JP2007188202A

JP2007188202A - 自動販売機

Info

Publication number: JP2007188202A
Application number: JP2006004495A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kaneshiro; 賢治金城; Toshikazu Sakai; 寿和境; Tomoichiro Tamura; 朋一郎田村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2007-07-26
Anticipated expiration: 2026-01-12
Also published as: JP4872350B2

Abstract

【課題】缶飲料などの商品を冷却して販売する自動販売機に関し、商品補充時や高外気温時などの高負荷時に必要な冷却能力を十分に確保しつつ、商品温度の安定した低負荷時において冷却システム効率を向上させ、省エネルギー化が図れると共に、圧縮機の信頼性を確保できる自動販売機を提供する。
【解決手段】インバータ圧縮機１を備えた冷却システム１４において、絞り機構として流路抵抗の異なるキャピラリチューブ５、６を並列に配置し、庫内温度と外気温度に応じてキャピラリチューブ５、６を切り替える構成としたことにより、高負荷時に必要な冷却能力を十分に確保すると共に、低負荷時においては蒸発器へ過不足なく冷媒を供給することにより冷却システム効率を向上し、省エネルギー化を図ると共に、蒸発温度の異常上昇を防止することにより、圧縮機の信頼性を確保することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、缶飲料などの商品を冷却して販売する自動販売機において、インバータ圧縮機を備えた冷却システムを有し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に伴い、省エネルギー化が進んでいる。

そのような中、同様の冷却システムを有し、省エネルギー化に対して先行する冷蔵庫業界では、近年、冷却システム効率の向上を図り、省エネルギー化を促進させるために、食品の出し入れなどの負荷変動に応じて圧縮機の回転数を最適制御できるインバータ圧縮機が使用されるようになってきた。

ここで、インバータ圧縮機を使用する場合、圧縮機の回転数によって冷媒循環量が変化するため、膨張弁などの可変の絞り機構により、蒸発器への供給冷媒量を最適化しなければ、インバータ圧縮機の性能を十分に発揮し、冷却システム効率を向上させることはできない。しかしながら、このような絞り機構では蒸発器から圧縮機への吸入配管と熱交換させることができないため、さらなる冷却システム効率の向上が図れない。

そこで、インバータ圧縮機の性能を十分に発揮させる手段として、管径の異なる２本以上のキャピラリチューブを切り替え可能に並列配置した冷蔵庫が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら従来の冷却システムを備えた冷蔵庫について説明する。

図４は特許文献１に記載された従来の冷蔵庫の冷媒回路図である。

図４に示すように、従来の冷蔵庫は、インバータ圧縮機１、凝縮器２、第一の弁３、第二の弁４、第一のキャピラリチューブ５、第二のキャピラリチューブ６、蒸発器７で構成された冷却システムを有する。

さらに、凝縮器２から蒸発器７へと至る管路は２つに分岐して、一方の管路には第一の弁３と第一のキャピラリチューブ５が配置され、もう一方の管路には第二の弁４と第二のキャピラリチューブ６が配置されている。

ここで、第一のキャピラリチューブ５と第二のキャピラリチューブ６の管径は異なる。すなわち、流路抵抗が異なる。また、キャピラリチューブ５、６はそれぞれ蒸発器７からインバータ圧縮機１への吸入配管に接触固定されている。

以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作を説明する。

インバータ圧縮機１で吐出された冷媒は、凝縮器２で凝縮された後、第一の弁３および第二の弁４の開閉により、第一のキャピラリチューブ５、第二のキャピラリチューブ６、もしくは両方に供給される。そして、キャピラリチューブにより減圧され、蒸発器７で蒸発した後、インバータ圧縮機１に還流する。

このように蒸発器７で冷媒が蒸発する際に、冷蔵庫内の熱を奪う作用で冷却する。

ここで、いずれのキャピラリチューブを使用するかはインバータ圧縮機１の回転数や凝縮温度から決定され、例えば、回転数が低い時は流路抵抗の小さい、すなわち管径の大きいキャピラリチューブを使用し、回転数が高い時は流路抵抗の大きい、すなわち管径の小さいキャピラリチューブを使用する。また、凝縮温度が高い時には流路抵抗を小さくし、低い時は流路抵抗を大きくする。
特開２００１−１２４４５３号公報

ここで、自動販売機と冷蔵庫の使用状態の違いを説明する。

図５は、従来の自動販売機と冷蔵庫の使用範囲を示した特性図である。

図５において、縦軸は庫内温度を示し、横軸は外気温度を示してある。また、太点線で囲まれた領域は冷蔵庫の使用範囲を示し、実線で囲まれた領域は自動販売機の使用範囲を示してある。

まず、冷蔵庫の使用状態について説明する。冷蔵庫は屋内に設置されるため、外気温度が異常に高い状態で使用されることは少ない。また、冷蔵庫庫内には通常、既にある程度冷えたもの、もしくは温度の高い食品であっても一度に大量に投入されることは少ないため、庫内温度が非常に高くなることは少ない。

一方、自動販売機は、外気温度と同等の温度の商品が大量に充填されたり、屋外に設置されるため、非常に高い外気温度に曝されたりする。すなわち、高負荷時には冷蔵庫以上の大きな冷却能力が必要となり、そのためには、インバータ圧縮機を高回転数で運転するのに加えて、蒸発温度をなるべく高くし、冷媒循環量を増加させることが望ましい。

しかしながら、蒸発温度を高く設定すると、庫内温度の低下に伴い、圧縮機への液戻りが発生し、冷却システム効率が悪化すると共に、圧縮機が故障する可能性も高くなる。さらに外気温度が高い状態では、その限界値は、図５の一点鎖線で示したように急激に上昇するという課題を有していた。

また、高外気温時には凝縮温度が高くなり、それに伴い蒸発温度も高くなり、図５の二点鎖線で示した限界を超えると、吸入バルブの折損など、圧縮機の故障する可能性が高くなるという課題を有していた。

一方、商品温度が安定した低負荷時には、冷蔵庫並みの低能力で十分であり、高負荷時と低負荷時で大きく冷却能力を変化させる必要がある。

従って、従来の冷蔵庫のように回転数と凝縮温度を基準にキャピラリチューブを切り替える制御方法では、必要な冷却能力が大きく変化する自動販売機には適していないと共に、圧縮機の信頼性を確保することが課題となる。

本発明は、従来の課題を解決するもので、商品補充時や高外気温時などの高負荷時に必要な冷却能力を十分に確保しつつ、商品温度の安定した低負荷時においては冷却システム効率を向上させ、省エネルギー化が図れると共に、圧縮機の信頼性を確保できる自動販売機を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の自動販売機は、インバータ圧縮機を備えると共に、絞り機構として流路抵抗の異なる複数のキャピラリチューブを並列に配置し、庫内温度と外気温度に応じて、流路切り替え手段によりキャピラリチューブを切り替えるものである。

これによって、冷却能力を大きく変化させることができると共に、圧縮機への液戻りや蒸発温度の異常上昇を防止することができる。

本発明の自動販売機は、庫内温度と外気温度に応じて、流路抵抗を切り替えることにより、高負荷時の高冷却能力と低負荷時の高効率化の両立を実現し、省エネルギー化を図ると共に、圧縮機の信頼性を確保することができる。

請求項１に記載の発明は、少なくとも商品を収納する庫内に設置された蒸発器と、商品を収納する区画の外に設置された凝縮器と、インバータ圧縮機と、絞り機構と、前記インバータ圧縮機と前記凝縮器と前記絞り機構と前記蒸発器とを環状に接続する冷却システム配管とを備えた冷却システムを有し、前記絞り機構として流路抵抗の異なる複数のキャピラリチューブが並列に配置され、流路切り替え手段により前記キャピラリチューブが切り替え可能に構成されたことにより、負荷の状態に応じて冷媒循環量を最適化し、蒸発器へ過不足なく冷媒を供給することができるので、冷却システム効率を向上することができると共に、前記蒸発器から前記インバータ圧縮機への吸入配管と前記キャピラリチューブとを熱交換させることができるため、さらなる冷却システム効率の向上ができ、省エネルギー化が図れる。

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、庫内温度センサにより検出された庫内温度が基準温度よりも低い場合は、流路抵抗の大きいキャピラリチューブに切り替えることにより、高冷却能力の必要なイニシャルプルダウン時に冷却能力を十分に確保しつつ、低負荷時には低能力、高効率な冷却運転ができるので、冷却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２に記載の発明において、商品を収納する区画の外に設置された外気温度センサにより検出された外気温度が基準温度よりも高い場合は、流路抵抗の大きいキャピラリチューブに切り替えることにより、凝縮温度の上昇に伴って、蒸発温度が異常上昇し、圧縮機が故障することを防止することができるので、圧縮機の信頼性を確保することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、外気温度センサにより検出された外気温度が基準温度よりも高く、かつ、蒸発器に設置された蒸発温度センサにより検出された蒸発温度が基準温度よりも高い場合は、流路抵抗の大きいキャピラリチューブに切り替えることにより、蒸発温度が上がりすぎるのを防止することができるので、圧縮機の信頼性を確保することができる。

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、インバータ圧縮機の回転数を低下させる庫内基準温度が、キャピラリチューブを切り替える基準温度よりも低く設定されたことにより、インバータ圧縮機が低回転数で運転した場合に蒸発温度が上がり、圧縮機への液戻りが発生するのを防止することができるので、圧縮機の信頼性を確保することができると共に、冷却システム効率の低下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が、従来例または先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。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における自動販売機の冷媒回路図である。

図１において、本発明の自動販売機は、缶飲料などの商品を貯蔵する貯蔵室１１と、機械室１２とを備え、機械室１２に設置されたインバータ圧縮機１、凝縮器２、貯蔵室１１に備えられた蒸発器７、絞り機構として並列に配置された第一のキャピラリチューブ５、第二のキャピラリチューブ６、どちらのキャピラリチューブに冷媒を流すかを切り替える三方切り替え弁１３とからなる冷却システム１４を有する。

ここで、第一のキャピラリチューブ５の流路抵抗は第二のキャピラリチューブ６の流路抵抗よりも小さくなっている。すなわち、第一のキャピラリチューブ５の管内径の方が、第二のキャピラリチューブ６よりも大きくなっている。また、第一のキャピラリチューブ５と第二のキャピラリチューブ６とは、蒸発器７からインバータ圧縮機１へ冷媒を導く吸入配管１５と熱交換可能なように接触固定されている。

また、本実施の形態では、キャピラリチューブを２本使用しているので、冷媒の流路切り替え手段として、三方切り替え弁１３を使用したが、使用するキャピラリチューブの数に合わせて、電磁弁などを使用しても良い。なお、本実施の形態においても、電磁弁を使用しても良いが、消費電力量の増加につながるので、三方切り替え弁を使用することが望ましい。

さらに、貯蔵室１１には庫内温度を検知する庫内温度センサ１６、貯蔵室１１の外には外気温度を検知する外気温度センサ１７、蒸発器７の入口配管には蒸発温度を検知する蒸発温度センサ１８がそれぞれ設置されている。

そして、各温度センサ１６、１７、１８によって検知された温度情報に基づき、コントローラ１９は、三方切り替え弁１３、インバータ圧縮機１の動作を制御する。

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。

なお、貯蔵室１１を冷却する基本的な動作、作用については、従来例の冷却システムと同様なので省略する。

図２は、同実施の形態における自動販売機の動作を庫内温度と外気温度の関係で示した特性図である。

図２において、一点鎖線と二点鎖線は、図５と同様に、それぞれインバータ圧縮機１への液戻りの発生限界、蒸発温度Ｔｅの許容限界を示しており、使用するキャピラリチューブの流路抵抗と冷媒封入量により決定される。

ここで、本実施の形態のように流路抵抗の異なるキャピラリチューブを複数使用する場合、それぞれの流路抵抗における最適な冷媒封入量に差があり、流路抵抗が小さくなればなるほど、インバータ圧縮機１への液戻りが発生しやすくなる。そのため、本実施の形態では、流路抵抗の小さい第一のキャピラリチューブ５において、冷媒封入量を決定した。

まず、イニシャルプルダウン性能を保証しなければならない外気温度を、外気基準温度Ｔｏｌとし、この基準温度Ｔｏｌ以下では、蒸発温度Ｔｅが限界値を超えず、冷却能力が最大となるように第一のキャピラリチューブ５と冷媒封入量を決定した。

そして、庫内温度Ｔｉが低下し、インバータ圧縮機１への液戻りが発生し始める限界温度を、庫内基準温度Ｔｉｌとした。なお、インバータ圧縮機１の回転数を低下させる庫内基準温度は、庫内基準温度Ｔｉｌよりも低く設定されている。すなわち、第一のキャピラリチューブ５使用中にインバータ圧縮機１が低回転数で運転され、高めに設定された蒸発温度Ｔｅがさらに上昇し、圧縮機への液戻りが発生するのを防止することができる。

また、第二のキャピラリチューブ６は、庫内温度Ｔｉが安定した状態でもインバータ圧縮機１への液戻りが発生せず、冷却能力が最大となるように決定した。

従って、図２に示した領域Ａでは、流路抵抗の小さい第一のキャピラリチューブ５を使用し、高負荷時に必要な冷却能力を確保する。また、領域Ｃでは、流路抵抗の大きい第二のキャピラリチューブ６に切り替え、インバータ圧縮機１への液戻りを発生させず、商品温度の安定時に適した低能力を実現する。

さらに、領域Ｂでは、保証外の過負荷状態にあるので、外気基準温度Ｔｏｌを超えれば、すぐに第二のキャピラリチューブ６に切り替え、蒸発温度Ｔｅが基準値Ｔｅｌを超えないようにしても良いが、本実施の形態では、蒸発温度Ｔｅを検知しながら、蒸発温度Ｔｅが基準値Ｔｅｌを超えるまで、できる限り第一のキャピラリチューブ５により冷却を行い、過負荷性能の向上を図る。

次に、本実施の形態のキャピラリチューブの切り替え制御の詳細を説明する。

図３は、同実施の形態における自動販売機の動作を示すフローチャートである。

図３において、まず、インバータ圧縮機１が停止中に、庫内温度センサ１６によって検知された庫内温度Ｔｉが圧縮機起動基準温度Ｔｉｏｎ以上になれば、次のステップに進む。

次のステップでは、庫内温度Ｔｉに基づき使用するキャピラリチューブの選定を行う。庫内温度Ｔｉが基準温度Ｔｉｌを下回っている場合、商品温度が安定している低負荷状態にあり、第二のキャピラリチューブ６を使用する。これにより、蒸発温度Ｔｅを低下させることができ、インバータ圧縮機１が低回転数で運転されても、蒸発温度Ｔｅが異常上昇することはない。また、冷媒循環量を減少させることができるので、安定運転時に適した低冷却能力を実現できる。

次に、庫内温度Ｔｉが基準温度Ｔｉｌを超えている場合は、外気温度Ｔｏに基づき使用するキャピラリチューブの選定を行う。外気温度Ｔｏが基準温度Ｔｏｌを下回っている場合、すなわち保証範囲内のイニシャルプルダウン時には、第一のキャピラリチューブ５を使用する。ここで、インバータ圧縮機１は、通常、高負荷時には高速回転することとなり、冷媒循環量が多くなる。そして、第一のキャピラリチューブ５を使用することで、蒸発温度Ｔｅを高くすることができると共に、冷媒循環量を増加させ、冷却能力を増大させることができる。

一方、外気温度Ｔｏが基準温度Ｔｏｌを上回っている場合は、保証外の過負荷状態であり、蒸発温度Ｔｅに基づき使用するキャピラリチューブの切り替えを行う。蒸発温度Ｔｅが基準温度Ｔｅｌを超えていなければ、第一のキャピラリチューブ５を使用し、基準温度Ｔｅｌを超えれば、第二のキャピラリチューブ６に切り替える。これにより、過負荷状態でも、できる限り第一のキャピラリチューブ５を使用し、過負荷性能の向上を図ると共に、蒸発温度Ｔｅが異常上昇し、インバータ圧縮機１が故障することを防止することができる。

そして、以上のように選定されたキャピラリチューブを使用して、インバータ圧縮機１を運転する。

なお、一旦、第二のキャピラリチューブ６に切り替えた後は、インバータ圧縮機が停止するまで、キャピラリチューブの選定は行わない。

以上のように、本実施の形態においては、絞り機構として流路抵抗の異なる複数のキャピラリチューブを並列に配置し、庫内温度と外気温度に応じてキャピラリチューブを切り替える構成としたことにより、高負荷時に必要な冷却能力を十分に確保しつつ、低負荷時には低能力化すると共に、蒸発器へ過不足なく冷媒を供給することにより冷却システム効率を向上し、省エネルギー化を図ることができる。また、絞り機構にキャピラリチューブを使用したことにより、蒸発器から圧縮機への吸入配管と熱交換させることができるので、さらに冷却システム効率の向上が図れる。

また、本実施の形態においては、蒸発温度に応じて使用するキャピラリチューブを切り替えることにより、蒸発温度の異常上昇を防止することができるので、圧縮機の信頼性を確保することができる。

なお、本実施の形態では、使用するキャピラリチューブを２本としたが、３本以上使用してもよく、それにより、冷却能力を細かく制御することが可能となり、冷却システム効率の向上が図れる。

また、本実施の形態においては、インバータ圧縮機の回転数を低下させる庫内基準温度が、キャピラリチューブを切り替える基準温度よりも低く設定されたことにより、蒸発温度の異常上昇を防止し、圧縮機への液戻りを防止することができるので、圧縮機の信頼性を確保することができる。

以上のように、本発明にかかる自動販売機は、高負荷時と低負荷時で必要な冷却能力に大きく差がある場合でも、効率よく冷却することが可能となるので、ショーケースなどの省エネルギー化が要求される用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における自動販売機の冷媒回路図同実施の形態における自動販売機の動作を庫内温度と外気温度の関係で示した特性図同実施の形態における自動販売機の動作を示すフローチャート従来の冷蔵庫の冷媒回路図従来の自動販売機と冷蔵庫の使用範囲を示した特性図

符号の説明

１インバータ圧縮機
２凝縮器
５第一のキャピラリチューブ
６第二のキャピラリチューブ
７蒸発器
１１貯蔵室
１２機械室
１３三方切り替え弁
１４冷却システム
１６庫内温度センサ
１７外気温度センサ
１８蒸発温度センサ

Claims

少なくとも商品を収納する庫内に設置された蒸発器と、商品を収納する区画の外に設置された凝縮器と、インバータ圧縮機と、絞り機構と、前記インバータ圧縮機と前記凝縮器と前記絞り機構と前記蒸発器とを環状に接続する冷却システム配管とを備えた冷却システムを有し、前記絞り機構として流路抵抗の異なる複数のキャピラリチューブが並列に配置され、流路切り替え手段により前記キャピラリチューブが切り替え可能に構成された自動販売機。
庫内温度センサにより検出された庫内温度が基準温度よりも低い場合は、流路抵抗の大きいキャピラリチューブに切り替える請求項１に記載の自動販売機。
商品を収納する区画の外に設置された外気温度センサにより検出された外気温度が基準温度よりも高い場合は、流路抵抗の大きいキャピラリチューブに切り替える請求項１または２に記載の自動販売機。
外気温度センサにより検出された外気温度が基準温度よりも高く、かつ、蒸発器に設置された蒸発温度センサにより検出された蒸発温度が基準温度よりも高い場合は、流路抵抗の大きいキャピラリチューブに切り替える請求項１から３のいずれか一項に記載の自動販売機。
インバータ圧縮機の回転数を低下させる庫内基準温度が、キャピラリチューブを切り替える基準温度よりも低く設定された請求項１から４のいずれか一項に記載の自動販売機。