JP2006189190A - 物品加温冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 空気圧縮装置で生成した熱を無駄にすることなく、被加温物品の急速加温及び被冷却物品の急速冷却が可能で、かつ、取り扱いも簡単な物品加温冷却装置を提供する。
【解決手段】 本発明の物品加温冷却装置１は、第１収納筺体４内に被加温物品Ｇ１を収容するときは被加温物品Ｇ１を急速に加温することができ、第２収納筺体５内に被冷却物品Ｇ２を収容するときは被冷却物品Ｇ２を急速に冷却することができる。これにより、一つのサイクルで被加温物品Ｇ１の加温及び被冷却物品Ｇ２の冷却ができるので、システムが複雑化しない。また、ヒーター等の熱源が不要なので、省エネを図ることができる。さらに、加温媒体及び冷却媒体として空気を用いているので、加温媒体費用及び冷却媒体費用が不要となっているし、安全性に優れ、取り扱いも簡単なものとなっている。
【選択図】 図１

Description

従来より、空気圧縮装置で高温高圧の空気とし、これを冷却装置で冷却した後に、膨張装置で低温低圧とする空気冷媒式冷却装置が知られている。この空気冷媒式冷却装置は、環境への悪影響を抑制するために冷媒をフロン系やアンモニア系から空気へと切り換えたものである。

しかしながら、空気冷媒式冷却装置は、フロン等の冷媒を用いる冷凍サイクルと比較して効率が低く、また効率を上げるには装置が大掛かりとなってしまうという問題点があった。

そこで、このような問題点を解決するため、特開平１１−１３２５８３号公報のような空気冷媒式冷却装置が提案された。この空気冷媒式冷却装置は、空気圧縮装置、空気冷却装置、及び膨張装置を順次接続した空気管路を有し、空気圧縮装置で生成した高温高圧空気を冷却装置で冷却し、更に、膨張装置によって減圧して低温空気を得る構造となっている。
特開平１１−１３２５８３号公報 特開２０００−２５７９６９号公報 特開２０００−９７５０７号公報

しかしながら、この空気冷媒式冷却装置では、高温高圧空気を冷却し熱を放熱しているが、この熱が回収されることはなく無駄に捨てられていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、空気圧縮装置で生成した熱を無駄にすることなく、被加温物品の急速加温及び被冷却物品の急速冷却が可能で、かつ、取り扱いも簡単な物品加温冷却装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１は、空気を圧縮する空気圧縮装置と、空気圧縮装置で圧縮された空気の熱を放出する少なくとも一つの放熱装置と、放熱装置の少なくとも１つを内部に備え且つ被加温物品が収容される断熱製の第１収納筺体と、放熱装置で放熱された空気を膨張させる膨張装置と、膨張装置で減圧冷却された空気が放出され且つ被冷却物品が収容される断熱製の第２収納筺体とを有する構成となっている。

請求項１の発明によれば、空気圧縮装置において空気が圧縮されることにより高温高圧の圧縮空気が生成され、この圧縮空気の熱が放熱装置で放出される。この放熱装置からの熱により、第１収納筺体内に収容される被加温物品が加温される。また、放熱装置で生成された高圧空気が膨張装置で減圧されることにより、空気の単位体積当たりの熱量が低下する。そして、この低温空気が収納筺体に放出され被冷却物品が冷却される。

なお、請求項１に記載の物品加温冷却装置機において、放熱装置と膨張装置との間に放熱装置で放熱された空気を貯留する貯留容器を設け、貯留容器から冷却用空気を供給するようにしてもよい（請求項２）。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の物品加温冷却装置機において、第１収納筺体の温度を検知する第１温度センサと、第１収納筺体への空気の流通を規制又は解除する第１開閉弁と、第１温度センサの検知温度に基づき第１開閉弁を制御する制御手段とを有する構造となっている。

請求項３の発明によれば、請求項１又は請求項２の作用に加え、第１収納筺体の温度を第１温度センサで常時監視することによって、第１収納筺体内を被加温物品用の温度に常時維持することができる。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の物品加温冷却装置機において、第２収納筺体の温度を検知する第２温度センサと、第２収納筺体への空気の流通を規制又は解除する第２開閉弁と、第２温度センサの検知温度に基づき第２開閉弁を制御する制御手段とを有する構造となっている。

請求項４の発明によれば、請求項１乃至請求項３の何れか一項の作用に加え、第２収納筺体の温度を第２温度センサで常時監視することによって、第２収納筺体内を被冷却物品用の温度に常時維持することができる。

請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の物品加温冷却装置機において、第１収納筺体を自動販売機の商品収納搬出装置から搬出された商品を受容する商品加温室として用いた構造となっている。

請求項５の発明によれば、請求項１乃至請求項４の何れか一項の作用に加え、自動販売機で販売される商品が第１収納筺体（商品加温室）で加温できるため、商品収納搬出装置に収納された商品を販売適正温度に加温しておく必要がない。

請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の物品加温冷却装置機において、第２収納筺体を自動販売機の商品収納搬出装置から搬出された商品を受容する商品冷却室として用いた構造となっている。

請求項６の発明によれば、請求項１乃至請求項５の何れか一項の作用に加え、自動販売機で販売される商品が第２収納筺体（商品冷却室）で冷却できるため、商品収納搬出装置に収納された商品を販売適正温度に冷却しておく必要がない。

請求項７の発明は、請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の物品加温冷却装置機において、第２収納筺体の内圧を調整する圧力調整弁を有する構造となっている。

請求項７の発明によれば、請求項１乃至請求項６の何れか一項の作用に加え、圧力調整弁を有することによって、第２収納筺体内の過圧を防止することができる。

本発明によれば、圧縮空気の熱によって被加温物品を急速加温できると同時に、減圧空気により被冷却物品を急速冷却できることから、一つのサイクルで商品の加温及び冷却ができるので、システムが複雑化しない。また、ヒーター等の熱源が不要なので、省エネを図ることができる。さらに、加温媒体及び冷却媒体として空気を用いるので、加温媒体費用及び冷却媒体費用が不要となり、安全性に優れ、取り扱いも簡単なものとなる。

図１乃至図３は本発明に係る物品加温冷却装置の第１実施形態を示すもので、図１は第１実施形態に係る物品加温冷却装置の回路図、図２は圧縮機と膨張装置との連係構造を示す概略図、図３は空気に関する圧力Ｐ−熱量ｈの変化線図である。

本実施形態に係る物品加温冷却装置は、図１に示すように構成されている。即ち、空気圧縮装置１と放熱装置２と膨張装置３と第１及び第２収納筺体４，５と各電磁弁（第１開閉弁）ＳＶ１，ＳＶ２及び各電磁弁（第２開閉弁）ＳＶ３，ＳＶ４を有している。

空気圧縮装置１は空気圧縮用の圧縮機であり、図３に示すように、０．１ＭＰａ（大気圧）を約８倍の０．８ＭＰａに圧縮可能な圧縮機、例えば後述するようにスクロール式圧縮機が用いられる。この空気圧縮装置１は、除湿器１ａ、及び電磁弁ＳＶ１，ＳＶ２を介して放熱装置２と接続されている。

放熱装置２は空気圧縮装置１で生成された高温高圧空気を冷却する機器であり、図１に示すように、空気圧縮装置１に対して並列に２個接続されている第１放熱装置２ａと第２放熱装置２ｂとから構成されている。第１放熱装置２ａは、第１収納筺体４内に配置されており、第１放熱装置２ａ内を通る高温高圧空気と第１収納筺体４内に収納された筺体内空気との間で熱交換し、被加温物品Ｇ１を加温するようになっている。また、第２放熱装置２ｂは、送風機２ｃを有し、第２放熱装置２ｂ内を通る高温高圧空気と送風機２ｃから強制送風される空気とを熱交換をさせて、高温高圧空気から熱を強制放熱させている。この放熱装置２は、逆止弁２ｄと逆止弁２ｅを介して膨張装置３と接続されている。

膨張装置３は、図１に示すように、放熱装置２で生成された高圧空気を減圧する機器である。膨張装置３は、例えば後述するようにスクロール式膨張機が用いられ、高圧空気を狭小の吸入口から取り込み、これを徐々に広がる膨張空間に通して減圧するようになっている。

第１収納筺体４は、被加温物品Ｇ１を収納する断熱性の筺体である。第１収納筺体４内には、前述したように空気圧縮装置１で生成された高温高圧空気からの熱が第１放熱装置２ａによって筺体内に放出されるようになっている。また、第１収納筺体４には温度センサ（第１温度センサ）４ｃが設置されており、第１収納筺体４内の温度を常時検知している。

第２収納筺体５は、被冷却物品Ｇ２を収納する断熱性の筺体である。第２収納筺体５は膨張装置３に対して並列に２個接続しており、膨張装置３から給送された減圧空気が各第２収納筺体５内に噴射されるようになっている。各第２収納筺体５の底壁には、逆止弁５ａを有するドレン管５ｂが設置され、各第２収納筺体５で生成された凝縮水がドレン管５ｂを通じて外部に排水されるようになっている。また、各第２収納筺体５には温度センサ（第２温度センサ）５ｃが設置されており、各第２収納筺体５内の温度を常時検知している。更に、各第２収納筺体５には、圧力調整弁５ｄが設置され、各第２収納筺体５内の過圧を防止している。

各電磁弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３，ＳＶ４は、空気の流通を規制又は解除するものである。電磁弁ＳＶ１は、空気圧縮装置１と第１放熱装置２ａとの間の管路に設置され、空気圧縮装置１から第１放熱装置２ａへの空気の流入を規制又は解除している。また、電磁弁ＳＶ２は、空気圧縮装置１と第２放熱装置２ｂとの間の管路に設置され、空気圧縮装置１から第２放熱装置２ｂへの空気の流入を規制又は解除している。さらに、各電磁弁ＳＶ３，ＳＶ４は、膨張装置３と各第２収納筺体５との間の管路に設置され、膨張装置３から各第２収納筺体５への空気の流入を規制又は解除している。

このように構成された物品加温冷却装置において、空気圧縮装置１及び膨張装置３は図２に示すように構成されている。即ち、空気圧縮装置１及び膨張装置３は共にスクロール式の圧縮・膨張機構を採用している。まず、空気圧縮装置１は、ガス吸入口１１を外側にガス吐出口１２を中央にそれぞれ有するもので、旋回スクロール１３を図２の矢印方向（図２に向かって右回り）に回転してガス吸入口１１から流入した空気を固定スクロール１４との間で圧縮し、ガス吐出口１２から吐出する構成となっている。

一方、膨張装置３は前記空気圧縮装置１とは逆の構成、即ちガス吐出口２１を外側にガス吸入口２２を内側に有し、旋回スクロール２３を図２の矢印方向（図２に向かって左回り）に回転してガス吸入口２２から流入した空気を固定スクロール２４との間で膨張させ、ガス吐出口２１から吐出する構成となっている。

さらに、空気圧縮装置１の回転駆動軸と膨張装置３の回転出力軸は、図２に示すように、電動機６を介してシャフト７で連結しており、電動機６によって膨張装置３及び空気圧縮装置１が駆動する構成となっている。

以上のように構成された物品加温冷却装置において、空気圧縮装置１及び各電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ４は制御装置８により制御される。この制御装置８は、マイクロコンピュータ構成のＣＰＵ及びメモリを有するもので、電動機６、各電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ４を各温度センサ４ｃ，５ｃの検知温度に基づき制御している。

即ち、温度センサ４ｃの検知温度に基づき第１収納筺体４内の温度が設置温度（例えば７５℃）より低くなっているときは、第１収納筺体４に対応する電磁弁ＳＶ１が開動作し、更に電動機６によって空気圧縮装置１が駆動する。

また、各温度センサ５ｃの検知温度に基づき各第２収納筺体５のうち何れかの第２収納筺体５内の温度が設置温度（例えば５℃）より高くなっているときは、電磁弁ＳＶ１，ＳＶ２が開動作するとともに、その第２収納筺体５に対応する電磁弁ＳＶ３，ＳＶ４が開動作し、更に電動機６によって空気圧縮装置１が駆動する。

この空気圧縮装置１の駆動により、空気圧縮装置１に吸入された空気（０．１ＭＰａ）が図３に示すように変化する。即ち、この吸入空気は空気圧縮装置１で圧縮され（０．８ＭＰａ）、高温高圧空気となる（図３のＡ点からＢ点への矢印）。この高温高圧空気は、放熱装置２で放熱される（図３のＢ点からＣ点への矢印）。この放出された熱によって、第１収納筺体４内の温度が上昇する。そして、放熱装置２で放熱された空気は膨張装置３で減圧され（０．１ＭＰａ）、これに伴い、空気の単位体積当たりの熱量が低下する（図３のＣ点からＤ点への矢印）。さらに、この低温空気が第２収納筺体５に放出され、第２収納筺体５内の温度を低下させる。一方、この加温・冷却動作により、第１収納筺体４内の温度が設定温度より上昇、又は第２収納筺体５内の温度が設定温度より低下したときは、空気圧縮装置１を停止し、また、各電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ４を閉じる。

また、制御装置８は、被加温物品Ｇ１が第１収納筺体４内に収容されたときは、電磁弁ＳＶ１が開動作し、空気圧縮装置１が駆動する。これにより、被加温物品Ｇ１に向かって高温高圧空気の熱が放出され、被加温物品Ｇ１が放出された熱により加温される。

さらに、制御装置８は、被冷却物品Ｇ２が第２収納筺体５内に収容されたときは、電磁弁ＳＶ１，ＳＶ２が開動作するとともに、被冷却物品Ｇ２が収納の第２収納筺体５に対応するＳＶ３，ＳＶ４が開動作し、空気圧縮装置１が駆動する。これにより、被冷却物品Ｇ２に向かって冷却空気が直接に噴射され、被冷却物品Ｇ２が噴射冷気により冷却される。

本実施形態によれば、第１収納筺体４内に被加温物品Ｇ１を収容するときは被加温物品Ｇ１を急速に加温することができ、第２収納筺体５内に被冷却物品Ｇ２を収容するときは被冷却物品Ｇ２を急速に冷却することができる。これにより、一つのサイクルで被加温物品Ｇ１の加温及び被冷却物品Ｇ２の冷却ができるので、システムが複雑化しない。また、ヒーター等の熱源が不要なので、省エネを図ることができる。さらに、加温媒体及び冷却媒体として空気を用いているので、加温媒体費用及び冷却媒体費用が不要となっているし、安全性に優れ、取り扱いも簡単なものとなっている。

尚、本実施形態では、第１収納筺体４の温度を温度センサ４ｃで常時監視することによって、第１収納筺体４内を被加温物品Ｇ１用の温度に常時維持し、また、第２収納筺体５の温度を温度センサ５ｃで常時監視することによって、第２収納筺体５内を被冷却物品Ｇ２用の温度に常時維持しているが、販売時に被加温物品Ｇ１及び被冷却物品Ｇ２の温度が販売最適温度に達するのであれば、各収納筺体４，５を予め加熱又は冷却する必要はない。例えば、第１放熱装置２ａから放出される熱量が大きく、第１収納筺体４内に被加温物品Ｇ１が入ってきた瞬間に被加温物品Ｇ１を急激に加温できるものであれば、被加温物品Ｇ１の販売のタイミングで電動機６を駆動すれば良い。また、膨張装置３からの出力が大きく、第２収納筺体５内に減圧空気が給送された瞬間に被冷却物品Ｇ２を急激に冷却できるものであれば、被冷却物品Ｇ２の販売のタイミングで電動機６を駆動すれば良い。

図４は、本発明に係る物品加温冷却装置の第２実施形態を示すものである。本実施形態に係る物品加温冷却装置は前記第１実施形態に貯留容器９と電磁弁ＳＶ５を加えたものである。なお、前記第１実施形態と同一構成部分は同一符号で示し、その説明を省略する。

貯留容器９は、耐圧性金属で形成されたもので、加温装置２と膨張装置３との間の管路に配置されており、放熱装置２で放熱された空気を貯留するようになっている。また、電磁弁ＳＶ５は各温度センサ５ｃの検知温度に基づき開閉し、各第２収納筺体５を設置温度に保持するようになっている。

本実施形態によれば、空気圧縮装置１を駆動して予め貯留容器９に高圧空気を溜めておくことができるため、貯留容器９の空気により各第２収納筺体５を保冷でき、また、貯留容器９の空気により被冷却物品Ｇ２が直接に冷却される。これにより、被冷却物品Ｇ２を冷却する度に空気圧縮装置１を駆動する必要がなく、空気圧縮装置１の発停が少なくなり、空気圧縮装置１の長寿命化及び省エネに優れたものとなっている。なお、その他の構成、作用は前記第１実施形態と同様である。

図５は、第２実施形態に係る物品加温冷却装置を自動販売機に適用した例を示している。まず、自動販売機３０の構成を図５を参照して説明する。

自動販売機３０は、下部の仕切板３１を間にして上方には商品収納室３２を形成し、また仕切板３１の下方には機械室３３を形成している。商品収納室３２の内部には上側から下側に向かって、商品収納搬送装置（サーペンタインラック）３４、商品加温室３５、商品冷却室３６及びベルト搬送装置３７を順番に設置している。

サーペンタインラック３４は前後に３列に配列され、ラック３４の３列のうち１列には多数の被加温物品（缶飲料等の商品）Ｇ１が収納されている。また、ラック３４の３列のうち２列には多数の被冷却物品（缶飲料等の商品）Ｇ２が収納されている。そして、このように収納された商品Ｇ１又はＧ２の最下位から１個ずつ落下搬出するようになっている。

商品加温室３５は、前記第２実施形態に係る第１収納筺体４が用いられている。即ち、商品加温室３５は第１収納筺体４となっており、第１収納筺体４の上壁及び底壁はそれぞれ板状の上扉４ｄと下扉４ｅを有している。上扉４ｄ及び下扉４ｅは、図５に向かって前後方向にスライド自在で、第１収納筺体４を開閉できるようになっている。

ここで、商品加温室３５の上扉４ｄ及び下扉４ｅは、前述の制御装置８により以下のように制御される。即ち、ラック３４から商品Ｇ１が落下搬出されるときは、そのラック３４に上下に対向する上扉４ｄが開放するように制御される。これにより、落下商品Ｇ１を第１収納筺体４内に収納する。商品Ｇ１の受容が済んだときは、上扉４ｄが閉塞するよう制御され、前述した商品Ｇ１の加温運転が行われる。そして、商品Ｇ１の加温運転が終了したときは下扉４ｅが開放するよう制御される。これにより、加温商品Ｇ１が下方に落下する。その後、下扉４ｅを再度閉塞するように制御される。なお、各第１収納筺体４内には第１放熱装置２ａが設置され、この第１放熱装置２ａを通じて空気圧縮装置１から給送された高温高圧空気の熱が放出されるようになっている。

商品冷却室３６は、前記第２実施形態に係る各第２収納筺体５が用いられている。即ち、商品冷却室３６は、２室に区分された第２収納筺体５となっており、各第２収納筺体５を設置温度の上壁及び底壁はそれぞれ板状の上扉５ｄと下扉５ｅを有している。上扉５ｄ及び下扉５ｅは、図５に向かって前後方向にスライド自在で、第２収納筺体５を開閉できるようになっている。

ここで、上扉５ｄ及び下扉５ｅは、前述の制御装置８により、以下のように制御される。即ち、ラック３４から商品Ｇ２が落下搬出されるときは、そのラック３４に上下に対向する上扉５ｄが開放するように制御される。これにより、落下商品Ｇ２を第２収納筺体５内に収納する。商品Ｇ２の受容が済んだときは、上扉５ｄが閉塞するよう制御され、前述した商品Ｇ２の冷却運転が行われる。そして、商品Ｇ２の冷却運転が終了したときは下扉５ｅが開放するよう制御される。これにより、冷却商品Ｇ２が下方に落下する。その後、下扉５ｅを再度閉塞するように制御される。なお、各第２収納筺体５の側壁には空気通路５ｆが形成され、この空気通路５ｆを通じて膨張装置３から給送された減圧空気が通るようになっている。

ベルト搬送装置３７は、商品加温室３５又は商品冷却室３６から落下された商品Ｇ１又はＧ２を商品取り出し扉３８側に搬送する装置である。ベルト搬送装置３７は、第１及び第２収納筺体４，５の下方に設置され、第１及び第２収納筺体４，５から落下した商品Ｇ１又はＧ２を、商品収納室３２の前方に設置された商品取り出し扉３８に向かって搬送する（図５は商品冷却室３６から落下された商品Ｇ２を搬送する場合を示す）。

なお、機械室３３には、前記第１実施形態の物品加温冷却装置を構成する各種機器が設置されている。

以上のように第２実施形態に係る第１収納筺体４を商品加温室３５として用いるときは、第１収納筺体４で販売商品Ｇ１を急速に加温することができるので、ラック３４側は加温する必要がないか、或いは、加温するとしても例えば販売温度よりも低い温度で加温すれば足り、省エネに優れた自動販売機を提供することができる。

また、第２実施形態に係る第２収納筺体５を商品冷却室３６として用いるときは、第２収納筺体５で販売商品Ｇ２を急速に冷却することができるので、ラック３４側は冷却する必要がないか、或いは、冷却するとしても例えば１５℃程度の常温に冷却すれば足り、省エネに優れた自動販売機を提供することができる。

なお、物品加温冷却装置の第１収納筺体４，５を自動販売機３０に適用した例を説明したが、被加温物品Ｇ１を加温し、かつ、被冷却物品Ｇ２を冷却するものであれば、自動販売機３０に限るものではない。

本発明の第１実施形態に係る物品加温冷却装置の空気回路図 第１実施形態に係る圧縮機と膨張機構との連係構造を示す概略図 空気に関する圧力Ｐ−熱量ｈの変化線図 本発明の第２実施形態に係る物品加温冷却装置の空気回路図 物品加温冷却装置を適用した自動販売機を示す一部切欠側面図

符号の説明

１…空気圧縮装置、２…放熱装置、３…膨張装置、４…第１収納筺体、５…第２収納筺体、Ｇ１…被加温物品、Ｇ２…被冷却物品。

Claims (7)

1. 空気を圧縮する空気圧縮装置と、
   前記空気圧縮装置で圧縮された空気の熱を放出する少なくとも一つの放熱装置と、
   前記放熱装置の少なくとも１つを内部に備え且つ被加温物品が収容される断熱製の第１収納筺体と、
   前記放熱装置で放熱された空気を膨張させる膨張装置と、
   前記膨張装置で減圧冷却された空気が放出され且つ被冷却物品が収容される断熱製の第２収納筺体とを有する
   物品加温冷却装置。
2. 前記放熱装置と前記膨張装置との間に該放熱装置で放熱された空気を貯留する貯留容器を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の物品加温冷却装置。
3. 前記第１収納筺体の温度を検知する第１温度センサと、該第１収納筺体への空気の流通を規制又は解除する第１開閉弁と、該第１温度センサの検知温度に基づき該第１開閉弁を制御する制御手段とを有する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の物品加温冷却装置。
4. 前記第２収納筺体の温度を検知する第２温度センサと、該第２収納筺体への空気の流通を規制又は解除する第２開閉弁と、該第２温度センサの検知温度に基づき該第２開閉弁を制御する制御手段とを有する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項記載の物品加温冷却装置。
5. 前記第１収納筺体を自動販売機の商品収納搬出装置から搬出された商品を受容する商品加温室として用いた
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項記載の物品加温冷却装置。
6. 前記第２収納筺体を自動販売機の商品収納搬出装置から搬出された商品を受容する商品冷却室として用いた
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項記載の物品加温冷却装置。
7. 前記第２収納筺体の内圧を調整する圧力調整弁を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項記載の物品加温冷却装置。

Images