JP5013937B2 - 冷却加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の収納部を有し、各収納部に収納された物品を冷却または加熱することのできる冷却加熱装置に関するものである。

従来、この種の冷却加熱装置としては、物品を収納するために設けられた複数の収納部と、各収納部に設けられた熱交換器、収納部外に設けられた放熱器及び圧縮機を有する冷媒回路とを備え、全ての収納部を冷却する冷却運転または一部の収納部を冷却し、その他の収納部を加熱するヒートポンプ運転を行うようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２２７８３３号公報

しかしながら、従来の冷却加熱装置において、外気の温度が低い場合や収納部の温度が設定温度に近い温度となっている場合等、冷却負荷が小さいときには、冷却運転またはヒートポンプ運転の効率が低下するという問題点があった。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷却負荷が小さい場合においても冷却運転またはヒートポンプ運転の効率の向上を図ることのできる冷却加熱装置を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するため、物品を収納する複数の収納部を有し、各収納部を冷却または加熱する冷却加熱装置において、前記各収納部に設けられた冷却器、収納部外に設けられた放熱器及び圧縮機を有し、各冷却器が互いに並列に接続された冷媒回路を備え、冷媒回路の複数の冷却器の下流側に、各冷却器から流出する冷媒を吸熱させるための吸熱用熱交換器を設けるとともに、該吸熱用熱交換器を前記冷却器に加えて冷却専用の収納部に配置している。

これにより、各冷却器から流出する冷媒が吸熱用熱交換器を流通することから、冷媒回路を流通する冷媒の吸熱量を増加させることが可能となる。

本発明によれば、冷媒回路を流通する冷媒の吸熱量を増加させることができるので、冷却負荷が小さい場合においても冷却運転またはヒートポンプ運転の効率の向上を図ることができる。

図１乃至図６は本発明の一実施形態を示すもので、図１は自動販売機の全体斜視図、図２は自動販売機の正面断面図、図３は自動販売機の側面断面図、図４は冷媒回路を示す自動販売機の概略構成図、図５は制御系を示すブロック図、図６は全ての収納部を冷却する冷媒回路を示す自動販売機の概略構成図である。

この冷却加熱装置としての自動販売機は、前面を開口した自動販売機本体１０と、自動販売機本体１０の前面を開閉する外扉２０とを備えている。

自動販売機本体１０は、内部を上下に仕切ることにより、上部に商品収納部３０が設けられ、下部に機械室４０が設けられている。

外扉２０は、商品サンプルを収納して展示するためのサンプル展示部２１、商品選択スイッチ２２、硬貨投入口２３、紙幣投入口２４、返却レバー２５、硬貨返却口２６及び商品取出口２７が前面に設けられている。外扉２０は、左右方向の一端側が自動販売機本体１０の左右方向の一端側に回転自在に支持されている。

商品収納部３０は、上面側、背面側、底面側及び左右両側面側が断熱材３１によって形成され、商品収納部３０の前面側は、断熱性の内扉３２によって開閉されるようになっている。また、商品収納部３０は、断熱性の仕切板３３によって左右に仕切られており、第１の収納部３０ａ、第２の収納部３０ｂ及び第３の収納部３０ｃが設けられている。第１の収納部３０ａ、第２の収納部３０ｂ及び第３の収納部３０ｃのそれぞれには、商品を上下に積み重ねて収納し、下端側から商品を一つずつ搬出可能な商品収納コラム３４が複数設けられている。

第１の収納部３０ａには、第１の収納部３０ａに収納された商品を冷却するための冷却器としての第１の蒸発器３５ａと、第１の収納部３０ａに収納された商品を加熱するための第１の放熱器３６ａと、第１の蒸発器３５ａまたは第１の放熱器３６ａを流通する冷媒と熱交換する空気を流通させるための第１の送風機３７ａと、第１の放熱器３６ａによって商品を加熱する際に不足する熱量を補うための第１の電熱ヒータ３８ａとが設けられている。

第２の収納部３０ｂには、第２の収納部３０ｂに収納された商品を冷却するための冷却器としての第２の蒸発器３５ｂと、第２の収納部３０ｂに収納された商品を加熱するための第２の放熱器３６ｂと、第２の蒸発器３５ｂまたは第２の放熱器３６ｂを流通する冷媒と熱交換する空気を流通させるための第２の送風機３７ｂと、第２の放熱器３６ｂによって商品を加熱する際に不足する熱量を補うための第２の電熱ヒータ３８ｂとが設けられている。

第３の収納部３０ｃには、第３の収納部３０ｃに収納された商品を冷却するための冷却器としての第３の蒸発器３５ｃと、第１の蒸発器３５ａ、第２の蒸発器３５ｂ及び第３の蒸発器３５ｃから流出する冷媒に更に吸熱させるための吸熱用熱交換器としての第４の蒸発器３５ｄと、第３の蒸発器３５ｃ及び第４の蒸発器３５ｄを流通する冷媒と熱交換する空気を流通させるための第３の送風機３７ｃとが設けられている。また、第４の蒸発器３５ｄは、第３の蒸発器３５ｃの空気流通方向上流側に配置されている。

本実施形態において、第１の収納部３０ａ及び第２の収納部３０ｂは、収納された商品の冷却または加熱の切換が可能であり、第３の収納部３０ｃは商品の冷却のみを行うようになっている。

機械室４０は、外部の空気が内部を流通するように吸気口及び排気口が設けられている。機械室４０内には、冷媒を圧縮するための圧縮機４１と、機械室４０内を流通する空気中に廃熱を放出するための放熱器としての第３の放熱器４２と、機械室４０内に外部の空気を流通させるための機械室用送風機４３が設けられている。

圧縮機４１は、低段側圧縮部４１ａと高段側圧縮部４１ｂを有する二段圧縮機からなり、吸入した冷媒を低段側圧縮部４１ａにおいて圧縮し、低段側圧縮部４１ａにおいて圧縮された冷媒を更に高段側圧縮部４１ｂにおいて圧縮して吐出するものである。二段圧縮機は、冷媒を二段階に圧縮することから、高い動作圧力及び高い差圧に対応することが可能であり、例えば二酸化炭素等を冷媒として用いた冷媒回路に適用される。

また、商品収納部３０及び機械室４０には、図４に示すような冷媒回路５０が構成され、自然系冷媒であり高圧側が超臨界状態となる二酸化炭素が冷媒として用いられる。冷媒回路５０は、第１の蒸発器３５ａ、第２の蒸発器３５ｂ、第３の蒸発器３５ｃ、第４の蒸発器３５ｄ、第１の放熱器３６ａ、第２の放熱器３６ｂ、圧縮機４１、第４の蒸発器３５ｄから流出する冷媒と第３の放熱器４２から流出する冷媒とを熱交換するための第１の内部熱交換器５１、第１の内部熱交換器５１を流出して圧縮機４１に吸入される冷媒と第１の放熱器３６ａ及び第２の放熱器３６ｂから流出する冷媒とを熱交換するための第２の内部熱交換器５２、冷媒を減圧するための第１〜第３の膨張弁５３ａ，５３ｂ，５３ｃ、冷媒の流路を開閉するための第１〜第６の電磁弁５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ，５４ｅ，５４ｆを有し、銅管またはステンレス管によって接続されている。

圧縮機４１の冷媒吐出側は、第１の放熱器３６ａ及び第２の放熱器３６ｂの冷媒流入側に並列に接続され、第１の放熱器３６ａ及び第２の放熱器３６ｂの冷媒流入側の流路には、それぞれ第１の電磁弁５４ａ及び第２の電磁弁５４ｂが設けられている。第１の放熱器３６ａ及び第２の放熱器３６ｂの冷媒流出側は、第２の内部熱交換器５２の高圧冷媒流入側に並列に接続され、第２の内部熱交換器５２の高圧冷媒流出側は、第３の放熱器４２の冷媒流入側に接続されている。また、第３の放熱器４２の冷媒流入側の流路には、圧縮機４１の冷媒吐出側が第３の電磁弁５４ｃを介して接続されている。第３の放熱器４３の冷媒流出側は、第１の内部熱交換器５１の高圧冷媒流入側に接続され、第１の内部熱交換器５１の高圧冷媒流出側は、第１の蒸発器３５ａ、第２の蒸発器３５ｂ及び第３の蒸発器３５ｃそれぞれの冷媒流入側に並列に接続されている。第１の蒸発器３５ａ、第２の蒸発器３５ｂ及び第３の蒸発器３５ｃの冷媒流入側の流路には、それぞれ第１の膨張弁５３ａ、第２の膨張弁５３ｂ及び第３の膨張弁５３ｃが設けられ、第１の膨張弁５３ａ、第２の膨張弁５３ｂ及び第３の膨張弁５３ｃの上流側の流路には、それぞれ第４の電磁弁５４ｄ、第５の電磁弁５４ｅ及び第６の電磁弁５４ｆが設けられている。第１の蒸発器３５ａ、第２の蒸発器３５ｂ及び第３の蒸発器３５ｃそれぞれの冷媒流出側は、第４の蒸発器３５ｄの冷媒流入側に並列に接続され、第４の蒸発器３５ｄの冷媒流出側は、第１の内部熱交換器５１の低圧冷媒流入側に接続されている。第１の内部熱交換器５１の低圧冷媒流出側は、第２の内部熱交換器５２の低圧冷媒流入側に接続され、第２の内部熱交換器５２の低圧冷媒流出側は、圧縮機４１の冷媒吸入側に接続されている。

また、この自動販売機は、第１の収納部３０ａ、第２の収納部３０ｂ及び第３の収納部３０ｃの温度をそれぞれ制御するための制御部６０を備えている。

制御部６０は、マイクロコンピュータによって構成され、そのメモリには、第１の収納部３０ａ、第２の収納部３０ｂ及び第３の収納部３０ｃの温度をそれぞれ制御するためのプログラムが記憶されている。また、制御部６０には、第１の送風機３７ａ、第２の送風機３７ｂ、第３の送風機３７ｃ、第１の電熱ヒータ３８ａ、第２の電熱ヒータ３８ｂ、圧縮機４１、機械室用送風機４３、第１〜第６の電磁弁５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ，５４ｅ，５４ｆ、各収納部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ内の温度を測定するための第１〜第３の温度センサ６１ａ，６１ｂ，６１ｃが接続されている。制御部６０は、第１〜第３の温度センサ６１ａ，６１ｂ，６１ｃの検出信号を受信し、第１〜第３の温度センサ６１ａ，６１ｂ，６１ｃの検出信号に応じた出力信号を第１の送風機３７ａ、第２の送風機３７ｂ、第３の送風機３７ｃ、第１の電熱ヒータ３８ａ、第２の電熱ヒータ３８ｂ、圧縮機４１、機械室用送風機４３、第１〜第６の電磁弁５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ，５４ｅ，５４ｆに送信するようになっている。

以上のように構成された自動販売機において、第１の収納部３０ａ、第２の収納部３０ｂ及び第３の収納部３０ｃを全て冷却する場合を図６に基づいて説明する。この場合、制御部６０は、第１の電磁弁５４ａ及び第２の電磁弁５４ｂを閉鎖し、第３の電磁弁５４ｃ、第４の電磁弁５４ｄ、第５の電磁弁５４ｅ及び第６の電磁弁５４ｆを開放し、第１の送風機３７ａ、第２の送風機３７ｂ、第３の送風機３７ｃ、圧縮機４１、機械室用送風機４３を運転する。

圧縮機４１から吐出された冷媒は、第３の電磁弁５４ｃ、第３の放熱器４２、第１の内部熱交換器５１の高圧側を順次流通し、分岐されて第４の電磁弁５４ｄ、第５の電磁弁５４ｅ及び第６の電磁弁５４ｆが設けられた流路に流入する。第４の電磁弁５４ｄが設けられた流路を流通する冷媒は、第１の膨張弁５３ａ、第１の蒸発器３５ａを流通して第４の蒸発器３５ｄに流入し、第５の電磁弁５４ｅが設けられた流路を流通する冷媒は、第２の膨張弁５３ｂ、第２の蒸発器３５ｂを流通して第４の蒸発器３５ｄに流入し、第６の電磁弁５４ｆが設けられた流路を流通する冷媒は、第３の膨張弁５３ｃ、第３の蒸発器３５ｃを流通して第４の蒸発器３５ｄに流入する。第４の蒸発器３５ｄから流出した冷媒は、第１の内部熱交換器５１の低圧側及び第２の内部熱交換器５２の低圧側を通って圧縮機４１に吸入される。

このときの各収納部３０ａ，３０ｂ，３０ｃの温度制御は、それぞれ電磁弁５４ｄ，５４ｅ，５４ｆの開閉によって行われる。即ち、各収納部３０ａ，３０ｂ，３０ｃの温度が所定温度に達すると電磁弁５４ｄ，５４ｅ，５４ｆによって冷媒流路を閉鎖し、収納部３０ａ，３０ｂ，３０ｃの温度が所定温度よりも高くなると電磁弁５４ｄ，５４ｅ，５４ｆによって冷媒流路を開放する。

このとき、第１及び第２の収納部３０ａ，３０ｂの温度が所定温度に達して第４及び第５の電磁弁５４ｄ，５４ｅによって冷媒流路を閉鎖する際に、冷媒流路を閉鎖した第１及び第２の収納部３０ａ，３０ｂの第１及び第２の送風機３７ａ，３７ｂは運転を停止するが、第３の収納部３０ｃの温度が所定温度に達して第６の電磁弁５４ｆによって冷媒流路を閉鎖する際に、圧縮機４１が運転している場合には、第３の送風機３７ｃの運転を継続する。これにより、第１の蒸発器３５ａ及び第２の蒸発器３５ｂの一方または両方を流通する冷媒は、第４の蒸発器３５ｄにおいて更に第１の収納部３０ａの空気から吸熱する。

また、第１の収納部３０ａを加熱し、第２の収納部３０ｂ及び第３の収納部３０ｃを冷却する場合、制御部６０は、第２の電磁弁５４ｂ、第３の電磁弁５４ｃ及び第４の電磁弁５４ｄを閉鎖し、第１の電磁弁５４ａ、第５の電磁弁５４ｅ及び第６の電磁弁５４ｆを開放し、第１の送風機３７ａ、第２の送風機３７ｂ、第３の送風機３７ｃ、圧縮機４１、機械室用送風機４３を運転する。

圧縮機４１から吐出された冷媒は、第１の電磁弁５４ａ、第１の放熱器３６ａ、第２の内部熱交換器５２の高圧側、第３の放熱器４２、内部熱交換器５１の高圧側を流通し、分岐されて第５の電磁弁５４ｅ及び第６の電磁弁５４ｆが設けられた流路に流入する。第５の電磁弁５４ｅが設けられた流路を流通する冷媒は、第２の膨張弁５３ｂ、第２の蒸発器３５ｂを流通して第４の蒸発器３５ｄに流入し、第６の電磁弁５４ｆが設けられた流路を流通する冷媒は、第３の膨張弁５３ｃ、第３の蒸発器３５ｃを流通して第４の蒸発器３５ｄに流入する。第４の蒸発器３５ｄから流出した冷媒は、第１の内部熱交換器５１の低圧側及び第２の内部熱交換器５２の低圧側を通って圧縮機４１に吸入される。

更に、第２の収納部３０ｂを加熱し、第１の収納部３０ａ及び第３の収納部３０ｃを冷却する場合、制御部６０は、第１の電磁弁５４ａ、第３の電磁弁５４ｃ及び第５の電磁弁５４ｅを閉鎖し、第２の電磁弁５４ｂ、第４の電磁弁５４ｄ及び第６の電磁弁５４ｆを開放し、第１の送風機３７ａ、第２の送風機３７ｂ、第３の送風機３７ｃ、圧縮機４１、機械室用送風機４３を運転する。

また、第１の収納部３０ａ及び第２の収納部３０ｂを加熱し、第３の収納部３０ｃを冷却する場合、制御部６０は、第３の電磁弁５４ｃ、第４の電磁弁５４ｄ及び第５の電磁弁５４ｅを閉鎖し、第１の電磁弁５４ａ、第２の電磁弁５４ｂ及び第６の電磁弁５４ｆを開放し、第１の送風機３７ａ、第２の送風機３７ｂ、第３の送風機３７ｃ、圧縮機４１、機械室用送風機４３を運転する。

第１の収納部３０ａ及び第２の収納部３０ｂの一方または両方を加熱する運転を行う場合、第４の蒸発器３５ｄにおいて冷媒の吸熱量を増加させることが可能となることから、圧縮機４１の起動時に吐出する冷媒温度を短時間で上昇させるとともに、加熱能力を向上させることができ、第１及び第２の電熱ヒータ３８ａ，３８ｂの運転率を低下させて省エネルギー化を図ることが可能となる。

このように、本実施形態の自動販売機によれば、第１の蒸発器３５ａ、第２の蒸発器３５ｂ及び第３の蒸発器３５ｃから流出する冷媒を吸熱させるための第４の蒸発器３５ｄを備えたので、冷媒回路５０を流通する冷媒の吸熱量を増加させることができ、冷却負荷が小さい場合においても冷却運転またはヒートポンプ運転の効率の向上を図ることが可能となる。

また、第４の蒸発器３５ｄを冷却専用の第３の収納部３０ｃに配置したので、第４の蒸発器３５ｄにおいて第３の収納部３０ｃの空気から冷媒に吸熱させることができ、第３の収納部３０ｃの運転率を低下させることによって省エネルギー化を図ることが可能となる。

また、第４の蒸発器３５ｄを第３の蒸発器３５ｃの空気流通方向上流側に配置したので、第３の蒸発器３５ｃから第４の蒸発器３５ｄに向かって冷媒が流れるのに対して、冷媒と熱交換する空気を第４の蒸発器３５ｄから第３の蒸発器３５ｃに向かって流通させることができ、熱交換効率を向上させることが可能となる。

また、第３の温度センサ６１ｃの検出温度が所定温度に達して第６の電磁弁５４ｆによって冷媒流路を閉鎖する際に、圧縮機４１が運転している場合には、第３の送風機３７ｃの運転を継続するようにしたので、第１の蒸発器３５ａ及び第２の蒸発器３５ｂの一方または両方を流通する冷媒に、第４の蒸発器３５ｄにおいて更に第１の収納部３０ａの空気から吸熱させることができ、どのような運転状態においても常に冷却運転またはヒートポンプ運転の効率の向上を図ることが可能となる。

また、冷却及び加熱の切り換えが可能な第１の収納部３０ａ、第２の収納部３０ｂに設けられ、圧縮機４１から吐出された冷媒を放熱させるための加熱用の第１の放熱器３６ａ及び第２の放熱器３６ｂを備えたので、冷却運転時に生じた廃熱を第１の収納部３０ａ及び第２の収納部３０ｂの加熱に利用することができ、省エネルギー化を図ることが可能となる。

尚、前記実施形態では、吸熱用の第４の蒸発器３５ｄを第３の収納部３０ｃに配置するようにしたものを示したが、第４の蒸発器３５ｄを機械室４０に配置しても機械室４０を流通する空気から冷媒に吸熱させることが可能となる。

また、前記実施形態では、冷媒回路５０を循環する冷媒として高圧側が超臨界状態となる二酸化炭素を用いたものを示したが、例えばフルオロカーボン等の他の冷媒を用いても同様の効果を得ることが可能である。

本発明の一実施形態を示す自動販売機の全体斜視図 自動販売機の正面断面図 自動販売機の側面断面図 冷媒回路を示す自動販売機の概略構成図 制御系を示すブロック図 全ての収納部を冷却する冷媒回路を示す自動販売機の概略構成図である。

符号の説明

３０…商品収納部、３０ａ…第１の収納部、３０ｂ…第２の収納部、３０ｃ…第３の収納部、３５ａ…第１の蒸発器、３５ｂ…第２の蒸発器、３５ｃ…第３の蒸発器、３５ｄ…第４の蒸発器、３７ｃ…第３の送風機、４１…圧縮機、４２…放熱器、５０…冷媒回路、５４ｆ…第６の電磁弁。

Claims (4)

1. 物品を収納する複数の収納部を有し、各収納部を冷却または加熱する冷却加熱装置において、
   前記各収納部に設けられた冷却器、収納部外に設けられた放熱器及び圧縮機を有し、各冷却器が互いに並列に接続された冷媒回路を備え、
   冷媒回路の複数の冷却器の下流側に、各冷却器から流出する冷媒を吸熱させるための吸熱用熱交換器を設けるとともに、該吸熱用熱交換器を前記冷却器に加えて冷却専用の収納部に配置した
   ことを特徴とする冷却加熱装置。
2. 前記吸熱用熱交換器を冷却器の空気流通方向上流側に配置した
   ことを特徴とする請求項１記載の冷却加熱装置。
3. 前記吸熱用熱交換器を配置した収納部の空気を循環させるための送風機と、
   吸熱用熱交換器を配置した収納部の温度を検出する温度センサと、
   温度センサの検出温度が所定温度に達すると、冷却器の上流側の冷媒流路を閉鎖する開閉弁とを備え、
   温度センサの検出温度が所定温度に達して開閉弁によって冷媒流路を閉鎖する際に、圧縮機が運転している場合には、送風機の運転を継続するように構成した
   ことを特徴とする請求項１または２記載の冷却加熱装置。
4. 冷却及び加熱の切り換えが可能な収納部に設けられ、圧縮機から吐出された冷媒を放熱させる加熱用の放熱器を備えた
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の冷却加熱装置。

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