６と、を有している。
【００４５】
商品収納庫４０１は仕切り板４０３ＡＢ、４０３ＢＣによって商品室４０２Ａ、４０２Ｂ、４０２Ｃに仕切られている。なお、以下の説明において、商品室４０２Ａ、４０２Ｂ、４０２Ｃにおいて共通する内容については添え字「Ａ、Ｂ、Ｃ」の記載を省略する。
各商品室４０２には、商品４０７を収納するための商品収納ラック４０８と、商品収納ラック４０８から自然落下した商品４０７を取出すための商品取出し口４０９と、商品４０７を商品取出し口４０９まで誘導する商品誘導板４１０と、庫内に設置される部品を収納する庫内部品収納室４１１と、冷却ユニットの蒸発器７と、蒸発器７の熱を商品４０７に伝達するための庫内フアン４１４と、庫内フアン４１４のフアンカバー４１５と、庫内温度を計測する庫内温度センサー４１６と、上方の庫内空気を吸い込んで蒸発器７に戻すための背面ダクト４１７と、が設置されている。
【００４６】
また、商品収納庫４０１の下方には、冷却ユニットのコンデンシングユニット４１８を収納するための機械室４１９と、電装品を収納するための電装品収納室４２０とが配置されている。
そして、冷却ユニットのコンデンシングユニット４１８は、実施形態１の冷却装置１０００によって形成されている。したがって、吐出温度が設定温度以下の場合、庫外ファンの風量が０（ゼロ）であって、一方、前記吐出温度が設定温度を超えた場合、該超えた量に比例して庫外ファン５００の風量が増すから、運転開始時の吐出温度の立ち上がりを早くすることができ、省エネを図ることができる。
【００４７】
（自動販売機その２）
自販機４０００に設置された実施形態１の冷却装置１０００に代えて、実施形態２の冷却装置２０００を設置すれば（図示しない）、ガスクーラ３を通過する温熱冷媒の量が制御されるため、外気温度が低い場合であっても、常に最適な吐出温度が得られることになる。よって、立ち上がり時間をさらに短縮することが可能になり、省エネを図ることができると共に、外気温度が低下しても安定して商品を加熱することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明によれば、ヒートポンプ運転において、二段圧縮機の入口における冷媒温度を上昇させることができ、立ち上がり時間を短縮して省エネを図ることができると共に、外気温度が低い場合であっても安定して商品を加熱することができるから、各種冷却装置およびこれが設置された各種設備に広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態１に係る冷却装置を説明する構成図。
【図２】図１に示す冷却装置におけるＣＨＨモードの運転状況を説明図。
【図３】図１に示す冷却装置におけるＨＨモードの運転状況を示す説明図。
【図４】図１に示す冷却装置におけるＣＣＣモードの運転状況を示す説明図。
【図５】図１に示す冷却装置の制御方法を説明するブロック図等。
【図６】本発明の実施形態２に係る冷却装置を説明する構成図。
【図７】図６に示す冷却装置におけるＨＨモードの運転状況その１を示す説明図。
【図８】図６に示す冷却装置におけるＨＨモードの運転状況その２を示す説明図。
【図９】図６に示す冷却装置の制御方法を説明するブロック図等。
【図１０】本発明の実施形態３に係る自動販売機を説明する側面視の断面図。
【図１１】本発明の実施形態３に係る自動販売機を説明する正面視の断面図。
【符号の説明】
【００５０】
１    二段圧縮機
１ａ  一段目圧縮部(二段圧縮機)
１ｂ  二段目圧縮部(二段圧縮機)
２    中間熱交換器
３    二段目熱交換器（ガスクーラ）
４    膨張機構（電子膨張弁）
５ａ  開閉弁
５ｂ  開閉弁
５ｃ  開閉弁
６ｂ  逆止弁
６ｃ  逆止弁
７ａ  蒸発器
７ｂ  蒸発器
７ｃ  蒸発器
８ｂ  開閉弁
８ｃ  開閉弁
９ｂ  開閉弁
９ｃ  開閉弁
１０ｂ  逆止弁
１０ｃ  逆止弁
１１    一段目熱交換器バイパス配管
１１ｖ  開閉弁
１２    一段目圧縮冷媒配管
１２ｖ  開閉弁
１３    二段目圧縮冷媒配管
１３ｖ  開閉弁
１７ｂ  温熱冷媒送り配管
１７ｃ  温熱冷媒送り配管
２１    一段目冷却冷媒配管
３４    二段目圧縮冷媒配管
４７ａ  冷熱冷媒送り配管
４７ｂ  冷熱冷媒送り配管
４７ｃ  冷熱冷媒送り配管
７１ａ  冷熱冷媒戻り配管
７１ｂ  冷熱冷媒戻り配管
７１ｃ  冷熱冷媒戻り配管
７３ｂ  温熱冷媒戻り配管
７３ｃ  温熱冷媒戻り配管
７３ｖ  開閉弁
１００   中間熱交換器（内部熱交換器）
２０１   一段目熱交換器直行冷媒配管
２０１ｖ 開閉弁
２０２   一段目熱交換器戻り冷媒配管
２０２ｖ 開閉弁
３００   二段目熱交換器ショートカット配管
３００ｖ 開閉弁
４００   キャビネット
４０１   商品収納庫
４０２   各商品室
４０３   仕切り板
４０４   商品補充用扉
４０５   内扉
４０６   前扉
４０７   商品
４０８   商品収納ラック
４０９   商品取出し口
４１０   商品誘導板
４１１   庫内部品収納室
４１４   庫内フアン
４１５   フアンカバー
４１６   庫内温度センサー
４１７   背面ダクト
４１８   コンデンシングユニット
４１９   機械室
４２０   電装品収納室
５００   庫外ファン
５０１   吐出温度センサー
５０２   外気温度センサー
１０００ 冷却装置
２０００ 冷却装置
４０００ 自販機
【図１】
2007115096.tif 000003
【図２】
2007115096.tif 000004
【図３】
2007115096.tif 000005
【図４】
2007115096.tif 000006
【図５】
2007115096.tif 000007
【図６】
2007115096.tif 000008
【図７】
2007115096.tif 000009
【図８】
2007115096.tif 000010
【図９】
2007115096.tif 000011
【図１０】
2007115096.tif 000012
【図１１】
2007115096.tif 000013