JP2006138520A - 加温システムとそれを用いた自動販売機 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプシステムを用いた自動販売機に関し、より高い外気温度でのヒートポンプ加温運転をするとともに、蒸発器の結露を予測し加温運転を停止することにより結露を防ぐこと。
【解決手段】加温側圧縮機２９と、加温側凝縮器３０と、加温側減圧手段３１と、冷媒配管の周囲にフィン３４を設けた加温側蒸発器３２と、フィン３４表面に密着させた結露検出手段３８とを備え、フィン３４により加温側蒸発器３２の温度を高くできるので、より高外気温度でも加温システム３３による運転を継続することができるとともに外気温度の高い条件においても湿度の高い条件を除いて極力ヒートポンプ加温システムを運転することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸発器に結露しにくく、結露しても確実に検出することができる加温システム及びそれを用いた自動販売機に関するものである。

近年、環境保護が叫ばれる中、自動販売機業界においてもトップランナー制の導入などに伴い機器の省エネルギー化が進んでいる。

自動販売機の省エネ化技術としては、特に加温側の省エネルギーが有効であり、ヒーターを使わず、加温効率がヒーターの値である１以上であるヒートポンプ加温システムを用いることにより、省エネルギーを図る技術が提案されている。また、筆者らは、外気の熱を利用して加温する簡便な構成を提案している。
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４は従来の自動販売機のシステム図である。図４に示すように、従来の自動販売機は、冷却側圧縮機１、冷却側凝縮器２、第１の冷却側減圧手段３、第２の冷却側減圧手段４、第３の冷却側減圧手段５、第１の冷却側蒸発器６、第２の冷却側蒸発器７、第３の冷却側蒸発器８からなる冷却システム９と、加温側圧縮機１０と、加温側凝縮器１１と、加温側減圧手段１２と、加温側蒸発器１３とからなる加温システム１４を備えている。

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。

加温運転時、加温側圧縮機１０で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、加温側凝縮器１１で放熱し、自動販売機（図示せず）庫内を加温し凝縮した後加温側減圧手段１２で減圧され、低温低圧の液冷媒となり、加温側蒸発器１３で外気と熱交換し蒸発した後、加温側圧縮機１０へと吸い込まれる。

また、この時加温側蒸発器１３は低温となり、外気の湿度が高く、露点温度が高い時などには表面に水分が結露する。

しかしながら本体下部に加温側蒸発器１３を備えた構成の自動販売機においては結露水を排水することは困難であり、結露水が落下し床を濡らさないために、結露をさせないことが必要であった。

これに対処する手段としては、結露検出手段により庫外熱交換器の結露を検出し、運転を切り替える結露を防止する技術があった（例えば特許文献１参照）。
特開平６−２５７８３５号公報

しかしながら、自動販売機にヒートポンプ加温システムを用いた場合、高蒸発温度用圧縮機などを用いて蒸発温度を高くしても蒸発温度は高々１０℃程度までしか上げることはできず、結露検出手段を用いて結露する条件で運転を切り替える場合には、常湿である相対湿度７０％程度では、外気温度１５℃以上となると結露する条件となり運転できなくなるという課題があった。

本発明の目的は、フィン温度を高くし、蒸発器表面に結露を生じにくくさせ、外気温度１５℃以上でもヒートポンプ加温システムを運転し、効率の高い自動販売機とすると共に、外気温度の高い条件においても雨天などの湿度の高い条件を除いて極力ヒートポンプ加温システムを運転するために、結露センサーを設けて湿度の高い条件において運転を切り替えることにより結露を防ぐことである。

上記従来の課題を解決するために、本発明の加温システムは、圧縮機と、凝縮器と、減圧手段と、蒸発器配管と、蒸発器配管の周囲に設けたフィンとからなる蒸発器と、フィン表面に密着させた結露検出手段とから構成したものである。

これによって、蒸発器表面積が増加し蒸発器表面温度が高くなり、より高外気温度でもヒートポンプ加温システムを運転できると共に、蒸発器の結露が生じるフィン部分の結露を検出し、結露を生じない運転をすることが可能となり、外気温度の高い条件においても雨天などの湿度の高い条件を除いて極力ヒートポンプ加温システムを運転することができる。

また、本発明の加温システムは、ファンにより蒸発器を外気と熱交換し、フィン表面でファンの風が当たらない位置に結露検出手段を密着させた構成としたものである。

これによって、結露検出手段に風が当たりゴミなどが付着することはなく、結露検出手段の寿命を長くすることができる。

また、本発明の加温システムは、結露検出手段を蒸発器配管の入口近傍のフィンに取り付ける構成としたものである。

これによって、最も結露しやすい蒸発器フィンの最も温度の低い位置の結露を検出することができ、蒸発器全体の結露を確実に防ぐことができる。

また、本発明の加温システムは、結露検出手段とフィンを熱伝導性の材料を介して密着させる構成としたものである。

これによって、結露検出手段の温度がフィンの温度に近くなり、より精度良く湿度を検出することができ、蒸発器の結露をより確実に防ぐことができる。

また、本発明の自動販売機は、蒸発器の冷媒配管とフィンの密着成形後に蒸発器を塗装する構成としたものである。

これによって、結露検出手段の温度が蒸発器パイプの温度に近くなり、より精度よく湿度を検出することができ、蒸発器の結露をより確実に防ぐことができる。

また、本発明の自動販売機は、請求項１から５のいずれか１項に記載の加温システムを用いたものである。

これによって、自動販売機において、外気温度の高い条件においても雨天などの湿度の高い条件を除いて極力ヒートポンプ加温システムを運転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。

また、本発明の自動販売機は、冷却システムと加温システムを備え、冷却システムの凝縮器と加温システムの蒸発器を熱交換させる構成としたものである。

これによって、冷却システムの凝縮器の熱により加温システムの蒸発器のフィン温度をより高くすることができ、ヒートポンプ加温システムをより高外気温度でも運転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。

本発明の自動販売機は、加温システムの蒸発器のフィン温度を高くし、より高外気温度でも加温システムを運転でき、外気温度の高い条件においても雨天などの湿度の高い条件を除いて極力ヒートポンプ加温システムを運転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。

また、本発明の自動販売機は、蒸発器の結露を検出する結露検出手段の寿命を長くすることができる。

また、本発明の自動販売機は、蒸発器のフィン表面の結露を確実に検出することができ、結露を確実に防ぐことができる。

請求項１に記載の発明は、圧縮機と、凝縮器と、減圧手段と、蒸発器配管と、蒸発器配管の周囲に設けたフィンとからなる蒸発器と、フィン表面に密着させた結露検出手段とから構成したことにより、より高外気温度でも加温システムを運転することができ、外気温度の高い条件においても雨天などの湿度の高い条件を除いて極力ヒートポンプ加温システムを運転することができる。

請求項２に記載の発明は、ファンにより蒸発器を外気と熱交換し、フィン表面で前記ファンの風が当たらない位置に結露検出手段を密着させた構成としたことにより、結露検出手段の寿命を長くすることができる。

請求項３に記載の発明は、結露検出手段を蒸発器配管の入口近傍のフィンに取りける構成としたことにより、蒸発器の結露を確実に防ぐことができる。

請求項４に記載の発明は、結露検出手段とフィンを熱伝導性の材料を介して密着させる構成としたことにより、蒸発器の結露をより確実に防ぐことができる。

請求項５に記載の発明は、蒸発器の冷媒配管とフィンの密着成形後に蒸発器を塗装する構成としたことにより、蒸発器の結露をより確実に防ぐことができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の加温システムを用いた構成としたことにより、外気温度の高い条件においても雨天などの湿度の高い条件を除いて極力ヒートポンプ加温システムを運転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。

請求項７に記載の発明は、冷却システムと加温システムを備え、前記冷却システムの凝縮器と前記加温システムの蒸発器を熱交換させる構成としたことにより、加温システムをより高外気温度でも運転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。

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、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による冷却加温システムのシステム図である。図２は同実施の形態の庫外熱交換器の斜視図である。図３は同実施の形態の自動販売機の加温システムの制御を示すフローチャートである。

図１と図２において、冷却専用の左室１５と、中室１６と、冷却および加温ができる右室１７を備えた自動販売機１８本体は、下部に冷却加温サイクル１９を備えている。冷却加温サイクル１９は、冷却側圧縮機２０と冷却側凝縮器２１と、第１の冷却側減圧手段２２と、第２の冷却側減圧手段２３と、第３の冷却側減圧手段２４と、第１の冷却側蒸発器２５と、第２の冷却側蒸発器２６と、第３の冷却側蒸発器２７とからなる冷却システム２８と、加温側圧縮機２９と、加温側凝縮器３０と、加温側減圧手段３１と、加温側蒸発器３２とからなる加温システム３３により構成されており、冷却側凝縮器２１と加温側蒸発器３２はフィン３４を共有することにより一体の庫外熱交換器３５を構成している。

庫外熱交換器３５は熱交換ファン３６により周囲の空気と熱交換し、最も外側のフィン３４の外側の加温側蒸発器３２の蒸発器入口配管３７近傍には、例えば結露膜などにより結露すると抵抗値が急激に上昇するような特性を持った結露センサーなどの結露検出手段３８が例えば高熱伝導性シーラーなどの熱伝導性の材料３９によって貼り付けられている。

また、制御手段４０は結露検出手段３８と加温側圧縮機２０及び右室１７内に備えた加温ヒーター４１を連動させており、結露検出手段３８の抵抗値が、フィン３４の温度が露点温度以下になる手前、例えば湿度９０％以上となると加温側圧縮機２９を停止させるとともに、加温ヒーター４１に通電し、右室１７を加温ヒーター４１により加温する。

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、作用を説明する。

右室が加温運転の場合、冷却側圧縮機２０で圧縮された高温、高圧のガス冷媒は、冷却側凝縮器２１で熱交換ファン３６により外気と熱交換し冷却、凝縮され低温、高圧の気液二層冷媒となり第１の冷却側減圧手段２２または第２の冷却側減圧手段２３へと選択的に流れる。

低温、高圧の気液二層冷媒は第１の冷却側減圧手段２２または第２の冷却側減圧手段２３で減圧され低温、低圧の液冷媒となり第１の冷却側蒸発器２４または第２の冷却側蒸発器２５へと流れ、左室１５または中室１６内空気と熱交換することにより蒸発し、蒸発気化熱により左室１５または中室１６内を冷却し、再び冷却側圧縮機２０へと吸い込まれる。

また、加温側圧縮機２９で圧縮された高温、高圧のガス冷媒は、加温側凝縮器３０で右室１７内の空気と熱交換し、右室１７内空気と熱交換し冷却、凝縮され右室内を加温し、低温、高圧の気液二層冷媒となり加温側減圧手段３１へと流れる。

低温、高圧の気液二層冷媒は加温側減圧手段３１で減圧され、低温、低圧の液冷媒となり加温側蒸発器３２へと流れ熱交換ファン３６により外気と熱交換し蒸発し、再び加温側圧縮機２９へと吸い込まれる。

次に、図３に従って制御手段４０の動作を説明する。

まず冷却、加温運転中で外気温度が比較的低い場合は、庫外熱交換器３５のフィン３４表面温度が外気の露点温度に達することはないため結露検出手段３８は結露が生じる抵抗値に達することはなく、冷却、加温運転が継続される。

外気の湿度が高い場合、庫外熱交換器３５のフィン３４表面温度が外気の露点温度近くになり、湿度検出手段３８が湿度９０％以上の抵抗値となった時には、制御手段４０により加温側圧縮機２９を停止させると共に加温ヒーター４１に通電し、加温運転を継続するため、庫外熱交換器３５のフィン３４表面に結露することなく運転することができる。

ここで、従来のヒートポンプ加温システムを用いた自動販売機では、蒸発温度が１０℃以下となり、常湿である湿度７０％において、外気温度１５℃の条件で蒸発温度が露点温度以下に達してしまうため、それ以上の外気温度では加温ヒーター４１による加温運転となり、加温システム３３を用いた加温運転に比較すると効率が低くなっていた。

しかしながら、本実施の形態においては、加温側蒸発器３２は蒸発器配管とフィン３４とから構成されていると共に、冷却側凝縮器２１とフィン３４を共有することにより熱交換し、フィン３４表面温度を５Ｋ程度上昇させることができるため、外気温度が２１℃程度までの運転が可能となる。

従って、より高い外気温度で加温システムによる加温運転が可能となり、外気温度の高い条件においても雨天などの湿度の高い条件を除いて極力ヒートポンプ加温システムを運転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。

また、結露検出手段３８は埃やゴミが付着すると特性が変化し、結露の検出が精度良くできないため風を当てることは好ましくない。

しかしながら、本実施の形態においては、結露検出手段３８は熱交換ファン３６の風路外である、庫外熱交換器３５のフィン３４の最も外側に密着させていることから、結露検出手段に風が当たることはなくゴミなどが付着せず、長期間使用しても結露を確実に検出することができる。

また、加温側蒸発器３２のフィン３４で最も温度が低くなる場所は、蒸発器入口配管３７近傍であり、温度が低い分結露も蒸発器入口配管３７近傍に発生しやすくなる。

本実施の形態においては結露検出手段３８はフィン３４の蒸発器入口配管３７近傍に密着させているため、加温側蒸発器３２のフィン３４の最も結露しやすい場所の結露を検出することができ、確実に結露を検出することができる。

また、結露検出手段３８はその特性上、フィン３４と同じ温度にならないと、フィン３４が結露していても結露検出手段３８は結露せず、フィン３４と結露検出手段３８の密着度が低い場合などには確実な結露検出ができない恐れがあった。

しかしながら、本実施の形態においては結露検出手段３８はフィン３４に熱伝導性の材料３９によって密着されており、結露検出手段３８とフィン３４はほぼ同じ温度とすることができるため、結露を確実に検出することができる。

また、蒸発器入口配管３７は、例えば拡管することによりフィン３４と密着させているが、製造方法などによっては他の場所よりも密着度が低くなり、蒸発器入口配管３７の温度とその近傍のフィン３４の温度の差が大きくなり、フィン３４の蒸発器入口配管近傍の温度が他の部位の温度よりも高くなり、フィン３４表面の蒸発器入口配管３７近傍が結露していなくても他の場所が結露する恐れがあり、結露を確実に検出できない恐れがあった。

しかしながら、本実施の形態においては、加温側蒸発器３２の蒸発器入口配管３７とフィン３４は密着成形後に塗装されていることにより、密着していない場所にも塗料が入り込み、熱伝導率を高めることができ、蒸発器入口配管３７の温度とフィン３４の温度がほぼ等しくなり、結露を確実に検出することができる。

従って、確実に結露を検出できる自動販売機とすることができる。

なお、本実施の形態において、自動販売機１８の室数は３室とし、右室のみ加温ができる構成として説明したが、部屋数、冷却、加温の組み合わせはいかなる物であっても、ヒートポンプ加温システムを用いて加温を行っていれば同様の効果が得られる。

また、本実施の形態においては、加温システムは加温のみができるシステムとして説明したが、四方弁などによって切替を行い、冷却と加温の両方ができるヒートポンプシステムにおいても加温運転時には同等の効果が得られる。

また、本実施の形態においては加温側蒸発器３２のフィン３４の最も外側に結露検出手段３８を密着させる構成としたが、加温側蒸発器３２のフィン３４よりも外側にフィン３４よりも強度の高いエンドプレートを設け、エンドプレートに結露検出手段３８を密着させる構成とすることにより、エンドプレートが変形しにくく、結露検出手段３８との密着度をより高くすることができ、より確実に結露を検出することができる。

また、本実施の形態においては、冷却側凝縮器２１と加温側蒸発器３２は同一のフィン３４により構成することにより熱交換を促進する構成としたが、冷却側凝縮器２１と加温側蒸発器３２が熱交換でき、フィン３４の温度が高くなる構成とすることにより同様の効果が得られる。

以上のように、本発明にかかる自動販売機は、結露検出手段により確実に蒸発器の結露を検出し、防ぐことができるので、蒸発器を持つヒートポンプ機器ならあらゆる機器に適用できる。

本発明による自動販売機の実施の形態１のシステム図 同実施の形態の庫外熱交換器の斜視図 同実施の形態の加温システムの制御を示すフローチャート 従来の自動販売機のシステム図

符号の説明

１８ 自動販売機
２９ 加温側圧縮機
３０ 加温側凝縮器
３１ 加温側減圧手段
３２ 加温側蒸発器
３３ 加温システム
３４ フィン
３６ 熱交換ファン
３７ 蒸発器入口配管
３８ 結露検出手段
３９ 熱伝導性の材料

Claims (7)

1. 圧縮機と、凝縮器と、減圧手段と、蒸発器配管と、前記蒸発器配管の周囲に設けたフィンとからなる蒸発器と、前記フィン表面に密着させた結露検出手段とからなる加温システム。
2. ファンにより蒸発器を外気と熱交換し、フィン表面で前記ファンの風が当たらない位置に結露検出手段を密着させた請求項１に記載の加温システム。
3. 結露検出手段を蒸発器配管の入口近傍のフィンに取り付けた請求項１または２に記載の加温システム。
4. 結露検出手段とフィンを熱伝導性の材料を介して密着させた請求項１から３のいずれか１項に記載の加温システム。
5. 蒸発器の冷媒配管とフィンの密着成形後に蒸発器を塗装した請求項１から４のいずれか１項に記載の加温システム
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の加温システムを用いた自動販売機。
7. 冷却システムと加温システムを備え、前記冷却システムの凝縮器と前記加温システムの蒸発器を熱交換させることを特徴とする請求項６に記載の自動販売機。

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