(57)【要約】【課題】ヒートポンプ運転において二段圧縮機の低圧縮比化を可能にし、圧縮機効率の向上、消費電力の低減を図ることが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。【解決手段】冷却装置１００は、一段目圧縮部１ａおよび二段目圧縮部１ｂを具備する二段圧縮機１と、一段目熱交換器２および二段目熱交換器３と、膨張機構４と、冷媒を蒸発または凝縮させる蒸発器７ａ、７ｂ、７ｃと、一段目圧縮部１ａの出側と二段目圧縮部１ｂの入側とを直接連結する開閉弁１１ｖが設置された一段目熱交換器バイパス配管１１と、を有する。温熱冷媒は一段目圧縮部１ａから一段目熱交換器２を経由しないで二段目圧縮部１ｂに直接流入して圧縮された後、蒸発器７ｂ、７ｃに供給され温熱を放出し、二段目熱交換器３を経由して電子膨張弁４に流入し、断熱膨張した冷熱冷媒は蒸発器７ａに供給され冷熱を放出する。  【選択図】図１
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【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複数の蒸発器と、を有する冷却装置であって、
冷媒を前記一段目圧縮部の出側から前記二段目圧縮部の入側に直接供給自在にしたことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
冷媒を所定圧力にまで圧縮する二段圧縮機の一段目圧縮部と、
該一段目圧縮部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と、
該一段目熱交換器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の二段目圧縮部と、
該二段目圧縮部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と、
該二段目熱交換器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と、
該膨張機構において膨張された冷媒または前記二段目圧縮部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と、
前記二段圧縮機の一段目圧縮部の出側と前記一段目熱交換器の入側とを開閉弁を介して連結する一段目圧縮冷媒配管と、
前記一段目熱交換器の出側と前記二段圧縮機の二段目圧縮部の入側とを連結する一段目冷却冷媒配管と、
前記二段圧縮機の二段目圧縮部の出側と前記二段目熱交換器の入側とを開閉弁を介して連結する二段目圧縮冷媒配管と
前記二段目熱交換器の出側と前記膨張機構の入側とを連結する二段目冷却冷媒配管と、
前記膨張機構の出側と前記複数の蒸発器の入側とを開閉弁を介して連結する冷熱冷媒送り配管と、
前記複数の蒸発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冷熱冷媒戻り配管と、を有する冷却装置であって、
前記複数の蒸発器の一部が冷媒を蒸発する専用蒸発器とし、その他の蒸発器が冷媒を蒸発または凝縮する兼用蒸発器とし、
前記二段圧縮機の一段目圧縮部の出側と二段圧縮部の入側とを開閉弁を介して連結する一段目熱交換器バイパス配管と、
前記二段圧縮機の二段目圧縮部の出側と前記兼用蒸発器の入側とを開閉弁および逆止弁を介して連結する温熱冷媒送り配管と、
前記兼用蒸発器の冷熱冷媒戻り配管から分岐して、前記兼用蒸発器の出側と前記二段目熱交換器の入側とを逆止弁を介して連結する温熱冷媒戻り配管と、
前記兼用蒸発器の冷熱冷媒戻り配管の前記分岐位置より前記二段圧縮機の一段目圧縮部寄りに設置された開閉弁とを有することを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
前記二段目圧縮冷媒配管を通過する冷媒と前記冷熱冷媒戻り配管を通過する冷媒との間で熱交換する、第一熱回収手段を有することを特徴とする請求項２記載の冷却装置。
【請求項４】
前記温熱冷媒戻り配管を通過する冷媒と前記冷熱冷媒戻り配管を通過する冷媒との間で熱交換する第二熱回収手段を有することを特徴とする請求項２または３記載の冷却装置。
【請求項５】
前記冷媒が二酸化炭素（ＣＯ2）であることを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の冷却装置。
【請求項６】
断熱材によって囲まれ一面に開口部を具備する筐体と、該筐体を複数の商品収納庫に分割する仕切板と、前記商品収納庫のそれぞれに対応する商品搬出口を具備し、前記開口部を開閉する断熱扉と、前記商品収納庫のそれぞれに配置され、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収納庫内の空気を冷却または加熱する収納庫内熱交換手段と、該収納庫内熱交換手段を通過する空気の流れを形成する送風手段と、前記冷却手段によって冷却された空気を前記商品ラックの内部を経由して前記送風手段に循環させるための循環ダクトとを有する自動販売機であって、
前記収納庫内熱交換手段が、請求項１乃至５の何れかに記載の冷却装置における蒸発器であることを特徴とする自動販売機。
【請求項７】
前記商品収納庫の外部に収納庫外熱交換手段が設置され、該収納庫外熱交換手段が、請求項２乃至５の何れかに記載の冷却装置における専用蒸発器であ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、蒸発器は各商品収納庫内に設置され、これに収納された商品を冷却している。なお、商品収納庫は、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、当該商品収納庫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、各商品収納庫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）の温熱を利用して各商品収納庫内を加熱する「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）冷媒を採用することにより、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、該発明を自動販売機の商品収納庫における「加熱室」にしようとすると、商品温度を約５５℃に保持する必要があり、商品をかかる高温に保持するためには約６０℃の空気温度が必要となる。このため該発明によるヒートポンプ運転によって加熱すると、以下の問題があった。
【０００６】
（あ）冷媒を高温とするために圧力を高くしなくてはならないので、運転効率が低下し、消費電力量が増加する。
（い）外気温度が低いと圧縮機の吸入温度が低下し、吐出温度も低くなるため、熱量が不足する。
（う）また、二段圧縮機および中間熱交換器を有する場合、二段圧縮後に冷媒が保有している温熱が中間熱交換器において放散されるため、加熱室において有効利用される量が減少する。
【０００７】
そこで、本発明は、前記問題を解決するためになされたものであって、ヒートポンプ運転において二段圧縮機の低圧縮比化を可能にし、圧縮機効率の向上、消費電力の低減を図ることが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】
【０００８】
（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複数の蒸発器と、を有するものであって、
冷媒を前記一段目圧縮部の出側から前記二段目圧縮部の入側に直接供給自在にしたことを特徴とする。
【０００９】
（２）本発明に係る冷却装置（請求項２）は、冷媒を所定圧力にまで圧縮する二段圧縮機の一段目圧縮部と、
該一段目圧縮部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と、
該一段目熱交換器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の二段目圧縮部と、
該二段目圧縮部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と、
該二段目熱交換器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と、
該膨張機構において膨張された冷媒または前記二段目圧縮部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と、
前記二段圧縮機の一段目圧縮部の出側と前記一段目熱交換器の入側とを開閉弁を介して連結する一段目圧縮冷媒配管と、
前記一段目熱交換器の出側と前記二段圧縮機の二段目圧縮部の入側とを連結する一段目冷却冷媒配管と、
前記二段圧縮機の二段目圧縮部の出側と前記二段目熱交換器の入側とを開閉弁を介して連結する二段目圧縮冷媒配管と
前記二段目熱交換器の出側と前記膨張機構の入側とを連結する二段目冷却冷媒配管と、
前記膨張機構の出側と前記複数の蒸発器の入側とを開閉弁を介して連結する冷熱冷媒送り配管と、
前記複数の蒸発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冷熱冷媒戻り配管と、を有するものであって、
前記複数の蒸発器の一部が冷媒を蒸発する専用蒸発器とし、その他の蒸発器が冷媒を蒸発または凝縮する兼用蒸発器とし、
前記二段圧縮機の一段目圧縮部の出側と二段目圧縮部の入側とを開閉弁を介して連結する一段目熱交換器バイパス配管と、
前記二段圧縮機の二段目圧縮部の出側と前記兼用蒸発器の入側とを開閉弁および逆止弁を介して連結する温熱冷媒送り配管と、
前記兼用蒸発器の冷熱冷媒戻り配管から分岐して、前記兼用蒸発器の出側と前記二段目熱交換器の入側とを逆止弁を介して連結する温熱冷媒戻り配管と、
前記兼用蒸発器の冷熱冷媒戻り配管の前記分岐位置より前記二段圧縮機の一段目圧縮部寄りに設置された開閉弁とを有することを特徴とする。
【００１０】
（３）本発明に係る冷却装置（請求項３）は、前記二段目圧縮冷媒配管を通過する冷媒と前記冷熱冷媒戻り配管を通過する冷媒との間で熱交換する、第一熱回収手段を有することを特徴とする。
【００１１】
（４）本発明に係る冷却装置（請求項４）は、前記温熱冷媒戻り配管を通過する冷媒と前記冷熱冷媒戻り配管を通過する冷媒との間で熱交換する第二熱回収手段を有することを特徴とする。
【００１２】
（５）本発明に係る冷却装置（請求項５）は、前記冷媒が二酸化炭素（ＣＯ2）であるため、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。
【００１３】
（６）また、本発明に係る自動販売機（請求項６）は、断熱材によって囲まれ一面に開口部を具備する筐体と、該筐体を複数の商品収納庫に分割する仕切板と、前記商品収納庫のそれぞれに対応する商品搬出口を具備し、前記開口部を開閉する断熱扉と、前記商品収納庫のそれぞれに配置され、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収納庫内の空気を冷却または加熱する収納庫内熱交換手段と、該収納庫内熱交換手段を通過する空気の流れを形成する送風手段と、前記冷却手段によって冷却された空気を前記商品ラックの内部を経由して前記送風手段に循環させるための循環ダクトとを有するものであって、
前記収納庫内熱交換手段が、前記（１）乃至（５）の何れかに記載の冷却装置における蒸発器であることを特徴とする。
【００１４】
（７）本発明に係る自動販売機（請求項７）は、前記商品収納庫の外部に収納庫外熱交換手段が設置され、該収納庫外熱交換手段が、前記（２）乃至（５）の何れかに記載の冷却装置における専用蒸発器であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
（ｉ）本発明の請求項１に係る冷却装置は、二段圧縮機において、冷媒を一段目圧縮部の出側から二段目圧縮部の入側に直接供給自在にしているから、一段目圧縮部と二段目圧縮部との間で冷媒の温熱が放散されることがなく、ヒートポンプ運転における熱効率が向上する。
【００１６】
（ｉｉ）本発明の請求項２に係る冷却装置は、一段目熱交換器バイパス配管を有するため、一段目熱交換器（中間熱交換器に相当する）において温熱が放散されることなく、冷媒が温熱冷媒送り配管を経由して兼用蒸発器に供給されるから、兼用蒸発器において温熱が効果的に利用される。このため、冷媒の圧縮比を下げることが可能になり、圧縮機効率の向上、消費電力の低減を図ることができる。
【００１７】
（ｉｉｉ）本発明に係る冷却装置（請求項３）は、二段目圧縮冷媒配管を通過する冷媒が保有する温熱と冷熱冷媒戻り配管を通過する冷媒の保有する冷熱との間で熱交換が実行されるため、膨張前の冷媒の温度が低下し、一方、圧縮前の冷媒の温度が上昇するから、前記効果が促進される。
【００１８】
（ｉｖ）本発明に係る冷却装置（請求項４）は、温熱冷媒戻り配管を通過する冷媒が第二熱交換器（ガスクーラに相当する）に供給する前に、これが保有する温熱と冷熱冷媒戻り配管を通過する冷媒の保有する冷熱との間で熱交換が実行されるため、膨張前の冷媒の温度が低下し、一方、圧縮前の冷媒の温度が上昇するから、前記効果がさらに促進される。
【００１９】
（ｖ）本発明に係る冷却装置（請求項５）は、前記冷媒が二酸化炭素（ＣＯ2）であるため、ヒートポンプ運転による十分な加熱が可能になる。
【００２０】
（ｖｉ）また、本発明に係る自動販売機（請求項６）は、収納庫内熱交換手段が、前記冷却装置における蒸発器であるため、ヒートポンプ運転によって商品を適正温度に加熱することができると共に、消費電力の低減を図ることができる。
【００２１】
（ｖｉｉ）本発明に係る自動販売機（請求項７）は、いずれの商品収納庫においても昇進を冷却をしない運転モード（加熱のみのモード）を実施することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、実施形態１〜３に冷却装置の実施形態を、実施形態４に自動販売機の実施形態を、それぞれ図を参照して説明する。なお、蒸発器が４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。
【００２３】
［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、７ｄと、を有している。なお、蒸発器７ａ、７ｄ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。
【００２４】
（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、７ｄの入側とを、それぞれ開閉弁５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを介して連結する冷熱冷媒送り配管４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ（共通部分を「冷熱冷媒送り配管４７」と称す）と、蒸発器７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ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、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ（共通部分を「冷熱冷媒戻り配管７１」と称す）とが設けられている。
【００２５】
（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に逆止弁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（逆止弁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。
【００２６】
（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、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。
【００２７】
（内部熱交換器）
また、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、第一熱回収手段（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。
【００２８】
（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、７ｄ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。また、専用蒸発器である蒸発器７ｃは大気中に配置され、当該モードでは冷媒が供給されない。
【００２９】
（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に供給されることはない。よって、蒸発器７ｂ、７ｃにおいて、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。
【００３０】
空気に温熱を受け渡した冷媒は、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、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。
【００３１】
（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媒は、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。
【００３２】
（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、右側の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。
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、状態Ｄから状態Ｅに冷却かつ減圧される。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。
【００３３】
一方、従来のＣＨＨモードでは、一段目熱交換器バイパス配管１１が設置されていないため、二段圧縮機１の一段目圧縮部１ａにおいて圧縮された冷媒は中間熱交換器２に流れ込むから、中間熱交換器２において状態Ｂから状態Ｆにまで冷却される。そして、二段目圧縮部１ｂにおいて状態Ｇ（圧力Ｐ２）にまで圧縮される。なお、状態Ｃと状態Ｇとは同じ温度である。そして、本発明のＣＨＨモードと同様に、状態Ｈまで冷却され、さらに状態Ｅにまで、断熱膨張される。
したがって、二段目圧縮部１ｂにおける圧力は、本発明のＣＨＨモードではＰ１であるのに対し、従来のＣＨＨモードではＰ２であるから、前者は中間熱交換器２における放熱がない分、後者より（Ｐ２−Ｐ１）だけ圧力が低くなっている。
すなわち、本発明によれば、二段圧縮機１から吐出される冷媒の圧力を上昇することなく、高い吐出温度が得られることになり、また、所定の吐出温度を保証するためには、二段圧縮機１の吐出圧力を低くすることが可能になる。よって、蒸発器７ｂ、７ｃに流入する冷媒の温度の高温化が図られ、消費電力の低減が促進される。
【００３４】
（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。また、専用蒸発器である蒸発器７ｄは冷却室の外に配置され、冷熱冷媒が供給される。すなわち、開閉弁５ａが閉じられて冷熱冷媒送り配管４７ａへの冷媒流入が阻止され、一方、開閉弁５ｄが開けられて冷熱冷媒送り配管４７ｄに冷媒が流入している点が、前記ＣＨＨ運転モードと相違している。
このとき、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。
【００３５】
（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。
【００３６】
（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、一段目熱交換器バイパス配管１１の開閉弁１１ｖが閉じ、一段目圧縮冷媒配管１２の開閉弁１２ｖが開いているから、バイパス回路は閉塞状態にある。
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、開閉弁９ｂ、９ｃは閉じているから、温熱冷媒送り配管１７は閉塞状態にある。
【００３７】
さらに、ガスクーラ３において冷却された冷媒は電子膨張弁４に供給され、断熱膨張した後、蒸発器７ａ、７ｂ、７ｃに供給される。このとき、開閉弁５ｄは閉じているから、冷媒が冷熱冷媒送り配管４７ｄに流れ込むことがない。
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、開閉弁８ｂ、８ｃは開き、逆止弁１０ｂ、１０ｃは閉じている。
よって、冷却装置１０００では、開閉弁を操作するだけで、全蒸発器７ａ、７ｂ、７ｃに冷熱冷媒を供給することが可能である。
【００３８】
［実施形態２］
（構成）
図５は本発明の実施形態２に係る冷却装置を説明するものであって、（ａ）は構成図、（ｂ）はＣＨＨモードの運転状況を示す説明図である。
図５の（ａ）において、冷却装置２０００は、実施形態１に説明した冷却装置１０００に、温熱冷媒戻り配管７３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、第二熱回収手段２００を設けたものである。すなわち、第二熱回収手段２００において、温熱冷媒戻り配管７３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。
【００３９】
（ＣＨＨモード）
図５の（ｂ）において、蒸発器７ｂ、７ｃから流出した冷媒が保有する温熱は、蒸発器７ａから流出した冷媒（冷熱を保有している）に受け渡された後、ガスクーラ３において大気に放散される。このとき、受け渡された温熱分だけ、内部熱交換器１００に供給される冷媒の温度は低下し、一方、二段圧縮機１の一段目圧縮部１ａに戻る冷媒の温度は上昇するから、二段圧縮機１の効率が向上している。
なお、蒸発器７ｂ、７ｃから流出した冷媒（温熱を保有している）は、ガスクーラ３において放熱する前であるから比較的高い温度状態にあり、一方、蒸発器７ａから流出した冷媒（冷熱を保有している）は、内部熱交換器１００を通過した後であるから比較的低い温度状態にある。したがって、第二熱回収手段２００では、内部熱交換器１００よりも大きな温度差がある状態で熱交換が実行されるため、熱交換効率が向上している。
【００４０】
［実施形態３］
（構成）
図６は本発明の実施形態３に係る冷却装置を説明するものであって、（ａ）は構成図、（ｂ）はＣＨＨモードの運転状況を示す説明図である。
図６の（ａ）において、冷却装置３０００は、実施形態１に説明した冷却装置１０００に、温熱冷媒戻り配管７３のガスクーラ３の直前に開閉弁７３ｖを設け、温熱冷媒戻り配管７３の開閉弁７３ｖよりも蒸発器７ｂ、７ｃ寄りの位置と、二段目圧縮冷媒配管３４の内部熱交換器１００よりもガスクーラ３寄りの位置とを連結する二段目熱交換器バイパス配管３００を設置している。なお、二段目熱交換器バイパス配管３００には開閉弁３００ｖが設置されている。
【００４１】
（ＣＨＨモード）
図６の（ｂ）において、開閉弁７３ｖを閉じて開閉弁３００ｖを開くことによって、蒸発器７ｂ、７ｃから流出した冷媒は、内部熱交換器１００に直接供給されるから、該冷媒が保有している温熱がガスクーラ３において大気に放散されることがない。そして、蒸発器７ｂ、７ｃから流出した冷媒（温熱を保有している）は、ガスクーラ３において放熱する前であるから比較的高い温度状態にあって、蒸発器７ａから流出した冷媒（冷熱を保有している）との間で、比較的良好な熱交換効率で熱交換が実行される。
【００４２】
したがって、電子膨張弁４に供給される冷媒は冷やされ、二段圧縮機１の一段目圧縮部１ａに供給される冷媒は温められるから、電子膨張弁４および二段圧縮機１の効率が向上している。特に、外気温度が高い場合であっても、ガスクーラ３における放熱量が増加しないため、二段圧縮機１の負担を増すことなく高い吐出温度が得られる。
なお、以上は、開閉弁７３ｖを閉じているが、開閉弁７３ｖと開閉弁３００ｖとを何れも開いて、蒸発器７ｂ、７ｃから流出した冷媒の一部をガスクーラ３に供給し、その残りを内部熱交換器１００に直接供給するようにしても、前記に準じた効果が得られるものである。
【００４３】
［実施形態４］
（自動販売機）
図７および図８は本発明の実施形態４に係る自動販売機を説明するものであって、図７は側面視の断面図、図８は正面視の断面図である。
図７および図８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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。すなわち、二段圧縮機１と、一段圧縮した後の冷媒を冷却するための中間熱交換器２と、冷媒の熱エネルギを放熱するためのガスクーラ３と、中間熱交換器２およびガスクーラ３の熱交換を促進するための庫外フアン５００と、高圧高温冷媒と低圧低温冷媒の熱交換を行う内部熱交換器１００と、冷媒を膨張させ、低圧低温の冷媒にする膨張機構４と、商品室４０２Ａ、４０２Ｂ、４０２Ｃ内に設置された蒸発器７ａ、７ｂ、７ｃ（図７において「７」とまとめて示している）と、商品収納庫４０１の外に設置した庫外排熱用熱交換器７ｄ（図示しない）と、を有している。
また、蒸発器７ａ、７ｂ、７ｃへの冷媒の供給を制御する開閉弁５ａ、５ｂ、５ｃと、庫外排熱用熱交換器７ｄへの冷媒の流れを制御する庫外排熱用開閉弁５ｄとが設置されている。なお、かかる部材を連結する配管および開閉弁は、図１に示す冷却装置１０００に同じであるから説明を省略する。
【００４６】
すなわち、自販機４０００は冷却装置１０００を装備するから、商品室４０２Ａを冷却専用室または冷媒の供給無し室として、商品室４０２Ｂ、４０２Ｃを加熱冷却兼用室とすることが可能であり、しかも、ヒートポンプ運転において、二段圧縮機１から吐出される冷媒の圧力を上昇することなく、高い吐出温度を得ることができ、蒸発器７ｂ、７ｃに流入する冷媒の温度の高温化が図られる。よって、商品４０７を所定温度に維持することが容易であると共に、消費電力を低減することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によれば、ヒートポンプ運転において、二段圧縮機から吐出される冷媒の圧力を上昇することなく高い吐出温度を得ることができるため、消費電力の低減により運転コストの低減が図られるから、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】
【００４８】
【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示す説明図。
【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】本発明の実施形態２に係る冷却装置を説明する構成図と運転状況の説明図。
【図６】本発明の実施形態３に係る冷却装置を説明する構成図と運転状況の説明図。
【図７】本発明の実施形態４に係る自動販売機を説明する側面視の断面図。
【図８】本発明の実施形態４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】
【００４９】
１ 二段圧縮機
１ａ 一段目圧縮部
１ｂ 二段目圧縮部
２ 一段目熱交換器（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）
５ 開閉弁
６ 逆止弁
７ 蒸発器
８ 逆止弁
９ 開閉弁
１０ 逆止弁
１１ 一段目熱交換器バイパス配管
１２ 一段目圧縮冷媒配管
１３ 二段目圧縮冷媒配管
１７ 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
４７ 冷熱冷媒送り配管
７１ 冷熱冷媒戻り配管
７３ 温熱冷媒戻り配管
１００ 第一熱回収手段（内部熱交換器）
２００ 第二熱回収手段
３００ 二段目熱交換器バイパス配管
４００ キャビネット
４０１ 商品収納庫
４０２ 商品室
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 庫外フアン
１０００ 冷却装置
２０００ 冷却装置
３０００ 冷却装置
４０００ 自販機
【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】
2007108915.tif 000008
【図７】
2007108915.tif 000009
【図８】
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