(57)【要約】【課題】熱交換器の耐圧性及び伝熱性能を向上させて、特に、二酸化炭素を冷媒として使用する冷凍サイクル装置に適した熱交換器を提供することを目的とする。【解決手段】蒸発器１６（熱交換器）は、一対の板材を備え、少なくとも一方の板材としての外板７６は、周辺部全周が内側タンク７０の底面７０Ｂを構成する他方の板材に固着されて両板材７６、７０Ｂ間に密閉された冷媒通路空間７７が構成されると共に、外板７６の周辺部以外の部分には、所定間隔をおいて複数箇所底面７０Ｂに固着された内側固着部７８が形成され、冷媒通路空間７７に連通して複数の冷媒入口管１６Ａ及び冷媒出口管１６Ｂが取り付けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の板材を備え、少なくとも一方の前記板材は、周辺部全周が他方の前記板材に固着されて両板材間に密閉された冷媒通路空間が構成されると共に、前記一方の板材の前記周辺部以外の部分には、所定間隔をおいて複数箇所前記他方の板材に固着された内側固着部が形成され、前記冷媒通路空間に連通して複数の冷媒入口管及び冷媒出口管が取り付けられていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記内側固着部は、所定間隔をおいて碁盤目状、若しくは、千鳥状に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記冷媒入口管は、前記冷媒通路空間の中心部において当該冷媒通路空間に連通すると共に、前記冷媒出口管は、前記冷媒通路空間の周辺部において当該冷媒通路空間に連通することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
圧縮機、放熱器、減圧装置及び蒸発器を備えて冷媒回路が構成され、前記蒸発器として請求項１乃至請求項３の何れかに記載の熱交換器を用いると共に、冷媒として二酸化炭素が封入され、高圧側が超臨界圧力となることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記他方の板材の前記一方の板材とは反対側の面は、所定の被冷却空間の壁面を構成すると共に、前記一方の板材の前記他方の板材とは反対側の面は、所定の断熱構造が施されていることを特徴とする請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に関し、特に、圧縮機、放熱器、減圧装置及び蒸発器を備えて冷媒回路が構成され、冷媒として二酸化炭素が封入された冷凍サイクル装置に使用される熱交換器及びそれを用いた冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧縮機、放熱器、減圧装置及び蒸発器を備えて冷媒回路が構成された冷凍サイクル装置では、フロン系の冷媒が広く使用されていたが、近年、オゾン層破壊防止や地球温暖化防止などの地球環境問題からこの種の冷媒が使用できなくなり、これに代えて二酸化炭素を冷媒として使用する試みがなされている。
【０００３】
当該二酸化炭素冷媒を使用した冷凍サイクル装置では、冷媒回路内の圧力が従来のフロン系冷媒に比べて著しく高くなるため、当該冷媒回路を構成する各機器（圧縮機、放熱器、減圧装置及び蒸発器等）も、係る高圧に耐えうるものを使用する必要がある。一方、二酸化炭素冷媒は、冷媒回路の理論上の成績係数が、従来のフロン系冷媒に比べて著しく低いため、伝熱能力の高い熱交換器が望まれる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−３７０５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、係る二酸化炭素冷媒の高圧に耐えるためには、熱交換器を構成する各部材の厚みを増大する必要があるが、これにより熱伝導損失が大きくなる問題が生じていた。特に、当該熱交換器を冷却容器の内部に貯蔵された被冷却物を当該冷却容器の外部から冷却する蒸発器とした場合、その構造上、二酸化炭素冷媒の高圧に耐えて、且つ、高い伝熱性能を確保することが困難であった。即ち、二酸化炭素冷媒の高圧に耐えるように蒸発器の構成部材を肉厚とすることで、熱伝導損失が更に大きくなるので、その結果、従来の冷媒を使用した蒸発器と比べて、伝熱性能が著しく低下する問題が生じていた。
【０００５】
また、高い耐圧強度を確保するための別の方法として、形状面で強度的に優れる円管を蒸発器の冷媒通路として使用することも考えられるが、円管と被冷却物を貯蔵する冷却容器との接触する部分において、接触熱抵抗が増大するため、係る伝熱性能の著しい低下を避けることはできなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、熱交換器の耐圧性及び伝熱性能を向上させて、特に、二酸化炭素を冷媒として使用する冷凍サイクル装置に適した熱交換器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】
本発明の熱交換器は、一対の板材を備え、少なくとも一方の板材は、周辺部全周が他方の板材に固着されて両板材間に密閉された冷媒通路空間が構成されると共に、一方の板材の周辺部以外の部分には、所定間隔をおいて複数箇所前記他方の板材に固着された内側固着部が形成され、冷媒通路空間に連通して複数の冷媒入口管及び冷媒出口管が取り付けられていることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の発明の熱交換器は、上記発明において内側固着部は、所定間隔をおいて碁盤目状、若しくは、千鳥状に配列されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明の熱交換器は、上記各発明において冷媒入口管は、冷媒通路空間の中心部において当該冷媒通路空間に連通すると共に、冷媒出口管は、冷媒通路空間の周辺部において当該冷媒通路空間に連通することを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機、放熱器、減圧装置及び蒸発器を備えて冷媒回路が構成され、蒸発器として請求項１乃至請求項３の何れかに記載の熱交換器を用いると共に、冷媒として二酸化炭素が封入され、高圧側が超臨界圧力となることを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明の冷凍サイクル装置は、請求項４に記載の発明において他方の板材の一方の板材とは反対側の面は、所定の被冷却空間の壁面を構成すると共に、一方の板材の他方の板材とは反対側の面は、所定の断熱構造が施されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、一対の板材を備え、少なくとも一方の板材は、周辺部全周が他方の板材に固着されて両板材間に密閉された冷媒通路空間が構成されると共に、一方の板材の周辺部以外の部分には、所定間隔をおいて複数箇所他方の板材に固着された内側固着部が形成されているので、例えば、一方の板材の周辺部全周を他方の板材に固着した後、両板材間に圧力を印加することにより、両板材間に冷媒通路空間を膨出形成することで、当該熱交換器の耐圧強度を確保しながら、冷媒の伝熱性能を向上させることができる。
【００１３】
また、冷媒通路空間に連通して複数の冷媒入口管及び冷媒出口管が取り付けられているので、当該熱交換器の冷媒入口管及び冷媒出口管接合部の耐圧強度を確保しつつ、熱交換器の入口及び出口における冷媒の圧力損失を低減することができる。
【００１４】
更に、内側固着部を、所定間隔をおいて碁盤目状、若しくは、千鳥状に配列すれば、一方の板材及び他方の板材の板厚を増大させることなく、熱交換器の耐圧強度を向上させることができる。
【００１５】
更にまた、本発明によれば冷媒入口管は、冷媒通路空間の中心部において当該冷媒通路空間に連通すると共に、冷媒出口管は、冷媒通路空間の周辺部において当該冷媒通路空間に連通するので、中心部から冷媒通路空間内に流入した冷媒は、周辺部に広がるように流れるため、冷媒の分流性が良好となり、当該熱交換器における冷媒の停滞を防止、若しくは極力解消することができるようになる。
【００１６】
本発明の熱交換器は耐圧強度が優れているので、二酸化炭素を冷媒として封入した冷凍サイクル装置の蒸発器として使用することができる。これにより、二酸化炭素冷媒を用いた冷凍サイクル装置の性能を向上させることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に基づき本発明の熱交換器、及び、当該熱交換器を備えた冷凍サイクル装置の実施形態を詳述する。
【実施例１】
【００１８】
本実施例の冷凍サイクル装置は、搾乳直後の牛乳を出荷するまでの間、冷却して保冷するための装置に適用した一例であり、図１は、本発明を適用した一実施例の冷凍サイクル装置の概略構成図である。本実施例の冷凍サイクル装置１は、圧縮機１０、放熱器１１、減圧装置としての膨張弁１４及び蒸発器１６を順次環状に配管接続して閉回路を成すように冷媒回路２が構成されている。即ち、圧縮機１０の吐出側に接続された高圧冷媒配管４０は放熱器１１の入口に接続されている。当該放熱器１１は、冷媒と熱媒体とを熱交換させて、熱媒体に冷媒の熱を放出するための熱交換器である。本実施例では、熱媒体を空気とし、ファン１１Ｆにて送風される空気と冷媒とを熱交換させるものする。
【００１９】
そして、放熱器１１の出口に接続された冷媒配管４１は膨張弁１４の入口に接続されている。膨張弁１４は、放熱器１１にて放熱した冷媒を減圧するための減圧装置であり、当該膨張弁１４の出口に接続された冷媒配管４２は、蒸発器１６の入口に接続されている。そして、蒸発器１６の出口には吸入管４５の一端が接続され、吸入管４５の他端は圧縮機１０の低圧側（吸入部）に接続されている。また、蒸発器１６と圧縮機１０の低圧側とを連結する当該吸入管４５には、圧縮機１０に液冷媒が吸い込まれて損傷する不都合等から圧縮機を保護するためのアキュムレータ１７が介設されている。更に、吸入管４５の蒸発器１６とアキュムレータ１７の間には、冷媒回路２の高圧側から蒸発器１６に冷媒が逆流する不都合を防止するため、圧縮機１０側（アキュムレータ１７側）を順方向とする逆止弁１８が設けられている。
【００２０】
また、前記高圧冷媒配管４０上には、圧縮機１０から吐出される高温高圧の冷媒温度を検出するための吐出温度センサＴ１が設置され、前記蒸発器１６、若しくは、冷媒配管４２上には、蒸発器１６における冷媒の蒸発温度を検出するための蒸発温度センサＴ６が設置されている。更に、吸入管４５上には、蒸発器１６から圧縮機１０に入る冷媒の温度を検出するための吸入冷媒温度センサＴ７が設置されている。
【００２１】
そして、上述した冷媒回路２には、冷媒として自然冷媒である二酸化炭素が封入されている。当該冷媒回路２の高圧側の圧力は臨界圧力を超えて上昇するため、当該冷媒サイクルは、遷臨界サイクルとなる。また、圧縮機１０の潤滑油としては、例えば、鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）、ＰＯＥ（ポリオールエーテル）等が使用される。
【００２２】
一方、前記蒸発器１６は、冷却容器７の内側タンク７０内に貯蔵された被冷却物（本実施例では牛乳）を冷却するための熱交換器であり、この冷却容器７に一体形成されている。ここで、本実施例の冷却容器７について図２乃至図４を用いて詳述する。図２は冷却容器７の概略構造を示した断面図、図３は当該冷却容器７に一体形成された蒸発器１６の概略構造を示した断面図、図４は蒸発器１６の概略構成図をそれぞれ示している。当該冷却容器７は、当該冷却容器７の外郭を構成する外装タンク７２の内側に、内部に被冷却物（牛乳）を貯蔵するための所定の被冷却空間を有する内側タンク７０を備える。また、内側タンク７０の下面（本実施例では底面７０Ｂ）には熱伝導性の高い板材から成る外板（一方の板材）７６が設けられ、当該外板７６の周辺部全周が内側タンク７０の底面７０Ｂを構成する他方の板材に固着され、両板材間（内側タンク７０の底面７０Ｂと外板７６間）に密閉された冷媒通路空間７７が構成されており、これを蒸発器１６の冷媒流路としている（図３）。
【００２３】
この場合、他方の板材（底面）７０Ｂの外板（一方の板材）７６とは反対側の面は、前記被冷却物（牛乳）を貯蔵する所定の被冷却空間の壁面を構成すると共に、外板７６の他方の板材である底面７０Ｂとは反対側の面には、所定の断熱構造が施されている。即ち、本実施例では冷却容器７は、外板７６の底面７０Ｂとは反対側の面を含む内側タンク７０と外装タンク７２の間に、例えば、ウレタンなどの発泡性素材から成る断熱材７４が充填されている。当該断熱材７４は、内側タンク７０に外板７６を固着し、更にその外側に外装タンク７２を組み立てた後に、内側タンク７０と外装タンク７２の間に注入される。
【００２４】
また、外板７６の周辺部以外の部分には、所定間隔をおいて複数箇所前記内側タンク７０の底面７０Ｂに固着された内側固着部７８が形成されている（図３及び図４）。具体的には、外板７６の周辺部全周が内側タンク７０の底面にシーム溶接により固着され、当該周辺部以外の部分は所定間隔をおいて碁盤目配列状、若しくは、千鳥配列状にスポット溶接により固着されている（スポット溶接により固着された箇所が内側固着部７８である）。
【００２５】
ここで、前記蒸発器１６の冷媒流路（冷媒通路空間７７）は、加圧加工により成形されている。具体的には、外板７６の周辺部全周及び前記内側固着部７８を前述の如く内側タンク７０の底部に固着した後、内側タンク７０と外板７６との間に圧力を印加することにより、内側タンク７０と外板７６間に冷媒通路空間７７を膨張形成している。そのため、外板７６の前記内側固着部７８以外の部分が断面略弓形に外側（図２及び図３では下側）に膨らんで、この膨らみが碁盤目配列状、若しくは、千鳥配列状に多数連なった形状となる。
【００２６】
内側タンク７０の外板７６が固着される底面７０Ｂは、蒸発器１６の冷媒流路（冷媒通路空間７７）を流れる冷媒と当該内側タンク７０内に貯蔵される被冷却物（牛乳）との熱交換が行われ易いように前記外板７６と同様に熱伝導性の高い材質にて構成されている。また、その他の内側タンク７０、外板７６及び外装タンク７２の材質は、腐食性や耐久性等を考慮して選択することが望ましい。例えば、内側タンク７０、外板７６及び外装タンク７２の材質としてステンレス鋼を用いることができる。
【００２７】
また、上記冷却容器７の形状は、円柱状、横置き楕円柱状、直方体等の種々の形状が考えられるが、本実施例では横置き楕円柱状とする。また、本実施例では、被冷却物（牛乳）を効率的に冷却できるように、外板７６を内側タンク７０の底面７０Ｂに配して蒸発器１６の冷媒流路（冷媒通路空間７７）を形成するものとしたが、必要に応じて、更に、内側タンク７０の側面に形成しても構わない。尚、図２には、図の簡略化のため表されていないが、冷却容器７には、被冷却物（牛乳）を投入するための投入口７Ａと、被冷却物（牛乳）を取り出すための取出口７Ｂが設けられている（図１）。
【００２８】
そして、内側タンク７０の底面７０Ｂと外板７６との間に形成された前記冷媒通路空間７７（蒸発器１６の冷媒流路）には、当該冷媒通路空間７７に連通して複数の冷媒入口管１６Ａ及び冷媒出口管１６Ｂが取り付けられている。冷媒入口管１６Ａは、蒸発器１６（冷媒通路空間７７）に冷媒を流入させるためのものであり、一端が当該冷媒通路空間７７に接続されている。当該冷媒入口管１６Ａの他端は、冷媒配管４２からの冷媒が冷媒通路空間７７に分岐して流入するように当該冷媒配管４２に接続されている。また、冷媒出口管１６Ｂは、蒸発器１６（冷媒通路空間７７）から冷媒を流出させるためのものであり、一端が前記冷媒通路空間７７に接続されている。そして、当該冷媒出口管１６Ｂの他端は、冷媒出口管１６Ｂからの冷媒が合流するように吸入管４５に接続されている。
【００２９】
本実施例の冷却容器７において、内側タンク７０の板厚は２ｍｍ、外板７６の板厚は１ｍｍである。また、スポット溶接部（内側固着部７８）の直径は６ｍｍであり、スポットピッチ（ある内側固着部７８の中心部から当該内側固着部７８に隣接する内側固着部７８の中心部までの間隔）は二酸化炭素冷媒の使用に耐えうるように２０ｍｍ以下にすることが望ましい。具体的なスポットピッチの決定方法については後述するが、本実施例では、スポットピッチを１８．５ｍｍとしている。冷媒入口管１６Ａ及び冷媒出口管１６Ｂの外径は、管接合部の強度低下を防止するため、スポットピッチの１／２以下が望ましく、本実施例では、外径φ６．３５ｍｍ（１／４インチ）、板厚１．０ｍｍである。
【００３０】
また、本実施例において、前記冷媒通路空間７７は、図４に示すようにシーム溶接によって中央で領域が２分割された２つの並列した冷媒流路により構成されている。即ち、前述の如く外板７６の周辺部全周を内側タンク７０の底面７０Ｂにシーム溶接にて固着することにより形成された冷媒通路空間７７を、独立した２つの領域（図４では上下２つの領域）に分割するように、当該外板７６の中央付近を内側タンク７０の底面７０Ｂにシーム溶接にて固着している。これにより、冷媒通路空間７７は、２つの並列した冷媒通路となり、各冷媒通路には冷媒配管４２からの冷媒が冷媒入口管１６Ａを介して各々分流されて入ることとなる。
【００３１】
尚、蒸発器１６の冷媒流路となる冷媒通路空間７７は、シーム溶接によって分割することより、自由に構成することが可能である。本実施例では、中央付近で領域を分割して冷媒通路空間を２つのパス（２つの冷媒通路）としたが、例えば、本実施例のように領域を分割せずに１つのパスとすることも可能であるし、また、別の方法としては、更に細かく領域を分割することにより３パス、４パス、若しくはそれ以上のパスとすることも可能である。更には、シーム溶接により冷媒通路を蛇行状や渦巻状とすることも可能である。
【００３２】
次に、上述した蒸発器１６の加工方法について詳述する。先ず、内側タンク７０の素材となる平板状の板材を所定の大きさにプレス切断し、同様に、外板７６の素材となる平板状の板材を所定の大きさにプレス切断する。
【００３３】
次に、内側タンクの板材の底面７０Ｂとなる位置に、予め、冷媒入口管１６Ａを接続するための冷媒入口及び冷媒出口管１６Ｂを接続するための冷媒出口となる複数の穴が加工された外板７６を重ね合わせて、当該外板７６を前述の如くスポット溶接により所定の間隔で碁盤目配列状、若しくは、千鳥配列状に固着する。これにより、外板７６には、所定間隔において複数箇所内側タンク７０の底部となる板材に固着された内側固着部７８が形成される。その後、外板７６の周辺部全周をシーム溶接により前記内側タンク７０の底部となる板材に固着し、必要に応じて所定の冷媒通路を形成するように、更にシーム溶接により固着する。本実施例では、前述の如く、外板７６の中央付近を内側タンク７０の底面７０Ｂとなる板材にシーム溶接により固着して２つの並列した冷媒通路を形成している。
【００３４】
次に、上記外板７６が取り付けられた内側タンク７０の板材をロール加工、若しくは、プレス加工により内側タンク７０を形成するための所定の形状とする。本実施例では、前述の如く横置き型の楕円柱状であるので、ロール加工により平板ロール曲げ加工を行う。その後、所定形状に加工されたその他の部材と溶接により接合し、内側タンク７０を形成する。
【００３５】
上述のように所定のタンク形状に加工された内側タンク７０に取り付けられた外板７６に予め設けられた前記複数の冷媒入口用の穴及び冷媒出口用の穴にそれぞれ冷媒入口管１６Ａ及び冷媒出口管１６Ｂの一端を溶接により接合し、これらの冷媒入口管１６Ａ及び冷媒出口管１６Ｂの接合部に最も近い内側固着部７８Ｐを外板７６側から再度溶接して、補強する。
【００３６】
尚、冷媒入口管１６Ａ、若しくは、冷媒出口管１６Ｂは、碁盤目配列状、若しくは、千鳥配列状に所定の間隔でスポット溶接されたスポット溶接間の略中央に接合されるため、上述の補強を行う内側固着部７８Ｐは、各冷媒入口管１６Ａ及び冷媒出口管１６Ｂに対して、４箇所ずつ存在することとなる（図４）。
【００３７】
その後、冷媒入口管１６Ａ、若しくは、冷媒出口管１６Ｂから加圧用流体を注入し、内側タンク７０と外板７６との間に形成された空間に圧力を印加する。これにより、外板７６の内側固着部７８以外の部分が断面略弓形に外側に変形し、冷媒通路空間７７が形成される。ここで、蒸発器１６の冷媒通路が本実施例のように複数（本実施例では２パス）形成されている場合には、偏った変形を防止するため、全ての冷媒通路に同時に圧力を印加することが望ましい。
【００３８】
尚、本実施例では、内側タンク７０と外板７６との固着をスポット溶接及びシーム溶接により行うとして説明したが、固着の方法はこれに限定されるものではなく、例えば、レーザー溶接等、他の方法により固着することも可能である。
【００３９】
他方、当該冷却容器７の被冷却物（牛乳）を投入する投入口７Ａには図示しない投入配管が投入口弁を介して着脱可能に接続され、同様に、取出口７Ｂには取出弁を介して、牛乳を取り出すための取出配管が着脱可能に接続されている。そして、当該投入配管は冷却容器７の内側タンク７０内に被冷却物（牛乳）を投入する場合にのみ投入口７Ａに装着し、それ以外の場合には、投入口７Ａから取り外されて、当該投入口７Ａは密栓されているものとする。同様に、取出配管は冷却容器７の内側タンク７０内の被冷却物（牛乳）を取り出す場合にのみ取出口７Ｂに装着されて、それ以外の場合には、取出口７Ｂから取り外されて、当該取出口７Ｂは密栓されているものとする。
【００４０】
また、冷却容器７の内側タンク７０の外周面には、被冷却物（牛乳）の温度を検出するための被冷却物温度センサＴ５が取り付けられている。更に、冷却容器７には冷却時の伝熱を促進すると共に、内側タンク７０内に貯蔵された被冷却物（牛乳）の温度ムラを小さくして正確な温度測定を行うために、被冷却物（牛乳）を攪拌する図示しない攪拌機が設置されている。
【００４１】
以上の構成で、次に本実施例の冷凍サイクル装置１の動作を説明する。
【００４２】
（１）冷却運転時における動作
先ず、被冷却物である牛乳を冷却する冷却運転時における動作を説明する。図示しない搾乳機につながる搾乳パイプラインと冷却容器７の投入口７Ａとを図示しない投入配管により接続し、投入口弁を開き、搾乳直後の牛乳を冷却容器７に投入する。この時、前記取出弁は完全に閉じられ、取出口７Ｂも密栓された状態である。搾乳直後の牛乳の温度は、牛の体温と同程度かやや低く、具体的には３５℃から３８℃程度である。そこで、細菌の発生を防止し、牛乳の品質を維持する目的で冷媒回路２を運転して牛乳の冷却と保冷を行う。
【００４３】
搾乳開始後（牛乳投入開始後）、冷媒回路２の圧縮機１０を駆動すると同時に、図示しない前記攪拌機も駆動する。通常、冷却容器７内に所定量の牛乳が貯まってから圧縮機１０を駆動して冷却動作を開始するものとするが、凍結が起こらないように配慮し、且つ、攪拌機の空転防止を行うことにより、牛乳投入開始と同時、又は、牛乳投入前から冷却動作を開始させても構わない。
【００４４】
圧縮機１０が駆動されると、吸入管４５から圧縮機１０の低圧側（吸入部）に低温低圧の冷媒ガスが吸い込まれて圧縮される。これにより、高温高圧となった冷媒ガスが吐出側から高圧冷媒配管４０に入り、圧縮機１０の外部に吐出される。このとき、冷媒は適切な超臨界圧力まで圧縮されている。
【００４５】
圧縮機１０から吐出された高温高圧の冷媒は、高圧冷媒配管４０を経て放熱器１１に流入し、ここでファン１１Ｆによる通風により、当該空気に対して熱を放出して冷却され、低温となる。このとき、放熱器１１において、冷媒は超臨界圧力以上であるため、凝縮しないので、放熱器１１の入口から出口に向かって、冷媒の温度は空気への放熱に伴い、徐々に低下する。そして、放熱器１１の出口では、冷媒の状態は、通常超臨界圧力以上の液相となる。
【００４６】
そして、当該放熱器１１から出た低温高圧の冷媒は、冷媒配管４１を通過し、膨張弁５１４で減圧され、膨張して低圧となった後、冷媒配管４２を経て、各冷媒入口管１６Ａに分岐して流れ、蒸発器１６に至る。尚、当該蒸発器１６入口における冷媒の状態は、液冷媒と蒸気冷媒が混在する二相混合状態である。そして、当該蒸発器１６において、液相冷媒が被冷却物である牛乳から吸熱することにより、蒸発して蒸気冷媒となる。このとき、当該吸熱により牛乳が冷却される。
【００４７】
そして、蒸発器１６において蒸発した冷媒は、各冷媒出口管１６Ｂから当該蒸発器１６を出て、合流した後、吸入管４５に入り、逆止弁１８、アキュムレータ１７を経て低圧側から再び圧縮機１０に吸い込まれるサイクルを繰り返す。以上の連続したサイクルを繰り返すことにより、蒸発器１６における冷媒の吸熱により牛乳が冷却される。
【００４８】
前記搾乳が完了すると冷却容器７への牛乳の投入は終了するが、その後も牛乳が所定の温度に達するまで上述した冷却運転は続けられる。ここで、牛乳の温度は内側タンク７０の外周面に取り付けられた被冷却物温度センサＴ５によって検出される。冷却運転を終了する所定の温度とは牛乳内の細菌の発生を抑制し、品質を維持する観点から設定されており、具体的には約４℃である。
【００４９】
また、冷却運転中は冷媒回路２の吸入管４５上に設置された吸入冷媒温度センサＴ７にて検出される蒸発器１６から圧縮機１０に入る冷媒の温度と、蒸発器１６若しくは冷媒配管４２上に設置された蒸発温度センサＴ６にて検出される冷媒の蒸発温度との差、所謂、過熱度が所定の値になるように膨張弁１４の開度が調節される。即ち、過熱度が所定の値より大きい場合には、膨張弁１４の開度が拡大され、逆に、過熱度が所定の値より小さい場合には、膨張弁１４の開度が縮小される。
【００５０】
尚、冷却運転中の圧縮機１０の回転数は、一定であっても良いし、インバータ等により周波数を調節しても良い。本実施例では、内側タンク７０の外周面に取り付けられた被冷却物温度センサＴ５によって検出される牛乳の温度の時間的変化から要求される冷却能力を演算し、当該演算結果に応じた運転周波数となるように圧縮機１０の回転数が制御されている。これにより、冷却効率の向上を図ることができる。
【００５１】
ここで、上記制御について詳しく説明する。上述したように被冷却物である牛乳の品質維持の観点から、冷却容器７内にて牛乳を冷却する所定の温度が決められているが、同様の理由により、所定の温度まで冷却するために要する所要時間も決められている。当該牛乳を冷却する装置は、農家によって牛の飼育規模が異なるため、所定の温度までの冷却が所定時間内に完了するように夫々の飼育規模に合わせて選定されているが、同じ農場であっても日によって搾乳量に変動が生じるため、通常、牛乳品質管理を優先して充分大きな冷却能力を持つ冷凍サイクル装置が使用される。従って、当該装置において、冷却運転中における回転数を一定とした場合、実際の冷却運転時に冷却容量が過剰となり、必ずしも効率的な運転とは云えない。
【００５２】
そこで、本実施例では、上述のように内側タンク７０の外側に取り付けられた被冷却物温度センサＴ５によって検出される牛乳の時間的温度変化から冷却速度を算出し、予め設定された冷却所要時間で冷却運転が完了するように圧縮機１０の回転数を調節し、冷却能力を制御するものとする。即ち、冷却される牛乳の量が少なく、所定の所要時間より短時間で所定の温度までの冷却が完了すると演算された場合、圧縮機１０の回転数が下げられる制御が行われる。これにより、蒸発温度を上昇させ、効率を向上させることができる。これにより、所定の冷却能力を満たし、牛乳の品質を確保しつつ、冷却運転時のエネルギー消費を削減することができる。
【００５３】
尚、圧縮機１０の運転効率やインバータの変換効率等を考慮し、最も効率の高い周波数での運転を優先するものとしても構わない。この場合、牛乳の量が充分に少ない等の条件により、所定の冷却所要時間より短い時間で冷却運転が完了する場合もある。
【００５４】
以上のように、本実施例の冷凍サイクル装置１の冷却運転では、冷却容器７に投入される搾乳直後の牛乳を、その品質を維持するための所定の温度まで冷却することができる。
【００５５】
（２）保冷運転時における動作
上述した冷却運転により牛乳の温度が所定の値に達すると、圧縮機１０を停止し、膨張弁１４を全閉とし、且つ、図示しない攪拌機を停止して、冷却運転を終了し、冷却容器７に貯蔵された前記牛乳の保冷運転が行われる。この場合、冷却容器７は前述の如く断熱材７４により断熱されているが、長時間の貯蔵では外部からの熱侵入により牛乳の温度が上昇する。
【００５６】
そこで、保冷運転中は圧縮機１０等を停止した状態であっても牛乳温度センサＴ５により冷却容器７内部に貯留された牛乳温度の検出を継続し（以下、待機という）、牛乳温度が所定の値以上になったら前記冷却運転を再開して、牛乳を冷却するものとしている。そして、保冷運転中の冷却運転により牛乳が所定の温度まで冷却されたら、当該冷却運転を停止して、再び待機状態となる。保冷運転中の冷却運転を開始する所定の温度とは、具体的には約４．５℃で、冷却運転を停止する所定の温度とは約４℃である。
【００５７】
また、待機時に膨張弁１４を全閉とするのは、吸入管４５上の蒸発器１６とアキュームレータ１７との間に設けた逆止弁１８の作用と併せて、冷媒回路２の高圧側から蒸発器１６への冷媒の逆流を防止して、被冷却物である牛乳への熱の侵入を抑えるためである。尚、前記逆止弁１８に代えて吸入管４５上、又は、膨張弁１４に代えて冷媒配管４２上若しくは冷媒配管４１上に、遮断弁等を設けて、保冷運転における待機時に該遮断弁を閉じることによっても同様の効果を得ることができる。
【００５８】
ここで、保冷運転の待機時は一定の間隔をおいて間欠的に前記攪拌機を駆動するものとする。例えば、３０分間の間隔で、２分間の攪拌運転を行うものとする。このように攪拌機を間欠的に駆動するのは、長時間の保冷で牛乳の温度の違いによる密度差により冷却容器７内部に成層上の温度分布が発生し、正確な温度計測ができなくなってしまう不都合を防ぐためからである。
【００５９】
保冷運転中の冷媒回路２の動作については、前述の搾乳時の冷却運転と同様であるので、ここでは詳細な説明は省略する。但し、当該保冷運転時において、圧縮機１０は牛乳の量に関係なく、最も効率の良い回転数で運転するように制御されているものとする。
【００６０】
（３）一般的な農場での冷却運転と保冷運転の運転パターン
以上、搾乳時の牛乳の投入に伴う冷却運転と保冷運転について説明したが、次に、一般的な農場での冷却運転と保冷運転の運転パターンについて説明する。
【００６１】
一般的な農場では、１日に２回から３回程度の搾乳を行っており、２回目以降の搾乳では、冷却済みで保冷中の牛乳が貯留されている冷却容器７に、搾乳直後の牛乳が追加投入されることとなる。その結果、冷却容器７内部の牛乳温度が上昇するので、冷却運転を開始し、上述と同様に、所定温度に達すると冷却運転を停止して保冷運転を行う。
【００６２】
また、冷却容器７からの牛乳の取り出し（牛乳の集荷）は毎日行う場合と隔日に行う場合とがある。従って、初回搾乳時から牛乳の集荷までに、牛乳の投入による冷却運転と保冷運転を２回から６回繰り返して行うことになる。
【００６３】
（４）冷媒入口管１６Ａ及び冷媒出口管１６Ｂについて
次に、前述した冷媒入口管１６Ａ及び冷媒出口管１６Ｂの寸法とスポットピッチの関係、並びに、冷媒入口管１６Ａ及び冷媒出口管１６Ｂの本数と冷却容器７の容量との関係について、更に詳しく説明する。
【００６４】
本実施例の冷媒回路２では、冷媒として二酸化炭素を使用しているので、冷却運転中の蒸発器１６内部の冷媒圧力は、従来のフロン系冷媒に比べて高く、約３ＭＰａから５ＭＰａ程度となる。そのため、圧縮機１０の運転時には、安全性を考慮して少なくとも２０ＭＰａ程度を超える耐圧強度が必要であると考えられる。更に、圧縮機１０の停止時の圧力上昇を考慮すると、２５ＭＰａ程度、若しくは、更に高い耐圧強度を確保することが望ましい。
【００６５】
特に、蒸発器１６の前記冷媒入口管１６Ａ及び冷媒出口管１６Ｂの接合部は当該冷媒入口管１６Ａ及び冷媒出口管１６Ｂの外形寸法やスポットピッチにより耐圧強度が異なるため、上記二酸化炭素の使用に適した耐圧が確保できるような寸法やスポットピッチとする必要がある。
【００６６】
そこで、先ず、スポットピッチを種々変更した蒸発器を用いて、耐圧破壊試験を行った。図７は、当該耐圧破壊試験の結果の一例であり、横軸は各スポット溶接のスポットピッチ（ある内側固着部７８の中心部と当該内側固着部７８に隣接する内側固着部７８の中心部との間隔、即ち、スポット間距離）、縦軸は破壊圧力を示している。図７に示した試験結果から、破壊圧力は、スポットピッチに依存し、スポットピッチが２０ｍｍを超えると、２５ＭＰａ以上の耐圧強度を確保することが困難であることがわかった。従って、スポットピッチは２０ｍｍ以下とすることが好ましい。そこで、本実施例では前述のようにスポットピッチを１８．５ｍｍとする。
【００６７】
しかしながら、ここで、従来のように冷媒入口管１６Ａ及び冷媒出口管１６Ｂとして、冷媒配管４２、若しくは、吸入管４５の寸法（特に、外径）と同程度のものを使用すると、当該冷媒入口管１６Ａ及び冷媒出口管１６Ｂの接合部は、溶接時の熱により、耐圧強度が著しく低下することが判明した。そこで、冷媒入口管１６Ａ及び冷媒出口管１６Ｂの形状及び管の寸法を変更した条件で、耐圧破壊試験を行うことにより、冷媒入口管１６Ａ及び冷媒出口管１６Ｂの外径を、スポットピッチの１／２以下とすることで、当該管１６Ａ、１６Ｂの接合部の強度低下を防止できることが分かった。そこで、本実施例では前述のように冷媒入口管１６Ａ及び冷媒出口管１６Ｂとして、外径φ６．３５ｍｍ（１／４インチ）で、板厚１．０ｍｍの配管を用いることとする。
【００６８】
更に、冷媒配管４２、若しくは、吸入管４５の寸法より小径の冷媒入口管１６Ａ及び冷媒出口管１６Ｂを用いた場合であっても、従来のように１つの蒸発器の冷媒通路に対して、冷媒入口管１６Ａ及び冷媒出口管１６Ｂをそれぞれ１本ずつ接続した場合には、当該蒸発器１６の冷媒入口、及び、冷媒出口における冷媒の圧力損失が大きくなるため、冷凍サイクル装置１の効率の低下を招いていた。
【００６９】
そこで、冷媒入口管１６Ａ及び冷媒出口管１６Ｂの本数と冷却容器７の容量について検討した結果、冷媒入口管１６Ａ及び冷媒出口管１６Ｂは、少なくとも以下の数式（１）により求められる値以上の本数を確保することが望ましいという結果が得られた。
ＮＴ＝６．５×１０-3×Ｖ／Ｎ・・・数式（１）
上記数式（１）において、ＮＴは蒸発器１６の冷媒入口管１６Ａ及び冷媒出口管１６Ｂの各々の本数（本）、Ｖは冷却容器７の定格容量（Ｌ）、Ｎは集荷毎の搾乳回数（回）である。
【００７０】
本発明の蒸発器１６では、内側タンク７０のみを介して被冷却物（牛乳）と冷媒との熱交換が行われるため、冷媒の伝熱性能が向上し、被冷却物（牛乳）と冷媒との温度差を著しく小さくすることができる。その結果、蒸発温度及び蒸発圧力が高くなり、冷凍サイクル装置１の効率が向上するという効果を得ることができるようになる。しかしながら、冷媒入口管１６Ａ及び冷媒出口管１６Ｂの本数が、上記数式（１）で求められる本数より少ない場合、蒸発器１６の入口及び出口での冷媒の圧力損失が大きくなって、その分、効率が低下するため、前述した伝熱性能面での優れた効果を相殺してしまうこととなる。
【００７１】
即ち、蒸発器１６における冷媒の圧力損失が大きくなると、圧縮機１０の吸入圧力が低下して、冷媒回路２内を循環する冷媒量（冷媒循環量）が減少してしまう。そのため、蒸発器１６における冷却能力が低下すると共に、圧縮機１０の高低圧力差が更に大きくなり、冷凍サイクル装置１の効率が低下する不都合が生じる。
【００７２】
本実施例では、定格容量１１５０リットルの冷却容器７を使用し、１回の集荷あたりの搾乳回数は２回である。従って、数式（１）から算出されるＮＴ（蒸発器１６の冷媒入口管１６Ａ及び冷媒出口管１６Ｂの本数）は３．７となるので、蒸発器１６の冷媒入口管１６Ａ及び冷媒出口管１６Ｂの本数を各４本とする。尚、本実施例では、蒸発器１６の冷媒通路は前述したように２パスであるので、冷媒配管４２からの冷媒は４本の冷媒入口管１６Ａにそれぞれ分岐して流れ、各冷媒入口管１６Ａから蒸発器１６の２つの冷媒通路の何れかに流入する。従って、１つの冷媒通路に対して、冷媒入口管１６Ａは２本接続され、同様に、冷媒出口管１６Ｂも２本接続される。
【００７３】
即ち、蒸発器１６の一方の冷媒通路における冷媒の流れを説明すると、２本の冷媒入口管１６Ａから蒸発器１６の一方の冷媒通路に流入した冷媒は、当該一方の冷媒通路内で合流し、被冷却物（牛乳）との熱交換により吸熱して、蒸発した後、２つの流れに分かれてそれぞれ冷媒出口管１６Ｂに入り、蒸発器１６から流出し、その後合流して吸入管４５に流れる。
【００７４】
次に、外板７６の面積について説明する。前述の如く内側タンク７０と外板７６との間に構成される冷媒通路空間７７を蒸発器１６の冷媒通路とするため、外板７６の面積は蒸発器１６の伝熱面積とほぼ一致すると考えられる。従って、外板７６の面積は、冷却容器７（内側タンク７０）の容量に応じて、必要とされる冷却能力を考慮して決定すべきである。具体的には、以下の数式（２）により求められる面積以上とすることが望ましい。
Ａ＝２×１０-3×Ｖ／Ｎ・・・数式（２）
上記数式（２）において、Ａは外板の面積（ｍ2）、Ｖは冷却容器７の定格容量（Ｌ）、Ｎは集荷毎の搾乳回数（回）である。
【００７５】
外板７６の面積を上記数式（２）で算出される値より小さくすると、被冷却物と蒸発器１６内部の冷媒温度差が大きくなり、蒸発圧力が低下するため、その結果、冷却能力と効率が低下し、高効率な冷却運転ができなくなってしまう。
【００７６】
尚、言うまでもないが冷却容器（内側タンク）の形状によっては外板の面積、即ち、伝熱面積を容易に確保できる場合もあるので、その場合には上記数式（２）で算出される値より面積の大きい外板を用いることも可能である。本実施例では、前述したように定格容量１１５０リットルの冷却容器７を使用し、１回の集荷あたりの搾乳回数は２回である。従って、数式（２）から算出されるＡ（外板７６の面積）は１．１５となるが、本実施例の内側タンク７０の形状を考慮すると、更に面積を拡大することが可能であるので、外板７６の面積を１．６ｍ2としている。
【００７７】
以上詳述したように、本実施例では、蒸発器１６を構成する内側タンク７０と外板７６との間の冷媒通路空間７７を２０ｍｍ以下の間隔で碁盤目配列状、若しくは千鳥配列状に固着しているので、内側タンク７０及び外板７６の板厚を増大させることなく、蒸発器１６の耐圧強度を向上させることができる。また、蒸発器１６内に冷媒を流入させるための冷媒入口管１６Ａの外径を冷媒配管４２の外径より小さく、且つ、スポットピッチの１／２以下とすると共に、当該冷媒入口管１６Ａを蒸発器１６の冷媒通路（冷媒通路空間７７）に複数本接続することで、冷媒入口管１６Ａを蒸発器１６に接続する際に、当該冷媒入口管１６Ａ接合部の溶接による強度低下を極力防止でき、且つ、冷媒の圧力損失も低減することができるようになる。
【００７８】
同様に、蒸発器１６から冷媒を流出させるための冷媒出口管１６Ｂの外径を吸入管４５の外径より小さく、且つ、スポットピッチの１／２以下とすると共に、当該冷媒出口管１６Ｂを蒸発器１６の冷媒通路（冷媒通路空間７７）に複数本接続することで、冷媒出口管１６Ｂを蒸発器１６に接続する際、当該冷媒出口管１６Ｂ接合部の溶接による強度低下を極力防止でき、且つ、冷媒の圧力損失も低減することができるようになる。
【００７９】
更に、前述の如く蒸発器１６を構成する内側タンク７０及び外板７６の板厚を増大させることなく、蒸発器１６の耐圧強度を確保することができるので、被冷却物と蒸発器１６内部を流れる冷媒との熱交換が内側タンク７０のみを介して行われるため、当該蒸発器１６の熱伝導性の向上を図ることができるようになる。
【００８０】
その結果、冷却運転中の被冷却物と冷媒との温度差をより一層縮小することができる。これにより、蒸発温度及び蒸発圧力が上昇し、冷媒回路２の冷媒循環量が増加するため、高低圧差を小さくすることができる。以上により、二酸化炭素を用いた冷凍サイクル装置における熱交換器（蒸発器１６）の耐圧強度を確保しながら、冷却能力及び効率の向上を図ることができる。
【実施例２】
【００８１】
次に、本発明を適用した他の実施例の冷凍サイクル装置について説明する。図５は、本発明を適用した他の実施例の冷凍サイクル装置の概略構成図である。本実施例の冷凍サイクル装置は、搾乳直後の牛乳（被冷却物）を冷却容器にて冷却保冷すると共に、当該牛乳の冷却により得られた熱で湯を生成し、当該湯を冷却容器の自動洗浄に利用するものである。尚、以下図面において、上述した図１乃至図４と同一の符号が付されたものは、同様或いは類似の作用又は効果を奏するものであるため、詳細な説明は省略する。図５に示す冷凍サイクル装置２００は、圧縮機１０、放熱器２１、減圧装置としての膨張弁１４及び蒸発器１６を含む冷媒回路２と、第２の圧縮機８０、第２の放熱器８１、減圧装置としての膨張弁８４及び蒸発器８６を含む第２の冷媒回路８と、貯湯タンク３０を含む給湯回路３と、自動洗浄装置９とを備えて成るものである。
【００８２】
前記冷媒回路２は、圧縮機１０、放熱器２１、膨張弁１４及び蒸発器１６を順次環状に配管接続して閉回路を成すように構成されている。具体的には、圧縮機１０の吐出側に接続された高圧冷媒配管４０は放熱器２１の入口に接続されている。当該放熱器２１は、熱交換器１３の一部を構成する冷媒通路であり、給湯回路３の水通路１２と熱交換可能に配設されている。この熱交換器１３は、放熱器２１と給湯回路３の貯湯タンク３０内の水を熱交換させる水−冷媒熱交換型の熱交換器であり、放熱器２１としての冷媒通路と給湯回路３の水通路１２から構成されている。当該熱交換器１３の一端には、放熱器２１の冷媒通路の入口と、水通路１２の出口が形成され、他端には、放熱器２１の冷媒通路の出口と、水通路１２の入口がそれぞれ形成されている。従って、当該熱交換器１３において、圧縮機１０から吐出され、放熱器２１を流れる高温高圧の冷媒と、水通路１２を流れる水とは対向した流れとなる。
【００８３】
一方、放熱器２１の出口に接続された冷媒配管４１は膨張弁１４の入口に接続されている。当該膨張弁１４の出口に接続された冷媒配管４２は、蒸発器１６の入口に接続されている。そして、蒸発器１６の出口には吸入管４５の一端が接続され、吸入管４５の他端は圧縮機１０の低圧側（吸入部）に接続されている。また、蒸発器１６と圧縮機１０の低圧側とを連結する当該吸入管４５には、圧縮機１０に液冷媒が吸い込まれて損傷する不都合等から圧縮機１０を保護するためのアキュムレータ１７が介設されている。更に、吸入管４５の蒸発器１６とアキュムレータ１７の間には、冷媒回路２の高圧側から蒸発器１６への冷媒の逆流を防止するため、圧縮機１０側（アキュムレータ１７側）を順方向とする逆止弁１８が設けられている。
【００８４】
また、冷媒回路２の前記高圧冷媒配管４０には、圧縮機１０から吐出される高温高圧の冷媒の温度を検出するための吐出温度センサＴ１が設置されている。
【００８５】
そして、上述した冷媒回路２には、前記実施例１の冷媒回路２と同様に冷媒として自然冷媒である二酸化炭素が封入されている。そして、当該冷媒回路２の高圧側の圧力は臨界圧力を超えて上昇するため、当該冷媒回路２は、遷臨界サイクルとなる。また、圧縮機１０の潤滑油としては、例えば、鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）、ＰＯＥ（ポリオールエーテル）等が使用される。
【００８６】
一方、前記蒸発器１６は、冷却容器７の内側タンク７０内に貯蔵された被冷却物（本実施例では牛乳）を冷却するための熱交換器であり、この冷却容器７に一体形成されている。当該冷却容器７の基本的構成は図２乃至図４に示した実施例１の冷却容器７と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００８７】
当該冷却容器７には、図５に示すように被冷却物（牛乳）を投入するための投入口７Ａと、被冷却物（牛乳）を取り出すための図示しない取出口が設けられており、当該投入口７Ａには投入配管５０が投入口弁５０Ｂを介して着脱可能に接続され、更に、前記牛乳取出口には取出弁５２Ｂを介して、牛乳を取り出すための取出配管５２が着脱可能に接続されている。そして、牛乳投入配管５０は冷却容器７の内側タンク７０内に牛乳を投入する場合にのみ牛乳投入口７Ａに装着され、それ以外の場合には、当該牛乳投入口７Ａから取り外されて、牛乳投入口７Ａは密栓されているものとする。同様に、牛乳取出配管５２は冷却容器７の内側タンク７０内の牛乳を取り出す場合にのみ牛乳取出口に装着されて、それ以外の場合には、牛乳取出口から取り外されて、当該牛乳取出口は密栓されているものとする。
【００８８】
また、冷却容器７の内側タンク７０の外周面には、被冷却物である牛乳の温度を検出するための牛乳温度センサＴ５が取り付けられている。更に、冷却容器７には冷却時の伝熱を促進すると共に、温度ムラを小さくして正確な温度計測を行うために、牛乳を攪拌する攪拌機７５が設置されている。攪拌機７５は、攪拌羽根と、攪拌モータと、それらを結合するシャフトから構成されている。
【００８９】
他方、前記第２の冷媒回路８は、圧縮機８０、放熱器８１、膨張弁８４及び蒸発器８６を順次環状に配管接続して閉回路を成すように構成されている。具体的には、圧縮機８０の吐出側に接続された高圧冷媒配管９０は放熱器８１の入口に接続されている。当該放熱器８１は、熱交換器８３の一部を構成する冷媒通路であり、給湯回路３の第２の水通路８２と熱交換可能に配設されている。この熱交換器８３は、放熱器８１と給湯回路３の貯湯タンク３０内の水を熱交換させる水−冷媒熱交換型の熱交換器であり、放熱器８１としての冷媒通路と給湯回路３の水通路８２から構成されている。当該熱交換器８３の一端には、放熱器８１の冷媒通路の入口と、水通路８２の出口が形成され、他端には、放熱器８１の冷媒通路の出口と、水通路８２の入口がそれぞれ形成されている。従って、当該熱交換器８３において、圧縮機８０から吐出され、放熱器８１を流れる高温高圧の冷媒と、水通路８２を流れる水とは対向した流れとなる。
【００９０】
一方、放熱器８１の出口に接続された冷媒配管９１は膨張弁８４の入口に接続されている。膨張弁８４は、放熱器８１にて放熱した冷媒を減圧するための減圧装置であり、当該膨張弁８４の出口に接続された冷媒配管９２は、蒸発器８６の入口に接続されている。当該蒸発器８６は、例えば、チューブアンドフィン型の熱交換器であり、銅管と、この銅管に設けられた伝熱促進アルミフィンとから構成されている。そして、当該銅管の内部に膨張弁８４からの冷媒が流れるための流路が構成されている。また、蒸発器８６の近傍には、銅管内を流れる冷媒と熱交換させるための熱源としての大気（空気）を蒸発器８６に供給するためのファン８６Ｆと、当該ファン８６Ｆを駆動するファンモータ８６Ｍが設置されている。尚、上記蒸発器８６の熱源は上述する大気に限らず、水、排水、太陽熱、地下水やその他の熱源を用いることも可能である。
【００９１】
そして、蒸発器８６の出口には吸入管９５の一端が接続され、吸入管９５の他端は圧縮機８０の低圧側（吸入部）に接続されている。また、蒸発器８６と圧縮機８０の低圧側とを連結する当該吸入管９５には、圧縮機８０に液冷媒が吸い込まれて損傷する不都合等から圧縮機８０を保護するためのアキュムレータ８７が介設されている。
【００９２】
また、第２の冷媒回路８の前記高圧冷媒配管９０には、圧縮機８０から吐出される高温高圧の冷媒の温度を検出するための吐出温度センサＴ８が設置されている。
【００９３】
尚、第２の冷媒回路８にも前記冷媒回路２と同様に冷媒として自然冷媒である二酸化炭素が封入されている。そして、当該第２の冷媒回路８の高圧側の圧力は臨界圧力を超えて上昇するため、当該冷媒回路８は、遷臨界サイクルとなる。
【００９４】
他方、前記給湯回路３は、上述した冷媒回路２の放熱器２１を流れる冷媒、若しくは、第２の冷媒回路８の放熱器８１を流れる冷媒から熱を受け取ることにより水を加熱し、高温の湯を生成して、当該湯を貯湯タンク３０に貯える貯湯回路５と、貯湯タンク３０内に給水する給水装置３２と、貯湯タンク３０に貯留された湯を自動洗浄装置９やその他の給湯負荷設備に供給する給湯装置３４と、後述する排出装置３６とから構成されている。
【００９５】
上記貯湯タンク３０は熱交換器１３において放熱器２１、或いは、熱交換器８３において放熱器８１からの放熱で、生成された高温の湯を内部に貯えるためのタンクであり、外周面全体が断熱材にて被覆され、内部に貯えられた湯が冷め難い構造とされている。
【００９６】
そして、貯湯タンク３０の下部には、貯湯タンク３０の下方から当該貯湯タンク３０に貯留された温度の低い湯（水）を取り出すための低温配管４７が接続され、当該低温配管４７は、循環ポンプ３１、流量調整弁３５を経て熱交換器１３の他端に形成された水通路１２の入口に接続されている。上記循環ポンプ３１は、貯湯回路５内に水を循環させるためのものである。本実施例の循環ポンプ３１は、貯湯タンク３０の下部から取り出した水を熱交換器１３側、或いは、熱交換器８３側に吐出して、各熱交換器１３、８３の水通路１２、８２内の水流が、前述の如き放熱器２１、８１内の冷媒流に対して対向流となるように貯湯回路５内の水を循環させている（図５において、時計回りに水を循環）。また、流量調整弁３５は、当該循環ポンプ３１により循環される貯湯回路５内の温水の流量を調節するための弁装置である。
【００９７】
また、低温配管４７の前記循環ポンプ３１の上流側には三方弁４７Ａが設置され、当該三方弁４７Ａを介して低温配管４７から分岐するようにバイパス配管４９の一端が接続されている。当該バイパス配管４９の他端は高温配管４８の途中部に接続されている。そして、三方弁４７Ａを切り換えることにより、貯湯タンク３０下方の水を循環ポンプ３１に流すか、熱交換器１３を通過した後の湯（水）、或いは、熱交換器８３を通過した後の湯（水）を循環ポンプ３１に流すかを択一的に切り換えることができる。
【００９８】
更に、低温配管４７の流量調整弁３５の下流側には三方弁４７Ｂが設置され、当該三方弁４７Ｂを介して低温配管４７から分岐するように低温配管９７が接続されている。当該低温配管９７は、熱交換器８３の他端に形成された水通路８２の入口に接続されている。当該三方弁４７Ｂは、流量調整弁３５を通過した水を、熱交換器１３に流すか、又は、熱交換器８３に流すかを択一的に切り換えるものである。
【００９９】
そして、熱交換器８３の一端に形成された水通路８２の出口には、高温配管９８の一端が接続され、当該高温配管９８の他端は、高温配管４８の途中部に接続されている。
【０１００】
一方、熱交換器１３の一端に形成された水通路１２の出口には高温配管４８の一端が接続され、当該高温配管４８の他端は前記給湯タンク３０の上部（本実施例では上端）に接続されている。この高温配管４８の前記高温配管９８の接続箇所より下流側には、熱交換器１３にて放熱器２１からの放熱、若しくは、熱交換器８３にて放熱器８１からの放熱により生成され、貯湯タンク３０内に入る高温の湯の温度を検出するための出湯温度センサＴ２が設けられている。
【０１０１】
また、前記貯湯タンク３０の上部には、前記高温配管４８が接続されると共に、当該貯湯タンク３０内から高温の湯を取り出す高温湯取出口３７が設けられている。当該高温湯取出口３７には給湯装置３４の高温湯取出配管３４Ａが接続されている。また、貯湯タンク３０の下部には、前記低温配管４７が接続されると共に、当該貯湯タンク３０内から低温の湯を取り出す低温湯取出口３８が設けられている。この低温湯取出口３８には給湯装置３４の低温湯取出配管３４Ｂが接続されている。
【０１０２】
また、前記高温湯取出配管３４Ａには、洗浄用給湯配管６０が接続され、高温湯取出口３７から取り出した貯湯タンク３０内の高温の湯は、洗浄用給湯配管６０を経て自動洗浄装置９にも供給される。当該自動洗浄装置９は、前記冷却容器７を洗浄するための装置であり、貯湯タンク３０に貯えられた高温の湯を洗浄用給湯配管６０から取り出して、冷却容器７の洗浄水として使用している。また、洗浄用給湯配管６０には、当該洗浄用給湯配管６０を流れる湯が貯湯タンク３０に逆流する不都合を防止するための逆止弁６１と、洗浄水としての当該湯の供給を行うための給水弁（給湯弁）６２が設置されている。また、尚、図５では示されていないが、洗浄用給湯配管６０には、必要に応じて、当該洗浄用給湯配管６０を流れる湯の温度を検出する温度センサ、湯量を検出する流量センサ、或いは、フロースイッチなどを設置することも可能である。
【０１０３】
更に、本実施例では洗浄用給湯配管６０から供給される高温の湯を冷却容器７の洗浄に使用するものとしたが、洗浄用給湯配管６０を、冷却容器７以外の装置、例えば、搾乳機や搾乳パイプライン（図示せず。但し、一部は前記牛乳投入配管５０に接続される）等の洗浄を行うための洗浄装置に接続し、それらを洗浄するための湯として利用することも可能である。
【０１０４】
また、図５において６５は混合弁であり、この混合弁６５は高温湯取出配管３４Ａから取り出した貯湯タンク３０内の高温の湯と低温湯取出配管３４Ｂから取り出した貯湯タンク３０内の低温の湯、或いは、低温湯取出配管３４Ｂを介して供給される給水装置３２からの水とを混合し、最適な温度に調節した後、上記洗浄用途以外の給湯負荷設備に供給するためのものである。当該混合弁６５は、洗浄用途以外の給湯負荷設備に夫々接続されている。そして、洗浄用途以外の給湯負荷設備に対しての湯の供給は、図示しない給湯弁を開くことにより行われる。また、混合弁６５と接続される高温湯取出配管３４Ａ、低温湯取出配管３４Ｂには、貯湯タンク３０内から高温湯取出配管３４Ａ、或いは、低温湯取出配管３４Ｂに取り出された湯が当該貯湯タンク３０に逆流する不都合を防ぐための逆止弁６７がそれぞれ設けられている。
【０１０５】
また、混合弁６５から各給湯負荷設備の給湯弁に至る給湯配管６８には、貯湯タンク３０への逆流を防止するための逆止弁６８Ｂと、給湯制御に利用される温度センサＴ３が設置されている。そして、当該給湯負荷設備に供給される湯の温度は当該温度センサＴ３により検出される。尚、給湯弁は、例えば、給湯用の蛇口等であり、一つに限らず、複数設けるものとしても構わない。また、給湯配管６８には、必要に応じて、流量センサやフロースイッチ（共に図示せず）等を設置することも可能である。
【０１０６】
更に、貯湯タンク３０の下部には、給水装置３２の給水配管３２Ａが減圧弁３２Ｂを介して接続されている。当該給水装置３２は、貯湯タンク３０内に水を供給するものであり、給湯タンク３０内の湯の使用量に相当する水、例えば、市水が給水配管３２Ａから貯湯タンク３０内に供給される。この給水配管３２Ａには、図示しない給水弁が介設されており、当該給水弁３２は、通常、常時開いた状態である。
【０１０７】
更にまた、貯湯タンク３０の下部には、当該貯湯タンク３０不使用時に貯湯タンク３０内の湯を排出するための排出管６９Ａが排出弁６９Ｂを介して接続されている。
【０１０８】
ここで、前述した排出装置３６は、貯湯タンク３０内の水（湯）を排出するためのものであり、高温湯取出口３７より下方であって、低温湯取出口３８より上方に配置されている。本実施例では、貯湯タンク３０の高温湯取出口３７より下方であって、低温湯取出口３８より上方である位置に当該排出装置３６の湯排出管３６Ａが湯排出弁３６Ｂを介して接続されている。このように、排出装置３６を高温湯取出口３７より下方であって、低温湯取出口３８より上方に配置することで、当該排出装置３６から取り出される貯湯タンク３０内の湯は、高温湯取出口３７より取り出される湯より低温で、且つ、低温湯取出口３８より取り出される水より高温である中温の湯となる。従って、必要に応じて、湯排出弁３６Ｂを開放することで、貯湯タンク３０内から中温の湯を排出することが可能となる。  
【０１０９】
他方、貯湯タンク３０の外面には、上部から下部に渡って適当な間隔に複数の貯湯センサＴ４が配設されている。当該貯湯センサＴ４は、貯湯タンク３０内に貯えられた温の各部の温度と湯の有無をそれぞれ検出するためのセンサである。このように、貯湯センサＴ４を高さを変えて複数設置し、各部の温度を検出することで、貯湯タンク３０の上部から下部に渡る温度分布を把握しながら、貯湯タンク３０内に貯えられている湯の量を検出することができる。
【０１１０】
尚、上記貯湯タンク３０の容量は、冷却容器７に投入される被冷却物である牛乳の量と、想定される給湯負荷とを充分に考慮した上で決定する必要がある。即ち、冷却運転時に、貯湯タンク３０の下部から低温の水ではなく高温の湯が取り出されて、熱交換器１３の水通路１２に流れ込むと、放熱器２１における放熱量が著しく低下し、その結果、冷媒回路２の冷却能力とＣＯＰも悪化してしまう。そのため、貯湯タンク３０の容量は、当該貯湯タンク３０の下部から常に低温の水を取り出して、熱交換器１３の水通路１２に流すことができる充分な容積とすべきである。
【０１１１】
具体的には、使用条件に合わせて個々に検討する必要があるが、例えば、冷却運転と同時に湯を使用しない場合には、１回の冷却運転で冷却容器７に投入されると想定される被冷却物である牛乳の最大量と同等、若しくは、それを超える容量の貯湯タンクを用いることが好ましい。例えば、冷却容器７に投入する被冷却物（牛乳）が５００リットルである場合には、貯湯タンク３０の容量は５００リットル程度、若しくは、それを超える容量であることが好ましい。また、冷却運転中に湯を使用することが想定される場合には、貯湯タンク３０の容量は上述の容量より小さくすることも可能である。
【０１１２】
また、前記自動洗浄装置９は、洗浄用循環ポンプ１０１、洗浄配管１０２、冷却容器７、取出弁５２Ｂ、循環切替弁１０４及び洗浄戻り配管１０５を順次接続してなる循環洗浄回路１００と、洗浄用排出弁１１０Ｂを介して当該循環洗浄回路１００の洗浄戻り配管１０５に接続される洗浄水排出通路１１０と、循環洗浄回路１００の洗浄戻り配管１０５に接続される洗浄用バッファタンク１１５とから構成されている。
【０１１３】
洗浄用バッファタンク１１５には、洗剤や殺菌剤を供給するための少なくとも１以上の洗剤供給配管１１６と、洗浄用水（本実施例では市水）を供給するための給水配管１１７と、前記給湯回路３から洗浄用の湯を供給するための洗浄用給湯配管６０が接続されている。給水配管１１７には給水弁１１７Ｂが設けられ、当該給水弁１１７Ｂにより洗浄用バッファタンク１１５への給水が制御される。洗剤供給配管１１６上には、洗剤を供給するための洗剤供給ポンプ（図示せず）が設けられ、洗剤供給配管１１６の他端は洗剤容器（図示せず）に接続される。
【０１１４】
以上の構成で、本実施例の冷凍サイクル装置２００の動作を説明する。
【０１１５】
（１）被冷却物（牛乳）の冷却運転
先ず、被冷却物である牛乳を冷却する冷却運転時における動作を説明する。図示しない搾乳機につながる搾乳パイプラインと冷却容器７とを前記牛乳投入配管５０により接続し、投入口弁５０Ｂを開いて、搾乳直後の牛乳を冷却容器７に投入する。この時、牛乳取出弁５２Ｂは閉じた状態である。搾乳直後の牛乳の温度は、牛の体温と同程度かやや低く、具体的には３５℃から３８℃程度である。そこで、細菌の発生を防止し、牛乳の品質を維持する目的で冷媒回路２を運転して牛乳の冷却と保冷を行う。
【０１１６】
搾乳開始後（牛乳投入開始後）、冷媒回路２の圧縮機１０を駆動して、同時に、攪拌機７５も駆動させる。通常、冷却容器７内に所定量の牛乳が貯まってから圧縮機１０を駆動して冷却動作を開始するものとするが、凍結が起こらないように配慮し、且つ、攪拌機７５の空転防止を行うことにより、牛乳投入開始と同時、又は、牛乳投入前から冷却動作を開始させても構わない。
【０１１７】
圧縮機１０が駆動されると、吸入管４５から圧縮機１０の低圧側（吸入部）に低温低圧の冷媒ガスが吸い込まれて圧縮される。これにより、高温高圧となった冷媒ガスが吐出側から高圧冷媒配管４０に入り、圧縮機１０の外部に吐出される。このとき、冷媒は適切な超臨界圧力まで圧縮されている。
【０１１８】
圧縮機１０から吐出された高温高圧の冷媒は、高圧冷媒配管４０を経て放熱器２１の入口から熱交換器１３内に入る。そして、当該高温高圧の冷媒ガスは、熱交換器１３の放熱器２１を通過する過程で、放熱器２１と交熱的に設けられた水通路１２を流れる貯湯回路５の水に熱を放出して冷却され、低温となる。一方、この放熱器２１での放熱作用で水通路１２内の水が加熱され、高温の湯が生成される。
【０１１９】
本実施例では冷媒として二酸化炭素を用いており、放熱器２１内の冷媒圧力は臨界圧以上である。従って、放熱器２１内では冷媒の凝縮は生じないので、当該放熱器２１の入口から出口に向かって、冷媒の温度は水通路１２内の水への放熱に伴い、徐々に低下する。一方、熱交換器１３の水通路１２内において、水の温度は入口から出口に向かって、冷媒からの吸熱に伴い、徐々に上昇する。このように、二酸化炭素冷媒を用いて、放熱器２１内の冷媒圧力を臨界圧力以上とすることで、従来の冷媒、例えば、ＨＦＣ系冷媒のように、一定温度の下での凝縮放熱と比べて、効率の高い熱交換が可能となり、且つ、高温の湯を生成することができる。また、当該熱交換器１３において、放熱器２１を構成する冷媒通路と水通路１２とが前述したように対向流となるように設置されているので、水と冷媒とを更に効率よく熱交換させることができる。
【０１２０】
放熱器２１にて冷却された低温高圧の冷媒は、当該放熱器２１の出口から熱交換器１３を出て、冷媒配管４１を通過し、膨張弁１４で膨張して低圧となり、冷媒配管４２を経由して蒸発器１６に至る。尚、当該蒸発器１６入口における冷媒の状態は、液冷媒と蒸気冷媒が混在する二相混合状態である。そして、当該蒸発器１６において、液相冷媒が被冷却物である牛乳から吸熱することにより、蒸発して蒸気冷媒となる。このとき、当該吸熱により牛乳が冷却される。
【０１２１】
そして、蒸発器１６にて蒸発した冷媒は、当該蒸発器１６から出て吸入管４５に入り、逆止弁１８、アキュムレータ１７を経て低圧側（吸入部）から再び圧縮機１０に吸い込まれるサイクルを繰り返す。以上のサイクルを繰り返すことにより、蒸発器１６による吸熱により牛乳が冷却され、同時に放熱器２１からの放熱で湯が生成される。
【０１２２】
前記搾乳が完了すると冷却容器７への牛乳の投入は終了するが、その後も牛乳が所定の温度に達するまで上述した冷却運転は続けられる。ここで、牛乳の温度は内側タンク７０の外周面に取り付けられた牛乳温度センサＴ５によって検出される。冷却運転を終了する所定の温度とは牛乳内の細菌の発生を抑制し、品質を維持する観点から設定されており、具体的には約４℃である。
【０１２３】
更に、冷却運転中は冷媒回路２の高圧冷媒配管４０に設置された吐出温度センサＴ１にて検出される吐出冷媒の温度が、所定の値となるように膨張弁１４の開度が調節される。具体的には、吐出温度センサＴ１にて検出される冷媒温度が所定の値より上昇すると、膨張弁１４の開度が拡大され、逆に、吐出温度センサＴ１にて検出される冷媒温度が所定の値より低くなると、膨張弁１４の開度が縮小される。これにより、洗浄用途に適した高温の湯を発生させる運転における好適な条件での高効率な運転を行うことができる。
【０１２４】
尚、冷却運転中の圧縮機１０の回転数は、一定であっても良いし、インバータ等により周波数を調節しても良い。当該回転数の制御については、既に実施例１で説明したものと同様であるので、詳細な説明は省略する。
【０１２５】
（２）冷却運転時の給湯回路３の動作
次に、冷却運転時における給湯回路３の動作について説明する。先ず、三方弁４７Ａは貯湯タンク３０下部からの水が循環ポンプ３１に流れるように切り替えられており、三方弁４７Ｂは流量調整弁３５を通過した水が冷媒回路２（牛乳冷却用の冷媒回路２）の熱交換器１３に流れるように切り替えられている。
【０１２６】
そして、上述した冷却運転が開始されると、給湯回路３の循環ポンプ３１が起動され、貯湯タンク３０の下部から低温の湯、若しくは、水（以降、水と省略する）が低温配管４７を経て、循環ポンプ３１に吸い込まれ、当該循環ポンプ３１の出口に接続された熱交換器１３側の低温配管４７に押し出される。これにより、循環ポンプ３１から押し出された水は、流量調整弁３５を経て、水通路１２の入口から熱交換器１３内に流入する。熱交換器１３では、上述の如く放熱器２１を流れる冷媒との熱交換により水通路１２内を流れる水が放熱器２１から熱を受け取って加熱され、高温の湯が生成される。そして、水通路１２の出口から熱交換器１３を出た高温の湯は、貯湯回路５の高温配管４８を通り、貯湯タンク３０の上部（上端）から貯湯タンク３０内に注入される。当該貯湯タンク３０では、熱交換器１３にて生成された高温の湯を上部から注入し、下部から水を取り出しているので、水の温度の違いによる密度差を利用して、上部に高温の水が、下部に低温の水が貯留される。
【０１２７】
また、前記流量調整弁３５は、熱交換器１３の水通路１２出口の湯の温度が所定の値となるように水の流量を調節している。本実施例では、出湯温度センサＴ２にて検出される熱交換器１３の水通路１２出口の湯の温度に基づいて、流量調整弁３５が制御されている。即ち、出湯温度センサＴ２にて検出される水通路１２出口の湯の温度が所定温度より高い場合には、流量調整弁３５の開度が拡大される。これにより、当該貯湯回路５内を循環する水の循環量（流量）を増加させることができる。
【０１２８】
一方、出湯温度センサＴ２にて検出される水通路１２出口の湯の温度が所定温度より低い場合には、流量調整弁３５の開度が縮小される。これにより、当該貯湯回路５内を循環する水の循環量（流量）を減少させることができる。尚、本実施例では高温配管４８の途中部に設置された出湯温度センサＴ２にて水通路１２出口の湯の温度を検出するものとしたが、これに限らず、熱交換器１３の水通路１２出口に温度センサを設置して、水通路１２出口の湯の温度を検出するものとしても勿論構わない。また、上記所定の温度とは、給湯用途（洗浄用途も含む）に適した温度であり、具体的には、５０℃〜８５℃程度の範囲内で使用用途に応じて決定することが好ましい。
【０１２９】
以上のように、本実施例の冷凍サイクル装置２００の冷却運転では、冷却容器７に投入された搾乳直後の牛乳を、その品質を維持するために所定の温度まで冷却すると共に、冷媒回路２の高温側の放熱により高温の湯を生成し、且つ、貯湯タンク３０にその湯を貯えることができる。
【０１３０】
（３）保冷運転時における動作
冷凍サイクル装置２００は、上述した冷却運転により牛乳の温度が所定の値に達すると、前記実施例１の冷凍サイクル装置１と同様に牛乳を保冷する保冷運転を実行する。当該保冷運転時の運転条件及び運転方法等は、前記実施例１と同様であるので、詳細な説明は省略する。当該保冷運転中の冷媒回路２の作用や給湯回路３の動作等については、前述した冷却運転時と同様である。尚、本実施例の冷凍サイクル装置２００では、当該保冷運転中の冷却運転においても、牛乳の冷却と同時に、冷却時の排熱を有効に利用した貯湯が可能である。
【０１３１】
尚、一般的な農場での冷却運転と保冷運転の運転パターンについても、既に実施例１で説明した通りであるので、詳細な説明は省略する。
【０１３２】
（４）洗浄運転
次に、洗浄運転について説明する。上述したように冷却容器７内にて冷却保冷された牛乳は、牛乳集荷時には、前記取出口から取り出される。具体的には、牛乳取出弁５２Ｂに牛乳取出配管５２を接続し、牛乳取出弁５２Ｂを開いて、冷却容器７から牛乳を取り出す。そして、牛乳を取り出した後は、冷却容器７内を清潔に保ち、細菌の繁殖を抑え、牛乳の品質を確保するために、自動洗浄装置９による洗浄運転を行う。
【０１３３】
通常、冷却容器７の洗浄は冷却容器７から牛乳を取り出した後に実行されるので、毎日集荷する場合は１日に１回、隔日に集荷する場合は２日に１回行われることになる。また、本実施例では、図示しない搾乳機や搾乳パイプライン等の洗浄にも洗浄用の湯を供給することができるが、搾乳機や搾乳パイプラインの洗浄は搾乳が終了する都度行われ、１日に２回から３回実行される。
【０１３４】
洗浄の工程は冷却容器７を洗浄する場合も搾乳パイプライン等を洗浄する場合も基本的には同じである。即ち、水によるすすぎ工程、湯によるすすぎ工程、複数種類の洗剤、例えば、アルカリ系洗剤や酸性洗剤等による洗浄工程、殺菌剤による殺菌工程を行うものである。このような各工程では、湯又は水を供給し、且つ、所定の種類の洗剤及び殺菌剤を所定量供給した後、必要に応じて該洗浄液（前記湯若しくは水と洗剤等との混合液）を装置内（冷却容器７の洗浄を行う場合は、循環洗浄回路１００内）で所定時間循環洗浄させ、その後洗浄液を排出する。
【０１３５】
また、上記各行程は、所定の順番で必要回数行われるものであり、例えば、まず、水によるすすぎ工程を行い、次いで、湯によるすすぎ工程、湯とアルカリ系洗剤によるアルカリ洗浄工程、湯によるすすぎ工程、湯と酸性洗剤による酸洗浄工程、水によるすすぎを行った後、殺菌剤による殺菌工程を行う。
【０１３６】
牛乳集荷が完了し、洗浄を行う前に、先ずは、取出弁５２Ｂから牛乳取出配管５２を外し、取出弁５２Ｂから洗浄戻り配管１０５に洗浄水が流れる構成にし、取出弁５２Ｂは開いた状態にしておく。水によるすすぎ工程では、洗浄用排出弁１１０Ｂ及び循環切替弁１０４を閉じ、洗浄用循環ポンプ１０１は停止した状態で、給水弁１１７Ｂを開き、給水配管１１７を介して、洗浄用バッファタンク１１５に所定量の洗浄用水を供給する。尚、洗浄用バッファタンク１１５内の水量が所定の値に達したかどうかの判断は、例えば、フロート式レベルスイッチ等により検出できる。
【０１３７】
そして、上述した洗浄用バッファタンク１１５内の水量が所定の値に達したら、給水弁１１７Ｂを閉じ、循環ポンプ１０１を運転状態にする。これにより、洗浄用バッファタンク１１５内の水は洗浄配管１０２を通り、冷却容器７内に供給される。洗浄配管１０２から冷却容器７内へ水を注入する際は、効率的な洗浄を可能とするため、水をノズルから噴射し、且つ冷却容器７内部の各部分にムラなく噴霧されるようにしている。また、必要に応じて攪拌機７５を運転することも可能である。
【０１３８】
洗浄用バッファタンク１１５内の水が無くなったら、洗浄用循環ポンプ１０１の運転を停止し、循環切替弁１０４及び洗浄用排出弁１１０Ｂを開き、洗浄水排出通路１１０からすすぎ水を排出する。以上が水によるすすぎの一工程であり、必要に応じて、この工程を所定の回数繰り返して行う。
【０１３９】
一方、湯によるすすぎ工程は、基本的には、前述の水によるすすぎ工程と同様の動作である。相違する点は、水に代えて高温の湯を供給することのみである。即ち、水によるすすぎ工程では、給水弁１１７Ｂを開けて水を供給したが、湯によるすすぎ工程では、給水弁６２を開けることにより、貯湯タンク３０に貯えられた高温の湯を、洗浄用給湯配管６０を介して、洗浄用バッファタンク１１５に供給する。その他、同様の動作については説明を省略する。
【０１４０】
洗剤による洗浄工程では、洗浄用排出弁１１０Ｂ及び循環切替弁１０４を閉じ、洗浄用循環ポンプ１０１は停止した状態で、給水弁６２を開き、洗浄用給湯配管６０を介して、洗浄用バッファタンク１１５に所定量の湯を供給する。これと同時に、洗剤供給ポンプ（図示せず）を駆動し、所定種類の洗剤を所定の量、洗剤供給配管１１６を介して、洗浄用バッファタンク１１５に供給する。供給される洗剤の種類や量は各工程に応じて、予め決められており、当該洗剤の量は洗剤供給ポンプ（図示せず）の駆動時間により調節される。
【０１４１】
そして、洗浄用バッファタンク１１５内の湯量（湯と洗剤の混合液）が所定の値に達したら、給水弁６２を閉じ、循環ポンプ１０１を運転状態にする。これにより、洗浄用バッファタンク１１５内の洗浄液は洗浄配管１０２を通り、冷却容器７内に供給される。洗浄配管１０２から冷却容器７内へ洗浄液を注入する際は、効率的な洗浄を可能とするため、洗浄液をノズルから噴射し、且つ冷却容器７内部の各部分にムラなく噴霧されるようにしている。また、必要に応じて攪拌機７５を運転することも可能である。
【０１４２】
また、洗浄用バッファタンク１１５内の洗浄液が無くなったら、洗浄用循環ポンプ１０１の運転を停止する。冷却容器７内に所定量の洗浄液が貯まるまで、循環切替弁１０４及び洗浄用排出弁１１０Ｂは閉じたままで、再び給水弁６２を開き、洗浄用バッファタンク１１５内に湯を所定量供給し、その後、給水弁６２を閉じ、循環ポンプ１０１を駆動して、冷却容器７内に湯を供給するという動作を繰り返す。ここで、冷却容器７内に供給され貯められる湯の量は、バッファタンク１１５の容量と、上記動作を繰り返す回数から知ることができるので、予めバッファタンク１１５に貯める回数を設定しておくことで、適切な量を管理することができる。
【０１４３】
冷却容器７内に所定量の洗浄液（湯と洗剤の混合液）が貯まったら、循環切替弁１０４を開き、洗浄用循環ポンプ１０１を所定時間駆動する。洗浄液は、冷却容器７から取出弁５２Ｂ、循環切替弁１０４、洗浄戻り配管１０５、洗浄用循環ポンプ１０１及び洗浄配管１０２を順次経て冷却容器７に戻り、循環洗浄回路１００内を循環する。これにより、冷却容器７内部の牛乳による汚れを除去できる。尚、洗浄配管１０２から冷却容器７内へ洗浄液を注入する際、効率的な洗浄を可能とするため、洗浄液をノズルから噴射し、且つ冷却容器７内部の各部分にムラなく噴霧されるようにしている。また、必要に応じて攪拌機７５を運転することも可能である。
【０１４４】
そして、所定の時間洗浄液の循環を行った後、洗浄用循環ポンプ１０１を停止して、洗浄用排出弁１１０Ｂを開き、洗浄用排出通路１１０から循環洗浄回路１００内の洗浄液を排出する。
【０１４５】
殺菌工程の動作は、基本的には、洗剤による洗浄工程の動作と同様である。相違する点は、注入する洗剤が殺菌剤であること、湯の代わりに水を利用すること、及び循環等の時間が相違すること等である。殺菌工程は次回の使用時間に合わせて行われ、殺菌液（殺菌剤と水の混合液）を冷却容器７や循環洗浄回路１００の系内に保持したまま所定時間放置することにより殺菌効果を高めている。すすぎ工程や、洗剤による洗浄工程と共通の動作については詳細な説明を省略する。
【０１４６】
尚、保冷運転の待機時には、蒸発器１６内部への冷媒の進入による熱損失を低減するため、膨張弁１４を全閉状態としていたが、洗浄運転時、特に、湯による洗浄を行う際には蒸発器１６内部の異常高圧を避けるため、膨張弁１４は開状態とすることが望ましい。
【０１４７】
また、要求される給湯負荷が大きく、牛乳冷却により発生する量の湯だけでは不足する場合には、洗浄運転中も冷却運転を行って湯を発生させることも可能である。例えば、殺菌工程において、殺菌液を冷却容器７内に保持したまま冷却運転を行うことで、殺菌液を熱源とした高効率な給湯運転（ヒートポンプ運転）が可能となる。更に、必要に応じて、冷却容器７内に熱源となる水を追加投入して、冷却運転（給湯運転）を行うこともできる。
【０１４８】
（５）洗浄用途以外の給湯動作
次に、上述した洗浄用途以外の用途に湯を供給する動作について説明する。洗浄用途以外の給湯負荷に対しての湯の供給は、前記給湯弁を開くことにより行われる。給湯弁を開くと、貯湯タンク３０に貯えられた高温の湯が貯湯タンク３０の上部から高温湯取出配管３４Ａを介して混合弁６５に流入すると共に、給水装置３２からの水、若しくは、貯湯タンク３０内下部からの低温の湯が貯湯タンク３０の下部に接続された低温湯取出配管３４Ｂを介して混合弁６５に流入する。そして、混合弁６５で高温の湯と水、若しくは、低温の湯が混合され、所定の温度に調節された後、当該湯は給湯弁を介して各給湯負荷設備に供給される。
【０１４９】
尚、供給される湯の温度は、混合弁６５と給湯弁とを接続する配管６８上に設けられた温度センサＴ３により検出される。尚、給水装置３２の給水弁（図示せず）は、通常、常時開状態であるので、その他の給湯負荷設備（自動洗浄装置９以外の給湯負荷設備）に供給された湯の量に相当する量の市水が給水装置３２の給水配管３２Ａから給湯回路３の貯湯タンク３０内に供給される。
【０１５０】
以上のように、本実施例の冷凍サイクル装置２００によれば、被冷却物である牛乳を冷却すると同時に、冷却過程で発生する冷媒回路２の高温側の熱を有効に利用して湯を生成し、且つ、二酸化炭素冷媒を用いた遷臨界サイクルを利用することにより高温出湯が可能となり、この湯を前記冷却容器７等の洗浄等に用いることができる。従って、従来、洗浄用途のためにボイラー等で湯を沸かして供給していた場合に比べ、消費するエネルギーを大幅に削減することができる。また、冷媒回路２の高温側から大気に放出する熱も削減できるので周囲温度の上昇も抑えることができる。
【０１５１】
（６）第２の冷媒回路８を用いた給湯運転
次に、第２の冷媒回路８の動作について述べる。第２の冷媒回路８は、給湯負荷が大きくて、牛乳を冷却するときに得られる湯だけでは不足する場合に、空気等の牛乳以外の熱源から吸熱して湯を生成する給湯運転（ヒートポンプ運転）を行うために設けられたものである。
【０１５２】
第２の冷媒回路８における動作は、前記冷媒回路２と殆ど同じであるため、詳細な説明を省略する。冷媒回路２と相違する点は、蒸発器８６において冷媒は大気中から吸熱を行う点である。即ち、蒸発器８６にて冷媒は大気から吸熱し、その熱を熱交換器８３にて放熱器８１と交熱的に設けられた水通路８２に放出する。これにより、水通路８２を流れる水は加熱され、高温の湯が生成される。
【０１５３】
給湯運転中は第２の冷媒回路８の高圧冷媒配管９０に設置された吐出温度センサＴ８にて検出される吐出冷媒の温度が、所定の値となるように膨張弁８４の開度が調節される。具体的には、吐出温度センサＴ８にて検出される冷媒温度が所定の値より上昇すると、膨張弁８４の開度が拡大される。逆に、吐出温度センサＴ８にて検出される冷媒温度が所定の値より低くなると、膨張弁８４の開度が縮小される。これにより、洗浄用途に適した高温の湯を発生させる運転における好適な条件での高効率な運転を行うことができる。
【０１５４】
次に、当該給湯運転時の給湯回路３の動作について説明する。この場合、三方弁４７Ａは貯湯タンク３０下部からの水が循環ポンプ３１に流れるように切り替えられており、三方弁４７Ｂは流量調整弁３５を通過した水が熱交換器８３に流れるように切り替えられているものとする。給湯運転中、給湯回路３の循環ポンプ３１が運転され、貯湯タンク３０の下部から低温の湯又は水が、低温配管４７を通り、循環ポンプ３１、流量調整弁３５及び低温配管９７を経て、熱交換器８３の水流路８２の入口に流れる。熱交換器８３では、前述の通り、放熱器８１を流れる冷媒との熱交換により水流路８２内を流れる水が加熱され高温の湯が生成される。そして、熱交換器８３の水流路８２を出た高温の湯は、高温配管９８、高温配管４８を順次経由して、貯湯タンク３０の上部から貯湯タンク３０内に注がれる。貯湯タンク３０では上部から高温の湯を注ぎ、下部から低温の水を取り出しているので、水の温度の違いによる密度差を利用して、貯湯タンク３０内の上部に高温の水、下部に低温の水が貯留される。
【０１５５】
また、流量調整弁３５は、熱交換器８３の水通路８２出口の湯の温度が所定の値となるように水の流量を調節している。具体的には、水流路８２の出口の湯の温度が所定の温度より高い場合は流量調整弁３５の開度を大きくして水の流量を増やし、逆に、水流路８２の出口の湯の温度が低い場合には流量調整弁３５の開度を小さくして水の流量を減少させる。水流路８２の出口の湯の温度は高温配管４８に取り付けられた出湯温度センサＴ２により検出される。また、前記所定の温度とは、洗浄用途やその他の給湯用途に適した温度で、具体的には５０〜８５℃程度の範囲内で使用用途に応じて決定することが好ましい。  
【０１５６】
以上のように、第２の冷媒回路８による給湯運転は、牛乳冷却運転により発生する湯の量が、要求される給湯負荷に対して不足する場合に行うものであり、要求される湯の量に応じて給湯運転を行う時間の長さ、即ち、発生させる湯の量が決められる。但し、貯湯タンク３０内全てを高温の湯で満たしてしまうと、冷却運転時に貯湯タンク３０の下部から熱交換器１３に高温の湯が流れ込むこととなり、冷却能力と効率が著しく低下し、牛乳の冷却を行うことが困難になる。そのため、給湯運転においては、貯湯タンク３０内の全てを高温の湯で満たすことはせず、必ず、貯湯タンク３０の下部に冷却運転で使用する量に相当する冷水部分（温度の低い水の部分）を確保しておく必要がある。
【０１５７】
第２の冷媒回路８による給湯運転で貯湯タンク３０内に貯える湯の量は、冷凍サイクル装置２００を使用する条件、即ち牛乳の量（飼育規模）や使用する湯の量等に依存するが、例えば、湯の量が貯湯タンク３０の１／５以下になったら第２の冷媒回路８による給湯運転を開始し、１／２以上になったら第２の冷媒回路８による給湯運転を停止するといった制御が考えられる。尚、貯湯タンク３０に貯えられている湯の量は、前記貯湯センサＴ４により把握できる。
【０１５８】
以上のように、本実施例の冷凍サイクル装置２００は、第２の冷媒回路８を備えているので、牛乳の冷却時に発生する湯だけでは、要求される給湯負荷を賄うことができない場合、大気を熱源とした給湯運転を行うことにより、不足分の湯を発生させることができる。これによって、追加給湯のための補助ボイラー等が不要となり、且つ、高効率なヒートポンプ給湯を行うため、エネルギー消費の更なる削減が図られる。
【０１５９】
（７）三方弁４７Ａ切換動作
次に、三方弁４７Ａの動作について説明する。三方弁４７Ａは、冷却運転及び給湯運転の起動時及び停止時に、低温の湯が貯湯タンク３０の上部に流れ込み、貯湯タンク３０内部の温度成層を乱すことを防止するものである。冷却運転若しくは給湯運転の開始から所定の時間ＴＬ１、三方弁４７Ａの貯湯タンク３０側を遮断し、バイパス配管４９からの湯（又は水）を循環ポンプ３１に流すように切り替える。これにより、冷却運転若しくは給湯運転の開始からの所定の時間ＴＬ１、熱交換器１３の水通路１２、若しくは、第２の冷媒回路８の熱交換器８３の水通路８２から流れてきた湯は貯湯タンク３０へは流れ込まず、高温配管４８からバイパス配管４９、三方弁４７Ａ、循環ポンプ３１を経由して、熱交換器１３の水通路１２、若しくは、第２の冷媒回路８の熱交換器８３の水通路８２に戻る閉回路を流れる。
【０１６０】
併せて、冷却運転若しくは給湯運転の開始から所定の時間ＴＬ２は、流量調整弁３５は十分な流量を確保できる所定の開度に固定され、所定時間ＴＬ２経過後から徐々に開度を小さくし、流量を減らし、最終的には、高温配管４８に取り付けられた出湯温度センサＴ２が所定の値になるように開度調節される。
【０１６１】
前記所定時間ＴＬ１経過後は、三方弁４７Ａにより、バイパス配管４９側が遮断され、貯湯タンク３０の下部からの水が循環ポンプ３１に流れるように切り替えられる。その結果、熱交換器１３の水通路１２、若しくは、第２の冷媒回路８の熱交換器８３の水通路８２にて生成された湯は貯湯タンク３０へ流れることになる。
【０１６２】
前述の所定の時間ＴＬ１及びＴＬ２は、予め一定の時間を定めておくこともできるし、出湯温度センサＴ２で検出される熱交換器１３、若しくは、第２の冷媒回路８の熱交換器８３の出口の湯の温度を基準に操作することもできる。即ち、冷却運転開始から流量調整弁３５は所定の開度に固定され、出湯温度が所定の値以上に上昇したら、流量調整弁３５の開度を徐々に縮小し、更に出湯温度が上昇し、第２の所定の温度に達したら、三方弁４７Ａを、バイパス配管４９側を遮断し、貯湯タンク３０の下部からの水を循環ポンプ３１に流すように切り替えれば良い。
【０１６３】
以上により、貯湯タンク３０に既に貯湯されている湯の温度成層を乱し貯湯されている湯の温度を低下させてしまうという問題を回避できる。その結果、貯湯されている湯の熱損失が低減され、湯の有効な利用が可能となる。
【０１６４】
更に、上述の如く冷却運転若しくは給湯運転の開始から所定の時間ＴＬ２、十分な流量を確保できる所定の開度に流量調整弁３５を固定することで、圧縮機１０（或いは圧縮機８０）を起動した直後の吐出温度の異常上昇や異常高圧も回避することができる。
【０１６５】
一方、冷却運転若しくは給湯運転の停止直後も、圧縮機１０（或いは圧縮機８０）の運転停止から所定の時間経過するか、若しくは、出湯温度が所定の値以下になったら、三方弁４７Ａの貯湯タンク３０側を遮断し、バイパス配管４９からの湯（又は水）を循環ポンプ３１に流すように切り替えると共に、その後も所定の時間循環ポンプ３１を運転するものとする。これにより、熱交換器１３の水通路１２、若しくは、第２の冷媒回路８の熱交換器８３の水通路８２から流れてきた湯は貯湯タンク３０へは流れ込まず、高温配管４８からバイパス配管４９、三方弁４７Ａ、循環ポンプ３１を経由して、熱交換器１３の水通路１２、若しくは、第２の冷媒回路８の熱交換器８３の水通路８２に戻る閉回路を流れる
【０１６６】
これにより、貯湯タンク３０の上部から貯湯タンク３０内に低温の湯が流れ込み、貯湯タンク３０内部の温度成層を乱すことを防止すると共に、熱交換器１３、若しくは、第２の冷媒回路８の熱交換器８３の適切な冷却を行うことができる。
【０１６７】
尚、前述の起動時及び停止時を除き、通常の冷却運転若しくは給湯運転時には、三方弁４７Ａは、バイパス配管４９側を遮断し、貯湯タンク３０の下部からの水を循環ポンプ３１に流すように切り替えられている。また、冷却運転及び給湯運転のいずれも行っていないときは、三方弁４７Ａは、貯湯タンク３０側を遮断し、バイパス配管４９側が連通するように切り替えられている。冷却運転及び給湯運転のいずれも行っていないときに、上述の状態に切り替えておくことにより、洗浄用途等の高温の湯の供給を行った場合に、給水配管３２から貯湯タンク３０下部に流入した冷水が、熱交換器１３、若しくは、第２の冷媒回路８の熱交換器８３側の貯湯回路５を経由して、貯湯タンク３０の上部に流れ込み、供給する湯の温度を低下させるという問題を回避できる。
【０１６８】
（８）排出装置３６の動作
ところで、冷凍サイクル装置２００では、冷却運転時において冷却負荷の増大、或いは、給湯負荷の低下により、貯湯タンク３０内に貯留される高温の湯量が過剰となると、貯湯タンク３０の下部から取り出される湯の温度も上昇し、その結果、熱交換器１３に高温の湯が流れ込む不都合が生じる。
【０１６９】
このように熱交換器１３に高温の湯が流れ込むと、熱交換器１３の放熱器２１において、当該放熱器２１を流れる冷媒が水通路１２を流れる水に熱を放出する、冷媒の放熱量が著しく低下、或いは、不足することとなる。これにより、当該放熱器２１において冷媒を低温とすることができないので、蒸発器１６に流れる冷媒の比エンタルピも上昇し、蒸発器１６における冷却能力、及び、冷凍サイクル装置２００の効率が著しく低下し、蒸発器１６における被冷却物の冷却に支障を来たす問題が生じる。
【０１７０】
このような問題を解消するため、本実施例の冷凍サイクル装置２００は、貯湯タンク３０内の水、若しくは、放熱器２１と貯湯タンク３０内の水を熱交換させるための熱交換器１３に循環される水の温度、又は、放熱器２１内、若しくは、当該放熱器２１を出た冷媒の温度が所定の値以上に上昇した場合、排出装置３６により貯湯タンク３０内の水を排出するものとする。
【０１７１】
ここで、当該排出装置３６による貯湯タンク３０の水の排出動作について説明する。本実施例の冷凍サイクル装置２００では、放熱器２１と貯湯タンク３０内の水を熱交換させるための熱交換器１３に循環される水の温度が所定の値以上、例えば、２５℃〜３０℃以上に上昇した場合、排出装置３６により貯湯タンク３０内の水を排出するものとする。尚、排出装置３６により貯湯タンク３０内の水を排出する温度は、本実施例のように放熱器２１と貯湯タンク３０内の水を熱交換させるための熱交換器１３に循環される水の温度に限らず、貯湯センサＴ４にて検出される貯湯タンク３０内の水の温度であっても良く、また、熱交換器１３の放熱器２１内冷媒の温度や、放熱器２１を出た冷媒の温度であっても差し支えない。
【０１７２】
また、排出装置３６の湯排出管３６Ａに設けられた湯排出弁３６Ｂは、通常、閉じられており、この状態では、貯湯タンク３０内の水は湯排出管３６Ａから排出されないものとする。
【０１７３】
そして、冷却運転中に、放熱器２１と貯湯タンク３０内の水を熱交換させるための熱交換器１３に循環される水の温度（熱交換器１３の水通路１２の入口の水の温度）が所定の値以上に上昇した場合、湯排出管３６Ａの湯排出弁３６Ｂが開放される。これにより、貯湯タンク３０内の高温湯取出口３７より取り出される湯より低温で、且つ、低温湯取出口３８より取り出される水より高温である中温の湯が湯排出管３６Ａから貯湯タンク３０の外部に排出される。
【０１７４】
当該湯排出管３６Ａからの湯の排出と同時に、排出された湯量に相当する量の冷水が給水装置３２の給水配管３２Ａから貯湯タンク３０内に供給される。尚、上記湯排出管３６Ａから貯湯タンク３０の外部に排出される湯は、適切な用途があれば利用することも可能である。
【０１７５】
このように、湯排出管３６Ａから貯湯タンク３０の外部に湯を排出し、同時に、排出された湯量に相当する冷水を当該貯湯タンク３０内に供給することで、貯湯タンク３０内下部の湯の温度を低くすることができ、当該貯湯タンク３０内下部の温度の低下した湯、若しくは、給水装置３２から当該貯湯タンク３０内に供給された冷水を熱交換器１３に供給することができるようになる。
【０１７６】
これにより、熱交換器１３において、冷媒が蒸発器１６における冷却作用を維持するために必要な放熱量を確保することが可能となる。即ち、熱交換器１３において、放熱器２１を流れる冷媒の熱を水通路１２を流れる水に充分に放出して、冷媒の温度を低温とすることができるので、蒸発器１６における冷却能力を維持して、確実に、被冷却物の冷却を行うことが可能となる。
【実施例３】
【０１７７】
上記各実施例（実施例１乃至実施例２）では、被冷却物を冷却保冷する容器として、横置き楕円柱状を呈した冷却容器７を用いて説明したが、冷却容器の形状は前述したようにその他の形状であっても構わない。そこで、本実施例では円柱状を呈した冷却容器を用いた場合について説明する。尚、本実施例では前述の上記各実施例と冷却容器の形状のみが相違するので、相違する事項についてのみ説明し、その他については前記各実施例と同様、或いは、類似するため説明を省略する。
【０１７８】
図６は、本実施例の蒸発器３１６を内側タンク３７０の底面側から見た場合の概略構成図である。本実施例の冷却容器３０７の形状は縦置き円柱状であるため、内側タンク３７０の底面３７０Ｂ（他方の板材）の形状は、略円形であり、当該底面３７０Ｂに固着される外板３７６（一方の板材）の形状も略円形を呈している。
【０１７９】
前記外板３７６の周辺部全周は、図６に示すようにシーム溶接により内側タンク３７０の底面３７０Ｂに固着され、両板材間（内側タンク３７０の底面３７０Ｂと外板３７６間）に密閉された冷媒通路空間３７７が構成されており、これを蒸発器３１６の冷媒流路としている。
【０１８０】
また、外板３７６の周辺部以外の部分には、所定間隔をおいて複数箇所前記内側タンク３７０の底面３７０Ｂに固着された内側固着部３７８が形成されている。具体的には、外板３７６の周辺部全周が内側タンク３７０の底面にシーム溶接により固着され、当該周辺部以外の部分は所定間隔をおいて碁盤目配列状、若しくは、千鳥配列状にスポット溶接により固着されている（スポット溶接により固着された箇所が内側固着部３７８）。
【０１８１】
そして、内側タンク３７０の底面３７０Ｂと外板３７６との間に形成された前記冷媒通路空間３７７（蒸発器３１６の冷媒流路）には、当該冷媒通路空間３７７に連通して複数の冷媒入口管３１６Ａ及び冷媒出口管３１６Ｂが取り付けられている。そして、図６に示す如くこれら複数の冷媒入口管３１６Ａの一端は、前記冷媒通路空間３７７の中心部において、当該冷媒通路空間３７７に連通すると共に、各冷媒出口管３１６Ｂの一端は、冷媒通路空間３７７の周辺部において当該冷媒通路空間３７７に連通している。
【０１８２】
前記各冷媒入口管３１６Ａは、略円形を呈した外板３７６と同心円状配列で、それぞれ略等間隔となるように冷媒通路空間３７７の中心部に連通接続されており、各冷媒出口管３１６Ｂは、略円形を呈した外板３７６と同心円状配列で、それぞれ略等間隔となるように冷媒通路空間３７７の周辺部に連通接続されている。
【０１８３】
一方、冷媒入口管３１６Ａの他端は、冷媒配管４２からの冷媒が冷媒通路空間３７７に分岐して流入するように冷媒配管４２に接続されている。そして、冷媒出口管３１６Ｂの他端は、各冷媒出口管３１６Ｂからの冷媒が合流するように吸入管４５に接続されている。
【０１８４】
また、本実施例においても、前記各実施例と同様に、内側タンク３７０の板厚は２ｍｍ、外板３７６の板厚は１ｍｍである。また、スポット溶接部（内側固着部７８）の直径は６ｍｍであり、スポットピッチは１８．５ｍｍ、冷媒入口管３１６Ａ及び冷媒出口管３１６Ｂの外径は外径φ６．３５ｍｍ（１／４インチ）、冷媒入口管３１６Ａ及び冷媒出口管３１６Ｂの板厚は１．０ｍｍである。
【０１８５】
既に前記実施例１で説明したように、冷媒入口管３１６Ａ及び冷媒出口管３１６Ｂの本数、並びに外板３７６の面積は、前記数式（１）及び数式（２）から算出することができる。本実施例では、定格容量が１０００リットルの冷却容器３０７を使用し、１回の集荷あたりの搾乳回数は２回である。従って、数式（１）から算出されるＮＴ（蒸発器３１６の冷媒入口管３１６Ａ及び冷媒出口管３１６Ｂの本数）は３．２５であるので、冷媒入口管３１６Ａ及び冷媒出口管３１６Ｂの本数を各４本とする。また、前記数式（２）にて算出されるＡ（外板３７６の面積）は１となるので、本実施例では当該外板３７６の面積を１．１３ｍ2としている。
【０１８６】
本実施例の蒸発器３１６の冷媒通路は、１パスであり、冷媒入口管３１６Ａ及び冷媒出口管３１６Ｂの本数は各々４本である。従って、冷媒配管４２からの冷媒は、４つの流れに分流されて、各冷媒入口管３１６Ａ内を流れ、各冷媒入口管３１６Ａから蒸発器３１６の冷媒通路（冷媒通路空間７７の中心部）に入る。そして、各冷媒入口管３１６Ａから蒸発器３１６の中心部に流入した冷媒は、当該蒸発器３１６内で一旦合流し、中心部から円周方向に向かって流れる。その過程で、被冷却物との熱交換により吸熱して、蒸発する。蒸発した冷媒は４つの流れに分かれてそれぞれ冷媒出口管３１６Ｂに入り、各冷媒出口管３１６Ｂから蒸発器３１６の外部に流出した後、合流して吸入管４５に流れる。
【０１８７】
以上詳述したように、本実施例の蒸発器３１６では、冷媒入口管３１６Ａが冷媒通路空間３７７の中心部において、当該冷媒通路空間３７７に連通すると共に、冷媒出口管３１６Ｂが冷媒通路空間３７７の周辺部において当該冷媒通路空間３７７に連通しているので、中心部付近から蒸発器３１６内に流入した冷媒が、円周方向に広がるように流れるため、冷媒の蒸発と共に圧力損失が増大する不都合を抑制することが可能となる。
【０１８８】
即ち、冷媒は蒸発するにしたがって、比容積が大きくなるため、蒸発器３１６の冷媒入口から出口までの間の冷媒通路の面積を同一とした場合、冷媒が蒸発するに伴い、圧力損失が増大してしまう。しかしながら、本実施例の如く冷媒入口管３１６Ａを冷媒通路空間３７７の中心部に設けて、冷媒出口管３１６Ｂを冷媒通路空間３７７の周辺部に設けることで、当該蒸発器３１６の冷媒通路面積は蒸発器３１６の入口において最も狭く、出口に向かうに従って徐々に大きくなり、当該蒸発器３１６の出口では最大となるため、係る圧力損失をより一層低減することができる。
【０１８９】
更に、係る構造とすることで、冷媒の分流性も良好となるので、当該蒸発器３１６内での冷媒の滞留を防止することができるようになり、伝熱性能の向上も期待できる。
【０１９０】
尚、上記各実施例では本発明の熱交換器を蒸発器として使用するものとしたが、これに限らず、放熱器として使用しても差し支えなく、本発明の熱交換器を放熱器として使用した場合には、放熱器における熱交換能力の向上を図ることができるようになる。
【０１９１】
尚、以上説明において把握し得る発明としては、特許請求の範囲の各請求項の他に以下のものが考えられる。即ち、
請求項１の発明において前記一方の板材の周辺部全周を前記他方の板材に固着した後、両板材間に圧力を印加することにより、両板材間に前記冷媒通路空間を膨出形成したことを特徴とする熱交換器。
【産業上の利用可能性】
【０１９２】
本発明は、上記各実施例の如く搾乳直後の牛乳を冷却して保冷する装置のみならず、例えば、食品等の加工に関連する装置や、自動販売機、冷却・保冷が求められる他の産業分野においても利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１９３】
【図１】本発明を適用した一実施例の冷凍サイクル装置の概略構成図である。
【図２】冷却容器の概略構造を示した断面図である。
【図３】冷却容器に一体形成された蒸発器の概略構造を示した断面図である。
【図４】蒸発器の概略構成図である。
【図５】本発明の他の実施例の冷凍サイクル装置の概略構成図である。
【図６】本発明の他の実施例の蒸発器の概略構成図である。
【図７】耐圧破壊試験の結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１９４】
１、２００  冷凍サイクル装置
２  冷媒回路
３  給湯回路
５  貯湯回路
７  冷却容器
１０、８０  圧縮機
１１、２１、８１  放熱器
１４  ８４  膨張弁
１６、８６  蒸発器
１６Ａ、３１６Ａ  冷媒入口管
１６Ｂ、３１６Ｂ  冷媒出口管
７０、３７０  内側タンク
７２  外装タンク
７４  断熱材
７６、３７６  外板
７７、３７７  冷媒通路空間
７８、３７８  内側固着部
【図１】
2007232226.tif 000003
【図２】
2007232226.tif 000004
【図３】
2007232226.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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