JP2006038385A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な冷却効率を保持しながら、装置全体に要するコストの低減化を図ることができる冷却装置を提供すること。
【解決手段】スターリング冷凍機１０で発生した冷熱を移送させるための冷熱移送手段（２０，３０）と、冷熱移送手段により移送させた冷熱を利用して、対応する商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの空気（内部雰囲気）を冷却させるための複数の蒸発熱交換器２２，３２とを備え、商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃに収容された商品Ｗを冷却させるための冷却装置において、冷熱移送手段（２０，３０）は、複数の蒸発熱交換器２２，３２のそれぞれに対して個別に冷熱を移送させる態様で並列に構成したものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、冷却装置に関し、より詳細には、スターリング冷凍機で発生した冷熱を利用して、例えば自動販売機等における複数の商品収容庫に収容された商品を冷却させるための冷却装置に関する。

従来、スターリング冷凍機で発生した冷熱を利用して、例えば自動販売機等における複数の商品収容庫に収容された商品を冷却させるための冷却装置としては、図１０に示したように、スターリング冷凍機１００と、冷媒循環流路２００とを備えたものが知られている。

スターリング冷凍機１００は、周知のように、自己冷却型の冷凍機であり、内部のガスを往復圧縮機で圧縮・膨張させることで、冷熱を発生する低温部１１０と、高温排熱を発生する高温部１２０とを有している。

冷媒循環流路２００は、内部に冷媒を封入してあり、凝縮熱交換器２１０と、複数（図示の例では２つ）の蒸発熱交換器２２０，２２１と、液体配管２３０と、気体配管２４０とを備えて構成されている。ここに、冷媒としては、例えば二酸化炭素等のように常温では気体であって、スターリング冷凍機１００の低温部１１０からの冷熱では凍らないもの（不凍冷媒）が用いられている。凝縮熱交換器２１０は、スターリング冷凍機１００の低温部１１０に熱的に接続されている。この凝縮熱交換器２１０では、低温部１１０で発生した冷熱により冷媒が凝縮されて凝縮液になる。

蒸発熱交換器２２０，２２１は、それぞれ凝縮熱交換器２１０から所定の距離だけ離隔した位置に配設されている。これら蒸発熱交換器２２０，２２１では、外部から得た熱により冷媒が蒸発して蒸気になる。ここで、蒸発熱交換器２２０，２２１は、それぞれ対応する商品収容庫（図示せず）の空気（内部雰囲気）を冷却するためのものである。

液体配管２３０は、凝縮熱交換器２１０と、各蒸発熱交換器２２０，２２１とを接続するものであり、凝縮熱交換器２１０で凝縮した冷媒を各蒸発熱交換器２２０，２２１まで移動させるためのものである。この液体配管２３０は、その途中で分岐されおり、分岐された一方の配管２３０ａの下流には蒸発熱交換器２２０が設けられており、他方の配管２３０ｂの下流には蒸発熱交換器２２１が設けられている。液体配管２３０の分岐点となる位置には三方弁２５０が配設されている。この三方弁２５０は、制御装置２６０によりその開度が制御されるものである。

気体配管２４０は、上記液体配管２３０とは別個に、凝縮熱交換器２１０と、各蒸発熱交換器２２０，２２１とを接続するものであり、各蒸発熱交換器２２０，２２１で蒸発した冷媒を凝縮熱交換器２１０まで移動させるためのものである。この気体配管２４０は、その途中で各蒸発熱交換器２２０，２２１からの配管が合流している。液体配管２３０と気体配管２４０との配置関係は、気体配管２４０が液体配管２３０（２３０ａ，２３０ｂ）の上方に位置するようになっている。これは、気体配管２４０を通る冷媒の密度が、液体配管２３０（２３０ａ，２３０ｂ）を通る冷媒の密度よりも小さいためのである。

このような冷却装置では、冷媒が、上記冷媒循環流路２００において液体配管２３０（２３０ａ，２３０ｂ）および気体配管２４０を移動して、凝縮熱交換器２１０と各蒸発熱交換器２２０，２２１との間を相変化しながら循環することになる。そして、制御装置２６０を通じて三方弁２５０の開度を制御して凝縮熱交換器２１０から各蒸発熱交換器２２０，２２１へ移動する冷媒の流量を調整することにより、それぞれの蒸発熱交換器２２０，２２１の冷却負荷に応じた運転を行い、各商品収容庫に収容された商品の冷却を行っている（例えば、特許文献１参照）。

そして、上記冷却装置によれば、複数の蒸発熱交換器２２０，２２１が設けられているので、複数の商品収容庫の内部雰囲気を一つの蒸発熱交換器で冷却する場合に比して、冷媒の移動距離が長大化することに起因する圧力損失の増大を防止することができ、これにより、冷却効率の低下を防止することができる。

特開２００４−１３２６５３号公報

ところが、上記冷却装置では、三方弁２５０の開度を制御して冷媒の流量を調整しているが、実際に各蒸発熱交換器２２０，２２１の冷却負荷に応じて三方弁２５０の開度を制御することは困難であり、かかる制御を実現する制御装置２６０を用いることは、高価なものを用いることになり、結果として装置全体に要するコストの増大を招来することになる。

本発明は、上記実情に鑑みて、良好な冷却効率を保持しながら、装置全体に要するコストの低減化を図ることができる冷却装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る冷却装置は、スターリング冷凍機で発生した冷熱を移送させるための冷熱移送手段と、前記冷熱移送手段により移送させた冷熱を利用して、対応する商品収容庫の内部雰囲気を冷却させるための複数の蒸発熱交換器とを備え、前記商品収容庫に収容された商品を冷却させるための冷却装置において、前記冷熱移送手段は、前記複数の蒸発熱交換器のそれぞれに対して個別に冷熱を移送させる態様で並列に構成したものであることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る冷却装置は、上記請求項１において、前記商品収容庫の内部雰囲気を、該商品収容庫の内部と外部との間で循環させる内部雰囲気循環手段を備え、前記複数の蒸発熱交換器は、それぞれ前記内部雰囲気循環手段により循環させた内部雰囲気を冷却させることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る冷却装置は、上記請求項２において、前記複数の蒸発熱交換器は、それぞれ別個に断熱容器に収容してあり、前記内部雰囲気循環手段は、商品収容庫と断熱容器との間で断熱構造を保持した態様で内部雰囲気を循環させることを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る冷却装置は、上記請求項２または上記請求項３において、前記内部雰囲気循環手段は、前記商品収容庫の内部と外部との間における前記内部雰囲気の移動を必要に応じて遮断するための遮断手段を備えたことを特徴とする。

本発明の冷却装置によれば、冷熱移送手段は、複数の蒸発熱交換器のそれぞれに対して個別に冷熱を移送させる態様で並列に構成したので、複数の商品収容庫の内部雰囲気を一つの蒸発熱交換器で冷却する場合に比して、冷媒の移動距離が長大化することに起因する圧力損失の増大を防止することができ、これにより、良好な冷却効率を保持することができ、しかも冷媒の流量の調整等の複雑な制御を必要としないために装置全体に要するコストの低減化を図ることができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る冷却装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。尚、以下においては、説明の便宜上、自動販売機に適用される冷却装置について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る冷却装置が適用された自動販売機の構成を示したものである。この図１において、自動販売機は、本体キャビネット１を備えている。

本体キャビネット１は、前面が開口した直方状の断熱筐体として形成したものである。この本体キャビネット１には、その前面に外扉２と内扉３とが設けてあり、その内部に例えば二つの断熱仕切板４ａ，４ｂによって仕切られた三つの独立した商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃが左右に並んだ態様で設けてある。より詳細に説明すると、外扉２は、本体キャビネット１の前面開口を開閉するためのものである。内扉３は、商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの前面を開閉するためのものである。商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃは、飲料缶やペットボトルを所望の温度に維持した状態で収容するためのものである。

商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃには、それぞれ、商品収納ラック６ａ，６ｂ，６ｃ、搬出機構７および商品搬出シュータ８が設けてある。商品収納ラック６ａ，６ｂ，６ｃは、缶入り飲料やペットボトル入り飲料等の商品Ｗを上下方向に沿って並ぶ態様で収納するためのものである。搬出機構７は、商品収納ラック６ａ，６ｂ，６ｃの下部に設けてあり、この商品収納ラック６ａ，６ｂ，６ｃに収納された商品群のうち最下部にある商品Ｗを一つずつ搬出するためのものである。商品搬出シュータ８は、搬出機構７からの搬出された商品Ｗを外扉２に設けた商品取出口２ａに導くためのものである。

上記本体キャビネット１の内部における商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの外部となる機械室９には、冷却装置が配設してある。冷却装置は、図２に示したように、スターリング冷凍機１０と、複数（図示の例では二つ）の冷媒循環流路２０，３０（以下、「第１冷媒循環流路２０」および「第２冷媒循環流路３０」ともいう。）と、放熱ユニット４０と、循環ユニット５０とを備えて構成してある。

スターリング冷凍機１０は、横置きに載置してあり、稼動することにより冷熱を発生する低温部１１と、高温排熱を発生する高温部１２とを有している。符号１３は、スターリング冷凍機１０の運転を制御するためのコントローラである。このコントローラ１３は、各商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの内部に配設された温度センサＳ（図５〜７参照）が検知した庫内温度に基づいてスターリング冷凍機１０の運転を制御するものである。

第１冷媒循環流路２０は、内部に冷媒を封入してあり、第１凝縮熱交換器２１と、第１蒸発熱交換器２２と、第１液体配管２３と、第１気体配管２４とを備えて構成してある。ここに、冷媒としては、例えば二酸化炭素等のように常温では気体であって、スターリング冷凍機１０の低温部１１からの冷熱では凍らないもの（不凍冷媒）が用いられている。

第１凝縮熱交換器２１は、スターリング冷凍機１０の低温部１１に熱的に接続してある。より詳細には、図３に示したように、低温部１１の外周面に接した態様で配設してある。この第１凝縮熱交換器２１の内部には、図４に示したように、冷媒の通過路となる複数の細管２１ａが形成してある。図示の例では、細管２１ａが一列に並ぶ態様で形成してある。このような第１凝縮熱交換器２１では、低温部１１で発生した冷熱により各細管２１ａを通過する冷媒が凝縮されて凝縮液になる。

第１蒸発熱交換器２２は、第１凝縮熱交換器２１から所定の距離だけ離隔した位置に配設してある。より詳細には、第１蒸発熱交換器２２は、対応する商品収容庫５ｂ，５ｃの下方に配設された断熱容器５１の内部に収容してある。この第１蒸発熱交換器２２は、対応する商品収容庫５ｂ，５ｃの空気（内部雰囲気）を冷却するためのものであり、本実施の形態では、二つの商品収容庫５ｂ，５ｃの空気を冷却するためのものである。つまり、第１蒸発熱交換器２２は、二つの商品収容庫５ｂ，５ｃの合計冷却負荷に対応している。このような第１蒸発熱交換器２２では、内部に冷媒が通過する蛇行状通路２２ａが形成してあり、該蛇行状通路２２ａを通過する冷媒が断熱容器５１の内部空気から得た熱により蒸発して蒸気になる。換言すると、第１蒸発熱交換器２２の周辺領域である断熱容器５１の内部空気は、蛇行状通路２２ａを通過する冷媒が蒸発することによって熱が奪われることになり、冷却される。

第１液体配管２３は、第１蒸発熱交換器２２と第１凝縮熱交換器２１とを繋ぐ管路である。この第１液体配管２３は、第１凝縮熱交換器２１で凝縮した冷媒を、該第１凝縮熱交換器２１から第１蒸発熱交換器２２まで移動させるためのものである。

第１気体配管２４は、上記第１液体配管２３とは別個に、第１凝縮熱交換器２１と第１蒸発熱交換器２２とを繋ぐ管路である。この第１気体配管２４は、第１蒸発熱交換器２２で蒸発した冷媒を、該第１蒸発熱交換器２２から第１凝縮熱交換器２１まで移動させるためのものである。

第１液体配管２３と第１気体配管２４との配置関係は、図には明示していないが、第１気体配管２４が第１液体配管２３の上方に位置するようにしてある。これは、第１気体配管２４を通過する冷媒の密度が、第１液体配管２３を通過する冷媒の密度よりも小さいためである。このような第１冷媒循環流路２０では、冷媒が第１凝縮熱交換器２１と第１蒸発熱交換器２２との間で相変化を繰り返しながら循環することになり、かかる第１冷媒循環流路２０のような構成は、ループ型サーモサイフォン式ヒートパイプと呼ばれるものである。

第２冷媒循環流路３０は、内部に冷媒を封入してあり、第２凝縮熱交換器３１と、第２蒸発熱交換器３２と、第２液体配管３３と、第２気体配管３４とを備えて構成してある。ここに、冷媒としては、上記第１冷媒循環流路２０の内部に封入された冷媒と同様に、例えば二酸化炭素等のように常温では気体であって、スターリング冷凍機１０の低温部１１からの冷熱では凍らないもの（不凍冷媒）が用いられている。

第２凝縮熱交換器３１は、スターリング冷凍機１０の低温部１１に熱的に接続してある。より詳細には、図３に示したように、第１凝縮熱交換器２１の外周面にロウ付けのような伝熱抵抗を最小限にした方法で接合して配設してある。この第２凝縮熱交換器３１の内部には、図４に示したように、冷媒の通過路となる複数の細管３１ａが形成してある。図示の例では、細管３１ａが一列に並ぶ態様で形成してある。このような第２凝縮熱交換器３１では、低温部１１で発生した冷熱が第１凝縮熱交換器２１を介して伝達することにより各細管３１ａを通過する冷媒が凝縮されて凝縮液になる。

第２蒸発熱交換器３２は、第２凝縮熱交換器３１から所定の距離だけ離隔した位置に配設してある。より詳細には、第２蒸発熱交換器３２は、対応する商品収容庫５ａの下方に配設された断熱容器５２の内部に収容してある。この第２蒸発熱交換器３２は、対応する商品収容庫５ａの空気（内部雰囲気）を冷却するためのものであり、本実施の形態では、一つの商品収容庫５ａの空気を冷却するためのものである。つまり、第２蒸発熱交換器３２は、商品収容庫５ａの冷却負荷に対応している。このような第２蒸発熱交換器３２では、内部に冷媒が通過する蛇行状通路３２ａが形成してあり、該蛇行状通路３２ａを通過する冷媒が断熱容器５２の内部空気から得た熱により蒸発して蒸気になる。換言すると、第２蒸発熱交換器３２の周辺領域である断熱容器５２の内部空気は、蛇行状通路３２ａを通過する冷媒が蒸発することによって熱が奪われることになり、冷却される。

第２液体配管３３は、第２蒸発熱交換器３２と第２凝縮熱交換器３１とを繋ぐ管路である。この第２液体配管３３は、第２凝縮熱交換器３１で凝縮した冷媒を、該第２凝縮熱交換器３１から第２蒸発熱交換器３２まで移動させるためのものである。

第２気体配管３４は、上記第２液体配管３３とは別個に、第２凝縮熱交換器３１と第２蒸発熱交換器３２とを繋ぐ管路である。この第２気体配管３４は、第２蒸発熱交換器３２で蒸発した冷媒を、該第２蒸発熱交換器３２から第２凝縮熱交換器３１まで移動させるためのものである。

第２液体配管３３と第２気体配管３４との配置関係は、第２気体配管３４が第２液体配管３３の上方に位置するようにしてある（図６参照）。これは、第２気体配管３４を通過する冷媒の密度が、第２液体配管３３を通過する冷媒の密度よりも小さいためである。このような第２冷媒循環流路３０では、冷媒が第２凝縮熱交換器３１と第２蒸発熱交換器３２との間で相変化を繰り返しながら循環することになり、かかる第２冷媒循環流路３０のような構成は、ループ型サーモサイフォン式ヒートパイプと呼ばれるものである。

放熱ユニット４０は、スターリング冷凍機１０の高温部１２から得た高温排熱を自動販売機の外部に放出するためのものである。この放熱ユニット４０は、内部に冷媒を封入してあり、放熱熱交換器４１と、空気熱交換器４２と、第１輸送ライン４３と、第２輸送ライン４４とを備えて構成してある。ここに、冷媒としては、種々のものを用いることができるが、一例としては、不凍液が用いられる。以下においては、冷媒の一例として不凍液が用いられた場合について説明する。

放熱熱交換器４１は、スターリング冷凍機１０の高温部１２に熱的に接続してある。この放熱熱交換器４１は、内部の冷媒に高温部１２からの高温排熱を受熱させるものである。空気熱交換器４２は、スターリング冷凍機１０（放熱熱交換器４１）から離隔した位置に配設してある。この空気熱交換器４２は、内部の冷媒に放熱させるものである。該空気熱交換器４２では、内部に冷媒が通過するための蛇行状の通路が形成してあり、該通路を通過する冷媒が放熱熱交換器４１で受熱した高温排熱を周囲空気へ放熱する。これにより、周囲空気は、高温排熱により加熱される。そして、空気熱交換器４２の周囲の所定個所には、庫外送風ファン４５が設けてある。庫外送風ファン４５は、空気熱交換器４２の内部に送り込まれた外気を外部に放出するためのものである。

第１輸送ライン４３は、放熱熱交換器４１と空気熱交換器４２とを繋ぐ管路である。この第１輸送ライン４３は、放熱熱交換器４１で高温排熱を受熱した冷媒を空気熱交換器４２に移動させるためのものである。

第２輸送ライン４４は、上記第１輸送ライン４３とは別個に、放熱熱交換器４１と空気熱交換器４２とを繋ぐ管路である。この第２輸送ライン４４は、空気熱交換器４２で放熱した冷媒を放熱熱交換器４１に移動させるためのものである。また、第２輸送ライン４４には、冷媒を循環させるための循環ポンプ４６が配設してあると共に、レシーバータンク４７が配設してある。従って、放熱ユニット４０では、冷媒が放熱熱交換器４１と空気熱交換器４２との間で循環ポンプ４６の作用により循環することになる。

循環ユニット５０は、上記断熱容器５１，５２と、背面ダクト５３と、庫内送風ファン５４と、送気切換シャッタ５５と、吸気切換シャッタ５６とを備えて構成してある。断熱容器５１，５２は、図５および図６に示したように、対応する商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの底面に接した態様で配設してある。より詳細には、断熱容器５１，５２は、送気管路５７と吸気管路５８とを有しており、送気管路５７は、対応する商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの底面と断熱構造を保持した態様で連設してあり、吸気管路５８は、対応する商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの背面ダクト５３と断熱構造を保持した態様で連設してある。送気管路５７には、商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの内部との境界にガス送気口５７ａが設けてある一方、吸気管路５８には、背面ダクト５３との境界にガス吸気口５８ａが設けてある。

背面ダクト５３は、各商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの内部の背面側に配設してあり、図には明示しないが、各商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの下部から商品収納ラック６ａ，６ｂ，６ｃに収納された商品群の所定の高さに対応する位置、すなわち該商品群の略中間領域に対応する位置まで延設してある。この背面ダクト５３の下部の前方には、ヒータＨを内蔵したヒータルーム５９が設けてある。背面ダクト５３は、ヒータルーム５９と吸入口５９ａを通じて連通してある。

庫内送風ファン５４は、商品搬出シュータ８の下部であって、ヒータルーム５９の前方に配設してある。より詳細には、庫内送風ファン５４は、上記ガス送気口５７ａの近傍に配設してあり、ヒータルーム５９と吹出口５９ｂを通じて連通してある。この庫内送風ファン５４は、商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの内部の空気を循環させるためのものである。

送気切換シャッタ５５は、図６に示したように、ガス送気口５７ａおよび吹出口５９ｂを開閉するものである。具体的には、ガス送気口５７ａを開成状態にする場合には、吹出口５９ｂを閉成状態にするものであり、逆に吹出口５９ｂを開成状態にする場合には、ガス送気口５７ａを閉成状態にするものである。

吸気切換シャッタ５６は、図６に示したように、ガス吸気口５８ａおよび吸入口５９ａを開閉するものである。具体的には、ガス吸気口５８ａを開成状態にする場合には、吸入口５９ａを閉成状態にするものであり、逆に吸入口５９ａを開成状態にする場合には、ガス吸気口５８ａを閉成状態にするものである。

また、送気切換シャッタ５５および吸気切換シャッタ５６は、それぞれの開閉動作が連係しており、送気切換シャッタ５５がガス送気口５７ａを開成状態にする場合には、吸気切換シャッタ５６がガス吸気口５８ａを開成状態にし、送気切換シャッタ５５がガス送気口５７ａを閉成状態にする場合には、吸気切換シャッタ５６がガス吸気口５８ａを閉成状態にする。これにより、送気切換シャッタ５５がガス送気口５７ａを開成状態にする場合には、吸気切換シャッタ５６がガス吸気口５８ａを開成状態にするから、断熱容器５１，５２と対応する商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの内部とが連通状態になる。

以上のような構成を有する冷却装置は、次のようにして商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃに収容された商品Ｗを冷却する。まず、すべての商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃに収容された商品Ｗを冷却する場合について説明する。この場合において、送気切換シャッタ５５がガス送気口５７ａを開成状態にし、かつ吸気切換シャッタ５６がガス吸気口５８ａを開成状態にしているものとして説明する。

冷却装置の第１冷媒循環流路２０では、スターリング冷凍機１０の低温部１１からの冷熱を次のようにして第１蒸発熱交換器２２まで移送して、断熱容器５１の内部空気を冷却する。低温部１１に熱的に接続している第１凝縮熱交換器２１において急激に冷却されて凝縮液になった冷媒が、その重力により第１液体配管２３を通じて第１蒸発熱交換器２２まで移動する。この第１蒸発熱交換器２２において、冷媒は、該第１蒸発熱交換器２２を収容する断熱容器５１の内部空気の熱により蒸発して蒸気になる。つまり、断熱容器５１の内部空気は熱が奪われることになり、これにより、断熱容器５１の内部空気は冷却される。ところで、第１蒸発熱交換器２２において蒸発して蒸気になった冷媒は、第１気体配管２４を通じて第１凝縮熱交換器２１まで移動し、該第１凝縮熱交換器２１で再び凝縮液になって上記サイクルを繰り返すことになる。

冷却装置の第２冷媒循環流路３０では、スターリング冷凍機１０の低温部１１からの冷熱を次のようにして第２蒸発熱交換器３２まで移送して、断熱容器５２の内部空気を冷却する。低温部１１に熱的に接続している第２凝縮熱交換器３１において急激に冷却されて凝縮液になった冷媒が、その重力により第２液体配管３３を通じて第２蒸発熱交換器３２まで移動する。この第２蒸発熱交換器３２において、冷媒は、該第２蒸発熱交換器３２を収容する断熱容器５２の内部空気の熱により蒸発して蒸気になる。つまり、断熱容器５２の内部空気は熱が奪われることになり、これにより、断熱容器５２の内部空気は冷却される。ところで、第２蒸発熱交換器３２において蒸発して蒸気になった冷媒は、第２気体配管３４を通じて第２凝縮熱交換器３１まで移動し、該第２凝縮熱交換器３１で再び凝縮液になって上記サイクルを繰り返すことになる。

冷却装置の放熱ユニット４０では、スターリング冷凍機１０の高温部１２からの高温排熱を次のようにして自動販売機の外部に放出する。高温部１２に熱的に接続している放熱熱交換器４１において受熱した冷媒が、第１輸送ライン４３を通じて空気熱交換器４２まで移動し、該空気熱交換器４２で放熱する。つまり、空気熱交換器４２の周囲の空気は、加熱される。そして、加熱された空気は、庫外送風ファン４５によって自動販売機の外部に放出されることになる。従って、スターリング冷凍機１０の高温部１２からの高温排熱は、放熱ユニット４０によって自動販売機の外部に放出される。ところで、空気熱交換器４２で放熱した冷媒は、第２輸送ライン４４を通じて放熱熱交換器４１まで移動し、該放熱熱交換器４１で再び受熱することにより上記サイクルを繰り返すことになる。

上述したように、送気切換シャッタ５５がガス送気口５７ａを開成状態にし、かつ吸気切換シャッタ５６がガス吸気口５８ａを開成状態にしているので、断熱容器５１とそれに対応する商品収容庫５ｂ，５ｃ、並びに断熱容器５２とそれに対応する商品収容庫５ａが連通状態になっている。よって、商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの空気は、庫内送風ファン５４の作用により、背面ダクト５３、断熱容器５１，５２（吸気管路５８および送気管路５７）および商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの内部を循環する。より詳細に説明すると、商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの内部の空気は、庫内送風ファン５４の作用により、背面ダクト５３に進入し、開成状態のガス吸気口５８ａを通じて断熱容器５１，５２の内部に至る。断熱容器５１，５２の内部に至った冷媒は、該断熱容器５１，５２の内部を通過中に第１蒸発熱交換器２２（あるいは、第２蒸発熱交換器３２）により冷却される。冷却された空気は、開成状態のガス送気口５７ａを通じて商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの内部を図６中の矢印方向に沿って移動する。つまり、冷却された空気は、商品収納ラック６ａ，６ｂ，６ｃに収納された商品群のうち下方にある商品群を通過する態様で移動する。このように冷却された空気が商品群を通過する態様で移動することにより、冷却された空気と商品Ｗとの間で熱交換が行われ、該商品Ｗが冷却されることになる。

商品Ｗとの間で熱交換が行われて温められた空気は、再び背面ダクト５３に進入して、開成状態のガス吸気口５８ａを通じて断熱容器５１，５２に至る。そして、該断熱容器５１，５２で再び冷却され、上述した循環を繰り返す。

このように断熱容器５１，５２とそれに対応する商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃとの間で空気を循環させることにより、該商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの内部における空気の温度を例えば０℃に保持することができ、これにより、商品Ｗを販売適温となる例えば５℃にすることができる。

次に、商品収容庫５ａに収容された商品Ｗのみを加熱する場合には、冷却装置は、次のようにして該商品Ｗの加熱に供することができる。

冷却装置を次のよう状態にする。すなわち、図７に示したように、送気切換シャッタ５５を動作させて商品収容庫５ａに対応する断熱容器５２のガス送気口５７ａを閉成状態にするとともに、吸気切換シャッタ５６を動作させて該断熱容器５２のガス吸気口５８ａを閉成状態にする。これにより商品収容庫５ａと断熱容器５２との連通状態は遮断されることになる。また、この際、吸入口５９ａおよび吹出口５９ｂがともに開成状態になる。従って、断熱容器５２の内部で冷却された空気は、商品収容庫５ａに移動することがない。そして、商品収容庫５ａの内部のヒータＨを稼動させることにより、ヒータＨに加熱された空気は、庫内送風ファン５４の作用により商品搬出シュータ８の下側から吹き出され、図７中の矢印方向に沿って移動する。つまり、加熱された空気は、商品収納ラック６ａに収納された商品群のうち下方にある商品群を通過する態様で移動する。

加熱された空気が商品群を通過する態様で移動することにより、加熱された空気と商品Ｗとの間で熱交換が行われ、該商品Ｗが加熱されることになる。商品Ｗとの間で熱交換が行われた空気は、背面ダクト５３に進入し、開成状態である吸入口５９ａを通じてヒータルーム５９に至る。そして、該ヒータルーム５９においてヒータＨに加熱され、上述した移動を繰り返して循環することになる。

このように加熱された空気が商品収容庫５ａの内部を循環することにより、商品Ｗの温度を販売適温（例えば５５℃）にすることができる。

ところで、他の商品収容庫５ｂ，５ｃの商品Ｗを冷却している場合には、スターリング冷凍機１０が稼動しており、上記断熱容器５２が閉鎖状態にあっても該スターリング冷凍機１０の低温部１１からの冷熱は、第２蒸発熱交換器３２に移送される。つまり、第２凝縮熱交換器３１で凝縮液になった冷媒が第２蒸発熱交換器３２に移動する。そのため、冷却負荷のない個所にもスターリング冷凍機１０の冷熱を移送させることでエネルギーの無駄が生じるとも考えられるが、断熱容器５２は外部とは断熱されており、しかも密閉状態であるために、外部からの空気の流入出はない。従って、断熱容器５２の内部に運転開始時に存在する空気中の水分が第２蒸発熱交換器３２の表面に霜として出現した後は、内部空気は乾き空気になり、空気の顕熱分の温度を下げるのみでロスするエネルギーは無視できる範囲である。断熱容器５２の内部空気の温度が下がり、スターリング冷凍機１０の低温部１１の温度と近い状態になれば、第２冷媒循環流路３０における冷媒は移動しなくなり、冷熱移送は行われなくなる。すなわち、スターリング冷凍機１０からの無駄なエネルギーの流出は殆どない。

以上のような冷却装置によれば、第１冷媒循環流路２０と第２冷媒循環流路３０とを並列に構成してスターリング冷凍機１０からの冷熱を複数の蒸発熱交換器に個別に移送するので、複数の商品収容庫の空気を一つの蒸発熱交換器で冷却する場合に比して、冷媒の移動距離が長大化することに起因する圧力損失の増大を防止することができ、その結果、良好な冷却効率を保持することができ、しかも冷媒の流量の調整等の複雑な制御を必要としないために装置全体に要するコストの低減化を図ることができる。

また、上記冷却装置では、第１冷媒循環流路２０と第２冷媒循環流路３０とを並列に構成してスターリング冷凍機１０からの冷熱を個別に移送するので、冷媒の分岐や分配がなく、冷媒の偏流がない。そのために、冷媒の偏流対策の手段を講じる必要がない。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されず種々の変更を行うことができる。例えば、図８に示したように、第１凝縮熱交換器２１′および第２凝縮熱交換器３１′の内部構造を、それぞれ複数の細管２１ｂ，２１ｃ，３１ｂ，３１ｃが千鳥状に配列した態様で形成しても良く、図９に示したように、第１凝縮熱交換器２１′の内部構造のみを、複数の細管２１ｂ，２１ｃが千鳥状に配列した態様で形成しても良い。

また、上記冷却装置における放熱ユニット４０は、不凍液を冷媒としてスターリング冷凍機１０からの高温排熱を外部に放出させるものであったが、本発明では、例えば水を冷媒として冷媒循環流路と同じようにループ型サーモサイフォン式ヒートパイプの構造を採用して高温排熱を放出しても良いし、例えば二酸化炭素を冷媒として、該二酸化炭素の超臨界状態を利用して高温排熱を放出しても良い。

以上のように、本発明に係る冷却装置は、スターリング冷凍機で発生した冷熱を利用して、例えば自動販売機等における複数の商品収容庫に収容された商品を冷却させるのに有用である。

本発明の実施の形態に係る冷却装置が適用された自動販売機の構成を示した斜視図である。 図１に示した冷却装置の構成を模式的に示した平面図である。 図２に示した凝縮熱交換器を模式的に示した側面図である。 図３における凝縮熱交換器の内部構造を模式的に示した断面図である。 図１に示した自動販売機の断面正面図である。 図１に示した自動販売機の断面側面図である。 図１に示した自動販売機の断面側面図である。 凝縮熱交換器の内部構造の変形例を示した断面図である。 凝縮熱交換器の内部構造の変形例を示した断面図である。 従来の冷却装置の構成を模式的に示した平面図である。

符号の説明

１０ スターリング冷凍機
１１ 低温部
１２ 高温部
２０ 第１冷媒循環流路
２１ 第１凝縮熱交換器
２２ 第１蒸発熱交換器
２３ 第１液体配管
２４ 第１気体配管
３０ 第２冷媒循環流路
３１ 第２凝縮熱交換器
３２ 第２蒸発熱交換器
３３ 第２液体配管
３４ 第２気体配管
４０ 放熱ユニット
４１ 放熱熱交換器
４２ 空気熱交換器
４３ 第１輸送ライン
４４ 第２輸送ライン
４５ 庫外送風ファン
４６ 循環ポンプ
４７ レシーバータンク
５０ 循環ユニット
５１，５２ 断熱容器
５３ 背面ダクト
５４ 庫内送風ファン
５５ 送気切換シャッタ
５６ 吸気切換シャッタ
５７ 送気管路
５７ａ ガス送気口
５８ 吸気管路
５８ａ ガス吸気口
５９ ヒータルーム
５９ａ 吸入口
５９ｂ 吹出口
Ｈ ヒータ
Ｓ 温度センサ
Ｗ 商品

Claims (4)

1. スターリング冷凍機で発生した冷熱を移送させるための冷熱移送手段と、
   前記冷熱移送手段により移送させた冷熱を利用して、対応する商品収容庫の内部雰囲気を冷却させるための複数の蒸発熱交換器と
   を備え、前記商品収容庫に収容された商品を冷却させるための冷却装置において、
   前記冷熱移送手段は、前記複数の蒸発熱交換器のそれぞれに対して個別に冷熱を移送させる態様で並列に構成したものであることを特徴とする冷却装置。
2. 前記商品収容庫の内部雰囲気を、該商品収容庫の内部と外部との間で循環させる内部雰囲気循環手段を備え、
   前記複数の蒸発熱交換器は、それぞれ前記内部雰囲気循環手段により循環させた内部雰囲気を冷却させることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記複数の蒸発熱交換器は、それぞれ別個に断熱容器に収容してあり、
   前記内部雰囲気循環手段は、商品収容庫と断熱容器との間で断熱構造を保持した態様で内部雰囲気を循環させることを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。
4. 前記内部雰囲気循環手段は、前記商品収容庫の内部と外部との間における前記内部雰囲気の移動を必要に応じて遮断するための遮断手段を備えたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の冷却装置。

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