JP2010009105A

JP2010009105A - 自動販売機

Info

Publication number: JP2010009105A
Application number: JP2008164285A
Authority: JP
Inventors: Yuhei Yamagami; 雄平山上
Original assignee: Fuji Electric Retail Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Retail Systems Co Ltd
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2010-01-14
Anticipated expiration: 2028-06-24
Also published as: JP5024198B2

Abstract

【課題】ＣＯ₂を冷媒とするヒートポンプ回路において加熱用熱交換器の大きさが極度に制限された場合でも超臨界における高圧を所定の範囲に収めることができて加熱能力も冷却能力も維持できるようにする。
【解決手段】ガスクーラ１３ａによる冷却よりも能力を小さく設定された補助熱交換器１３ｂを加熱用交換器１８とガスクーラ１３ａとの間に設けてＣＯ₂冷媒を冷却するとともに、冷却・加熱同時運転中に、超臨界における高圧を所定の範囲に収めるために、温度センサ２６にて検出される補助熱交換器出口の冷媒温度に応じて室外ファン１２の出力を制御する。また、補助熱交換器出口の冷媒温度が所定値を超えた時には、冷却能力の高いガスクーラ流しを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、内部が複数室に画成された商品収納庫の各室にそれぞれ冷却用熱交換器を設けるとともに、商品収納庫の各室のうち少なくとも一室に加熱用熱交換器を設けて、この室を冷却／加熱切替室に形成し、冷媒にＣＯ₂冷媒を用いてなる自動販売機に係り、より詳しくは冷却／加熱切替室が小さく、この冷却／加熱切替室内の２つの熱交換器、特に加熱用熱交換器の容積（熱交換部の配管長さや冷却フィンの面積）を充分に確保できない場合でも、ヒートポンプ回路において、冷却能力や加熱能力を維持することのできる自動販売機に関する。

従来より、内部が複数室に画成された商品収納庫の各室にそれぞれ冷却用熱交換器を設けるとともに、商品収納庫の各室のうち少なくとも一室に加熱用熱交換器を設けて、この室を冷却／加熱切替室に形成して、運転モードを、全室冷却運転モード（以下、これを「ＣＣＣ運転モード」という）と冷却・加熱同時運転モード（以下、これを「ＨＣＣ運転モード」という）との間で切替可能な自動販売機は知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、炭酸ガス（ＣＯ₂）を冷媒として使用する冷却装置を備えた自動販売機も知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−２２７８３３号公報特開２００６−０１１４９３号公報

運転モードを、ＣＣＣ運転モードとＨＣＣ運転モードとの間で切替可能な自動販売機において、外部熱交換器は、ＣＣＣ運転時に冷媒を冷却するための充分な能力を有するように設計されている。このことは、ＣＯ₂を冷媒とするヒートポンプ回路においても同様である。

ところで、ＣＯ₂ヒートポンプ回路においては、高圧側熱交換器の出口温度を下げて、冷却能力を確保することが望ましい。しかし、超臨界域で出口温度を下げれば、高低圧差が大きくなり、圧縮機の電力が増大する。単にＣＯ₂冷媒を超臨界における高圧を8.5〜9.5Ｍpaの範囲に収めるようにすると、高圧側熱交換器の出口温度が下がらず、冷却側の熱量（エンタルピ）が大きくとれず、冷却能力が不足する。

また、機種によっては庫内幅（特に冷却／加熱切替室の幅）が小さく、ＣＯ₂ヒートポンプ回路の加熱用熱交換器の大きさが極度に制限され、加熱能力（放熱量）が小さくなることがある。これを解消するため、ＨＣＣ運転時にＣＯ₂冷媒をガスクーラに流して放熱することが考えられるが、それではＣＯ₂冷媒を冷却する能力が高くなり過ぎて、高圧が下がり過ぎてしまい、その結果、加熱も冷却も十分な熱量がとれなくなる。

本発明の技術的課題は、ＣＯ₂を冷媒とするヒートポンプ回路において加熱用熱交換器の大きさが極度に制限された場合でも超臨界における高圧を所定の範囲に収めることができて加熱能力も冷却能力も維持できるようにすることにある。

（１）本発明に係る自動販売機は、ＣＯ₂冷媒を超臨界域まで圧縮可能な圧縮機と、ＣＯ₂冷媒を冷却するガスクーラと、ＣＯ₂冷媒を膨張させる膨張弁と、内部が複数室に画成された商品収納庫の各室にそれぞれ設けられた冷却用熱交換器と、商品収納庫の各室のうち少なくとも一室に新たに設けられた加熱用熱交換器と、ガスクーラによる冷却よりも能力を小さく設定され加熱用交換器とガスクーラとの間に設けられてＣＯ₂冷媒を冷却する補助熱交換器と、補助熱交換器出口の冷媒温度を検出する温度センサと、補助熱交換器の熱交換を促進し庫外へ排熱する室外ファンと、ガスクーラをショートカットするバイパス配管と、ガスクーラとバイパス配管との間で選択的にＣＯ₂冷媒の流れを切り替えるための弁と、圧縮機から吐出されたＣＯ₂冷媒を加熱用熱交換器に供給した後、補助熱交換器で冷却し、その後、バイパス配管から膨張弁を介して加熱用熱交換器が設置されている室を除く他室の冷却用熱交換器に供給する冷却・加熱同時運転中に、超臨界における高圧を所定の範囲に収めるために、温度センサにて検出される補助熱交換器出口の冷媒温度に応じて室外ファンの出力を制御するとともに、補助熱交換器出口の冷媒温度が所定値を超えた時に弁をガスクーラ側に切り替えて、補助熱交換器とガスクーラとを直列に接続することで、放熱量を調整する処理を行う制御装置と、を備えるものである。

（２）本発明に係る自動販売機は、圧縮機から吐出された冷媒を直接ガスクーラで冷却した後、膨張弁を介して各室の冷却用熱交換器に供給する全室冷却運転モードを有し、ガスクーラは、全室冷却運転モード時にＣＯ₂冷媒を冷却するために必要な能力よりも大きな冷却能力を有しており、補助熱交換器は、ガスクーラから余剰冷却能力分を切り分けて構成されているものである。

本発明の自動販売機においては、ガスクーラによる冷却よりも能力を小さく設定された補助熱交換器を加熱用交換器とガスクーラとの間に設けてＣＯ₂冷媒を冷却するとともに、冷却・加熱同時運転中に、超臨界における高圧を所定の範囲に収めるために、温度センサにて検出される補助熱交換器出口の冷媒温度に応じて室外ファンの出力を制御するようにしているので、ＣＯ₂ヒートポンプ回路において加熱用熱交換器の大きさが極度に制限された場合でも、超臨界域で補助熱交換器出口の温度を下げて高圧を所定の範囲に収めることができる。つまり、ある程度の高圧を確保しつつ吐出温度を上げて、加熱能力も冷却能力も維持することができる。
また、補助熱交換器出口の冷媒温度が所定値を超えた時には、冷却能力の高いガスクーラ流しを行うので、超臨界における高圧が所定の範囲を超えて上昇するのを短時間で修正してこれを所定の範囲に収めることができる。

補助熱交換器を、ガスクーラから余剰冷却能力分を切り分けて構成することで、室外ファンの共有化が図れる。

以下、図示実施形態に基づき本発明を説明する。なお、ここでは商品収納庫の内部が３室に画成され、そのうちの一室が２つの熱交換器すなわち冷却用熱交換器（蒸発器）と加熱用熱交換器（凝縮器）とを備えた冷却／加熱切替室に構成され、他の二室は冷却用熱交換器（蒸発器）のみを備えた冷却室に構成されているもの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、二室以上の冷却／加熱切替室を有しているものであってもよいし、冷却室のいずれかにヒータを設置し、このヒータを用いた冷却／加熱切替室をさらに有するものであってもよい。さらに、商品収納庫の内部が３室以上に画成されていてもよいものである。また、ここでは圧縮機として二段式圧縮機を用いるもの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、単段式圧縮機の使用も可能である。

図１は本発明の一実施形態に係る自動販売機の制御部の構成を示すブロック図、図２はその冷却・加熱同時運転（ＨＣＣ運転）時の制御部の動作を示すフローチャート、図３はその補助熱交換器と室外ファンによりＣＯ₂冷媒の冷却を行うＨＣＣ運転モードＡ時の冷媒の流れを示す冷媒回路図、図４はその補助熱交換器と室外ファンとガスクーラによりＣＯ₂冷媒の冷却を短時間行うＨＣＣ運転モードＢ時のＣＯ₂冷媒の流れを示す冷媒回路図、図５はその全室冷却運転（ＣＣＣ運転）モード時のＣＯ₂冷媒の流れを示す冷媒回路図、図６はその効果を比較例（完全ガスクーラ流し：サイクルｄ）と共に示すモリエル線図であり、各図において同一または相当する部分には同一の符号を付してある。

本実施形態の自動販売機は、図３乃至図５のように商品収納庫１の内部が三室１ａ，１ｂ，１ｃに画成され、そのうちの一室１ａが２つの熱交換器すなわち冷却用熱交換器（蒸発器）１７ａと加熱用熱交換器（凝縮器）１８とを備えた冷却／加熱切替室に構成され、他の二室１ｂ，１ｃが冷却用熱交換器（蒸発器）１７ｂ，１７ｃのみを備えた冷却室に構成されている。なお、冷却室の一方の室、例えば室１ｂにヒータを設けて、室１ｂをヒータと蒸発器１７ｂとによる冷却／加熱切替室としてもよい。

冷却装置は、基本的に圧縮機と、ガスクーラ１３ａと、膨張弁と、前述の蒸発器１７ａ，１７ｂ，１７ｃ及び凝縮器１８と、内部熱交換器１９と、ガスクーラ１３ａによる冷却よりも能力を小さく設定され凝縮器１８とガスクーラ１３ａとの間に設けられてＣＯ₂冷媒を冷却する補助熱交換器１３ｂと、補助熱交換器１３ｂの熱交換を促進し庫外へ排熱する室外ファン１２とから構成される。

これを更に詳述すると、圧縮機は、ＣＯ₂冷媒を中間圧力にまで圧縮する一段目圧縮部１１ａと冷媒を所定圧力にまで圧縮する二段目圧縮部１１ｂとを具備する二段式圧縮機（以下、単に「圧縮機」という）１１から構成されている。

ガスクーラ１３ａは、ＣＯ₂冷媒の熱エネルギを放熱する機能を持ち、ここでは全室冷却運転（ＣＣＣ運転）モード時ＣＯ₂冷媒を冷却するために必要な能力よりも大きな冷却能力を有するように設定され、余剰冷却能力分が切り分けられて補助熱交換器１３ｂとして構成されている。したがって、室外ファン１２は、ガスクーラ１３ａと補助熱交換器１３ｂとに共有化され、室外ファンによってガスクーラ１３ａの熱交換も促進し庫外へ排熱することができる。

膨張弁は、ＣＯ₂冷媒を膨張させ低圧低温のＣＯ₂冷媒にする電子膨張弁１４と、電子膨張弁１４にて膨張させられ分流器１５にて各室に分配された低圧低温のＣＯ₂冷媒をさらに膨張させて蒸発器１７ａ，１７ｂ，１７ｃにそれぞれ供給するキャピラリ１６ａ，１６ｂ，１６ｃとから構成されている。

内部熱交換器１９は、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１４に流入する前のＣＯ₂冷媒に受け渡す機能を有する。

また、ガスクーラ１３ａをショートカットするバイパス配管２１ｄと、二段目圧縮部１１ｂの吐出側冷媒流路をガスクーラ１３ａとバイパス配管２１ｄとの間で切り替える三方弁２２ｂが設けられている。さらに、二段目圧縮部１１ｂの吐出側と三方弁２２ｂとを接続する配管２１ｂの途中から分岐して凝縮器１８の上流側とを接続する配管２１ａと、その分岐点に配置されて二段目圧縮部１１ｂの吐出側冷媒流路を三方弁２２ｂと凝縮器１８との間で切り替える三方弁２２ａが設けられている。

また、蒸発器１７ａ，１７ｂ，１７ｃへのＣＯ₂冷媒の流入を制御する電磁弁２３ａ，２３ｂ，２３ｃが設けられている。

また、凝縮器１８の下流側の配管２１ｃとガスクーラ１３ａの下流側の配管２１ｆには、それぞれＣＯ₂冷媒が一定の方向に流れるように制御する逆止弁２４ａ，２４ｂが設けられているとともに、ガスクーラ下流側の逆止弁２４ｂと内部熱交換器１９の高圧配管との間に、ＣＯ₂冷媒中のコンタミを金網等で除去するフィルタストレーナ２５が設置されている。

また、補助熱交換器出口の冷媒温度を検出する温度センサ２６が設けられている。

また、各蒸発器１７ａ，１７ｂ，１７ｃの下流側配管を一つにまとめる集合管２７が設けられており、この集合管２７を介して各蒸発器１７ａ，１７ｂ，１７ｃと内部熱交換器１９の低圧配管とが接続されるようになっている。

制御部は、図１のように制御装置３１が、庫内温度等にも基づいて圧縮機１１をオン／オフ制御するとともに、運転モードに応じて三方弁２２ａ，２２ｂ及び電磁弁２３ａ，２３ｂ，２３ｃをオン／オフ制御する。また、ＨＣＣ運転中に超臨界における高圧を所定の範囲（8.5〜9.5Ｍpaの範囲）に収めるために、記憶部３２に予め記憶されている補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔに対する室外ファン１２と三方弁２２ｂの制御テーブル３２ａに基づいて、室外ファン１２と三方弁２２ｂを以下のように制御する機能を有している。すなわち、温度センサ２６にて検出される補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔが６０℃より低い（Ｔ＜６０℃）時は、室外ファン１２の出力０％で三方弁２２ｂをＯＦＦ、補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔが６０〜６５℃の間（６０℃≦Ｔ＜６５℃）は、室外ファン１２の出力２０％で三方弁２２ｂをＯＦＦ、補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔが６５〜７０℃の間（６５℃≦Ｔ＜７０℃）は、室外ファン１２の出力６０％で三方弁２２ｂをＯＦＦ、補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔが７０〜７５℃の間（７０℃≦Ｔ＜７５℃）は、室外ファン１２の出力１００％で三方弁２２ｂをＯＦＦ、補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔが７５℃より高く（７５℃≦Ｔ）なった場合は、室外ファン１２の出力１００％で三方弁２２ｂをＯＮ（ガスクーラ１３ａ側に切り替え）し、補助熱交換器１３ｂとガスクーラ１３ａを直列に接続することで、放熱量を調整する処理を行う。

なお、補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔが７５℃より高く（７５℃≦Ｔ）なって、室外ファン１２の出力１００％で補助熱交換器１３ｂとガスクーラ１３ａを直列に接続した場合、放熱量がかなり大きくなるため、補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔが短時間のうちに低下（Ｔ≦７５℃）する。このため、極めて短い時間でガスクーラ１３ａへの冷媒流し運転は自動的に終了する。その結果、熱ロスがなく超臨界における高圧が所定の範囲（8.5〜9.5Ｍpaの範囲）よりも下がり過ぎてしまうのが防止され、冷却、加熱を十分な熱量で維持することができる。

次に、本実施形態の自動販売機の動作について説明する。
まず、全室冷却運転（ＣＣＣ運転）について図５の冷媒回路図に基づき説明する。圧縮機１１の一段目圧縮部１１ａ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ＣＯ₂冷媒である一段目冷媒は、二段目圧縮部１１ｂ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１１ｂで圧縮されて高温・高圧となったＣＯ₂冷媒である二段目冷媒は、二段目圧縮部１１ｂから途中に三方弁２２ａ，２２ｂがある配管２１ｂ，２１ｅを経由してガスクーラ１３ａに供給され、そこからガスクーラ１３ａと電子膨張弁１４とを接続する配管２１ｆを経由して電子膨張弁１４に供給される。この時、二段目冷媒は内部熱交換器１９において、冷熱を受け取り冷却される。そして、電子膨張弁１４において膨張した低温低圧冷媒は、電子膨張弁１４の下流側と各蒸発器１７ａ，１７ｂ，１７ｃとを接続する配管に流れ、途中、電磁弁２３ａ，２３ｂ，２３ｃから各キャピラリ１６ａ，１６ｂ，１６ｃを経由してさらに膨張し、各蒸発器１７ａ，１７ｂ，１７ｃに供給され、各蒸発器１７ａ，１７ｂ，１７ｃすなわち室１ａ，１ｂ，１ｃが冷却される。そして、各蒸発器１７ａ，１７ｂ，１７ｃを通過した低温低圧冷媒は、各蒸発器１７ａ，１７ｂ，１７ｃと一段目圧縮部１１ａとを集合管２７を介して連結する配管を経由して一段目圧縮部１１ａに戻される。この時、低温低圧冷媒が保有する冷熱は内部熱交換器１９において二段目冷媒に受け渡される。

冷却・加熱同時運転（ＨＣＣ運転）は、ガスクーラ流しを行わないＨＣＣ運転モードＡ（図３）と、ガスクーラ流しを行うＨＣＣ運転モードＢ（図４）とがあり、補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔが所定値（７５℃）以下の場合はＨＣＣ運転モードＡによる運転が行われ、補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔが所定値（７５℃）以上の場合はＨＣＣ運転モードＢによる運転が行われる。これらＨＣＣ運転モードＡ，Ｂ間の切替は、温度センサ２６にて検出される補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔに基づき自動的に行われる。

ＨＣＣ運転モードＡにおけるＣＯ₂冷媒の流れを図３により説明する。まず、圧縮機１１の一段目圧縮部１１ａ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ＣＯ₂冷媒である一段目冷媒は、二段目圧縮部１１ｂ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１１ｂで圧縮されて高温・高圧となったＣＯ₂冷媒である二段目冷媒は、二段目圧縮部１１ｂから途中に三方弁２２ａがある配管２１ａを経由して冷却／加熱切替室１ａ内の凝縮器１８に供給され、そこから配管２１ｃを経由して補助熱交換器１３ｂに供給され、そこから三方弁２２ｂを通ってガスクーラ１３ａをショートカットするバイパス配管２１ｄを経由して電子膨張弁１４に供給される。この時、二段目冷媒は内部熱交換器１９において、冷熱を受け取り冷却される。そして、電子膨張弁１４において膨張した低温低圧冷媒は、電子膨張弁１４の下流側と冷却室１ｂ，１ｃとを接続する配管に流れ、途中、電磁弁２３ｂ，２３ｃから各キャピラリ１６ｂ，１６ｃを経由してさらに膨張し、各蒸発器１７ｂ，１７ｃに供給され、各蒸発器１７ｂ，１７ｃすなわち冷却室１ｂ，１ｃが冷却される。そして、各蒸発器１７ｂ，１７ｃを通過した低温低圧冷媒は、各蒸発器１７ｂ，１７ｃと一段目圧縮部１１ａとを集合管２７を介して連結する配管を経由して一段目圧縮部１１ａに戻される。この時、低温低圧冷媒が保有する冷熱は内部熱交換器１９において二段目冷媒に受け渡される。

次に、ＨＣＣ運転モードＢにおけるＣＯ₂冷媒の流れを図４により説明する。まず、圧縮機１１の一段目圧縮部１１ａ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ＣＯ₂冷媒である一段目冷媒は、二段目圧縮部１１ｂ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１１ｂで圧縮されて高温・高圧となったＣＯ₂冷媒である二段目冷媒は、二段目圧縮部１１ｂから途中に三方弁２２ａがある配管２１ａを経由して冷却／加熱切替室１ａ内の凝縮器１８に供給され、そこから配管２１ｃを経由して補助熱交換器１３ｂに供給され、そこから三方弁２２ｂを通ってガスクーラ１３ａに流れ、そこから電子膨張弁１４に供給される。この時、二段目冷媒は内部熱交換器１９において、冷熱を受け取り冷却される。そして、電子膨張弁１４において膨張した低温低圧冷媒は、電子膨張弁１４の下流側と冷却室１ｂ，１ｃとを接続する配管に流れ、途中、電磁弁２３ｂ，２３ｃから各キャピラリ１６ｂ，１６ｃを経由してさらに膨張し、各蒸発器１７ｂ，１７ｃに供給され、各蒸発器１７ｂ，１７ｃすなわち冷却室１ｂ，１ｃが冷却される。そして、各蒸発器１７ｂ，１７ｃを通過した低温低圧冷媒は、各蒸発器１７ｂ，１７ｃと一段目圧縮部１１ａとを集合管２７を介して連結する配管を経由して一段目圧縮部１１ａに戻される。この時、低温低圧冷媒が保有する冷熱は内部熱交換器１９において二段目冷媒に受け渡される。

次に、ＨＣＣ運転の全般、つまり制御テーブル３２ａに基づくＨＣＣ運転について図２のフローチャート及び図３、図４の冷媒回路図に基づき、図１、図５及び図６を参照しながら説明する。まず、圧縮機１１がＯＮし、ＨＣＣ運転が開始されると（ステップＳ１）、補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔを取り込み（ステップＳ２）、補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔが６０℃より低いか否かを判断し（ステップＳ３）、冷媒温度Ｔが６０℃より低い（Ｔ＜６０℃）と判定されれば、次に室外ファン１２が起動中か否かをみて（ステップＳ４）、室外ファン１２が起動中でなければ、処理をステップＳ２に戻す。

また、ステップＳ４にて室外ファン１２が起動中であると判定されれば、室外ファン１２の出力を０％（停止）に設定し（ステップＳ５）、次いで切替弁すなわち三方弁２２ｂがＯＮか（ガスクーラ１３ａ側に切り替えられているか）否かを判断し（ステップＳ６）、三方弁２２ｂがＯＮでなければ、処理をステップＳ２に戻し、三方弁２２ｂがＯＮであれば、三方弁２２ｂをＯＦＦ、つまりバイパス配管２１ｄ側に切り替えてから（ステップＳ７）、処理をステップＳ２に戻す。

また、ステップＳ３にて補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔが６０℃より高いと判定されれば、次に補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔは６０〜６５℃の間（６０℃≦Ｔ＜６５℃）に
あるか否かを判断し（ステップＳ８）、補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔが６０〜６５℃の間にあると判定されれば、室外ファン１２の出力を２０％に設定し（ステップＳ９）、次いで三方弁２２ｂがＯＮか否かを判断し（ステップＳ１０）、三方弁２２ｂがＯＮでなければ、処理をステップＳ２に戻し、三方弁２２ｂがＯＮであれば、三方弁２２ｂをＯＦＦ、つまりバイパス配管２１ｄ側に切り替えてから（ステップＳ１１）、処理をステップＳ２に戻す。

また、ステップＳ８にて補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔが６０〜６５℃の間にないと判定されれば、次に補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔは６５〜７０℃の間（６５℃≦Ｔ＜７０℃）にあるか否かを判断し（ステップＳ１２）、補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔが６５〜７０℃の間にあると判定されれば、室外ファン１２の出力を６０％に設定してから（ステップＳ１３）、処理をステップＳ１０に移す。

また、ステップＳ１２にて補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔが６０〜６５℃の間にないと判定されれば、次に補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔは７０〜７５℃の間（７０℃≦Ｔ＜７５℃）にあるか否かを判断し（ステップＳ１４）、補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔが７０〜７５℃の間にあると判定されれば、室外ファン１２の出力を１００％に設定してから（ステップＳ１５）、処理をステップＳ１０に移す。ここまでは、ＨＣＣ運転モードＡによる運転である。

また、ステップＳ１４にて補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔが７０〜７５℃の間にないと判定されれば、補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔは７５℃以上（７５℃≦Ｔ）となっているので、室外ファン１２の出力を１００％に設定し（ステップＳ１６）、次いで三方弁２２ｂをＯＮ、つまりガスクーラ１３ａ側に切り替えて運転モードをＨＣＣ運転モードＢにしてから（ステップＳ１７）、処理をステップＳ２に戻す。

このように、本実施形態の自動販売機においては、ガスクーラ１３ａによる冷却よりも能力を小さく設定された補助熱交換器１３ｂを加熱用交換器である凝縮器１８とガスクーラ１３ａとの間に設けてＣＯ₂冷媒を冷却するとともに、ＨＣＣ運転中に、超臨界における高圧を所定の範囲（8.5〜9.5Ｍpaの範囲）に収めるために、温度センサ２６にて検出される補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔに応じて室外ファン１２の出力を制御するようにしているので、ＣＯ₂ヒートポンプ回路において凝縮器１８の大きさが極度に制限された場合でも、超臨界域で補助熱交換器出口の温度を下げて高圧を所定の範囲（8.5〜9.5Ｍpaの範囲）に収めることができる。つまり、ある程度の高圧を確保しつつ吐出温度を上げて、加熱能力も冷却能力も維持することができ、モリエル線図上にて大きな冷凍サイクル（図６中のサイクルａ，ｂ）を維持することができる。

また、補助熱交換器出口の冷媒温度Ｔが所定値を超えた（７５℃≦Ｔ）時には、冷却能力の高いガスクーラ１３ａ流しを行うので、超臨界における高圧が所定値（9.5Ｍpa）を超えて上昇するのを短時間で修正してこれを所定の範囲（8.5〜9.5Ｍpaの範囲）に収めることができ、モリエル線図上にて大きな冷凍サイクル（図６中のサイクルｃ）を維持することができる。

また、補助熱交換器１３ｂを、ガスクーラ１３ａから余剰冷却能力分を切り分けて構成しているので、室外ファン１２の共有化が図れる。

図６のモリエル線図において、サイクルａは、ＣＯ₂冷媒の冷却を室外ファン１２を停止して補助熱交換器１３ｂのみで行ったもの、サイクルｂは、ＨＣＣ運転モードＡによる運転時のサイクルを表しており、ＣＯ₂冷媒の冷却を補助熱交換器１３ｂと室外ファン１２により行ったもの、サイクルｃは、ＨＣＣ運転モードＢによる運転時のサイクルを表しており、ＣＯ₂冷媒の冷却を補助熱交換器１３ｂと室外ファン１２とガスクーラ１３ａにより短時間行ったもの、比較例であるサイクルｄ（完全ガスクーラ流し）は、同じくＨＣＣ運転モードＢによる運転を継続して行ったものである。なお、サイクルａ，ｂにおける凝縮行程（上辺部）と蒸発行程（下辺部）には、内部熱交換器１９部での熱交換分が加えられ、またサイクルｃ，ｄにおける凝縮行程（上辺部）と蒸発行程（下辺部）には、内部熱交換器１９部での熱交換分とガスクーラ１３ａ部での熱交換分が加えられているものである。本発明の請求項１に係る発明によれば、サイクルａ，ｂ，ｃの左上端の温度、すなわち内部熱交換器１９の出口側温度（電子膨張弁１４の上流側）が、超臨界において一定温度時の比エンタルピに対する圧力の傾斜が小さい範囲で動作することになるので、高圧側の出口温度を下げても、高圧側の圧力は増大することがない。したがって、ＣＯ₂ヒートポンプ回路において凝縮器１８の大きさが極度に制限された場合でも、超臨界域で補助熱交換器出口の温度を下げて高圧を所定の範囲（8.5〜9.5Ｍpaの範囲）に収めることができる。つまり、ある程度の高圧を確保しつつ吐出温度を上げて、加熱能力も冷却能力も維持することができ、モリエル線図上にて大きな冷凍サイクル（サイクルａ，ｂ，ｃ）を維持することができる。

このように、本実施形態の自動販売機によれば、モリエル線図上にて大きな冷凍サイクル（図６中のサイクルａ，ｂ，ｃ）を維持することができ、加熱能力も冷却能力も維持することができる。

本発明の一実施形態に係る自動販売機の制御部の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る自動販売機のＨＣＣ運転時の制御部の動作を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係る自動販売機のＨＣＣ運転モードＡ時のＣＯ₂冷媒の流れを示す冷媒回路図である。本発明の一実施形態に係る自動販売機のＨＣＣ運転モードＢ時のＣＯ₂冷媒の流れを示す冷媒回路図である。本発明の一実施形態に係る自動販売機のＣＣＣ運転モード時のＣＯ₂冷媒の流れを示す冷媒回路図である。本発明の一実施形態に係る自動販売機の効果を比較例と共に示すモリエル線図である。

符号の説明

１商品収納庫
１ａ〜１ｃ室
１１二段式圧縮機（圧縮機）
１２室外ファン
１３ａガスクーラ
１３ｂ補助熱交換器
１４電子膨張弁（膨張弁）
１６ａ〜１６ｃキャピラリ（膨張弁）
１７ａ〜１７ｃ蒸発器（冷却用熱交換器）
１８凝縮器（加熱用熱交換器）
２１ｄバイパス配管
２２ｂ三方弁（弁）
２６温度センサ
３１制御装置

Claims

ＣＯ₂冷媒を超臨界域まで圧縮可能な圧縮機と、
ＣＯ₂冷媒を冷却するガスクーラと、
ＣＯ₂冷媒を膨張させる膨張弁と、
内部が複数室に画成された商品収納庫の各室にそれぞれ設けられた冷却用熱交換器と、
前記商品収納庫の各室のうち少なくとも一室に新たに設けられた加熱用熱交換器と、
前記ガスクーラによる冷却よりも能力を小さく設定され前記加熱用交換器と前記ガスクーラとの間に設けられてＣＯ₂冷媒を冷却する補助熱交換器と、
補助熱交換器出口の冷媒温度を検出する温度センサと、
前記補助熱交換器の熱交換を促進し庫外へ排熱する室外ファンと、
前記ガスクーラをショートカットするバイパス配管と、
前記ガスクーラと前記バイパス配管との間で選択的にＣＯ₂冷媒の流れを切り替えるための弁と、
前記圧縮機から吐出されたＣＯ₂冷媒を前記加熱用熱交換器に供給した後、前記補助熱交換器で冷却し、その後、前記バイパス配管から前記膨張弁を介して前記加熱用熱交換器が設置されている室を除く他室の冷却用熱交換器に供給する冷却・加熱同時運転中に、前記超臨界における高圧を所定の範囲に収めるために、前記温度センサにて検出される前記補助熱交換器出口の冷媒温度に応じて前記室外ファンの出力を制御するとともに、該補助熱交換器出口の冷媒温度が所定値を超えた時に前記弁を前記ガスクーラ側に切り替えて、前記補助熱交換器と前記ガスクーラとを直列に接続することで、放熱量を調整する処理を行う制御装置と、
を備えることを特徴とする自動販売機。
前記圧縮機から吐出された冷媒を直接ガスクーラで冷却した後、前記膨張弁を介して前記各室の冷却用熱交換器に供給する全室冷却運転モードを有し、前記ガスクーラは、該全室冷却運転モード時にＣＯ₂冷媒を冷却するために必要な能力よりも大きな冷却能力を有しており、前記補助熱交換器は、該ガスクーラから余剰冷却能力分を切り分けて構成されていることを特徴とする請求項１記載の自動販売機。