JP2007309579A - 飲料供給装置の冷媒回路 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を低減することができ、かつ冷凍能力を確保することができる飲料供給装置の冷媒回路を提供する。
【解決手段】冷却水槽２３を冷却する場合において、冷却水槽２３の水温の変化に応じて、膨張機構５４の開閉量を予め設定した蒸発温度にするように制御する。この結果、冷却水槽２３の水温の変化に合わせて冷凍能力を決めるので、冷却水槽２３の水温の低下時間を短縮できる。また、製氷機２２を冷却する場合において、外気温度の変化に応じて、膨張機構５４の開閉量を予め設定した蒸発温度にするように制御する。この結果、外気温度に合わせた冷凍能力で冷媒回路５０を運転させることが可能になる。特に、外気温度が低く冷媒回路５０の冷凍能力が高い状態では、蒸発温度を高くすることで、圧縮機５１の効率の良い低圧縮比で運転できるので、圧縮機５１の消費電力を低減することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えばカップなどの飲料容器に飲料を投入して提供する飲料供給装置（カップ式飲料自動販売機）において、製氷機や冷却水槽を冷却する冷媒回路を適用した飲料供給装置の冷媒回路に関するものである。

従来、冷却水槽の水を蓄熱して飲料を冷却する飲料冷却機（蒸発器）と、氷を作る製氷機（蒸発器）と、冷媒を圧縮する圧縮機と、飲料冷却機に冷媒を供給する第１の冷媒弁と、製氷機に冷媒を供給する第２の冷媒弁とを備え、飲料冷却機と製氷機とを並列に接続して圧縮機を共通した循環経路を構成した自動販売機の冷却装置がある。この冷却装置は、圧縮機を運転し、第１の冷媒弁を動作させて飲料冷却機で冷却水槽の水を冷却する一方で、第２の冷媒弁を動作させて製氷機で氷を作る（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−２８７３４５号公報

上述した冷却装置においては、膨張機構としてキャピラリチューブや温度式膨張弁が用いられる。キャピラリチューブは冷媒流量の調整ができず、温度式膨張弁は蒸発器内の圧力と蒸発器出口の冷媒ガスの温度との関係で冷媒の流量を調節する。このため、外気温度が低くなって冷却負荷（放熱量）が小さい場合に、蒸発温度が低下して冷却効率が小さい運転状態となるために圧縮機の消費電力が多くなる。さらに、冷却水槽の膨張機構にキャピラリチューブを用いると、冷媒流量の調整ができないために冷却水槽の水を直ちに低下させることができない。

また、上述した冷却装置において、一定速の圧縮機を用いると、外気温度が低くなって冷却負荷（放熱量）が小さい場合に、蒸発温度が低下して冷却効率が小さい運転状態となるために圧縮機の消費電力が多くなる。

また、近年では、上述した冷却装置において、地球温暖化係数の小さい冷媒として二酸化炭素を用いる試みがある。しかし、二酸化炭素は、冷却効率が小さいため、圧縮機を大型化せざるを得ず消費電力が多くなる。さらに、二酸化炭素は、臨界温度が約３１℃と低いため、外気温度が冷媒の臨界温度以下になると、放熱器での冷媒の液化が充分に行われず、放熱能力が低下して冷凍能力が低下する。

本発明は、上記実情に鑑みて、消費電力を低減することができ、かつ冷凍能力を確保することができる飲料供給装置の冷媒回路を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る飲料供給装置の冷媒回路は、圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒を断熱膨張させる膨張機構と、前記膨張機構から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器とを有した循環経路を形成し、前記蒸発器を飲料冷却用の冷却水槽に配置した飲料供給装置の冷媒回路において、膨張機構と蒸発器との間の低圧側での冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段と、冷却水槽の水温を検出する水温検出手段と、冷却水槽の水温の変化に応じて、前記膨張機構の開閉量を予め設定した蒸発温度に変える態様で可変制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の請求項２に係る飲料供給装置の冷媒回路は、上記請求項１において、制御手段は、冷却水槽の水温が予め設定した所定温度以上である場合に、水温と蒸発温度との温度差を所定の温度差に保つ態様で前記膨張機構の開閉量を可変制御することを特徴とする。

本発明の請求項３に係る飲料供給装置の冷媒回路は、圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒を断熱膨張させる膨張機構と、前記膨張機構から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器とを有した循環経路を形成し、前記蒸発器を製氷用の製氷部に配置した飲料供給装置の冷媒回路において、膨張機構と蒸発器との間の低圧側での冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段と、飲料供給装置の外気温度を検出する外気温度検出手段と、外気温度の変化に応じて、前記膨張機構の開閉量を予め設定した蒸発温度に変える態様で可変制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の請求項４に係る飲料供給装置の冷媒回路は、インバータによって運転される圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒を断熱膨張させる膨張機構と、前記膨張機構から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器とを有した循環経路を形成した飲料供給装置の冷媒回路において、飲料供給装置の外気温度を検出する外気温度検出手段と、冷媒の臨界温度に対する外気温度の変化に応じて前記インバータの周波数を予め設定した周波数に可変制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の請求項５に係る飲料供給装置の冷媒回路は、上記請求項１〜４のいずれか一つにおいて、前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする。

本発明に係る飲料供給装置の冷媒回路は、冷却水槽の水温の変化に応じて、膨張機構の開閉量を予め設定した蒸発温度に変える態様で可変制御する。この結果、冷却水槽の水温の変化に合わせて冷凍能力を決めるので、冷却水槽の水温の低下時間を短縮することができる。

特に、冷却水槽の水温が予め設定した所定温度以上である場合に、水温と蒸発温度との温度差を所定の温度差に保つ態様で膨張機構の開閉量を可変制御する。ここで、温度差が小さく冷却速度が遅いと氷塊にならず、逆に水温と蒸発温度との温度差が大きすぎると蒸発器の入口と出口とで氷の生成速度が極端に異なって配管などの破損を引き起こすおそれがある。したがって、冷却水槽の水温が高い場合では、水温と蒸発温度との温度差を所定の温度差に保つことで、結果的に冷凍効率が向上するので冷却水槽の水温の低下時間を短縮することができる。

また、本発明に係る飲料供給装置の冷媒回路は、外気温度の変化に応じて、膨張機構の開閉量を予め設定した蒸発温度に変える態様で可変制御する。この結果、外気温度に合わせた冷凍能力で冷媒回路を運転させることができる。特に、外気温度が低く冷媒回路の冷凍能力が高い状態では、蒸発温度を高くすることで、圧縮機の効率の良い低圧縮比で運転できるので、圧縮機の消費電力を低減することができる。

また、本発明に係る飲料供給装置の冷媒回路は、冷媒の臨界温度に対する外気温度の変化に応じてインバータの周波数を予め設定した周波数に可変制御する。例えば、外気温度が冷媒の臨界温度以上の場合にインバータの周波数を一定（最大）とする。この結果、外気温度が冷媒の臨界温度以上となり、放熱器で冷媒が液化しない状態になった場合では、放熱能力が極端に低下するが、インバータの周波数を最大とすることで冷凍能力を確保できる。一方、外気温度が冷媒の臨界温度より低い場合に外気温度の降下にしたがってインバータの周波数を小さくする。すなわち、外気温度が低く蒸発器の放熱量（冷却負荷）が小さい場合に、インバータの周波数を小さくして圧縮機の圧縮比を低減する。この結果、ＣＯＰ（冷凍効率＝冷凍能力／入力）の高い状態で圧縮機を運転するので、消費電力を低減することができる。

特に、上述した飲料供給装置の冷媒回路は、冷媒として二酸化炭素を用いた場合では、環境負荷が小さく、安全である。さらに、二酸化炭素は臨界温度（３１℃）以上の外気温度で冷却効率が落ち、消費電力が多くなるが、このような場合であっても上述した飲料供給装置の冷媒回路では、冷凍効率を確保し、消費電力を低減することができる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る冷媒回路および飲料供給装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

まず、本発明の冷媒回路を備える飲料供給装置について説明する。図１は本発明に係る飲料供給装置の実施の形態を示す概念図である。

飲料供給装置１は、所定の搬送機構（図示せず）によって搬送されてベンドステージＳに載置した飲料容器であるカップＣに対して、コールド飲料を投入するためのコールド飲料供給部２と、ホット飲料を投入するホット飲料供給部３とを備えている。

コールド飲料供給部２は、水リザーバ２１、製氷機２２および冷却水槽２３を備えて構成してある。

水リザーバ２１は、上水道から供給された水（水道水）を貯留するものである。

製氷機２２は、水リザーバ２１に製氷用水導入配管２１ａを介して接続してある。製氷機２２は、製氷用水導入配管２１ａを通じて水リザーバ２１から移送された水を用いて氷を製造し、当該氷を貯留する。図には明示しないが製氷機２２は、製氷部としての円筒状のパイプの内部にスクリュ形状のオーガが配設してあり、モータによって回転駆動したオーガでパイプの筒内に生じた氷を切削しつつ上方に押し上げる。パイプの上部には、固定刃が設けてあり、この固定刃によってオーガで押し上げられた氷を圧縮してチップ状の氷にする。また、パイプの上方には、製造したチップ状の氷を貯留するストッカが設けてある。そして、製氷機２２によって製造された氷は、ストッカから氷供給配管２２ａを通じてカップＣの内部に必要量が投入されることになる。

冷却水槽２３は、主に冷却水を生成するためのものであって、冷却用水２３ａを貯留した水槽である。冷却水槽２３には、水冷却コイル２４と、カーボネータ２５と、シロップコンテナ２６に接続されたシロップ供給配管２６ａの一部とがそれぞれ冷却用水２３ａに浸漬させた形態で配設してある。

水冷却コイル２４は、水ポンプ２１ｂを有した飲料用水供給配管２１ｃを介して水リザーバ２１に接続してある。水冷却コイル２４は、飲料用水供給配管２１ｃを通じて水リザーバ２１から移送された水を冷却して冷却水を生成するものである。水冷却コイル２４で生成された冷却水は、冷却水バルブ２４ａを有した冷却水供給配管２４ｂを通じてカップＣの内部に必要量が投入されることになる。

カーボネータ２５は、炭酸ガスボンベ２７に炭酸ガス導入配管２７ａを介して接続してあり、かつ、冷却水供給配管２４ｂの途中に逆止弁２５ａを介して接続してある。カーボネータ２５は、炭酸ガスボンベ２７から移送された炭酸ガスと、冷却水供給配管２４ｂを介して水冷却コイル２４から移送された冷却水とを混合して炭酸水を生成するものである。カーボネータ２５で生成された炭酸水は、炭酸水バルブ２５ｂを有した炭酸水供給配管２４ｃを通じてカップＣの内部に必要量が投入されることになる。

シロップコンテナ２６は、各種のシロップ原料を貯留するものである。シロップコンテナ２６は、炭酸ガスボンベ２７に炭酸ガス導入配管２７ａを介して接続してある。そして、シロップコンテナ２６に貯留されたシロップ原料は、炭酸ガスの圧力によってシロップバルブ２６ｂを有したシロップ供給配管２６ａを通じてカップＣの内部に必要量が投入されることになる。また、シロップ供給配管２６ａの途中には、シロップ売切検出器２６ｃが設けてある。なお、本実施の形態では、シロップ原料の冷却系および供給系として、炭酸ガスの圧力によってシロップコンテナ２６に貯留されたシロップ原料をカップＣに投入するプレッシャ式を説明したが、ポンプ式であってもよい。図には明示しないがポンプ式は、炭酸ガスボンベ２７をシロップコンテナ２６に接続せず、シロップ供給配管２６ａに設けたポンプによってシロップコンテナ２６に貯留されたシロップ原料をカップＣに投入する。このポンプ式の場合には、シロップコンテナ２６およびシロップ供給配管２６ａの一部が冷却水槽２３に貯留した冷却用水２３ａに浸漬される。

ホット飲料供給部３は、貯湯タンク３１、インスタント飲料調理部３２およびレギュラーコーヒー飲料調理部３３を備えて構成してある。

貯湯タンク３１は、上記飲料用水供給配管２１ｃの途中から分岐して逆止弁３１ａを有した添加湯用水導入配管３１ｂを介して水リザーバ２１に接続してある。貯湯タンク３１は、加熱源としてのヒータ（図示せず）を有しており、水リザーバ２１から移送された水を加熱して貯留するものである。

インスタント飲料調理部３２は、原料キャニスタ３２１と、ミキシングボール３２２とを備えて構成してある。原料キャニスタ３２１は、例えばインスタントコーヒー、ココア、紅茶、砂糖、ミルクなどの各種粉末原料を収容したものである。ミキシングボール３２２は、シュータ３２１ａを介して原料キャニスタ３２１に連設してあり、かつ、添加湯バルブ３１ｃを有した添加湯供給配管３１ｄを介して貯湯タンク３１に接続してある。ミキシングボール３２２は、シュータ３２１ａを通じて原料キャニスタ３２１から投入された各種粉末原料と、添加湯供給配管３１ｄを通じて貯湯タンク３１から移送された添加湯とを混合攪拌するものである。ミキシングボール３２２で攪拌混合されたインスタント飲料は、ミキシングボール３２２に接続されたホット飲料供給配管３２２ａを通じてカップＣの内部に必要量が投入されることになる。

レギュラーコーヒー飲料調理部３３は、レギュラーコーヒー抽出部３３１と、原料キャニスタ３３２と、ミキシングボール３３３とを備えて構成してある。

レギュラーコーヒー抽出部３３１は、コーヒー豆キャニスタ３３１ａ、ミル３３１ｂおよびコーヒー飲料抽出器３３１ｃを有してなる。コーヒー豆キャニスタ３３１ａは、コーヒー豆を収容したものである。ミル３３１ｂは、コーヒー豆キャニスタ３３１ａの下方に配設してあり、コーヒー豆キャニスタ３３１ａから投入されたコーヒー豆を挽くものである。コーヒー飲料抽出器３３１ｃは、ミル３３１ｂの下方に配設してあり、かつ、添加湯供給配管３１ｄを介して貯湯タンク３１に接続してある。コーヒー飲料抽出器３３１ｃは、ミル３３１ｂから投入された挽き豆と、添加湯供給配管３１ｄを通じて貯湯タンク３１から移送された添加湯とからレギュラーコーヒー飲料を抽出するものである。

原料キャニスタ３３２は、例えば砂糖、ミルク、トッピング原料（例えばシナモン）などの各種粉末原料を収容したものである。ミキシングボール３３３は、シュータ３３２ａを介して原料キャニスタ３３２に連設してあり、かつ、コーヒー飲料供給配管３３１ｄを介してコーヒー飲料抽出器３３１ｃに接続してあり、さらに、添加湯供給配管３１ｄを介して貯湯タンク３１に接続してある。ミキシングボール３３３は、シュータ３３２ａを通じて原料キャニスタ３３２から投入された各種粉末原料と、コーヒー飲料供給配管３３１ｄを通じてコーヒー飲料抽出器３３１ｃから移送されたレギュラーコーヒー飲料とを混合攪拌するものである。ミキシングボール３３３で攪拌混合されたレギュラーコーヒー飲料は、ミキシングボール３３３に接続されたホット飲料供給配管３３３ａを通じてカップＣの内部に必要量が投入されることになる。

なお、コーヒー飲料抽出器３３１ｃにおいてレギュラーコーヒー飲料を抽出した後の挽き豆の滓は、滓バケツＢに投入されることになる。

図には明示しないが、上述した飲料供給装置１は、上記各飲料や、砂糖、ミルク、トッピング原料などの有無などを選択する飲料選択ボタンを有している。すなわち、飲料供給装置１においては、飲料選択ボタンが操作されることによってコールド飲料供給部２、あるいはホット飲料供給部３から所望の飲料がベンドステージＳに載置されたカップＣに投入されることで各飲料を提供する。また、図には明示しないが、上述した飲料供給装置１は、硬貨を処理するコインメカニズムや紙幣を処理するビルバリデータなどの課金部を備えることによってカップ式飲料自動販売機として構成されるものである。

以下、本発明の冷媒回路について説明する。図２は本発明に係る冷媒回路の実施の形態を示す概念図である。

上記飲料供給装置１（あるいはカップ式飲料自動販売機）における製氷機２２および冷却水槽２３には、図２に示す冷媒回路５０が適用してある。冷媒回路５０は、冷媒循環経路Ｌを備えてなるものである。冷媒循環経路Ｌは、圧縮機５１、ガスクーラ（放熱器）５２、内部熱交換器５３、電子膨張弁（膨張機構）５４および蒸発器５５，５６、並びにこれらを接続する経路により構成され、冷媒を循環させるものである。ここで、冷媒としては、不燃性、安全性、不腐食性を有し、更にオゾン層への影響が少ない二酸化炭素を用いている。

圧縮機５１は、内部熱交換器５３からの冷媒（二酸化炭素）を圧縮して高温高圧の状態にするものである。この圧縮機５１は、２回に分けて圧縮動作を行う２段式圧縮機である。より詳細に説明すると、圧縮機５１は、１回目の圧縮動作を行う第１圧縮機５１ａと、２回目の圧縮動作を行う第２圧縮機５１ｂとを有し、これらの間に中間熱交換器５７を設けてある。中間熱交換器５７は、第１圧縮機５１ａによる１回目の圧縮動作により圧縮された冷媒を冷却、すなわち放熱させて該冷媒を第２圧縮機５１ｂに戻すものである。また、圧縮機５１には、インバータ５１ｃが接続してある。インバータ５１ｃは、圧縮機５１を運転するための周波数を変換する。

圧縮機５１は、中間熱交換器５７を介して１回の圧縮動作を実行することで、低消費電力で冷媒を所望の高温高圧の状態に圧縮することが可能になる。なお、本実施の形態では、第１圧縮機５１ａでの１回目の圧縮によって冷媒を約５ＭＰａ程度に圧縮し、第２圧縮機５１ｂでの２回目の圧縮によって冷媒を約１０ＭＰａ程度に圧縮する。また、圧縮機５１としては、レシプロ圧縮機、ロータリー圧縮機、スクロール圧縮機などがある。さらに、圧縮機５１は、２段式の圧縮機に限られるものではない。２段式の圧縮機でない場合には中間熱交換器５７は不要である。このように圧縮機５１は、冷媒回路５０を配設する対象、環境、あるいは装置全体に要するコストなどに見合う圧縮機を適宜適用すればよい。

ガスクーラ５２は、圧縮機５１で高温高圧の状態に圧縮された冷媒を放熱させるものである。ガスクーラ５２には、例えば銅管とアルミフィンとで構成したフィンチューブタイプのものがある。

内部熱交換器５３は、ガスクーラ５２からの高圧の冷媒と、蒸発器５５，５６からの低圧の冷媒とを熱交換させるものである。より詳細に説明すると、内部熱交換器５３の内部には、ガスクーラ５２で放熱させた冷媒が移動する冷媒管路５３ａと、蒸発器５５，５６で蒸発させた冷媒が移動する冷媒管路５３ｂとが、互いに熱交換可能な距離を有して非接触向流する態様で配設してある。なお、図には明示しないが内部熱交換器５３に代えて、蒸発器５５，５６で蒸発させた冷媒が移動する冷媒管路を有したアキュームレータを設けてもよい。

電子膨張弁５４は、内部熱交換器５３で熱交換させた冷媒を断熱膨張させる、すなわち該冷媒を減圧して低温低圧の状態に調整するものである。

蒸発器５５，５６は、電子膨張弁５４で低温低圧の状態に断熱膨張させた冷媒を蒸発させるものであり、製氷機２２および冷却水槽２３のそれぞれの冷熱源として配設してある。より詳細には、製氷機２２側では、上述した円筒状のパイプ（図示せず）の外周面に蒸発管を螺旋状に巻回することにより蒸発器５５を配設してある。冷却水槽２３側では、冷却水槽２３の内部に蒸発管をコイル状にして置くことにより蒸発器５６を配設してある。これら蒸発器５５，５６は、電子膨張弁５４から２方に分岐したそれぞれの経路に接続してある。分岐したそれぞれの経路において、蒸発器５５の上流側には電磁弁５８が設けてあり、蒸発器５６の上流側には電磁弁５９が設けてある。そして、電磁弁５８を開成させることで、蒸発器５５に電子膨張弁５４で断熱膨張させた冷媒が送出され、電磁弁５９を開成させることで、蒸発器５６に電子膨張弁５４で断熱膨張させた冷媒が送出されことになる。また、蒸発器５５，５６の下流側の経路は、互いに集合して第１圧縮機５１ａに接続してある。

なお、製氷機２２側の蒸発器５５と電磁弁５８との間の経路、および蒸発器５５の下流側で集合する手前の経路には、継手手段であるセルフシールカップリング６０ａ，６０ｂが設けてある。そして、メンテナンス時には、セルフシールカップリング６０ａ，６０ｂによって蒸発器５５が経路から着脱可能になっている。

以上のような構成を有する冷媒回路５０の基本動作について説明する。まず、冷却水槽２３を冷却する場合について説明する。この場合、蒸発器５６の経路にある電磁弁５９を開成状態にする一方、蒸発器５５の経路にある電磁弁５８を閉成状態にする。したがって、冷媒循環経路Ｌは、圧縮機５１、ガスクーラ５２、内部熱交換器５３、電子膨張弁５４および蒸発器５６、並びにこれらを接続する経路により構成され、蒸発器５５に冷媒が送出されることはない。

このような場合において、圧縮機５１で２回に分けて圧縮される。すなわち、冷媒は、第１圧縮機５１ａで圧縮（約５ＭＰａ程度に圧縮）され、その後、中間熱交換器５７に送出される。中間熱交換器５７に送出された冷媒は、中間熱交換器５７で放熱して冷却される。中間熱交換器５７で冷却された冷媒は、第２圧縮機５１ｂに送出され、第２圧縮機５１ｂで圧縮（約１０ＭＰａ程度に圧縮）されて高温高圧の状態になる。

高温高圧の状態の冷媒は、ガスクーラ５２に送出され、ガスクーラ５２で放熱して冷却される。ガスクーラ５２で冷却された冷媒は、内部熱交換器５３を通じて電子膨張弁５４に送出され、電子膨張弁５４で減圧されて断熱膨張して低温低圧の状態になる。

低温低圧の状態の冷媒は、開成状態にある電磁弁５９を介して蒸発器５６に送出される。蒸発器５６に送出された冷媒は、蒸発器５６の配設部位である冷却水槽２３の冷却用水２３ａから熱を与えられて蒸発する。換言すると、冷却用水２３ａは、冷媒が蒸発することにより熱を奪われて冷却される。この結果、冷却用水２３ａに浸漬した水冷却コイル２４、カーボネータ２５、シロップコンテナ２６に接続されたシロップ供給配管２６ａなどが冷却されることになる。

蒸発器５６で蒸発した冷媒は、内部熱交換器５３に送出されて内部熱交換器５３で熱交換を行った後、圧縮機５１（第１圧縮機５１ａ）に送出され、圧縮機５１で圧縮されて上記移動を繰り返して循環することになる。

次に、製氷機２２を冷却する場合について説明する。この場合、蒸発器５５の経路にある電磁弁５８を開成状態にする一方、蒸発器５６の経路にある電磁弁５９を閉成状態にする。したがって、冷媒循環経路Ｌは、圧縮機５１、ガスクーラ５２、内部熱交換器５３、電子膨張弁５４および蒸発器５５、並びにこれらを接続する経路により構成され、蒸発器５６に冷媒が送出されることはない。

このような場合において、上記冷媒循環経路Ｌにおける冷媒は、上述と同様に圧縮機５１で２回に分けて圧縮されて高温高圧の状態になった後、ガスクーラ５２で放熱して冷却される。そして、ガスクーラ５２で冷却された冷媒は、内部熱交換器５３を通じて電子膨張弁５４に送出され、電子膨張弁５４で減圧されて断熱膨張して低温低圧の状態になる。低温低圧の状態の冷媒は、開成状態にある電磁弁５８を介して蒸発器５５に送出される。蒸発器５５に送出された冷媒は、蒸発器５５の配設部位である製氷機２２のパイプ（図示せず）から熱を与えられて蒸発する。換言すると、製氷機２２のパイプ（図示せず）は、冷媒が蒸発することにより熱を奪われて冷却される。この結果、製氷機２２のパイプ（図示せず）の内部に氷が発生し、モータ（図示せず）により駆動したオーガ（図示せず）が氷を切削することによりチップ状の氷が製造されることになる。そして、蒸発器５５で蒸発した冷媒は、内部熱交換器５３に送出されて内部熱交換器５３で熱交換を行った後、圧縮機５１（第１圧縮機５１ａ）に送出され、圧縮機５１で圧縮されて上記移動を繰り返して循環することになる。

次に、製氷機２２および冷却水槽２３を冷却する場合について説明する。この場合、蒸発器５５の経路にある電磁弁５８を開成状態にするとともに、蒸発器５６の経路にある電磁弁５９を開成状態にする。したがって、冷媒循環経路Ｌは、圧縮機５１、ガスクーラ５２、内部熱交換器５３、電子膨張弁５４、蒸発器５５および蒸発器５６、並びにこれらを接続する経路により構成される。

このような場合において、上記冷媒循環経路Ｌにおける冷媒は、上述と同様に圧縮機５１で２回に分けて圧縮されて高温高圧の状態になった後、ガスクーラ５２で放熱して冷却される。そして、ガスクーラ５２で冷却された冷媒は、内部熱交換器５３を通じて電子膨張弁５４に送出され、電子膨張弁５４で減圧されて断熱膨張して低温低圧の状態になる。低温低圧の状態の冷媒は、開成状態にある電磁弁５８を介して蒸発器５５に送出されるとともに、開成状態にある電磁弁５９を介して蒸発器５６に送出される。蒸発器５５，５６に送出された冷媒は、蒸発器５５の配設部位である製氷機２２のパイプ（図示せず）、および蒸発器５６の配設部位である冷却水槽２３の冷却用水２３ａから熱を与えられて蒸発する。この結果、製氷機２２のパイプ（図示せず）の内部に氷が発生し、モータ（図示せず）により駆動したオーガ（図示せず）が氷を切削することによりチップ状の氷が製造される。さらに、冷却用水２３ａに浸漬した水冷却コイル２４、カーボネータ２５、シロップコンテナ２６に接続されたシロップ供給配管２６ａなどが冷却されることになる。そして、蒸発器５５，５６で蒸発した冷媒は、内部熱交換器５３に送出されて内部熱交換器５３で熱交換を行った後、圧縮機５１（第１圧縮機５１ａ）に送出され、圧縮機５１で圧縮されて上記移動を繰り返して循環することになる。

ここで、本発明に係る冷媒回路の制御系について説明する。図２に示すように冷媒循環経路Ｌには、蒸発温度センサ（蒸発温度検出手段）７１、水温センサ（水温検出手段）７２、および外気温度センサ（外気温度検出手段）７３が設けてある。蒸発温度センサ７１は、冷媒循環経路Ｌの低圧側で、各蒸発器５５，５６に分岐する手前の経路において、電子膨張弁５４と蒸発器５５，５６との間に配置してある。この蒸発温度センサ７１は、配置場所の蒸発温度を検出する。水温センサ７２は、冷却水槽２３の内部に配置してある。この水温センサ７２は、冷却水槽２３に貯留した冷却用水２３ａの水温を検出する。外気温度センサ７３は、冷媒循環経路Ｌの外部であって、例えば飲料供給装置（カップ式飲料自動販売機）１の筐体の天井外表面に配置してある。この外気温度センサ７３は、飲料供給装置１の外部の周囲温度を検出する。

図２に示すように上記蒸発温度センサ７１、水温センサ７２および外気温度センサ７３は、膨張機構制御部（制御手段）７４に接続してある。膨張機構制御部７４は、電子膨張弁５４に接続してある。すなわち、膨張機構制御部７４は、蒸発温度センサ７１、水温センサ７２および外気温度センサ７３から検出信号が与えられた場合に、予めメモリ（図示せず）に格納したプログラムやデータに従って、電子膨張弁５４の開閉量を可変制御する。

図３は冷却水槽を冷却する場合の膨張機構制御部の動作を示すフローチャートである。図３に示すように膨張機構制御部７４は、冷却水槽２３を冷却する場合において、蒸発温度センサ７１および水温センサ７２からそれぞれ検出信号を入力する（ステップＳ１，Ｓ２）。そして、冷却水槽２３の水温が設定温度以下（例えば「水温≦５℃」）の場合に（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、膨張機構制御部７４は、蒸発温度が所定温度（例えば「−１０℃」）になるまで電子膨張弁５４の開度を小さく閉じる（ステップＳ４，Ｓ５：Ｎｏ）。また、蒸発温度が所定温度（例えば「−１０℃」）であれば（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、膨張機構制御部７４は、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３に戻り、再び検出信号を入力して判断を行う。一方、ステップＳ３において、冷却水槽２３の水温が設定温度よりも高く（例えば「水温＞５℃」）（ステップＳ３：Ｎｏ）、水温から蒸発温度を引いた差が所定の温度差（例えば「水温−蒸発温度＝５℃」）であれば（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、膨張機構制御部７４は、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３に戻り、再び検出信号を入力して判断を行う。また、ステップＳ６において、水温から蒸発温度を引いた差が所定の温度差でなく（ステップＳ６：Ｎｏ）、当該温度差が小さい（例えば「水温−蒸発温度＜５℃」）場合に（ステップＳ７：小）、膨張機構制御部７４は、電子膨張弁５４の開度を小さく閉じる（ステップＳ８）。すなわち、水温と蒸発温度の温度差を大きくする。その後、膨張機構制御部７４は、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３に戻り、再び検出信号を入力して判断を行う。また、ステップＳ７において、温度差が大きい（例えば「水温−蒸発温度＞５℃」）場合に（ステップＳ７：大）、膨張機構制御部７４は、電子膨張弁５４の開度を大きく開く（ステップＳ９）。すなわち、水温と蒸発温度の温度差を小さくする。その後、膨張機構制御部７４は、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３に戻り、再び検出信号を入力して判断を行う。

このように、上述した飲料供給装置１の冷媒回路５０によれば、冷却水槽２３を冷却する場合において、膨張機構制御部（制御手段）７４は、冷却水槽２３の水温の変化に合わせて電子膨張弁５４の開閉量を制御することで、予め設定した蒸発温度に調整する。より詳細には、図４に示すように膨張機構制御部７４は、水温が設定温度以下（例えば「水温≦５℃」）の場合に、蒸発温度を所定温度（例えば「−１０℃」）に固定するように電子膨張弁５４を制御する。一方、図４に示すように膨張機構制御部７４は、水温が設定温度より高い（例えば「水温＞５℃」）場合に、水温から蒸発温度を引いた温度差が所定の温度差（例えば「５℃」）になるように電子膨張弁５４を制御する。この結果、水温の変化に合わせて冷凍能力を決めることで、冷却水槽２３の水温の低下時間を短縮することが可能になる。また、冷却水槽２３の水温が所定温度よりも高い場合には、水温と蒸発温度との温度差を所定の温度差に保つように低圧縮比で圧縮機５１を運転することになるので消費電力の低減を図ることが可能になる。特に、水温と蒸発温度との温度差は、冷媒回路５０の冷凍効率および冷凍能力の関係以外に、冷却水槽２３にて保冷のために作られる氷（アイスバンク）のでき方にも関係して決まる。すなわち、温度差が小さく冷却速度が遅いと氷塊にならない。また、水温と蒸発温度との温度差が大きすぎると蒸発器５６の入口と出口とで氷の生成速度が極端に異なって配管などの破損を引き起こすおそれがある。したがって、冷却水槽２３の水温が高い場合では、水温と蒸発温度との温度差を所定の温度差に保つことで、結果的に冷凍効率が向上するので冷却水槽２３の水温の低下時間を短縮することが可能になる。

また、図５は製氷機を冷却する場合の膨張機構制御部の動作を示すフローチャートである。図５に示すように膨張機構制御部７４は、製氷機２２を冷却する場合において、蒸発温度センサ７１および外気温度センサ７３からそれぞれ検出信号を入力する（ステップＳ１１，Ｓ１２）。そして、予め設定した外気温度と蒸発温度との温度関係（図６参照）に基づき、外気温度に対して蒸発温度が設定温度の所定範囲内（例えば「（設定温度＋１℃）≧蒸発温度≧（設定温度−１℃）」）にある場合に（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、膨張機構制御部７４は、ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３に戻り、再び検出信号を入力して判断を行う。一方、ステップＳ１３において、予め設定した温度関係に基づき、外気温度に対して蒸発温度が設定温度の所定範囲内になく（ステップＳ１３：Ｎｏ）、設定温度よりも高い（例えば「蒸発温度＞（設定温度＋１℃）」）場合に（ステップＳ１４：高）、膨張機構制御部７４は、電子膨張弁５４の開度を小さく閉じる（ステップＳ１５）。すなわち、図６に示すように外気温度の上昇に合わせて蒸発温度を下降させる。その後、膨張機構制御部７４は、ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３に戻り、再び検出信号を入力して判断を行う。また、ステップＳ１４において、外気温度に対して蒸発温度が設定温度よりも低い（例えば「蒸発温度＜（設定温度−１℃）」）場合に（ステップＳ１４：低）、膨張機構制御部７４は、電子膨張弁５４の開度を大きく開ける（ステップＳ１６）。すなわち、図６に示すように外気温度の下降に合わせて蒸発温度を上昇させる。その後、膨張機構制御部７４は、ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３に戻り、再び検出信号を入力して判断を行う。

このように、上述した飲料供給装置１の冷媒回路５０によれば、製氷機２２を冷却する場合において、膨張機構制御部（制御手段）７４は、外気温度の変化に合わせて電子膨張弁５４の開閉量を制御することで、予め設定した所定範囲の蒸発温度に調整する。この結果、外気温度に合わせた冷凍能力で冷媒回路５０を運転させることが可能になる。特に、外気温度が低く冷媒回路５０の冷凍能力が高い状態では、蒸発温度を高くすることで、圧縮機５１の効率の良い低圧縮比で運転できるので、圧縮機５１の消費電力を低減することが可能になる。

ところで、図２に示すように外気温度センサ７３は、圧縮機制御部（制御手段）７５に接続してある。圧縮機制御部７５は、インバータ５１ｃに接続してある。すなわち、圧縮機制御部７５は、外気温度センサ７３から検出信号が与えられた場合に、予めメモリ（図示せず）に格納したプログラムやデータに従って、インバータ５１ｃの周波数を可変制御する。

図７は圧縮機制御部の動作を示すフローチャートである。図７に示すように圧縮機制御部７５は、冷却水槽２３や製氷機２２を冷却する場合において、外気温度センサ７３から検出信号を入力する（ステップＳ２１）。そして、外気温度が、使用している冷媒（臨界温度が４５℃以下である二酸化炭素）の臨界温度以上（例えば「外気温度≧臨界温度（３１℃）」）である場合に（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、圧縮機制御部７５は、予め設定した外気温度とインバータ周波数との関係（図８参照）に基づき、インバータ５１ｃの周波数を一定にして圧縮機５１を運転する（ステップＳ２３）。その後、膨張機構制御部７４は、ステップＳ２１，Ｓ２２に戻り、再び検出信号を入力して判断を行う。一方、ステップＳ２２において、外気温度が、使用している冷媒（二酸化炭素）の臨界温度よりも低温である（例えば「外気温度＜臨界温度（３１℃）」）場合に（ステップＳ２２：Ｎｏ）、圧縮機制御部７５は、予め設定した外気温度とインバータ周波数との関係（図８参照）に基づき、インバータ５１ｃの周波数を小さくして圧縮機５１を運転する（ステップＳ２４）。その後、膨張機構制御部７４は、ステップＳ２１，Ｓ２２に戻り、再び検出信号を入力して判断を行う。

このように、上述した飲料供給装置１の冷媒回路５０によれば、圧縮機制御部（制御手段）７５は、冷媒の臨界温度に対する外気温度の変化に合わせてインバータ５１ｃの周波数を可変制御して圧縮機５１を運転する。より詳細には、圧縮機制御部７５は、外気温度が冷媒の臨界温度以上（外気温度≧臨界温度）の場合に図８に示すようにインバータ５１ｃの周波数を一定（最大）とする。この結果、外気温度が冷媒の臨界温度以上となり、ガスクーラ（放熱器）５２で冷媒が液化しない状態になった場合では、放熱能力が極端に低下するが、インバータ５１ｃの周波数を例えば最大とすることで冷凍能力の確保が可能になる。一方、圧縮機制御部７５は、外気温度が冷媒の臨界温度より低い（外気温度＜臨界温度）場合に図８に示すように外気温度の降下にしたがってインバータ５１ｃの周波数を小さくする。すなわち、外気温度が低く冷却水槽２３や製氷機２２の放熱量（冷却負荷）が小さい場合に、インバータ５１ｃの周波数を小さくして圧縮機５１の圧縮比を低減する。この結果、ＣＯＰ（冷凍効率＝冷凍能力／入力）の高い状態で圧縮機５１を運転でき、消費電力を低減することが可能になる。具体的には、図１０に示すように一定周波数で圧縮機を運転した場合（従前）と比較して、周波数を制御して圧縮機を運転した場合（本発明）では、消費電力を最大約３０％低減することが可能になる。

なお、圧縮機制御部７５の上記動作に伴い、上述した膨張機構制御部７４において外気温度の変化に基づいた電子膨張弁５４の開閉量の制御を行ってもよい。この場合、図９に示すように外気温度に対して電子膨張弁の開度（％）を調整する。あるいは、圧縮機制御部７５の上記動作に伴い、上述した膨張機構制御部７４において冷却水槽２３の水温の変化に基づいた電子膨張弁５４の開閉量の制御を行ってもよい。すなわち、膨張機構制御部７４および圧縮機制御部７５を１つの制御手段として構成して、上記制御を組み合わせてもよい。

本発明に係る飲料供給装置の実施の形態を示す概念図である。 本発明に係る冷媒回路の実施の形態を示す概念図である。 冷却水槽を冷却する場合の膨張機構制御部の動作を示すフローチャートである。 冷却水槽の水温に対して設定した蒸発温度を示す図である。 製氷機を冷却する場合の膨張機構制御部の動作を示すフローチャートである。 外気温度に対して設定した蒸発温度を示す図である。 圧縮機制御部の動作を示すフローチャートである。 外気温度に対して設定したインバータの周波数を示す図である。 外気温度に対して設定した電子膨張弁の開度を示す図である。 インバータの制御による消費電力を示す図である。

符号の説明

１ 飲料供給装置
２２ 製氷機
２２ａ 氷供給配管
２３ 冷却水槽
２３ａ 冷却用水
５０ 冷媒回路
５１（５１ａ，５１ｂ） 圧縮機
５１ｃ インバータ
５２ ガスクーラ（放熱器）
５３ 内部熱交換器
５３ａ 冷媒管路
５３ｂ 冷媒管路
５４ 電子膨張弁（膨張機構）
５５，５６ 蒸発器
５７ 中間熱交換器
５８，５９ 電磁弁
６０ａ，６０ｂ セルフシールカップリング
７１ 蒸発温度センサ（蒸発温度検出手段）
７２ 水温センサ（水温検出手段）
７３ 外気温度センサ（外気温度検出手段）
７４ 膨張機構制御部（制御手段）
７５ 圧縮機制御部（制御手段）
Ｌ 冷媒循環経路

Claims (5)

1. 圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒を断熱膨張させる膨張機構と、前記膨張機構から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器とを有した循環経路を形成し、前記蒸発器を飲料冷却用の冷却水槽に配置した飲料供給装置の冷媒回路において、
   膨張機構と蒸発器との間の低圧側での冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段と、
   冷却水槽の水温を検出する水温検出手段と、
   冷却水槽の水温の変化に応じて、前記膨張機構の開閉量を予め設定した蒸発温度に変える態様で可変制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする飲料供給装置の冷媒回路。
2. 制御手段は、冷却水槽の水温が予め設定した所定温度以上である場合に、水温と蒸発温度との温度差を所定の温度差に保つ態様で前記膨張機構の開閉量を可変制御することを特徴とする請求項１に記載の飲料供給装置の冷媒回路。
3. 圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒を断熱膨張させる膨張機構と、前記膨張機構から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器とを有した循環経路を形成し、前記蒸発器を製氷用の製氷部に配置した飲料供給装置の冷媒回路において、
   膨張機構と蒸発器との間の低圧側での冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段と、
   飲料供給装置の外気温度を検出する外気温度検出手段と、
   外気温度の変化に応じて、前記膨張機構の開閉量を予め設定した蒸発温度に変える態様で可変制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする飲料供給装置の冷媒回路。
4. インバータによって運転される圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、前記放熱器から供給される冷媒を断熱膨張させる膨張機構と、前記膨張機構から供給される冷媒を蒸発させて前記圧縮機に帰還させる蒸発器とを有した循環経路を形成した飲料供給装置の冷媒回路において、
   飲料供給装置の外気温度を検出する外気温度検出手段と、
   冷媒の臨界温度に対する外気温度の変化に応じて前記インバータの周波数を予め設定した周波数に可変制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする飲料供給装置の冷媒回路。
5. 前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の飲料供給装置の冷媒回路。

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