JP2012008828A - 自動販売機 - Google Patents

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Abstract

【課題】冷却加温システムを備えた自動販売機で、消費電力量をより削減することができる自動販売機を提供する。
【解決手段】第1の圧縮機57と凝縮器58と冷媒の流路を切替える四方向弁59と第1の蒸発器63、第2の蒸発器64、第3の蒸発器65からなり全ての商品収納庫の冷却が可能な冷却専用システム81と第2の圧縮機66と庫外熱交換器67と四方弁74とキャピラリーチューブ71、72からなり四方弁74により冷媒の流路を切替えることで第1の冷却加温庫54の冷却と加温とを行う冷却加温システム82とを備えることで、冷却加温システム82による冷却能力が不足したと判断した場合に冷却専用システム81により不足分を補うことができ、冷却加温システム82の能力を安定運転時に合わせて最適化することができるので消費電力量を削減することができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、缶飲料などを冷却加温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それ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削減の要求が高まってきており、消費電力を削減する手段としてヒートポンプで加温を行うシステムを利用したものが提案されている。(特許文献1参照)。
図4は、特許文献1に示す自動販売機の冷媒回路図を示すものである。
図4において、従来の自動販売機は、ホット/コールド切替室1、コールド専用室2、第二のコールド専用室3からなる貯蔵室を備え、圧縮機20、ホット/コールド切替室1内に設置された室内熱交換器4、貯蔵室1の外に設置された室外熱交換器21、冷却時と加温時に冷媒流路を切り換える四方切換弁22、膨張機構としての冷却用キャピラリーチューブ23、加温用キャピラリーチューブ24、ドライヤ25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26を有するとともに、圧縮機8、コールド専用室2内に設置された蒸発器5、第2のコールド専用室3内に設置された第2の蒸発器6、膨張弁10、第2の膨張弁11、室外熱交換器21からなり、コールド専用室2と第2のコールド専用室3を専用に冷却する冷却システム27を有する。
ここで、室内熱交換器4と室外熱交換器21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ーチューブ23と冷却用逆止弁33、ドライヤ25が直列に接続され、他方は加温用キャピラリーチューブ24と加温用逆止弁34が直列に接続されている。
ここで、冷却用逆止弁33はドライヤ25から冷却用キャピラリーチューブ23に冷媒が流れる方向を正方向とし、冷却用キャピラリーチューブ23からドライヤ25へ向かう逆方向には流れないよう設置される。また、加温用逆止弁34は加温用キャピラリーチューブ24から室外熱交換器21へ冷媒が流れる方向を正方向とし、室外熱交換器21から加温用キャピラリーチューブ24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20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4、蒸発器5、第2の蒸発器6、室外熱交換器21にはそれぞれ独立の送風ファン35、36、37と、室外熱交換器21に送風する送風ファン38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39が備えられている。
以上のように構成された冷却加温システムとそれを用いた自動販売機について、以下その動作、作用を説明する。
まず、ホット/コールド切替室1を冷却する場合、図4において点線矢印で示したように圧縮機20から吐出された冷媒は四方切換弁22で流路を切換えて室外熱交換器21へ供給されて凝縮液化する。室外熱交換器21から出た液冷媒はドライヤ25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25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25から出た液冷媒は冷却用逆止弁33を経て冷却用キャピラリーチューブ23で減圧されて室内熱交換器4へ供給されて蒸発気化し、ガス冷媒は再び四方切換弁22を経て圧縮機20へ還流する。室内熱交換器4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4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4において実線矢印で示したように、圧縮機20から吐出された冷媒は四方切換弁22で流路を切換えて室内熱交換器4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4の凝縮温度は60〜80℃となる。
そして、室内熱交換器4から出た液冷媒はすぐに加温用キャピラリーチューブ24で減圧された後、加温用逆止弁34を経て室外熱交換器21へ供給されて蒸発気化し、ガス冷媒は再び四方切換弁22を経て圧縮機20へ還流する。一般に、外気温が低くなると室外熱交換器21の蒸発温度を低くする必要があり、特に、外気温が5℃以下になると蒸発温度はマイナス温度にしなければならず、室外熱交換器21に着霜が発生する。また、外気温が高温多湿になり、室外熱交換器21の管表面温度やフィン温度が露点温度を下回ると結露が発生する。
しかし、室外熱交換器21は、冷却システム27が稼動すると、冷却システム27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26と冷却システム27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い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26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20の効率向上が図れる。また、冷却システム27においても凝縮温度が下がることにより、圧縮機8の効率向上が図れる。
さらに、冷却加温システム26の蒸発温度を0℃以上にすることで、室外熱交換器21の着霜も防止することができる。また、外気温が高温多湿になった場合においても、室外熱交換器21のフィン温度が露点温度を下回りにくくなり、結露の発生を効果的に抑制することができる。
以上のように、コールド専用室および第2のコールド専用室の冷却手段とは別に、ホット/コールド切替室を冷却加温する専用の冷却加温システムを有するとともに、この冷却加温システムとして、圧縮機と、室内熱交換器と、冷却システムの凝縮器と一体化したカスケード熱交換器で構成した室外熱交換器と、四方切換弁と、キャピラリーチューブを備えたことによって、コールド専用室の冷却とは独立に冷却加温システムを稼動することができるため、加温時の蒸発温度を高めに設定することが可能になるとともに、冷却システムの廃熱を利用して、冷却加温システムの加温時の蒸発温度を0〜10℃の高温条件に維持して、圧縮比を低減することが可能となり、圧縮機の効率向上が図れ、冷却加温システムの加温効率を向上させることができ、電気ヒータなどの加温効率が1程度の加熱手段に比べて、2倍程度の加温効率を容易に実現することができるので、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。
特開2006−48635号公報
しかしながら、上記従来の構成では、冷却加温システムのみでホット/コールド切替室の冷却ならびに加温を行う必要があり、能力不足状態に陥ることを防ぐために最大負荷に対応した能力設計を行う必要がある。加温時には補助ヒータで不足分を補うことが可能であるので、少なくとも冷却時の最大負荷に対応した能力設計が必要となる。そのために、運転の大半を占める品温が安定した負荷の低い状態において冷却加温システムの能力は過多状態となる。それを補うために断続回数を増やす必要があり、その結果システム効率が低下し、消費電力量が増大するという課題があった。
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、複数の商品を収納する商品収納庫を備え、前記商品収納庫内に配置された蒸発器、前記商品収納庫内の下方に配置した機械室の圧縮機、凝縮器と膨張機構とを環状に接続し、前記商品収納庫内を冷却する冷却専用システムと、商品収納庫内に配置された庫内熱交換器と、前記商品収納庫内の下方に配置した前記機械室の圧縮機、庫外熱交換器と冷媒の流路を切替える流路切替弁と膨張機構とを環状に接続し、前記流路切替弁を切替えることで前記商品収納庫内の冷却もしくは加温を行う冷却加温システムとを備えた自動販売機において、前記冷却専用システムの蒸発器を全ての商品収納庫に配置するとともに、前記冷却加温システムの前記庫内熱交換器を冷却加温切替え可能な商品収納庫に配置したものである。
これにより、冷却加温システムの冷却能力不足時に冷却専用システムで不足分を補うことができるので、冷却加温システムの能力を負荷の低い安定運転状態に対応して設計することができ、年間の大半を占める安定運転での最適化が可能となるのでシステム効率を高めることができる。
本発明の自動販売機は、冷却専用システムの蒸発器を全ての商品収納庫に配置するとともに、冷却加温システムの庫内熱交換器を冷却加温切替え可能な商品収納庫に配置したものであり、冷却加温システムの冷却能力不足時に冷却専用システムで不足分を補うことができるので、冷却加温システムの能力を負荷の低い安定運転状態に対応して設計することができ、年間の大半を占める安定運転での最適化が可能となるのでシステム効率を高めることができ、冷却加温システムの消費電力量を削減することができる。
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 本発明の実施の形態1における自動販売機の冷却運転時のシステム動作図 本発明の実施の形態1における自動販売機の冷却運転時のシステム動作図 従来の自動販売機における冷媒回路図
請求項1に記載の発明は、複数の商品を収納する商品収納庫を備え、前記商品収納庫内に配置された蒸発器、前記商品収納庫内の下方に配置した機械室の圧縮機、凝縮器と膨張機構とを環状に接続し、前記商品収納庫内を冷却する冷却専用システムと商品収納庫内に配置された庫内熱交換器と、前記商品収納庫内の下方に配置した前記機械室の圧縮機、庫外熱交換器と冷媒の流路を切替える流路切替弁と膨張機構とを環状に接続し、前記流路切替弁を切替えることで前記商品収納庫内の冷却もしくは加温を行う冷却加温システムとを備えた自動販売機において、前記冷却システムの蒸発器を全ての商品収納庫に配置し、前記冷却加温システムの前記庫内熱交換器を冷却加温を行う商品収納庫に配置したものであり、冷却加温システムの能力を運転の大半を占める負荷の低い安定運転時に対応して設計することができるので、断続回数増加に伴うロスを防ぐことによって消費電力量を低減することが可能となる。
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、冷却加温システムにおける所定の商品収納庫の冷却運転と、冷却専用システムにおける前記所定の商品収納庫の冷却運転とを同時運転可能としたものであり、冷却加温システムの冷却能力が不足するときだけ冷却専用システムで補うことで、冷却専用システムの不要な運転を削減することができ、消費電力量の増大を防止することができる。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、冷却加温システムが冷却を行う商品収納庫を除いた商品収納庫の冷却専用システムにおける冷却が終了した時点で、冷却加温システムが冷却を行う商品収納庫の冷却が終了していない場合に、冷却専用システムにて冷却加温システムが冷却している商品収納庫の冷却を開始するものであり、冷却加温システムならびに冷却専用システムの運転を効率的に行うことができ、消費電力量を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おいて、同一の商品収納庫に配置した冷却専用システムの蒸発器と冷却加温システムの庫内熱交換器とをフィンを共有した一体型熱交換器としたものであり、組み立て時における作業性を高めることができる。
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おいて、冷却専用システムの複数の蒸発器を直列に接続したものであり、冷却専用システムの運転率を低減することができ、消費電力量を低減することが可能となる。
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、冷却専用システムの凝縮器と冷却加温システムの庫外熱交換器とをフィンを共有した一体型熱交換器としたものであり、冷却加温システムで加温運転を行っているときに冷却専用システムの廃熱を回収することができることによって消費電力量を低減できるとともに、庫外熱交換器における結露を防止することもできる。
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。なお、この実施の形態によって本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冷媒回路図、図2は本発明の実施の形態1における自動販売機の冷却運転時のシステム動作図、図3は本発明の実施の形態1における自動販売機の冷却運転時のシステム動作図を示す。
図1より、本実施の形態における自動販売機は、商品収納庫51と商品収納庫51の下部に配置された機械室(図示せず)とを有する。商品収納庫51内は、内部に断熱材を充填した区画壁52と53により3室に区画形成され、区画壁52の左側に位置し、収納する商品を冷却または加温する第1の冷却加温庫54、区画壁52と53の間に位置し、収納する商品を冷却または加温する第2の冷却加温庫55、区画壁53の右側に位置し、収納する商品を冷却する冷却庫56とを有する。また、それぞれの庫内には商品収納棚(図示せず)が商品収納庫51の上部に吊り下げられており、商品が内部に収納されている。また、第1の冷却加温庫54の下部には第1の蒸発器63と庫内熱交換器73と庫内熱交換器73の補助として電気ヒータ79、第2の冷却加温庫55の下部には第2の蒸発器64と加温時に通電する電気ヒータ80、冷却庫56の下部には第3の蒸発器65を備える。また、第1の冷却加温庫54、第2の冷却加温庫55、冷却庫56にはそれぞれ庫内ファン76、77、78を備え、強制送風して庫内空気を循環している。
また、本実施の形態の自動販売機は、第1の圧縮機57と凝縮器58と第1の蒸発器63、第2の蒸発器64、第3の蒸発器65へと冷媒の流路を切り替える四方向弁59と減圧機構であるキャピラリーチューブ60、61、62からなる第1の冷却加温庫54、第2の冷却加温庫55、冷却庫56を冷却する冷却専用システム81と、第2の圧縮機66と庫外熱交換器67と庫内熱交換器73、冷媒の流路を切替える四方弁74とドライヤ68と逆止弁69、70と減圧機構であるキャピラリーチューブ71、72からなり、第1の冷却加温庫54の冷却ならびに加温を行う冷却加温システム82とを備えている。
ここで、冷却加温システム82において四方弁74には第2の圧縮機66の吐出配管、吸入配管と庫外熱交換器67、庫内熱交換器73から連通する配管とが接続されており、第2の圧縮機66の吐出配管、吸入配管と連通する庫外、庫内の熱交換器を切替えることで冷却運転と加温運転とを切替える。
また、第1の冷却加温庫54が冷却される時に冷媒が通過する配管経路にはドライヤ68と逆止弁69、キャピラリーチューブ71が接続され、第1の冷却加温庫54が加温される時に冷媒が通過する配管経路には逆止弁70とキャピラリーチューブ72とが接続されており、逆止弁69は庫外熱交換器67側から庫内熱交換器73側へと冷媒が流れる方向に、逆止弁70は庫内熱交換器73から庫外熱交換器67へと冷媒が流れる方向に接続されている。
また、凝縮器58、庫外熱交換器67近傍には熱交換を促進するための庫外ファン75を備えている。
また、第1の蒸発器63と庫内熱交換器73とはフィンを共有化した一体型熱交換器としている。
また、凝縮器58と庫外熱交換器67もフィンを共有化した一体型熱交換器としている。
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、作用を説明する。
冷却専用システム81で冷却を行う場合は、第1の圧縮機57から吐出された冷媒は凝縮器58にて凝縮液化し、その後四方向弁59にて冷媒の流路を切り換えられてキャピラリーチューブ60、61、62にて減圧され、第1の蒸発器63、第2の蒸発器64、第3の蒸発器65へと向かいそれぞれの蒸発器にて蒸発気化することで、庫内空気から熱を吸収して冷却する。気化した冷媒は圧縮機57へと還流する。
次に冷却加温システム82の動作について説明する。第1の冷却加温庫54を加温する場合、第2の圧縮機66の吐出配管と庫内熱交換器73とが連通し、庫外熱交換器67と第2の圧縮機66の吸入配管とが連通するよう四方弁74を動作する。そうすることで第2の圧縮機66から吐出された冷媒は、四方弁74を通過して庫内熱交換器73へと向かい、凝縮液化する。凝縮した液冷媒は、キャピラリーチューブ72で減圧されてから逆止弁70を通過して庫外熱交換器67へと供給されて蒸発気化し、四方弁74を通過して第2の圧縮機66へと還流する。
次に、第1の冷却加温庫54を冷却する場合、第2の圧縮機66の吐出配管と庫外熱交換器67とが連通し、庫内熱交換器73と第2の圧縮機66の吸入配管とが連通するよう四方弁74を動作する。そうすることで第2の圧縮機66から吐出された冷媒は、四方弁74を通過して庫外熱交換器67へと向かい、凝縮液化する。凝縮した液冷媒は、ドライヤ68、逆止弁69を通過してからキャピラリーチューブ71で減圧されて庫内熱交換器73へと供給されて蒸発気化し、四方弁74を通過して第2の圧縮機66へと還流する。
その際に図2に示すように第2の圧縮機66が起動し、冷却加温システム82による冷却加温庫54の冷却運転が開始した後に所定の時間経過しても第1の冷却加温庫54の庫内温度が冷却停止温度に到達しない場合に、冷却加温システム82の冷却能力不足と判断し、四方向弁59を動作して冷却専用システムの冷媒を第1の蒸発器63へと供給し、第1の圧縮機57を起動して第1の冷却加温庫54の冷却を開始する。このことによって、冷却加温庫54の冷却が促進され冷却停止温度に達した時点で第2の圧縮機66、第1の圧縮機57を停止し、冷却を終了する。
冷却加温システム82の冷却能力不足と判断した場合に冷却専用システム81を起動して冷却を介しすることで、冷却加温システム82の能力不足を冷却専用システム81で補うことができる。このことによって、冷却加温システム82の能力を冷却運転時の最大負荷に合わせて最適化しなくても能力不足に陥らないので、運転の大半を占める品温変動が少なく、庫内温度が安定している安定運転時に合わせて最適化することができる。最大負荷に合わせた能力設計を行うと、それよりも負荷の低い安定運転時において圧縮機の断続回数が増えることによって起動・停止に伴う損失が増大するが、安定運転に合わせた能力設計を行うことで断続回数を減少することが可能となる。特に第1の冷却加温庫54は年間のうち半分以上の期間において加温設定とされることが多いので、加温運転の負荷の低い安定運転時に合わせて最適化することで最も消費電力量を削減することが可能となる。
また、冷却加温システム82が能力不足であると判断したときのみ冷却専用システム81で不足分を補う運転を行うことで、常に冷却専用システム81でも冷却加温庫54の冷却運転を行う場合と比較して冷却専用システム81の能力を過大に設計する必要がなくなり、能力を過大に設計することによる断続回数の増加ならびに消費電力量の増大を防止することが可能となる。
また、例えば冷却加温システム82において四方弁74を廃止し、加温専用システムとし、冷却専用システム81のみで全室の冷却を行うシステム構成では、全室冷却時の過負荷に対応した冷却専用システムの能力設計が必要であり、それに応じて冷媒量が増大してしまうが、2システムによる冷却運転とし、冷却専用システムは不足分の補助的な運転のみとすることで各々のシステムの冷媒量を削減することができるので可燃性冷媒を用いたとき漏洩時における危険を減少することができる。
また、図3に示すように冷却専用システム81による第2の冷却加温庫55、冷却庫56の冷却が終了した時点で冷却加温システム82による第1の冷却加温庫54の冷却が終了していない場合に冷却専用システム81の四方向弁59を動作させて第1の蒸発器63へと冷媒を供給し冷却するとしてもよく、そうすることで冷却加温システム82の運転率を低下することができ消費電力量の低減につなげることができる。
なお、図2において冷却加温システム82の冷却不足を運転開始後所定の時間が経過しても冷却が終了していない場合としたが、それに限らず例えば運転開始後の第1の冷却加温庫54の温度変化を検知することで冷却速度を計算し、その速度で判断するとしても良く、そうすることでより早く冷却加温システム82の冷却能力不足を検知することができ、冷却専用システム81による運転を早く開始することで庫内商品温度をより早く安定することができるといった利点もある。
また、第1の蒸発器63と庫内熱交換器73とをフィンを共有した一体型熱交換器として形成することで別々に配置する場合と比較して2つの熱交換器を1つとして取り扱うことができるので組み立て時における作業性を高めることができるとともに、庫内ファン76の個数も削減することが可能となる。
さらに、冷却専用システム81の凝縮器58と冷却加温システム82の庫外熱交換器67とをフィンを共有した一体型熱交換器として形成することで、2つの熱交換器を1つの熱交換器として取り扱うことができるのでユニットを小型化することができ、より小型の自動販売機へと展開することができる。また、冷却加温システム82で加温運転をする際には庫外熱交換器67が蒸発器として作用するので冷却専用システム81の凝縮器からの熱を利用することができ、冷却加温システム82の蒸発温度を高めることによる効率向上ならびに冷却システム81の凝縮温度を下げることによる効率向上を図ることができる。
以上のように、本発明にかかる自動販売機は、ヒートポンプを利用する際の効率を高めることができるので、ヒートポンプを利用する冷温蔵庫等の用途にも適用できる。
51 商品収納庫
54 第1の冷却加温庫
55 第2の冷却加温庫
56 冷却庫
57 第1の圧縮機
58 凝縮器
59 四方向弁
63 第1の蒸発器
64 第2の蒸発器
65 第3の蒸発器
66 第2の圧縮機
67 庫外熱交換器
73 庫内熱交換器
74 四方弁
81 冷却専用システム
82 冷却加温システム

Claims (6)

  1. 複数の商品を収納する商品収納庫を備え、前記商品収納庫内に配置された蒸発器、前記商品収納庫内の下方に配置した機械室の圧縮機、凝縮器と膨張機構とを環状に接続し、前記商品収納庫内を冷却する冷却専用システムと、商品収納庫内に配置された庫内熱交換器と、前記商品収納庫内の下方に配置した前記機械室の圧縮機、庫外熱交換器と冷媒の流路を切替える流路切替弁と膨張機構とを環状に接続し、前記流路切替弁を切替えることで前記商品収納庫内の冷却もしくは加温を行う冷却加温システムとを備えた自動販売機において、前記冷却専用システムの蒸発器を全ての商品収納庫に配置するとともに、前記冷却加温システムの前記庫内熱交換器を冷却加温切替え可能な商品収納庫に配置したことを特徴とする自動販売機。
  2. 冷却加温システムにおける所定の商品収納庫の冷却運転と、冷却専用システムにおける前記所定の商品収納庫の冷却運転とを同時運転可能としたことを特徴とする請求項1に記載の自動販売機。
  3. 冷却加温システムが冷却を行う商品収納庫を除いた商品収納庫の冷却専用システムにおける冷却が終了した時点で、冷却加温システムが冷却を行う商品収納庫の冷却が終了していない場合に、冷却専用システムにて冷却加温システムが冷却している商品収納庫の冷却を開始することを特徴とする請求項2に記載の自動販売機。
  4. 同一の商品収納庫に配置した冷却専用システムの蒸発器と冷却加温システムの庫内熱交換器とをフィンを共有した一体型熱交換器と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. 冷却専用システムの複数の蒸発器を直列に接続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。
  6. 冷却専用システムの凝縮器と冷却加温システムの庫外熱交換器とをフィンを共有した一体型熱交換器としたことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の自動販売機。
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JP2015125762A (ja) * 2013-12-27 2015-07-06 サンデンホールディングス株式会社 自動販売機
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