JP2008134887A - カップ式自動販売機 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＯ_２ヒートポンプシステムを有し、エジェクタを用いてＣＯＰを向上させるカップ式自動販売機を提供する。
【解決手段】圧縮機１と、温水熱交換器２と、凝縮器３と、エジェクタ１１と、空冷蒸発器５とを環状に接続し、エジェクタ１１の駆動流側に凝縮器３、エジェクタ１１のディフューザ側１２ｂに空冷蒸発器５を連結してなる主回路と、凝縮器３と、エジェクタ１１の間に位置する配管より分岐し、電動膨張弁１３を経由して製氷蒸発器７と冷水蒸発器８とを直列に接続し、エジェクタ１１の吸引流側１２ｃへと連結した副回路とで構成されているので、製氷蒸発器７および冷水蒸発器８からの冷媒をエジェクタ１１を介して空冷蒸発器５へ供給し、昇圧した後に圧縮機１へと還流させるので、圧縮比が小さくなって、ＣＯＰが向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＯ_２ヒートポンプシステムを有し、エジェクタを用いてＣＯＰを向上させるカップ式自動販売機に関するものである。

従来、この種のカップ式自動販売機は、ホット飲料のための温水タンクを有し、冷凍サイクルの排熱を利用して温水タンクを加温するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

これによって、温水タンクをヒータで加温する場合に比べ、省エネルギー化が図れる。

図３は、従来のカップ式自動販売機の冷凍サイクル図を示すものである。

図３において、圧縮機１、温水熱交換器２、凝縮器３、主膨張弁４、空冷蒸発器５とを順次環状に接続してなる主回路と、凝縮器３と主膨張弁４との間に位置する配管より分岐し、副膨張弁６を経由して製氷蒸発器７と冷水蒸発器８を直列に接続した副回路と、圧縮機１から吐出された冷媒を温水熱交換器２から凝縮器３へ導くのか、直接凝縮器３へ導くのかを切換える流路切換回路９とを備えている。

以上のように構成されたカップ式自動販売機について以下その動作を説明する。

まず、温モード時は温水のみ生成するモードであり、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、流路切換回路９を経由して温水熱交換器２へと導かれ、温水タンク内の湯を加温する。そして、凝縮器３で放熱した後、主膨張弁４で減圧され、空冷蒸発器５で空気と熱交換した後、圧縮機１へと還流する。

次に、冷モード時は、氷あるいは冷水のみ生成するモードであり、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、流路切換回路９により、温水熱交換器２を経由せずに直接凝縮器３へと導かれ、放熱する。その後、副膨張弁６で減圧され、製氷蒸発器７、および、冷水蒸発器８の順に流れ、各々吸熱作用により、製氷、および、冷水の生成を行って圧縮機１へと還流する。

そして、冷温モード時は、温水の生成と、氷あるいは冷水の生成とを同時に行う運転モードであり、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、流路切換回路９を経由して温水熱交換器２へと導かれ、温水タンク内の湯を加温する。そして、凝縮器３で放熱した後、副膨張弁６で減圧され、製氷蒸発器７、および、冷水蒸発器８の順に流れ、各々吸熱作用により、製氷、および、冷水の生成を行って圧縮機１へと還流する。

さらに、停止モード時は、圧縮機１を停止させる。このとき、主膨張弁４と副膨張弁６を閉状態にするのは、圧縮機１内に多量の冷媒が寝込むのを防止するためと、冷凍サイクル内の高圧側と低圧側を遮断して圧力差を保持するためである。

また、前記温モードは、冷温モード時において、冷水タンク内の水温が１℃以下となり、冷却負荷がなくなった場合に切換えられて選択される。そして、停止時において、温水タンク内の湯温が９５℃以下になった場合にも選択される。

また、前記冷モードは、冷温モード時において、温水タンク内の湯温が９８℃以上となり、加温負荷がなくなった場合に切換えられて選択される。そして、停止時において、冷水タンク内の水温が５℃以上になった場合にも選択される。

また、前記冷温モードは、冷モード時において、温水タンク内の湯温が９５℃以下になった場合に切換えられて選択される。そして、温モード時において、冷水タンク内の水温が５℃以上になった場合にも選択される。

また、前記停止モードは、冷モード時において、冷水タンク内の水温が１℃以下となり、冷却負荷がなくなった場合に切換えられて選択される。そして、温モード時において、温水タンク内の湯温が９８℃以上となり、加温負荷がなくなった場合にも選択される。

さらにまた、前記冷モード、あるいは、前記冷温モード時において、製氷機で生成された氷が満杯になると、製氷機への水の供給を中止して、氷の生成を中断させる。
特開平６−１１９５４２号公報

しかしながら、上記従来の構成では、冷温モード時において、製氷蒸発器および冷水蒸発器からの蒸発圧力の低い冷媒が圧縮機に還流されるため、空冷蒸発器を経由して圧縮機に還流される場合に比べて、圧縮比が大きくなってＣＯＰが低下するといった課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、製氷蒸発器および冷水蒸発器からの冷媒を、エジェクタを介して圧縮機へと還流させることで、圧縮比が小さくなり、ＣＯＰが向上するカップ式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、本発明のカップ式自動販売機は、圧縮機と、温水熱交換器と、凝縮器と、エジェクタと、空冷蒸発器とを環状に接続し、エジェクタの駆動流側に凝縮器、エジェクタのディフューザ側に空冷蒸発器を連結してなる主回路と、前記凝縮器と、前記エジェクタの間に位置する配管より分岐し、電動膨張弁を経由して製氷蒸発器と冷水蒸発器とを直列に接続し、エジェクタの吸引流側へと連結した副回路とで構成されている。

これによって、製氷蒸発器および冷水蒸発器からの冷媒をエジェクタを介して空冷蒸発器へ供給し、昇圧した後に圧縮機へと還流させるので、圧縮比が小さくなって、ＣＯＰが向上する。

また、本発明のカップ式自動販売機は、凝縮器と空冷蒸発器を一体化させて、フィンチューブ熱交換器としたものである。

これによって、凝縮器と空冷蒸発器が互いに熱交換し、排熱が回収されるためＣＯＰが向上すると共に、結露の発生も防止できる。

本発明のカップ式自動販売機は、製氷蒸発器および冷水蒸発器からの冷媒をエジェクタを介して空冷蒸発器へ供給するため、エジェクタ効果によって昇圧された冷媒が圧縮機へと還流し、圧縮比が小さくなって圧縮機動力が減少し、ＣＯＰが向上する。

また、本発明のカップ式自動販売機は、凝縮器と空冷蒸発器を相互に熱交換可能にしているので、冷凍サイクルの排熱を回収できＣＯＰが向上すると共に、空冷蒸発器に空気中の水分が結露することを防止できる。

請求項１に記載の発明は、圧縮機と、温水熱交換器と、凝縮器と、エジェクタと、空冷蒸発器とを環状に接続し、前記エジェクタの駆動流側に前記凝縮器、前記エジェクタのディフューザ側に前記空冷蒸発器を連結してなる主回路と、前記凝縮器と、前記エジェクタの間に位置する配管より分岐し、電動膨張弁を経由して製氷蒸発器と冷水蒸発器とを直列に接続し、前記エジェクタの吸引流側へと連結した副回路と、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記温水熱交換器から前記凝縮器へ導くのか、直接前記凝縮器へ導くのかを切換える流路切換回路とを備えたことにより、製氷蒸発器および冷水蒸発器からの冷媒をエジェクタを介して空冷蒸発器へ供給し、昇圧した後に圧縮機へと還流させるので、圧縮比が小さくなって、ＣＯＰが向上する。

請求項２に記載の発明は、冷媒として、二酸化炭素を主成分とする自然冷媒を用いたことにより、ヒートポンプの温熱として９５℃前後の高温の湯が得られ、別に加温ヒータ等の加熱手段を必要とせず、販売に供することができる。

請求項３に記載の発明は、凝縮器と空冷蒸発器を互いに熱交換させることにより、排熱が回収されてＣＯＰが向上する。

請求項４に記載の発明は、凝縮器と空冷蒸発器を一体化させて、フィンチューブ熱交換器としたことにより、コンパクトになると共に、結露の発生も防止できる。

請求項５に記載の発明は、エジェクタを冷水タンクの近傍に配置したことにより、エジェクタと冷水タンクの結露処理を共有することができ、構造の簡素化を図ると共に、コストアップを抑制する。

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におけるカップ式自動販売機の冷凍サイクル図である。図２は、同実施の形態におけるカップ式自動販売機のエジェクタ断面図である。

図１において、圧縮機１、温水熱交換器２、凝縮器３、エジェクタ１１、空冷蒸発器５とを環状に接続して、冷凍サイクルの主回路を構成している。エジェクタ１１の駆動流側１２ａに凝縮器３、エジェクタ１１のディフューザ側１２ｂに空冷蒸発器５が連結されている。凝縮器３とエジェクタ１１の間に位置する配管より分岐し、電動膨張弁１３を経由して製氷蒸発器７と冷水蒸発器８とを直列に接続し、エジェクタ１１の吸引流側１２ｃへと連結される副回路を設けている。圧縮機１から吐出された冷媒を温水熱交換器２から凝縮器３へ導くのか、直接凝縮器３へ導くのかを切換える流路切換回路９を備えている。

以上のように構成されたカップ式自動販売機について以下その動作を説明する。

まず、温モード時は、温水のみ生成するモードであり、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、流路切換回路９を経由して温水熱交換器２へと導かれ、温水タンク内の湯を加温する。そして、凝縮器３で放熱した後、電動膨張弁１３が閉状態に制御されているため、エジェクタ１１の駆動流側１２ａへと流入し、エジェクタ１１内部で減圧され、ディフューザ側１２ｂから流出し、空冷蒸発器５で空気と熱交換した後、圧縮機１へと還流する。このとき、エジェクタ１１は、電動膨張弁として機能している。

次に、冷モード時は氷あるいは冷水のみ生成するモードであり、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、流路切換回路９により、温水熱交換器２を経由せずに直接凝縮器３へと導かれ、放熱する。その後冷媒は、電動膨張弁１３が開、エジェクタ１１が閉状態に制御されているため、電動膨張弁１３側に流入、減圧され、製氷蒸発器７、および、冷水蒸発器８の順に流れ、各々吸熱作用により、製氷、および、冷水の生成を行った後、ディフューザ１１の吸引流側１２ｃからエジェクタ１１に流入し、そのままエジェクタ１１の内部を通過してディフューザ側１２ｂより流出し、空冷蒸発器５で空気と熱交換した後に、圧縮機１へと還流する。このとき、エジェクタ１１は、冷媒配管と同様、通路として機能している。

そして、冷温モード時は、温水の生成と、氷あるいは冷水の生成とを同時に行う運転モードであり、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、流路切換回路９を経由して温水熱交換器２へと導かれ、温水タンク内の湯を加温する。そして、凝縮器３で放熱した後、電動膨張弁１３が開、エジェクタ１１が開状態に制御されているため、冷媒はニ方向に分流され、電動膨張弁１３側に流入した冷媒は、減圧された後、製氷蒸発器７、および、冷水蒸発器８の順に流れ、各々吸熱作用により、製氷、および、冷水の生成を行ってエジェクタの吸引流側１２ｃに流入する。他方、エジェクタ１１の駆動流側１２ａに流入した冷媒は、エジェクタ１１内部で減圧され、吸引流側１２ｃの冷媒を吸引し、ニ方向に分流していた冷媒を混合した後、減速過程で昇圧し、ディフューザ側１２ｂより流出し、空冷蒸発器５で空気と熱交換した後、圧縮機１へと還流する。このとき、エジェクタ１１は、ディフューザ側１２ｂより、昇圧された冷媒を、空冷蒸発器５を介して、圧縮機１へ還流させるよう機能している。

さらに、停止モード時は、圧縮機１を停止させる。このとき、エジェクタ１１と電動膨張弁１３を閉状態にするのは、圧縮機１内に多量の冷媒が寝込むのを防止するためと、冷凍サイクル内の高圧側と低圧側を遮断して圧力差を保持するためである。このとき、エジェクタ１１は、冷媒配管を開閉する電磁弁として機能している。

また、前記温モードは、冷温モード時において、冷水タンク内の水温が１℃以下となり、冷却負荷がなくなった場合に切換えられて選択される。そして、停止時において、温水タンク内の湯温が９５℃以下になった場合にも選択される。

また、前記冷モードは、冷温モード時において、温水タンク内の湯温が９８℃以上となり、加温負荷がなくなった場合に切換えられて選択される。そして、停止時において、冷水タンク内の水温が５℃以上になった場合にも選択される。

また、前記冷温モードは、冷モード時において、温水タンク内の湯温が９５℃以下になった場合に切換えられて選択される。そして、温モード時において、冷水タンク内の水温が５℃以上になった場合にも選択される。

また、前記停止モードは、冷モード時において、冷水タンク内の水温が１℃以下となり、冷却負荷がなくなった場合に切換えられて選択される。そして、温モード時において、温水タンク内の湯温が９８℃以上となり、加温負荷がなくなった場合にも選択される。

さらにまた、前記冷モード、あるいは、前記冷温モード時において、製氷機で生成された氷が満杯になると、製氷機への水の供給を中止して、氷の生成を中断させる。

以上のように、本実施の形態では、製氷蒸発器７および冷水蒸発器８とを直列に接続し、エジェクタ１１の吸引流側へと連結した副回路を備えることにより、冷温モード時において、エジェクタ１１は、エジェクタ効果により、ディフューザ側１２ｂより、昇圧された冷媒を、空冷蒸発器５を介して、圧縮機１へ還流させるので、圧縮比が小さくなって圧縮機動力が減少し、ＣＯＰが向上する。

また、本実施の形態では、冷媒として二酸化炭素を主成分とする自然冷媒を用いることにより、ヒートポンプの温熱で所定温度の湯が得られ、加温ヒータ等の加熱手段を必要とせず、ホット飲料の販売を行うことができる。

また、凝縮器３と空冷蒸発器５を互いに熱交換可能に構成することで、冷温モード時において、冷凍サイクルの排熱が回収されてＣＯＰが向上する。

また、凝縮器３と空冷蒸発器５を一体化させて、フィンチューブ熱交換器とすることにより、コンパクトになると共に、結露の発生も防止できる。

また、エジェクタを冷水タンクの近傍に配置したことにより、エジェクタと冷水タンクの結露処理を共有することができ、構造の簡素化を図ると共に、コストアップを抑制できる。

以上のように、本発明にかかるカップ式自動販売機は、エジェクタで冷媒を昇圧して圧縮機へ還流させることで、圧縮比が低減し、ＣＯＰが向上するので、エアコン等のヒートポンプ機器の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるカップ式自動販売機の冷凍サイクル図 本発明の実施の形態１におけるカップ式自動販売機のエジェクタ断面図 従来のカップ式自動販売機の冷凍サイクル図

符号の説明

１１ エジェクタ
１２ａ 駆動流側
１２ｂ ディフューザ側
１２ｃ 吸引流側
１３ 電動膨張弁

Claims (5)

1. 圧縮機と、温水熱交換器と、凝縮器と、エジェクタと、空冷蒸発器とを環状に接続し、前記エジェクタの駆動流側に前記凝縮器を連結し、前記エジェクタのディフューザ側に前記空冷蒸発器を連結してなる主回路と、前記凝縮器と、前記エジェクタの間に位置する配管より分岐し、電動膨張弁を経由して製氷蒸発器と冷水蒸発器とを直列に接続し、前記エジェクタの吸引流側へと連結した副回路と、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記温水熱交換器から前記凝縮器へ導くのか、直接前記凝縮器へ導くのかを切換える流路切換回路とを備えたことを特徴とするカップ式自動販売機。
2. 冷媒として、二酸化炭素を主成分とする自然冷媒を用いたことを特徴とする請求項１に記載のカップ式自動販売機。
3. 凝縮器と空冷蒸発器を互いに熱交換させることを特徴とする請求項１または２に記載のカップ式自動販売機。
4. 凝縮器と空冷蒸発器を一体化させて、フィンチューブ熱交換器としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のカップ式自動販売機。
5. エジェクタを冷水タンクの近傍に配置したことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のカップ式自動販売機。

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