JP4670576B2 - 自動販売機 - Google Patents

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を有し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）。

以下、図面を参照しながら従来の自動販売機を説明する。

図３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３に示すように、従来の自動販売機は、第一のホット／コールド切替室１、第二のホット／コールド切替室２、コールド専用室３からなる貯蔵室を備え、第一のホット／コールド切替室１内に設置された第一の室内熱交換器４、第二のホット／コールド切替室２内に設置された第二の室内熱交換器５、コールド専用室３内に設置された蒸発器６、貯蔵室の外に設置された室外熱交換器７、圧縮機８で構成された冷却加温システムを有する。

また、膨張弁Ａ９、膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１、膨張弁Ｄ１２はそれぞれ通過する冷媒の圧力を低下させると共に閉塞機能を有したものであり、開閉弁Ａ１３、開閉弁Ｂ１４、開閉弁Ｃ１５、開閉弁Ｄ１６、開閉弁Ｅ１７、開閉弁Ｆ１８はそれぞれ冷媒の流れの有無を制御するものである。

また、冷却ファン１９は冷却加温システムに連動して駆動し、室外熱交換器７と圧縮機８を冷却するものである。

以上のように構成された従来の自動販売機について、以下その動作を説明する。

全ての貯蔵室を冷却する場合、開閉弁Ｂ１４、開閉弁Ｄ１６、開閉弁Ｅ１７および膨張弁Ｄ１２を開とし、開閉弁Ａ１３、開閉弁Ｃ１５および開閉弁Ｆ１８を閉として、圧縮機８および冷却ファン１９を駆動する。圧縮機８から吐出された冷媒は、室外熱交換器７で凝縮された後、それぞれ膨張弁Ａ９、膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１で減圧されて、第一の室内熱交換器４、第二の室内熱交換器５、蒸発器６へ供給される。そして、第一の室内熱交換器４、第二の室内熱交換器５、蒸発器６で蒸発した冷媒が圧縮機８へ還流する。

このとき、第一のホット／コールド切替室１、第二のホット／コールド切替室２、コールド専用室３の内、所定の温度に達した貯蔵室は、当該する膨張弁Ａ９、膨張弁Ｂ１０、膨張弁Ｃ１１を閉塞して冷媒の供給を停止する。さらに、全ての貯蔵室が所定の温度に達すると圧縮機８の運転を停止する。

次に、第一のホット／コールド切替室１および第二のホット／コールド切替室２を加温し、コールド専用室３を冷却する場合、開閉弁Ａ１３、開閉弁Ｃ１５、開閉弁Ｅ１７、膨張弁Ｃ１１を開とし、開閉弁Ｂ１４、開閉弁Ｄ１６および開閉弁Ｆ１８を閉として、圧縮機８および冷却ファン１９を駆動する。圧縮機８から吐出された冷媒は、第一の室内熱交換器４、第二の室内熱交換器５および室外熱交換器７でそれぞれ凝縮した後、それぞれ膨張弁Ａ９、膨張弁Ｂ１０および膨張弁Ｄ１２で減圧されて、蒸発器６へ供給される。

そして、蒸発器６で蒸発した冷媒が圧縮機８へ還流する。また、コールド専用室３が所定の温度に達すると圧縮機８の運転を停止する。

このように、コールド専用室３を冷却する際に生じる冷媒の凝縮廃熱を用いて、第一のホット／コールド切替室１および第二のホット／コールド切替室２を効率よく加温することができるので、電気ヒータなどの別の加熱手段を用いてホット／コールド切替室を加温する場合に比べて、消費電力量を削減することができる。
特開２００２−１７４４７８号公報

しかしながら、上記従来の構成では、コールド専用室を冷却しながら、同時に第一のホット／コールド切替室および第二のホット／コールド切替室を加温することになる。一般に、自動販売機の商品設定温度は、コールド飲料は５℃、ホット飲料は５５℃であるため、凝縮温度６０℃以上でかつ蒸発温度−２５〜−１５℃を同時に実現する必要があり、このような高圧縮比条件では圧縮機の効率が悪いという課題があった。

また、第一のホット／コールド切替室および第二のホット／コールド切替室を加温する場合、コールド専用室が所定の温度に達すると、圧縮機が停止してしまうため、ホット／コールド切替室が所定の温度に達していなくても加温機能も停止してしまうという課題があった。

また、従来の構成では、冷媒を大量に充填する必要があるため、地球温暖化係数が低く、効率は良いが、可燃性のあるＲ６００ａ（イソブタン）やＲ２９０（プロパン）などの炭化水素系冷媒を使用するのは困難であるという課題があった。

本発明は、従来の課題を解決するもので、効率が高く容易に実現できる冷却加温システムを提案し、加温運転時の消費電力量を削減すると共に、可燃性のある炭化水素系冷媒を使用しても不安全になる確率が低い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、冷却専用システムを有すると共に、ホット／コールド切替室を冷却あるいは加温する冷却加温システムを有すると共に、少なくともホット／コールド切替室の１室に冷却専用システムの蒸発器と冷却加温システムの室内熱交換器の両方を設置したものである。

これによって、ホット／コールド切替室を加温する場合、コールド専用室の冷却とは独立して冷却加温システムを稼働できると共に、専用に設計された室外熱交換器を用いて室外の大気とのみ熱交換することで、蒸発温度−１０〜１０℃の高温条件に維持して圧縮比を低減することができる。

また、両システムの蒸発器および室内熱交換器を設置したホット／コールド切替室を、両システムを用いて、効率よく冷却あるいは加温することができると共に、１システムあたりの冷媒充填量を低減することができる。

本発明の自動販売機は、冷却専用システムとホット／コールド切替室を冷却あるいは加温する冷却加温システムを有することで、電気ヒータなどの加温効率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と共に、１システムあたりの冷媒充填量を低減することで、地球温暖化係数が低く、効率の良い炭化水素系冷媒を使用した場合においても、冷媒の漏洩により不安全になる確率を低くすることができる。

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、少なくとも商品を収納する室内に設置された蒸発器と、商品を収納する区画の外に設置された凝縮器と、冷却専用圧縮機と、冷却専用膨張機構とを接続する冷却専用システムを有すると共に、前記冷却専用システムとは独立して、少なくとも前記ホット／コールド切替室内に設置された室内熱交換器と、前記商品を収納する区画の外に設置された室外熱交換器と、冷却加温システム用圧縮機と、冷却加温システム用膨張機構とを接続し、前記冷却加温システム用圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器から前記冷却加温システム用膨張機構および前記室内熱交換器を循環して前記冷却加温システム用圧縮機に帰還するか、あるいは前記室内熱交換器から前記冷却加温システム用膨張機構および前記室外熱交換器を循環して前記冷却加温システム用圧縮機に帰還するかのどちらかを選択する切替バルブを備えた冷却加温システムを有し、前記ホット／コールド切替室の少なくとも１室に前記冷却専用システムの前記蒸発器と前記冷却加温システムの前記室内熱交換器とを設置したことにより、前記冷却専用システムと前記冷却加温システムのどちらか一方が停止した場合でも、独立して他方の運転を継続することができるため、同時により多くの貯蔵室を冷却もしくは加温を行うことができるので、高負荷時の冷却性能および加温性能を向上することができる。

また、前記ホット／コールド切替室を加温する場合に専用に設計された前記室外熱交換器で室外の大気とのみ熱交換することにより、従来例のように蒸発温度を−２５〜−１５℃にする必要がないため、圧縮機の効率向上が図れ、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。

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、冷却専用システムの凝縮器と冷却加温システムの室外熱交換器とを一体化したことにより、前記冷却加温システムの加温運転時に、冷却専用システムと同時に稼動した場合に、前記冷却専用システムの廃熱を利用することができるため、前記冷却加温システムの蒸発温度を０〜１０℃の高温条件に維持して、圧縮比を低減することができ、圧縮機の高効率化が容易に実現できると共に、室外熱交換器での結露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１または２に記載の発明において、冷却加温システム用膨張機構を冷却用キャピラリチューブと加温用キャピラリチューブとで構成することにより、前記冷却用キャピラリチューブと圧縮機の吸入配管を熱交換して冷却能力を向上することができると共に、前記ホット／コールド切替室を加温する場合に室内熱交換器から室外熱交換器へ接続する液管を廃止することができるため、必要冷媒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、冷却専用システムの蒸発器と冷却加温システムの室内熱交換器とが設置されているホット／コールド切替室を冷却する場合において、前記冷却加温システムが冷却運転を行っている場合は、前記冷却専用システムと前記冷却加温システムの両方を併用して、前記ホット／コールド切替室内に収納された商品の温度を調節することにより、前記冷却加温システムの冷却能力を補うことができるので、前記冷却加温システムの室内熱交換器を加温運転時に合わせて最適設計がすることができ、年間を通じて効率の良い運転ができる。

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、冷却設定の貯蔵室と加温設定の貯蔵室が混在すると共に、冷却専用システムの蒸発器と冷却加温システムの室内熱交換器とが設置されているホット／コールド切替室が加温設定の場合は、前記冷却加温システムにより加温を行い、前記ホット／コールド切替室が冷却設定の場合は、前記冷却専用システムにより冷却を行うことにより、年間を通じて設定される割合の多い自動販売機の運転モードに合わせて、冷却専用システムと冷却加温システムの能力を最適に設計でき、年間を通じて効率の良い運転ができる。

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、冷却システムおよび冷却加温システムの冷媒として炭化水素系冷媒を用いたものであり、特に、冷媒滞留量の大きい凝縮器の容量を圧縮機に合わせて小さくすることができるので、システム１基あたりの冷媒充填量を削減することができ、炭化水素系冷媒を用いても冷媒の漏洩により不安全になる確率を低くすることができる。また、地球温暖化係数の低い自然冷媒の中でも、比較的高効率かつ低能力なＲ６００ａなどの炭化水素系冷媒を使用することにより、地球温暖化防止が図れると共に、システムの高効率化が図れる。

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、複数の室内熱交換器を直列に接続する直列配管を備えたことにより、直列配管を介して余剰冷媒を下流に位置する室内熱交換器へ流し、上流の室内熱交換器の蒸発能力を補うことができるため、蒸発温度を上げて圧縮機の効率向上が図れる。

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、ホット／コールド切替室を加温あるいは冷却する場合、前記ホット／コールド切替室の温度に応じて、室内ファンの風量を調節し、前記ホット／コールド切替室内に収納された商品の温度を調節することにより、冷媒の上流に位置する室内のみを加温あるいは冷却することを防止すると共に、過凝縮により必要冷媒量が増加することを防止することができる。

請求項９に記載の発明は、請求項７または８に記載の発明において、ホット／コールド切替室内にヒータを備えると共に、前記ホット／コールド切替室を加温する場合、前記ホット／コールド切替室の温度に応じて、冷却加温システムと前記ヒータにより加温し、前記ホット／コールド切替室内に収納された商品の温度を調節することにより、前記冷却加温システムが通常前記冷却加温システムで加温する前記ホット／コールド切替室の能力に合わせた最小能力であっても、前記ヒータにより加温能力を補うことができるので、通常の使用条件に合わせて最適設計することができ、年間を通じて効率の良い運転ができる。

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冷媒回路図である。

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１、第二のホット／コールド切替室２、コールド専用室３からなる貯蔵室を備え、圧縮機２１、第一のホット／コールド切替室１内に設置された第一の室内熱交換器２２、第二のホット／コールド切替室２内に設置された第二の室内熱交換器２３、貯蔵室の外に設置された室外熱交換器２４、冷却運転時と加温運転時に冷媒流路を切り替える四方切替弁２５、膨張機構としての第一の膨張弁２６、第二の膨張弁２７とからなり、第一の室内熱交換器２２と第二の室内熱交換器２３には、それぞれ第一の電磁弁２８、第二の電磁弁２９を備え、冷媒配管で環状回路に接続された第一のホット／コールド切替室１と第二のホット／コールド切替室２の冷却と加温を行う冷却加温システム３０と、圧縮機３１、第二のホット／コールド切替室２内に設置された第一の蒸発器３２、コールド専用室３内に設置された第二の蒸発器３３、室外熱交換器２４、膨張機構としての第三の膨張弁３４、第四の膨張弁３５とからなり、冷媒配管で環状回路に接続された第二のホット／コールド切替室２とコールド専用室３の冷却を行う冷却専用システム３６を有する。

なお、第一の膨張弁２６、第二の膨張弁２７、第三の膨張弁３４、第四の膨張弁３５は共に全閉可能となっている。

また、冷媒流路を切り替える切替バルブとして電磁弁を使用してもよいが、省エネや省スペースの観点から、本実施の形態のように四方切替弁２５を用いるのが望ましい。

さらに、本実施の形態の室外熱交換器２４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、冷却加温システム３０と冷却システム３６と連結している。

また、第一のホット／コールド切替室１、第二のホット／コールド切替室２、コールド専用室３、室外熱交換器２４にはそれぞれ送風ファン３７、３８、３９、４０が備えられている。

ここで、本実施の形態の冷却システムおよび冷却加温システムに使用される冷媒は、Ｒ２９０単一冷媒、Ｒ６００ａ単一冷媒もしくはＲ２９０を含む混合冷媒などの炭化水素系冷媒である。特に、効率の優れる高沸点冷媒のＲ６００ａを用いるのが望ましい。

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。

まず、全ての貯蔵室を冷却する場合について説明する。

冷却加温システム３０で冷却する場合、図１において点線矢印で示したように、圧縮機２１から吐出された冷媒は四方切替弁２５で流路を切り替えられ、室外熱交換器２４へ供給される。そして、送風ファン４０で室外熱交換器２４に導かれた外気と熱交換されて凝縮液化する。室外熱交換器２４から出た液冷媒は、第一の膨張弁２６および第二の膨張弁２７で減圧されて、それぞれ第一の室内熱交換器２２および第二の室内熱交換器２３に供給される。そして、それぞれ送風ファン３７、３８により第一の室内熱交換器２２へ導かれた第一のホット／コールド切替室１内の空気あるいは第二の室内熱交換器２３へ導かれた第二のホット／コールド切替室２内の空気と熱交換されて蒸発気化し、室内熱交換器２２、２３を出たガス冷媒は合流し、再び四方切替弁２５を経て圧縮機２１へ帰還する。

ここで、一般に缶飲料などを冷却する場合は設定温度が４℃前後であり、第一の室内熱交換器２２および第二の室内熱交換器２３の蒸発温度が−２０〜−１５℃程度となるように第一の膨張弁２６および第二の膨張弁２７の開度が調整される。また、第一のホット／コールド切替室１および第二のホット／コールド切替室２の温度に応じて、第一の膨張弁２６あるいは第二の膨張弁２７を閉塞し、第一の室内熱交換器２２もしくは第二の室内熱交換器２３への冷媒の供給を停止する。

そして、第一のホット／コールド切替室１および第二のホット／コールド切替室２が所定の温度に達し、圧縮機２１が停止した後、圧縮機２１が再び起動する所定時間前に第一の膨張弁２６あるいは第二の膨張弁２７を所定量開き、冷却加温システム３０内の冷媒を均圧させる。

なお、冷却専用システム３６で冷却する場合についても、冷却加温システム３０と同様の動作を行うので、その詳細な説明を省略する。

また、冷却加温システム３０で冷却する場合、第一の電磁弁２８および第二の電磁弁２９は常に開としても良いが、電流を流した場合に開となる電磁弁を使用する場合は、膨張弁が閉塞されると同時に電流を遮断し、閉とした後、膨張弁が開となる所定時間前に電流を流して開とすると、消費電力量を削減できるので望ましい。

また、第二のホット／コールド切替室２を冷却する場合は、冷却加温システム３０と冷却専用システム３６の両方を稼動させ、２つのシステムで冷却を行う。

次に、第一のホット／コールド切替室１を加温し、第二のホット／コールド切替室２とコールド専用室３を冷却する場合は、冷却加温システム３０で第一のホット／コールド切替室１を加温し、冷却専用システム３６で第二のホット／コールド切替室２とコールド専用室３の冷却を行う。

冷却加温システム３０で加温する場合、図１において実線矢印で示したように、圧縮機２１から吐出された冷媒は四方切替弁２５で流路を切り替えられ、第一の室内熱交換器２２へ供給される。このとき、第二の膨張弁２７および第二の電磁弁２９は閉塞し、第二の室内熱交換器２３への冷媒の供給を停止されている。そして、送風ファン３７により第一の室内熱交換器２２へ導かれた第一のホット／コールド切替室１内の空気と熱交換されて凝縮液化する。第一の室内熱交換器２２から出た液冷媒は、第一の膨張弁２６で減圧され、室外熱交換器２４へ供給される。そして、送風ファン４０で室外熱交換器２４に導かれた外気と熱交換されて蒸発気化し、室外熱交換器２４を出たガス冷媒は再び四方切替弁２５を経て圧縮機２１へ帰還する。

ここで、一般に缶飲料などを加温する場合は設定温度が５５℃前後であり、室内熱交換器２２の凝縮温度は６０〜７０℃程度となるように膨張弁２６の開度が調整される。

なお、圧縮機２１から室内熱交換器２２へ向かう冷媒配管は、断熱材で覆う方が望ましく、冷媒配管からの放熱を防ぐことにより、加温能力と加温効率を向上させることができる。

また、一般に外気温が低くなると室外熱交換器２４の蒸発温度は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２４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２４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、本実施の形態の室外熱交換器２４は、冷却専用システム３６が稼動すると、冷却専用システム３６と連結している冷媒配管は凝縮器として作用し、冷媒配管周辺のフィン温度が高温になる。そのため、冷却加温システム３０と冷却専用システム３６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、０〜１０℃の高温の蒸発温度で冷却加温システム３０を稼動することが可能となる。これにより、凝縮温度６０〜７０℃の厳しい加温条件においても圧縮比を低減でき、圧縮機２１の効率向上が図れる。また、冷却専用システム３６においても凝縮温度が下がることにより、圧縮機３１の効率向上が図れる。

さらに、冷却加温システム３０の蒸発温度を０℃以上にすることで、室外熱交換器２４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２４のフィン温度が露点温度以下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。

なお、それぞれのシステムにおいて室外熱交換器を独立させ、送風ファン４０の風向きに対して直列に並べる構成としても、冷却専用システム３６の廃熱を利用することができるが、本実施の形態における室外熱交換器２２のように一体型熱交換器とした方が、フィンを介在させて熱伝達させることができるため、より効果的である。

次に、第一のホット／コールド切替室１と第二のホット／コールド切替室２を加温し、コールド専用室３を冷却する場合は、冷却加温システム３０で第一のホット／コールド切替室１と第二のホット／コールド切替室２の加温を行い、冷却専用システム３６でコールド専用室３の冷却を行う。

冷却加温システム３０で２室を加温する場合は、第一のホット／コールド切替室１を加温する動作に加えて、第二の室内熱交換器２３にも冷媒を供給し、第一のホット／コールド切替室１および第二のホット／コールド切替室２の温度に応じて、第一の膨張弁２６および第一の電磁弁２８、あるいは第二の膨張弁２７および第二の電磁弁２９を開閉することで加温する。

さらに、第一のホット／コールド切替室１および第二のホット／コールド切替室２内が所定の温度に達すると、圧縮機２１を停止させると共に、第一の膨張弁２６、第二の膨張弁２７、第一の電磁弁２８、第二の電磁弁２９は閉塞する。そして、圧縮機２１が再び起動する所定時間前に、第一の膨張弁２６および第一の電磁弁２８、あるいは第二の膨張弁２７および第二の電磁弁２９を開き、冷却加温システム３０内の冷媒を均圧させる。

また、このとき冷却専用システム３６は、第三の膨張弁３４を閉塞し、第一の蒸発器３２への冷媒の供給を停止し、第二の蒸発器３３にのみ冷媒を供給することにより、コールド専用室３のみ冷却を行う。

以上のように、本実施の形態においては、第一のホット／コールド切替室１と第二のホット／コールド切替室２とを冷却もしくは加温を行う冷却加温システム３０と、第二のホット／コールド切替室２とコールド専用室３とを冷却する冷却専用システム３６とを有することにより、冷却専用システム３６とは独立して冷却加温システム３０を稼動することができ、それぞれの貯蔵室の負荷に合わせて、それぞれのシステムを最適化することができると共に、同時により多くの貯蔵室を冷却もしくは加温することができるので、高負荷時の冷却能力および加温能力を向上することができる。

さらに、本実施の形態において、第二のホット／コールド切替室２内に、冷却加温システム３０の第二の室内熱交換器２３と、冷却専用システム３６の第一の蒸発器３２とを設置されており、全ての貯蔵室を冷却する場合には、冷却加温システム３０と冷却専用システム３６を併用して、第二のホット／コールド切替室２を冷却すると共に、冷却設定の貯蔵室と加温設定の貯蔵室とが混在する場合において、第二のホット／コールド切替室２を冷却する場合は冷却専用システム３６で冷却し、加温する場合は冷却加温システム３０で加温することにより、年間を通じて設定される割合の多い自動販売機の運転モードに合わせて、冷却専用システムと冷却加温システムの能力を最適に設計でき、年間を通じて効率の良い運転ができる。

また、本実施の形態において、室外熱交換器２４は、冷却専用システム３６に連結する冷媒配管と、冷却加温システム３０に連結する冷媒配管とを備えた２パスのフィンチューブ熱交換器で一体に構成したことにより、加温運転時の蒸発温度を高めに設定することが可能になると共に、冷却専用システム３６の廃熱を利用して、冷却加温システム３０の加温運転時の蒸発温度を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２１の効率向上が図れ、冷却加温システム３０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。

さらに、冷媒滞留量の大きい凝縮器の容量を圧縮機に合わせて小さくすることができるので、冷却システム１基あたりの冷媒充填量を削減でき、可燃性のある炭化水素系冷媒を使用しても冷媒の漏洩により不安全になる確率を低くすることができる。

また、地球温暖化係数の低い自然冷媒の中でも、比較的高効率かつ低能力なＲ６００ａなどの炭化水素系冷媒を使用しているので、地球温暖化防止が図れると共に、冷却システムの高効率化が図れる。

（実施の形態２）
図２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。

図２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１、第二のホット／コールド切替室２、コールド専用室３からなる貯蔵室を備え、圧縮機２１、第一のホット／コールド切替室１内に設置された第一の室内熱交換器２２、第二のホット／コールド切替室２内に設置された第二の室内熱交換器２３、貯蔵室の外に設置された室外熱交換器２４、電磁弁４１、電磁弁４１の出口に接続された膨張機構としての第一の冷却用キャピラリチューブ４２、電磁弁４１の入口に接続されたドライヤ４３、加温運転時に第一の室内熱交換器２２と第二の室内熱交換器２３のどちらに冷媒を流すかを切り替える加温用切替バルブ４４、加温用切替バルブ４４の入口に並列に接続された膨張機構としての第一の加温用キャピラリチューブ４５、第二の加温用キャピラリチューブ４６、加温用切替バルブ４４の出口に接続された加温用逆止弁４７、第一の室内熱交換器２２と第二の室内熱交換器２３の冷却運転時の出口側に備えられた切替バルブ４８とからなり、第一のホット／コールド切替室１と第二のホット／コールド切替室２の冷却と加温を行う冷却加温システム４９と、圧縮機３１、第二のホット／コールド切替室２内に設置された第一の蒸発器３２、コールド専用室３内に設置された第二の蒸発器３３、室外熱交換器２４、第一の蒸発器３２と第二の蒸発器３３のどちらに冷媒を流すかを切り替える冷却専用システム用切替バルブ５０、冷却専用システム用切替バルブ５０の出口に並列に接続された膨張機構としての第二の冷却用キャピラリチューブ５１、第三の冷却用キャピラリチューブ５２とからなり第二のホット／コールド切替室２とコールド専用室３の冷却を行う冷却専用システム５３を有する。

さらに、冷却加温システム４９において、第一の室内熱交換器２２の冷却運転時の出口と第二の室内熱交換器２３の冷却運転時の入口は、第一の直列配管５４により直列に接続されると共に、第一の直列配管５４には電磁弁５５が備えられている。また、冷却専用システム５３においても、第一の蒸発器３２の出口と第二の蒸発器３３の入口は、第二の直列配管５６により直列に接続される。

また、第一のホット／コールド切替室１および第二のホット／コールド切替室２には、それぞれ加温ヒータ５８、５９が備えられる。

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。

まず、全ての貯蔵室を冷却する場合について説明する。

冷却加温システム４９で冷却する場合、図２において点線矢印で示したように、圧縮機２１から吐出された冷媒は四方切替弁２５で流路を切り替えられ、室外熱交換器２４へ供給される。そして、送風ファン４０で室外熱交換器２４に導かれた外気と熱交換されて凝縮液化する。室外熱交換器２４から出た液冷媒は、ドライヤ４３に供給される。このとき、ドライヤ４３内部に液冷媒が滞留すると共に、液冷媒中の水分が除去される。

ドライヤ４３から出た液冷媒は、電磁弁４１の開閉により第一の冷却用キャピラリチューブ４２で減圧された後、第一の室内熱交換器２２へ供給され、送風ファン３７により第一の室内熱交換器２２に導かれた第一のホット／コールド切替室１内の空気と熱交換されて蒸発気化する。そして、直列配管５６を経て、第二の室内熱交換器２３に供給され、第一の室内熱交換器２２で蒸発しきれなかった余剰冷媒が、送風ファン３８により第二の室内熱交換器２３に導かれた第二のホット／コールド切替室２内の空気と熱交換されて蒸発気化する。第二の室内熱交換器２３を出たガス冷媒は、切替バルブ４８、四方切替弁２５を経て、再び圧縮機２１へ還流する。

また、冷却専用システム５３で冷却する場合、圧縮機３１から吐出された冷媒は室外熱交換器２４へ供給され、送風ファン４０で室外熱交換器２４に導かれた外気と熱交換されて凝縮液化する。そして、室外熱交換器２４から出た液冷媒は、冷却専用システム用切替バルブ５０の開閉により、第二の冷却用キャピラリチューブ５１で減圧された場合は、第一の蒸発器３２へ供給されて蒸発気化し、直列配管５８を経て、第二の蒸発器３３に供給され、第一の蒸発器３２で蒸発しきれなかった余剰冷媒が、第二の蒸発器３３で蒸発気化する。また、第三の冷却用キャピラリチューブ５２で減圧された場合は、第二の蒸発器３３へ供給されて蒸発気化する。そして、第二の蒸発器３３を出たガス冷媒は、再び圧縮機３１へ還流する。

ここで、従来の自動販売機のように、室内熱交換器を並列に接続すると、最も容積の大きい室内熱交換器に合わせて冷媒量を決めた場合、容積の小さい室内熱交換器に冷媒を流すと極端に蒸発温度が低下してしまうが、本実施の形態のように、直列配管５６で室内熱交換器を接続することにより、第二の室内熱交換器２３よりも容積の小さい第一の室内熱交換器２２に冷媒が流れた場合でも、極端に蒸発温度が低くなるのを防ぐことができるため、圧縮機の効率向上が図れる。さらには、第一のホット／コールド切替室１を冷却しながら、同時に第二のホット／コールド切替室２の冷却も行えるので、圧縮機の運転率を低くすることができ、効率の高い自動販売機とすることができる。なお、冷却専用システム５３の直列配管５８も同様の効果が得られる。

また、第二のホット／コールド切替室２内には、冷却加温システム４９の第二の室内熱交換器２３と、冷却専用システム５３の第一の蒸発器３２の両方が備えられているので、第二のホット／コールド切替室２の冷却は、冷却加温システム４９が余剰冷媒によって冷却すると共に、冷却専用システム５３により温調を行うことで、効率よく冷却を行うことができる。

さらに、第一のホット／コールド切替室１の温度が所定の温度以下になると送風ファン３７の風量を低下させ、より多くの余剰冷媒を第二の室内熱交換器で蒸発気化させることで、冷却専用システム５３の冷却負荷を低減することができる。

なお、切替バルブ４８、冷却専用システム用切替バルブ５０は、電磁弁を使用しても良いが、三方切替弁を使用する方が消費電力量を小さくできるため望ましい。

また、それぞれの冷却用キャピラリチューブ４２、５１、５２は、蒸発温度が−２０〜−１５℃程度となるように設計されている。また、膨張機構として冷却用キャピラリチューブ４２、５１、５２を用いることで、室内熱交換器および蒸発器から圧縮機へ向かう冷媒配管と熱交換することができ、冷却能力を向上することができる。

次に、第一のホット／コールド切替室１を加温し、第二のホット／コールド切替室２とコールド専用室３を冷却する場合、冷却加温システム４９で第一のホット／コールド切替室１を加温し、冷却専用システム５３で第二のホット／コールド切替室２とコールド専用室３を冷却する。

冷却加温システム４９で加温する場合、図２において実線矢印で示したように、圧縮機２１から吐出された冷媒は、四方切替弁２５で流路を切り替えられ、さらに切替バルブ４８の開閉により第一の室内熱交換器２２へ供給される。このとき、電磁弁５５は閉とする。そして、送風ファン３７により第一の室内熱交換器２２に導かれた第一のホット／コールド切替室１内の空気と熱交換されて凝縮液化する。第一の室内熱交換器２２を出た液冷媒は、加温用切替バルブ４４により、選択的に第一の加温用キャピラリチューブ４５で減圧され、加温用逆止弁４７を経て、室外熱交換器２４に供給される。そして、送風ファン４０により室外熱交換器２４に導かれた外気と熱交換されて蒸発気化し、再び四方切替弁２５を経て圧縮機２１に帰還する。

なお、加温用切替バルブ４４は、電磁弁を使用しても良いが、三方切替弁を使用する方が消費電力量を小さくできるため望ましい。また、加温用切替バルブ４４に閉塞機能がある場合は、冷却用逆止弁４７は備えなくても良い。

また、キャピラリチューブを膨張機構として使用することにより、液管を削減することができるので、加温運転時の冷媒量を削減することができる。

また、第一の加温用キャピラリチューブ４５は、第一の室内熱交換器２２のみを使用した場合に、凝縮温度が６０〜７０℃程度となるように設計されている。

さらに、圧縮機２１から第一の室内熱交換器２２へ向かう冷媒配管は、第一の加温用キャピラリチューブ４５とは熱交換をさせずに、断熱することが望ましく、これにより、加温能力を低下させないと共に、室外熱交換器２４の冷却能力が高くなるのを防止することができ、室外熱交換器２４での結露の発生を抑制することができる。

なお、冷却専用システム３１は、全ての貯蔵室を冷却する場合と同様の動作を行うので、その詳細な説明は省略する。

次に、第一のホット／コールド切替室１と第二のホット／コールド切替室２を加温し、コールド専用室３を冷却する場合は、冷却加温システム４９で第一のホット／コールド切替室１と第二のホット／コールド切替室２の加温を行い、冷却専用システム５３でコールド専用室３の冷却を行う。

冷却加温システム４９で２室を加温する場合は、圧縮機２１から吐出された冷媒は、四方切替弁２６で流路を切り替えられ、さらに切替バルブ４８の開閉により第二の室内熱交換器２３へ供給される。このとき、電磁弁５５は開とする。そして、送風ファン３８により第二の室内熱交換器２３に導かれた第二のホット／コールド切替室２内の空気と熱交換されて凝縮液化する。そして、直列配管５４を経て、第一の室内熱交換器２２に供給され、第二の室内熱交換器２３で凝縮しきれなかった余剰冷媒が、送風ファン３７により第一の室内熱交換器２２に導かれた第一のホット／コールド切替室１内の空気と熱交換されて凝縮液化する。第一の室内熱交換器２２を出た液冷媒は、加温用切替バルブ４４により、選択的に第二の加温用キャピラリチューブ４６で減圧され、加温用逆止弁４７を経て、室外熱交換器２４に供給される。そして、送風ファン４０により室外熱交換器２４に導かれた外気と熱交換されて蒸発気化し、再び四方切替弁２５を経て圧縮機２１に帰還する。

ここで、第二の加温用キャピラリチューブ４６は、第一の室内熱交換器２２と第二の室内熱交換器２３を直列に使用した場合に、凝縮温度が６０〜７０℃程度となるように設計されている。

さらに、圧縮機２１から第二の室内熱交換器２３へ向かう冷媒配管は、第一の室内熱交換器２２へ向かう冷媒配管と同様に、第二の加温用キャピラリチューブ４６とは熱交換をさせずに、断熱するほうが望ましい。

また、本実施の形態では、第一の室内熱交換器２２と第二の室内熱交換器２３とが直列配管５４により直列に接続されており、冷却加温システム４９が稼動すると常に両方の室内熱交換器に冷媒が流れるため、最適冷媒量の変動を抑えて、安定した運転状態を保つことができ、高効率化が図れる。

さらに、第一のホット／コールド切替室１と第二のホット／コールド切替室２に収納された商品は、送風ファン３７、３８の風量を調整することにより所定の温度に調節される。これにより、第二のホット／コールド切替室２のみが加温されることを防止すると共に、過凝縮により必要冷媒量が増加することを防止することができる。

また、送風ファン３７、３８の風量調整と合わせて、加温ヒータ５７、５８により加温を行い、第一のホット／コールド切替室１と第二のホット／コールド切替室２に収納された商品の温度を調節してもよく、これにより、冷却加温システム４９が第一のホット／コールド切替室１および第二のホット／コールド切替室２の能力に合わせた最小能力であっても、加温ヒータ５７、５８により加温能力を補うことができる。

なお、冷却専用システム３１は、冷却専用システム用切替バルブ５０により、第二の蒸発器３３にのみ冷媒を供給し、コールド専用室３のみを冷却する。

以上のように、本実施の形態においては、第一のホット／コールド切替室１と第二のホット／コールド切替室２とを冷却もしくは加温を行う冷却加温システム４９と、第二のホット／コールド切替室２とコールド専用室３とを冷却する冷却専用システム５３とを有し、この冷却加温システム４９として、圧縮機２１と、第一の室内熱交換器２２と、第二の室内熱交換器２３と、第一の冷却用キャピラリチューブ４２と、第一の加温用キャピラリチューブ４５と、第二の加温用キャピラリチューブ４６と、加温用切替バルブ４４と、室外熱交換器２４と、四方切替弁２５とを備えたことにより、冷却用キャピラリチューブと圧縮機の吸入配管を熱交換して冷却能力を向上することができると共に、ホット／コールド切替室を加温する場合に室内熱交換器から室外熱交換器へ接続する液管を廃止することができるため、必要冷媒量を削減することができる。

さらに、本実施の形態において、第二のホット／コールド切替室２内に、冷却加温システム４９の第二の室内熱交換器２２と、冷却専用システム５３の第一の蒸発器３２の両方を備えると共に、第一の室内熱交換器２２と第二の室内熱交換器２３を直列に接続する直列配管５４を備えたことにより、冷却加温システム４９により、第一のホット／コールド切替室１を冷却すると同時に、第二のホット／コールド切替室２を冷却することができるので、冷却専用システム５３の冷却負荷を低減し、冷却専用システム５３の高効率化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、複数のホット／コールド切替室を効率の良い冷却加温システムを用いて加温あるいは冷却することが可能であると共に、システム１基あたりの冷媒充填量を低減できるので、地球温暖化係数が低く、効率の良い炭化水素系冷媒を用い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り替えて保存するショーケースなどの加温および冷却運転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冷媒回路図 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 従来の自動販売機の冷媒回路図

符号の説明

１ 第一のホット／コールド切替室
２ 第二のホット／コールド切替室
３ コールド専用室
２１ 圧縮機
２２ 第一の室内熱交換器
２３ 第二の室内熱交換器
２４ 室外熱交換器
２５ 四方切替弁
２６ 第一の膨張弁
２７ 第二の膨張弁
３０ 冷却加温システム
３１ 圧縮機
３２ 第一の蒸発器
３３ 第二の蒸発器
３４ 第三の膨張弁
３５ 第四の膨張弁
３６ 冷却専用システム
３７、３８ 送風ファン
４２ 第一の冷却用キャピラリチューブ
４５ 第一の加温用キャピラリチューブ
４６ 第二の加温用キャピラリチューブ
４９ 冷却加温システム
５３ 冷却専用システム
５４ 第一の直列配管
５７、５８ 加温ヒータ

Claims (9)

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、少なくとも商品を収納する室内に設置された蒸発器と、商品を収納する区画の外に設置された凝縮器と、冷却専用圧縮機と、冷却専用膨張機構とを接続する冷却専用システムを有すると共に、前記冷却専用システムとは独立して、少なくとも前記ホット／コールド切替室内に設置された室内熱交換器と、前記商品を収納する区画の外に設置された室外熱交換器と、冷却加温システム用圧縮機と、冷却加温システム用膨張機構とを接続し、前記冷却加温システム用圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器から前記冷却加温システム用膨張機構および前記室内熱交換器を循環して前記冷却加温システム用圧縮機に帰還するか、あるいは前記室内熱交換器から前記冷却加温システム用膨張機構および前記室外熱交換器を循環して前記冷却加温システム用圧縮機に帰還するかのどちらかを選択する切替バルブを備えた冷却加温システムを有し、前記ホット／コールド切替室の少なくとも１室に前記冷却専用システムの前記蒸発器と前記冷却加温システムの前記室内熱交換器とを設置した自動販売機。
2. 冷却専用システムの凝縮器と冷却加温システムの室外熱交換器とを一体化した請求項１に記載の自動販売機。
3. 冷却加温システム用膨張機構を冷却用キャピラリチューブと加温用キャピラリチューブとで構成する請求項１または２に記載の自動販売機。
4. 冷却専用システムの蒸発器と冷却加温システムの室内熱交換器とが設置されているホット／コールド切替室を冷却する場合において、前記冷却加温システムが冷却運転を行っている場合は、前記冷却専用システムと前記冷却加温システムの両方を併用して、前記ホット／コールド切替室内に収納された商品の温度を調節する請求項１から３のいずれか一項に記載の自動販売機。
5. 冷却設定の貯蔵室と加温設定の貯蔵室が混在する場合において、冷却専用システムの蒸発器と冷却加温システムの室内熱交換器とが設置されているホット／コールド切替室が加温設定の場合は、前記冷却加温システムにより加温を行い、前記ホット／コールド切替室が冷却設定の場合は、前記冷却専用システムにより冷却を行う請求項１から４のいずれか一項に記載の自動販売機。
6. 冷却システムおよび冷却加温システムの冷媒として炭化水素系冷媒を用いた請求項１から５のいずれか一項に記載の自動販売機。
7. 複数の室内熱交換器を直列に接続する直列配管を備えた請求項１から６のいずれか一項に記載の自動販売機。
8. ホット／コールド切替室を加温あるいは冷却する場合、前記ホット／コールド切替室の温度に応じて、室内ファンの風量を調節することで、前記ホット／コールド切替室内に収納された商品の温度を調節する請求項７に記載の自動販売機。
9. ホット／コールド切替室内にヒータを備えると共に、前記ホット／コールド切替室を加温する場合、前記ホット／コールド切替室の温度に応じて、冷却加温システムと前記ヒータにより加温することで、各前記ホット／コールド切替室内に収納された商品の温度を調節する請求項７または８に記載の自動販売機。

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