JP4274075B2 - 冷却装置および自動販売機 - Google Patents

Description

本発明は、複数の冷却庫を同時に冷却する冷却装置、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。

例えば自動販売機の商品収納庫を冷却するための冷却手段は、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電子膨張弁と、該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、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、商品収納庫内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ヒータによって加熱されるものである。

そして、各商品収納庫内に設置されている蒸発器の機能の低下を抑えるため、外気温度を検出して庫外ファンの運転率を調整する自動販売機の冷却加熱装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−７８４４０号公報（第７頁、図４）

しかしながら、前記特許文献に開示された発明において、環境に友好なＣＯ₂（二酸化炭素）冷媒を採用すると、該冷媒が有する圧縮後に高い温度に到達するという特徴から、庫内が効果的に加熱され一層の熱回収が図られるものの、同時に圧縮後の圧力が上昇するため、圧縮機が停止するおそれがあるという問題がある。
また、ヒートポンプ運転を実行する際、圧縮機の運転効率η、すなわち、圧縮機への投入電力（Ｗ）に対する加熱熱量（ＱＨ）と冷却熱量（ＱＣ）との和の割合（η＝（ＱＨ＋ＱＣ）／Ｗ）が悪化するという問題がある。通常、運転効率ηは、全商品収納庫を冷却する場合には高圧高温冷媒の圧力が低い程良好になる傾向があるものの、ヒートポンプ運転をする場合には高圧高温冷媒の圧力が所定値のときに最大値を呈し、該所定圧力よりも大きい値や小さい値の場合にはかえって悪化するためである。

そこで、本発明は、ＣＯ₂（二酸化炭素）冷媒を採用しても、圧縮機の安定した運転の継続が保証され、且つ、圧縮機の運転効率が良好に維持され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。

本発明に係る冷却装置（請求項１）は、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、冷媒を冷却する一段目熱交換器および二段目熱交換器と、該一段目熱交換器または二段目熱交換器の一方または両方を通過する風を形成する庫外送風手段と、圧縮された冷媒を膨張する電子膨張弁と、該電子膨張弁により膨張された冷媒を蒸発させる複数の蒸発器と、該複数の蒸発器のそれぞれを通過する風を形成する複数台の庫内送風手段と、前記蒸発器を通過した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冷熱回収手段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前記一段目圧縮部から前記複数の蒸発器の一方の蒸発器に直接供給され、該一方の蒸発器を通過した前記一段目冷媒はその全部または一部が前記一段目熱交換器を経由して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前記二段目熱交換器を経由して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複数の蒸発器の他方の蒸発器に供給されることにより、前記一段目冷媒の保有する温熱によって前記一方の蒸発器が加熱され、前記低圧低温冷媒の保有する冷熱によって前記他方の蒸発器が冷却されると共に、
前記二段目圧縮部から吐出される二段目冷媒の温度または圧力に基づいて、前記庫外送風手段の送り出す風量または前記他方の蒸発器を通過する風を形成する庫内送風手段の送り出す風量の一方または両方が制御されることを特徴とする。

本発明に係る冷却装置（請求項２）は、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、冷媒を冷却する一段目熱交換器および二段目熱交換器と、該一段目熱交換器または二段目熱交換器の一方または両方を通過する風を形成する庫外送風手段と、圧縮された冷媒を膨張する電子膨張弁と、該電子膨張弁により膨張された冷媒を蒸発させる３以上の蒸発器と、該複数の蒸発器のそれぞれを通過する風を形成する複数台の庫内送風手段と、前記蒸発器を通過した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冷熱回収手段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前記一段目圧縮部から前記３以上の蒸発器のうちの１または複数の第一の蒸発器に直接供給され、該第一の蒸発器を通過した前記一段目冷媒はその全部または一部が前記一段目熱交換を経由して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前記二段目圧縮部から前記３以上の蒸発器の１または複数の第二の蒸発器に直接供給され、該第二の蒸発器を通過した前記二段目冷媒はその全部または一部が前記二段目熱交換器を経由して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３以上の蒸発器のうちの１または複数の第三の蒸発器に供給されることにより、
前記一段目冷媒の保有する温熱によって前記第一の蒸発器が加熱され、前記二段目冷媒の保有する温熱によって前記第二の蒸発器が加熱され、前記低圧低温冷媒の保有する冷熱によって前記第三の蒸発器が冷却されると共に、
前記二段目圧縮部から吐出される二段目冷媒の温度または圧力に基づいて、前記庫外送風手段の送り出す風量または前記第三の蒸発器を通過する風を形成する庫内送風手段の送り出す風量の一方または両方が制御されることを特徴とする。

本発明に係る冷却装置（請求項３）は、前記電子膨張弁を通過した冷媒が保有する冷熱を放出する排熱用熱交換手段を有することを特徴とする。

本発明に係る冷却装置（請求項４）は、前記一段目熱交換器と前記二段目熱交換器とが近接して配置または略一体的に形成され、前記庫外送風手段が形成する風流れによって前記一段目熱交換器と前記二段目熱交換器とが同時に冷却されることを特徴とする。

本発明に係る冷却装置（請求項５）は、前記二段目熱交換器と前記排熱用熱交換手段とが近接して配置または略一体的に形成され、前記庫外送風手段が形成する風流れによって前記二段目熱交換器と前記排熱用熱交換手段とが同時に冷却されることを特徴とする。

本発明に係る冷却装置（請求項６）は、前記送風手段が形成する風流れによって前記二段式圧縮機本体が冷却されることを特徴とする。

本発明に係る自動販売機（請求項７）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空気を冷却する冷却手段と、該冷却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し、前記冷却手段が、前述の冷却装置における蒸発器であることを特徴とする。

本発明の請求項１に係る冷却装置は、一段目冷媒の保有する温熱によって一方の蒸発器が加熱され、低圧低温冷媒の保有する冷熱によって他方の蒸発器が冷却されるから、温熱および冷熱が効果的に回収される。また、二段目圧縮部から吐出される二段目冷媒の温度または圧力に基づいて、庫外送風手段の送り出す風量または他方の蒸発器（冷却されている）を通過する風を形成する庫内送風手段の送り出す風量の一方または両方が制御されるから、高圧高温冷媒の圧力が好適な値に制御され、圧縮機の運転効率を高めることができる。さらに、二段式圧縮機によって冷媒を繰り返し圧縮および冷却するから、二段式圧縮機は過大な高圧や高温に曝されることがなく、保全性が向上する。

本発明の請求項２に係る冷却装置は、一段目冷媒の保有する温熱によって第一の蒸発器が加熱され、二段目冷媒の保有する温熱によって第二の蒸発器が加熱され、低圧低温冷媒の保有する冷熱によって第三の蒸発器が冷却されるから、温熱および冷熱が効果的に回収される。また、二段目圧縮部から吐出される二段目冷媒の温度または圧力に基づいて、庫外送風手段の送り出す風量または第三の蒸発器（冷却されている）を通過する風を形成する庫内送風手段の送り出す風量の一方または両方が制御されるから、高圧高温冷媒の圧力が好適な値に制御され、圧縮機の運転効率を高めることができる。さらに、二段式圧縮機によって冷媒を繰り返し圧縮および冷却するから、二段式圧縮機は過大な高圧や高温に曝されることがなく、保全性が向上する。

本発明の請求項３に係る冷却装置は、前記電子膨張弁を通過した冷媒が保有する冷熱を放出する排熱用熱交換手段を有するから、一段目熱交換器および二段目熱交換器の冷却能力を補完することができる。さらに、全蒸発器に一段目冷媒または二段目冷媒を供給して凝縮させても、該排熱用熱交換手段において低圧低温冷媒を蒸発させることができるから、冷凍サイクルを形成することができる。すなわち、全部または一部の蒸発器を凝縮器とする運転モード、あるいは全部の蒸発器を蒸発器とする運転モードの何れの運転モードにも対応することができる。

本発明の請求項４に係る冷却装置は、庫外送風手段が形成する風流れによって一段目熱交換器と二段目熱交換器とが同時に冷却されるから、庫外送風手段を１台にすることができ、庫外送風手段を設置するスペースの狭小化や製造コストの低減が図られる。

本発明の請求項５に係る冷却装置は、庫外送風手段が形成する風流れによって二段目熱交換器と排熱用熱交換手段とが同時に冷却されるから、庫外送風手段を１台にすることができ、庫外送風手段を設置するスペースの狭小化や製造コストの低減が図られる。

本発明の請求項６に係る冷却装置は、送風手段が形成する風流れによって二段式圧縮機本体が冷却されるから、二段式圧縮機本体の温度上昇が防止され、保全性が向上する。

本発明の請求項７に係る自動販売機は、前述の冷却装置における蒸発器を有するから、消費電力が低減し、運転コストが安価になる。

以下、実施形態１に冷却装置の実施形態を、実施形態２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。

［実施形態１］
（冷却装置その１）
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１００は、冷媒を圧縮する二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａと、二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａにより圧縮された冷媒（以下「一段目冷媒」と称す）を冷却する一段目熱交換器２（以下「中間熱交換器」と称す）と、中間熱交換器２により冷却された一段目冷媒を圧縮する二段式圧縮機１の二段目圧縮部１ｂと、二段式圧縮機１の二段目圧縮部１ｂにより圧縮された冷媒（以下「二段目冷媒」と称す）を冷却する二段目熱交換器３（以下「ガスクーラ」と称す）と、ガスクーラ３により冷却された冷媒を膨張する膨張機構４（以下「電子膨張弁」と称す）と、電子膨張弁４により膨張された冷媒（以下「低圧低温冷媒」と称す）を蒸発させる蒸発器６ａ、６ｂ、６ｃと、蒸発器６ａ、６ｂ、６ｃの全部または一部に低圧低温冷媒を選択的に供給する冷媒分配手段５ａ、５ｂ、５ｃ（以下「電磁弁」と称す）と、蒸発器６ｂ、６ｃを通過した低温低圧冷媒を二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａに選択的に戻す冷媒分配手段７ｂ、７ｃ（以下「電磁弁」と称す）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冷熱回収手段８（以下「内部熱交換器」と称す）とを有している。
そして、ガスクーラ３に向けて風流れを形成する庫外送風手段１０３（以下「庫外ファン」と称す）と、蒸発器６ａ、６ｂ、６ｃのそれぞれに風流れを形成する庫内送風手段１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ（以下「庫内ファン」と称す）と、二段式圧縮機１の二段目圧縮部１ｂから吐出された二段目冷媒の圧力を測定する圧力センサ１１０が設置されている。

図１において、太い実線で示す配管は冷媒が流れているもの、細い実線で示す配管は冷媒が流れていないものであって、その流れ方向を矢印で示している。冷却装置１００は、蒸発器６ａに低圧低温冷媒を、蒸発器６ｂに一段目冷媒（中圧高温冷媒に同じ）を、蒸発器６ｃに二段目冷媒（高圧高温冷媒に同じ）を供給している様子（ＣＨＨ運転モードに同じ）を示している。
すなわち、一段目圧縮部１ａにおいて圧縮された一段目冷媒は、配管１６ｂを経由して蒸発器６ｂ供給される。そして、蒸発器６ｂを通過した一段目冷媒は、配管６１ｂを経由し二段目圧縮部１ｂに供給される。このとき、配管６１ｂはバイパス配管６２によって中間熱交換器２に連結しているから、蒸発器６ｂを通過した一段目冷媒は、バルブ操作によってその全量または一部が中間熱交換器２を通過し若しくは通過しないで、その後、二段目圧縮部１ｂに供給されることになる。

さらに、二段目圧縮部１ｂにおいて圧縮された二段目冷媒は、配管１６０ｃを経由して蒸発器６ｃに供給され、蒸発器６ｃを通過した二段目冷媒は配管６８ｃを経由し内部熱交換器８に流入する。このとき、配管６８ｃはバイパス配管６３によってガスクーラ３に連結しているから、蒸発器６ｃを通過した二段目冷媒は、バルブ操作によってその全量または一部がガスクーラ３を通過若しくは通過しないことになる。
そして、二段目冷媒は、内部熱交換器８において、蒸発器６ａを通過した後の低圧低温冷媒が保有する冷熱の一部を受け取り、電子膨張弁４において膨張して低圧低温冷媒になる。さらに、低圧低温冷媒は蒸発器６ａで蒸発して周辺空気を冷却し、配管７１ａを経由して二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａに戻っている。

このとき、蒸発器６ａ、６ｂ、６ｃのそれぞれは庫内ファン１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃの形成する風流れに曝されているから、該風流れとの間で熱交換が促進される。すなわち、庫内ファン１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃの風量を大きく（または小さく）すると、蒸発器６ａにおける冷熱の放散、蒸発器６ｂ、６ｃにおける温熱の放散が増大（または減少）する。
一方、ガスクーラ３は庫外ファン１０３の形成する風流れに曝されているから、該風流れとの間で熱交換が促進される。また、該風流れの中に中間熱交換器２と二段式圧縮機１とが配置されているから、庫外ファン１０３の風量を大きく（または小さく）すると、ガスクーラ３および中間熱交換器２における温熱の放散と二段式圧縮機１本体の冷却が増大（または減少）することになる。

（制御方法その１）
図２は、図１に示す冷却装置における制御方法を説明するフロー図である。なお、「ステップ」を「Ｓ」と表記する。
図２において、まず、二段式圧縮機１が起動される（運転ＯＮに同じ、Ｓ１）。
つぎに、圧力センサ１１０により測定された二段式圧縮機１の二段目圧縮部１ｂの出側における二段目冷媒の圧力（以下「高圧圧力」と称す）を読み込む（Ｓ２）。
そこで、高圧圧力が設定された範囲内にあるか否か判断する（Ｓ３）。
そして、高圧圧力が設定された範囲内の場合には庫外ファン１０３の現在の風量を維持し（Ｓ４）、
一方、高圧圧力が設定された範囲外のとき、高圧圧力が設定された範囲より高いか否か判断する（Ｓ５）。
そして、高圧圧力が設定された範囲より高い場合には庫外ファン１０３の風量を増大するため、庫外ファン１１０に供給する電圧増加量を決定する（Ｓ６）、
あるいは、高圧圧力が設定された範囲より低い場合には、庫外ファン１０３の風量を減少するため、庫外ファン１１０に供給する電圧減少量を決定する（Ｓ７）。
そして、前記電圧増加量または電圧減少量に基づいて庫外ファン１１０に所定の電圧を指令する（Ｓ８）。
そこで、Ｓ１に戻り、二段式圧縮機１が停止されるまで（運転ＯＦＦに同じ）、所定の時間間隔毎に高圧圧力を読み込み、前記制御を繰り返す。

このとき、低圧低温冷媒の蒸発圧力（蒸発温度に同じ）は電子膨張弁４によって一定になるように制御されているため、前記庫外ファン１０３の風量が変動しても低圧低温冷媒の蒸発圧力は変化しないから、低圧低温冷媒の吸熱量はほぼ一定のままである。
したがって、高圧圧力が設定された範囲より高い場合に、庫外ファン１０３の風量を増大することでガスクーラ３の熱抵抗が低減するものの、蒸発器６ａと二段式圧縮機１とにおける冷媒の吸熱量はほぼ一定で変化しないため、蒸発器６ｂ、６ｃにおける放熱量もほぼ一定で変化しないことから、ガスクーラ３の熱抵抗が小さくなった分だけ、冷媒と空気の温度差が小さくなるように、二段式圧縮機１の二段目圧縮部１ｂから吐出される二段目冷媒の温度および圧力は低下する。

逆に高圧圧力が設定された範囲より低い場合には、庫外ファン１１０の風量を減少することで、ガスクーラ３の熱抵抗が大きくなるから、放熱量を一定に保つために冷媒と空気の温度差が大きくなるように、二段目圧縮部１ｂから吐出される二段目冷媒の温度および圧力は低下する。
したがって、ＣＯ₂（二酸化炭素）冷媒を採用しても、圧縮機１の運転効率が良好に維持され、且つ、圧縮機１の安定した運転の継続が保証される。

（制御方法その２）
図３は、図１に示す冷却装置における制御方法を説明するフロー図である。
図３において、まず、二段式圧縮機１が起動される（運転ＯＮに同じ、Ｓ１）。
つぎに、圧力センサ１１０により測定された二段式圧縮機１の二段目圧縮部１ｂの出側における二段目冷媒の圧力（以下「高圧圧力」と称す）を読み込む（Ｓ２）。
そこで、高圧圧力が設定された範囲内にあるか否か判断する（Ｓ３）。
そして、高圧圧力が設定された範囲内の場合には庫内ファン１０６ａの現在の風量を維持し（Ｓ４の２）、
一方、高圧圧力が設定された範囲外のとき、高圧圧力が設定された範囲より高いか否か判断する（Ｓ５）。
そして、高圧圧力が設定された範囲より高い場合には庫内ファン１０６ａの風量を減少するため、庫内ファン１０６ａに供給する電圧低下量を決定する（Ｓ６の２）、
あるいは、高圧圧力が設定された範囲より低い場合には、庫内ファン１０６ａの風量を増大するため、庫内ファン１０６ａに供給する電圧増加量を決定する（Ｓ７の２）。
そして、前記電圧減少量または電圧増加量に基づいて庫内ファン１０６ａに所定の電圧を指令する（Ｓ８の２）。
そこで、Ｓ１に戻り、二段式圧縮機１が停止されるまで（運転ＯＦＦに同じ）、所定の時間間隔毎に高圧圧力を読み込み、前記制御を繰り返す。

このとき、高圧圧力が設定範囲より高い場合に、庫内ファン１０６ａの風量を小さくすることで、蒸発器６ａの吸熱が低減する（冷熱の放散が低減するに同じ）。このため、ガスクーラ３における放熱量（温熱の放散量に同じ）が低減するため、二段目圧縮部１ｂから吐出される二段目冷媒の温度および圧力は低下する。
よって、ＣＯ₂（二酸化炭素）冷媒を採用しても、圧縮機１の運転効率が良好に維持され、且つ、圧縮機１の安定した運転の継続が保証される。

なお、制御方法その１（図２参照）およびその２（図３参照）において、圧力センサ１１０に代えて、二段式圧縮機１の二段目圧縮部１ｂから吐出される二段目冷媒の温度を測定する温度センサを設置して、温度情報に基づいて同様の制御をしてもよい。このとき、二段目冷媒の温度が高い（低い）ことは高圧圧力が高い（低い）ことに相当している。

図４は、図１に示す冷却装置における庫外ファンおよび庫内ファンの風量を増減する要領を説明するものであって、図４の（ａ）は庫外ファンの風量と差分との関係図、図４の（ｂ）は庫内ファンの風量と差分との関係図、図４の（ｃ）はファンの風量とファンＤｕｔｙ比との関係図である。
なお、庫外ファンの風量および庫内ファンの風量は、当該ファンに印加する電圧に比例するため、かかる風量はファン印加電圧と読み替えることができる。
また、差分とは、圧力センサ１１０が測定した高圧圧力と設定された圧力との偏差あるが、前記のように温度センサを設置した場合には、該温度センサが測定した二段目冷媒の温度と設定された温度との偏差である。
また、ファンＤｕｔｙ比（ｄ）とは、ファンを間歇的に運転する（たとえば、数ミリ秒（ｍｓｅｃ）毎にＯＮ／ＯＦＦを繰り返しながら運転する）際の、ファンＯＮの合計時間（ΣＴ１）とファンＯＦＦの合計時間（ΣＴ２）との和（ΣＴ１＋ΣＴ２）に対するファンＯＮの合計時間（ΣＴ１）の割合（ｄ＝ΣＴ１／（ΣＴ１＋ΣＴ２））をいう。

図４の（ａ）において、縦軸は庫外ファンの送り出す風量、横軸は偏差である。すなわち、偏差が所定の下限値よりも小さい範囲では、偏差が小さい程風量も直線的に小さくなり、一方、偏差が所定の上限値よりも大きい範囲では、偏差が大きい程風量も直線的に大きくなり、偏差が所定の下限値から上限値の範囲では、偏差の大小に係わらず風量が一定になっている。
図４の（ｂ）において、縦軸は庫内ファンの送り出す風量、横軸は偏差である。すなわち、偏差が所定の下限値よりも小さい範囲では、偏差が小さい程風量は直線的に大きくなり、一方、偏差が所定の上限値よりも大きい範囲では、偏差が大きい程風量は直線的に小さくなり、偏差が所定の下限値から上限値の範囲では、偏差の大小に係わらず風量が一定になっている。
図４の（ｃ）において、縦軸は庫外ファンの送り出す風量、横軸はファンＤｕｔｙ比である。すなわち、ファンＤｕｔｙ比が比較的大きい範囲（ファンＯＮの合計時間が相対的に長い範囲）では、ファンＤｕｔｙ比が比較的小さい範囲（ファンＯＮの合計時間が相対的に短い範囲）に較べ、ファンＤｕｔｙ比の増加に伴なう風量の増加の割合が小さくなっている。

以上、実施形態１として、冷却装置１００を、一段目冷媒（中圧高温冷媒に同じ）と二段目冷媒（高圧高温冷媒に同じ）の両方を蒸発器に供給するＣＨＨ運転モードについて説明しているが、各配管に設置された開閉バルブの操作により、一段目冷媒のみを１または２の蒸発器に供給するＣＣＨ運転モードまたはＣＨＨ運転モード、二段目冷媒のみを１または２の蒸発器に供給するＣＣＨ運転モードまたはＣＨＨ運転モード、あるいは、全ての蒸発器に低圧低温冷媒を供給するＣＣＣ運転モードを実行すことができるものである。また、蒸発器が３台以上の場合には、蒸発器６ａ、６ｂまたは６ｃが複数の蒸発器であると適宜読み替えるものである。

（冷却装置その２）
図５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５は、図１に示す冷却装置においてＨＨＨ運転モードを可能にしたものを示す構成図である。図５において、冷却装置１９０は庫外排熱用熱交換器９を有し、庫外排熱用熱交換器９には電子膨張弁４とを連結する配管４９と、一段目圧縮部１ａとを連結する配管９１とが設置されている。また、二段式圧縮機１の一段目圧縮部１ａと蒸発器６ａとを連結する配管１６ａと、蒸発器６ａと二段目圧縮部１ｂとを連結する配管６１ａと、蒸発器６ａと内部熱交換器８とを連結する配管６８ａとが設置されている。

したがって、一段目冷媒は配管１６ａ、１６ｂを経由して蒸発器６ａ、６ｂに供給され、蒸発器６ａ、６ｂを通過した一段目冷媒は配管６１ａ、６１ｂを経由して、直接または中間熱交換器２をバイパスして二段目圧縮部１ｂに戻っている。そして、二段目圧縮部１ｂにおいて圧縮された二段目冷媒は、配管１６０ｃを経由して蒸発器６ｃに供給され、蒸発器６ｃを通過した二段目冷媒は配管６８ｃを経由して、直接またはガスクーラ３をバイパスして内部熱交換器８に流れ込んでいる。
そして、二段目冷媒は電子膨張弁４を通過した後、配管４９を経由して庫外排熱用熱交換器９に供給されて蒸発し、再度、配管９１を経由して一段目圧縮部１ａに戻るから、冷凍サイクルが形成され、ＨＨＨ運転モードが実行される。よって、冷却装置１９０を装備した自動販売機では、加熱用のヒータを別途設置する必要がない。

このとき、前述の制御方法その１によって庫外ファン１０３の風量が、または制御方法その２によって庫内ファン１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃの風量が調整されるから、二段式圧縮機１の二段目圧縮部１ｂから吐出される二段目冷媒の温度および圧力は制御されている。よって、ＣＯ₂（二酸化炭素）冷媒を採用しても、圧縮機１の運転効率が良好に維持され、且つ、圧縮機１の安定した運転の継続が保証される。

（庫外ファン等の配置形態）
図６は、図５に示す冷却装置における庫外ファン等の配置形態を示す模式図である。
図６の（ａ）は、中間熱交換器２とガスクーラ３と庫外ファン１０３と、二段式圧縮機１とが略直線状に配置され、一方、庫外排熱用熱交換器９に対峙してこれに送風する排熱用ファン１０９を設けたものである。
したがって、ガスクーラ３が形成する風流れによって、中間熱交換器２およびガスクーラ３を通過する冷媒の熱交換が実行されると共に、同時に二段式圧縮機１の本体自体も冷却されることになる。一方、庫外排熱用熱交換器９を通過する冷媒は、中間熱交換器２およびガスクーラ３とは別個に独立して排熱用ファン１０９によって熱交換されるため、前述の制御方法に自由度が増加する。

図６の（ｂ）は、中間熱交換器２とガスクーラ３とを一体的に形成したのものである（図中、これを一体化熱交換機２３と表記する）。すなわち、それぞれを、冷媒が流入する複数本願の細管と、該細管が貫通する複数枚の放熱板から構成し、それぞれの放熱板を共通にするものである。したがって、図６の（ｂ）と同様の作用効果が奏される。
また、中間熱交換器２と庫外排熱用熱交換器９とを一体的に形成してもよい。

［実施形態２］
（自動販売機）
図７および図８は本発明の実施形態２に係る自動販売機を示す、図７は側面視の断面図、図８は正面視の断面図である。自動販売機２００は、断熱材によって囲まれ一面に開口部を具備する筐体２０１（以下「キャビネット」と称す）と、キャビネット２０１を商品収納庫２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃに分割する仕切り板２０３ａｂ、２０３ｂｃと、商品Ｓを補充する時に開閉する断熱扉２０４（以下「商品補充用扉」と称す）と、キャビネット２０１と外気とを遮断するための断熱扉２０５（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２０６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２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃに設置されることを示し、商品収納庫２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ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２０２には、商品Ｓを収納するための商品ラック２０８と、商品ラック２０８から落下した商品Ｓを取出すための商品取出し口２０９と、商品ラック２０８から落下した商品Ｓを商品取出し口２０９まで誘導する商品誘導手段２１０（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２０２はシュータ２１０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２１２が形成されている。庫内部品収納室２１２には冷却装置１００の蒸発器６（図１参照）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庫内ファン１０６が設置されている。

また、商品収納庫２０２の背面側には、庫内空気を商品ラック２０８の内部を経由して庫内ファン１０６に循環させるための循環ダクト２１７が設けられ、循環ダクト２１７の下方位置に設けられた空気吹出口２１６が蒸発器６を収容する熱交換室２１８に連通し、熱交換室２１８が庫内ファン１０６を収容するファンカバー２１５に連通し、シュータ２１０には空気が通過する多数の通気孔２１１が設けられている。なお、熱交換室２１８に庫内空気を加熱するための加熱手段を設置してもよい。
さらに、庫内部品収納室２１２の下方には、機械室２１９と電装品収納室２２０が形成され、機械室２１９には冷却装置１００の圧縮機１や庫外ファン１０３等が、電装品収納室２２０には自動販売機２００を制御する各電装品および冷却装置１００の制御手段の一部（図示しない）が収容されている。

したがって、自動販売機２００において、商品収納庫６０２が冷却装置１００の蒸発器６によって冷却または加熱されるから、冷凍サイクルにおける温熱の有効利用が図られる。また、庫外ファン１０３の風量または庫内ファン１０６の風量が調整されて、二段式圧縮機１の二段目圧縮部１ｂから吐出される二段目冷媒（高圧高温冷媒）の温度および圧力は制御されるから、ＣＯ₂（二酸化炭素）冷媒を採用しても、圧縮機１の運転効率が良好に維持され、消費電力が低減し、且つ、圧縮機１の安定した運転の継続が保証される。

本発明によれば、冷凍サイクルの温熱が比較的簡素な装置によって有効利用され、さらに、ＣＯ₂（二酸化炭素）冷媒を採用しても、圧縮機の運転効率が良好に維持されて消費電力が低減し、且つ、安定した運転の継続が保証されて保全性に優れた冷却装置および自動販売機が得られる。

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１に示す冷却装置における制御方法を説明するフロー図。 図１に示す冷却装置における制御方法を説明するフロー図。 冷却装置におけるファンの風量を増減する要領を説明する構成図。 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５に示す冷却装置における庫外ファン等の配置形態を示す模式図。 本発明の実施形態２に係る自動販売機を示す側面視の断面図。 本発明の実施形態２に係る自動販売機を示す正面視の断面図。

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
５ａ 電磁弁
５ｂ 電磁弁
５ｃ 電磁弁
６ａ 蒸発器
６ｂ 蒸発器
６ｃ 蒸発器
７ａ 電磁弁
７ｂ 電磁弁
７ｃ 電磁弁
８ 内部熱交換器
９ 庫外排熱用熱交換器
１００ 冷却装置
１０３ 庫外ファン
１０６ａ 庫内ファン
１０６ｂ 庫内ファン
１０６ｃ 庫内送風手段
１０９ 排熱用ファン
１１０ 圧力センサ
１９０ 冷却装置
２００ 自動販売機

Claims (7)

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、冷媒を冷却する一段目熱交換器および二段目熱交換器と、該一段目熱交換器または二段目熱交換器の一方または両方を通過する風を形成する庫外送風手段と、圧縮された冷媒を膨張する電子膨張弁と、該電子膨張弁により膨張された冷媒を蒸発させる複数の蒸発器と、該複数の蒸発器のそれぞれを通過する風を形成する複数台の庫内送風手段と、前記蒸発器を通過した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冷熱回収手段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前記一段目圧縮部から前記複数の蒸発器の一方の蒸発器に直接供給され、該一方の蒸発器を通過した前記一段目冷媒はその全部または一部が前記一段目熱交換器を経由して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前記二段目熱交換器を経由して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複数の蒸発器の他方の蒸発器に供給されることにより、前記一段目冷媒の保有する温熱によって前記一方の蒸発器が加熱され、前記低圧低温冷媒の保有する冷熱によって前記他方の蒸発器が冷却されると共に、
   前記二段目圧縮部から吐出される二段目冷媒の温度または圧力に基づいて、前記庫外送風手段の送り出す風量または前記他方の蒸発器を通過する風を形成する庫内送風手段の送り出す風量の一方または両方が制御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、冷媒を冷却する一段目熱交換器および二段目熱交換器と、該一段目熱交換器または二段目熱交換器の一方または両方を通過する風を形成する庫外送風手段と、圧縮された冷媒を膨張する電子膨張弁と、該電子膨張弁により膨張された冷媒を蒸発させる３以上の蒸発器と、該複数の蒸発器のそれぞれを通過する風を形成する複数台の庫内送風手段と、前記蒸発器を通過した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冷熱回収手段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前記一段目圧縮部から前記３以上の蒸発器のうちの１または複数の第一の蒸発器に直接供給され、該第一の蒸発器を通過した前記一段目冷媒はその全部または一部が前記一段目熱交換を経由して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前記二段目圧縮部から前記３以上の蒸発器の１または複数の第二の蒸発器に直接供給され、該第二の蒸発器を通過した前記二段目冷媒はその全部または一部が前記二段目熱交換器を経由して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３以上の蒸発器のうちの１または複数の第三の蒸発器に供給されることにより、
   前記一段目冷媒の保有する温熱によって前記第一の蒸発器が加熱され、前記二段目冷媒の保有する温熱によって前記第二の蒸発器が加熱され、前記低圧低温冷媒の保有する冷熱によって前記第三の蒸発器が冷却されると共に、
   前記二段目圧縮部から吐出される二段目冷媒の温度または圧力に基づいて、前記庫外送風手段の送り出す風量または前記第三の蒸発器を通過する風を形成する庫内送風手段の送り出す風量の一方または両方が制御されることを特徴とする冷却装置。
3. 前記電子膨張弁を通過した冷媒が保有する冷熱を放出する排熱用熱交換手段を有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。
4. 前記一段目熱交換器と前記二段目熱交換器とが近接して配置または略一体的に形成され、前記庫外送風手段が形成する風流れによって前記一段目熱交換器と前記二段目熱交換器とが同時に冷却されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の冷却装置。
5. 前記二段目熱交換器と前記排熱用熱交換手段とが近接して配置または略一体的に形成され、前記庫外送風手段が形成する風流れによって前記二段目熱交換器と前記排熱用熱交換手段とが同時に冷却されることを特徴とする請求項３または４記載の冷却装置。
6. 前記送風手段が形成する風流れによって前記二段式圧縮機本体が冷却されることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の冷却装置。
7. 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空気を冷却する冷却手段と、該冷却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、
   前記冷却手段が、請求項１乃至６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。

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