JP2004162986A

JP2004162986A - 冷却装置

Info

Publication number: JP2004162986A
Application number: JP2002328771A
Authority: JP
Inventors: Mitsuyoshi Kishimura; 光祥岸村
Original assignee: Toshiba Electric Appliances Co Ltd
Current assignee: Toshiba Electric Appliances Co Ltd
Priority date: 2002-11-12
Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2004-06-10

Abstract

【課題】必要な冷却器に冷媒を迅速に供給し、圧縮機の運転時間を短縮して消費電力を低減できる冷却装置を提供する。
【解決手段】圧縮機３６、凝縮器３８および複数の冷却器３２，３３，３４を順に接続して冷媒が流れる冷凍サイクル３５を設けた冷却装置３１である。凝縮器３８側と各冷却器３２，３３，３４の入口側とを並列配管４２，４３，４４で並列に接続し、各並列配管４２，４３，４４に開閉弁４５，４６，４７を設ける。１つの冷却器３３の出口側を他の冷却器３２の入口側に直列配管５１で直列に接続する。直列配管５１が出口側に接続された冷却器３３以外の冷却器３２，３４の出口側から圧縮機３６側にサクション配管５２，５３を接続する。直列配管５１を接続した冷却器３２の開閉弁４５を閉じた場合、その冷却器３２の冷媒は滞留せずに圧縮機３６側に回収でき、他の冷却器３３，３４に対して冷媒を迅速かつ十分に供給し、圧縮機３６の運転時間を短縮して消費電力を低減する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機、凝縮器および複数の冷却器を順に接続して冷媒が流れる冷凍サイクルを設けた冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば飲料入りの缶やペットボトルなどの商品を販売する自動販売機では、機体内を複数の部屋に仕切り、各部屋に商品を収納するコラムをそれぞれ設けており、各部屋毎に冷却モードまたは加熱モードに設定し、冷たい商品または温かい商品を提供している。
【０００３】
複数の部屋を冷却する場合には１つの冷却装置によって冷却している。この冷却装置では、圧縮機、凝縮器および各部屋に配置される複数の冷却器を順に接続して冷媒が流れる冷凍サイクルを設けており、凝縮器と圧縮機との間には複数の並列配管を設け、これら並列配管毎にキャピラリチューブ、開閉弁および各部屋の冷却器を設けている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
そして、各部屋の温度に応じて圧縮機を運転または停止させ、圧縮機の運転時には、圧縮機で圧縮して吐出された冷媒が凝縮器で液化し、液化した冷媒が各並列配管に並列に分流して各並列配管の開閉弁およびキャピラリチューブを通じて各部屋の冷却器に供給され、各冷却器で熱を吸収した冷媒が気化して圧縮機の吸入側に戻る冷凍サイクルにより、各部屋を冷却している。
【０００５】
ところで、部屋の大きさによって、冷却器が吸熱する熱量に偏りが生じやすい。また、商品の数やコラムへの装填時の商品の温度などの負荷量によっても、冷却器が吸熱する熱量に偏りが生じやすい。さらに、加熱モードの部屋がある場合に加熱モードの部屋に近い冷却モードの部屋では遠い部屋に比べて侵入してくる熱量が大きく、また、両端に位置する部屋は中間に位置する部屋に比べて外気の影響を受けやすく、外気が高ければ侵入してくる熱量が大きく、冷却器が吸熱する熱量に偏りが生じる。このように、部屋の大きさ、負荷量、運転モードおよび環境条件などによって冷却器が吸熱する熱量に偏りが生じるために、各冷却器への冷媒の分流が安定せず、各部屋を適切に冷却できないことがある。
【０００６】
そのため、各冷却器の温度を検知し、冷却の必要な冷却器の開閉弁は開いたまま、冷却の不要な冷却器の開閉弁を閉じ、開閉弁を閉じた冷却器に供給する分の冷媒を冷却の必要な冷却器に供給して冷却能力を高め、各部屋を適切かつ迅速に冷却するように調整している。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−９１５１０号公報（第４頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、開閉弁が開いていて冷媒が冷却器に流れている状態から開閉弁を閉じたとき、それまで流れていた冷媒が冷却器に滞留した状態となり、その冷却器に滞留した冷媒は、時間の経過とともに圧縮機側に回収されるが、回収されるまでに時間がかかっている。そのため、冷却の不要な冷却器の開閉弁を閉じても、冷却の必要な他の冷却器に対して冷媒が十分に供給されるまでには時間がかかり、その分だけ圧縮機の運転時間を長くしなければならず、消費電力が増加する問題がある。このような開閉弁の開閉の頻度は比較的多いため、トータルでの消費電量の増加分が非常に大きくなる。
【０００９】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、必要な冷却器に冷媒を迅速に供給し、圧縮機の運転時間を短縮して消費電力を低減できる冷却装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の冷却装置は、圧縮機、凝縮器および複数の冷却器を順に接続して冷媒が流れる冷凍サイクルを設けた冷却装置であって、前記凝縮器側から各冷却器の入口側にそれぞれ並列に接続する複数の並列配管と、これら並列配管毎に設けられ、それぞれ流路を開閉する複数の開閉弁と、少なくとも１つの冷却器の出口側を他の冷却器の入口側に直列に接続する直列配管と、この直列配管が出口側に接続された冷却器以外の冷却器の出口側から圧縮機側に接続するサクション配管とを具備しているものである。
【００１１】
そして、この構成では、凝縮器側に並列に接続された複数の冷却器のうち、少なくとも１つの冷却器の出口側を直列配管によって他の冷却器の入口側に直列に接続したことにより、その直列配管が入口側に接続された冷却器の開閉弁を閉じた場合、その開閉弁を閉じた冷却器に冷媒が滞留することなく圧縮機側に回収されるため、開閉弁が開いている冷却器に対して冷媒を迅速かつ十分に供給可能で、圧縮機の運転時間を短縮して消費電力を低減可能となる。
【００１２】
請求項２記載の冷却装置は、請求項１記載の冷却装置において、冷却器は３つ以上で、直列に接続した冷却器と、この直列に接続した冷却器に並列に接続した冷却器とを有するものである。
【００１３】
そして、この構成では、冷却器が３つ以上の場合に、直列に接続した冷却器と、この直列に接続した冷却器に並列に接続した冷却器とを有することにより、直列に接続した冷却器と並列に接続した冷却器とで冷却または冷却停止に切り換え可能となる。
【００１４】
請求項３記載の冷却装置は、請求項１記載の冷却装置において、冷却器は４つ以上で、複数組の直列に接続した冷却器を有するものである。
【００１５】
そして、この構成では、冷却器が４つ以上の場合に、複数組の直列に接続した冷却器を有することにより、各組毎に冷却または冷却停止に切り換え可能となる。
【００１６】
請求項４記載の冷却装置は、請求項１ないし３いずれか記載の冷却装置において、直列に接続した下流側の冷却器に通じる開閉弁を閉じた状態で通常運転し、この下流側の冷却器による冷却能力が不足するときに下流側の冷却器に通じる開閉弁を開放させる制御部を備えているものである。
【００１７】
そして、この構成では、制御部により、直列に接続した下流側の冷却器に通じる開閉弁を閉じた状態で通常運転し、下流側の冷却器が上流側の冷却器に比べて冷却が遅れぎみとなって下流側の冷却器による冷却能力が不足するような場合でも、下流側の冷却器に通じる開閉弁を開放させることにより、冷却不足を解消可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１９】
図２および図３に自動販売機を示し、この自動販売機では、飲料入りの缶やペットボトルなどの商品を販売するもので、機体１１を有し、この機体１１の前面に前面扉１２が開閉可能に設けられている。この前面扉１２には、商品見本展示する展示部１３、商品を選択する選択ボタンを有する選択部１４、貨幣を投入する操作部１５、釣銭が払い出される返却口１６、商品が払い出される販売口１７などが設けられている。
【００２０】
機体１１内は側面の仕切体１８および底面の仕切体１９によって複数の部屋２０，２１，２２つまり左側の部屋２０、中央の部屋２１、右側の部屋２２の３つに区画され、各部屋２０，２１，２２には図示していないが商品を収納するコラムがそれぞれ配設されているとともに各コラムの下部に商品を１個ずつ排出する商品排出装置が配設されている。
【００２１】
機体１１内には冷却装置３１が配設され、この冷却装置３１の複数の冷却器３２，３３，３４つまり左側の冷却器３２、中央の冷却器３３、右側の冷却器３４が対応する各部屋２０，２１，２２にそれぞれ配置されている。
【００２２】
図１に示すように、冷却装置３１は、冷媒が封入された冷凍サイクル３５を有し、この冷凍サイクル３５では、冷媒を圧縮する圧縮機３６の出口側つまり吐出側に、蒸発パイプ３７、凝縮器３８、ドライヤ３９、冷媒の圧力を減圧する主キャピラリチューブ４０、分配器４１が順に接続され、この分配器４１に複数の並列配管４２，４３，４４つまり左側の並列配管４２、中央の並列配管４３、右側の並列配管４４がそれぞれ接続されている。
【００２３】
各並列配管４２，４３，４４には、電磁弁であって流路を開閉する開閉弁４５，４６，４７、冷媒の圧力を減圧するキャピラリチューブ４８，４９，５０、各部屋２０，２１，２２に配置される冷却器３２，３３，３４の入口側つまり流入側がそれぞれ接続されている。
【００２４】
中央の冷却器３３の出口側つまり吐出側から左側の冷却器３２の入口側に直列配管５１が接続され、これら中央の冷却器３３および左側の冷却器３２の順に直列に接続されている。
【００２５】
左側の冷却器３２の出口側および右側の冷却器３４の出口側はサクション配管５２，５３によって合流され、チェックバルブ５４およびサクションカップ５５を介して圧縮機３６の入口側つまり流入側に接続されている。
【００２６】
この場合、左側の並列配管４２、左側の開閉弁４５、左側のキャピラリチューブ４８、左側の冷却器３２、左側のサクション配管５２で構成される左側の流路５６と、中央の並列配管４３、中央の開閉弁４６、中央のキャピラリチューブ４９、中央の冷却器３３および左側の冷却器３２、左側のサクション配管５２で構成される中央の流路５７と、右側の並列配管４４、右側の開閉弁４７、右側のキャピラリチューブ５０、右側の冷却器３４、右側のサクション配管５３で構成される右側の流路５８とが形成されている。中央の流路５７が直列流路５９であり、左側の流路５６の開閉弁４５を閉じた場合に、直列流路５９と右側の流路５８とが並列に接続される。
【００２７】
また、図２に示すように、凝縮器３８には熱を機体１１の外部に排気する放熱ファン６１が配置され、各冷却器３２，３３，３４には各部屋２０，２１，２２に冷却風を循環させる冷却ファン６２，６３，６４および各冷却器３２，３３，３４の温度を検知するセンサ６５，６６，６７がそれぞれ配置され、各部屋２０，２１，２２には温度を検知するセンサ６８，６９，７０がそれぞれ配置されている。さらに、左側および中央の部屋２０，２１にはヒータ７１，７２がそれぞれ配置されている。
【００２８】
また、冷却装置３１の各動作は制御部８１によって制御される。この制御部８１は、直列に接続した下流側の冷却器３２に通じる開閉弁４５を閉じた状態で通常運転し、この下流側の冷却器３２による冷却能力が不足するときに下流側の冷却器３２に通じる開閉弁４５を開放させる機能を有している。
【００２９】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００３０】
自動販売機では、右側の部屋２２については冷却モードのみの設定であるが、左側および中央の部屋２０，２１については、季節や設置場所などの条件に応じて商品を冷却する冷却モードと商品を加熱する加熱モードを選択設定できる。なお、右側の部屋２２についても別途ヒータを備えれば加熱モードを選択設定可能となる。
【００３１】
全ての部屋２０，２１，２２が冷却モードに設定されている場合において、例えば、各部屋２０，２１，２２の温度などの条件に応じて、圧縮機３６を運転または停止させる。
【００３２】
圧縮機３６の運転時には、圧縮機３６で圧縮して吐出された冷媒が凝縮器３８で液化し、液化した冷媒がドライヤ３９および主キャピラリチューブ４０を通じて分配器４１に流れる。このとき、通常運転状態であれば、開閉弁４５が閉じ、開閉弁４６，４７が開いており、冷媒が分配器４１から各並列配管４３，４４に並列に分流して各並列配管４３，４４の開閉弁４６，４７およびキャピラリチューブ４９，５０を通じて各部屋の冷却器３３，３４に供給され、さらに、中央の冷却器３３の冷媒が左側の冷却器３２に供給され、各冷却器３２，３３，３４に供給された冷媒で熱を吸収して各部屋２０，２１，２２を冷却する。
【００３３】
各冷却器３２，３３，３４で熱を吸収した冷媒は気化し、中央の冷却器３３の冷媒は直列配管５１を通じて左側の冷却器３２に流れ、左側の冷却器３２の冷媒はサクション配管５２に流れ、右側の冷却器３４の冷媒はサクション配管５３に流れ、これらサクション配管５２，５３で合流した冷媒がチェックバルブ５４およびサクションカップ５５を通じて圧縮機３６の吸入側に戻る。
【００３４】
運転中は、各冷却器３２，３３，３４の温度をセンサ６５，６６，６７で、各部屋２０，２１，２２の温度をセンサ６８，６９，７０でそれぞれ監視する。
【００３５】
例えば、直列に接続した下流側である左側の冷却器３２が上流側である中央の冷却器３３に比べて冷却が遅れぎみとなり、外気温度が高いときに左側の部屋２０の温度が上昇し、左側の冷却器３２による冷却能力が不足するような場合には、左側の冷却器３２に通じる開閉弁４５を開放させる。これにより、分配器４１で分流された冷媒を並列配管４２、開閉弁４５およびキャピラリチューブ４８を通じて左側の冷却器３２に供給し、冷却能力を高めて冷却不足を解消できる。
【００３６】
また、左側の冷却器３２の冷却不足が解消されれば、左側の冷却器３２の開閉弁４５を閉じる。この開閉弁４５を閉じた左側の冷却器３２には、冷媒が滞留することなく、中央の冷却器３３から直列配管５１を通じて冷媒が流れ込むとともにサクション配管５２に流出して圧縮機３６側に回収されるため、開閉弁４６，４７が開いている中央および右側の冷却器３３，３４に対して冷媒を迅速かつ十分に供給できる。そのため、中央および右側の冷却器３３，３４の冷却能力を高め、中央および右側の部屋２１，２２において短時間で所定の冷却状態が得られ、圧縮機３６の運転時間を短縮して消費電力を低減できる。
【００３７】
開閉弁４５を閉じた状態でも、左側の冷却器３２には中央の冷却器３３から冷媒が供給されため、左側の冷却器３２でも冷却作用が継続され、開閉弁４５を開放する機会を削減できる。
【００３８】
このように、凝縮器３８側に並列に接続された複数の冷却器３２，３３，３４のうち、１つの冷却器３３の出口側を直列配管５１によって他の冷却器３２の入口側に直列に接続したことにより、その直列配管５１が入口側に接続された冷却器３２の開閉弁４５を閉じた場合、その開閉弁４５を閉じた冷却器３２に冷媒が滞留することなく圧縮機３６側に回収されるため、開閉弁４６，４７が開いている冷却器３３，３４に対して冷媒を迅速かつ十分に供給でき、圧縮機３６の運転時間を短縮して消費電力を低減できる。すなわち、圧縮機３６の消費電力については２０Ｗ程度削減でき、圧縮機３６の運転率については１５％程度削減でき、そのため、年間消費電力量については２００ｋＷｈ／年程度削減できる。
【００３９】
さらに、冷却器３２，３３を直列に接続することにより、キャピラリチューブ４９などの絞り抵抗を小さくでき、圧縮機３６の負荷を軽減し、冷媒の循環量が増加し、少ない冷媒量でも十分な性能が得られる。そして、この冷媒量を少なくできることにより、圧縮機３６の負荷を軽減できる。
【００４０】
さらに、制御部８１の制御により、直列に接続した下流側である左側の冷却器３２に通じる開閉弁４５を閉じた状態で通常運転し、左側の冷却器３２が上流側である中央の冷却器３３に比べて冷却が遅れぎみとなって左側の冷却器３２による冷却能力が不足するような場合でも、左側の冷却器３２に通じる開閉弁４５を開放させることにより、冷却不足を解消できる。
【００４１】
また、左側および中央の部屋２０，２１を加熱モードに設定する場合には、左側および中央の開閉弁４５，４６を閉じることにより、冷却装置３１の運転時でも左側および中央の部屋２０，２１を冷却するのを停止する。この状態で左側および中央の部屋２０，２１のヒータ７１，７２を運転することにより、左側および中央の部屋２０，２１を加熱する。
【００４２】
そして、図４には、冷却装置３１が左側、中央および右側の３つの冷却器３２，３３，３４を備えている場合の配管例を示す。図４（ａ）の配管例では、上述したように、中央の冷却器３３の出口側と左側の冷却器３２の入口側とを直列配管５１によって接続した配管パターンであり、また、図４（ｂ）の配管例では、中央の冷却器３３の出口側と右側の冷却器３４の入口側とを直列配管５１によって接続した配管パターンである。
【００４３】
このように、冷却器３２，３３，３４が３つの場合に、直列に接続した冷却器３２，３３または冷却器３３，３４と、この直列に接続した冷却器３２，３３または冷却器３３，３４に並列に接続した冷却器３４または冷却器３２とを有することにより、直列に接続した冷却器３２，３３または冷却器３３，３４と並列に接続した冷却器３４または冷却器３２とで冷却または冷却停止に切り換えることができる。
【００４４】
また、図５には、冷却装置３１が左側、中央左側、中央右側および右側の４つの冷却器３２，３３ａ，３３ｂ，３４を備えている場合の配管例を示す。図５（ａ）に示すように、左側の冷却器３２の出口側と中央左側の冷却器３３ａの入口側とを直列配管５１によって接続するとともに、中央右側の冷却器３３ｂの出口側と右側の冷却器３４の入口側とを直列配管５１によって接続したものであり、２つの直列流路５９を並列に接続した配管パターンである。また、図５（ｂ）に示すように、中央右側の冷却器３３ｂの出口側と右側の冷却器３４の入口側とを直列配管５１によって接続したものであり、１つの直列流路５９と左側の流路５６と中央左側の流路５７ａとが並列に接続された配管パターンである。なお、図５（ａ）（ｂ）において、４３ａは中央左側の並列配管、４３ｂは中央右側の並列配管、４６ａは中央左側の開閉弁、４６ｂは中央右側の開閉弁、５７ａは中央左側の流路、５７ｂは中央右側の流路、７３はサクション配管である。
【００４５】
このように、冷却器３２，３３ａ，３３ｂ，３４が４つ以上の場合に、複数組の直列に接続した冷却器３２，３３ａおよび冷却器３３ｂ，３４を有することにより、各組毎に冷却または冷却停止に切り換えることができる。
【００４６】
なお、図４（ａ）（ｂ）および図５（ａ）（ｂ）の各例においても、制御部８１によって直列に接続した下流側の冷却器に通じる開閉弁を閉じた状態で通常運転し、下流側の冷却器が上流側の冷却器に比べて冷却が遅れぎみとなって下流側の冷却器による冷却能力が不足するような場合でも、下流側の冷却器に通じる開閉弁を開放させることにより、冷却不足を解消できる。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１記載の冷却装置によれば、凝縮器側に並列に接続された複数の冷却器のうち、少なくとも１つの冷却器の出口側を直列配管によって他の冷却器の入口側に直列に接続したことにより、その直列配管が入口側に接続された冷却器の開閉弁を閉じた場合、その開閉弁を閉じた冷却器に冷媒が滞留することなく圧縮機側に回収されるため、開閉弁が開いている冷却器に対して冷媒を迅速かつ十分に供給でき、圧縮機の運転時間を短縮して消費電力を低減できる。
【００４８】
請求項２記載の冷却装置によれば、請求項１記載の冷却装置の効果に加えて、冷却器が３つ以上の場合に、直列に接続した冷却器と、この直列に接続した冷却器に並列に接続した冷却器とを有することにより、直列に接続した冷却器と並列に接続した冷却器とで冷却または冷却停止に切り換えることができる。
【００４９】
請求項３記載の冷却装置によれば、請求項１記載の冷却装置の効果に加えて、冷却器が４つ以上の場合に、複数組の直列に接続した冷却器を有することにより、各組毎に冷却または冷却停止に切り換えることができる。
【００５０】
請求項４記載の冷却装置によれば、請求項１ないし３いずれか記載の冷却装置の効果に加えて、制御部により、直列に接続した下流側の冷却器に通じる開閉弁を閉じた状態で通常運転し、下流側の冷却器が上流側の冷却器に比べて冷却が遅れぎみとなって下流側の冷却器による冷却能力が不足するような場合でも、下流側の冷却器に通じる開閉弁を開放させることにより、冷却不足を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す冷却装置の構成図である。
【図２】同上冷却装置を適用した自動販売機の透視状態の斜視図である。
【図３】同上冷却装置を適用した自動販売機の正面図である。
【図４】同上冷却装置における冷却器が４つの場合の配管例を（ａ）（ｂ）に示す構成図である。
【図５】同上冷却装置における冷却器が４つの場合の配管例を（ａ）（ｂ）に示す構成図である。
【符号の説明】
３１冷却装置
３２，３３，３４冷却器
３５冷凍サイクル
３６圧縮機
３８凝縮器
４２，４３，４４並列配管
４５，４６，４７開閉弁
５１直列配管
５２，５３サクション配管
８１制御部

Claims

圧縮機、凝縮器および複数の冷却器を順に接続して冷媒が流れる冷凍サイクルを設けた冷却装置であって、
前記凝縮器側から各冷却器の入口側にそれぞれ並列に接続する複数の並列配管と、
これら並列配管毎に設けられ、それぞれ流路を開閉する複数の開閉弁と、
少なくとも１つの冷却器の出口側を他の冷却器の入口側に直列に接続する直列配管と、
この直列配管が出口側に接続された冷却器以外の冷却器の出口側から圧縮機側に接続するサクション配管と
を具備していることを特徴とする冷却装置。
冷却器は３つ以上で、直列に接続した冷却器と、この直列に接続した冷却器に並列に接続した冷却器とを有する
ことを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
冷却器は４つ以上で、複数組の直列に接続した冷却器を有する
ことを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
直列に接続した下流側の冷却器に通じる開閉弁を閉じた状態で通常運転し、この下流側の冷却器による冷却能力が不足するときに下流側の冷却器に通じる開閉弁を開放させる制御部を備えている
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の冷却装置。