自動販売機
【課題】缶飲料などの商品を加温または冷却して販売する自動販売機に関し、高く安定した圧縮機への吸入冷媒ガス温度で加温システムを運転でき、消費電力量が大幅に削減できると共に、加温能力および効率を低下させることなく、加温による販売商品の劣化を防止できる自動販売機を提供する。
【解決手段】少なくとも圧縮機１４と、加温用凝縮器１５と、前段冷却器として作用する庫外熱交換器１７と、後段冷却器１８と、加温用キャピラリチューブ１６を備えた加温システム１９を有し、庫内下部に設置された加温用凝縮器１５により、庫内下部の空気を加温すると同時に、庫内上部に設置された後段冷却器１８と、庫内上部の空気を熱交換させることで、加温能力および効率を低下させることなく、加温による販売商品の劣化を防止することができると共に、消費電力量を大幅に削減することができる。
【解決手段】少なくとも圧縮機１４と、加温用凝縮器１５と、前段冷却器として作用する庫外熱交換器１７と、後段冷却器１８と、加温用キャピラリチューブ１６を備えた加温システム１９を有し、庫内下部に設置された加温用凝縮器１５により、庫内下部の空気を加温すると同時に、庫内上部に設置された後段冷却器１８と、庫内上部の空気を熱交換させることで、加温能力および効率を低下させることなく、加温による販売商品の劣化を防止することができると共に、消費電力量を大幅に削減することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、缶飲料などの商品を加温または冷却して販売する自動販売機において、特にその加温システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護が叫ばれる中、自動販売機業界においてもトップランナー制の導入に伴い、省エネルギー化が進んでいる。
【０００３】
自動販売機の省エネルギー化技術としては、特に加温による消費電力量の削減が有効であり、ヒータを使わず、加温効率がヒータの値である１以上のヒートポンプ加温システムを用いることにより、省エネルギー化を図る技術が提案されている。また、筆者らは、外気の熱を利用して加温する簡便な構成を提案している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
以下、図面を参照しながら従来の自動販売機の加温システムを説明する。
【０００５】
図５は、特許文献１に記載された従来の自動販売機の側面から見た概略構成図である。
【０００６】
図５に示すように、従来の自動販売機は、圧縮機１と、凝縮器２と、第一の膨張弁３と、第二の膨張弁４と、第一の蒸発器５と、第二の蒸発器６と、圧縮機１と凝縮器２と第一の膨張弁３と第二の膨張弁４と第一の蒸発器５と第二の蒸発器６とを環状に接続する加温システム配管とからなる加温システムを備えている。
【０００７】
ここで、第一の蒸発器５と第二の蒸発器６は並列に接続されており、第一の膨張弁３と第二の膨張弁４の開閉により、冷媒が供給される。
【０００８】
また、第一の蒸発器５は商品収納庫７の区画外に設置され、第二の蒸発器６は商品収納庫７の上部に設置されると共に、凝縮器２は商品収納庫７の下部に設置されている。
【０００９】
さらに、商品収納庫７の高さ方向略中央に凝縮器２に連結するダクト８と、第二の蒸発器６に連結するダクト９のそれぞれの吸込み口が設けられている。
【００１０】
以上のように構成された自動販売機について、以下その動作を説明する。
【００１１】
まず、商品収納庫７に商品が投入された直後には、第二の膨張弁４を全閉し、圧縮機１より吐出された冷媒は、凝縮器２で商品収納庫７内の空気と熱交換して凝縮液化した後、第一の膨張弁３で減圧され、第一の蒸発器５へ供給される。そして、第一の蒸発器５で外気と熱交換して蒸発気化した後、圧縮機１へ帰還する。
【００１２】
次に、商品収納庫７内の商品が所定の温度を上回ると、第一の膨張弁３を全閉し、圧縮機１より吐出された冷媒は、凝縮器２を経て、第二の膨張弁４で減圧され、第二の蒸発器６へ供給される。そして、第二の蒸発器６で商品収納庫７内の空気と熱交換して蒸発した後、圧縮機１へ帰還する。
【００１３】
このとき、凝縮器２へは、図５の実線矢印で示したように、商品収納庫７の略中央に設けられたダクト８の吸込み口から、商品収納庫７下部の空気が循環供給される。また、第二の蒸発器６へは、図５の点線矢印で示したように、商品収納庫７の略中央に設けられたダクト９の吸込み口から、商品収納庫７上部の空気が循環供給される。
【特許文献１】特開２００４−３３１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
図６は、従来の自動販売機の冷媒のモリエル線図であり、横軸に冷媒のエンタルピーｈ、縦軸に冷媒の圧力Ｐを示している。第一の蒸発器５を使用して加温する場合は、ａｂｃｄａで示されたように冷媒は状態変化を行う。そして、このときの加温能力はｂｃとなる。
【００１５】
一方、第二の蒸発器６を使用して加温する場合は、凝縮器２で加温された空気の一部も自然対流により、商品収納庫７上部へ流入し、第二の蒸発器６で冷却されるため、加温能力ｅｃと冷却能力ｄｆが相殺されることとなり、実際の加温能力はｂｅとなる。
【００１６】
すなわち、上記従来の構成では、ヒータを用いるよりも効率よく商品を加温することができると共に、商品収納庫７内上部を冷却することで、商品が長時間加温されることにより劣化するのを防止することができるものの、加温能力が低下し、効率が悪くなるという課題を有していた。
【００１７】
また、上記従来の構成では、圧縮機への吸入冷媒ガス温度が周囲温度近傍までしか上がらず、特に蒸発温度と外気温度との差が小さくなる低外気温時には、過熱度が十分に取れず、圧縮機への液戻りが発生する可能性があり、システム効率が悪化すると共に、圧縮機が故障する可能性も高くなるという課題を有していた。
【００１８】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、高くかつ安定した圧縮機への吸入冷媒ガス温度で加温システムを運転でき、消費電力量が大幅に削減できると共に、加温能力および効率を低下させることなく、加温による販売商品の劣化を防止できる自動販売機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】
【００１９】
上記従来の課題を解決するために、本発明の自動販売機は、前段冷却器と後段冷却器の二段に分割された冷却器を備えた加温システムを有し、凝縮器で商品収納庫内の空気を加温すると同時に、後段冷却器で商品収納庫内の空気を冷却するものである。
【００２０】
これによって、前段冷却器で蒸発気化した冷媒を、後段冷却器で商品収納庫内の空気と熱交換させ、さらに温度を上げることができるので、高くかつ安定した圧縮機への吸入冷媒ガス温度で加温システムを運転できると共に、商品が長時間加温されるのを防止することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の自動販売機は、冷却器を二段に分割し、後段冷却器で商品収納庫内の空気と熱交換することで、加温能力および効率を低下させることなく、加温による販売商品の劣化を防止することができると共に、圧縮機の信頼性を確保しつつ、消費電力量を大幅に削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
請求項１に記載の発明は、商品を収納するホット／コールド切替室を有する自動販売機において、少なくとも圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、前段冷却器と後段冷却器の二段に分割された冷却器を備え、前記圧縮機と前記凝縮器と前記膨張機構と前記冷却器とを環状に接続する加温システム配管とを備えた加温システムを有し、前記凝縮器で前記ホット／コールド切替室内の空気を加温すると同時に、前記後段冷却器で前記ホット／コールド切替室内の空気を冷却することにより、前記前段冷却器で外気温度近傍まで昇温された冷媒を、前記後段冷却器でさらに温度を上げることができるので、高くかつ安定した前記圧縮機への吸入冷媒ガス温度で加温システムを運転することができ、システム効率の低下を抑制し、消費電力量を大幅に削減することができると共に、圧縮機の信頼性を確保できる。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、商品を収納する区画の外に前段冷却器を設置し、ホット／コールド切替室内上部に後段冷却器を設置すると共に、前記後段冷却器よりも下部に位置するように前記ホット／コールド切替室内に凝縮器を設置したことにより、前記後段冷却器で前記ホット／コールド切替室内上部の空気を冷却することができるので、商品が長時間加温されることにより劣化することを防止できる。
【００２４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、ホット／コールド切替室内の高さ方向略中央に還流風路を設けると共に、凝縮器に連結するダクトの吸込み口が前記ホット／コールド切替室内背面の高さ方向略中央に位置するように配設されたことにより、効果的に前記ホット／コールド切替室内の温度領域を区切ることができ、前記ホット／コールド切替室内下部の商品のみを加温することができるので、省エネルギー化が図れる。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、加温システムが、ホット／コールド切替室を冷却する場合、圧縮機から吐出された冷媒を前段冷却器に流して凝縮させ、凝縮した冷媒を凝縮器で蒸発させた後、圧縮機に還流させるように流路を切り替える流路切替バルブを備えたことにより、前記ホット／コールド切替室を前記加温システムで冷却できると共に、凝縮器の内容積を低減することができるので、冷媒の過凝縮による冷媒不足を防止し、冷却システム効率の低下を防止することができる。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、圧縮機を能力可変可能としたことにより、商品投入時には前記圧縮機を高能力で運転し、短時間で商品を所定温度に到達させることができると共に、安定時には前記圧縮機を低能力で運転し、省エネルギー化を図ることができる。
【００２７】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の発明において、冷媒としてＲ６００ａを用い、ホット／コールド切替室内を加温する場合の常用の蒸発温度を−１０〜１０℃とすると共に、凝縮温度を６０〜８０℃としたことにより、前記圧縮機の吐出冷媒ガス温度の上昇を抑制しながら、効率よく加温商品を所定の温度に保温することができる。
【００２８】
請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明において、加温システムとは独立して、少なくとも商品を収納する室内に設置された冷却用蒸発器と、商品を収納する区画の外に設置された凝縮器と、圧縮機と、膨張機構と、前記圧縮機と前記凝縮器と前記膨張機構と前記冷却用蒸発器とを環状に接続する冷却システム配管とを備えた冷却専用システムを有したことにより、前記加温システムとは独立して、冷却能力が最適に設計された冷却システムを用いて商品収納庫を効率良く冷却することができるので、省エネルギー化を図ることができる。
【００２９】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、加温システムの前段冷却器と冷却専用システムの凝縮器とを一体に構成したことにより、前記凝縮器の廃熱を利用して、前記前段冷却器に発生する結露を抑制することができると共に、省スペース化が図れる。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、従来例または先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における自動販売機の冷媒回路図である。
【００３２】
図１において、本発明の自動販売機は、第一のホット／コールド切替室１１、第二のホット／コールド切替室１２、コールド専用室１３からなる商品収納庫を備え、圧縮機１４、第一のホット／コールド切替室１１内下部に設置された加温用凝縮器１５、膨張機構としての加温用キャピラリチューブ１６、商品収納庫の外に設置された庫外熱交換器１７、第一のホット／コールド切替室１１内上部に設置された後段冷却器１８とからなり第一のホット／コールド切替室１１の加温を行う加温システム１９を有すると共に、圧縮機２０、庫外熱交換器１７、第一のホット／コールド切替室１１内下部に設置された冷却用蒸発器２１、第二のホット／コールド切替室１２内下部に設置された冷却用蒸発器２２、コールド専用室１３内下部に設置された冷却用蒸発器２３、それぞれの冷却用蒸発器２１、２２、２３に直列に接続される膨張機構としてのキャピラリチューブ２４、２５、２６、それぞれのキャピラリチューブ２４、２５、２６に直列に接続される電磁弁２７、２８、２９とからなり商品収納庫１１、１２、１３の冷却を行う冷却専用システム３０を有する。
【００３３】
ここで、庫外熱交換器１７は、２パスのフィンチューブ熱交換器で構成され、それぞれの冷媒配管は、加温システム１９、冷却専用システム３０と連結している。加温システム１９と連結する冷媒配管は、前段冷却器として作用し、冷却専用システム３０と連結する冷媒配管は、凝縮器として作用する。
【００３４】
また、冷却用蒸発器２１、２２、２３は、それぞれ並列に接続されている。
【００３５】
さらに、第一のホット／コールド切替室１１内には、庫内下部の空気を循環させる送風ファン３１、庫内上部の空気を循環させる送風ファン３２、第二のホット／コールド切替室１２内には、庫内の空気を循環させる送風ファン３３、コールド専用室１３内には、庫内の空気を循環させる送風ファン３４、庫外熱交換器１７の傍には、外気を庫外熱交換器１７に導く送風ファン３５が備えられている。
【００３６】
また、圧縮機１４はインバータ圧縮機であり、運転回転数を変化させることにより能力可変可能となっている。
【００３７】
ここで、加温システム１９と冷却専用システム３０には、冷媒として自然冷媒の一種である炭化水素系のＲ６００ａ（イソブタン）が封入されている。
【００３８】
また、第二のホット／コールド切替室１２内には加温ヒータ３６が備えられ、第二のホット／コールド切替室１２を加温する場合には、加温ヒータ３６が用いられる。
【００３９】
なお、本実施の形態においては、第一のホット／コールド切替室１１のみを加温システム１９により加温する構成としたが、当然ながら、第二のホット／コールド切替室１２も加温システム１９により加温する構成としても良い。その場合、第二のホット／コールド切替室１２内にも、加温システム１９に接続する凝縮器、後段冷却器等が設置されることとなる。
【００４０】
次に、図２は、本実施の形態における自動販売機の側面から見た概略構成図である。
【００４１】
図２において、第一のホット／コールド切替室１１内の高さ方向略中央には、還流風路３７が設けられると共に、第一のホット／コールド切替室１１内背面の高さ方向略中央には、加温用凝縮器１５および冷却用蒸発器２１に連結するダクト３８の吸込み口が設けられている。
【００４２】
ここで、還流風路３７は庫内の循環空気が優先的に流れるように形成されていれば良く、例えば、本実施の形態における還流風路３７は、商品が収納されるコラムの途中に設けられた図示しないダンパーによって、隣接する商品同士に隙間を設けることで形成されている。
【００４３】
以上のように構成された自動販売機について、以下その動作、作用を説明する。
【００４４】
まず、第一のホット／コールド切替室１１を冷却する場合について説明する。
【００４５】
第一のホット／コールド切替室１１内を冷却する場合は、加温システム１９は稼動させず、冷却専用システム３０により冷却を行う。
【００４６】
圧縮機２０より吐出された冷媒は、庫外熱交換器１７に流入し、送風ファン３５によって導かれた外気と熱交換して凝縮液化する。その後、庫外熱交換器１７から出た液冷媒は、キャピラリチューブ２４によって減圧され、冷却用蒸発器２１に流入する。そして、送風ファン３１によって導かれたホット／コールド切替室１１内の空気と熱交換して蒸発気化した後、圧縮機２０に還流する。
【００４７】
ここで、ホット／コールド切替室１１内の空気は、図２において実線矢印で示したように、庫内下部の空気が還流風路３７を経て、ダクト３８を通り、冷却用蒸発器２１に導かれ、冷却される。そして、その冷却された空気が庫内下部を循環し、庫内下部の商品を冷却していく。
【００４８】
第二のホット／コールド切替室１２、コールド専用室１３をそれぞれ冷却する場合についても、同様の動作を行う。なお、それぞれの冷却用蒸発器２１、２２、２３には、商品収納庫内の温度に応じて、電磁弁２７、２８、２９の開閉により、選択的に冷媒が流される。
【００４９】
ここで、キャピラリチューブ２４、２５、２６はそれぞれ蒸発温度が−２０〜−１５℃程度となるように設計されている。
【００５０】
次に、第一のホット／コールド切替室１１内を加温する場合は、冷却専用システム３０の電磁弁２７を閉じ、冷却用蒸発器２１には冷媒が流れないようにし、加温システム１９を稼動する。
【００５１】
圧縮機１４より吐出された冷媒は、加温用凝縮器１５に流入し、送風ファン３１によって導かれたホット／コールド切替室１１内の空気と熱交換して凝縮液化する。そして、加温用キャピラリチューブ１６によって減圧され後、庫外熱交換器１７に流入する。そして、送風ファン３５によって導かれた外気と熱交換して蒸発気化し、外気温度近傍まで昇温される。その後、後段冷却器１８に流入し、送風ファン３２によって導かれたホット／コールド切替室１１内の空気と熱交換してさらに温度を上げ、圧縮機１４に還流する。
【００５２】
ここで、加温用キャピラリチューブ１６は、常用の蒸発温度が−１０〜１０℃、凝縮温度が６０〜８０℃となるように設計されている。
【００５３】
次に、ホット／コールド切替室１１内の空気は、図２において実線矢印で示したように、庫内下部の空気が還流風路３７を経て、ダクト３８を通り、加温用凝縮器１５に導かれ、加温される。そして、その加温された空気が庫内下部を循環し、庫内下部の商品が加温されることとなる。
【００５４】
一方、庫内上部の空気は、図２において点線矢印で示したように、還流風路３７を経て、後段冷却器１８に導かれ、冷却される。そして、その冷却された空気が庫内上部を循環し、庫内上部の商品が冷却されることとなり、長時間加温されることにより、商品が劣化することを防止することができる。
【００５５】
図３は、本実施の形態における自動販売機の冷媒のモリエル線図であり、横軸に冷媒のエンタルピーｈ、縦軸に冷媒の圧力Ｐを示している。
【００５６】
仮に、後段冷却器１８を使用せずに、庫外熱交換器１７で冷媒が蒸発気化した後、直接圧縮機１４へ還流した場合、ａｂｃｄａで示されたように冷媒は状態変化を行う。そして、このときの加温能力はｂｃとなる。
【００５７】
一方、本実施の形態のように後段冷却器１８を用いることにより、ｇｉｂｃｄａｇで示されたように冷媒は状態変化を行う。すなわち、庫外熱交換器１７で蒸発気化した冷媒は、後段冷却器１８でさらに温度が上げられる。これにより、外気温度と蒸発温度の差が小さくなる低外気温時でも、高くかつ安定した圧縮機１４への吸入冷媒ガス温度で加温システム１９を運転することができる。
【００５８】
しかしながら、吸入冷媒ガス温度を上げると、図３からもわかるように、圧縮機１４からの吐出冷媒ガス温度は上昇するが、本実施の形態では、冷媒として効率の良いＲ６００ａを使用しているので、吐出冷媒ガス温度の上昇を比較的小さく抑制することができる。
【００５９】
また、従来の自動販売機同様、加温用凝縮器１５で加温された空気の一部も自然対流により、庫内上部へ流入し、後段冷却器１８で冷却されるため、加温能力と冷却能力が相殺されることとなるが、吸入冷媒ガス温度を上げたことで増加した加温能力と相殺されることになるため、実際の加温能力は低下しない。すなわち、図３において、加温能力ｉｂと冷却能力ａｇが相殺され、実際の加温能力は、後段冷却器１８を使用しない場合と同様にｂｃとなる。
【００６０】
なお、前段冷却器としての庫外熱交換器１７は冷媒を蒸発させるために用いられ、後段冷却器１８は主として過熱度を大きく取るために用いられるが、庫外熱交換器１７の能力が不足している場合には、後段冷却器１８で冷媒を蒸発させてもよい。ただし、この場合、図３の点ａが左に移動することになるため、加温能力が低下し、効率は悪化するので、庫外熱交換器１７で十分に蒸発気化できるように設計することが望ましい。
【００６１】
以上のように本実施の形態においては、冷却器を二段に分割し、後段冷却器１８で、第一のホット／コールド切替室１１内上部の空気と熱交換することにより、高くかつ安定した圧縮機１４への吸入ガス温度で加温システム１９を運転することができるので、システム効率の低下を抑制し、消費電力量を大幅に削減することができると共に、商品が長時間加温されることにより劣化するのを防止することができる。さらには、圧縮機の信頼性も確保できる。
【００６２】
また、還流風路３７により、第一のホット／コールド切替室１１内の温度領域を上下に区切ることにより、効果的に庫内下部の商品のみを冷却もしくは加温することができるので、省エネルギー化が図れる。
【００６３】
さらに、圧縮機１４をインバータ圧縮機としたことにより、商品投入時には圧縮機１４を高能力で運転し、短時間で商品を所定温度に到達させることができると共に、安定時には圧縮機１４を低能力で運転し、省エネルギー化を図ることができる。
【００６４】
また、本実施の形態では、コールド専用室１３や第二のホット／コールド切替室１２の冷却時の廃熱を利用して第一のホット／コールド切替室１１を加温するのではなく、加温システム１９とは独立した冷却専用システム３０を備えたことによって、加温システム１９と冷却専用システム３０をそれぞれ単独で稼動することができるので、効率よく冷却および加温を行うことができる。
【００６５】
さらに、加温システム１９の前段冷却器と冷却専用システム３０の凝縮器を一体に構成した庫外熱交換器１７を備えたことにより、冷却専用システム３０の凝縮器の廃熱を利用して、加温システム１９の前段冷却器で発生する結露を抑制することができると共に、省スペース化が図れる。
【００６６】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における自動販売機の冷媒回路図である。
【００６７】
図４において、本発明の自動販売機は、第一のホット／コールド切替室１１、第二のホット／コールド切替室１２、コールド専用室１３からなる商品収納庫を備え、圧縮機１４、第一のホット／コールド切替室１１内下部に設置された庫内熱交換器４１、膨張機構としての加温用キャピラリチューブ４２、冷却用キャピラリチューブ４３、商品収納庫の外に設置された庫外熱交換器１７、第一のホット／コールド切替室１１内上部に設置された後段冷却器１８、冷却時と加温時に冷媒流路を切り替える四方切替弁４４とからなり、第一のホット／コールド切替室１１の加温と冷却を専用に行う加温システム４５を有すると共に、圧縮機２０、第二のホット／コールド切替室１２内下部に設置された冷却用蒸発器２２、コールド専用室１３内下部に設置された冷却用蒸発器２３、冷却用蒸発器２２、２３のそれぞれに直列に接続される膨張機構としてのキャピラリチューブ２５、２６、冷媒を流す冷却用蒸発器を切り替える三方切替弁４６とからなり、第二のホット／コールド切替室１２とコールド専用室１３を専用に冷却する冷却専用システム４７を有する。
【００６８】
ここで、庫外熱交換器１７は、２パスのフィンチューブ熱交換器で構成され、それぞれの冷媒配管は、加温システム４５、冷却専用システム４７と連結している。加温システム４５と連結する冷媒配管は、加温時は前段冷却器として、冷却時は凝縮器として作用し、冷却専用システム３０と連結する冷媒配管は、凝縮器として作用する。
【００６９】
また、庫内熱交換器４１と庫外熱交換器１７は２本の並列する配管で結ばれており、一方は加温用キャピラリチューブ４２と加温用逆止弁４８が直列に接続され、他方は冷却用キャピラリチューブ４３と冷却用逆止弁４９が直列に接続されている。
【００７０】
ここで、加温用逆止弁４８は加温用キャピラリチューブ４２から庫外熱交換器１７に冷媒が流れる方向を正方向とし、加温用キャピラリチューブ４２から庫外熱交換器１７へ向かう逆方向には流れないように設置される。また、冷却用逆止弁４９は庫外熱交換器１７から冷却用キャピラリチューブ４３へ冷媒が流れる方向を正方向とし、冷却用キャピラリチューブ４３から庫外熱交換器１７へ向かう逆方向には流れないように設置される。
【００７１】
さらに、庫外熱交換器１７と後段冷却器１８は、四方切替弁４４に対して並列に接続されると共に、後段冷却器１８に繋がる冷媒配管には電磁弁５０、四方切替弁４４から庫外熱交換器１７および後段冷却器１８に分岐する途中には加温用逆止弁５１が設けられている。
【００７２】
また、冷却用蒸発器２２、２３はそれぞれ並列に接続されている。
【００７３】
さらに、第一のホット／コールド切替室１１内には、庫内下部の空気を循環させる送風ファン３１、庫内上部の空気を循環させる送風ファン３２、第二のホット／コールド切替室１２内には、庫内の空気を循環させる送風ファン３３、コールド専用室１３内には、庫内の空気を循環させる送風ファン３４、庫外熱交換器１７の傍には、外気を庫外熱交換器１７に送る送風ファン３５が備えられている。
【００７４】
また、圧縮機１４はインバータ圧縮機であり、運転回転数を変化させることにより能力可変可能となっている。
【００７５】
ここで、加温システム４５と冷却専用システム４７には、冷媒として自然冷媒の一種である炭化水素系のＲ６００ａ（イソブタン）が封入されている。
【００７６】
また、第二のホット／コールド切替室１２内には加温ヒータ３６が備えられ、第二のホット／コールド切替室１２を加温する場合には、加温ヒータ３６が用いられる。
【００７７】
なお、本実施の形態においては、第一のホット／コールド切替室１１のみを加温システム４５により加温する構成としたが、当然ながら、第二のホット／コールド切替室１２も加温システム４５により加温する構成としても良い。その場合、第二のホット／コールド切替室１２内にも、加温システム４５に接続する庫内熱交換器、後段冷却器等が設置されることとなる。
【００７８】
以上のように構成された自動販売機について、以下その動作、作用を説明する。
【００７９】
なお、第二のホット／コールド切替室１２およびコールド専用室１３を冷却する場合の動作、作用は実施の形態１と同様なので省略する。なお、実施の形態１において、冷媒を流す冷却用蒸発器を切り替えるのに電磁弁を使用したが、本実施の形態においては、消費電力量を小さくできることから三方切替弁４６を使用した。
【００８０】
まず、第一のホット／コールド切替室１１を加温する場合は、圧縮機１４から吐出された冷媒は四方切替弁４４で流路を切り替えられ、庫内熱交換器４１へ流入し、送風ファン３１によって導かれた庫内下部の空気と熱交換して凝縮液化する。そして、庫内熱交換器４１から出た液冷媒は、加温用キャピラリチューブ４２によって減圧される。ここで、加温用キャピラリチューブ４２は常用の蒸発温度が−１０〜１０℃、凝縮温度が６０〜８０℃となるように設計されている。そして、減圧された冷媒は、庫外熱交換器１７に流入し、送風ファン３５によって導かれた外気と熱交換して蒸発気化して、外気温度近傍まで昇温される。その後、開放された電磁弁５０を通過し、後段冷却器１８に流入する。後段冷却器１８では、送風ファン３２によって導かれた庫内上部の空気と熱交換し、さらに温度が上昇した状態で圧縮機１４へ還流する。
【００８１】
なお、庫外熱交換器１７から四方切替弁４４を経て圧縮機１４へ還流する流路には、加温用逆止弁５１が設けられ、庫外熱交換器１７から圧縮機１４へは冷媒が流れないようになっている。
【００８２】
次に、第一のホット／コールド切替室１１を冷却する場合は、圧縮機１４から吐出された冷媒は四方切替弁４４で流路を切り替えられ、加温用逆止弁５１を正方向に流れ、庫外熱交換器１７に流入する。なお、電磁弁５０は閉じられ、後段冷却器１８には冷媒が流れないようになっている。庫外熱交換器１７に流入した冷媒は、送風ファン３５によって導かれた外気と熱交換して凝縮液化した後、冷却用キャピラリチューブ４３により減圧される。ここで、冷却用キャピラリチューブ４３は常用の蒸発温度が−２０〜−１５℃となるように設計されている。そして、減圧された冷媒は、庫内熱交換器４１に流入し、送風ファン３１によって導かれた庫内下部の空気と熱交換して蒸発気化した後、四方切替弁４４を経て圧縮機１４へ還流する。
【００８３】
以上のように本実施の形態においては、加温システム４５により第一のホット／コールド切替室１１の冷却および加温が行えるようにしたことで、冷却専用システム４７の圧縮機２０をランクダウンできると共に、第一のホット／コールド切替室１１とは独立して、第二のホット／コールド切替室１２とコールド専用室１３を効率よく冷却することできる。
【００８４】
さらに、第一のホット／コールド切替室１１を冷却する場合に、後段冷却器１８を冷媒が通過しない構成としたことにより、凝縮器としての内容積が低減され、冷媒の過凝縮による冷媒不足を防止、冷却時のシステム効率が低下することを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
以上のように、本発明にかかる自動販売機は、後段冷却器で加温時の商品収納庫内の空気と熱交換することで、高くかつ安定した圧縮機への吸入冷媒ガス温度でシステムを運転することができるので、庫外に蒸発器を持つヒートポンプ機器ならあらゆる機器に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施の形態１における自動販売機の冷媒回路図
【図２】同実施の形態における自動販売機の側面から見た概略構成図
【図３】同実施の形態における自動販売機の冷媒のモリエル線図
【図４】本発明の実施の形態２における自動販売機の冷媒回路図
【図５】従来の自動販売機の側面から見た概略構成図
【図６】従来の自動販売機の冷媒のモリエル線図
【符号の説明】
【００８７】
１１ 第一のホット／コールド切替室
１２ 第二のホット／コールド切替室
１３ コールド専用室
１４ 圧縮機
１５ 加温用凝縮器
１６ 加温用キャピラリチューブ
１７ 庫外熱交換器
１８ 後段冷却器
１９ 加温システム
２０ 圧縮機
２１、２２、２３ 冷却用蒸発器
２４、２５、２６ キャピラリチューブ
３０ 冷却専用システム
３７ 還流風路
３８ ダクト
４２ 加温用キャピラリチューブ
４３ 冷却用キャピラリチューブ
４４ 四方切替弁
４５ 加温システム
４７ 冷却専用システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、缶飲料などの商品を加温または冷却して販売する自動販売機において、特にその加温システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護が叫ばれる中、自動販売機業界においてもトップランナー制の導入に伴い、省エネルギー化が進んでいる。
【０００３】
自動販売機の省エネルギー化技術としては、特に加温による消費電力量の削減が有効であり、ヒータを使わず、加温効率がヒータの値である１以上のヒートポンプ加温システムを用いることにより、省エネルギー化を図る技術が提案されている。また、筆者らは、外気の熱を利用して加温する簡便な構成を提案している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
以下、図面を参照しながら従来の自動販売機の加温システムを説明する。
【０００５】
図５は、特許文献１に記載された従来の自動販売機の側面から見た概略構成図である。
【０００６】
図５に示すように、従来の自動販売機は、圧縮機１と、凝縮器２と、第一の膨張弁３と、第二の膨張弁４と、第一の蒸発器５と、第二の蒸発器６と、圧縮機１と凝縮器２と第一の膨張弁３と第二の膨張弁４と第一の蒸発器５と第二の蒸発器６とを環状に接続する加温システム配管とからなる加温システムを備えている。
【０００７】
ここで、第一の蒸発器５と第二の蒸発器６は並列に接続されており、第一の膨張弁３と第二の膨張弁４の開閉により、冷媒が供給される。
【０００８】
また、第一の蒸発器５は商品収納庫７の区画外に設置され、第二の蒸発器６は商品収納庫７の上部に設置されると共に、凝縮器２は商品収納庫７の下部に設置されている。
【０００９】
さらに、商品収納庫７の高さ方向略中央に凝縮器２に連結するダクト８と、第二の蒸発器６に連結するダクト９のそれぞれの吸込み口が設けられている。
【００１０】
以上のように構成された自動販売機について、以下その動作を説明する。
【００１１】
まず、商品収納庫７に商品が投入された直後には、第二の膨張弁４を全閉し、圧縮機１より吐出された冷媒は、凝縮器２で商品収納庫７内の空気と熱交換して凝縮液化した後、第一の膨張弁３で減圧され、第一の蒸発器５へ供給される。そして、第一の蒸発器５で外気と熱交換して蒸発気化した後、圧縮機１へ帰還する。
【００１２】
次に、商品収納庫７内の商品が所定の温度を上回ると、第一の膨張弁３を全閉し、圧縮機１より吐出された冷媒は、凝縮器２を経て、第二の膨張弁４で減圧され、第二の蒸発器６へ供給される。そして、第二の蒸発器６で商品収納庫７内の空気と熱交換して蒸発した後、圧縮機１へ帰還する。
【００１３】
このとき、凝縮器２へは、図５の実線矢印で示したように、商品収納庫７の略中央に設けられたダクト８の吸込み口から、商品収納庫７下部の空気が循環供給される。また、第二の蒸発器６へは、図５の点線矢印で示したように、商品収納庫７の略中央に設けられたダクト９の吸込み口から、商品収納庫７上部の空気が循環供給される。
【特許文献１】特開２００４−３３１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
図６は、従来の自動販売機の冷媒のモリエル線図であり、横軸に冷媒のエンタルピーｈ、縦軸に冷媒の圧力Ｐを示している。第一の蒸発器５を使用して加温する場合は、ａｂｃｄａで示されたように冷媒は状態変化を行う。そして、このときの加温能力はｂｃとなる。
【００１５】
一方、第二の蒸発器６を使用して加温する場合は、凝縮器２で加温された空気の一部も自然対流により、商品収納庫７上部へ流入し、第二の蒸発器６で冷却されるため、加温能力ｅｃと冷却能力ｄｆが相殺されることとなり、実際の加温能力はｂｅとなる。
【００１６】
すなわち、上記従来の構成では、ヒータを用いるよりも効率よく商品を加温することができると共に、商品収納庫７内上部を冷却することで、商品が長時間加温されることにより劣化するのを防止することができるものの、加温能力が低下し、効率が悪くなるという課題を有していた。
【００１７】
また、上記従来の構成では、圧縮機への吸入冷媒ガス温度が周囲温度近傍までしか上がらず、特に蒸発温度と外気温度との差が小さくなる低外気温時には、過熱度が十分に取れず、圧縮機への液戻りが発生する可能性があり、システム効率が悪化すると共に、圧縮機が故障する可能性も高くなるという課題を有していた。
【００１８】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、高くかつ安定した圧縮機への吸入冷媒ガス温度で加温システムを運転でき、消費電力量が大幅に削減できると共に、加温能力および効率を低下させることなく、加温による販売商品の劣化を防止できる自動販売機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】
【００１９】
上記従来の課題を解決するために、本発明の自動販売機は、前段冷却器と後段冷却器の二段に分割された冷却器を備えた加温システムを有し、凝縮器で商品収納庫内の空気を加温すると同時に、後段冷却器で商品収納庫内の空気を冷却するものである。
【００２０】
これによって、前段冷却器で蒸発気化した冷媒を、後段冷却器で商品収納庫内の空気と熱交換させ、さらに温度を上げることができるので、高くかつ安定した圧縮機への吸入冷媒ガス温度で加温システムを運転できると共に、商品が長時間加温されるのを防止することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の自動販売機は、冷却器を二段に分割し、後段冷却器で商品収納庫内の空気と熱交換することで、加温能力および効率を低下させることなく、加温による販売商品の劣化を防止することができると共に、圧縮機の信頼性を確保しつつ、消費電力量を大幅に削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
請求項１に記載の発明は、商品を収納するホット／コールド切替室を有する自動販売機において、少なくとも圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、前段冷却器と後段冷却器の二段に分割された冷却器を備え、前記圧縮機と前記凝縮器と前記膨張機構と前記冷却器とを環状に接続する加温システム配管とを備えた加温システムを有し、前記凝縮器で前記ホット／コールド切替室内の空気を加温すると同時に、前記後段冷却器で前記ホット／コールド切替室内の空気を冷却することにより、前記前段冷却器で外気温度近傍まで昇温された冷媒を、前記後段冷却器でさらに温度を上げることができるので、高くかつ安定した前記圧縮機への吸入冷媒ガス温度で加温システムを運転することができ、システム効率の低下を抑制し、消費電力量を大幅に削減することができると共に、圧縮機の信頼性を確保できる。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、商品を収納する区画の外に前段冷却器を設置し、ホット／コールド切替室内上部に後段冷却器を設置すると共に、前記後段冷却器よりも下部に位置するように前記ホット／コールド切替室内に凝縮器を設置したことにより、前記後段冷却器で前記ホット／コールド切替室内上部の空気を冷却することができるので、商品が長時間加温されることにより劣化することを防止できる。
【００２４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、ホット／コールド切替室内の高さ方向略中央に還流風路を設けると共に、凝縮器に連結するダクトの吸込み口が前記ホット／コールド切替室内背面の高さ方向略中央に位置するように配設されたことにより、効果的に前記ホット／コールド切替室内の温度領域を区切ることができ、前記ホット／コールド切替室内下部の商品のみを加温することができるので、省エネルギー化が図れる。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、加温システムが、ホット／コールド切替室を冷却する場合、圧縮機から吐出された冷媒を前段冷却器に流して凝縮させ、凝縮した冷媒を凝縮器で蒸発させた後、圧縮機に還流させるように流路を切り替える流路切替バルブを備えたことにより、前記ホット／コールド切替室を前記加温システムで冷却できると共に、凝縮器の内容積を低減することができるので、冷媒の過凝縮による冷媒不足を防止し、冷却システム効率の低下を防止することができる。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、圧縮機を能力可変可能としたことにより、商品投入時には前記圧縮機を高能力で運転し、短時間で商品を所定温度に到達させることができると共に、安定時には前記圧縮機を低能力で運転し、省エネルギー化を図ることができる。
【００２７】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の発明において、冷媒としてＲ６００ａを用い、ホット／コールド切替室内を加温する場合の常用の蒸発温度を−１０〜１０℃とすると共に、凝縮温度を６０〜８０℃としたことにより、前記圧縮機の吐出冷媒ガス温度の上昇を抑制しながら、効率よく加温商品を所定の温度に保温することができる。
【００２８】
請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明において、加温システムとは独立して、少なくとも商品を収納する室内に設置された冷却用蒸発器と、商品を収納する区画の外に設置された凝縮器と、圧縮機と、膨張機構と、前記圧縮機と前記凝縮器と前記膨張機構と前記冷却用蒸発器とを環状に接続する冷却システム配管とを備えた冷却専用システムを有したことにより、前記加温システムとは独立して、冷却能力が最適に設計された冷却システムを用いて商品収納庫を効率良く冷却することができるので、省エネルギー化を図ることができる。
【００２９】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、加温システムの前段冷却器と冷却専用システムの凝縮器とを一体に構成したことにより、前記凝縮器の廃熱を利用して、前記前段冷却器に発生する結露を抑制することができると共に、省スペース化が図れる。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、従来例または先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における自動販売機の冷媒回路図である。
【００３２】
図１において、本発明の自動販売機は、第一のホット／コールド切替室１１、第二のホット／コールド切替室１２、コールド専用室１３からなる商品収納庫を備え、圧縮機１４、第一のホット／コールド切替室１１内下部に設置された加温用凝縮器１５、膨張機構としての加温用キャピラリチューブ１６、商品収納庫の外に設置された庫外熱交換器１７、第一のホット／コールド切替室１１内上部に設置された後段冷却器１８とからなり第一のホット／コールド切替室１１の加温を行う加温システム１９を有すると共に、圧縮機２０、庫外熱交換器１７、第一のホット／コールド切替室１１内下部に設置された冷却用蒸発器２１、第二のホット／コールド切替室１２内下部に設置された冷却用蒸発器２２、コールド専用室１３内下部に設置された冷却用蒸発器２３、それぞれの冷却用蒸発器２１、２２、２３に直列に接続される膨張機構としてのキャピラリチューブ２４、２５、２６、それぞれのキャピラリチューブ２４、２５、２６に直列に接続される電磁弁２７、２８、２９とからなり商品収納庫１１、１２、１３の冷却を行う冷却専用システム３０を有する。
【００３３】
ここで、庫外熱交換器１７は、２パスのフィンチューブ熱交換器で構成され、それぞれの冷媒配管は、加温システム１９、冷却専用システム３０と連結している。加温システム１９と連結する冷媒配管は、前段冷却器として作用し、冷却専用システム３０と連結する冷媒配管は、凝縮器として作用する。
【００３４】
また、冷却用蒸発器２１、２２、２３は、それぞれ並列に接続されている。
【００３５】
さらに、第一のホット／コールド切替室１１内には、庫内下部の空気を循環させる送風ファン３１、庫内上部の空気を循環させる送風ファン３２、第二のホット／コールド切替室１２内には、庫内の空気を循環させる送風ファン３３、コールド専用室１３内には、庫内の空気を循環させる送風ファン３４、庫外熱交換器１７の傍には、外気を庫外熱交換器１７に導く送風ファン３５が備えられている。
【００３６】
また、圧縮機１４はインバータ圧縮機であり、運転回転数を変化させることにより能力可変可能となっている。
【００３７】
ここで、加温システム１９と冷却専用システム３０には、冷媒として自然冷媒の一種である炭化水素系のＲ６００ａ（イソブタン）が封入されている。
【００３８】
また、第二のホット／コールド切替室１２内には加温ヒータ３６が備えられ、第二のホット／コールド切替室１２を加温する場合には、加温ヒータ３６が用いられる。
【００３９】
なお、本実施の形態においては、第一のホット／コールド切替室１１のみを加温システム１９により加温する構成としたが、当然ながら、第二のホット／コールド切替室１２も加温システム１９により加温する構成としても良い。その場合、第二のホット／コールド切替室１２内にも、加温システム１９に接続する凝縮器、後段冷却器等が設置されることとなる。
【００４０】
次に、図２は、本実施の形態における自動販売機の側面から見た概略構成図である。
【００４１】
図２において、第一のホット／コールド切替室１１内の高さ方向略中央には、還流風路３７が設けられると共に、第一のホット／コールド切替室１１内背面の高さ方向略中央には、加温用凝縮器１５および冷却用蒸発器２１に連結するダクト３８の吸込み口が設けられている。
【００４２】
ここで、還流風路３７は庫内の循環空気が優先的に流れるように形成されていれば良く、例えば、本実施の形態における還流風路３７は、商品が収納されるコラムの途中に設けられた図示しないダンパーによって、隣接する商品同士に隙間を設けることで形成されている。
【００４３】
以上のように構成された自動販売機について、以下その動作、作用を説明する。
【００４４】
まず、第一のホット／コールド切替室１１を冷却する場合について説明する。
【００４５】
第一のホット／コールド切替室１１内を冷却する場合は、加温システム１９は稼動させず、冷却専用システム３０により冷却を行う。
【００４６】
圧縮機２０より吐出された冷媒は、庫外熱交換器１７に流入し、送風ファン３５によって導かれた外気と熱交換して凝縮液化する。その後、庫外熱交換器１７から出た液冷媒は、キャピラリチューブ２４によって減圧され、冷却用蒸発器２１に流入する。そして、送風ファン３１によって導かれたホット／コールド切替室１１内の空気と熱交換して蒸発気化した後、圧縮機２０に還流する。
【００４７】
ここで、ホット／コールド切替室１１内の空気は、図２において実線矢印で示したように、庫内下部の空気が還流風路３７を経て、ダクト３８を通り、冷却用蒸発器２１に導かれ、冷却される。そして、その冷却された空気が庫内下部を循環し、庫内下部の商品を冷却していく。
【００４８】
第二のホット／コールド切替室１２、コールド専用室１３をそれぞれ冷却する場合についても、同様の動作を行う。なお、それぞれの冷却用蒸発器２１、２２、２３には、商品収納庫内の温度に応じて、電磁弁２７、２８、２９の開閉により、選択的に冷媒が流される。
【００４９】
ここで、キャピラリチューブ２４、２５、２６はそれぞれ蒸発温度が−２０〜−１５℃程度となるように設計されている。
【００５０】
次に、第一のホット／コールド切替室１１内を加温する場合は、冷却専用システム３０の電磁弁２７を閉じ、冷却用蒸発器２１には冷媒が流れないようにし、加温システム１９を稼動する。
【００５１】
圧縮機１４より吐出された冷媒は、加温用凝縮器１５に流入し、送風ファン３１によって導かれたホット／コールド切替室１１内の空気と熱交換して凝縮液化する。そして、加温用キャピラリチューブ１６によって減圧され後、庫外熱交換器１７に流入する。そして、送風ファン３５によって導かれた外気と熱交換して蒸発気化し、外気温度近傍まで昇温される。その後、後段冷却器１８に流入し、送風ファン３２によって導かれたホット／コールド切替室１１内の空気と熱交換してさらに温度を上げ、圧縮機１４に還流する。
【００５２】
ここで、加温用キャピラリチューブ１６は、常用の蒸発温度が−１０〜１０℃、凝縮温度が６０〜８０℃となるように設計されている。
【００５３】
次に、ホット／コールド切替室１１内の空気は、図２において実線矢印で示したように、庫内下部の空気が還流風路３７を経て、ダクト３８を通り、加温用凝縮器１５に導かれ、加温される。そして、その加温された空気が庫内下部を循環し、庫内下部の商品が加温されることとなる。
【００５４】
一方、庫内上部の空気は、図２において点線矢印で示したように、還流風路３７を経て、後段冷却器１８に導かれ、冷却される。そして、その冷却された空気が庫内上部を循環し、庫内上部の商品が冷却されることとなり、長時間加温されることにより、商品が劣化することを防止することができる。
【００５５】
図３は、本実施の形態における自動販売機の冷媒のモリエル線図であり、横軸に冷媒のエンタルピーｈ、縦軸に冷媒の圧力Ｐを示している。
【００５６】
仮に、後段冷却器１８を使用せずに、庫外熱交換器１７で冷媒が蒸発気化した後、直接圧縮機１４へ還流した場合、ａｂｃｄａで示されたように冷媒は状態変化を行う。そして、このときの加温能力はｂｃとなる。
【００５７】
一方、本実施の形態のように後段冷却器１８を用いることにより、ｇｉｂｃｄａｇで示されたように冷媒は状態変化を行う。すなわち、庫外熱交換器１７で蒸発気化した冷媒は、後段冷却器１８でさらに温度が上げられる。これにより、外気温度と蒸発温度の差が小さくなる低外気温時でも、高くかつ安定した圧縮機１４への吸入冷媒ガス温度で加温システム１９を運転することができる。
【００５８】
しかしながら、吸入冷媒ガス温度を上げると、図３からもわかるように、圧縮機１４からの吐出冷媒ガス温度は上昇するが、本実施の形態では、冷媒として効率の良いＲ６００ａを使用しているので、吐出冷媒ガス温度の上昇を比較的小さく抑制することができる。
【００５９】
また、従来の自動販売機同様、加温用凝縮器１５で加温された空気の一部も自然対流により、庫内上部へ流入し、後段冷却器１８で冷却されるため、加温能力と冷却能力が相殺されることとなるが、吸入冷媒ガス温度を上げたことで増加した加温能力と相殺されることになるため、実際の加温能力は低下しない。すなわち、図３において、加温能力ｉｂと冷却能力ａｇが相殺され、実際の加温能力は、後段冷却器１８を使用しない場合と同様にｂｃとなる。
【００６０】
なお、前段冷却器としての庫外熱交換器１７は冷媒を蒸発させるために用いられ、後段冷却器１８は主として過熱度を大きく取るために用いられるが、庫外熱交換器１７の能力が不足している場合には、後段冷却器１８で冷媒を蒸発させてもよい。ただし、この場合、図３の点ａが左に移動することになるため、加温能力が低下し、効率は悪化するので、庫外熱交換器１７で十分に蒸発気化できるように設計することが望ましい。
【００６１】
以上のように本実施の形態においては、冷却器を二段に分割し、後段冷却器１８で、第一のホット／コールド切替室１１内上部の空気と熱交換することにより、高くかつ安定した圧縮機１４への吸入ガス温度で加温システム１９を運転することができるので、システム効率の低下を抑制し、消費電力量を大幅に削減することができると共に、商品が長時間加温されることにより劣化するのを防止することができる。さらには、圧縮機の信頼性も確保できる。
【００６２】
また、還流風路３７により、第一のホット／コールド切替室１１内の温度領域を上下に区切ることにより、効果的に庫内下部の商品のみを冷却もしくは加温することができるので、省エネルギー化が図れる。
【００６３】
さらに、圧縮機１４をインバータ圧縮機としたことにより、商品投入時には圧縮機１４を高能力で運転し、短時間で商品を所定温度に到達させることができると共に、安定時には圧縮機１４を低能力で運転し、省エネルギー化を図ることができる。
【００６４】
また、本実施の形態では、コールド専用室１３や第二のホット／コールド切替室１２の冷却時の廃熱を利用して第一のホット／コールド切替室１１を加温するのではなく、加温システム１９とは独立した冷却専用システム３０を備えたことによって、加温システム１９と冷却専用システム３０をそれぞれ単独で稼動することができるので、効率よく冷却および加温を行うことができる。
【００６５】
さらに、加温システム１９の前段冷却器と冷却専用システム３０の凝縮器を一体に構成した庫外熱交換器１７を備えたことにより、冷却専用システム３０の凝縮器の廃熱を利用して、加温システム１９の前段冷却器で発生する結露を抑制することができると共に、省スペース化が図れる。
【００６６】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における自動販売機の冷媒回路図である。
【００６７】
図４において、本発明の自動販売機は、第一のホット／コールド切替室１１、第二のホット／コールド切替室１２、コールド専用室１３からなる商品収納庫を備え、圧縮機１４、第一のホット／コールド切替室１１内下部に設置された庫内熱交換器４１、膨張機構としての加温用キャピラリチューブ４２、冷却用キャピラリチューブ４３、商品収納庫の外に設置された庫外熱交換器１７、第一のホット／コールド切替室１１内上部に設置された後段冷却器１８、冷却時と加温時に冷媒流路を切り替える四方切替弁４４とからなり、第一のホット／コールド切替室１１の加温と冷却を専用に行う加温システム４５を有すると共に、圧縮機２０、第二のホット／コールド切替室１２内下部に設置された冷却用蒸発器２２、コールド専用室１３内下部に設置された冷却用蒸発器２３、冷却用蒸発器２２、２３のそれぞれに直列に接続される膨張機構としてのキャピラリチューブ２５、２６、冷媒を流す冷却用蒸発器を切り替える三方切替弁４６とからなり、第二のホット／コールド切替室１２とコールド専用室１３を専用に冷却する冷却専用システム４７を有する。
【００６８】
ここで、庫外熱交換器１７は、２パスのフィンチューブ熱交換器で構成され、それぞれの冷媒配管は、加温システム４５、冷却専用システム４７と連結している。加温システム４５と連結する冷媒配管は、加温時は前段冷却器として、冷却時は凝縮器として作用し、冷却専用システム３０と連結する冷媒配管は、凝縮器として作用する。
【００６９】
また、庫内熱交換器４１と庫外熱交換器１７は２本の並列する配管で結ばれており、一方は加温用キャピラリチューブ４２と加温用逆止弁４８が直列に接続され、他方は冷却用キャピラリチューブ４３と冷却用逆止弁４９が直列に接続されている。
【００７０】
ここで、加温用逆止弁４８は加温用キャピラリチューブ４２から庫外熱交換器１７に冷媒が流れる方向を正方向とし、加温用キャピラリチューブ４２から庫外熱交換器１７へ向かう逆方向には流れないように設置される。また、冷却用逆止弁４９は庫外熱交換器１７から冷却用キャピラリチューブ４３へ冷媒が流れる方向を正方向とし、冷却用キャピラリチューブ４３から庫外熱交換器１７へ向かう逆方向には流れないように設置される。
【００７１】
さらに、庫外熱交換器１７と後段冷却器１８は、四方切替弁４４に対して並列に接続されると共に、後段冷却器１８に繋がる冷媒配管には電磁弁５０、四方切替弁４４から庫外熱交換器１７および後段冷却器１８に分岐する途中には加温用逆止弁５１が設けられている。
【００７２】
また、冷却用蒸発器２２、２３はそれぞれ並列に接続されている。
【００７３】
さらに、第一のホット／コールド切替室１１内には、庫内下部の空気を循環させる送風ファン３１、庫内上部の空気を循環させる送風ファン３２、第二のホット／コールド切替室１２内には、庫内の空気を循環させる送風ファン３３、コールド専用室１３内には、庫内の空気を循環させる送風ファン３４、庫外熱交換器１７の傍には、外気を庫外熱交換器１７に送る送風ファン３５が備えられている。
【００７４】
また、圧縮機１４はインバータ圧縮機であり、運転回転数を変化させることにより能力可変可能となっている。
【００７５】
ここで、加温システム４５と冷却専用システム４７には、冷媒として自然冷媒の一種である炭化水素系のＲ６００ａ（イソブタン）が封入されている。
【００７６】
また、第二のホット／コールド切替室１２内には加温ヒータ３６が備えられ、第二のホット／コールド切替室１２を加温する場合には、加温ヒータ３６が用いられる。
【００７７】
なお、本実施の形態においては、第一のホット／コールド切替室１１のみを加温システム４５により加温する構成としたが、当然ながら、第二のホット／コールド切替室１２も加温システム４５により加温する構成としても良い。その場合、第二のホット／コールド切替室１２内にも、加温システム４５に接続する庫内熱交換器、後段冷却器等が設置されることとなる。
【００７８】
以上のように構成された自動販売機について、以下その動作、作用を説明する。
【００７９】
なお、第二のホット／コールド切替室１２およびコールド専用室１３を冷却する場合の動作、作用は実施の形態１と同様なので省略する。なお、実施の形態１において、冷媒を流す冷却用蒸発器を切り替えるのに電磁弁を使用したが、本実施の形態においては、消費電力量を小さくできることから三方切替弁４６を使用した。
【００８０】
まず、第一のホット／コールド切替室１１を加温する場合は、圧縮機１４から吐出された冷媒は四方切替弁４４で流路を切り替えられ、庫内熱交換器４１へ流入し、送風ファン３１によって導かれた庫内下部の空気と熱交換して凝縮液化する。そして、庫内熱交換器４１から出た液冷媒は、加温用キャピラリチューブ４２によって減圧される。ここで、加温用キャピラリチューブ４２は常用の蒸発温度が−１０〜１０℃、凝縮温度が６０〜８０℃となるように設計されている。そして、減圧された冷媒は、庫外熱交換器１７に流入し、送風ファン３５によって導かれた外気と熱交換して蒸発気化して、外気温度近傍まで昇温される。その後、開放された電磁弁５０を通過し、後段冷却器１８に流入する。後段冷却器１８では、送風ファン３２によって導かれた庫内上部の空気と熱交換し、さらに温度が上昇した状態で圧縮機１４へ還流する。
【００８１】
なお、庫外熱交換器１７から四方切替弁４４を経て圧縮機１４へ還流する流路には、加温用逆止弁５１が設けられ、庫外熱交換器１７から圧縮機１４へは冷媒が流れないようになっている。
【００８２】
次に、第一のホット／コールド切替室１１を冷却する場合は、圧縮機１４から吐出された冷媒は四方切替弁４４で流路を切り替えられ、加温用逆止弁５１を正方向に流れ、庫外熱交換器１７に流入する。なお、電磁弁５０は閉じられ、後段冷却器１８には冷媒が流れないようになっている。庫外熱交換器１７に流入した冷媒は、送風ファン３５によって導かれた外気と熱交換して凝縮液化した後、冷却用キャピラリチューブ４３により減圧される。ここで、冷却用キャピラリチューブ４３は常用の蒸発温度が−２０〜−１５℃となるように設計されている。そして、減圧された冷媒は、庫内熱交換器４１に流入し、送風ファン３１によって導かれた庫内下部の空気と熱交換して蒸発気化した後、四方切替弁４４を経て圧縮機１４へ還流する。
【００８３】
以上のように本実施の形態においては、加温システム４５により第一のホット／コールド切替室１１の冷却および加温が行えるようにしたことで、冷却専用システム４７の圧縮機２０をランクダウンできると共に、第一のホット／コールド切替室１１とは独立して、第二のホット／コールド切替室１２とコールド専用室１３を効率よく冷却することできる。
【００８４】
さらに、第一のホット／コールド切替室１１を冷却する場合に、後段冷却器１８を冷媒が通過しない構成としたことにより、凝縮器としての内容積が低減され、冷媒の過凝縮による冷媒不足を防止、冷却時のシステム効率が低下することを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
以上のように、本発明にかかる自動販売機は、後段冷却器で加温時の商品収納庫内の空気と熱交換することで、高くかつ安定した圧縮機への吸入冷媒ガス温度でシステムを運転することができるので、庫外に蒸発器を持つヒートポンプ機器ならあらゆる機器に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施の形態１における自動販売機の冷媒回路図
【図２】同実施の形態における自動販売機の側面から見た概略構成図
【図３】同実施の形態における自動販売機の冷媒のモリエル線図
【図４】本発明の実施の形態２における自動販売機の冷媒回路図
【図５】従来の自動販売機の側面から見た概略構成図
【図６】従来の自動販売機の冷媒のモリエル線図
【符号の説明】
【００８７】
１１ 第一のホット／コールド切替室
１２ 第二のホット／コールド切替室
１３ コールド専用室
１４ 圧縮機
１５ 加温用凝縮器
１６ 加温用キャピラリチューブ
１７ 庫外熱交換器
１８ 後段冷却器
１９ 加温システム
２０ 圧縮機
２１、２２、２３ 冷却用蒸発器
２４、２５、２６ キャピラリチューブ
３０ 冷却専用システム
３７ 還流風路
３８ ダクト
４２ 加温用キャピラリチューブ
４３ 冷却用キャピラリチューブ
４４ 四方切替弁
４５ 加温システム
４７ 冷却専用システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商品を収納するホット／コールド切替室を有する自動販売機において、少なくとも圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、前段冷却器と後段冷却器の二段に分割された冷却器を備え、前記圧縮機と前記凝縮器と前記膨張機構と前記冷却器とを環状に接続する加温システム配管とを備えた加温システムを有し、前記凝縮器で前記ホット／コールド切替室内の空気を加温すると同時に、前記後段冷却器で前記ホット／コールド切替室内の空気を冷却する自動販売機。
【請求項２】
商品を収納する区画の外に前段冷却器を設置し、ホット／コールド切替室内上部に後段冷却器を設置すると共に、前記後段冷却器よりも下部に位置するように前記ホット／コールド切替室内に凝縮器を設置した請求項１に記載の自動販売機。
【請求項３】
ホット／コールド切替室内の高さ方向略中央に還流風路を設けると共に、凝縮器に連結するダクトの吸込み口が前記ホット／コールド切替室内背面の高さ方向略中央に位置するように配設された請求項１または２に記載の自動販売機。
【請求項４】
ホット／コールド切替室を冷却する場合、圧縮機から吐出された冷媒を前段冷却器に流して凝縮させ、凝縮した冷媒を凝縮器で蒸発させた後、圧縮機に還流させるように流路を切り替える流路切替バルブを備えた加温システムを有した請求項１から３のいずれか一項に記載の自動販売機。
【請求項５】
能力可変可能な圧縮機を用いた請求項１から４のいずれか一項に記載の自動販売機。
【請求項６】
冷媒としてＲ６００ａを用い、ホット／コールド切替室内を加温する場合の常用の蒸発温度を−１０〜１０℃とすると共に、凝縮温度を６０〜８０℃とした請求項１から５のいずれか一項に記載の自動販売機。
【請求項７】
加温システムとは独立して、少なくとも商品を収納する室内に設置された冷却用蒸発器と、商品を収納する区画の外に設置された凝縮器と、圧縮機と、膨張機構と、前記圧縮機と前記凝縮器と前記膨張機構と前記蒸発器とを環状に接続する冷却システム配管とを備えた冷却専用システムを有した請求項１から６のいずれか一項に記載の自動販売機。
【請求項８】
加温システムの前段冷却器と冷却専用システムの凝縮器とを一体に構成した請求項７に記載の自動販売機。
【請求項１】
商品を収納するホット／コールド切替室を有する自動販売機において、少なくとも圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、前段冷却器と後段冷却器の二段に分割された冷却器を備え、前記圧縮機と前記凝縮器と前記膨張機構と前記冷却器とを環状に接続する加温システム配管とを備えた加温システムを有し、前記凝縮器で前記ホット／コールド切替室内の空気を加温すると同時に、前記後段冷却器で前記ホット／コールド切替室内の空気を冷却する自動販売機。
【請求項２】
商品を収納する区画の外に前段冷却器を設置し、ホット／コールド切替室内上部に後段冷却器を設置すると共に、前記後段冷却器よりも下部に位置するように前記ホット／コールド切替室内に凝縮器を設置した請求項１に記載の自動販売機。
【請求項３】
ホット／コールド切替室内の高さ方向略中央に還流風路を設けると共に、凝縮器に連結するダクトの吸込み口が前記ホット／コールド切替室内背面の高さ方向略中央に位置するように配設された請求項１または２に記載の自動販売機。
【請求項４】
ホット／コールド切替室を冷却する場合、圧縮機から吐出された冷媒を前段冷却器に流して凝縮させ、凝縮した冷媒を凝縮器で蒸発させた後、圧縮機に還流させるように流路を切り替える流路切替バルブを備えた加温システムを有した請求項１から３のいずれか一項に記載の自動販売機。
【請求項５】
能力可変可能な圧縮機を用いた請求項１から４のいずれか一項に記載の自動販売機。
【請求項６】
冷媒としてＲ６００ａを用い、ホット／コールド切替室内を加温する場合の常用の蒸発温度を−１０〜１０℃とすると共に、凝縮温度を６０〜８０℃とした請求項１から５のいずれか一項に記載の自動販売機。
【請求項７】
加温システムとは独立して、少なくとも商品を収納する室内に設置された冷却用蒸発器と、商品を収納する区画の外に設置された凝縮器と、圧縮機と、膨張機構と、前記圧縮機と前記凝縮器と前記膨張機構と前記蒸発器とを環状に接続する冷却システム配管とを備えた冷却専用システムを有した請求項１から６のいずれか一項に記載の自動販売機。
【請求項８】
加温システムの前段冷却器と冷却専用システムの凝縮器とを一体に構成した請求項７に記載の自動販売機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−４０６５６（Ｐ２００８−４０６５６Ａ）
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２１２０２５（Ｐ２００６−２１２０２５）
【出願日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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