JP2008117035A - 自動販売機 - Google Patents

Abstract

【課題】従来は、凝縮流体と蒸発流体の熱交換をフィンを介して行っているが、さらなる熱交換効率の向上を図るには、フィンの伝熱面積を大きくする必要があるが、それにも限界があり、熱交換器が大型化する。
【解決手段】冷却加温システムの室外熱交換器と冷却専用システムの凝縮器とを熱的に結合したマイクロチャネル熱交換器４０を有し、マイクロチャネル熱交換器４０のプレート４２の内部に形成されたマイクロチャネル４１を冷却専用システムの凝縮流体が流れる通路と、冷却加温システムの加温時に蒸発流体が流れる通路にグループ化して、前記通路間の熱交換を伝熱面積の大きなプレートで行うことで、マイクロチャネル４１内を流れる凝縮流体と蒸発流体の熱交換をフィンではなく、伝熱面積の大きなプレート４２で行うため、熱交換能力を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

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、圧縮機で圧縮された冷媒が凝縮する際に生じる潜熱を利用して冷却および加温を行う冷却加温システムとマイクロチャネル熱交換器を用いた自動販売機に関するものである。

近年、自動販売機に対する消費電力量削減の要求が高まってきており、消費電力量削減手段として、冷却によって生じる廃熱を利用したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図７は、特許文献１に記載された従来の自動販売機の冷媒回路図である。図８は、従来の室外熱交換器の斜視図である。図７、図８に示すように、ホット／コールド切替室１、コールド専用室２、第ニのコールド専用室３からなる貯蔵室を備え、圧縮機４、ホット／コールド切替室１内に設置された室内熱交換器５、貯蔵室の外に設置された室外熱交換器６、冷却時と加温時に冷媒流路を切替える四方切替弁７、膨張機構としての冷却用キャピラリチューブ８、加温用キャピラリチューブ９、ドライヤ１０からなり、ホット／コールド切替室１の冷却と加温を専用に行う冷却加温システム１１を有するとともに、圧縮機１２、コールド専用室２内に設置された蒸発器１３、第二のコールド専用室３内に設置された第二の蒸発器１４、膨張弁１５、第二の膨張弁１６、室外熱交換器６からなり、コールド専用室２と第二のコールド専用室３を専用に冷却する冷却システム１７を有する。

ここで、室外熱交換器６は、２パスのフィンチューブ熱交換器で構成され、一方のパスは冷却加温システム１１と連結し、加温時は蒸発器として、冷却時は凝縮器として作用し、他方のパスは冷却システム１７と連結し、凝縮器として作用する。また、冷却加温システム１１と連結する冷媒配管は冷却システム１７の冷媒配管の風下に配置されるとともに、冷却システム１７の冷媒は、点線矢印で示すように３列の中央下段に配置された入口配管１８より流入し、上段に向かって流れた後、風上側の列を上段から下段に向かって流れ、風上側下段に配置された出口配管１９より流出する。

一方、冷却加温システム１１の加温時の冷媒は、実線矢印で示すように風下側上段に配置された入口配管２０より流入し、下段に向かって流れ、風下側下段に配置された出口配管２１より流出する。また、冷却時においては冷媒の流れは逆向きになる。さらに、冷却加温システムの出口配管２１と冷却システムの入口配管１８が近接して配置されている。

また、室内熱交換器５と室外熱交換器６は２本の並列する配管で結ばれており、一方は冷却用キャピラリチューブ８と冷却用逆止弁２２、ドライヤ２３が直列に接続され、他方は加温用キャピラリチューブ９と加温用逆止弁２４が直列に接続されている。

ここで、冷却用逆止弁２２はドライヤ２３から冷却用キャピラリチューブ８に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８からドライヤ２３へ向かう逆方向には流れないように設置される。また、加温用逆止弁２４は加温用キャピラリチューブ９から室外熱交換器６へ冷媒が流れる方向を正方向とし、室外熱交換器６から加温用キャピラリチューブ９へ向かう逆方向には流れないように設置される。

また、圧縮機４は、図示しない断熱カバー内に設置され、図示しないコンプファンを備えるとともに、室内熱交換器５、蒸発器１３、第二の蒸発器１４、室外熱交換器６にはそれぞれ独立の送風ファン２５、２６、２７、２８が備えられている。

さらに、ホット／コールド切替室１内にはヒータ２９が備えられている。

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。

まず、ホット／コールド切替室１を冷却する場合、図７において点線矢印で示したように、圧縮機４から吐出された冷媒は四方切替弁７で流路を切替えて室外熱交換器６へ供給されて凝縮液化する。室外熱交換器６から出た液冷媒はドライヤ２３に供給される。この液冷媒の温度は室外熱交換器とほぼ同じ３０〜４０℃となる。このとき、ドライヤ２３内部に液冷媒が滞留するとともに、液冷媒中の水分が除去される。

そして、ドライヤ２３から出た液冷媒は冷却用逆止弁２２を経て冷却用キャピラリチューブ８で減圧されて室内熱交換器５へ供給されて蒸発気化し、ガス冷媒は再び四方切替弁７を経て圧縮機４へ還流する。室内熱交換器５の蒸発温度は収納室の設定温度により大きく変化する。一般に缶飲料などを冷却する場合は設定温度が５〜１０℃であり、室内熱交換器５の蒸発温度は−１５〜−５℃となる。

また、ホット／コールド切替室１を加温する場合、図７において実線矢印で示したように、圧縮機４から吐出された冷媒は四方切替弁７で流路を切替えて室内熱交換器５に供給されて凝縮液化する。この液冷媒の温度は収納室の設定温度により大きく変化する。一般に缶飲料などを加温する場合は設定温度が５０〜６０℃であり、室内熱交換器５の凝縮温度は６０〜８０℃となる。

そして、室内熱交換器５から出た液冷媒は直ぐに加温用キャピラリチューブ９で減圧された後、加温用逆止弁２４を経て室外熱交換器６へ供給されて蒸発気化し、ガス冷媒は再び四方切替弁７を経て圧縮機４へ還流する。

このように、室外熱交換器６は、冷却システム１７が稼動すると、冷却システム１７と連結しているパスは凝縮器として作用し、パス周辺のフィン温度は高温になる。そのため、冷却加温システム１１と冷却システム１７が同時に稼動した場合には、フィンを介してカスケード熱交換することができるとともに、凝縮器により暖められた大気を蒸発器に吸込ませることができ、０〜１０℃の高温の蒸発温度で冷却加温システム１１を稼動することが可能となる。これにより、凝縮温度６０〜８０℃の厳しい加温条件においても圧縮比を低減でき、圧縮機４の効率向上が図れる。また、冷却システム１７においても凝縮温度が下がることにより、圧縮機１２の効率向上が図れる。
特開２００６−４８６３５号公報

しかしながら、上記従来の構成では、凝縮流体と蒸発流体の熱交換をフィンを介して行っているが、さらなる熱交換効率の向上を図るには、フィンの伝熱面積を大きくする必要があるが、それにも限界があり、熱交換器が大型化するという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、凝縮流体と蒸発流体の熱交換効率を向上させることができるマイクロチャネル熱交換器を用いた自動販売機を提供することを目的とする。

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、冷却加温システムの室外熱交換器と冷却システムの凝縮器とを熱的に結合したマイクロチャネル熱交換器を有し、前記マイクロチャネル熱交換器のプレートの内部に形成されたマイクロチャネルを前記冷却システムの凝縮流体が流れる通路と、前記冷却加温システムの加温時に蒸発流体が流れる通路とを独立して構成することで、前記通路間の熱交換を伝熱面積の大きなプレートで行うことを特徴とするものである。

これによって、マイクロチャネル内を流れる凝縮流体と蒸発流体の熱交換をフィンではなく、伝熱面積の大きなプレートで行うため、熱交換能力を向上させることができる。

本発明の自動販売機は、マイクロチャネル内を流れる凝縮流体と蒸発流体の熱交換を伝熱面積の大きなプレートで行うため、熱交換能力を向上させることができ、自動販売機の消費電力量をさらに削減することが可能になる。

請求項１に記載の発明は、冷却貯蔵室と冷却加温切替室を有し、前記冷却貯蔵室を冷却する冷却システムと前記冷却加温切替室を冷却または加温する冷却加温システムとを独立して備えた自動販売機であり、前記冷却システムに接続された凝縮器と前記冷却加温システムに接続された室外熱交換器とを熱的に連結したマイクロチャネル熱交換器に構成し、前記マイクロチャネル熱交換器を形成するプレートの内部に前記冷却システムの凝縮流体が流れる通路と、前記冷却加温システムの加温時に蒸発流体が流れる通路とを備えたものである。

これによって、マイクロチャネル内を流れる凝縮流体と蒸発流体の熱交換をフィンではなく、伝熱面積の大きなプレートで行うため、熱交換能力を向上させることができ、自動販売機の消費電力量をさらに削減することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明にさらに、プレートの内部に複数の流体通路を形成し、一方側に冷却システムの凝縮流体が流れる複数の通路を、他方側に冷却加温システムの加温時に蒸発流体が流れる複数の通路を、それぞれ集約配置したものである。

これによって、通路の外表面全体がプレートで形成されているので、伝熱面積が大きくプレート外表面での熱交換能力を向上させることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明にさらに、プレートの内部に複数の流体通路を形成し、隣り合う通路内を流れる流体が互いに異なるシステムの流体となるように、冷却システムの凝縮流体が流れる通路と冷却加温システムの加温時に蒸発流体が流れる通路とを構成したものである。

これによって、プレート内部での複数の流体の熱交換を促進させることができ、熱交換能力が向上し、自動販売機の消費電力量をさらに削減することができる。

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、複数のプレートをフィンを介して積層し、前記フィンを介して対面する前記プレート内を流れる流体は、異なるシステムの流体となるように、冷却システムの凝縮流体が流れる通路と冷却加温システムの加温時に蒸発流体が流れる通路とを構成したものである。

これによって、プレートを介しての熱交換に加え、フィンを介しての熱交換も行われるため、熱交換能力がより一層向上し、自動販売機の消費電力量を大幅に削減することができる。

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、冷却システムの凝縮流体と冷却加温システムの加温時の蒸発流体は、互いに逆方向に流れるように構成したものである。

これによって、複数の流体間の熱交換が促進され、自動販売機の消費電力量を削減することができる。

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。

（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マイクロチャネル熱交換器の斜視図である。図２は同実施の形態におけるマイクロチャネル熱交換器の断面図である。

図１および図２において、マイクロチャネル熱交換器４０は、内部に複数の微小径（約１〜２ｍｍ程度）の冷媒通路（いわゆるマイクロチャネル４１）が形成されたプレート４２を、フィン４３を介し積層して構成されている。また、プレート４２の内部に形成された複数のマイクロチャネル４１は、流体Ａが流れる通路と流体Ｂが流れる通路とに区分けされている。そして、マイクロチャネル熱交換器４０のプレート４２の両端には、流体Ａが流れるヘッダＡ４４と、流体Ｂが流れるヘッダＢ４５とが設けられている。

つまり、流体Ａが流れる通路と流体Ｂが流れる通路とは直線方向に並んだ複数通路を形成したプレート４２に構成され、プレート４２の通路方向の両側にはヘッダＡ４４とヘッダＢ４５があり、流体Ａ，Ｂの入口、出口通路はプレート４２内の通路に対して略直角方向に構成されている。

また図２のように、図上で、流体Ａは上部に位置するヘッダＡ４４から下方に位置するヘッダＡ４４に向かって流れるのに対し、流体Ｂは下部に位置するヘッダＢ４５から上方に位置するヘッダＢ４５に向かって流れる構成になっている。

以上のように構成された自動販売機のマイクロチャネル熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。

自動販売機の冷却専用システムの凝縮流体は、マイクロチャネル熱交換器４０の一方のヘッダＡ４４に流入し、区分けされたマイクロチャネル４１の流体Ａが流れる通路に導かれ、プレート４２を介して流体Ｂと熱交換を行った後、他方のヘッダＡ４４から冷却専用システムに還流する。

そして、冷却加温システムの加温時の蒸発流体は、マイクロチャネル熱交換器４０の一方のヘッダＢ４５に流入し、区分けされたマイクロチャネル４１の流体Ｂが流れる通路に導かれ、プレート４２を介して流体Ａと熱交換を行った後、他方のヘッダＢ４５から冷却加温システムに還流する。

ここで、流体Ａおよび流体Ｂの流れるマイクロチャネル４１の外表面全体がプレート４２内部に形成されたものであり、フィンと比べて伝熱面積が大きくなるプレート４２で熱交換を行うため、流体Ａと流体Ｂの熱交換能力が向上する。

以上のように、本実施の形態においては、冷却加温システムの室外熱交換器と冷却専用システムの凝縮器とを熱的に結合したマイクロチャネル熱交換器４０を有し、マイクロチャネル熱交換器４０のプレート４２の内部に形成されたマイクロチャネル４１を、図１のようにプレート４２の左右両側に冷却専用システムの凝縮流体が流れる通路と、冷却加温システムの加温時に蒸発流体が流れる通路とにそれぞれグループ化（集約配置化）して、前記通路間の熱交換を伝熱面積の大きなプレート４２で行うようにしたことにより、マイクロチャネル４１内を流れる凝縮流体と蒸発流体の熱交換をフィンではなく、伝熱面積の大きなプレート４２で行うため、熱交換能力を向上させることができ、自動販売機の消費電力量をさらに削減することができる。

また、本実施の形態のマイクロチャネル４１内を流れる流体Ａと流体Ｂの流れの向きを互いに逆方向とすることにより、熱交換能力が向上し、自動販売機の消費電力量をより一層低減させることができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における自動販売機のマイクロチャネル熱交換器の斜視図である。図４は同実施の形態におけるマイクロチャネル熱交換器の断面図である。

図３および図４において、プレート４２の内部に形成されたマイクロチャネル４１を複数の流体通路に区分けし、隣り合うマイクロチャネル４１内を流れる流体を互いに異なる流体としたものである。

以上のように構成された自動販売機のマイクロチャネル熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。

プレート４２の内部に形成されたマイクロチャネル４１は、流体Ａが流れる通路と流体Ｂが流れる通路とが互い違いに配置されるように区分けされており、例えば、自動販売機の冷却専用システムの凝縮流体を流体Ａとし、冷却加温システムの蒸発流体を流体Ｂとすると、マイクロチャネル４１内の凝縮流体と蒸発流体との距離が全ての流体通路間で短くなり、熱交換が促進される。

以上のように、本実施の形態においては、プレート４２の内部に形成されたマイクロチャネル４１を複数の流体通路にグループ化し、隣り合うマイクロチャネル４１内を流れる流体を互いに異なる流体としたことにより、凝縮流体としての流体Ａと、蒸発流体としての流体Ｂとの距離が全ての流体通路間で短くなり、熱交換が促進されるので、熱交換能力が向上し、自動販売機の消費電力量をさらに削減することができる。

また、本実施の形態のマイクロチャネル４１内を流れる流体Ａと流体Ｂの流れの向きを互いに逆方向とすることにより、熱交換能力が向上し、自動販売機の消費電力量をより一層低減させることができる。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における自動販売機のマイクロチャネル熱交換器の斜視図である。図６は同実施の形態におけるマイクロチャネル熱交換器の断面図である。

図５および図６において、内部に複数のマイクロチャネル４１が形成されたプレート４２を、フィン４３を介して積層してなるマイクロチャネル熱交換器４０を備え、プレート４２の内部に形成された複数のマイクロチャネル４１を、流体Ａが流れる通路と、流体Ｂが流れる通路とに２分割し、２分割された通路を流れる流体を、上下あるいは左右方向に対面するプレート４２との間で互いに異なる流体としたものである。

また、流体Ａの流れる上下方向に配置されたヘッダＡ４４を連通させる連通管Ａ４６と、流体Ｂの流れる上下方向のヘッダＢ４５を連通させる連通管Ｂ４７が設けられている。

以上のように構成された自動販売機のマイクロチャネル熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。

プレート４２の内部に形成された複数のマイクロチャネル４１を、流体Ａが流れる通路と、流体Ｂが流れる通路とに２分割し、上下方向で対面するプレート４２内の流体Ａの通路と流体Ｂの通路とが互違いに配置されるように、連通管Ａ４６と連通管Ｂ４７を、それぞれヘッダＡ４４とヘッダＢ４５に配設する。これにより、フィン４３を介して対面するプレート４２の流体通路が互いに異なる流体となるので、プレート４２で熱交換されると共に、フィン４３を介して流体Ａと流体Ｂが熱交換され、熱交換能力が大幅に向上する。

以上のように本実施の形態においては、複数のプレート４２をフィン４３を介して積層し、プレート４２に形成されたマイクロチャネル４１内を流れる流体を、フィン４３を介して対面する位置にあるマイクロチャネル４１内を流れる流体と異なる流体としたことにより、プレート４２を介しての熱交換に加え、フィンを介しての熱交換も行われるため、熱交換能力がより一層向上し、自動販売機の消費電力量を大幅に低減させることができる。

以上のように、本発明にかかるマイクロチャネル熱交換器を用いた自動販売機は、フィンと比べて伝熱面積が大きくなるプレートで熱交換を行うため、熱交換能力が向上し、自動販売機の消費電力量を低減することが可能となるので、ホット飲料とコールド飲料を切替えて保存するショーケースや少量の給湯を行うカップ自販機などの加温および冷却時の省エネルギー化が要求される用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における自動販売機のマイクロチャネル熱交換器の斜視図 本発明の実施の形態１におけるマイクロチャネル熱交換器の断面図 本発明の実施の形態２における自動販売機のマイクロチャネル熱交換器の斜視図 本発明の実施の形態２におけるマイクロチャネル熱交換器の断面図 本発明の実施の形態３における自動販売機のマイクロチャネル熱交換器の斜視図 本発明の実施の形態３におけるマイクロチャネル熱交換器の断面図 従来の自動販売機の冷媒回路図 従来の室外熱交換器の斜視図

符号の説明

６ 室外熱交換器
１１ 冷却加温システム
１７ 冷却専用システム
４０ マイクロチャネル熱交換器
４１ マイクロチャネル
４２ プレート
４３ フィン

Claims (5)

1. 冷却貯蔵室と冷却加温切替室を有し、前記冷却貯蔵室を冷却する冷却システムと前記冷却加温切替室を冷却または加温する冷却加温システムとを独立して備えた自動販売機であり、前記冷却システムに接続された凝縮器と前記冷却加温システムに接続された室外熱交換器とを熱的に連結したマイクロチャネル熱交換器に構成し、前記マイクロチャネル熱交換器を形成するプレートの内部に前記冷却システムの凝縮流体が流れる通路と、前記冷却加温システムの加温時に蒸発流体が流れる通路とを備えたことを特徴とする自動販売機。
2. プレートの内部に複数の流体通路を形成し、一方側に冷却システムの凝縮流体が流れる複数の通路を、他方側に冷却加温システムの加温時に蒸発流体が流れる複数の通路を、それぞれ集約配置したことを特徴とする請求項１に記載の自動販売機。
3. プレートの内部に複数の流体通路を形成し、隣り合う通路内を流れる流体が互いに異なるシステムの流体となるように、冷却システムの凝縮流体が流れる通路と冷却加温システムの加温時に蒸発流体が流れる通路とを構成したことを特徴とする請求項１に記載の自動販売機。
4. 複数のプレートをフィンを介して積層し、前記フィンを介して対面する前記プレート内を流れる流体は、異なるシステムの流体となるように、冷却システムの凝縮流体が流れる通路と冷却加温システムの加温時に蒸発流体が流れる通路とを構成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の自動販売機。
5. 冷却システムの凝縮流体と冷却加温システムの加温時の蒸発流体は、互いに逆方向に流れるように構成したことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の自動販売機。

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