JP2005202639A - 自動販売機 - Google Patents

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Kenji Kaneshiro
賢治 金城
Toshikazu Sakai
寿和 境
Yasutomo Onishi
康友 大西
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Abstract

【課題】缶飲料などの商品を冷却若しくは加温して販売する自動販売機に関し、消費電力量の削減を図るとともに、加温による商品の劣化を防止する自動販売機の提供を目的とする。
【解決手段】商品収納庫を冷却若しくは加温可能に配置され、炭化水素系の自然冷媒を封入したヒートポンプシステム140と、商品収納庫を加温可能に配置され、二酸化炭素を封入した加温システム200によって構成されることにより、ヒートポンプシステム140の冷却によって生じる廃熱を利用して加温を行うとともに、加温システムにより加温補助を行うことで、システム効率を向上させ、消費電力量を削減し、さらに、商品収納庫上部にヒートポンプシステムの熱交換器を配設することで、予備加温層と販売加温層に分割することができ、加温による商品の劣化を防止することができる。
【選択図】図4

Description

本発明は、缶飲料などの商品を冷却若しくは加温して販売する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いる。
従来の自動販売機の消費電力量削減手段の一つとしては、冷却によって生じる廃熱を利用したものがある(例えば、特許文献1参照)。
以下、図面を参照しながら上記従来の自動販売機を説明する。
図6は、従来の自動販売機の冷媒回路図である。図6に示すように、圧縮機10と熱源側熱交換器20を有する熱源側ユニット22と、利用側熱交換器30、32、34を有する利用側ユニット36、38、40からなり、熱源側熱交換器20が圧縮機10の冷媒吐出管50と冷媒吸込管52に切替弁54、56を介して分岐接続されている。冷媒吐出管50と分岐接続された高圧ガス管60、冷媒吸込管52と分岐接続された低圧ガス管62および熱源側熱交換器20と接続された液管64が設けられている。利用側熱交換器32、34がそれぞれ高圧ガス管60と低圧ガス管62に切替弁70、72、74、76を介して分岐接続され、利用側ユニット36、38、40がそれぞれ自動販売機の各庫内に配設されている。
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、すべての庫内を冷却する場合には、切替弁54、72、76を開き、切替弁56、70、74を閉じることにより、圧縮機10から吐出された冷媒は、冷媒吐出管50を経て凝縮器として作用する熱源側熱交換器20を流れた後、液管64を経て蒸発器として作用する各利用側熱交換器30、32、34に分配されて流れ、再び低圧ガス管62で合流し、冷媒吸込管52を経て圧縮機10に吸い込まれる。これにより、すべての庫内が冷却される。次に、利用側ユニット36、38が配設された庫内を冷却し、利用側ユニット40が配設された庫内を加温する場合には、切替弁54、72、74を開き、切替弁56、70、76を閉じることによって、圧縮機10から吐出された冷媒の一部は冷媒吐出管50を経て凝縮器として作用する熱源側熱交換器20を流れるとともに、残りの冷媒は高圧ガス管60を経て凝縮器として作用する利用側熱交換器34を流れ、各熱交換器で凝縮した冷媒は、液管64を経て蒸発器として作用する利用側熱交換器30、32に流れ、再び低圧ガス管62で合流し、冷媒吸込管52を経て圧縮機10に吸い込まれる。これにより、利用側ユニット36、38が配設された庫内は冷却され、利用側ユニット40が配設された庫内は加温される。
特開2001−84447号公報
しかしながら、上記従来の構成は、利用側熱交換器を蒸発器としても凝縮器としても作用させるため、冷却若しくは加温のどちらかで能力不足になり、加温時における能力不足には補助ヒータにより加温補助を行うため、消費電力量の大幅な削減はできない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、消費電力量を削減できる自動販売機を提供することを目的とする。
また、上記従来の構成は、加温時に庫内全体を加温してしまい、長時間加温された商品が劣化してしまうという課題があった。
本発明の他の目的は、加温による商品の劣化を防止する自動販売機を提供することである。
上記課題を解決するため、本発明の自動販売機は、複数の商品収納庫を有し、前記商品収納庫内に投入された商品を冷却若しくは加温し、販売口より販売する自動販売機において、前記商品収納庫を冷却若しくは加温可能に配置したヒートポンプシステムと、前記商品収納庫内を加温可能に配置した加温システムとで構成されたものであり、前記ヒートポンプシステムは最適な冷却能力が得られるように設計されるとともに、冷却モードの商品収納庫を冷却した廃熱を加温モードの商品収納庫の加温に利用し、加温能力不足が生じた場合には、前記加温システムにより加温補助を行うことで、システム効率が向上する。
本発明の自動販売機によれば、複数の商品収納庫を有し、商品収納庫内に投入された商品を冷却若しくは加温し、販売口より販売する自動販売機において、商品収納庫内を冷媒切替回路を用いて冷却若しくは加温可能に配置したヒートポンプシステムと、商品収納庫内を加温可能に配置した加温システムとで構成され、加温システムにより加温補助を行うことで、ヒートポンプシステムは最適な冷却能力が得られるように設計することが可能になるとともに、ヒートポンプシステムによる冷却によって生じる廃熱を利用して他の商品収納庫の加温を行うことで、システム効率を向上させることができ、消費電力量を削減するという効果がある。
請求項1に記載の自動販売機の発明は、複数の商品収納庫を有し、前記商品収納庫内に投入された商品を冷却若しくは加温し、販売口より販売する自動販売機において、前記商品収納庫を冷却若しくは加温可能に配置したヒートポンプシステムと、前記商品収納庫内を加温可能に配置した加温システムとで構成されたものであり、前記ヒートポンプシステムは最適な冷却能力が得られるように設計されるとともに、冷却モードの商品収納庫を冷却した廃熱を加温モードの商品収納庫の加温に利用し、加温能力不足が生じた場合には、前記加温システムにより加温補助を行うことで、システム効率が向上する。
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、ヒートポンプシステムを構成する圧縮機と、加温システムを構成する圧縮機の少なくとも一方が、運転周波数変換手段を有したインバータ圧縮機としたものであり、起動時など冷却能力若しくは加温能力が最大限必要な場合にのみ運転周波数を上げ、安定時には運転周波数を下げることにより、極端な蒸発温度の低下および急激な変動を抑え、システム効率を向上することができる。
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の発明において、ヒートポンプシステムと加温システムで異なる冷媒を用いたものであり、それぞれのシステムで最適な冷媒を用いることにより、システム効率を向上させることができる。
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、ヒートポンプシステムの冷媒に炭化水素系の自然冷媒を用い、かつ加温システムの冷媒に二酸化炭素を用いたものであり、それぞれのシステムに最適な自然冷媒を用いることにより、システム効率を向上させるとともに、地球のオゾン層を破壊せず、かつ地球温暖化を防止する。
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、加温システムを構成している圧縮機が複数のシリンダを有する多段階の圧縮を行う回転型圧縮機であり、多段階に分けて圧縮することで、1回の圧縮での圧縮比が小さくなり圧縮効率が向上するとともに、圧縮機出口温度を下げることで、圧縮機の信頼性が向上する。
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、商品収納庫内のヒートポンプシステムを構成する熱交換器が前記商品収納庫内上部に配設され、加温システムを構成する凝縮器が前記商品収納庫下部に配設されたものであり、加温能力の低い前記ヒートポンプシステムの熱交換器を商品収納庫内上部に配設し、前記商品収納庫内に温度勾配をつけることで、加温による商品の劣化を防止する。
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、商品収納庫の少なくとも一つが加温モードであるとき、前記加温モードの商品収納庫の略中央を境界として、前記商品収納庫の上部を予備加温層とし、前記商品収納庫の下部を販売加温層となるように分割する手段を有したものであり、予備加温層と販売加温層を明確に分割することで、温度制御が容易になり、より効果的に加温による商品の劣化を防止することができる。
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。なお、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。また、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による自動販売機のヒートポンプシステムおよび加温システムの概略構成図である。
図1において、自動販売機110は、上部左側に冷却専用の商品収納庫120と上部の真ん中と右側に冷却と加温が切替可能な商品収納庫122、124と、下部に機械室126を有している。各商品収納庫120、122、124は断熱壁130によって、外部および機械室126から断熱されており、同じく断熱壁132、134によって各商品収納庫120、122、124間が断熱され所望の温度空間となる。各商品収納庫120、122、124には缶ビン飲料などの販売商品136が収納されている。
また、ヒートポンプシステム140は、圧縮機142、機械室126に配設された凝縮器144、商品収納庫120内に配設された蒸発器146、商品収納庫122、124内に配設された熱交換器148、150、流路の開閉が可能な電磁弁152、154、156、158、160、162、164、166、168、170、減圧手段としての膨張弁172、174、176とから構成されている。凝縮器144は、圧縮機142の冷媒吐出管180と電磁弁152を介して分岐接続されるとともに、液管182と電磁弁154を介して分岐接続されている。また、蒸発器146は、液管182と電磁弁156と膨張弁172を介して接続されるとともに、圧縮機142の冷媒吸込管184と分岐接続された低圧ガス管186と分岐接続されている。また、熱交換器148、150は、冷媒吐出管180と電磁弁158を介して分岐接続された高圧ガス管188と電磁弁160、162を介して接続されるとともに、低圧ガス管186と電磁弁164、166を介して接続され、さらに電磁弁168、170と膨張弁174、176を介して液管182に接続されている。凝縮器144と蒸発器の側には送風ファン190、192を設けている。また、本実施の形態のヒートポンプサイクルには、炭化水素系の自然冷媒の一種であるR600a(イソブタン)が封入されており、最適な冷却能力が得られるように設計した。
さらに、加温システム200は、圧縮機202、機械室126に配設された蒸発器204、流路の開閉が可能な電磁弁206、208、減圧手段としての膨張弁210、212、商品収納庫122、124内に配設されたガスクーラー214、216を配管で環状回路に接続し、ここではR744(二酸化炭素)を封入して加温サイクルを構成している。各ガスクーラーの側には送風ファン218、220を設けている。
以上のように構成された自動販売機において、各商品収納庫120、122、124のすべてを冷却する場合の実施の形態について、以下その動作を説明する。
図1において、各商品収納庫120、122、124のすべてを冷却する場合には、ヒートポンプシステム140において、電磁弁152、154、156、164、166、168、170を開き、電磁弁158、160、162を閉じることにより、圧縮機142より吐出した冷媒は矢印のように流れ、冷媒吐出管180、電磁弁152を介して凝縮器144に流入し、ファン190により送風された外気と間接的に熱交換して自らは液化し、さらに電磁弁154、液管182を経て、各膨張弁172、174、176に分配され、ここで減圧され、蒸発器146および熱交換器148、150に流入する。なお、この場合、熱交換器148、150は蒸発器として作用する。
ここでは、ファン192、218、220により送風された各商品収納庫120、122、124内の空間にある空気と間接的に熱交換し、自らは気化して、電磁弁164、166を介して、低圧ガス管186で合流し、冷媒吸込管184を経て、再び圧縮機142に帰還するサイクルを繰り返す。
このようにして各商品収納庫120、122、124内の空間にある空気は徐々に冷却され、その冷却空気と接触する販売商品136も徐々に冷却され所望の温度に到達する。
なお、この場合、当然に加温システム200は停止している。
(実施の形態2)
次に、商品収納庫120、122を冷却するとともに、商品収納庫124を加温する実施の形態について説明する。
図2は、商品収納庫120、122を冷却するとともに、商品収納庫124を加温する実施の形態2の自動販売機のヒートポンプシステムおよび加温システムの概略構成図である。
図2において、商品収納庫120、122を冷却するとともに、商品収納庫124を加温する場合には、ヒートポンプシステムにおいて、電磁弁156、158、162、164、168、170を開き、電磁弁152、154、160、166を閉じることにより、圧縮機142より吐出した冷媒は矢印のように流れ、冷媒吐出管180、電磁弁158、高圧ガス管188を経て、電磁弁162を介して熱交換器150に流入し、ファン220により送風された商品収納庫124内の空間の空気と間接的に熱交換し、自らは液化し、さらに膨張弁176で減圧され、電磁弁170、液管182を経て、電磁弁156、160を介して蒸発器146、熱交換器148に分配される。なお、膨張弁172、174を通過する時には減圧されないものとする。また、この場合、熱交換器148は蒸発器として、熱交換器150は凝縮器として作用する。
ここでは、ファン192、218により送風された商品収納庫120、122内の空間の空気と間接的に熱交換し、自らは気化して、電磁弁164を介して、低圧ガス管186で合流し、冷媒吸込管184を経て、再び圧縮機に帰還するサイクルを繰り返す。
一方、加温サイクルにおいては、電磁弁208を開き、電磁弁206を閉じることにより、圧縮機202より吐出した冷媒は矢印のように流れ、電磁弁208を通過してガスクーラー216に流入し、ファン220により送風された商品収納庫124内の空間にある空気と間接的に熱交換して自らは温度を下げ、膨張弁212により減圧され、液化して蒸発器204に流入する。
なお、本実施の形態においては加温システムの冷媒を二酸化炭素としたため、ガスクーラーと膨張弁を使用したが、凝縮するような冷媒を使用した場合は、凝縮器やキャピラリ伝熱管を使用することとなる。
ここでは、ファン190により送風された外気と間接的に熱交換して自らは気化して、再び202に帰還するサイクルを繰り返す。
このようにして商品収納庫120、122内の空間にある空気は徐々に冷却されるとともに、商品収納庫124内の空間にある空気は徐々に加温され、各商品収納庫内の販売商品136は徐々に所望の温度に到達する。
(実施の形態3)
次に、商品収納庫120を冷却するとともに、商品収納庫122、124を加温する実施の形態について説明する。
図3は、実施の形態3の自動販売機のヒートポンプシステムおよび加温システムの概略構成図である。
商品収納庫120を冷却するとともに、商品収納庫122、124を加温する場合には、ヒートポンプシステムにおいて、電磁弁156、158、160、162、168、170を開き、電磁弁152、154、164、166を閉じることにより、圧縮機142より吐出した冷媒は矢印のように流れ、冷媒吐出管180、電磁弁158、高圧ガス管188を経て、電磁弁160、162を介して熱交換器148、150に分配され、ファン218、220により送風された商品収納庫122、124内の空間の空気と間接的に熱交換し、自らは液化し、さらに膨張弁174、176で減圧され、電磁弁168、170を介して、液管182で合流し、電磁弁156を介して蒸発器146に流入する。なお、膨張弁172を通過する時には減圧されないものとする。また、この場合、熱交換器148、150は凝縮器として作用する。
ここでは、ファン192により送風された商品収納庫120内の空間の空気と間接的に熱交換し、自らは気化して、低圧ガス管186、冷媒吸込管184を経て、再び圧縮機に帰還するサイクルを繰り返す。
一方、加温サイクルにおいては、電磁弁206、208を開くことにより、圧縮機202より吐出した冷媒は矢印のように流れ、電磁弁206、208を介してガスクーラー214、216に分配され、ファン218、220により送風された商品収納庫122、124内の空間にある空気と間接的に熱交換して自らは温度を下げ、膨張弁210、212により減圧され、液化して蒸発器204に流入する。
ここでは、ファン190により送風された外気と間接的に熱交換して自らは気化して、再び202に帰還するサイクルを繰り返す。
このようにして商品収納庫120内の空間にある空気は徐々に冷却されるとともに、商品収納庫122、124内の空間にある空気は徐々に加温され、各商品収納庫内の販売商品136は徐々に所望の温度に到達する。
したがって、商品収納庫の少なくとも一つが加温モードの場合、冷却モードの商品収納庫を冷却した廃熱を利用して、加温することができるため、効率的に熱回収を行うことができるとともに、加温システムで加温補助を行うことで、電気ヒータで加温補助を行っていた従来の自動販売機と比較して、消費電力量を削減することができる。また、加温システムで加温補助を行うため、ヒートポンプシステムは最適な冷却能力が得られるように設計することができ、システム効率を向上させることができる。
さらに、本実施の形態では、ヒートポンプシステム140の冷媒としてR600aを使用し、加温システム200の冷媒としてR744を使用したことで、それぞれのシステムで高い効率が得られるとともに、地球のオゾン層破壊や地球温暖化を防止することができる。また、加温システム200の冷媒としてR744を使用したことで、圧縮機202を小型化することができる。
なお、本実施の形態において、冷却システム140に使用する炭化水素系の自然冷媒をR600aとしたが、他にもR290やR600aとR290の混合冷媒などが考えられる。
また、加温システム200を構成する圧縮機202が二気筒二段圧縮を行う圧縮機とすることで、1回の圧縮での圧縮比が小さくすることができ、圧縮効率を向上させることができるとともに、圧縮機出口温度を下げることができ、圧縮機の信頼性を向上させることができる。
さらに、圧縮機142、202が運転周波数変換手段を有したインバータ圧縮機とすることで、起動時や商品投入時などのように販売商品136を所望の温度まで短時間で到達させるために運転周波数を上げ、所望の温度到達時には運転周波数を下げることができ、それによって極端な蒸発温度の低下および急激な変動を抑え、システム効率を向上することができる。
以上のように本実施の形態の自動販売機は、炭化水素系の自然冷媒を封入したヒートポンプシステム140と、二酸化炭素を封入した加温システム200とから構成され、ヒートポンプシステム140を最適な冷却能力が得られるように設計し、冷却によって生じた廃熱を利用して他の商品収納庫の加温を行うとともに、加温システムで補助加温を行うことにより、システム効率を向上させ、消費電力量を削減することができる。
(実施の形態4)
図4は、本発明の実施の形態4による自動販売機のヒートポンプシステムおよび加温システムの概略構成図である。
図5は、実施の形態4による自動販売機の加温システムの概略構成図である。
図4において、ヒートポンプシステム140の熱交換器222、224は、商品収納庫122、124内上部に配設され、熱交換器222、224の側には送風ファン230、232が設けられている。
本実施の形態は、実施の形態3によるヒートポンプシステム140の熱交換器148、150の配設位置を商品収納庫内上部としたものである。
さらに、図5において、例えば、風路240、242を設けて、各商品収納庫122、124の略中央を境界として、上部を予備加温層244、下部を販売加温層246となるように分割する構成になっている。
なお、本実施の形態において、実施の形態3と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
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。
ヒートポンプシステム140は、最適な冷却能力が得られるように設計されていることから、加温能力が不足し、所望の温度までは到達せず、加温システムにより、所望の温度まで到達させる。したがって、熱交換器222、224を商品収納庫122、124内上部に配設することで、商品収納庫122、124内上部を予備加温層とし、下部を販売加温層とすることができ、加温による商品の劣化を防止することができる。
また、商品収納庫122、124の略中央を境界として、風路240、242を設けることで、加温システム200のガスクーラー214、216によって加温された空気は商品収納庫122、124底部から略中央まで上昇し風路242に吸い込まれ、再びガスクーラー214、216を通過し、循環するとともに、ヒートポンプシステム140の熱交換器222、224により加温された空気は商品収納庫122、124上部から略中央まで下降し風路240に吸い込まれ、再び熱交換器222、224を通過し、循環する。これによって、商品収納庫122、124の上部を予備加温層244とし、下部を販売加温層246となるように、分割することができ、より効果的に温度勾配をつけることができ、加温による販売商品136の劣化を防止することができる。
なお、本実施の形態では予備加温層244と販売加温層246を分割する手段の一つとして風路240、242を設けたが、仕切りやエアカーテンなどを使用しても良い。
以上のように本実施の形態の自動販売機は、ヒートポンプシステム140の熱交換器222、224が、商品収納庫122、124内上部に配設されるとともに、風路240、242を設けて、各商品収納庫122、124の略中央を境界として、上部を予備加温層244、下部を販売加温層246となるように分割することにより、加温による販売商品136の劣化を防止することができる。
以上のように、本発明にかかる自動販売機は、ヒートポンプシステムの最適能力設計が可能になるとともに、ヒートポンプシステムによって生じる廃熱を利用して他の商品収納庫の加温を行いシステム効率の向上が図れて消費電力量を削減するという効果があり、冷却,加熱の両機能を伴う機器の高効率化に有用である。
本発明の実施の形態1による自動販売機のヒートポンプシステムおよび加温システムの概略構成図 本発明の実施の形態2の自動販売機のヒートポンプシステムおよび加温システムの概略構成図 本発明の実施の形態3の自動販売機のヒートポンプシステムおよび加温システムの概略構成図 本発明の実施の形態4による自動販売機のヒートポンプシステムおよび加温システムの概略構成図 同実施の形態による自動販売機の加温システムの概略構成図 従来の自動販売機の冷媒回路図
符号の説明
110 自動販売機
120、122、124 商品収納庫
136 販売商品
140 ヒートポンプシステム
142 圧縮機
200 加温システム
202 圧縮機
214、216 ガスクーラー
222、224 熱交換器
240、242 風路
244 予備加温層
246 販売加温層

Claims (7)

  1. 複数の商品収納庫を有し、前記商品収納庫内に投入された商品を冷却若しくは加温し、販売口より販売する自動販売機において、前記商品収納庫内を冷媒切替回路を用いて冷却若しくは加温可能に配置したヒートポンプシステムと、前記商品収納庫内を加温可能に配置した加温システムとからなる自動販売機。
  2. 前記ヒートポンプシステムを構成する圧縮機と、前記加温システムを構成する圧縮機の少なくとも一方が、運転周波数変換手段を有したインバータ圧縮機である請求項1に記載の自動販売機。
  3. 前記ヒートポンプシステムと前記加温システムにおいて異なる冷媒を用いた請求項1または2に記載の自動販売機。
  4. 前記ヒートポンプシステムの冷媒に炭化水素系の自然冷媒を用い、かつ前記加温システムの冷媒に二酸化炭素を用いた請求項3に記載の自動販売機。
  5. 前記加温システムを構成している圧縮機が複数のシリンダを有する多段階の圧縮を行なう回転型圧縮機である請求項1から4のいずれか一項に記載の自動販売機。
  6. 前記商品収納庫内の前記ヒートポンプシステムを構成する熱交換器が前記商品収納庫内上部に配設され、前記加温システムを構成する凝縮器が前記商品収納庫下部に配設された請求項1から5のいずれか一項に記載の自動販売機。
  7. 前記商品収納庫の少なくとも一つが加温モードであるとき、前記加温モードの商品収納庫の略中央を境界として、前記商品収納庫の上部を予備加温層とし、前記商品収納庫の下部を販売加温層となるように分割する手段を有する請求項1から6のいずれか一項に記載の自動販売機。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011007481A (ja) * 2009-05-28 2011-01-13 Chubu Electric Power Co Inc 媒体温度調整システム
JP2015131736A (ja) * 2014-01-09 2015-07-23 新日鉄住金エンジニアリング株式会社 二酸化炭素ガス回収装置
JP2015131735A (ja) * 2014-01-09 2015-07-23 新日鉄住金エンジニアリング株式会社 二酸化炭素ガス回収装置及び回収方法

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