整流構造および冷却装置
【課題】流入した流体を横断面が漸次拡大する態様で通過させる拡大通過域部においても流量分布の均一化を図ることができる整粒装置および冷却装置を提供すること。
【解決手段】流入した流体を横断面が漸次拡大する態様で通過させる拡大通過域部６１と、互いに隣接する間隙が流体の流路Ｒとなる態様で拡大通過域部６１に配設され、流体の流れを整えるための複数の整流板６２とを備えた整流構造６０において、複数の整流板６２は、各流路Ｒの前後での流体の流向変化の割合が大きいほど流路の幅が大きくなる態様で配設してある。
【解決手段】流入した流体を横断面が漸次拡大する態様で通過させる拡大通過域部６１と、互いに隣接する間隙が流体の流路Ｒとなる態様で拡大通過域部６１に配設され、流体の流れを整えるための複数の整流板６２とを備えた整流構造６０において、複数の整流板６２は、各流路Ｒの前後での流体の流向変化の割合が大きいほど流路の幅が大きくなる態様で配設してある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整流構造および冷却装置に関し、より詳細には、流入した流体を横断面が漸次拡大する態様で通過させる拡大通過域部と、互いに隣接する間隙が流体の流路となる態様で上記拡大通過域部に配設された複数の整流部材とを備えた整流構造、並びに該整流構造を有して成り、スターリング冷凍機で発生した冷熱を利用して商品収容庫に収容された商品を冷却するための冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スターリング冷凍機で発生した冷熱を利用して、例えば自動販売機等における複数の商品収容庫に収容された商品を冷却させるための冷却装置としては、図１１に示したように、スターリング冷凍機１００と、冷媒循環路２００とを備えたものが知られている。
【０００３】
スターリング冷凍機１００は、周知のように、自己冷却型の冷凍機であり、内部のガスを往復圧縮機で圧縮・膨張させることで、冷熱を発生する低温部１１０と、高温排熱を発生する高温部１２０とを有している。
【０００４】
冷媒循環路２００は、内部に冷媒を封入してあり、凝縮熱交換器２１０と、蒸発熱交換器２２０と、液体配管２３０と、気体配管２４０とを備えて構成されている。ここに、冷媒としては、例えば二酸化炭素等のように常温では気体であって、スターリング冷凍機１００の低温部１１０からの冷熱では凍らないもの（不凍冷媒）が用いられている。
【０００５】
凝縮熱交換器２１０は、スターリング冷凍機１００の低温部１１０に熱的に接続されている。この凝縮熱交換器２１０では、低温部１１０で発生した冷熱により冷媒が凝縮されて凝縮液になる。
【０００６】
蒸発熱交換器２２０は、凝縮熱交換器２１０から所定の距離だけ離隔した位置に配設されている。この蒸発熱交換器２２０では、外部から得た熱により冷媒が蒸発して蒸気になり、外部の空気を冷却するものである。ここで、蒸発熱交換器２２０は、図１２に示したように、断熱容器４００に収容された状態で配設されている。
【０００７】
断熱容器４００の上面には、複数（図示の例では２つ）のガス吸気口４１０ａ，４１０ｂが左右一対となる態様で設けられているとともに、複数（図示の例では２つ）のガス送気口４２０ａ，４２０ｂが左右一対となる態様で設けられている。図１２において左側に位置する第１ガス吸気口４１０ａは、図示せぬ一の商品収容庫から流れてくる内部雰囲気（空気）の開口であり、第１ガス送気口４２０ａは、蒸発熱交換器２２０で熱交換されて冷却された内部雰囲気を一の商品収容庫に戻すための開口である。また、図１２において右側に位置する第２ガス吸気口４１０ｂは、図示せぬ他の商品収容庫から流れてくる内部雰囲気の開口であり、第２ガス送気口４２０ｂは、蒸発熱交換器２２０で熱交換されて冷却された内部雰囲気を上記他の商品収容庫に戻すための開口である。
【０００８】
従って、一の商品収容庫の内部雰囲気は、第１ガス吸気口４１０ａを通じて断熱容器４００の内部に流れ、蒸発熱交換器２２０で熱交換されて冷却された後に、第１ガス送気口４２０ａを通じて一の商品収容庫に流れることになる。また、他の商品収容庫の内部雰囲気は、第２ガス吸気口４１０ｂを通じて断熱容器４００の内部に流れ、蒸発熱交換器２２０で熱交換されて冷却された後に、第２ガス送気口４２０ｂを通じて他の商品収容庫に流れることになる。つまり、蒸発熱交換器２２０は、商品収容庫の内部雰囲気を冷却するためのものである。
【０００９】
液体配管２３０は、凝縮熱交換器２１０と蒸発熱交換器２２０とを接続するものであり、凝縮熱交換器２１０で凝縮した冷媒を蒸発熱交換器２２０まで移動させるためのものである。気体配管２４０は、液体配管２３０とは別個に、凝縮熱交換器２１０と蒸発熱交換器２２０とを接続するものであり、蒸発熱交換器２２０で蒸発した冷媒を凝縮熱交換器２１０まで移動させるためのものである。液体配管２３０と気体配管２４０との配置関係は、気体配管２４０が液体配管２３０の上方に位置するようになっている。これは、気体配管２４０を通る冷媒の密度が、液体配管２３０を通る冷媒の密度よりも小さいためである。
【００１０】
そのような冷却装置では、冷媒が、上記冷媒循環路２００において液体配管２３０および気体配管２４０を移動して、凝縮熱交換器２１０と蒸発熱交換器２２０との間を相変化しながら循環することにより、スターリング冷凍機１００の低温部１１０で発生した冷熱は蒸発熱交換器２２０まで移送されることになる。そして、かかる蒸発熱交換器２２０で各ガス吸気口４１０ａ，４１０ｂを通じて流れてきた内部雰囲気が冷却され、その後各ガス送気口４２０ａ，４２０ｂを通じて各商品収容庫内に流れることにより、商品収容庫に収容された商品が冷却されることになる。
【００１１】
しかしながら、上記冷却装置においては、図示の例から明らかなように、ガス吸気口４１０ａ，４１０ｂから断熱容器４００の内部に流れる内部雰囲気の横断面が急激に拡大することになる。つまり、断熱容器４００の内部には、ガス吸気口４１０ａ，４１０ｂから流入した内部雰囲気を横断面が漸次拡大する態様で通過させる拡大通過域部６１０が存在する。そのため、断熱容器４００の内部に流入した内部雰囲気は、拡大通過域部６１０で乱流してしまう結果、断熱容器４００の内部を均一に流れずに偏流してしまう虞れがあった。すなわち、断熱容器４００の内部を流れる内部雰囲気の流量分布にばらつきが生じる虞れがあった。そのような内部雰囲気の流量分布のばらつきは、蒸発熱交換器２２０を介しての内部雰囲気と冷媒との間で所望の熱交換を行うことができず、冷却性能を低下させる要因にもなっている。
【００１２】
そこで、そのような拡大通過域部における内部雰囲気等の流体による乱流の発生を防止することを目的として、該拡大通過域部に流体の流れを整えるための複数の整流板を設ける技術が提案されている。かかる技術においては、互いに隣接する間隙が流体の流路となる態様で複数の整流板が設けられており、各流路の出口の横断面積が均等になるよう整流板の間隔が等しくなっている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【００１３】
【特許文献１】特開平１０−１２２２０８号公報
【特許文献２】特開２００３−３０１８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところが、上記技術では、各流路の出口の横断面積が均等になるよう整流板の間隔を等しくしているために、中央領域の流路を流れる流体の流量に比して、側方領域の流路を流れる流体の流量が相対的に小さくなってしまう。つまり、各流路を流れる流体の流量に偏りが生じてしまい、流量分布にばらつきが生じてしまうことになる。このような現象が生じてしまうのは、拡大通過域部においては、側方領域の流路を流れる流体の該流路の前後での流向変化の割合が、中央領域の流路を流れる流体の該流路の前後での流向変化の割合よりも大きいために乱流が生じてしまうものと考えられている。より詳細には、側方領域の流路では、該流路の前後での流向変化が大きいため、該流路において流路の出口に向かう流体の流れを阻害する力が中央領域の流路よりも相対的に大きく作用するためであると考えられる。特に、上記断熱容器４００のように拡大通過域部６１０の長さが短い場合には、流量分布のばらつきが顕著である。
【００１５】
従って、上記技術では、拡大通過域部における流体の流量分布の均一化を図るための根本的解決には至っていない。
【００１６】
本発明は、上記実情に鑑みて、流入した流体を横断面が漸次拡大する態様で通過させる拡大通過域部においても流量分布の均一化を図ることができる整粒装置および冷却装置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】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る整流構造は、流入した流体を横断面が漸次拡大する態様で通過させる拡大通過域部と、互いに隣接する間隙が前記流体の流路となる態様で前記拡大通過域部に配設され、前記流体の流れを整えるための複数の整流部材とを備えた整流構造において、前記複数の整流部材は、各流路の前後での流体の流向変化の割合が大きいほど流路の幅が大きくなる態様で配設してあることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項２に係る整流構造は、上記請求項１において、前記複数の整流部材は、隣り合う流路のうち中央側よりも外側の流路の方が相対的に幅が大きくなる態様で配設してあることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項３に係る整流構造は、上記請求項１または上記請求項２において、前記複数の整流部材のそれぞれの上流部が、前記拡大通過域部の入口となる流入口に対して垂直となる方向に延びる態様で屈曲してあることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項４に係る整流構造は、上記請求項１〜３のいずれか一つにおいて、前記複数の整流部材のそれぞれの下流部が、前記拡大通過域部の出口となる流出口に対して垂直となる方向に延びる態様で屈曲してあることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の請求項５に係る冷却装置は、商品収容庫の内部雰囲気を、該商品収容庫の内部と外部との間で循環させる内部雰囲気循環手段と、スターリング冷凍機で発生した冷熱を移送するための冷熱移送手段と、前記冷熱移送手段により移送した冷熱を利用して、前記内部雰囲気循環手段により循環させた内部雰囲気を冷却する蒸発熱交換器とを備え、前記商品収容庫に収容された商品を冷却するための冷却装置において、前記内部雰囲気循環手段は、前記商品収容庫から流入した内部雰囲気を横断面が漸次拡大する態様で通過させる拡大通過域部と、互いに隣接する間隙が前記内部雰囲気の流路となる態様で前記拡大通過域部に配設され、前記内部雰囲気の流れを整えるための複数の整流部材とを備え、前記複数の整流部材は、各流路の前後での内部雰囲気の流向変化の割合が大きいほど流路の幅が大きくなる態様で配設してあることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の請求項６に係る冷却装置は、上記請求項５において、前記複数の整流部材は、隣り合う流路のうち中央側よりも外側の流路の方が相対的に幅が大きくなる態様で配設してあることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の請求項７に係る冷却装置は、上記請求項５または上記請求項６において、前記複数の整流部材のそれぞれの上流部が、前記拡大通過域部の入口となる流入口に対して垂直となる方向に延びる態様で屈曲してあることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の請求項８に係る冷却装置は、上記請求項５〜７のいずれか一つにおいて、前記複数の整流部材のそれぞれの下流部が、前記拡大通過域部の出口となる流出口に対して垂直となる方向に延びる態様で屈曲してあることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の請求項９に係る冷却装置は、上記請求項５〜８のいずれか一つにおいて、前記複数の蒸発熱交換器は、断熱容器に収容してあり、前記内部雰囲気循環手段は、商品収容庫と断熱容器との間で断熱構造を保持した態様で内部雰囲気を循環させることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の請求項１０に係る冷却装置は、上記請求項５〜９のいずれか一つにおいて、前記内部雰囲気循環手段は、前記商品収容庫の内部と外部との間における前記内部雰囲気の移動を必要に応じて遮断するための遮断手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の整流構造によれば、複数の整流部材は、各流路の前後での流体の流向変化の割合が大きいほど流路の幅を大きくなる態様で配設してあるので、拡大通過域部を流れる内部雰囲気の流量分布の均一化を図ることができるという効果を奏する。
【００２８】
また、本発明の冷却装置によれば、内部雰囲気循環手段における複数の整流部材は、各流路の前後での内部雰囲気の流向変化の割合が大きいほど流路の幅が大きくなる態様で配設してあるので、各流路出口において通過する内部雰囲気の流量分布の均一化を図ることができる。従って、内部雰囲気が偏流する虞れがなく、蒸発熱交換器を介して所望の熱交換を行うことができ、良好な冷却性能を維持することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る整流構造および冷却装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。尚、以下においては、説明の便宜上、冷却装置を中心に説明しながら、整流構造についても適宜説明する。また、冷却装置は、自動販売機に適用されるものとして説明する。
【００３０】
図１および図２は、それぞれ本発明の実施の形態に係る冷却装置が適用された自動販売機の構成を示したものであり、図１は斜視図であり、図２は断面側面図である。これらの図１および図２において、自動販売機は、本体キャビネット１を備えている。
【００３１】
本体キャビネット１は、前面が開口した直方状の断熱筐体として形成したものである。この本体キャビネット１には、その前面に外扉２と内扉３とが設けてあり、その内部に例えば断熱仕切板４によって仕切られた二つの独立した商品収容庫５ａ，５ｂが左右に並んだ態様で設けてある。より詳細に説明すると、外扉２は、本体キャビネット１の前面開口を開閉するためのものである。内扉３は、商品収容庫５ａ，５ｂの前面を開閉するためのものである。商品収容庫５ａ，５ｂは、飲料缶やペットボトルを所望の温度に維持した状態で収容するためのものである。
【００３２】
商品収容庫５ａ，５ｂには、それぞれ、商品収納ラック６ａ，６ｂ、搬出機構７および商品搬出シュータ８が設けてある。商品収納ラック６ａ，６ｂは、缶入り飲料やペットボトル入り飲料等の商品Ｗを上下方向に沿って並ぶ態様で収納するためのものである。搬出機構７は、商品収納ラック６ａ，６ｂの下部に設けてあり、この商品収納ラック６ａ，６ｂに収納された商品群のうち最下部にある商品Ｗを一つずつ搬出するためのものである。商品搬出シュータ８は、搬出機構７からの搬出された商品Ｗを外扉２に設けた商品取出口２ａに導くためのものである。
【００３３】
上記本体キャビネット１の内部において商品収容庫５ａ，５ｂの外部となる機械室９には、冷却装置が配設してある。冷却装置は、図３にも示したように、スターリング冷凍機１０と、冷媒循環路２０と、放熱ユニット３０と、循環ユニット５０とを備えて構成してある。
【００３４】
スターリング冷凍機１０は、横置きに載置してあり、稼動することにより冷熱を発生する低温部１１と、高温排熱を発生する高温部１２とを有している。
【００３５】
冷媒循環路２０は、内部に冷媒を封入してあり、凝縮熱交換器２１と、蒸発熱交換器２２と、液体配管２３と、気体配管２４とを備えて構成してある。ここに、冷媒としては、例えば二酸化炭素等のように常温では気体であって、スターリング冷凍機１０の低温部１１からの冷熱では凍らないもの（不凍冷媒）が用いられている。
【００３６】
凝縮熱交換器２１は、スターリング冷凍機１０の低温部１１に熱的に接続してあり、より詳細には、低温部１１の外周面に接した態様で配設してある。この凝縮熱交換器２１の内部には、図には明示しないが、冷媒の通過路となる複数の細管が一列に並ぶ態様で形成してある。このような凝縮熱交換器２１では、低温部１１で発生した冷熱により各細管を通過する冷媒が凝縮されて凝縮液になる。
【００３７】
蒸発熱交換器２２は、凝縮熱交換器２１から所定の距離だけ離隔した位置に配設してあり、商品収容庫５ａ，５ｂの下方に配設された後述する断熱容器４０の内部に収容してある。この蒸発熱交換器２２は、商品収容庫５ａ，５ｂの内部雰囲気（空気）を冷却するためのものである。このような蒸発熱交換器２２では、図４に示したように、下方から上方に向かって蛇行する形態を成し、内部に冷媒が通過する蛇行状通路２２ａが形成してあるとともに、該蛇行状通路２２ａに熱的に接続した態様で多数のフィン２２ｂが左右方向に並ぶ態様で形成してある。より詳細には、蛇行状通路２２ａは、例えばアルミニウム材を材料として押出成形されたものであり、フィン２２ｂは、例えば、厚さが０．２ｍｍで、４ｍｍピッチで配設してある。図４中の符号２２ｃは、入口ヘッダであり、液体配管２３と接続してあり、符号２２ｄは、出口ヘッダであり、気体配管２４と接続してある。
【００３８】
上記蒸発熱交換器２２においては、蛇行状通路２２ａを通過する冷媒が断熱容器４０の内部空気から得た熱により蒸発して蒸気になる。換言すると、蒸発熱交換器２２の周辺領域である断熱容器４０の内部空気は、蛇行状通路２２ａを通過する冷媒が蒸発することによって熱が奪われることになり、冷却される。
【００３９】
液体配管２３は、凝縮熱交換器２１と蒸発熱交換器２２とを繋ぐ管路である。この液体配管２３は、凝縮熱交換器２１で凝縮した冷媒を、該凝縮熱交換器２１から蒸発熱交換器２２まで移動させるためのものである。
【００４０】
気体配管２４は、上記液体配管２３とは別個に、凝縮熱交換器２１と蒸発熱交換器２２とを繋ぐ管路である。この気体配管２４は、蒸発熱交換器２２で蒸発した冷媒を、該蒸発熱交換器２２から凝縮熱交換器２１まで移動させるためのものである。
【００４１】
液体配管２３と気体配管２４との配置関係は、気体配管２４が液体配管２３の上方に位置するようにしてある。これは、気体配管２４を通過する冷媒の密度が、液体配管２３を通過する冷媒の密度よりも小さいためである。このような冷媒循環路２０では、冷媒が凝縮熱交換器２１と蒸発熱交換器２２との間で相変化を繰り返しながら循環することになる。かかる冷媒循環路２０のような構成は、ループ型サーモサイフォン式ヒートパイプと呼ばれるものである。
【００４２】
放熱ユニット３０は、スターリング冷凍機１０の高温部１２から得た高温排熱を自動販売機の外部に放出するためのものである。この放熱ユニット３０は、内部に冷媒を封入してあり、放熱熱交換器３１と、空気熱交換器３２と、第１輸送ライン３３と、第２輸送ライン３４とを備えて構成してある。ここに、冷媒としては、種々のものを用いることができるが、一例としては不凍液が用いられる。以下においては、冷媒の一例として不凍液が用いられた場合について説明する。
【００４３】
放熱熱交換器３１は、スターリング冷凍機１０の高温部１２に熱的に接続してある。この放熱熱交換器３１は、内部の冷媒に高温部１２からの高温排熱を受熱させるものである。
【００４４】
空気熱交換器３２は、スターリング冷凍機１０（放熱熱交換器３１）から所定の距離だけ離隔した位置に配設してある。この空気熱交換器３２は、内部の冷媒に放熱させるものである。該空気熱交換器３２では、内部に冷媒が通過するための蛇行状通路が形成してあり、該蛇行状通路を通過する冷媒が放熱熱交換器３１で受熱した高温排熱を周囲空気へ放熱する。これにより、周囲空気は、高温排熱により加熱される。そして、空気熱交換器３２の周囲の所定個所には、庫外送風ファン３５が設けてある。庫外送風ファン３５は、空気熱交換器３２の内部に送り込まれた外気を外部に放出するためのものである。
【００４５】
第１輸送ライン３３は、放熱熱交換器３１と空気熱交換器３２とを繋ぐ管路である。この第１輸送ライン３３は、放熱熱交換器３１で高温排熱を受熱した冷媒を空気熱交換器３２に移動させるためのものである。
【００４６】
第２輸送ライン３４は、上記第１輸送ライン３３とは別個に、放熱熱交換器３１と空気熱交換器３２とを繋ぐ管路である。この第２輸送ライン３４は、空気熱交換器３２で放熱した冷媒を放熱熱交換器３１に移動させるためのものである。また、第２輸送ライン３４には、冷媒を循環させるための循環ポンプ３６が配設してあると共に、レシーバータンク３７が配設してある。従って、放熱ユニット３０では、冷媒が放熱熱交換器３１と空気熱交換器３２との間で循環ポンプ３６の作用により循環することになる。
【００４７】
循環ユニット５０は、背面ダクト５１と、断熱容器４０と、庫内送風ファン５２と、送気切換シャッタ５３と、吸気切換シャッタ５４とを備えて構成してある。
【００４８】
背面ダクト５１は、各商品収容庫５ａ，５ｂの内部の背面側に配設してあり、図には明示しないが、各商品収容庫５ａ，５ｂの下部から商品収納ラック６ａ，６ｂに収納された商品群の所定の高さに対応する位置、すなわち該商品群の略中間領域に対応する位置まで延設してある。この背面ダクト５１の下部の前方には、ヒータＨを内蔵したヒータルーム５５が設けてある。背面ダクト５１は、ヒータルーム５５と吸入口５５ａを通じて連通してある。
【００４９】
断熱容器４０は、上述したように商品収容庫５ａ，５ｂのそれぞれの底面に接した態様で、より詳細には、商品収容庫５ａ，５ｂのそれぞれと断熱構造を保持した態様で配設してある。この断熱容器４０について詳しく説明すると次のようになる。
【００５０】
図５〜図７は、それぞれ断熱容器の構造を示したものであり、図５は、内部構造が視認できるように断熱容器の後面を省略して示した斜視図であり、図６は、断面背面図であり、図７は、断面側面図である。これら図５〜図７に示したように、断熱容器４０は、吸気管路４１と送気管路４２とを有しており、吸気管路４１は、断熱容器４０の内部の後方側にあって各商品収容庫５ａ，５ｂの背面ダクト５１と連設してあり、送気管路４２は、断熱容器４０の内部の前方側にあって各商品収容庫５ａ，５ｂの底面と連設してある。吸気管路４１には、各商品収容庫５ａ，５ｂの背面ダクト５１との境界、すなわち断熱容器４０の後方側上面にガス吸気口４１ａ，４１ｂが設けてある一方、送気管路４２には、各商品収容庫５ａ，５ｂの内部との境界、すなわち断熱容器４０の前方側上面にガス送気口４２ａ，４２ｂが設けてある。ここに、ガス吸気口４１ａ（以下、第１ガス吸気口４１ａともいう）およびガス送気口４２ａ（以下、第１ガス送気口４２ａともいう）は、一の商品収容庫５ａに対応するものであり、ガス吸気口４１ｂ（以下、第２ガス吸気口４１ｂともいう）およびガス送気口４２ｂ（以下、第２ガス送気口４２ｂともいう）は、他の商品収容庫５ｂに対応するものである。
【００５１】
図５〜図７において、符号４０ａは、側方断熱材であり、符号４０ｂは、上方断熱材である。これら側方断熱材４０ａおよび上方断熱材４０ｂに封止されることにより、吸気管路４１と送気管路４２とは、蒸発熱交換器２２を介して連通していることになる。
【００５２】
そして、上記断熱容器４０の内部である吸気管路４１には、整流構造６０が形成してある。整流構造６０は、拡大通過域部６１と、複数の整流板（整流部材）６２とを備えて構成してある。
【００５３】
拡大通過域部６１は、ガス吸気口４１ａ，４１ｂから流入した内部雰囲気を横断面が漸次拡大する態様で通過させる領域である。具体的には、吸気管路４１の内部において、ガス吸気口４１ａ，４１ｂから蒸発熱交換器２２の上部に対応する位置に至る領域である。つまり、拡大通過域部６１では、ガス吸気口４１ａ，４１ｂが内部雰囲気の流入口となり、上記蒸発熱交換器２２の上部に対応する位置が内部雰囲気の流出口６１ｂとなる。以下においては、吸気管路４１の内部における蒸発熱交換器２２の上部に対応する位置を、便宜上、流出口６１ｂと称して説明する。
【００５４】
複数の整流板６２は、ガス吸気口４１ａ，４１ｂから流入した内部雰囲気の流れを整えるためのものであり、互いに隣接する間隙が内部雰囲気の流路Ｒとなる態様で拡大通過域部６１に配設してある。より詳細に説明すると、整流板６２は、それぞれの上端部分（上流部分）がガス吸気口４１ａ，４１ｂに達するとともに、それぞれの下端部分（下流部分）が流出口６１ｂに達する態様で、上方断熱材４０ｂに支持されて配設してある。そして、整流板６２は、図８に示したように、各流路Ｒの前後での内部雰囲気の流向変化の割合、すなわち、ガス吸気口４１ａ，４１ｂ付近における内部雰囲気の流向と、流出口６１ｂ付近における内部雰囲気の流向との変化の割合が大きいほど流路Ｒの幅が大きくなる態様で配設してある。具体的には、各流路Ｒの前後での内部雰囲気の流向変化の割合が相対的に大きくなる側方の流路Ｒの幅が大きくなる態様で配設してある。つまり、隣り合う流路Ｒのうち中央よりも側方の流路Ｒの方が相対的に幅が大きくなる態様で配設してある。また、整流板６２は、それぞれの上端部（上流部）６２ａがガス吸気口４１ａ，４１ｂに対して垂直となる方向に延びる態様で屈曲してあるとともに、それぞれの下端部（下流部）６２ｂが、流出口６１ｂに対して垂直となる方向に延びる態様で屈曲してある。
【００５５】
庫内送風ファン５２は、商品搬出シュータ８の下部であって、ヒータルーム５５の前方に配設してある。より詳細には、庫内送風ファン５２は、上記ガス送気口４２ａ，４２ｂの近傍に配設してあり、ヒータルーム５５と吹出口５５ｂを通じて連通してある。この庫内送風ファン５２は、商品収容庫５ａ，５ｂの内部雰囲気を循環させるためのものである。
【００５６】
送気切換シャッタ５３は、ガス送気口４２ａ，４２ｂおよび吹出口５５ｂを開閉するものである。具体的には、ガス送気口４２ａ，４２ｂを開成状態にする場合には、吹出口５５ｂを閉成状態にするものであり、逆に吹出口５５ｂを開成状態にする場合には、ガス送気口４２ａ，４２ｂを閉成状態にするものである。
【００５７】
吸気切換シャッタ５４は、ガス吸気口４１ａ，４１ｂおよび吸入口５５ａを開閉するものである。具体的には、ガス吸気口４１ａ，４１ｂを開成状態にする場合には、吸入口５５ａを閉成状態にするものであり、逆に吸入口５５ａを開成状態にする場合には、ガス吸気口４１ａ，４１ｂを閉成状態にするものである。
【００５８】
また、送気切換シャッタ５３および吸気切換シャッタ５４は、それぞれの開閉動作が連係しており、送気切換シャッタ５３がガス送気口４２ａ，４２ｂを開成状態にする場合には、吸気切換シャッタ５４がガス吸気口４１ａ，４１ｂを開成状態にし、送気切換シャッタ５３がガス送気口４２ａ，４２ｂを閉成状態にする場合には、吸気切換シャッタ５４がガス吸気口４１ａ，４１ｂを閉成状態にする。これにより、送気切換シャッタ５３がガス送気口４２ａ，４２ｂを開成状態にする場合には、吸気切換シャッタ５４がガス吸気口４１ａ，４１ｂを開成状態にするから、断熱容器４０と商品収容庫５ａ，５ｂの内部とが連通状態になる。
【００５９】
以上のような構成を有する冷却装置は、次のようにして商品収容庫５ａ，５ｂに収容された商品Ｗを冷却する。ここでは、すべての商品収容庫５ａ，５ｂに収容された商品Ｗを冷却する場合について説明する。この場合において、送気切換シャッタ５３がガス送気口４２ａ，４２ｂを開成状態にし、かつ吸気切換シャッタ５４がガス吸気口４１ａ，４１ｂを開成状態にしているものとして説明する。
【００６０】
冷却装置の冷媒循環路２０では、スターリング冷凍機１０の低温部１１からの冷熱を次のようにして蒸発熱交換器２２まで移送して、断熱容器４０の内部空気を冷却する。低温部１１に熱的に接続している凝縮熱交換器２１において急激に冷却されて凝縮液になった冷媒が、その重力により液体配管２３を通じて蒸発熱交換器２２まで移動する。この蒸発熱交換器２２において、冷媒は、該蒸発熱交換器２２を収容する断熱容器４０の内部空気の熱により蒸発して蒸気になる。つまり、断熱容器４０の内部空気は熱が奪われることになり、これにより、断熱容器４０の内部空気は冷却される。ところで、蒸発熱交換器２２において蒸発して蒸気になった冷媒は、気体配管２４を通じて凝縮熱交換器２１まで移動し、該凝縮熱交換器２１で再び凝縮液になって上記サイクルを繰り返すことになる。
【００６１】
冷却装置の放熱ユニット３０では、スターリング冷凍機１０の高温部１２からの高温排熱を次のようにして自動販売機の外部に放出する。高温部１２に熱的に接続している放熱熱交換器３１において受熱した冷媒が、第１輸送ライン３３を通じて空気熱交換器３２まで移動し、該空気熱交換器３２で放熱する。つまり、空気熱交換器３２の周囲の空気は、加熱される。そして、加熱された空気は、庫外送風ファン３５によって自動販売機の外部に放出されることになる。従って、スターリング冷凍機１０の高温部１２からの高温排熱は、放熱ユニット３０によって自動販売機の外部に放出される。ところで、空気熱交換器３２で放熱した冷媒は、第２輸送ライン３４を通じて放熱熱交換器３１まで移動し、該放熱熱交換器３１で再び受熱することにより上記サイクルを繰り返すことになる。
【００６２】
上述したように、送気切換シャッタ５３がガス送気口４２ａ，４２ｂを開成状態にし、かつ吸気切換シャッタ５４がガス吸気口４１ａ，４１ｂを開成状態にしているので、断熱容器４０と商品収容庫５ａ，５ｂとが連通状態になっている。よって、商品収容庫５ａ，５ｂの内部雰囲気は、庫内送風ファン５２の作用により、背面ダクト５１、断熱容器４０（吸気管路４１および送気管路４２）および商品収容庫５ａ，５ｂの内部を循環する。より詳細に説明すると、商品収容庫５ａ，５ｂの内部雰囲気は、庫内送風ファン５２の作用により、背面ダクト５１に進入し、開成状態のガス吸気口４１ａ，４１ｂを通じて断熱容器４０の内部に至る。断熱容器４０の内部に至った内部雰囲気は、該断熱容器４０の内部を通過中に蒸発熱交換器２２により冷却される。冷却された内部雰囲気は、開成状態のガス送気口４２ａ，４２ｂを通じて商品収容庫５ａ，５ｂの内部を図２中の矢印方向に沿って移動する。つまり、冷却された内部雰囲気は、商品収納ラック６ａ，６ｂに収納された商品群のうち下方にある商品群を通過する態様で移動する。このように冷却された内部雰囲気が商品群を通過する態様で移動することにより、冷却された内部雰囲気と商品Ｗとの間で熱交換が行われ、該商品Ｗが冷却されることになる。
【００６３】
商品Ｗとの間で熱交換が行われて温められた内部雰囲気は、再び背面ダクト５１に進入して、開成状態のガス吸気口４１ａ，４１ｂを通じて断熱容器４０に至る。そして、該断熱容器４０で再び冷却され、上述した循環を繰り返す。
【００６４】
このように断熱容器４０と商品収容庫５ａ，５ｂとの間で内部雰囲気を循環させることにより、該商品収容庫５ａ，５ｂの内部雰囲気の温度を例えば０℃に保持することができ、これにより、商品Ｗを販売適温となる例えば５℃にすることができる。
【００６５】
ところで、商品収容庫５ａ，５ｂの内部雰囲気は、ガス吸気口４１ａ，４１ｂから断熱容器４０（吸気管路４１）の内部に流入すると、拡大通過域部６１に至ることになる。この拡大通過域部６１では、内部雰囲気は、複数の整流板６２により形成された流路Ｒを通過することになる。
【００６６】
本実施の形態では、上述したように、整流構造６０を構成する複数の整流板６２は、各流路Ｒの前後での内部雰囲気の流向変化の割合が大きいほど流路Ｒの幅が大きくなる態様で配設してある。そのため、内部雰囲気の流向変化の割合が大きいために乱流が生じてしまう虞れがある側方の流路Ｒでも、該流路Ｒよりも幅が狭い中央側の流路Ｒと略同等の流量を確保することが可能になり、これにより、各流路Ｒの出口（拡大通過域部６１の流出口６１ｂ）において通過する内部雰囲気が偏流せず、流量にばらつきが生じない。すなわち、拡大通過域部６１を流れる内部雰囲気の流量分布の均一化を図ることができる。
【００６７】
このことは、次のような数値計算例からも明らかである。すなわち、図９に示したように、拡大通過域部Ｍにおいて、各流路Ｒの前後での流体の流向変化の割合が大きいほど流路Ｒの幅が大きくなる態様で複数の整流板Ｆを配設した整流構造（Ａ）（図９−１参照）と、各流路Ｒの出口の横断面積が均等になるよう複数の整流板Ｆを均等間隔で配設した整流構造（Ｂ）（図９−２参照）との間で流体の流量分布のばらつきの数値計算を行った。図１０は、各流路Ｒの出口（拡大通過域部Ｍの流出口）から所定の距離だけ離隔した流速検査面での流速を示した図表である。かかる図１０から明らかなように、整流構造（Ａ）の方が、流量分布が均一化されていることが理解される。特に各流路Ｒの出口から５０ｍｍ以上離隔した場合には、整流構造（Ａ）の方が、流量分布が均一化されていることが明らかである。尚、この結果は、モデル実験においても同様の効果があることを確認している。
【００６８】
また、上記整流構造６０を構成する整流板６２は、それぞれの上端部６２ａがガス吸気口４１ａ，４１ｂに対して垂直となる方向に延びる態様で屈曲してあるとともに、それぞれの下端部６２ｂが流出口６１ｂに対して垂直となる方向に延びる態様で屈曲してあるため、各流路Ｒに流入する内部雰囲気の流入量の損失を低減させながら、各流路Ｒを流れた後の内部雰囲気の流向をある程度制御することができる。従って、整流板６２の長さが制約される状況下においては、整流板６２の長さを延長した場合に近似した効果を得ることが可能になる。
【００６９】
次に、商品収容庫５ａに収容された商品Ｗのみを加熱する場合には、冷却装置は、次のようにして該商品Ｗの加熱に供することができる。
【００７０】
冷却装置を次のよう状態にする。すなわち、送気切換シャッタ５３を動作させて商品収容庫５ａに対応する断熱容器４０のガス送気口４２ａを閉成状態にするとともに、吸気切換シャッタ５４を動作させて該断熱容器４０のガス吸気口４１ａを閉成状態にする。これにより商品収容庫５ａと断熱容器４０との連通状態は遮断されることになる。また、この際、吸入口５５ａおよび吹出口５５ｂがともに開成状態になる。従って、断熱容器４０の内部で冷却された内部雰囲気は、商品収容庫５ａに移動することがない。そして、商品収容庫５ａの内部のヒータＨを稼動させることにより、ヒータＨに加熱された内部雰囲気は、庫内送風ファン５２の作用により商品搬出シュータ８の下側から吹き出され、商品収納ラック６ａに収納された商品群のうち下方にある商品群を通過する態様で移動する。
【００７１】
加熱された内部雰囲気が商品群を通過する態様で移動することにより、加熱された内部雰囲気と商品Ｗとの間で熱交換が行われ、該商品Ｗが加熱されることになる。商品Ｗとの間で熱交換が行われた内部雰囲気は、背面ダクト５１に進入し、開成状態である吸入口５５ａを通じてヒータルーム５５に至る。そして、該ヒータルーム５５のおいてヒータＨに加熱され、上述した移動を繰り返して循環することになる。
【００７２】
このように加熱された内部雰囲気が商品収容庫５ａの内部を循環することにより、商品Ｗの温度を販売適温（例えば５５℃）にすることができる。
【００７３】
以上説明したように、冷却装置によれば、整流構造６０を構成する複数の整流板６２が、各流路Ｒの前後での内部雰囲気の流向変化の割合が大きいほど流路Ｒの幅が大きくなる態様で配設してあるので、内部雰囲気の流向変化の割合が大きいために乱流が生じてしまう虞れがある側方の流路Ｒでも、該流路Ｒよりも幅が狭い中央側の流路Ｒと略同等の流量を確保することが可能になり、これにより、各流路Ｒの出口（拡大通過域部６１の流出口６１ｂ）を通過する内部雰囲気の流量分布の均一化を図ることができる。従って、断熱容器４０の内部で内部雰囲気が偏流する虞れがなく、蒸発熱交換器２２を介しての内部雰囲気と冷媒との間で所望の熱交換を行うことができ、良好な冷却性能を維持することができる。
【００７４】
また、上記冷却装置によれば、断熱容器４０の内部で内部雰囲気が偏流する虞れがないので、表面温度が０℃未満になる蒸発熱交換器２２の表面に局部的に霜が成長する虞れがない。そのため、短時間で冷却運転を停止して、除霜を行う必要がなく、これによっても、良好な冷却性能を維持することができる。更に、上記冷却装置では、整流板６２の上端部６２ａがガス吸気口４１ａ，４１ｂから上方に突出していないため、該冷却装置を機械室９から前方に引き出す場合に干渉する虞れがない。
【００７５】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更行うことができる。例えば、上記実施の形態においては、整流板６２の上端部６２ａおよび下端部６２ｂがともに屈曲していたが、本発明では、いずれか一方が屈曲していても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上のように、本発明に係る整流構造および冷却装置は、スターリング冷凍機で発生した冷熱を利用して、例えば自動販売機等における複数の商品収容庫に収容された商品を冷却させるのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態に係る冷却装置が適用された自動販売機の構成を示した斜視図である。
【図２】図１に示した自動販売機の断面側面図である。
【図３】図１に示した冷却装置の構成を模式的に示した模式図である。
【図４】図２における蒸発熱交換器の構成を示した斜視図である。
【図５】図１に示した断熱容器の構成を示した斜視図である。
【図６】図５に示した断熱容器を後方から見た断面背面図である。
【図７】図５に示した断熱容器の側面断面図である。
【図８】図５に示した断熱容器の整流構造を模式的に示した模式図である。
【図９−１】本発明の数値計算例を示した説明図である。
【図９−２】本発明の従来例を示した説明図である。
【図１０】各流路の出口から所定の距離だけ離隔した流速検査面での流速を示した図表である。
【図１１】本発明の従来例である冷却装置の構成を模式的に示した模式図である。
【図１２】図１１に示した断熱容器の構成を示した斜視図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０ スターリング冷凍機
１１ 低温部
１２ 高温部
２０ 冷媒循環路
２１ 凝縮熱交換器
２２ 蒸発熱交換器
２３ 液体配管
２４ 気体配管
３０ 放熱ユニット
３１ 放熱熱交換器
３２ 空気熱交換器
３３ 第１輸送ライン
３４ 第２輸送ライン
３５ 庫外送風ファン
３６ 循環ポンプ
３７ レシーバータンク
４０ 断熱容器
４１ 吸気管路
４１ａ，４１ｂ ガス吸気口
４２ 送気管路
４２ａ，４２ｂ ガス送気口
５０ 循環ユニット
５１ 背面ダクト
５２ 庫内送風ファン
５３ 送気切換シャッタ
５４ 吸気切換シャッタ
５５ ヒータルーム
５５ａ 吸入口
５５ｂ 吹出口
６０ 整流構造
６１ 拡大通過域部
６２ 整流板
Ｒ 流路
Ｈ ヒータＨ
Ｗ 商品
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整流構造および冷却装置に関し、より詳細には、流入した流体を横断面が漸次拡大する態様で通過させる拡大通過域部と、互いに隣接する間隙が流体の流路となる態様で上記拡大通過域部に配設された複数の整流部材とを備えた整流構造、並びに該整流構造を有して成り、スターリング冷凍機で発生した冷熱を利用して商品収容庫に収容された商品を冷却するための冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スターリング冷凍機で発生した冷熱を利用して、例えば自動販売機等における複数の商品収容庫に収容された商品を冷却させるための冷却装置としては、図１１に示したように、スターリング冷凍機１００と、冷媒循環路２００とを備えたものが知られている。
【０００３】
スターリング冷凍機１００は、周知のように、自己冷却型の冷凍機であり、内部のガスを往復圧縮機で圧縮・膨張させることで、冷熱を発生する低温部１１０と、高温排熱を発生する高温部１２０とを有している。
【０００４】
冷媒循環路２００は、内部に冷媒を封入してあり、凝縮熱交換器２１０と、蒸発熱交換器２２０と、液体配管２３０と、気体配管２４０とを備えて構成されている。ここに、冷媒としては、例えば二酸化炭素等のように常温では気体であって、スターリング冷凍機１００の低温部１１０からの冷熱では凍らないもの（不凍冷媒）が用いられている。
【０００５】
凝縮熱交換器２１０は、スターリング冷凍機１００の低温部１１０に熱的に接続されている。この凝縮熱交換器２１０では、低温部１１０で発生した冷熱により冷媒が凝縮されて凝縮液になる。
【０００６】
蒸発熱交換器２２０は、凝縮熱交換器２１０から所定の距離だけ離隔した位置に配設されている。この蒸発熱交換器２２０では、外部から得た熱により冷媒が蒸発して蒸気になり、外部の空気を冷却するものである。ここで、蒸発熱交換器２２０は、図１２に示したように、断熱容器４００に収容された状態で配設されている。
【０００７】
断熱容器４００の上面には、複数（図示の例では２つ）のガス吸気口４１０ａ，４１０ｂが左右一対となる態様で設けられているとともに、複数（図示の例では２つ）のガス送気口４２０ａ，４２０ｂが左右一対となる態様で設けられている。図１２において左側に位置する第１ガス吸気口４１０ａは、図示せぬ一の商品収容庫から流れてくる内部雰囲気（空気）の開口であり、第１ガス送気口４２０ａは、蒸発熱交換器２２０で熱交換されて冷却された内部雰囲気を一の商品収容庫に戻すための開口である。また、図１２において右側に位置する第２ガス吸気口４１０ｂは、図示せぬ他の商品収容庫から流れてくる内部雰囲気の開口であり、第２ガス送気口４２０ｂは、蒸発熱交換器２２０で熱交換されて冷却された内部雰囲気を上記他の商品収容庫に戻すための開口である。
【０００８】
従って、一の商品収容庫の内部雰囲気は、第１ガス吸気口４１０ａを通じて断熱容器４００の内部に流れ、蒸発熱交換器２２０で熱交換されて冷却された後に、第１ガス送気口４２０ａを通じて一の商品収容庫に流れることになる。また、他の商品収容庫の内部雰囲気は、第２ガス吸気口４１０ｂを通じて断熱容器４００の内部に流れ、蒸発熱交換器２２０で熱交換されて冷却された後に、第２ガス送気口４２０ｂを通じて他の商品収容庫に流れることになる。つまり、蒸発熱交換器２２０は、商品収容庫の内部雰囲気を冷却するためのものである。
【０００９】
液体配管２３０は、凝縮熱交換器２１０と蒸発熱交換器２２０とを接続するものであり、凝縮熱交換器２１０で凝縮した冷媒を蒸発熱交換器２２０まで移動させるためのものである。気体配管２４０は、液体配管２３０とは別個に、凝縮熱交換器２１０と蒸発熱交換器２２０とを接続するものであり、蒸発熱交換器２２０で蒸発した冷媒を凝縮熱交換器２１０まで移動させるためのものである。液体配管２３０と気体配管２４０との配置関係は、気体配管２４０が液体配管２３０の上方に位置するようになっている。これは、気体配管２４０を通る冷媒の密度が、液体配管２３０を通る冷媒の密度よりも小さいためである。
【００１０】
そのような冷却装置では、冷媒が、上記冷媒循環路２００において液体配管２３０および気体配管２４０を移動して、凝縮熱交換器２１０と蒸発熱交換器２２０との間を相変化しながら循環することにより、スターリング冷凍機１００の低温部１１０で発生した冷熱は蒸発熱交換器２２０まで移送されることになる。そして、かかる蒸発熱交換器２２０で各ガス吸気口４１０ａ，４１０ｂを通じて流れてきた内部雰囲気が冷却され、その後各ガス送気口４２０ａ，４２０ｂを通じて各商品収容庫内に流れることにより、商品収容庫に収容された商品が冷却されることになる。
【００１１】
しかしながら、上記冷却装置においては、図示の例から明らかなように、ガス吸気口４１０ａ，４１０ｂから断熱容器４００の内部に流れる内部雰囲気の横断面が急激に拡大することになる。つまり、断熱容器４００の内部には、ガス吸気口４１０ａ，４１０ｂから流入した内部雰囲気を横断面が漸次拡大する態様で通過させる拡大通過域部６１０が存在する。そのため、断熱容器４００の内部に流入した内部雰囲気は、拡大通過域部６１０で乱流してしまう結果、断熱容器４００の内部を均一に流れずに偏流してしまう虞れがあった。すなわち、断熱容器４００の内部を流れる内部雰囲気の流量分布にばらつきが生じる虞れがあった。そのような内部雰囲気の流量分布のばらつきは、蒸発熱交換器２２０を介しての内部雰囲気と冷媒との間で所望の熱交換を行うことができず、冷却性能を低下させる要因にもなっている。
【００１２】
そこで、そのような拡大通過域部における内部雰囲気等の流体による乱流の発生を防止することを目的として、該拡大通過域部に流体の流れを整えるための複数の整流板を設ける技術が提案されている。かかる技術においては、互いに隣接する間隙が流体の流路となる態様で複数の整流板が設けられており、各流路の出口の横断面積が均等になるよう整流板の間隔が等しくなっている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【００１３】
【特許文献１】特開平１０−１２２２０８号公報
【特許文献２】特開２００３−３０１８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところが、上記技術では、各流路の出口の横断面積が均等になるよう整流板の間隔を等しくしているために、中央領域の流路を流れる流体の流量に比して、側方領域の流路を流れる流体の流量が相対的に小さくなってしまう。つまり、各流路を流れる流体の流量に偏りが生じてしまい、流量分布にばらつきが生じてしまうことになる。このような現象が生じてしまうのは、拡大通過域部においては、側方領域の流路を流れる流体の該流路の前後での流向変化の割合が、中央領域の流路を流れる流体の該流路の前後での流向変化の割合よりも大きいために乱流が生じてしまうものと考えられている。より詳細には、側方領域の流路では、該流路の前後での流向変化が大きいため、該流路において流路の出口に向かう流体の流れを阻害する力が中央領域の流路よりも相対的に大きく作用するためであると考えられる。特に、上記断熱容器４００のように拡大通過域部６１０の長さが短い場合には、流量分布のばらつきが顕著である。
【００１５】
従って、上記技術では、拡大通過域部における流体の流量分布の均一化を図るための根本的解決には至っていない。
【００１６】
本発明は、上記実情に鑑みて、流入した流体を横断面が漸次拡大する態様で通過させる拡大通過域部においても流量分布の均一化を図ることができる整粒装置および冷却装置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】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る整流構造は、流入した流体を横断面が漸次拡大する態様で通過させる拡大通過域部と、互いに隣接する間隙が前記流体の流路となる態様で前記拡大通過域部に配設され、前記流体の流れを整えるための複数の整流部材とを備えた整流構造において、前記複数の整流部材は、各流路の前後での流体の流向変化の割合が大きいほど流路の幅が大きくなる態様で配設してあることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項２に係る整流構造は、上記請求項１において、前記複数の整流部材は、隣り合う流路のうち中央側よりも外側の流路の方が相対的に幅が大きくなる態様で配設してあることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項３に係る整流構造は、上記請求項１または上記請求項２において、前記複数の整流部材のそれぞれの上流部が、前記拡大通過域部の入口となる流入口に対して垂直となる方向に延びる態様で屈曲してあることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項４に係る整流構造は、上記請求項１〜３のいずれか一つにおいて、前記複数の整流部材のそれぞれの下流部が、前記拡大通過域部の出口となる流出口に対して垂直となる方向に延びる態様で屈曲してあることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の請求項５に係る冷却装置は、商品収容庫の内部雰囲気を、該商品収容庫の内部と外部との間で循環させる内部雰囲気循環手段と、スターリング冷凍機で発生した冷熱を移送するための冷熱移送手段と、前記冷熱移送手段により移送した冷熱を利用して、前記内部雰囲気循環手段により循環させた内部雰囲気を冷却する蒸発熱交換器とを備え、前記商品収容庫に収容された商品を冷却するための冷却装置において、前記内部雰囲気循環手段は、前記商品収容庫から流入した内部雰囲気を横断面が漸次拡大する態様で通過させる拡大通過域部と、互いに隣接する間隙が前記内部雰囲気の流路となる態様で前記拡大通過域部に配設され、前記内部雰囲気の流れを整えるための複数の整流部材とを備え、前記複数の整流部材は、各流路の前後での内部雰囲気の流向変化の割合が大きいほど流路の幅が大きくなる態様で配設してあることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の請求項６に係る冷却装置は、上記請求項５において、前記複数の整流部材は、隣り合う流路のうち中央側よりも外側の流路の方が相対的に幅が大きくなる態様で配設してあることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の請求項７に係る冷却装置は、上記請求項５または上記請求項６において、前記複数の整流部材のそれぞれの上流部が、前記拡大通過域部の入口となる流入口に対して垂直となる方向に延びる態様で屈曲してあることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の請求項８に係る冷却装置は、上記請求項５〜７のいずれか一つにおいて、前記複数の整流部材のそれぞれの下流部が、前記拡大通過域部の出口となる流出口に対して垂直となる方向に延びる態様で屈曲してあることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の請求項９に係る冷却装置は、上記請求項５〜８のいずれか一つにおいて、前記複数の蒸発熱交換器は、断熱容器に収容してあり、前記内部雰囲気循環手段は、商品収容庫と断熱容器との間で断熱構造を保持した態様で内部雰囲気を循環させることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の請求項１０に係る冷却装置は、上記請求項５〜９のいずれか一つにおいて、前記内部雰囲気循環手段は、前記商品収容庫の内部と外部との間における前記内部雰囲気の移動を必要に応じて遮断するための遮断手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の整流構造によれば、複数の整流部材は、各流路の前後での流体の流向変化の割合が大きいほど流路の幅を大きくなる態様で配設してあるので、拡大通過域部を流れる内部雰囲気の流量分布の均一化を図ることができるという効果を奏する。
【００２８】
また、本発明の冷却装置によれば、内部雰囲気循環手段における複数の整流部材は、各流路の前後での内部雰囲気の流向変化の割合が大きいほど流路の幅が大きくなる態様で配設してあるので、各流路出口において通過する内部雰囲気の流量分布の均一化を図ることができる。従って、内部雰囲気が偏流する虞れがなく、蒸発熱交換器を介して所望の熱交換を行うことができ、良好な冷却性能を維持することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る整流構造および冷却装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。尚、以下においては、説明の便宜上、冷却装置を中心に説明しながら、整流構造についても適宜説明する。また、冷却装置は、自動販売機に適用されるものとして説明する。
【００３０】
図１および図２は、それぞれ本発明の実施の形態に係る冷却装置が適用された自動販売機の構成を示したものであり、図１は斜視図であり、図２は断面側面図である。これらの図１および図２において、自動販売機は、本体キャビネット１を備えている。
【００３１】
本体キャビネット１は、前面が開口した直方状の断熱筐体として形成したものである。この本体キャビネット１には、その前面に外扉２と内扉３とが設けてあり、その内部に例えば断熱仕切板４によって仕切られた二つの独立した商品収容庫５ａ，５ｂが左右に並んだ態様で設けてある。より詳細に説明すると、外扉２は、本体キャビネット１の前面開口を開閉するためのものである。内扉３は、商品収容庫５ａ，５ｂの前面を開閉するためのものである。商品収容庫５ａ，５ｂは、飲料缶やペットボトルを所望の温度に維持した状態で収容するためのものである。
【００３２】
商品収容庫５ａ，５ｂには、それぞれ、商品収納ラック６ａ，６ｂ、搬出機構７および商品搬出シュータ８が設けてある。商品収納ラック６ａ，６ｂは、缶入り飲料やペットボトル入り飲料等の商品Ｗを上下方向に沿って並ぶ態様で収納するためのものである。搬出機構７は、商品収納ラック６ａ，６ｂの下部に設けてあり、この商品収納ラック６ａ，６ｂに収納された商品群のうち最下部にある商品Ｗを一つずつ搬出するためのものである。商品搬出シュータ８は、搬出機構７からの搬出された商品Ｗを外扉２に設けた商品取出口２ａに導くためのものである。
【００３３】
上記本体キャビネット１の内部において商品収容庫５ａ，５ｂの外部となる機械室９には、冷却装置が配設してある。冷却装置は、図３にも示したように、スターリング冷凍機１０と、冷媒循環路２０と、放熱ユニット３０と、循環ユニット５０とを備えて構成してある。
【００３４】
スターリング冷凍機１０は、横置きに載置してあり、稼動することにより冷熱を発生する低温部１１と、高温排熱を発生する高温部１２とを有している。
【００３５】
冷媒循環路２０は、内部に冷媒を封入してあり、凝縮熱交換器２１と、蒸発熱交換器２２と、液体配管２３と、気体配管２４とを備えて構成してある。ここに、冷媒としては、例えば二酸化炭素等のように常温では気体であって、スターリング冷凍機１０の低温部１１からの冷熱では凍らないもの（不凍冷媒）が用いられている。
【００３６】
凝縮熱交換器２１は、スターリング冷凍機１０の低温部１１に熱的に接続してあり、より詳細には、低温部１１の外周面に接した態様で配設してある。この凝縮熱交換器２１の内部には、図には明示しないが、冷媒の通過路となる複数の細管が一列に並ぶ態様で形成してある。このような凝縮熱交換器２１では、低温部１１で発生した冷熱により各細管を通過する冷媒が凝縮されて凝縮液になる。
【００３７】
蒸発熱交換器２２は、凝縮熱交換器２１から所定の距離だけ離隔した位置に配設してあり、商品収容庫５ａ，５ｂの下方に配設された後述する断熱容器４０の内部に収容してある。この蒸発熱交換器２２は、商品収容庫５ａ，５ｂの内部雰囲気（空気）を冷却するためのものである。このような蒸発熱交換器２２では、図４に示したように、下方から上方に向かって蛇行する形態を成し、内部に冷媒が通過する蛇行状通路２２ａが形成してあるとともに、該蛇行状通路２２ａに熱的に接続した態様で多数のフィン２２ｂが左右方向に並ぶ態様で形成してある。より詳細には、蛇行状通路２２ａは、例えばアルミニウム材を材料として押出成形されたものであり、フィン２２ｂは、例えば、厚さが０．２ｍｍで、４ｍｍピッチで配設してある。図４中の符号２２ｃは、入口ヘッダであり、液体配管２３と接続してあり、符号２２ｄは、出口ヘッダであり、気体配管２４と接続してある。
【００３８】
上記蒸発熱交換器２２においては、蛇行状通路２２ａを通過する冷媒が断熱容器４０の内部空気から得た熱により蒸発して蒸気になる。換言すると、蒸発熱交換器２２の周辺領域である断熱容器４０の内部空気は、蛇行状通路２２ａを通過する冷媒が蒸発することによって熱が奪われることになり、冷却される。
【００３９】
液体配管２３は、凝縮熱交換器２１と蒸発熱交換器２２とを繋ぐ管路である。この液体配管２３は、凝縮熱交換器２１で凝縮した冷媒を、該凝縮熱交換器２１から蒸発熱交換器２２まで移動させるためのものである。
【００４０】
気体配管２４は、上記液体配管２３とは別個に、凝縮熱交換器２１と蒸発熱交換器２２とを繋ぐ管路である。この気体配管２４は、蒸発熱交換器２２で蒸発した冷媒を、該蒸発熱交換器２２から凝縮熱交換器２１まで移動させるためのものである。
【００４１】
液体配管２３と気体配管２４との配置関係は、気体配管２４が液体配管２３の上方に位置するようにしてある。これは、気体配管２４を通過する冷媒の密度が、液体配管２３を通過する冷媒の密度よりも小さいためである。このような冷媒循環路２０では、冷媒が凝縮熱交換器２１と蒸発熱交換器２２との間で相変化を繰り返しながら循環することになる。かかる冷媒循環路２０のような構成は、ループ型サーモサイフォン式ヒートパイプと呼ばれるものである。
【００４２】
放熱ユニット３０は、スターリング冷凍機１０の高温部１２から得た高温排熱を自動販売機の外部に放出するためのものである。この放熱ユニット３０は、内部に冷媒を封入してあり、放熱熱交換器３１と、空気熱交換器３２と、第１輸送ライン３３と、第２輸送ライン３４とを備えて構成してある。ここに、冷媒としては、種々のものを用いることができるが、一例としては不凍液が用いられる。以下においては、冷媒の一例として不凍液が用いられた場合について説明する。
【００４３】
放熱熱交換器３１は、スターリング冷凍機１０の高温部１２に熱的に接続してある。この放熱熱交換器３１は、内部の冷媒に高温部１２からの高温排熱を受熱させるものである。
【００４４】
空気熱交換器３２は、スターリング冷凍機１０（放熱熱交換器３１）から所定の距離だけ離隔した位置に配設してある。この空気熱交換器３２は、内部の冷媒に放熱させるものである。該空気熱交換器３２では、内部に冷媒が通過するための蛇行状通路が形成してあり、該蛇行状通路を通過する冷媒が放熱熱交換器３１で受熱した高温排熱を周囲空気へ放熱する。これにより、周囲空気は、高温排熱により加熱される。そして、空気熱交換器３２の周囲の所定個所には、庫外送風ファン３５が設けてある。庫外送風ファン３５は、空気熱交換器３２の内部に送り込まれた外気を外部に放出するためのものである。
【００４５】
第１輸送ライン３３は、放熱熱交換器３１と空気熱交換器３２とを繋ぐ管路である。この第１輸送ライン３３は、放熱熱交換器３１で高温排熱を受熱した冷媒を空気熱交換器３２に移動させるためのものである。
【００４６】
第２輸送ライン３４は、上記第１輸送ライン３３とは別個に、放熱熱交換器３１と空気熱交換器３２とを繋ぐ管路である。この第２輸送ライン３４は、空気熱交換器３２で放熱した冷媒を放熱熱交換器３１に移動させるためのものである。また、第２輸送ライン３４には、冷媒を循環させるための循環ポンプ３６が配設してあると共に、レシーバータンク３７が配設してある。従って、放熱ユニット３０では、冷媒が放熱熱交換器３１と空気熱交換器３２との間で循環ポンプ３６の作用により循環することになる。
【００４７】
循環ユニット５０は、背面ダクト５１と、断熱容器４０と、庫内送風ファン５２と、送気切換シャッタ５３と、吸気切換シャッタ５４とを備えて構成してある。
【００４８】
背面ダクト５１は、各商品収容庫５ａ，５ｂの内部の背面側に配設してあり、図には明示しないが、各商品収容庫５ａ，５ｂの下部から商品収納ラック６ａ，６ｂに収納された商品群の所定の高さに対応する位置、すなわち該商品群の略中間領域に対応する位置まで延設してある。この背面ダクト５１の下部の前方には、ヒータＨを内蔵したヒータルーム５５が設けてある。背面ダクト５１は、ヒータルーム５５と吸入口５５ａを通じて連通してある。
【００４９】
断熱容器４０は、上述したように商品収容庫５ａ，５ｂのそれぞれの底面に接した態様で、より詳細には、商品収容庫５ａ，５ｂのそれぞれと断熱構造を保持した態様で配設してある。この断熱容器４０について詳しく説明すると次のようになる。
【００５０】
図５〜図７は、それぞれ断熱容器の構造を示したものであり、図５は、内部構造が視認できるように断熱容器の後面を省略して示した斜視図であり、図６は、断面背面図であり、図７は、断面側面図である。これら図５〜図７に示したように、断熱容器４０は、吸気管路４１と送気管路４２とを有しており、吸気管路４１は、断熱容器４０の内部の後方側にあって各商品収容庫５ａ，５ｂの背面ダクト５１と連設してあり、送気管路４２は、断熱容器４０の内部の前方側にあって各商品収容庫５ａ，５ｂの底面と連設してある。吸気管路４１には、各商品収容庫５ａ，５ｂの背面ダクト５１との境界、すなわち断熱容器４０の後方側上面にガス吸気口４１ａ，４１ｂが設けてある一方、送気管路４２には、各商品収容庫５ａ，５ｂの内部との境界、すなわち断熱容器４０の前方側上面にガス送気口４２ａ，４２ｂが設けてある。ここに、ガス吸気口４１ａ（以下、第１ガス吸気口４１ａともいう）およびガス送気口４２ａ（以下、第１ガス送気口４２ａともいう）は、一の商品収容庫５ａに対応するものであり、ガス吸気口４１ｂ（以下、第２ガス吸気口４１ｂともいう）およびガス送気口４２ｂ（以下、第２ガス送気口４２ｂともいう）は、他の商品収容庫５ｂに対応するものである。
【００５１】
図５〜図７において、符号４０ａは、側方断熱材であり、符号４０ｂは、上方断熱材である。これら側方断熱材４０ａおよび上方断熱材４０ｂに封止されることにより、吸気管路４１と送気管路４２とは、蒸発熱交換器２２を介して連通していることになる。
【００５２】
そして、上記断熱容器４０の内部である吸気管路４１には、整流構造６０が形成してある。整流構造６０は、拡大通過域部６１と、複数の整流板（整流部材）６２とを備えて構成してある。
【００５３】
拡大通過域部６１は、ガス吸気口４１ａ，４１ｂから流入した内部雰囲気を横断面が漸次拡大する態様で通過させる領域である。具体的には、吸気管路４１の内部において、ガス吸気口４１ａ，４１ｂから蒸発熱交換器２２の上部に対応する位置に至る領域である。つまり、拡大通過域部６１では、ガス吸気口４１ａ，４１ｂが内部雰囲気の流入口となり、上記蒸発熱交換器２２の上部に対応する位置が内部雰囲気の流出口６１ｂとなる。以下においては、吸気管路４１の内部における蒸発熱交換器２２の上部に対応する位置を、便宜上、流出口６１ｂと称して説明する。
【００５４】
複数の整流板６２は、ガス吸気口４１ａ，４１ｂから流入した内部雰囲気の流れを整えるためのものであり、互いに隣接する間隙が内部雰囲気の流路Ｒとなる態様で拡大通過域部６１に配設してある。より詳細に説明すると、整流板６２は、それぞれの上端部分（上流部分）がガス吸気口４１ａ，４１ｂに達するとともに、それぞれの下端部分（下流部分）が流出口６１ｂに達する態様で、上方断熱材４０ｂに支持されて配設してある。そして、整流板６２は、図８に示したように、各流路Ｒの前後での内部雰囲気の流向変化の割合、すなわち、ガス吸気口４１ａ，４１ｂ付近における内部雰囲気の流向と、流出口６１ｂ付近における内部雰囲気の流向との変化の割合が大きいほど流路Ｒの幅が大きくなる態様で配設してある。具体的には、各流路Ｒの前後での内部雰囲気の流向変化の割合が相対的に大きくなる側方の流路Ｒの幅が大きくなる態様で配設してある。つまり、隣り合う流路Ｒのうち中央よりも側方の流路Ｒの方が相対的に幅が大きくなる態様で配設してある。また、整流板６２は、それぞれの上端部（上流部）６２ａがガス吸気口４１ａ，４１ｂに対して垂直となる方向に延びる態様で屈曲してあるとともに、それぞれの下端部（下流部）６２ｂが、流出口６１ｂに対して垂直となる方向に延びる態様で屈曲してある。
【００５５】
庫内送風ファン５２は、商品搬出シュータ８の下部であって、ヒータルーム５５の前方に配設してある。より詳細には、庫内送風ファン５２は、上記ガス送気口４２ａ，４２ｂの近傍に配設してあり、ヒータルーム５５と吹出口５５ｂを通じて連通してある。この庫内送風ファン５２は、商品収容庫５ａ，５ｂの内部雰囲気を循環させるためのものである。
【００５６】
送気切換シャッタ５３は、ガス送気口４２ａ，４２ｂおよび吹出口５５ｂを開閉するものである。具体的には、ガス送気口４２ａ，４２ｂを開成状態にする場合には、吹出口５５ｂを閉成状態にするものであり、逆に吹出口５５ｂを開成状態にする場合には、ガス送気口４２ａ，４２ｂを閉成状態にするものである。
【００５７】
吸気切換シャッタ５４は、ガス吸気口４１ａ，４１ｂおよび吸入口５５ａを開閉するものである。具体的には、ガス吸気口４１ａ，４１ｂを開成状態にする場合には、吸入口５５ａを閉成状態にするものであり、逆に吸入口５５ａを開成状態にする場合には、ガス吸気口４１ａ，４１ｂを閉成状態にするものである。
【００５８】
また、送気切換シャッタ５３および吸気切換シャッタ５４は、それぞれの開閉動作が連係しており、送気切換シャッタ５３がガス送気口４２ａ，４２ｂを開成状態にする場合には、吸気切換シャッタ５４がガス吸気口４１ａ，４１ｂを開成状態にし、送気切換シャッタ５３がガス送気口４２ａ，４２ｂを閉成状態にする場合には、吸気切換シャッタ５４がガス吸気口４１ａ，４１ｂを閉成状態にする。これにより、送気切換シャッタ５３がガス送気口４２ａ，４２ｂを開成状態にする場合には、吸気切換シャッタ５４がガス吸気口４１ａ，４１ｂを開成状態にするから、断熱容器４０と商品収容庫５ａ，５ｂの内部とが連通状態になる。
【００５９】
以上のような構成を有する冷却装置は、次のようにして商品収容庫５ａ，５ｂに収容された商品Ｗを冷却する。ここでは、すべての商品収容庫５ａ，５ｂに収容された商品Ｗを冷却する場合について説明する。この場合において、送気切換シャッタ５３がガス送気口４２ａ，４２ｂを開成状態にし、かつ吸気切換シャッタ５４がガス吸気口４１ａ，４１ｂを開成状態にしているものとして説明する。
【００６０】
冷却装置の冷媒循環路２０では、スターリング冷凍機１０の低温部１１からの冷熱を次のようにして蒸発熱交換器２２まで移送して、断熱容器４０の内部空気を冷却する。低温部１１に熱的に接続している凝縮熱交換器２１において急激に冷却されて凝縮液になった冷媒が、その重力により液体配管２３を通じて蒸発熱交換器２２まで移動する。この蒸発熱交換器２２において、冷媒は、該蒸発熱交換器２２を収容する断熱容器４０の内部空気の熱により蒸発して蒸気になる。つまり、断熱容器４０の内部空気は熱が奪われることになり、これにより、断熱容器４０の内部空気は冷却される。ところで、蒸発熱交換器２２において蒸発して蒸気になった冷媒は、気体配管２４を通じて凝縮熱交換器２１まで移動し、該凝縮熱交換器２１で再び凝縮液になって上記サイクルを繰り返すことになる。
【００６１】
冷却装置の放熱ユニット３０では、スターリング冷凍機１０の高温部１２からの高温排熱を次のようにして自動販売機の外部に放出する。高温部１２に熱的に接続している放熱熱交換器３１において受熱した冷媒が、第１輸送ライン３３を通じて空気熱交換器３２まで移動し、該空気熱交換器３２で放熱する。つまり、空気熱交換器３２の周囲の空気は、加熱される。そして、加熱された空気は、庫外送風ファン３５によって自動販売機の外部に放出されることになる。従って、スターリング冷凍機１０の高温部１２からの高温排熱は、放熱ユニット３０によって自動販売機の外部に放出される。ところで、空気熱交換器３２で放熱した冷媒は、第２輸送ライン３４を通じて放熱熱交換器３１まで移動し、該放熱熱交換器３１で再び受熱することにより上記サイクルを繰り返すことになる。
【００６２】
上述したように、送気切換シャッタ５３がガス送気口４２ａ，４２ｂを開成状態にし、かつ吸気切換シャッタ５４がガス吸気口４１ａ，４１ｂを開成状態にしているので、断熱容器４０と商品収容庫５ａ，５ｂとが連通状態になっている。よって、商品収容庫５ａ，５ｂの内部雰囲気は、庫内送風ファン５２の作用により、背面ダクト５１、断熱容器４０（吸気管路４１および送気管路４２）および商品収容庫５ａ，５ｂの内部を循環する。より詳細に説明すると、商品収容庫５ａ，５ｂの内部雰囲気は、庫内送風ファン５２の作用により、背面ダクト５１に進入し、開成状態のガス吸気口４１ａ，４１ｂを通じて断熱容器４０の内部に至る。断熱容器４０の内部に至った内部雰囲気は、該断熱容器４０の内部を通過中に蒸発熱交換器２２により冷却される。冷却された内部雰囲気は、開成状態のガス送気口４２ａ，４２ｂを通じて商品収容庫５ａ，５ｂの内部を図２中の矢印方向に沿って移動する。つまり、冷却された内部雰囲気は、商品収納ラック６ａ，６ｂに収納された商品群のうち下方にある商品群を通過する態様で移動する。このように冷却された内部雰囲気が商品群を通過する態様で移動することにより、冷却された内部雰囲気と商品Ｗとの間で熱交換が行われ、該商品Ｗが冷却されることになる。
【００６３】
商品Ｗとの間で熱交換が行われて温められた内部雰囲気は、再び背面ダクト５１に進入して、開成状態のガス吸気口４１ａ，４１ｂを通じて断熱容器４０に至る。そして、該断熱容器４０で再び冷却され、上述した循環を繰り返す。
【００６４】
このように断熱容器４０と商品収容庫５ａ，５ｂとの間で内部雰囲気を循環させることにより、該商品収容庫５ａ，５ｂの内部雰囲気の温度を例えば０℃に保持することができ、これにより、商品Ｗを販売適温となる例えば５℃にすることができる。
【００６５】
ところで、商品収容庫５ａ，５ｂの内部雰囲気は、ガス吸気口４１ａ，４１ｂから断熱容器４０（吸気管路４１）の内部に流入すると、拡大通過域部６１に至ることになる。この拡大通過域部６１では、内部雰囲気は、複数の整流板６２により形成された流路Ｒを通過することになる。
【００６６】
本実施の形態では、上述したように、整流構造６０を構成する複数の整流板６２は、各流路Ｒの前後での内部雰囲気の流向変化の割合が大きいほど流路Ｒの幅が大きくなる態様で配設してある。そのため、内部雰囲気の流向変化の割合が大きいために乱流が生じてしまう虞れがある側方の流路Ｒでも、該流路Ｒよりも幅が狭い中央側の流路Ｒと略同等の流量を確保することが可能になり、これにより、各流路Ｒの出口（拡大通過域部６１の流出口６１ｂ）において通過する内部雰囲気が偏流せず、流量にばらつきが生じない。すなわち、拡大通過域部６１を流れる内部雰囲気の流量分布の均一化を図ることができる。
【００６７】
このことは、次のような数値計算例からも明らかである。すなわち、図９に示したように、拡大通過域部Ｍにおいて、各流路Ｒの前後での流体の流向変化の割合が大きいほど流路Ｒの幅が大きくなる態様で複数の整流板Ｆを配設した整流構造（Ａ）（図９−１参照）と、各流路Ｒの出口の横断面積が均等になるよう複数の整流板Ｆを均等間隔で配設した整流構造（Ｂ）（図９−２参照）との間で流体の流量分布のばらつきの数値計算を行った。図１０は、各流路Ｒの出口（拡大通過域部Ｍの流出口）から所定の距離だけ離隔した流速検査面での流速を示した図表である。かかる図１０から明らかなように、整流構造（Ａ）の方が、流量分布が均一化されていることが理解される。特に各流路Ｒの出口から５０ｍｍ以上離隔した場合には、整流構造（Ａ）の方が、流量分布が均一化されていることが明らかである。尚、この結果は、モデル実験においても同様の効果があることを確認している。
【００６８】
また、上記整流構造６０を構成する整流板６２は、それぞれの上端部６２ａがガス吸気口４１ａ，４１ｂに対して垂直となる方向に延びる態様で屈曲してあるとともに、それぞれの下端部６２ｂが流出口６１ｂに対して垂直となる方向に延びる態様で屈曲してあるため、各流路Ｒに流入する内部雰囲気の流入量の損失を低減させながら、各流路Ｒを流れた後の内部雰囲気の流向をある程度制御することができる。従って、整流板６２の長さが制約される状況下においては、整流板６２の長さを延長した場合に近似した効果を得ることが可能になる。
【００６９】
次に、商品収容庫５ａに収容された商品Ｗのみを加熱する場合には、冷却装置は、次のようにして該商品Ｗの加熱に供することができる。
【００７０】
冷却装置を次のよう状態にする。すなわち、送気切換シャッタ５３を動作させて商品収容庫５ａに対応する断熱容器４０のガス送気口４２ａを閉成状態にするとともに、吸気切換シャッタ５４を動作させて該断熱容器４０のガス吸気口４１ａを閉成状態にする。これにより商品収容庫５ａと断熱容器４０との連通状態は遮断されることになる。また、この際、吸入口５５ａおよび吹出口５５ｂがともに開成状態になる。従って、断熱容器４０の内部で冷却された内部雰囲気は、商品収容庫５ａに移動することがない。そして、商品収容庫５ａの内部のヒータＨを稼動させることにより、ヒータＨに加熱された内部雰囲気は、庫内送風ファン５２の作用により商品搬出シュータ８の下側から吹き出され、商品収納ラック６ａに収納された商品群のうち下方にある商品群を通過する態様で移動する。
【００７１】
加熱された内部雰囲気が商品群を通過する態様で移動することにより、加熱された内部雰囲気と商品Ｗとの間で熱交換が行われ、該商品Ｗが加熱されることになる。商品Ｗとの間で熱交換が行われた内部雰囲気は、背面ダクト５１に進入し、開成状態である吸入口５５ａを通じてヒータルーム５５に至る。そして、該ヒータルーム５５のおいてヒータＨに加熱され、上述した移動を繰り返して循環することになる。
【００７２】
このように加熱された内部雰囲気が商品収容庫５ａの内部を循環することにより、商品Ｗの温度を販売適温（例えば５５℃）にすることができる。
【００７３】
以上説明したように、冷却装置によれば、整流構造６０を構成する複数の整流板６２が、各流路Ｒの前後での内部雰囲気の流向変化の割合が大きいほど流路Ｒの幅が大きくなる態様で配設してあるので、内部雰囲気の流向変化の割合が大きいために乱流が生じてしまう虞れがある側方の流路Ｒでも、該流路Ｒよりも幅が狭い中央側の流路Ｒと略同等の流量を確保することが可能になり、これにより、各流路Ｒの出口（拡大通過域部６１の流出口６１ｂ）を通過する内部雰囲気の流量分布の均一化を図ることができる。従って、断熱容器４０の内部で内部雰囲気が偏流する虞れがなく、蒸発熱交換器２２を介しての内部雰囲気と冷媒との間で所望の熱交換を行うことができ、良好な冷却性能を維持することができる。
【００７４】
また、上記冷却装置によれば、断熱容器４０の内部で内部雰囲気が偏流する虞れがないので、表面温度が０℃未満になる蒸発熱交換器２２の表面に局部的に霜が成長する虞れがない。そのため、短時間で冷却運転を停止して、除霜を行う必要がなく、これによっても、良好な冷却性能を維持することができる。更に、上記冷却装置では、整流板６２の上端部６２ａがガス吸気口４１ａ，４１ｂから上方に突出していないため、該冷却装置を機械室９から前方に引き出す場合に干渉する虞れがない。
【００７５】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更行うことができる。例えば、上記実施の形態においては、整流板６２の上端部６２ａおよび下端部６２ｂがともに屈曲していたが、本発明では、いずれか一方が屈曲していても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上のように、本発明に係る整流構造および冷却装置は、スターリング冷凍機で発生した冷熱を利用して、例えば自動販売機等における複数の商品収容庫に収容された商品を冷却させるのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態に係る冷却装置が適用された自動販売機の構成を示した斜視図である。
【図２】図１に示した自動販売機の断面側面図である。
【図３】図１に示した冷却装置の構成を模式的に示した模式図である。
【図４】図２における蒸発熱交換器の構成を示した斜視図である。
【図５】図１に示した断熱容器の構成を示した斜視図である。
【図６】図５に示した断熱容器を後方から見た断面背面図である。
【図７】図５に示した断熱容器の側面断面図である。
【図８】図５に示した断熱容器の整流構造を模式的に示した模式図である。
【図９−１】本発明の数値計算例を示した説明図である。
【図９−２】本発明の従来例を示した説明図である。
【図１０】各流路の出口から所定の距離だけ離隔した流速検査面での流速を示した図表である。
【図１１】本発明の従来例である冷却装置の構成を模式的に示した模式図である。
【図１２】図１１に示した断熱容器の構成を示した斜視図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０ スターリング冷凍機
１１ 低温部
１２ 高温部
２０ 冷媒循環路
２１ 凝縮熱交換器
２２ 蒸発熱交換器
２３ 液体配管
２４ 気体配管
３０ 放熱ユニット
３１ 放熱熱交換器
３２ 空気熱交換器
３３ 第１輸送ライン
３４ 第２輸送ライン
３５ 庫外送風ファン
３６ 循環ポンプ
３７ レシーバータンク
４０ 断熱容器
４１ 吸気管路
４１ａ，４１ｂ ガス吸気口
４２ 送気管路
４２ａ，４２ｂ ガス送気口
５０ 循環ユニット
５１ 背面ダクト
５２ 庫内送風ファン
５３ 送気切換シャッタ
５４ 吸気切換シャッタ
５５ ヒータルーム
５５ａ 吸入口
５５ｂ 吹出口
６０ 整流構造
６１ 拡大通過域部
６２ 整流板
Ｒ 流路
Ｈ ヒータＨ
Ｗ 商品
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入した流体を横断面が漸次拡大する態様で通過させる拡大通過域部と、
互いに隣接する間隙が前記流体の流路となる態様で前記拡大通過域部に配設され、前記流体の流れを整えるための複数の整流部材と
を備えた整流構造において、
前記複数の整流部材は、各流路の前後での流体の流向変化の割合が大きいほど流路の幅が大きくなる態様で配設してあることを特徴とする整流構造。
【請求項２】
前記複数の整流部材は、隣り合う流路のうち中央側よりも外側の流路の方が相対的に幅が大きくなる態様で配設してあることを特徴とする請求項１に記載の整流構造。
【請求項３】
前記複数の整流部材のそれぞれの上流部が、前記拡大通過域部の入口となる流入口に対して垂直となる方向に延びる態様で屈曲してあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の整流構造。
【請求項４】
前記複数の整流部材のそれぞれの下流部が、前記拡大通過域部の出口となる流出口に対して垂直となる方向に延びる態様で屈曲してあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の整流構造。
【請求項５】
商品収容庫の内部雰囲気を、該商品収容庫の内部と外部との間で循環させる内部雰囲気循環手段と、
スターリング冷凍機で発生した冷熱を移送するための冷熱移送手段と、
前記冷熱移送手段により移送した冷熱を利用して、前記内部雰囲気循環手段により循環させた内部雰囲気を冷却する蒸発熱交換器と
を備え、
前記商品収容庫に収容された商品を冷却するための冷却装置において、
前記内部雰囲気循環手段は、
前記商品収容庫から流入した内部雰囲気を横断面が漸次拡大する態様で通過させる拡大通過域部と、
互いに隣接する間隙が前記内部雰囲気の流路となる態様で前記拡大通過域部に配設され、前記内部雰囲気の流れを整えるための複数の整流部材と
を備え、
前記複数の整流部材は、各流路の前後での内部雰囲気の流向変化の割合が大きいほど流路の幅が大きくなる態様で配設してあることを特徴とする冷却装置。
【請求項６】
前記複数の整流部材は、隣り合う流路のうち中央側よりも外側の流路の方が相対的に幅が大きくなる態様で配設してあることを特徴とする請求項５に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記複数の整流部材のそれぞれの上流部が、前記拡大通過域部の入口となる流入口に対して垂直となる方向に延びる態様で屈曲してあることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記複数の整流部材のそれぞれの下流部が、前記拡大通過域部の出口となる流出口に対して垂直となる方向に延びる態様で屈曲してあることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一つに記載の冷却装置。
【請求項９】
前記複数の蒸発熱交換器は、断熱容器に収容してあり、
前記内部雰囲気循環手段は、商品収容庫と断熱容器との間で断熱構造を保持した態様で内部雰囲気を循環させることを特徴とする請求項５〜８のいずれか一つに記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記内部雰囲気循環手段は、前記商品収容庫の内部と外部との間における前記内部雰囲気の移動を必要に応じて遮断するための遮断手段を備えたことを特徴とする請求項５〜９のいずれか一つに記載の冷却装置。
【請求項１】
流入した流体を横断面が漸次拡大する態様で通過させる拡大通過域部と、
互いに隣接する間隙が前記流体の流路となる態様で前記拡大通過域部に配設され、前記流体の流れを整えるための複数の整流部材と
を備えた整流構造において、
前記複数の整流部材は、各流路の前後での流体の流向変化の割合が大きいほど流路の幅が大きくなる態様で配設してあることを特徴とする整流構造。
【請求項２】
前記複数の整流部材は、隣り合う流路のうち中央側よりも外側の流路の方が相対的に幅が大きくなる態様で配設してあることを特徴とする請求項１に記載の整流構造。
【請求項３】
前記複数の整流部材のそれぞれの上流部が、前記拡大通過域部の入口となる流入口に対して垂直となる方向に延びる態様で屈曲してあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の整流構造。
【請求項４】
前記複数の整流部材のそれぞれの下流部が、前記拡大通過域部の出口となる流出口に対して垂直となる方向に延びる態様で屈曲してあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の整流構造。
【請求項５】
商品収容庫の内部雰囲気を、該商品収容庫の内部と外部との間で循環させる内部雰囲気循環手段と、
スターリング冷凍機で発生した冷熱を移送するための冷熱移送手段と、
前記冷熱移送手段により移送した冷熱を利用して、前記内部雰囲気循環手段により循環させた内部雰囲気を冷却する蒸発熱交換器と
を備え、
前記商品収容庫に収容された商品を冷却するための冷却装置において、
前記内部雰囲気循環手段は、
前記商品収容庫から流入した内部雰囲気を横断面が漸次拡大する態様で通過させる拡大通過域部と、
互いに隣接する間隙が前記内部雰囲気の流路となる態様で前記拡大通過域部に配設され、前記内部雰囲気の流れを整えるための複数の整流部材と
を備え、
前記複数の整流部材は、各流路の前後での内部雰囲気の流向変化の割合が大きいほど流路の幅が大きくなる態様で配設してあることを特徴とする冷却装置。
【請求項６】
前記複数の整流部材は、隣り合う流路のうち中央側よりも外側の流路の方が相対的に幅が大きくなる態様で配設してあることを特徴とする請求項５に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記複数の整流部材のそれぞれの上流部が、前記拡大通過域部の入口となる流入口に対して垂直となる方向に延びる態様で屈曲してあることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記複数の整流部材のそれぞれの下流部が、前記拡大通過域部の出口となる流出口に対して垂直となる方向に延びる態様で屈曲してあることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一つに記載の冷却装置。
【請求項９】
前記複数の蒸発熱交換器は、断熱容器に収容してあり、
前記内部雰囲気循環手段は、商品収容庫と断熱容器との間で断熱構造を保持した態様で内部雰囲気を循環させることを特徴とする請求項５〜８のいずれか一つに記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記内部雰囲気循環手段は、前記商品収容庫の内部と外部との間における前記内部雰囲気の移動を必要に応じて遮断するための遮断手段を備えたことを特徴とする請求項５〜９のいずれか一つに記載の冷却装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９−１】
【図９−２】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９−１】
【図９−２】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−１３８５１６（Ｐ２００６−１３８５１６Ａ）
【公開日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２７３４５（Ｐ２００４−３２７３４５）
【出願日】平成１６年１１月１１日（２００４．１１．１１）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機ホールディングス株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月１１日（２００４．１１．１１）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機ホールディングス株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
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