JP2007183044A - 冷却装置および自動販売機 - Google Patents

Abstract

【課題】庫内設置されている既設の中間熱交換器またはガスクーラに、加熱単独運転時の冷熱排熱機能を持たせるようにする。
【解決手段】二段式圧縮機の一段目圧縮部で圧縮された一段目冷媒が二段目圧縮部に供給され、二段目圧縮部で圧縮された二段目冷媒が温熱利用側の蒸発器に供給され、温熱利用側蒸発器を通過した二段目冷媒がガスクーラを経由して内部熱交換器の高圧配管の上流側に供給され、内部熱交換器を通過した二段目冷媒が電子膨張弁に供給されて低圧低温冷媒になり、この低圧低温冷媒が中間熱交換器を経由して内部熱交換器の低圧配管の上流側に供給され、さらに内部熱交換器から二段式圧縮機の一段目圧縮部に供給されることにより、二段目冷媒の保有する温熱によって温熱利用側の蒸発器が加熱され、低圧低温冷媒の保有する冷熱が中間熱交換器によって外部へ排熱されるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部設置の排熱用放熱器を不要にしながら、ヒートポンプによる加熱単独運転が可能な冷却装置、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。

従来のこの種の自動販売機の商品収納庫を冷却するための冷却装置は、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（中間熱交換器やガスクーラに同じ）と、放熱器により冷却された冷媒を膨張させる電子膨張弁と、電子膨張弁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、これら複数の蒸発器のうち所定の蒸発器に対して冷媒を供給する冷媒分配手段とから構成されている。
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、このとき従来の自動販売機においては当該商品収納庫を別途設置しているヒータによって加熱している。

また、各商品収納庫内に設置されている蒸発器の一つを放熱器（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直接流すことにより、高圧高温冷媒（ホットガスに同じ）の温熱を利用して対応する商品収納庫内を加熱するとともに、他の蒸発器にて冷媒を蒸発させ、対応する商品収納庫内を冷却するいわゆる「ヒートポンプ運転」により、省電力効果を高めた自動販売機も開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−１６０９３７号公報（図１）

このように、従来の自動販売機では、搭載されている冷却装置でヒートポンプによる冷却・加熱同時運転（ＣＨＨ運転モード）を行う場合には問題ないが、季節によって冷却負荷がなくなり、加熱単独運転（ＨＨ運転）に移行する場合には、どこかで冷熱を排熱しないと、冷凍回路が成り立たなくなる。従来はこの問題を排熱専用の熱交換器を庫外に新たに設置し、この庫外設置の熱交換器で冷熱を排熱することで解決している。しかしながら、このように熱交換器を新たに設置することはコスト高に繋がる。

本発明の技術的課題は、庫内設置されている既設の中間熱交換器またはガスクーラに、加熱単独運転時の冷熱排熱機能を持たせることで、コスト低減を図れるようにすることにある。

（１）本発明に係る冷却装置は、下記の構成からなるものである。すなわち、冷媒を中間圧力にまで圧縮する一段目圧縮部と冷媒を所定圧力にまで圧縮する二段目圧縮部とを具備する二段式圧縮機と、冷媒を冷却する中間熱交換器およびガスクーラと、冷媒を膨張させる電子膨張弁と、冷媒を蒸発または凝縮させる複数の蒸発器と、冷媒の保有する冷熱の一部を電子膨張弁に流入する前の冷媒に受け渡す内部熱交換器とを有する冷却装置であって、一段目圧縮部において圧縮された冷媒である一段目冷媒が一段目圧縮部から二段目圧縮部に供給され、二段目圧縮部において圧縮された冷媒である二段目冷媒が二段目圧縮部から複数の蒸発器のうちの温熱利用側の蒸発器に供給され、温熱利用側蒸発器を通過した二段目冷媒がガスクーラを経由して内部熱交換器の高圧配管の上流側に供給され、内部熱交換器を通過した二段目冷媒が電子膨張弁に供給されて低圧低温冷媒になり、この低圧低温冷媒が中間熱交換器を経由して内部熱交換器の低圧配管の上流側に供給され、さらに内部熱交換器から二段式圧縮機の一段目圧縮部に供給されることにより、二段目冷媒の保有する温熱によって温熱利用側の蒸発器が加熱され、低圧低温冷媒の保有する冷熱が中間熱交換器によって外部へ排熱されることを特徴としている。

（２）本発明に係る冷却装置は、下記の構成からなるものである。すなわち、冷媒を中間圧力にまで圧縮する一段目圧縮部と冷媒を所定圧力にまで圧縮する二段目圧縮部とを具備する二段式圧縮機と、冷媒を冷却するガスクーラと、冷媒を膨張させる電子膨張弁と、冷媒を蒸発または凝縮させる複数の蒸発器と、冷媒の保有する冷熱の一部を電子膨張弁に流入する前の冷媒に受け渡す内部熱交換器とを有する冷却装置であって、一段目圧縮部において圧縮された冷媒である一段目冷媒が一段目圧縮部から二段目圧縮部に供給され、二段目圧縮部において圧縮された冷媒である二段目冷媒が二段目圧縮部から複数の蒸発器のうちの温熱利用側の蒸発器に供給され、この温熱利用側蒸発器を通過した二段目冷媒が内部熱交換器の高圧配管の上流側に供給され、内部熱交換器を通過した二段目冷媒が電子膨張弁に供給されて低圧低温冷媒になり、低圧低温冷媒がガスクーラを経由して内部熱交換器の低圧配管の上流側に供給され、さらに内部熱交換器から二段式圧縮機の一段目圧縮部に供給されることにより、二段目冷媒の保有する温熱によって温熱利用側の蒸発器が加熱され、低圧低温冷媒の保有する冷熱がガスクーラによって外部へ排熱されることを特徴としている。

（３）本発明に係る冷却装置は、下記の構成からなるものである。すなわち、冷媒を中間圧力にまで圧縮する一段目圧縮部と冷媒を所定圧力にまで圧縮する二段目圧縮部とを具備する二段式圧縮機と、冷媒を冷却する中間熱交換器およびガスクーラと、冷媒を膨張させる電子膨張弁と、冷媒を蒸発または凝縮させる複数の蒸発器と、冷媒の保有する冷熱の一部を電子膨張弁に流入する前の冷媒に受け渡す内部熱交換器とを有する冷却装置であって、一段目圧縮部において圧縮された冷媒である一段目冷媒が一段目圧縮部から二段目圧縮部に供給され、二段目圧縮部において圧縮された冷媒である二段目冷媒が二段目圧縮部から複数の蒸発器のうちの温熱利用側の蒸発器に供給され、温熱利用側蒸発器を通過した二段目冷媒が中間熱交換器を経由して内部熱交換器の高圧配管の上流側に供給され、内部熱交換器を通過した二段目冷媒が電子膨張弁に供給されて低圧低温冷媒になり、低圧低温冷媒がガスクーラを経由して内部熱交換器の低圧配管の上流側に供給され、さらに内部熱交換器から二段式圧縮機の一段目圧縮部に供給されることにより、二段目冷媒の保有する温熱によって温熱利用側の蒸発器が加熱され、低圧低温冷媒の保有する冷熱がガスクーラによって外部へ排熱されることを特徴としている。

（４）本発明に係る自動販売機は、下記の構成からなるものである。すなわち、断熱材によって囲まれ一面に開口部を具備する筐体と、筐体を複数の商品収納庫に分割する仕切板と、商品収納庫のそれぞれに対応する商品取出し口を具備し、開口部を開閉する断熱扉と、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、商品ラックから落下した商品を商品取出し口に誘導するシュータと、シュータの下方に配置されて商品収納庫内の空気を加熱または冷却する収納庫内熱交換手段と、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、収納庫内熱交換手段によって加熱または冷却された空気を商品ラックの内部を経由して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、収納庫内熱交換手段が、前記（１）〜（３）のいず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している。

本発明の冷却装置においては、庫内に設置されている中間熱交換器またはガスクーラに、加熱単独運転時の冷熱排熱機能を持たせることができる。このため、加熱単独運転時に従来必要であった庫外設置の冷熱排熱専用熱交換器が不要となり、コスト低減が図れる。

本発明の自動販売機においては、庫内の加熱手段として、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の冷却装置における蒸発器を用い、加熱単独運転時の冷熱排熱を既設の中間熱交換器またはガスクーラにより行わせることができるので、製造コストおよび運転コストを低く抑えることができる。

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、以下の各実施形態においてはいずれも蒸発器が３台で、うち１台は冷却専用の熱交換器として機能し、他の２つは冷媒流路の切換により凝縮器としても機能し得るものである場合を例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものでなく、３台以上の何れの台数であってもよいし、全ての蒸発器が凝縮器としても機能し得るものであってもよい。また、冷媒はいずれもＣＯ₂ （二酸化炭素）冷媒を用いるものとし、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。

実施の形態１．
図１乃至図３はいずれも本発明の実施の形態１に係る冷却装置を示すもので、図１はその加熱単独運転（ＨＨ運転モード）時の冷凍回路図、図２はその冷却単独運転（ＣＣＣ運転モード）時の冷凍回路図、図３はその冷却・加熱同時運転（ＣＨＨ運転モード）時の冷凍回路図であり、各図中の太線は冷媒が流れている配管を示し、矢印は冷媒の流れ方向を示す。

本実施形態の冷却装置１００は、冷媒（二酸化炭素冷媒）を中間圧力にまで圧縮する一段目圧縮部１ａと冷媒を所定圧力にまで圧縮する二段目圧縮部１ｂとを具備する二段式圧縮機１と、圧縮機１の負荷を低減させるために冷媒を冷却する中間熱交換器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の熱交換を促進し庫外へ排熱するファン２４と、冷媒を膨張させ低圧低温の冷媒にする電子膨張弁４と、庫内に設置され、冷媒を蒸発させる冷却専用の蒸発器６ａ、及び冷媒を蒸発または凝縮させる複数の蒸発器６ｂ，６ｃと、蒸発後の低圧低温冷媒が依然保有する冷熱を回収するために、冷熱の一部を電子膨張弁４に流入する前の冷媒に受け渡す内部熱交換器８と、ドレン水の蒸発を促進するための蒸発パイプ３１とを有する。

また、蒸発器６ａ，６ｂ，６ｃへの冷媒の流入を制御する電磁弁５ａ，５ｂ，５ｃと、二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａの下流側と中間熱交換器２の上流側とを接続する配管１０ａの途中に設けられて、一段目圧縮部１ａから中間熱交換器２への冷媒の流入を制御する電磁弁３２ａと、電子膨張弁４の下流側と中間熱交換器２の上流側とを接続する配管１０ｂの途中に設けられて、電子膨張弁４から中間熱交換器２への冷媒の流入を制御する電磁弁３２ｂと、二段式圧縮機１の二段目圧縮部１ｂの下流側とガスクーラ３の上流側とを接続する配管１０ｃの途中に設けられて、二段目圧縮部１ｂからガスクーラ３への冷媒の流入を制御する電磁弁３３ａと、蒸発器６ｂ，６ｃの下流側とガスクーラ３の上流側とを接続する配管１０ｄの途中に設けられて、蒸発器６ｂ，６ｃからガスクーラ３への冷媒の流入を制御する電磁弁３３ｂと、中間熱交換器２の下流側と内部熱交換器８の低圧配管の上流側とを接続する配管１０ｅの途中に設けられて、中間熱交換器２から内部熱交換器８の低圧配管側への冷媒の流入を制御する電磁弁３２ｃと、蒸発器６ｂ、６ｃを通過した低圧低温冷媒を配管１０ｆを介して二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａ側に選択的に戻す冷媒分配手段機能を持つ電磁弁７ｂ，７ｃと、低圧低温冷媒が一定の方向に流れるように制御する低圧低温冷媒戻り逆止弁３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅと、蒸発器６ｂ，６ｃへの高圧高温冷媒の流入を制御する電磁弁３５ａ，３５ｂと、中間熱交換器２をバイパスするバイパス配管１０ｇに設けた電磁弁３７とを有する。なお、電磁弁３５ａ，３５ｂは、二段式圧縮機１の二段目圧縮部１ｂの吐出側の配管１０ｈから分岐して蒸発器６ｂ，６ｃへ接続された分岐管１０ｉ，１０ｊの途中に設けられている。

次に、本実施形態の冷却装置１００の動作について説明する。まず、加熱単独運転（ＨＨ運転モード）は、図１の冷凍回路によって行われる。すなわち、電磁弁３２ａ，３３ａ，７ｂ，７ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃを閉じ、電磁弁３７，３５ａ，３５ｂ，３３ｂ，３２ｂ，３２ｃを開いて、冷媒が図１中に太い実線で示す配管を流れるように冷凍回路を構成する。この加熱単独運転（ＨＨ運転モード）時の冷凍回路の特徴は、電子膨張弁４の下流側と中間熱交換器２の上流側とが配管１０ｂにて接続され、さらに中間熱交換器２の下流側と内部熱交換器８の低圧配管の上流側とが配管１０ｅにて接続されている点にある。図１中の矢印は、この冷凍回路内の冷媒の流れ方向を示している。まず、二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａで圧縮されて圧力を中間よりやや低いところまで上昇された冷媒である一段目冷媒は、配管１０ａから中間熱交換器２をショートカットするバイパス配管１０ｇを経由し、殆ど放熱せずに二段目圧縮部１ｂに吸い込まれ、さらに圧縮される。そして、この二段目圧縮部１ｂで圧縮されて高温・高圧となった冷媒である二段目冷媒は、二段目圧縮部１ｂから配管１０ｈ、分岐管１０ｉ，１０ｊを経由して温熱利用側の蒸発器６ｂ，６ｃに供給される。そこで、二段目冷媒は蒸発器６ｂ、６ｃの周囲の空気と熱交換して凝縮または降温するから、周囲の空気は加熱されることになる（以下、これを「蒸発器が加熱される」という）。

次いで、二段目冷媒は蒸発器６ｂ、６ｃの下流側とガスクーラ３の上流側とを接続する配管１０ｄを経由してガスクーラ３に供給され、そこからガスクーラ３と電子膨張弁４とを接続する配管を経由して電子膨張弁４に供給される。この時、ガスクーラ３と電子膨張弁４とを接続する配管は、内部熱交換器８の一部を形成しているから、二段目冷媒は内部熱交換器８において、冷熱を受け取り冷却される。そして、電子膨張弁４において膨張した低温低圧冷媒は、電子膨張弁４の下流側と中間熱交換器２の上流側とを接続する配管１０ｂを経由して中間熱交換器２に供給され、中間熱交換器２で冷熱が外気に放熱される。そして、冷熱を放熱した冷媒は、中間熱交換器２の下流側と内部熱交換器８の低圧配管の上流側とを接続する配管１０ｅを経由して内部熱交換器８に供給され、内部熱交換器８にて冷熱の一部を電子膨張弁４に流入する前の冷媒に受け渡し、二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａに戻される。

このように、本実施形態の冷却装置１００においては、庫内に設置されて従来は温熱の冷却にのみ使用されていた中間熱交換器２を、加熱単独運転（ＨＨ運転モード）時に、冷熱排熱用交換器として機能させることができる。このため、加熱単独運転（ＨＨ運転モード）時に従来必要であった庫外設置の冷熱排熱専用熱交換器が不要となり、コスト低減が図れる。

本実施形態の冷却装置１００による冷却単独運転（ＣＣＣ運転モード）は、図２の冷凍回路によって行われる。すなわち、電磁弁３７，３５ａ，３５ｂ，３３ｂ，３２ｂ，３２ｃを閉じ、電磁弁３２ａ，３３ａ，５ａ，５ｂ，５ｃ，７ｂ，７ｃを開いて、冷媒が図２中に太い実線で示す配管を矢印方向へ流れるように冷凍回路を構成する。まず、二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａで圧縮されて圧力を中間よりやや低いところまで上昇された冷媒である一段目冷媒は、配管１０ａから中間熱交換器２に供給され、中間熱交換器２で温熱が外気に放熱される。そして、温熱を放熱した冷媒は、中間熱交換器２から二段目圧縮部１ｂに吸い込まれ、さらに圧縮される。そして、この二段目圧縮部１ｂで圧縮されて高温・高圧となった冷媒である二段目冷媒は、二段目圧縮部１ｂから配管１０ｃを経由してガスクーラ３に供給されて冷媒の熱エネルギが放熱され、そこからガスクーラ３と電子膨張弁４とを接続する配管を経由して電子膨張弁４に供給される。この時、二段目冷媒は、途中の内部熱交換器８にて冷熱を受け取り冷却される。そして、電子膨張弁４において膨張した低温低圧冷媒は、電子膨張弁４と蒸発器６ａ，６ｂ，６ｃとを接続する配管を経由して蒸発器６ａ，６ｂ，６ｃに供給される。そこで、低温低圧冷媒は蒸発器６ａ，６ｂ，６ｃの周囲の空気と熱交換して蒸発するから、周囲の空気は冷却されることになる（以下、これを「蒸発器が冷却される」という）。

次いで、蒸発器６ａ，６ｂ，６ｃを通過した低温低圧冷媒は、蒸発器６ａ，６ｂ，６ｃと一段目圧縮部１ａとを連結する配管１０ｆを経由して一段目圧縮部１ａに戻される。この時、配管１０ｆは内部熱交換器８の一部を形成しているから、低温低圧冷媒が保有する冷熱は内部熱交換器８において二段目冷媒に受け渡される。

本実施形態の冷却装置１００による冷却・加熱同時運転（ＣＨＨ運転モード）は、図３の冷凍回路によって行われる。すなわち、電磁弁３２ａ，３３ａ，７ｂ，７ｃ，５ｂ，５ｃを閉じ、電磁弁３７，３５ａ，３５ｂ，３３ｂ，５ａを開いて冷媒が図３中に太い実線で示す配管を矢印方向へ流れるように冷凍回路を構成する。まず、二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａで圧縮されて圧力を中間よりやや低いところまで上昇された冷媒である一段目冷媒は、配管１０ａから中間熱交換器２をショートカットするバイパス配管１０ｇを経由し、殆ど放熱せずに二段目圧縮部１ｂに吸い込まれ、さらに圧縮される。そして、この二段目圧縮部１ｂで圧縮されて高温・高圧となった冷媒である二段目冷媒は、二段目圧縮部１ｂから配管１０ｈ、分岐管１０ｉ，１０ｊを経由して温熱利用側の蒸発器６ｂ，６ｃに供給され、蒸発器６ｂ，６ｃが加熱される。

次いで、蒸発器６ｂ，６ｃを通過した二段目冷媒は、蒸発器６ｂ、６ｃの下流側とガスクーラ３の上流側とを接続する配管１０ｄを経由してガスクーラ３に供給され、そこからガスクーラ３と電子膨張弁４とを接続する配管を経由して電子膨張弁４に供給される。この時、ガスクーラ３と電子膨張弁４とを接続する配管は、内部熱交換器８の一部を形成しているから、二段目冷媒は内部熱交換器８において、冷熱を受け取り冷却される。そして、電子膨張弁４において膨張した低温低圧冷媒は、電子膨張弁４の下流側と蒸発器６ａとを接続する配管を経由して蒸発器６ａに供給され、蒸発器６ａが冷却される。そして、蒸発器６ａを通過した低温低圧冷媒は、蒸発器６ａと一段目圧縮部１ａとを連結する配管１０ｆを経由して一段目圧縮部１ａに戻される。この時、配管１０ｆは内部熱交換器８の一部を形成しているから、低温低圧冷媒が保有する冷熱は内部熱交換器８において二段目冷媒に受け渡される。

実施の形態２．
図４乃至図６はいずれも本発明の実施の形態２に係る冷却装置を示すもので、図４はその加熱単独運転（ＨＨ運転モード）時の冷凍回路図、図５はその冷却単独運転（ＣＣＣ運転モード）時の冷凍回路図、図６はその冷却・加熱同時運転（ＣＨＨ運転モード）時の冷凍回路図であり、各図中の太線は冷媒が流れている配管を示し、矢印は冷媒の流れ方向を示す。

本実施形態の冷却装置２００は、蒸発器６ｂ，６ｃの下流側と内部熱交換器８の高圧配管の上流側とを接続する配管１０ｋと、電子膨張弁４の下流側とガスクーラ３の上流側とを接続する配管１０ｌと、ガスクーラ３の下流側と内部熱交換器８の低圧配管の上流側とを接続する配管１０ｍと、配管１０ｍから分岐して内部熱交換器８の高圧配管の上流側に接続された配管１０ｎとを設けるとともに、配管１０ｋの途中に、蒸発器６ｂ，６ｃから内部熱交換器８の高圧配管の上流側への冷媒の流入を制御する電磁弁４１を、配管１０ｌの途中に、電子膨張弁４からガスクーラ３への冷媒の流入を制御する電磁弁４２を、配管１０ｍの途中に、ガスクーラ３から内部熱交換器８の低圧配管の上流側への冷媒の流入を制御する電磁弁４３を、さらに配管１０ｎの途中に、ガスクーラ３から内部熱交換器８の高圧配管の上流側への冷媒の流入を制御する電磁弁４４を、それぞれ設けた点が前述の実施の形態１のものと異なっている。それ以外の構成は前述の実施の形態１のものと同様である。

次に、本実施形態の冷却装置２００の動作について説明する。まず、加熱単独運転（ＨＨ運転モード）は、図４の冷凍回路によって行われる。すなわち、電磁弁３２ａ，３３ａ，７ｂ，７ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃ，４４を閉じ、電磁弁３７，３５ａ，３５ｂ，４１，４２，４３を開いて、冷媒が図４中に太い実線で示す配管を流れるように冷凍回路を構成する。この加熱単独運転（ＨＨ運転モード）時の冷凍回路の特徴は、電子膨張弁４の下流側とガスクーラ３の上流側とが配管１０ｌにて接続され、さらにガスクーラ３の下流側と内部熱交換器８の低圧配管の上流側とが配管１０ｍにて接続されている点にある。図４中の矢印は、この冷凍回路内の冷媒の流れ方向を示している。まず、二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａで圧縮されて圧力を中間よりやや低いところまで上昇された冷媒である一段目冷媒は、配管１０ａから中間熱交換器２をショートカットするバイパス配管１０ｇを経由し、殆ど放熱せずに二段目圧縮部１ｂに吸い込まれ、さらに圧縮される。そして、この二段目圧縮部１ｂで圧縮されて高温・高圧となった冷媒である二段目冷媒は、二段目圧縮部１ｂから配管１０ｈ、分岐管１０ｉ，１０ｊを経由して温熱利用側の蒸発器６ｂ，６ｃに供給され、蒸発器６ｂ，６ｃが加熱される。

次いで、二段目冷媒は蒸発器６ｂ、６ｃの下流側と内部熱交換器８の高圧配管の上流側とを接続する配管１０ｋを経由して内部熱交換器８から電子膨張弁４に供給される。この時、二段目冷媒は内部熱交換器８にて冷熱を受け取り冷却され、電子膨張弁４にて膨張し、低温低圧冷媒となる。そして、電子膨張弁４において膨張した低温低圧冷媒は、電子膨張弁４の下流側とガスクーラ３の上流側とを接続する配管１０ｌを経由してガスクーラ３に供給され、ガスクーラ３で冷熱が外気に放熱される。そして、冷熱を放熱した冷媒は、ガスクーラ３の下流側と内部熱交換器８の低圧配管の上流側とを接続する配管１０ｍを経由して内部熱交換器８に供給され、内部熱交換器８にて冷熱の一部を電子膨張弁４に流入する前の冷媒に受け渡し、二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａに戻される。

このように、本実施形態の冷却装置２００においては、庫内に設置されて従来は温熱の冷却にのみ使用されていたガスクーラ３を、加熱単独運転（ＨＨ運転モード）時に、冷熱排熱用交換器として機能させることができる。このため、加熱単独運転（ＨＨ運転モード）時に従来必要であった庫外設置の冷熱排熱専用熱交換器が不要となり、コスト低減が図れる。

本実施形態の冷却装置２００による冷却単独運転（ＣＣＣ運転モード）は、図５の冷凍回路によって行われる。すなわち、電磁弁３７，３５ａ，３５ｂ，４１，４２，４３を閉じ、電磁弁３２ａ，３３ａ，４４，５ａ，５ｂ，５ｃ，７ｂ，７ｃを開いて、冷媒が図５中に太い実線で示す配管を矢印方向へ流れるように冷凍回路を構成する。この図５の冷凍回路は、前述の実施の形態１の図２の冷凍回路と実質的に同一構成となっており、動作の説明は前述の図２の冷凍回路の動作説明をそのまま適用できるため省略する。

本実施形態の冷却装置２００による冷却・加熱同時運転（ＣＨＨ運転モード）は、図６の冷凍回路によって行われる。すなわち、電磁弁３２ａ，３３ａ，７ｂ，７ｃ，４４，５ｂ，５ｃを閉じ、電磁弁３７，３５ａ，３５ｂ，４１，５ａを開いて冷媒が図６中に太い実線で示す配管を矢印方向へ流れるように冷凍回路を構成する。まず、二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａで圧縮されて圧力を中間よりやや低いところまで上昇された冷媒である一段目冷媒は、配管１０ａから中間熱交換器２をショートカットするバイパス配管１０ｇを経由し、殆ど放熱せずに二段目圧縮部１ｂに吸い込まれ、さらに圧縮される。そして、この二段目圧縮部１ｂで圧縮されて高温・高圧となった冷媒である二段目冷媒は、二段目圧縮部１ｂから配管１０ｈ、分岐管１０ｉ，１０ｊを経由して温熱利用側の蒸発器６ｂ，６ｃに供給され、蒸発器６ｂ，６ｃが加熱される。

次いで、蒸発器６ｂ，６ｃを通過した二段目冷媒は、蒸発器６ｂ、６ｃの下流側と内部熱交換器８の高圧配管の上流側とを接続する配管１０ｋを経由して内部熱交換器８から電子膨張弁４に供給され、内部熱交換器では冷熱を受け取り冷却され、電子膨張弁４では膨張して低温低圧冷媒となる。そして、電子膨張弁４において膨張した低温低圧冷媒は、電子膨張弁４の下流側と蒸発器６ａとを接続する配管を経由して蒸発器６ａに供給され、蒸発器６ａが冷却される。そして、蒸発器６ａを通過した低温低圧冷媒は、蒸発器６ａと一段目圧縮部１ａとを連結する配管１０ｆを経由して一段目圧縮部１ａに戻される。この時、配管１０ｆは内部熱交換器８の一部を形成しているから、低温低圧冷媒が保有する冷熱は内部熱交換器８において二段目冷媒に受け渡される。

実施の形態３．
図７乃至図９はいずれも本発明の実施の形態３に係る冷却装置を示すもので、図７はその加熱単独運転（ＨＨ運転モード）時の冷凍回路図、図８はその冷却単独運転（ＣＣＣ運転モード）時の冷凍回路図、図９はその冷却・加熱同時運転（ＣＨＨ運転モード）時の冷凍回路図であり、各図中の太線は冷媒が流れている配管を示し、矢印は冷媒の流れ方向を示す。

本実施形態の冷却装置３００は、蒸発器６ｂ，６ｃの下流側と中間熱交換器２の上流側とを接続する配管１０ｏと、中間熱交換器２の下流側と二段式圧縮機１の二段目圧縮部１ｂの上流側とを接続する配管１０ｐから分岐して内部熱交換器８の高圧配管の上流側に接続された配管１０ｑとを設けるとともに、配管１０ｐの途中に、中間熱交換器２から二段目圧縮部１ｂへの冷媒の流入を制御する電磁弁４５を、配管１０ｑの途中に、中間熱交換器２から内部熱交換器８から内部熱交換器８の高圧配管の上流側への冷媒の流入を制御する電磁弁４６を、それぞれ設けた点が前述の実施の形態２のものと異なっている。なお、バイパス配管１０ｇは、配管１０ｐにおける電磁弁４５の下流側に接続されている。それ以外の構成は前述の実施の形態２のものと同様である。

次に、本実施形態の冷却装置３００の動作について説明する。まず、加熱単独運転（ＨＨ運転モード）は、図７の冷凍回路によって行われる。すなわち、電磁弁３２ａ，３３ａ，７ｂ，７ｃ，４５，５ａ，５ｂ，５ｃ，４４を閉じ、電磁弁３７，３５ａ，３５ｂ，４６，４２，４３を開いて、冷媒が図７中に太い実線で示す配管を流れるように冷凍回路を構成する。この加熱単独運転（ＨＨ運転モード）時の冷凍回路の特徴は、前述の実施の形態２のものと同様に電子膨張弁４の下流側とガスクーラ３の上流側とが配管１０ｌにて接続され、さらにガスクーラ３の下流側と内部熱交換器８の低圧配管の上流側とが配管１０ｍにて接続されている点にある。図７中の矢印は、この冷凍回路内の冷媒の流れ方向を示している。まず、二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａで圧縮されて圧力を中間よりやや低いところまで上昇された冷媒である一段目冷媒は、配管１０ａから中間熱交換器２をショートカットするバイパス配管１０ｇを経由し、殆ど放熱せずに二段目圧縮部１ｂに吸い込まれ、さらに圧縮される。そして、この二段目圧縮部１ｂで圧縮されて高温・高圧となった冷媒である二段目冷媒は、二段目圧縮部１ｂから配管１０ｈ、分岐管１０ｉ，１０ｊを経由して温熱利用側の蒸発器６ｂ，６ｃに供給され、蒸発器６ｂ，６ｃが加熱される。

次いで、二段目冷媒は蒸発器６ｂ、６ｃの下流側と中間熱交換器２の上流側とを接続する配管１０ｏを経由して中間熱交換器２に供給され、そこから配管１０ｑを経由して電子膨張弁４に供給される。この時、配管１０ｑは、内部熱交換器８の一部を形成しているから、二段目冷媒は内部熱交換器８において、冷熱を受け取り冷却される。そして、電子膨張弁４において膨張した低温低圧冷媒は、電子膨張弁４の下流側とガスクーラ３の上流側とを接続する配管１０ｌを経由してガスクーラ３に供給され、ガスクーラ３で冷熱が外気に放熱される。そして、冷熱を放熱した冷媒は、ガスクーラ３の下流側と内部熱交換器８の低圧配管の上流側とを接続する配管１０ｍを経由して内部熱交換器８に供給され、内部熱交換器８にて冷熱の一部を電子膨張弁４に流入する前の冷媒に受け渡し、二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａに戻される。

このように、本実施形態の冷却装置３００においても、庫内に設置されて従来は温熱の冷却にのみ使用されていたガスクーラ３を、加熱単独運転（ＨＨ運転モード）時に、冷熱排熱用交換器として機能させることができる。このため、加熱単独運転（ＨＨ運転モード）時に従来必要であった庫外設置の冷熱排熱専用熱交換器が不要となり、コスト低減が図れる。

本実施形態の冷却装置３００による冷却単独運転（ＣＣＣ運転モード）は、図８の冷凍回路によって行われる。すなわち、電磁弁３７，４６，３５ａ，３５ｂ，４３，４２を閉じ、電磁弁３２ａ，４５，３３ａ，４４，５ａ，５ｂ，５ｃ，７ｂ，７ｃを開いて、冷媒が図８中に太い実線で示す配管を矢印方向へ流れるように冷凍回路を構成する。この図８の冷凍回路は、前述の実施の形態１の図２の冷凍回路と実質的に同一構成となっており、動作の説明は前述の図２の冷凍回路の動作説明をそのまま適用できるため省略する。

本実施形態の冷却装置３００による冷却・加熱同時運転（ＣＨＨ運転モード）は、図９の冷凍回路によって行われる。すなわち、電磁弁３２ａ，４５，３３ａ，７ｂ，７ｃ，４４，５ｂ，５ｃを閉じ、電磁弁３７，３５ａ，３５ｂ，４６，５ａを開いて冷媒が図９中に太い実線で示す配管を矢印方向へ流れるように冷凍回路を構成する。まず、二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａで圧縮されて圧力を中間よりやや低いところまで上昇された冷媒である一段目冷媒は、配管１０ａから中間熱交換器２をショートカットするバイパス配管１０ｇを経由し、殆ど放熱せずに二段目圧縮部１ｂに吸い込まれ、さらに圧縮される。そして、この二段目圧縮部１ｂで圧縮されて高温・高圧となった冷媒である二段目冷媒は、二段目圧縮部１ｂから配管１０ｈ、分岐管１０ｉ，１０ｊを経由して温熱利用側の蒸発器６ｂ，６ｃに供給され、蒸発器６ｂ，６ｃが加熱される。

次いで、蒸発器６ｂ，６ｃを通過した二段目冷媒は、蒸発器６ｂ、６ｃの下流側と中間熱交換器２の上流側とを接続する配管１０ｏを経由して中間熱交換器２に供給され、そこから中間熱交換器２と電子膨張弁４とを接続する配管１０ｑを経由して電子膨張弁４に供給される。この時、配管１０ｑは内部熱交換器８の一部を形成しているから、二段目冷媒は内部熱交換器８において、冷熱を受け取り冷却される。そして、電子膨張弁４において膨張した低温低圧冷媒は、電子膨張弁４の下流側と蒸発器６ａとを接続する配管を経由して蒸発器６ａに供給され、蒸発器６ａが冷却される。そして、蒸発器６ａを通過した低温低圧冷媒は、蒸発器６ａと一段目圧縮部１ａとを連結する配管１０ｆを経由して一段目圧縮部１ａに戻される。この時、配管１０ｆは内部熱交換器８の一部を形成しているから、低温低圧冷媒が保有する冷熱は内部熱交換器８において二段目冷媒に受け渡される。

実施の形態４．
図１０及び図１１はいずれも本発明の実施の形態４に係る自動販売機を示すもので、図１０はその側方より見た断面図、図１１は正面側より見た断面図である。

本実施形態の自動販売機４００は、断熱材によって囲まれ一面に開口部を具備する筐体４０１（以下「キャビネット」と称す）と、キャビネット４０１内を商品収納庫４０２ａ，４０２ｂ，４０２ｃに分割する仕切板４０３ａｂ，４０３ｂｃと、商品Ｓを補充する際に開閉する断熱扉４０４（以下「商品補充用扉」と称す）と、キャビネット４０１と外気とを遮断するための断熱扉４０５（以下「内扉」と称す）と、収納した各種商品Ｓの表示や販売する商品を選択する選択ボタン等が配置された前扉４０６とを有している。
なお、符号に付した添え字「ａ，ｂ，ｃ」は、それぞれ商品収納庫４０２ａ，４０２ｂ，４０２ｃに設置されることを示し、商品収納庫４０２ａ，４０２ｂ，４０２ｃにおいて共通する内容については添え字「ａ，ｂ，ｃ」を省略する。

各商品収納庫４０２には、商品Ｓを収納するための商品ラック４０８と、商品ラック４０８から落下した商品Ｓを取出すための商品取出し口４０９と、商品ラック４０８から落下した商品Ｓを商品取出し口４０９まで誘導する商品誘導手段４１０（以下「シュータ」と称す）が設置されている。そして、商品収納庫４０２はシュータ４１０によって上下に区分され、その下方部分に庫内部品収納室４１２が形成されている。庫内部品収納室４１２には前述の実施の形態１〜３で説明した冷却装置（何れの冷却装置も適用可能である）の蒸発器６と、蒸発器６を通過する風流れを形成して庫内空気を循環するための送風手段４１４（以下「庫内ファン」と称す）が設置されている。

また、商品収納庫４０２の背面側には、庫内空気を商品ラック４０８の内部を経由して庫内ファン４１４に循環させるための循環ダクト４１７が設けられ、循環ダクト４１７の下方位置に設けられた空気吹出口４１６が蒸発器６を収容する熱交換室４６０に連通し、熱交換室４６０が庫内ファン４１４を収容するファンカバー４１５に連通し、シュータ４１０には空気が通過する多数の通気孔４１１が設けられている。さらに、庫内部品収納室４１２の下方には、機械室４１９と電装品収納室４２０が形成され、機械室４１９には冷却装置の圧縮機１やガスクーラ３に送風するファン２４や蒸発パイプ３１等が、電装品収納室４２０には自動販売機４００を制御する各電装品および冷却装置の制御手段の一部が収容されている（図示せず）。

したがって、自動販売機４００において、商品収納庫４０２が前述の実施の形態１〜３で説明した冷却装置の蒸発器６によって冷却または加熱されるから、加熱単独運転時の冷熱排熱を既設の中間熱交換器またはガスクーラにより行わせることができる。このため、加熱単独運転時に従来必要であった庫外設置の冷熱排熱専用熱交換器が不要となり、製造コストおよび運転コストを低く抑えることができる。

本発明の実施の形態１に係る冷却装置の加熱単独運転（ＨＨ運転モード）時の冷凍回路図である。 本発明の実施の形態１に係る冷却装置の冷却単独運転（ＣＣＣ運転モード）時の冷凍回路図である。 本発明の実施の形態１に係る冷却装置の冷却・加熱同時運転（ＣＨＨ運転モード）時の冷凍回路図である。 本発明の実施の形態２に係る冷却装置の加熱単独運転（ＨＨ運転モード）時の冷凍回路図である。 本発明の実施の形態２に係る冷却装置の冷却単独運転（ＣＣＣ運転モード）時の冷凍回路図である。 本発明の実施の形態２に係る冷却装置の冷却・加熱同時運転（ＣＨＨ運転モード）時の冷凍回路図である。 本発明の実施の形態３に係る冷却装置の加熱単独運転（ＨＨ運転モード）時の冷凍回路図である。 本発明の実施の形態３に係る冷却装置の冷却単独運転（ＣＣＣ運転モード）時の冷凍回路図である。 本発明の実施の形態３に係る冷却装置の冷却・加熱同時運転（ＣＨＨ運転モード）時の冷凍回路図である。 本発明の実施の形態４に係る自動販売機を側方より見た断面図である。 本発明の実施の形態４に係る自動販売機を正面側より見た断面図である。

符号の説明

１ 二段式圧縮機
１ａ 一段目圧縮部
１ｂ 二段目圧縮部
２ 中間熱交換器
３ ガスクーラ
４ 電子膨張弁
６ 収納庫内熱交換手段（蒸発器）
６ａ，６ｂ，６ｃ 蒸発器
８ 内部熱交換器
２４ 送風手段（ファン）
１００，２００，３００ 冷却装置
４００ 自動販売機
４０１ 筐体
４０２ａ，４０２ｂ，４０２ｃ 商品収納庫
４０３ａｂ，４０３ｂｃ 仕切板
４０４ 断熱扉
４０８ 商品ラック
４０９ 商品取出し口
４１０ シュータ
４１７ 循環ダクト
Ｓ 商品

Claims (4)

1. 冷媒を中間圧力にまで圧縮する一段目圧縮部と冷媒を所定圧力にまで圧縮する二段目圧縮部とを具備する二段式圧縮機と、
   冷媒を冷却する中間熱交換器およびガスクーラと、
   冷媒を膨張させる電子膨張弁と、
   冷媒を蒸発または凝縮させる複数の蒸発器と、
   冷媒の保有する冷熱の一部を前記電子膨張弁に流入する前の冷媒に受け渡す内部熱交換器とを有する冷却装置であって、
   前記一段目圧縮部において圧縮された冷媒である一段目冷媒が該一段目圧縮部から前記二段目圧縮部に供給され、前記二段目圧縮部において圧縮された冷媒である二段目冷媒が該二段目圧縮部から前記複数の蒸発器のうちの温熱利用側の蒸発器に供給され、該温熱利用側蒸発器を通過した前記二段目冷媒が前記ガスクーラを経由して前記内部熱交換器の高圧配管の上流側に供給され、該内部熱交換器を通過した前記二段目冷媒が前記電子膨張弁に供給されて低圧低温冷媒になり、該低圧低温冷媒が前記中間熱交換器を経由して前記内部熱交換器の低圧配管の上流側に供給され、さらに該内部熱交換器から前記二段式圧縮機の一段目圧縮部に供給されることにより、
   前記二段目冷媒の保有する温熱によって前記温熱利用側の蒸発器が加熱され、前記低圧低温冷媒の保有する冷熱が前記中間熱交換器によって外部へ排熱されることを特徴とする冷却装置。
2. 冷媒を中間圧力にまで圧縮する一段目圧縮部と冷媒を所定圧力にまで圧縮する二段目圧縮部とを具備する二段式圧縮機と、
   冷媒を冷却するガスクーラと、
   冷媒を膨張させる電子膨張弁と、
   冷媒を蒸発または凝縮させる複数の蒸発器と、
   冷媒の保有する冷熱の一部を前記電子膨張弁に流入する前の冷媒に受け渡す内部熱交換器とを有する冷却装置であって、
   前記一段目圧縮部において圧縮された冷媒である一段目冷媒が該一段目圧縮部から前記二段目圧縮部に供給され、前記二段目圧縮部において圧縮された冷媒である二段目冷媒が該二段目圧縮部から前記複数の蒸発器のうちの温熱利用側の蒸発器に供給され、該温熱利用側蒸発器を通過した前記二段目冷媒が前記内部熱交換器の高圧配管の上流側に供給され、該内部熱交換器を通過した前記二段目冷媒が前記電子膨張弁に供給されて低圧低温冷媒になり、該低圧低温冷媒が前記ガスクーラを経由して前記内部熱交換器の低圧配管の上流側に供給され、さらに該内部熱交換器から前記二段式圧縮機の一段目圧縮部に供給されることにより、
   前記二段目冷媒の保有する温熱によって前記温熱利用側の蒸発器が加熱され、前記低圧低温冷媒の保有する冷熱が前記ガスクーラによって外部へ排熱されることを特徴とする冷却装置。
3. 冷媒を中間圧力にまで圧縮する一段目圧縮部と冷媒を所定圧力にまで圧縮する二段目圧縮部とを具備する二段式圧縮機と、
   冷媒を冷却する中間熱交換器およびガスクーラと、
   冷媒を膨張させる電子膨張弁と、
   冷媒を蒸発または凝縮させる複数の蒸発器と、
   冷媒の保有する冷熱の一部を前記電子膨張弁に流入する前の冷媒に受け渡す内部熱交換器とを有する冷却装置であって、
   前記一段目圧縮部において圧縮された冷媒である一段目冷媒が該一段目圧縮部から前記二段目圧縮部に供給され、前記二段目圧縮部において圧縮された冷媒である二段目冷媒が該二段目圧縮部から前記複数の蒸発器のうちの温熱利用側の蒸発器に供給され、該温熱利用側蒸発器を通過した前記二段目冷媒が前記中間熱交換器を経由して前記内部熱交換器の高圧配管の上流側に供給され、該内部熱交換器を通過した前記二段目冷媒が前記電子膨張弁に供給されて低圧低温冷媒になり、該低圧低温冷媒が前記ガスクーラを経由して前記内部熱交換器の低圧配管の上流側に供給され、さらに該内部熱交換器から前記二段式圧縮機の一段目圧縮部に供給されることにより、
   前記二段目冷媒の保有する温熱によって前記温熱利用側の蒸発器が加熱され、前記低圧低温冷媒の保有する冷熱が前記ガスクーラによって外部へ排熱されることを特徴とする冷却装置。
4. 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取出し口を具備し、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取出し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加熱または冷却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、
   前記収納庫内熱交換手段によって加熱または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乃至請求項３のいず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。
   

Images